JPS62258902A - 石炭焚ｍｈｄ発電用燃焼器 - 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】 石炭焚ガスタービン用、石炭焚ボイラ用等の燃焼器に関
するものである。

従来の技術 第４図乃至第６図は、従来の燃焼器として、微粉炭もし
くはＣＯＭ　、　ＣＷＭの状態の石突を燃料として高温
ガスプラズマヲ裂造するためのＭｆ−ＩＤ（Ｍａｇｎｅ
ｔ　Ｈｙｄｒｏ　Ｄｙｎａ、＋ｒ＋＋ｃｓ）発電フ゛ラ
ント用燃焼器を示したものである。この燃焼器（仁、円
筒状の第１段燃焼室１と第２段燃焼室２とが隔壁板３ケ
介して連請されて構成されている。隔壁板３は、各室１
，２の内径よりも小さい貫通穴？！−頁して自燃焼室１
．２を連通している。第１設燃焼室１の・前方向に向け
て略中夫に、燃料全１貿射するバーナ４が設けられてお
り、その周りを囲むようにしてスワラ−ノズル５が設け
られている。６は旋回ノズルで、燃ｔＦ６室ｌの内壁に
添って接線方向へ向けて設けられている。７はスラグ抽
出口で、後述するが、燃焼室１に沈看した溶融スラグ８
を補薬するものである。

一万、第２段燃焼室２の入口部近くの周壁には、３次愼
化削吹込みノズル９が多数設けられているとともに、後
方は細く絞られて加速ノズルＩＯに連結されている。加
速ノズルｌＯは図示しない発電チャネル等へ連結される
もので、発電チャネルがその機能上から通常、矩形断囲
形状をしているので加速ノズル１０も断面が矩形状に形
成されている。

なお、１１はバーナ４へ供給する燃料（石１゛全、１２
はスワラ−ノズル５から燃焼室Ｉ　ＦＦ３へ供給する１
次酸化剤を、１３は旋回ノズル６へ供給する２次１袈化
剤を、１４はノズル９へ供給する３次酸化剤を夫々示し
ている。また、５ａはノズル５に連絡している供給口、
９ａはノズル９に連絡している供給口である。

このような構成の従来の燃焼器では、第１段燃焼室ｌに
おいてバーナ４から石炭１１ｉ燃焼室内へ噴射し、望見
またはｇｙ！素等の１矢、２次鷹化剤１２．１３ととも
に燃焼させ、また、旋回ノズル６から吹込まれる２仄ば
化剤１３によって、燃焼ガスに強力な旋回渦流を形成さ
せて、燃焼ガス中の微粒子に遠心力を作用させる。従っ
て、微粒子が・燃焼室の４曲に当り、ガスから分層して
溶融状態のまま４１を伝って下部へ流動し、スラグ抽出
ロアから溶極スラグ８として捕集している。そして、ス
ラグの除去された燃焼ガスが隔壁板３を経て第２段燃焼
室２へ供給され、３次酸化剤１４とともに更に燃′ｒｆ
８を１迷伏し、高温の燃、暁ガスを製造して７ＪＯ速ノ
ズル１０から元′篭チャネル等へ供給される。

発明が解決しようとする問題点 周知のごとく、石炭の燃焼ではスラグ（、＠融灰〕やフ
ライ・アッシュが生成するため、燃灸器の醍流に接続さ
れる機器（発電チャネル、熱交換器等）の表面に付！シ
、これに伴なって器壁の浸食、閉塞などのトラブルが生
ずる。この障害を防出する産めに、燃焼室の中で燃焼反
応による生成ガス中から残渣（スラグ、フライ・アッシ
ュ）をできる限り除去することが必要である。

一般に石炭中には（炭種によって異なるが）、１５〜３
０％のスラグ成分が含まれているとされており、とのス
ラグの主成分ｉ　８１０２．Ａｌ２Ｏ，、ＭｐＯ。

ＣａＯからなり、この中８１０□　は約５０％以上會し
めている。

ＭＨＤ発電においては、約２５００°Ｋ　程度以上の高
温ガス金製造して燃゛暁器に接続される発電チャネルへ
供給しなければならない。こ＼で、スラグ主成分である
シリカ（Ｓｉ　Ｏ２）　　は２５００°にでｌａｔｍめ
蒸気８Ｅを示し、このことは、２５００°にの燃焼ガス
雰囲気においてはシリカのほとんどが蒸発同伴してしま
うことを意味するものである。従って、絶境室内でスラ
グを除去するためには、燃焼室内の燃焼火炎温度を約２
０’００６Ｋ　以下に抑制し、スラグ成分を溶融ミスト
ないしは固体微粒子の状態で燃焼ガス中から分離抽出す
ることが必要である。

従って、ＭＨＤ発電用燃焼器においては、第４図に示す
ごとく、第１段燃焼室ｌでは酸素当量比（＝　ｆｌｔ１
ｇ供＠＊　／燃料が完全燃焼に必要な理論ばｉ）　　ｔ
’　１以下に抑え、即ち燃料過濃な伏姻で燃焼反応させ
ることによって、燃焼火炎温度を約２０００°に以下に
保つことにより、スラグの蒸発同伴を防止し、第１段燃
焼室ｌでスラグを除去した後、第２段燃焼室２において
新に３次酸化剤１４をノズル９かも供給することによっ
て第１段燃焼室ｌでの反応生成ガス全燃焼させ２５００
°に以上の高温ガスを製造するものである。

ＭＨＤ発電においては、発電チャネル部へ供給される高
温ガスプラズマは非常に高速（９００〜１０００ＩＩＩ
／、３）で流体力学的に一様な流れであること、熱平崗
値に近い高導電度をもつ一体なガスプラズマであること
が要求され、これ等の条件が発を性能の安定性に大きく
影響するものである。

従って、発電チャネルへ直結される第２段燃焼室２の出
口加速ノズル１０では、ガス流れ全−床な平行流に整流
することが必要である。第４図に示す２段燃焼室２の構
成においては、第１段燃焼室１で形成された”旋回渦流
が第２段燃焼室２内でも流体力学的に連続して形成され
、発電チャネル（図示されてないが、発電チャネルは機
能上から矩形断面で構、戎されるものである）円まで軸
方向に螺旋状の流れが残り、これに伴なって発電チャネ
ル角部に淀み、流れの剥離が生じ、発電性能を低下させ
る安置となる。

さらに、第２段燃焼室２に運Ｉ売される旋回−流により
も１段燃“焼室１、隔壁板３の上流壁ｌｆｉ全沈着した
溶融スラグの一部を後流へ誘引し、１Ｍ２段燃焼室２ヘ
キャリオーバーしてスラグの捕集効率を低下させる欠点
があった。

問題点乞解決するための手段 このような問題点全解決するために、本発明は、第段燃
焼室と第２役燃焼室と全隔壁板金倉して接続し、前記第
１段燃焼室１に燃料を投入する手段および燃料酸化剤の
旋回流を形成する手段ｙ＆：有するとともに、第２段燃
焼室側からガス流を油出する燃跪器において、前、１ピ
第２段黙焼室の人口部にペグ壁構造の＝′ｉ流板を配設
するとともに、この整流板と前記隔壁板との間にガス流
に対して内向きに放射大にシート噴霧ノズルを配設した
ものである。

作用 上記の手段によれば、ｇ１段燃焼室で形成された連続渦
流；１第２段燃焼室の入口部で清心中央部から外周部へ
拡散しようとするが、ペグ璧構造の整流板の（：ｌ１１
面に衝突し旋回方向の速度成分は乱れを生じ、旋回渦流
が消滅し、、さらに整流板の中央に設けられた３次酸化
剤の噴口〃１ら吹き出き噴流によって軸方向の流れに整
流される。

また、ンード噴？遵ノズルから噴射したシート削てよジ
、燃焼ガスは電離される。

実池例 以下本発明の−’！　！　ＩＦＩＪを第１図ないし第３
図を参照して詳細に説明する。なお、これらの図におい
て、第・１図と同一部分には同一符号を付しであるので
、その部分の説明は省略する。

第１図は本発明に係る燃焼器の一夷癩圀を示す断面図で
、第２図は第１図のＩＩ−Ｉ［線に沿う断面！ である。第１段燃焼室１において、その人口部の隔壁板
３の背面側に、α箇のベグ壁構造の整流板１５が放射状
に形成されており、第１段燃焼室１から隔壁板３を介し
て流れて来る強力なガスの旋回流に対して、邪１者板と
して作用している。このベグ壁構造の整流板１５には、
夫々３次酸化列吹込みノズル９が・燃焼室２の軸心に向
かって放射囚に形成されている。また、ｇｌｌ版板１５
セ高温高熱のガス流束の中にさらされるので、表面に、
耐熱、耐アブレジョン性の高いセラミックス１６を浴射
した構成となっている。更に、整流板１５は、熱伝導率
のよい銅（Ｃｕ）のような材料を母材として構成し、燃
・焼室２とその内壁１７との間に形成されている水冷ジ
ャケット１８によって冷却されるようになっている。な
お、１９はセ流板１５とノズル９との闇を冷却水に対し
てシールするためのＯリングである。

また、第段燃焼室１と第２設燃焼室２と全接続する隔囃
板３の背面縁部であって、燃“焼室の軸方向に６って、
このｉ′４壁板３と第２段・燃焼￥２の人口部に配設し
たベグ壁構造の：僅流板１５との間に位、宣し、ガス流
に対して内向きに、複数個のシート噴霧ノズル２０が放
射状に配設されている。

このシートｎ１ｔ４ノズル２０からは、燃焼ガスを電離
させるために、カリューム化合物からなるシート削テ、
第２設然焼室２の人口部のガスの乱流域へ１貫射させる
ものである。２Ｉはシート削の流れを示している。

次に、本発明の詳細な説明する。

第１段燃焼室１で燃焼反応によるガス温度を残漬主成分
の蒸発温度以下に燃・児反応を抑制（燃料過譲燃１尭）
し、ガス中の溶融残ｒぼを分離抽出して、第２段燃焼室
２で新に酸化剤１４を供給し、燃焼反応により、酸素当
量比＝１の理論燃焼温度に近い高温ガスを製造する全体
のプロセスは従来の・ものと同峰である。

第１Ｆ＝ｉ、燃焼室ｌで生じた＃Ｉ加は、流体力学的連
続の理、１．指に従って隔壁板３中央部′ｆＪ）ら流べ
し、第２燃焼室２１／’３の外周に向って波状に拡散し
ようとする。しかし、旋回流れに対し直角に矢起して配
設した整流板１５によって旋回方向の流れが衝突により
乱れを生じ、旋回方向の速度エネルギーが減没され、さ
らに３次酸化剤１４の噴口ノズル９から吹き込まれる放
射状の強力な噴流の速度エネルギーによって旋回速度成
分？もった王流堝（１消滅されるものである。

このように、旋回を屯に乱れケ生じさせ、新な酸化剤？
］ｌ−第２段燃焼室２の中心部ヱ≦吠き込むことができ
、第１段燃焼室１で生成したクリーン（ガス中から残渣
分は除去された）な可燃ガスとの混合効果営高めるもの
である。

なお、このような整流（旋回流の減殺）によって第１段
燃焼室１壁面に形成される溶融スラグ８が隔壁板３の絞
り部：Ｏｈら第２段燃焼室２円へ渦流による誘引キャリ
オーバーを防止するものである。

また、シート：噴霧ノズル２０からシート剤を、第２Ｖ
９：、燃焼室２の入口部のガス流へ噴射させることによ
って、燃焼ガスの電離をうながし、３次飯化剤の混合拡
散効果を高めて燃焼・電離反応を促進する。このことは
、第２段燃焼室２の容積を縮小することにつながるもの
である。

発明の効果 以上詳述したように、本発明によれば、次のような効果
が得られる。

（Ｉν　高温ガスプラズマの流れを一様な流れに整流し
て発電チャネルへ供給することによって、発電チャネル
壁面での流れの淀みを防止することができ発電性能を３
〜６％高めると共に、不安定現東の要因を除去しプラン
トの１能が向上する。

（２１第２段燃・焼室踵部の乱流域に放射状に噴射され
るシート剤（燃焼ガスを１離させるために投入されるカ
リューム化合物）および３次酸化剤の混合拡散効果によ
って燃７４・電離反応が促進され、第２段燃焼室の容積
は約−に肩小することができるため、器壁からの熱損失
を抑え、プラントの熱効率が高められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃焼器の一実ｉ泡列を示す断面図
、第２図は第１図の［１−ＩＩ稼に膚う断面図、第３図
は第１図の１部を拡大した拡大断面；図、第一４図は従
来の燃・暁器を示す断面図、第５図は第４図のｖ−ｖ、
１１に沿う概略的な断面図、ｌ１１ｇ６図は第・・隔壁
板、４・・燃料ノズル、６・・旋回ノズル、９・・３次
酸化剤吹込みノズル、１０・・加速ノズル、１５・・整
流板、２０・・シート噴４（ほか１名］

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１段燃焼室と第２段燃焼室とを隔壁板を介して接続し
   、前記第１段燃焼室側に燃料を投入する手段および燃料
   酸化剤の旋回流を形成する手段を有するとともに、第２
   段燃焼室側からガス流を抽出する燃焼器において、前記
   第２段燃焼室の入口部に配設したペグ壁構造の整流板と
   、この整流板との間にガス流に対して内向放射状に配設
   したシート噴霧ノズルとを備えて成る燃焼器。