JP5707897B2 - 微粉燃料焚きボイラ装置 - Google Patents

Description

本発明は、微粉燃料を高温空気燃焼させる微粉燃料焚きボイラ装置に関するものである。

微粉燃料、例えば微粉炭を高温空気燃焼させる微粉燃料焚きボイラ装置として、特許文献１に示されるものがあり、該特許文献１では上下方向に、下側から高温空気ノズル、燃料ノズル、２次空気ノズルが個別に配設され、前記燃料ノズルから微粉炭が噴出され、前記高温空気ノズルから高温空気が微粉炭流に向けて噴射されて微粉炭が着火燃焼し、火炎の上方の前記２次空気ノズルから２次空気が噴出され、未燃焼の燃料が燃焼する様になっている。

特許文献１に示される微粉燃料焚きボイラ装置では、１つの燃料ノズルに対して高温空気ノズル、２次空気ノズルが個別に設けられる構成である為、より簡単な構成でノズルを炉壁面に設置することが望ましい。

特開２００５−２６５２９８号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、簡単なノズル構成で高温空気燃焼を可能とした微粉燃料焚きボイラ装置を提供するものである。

本発明は、火炉の炉壁に微粉燃料を噴出する第１ノズルと、燃焼用空気として高温燃焼用空気を噴出する第２ノズルとを水平方向に交互に配設した微粉燃料焚きボイラ装置に係るものである。

又本発明は、前記第１ノズルと該第１ノズルと同心の第２ノズルとを具備する微粉燃料バーナを少なくとも１段、水平方向に複数配設し、各微粉燃料バーナによる微粉燃料燃焼を行い、又は隣接する前記微粉燃料バーナの一方は、燃焼用空気の噴出を停止して微粉燃料を噴出し、他方は微粉燃料の噴出を停止して燃焼用空気を噴出し、高温空気燃焼を行う微粉燃料焚きボイラ装置に係るものである。

又本発明は、熱交換器を更に具備し、前記燃焼用空気は前記熱交換器により火炉からの排ガスと熱交換され、所要温度に加熱され、更に熱交換される前の排ガスが混合された高温燃焼用空気である微粉燃料焚きボイラ装置に係るものである。

又本発明は、前記微粉燃料バーナは中心に自燃可能な燃料を燃焼させる補助燃焼用バーナを有し、高温空気燃焼状態で補助燃焼用バーナによる燃焼を併用した微粉燃料焚きボイラ装置に係るものである。

又本発明は、前記ノズルは上下方向に複数段設けられ、水平方向、上下方向共に第１ノズルと第２ノズルが隣接する様に配置された微粉燃料焚きボイラ装置に係るものである。

本発明によれば、火炉の炉壁に微粉燃料を噴出する第１ノズルと、燃焼用空気として高温燃焼用空気を噴出する第２ノズルとを水平方向に交互に配設したので、微粉燃料による高温空気燃焼が可能となるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る微粉燃料焚きボイラ装置を示す概略構成図である。 該微粉燃料焚きボイラ装置に用いられる微粉炭バーナの一例を示す概略断面図である。 該微粉炭バーナを微粉燃料焚きボイラ装置に適用した場合の配置図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本実施例に係る微粉燃料焚きボイラ装置に用いられる微粉炭バーナの一例について説明する。

図１に於いて、１は火炉、２は排ガスの余熱を熱源とした熱交換器、３は微粉炭ミル、４は炉壁に設けられた所要数の微粉炭バーナ、５は１次空気を送出する１次空気送風機、６は２次空気を送出する２次空気送風機、７は排気ガスを排出する排ガス送風機、８は制御装置を示している。前記微粉炭バーナ４は、上下に複数段（図示では２段を例示している）、水平方向に所定ピッチで配設されている。

前記熱交換器２には１次空気送風ダクト１１が接続され、該１次空気送風ダクト１１は前記熱交換器２で所定温度、例えば２００℃に加熱された１次空気を前記微粉炭ミル３に導くものである。該微粉炭ミル３は、塊状の石炭を微粉炭に粉砕し、１次空気を搬送媒体とし、微粉炭供給管１２を介し微粉炭混合流を前記微粉炭バーナ４に個別に送給する。又、各微粉炭供給管１２にはカットダンパ１３が設けられており、該カットダンパ１３により前記微粉炭供給管１２を個別に遮断、開放が可能となっており、前記微粉炭バーナ４に対して独立して微粉炭の供給停止が行える様になっている。

前記熱交換器２には２次空気送風ダクト１４が接続され、該２次空気送風ダクト１４は前記２次空気送風機６から送出された２次空気を前記微粉炭バーナ４に燃焼用空気として送給するものであり、又高温空気燃焼を行う場合に、高温空気を前記微粉炭バーナ４に送給するものである。又、前記２次空気送風ダクト１４には排ガス導管１５が接続されており、前記火炉１の煙道１６から熱交換される前の高温の排気ガスを抽出して前記２次空気に混合させている。高温の排ガスが２次空気に混合されることで、前記熱交換器２により加熱される以上の高温の２次空気の温度が得られる。

前記排ガス導管１５には流量調整器２０が設けられ、該流量調整器２０により排ガスの混合量或は混合比が調整される様になっている。前記２次空気の温度は、前記排ガスの混合比にもよるが、例えば８００℃である。

前記２次空気送風ダクト１４にはそれぞれ開閉機能を有する流量調整ダンパ１７が設けられ、前記微粉炭バーナ４に送給する２次空気の流量を調整し、或は２次空気の供給の遮断を行う様になっている。

尚、前記微粉炭バーナ４は、２次空気に旋回流を与える風量調整羽根（後述）を有しており、該風量調整羽根によって２次空気の流量を調整し、或は２次空気の供給の遮断を行ってもよい。

前記微粉炭バーナ４は、補助燃焼バーナ（後述）を有しており、該補助燃焼バーナは油、又はガスを燃料とし、火炉１が低温（例えば室温）でも自立燃焼可能となっている。該補助燃焼バーナには燃料供給管１９が接続され、該補助燃焼バーナは前記燃料供給管１９を介して図示しない燃料供給源に接続されている。該燃料供給管１９には、流量調整弁２１が設けられ、該流量調整弁２１により燃料の供給量が調整され、又燃料の供給停止が行われる。

前記煙道１６には、排ガス温度を検出する温度検出器２２が設けられ、該温度検出器２２の検出結果は前記制御装置８に入力される。該制御装置８は、前記微粉炭ミル３、前記カットダンパ１３、前記流量調整ダンパ１７、前記流量調整器２０、前記流量調整弁２１を所要のタイミングで所要の状態に制御する。

図２は、前記微粉炭バーナ４の一例を示している。以下、図２を参照して微粉炭バーナ４の概略を説明する。

炉壁２４にスロート２５が設けられ、前記炉壁２４の反火炉側にウインドボックス２６が取付けられ、該ウインドボックス２６の内部に微粉炭バーナ４が前記スロート２５と同心に設けられている。

前記微粉炭バーナ４は、ノズル本体２７と該ノズル本体２７の先端部を囲む様に設けられた２次空気調整装置２８を具備している。

前記ノズル本体２７は、該ノズル本体２７と同心に設けられた内筒ノズル２９、該内筒ノズル２９の中心線上に配設された補助燃焼用バーナとしてのオイルバーナ３１を具備している。前記ノズル本体２７と前記内筒ノズル２９間には中空筒状の空間で前記火炉１側端が開放された燃料導通空間３２が形成される。

前記ノズル本体２７の基部（反火炉１側の端部）には前記微粉炭供給管１２が連通し、該微粉炭供給管１２を介して微粉炭混合流３３が、前記燃料導通空間３２に接線方向から流入し、該燃料導通空間３２内部を旋回しながら先端に向って流れ、先端から噴出される。

前記ウインドボックス２６には前記２次空気送風ダクト１４が連通しており、該２次空気送風ダクト１４を介して燃焼用空気が２次燃焼用空気３４として流入する。又、前記内筒ノズル２９の基部には前記ウインドボックス２６の内部に開口する３次空気導入管３５が連通し、前記ウインドボックス２６に送給される燃焼用空気を取入れ、燃焼用補助空気即ち３次燃焼用空気３６として前記内筒ノズル２９に導いている。

前記２次空気調整装置２８は、基部の全周が前記ウインドボックス２６の内部に対して開口され、先端に向って縮径する２次空気ガイドダクト３７と、該２次空気ガイドダクト３７の基部に円周等間隔で設けられた風量調整羽根３８を有し、該風量調整羽根３８は水平な回転軸３９を中心に回転可能であり、全ての風量調整羽根３８は回転駆動機構４１によって同期駆動される様になっている。尚、前記２次空気ガイドダクト３７は、２次空気噴出ノズルとして機能する。

前記回転駆動機構４１により前記風量調整羽根３８を所要角度に維持することで、前記２次燃焼用空気３４に旋回流が与えられ、又前記風量調整羽根３８の角度によって旋回強さが調整され、又隣接する前記風量調整羽根３８を相互に密着させれば、前記２次空気ガイドダクト３７の基部の開口部を全閉することができる。尚、前記２次空気ガイドダクト３７の先端は、前記スロート２５に連続している。

上記微粉炭バーナでの燃焼について略述すると、前記オイルバーナ３１に燃料として油が供給され、油が噴霧されると共に着火され、補助燃焼が行われる。炉内が所定温度に上昇する迄、補助燃焼が継続され、炉内が所定温度に達し、前記２次燃焼用空気３４が微粉炭を自立燃焼させるに充分な温度となった状態で、前記微粉炭供給管１２から微粉炭混合流３３が供給される。

該微粉炭混合流３３は、前記燃料導通空間３２を旋回しながら流動し、又該燃料導通空間３２を通過する過程で縮流され、前記ノズル本体２７の先端より噴出される。又、前記ウインドボックス２６から前記２次燃焼用空気３４が前記２次空気調整装置２８に送給され、前記２次燃焼用空気３４は前記風量調整羽根３８により旋回が与えられ、更に風量調整され、前記２次空気ガイドダクト３７を介して前記スロート２５から火炉１に噴出される。前記２次燃焼用空気３４と前記微粉炭混合流３３が混合され、微粉炭燃焼が行われる。

前記オイルバーナ３１による補助燃焼と前記微粉炭バーナ４による微粉炭燃焼との混焼状態が継続され、前記微粉炭バーナ４による微粉炭燃焼が自立燃焼（定常燃焼）可能な状態となると、前記オイルバーナ３１による補助燃焼が停止され、前記微粉炭バーナ４による定常燃焼に移行する。

次に、図１〜図３を参照して本実施例に係る微粉燃料焚きボイラ装置の作動について説明する。

ボイラ始動時、炉内温度が低い場合、前記制御装置８により前記流量調整弁２１による油の供給が開始されると共に供給量の調整が行われ、又前記流量調整ダンパ１７の開度が調整され、流量調整された２次燃焼用空気３４が供給され、前記微粉炭バーナ４に設けられたオイルバーナ３１による補助燃焼が行われる。炉内の温度は、前記温度検出器２２によって検出され、前記制御装置８に検出結果が送出される。又、該制御装置８は前記風量調整羽根３８の角度を調整し、２次燃焼用空気３４の旋回強さを調整する。

該制御装置８では炉内温度が所定温度（第１の閾値温度）に上昇した時点で、前記微粉炭ミル３が駆動されると共に前記カットダンパ１３が開かれ、前記微粉炭バーナ４への微粉炭の供給（微粉炭混合流３３の供給）が行われ、前記微粉炭バーナ４と前記オイルバーナ３１による混焼が行われ、更に前記温度検出器２２からの検出温度が所定値に達した時点で前記微粉炭バーナ４による微粉炭燃焼（定常燃焼）に移行する。

尚、前記制御装置８は、燃焼状態に応じて前記回転駆動機構４１を制御して前記風量調整羽根３８の開度、角度を設定する。

更に、高温空気燃焼に移行する場合は、前記温度検出器２２で検出した排ガスの温度が、高温の所定温度（第２の閾値温度）となった場合に、前記制御装置８により前記流量調整器２０を所定開度で開口し、前記煙道１６から排ガスを抽出して前記２次空気送風ダクト１４を流れる燃焼用空気に混合させ、２次空気としての温度を所定値、即ち高温空気燃焼可能な温度、例えば８００℃とする。

図３は、前記微粉炭バーナ４を上下２段に配設した状態を示しており、上段の微粉炭バーナ４を４ａ１，４ａ２，４ａ３，４ａ４，４ａ５とし、下段の微粉炭バーナ４を４ｂ１，４ｂ２，４ｂ３，４ｂ４，４ｂ５とすると、高温空気燃焼に移行する場合は、上段の微粉炭バーナ４の内微粉炭バーナ４ａ１，４ａ３，４ａ５及び下段の微粉炭バーナ４ｂ２，４ｂ４については、前記風量調整羽根３８により前記２次空気ガイドダクト３７の開口部全周を全閉し、燃焼用空気の供給を停止し、前記微粉炭混合流３３のみの供給とする。尚、燃焼用空気の供給停止は、前記流量調整ダンパ１７で行ってもよい。

又同時に、上段の微粉炭バーナ４の内微粉炭バーナ４ａ２，４ａ４及び下段の微粉炭バーナ４ｂ１，４ｂ３，４ｂ５については、前記カットダンパ１３により前記微粉炭混合流３３の供給を停止し、前記風量調整羽根３８により前記２次空気ガイドダクト３７の開口部全周を全開、或は所定の開度とし、燃焼用空気（高温燃焼用空気）のみを供給する。

従って、前記微粉炭バーナ４ａ１，４ａ２，４ａ３，４ａ４，４ａ５、及び微粉炭バーナ４ｂ１，４ｂ２，４ｂ３，４ｂ４，４ｂ５はそれぞれ各段毎に、微粉炭混合流３３を噴出する微粉炭バーナ４と高温燃焼用空気を噴出する微粉炭バーナ４とが交互に配置され、又更に上下の段で隣接する微粉炭バーナ４が微粉炭混合流３３噴出用、高温燃焼用空気噴出用に分れる配置となる。換言すると、微粉炭混合流３３を噴出する微粉炭バーナ４と、高温燃焼用空気を噴出する微粉炭バーナ４とがそれぞれジクザク状に配置されることになる。

高温空気燃焼では、前記上段の微粉炭バーナ４の内微粉炭バーナ４ａ１，４ａ３，４ａ５及び下段の微粉炭バーナ４ｂ２，４ｂ４から噴出される微粉炭混合流３３の微粉炭は、前記上段の微粉炭バーナ４の内微粉炭バーナ４ａ２，４ａ４及び下段の微粉炭バーナ４ｂ１，４ｂ３，４ｂ５から噴出される高温燃焼用の空気と混合接触し、発火燃焼する。

従って、微粉炭の燃焼状態は、燃焼温度のピークのない、なだらかな燃焼となり、又酸素濃度の低い環境での燃焼となり、窒素酸化物（ＮＯ_x ）の発生を抑制できる。

尚、揮発分の少ない微粉燃料、自立燃焼のできない微粉燃料を使用する場合は、微粉炭を噴出する微粉炭バーナ４ａ１，４ａ３，４ａ５，４ｂ２，４ｂ４の前記オイルバーナ３１の補助燃焼を併用してもよい。

尚、上記実施例では、微粉炭バーナ４を２段に設けたが、１段であっても３段以上であってもよく、隣接する微粉炭バーナ４の一方が微粉炭混合流３３を噴出し、他方が高温燃焼用空気を噴出する状態を実現すればよい。

上記した様に、本実施例では同一構造の微粉炭バーナ４を複数配設し、微粉炭混合流３３或は２次燃焼用空気３４の供給の態様を変更することで、微粉炭バーナ４を微粉炭混合流を専用に噴出するノズルと、燃焼用空気を専用に噴出するノズルとに使い分けることができ、微粉炭混合流を噴出する専用ノズルと燃焼用空気を噴出する専用ノズル個別に製作する必要がなく、製作費が低減すると共に装置の汎用性が向上し、更に通常燃焼、高温空気燃焼を同一の微粉燃料焚きボイラ装置で行うことができ、燃焼の多様化が図れる。

更に、本実施例では、燃料噴出用ノズル（上記実施例では微粉炭バーナ４で燃焼用空気を遮断したもの）と高温燃焼用空気噴出用ノズル（上記実施例では微粉炭バーナ４で微粉炭混合流を遮断したもの）とを水平方向に交互に配置することで、高温空気燃焼を実現したものであり、前記微粉炭バーナ４に代え、燃料噴出専用のノズル及び高温燃焼用空気噴出専用のノズルとしてもよい。

更に、燃焼の態様としては、微粉炭バーナ４が複数段設けられる場合は、少なくとも１段の微粉炭バーナ４が高温空気燃焼を行い、他の段の微粉炭バーナ４が通常の微粉炭燃焼を行ってもよい。この場合は、高温空気燃焼のみとすると燃焼の安定性に欠ける場合に有効である。

１ 火炉
２ 熱交換器
３ 微粉炭ミル
４ 微粉炭バーナ
８ 制御装置
１１ １次空気送風ダクト
１２ 微粉炭供給管
１３ カットダンパ
１４ ２次空気送風ダクト
１５ 排ガス導管
１９ 燃料供給管
２０ 流量調整器
２１ 流量調整弁
２２ 温度検出器
２７ ノズル本体
２９ 内筒ノズル
３１ オイルバーナ
３３ 微粉炭混合流
３４ ２次燃焼用空気
３６ ３次燃焼用空気
３８ 風量調整羽根
４１ 回転駆動機構

Claims (4)

1. 火炉の炉壁に微粉燃料を噴出する第１ノズルと、該第１ノズルと同心で燃焼用空気として高温燃焼用空気を噴出する第２ノズルとを有し、少なくとも１段、水平方向に複数配設された微粉燃料バーナと、制御装置とを具備し、該制御装置は前記火炉内が高温空気燃焼可能な温度となる迄各微粉燃料バーナにより微粉燃料燃焼を行い、前記火炉内が高温空気燃焼可能な温度に到達すると、隣接する前記微粉燃料バーナの一方は、２次燃焼用空気の噴出を停止して微粉燃料のみを噴出させ、他方は微粉燃料の噴出を停止して燃焼用空気のみを噴出させ、高温空気燃焼を行う様構成されたことを特徴とする微粉燃料焚きボイラ装置。
2. 熱交換器を更に具備し、前記燃焼用空気は前記熱交換器により火炉からの排ガスと熱交換され、所要温度に加熱され、更に熱交換される前の排ガスが混合された高温燃焼用空気である請求項１の微粉燃料焚きボイラ装置。
3. 前記微粉燃料バーナは中心に自燃可能な燃料を燃焼させる補助燃焼用バーナを有し、高温空気燃焼状態で補助燃焼用バーナによる燃焼を併用した請求項１の微粉燃料焚きボイラ装置。
4. 前記微粉燃料バーナは上下方向に複数段設けられ、水平方向、上下方向共に隣接する前記微粉燃料バーナの一方は、微粉燃料のみを噴出し、他方は燃焼用空気のみを噴出し、高温空気燃焼を行う請求項１の微粉燃料焚きボイラ装置。

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