JPS6122105A - 吸収材噴射器を備えた分流型バ−ナ組立体 - 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】 見胛勿ｉ見 本発明は、バーナ組立体に関し、特に、燃料の燃焼の結
果として生じる窒素酸化物および二酸化硫黄の生成を減
少させるような態様で作動する改良されたバーナ組立体
に関する。

蒸気発生装置において燃料として石炭を燃焼させるため
の典型的な構成においては、数基のバーナが炉の内部に
突入するようにして配設され、空気と粉砕石炭との混合
物を燃焼させる。この構成に用いられるバーナは、一般
に、単一の比較的大きい火炎を形成するように燃料−空
気混合物をノズルを通して連続的に噴射するようにした
型式のものである。

このような態様で石炭を燃焼させると、許容しえないレ
ベルの二酸化硫黄が発生するので、政府大気汚染防止規
定に適合するように二酸化硫黄を減少させなければなら
ない。また、バーナの火炎温度が２８００″Ｆ（１５３
８℃）ヲ越エル、！：、、燃焼支持空気から取出される
固定窒素の量が温度の上昇とともに指数関数的に増大す
る。その結果、最終燃焼生成物として多量の窒素酸化物
を発生することになり、やはり重大な大気汚染問題を惹
起する。

二酸化硫黄の放出制御は、通常、湿式または乾式排ガス
脱硫手段のような外部手段によって達成される。二酸化
硫黄の現場制御、即ち炉内での制御は、多年に亘って研
究されてきており、その目的のために石炭に石灰石また
はその他の硫黄吸収材（以下、単に「吸収材」と称する
）を予め混合するか、あるいは、粉末状吸収材を別途の
ポートまたは小さい噴射ノズルを通してバーナの喉部の
外部から噴射する方法が用いられている。しかしながら
、それらの技法は、いずれも明らかな欠点を有している
。即ち、吸収材を石炭に混合して噴射する方法では、吸
収材の無用の燃焼により二酸化硫黄の捕捉率が低くなり
、スラブの発生を増大させることになる。一方、吸収材
をバーナの外部から炉内へ噴射する方法は、そのための
ノズルまたは管を通すために炉壁に多数の貫通孔を穿設
しなければならず、管ベンドの使用、費用のかかる配管
を必要とし、あるいは、吸収材噴射ポー１〜のためにバ
ーナの段階的制御を必要とする。

また、バーナとバーナの間あるいはバーナの上方で吸収
材を噴射する操作では、下記の幾つかの作用により硫黄
の捕捉率が制限される。

（イ）燃焼生成物と吸収材粒子との混合が不十分である
こと、 （ロ）炉の熱放射帯域内での吸収材の滞留時間が不十分
であること、および、 （ハ）吸収材が多段炉の下方の段のバーナに向けて噴射
される場合、炉の側壁に付着するスラグおよび吸収材が
増大すること。炉内の下方に向けての吸収材の噴射は、
また、吸収材粒子が火炎の高温部分内に再度捕えられる
ことがあるので、吸収材の硫黄捕捉率を低下させること
にもなる。

これらの欠点は、内部多段型低ＮＯｘバーナ（Ｎｏ）Ｃ
の発生を低減するようになされたバーナ）と組み合せて
硫黄吸収材を噴射することによって解消することができ
る。この種のバーナは、例えばオーバーファイア空気ポ
ート即ち三次空気ボー１〜のような外部燃焼用空気供給
装置を併用しない場合でも、乱流型バーナに比べて少な
くとも５０％ＮＯ８を減少させる。オーバーファイア空
気ポートを併用すれば、７５％ものＮｏｘの減少を達成
することができ・る。内部多段型低ＮＯｘバーナは、乱
流型バーナの火炎輪郭と同様な火炎輪郭内に燃料濃厚帯
域と燃料希薄帯域を形成するバーナであると定義するこ
とができる。これは、燃料を相当に長い距離に亘って燃
焼させる非常に細長い火炎を発生する遅延混合型バーナ
とは対照的である。

２段階燃焼や、排ガス再循環や、酸素不足状態で燃料−
空気混合物を導入することなどを含むその他の試みは、
火炎の温度を抑制し、燃焼過程において利用可能な酸素
の量を少なくし、それによって窒素の酸化物の発生を減
少させようとするものである。しかしながら、これらの
試みは、ある程度の効果をあげることができるが、窒素
酸化物を最少限レベルにまで減少させるものではなかっ
た。また、これらの試みは、装置の製造コスＩ〜を増大
させるという点で費用がかさみ、すすの発生などの問題
もあり、吸収材の注入による硫黄制御を行なうのにも適
さない。

１１塚ｌ【斐 本発明の目的は、コスト高やその他の問題を惹起するこ
となく、燃料の燃焼において二酸化硫黄および窒素酸化
物の発生を相当に減少させるような態様で作動するバー
ナ組立体を提供することである。

本発明の他の目的は、吸収材の注入と粗金せた場合、効
果的に硫黄の放出を減少させることができる内部多段型
の流量制御および火炎分割式低Ｎ　Ｏウバーナを提供す
ることである。

本発明の更に他の目的は、単位容積当りの火炎の表面積
を増大させ、それによって火炎の熱放射の増大、火炎温
度の低下およびガス成分が最高限の温度で火炎内に滞留
する一間の短縮を達成し。

それによって空中窒素の固定による窒素酸化物の生成を
減少させるようにしたバーナ組立体を提供することであ
る。

本発明の更に他の目的は、燃料の理論空気量燃焼を調整
して、燃焼過程において利用可能な酸素の量を減少させ
、それによって燃料的窒素からの窒素酸化物の生成の減
少を達成するようにした上記型式のバーナ組立体を提供
することである。

本発明の更に他の目的は、二次空気が２つの平行経路を
通してバーナの出口に向けて導かれるようになされ、該
各経路を通る空気の量をそれぞれ個別に制御するための
レジスタ一手段が各経路内に設けられた上記型式のバー
ナ組立体を提供することである。

本発明の更に他の目的は、従来技術に関連して先に述べ
た諸問題を随伴することなく、二酸化硫黄の生成を減少
させるために上記二次空気量の外側の平行経路を通して
粉砕吸収材を噴射するようにした上記型式のバーナ組立
体を提供することである。

略述すれば、本発明は、上述の目的を達成するために、
一端に燃料を受入れるための入口を有し他端に燃料を排
出するための出口を有する燃料通路を備えたバーナと、
空気を受入れるために該バーナを囲繞して配設された囲
い体と、該囲い体からの空気を、該バーナを取巻く２つ
の半径方向に離隔された平行な内側および外側流路に沿
って前記出口の方へ差向けるための空気流分割手段と、
該内側および外側流路を通る空気の量を調整するために
各流路内に配設されたレジスター羽根と、燃料の燃焼の
結果として生じる硫黄を捕捉するために前記出口におい
て前記外側流路内へ吸収材を噴射するために該外側流路
内に配設された一連の吸収材噴射器とから成るバーナ組
立体を提供する。

大焦ｊ−Φ」１児 第１図を参照すると、慣用の炉の前壁１４に穿設された
貫通開口１２に軸方向に整列するように配置された本発
明のバーナ組立体１−０が示されている。この炉は、図
示されていない後壁および両側壁を有し、開口１２に隣
接して炉内に燃焼室１６を画定する。炉の前壁１４には
、バーナ組立体１０と同じ追加のバーナ組立体を受容す
るための複数の同様な開口が穿設されている。炉の前壁
１４および他の壁には、適当な断熱材１８が施されてお
り、図には示されていないが、燃焼室１６を画定する炉
の前壁１４およびその他の壁は、慣用の態様でボイラー
管によって形成することができる。これらのボイラー管
を通して水などの熱交換流体が通流されて蒸気を発生す
る。

また、炉の前壁１４に対して平行に炉の外方に離隔させ
て垂直壁（図示せず）が慣用の態様で配設されており、
該垂直壁と、それに対応して設けられた頂壁と、底壁と
、両側壁とで「二次空気」と称される燃焼支持空気を受
容するための充気室即ち風箱が形成される。

バーナ組立体１０は、内側管状部材２２と外側管状部材
２４を有するバーナ即ちノズル２０を具備する。外側管
状部材２４は、内側管状部材２２をそれに対応して同心
関係に囲繞して内側管状部材との間に炉壁開口１２の方
に向って延長する環状通路２６を画定している。

後に詳述するように、環状通路即ち燃料通路２６内へ燃
料流（例えば予め粉砕された石炭と一次空気の混合流）
を導入するための入口２８が外側管状部材２４に対し接
線方向に接続されている。

バーナ即ちノズル２０を囲繞するようにして１対の互い
に軸線方向に離隔した環状プレート３０゜３２が配設さ
れ、プレート３０の内周縁が外側管状部材゛２４に当接
するようになされている。一方、プレー１−３２の内周
縁からはバーナ２０に対してほぼ長手方向にライナ一部
材３４が延設され、前壁１４内に突入したところで終端
している。更に、バーナ即ちノズル２０を囲繞し、プレ
ー１〜３０に平行にそれから離隔して追加の環状プレー
ト３８が配設されている。プレート３８の内周縁からラ
イナ一部材３４とバーナ２０との間に該バーナにほぼ平
行に空気流分割スリーブ４０が延設され、２つの環状空
気流通路４２．４４を画定するようになされている。

風箱がら空気流通路４２，４．４への二次空気の渦流を
制御するためにプレート３０と３２の間に複数の円周方
向に間隔をおいて配置された外側レジスター羽根４６が
枢動自在に取付けられている。

同様にして、環状空気流通路４４を通る二次空気の渦流
を更に調整するためにプレート３０と３８の間に複数の
円周方向に間隔をおいて配置されたレジスター羽根４８
が枢動自在に取付けられている。レジスター羽根４．６
．４８の枢着は、例えば、それらの羽根を第１図に一点
鎖線で示された軸に取付け、その軸をプレー１−３０．
３２．３８に設けられた軸受に支承させるなどの任意の
慣用手段によって行なうことができる。また、羽根４６
゜４−・８の角度位置は、クラゾクなどによって調節自
在とすることができる。これらの部品は慣用のものであ
るから、ここには図示せず、また、これ以上詳しく説明
しない。プレート３０．３２は風箱がら空気を受容する
ための囲い体を構成する。

各々、隣接する２つの羽根４８．４８の間でプレート３
０．３８を貫通して空気流通路４２内へ突入する複数の
吸収材噴射器４９が設けられている。各噴射器４９の内
端部分（図示せず）は、石灰石Ｃａ（○Ｈ）２などの吸
収材の供給源に接続されており、噴射器の噴出口は前壁
１４の開口１２のところに位置づけされている。図には
明示されていないが、２つ以上の噴射器４９をバーナ２
゜の周りに等角度に離隔させて設けることができる。

各噴射器４９の吸収材噴射速度および噴射角は、慣用の
態様で制御することができる。吸収材は、予め粉砕され
たものとし、空気または蒸気と共に、あるいはスラリー
として搬送することができる。

風箱からレジスター羽根４６への空気流の量は、プレー
ト３２の外周縁に摺動自在に取付けられ、バーナ２ｏの
長手軸線に平行に移動自在のスリーブ５０を移動させる
ことによって制御される。スリーブ５０を移動させるた
めの手段として細長いウオームギア５２が設けられてい
る（第２図）。

ウオームギア５２は、一端部分を適当な駆動機（図示せ
ず）に接続されており、他端部分にはねじ５２ａが刻設
されている。ウオームギア５２は、それを回転自在に支
持するようにプレート３ｏに付設されたブツシュ５４（
第１図）を貫通して延長している。ウオームギア５２の
ねじ５２ａは、スリーブ５ｏの側壁に穿設された複数の
孔５５に噛合し、ウオームギア５２を回転することによ
ってスリーブ５０がバーナ組立体２ｏの長手軸線に対し
て長手方向にプレート３ｏと３２によって画定される空
気入口を横切って移動されるようになされている。かく
して、風箱がら空気流通路４２゜４４を通って流れる燃
焼支持空気の量は、スリーブ５０を軸方向に変位させる
ことによって制御することができる。バーナ２０への空
気流を独立して調量することができるようにするために
、スリーブ５０の直ぐ下流でプレート３０と３２との間
に孔あき空気フード５６が配設されている。

バーナ２０の詳細を示す第３〜５図を参照して説明する
と、外側管状部材２４の端部およびそれに対応する内側
管状部材２２の端部分は、炉の開口１２の方に向って僅
かに半径方向内方ヘテーパされている。内側管状部材２
２と外側管状部材２４の間には分流円錐体５８が配設さ
れている。分流円錐体５８は、管状部材２２と２４の真
直ぐな部分の間を延長する真直部分５８ａと、管状部材
２２と２４のテーパ部分の間をその全長に亘って延長す
るテーパ部分５８ｂを有している。分流円錐体５８の機
能については後で説明する。

バーナ２０の出口端部分において外側管状部材２４と分
流円錐体５８との間の環状空間内に複数のＶ字形の流れ
分岐部材６０が円周方向に間隔をおいて配設されている
。第３，４図に示される例では、４つの分岐部材６０が
９ｏ°の間隔で配置され、出口から管状部材２２．２４
のテーパ部分のほぼ中間点まで延長している。各分岐部
材６０は、７字形を形成するように端部を溶接された２
つの板部材から成っている。これらの板部材は、また、
それぞれの長手側縁を外側管状部材２４および分流円錐
体５８に溶接され、それによって分岐部材６０自体なら
びに分流円錐体５８をバーナ２０内に支持する。各分岐
部材６０の頂点は、バーナの出口より上流に配置され、
分流円錐体５８と外側管状部材２４との間の環状空間内
を流れる燃料−空気流が、各分岐部材の間の空間内へ差
向けられ、４つの個別の流れに分岐されるようになされ
ている。

外側管状部材２４の壁には、それぞれ対応する分岐部材
の真上に延長するように４つの扇形開口６２が穿設され
ている。これらの開口は、内側空気流通路４４（第１図
）から分流円錐体５８と外側管状部材２４との間に画定
される環状空間内へ二次空気を導入するためのものであ
る。この理由については後述する。

第５図に示されるように、内側管状部材２２の端部に先
端部材即ち先端口金６４が設けられており、該口金は、
その内壁に取付けられて管状部材２２内に延設された複
数のロンドロ６によって管状部材２２に対し軸方向に移
動自在とされている。

ロッド６６の他端は、該ロッド、従って口金６４を進退
させるための液圧シリンダ等の適当な作動器（図示せず
）に連結することができる。

第５図から分かるように、口金６４を長手方向に進退さ
せると、該口金と分流円錐体５８との間の有効出口開口
の大きさが変更され、この開口生還る燃料−空気の量を
調整することができる。分流円錐体５８は環状通路２６
内を通る燃料−空気混合物を該円錐体の内外両側へ延び
る２つの半径方向に分離された平行流に分割するから、
口金４６の進退は、それらの２つの流れの相対的流量を
調整するとともに、それらの流れの速度を変更させる役
割を果す。

バーナ２０から噴射される粒状石炭に着火するための適
当な点火器をバーナ組立体の出口に近接して配置するこ
とができる。それらの点火器は、慣用のものであるから
、ここには図示されていない。

本発明のバーナ２０の作動においては、最初の始動時に
各バーナ２０への空気量を正確にバランスさせるために
各バーナに組合わされた可動スリーブ５０を調節する。

一旦このバランス調節が行われたならば、各バーナへの
二次空気流の平常の制御は外側レジスター羽根４６によ
っ゛て行われるので、スリーブ５０を移動させる必要は
ないが。

所望ならば、スリーブ５０による空気流量の制御も行っ
てもよい。

燃料（好ましくは一次空気流内にＳ濁させた粒状石炭）
を接線方向の入口２８へ導入すると、燃料は渦流となっ
て環状通路２６内を通る。入口２８内へ導入された粒状
石炭は、空気より重いから、遠心力により外側管状部材
２４の内壁の方に向って半径方向外方へ移動する。その
結果、石炭の大部分は、空気の比較的小部分と共に外側
管状部材２４と分流円錐体５８との間の外側環状通路（
第５図）に流入し、そこで各分岐部材６ｏの頂角に遭遇
し、４つの等間隔に分離された流れに分岐されてバーナ
組立体の出口から噴出し、点火されて４つの個別火炎パ
ターンを形成する。内側空気流通路４４（第１図）から
の二次空気は、外側管状部材２４の壁に穿設された入口
開口６２を通って管状部材２４と分流円錐体５８との間
で分岐部材６０の内側に流入し、バーナ２０の出口から
噴出する石炭と空気の流れに二次空気を供給する。

環状通路２６を通る空気−石炭混合物の残りの部分は１
分流円錐体５８と内側管状部材２２との間に画定された
環状通路に流入する。この混合物は、先に述べたように
石炭は遠心力により半径方向外方へ移動してしまってい
るから大部分は空気である。外側管状部材２４と円錐体
５８との間の環状通路から噴出する空気および石炭と、
円錐体５８と内側管状部材２２の間の環状通路から噴出
する空気および石炭との相対量、従って流速を正確に制
御するために可動口金６４の位置を調節することができ
る。

風箱からの二次空気は、孔あきフード５６を通ってプレ
ート３０と３２の間の入口へ導入される。

空気の軸方向および半径方向の速度は、レジスター羽根
４６．４８によって制御され、空気流通路４２．４４を
通って炉の開口１２へ流入し、バーナ２０から噴出する
石炭と混合する。次いで、定常燃焼状態に達した後点火
器が消勢される。

吸収材は、石炭の燃焼の結果として生じる二酸化硫黄を
捕捉するために、噴射器４９によって空気流通路４２を
通る二次空気流内へ開口１２において注入される。

本発明のバーナ組立体１ｏによっているいろな利点が得
られる。例えば、各バーナ組立体に組合わされた孔あき
空気フード５６を通しての圧力降下を、最初にスリーブ
５０を調節することにより各バーナ２０への二次空気流
をバランス（平ｔｆｊ）させることによって均等化する
ことができるので炉内全体に亘って実質的に均一な排ガ
ス分布が得られる。このことは、また、多数のバーナに
対して共通の風箱を使用することを可能にし、過剰空気
を少なくする態様でバーナを作動させることができるの
で、窒素酸化物および一酸化炭素の発生を減少させる。

また、外側および内側空気流通路４２．４４に対してそ
れぞれ別個のレジスター羽根４６．４８を設けたことに
より、二次空気の分配と火炎の形状を独立して制御する
ことを可能にし、窒素酸化物の発生を減少させるととも
に、−次空気一石炭流と二次空気流とを平行流路に沿っ
て炉内へ流入させることができるので一部空気一石炭流
と二次空気流とを徐々に混合することを可能にする。

更に、多数火炎パターンを創生ずることにより、火炎の
熱放射を増大し、火炎の平均温度を低下し、ガス成分が
最大限温度の火炎内に滞留する時間を短くする。これら
は、すべて、先に述べたように窒素酸化物の発生を減少
させるのに貢献する。

更に、接線方向の入口２６は、バーナ２０の環状空間２
６の円周に燃料を均一に分配するので、より完全な燃焼
を達成して炭素の損失を少なくし、個々のバーナの能力
を従来のものに比べて相当に増大させることができる。

外側管状部材２４の壁に設けられた入口開口６２は、二
次空気の一部分を導入し、該二次空気を、外側管状部材
２４と分流円錐体５８との間の環状通路を通る燃料−空
気（−次空気）流と共に連行させることを可能にする。

この燃料−空気流の大部分は、主として、予め粉砕され
ている石炭であるが、二次空気の一部を連行させる結果
として、空気−石炭流の断面全体に亘って空気−石炭比
を実質的に均一にすることができる。更に、分流円錐体
５８と内側管状部材２２との間の内側環状通路を通る石
炭−空気混合物の流れを調整するための進退自在の先端
部材６４を設けたことにより、円錐体５８の内外両側の
空気流量を調整することを可能にし、それによって二次
空気流の速度に対して一次空気流の速度を最適にする。

また、吸収材を外側二次空気環体内へ注入することによ
り、吸収材粒子が火炎の最も高温の部分に包まれること
が回避されるので吸収材の無駄な燃焼を最少限にする。

また、吸収材粒子は、この外側二次空気環体からの渦巻
二次空気流に迅速に連行されるので、火炎の最高温度帯
域を通り過ぎて間もなくの燃焼生成物と緊密に混合され
る。それによって、吸収材の硫黄捕捉効率を増大し、バ
ーナの喉部の外部で硫黄を捕捉する方法と同等またはそ
れ以上の捕捉率を達成する。

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、部品の追加または置換
が可能であることは当業者には明らかであろう。例えば
、本発明の構成においては、ＮＯｘの放出を更に減少さ
せるために完全燃焼に必要な理論空気量より少ない量の
空気を導入することができるから、燃焼を完成させるた
めの空気を補給するために必要に応じてオーバーファイ
ア空気ボート（２段階燃焼のために第１段階の火炎の上
方に空気を補給するための空気導入口）を設けることが
できる。また、硫黄の捕捉を最大限にするためにバーナ
の周りの吸収材噴射器の分配配置態様を変更することも
できる。どの高さの段のバーナに吸収材噴射器を付設す
るかは、バーナの段の数、石炭灰のスラグ化特性、およ
び炉の熱放射帯域へ移行する燃焼生成ガスの温度に応じ
て定められる。例えば、３段以上のバーナを備えた炉の
場合、上方の２段のバーナにだけ吸収材噴射器を装備す
ればよい。それで、カルシウムベースの吸収材のための
有効なＷ帯域を提供するとともに、燃焼生成ガスが炉の
出口に至る前に硫酸化反応を起させるのに足る滞留時間
を吸収材に与えるのに十分である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のバーナ組立体の断面図、第２図は第１
図のバーナ組立体の一構成要素の部分透視図、第３図は
第１図のバーナ組立体のバーナ部分の一部切除した拡大
透視図、第４図は第３図のバーナ部分の端面図、第５図
は第３図の線５−５に沿ってみた断面図である。 １ｏ・・バーナ組立体、２０・・バーナ、２２・・内側
管状部材、２４・・外側管状部材、２６・・環状通路（
燃料通路）、３０．３２・・環状プレート（囲い体）、
４０・・空気流分割スリーブ、４・２，４４・・空気流
通路、４６．４８・・レジスター羽根、４９・・吸収材
噴射器、５０・・スリーブ（空気流調整手段）、５６・
・孔あき空気フード、５８・・分流円錐体、６０・・分
岐部材、６２・・入口開口、６４・・先端部材。 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 代理人弁理士　　兼　　坂　　　　　異同　　　　　　
酒　　井　　　　　　−同　　　　　　兼　　坂　　　
　　　繁図面の浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ　／ ＦＩＧ、　２　　　　　　　　　　　ＦＩＧイ手続補正
書補正式） コ、事件の表示 昭和６０年特許願第８９０９９号 ２、発明の名称 吸収材噴射器を備えた分流型バーナ組立体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 ５、補正命令の日付 昭和６０年７月１０日 （昭和６０年７月３０日発送） ６、補正の対象 図面［浄書、内容に変更なし」

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料通路、燃料を受入れるために該燃料通路の一端に位
   置する入口および該燃料を排出するために該燃料通路の
   他端に位置する出口を形成する燃料通路形成手段と、空
   気を受入れるために該燃料通路を囲繞して配設された囲
   い体と、該囲い体からの前記空気を、前記燃料通路を取
   巻く２つの半径方向に離隔された平行な内側および外側
   流路に沿って前記出口の方へ差向けるための手段と、該
   燃料の燃焼の結果として生じる硫黄を捕捉するために前
   記出口において前記外側流路内へ吸収材を噴射するため
   の吸収材噴射手段とから成るバーナ組立体。