JPH09310809A

JPH09310809A - 微粉炭バーナ

Info

Publication number: JPH09310809A
Application number: JP8129451A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Kobayashi; 啓信小林; Hirofumi Okazaki; 洋文岡▲崎▼; Masayuki Taniguchi; 正行谷口; Kenji Kiyama; 研滋木山
Original assignee: Babcock Hitachi KK; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 1997-12-02
Anticipated expiration: 2016-05-24
Also published as: US5937770A; FI114504B; KR100330675B1; EP0809068A3; EP0809068B1; KR970075644A; JP3099109B2; DE69726048T2; EP0809068A2; FI972105A; DE69726048D1; FI972105A0; CA2205778C; CA2205778A1

Abstract

(57)【要約】【課題】火炎の安定性を高め、微粉炭の燃焼効率を向
上させると共に、ＮＯｘの発生を抑制する。【解決手段】微粉炭と一次空気の混合気６２の流れを
燃料ノズル２の中心軸側に絞るベンチュリ４と、中心軸
３上に設けられ上流側から下流側に向かって漸次拡がる
と共に混合気６０を衝突させて拡散させる円錐体１０、
この円錐体１０に延設して燃料ノズル２の中心軸に平行
な円柱体１１及びこの円柱体１１に延設して上流側から
下流側に向かって漸次縮小する円錐体１２とを有する紡
錐体９と、この紡錐体９の下流側で中心軸３と同軸状に
上流側から下流側に向かって漸次狭まるコーン１５及び
このコーン１５に延設して燃料ノズル２の中心軸と同軸
状で平行に設けられた円管１７を有し流路を同軸状に分
割する分配器１４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微粉炭を気流搬送
して燃焼させる微粉炭バーナに係り、特に低負荷時の火
炎の安定性を高め、ＮＯｘの発生を抑制した微粉炭バー
ナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】微粉炭燃焼においては、窒素酸化物（以
下、「ＮＯｘ」と云う）の発生量を少なく抑えることが
要求される。微粉炭の燃焼時に発生するＮＯｘは、ほと
んどが石炭中に含まれる窒素が酸化されて発生するＮＯ
ｘである。このＮＯｘ発生量を減らすために、従来から
微粉炭バーナの構造がいろいろと工夫されてきた。

【０００３】ＮＯｘの発生量を減らす微粉炭バーナとし
て、微粉炭バーナ内に還元領域と酸化領域を形成する、
所謂火炎内二段燃焼がある。石炭中の窒素が燃焼初期の
熱分解時にシアン化水素（ＨＣＮ）やアンモニア（ＮＨ
₃）に分解され気相中へ放出される。これらの窒素化合
物は酸化されてＮＯｘになる一方で、酸素濃度の低い領
域でＮＯｘを還元する効果を有する。この火炎内二段燃
焼は、ＮＨ₃やＨＣＮのＮＯｘ前駆物質がＮＯｘを還元
する反応を火炎内で効果的に実現したものである。火炎
内の微粉炭バーナ近傍では空気不足の燃料過剰燃焼を行
なって還元炎領域を拡大し、火炎の後段では酸素濃度の
高い燃焼を行なって酸化炎領域を形成するようにしたも
のである。

【０００４】火炎内二段燃焼の効果を高めるには、燃料
ノズルから供給される微粉炭の火炎を安定に形成するこ
とが重要であり、微粉炭と搬送空気の供給状態を変える
試みがなされている。燃料ノズルの内部に物体を配して
粒子濃度を調節する微粉炭バーナは、例えば特開昭６３
−２１４０６号公報、特開平３−４１５７１号公報、特
開平３−１１０３０８号公報或いは特開平４−２４４０
４号公報等に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
微粉炭焚ボイラに適用した火炎内脱硝方式の微粉炭バー
ナにおいて、その排出ＮＯｘ濃度を低減するためには還
元炎領域におけるＮＯｘの還元反応を促進させることが
重要になる。これには、燃焼用空気の供給構造の改善ば
かりでなく、微粉炭の供給構造を改善して燃料過剰燃焼
を達成させ、還元炎領域における微粉炭の熱分解の能力
を高めることが重要になる。

【０００６】微粉炭ボイラの運用性を高めるために、短
い時間で負荷を変動させる。この観点から考えると、微
粉炭バーナの運用下限を低負荷まで広げることが重要で
ある。

【０００７】しかし、微粉炭バーナにおいて、微粉炭搬
送管内を流れる微粉炭粒子の流速をある一定速度以下に
下げることが出来ず、このため微粉炭搬送管に供給する
空気の流量を減らすことには限度がある。微粉炭粒子の
流速が遅すぎると搬送管の内部に微粉炭粒子が沈降し搬
送管を閉塞したり、火炉の火炎が微粉炭の搬送管へ逆流
する恐れがある。

【０００８】このため微粉炭バーナの運用下限を低負荷
まで広げるためには、微粉炭流量と共に空気流量を減ら
す際に、ある程度の負荷まできたら微粉炭搬送空気の流
量を一定にし微粉炭の供給量を減少させることで対応し
なければならない。

【０００９】微粉炭の供給量のみが減少すると、微粉炭
搬送空気に含まれる微粉炭の濃度が低くなり、火炎が燃
料ノズルの出口近傍に形成されにくくなり、微粉炭と燃
焼用空気の混合が微粉炭バーナの近傍で進んだ後に微粉
炭は燃焼する。この結果、火炎内にＮＯｘの還元領域が
形成されがたくなる。

【００１０】本発明の第１の目的は、上記課題を解決
し、還元炎領域における微粉炭の熱分解の能力、特に低
負荷時の火炎の安定性を高め、微粉炭の燃焼効率を向上
させると共に、還元炎領域を大きくしＮＯｘの発生を抑
制する微粉炭バーナを提供することである。

【００１１】本発明の第２の目的は、微粉炭のみで燃焼
出来ると共に、バーナの負荷範囲を広くすることによっ
て燃料オイル等の助燃剤の使用量を少なくする微粉炭バ
ーナを提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、微粉炭と空気との混合気を噴出させる燃
料ノズルの外側に燃焼用空気を旋回流で供給する空気ノ
ズルを前記燃料ノズルと同軸状に設けた微粉炭バーナに
おいて、前記燃料ノズルは、前記混合気の流れを前記燃
料ノズルの中心軸側に絞る絞り部と、該絞り部の下流側
で前記燃料ノズルの中心軸上に設けられ上流側から下流
側に向かって漸次拡がると共に前記混合気を衝突させて
拡散させる拡大部を有する被衝突拡散体と、該被衝突拡
散体の下流側で前記燃料ノズルの中心軸と同軸状に設け
られ上流側から下流側に向かって漸次狭まる狭小筒部を
有すると共に流路を同軸状に分割する流路分割体とを備
えたものである。

【００１３】燃料ノズルが絞り部と、拡大部を有する被
衝突拡散体と、狭小筒部を有し流路を同軸状に分割する
流路分割体とを備えたものは、燃料ノズルの上流側に流
路面積を縮小する絞り部を取り付けるので、燃料ノズル
の壁面近傍の微粉炭は絞り部の流入口に衝突することに
よってその濃度を高める。絞り部の下流側に配した拡大
部を有する被衝突拡散体は、燃料ノズル中心部の微粉炭
を衝突させて、その濃度を高めると共に、絞り部で濃縮
された微粉炭粒子も衝突させる。即ち、燃料ノズル外周
側と内周側の燃料は、その濃度を高めた状態で被衝突拡
散体の拡大部の外表面に衝突する。これにより、粒子の
流れ方向は燃料ノズルの外周側に移り、その微粉炭濃度
を高める。

【００１４】被衝突拡散体の拡大部で流れ方向を変化さ
せられた濃度の高い微粉炭粒子は、その慣性力によっ
て、その流れ方向を暫時保ち、これによって微粉炭の比
較的大きな粒子を燃料ノズルの口縁の方向へ集める。被
衝突拡散体の下流側に流路分割体は、燃料ノズルの流路
を同軸状に分割しており、外周側流路と内周側流路の微
粉炭の流れを整える。即ち、流路分割体を配置すること
によって、外周側と内周側の搬送空気の流れはそれぞれ
均等になり、径方向の速度勾配は低減される。

【００１５】更に、流路分割体で分割される外周側の燃
料濃度は高くなるので、燃料濃度の低い低負荷時や難燃
性の高燃料比炭でも、火炎を安定に保つことが出来る。
還元炎領域における微粉炭の熱分解の能力、特に低負荷
時の火炎の安定性を高め、ＮＯｘの発生を抑制する。

【００１６】又、微粉炭と空気との混合気を噴出させる
燃料ノズルの両側に燃焼用空気を供給する空気ノズルを
設けた微粉炭バーナにおいて、前記燃料ノズルは、前記
混合気の流れを前記燃料ノズルの中心軸側に絞る絞り部
と、該絞り部の下流側で前記燃料ノズルの中心軸上に設
けられ上流側から下流側に向かって漸次拡がると共に前
記混合気を衝突させて拡散させる拡大部を有する被衝突
拡散体と、該被衝突拡散体の下流側で前記燃料ノズルの
中心軸と同軸状に設けられ上流側から下流側に向かって
漸次狭まる狭小筒部を有すると共に流路を同軸状に分割
する流路分割体とを備えたものである。

【００１７】燃料ノズルの両側に燃焼用空気を供給する
空気ノズルを設けた微粉炭バーナにおいて、燃料ノズル
が絞り部と、拡大部を有する被衝突拡散体と、狭小筒部
を有し流路を同軸状に分割する流路分割体とを備えたも
のは、燃料ノズルの両側に空気ノズルを設けた微粉炭バ
ーナにおいて上記微粉炭バーナと同様の作用を有する。
更に、上記いずれかの微粉炭バーナにおいて、前記被
衝突拡散体は、前記拡大部に延設して前記燃料ノズルの
中心軸上に設けられ該中心軸に平行な平行部と、該平行
部に延設して前記燃料ノズルの中心軸上に設けられ上流
側から下流側に向かって漸次縮小する縮小部とを有する
ものである。被衝突拡散体が拡大部に延設して中心軸に
平行な平行部と、この平行部に延設して中心軸上に漸次
縮小する縮小部とを有するものは、上記いずれかの微粉
炭バーナの作用に加え、平行部によって混合気の流れ方
向を燃料ノズルの中心軸に沿う方向に変え、平行部の外
表面近傍には、比較的微細な粒子が流れ粒子濃度は希薄
になる。縮小部は、混合気を縮小部の外表面に沿って流
れるように作用し、平行部近傍を流れる比較的微細な粒
子は、縮小部の外表面を流れる気体に追随するので、燃
料ノズルの径方向の濃度勾配はより一層助長される。

【００１８】更に、上記微粉炭バーナにおいて、前記被
衝突拡散体の拡大部の頂角は、１５〜４０°である。被
衝突拡散体の拡大部の頂角が１５〜４０°であるもの
は、上記微粉炭バーナの作用に加え、被衝突拡散体によ
る粒子の分級を最も効果的に行なう。拡大部の頂角が１
５゜よりも小さくなると、拡大部における流れ方向の変
化が小さいため、燃料ノズルの径方向の速度成分が小さ
くなり、平行部における粒子の分級作用が極めて弱くな
る。一方、拡大部の頂角を４０゜よりも大きくなると、
粒子の衝突によって拡大部外表面が磨耗され易くなると
共に、燃料ノズルの圧力損失が増加する。

【００１９】更に、上記縮小部を有するいずれかの微粉
炭バーナにおいて、前記被衝突拡散体の縮小部の頂角
は、５〜２０°である。被衝突拡散体の縮小部の頂角が
５〜２０°であるものは、上記縮小部を有するいずれか
の微粉炭バーナの作用に加え、流れは縮小部の外表面で
剥離せず、粒子の分級作用を維持する。縮小部の頂角が
５゜よりも小さくなると、被衝突拡散体が大きくなって
燃料ノズルに格納出来ない。縮小部の頂角が、２０゜よ
りも大きくなると、流れは縮小部の外表面で剥離するの
で、粒子の分級作用が極端に低下する。

【００２０】更に、上記いずれかの微粉炭バーナにおい
て、前記流路分割体は、前記狭小筒部に延設して前記燃
料ノズルの中心軸と同軸状に設けられ該中心軸に平行な
平行筒部を有するものである。流路分割体が狭小筒部に
延設して中心軸に平行な平行筒部を有するものは、上記
いずれかの微粉炭バーナの作用に加え、平行筒部の外側
と内側の噴出速度は同じ方向に出来るため、火炉へ噴出
された後でも、燃料噴流の径方向の混合を抑制出来る。
これにより、粒径の小さな燃料はＮＯｘの還元域へより
多く供給出来るので、ＮＯｘの還元反応は促進され、微
粉炭バーナから排出されるＮＯｘ濃度を低減させること
が出来る。そして、平行筒部の火炉方向の投影面積は板
の厚みに相当するだけで極めて小さくすることが出来る
ので、火炉から受ける輻射も小さくなり、油の燃焼時や
休止時における微粉炭バーナの焼損を防ぐことが出来
る。更に、冷却に必要な空気量を少なく出来るので余剰
空気を低減して炉の熱効率を高くすることが出来る。

【００２１】そして、上記いずれかの微粉炭バーナにお
いて、前記狭小筒部の外表面と前記燃料ノズルの中心軸
となす角度は、２〜１０°である。狭小筒部の外表面と
燃料ノズルの中心軸となす角度が２〜１０°であるもの
は、上記いずれかの微粉炭バーナの作用に加え、狭小筒
部の外表面と燃料ノズルの中心軸となす角度が１０°を
超えると混合気の流れが狭小筒部の外表面から剥離し下
流側の流速分布を平滑に出来ない。狭小筒部の外表面と
燃料ノズルの中心軸となす角度が２°未満であると狭小
筒部が長くなり燃料ノズルの中に収容出来ず、且つ下流
側の流速分布を平滑にする作用が極端に小さくなる。よ
って、２゜から１０゜の範囲にすることが望ましい。

【００２２】又、微粉炭と空気との混合気を噴出させる
燃料ノズルの両側に燃焼用空気を供給する空気ノズルを
設けた微粉炭バーナにおいて、前記燃料ノズルは、前記
混合気の流れを一方の壁面から他方の壁面に近づけて絞
る絞り部と、該絞り部の下流側で前記他方の壁面から一
方の壁面に上流側から下流側に向かって漸次近づけさせ
ると共に前記混合気を衝突させて拡散させる被衝突拡散
体と、該被衝突拡散体の下流側で前記流路を分割する流
路分割体とを備えたものである。

【００２３】燃料ノズルが混合気の流れを一方の壁面か
ら他方の壁面に近づけて絞る絞り部と、他方の壁面から
一方の壁面に漸次近づけ衝突させて拡散させる被衝突拡
散体と、流路を分割する流路分割体とを備えたものは、
先の燃料ノズルの両側に燃焼用空気を供給する空気ノズ
ルを設けた微粉炭バーナと同様の作用を有し、微粉炭バ
ーナの近傍に安定な火炎が形成出来るので、微粉炭の熱
分解が促進され、ＮＯｘ濃度は低減する。

【００２４】そして、上記いずれかの微粉炭バーナにお
いて、前記燃料ノズルの先端に前記空気ノズルの燃焼用
空気の流れを外側にそらすそらせ板と、前記混合気を衝
突させる衝突板を設けたものである。燃料ノズルの先端
にそらせ板と衝突板を設けたものは、上記いずれかの微
粉炭バーナの作用に加え、そらせ板は燃焼用空気の流れ
を燃料ノズルの先端から外側にそらせる。更に、衝突板
は燃料ノズルの先端に渦を発生させ、燃料ノズル先端下
流側に形成される混合ガスの逆流域を大きくし、微粉炭
の着火位置が微粉炭バーナに近づき、微粉炭の燃焼効率
は向上する。しかも、微粉炭バーナ近くで温度が高くな
り、酸素の消費が進むため、還元炎領域が大きくなり、
ＮＯｘの発生が抑制される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る微粉炭バーナ
の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、図
１〜９において同じ構造、作用部分には同じ参照番号を
付けて示す。

【００２６】図１は、本発明に係る微粉炭バーナの第１
実施の形態を示す断面図、図２は、図１の I 矢視図で
ある。第１実施の形態の微粉炭バーナ１は、微粉炭を燃
焼して蒸気を発生させる微粉炭焚きボイラに好適なバー
ナで、その中心軸位置に燃料ノズル２が設けられてい
る。燃料ノズル２は、微粉炭と一次空気との混合気６２
を噴出させるもので、その外側に燃焼用空気である２次
空気６３及び３次空気６４を旋回流で供給する２次空気
ノズル２７及び３次空気ノズル３３を燃料ノズル２と同
軸状に設けている。二つの空気ノズル２７、３３は、ウ
ィンドボックス４２に供給された燃焼用空気を火炉４３
へ供給する流路である。

【００２７】ここで、燃料ノズル２は、１次スロート２
３を外壁とする管状の流路であるが、火炉４３の内壁に
取り付けられた水管４１を予熱するための助燃用のオイ
ルガン２２が燃料ノズル２の中心軸３上に取り付けられ
ている。更に、上流側から混合気６２の流れを燃料ノズ
ル２の中心軸３側に絞る絞り部であるベンチュリ４と、
このベンチュリ４の下流側で燃料ノズルの中心軸３上に
設けられ、且つ上流側から下流側に向かって漸次拡がる
と共に混合気６２を衝突させて拡散させる被衝突拡散体
である紡錐体９と、この紡錐体９の下流側で燃料ノズル
の中心軸３と同軸状に設けられ、且つ上流側から下流側
に向かって漸次狭まる狭小筒部であるコーン１５とを有
すると共に、流路を同軸状に分割する流路分割体である
分配器１４とを備える。

【００２８】更に、燃料ノズル２の先端に保炎器１９が
設けられている。保炎器１９は、２空気ノズルの２次空
気６３の流れを外側にそらすそらせ板２０と、混合気６
２を衝突させる衝突板２１を有する。図２に示すよう
に、複数枚の衝突板２１が円周方向に取り付けられてい
る。

【００２９】ベンチュリ４は、図１に図示されていない
微粉炭の供給装置から送られた微粉炭の濃度を燃料ノズ
ル２の中心部で高めて供給するもので、流路断面が最も
小さくなる部分の流路面積は、燃料ノズル２の流路断面
積の３０％から７０％にしており、これにより燃料ノズ
ル２の上流側の曲り管などによる粒子の偏流を抑制出来
る。

【００３０】紡錐体９は、拡大部である円錐体１０と、
この円錐体１０に延設して燃料ノズルの中心軸３上に設
けられ中心軸３に平行な平行部である円柱体１１と、こ
の円柱体１１に延設して燃料ノズルの中心軸３上に設け
られ上流側から下流側に向かって漸次縮小する縮小部で
ある円錐体１２とを有する。円錐体１０の頂角は、１５
〜４０°である。縮小部である円錐体１２の頂角は、５
〜２０°である。

【００３１】更に、分配器１４は、コーン１５に延設し
て燃料ノズルの中心軸３と同軸状に設けられ中心軸３に
平行な平行筒部である円管１７を有する。コーン１５の
外表面と燃料ノズルの中心軸３となす角度は、２〜１０
°である。

【００３２】２次空気ノズル２７は、１次スロート２３
を内周壁とし二次スロート２８を外周壁とする円環状の
流路で、火炉４３から上流側に向かうにつれて、２次空
気旋回羽根３１とダンパ３６を有する。２次空気旋回羽
根３１は、２次空気６３を旋回流で供給する。この２次
空気旋回羽根３１は軸流型の旋回流発生器であり、流路
の周方向に配した複数の扇型の羽根と、この羽根と一体
的に取り付けられた支持棒とを有する。２次空気旋回羽
根３１の旋回流強度は、図に示されない駆動装置によっ
て羽根の角度を変えて調整される。

【００３３】ダンパ３６は２次空気６３の流量を調節
し、円筒状の形状をなし、二次スロート２８とウィンド
ボックス４２を連通する開口部を覆う位置に取り付けら
れ、図１に示されていない調節装置によってバーナの中
心軸と平行な方向に移動させ、前記開口部の面積を変化
させる。この動作によって、２次空気６３と３次空気６
４の配分比率が調節される。

【００３４】３次空気ノズル３３は、３次スロート３４
を内周壁とし、バーナスロート３８を外周壁とする円環
状の流路である。ウィンドボックス４２からの３次空気
６４は３次空気旋回羽根３５を介して火炉４３へ旋回流
の形で供給される。

【００３５】２次スロート２８と３次スロート３４の間
隔は半径方向に離れている。この隔壁部は、２次スロー
ト２８の火炉側端面を径方向に拡大しつつ伸張させた拡
径部２９と、火炉に対面した鉛直の環状壁面である分離
壁３０とを有する。

【００３６】以上の構造を有する第１実施の形態の微粉
炭バーナ１は次のように作用する。即ち、燃料ノズル２
がベンチェリ４と、円錐体１０を有する紡錐体９と、流
路を同軸状に分割するコーン１５を有する分配器１４と
を備えたものは、燃料ノズル２の壁面近傍の微粉炭はベ
ンチェリ４の流入口に衝突することによってその濃度を
高める。ベンチェリ４の下流側に配した紡錐体９は、燃
料ノズル２中心部の微粉炭をその円錐体１０に衝突させ
て、その濃度を高めると共に、ベンチェリ４で濃縮され
た微粉炭粒子も衝突させる。即ち、燃料ノズル２外周側
と内周側の燃料は、その濃度を高めた状態で円錐体１０
の外表面に衝突する。これにより、粒子の流れ方向は燃
料ノズル２の外周側に移り、その微粉炭濃度を高める。

【００３７】更に、紡錐体９が円錐体１０に延設して中
心軸３に平行な円柱体１１と、この円柱体１１に延設し
て中心軸上に漸次縮小する円錐体１２とを有するもの
は、円柱体１１によって混合気６２の流れ方向を燃料ノ
ズル２の中心軸に沿う方向に変え、円柱体１１の外表面
近傍には、比較的微細な粒子が流れ粒子濃度は希薄にな
る。円錐体１２は、混合気６２を円錐体１２の外表面に
沿って流れるように作用し、円柱体１１近傍を流れる比
較的微細な粒子は、円錐体１２の外表面を流れる気体に
追随し、燃料ノズル２の径方向の濃度勾配はより一層助
長される。

【００３８】更に、紡錐体９の円錐体１０の頂角が１５
〜４０°であるものは、紡錐体９による粒子の分級を最
も効果的に行なう。円錐体１０の頂角が１５゜よりも小
さくなると、円錐体１０における流れ方向の変化が小さ
いため、燃料ノズル２の径方向の速度成分が小さくな
り、円柱体１１における粒子の分級作用が極めて弱くな
る。一方、円錐体１０の頂角を４０゜よりも大きくする
と、粒子の衝突によって円錐体１０外表面が磨耗され易
くなると共に、燃料ノズル２の圧力損失が増加する。

【００３９】更に、紡錐体の円錐体１２の頂角が５゜よ
りも小さくなると、紡錐体９が大きくなって燃料ノズル
２に格納出来なくなる。円錐体１２の頂角が、２０゜よ
りも大きくなると、流れは円錐体１２の外表面で剥離す
るので、粒子の分級作用が極端に低下する。又、下流側
の円錘体１２の頂角は、上流側の円錘体１０の頂角より
も小さいことが望ましい。紡錐体９で流れ方向を変化さ
せられた濃度の高い微粉炭粒子は、その慣性力によっ
て、その流れ方向を暫時保ち、これによって微粉炭の比
較的大きな粒子は、燃料ノズル２の口縁の方向へ集めら
れる。

【００４０】更に、紡錐体９の下流側に分配器１４を設
けることにより燃料ノズル２の流路は同軸状に分割され
ており、外周側流路と内周側流路の微粉炭の流れは整え
られる。即ち、分配器１４を配置することによって、外
周側と内周側の搬送空気の流れはそれぞれ均等になり径
方向の速度勾配は低減される。

【００４１】更に、分配器１４で分割される外周側の微
粉炭濃度は高くなるので、微粉炭濃度の低い低負荷時や
難燃性の高燃料比炭でも火炎を安定に保ち、還元炎領域
における微粉炭の熱分解の能力、特に低負荷時の火炎の
安定性を高め、ＮＯｘの発生を抑制する。

【００４２】更に、分配器１４がコーン１５に延設して
中心軸に平行な円管１７を有するものは、円管１７の外
側と内側の噴出を同じ方向に出来るため、火炉へ噴出さ
れた後でも、燃料噴流の径方向の混合を抑制出来る。こ
れにより、粒径の小さな燃料はＮＯｘの還元領域へより
多く供給出来、ＮＯｘの還元反応は促進され、微粉炭バ
ーナから排出されるＮＯｘ濃度は低減される。

【００４３】そして、円管１７の火炉方向の投影面積は
板の厚みに相当するだけで極めて小さくすることが出来
るので、火炉から受ける輻射も小さくなり、油の燃焼時
や休止時における微粉炭バーナの焼損を防ぐことが出来
る。更に、冷却に必要な空気量を少なく出来るので余剰
空気を低減して炉の熱効率を高くすることが出来る。

【００４４】更に、コーン１５の外表面と燃料ノズルの
中心軸３となす角度が１０°を超えると混合気６２の流
れがコーン１５の外表面から剥離し下流側の流速分布を
平滑に出来ない。コーン１５の外表面と燃料ノズルの中
心軸３となす角度が２°未満であるとコーン１５が長く
なり燃料ノズルの中に収容出来ず、且つ下流側の流速分
布を平滑に出来ない。よって、コーン１５の外表面と燃
料ノズルの中心軸３となす角度は２゜から１０゜の範囲
にすることが望ましい。

【００４５】そして、燃料ノズル２の先端７にそらせ板
２０と衝突板２１を有する保炎器１９が設けられたもの
は、そらせ板２０は２次空気の流れを燃料ノズルの先端
７から外側にそらせる。衝突板２１は燃料ノズルの先端
７近傍に渦を発生させる。図２に示したように、第１実
施の形態においては、燃料ノズル２の先端に、２次空気
の流れを燃料ノズルの先端７から外側にそらせるそらせ
板２０と、流れに対し障害となる衝突板２１を設けるこ
とで、燃料ノズル２と２次空気ノズル２７の間の下流側
に形成される逆流域を大きくする。このため、微粉炭の
着火位置が微粉炭バーナ１に近づき、微粉炭の燃焼効率
は向上する。そして、微粉炭バーナ１近くで温度が高く
なり、酸素の消費が進むため、還元炎領域が大きくな
り、ＮＯｘの発生が抑制される。

【００４６】更に、本発明で、燃料ノズル２の先端位置
から２次空気ノズル２７の流路を拡大する拡径部２９を
設けることで、２次空気６３の軸方向の流速を減速し、
且つ、旋回流速を維持することが出来る。このとき、燃
料ノズル２の保炎器１９下流に形成される逆流域の大き
さは２次空気６３の旋回強度で決まる。このため、燃焼
用空気量の少ない場合も、２次空気６３の旋回強度を維
持すればよいため、流量の多い３次空気６４の旋回強度
を維持する場合よりも圧力損失を少なく出来、操作も容
易となる。

【００４７】本実施の形態の微粉炭バーナ１は、コーン
１５を有する分配器１４を設けることにより、例えば特
開平３−１１０３０８号公報に開示された案内筒に比べ
次のような優れた点がある。即ち、第１は、分配器１４
の上流側の端面のみが燃料ノズル２の内壁面と近接して
おり、他の部分は燃料ノズル２の内壁面と離れているた
め、分配器１４の外周側の流路の圧力損失を小さくする
ことが出来る。分配器１４の上流側が同じ半径の場合、
分配器１４の外管を流れる高濃度の微粉炭を含む搬送気
体の流量は大きくなり、高濃度側に分配される微粉炭の
割合が増加する。このため、微粉炭濃度の高い領域を燃
料ノズル２口縁に広くすることが出来る。高濃度の燃料
噴流の径方向の厚みが増えるので、火炉内でも高濃度の
燃料噴流を保つことが出来、火炎内の還元雰囲気をより
効果的に発生させ、微粉炭を低ＮＯｘ燃焼出来る。

【００４８】一方、同じ圧力損失の場合、分配器１４の
上流側の端面を燃料ノズル２壁面に近づけることが出来
る。微粉炭濃度は燃料ノズル２壁面近傍ほど高いから、
分配器１４で切り出される外周側の燃料濃度は高くな
り、燃料濃度の低い低負荷運用や、難燃性の高燃料比炭
の燃焼させる運用時でも、火炎を安定に保つことが出来
る。

【００４９】第２に、分配器１４の下流側の端面が、燃
料ノズル２の中心軸と平行になり、分配器１４の外周側
と内周側の噴出速度は同じ方向に出来るため、火炉へ噴
出された後でも、燃料噴流の径方向の混合を抑制出来
る。これにより、粒径の小さな燃料はＮＯｘの還元域へ
より多く供給出来るので、ＮＯｘの還元反応は促進さ
れ、バーナから排出されるＮＯｘ濃度は低減する。

【００５０】第３に、下流側の端面の近傍における分配
器１４の火炉方向への投影面積は板の厚みに相当するだ
けで、極めて小さくすることが出来る。上記の投影面積
が小さければ、火炉から受ける輻射も小さくなり、油の
燃焼時や休止バーナの運用時におけるバーナの焼損を防
ぐことが出来る。更に、冷却に必要な空気量を少なく出
来るので、余剰空気を低減して、ボイラの熱効率を高く
することが出来る。

【００５１】図３は、図１と同様の第２実施の形態を示
す一部省略断面図である。この図に示す第２実施の形態
の微粉炭バーナ１は、図１のバーナと比べ変更されたと
ころを示し、その他の部分は省略している。第２実施の
形態の微粉炭バーナ１は、流路分割体である分配器１４
が狭小筒部であるコーン１５のみから形成されており、
これで紡錘体９の下流側の流速分布を平滑にしている。
コーン１５の角度は２゜から１０゜の範囲にすることが
望ましい。先に述べたように、この範囲の角度でコーン
１５の外側面からの混合気の流れの剥離を抑制する。

【００５２】第２実施の形態の微粉炭バーナの場合、コ
ーン１５は紡錘体９の下流側の流速分布を平滑にするこ
とを目的にしている。本目的に合致させるためには、コ
ーン１５の内周面と外周面に沿って空気を流す必要があ
る。これには、空気がコーン１５の外周面に沿って流れ
ることが特に重要であり、コーン１５の外周面で空気の
剥離を抑制しなければならない。一旦、空気流れが剥離
すると、粒子は剥離した流れの中に拡散出来ず、そのま
ま燃料ノズル先端へ運ばれる。コーン１５の外周面にお
ける空気の剥離の条件を詳細に計測した結果、コーン１
５の角度は２°から１０°の範囲にすることが望ましい
ことが明らかになった。角度が２°よりも小さい場合、
コーン１５の内周面へ流入される空気は少なくなり、速
度分布はノズル外周部で高くなる。又、角度が１０°よ
りも大きくなると、コーン１５の外周面の下流側で空気
の流れが剥離する。その他の部分の構造、作用について
は、図１のものと同様であるのでその説明を省略する。

【００５３】以上説明した本実施の形態の微粉炭バーナ
の燃料ノズル２は、ノズル口縁における燃料濃度を搬送
条件の約２倍にまで高めることが出来る。又、流速分布
は、平均流速の±５％以内に平滑にすることが出来る。
これにより、微粉炭が着火し易くなるため、火炎内の脱
硝反応が促進され、ＮＯｘ濃度を低減出来る。燃料比
２．３の歴青炭を燃焼し、火炉出口の灰中未燃分５％の
条件で比較した場合、ＮＯｘ濃度は従来よりも２０％低
減した。更に、燃料ノズル２口縁の燃料濃度が高くなっ
たため、燃料濃度の希薄な条件でも火炎を安定に形成す
ることが出来る。これにより、従来、石炭専焼がバーナ
負荷４０％であったものが、バーナ負荷２０％まで安定
な火炎を保つことが出来、石油などの助燃剤を減らすこ
とが出来る。

【００５４】本発明の微粉炭バーナ１は、燃料ノズル
２、２次空気ノズル２７及び３次空気ノズル３３から構
成されたものが最も望ましいが、２次空気ノズル２７と
３次空気ノズル３３とを別々に設けずに一つの補助空気
ノズルを設けたものであっても良い。

【００５５】更に、このバーナの保炎機能は、燃料ノズ
ルの出口端部の近傍にその周囲よりも気圧の低い負圧部
が形成され、そこに微粉炭と空気の循環流が生じて火の
着きがよくなることに基づいている。この現象をより促
進させるために、粉砕器出口よりも濃度を高めた微粉炭
をノズル出口の負圧部に供給したものである。

【００５６】更に、本発明の微粉炭バーナ１は、燃料ノ
ズル２出口の濃度分布と速度分布を独立に変化させるた
めには、流路分割体１４の上流側の部分がその径を下流
に向って小さく変化させる狭小状の筒であるコーン１５
が優れている。小径の方を上流側に向けて設けると、燃
料ノズル２出口の濃度分布と速度分布を独立に変化させ
ることは困難である。更に、火炉の輻射を受けやすく熱
変形や焼損の問題が発生する。

【００５７】図４は、図１と同様の第３実施の形態を示
す断面図、図５は、図４の II−II線断面図、図６は、
図４の III−III 線断面図、を各々示す。上記に説明し
た第１、第２実施の形態の微粉炭バーナ１は、円形断面
のバーナであったが、本発明は流路が矩形断面を有する
矩形バーナにも適用出来る。第３実施の形態の微粉炭バ
ーナ１は、微粉炭と空気との混合気６２を噴出させる燃
料ノズル２の両側に燃焼用空気を供給する空気ノズル５
５を設けている。

【００５８】更に、燃料ノズル２は、混合気６２の流れ
を燃料ノズルの中心軸３側に絞る絞り部４５と、この絞
る絞り部４５の下流側で燃料ノズルの中心軸３上に設け
られ上流側から下流側に向かって漸次拡がると共に混合
気６２を衝突させて拡散させる拡大部４７、平行部４８
及び縮小部４９を有する被衝突拡散体４６と、この被衝
突拡散体４６の下流側で燃料ノズルの中心軸３と同軸状
に設けられ上流側から下流側に向かって漸次狭まる狭小
筒部５１及び狭小筒部５１に延設して設けられた平行筒
部５２を有すると共に流路を同軸状に分割する流路分割
体５０とを備える。

【００５９】そして、燃料ノズル２と空気ノズル５５が
共に矩形をなし、空気ノズル５５は燃料ノズル２の上下
に隣接して設けられている。このバーナの場合、流路が
矩形であるために、燃料ノズル２内の内部に配した絞り
部４５、被衝突拡散体４６及び流路分割体５０等の断面
形状も矩形をなしている。勿論被衝突拡散体４６を形成
する拡大部４７、平行部４８及び縮小部４９や流路分割
体５０を形成する狭小筒部５１及び平行筒部５２も矩形
断面である。これらの断面形状を流路断面の形状に合わ
せると最も高い性能を示すが、燃料ノズル自体が矩形断
面で、絞り部４５、被衝突拡散体４６及び流路分割体５
０等の断面形状が円形断面でも略同様の機能を発揮す
る。

【００６０】第３実施の形態の微粉炭バーナ１は、燃料
ノズル２が絞り部４５、被衝突拡散体４６及び流路分割
体５０を備えることにより、燃料ノズルの両側に空気ノ
ズルを設けた微粉炭バーナにおいて先の微粉炭バーナと
同様の作用を有するものである。

【００６１】図７は、図１と同様の第４実施の形態を示
す断面図、図８は、図７の IV−IV線断面図、図９は、
図７の V−V 線断面図、を各々示す。第４実施の形態の
微粉炭バーナ１は、微粉炭と空気との混合気６２を噴出
させる燃料ノズル２の両側に燃焼用空気を供給する空気
ノズル５５を設けている。燃料ノズル２は、混合気６２
の流れを一方の壁面５６から他方の壁面５７に近づけて
絞る絞り部５８と、この絞り部５８の下流側で他方の壁
面５７から一方の壁面５６に上流側から下流側に向かっ
て漸次近づけさせると共に混合気６２を衝突させて拡散
させる被衝突拡散体５９と、この被衝突拡散体５９の下
流側で流路を分割する流路分割体６０とを備える。

【００６２】第４実施の形態の微粉炭バーナの場合、燃
料ノズル２の絞り部５８、被衝突拡散体５９、流路分割
体６０は、図４のベンチュリ４、紡錘体９、分配器１４
等の含軸断面の半分を奥行方向に伸張させた形になって
いる。

【００６３】燃料ノズル２が一方の壁面５６から他方の
壁面５７に近づけて絞る絞り部５８と、他方の壁面５７
から一方の壁面５６に漸次近づけ衝突させて拡散させる
被衝突拡散体５９と、流路を分割する流路分割体６０と
を備えたものは、先の第３実施の形態（図３）の微粉炭
バーナと同様の作用を有し、微粉炭バーナ１の近傍に安
定な火炎を形成し、微粉炭の熱分解を促進しＮＯｘ濃度
を低減させる。

【００６４】

【発明の効果】本発明の微粉炭バーナによれば、低負荷
時の火炎の安定性を高め、微粉炭の燃焼効率を向上させ
ると共に、還元炎領域が大きくなりＮＯｘの発生が抑制
される。

【００６５】又、微粉炭のみで燃焼出来るバーナの負荷
範囲を広くすることによって助燃剤の使用量を少なくす
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る微粉炭バーナの第１実施の形態を
示す断面図である。

【図２】図１の I 矢視図である。

【図３】図１と同様の第２実施の形態を示す一部省略断
面図である。

【図４】図１と同様の第３実施の形態を示す断面図であ
る。

【図５】図４の II−II 線断面図である。

【図６】図４の III−III 線断面図である。

【図７】図１と同様の第４実施の形態を示す断面図であ
る。

【図８】図７の IV−IV 線断面図である。

【図９】図７の V−V 線断面図である。

【符号の説明】

１微粉炭バーナ２燃料ノズル３中心軸４ベンチュリ（絞り部）９紡錐体（被衝突拡散体）１０円錐体（拡大部）１１円柱体（平行部）１２円錐体（縮小部）１４分配器（流路分割体）１５コーン（狭小筒部）１６外表面１７円管（平行筒部）１９保炎器（衝突体）２７２次空気ノズル（空気ノズル）３３３次空気ノズル（空気ノズル）４５、５８絞り部４６、５９被衝突拡散体５０、６０流路分割体６２混合気６３２次空気（燃焼用空気）６４３次空気（燃焼用空気）

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)発明者木山研滋広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微粉炭と空気との混合気を噴出させる燃
料ノズルの外側に燃焼用空気を旋回流で供給する空気ノ
ズルを前記燃料ノズルと同軸状に設けた微粉炭バーナに
おいて、前記燃料ノズルは、前記混合気の流れを前記燃
料ノズルの中心軸側に絞る絞り部と、該絞り部の下流側
で前記燃料ノズルの中心軸上に設けられ上流側から下流
側に向かって漸次拡がると共に前記混合気を衝突させて
拡散させる拡大部を有する被衝突拡散体と、該被衝突拡
散体の下流側で前記燃料ノズルの中心軸と同軸状に設け
られ上流側から下流側に向かって漸次狭まる狭小筒部を
有すると共に流路を同軸状に分割する流路分割体とを備
えたものであることを特徴とする微粉炭バーナ。
【請求項２】微粉炭と空気との混合気を噴出させる燃
料ノズルの両側に燃焼用空気を供給する空気ノズルを設
けた微粉炭バーナにおいて、前記燃料ノズルは、前記混
合気の流れを前記燃料ノズルの中心軸側に絞る絞り部
と、該絞り部の下流側で前記燃料ノズルの中心軸上に設
けられ上流側から下流側に向かって漸次拡がると共に前
記混合気を衝突させて拡散させる拡大部を有する被衝突
拡散体と、該被衝突拡散体の下流側で前記燃料ノズルの
中心軸と同軸状に設けられ上流側から下流側に向かって
漸次狭まる狭小筒部を有すると共に流路を同軸状に分割
する流路分割体とを備えたものであることを特徴とする
微粉炭バーナ。
【請求項３】請求項１又は２において、前記被衝突拡
散体は、前記拡大部に延設して前記燃料ノズルの中心軸
上に設けられ該中心軸に平行な平行部と、該平行部に延
設して前記燃料ノズルの中心軸上に設けられ上流側から
下流側に向かって漸次縮小する縮小部とを有するもので
あることを特徴とする微粉炭バーナ。
【請求項４】請求項３において、前記被衝突拡散体の
拡大部の頂角は、１５〜４０°であることを特徴とする
微粉炭バーナ。
【請求項５】請求項３又は４において、前記被衝突拡
散体の縮小部の頂角は、５〜２０°であることを特徴と
する微粉炭バーナ。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかにおいて、前
記流路分割体は、前記狭小筒部に延設して前記燃料ノズ
ルの中心軸と同軸状に設けられ該中心軸に平行な平行筒
部を有するものであることを特徴とする微粉炭バーナ。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれかにおいて、前
記狭小筒部の外表面と前記燃料ノズルの中心軸となす角
度は、２〜１０°であることを特徴とする微粉炭バー
ナ。
【請求項８】微粉炭と空気との混合気を噴出させる燃
料ノズルの両側に燃焼用空気を供給する空気ノズルを設
けた微粉炭バーナにおいて、前記燃料ノズルは、前記混
合気の流れを一方の壁面から他方の壁面に近づけて絞る
絞り部と、該絞り部の下流側で前記他方の壁面から一方
の壁面に上流側から下流側に向かって漸次近づけさせる
と共に前記混合気を衝突させて拡散させる被衝突拡散体
と、該被衝突拡散体の下流側で前記流路を分割する流路
分割体とを備えたものであることを特徴とする微粉炭バ
ーナ。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかにおいて、前
記燃料ノズルの先端に前記空気ノズルの燃焼用空気の流
れを外側にそらすそらせ板と、前記混合気を衝突させる
衝突板を設けたものであることを特徴とする微粉炭バー
ナ。