(57)【要約】【課題】微粉炭バーナにおいて、着火安定性を確保しつつ、窒素酸化物の発生を抑制する。【解決手段】空気と微粉炭とを吐出するノズル部を有する微粉炭バーナであって、上記ノズル部は、ノズル軸線を中心として形成される内筒ノズルと、上記内筒ノズルの外周において上記ノズル軸線を中心として形成されると共に接線方向から上記微粉炭が供給される外筒ノズルとを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と微粉炭とをノズル軸線に沿って吐出するノズル部を有する微粉炭バーナであって、
前記ノズル部は、
前記ノズル軸線と同軸上に配置される内筒ノズルと、
前記内筒ノズルの外周において前記ノズル軸線と同軸上に配置されると共に接線方向から前記微粉炭が供給される外筒ノズルと
を有することを特徴とする微粉炭バーナ。
【請求項２】
前記内筒ノズルは、接線方向から前記微粉炭が供給されることを特徴とする請求項１記載の微粉炭バーナ。
【請求項３】
前記内筒ノズル及び前記外筒ノズルに接続されると共に前記内筒ノズル及び前記外筒ノズルへと前記微粉炭を流通させる供給配管を有し、
前記供給配管は、前記微粉炭の流線方向に沿って内部を分割する隔壁を有することを特徴とする請求項１または２記載の微粉炭バーナ。
【請求項４】
前記ノズル部の上流において、前記空気及び前記微粉炭を前記内筒ノズルと前記外筒ノズルとに分配する分配器を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の微粉炭バーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粉炭バーナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所等では、石炭を粉末状にした微粉炭と空気とを吐出し、吐出した微粉炭に着火させる微粉炭バーナが利用されている。例えば特許文献１には、微粉炭バーナが、燃料流路内にサイクロン部を有しており、空気と混合された微粉炭が燃料流路内で旋回流を形成する構成が開示されている。このような構成とすることにより、特許文献１に係る微粉炭バーナは、微粉炭の流れを火炎に集中させている。このような微粉炭バーナにおいて、微粉炭は、旋回することにより遠心力で燃料流路の管壁側に移動され、管壁側の濃度が高い状態で供給されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７０９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、微粉炭バーナが形成する火炎の外周において、微粉炭濃度を高めることにより、微粉炭バーナは着火安定性を高めることが可能である。さらに、微粉炭バーナにより形成される火炎の中心近傍において、微粉炭濃度を高めることにより、窒素酸化物を還元する作用を有する還元領域を形成することができる。特許文献１に係る微粉炭バーナは、燃料流路の管壁側における微粉炭濃度が高いため、着火安定性を保持することができる。しかしながら、特許文献１に係る微粉炭バーナは、微粉炭濃度が燃料流路の中心近傍において希薄であり、火炎の中心近傍において十分な規模の還元領域を形成することができない。したがって、このような特許文献１に係る微粉炭バーナは、着火性と、窒素酸化物の抑制とを両立させることができない。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、微粉炭バーナにおいて、着火安定性を確保しつつ、窒素酸化物の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００７】
第１の発明は、空気と微粉炭とをノズル軸線に沿って吐出するノズル部を有する微粉炭バーナであって、上記ノズル部は、上記ノズル軸線と同軸上に配置される内筒ノズルと、上記内筒ノズルの外周において上記ノズル軸線と同軸上に配置されると共に接線方向から上記微粉炭が供給される外筒ノズルとを有するという構成を採用する。
【０００８】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記内筒ノズルは、接線方向から上記微粉炭が供給されるという構成を採用する。
【０００９】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記内筒ノズル及び上記外筒ノズルに接続されると共に上記内筒ノズル及び上記外筒ノズルへと上記微粉炭を流通させる供給配管を有し、上記供給配管は、上記微粉炭の流線方向に沿って内部を２分割する隔壁を有するという構成を採用する。
【００１０】
第４の発明は、上記第１〜第３のいずれかの発明において、上記ノズル部の上流において、上記空気及び上記微粉炭を上記内筒ノズルと上記外筒ノズルとに分配する分配器を有するという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ノズル部は、外筒ノズルと内筒ノズルとに分割され、その両方に微粉炭が供給される。外筒ノズルに供給された一部の微粉炭は、旋回流を形成した状態で吐出口から吐出されることにより、管壁側において微粉炭濃度が高い状態で吐出することができる。これにより、微粉炭バーナの着火安定性を確保することが可能である。さらに、内筒ノズルに供給された微粉炭は、火炎の中心に向けて吐出されるため、火炎の中心近傍において還元領域を形成する。したがって、本発明に係る微粉炭バーナは、着火安定性を確保しつつ、窒素酸化物の発生を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る微粉炭バーナの構造を示す図であり、（ａ）が微粉炭バーナ及び火炉の一部を含む断面図であり、（ｂ）が微粉炭バーナのオイルノズル及びバーナノズルと直交する方向における断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る微粉炭バーナの吐出口における微粉炭の濃度分布を示す概念図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る微粉炭バーナの外側スロート近傍における拡大断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る微粉炭バーナの変形例における分配器の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明に係る微粉炭バーナの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。図１は、本実施形態に係る微粉炭バーナ１の構造を示す図であり、（ａ）が微粉炭バーナ１及び火炉壁１００の一部を含む断面図であり、（ｂ）が微粉炭バーナ１のオイルノズル３及びバーナノズル４と直交する方向における断面図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態に係る微粉炭バーナ１が設けられる火炉壁１００には、内側と外側とを連通する火炉開口１１０が形成されている。この火炉開口１１０には、火炉壁１００の内部へと向けて拡径するようにスロートが形成されている。
【００１５】
微粉炭バーナ１は、粉末状の石炭である微粉炭を燃焼させ、火炉壁１００の内部に火炎を形成する装置である。この微粉炭バーナ１は、火炉壁１００の火炉開口１１０から一部が露出するように設けられており、微粉炭供給配管２と、オイルノズル３と、バーナノズル４（ノズル部）と、空気供給部５とを有している。
【００１６】
微粉炭供給配管２は、図１（ｂ）に示すように、内筒ノズル４ａ及び外筒ノズル４ｂに対して直交すると共に、後述する内筒ノズル４ａ及び外筒ノズル４ｂに対してノズル軸線Ｌから偏心した位置に接続された配管である。この微粉炭供給配管２は、内筒ノズル４ａ及び外筒ノズル４ｂの接線方向から、内筒ノズル４ａ及び外筒ノズル４ｂに微粉炭及び１次空気を供給している。この微粉炭供給配管２は、該微粉炭供給配管２の中央に形成された隔壁２ａにより、内部が内筒側流路Ｒ１と、外筒側流路Ｒ２とに分割されている。
【００１７】
隔壁２ａは、微粉炭供給配管２の内部において、内筒ノズル４ａ及び外筒ノズル４ｂとの接続部まで、微粉炭及び１次空気の流線方向に沿って形成されている。このような微粉炭供給配管２には、不図示の微粉炭ミルが接続されており、微粉炭が１次空気と混合された状態で流通する。このような隔壁２ａによって分割された内筒側流路Ｒ１と外筒側流路Ｒ２とには、それぞれに微粉炭及び１次空気が流通する。また、内筒側流路Ｒ１は、後述する内筒ノズル４ａと接続され、外筒側流路Ｒ２は、後述する外筒ノズル４ｂと接続される。
【００１８】
オイルノズル３は、ノズル軸線Ｌと同軸上に配置された円筒形状の管である。このオイルノズル３は、重油または軽油等の液体燃料が貯留される不図示のタンクに接続されており、内部に液体燃料が流通する。このようなオイルノズル３は、微粉炭の燃焼初期における着火のために、火炉開口１１０から火炉壁１００に向けて霧状の液体燃料を吐出する。また、このオイルノズル３の吐出口の近傍には、不図示の点火装置が設けられており、この点火装置によって、オイルノズル３から吐出される液体燃料が点火される。
【００１９】
バーナノズル４は、内筒ノズル４ａと、外筒ノズル４ｂとを有し、二重管構造となっている。内筒ノズル４ａは、ノズル軸線Ｌと同軸上に、オイルノズル３の外周に設けられた円筒形状の管であり、微粉炭供給配管２の管壁及び隔壁２ａと連結されている。すなわち、内筒ノズル４ａは、接線方向から微粉炭が供給されている。これにより、この内筒ノズル４ａと、オイルノズル３との間に形成された内筒流路Ｒ３は、内筒側流路Ｒ１と接続されている。この内筒流路Ｒ３には、内筒側流路Ｒ１から供給された微粉炭及び１次空気が流通する。すなわち、内筒ノズル４ａには、微粉炭供給配管２がノズル軸線Ｌに対して偏心した位置に接続されていることにより、接線方向から微粉炭が供給されている。これにより、微粉炭及び１次空気が内筒ノズル４ａの管壁に沿って内筒流路Ｒ３を螺旋状にスクロールしながら流れる。
【００２０】
外筒ノズル４ｂは、ノズル軸線Ｌと同軸上に、内筒ノズル４ａの外周に設けられた円筒形状の管であり、微粉炭供給配管２の管壁と連結されている。これにより、外筒ノズル４ｂと内筒ノズル４ａとの間に形成された外筒流路Ｒ４は、外筒側流路Ｒ２と接続されている。また、外筒ノズル４ｂの火炉壁１００側の端部である吐出口の周囲にはテーパが形成されている。この外筒流路Ｒ４には、外筒側流路Ｒ２から供給された微粉炭及び１次空気が流通する。すなわち、外筒ノズル４ｂには、微粉炭供給配管２がノズル軸線Ｌに対して偏心した位置に接続されていることにより、接線方向から微粉炭が供給されている。これにより、外筒流路Ｒ４において微粉炭及び１次空気は、外筒ノズル４ｂの管壁に沿って螺旋状にスクロールしながら流れ、吐出口から高速で吐出される。
【００２１】
空気供給部５は、火炎に対して２次空気を供給する装置であり、ウインドボックス５ａと、外側スロート５ｂと、内側スロート５ｃと、主空気調整機構５ｄと、空気調整機構５ｅとを有している。ウインドボックス５ａは、外筒ノズル４ｂの外周であって吐出口の近傍に設けられる箱状の部材である。このウインドボックス５ａには、２次空気が昇温された状態で供給される。外側スロート５ｂは、ウインドボックス５ａと火炉開口１１０とを接続しており、ウインドボックス５ａから火炉開口１１０に向けて縮径されている。
【００２２】
内側スロート５ｃは、外側スロート５ｂと外筒ノズル４ｂの間に設けられた略円環状の部材である。この内側スロート５ｃは火炉開口１１０に向けて縮径されている。外側スロート５ｂと、内側スロート５ｃとの間には、火炉壁１００へと２次空気（燃焼用空気）を供給する空気吐出流路Ｒ５が形成される。また、内側スロート５ｃと外筒ノズル４ｂとの間には、火炉壁１００へと２次空気を供給する空気吐出流路Ｒ６が形成される。
【００２３】
主空気調整機構５ｄは、空気吐出流路Ｒ５及び空気吐出流路Ｒ６の上流に設けられている。この主空気調整機構５ｄは、ベーンと、該ベーンを回動させるモータ等の駆動装置を有し、ベーンの向きを調整することにより、空気吐出流路Ｒ５及び空気吐出流路Ｒ６へと流入する空気の旋回力を調節する機構である。空気調整機構５ｅは、空気吐出流路Ｒ６の上流側に設けられており、ベーンにより空気吐出流路Ｒ６へと流れる２次空気の旋回力を微調節する機構である。主空気調整機構５ｄ及び空気調整機構５ｅにより、火炉壁１００へと供給される２次空気の旋回力が調整される。
【００２４】
続いて、上記構成の微粉炭バーナ１の作用について、図１に加えて図２及び図３を参照して説明する。図２は、本実施形態に係る微粉炭バーナ１の吐出口における微粉炭の濃度分布を示す概念図である。また、図３は、本実施形態に係る微粉炭バーナ１の外側スロート５ｂ近傍における拡大断面図である。
【００２５】
本実施形態に係る微粉炭バーナ１は、図１（ｂ）に示すように、微粉炭がバーナノズル４に対して、ノズル軸線Ｌよりも上方に偏心した位置から供給される。微粉炭供給配管２の内筒側流路Ｒ１を通過した微粉炭及び１次空気は、内筒ノズル４ａに流入すると、内筒ノズル４ａの内部において、内筒ノズル４ａの管壁に沿って、ノズル軸線Ｌを中心として螺旋状に旋回しながら火炉壁１００に向けて移動する。これにより、内筒ノズル４ａの内部における微粉炭は、１次空気に拡散されると共に、管内部に堆積することなく流れる。
【００２６】
微粉炭供給配管２の外筒側流路Ｒ２を通過した微粉炭及び１次空気は、外筒ノズル４ｂに流入すると、外筒ノズル４ｂの内部において、外筒ノズル４ｂの管壁に沿って、ノズル軸線Ｌを中心として螺旋状に旋回しながら火炉壁１００に向けて移動する。これにより、外筒ノズル４ｂの内部における微粉炭は、１次空気に拡散されると共に、管内部に堆積することなく流れる。さらに、外筒ノズル４ｂの内部の微粉炭は、外筒流路Ｒ４の幅が広いため、遠心力により径方向外側へと移動し、外筒ノズル４ｂの管壁近傍の微粉炭濃度が高い状態で、火炉壁１００に供給される。外筒ノズル４ｂから火炉壁１００に供給された微粉炭は、空気供給部５から供給される２次空気と混合された状態で着火する。
【００２７】
バーナノズル４に供給された微粉炭は、吐出口近傍において、図２に示すような濃度分布で吐出される。すなわち、径方向におけるノズル軸線Ｌ近傍に微粉炭濃度が最も高い領域が形成され、外筒ノズル４ｂの管壁近傍において、微粉炭濃度の高い領域がさらに形成されている。これにより、図３に示すように、最も微粉炭濃度の高く、酸素の量が相対的に少ない領域が火炎の中心に形成される。
【００２８】
ノズル軸線Ｌ近傍の微粉炭が最も高い領域（還元領域Ｋ）において、微粉炭は、２次空気との接触が少ないため、窒素酸化物を還元することができる還元剤として作用する。このノズル軸線Ｌ近傍の還元領域Ｋは、窒素酸化物を低減させることに寄与する。また、外筒ノズル４ｂの管壁近傍における微粉炭濃度の高い領域（領域Ｆ）において、微粉炭は、２次空気と混合されて、火炎の外側近傍において高温で燃焼され、火炎の安定性を保持する。
【００２９】
このような本実施形態に係る微粉炭バーナ１によれば、微粉炭及び１次空気が、内筒ノズル４ａと、外筒ノズル４ｂとから吐出される。これにより、バーナノズル４に流通する多量の微粉炭が外筒ノズル４ｂの管壁近傍に偏在した状態で供給されることを防ぐことが可能である。したがって、過剰な量の微粉炭が高温で燃焼されることによる窒素酸化物の生成を抑制することができ、さらに、内筒ノズル４ａから吐出された微粉炭により、火炎の中心に還元領域Ｋを形成することが可能である。すなわち、微粉炭バーナ１は、窒素酸化物の生成を抑制することができる。
【００３０】
さらに、本実施形態に係る微粉炭バーナ１によれば、外筒ノズル４ｂに対して、接線方向から微粉炭及び１次空気が供給されることにより、微粉炭及び１次空気は、ノズル軸線Ｌを中心として旋回しながら吐出される。さらに、外筒流路Ｒ４が内筒流路Ｒ３よりも流路幅が広くなるように形状設定されることによって、外筒ノズル４ｂの管壁近傍に微粉炭を偏らせやすくなっている。また、外筒流路Ｒ４を通過する微粉炭は、外筒流路Ｒ４の上流側から旋回されている。これよって、外筒ノズル４ｂの吐出口において、管壁近傍における微粉炭濃度が高い状態とすることができる。したがって、外筒に供給された微粉炭の濃度は、外筒ノズル４ｂの管壁近傍の領域Ｆにおいて高くなる。この領域Ｆにおける微粉炭が２次空気と混合されることで、火炎の着火安定性を確保することができる。
【００３１】
また、本実施形態に係る微粉炭バーナ１によれば、内筒ノズル４ａにも、外筒ノズル４ｂと同様に、接線方向から微粉炭及び１次空気が供給されている。これにより、内筒ノズル４ａにおいても、微粉炭及び１次空気は、ノズル軸線Ｌを中心として旋回しながら吐出される。したがって、内筒ノズル４ａ内において、微粉炭は、堆積することなく１次空気と混合され、スムーズに流れることができる。
【００３２】
また、本実施形態に係る微粉炭バーナ１によれば、微粉炭供給配管２は、隔壁２ａによって管内部が２分割され、内筒側流路Ｒ１と外筒側流路Ｒ２とを有している。これにより、内筒ノズル４ａと外筒ノズル４ｂとに微粉炭を供給するに当たり、別々に配管を設ける必要がなく、装置構成を単純化することができる。
【００３３】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３４】
図４は、上記実施形態に係る微粉炭バーナ１の変形例における分配器６の正面図である。この図に示すように、微粉炭供給配管２の内部における内筒側流路Ｒ１及び外筒側流路Ｒ２の上流側、すなわち、隔壁２ａの上流側端部に、分配器６を備える構成としてもよい。この分配器６は、回転駆動部６ａと、弁体６ｂとを有し、弁体６ｂを回転駆動部６ａが回転させることにより、微粉炭及び１次空気の流れを、内筒側流路Ｒ１と外筒側流路Ｒ２とに分配する装置である。このような分配器６を設けることにより、内筒流路Ｒ３と外筒流路Ｒ４とに流通する微粉炭の量を適切に制御することが可能である。
【００３５】
具体的には、内筒流路Ｒ３に流通する微粉炭の量を、外筒流路Ｒ４に流通する量よりも多くすることにより、還元領域Ｋを大きくすることができるため、窒素酸化物の量を減少させることができる。また、この場合には、時間帯ごとに微粉炭の分配比率を制御することも可能である。このため、例えば火力発電所において微粉炭バーナ１が用いられる場合、電力需要の高い時間帯と、電力需要の低い時間帯とで、内筒流路Ｒ３と外筒流路Ｒ４との分配比率を変更することも可能である。この場合、時間帯ごとの燃焼量に対して窒素酸化物の低減に最適な分配比率に調整することができる。
【００３６】
また、微粉炭供給配管２の内部における内筒側流路Ｒ１及び外筒側流路Ｒ２の上流側、すなわち、隔壁２ａの上流側端部に、おいて、多数の開口が形成された分配器が微粉炭及び１次空気の流線に直交するように設けられていてもよい。分配器の上記開口は、それぞれ細管と接続されている。さらに、複数の細管は、内筒側流路Ｒ１と外筒側流路Ｒ２とのいずれかに挿入されている。このような構成の分配器は、複数の開口から流入した微粉炭及び１次空気を、細管を介して内筒側流路Ｒ１と外筒側流路Ｒ２とに分配する。この分配器は、微粉炭供給配管２の上流において、微粉炭の濃度に偏りがある状態で流れている場合にも、内筒流路Ｒ３と外筒流路Ｒ４とに供給される微粉炭の量を適切に保持することができる。さらに、この分配器は、可動部を設ける必要がなく、保守性が高い構造とすることができる。
【００３７】
また、上記実施形態においては、微粉炭供給配管２は、隔壁２ａが設けられており、配管の内部に内筒側流路Ｒ１と外筒側流路Ｒ２とが形成されているものとした。しかしながら、本発明はこれに限定されず、内筒側流路Ｒ１と外筒側流路Ｒ２とは、それぞれ別の配管としてもよい。
【００３８】
また、上記実施形態において、内筒流路Ｒ３を流れる微粉炭及び１次空気は、内筒ノズル４ａの管壁に沿って旋回されるものとした。しかしながら、本発明はこれに限定されず、内筒流路Ｒ３に流通する微粉炭及び１次空気は、旋回されないものとしてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１  微粉炭バーナ
２  微粉炭供給配管
２ａ  隔壁
３  オイルノズル
４  バーナノズル
４ａ  内筒ノズル
４ｂ  外筒ノズル
５  空気供給部
５ａ  ウインドボックス
５ｂ  外側スロート
５ｃ  内側スロート
５ｄ  主空気調整機構
５ｅ  空気調整機構
６  分配器
６ａ  回転駆動部
６ｂ  弁体
１００  火炉壁
１１０  火炉開口
【図１】
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【図２】
2017223423.tif 000004
【図３】
2017223423.tif 000005
【図４】
2017223423.tif 000006