JPS5912209A - 石炭炊き炉のための燃焼装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、石炭炊きの炉に関し、特に主燃料として石炭
を使用する炉に関する。

一般的な石炭炊きにおいては、粒状石炭が石炭粉砕機か
ら石炭ノズルへ一次空気と共に浮遊状態で送給され、燃
焼を維持するのに十分な空気を供給するために二次空気
が送給される。最初に石炭に点火された後は、その燃焼
過程から生じるガスおよび火炎の局部的循環によシ、そ
して炉内の火炎および炉壁からの輻射、および炉内の火
炎からの対流によって石炭の燃焼が維持される。

この種の構成においては、炉がかなり長時間に亘って作
動された後であれば、石炭は容易に燃える。しかしなが
ら、始動の際に点火用火炎を得るためには、そして炉壁
、対流表面および空気予熱器ヲウオーム・アップするた
めには、在来の主ノ々−すから噴射される一次空気と石
炭の混合物は通常、希薄すぎて、そのような冷温状態の
もとでは燃焼しにくい。従って、従来は、炉壁、対流表
面および空気予熱器をウオーム・アップするために石油
またはガス炊き点火器および／またはガンを設けるのが
普通であった。なぜなら石油やガスなどの燃料は、着火
し易いという利点を有しており、従って、燃焼を開始さ
せるのに必要な熱が少なぐてすむからである。点火器は
通常、電気火花器によって始動され、ガンは、点火器ま
たは高エネルギーまたは直電圧の電気器具によって点火
される。

石炭炊きの炉に補助燃料を用いるもう１つの用例は、石
炭の供給量が減少され、従って石炭の火災の安定度が減
少する低負荷条件のときである。

このような条件のもとでは、石油またはガス点火器およ
び／またはガンは、炉内の火炎の安定を維持し、従って
、炉内に未燃焼の石炭粉塵が堆積するのを回避するため
に使用される。

しかしガから、近年、石油またはガス炊きのウオーム・
アップおよび低負荷用点火器またはガンの上述の利点は
、それらの燃料の価格の高騰と供給不足によって帳消し
にされてしまった。このような事態は、石炭炊きノ々−
すの作動の変動が、在来の基本負荷モードから周期的作
動またはシフト式作動モーＰへと増大１〜でいることに
よって一層複雑になっている。周期的作動モードやシフ
ト式作動モードは、その作動を維持するために補助の石
油およびガス装置にかかる負担が更に大きくなるからで
ある。

従って、本発明の目的は、ウオーム・アップ始動および
低負荷時の安定作動を達成するために石油やガスなどの
補助燃料を実質的に減少させるか、その必要性を回避す
ることである。

本発明の他の目的は、より稠密相（高濃度）の粒状石炭
を別個のノズルへ送給し、始動時・ウオーム・アップ時
および低負荷時に使用するために点火するようにした上
記型式の装置および方法を提供することである。

本発明の更に他の目的は、粉砕機からの粉砕石炭と空気
の通常の混合物から空気を分離し、その結果得られた、
ノズルから噴出する濃厚な粒状石炭に対してその燃焼を
支持するように上記分離した空気を導入するようにした
上記型式の装置および方法を提供することである。

略述すれば、本発明の装置は５石炭粉砕機からの石炭と
空気の混合物を２つの流れに分割するための分割手段と
、該分割手段に連結され、上記分割された石炭と空気の
混合物の２つの流れの一方を受は取り、その混合物流れ
から一定量の空気を分離するための分離器と、該分離器
に連結され、該一方の混合物流れの分離された石炭を炉
内へ噴出させるためのノズルと、該分離器に連結され、
前記分離された空気を炉内へ噴出させるための別のノズ
ルを備えている。上記分離された石炭に点火し、上記分
離された空気が石炭の燃焼を支持するようにする。更に
、上記石炭と空気の混合物の他方の流れを受取り、それ
を炉内へ噴出させて高い負荷または全負荷の作動を可能
にさせるための更に別のノズルを導管を介して前記分割
手段に連結する。

以下に添付図を参照して本発明の好ましい実施例を説明
する。

第１図を参照すると、空気流を受取るための入口１２と
、原料石炭の流れを受取るための入口１２ａを有する石
炭粉砕機１０が示されている。空気流も、石炭の流れも
、負荷制御装置（図示せず）の制御により粉砕機内へ導
入される。粉砕機１０は、慣用の態様で作動し、石炭を
乾燥させ比較的微細な粒子に粉砕するものであり、その
上方部分には粉砕された石炭と空気の混合物を排出させ
るために導管１４の一端に連結された出口を有している
。導管１４には、該導管の他端に接続されたエルボ１７
へ、そして該エルボに接続された分割器１８への石炭・
空気混合物の流れを制御する遮断弁１６を設ける。エル
ボ１７は、長方形の断面形状を有するものとし、石炭１
ｒよ、遠心力によりエル昶の屈曲部の外側部分の方へ移
動されるようにする。従って、流れが分割器１８に流入
する時点では、石炭は、相当に濃厚化されており、エル
ボ部分１７ａの屈曲部の外側面に沿って広がる。図には
簡略にするために１本の導管１４だけしか示されていな
いが、粉砕機１０は、通常、数個の出口を有しており、
それらの出口に数本の導管１４が接続され、各導管にそ
れぞれエル７ｙ１７および分割器１８が接続される。出
口、導管、エルボおよび分割器の数は炉に設けられたバ
ーナの本数に対応する。

第２および３図に詳細に示されるように、分割器１８は
、エルボ１７の端部に連結する連結フランジ２０を有し
ている。分割器１８の内部には、その室をエルボ１７の
端部と直線状に整列する室２４と、室１４に隣接して延
長する室２６とに分割するダンノξ−２２を設ける。分
割器１８は、室２４および２６にそれぞれ整合し、導管
３６．３８に連結するための連結フランジ３２．３４を
備えた２つの出口２８．３０を有している。ダンノξ−
２２は、室２４と２６との間の流量比率を変えるために
制御装置（図示せず）の制御により軸２２ａの周シに枢
動されるようになされている。第２図に示されるように
、ダンパー２２は、その自由端とそれに対応する分割器
１８の壁との間に空間が形成され、ダンパーが第２図に
実線で示された位置におかれたときにも入口室から室２
４へのある程度の流れを許し、またダンＡ−が第２図に
破線で示された位置におかれたときにも入口室から室２
６へのある程度の流れを許すように、寸法づけされ、位
置づけされている。この理由については後述する。

再び第１図を参照して説明すると、導管３８を分割器１
８からサイクロン型分離器４２へ延長させ、導管３６を
分割器１８から直接ノ々−ナー・ノズル組立体４０へ延
長させる。サイクロン型分離器４２は、かくして・導管
３８から粉砕石炭と空気の混合物を受取シ、慣用の態様
で作動して、混合物から大部分の空気を分離する。この
分離され７− た石炭（１％程度の僅かな空気を包含している）は、分
離器４２から低負荷用導管４４へ排出させ、一方、分離
された空気は、通気導管４６へ排出させる。導管４４お
よび４６は、後に詳述するような態様でノ々−ナー・ノ
ズル組立体４０に接続し、導管４４と４６の間での空気
の流れを制御するための通気ダンパー４８を導管４６内
に設ける。

ノ々−ナー・ノズル組立体４０け、例えば蒸気発生装置
の一部を構成する慣用の炉の前壁５４に穿設された貫通
開口５２に同軸的に整列させて取り付ける。周知のよう
に、炉は、側壁および後壁〔図示せず）を有しており、
開口５２に隣接する燃焼室５６を画定している。前壁５
４ならびに炉の他の壁には、断熱材５８が施されており
、特に図示はしないが、燃焼室３６の周壁には、昶イラ
ー管を配列することができ、それらのデイラー管を通し
て水などの流体を通流させることにより蒸気を生成する
ことができることは周知である。

炉壁５４に平行に垂直壁６０が配設されており、その垂
直壁に形成された開口にノ々−ナー・ノズル４− 組立体４０が受容される。図示されて因ないが、周知の
ように垂直壁６０の他に頂壁、底壁および両側壁も設け
られていて、いわゆる「二次空気」と称される燃焼維持
空気を受取るための充気室即ち風箱を形成する。

前壁５４と壁６０との間でバーナー・ノズル組立体４０
（以下、単に）々−ナーまたはノズルとも称する）を囲
繞する環状板６２を設け、板６２と炉壁５４との間に板
６２に平行にもう１つの環状板６４を設ける。板６４の
内側面から開口５２とバーナー４０の間に空気分流スリ
ーブ６６を延長させ、２つの空気流通路６８と７０を画
定する。

風箱がら空気流通路６８．７０への二次空気の渦流を制
御するために前壁５４と板６２との間に複数の外側レジ
スター羽根７２を枢動自在に取付ける。同様にして、環
状通路７０を通る二次空気の渦流を更に調整するための
複数の内側レジスター羽根７４を板６２と６４の間に枢
動自在に取付ける。第１図には二枚のレジスター羽根７
２．７４だけしか示されていないが、図示の羽根に対し
て円周方向に間隔をおいて数枚の羽根が環状に配列され
ている。丑だ、羽根７２．７４の枢動取り付けは、例え
ば羽根を軸に固定し、その軸を前壁５４および板６２に
設けた軸受に支承させるなどの任意の慣用の態様によっ
て行うことができる。

捷だ、羽根７２．７４の角度位置は５　周知のようにク
ランクなどにより調節することができる。この種の機構
は慣用のものであるから、ここでは詳述しない。

ノ々−ナー・ノズル組立体４ｏは、導管４４に接続され
たノズル８ｏと、導管４６に接続されたノズル８２と、
導管３６に接続された主ノズル８４を備えている。かく
して、ノズル８ｏは、分離器４２から導管４４を通して
濃厚な粒状石炭を受取り、炉Ｍ５４の開口５２を通して
噴射させる。ノズル８２Ｉ′ｉ、ノズル８０を同軸的に
囲繞し、従って環状の通路を画定しており、分離器４２
から導管４６を通して空気を受取り、それを後述するよ
うな態様でノズル８０から噴射される濃厚相の石炭に対
し燃焼維持関係をなして噴出させる。外側ノズル８４は
、ノズル８２を同軸的に囲繞して環状の通路を画定して
おり、分割器１８から導管３６を通して石炭と空気の混
合物を受取る。ノズル８４は、切頭円錐形であり、従っ
てその内側面と空気ノズル８２の外側面との間の通路は
、石炭と空気の混合物が排出される方向に断面積が漸次
減少している。

開口５２へ噴出される空気に渦を付与するためにノズル
８０と８２の間の環状通路内に複数の渦流羽根８６を設
ける。羽根８６は、慣用の設計のものであってよく、半
径方向内方へテーパーさせてあり、ノズル８０と８２の
間の環状通路内にそこを通る空気に渦を付与するように
配設する。

第４図に示されるように、導管３６とノズル８４との接
続は接線方向であるから、ノズル８２と８４の間の環状
通路を通る空気／石炭混合物に渦流が付与され、混合物
は開口５２に向けて噴射される。

図を簡略化するために図示されていないが、ノズル８０
から噴出される濃厚相の石炭粒子に短詩−／ｌ− 間の間点火エネルギーを与えるためのｂろいろな装置を
設けることができる。例えば、アーク点火器のような高
エネルギー火花発生器や、小型の石油またはガス炊きガ
ン（銃型）点火器をバーナー・ノズル組立体４０に担持
させることができる。

上述の炉が蒸気発生装置の一部を構成するものとして、
その蒸気発生装置を始動させる場合、粉砕機１０に、そ
れぞれ人口１２および１２ａを通して空気流および少量
の石炭を送給する。粉砕機は、石炭を所定の細かさに粉
砕し、空気と粉砕された石炭の希薄混合物を上部出口か
ら導管１４および弁１６を通し、エルボ１７を通して分
割器１８の室２６内へ送る。粒状石炭は、エルボ１７内
を通る際先に述べたようにエルボの外側面の方へ移動す
るので、エルボ１７から分割器１８の室の下方部分に流
入する石炭・空気混合物の大部分は空気であり、該室の
上方部分に流入する混合物の大部分は石炭である。その
結果、分割器のダンノξ−２２が第２図に実線で示され
る閉鎖位置にある状態では、室２６内の空気は、分離器
４２および一／、２− その下流の部品によって課せられる流れ抵抗のためにダ
ンパー２２の下をくぐって室２４へ流入する。一方、分
割器１８の上面近くにある石炭は、室２６を通って導管
３８内へ向けられる。室２６へ搬入されなかった若干の
石炭と共に室２４へ流入した一次空気は、導管３６を通
ってノズル８４へ流入する。

室２６を通る石炭・空気混合物（上述の構成により始動
時に粉砕された石炭の大部分を含む）は、導管３８′ｆ
：通って分離器４２内へ入り、分離器内で濃厚相の粒状
石炭と空気とに分離され、それぞれ導管４４および４６
を通してノズル８０および８２へ送られる。ノズル８０
から噴出される濃厚相の粒状石炭と、ノズル８２から噴
出される一次空気とは、羽根８６によって空気に伺与さ
れる旋回運動と、それによって創生される渦巻の逆流効
果によりノズル８０および８２の前方で互いに混合せし
められ、先に述べた、例えば高エネルギー火花または石
油またはガス点火器などによって容易に点火される濃厚
な混合物となる。粉砕機１０からの始動時における石炭
送給量は低いが、石炭即ち燃料流れの濃度が濃いので、
着火点で必要な高濃度の混合物が得られる。壕だ、この
構成によって形成される渦巻は、燃料（石炭）の燃焼に
よって生じた燃焼生成物を再循環させ、点火帯域に入っ
てくる新しい燃料に点火するための熱を提供する。

次いで、同じ共通の粉砕機１０または他の粉砕機からの
混合物の供給によって他のバーナーをも始動させること
により装置の負荷を増大させることができる。所望数の
粉砕機およびノ々−ナーが作動され、負荷を更に増大さ
せたい場合は、各粉砕機への石炭の流量を増大させる。

それと同時に５各粉砕機１０に関連する分割器ダンノｅ
−２２を室２６の方へ回動させて、分割器１８の上方部
分に集中した粒状石炭の一部を一定量の一次空気と共に
室２４内へ導き、導管３６を通してノズル８４へ送給す
る。

石炭の供給流ｌ゛を最大限にまで増大させるとともに、
ダンパー２２を第２図に破線で示される全開位置Ｖｃ１
で室２６の方へ回動させる。

この位置では、室２４内への石炭・空気混合物の最大限
の流れが得られ、その混合物の一部は、ダンパー２２の
下側を通り抜け、室２６を通って分離器４２内へ流れる
。粉砕機からの排出量とともに分割器のダンノξ−２２
の位置を調節することにより、分離器４２へ、従って低
負荷用ノズル８０．８２への石炭および燃焼維持空気の
量を低い熱入力値（全負荷の約５〜２０％）に維持する
ことができ、また主ノズル８４の負荷を必要に応じて増
減させることができる。負荷が増大するにつれて、主レ
ジスター７２，７４の作用および二次空気流の流れツク
ターンがバーナーの全体的安定性を助成する。

本発明のこの構成は、燃料（石炭）の含水量に応じて空
気の予熱を必要とする場合と、必要としない場合とがあ
る。必要な場合は、慣用の任意のダクト空気加熱技法に
より粉砕機１０へ入ってくる一次空気の温度を上昇させ
るようにすればよい。

ｉｓ− また、本発明は、上述した結果が得られる限り、ここに
例示した特定のバーナー・ノズル構成に限定されるもの
ではない。また、上述したザイクロン型分離器以外の他
の型式の分離器を用いることも本発明の範囲内である。

上述の本発明の構成からいろいろな利点が得られる。例
えば、点火器に消費されるエネルギー消費は、ノズル８
０から噴射される濃厚相の粒状石炭に直接点火するのに
必要とされる短時間の間しか行われず、点火後の始動お
よびウオーム・アップ操作は、ノズル８２から噴出する
渦巻空気によって助成される濃厚相の粒状石炭の燃焼だ
けによって完了される。また、低負荷用ノズル８ｏから
の濃厚相粒状石炭は、広範囲の負荷条件において主ノズ
ル８４からの燃料の火炎を安定化させる役割を果たし、
作動の融通性を大きくし、補助燃料の操作の必要性を少
なくする。

ここに述べた装置および方法は、大抵の既存の装置およ
び新しく製造する設備に適用することができる。なぜな
ら、流れがいろいろな平行流路に−／ｌ　− 分割され、圧力損失の増大が最少限に抑制されるからで
ある。

以上、本発明の詳細な説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、本発明の精神および範囲から逸脱
することなく、いろいろな変型が可能であることは当業
者には明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の燃焼装置の概略図、第２図は第１図
の装置に使用される分割器の平面図、第３図は第２図の
線３−３に沿ってみた断面図、第４図は第１図の線４−
４に沿ってみた部分後面図である。 図中、１０は粉砕機、１８は分割器、２２はダンノぐ−
、４２は分離器、８０．８２．８４はノズル。 特許出願人　　フォスター・ホイーラー・エナージイ・
手続補正書（方式） 昭和５８年８月１０日 特許庁長官　若杉和夫殿 １　事件の表示 昭和５８年特　許願第７３１１７号 ２　発明の名称 石炭炊き炉のための燃焼装置および方法３　補正をする
者 事件との関係　　特許出願人 フォスター・ホイーラー・エナージイ・コーポレイショ
ン４代理人 〒ｉｏｓ　　東京都港区虎ノ門１丁目１番２０号５　補
正命令の日付　昭和５８年７月６日（発送日　昭和５８
年７月２６日） ６　補正の対象 （１）明細書全文（浄書、内容に変更なし）（２）図面
全図（浄書、内容に変更なし）７　補正の内容 別紙の通り ５４−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）石炭炊きの炉のための燃焼装置にお−て、粉砕され
   た石炭と空気の混合物の供給源と、該混合物を２つの別
   個の流れに分割するための分割器と、該分割器に連結さ
   れており、前記分割された２つの流れの一方を受取って
   前記炉内へ噴出させるための第１ノズルと、前記分割器
   に連結されており、前記２つの流れの他方を受取り、該
   他方の流れの石炭と空気の混合物から一定量の空気を分
   離するための分離器と、該分離器に連結されており、該
   分離器から前記混合物の残りの部分を前記炉内へ噴出さ
   せるための第２ノズルと、該分離器に連結されており、
   前記一定量の空気を前記混合物の残りの部分に対して燃
   焼維持関係をなすように前記炉内へ噴出させるための第
   ３ノズルとから成る燃焼装置。 ２）石炭炊きの炉を作動させる方法において、粉砕され
   た石炭と空気の混合物を２つの別個の流れに分割する工
   程と、該分割された２つの流れの一方を直接前記炉内へ
   通す工程と、該２つの流れのうちの他方の流れの石炭と
   空気の混合物から一定量の空気を分離する工程と、該混
   合物の、該一定量の空気を分離された残りの部分を前記
   炉内へ通す工程と、前記一定量の空気を混合物の該残り
   の部分に対し燃焼維持関係をなすように前記炉内へ通す
   工程とから成る方法。