JPH0474603B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は微粉炭を燃料とするボイラ装置等の燃
焼装置に係り、特に保炎機能を強化し、排ガス中
の未燃分、窒素酸化物を低減するに好適な微粉炭
バーナ装置に関するものである。

ボイラ装置等においては、その燃料方式とし
て、バーナの配置形態によりタンゼンシヤルフア
イヤリング方式とホリゾンタルフアイヤリング方
式とがあり、これらが一般に採用されているのは
周知のとおりである。タンゼンシヤルフアイヤリ
ング方式は、例えば火炉の四隅の同一水平面上に
４個のバーナを配し、これらのバーナから燃焼室
中央に描いた仮想円の接線方向に、燃料及び空気
を噴射して、４つの火炎が燃焼室の中心で１つと
なつて、渦状の火炎を形成する様にしたものであ
る。

一方、ホリゾンタルフアイヤリング方式は、バ
ーナを火炉の一部を構成するボイラ前壁、または
前壁と後壁に配し、燃料及び空気を互いに相対す
る壁の方向に噴射し、噴射された燃料により直ち
に火炎を形成させるものである。ホリゾンタルフ
アイヤリング方式は、ただ１個のバーナでも火炎
を保持することができるため、点火及び消火を迅
速、且つ簡単に行なうことができる等、操作性に
すぐれ、ボイラの低負荷運転及び負荷運転に対す
る調整が容易であり、更に、複数のバーナを備え
る大型ボイラ等においては火炉周囲の伝熱面熱負
荷を均等にすることができ、また火炉出口の燃焼
ガスの流速も均等であり、過熱器等の対流伝熱を
主体とする燃交換器にとつても望ましい条件を得
ることができる。

ところで、ホリゾンタルフアイヤリング方式に
おける火炎の長さは、主として燃料と空気の混合
状態に依存するが、火炎が長くなると対向壁に到
達し、火炎が冷却されて、煤塵及び一酸化炭素等
の未燃分が増加するばかりでなく、伝熱面の汚れ
も増大し、著しく伝熱を阻害するものである。そ
れ故、一般には燃焼用空気に旋回を与えて燃料と
空気の混合を促進させて迅速に燃焼を終らせるこ
とが行われている。

また、ガス及び液体燃料と異なり、着火性の悪
い微粉炭等を燃料とする場合には、特に燃料を安
定に持続させること、すなわち保炎性が重視され
る。

保炎の条件としては、燃料ノズル出口近傍にお
いて、燃料と空気の混合が可燃範囲にあり、且つ
その供給速度が火炎伝播速度以下であること、さ
らに着火温度以上の熱源が存在することが必要で
ある。

通常用いられるバーナにおいては、燃料が燃焼
した後の高温燃焼ガスが熱源となる。すなわち前
記の高温燃焼ガスを可燃混合物が形成されている
領域にすみやかに還流せしめることが必要であ
る。

一方、公害防止の観点からは、燃焼排ガス中の
窒素酸化物の低減が望まれている。窒素酸化物は
燃料と空気の混合を促進して急激な燃焼を行なう
程多量に発生し、熱料と空気の混合を抑制した緩
慢な燃焼程低減されることが知られているが、煤
塵、一酸化炭素等の未燃分は窒素酸化物とは逆の
傾向にあつて燃料と空気の混合を抑制する程多量
に発生しやすい。

更に、バーナを構成する各部材としては固体粒
子を取扱うため、耐摩耗性の構造及び材質が要求
されるのが常である。

すなわち、望ましい微粉炭バーナ装置は、保炎
性、耐摩耗性にすぐれ、未燃分を増加させること
なく窒素酸化物を低減できる構造を有するもので
ある。

従来、ホリゾンタルフアイヤリング方式で用い
られる微粉炭バーナ装置は、第１図に示すように
炉壁１に設けたバーナポート２と、ウインドボツ
クス壁３を貫通してウインドボツクス４からバー
ナポート２方向へ配置された微粉炭バーナ５とか
ら成つており、更にこの微粉炭バーナ５は、バー
ナポート２の中心に燃焼用空気の一部をなす空気
により搬送されてきた微粉炭流６を助燃用バーナ
７の先端に設けた保炎器８を介して供給する微粉
炭ノズル９と、その外側にウインドボツクス４よ
り取り入れた燃料用空気を半径流式旋回器１０に
よつて旋回させるとともに、この旋回した空気流
１１をバーナポート２内に供給する空気流路１２
とから構成されていて、前記微粉炭ノズル９と前
記空気流路１２により炉内に供給される微粉炭流
６と旋回した空気流１１とを混合して燃焼させる
ものが知られている。

しかし、以上の様な微粉炭バーナ装置において
は、微粉炭ノズル９の噴出口に設けられた保炎器
８の後流に形成される渦に起因する高温燃焼ガス
の逆流による保炎機能の確保を期待しているもの
であるが、保炎器８の後流の渦によつて生じる逆
流域の範囲は狭く、また多量の燃焼用空気が一時
に供給されるため、短炎で未燃分も比較的少ない
という特長はあるものの公害物質としての窒素酸
化物を低減することが難かしく、更に微粉炭ノズ
ル９の噴出口に設けられた保炎器８の摩耗が著し
い等の欠点があつた。

そこで窒素酸化物の低減に対しては、第２図に
示す通り、第１図に示す微粉炭バーナ装置の微粉
炭ノズル９と、その外側に設けた旋回された燃焼
用の空気流１１の流路となる環状の空気流路１２
との間に、軸流式旋回器１３によつて旋回され、
更にダンパ１４によつて流量を調節される燃焼用
に空気流１５の流路となる新たな環状の空気流路
１６を設けて、これらの両燃焼用の空気流１１，
１５の流量及び旋回度を半径流式旋回器１０及び
ダンパ１４と軸流式旋回器１３により適宜調整し
て、微粉炭ノズル９から噴出される微粉炭と燃焼
用空気の混合を適宜に遅らせる方法も考えられて
いるが、前記したように保炎器８後流の逆流域は
狭く、微粉炭と燃焼用空気の混合割合が可燃範囲
となる位置に高温の燃焼ガスを還流するには保炎
器８の位置が制限されるばかりでなく、ボイラの
負荷変化等に伴つて燃料量及び空気量の大幅な変
化には対応できない。

また、保炎器８の摩耗に対しては何ら改善もな
されていない。

その他の従来例として保炎器の摩耗を改善する
ために第３図に示すような構成にして微粉炭バー
ナ装置もすでに知られている。この微粉炭バーナ
装置は、バーナポート２に２つの環状の空気流
路、すなわちダンパ１７で空気流量が調節される
外側の空気流路１８と、半径流式旋回器１９で旋
回力を与えられた燃料用の空気が流れる内側の空
気流路２０とを形成し、更にこの内側の空気流路
２０の内側には微粉炭バーナ本体２１が形成され
ている。この微粉炭バーナ本体２１は、主として
保炎のための燃焼用空気の流路となる中心空気ノ
ズル２２と、この中心空気ノズル２２の外側に環
状の微粉炭流路を形成するために設けた微粉炭ノ
ズル２３と、中心空気ノズル２２の噴出口側の内
部に設けた保炎器８とから成つている。

この様な構成の微粉炭バーナ装置では、保炎器
８の摩耗は回避されるが、保炎器８後流の逆流域
の範囲は依然として狭く、保炎性が悪いものであ
つた。

ところで、第１図乃至第３図示した従来の微粉
炭バーナ装置では、いずれもバーナポート２から
の噴流は中心部に直進流、その外側に環状旋回流
を配している。そして旋回流の一般的な性質とし
て、旋回流の旋回度を増すと中心部に逆流域が形
成されることが知られており、この逆流域は前記
した保炎器８後流の逆流域に比べて、その範囲が
遥かに広く、且つ容易に逆流域の範囲を変化させ
ることが可能である。しかし前記した従来の微粉
炭バーナ装置では、旋回する環状の空気流に形成
された逆流域内に直進する微粉炭流または直進す
る微粉炭流及び空気流を噴出するため、旋回する
環状の空気流により形成される逆流が消滅してし
まい高温燃焼ガスを十分に還流することができ
ず、保炎性の低下を招いている。

この様に、従来の微粉炭バーナ装置は保炎性、
操作性の面から安定に燃焼する燃料量及び空気量
の範囲が狭く、従つて未燃分を発生させることな
く緩慢な燃焼を行なつて窒素酸化物を低減するこ
とが難かしいという欠点を有するものであつた。

また従来、特公昭57−35368号公報に記載され
ているような微粉炭燃焼装置が提案されている。

この微粉炭燃焼装置のバーナ部は、中心部から
外周部に向けて、 直進する高圧１次空気の中央供給路Ａ、 旋回する高圧１次空気の中間供給路Ｂ、 直進する高圧１次空気の外側供給路Ｃ、 直進する低圧の微粉炭供給路Ｄ、 直進する２次空気の外側供給路Ｅ、 が順次形成されている。

そして前記微粉炭供給路Ｄの先端部には周方向
に沿つて複数の間仕切構造が設けられ、間切りさ
れた個所には１次空気ならびに２次空気が導入さ
れ、微粉炭流が周方向に沿つて複数に分割される
ようになつている。

この微粉炭燃焼装置は、前記中央供給路Ａと中
間供給路Ｂと外側供給路Ｃとに供給される空気流
量の増減で、微粉炭流の広がり角度を調整して、
主燃焼位置をコントロールしようとするものであ
る。

しかしこの構造では、中央供給路Ａによりバー
ナ中心部に高圧の直進流が形成されるため、バー
ナ中心部への微粉炭流の巻き込みがない。そのた
めに保炎効果が減退し、場合によつては中心部の
高圧直進流によつて火炎が吹き消される心配があ
り、安全性の点で問題がある。

本発明の目的は、前記従来技術の欠点を解消
し、保炎機能を向上させて窒素酸化物の発生を抑
制するための緩慢な燃焼ができるとともに、保炎
器等のバーナ部材が設けられている場合には該当
バーナ部材の摩耗を防止することのできる微粉炭
バーナ装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明は、中心部
に形成された第１の空気流路と、この空気流路外
側に隣接するように形成された微粉炭流路と、こ
の微粉炭流路の外側に形成された第２の空気流路
とを備え、前記第１の空気流路に導かれる中心空
気流を旋回させる切開手段を設けたことを特徴と
するものである。

以下、本発明の微粉炭バーナ装置について説明
する。

第４図は本発明の一実施例である微粉炭バーナ
装置の縦断面図、第５図は第４図に示す第１の空
気流路を空気に供給する手段の変形例を示す断面
図、第６図は第５図Ａ−Ａ線上の断面図、第７図
は第５図に示す中心空気流の流量調整手段の変形
例を示す断面図、第８図は前記中心空気流の流量
調整手段の更に他の変形例を示す断面図、第９図
は第８図Ｂ−Ｂ線上の断面図、第１０図は本発明
の微粉炭バーナ装置の他の実施例を示す断面図で
ある。

第４図に示す微粉炭バーナ本体２４は、炉壁１
に設けられたバーナポート２内に噴出口側を嵌入
し、炉壁１とウインドボツクス壁３に囲まれたウ
インドボツクス４内に設置されている。そしてこ
の微粉炭バーナ本体２４は、中心空気ノズル２
５、微粉炭ノズル２６、二次空気ノズル２７によ
り３つの環状流路に分割されており、これらの環
状流路は中心部から順に、第１の空気流路２８、
微粉炭流路２９、第２の空気流路３０を形成して
いる。

前記した中心部の第１の空気流路２８の中心に
は助燃用バーナ３１が設けられ、この助燃用バー
ナ３１の先端には保炎器としてインペラ３２が取
り付けられている。更に第１の空気流路２８内に
は旋回機構としての軸流式旋回器３３が設置さ
れ、この第１の空気流路２８の上流側はダンパ３
４が設けられたダクト３５を介してウインドボツ
クス４に連通している。また前記第２の空気流路
３０内には、この空気流路３０を流れる二次空気
流３６の流動方向より見て上流側にダンパ３７、
下流側に軸流式旋回器３８が設けられている。

尚、この様な微粉炭バーナ本体２４の二次空気
ノズル２７の外側には更に第３の空気流路３９が
形成されており、この最も外側に位置する第３の
空気流路３９のウインドボツクス４側には、半径
流式旋回器４０が設置されている。

そして、第１の空気流路２８を流れる中心空気
流４１は軸流式旋回器３３によつて旋回力を与え
られ旋回噴流となつてバーナポート２を介して炉
内に噴出される。旋回力が与えられない微粉炭流
４２が流れる微粉炭流炉２９の外側の第２の空気
流炉３０及び第３の空気流路３９を流れる二次空
気流３６及び三次空気流４３はそれぞれ軸流式旋
回器３８、半径流式旋回器４０によつて旋回力を
与えられて旋回噴流となつてバーナポートを２介
して炉内に噴出される。

尚、本実施例における微粉炭バーナ装置はバー
ナポート２、微粉炭バーナ本体２４と、第３の空
気流炉３９とから成つている。

以上の様に構成したことにより、燃焼用空気の
一部を成す空気によつて搬送されてきた微粉炭流
４２は、微粉炭ノズル２６内の微粉炭流路２９か
らバーナポート２を介して火炉内に噴出される。
また、この時に中心空気ノズル２５の噴出口で
は、第１の空気流路２８内の軸流式旋回器３３に
より旋回力を与えられた中心空気流４１が旋回噴
流となつて噴出する。ところで前記中心空気流４
１の流量及び旋回度はダンパ３４及び軸流式旋回
器３３により調整されるが、旋回度を増せば前記
中心空気流４１の旋回噴流は中心空気ノズル２５
の噴出口近傍においてその中心部が負圧となり逆
流を生じ、この旋回噴流による逆流はインペラ３
２の後流に生じる逆流と互いに助長し合つて、安
定で広範囲な逆流域が形成される。

そして、前記微粉炭ノズル２６から噴出される
直進性の微粉炭流４２の延長である微粉炭噴流
は、前記した中心空気流４１の旋回噴流に影響さ
れて、微噴炭噴流の一部は前記の逆流域に巻きこ
まれる。

その為、微粉炭の高温燃焼ガスは微粉炭ノズル
２６の噴出口近傍にまで還流するので、燃焼を安
定に持続させることができて、保炎性を大巾に高
めることができる。

一方、微粉炭流路２９の外側に隣接する第２の
空気流路３０及び第２の空気流路３０の外側の第
３の空気流路３９からはそれぞれ二次空気流３６
及び三次空気流４３がバーナポート２を介して火
炉内に噴出されるが、これらの二次空気流３６及
び三次空気流４３は、通常、中心空気流４１の旋
回方向と同方向に旋回されるようになつており、
更に二次空気流３６及び三次空気流４３の流量及
び旋回度は、ダンパ３７、軸流式旋回器３８及び
半径流式旋回器４０より適宜調整される。

そして、二次空気流３６の旋回度を増せば二次
空気流３６の延長である旋回噴流は外側方向への
拡がりを増して微粉炭噴流との混合が抑制される
ので窒素酸化物の低減に有効である。また、二次
空気流３６の旋回噴流によつて燃えきれなかつた
未燃分は三次空気流４３の旋回噴流によつて完全
燃焼する。

また、保炎器としてのインペラ３２は微粉炭流
４２にさらされることがないのでインペラ３２の
摩耗が回避される。

また、第４図に示すダクト３５の変形例とし
て、第５図及び第６図に示すように、ウインドボ
ツクス４から微粉炭流路２９を貫通して中心空気
ノズル２５に至るダンパ４４を有する中心空気導
入ダクト４５を設けても良い。この様にすること
により、ウインドボツクス４内にバーナ構成部材
の大部分が納まるので据え付け面積が小さくて済
む。

更に、中心空気流の流量調整手段の他の例とし
て第７図に示すように微粉炭ノズル２６と中心空
気ノズル２５との間に中心空気導入ダクト４６を
設けて、ウインドボツクス４内部と中心空気流路
２８とを連通し、更に中心空気導入ダクト４６が
設けられた微粉炭ノズル２６の外周面に切欠部４
７ａを有するスリーブ４７を設け、このスリーブ
４７を円周方向に回転して中心空気導入ダクト４
６の断面積を変化させるようにしても良く、更に
その他の変形例として第８図及び第９図に示すよ
うに、第７図におけるスリーブ４７の代わりに切
欠部のないスリーブ４８を微粉炭ノズル２６の外
周面に設け、このスリーブ４８を軸方向に摺動さ
せて、中心空気導入ダクト４６の流路断面積を変
化させるようにしても良い。

尚、前記実施例では、第１の空気流路２８内の
中心空気流４１を旋回させる旋回機構を軸流式旋
回器としたが、本発明はこれに限らず、例えば第
１０図に示すように、中心空気ノズル２５と微粉
炭ノズル２６との間に、複数（図では２つ）の中
心空気導入ダクト４９を、その中心空気の導入方
向が第１の空気流路２８の外周円に接する様に設
け、更に微粉炭ノズル２６の外周面に２ケ所に切
欠部５０ａを有する流量調節用のスリーブを設け
た構成にしても良い。この様に旋回機構を構成す
ることにより、中心空気導入ダクト４９から導入
される中心空気は第１の空気流路２８内で円周方
向に旋回されるので、第４図及び第５図に示され
る軸流式旋回器３３は不要となる。

また、前記実施例において、助燃用バーナ３１
を取り付ける必要がない場合には、インペラ３２
を設けなくても良く、その場合においても保炎機
能が低下するようなことがない。

本発明は前記の様な構成になつているので、旋
回手段によつてバーナ中心部が負圧となり、その
ために微粉炭流の逆流が生じ、その結果、保炎効
果が確実であり、高い安全性が得られ、しかも微
粉炭バーナ装置に供給される微粉炭量及び空気量
が広範囲に変化しても未燃分を発生させることな
く緩慢な燃焼ができて窒素酸化物を低減させるこ
ができるという効果がある。更に、保炎器等のバ
ーナ構成部材の微粉炭流による摩耗を防止するこ
とができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１，２，３図はそれぞれ異なる従来の微粉炭
バーナ装置の断面図、第４図は本発明の一実施例
である微粉炭バーナ装置の縦断面図、第５図は第
４図に示す第１の空気流路に空気を供給する手段
の変形例を示す断面図、第６図は第５図Ａ−Ａ線
上の断面図、第７図は第５図に示す中心空気流の
流量調整手段の変形例を示す断面図、第８図は前
記中心空気流の流量調整手段の更に他の変形例を
示す断面図、第９図は第８図Ｂ−Ｂ線上の断面
図、第１０図は本発明の微粉炭バーナ装置の他の
実施例を示す断面図である。 ２８……第１の空気流路、２９……微粉炭流
路、３０……第２の空気流路、３３……軸流式旋
回器（旋回機構）、４９……中心空気導入ダクト
（旋回機構）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 中心部に形成された第１の空気流路と、この
   空気流路外側に隣接するように形成された微粉炭
   流路と、この微粉炭流路の外側に形成された第２
   の空気流路と、前記第１の空気流路に導かれる中
   心空気流を旋回させる旋回手段と、その旋回手段
   の空気流れ方向後流側でかつ第１の空気流路の出
   口付近に配置されて後方に逆流域が形成される保
   炎手段とを備えたことを特徴とする微粉炭バーナ
   装置。