JPS596327B2 - 炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石炭焚きの炉に関する。

ことに本発明は点火、暖機運転、低負荷安定化に石炭を
用いることができる炉に関する。

屡々ガスまたは重油の代りに石炭を発電施設で用いるこ
とが望ましいことがある。

このような条件下では、重油焚きの炉よりも石炭焚きの
炉を建造する方が必然的に利用価値が大きい。

しかし石炭焚きの炉でも実質的な量のガスまたは重油を
屡屡使うのである。

ひとつの典型的な石炭焚きの炉ではこの炉でもやすべき
石炭は乾燥され石炭粉砕機で粉砕さ札この粉砕機から炉
の負荷負担石炭ノズルへ直接に供給されるのである。

この石炭粉砕機の運転には石炭を乾燥しこれを搬送する
加熱空気をこの粉砕機に供給することを必要とする。

この空気は強制循環ドラフトファンにより供給する。

このドラフトファンは空気を空気予熱器に通す。

この空気予熱器は炉内の高温の燃焼生成物を空気の予熱
に用いる装置である。

この予熱した１次空気、すなわち石炭を乾燥し搬送する
のに用いられる空気は石炭と共に石炭ノズルに供給され
、ことで燃焼支持に用いられる。

この１次空気は典型的には石炭の全部の燃焼を支持する
に充分な量でなく、従って２次空気を空気予熱器から炉
に直接にもち来たらして燃焼に必要な残りの空気として
供給するのである。

このようにして空気と共に供給された石炭は１次空気か
らの点火エネルギ、２次空気、石炭自体の熱、炉内の火
焔による輻射および伝導、さらには炉壁からの輻射によ
って燃焼させられる。

これらの燃焼エネルギ源のほとんど全部は、炉が既に作
動していることを前提条件としていることに注目すべき
である。

すなわち電力発生に用いる大型炉にあっては、炉が既に
可成り長い時間にわたって作動せしめられていることを
前提条件とする。

従って石炭の燃焼を生じさせこれを維持するためには、
炉壁を暖め、点火用の火焔を提供し、さらに空気予熱器
を暖めるための補助燃料を必要とする。

これは通常重油式またはガス式の点火器および暖機ガン
の機能である。

典型的な施設においては、比較的大容量の重油バーナが
点火器により始動され、これにより炉壁の暖機および空
気予熱器の熱交換面の暖機を開始せしめるのである。

これには若干時間がかかり、５００メガワツトの発電所
の場合１回の始動に７００００ガロンの重油を必要とす
る。

これに加えて重油を供給するのに用いるハードウェアを
作るのに可成りの費用を要する。

＝旦炉内の温度が上昇すると、石炭ノズルは重油または
ガス焚きの点火器または暖機ガン自体で点火される。

補助燃料の使用は、石炭ノズルが石炭を供給し始めた時
に必然的に終るといったわけのものでない。

高ボイラ負荷時すなわちノズルにより供給された石炭の
量が多い時には炉は典型的には粉炭の安定燃焼を維持す
ることができる。

しかし負荷が減少し石炭の供給が減少される時、粉炭の
火焔の安定性もまた減じる。

それゆえこの時に点火器または暖機ガンを用いて炉内の
火焔を維持し、これによって炉内に未燃焼石炭粉の堆積
およびこれに伴なう炉内爆発の危険性を防止することを
常とする。

重油焚き、ガス焚きバーナのこれらの機能のすべてはこ
れらの燃料の点火が石炭よりもはるかに容易であり、熱
源が何であれその揮発成分を釈放しその結果燃焼を開始
または維持するのに必要な熱の必要程度が少ないことに
よる。

これとは逆に、石炭を点火するのが困難であることは、
石炭を点火、暖機および低負荷安定の機能に用いられな
い理由なのである。

またこれらの機能のために重油またはガスがはるかに好
ましいという利点のひとつにはこれらは比較的小径のパ
イプで供給することが可能であり、この結果燃料ノズル
領域における部材の密集を少なくするということにある
。

ノズルに石炭を供給する通常の手段は比較的大径の配管
を必要としており、このため、これ以上大径の配管を追
加することは燃料ノズル直後の領域においては好ましく
ないのである。

従って本発明の目的は、最小量の補助燃料を使って点火
、暖機および低負荷安定の機能を果す炉を提供するにあ
る。

すなわち、本発明は、石炭を炉内に差し向けるように配
設した主石炭ノズルと、煙道ガス入口、空気入口および
空気出口を有しその煙道ガス入口に炉内からの煙道ガス
を受取りこの煙道ガスからの熱を前記空気入口に入り前
記空気出口から去る空気に伝達する空気予熱器と、少な
くともひとつの粉砕機と、少なくともひとつの粉砕機か
ら前記主石炭ノズルへ石炭を差し向けるように接続した
導管装置と、前記空気入口から前記予熱器を介し前記空
気出口へまた前記空気出口から前記粉砕機を介して前記
主石炭ノズルへと第１の空気流を循環せしめる装置と、
前記予熱器の出口から炉内へ第２の空気流を循環せしめ
る装置とを包含する炉において、前記主石炭ノズルを出
る石炭を点火するように配設した点火器ノズルと、空気
から石炭を分離する分離器と、空気に混合した石炭を前
記粉砕機のひとつから前記分離器へ輸送する装置と、前
記分離器から前記点火器ノズルまで石炭を輸送する装置
と、燃焼生成物以外の源からの第３の空気流を加熱する
装置と、前記点火器ノズルにおいて前記第３の空気の流
れを炉内へ流す装置と、前記点火器ノズルの出口近くに
位置せしめることができ前記点火ノズルから出る石炭を
点火する点火装置とを包含することを特徴とする炉にあ
る。

以下本発明を添付図面に例示したその好適な実施例につ
いて詳述する。

第１図は粉炭焚きボイラの負荷担持ノズルに空気と燃料
とを供給する系統を示すものである。

炉は一般に参照番号１０で示しである。

導管３６はこの炉の出口を空気予熱器３８の煙道ガス入
口へ接続する。

導管４０は煙道ガス出口を図示しない煙突に接続する。

この煙突は燃焼生成物を大気に放出するためのものであ
る。

ファン４２は空気を大気から引き、これを空気予熱器３
８の空気入口に吹き込むものである。

導管３４は空気予熱器３８の空気出口を炉の両側に設け
た風箱１２および３０へ接続する。

この典型的な炉には実際には４つの風箱が各隅部に設け
であるが、図面を簡略にするためそのうちふたつだけを
図示しである。

他の導管３２は導管３４からの空気を粉砕機２２の空気
入口に接続する。

粉砕機２２の出口は導管２１によりエキゾーメタ２０に
接続しである。

このエキゾーメタ２０の出口は何本かの導管と連通する
。

導管１８および２４はエキゾーメタ出口から石炭ノズル
１９および２５に導くものであり、これらの石炭ノズル
はこれらから炉の内部に石炭を直接に供給するように配
置しである。

ノズル１６および２６は図示しない第２の粉砕機−エキ
ゾーメタ構体により石炭を供給される。

また第３の粉砕機−エキゾーメタ構体（図示せず）は石
炭をノズル１４および２８に供給する。

図示の各対のノズルと共に、典型的には同じ粉砕機によ
って供給される地対のノズルを設ける。

風箱１２および３０はノズル附近の開口を介して炉の内
部に連通ずる。

図示しないダンパによりこれら開口中で風箱からの空気
の分配を制御する１通常の作動においては、石炭および
空気はひとつまたはそれ以上のノズル高さ位置で炉１０
に入る。

炉１０内で燃焼が生じ、あつい煙道ガスが生成し、これ
が導管３６、空気予熱器３８、導管４０を介して煙突に
流れ出る。

空気予熱器３８は可動の熱交換面を有し、これが交互に
あつい煙道ガスとファン４２から予熱器へ入る空気とに
接触する。

熱交換面はこのようにして煙道ガスからの熱を吸収し、
これをファン４２からの空気に釈放する。

空気予熱器３８を去る加熱された空気の一部は導管３２
を通り、粉砕機２２へ流れる。

粉砕機２２は石炭を乾燥し粉砕する装置であり、導管３
２によってもち来たらされたあつい空気は石炭を乾燥せ
しめるのに用いられる。

導管３２および粉砕機２２を流れる空気流は導管２１、
エキゾーメタ２０、導管１８および２４を介して関連ノ
ズルへと流れる。

粉砕機２２を流れる間に、この空気流は石炭をとらえる
。

石炭は粉砕機で充分に粉砕されており、空気流に乗って
ノズル１９および２５へ搬送される。

ファン４２およびエキゾーメタ２０はともにこの搬送の
原因となる力を提供するので、これらで、予熱器２８の
空気出口から粉砕機を介しノズル１９またはノズル２５
へと第１の空気の流れを強制循環せしめる装置を構成す
るのである。

ファン４２およびエキゾーメタ２０により粉砕機２２中
を強制循環せしめられる空気はここでは以後１次空気と
呼ぶこことする。

この１次空気は石炭と共に主石炭ノズル１９および２５
に供給される。

しかし石炭の全部の燃焼を支持するためにはこの１次空
気だけでは通常充分でなく、このため空気予熱器３８を
去る空気の若干部分を導管３４を介して風箱１２および
３０に導いている。

この風箱１２および３０は２次空気を供給するもので、
この２次空気により石炭の全部の燃焼を支持するに必要
な空気量の残りの部分を供給するのである。

前述のことばあつい煙道ガスが導管３６内を流れるとい
う前提条件の下であることは明かである。

もちろん炉運転の開始に当っては導管３６を流れるガス
は比較的冷い。

典型的な石炭焚きの施設では、重油または天然ガスを燃
焼せしめる補助バーナを包含する。

これらのバーナは導管３６を介して来るガスが比較的冷
い時に機能するものである。

これは、粉炭は比較的点火しにくく、従って熱エネルギ
が相当量燃焼領域に存在しない限り安定した燃焼が保証
され得ないからである。

この熱エネルギは始動または燃焼維持に用いられるもの
であって、多くの熱源から得ることができろ。

すなわち炉内に既に確立した火焔からの輻射により、ま
たは炉壁からの輻射により、または炉内の熱ガスからの
伝導により、または炉内へ流入する１次および２次空気
からの伝導により得ることができる。

実際上これらの熱源の全部が点火エネルギに貢献し、高
負荷条件においてはこれらの全部が石炭の安定燃焼のた
めに充分な量の点火エネルギとなるまで加え合される。

しかし多くの場合これらエネルギ源の結合は安定燃焼を
保証するに充分ではない。

ひとつの場合をあげると炉が冷い時である。この状態で
は炉壁からの輻射はほとんどなく、また空気予熱器によ
り１次および２次空気に移されるエネルギもほとんどな
い。

このような場合に補助バーナが用いられる。

また補助バーナが用いられる他の状態としては、燃焼量
が少なく各種熱源からのエネルギが少ない時炉を比較的
小さな負荷で運転する場合である。

このような場合にも補助バーナを用いて安定な燃焼を維
持する。

過去においてはこのような補助バーナではすべて重油か
天然ガスを燃していた。

これは重油および天然ガスは粉炭よりもはるかに点火し
易いからである。

第２図は補助バーナを粉炭で点火することを可能とする
方式を示す。

点火器粉砕機１１０は第１図に示す空気予熱器３８から
入口１１２で空気を受入れる。

導管１００は粉砕機１１０を去る石炭−空気混合物をエ
キゾースト１０２に導き、導管９８はエキゾースト１０
２の出口を他の導管９６へ接続する。

導管９６はたとえば分離器６５のようなサイクロン分離
器へ導く。

このような分離器の数は設計者によってちがうが、１個
あればよく、またそれ以上使ってもよい。

分離器６５の出口は空気管路６２により燃料ノズルから
遠い炉の内部の一点に接続されている。

貯蔵所６６は分離器６５を去る石炭を受は入れるように
配設してあり、この貯蔵所６５の出口は弁６７により制
御される。

貯蔵所６６からの石炭は石炭管７０を通って適宜弁を設
けた石炭管７４，７８および８２へ供給される。

これらの石炭管は第２図にあられれていない石炭ノズル
で終る。

同様な石炭管８６．９０および９４はまた石炭貯蔵所６
６かまたは図示しない他の石炭貯蔵所から石炭を受は入
れて、これを出口に位置するノズルへと供給する。

当業者であれば粉砕機１１０が各別の粉砕機であること
は必須のことではないことが理解できるであろう。

粉砕機１１０および２２の機能はひとつの粉砕機に組＾
入れぬことができる。

その出力を炉へと直接の接続と、分離器６５への接続と
に分割するのである。

従って、主粉砕機と点火器用粉砕機とは同一ハードウェ
アとして実現することができよう。

ファン１１８は第１図に示す空気予熱器から空気を引く
。

この空気流は導管１１９，１２０および１２２に分割さ
れる。

導管１１９はダクト内空気加熱器１１６、おそらくは電
気加熱器を有し、空気加熱器１１６の出力は導管１１４
により石炭管８２および９４の端部において点火器ノズ
ルへ送られる。

空気加熱器１１６を去る空気の温度は好適には１５０℃
〜５３８°Ｃ（３００’Ｆ−１０００Ｔ〕である。

同様な加熱器および同様な接続を導管１２０と石炭管７
８および９０の端部のノズルとの間および導管１２２と
石炭管７４および８６の端部のノズルとの間に設けてお
く。

第３図は石炭管８２により供給される型式の点火ノズル
を示す。

この点火器ノズルは実際には３つの同心のノズル１２８
，１３０および１３４で作られている。

ノズル１２８および１３４は共に導管８０に連通し、こ
の導管８０はたわみ性のコネクタ１２６によりノズル１
２８に取付けである。

石炭管８２は玉継手１３８を介して石炭前帆長部分１４
４に接続しである。

石炭管８２および石炭前帆長部分１４４の内部には点火
器１４２がある。

点火器１４２は通常の石炭またはガス点火の点火器の小
型のものであるか、または高エネルギアーク点火器とし
てもよい。

いずれの場合にも点火器は少なくとも玉継手の領域にわ
たってたわみ性を有し、これにより石炭前帆長部分１４
４と共に動くことを許容されている。

空気導管１２４は第１図のｉ１箱１２に連通し、その出
口にノズル１３０を有する。

従って、ノズル１３０は風箱１２と連通する。

典型的な施設では任意所望の型式の弁別火焔検出器１３
２を設けて、点火器ノズルの端部に火焔があるかないか
を識別するようにしである。

冷い状態から炉を始動するには、粉砕機１１０を始動さ
せてその入口から石炭を受入れこれを粉砕する。

この粉砕機１１０の空気入口からはファン４２により空
気予熱器３８を通した空気を受入れる。

冷い状態からの始動では、この空気は依然として冷い。

このような冷い空気を粉砕機１１０、導管１００、エキ
ゾースト１０２および導管９８および９６を介して分離
器６５へ導びくのである。

分離器６５は粉砕機を通る空気にとらえられた石炭を分
離してこれを貯蔵所６６へ落下せしめる。

同時に石炭から分離させた空気は導管６２を通って炉内
へ放出せしめる。

また、貯蔵所６６は始動に必要な量の石炭を保持するに
充分な容量を有する貯蔵所とすることもできる。

このような場合、前回の炉の運転時に貯蔵所６６に残さ
れた粉炭を使って始動し炉の暖機を行なうことができる
。

不活性化管路６４を使って貯蔵中貯蔵所６６内の雰囲気
を維持してここでの自然燃焼を防止する。

炉を加熱した後は点火用粉砕機１１０が働き始め、貯蔵
所６６内に貯蔵した石炭の補給をなす。

どの方法を用いるとしても石炭は貯蔵所６６によって供
給される。

弁６７は貯蔵所６６から落ちる石炭の量を制御し、この
石炭は適宜な装置により導管７０および８２を介し点火
器ノズルの外へと強制的に送られる。

同様に石炭は石炭管９４を介し、またその出口に設けた
ノズルを介して強制的に送られる。

石炭はほとんど空気を伴なわない状態で導管８２および
９４に送られるという事実により、石炭管８２および９
４は比較的小径とすることができ、このためこれらの石
炭管は炉の隅部において部材が混雑した状態を生じさせ
ることがない。

同時に、石炭は点火器ノズルへ供給されるので、予熱器
３８からの空気は導管１１９を介してファン１１８によ
り加熱器１１６へと引かれる。

加熱器１１６はこの空気を安定燃焼を得るに充分な高い
温度にまで加熱する。

加熱器１１６なしでは空気中の熱は空気予熱器３８によ
って与えられる熱のみとなり、冷い状態から始動ではこ
れは大した熱量とならない。

加熱器１１６を去るあつい空気は導管１１４により導管
８０および９２へ送られる。

導管８０を流れる空気の部分は第３図のノズル１３４を
通る。

現在の技術水準に従えば、ノズル１３４は羽根１３６を
持ち、空気流を正しく差し向けるようにしである。

この空気流は、石炭管延長部分１４４の開口を去る石炭
に適宜な流れパターンを与える。

本発明方式は空気加熱器１１６により導入された熱量を
最小限にとどめることを可能にすることに注意されたい
。

加熱された空気は点火器ノズルにおいて点火エネルギに
加えることのみに用いられるので、予熱器３８を流れる
全空気量に熱を加える必要性はない。

さらに石炭の乾燥から生じた不活性の水蒸気は、石炭が
点火器ノズルに達する前に石炭から分離されてしまうの
で、空気加熱器１１６により供給されたエネルギはこの
不活性の水分を加熱するのに用いられることがない。

導管８０を流れる空気の残りはノズル１２８を流れ、羽
根１４０のところを通る。

このため羽根１４０により安定燃焼に適当な流れパター
ンが与えられる。

加熱器１１６により加熱される空気の量は通常できるだ
け少なく維持されるが、所望により１００％の化学当量
的空気を加熱する充分な容量を与えてよい。

このようにしてノズル１２８お上び１３４を介して供給
される空気の量は化学当量的に石炭の燃焼に充分なもの
となる。

もしそうでなければ、風箱の空気をノズル１３０を介し
て導入する。

ノズル１２８および１３４を介して導入される加熱した
空気の量は石炭のすべてを燃焼させるに充分なものでは
あるが、これはノズル１２８および１３４および羽根１
３６および１４０の特性に依存して風箱の空気を導入し
、あつい燃焼生成物を燃焼領域へ戻すようにした流れパ
ターンを生ぜしめ、これにより点火エネルギおよび点火
器火焔の安定に寄与せしめられるようにすることが望ま
しい。

典型的には石炭管延長部分１４４を去る石炭は点火器１
４２により解放される揮発成分を有するものとし、この
石炭の若干分の燃焼が点火器１３４を流れる空気の存在
により始められるようにする。

燃焼のために要する空気の残りの部分はノズル１２８に
より供給される。

このためノズル１３４を去る石炭および空気がノズル１
２８内の空気と出会った後燃焼が完成される。

既述したように、導管８０を通って来る空気は充分にあ
つく、このため点火エネルギに寄与して安定な火焔を提
供するのである。

第３図のノズルは単に例示のために示したものにすぎな
いことを理解すべきである。

すなわちこの例示は本発明によるノズルの機能を説明す
るためにされたものである。

点火器ノズルの出口における安定火焔は炉壁および蒸気
管を暖め始め、これらが暖められるにつれ、煙道ガス温
度は上昇する。

最後には空気予熱器は主石炭ノズルの作動に充分な程度
にあり（なり、その粉砕機ば始動される。

主石炭ノズルから出る石炭は点火器ノズルからの火焔に
よって点火せしめられる。

もし炉が低負荷で運転されるならば、点火器ノズルは作
動したままとしておき、低負荷安定を計るのである。

これらの点火器を運転したままとすることによるコスト
増力口はわずかであり、そのためこれらは高負荷運転時
にも作動したままとすることもできよう。

以上本発明を添付図面に例示したその好適な実施例につ
いて詳述したが本発明はこの特定の実施例に限定される
ものではなく本発明の精神を逸脱することなく変化変形
がなし得ることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は負荷担持ノズルを有する炉の略図的側面図、第
２図は本発明の点火器ノズルを有する炉の略図的側面図
、第３図は本発明に用いろ典型的な点火器、ノズルの拡
大側部立面図である。 １０・・・・・・炉、１２・・・・・・風箱、１４・・
・・・・ノズル、１６・・・・・・ノズル、１８・・・
・・・導管、１９・・・・・・石炭ノズル、２０・・・
・・・エキゾーメタ、２１・・・・・・導管、２２−・
・・・・粉砕機、２４・・・・・・導管、２６，２８・
・・・・・ノズル、３０・・・・・・風箱、３２，３４
，３６・・・・・・導管、３８・・・・・・空気予熱器
、４０・・・・・・導管、４２・・・・・・ファン、６
２・・・・・・空気管路、６５・・・・・・分離器、６
６・・・・・・貯蔵所、６１・・・・・・弁、６７・・
・・・・弁、１０゜７４．７８，８２，９４・・・・・
・石炭管、９６゜１００・・・・・・導管、１０２・・
・・・・エキゾーメタ、１１０・・・・・・点火用粉砕
機、１１２・・・・・・入口、１１６・・・・・・空気
加熱器、１２２・・・・・・導管、１２６・・・・・・
コネクタ、１２８，１３０，１３４・・・・・・ノズル
、１４２・・・・・・点火器、１４４・・・・・・石炭
管延長部分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 石炭を炉内に差し向けるように配設した主石炭ノズ
   ルと、煙道ガス入口、空気入口および空気出口を有しそ
   の煙道ガス入口に炉内からの煙道ガスを受取りこの煙道
   ガスからの熱を前記空気入口に入り前記空気出口から去
   る空気に伝達する空気予熱器と、少な（ともひとつの粉
   砕機と、少なくともひとつの粉砕機から前記主石炭ノズ
   ルへ石炭を差し向けるように接続した導管装置と、前記
   空気入口から前記予熱器を介し前記空気出口へまた前記
   空気出口から前記粉砕機を介して前記主石炭ノズルへと
   第１の空気流を循環せしめる装置と、前記予熱器の出口
   から炉内へ第２の空気流を循環せしめる装置とを包含す
   る炉において、前記主石炭ノズルを出る石炭を点火する
   ように配設した点火器ノズルと、空気から石炭を分離す
   る分離器と、空気に混合した石炭を前記粉砕機のひとつ
   から前記分離器へ輸送する装置と、前記分離器から前記
   点火器ノズルまで石炭を輸送する装置と、燃焼生成物以
   外の源からの第３の空気流を加熱する装置と、前記点火
   器ノズルにおいて前記第３の空気の流れを炉内へ流す装
   置と、前記点火器ノズルの出口近くに位置せしめること
   ができ前記点火器ノズルから出る石炭を点火する装置と
   を包含することを特徴とする炉。