JPH0310841B2 - - Google Patents

Description

の生成を抑制するようにする第２の供給装置１５ を備えたことを特徴とする接線燃焼式粉炭燃焼
炉。

２ ２次空気を供給する第２の供給装置は、火球
の渦巻とは逆の渦巻の形で過剰の２次空気を注入
するように向けた、燃焼室の壁を通る一連のノズ
ルである特許請求の範囲第１項に記載の接線燃焼
式粉炭燃焼炉。

【発明の詳細な説明】

技術分野 本発明は、接線燃焼炉の燃焼域への２次空気の
導入を段階的に行い、この炉の燃焼室を出る煙道
ガスのマスフローと温度のパターンを制御するこ
とに係るものである。更に具体的にいえば、本発
明は均一なマスフローと温度のパターンを形成す
る方向と量の過剰の２次空気を接線燃焼の後段で
注入することに係るものである。

背景技術 化石燃料の燃焼はその燃料の量に応じて一定量
の燃焼空気を必要とする。この空気と燃料との間
の整合は化学量論的燃焼条件と称されている。こ
の化学量論的分量の空気を燃焼域に供給して、燃
料全量を消費させるというのはあくまで理論の上
でのことである。実際問題としては、このために
は無限に大きい炉を必要とすることとなるので、
理論的に必要とされるよりも多い空気を供給する
こととなる。この付加的な量の空気を過剰の２次
空気と称する。もしこの過剰の２次空気を標準の
大きさの炉へ加えなかつたとすると、亜化学量論
的燃焼（すなわち完全燃焼に至らない燃焼）を生
じ、かなりの量の不完全燃焼物を伴なう煙道ガス
を生じる。この不完全燃焼物は炭化水素、チヤー
そして一酸化炭素を構成することとなる。過剰の
２次空気を供給すればこれらの望ましくないもの
を排除できるが、同時に汚染物として規制されて
いる窒素酸化物NOを生じてしまう。このふたつ
の極端な状態の間で満足すべきバランスをとるに
は、燃焼プロセスの最初の段階では化学量論的量
の空気（すなわち１次空気）だけを注入し、そし
て過剰の２次空気をその後オーバーフアイア
（OFA）空気口を通して注入する。このことにつ
いての代表的文献として、学術雑誌「パワー」の
1981年１月号の33頁から40頁に掲載のレズリー・
プルース（Leslie Pruce）の論文「燃焼後炉内の
バーナのNOx放出の低減」を挙げておく。

接線燃焼方式においては、燃焼生成物は炉内で
回転パターンすなわち渦巻パターンとされる。こ
れは燃料と空気とを混合するのに優れているが、
幾つかの欠点を有している。第１に、それはたく
さんの水平に広がるガスパターンをつくり出し、
その多くは境界水壁と衝突して炉壁に灰を沈着さ
せてしまう。第２に、渦巻パターンの流れ方向を
変えて燃焼室に続く対流伝熱部に入れると不均質
パターンを生じることとなる。このために生ずる
炉出口面を横切る温度とマスフローとの不良分布
は「不平衡」として知られている。この不平衡か
ら生ずる多くの運転上および設計上の問題はこの
燃焼方式では仕方のないものと考えられていた。
しかし、もしオーバーフアイア過剰２次空気を注
入して渦巻状態を解消しそれから煙道ガスを対流
伝熱部に入れることができれば、この不平衡現象
は燃焼プロセスの初期部分での渦巻に悪影響を与
えることなく回避されよう。

本発明の開示 本発明が意図していることは、接線燃焼炉にお
いて火球の亜化学量論的燃焼域の上方に過剰の２
次空気の一部分を導入するが、その導入方向、量
そして速度を、火球からの煙道ガスの渦巻を解消
するように設定し、対流伝熱部における温度とマ
スフローの不平衡をなくすことにある。

本発明が更に意図していることは、充分に過剰
の２次空気を火球の上方部分の渦巻の向きと反対
の方向に、その速度と量とが対流伝熱部を通る煙
道ガスに所望の均一分布のマスフローを、従つて
均一な温度パターンを形成するように注入するこ
とにある。

本発明の他の目的、効果そして特徴は以下の説
明から当業者には明らかとなろう。

術語、テクノロジーそして先行技術 グレーサー（Glaeser）の米国特許第2483728
号明細書は燃焼生成物のフローパターンを変える
ために２次空気を注入することを開示している。
NOxの生成を減少するために亜化学量論的燃焼
域の下流に２次空気の一部分を注入することはこ
れまでによく知られている。然しながら、この先
行技術には、NOx生成を抑制すると同時に亜化
学量論的燃焼の生成物の渦巻を解消する方向と量
の過剰の２次空気を亜化学量論的燃焼域の下流に
注入するという技術思想はなかつた。本発明は従
来のNOxの抑制に加えてスラグの壁面への衝突
を抑制し、しかも燃焼生成物の温度プロフイルを
均質にすることを包含する。

接線燃焼式粉炭燃焼炉はよく知られているの
で、ここではそれを詳述することを省略する。こ
の方式の炉では、１次空気で搬送された燃料と２
次空気の一部分とが、渦巻火球を発生する力と方
向をもつて風箱から放出される。火球の角運動量
は、炉の隅部の風箱の燃料ノズルと空気ノズルを
回動させることにより調整される。火球の高さで
注入された２次空気は、火球それ自体と火球と炉
の燃焼室の壁との間の環状空間との間に分けられ
る。この３次空気を調整して火球内で亜化学量論
的燃焼を維持し、さらに過剰の２次空気を火球の
上に注入するようにしてNOx生成を抑制するの
が普通である。本発明は火球より上にこのNOx
排除の過剰の２次空気を注入するというだけでな
く、火球の下流へ流れる燃焼生成物の渦巻を同時
に解消する方向、量そして速度でこの過剰の２次
空気を注入して炉の節炭器部へと燃焼室を出る燃
焼生成物のマスフロー全体にわたつて温度を均一
にするのである。

ここで燃焼プロセスにおける１次空気と２次空
気とを誤解を生じないように定義しておくことと
する。粉砕した燃料、典型的には粉炭をのせて運
ぶのが１次空気であり、この１次空気に乗つて粉
炭は燃焼ノズルへ運ばれ、燃料ノズルを通して火
球に注入される。燃料の完全燃焼に必要とされる
すべての追加の空気が２次空気と呼ばれる。この
２次空気は火球とそれの燃焼生成物との種々の関
係で別々の個処から種々の方向に向けて注入され
る。どの方向に向け、又はどの程度注入するかと
いうこととは関わりなく、すべてのこの空気は
「２次」という観念に入る。

多数の燃料ノズルと２次空気ノズルとは燃焼室
の垂直中心線の一側へ向けられている。その結果
中心線の周りで燃料は竜巻のような状態で燃焼す
る。そして中心線の周りに角運動量の大きい渦巻
状の火球を生じる。これを「火球」と称するの
は、燃料と空気とが渦を巻いて回転しているので
全く適切な表現といえよう。

本発明によれば、オーバーフアイア２次空気す
なわち過剰の２次空気が下方の燃料と空気との流
れと同じであるが反対の角運動量を与えるような
仕方で注入される。このように時計方向に回転す
る火球の上方で反時計方向に運動するこのオーバ
ーフアイア２次空気（OFA）を注入すれば、こ
のOFAより上の燃焼生成物はもはや回転せずそ
のまま流れてゆく。これは「プラグフロー」
（plug flow）と呼ばれる。燃焼生成物の回転パ
ターンを解消することこそが、灰粒子の境界壁へ
の移転（スラギング）を減少させ、そして同時に
対流伝熱部へ流入させるのに理想的な条件をつく
り出すのである。

本発明の最良実施例 第１図において、そこに示されている炉１の部
分は本発明を理解するに必要な部分だけである。
炉１において燃焼室２の火球３は中心軸線４の周
りに発生せしめられる。火球３からの燃焼生成物
は出口通路５の方へ上つていく。出口通路５の対
流伝熱部である節炭器６に給水して、燃焼生成物
と熱交換せしめる。燃焼室２の壁を形成している
水管、そしてこれらの水管と節炭器６の給水管と
の間の接続の詳細は示していない。節炭器を使用
して燃焼生成物から水が熱を吸収し、そして火球
からの熱吸収により水が蒸気になるということは
一般に知られていることである。

注目すべき重要なことは、燃焼室２の隅部につ
くられた燃料・空気供給装置であるすべての風箱
を、第１図では風箱１０で代表して示していると
いうことである。これらの風箱を通る粉状の固体
燃料（粉炭）と空気とが火球３の燃焼を維持して
いる。風箱の燃料ノズルと２次空気ノズルとは垂
直方向と水平方向とに対して傾いており、１次空
気にのせられている燃料と２次空気とを燃焼室内
に分布させている。風箱１０の燃料ノズル１１と
第１の供給装置を構成する２次空気ノズル１２と
は、実際の設計で必要とされる数の燃料ノズルと
２次空気ノズルとを代表して示すものである。

第２図は燃焼室２を見下した図であつて、中心
軸線４の一側へ燃料ノズル１１、２次空気１２が
所定角度に向けられている様子を示している。風
箱１０に代表されるすべての風箱のノズルは軸線
の左へ所定角度に配置されて火球３を発生する。
炉の負荷が変動すると、燃焼室２内に分散する熱
の量を調整するのに必要な燃料と空気の量に合わ
せ燃料ノズルと２次空気ノズルとを傾ける。

特に注意すべきは、２次空気ノズル１２を傾け
て、燃焼を維持するため火球中で必要とされる量
と、火球と燃焼室の壁との間の環状空間１３に対
して選択された量とに２次空気ノズルから空気を
分けるということである。２次空気の量は火球内
で所望の亜化学量論的燃焼を維持するように決め
られる。火球の下流側で必要とされる残りの２次
空気を本発明に従つて供給する。

第２Ａ図は２次空気ノズル１５と燃料ノズル１
１と２次空気１２との間の関係を示している。第
２の供給装置を構成する２次空気ノズル１５は燃
焼室２の上壁を通して取付けられていて火球の燃
焼を完了させ、そしてNOxの生成を妨げるに必
要とされる量の過剰の２次空気を導入する。必要
とされる２次空気ノズル１５の数は設計事項であ
り、本発明が教示することはこれらのノズルは上
昇し渦を巻いている火球と火球から発して上昇す
る燃焼生成物の渦巻の方向と逆の方向に過剰の２
次空気を向けるように取付けるということであ
る。方向と量との双方でこの過剰の２次空気は、
NOxの生成を妨げると同時に、燃焼生成物の渦
をなくす。その結果、炉上方で水平方向に動かな
いガス流パターンすなわち炉出口に向かつて直線
となつて動くパターンとなる。この「直線」ガス
流パターンは炉上方での温度とマスフローの「不
平衡」をなくし、同時に灰粒子が境界壁へ移動し
てスラグを形成する確率を小さくする。

叙上から本発明が本文頭初に記載の目的をすべ
て達成し、本発明の装置に固有の効果を奏してい
ることを理解されよう。

本発明の特徴のあるものを他の特徴とは切離し
ても有用であり、これも本発明の技術的思想に含
まれるものである。

本発明の技術的思想の範囲内で種々多様に本発
明を実施できるのであるから本文に説明しそして
添付図に示したことはすべて例示に過ぎず、これ
に本発明を限定して解すべきものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従つて２次空気を注入する手
段を講じた接線燃焼炉の斜視図である。第２図は
第１図の炉の線２−２に沿う横断面図である。第
２Ａ図は第１図の炉の線２Ａ−２Ａに沿う横断面
図である。 １……炉、２……燃焼室、３……火球、４……
中心軸、５……出口通路、６……節炭器、１０…
…風箱、１１……燃料ノズル、１２……２次空気
ノズル、１３……火球と燃焼室の壁との間の環状
空間、１５……２次空気ノズル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 実質的に四角い横断面の燃焼室２； この燃焼室の各隅部に配置され、燃焼室の中心
   線に関係的に炎を噴出して燃焼室の軸線の周りに
   渦を巻く火球を発生せしめる枢動可能の燃料・空
   気供給装置１０； 燃焼室内に発生した煙道ガスを燃焼室の上方部
   分から出す出口通路５； 燃焼室の下流の煙道ガスの出口通路に配設され
   ている対流伝熱部６； 燃焼室の各隅部の燃料・空気供給装置に２次空
   気を供給する第１の供給装置１２； 燃焼室の上方部分に設けられこの上方部分にお
   いて火球の渦巻き方向に逆の方向に２次空気を供
   給して燃焼室から煙道ガスの出口通路へ出ていく
   ガスを均一で渦を巻かないマスフローとしNOx