JPS59210205A - 微粉炭バ−ナ装置 - 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】 本発明は微粉炭を燃料とするボイラ装置等の燃焼装置に
係り、特に保炎機能を強化し、排ガス中の未燃分、窒素
酸化物を低減するに好適な微粉炭バーナ装置に関するも
のである。

ボイラ装置等においては、その燃焼方式として、バーナ
の配置形態によりタンゼンシャルファイヤリング方式と
ホリゾンタルファイヤリング方式とがあり、これらが一
般に採用されているのは周知のとおりである。タンゼン
シャルファイヤリング方式は、例えば火炉のＷ隅の同一
水平面上に４個のバーナを配し、これらのバーナから燃
焼室中央に描いた仮想円の接線方向に、燃料及び空気を
噴射して、４つの火炎が燃焼室の中心で１つとなって、
渦状の火炎全形成する様にしたものである。

□一方、ホリゾンタルファイヤリング方式は、バーナを
火炉の一部を構成するボイラ前壁、または前壁と後壁に
配し、燃料及び空気を互いに相対する壁の方向に噴射し
、噴射された燃料により直ちに火炎を形成させるもので
ある。ホリゾンタルフ且つ簡単に行なうことができる等
、操作性にすぐれ、ボイラの低負荷運転及び負荷運転に
対する調整が容易であり、更に、複数のバーナを備える
大型ボイラ等においては火炉周囲の伝熱面熱負荷を均等
にすることができ、また火炉出口の燃焼ガスの流速も均
等であり、過熱器等の対流伝熱を主体とする熱交換器に
とっても望ましい条件を得ることができる。

ところで、ホリゾンタルファイヤリング方式における火
炎の長さは、主として燃料と空気の混合状態に依存する
が、火炎が長くなると対向壁に到達し、火炎が冷却され
て、煤塵及び−酸化炭素等の未燃分が増加するばかりで
なく、伝熱面の汚れも増大し、著しく伝熱を阻害するも
のである。それ故、一般には燃焼用空気に旋回を与えて
燃料と空気の混合を促進させて迅速に燃焼を終らせるこ
とが行なわれている。

また、ガス及び液体燃料と異なり、着火性の悪い微粉炭
等を燃料とする場合には、特に燃料を安定に持続させる
こと、すなわち保炎性が重視される。

保炎の条件としては、燃料ノズル出口近傍において、燃
料と空気の混合物が可燃範囲にあり、且つその供給速度
が火炎伝播速度以下であること、さらに着火温度以上の
熱源が存在することが必要である。

通常用いられるバーナにおいては、燃料が燃焼した後の
高温燃焼ガスが熱源となる。すなわち前記の高温燃焼ガ
スを可燃混合物か形成されている領域にすみやかに環流
せしめることが必要である。

一方、公害防止の観点からは、燃焼排ガス中の窒素酸化
物の低減が望まれている。窒素酸化物は燃料と空気の混
合を促進して急叡な燃焼ヶ行なう程多量に発生し、燃料
と空気の混合を抑制した緩慢な燃焼程低減されることが
知られているが、煤塵、−酸化炭素等の未燃分は窒素酸
化物とは逆の傾向にあって燃料と空気の混合を抑制する
程多量に発生しやすい。

更に、バーナな構成する各部材としては固体粒子音取扱
うため、耐摩耗性の構造及び材質が要求されるのが常で
ある。

すなわち、望ましい微粉炭バーナ装置は、保炎性、耐摩
耗性にすぐれ、未燃分を増加させることなく窒素酸化物
全低減できる構造を有するものである。

従来、ホリゾンタルファイヤリング方式で用いられる微
粉炭バーナ装置は、第１図に示すように炉壁１に設けた
バーナボート２と、ウィンドボックス壁３を貫通してウ
ィンドボックス４からバーナボート２方向へ配置された
微粉炭バーナ５とから成つており、更にこの微粉炭バー
ナ５は、バーナボート２の中心に燃焼用空気の一部をな
す空気により搬送されてきた微粉炭流６を助燃用バーナ
７の先端に設けた保炎器８を介して供給する微粉炭ノズ
ル９と、その外側にウィンドボックス４より取り入れた
燃焼用空気を半径流式旋回器１０によりて旋回させると
ともに、この旋回した空気流１１をバーナボート２内に
供給する空気流路１２とから構成されていて、前記微粉
炭ノズル９と前記空気流路１２により炉内に供給される
微粉炭流６と旋回した空気流１１とを混合して燃焼させ
るものが知られている。

しかし、以上の様な微粉炭バーナ装置においては、微粉
炭ノズル９の噴出口に設けられた保炎器８の後流に形成
される渦に起因する高温燃焼ガスの逆流による保炎機能
の確保を期待しているものであるが、保炎器８の後流の
渦によって生じる逆流域の範囲は狭く、また多量の燃焼
用空気が一時に供給されるため、短炎で未燃分も比較的
少ないという特長はあるものの公害物質としての窒素酸
化物を低減することが難かしく、更に微粉炭ノズル９の
噴出口に設けられた保炎器８の摩耗が著しい等の欠点が
あった。

そこで窒素酸化物の低減に対しては、第２図に示す通り
、第１図に示す微粉炭バーナ装置の微粉炭ノズル９と、
その外側に設けた旋回された燃焼用の空気流１１の流路
となる環状の空気流路１２との間に、軸流式旋回器１３
によって旋回され、更にダンパ１４によって流量ヶ調節
される燃焼用の空気流１５０流路となる新たな環状の空
気流路１６を設けて、これらの内燃焼用の空気流１１．
１５の流量及び旋回度を半径流式旋回器１０及びダンパ
１４と軸流式旋回器１３により適宜調整して、微粉炭ノ
ズル９から噴出される微粉炭と燃焼用空気の混合を適宜
に遅らせる方法も考えられているが、前記したように保
炎器８後流の逆流域は狭く、微粉炭と燃焼用空気の混合
割合が可燃範囲となる位置に高温の燃焼ガスを還流する
には保炎器８の位置が制限されるばかりでなく、ボイラ
の負荷変化等に伴なって燃料量及び空気量の大幅な変化
には対応できない。

また、保炎器８の摩耗に対しては何ら改善もなされてい
ない。

その他の従来例として保炎器の摩耗を改善するために第
３図に示すような構成にした微粉炭バーナ装置もすでに
知られている。この微粉炭バーナ装置は、バーナボート
２に２つの環状の空気流路、すなわちダンパ１７で空気
流電が調節される外側の空気流路１８と、半径流式旋回
器１９で旋回力を与えられた燃料用の空気か流れる内側
の空気流路側とを形成し、更にこの内側の空気流路側の
内側には微粉炭バーナ本体２１が嵌着されている。この
微粉炭バーナ本体２１は、主として保炎のための燃焼用
空気の流路となる中心空気ノズル四と、この中心空気ノ
ズ／ｌ／２２の外側に環状の微粉炭流路を形成するため
に設けた微粉炭ノズルｎと、中心空気ノズ／Ｉ／２２の
噴出口側の内部に設けた保炎器８とから成っている。

この様な構成の微粉炭バーナ装置では、保炎器８の摩耗
は回避されるが、保炎器８後流の逆流域の範囲は依然と
して狭く、保炎性が悪いものであった。

ところで、第１図乃至第３図に示した従来の微粉炭バー
ナ装置では、いずれもバーナボート２からの噴流は中心
部に直進流、その外側に環状旋回流を配している。そし
て旋回流の一般的な性質として、旋回流の旋回度ヶ増す
と中心部に逆流域が形成されることが知られており、こ
の逆流域は前記した保炎器８後流の逆流域に比べて、そ
の範囲が遥かに広く、且つ容易に逆流域の範囲全変化さ
せることが可能である。しかし前記した従来の微粉炭バ
ーナ装置では、旋回する塊状の空気流に形成された連流
域内に直進する微粉炭流または直進する微粉炭流及び空
気流を噴出するため、旋回する環状の空気流により形成
される逆流が消滅してしまい高温燃焼ガスを十分に還流
することができず、保炎性の低下を招いている。

この様に、従来の微粉炭バーナ装置は保炎性、操作性の
面から安定に燃焼する燃料量及び空気量の範囲が狭（、
従って未燃分を発生させることなく緩慢な燃焼を行なっ
て窒素酸化物を低減することが難かしいという欠点を有
するものであった。

本発明の目的は、前記従来技術の欠点を解消し、保炎機
能を向上させて窒素酸化物の発生全抑制するための緩慢
な燃焼ができるとともに、保炎器等のバーナ部材が設け
られている場合には当該バーナ部材の摩耗全防止するこ
とのできる微粉炭バーナ装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、中心部の第１
の空気流路と、この空気流路の外側に配した微粉炭流路
と、この微粉炭流路の外側に配した第２の空気流路とを
備えた微粉炭バーナ装置において、前記第１の空気流路
の中心空気流を旋回させる旋回機構を設げたことを特徴
とするものである。

以下、本発明の微粉炭バーナ装置について説明する。

第４図は本発明の一実施例である微粉炭バーナ装置の縦
断面図、第５図は第４図に示す第１の空気流路に空気を
供給する手段の変形例を示す断面図、第６図は第５図Ａ
−Ａ線上の断面図、第７図は第５図に示す中心空気流の
流量調整手段の変形例７示す断面図、第８図は前記中心
空気流の流量調整手段の更に他の変形例を示す断面図、
第９図は第８図Ｂ−１３線上の断面図、第ｉｏ図は本発
明の微粉炭バーナ装置の他の実施例金示す断面図である
。

第４図に示す微粉炭バーナ不体別は、炉壁１に設けられ
たバーナボート２内に噴出口側を嵌入し、炉壁１とウィ
ンドボックス櫨３に囲まれたウィンドボックス４内に設
置されている。そしてこの微粉炭バーナ本体２４は、中
心空気ノズ／ｌ／２５、微粉炭ノズル２６、二次空気ノ
ズル釘により３つの環状流路に分割されており、これら
の環状流路は中心部から順に、第１の空気流路あ、微粉
炭ノズル、第２の空気流路側を形成している。

前記した中心部の第１の空気流路路の中心には助燃用バ
ーナ３１が設けられ、この助燃用バーナ３１の先端には
保炎器としてインペラ３２が取り付けられている。更に
第１の空気流路路内には旋回機構としての軸流式旋回器
３３が設置され、この第１の空気流路路の上流側はダン
パＭが設けられたダクト語を介してウィンドボックス４
に連通している。

また前記第２の空気流路（９）内には、この空気流路３
０を流れる二次空気流％の流動方向より見て上流側にダ
ンパ３７、下流側に細流式旋回器側が設けられている。

尚、この様な微粉炭バーナ本体列の二次空気ノズルｎの
外側には更に第３の空気流路３９が形成されており、こ
の最も外側に位置する第３の空気流路３９のウィンドボ
ックス４側には、半径流式旋回器４０が設置されている
。

そして、第１の空気流路路を流れる中心空気流４１は軸
流式旋回器３３によって旋回力を与えられ旋回噴流とな
ってバーナボート２を介して炉内に噴出される。旋回力
が与えられない微粉炭流４２が流れる微粉炭流路器の外
側の第２の空気流路間及び第３の空気流路３９會流れる
二次空気流３６及び三次空気流４３はそれぞれ軸流式旋
回器あ、半径流式旋回器４０によって旋回力を与えられ
て旋回噴流となってバーナボート２を介して炉内に噴出
される。

尚、本実施例における微粉炭バーナ装置はバーナボート
２と、微粉炭バーナ本体列と、第３の空気流路３９とか
ら成っている。

以上の様に構成したことにより、燃焼用空気の一部を成
す空気によって搬送されてきた微粉炭流４２は、微粉炭
ノズルあ内の微粉炭流路器からバーナボート２を介して
火炉内に噴出される。また、この時に中心金気ノズル５
の噴出口では、第１の空気流路路内の軸流式旋回器３３
により旋回力を与えられた中心空気流４１が旋回噴流と
なって噴出する。ところで前記中心空気流４１の流量及
び旋回度はダン／＜３４及び細流式旋回器３３により調
整されるが、旋回度を増せば前記の中心空気流４１の旋
回噴流は中心空気ノズル５の噴出口近傍において逆流を
生じ、この旋回噴流による逆流はインペラ３２の後流に
生じる逆流と互いに助長し合って、安定で広範囲な逆流
域が形成される。

そして、前記微粉炭ノズルがから噴出される直進性の微
粉炭流４２の延長である微粉炭噴流は、前記した中心空
気流４１の旋回噴流に影響されて、微粉炭噴流の一部は
前記の逆流域に巻きこまれる。

その為、微粉炭の高温燃焼ガスは微粉炭ノズル部の噴出
口近傍にまで還流するので、燃焼を安定に持続させるこ
とができて、保炎性を大巾に高めることができる。

一方、微粉炭流路器の外側に隣接する第２の空気流路（
９）及び第２の空気流路（９）の外側の第３の空気流路
３９からはそれぞれ二次空気流３６及び三次空気流４３
がバーナボート２を介して火炉内に噴出されるが、これ
らの二次空気流３６及び三次空気流４３は、通常、中心
空気流４１の旋回方向と同方向に旋回させるようになっ
ており、更に、二次空気流３６及び三次空気流４３の流
量及び旋回度は、ダンパ３７、軸流式旋回器あ及び半径
流式旋回器４０により適宜調整される。

そして、二次空気流３６の旋回度を増せば二次空気流Ｉ
の延長である旋回噴流は外側方向へり拡がりを増して微
粉炭噴流との混合が抑制されるので１−４ 窒素酸化物の低減に有効である。また、二次空気流３６
の旋回噴流によって燃えきれなかった未燃分は三次空気
流４３の旋回噴流によって完全燃焼する。

また、保炎器としてのインペラ３２は微粉炭流４２にさ
らされることがないのでインペラ３２の摩耗が回避され
る。

また、第４図に示すダクト３５の変形例として、第５図
及び第６図に示すように、ウィンドボックス４から微粉
炭流路器を貫通して中心空気ノズルδに至るダンパ４４
ヲ有する中心空気導入ダクト４５を設けても良い。この
様にすることにより、ウィンドボックス４内にバーナ構
成部材の大部分が納まるので据え付は面積が小さくて済
む。

更に、中心空気流の流量調整手段の他の例として第７図
に示すように微粉炭ノズル２６と中心空気ノズ／Ｉ／２
５との間に中心空気導入ダクト４６全設けて、ウィンド
ボックス４内部と中心空気流路路とを連通し、更に中心
空気導入ダクト４６が設けられた微粉炭ノズルあの外周
面に切欠部４７ａｉ有するスリーブ４７ｔ−設け、この
スリーブ４７を円周方向に回転して中心空気導入ダクト
４６の断面積を変化させるようにしても良く、更にその
他の変形例として第８図及び第９図に示すように、第７
図におけるスリーブ４７の代わりに切欠部のないスリー
ブ４８を微粉炭ノズル部の外周面に設け、このズリーブ
４８を軸方向に摺動させて、中心空気導入ダクト４６の
流路断面積全変化させるようにしても良い。

尚、前記実施例では、第１の空気流路器内の中心空気流
４１を旋回させる旋回機構を軸流式旋回器としたが、本
発明はこれに限らず、例えば第１０図に示すように、中
心空気ノズ／１７２５と微粉炭ノズルがとの間に、複数
（図では２つ）の中心空気導入ダクト４９を、その中心
空気の導入方向が第１の空気流路あの外周円に接する様
に設け、更に微粉炭ノズルあの外周面に２カ所に切欠部
５０ａｉ有する流量調節用のスリーブを設けた構成にし
ても良い。

この様に旋回機構を構成することにより、中心空気導入
ダクト４９から導入される中心空気は第１の空気流路路
内で円周方向に旋回されるのτ：゛第４図及び第５図に
示される軸流式旋回器３３は不要となる。

また、前記実施例において、助燃用バーナ３１を取り付
ける必要がない場合には、インペラ３２を設けなくても
良く、その場合においても保炎機能が低下するようなこ
とがない。

本発明は前記の様な構成になっているので、微粉炭バー
ナ装置に供給される微粉炭量及び空気量が広範囲に変化
しても未燃分全発生させることなく緩慢な燃焼ができて
窒素酸化物を低減させることができるという効果がある
。更に、保炎器等のバーナ構成部材の微粉炭流による摩
耗を防止することができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１．２．３図はそれぞれ異なる従来の微粉炭バーナ装
置の断面図、第４図は本発明の一実施例である微粉炭バ
ーナ装置の縦断面図、第５図は第４図に示す第１の空気
流路に空気を供給する手段の変形例を示す断面図、第６
図は第５図Ａ−Ａ線上の断面図、第７図は第５図に示す
中心空気流の流量調整手段の変形例を示す断面図、第８
図は前記中心空気流の流量調整手段の更に他の変形例を
示す断面図、第９図は第８図Ｂ−Ｂ線上の断面図、第１
０は本発明の微粉炭バーナ装置の他の実施例を示す断面
図である。 あ・・・・・・第１の空気流路、加・・・・・・微粉炭
流路、３０・・・・・・第２の空気流路、３３・・・・
・・軸流式旋回器（旋回機構）、４９・・・・・・中心
空気導入ダクト（旋回機構）。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中心部に配される第１の空気流路と、この空気流路の外
   側に配した微粉炭流路と、この微粉炭流路の外側に配し
   た第２の空気流路とを備えた微粉炭バーナ装置において
   、前記第１の空気流路に導かれる中心空気流を旋回させ
   る旋回機構を設けたことを特徴とする微粉炭バーナ装置
   。