JPH11173510A

JPH11173510A - 微粉炭バーナ

Info

Publication number: JPH11173510A
Application number: JP33594797A
Authority: JP
Inventors: Yuji Fukuda; 祐治福田; Shunichi Tsumura; 俊一津村
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 1999-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】コスト増加をできるだけ抑え、かつ高寿命化
を達成することができる保炎リングを備えた微粉炭バー
ナを提供すること。【解決手段】微粉炭バーナのノズル先端に保炎リング
１４を有する微粉炭バーナにおいて、保炎板１７の先端
部に耐酸化性に優れた材料でできた保護プレート２２を
部分的または保炎板全体を被覆するように設置して、低
コストで保炎板１７の焼損を防止し、高寿命化を達成す
ることができる。保護プレート２２の材質は重量含有量
でＣｒを１８％以上、Ａｌを３％以上含む高クロムステ
ンレス鋼製とし、保護プレート２２を２重構造とした
り、その形状を波形構造にも良い。保護プレート２２の
保炎板１７への取り付け方法は溶接で行い、かつ空気の
抜け口を少なくとも１カ所以上設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微粉炭燃焼ボイラ
に使用される微粉炭バーナに係り、特に微粉炭バーナ先
端に設置される保炎リングの寿命を延長させた微粉炭バ
ーナに関する。

【０００２】

【従来の技術】重油や石炭等の化石燃料を使用するボイ
ラ装置では燃焼によって窒素化合物（以下、ＮＯｘとい
う）が発生することが知られている。このＮＯｘを低減
する方法として、燃焼炉での燃焼の際に発生するＮＯｘ
発生量を低減する方法と、発生したＮＯｘを燃焼炉の後
流側で分解、除去する方法に大別される。このうち前者
は高温かつ酸素濃度の高い状態で発生するサーマルＮＯ
ｘを低減する方法であり、低ＮＯｘバーナによる燃焼
法、２段燃焼法が有効とされており、低酸素で燃料リッ
チの高温還元雰囲気で燃焼させることによりＮＯｘ発生
量の低減を図るものである。

【０００３】従来、大型の微粉炭焚ボイラにおいては、
窒素酸化物の生成を抑えるために、例えば図６に示すよ
うな低ＮＯｘバーナが使用されている。このバーナは微
粉炭と一次空気の混合流体（微粉炭流）４が供給される
微粉炭バーナノズル１をバーナ中心に配置し、その外周
の同心円上に筒状の燃焼用空気（２次空気）５の投入ノ
ズル２を設け、さらにその外側に燃焼用空気（３次空
気）６の投入ノズル３を設け、投入ノズル２および３に
は燃焼用空気旋回器７および８をそれぞれ設けている。
微粉炭バーナノズル１の中央部にはバーナ起動時に用い
る重油バーナ９が設けられている。また、図６に示すバ
ーナの火炉１０の炉壁１１には水冷炉壁管１２が設けら
れている。

【０００４】さらに、微粉炭バーナノズル１の先端部外
周に保炎リング１４を装備することにより微粉炭流に微
小渦を発生させ、微粉炭の急速着火と燃料過剰な高温還
元炎の安定成長を図っている。

【０００５】図７には図６に示す微粉炭バーナノズル１
の先端部外周に設けた保炎リング１４の拡大図を示す。
保炎リング１４は微粉炭流４に微小渦を発生させるため
のセラミックスエッジ１６と、バーナ出口近傍、すなわ
ち火炎前流側での高温還元炎を維持し、火炎後流側で２
次空気５、３次空気６との混合が行われるようするため
の保炎板１７から構成されている。

【０００６】保炎板１７は微粉炭バーナノズル１にボル
ト１８で固定され、セラミックスエッジ１６はセラミッ
クスブロック１９を介して保炎板１７に取り付けられて
おり、さらにセラミックスエッジ１６を挟んでセラミッ
クスブロック１９の反対側にはセラミックスエッジ補強
用のレグ板２０が取り付けられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】保炎板１７の材質は通
常、耐熱性及びコストを考慮して２５Ｃｒ２０Ｎｉから
なる鋼材が使用されている。しかし、火炎の輻射熱によ
り保炎板１７の先端部は最高で約１２００℃になり、運
転中に焼損する場合がしばしばあった。これまで保炎板
１７は消耗品として、定期点検毎に溶接により肉盛補修
するかまたは交換することで対処していた。しかし、最
近はボイラの定期点検間隔が従来の１年毎から最長２年
に延長される傾向にあり、このため保炎板１７の寿命を
いままで以上に長くする必要がでてきた。

【０００８】前記課題に対して発明者らの試験結果によ
り、保炎板１７の高寿命化を図るためには２５Ｃｒ２０
Ｎｉよりも１２００℃程度の耐酸化性に優れた材料、例
えばアルミニウムを数パーセント含む高クロム含有量の
ステンレス鋼を保炎板１７として使用すれば耐久性は大
幅に向上することがわかった。これは、保炎板１７の外
周側には燃焼用空気５および６が流れており、酸化性の
雰囲気にあるが、耐酸化性に優れた材料を使用すること
により酸化を防止できたものと考えられる。

【０００９】しかしながら、バーナは大型部品であり、
保炎リング１４の直径は６００ｍｍ前後となる。保炎板
１７は通常その円筒状の中心軸を中心として３〜４分割
されているが、それでも１個の保炎板１７は最大長が約
４００ｍｍ、板厚が約１０ｍｍであり、また、セラミッ
クスエッジ１６を保持するための孔加工等が必要とな
る。したがって、保炎板１７の全部をこうした合金とす
るのは、鋳物成形する場合でもあるいは板材を加工して
製作する場合でも、コストが大幅に増加する。また、ア
ルミニウムを含む高クロム合金を使用した場合には耐酸
化性には優れるものの、高温強度が劣る欠点があるの
で、保炎リング１４として使用するには適さないことが
わかった。

【００１０】本発明の課題は、上記従来技術の問題点を
解決し、コスト増加をできるだけ抑え、かつ高寿命化を
達成することができる保炎リングを備えた微粉炭バーナ
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記本発明の課題は次の
構成で解決される。すなわち、本発明は微粉炭焚ボイラ
で使用される微粉炭バーナにおいて、微粉炭バーナ先端
に設置される保炎リングの少なくとも先端部を耐熱性お
よび耐酸化性に優れた材料でできた保護プレートで部分
的または保炎板全体を被覆するように被った微粉炭バー
ナである。

【００１２】保護プレートの材質は耐熱性および耐酸化
性に優れた材料を用いる。例えば、重量含有量でクロム
を１８％以上及びアルミニウムを３％以上含む高クロム
ステンレス鋼製とする。

【００１３】また、保護プレートを２重構造としたり、
保護プレートの形状を波形構造とする。保護プレートを
２重構造とすることで、保炎板の先端部が二重に保護さ
れているため、万が一、外側保護プレートに割れが入っ
たり、破損した場合には内側保護プレートが存在するた
め、保炎板の保護効果が維持されるので、より高寿命化
が図れる。

【００１４】本発明の保護プレートの保炎板への取り付
け方法は溶接で行う事が望ましい。このとき、保炎板と
保護プレートの間を完全にシールすると内部に閉じ込ま
れた空気の膨張により保護プレートが破壊するおそれが
あるので、保護プレートには空気抜き口を少なくとも１
カ所以上設けておく必要がある。

【００１５】また、保護プレートの形状を波形とする
と、保護プレートは熱膨張を吸収できるので、溶接部位
に保護プレートの熱膨張による熱応力が集中して作用
し、保護プレートが保炎板から剥離するの防ぐことがで
きる。

【００１６】

【作用】図５に各種耐熱合金の高温酸化試験結果を示
す。試験は１０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍの平板を１３０
０℃の電気炉に入れ、大気中で最長５００時間以上さら
し、重量変化量を調べた。

【００１７】図５に示す結果から、高温での耐酸化性に
優れた合金としてはクロムを２０％前後、アルミニウム
を３〜５％含む鉄基の合金であることが判明した。これ
は、アルミニウムは酸素との親和力に優れた元素であ
り、酸化の初期に母材表面にアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）皮膜
を形成し、それ以上の酸化を防止するためであると考え
られる。

【００１８】また、図８に微粉炭バーナノズル１の先端
部外周に設けられた保炎リング１４を構成する保炎板１
７の焼損状況を模式的に示すが、温度の高くなる保炎板
１７の先端部から徐々に焼損していく。図８には焼損部
分１５を斑点状にして示している。そこで、本発明にお
いては保炎板１７の先端のみをクロム及びアルミニウム
を含む合金を使用して、保護するようにした。これによ
り低コストで保炎板１７の焼損を防止することができ、
高寿命化を達成することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。以下の図面に示す実施の形態は図
６に示す微粉炭バーナに適用される微粉炭バーナノズル
１とその先端部外周に設けられた保炎リング１４の構成
に関するものである。

【００２０】図１に本発明における微粉炭バーナノズル
の先端部外周に設けられた保炎リングの断面図を示す。
保炎リング１４はセラミックスエッジ１６、２５Ｃｒ２
０Ｎｉ（ＳＵＳ３１０Ｓ）製の保炎板１７、セラミック
スエッジ１６を固定するためのセラミックスブロック１
９、補強レグ板２０で構成されている。また、保炎板１
７は微粉炭バーナノズル１にボルト１８で固定されてい
る。

【００２１】保炎板１７の先端にはＳＵＨ２１（１９％
Ｃｒ３％Ａｌ残Ｆｅ）製の薄肉の保護プレート２２が溶
接により取り付けられている。図２に保炎リング１４の
構成の模式図を示すが、保護プレート２２は保炎板１７
の先端部を完全に覆うように設置されている。

【００２２】図１、図２に示す例では保護プレート２２
の材質にＳＵＨ２１を採用したが、特にＳＵＨ２１に限
定するものではなく、保護プレート２２の材料に必要な
クロム量は１８％以上で、アルミニウム量は３％以上で
あれば良い。耐酸化性の観点からは、保護プレート２２
中のクロムおよびアルミニウム含有量の上限は特に限定
はないが、加工性およびコストの観点から上限値として
はクロムは３０％以下、アルミニウムは５％以下とする
のが好適である。

【００２３】保護プレート２２の板厚は１ｍｍにしてい
るが、厚さは特に限定するものではない。ただし、あま
り薄肉であると保護プレート２２の溶接が困難であり、
反対に厚肉であると加工が困難であることから１ｍｍ前
後が好適である。

【００２４】保炎板１７への保護プレート２２の接合は
保護プレート２２の端部を保護プレート２２と同じ材質
または保炎板１７と同じ材質の溶接棒で隅肉溶接するこ
とで接合することができる。溶接部位２３は部分的に断
続溶接を行うことで形成しても良いが、未溶接部の間隔
があまり大きいと石炭燃焼灰が進入し、保護プレート２
２が破壊するおそれがあるので、できるだけ間隔をつめ
るようにする必要がある。しかし、溶接部位２３で保炎
板１７と保護プレート２２の間を完全にシールすると内
部に閉じ込まれた空気の膨張により保護プレート２２が
破壊するおそれがあるので、空気抜き口を少なくとも１
カ所以上設けておく必要がある。

【００２５】また、保護リング１４を分割して組み立て
る利点は、加工のし易さと分割体とすることで軽量化さ
れるため、組立てが容易となること、曲げ加工も容易に
なること及びセラミック部品の取り付けが容易になるこ
とである。

【００２６】保護プレート２２で保炎板１７を覆う幅Ｂ
（図１参照）は保炎板１７の先端部の幅Ａの約１／２程
度で十分であるが、石炭燃焼灰の侵入を防止するため、
幅Ａを覆って炉内に面している部分を完全に覆うように
設置しても良く、本発明では幅Ｂを特に限定するもので
ない。

【００２７】図３に示す実施の形態においてＳＵＨ２１
製の保護プレート２２は内側保護プレート２２ａ、外側
保護プレート２２ｂの二重構造であり、それぞれの保護
プレート２２ａ、２２ｂは溶接部位２３ａ、２３ｂで保
炎板１７、内側保護プレート２２ｂに溶接されている。
図３に示す保護プレート２２ａ、２２ｂは図１、図２に
示す例に比べてコストはやや増加するが、もっとも高温
となる保炎板１７の先端部が二重に保護されているた
め、万が一、外側保護プレート２２ｂに割れが入った
り、破損した場合には内側保護プレート２２ａが存在す
るため、保炎板１７の保護効果が維持されるので、より
高寿命化が図れる。

【００２８】図３に示す例では保護プレート２２ａ、２
２ｂの略Ｌ字形を内側と外側で交互に取り付け方を変え
て２重の保護プレート２２ａ、２２ｂの溶接部位２３
ａ、２３ｂが揃わないように溶接することで、溶接部位
２３ａ、２３ｂに変形による応力が集中するのを防止し
ている。

【００２９】また、図４に示す実施の形態においてはＳ
ＵＨ２１製の保護プレート２２の形状は波形としてい
る。この例の長所は保護プレート２２として熱膨張を吸
収できる波形のものを使用したので、波形保護プレート
２２が保炎板１７から剥離するの防ぐことができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明を実機のバーナに使用することに
より、従来問題となっていた保炎板の先端の焼損を効果
的に防止することができるので、バーナの高寿命化を達
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における保炎リングを示
す断面図である。

【図２】本発明の実施の形態における保炎リングを示
す模式図である。

【図３】本発明の実施の形態における保炎リングの断
面図である

【図４】本発明の実施の形態における保炎リングの断
面図である。

【図５】各種耐熱合金の高温酸化試験結果を示す図で
ある。

【図６】低ＮＯｘバーナの構造を示す断面図である。

【図７】低ＮＯｘバーナの保炎リング断面図である。

【図８】保炎板の損傷部位を示す断面図である。

【符号の説明】

１微粉炭バーナノズル１４保炎リン
グ１６セラミックスエッジ１７保炎板１８ボルト１９セラミッ
クスブロック２０補強レグ板２２保護プレ
ート２３溶接部位

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微粉炭焚ボイラで使用される微粉炭バー
ナにおいて、微粉炭バーナ先端に設置される保炎リング
の少なくとも先端部を保護プレートで被ったことを特徴
とする微粉炭バーナ。
【請求項２】保護プレートは重量含有量でクロムが１
８％以上及びアルミニウムを３％以上含む高クロムステ
ンレス鋼製であることを特徴とする請求項１記載の微粉
炭バーナ。
【請求項３】保護プレートは内側保護プレートと外側
保護プレートの２重構造であることを特徴とする請求項
１記載の微粉炭バーナ。
【請求項４】保護プレートの形状を波形構造にしたこ
とを特徴とする請求項１記載の微粉炭バーナ。
【請求項５】保護プレートは保炎リングへ溶接により
取り付けられ、かつ保護プレートには空気の抜け口を少
なくとも１ヶ所以上設けたことを特徴とする請求項１記
載の微粉炭バーナ。