(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料供給ノズル又は固体燃料と該固体燃料搬送用媒体の混合流体の供給ノズルを取り囲んで一以上の燃焼用含酸素気体を供給する流路を有し、該燃焼用含酸素気体流路のうちで、少なくとも一つがバーナの中心軸方向に対して外側に燃焼用含酸素気体を拡げる機能を有する、燃焼炉壁に設けられる燃焼用バーナであって、
燃焼用含酸素気体をバーナの中心軸を基準として、周方向外側に拡げる案内板を前記少なくとも一つの燃焼用含酸素気体流路の先端部に設け、前記燃焼用含酸素気体流路を複数の流路に分割し、各々の分割された前記流路における流量を調整して前記燃焼用含酸素気体流路をバーナの中心軸に対してバーナの周方向に偏差を与え、かつ偏差の度合いを調整可能な流量調整器を設けたことを特徴とする燃焼用バーナ。
【請求項２】
請求項１記載の燃焼用バーナの燃焼用含酸素気体流量のバーナ周方向での偏差量を最適値に調整した後に燃料を燃焼させることを特徴とするバーナを用いる燃焼方法。
【請求項３】
請求項１記載の燃焼用バーナの燃焼用含酸素気体流量のバーナ周方向での偏差量を、燃焼炉の負荷によって変化させることを特徴としたバーナを用いる燃焼方法。
【請求項４】
請求項１記載の燃焼用バーナの燃焼用含酸素気体流量のバーナ周方向での偏差量を燃焼炉出口の燃焼ガス温度に基づいて、手動もしくは自動で調整することを特徴とするバーナを用いる燃焼方法。
【請求項５】
請求項１記載の燃焼用バーナを備えた燃焼装置。
【請求項６】
請求項１記載の燃焼用バーナを少なくとも蒸気生成用の伝熱管と再熱蒸気生成用伝熱管を有するボイラ火炉に配置したボイラであって、再熱蒸気温度検出器と該再熱蒸気温度検出器により検出された再熱蒸気温度に基づき、燃焼用バーナの燃焼用含酸素気体流路内の燃焼用含酸素気体の流量の偏差度合いの調整装置を手動又は自動調整する調整器を備えたことを特徴とするボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼用バーナと該バーナを用いる燃焼方法及び前記バーナを備えたボイラに関するものである。さらに、本発明は、燃焼用バーナを備えた燃焼装置、例えばボイラ、加熱炉または熱風発生炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７に従来技術からなる固体燃料用バーナの例を示す。この固体燃料用バーナは固体燃料と搬送用一次空気とを含む混合流体２１が火炉４に向かって流れる混合流体流路を画定している混合流体ノズル２２と、該混合流体ノズル２２の外周にもうけられた二次空気２３及び三次空気２４が流れる燃焼用空気流路２５を画定している二重の空気供給ノズルとを備えている。混合流体ノズル２２の出口先端には保炎リング２６が設けられており、その後流側に形成される循環渦２７の効果でバーナ近傍から燃料の着火を可能としている。
【０００３】
空気供給ノズルの中で外周側の三次空気２４の流路は二次空気２３と三次空気２４の流路を仕切る案内板２８によって外側に拡げられ、火炎中心部への空気の混合を遅らせ、空気不足の条件下での燃焼促進により、燃焼ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を抑制している。二次空気２３と三次空気２４はそれぞれ旋回器２９と旋回器３０で旋回流として火炉４内に噴出される。また、バーナ構造として、混合流体２１、二次空気２３及び三次空気２４のいずれの流路もバーナ中心軸を中心として対称形をしていることが基本となっている。
【０００４】
図８の側面図には、バーナ先端部から噴出する燃料及び空気の流れ方向を変えることができる機構を有する従来のバーナの例を示す。
図８に示すバーナでは、固体燃料と搬送用一次空気の混合流体３１又は液体燃料ノズル３２を取り囲んで二次空気３３が供給される。バーナの出口先端には、燃料及び空気の流れ方向を可変とする上下可動ノズル３４が設置されている。
【０００５】
図９は図８に示すバーナを用いて燃料を燃焼させている火炉内部の状況を示す図である。可動ノズル３４を上向きにすることにより、図９（ａ）に示すように燃焼領域は火炉４の上部へ移動して、火炉４出口燃焼ガス温度を上昇させ、また、可動ノズル３４を下向きにすることにより、図９（ｃ）に示すように燃焼領域は火炉下部に移動して火炉４の出口ガス温度を低下させる。可動ノズル３４を水平方向に向けると、図９（ｂ）に示すように燃焼領域は火炉４内ではやはり水平方向に形成され、火炉４の出口燃焼ガス温度は前記（図９（ａ））と（図９（ｃ））の中間の温度になる。
【０００６】
この火炉４内の燃焼領域の変化は、再熱蒸気温度の制御に用いられている。すなわち、火炉４出口温度が低下しやすい低負荷域においては上下可動ノズル３４を上向きにして火炉４出口温度の低下を抑制し、火炉４出口温度が高い高負荷域においては上下可動ノズル３４を下向きにして火炉出口ガス温度の上昇を抑制することにより、再熱蒸気温度を規定の値に維持する制御が行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示す従来技術から成る低ＮＯｘバーナにおいては、バーナ先端部の構造が比較的複雑であるため、図８に示す上下可動ノズル３４のような燃焼領域を変化させる構造を適用することが困難である。一方、図８に示す燃焼領域の変化を可能とする従来技術の上下可動ノズル３４においては、バーナ単体で低ＮＯｘを可能とする図７のような相対的に複雑な構造を適用することが困難である。
【０００８】
本発明の課題は、燃焼ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を抑制して、かつ火炉内の燃焼領域を変化させる事ができる燃焼バーナ、該バーナを用いる燃焼方法および該バーナを有する燃焼装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、図７に示す従来の低ＮＯｘバーナの構造を維持しつつ、外向きの燃焼用含酸素気体（以下、酸素を含有している燃焼排ガス又は空気、それらの混合物をいうが、以下それらを代表して、空気という）の流量を周方向で非対称にすることにより解決される。
【００１０】
すなわち、請求項１記載の発明は、固体燃料供給ノズル又は固体燃料と該固体燃料搬送用媒体の混合流体の供給ノズルを取り囲んで一以上の燃焼用含酸素気体を供給する流路を有し、該燃焼用含酸素気体流路のうちで、少なくとも一つがバーナの中心軸方向に対して外側に燃焼用含酸素気体を拡げる機能を有する、燃焼炉壁に設けられる燃焼用バーナであって、燃焼用含酸素気体をバーナの中心軸を基準として、周方向外側に拡げる案内板を前記少なくとも一つの燃焼用含酸素気体流路の先端部に設け、前記燃焼用含酸素気体流路を複数の流路に分割し、各々の分割された前記流路における流量を調整して前記燃焼用含酸素気体流路をバーナの中心軸に対してバーナの周方向に偏差を与え、かつ偏差の度合いを調整可能な流量調整器を設けた燃焼用バーナである。
【００１２】
このとき、前記燃焼用バーナの空気流量のバーナ周方向での偏差量を最適値に調整した後、固定して燃料を燃焼させる燃焼方法、または、上記燃焼用バーナの空気流量のバーナ周方向での偏差量を、燃焼炉の負荷によって変化させる燃焼方法を用いることができる。
【００１３】
また、本発明の燃焼用バーナの空気流量のバーナ周方向での偏差量を燃焼炉出口の燃焼ガス温度に基づいて、手動もしくは自動で調整する燃焼方法を用いることができる。
【００１４】
また、本発明は上記燃焼用バーナを備えたボイラ、加熱炉または熱風発生炉などの燃焼装置を含む。
【００１５】
ボイラに本発明の上記燃焼用バーナを適用するときには、該バーナを少なくとも蒸気生成用の伝熱管と再熱蒸気生成用伝熱管を有するボイラ火炉に配置したボイラであって、再熱蒸気温度検出器と該再熱蒸気温度検出器により検出された再熱蒸気温度に基づき、燃焼用バーナの空気流路内の空気の流量の偏差度合いの調整装置を手動又は自動調整する調整器を備えたボイラとすることができる。
【００１６】
【作用】
燃料又は燃料搬送用媒体と燃料の混合流体の流れには周囲の燃焼用空気（以下、単に空気と言う）を巻き込む、いわゆる同伴作用が存在する。周囲の空気が燃焼ガスの流れに同伴される量は、燃料又は燃料搬送用媒体と燃料の混合流体の流れの運動量に支配される。すなわち、燃料又は燃料搬送用媒体と燃料の混合流体の流量が大きいほど、あるいは燃料又は燃料搬送用媒体と燃料の混合流体の流速が高いほど、燃焼ガスの流れ又は燃料搬送用媒体と燃料の混合流体の流れの運動量は大きくなり、同伴される空気量も多くなる。その結果、火炉出口ガス温度が上昇する。反対に、燃焼ガスの流れ又は燃料搬送用媒体と燃料の混合流体の流れの運動量を小さくすると火炉出口ガス温度が低下する。
【００１７】
燃料又は燃料搬送用媒体と燃料の混合流体流路の外周部を流れる外周空気の周方向流量に偏差をつけることにより、その運動量に周方向で偏差が生じ、流量が大きい側（運動量が大きい側）により多くの火炎を含む中心気体（空気）が同伴される。その結果、燃焼領域を変化させることが可能となり、その結果火炉出口ガス温度を変えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面と共に説明する。図１に示す本発明の参考例の低ＮＯｘバーナの基本構成は図７の従来の低ＮＯｘバーナと同じである。図１（a）にはバーナ側断面図を、図１（ｂ）には火炉側から見たバーナ正面図を示す。
【００１９】
この固体燃料用低ＮＯｘバーナは固体燃料と搬送用一次空気とを含む混合流体１が火炉４に向かって流れる混合流体流路を画定している混合流体ノズル２と、該混合流体ノズル２の外周に設けられた二次空気６及び三次空気９が流れる燃焼用空気流路５を画定している二重の空気供給ノズルとを備えている。混合流体ノズル２の出口先端には保炎リング３が設けられており、その後流側に形成される循環渦８の効果でバーナ近傍から燃料の着火を可能としている。
【００２０】
空気供給ノズルの中で外周側の三次空気９の流路は二次空気６と三次空気９の流路を仕切る案内板１１によって外側に拡げられ、火炎中心部への空気の混合を遅らせ、空気不足の条件下での燃焼促進により、燃焼ガス中のＮＯｘの生成を抑制している。
【００２１】
三次空気９の流路内にバーナ中心軸に対して直角な方向に移動可能な三次空気外壁１２が設置されていることが本参考例の特徴である。
【００２２】
三次空気外壁１２とバーナスロート１４の間には、火炉４内の浮遊固体がバーナに侵入・堆積することを防止するために、シール気体１３が供給されている。
【００２３】
図２（図２（ａ）はバーナ側断面図、図２（ｂ）は火炉方向から見たバーナの正面図）にも本実施例の参考例を示し、図１の低ＮＯｘバーナの三次空気外壁１２を上方に移動させ、三次空気流路の中の下方部は開口面積を小さくし、上方は開口面積を大きくした場合を示す。三次空気流路出口面積は図２（ｂ）のように上側が広く下側が狭くなり、これに伴って三次空気９の流量は上側が多く、下側が少なくなる。この、流量偏差によって、図２中に示すように、火炎（燃焼領域）は上側に移動する。その結果、火炉出口ガス温度が上昇する。
【００２４】
図３（図３（ａ）はバーナ側断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線矢視図）に本発明の実施の形態を示す。基本構成は図１の低ＮＯｘバーナと同じであり、同一部分は統一番号で示し、その説明は省略する。図３に示すバーナの二次空気６の流路には旋回器７を設けている。三次空気９の流路は上下左右に４分割され、各々の流路入口には駆動装置１６を備えた流量調整器１５が設置されている。下側及び左右の流量を低下させ、上側の流量を増加させることにより、図２に示す状態と同様に火炎（燃焼領域）を変化させることが可能である。
【００２５】
すなわち、上段流路の空気流量を増加、中段（左右）及び下段の流路の空気流量を減少させると、上段の出口空気流量が中下段に比べて多くなり、図２で上側の出口流路断面積を大きくした場合と同様に、火炎は上側に移動し、再熱蒸気温度を高める方向に作用する。
【００２６】
図１〜図３においては、火炎（燃焼領域）を上下に変化させる適用例を示したが、左右に変化させても良い。例えば、図４の火炉の水平方向断面図に示すように、側壁１７ａ、１７ｂに近いバーナ１８ａ、１８ｂにおいて、側壁１７ａ、１７ｂの反対側の三次空気流量を増加させる調整を実施すると、火炎は側壁１７ａ、１７ｂから離れる方向に向かい、側壁１７ａ、１７ｂへの灰付着低減などのために有効となる。
【００２７】
図３には三次空気９の流路を４分割する例を示したが、２分割或いは４分割以上としても良い。２分割とした場合は構造が簡素化される。分割数を増やすと、火炎の向きの微調整が可能となる。
【００２８】
ボイラに本発明の上記燃焼用バーナを適用するときには、該バーナを少なくとも蒸気生成用の伝熱管と再熱蒸気生成用伝熱管を有するボイラ火炉に配置したボイラであって、再熱蒸気温度検出器と該再熱蒸気温度検出器により検出された再熱蒸気温度に基づき、上記図２、図３に示すような燃焼用バーナの空気流路内の空気の流量の偏差度合いの調整装置を手動又は自動調整する調整器を備えたボイラとすることができる。
【００２９】
図５に本発明による制御方式の実施の形態を示す。再熱蒸気温度発信器４１より出力された再熱蒸気温度信号は、再熱蒸気温度設定器４２で設定された温度目標値と減算器４３において比較され、再熱蒸気温度偏差信号を得る。温度調節器４４はこの温度偏差をゼロに引き戻し、再熱蒸気温度を一定に保つように動作する。温度調節の制御操作端は図５の例に対しては、上段、中段（左右）及び下段に設けられた空気量コントロールダンパ５８、５９、６０である。これら空気量コントロールダンパ５８、５９、６０はボイラ負荷信号４５に対して、関数発生器４６、４７、４８により所定の開度に設定される。上述の再熱蒸気温度偏差信号に基づき、温度偏差をゼロとなるように温度調節（比例積分）器５２、５３、５４でそれぞれ修正動作が加えられ、自動／手動切替器５５、５６、５７を経て上、中、下段の空気量コンントロールダンパ５８、５９、６０の最終開度設定がそれぞれ与えられ、図６に示すボイラ負荷と空気ダンパ開度に従って各ダンパが動作する。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、外向きの外周空気に周方向で偏差を付けて燃焼領域を変化させる方法においては、図７のような低ＮＯｘバーナの基本構造が維持可能であり、バーナ単体での低ＮＯｘ機能と燃焼領域を変化させる機能の両立が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例のバーナ構造を示す図である。
【図２】図１のバーナ構造で、三次空気の上側流量を増加させて調整した状態を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の三次空気の流量を調整できるバーナ構造を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態のバーナを対向する火炉壁に設置した火炉水平断面図である。
【図５】本発明の実施の形態のバーナをボイラの再熱蒸気温度制御用に用いた制御装置の構成図である。
【図６】ボイラ負荷と空気ダンパ開度の関係を示す図である。
【図７】バーナ単体でのＮＯｘ低減に有効な従来のバーナ構造例を示す図である。
【図８】燃焼領域を火炉の上下に調整可能な従来のバーナの構造例を示す図である。
【図９】図８のバーナを用いた火炉内の燃料の燃焼領域の変化例を示す図である。
【符号の説明】
１ 混合流体               ２ 混合流体ノズル
３ 保炎リング             ４ 火炉
５ 空気流路               ６ 二次空気
７ 旋回器                 ８ 循環渦
９ 三次空気               １１ 案内板
１２ 三次空気外壁         １３ シール気体
１４ バーナスロート       １５ 流量調整器
１６ 流量調整器駆動装置   １７ａ、１７ｂ 側壁
１８ａ、１８ｂ 側壁に近いバーナ
２１ 混合流体             ２２ 混合流体ノズル
２３ 二次空気             ２４ 三次空気
２５ 燃焼用空気流路       ２６ 保炎リング
２７ 循環渦               ２８ 案内板
２９、３０ 旋回器         ３１ 混合流体
３２ 液体燃料ノズル       ３３ 二次空気
３４ 上下可動ノズル       ４１ 再熱蒸気温度発信器
４２ 再熱蒸気温度設定器   ４３ 減算器
４４ 温度調節器           ４５ ボイラ負荷信号
４６、４７、４８ 関数発生器
５２、５３、５４ 温度調節（比例積分）器
５５、５６、５７ 自動／手動切替器
５８、５９、６０ 空気量コントロールダンパ
【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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【図６】
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【図７】
0004301422.tif 000008
【図８】
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【図９】
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