JPH02122103A

JPH02122103A - 粉粒体燃料の燃焼装置

Info

Publication number: JPH02122103A
Application number: JP27523188A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kaneda; 金田　博志; Akira Baba; 彰馬場
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1988-10-31
Publication date: 1990-05-09
Anticipated expiration: 2013-05-18
Also published as: JP2752107B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は粉粒体燃料の燃焼装置に係り、特に揮発分含有
量の少ない微粉炭や石油コークスなどの粉粒体燃料の燃
焼装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、ボイラ等に用いられている微粉炭燃焼装置は、分
級機が内蔵されている微粉砕機（以下、ミルと称す）を
用いて粉砕された石炭を、微粉炭バーナに直接供給する
燃焼装置が採用されている。

この装置では、ミルに供給される原炭の乾燥用、ミル内
部で粉砕された石炭を粗粒と微粒に分ける分級用および
バーナへの微粉炭の搬送用として加熱空気を使用する。

したがって、原炭の水分、粉砕性、燃焼性に応してその
空気量および空気温度が決定される。

第８図には、ミル負荷に対するミルからバーナに供給さ
れる微粉炭（Ｃ）と空気（Ａ）の重量比（以下、Ｃ／Ａ
と称す）を示す。この図から、ミル負荷の低下に伴って
Ｃ／Ａが低くなることがわかる。これは微粉炭の搬送お
よび分級のために空気量をある程度基」−に保つ必要が
あり、やむを得ない現象である。

第９図には、石炭の着火安定性に関するデータを示す。

図の横軸は、石炭中の固定炭素と揮発分との重量比であ
る燃料比（以下、ＦＲと称す）を示している。ボイラ等
に一般的に使用されている石炭のＦＲは、０．８〜２．
５程度である。２．５以上の高燃料比炭および４以上の
無煙炭や石油コークスのようにＦＲが高い石炭では、Ｃ
／Ａを高くしないと安定に着火できない。このため第８
図に示す特性を持つミルを使用すると、ＦＲの高い石炭
および低負荷域でのＣ／Ａの低い状態では着火が不安定
になり、ボイラの安全運転上問題がある。

これに対処するには、ミルからの低Ｃ／Δ微粉流を、慣
性力等を利用して高Ｃ／Ａ流体（微粉濃厚）と低Ｃ／Ａ
流体（希薄）に分岐し、前者をバーナ部での安定燃焼に
用いる方法が有効である。

第１０図は、従来技術によるサイクロン分離器を用いた
微粉炭燃焼装置の系統図である。図において、石炭は石
炭バンカ１に貯蔵され、燃焼装置の負荷に応じて石炭供
給管２を経て石炭フィーダ３からミル４に送られる。ミ
ル４で粉砕された石炭は、微粉炭として１次空気ととも
に微粉炭供給管５を経てサイクロン方式の微粉炭濃縮器
６に送られ、ここで微粉炭？！４縮流８と微粉炭希薄流
７に分割される。微粉炭濃縮流８はバーナ１６に搬送さ
れ、火炉１５に吹込まれ、一方微粉炭希薄流７はバーナ
１６のすぐ横に設置された希薄液投入口１７から火炉１
５に吹込まれる。このような装置は、例えば特開昭６１
−１９２１１３号公報に示されているが、火炉１５にお
いてバーナ１６は火炉１５の前壁１８と後壁１８ａの上
部に位置する水平または上方に傾斜した上部壁１８ｂに
設けられている。これは微粉炭を火炉■５の上部から下
方に向けて噴射し、Ｕ字型の軌跡をとって燃焼させ、炉
内滞留時間を長（とらせることを目的とするものである
。

しかしながら上記従来技術は、濃縮流を投入するバーナ
の投入口近くに設けられた希薄液投入口より火炉内に投
入される希薄流が、バーナ火炎のフローパターンに及ぼ
す影響について配慮されておらず、火炎の安定化に効果
的なバーナ投入口付近の火炉内に生じる高温燃焼ガスの
大きな逆流域を形成しにくいという問題があった。また
、サイクロンを用いた微粉炭濃縮器によって得られる微
粉炭濃縮流にバーナ内で強旋回が与えられることに対す
る配慮がなされておらず、微粉炭の炉内滞留時間減少に
起因する、未燃分損失が大きいという問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、上記従来技術の課題をなくし、バーナ
近傍に大きな逆流域を形成するのに好適な希薄法投入手
段を提供し、またバーナから火炉に投入される微粉炭濃
縮流中の微粉炭を分散さゼ、さらに１次空気および微粉
炭の旋回を防止するための燃焼装置を提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段〕上記した本発明の目的は、粉粒状燃料と１次空気の混合
流体をバーナに供給する燃料供給管と、この混合流体を
燃焼炉に噴射して燃焼させるハナと、このバーナの燃料
噴射口を炉壁に設けた燃焼炉とを備えた粉粒状燃料の燃
焼装置において、燃料供給管またはバーナ内に、粉粒状
燃料の濃縮器と、同燃料を分散させる分散板と、同燃料
の旋回防止板とを設けたことを特徴する粉粒体燃料の燃
焼装置により達成される。

〔作用］第１１図および第１２図に円筒炉の左端中央の開口部に
二重円筒形のバーナを設け、中央の円筒口より１次空気
と微粉炭の混合流、外側の環状口より２次空気を投入す
る燃焼炉において、バーナ付近に希薄流を設けた場合と
設けない場合の炉内のガスの流れを比較した図を示す。

２次空気の投入口にはベーンを設けているので、２次空
気には回転力を与えながら炉内に吹込むことになる。両
図は、円筒炉内のガス速度場（図上半分の速度ヘクトル
）および微粉炭粒子の飛行軌跡（図下半分）を数値計算
によって求めた結果を示す図である。２次空気には旋回
を与えているため、微粉炭粒子は旋回しながら飛行して
いくが、炉中心軸から粒子までの距離を平面にプロット
して軌跡を表示したものである。第１３図は、第１１図
の炉出口から見た微粉炭粒子の軌跡である。

第１１図は、希薄液投入口をバーナから充分遠ざけた場
合の計算結果を示しており、炉内に大きな逆流域、すな
わちバーナに向かうガス流れ領域が形成されている。第
１２図は、希薄液投入口をバーナのすく外側に設置した
場合のフローパタンを示しており、第１１図に較べて小
さな逆流域しか形成されていないことがわかる。第１１
図、第１２図いずれも微粉炭と２次空気は炉の中心軸に
平行に真っ直ぐに投入されているが、炉内にて外向きに
流れが拡大しているのは、２次空気に旋回をかけている
ためである。

バーナから噴出される噴流は周囲の空気を巻き込みなが
ら流れていくが、充分巻き込むだけの空気がない場合は
、再循環渦がバーナ噴流の周りに形成されて圧力低下を
招く。その結果、バーナ噴流は外側に広がるフローパタ
ーンとなり、大きな逆流域が形成される。ところが、バ
ーナ噴流が巻き込むのに充分な空気がバーナのすく外側
に設置されている希薄液投入口より補われれば、バーナ
噴流の周りに再循環渦が形成されないため、形成される
逆流域は小さくなる。

以上のように希薄液投入口をバーナから遠ざけることに
よって、火炎の安定化に重要な大きな逆流域を形成する
ことができる。

微粉炭濃縮流の旋回を防止するためには、後述するよう
に微粉炭噴射筒内に微粉炭分散板および旋回流防止板を
設置するが、前者は遠心力のためツーエルパイプ（微粉
炭管）内の壁面上をすし状に流れている微粉炭を壁面か
らはがしてツーエルパイプ内に分散させる働きをし、後
者はツーエルパイプ内１次空気の旋回速度成分をなくす
る働きをする。第１４図および第１５図は、それぞれ微
粉炭管に微粉炭分散板と旋回流防止板を設置した場合と
しない場合のバーナ近傍のフローパターン、および微粉
炭粒子軌跡の計算結果を示す図である。

なお、第１４Ａ図、第１５Ａ図は、それぞれ第１４図、
第１５図のバーナ近傍の拡大図である。分散板および旋
回流防止板を設置した第１４図の場合、バーナから炉に
入った微粉炭は、−旦逆流域の中に突入した後、反転し
て逆流域の中をバーナに向かって飛行するが、高速の２
次空気の流れに出合うと急速にバーナから遠ざかる。１
次空気にも旋回速度成分のある第１５図の場合は、炉内
に微粉炭が入る前から遠心力が働いているため、第１４
図に較べて微粉炭は急速に外側に散らされる。

したがって、高速の２次空気流に早く出合ってノ＼−ナ
から遠ざかる。このような微粉炭粒子挙動の相異によっ
て、バーナ近傍における滞留時間が変化する。

第１６図に、微粉炭粒子の平均旋回速度（−１次空気の
旋回速度）に対して、微粉炭粒子のハナ出口における位
置をパラメータにし、粒子のバーナ近傍における滞留時
間を示す。本図から、旋回方向には無関係に１次空気の
旋回が弱いほど、また微粉炭の流入位置がフーエルパイ
ブ壁から遠いほど滞留時間が長くなり、未燃分損失が低
減することがわかる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により詳しく説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す高燃料比炭燃焼用ボ
イラの燃焼系統図である。図において、石炭は石炭バン
カｌに貯蔵され、燃焼装置の負荷に応じて石炭フィーダ
３からミル４に送られる。

ミル４で粉砕された石炭は、微粉炭として１次空気でバ
ーナ１６まで搬送される。その配管の途中で、微粉炭濃
縮器６によって微粉炭濃縮流８と微粉炭希薄流７に分割
されて、微粉炭濃縮流８ばバーナ１６に搬送され火炉１
５に吹込まれる。一方、微粉炭希薄流７は、火炉１５の
前壁１８に設けている希薄液投入口１７から火炉１５に
吹込まれる。

なお、希薄液投入口１７は火炉後壁１８ａに設けてもよ
い。

第２図は、本発明の一実施例を示す高燃料比炭燃焼用バ
ーナおよびその上部に設置しているサイクロン方式微粉
炭濃縮器の側断面図、第３図は、第２図のへ方向祖国で
ある。ここで６はサイクロン方式微粉炭濃縮器、７は微
粉炭希薄流、８は微粉炭濃縮流、２０は微粉炭流、２１
はツーエルパイプ、２２は微粉炭分散板、２３は旋回流
防止板である。

第４図は、２次空気の旋回強度の指標となるスワール数
に対するバーナ近傍に形成される逆流域の大きさの関係
を示す図である。第１１図および第１２図を用いてその
原理を説明したように、本発明によれば比較的小さいス
ワール数で大きな逆流域が形成できることがわかる。従
来の装置では、スワール数を大きくすれば、同様の効果
が得られることが推定できるが、スワール数を大きくす
るにはファン動力を増す必要があり、経済性の面からで
きるだけ小さいスワール数で大きな逆流域を形成するほ
うが望ましい。したがって、本発明によれば、従来法に
較べて少ないファン動力で大きな逆流域を形成すること
が可能で、安定な火炎が作れると考えられる。

第２図において、１次空気で搬送される微粉炭流２０は
、微粉炭濃縮器６によって微粉炭希薄流７と微粉炭濃縮
流８に分けられる。微粉炭濃縮流８は、ツーエルパイプ
２１内を旋回しなからバーナ出口に向かって流れる。従
来装置のバーナでは、微粉炭濃縮流は旋回しながらツー
エルパイプ壁面上を流れバーナより出てい（のに対して
、本発明では微粉炭濃縮器６とバーナ出口の間に多孔の
微粉炭分散板２２が設置されているため、壁面上から微
粉炭がはがされてツーエルパイプ２１内に分散される。

さらに旋回流防止板２３によって旋回速度成分がなくな
る。

第５図は、微粉炭分散板および旋回流防止板を設置した
場合（本発明）と、しない場合（従来装置）（１りバー
ナ出口のツーエルパイプ内における微粉炭濃度、すなわ
ちＣ／Ａの分布を示す図である。

本図から、従来法ではツーエルパイプの壁近傍でＣ／Ａ
が太き（なっているのに対して、本発明によればほぼ−
様な分布となることがわかる。

第６図は、炉出口における本発明と従来装置の燃焼実験
による燃焼率を比較した図である。この図から、従来バ
ーナに対して約１０％燃焼率が改善され、本発明が効果
的なことがわかる。これは第１４図、第１５図、第１６
図を用いて説明したように、本発明によって微粉炭粒子
の炉内滞留時間が長くなったためと考えられる。

第７回は、本発明の他の実施例を示すボイラの燃焼系統
図であり、微粉炭希薄流７を燃焼用３次空気１９に混合
して火炉１５内に投入するものである。この場合、火炉
１５の前壁１８に微粉炭希薄流７を投入するための特別
な投入口を設置する必要がない。第１図の例では、微粉
炭分散板および旋回流防止板をバーナ内に設置した例を
示したが、微粉炭濃縮器とバーナの間隔を長くして、前
記分散板および防止板をバーナ外のツーエルパイプ内に
設置しても同様の効果が得られることに変わりはない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、揮発分の少ない難燃性の微粉炭や石油
コークス粉粒体のような燃料を、炉内滞留時間を充分長
くとって燃焼させることができるので、未燃分を少なく
して完全に燃焼させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例系統図、第２図は、本発明の
実施例におけるバーナおよび燃料濃縮器の断面図、第３
図は、第２図のＡ方向視図、第４図は、スワール数に対
する逆流域容積の関係図、第５図は、バーナ出口におけ
る微粉炭濃度分布の本発明と従来技術の比較図、第６図
は、本発明と従来技術における微粉炭燃焼率の比較図、
第７図は、本発明の他の実施例系統図、第８図は、従来
技術におけるミル負荷とバーナ入口の微粉炭濃度の関係
図、第９図は、微粉炭濃度と燃料比と着火性の関係図、
第１Ｏ図は、従来技術になる高燃料比炭燃焼用ボイラの
燃焼系統図、第１１図は、本発明を実施した場合のバー
ナ付近のガスフローパターンおよび微粉炭粒子の飛行軌
跡図、第１２図は、従来技術におけるバーナ付近のガス
フローパターンおよび微粉炭粒子の飛行軌跡図、第１３
図は、第１１図の微粉炭粒子飛行軌跡の炉出目視図、第
１４図、第１４Ａ図は、本発明を実施した場合のバーナ
付近のガスフローパターンおよび燃料粒子の飛行軌跡図
、第１５図、第１５Ａ図は、従来技術におけるバーナ付
近のガスフローパターンおよび燃料粒子の飛行軌跡図、
第１６図は、バーナ出口における微粉炭粒子の平均旋回
速度と粒子滞留時間の関係図である。 ■・・・石炭バンカ、３・・・石炭フィーダ、４・・・
ミル、５・・・微粉炭供給管、６・・・微粉炭濃縮器、
７・・・微粉炭希薄流、８・・微粉炭濃縮流、９・・・
燃焼用空気ファン、１０・・・１次空気用ファン、１１
・・・熱交換器、１２・・・流量制御弁、１３・・１次
空気配管、１４・・・燃焼用空気配管、１５・・・火炉
、］６・・・バーナ、１７・・・希薄燃料流投入口、１
８・・・前壁、１８ａ・後壁、１９・・・燃焼用３次空
気、２０・・・微粉炭流、２１・・・フーエルパイブ、
２２・・・微粉炭分散板、２３・・・旋回流分散板、２
４・・・ウイントボソクス、２５・・・２次空気レジス
タ、２６・・・保炎リング、２７・・・油バーナ、２８
・・２次空気噴口。出願人　ハブコック日立株式会社代理人　弁理士　川　北　武　長Ｃ’Ｊ　（）　ｏｏ（Ｑ　４　Ｎ（−）尉ネ清契煎’ｘＢ罫（−）■±鵡菜Ｖ／Ｄ夏響菫楢狐第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）粉粒状燃料と１次空気の混合流体をバーナに供給
する燃料供給管と、この混合流体を燃焼炉に噴射して燃
焼させるバーナと、このバーナの燃料噴射口を炉壁に設
けた燃焼炉とを備えた粉粒状燃料の燃焼装置において、
燃料供給管またはバーナ内に、粉粒状燃料の濃縮器と、
同燃料を分散させる分散板と、同燃料の旋回防止板とを
設けたことを特徴する粉粒体燃料の燃焼装置。