JP5897363B2 - 微粉炭バイオマス混焼バーナ - Google Patents
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Description
また、バイオマス燃料は窒素成分の含有量が少ないため、石炭焚きボイラにおいてバイオマスを補助燃料として使用すれば、燃焼排ガスの低NOx化を図ることができる。
バイオマスを使用するボイラとして、微粉炭とバイオマス燃料を混合した粉体燃料を燃焼させる混焼ボイラがある。代表的な方式は、従来の微粉炭焚きボイラを利用して、たとえばローラミルなど石炭を微粉砕するミルにバイオマス原料を加えて微粉炭とバイオマスの混合燃料を製造し、これを搬送空気に載せて微粉炭バーナで燃焼させるものである。
バイオマス燃料は、細かく粉砕するほど粉砕に要する動力が増大し、原単位を増加させる。また、バイオマス燃料は、同じ粒径であれば石炭より燃えやすいため、粉砕粒を小さくする必要がない。
微粉炭専焼バーナとバイオマス専焼バーナを併用する場合は、微粉炭と独立して、バイオマス燃料に適した条件で粉砕機を運転し、微粉炭燃料に対して適宜な混焼割合を選んでボイラを運転することができる。
バイオマス専焼バーナは、所定量のバイオマス燃料を燃焼させるために最適化したもので、適用する火炉において求められるバイオマス燃料処理量に応じて設置数を決めることができる。特許文献1には、混焼率15%を実現した実施例が記載されている。
なお、特許文献3は、微粉炭専焼バーナを開示したものである。開示されたバーナは、バイオマス燃料と比較して発熱量が大きく、燃焼に必要な空気量が大きく、比重が大きく、最適な粒度が小さい微粉炭に適合するもので、そのままバイオマス燃料用に転用することはできない。
そこで本発明が解決しようとする課題は、補助燃料としてバイオマス燃料を大量に燃焼させるだけでなく、バイオマス燃料が十分でない場合は微粉炭のみでも燃焼させることができる微粉炭バイオマス混焼バーナを提供することである。
さらに、空気搬送された微粉炭燃料流が、微粉炭燃料噴出ノズルの内部で旋回流化してノズルの管壁側で燃料成分が濃くなった燃料流となった後、旋回度を抑制して、バイオマス燃料流の外周部からバイオマス燃料の噴出流を包むようにして炉内に噴出される。
微粉炭燃料流の外周には二次空気、さらに二次空気の外周に三次空気が供給される。
また、微粉炭燃料流は、ロート状に開口する保炎器に導かれ炉内に噴出されて拡散するが、燃焼用空気の噴出口から噴出する二次空気や三次空気の燃焼用空気を外側にそらせて流すことにより微粉炭と空気の混合を遅らせ、還元雰囲気で燃焼させてNOxの低減を図ることができる。
さらに、本発明の微粉炭バイオマス混焼バーナを適用した微粉炭バイオマス混焼ボイラは、バイオマス燃料を補助燃料として使用することにより石炭消費量を削減すると共に、排ガス中のNOxを低減しかつ化石燃料起源のCO2排出量を削減することができる。
図1は本発明の1実施例に係る微粉炭バイオマス混焼バーナの概略断面図、図2はバーナの噴出口部分の拡大断面図である。
さらに、バイオマス燃料噴出口24の端部における管内壁にバイオマス燃料整流板26を備える。バイオマス燃料整流板26は、管軸に対してほぼ平行に並べた複数の障壁板で構成されるもので、バイオマス燃料流の旋回速度を緩め遠心力を弱めて、管口におけるバイオマス燃料の放出角度を抑制する働きを有する。
微粉炭燃料搬送管33の中間部に微粉炭燃料旋回羽根35を備える。また、微粉炭燃料搬送管33の先端部の管内壁に微粉炭燃料整流板36を備える。さらに微粉炭燃料噴出口34には微粉炭燃料保炎器37が設けられる。微粉炭燃料保炎器37は噴出流を外側に拡大させるロート状の拡幅リングを有し、拡幅リングの中間には噴出流に停滞や逆流を形成させて着火性や保炎性を向上させるために微小な段差が設けられている。
微粉炭燃料噴出口34から炉内に噴出される微粉炭燃料流は、バイオマス燃料噴出口24から噴出されるバイオマス燃料流を包み込むように形成される。
また、図示しないが、本実施例の微粉炭バイオマス混焼バーナ1にも、パイロットバーナや火炎検知器が設置されている。
バイオマス燃料噴出ノズル20では、水平方向に配置されたバイオマス燃料搬送管23に対してバイオマス燃料導入管21をベンド部の位置でほぼ垂直の方向に会合させてあって、バイオマス燃料導入管21から流入するバイオマス燃料流をベンド部に設けた平らなバイオマス反射板22に衝突させてほぼ90°曲げさせる。
バイオマス燃料旋回羽根25は、バイオマス燃料搬送管23におけるベンド部下流の流路中に旋回羽根を複数設けることで構成される。旋回羽根は羽根が管軸に対して傾いていて、流入するバイオマス燃料流を軸周りに旋回させ、遠心力を使って燃料濃度を中心側に薄く外周側に濃く分布させると共に、濃度分布が周方向にほぼ同一になるように整える。
なお、バイオマス燃料噴出口24の先端には、微粉炭燃料噴出口34などに見られるロート状の開口は設けられておらず、ほぼ直管の状態になっていてバイオマス燃料流を余り拡げずに、外側に形成される微粉炭燃料流の芯の部分に放出するようになっている。
微粉炭燃料旋回羽根35は、バイオマス燃料搬送管23の外壁と微粉炭燃料搬送管33の内壁の間に旋回羽根を複数設けることで構成される。旋回羽根は羽根が管軸に対して傾いていて、流入する微粉炭燃料流を軸周りに旋回する旋回流にすることにより、燃料濃度を中心側に薄く外周側に濃く分布させると共に、濃度分布が周方向にほぼ同一になるように整える。
炉内に噴出される微粉炭燃料流は、微粉炭燃料噴出口34の直ぐ上流の管内壁に備えた微粉炭燃料整流板36により、燃料流の旋回力を殺いで、噴出後の燃料流の放散角を抑えるようにしている。また、微粉炭燃料保炎器37をロート状にしかつ段を設けることで逆流渦を形成し、保炎性を向上させている。
バイオマス燃料流があるときは、これを包み込むように微粉炭燃料流が形成される。
バイオマス燃料流は微粉炭燃料流より放出角が小さいため、炉内に放出された直後も微粉炭燃料がバイオマス燃料を鞘のように覆った状態を維持して、バイオマス燃料が微粉炭火炎に包まれて燃焼するので、バイオマス燃料の着火および保炎を確実にすることができる。
二次空気は、大量に供給される三次空気流の内側に緩衝流として供給され、微粉炭燃料流と初めに接触してこれを内側に屈曲させて、微粉炭燃料流が三次空気の旋回流と会合するの遅らせ、燃料濃度が高い状態を持続させることにより安定した着火性能を確保し保炎性を向上させる作用を有する。また、低酸素での燃焼時間を確保して、より効果的にNOxを低減させることができる。
本実施例のバイオマス混焼バーナにおいても、たとえば、燃料の粒子径が74μm以下で80%を占めるように処理された微粉炭燃料を専焼するとき、A/C(燃料(kg/h)に対する燃料搬送空気量(Nm3/h):単位Nm3/kg)を1.7〜3.0の範囲に調整することにより、定格値に対する負荷率が40%〜100%の範囲で微粉炭を燃焼させることができることが確かめられている。
このように、微粉炭燃料とバイオマス燃料は混焼率に余り縛られず、それぞれ最適な燃焼条件に合わせて高い効率で燃焼させることができる。
なお、負荷率50%以下では、バイオマス燃料流中の燃料濃度が小さくなり安定した着火や保炎が得られ難くなるので、勧められない。
10 補助燃料ノズル
11 補助燃料搬送管
12 補助燃料噴出口
20 バイオマス燃料噴出ノズル
21 バイオマス燃料導入管
22 バイオマス反射板
23 バイオマス燃料搬送管
24 バイオマス燃料噴出口
25 バイオマス燃料旋回羽根
26 バイオマス燃料整流板
30 微粉炭燃料噴出ノズル
31 微粉炭燃料導入管
32 微粉炭燃料反射板
33 微粉炭燃料搬送管
34 微粉炭燃料噴出口
35 微粉炭燃料旋回羽根
36 微粉炭燃料整流板
37 微粉炭燃料保炎器
40 二次空気ノズル
41 二次空気導入管
42 二次空気搬送管
43 二次空気拡幅リング
50 三次空気ノズル
51 三次空気導入管
52 三次空気スロート
53 三次空気拡幅リング
54 三次空気旋回ベーン
Claims (3)
- バイオマス燃料用一次空気に搬送されたバイオマス燃料を噴出するバイオマス燃料噴出口を有するバイオマス燃料噴出ノズルと、前記バイオマス燃料噴出口の開口を囲繞し微粉炭燃料用一次空気に搬送された微粉炭燃料を噴出する微粉炭燃料噴出口を有する微粉炭燃料噴出ノズルと、前記微粉炭燃料噴出口の開口を囲繞し二次空気を噴出する二次空気噴出口を有する二次空気ノズルと、前記二次空気噴出口を囲繞して三次空気の旋回流を噴出する三次空気噴出口を有する三次空気ノズルとを設けた微粉炭バイオマス混焼バーナであって、
前記バイオマス燃料噴出ノズルが、前記バイオマス燃料流を軸周りに旋回する旋回流に変成して燃料濃度を管軸側に薄く外周壁側に濃く分布させるバイオマス燃料旋回羽根部を備え、前記バイオマス燃料噴出口の管端が管軸に平行になっていて管端の上流の管内壁に該バイオマス燃料噴出口から噴出するバイオマス燃料流の旋回を抑制するバイオマス燃料整流板とを備え、
前記微粉炭燃料噴出ノズルが、前記微粉炭燃料流を前記バイオマス燃料噴出ノズルの外周を旋回する旋回流に変成して燃料濃度を外周壁側に濃く分布させる微粉炭燃料旋回羽根部と、前記微粉炭燃料噴出口の管端にロート状に開口しかつ段を設けた保炎器とを備えると共に、該保炎器の上流の管内壁に該微粉炭燃料噴出口から噴出する微粉炭燃料流の旋回を抑制する微粉炭燃料整流板とを備え、
該保炎器と微粉炭燃料整流板により微粉炭燃料流の噴出後の放散角を抑えると共に、前記二次空気噴出口から供給する前記二次空気が前記微粉炭燃料流と前記三次空気流の間に緩衝流を形成させ、前記バイオマス燃料噴出口から噴出したバイオマス燃料流が前記微粉炭燃料噴出口から噴出した微粉炭燃料流に包み込まれるように供給されることを特徴とする微粉炭バイオマス混焼バーナ。
- 前記バイオマス燃料噴出ノズルが前記バイオマス燃料旋回羽根部の上流にバイオマス燃料ベント部を有し、前記微粉炭燃料噴出ノズルが前記微粉炭燃料旋回羽根部の上流に微粉炭燃料ベント部を有することを特徴とする請求項1記載の微粉炭バイオマス混焼バーナ。
- 前記バイオマス燃料用一次空気は、前記バイオマス燃料噴出ノズルの管内で燃料搬送流の速度を14.5m/sから30m/sの範囲内に収める量が供給されることを特徴とする請求項1または2記載の微粉炭バイオマス混焼バーナ。
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