(57)【要約】【課題】火炎の外周に形成される高温酸素残存領域を抑制することにより、ＮＯｘ発生量の低減を可能にした旋回燃焼ボイラを提供する。【解決手段】微粉炭及び空気を炉内へ投入するバーナ２０が各段の各コーナ部に配置される旋回燃焼方式のバーナ部とされ、各段にそれぞれ１または複数の旋回火炎が形成される旋回燃焼ボイラにおいて、バーナ２０が、微粉炭及び空気を投入する微粉炭バーナ２１と、該微粉炭バーナ２１の周囲に配置された２次空気投入用の２次空気投入ポート３０とを備え、微粉炭バーナ２１は、投入する微粉炭の一部を火炎Ｆ外周の高温酸素残存領域Ｈに向けて吹き込むためのキック機構４０を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体燃料及び空気を炉内へ投入するバーナが各段の各コーナ部あるいは各壁面部に配置される旋回燃焼方式のバーナ部とされ、各段にそれぞれ１または複数の旋回火炎が形成される旋回燃焼ボイラにおいて、
前記バーナが、粉体燃料及び空気を投入する燃料バーナと、該燃料バーナの周囲に配置された２次空気投入用の２次空気投入ポートとを備え、
前記燃料バーナが、投入する前記粉体燃料の一部を火炎外周の高温かつ酸素残存領域に向けて吹き込むための燃料分散投入手段を備えていることを特徴とする旋回燃焼ボイラ。
【請求項２】
前記燃料分散投入手段が、前記燃料バーナの出口先端部に設けられて前記粉体燃料の一部をはねつけて分散させるキック機構であることを特徴とする請求項１に記載の旋回燃焼ボイラ。
【請求項３】
前記燃料分散投入手段が、前記燃料バーナに隣接して設けられ、前記粉体燃料の一部を投入する独立した燃料投入ポートであることを特徴とする請求項１に記載の旋回燃焼ボイラ。
【請求項４】
前記燃料分散投入手段が、前記２次空気投入ポートの内側または外側に設置されて粉体燃料の一部を投入する補助燃料ポートであることを特徴とする請求項１に記載の旋回燃焼ボイラ。
【請求項５】
前記バーナ部の上部に追加空気投入部を備え、前記バーナ部から前記追加空気等入部までの領域を還元雰囲気とする空気の多段投入が行われることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の旋回燃焼ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば微粉炭等の粉体燃料を焚くボイラに適用される旋回燃焼ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微粉炭焚きボイラとしては、旋回燃焼ボイラ及び対向燃焼ボイラが知られている。
このうち、微粉炭焚きの旋回燃焼ボイラにおいては、燃料の微粉炭とともに石炭バーナから投入される１次空気の上下に２次空気投入用の２次空気投入ポートを設置し、石炭バーナ周囲の２次空気について流量調整を行っている。なお、２次空気投入用の２次空気投入ポートは、オイルバーナを兼ねる場合もある。
【０００３】
上述した１次空気は、燃料の微粉炭を搬送するために必要な空気量であり、石炭を粉砕して微粉炭とするローラミル装置において空気量が規定される。
上述した２次空気は、旋回燃焼ボイラ内において火炎全体を形成するために必要となる空気量を吹き込むものである。従って、旋回燃焼ボイラの２次空気量は、概ね微粉炭の燃焼に必要な全空気量から１次空気量を差し引いたものとなる。
【０００４】
一方、対向燃焼ボイラのバーナにおいては、１次空気（微粉炭供給）の外側に２次空気及び３次空気を導入して空気導入量の微調整を行うことが提案されている。（たとえば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００６−１８９１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の微粉炭焚きボイラにおいては、旋回燃焼ボイラ及び対向燃焼ボイラに係わらず、１次空気とともに微粉炭を投入する石炭バーナの外周及び上下に２次空気投入ポートを設置し、これらの２次空気投入ポートから投入する２次空気量を調整することによって、石炭バーナ周囲の２次空気に関する流量調整を行っている。
ところで、火炉内に形成される火炎の外周には高温でかつ酸素が残存する領域（以下、「高温酸素残存領域」と呼ぶ）が形成され、特に２次空気が集中する領域では、高温酸素残存領域が強くなってＮＯｘ発生量を増加させる要因となっている。
【０００６】
しかしながら、従来の旋回燃焼ボイラ及び対向燃焼ボイラにおいては、２次空気投入ポートから投入される２次空気量のみを調整しているので、高温酸素残存領域の形成を抑制して低ＮＯｘ化を達成するには限界があった。
このような背景から、従来の旋回燃焼ボイラにおいては、火炎の外周に形成される高温酸素残存領域を抑制し、ＮＯｘ発生量を低減することが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、火炎の外周に形成される高温酸素残存領域を抑制（弱く）することにより、ＮＯｘ発生量の低減を可能にした旋回燃焼ボイラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る旋回燃焼ボイラは、粉体燃料及び空気を炉内へ投入するバーナが各段の各コーナ部に配置される旋回燃焼方式のバーナ部とされ、各段にそれぞれ１または複数の旋回火炎が形成される旋回燃焼ボイラにおいて、前記バーナが、粉体燃料及び空気を投入する燃料バーナと、該燃料バーナの周囲に配置された２次空気投入用の２次空気投入ポートとを備え、前記燃料バーナが、投入する前記粉体燃料の一部を火炎外周の高温かつ酸素残存領域に向けて吹き込むための燃料分散投入手段を備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
このような旋回燃焼ボイラによれば、前記バーナが、粉体燃料及び空気を投入する燃料バーナと、該燃料バーナの周囲に配置された２次空気投入用の２次空気投入ポートとを備え、前記燃料バーナが、投入する前記粉体燃料の一部を火炎外周の高温かつ酸素残存領域に向けて吹き込むための燃料分散投入手段を備えているので、高温かつ酸素残存領域の酸素濃度を下げるとともに、粉体燃料の還元・化学冷却効果によって、保炎力を保ったままＮＯｘ発生量の低減が可能になる。
【０００９】
本発明の旋回燃焼ボイラにおいて、前記燃料分散投入手段は、前記燃料バーナの出口先端部に設けられて前記粉体燃料の一部をはねつけて分散させるキック機構であることが好ましく、これにより、燃料バーナから火炉内へ投入される粉体燃料の流れは、キック機構に衝突することにより分散されるので、粉体燃料の一部を火炎外周の高温かつ酸素残存領域に向けて投入することができるとともに、後流に乱れを生じることから、保炎効果も期待できる。
【００１０】
本発明の旋回燃焼ボイラにおいて、前記燃料分散投入手段は、前記燃料バーナに隣接して設けられ、前記粉体燃料の一部を投入する独立した燃料投入ポートであることが好ましく、これにより、１次空気の操作条件の影響を受けることなく、狙った場所に微粉炭を供給することができる。
【００１１】
上記の発明において、前記燃料分散投入手段は、前記２次空気投入ポートの内側または外側に設置されて粉体燃料の一部を投入する補助燃料ポートであることが好ましい。この場合、補助燃料ポートが２次空気投入ポートの内側にあれば、高温かつ酸素残存領域に効果的に粉体燃料を供給することが可能であり、補助燃料ポートが２次空気投入ポートの外側にあれば、２次空気の流速による影響を受けることなく粉体燃料を供給することができる。
【００１２】
本発明の旋回燃焼ボイラにおいては、前記バーナ部の上部に追加空気投入部を備え、前記バーナ部から前記追加空気等入部までの領域を還元雰囲気とする空気の多段投入を行うことが好ましく、これにより、火炎外周に形成される高温かつ酸素残存濃度領域の抑制による窒素酸化物低減と、還元雰囲気にして燃焼排ガス中の窒素酸化物を低減することとの相乗効果により、窒素酸化物の発生量をより一層低減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
上述した本発明によれば、燃料バーナから投入する微粉炭等の粉体燃料について、火炎外部の高温かつ酸素残存領域に向けて一部を分散投入するので、燃料側の調整により火炎の外周に形成される高温かつ酸素残存領域を抑制して低ＮＯｘ化を可能にした旋回燃焼ボイラを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る旋回燃焼ボイラの一実施形態を図面に基づいて説明する。
図５に示す旋回燃焼ボイラ１０は、火炉１１内へ空気を多段で投入することにより、バーナ部１２から追加空気投入部（以下、「ＡＡ部」と呼ぶ）１４までの領域を還元雰囲気にして燃焼排ガスの低ＮＯｘ化を図っている。還元雰囲気となるバーナ部１２からＡＡ部１４までの距離については、すなわち、還元燃焼ゾーンの距離（高さ）については、長くなるほど燃焼ガスの滞留時間が長くなってＮＯｘ発生量は小さくなる。なお、図中の符号２０は微粉炭等の粉体燃料及び空気を投入するバーナ、１５は追加空気を投入する追加空気投入ノズルであり、以下の説明では、旋回燃焼ボイラ１０が、粉体燃料として微粉炭を使用する微粉炭焚きとする。
【００１５】
このように、上述した旋回燃焼ボイラ１０は、微粉炭（粉体燃料）及び空気を火炉１１内へ投入するバーナ２０が各段の各コーナ部に配置される旋回燃焼方式のバーナ部１２とされ、各段にそれぞれ１または複数の旋回火炎が形成される旋回燃焼方式を採用している。そして、バーナ部１２の各バーナ２０は、たとえば図１に示すように、微粉炭及び空気を投入する微粉炭バーナ２１と、該微粉炭バーナ２１の周囲となる上下に各々配置されて２次空気を投入する２次空気投入ポート３０とを備えている。
【００１６】
微粉炭バーナ２１は、１次空気により搬送された微粉炭を投入する矩形状のコール１次ポート２２と、コール１次ポート２２の周囲を取り囲むように設けられて２次空気の一部を投入するコール２次ポート２３とを備えている。
微粉炭バーナ２１の上下には、２次空気投入用として各々独立した２次空気投入ポート３０が設けられている。そして、微粉炭バーナ２１には、燃料として投入する微粉炭の一部を火炎Ｆの外周に形成される高温でかつ酸素が残存する領域（高温酸素残存領域）Ｈに向けて吹き込むための燃料分散投入手段として、コール１次ポート２２の出口先端部（ポート開口部）に設けられ、微粉炭の一部をはねつけて分散させるキック機構４０を備えている。
【００１７】
図示のキック機構４０は、コール１次ポート２２の出口先端部を横断して出口開口を３分割する上下一対の棒状部材４１，４２により構成され、いずれも略三角形の断面形状を有している。すなわち、キック機構４０を構成する上下一対の棒状部材４１，４２は、微粉炭バーナ２１のコール１次ポート２２において、中央部及び上下両端部に微粉炭及び１次空気が通り抜ける開口を形成するように、上下方向に所定の間隔を設けて平行に配置されている。
また、キック機構４０の棒状部材４１，４２は、三角断面形状の傾斜面を利用することにより、コール１次ポート２２に形成された上下両端部の開口を通り抜ける微粉炭の流れが上下方向に導かれて、火炎Ｆの外周部に形成される高温酸素残存領域Ｈへ向けて吹き込むように取り付けられている。すなわち、棒状部材４１，４２の傾斜面は、棒状部材４１，４２に衝突した微粉炭の流れを上下方向に広げる方向の速度成分を与えるので、微粉炭の一部は、図中に矢印ｆで示すように、上下方向へ分散して広がるとともに、火炎Ｆの外周に形成されている高温酸素残存領域Ｈへ向けて投入される。
【００１８】
このようにして、微粉炭バーナ２１から投入される微粉炭の一部を火炎Ｆの外周に形成される高温酸素残存領域Ｈに向けて吹き込むことにより、火炎Ｆの外側では、微粉炭濃度が増して保炎性の向上に貢献する。すなわち、微粉炭バーナ２１から投入される微粉炭の一部を火炎Ｆの外周に形成される高温酸素残存領域Ｈに向けて吹き込むことにより、高温酸素残存領域Ｈの酸素濃度を下げるとともに、粉体燃料の還元・化学冷却効果によって、保炎力を保ったままＮＯｘ発生量の低減が可能になる。換言すれば、微粉炭バーナ２１から火炉１１内へ投入される微粉炭の流れは、キック機構４０に衝突することにより分散されるので、微粉炭の一部を火炎Ｆの外周に形成される高温酸素残存領域Ｈに向けて投入することができる。また、キック機構４０を設けることにより、キック機構４０の後流側に生じる流れの乱れにより、保炎効果も期待することができる。
【００１９】
また、燃料分散投入手段については、上述したキック機構４０に代えて、たとえば図２に示すような第１変形例を採用してもよい。
この第１変形例では、バーナ２０Ａの燃料分散手段として、微粉炭バーナ２１に隣接する燃料投入ポート５０を設けてもよい。この燃料投入ポート５０は、微粉炭バーナ２１の上下に独立して設けられている。従って、微粉炭及び１次空気の一部は、燃料投入ポート５０の根元付近から分岐した専用の流路を通り、火炎Ｆの外周に形成される高温酸素残存領域Ｈへ向けて投入される。このような燃料投入ポート５０は、微粉炭バーナ２１から投入される１次空気側の操作条件から影響を受けることなく、狙った場所に向けて微粉炭を供給することができる。なお、微粉炭の一部を高温酸素残存領域Ｈに向けて吹き込むことによる作用・効果は、上述した実施形態と同様である。
【００２０】
図３に示す第２変形例及び図４に示す第３変形例では、燃料分散投入手段として補助燃料投入ポート６０，７０が設けられている。
図３に示す補助燃料投入ポート６０は、微粉炭の一部を高温酸素残存領域Ｈに向けて投入するように、２次空気投入ポート３０Ａの内側に設置されている。図示の構成例では、補助燃料投入ポート６０の先端部に分配器６１を設けてあり、２次空気側から投入する微粉炭量の割合を調整できるようになっている。このようにしても、高温酸素残存領域Ｈに向けて微粉炭を効果的に投入することができるので、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００２１】
また、図４に示す補助燃料投入ノズル７０は、微粉炭の一部を高温酸素残存領域Ｈに向けて投入するように、２次空気投入ポート３０Ａの外側に設置されている。図示の構成例では、補助燃料投入ノズル７０の先端部が外向きに折曲されており、微粉炭は高温酸素残存領域Ｈに向けて投入される。このようにすれば、バーナ間距離は広がるものの、２次空気の流速による影響を受けることはなく、従って、高温酸素残存領域Ｈに向けて微粉炭を正確に投入できるようになり、高温酸素残存領域Ｈに向けて微粉炭を効果的に投入してＮＯｘの発生を抑制できる。
【００２２】
また、上述した旋回燃焼ボイラ１０において、２次空気投入ポート３０から投入される２次空気量は、バーナ部１２からＡＡ１４までの領域を還元雰囲気とする空気の多段投入との間で分配されることが望ましい。すなわち、複数に分割された２次空気投入ポート３０から投入する２次空気量については、ＡＡ部１４から空気を多段投入する二段燃焼との併用により、２次空気投入ポート３０から投入される２次空気量を低減できる。従って、火炎Ｆの外周に形成される高温酸素残存濃度領域Ｈの抑制による低ＮＯｘ化と、還元雰囲気にして燃焼排ガスの低ＮＯｘ化を図ることとの相乗効果により、ＮＯｘの発生量をより一層低減することができる。
【００２３】
このように、上述した本発明の旋回燃焼ボイラ１０によれば、微粉炭バーナ２１から投入する微粉炭について、火炎Ｆの外部に形成される高温酸素残存領域Ｈに向けて一部を分散投入するので、すなわち、空気側ではなく燃料側を調整することにより、火炎Ｆの外周に形成される高温酸素残存領域Ｈを抑制して低ＮＯｘ化が可能になる。従って、本発明による燃料側の調整と、従来の空気側調整とを適宜組み合わせることにより、高温酸素残存領域Ｈの抑制による低ＮＯｘ化の適用範囲を拡大することができる。
また、上述した実施形態では、バーナ部１２からＡＡ１４までの領域を還元雰囲気とする空気の多段投入の旋回燃焼ボイラ１０として説明したが、本発明はこれに限定されることはない。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、たとえば粉体燃料が微粉炭に限定されないなど、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る旋回燃焼ボイラの一実施形態を示す図で、（ａ）はバーナの構成例を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のバーナを火炉内から見た正面図である。
【図２】図１に示した旋回燃焼ボイラの第１変形例として独立した燃料投入ポートを備えたバーナの構成例を示す図で、（ａ）はバーナの構成例を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のバーナを火炉内から見た正面図である。
【図３】図１に示した旋回燃焼ボイラの第２変形例として、バーナの構成例を示す縦断面図である。
【図４】図１に示した旋回燃焼ボイラの第３変形例として、バーナの構成例を示す縦断面図である。
【図５】追加空気投入部を備えて空気を多段投入する旋回燃焼ボイラの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０    旋回燃焼ボイラ
１１    火炉
１２    バーナ部
１４    追加空気投入部（ＡＡ部）
２０，２０Ａ    バーナ
２１    微粉炭バーナ
２２    コール１次ポート
２３    コール２次ポート
３０，３０Ａ、３０Ｂ    ２次空気投入ポート
４０    キック構造
５０    燃料投入ポート
６０，７０    補助燃料投入ポート
Ｆ    火炎
Ｈ    高温酸素残存領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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