JPH08178210A - 旋回燃焼火炉用バーナ装置 - Google Patents

旋回燃焼火炉用バーナ装置

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JPH08178210A
JPH08178210A JP6322395A JP32239594A JPH08178210A JP H08178210 A JPH08178210 A JP H08178210A JP 6322395 A JP6322395 A JP 6322395A JP 32239594 A JP32239594 A JP 32239594A JP H08178210 A JPH08178210 A JP H08178210A
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JP
Japan
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mixture
air
furnace
burner
fuel
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JP6322395A
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English (en)
Inventor
Masatoshi Kudome
正敏 久留
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微粉炭焚き旋回燃焼火炉において、低揮発分
炭の着火・燃焼を安定化させるとともに、水冷管壁の腐
食を抑制すること。 【構成】 微粉炭と1次空気との混合気を燃料濃度の高
い濃混合気と燃料濃度の低い淡混合気とに分割し、火炉
(1)内の仮想円(3)の接線方向に装着された混合気
ノズル(9)の炉心側のポートから濃混合気を、炉壁側
のポートから淡混合気を、それぞれ投入する。また、上
記混合気ノズル(9)と2次空気ノズルとを斜め下向き
に取付ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電力事業用ボイラ等、
産業用ボイラの燃焼装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図11は従来の電力事業用ボイラの一例
を示す縦断側面図、図12は上記ボイラの火炉水平断面
図、図13は上記火炉の4隅付近に設けられるバーナ風
箱の1つを示す斜視図である。これらの図はバーナ5段
構成の例を示す。図13において(A)は2次空気専用
のコンパートメントであり、2次空気ノズル(10)が
装着されている。(F)は1次混合気コンパートメント
を示し、混合気ノズル(9)が装着されている。微粉炭
機等より供給された1次混合気は濃淡分離することなし
に混合気ノズル(9)より炉内に投入される。またバー
ナ(2)は一般に図11に矢印で示すように水平に設置
するか、または可動式になっており、可動式の場合、蒸
気温度が低ければ上向き、高ければ下向きにして、蒸気
温度を制御する。水平断面内におけるバーナ(2)の噴
射方向は、図12に示されるように、火炉(1)中心部
の仮想円(3)の接線方向である。これにより、図16
に示されるように、火炉中央部に旋回炎(4)が形成さ
れる。
【0003】次に図14は従来の電力事業用ボイラの他
の例におけるバーナ風箱を示す斜視図、図15は垂直分
配器の構造を例示する縦断面図である。この例では風箱
の燃料または1次混合気コンパートメントが濃混合気コ
ンパートメント(FD)と淡混合気コンパートメント
(FL)に上下方向に分割され、それぞれ濃混合気ノズ
ル(9D)と淡混合気ノズル(9L)が装着されてい
る。1次混合気は垂直分配器により濃淡に分離され、そ
れぞれ濃混合気ノズル(9D)と淡混合気ノズル(9
L)から炉内に投入される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
1) 図9にノズル出口混合気濃度(A/C)と着火点
距離(ノズル先端から着火点迄の距離)との関係を示す
が、これから判るように、低揮発分炭は着火性が低く着
火点距離が長いので、着火不安定現象を起し易い。安定
燃焼を行なわせるためには濃混合気濃度(A/C)を
1.0程度にすることが必要であるが、図5に示される
従来の垂直分配器を用いた濃混合気濃度はA/Cは1.
5以上であり、無煙炭等の低揮発分炭燃焼には着火不安
定の問題が伴う。特に微粉炭機の低負荷運転時は、微粉
炭機出口の混合気濃度は3.5〜4.5にもなり、垂直
分離器出口でも2.0以上となって、熱負荷も低下する
低負荷では着火燃焼が不安定になるので、油等の助燃が
必要となる。
【0005】2) 図10にバーナ部熱負荷と着火点距
離との関係を示すが、熱負荷が低いと着火点は遠くなり
着火不安定となる。特に低揮発分炭では低負荷時に着火
が不安定となり易い。
【0006】3) 従来は燃料投入が水平断面では一様
になされるから、低負荷時に火炉炉心部に高熱負荷の安
定着火燃焼ゾーンが形成され難い。
【0007】4) 空気過剰率を低減したりオーバアア
イアリングエアを投入する場合、従来は周壁沿いが還元
雰囲気となり、スラグ発生や水冷壁管の腐食を惹起する
可能性がある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記従来の
課題を解決するために、次のような旋回燃焼火炉用バー
ナ装置を提案するものである。
【0009】1) 火炉中心部に旋回炎を形成する微粉
炭焚きボイラにおいて、微粉炭と1次空気との混合気を
燃料濃度の高い濃混合気と燃料濃度の低い淡混合気とに
分割し、火炉内の仮想円の接線方向に装着された混合気
ノズルの炉心側のポートから濃混合気を、炉壁側のポー
トから淡混合気を、それぞれ投入するようにしたことを
特徴とする旋回燃焼火炉用バーナ装置。
【0010】2) 上記要件に加えて、上記混合気ノズ
ルと2次空気ノズルとが斜め下向きに取付けられたこと
を特徴とする旋回燃焼火炉用バーナ装置。
【0011】3) 上記1)の要件に加えて、上記濃混
合気ポートと上記淡混合気ポートとが、ほぼ横方向に配
置されたことを特徴とする旋回燃焼火炉用バーナ装置。
【0012】
【作用】
1) 前記第1の解決手段においては、微粉炭と1次空
気との混合気を燃料濃度の高い濃混合気と燃料濃度の低
い淡混合気とに分割し、混合気ノズルの炉心側のポート
から濃混合気を投入するので、火炉炉心部に高燃焼密度
領域が形成され、それが強力な着火熱源となる。したが
って難燃性の低揮発分炭も安定着火燃焼させることがで
きる。また炉壁側のポートからは淡混合気を投入するの
で、NO x 低減、ボイラ効率向上のために低空気比で運
転する場合でも、火炉周壁側が還元雰囲気になり難く、
したがってスラッグや水冷壁管腐食が発生し難い。
【0013】2) 前記第2の解決手段においては、上
記混合気ノズルと2次空気ノズルとが斜め下向きに取付
けられているので、バーナ部、特に最下段バーナ部の熱
負荷が著しく増大する。したがって難燃性の石炭も最下
段バーナを含み安定に着火燃焼し易い。
【0014】3) 前記第3の解決手段においては、上
記濃混合気のポートと上記淡混合気のポートとが、ほぼ
横方向に配置されているので、バーナ全体の高さを低く
できる。したがってバーナ部の燃焼熱負荷を大きくで
き、更に安定した燃焼が可能となる。
【0015】
【実施例】図1は本発明の一実施例を適用したボイラを
示す縦断側面図、図2は上記ボイラの火炉水平断面図、
図3は上記火炉の4隅付近に設けられるバーナ風箱の1
つを示す斜視図、図4は図3のノズル部の詳細構造を示
す正面図、図5は本実施例で用いられる水平分配器の構
造を示す平面図である。
【0016】本実施例は火炉(1)内に1つの旋回炎を
形成する1旋回炎燃焼の例であり、5段のバーナで構成
されている例である。バーナ風箱(7)は火炉(1)の
4隅またはそれに近い前後壁の4個所に設置され、それ
ら各バーナ風箱(7)にそれぞれ5段のバーナが装着さ
れている。バーナ風箱(7)は図3に示されるように、
11の2次空気の通路に区分され、その各々に風量制御
ダンパ(8)が装備されている。各2次空気通路出口部
は上から順に2次空気コンパートメント(A)と1次混
合気コンパートメント(F)とを交互に形成している。
また図4に示されるように、2次空気コンパートメント
(A)内には2次空気ノズル(10)が設けられ、1次
混合気コンパートメント(F)内には混合気ノズル
(9)が設けられており、その周囲は2次空気ポート
(11)を形成している。更に混合気ノズル(9)に
は、火炉中心側に濃混合気ポート(9D)、火炉壁側に
淡混合気ポート(9L)が、横並びに形成されている。
上記混合気ノズル(9)と2次空気ノズル(10)は、
図1に示されるように斜め下向きに取付けられている。
そしてバーナ入口には、図5に示されるような水平分配
器が設置されている。
【0017】図示しない微粉炭機から微粉炭管を経て送
られて来た1次混合気は、水平分配器により濃混合気と
淡混合気に分割され、混合気ノズル(9)の濃混合気ポ
ート(9D)と淡混合気ポート(9L)から、図2に示
されるように炉内の仮想円(3)の接線方向にそれぞれ
投入されて燃焼する。4隅4本のバーナ(混合気ノズ
ル)が1台の微粉炭機に接続されている。水平分配器
は、微粉炭管によって搬送されて来る空気/石炭比2.
0〜4.5の混合気を分離し、濃混合気の濃度(1次空
気/石炭重量比)を0.8〜1.2に増加する。
【0018】本実施例においては、1次混合気を濃淡2
つの混合気に分割し、濃混合気を火炉の炉心側に投入す
るので、炉内の燃焼様相は、図6に示されるように、火
炉中心部に安定した高密度燃焼域が形成される。したが
って難燃性の低揮発分炭等も安定着火燃焼させることが
できる。一方、炉内壁側では燃料濃度の低い淡混合気が
燃焼するので、炉壁沿いに還元雰囲気が発生し難い。し
たがって火炉水冷壁の過剰スラッグ発生が抑止され、ま
た水冷壁管の硫化腐食も防止される。
【0019】低揮発分炭の火炎伝播速度は燃料混合気濃
度が高い程速く、例えば無煙炭等では混合気濃度(1次
空気/石炭重量比)が約1.0近傍で最高となり安定し
た着火燃焼を確保することができる。本実施例では、水
平分配器により濃混合気の濃度を0.8〜1.2に高め
るので、火炉中心部の着火燃焼安定性が更に向上する。
【0020】従来は、図7の左側に示されるように、バ
ーナを水平に取付けていたので、火炉内熱負荷分布は図
7中に破線で示されるような曲線となり、下段バーナ部
の熱負荷が極度に低下して、下段バーナの安定着火・燃
焼は困難であったが、本実施例では図7の右側に示され
るように、バーナを斜め下向きに傾斜設置するので、主
燃焼域が下段バーナ側に移り、図7中に実線で示される
ように高熱負荷域が下段バーナ部に位置するようにな
る。その結果、最下段バーナを含み着火と燃焼を安定化
することができる。図8は最下段のバーナ高さの水平断
面における火炉前後壁面の熱負荷分布を示す。点線はバ
ーナを水平に取付けた場合、実線はバーナを斜め下向き
に取付けた場合である。バーナを下向きに取付けること
により、最下段バーナのレベルにおける熱負荷が大幅に
上昇すること、更にバーナを火炉の隅から前後壁(約ク
ォータポイント)に移すことにより、バーナ部熱負荷が
上昇することが、この図から判る。
【0021】本実施例ではまた、濃混合気ポート(9
D)と淡混合気ポート(9L)を横に並列に配置したの
で、燃料コンパートメント(F)と2次空気コンパート
メント(A)の高さが低減される。したがってバーナ部
主燃焼域の熱負荷が増大し、安定着火燃焼を確保し易
い。
【0022】上記実施例は、火炉の4隅近傍にバーナ風
箱を設けて火炉内に1つの旋回炎を形成する1旋回炎燃
焼の例であったが、そのような4隅バーナを2組、炉幅
方向に設置し、2つの旋回炎を一つの火炉に形成させる
ようにしてもよい。その場合にはバーナ本数が2倍とな
り、バーナ容量が1/2となるので、大容量バーナで1
旋回燃焼炎を形成する場合よりも着火燃焼の安定性が更
に向上する。
【0023】また上記実施例は微粉炭を燃料とするもの
であったが、油、ガス、その他(廃棄物、チップ等)、
石炭以外の燃料を使用するバーナ装置にも本発明を適用
することができる。その場合、微粉炭の場合の混合気に
相当するのが即燃料であって、燃料を非等分(例えば
7:3)に分配するとともに燃料コンパートメントから
投入する2次空気量を等分するか、あるいは燃料を等分
するとともに2次空気量を非等分するかして、濃燃料と
淡燃料とを形成し、濃燃料を炉心側、淡燃料を炉壁側に
投入するのである。
【0024】上記において更に、淡燃料と2次空気を燃
料ノズル内で予め混合して火炉内に投入して燃焼させ
て、いわゆる予混合炎を形成することにより、NOx
生量を低減することができる。燃料ノズル内で予混合気
を形成させるためには、燃料ノズルを多孔式とする等、
混合機能を改善する必要がある。この場合、濃燃料炎の
方は火炉内で2次空気と混合するようにする。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、火炉中心部に高燃焼密
度領域が形成されるので、それが強力な着火熱源とな
る。したがって難燃性の低揮発分炭でも安定して着火燃
焼させることができる。またNOx 低減、ボイラ効率向
上のために低空気比運転する場合でも、火炉周壁側が還
元雰囲気になり難く、したがってスラッグ発生や水冷壁
管腐食が抑制される。
【0026】本発明ではまた、バーナ部、特に最下段の
バーナ部の熱負荷が著しく増大するので、この点からも
難燃性の石炭が最下段バーナを含み安定して着火燃焼す
る。
【0027】更に本発明において濃混合気と淡混合気の
ポートを横に配置すれば、バーナ全体の高さを低くでき
るので、バーナ部燃焼熱負荷が増大し、一層の安定燃焼
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の一実施例を適用したボイラを示
す縦断側面図である。
【図2】図2は図1のボイラの火炉水平断面図である。
【図3】図3は図2の火炉の4隅付近に設けられるバー
ナ風箱の1つを示す斜視図である。
【図4】図4は図3のノズル部の詳細構造を示す正面図
である。
【図5】図5は上記実施例で用いられる水平分配器の構
造を示す平面図である。
【図6】図6は上記実施例における火炉内の燃焼様相を
示す図である。
【図7】図7は火炉内の垂直方向熱負荷分布を示す図で
ある。
【図8】図8は火炉の水平断面における熱負荷分布を示
す図である。
【図9】図9はノズル出口混合気濃度と着火点距離との
関係を示す図である。
【図10】図10はバーナ部熱負荷と着火点距離との関
係を示す図である。
【図11】図11は従来の電力事業用ボイラの一例を示
す縦断側面図である。
【図12】図12は図11のボイラの火炉水平断面図で
ある。
【図13】図13は図12の火炉の4隅付近に設けられ
るバーナ風箱の1つを示す斜視図である。
【図14】図14は従来の電力事業用ボイラの他の例に
おけるバーナ風箱を示す斜視図である。
【図15】図15は図14のボイラで用いられる垂直分
配器の構造を例示する縦断面図である。
【図16】図16は図11のボイラにおける火炉内の燃
焼様相を示す図である。
【符号の説明】
(A) 2次空気(専用)コンパートメント (F) 1次混合気コンパートメント(燃料コンパー
トメント) (FD) 濃混合気コンパートメント (FL) 淡混合気コンパートメント (1) 火炉 (2) バーナ (3) 仮想円 (4) 旋回炎 (7) バーナ風箱 (8) 風量制御ダンパ (9) 混合気ノズル (9D) 濃混合気ポート(ノズル) (9L) 淡混合気ポート(ノズル) (10) 2次空気ノズル (11) 2次空気ポート

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 火炉中心部に旋回炎を形成する微粉炭焚
    きボイラにおいて、微粉炭と1次空気との混合気を燃料
    濃度の高い濃混合気と燃料濃度の低い淡混合気とに分割
    し、火炉内の仮想円の接線方向に装着された混合気ノズ
    ルの炉心側のポートから濃混合気を、炉壁側のポートか
    ら淡混合気を、それぞれ投入するようにしたことを特徴
    とする旋回燃焼火炉用バーナ装置。
  2. 【請求項2】 上記混合気ノズルと2次空気ノズルとが
    斜め下向きに取付けられたことを特徴とする請求項1記
    載の旋回燃焼火炉用バーナ装置。
  3. 【請求項3】 上記濃混合気ポートと上記淡混合気ポー
    トとが、ほぼ横方向に配置されたことを特徴とする請求
    項1記載の旋回燃焼火炉用バーナ装置。
JP6322395A 1994-12-26 1994-12-26 旋回燃焼火炉用バーナ装置 Pending JPH08178210A (ja)

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