JPH11132414A

JPH11132414A - 超低ＮＯｘバーナ

Info

Publication number: JPH11132414A
Application number: JP30050197A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Nomura; 伸一郎野村; Kunio Okiura; 邦夫沖浦; Noriyuki Oyatsu; 紀之大谷津; Noboru Takarayama; 登宝山; Miki Mori; 三紀森; Satohiko Mine; 聡彦嶺; Shunichi Tsumura; 俊一津村; Yoshinobu Kobayashi; 啓信小林
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1999-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】内部保炎器と橋渡し部を備えたバーナにおい
て、バーナ運転中に前記内部保炎器と橋渡し部が摩耗す
ることおよびこれらに灰が付着することをできるだけ防
ぐことであり、またバーナ運転停止中に前記内部保炎器
と橋渡し部が熱焼損することを防ぐこと。【解決手段】一次流路１内の微粉炭流に対し直角なブ
ラフボディとなる外周保炎リング７と内部保炎器８をバ
ーナ出口に配置すると、その後流に乱流うずによる再循
環領域が形成され、微粉炭粒子を巻き込み、その流れ込
んだ微粉炭の燃焼によって高温ガスの火種となって、近
傍を通過する微粉炭の着火促進に役立っている。このと
き外周保炎リング７と内部保炎器８の間にさらに橋渡し
部１０を設置し、供給気体ノズル１１から導入され橋渡
し部１０さらに内部保炎器８内部を通って内部保炎器８
先端の気体噴出孔から気体を噴出させると、確実に外周
保炎リング側の１０００℃以上の高温ガスが内部保炎器
８方向へ流れこみ、内部保炎器８付近での燃料燃焼領域
を安定に高温状態に維持し、かつ燃料の着火促進に役立
つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微粉炭などの粉末
固体燃料の燃焼用バーナに係り、特に低ＮＯｘ燃焼の要
求されるバーナにおいて、より低ＮＯｘで、かつ安定に
燃焼させるに好適な微粉炭燃焼用バーナに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来のボイラに用いられる微粉炭などの
粉末固体燃料の燃焼システムには、分級機を内蔵した微
粉炭機（以下ミルと称す）で石炭を粉砕し、粉砕した石
炭を分級し、所定の大きさ以下の微粉炭を搬送用空気で
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２段燃焼法は燃焼炉
内に設けられた全バーナによるバーナゾーンでの空気比
（燃料に対する必要空気の割合のことあり、空気比＝１
が量論的当量を表す）を１以下の燃料リッチな条件に保
つことで、燃焼ガス中で生成するＮＯｘを還元して低Ｎ
Ｏｘ化を図り、未燃焼燃料については、バーナゾーン後
流に設置している空気挿入口から空気を投入し、燃焼さ
せる方式である。また内部式２段燃焼法は、バーナにお
ける二次空気又は三次空気に旋回をかけて、一次空気
（微粉炭搬送用空気）のみで着火燃焼しているバーナ噴
流とその外部から火炉内へ噴出される二次空気又は三次
空気の混合を遅らせ、個々のバーナによるバーナゾーン
で２段燃焼させる方法であり、低ＮＯｘバーナ（特開昭
６０−１７６３１５号公報、特開昭６２−１７２１０５
号公報）として実用化されている。

【０００４】上述の外部式および内部式２段燃焼法の併
用による微粉炭バーナの低ＮＯｘ燃焼技術により、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、石炭中の窒素
（Ｎ）含有量が１．５％の基準炭で、灰中の未燃分が５
％以下に相当する）まで下げられるようになった。

【０００５】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
が要求されている。これに加えて、石炭の輸入依存度が
１００％に近い我が国では炭種に依らず安定した微粉炭
バーナの低ＮＯｘ化燃焼の技術の確立は必要不可欠であ
る。

【０００６】ＮＯｘ排出量１００ｐｐｍ以下の低ＮＯｘ
対策としては、個々のバーナ部での内部式２段燃焼法の
さらなる強化をねらって、フューエルノズル（以下、一
次流路と言うことがある）内の粉末固体燃料（微粉炭）
と搬送用気体（一次空気）の混合流体の流れに直交する
方向に内部保炎器を設置する方法（特開平８−１３５９
１９号公報）またはフューエルノズル外周の保炎リング
（以下、外周保炎器と称することがある）と内部保炎器
の間を橋渡しするような橋渡し部を設置して内部保炎器
での保炎をさらに強化する方法（特願平９−２６６１５
号）が考えられている。

【０００７】微粉炭を搬送している一次空気の流れの中
に前述のような内部保炎器や橋渡し部を設置すると、そ
の後流に高温の再循環域が形成され、燃料の着火保炎を
促進し、火炉内におけるバーナ近傍の微粉炭燃焼領域の
中のＮＯｘ還元域が拡大し、燃焼排ガスの低ＮＯｘ化が
達成されるものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述のフューエルノズ
ル内に内部保炎器と橋渡し部を共に設置したバーナ構造
においては、いかに内部保炎器の後流に形成される再循
環域の負圧を高めるかが燃料の着火保炎の促進とバーナ
近傍でのＮＯｘ還元域の拡大を図る上で重要な課題とな
る。すなわち、前記再循環域の負圧が十分大きくなれ
ば、橋渡し部を介して内部保炎器側へ外周保炎器側から
の高温ガス流入が多くなり、強力な着火保炎が確保され
て燃焼排ガスのＮＯｘ低減が達成されるからである。

【０００９】また、このような燃焼排ガスの低ＮＯｘ化
のために設けられる内部保炎器と橋渡し部はバーナ運転
中は流速２０ｍ／ｓといった高速の微粉炭の流れの中に
あり、内部保炎器と橋渡し部が微粉炭により摩耗し、ま
たこれらに灰が付着する問題がある。しかもバーナの運
転中および運転停止中のいずれの場合にも１５００℃以
上の火炉内からの放射熱により内部保炎器と橋渡し部が
高温にさらされる。しかし内部保炎器と橋渡し部の表面
温度はバーナ運転中はヒューエルノズル内を流れる約８
０℃の微粉炭流の強制対流による冷却効果と微粉炭流に
よる放射熱遮蔽効果で２００〜３００℃程度である。

【００１０】一方、バーナの運転停止中にはフューエル
ノズル（一次流路）内には火炉内負圧によるリークエア
（リークエアはリークエア専用の配管がない場合でも、
熱伸び差吸収用のジョイント付近からの隙間から外気を
吸い込むことにより生じる）を流すことで冷却を図る
が、リークエア量は多くなく、内部保炎器と橋渡し部の
火炉に対向した部分の表面では、その温度が７００〜８
００℃に達し、熱により焼損しやすい環境にある。した
がって、内部保炎器と橋渡し部はバーナ運転中の摩耗、
灰付着および運転停止中の熱焼損、灰付着といった問題
を抱えている。

【００１１】そこで、本発明の課題は内部保炎器と橋渡
し部を備えたバーナにおいて、燃焼排ガスの低ＮＯｘ化
を図りながら、バーナ運転中に前記内部保炎器と橋渡し
部が摩耗することおよびこれらに灰が付着することをで
きるだけ防ぐことであり、またバーナ運転停止中に前記
内部保炎器と橋渡し部が熱焼損することおよびこれらに
灰が付着することを防ぐことである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】次のような構成を採用す
ることで、上記本発明の課題は解決される。すなわち、
固体燃料と搬送用気体からなる固気二相流（微粉炭流）
を火炉に投入するための一次流路と、該一次流路の外側
に単一または複数の燃焼用含酸素気体を供給する流路を
有するバーナにおいて、一次流路の出口先端部の外周部
に設けられた外周保炎器と、一次流路の出口先端部の内
部に設けられた内部保炎器と、前記外周保炎器と前記内
部保炎器の間に設けられる両者を橋渡しする少なくとも
一つの橋渡し部と、前記橋渡し部と前記内部保炎器の内
部に気体を通す気体通路を設け、一つ以上の橋渡し部ま
たは内部保炎器の少なくともいずれかに前記気体の噴出
孔を設けた超低ＮＯｘバーナである。

【００１３】上述のように内部保炎器および橋渡し部の
内部に気体を通す気体通路を設置し、その気体通路中の
空気を内部保炎器に設けた気体噴出孔（図２の気体噴出
孔１６）または橋渡し部に設けた気体噴出孔（図４の気
体排出孔１５）から噴出させる。

【００１４】粉末固体燃料として微粉炭を例に説明する
と、一次空気によって搬送される微粉炭はバーナ出口の
外部保炎器（図１の外周保炎リング７）と内部保炎器の
後流に形成される高温再循環域によって着火保炎がなさ
れて燃焼する。

【００１５】例えば図１に示すように、微粉炭流に対
し、Ｌ字型またはくの字型になる外周保炎リング７と内
部保炎器８をバーナ出口に配置すると、その後流に乱流
うずによる再循環領域１３（図２参照）が形成され、粒
径２０μｍ以下の比較的小さい微粉炭粒子を巻き込み、
その流れ込んだ微粉炭の燃焼によって高温ガスの火種
（高温再循環域１３）となって、近傍を通過する微粉炭
の着火促進に役立っている。このとき外周保炎リング７
と内部保炎器８の間にさらに微粉炭流に直角に橋渡し部
１０を設置すると、外周保炎リング７側の１０００℃以
上の高温ガスが橋渡し部を介して内部保炎器８方向へ流
れこみ、内部保炎器８付近での燃料燃焼領域を安定に高
温状態に維持し、かつ燃料の着火促進に役立つ。

【００１６】このとき内部保炎器８に設けた前記気体の
噴出孔（図２の気体噴出孔１６）から空気などの気体を
噴出させると前記再循環領域１３の形成が一層確実にな
る。さらに気体噴出孔（図２の気体噴出孔１６）からの
気体噴出速度は微粉炭流の流速より速くすることが望ま
しい。

【００１７】また、内部保炎器８の微粉炭流の流れ方向
の断面形状を、その外周側は燃料の流れ方向に平行な壁
面を有する形状とし、その内周側はテーパー状とする。
こうして内部保炎器８の外周側は円筒状となるので、外
周保炎リング７側の流れを整流する作用が生じ、外周保
炎リング７での着火保炎をより強化する。また内部保炎
器８の内周側はテーパー状に微粉炭流の流れ方向に徐々
に流路を狭めることにより微粉炭流の直接の打撃を角度
を持たせて避けることで、摩耗を防止する構造になって
いる。また、内部保炎火器のガス流れ方向の傾斜角度θ
（図１１）の大きさを調整することによりバーナ中心部
への微粉炭流量を多く、外周部への微粉炭流量を少なく
することができる。

【００１８】また橋渡し部１０を微粉炭流の流れの上流
側から下流側に向けて末広がり形状（断面Ｖ型またはＵ
型形状など）としているので微粉炭流による摩耗防止が
図れる。さらに、橋渡し部１０の前記末広がり形状の傾
斜平面の表面積（投影面積は同じ）を大きくすること
で、傾斜表面の冷却が促進される作用がある。

【００１９】また、橋渡し部１０と内部保炎部８の内部
には共に気体（例えば、空気）が通る気体通路１７が設
けられていて、該気体通路１７から空気などの気体を投
入し、内部保炎器８の気体噴出孔１６（図２参照）から
排出する構造または橋渡し部に設けた気体排出孔１５
（図４参照）から排出する構造になっている。橋渡し部
１０から入った気体（空気）は内部保炎器８において火
炉に面した平面のエッジ部およびその近傍などに複数個
が設けられた気体噴出孔１６から微粉炭流に向かって噴
出する。

【００２０】前記気体噴出孔１６からの噴出気体（空
気）は外周保炎リング後流に存在する再循環域１３内の
高温ガスを同伴して微粉炭の着火を促進するだけでな
く、再循環域１３内の負圧を高め、外周保炎リング７と
内部保炎器８間の差圧を大きくする。そして、外周保炎
リング７側から橋渡し部１０を介して内部保炎器８側へ
高温ガスの流入を促進する効果がある。この気体噴出孔
１６からの噴出気体の流速は微粉炭流の流速より速く、
好ましくは５０ｍ／ｓ以上であれば高温ガスの同伴量も
多く、かつ噴出気体（空気）が微粉炭流中を貫通して流
れるので微粉炭の着火に役立つ。また気体（空気）噴出
速度を高めることは外周保炎リング７と内部保炎器８の
付着灰を吹き飛ばして灰の付着を防止する上でも有効で
ある。

【００２１】また前記気体噴出孔（図２の気体噴出孔１
６と図４の橋渡し部１０の気体噴出孔１５）からの噴出
気体（空気）量を一次空気の１〜２％以内に調整すれ
ば、バーナ出口の空気量の増加による燃焼ガス中のＮＯ
ｘ濃度上昇は抑えられる。

【００２２】この気体（空気）はＰＡＦ（Primary Air
Fan）で加圧された空気の一部を利用するが、バーナ運
転中には加熱された気体（空気）を導入し、バーナ運転
停止時には加熱されていない気体（空気）を導入する。
バーナ運転中での加熱気体（空気）は着火保炎に有効で
あり、バーナ運転停止中には加熱されない気体（空気）
を流せば、橋渡し部１０および内部保炎器８を冷却し、
これらの焼損防止に役立つ。

【００２３】また、当然であるが、バーナ運転中および
バーナ停止時に内部保炎器８と橋渡し部１０内部に気体
（空気）を流すことは、内部保炎器８の気体噴出孔１６
が微粉炭または灰によって閉塞されることも防止する。

【００２４】前記橋渡し部１０または内部保炎器８に流
す気体の導入部に、本発明のバーナの運転中は微粉炭搬
送用気体供給系統の高温部から気体を導入して，燃料の
着火の確実化、燃料の燃焼促進を図り、またバーナ運転
停止中は微粉炭搬送用気体供給系統の低温部から供給し
て、バーナ内部の冷却を図る。このバーナ内部の冷却は
バーナ内部に濃縮器１９（図１０）が無い場合はリーク
エアのみで十分行えるが、濃縮器１９がある場合は強制
冷却する必要があり、気体排出孔１５（図４）または気
体噴出孔１６（図２）から冷却用気体を供給して、バー
ナ内部を冷却する。

【００２５】一般に、外部保炎器の後流側に形成される
高温の再循環流のガスをバーナ中心部に誘導するには、
微粉炭流の流れからバーナ出口での外周部と内周部の間
の差圧が十分に確保することが必要である。バーナ出口
での外周部と内周部の間の差圧が十分に確保できれば、
外周部から内周部への流れが起き、外周保炎器後方周辺
の高温ガスはバーナ中心部へと流れ込み、着火がさらに
良くなるが、そのために、内部保炎器の一次流路上流側
の端部に分配器（図１１の分配器２０）を設置する。

【００２６】分配器によって外周保炎器付近での流速
が遅くなり、バーナ外周部での微粉炭の着火性が向上す
る。バーナ外周部とバーナ中心部での流速の差が大き
くなることにより、バーナ外周部とバーナ中心部との差
圧が大きくなり、バーナ外周部からバーナ中心部へのガ
スの流れ込み量が増える（橋渡し作用の増大）の２つの
効果がある。

【００２７】バーナ中心部での微粉炭流の流速に対して
バーナ外周部の微粉炭流の流速を６０〜８０％となるよ
うにすることにより、分配器を設けない場合、すなわち
流速が１００％の場合に比較して個々のバーナゾーンで
のＮＯｘ低減率が大きくなることがわかった（図１
２）。

【００２８】また、一次流路の内部保炎器の設置部の上
流側に一次流路の狭あい部を設け、該狭あい部と内部保
炎器の間の一次流路内に粉末固体粒子の搬送用気体より
高温の気体を導入する高温気体導入管を設置すること
で、高温気体導入管から導入される高温気体ガスは一次
流路内で一次流路中心部へ向う流れとなる。従って、高
温気体が導入された狭あい部の流速は遅くなり、前記
と同様の作用によりに微粉炭流の着火・保炎性を高め
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する。図５に本発明のバーナが適用される微粉炭焚きボ
イラの燃焼系統図を示す。石炭はボイラなどの燃焼装置
の負荷に応じて図示しない経路から石炭粉砕機（ミル）
３８に送られて粉砕される。また、微粉炭搬送用空気は
ＦＤＦ（Force DraftFan）３１で加圧され、空気予熱器
３４に入る加熱空気流路３５と空気予熱器３４に入らな
い冷空気流路３２の各流路に分配され、その後、前記加
熱空気と冷却空気が混合によって温度調整されてミル３
８に送られる。

【００３０】ボイラの火炉３０の微粉炭バーナ部４０の
図示しない内部保炎器および橋渡し部内部へ供給される
空気はＦＤＦ３１により導入され、空気予熱器３４で加
熱されて加熱空気流路３５を通る加熱空気と空気予熱器
３４を経由しない冷空気流路３２を通る冷却空気とが、
加熱空気流路３５の分岐流路３５’と冷空気流路３２の
分岐流路３２’を経て、切り換えバルブ２８がある合流
部で合流するが、合流した空気は流量調整バルブ２７に
より流量が調整されてバーナ部４０の気体供給用ヘッダ
１２へ導かれる。

【００３１】ミル３８で粉砕された微粉炭とその搬送用
空気の混合流体は微粉炭バーナ４０に搬送される。微粉
炭の燃焼用空気はＦＤＦ（Force Draft Fan）４１から
熱交換器３４を経て風箱４４に入り、バーナ４０の図示
しない二次流路、三次流路へ搬送される。

【００３２】バーナ部４０の側断面図を図１（ａ）に示
し、その火炉側から見た平面図を図１（ｂ）に示す。微
粉炭と搬送用空気の混合流体が流れる一次流路１の外側
に燃焼用空気供給用の二次流路２及び三次流路３が設け
られている。また、一次流路１の軸心部にはバーナ起動
時などに使用する重油バーナ４が設けられている。ま
た、二次流路２には二次空気旋回器５を、そして三次流
路３には三次空気旋回器６がそれぞれ設けられている。

【００３３】一次流路１の出口（管壁）先端には外周保
炎リング７が設けられ、その内側に内部保炎器８が設け
られる。外周保炎リング７と内部保炎器８の間には橋渡
し部１０が設けられている。図１に示すバーナの場合に
は橋渡し部１０は放射状に９０度間隔で４個設けられて
いる例を示しているが、橋渡し部１０の設置個数と設置
間隔は適宜設定可能である。

【００３４】内部保炎器８は、その火炉３０に面した表
面から見ると環状形状であり、バーナ側断面（図１
（ａ））から見ると、その環状の外側は燃料の流れ方向
に平行な壁面を有する円筒形状であるので、外周保炎リ
ング７側の流れを整流する作用が生じ、外周保炎リング
７での着火保炎をより強化する。また、内部保炎器８の
環状の内側はバーナ出口に向かってテーパー状に縮小さ
れた形状であり、前記テーパー状に燃料流体の流れ方向
に徐々に流路を狭めることにより燃料流体の流れの圧力
損失が大きくならないようにすると同時に微粉炭流の直
接の打撃を避けて摩耗を防止する構造になっている。

【００３５】一次流路１の内部に供給気体ノズル９があ
り、橋渡し部１０に接続されている。橋渡し部１０の内
部と内部保炎器８の内部の気体流路はつながっていて、
内部保炎器８の火炉側の側面のエッジ部またはその近傍
に複数個の気体噴出孔１６が設けられている（図２参
照）。加熱空気（バーナ運転時）または冷却空気（バー
ナ運転停止時）は供給気体配管１１から気体供給用ヘッ
ダ１２を経て供給気体ノズル９に入り、図２に示した橋
渡し部１０の内部の気体流路１７を通り、内部保炎器８
の内部の気体通路１７へ導かれ、気体噴出孔１６から噴
出される。

【００３６】図５の微粉炭焚きボイラの燃焼系統図にお
いて、燃焼用空気はＦＤＦ（ForceDraft Fan）４１から
空気予熱器３４内で約３５０℃に加熱された後、風箱４
４に入り、微粉炭バーナ部４０の二次流路２と三次流路
３へ搬送される。ミル３８で粉砕された微粉炭は一次空
気ファン（ＰＡＦ）３１からの微粉炭搬送用空気によっ
て微粉炭バーナ部４０に搬送され、図１に示した一次流
路１へ導かれる。そして、バーナ出口の外周保炎リング
７と内部保炎器８の後流に形成される高温再循環域１３
（図２）によって着火保炎がなされて燃焼する。

【００３７】外周保炎リング７と内部保炎器８近傍で
は、その後流に乱流うずによる高温再循環領域（図２に
は内部保炎器８近傍での高温再循環領域１３を示す）が
形成され、２０μｍ以下の比較的小さい微粉炭粒子を巻
き込み、高温再循環領域１３に流れ込んだ微粉炭の燃焼
によって高温ガスの火種となって、高温再循環領域１３
の近傍を通過する微粉炭の着火促進に役立つ。このとき
外周保炎リング７と内部保炎器８の間に微粉炭流と対向
するように橋渡し部１０を設置し、外周保炎リング７側
の流れが整流され、外周保炎リング７での着火保炎をよ
り強化している。

【００３８】また内部保炎器８と橋渡し部１０とも内部
に気体通路１７があり、バーナ運転時には図５の切り換
えバルブ２８（図５）を加熱空気供給側に切り換え、加
熱空気を図１の供給気体配管１１と供給気体用ヘッダ１
２と供給気体ノズル９を経由して橋渡し部１０から内部
保炎器８へと導入する。

【００３９】図２に示すように、内部保炎器８の後流に
は再循環域１３が形成されるが、その再循環域１３側の
内部保炎器８の側面のエッジ部またはその付近には微粉
炭流へ向けて気体（空気）を噴出する気体噴出孔１６が
複数個、ほぼ上下方向に対象的に設けられており、各気
体（空気）噴出孔１６から高速で気体（空気）が噴出す
る。気体噴出孔１６は末広がり状に気体（空気）の噴出
ジェット１４を吹き出し、再循環域１３内の負圧を高
め、外周保炎リング７側からの高温ガスの流入も促し、
微粉炭の着火を早める。また、バーナ運転停止時には図
５の切り換えバルブ２８を冷却用空気側にして、冷却空
気を橋渡し部１０および内部保炎器８の内部に供給し
て、橋渡し部１０および内部保炎器８を冷却する。

【００４０】気体噴出孔１６へ供給する加熱空気または
冷却空気などの気体は流量調整バルブ２７によって、バ
ーナ運転停止時にはＰＡＦ３１の圧力に応じて冷却に必
要な量を入れて冷却を図る。バーナ運転時には一次空気
量の１〜２％程度を入れて、気体噴出孔１６からの噴出
ジェット１４の噴出速度が一次微粉炭流より速い５０ｍ
／ｓ以上にする。この噴出ジェット１４は内部保炎器８
の後流の再循環域１３内の負圧を高めて外周保炎リング
７からの高温ガス流入の促進作用がある。それと同時
に、気体噴出孔１６へ供給する加熱空気または冷却空気
は内部保炎器８および橋渡し部１０表面に付着しようと
する飛散灰を吹き飛ばし、その付着防止にも役立ち、微
粉炭による気体噴出孔１６の閉塞を防止する。

【００４１】図１では、一次流路１の中心部には重油バ
ーナ４を設けただけであるが、図８に示すように一次流
路１内壁には微粉炭流の絞りにより逆火防止用にベンチ
ュリー部１８と共に一次流路１の出口の内壁面側の微粉
炭濃度を高めるなどの機能を奏する濃縮器１９を重油バ
ーナ４の外周部に設ける構成を採用しても良い。濃縮器
１９の微粉炭流上流側の傾斜部により一次流路１の出口
の内壁面側の微粉炭濃度を高めて内部保炎器８付近での
内壁面側の微粉炭濃度を上げ、微粉炭流の着火性能を高
め、また濃縮器１９の微粉炭流下流側の傾斜部により一
次流路１の出口付近での微粉炭流の流速を徐々に遅くし
て微粉炭流が濃縮器１９の下流側の終端部壁面との間で
剥離を生じないようにすることができる。

【００４２】本発明のバーナ運転中における橋渡し部１
０と内部保炎器８内の気体通路１７を通過させる気体は
微粉炭搬送用気体供給系統の高温部から導入している
が、替わりにミル３８へ供給する温度調整された空気の
一部を利用することも可能である。

【００４３】図１では、もし橋渡し部１０が複数個ある
場合には全ての橋渡し部１０から空気を供給して内部保
炎器８へ通し、内部保炎器８の気体噴出孔１６から噴出
させるバーナを例に挙げたが、図３のバーナの場合には
供給気体配管１１から気体供給用ヘッダ１２に気体供給
ノズル９を介して気体は一部の橋渡し部１０に導入さ
れ、内部保炎器８を通過した後、残りの橋渡し部１０か
ら気体排出ノズル１５を介して二次流路２へ排出され
る。二次流路２へ排出された気体（空気）が加熱空気で
あると、燃料の着火の確実化、燃料の燃焼促進が図れ、
冷却空気であるときはバーナ内部の冷却が図れる。

【００４４】図４には供給気体ノズル９が内部保炎器８
に接続されていて、供給気体入口１１から気体供給ノズ
ル９を介して内部保炎器８に導入された気体はすべての
橋渡し部１０から気体排出ノズル１５を介して二次流路
２へ排出される例を示している。図３と図４のその他の
部材は図１、図２に示すものと同一部材には同一番号を
付して、その説明は省略する。図６と図７はそれぞれ図
３と図４に対応したもので、供給気体の排出を一次流路
１内に行うものである。

【００４５】また図８、図１０、図１１に示す実施例に
は一次流路内にベンキュリー１８と重油バーナ４に濃縮
器１９を設けているが、このうち、図１０に示す例では
内部保炎器８の一次流路１の上流側端部には分配器２０
を取り付けたのものであり、さらにバーナ出口部分での
着火保炎が良くなる。分配器２０の役割はバーナ中心部
への微粉炭流の流量を多く、外周部への微粉炭流の流量
を少なくすることである。

【００４６】一般に、外周保炎リング７の後流側に形成
される高温の再循環流のガスをバーナ中心部に誘導する
には、微粉炭流の流れによりバーナ出口での外周部と内
周部の間の差圧を十分に確保することが必要であるが、
バーナ出口での外周部と内周部の間の差圧が十分に確保
できれば、外周部から内周部への流れが起き、外周保炎
リング７周辺の高温ガスはバーナ中心部へと流れ込み、
着火がさらに良くなる。

【００４７】分配器２０の設置によって外周保炎リン
グ７付近での流速が遅くなり、バーナ外周部での微粉炭
の着火性が向上する。バーナ外周部とバーナ中心部で
の流速の差が大きくなることにより、バーナ外周部とバ
ーナ中心部との差圧が大きくなり、バーナ外周部からバ
ーナ中心部へのガスの流れ込み量が増える（橋渡し作用
の増大）の２つの効果がある。図１１に図１０のバー
ナ出口部の拡大図に示すように、内部保炎器８のガス流
れ方向の傾斜角度θの大きさによりバーナ中心部への微
粉炭流量を多くするように調整することができる。ただ
し微粉炭は濃縮器１９の微粉炭流上流側の傾斜部により
一次流路１の出口の内壁面側の微粉炭濃度が高められて
いるのでそのまま外周部へ送られる。図９には図８のバ
ーナの内部保炎器部の一次流路側端部分の曲げ角度と摩
耗速度との関係を示す。

【００４８】図１２に示すように、本発明では、一次流
路１内での微粉炭流の流速が遅い程、バーナ外周部とバ
ーナ中心部での微粉炭流の流速の差が大きくなることに
より、差圧も大きくなり、バーナ外周部からバーナ中心
部への高温ガスの流れ込み量が増え、還元燃焼領域が拡
大し、低ＮＯｘ燃焼が行える。図１２に示す結果からバ
ーナ中心部での微粉炭流の流速に対してバーナ外周部の
微粉炭流の流速を６０〜８０％となるようにすることに
より、分配器２０を設けない場合、すなわち、流速が１
００％の場合よりもＮＯｘ低減率が大きくなる。ここで
ＮＯｘ値は、ボイラ出口部に設置されたＮＯｘ計により
測定される。また、一次流速は一次流量がきまっている
一次流路１の径の中心部の油バーナ４を取り除いた面積
で割り、これを０℃のときとするミル出口温度を８０℃
として温度補正して求める。

【００４９】また、図１０に示すバーナでは、さらに一
次流路１のベンチュリー部１８の後流側から高温ガスを
導入する高温ガス配管２２を設け、高温ガス配管２２か
ら導入される高温ガスは一次流路１内で膨張して流速を
落とし前記と同様の作用により微粉炭流の着火・保炎性
を高める。

【００５０】以上述べたように、外部保炎リング部７、
内部保炎器８及び橋渡し部１０さらには分配器２０を設
けたバーナは従来バーナに比べ、大幅なＮＯｘの低減化
及び未燃分の低減化が図れる。

【００５１】図示していないが図１、図３、図４、図
６、図７、図８及び図１０に示した本発明のバーナで
は、橋渡し部１０および内部保炎器８の微粉炭流の直撃
を受ける部分に耐摩耗性の高いの耐火性物質を被覆して
も良い。耐摩耗性物質としては、（１）溶射被覆（自溶性合金、１３クロム鋼またはセラ
ミックスなどによる溶射被覆）（２）アルミニウム拡散処理などを用いることができる。

【００５２】また、橋渡し部１０および内部保炎器８の
火炉３０の火炎に対向する部分に耐摩耗性の高い耐火性
物質を被覆しても良い。耐火性物質としてはセラミック
スなどを用いるが、セラミックスを用いる場合のセラミ
ックスの種類としてはアルミナ、マグネシア、ジルコニ
アなどの酸化物系と酸化ケイ素、窒化ケイ素などの非酸
化物に分類される。表１にセラミックスの種類と特徴を
示す。

【表１】

【００５３】これら耐火材を一次流路１内に設置する部
材の火炎に対向する部分または微粉炭流に対向する部分
に被覆する際、いかに素地金属に接合するかが問題とな
る。一次流路１内に設置する部材に取り付ける方法とし
ては直接接着剤で取り付ける化学的接着法とボルト止め
等の機械的接合法の２種類がある。機械的接合法はセラ
ミックスへの応力集中防止またはがたつき防止などの工
夫をすることにより、厳しい条件に耐え得る有効な方法
となる。また、化学的接着法においても高熱下における
素材と接着剤の間の熱膨張差によるひずみ発生および素
材からの剥離や接着剤の耐熱温度などの問題点がある
が、耐熱温度１２００℃のシリカを主成分とする無機系
接着剤を用い、接着剤の間にひずみを吸収する耐熱クロ
スを介在させることにより、改善することができる。

【００５４】本発明では、これら耐火材を内部保炎器８
をはじめとする一次流路１内の設置物の火炎に対向する
部分に被覆することにより、バーナの運転を休止してい
るときにおいても、一次流路１内の火炎輻射による焼損
を防ぐことができる。また、本発明は火炉３０内の火炎
の輻射による焼損対策について主に述べたが、微粉炭粒
子の摩耗に対する考慮は前述のように一次流路１内に設
置する部材の微粉炭流に対向する部分に耐摩耗性物質の
被覆をすることでなされているが、一次流路１内に設置
する部材の構造にも反映させている。すなわち、図面に
示した本発明の実施の形態の微粉炭バーナでは、内部保
炎器８、橋渡し部１０及び分配器２０は全て一次流前流
から後流に行くに従って幅広くなる末広がり形状を持っ
ており、この微粉炭流の流れ方向に対して傾斜角度を４
５℃以下とすることによって、微粉炭などの粒子による
摩耗にも耐えうる構造となっている。

【００５５】また、内部保炎器８と橋渡し部１０の断面
末広がり形状は、ａ）Ｖ型、ｂ）Ｕ型、ｃ）コの字型及
びｄ）半円型とすることができる。また、橋渡し部１０
の形状は固気混合流体（微粉炭流）の流れの上流側から
下流側に向けて、Ｖ字型またはＵ字型などの断面を有す
る末広がり形状とし、微粉炭による摩耗防止を図ってい
る。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、通常の微粉炭バーナで
なし得なかったバーナ部での超低ＮＯｘ化が図れ、同時
に内部保炎器の焼損、灰付着がなくなる。また低ＮＯｘ
化により排ガスの脱硝装置におけるアンモニア消費量を
削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の橋渡し部から気体を供
給し、内部保炎器で該気体をジェット噴出させる超低Ｎ
Ｏｘバーナ断面図である。

【図２】図１のバーナの内部保炎器部の気体噴出孔か
らの気体噴出状態を示す内部保炎器部部分の断面拡大図
と斜視図である。

【図３】本発明の実施の形態のいくつかの橋渡し部か
ら気体を供給し、内部保炎器を通過して他の橋渡し部か
ら二次流路へ排出する超低ＮＯｘバーナ断面図である。

【図４】本発明の実施の形態の内部保炎器から気体を
供給して橋渡し部から二次流路へ排出する超低ＮＯｘバ
ーナ断面図である。

【図５】微粉炭燃焼装置系統図である。

【図６】本発明の実施の形態のいくつかの橋渡し部か
ら気体を供給し内部保炎器を通過して他の橋渡し部から
一次流路内へ排出する超低ＮＯｘバーナ断面図である。

【図７】本発明の実施の形態の内部保炎器から気体を
供給し橋渡し部から一次流路内へ排出する超低ＮＯｘバ
ーナ断面図である。

【図８】本発明の実施の形態の橋渡し部から気体を供
給し、内部保炎器で該気体をジェット噴出させる耐火物
を被覆した内部保炎器と橋渡し部を備えた超低ＮＯｘバ
ーナ断面図と正面図である。

【図９】図８のバーナの内部保炎器部の一次流路側端
部分の曲げ角度と摩耗速度との関係を示す図である。

【図１０】本発明の実施の形態のいくつかの橋渡し部
から気体を供給し、内部保炎器前流側端部に分配器を配
置し、さらに一次流路のベンチュリー部の後流側から高
温ガスを導入した超低ＮＯｘバーナ断面図と正面図であ
る。

【図１１】図１０の一部断面拡大図である。

【図１２】図８のバーナの微粉炭流れの一次流速と燃
焼ガスのＮＯｘ濃度（相対値）の関係を示す図である。

【符号の説明】

１一次流路２二次流路３三次流路４重油バーナ５二次空気旋回器６三次空気旋回器７外周保炎リング８内部保炎器９供給気体ノズル１０橋渡し部１１供給気体配管１２気体供給用ヘ
ッダ１３高温再循環域１４噴出ジェット１５気体排出孔１６気体（空気）
噴出孔１７気体通路１８ベンチュリー部１９濃縮器２０分配器２２高温ガス配管２７流量調整バル
ブ２８切り換えバルブ３０火炉３１ＦＤＦ３２冷空気流路３４空気予熱器（熱交換器）３５加熱空気流路３８ミル４０微粉炭バーナ
部４１ＦＤＦ４４風箱

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年１１月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１６

【補正方法】変更

【補正内容】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宝山登広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (72)発明者森三紀広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (72)発明者嶺聡彦広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内 (72)発明者津村俊一広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内 (72)発明者小林啓信茨城県日立市大みか町７丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体燃料と搬送用気体からなる固気二相
流を火炉に投入するための一次流路と、該一次流路の外
側に単一または複数の燃焼用含酸素気体を供給する流路
を有するバーナにおいて、一次流路の出口先端部の外周部に設けられた外周保炎器
と、一次流路の出口先端部の内部に設けられた内部保炎
器と、前記外周保炎器と前記内部保炎器の間に設けられ
る両者を橋渡しする少なくとも一つの橋渡し部と、前記
橋渡し部と前記内部保炎器の内部に気体を通す気体通路
を設け、一つ以上の橋渡し部または内部保炎器の少なく
ともいずれかに前記気体の噴出孔を設けたことを特徴と
する超低ＮＯｘバーナ。
【請求項２】気体通路は少なくとも一つの橋渡し部か
ら内部保炎器に向けて気体が流れるように設けられ、内
部保炎器の火炉側の部分にはバーナから火炉内に噴出す
る固気二相流に向かって内部保炎器内部を流れる気体を
噴出させる噴出孔を設けたことを特徴とする請求項１記
載の超低ＮＯｘバーナ。
【請求項３】気体通路は少なくとも一つの橋渡し部か
ら導入されて内部保炎器に向けて気体が流れるように設
けられ、内部保炎器内部を流れる気体が前記気体が導入
された橋渡し部以外の橋渡し部を経由して一次流路また
は燃焼用含酸素気体流路に排出するように前記橋渡し部
には気体噴出孔を備えた流路が設けられたことを特徴と
する請求項１記載の超低ＮＯｘバーナ。
【請求項４】内部保炎器内部を流れる気体をバーナか
ら火炉内に噴出する固気二相流に向かって噴出させる噴
出孔を内部保炎器の火炉側の部分に設けたことを特徴と
する請求項３記載の超低ＮＯｘバーナ。
【請求項５】気体通路は内部保炎器から導入されて全
ての橋渡し部を経由して一次流路または燃焼用含酸素気
体流路に排出するように設けられたことを特徴とする請
求項１記載の超低ＮＯｘバーナ。
【請求項６】橋渡し部および内部保炎器の固気二相流
の流れ方向に対して上流側部分の断面形状が下流側に向
けて末広がり形状であることを特徴とする請求項１記載
の超低ＮＯｘバーナ。
【請求項７】内部保炎器の固気二相流の流れ方向の断
面形状を、その外周側は燃料の流れ方向に平行な壁面を
有する形状とし、その内周側はテーパー状とすることを
特徴とする請求項６記載の超低ＮＯｘバーナ。
【請求項８】内部保炎器に設けられる気体噴出孔は末
広がり形状の気体噴出流を形成するように複数個が内部
保炎器の火炉側の部分に設けられることを特徴とする請
求項１記載の超低ＮＯｘバーナ。
【請求項９】橋渡し部または内部保炎器内部の気体通
路に流す気体の導入部には粉末固体燃料搬送用の気体供
給系統の低温部もしくは高温部からの気体流路を接続し
たことを特徴とする請求項１記載の超低ＮＯｘバーナ。
【請求項１０】橋渡し部または内部保炎器内部の気体
通路に流す気体の導入部に接続する粉末固体燃料搬送用
の気体供給系統の低温部もしくは高温部からの気体流路
には固体燃料搬送用の気体供給系統の低温部もしくは高
温部からの何れかの気体を前記橋渡し部または内部保炎
器気体の導入部に切り換えて供給できる切換手段を備え
たことを特徴とする請求項９記載の超低ＮＯｘバーナ。
【請求項１１】内部保炎器または橋渡し部の固気二相
流の流れ方向に対向する部分に耐摩耗性を有する物質を
被覆したことを特徴とする請求項１記載の超低ＮＯｘバ
ーナ。
【請求項１２】内部保炎器または橋渡し部の火炉内の
火炎に対向する部分に耐火性を有する物質を被覆したこ
とを特徴とする請求項１記載の超低ＮＯｘバーナ。
【請求項１３】橋渡し部または内部保炎器に流す気体
の導入部に、請求項１０記載の超低ＮＯｘバーナの運転
中は微粉炭搬送用気体供給系統の高温部からの気体を供
給し、前記バーナ運転休止中は微粉炭搬送用気体供給系
統の低温部からの気体を供給することを特徴とする超低
ＮＯｘバーナの運転方法。
【請求項１４】内部保炎器の一次流路のガス流れ方向
の上流側の端部に一次流路出口断面の外周部の固気二相
流の流速が一次流路出口断面の中心部の固気二相流の流
速より遅くなるように固気二相流を分配する分配器を設
けたことを特徴とする請求項１記載の超低ＮＯｘバー
ナ。
【請求項１５】一次流路の内部保炎器の設置部のガス
流れ方向の上流側に一次流路の狭あい部を設け、該狭あ
い部と内部保炎器の間の一次流路内に粉末固体粒子の搬
送用気体より高温の気体を導入する高温気体導入管を設
置することを特徴とする請求項１４記載の超低ＮＯｘバ
ーナ。
【請求項１６】前記高温気体導入管には粉末固体燃料
の燃焼用空気の供給路に接続したことを特徴とする請求
項の１４記載の超低ＮＯｘバーナ。