JP2017227345A - 微粉炭バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】微粉炭バーナにおいて、ノズル部の内部における微粉炭の堆積を防止する。【解決手段】空気と微粉炭とを吐出するノズル部と、上記ノズル部に対して角度をつけて接続されると共に上記微粉炭を供給する供給配管とを有する微粉炭バーナであって、上記ノズル部と上記供給配管と接合される位置において、上記ノズル部の少なくとも下部の領域にテーパ部を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、微粉炭バーナに関するものである。

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、管路を介して微粉炭製造装置から供給された微粉炭を、一次流路より火炉内部へと吐出する微粉炭燃焼バーナが開示されている。

特開平１０−３８２１７号公報

このような特許文献１に係る微粉炭燃焼バーナは、管路と一次流路とが略直交するように接続されている。すなわち、一次流路を形成するノズル部と、管路を形成する供給配管とは、垂直に接合されている。このような構造の微粉炭燃焼バーナにおいては、管路と一次流路とが接続される部位において、微粉炭及び１次空気に渦流が発生する。この渦流により、管路と接続される部位において、一次流路の微粉炭の流れが滞留し、ノズル部の重力方向下側となる管壁に、微粉炭が堆積しやすくなる。微粉炭がノズル部の管壁に堆積することにより、火炎に対する微粉炭の供給濃度が均一とならず、また、微粉炭及び１次空気の流れを阻害する可能性がある。

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、ノズル部の内部における微粉炭の堆積を防止することを目的とする。

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。

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と、上記ノズル軸線に対して角度をつけて上記ノズル部に接続されると共に上記微粉炭を供給する供給配管とを有する微粉炭バーナであって、上記ノズル部と上記供給配管とが接続される位置において、上記ノズル部の少なくとも下部の領域にテーパ部を有し、上記テーパ部は、上記ノズル部の先端に向かうにつれて、上記ノズル軸線に近づくように傾斜するという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記テーパ部は、上記ノズル部の外周全体に形成されているという構成を採用する。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記テーパ部は、上記ノズル部と一体として形成されているという構成を採用する。

第４の発明は、上記第１〜第３のいずれかの発明において、上記ノズル部は、テーパ部が形成されている領域より下流の領域において、管径が一定となっているという構成を採用する。

本発明によれば、供給配管とノズル部とが接続される部位において、ノズル部の下方の領域に対してテーパ部が設けられている。この領域は供給配管より供給された微粉炭が堆積しやすい領域である。この領域にテーパ部を設けることにより、テーパ部へと堆積した微粉炭が、斜面を伝って供給配管へと落下するため、ノズル部への微粉炭の堆積を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る微粉炭バーナ及び火炉の一部を含む断面図である。 本発明の一実施形態に係る微粉炭バーナの図１におけるＡ−Ａ’断面図である。 本発明の一実施形態に係る微粉炭バーナの側面図である。

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及び火炉壁１００の一部を含む断面図である。また、図２は、本実施形態に係る微粉炭バーナ１の図１におけるＡ−Ａ’断面図である。また、図３は、本実施形態に係る微粉炭バーナ１の側面図である。

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。

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に隣接して設けられており、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。

微粉炭供給配管２は、図１及び図２に示すように、バーナノズル４に対して、垂直に接続された配管である。この微粉炭供給配管２は、不図示の微粉炭ミルが接続されており、管の内部に微粉炭と１次空気とが混合された状態で流通する微粉炭供給流路Ｒ１が形成されている。このような微粉炭供給流路Ｒ１を介して、バーナノズル４に微粉炭が供給される。

オイルノズル３は、ノズル軸線Ｌを中心として形成された円筒形状の管であり、火炉壁１００の火炉開口１１０に向けて配設されている。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と接続されており、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。

バーナノズル４は、オイルノズル３の外周において、ノズル軸線Ｌを中心としてオイルノズル３と同心状に形成された配管である。また、バーナノズル４は、開口が火炉壁１００の火炉開口１１０に向けて配設されている。このバーナノズル４の内壁面と、オイルノズル３の外壁面との間に微粉炭吐出流路Ｒ２が形成されている。この微粉炭吐出流路Ｒ２は、微粉炭供給配管２から供給される微粉炭と１次空気とが火炉壁１００の内部に向かって流れる流路である。また、バーナノズル４は、微粉炭供給配管２と接続される部位において急峻に縮径されることにより、外周にテーパ部４ａが形成されている。さらに、バーナノズル４は、テーパ部４ａが形成されている領域よりも下流においては、拡径されることなく、管径が一定で直線状である。

テーパ部４ａは、図３に示すように、バーナノズル４の周面に全周にわたって形成されている。また、テーパ部４ａは、図１に示すように、重力方向における下部領域において、微粉炭供給配管２へと向けて傾斜されている。このテーパ部４ａは、図１の断面におけるバーナノズル４の管壁に対する角度が、微粉炭の安息角に基づいて形状設定されている。一般的に、微粉炭の安息角は、３０度〜５０度の範囲である。したがって、テーパ部４ａは、バーナノズル４の管壁に対して例えば５０度より大きい角度で形成されることが好ましい。これにより、テーパ部４ａの表面に微粉炭が堆積することを抑止できる。

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。

内側スロート５ｃは、外側スロート５ｂとバーナノズル４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。また、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Ｒ３が形成される。また、内側スロート５ｃとバーナノズル４との間には、火炉壁１００へと２次空気を供給する補助空気吐出流路Ｒ４が形成される。

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。

続いて、上記構成の微粉炭バーナ１の作用について、図１を参照して説明する。
まず、微粉炭供給配管２からバーナノズル４へと微粉炭及び１次空気が供給される。微粉炭供給配管２とバーナノズル４とが垂直に接続されているため、微粉炭及び１次空気には、バーナノズル４に流入する際に、渦流が発生する。この渦流により、微粉炭及び１次空気は、微粉炭供給配管２とバーナノズル４との接続部近傍において滞留する。滞留している微粉炭は、重力によりテーパ部４ａの下部へと落下する場合がある。テーパ部４ａよりも下流の管壁に対して、テーパ部４ａが５０度以上の角度を形成している。このため、テーパ部４ａの下部に落下した微粉炭は、テーパ部４ａには堆積せずに、テーパ部４ａから微粉炭供給配管２へと落下する。

また、バーナノズル４がテーパ部４ａにおいて縮径されているため、微粉炭吐出流路Ｒ２の圧力損失が、微粉炭供給流路Ｒ１に対して大きくなる。これにより、バーナノズル４の内部の微粉炭は、径方向において拡散され、濃度が均一な状態となり、吐出される。このようにしてバーナノズル４を通過した微粉炭は、バーナノズル４から火炉壁１００に向けて吐出され、火炉壁１００内で着火される。さらに、着火した微粉炭は、空気供給部５の外側スロート５ｂから吐出される２次空気と接触することにより高温となり、火炉壁１００内に火炎を形成する。

このような本実施形態に係る微粉炭バーナ１によれば、バーナノズル４は、テーパ部４ａを有している。テーパ部４ａの近傍で発生した渦流によりテーパ部４ａの下部領域に落下した微粉炭は、微粉炭供給配管２へと斜面を伝って落下する。これにより、バーナノズル４への微粉炭の堆積を防止することができる。
さらに、このテーパ部４ａの角度を、微粉炭の安息角を超える角度とすることにより、テーパ部４ａに落下した微粉炭は、より微粉炭供給配管２へと落下しやすくなる。

さらに、本実施形態に係る微粉炭バーナ１によれば、バーナノズル４が下流側に向かって縮径することにより、テーパ部４ａは、バーナノズル４の外周全体に形成されている。これにより、内部に流通する微粉炭及び１次空気には圧力損失が生じ、微粉炭の濃度が均一となる。したがって、微粉炭濃度が偏ることなくバーナノズル４から吐出され、安定的な火炎を形成することができる。

また、本実施形態に係る微粉炭バーナ１によれば、テーパ部４ａは、バーナノズル４の一部として、バーナノズル４の端部近傍に形成されている。これにより、バーナノズル４を取り外すことにより、テーパ部４ａの内部を目視確認することが可能である。したがって、テーパ部４ａにおける摩耗等を確認することが容易であり、メンテナンス性を向上させることができる。

また、特許文献１に係る微粉炭燃焼バーナにおいて、微粉炭が流通する１次流路（微粉炭吐出流路Ｒ２）は、ベンチュリにより縮径された後に拡径されている。このような形状とすると、ベンチュリを通過した微粉炭は、管壁に衝突し、管壁の摩耗を促進させる可能性がある。これに対して、本実施形態に係る微粉炭バーナ１によれば、バーナノズル４は、テーパ部４ａが形成されているよりも下流の領域において、流路が直線的な形状とされている。これにより、テーパ部４ａを通過した微粉炭は、管壁に衝突しにくく、バーナノズル４の微粉炭による摩耗を防止することができる。

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。

上記実施形態において、テーパ部４ａは、バーナノズル４の全周にわたり形成されるものとした。しかしながら本発明はこれに限定されるものではなく、微粉炭供給配管２とバーナノズル４とが接続される位置において、バーナノズル４のノズル軸線Ｌよりも下方にのみ形成されるものとしてもよい。この場合、バーナノズル４の構造を単純化することができる。

また、上記実施形態においては、微粉炭バーナ１は、空気供給部５を備えるものとした。しかしながら本発明はこれに限定されるものではなく、微粉炭バーナ１は、空気供給部５を備えず、他の手法により２次空気を供給するものとしてもよい。

１ 微粉炭バーナ
２ 微粉炭供給配管
３ オイルノズル
４ バーナノズル
４ａ テーパ部
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
１００ 火炉壁
１１０ 火炉開口

Claims (4)

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と、前記ノズル軸線に対して角度をつけて前記ノズル部に接続されると共に前記微粉炭を供給する供給配管とを有する微粉炭バーナであって、
   前記ノズル部と前記供給配管とが接続される位置において、前記ノズル部の少なくとも下部の領域にテーパ部を有し、
   前記テーパ部は、前記ノズル部の先端に向かうにつれて、前記ノズル軸線に近づくように傾斜する
   ことを特徴とする微粉炭バーナ。
2. 前記テーパ部は、前記ノズル部の外周全体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の微粉炭バーナ。
3. 前記テーパ部は、前記ノズル部と一体として形成されてい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。
4. 前記ノズル部は、前記テーパ部が形成されている領域より下流の領域において、管径が一定となってい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。

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