JPS63140208A - 微粉炭燃焼装置 - 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〕 本発明は微粉炭燃焼装置の改良に係り、特に、微粉炭燃
焼時における微粉炭の着火性及び火炎の安定性を向上さ
せるのに好適な微粉炭燃焼装置に関する。

〔従来の技術〕

微粉炭を燃料に使用する息災火力発電プラントは、油或
いはＬ　Ｎ　Ｇ　ｔｉ−燃料に使用している火力発電プ
ラントと比較すると、石炭の粉砕機の負荷応答性が低い
ので、その低い分だけ負荷変動に対する追従性が劣り、
部分負荷調整に要する時間が長いことが知られている。

この負荷追従性に劣る石炭火力発電プラントにおいても
、最近では、いわゆるビンシステムを採用することによ
り、負荷追従性の向上を図ろうとしている。いわゆるビ
ンシステムとは、微粉炭をホラピー内に貯蔵しておき。

負荷に応じてその微粉炭の供給量を調整するにあたって
貯蔵した微粉炭を利用することにより、負荷に追従させ
るための粉砕機調整に要する時間を削減するようにした
システムのことである。

ところで、上記火力発電プラントの場合１通常。

燃料供給量を変動させると火炎は不安定になり、また燃
料供給量の変動は失火の大きな要因のひとつであるとい
うこがわかっている、したがって。

燃料供給系の負荷変動に対する追従性の向上に伴ない、
急速１こ燃料流量が変化する条件下であっても、安定に
微粉炭を着火し火炎を形成できる燃焼技術が要求される
ことになる。

燃料の着火に対しては、従来、燃料ノズル出口付近で燃
焼用空気と燃料混合気との循環流を形成させて、ここで
燃料の一部を着火し、これをいわゆる火種とすることに
より、燃焼させて火炎を安定化することが重要であると
されてきた。

この思想に基づき後述する保炎板、燃焼用空気の旋回流
投入等の技術が開発され、実用化されてきた。

保炎板とは、燃料ノズル出口に拡大管（ディフューザ）
を設け、拡大管内壁に沿って形成される負圧領域に外部
からの空気を巻き込むことにより、ここに循環流を形成
させる構造体である。

また、空気の旋回流投入技術とは、空気の運動量を旋回
流として与えることにより、空気を外周へ拡げる時に発
生する噴流中心部の負圧領域に循環流を形成しようとす
る技術である。

これらの技術は、既に種々な形式の燃焼装置に利用され
てきており、火炎の安定化には欠かせない技術となって
いる。

一方、燃焼時に発生する窒素酸化物を排出抑制する対策
として、最近の微粉炭燃焼装置に採用されている方式に
燃焼用空気を、Ｊ−次、２次、３次空気に分離して投入
する方式がある。ここで、１次空気は微粉炭を供給装置
から燃焼炉まで搬送するのに使用されるものである。こ
の１次空気の流量は、流路での通風損失等も考慮し、で
きるだけ少ない流量に設定されている。例えば、この１
次空気量は、通常、微粉炭の完全燃焼に必要な理論空気
量の」、０〜４０％である。前記以外の残りの燃焼用空
気が２次及び３次空気として燃焼炉内に供給される。２
次空気は、微粉炭の着火用空気として利用される。つま
り、バーナ近傍での着火は、１次、２次空気によって行
なわれる。３次空気は、１次、２次空気によって燃焼さ
れた残りの可燃性分を燃焼するのに利用される。そして
、着火に必要な最適な空気量は、石炭のもつ発揮分量等
によって異なり、石炭に応じて最適な空気量が存在する
ことになる。このような最適空気量について考慮してみ
る。

すなわち、微粉炭流量に対して過剰に空気を加え過ぎる
と、微粉炭が酸化されて発生する熱だけでは、発生熱量
が過剰空気によって稀釈されるため、微粉炭及び空気の
混合気を加熱し、急速に酸化反応を進行させるのが困難
になる。逆に空気流量が少な過ぎる場合には、微粉炭の
酸化に必要な酸素が十分に微粉炭表面に拡散しなくなる
。

このように、バーナ近傍で効果的に微粉炭を着火して安
定な火炎を得るためには、前述した循環流の形成の他に
、１次、２次空気流量を着火に最適な流量に設定すると
同時に、バーナ近傍で両者の混合を早急に進ませる必要
がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このようにバーナ近傍で１次、２次空気流量の混合を早
急に進ませるのに好適な燃焼装置として、コンパスチョ
ンエネジニアリング社（ＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＥｎｇｉ
ｎｅｅｒｉｎｇ社）の発表したバーナがある（′″オー
バーフアイアエアーテクノロジーフオータンジエンシヤ
リーフアイアードユテイリテイー　ボイラーズ　バーニ
ング　ウェスターン　ニーニスコール″、プロシーディ
ンゲス　オブ　ザ　セカンド　ステイショナリーソース
　コンパッションシンポジウム、ボリューム■、第６７
頁〜第１０２頁；　（”０ｖｅｒｆｉｒｅ　Ａｉｒ　Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｚｙ　ｆｏｒＴａｎｇｅｎｔｉａｌｌｙ
　Ｆｉｒｅｄ　Ｕｔｉｌｉｔｙ　Ｂｏｉｌｅｒｓ　Ｂｕ
ｒｎｉｎｇｌｉｌｓｓｔｅｒｎ　Ｕ、Ｓ、Ｃｏａｌ”、
　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　５ｅｃｏｎ
ｄＳｔａｔｉｏｎａｒｙ　５ｏｕｒｃｅ　Ｃｏｍｂｕｓ
ｔｉｏｎ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　：Ｖｏｌｕｍｅｌｌ、
　ＰＰ６７〜１０２：ｌ　）　。このバーナの構造は、
微粉炭ノズルの上下に空気シズルが設置され、サンドウ
ィッチ状に微粉炭ノズルを空気ノズルではさむ形状をと
ると共に、矩形断面の微粉炭及び空気ノズルとからなる
構造を有している。

このバーナは、矩形の燃焼炉の角に取り付けられ。

燃焼炉の角から燃焼と空気を噴出するコーナファイアリ
ングに使用されている。このバーナで用いられる微粉炭
ノズルは矩形断面を有しており、微粉炭を上下に挟むよ
うに燃焼空気が投入されるため、微粉炭と燃焼用空気と
の混合過程が、微粉炭・１次空気混合気噴流の全周を被
うように着火用の２次空気及び完全燃焼用の３次空気が
噴出する方式の燃焼装置に対して大きく異なる。

したがって、上記従来のバーナは、微粉炭・１次空気混
合気噴流の全周を被うように２次、３次空気を供給する
方式の燃焼装置が有する問題点を解決できる示唆を与え
るものではなかった。

このように、従来の着火、保炎技術は、どちらかという
と循環流の形成にのみ着眼されており。

１次、２次空気の混合を促進し、バーナ近傍で着火に最
適な空気比の燃焼条件にする配慮が不十分であるといと
開運があった。さらに、着火・保炎性の改善を図るには
、着火用空気と燃料との混合促進を主眼とした燃焼装置
の改良が必要となる。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、そ
の目的は微粉炭の着火・保炎性を向上できる微粉炭燃焼
装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、次の知見に基づいて本発明を完成したも
のである。すなわち、同軸のノズルから同一方向に噴出
される２つの噴流の混合は、噴流間の境界に生ずる乱れ
もしくは渦によって進行することがわかった。この乱れ
の形成は、噴流間の流速、密度の違い等の種々の因子の
影響を受ける。

そこで、燃焼をさせない、いわゆるコールドフローの条
件下の同軸噴流の混合実験を行ない、噴出ノズル形状の
混合過程に及ぼす影響を検討した。

この混合実験は、第３図及び第４図に示すように、同軸
状に設けた２種類のノズル３１　（３１’　）。

３２を用いて、内側ノズル３１（３１’）及び外側ノズ
ル３２より空気Ａ、Ｂを噴出させ、内側ノズル３１（３
１’）より噴出させる空気已にトレーサガスを混入し、
そのトレーサガス濃度のノズル出口からの分布を測定す
ることにより行なった。

実験の結果、空気Ａ、Ｂの混合は、第３図で示した円形
断面を有する内側ノズル３１を有する同軸ノズルよりも
、第４図で示した内側ノズル３１′の断面形状が楕円に
近い形状の同軸ノズル、すなわち外側ノズル３２の空気
通路の断面積を同軸中心に対して偏倚させたものの方が
速いことが確認された。これは、内側ノズル３１′を矩
形、三角形にした場合にも同様に円形断面を有するノズ
ル３１を使用する場合よりも混合が速く、内側ノズル３
１′の断面形状を変形させて外側ノズル３２の断面積を
同軸中心に対して偏倚させたことにより、混合の促進が
図れることが明らかになった。

したがって、上記実験結果から得た知見に基づき、本発
明者らは、微粉炭ノズルと２次空気ノズルとを同軸状に
設けたものにおいて、２次空気ノズルの２次空気通路の
断面積を同軸中心に対して偏倚させることにより、本発
明を完成させたものである。

すなわち１本発明は、微粉炭と１次空気の混合気を噴出
させる微粉炭ノズルと、この微粉炭ノズルと同軸状に、
かつ微粉炭ノズル外周上の全周を被って設けた２次空気
ノズルと、前記微粉炭ノズルと同軸状に、かつ２次空気
ノズル外周上の全周を被って設けた３次空気ノズルとか
ら構成されてなる微粉炭燃焼装置において、前記２次空
気ノズルの２次空気通路の断面積を同軸中心に対して偏
倚させてなることを特徴とするものである。

〔作用〕

上記構成の微粉炭燃焼装置の作用を説明する。

２次空気ノズルの２次空気通路の断面積が、同軸中心に
対して偏倚しているため、微粉炭及び１次空気の混合気
と２次空気の混合が速く行なわれる。これにより、微粉
炭及び１次空気の混合気と着火用２次空気との混合促進
が図れ、微粉炭の着火及び火炎の安定性が向上すること
になる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明に係る燃焼装置の一実施例を示す正面図
であり、第２図は同実施例を示す断面図である。これら
の図において、バーナ１０は、燃焼室１１を構成する燃
焼炉壁１２に設けられた燃焼炉壁開口部１３に取付けら
れている。燃焼炉壁１２は、通常、断熱材で作られてお
り、燃焼室１１内の熱が外部へ放出されるのを防止して
いる。

バーナ１０が、水蒸気発生用のボイラに使用される場合
には、燃焼炉壁１２の燃焼室１１側の表面に、燃焼室１
１内に充満する火炎からの輻射伝熱によって、水を加熱
するための水管群が設置される。

バーナ１０は１着火するための補助バーナ１５と、この
補助バーナ１５に対して同軸状に、この補助バーナ１５
の外周上の全周に設けた断面形状が楕円の微粉炭ノズル
１６と、微粉炭ノズル１６に対して同軸状に、このノズ
ル１６の外周上の全周にわたって設けた２次空気ノズル
１７と１１１粉炭ノズル１６に対して同軸状に、２次空
気ノズル１７の外周上の全周にわたって設けた３次ノズ
ル１８とからなり、前記２次空気ノズルの２次空気通路
の断面積を、微粉炭ノズル１６を断面楕円形状にするこ
とにより、同軸中心より偏倚させて構成されている。

燃焼用空気は、風箱１４から２次空気ノズル１７及び３
次空気ノズル１８へ供給され、燃焼炉壁開口部１３を通
して燃焼室１１内へ噴出される。

２次空気ノズル１７及、び３次空気ノズル１８の燃焼空
気入口部には、旋回羽＠１９．２０がそれぞれ設置され
ている。旋回羽根１９．２０は、各々のノズル１７．１
８より噴出する空気の流れを旋回流とするためのもので
ある。

本図に示す旋回流発生器は、レジスタ型もしくは半径流
式の旋回流発生器と呼ばれるものであり、ノズルから噴
出する空気の流れに対して直角の半径方向から、空気が
流入する。旋回の強度は、風箱１４がら空気ノズル１７
．１８へ流入する空気の流れ方向に対する旋回羽根１９
．２０の角度を変化させることによって調節される。

バーナ１０は、２次空気ノズル１７と３次空気ノズル１
８との間に分割板２２を設けて構成されている。

このように構成することにより、２次空気と３次空気と
の分離が良くなり、しかし両者のバーナ出口近傍での混
合が抑制させることになる。この結果、着火用及び完全
燃焼用としての両者の役割が明瞭になると共に、強旋回
流として噴出される３次空気の流れによって循環流をこ
こに形成させることになり、外周へ拡がる燃料の一部が
、ここで燃焼し易くなる。ここで、分割板２２は、焼損
を防ぐために全体を耐火材で形成するのが好ましいが、
燃焼室１１側の火炎に触れる面だけを耐火材としても良
い。

微粉炭ノズル１６は、第１図に示すように、そのノズル
が楕円となる断面形状を有しており、これにより２次空
気ノズル１７の２次空気通路の断面を同軸中心に対して
偏倚させている。微粉炭ノズル１６の先端には拡大管形
の保炎器２１が設置されている。

また、微粉炭ノズル１６内の一部には絞り２３が設けら
れている。

バーナ１０の中心には、既に述べたように、補助燃料を
燃焼させる補助燃料ノズル１５が取付けられている。補
助燃料は、燃焼装置の起動時に。

燃焼室１１の予熱及び微粉炭の着火に使用されたもので
あり１通常、重油等の液体燃料が利」される、補助燃料
は、微粉炭の燃焼火炎が安定した時点で供給が停止され
る。補助燃料ノズル１５は、補助燃料の使用を停止した
後には、ノズルの焼損及び微粉炭によるノズル先端の閉
塞等を防止するために、バーナ外へ抜き出される。

上述のように構成された実施例の作用を説明する。

２次空気及び３次空気は、２次空気ノズル１７及び３次
空気ノズル１８から円環状の噴流として燃焼室１１内へ
噴出される。一方、微粉炭は、楕円の微粉炭ノズル１６
から楕円形の噴流として噴出される。これにより１着火
に必要な空気流量を最適な条件にした２次空気と、微粉
炭とがバーナ１０の出口近傍での混合促進が図れ、微粉
炭の着火の促進ができることになる。

また、バーナ１０には保炎器２１が設けられているため
、保炎器２１内壁に沿って微少渦、或いは循環流が形成
され、火炎の安定化に有効に作用することになる。

尚、微粉炭ノズル１６内の一部に設けられた絞リ２３は
、ここで断面を縮少することにより、微粉炭・１次空気
の混合気流速を増加させ、ノズル方向に火炎が進向する
逆火を防出する作用を有する。

以上述べたように本実施例によれば、微粉炭が楕円形状
に吹き出すので微粉炭の着火が促進される。また、本実
施例によれば、２次空気ノズルと３次空気ノズルとの間
に耐熱性の介在物２２を設置し、両者のノズル間の距離
を大きくすることにより、２次空気と３次空気とのバー
ナ近傍での混合を抑制できるため、それぞれの空気の役
割を明瞭にできる。したがって、３次空気によって着火
の条件が大きく乱されることが無く、また、介在物周辺
に形成される、２次、３次空気噴流による負圧領域によ
り、火炎の安定化が促進される。

本発明の他の実施例を次に説明する。

第１図及び第２図の実施例では、微粉炭燃焼装置のノズ
ルを微粉炭ノズル断面を楕円形状にすることにより、２
次空気ノズルの２次空気通路の断面積を偏倚させていた
が、他の実施例としては微粉炭ノズル１６の断面形状を
矩形、三角形状等とすることにより、２次空気ノズル１
７の２次空気通路の断面積を同軸中心に対して偏倚させ
るようにしたものでも良い。

このように形成された他の実施例も上記第１実施例と同
様の作用効果を有する。

本発明のさらに他の実施例を説明する。

上記各実施例は、微粉炭ノズルの断面形状を楕円、矩形
、三角形等として２次空気ノズル１７の２次空気通路の
断面積を同軸中心に対して偏倚させてなるものであった
が、本実施例は微粉炭ノズルの断面形状を円形とすると
共にその外周に設けた２次空気ノズル１７の断面形状を
楕円、矩形。

三角形等とすることにより、２次空気ノズル１７の２次
通路の断面積を同軸中心に対して偏倚させてなるもので
ある。

このように構成したさらに他の実施例によっても、上記
各実施例とほぼ同様の作用効果を奏する。

次に、本発明の実施例の変形例について説明する。

微粉炭及び１次空気の混合気噴流と２次空気との混合速
度は、例えば第１実施例の楕円形状の微粉炭ノズルを採
用した場合でも、楕円の縦横比によって異なるので、こ
の縦横比を調節できる機構を備えたバーナ構造が最も好
ましい。また、第２実施例の矩形断面の場合でも、同様
に矩形の縦横比の調節機構を備えた微粉炭ノズル構造が
最も好ましい。これらは、例えば比較的弾性のある金属
で形成した微粉炭ノズル内に縦横を拡大縮小できる駆動
機構を設けて構成すればよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、２次空気ノズルの
２次空気通路の断面積が同軸中心に対して偏倚してなる
ので、着火に必要な空気流量を最適な条件に設定した２
次空気と微粉炭とのバーナ近傍での混合促進が図れるた
め、従来の燃焼装置より微粉炭の着火を促進できるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る微粉炭燃焼装置の一実施例を示す
正面図、第２図は同実施例を示す縦断面図、第３図は（
１）及び（ＩＩ）は実験用同軸噴流ノズルの横断面図及
び正面図、第４図（１）及び（ＩＩ）は実験用同軸噴流
ノズルの横断面図及び正面図である。 １０・・・バーナ、１１・・・燃焼室、１２・・・燃焼
炉壁、１３・・・燃焼炉壁開口部、１４・・・風箱、１
５・・・補助バーナ、１６・・・微粉炭ノズル、１７・
・２次空気ノズル、１８・・・３次空気ノズル、１９・
・・２次空気旋回羽根、２０・・・３次空気旋回羽根、
２１・・・保炎器。 ２２・・・分割板、２３・・・絞り。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、微粉炭と１次空気の混合気を噴出させる微粉炭ノズ
   ルと、この微粉炭ノズルと同軸状に、かつ微粉炭ノズル
   外周上の全周を被つて設けた２次空気ノズルと、前記微
   粉炭ノズルと同軸状に、かつ２次空気ノズル外周上の全
   周を被つて設けた３次空気ノズルとから構成されてなる
   微粉炭燃焼装置において、前記２次空気ノズルの２次空
   気通路の断面積を同軸中心に対して偏倚させてなること
   を特徴とする微粉炭燃焼装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、２次空気ノズルと
   ３次空気ノズル間に耐熱性の介在物を設置することを特
   徴とする微粉炭燃焼装置。