(57)【要約】【課題】炉底への燃料落下を抑制し、かつ過剰粉砕を行うことのない固体燃料の粒度調整を可能とすること。【解決手段】固体燃料を燃焼炉炉壁に設けたバーナ２に供給して燃焼させる燃焼システムであって、固体燃料は、粉砕されその粒度が可変調整されてバーナに供給され、燃焼炉の負荷に応じて固体燃料の粉砕粒度を変化させること。また、バーナは、燃焼炉炉壁の配置高さを異にする多段のバーナ２ａ〜２ｄで構成され、各バーナの配置高さに応じて各バーナへ供給する固体燃料の粉砕粒度を変化させること。また、燃焼炉の負荷及び各バーナの配置高さに応じて固体燃料の粉砕粒度を変化させること。また、燃焼炉負荷が大きいときに又はバーナ配置高さが高いときに、粉砕粒度を大きくすること。【選択図】        図１
2005024138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料を燃焼炉炉壁に設けたバーナに供給して燃焼させる燃焼システムであって、
前記固体燃料は、粉砕されその粒度が可変調整されて前記バーナに供給され、
前記燃焼炉の負荷に応じて前記固体燃料の粉砕粒度を変化させる
ことを特徴とする燃焼システム。
【請求項２】
固体燃料を燃焼炉炉壁に設けたバーナに供給して燃焼させる燃焼システムであって、
前記固体燃料は、粉砕されその粒度が可変調整されて前記バーナに供給され、
前記バーナは、前記燃焼炉炉壁の配置高さを異にする多段のバーナで構成され、
前記各バーナの配置高さに応じて各バーナへ供給する前記固体燃料の粉砕粒度を変化させる
ことを特徴とする燃焼システム。
【請求項３】
固体燃料を燃焼炉炉壁に設けたバーナに供給して燃焼させる燃焼システムであって、
前記固体燃料は、粉砕されその粒度が可変調整されて前記バーナに供給され、
前記バーナは、前記燃焼炉炉壁の配置高さを異にする多段のバーナで構成され、
前記燃焼炉の負荷及び前記各バーナの配置高さに応じて前記固体燃料の粉砕粒度を変化させる
ことを特徴とする燃焼システム。
【請求項４】
請求項１、２又は３において、
前記燃焼炉負荷が大きいときに又は前記バーナ配置高さが高いときに、前記粉砕粒度を大きくすることを特徴とする燃焼システム。
【請求項５】
固体燃料を燃焼炉炉壁に設けたバーナに供給して燃焼させる燃焼システムであって、
前記固体燃料は、粉砕されその粒度が可変調整されて前記バーナに供給され、
前記バーナは、前記燃焼炉炉壁の配置高さを異にする多段のバーナで構成され、
前記多段バーナの上方側のバーナには揮発分の高い固体燃料を供給し且つ粉砕粒度を大きくし、
前記多段バーナの下方側のバーナには揮発分の低い固体燃料を供給し且つ粉砕粒度を小さくする
ことを特徴とする燃焼システム。
【請求項６】
請求項５において、
前記揮発分の高い固体燃料は、前記燃焼炉の負荷に応じて前記固体燃料の粉砕粒度を変化させる
ことを特徴とする燃焼システム。
【請求項７】
固体燃料と気体又は液体燃料を燃焼炉炉壁に設けたバーナに供給して燃焼させる燃焼システムであって、
前記固体燃料は、粉砕されその粒度が可変調整されて前記バーナに供給され、
前記バーナは、前記燃焼炉炉壁の配置高さを異にする多段のバーナで構成され、
前記多段バーナの上方側のバーナには、前記固体燃料を供給し且つ粉砕粒度を前記燃焼炉の負荷に応じて変化させ、
前記多段バーナの下方側のバーナには気体又は液体燃料を供給する
ことを特徴とする燃焼システム。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１つの請求項において、
前記粉砕粒度の可変調整は、気体流が粒子に及ぼす抗力を利用した分級方法を用いたことを特徴とする燃焼システム。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１つの請求項に記載の燃焼システムを適用したボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体燃料を燃焼するボイラシステムに係り、特に揮発分が高く燃焼性の高い固体燃料を用いる燃焼システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
褐炭などの炭化が進んでいない固体燃料は、日本国内の事業用ボイラで一般的に使用される瀝青炭に比べ、揮発分が高いという特徴を有している。このような燃料を粉砕燃焼させるためには、瀝青炭に比べて低い粒度でも高い燃焼性が維持されるため、粉砕設備は低い粉砕粒度で計画される。
【０００３】
しかしながら、固体燃料粉砕粒度が燃焼炉の炉内ガス気流中の浮遊限界粒径を上回ると、固体燃料粒子は炉底に落下するため、炉底で適正に燃焼させる手段を有さない設備においては、炉底への落下分の燃焼効率が低下する。また、炉底への落下を常時防止できる小さな粉砕粒度の粉砕設備にすると、粉砕動力と粉砕機寿命の面で課題を生じるため、粉砕粒度は炉底への落下を前提に計画され、炉底にストーカ方式の燃焼装置を別途設けるように構成されている。
【０００４】
図７は従来技術に関する褐炭焚きボイラの構成例を示す図である。図７によると、燃焼炉１に燃料を供給するバーナ２に加え、炉底燃焼装置３を備えた構成となっている。
【０００５】
また、石炭焚きボイラの燃焼装置の従来技術として、バーナを縦に並べて配置し、ボイラの負荷が多いときには全てのバーナに微粉炭の燃料を供給し、ボイラ負荷が少ないときには上側配置のバーナに微粉炭燃料を供給することが開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２４３１１１
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術における炉底の燃焼装置には、未燃固体燃料とともに燃焼炉内のクリンカが落下して来るため、燃料と空気の接触が阻害され、高い燃焼効率は期待できない場合がある。また、炉底燃焼装置の設備費の面で経済性が劣る。
【０００８】
また、常に炉底に落下しない粉砕粒度を提供できる粉砕機を設置するとなると、粉砕動力の高い粉砕機が必要とされ、また、粉砕機寿命が短くなるという課題を生じる。
【０００９】
このように、揮発分の高い固体燃料は、燃焼性が高く固体燃料粉砕粒度を高めなくとも高い燃焼効率が維持される。しかしながら、固体燃料の粉砕粒度が炉内ガス気流中の浮遊限界粒径を上回ると炉底に落下するため、炉底で適正に燃焼させる手段を有さない設備においては燃焼効率が低下する。あらゆる条件において固体燃料の粉砕粒度が炉内ガス気流中の浮遊限界粒径を下回る粒径に粉砕する場合、条件によっては過剰粉砕となり、粉砕エネルギーの増大と粉砕機の寿命低下を引き起こす。
【００１０】
また、特許文献１によれば、ボイラ負荷と石炭燃料の供給との関係を開示しているが、石炭燃料の炉底に落下したときの燃焼効率についての不都合性や、石炭燃料の粒度に関する観点については何等言及していない。
【００１１】
本発明の目的は、燃焼炉負荷及びバーナの配置高さ等によって固体燃料の粉砕粒度を変化させ、燃料の炉底への落下を最小限に留めるとともに過剰粉砕を避けて、最適な固体燃料の粉砕粒度を調整する燃焼システムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
固体燃料を燃焼炉炉壁に設けたバーナに供給して燃焼させる燃焼システムであって、
前記固体燃料は、粉砕されその粒度が可変調整されて前記バーナに供給され、
前記燃焼炉の負荷に応じて前記固体燃料の粉砕粒度を変化させる構成とする。
【００１３】
また、固体燃料を燃焼炉炉壁に設けたバーナに供給して燃焼させる燃焼システムであって、
前記固体燃料は、粉砕されその粒度が可変調整されて前記バーナに供給され、
前記バーナは、前記燃焼炉炉壁の配置高さを異にする多段のバーナで構成され、
前記各バーナの配置高さに応じて各バーナへ供給する前記固体燃料の粉砕粒度を変化させる構成とする。
【００１４】
また、固体燃料を燃焼炉炉壁に設けたバーナに供給して燃焼させる燃焼システムであって、
前記固体燃料は、粉砕されその粒度が可変調整されて前記バーナに供給され、
前記バーナは、前記燃焼炉炉壁の配置高さを異にする多段のバーナで構成され、
前記燃焼炉の負荷及び前記各バーナの配置高さに応じて前記固体燃料の粉砕粒度を変化させる構成とする。
【００１５】
また、前記燃焼システムにおいて、前記燃焼炉負荷が大きいときに又は前記バーナ配置高さが高いときに、前記粉砕粒度を大きくする構成とする。
【００１６】
このような構成を採用することにより、個体燃料の炉底への落下を最小限に留めるとともに過剰粉砕を避けて、最適な固体燃料の粉砕粒度を調整することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る燃焼システムについて、図１〜図６を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る燃焼システムにおける燃焼炉とバーナの配置を示す構成図であり、図２は燃焼炉負荷と、炉内ガス上昇流速、粉砕最大粒径、粉砕動力との関係を示す図であり、図３は燃焼炉負荷と複数バーナ段の粉砕最大粒径との関係を示す図である。また、図４は本発明の他の実施形態に係る燃焼システムにおける多段バーナへの固体燃料供給例を示す図であり、図５は本発明の他の実施形態における燃焼炉負荷と複数バーナ段の粉砕最大粒径との関係を示す図である。また、図６は本発明の更に他の実施形態に係る燃焼システムにおける多段バーナへの固体燃料供給例を示す図である。
【００１８】
図１において、燃焼炉へ燃料を供給するバーナは４段からなり、それぞれ上から２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとなっている。また、図２において、燃焼炉負荷が高いほど燃焼炉内ガスの上昇流速は上昇するため（図２の（１）参照）、炉底に落下しないようにするために（炉底への落下を抑制するに）必要な最大粉砕粒径は大きくなる（図２の（２）参照）。粒径を大きくて済ませることにより粉砕に要する動力は低減できる（図２の（３）参照）。
【００１９】
ここで、不図示ではあるが、バーナ２への固体燃料供給経路には、固体燃料を粉砕する粉砕機を備え、この固体燃料粉砕機は粉砕粒度を可変する粒度調整機能を有している。また、この粒度調整機能を奏するものは粉砕機とは別の装置として粉砕機出口に設けても良い。なお、粉砕粒度可変調整機能として気体流が粒子に及ぼす抗力を利用した分級方法を用いてもよい。
【００２０】
このように、燃焼炉負荷と必要最大粉砕粒径並びに粉砕動力との関係は、図２の（２）、（３）に示すとおりである。また、バーナ段が上側に行くほど、即ち、最上段のバーナ段２ａに近づくほど、燃焼炉内ガスの上昇流速は上昇する。したがって、図３に示すように、炉底への落下を抑制するに必要な固体燃料の最大粉砕粒径は大きくなる。
【００２１】
換言すると、図３では、図１に示す各バーナ段２ａ〜２ｄにおける粉砕最大粒径と燃焼炉負荷との関係を示し、上側のバーナ段ほど粉砕最大粒径を大きく、かつ燃焼炉負荷が高いほど粉砕最大粒径を大きくする設定とし、トータルとして、高効率燃焼の維持と粉砕動力の最小化を可能としている。
【００２２】
図４には本発明の他の実施形態に係る燃焼システムを示し、バーナ段２ａには揮発分の高い固体燃料を使用し、バーナ段２ｂ〜２ｄには揮発分が低い固体燃料を使用するものである。図５には、本発明の他の実施形態に係る燃焼システムおける適正な粉砕最大粒径の設定例を示している。バーナ段２ａの高揮発分固体燃料に対しては、図３に示す概念に基づく粒度設定を行い、バーナ段２ｂ〜２ｄの低揮発分固体燃料に対しては、炉底への落下には関係ない（炉底に落下しないような）微粉砕であって且つ燃料性状から求められる燃焼効率維持のための微粉砕の設定を行っている。なお、図４と図５の実施形態では、燃焼炉負荷を検出しこの検出出力に応じてバーナ段２ａのみの粉砕粒径を変化させているが、これに限らず、上方側の複数のバーナ段に対して粒径を変化させても良い。
【００２３】
図６には本発明の更に他の実施形態に係る燃焼システムを示し、バーナ段２ａには揮発分の高い固体燃料を使用し、バーナ段２ｂ〜２ｄには気体燃料もしくは液体燃料を使用するものである。バーナ段２ａに対して、図３に示す概念に基づく粒度設定を行っている。
【００２４】
以上説明したように、従来技術では、粉砕粒度を常時炉底に落下しない設備を設けていたが、ボイラ負荷が高くなると燃焼炉内の上昇ガス流速は上昇するため、炉底に落下しない必要最大粒径は大きくなり、また、多段バーナの炉壁配置高さが上にいくほど炉内上昇ガス流速は高くなるため、炉底に落下しない必要最大粒径は大きくなることに鑑みて、本発明の実施形態は、炉内ガス流速の変化に着目して燃焼炉負荷に応じて（燃焼炉負荷を検出して）粒度を可変とすること、並びに多段バーナの炉壁配置高さによって粒度を可変とすることに発明の特徴を有するものである。
【００２５】
この特徴によれば、高い（大きい）粒度が必要とされる燃焼炉低負荷や下側のバーナ段に限定して粒度を高めることが可能となるため、常に炉底に落下せず過剰粉砕ともならない最適粒度での運用が可能となるため、高効率で長寿命の経済的な設備とすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、炉底への燃料落下を抑制し、かつ過剰粉砕を行うことのない固体燃料の粒度調整が可能となるため、高効率で経済性の高い運用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃焼システムにおける燃焼炉とバーナの配置を示す構成図である。
【図２】燃焼炉負荷と、炉内ガス上昇流速、粉砕最大粒径、粉砕動力との関係を示す図である。
【図３】燃焼炉負荷と複数バーナ段の粉砕最大粒径との関係を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る燃焼システムにおける多段バーナへの固体燃料供給例を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態における燃焼炉負荷と複数バーナ段の粉砕最大粒径との関係を示す図である。
【図６】本発明の更に他の実施形態に係る燃焼システムにおける多段バーナへの固体燃料供給例を示す図である。
【図７】従来技術に関する褐炭焚きボイラの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１  燃焼炉
２  バーナ
３  炉底燃焼装置
【図１】
2005024138.tif 000003
【図２】
2005024138.tif 000004
【図３】
2005024138.tif 000005
【図４】
2005024138.tif 000006
【図５】
2005024138.tif 000007
【図６】
2005024138.tif 000008
【図７】
2005024138.tif 000009