(57)【要約】【課題】本発明の目的は、アフタエアノズル出口の開口部が矩形形状に形成されている場合に、火炉内壁の近傍に存在する未燃分及びＣＯを低減することを可能にした微粉炭焚きボイラを提供することにある。【解決手段】本発明の微粉炭焚きボイラは、上下２段のアフタエアノズルのうち上流側に位置する下段のアフタエアノズルの出口となる開口部を矩形形状に形成し、前記下段のアフタエアノズルの内部に、アフタエアノズルの流路を流れる燃焼用空気の最小流路面積を規定する円筒部をこの下段のアフタエアノズルの流路に沿って設置し、前記円筒部の内部に該アフタエアノズルの流路を流れる燃焼用空気に旋回力を与える旋回羽根を設置し、前記下段のアフタエアノズルの流路は、前記円筒部を設置した位置からその下流側のアフタエアノズルの開口部に向かって燃焼用空気が流れるアフタエアノズルの流路の流路面積が拡大するように形成した構成である。【選択図】図２
2011058737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭を燃焼用空気と共に火炉内に供給して微粉炭を理論空気比以下で燃焼させる火炉壁に設置されたバーナと、前記バーナの下流側の火炉壁にそれぞれ備えられて前記バーナでの不足分の燃焼用空気を火炉内に供給するアフタエアノズルを下流側と上流側との上下２段に設置した微粉炭焚きボイラにおいて、
火炉内と連通する前記上下２段のアフタエアノズルのうち上流側に位置する下段のアフタエアノズルの出口となる開口部を矩形形状に形成し、前記下段のアフタエアノズルの内部に、アフタエアノズルの流路を流れる燃焼用空気の最小流路面積を規定する円筒部をこの下段のアフタエアノズルの流路に沿って設置し、前記円筒部の内部に該アフタエアノズルの流路を流れる燃焼用空気に旋回力を与える旋回羽根を設置し、前記下段のアフタエアノズルの流路は、前記円筒部を設置した位置からその下流側のアフタエアノズルの開口部に向かって燃焼用空気が流れるアフタエアノズルの流路の流路面積が拡大するように形成したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項２】
請求項１に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、
前記旋回羽根は、前記円筒部の内壁に対応して外形が円形状に形成されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、
前記円筒部の火炉側の先端が前記下段のアフタエアノズルの開口部の近傍まで延在しており、前記旋回羽根が前記円筒部の内部で該アフタエアノズルの流路方向に沿って前後に移動可能なように駆動装置が設置され、この駆動装置を旋回羽根に連結する連結軸が設けられていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項４】
請求項３に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、
下段のアフタエアノズルに設置した前記円筒部の壁面に該円筒部の内部を流れる燃焼用空気の一部を該円筒部の外周壁に沿って流下させるリーク孔が設けられていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、
下段のアフタエアノズルに設置した前記旋回羽根の上流側に燃焼用空気を案内する整流板を備えたことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、
前記旋回羽根から噴出する燃焼用空気の旋回流は、旋回流の旋回強さを表すスワール数ＳＷが、旋回羽根の羽根角度が４５°から６２°の範囲内において、０．７≦ＳＷ≦１．３に設定されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、
前記下段のアフタエアノズルに供給される燃焼用空気の流量は、上段のアフタエアノズルに供給される燃焼用空気の流量よりも少ない流量となるように設定されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粉炭焚きボイラに係り、特に微粉炭焚きボイラの火炉に設けたバーナの下流にアフタエアノズルを備えた微粉炭焚きボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
微粉炭焚きボイラでは微粉炭焚きボイラで燃料の微粉炭を燃焼して発生する燃焼ガスに含まれるＮＯｘ濃度を抑制することが求められており、その対策として２段燃焼法が主流となっている。
【０００３】
２段燃焼法を適用した微粉炭焚きボイラとしては、例えば特開平９−３１０８０７号公報に開示されているように、微粉炭焚きボイラの火炉に微粉炭バーナと、バーナの下流側にアフタエアノズルとを設け、バーナから燃料の微粉炭と燃焼用空気を供給し、アフタエアノズルからは燃焼用の空気のみを供給して燃料の微粉炭を燃焼するように構成している。
【０００４】
そして、まず、微粉炭焚きボイラのバーナ部での燃焼では、燃料の微粉炭を完全燃焼させるために必要な理論空気比以下となる量の空気をバーナから火炉内に供給して空気不足の状態で微粉炭を燃焼させ、還元雰囲気でバーナによる微粉炭の燃焼で発生するＮＯｘを窒素に還元して燃焼ガス中のＮＯｘ生成を抑えている。
【０００５】
しかしながら、この還元雰囲気では酸素不足によって未燃分が残り、ＣＯ（一酸化炭素）が発生する。そこで、次に、この還元雰囲気で発生した未燃分やＣＯを完全燃焼させるために、バーナの下流に位置するアフタエアノズルから、理論空気比の不足分となる空気量より若干多めの燃焼用空気を火炉内に供給して未燃分及びＣＯを燃焼させて、未燃分及びＣＯを低減した燃焼排ガスを微粉炭焚きボイラから排出するようにしている。
【０００６】
前記特開平９−３１０８０７号公報に開示した微粉炭焚きボイラの２段燃焼法では、未燃分のさらなる低減を図るために、バーナから上昇してくる不完全燃焼の可燃ガスとアフタエアノズルから供給するアフタエアとの混合を促進することが求められていた。
【０００７】
そこで、特開平４−５２４１４号公報には、ボイラに備えたバーナから上昇してくる不完全燃焼の可燃ガスとアフタエアノズルから供給するアフタエアとの混合を促進するために、アフタエアノズルから供給する噴流の流動様式を調整して直進流と旋回流とを兼ね備えるようにした構造のアフタエアノズルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−３１０８０７号公報
【特許文献２】特開平４−５２４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特開平４−５２４１４号公報に開示したボイラのアフタエアノズルは、アフタエアノズル出口の開口部の形状は円形であるので問題とはならないが、しかしながら、前記アフタエアノズル出口の開口部が矩形形状に形成されている場合には、アフタエアノズル出口から噴出する噴流の流れに矩形形状の開口部に起因した偏流や、ボイラの火炉内壁に沿った旋回流を形成することが困難となることが予想される。
【００１０】
本発明の目的は、アフタエアノズル出口の開口部が矩形形状に形成されている場合に、アフタエアノズルから火炉内に噴出する燃焼用空気の噴流が火炉内壁の近傍に供給できるようにして、火炉内壁の近傍に存在する未燃分及びＣＯを低減することを可能にした微粉炭焚き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】
【００１１】
本発明の微粉炭焚きボイラは、微粉炭を燃焼用空気と共に火炉内に供給して微粉炭を理論空気比以下で燃焼させる火炉壁に設置されたバーナと、前記バーナの下流側の火炉壁にそれぞれ備えられて前記バーナでの不足分の燃焼用空気を火炉内に供給するアフタエアノズルを下流側と上流側との上下２段に設置した微粉炭焚きボイラにおいて、火炉内と連通する前記上下２段のアフタエアノズルのうち上流側に位置する下段のアフタエアノズルの出口となる開口部を矩形形状に形成し、前記下段のアフタエアノズルの内部に、アフタエアノズルの流路を流れる燃焼用空気の最小流路面積を規定する円筒部をこの下段のアフタエアノズルの流路に沿って設置し、前記円筒部の内部に該アフタエアノズルの流路を流れる燃焼用空気に旋回力を与える旋回羽根を設置し、前記下段のアフタエアノズルの流路は、前記円筒部を設置した位置からその下流側のアフタエアノズルの開口部に向かって燃焼用空気が流れるアフタエアノズルの流路の流路面積が拡大するように形成したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アフタエアノズル出口の開口部が矩形形状に形成されている場合に、アフタエアノズルから火炉内に噴出する燃焼用空気の噴流が火炉内壁の近傍に供給できるようにして、火炉内壁の近傍に存在する未燃分及びＣＯを低減することを可能にした微粉炭焚きボイラを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の対象となる微粉炭焚きボイラの概略構造を示すボイラの縦方向断面図。
【図２】図１に示した本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラの火炉に設置された下段アフタエアノズルを示す正面図。
【図３】図２に示した実施例の下段アフタエアノズルのＡ−Ａ断面図。
【図４】本発明の他の実施例である微粉炭焚きボイラの火炉に設置された下段アフタエアノズルを示す断面図。
【図５】図４に示した実施例の下段アフタエアノズルの旋回羽根を火炉側に移動させた状態を示す下段アフタエアノズルの断面図。
【図６】図４に示した実施例の円筒部構造の変形例。
【図７】本発明の別の実施例である微粉炭焚きボイラの火炉に設置された下段アフタエアノズルの断面図。
【図８】本実施例の下段のアフタエアノズルの出口における径方向Ｘの流速分布の実測値。
【図９】本実施例の下段アフタエアノズルにおけるスワール数と圧力損失の関係を示す特性図。
【図１０】本実施例の旋回羽根おけるスワール数ＳＷを求める際のスワラの概要図。
【図１１】本実施例の微粉炭焚きボイラである火炉内の炉内空気比分布状況を示す炉内空気比分布図。
【図１２】図１１に示した本実施例による上段アフタエアノズルから火炉内に噴出する噴流のイメージ図。
【図１３】図１１に示した本実施例による下段アフタエアノズルから火炉内に噴出する噴流のイメージ図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施例である微粉炭焚きボイラのアフタエアノズルについて図面を参照して以下に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１に本発明の一実施例であるアフタエアノズルを備えた微粉炭焚きボイラの概略構造を示す。図１において、微粉炭焚きボイラを構成する火炉１の下部の壁面には、燃料の微粉炭と燃焼用空気とを共に、火炉１の内部に供給して燃焼する複数個のバーナ２を水平方向に離間して設置して、燃料の微粉炭を完全燃焼させるために必要な理論空気比以下となる量の燃焼用空気をバーナ２から火炉１内に供給して空気不足の状態で微粉炭を燃焼させ、還元雰囲気でバーナによる微粉炭の燃焼で発生するＮＯｘを窒素に還元して、バーナ部燃焼ガス５に含まれるＮＯｘの生成を抑えている。
【００１６】
バーナ２よりも燃焼ガス下流側に位置する火炉１の上部壁面には、燃焼用空気を火炉１の内部に供給するアフタエアノズル３とアフタエアノズル４とが上下２段に、複数個、水平方向に離間して設置されている。
【００１７】
上下２段の前記アフタエアノズルのうち、アフタエアノズル３はアフタエアノズル４が設置された火炉１の壁面よりも上方となる燃焼ガス下流側の火炉１の壁面に設置し、上段のアフタエアノズル３と下段のアフタエアノズル４とでアフタエアノズルを上下２段に備えた構造を採用している。
【００１８】
そして上段（下流側）に位置するアフタエアノズル３から火炉１内に燃焼用空気３０の噴流７を供給することによって、バーナ２によって火炉１内に形成する還元雰囲気では酸素不足によって残る未燃分や、発生したＣＯ（一酸化炭素）を完全燃焼させるために、理論空気比の不足分となる空気量より若干多めの燃焼用空気３０を火炉１内に供給して未燃分及びＣＯを燃焼させる。
【００１９】
更に、上段のアフタエアノズル３よりも下段（上流側）に位置するアフタエアノズル４から火炉１内の内壁に沿って燃焼用空気３０の噴流８を供給することによって、上段のアフタエアノズル３から供給する燃焼用空気と比較して、低流量、低流速となる噴流８（燃焼用空気）をボイラ火炉１の内部に供給する。
【００２０】
このように下段のアフタエアノズル４から、低流量、低流速の燃焼用空気３０の噴流８を火炉１の内壁の近傍に供給することによって、火炉１の内壁の近傍に滞留し易い未燃分及びＣＯに対して効果的に燃焼用空気が供給でき、火炉１の内壁の近傍に滞留する未燃分及びＣＯが燃焼して燃焼排ガス６となるので、火炉１の内壁の近傍に滞留した未燃分及びＣＯを低減させることが可能となる。
【００２１】
そして火炉１内で未燃分及びＣＯを燃焼させて生成した燃焼排ガス６は火炉１の下流側に流下して火炉１から系外に排出される。
【００２２】
図２は図１に示した本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラの火炉１の壁面に設置された上下２段のアフタエアノズル３、４のうち、下段のアフタエアノズル４を火炉１の内部から見た正面図を、図３は図２に示した下段のアフタエアノズル４のＡ−Ａ断面図をそれぞれ示す。
【００２３】
図２及び図３に示したように、本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラの火炉１の壁面に設けた上下２段に構成されたアフタエアノズルのうち、下段に位置するアフタエアノズル４は、火炉１の内部と連通したアフタエアノズル４の出口である開口部４ａが矩形形状に形成されている。
【００２４】
前記下段アフタエアノズル４は、該アフタエアノズル４の内部を流れる燃焼用空気３０の流路面積が最小となるように下段アフタエアノズル４の流路内の長手方向中央の位置に、燃焼用空気３０の最小流路面積を規定するアフタエアノズル４の内部を流れる燃焼用空気３０の流路方向に沿って延びた円筒部２０をアフタエアノズル４の内部に同心状となるように設置し、前記円筒部２０の内部にはこの円筒部２０によって規定された最小流路面積の流路を流れる燃焼用空気３０に旋回力を与える円形の旋回羽根１０が設置されている。
【００２５】
さらに下段アフタエアノズル４の流路は、図３に示したように、流路の長手方向の中央部に設置した円筒部２０によって規定された最小流路面積の位置から火炉１の内側と連通する開口部４ａに向かって流路面積が拡がるように形成されており、そして火炉１内部と連通する流路出口となる下段アフタエアノズル４の開口部４ａは矩形形状に形成されている。図２及び図３には、円筒部２０とアフタエアノズル４とに間隙２１があるが、アフタエアノズル４の矩形流路内に円筒部２０の外径を密着させ、間隙２１が無い構造としても何ら問題ない。
【００２６】
また、前記円筒部２０の内部に設置されて燃焼用空気３０に旋回力を与える円形の旋回羽根１０は、連結軸３１によって駆動装置７０と連結されており、この駆動装置７０の駆動によって連結軸３１を介して前記旋回羽根１０が円筒部２０の内部を燃焼用空気３０の流れ方向に沿って前後に移動可能に構成されている。
【００２７】
上記した微粉炭焚きボイラの火炉１の壁面に設置した図２及び図３に示した実施例である上下２段構造のアフタエアノズルのうち、下段のアフタエアノズル４について、水平面上での径方向Ｘ（図２に示した径方向Ｘに対応）のアフタエアノズル４の開口部４ａの直下流位置における流速分布の実測値を比較例と共に図８に示した。
【００２８】
図８に示した本実施例の下段アフタエアノズル４の開口部４ａが矩形形状である下段アフタエアノズル４から噴出する噴流８の流速分布の実測値において、本実施例である下段のアフタエアノズル４の出口における流速分布を実線５０で示し、比較例として、円筒部２０のないアフタエアノズル構造の流速分布を破線５１で示した。
【００２９】
図８に示した本実施例の下段アフタエアノズル４の出口の噴流８である径方向Ｘの流速分布５０の実測値から理解できるように、噴流８の流速分布５０は下段アフタエアノズル４のA-A軸線を対称軸にしてこの軸線の左右に流速の極大値が形成されており、下段アフタエアノズル４の出口から火炉１内に噴出する燃焼用空気の噴流８が左右均等に吹きだしているのが分かる。また、中央部にはマイナスの流速成分があり、負圧により周囲のガスを巻き込む逆流がみられる。これは、下段アフタエアノズル４から噴出された噴流が強い旋回流を形成していることを表している。
【００３０】
このように、本実施例の下段アフタエアノズル４は、下段アフタエアノズル４の流路内の長手方向中央の位置に設置した円筒部２０の内部に流下する燃焼用空気３０に旋回力を与える旋回羽根１０を設置することによって、旋回羽根１０で引き起こした旋回流をこの円筒部２０の内側で保護するので偏流のない旋回流を形成させることが可能となる。
【００３１】
この結果、火炉１内と連通した下段アフタエアノズル４の出口の開口部４ａが図２に示すように矩形形状の場合でも、下段アフタエアノズル４の出口の開口部４ａから噴出する燃焼用空気３０の噴流８が火炉１の内壁に沿って該アフタエアノズル４のA-A軸線を対象軸にして水平面上で左右に均一に拡がるように形成するので、火炉１の内壁の近傍に存在する未燃分やＣＯに対して噴流８を供給して燃焼でき、火炉１の内壁の近傍に存在する未燃分やＣＯを確実に低減できるという効果が得られる。
【００３２】
これに対して破線で示した比較例の流速分布５１では流速の極大値が左側にしか見られず、アフタエアノズルから偏流して噴流が噴出していることが分かる。このような場合は火炉１の内壁近傍に存在する未燃分やＣＯの領域に対してアフタエアノズルから噴流８を供給する領域が狭いため、未反応の領域が広くなり、火炉１の内壁近傍の未燃分やＣＯの低減効果が小さいことになる。
【００３３】
ところで、本実施例の微粉炭焚きボイラに設置された下段アフタエアノズル４の出口から火炉１内に噴出させる噴流８には、前述したように下段アフタエアノズル４の流路内の長手方向中央の位置に設置した円筒部２０の内部に設置した旋回羽根１０によって下段アフタエアノズル４の流路を流下する燃焼用空気３０に旋回力を与えるようにしている。
【００３４】
そこで、火炉１の内壁の近傍に存在する未燃分やＣＯに対して下段アフタエアノズル４の出口から火炉１内に噴出させる噴流８を効果的に供給するには、下段アフタエアノズル４の円筒部２０の内部に設置した旋回羽根１０によって生じさせる旋回流の旋回力を増強させれば良いことになる。
【００３５】
旋回羽根１０による旋回流の旋回力を増強するためには、旋回羽根１０を構成する旋回羽根に関して燃焼用空気の流れに対する旋回羽根の配設角度となる羽根角度θを増していけばよい。ただし、羽根角度θを増すと燃焼用空気の流れの抵抗が増加し、圧力損失が増大する。圧力損失が大きくなると、必要量の燃焼用空気が下段アフタエアノズル４から火炉１内に供給できなくなるため、下段アフタエアノズル４で許容できる圧力損失には上限値ａが設定されている。
【００３６】
図９は本実施例の下段アフタエアノズル４において、円筒部２０の内部に設置した旋回羽根１０のスワール数ＳＷと圧力損失の関係を示す特性図である。また、図１０は本実施例の旋回羽根１０におけるスワール数ＳＷを求める際の旋回羽根の概要図を示す。
【００３７】
図９及び図１０において、本実施例の下段アフタエアノズル４に設置される旋回羽根１０のスワール数ＳＷは、（１）式〜（３）式から演算によって求めた。また、表１には、演算で求めたスワール数ＳＷの値を示した。
【００３８】
【数１】
2011058737.tif 000003
【００３９】
（１）式において、ＳＷ：スワール数、Ｇφ：角運動量、Ｇｘ：軸方向運動量、Ｒｈ：軸の半径、Ｒ：流路の半径、θ：羽根角度。
【００４０】
【数２】
2011058737.tif 000004
【００４１】
（２）式において、Ｇφ：角運動量、ρ：流体密度、Ｕ：軸方向流速、Ｗ：径方向流速、Ｒｈ：軸の半径、Ｒ：流路の半径。
【００４２】
【数３】
2011058737.tif 000005
【００４３】
（３）式において、Ｇｘ：軸方向運動量、ρ：流体密度、Ｕ：軸方向流速、Ｒｈ：軸の半径、Ｒ：流路の半径。
【００４４】
【表１】
2011058737.tif 000006
【００４５】
図９に示した本実施例の下段アフタエアノズル４に設置した旋回羽根１０のスワール数ＳＷと圧力損失との関係を示す特性図において、比較例として旋回羽根１０を備えていない圧力損失のデータを、旋回羽根なしの羽根角度θ＝０として示している。
【００４６】
そして、本実施例の下段アフタエアノズル４に設置した旋回羽根１０の圧力損失のデータとして、旋回羽根１０の羽根角度θが、羽根角度４５°、５５°、６０°のそれぞれについて、スワール数ＳＷと圧力損失を計測してプロットした。また、圧力損失の上限値ａも示した。
【００４７】
図９には、スワール数ＳＷとアフタエアノズル４に設置した旋回羽根１０による圧力損失の関係を示す特性の線分を、圧力損失とスワール数の近似線Ａとして実線で示した。
【００４８】
図９から理解できることは、下段アフタエアノズル４から噴出する噴流９に火炉１の内壁に沿う強い旋回流を形成するには、下段アフタエアノズル４の旋回羽根１０として羽根角度θが４５°以上にしたものが必要であり、この時のスワール数ＳＷは０．７であることが分かる。つまり、旋回羽根１０によって強い旋回流を得るためには羽根角度４５°以上が必要となる。
【００４９】
また、圧力損失の上限値ａの観点から、圧力損失の上限値ａの破線と前記実線Ａが交差するスワール数ＳＷ１．３がスワール数ＳＷの上限値であり、このスワール数ＳＷ１．３の場合における旋回羽根１０の羽根角度θは、表１に示すように羽根角度は６２°となる。
【００５０】
以上のことから、本発明の実施例による下段アフタエアノズル４の円筒部２０の内部に設置した旋回羽根１０におけるスワール数ＳＷは、羽根角度θが４５°〜６２°の範囲内で、スワール数ＳＷを、０．７〜１．３の範囲内に設定するのが最適範囲となることが分かる。
【００５１】
以上の説明から明らかなように、本実施例では下段アフタエアノズル４の旋回羽根１０のスワール数ＳＷを、旋回羽根の羽根角度θが４５°から６２°の範囲内において、ＳＷが０．７〜１．３の範囲に設定し、円筒部２０を設けることによって、偏流のない旋回流を形成させることが可能となる。
【００５２】
この結果、火炉１内と連通した下段アフタエアノズル４の開口部から噴出する燃焼用空気３０の噴流８が火炉１の内壁に沿って該アフタエアノズル４のA-A軸線を対象にして水平面上で左右に均一に拡がるので、火炉１の内壁近傍に存在する未燃分やＣＯに対して噴流８を供給して燃焼することができ、火炉１の内壁近傍に存在する未燃分やＣＯを確実に低減できるという効果が得られる。さらにＮＯｘの生成を抑制することもできる。
【００５３】
本実施例によれば、アフタエアノズル出口の開口部が矩形形状に形成されている場合に、アフタエアノズルから火炉内に噴出する燃焼用空気の噴流が火炉内壁の近傍に供給できるようにして、火炉内壁の近傍に存在する未燃分及びＣＯを低減することを可能にした微粉炭焚きボイラを実現することができる。
【実施例２】
【００５４】
次に本発明の微粉炭焚きボイラの火炉に設置された下段アフタエアノズルの他の実施例について説明する。
【００５５】
図４及び図５は本発明の微粉炭焚きボイラの火炉に設置された他の実施例である下段アフタエアノズルの断面図を示す。
【００５６】
図４及び図５に示した本実施例の微粉炭焚きボイラの火炉に設置された下段アフタエアノズル４は、図２及び図３に示した先の実施例における下段アフタエアノズルと基本的な構成が共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。
【００５７】
図４及び図５に示した本実施例の下段アフタエアノズル４は、円筒部２０の長さがアフタエアノズル４の流路の長手方向中間部から火炉１内部と連通する流路出口となる下段アフタエアノズル４の開口部４ａまで延在するように形成されている。また、この円筒部２０の内部に設置された旋回羽根１０は連結軸３１を介して駆動装置７０に連結しており、駆動装置７０の駆動操作によって連結軸３１を介して旋回羽根１０を円筒部２０の内部で流路の前後方向に移動可能として、旋回羽根１０を図５に示すように火炉１側に面した円筒部２０の先端側に移動できるように構成されている。
【００５８】
また、前記連結軸３１は、下段アフタエアノズル４の内壁に設置した支持部３３によって回転可能に支持されている。
【００５９】
上記した構成の本実施例の下段アフタエアノズル４によれば、円筒部２０の長さをアフタエアノズル４の流路の開口部４ａまで延在するように延長したことにより、円筒部２０の内部の旋回羽根１０によって形成された燃焼用空気３０の旋回流を保護しているので、アフタエアノズル４の開口部４ａから火炉１内に噴出される噴流８は、図２及び図３の実施例よりさらに火炉１の壁面に沿って左右に均一に広がる強い旋回流が形成できる。
【００６０】
また、図５に示したように、駆動装置７０の駆動操作によって、支持部３３で回転可能に支持された連結軸３１を介して旋回羽根１０を円筒部２０の内部で流路の前後方向に移動可能とし、旋回羽根１０を図５に示す火炉１側に面した円筒部２０の先端側に移動すれば、旋回流の助走区間が短くなるので旋回強度が弱まり下段アフタエアノズル４の開口部４ａから噴出する噴流８は、火炉１内壁に沿った噴流から火炉1内部側に流れる噴流に至る範囲内で、ボイラの燃焼状態に合せて噴流を調節することが可能となる。よって、下段アフタエアノズル４から火炉1内に噴出する噴流８の旋回強度を調節できるというメリットがある。
【００６１】
尚、本実施例の下段アフタエアノズル４においては、円筒部２０の長さ下段アフタエアノズル４の開口部４ａまで延長したことにより、燃焼灰が円筒部２０の外周壁に堆積する可能性がある。そこで、円筒部２０にリーク孔２４を少なくとも１ケ以上設けることで、このリーク孔２４から燃焼用空気３０の一部をリークエア２５として円筒部２０の外周壁に沿って流下させて、円筒部２０の外周壁に燃焼灰が堆積するのを抑制し、信頼性の高い下部アフタエアノズル４を提供することができる。
【００６２】
また、燃焼灰が堆積するのは主に円筒部２０の先端部であり、図６に示すように円筒分２０の先端部より上流位置にリーク孔２４を設け、円筒部の外周壁に沿ってリークエア２５を流下させても同様の効果が得られる。
【００６３】
本実施例によれば、アフタエアノズル出口の開口部が矩形形状に形成されている場合に、アフタエアノズルから火炉内に噴出する燃焼用空気の噴流が火炉内壁の近傍に供給できるようにして、火炉内壁の近傍に存在する未燃分及びＣＯを低減することを可能にした微粉炭焚きボイラを実現することができる。
【実施例３】
【００６４】
次に本発明の微粉炭焚きボイラの火炉に設置された下段アフタエアノズルの別の実施例について説明する。
【００６５】
図７は本発明の微粉炭焚きボイラの火炉に設置された別の実施例である下段アフタエアノズルの断面図を示す。
【００６６】
図７に示した本実施例の微粉炭焚きボイラの火炉に設置された下段アフタエアノズル４は、図６に示した実施例における下段アフタエアノズルと基本的な構成が共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。
【００６７】
図７に示した本実施例の下段アフタエアノズル４は、旋回羽根１０の上流側に燃焼用空気３０の流れを整流する整流板３５を備えるようにした構成である。
【００６８】
本実施例の下段アフタエアノズルによれば、整流板３５を配設することにより旋回羽根１０の上流の燃焼用空気３０の流れを整流して旋回羽根１０に流入させているので、旋回羽根１０による旋回流に空気の偏流が生じることを抑え、より均一で偏流の少ない旋回流を形成できるというメリットがある。
【００６９】
また整流板３５によって燃焼用空気３０の流れを整流するため、下段アフタエアノズル４の流路を流下する燃焼用空気３０の圧力損失を低減する効果も期待できる。尚、本実施例の整流板３５は図２乃至図６に示した下段アフタエアノズル４の構造にも適用でき、同様の効果が得られる。
【００７０】
本実施例によっても、アフタエアノズルから火炉内に噴出する燃焼用空気の噴流が火炉内壁近傍にまで供給にして、火炉内壁の近傍に存在する未燃分及びＣＯを低減することを可能にした微粉炭焚きボイラを実現することができる。
【００７１】
図１１に本実施例の上下２段のアフタエアノズルを構成する下段アフタエアノズル４と上段アフタエアノズル３とを備えた微粉炭焚きボイラについて、火炉１の炉内空気比分布の例を示す。
【００７２】
図１１において、上段アフタエアノズル３からは火炉１の炉中央に噴流７を供給し、下段アフタエアノズル４からは火炉１の内壁の近傍に噴流８を、それぞれ分担して供給することによって、より早く火炉１の炉内に均一に燃焼用空気のアフタエアを供給可能にして未燃分やＣＯを低減し、さらにＮＯｘの生成を抑制することができる。
【００７３】
例えば、図１１に炉内空気比分布ライン１３として炉内空気比分布の状況を示すように、下段アフタエアノズル４の上流部でのバーナ空気比を０．８（燃料の微粉炭が完全燃焼するのに必要な理論空気量より２０％少ない）とし、下段アフタエアノズル４から燃焼用空気として噴出する噴流８を投入後の空気比が０．９となるように空気比で０．１の空気をこの下段アフタエアノズル４から供給する。
【００７４】
そして上段アフタエアノズル３の直前まで空気比１．０未満と酸素不足することで、還元領域を拡大し還元時間を確保してＮＯｘを還元し、ＮＯｘの生成を抑制している。上段アフタエアノズル３からは噴流７によって残りの燃焼用空気を供給し、上段アフタエアノズル３の上流部でのバーナ空気比を例えば空気比１．２になるように運用する。
【００７５】
下段アフタエアノズル４から噴出する噴流７のアフタエア投入後の空気比が１．０未満であれば、炉内空気比分布ライン１３の数値に限らず、同様の効果が得られる。
【００７６】
よって本実施例によれば、ＣＯ、未燃分を低減することが可能となる。また、下段アフタエアノズル４から少量の燃焼用空気を供給し、緩慢燃焼させることでサーマルNOｘの生成を抑制できるというメリットがある。
【００７７】
次に図１２及び図１３に、図１１に示した上下２段のアフタエアノズル３、４の位置での炉断面における噴流７、８のイメージを示す。
【００７８】
図１２に示すように上段アフタエアノズル３は、火炉１の炉中央に存在する高濃度のＣＯ、未燃分領域４１に噴流７として燃焼用空気を供給する。
【００７９】
また、図１３に示すように下段アフタエアノズル４は、火炉１の内壁の近傍に存在する高濃度のＣＯ、未燃分領域４２に噴流８として燃焼用空気を供給する。このように火炉１の内部の空間に供給する燃焼用空気を上段アフタエアノズル３からの噴流７と、下段アフタエアノズル４からの噴流８によって分担して火炉１内に供給することで、火炉内で燃焼用空気を素早く均一に混合することができる。
【００８０】
本実施例によれば、アフタエアノズル出口の開口部が矩形形状に形成されている場合に、アフタエアノズルから火炉内に噴出する燃焼用空気の噴流が火炉内壁の近傍に供給できるようにして、火炉内壁の近傍に存在する未燃分及びＣＯを低減することを可能にした微粉炭焚きボイラを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は微粉炭の燃焼に好適なアフタエアノズルを備えた微粉炭ボイラに適用できる。
【符号の説明】
【００８２】
１：火炉、２：バーナ、３：上段アフタエアノズル、４ａ：開口部、４：下段アフタエアノズル、５：バーナ部燃焼ガス、６：燃焼排ガス、７、８：噴流、１０：旋回羽根、１３：空気比分布、２０：円筒部、２１：間隙、２４：リーク孔、２５：リークエア、３０：燃焼用空気、３１：連結軸、３３：支持部、３５：整流板、４１、４２：高濃度ＣＯ領域、５０：実施例の流速分布、５１：比較例の流速分布、７０：駆動装置、Ａ：圧力損失とスワール数の近似線。
【図１】
2011058737.tif 000007
【図２】
2011058737.tif 000008
【図３】
2011058737.tif 000009
【図４】
2011058737.tif 000010
【図５】
2011058737.tif 000011
【図６】
2011058737.tif 000012
【図７】
2011058737.tif 000013
【図８】
2011058737.tif 000014
【図９】
2011058737.tif 000015
【図１０】
2011058737.tif 000016
【図１１】
2011058737.tif 000017
【図１２】
2011058737.tif 000018
【図１３】
2011058737.tif 000019