| 【発明の名称】 |
バーナと該バーナを備えた燃焼装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】嶺 聡彦
【氏名】下郡 三紀
【氏名】馬場 彰
【氏名】大谷津 紀之
【氏名】寳山 登
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| 【要約】 |
【課題】高価な装置を用いることなく、また燃焼を不安定にさせることなく、バーナ近傍の火炉壁への灰付着を防止し、ＣＯの発生を抑え、火炉壁の腐食を防止することを可能にしたバーナと該バーナを備えた燃焼装置を提供すること。
【解決手段】微粉炭燃料と搬送用空気の混合流体または液体燃料を火炉に投入するための一次流路１と該一次流路１の外周に設けた単一または複数の燃焼用空気を供給する空気流路２〜４と、空気流路４の外周に設けた空気を火炉内で、火炉を構成する壁面に向けて流す最外周空気流路５を設けたバーナである。最外周流路５から燃焼用空気の一部を火炉壁１０に沿って流すことによって、バーナ近傍の火炉壁への灰付着を防止し、ＣＯ発生を抑え、腐食を防止しようとしたものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 固体燃料と搬送用気体の混合流体または液体燃料を火炉に投入するための一次流路と該一次流路の外周に設けた単一または複数の燃焼用含酸素気体を供給する燃焼用含酸素気体流路と、該燃焼用含酸素気体流路のさらに外周に設けた燃焼用含酸素気体を火炉内で、火炉壁面に向けて流す最外周燃焼用含酸素気体流路を設けたことを特徴とするバーナ。
【請求項２】 最外周燃焼用含酸素気体流路の先端に火炉壁面に沿って燃焼用含酸素気体を流すための偏向板を設けたことを特徴とする請求項１記載のバーナ。
【請求項３】 最外周燃焼用含酸素気体流路には気体流量を調整する流量調整機構を設けたことを特徴とする請求項１記載のバーナ。
【請求項４】 最外周燃焼用含酸素気体流路の外側に、火炉壁面に接するように断熱材をリング状に設けたことを特徴とする請求項１記載のバーナ。
【請求項５】 断熱材が最外周燃焼用含酸素気体流路と一体になっていることを特徴とする請求項４記載のバーナ。
【請求項６】 請求項１記載のバーナを備えたことを特徴とする燃焼装置。
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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、固体燃料または液体燃料用のバーナと該バーナを備えたボイラなどの燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】オイルショック以降，我が国の事業用火力発電ボイラにおいては、微粉炭焚ボイラが急速に増加し、数多く建設されている。これらボイラに用いられる微粉炭燃焼システムには、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、分級により所定の大きさ以下の微粉を搬送用空気で微粉炭バーナへ直接供給する燃焼システムが実用化されている。そして、微粉炭燃焼用バーナとしては、ＮＯｘ低減を目的としたもの、広域負荷（最低負荷の切り下げ）を目的としたものを中心に開発実用化の研究が行われている。
【０００３】図４に微粉炭焚きボイラの燃焼系統図を示す。石炭はバンカ１３３に貯蔵され、燃焼装置の負荷に応じて石炭フィーダ１３４からミル１２４に送られる。微粉炭搬送用空気はＰＡＦ（Primary Air Fan）１２５で加圧され、熱交換器１２１０を通過後、一次熱空気ダクト１３０からダンパ１２２を経てミル１２４に送られるか、またはＰＡＦ１２５で加圧された空気は熱交換器１２１０を迂回して一次冷空気ダクト１３１からダンパ１２３を経てミル１２４に送られる。ミル１２４で粉砕された微粉炭は送炭管１３２を経てボイラ火炉１２１の微粉炭バーナ１２８に搬送される。
【０００４】一方、燃焼用空気はＦＤＦ（Force Draft Fan）１２９から熱交換器１２１０を経由して、風箱１２７に入り、ボイラ１２１のバーナ部の二次流路及び三次流路へ搬送される。
【０００５】なお、ボイラ火炉１２１から排出される排ガスは脱硝装置１３５、熱交換器１２１０、集塵機１３６、脱硫装置１３７を順次経由して大気中に排出される。また、ボイラ排ガスの一部はＧＲＦ１２１１により火炉１２１下部のＧＲ投入ダクト１２１２から火炉１２１内に再投入される。
【０００６】微粉炭バーナの低ＮＯｘ化技術としては、燃焼用空気を分割し、火炎中心部にＮＯｘ還元雰囲気を形成しやすいように、微粉炭と燃料搬送用の一次空気との混合流体用の流路である一次流路の外周から火炉内に供給される燃焼用空気に旋回をかけて、一次流路内に供給される一次空気のみで着火燃焼している前記混合流体との混合を遅らせる方式の技術があり、そのような方式のバーナでは、一次流路の外周に設けられる複数の燃焼用空気流路の中でより外周側の燃焼用空気流路の空気量ほど供給量を増加させている。
【０００７】このような燃焼用空気の多段投入方式のバーナの中に、燃焼用空気三分割方式バーナがあり、微粉炭低ＮＯｘバーナ（特許第１７５０４５９号）で実用化されている。
【０００８】上記した石炭燃焼ボイラなど微粉炭燃焼装置において、問題となるのはバーナまわりの火炉壁（以下、水壁または火炉壁ともいう。）に形成されるスラグの付着である。バーナ近傍では、雰囲気温度が高いことに加えて石炭の濃度が火炉の他の部分と比較して高いことから、火炉壁にスラグが付着しやすい。また、バーナ回りはガス流れの循環領域になることから、この領域に粒子が取り込まれると火炉壁に付着する確率が高くなり、バーナ近傍の火炉壁にスラグが付着しやすくなる。
【０００９】従来の石炭焚きボイラにおける灰（スラグ）の除去装置としては、スートブロア（火炉出口バンク部分の伝熱管に付着した灰除去装置）や、ウォールブロア（火炉内の水壁面に付着した灰の除去装置）が実用化されているが、バーナ近傍には設置されていない。バーナ近傍の火炉壁での灰付着を防止する方法として、三次空気の一部を火炉壁面に沿って流すバーナ構造（特開平８−２８５２３１号）があるが、三次空気の一部を火炉壁に沿って流すため、火炎の安定性が図れない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】火炉伝熱壁も表面に灰やスラグが付着すると、この領域における熱伝達効率が低下して、ボイラ効率が低下する原因になる。
【００１１】この対策として従来スートブロアやウォールブロアを用いて圧縮性の流体をノズルから吹き出して、その圧力で付着スラグを吹き飛ばしていた。しかし、この方法では吹き飛ばす範囲が狭いことや、ボイラ稼動の際に周囲の灰を同伴することから、伝熱管表面にこれら粒子が吹き付けられ、伝熱管表面の摩耗が起こるんなどの問題点が指摘されていた。そのため、バーナ近傍の火炉壁には取り付けることはできなかった。
【００１２】また、バーナ近傍の火炉壁に圧縮性の流体をノズルから吹き出すと、燃焼を不安定にするという問題がある。さらに、スートブロア装置やウォールブロア装置を稼動させるためには高価な動力源である圧縮空気や蒸気を必要とし、これらは発電効率を低下させる因子として働くので、できるだけこれらの装置の稼動を減らすことが必要とされている。
【００１３】また、三次空気流の一部を火炉壁に沿って流すバーナ構造では、三次空気流を分割するため、本来の三次空気の役割を果たせず、燃焼が不安定になるという問題がある。
【００１４】また、従来の燃焼装置では、バーナ近傍の火炉壁付近は燃焼ガス流れのよどみ領域であるため、ＣＯが発生し、火炉壁の腐食も起こりやすいという問題がある。
【００１５】そこで本発明の課題は、高価な装置を用いることなく、また燃焼を不安定にさせることなく、バーナ近傍の火炉壁への灰付着と火炉壁の腐食を防止し、さらにＣＯの発生を抑えることを可能にしたバーナと該バーナを備えた燃焼装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記の課題は固体燃料と搬送用気体の混合流体または液体燃料を火炉に投入するための一次流路と該一次流路の外周に設けた単一または複数の燃焼用含酸素気体を供給する燃焼用含酸素気体流路と、該燃焼用含酸素気体流路のさらに外周に設けた燃焼用含酸素気体を火炉内で、火炉壁面に向けて流す最外周燃焼用含酸素気体流路を設けたバーナにより解決される。
【００１７】本発明は、最も外周の流路である最外周燃焼用含酸素気体流路から燃焼用空気の一部を火炉壁に沿って流すことによって、バーナ近傍の火炉壁への灰付着と火炉壁の腐食を防止し、ＣＯ発生を抑えようとしたものである。
【００１８】また、最外周燃焼用含酸素気体流路の先端に火炉壁面に沿って燃焼用含酸素気体を流すための偏向板を設けることで、最も外周の気体流路から流す燃焼用空気を確実に火炉壁に沿って流し、バーナ近傍の燃焼を不安定にすることを防止することができる。
【００１９】最外周燃焼用含酸素気体流路に気体流量を調整する流量調整機構を設けると、バーナの最外周からの気体流量を調整することができ、火炉壁にスラグを付着させやすい性状の燃料を用いる時には気体流量を多くし（例えば４０ｍ／ｓ）、火炉壁にスラグが付着しにくい性状の燃料を用いる時には気体流量は、火炉壁によどみ領域ができない程度の流量（例えば２０ｍ／ｓ）とすることができる。
【００２０】また、最外周燃焼用含酸素気体流路の外側に、火炉壁面に接するように断熱材をリング状に設けても良い。バーナの燃焼用含酸素気体流路を形成する部材として、従来ボイラなどの燃焼装置では用いることのできなかった断熱材を用いることによって、火炉壁を傷つけることなく、断熱材と共に偏向板を抜け出せるのでバーナを取り出しやすくなり、バーナのメンテナンス性を高めることができる。
【００２１】さらに、断熱材と最外周燃焼用含酸素気体流路を一体化した構成にすると、バーナのメンテナンス性をより高くすることができる。
【００２２】本発明は前記バーナを備えたボイラ、加熱炉などの燃焼装置も含む。
【００２３】
【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に示す実施の形態について説明する。図１に示すバーナのノズル配管は複数の流路からなり、中心から液体燃料噴射ノズル１、微粉炭と微粉炭搬送用空気の混合流体用流路（以下、微粉炭流路と言うことがある）２、二次空気流路３、三次空気流路４、最外周空気流路５の順で同心軸上に配置されている。
【００２４】最外周空気流路５の先端に火炉壁面に沿って空気を流すための偏向板６を設ける。また、微粉炭流路２の出口部の外周には保炎板７を配置し、三次空気流路４には三次空気旋回器９を設け、この三次空気旋回器９は外部から操作できる三次空気調整器（図示せず）により三次空気流の旋回の強さを制御できるようになっている。
【００２５】また、二次空気流路３から火炉１２１（図４）内に噴出する二次空気流は三次空気流に同伴され、三次空気流は強い旋回により周囲に広がる。一方、微粉炭流路２から噴出する微粉炭流は、ほぼ直進流としてバーナから火炉内に噴出されるから、外向きに広がる二次空気流及び三次空気流との混合が遅れ、高い微粉炭濃度を保持したまま、着火保炎領域を形成するとともに、バーナ近傍に広い還元領域を形成してＮＯｘを低減する。最外周空気流路５の出口部には偏向板６が設けてあり、最外周空気は火炉壁１０に沿うように流れる。なお、微粉炭バーナに用いられる液体燃料噴射ノズル１はバーナ起動時に微粉炭燃料の着火用に用いられる。
【００２６】図１のバーナでは、低ＮＯｘ火炎を保持するため最外周空気流路５から少量の最外周空気を流す。最外周空気流量はダンパ１１で調整し、理論空気量に対して０．１以下の割合で、火炉壁にスラグが付着しやすい性状の燃料を用いる時は最大の割合で、火炉壁にスラグが付着しにくい性状の燃料を用いる時はバーナ間によどみ領域ができない程度の割合で流す。ダンパ１１は最外周空気の流量調整のために用いる。
【００２７】最外周空気流は三次空気流に同伴されずに、偏向板６により火炉壁１０に沿うように流すため、その流速は２０〜４０ｍ／ｓとする。偏向板６は焼損のおそれがあるが、その内側には常に最外周空気流が流れているので焼損することはない。また内側に常に空気を流して冷却していることから、偏向板６にスラグが付着するおそれはない。
【００２８】最外周空気流は火炉壁１０に沿うように流すため、その内側で形成される低ＮＯｘバーナの性能を低下させることはなく、燃焼を不安定にすることもない。微粉炭流のバーナ出口での流速はノズル配管内への微粉炭の堆積防止（最低流速の確保）及び配管の摩耗に対する考慮（最大流速の制限）から１５〜２５ｍ／ｓとし、周囲への広がりを抑制するために旋回は与えない構造とする。火炉壁１０とバーナをつなぐ最外周空気流路５の外周部は断熱材８がリング状に設けられており、断熱材８と一体化したバーナが容易に火炉外方向に抜き出せ、メンテナンス性に優れた構造になっている。
【００２９】次に、図２に示す本発明の第二の実施の形態を説明する。図２は液体燃料バーナに適用した例である。図２に示すバーナのノズル配管も図１に示すバーナのノズル配管と同じく複数の流路からなり、中心から液体燃料噴射ノズル１、一次空気流路２、二次空気流路３、三次空気流路４、最外周空気流路５の順で同心軸上に配置される。
【００３０】三次空気流路４には三次空気旋回器９が設けられており、この三次空気旋回器９は外部から操作できる三次空気調整器（図示せず）により三次空気流の旋回の強さを制御できるようになっている。
【００３１】また、最も外周の燃焼用気体流路である最外周空気流路５の出口先端には、少量の燃焼用空気が火炉壁１０に沿って流れるような偏向板６が設けてある。また、最外周空気流路５にはダンパ１１を設けて流量調整を行う。
【００３２】図２に示すバーナのように燃料用流路の外周部の空気流路を四分割以上した場合にも、最も外周の空気流量を理論空気量の０．１以下にし、その気体を火炉壁１０に沿うように流す。
【００３３】バーナ部の断熱材８と最外周の空気流路５の関係の実施の形態を図３（図３（ａ）はバーナ部の一部拡大断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線矢視図）を使って説明する。最外周空気流路５と断熱材８は断熱材接続部材１２で接続され、一体化している。断熱材８と最外周空気流路５が一体化になっていることで、先の図１及び図２に示したバーナ部の交換が容易になり、メンテナンス性に優れた構造となっている。
【００３４】本発明の以上の実施の形態で説明したバーナは、低ＮＯｘバーナの性能を低下させることなく、また燃焼を不安定にすることなくバーナ近傍の火炉壁への灰付着と火炉壁の腐食防止、ＣＯ発生の抑制という効果がある。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、高価な装置を用いることなく、また低ＮＯｘバーナの性能を低下させずに、燃料の安定な燃焼ができ、しかもバーナ近傍の火炉壁への灰付着と火炉壁の腐食を防止し、ＣＯの発生を抑えることを可能にしたバーナと該バーナを備えた燃焼装置を提供することができる。
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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１１年６月３０日（１９９９．６．３０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９６５４１
【弁理士】
【氏名又は名称】松永 孝義
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１２７０３（Ｐ２００１−１２７０３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１月１９日（２００１．１．１９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１８５５５０ |
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