JPH0921506A

JPH0921506A - 微粉炭燃焼装置および微粉炭燃焼方法

Info

Publication number: JPH0921506A
Application number: JP16986995A
Authority: JP
Inventors: Akira Baba; 彰馬場; Shinichiro Nomura; 伸一郎野村; Noribumi Oyatsu; 紀文大谷津; Nobuyasu Meguri; 信康廻; Kenji Kiyama; 研滋木山
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1995-07-05
Filing date: 1995-07-05
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】バーナの大容量化を図りながらスラッギング
を防止する。【構成】燃料噴射ノズル４１の周囲に燃焼用の２次空
気４５を旋回させて投入し、さらにその周囲から３次空
気４６を旋回をかけずに炉内へ噴射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微粉炭燃焼装置および
微粉炭燃焼方法に係り、特に低ＮＯｘ燃焼の要求される
バーナにおいて超低ＮＯｘでかつ安定に燃焼するに好適
な燃焼システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のボイラ等に用いられる微粉炭燃焼
システムとしては、分級機を内蔵した微粉炭機（以下、
ミルと称する）で石炭を粉砕し、分級により所定の大き
さ以下の微粉を搬送用空気でバーナ部へ直接供給する燃
焼システムが実用化されている。

【０００３】この微粉炭燃焼システムの低ＮＯｘ化技術
としては、２段燃焼法が代表的である。この２段燃焼法
には外部式と内部式があり、外部式は、燃焼炉のバーナ
ゾーンでの空燃比（燃料に対する必要空気の割合で、１
が量論的当量）を１以下の燃料リッチな条件に保つこと
で生成ＮＯｘを還元し、低ＮＯｘ化を図り、未燃焼燃料
については、バーナゾーン後流に設置されている空気投
入孔から空気を投入し、完全に燃焼させる方式である。

【０００４】また、内部式２段燃焼法とは、２次、３次
空気に旋回をかけて、１次空気のみで着火燃焼している
微粉炭流との混合を遅らせ、バーナゾーンで２段燃焼さ
せる燃焼法であり、微粉炭低ＮＯｘバーナとして実用化
されている。

【０００５】上述の外部式および内部式２段燃焼法の併
用による低ＮＯｘ技術により、ボイラ出口でのＮＯｘ排
出量が１００〜１５０ｐｐｍ前後（燃料比＝固定炭素／
揮発分の値が２、石炭中Ｎ分１．５％の基準炭で灰中未
燃分５％以下）まで下げられるようになった。

【０００６】しかしながら、環境対策としての燃焼排ガ
スに含まれるＮＯｘ排出量の規制は厳しくなる一方で、
ボイラ出口ＮＯｘ排出濃度も１００ｐｐｍ以下の低い値
が要求される。これに加えて、石炭の輸入依存度が１０
０％に近い我が国では、炭種によらず安定した低ＮＯｘ
化の技術の確率は必要不可欠である。

【０００７】ＮＯｘ排出量１００ｐｐｍ以下の低ＮＯｘ
対策としては、バーナ部での内部式２段燃焼法のさらな
る強化を狙って、微粉炭を搬送している１次空気の流れ
の中に保炎器を設置して着火保炎を強化する方法、ボイ
ラ燃焼システムのミルからバーナへ搬送する途中で微粉
炭を微粒粉と粗粒粉に分級し、さらに空気と排ガスの混
合ガスで微粒粉を搬送する燃焼装置などを本出願人は既
に提案している。

【０００８】微粉炭焚きボイラは、低ＮＯｘを維持した
まま高出力、大規模になっており、微粉炭バーナも、こ
れにつれて大容量化が必須である。

【０００９】図７は、従来例に係る微粉炭バーナの断面
図である。先端に保炎器２を設けた微粉炭ノズル１の中
心には油起動用バーナ３が挿入されている。また微粉炭
ノズル１の内周面にはベンチュリ４が形成されており、
微粉炭ノズル１内は１次空気と微粉炭が搬送される。ま
た、エアレジスタ５，６を通過する２次空気、３次空気
の流路は隣接している。

【００１０】図８は、他の微粉炭バーナの断面図であ
る。この場合は、障害壁７，８の存在により炉内におけ
る燃料と空気との混合が遅れることで、炉内の還元領域
の拡大が図れて、ＮＯｘ濃度の低減効果がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、微粉炭焚き
バーナの大容量化に際しては次の点が懸念される。

【００１２】１）バーナの大容量化に伴って低ＮＯｘ燃
焼は可能か、２）バーナ間隔が広がることで、未燃ガスのすり抜けに
よる未燃分の増加が生じないか、３）火炎温度上昇とバーナからの慣性力が増加すること
で、炉壁への灰付着が増加しないか、以上のうち、項目１）に関しては、バーナ近傍における
還元領域のガスおよび粒子の滞留時間が増加するため
に、ＮＯｘはむしろ減少する。問題は、項目２）と項目
３）の灰付着とスラッギングである。

【００１３】大容量バーナを水平に並べて構成した場
合、現状のバーナ構造では２次空気および３次空気の旋
回装置（エアレジスタ）がバーナ風箱の内部に設けら
れ、これらは微粉炭ノズル径と比較すると大型で大口径
となることから、隣接するバーナ間の距離に限界があ
り、これらの間に空隙が生じる。これが原因で、未燃分
を含んだ燃焼排ガスがすり抜ける現象が観測された。

【００１４】図９は火炉水壁部分におけるバーナの配列
状況とスラグ付着状況について示した図で、火炉内部か
ら火炉の前面水壁を見た図である。

【００１５】図中、１１はバーナスロート、１２は水管
壁、１３はスラグ付着部分、１４は火炉の外部に取り付
けられているバーナの空気旋回装置（エアレジスタ）を
仮想線とて示した。１５は最下段バーナ、１６は最上段
バーナ、１７はアフターエアポートである。

【００１６】この図から明らかなように、火炉内のスラ
グは、火炉コーナ部分やバーナ間に付着しやすい。従来
バーナでは、このように炉壁にスラグが付着し、これら
を容易に除去できなかった。

【００１７】他にもバーナを大容量化する場合の問題点
がある。従来型のバーナをスケールアップした場合に、
３次空気の旋回装置（エアレジスタ）等がバーナ間距離
を縮小する障害になることがある。この直接の原因は、
バーナスロート直径に対してエアレジスタ径が大きいこ
とにある。

【００１８】図１０は従来型バーナを火炉水壁に取り付
けた場合の配置例を示した図であり、火炉内部から火炉
水壁を見た様子を示してる。

【００１９】この図ではバーナスロート１１の周囲に３
次エアレジスタ２１を簡略的に示したが、これは火炉の
外側に取り付けられている。この図から、バーナ間はバ
ーナスロート基準で見てみれば十分広く見えるが、エア
レジスタ２１の間隔に余裕がないことが分かる。

【００２０】図１１に当該バーナをスケールアップした
ことを推定して火炉内のバーナ配置を示した。図１０と
比較して、バーナスロート１１の直径が大きくなってい
ることが分かる。バーナスロート１１間の距離には余裕
があるものの、３次エアレジスタ２１は隣のバーナのそ
れと図中、符号Ａ部分で衝突することが分かる。

【００２１】本発明はこのような背景に基づいてなされ
たものであり、バーナの大容量化を図りながらスラッギ
ングを防止することができる微粉炭燃焼装置および微粉
炭燃焼方法を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、現在のバー
ナ構造のうち、３次空気の供給方式を変更することで達
成される。具体的には、３次空気の旋回構造を止めて、
複数のノズルから火炉内へ直接噴出することで達成され
る。より具体的には、先端に保炎器を有する燃料噴射ノ
ズルによって微粉炭と１次空気を炉内へ噴射するととも
に、燃焼用空気を多段でバーナへ供給して炉内で燃焼さ
せる微粉炭燃焼装置において、前記燃料噴射ノズルの周
囲に燃焼用の２次空気を旋回させて投入するための旋回
装置と、さらにその周囲から３次空気を旋回をかけずに
炉内へ噴射するための複数の３次空気用ノズルとを備え
たことを特徴とするものである。

【００２３】

【作用】燃焼排ガスのすり抜けに関しては、できるだけ
水平方向のバーナ間距離を短く配列するのが効果的であ
る。火炉水壁へのスラグ付着防止方法については、ボイ
ラ側壁近傍やボイラ火炉コーナ部分においてシール用空
気を流すのが効果的であり、本発明のバーナのうち、火
炉側壁部分に配置したバーナの３次空気を火炉側壁に沿
って噴射することで、火炉壁のスラグ付着部分へのシー
ル効果を得ることができることから、スラグの付着防止
効果を得ることができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図３に本発明の適用例として、微粉炭焚きボイラ
の系統図を示す。

【００２５】燃料の石炭は石炭バンカ３１に一時貯蔵さ
れた後に、ミル３２で粉砕されて微粉炭に加工される。

【００２６】一方、この微粉炭を風箱３６に設けられた
バーナ３３まで搬送する一次空気は、ＰＡＦ（Ｐｒｉｍ
ａｒｙＡｉｒＦａｎ）３４によって加圧された後に
ボイラ出口部分に設けられた熱交換器３５で高温の燃焼
排ガスと熱交換されて、約３００℃まで昇温された後に
ミル３２に送られる。そしてミル内部で石炭の付着水分
を蒸発した後、微粉炭とともにバーナ３３まで送られ
る。バーナ入口部分における１次空気温度は約８０℃ま
で低下する。

【００２７】図１に本発明の実施例に係る大容量微粉炭
焚き低ＮＯｘバーナの断面図を示し、この図はバーナ中
心部分に微粉炭ノズル４１を設置して、その周囲に燃焼
用空気流路を構成した例を示している。

【００２８】先端に保炎器４３を有する微粉炭ノズル４
１の中心には、油起動用バーナ４２が挿入される。燃焼
用空気として２次空気と３次空気が供給されるが、図を
簡略化するため本図では微粉炭ノズル４１に対して上半
分のみを表示した。燃焼用空気は、流量調整ダンパ４４
で所定の流量に調整された後に、２次空気４５と３次空
気４６として供給される。

【００２９】２次空気４５は旋回ベーン４７によって、
微粉炭ノズル４１の周囲を旋回して火炉内へ供給され
る。本図においては、この旋回ベーン４７の他に空気旋
回装置として２次空気エアレジスタ４８を設け、２次旋
回強度を強化した構造としているが、この２次空気エア
レジスタ４８は必ずしも必要ではない。４９はベンチュ
リである。

【００３０】３次空気４６の供給方法は２次空気４５の
それと異なり、旋回をかけず単純にノズルから噴出す
る。図１は断面図であり、空気噴出ノズルの配列が分か
らないことから、図４に火炉内からバーナ群を見た様子
を示した。図中バーナスロート５１には微粉炭ノズルと
２次空気流路が挿入されている。当該バーナスロート５
１の周囲に３次空気ノズル５２が４個所対称的に設置さ
れているが、４個所以上設置することもある。この図で
はバーナは、水平方向に４セット高さ方向に３段の組み
合わせで配置されている。最上段の４つのノズル５３は
２段燃焼用の空気投入ノズルである。

【００３１】図４に示したバーナをスケールアップした
例を図５に示した。バーナの大容量化に伴ってバーナ本
数が減るが、ここでは火炉幅方向のバーナ本数はそのま
まに、バーナ段を３段から２段に減らした場合について
示しており、バーナ容量は１．５倍になる。

【００３２】このように、バーナ段を減らすことによっ
て最上段バーナからアフターエアポート６１までの距離
を離すことができ、アフターエアまでの燃焼ガスの滞留
時間が増加することでＮＯｘ濃度を大幅に低減すること
ができる。

【００３３】また、複数の３次空気ノズル５２から３次
空気を供給することから、各々のバーナにエアレジスタ
を設置する必要がなく、バーナ間の距離に十分余裕をと
ることができることが分かる。

【００３４】図２は３次空気流路と２次空気流路の間の
隔壁を広げたバーナへの適用例を示しており、１次空気
によって搬送され火炉内に噴射される微粉炭と燃焼用空
気の大半を占める３次空気４６との混合を遅延させたバ
ーナに、噴射方向が可変の３次空気ノズルを取り付けた
例について示している。

【００３５】本バーナは図１に示したバーナと異なり、
２次空気４５と３次空気４６の分割壁が板構造でなく空
気ダクトで構成されており、本バーナは、図１のバーナ
よりもさらに低ＮＯｘを考慮した構造となっている。５
０は空気流量調整ダンパである。

【００３６】次に、火炉に付着したスラグの付着防止効
果について説明する。３次空気４６は、図１や図２に示
す３次空気噴射方向制御装置によって向きを自由に調整
できる。必ずしも全てのバーナにこの制御装置は必要な
く、火炉に対して両側に位置するバーナに取り付けた場
合、スラグ防止に効果がある。

【００３７】しかし、火炉へのスラグ付着パターンは、
ボイラの運転（例えば負荷の取り方など）で変化するこ
とが予測されるために、スラグ付着状況実績に基づいた
設定がよい。

【００３８】図６に３次空気の噴射方向の代表例を示し
た。同図に示すように４個所対称的に設置されている３
次空気ノズル５２がら３次空気４６がバーナスロート５
１を中心に噴射方向を各々変えて放射状に噴射されてい
る。また火炉側壁には、多めに３次空気４６を流して、
シール効果を得ることができる。この３次空気の投入方
法で、バーナ容量に影響されず図９に示したような付着
スラグを除去できる。特に火炉側壁に付着したスラグに
対して効果的である。

【００３９】なお、３次空気流量は、バーナの理論空気
量の０．１〜０．８の間で調整される。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、燃
料噴射ノズルの周囲に燃焼用の２次空気を旋回させて投
入し、さらにその周囲から３次空気を旋回をかけずに炉
内へ噴射するようにしたから、火炉へのスラグ付着量を
最少に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の大容量微粉炭焚き低ＮＯｘバーナの一
例を示す断面図である。

【図２】本発明の大容量微粉炭焚き低ＮＯｘバーナの他
の例を示す断面図である。

【図３】微粉炭燃焼装置の系統図である。

【図４】本発明の大容量微粉炭焚き低ＮＯｘバーナの火
炉への配列の一例を示す平面図である。

【図５】本発明の大容量微粉炭焚き低ＮＯｘバーナの火
炉への配列の他の例を示す平面図である。

【図６】本発明に係るバーナの３次空気噴射設定例を示
す平面図である。

【図７】従来型微粉炭バーナの一例を示す断面図であ
る。

【図８】従来型微粉炭バーナの他の例を示す断面図であ
る。

【図９】火炉のスラッギング状況を示す模式図である。

【図１０】従来型微粉炭バーナの火炉への配列を示す平
面図である。

【図１１】従来型微粉炭バーナを大容量化した場合の火
炉への配列を示す平面図である。

【符号の説明】

４１微粉炭ノズル４２油起動バーナ４３保炎器４４流量調整ダンパ４５２次空気４６３次空気４７べーン

フロントページの続き (72)発明者廻信康広島県呉市宝町３番36号バブコツク日立株式会社呉研究所内 (72)発明者木山研滋広島県呉市宝町６番９号バブコツク日立株式会社呉工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端に保炎器を有する燃料噴射ノズルに
よって微粉炭と１次空気を炉内へ噴射するとともに、燃
焼用空気を多段でバーナへ供給して炉内で燃焼させる微
粉炭燃焼装置において、前記燃料噴射ノズルの周囲に燃焼用の２次空気を旋回さ
せて投入するための旋回装置と、さらにその周囲から３
次空気を旋回をかけずに炉内へ噴射するための複数の３
次空気用ノズルとを備えたことを特徴とする微粉炭燃焼
装置。
【請求項２】請求項１記載において、前記３次空気用
ノズルの噴射方向を各々変えることができるように構成
されていることを特徴とする微粉炭燃焼装置。
【請求項３】請求項１記載において、前記３次空気流
量をバーナの理論空気量の０．１〜０．８の間で調整す
ることを特徴とする微粉炭燃焼装置。
【請求項４】先端に保炎器を有する燃料噴射ノズルに
よって微粉炭と１次空気を炉内へ噴射するとともに、燃
焼用空気を多段でバーナへ供給して炉内で燃焼させる微
粉炭燃焼方法において、前記燃料噴射ノズルの周囲に燃焼用の２次空気を旋回さ
せて投入し、さらにその周囲から３次空気を旋回をかけ
ずに炉内へ噴射するようにしたことを特徴とする微粉炭
燃焼方法。
【請求項５】請求項４記載において、前記３次空気用
ノズルの噴射方向を各々変えることができるように構成
されていることを特徴とする微粉炭燃焼方法。
【請求項６】請求項４記載において、前記３次空気流
量をバーナの理論空気量の０．１〜０．８の間で調整す
ることを特徴とする微粉炭燃焼方法。