JPH0222289B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、微粉炭、コークス粉等の固体微粉燃
料の燃焼方法の改良およびその装置に関する。 従来の固体微粉燃料バーナは第１図に示すよう
に固体微粉燃料とその輪送用一次空気の混合体１
を円形、角形などの断面の固体微粉燃料バーナ２
の噴出口３から噴出させ、燃焼室内において円錐
形、角錐形などの固体微粉燃料の吹込み噴流４を
作り、この噴流４の外側から二次空気５を供給し
て、噴流４中に二次空気５を拡散せしめて固体微
粉燃料を燃焼させる形式が一般である。すなわち
固体微粉燃料と一次空気との混合体１を炉内に高
速で噴出させて混合体の吹込み噴流４を形成さ
せ、この噴流４中にさらに二次空気５を拡散させ
て固体微粉燃料を燃焼させる燃焼方法が基本であ
る。 その変形として、第２図に示すようにバーナ２
の中心部に高圧一次空気を噴出させる空気噴出口
６を設け、固体微粉燃料と空気との混合体１に図
示のような中心部を欠く噴流４を形成させこの噴
流４の外側にさらに一次空気の噴出口７を設けて
固体微粉燃料を燃焼させる固体微粉燃料バーナを
用いた燃焼方法も知られており、上記混合体を噴
出させる固体微粉燃料噴出口３、一次空気噴出口
６，７には流れに旋回流を与えるためそれぞれ旋
回翼を取り付け固体微粉燃料と空気との接触混合
を高めるようにした燃焼方法も知られている。 以下、セメント焼成用ロータリーキルンにおけ
る固体微粉燃料の燃焼方法とその装置を例にあげ
て詳細に説明する。 セメント焼成用ロータリーキルンにおいて固体
微粉燃料を燃焼させる場合には、キルン内に吹込
まれた固体微粉燃料は焼成帯を通過するまでには
未燃分を残さず完全燃焼させる必要があるほか、
長大なキルンに対しバーナ炎を一定の長さ以下と
しいわゆる焼成帯を形成させてクリンカー生成反
応の最終段階を終了させなければならず、特に仮
焼炉付きのサスペンシヨンプレヒーターから仮焼
度の高い、例えば脱炭酸が100％近くに達した原
料がキルンに供給される場合は、キルンに入る原
料の仮焼度が高くない場合に比し、より短炎で燃
焼させることが要求される。またキルン内におい
て焼成帯の位置を多少前後に移す、すなわち、い
わゆる焼点の位置をキルン内で前後に移動するた
めバーナ炎の長さを調節する必要もある。 以上のように、セメント焼成用ロータリーキル
ンにおいては、固体微粉燃料を高速度で燃焼を完
結させて、クリンカー鉱物生成のため安定した燃
焼状態を形成維持することが要請される。固体微
粉燃料を微粉燃料にしてバーナに吹込むのがそも
そも上記の要請に応えるものであり、固体微粉燃
料噴出口から固体微粉燃料と一次空気との混合体
を高速で炉内に吹込み、これに旋回流を与え、ク
リンカークーラーからの高温空気をこれに供給す
るなどの方法ないし手段はこの要請に基づくもの
である。 しかし、従来の固体微粉燃料の燃焼方法は上記
要請に対して未だ十分とは言い難く、本発明者ら
はこの点に着目して種々研究の結果、本発明を完
成した。本発明は、固体微粉燃料の燃焼速度を従
来よりもさらに早め、バーナ炎を短くすることを
目的とし、一方一次空気（冷風）を減少してこれ
を800〜900℃の高温の二次空気と置きかえ、燃焼
効率と熱効率とを高めた燃焼方法を提供するもの
である。なお、本発明では、固体微粉燃料の搬送
用その他バーナを通る空気を一次空気、バーナを
通らない燃焼用空気を二次空気という。 本発明の燃焼方法は石炭に限らずコークス粉な
どの固体微粉燃料の燃焼に適用して著しい効果を
奏するが、さらにこの技術思想は、ガス燃料、液
体燃料にも適用できその効果を発揮するものであ
る。 本発明方法の要旨とするところは、固体微粉燃
料と一次空気との混合物を燃焼室内に吹込み、該
混合体と高温二次空気とを相互に拡散混合させて
固体微粉燃料を燃焼させる方法において、バーナ
の吹込端面における流動抵抗に差を設けて固体微
粉燃料の密度分布を不均一化することにより、固
体微粉燃料の吹込み噴流の横断面における燃料密
度分布を不均一にし、燃焼速度を高めて短炎を形
成させることを特徴とする固体微粉燃料の燃焼方
法にある。 本発明方法は基本的には固体微粉燃料と一次空
気との混合物を燃焼室内に高速で吹込み錐体状の
噴流を形成させ、この噴流に高温の二次空気を拡
散混合させて固体微粉燃料を燃焼させるものであ
る。本発明方法は、前記混合体が形成する吹込み
噴流の一部分に注目すれば固体微粉燃料と燃焼用
空気（一次、二次空気の合計）との比、すなわち
固気比が低く、吹込み噴流内の他の部分に注目す
ればここでの固気比が高くなるように固体微粉燃
料を吹き込む方法であつて、このようにすれば、
バーナの吹込端面から均一な密度分布で吹き込ま
れた固体微粉燃料の分布が吹込み噴流の断面にお
いて一様である従前の燃焼方法に比し、固体微粉
燃料全体の燃焼が速やかに完了するという事実を
本発明者らが見出したことに基づく。 固体微粉燃料と二次空気との混合体が形成する
噴流の一部分において、固気比が低い部分は着火
後速やかに燃焼する。この固気比が低い部分は噴
流の周辺から供給される高温の二次空気を取込ん
で炎の一部を形成するが、燃焼に際し乱気流を生
じておりその作用により噴流の他の部分すなわち
固気比の高い部分への二次空気の取込みの時期を
早め、かつその取込み速度も速くする。従つて全
固体微粉燃料の燃焼速度は全体として従前の方法
よりも速くなる。 固体微粉燃料と一次空気との混合体が燃焼室で
形成する噴流の一部分において速やかに燃焼が起
り、その結果噴流周辺からの高温二次空気が早い
時期に噴流内へ拡散を開始し、かつその拡散速度
が大である本発明の燃焼方法においては、前記し
たように全体の燃焼完了が速くなるが、さらに混
合体を形成する空気の量、換言すれば固体微粉燃
料の搬送用その他の一次空気の量を従来の方法よ
りも減少することができる。従来と同量の一次空
気量で本発明の方法を実施すれば、炎の長さは従
前より短くなるし、前記一次空気を減少させても
なお従来と同一長さの炎を形成させることができ
る。 以上のように本発明方法によれば固体微粉燃料
を効率よく速やかに燃焼させ、燃焼効率、熱効率
を高めることができる。 次に本発明方法を簡易に実現することのできる
燃焼装置について図面により説明する。 第３図、第４図は本発明方法を好適に実施する
に適した固体微粉燃料バーナ１０の一実施例を示
し、第３図は縦断面図、第４図は第３図のＡ−Ａ
矢視図である。 実施例のバーナ１０は、中心部の固体微粉燃料
着火用の重油バーナの挿入路１１と、その外側に
位置し空気のみを通す一次空気通路１２と、その
外側に設けられ固体微粉燃料と搬送用空気との混
合体を通す通路１３と、さらにその外側を取り巻
いて空気のみを通す一次空気通路１４とからなつ
ている。 挿入路１１、通路１２，１３，１４にはそれぞ
れ燃料や空気の供給口１１ａ，１２ａ，１３ａ，
１４ａが連通して設けられている。 バーナ中心部分の重油バーナガン挿入路１１は
固体微粉燃料の着火時にのみ重油バーナガンを挿
入するために使用するものであつて、着火後はガ
ンを引抜いて塞いでおくか、または供給口１１ａ
から一次空気を送る通路として使用することもで
きる。 重油バーナガン挿入路１１の外側に一次空気の
通路１２があり、その先端部分には通路を絞るた
めのテーパ１２ｃがつけてあり、また旋回翼１２
ｂが取付けてある。通路１２からは一次空気が旋
回運動を与えられて燃焼室内へ吹込まれる。 一次空気通路１２の外側に固体微粉燃料と搬送
用空気との混合体の通路すなわち燃料輪送路１３
があり、燃料輪送路１３の外側は直進空気の通路
１４が取り巻いている。 燃料輪送路１３には先端に近い部分の通路にテ
ーパ１３ｃが付してある。 また燃料輪送路１３の先端に近い部分には拡散
翼１３ｂを備えている。 拡散翼１３ｂは固体微粉燃料と一次空気との混
合体と二次空気とを拡散混合させる作用をなすも
のである。 拡散翼１３ｂはスパイラル形状をなし、第３図
の上半部分と下半部分とではそのスパイラルのピ
ツチが同じでなく、上半部分の拡散翼はピツチが
大きく、下半部分の拡散翼はピツチが小さく、ま
た燃料輪送路１３はバーナ先端部において、上半
部分では開口面積が広く、下半部分では開口面積
が狭くなつている。すなわち本発明装置は固体微
粉燃料吹込みバーナにおいて、燃料輪送路の先端
部に相互に分割されかつ開口面積に差を設けた噴
出口を配設したことを特徴とするバーナである。 拡散翼１３ｂで分割されている燃料輪送路１３
の各分割路は、バーナ先端部において開口面積が
第３図の上半部分で大きく下半部分で小さくなつ
ており、そこに設けられた複数個の拡散翼１３ｂ
のピツチが非同一であるからバーナの上半部分と
下半部分とは混合体の流動にとつて抵抗が異な
る。なお、ピツチが同一であつても断面における
開口面積を変えることによつてもほぼ同様な効果
が得られる。 固体微粉燃料と搬送用空気との混合体をバーナ
１０に供給すると前記したように燃料輪送路には
流動抵抗の差があるから、第４図の上半部分から
多量の混合体、従つて多量の固体微粉燃料が燃焼
室内に吹き込まれ、下半部分からは相対的に少量
の固体微粉燃料が吹き込まれる。燃焼室内に吹込
まれた噴流の横断面における固体微粉燃料の分布
は不均一であつて、噴流の下半部分では固体微粉
燃料量と燃焼用空気量との比、すなわち固気比が
低く、噴流の上半部分では固気比が高くなつてい
る。 吹込み噴流は下半部分では、第一に固気比が低
いので固体微粉燃料の着火が速く、第二に燃焼が
始まつたことにより乱気流を生ずるので高温の二
次空気の取込みすなわち二次空気の拡散および固
体微粉燃料との混合が速く行われ、第三に拡散翼
１３ｂにより混合体に与えられる旋回流も上半部
分のそれよりも強いこともあづかつて、結局固体
微粉燃料の早期着火が行われ燃焼速度が大となり
燃焼完結時間が短くなる。 吹込み噴流の下半部分での上記乱気流は噴流の
上半部分にも影響を及ぼし、上半部分にとつても
二次空気の取込みが早まり、ここでも燃焼が早期
に完結し、結局従来のバーナに比べて本発明のバ
ーナでは全固体微粉燃料の燃焼速度が速くなる。
その結果本発明のバーナでは短炎が得られる。 以上の説明ではバーナを第４図に示す姿勢にお
いて上半部分、下半部分と表現したが、バーナの
使用状態において天地を第４図と同一にして使用
する必要はなく、第４図を任意角度回転させた態
様でも効果は同じである。 第４図では固体微粉燃料の噴出口の配列が中心
角θで180゜の範囲に配設されているものを示して
いるが、上記噴出口の配列を中心角で160゜〜200゜
の範囲に配設しても同様の効果がある。また、上
記噴出口の配列を円周方向に多数分割したもので
もよい。 上記実施例は本発明方法を最も好適に容易に実
施することのできるバーナであるが、本発明方法
はこれと異なる燃焼装置でも実現できることはも
ちろんである。例えば混合体の通路１３に仕切り
を入れて複数分割しこれに異なる量の固体微粉燃
料を供給して吹込み噴流の錐体内の固気比に差を
つくるようにする。拡散翼は前記のようにピツチ
を変化を与えてもよく同じピツチのものを配設し
てもよい。またこの分割された通路１３の各通路
の搬送空気量は同量でも多少異なつてもよい。ま
たバーナに送入する前に固体微粉燃料の濃度の異
なる混合体をつくり、通路１３の分割された各通
路または別形式のバーナ若しくは別体のバーナに
それぞれ供給し吹込み噴流中において固気比に差
がつくように供給する装置によつても本発明方法
を実施することができよう。 本発明方法は固体微粉燃料の吹込み噴流の横断
面における燃料密度分布に差を付して局部的に燃
焼速度を高め、その結果噴流全体の燃焼速度を高
めて一次空気を大幅に減少させるので、揮発分の
極めて少ない石炭またはコークス微粉などを燃焼
させる場合でも容易に早期に完全燃焼させ短炎を
得ることができ、安価な燃料を用いて完全燃焼が
可能となり経済的効果が大である。また一次空気
量の調整によつて火炎の長さを従来よりも広範囲
に調整でき、さらに、一次空気（冷風）を著しく
減少させることができるので、冷風の減少分を高
温の二次空気と置換することによつて熱効率を高
めることができる。 さらに従来の燃焼方法では短炎を得るためには
固体燃料を微粉砕することが必要であり、例えば
石炭燃焼の場合、88μｍ篩網上残分が10〜20％程
度まで微粉砕していたが、本発明方法では、同一
炭種で88μｍ篩網上残分を30〜40％まで上げるこ
とが可能となつた。このため粉砕動力節減の面で
も著しい効果がある。 また本発明の燃焼装置はバーナに僅かな変化を
施すことにより上記方法を容易に実施することが
でき燃焼効率の向上、燃料原価の低減、熱効率の
向上、燃料粉砕動力の節減などのすぐれた効果を
奏し、その工業上の価値は特に大きい。 本発明のバーナをセメント焼成に用いる場合に
は短炎が得られるので最近のようにセメント原料
が予熱機でほぼ100％近くまで仮焼（脱炭酸）さ
れてロータリーキルンに供給される場合はロータ
リーキルンの長さを従来より20％程度短くするこ
とができる。 実施例 第３図、第４図に示すバーナをセメント焼成用
ロータリーキルンに使用し、噴流中の微粉炭の不
均一度をバーナ上半部分と下半部分の微粉炭量の
比が２：１となるようにし、本発明方法による固
体微粉燃料の燃焼を行つた。その結果を従来のバ
ーナによる焼成（比較例）と比較すれば第１表の
通りである。すなわち (1) 固体微粉燃料の単位セメントクリンカー生産
量あたりの使用量、すなわち燃料原単位は従来
より約４％低下した。 (2) 微粉炭の燃焼効果が向上し未燃分はなくなつ
た。従来の燃焼方法ではキルン尻において1000
〜2000ppmのCOが検出されたが、本発明方法
ではCOは全く検出しない。 (3) 理論空気量に対する固体微粉燃料搬送用一次
空気は全空気量の３〜４％程度と少量でよく、
通路１２，１３，１４を通る全一次空気量は従
来12〜15％であつたが８〜11％に減少した。減
少した冷空気はクリンカークーラーからの高温
（800〜900℃）の二次空気に置換されるからキ
ルン全系にとつて熱的に有利となる。 (4) 一次空気量が従来のバーナより少量となつて
もなお、燃焼室内で燃焼する噴流への高温二次
空気の拡散が速いから結局は短炎が得られた。 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図第２図は従来のバーナの縦断面図、第３
図は本発明の実施例のバーナの縦断面図、第４図
は第３図のＡ−Ａ矢視図である。 １……固体微粉燃料と空気との混合体、２……
バーナ、３……噴出口、４……噴流、５……二次
空気、６，７……一次空気噴出口、１０……バー
ナ、１１……挿入路、１２，１４……一次空気通
路、１３……混合体通路、１１ａ，１２ａ，１３
ａ，１４ａ……供給口、１２ｂ……旋回翼、１３
ｂ……拡散翼。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固体微粉燃料と一次空気との混合体をバーナ
   から燃焼室内に吹込み、該混合体と高温二次空気
   とを相互に拡散混合させて固体微粉燃料を燃焼さ
   せる方法において、該バーナの吹込端面における
   流動抵抗に差を設けて固体微粉燃料の密度分布を
   不均一化することにより、固体微粉燃料の吹込み
   噴流の横断面における燃料密度分布を不均一化
   し、燃焼速度を高めて短炎を形成させることを特
   徴とする固体微粉燃料の燃焼方法。 ２ 固体微粉燃料吹込みバーナにおいて、燃料輸
   送路の先端部に相互に分割されかつ開口面積に差
   を設けた噴出口を配設したことを特徴とするバー
   ナ。