JPH07158818A - バーナ燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 濃・淡二様の微粉燃料を別々に燃焼させて全
体として燃焼を完結させ、同時にＮＯ_x 発生量を低減す
るバーナ装置の簡略化。 【構成】 濃（コンク）燃料用のバーナと淡（ウィー
ク）燃料用のバーナを別々に設けるのではなく、単一の
バーナ本体（６）、バーナノズル（７）内を仕切板（１
０），（１１）により複数区画に分割するとともに、入
口にベンチュリ−（８）やダンパ（９）を設けて、上記
区画にコンク燃料とウィーク燃料を別々に流す。これに
より、ＮＯ_x 低減効果を保ったまま、バーナ段数を減ら
し、ひいては火炉の高さも低くできて、コストが安くな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、火力プラント用蒸気発
生装置（ボイラ）やその他の高温ガスを発生させる各種
産業用炉（窯業炉，セメントキルン等を含む）におい
て、各種化石燃料（主として微粉固体燃料）を燃焼させ
る低ＮＯ_x バーナ燃焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ボイラ火炉内において微粉炭を低ＮＯ_x
で燃焼させるために開発された技術に、濃度の異なる燃
料空気混合物を組合わせて燃焼させる方法がある。その
原理を略述すると次のとおりである。微粉炭が燃焼した
時に発生するＮＯ_x の濃度は、一次空気／石炭の比によ
り図１６に示されるように変化する。したがって石炭粉
砕機からバーナに送られて来る燃料・空気混合物の空気
／石炭比を通常の２〜３程度（図中Ｃ_o ）とした場合、
発生ＮＯ_x 値はａ_o となる。そこでこの比をＣ₁（石炭
濃度の高いバーナ，以後コンクバーナと呼ぶ）とＣ
₂ （石炭濃度の低いバーナ，以後ウィークバーナと呼
ぶ）に分けて燃焼させれば、バーナ全体としてのＮＯ_x
値は各バーナで発生する量ａ₁ ，ａ₂ の加重平均値
ａ₀ ′の値（ａ₀ ′＜＜ａ₀ ）となり、Ｃ_o 単体バーナ
の時よりもＮＯ_x 発生量を低減させることができる。

【０００３】図１３は上記の原理に基づく従来のコーナ
ファイアリング方式バーナ燃焼装置の一例を示す縦断側
面図、図１４は同じく正面図、図１５は同じく背面図で
ある。

【０００４】ボイラ火炉の各コーナにそれぞれ取付けら
れた図示バーナにおいて、燃料は搬送用一次空気と共に
燃料管（４）下部より導入され、バーナ本体入口部で２
本の枝管（５ａ），（５ｂ）に分岐される。この分岐部
において上側に配置された枝管（５ａ）は微粉濃度の高
いコンクバーナ本体（６ａ）に至るパイプであり、下側
に配置された枝管（５ｂ）は燃料濃度の低いウィークバ
ーナ本体（６ｂ）に至るパイプである。それらコンクバ
ーナ（６ａ）とウィークバーナ（６ｂ）の組合せで一組
のバーナを構成している。また、コンクバーナ（６ａ）
の上下には再循環ガスノズルを設置するためのスペース
が設けられるが、一般中小型ボイラにおいてはこのスペ
ースはブランクボックスとして取扱われている。このよ
うにコンクバーナとウィークバーナの組合せにより、炉
内に生成するＮＯ_x の値を最少に抑えることができる。

【０００５】なお図１３ないし図１５において、（７）
はバーナノズル，（12a),(12b)は二次エアノズル，（１
３）はオイル用エアノズル，（１５）は助燃用オイルバ
ーナ，（２０）は分配箱，（２２）は空気ダンパ，（２
４）はバーナ風箱，（24a)は空気仕切板をそれぞれ示
す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のコンク・ウ
ィーク組合わせバーナは、低ＮＯ_x 効果はあるものの、
次のような解決すべき問題点があった。

【０００７】１） バーナ段数が多いのでコストが嵩
む。すなわちバーナ１組がコンクバーナとウィークバー
ナから成る１対のバーナの組合せにより構成されるた
め、バーナ段数が増す。したがって、バーナ本数のみで
なく火炉の高さも高くする必要がある。特に大容量のボ
イラになる程このデメリットは大きい。

【０００８】２） バーナ入口に設けられた分岐管にお
ける分離性能が限定されるので、負荷，炭種等の相違に
対し、コンクバーナ，ウィークバーナの各適用範囲が狭
くなり，濃・淡燃料を組合わせた効果が低下する。

【０００９】３） 構造が複雑であり、運転やメンテナ
ンスもめんどうなため、一般産業用の中小型ボイラ等に
対し簡略化が望まれる。

【００１０】そこで本発明は、中小型ボイラを対象と
し、構造簡単で経済性を有する低ＮＯ _x バーナを得るこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、化石燃料を燃焼させるバーナ燃焼装置に
おいて、バーナ本体の内部を流れ方向に沿う仕切板によ
って複数の区画に分割するとともに、それら区画の入口
部に設けられたベンチュリー，ダンパまたはバッフルに
より各区画に導入される燃料濃度に濃淡を生じさせるよ
うにしたことを特徴とするバーナ燃焼装置；ならびに上
記要件に加えて、上記バーナ本体の外周から噴射される
燃焼用二次空気の通路を、仕切板により複数の区画に分
割するとともに、それら区画の入口にダンパを設けたこ
とを特徴とするバーナ燃焼装置を提案するものである。

【００１２】

【作用】前記第１の解決手段においては、バーナ本体の
内部を流れ方向に沿う仕切板によって複数の区画に分割
するとともに、それら区画の入口部に設けられたベンチ
ュリー，ダンパまたはバッフルにより各区画に導入され
る燃料濃度に濃淡を生じさせるようにしたので、一段の
バーナでコンクバーナとウィークバーナの組合わせがで
き、濃・淡２様の燃料を別々に燃焼させて全体のＮＯ_x
発生量を低減するという効果を残したまま、バーナ段数
を低減することができる。したがって火炉高さも低くで
き、バーナおよび火炉燃焼室ともコストが低減される。
また、ベンチュリー，ダンパ，バッフルにより、高濃度
燃料と低濃度燃料を確実な割合で分離して、ＮＯ_x 低減
効果が最適になるように制御することにより、負荷、燃
料の如何にかかわらず低ＮＯ_x 運転ができる。そして、
各部の構造も簡単で運転・保守ともに容易である。

【００１３】更に前記第２の解決手段においては、バー
ナ本体の外周から噴射される燃焼用二次空気の通路を、
仕切板により複数の区画に分割するとともに、それら区
画の入口にダンパを設けたので、上記濃・淡２様の燃料
の量に合わせて、それらの周囲に供給される二次空気を
制御し、ＮＯ_x 発生量を更に低減することができる。

【００１４】

【実施例】次に本発明の実施例を図面により説明する。
図１は本発明が適用された微粉炭燃焼コーナファイアリ
ングボイラの一例を示す縦断面図、図２は図１のII−II
水平断面図、図３は図２の III部の詳細図である。図４
は本発明の一実施例に係るバーナ燃焼装置を示す縦断側
面図（図３のIV−IV断面）、図５は同じく正面図、図６
は同じく背面図であって、特に図６中垂直鎖線の右側は
図４のＡ−Ａ矢視断面を表わす。図７は図４ないし図６
における単一の微粉炭バーナの構造を詳細に示す縦断側
面図、図８は同じく正面図、図９は図７のＢ−Ｂ，Ｂ′
−Ｂ′，Ｃ−Ｃ，Ｃ′−Ｃ′水平断面を重ねて描いた図
である。

【００１５】まず図１ないし図３において、燃料は原炭
バンク（１）から給炭器（２）を経て微粉砕機（ミル）
（３）に入る。ここで乾燥および粉砕された原炭は、微
粉炭となって搬送用一次空気により燃料管（４）を経て
ボイラ火炉（２６）の４隅に至り、バーナ入口燃料管
（５）からバーナ本体（６）およびバーナノズル（７）
を経てボイラ火炉（２６）内に一次空気とともに噴射投
入される。一方、空気は強圧送風機（１６）から空気予
熱器（１７）を経て加熱昇温され、高温空気となって風
道（１８）から分配箱（２０），（２１）およびダンパ
（２２），（２３）を経て、バーナ本体（６）を内蔵す
るバーナ風箱（２４）ならびにその上方のアフターエア
風箱（２５）からボイラ火炉（２６）内に噴射投入され
る。微粉炭の乾燥・搬送用空気は、風道（１８）から分
岐し風道（１９）を経て微粉砕機（３）内に導入され
る。ボイラ火炉（２６）内に投入された微粉炭は、ここ
で着火燃焼し高温ガスとなって、火炉出口に続く吊下型
対流伝熱部（２７）と横置型対流伝熱部（２８）で熱交
換し、対流部出口（２９）から空気予熱器（１７）を経
て低温ガスとなって、ボイラ出口排ガスダクト（３０）
を経由して排出される。

【００１６】次に図４ないし図６において、バーナ本体
（６）およびバーナノズル（７）はバーナ風箱（２４）
に内蔵されている。また、バーナ風箱（２４）は、空気
仕切板(24a) および(24b) により複数個の燃料バーナお
よびノズルならびに空気コンパートメントに分割構成さ
れている。そして風箱（２４）入口に設けられた空気ダ
ンパ（２２）((22a),(22c),(22d),(22e)）ならびに風箱
（２４）内に取付けられたバイアス空気ダンパ(22b) に
より、各空気コンパート内それぞれの空気量が調節でき
るようになっている。

【００１７】バーナ風箱（２４）内の上記コンパートメ
ントには、火炉（２６）内に微粉炭燃料を噴射するとと
もにその周囲から空気を投入するバーナノズル（７）の
他、二次空気のみを噴射投入するエアノズル(12a),(12
b) 、更に助燃用オイルバーナ（１５）を保有してその
周囲から空気を投入するオイル用ノズル（１３）が設け
られている。(12a) は微粉炭バーナノズル（７）の上方
にあるオーバファイア二次空気用のノズル、(12b) は微
粉炭バーナノズル（７）の下方にあるアンダーファイア
二次空気用のノズルである。

【００１８】またアフターエア風箱（２５）は、バーナ
風箱（２４）の上方に配置され、ボイラ火炉（２６）内
で燃焼する燃料中の未燃分と不完全燃焼により発生する
ＣＯとを充分に攪拌して完全燃焼させるものであって、
先端にはアフタエアノズル（25a)、入口には空気量調節
ダンパ（２３），(23a）がそれぞれ設けられる。

【００１９】次に図７ないし図９において、バーナ本体
（６）に連なるバーナ入口燃料管（５）は、微粉砕機
（３）から出る燃料管（４）に接続されている。そして
バーナ本体（６）およびバーナノズル（７）には、それ
ぞれ内部に本体内仕切板（１０）およびノズル内仕切板
（１１）が設けられている。また、バーナ入口燃料管
（５）には、内部にベンチュリー（８）およびダンパ
（９）（またはバッフル等）を内蔵し、これにより燃料
管（４）から導入される微粉炭燃料を任意に分岐して、
仕切板（１０），（１１）で複数区画に分割されたバー
ナ本体（６）およびノズル（７）の各区画に入る微粉炭
の濃度を調節できるようになっている。

【００２０】バーナ本体（６）およびバーナノズル
（７）は、風箱（２４）と風箱内仕切板(24a) により区
分される風箱コンパートメントに内蔵取付けられ、燃料
風箱コンパートメントを構成する。燃料風箱コンパート
メント内においてバーナ本体（６）およびノズル（７）
周りの二次空気は、バーナ本体（６）の外側に設置され
た仕切板（24b)により上下（イ），（ウ）に区分され、
図５に示すダンパ(22a),(22b）で制御される。ダンパ
（22a)は燃料コンパートメント内二次空気の全量を、ダ
ンパ(22b) はこれにバイアスを加へて（イ）部および
（ウ）部それぞれの流量配分を変更するものである。

【００２１】バーナノズル（７）には内部仕切板（１
１）を有し、上下に配分された燃料の濃度（濃・淡）を
保持して火炉（２６）内へ噴射投入するようになってい
る。またノズル（７）の外側は二重構造となっており、
内側の微粉燃料供給に対し外側は二次空気（イ），
（ウ）を供給するようになっている。なお、バーナノズ
ル（７）はピン（１４）で支持され、ノズル噴射方向
（角度θ）を上下に変化させることができる。

【００２２】一方燃料風箱コンパートメントの上方に
は、風箱（２４）と仕切板(24a) と上部エアノズル(12
a) で構成されるアッパエア風箱コンパートメント、ま
た下方には風箱（２４）と仕切板(24a) と下部エアノズ
ル(12b) で構成されるアンダエア風箱コンパートメント
がそれぞれ設けられ、二次空気（ア），（エ）が供給さ
れる。その流量は図５に示すダンパ(22c),(22d) で調節
される。また各エアノズル(12a),(12b) は、ピン（１
４）で支持され、上下方向に傾斜角度θを変化させるこ
とができる。

【００２３】このような装置において、燃料管（４）か
ら導入される一次空気により搬送される微粉炭は、バー
ナ入口燃料管（５）の入口に設けられたベンチュリー
（８）によって加速されると同時に、ダンパ（９）によ
って燃料入口管（５）内で分配され、バーナ本体（６）
内に設けられた仕切板（１０）によって分割区画される
通路に別れ、微粉濃度の高いコンク燃料Ｃが上側の通
路、濃度の低いウィーク燃料Ｗが下側の通路をそれぞれ
通ってバーナノズル（７）に至る。バーナノズル（７）
内でもこれ等の燃料は仕切板（１１）によりＣ，Ｗに分
岐されたまま、別々にボイラ火炉（２６）内に噴射投入
される。一方、バーナ本体（６）の外側を流れる二次空
気についても、仕切板(24b) により分割されて（イ），
（ウ）のように流れ、図５に示されるバイアスダンパ(2
2b) によってその配分量を調節される。

【００２４】このようにバーナ本体（６）内部に設けら
れた仕切板（１０）とバーナ入口燃料管（５）内部に設
けられたベンチュリー（８）およびダンパー（９）によ
って、単一バーナ本体（６）の内部に微粉炭濃度がそれ
ぞれ異なる流れＣ，Ｗを作り、これを自由に調節するこ
とによって、図１６に示される燃料濃度の最適点２点を
選び、ボイラ火炉（２６）内で発生するＮＯ_x の値を最
少にすることができる。またバーナノズル（７）の周囲
より流れる二次空気（イ），（ウ）は、バイアスダンパ
(22b) によりその配分を調節し、バーナノズル（７）内
部を流れる微粉Ｃ，Ｗの濃度と流量割合に応じて、着火
燃焼を良好に維持する。

【００２５】燃料コンパートメント上方の二次空気ノズ
ル(12a) はオーバファイアエア、同じく下方の二次空気
ノズル(12b) はアンダーファイアエアの空気量をそれぞ
れ調節し、バーナノズル（７）から噴射投入された燃料
の燃焼を促進するとともに、発生するＮＯ_x を調節す
る。風箱（２４）の上方のアフタエアノズル(25a) から
投入される二次空気は、燃焼用全体空気量を上記オーバ
ファイアエアおよびアンダファイアエアと適正に配分し
て、燃焼により発生する燃料中の未燃分と、燃焼ガス中
のＣＯ₂ の攪拌燃焼を最終的に完結させるものである。

【００２６】各バーナノズルは上下の噴射角度θを調節
することができるから、ボイラ火炉（２６）内における
燃焼ホットゾーンを上下に移動させることによって、フ
レームパスと滞溜時間を変更し、火炉内の熱吸収量の変
化，発生ＮＯ_x の変化ならびに対流部出口に設置された
過熱器の出口蒸気温度の制御を行なうことができる。

【００２７】上記のとおり、従来はバーナ入口燃料管な
らびにバーナ本体を高濃度用・低濃度用と複数設けて濃
・淡燃料組合わせ燃焼を実現する必要があったのに対
し、本実施例においては、単一バーナでこれを達成する
ことができる。また負荷や燃料成分の変化に対して従来
のバーナでは高濃度と低濃度の微粉炭流れＣ，Ｗの配分
が固定化され調節できなかったが、本実施例では運転中
これを自由に調節することができるので、発生するＮＯ
_x を最低とし、未燃分やＣＯをともに低減することがで
き、簡単で効果的な低ＮＯ_x バーナが得られる。

【００２８】次に図１０は本発明の他の実施例に係るバ
ーナ燃焼装置を示す縦断側面図、図１１は同じく正面
図、図１２は同じく背面図であって、特に図中垂直鎖線
の右側は図１０のＤ−Ｄ矢視断面を表わす。これらの図
において、前記図１ないし図９により説明した第１の実
施例と同様の部分については、冗長になるのを避けるた
め、同一の符号を付け詳しい説明を省く。

【００２９】本実施例においては、単一バーナ本体
（６）およびバーナノズル（７）内にそれぞれ２枚の仕
切板（１０），（１１）を設け、単一バーナ内で中央部
に微粉濃度の高い燃料流れＣ，上部と下部に濃度の低い
燃料流れＷがそれぞれ生じるように、バーナ入口燃料管
（５）内のバッフル（８）とダンパ（９）により調節で
きるようになっており、バーナ内部でＷ＋Ｃ＋Ｗのサン
ドウィッチ状三層微粉として火炉（２６）内に噴射し燃
焼させることができる。その効果は前記第１の実施例と
同様である。

【００３０】

【発明の効果】本発明においては、単一のバーナ本体と
バーナノズルよって、高濃度燃料と低濃度燃料を燃焼さ
せることができるので、それぞれの火炎により生成する
低ＮＯ _x の相重効果により、全体の低ＮＯ_x 燃焼が構造
簡単なバーナ燃焼装置で実現する。そしてバーナ本体入
口部に設置されたベンチュリー，ダンパ，バッフル等に
よりバーナ本体内に導入される搬送用空気中の燃料を分
離し、バーナ本体における燃料／空気の割合を濃・淡の
任意割合に調節することができる。 またバーナノズル
周囲より導入される燃焼用二次空気の割合を、同一バー
ナコンパートメント内に設けた仕切板とダンパにより制
御し、上記燃料の濃・淡の割合に応じて、バーナノズル
外囲より噴出させ、ＮＯ_x を更に低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明が適用された微粉炭燃焼コーナフ
ァイアリングボイラの一例を示す縦断面図である。

【図２】図２は図１のII−II水平断面図である。

【図３】図３は図２の III部の詳細図である。

【図４】図４は本発明の一実施例に係るバーナ燃焼装置
を示す縦断側面図（図３のIV−IV断面）である。

【図５】図５は同じく正面図である。

【図６】図６は同じく背面図であって、特に図中垂直鎖
線の右側は図４のＡ−Ａ矢視断面を表わす。

【図７】図７は図４ないし図６における単一の微粉炭バ
ーナの構造を詳細に示す縦断側面図である。

【図８】図８は同じく正面図である。

【図９】図９は図７のＢ−Ｂ，Ｂ′−Ｂ′，Ｃ−Ｃ，
Ｃ′−Ｃ′水平断面を重ねて描いた図である。

【図１０】図１０は本発明の他の実施例に係るバーナ燃
焼装置を示す縦断側面図である。

【図１１】図１１は同じく正面図である。

【図１２】図１２は同じく背面図であって、特に図中垂
直鎖線の右側は図１０のＤ−Ｄ矢視断面を表わす。

【図１３】図１３は従来のコーナファイアリング方式バ
ーナ燃焼装置の一例を示す縦断側面図である。

【図１４】図１４は同じく正面図である。

【図１５】図１５は同じく背面図である。

【図１６】図１６は濃・淡燃料組合わせ燃焼方法の原理
を示す図である。

【符号の説明】

（１） 原炭バンク （２） 給炭器 （３） 微粉砕機（ミル） （４） 燃料管 （５） バーナ入口燃料管 （５ａ），（５ｂ） 枝管 （６） バーナ本体 （６ａ），（６ｂ） バーナ本体 （７） バーナノズル （８） ベンチュリー （９） ダンパ （１０） バーナ本体内仕切板 （１１） バーナノズル内仕切板 （12ａ), (12ｂ） 二次エアノズル （１３） オイル用エアノズル （１４） ピン （１５） 助燃用オイルバーナ （１６） 強圧送風機 （１７） 空気予熱器 （１８） 風道 （１９） 分岐風道 （２０），（２１） 分配箱 （２２） 空気ダンパ （22ｂ） バイアス空気ダンパ （２３） 空気量調節ダンパ （23ａ） 空気量調節ダンパ （２４） バーナ風箱 （24ａ), (24ｂ） 空気仕切板 （２５） アフターエア風箱 （25ａ） アフタエアノズル （２６） ボイラ火炉 （２７） 吊下型対流伝熱部 （２８） 横置型対流伝熱部 （２９） 対流部出口 （３０） ボイラ出口排ガスダクト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化石燃料を燃焼させるバーナ燃焼装置に
   おいて、バーナ本体の内部を流れ方向に沿う仕切板によ
   って複数の区画に分割するとともに、それら区画の入口
   部に設けられたベンチュリー，ダンパまたはバッフルに
   より各区画に導入される燃料濃度に濃淡を生じさせるよ
   うにしたことを特徴とするバーナ燃焼装置。
2. 【請求項２】 上記バーナ本体の外周から噴射される燃
   焼用二次空気の通路を仕切板により複数の区画に分割す
   るとともに、それら区画の入口にダンパを設けたことを
   特徴とする請求項１記載のバーナ燃焼装置。