JPH0921507A - 微粉炭燃焼方法および微粉炭燃焼装置ならびに空気旋回器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空気に旋回流を与えて噴出させるバーナのノ
ズルから噴出する空気流量と旋回強度を測定し、その測
定値に基づき旋回強度と空気供給量を最適化し、ＮＯｘ
を抑制し未燃分を低減する手段を備えた微粉炭燃焼装置
を提供する。 【構成】 トルク検出器１２４は、旋回器１２１の通過
空気から案内羽根１２２に作用する力を計測する。制御
装置１３４は、その力と案内羽根１２２の角度から空気
流量を求め、案内羽根１２２の角度と空気流量から旋回
強度を求め、空気流量，旋回強度，負荷信号，排ガス分
析値等に基づき、案内羽根角度調節器１３１と２次空気
流量調節器１３３を介して、空気流量や旋回強度を最適
化する。 【効果】 空気ノズルで周方向に均一な空気流を形成で
き、火炎の不安定要因を無くし、ＮＯｘを抑制し未燃分
を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微粉炭燃焼装置に係
り、特に、微粉砕した石炭を燃焼するバーナの空気の噴
出方向に対して周方向に速度を誘起する旋回流発生手段
の空気流量と旋回強度とを最適化する手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料中の窒素分や空気中の窒素分が燃焼
時に酸化されて生じる窒素酸化物すなわちＮＯｘは、大
気汚染物質であり、極力低減することが望まれている。
特に、石炭の燃焼においては、他の気体燃料や液体燃料
に比べて、燃料中の窒素含有量が多い。したがって、石
炭の燃焼時に生じるＮＯｘ量は、気体燃料などの燃焼時
に生じるＮＯｘ量よりも多い。このため、石炭の燃焼に
おいて、ＮＯｘ抑制は、特に重要な課題である。

【０００３】燃焼時に生じるＮＯｘを抑制しようとする
場合、一般に空気の供給量を少なくするので、石炭を完
全燃焼させにくくなる。その結果、石炭中に含まれる未
燃焼分いわゆる未燃分が、多く発生しやすい。石炭の燃
焼においては、ＮＯｘの抑制と未燃分の低減とを両立さ
せる燃焼技術の確立が重要となる。

【０００４】石炭の燃焼時に発生するＮＯｘの抑制方法
としては、２段燃焼法，排ガス再循環法、炉内脱硝法、
低ＮＯｘバーナ法などが知られている。これらの方法
は、いずれも、一部の燃焼領域において燃焼領域に供給
する空気量を少なくし、低い空気比条件で燃焼させ、Ｎ
Ｏｘの発生を抑制する。そして、別の燃焼領域において
燃焼領域に供給する空気量を増やし、１以上の高い空気
比条件で燃焼させ、未燃分を低減する。このように、燃
焼領域により供給空気量を変え、ＮＯｘの抑制と未燃分
の低減とを両立させることをめざしている。これらの方
法において、十分な効果を得るには、バーナから燃焼領
域に供給する空気量を正確に制御する必要がある。

【０００５】例えば特開昭57-73305号公報に示されるバ
ーナの場合、バーナの中心に微粉炭を気流搬送する燃料
ノズルを設けるとともに、この燃料ノズルの外周に同心
円状に空気ノズルを設け、燃焼用空気を旋回流として供
給する。燃焼用空気を旋回流で供給すると、空気は、ノ
ズルから噴出後、旋回に伴う遠心力によりバーナの外側
に向かって流れる。

【０００６】バーナ出口の近くでは、微粉炭と燃焼用空
気とは混合せず、微粉炭は低い空気比条件で燃焼する。
空気比１未満の低い空気比条件では、還元雰囲気が形成
される。この還元雰囲気では、石炭中の窒素分は、主に
シアン化水素ＨＣＮやアンモニアＮＨ₃などの還元性窒
素化合物として放出される。これらの還元性窒素化合物
は、ＮＯｘの前駆物質ではあるが、ＮＯｘを窒素に還元
する反応も生じることが知られている。したがって、石
炭中の窒素分を還元性窒素化合物とし、ＮＯｘと還元反
応させ、ＮＯｘ生成量を抑制できる。

【０００７】一方、バーナ出口から離れるに従い、燃焼
用空気に加えられた旋回流は減衰する。その結果、燃焼
用空気は、バーナから離れた位置で微粉炭と混合する。
このバーナから離れた位置では、空気比が１以上の高い
空気比条件となり、石炭中に残留している未燃分を燃焼
する。したがって、ボイラ出口においては、未燃分が低
減される。

【０００８】このようにバーナから供給する燃焼用空気
を旋回流として供給すると、ＮＯｘを抑制するとともに
未燃分を低減できる。この方法でより一層の低ＮＯｘ化
を追求するには、燃焼用空気の供給量と旋回強度とを正
確に把握して制御し、燃焼用空気と微粉炭との混合比を
燃焼領域毎に最適化することが重要である。

【０００９】ところが、従来のボイラの場合、複数本の
バーナを備え、数本のバーナ毎に共通の風箱(かざばこ)
を形成し、燃焼用空気を供給する構造を採用しており、
数本のバーナに共通な風箱について、燃焼用空気の供給
を制御する方法が採用されている。

【００１０】したがって、個々のバーナに供給される燃
焼用空気量を正確に把握して制御する手段が無いため、
各バーナ毎に供給される燃焼用空気量が変動する問題が
あった。空気の旋回強度は、空気量と旋回流発生器内の
案内羽根の角度とで決まるから、空気の供給量が変動す
ると、旋回強度も変動する。燃焼用空気の供給量や旋回
強度の変動は、個々のバーナに対する最適な燃焼状態の
形成には障害であり、火炎を不安定にし、ＮＯｘや未燃
分を増加させる要因となる。

【００１１】これらの課題を解決する一手段として、特
開昭57-90522号公報は、バーナ毎に風箱を設け、各バー
ナ毎に燃焼用空気の量を調節する方法を示している。ま
た、特開昭62-276309号公報は、風箱内に２次空気流路
および３次空気流路を独立に設け、案内羽根で個々の空
気流量を調節し、案内羽根の傾斜角により旋回強度を調
節する低ＮＯｘ燃焼用バーナを示している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭62-276309
号公報の技術によると、燃焼用空気は、風箱から２次お
よび３次空気流路を通り、各々の流路内に設けられた案
内羽根を介して、ノズルから噴出する。燃焼用空気の供
給量および旋回強度は、案内羽根の角度の調節で決定さ
れる。バーナの燃焼状態は、燃焼用空気の供給量と旋回
強度とが影響するので、最適な燃焼状態を形成するに
は、案内羽根の角度の調節が必要である。

【００１３】しかし、実際の燃焼用空気の供給量と旋回
強度とは、案内羽根の角度に応じて相互に干渉しながら
変化するので、ノズルから噴出する燃焼用空気の供給量
と旋回強度とを正確に把握することは困難となる。特
に、旋回強度を示す指標であるスワール数で０.６以上
の強旋回を加える場合、案内羽根の角度を燃焼用空気の
進行方向に対して大きくする必要があり、案内羽根で生
じる圧力損失が増加し、空気の供給量に対する案内羽根
の角度の影響が大きくなる。このため、強旋回状態で
は、案内羽根の設定角度のばらつきや風箱内での空気流
動の片寄りが、燃焼用空気の供給量の変動および旋回強
度の変動となって現われ、不安定な燃焼状態を生じやす
くなる。

【００１４】燃焼用空気をバーナから均一に噴出させる
１手段としては、風箱を大きくし、案内羽根で生じる圧
力損失が風箱内の空気の流動に与える影響を相対的に小
さくし、空気の供給を安定化する方法がある。しかし、
この方法では、風箱が巨大となり、実際の微粉炭燃焼装
置に適用しようとすると、寸法上および製作コスト上の
制約により、実現が困難となる。

【００１５】また、上記特開昭57-90522号公報に示され
るようにバーナ毎に風箱を設ける方式も、製作コストが
高くなるという問題があった。

【００１６】そこで、実際の燃焼装置への適用において
は、空気の供給量および旋回強度を計測し、この計測結
果に基いて、案内羽根の角度を調節する方法が考えられ
る。しかし、従来の燃焼装置は、簡易にしかも圧力損失
を増加させずにノズル部近くの燃焼用空気の供給量と旋
回強度とを計測する手段を備えていなかった。

【００１７】本発明の目的は、案内羽根上を通過する燃
焼用空気の供給量と旋回強度とを簡易にしかも圧力損失
を増加させずに計測し、この計測結果に基づき空気の供
給量や旋回強度を制御し、燃焼状態を最適化する微粉炭
燃焼方法および微粉炭燃焼装置ならびにこの燃焼装置に
用いる空気旋回器を提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、微粉炭および搬送用空気からなる１次燃料
と旋回流を付与された空気とをバーナに供給し微粉炭を
燃焼させる微粉炭燃焼方法において、空気に旋回流を付
与する旋回流発生手段が空気から受ける力を計測し、力
の計測値に基づき空気の流量と旋回強度を測定し、測定
値に基づき空気の流量と旋回強度の少なくとも一方を調
整する微粉炭燃焼方法を提案するものである。

【００１９】本発明は、また、上記目的を達成するた
め、微粉炭および搬送用空気からなる１次燃料を供給す
る手段と空気に旋回流を付与し１次燃料の外周から供給
する手段とを有し微粉炭を燃焼させる微粉炭燃焼装置に
おいて、空気に旋回流を発生させる旋回流発生手段が空
気から受ける力を計測する手段と、力の計測値に基づき
空気の流量と旋回強度を測定する手段と、測定値に基づ
き空気の流量と旋回強度の少なくとも一方を調整する指
令を空気供給手段に出力する制御手段とを備えた微粉炭
燃焼装置を提案するものである。

【００２０】力計測手段は、具体的には、旋回流発生手
段の案内羽根の支持軸に加わるモーメントを計測する手
段である。

【００２１】力計測手段は、また、旋回流発生手段の案
内羽根上の圧力または案内羽根の両面の圧力差を計測す
る手段とすることもできる。圧力計測手段または圧力差
計測手段である場合は、案内羽根上を通過する空気の流
動方向に対して横切る向きに設置された複数の圧力セン
サを備えてもよい。このように複数の圧力センサを備え
たときには、空気の流量および旋回強度測定手段は、複
数の圧力センサからの信号により計測した力と案内羽根
の角度と当該案内羽根の角度から求まる流路断面積とに
基づき、流路断面内の空気の流量分布および旋回強度の
分布を測定する手段を含み、空気供給手段は、垂直方向
の分布の測定値に基づき、空気の流量の分布と旋回強度
の分布の少なくとも一方を調整する手段を空気流路上に
備える。

【００２２】本発明は、さらに、上記目的を達成するた
め、通過する空気に旋回流を付与する手段として複数の
案内羽根を用いる空気旋回器として、複数の案内羽根の
一つに加わる力を検出する手段を一つの案内羽根に設
け、複数の案内羽根を相互に結合し羽根角度を斉一に調
整するリンク機構を備えた空気旋回器、または、通過す
る空気に旋回流を付与する手段として複数の案内羽根を
用いる空気旋回器において、複数の案内羽根のそれぞれ
に加わる力を検出する手段を各内羽根に設け、それぞれ
の案内羽根の角度を調整する機構を備えた空気旋回器を
提案するものである。

【００２３】本発明は、上記目的を達成するため、通過
する空気に旋回流を付与する手段として複数の案内羽根
を用いる空気旋回器において、複数の案内羽根上の圧力
または圧力差を検出する手段を一つの案内羽根に設け、
複数の案内羽根を相互に結合し羽根角度を斉一に調整す
るリンク機構を備えた空気旋回器、または、それぞれの
案内羽根上の圧力または圧力差を検出する手段をそれぞ
れの案内羽根に設け、それぞれの案内羽根の角度を調整
する機構を備えた空気旋回器を提案するものである。

【００２４】圧力検出方式または圧力差検出方式の空気
旋回器のいずれにおいても、案内羽根の上を通過する空
気の流動方向に対して横切る向きに複数の圧力センサを
設置することができる。

【００２５】

【作用】本発明は、旋回流発生器を通過する空気により
案内羽根に印加される力を計測する。この力は、案内羽
根が空気流路中に抵抗物として存在するために生じ、案
内羽根上を流れる空気の流量と案内羽根の角度との関数
として決まる。したがって、案内羽根に加わる力を計測
すれば、案内羽根の設定角度と流路寸法とに基づき、案
内羽根上を流れる空気の流量を求められる。さらに、空
気の流量と案内羽根の設定角度とにより、案内羽根上を
流れる空気の旋回強度を求められる。

【００２６】このようにして、案内羽根上を流れる空気
の流量と旋回強度が求められるが、案内羽根は、旋回強
度をノズル出口まで維持するために、通常、燃焼用空気
流路のうち最も空気ノズルに近い位置に設けられる。し
たがって、案内羽根上での空気の流量と旋回強度とから
空気ノズル出口での空気の流量と旋回強度を推定でき
る。

【００２７】得られた空気の流量と旋回強度に基づき、
案内羽根の角度を調節すると、各空気ノズル毎の空気の
流量および旋回強度を最適条件に設定できる。その結
果、各バーナの火炎が安定し、ＮＯｘが抑制されるとと
もに未燃分が低減される。

【００２８】また、案内羽根毎に計測手段を設けると、
各案内羽根毎の空気流量と旋回強度が求められる。この
場合は、風箱の構造，風箱内での空気の流動，各案内羽
根の寸法差によりもたらされるノズルの周方向の空気の
流量の変動と旋回強度の変動とを正確に把握できる。得
られた燃焼用空気の流量と旋回強度の測定値とに基づ
き、各案内羽根の角度をそれぞれ調節すると、ノズルの
周方向の空気の流量の変動と旋回強度の変動とをより効
果的に抑制できる。このようにして燃焼用空気が周方向
により均一に流れると、火炎がさらに安定し、ＮＯｘが
抑制されるとともに未燃分が低減される。

【００２９】さらに、流路上にダンパなどの流量調節手
段を設け、上記手順により得られた空気の流量と旋回強
度との計測値に基づき、流量調節手段と案内羽根の角度
とを設定すると、ＮＯｘと未燃分の排出量がより少ない
最適な燃焼状態が得られる。

【００３０】

【実施例】次に、図１〜図６を参照して、本発明による
微粉炭燃焼装置の実施例を説明する。

【００３１】《実施例１》図１は、本発明による微粉炭
燃焼装置の実施例１の微粉炭バーナの構造をその制御系
とともに示す図であり、図２は、実施例１の微粉炭バー
ナを図１のＡ−Ａ方向から見た構造を示す図である。微
粉炭バーナは、燃焼室１１を構成する炉壁１２に、開口
部１４を通して取り付けられている。炉壁１２は、断熱
材で作られており、燃焼室１１内の熱が外部に逸散する
のを防止している。燃焼室１１が蒸気を発生させるボイ
ラとして使用される場合、炉壁１２には熱交換用水管１
３が設置される。

【００３２】微粉炭バーナの中心部には、補助燃料ノズ
ル１５が設置されている。補助燃料は、微粉炭燃焼装置
の起動時に、燃焼室を予熱し微粉炭を着火させるために
使用され、通常、液体または気体燃料である。ここでは
液体燃料を用いる場合を想定しているので、補助燃料ノ
ズル１５は、オイルガンである。補助燃料は、微粉炭の
火炎が安定した時点でその供給を停止される。

【００３３】内筒２１の内壁とオイルガン１５の外壁と
の間には、１次燃料ノズル１６が設置される。１次燃料
ノズル１６内は、微粉炭とこの微粉炭を搬送するための
空気の混合気体すなわち１次燃料２５が流れる。

【００３４】１次燃料ノズル１６の外周には、燃焼用空
気を噴出する２次空気ノズル１７が設置されている。２
次空気ノズル１７は、内筒２１の外壁と外筒２２の内壁
とにより区画されており、２次空気２６が流れる。２次
空気２６は、風箱１８に供給され、空気旋回器１２１に
より旋回成分を付与されて、燃焼室１１内に供給され
る。

【００３５】空気旋回器１２１により燃焼用空気すなわ
ち２次空気２６に旋回成分を付与すると、２次空気２６
と１次燃料２５との混合が遅れる。その結果、火炎４０
の中央部には、空気比が１未満の還元領域４１が形成さ
れる。火炎４０中の空気比が１未満の還元領域４１にお
いては、石炭中に含まれる窒素分が、シアン化水素ＨＣ
ＮやアンモニアＮＨ₃などの還元性窒素化合物を生成す
る。この還元性窒素化合物は、ＮＯｘを窒素に還元する
還元反応を起こし、ＮＯｘの排出を抑制する。

【００３６】実施例１においては、案内羽根１２２の支
持棒１２３にトルク検出器１２４が設けられている。案
内羽根１２２は、流路中に抵抗物として存在するから、
案内羽根１２２の両面に力が作用する。この力は、案内
羽根１２２の両面で異なるので、案内羽根１２２を支持
する支持棒１２３にはモーメントとして現れる。この力
は、案内羽根１２２上を流れる空気の流量と案内羽根１
２２の角度との関数として決まる。一方、旋回強度は、
案内羽根１２２の角度と流量との関数として決まる。し
たがって、案内羽根１２２が空気から受ける力を測定す
ると、案内羽根１２２の設定角度から流量と旋回強度と
を求めることが可能となる。

【００３７】制御装置１３４は、トルク検出器１２４で
得られたレジスタ開度信号１４０と案内羽根１２２の角
度調節器１３１からの角度信号１４１と２次空気流量調
節器１３３からの流量調節弁１２６の開度信号１４２と
に基き、流路断面積と空気の流量と旋回強度とを計算す
る。制御装置１３４は、計算した流路断面積と空気の流
量と旋回強度と基き、実際の空気の流量と旋回強度とを
それらの設定値と一致させるように、案内羽根１２２の
角度調節器１３１と流量調節弁１２６の駆動装置１３３
とを作動させる。実施例１では、流路内のすべての案内
羽根１２２が、リンク機構１２５を介して、同一に動作
するので、１つのトルク検出器１２４の信号に基づい
て、流路内のすべての案内羽根１２２を制御できる。

【００３８】実施例１によれば、案内羽根１２２に作用
する力を検出することにより、空気の流量と旋回強度と
を正確に把握でき、案内羽根１２２の角度を調節する
と、所定の旋回強度が得られる。

【００３９】なお、図１に示すように、２次空気流路２
４中に流量調節弁１２６を設置し、この流量調節弁１２
６を開閉すると、２次空気の流量を制御することも可能
である。この場合、弁１２６の開度と案内羽根１２２の
角度とを調節すると、２次空気の流量と旋回強度の両方
を所定の値にできる。２次空気流路２４に流量調節弁１
２６を設けた場合、案内羽根１２２を介して流れる２次
空気は、流量調節弁１２６と案内羽根１２２の２つの相
互干渉の下で流量と旋回強度が決まる。

【００４０】ところが、従来技術においては、２次空気
ノズル１７の出口での２次空気の流量と旋回強度とを測
定する手段を持っていなかったので、流量調整弁１２６
の開度と案内羽根１２２の角度とを最適な燃焼状態に設
定するのは、困難であった。

【００４１】これに対して、本発明においては、ノズル
出口に近い空気旋回器１２１に空気流量と旋回強度とを
測定する手段があるので、流量調整弁１２６の開度と案
内羽根１２２の角度と正確に設定し、燃焼状態を最適化
できる。また、実施例１においては、流路内に新たな構
造物を設けずに、空気流量と旋回強度との正確な情報が
得られるので、圧力損失を増やすことはない。

【００４２】《実施例２》図３は、本発明による微粉炭
燃焼装置の実施例２の微粉炭バーナの構造をその制御系
とともに示す図であり、図４は、実施例２の微粉炭バー
ナを図３のＢ−Ｂ方向から見た構造を示す図である。実
施例２は、リンク機構１２５を持たない点で実施例１と
異なり、各案内羽根１２２の角度を個別に調節できる。
また、トルク検出器１２４を各案内羽根１２２毎に設置
してある。

【００４３】このように、案内羽根１２２毎にモーメン
ト力を計測すると、各案内羽根１２２を介して流れる空
気の流量と旋回強度とを測定し、流量調節弁１２６の開
度と案内羽根１２２の角度を個別に調節し、全体として
の空気の流量と旋回強度とを制御できる。

【００４４】通常、各案内羽根１２２上を流れる空気の
流量や旋回強度は、角度が同じならば、円周方向に一定
となる。しかし、空気旋回器１２１に流入する２次空気
２６は、風箱１８や流路の形状により偏って流れること
がある。このとき、案内羽根１２２上を流れる空気の流
量や旋回強度は、各案内羽根１２２毎に異なり、この変
動が火炎の安定性を損なうことがある。火炎が不安定化
すると、ＮＯｘや未燃分の排出量が増加する傾向にある
ため、安定な火炎を保つことは、低ＮＯｘ化において重
要である。

【００４５】実施例２によると、案内羽根１２２を介し
て流れる空気の流量と旋回強度を各案内羽根１２２毎に
測定し、各案内羽根１２２の角度と流量調節弁１２６の
開度を変え、流路の円周方向の空気の流量と旋回強度の
変動を抑制できる。したがって、火炎をより安定に保
ち、ＮＯｘを抑制し未燃分を低減できる。

【００４６】《実施例３》図５は、本発明による微粉炭
燃焼装置の実施例３の微粉炭バーナの構造をその制御系
とともに示す図である。実施例３においては、２次空気
通路２４と３次空気通路２８とを区画し、燃焼用空気を
２次空気２６と３次空気２９との２つに分け、１次燃料
ノズル１６を中心として同心円上に配置されたノズル１
７，１９から燃焼室１１内にそれぞれ噴出させる。

【００４７】さらに、２次空気通路２４内には、空気旋
回器１３７とダンパ１３８とを設けることもできる。

【００４８】この方式のバーナでは、燃焼用空気を分割
供給するので、実施例１や実施例２に示されるように燃
焼用空気を一つのノズルから燃焼室内に噴出させるバー
ナと比べて、空気の流量や旋回強度をバーナの径方向に
分布させて供給できる。その結果、微粉炭と燃焼用空気
との燃焼室１１内での混合を制御しやすく、ＮＯｘの排
出量も少ないという利点がある。

【００４９】実施例３においては、案内羽根１２２に空
気から加わる力を測定する手段として、実施例１や実施
例２に示されるトルク検出器１２４の代りに、圧力セン
サ１３５を案内羽根１２２の両面に設置している。この
場合、案内羽根１２２の両面での圧力は、案内羽根１２
２上を流れる空気の流量と案内羽根１２２の角度との関
数として決まり、旋回強度は、案内羽根１２２の角度と
流量との関数として決まる。したがって、案内羽根１２
２の両面での圧力を計測すると、案内羽根１２２の設定
角度から空気の流量と旋回強度とが求められる。

【００５０】実施例３では、案内羽根１２２に燃焼用空
気から加わる力を測定する手段として、圧力センサ１３
５を案内羽根１２２の両面に設置したが、このほかの測
定方法しては、案内羽根１２２上に穴を開けダイヤフラ
ム型の圧力センサを設け、案内羽根１２２の両面にかか
る力の差を圧力差として測定する方法や、案内羽根１２
２上に歪検出センサを設け、案内羽根１２２に加わるモ
ーメント力を歪として検出する方法などがある。

【００５１】なお、２次空気通路２４内に設けた空気旋
回器１３７およびダンパ１３８を活用すると、空気の流
量と旋回強度とを独立して制御できる範囲が拡大する。

【００５２】《実施例４》図６は、案内羽根に加わる力
を検出するために複数の圧力検出手段を採用した実施例
４の案内羽根付近の拡大斜視図である。実施例４におい
ては、案内羽根１２２に空気から加わる力を測定する手
段として、案内羽根１２２上の空気の流動方向に対して
横切る方向に実施例３に示す圧力センサ１３５を複数個
配置する。図６は、３つの圧力センサ１３５を配置した
状態を示している。なお、ここでは図示していないが、
３次空気流路の入り口部に流量調整用の可動スリーブを
設けることもできる。

【００５３】実施例４に示すように、空気の流動方向に
対して横切る方向に圧力センサ１３５を複数個配置する
と、案内羽根１２２上を流れる空気の流量分布をより細
かく把握できる。また、案内羽根１２２の角度と流量と
の関数としての旋回強度の分布もより細かく把握でき
る。ノズルから燃焼室１１内に噴出する空気は、その流
量と旋回強度とにより火炎内での微粉炭と混合する位置
が決まる。実施例４に示すように、案内羽根１２２上で
の空気の流量と旋回強度の分布とをより細かく把握し、
その測定信号に基き、流量調節弁１２６と案内羽根１２
２の角度とを正確に設定すると、燃焼用空気が燃焼室１
１内で微粉炭と混合する位置をより細かく制御できる。

【００５４】特に、燃焼用空気の流量が少なくなる低負
荷の燃焼状態においては、ＮＯｘを抑制するため、燃焼
用空気に強い旋回を与え、微粉炭と燃焼用空気との混合
を遅らせることが必要となる。この場合は、少ない流量
で強旋回を得る必要があり、空気旋回器１２１に流入す
る空気の流速の分布が旋回器の性能に影響しやすくな
る。

【００５５】実施例４では、空気の流動方向に対してセ
ンサが横切るように配置してあるので、流速分布をより
正確に把握できる。さらに、流量調節弁１２６を流路の
両側から張り出すように設けてあり、旋回流発生器に流
入する空気の流速分布を正確に制御できる。その結果、
空気旋回器１２１を低流量条件下でも所定の性能に維持
できるので、低負荷燃焼時においても、ＮＯｘを効果的
に抑制可能である。

【００５６】なお、上記実施例においては、微粉炭の燃
焼時の現象と本発明の効果について説明したが、液体燃
料などの補助燃料の燃焼時においても、案内羽根に加わ
る力を測定し、案内羽根の設定角度と流路寸法とに基づ
き、案内羽根上を流れる空気の流量を求め、求めた空気
流量および旋回強度の測定信号に基づき、流量調節弁の
開度や案内羽根の角度を設定すると、補助燃料と燃焼用
空気の混合を最適条件に設定できる。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、空気旋回器内の案内羽
根に加わる力を計測できる。案内羽根に加わる力の大き
さは、案内羽根上を流れる空気の流量と案内羽根の角度
の関数として決まる。その結果、案内羽根に加わる力を
測定すると、案内羽根の設定角度と流路寸法とに基づ
き、案内羽根上を流れる空気の流量を求められる。ま
た、空気の流量と案内羽根の設定角度とにより、案内羽
根上を流れる空気の旋回強度を求められる。このように
して求めた空気流量および旋回強度の測定信号に基づ
き、流量調節弁の開度や案内羽根の角度を設定すると、
微粉炭と燃焼用空気の混合を最適条件に設定できる。し
たがって、案内羽根上を通過する燃焼用空気の供給量と
旋回強度とを簡易にしかも圧力損失を増加させずに計測
し、この計測結果に基き空気の供給量や旋回強度を制御
し、負荷変動にかかわらず燃焼状態を最適化しその状態
を維持でき、ＮＯｘを抑制し未燃分を低減するする手段
を備えた微粉炭燃焼装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による微粉炭燃焼装置の実施例１の微粉
炭バーナの構造をその制御系とともに示す図である。

【図２】実施例１の微粉炭バーナを図１のＡ−Ａ方向か
ら見た構造を示す図である。

【図３】本発明による微粉炭燃焼装置の実施例２の微粉
炭バーナの構造をその制御系とともに示す図である。

【図４】実施例２の微粉炭バーナを図３のＢ−Ｂ方向か
ら見た構造を示す図である。

【図５】本発明による微粉炭燃焼装置の実施例３の微粉
炭バーナの構造をその制御系とともに示す図である。

【図６】案内羽根に加わる力を検出するために複数の圧
力検出手段を採用した実施例４の案内羽根付近の拡大斜
視図である。

【符号の説明】

１１ 燃焼室 １２ 炉壁 １３ 水管 １４ 開口部 １５ オイルガン １６ １次燃料ノズル １７ ２次空気ノズル １８ 風箱(かざばこ) １９ ３次空気ノズル ２１ 内筒または１次スロート ２２ 外筒または２次スロ−ト ２３ １次燃料流路 ２４ ２次空気流路 ２５ １次空気と微粉炭 ２６ ２次空気 ２７ 外筒または３次スロート ２８ ３次空気流路 ２９ ３次空気 ４０ 火炎 ４１ 還元領域 １１１ オイルガン支持棒 １１２ ベンチュリ １２１ 空気旋回器 １２２ 案内羽根 １２３ 支持棒 １２４ トルク検出器 １２５ リンク機構 １２６ 流量調節弁 １２７ 連結棒 １２８ 連結棒 １２９ 隔壁 １３０ 隔壁 １３１ 案内羽根角度調節器 １３２ トルク信号伝送器 １３３ ２次空気流量調節器 １３４ 制御装置 １３５ 圧力センサ １３６ 圧力信号伝送器 １３７ 空気旋回器 １３８ ダンパ １４０ レジスタ開度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 正行 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 永渕 尚之 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 河野 豪 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 森田 茂樹 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微粉炭および搬送用空気からなる１次燃
   料と旋回流を付与された空気とをバーナに供給し前記微
   粉炭を燃焼させる微粉炭燃焼方法において、 空気に旋回流を付与する旋回流発生手段が前記空気から
   受ける力を計測し、 前記力の計測値に基づき空気の流量と旋回強度を測定
   し、 前記測定値に基づき空気の流量と旋回強度の少なくとも
   一方を調整することを特徴とする微粉炭燃焼方法。
2. 【請求項２】 微粉炭および搬送用空気からなる１次燃
   料を供給する手段と空気に旋回流を付与し前記１次燃料
   の外周から供給する手段とを有し前記微粉炭を燃焼させ
   る微粉炭燃焼装置において、 空気に旋回流を発生させる旋回流発生手段が前記空気か
   ら受ける力を計測する手段と、 前記力の計測値に基づき空気の流量と旋回強度を測定す
   る手段と、 前記測定値に基づき空気の流量と旋回強度の少なくとも
   一方を調整する指令を前記空気供給手段に出力する制御
   手段とを備えたことを特徴とする微粉炭燃焼装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の微粉炭燃焼装置におい
   て、 前記力計測手段が、前記旋回流発生手段の案内羽根の支
   持軸に加わるモーメントを計測する手段であることを特
   徴とする微粉炭燃焼装置。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の微粉炭燃焼装置におい
   て、 前記力計測手段が、前記旋回流発生手段の案内羽根上の
   圧力または前記案内羽根の両面の圧力差を計測する手段
   であることを特徴とする微粉炭燃焼装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の微粉炭燃焼装置におい
   て、 前記圧力計測手段または圧力差計測手段が、前記案内羽
   根上を通過する空気の流動方向に対して横切る向きに設
   置された複数の圧力センサを含むことを特徴とする微粉
   炭燃焼装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の微粉炭燃焼装置におい
   て、 前記空気の流量および旋回強度測定手段が、前記複数の
   圧力センサからの信号により計測した力と案内羽根の角
   度と当該案内羽根の角度から求まる流路断面積とに基づ
   き、前記流路断面内の前記空気の流量分布および旋回強
   度の分布を測定する手段を含み、 前記空気供給手段が、前記垂直方向の分布の測定値に基
   づき、空気の流量の分布と旋回強度の分布の少なくとも
   一方を調整する手段を空気流路上に備えたことを特徴と
   する微粉炭燃焼装置。
7. 【請求項７】 通過する空気に旋回流を付与する手段と
   して複数の案内羽根を用いる空気旋回器において、 前記複数の案内羽根の一つに加わる力を検出する手段を
   前記一つの案内羽根に設け、 前記複数の案内羽根を相互に結合し羽根角度を斉一に調
   整するリンク機構を備えたことを特徴とする空気旋回
   器。
8. 【請求項８】 通過する空気に旋回流を付与する手段と
   して複数の案内羽根を用いる空気旋回器において、 前記複数の案内羽根のそれぞれに加わる力を検出する手
   段を前記各内羽根に設け、 前記それぞれの案内羽根の角度を調整する機構を備えた
   ことを特徴とする空気旋回器。
9. 【請求項９】 通過する空気に旋回流を付与する手段と
   して複数の案内羽根を用いる空気旋回器において、 前記複数の案内羽根上の圧力または圧力差を検出する手
   段を前記一つの案内羽根に設け、 前記複数の案内羽根を相互に結合し羽根角度を斉一に調
   整するリンク機構を備えたことを特徴とする空気旋回
   器。
10. 【請求項１０】 通過する空気に旋回流を付与する手段
    として複数の案内羽根を用いる空気旋回器において、 それぞれの前記案内羽根上の圧力または圧力差を検出す
    る手段を前記それぞれの案内羽根に設け、 前記それぞれの案内羽根の角度を調整する機構を備えた
    ことを特徴とする空気旋回器。
11. 【請求項１１】 請求項９または１０に記載の空気旋回
    器において、 前記検出手段が、前記案内羽根の上を通過する空気の流
    動方向に対して横切る向きに設置された複数の圧力セン
    サを含むことを特徴とする空気旋回器。