JPH10288305A - 旋回燃焼ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、火炉内に吹き込む混合気で旋回流
を発生させ、燃焼を行うようにした旋回燃焼ボイラに関
する。従来の旋回燃焼ボイラでは、旋回流の中心が燃焼
反応に使用されず、火炉有効利用率を低くする原因とな
っていた。本発明は、旋回流の中心においても燃焼を行
うようにして、火炉有効利用率をさらに高め、燃焼効率
が良く、さらにＮＯｘ発生量の少い旋回燃焼ボイラの提
供を課題とする。 【解決手段】 本発明の旋回燃焼ボイラは、火炉壁２の
上下方向に複数段設けられるバーナ３のうち、上段およ
び下段に設けられる上段バーナ３Ｕおよび下段バーナ３
Ｌを、燃焼反応区画４に旋回流を発生させる配置にする
とともに、中段バーナ３Ｍを旋回流の中心に混合気を吹
き込む配置のものにした。これにより、従来の旋回燃焼
ボイラ０１と同様の燃焼が得られるほか、旋回流の中心
部でも燃焼反応が起り、火炉有効利用効率がさらに向上
し、従来の旋回燃焼ボイラに比較して、灰中未燃分およ
びＮＯｘ量を大幅に低減させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電用あるいは工
場用等の発電を行うためのボイラに係り、特に、火炉内
に旋回流を発生させて燃焼を行うようにした旋回燃焼ボ
イラに関する。

【０００２】

【従来の技術】火炉壁に設置されたバーナから、仮想円
の接線方向に燃料と１次空気を吹き込み、火炉中心に中
心円が形成される旋回流を発生させて、燃焼を行うよう
にした旋回燃焼ボイラが従来から使用されている。この
ような、旋回燃焼ボイラでは、平面形が略正方形に形成
される火炉壁の４隅にそれぞれバーナを設けるととも
に、各バーナからの燃料等の吹き込み方向を、仮想円の
接線方向になるようにして、火炉中心に中心をもつ仮想
円の周縁に沿って流れる旋回流を発生させ、燃料と１次
空気との混合を良くして燃焼させ、燃焼効率を高めるよ
うにしている。

【０００３】また、火炉壁に設けるバーナは、旋回燃焼
ボイラの蒸気発生容量に応じて、上下方向に３〜６段に
わたって配設されるとともに、各バーナからの燃料等の
吹き込み方向を、上下方向および水平方向に変動できる
ようにして、旋回流の上昇速度、および上述した仮想円
の直径を変動させて燃焼量を変動させ、発電需要に合せ
て旋回燃焼ボイラを稼動できるようにしている。

【０００４】図４、図５は、従来から使用されている、
このような旋回燃焼ボイラの１例を示す図である。図４
において、０１は旋回燃焼ボイラの火炉全体を示す図、
０２は内部に伝熱管が配設されるとともに、燃焼反応区
画０４を内部に形成する火炉壁、０３は火炉壁０２の４
隅にそれぞれ配置されて１段を形成するものを、上下方
向に３段にわたって設けたバーナ、０３Ｕはバーナ０３
のうち上段に設置された上段バーナ、０３Ｍは中段に設
置された中段バーナ、０３Ｌは下段に設置された下段バ
ーナ、０５はバーナ０３のそれぞれから燃焼反応区画０
４に吹き込まれる燃料と１次空気との混合気である。

【０００５】また、図５に示すように、平面視で正方形
に形成された火炉壁０２の４隅に、それぞれ設けられる
とともに、上下方向へ３段にわたって設けられた、上段
バーナ０３Ｕ、中段バーナ０３Ｍおよび下段バーナ０３
Ｌからは、火炉中心０６を中心とする仮想円０７の周縁
に沿って旋回する旋回流を、燃焼反応区画０４に形成す
るように、それぞれ火炉中心０６から外れた方向に混合
気０５が吹き込まれる。

【０００６】なお、燃焼反応区画０４に吹き込まれる混
合気０５の吹き込み方向は、バーナ０３のそれぞれを作
動させることにより、上下方向には、図に示すように水
平面と平行に吹き込むようにすることも、水平面に対し
て上方、又は下方向に向けて吹き込むようにすること
も、さらに水平方向にも吹き込み方向を変えて吹き込む
ようにすることもできる。

【０００７】このようにすることにより、例えば、図示
するように、吹き込まれる混合気０５で形成される仮想
円０７の大きさが、上段バーナ０３Ｕ、中段バーナ０３
Ｍ、下段バーナ０３Ｌの順に、大きくなるようにするこ
とも、また仮想円０７を水平面から任意に傾斜するよう
にすることもできる。このようにして、火炉壁０２の四
隅から火炉内０４へ吹き込まれた混合気０５は、図示さ
れていない着火源により着火され火炎を形成する。これ
らの火炎は、旋回流となってファイアボルテックス０８
を形成し、旋回半径を大きくしながら燃焼反応区画０４
を上昇する旋回燃焼を行い、火炉壁０２内等に配設され
てある伝熱管を加熱し、蒸気を発生させる。

【０００８】このような旋回燃焼を行うようにした、旋
回燃焼ボイラ０１では、燃焼反応区画０４全体に旋回流
が形成され、各段のバーナ０３からそれぞれ吹き込まれ
た混合気の燃料と１次空気とが、燃焼反応区画０４の略
全域を有効利用して燃焼するために、局所的に燃焼ムラ
が生じることが少なく、灰中の未燃分の少くでき、また
燃焼ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が少くなる燃焼がで
きるという利点がある。

【０００９】しかしながら、上述した従来の旋回燃焼ボ
イラ０１では、火炉壁の上下方向に複数段配置されたバ
ーナ０３から、燃焼反応区画０４に吹き込まれる混合気
０５の全てが、旋回流となってファイアボルデックス０
８を形成するようにしているため、ファイアボルデック
ス０８の中心部では、渦の効果により燃焼反応に使用さ
れない領域ができることによる不具合がある。

【００１０】すなわち、従来の旋回燃焼ボイラでは、上
述したように燃焼反応区画０４の略全域が燃料と１次空
気との燃焼に利用でき、他の燃焼方式を採用したボイラ
に比較して、燃焼効率を向上させることができるもの
の、ファイアボルテックス０８の中心部が火炉としての
有効利用されないため、火炉有効利用率が低く、燃焼反
応区画０４の全域を燃焼反応に有効に利用することがで
きず、燃焼効率をさらに向上させることができないとい
う不具合があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来の旋回燃焼ボイラの不具合を解消するため、旋回燃焼
するファイアボルテックスの中心部をも、燃料と燃焼空
気との燃焼反応に使用するようにして、燃焼反応区画全
域を燃焼反応に有効利用できるようにして、火炉有効利
用率を高め、燃焼効率をさらに向上させることのできる
旋回燃焼ボイラを提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の旋回
燃焼ボイラは次の手段とした。火炉壁の周辺に上下方向
に複数段配置され、内方の火炉中心から外れた方向に燃
料を吹き込み、吹き込んだ燃料で火炉中心を中心にして
形成される仮想円の周縁上を旋回する旋回流を発生させ
て、旋回燃焼を行うように指向させられた従来の旋回燃
焼ボイラに使用されているバーナのうち、特定の段に設
置されたバーナのみは、旋回流が発生しない火炉中心の
仮想円の中心に向けて、燃料を吹き込むように指向させ
て配置するようにした。

【００１３】なお、バーナが上下方向に３段以上配置さ
れるものにおいては、中央の段に配置されるバーナが、
仮想円の中心を指向するように配置されることが好まし
い。すなわち、上下方向に３段配置されるものにおいて
は２段目のバーナ、４段配置されるものにおいては２段
目、３段目のバーナ、５段配置されるものにおいては３
段目のバーナ、６段配置されるものにおいては３段目、
４段目のバーナがそれぞれ仮想円の中心を指向するよう
に配置されることが好ましい。

【００１４】本発明の旋回燃焼ボイラは、上述の手段の
採用により、例えば、上段および下段のバーナからは、
従来の旋回燃焼ボイラと同様に火炉中心に設定された仮
想円の周縁接線方向に混合気を吹き込み、燃焼反応区画
に旋回流を発生させ、ファイアボルテックスを形成し、
燃焼反応区画の略全域を有効に利用して燃焼させること
ができるとともに、中段のバーナからは、火炉中心に向
けて混合気を吹き込み、旋回燃焼を行っている旋回流の
中心部にも火炎を形成し、燃焼を行わせることができる
ので、従来の旋回燃焼ボイラでは燃焼反応に使用されて
いなかった旋回流の中心部が、さらに、燃焼反応に使用
されることとなり、燃焼反応区画の全域が燃焼反応に有
効に利用されることになる。

【００１５】これにより、従来の旋回燃焼ボイラに比較
して、局所的に発生することのある燃焼ムラが、さらに
低減し、吹き込まれた燃料の未燃分がさらに少くなるよ
うにして燃焼を行うことができる。さらに、この燃焼効
率の向上により、燃焼により発生し、排ガスとともに排
出されるＮＯｘ量を、さらに低減することができる。な
お、本発明者等の実験によれば、本発明の旋回燃焼ボイ
ラでは、従来の旋回燃焼ボイラに比較して、灰中未燃分
を２％から１．５％に低減できるとともに、ＮＯｘ量を
１１０ｐｐｍから８０ｐｐｍに低減できることが判明し
た。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の旋回燃焼ボイラの
実施の一形態を図面にもとづき説明する。図１は本発明
の旋回燃焼ボイラの実施の第１形態を示すボイラ火炉全
体の縦断面図、図２（ａ）は図１の矢視Ａ−Ａ、図２
（ｂ）は図１の矢視Ｂ−Ｂ、図２（ｃ）は図１の矢視Ｃ
−Ｃのそれぞれにおける横断面図である。

【００１７】図１において、１は旋回燃焼ボイラ、２は
火炉壁、３はバーナで上段に設置された上段バーナ３
Ｕ、中段に設置された中段バーナ３Ｍおよび下段に設置
された下段バーナ３Ｌからなる。また、４は燃焼反応区
画、５はバーナ３から燃焼反応区画４に吹き込まれる燃
料と１次空気の混合気である。

【００１８】図２（ａ）、図２（ｃ）に示すように、横
断面形状が正方形に形成された火炉壁２の４つのコーナ
部近傍に、３段にわたって設けられ、混合気５を燃焼反
応区画４に吹き込むバーナ３のうち、上段バーナ３Ｕお
よび下段バーナ３Ｌは、従来の旋回燃焼ボイラ０１と同
様に火炉中心６を中心にもつ仮想円７を燃焼反応区画４
に形成するように、それぞれ火炉中心６から外れた方向
に混合気５が吹き込まれるように、方向決めされて火炉
壁２に設置されている。

【００１９】なお、燃焼反応区画４に吹き込まれる混合
気５の吹き込み方向は、バーナ３Ｕ，３Ｌのそれぞれを
作動させることにより変えることができ、この吹き込み
方向の変更により、これらのバーナ３Ｕ，３Ｌから吹き
込まれる混合気５で形成される旋回流、換言すれば仮想
円７の大きさ、および傾きを変え、これらの旋回流から
形成され上昇していくファイアボルテックス８の形状を
変えるようにすることもできる。また、図２（ｂ）に示
すように、中段に設置された中段バーナ３Ｍにおいて
は、ファイアボルテックス８の中心、すなわち、火炉中
心６に向けて対角線上に混合気５を噴射するようにして
いる。

【００２０】このように、本実施の形態の旋回燃焼ボイ
ラ１では、中段バーナ３Ｍによりファイヤボルテックス
８中心、すなわち火炉中心６に向けて、対角線上に混合
気５を噴射することにより、中段バーナ３Ｍから吹き込
まれる混合気５による仮想円７は形成されないが、上段
バーナ３Ｕおよび下段バーナ３Ｌによって形成されるフ
ァイアボルテックス８の中心部、すなわち従来の旋回燃
焼ボイラ０１では、渦の効果により燃焼反応に使用され
ることのなかった領域が、燃焼反応に有効に利用される
ようになる。これにより、ファイアボルテックス８の中
心部に火炎が形成され、これにより燃焼反応区画４の全
域が燃焼反応に利用されることにより、火炉の有効利用
率をさらに高めることができる。

【００２１】以上、本実施の形態の旋回燃焼ボイラ１に
ついて説明したが、本発明はこのような実施の形態に限
定されるものではなく、発電用あるいは工場用等の旋回
燃焼ボイラの火炉高さ方向に複数段設置されるバーナの
配置において、ある段のバーナにおいては、ボイラの火
炉中心に中心を設定した仮想円に対して燃料を接線方向
に噴射して、ファイヤボルテックスを形成し、特定の段
のバーナにおいては、火炉中心に向けて対角線上に燃料
を噴射し、ファイアボルテックス中心部に燃料を供給し
燃焼を行うことで、ファイアボルテックスの中心部に火
炎を形成するようにしたものであれば良いものである。

【００２２】また、３段以上のバーナ段数を持つもので
は、表１に示す中段のバーナを火炉中心に向けて、対角
線上に混合気を噴射し、ファイアボルテックス中心部で
燃焼を行い、ファイアボルテックスの中心部に火炎を形
成するようにした「特定の段」のバーナにすることが望
ましい。

【００２３】次に、図３は従来の旋回燃焼ボイラ０１と
本実施の形態の旋回燃焼ボイラ１との火炉出口でのＮＯ
ｘ量と灰中未燃分の比較をするために、本発明者等が取
得した実証データである。この実証データは、出願人が
所有するバーナ段数６段の１．５ｔ／ｈマルチバーナ試
験炉の３段および４段を、上述した「特定の段」のバー
ナにし、燃料および燃焼条件を表２の通りにして得られ
たものである。図３に示されるように、本実施の形態の
旋回燃焼ボイラ１におけるＮＯｘ量は、従来の旋回燃焼
ボイラ０１のものよりも３０ｐｐｍ低減した８０ｐｐｍ
に、また、灰中未燃分は、０．５％低減した１．５％に
することができた。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の旋回燃焼
ボイラによれば、火炉壁の周辺に上下方向に複数段配置
され、内方の火炉中心から外れた方向に燃料を吹き込
み、吹き込んだ燃料で、火炉中心を中心にして形成され
る仮想円の周縁上を旋回する旋回流を発生させて、旋回
燃焼を行うように指向させられたバーナのうちの、特定
の段に設置されたバーナのみは、旋回流を発生させない
火炉中心の仮想円の中心に向けて燃料を吹き込む構成に
したことにより、特定の段以外に設置されたバーナから
は、従来の旋回燃焼ボイラと同様に火炉中心に設定され
た仮想円の周縁接線方向に混合気を吹き込み燃焼反応区
画に旋回流を発生させ、ファイアボルテックスを形成
し、燃焼反応区画の略全域を有効に利用して燃焼させる
ことができるとともに、特定の段のバーナからは火炉中
心に向けて混合気を吹き込み、旋回燃焼を行っている旋
回流の中心部にも火炎を形成して、燃焼を行わせること
ができる。

【００２７】これにより、従来の旋回燃焼ボイラでは、
燃焼反応に使用されることのなかった旋回流の中心部が
燃焼反応に使用されることとなり、燃焼反応区画の全域
が燃焼反応に有効に利用され、局所的な燃焼ムラがさら
に低減し、吹き込まれた燃料の未燃分を、さらに少くし
て燃焼させることができるとともに、燃焼により発生す
るＮＯｘ量をさらに低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の旋回燃焼ボイラの実施の第１形態を示
すボイラ火炉全体の縦断面図，

【図２】図１の横断面図で、図２（ａ）は図１の矢視Ａ
−Ａにおける横断面図，図２（ｂ）は図１の矢視Ｂ−Ｂ
における横断面図，図２（ｃ）は図１の矢視Ｃ−Ｃにお
ける横断面図，

【図３】本発明および従来の旋回燃焼ボイラにおけるＮ
Ｏｘ量、灰中未燃分を比較するための実証データ，

【図４】従来の旋回燃焼ボイラのボイラ火炉全体の縦断
面図，

【図５】図４の横断面図で、図５（ａ）は図４の上段バ
ーナ位置における横断面図，図５（ｂ）は図４の中段バ
ーナ位置における横断面図，図５（ｃ）は図４の下段バ
ーナ位置における横断面図である。

【符号の説明】

１ 旋回燃焼ボイラ ２ 火炉壁 ３ バーナ ３Ｕ 上段バーナ ３Ｍ 中段バーナ ３Ｌ 下段バーナ ４ 燃焼反応区画 ５ 混合気 ６ 火炉中心 ７ 仮想円 ８ ファイアボルテックス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 火炉壁の上下方向に複数段のバーナが配
   置され、火炉中心を中心にして前記火炉壁内に形成され
   る仮想円の接線方向に前記バーナから燃料を投入して、
   旋回燃焼させるようにした旋回燃焼ボイラにおいて、前
   記バーナのうちの特定の段に設置されたバーナが、前記
   仮想円の中心に向けて燃料を投入するように配置されて
   いることを特徴とする旋回燃焼ボイラ。