JPS60181505A - 石炭燃焼炉用の燃焼装置と方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 シ詳細には主燃料として石炭を用い、石炭と空気の混合
物を燃焼させる装置と方法に関するものである。

発明が解決しようとする問題点 典型的な石炭燃焼装置では、微粉炭機、すなわちミルか
ら微粉炭パーナヘー次空気中に浮いた個々の微粒子から
成る石炭が供給され、燃焼を維持する十分な量の空気を
供給するため二次空気が送られる。最初の点火後、燃焼
過程で生じた火炎とガスの局部的再循環によ如石炭は燃
焼を続け、燃焼は炉内の火炎および炉壁からの輻射と、
炉内の火炎からの伝導によって助けられる。

上記形式の装置では、かな如長期にわたって炉を運転さ
せたあとでは、石炭は容易に燃焼する。

しかしながら、起動のとき、点火用火炎を提供し、炉壁
、接触伝熱面、および空気予熱器を暖めるためには、通
常の主ノズルからの１次空気と石炭の混合物は、通常希
薄過ぎて、比較的寒い環境のもとでは燃焼するまでに至
らない、このため、炉壁、接触伝熱面、および空気予熱
器を暖めるために油またはガス燃焼点火装置と（または
）ガンを設置することが一般に行なわれてきた、それは
これらの燃料が点火が非常に容易という利点を有してお
シ、この結果、燃焼を始めるための熱量が少なくてすむ
からである。点火装置は、通常、電気火花袋縫で起動さ
れ、ガンは、通常、点火装置、または高エネルギー、す
なわち高電圧袋ｆＫよって着火される。

石炭燃焼炉に対する補助燃料もう一つの利用は、低下し
た負荷条件において、石炭供給が減少し、したがって、
石炭の火炎の安定性が低下したときである。そのような
条件下では、炉内の火炎の安定性を維持し、炉内に未燃
焼石炭塵が堆積するのを避けるために、油またはガス点
火装置が使われる。

しかし、最近では、それらの燃料の値段が急上昇したこ
と、また入手しに〈〈なってきたことから、油またはガ
ス燃焼式起動用または低負荷用ガンの上述の利点は、帳
消しになった。この事情は、石炭燃焼ノズルの動作が、
伝統的なベース負荷モーｐから、−この種の装置を支援
するため補助用油装置やガス装置をさらに強く必要とす
る循環（ｃｙｃｌｉｎｇ）モードまたは切替（ｓｈｉｆ
ｔｌｎｇ）　モードへ次第に変ってきたために、いっそ
うひどくなった。

これらの問題点を解決するため、ミルから出た正常の微
粉炭と空気の混合物から空気を分離して濃い状態の微粉
炭を作シ、次に、得られた濃い状態の微粉炭をノズルか
ら噴射するとき濃い状態の微粉炭の燃焼を維持するよう
にその空気を導入することが提案された。しかし、この
方法は、石炭を分離して、それを濃い状態でノズルへ送
るために、ノズルの外部に非常に複雑かつ高価な装置が
必要である。

以上から、本発明の第１の目的は、暖機、起動、および
低負荷時の安定化を行なうための補助燃料、たとえば油
またはガスの必要性を大幅に減らした、実施例 第１図を参照すると、ミルすなわち微粉炭機２には、−
次空気ダクト６がら空気を受け入れる入口４が設けられ
ている。ダクト６は外部空気源に接続されており、空気
を予熱するために加熱器または類似品をダクト内に設置
することができることがわかる。ミル２は外部供給源か
ら原料炭を受け入れるため一個の入口８．１０が設けら
れており、空気と石炭はともに負荷制御装置（図示せず
）の制御を受けてミルに導入されると理解されたい。

ミル２は、通常の仕方で動作し、石炭を乾燥させ、比較
的微細な粒子に粉砕する。ミル２の上部に位置する出口
は、微粉炭と空気の混合物を受け入れるための導管１２
の一端に接続されている。

導管１２内に設けられた遮断弁１４は、導管の他端に接
続されたエルが１６およびエルゴ１６に接続された分割
装置１８に向う石炭／空気の混合物の流れを制御する。

エル？１６は長方形断面を有し、石炭は遠心力によりエ
ル？の曲ｐの外側部分１６ａ（すなわち、第１図を見た
とき右側）のほうへ移動してくる。この結果、流れが分
割装置１８に入るとき、石炭は必然的に濃縮され、以下
述べる理由により分割装置の外側表面１８ａ上に広がる
。明確にするため、７本の導管１２のみが図示されてい
るが、ミル２は、数個のエル？１６および分割装置１８
に接続された、数個の導管１２と同じ導管に接続された
数個の出口を有しており、その出口、導管、エルゴ、お
よび分割装置の数は、個々の炉に使用されたバーナ、す
なわちノズルの数に対応していることがわかる。

分割装置１８は、第一図および第３図に詳細に示しであ
るように、エルが１６の端部に接続された連結フラン−
）２０を有する。分割装置１８の内部に設けられたダン
ノ４−２２ｔＩｉ、主分割室２３を、エルが１６の端部
に対し一直線をなして延びている室２４と、室２４のす
ぐ隣りに延びている室２６とに分割する。分割装置】８
の一個の出口２８．３０は、宙２４，２６に一致し、出
口２８゜３０をそれぞれ２個の導管３６．３８に接続す
る連結フランジ３２．３４を有している。ダンパー２２
は、制御装置（図示せず）の制御を受けて軸２２ａのま
わりに旋回し、室２４．２６間の比例する流量、シたが
って導管３６．３８に対する出力を変更する。

ダンｉ４−２２がＭ２図の実線で示した位置にあるとき
は、室２３からの大部分の流れが室２６のほうに転向さ
れ、ダン／４　２２　ｉ’点線で示した位置にあるとき
は、室２３からの大部分の流れが室２４のほうに向けら
れる。分割装［１８の側壁゛に対するダン／４’−２２
の自由端の距離により、軸２２ａを動作させる制御装置
が要求通りに、各々の室２４．２６に対する流量を制御
することができる。

また、ダンｉ４−２２は、第３図に示すように、ダンパ
ーの縁部と分割装置の対応する壁との間にすきま３９が
形成されるように、設計され、寸法が決められている。

このすきまは、ダン／ｆ−が実線位置にあるときは室２
３から室２４へ若干の流れを許し、同様に、グンノ４−
が点線位置にあるときは室２３から室２６へ若干の流れ
を許す。ダンパー２２の回転とすきま３９の存在との組
合せ効果により、あらゆる負荷において、空気と石炭の
流れ全体があとで詳述する所定の動作特性が生じさぜる
比率で、各々の室２４．２６に分割される。

再び、第１図を参照すると、導管３８は分離器ノズル組
立４０に連結されており、導管３６は、組立４０の周囲
に間隔をおいて同心軸上に延びている円錐形のノズル４
１に連結されている。分離器ノズル組立４０は、第９図
にわかり易く図示されているように、導管３８を受け入
れるための入口４２ｉをもつ細長いハウジング４２を有
する。

ハウジング４２０入口端部に配置されたプラグ部材４４
は、開口４２ａつまり導管３８に通じている中細が７４
４ａを有する。ハウジング４２のはｙ全長にわたって延
びているよろい張りの（ルーパー付きの）円錐体４６の
一端は？７４４ａの中に延びている。円錐体４６の他端
から延びている比較的短かい噴射管４８は、ハウジング
４２の他端と同じ平面内にある。円錐体４６とハウジン
グ４２の間には環状室５０が形成されており、室５０の
噴出端には、あとで述べる理由のため、複数のうず巻形
羽根５１が配置されている。

再び、第１図を参照すると、分離器ノズル組立４０とノ
ズル４１は、次とえはゲイラの一部を構成する通常の炉
の前壁５４に作られ友貫通開口５２に対し軸方向に一直
線上に配置されている。

図示してないけれども、炉は開口５２のすぐ隣りに燃焼
室５６を形作るよう適当な形状の後壁と側壁を有してい
るものと理解されたい。炉の他の壁と同様、前壁５４は
、適当な断熱材料を含んでおり、特に図示してないが、
燃焼室５６は、蒸気を発生させるため通常の仕方で熱交
換流体、たとえば水が循環するゲイラ管と一直線をなす
ようにできることも理解されたい。

炉壁５４に平行に配置された垂直壁６０には、分離器ノ
ズル組立４０とノズル４１とを受け入れる開口が設けら
れている。さらに、一般にに二次空気”と呼ばれる燃焼
維持用空気を通常の仕方で受け入れる高圧室、すなわち
風箱を、壁６０とともに形成する天井壁、底壁、および
側壁が設けられているものと理解されたい。

ノズル４１の周囲、前壁５４と壁６０との間には、環状
板６２が延びており、前１１５４と環状板６２との間に
は、風箱から開口５２へ通過する二次空気のりす巻きを
制御するため、複数のレジスタ・ベーン６４が旋回でき
るように取り付けられている。第１図には２個のレジス
タ・ベーン６４のみが図示されているが、図示ベーンに
対し円周方向に間隔をおいて数個の多くのベーンが延び
゛ているものと理解されたい。また、ベーン６４の旋回
重付けは、通常の仕方で、たとえばベーンを軸（略図で
示す）上に取９付け、軸を前壁５４と環状板６２に設け
られた適当な軸受で支持することによりなすことができ
る。また、べ一７６４の位置は、クランク等により調整
可能にすることができる。上述の構成部品はありふれた
ものであるから、図面には記載せず、さらに詳しい説明
は省略する。

石炭／空気の混合物が開口５２に向って噴射する前に、
ノズル４１の内壁と分離器ノズル組立４０のハウジング
４２との間の環状通路を通過するとき、混合物に対しう
すが付与されるように、導管３６とノズル４１間の接続
性接線方向になっていることに注目されたい。

記載の便宜上、図示してないが、分離器ノズル組立４０
から噴射する濃い状態の微粉炭に対し短時間点火エネル
イ−を発生させて微粉炭を点火する、各種の装置を設置
することができるものと理解されたい。たとえば、電弧
点火装置形式の高呈ネルギー電気火花装置、または通常
の小型の油またはガス式ガン点火装置を分離器ノズル組
立４０で支持することができる。

前に述べた炉が？イラの一部を構成し、そのデイラを起
動することが要求されたものとすると、入口４に空気が
導入され、ミル２０入口８．１０に比較的小量の石炭が
導入され、所定の微粒度に粉砕される。所定の割合の比
較的薄い空気と微粉炭の混合物がミル２から吐き出され
て導管１２、弁１４、およびエルが１６を通って分割装
置１８０室２３に入る。エルが１６を通過するとき、石
炭は前に検討したようにエルがの外側部分（すなわち、
第７図を見たとき右部分）に向って移動しようとするか
ら、室ｚ３と同様、この部分に入る石炭と空気の混合物
の大部分は空気であり、他方弁部分に入る混合物の大部
分は石炭である。

分割装置のダンノ４−２２が第一図の実線位置にあると
きは、室２３を通過する石炭と空気の混合物の大部分は
、室２６、そして分離器ノズル組立４０に通じている導
管３８に向けられる。

室２３内の石炭と空気の混合物の残りの部分の石炭は、
第３図を見て、室２３の左部分に濃縮され、空気は右部
分にある。この結果、分離器の下　□流の構成部品をあ
る大きさに作ることによって与えられた抵抗で生じた静
圧により、室２３からの比較的大量の空気と比較的小量
の石炭は、すきま３９を通って室２４に流入する。この
ようにして室２４に入った比較的小量の空気と石炭は、
導管３６を通ってノズル４１へ流れる。

導管３８から分離器ノズル組立４０へ流入する石炭／空
気の混合物は、プラグ部材４４の中細日？ア４４ａ（第
４図）を通過する。この中細がア４４ａによって、混合
物の石炭部分は円錐体４６を通る中心経路を取ろうとし
、そして空気は石炭を取シ囲む円錐体のよろい張りの壁
部により近い経路で円錐体を通過しようとする。円錐体
４６を通過しているとき、円錐体のよろい張り部分の近
くを通る石炭の一部分は第Ｓ図に実線の流線で示した経
路を取る、すなわち、よろい張りで転向されて円錐体の
中央部へ向かって戻ろうとする一方、空気は、点線の流
線で示すように、よろい張りのすきまを通り抜けて円錐
体４６とハウジング４２間の環状室５０に入ろうとする
。その結果、高い石炭／空気比をもつ濃い状態の微粉炭
が円錐体４６の噴射管４８から噴射し、セして空気が室
５０から出るとき、うす巻き羽根５１によってうすが付
与される。うす巻き羽根５１により空気に付与されたス
ピンの結果および形成されたうずの逆流効果で、石炭と
空気は、噴射管４８の前方で混り合い、ぐるぐる回わる
。この結果、既に述べた方法の１つ、たとえば高エネル
ギ電気火花から直接に、または油ま次はガス式点火装置
で容易に点火することが可能な濃い混合が得られる。ミ
ル２からの石炭の出力は少ないけれども、石炭の濃縮に
より点火のとき、望捷しい必要な濃い混合物が得られる
。この構造によって形成されるうずけ、燃えている石炭
の燃焼生成物に望ましい再循環を生じさせ、新しい石炭
が点火領域に入ったとき、それを点火するために必要な
熱エネルギを提供する。ベーン６４は火炎の安定性を助
けるため必要なとき、燃焼プロセスに二次空気を供給す
るよう調整することができる。

同じミルの多くのノズルを稼動させるか、多くのミルを
同じように稼動させることによって負荷を増すことが可
能である。要求された数のミルとノズルを稼動させ、さ
らに負荷を増すよう要求された場合には、各ミルに対す
る石炭の流量が増やされる。同時に、第３図を見て、分
割装置１８の左側に濃縮した若干量の微粉炭を一次空気
量といっしょに室２４へ向かわせ、導管３６を介して直
接ノズル４１へ通すために、各ミル２０に組み込まれ次
ダン／４’　−２２が室２６のほうに回転される。

石炭の割合が能カ一杯まで増大するとき、分割装置のダ
ン／臂−２２は、第一図の点線でおおまかに示した位置
に達するまで室、２６のほうに続けて回転される。この
位置では、室２４、したがってノズル４１に入る石炭／
空気の混合物の流量が最大になる一方、若干量の混合物
がすきま３９を通って、ダンパー２２、室２６を通過し
、分離器ノズル組立４０に流入する。分割装置のグン・
クー２２の動作をミルの出力負荷で特徴づけることによ
り、分離器ノズル組立４０に向う石炭と燃焼維持用−空
気の量を、低い熱入力値（全負荷の約３−２０％）に保
つことができ、同時にノズル４１は必要なとき、負荷を
増大（または、減少）させる。

分離器ノズル組立４０によって十分なしよう乱が維持さ
れ、負荷が増したときは、主レジスタ・ベーンの効果と
二次空気の流れパターンとが、ノ々−す全体の安定性を
さらに助ける。

発明の効果 以上から、いくつかの利点が得られる。たとえば、起動
のとき、点火装置によるエネルギー消費１け、分離器ノ
ズル組立４０からの濃い状態の微粉炭を直接点火するの
に必要な非常圧短かい時間の間だけであり、そのあとの
、起動と暖機け、もっばら、室５０とノズル４１とから
うずを巻いた空気により維持される濃い状態の微粉炭の
燃焼によってなされる。さらに、濃い状態の微粉炭は、
広い負荷範囲において石炭の主火炎を安定化するので、
より柔軟性のある動作が得られるとともに補助′燃料の
操作が少なくてすむ。また、低負荷状態において、すき
ま３９は、導管３８による燃焼には必要でないが、ミル
およびその導管には必要である余分の一次空気流を導管
３６へ解放する手段になり、他方、高負荷状態において
、すきま３９はバーナの火炎を維持するため低負荷用装
置に若干量の空気と石炭が流入することを許す。その上
、分離器、ファン、構造支持物、および導管を含む、複
雑かつ高価な外部装置を必要としない。

以上説明した装置と方法は、流れが種々の平行通路に分
割され、付加的圧力損失が最小限に保たれるから、大部
分の既存装置およびあらゆる新しい設備に適応すること
ができる。

本発明は、開示した特定装置に限定されないが、前述の
成果が得られる限りにおいて他の形態のものにも適応す
ることができる。

以上の開示内容は、修正、変更、および代替を自由にす
ることができ、ある場合には、発明のいくつかの特色が
採用され、他の特色は使用されないであろう。したがっ
て、特許請求の範囲は広く、そして、発明の要旨と範囲
に合致するように、解釈すべきものと理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の燃焼装置を示す略図、第２図と第３
図は、それぞれ第１図と第一図の線コー２．３−３に沿
った拡大断面図、第４図は、第７図の装置に使われた分
離器ノズル組立の拡大断面図、および 第Ｓ図は、第９図の線Ｓで囲んだよろい張り壁部の拡大
断面図である。 ２・・・・・・・・・ミル（微粉炭機）、　４・・・・
・・・・・入口、６・・・・・・・・・−次空気ダク）
、　８．１０・・・・・・・・・原料炭入口、Ｉ２・・
・・・・・・・導管、１４・・・・・・・・・ｍ新井、
　１６・・・・・・・・・エルゴ、１８・・・・・・・
・・分割装置、　１８ａ・・・・・・・・・外側表面、
　２０・・・・・・・・・連結７ランノ、２２・・・・
・・・・・　ダンノ”−１２２ａ・・・・・・・・・軸
、２３・・・・・・・・・主分割室、　２４．２６・・
・・・・・・・室、２８．３０・・・・・・・・・出口
、 ３２．３４・・・・・・・・・連結フランジ、３６．３
８・・・・・・・・・導管、　３９・・・・・・・・・
すきま、４０・・・・・・・・・分離器ノズル組立、４
１・・・・・・・・・ノズル、　４２・・・・・・・・
・ハウジング、４２ａ・・・・・・・・・入口、　４４
・・・・・・・・・プラグ部材、４４ａ・・・・・・・
・・中細デア、４６・・・・・・川　よろい張りの円錐
体、　４８・・・・・・・・・噴射管、５０・・・・・
・・・・環状室、　５１・・・・・・・・・　うず巻き
羽根、　５２・・・・・・・・・貫通開口、　５４・・
・・・・・・・前壁、　５６・・・・・・・・・燃焼室
、−６０・・・・・・・・・垂直壁、　６２・・・・・
・・・・環状板、　６４・・・・・・・・・レジスタ・
ベーン、 図面の浄書（内容に変更なし） 昭和　年　月　日 ２１発明の名称　石炭燃焼炉用の燃焼装置と方法３、補
正をする者 事件との関係　出願人 名　称　フォスター　ホイーラー　エナジーコーポレー
ション ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、石炭と空気の混合物を受け入れ二つの流れに分割す
   る手段、前記流れの一方を受け入れ石炭を十分に含む第
   １混合物と空気を十分に含む第一混合物とに分離し、前
   記二つの混合物を燃焼を維持するように噴射する第１ノ
   ズル手段、および前記流れの他方を受け入れ前記二つの
   混合物に対し燃焼を維持するように噴射する第一ノズル
   手段、より成る石炭と空気の混合物を燃焼させる装置。 ２、前記分割手段は、前記流れ内の石炭と空気の相対量
   を変更する調節可能な手段を有している特許請求の範囲
   第１項記載の装置。 ３、前記分割手段は、前記混合物内の石炭と空気の相対
   成分を変更する手段を有している特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の装置。 ４、前記第１ノズル手段は、前記第７混合物と第一混合
   物をそれキ引、噴射する二つの出口を有している特許請
   求の範囲第１項記載の装置。 ５、−　前記第７ノズル手段は、少なくとも壁の一部分
   が複数のよろい張りで作られている円錐体と、前記混合
   物を受け入れそれを前記円錐体を通して軸方向に噴射す
   る入口手段、とを有している特許請求の範囲第１項記載
   の装置。 ６、前記円錐体を通過する石炭と空気の前記流れは、前
   記よろい張シに衝突して、石炭は円錐体の中心に向けて
   偏向させられて前記第７混合物を形成し、空気は前記よ
   ろい張シの間を通り抜けて前記第一混合物を艙成する特
   許請求の範囲第７項記載の装置。 ７、　前記第７ノズル手段は、さらに、前記円錐体の上
   に延び前記円錐体とともに環状通路を形成するハウジン
   グを有しており、前記第一混合物は前記よろい張りを通
   って前記環状通路に流入する特許請求の範囲第５項記載
   の装置。 ８、　さらに、前記環状通路の噴射端に配置され、前記
   第一混合物にうすを与えるうず付与手段を有している特
   許請求の範囲第７項記載の装置。 ９、前記第１混合物は、前記円錐体の端から噴射され、
   前記第２混合物は前記第７混合物の周囲に噴射される特
   許請求の範囲第８項記載の装置。 １０、前記第２ノズル手段は、前記円錐体の上に延びて
   いて、前記他方の流れを前記第１混合物の周囲に噴射す
   る特許請求の範囲第５項または第９項の装置。 １１、石炭と空気の混合物を二つの流れに分割すること
   、前記流れの一方を石炭を十分に含む第１混合物と空気
   を十分に含む第２混合物に分離すること、前記二つの混
   合物を燃焼を維持するように噴射すること、および前記
   流れの他方を燃焼を維持するように前記混合物に対し噴
   射すること、の諸ステッグから成る石炭と空気の混合物
   を燃焼させる方法。 １２、さらに、前記流れ内の石炭と空気の相対量を変ａ
   するステップを含んでいる特許請求の範囲第１１項記載
   の方法。 １３、さらに、前記混合物内の石炭と空気の相対成分全
   変更するステップを含んでいる特許請求の範囲第１１項
   または第１２項記載の方法。 １４、前記第７混合物と前記第２混合物は、別個の出口
   から噴射される特許請求の範囲第１１項記載の方法。 １５、前記分離ステップは、前記一方の流れをよろい張
   シの壁の中を通過させることＫより、前記一方の流れの
   石炭成分が前記よろい張りに衝突するようＫし、前記一
   方の流れの空気成分が前記よろい張シの間を通シ抜ける
   ようにするステップを含んでいる特許請求の範囲第１１
   項記載の方法。 １６、前記分離ステップは、さらに、前記空気成分を環
   状通路に流入させるステップを含んでいる特許請求の範
   囲第１５項記載の方法。 １７、さらに、前記空気成分が前記環状通路から噴射す
   るとき前記空気成分にうすを付与するステップを含んで
   いる特許請求の範囲第１６項記載の方法。 】８．前記第２混合物は前記ｌ混合物の周囲に噴射され
   る特許請求の範囲第１７項記載の方法。 １９、前記他方の流れは、前記第２混合物の周囲に噴射
   される特許請求の範囲第１８項記載の方法。