JPH0763306A - マルチスパイラル燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 火炉を有効利用し、火炉内の燃焼ガスと空気
の拡散混合を充分に行われる偏平ファイアボールを複数
個形成させる。 【構成】 ボイラ火炉本体１０１の互に対面する壁面に
複数個のバーナ１２０があり、微粉炭混合気１１０と主
バーナ用空気１１２を火炉本体１０１内の仮想円に対し
接線方向に吹き込んで相対する２個のバーナ１２０によ
る火炎１１６で形成される偏平なファイアボールを複数
個形成させる。隣り合った偏平ファイアボールの間及び
火炉壁面と火炎１１６との間にサイドエアを高速で吹込
む。複数個のバーナ１２０の中心の鉛直線上で相対する
火炉壁面にあるアデショナル空気ノズル１１４からバー
ナ１２０の吹込み方向と一致させ空気１１３を吹き込
む。バーナ１２０からの空気とサイドエアの量を燃料理
論空気の０．５〜１．０倍とすれば１１４部から下方の
火炉内１１５は還元雰囲気となりＮＯ_ｘが分解される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発電用、工場用等に使
用する蒸気発生用ボイラにおける燃焼方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の前提となる、ボイラにおける従
来の燃焼方法の一例として微粉炭燃焼の場合について図
６及び図７を用いて説明する。図６及び図７において図
示されてない石炭粉砕設備に送り込まれた石炭は微粉化
され、同時に送り込まれた搬送用空気（温風）と混合し
て微粉炭混合気１０を形成し、微粉炭混合気輸送管０６
を通してバーナ本体０２に設けられた微粉炭混合気ノズ
ル０５へ送り込まれる。

【０００３】バーナ本体０２はボイラ火炉本体０１の四
隅に設置されており、各バーナ本体０２には燃料用空気
ノズル０３と、その中心部に設けられた微粉炭混合気ノ
ズル０５及び燃料用空気ノズル０３の上下に設けられた
補助用空気ノズル０４とからなるバーナが複数組内蔵さ
れている。これ等の各ノズル０３，０４，０５は、図７
に示されているようにボイラ火炉本体０１の水平断面上
の中心部に仮想円１８を設定し、その仮想円１８に対し
て接線方向に微粉炭混合気１０及び主バーナ用空気１２
を吹き込むよう装着されている。

【０００４】ボイラ火炉本体０１にはバーナ本体０２の
上方の四隅にアディショナル空気（以下ＡＡと略称す
る）ノズル１４が設けられている。ＡＡノズル１４はバ
ーナ本体０２の各ノズル０３，０４，０５と同径の仮想
円１８をボイラ火炉本体０１の水平断面上の中心部に設
定してその仮想円１８に対して接線方向にＡＡ１３を吹
き込むよう装着されている。バーナ本体０２に設けられ
た微粉炭混合気ノズル０５へ送り込まれて来た微粉炭混
合気１０は同ノズル０５から火炉内１５へ吹き込まれ
る。

【０００５】一方、燃焼用空気１１は図示されてない送
風設備によって送気ダクト０７を通して送気され、バー
ナ本体０２へ入る前に主バーナ用空気１２とＡＡ１３と
に分流される。主バーナ用空気１２は主バーナ用空気ダ
クト０８を通してバーナ本体０２へ送り込まれ、燃料用
空気ノズル０３と補助用空気ノズル０４から火炉内１５
へ吹き込まれる。主バーナ用空気１２の量は通常、微粉
炭混合気１０として吹き込まれた微粉炭量の量論比以下
としてＡＡノズル１４よりも下部の火炉内１５を還元雰
囲気に保持し、微粉炭の燃焼によって発生した窒素酸化
物（以下、ＮＯ_x と略称する）をそこで還元する。

【０００６】主バーナ用空気１２と分流されたＡＡ１３
はＡＡ用ダクト０９を通してＡＡノズル１４へ送り込ま
れ、火炉内１５へ吹き込まれて還元燃焼で燃焼ガス中に
残存した可燃分の燃焼完結のために使用される。なお、
図中１７は空気調節ダンパである。ボイラ火炉本体０１
の四隅から火炉内１５へ吹き込まれた微粉炭混合気１０
は図示されてない着火源によって着火され、火炎１６を
形成する。それらの火炎１６は旋回流となってファイア
ボール１９を形成し、旋回しながら火炉内１５を上昇す
る。

【０００７】前述の如く、バーナ本体０２から吹き込ま
れる主バーナ用空気１２の量は微粉炭混合気ノズル０５
から微粉炭混合気１０として吹き込まれた微粉炭量の量
論比以下でありＡＡノズル１４部よりも下方の火炉内１
５は還元雰囲気となる。従って微粉炭の燃焼によって発
生した燃焼排ガスは可燃分を含有したものとなるが、微
粉炭燃焼によって発生した燃焼排ガス中のＮＯ_x は還元
され、代ってＮＨ ₃ ，ＨＣＮ等の中間生成物が発生す
る。

【０００８】この還元領域におけるＮＯ_x の還元は主バ
ーナ用空気１２と微粉炭混合気１０の拡散混合を効率良
く行って燃焼させることが重要で、主バーナ用空気１２
によって供給される酸素を完全に消費してしまう程、Ｎ
Ｏ_x 還元率が高くなる。可燃分を含有した燃焼排ガスは
ＡＡノズル１４部でＡＡ１３を吹き込まれ、火炉出口迄
に燃焼を完結する。

【０００９】以上説明した従来のボイラにおける燃焼方
法では、ボイラ火炉本体０１の水平断面上の中心部に設
定した仮想円１８の径が過小の場合は火炎１６同志が衝
突してファイアボール１９の形成が不良となり燃焼が劣
化する。逆に仮想円１８の径が過大な場合は火炎１６が
火炉内１５側壁に衝突する等によりスラッギングが激し
くなる上、燃焼も劣化するといった現象が生じる。

【００１０】そのため、従来から仮想円１８の径の決定
に当っては実績をも考慮して慎重に行われて来たが、そ
れでも高速度で吹き込まれる主バーナ用空気１２によっ
て、火炉内１５側壁と火炎１６の間に負圧が生じ（コア
ンダー効果）、火炎１６が側壁へ引き寄せられるため、
火炎１６同志が形成するファイアボール１９はその径が
仮想円１８の径よりもかなり大きな中空のドーナツ状の
ファイアボール１９となって火炉内１５を流れるので火
炉を有効利用出来なくなる。

【００１１】この結果、ＡＡノズル１４部より下方の火
炉内１５では火炎１６と主バーナ用空気１２の拡散混合
が不充分となってＮＯ_x 還元率が低下し、一方、ＡＡノ
ズル１４部より上方の火炉内１５では、燃焼ガスとＡＡ
１３の拡散混合が不充分となって燃焼ガスは、残存する
可燃分の燃焼完結がなされないまゝでボイラ火炉外へ排
出されることになる。

【００１２】このように従来のボイラにおける燃焼法で
は、大型で中空のドーナツ状のファイアボール１９が形
成されるため、火炉の有効利用に欠けることになり、低
ＮＯ _x 性及び燃焼性を高めるためには、燃焼ガスの火炉
内１５滞留時間を長くする必要があることから、必然的
に火炉容積を大きくせざるを得ないといった欠点を有し
ていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように従
来のボイラ燃焼法においては、火炉内へ高速度で吹き込
まれる主バーナ用空気により火炉内側壁と火炎の間に負
圧が生じて火炎が側壁へ引寄せられるため火炎同志で形
成するファイアボールはその径が大きくなり恰も大型の
中空ドーナツ状を呈するようになって火炉を有効利用出
来なくなっていた。その結果、火炉内における燃焼ガス
と主バーナ用空気及びＡＡの拡散混合が不充分となって
低ＮＯ_x 性及び燃焼性が劣化するといった問題があっ
た。

【００１４】本発明は、このような従来のボイラ燃焼法
における問題点を解消し、火炉を有効に利用すると共
に、火炉内におけるＮＯ_x 低減と燃焼性向上を達成する
ことのできるボイラ燃焼方法を提供することを課題とし
ている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、火炉内で燃料
を燃焼させ発生した燃焼ガスを上昇流として前記火炉内
を流すようにしたボイラの燃焼方法における前記課題を
解決するため、次の手段を採用する。

【００１６】（１）ボイラ火炉の前後壁面又は両側壁面
に相対するように複数のバーナを配列設置する。

【００１７】（２）相対したバーナ同志の中間に仮想円
を設定し、その仮想円に対して接線方向に燃料混合気及
び主バーナ用空気を吹き込んで、この相対する２個のバ
ーナによる火炎で形成される偏平なファイアボールを火
炉内に複数形成する。

【００１８】（３）隣接する偏平ファイアボール間に偏
平ファイアボール安定化用としてサイドエアを高速で吹
き込むためのサイドエアノズルを設置する。

【００１９】（４）前記複数個のバーナの中心を通る鉛
直線上で前記相対する火炉壁面に設置したＡＡノズルか
ら前記バーナにおける吹き込み方向と一致させて空気を
吹き込む。

【００２０】（５）前記バーナから吹き込まれる空気と
前記サイドエアの量を前記燃料の理論空気量に対し０．
５〜１．０倍とする。

【００２１】

【作用】本発明によるボイラ燃焼方法では、ボイラ火炉
の前後壁又は両側壁に相対するように配列設置した複数
のバーナによって、火炉内に火炎を発生させ、相対する
２個のバーナの火炎で偏平ファイアボールを多数形成さ
せる。これによって火炉内へ吹き込まれる燃料混合気と
主バーナ用空気との拡散混合が改善されるので火炉還元
領域におけるＮＯ_x 還元率が高まる。それらの偏平なフ
ァイアボールの間には高速のサイドエアが吹き込まれる
ので偏平ファイアボール同志の干渉が防止され火炉内に
安定した燃焼が持続される。

【００２２】更に、バーナの鉛直線上の火炉に配設され
たＡＡノズル部付近では燃焼ガスとＡＡノズルから吹き
込まれたＡＡとの接触度合が高まるので両者の拡散混合
が改善され、ボイラ火炉出口では充分に燃焼完結が可能
となる。このように、本発明による燃焼方法によれば、
火炉内に複数の偏平ファイアボールを形成させて火炉を
有効利用することにより還元領域におけるＮＯ_x の還元
効果及びＡＡと燃焼ガスの拡散混合の改善を図ることが
できる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明による燃焼方法の実施の態様を
図１〜図５を用いて具体的に説明する。図１、図２、及
び図３において、図示されてない石炭粉砕設備に送り込
まれた石炭は微粉化され、同時に送り込まれた搬送用空
気と混合して微粉炭混合気１１０を形成し、微粉炭混合
気輸送管１０６を通してボイラ火炉本体１０１の前後壁
に設けられたバーナ１２０へ送り込まれる。ボイラ火炉
本体１０１の前後壁には夫々同数のバーナ１２０が同一
平面上に相対して設けられている。バーナ１２０の中心
部には燃料用空気ノズル１０３が装着され、その上下に
補助用空気ノズル１０４が設けられている。更に、燃料
用空気ノズル１０３の中心部には微粉炭混合気ノズル１
０５が装着されている。

【００２４】相対したバーナ１２０同志の中間に仮想円
１１８を設定してその仮想円１１８に対して接線方向に
微粉炭混合気１１０及び主バーナ用空気１１２を吹き込
めるような角度でバーナ１２０が設置されている。図２
は仮想円１１８に対する吹き込み角度＝０度、図３は吹
き込み角度１０度の場合について示したものである。ボ
イラ火炉本体１０１の前後壁に設けられた他の複数のバ
ーナ１２０も上記と同様な要領で設置されている。バー
ナ１２０へ送り込まれて来た微粉炭混合気１１０は微粉
炭混合気ノズル１０５から火炉内１１５へ吹き込まれ
る。

【００２５】一方、燃焼用空気１１１は図示されてない
送風設備によって送気ダクト１０７を通して送気され、
バーナ１２０へ入る前に主バーナ用空気１１２、サイド
エア１２１及びＡＡ１１３の３系統に分流される。主バ
ーナ用空気１１２は主バーナ用空気ダクト１０８を通じ
てバーナ１２０へ送り込まれ、燃料用空気ノズル１０３
と補助用空気ノズル１０４から火炉内１１５へ吹き込ま
れる。ボイラ火炉本体１０１にはバーナ１２０の他にサ
イドエアノズル１２３とＡＡノズル１１４が設置されて
いる。なお、図中１１７は空気量調節ダンパである。

【００２６】サイドエアノズル１２３は火炉内１１５に
複数組形成される偏平ファイアボール１１９の安定化を
図って隣接する偏平ファイアボール１１９同志の干渉防
止とファイアボール形成の補助を目的として前記ファイ
アボール１１９間にサイドエア１２１を吹き込むためバ
ーナ１２０同志間に設けられている。

【００２７】図４はバーナ１２０とサイドエアノズル１
２３の１例を概略示したものである。図４にはバーナ１
２０とサイドエアノズル１２３を１体に組み込んだもの
を示してあるが、もちろん別々に構成したものにしても
良い。バーナ１２０の上方にはＡＡノズル１１４が設置
されている。図５はＡＡノズル１１４の設置状況の一例
を示したものであるが、ＡＡノズル１１４の水平面上に
おけるＡＡ１１３吹き込みの位置及び角度はバーナ１２
０と同一である。

【００２８】微粉炭混合気ノズル１０５から火炉内１１
５へ吹き込まれた微粉炭混合気１１０は図示されてない
着火源によって着火し、火炎１１６を形成し、燃料用空
気ノズル１０３及び補助用空気ノズル１０４から火炉内
１１５へ吹き込まれた主バーナ用空気１１２によって燃
焼を継続する。火炉内１１５に形成された火炎１１６は
相対して反対側の壁面に設けられたバーナ１２０の火炎
１１６との間で偏平ファイアボール１１９を形成する。
他のバーナ１２０の火炎１１６も相対する反対側の壁面
に設けられたバーナ１２０の火炎１１６との間で偏平フ
ァイアボール１１９を形成する。このようにして火炉内
１１５に複数の偏平ファイアボール１１９が形成され
る。

【００２９】このようにして相対する２個のバーナ１２
０の火炎１１６によって形成された偏平ファイアボール
１１９はそのまゝでは隣接の偏平ファイアボール１１９
と干渉して夫々のファイアボール形成が不安定となると
共に火炉内１１５全体の燃焼が劣化する恐れがある。サ
イドエアノズル１２３へサイドエア用ダクト１２２を通
して送り込まれたサイドエア１２１はこの隣接した偏平
ファイアボール１１９間に高速度で吹き込まれる。その
結果、偏平ファイアボール１１９同志の干渉が防止さ
れ、安定した偏平ファイアボール１１９の形成が可能と
なる。

【００３０】サイドエア１２１は図３に示す如く、右ま
たは左側壁に最も近く位置するバーナ１２０の微粉炭混
合気１１０及び主バーナ用空気１１２が側壁に接する方
向に吹き込まれ、あるいは形成された火炎１１６が側壁
に衝突する恐れがあるような場合は火炎１１６と側壁の
間に吹き込んで火炎１１６が側壁へ衝突するのを防止す
るためにサイドエアノズル１２３をバーナ１２０と火炉
側壁間にも設置する。対向するバーナ１２０同志の火炎
１１６は偏平ファイアボール１１９を形成しながら燃焼
が進行し、燃焼ガスとして火炉内１１５を上昇し、ＡＡ
ノズル１１４部へ達する。

【００３１】ＡＡノズル１１４部迄の燃焼は微粉炭混合
気１１０、主バーナ用空気１１２及びサイドエア１２１
によって供給される空気量の合計が火炉内１１５へ吹き
込まれる微粉炭混合気１１０中の微粉炭量の理論空気量
に対して０．５〜１．０倍（空気比＝（供給した全空気
量）／（微粉炭量×理論空気量）＝０．５〜１．０）と
なるよう設定して行う。従ってＡＡノズル１１４部下方
の火炉内１１５は還元領域であり、こゝでの燃焼ガスは
可燃分を含有している。

【００３２】微粉炭の燃焼により燃焼ガス中にはＮＯ_x
が発生するが、発生したＮＯ_x は還元領域において次の
反応により分解（実際はＮＯ_x 中に約９５％含有するＮ
Ｏが分解）する。

【００３３】

【数１】

【００３４】こゝで、＊印は化学反応初期のラジカルを
表し、（３）式中のＮＨ_i はＮ化合物を代表して表した
ものである。このように微粉炭の燃焼反応によって発生
した炭化水素が酸素との反応によって発生させたラジカ
ルによってＮＯは分解する。

【００３５】燃焼ガスは還元領域からＡＡノズル１１４
部へ達し、ＡＡノズル１１４によってＡＡ用ダクト１０
９からのＡＡ１１３を吹き込まれる。燃焼ガス中の可燃
分は吹き込まれたＡＡ１１３中の酸素との酸化反応によ
って燃焼を完結する。これらの還元工程及び酸化工程に
おいて最も重要なことは火炎１１６と空気あるいは燃焼
ガスと空気の拡散混合を効率良く行わしめることであ
る。

【００３６】本発明では火炉内１１５に安定した複
（多）数の偏平ファイアボール１１９を形成することに
より火炎１１６及び燃焼ガスと空気との拡散混合が促進
されて火炉有効利用率が高まるので火炉のコンパクト化
が可能となる。以上、本発明を図示した実施例に基づい
て具体的に説明したが、本発明がこれらの実施例に限定
されず特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で、その具
体的な態様に種々の変更を加えてよいことはいうまでも
ない。例えば、上記実施例ではボイラ火炉内で微粉炭を
燃焼させる場合について説明したが、燃料としては微粉
炭に限らず、液体燃料や気体燃料であってもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上、具体的に説明したように本発明に
よる燃焼方法によれば次のような効果を奏することがで
きる。

【００３８】（１）本燃焼法では、火炉内に多数の偏平
ファイアボールを形成することにより火炉を有効利用出
来るため従来の燃焼法に比べて低ＮＯ_x 性及び燃焼性が
飛躍的に向上する。

【００３９】（２）本燃焼方法では、サイドエアを隣接
した偏平ファイアボール間及び火炉側壁と火炎との間に
高速度で吹き込むことにより偏平ファイアボール同志の
干渉を防止して安定した偏平ファイアボールが形成出
来、かつ、火炉側壁面へのスラッギングを防止出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による燃焼方法を実施するためのボイラ
の概略断面図で、図２のＡ−Ａ線に沿う縦断面図。

【図２】図１におけるＢ−Ｂ線に沿うボイラの水平断面
図。

【図３】本発明による燃焼方法を実施するための他のボ
イラを水平断面で示す図２と同様の図面。

【図４】図２及び図３におけるバーナとサイドエアノズ
ルの一例を示す正面図。

【図５】図１に示したボイラにおけるＡＡノズル部の水
平断面図。

【図６】従来の燃焼法の１例を説明するためのボイラの
概略断面図で図７のＩ−Ｉ線に沿う縦断面図。

【図７】図６のII−II線に沿う水平断面図。

【符号の説明】

１０１ ボイラ火炉本体 １０３ 燃料用空気ノズル １０４ 補助用空気ノズル １０５ 微粉炭混合気ノズル １０６ 微粉炭混合気輸送管 １０７ 送気ダクト １０８ 主バーナ用空気ダクト １０９ ＡＡ用ダクト １１０ 微粉炭混合気 １１１ 燃焼用空気 １１２ 主バーナ用空気 １１３ ＡＡ １１４ ＡＡノズル １１５ 火炉内 １１６ 火炎 １１７ 空気量調節ダンパ １１８ 仮想円 １１９ 偏平ファイアボール １２０ バーナ １２１ サイドエア １２２ サイドエア用ダクト １２３ サイドエアノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大栗 正治 長崎市深堀町五丁目717番地１ 長菱エン ジニアリング株式会社内 (72)発明者 倉ヶ崎 六男 長崎市大谷町３番５号 株式会社菱研テッ ク内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 火炉内で燃料を燃焼させ発生した燃焼ガ
   スを上昇流として前記火炉内を流すようにしたボイラの
   燃焼方法において、前記火炉における相対する壁面に設
   置した複数個のバーナによって燃料混合気と主バーナ用
   空気を仮想円に対し接線方向に吹き込んで相対した２個
   のバーナによる火炎で形成される偏平なファイアボール
   を複数個形成させ、隣り合った前記偏平ファイアボール
   の間にサイドエアを高速で吹き込み、前記複数個のバー
   ナの中心を通る鉛直線上で前記相対する火炉壁面に設置
   したアデショナル空気ノズルから前記バーナにおける吹
   き込み方向と一致させて空気を吹き込み、かつ、前記バ
   ーナから吹き込まれる空気と前記サイドエアの量を前記
   燃料の理論空気量に対し０．５〜１．０倍とすることを
   特徴とするマルチスパイラル燃焼方法。