JP2011033287A

JP2011033287A - 微粉炭バーナ

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Publication number: JP2011033287A
Application number: JP2009181316A
Authority: JP
Inventors: Akiyasu Okamoto; 章泰岡元; Iwamaro Amano; 五輪麿天野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2011-02-17

Abstract

【課題】二次空気量を極端に減少させる場合であっても微粉炭混合気が二次空気供給路内に流出することを防止するとともに、二次空気量の増加にも対応することができる、微粉炭焚きバーナを提供する。
【解決手段】火炉の側面に設けられた微粉炭と搬送空気の混合気を噴出して火炎を形成するバーナノズルと、該バーナノズルが先端部に取り付けられ前記微粉炭と搬送空気を供給する混合気供給路と、該混合気供給路の外周側に形成された二次空気供給路と、を備えた微粉炭バーナにおいて、前記バーナノズルの前記混合気供給路への取り付け部に、前記バーナノズルの前記混合気供給路に対する角度を可変とする角度調整部を設けるとともに、
前記角度調整部の外周側を覆う圧力調整流路を形成し、該圧力調整流路内に、前記二次空気供給路への空気供給源側から前記混合気供給路内よりも高圧の空気を導入し、前記圧力調整流路内に導入された空気により、前記角度調整部をシールする。
【選択図】図５

Description

本発明は、火炉の側面に設けられた微粉炭と搬送空気の混合気を噴出して火炎を形成するバーナノズルと、該バーナノズルが先端部に取り付けられ前記微粉炭と搬送空気を供給する混合気供給路と、該混合気供給路の外周側に形成された二次空気供給路とを備えた微粉炭バーナに関するものである。

微粉炭焚きボイラに使用されるバーナとして、従来より図１１に示すバーナが知られている。図１１は従来の微粉炭焚きバーナの一例を示す断面概略図である。図１１におけるバーナ１０１は、微粉炭と搬送空気が混合された微粉炭混合気１１２を供給する微粉炭混合気供給路１０２と、微粉炭混合気供給路１０２の外周側に設けられ二次空気１１４を供給する二次空気供給路１０４と、二次空気供給路１０４の外周に設けられ補助空気１１６を供給する補助空気供給路１０６とが備えられている。また前記それぞれの供給路（１０２、１０４、１０６）の先端（火炉）側には、火炉内に向けて流体を噴出する角度可変ノズル１２０及びノズル１２１が形成されている。

図１１に示したバーナ１０１においては、角度可変ノズル１２０の内壁１２２の上流端と、二次空気供給路１０４の内壁１３２の下流端とがシールプレート１３６を挟んで接続されて回動部１４０を形成している。回動部１４０において、角度可変ノズル１２０の内壁が二次空気供給路１０４の内壁１３２に対して回動することにより、角度可変ノズル１２０の二次空気供給路１０４に対する角度が可変となる。なおこのとき、角度可変ノズル１２０の内壁１２２の二次空気供給路１０４の内壁１３２に対する回動にあわせて、角度可変ノズル１２０の外壁１２４も二次空気供給路１０４の外壁１３４に対して回動するように構成されている。

図１２は図１１におけるＡ−Ａ断面図であり、図１３は図１２におけるＢ−Ｂ断面図である。
図１２及び図１３に示したように、二次空気供給路１０４と、補助空気供給路１０６は、共通ダクト１５８が分岐して構成されている。二次空気供給路１０４の入口側にはダンパ１５４が設けられており、同様に補助空気供給路１０６の入口側にはダンパ１５６が設けられている。ダンパ１５４及びダンパ１５６の開度を調整することにより、共通ダクト１５８から二次空気供給路１５４及び補助空気供給路１５６への空気の流入量を調整することができる。
また、微粉炭混合気供給路１０２にも、微粉炭混合気１１２の火炉内への供給量を調整可能とするためダンパ１５２が設けられている。

このような図１１、図１２、図１３に示したようなバーナ１０１においては、使用する微粉炭の性状に応じて、ダンパ１５２、１５４及び１５６を調整することにより、通常は微粉炭混合気の圧力を５０〜１００ｍｍＡｑ、二次空気の圧力を１００〜１５０ｍｍＡｑ程度に調整する。つまり、二次空気の圧力が微粉炭混合気の圧力よりも高くなるようにダンパ１５２、１５４、１５６を調整する。

しかしながら、無煙炭などの極端に着火性に劣る石炭を使用する場合、着火性を改善するためにダンパ１５４を絞り、二次空気量を極端に減少させる必要がある場合がある。このような極端な二次空気量の減少方向への調整を行った場合、二次空気の圧力が例えば１０ｍｍＡｑなど極端に低下する場合がある。二次空気量を極端に減少させ、その結果二次空気１１４の圧力が微粉炭混合気１１２の圧力よりも低下した場合、回動部１４０から微粉炭混合気１１２が二次空気流路１０４側に流出し、二次空気供給路１０４内で詰まってしまう可能性がある。

そこで、特許文献１には、回動部下流側の二次空気供給路内にベンチュリや多孔体などの抵抗体を設け、二次空気量が極端に低下しても二次空気供給路内の圧力を極端に低下させない技術が開示されている。特許文献１に開示された技術によれば、二次空気量が極端に低下しても、二次空気供給路内の圧力が極端に低下せず、二次空気供給路内の圧力を微粉炭混合気供給路内の圧力以上に保つことができる。そのため、微粉炭混合気を二次空気供給路内へ流出させることなく、二次空気量を極端に低下させる調整が可能である。

特開２００７−２３２２４８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、二次空気量を極端に減少させる調整を行う場合には問題がないが、二次空気を増加させる調整を行う場合には二次空気供給路内に設けた抵抗体の存在により、十分な二次空気増加による効果が得られなかった。即ち、二次空気量の調整可能範囲が狭かった。

従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、二次空気量を極端に減少させる場合であっても微粉炭混合気が二次空気供給路内に流出することを防止するとともに、二次空気量の増加にも対応することができる、微粉炭焚きバーナを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明においては、火炉の側面に設けられた微粉炭と搬送空気の混合気を噴出して火炎を形成するバーナノズルと、該バーナノズルが先端部に取り付けられ前記微粉炭と搬送空気を供給する混合気供給路と、該混合気供給路の外周側に形成された二次空気供給路と、を備えた微粉炭バーナにおいて、前記バーナノズルの前記混合気供給路への取り付け部に、前記バーナノズルの前記混合気供給路に対する角度を可変とする角度調整部を設けるとともに、
前記角度調整部の外周側を覆う圧力調整流路を形成し、該圧力調整流路内に、前記二次空気供給路への空気供給源側から前記混合気供給路内よりも高圧の空気を導入し、前記圧力調整流路内に導入された空気により、前記角度調整部をシールすることを特徴とする。

これにより、圧力調整流路内には常に混合気供給路内よりも高圧の空気が満たされることとなる。つまり、角度調整部は、二次空気供給路内の圧力に関わらず、外周側を混合気供給路よりも高圧の空気で覆われていることとなる。
従って、二次空気供給路内の圧力に関わらず、混合気供給路内の混合気が前記角度調整部を通って二次空気供給路内に流出することを防止することができる。つまり、二次空気供給量を極端に減少させ、二次空気供給路内の圧力が極端に低下した場合であっても混合気が角度調整部を通って流出することを防止することができる。
さらに、二次空気供給路内に抵抗体を設けていないため、二次空気供給路内には二次空気の流通の障害となるものはなく、二次空気の増量にも対応することができる。即ち二次空気を極端に減らした場合のみならず二次空気の増加にも対応することができ、二次空気量を広い範囲で調整することができる。

また、前記二次空気供給路は流路内にダンパを有し、該ダンパ上流側流路内の空気は前記混合気供給路内よりも高圧であり、前記ダンパよりも上流側流路内の空気を、前記圧力調整流路に導く接続流路を設けるとよい。

これにより、二次空気供給路に供給する二次空気量を調整するダンパは１つ設けるだけでよく二次空気の圧力を調整することが容易である。

また前記混合気供給路内よりも高圧の空気が流れる空気供給流路を備え、該空気供給流路は、ダンパを介して前記二次空気供給路に接続されるとともに、絞り部分を設けることなく前記圧力調整流路に接続するとよい。

これにより、二次空気量を調整するダンパを２つ以上設ける必要があるが、圧力調整流路の構成が簡単になる。

また、前記ダンパは、切り欠き部を有し、前記圧力調整流路は、前記切り欠き部内を通過して前記空気供給流路に接続するとよい。

これにより、二次空気供給路に供給する二次空気量を調整するダンパは１つ設けるだけでよく二次空気の圧力を調整することが容易であるとともに、圧力調整流路の構成が簡単になる。

以上記載のごとく本発明によれば、二次空気量を極端に減少させる場合であっても微粉炭混合気が二次空気供給路内に流出することを防止するとともに、二次空気量の増加にも対応することができる、微粉炭焚きバーナを提供することができる。

実施例に係る微粉炭焚きボイラの全体概略構成を示すブロック図である。実施例１における微粉炭焚きバーナを示す断面概略図である。実施例１に係る図２におけるＡ−Ａ断面図である。図３におけるＢ−Ｂ断面図である。実施例１における微粉炭焚きバーナの回動部周辺の部分断面図である。実施例２に係る図２におけるＡ−Ａ断面図である。図６におけるＣ−Ｃ断面図である。実施例３に係る図２におけるＡ−Ａ断面図である。図８におけるＤ−Ｄ断面図である。図９におけるＥ方向矢視図である。従来の微粉炭焚きバーナの一例を示す断面概略図である。図１１におけるＡ−Ａ断面図である。図１２におけるＢ−Ｂ断面図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

まず、後述する本発明の実施例１〜３における微粉炭焚きバーナが用いられる微粉炭焚きボイラについて図１を用いて説明する。

図１は本発明の実施例に係る微粉炭焚きボイラの全体概略構成を示すブロック図であり、ボイラ６１には、鉛直方向に設置された火炉６３と、火炉６３の火炉壁６５の下部に設置された燃焼装置６７と、火炉６３の出口に連結された煙道６９と、火炉６３の上部から煙道６９にかけて設けられた過熱器７１、再熱器７３及び節炭器７５と、火炉６３の上部に設けられた蒸気ドラム７７とが備えられている。

火炉壁６５の内側には、多数の水管（図示せず）がそれぞれ上下方向に延設されている。各水管は、上下各端部が蒸気ドラム７７に接続されている。燃焼装置６７には、火炉壁６５の下部に取り付けられた複数の微粉炭焚きバーナ１（後述）と、火炉６５出口部近傍に取り付けられたアディショナルエアノズル８０と、微粉炭焚きバーナ１に微粉炭を供給する微粉炭供給手段８１と、微粉炭焚きバーナ１に高温ガスを供給する高温ガス供給手段８３と、微粉炭焚きバーナ１及びアディショナルエアノズル８０に燃焼用空気を供給する空気供給手段８５と、が備えられている。

微粉炭供給手段８１には、図示しない給炭機及び計量器を経て供給された石炭を燃焼に適した大きさ（例えば数μｍ〜数百μｍ）まで粉砕する微粉炭機８７と、微粉炭機８７で生成された微粉炭を図示しない空気源から供給される加圧された搬送空気によって微粉炭混合気として微粉炭焚きバーナ１へ気流搬送する給炭管８９とが備えられている。
搬送空気は微粉炭機８７の安全面から微粉炭機８７の出口温度が約８０℃になるように設定されている。

空気供給手段８５には、空気を加圧して供給する図示しない押込通風機と、火炉６３の外壁に設けられた風箱９１と、押込通風機と風箱９１及びアディショナルエアノズル８０とを接続する空気管９３とが備えられている。
空気管９３を通過する燃焼補助空気は、回転再生式熱交換器９５により煙道６９を通過する例えば約３６０℃の燃焼排ガスと熱交換され、３００〜３５０℃まで加温されて風箱３１に供給される。
高温ガス供給手段８３には、煙道６９と石炭抱焚きバーナ７０とを接続する排ガス管９７が備えられている。排ガス管９７は、例えば定格運転時に燃焼排ガスの温度が８００℃、酸素含有率が４％以下になる煙道６９位置に接続されている。

また、本発明の実施例においては、バーナを複数組上下方向に組み合わせ、火炉高さ方向に連続した一体型として使用されている。

以下、実施例１〜３において、図１に示した微粉炭焚きボイラに使用される本発明の微粉炭焚きバーナについて説明する。

実施例１に係る微粉炭焚きバーナについて図２、図３、図４を用いて説明する。
図２は実施例１における微粉炭焚きバーナを示す断面概略図である。
図２におけるバーナ１は、微粉炭と搬送空気が混合された微粉炭混合気１２を火炉６３へ供給する微粉炭混合気供給路２と、微粉炭混合気供給路２の外周に設けられ二次空気１４を火炉６３へ供給する二次空気供給路４と、二次空気供給路４の外周に設けられ補助空気１６を供給する補助空気供給路６とが備えられている。また前記それぞれの供給路（２、４、６）の先端（火炉６３）側には、火炉内に向けて流体を噴出する角度可変ノズル２０及びノズル２１が形成されている。

図２に示したバーナ１においては、角度可変ノズル２０の内壁２２の上流端と、二次空気供給路４の内壁３２の下流端とがシールプレート３６を挟んで接続されて回動部４０を形成している。回動部４０において、角度可変ノズル２０の内壁が二次空気供給路４の内壁３２に対して回動することにより、角度可変ノズル２０の微粉炭混合気供給路２及び二次空気供給路４に対する角度が可変となる。なおこのとき、角度可変ノズル２０の内壁２２の二次空気供給路４の内壁３２に対する回動にあわせて、角度可変ノズル２０の外壁２４も二次空気供給路４の外壁３４に対して回動するように構成されている。
さらに、本実施例に特徴的な構成として、微粉炭混合気供給路２の外周に圧力調整流路３が設けられている。圧力調整流路３は、回動部４０を外周側から覆うように構成されており、内部には微粉炭混合気供給路２に供給される微粉炭混合気１２よりも高圧の空気（後述）が導入される。

図３は図２におけるＡ−Ａ断面図であり、図４は図３におけるＢ−Ｂ断面図である。
図３及び図４に示したように、二次空気供給路４と、補助空気供給路６は、共通ダクト５８が分岐して構成されている。二次空気供給路４の入口側（共通ダクト５８側）にはダンパ５４が設けられており、同様に補助空気供給路６の入口側にはダンパ５６が設けられている。ダンパ５４及びダンパ５６の開度を調整することにより、共通ダクト５８から二次空気供給路４及び補助空気供給路６への空気の流入量を調整することができる。
また、微粉炭混合気供給路２にも、微粉炭混合気１２の火炉内への供給量を調整可能とするためダンパ５２が設けられている。

さらに、微粉炭混合気供給路２の外周側に回動部４０を覆うようにして設けられてる圧力調整流路３は、一端側がダンパ５４及び５６よりも上流側の共通ダクト５８内で開口されている。このような構成により、共通ダクト５８内の空気が圧力調整流路３内に導入される。

次に、図５を用いて、圧力調整流路３の回動部４０周辺の構成について説明する。
図５は、実施例１における微粉炭焚きバーナの回動部４０周辺の部分断面図であり、図２における回動部４０周辺を拡大した図に相当する。
前述したとおり、角度可変ノズル２０の内壁２２の上流端と、二次空気供給路４の内壁３２の下流端とが、シールプレート３６を挟んで接続されて回動部４０を形成している。また、二次空気供給路４の外壁２４の上流端と、二次空気供給路４の外壁３４の下流端とも同様に接続されて回動部４２を形成している。回動部４２は回動部４０の回動にあわせて回動するように構成されている。

さらに、圧力調整流路３は、その外壁が図２、図３、図４に示したように共通ダクト５８内に繋がる上流側外壁１３ａと、角度可変ノズル２０の内壁に固定される下流側外壁１３ｂとから形成されている。上流側外壁１３ａと下流側外壁１３ｂとの間は回動部４２と同様の回動部１３ｃが形成されており、回動部１３ｃは、回動部４０の回動にあわせて回動するように構成されている。

以上のような図２〜図５に示したような構成とすることにより、圧力調整流路３内には常に共通ダクト５８内と同圧の空気が満たされることとなる。
圧力調整流路３内に満たされる共通ダクト５８内と同圧の空気は、微粉炭混合気供給路２に供給される微粉炭混合気１２よりも高圧である。つまり、回動部４０は、二次空気供給路４内の圧力に関わらず、外周側を微粉炭混合気供給路２よりも高圧の空気で覆われていることとなる。
従って、二次空気供給路４内の圧力に関わらず、微粉炭混合気供給路２内の微粉炭混合気１２が回動部４０を通って二次空気供給路４内に流出することを防止することができる。つまり、二次空気供給量を極端に減少させ、二次空気供給路４内の圧力が極端に低下した場合であっても微粉炭混合気が回動部を通って流出することを防止することができる。
さらに、二次空気供給路４内に抵抗体を設けていないため、二次空気供給路４内には二次空気の流通に障害となるものはなく、二次空気の増量にも対応することができる。即ち二次空気を極端に減らした場合のみならず二次空気の増加にも対応することができ、二次空気量を広い範囲で調整することができる。

このとき、回動部１３ｃを通って、圧力調整路３内の空気が二次空気供給路４内に流出する可能性もあるが、これは特に問題とならない。

実施例２における微粉炭焚きバーナについて図２、図５、図６、図７を用いて説明する。
図２及び図５は実施例１における微粉炭焚きバーナを示す図であるが、実施例２においても同一形状となるため、実施例２においては図２及び図５を実施例２における微粉炭焚きバーナの概略断面図と読み替えて説明する。
図６は、図２におけるＡ−Ａ断面図であり、実施例１における図３に相当する断面図である。図７は図６におけるＣ−Ｃ断面図であり、実施例１における図４に相当する断面図である。

実施例２においては、図６及び図７に示したように、二次空気供給路４と、補助空気供給路６と、圧力調整流路３とは、共通ダクト５８が分岐して構成されている。二次空気供給路４の入口側（共通ダクト側）にはダンパ５４が設けられており、同様に補助空気供給路６の入口側にはダンパ５６が設けられている。圧力調整流路３にはダンパは設けられていない。
ダンパ５４及びダンパ５６の開度を調整することにより、共通ダクト５８から二次空気供給路４及び補助空気供給路６への空気の流入量を調整することができる。
また圧力調整流路３にはダンパが設けられていないため、圧力調整流路３内には共通ダクト５８内の空気が圧力変化しないまま導入される。
また、微粉炭混合気供給路２にも、微粉炭混合気１２の火炉内への供給量を調整可能とするためダンパ５２が設けられている。

このように、図６及び図７に示したように構成される圧力調整ダクトは、回動部４０近傍では図５に示したような構成となる。
このとき、圧力調整流路３内には、前述の通り共通ダクト５８内の空気が圧力変化しないまま導入されている。従って、回動部４０は、二次空気供給路４内の圧力に関わらず、外周側を微粉炭混合気供給路２よりも高圧の空気で覆われていることとなる。
よって、二次空気供給路４内の圧力に関わらず、微粉炭混合気供給路２内の微粉炭混合気１２が回動部４０を通って二次空気供給路４内に流出することを防止することができる。つまり、二次空気供給量を極端に減少させ、二次空気供給路４内の圧力が極端に低下した場合であっても微粉炭混合気が回動部を通って流出することを防止することができる。
さらに、二次空気供給路４内に抵抗体を設けていないため、二次空気供給路４内には二次空気の流通に障害となるものはなく、二次空気の増量にも対応することができる。即ち二次空気を極端に減らした場合のみならず二次空気の増加にも対応することができ、二次空気量を広い範囲で調整することができる。

なお、図２、図３、図４、図５を用いて説明した実施例１の構成の場合は、圧力調整流路３を補助空気供給路６よりさらに外周側を通す必要があるが、二次空気供給路４に供給する二次空気量を調整するダンパ５４は１つ設けるだけでよく二次空気の圧力を調整することが容易である。
一方、図２、図６、図７、図５を用いて説明した実施例２の構成の場合は、圧力調整流路３を補助空気供給路６のさらに外周側を通す必要がなく、圧力調整流路３の構成は簡単であるが、二次空気供給路４に供給する二次空気量を調整するダンパ４３を２つ設ける必要がある。
本発明の微粉炭焚きバーナを使用する微粉炭焚きボイラの形状や使用形態に応じて、二次空気圧力調整の頻度、周囲のスペースの余裕等を勘案し、実施例１の構成と実施例２の構成の何れを使用するかは選択することができる。

実施例３における微粉炭焚きバーナについて図２、図５、図８、図９、図１０を用いて説明する。
図２及び図５は実施例１及び実施例２における微粉炭焚きバーナを示す図であるが、実施例３においても同一形状となるため、実施例３においては図２及び図５を実施例３における微粉炭焚きバーナの概略断面図と読み替えて説明する。
図８は、図２におけるＡ−Ａ断面図であり、実施例１における図３に相当する断面図である。図９は図８におけるＤ−Ｄ断面図であり、実施例１における図４に相当する断面図である。図１０は図９におけるＥ方向矢視図である。

実施例３においては、図８、図９及び図１０に示したように、二次空気供給路４と、補助空気供給路６と、圧力調整流路３とは、共通ダクト５８が分岐して構成されている。二次空気供給路４の入口側（共通ダクト側）にはダンパ５４が設けられており、同様に補助空気供給路６の入口側にはダンパ５６が設けられている。圧力調整流路３にはダンパは設けられていない。
圧力調整流路３は、ダンパ５４の一部を切り欠いて形成された切り欠き部５４ａを通過して配置されており、その入口部３ａはダンパ５４の回転が可能となるように平面半円形状となっている。さらに、ダンパ５６を全閉したときに二次空気流路４に共通ダクト５８から空気が流入することを防止するために、小壁５７が設けられている。

このような構成とすることにより、圧力調整流路３を補助空気供給路６よりさらに外周側を通す必要がなく、さらに二次空気供給路４に供給する二次空気量を調整するダンパ５４は１つ設けるだけでよく二次空気の圧力を調整することも容易となる。

二次空気量を極端に減少させる場合であっても微粉炭混合気が二次空気供給路内に流出することを防止するとともに、二次空気量の増加にも対応することができる、微粉炭焚きバーナとして利用することができる。

１バーナ
２微粉炭混合気供給路
３圧力調整流路
４二次空気供給路
６補助空気供給路
２０角度可変ノズル
４０回動部（角度調整部）
５４、５６ダンパ
５４ａ切り欠き部
５８共通ダクト

Claims

火炉の側面に設けられた微粉炭と搬送空気の混合気を噴出して火炎を形成するバーナノズルと、該バーナノズルが先端部に取り付けられ前記微粉炭と搬送空気を供給する混合気供給路と、該混合気供給路の外周側に形成された二次空気供給路と、を備えた微粉炭バーナにおいて、
前記バーナノズルの前記混合気供給路への取り付け部に、前記バーナノズルの前記混合気供給路に対する角度を可変とする角度調整部を設けるとともに、
前記角度調整部の外周側を覆う圧力調整流路を形成し、
該圧力調整流路内に、前記二次空気供給路への空気供給源側から前記混合気供給路内よりも高圧の空気を導入し、
前記圧力調整流路内に導入された空気により、前記角度調整部をシールすることを特徴とする微粉炭バーナ。
前記二次空気供給路は流路内にダンパを有し、該ダンパ上流側流路内の空気は前記混合気供給路内よりも高圧であり、
前記ダンパよりも上流側流路内の空気を、前記圧力調整流路に導く接続流路を設けたことを特徴とする請求項１記載の微粉炭バーナ。
前記混合気供給路内よりも高圧の空気が流れる空気供給流路を備え、
該空気供給流路は、ダンパを介して前記二次空気供給路に接続されるとともに、
絞り部分を設けることなく前記圧力調整流路に接続されることを特徴とする請求項１記載の微粉炭バーナ。
前記ダンパは、切り欠き部を有し、
前記圧力調整流路は、前記切り欠き部内を通過して前記空気供給流路に接続されることを特徴とする請求項３記載の微粉炭バーナ。