JPS60200008A - 微粉炭バ−ナ - 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】 □〔発明の利用分野〕 本発明はボイラなどの微粉炭バーナに係シ、特に微粉炭
燃焼排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）および未燃分を低
減するに好適な微粉炭バーナに関するものである。

〔発明の背景〕

化石燃料中にはＣ，Ｈ等の燃料成分の他にＮ分が含まれ
、特に微粉炭には気体燃料や液体燃料に比べてＮ分含有
量が多い。

従って、微粉炭の燃焼時に発生するＮＯｘは気体および
液体燃料の燃焼時に発生するＮＯｘよりも多く、このた
めにＮＯｘｔ極力低減させることが要望されている。

各種燃料の燃焼時に発生するＮＯｘは、サーマルＮＯｘ
と７ユーエルＮＯｘとに大別されるが、サーマルＮＯｘ
は燃焼用空気中の窒素が酸素によって酸化されて生成す
るものであシ、一方、７ユーエルＮＯｘは燃料中のＮ分
の酸化により生成するものである０ これらのＮＯｘの発生を抑制するための燃焼方法として
は、燃焼用空気を多段に分割して供給する二段燃焼法や
、低酸素濃度の燃焼排ガスを燃焼領域に混入するガス再
循環法等がある。

そしてこれらの低ＮＯｘ燃焼法はいずれも低酸素燃焼に
よって燃焼火炎の温度を下げることにより、窒素と酸素
の反応を抑制するものである。

ところが、サーマルＮＯｘと７ユーエルＮ０ｘ（Ｄ中で
、燃焼温度の低下によってその発生量が抑制できるのは
、サーマルＮＯｘであり、７ユー：Ｌ　／ｌ／　Ｎ　Ｏ
Ｘの発生は燃焼温度に対する依存度は少ない。

従って、火炎温度の低下を目的とした従来の燃焼方法は
、Ｎ分の含有量の少ない気体および液体燃料の燃焼には
有効であるが、発生するＮＯｘの８０チ近くが７ユーエ
ルＮＯｘである微粉炭燃料の燃焼に対しては効果が小さ
い。

第１図および第２図は従来の微粉炭バーナの概略構成図
である。

微粉炭は微粉炭供給管１よシ微粉炭搬送用空気（−次空
気）とともに微粉炭供給ノズル２へ供給されるが、この
微粉炭供給ノズル２内での微粉炭の堆積を避けるために
絞９部３が配置されて微粉炭の流速を上昇させるように
なっているが、これは火炎１０からの熱が微粉炭供給ノ
ズル２内へ逆流した場合、微粉炭の流速よシも火炎伝播
速度の方が速いと微粉炭供給ノズル２内へ火炎１０が逆
流し爆発事故などを引起すおそれがあるので、これらの
爆発事故を防止するために局部的に流速を早めて火炉４
内に噴射される。

一方、燃焼用空気は風箱５から仕切板６に仕切られた二
次空気通路７内に流れ、エアレジスタ８保炎器９より炉
内４へ供給される。

この炉内４へ噴射された微粉炭とエアレジスタ８によっ
て旋回が与えられた二次空気は保炎器９によってその流
れが妨害され保炎器９の先端に再循環逆流域Ａが形成さ
れる。

この再循環逆流域Ａには微粉炭と一次、二次空気の混合
流が供給され、再循環逆流域Ａによって後流の火炎１０
からの熱が供給されて着火が起る。

この再循環逆流域Ａで発生した微小火炎は、微粉炭供給
ノズル２からの微粉炭搬送用空気（−次空気）と二次空
気通路７からの二次空気によって旋回が与えられ保炎器
９の後方に運ばれて、いわゆる火炎１０を形成する。

ところが第１図の微粉炭バーナへの燃焼用空気は理論空
気量以上の燃焼用空気が供給されるために、燃焼がさか
んに行われて未燃分は減少するが、逆に窒素酸化物濃度
が高くなシ、低ＮＯｘ化を計ることができない。

そこで、第１図の微粉炭バーナにおいては燃焼用空気量
を理論空気量以下の燃焼用空気で燃焼させ、不足した燃
焼用空気を火炉４の後流側に図示していないアフターエ
アポートから供給して窒素酸化物濃度を下げる、いわゆ
る二段燃焼が採用される。

第２図は従来の排ガス混合を採用した微粉炭バーナの概
略構成図である。

第２図において、符号１〜１０までは第１図のものと同
一であシ、１１は二次空気ダンパ、１２は二次空気旋回
ベーン、１３は三次空気通路、１４はエアレジスタ、１
５は排ガス供給管、１６は排ガス通路、１７は排ガス旋
回ベーンである。

この様な構造において、第１図の微粉炭バーナと異る点
は、微粉炭供給ノズル２の先端に保炎器９がなく、燃焼
用空気の系統が二つに分れ、二次空気通路７よシ二次空
気ダンパ１１、二次空気旋回ベーンとに分けられている
。

さらに、微粉炭供給ノズル２と二次空気の間には排ガス
供給管１５より排ガス通路１６、排ガス旋回ベーン１７
を経て排ガスが供給される。

この様に保炎器９はないが、二次空気は二次空気旋回ベ
ーン１２、三次空気はエアレジスタ１４によって旋回力
が与えられるので、これら二次、三次空気によって第１
図のものと同様に再循環逆流域Ａを形成するので、火炎
１０からの熱の供給には支障はない。

そして、火炎１０の外周は排ガス流で被われるために燃
焼用空気の不足によって窒素酸化物の発生は制御できる
が、未燃分が増加する傾向にある。

ところが、二次、三次空気による旋回力によって形成さ
れた再循環逆流域ＡＫ飛び込んできた微粉炭はその旋回
力による遠心力によって火炎１０の外側へ飛ばされ、し
かも微粉炭のうち大粒径の粗粒微粉炭程その傾向は強く
なり、未燃分を発生させる厚因ともなる。

この様に第２図の微粉炭バーナでは、燃焼用空気の不足
によって窒素酸化物を低下させることはできるが、未燃
分を低下させることができない。

〔発明の目的〕

本発明はかかる従来の欠点を解消しようとするもので、
その目的とするところは、微粉炭燃焼における灰中の未
燃分を低下させて燃焼効率を増加させるとともに、排ガ
ス中のＮＯｘ発生量も低減させることができる微粉炭バ
ーナを提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は前述の目的を達成するために、微粉炭供給ノズ
ルの先端に拡大部を設けたのである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を図面を用いて説明する０第３図は
本発明に係る微粉炭バーナの概略構成図、第４図は第３
図の微粉炭バーナにおける微粉炭流とガス流の運動軌跡
を示す模式図である。

第３図、第４図において、符号１〜１４は従来のものと
同一のものを示し、１８は微粉炭供給ノズル２の先端に
設けた拡大部である。

この様な構造において、微粉炭は微粉炭供給管１よシー
次空気とともに供給され、微粉炭供給ノズル２の絞シ部
３で微粉炭流速が加速された後、火炉４内へ供給される
。

一方、燃焼用空気は微粉炭供給ノズル２の外周から二次
空気は二次空気旋回ベーン１２、三次空気はエアレジス
タ１４によって旋回力が与えられて、火炉４内に供給さ
れる。

この時の火炉４内における微粉炭流、ガス流の運動軌跡
を第４図を用いて説明する。

第４図において、図中の実線で示した矢印は微粉炭中の
粒径の大きい粗粒微粉炭の運動軌跡を示し、図中の点線
で示した矢印はガス流および微粒微粉炭の運動軌跡を示
し、微粉炭中の粒径の小さい（２０μｍ以下）微粒微粉
炭は実質的にガス流と同一運動軌跡をとる。

そこは二次空気、三次空気の旋回力によって、微粉炭供
給ノズル２の拡大部１８によって再循環逆流域Ａができ
、これによって微粒微粉炭と粗粒微粉炭の分級効果が発
揮されるからである。

つまシ、第４図に示す微粉炭供給ノズル２から供給され
た微粉炭は粗粒微粉炭も微粒微粉炭も拡大部１８の前方
Ｂまでは実線、点線の矢印で示す如く同一方向に噴射さ
れるが、この前方Ｂよシ先端Ｃの位置壕で来ると、二次
、三次空気の旋回力によって発生した再循環逆流・域Ａ
のために粗粒微粉炭はそのまま火炉４内に直進するが微
粒微粉炭はこの再循環逆流域Ａを形成する点線の矢印で
示すガス流に乗って箭方Ｂの方向に押し戻され、この前
方Ｂ付近で微粒微粉炭は熱分解し、生成した気体は外側
りへ運ばれて燃焼し、微粒微粉炭のチャーは先端Ｃの位
置へ運ばれて燃焼する。

この様に、火炎１０の中心は先端Ｃの位置にあシ、この
先端Ｃは燃焼温度が最も高いために粗粒微粉炭も微粒微
粉炭のチャーも完全に燃焼するのであるＯ 第５図のものは第３図の他の実施例を示す微粉炭バーナ
の概、略構成図である。

第５図の微粉炭バーナと、第３図の微粉炭バーナの異る
点は、第３図の微粉炭バーナにおいては二次、三次空気
を供給したが、第５図の微粉炭バーナにおいては、微粉
炭供給ノズル２の拡大部１８の外周に排ガス供給管１５
より排ガス通路１６、排ガス旋回ベー７１７を経て排ガ
スを供給し、その外周から二次空気通路７よりエアレジ
スタ８を経て二次空気を供給するようにした点である。

なお、微粉炭供給ノズル２の拡大部１８は末拡りにして
微粉炭による衝突摩耗の低減を計った。

この様に微粉炭供給ノズル２の外周から排ガスを供給す
ることによって、第４図で説明した先端Ｃと外側りの燃
焼領域の分割を排ガスによって強化したものであり、特
に低燃料比炭の低ＮＯｘ化には効果がある。

第６図および第７図のものは他の実施例に係る微粉炭バ
ーナの概略構成図と、微粉炭流、ガス流の運動軌跡を示
す模式図である。

第６図および第７図において、符号１〜１８マでは第３
図、第５図のものと同一であシ、１９は微粉炭供給ノズ
ル２内に設けた縮小部である。

つまり、第６図のものは微粉炭供給ノズル２内に縮小部
１９を設け、先端には拡大部１８を設けることによって
、粗粒微粉炭と微粒微粉炭の分離効果を一層計ろうとす
るもので、微粉炭供給ノズル２の微粉炭はこの縮小部１
９を通過するととＫよって流速が益々上昇し、火炉４内
へ直進する慣性力を増加させたものである。

これによって、粗粒微粉炭は火炉４内へ直進する慣性力
が強くなってバーナ中心軸上には粗粒微粉炭が多く分布
するようになシ、微粒微粉炭は拡大部１８で直進力を失
い外側へ拡がるとともに、二次、三次空気の旋回流によ
る遠心力で益々外側へ飛ばされる。

この様にバーナ中心軸上には粗粒微粉炭による火炎が形
成され、その外周には微粒微粉炭による火炎が形成され
ることになる。

これらを模式的に表わすと第７図のようになる。

すなわち、まず縮小部１９から径が急激に拡がった前方
Ｂの領域で直進する慣性力を維持した粗粒微粉炭と直進
力を失った微粒微粉炭との１段階目の分離がおこシ、続
いて、先端Ｃの領域で旋回流である二次及び三次空気に
よって引起される再循環逆流Ａと一次空気流との衝突に
よって微粒微粉炭は外側り方向へ飛ばされ粗粒微粉炭は
更に直進し続けて二段階目の分離がおこる。この結果、
前方Ｂ及び先端Ｃ領域における粗粒微粉炭と微粒微粉炭
との分離によシ、バーナ中心軸上付近、すなわち火炉４
の奥側Ｅの領域には粗粒微粉炭による火炎が形成され、
外周付近、すなわち外側りの領域には微粒微粉炭による
火炎が形成され雰囲気温度の高い（１５００℃以上）バ
ーナの中心軸上付近では燃焼性の悪い粗粒微粉炭を燃焼
させ、雰囲気温度の比較的低い（１５００’Ｃ以下）外
周付近では燃焼性の良い微粒微粉炭を燃焼させることが
できるため、効果的に灰中未燃分を低減させることがで
きる。更に、分割火炎を形成することができるため、排
ガス中のＮＯＸ濃度の低減を計ることができる。

第８図は縦軸にＮＯｘ、横軸に未燃分を示した特性曲線
図で、図中曲線Ｆは第１図および第２図に示した従来の
微粉炭バーナにおける実験データ、曲線Ｇは第３図、第
５図および第６図に示した本発明の微粉炭バーナにおけ
る実験データを示す。

なお、実験条件は次の通シである。試験炉の内径寸法６
００ｍｍ、長さ５ｍ、耐火断熱キャスタ壁（２００ｍｍ
　）　、微粉炭は２００メツシュパス８０％の歴青炭を
５０Ｋｇ／Ｈ，空気は常温で一次、二次、三次空気は２
：３：５（重量比）の割合で別々の系統から供給した。

また、二次空気旋回ベーン１２の角度は＋４５度、空気
レジスタ１４の角度は５０％一定とした。

この結果従来の微粉炭バーナでは曲、線Ｆに示す如く、
ＮＯｘ量も未燃分も多いが、本発明の微粉炭バーナにお
いては曲線Ｇで示す如＜　、ＮＯｘ量、未燃分ともに低
減できた。

〔発明の効果〕

本発明は微粉炭供給ノズルの先端に拡大部を設けたので
、粗粒微粉炭と微粒微粉炭に分けることができ未燃分の
低下と低ＮＯｘ化を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の微粉炭バーナの概略構成図
、第３図、第５図、第６図および第７図は本発明の実施
例に係る微粉炭バーナの概略構成図、第４図および第７
図は第３図および第６図の微粉炭バーナにおける微粉炭
流、ガス流の運動軌跡を示す模式図、第８図は縦軸にＮ
Ｏｘ、横軸に未燃分を示した特性曲線図である。 ２・・・・・・微粉炭供給ノズル、７，１３・・・・・
・空気通路、１８・・・・・・拡大部。 第１図 第２図 第３図 ２ 第５図 ｄ 第６図 第７図 第８図 −一来斌分

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 微粉炭と搬送媒体との混合流体を炉内に噴射する微粉炭
   供給ノズルの外周に、燃焼用空気を供給する空気通路を
   設け、微粉炭を燃焼するものにおいて、前記微粉炭供給
   ノズルの先端に拡大部を設けたことを特徴とする微粉炭
   バーナ。