(57)【要約】【課題】  より一層の着火安定性および低ＮＯｘ化を実現でき、微粉炭混合気流路壁および微粉炭ノズルの磨耗を低減させることができる微粉炭バーナを提供することを目的とする。【解決手段】  微粉炭と搬送空気との微粉炭混合気を導く微粉炭混合気通路３５と、微粉炭混合気通路３５の横断面における略中央部分に設けられ、その中心部には微粉炭混合気の流れ方向に貫通した貫通部５５が形成され、その外周部上流側には微粉炭供給管３７との間の間隔が下流側に向けて漸減する加速部５７が形成された中子４９と、微粉炭混合気通路３５の外周側に設けられ、空気予熱器３３により加温された二次空気を導く二次空気通路３９と、を有する微粉炭バーナ１９において、中子４９には、貫通部５５に設けられ、二次空気通路３９から取り込んだ二次空気を貫通部５５に吹き込む空気投入ノズル５３が備えられていることを特徴とする。【選択図】      図２
2006052917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭と搬送空気との微粉炭混合気を導く微粉炭混合気通路と、
該微粉炭混合気通路の横断面における略中央部分に設けられ、その中心部には前記微粉炭混合気の流れ方向に貫通した貫通部が形成され、その外周部上流側には前記微粉炭混合気通路の壁面との間の間隔が下流側に向けて漸減する加速部が形成された中子と、
前記微粉炭混合気通路の外周側に設けられ、空気予熱器により加温された燃焼用空気を導く燃焼空気通路と、
を有する微粉炭バーナにおいて、
前記中子には、前記貫通部に設けられ、前記燃焼空気通路から取り込んだ燃焼用空気を前記貫通部に吹き込む空気投入部材が備えられていることを特徴とする微粉炭バーナ。
【請求項２】
前記空気投入部材の燃焼用空気取込部には、逆流防止構造が設けられていることを特徴とする請求項１に記載された液体燃料バーナ。
【請求項３】
前記空気投入部材は、前記貫通部を通過する微粉炭混合気の流れに対して直交する方向に前記燃焼用空気を吹き出すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された微粉炭バーナ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載された微粉炭バーナを備えたことを特徴とするボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電用あるいは工業用等のために蒸気発生を行う微粉炭焚きボイラに適用して好適な微粉炭バーナおよびこれを用いたボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これら微粉炭バーナでは、着火の安定性および低ＮＯｘ化が求められている。これを解決するものとして、例えば、特許文献１に示されるものがある。
これは、微粉炭と搬送空気とで構成される微粉炭混合気が通る微粉炭混合気通路内に、微粉炭濃度調整のために中子を設けている。中子は、その中央部に混合気通路が開口され、その外形は、上流側が小さく、下流側に行く程大きく、略々真中程以降は変化しないように形成されている。
微粉炭混合気は、中子と微粉炭混合気通路内壁との間を通過する際に、微粉炭混合気通路内壁側へ偏流される。これにより、慣性力によって微粉炭が微粉炭混合気通路内壁側へ集中されるので、中子通過後には、微粉炭混合気は外周側が高微粉炭濃度に、内部側が低微粉炭濃度となる。この状態で、微粉炭混合気は微粉炭ノズルから火炉内へ吹き込まれる。
このように、火炉内へ吹込まれた微粉炭混合気は、常時、その外周側の微粉炭濃度が高くなるので火炉内からの輻射熱を受けて微粉炭中の揮発分発生が大となって着火しやすくなり着火安定性に優れ安定した微粉炭火炎の形成が可能となる。
また、表面側と内部側とで微粉炭濃度に濃淡があるので、いわゆる濃淡燃焼となるので、ＮＯｘの発生を低減できる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３３２１１０号公報（段落［００２８］〜［００４８］，及び図１〜図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年より一層の着火安定性および低ＮＯｘ化が求められてきたが、特許文献１に記載のものでは機能的にその要求に十分に答えられないという問題があった。
また、中子外周部を通過し、微粉炭ノズルへ吹き込まれる時、微粉炭混合気は高微粉炭濃度でかつ、高流速であるため微粉炭混合気通路の壁面および微粉炭ノズルの磨耗が激しいという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑み、より一層の着火安定性および低ＮＯｘ化を実現でき、微粉炭混合気流路壁および微粉炭ノズルの磨耗を低減させることができる微粉炭バーナおよびこれを用いたボイラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる微粉炭バーナは、微粉炭と搬送空気との微粉炭混合気を導く微粉炭混合気通路と、該微粉炭混合気通路の横断面における略中央部分に設けられ、その中心部には前記微粉炭混合気の流れ方向に貫通した貫通部が形成され、その外周部上流側には前記微粉炭混合気通路の壁面との間の間隔が下流側に向けて漸減する加速部が形成された中子と、前記微粉炭混合気通路の外周側に設けられ、空気予熱器により加温された燃焼用空気を導く燃焼空気通路と、を有する微粉炭バーナにおいて、前記中子には、前記貫通部に設けられ、前記燃焼空気通路から取り込んだ燃焼用空気を前記貫通部に吹き込む空気投入部材が備えられていることを特徴とする。
【０００７】
このように、中子には、貫通部に設けられ、燃焼空気通路から取り込んだ燃焼用空気を貫通部に吹き込む空気投入部材が備えられているので、空気投入部材によって高温の燃焼用空気が中子の貫通部に吹き込まれ、貫通部を通過する微粉炭混合気が昇温される。貫通部を通過する昇温された微粉炭混合気の高温雰囲気が、中子の外周を通る微粉炭混合気に伝播されるので、微粉炭バーナから火炉内へ噴射される微粉炭混合気は高温となる。したがって、外周側に高濃度の微粉炭が存在し、かつ高温の微粉炭混合気が火炉内に噴射されると微粉炭中の揮発分発生が一層多くなるので、着火安定性を一層向上させることができる。
【０００８】
また、燃焼用空気が貫通部を通過する微粉炭混合気に吹き込まれるので、微粉炭混合気通路の横断面における略中央部分を流れる微粉炭混合気の微粉炭濃度が一層低下する。これにより、微粉炭バーナから火炉内へ噴射される微粉炭混合気は、外周部と中心部とで微粉炭濃度の差が拡大するので、ＮＯｘの発生を低減することができる。
さらに、中子の出口部分より下流側において微粉炭混合気は高温となるので、微粉炭混合気の密度すなわち質量流量が低下する。微粉炭混合気の質量流量が低下すると、微粉炭混合気流路の断面積が一定であるので、微粉炭混合気の流速が低下する。このため、微粉炭混合気流路壁および微粉炭ノズルの磨耗を低減させることができる。
なお、燃焼用空気としては、二次空気を取り込むのが近接して処理し易いので好適であるが、場合によっては、三次空気を取り込むようにしてもよい。
【０００９】
また、本発明にかかる微粉炭バーナでは、前記空気投入部材の燃焼用空気取込部には、逆流防止構造が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
このように、空気投入部材の燃焼用空気取込部には、逆流防止構造が設けられているので、例えば、火炉内の圧力が増加した場合でも、微粉炭混合気が燃焼空気通路へ逆流することを防止できる。このため、燃焼空気通路内に微粉炭が堆積しないので、燃焼空気通路内での微粉炭発火や逆火を防止できる。これにより、空気流速が低下する部分負荷時にも安定した燃料供給を行うことができる。
【００１１】
さらに、本発明にかかる微粉炭バーナでは、前記空気投入部材は、前記貫通部を通過する微粉炭混合気の流れに対して直交する方向に前記燃焼用空気を吹き出すことを特徴とする。
【００１２】
このように、空気投入部材は、貫通部を通過する微粉炭混合気の流れに対して直交する方向に燃焼用空気を吹き出すので、燃料用空気は微粉炭混合気とすばやく混合して、微粉炭混合気の温度を昇温することができる。
【００１３】
本発明にかかるボイラは、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載された微粉炭バーナを備えたことを特徴とする。
【００１４】
着火安定性が向上し、ＮＯｘ発生量を低減した微粉炭バーナを採用しているので、ボイラとして運転安定性の向上および低ＮＯｘ化がはかれる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかる微粉炭バーナでは、中子には、貫通部に設けられ、燃焼空気通路から取り込んだ燃焼用空気を貫通部に吹き込む空気投入部材が備えられているので、着火安定性および低ＮＯｘ化を一層向上させることができる。さらに、微粉炭混合気流路壁および微粉炭ノズルの磨耗を低減させることができる。
また、本発明にかかるボイラでは、運転安定性の向上および低ＮＯｘ化がはかれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明にかかる一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１は、本実施形態にかかるボイラ１の全体概略構成を示すブロック図である。
ボイラ１には、鉛直方向に設置された火炉３と、火炉３の火炉壁５の下部に設置された燃焼装置７と、火炉３の出口に連結された煙道９と、火炉３の上部から煙道９にかけて設けられた過熱器１１、再熱器１３および節炭器１５と、火炉３の上部に設けられた蒸気ドラム１７とが備えられている。
【００１７】
火炉壁５の内側には、多数の水管（図示せず）がそれぞれ上下方向に延設されている。各水管は、上下各端部が蒸気ドラム１７に接続されている。
燃焼装置７には、火炉壁５に取り付けられた複数の微粉炭バーナ１９（図２参照）と、微粉炭バーナ１９に微粉炭を供給する微粉炭供給手段２１と、微粉炭バーナ１９に燃焼用空気として二次空気を供給する空気供給手段２３と、が備えられている。
【００１８】
微粉炭供給手段２１には、図示しない給炭機および計量器を経て供給された石炭を燃焼に適した大きさ（例えば、数μｍ〜数百μｍ）まで粉砕する微粉炭機２５と、微粉炭機２５で生成された微粉炭を図示しない空気源から供給される加圧された搬送空気によって微粉炭混合気として微粉炭バーナ１９へ気流搬送する給炭管２７とが備えられている。
搬送空気は微粉炭機２５の安全面から微粉炭機２５の出口温度が約８０℃になるように設定されている。
【００１９】
空気供給手段２３には、空気を加圧して供給する図示しない押込通風機と、火炉３外壁に設けられた風箱２９と、押込通風機と風箱２９とを接続する空気管３１とが備えられている。
空気管３１を通過する二次空気は、回転再生式熱交換器３３により煙道９を通過する例えば約３６０℃の燃焼排ガスと熱交換され、３００〜３５０℃まで加温されて風箱２９に供給される。
【００２０】
微粉炭バーナ１９について、図２〜図４により説明する。図２は、微粉炭バーナ１９の火炉３側部分を示す縦断面図、図３は図２のＸ−Ｘ断面図、図４は図２のＹ−Ｙ断面図である。
微粉炭バーナ１９には、微粉炭混合気通路３５を形成する微粉炭供給管３７と、微粉炭供給管３７の外側に間隔を空けてそれを覆うように設けられた二次空気供給管４１と、微粉炭供給管３７の先端部に取り付けられた微粉炭ノズル４３と、微粉炭ノズル４３の外側に間隔を空けてそれを覆うように設けられた二次空気ノズル４５と、微粉炭ノズル４３の先端に取り付けられた保炎板４７と、微粉炭混合気通路３５の横断面における略中央部分に設けられた中子４９とが備えられている。
【００２１】
二次空気供給管４１は、横断面形状が略長方形で、火炉壁５の厚さ方向に延在するように設けられている。二次空気供給管４１は、火炉壁５に貫通して形成された孔に固定されている。
微粉炭供給管３７は、横断面形状が略長方形で、火炉壁５の厚さ方向に延在するように火炉壁５に取り付けられている。
微粉炭供給管３７と二次空気供給管４１との間の空間は、風箱２９と連通して二次空気通路３９を構成している。
微粉炭混合気通路３５は、給炭管２７と連通するように構成されている。
【００２２】
微粉炭ノズル４３および二次空気ノズル４５は、先端に行くほど小面積となる略四角錐台形状をしている。
保炎板４７は、先端に行くほど拡大する略四角錐台形状をしている。
なお、本実施形態では、微粉炭供給管３７、二次空気供給管４１、微粉炭ノズル４３、二次空気ノズル４５および保炎板４７は、横断面形状が略長方形状をしているが、これは例えば、略円形状、略楕円形状あるいは任意の多角形状としてもよい。
【００２３】
中子４９は、中子本体５１と、空気投入ノズル（空気投入部材）５３とから構成されている。
中子本体５１は、中空の略四角柱形状をしており、中空部が微粉炭混合気の流れ方向５０に貫通するように配置されている。この中空部が貫通部５５を構成している。中子本体５１の流れ方向５０上流側には、流れ方向５０上流側に向けて厚みが漸減する、すなわち中子本体５１の上流端から下流側に向かって中子本体５１と微粉炭供給管３７との距離が漸減する加速部５７が形成されている。
中子本体５１は、支持部材５２（図４参照）によって微粉炭供給管３７に取り付けられている。
【００２４】
空気投入ノズル５３は、略直方体形状をし、貫通部５５の上下方向６０における略中央部に、長手方向が幅方向７０に延在して設けられている。空気投入ノズル５３の流れ方向５０上流側端部は上流側に向かい厚さが漸減し、その下流側端部は下流側に向かい厚さが漸減している。そのため、上下方向にそった断面形状は長細い六角形状（図２参照）をしている。これにより、貫通部５５を流れる微粉炭混合気を滑らかに下流へ流すことができる。
空気投入ノズル５３の内部には、二次空気が導入される空間である空気導入部５９が形成されている。空気導入部の流れ方向５０下流部に、それぞれ上下方向に空気投入ノズル５３表面まで貫通したノズル６１が、幅方向７０に３個設けられている。なお、ノズル６１の個数は必要に応じて適宜設定すればよい。
【００２５】
空気投入ノズル５３の幅方向７０に対して両側には、それぞれ鉤形をした管状の空気取込部材６３が取り付けられている。各空気取込部材６３の短辺は、二次空気通路３９に位置し、端部の開口が流れ方向５０の上流側を向くように配置されている。
空気投入ノズル５３は、空気取込部材６３が中子本体５１および微粉炭供給管３７に固定して取り付けられることにより固定されている。
空気取込部材６３と空気導入部５９との連通部には、湾曲した板が互い違いに取り付けられ、ジグザグな流路を形成する逆流防止構造６５が設けられている。逆流防止構造６５を構成する板は空気導入部５９側に位置する方が長くなるように構成されている。
【００２６】
以上、説明した本実施形態にかかるボイラ１の運転について説明する。
微粉炭機２５で生成された微粉炭は、加圧された搬送空気と混合されて微粉炭混合気を形成され、給炭管２７を通って微粉炭バーナ１９の微粉炭混合気通路３５へ送られる。一方、図示しない押込通風機で加圧されて供給される二次空気は、回転再生式熱交換器３３によって燃焼排ガスから熱量を供給され、３００〜３５０℃に昇温されて空気管３１を経て風箱２９へ供給される。二次空気は風箱２９から微粉炭バーナ１９の二次空気通路３９へ送られる。
微粉炭バーナ１９から火炉３内へ微粉炭混合気と二次空気とが供給され、着火されると火炉内に火炎が生じる。
【００２７】
このようにして火炉３内の下部に火炎を生じさせると、燃焼ガスが火炉３内を下から上に流れ、煙道９に排出される。この時、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器１５によって予熱された後、蒸気ドラム１７に供給される。蒸気ドラム１７から火炉壁５の各水管（図示せず）に供給された水は、水管を下から上に流れる間に加熱されて飽和蒸気となり、蒸気ドラム１７に送り込まれる。さらに、蒸気ドラム１７の飽和蒸気は過熱器１１に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器１１で生成された過熱蒸気は所定のプラント（例えば、タービン等）に供給される。
【００２８】
なお、タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気を再熱器５に導入し、再度過熱しタービンに戻すことも行われる。
節炭器１５を通過した燃焼排ガスは、回転再生式熱交換器３３にて空気管３１を通過する二次空気に熱量を供給し、脱硫、脱硝、除塵等の処理を施されて、煙突から大気中に排出される。
【００２９】
次に、微粉炭バーナ１９の動作について説明する。
微粉炭供給管３７内を供給される微粉炭混合気は、中子よって、中子本体５１の外周を通る微粉炭混合気Ａと、貫通部５５を通る微粉炭混合気Ｂとに分流される。
微粉炭混合気Ａは、加速部５７によって徐々に流路面積が狭められるので、微粉炭供給管３７側、すなわち微粉炭混合気通路３５の外周側に寄せられ、流速が速められて中子４９を通過する。中子４９を通過した微粉炭混合気Ａは流路が拡大されるので流速が低減される。これにより、慣性力の小さい空気は微粉炭混合気通路３５の中央方向に回帰するが、微粉炭は慣性力が大きいので微粉炭供給管３７側に沿って進行する。したがって、微粉炭混合気通路３５の外周側に微粉炭濃度の濃い部分が形成される。
【００３０】
一方、微粉炭混合気Ｂは、空気投入ノズル５３の表面に沿って流れる。その間に、空気取込部材６３から取り込まれた高温（３００〜３５０℃）の二次空気が、空気導入部５９を経てノズル６１から放出されるので、微粉炭混合気Ｂはこの二次空気と混合されて昇温される。
同時に、微粉炭混合気Ｂには二次空気が混合されるので、微粉炭混合気Ｂの微粉炭濃度は希釈されることになる。
このように、微粉炭混合気Ｂは貫通部５５を通過すると、昇温され、微粉炭濃度が希釈された微粉炭混合気Ｃとなる。
【００３１】
この時、ノズル６１からの二次空気は、中子本体５１の上下を通過する微粉炭混合気Ｂの流れ方向５０に対して直交する上下方向６０に吹き出されているので、二次空気は微粉炭混合気Ｂとすばやく混合されて、微粉炭混合気Ｂの温度を短時間に昇温することができる。
なお、二次空気のノズル６１からの噴出方向は、上下方向に限定されるものではなく、下流側に向かって斜め方向あるいは水平方向であってもよい。このようにすると、二次空気と微粉炭混合気Ｂとの混合速度は若干遅くなるが、例えば火炉３内の圧力変動により、微粉炭混合気Ｂが空気導入部５９へ逆流する可能性は一層低減されることになる。
【００３２】
空気導入部５９と空気取込部材６３との接続部には、逆流防止構造６５が設けられているので、例えば、火炉内の圧力が増加した場合でも、微粉炭混合気が燃焼空気通路へ逆流することを防止できる。このため、燃焼空気通路内に微粉炭が堆積しないので、燃焼空気通路内での微粉炭発火や逆火を防止できる。これにより、空気流速が低下する部分負荷時にも安定した燃料供給を行うことができる。
なお、本実施形態では逆流防止構造６５として、２枚の湾曲板によってジグザグ通路を形成しているが、逆流防止構造としては、これに限定されるものではなく、逆流防止弁としてもよいし、その他適宜構造を用いてもよい。
【００３３】
そして、微粉炭混合気Ｃの高温は、微粉炭混合気Ａへも伝播され、微粉炭ノズル４３に送られる微粉炭混合気は、全体として高温になり微粉炭が揮発しやすい雰囲気となる。微粉炭混合気はこの状態で微粉炭ノズル４３から火炉３内へ供給される。
このように、外周側に高濃度の微粉炭が存在し、かつ高温の微粉炭混合気が火炉３内に噴射されると、火炉３内からの輻射熱を受けて微粉炭中の揮発分発生が一層多くなるので、着火しやすくなる。したがって、着火安定性を一層向上させることができ、安定した微粉炭火炎を形成することができる。
【００３４】
また、微粉炭混合気通路３５の横断面における略中央部分を流れる貫通部５５を通過した微粉炭混合気Ｃは、二次空気によって希釈され、微粉炭濃度が一層低下しているので、微粉炭ノズル４３から火炉３内へ噴射される微粉炭混合気は、外周部と中心部とで微粉炭濃度の差が一層拡大している。したがって、表面側と内部側とで微粉炭濃度に一層大きな濃淡差ができるので、いわゆる濃淡燃焼の効果が大きくなり、ＮＯｘの発生を一層低減することができる。
【００３５】
さらに、中子４９の出口部分より下流側において微粉炭混合気は高温となるので、微粉炭混合気の密度すなわち質量流量が低下する。微粉炭混合気の質量流量が低下すると、微粉炭混合気流路３５の断面積が一定であるので、微粉炭混合気の流速が低下する。このため、微粉炭の流速も低下するので微粉炭混合気通路３７壁および微粉炭ノズル４３の磨耗を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態にかかるボイラの全体概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる微粉炭バーナの先端部分を示す縦断面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】図２のＹ−Ｙ断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  ボイラ
３３  空気予熱器
３５  微粉炭混合気通路
３９  二次空気通路
４９  中子
５３  空気投入ノズル
５５  貫通部
５７  加速部
【図１】
2006052917.tif 000003
【図２】
2006052917.tif 000004
【図３】
2006052917.tif 000005
【図４】
2006052917.tif 000006