JPS6332214A - 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、燃焼装置に係り、特に例えば微粉炭などの固
体燃料の微粉末を貯蔵するビンなどの貯蔵部を備えた燃
焼装置に関するものである。

〔発明の背景〕

燃料需給情勢の変遷に伴ない、石炭を主とする固体燃料
を大容量発電ボイラに適用する例が増加している。以下
１発明の′ｌｒｉについて石炭を例にして説明する。石
炭中には多量の有機窒素が含有されており、燃焼に伴な
って多量の窒素酸化物（以下、ＮＯｘと略称する。）が
発生する。しかしながら昨今の燃焼技術の著しい発展に
より、種々の低ＮＯｘ化技術が確立されつつある。そし
、てこの低ＮＯｘ化技術のうちでも、高温還元燃焼領域
を火炎中あるいは火炉内に局所的に形成して、安定に維
持する方法が低Ｎ　Ｏｘ化に極めて有効であることが知
られている。

この高温還元燃焼領域を安定に維持するためには、当然
のことながら微粉炭ど燃焼用空気の好適な供給条件が存
在する。この主な技術的諸条件を列挙すれば次の通りで
ある。

（ａ）微粉炭の粒程髪できるだけ小さくすること。

（ｂ）バーナ供給口において、微粉炭濃度の濃い領域を
作り出すこと。

（ｃ）微粉炭の混合する空気の温度をできるだけ高くす
ること。

（ｄ）燃焼用空気と微粉炭との分離ならびに混合の流体
力学的構造をコントロールすること。

これら条件のうち条件（ａ）、（ｂ）ならびに（Ｃ）は
、微粉炭の製造ならびに供給プロセスに依存するもので
あり、微粉炭の無公害化、高効率燃焼には当該系統の最
適化が極めて重要である。

一方、従来より大容量ボイラでは、石炭を微粉砕するミ
ルがボイラ番τ直結して、ミルで生成した微粉炭を直接
ボイラに供給して燃焼させる所謂、ミル直結燃焼方式が
主流であった。

第５図は、このミル直結燃焼方式を説明するための概略
構成図である。図中の５１は粗粉炭供給管、５２はフィ
ーダ、５３はミル、５４は１次空気供給管、５５は１次
空気ダンパ、５６は微粉炭供給管、５７はバーナ、５８
は火炎である。

粗粒炭の粉砕性、気流輸送ならびに微粉炭の燃焼、性な
どを考慮して、粉砕時や搬送時などに微粉炭が発、火し
ない温度（通常、ミル出口温度が５０〜９０℃になるよ
う）に調整された１次空気が、１次空気供給管５４を通
ってミル５３内に供給される。そしてミル５３内で粉砕
されて所定の粒度に分級された微粉炭は１次空気によっ
て気流搬送されて、直接バーナ５７に供給されて燃焼さ
れる。

ところで、最近では発電量全体における原子力発電の比
率が大きくな−１”ｌ！ており、そのため画一微粉炭燃
焼′″＜ｅＯ）運転６そ０影響を受５フ１゛る。すなわ
ち、原子力発電においては、負荷変動を行うのが困難で
あり、かつ非効率でも５あることか、ら２）原子力′Ｒ
電をベースロードとして、微粉炭ボイラｉ１．中間負荷
運転する。ようになってきた。このため、微粉炭ボイラ
の負荷変動が大きく、これに対応できるシステ、ムの柔
軟性が要求されるようになる。

このような状況下では１例えば微粉炭ボイラの可能限界
における最低負荷帯や、他の急速負荷変化帯では当然の
ことながら各々の負荷やバーナ式ターンに応じて、前記
技術的諸条件（ａ）、（ｂ）ならびに（ｃ）を各々独立
に最適になるように制御することは、ミルといういわば
大容量で応答性が悪いバッファタンクが燃焼系統に内在
する限り、極めて困難である。従ってミル直結型の燃焼
方式では、前述のような急速負荷変動に対し、て十分に
対応することができず、低ＮＯｘ化を含めて効率的な燃
焼を行うには限界がある。

このミル直結型の燃焼方式に対して、一旦貯蔵型の燃焼
方式がある。この方式は、負荷変動に関係なくミルで粉
砕して所望の粒度に調整された微粉炭をビンに貯蔵して
おき、負荷変動に応じて微粉んをビンから取り出し、て
バーナに気流搬送して燃焼に供する方式である。

しかしこの方式においても、従来は低ＮＯｘ化を含めた
効率的な燃焼システムについてはまだ十分な検討が行わ
れていなかった。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、
低Ｎ　Ｏｘ化を含めて効率的な燃焼が行える燃焼装置を
提供するにある。

〔発明の概要〕

前述の目的を達成するため、本発明は、所望の粒度に調
整された微粉炭などの固体燃料の微粉末を貯蔵する例え
ばビンなどのｎｔ蔵部と、その貯蔵部から固体燃料の微
粉末を所定量ずつ取り出す例えばフィーダなどの燃料取
出手段と、その燃料取出手段から取り出した固体燃料の
微粉末をバーナまで気流搬送する第１の空気供給手段と
を備えた燃焼装置を対象とするものである。

そして、前記第１の空気供給系統に供給される第１の空
気よりも高温の第２の空気を供給する第２の空気供給手
段を第１の空気供給手段より別に設け、前記固体燃料の
微粉末を同伴した第１の空気に対して第２の空気をバー
ナの入口直前からバーナ内部の間において混合したこと
を特徴とするものである。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を図面とともに説明する。

第１図は第１実施例に係る燃焼装置の要部＃ＩＩｌ＆構
成図、第２図はその燃焼装置に用いられるバーナ部の概
略構成図である。

第１図においてｌはコールバンカ、２は粗粒炭、３は給
炭機、４はボールミル、５はサイクロンセパレータ、６
けビン、７はｍ粉炭、８は微粉炭管、９はフィーダ、１
０はプライマリ−エア供給管、１１はプライマリ−エア
、１２はプライマリ−エアダンパ、１３はバーナ、１４
は火炎、１５はアデショナルエア供給管、１６はアディ
ショナルエア、１７はアディショナルエアダンパ、１８
は演算制御部である。

また１９は石炭温度検出器、２０は石炭温度入力信号、
２１はプライマリ−エア温度検出器、２２はプライマリ
−エア温度入力信号、２３はプライマリ−エア流量検出
器、２４はプライマリ−エア流量入力信号、２５は微粉
炭流量検出器。

２６は微粉炭流量入力信号、２７はアディショナルエア
温度検出器、２８はアディショナルエア温度入力信号、
２９はアディショナルエア流量検出器、３０はアディシ
ョナルエア流量入力信号である。前記石炭温度入力信号
２０、プライマリーエア温度入力信号２２．プライマリ
ーエア流量入力信号２４、微粉炭流量入力信号２６．ア
ディショナルエア温度入力信号２８ならびにアディショ
ナルエア流量入力信号３０などが、前記演算制御部１８
に入力され、所定の制御プログラムに従って演算処理さ
れる。

またこの演算制御部１８からは、前記アディショナルエ
アダンパ１７に対してアディショナルエアダンパ開度信
号３１が出力され、また図示しないエアヒータに対して
アディショナルエア１６の温度制御するためのエアヒー
タ制御指令信号３２が出力される。

コールバンカ１から供給された粗粒炭２はボールミル４
で粉砕され、２００メツシユで８０％パスになるように
粒度調整された微粉炭７がビン６に貯蔵される。ボール
ミル４の運転はボイラー負荷の変動に関係ないから、微
粉炭７の粒度は燃焼性を高めるために可及的に微粒子化
することができる。そして必要量の微粉炭７がフィーダ
９で即刻計量されて、プライマリ−エア１１に同伴され
てバーナ１３に供給される。

本発明の燃焼装置では、プライマリ−エア供給管１０と
アディショナルエア供給管１５とが別系統として設けら
れている。そしてプライマリ−エア１１は、微粉炭７の
搬送に最小限必要な空気流量になるように、換言すれば
微粉炭７が高濃度で高圧輸送されるように前記プライマ
リ−エアダンパ１２によって制御され、また温度は約常
温から１００℃以下の比較的低温に規制されている。こ
のようにすれば、ミル内や微粉炭搬送系統での発火なら
びにバーナからの逆火は確実に防止できる。

また必要に応じて、プライマリ−エア１１中に排ガスを
適量混合することもできる。

一方、アディショナルエア１６は、バーナ口において、
各負荷帯に遅滞なく応答して安定着火、低Ｎ　Ｏｘ　ｎ
ＷＩ気（高温還元炎）を作り出すための諸条件（石炭量
／空気量、流体温度、噴出流速等）などの調整のために
用いられる。そのためこのアディショナルエア１６は１
例えばエアヒータを利用して前記エアヒータ制御指令信
号３２により例えば約１００〜３００℃の比較的高温の
範囲で温度制御がなされるとともに、アディショナルエ
アダンパ１７の働きによって流量制御がなされる。

運転条件の一例を述べれば、バーナ負荷４０％の場合、
従来のミル直結燃焼方式の場合、一般的には次のような
条件になる。

０石炭量／空気量（ｋｇ　／　ｋｇ　）は約０．４未満
。

■バーナ口における空気温度は約８５℃未満。

一方、この負荷帯で安定着火、低Ｎ０ｘｉｌ［転に最適
な条件が、 ０石炭量／空気量（ｋｇ　／　ｋｇ　）は０．６〜０．
８゜■バーナ口における空気温度は１００℃以上である
とすると、 本発明ではプライマリ−エア供給ラインで高濃度、高圧
輸送にするとともに、アディショナルエア流量を低下さ
せることによって、前記■の条件を満足することができ
る。またアディショナルエア１６の温度は３００℃程度
まで上昇させることが容易であるから、前記■の条件を
維持することもできる。

この第１実施例の場合、微粉炭７を同伴したプライマリ
−エア１１とアディショナルエア１６とが、バーナ１３
の内部において混合されるようになっている。

第２図は、このバーナ１３の構造を説明するための図で
ある。図中の３３は火炉３４内に向けて開口した供給管
で、この供給管３３にはプライマリ−エア１１の流量し
方向を変えるスプラッシュプレート３５とエルボ３６と
が付設されている。前記アディショナルエア供給管１６
の先端部は、スプラッシュプレー１・３５を貫通して供
給管３３と同一方向を向いており、ベンチュリ３７の若
干手前まで延でいる。、３８は、噴出された微粉炭を放
射状に拡散して高温還元炎の形成、保持のためのインペ
ラである。

そして、前記供給管３３の外周には、ウィンドボックス
３９から炉壁４０のバーナボート４】ノ＼燃焼用空気を
供給するために、仕切板４１ならびにスリーブ４２によ
って二次空気通路４３と三次空気通路４４とに区画され
ている。そして二次空気通路４３ならびに三次空気通路
４４には、二次ベーン４５ならびに三次エアレジスタ４
６がそれぞれ配置され、二次空気通路４３ならびに三次
空気通路４４を流通する燃焼用空気の流量が制御される
ようになっている。

微粉炭７を同伴したプライマリ−エア１１とアディショ
ナルエア１６とを同軸方向に流しながら合流した場合、
微粉炭７はアディショナルエア１６側へは余り拡散せず
プライマリ−エア１１側に偏在する。そのため、プライ
マリ−エア１１とアディショナルエア１６とをベンチュ
リ３７の手前側で合流し、ともにベンチュリ３７を通す
ことによって、微粉炭７どアディショナルエア１６との
良好な混合を図でいる。

第３図は本発明の第２実施例を説明するための図で、前
記第１実施例と相違する点は、微粉炭７を同伴したプラ
イマリ−エア１１とアディショナルエア１６が、バーナ
１３の入口直前に設けられた混合器４７において混合さ
れている点である。

前述したようにアディショナルエア１６は安定着火や高
温還元炎を形成するためにかなり高温に保持されている
ため、微粉炭７を同伴したプライマリ−エア１１と混合
すると微粉炭７がバーナ１３から噴出する前に着火する
危険性がある。そのため両エア１１．１６の混合は、バ
ーナ１３の入口直前かまたはバーナ１３内で行わなけれ
ばならな塾１゜ その他の構成ならびに機能などは前記した第１実施例と
同様であるので、それらの説明は省略する。

第４図は、前記第１実施例ならびに第２実施例で述べた
バーナ１３の他の適用例を説明するための概略構成図で
ある。

この例の場合、前述の微粉炭７を同伴したプライマリ−
エア１１とアディショナルエア１６とを混合して、微粉
炭７を燃焼するバーナ１３をスタートアップ用バーナと
して使用している。

図中の４８はミル直結型あるいは一時貯蔵型のバーナ、
４９はアフタエアポートである。小さいボイラ負荷変動
や、ミル切換時の負荷バツクアツプとしてはバーナ４８
が対応する。また特にベースロードにおいては、極低Ｎ
　Ｏｘ化を達成するために、種燃料過剰運転とし、炉内
脱硝を行うことができる。

〔発明の効果〕

本発明は前述のような構成になっているため、プライマ
リ−エアの石川と空気の比率ならびに流体温度の独立制
御が可能である。また各負荷に対応した最適低Ｎ　Ｏｘ
条件の維持、最低負荷の切下げ、急速な負荷変化への対
応、最適炉内説鞘、最適低Ｎ　Ｏｘバーナ条件の対応な
どが可能となり低Ｎ　Ｏｘ化を含めて効率的な燃焼がで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る燃焼装置の要部概略
構成図、第２図はその燃焼装置に用いられるバーナ部の
概略構成図、第３図は本発明の第２実施例に係る燃焼装
置の概略構成図、第４図は本発明に係るバーナの他の適
用例を説明するための概略構成図、第５図は従来の燃焼
装置を説明するために概略構成図である。 ４・・・・・・ボールミル、６・・・・・・ビン、７・
・・・・微粉炭。 ８・・・・・・微粉炭管、９・・・・・・フィーダ、１
０・・・・・・プライマリ−エア供給管、１１・・・・
・・プライマリ−エア、１２・・・・・・プライマリ−
エアダンパ、１３・・・・・・ダンパ、１４・・・・・
・火炎、１５・・・・・・アディショナルエア供給管、
１６・・・・・・アディショナルエア、１７・・・・・
・アディショナルダンパ、１８・・・・・演算制御部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）所望の粒度に調整された固体燃料の微粉末を貯蔵
   する貯蔵部と、その貯蔵部から固体燃料の微粉末を所望
   量ずつ取り出す燃料取出手段と、その燃料取出手段より
   取り出した固体燃料の微粉末をバーナまで気流搬送する
   第１の空気供給系統とを備えた燃焼装置において、 前記第１の空気供給系統に供給される第１の空気よりも
   高温の第２の空気を供給する第２の空気供給系統を第１
   の空気供給手段より別に設け、前記固体燃料の微粉末を
   同伴した第１の空気に対して第２の空気をバーナの入口
   直前からバーナ内部の間において混合する構成になつて
   いることを特徴とする燃焼装置。
2. （２）特許請求の範囲第（１）項記載において、前記固
   体燃料の微粉末が微粉炭であることを特徴とする燃焼装
   置。
3. （３）特許請求の範囲第（１）項記載において、前記第
   １の空気が、前記固体燃料の微粉末を気流搬送する最低
   限度の空気量にほぼ等しい量に制御されていることを特
   徴とする燃焼装置。
4. （４）特許請求の範囲第（１）項記載において、前記第
   １の空気が約常温から１００℃の範囲、前記第２の空気
   が約１００〜３００℃の範囲にそれぞれ制御されている
   ことを特徴とする燃焼装置。
5. （５）特許請求の範囲第（１）項記載において、前記固
   体燃料の微粉末を同伴した第１の空気と第２の空気とが
   、バーナ供給管のベンチユリーの上流側で合流するよう
   に構成されていることを特徴とする燃焼装置。
6. （６）特許請求の範囲第（１）項記載において、前記第
   １の加圧空気供給系統ならびに第２の加圧空気供給系統
   を接続したバーナが、スタートアップ用バーナであるこ
   とを特徴とする燃焼装置。