JPWO2012114370A1 - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

燃料とその搬送気体との混合物を火炉１８内に噴出させる筒状の燃料ノズル３と該ノズル３の外周に設けられた燃焼用空気を火炉内に噴出させる筒状の１以上の空気ノズル８，１１と該ノズル８，１１に共通して燃焼用空気を供給するウィンドボックス１２を有するバーナ１９を複数個、火炉１８の炉壁１０に並べて設置したボイラであって、ウィンドボックス１２はバーナ１９の軸方向に対して垂直方向に向いた一つの方向から燃焼用空気が流入する開口部１２ａ，１２ｂを有し、該開口部から並進して流入する平行な複数の空気流路を形成するように仕切板１４で区画し、複数の流路のうち一部の流路は燃焼用空気ノズル８の上側、残りの流路は該ノズル８の下側に接続され、複数の燃焼用空気流路には、それぞれ独立に空気の運動量偏差用ダンパ１５，さらに空気流量調整用ダンパ１７を設け、バーナ１９の火炎の向きを負荷などの燃焼条件に応じて火炉１８内の上下方向で変更可能にする。

Description

本発明は微粉炭バーナを有する微粉炭焚きボイラ等の燃焼装置に関する。

微粉炭焚きボイラの微粉炭バーナを用いる燃焼方法には、燃焼排ガス中の窒素酸化物（以下ＮＯｘと記す）排出量を低減するために、燃料を空気不足の状態で燃焼させた後、完全燃焼用の空気をアフタエアポートから供給する二段燃焼法が適用されている。

より一層、ボイラ火炉出口の排ガス中のＮＯｘ濃度を低減させるためには、以下のような手段を用いることができる。

（１）アフタエアポートの火炉設置位置を高くし、バーナとアフタエアポートの間のＮＯｘ還元域に至る間の燃焼ガスの滞留時間を増加させる。

（２）空気過剰率（投入空気量／理論空気量）をできるだけ低減してサーマルＮＯｘを従来より減少させる。

しかし、上記（１）の技術は、完全燃焼域が火炉の下流域（火炉の上方部）に移行することから、また、（２）については、理論空気量に近接するほど燃焼温度が増加することから、火炉出口の排ガス温度が上昇する。このため、ボイラの後部熱伝面の蒸気温度及びメタル温度が上昇し、伝熱面材料、伝熱面配置等を従来のままとした設計では、チューブリークが発生する可能性が高くなる。従って、後部伝熱面の設計温度を従来よりも高くしなければならず、強度及び耐熱性の観点から材料の高品質化を図る必要に迫られるという問題がある。

上述のバーナからアフタエアポートの火炉内のＮＯｘ還元域に至る間の燃焼ガスの滞留時間を増加させたり、空気過剰率（投入空気量／理論空気量）を従来より低減するようなＮＯｘ低減策を採りつつ、後部伝熱面の設計温度を従来と同等にするため、バーナの火炎の向きを負荷などの燃焼条件に応じて火炉上下方向に可変とすることが考えられる。即ち、バーナ火炎の向きを下向きとして、バーナとアフタエアポートの間のＮＯｘ還元域における燃焼ガスの滞留時間を増加させるようにすれば、アフタエアポートの火炉設置位置は従来と同等でも良く、バーナ火炎の燃焼温度が高温となっても、その位置は従来よりも火炉内の下方（上流）側となるので、火炉出口の排ガス温度は従来と同等にすることができる。

特開２００８−１２１９２４号公報には、可動式のノズルを有するバーナが開示されている。このような火炉に直面した輻射熱の大きな部位において、ノズルを可動式とした場合、炉内に付着したクリンカの落下による損傷や、可動性の確保に対する配慮が必要である。

また、特開２００２−１４７７１３号公報には、バーナの周方向で空気流量に偏差を与えることで、火炎の向き（燃焼領域）を変化させるバーナが示されている。
ここで示されている空気流入方向が少なくとも２方向以上ある燃焼用空気ノズルを有するバーナでは、火炉外壁において複数のバーナのそれぞれの燃焼用空気流路をダクトで接続し、共通のウィンドボックスを設けるためには、前記ダクトの取り回しが複雑になる。

特開２００８−１２１９２４号公報 特開２００２−１４７７１３号公報

前述のように、特開２００８−１２１９２４号公報記載の可動式のノズルを有するバーナを用いる場合は、火炉に直面した輻射熱の大きな部位において、ノズルを可動式とした場合に炉内に付着したクリンカの落下による損傷や、可動性の確保に対する配慮が必要である。

また、特開２００２−１４７７１３号公報記載の空気流入方向が少なくとも２方向以上ある燃焼用空気ノズルを有するバーナも、前述のように火炉外壁において複数のバーナのそれぞれの燃焼用空気流路を共通のダクトで接続しているためには、前記ダクトの取り回しが複雑になる。

本発明の課題は、バーナの火炎の向きを負荷などの燃焼条件に応じて火炉内の上下方向に可変として、後部伝熱面の設計温度を従来と同等にできる燃焼装置を提供することにある。

上記課題は、次の解決手段で解決される。
請求項１記載の発明は、燃料とその搬送気体との混合物を火炉１８内に噴出させる筒状の燃料ノズル１と前記燃料ノズル１の外周に設けられた燃焼用気体を火炉１８内に噴出させる筒状の１以上の燃焼用気体ノズル８，１１と該燃焼用気体ノズル８，１１に燃焼用気体を供給するウィンドボックス１２を有するバーナ１９を複数個、火炉１８の炉壁１０に並べて設置した燃焼装置であって、前記ウィンドボックス１２は前記バーナ１９の軸方向に対して垂直方向に向いた一つの方向から燃焼用気体が流入する燃焼用気体流入用開口部１２ａ，１２ｂを有し、該燃焼用気体流入用開口部１２ａ，１２ｂから燃焼用気体が並進して流入する平行な複数の流路を形成するように区画され、該複数の流路のうち、一部の流路は前記燃焼用気体ノズル８，１１の上側、残りの流路は燃焼用気体ノズル８，１１の下側に接続され、前記複数の流路には、それぞれ独立に燃焼用気体の流量を調整する第１の流量調整手段１５が設けられることを特徴とする燃焼装置である。

請求項２記載の発明は、複数の前記ウィンドボックス１２に燃焼用気体を火炉１８の外部から供給する一つのダクト１６が、該ウィンドボックス１２が設置される炉壁１０の外側に設置されることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置である。
請求項３記載の発明は、前記一つのダクト１６の内部又は外部に複数の前記ウィンドボックス１２が並べて設置されることを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼装置である。

請求項４記載の発明は、前記第１の流量調整手段１５の上流側に個々のバーナ１９に流入する前記燃焼用気体の流量を調節する第２の流量調節手段１７がそれぞれのウィンドボックス１２内に設けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃焼装置である。

本発明の燃焼装置においては、複数の燃焼用気体ノズル８，１１にはそれぞれ燃焼用気体流量の調整用の第１の流量調節手段１５を設けているので、第１の流量調節手段１５の開度を調整することで、バーナ１９から火炉内に噴出する燃焼用気体の運動量を上下独立に調節できる。例えば、上記第１の流量調節手段１５を調整して燃焼用気体ノズル８又は１１から火炉１８内に噴出する空気流量をバーナ１９の上側に比べて下側からの運動量（空気噴出流量）を増加させることで、火炎を下向きに偏向させることができる。火炎を下向きに偏向させることで火炉１８内の最大熱負荷域が下方に移行し、火炉１８の熱吸収が増加し、火炉出口排ガス温度を低減できる。また、バーナ１９の下方に火炎を偏向させることでバーナ１９の燃焼域を下方に移行させることで、バーナ１９とバーナ１９の下流側の炉壁１０に設けたアフタエアポート２４の間の火炉１８内におけるＮＯｘ還元域の滞留時間が、火炎の噴出方向を水平にした場合より長くなり、排ガス中のＮＯｘ濃度が従来技術より低減する。
また、第１の流量調節手段１５の上流側に第２の流量調節手段１７を設けることで、個別のバーナ１９に供給する空気量を調整することができる。

請求項１記載の発明によれば、バーナ１９から火炉１８内に噴出する燃焼用気体に上下方向で運動量の偏差を与えることで火炎を偏向させ、火炉の熱吸収を制御することができる。これにより、火炉１８の後部伝熱面の温度制御機器の削減が可能となる。また既設の燃焼装置を改造する場合に後部伝熱面の蒸気温度及びメタル温度を従来と変えずに、アフタエアポート設置位置及び空気過剰率の変更によるＮＯｘ低減技術を適用することができる。また、火炉１８内の下方に向けて火炎を偏向させることでバーナ１９の燃焼域を下方に移行させ、バーナ１９とアフタエアポート２４の間のＮＯｘ還元域の滞留時間を、火炎の噴出方向を水平にした場合より長くして排ガス中のＮＯｘ濃度を従来より低減させることができる。
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、一つの火炉壁面１０の外側に設けられるウィンドボックス１２に供給する燃焼用気体をまとめて一つのダクト１６から供給することができ、複数のバーナ１９への燃焼用気体供給系統を単純な構造とすることができる。
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、一つのダクト１６の内部又は外部に複数の前記ウィンドボックス１２を炉壁１０の外側に並べて設置したことにより、複数のウィンドボックス１２とダクト１６の建設が簡単になる。
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、一つのウィンドボックス１２に設けられる第１の流量調節手段１５によりバーナ１９の上下の燃焼用気体の運動量に偏差を与えることができ、第１の流量調節手段１５の上流側に第２の流量調節手段１７を設けることで、個別のバーナ１９に供給する燃焼用気体量を調整することが容易にできるようになる。

本発明による微粉炭ボイラシステムを示す概略図である。 本発明の一実施例に係わる微粉炭バーナ断面図である。 本発明の一実施例のウィンドボックスの斜視図（図３（ａ））と該ウィンドボックスに係わる風洞試験結果を示す図（図３（ｂ））である。 図２のＡ−Ａ線断面図（図４（ａ））と図２のＢ−Ｂ線断面図（図４（ｂ））のウィンドボックスの一例である。 図２のＡ−Ａ線断面図（図５（ａ））と図２のＢ−Ｂ線断面図（図５（ｂ））のウィンドボックスの一例である。 本発明の一実施例に係わるウィンドボックスを燃焼気体搬送用ダクトと接続し、燃焼用空気の供給方法を示す図である。 本発明の一実施例に係わるウィンドボックスを燃焼気体搬送用ダクト内に設置し、燃焼用空気の供給方法を示す図である。 図２のＡ−Ａ線断面図のウィンドボックスの一例である。 図２のＡ−Ａ線断面図のウィンドボックスの一例である。 本発明の一実施例に係わるウィンドボックスを燃焼気体搬送用ダクトと接続し、燃焼用空気の供給方法を示す図である。 本発明の一実施例に係わるウィンドボックスを燃焼気体搬送用ダクト内に設置し、燃焼用空気の供給方法を示す図である。 図２のＡ−Ａ線断面図のウィンドボックスの一例である。 図２のＡ−Ａ線断面図のウィンドボックスの一例である。 本発明の一実施例に係わるウィンドボックスを燃焼気体搬送用ダクトと接続し、燃焼用空気の供給方法を示す図である。 本発明の一実施例に係わるウィンドボックスを燃焼気体搬送用ダクト内に設置し、燃焼用空気の供給方法を示す図である。 図２のＡ−Ａ線断面図（図１６（ａ））と図２のＢ−Ｂ線断面図（図１６（ｂ））のウィンドボックスの一例である。 図２のＡ−Ａ線断面図（図１７（ａ））と図２のＢ−Ｂ線断面図（図１７（ｂ））のウィンドボックスの一例である。 本発明の一実施例に係わるウィンドボックスを燃焼気体搬送用ダクト内に設置し、燃焼用空気の供給方法を示す図である。 本発明の一実施例に係わるウィンドボックスを燃焼気体搬送用ダクトと接続し、燃焼用空気の供給方法を示す図である。

図１には本発明に係る微粉炭ボイラシステムを示し、図２には図１の微粉炭ボイラシステムに係わる微粉炭バーナ１９の断面図であり、図３には微粉炭バーナ１９のウィンドボックス１２の斜視図（図３（ａ））と該ウィンドボックス１２に係わる風洞試験結果を示す図（図３（ｂ））である。
なお、本発明の燃料としては、微粉炭に限らず、気流搬送可能な程度に微粉化された固体燃料であれば、その種類や組成は問わない。また燃料搬送用気体および燃焼用気体として、主に空気を用いる場合について記載しているが、必ずしも空気のみに限定されるものではなく、燃焼排ガスや空気または酸素と燃焼排ガスとの混合気体等、ボイラなどの燃焼装置の燃料搬送用気体および燃焼用気体として用いられるものであれば、その種類や組成を問わない。

図１に示す微粉炭ボイラシステムは、ボイラ火炉１８の炉壁１０に複数段設けられたバーナ１９に微粉炭と燃焼用空気を供給して微粉炭を燃焼させて炉壁１０を構成する図示しない水管壁及び火炉内に設けられた図示しない過熱器などの熱交換器を加熱して水蒸気を発生させる。

バーナ１９に供給する微粉炭はバンカ２０内の石炭をミル２１で粉砕して微粉炭とし、ブロア２３で微粉炭を気流搬送してバーナ１９に供給する。またバーナ１９とアフタエアポート２４に供給する燃焼用空気はブロア２５によりダクト１６を経由して供給され、微粉炭バーナ１９にはボイラ炉壁１０の外側に配置されたウィンドボックス１２から燃焼用空気が供給される。

微粉炭バーナ１９の中心軸に油噴霧ノズル７とその外周に微粉炭と搬送用空気との固気二相流１が流れる燃料ノズル３を配置、該燃料ノズル３の外周に燃焼用空気２を噴出する２次空気ノズル８と３次空気ノズル１１が設けられる。図２に示すように３次空気ノズル１１の外周壁はウィンドボックス１２で構成されている。
また、油噴霧ノズル７はバーナ１９の起動時または低負荷燃焼時に助燃のために使用する。燃料ノズル３のノズル内径を狭めるためのベンチュリ６を燃料ノズル３の内周壁に配置し、微粉炭濃縮器５を燃料ノズル３の出口部付近の油噴霧ノズル７の外周に設ける。燃料ノズル３と２次空気ノズル８を隔てる隔壁の先端（ノズル３，８の出口部）に保炎器４を設け、また２次空気ノズル８と３次空気ノズル１１を隔てる隔壁の先端（ノズル８，１１の出口部）に流体をバーナ１９の中心軸から拡散する方向に向けたガイドスリーブ１３を設ける。

このように、本実施例では各バーナ１９は、油噴霧ノズル７、燃料ノズル３、２次空気ノズル８、３次空気ノズル１１及び３次空気ノズル１１の外周壁を構成するウィンドボックス１２から構成され、このバーナ１９が火炉１８の炉壁１０に設置されている。
以下、図面を用いて説明するが、本発明はそれらの構造に限定されるものではない。

本実施例の微粉炭バーナ１９のウィンドボックス１２の斜視図を図３（ａ）に示し、図２のＡ−Ａ線断面図（図４（ａ））と図２のＢ−Ｂ線断面図（図４（ｂ））を図４に示す。なお、図４以下の図面に記す黒塗りの矢印は燃焼用空気の流入方向を示す。

また、図４には重油ノズル７、微粉炭ノズル３は示してなく、ウィンドボックス１２の円筒状の貫通孔内に重油ノズル７と微粉炭ノズル３が設置される。該貫通孔の炉壁は２次空気用ノズル８の外壁を構成する。

図４に示すように、微粉炭バーナ１９の中心軸方向に対して垂直方向に燃焼用空気の入口１２ａ，１２ｂを設けたウィンドボックス１２が配置され、該ウィンドボックス１２に設けた貫通孔にあたかも挿入されたように２次空気用ノズル８が配置されている。

またウィンドボックス１２には、２つの燃焼用空気入口１２ａ，１２ｂが設けられ、２つの燃焼用空気入口（燃焼用気体開口部）１２ａ，１２ｂを仕切る仕切板１４が設けられ、該仕切板１４はウィンドボックス１２の前記貫通孔を構成する２次空気ノズル８の外壁を２分する箇所の外側に接続している。

仕切板１４で上下に２分されたウィンドボックス１２の内部の燃焼用空気入口１２ａ，１２ｂの近傍にはウィンドボックス１２内に導入される燃焼用空気の流れを横断する方向に回転軸を有し、燃焼用空気の流れる面積を変更する上下のダンパ１５ａ，１５ｂをそれぞれ設け、２つのダンパ１５ａ，１５ｂの回転角度をそれぞれ別々に調整することで微粉炭バーナ１９から噴出する燃焼用空気の運動量にウィンドボックス１２の内部の上下で偏差を与えることができる。

例えば、上方のダンパ１５ａを閉動作し、下方のダンパ１５ｂを開動作することで、バーナ１９の下方の燃焼用空気の噴出量が増加し、バーナ１９の下方の燃焼用空気の運動量が増加することでボイラ火炉１８内での火炎を下向きに偏向させることができる。
なお、ダンパ１５ａ，１５ｂの平面を燃焼用空気の流れに沿った方向に配置した状態でウィンドボックス１２の入口開口部から長さＬ１だけ該ボックス１２の内側にダンパ１５ａ，１５ｂを配置している。

風洞試験により３次空気ノズル１１から火炉内に噴出する３次空気のバーナ１９の上下の運動量に偏差を与える試験をした火炎下方偏向時の３次空気流路出口速度分布の結果を図３（ｂ）に示す。この風洞試験により上下の回動式ダンパ１５ａ，１５ｂの回動角度を調整することでバーナ１９下方の燃焼用空気の運動量を増加することを確認できた。バーナ１９の上側の火炉１８内に火炎を偏向させる場合には、上方の回動式ダンパ１５ａを開動作し、下方の回動式ダンパ１５ｂを閉動作する。

微粉炭バーナ１９にはガイドスリーブ１３を先端に有する２次空気ノズル８を設けているので燃焼用空気を段階的に噴出できる構造となっている。上記２次空気ノズル８の外周部には開口部８ａを上下に２つ設けており、図２に示すように前記開口部８ａから２次空気ノズル８内へ供給される空気量を調整するスライド式ダンパ９ａ，９ｂ等のような空気量調整機構を設けることが望ましい。

例えば上側の回動式ダンパ１５ａを閉動作し、下側の回動式ダンパ１５ｂを開動作することでバーナ１９の下側からの燃焼用空気の噴出量を増加させる際に、２次空気ノズル８の上部開口部８ａをスライド式ダンパ９ａで全閉することで、上側の２次空気ノズル８と３次空気ノズル１１への空気流入を防ぎ、２次空気ノズル８から火炉ｆ１８内に噴出する空気の運動量を周方向にほぼ均一に保つことができ、保炎性を保持することができる。

なお、２次空気ノズル８の上部開口部８ａをスライド式ダンパ９ａで全閉にしても、しなくても２次空気ノズル８にどこかから燃焼用空気が流入してさえいれば、２次空気ノズル８から火炉１８内に噴出する空気の運動量を２次空気ノズル８の周方向にほぼ均一に保つことができるが、火炉１８内での火炎の下側への偏向を弱くしたくなければ、２次空気ノズル８の上部開口部８ａをスライド式ダンパ９ａで全閉することが必要である。

上記燃焼用空気の流入量の調節により保炎性を保ちつつ、バーナ１９の上半分と下半分の燃焼用空気の運動量に偏差を与えるだけで、火炉１８内の火炎の向きを偏向させることができる。図５に示すウィンドボックス１２内を仕切板１４で２分した燃焼用空気入口１２ａ，１２ｂを、さらに２分して、各燃焼用空気入口１２ａ，１２ｂにそれぞれダンパ１５ａａ，１５ａｂとダンパ１５ｂａ，１５ｂｂを設けた場合も同じようにバーナ１９の上半分と下半分の燃焼用空気の運動量に偏差を与えて火炉１８内の火炎の向きを偏向させることができる。

本実施例は図６に示すように前記ウィンドボックス１２を有するバーナ１９をボイラ火炉１８の炉壁１０に設置し、炉壁１０の外側に設けたダクト１６から燃焼用空気をバーナ１９に供給する。ただし、ダクト１６の配置はボイラ構造及び前記バーナ１９の炉壁１０への設置角度に依存する。また、図７に示すように前記ウィンドボックス１２を有するバーナ１９をダクト１６の内部にそれぞれ配置しても、バーナ１９の上半分と下半分の燃焼用空気の運動量に偏差を与えて火炉１８内の火炎の向きを偏向させることができる。

本実施例では、図８と図９に示すようにバーナ１９の中心軸方向に対して垂直方向にある上方からのみ燃焼用空気が流入するウィンドボックス１２を設け、該ウィンドボックス１２内に複数の仕切板１４及び回動式ダンパ１５を設けており、ダンパ１５を調整することで火炉内に噴出する燃焼用空気の運動量を上下に偏差を与えることができる。

図８に示すように本実施例では、前記バーナ１９の中心軸方向に対して垂直方向にある上方の燃焼用空気入口１２ａ，１２ｂの１方向からのみ燃焼用空気が流入するウィンドボックス１２を３分割するように仕切板１４を設けている。さらに上記ウィンドボックス１２の３分割された空気流入路の上流側に空気量調整器のダンパ１５ａ，１５ｂ，１５ｂをそれぞれ設けている。そのためバーナ１９の上側にはウィンドボックス１２の中央部から空気が流入し、バーナ１９の下側にはウィンドボックス１２の左右から空気が流入する。

図９に示す実施例では、前記バーナ１９の中心軸方向に対して垂直方向にある上方の燃焼用空気入口１２ａ，１２ｂの１方向からのみ燃焼用空気が流入するウィンドボックス１２を４分割するように仕切板１４を２個設けている。さらに上記ウィンドボックス１２の中央部の燃焼用空気入口１２ａを２分割して、それぞれの空気流入路の上流側に空気量調整器のダンパ１５ｂ，１５ａａ，１５ａｂ，１５ｂを設けている。図９に示す場合もバーナ１９の上側にはウィンドボックス１２の上側中央部から空気が流入し、バーナ１９の下側にはウィンドボックス１２の左右から空気が流入する。

図８と図９に示すウィンドボックス１２において、例えば中央部の燃焼用空気入口１２ａの近くのダンパ１５ａ又はダンパ１５ａａ，１５ａｂを閉動作し、左右の燃焼用空気入口１２ｂ，１２ｂの近くの他の２つのダンパ１５ｂ，１５ｂを開動作することでバーナ１９の下方の燃焼用空気の噴出量が増加し、バーナ１９の下側への燃焼用空気流の運動量が増加して火炉１８内での火炎を下向きに変更することができる。風洞試験にて３次空気のバーナ１９の上下の運動量に偏差を与える試験をした結果は図３に示した通りである。

このように３つ又は４つのダンパ１５によるウィンドボックス１２内への燃料用空気の流入量の調整により、火炉１８内のバーナ１９の下側の運動量を増加できることが確認できる。火炉内のバーナ１９の上側に火炎を偏向する場合も上記運転の逆の動作を行うことで対応できる。

ウィンドボックス１２内にはガイドスリーブ１３を先端に有する２次空気ノズル８を設けており、燃焼用空気を段階的に噴出できる構造となっている。上記２次空気ノズル８の外壁には開口部８ａを設けており、２次空気ノズル８への空気量を調整できる図２に示すスライド式ダンパ９ａ，９ｂのような空気量調整機構を用いて前記開口部８ａの開口度を調整することが望ましい。例えば図８に示す中央部の燃焼用空気入口１２ａの近くのダンパ１５ａを閉動作し、左右の燃焼用空気入口１２ｂ，１２ｂの近くの２つのダンパ１５ｂ，１５ｂを開動作することで火炉１８内の下方の燃焼用空気の噴出量が増加する際に、ウィンドボックス１２の上側にある２次空気ノズル８の開口部８ａをスライド式ダンパ９ａ，９ｂにより全閉することで、バーナ１９上方の３次空気ノズル１１への流入を防ぎ、２次空気ノズル８からの火炉１８内に噴出する空気の運動量は周方向にほぼ均一に保つことができ、保炎性を保持することができる。

上記運転により保炎性を保ちつつ、３次空気のバーナ１９上下の運動量に偏差を与えるだけで、火炎を偏向することを可能となる。これらの構造及び運転方法は図９に示すようにウィンドボックス１２の中央部の燃焼用空気入口１２ａを２分割して、その近くにダンパ１５ａａ，１５ａｂを設けた場合もダンパ調整方法により同じ効果を得ることができる。

本実施例は、図１０に示すように前記ウィンドボックス１２を有するバーナ１９をボイラ火炉１８の炉壁１０の外側に設置し、ウィンドボックス１２に接続するダクト１６に図示の流入方向から燃焼用空気を入れる構造である。ただし、ダクト１６の配置はボイラ構造及び前記バーナ１９の炉壁１０への設置角度に依存する。また、図１１に示すように前記ウィンドボックス１２を有するバーナ１９をダクト１６の内部にそれぞれ配置しても同様の運用方法を実行できる。

図１２及び図１３に示す本実施例は、前記バーナ１９の中心軸に対して垂直方向の下方の燃焼用空気入口１２ａ，１２ｂからのみ燃焼用空気が流入するウィンドボックス１２を設け、該ウィンドボックス１２内を複数の仕切板１４で仕切り、仕切板１４で仕切られたウィンドボックス１２の各燃焼用空気ノズル内にダンパ１５ｂ，１５ａ，１５ｂ；１５ｂ，１５ａａ，１５ａｂ，１５ｂをそれぞれ設け、該ダンパ１５ｂ，１５ａ，１５ｂ；１５ｂ，１５ａａ，１５ａｂ，１５ｂの開閉度を調整することでバーナ１９から火炉１８に向けて噴出する燃焼用空気の運動量をバーナ１９の上下に偏差を与える構造を有する。

図１２に示す本実施例はバーナ１９の中心軸方向に対して垂直方向の下側の１方向からのみ燃焼用空気が流入するウィンドボックス１２を３分割するように仕切板１４，１４を設けた構造となっている。さらに上記ウィンドボックス１２の３分割された空気流入路１２ｂ，１２ａ，１２ｂの上流部に空気量調整器のダンパ１５ｂ，１５ａ，１５ｂをそれぞれ設けている。そのためバーナ１９の下側にはウィンドボックス１２の中央部の燃焼用空気入口１２ａからの空気が流入し、バーナ１９の上側にはウィンドボックス１２の左右の燃焼用空気入口１２ｂ，１２ｂから空気が流入する。

こうして、例えばウィンドボックス１２の中央部の燃焼用空気入口１２ａの近くのダンパ１５ａを開動作し、左右の燃焼用空気入口１２ｂ，１２ｂの近くのダンパ１５ｂ，１５ｂを閉動作することでバーナ１９の下側の燃焼用空気の噴出量が増加し、バーナ１９の下側への燃焼用空気の運動量が増加することで火炉１８内の火炎を下向きに変更することができる。風洞試験にて３次空気の上下の運動量に偏差を与え試験した結果は図３に示す通りである。

３つのダンパ１５ｂ，１５ａ，１５ｂの開閉度を調整することでバーナ１９の下側の運動量を増加できることが確認でき、火炉１８内でバーナ１９の上側に火炎を偏向する場合も上記運転の逆の動作を行うことで対応できる。

ウィンドボックス１２内にはガイドスリーブ１３を有する２次空気ノズル８を設けており、燃焼用空気をバーナ１９出口から拡大する方向に噴出する構造となっている。また上記２次空気ノズル８には開口部８ａ（図２）を設けており、図２に示すスライド式ダンパ９を設けて開口部８ａからの空気流入量を調整することが望ましい。例えばウィンドボックス１２の中央部の燃焼用空気入口１２ａの近くのダンパ１５ａを閉動作し、左右の燃焼用空気入口１２ｂ，１２ｂの近くのダンパ１５ｂ，１５ｂを開動作することでバーナ１９の上方の燃焼用空気の噴出量が増加する際に、ウィンドボックス１２の下側にある２次空気ノズル８の開口部８ａをスライド式ダンパ９により全閉とすることで、バーナ１９の下側の３次空気ノズル１１への空気流入を防ぎ、２次空気ノズル８から火炉１８内に向けて噴出する空気の運動量を周方向にほぼ均一に保つことができ、保炎性を保持することができる。上記運転により保炎性を保ちつつ、３次空気噴出量を調整してバーナ１９の上下で空気の運動量に偏差を与えるだけで、火炎を偏向することを可能とする。これらの構造及び運転方法は図１３のようにウィンドボックス１２の下側両側に燃焼用空気入口１２ｂ，１２ｂを設け、中央部の燃焼用空気入口１２ａを２分割して、それぞれの空気流入路の上流側にダンパ１５ｂ，１５ａａ，１５ａｂ，１５ｂを設けた場合にも適用でき、前記ダンパ１５ｂ，１５ａａ，１５ａｂ，１５ｂの調整方法により同じ効果を得ることができる。

本実施例は、図１４に示すように前記ウィンドボックス１２を有するバーナ１９をボイラ炉壁１０に設置し、炉壁１０の外側に設けたダクト１６から燃焼用空気をバーナ１９に供給することを特徴とする。ただし、ダクト１６の配置はボイラ構造及び前記バーナ１９の設置角度に依存する。また、図１５に示すように前記ウィンドボックス１２を有するバーナ１９をダクト１６の内部にそれぞれ配置しても同様の運用方法が行える。

上記本実施例３によれば、火炉１８内の火炎を下向きに偏向することで火炉１８の最大熱負荷域が下方に移行するので火炉の熱吸収が増加し、火炉１８の出口排ガス温度を低減でき、さらにバーナ１９の燃焼域を下方に移行させて、バーナ１９とアフタエアポート２４の間の火炉１８内でのＮＯｘ還元域の滞留時間を、燃焼域をバーナ１９の上下方向に均等に形成させる場合より延長してＮＯｘ濃度を低減できる微粉炭バーナ１９を提供できる。

本実施例は上記実施例１から３の構成に加えて、ダンパ１５の上流側にそれぞれのバーナ１９に流入する燃焼用空気の流量を調節するための個別のバーナ１９の供給空気量調整器である第２ダンパ１７を設けた構成である。
ボイラ炉壁１０に複数配置されているバーナ１９へ供給される燃料には分布が生じ得るので、燃料供給量に見合った燃焼用空気流量となるように１つ１つのバーナ１９ごとに燃焼用空気流量を調節できることが望まれる。
ここで、第１ダンパ１５のみでも、その開度を１つ１つのバーナ１９ごとに調節すれば、燃焼用空気流量を調節できるが、本来、バーナ１９の上下の燃焼用空気の運動量に偏差を与える目的で設けた第１ダンパ１５に前記燃料供給量に見合った燃焼用空気流量を調節する機能を重ねて持たせると、その制御が難しくなる。
そこで、本実施例においては、前記それぞれ異なる２つの機能を分担する第１ダンパ１５と第２ダンパ１７を独立して設けている。
図１６と図１７は、実施例１（図４、５）で説明したバーナ１９の上下の空気運動量に偏差を与える第１ダンパ１５ａ，１５ｂに加え、第１ダンパ１５ａ，１５ｂの上流側に各バーナ１９に流入する燃焼用空気流量を調節するための第２ダンパ１７ａ，１７ｂを設けた構成を示す。
前述のとおり、例えばバーナ１９の上下の燃焼用空気運動量に偏差を与える第１ダンパ１５ａ，１５ｂの中の上側の第１ダンパ１５ａを閉動作し、下側の第１ダンパ１５ｂを開動作することでバーナ１９の下側の燃焼用空気の噴出量が増加し、バーナ１９の下方への燃焼用空気の運動量が増加すると、火炉１８内での火炎が下向きに偏向する（図３（ｂ）参照）。
第１ダンパ１５ａ，１５ｂの上流に第２ダンパ１７ａ，１７ｂを設けることで、バーナ１９の上下の燃焼用空気の運動量の偏差を抑制することなく、それぞれのバーナ１９に流入する燃焼用空気流量を個別に調整することができる。
個別のウィンドボックス１２内でそれぞれのバーナ１９の上下の燃焼用空気運動量に偏差を与える調節器としての第１ダンパ１５ａ，１５ｂが第２ダンパ１７ａ，１７ｂの下流側に設けられていれば良く、第２ダンパ１７ａ，１７ｂが配置される場所を問わない。
また、第１ダンパ１５ａ，１５ｂ及び第２ダンパ１７ａ，１７ｂ共に図示したバタフライ型のダンパの代わりに重ね合わせた複数の多孔板をスライドさせて開孔面積を調節するようなものを用いても良く、気体流量の調節機能を有するものであれば、その構造は問わない。

本実施例では、ウィンドボックス１２内には図２に示すようなガイドスリーブ１３を有する２次空気ノズル８を設けており、燃焼用空気をバーナ１９の出口から火炉１８内に向けて拡げながら噴出する構造となっている。２次空気ノズル８は開口部８ａを設けており、２次空気ノズル８への空気量を調整できるスライド式ダンパ９を設けることが望ましい。
例えば、図１６に示すウィンドボックス１２内の上方の第１ダンパ１５ａを閉動作し、下方の第１ダンパ１５ｂを開動作することでバーナ１９の下方の燃焼用空気の噴出量が増加する際に、ウィンドボックス１２内の上方にある２次空気ノズル８の開口部８ａをスライド式ダンパ９ａにより全閉することで、ウィンドボックス１２内の上方の３次空気ノズル１１への燃焼用空気の流入を防ぎ、２次空気ノズル８からの火炉１８内へ噴出する燃焼用空気の運動量はバーナ１９の周方向にほぼ均一に保つことができ、保炎性を保持することができる。
上記第１ダンパ１５ａ，１５ｂとスライド式ダンパ９ａの操作により、バーナ１９での保炎性を保ちつつ、バーナ１９の上下の３次空気の運動量に偏差を与えるだけで、火炉１８内の火炎を偏向させることができる。

これらの構造及び運転方法は図１７に示すようにウィンドボックス１２内の燃焼用空気入口１２ａ，１２ｂをそれぞれ２分割して、各燃焼用空気入口１２ａ，１２ｂに第１ダンパ１５ａａ，１５ａｂ；１５ｂａ，１５ｂｂと第２ダンパ１７ａａ，１７ａｂ；１７ｂａ，１７ｂｂを設けるダンパ調整方法により、バーナ１９の上下の燃焼用空気の運動量の偏差を抑制することなく、それぞれのバーナ１９に流入する燃焼用空気流量を個別に調整することができる。

本実施例でも図１８に示すようにウィンドボックス１２を有するバーナ１９をダクト１６の内部にそれぞれ配置する。火炉壁１０の水平方向に複数個、列状に配置したバーナ１９の個別空気量を図１６及び図１７の第２ダンパ１７（１７ａ，１７ｂ及び１７ａａ，１７ａｂ；１７ｂａ，１７ｂｂ）をウィンドボックス１２内に設けることで調整することができる。
また、図１９に示すように図１６及び図１７に示す前記ウィンドボックス１２を有するバーナ１９をボイラの炉壁１０の外側に設置し、火炉１８の外部からの燃焼用空気をダクト１６を経由してそれぞれのウィンドボックス１２を有するバーナ１９に供給する構成にしても良い。

本発明は火炎偏向と熱吸収制御機能、個別バーナ１９の燃焼用気体流量調節機能を付加することで、さらに産業上の利用可能性が高まる。

１ 固気二相流 ２ 燃焼用空気
３ 燃料ノズル ４ 保炎器
５ 微粉炭濃縮器 ６ ベンチュリ
７ 重油ノズル ８ ２次空気ノズル
９ スライド式ダンパ １０ ボイラ炉壁
１１ ３次空気ノズル １２ ウィンドボックス
１３ ガイドスリーブ １４ 仕切板
１５（１５ａ，１５ａａ，１５ａｂ，１５ｂ，１５ｂａ，１５ｂｂ） ダンパ（第１の流量調整手段）
１６ ダクト
１７（１７ａ，１７ａａ，１７ａｂ，１７ｂ，１７ｂａ，１７ｂｂ） ダンパ（第２の流量調整手段）
１８ ボイラ火炉 １９ バーナ
２０ バンカ ２１ ミル
２３ ブロア ２４ アフタエアポート
２５ ブロア

上記課題は、次の解決手段で解決される。
請求項１記載の発明は、燃料とその搬送気体との混合物を火炉（１８）内に噴出させる筒状の燃料ノズル（１）と前記燃料ノズル（１）の外周に設けられた燃焼用気体を火炉（１８）内に噴出させる筒状の１以上の燃焼用気体ノズル（８，１１）と該燃焼用気体ノズル（８，１１）に燃焼用気体を供給するウィンドボックス（１２）を有するバーナ（１９）を複数個、火炉（１８）の炉壁（１０）に並べて設置した燃焼装置であって、前記ウィンドボックス（１２）は前記バーナ（１９）の軸方向に対して垂直方向に向いた一つの方向から燃焼用気体が流入する燃焼用気体流入用開口部（１２ａ，１２ｂ）を有し、該燃焼用気体流入用開口部（１２ａ，１２ｂ）の燃焼用気体が流入する前記一つの方向は全てのバーナ（１９）に共通する方向であり、前記ウィンドボックス（１２）は燃焼用気体流入用開口部（１２ａ，１２ｂ）から燃焼用気体が並進して流入する平行な複数の流路を形成するように区画され、該複数の流路のうち、一部の流路は前記燃焼用気体ノズル（８，１１）の上側、残りの流路は燃焼用気体ノズル（８，１１）の下側に接続され、前記複数の流路には、それぞれ独立に燃焼用気体の流量を調整する第１の流量調整手段（１５）が設けられることを特徴とする燃焼装置である。

請求項２記載の発明は、複数の前記ウィンドボックス（１２）に燃焼用気体を火炉（１８）の外部から供給する一つのダクト（１６）が、該ウィンドボックス（１２）が設置される炉壁（１０）の外側に設置されることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置である。
請求項３記載の発明は、前記一つのダクト（１６）の内部又は外部に複数の前記ウィンドボックス（１２）が並べて設置されることを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼装置である。

請求項４記載の発明は、前記第１の流量調整手段（１５）の上流側に個々のバーナ（１９）に流入する前記燃焼用気体の流量を調節する第２の流量調節手段（１７）がそれぞれのウィンドボックス（１２）内に設けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃焼装置である。

本発明の燃焼装置においては、複数の燃焼用気体ノズル（８，１１）にはそれぞれ燃焼用気体流量の調整用の第１の流量調節手段（１５）を設けているので、第１の流量調節手段（１５）の開度を調整することで、バーナ（１９）から火炉内に噴出する燃焼用気体の運動量を上下独立に調節できる。例えば、上記第１の流量調節手段（１５）を調整して燃焼用気体ノズル（８）又は（１１）から火炉（１８）内に噴出する空気流量をバーナ（１９）の上側に比べて下側からの運動量（空気噴出流量）を増加させることで、火炎を下向きに偏向させることができる。火炎を下向きに偏向させることで火炉（１８）内の最大熱負荷域が下方に移行し、火炉（１８）の熱吸収が増加し、火炉出口排ガス温度を低減できる。また、バーナ（１９）の下方に火炎を偏向させることでバーナ（１９）の燃焼域を下方に移行させることで、バーナ（１９）とバーナ（１９）の下流側の炉壁（１０）に設けたアフタエアポート（２４）の間の火炉（１８）内におけるＮＯｘ還元域の滞留時間が、火炎の噴出方向を水平にした場合より長くなり、排ガス中のＮＯｘ濃度が従来技術より低減する。
また、第１の流量調節手段（１５）の上流側に第２の流量調節手段（１７）を設けることで、個別のバーナ（１９）に供給する空気量を調整することができる。

請求項１記載の本発明によれば、コンパクトな構成で、バーナ（１９）から火炉（１８）内に噴出する燃焼用気体に上下方向で運動量の偏差を与えることで火炎を偏向させ、火炉の熱吸収を制御することができる。これにより、火炉（１８）の後部伝熱面の温度制御機器の削減が可能となる。また既設の燃焼装置を改造する場合に後部伝熱面の蒸気温度及びメタル温度を従来と変えずに、アフタエアポート設置位置及び空気過剰率の変更によるＮＯｘ低減技術を適用することができる。また、火炉（１８）内の下方に向けて火炎を偏向させることでバーナ（１９）の燃焼域を下方に移行させ、バーナ（１９）とアフタエアポート（２４）の間のＮＯｘ還元域の滞留時間を、火炎の噴出方向を水平にした場合より長くして排ガス中のＮＯｘ濃度を従来より低減させることができる。
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、一つの火炉壁面（１０）の外側に設けられるウィンドボックス（１２）に供給する燃焼用気体をまとめて一つのダクト（１６）から供給することができ、複数のバーナ（１９）への燃焼用気体供給系統を単純な構造とすることができる。
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、一つのダクト（１６）の内部又は外部に複数の前記ウィンドボックス（１２）を炉壁（１０）の外側に並べて設置したことにより、複数のウィンドボックス（１２）とダクト（１６）の建設が簡単になる。
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、一つのウィンドボックス（１２）に設けられる第１の流量調節手段（１５）によりバーナ（１９）の上下の燃焼用気体の運動量に偏差を与えることができ、第１の流量調節手段（１５）の上流側に第２の流量調節手段（１７）を設けることで、個別のバーナ（１９）に供給する燃焼用気体量を調整することが容易にできるようになる。

Claims (4)

1. 燃料とその搬送気体との混合物を火炉内に噴出させる筒状の燃料ノズルと前記燃料ノズルの外周に設けられた燃焼用気体を火炉内に噴出させる筒状の１以上の燃焼用気体ノズルと該燃焼用気体ノズルに燃焼用気体を供給するウィンドボックスを有するバーナを複数個、火炉の炉壁に並べて設置した燃焼装置であって、
   前記ウィンドボックスは前記バーナの軸方向に対して垂直方向に向いた一つの方向から燃焼用気体が流入する燃焼用気体流入用開口部を有し、該燃焼用気体流入用開口部から燃焼用気体が並進して流入する平行な複数の流路を形成するように区画され、該複数の流路のうち、一部の流路は前記燃焼用気体ノズルの上側、残りの流路は燃焼用気体ノズルの下側に接続され、前記複数の流路には、それぞれ独立に燃焼用気体の流量を調整する第１の流量調整手段が設けられることを特徴とする燃焼装置。
2. 複数の前記ウィンドボックスに燃焼用気体を火炉の外部から供給する一つのダクトは、該ウィンドボックスが設置される炉壁の外側に設置されることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
3. 前記一つのダクトの内部又は外部に複数の前記ウィンドボックスが並べて設置されることを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼装置。
4. 前記第１の流量調整手段の上流側に個々のバーナに流入する前記燃焼用気体の流量を調節する第２の流量調節手段がそれぞれのウィンドボックス内に設けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃焼装置。

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