JPS62112913A - 微粉燃料の燃焼方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はボイラ、加熱炉等の燃焼炉において、その燃料
として微粉炭、オイルコークス等の微粉燃料を用いる場
合、その燃焼量を広範囲にわたりて変更可能となしうる
微粉燃料の燃焼方法に関する。

〔従来技術〕

近年、コストの高い石油系燃料に代わり、石炭を用いる
ことが多くなっている。石炭は、これを燃料として用い
る場合、その燃焼効率を高めるために、微細に粉砕した
所謂微粉炭の状態で利用されている。ところが微粉炭の
燃焼は、従来の液体燃料又は気体燃料に比べて、ターン
ダウン性が大−一劣るという欠点を有している。

しかし、コストの安い石炭燃料の燃焼においては、ター
ンダウン性が悪いのは当然とされ、限定された狭い燃焼
量範囲内で燃焼されるのが常であった。

本発明者は以前より微粉炭の燃焼におけるターンダウン
性の向上に着目し、燃焼量を広範囲にねたて変更可能と
した微粉炭バーナを考案した（例えば実公昭５ｊ−９ｔ
ｓｓ号１実公昭５９−９１５６号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

液体燃料又は気体燃料を燃焼する場合、その最大燃焼量
に対する最小燃焼量の比、即ちターンダウン比は１／５
程度であるのに対して、微粉炭を燃焼する場合、ターン
ダウン比は１／２が限度であり、適正な燃焼量の範囲が
狭いため、燃焼量の低下により火炎形状が悪化し、燃焼
性が低下し、また環境汚染上問題となる窒素酸化物、即
ちＮＯｘの生成量が多く成るなどの欠点があった。

前述の実公昭５９−９１５５号、実公昭５９−９１５６
号に開示されている微粉炭バーナを用いるとターンダウ
ン性は向上するが、石炭専焼の場合にはターンダウン比
は１／３が限度であり、更にターンダウン性の向上を図
り、液体燃料又は気体燃料の燃焼時に相当するターンダ
ウン性を実現することが求められている。

さて微粉炭燃焼においては、微粉炭を空気、その他の気
体をキャリヤガスに用いて燃焼炉内に噴射せしめて燃焼
させる。

微粉炭をキャリヤガスと共に微粉炭ホッパからバーナま
で搬送する場合、その搬送管内での流速は、微粉炭によ
る管の閉塞を防止するためには、２０ｍ／ｓ以上必要で
あるとされている。

またＩＩＱ送管内管内圧力ＦＭ失が増大すること、搬送
管内面の摩耗が微粉炭の接触により促進されることから
、搬送管内でのキャリヤガスの流速を過度に大きくする
ことは好ましくない。

１り上の理由によりキャリヤガスの搬送管内での流速、
即ち流量は燃焼量が変化し、搬送されるべき８にわ）炭
の量が変化した場合でも常に一定値を保つよう設定され
るのが一般的である。

それ故、固気比、即ち搬送管内のギヤリヤガスの流量（
Ｎｍ３／ｈ）の搬送される微粉炭量（ｋｇ／ｈ）に対す
る比は燃焼量の低下と共に増大することとなる。

本発明者は、種々の微粉燃料の燃焼実験を数多く行い良
好な火炎の形成のためにはこの固気比が重大な影響をも
つこと、即ち固気比を２．５（Ｎｍ３／　ｋｇ＞以下に
保つことにより良好な燃焼状態が得られることを見い出
した。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は斯かる知見に基づいてなされたものであり、微
粉燃料をキャリヤガスにて搬送する際に、該微粉燃料の
供給量に応じて搬送配管の数をバルブの開閉により加減
し、該搬送配管数に応じてキャリヤガスの流量を段階的
に調節して、固気比を２．５（Ｎｍ３／　ｋｇ）以下に
保ち、燃焼量の広い範囲にわたって良好な火炎形状と、
高い燃焼性を実現し、ＮＯｘの生成を抑制する１ＩＩＩ
Ｉ９Ｊ燃料の燃焼方法の提供を目的とする。

本発明に係る微粉燃料の燃焼方法は、燃焼炉での燃焼量
に応じて貯留部から供給される微粉燃料をキャリヤガス
にて搬送配管中を搬送しバーナにて燃焼させる方法にお
いて、前記搬送配管の途中に分流器を配設して、該搬送
配管中を搬送される微粉燃料を前記バーナに設けた複数
の噴射管数と同数の枝管に分流させ、該枝管の途中に夫
々配設されたバルブを前記微粉燃料の供給量に応じて開
閉すると共に、前記キャリヤガスの供給量を加減し、固
気比を２．５（Ｎｓ＋３／ｋｇ）以下に保持しながら燃
焼せしめることを特徴とする。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。

第１図は本発明方法が適用される微粉炭燃焼装置の模式
図である。図中１は倒立円錐状の微粉炭水ソバ、２は計
量器、３はロータリーフィーダを示している。微粉炭水
ソバ１の底部に開口している微粉炭流出口は計量器２の
入口部に、該計量器２の出口部はロータリーフィーダ３
の入口部に夫々連結されている。

該ロータリーフィーダ３の出口部は微粉炭搬送管６ａを
介してエゼクタ−５の二次法導入口５ａに連結されてい
る。該エゼクタ−５の駆動流導入口５ｂは駆動空気導入
管４ｂと空気量調節弁４Ｃを介して、その吸入口を大気
に解放して設置されているり−ツブロワ４の吐出口に連
結されている。

前記エゼクタ−５のディフューザ出口５Ｃには微粉炭搬
送管６ｈの一端が連結され、該微粉炭搬送管６ｂはディ
フューザ出口５Ｃの直後で、上方にゆるやかに曲げられ
て、それに続く直管部が鉛直となるよう、即ち該微粉炭
搬送管６ｂの内部を搬送される微粉炭による閉塞が発生
し易い水平管部を可及的に設けないよう設置されている
。

該ｉｉ１！！扮炭搬送骨炭搬送管端は分流器７の導入管
部７ａに連結されている。該分流器７としては例えば本
発明者等により考案され実開昭５９１４２４８３号、実
開昭５９−１４２４８４号に開示されている分流器を使
用すればよい。

該分流器７は、微粉炭搬送管６ｂに連結されている導入
管部７ａと、導入管部７ａから同心状に拡径されて導入
管部７ａに連接している分流部７ｃと分流部７ｃの上面
を覆っている円盤上の蓋板を貫通して分流部７ｃ内に開
口している複数（本実施例においては３本）の分枝管部
７ｂ、７ｂ、７ｂとから構成されている。分枝管部７ｂ
、７’ｂ、７ｂは、その中心を分流部７ｃと同心の円周
上に３等配に位置させてあり、更にその分流部７ｃ内へ
の雷大長は等しくなっている。

斯かる構成により導入管部７ａから流入する微粉炭は分
流部７ｃ内を直進し、一部は分枝管７ｂ、７ｂ、７ｂ内
に直接流入するが、大部分は分流部７ｃの蓋板に（Ｆ突
して反転した後、分枝管７ｈ、７ｂ、７ｂ内に流入する
こととなり、分流部７ｃ内の流れが均質化されるため導
入管部７ａに微粉炭１駁送管６ｈから導入される微粉炭
は均一に分配されて、分枝管７ｂ、７ｂ、７ｂに流入す
る。

該分枝管７ｂ、　７ｂ、　７ｂの上端部には、夫々ボー
ルバルブ８，８．８を介して微粉炭搬送管６ｃ、　６ｃ
、　６ｃの一端が連結されている。該微粉炭搬送管６ｃ
、６ｃ、６ｃのボールバルブ８，８．８の出口側直後に
は、パージ気体導入管９．９．９が夫々微粉炭搬送管６
ｃ。

６ｃ、６ｃの内部に開口して配設されている。

前記機わ）炭搬送管６ｃ、６ｃ、６ｃの他端は、燃焼炉
１１のバーナｌＯの位置まで導かれ、夫々該バーナｌＯ
の連接管４２ａ、　４２ａ、　４２ａを介して、後述の
微粉炭噴射管４２ｄ、　４２ｄ、４２ｄに連結されてい
る。

第２図は第１図に示す微粉炭燃焼装置のバーナ１０の模
式的断面図、第３図は第２図のｍ−ｔ＋を線による正面
図、第４図は第２図のＴＶ−ＴＶ線による拡大断面図で
あり、図中１５は燃焼炉１１の炉壁、１０はバーナ、２
０は装着口、３０ば火口部材を示している。

火口部材３０はバーナタイル３１、リング部３２及びこ
れらの間にある充填材３３からなる。バーナタイル３１
はその中心部に炉外面から炉内面に貫通し、また直径が
炉外面から炉内面に向けて漸次拡径された円錐台形をな
す噴出口３１ａが形成され、又リング部３２は外径が装
着口２０の直径と等しく、また内ｉ￥がバーナタイル３
１の外径よりも若干大き（設定されており、リング部３
２はその外周面を装着口２０の内周面に接着せしめた状
態で装着され、一方バーナタイル３１はリング部３２内
にリング部３２の内周面との間に充填材３３を複数個所
に介在せしめた状態でリング部３２と略同心状に配設さ
れている。

各充填材相互の間には後述する３次空気導入管４４に連
通ずるスリット状の空気噴出口３４が形成せしめられて
いる。

このようにバーナタイル３１の外囲に複数の空気噴出口
３４を配設することによって、該空気噴出口３４から噴
出される３次空気はその周方向に所要の圧力差が形成さ
れた状態となり、充填材３３が介在している部位を通し
て炉内の高温ガスが逆流し、燃焼ガスに自己循環を行わ
せて燃焼域中に噴出せしめられた微粉炭の加熱分解並び
にガス化が促進される。

バーナ本体ＩＯは、中心部に配した気体燃料噴射管４１
の外周に微粉炭を搬送空気と共に噴射する微粉炭噴射管
４２．２次空気導入管４３及び３次空気導入管４４を夫
々同心□状に、且つ相互間に所要の間隙が形成されるよ
う配設して全体として４重管をなすよう構成されている
。

噴射管４１，４２　、導入管４３．４４はこの順序で軸
長方向の長さを長く設定してあり、噴射管４１．４２、
導入管４３の先端部はいずれも同心状に縮径され、前端
面を面一に揃えた状態でバーナタイル３１の炉外開口部
に臨ませ、夫々の噴出口を火口部３１ａに連通せしめ、
また導入管４４は先端面をリング部３２の炉外側端面に
当接させ、その先端部を空気噴出口３４に連通せしめで
ある。

気体燃料噴射管４１の外周面と、微粉炭噴射管４２の内
周面との間に形成せしめられている環状の空間には周方
向等間隙に微粉炭噴射管４２の先端部から基端部にわた
って３個の隔壁４２ｃ、４２ｃ、４２ｃを介在せしめて
あり、該空間を３個の微粉炭噴射管４２ｄ。

４２ｄ、４２ｄに分割せしめである。

一方噴射管４１、導入管４３．４４の基端面ば閉鎖され
ており、この基端部周面に設けた連接管４１ａ、４３ａ
。

４４ａを介して夫々想像線で示す如（気体燃料噴射管旧
ｂ、空気供給管４３ｂ、４４ｂに連結されている。

また微粉炭噴射管４２ｄ、　４２ｄ、　４２ｄの基端面
もまた閉鎖されており、この基端部周面に設けた連接管
４２ａ。

４２ａ、４２ａを介して夫々微粉炭搬送管６ｃ、６ｃ、
６ｃに連結されている。

空気供給管４３ｂ、４４ｂは上流部で合流し、図示しな
いブロワに連結されており、２次空気量は空気供給管４
３ｈ内に設けたダンパ４３ｃにより調節されるようにし
である。

気体燃料噴射管４１．２次空気導入管４３内の先端部寄
りの位置には夫々旋回羽根４５．４６が配設されており
、その旋回により気体燃料及び２次空気は旋回を与えら
れつつ火口部に噴出せしめられる。

微粉炭水ソバ１内に貯蔵されている微粉炭は、底部の流
出口から流出し、計量器２で計量され、ロータリーフィ
ーダ３により切り出されて微粉炭Ｉｌ！送管６ａりを降
下し、エゼクタ−５の二次法導入Ｄ５ａに到達する。

一方エゼクター５の駆動流導入口５ｂには、ルーツブロ
ワ４により吸引、圧縮された空気が導入されており、該
空気はエゼクタ−５内のノズル５ｄから噴出される。前
記二次法導入口５ａに到達した微粉炭は、前記ノズル５
ｄから噴出する空気の噴流によりエゼクタ−５のスロー
ト部５ｅに生ずる負圧によりエゼクタ−５内に吸引され
、該噴流と混合され、エゼクタ−５内のディフューザ部
５ｆで圧縮されて、ディフューザ出口５ｃに接続されて
いる微粉炭（駁送管６ｈ内に導入される。

その後、微粉炭は搬送空気中に浮遊しながら、１１！送
管６ｂ内を上昇し、分流器７にて３本の微粉炭搬送管６
ｃ、６ｃ、６ｃに均一に分流されて、夫々バーナ１０の
連接管４２ａ、４２ａ、４２ａを通過し、微粉炭噴射管
４２ｄ、　４２ｄ、　４２ｄから火口部に噴射される。

その後、気体燃料噴射管４１から旋回流となって噴射さ
れる気体燃料により外方に拡大され、また空気導入管４
３から旋回流となって噴射される２次空気と良好に混合
され燃焼せしめられる。

また導入管４４から空気噴出口３４を通って噴射される
３次空気は、火炎の過大な拡大を抑制し、バーナタイル
３１近傍を冷却しバーナタイル３１への灰分の溶融付着
を防止し、前述のように周方向の圧力差を生じさせ炉内
の高温ガスの逆流により微粉炭の燃焼を促進する。

なお、噴射管４１から噴射される気体としては、可燃性
の気体燃料に限るものではなく、例えば酸素、酸素富化
空気３万炭着火温度以上の予熱空気等の助燃性気体を用
いてもよい。

次に本発明における固気比の限定理由について説明する
。

安定した低ＮＯｘ燃焼を行うには、バーナ火口部より安
定した輝炎が形成されることが必要であるが、固気比が
増大すると火炎はバーナ火口部より離れ、火炎着火が不
安定となる。更に固気比が増大すると火炎の着火ポイン
トが不安定で変動するようになり、ついには失火する。

上記のことがら安定に微粉炭を燃焼せしめるために固気
比を２．５以下とした。又、この時の固気比は微粉燃料
の性状により変化することは言うまでもないことであり
、一般に揮発分の低い燃ｙＩＪはど固気比を低くするこ
とが望ましい。

ざて以上の如く構成された微粉炭燃焼装置によって本発
明方法を実施する場合の手順について説明する。まず微
粉炭最大燃焼量とバーナの微粉炭噴射管の数とから、微
粉炭燃焼量の範囲に応じて開放すべき微粉炭噴射管の数
を予め設定しておく。

例えば本実施例では微粉炭噴射管の数は３本であるから
、開放すべき微粉炭噴射管の数は最大燃焼量以下、最大
燃焼量の約２７３以上の範囲では３本、最大燃焼量の約
２７３未満、約１７３以上の範囲では２本、最大燃焼量
の約１７３未満、最小燃焼量以上の範囲では１本とする
。

また、微粉炭搬送空気量も固気比を予め定められた範囲
内に納めるよう開放すべき微粉炭噴射管の数に対応させ
て段階的に予め設定しておく。

その際固気比の下限値は固気比を０．６（Ｎ＋ｉ３／ｋ
ｆ）′　以下とすると、配管内での微粉炭の流動状態が
悪化し配管が閉塞される危険性が生ずるため、０．８（
Ｎｍ３／ｋｇ）としてｌｕｌ！送空気量の最大値を設定
する。例えば本実施例の如く微粉炭噴射管数が３本で微
粉炭の最大燃焼量を１５００　（ｋｇ／ｈ）とした場合
の微粉炭燃焼量と、開放すべき噴射管の数と搬送空気量
と、固気比の関係は第１表に示す如くである。

第　　　１　　　表 燃焼炉１１の被加熱物処理量に従って微粉炭の所要燃焼
量が決定されると、該所要燃焼量と、計量器２にて計量
されている微粉炭供給量とを比較して、両者を一致させ
るべくロータリーフィーダ３の回転数を制御する。

また、前記所要燃焼量の値により、開放すべき微粉炭ｐ
＾射管の数を予め設定されている数に合致さ・υるべく
３個のボールバルブ８，８．８ｆ全閉。

全開制御する。

例えば第１表に示す数値例に従えば、所要燃焼量が１５
００　（ｋｇ／＋＋）以下１０００　（ｋｇ／ｈ）以上
であるとき、３１ＩＩのボールバルブ８，８．８は全て
全開とし、所要燃焼量が１０００　（ｋ＋ｒ／ｈ）未満
５５０（ｋｇ／ｈ）以上であるとき、２個のボールバル
ブ８，８を全開、残りの１ｌｌｌ１１のボールバルブ８
を全閉とし、所要燃焼量が５５０（ｋｇ／ｌ＋）未満３
００（ｋｇ／ｈ）以上であるとき、１個のボールバルブ
８を全開、２個を全閉とすればよい。

ボールバルブ８を全閉するときには、該ボールバルブ８
に接続されている微粉炭搬送管６ｃ内に残留している微
粉炭が、該微粉炭搬送管６ｃ内に沈積し該微粉炭１藪送
管６ｃを閉塞することがある。それ故、ボールバルブ８
を全閉すると同時に、該ボールバルブ８の直後に配設さ
れているパージ気体導入管９を通して、該ボールバルブ
８に接続されている微粉炭搬送管６ｃ内に、圧縮空気、
窒素ガス等のパージ気体を圧入し、該微粉炭搬送管６ｃ
内に残留している微粉炭をバーナ１０の１１［粉炭噴射
管４２ｄを経て燃焼炉１１内に放出する。

一方、微粉炭搬送空気量はルーツブロワの大気に解放さ
れた入口部に設置された流量計４ｄにて１測されており
、前記ポールバルブ＆、８．８中の全開されているもの
の個数により予め設定された空気量を供給するようルー
ツブロワ４の出口側に接続されている空気量調節弁４ｃ
の操作により調節される。

前記の如く微粉炭搬送空気量は調節されるので、微粉炭
搬送管６ｃ内での搬送空気の流速を狭い範囲内に納める
ことが可能であり、該搬送空気の流速の過小による微粉
炭搬送管６ｃの微粉炭による閉塞及び、流速の過大によ
る微粉炭搬送管６ｃ内面の摩耗又は配管抵抗の増大を共
に防止できる。

微粉炭搬送管６ｂは１本であるので、搬送空気量の減少
により搬送空気の流速が過小となる場合があるが、該微
粉炭搬送管６ｂは、前述の如く微粉炭による閉塞が発生
し易い水平部分を可及的に設けないよう設置されている
ので管の直径を適宜に選定すれば閉塞することはない。

次に本発明方法による燃焼試験結果について説明する。

第１図に示す微粉炭燃焼装置を用いて本発明方法に従い
下記に示す条件で試験を行った。なお参照のため、第１
図の装置において分流器７を設けず微粉度搬送管６２を
１本として従来方法に従って燃焼試験の結果を比較例と
して示した。

試験条件 １、燃焼炉仕様 大きさ：内１１２　ｍ、長さ６ｍの円筒耐火壁炉バーナ
形式：二段燃焼型ＳＦバーナ 微粉炭噴出口数：３ 被加熱材：シソクナーノ沈澱物 ２、燃料性状 石炭性状：灰分９．８％、揮発分２９．８％付着水分０
．９％、固定炭素５６．８％発熱量６４００ｋｃａｌ　
／　ｋｇ 石炭粒度：２００メソシュ篩通過物が８５重量％石炭輸
送気体：常温空気 その他の条件は前記第１表に示す如くである。

結果を第２表に示す。第２表中の燃焼状態の判定器の ○は、バーナ火口より安定な輝炎が形成されること △は、バーナ火゛口より離れて輝炎が形成され、着火が
不安定であること ×は、バーナ火口より火炎が離れかつ着火がきわめて不
安定であり、失火すること を表している。

（以下余白） 第　　　２　　　表 第２表から明らかな如く、比較例では微粉炭燃焼量７５
０ｋｇ／ｈにおいて、燃焼性が悪化しはじめており、微
粉炭燃焼量３００ｋｇ／ｈにおいては燃焼性が悪くなっ
ている。

これに対して本発明法では微粉炭燃焼量３００ｋｇ／ｈ
においても固気比が１．５であるため、良好な燃焼状態
を保っている。

換言すれば比較例ではターンダウン比が約１７２である
のち対して、本発明法によればターンダウン比は１７５
以下であり、気体、液体燃料燃焼時と同等のターンダウ
ン性を実現できた。

なお、本実施例においては、バーナの微粉炭噴射管数、
即ち分流器７による微粉炭搬送管６ｃの分割数を３とし
であるが、これを増加すれば、よりターンダウン性に優
れた装置を提供できることは勿論である。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明方法によれば、微粉炭の所要燃
焼量に応じて微粉炭噴射管の数を加減すると共に、搬送
空気量を変化させているので、搬送管内での搬送空気の
流速を大きく変化させることなく微粉炭を搬送でき、微
粉炭による搬送管の閉塞を生じさせることなく固気比を
所定の範囲内に保持でき、燃焼量の広い範囲にわたって
良好な火炎形状と高い燃焼性を実現し、ＮＯＸの生成を
抑制すると共に、従来劣るとされてきた微粉炭燃焼　の
ターンダウン性を液体燃料、気体燃料の燃焼の場合と同
程度まで向上させることが出来るなど優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであり、第１図は本発
明方法が適用される微粉炭燃焼装置の模式図、第２図は
第１図に示す微粉炭燃焼装置のバーナの模式的断面図、
第３図は第２図のＩＩＩ−ＩＩＩ線による正面図、第４
図は第２図のＩＶ−ＩＶ線による拡大断面図である。 ■・・・ホッパ　２・・・針量器　３・・・ロータリー
フィーダ　４・・・ルーツブロワ　５・・・エゼクタ−
６ａ＋６ｂ、６ｃ・・・微粉炭搬送管　７・・・分流器
１０・・・バーナ　１１・・・燃焼炉　３０・・・火口
部　４１・・・気体燃料噴射管　４２ｄ・・・微粉炭噴
射管　４３．４４・・・空気噴射管 特　許　出願人　住友金属工業株式会社代理人　弁理士
　河　　野　　登　　夫浄３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、燃焼炉での燃焼量に応じて貯留部から供給される微
   粉燃料をキャリヤガスにて搬送配管中を搬送しバーナに
   て燃焼させる方法において、前記搬送配管の途中に分流
   器を配設して、該搬送配管中を搬送される微粉燃料を前
   記バーナに設けた複数の噴射管数と同数の枝管に分流さ
   せ、該枝管の途中に夫々配設されたバルブを前記微粉燃
   料の供給量に応じて開閉すると共に、前記キャリヤガス
   の供給量を加減し、固気比を２．５（Ｎｍ＾３／ｋｇ）
   以下に保持しながら燃焼せしめることを特徴とする微粉
   燃料の燃焼方法。