JPH0615924B2

JPH0615924B2 - 石炭焚ｍｈｄ発電用燃焼器

Info

Publication number: JPH0615924B2
Application number: JP10194586A
Authority: JP
Inventors: 要三良岩藤; 光博入野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1986-05-06
Filing date: 1986-05-06
Publication date: 1994-03-02
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: JPS62258902A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、石炭焚MHD発電用燃焼器に関するものであ
る。

従来の技術第４図乃至第６図は、微粉炭もしくはCCM、CWMの状態の
石炭を燃料として高温ガスプラズマを製造するためのMH
D（Magnet Hydro Dynamics）発電用燃焼器の従来例を示
したものである。この燃焼器は、円筒状の第１段燃焼室
１と第２段燃焼室２とが隔壁板３を介して連結されて構
成されている。隔壁板３は、各室１、２の内径よりも小
さい貫通穴を有して両燃焼室１、２を連通している。第
１段燃焼室１の軸方向に向けて略中央に、燃料を噴射す
るバーナ４が設けられており、その周りを囲むようにし
てスワラーノズル５が設けられている。６は旋回ノズル
で、燃焼室１の内壁に添つて接線方向へ向けて設けられ
ている。７はスラグ抽出口で、後述するが、燃焼室１に
沈着した溶融スラグ８を捕集するものである。

一方、第２段燃焼室２の入口部近くの周壁には、３次酸
化剤吹込みノズル９が多数設けられているとともに、後
方は細く絞られて加速ノズル１０に連結されている。加
速ノズル１０は図示しない発電チヤネル等へ連結される
もので、発電チヤネルがその機能上から通常、矩形断面
形状をしているので加速ノズル１０も断面が矩形状に形
成されている。

なお、１１はバーナ４へ供給する燃料（石炭）を、１２
はスワラーノズル５から燃焼室１内へ供給する１次酸化
剤を、１３は旋回ノズル６へ供給する２次酸化剤を、１
４はノズル９へ供給する３次酸化剤を夫々示している。
また、５ａはノズル５に連絡している供給口、９ａはノ
ズル９に連絡している供給口である。

このような構成の従来の石炭焚MHD発電用燃焼器では、
第１段燃焼室１においてバーナ４から石炭１１を燃焼室
内へ噴射し、空気または酸素等の１次、２次酸化剤１
２、１３とともに燃焼させ、また、旋回ノズル６から吹
込まれる２次酸化剤１３によつて、燃焼ガスに強力な旋
回渦流を形成させて、燃焼ガス中の微粒子に遠心力を作
用させる。従つて、微粒子が燃焼室の壁面に当り、ガス
から分離して溶融状態のまま壁面を伝つて下部へ流動
し、スラグ抽出口７から溶融スラグ８として捕集してい
る。そして、スラグを除去された燃焼ガスが隔壁板３を
経て第２段燃焼室２へ供給され、３次酸化剤１４ととも
に更に燃焼を継続し、高温の燃焼ガスを製造して加速ノ
ズル１０から発電チヤネル等へ供給される。

発明が解決しようとする問題点周知のごとく、石炭の燃焼ではスラグ（溶融灰）やフラ
イ・アツシユガ生成するため、燃焼器の後流に接続され
る機器（発電チヤネル、熱交換器等）の表面に付着し、
これに伴なつて器壁の侵食、閉塞などのトラブルが生ず
る。この障害を防止するために、燃焼室の中で燃焼反応
による生成ガス中から残渣（スラグ、フライ・アツシ
ユ）をできる限り除去することが必要である。

一般に石炭中には（炭種によつて異なるが）、１５〜３
０％のスラグ成分が含まれているとされており、このス
ラグの主成分はSiO₂,Al₂O₃,MgO,CaOからなり、この中Si
O₂ は約５０％以上をしめている。

MHD発電においては、約２５００゜Ｋ程度以上の高温ガ
スを製造して燃焼器に接続される発電チヤネルへ供給し
なければならない。こゝで、スラグ主成分であるシリ
（SiO₂）は、２５００゜Kで１atm の蒸気圧を示し、こ
のことは、２５００゜Kの燃焼ガス雰囲気においてはシ
リカのほとんどが蒸発同伴してしまうことを意味するも
のである。従つて、燃焼室内でスラグを除去するために
は、燃焼室内の燃焼火炎温度を約２０００゜Ｋに抑制
し、スラグ成分を溶融ミストないしは固体微粒子の状態
で燃焼ガス中から分離抽出することが必要である。従つ
て、MHD発電用燃焼器においては、第４図に示すごと
く、第１段燃焼室１では酸素当量比（＝酸素供給量／燃
料が完全燃焼に必要な理論酸素量）を１以下に抑え、即
ち燃料過濃な状態で燃焼反応させるによつて、燃焼火炎
温度を約２０００゜Ｋ以下に保つことにより、スラグの
蒸発同伴を防止し、第１段燃焼室１でスラグを除去した
後、第２段燃焼室２において新に３次酸化剤１４をノズ
ル９から供給することによつて第１段燃焼室１での反応
生成ガスを燃焼させ２５００゜Ｋ以上の高温ガスを製造
するものである。

MHD発電においては、発電チヤネル部へ供給される高温
ガスプラズマは非常に高速（900〜1000m/s）で流体力学
的に一様な流れであること、熱平衡値に近い高導電度を
もつ一様なガスプラズマであることが要求され、これ等
の条件が発電性能の安定制に大きく影響するものであ
る。

従つて、発電チヤネルへ直結される第２段燃焼室２の出
口加速ノズル１０では、ガス流れを一様な平行流に整流
することが必要である。第４図に示す２段燃焼室２の構
成においては、第１段燃焼室１で形成された旋回渦流が
第２段燃焼室２内でも流体力学的に連続して形成され、
発電チヤネル（図示されていないが、発電チヤネルは機
能上から矩形断面で構成されるものである）内まで軸方
向に螺旋状の流れが残り、これに伴なつて発電チヤネル
角部に淀み、流れの剥離が生じ、発電性能を低下させる
要因となる。

さらに、第２段燃焼室２に連続される旋回渦流によつて
第１段燃焼室１、隔壁板３の上流壁面を沈着した溶融ス
ラグの一部を後流へ誘引し、第２段燃焼室２へキヤリオ
ーバーしてスラグの捕集効率を低下させる欠点があつ
た。

問題点を解決するための手段このような問題点を解決するために、本発明は、第１段
燃焼室と第２段燃焼室とを隔壁板を介して接続し、前記
第１段燃焼室側に燃料を投入する手段および燃料酸化剤
の旋回流を形成する手段を有するとともに、第２段燃焼
室側からガス流を抽出する石炭焚MHD発電用燃焼器にお
いて、前記第２段燃焼室の入口部に旋回ガス流に対して
直角に突出するように周方向に複数個配設した水冷構造
の整流板と、この整流板と前記隔壁板との間にガス流に
対して内向放射状に配設したシート噴霧ノズルとを備え
たものである。

作用上記の手段によれば、第１段燃焼室で形成された連続渦
流は第２段燃焼室の入口部で軸心中央部から外周部へ拡
散しようとするが、整流板の側面に衝突し旋回方向の速
度成分は乱れを生じ、旋回渦流が消滅し、さらに整流板
の中央に設けられた３次酸化剤の噴口から吹き出す噴流
によつて軸方向の流れに整流される。

また、シード噴霧ノズルから噴射したシード剤により、
燃焼ガスは電離される。

実施例以下本発明の一実施例を第１図ないし第３図を参照して
詳細に説明する。なお、これらの図において、第４図と
同一部分には同一符号を付してあるので、その部分の説
明は省略する。

第１図は本発明に係る石炭焚MHD発電用燃焼器の一実施
例を示す断面図で、第２図は第１図のII−II線に沿う断
面図、第３図は第１図のIII部の拡大図である。

第１段燃焼室１の構成は第４図のものと略同じである。
第２段燃焼室２において、その入口部の隔壁板３の背面
側に、水冷構造の整流板１５が旋回ガス流に対して直角
に突出する周方向に複数個配設されており、第１段燃焼
室１から隔壁板３を介して流れて来る強力なガスの旋回
流に対して、邪魔板として作用している。この整流板１
５には、夫々３次酸化剤吹込みノズル９が燃焼室２の軸
心に向かつて放射状に形成されている。また、整流板１
５は高温、高速のガスプラズマの中にさらされるので、
表面に、耐熱、耐アブレジヨン性の高いセラミツクス１
６を溶射した構成となつている。更に、整流板１５は、
熱伝導率のよい銅(Cu)のような材料を母材として構成
し、燃焼室２とその内壁１７との間に形成されている水
冷ジヤケツト１８によつて冷却されるようになつてい
る。なお、１９は整流板１５とノズル９との間を冷却水
に対してシールするためのＯリングである。

また、第１段燃焼室１と第２段燃焼室とを接続する隔壁
板３の背面縁部であつて、燃焼室の軸方向に沿つて、こ
の隔壁板３と第２段燃料室２の入口部に配設した整流板
１との間に位置し、ガス流に対して内向きに、複数個の
シード噴霧ノズル２０が放射状に配設されている。この
シード噴霧ノズル２０からは、燃焼ガスを電離させるた
めに、カリューム化合物からなるシード剤を、第２段燃
焼室２の入口部のガスの乱流域へ噴射させるものであ
る。２１はシード剤の流れを示している。

次に、本発明の説明する。

第１段燃焼室１で燃焼反応によるガス温度を残渣主成分
の蒸発温度以下に燃焼反応を抑制（燃料過濃燃焼）し、
ガス中の溶融残渣を分離抽出して、第２段燃焼室２で新
に酸化剤１４を供給し、燃焼反応により、酸素当量比＝
１の理論燃焼温度に近い高温ガスを製造する全体のプロ
セスは従来のものと同様である。

第１段燃焼室１で生じた渦流は、流体力学的連続の理論
に従つて隔壁板３中央部から流入し、第２燃焼室２内の
外周に向つて波状に拡散しようとする。しかし、旋回流
れに対し直角に突出するように配設した整流板１５によ
つて旋回方向の流れが衝突により乱れを生じ、旋回方向
の速度エネルギーが減殺され、さらに３次酸化剤１４の
噴口ノズル９から吹き込まれる放射状の強力な噴流の速
度エネルギーによつて旋回速度成分をもつた主流渦は消
滅されるものである。

このように、旋回流に乱れを生じさせ、新な酸化剤を第
２段燃焼室２の中心部迄吹き込むことができ、第１段燃
焼室１で生成したクリーン（ガス中から残渣分は除去さ
れた）な可燃ガスとの混合効果を高めるものである。

なお、このような整流（旋回流の減殺）によつて第１段
燃焼室１壁面に形成される溶融フラグ８が隔壁板３の絞
り部から第２段燃焼室２内へ渦流による誘引キヤリオー
バーを防止するものである。

また、シード噴霧ノスル２０からシード剤を、第２段燃
焼室２の入口部のガス流へ噴射させることによつて、燃
焼ガスの電離をうながし、３次酸化剤の混合拡散効果を
高めて燃焼・電離反応を促進する。このことは、第２段
燃焼室２の容積を縮小することにつながるものである。

発明の効果以上詳述したように、本発明によれば、次のような効果
が得られる。

(1) 高温ガスプラズマの流れを一様な流れに整流して
発電チヤネルへ供給することによつて、発電チヤネル壁
面での流れの淀みを防止することができ発電性能を３〜
６％高めると共に、不安定現象の要因を除去しプラント
の性能が向上する。

(2) 第２段燃焼室頭部の乱流域に放射状に噴射される
シード剤（燃焼ガスを電離させるために投入されるカリ
ユーム化合物）および３次酸化剤の混合拡散効果によつ
て燃焼・電離反応が促進され、第２段燃焼室の容積は約
2/3に縮小することができるため、器壁からの熱損失を
抑え、プラントの熱効率が高められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る石灰焚MHD発電用燃焼器の一実施
例を示す断面図、第２図は第１図のII−II線に沿う断面
図、第３図は第１図のIII部を拡大した拡大断面図、第
４図は従来の石灰焚MHD発電用燃焼器を示す断面図、第
５図は第４図のＶ−Ｖ線に沿う概略的な断面図、第６図
は第４図のVI−VI線に沿う概略的な断面図である。１……第１段燃焼室、２……第２段燃焼室、３……隔壁
板、４……燃料ノズル、６……旋回ノズル、９……３次
酸化剤吹込みノズル、１０……加速ノズル、１５……整
流板、２０……シード噴霧ノズル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１段燃焼室と第２段燃焼室とを隔壁板を
介して接続し、前記第１段燃焼室側に燃料を投入する手
段および燃料酸化剤の旋回流を形成する手段を有すると
ともに、第２段燃焼室側からガス流を抽出する石炭焚MH
D発電用燃焼器において、前記第２段燃焼室の入口部に
旋回ガス流に対して直角に突出するように周方向に複数
個配設した水冷構造の整流板と、この整流板と前記隔壁
板との間にガス流に対して内向放射状に配設したシード
噴霧ノズルとを備えたことを特徴とする石炭焚MHD発電
用燃焼器。