| 【発明の名称】 |
固体燃料燃焼バーナとその燃焼方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】木山 研滋
【氏名】津村 俊一
【氏名】倉増 公治
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| 【要約】 |
【課題】火炉内の雰囲気温度が低い条件下においても油燃焼に対する火炎中心部の空気流量の不足が生じることなく、かつ微粉炭燃焼時の低ＮＯｘ化に最適な燃焼状態が得られる固体燃料燃焼バーナを提供すること。
【解決手段】一次流路内に微粉炭とその搬送空気の混合流体１を流し、その外周部に二次空気６と三次空気９を流すが、微粉炭燃焼時と油燃焼時とで案内板１１による三次空気３の広がりを変化させる。微粉炭燃焼時にはスリーブ２１を風箱５側に移動させ、空気２３の流量を増やし、案内板１１により三次空気９の広がりを最大限とすることで、火炎中心部に低ＮＯｘ燃焼に必要な燃料過剰な領域を形成し、油バーナ１２による油燃焼時にはスリーブ２１を燃焼炉４側に移動し、案内板１１とスリーブ２１との間隔を狭め、三次空気９の広がりを抑制して火炎中心部への空気の供給を促進し、気相析出カーボンの生成を抑えることが可能となり、石炭燃焼と油燃焼の両方に最適な燃焼が得られる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 粉末固体燃料と該燃料を搬送する気体を燃焼炉に投入する一次ノズルと、該一次ノズルの内部に液体燃料を噴射する液体燃料ノズルを配置し、一次ノズルの外側には単一又は複数の燃焼用含酸素気体を供給する外周流路とを有し、単一もしくは複数の外周流路の先端に、燃焼用含酸素気体をバーナ中心軸に対して外向きに方向を広げる案内板を配置した固体燃料燃焼バーナにおいて、固体燃料燃焼時には、外周流路の燃焼用含酸素気体を外側に広げ、液体燃料燃焼時には、外周流路の燃焼用含酸素気体の外側への広がりを抑制することを特徴とする固体燃料燃焼バーナの燃焼方法。
【請求項２】 液体燃料燃焼状態と固体燃料燃焼状態の両方を確認した結果に基づき、燃焼用含酸素気体の広がりを両方の燃料に対して最適な状態に手動操作もしくは自動操作で調整した後、この状態を固定化することを特徴とする請求項１記載の固体燃料燃焼バーナの燃焼方法。
【請求項３】 粉末固体燃料と該燃料を搬送する気体を燃焼炉に投入する一次ノズルと、該一次ノズルの内部に液体燃料を噴射する液体燃料ノズルを配置し、一次ノズルの外側には単一又は複数の燃焼用含酸素気体を供給する外周流路とを有し、単一もしくは複数の外周流路の先端に、燃焼用含酸素気体をバーナ中心軸に対して外向きに方向を広げる案内板を配置し、かつ外周流路内の上流側に旋回発生装置を備えた固体燃料燃焼バーナにおいて、 燃焼用含酸素気体の広がりを抑制する運転時には旋回発生装置の旋回を弱めるかまたは無旋回として燃焼用含酸素気体の広がりを更に抑制することを特徴とする固体燃料燃焼バーナの燃焼方法。
【請求項４】 粉末固体燃料と該燃料を搬送する気体を燃焼炉に投入する一次ノズルと、該一次ノズルの内部に液体燃料を噴射する液体燃料ノズルを配置し、一次ノズルの外側には単一又は複数の燃焼用含酸素気体を供給する外周流路とを有し、単一もしくは複数の外周流路の先端に、燃焼用含酸素気体をバーナ中心軸に対して外向きに方向を広げる案内板を配置し、燃焼用含酸素気体の外側への広がりを抑制する調整手段を設けたことを特徴とする固体燃料燃焼バーナ。
【請求項５】 燃焼用含酸素気体の広がりを抑制する調整手段は、外周流路内の案内板近傍に配置した円筒形あるいはコーン形のスリーブと、該スリーブをバーナ軸方向に移動調整させる移動調整部材とからなることを特徴とする請求項４記載の固体燃料燃焼バーナ。
【請求項６】 燃焼用含酸素気体の広がりを抑制する調整手段は、外周流路内に配置される円筒形あるいはコーン形のスリーブと、該スリーブにより分割される外周流路の案内板側の分割流路の大きさを調整可能な可変抵抗体とを配置したことを特徴とする請求項４記載の固体燃料燃焼バーナ。
【請求項７】 燃焼用含酸素気体の広がりを抑制する調整手段は、燃焼用含酸素気体を外側に広げる移動調整可能な案内板自体と、該案内板をバーナ軸方向に移動調整させる移動調整部材とからなることを特徴とする請求項４記載の固体燃料燃焼バーナ。
【請求項８】 外周流路の上流側に旋回発生装置を備え、燃焼用含酸素気体の広がりを抑制する調整手段と連動して、旋回発生装置による燃焼用含酸素気体の旋回度合を調整する手段を設けたことを特徴とする請求項４記載の固体燃料燃焼バーナ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃焼装置に係わり、液体燃料燃焼と粉末固体燃料燃焼の両方に対して最適な燃焼を可能とする固体燃料燃焼バーナと該バーナの燃焼方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図８に従来技術の微粉炭燃焼バーナの構造例を示す。燃料の微粉炭と搬送用空気（一次空気）の混合流体１は一次ノズル２を通って燃焼炉４に供給される。一次ノズルの先端にはＬ型保炎器３が配置され、その後流側に形成される混合流体１の循環渦の効果によりバーナ近傍からボイラ火炎が形成される。一次ノズル２の外周には風箱５より燃焼用空気（二次空気６及び三次空気９）が供給される。
【０００３】二次空気６及び三次空気９はそれぞれの旋回発生器７、１０によって外側に広げられ、火炎中心部において空気不足とする、いわゆる燃料過剰な条件が形成されて、微粉炭燃焼時の低ＮＯｘ化に最適な条件が設定される。三次空気９は更に二次空気６と三次空気９の流れの仕切り用の案内板１１によって外側に広げられ、火炎中心部を空気不足とする、いわゆる燃料過剰な条件が形成されて、微粉炭燃焼時の低ＮＯｘ化に最適な燃焼状態が得られる。また、バーナ燃焼開始時には、一次ノズル２の中心部に配置された油バーナ１２を用いて、微粉炭の燃焼始動を促す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術からなる低ＮＯｘバーナは、微粉炭燃焼におけるＮＯｘ低減に関して最適な構造となっている。しかしながら、案内板１１によって三次空気９を広げることにより、ボイラ起動時等の燃焼炉４内の雰囲気温度が低い条件下においては、油バーナ１２を用いる油燃焼に対し、火炎中心部の空気流量が不足し、気相析出カーボン（すす）の発生量を増大させる場合がある。
【０００５】本発明の課題は、燃焼炉内の雰囲気温度が低い条件下においても油燃焼に対する火炎中心部の空気流量の不足が生じることなく、かつ微粉炭燃焼時の低ＮＯｘ化に最適な燃焼状態が得られる微粉炭燃焼バーナを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は次の構成によって解決される。
（１）粉末固体燃料と該燃料を搬送する気体を燃焼炉に投入する一次ノズルと、該一次ノズルの内部に液体燃料を噴射する液体燃料ノズルを配置し、一次ノズルの外側には単一又は複数の燃焼用含酸素気体を供給する外周流路とを有し、単一もしくは複数の外周流路の先端に、燃焼用含酸素気体をバーナ中心軸に対して外向きに方向を広げる案内板を配置した固体燃料燃焼バーナにおいて、固体燃料燃焼時には、外周流路の燃焼用含酸素気体を外側に広げ、液体燃料燃焼時には、外周流路の燃焼用含酸素気体の外側への広がりを抑制することを特徴とする固体燃料燃焼バーナの燃焼方法。
【０００７】（２）液体燃料燃焼状態と固体燃料燃焼状態の両方を確認した結果に基づき、燃焼用含酸素気体の広がりを両方の燃料に対して最適な状態に手動操作もしくは自動操作で調整した後、この状態を固定化することを特徴とする請求項１記載の固体燃料燃焼バーナの燃焼方法。
【０００８】（３）粉末固体燃料と該燃料を搬送する気体を燃焼炉に投入する一次ノズルと、該一次ノズルの内部に液体燃料を噴射する液体燃料ノズルを配置し、一次ノズルの外側には単一又は複数の燃焼用含酸素気体を供給する外周流路とを有し、単一もしくは複数の外周流路の先端に、燃焼用含酸素気体をバーナ中心軸に対して外向きに方向を広げる案内板を配置し、かつ外周流路内の上流側に旋回発生装置を備えた固体燃料燃焼バーナにおいて、燃焼用含酸素気体の広がりを抑制する運転時には旋回発生装置旋回を弱めるかまたは無旋回として燃焼用含酸素気体の広がりを更に抑制することを特徴とする固体燃料燃焼バーナの燃焼方法。
【０００９】（４）粉末固体燃料と該燃料を搬送する気体を燃焼炉に投入する一次ノズルと、該一次ノズルの内部に液体燃料を噴射する液体燃料ノズルを配置し、一次ノズルの外側には単一又は複数の燃焼用含酸素気体を供給する外周流路とを有し、単一もしくは複数の外周流路の先端に、燃焼用含酸素気体をバーナ中心軸に対して外向きに方向を広げる案内板を配置し、燃焼用含酸素気体の外側への広がりを抑制する調整手段を設けたことを特徴とする固体燃料燃焼バーナ。
【００１０】上記燃焼用含酸素気体の広がりを抑制する調整手段は、外周流路内の案内板近傍に配置した円筒形あるいはコーン形のスリーブと、該スリーブをバーナ軸方向に移動調整させる移動調整部材とからなる構成、または外周流路内に配置される円筒形あるいはコーン形のスリーブと、該スリーブにより分割される外周流路の案内板側の分割流路の大きさを調整可能な可変抵抗体とを配置した構成、燃焼用含酸素気体を外側に広げる移動調整可能な案内板自体と、該案内板をバーナ軸方向に移動調整させる移動調整部材とからなる構成とすることができる。
【００１１】また、本発明の上記固体燃料燃焼バーナは外周流路の上流側に旋回発生装置を備え、燃焼用含酸素気体の広がりを抑制する調整手段と連動して、旋回発生装置による燃焼用含酸素気体の旋回度合を調整する手段を設けたものでも良い。
【００１２】上記本発明によれば、石炭燃焼時には案内板により三次空気の広がりを最大限とすることで、火炎中心部に低ＮＯｘ燃焼に必要な燃料過剰な領域を形成し、油燃焼時には三次空気の広がりを抑制して火炎中心部への空気の供給を促進し、気相析出カーボンの生成を抑えることが可能となり、石炭燃焼と油燃焼の両方に最適な燃焼が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面とともに説明する。図１に示す例は、図８に示す従来技術の微粉炭燃焼バーナの構造の三次空気９の流路に広がり抑制スリーブ２１を追加した構成としている。広がり抑制スリーブ２１は該スリーブ２１に連結した調整用軸２２によってバーナ軸方向に前後移動が可能となっている。広がり抑制スリーブ２１を燃焼炉４側に移動すると、抑制スリーブ２１で仕切られた案内板１１に沿って流れる空気２３は抑制スリーブ２１に遮られて燃焼炉４内への供給が抑制される。抑制スリーブ２１より外周側の直進する空気２４のみが供給される。その結果、三次空気９の広がりは抑制される。また、図１の三次空気旋回発生器１０による三次空気９の旋回強度を低下させることにより、三次空気９の広がりはさらに抑制される。このとき、広がり抑制スリーブ２１と案内板１１の間に隙間を開けて、案内板１１を冷却するための少量の空気を供給してもよい。その場合も直進する空気２４の流量が多いため、三次空気９の広がりは抑制される。
【００１４】また、図２のように広がりスリーブ２１を風箱５側に後退させると、案内板１１に沿って流れる空気は図８に示す従来のバーナと同一の構造が形成されるため、三次空気９の広がりは維持される。調整用軸２２に空気シリンダなどの駆動装置を取り付けることにより、自動操作化が可能となる。
【００１５】図４に示す本発明の実施の形態は、三次空気９の流路内に広がり抑制スリーブ２１を固定的に設置し、該スリーブ２１の外周に沿って前後に移動可能な可変抵抗器２５を設けた構成である。可変抵抗器２５を燃焼炉４側方向に移動させることにより、三次空気９の流路内の案内板１１に沿って流れる空気２３の流量を増加させて、三次空気９は広がりを持った流れを形成する。また、可変抵抗器２５を燃焼炉より離れる方向に移動させることにより、可変抵抗器２５の開度を小さくして案内板１１に沿って流れる空気２３の流量を低下させ、案内板１１の影響を受けないかまたは影響の小さな抑制スリーブ２１の外周部を流れる空気２４の流量を増やし三次空気９の広がりを抑制する。
【００１６】可変抵抗器２５の移動は可変抵抗器２５に連結した開度調整用軸２６を用い、該開度調整用軸２６に空気シリンダ等の駆動装置を取り付けることにより、自動操作化が可能となる。
【００１７】図５が示す例は、案内板１１が前後に移動可能な構造となっている。案内板１１をバーナ先端部の位置に移動させることにより、図８の従来の微粉炭燃焼バーナと同等の三次空気９の流れが形成される。また、図６に示すように、案内板１１を風箱５側に移動させることにより、三次空気９は一旦、燃焼炉４の壁面平行部外壁２８に衝突し、空気２４の流れを形成するので三次空気９の広がりは抑制される。案内板１１の移動は案内板１１に連結した調整用軸２７を用い、調整用軸２７に空気シリンダ等の駆動装置を取り付けることにより、自動操作化が可能となる。
【００１８】図７は広がり抑制スリーブ２１としてコーン形を適用した例を示す。本例は案内板１１の高さ（ガス流れ方向に垂直な方向の高さＨ）が高く、図１に示すような円筒状の広がり抑制スリーブ２１を適用すると空気２４の流路面積が確保できない場合に有効な方法である。図１に示す円筒状のスリーブ２１と同様に広がり抑制スリーブ２１’を燃焼炉４側に移動させることにより三次空気９の広がりは抑制され、また広がり抑制スリーブ２１’を風箱５側に引き抜く（点線の位置）ことにより三次空気９に広がりを持たせることが可能である。調整用軸２２’に空気シリンダなどの駆動装置を取り付けることにより、自動操作化が可能となる。
【００１９】また、二次空気６にも案内板１１による空気広がり機構を有するバーナにおいては、前述の三次空気９に対する広がり抑制方法と同様な手法を適用することにより、二次空気６の広がりも抑制される。図３に二次空気６の流路出口に配置される案内板１３の上流側にも広がり抑制スリーブ１４を設けた例を示す。二次空気６及び三次空気９の両方ともに油燃焼時はスリーブ１４を燃焼炉側に調整用軸１５により挿入して空気の広がりを抑制し、また、石炭焚き時にはスリーブ１４を風箱５側に引き抜いて空気の広がりを確保することにより、適正な燃焼を維持することができる。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、石炭燃焼時には案内板により三次空気の広がりを最大限として火炎中心部に低ＮＯｘ燃焼に必要な燃料過剰な領域を形成し、油燃焼時には三次空気の広がりを抑制して火炎中心部への空気の供給を促進し、気相析出カーボンの生成を抑えることが可能となり、石炭燃焼と油燃焼の両方に最適な燃焼が得られる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５４４１
【氏名又は名称】バブコック日立株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）４月１７日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】松永 孝義
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| 【公開番号】 |
特開平１１−３０４１１６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１１月５日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１０７９３８ |
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