JPS59122805A - 固体微粉燃料の燃焼方法およびその装置 - 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、微粉炭、コークス粉等の固体微粉燃料の燃焼
方法の改良およびその装置に関する。

従来の固体微粉燃料燃焼バーナは第１図、第２図に示す
ように固体微粉燃料とその輸送用−次空気の混合体１を
円形、角形などの断面の固体微粉燃料バーナ２の噴出口
３から噴出させ、燃焼室内において円錐形、角錐形など
の固体微粉燃料の吹込み噴流４を作り、この噴流４の外
側から二次空気５を供給して、噴流４中に二次空気５を
拡散せしめて固体微粉燃料を燃焼させる形式が一般であ
る。すなわち固体微粉燃料と一次空気との混合体ｌを炉
内に高速で噴出させて混合体の吹込み噴流４を形成させ
、この噴流４中にさらに二次空気５を拡散させて固体微
粉燃料を燃焼させる燃焼方法が基本である。

その変形として、第２図に示すようにバーナ２の中心部
に高圧−次空気を噴出させる空気噴出口６を設け、固体
微粉燃料と空気との混合体４に図示のような中心部を欠
く噴流４を形成させこの噴流４の外側にさらに一次空気
の噴出ロアを設けて固体微粉燃料を燃焼させる固体微粉
燃料バーナを用いた燃焼方法も知られており、上記混合
体を噴出させる固体微粉燃料噴出口３、−次空気噴出口
６．７には流れに旋回流を与えるためそれぞれ旋回翼を
取り付は固体微粉燃料と空気との接触混合を高めるよう
にした燃焼方法も知られてる。

以下、セメント焼成用ロータリーキルンにおける固体微
粉燃料の燃焼方法とその装置を例にあげて詳細に説明す
る。

セメント焼成用ロータリーキルンにおいて固体微粉燃料
・を燃焼させる場合には、キルン内に吹込まれた固体微
粉燃料は焼成帯を通過するまでには未燃分を残さず完全
燃焼させる必要があるほか、長大なキルンに対しバーナ
炎を一定の長さ以下としいわゆる焼成帯を形成させてク
リンカー生成反応の最終段階を終了させなければならず
、特に仮焼炉付きのサスペンションプレヒーターから仮
焼度の高い、例えば脱炭酸が１００％近くに達した原料
がキルンに供給される場合は、キルンに入る原料の仮焼
度が高くない場合に比し、より短炎で燃焼させることが
要求される。またキルン内において焼成帯の位置を多少
前後に移す、すなわち、いわゆる焼点の位置をキルン内
で前後に移動するためバーナ炎の長さを調節する必要も
ある。

以トのように、セメント焼成用ロータリーキルンにおい
ては、個体微粉燃料を高速度で燃焼を完結させて、タリ
ンカー鉱物生成のため安定した燃焼状態を形成維持する
ことが要請される。固体燃料を微粉燃料にしてバーナに
吹込むのがそもそも上記の要請に応えるものであり、固
体微粉燃料噴出口から固体微粉燃料と一次空気との混合
体を高速で炉内に吹込み、これに旋回流を与え、クリン
カークーラーからの高温空気をこれに供給するなどの方
法ないし手段はこの要請に基づくものである。

しかし、従来の固体微粉燃料の燃焼方法は上記要請に対
して未だ十分とは言い難く、本発明者らはこの点に着目
して種々研究の結果、本発明を完成した。本発明は、固
体微粉燃料の燃焼速度を従来よりもさらに早め、バーナ
炎を短くすることを目的とし、一方一次空気（冷風）を
減少してこれを８００〜９００℃の高温の二次空気と置
きかえ、燃焼効率と熱効率とを高めた燃焼方法を提供す
るものである。なお、本発明では、固体微粉燃料の搬送
用その他バーナを通る空気を一次空気、バーナを通らな
い燃焼用空気を二次空気という。

本発明の燃焼方法は石炭に限らずコークス粉などの固体
微粉燃料の燃焼に適用して著しい効果を奏するが、さら
にこの技術思想は、ガス燃料、液体燃料にも適用できそ
の効果を発揮するものである。

本発明方法の要旨とするところは、固体微粉燃料と一次
空気との混合体を燃焼室内に吹込み、該混合体と高温二
次空気とを相互に拡散混合させて固体微粉燃料を燃焼さ
せる方法において、固体微粉燃料の吹込み噴流の横断面
における燃料密度分布を不均一にし、燃焼速度を高めて
短炎を形成させることを特徴とする固体微粉燃料の燃焼
方法にある。

本発明方法は基本的には固体微粉燃料と一次空気との混
合体を燃焼室内に高速で吹込み錐体状の噴流を形成させ
、この噴流に高温の二次空気を拡散混合させて固体微粉
燃料を燃焼させるものである。本発明方法は、前記混合
体が形成する吹込み噴流の一部分に注目すれば固体微粉
燃料と燃焼用空気（−次、二次空気の４計）との比、す
なわち固気比が低く、吹込み噴流内の他の部分に注目す
ればここでの固気比が高くなるように固体微粉燃料を吹
き込む方法であって、このようにすれば吹き込まれた固
体微粉燃料の分布が吹込み噴流の断面において一様であ
る従前の燃焼方法に比し、固体微粉燃料全体の燃焼が速
やかに完了するという事実を本発明者らが、見出したこ
ζ、に基づく。

固体微粉燃料とで次空気との混合体が形成する噴流の一
部分において、固気比が低い部分は着火後速やかに燃焼
すφ。この固気比が低い部分は噴流の周辺から供給され
る高温の二次空気を取込んで炎の一部を形成するが、燃
焼に際し乱気賀を生じておりその作用により噴流の他の
部分すなわち固気比の高い部分への二次空気の取込みの
時期を〒め、かつその取込み速度も速くする。従って全
固体微粉燃料の燃焼速度は全体として従前の方法よりも
速くなる。

固体微粉燃料と一次空気との混合体が燃焼室で形成する
噴流の一部分において速やかに燃焼が起リ、その結果噴
流周辺からの高温二次空気が早い時期に噴流内へ拡散を
開始し、かつその拡散速度が大である本発明の燃焼方法
においては、前記したように全体の燃焼完了が速くなる
が、さらに混合体を形成する空気の量、換言すれば固体
微粉燃料の搬送用その他の一次空気の量を従来の方法よ
りも減少することができる。従来と同量の一次空気量で
本発明の方法を実施すれば、炎の長さは従前より短くな
るし、前記−次空気を減少させてもなお従来と同一長さ
の炎を形成させることができる。

以上のように本発明方法によれば固体微粉燃料を効率よ
く速やかに燃焼させ、燃焼効率、熱効率を高めることが
できる。

次に本発明方法を簡易に実現することのできる燃焼装置
について図面により説明する。

第３図、第４図は本発明方法を好適に実施するに適した
固体微粉燃料バーナ１０の一実施例を示し、第３図は側
面図、第４図は第３図のＡ−Ａ矢視図である。

本発明のバーナ１０は、中心部の固体微粉燃料着火用の
重油バーナの挿入路１１と、その外側に位置し空気のみ
を通す一次空気通路１２と、その外側に設けられ固体微
粉燃料と搬送用空気との混合体を通す通路１３と、さら
にその外側を取り巻いて空気のみを通す一次空気通路１
４とからなっている。

挿入路１１、通路１２，１３．１４にはそれぞれ燃料や
空気の供給口１１ａ、１２ａ、１３ａ。

１４ａが連通して設けられている。

バーナ中心部分の重油バーナガン挿入路１１は固体微粉
燃料の着火時にのみ重油バーナガンを挿入するために使
用するものであって、着火後はガンを引抜いて塞いでお
くか、または供給口１１ａから一次空気を送る通路とし
て使用することもできる。

重油バーナガン挿入路１１の外側に一次空気の通路１２
があり、その先端部分には通路を絞るためのテーパ１２
ｃがつけてあり、また旋回翼１２ｂが取付けである。通
路１２からは一次空気が旋回運動を与えられて燃焼室内
へ吹込まれる。

−次空気通路１２の外側に固体微粉燃料と搬送用空気と
の混合体の通路すなわち燃料輸送路１３があり、燃料輸
送路１３の外側は直進空気の通路１４が取り巻いている
。

燃料輸送路１３には先端に近い部分の通路にテーパ１３
ｃが付しである。

また燃料輸送路１３の先端に近い部分には拡散翼１３ｂ
を備えている。

拡散翼１３ｂは固体微粉燃料と一次空気との混合体と二
次空気とを拡散混合させる作用をなすものである。

拡散１（１３ｂはスパイラル形状をなし、第３図の上半
部分と下半部分とではそのスパイラルのピッチが同じで
なく、上半部分の拡散翼はビ・ンチが大きく、下半部分
の拡散翼はピッチが小さく、また燃料輸送路１３はバー
ナ先端部において、上半部分で１２開口面積が広く、下
半部分では開口面積が狭くなっている。すなわち本発明
装置は固体微粉燃料吹込みバーナにおいて、燃料輸送路
の先端部に形の異なる噴出口を配設したことを特徴とす
るバーナである。

拡散翼１３ｂで分割されている燃料輸送路１３の各分割
路は、バーナ先端部において開口面積が第３図の上半部
分で大きく下半部分で小さくなっており、そこに設けら
れた複数個の拡散翼１３ｂのピンチが弁間−であるから
バーナの上半部分とド崖部分とは混合体の流動にとって
通風抵抗が異なる。なお１．ピッチが同一であっても断
面における開口面積を変えることによってもほぼ同様な
効果が得られる。

固体微粉燃料と搬送用空気との混合体をバーナ１０に供
給すると前記したように燃料輸送路には流動抵抗の差が
あるから、第４図の上半部分から多量の混合体、従って
多量の固体微粉燃料が燃焼室内に吹き込まれ、下半部分
からは相対的に少量の固体微粉燃料が吹き込まれる。燃
焼室内に吹込まれた噴流の横断面における固体微粉燃料
の分布は不均一であって、噴流の下半部分では固体微粉
燃料量と燃焼用空気量との比、すなわち固気比が低く、
噴流の上半部分では固気比が高くなっている。

吹込み噴流は下半部分では、第一に固気比が低いので固
体微粉燃料の着火が速く、第二に燃焼が始まったことに
より乱気流を生ずるので高温の二次空気の取込みすなわ
ち二次空気の拡散および固体微粉燃料との混合が速く行
われ、第三に拡散翼１３ｂにより混合体に与えられる旋
回流も上半部分のそれよりも強いこともあづかって、結
局固体微粉燃料の早期着火が行われ燃焼速度が大となり
燃焼完結時間が短くなる。

吹込み噴流の下半部分での−Ｅ記乱気流は噴流の上半部
分にも影響を及ぼし、上半部分にとっても二次空気の取
込みが早まり、ここでも燃焼が早期に完結し、結局従来
のバーナに比べて本発明のバーナでは全固体微粉燃料の
燃焼速度が速くなる。その結果本発明のバーナでは短炎
が得られる。

以上の説明ではバーナを第４図に示す姿勢において上半
部分、下半部分と表現したが、バーナの使用状態におい
て天地を第４図と同一にして使用する必要はなく、第４
図を任意角度回転させた態様でも効果は同じである。

第４図では異形の噴出口の配列が中心角θで１８０’の
範囲に配設されているものを示しているが、異形の噴出
口の配列を中心角で１６０°〜２０００の範囲に配設し
ても同様の効果がある。

また、異形の噴出口の配列を円周方向に多数分割したも
のでもよい。

上記実施例は本発明方法を最も好適に容易に実施するこ
とのできるバーナであるが、本発明方法はこれと異なる
燃焼装置でも実現できることはもちろんである。例えば
混合体の通路１３に仕切りを入れて複数分割しこれに異
なる量の固体微粉燃料を供給して吹込み噴流の錐体内の
固気比に差を。

つくるようにする。拡散質は前記のようにピッチに変化
を与えてもよく同じピッチのものを配設してもよい。ま
たこの分割された通路１３の各通路の搬送空気量は同量
でも多少異なってもよい、またバーナに送入する前に固
体微粉燃料の濃度の異なる混合体をつくり、通路１３の
分割された各通路または別形式のバーナ若しくは別体の
バーナにそれぞれ供給し吹込み噴流中において固気比に
差がつくように供給する装置によっても本発明方法を実
施することができよう。

本発明方法は固体微粉燃料の吹込み噴流の横断面におけ
る燃料密度分布に差を伺して局部的に燃焼速度を高め、
その結果噴流全体の燃焼速度を高めて一次空気を大幅に
減少させるので、揮発分の極めて少ない石炭またはコー
クス微粉などを燃焼させる場合でも容易に早期に完全燃
焼させ短炎を得ることができ、安価な燃料を用いて完全
燃焼が可能となり経済的効果が大である。また−次空気
量の調整によって火炎の長さを従来よりも広範囲に調整
でき、さらに、−次空気（冷風）を著しく減少させるこ
とができるので、冷風の減少分を高温の二次空気と置換
す葛ことによって熱効率を高めることができる。

さらに従来の燃焼方法では短炎を得るためには固体燃料
を微粉砕することが必要であり、例えば石炭燃焼の場合
、８８ｇｍ篩網上残分がｌθ〜２０％程度まで微粉砕し
ていたが、本発明方法では、同一炭種で８８＃Ｌｍ篩網
上残分を３０〜４０％まで上げることが可能となった。

このため粉砕動力節減の面でも著しい効果がある。

また本発明の燃焼製置はバーナに僅かな変化を施すこと
により上記方法を容易に実施することができ燃焼効率の
向−し、燃料原価の低減、熱効率の向上、燃料粉砕動力
の節減などのすぐれた効果を奏し、その工業上の価値は
特に大きい。

本発明のバーナをセメント焼成に用いる場合には短炎が
得られるので最近のようにセメント原料が予熱機でほぼ
１００％近くまで仮焼（脱炭酸°）されてロータリーキ
ルンに供給される場合はロータリーキルンの長さを従来
より２０％程度短くすることができる。

実施例 第３図、第４図に示すバーナをセメント焼成用ロータリ
ーキルンに使用し、噴流中の微粉炭の不均一度をバーナ
上半部分と下半部分の微粉炭量の比が２：ｌとなるよう
にし、本発明方法による固体微粉燃料の燃焼を行った。

その結果を従来のバーナによる焼成（比較例）と比較す
れば第１表の通りである。すなわち （１）固体微粉燃料の単位セメントタリンヵー生産量あ
たりの使用量、すなわち燃料原単位は従来より約９％低
下した。

（２）微粉炭の燃焼効果が、向−ヒし未燃分はなくなっ
た。従来の燃焼方法ではキルン尻において１０’ＯＯ〜
２０００ｐｐｎｚ７）Ｃｏが検出されたが、本発明方法
ではＣＯは全く検出しない。

（３）理論空気量に対する固体微粉燃料搬送用−・次空
気は全空気量の３〜４％程度と少量でよく、通路１２．
１３．１４を通る全−次空気量は従来１２〜１５％であ
ったが８〜１１％に減少した。

減少した冷空気はクリンカークーラーからの高温（８０
０〜９００’Ｏ）の二次空気に置換されるからキルン全
系にとって熱的に有利となる。

（４）−次空気量が従来のバーナより少量となってもな
お、燃焼室内で燃焼する噴流への高温二次空気の拡散が
速いから結局は短炎が得られた。

第　　１　　表

【図面の簡単な説明】

第１図第２図は従来のバーナの縦断面図、第３図は本発
明の実施例のバーナの縦断面図、第４図は第３図のＡ−
Ａ矢視図である。 ｌ・・・固体微粉燃料と空気との混合体、２・・・バー
ナ、３・・・噴出口、４・・・噴流、５・・・二次空気
、６．７・・・−次空気噴出口、ｌＯ・・・バーナ、１
１・・・挿入路、１２．１４・・・−・次空気通路、１
３・・・−混合体通路、ｌｌａ、１２ａ、１３ａ、１４
ａ・・・供給口、１２ｂ・・・旋回翼、１３ｂ・・・拡
散翼特許出願人　三菱鉱業セメント株式会社代理人　弁
理士　小杉佳男 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　固体微粉燃料と一次空気との混合体を燃焼室内に吹
   込み、該混合体と高温二次空気とを相互に拡散混合させ
   て固体微粉燃料を燃焼させる方法において、固体微粉燃
   料の吹込み噴流の横断面における燃料密度分布を不均一
   化し、燃焼速度を高めて短炎を形成させることを特徴と
   する固体微粉燃料の燃焼方法。 ２　固体微粉燃料吹込みバーナにおいて、燃料輸送路の
   先端部に相互に形の異なる噴出口を配設したことを特徴
   とするバーナ。