JPH0424404A - 微粉炭バーナ - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は微粉炭の燃焼装置に係り、特にミルと微粉炭バ
ーナを直接連結して運転する燃焼システムにおける負荷
変化の運用幅を拡大するのに好適な微粉炭バーナに関す
る。

［従来の技術］ 近年、我が国においては重油供給量のひっ迫から、石油
依存度の是正を計るために、従来の重油専焼から石炭専
焼へと燃料を変換しつつあり、特に事業用火力発電ボイ
ラにおいては、石炭専焼の大容量火力発電所が建設され
ている。

一方、最近の電力需要の特徴として、原子力発電の伸び
と共に、負荷の最大、最小差も増加し、火力発電用ボイ
ラをベースロード用から負荷調整用へと移行する傾向に
あり、この火力発電用ボイラを負荷に応じて圧力を変化
させて変圧運転する。

いわゆる全負荷運転では超臨界圧域、部分負荷運転では
亜臨界圧域で運転する変圧運転ボイラとすることによっ
て、部分負荷運転での発電効率を数％向上させることが
できる。

このためにこの石炭専焼火力においては、ボイラ負荷が
常に全負荷で運転されるものは少なく、負荷を昼間は７
５％負荷、５０％負荷、２５％負荷、１５％負荷へと負
荷を上げ、下げして運転したり、あるいは夜間は運転を
停止するなど、いわゆる高頻度起動停止（Ｄａｉｌｙ　
５ｔａｒｔ　５ｔｏｐ以下単にＤＤＳという）運転を行
なって中間負荷を担う石炭専焼火力へと移行しつつある
。

またＤＤＳ運転を行なう石炭専焼ボイラにおいては、起
動時から全負荷に至るまで微粉炭のみで全負荷帯を運転
するものは少なく、石炭専焼ボイラといえども起動時、
低負荷時には微粉炭以外の軽油２重油、ガス等を補助燃
料として用いている。

それは起動時においては石炭専焼ボイラからミルウオー
ミング用の排ガス、加熱空気が得られず、このためにミ
ルを運転することができないので石炭を微粉炭に粉砕す
ることができないからである。

また、低負荷時にはミルのターンダウン比がとれないこ
と、微粉炭自体の着火性が悪いことなどの理由によって
軽油１重油、ガス等が用いられている。

例えば起動時に補助燃料として軽油２重油を用いる場合
には、起動時から１５％負荷までは軽油を補助燃料とし
てボイラを焚き上げ、１５％負荷から４０％負荷までは
軽油から重油へ補助燃料を変更して焚き上げ、４０％負
荷以上になると補助燃料の重油と主燃料の微粉炭を混焼
して順次補助燃料の重油量を少なくするとともに主燃料
の微粉炭量を多くして微粉炭の混焼比率を上げて実質的
な石炭専焼へと移行する。

以下、第１０図および第１１図を用いて微粉炭焚ボイラ
の起動時における概要について説明する。

第１０図及び第１１図は微粉炭焚ボイラの概略系統図お
よび従来の微粉炭バーナの拡大断面図である。

第１０図に示す微粉炭焚ボイラ１をコールドスタートす
る際は、まず第１１図に示す微粉炭バーナ７の軽油点火
バーナ２により、ボイラ負荷の１５％まで焚き上げる。

その後に重油起動用バーナ３を点火する。そして、重油
起動用バーナ３のみで、ボイラ負荷の２５〜３５％まで
焚き上げる。その後にボイラ火炉４の火炉内温度が十分
に上った時点で、第１０図に示すミル５から第１１図に
示す微粉炭供給管６．微粉炭バーナ７へ微粉炭燃料を供
給して微粉炭ノズル８からボイラ火炉４内へ送り、微粉
炭専焼へと切り換える。

微粉炭の搬送用媒体は、第１０図に示すエアヒータ９に
よって、ボイラ排ガスと熱交換された後ミル５に送られ
、コールバンカ１０から供給される塊炭に付着した水分
の除去と、ミル５に内蔵した図示していない分級器の分
級エアとして、さらには、ミル５で粉砕された微粉炭を
微粉炭バーナ７まで搬送するための搬送用空気として使
用される。

第１１図には従来技術の微粉炭バーナ７を示しているが
この微粉炭バーナ７には、軽油点火バーナ２と重油起動
用バーナ３が取り付けられており、微粉炭バーナ７を構
成している。風箱１１内の燃焼用空気は、二次エアレジ
スタ１２と三次エアレジスタ１３により、旋回が加えら
れた後、ボイラ火炉４内に投入される。一方、微粉炭は
微粉炭供給管６を通り微粉炭バーナ７の微粉炭ノズル８
へ送られるが、その間にベンチュリー１４を通過するの
みで、はぼ自由噴流に近い状態でボイラ火炉４内に吹き
込まれる。この微粉炭バーナ７には高負荷用保炎器１５
が設けられ、燃焼用空気の旋回によって、逆流域が生じ
、火炎の伝播速度以下の流速域で、火炎が保持されるの
みであった。したがって微粉炭粒子の拡散は良いが、一
方では火炎が不安定になり、微粉炭バーナ７の空気側の
操作条件に極めて左右されやすい。なお、第１０図の符
号１６は重油タンク、１７は軽油タンクである。

一方、ミル５（微粉炭バーナ７）の負荷が低い領域でミ
ル５から供給される微粉炭−空気流中の微粉炭濃度（Ｃ
／Ａ）が低くなるため着火安定性が悪くなる。

第１２図は横軸にバーナ負荷、縦軸にバーナ（ミル）負
荷に対するミル５から微粉炭バーナ７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
示す特性曲線図である。

この第１２図から、バーナ（ミル）負荷の低下に伴って
Ｃ／Ａが低くなることが分かるが、これは、微粉炭の搬
送、分級のために止むを得ないミル特有の現象である。

バーナ負荷１５％時におけるＣ／Ａは第１２図に示すよ
うに０．０８となり、微粉炭は極めて希薄となり、また
、その時の１次空気量が燃焼に及ぼす空気比としては、
炭種により異なるが、いずれの場合でも１を越える。従
って、この負荷においては１次空気のみで空気過剰とな
るために、２゜３次空気は不要となるが、実際には、フ
ァンの特性上また、微粉炭バーナ７の焼損防止対策とし
て２次、３次空気をかなり供給するために、微粉炭バー
ナ近傍における空気比はかなり高い値となり、微粉炭粒
子は、さらに希釈されるために火炎は不安定になる。

［発明が解決しようとする課題］ このように補助燃料を用いる微粉炭バーナでは、頻繁な
起動停止運転毎に補助燃料の使用量が増加し、直接ミル
から微粉炭バーナへ微粉炭−空気流を供給する燃焼シス
テムではミル（バーナ）負荷が低い場合、微粉炭バーナ
の着火性が悪くなるために未燃分が増加する欠点がある
。

本発明はかかる従来の欠点を解消しようとするもので、
その目的とするところは、補助燃料を削減し、しかも微
粉炭バーナの着火安定性を向上させることにより、ＤＳ
Ｓ運転での低負荷運転を行なうことができる微粉炭バー
ナを提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は前述の目的を達成するために、微粉炭ノズル内
に微粉炭濃度を変える入口ダクトと出口ダクトと、出口
ダクトの先端に低負荷用保炎器を設け、かつ、入口ダク
トの上流に微粉炭流路を変えるノズルを設けたのである
。

［作用］ 微粉炭バーナのバーナ負荷が低い時（ミルの起動時及び
低負荷時）には、微粉炭ノズル内の微粉炭流路を変える
ノズルを閉じる方向へ移動させて、入口ダクトと出口ダ
クトの内側に濃厚微粉炭流を形成させ、低負荷用保炎器
で着火安定性を確保する。

一方、微粉炭バーナのバーナ負荷が高い時には、微粉炭
ノズル内の微粉炭流路を変えるノズルを開く方向へ移動
させて、入口ダクトと出口ダクトの外側に濃厚微粉炭流
を形成させ、高負荷用保炎器で着火安定性を確保する。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図および第２図は本発明の実施例に係る微粉炭バー
ナの断面図、第３図、第４図および第５図は微粉炭ノズ
ルの上半分を示した拡大断面図で、第３図は高負荷時、
第４図は低負荷時、第５図は極低負荷時を示す。

第５図は横軸に１次空気の分配率、縦軸に微粉炭濃縮率
を示した特性曲線図、第６図は横軸にバーナ負荷、縦軸
にＣ／Ａを示した特性曲線図、第７図及び第８図は他の
実施例を示す微粉炭バーナの断面図である。

第１図から第８図において、符号３から符号１５までは
従来のものと同一のものを示す。

１８．１９は微粉炭ノズル８内に配置され微粉炭濃度を
変える入口ダクトと出口ダクト、２０は出口ダクト１９
の先端に設けた低負荷用保炎器、２１は微粉炭ノズル８
にそって移動するノズル、２２は粒子パイロット、２３
．２４は濃厚微粉炭流路、希薄微粉炭流路、２５は微粉
炭流路である。

第１図は高負荷時におけるノズル２１の位置を示し、第
３図は極低負荷時におけるノズル２１の位置を示してい
る。

第１図において、微粉炭と搬送用１次空気は図示してい
ないミルから微粉炭供給管６によって第１図の矢印Ａで
示すように微粉炭バーナ７の微粉炭ノズル８に供給され
、ノズル２１、粒子パイロット２２、入口ダクト１８、
出口ダクト１９を経てボイラ火炉４に入り、高負荷用保
炎器１５によって安定に燃焼される。この微粉炭バーナ
７では、更に、燃焼用空気が風箱１１内で２次エアレジ
スタ１２．３次エアレジスタ１３に分割され、好ましく
は旋回力を加えて供給される６ノズル２１は、図示して
いないが、アクチュエータ、ベアリング付ローラ等によ
って微粉炭ノズル８内を摺動しバーナの要求性能を満足
するように制御される。

この第１図に示す高負荷時には、微粉炭流路２５の微粉
炭は入口ダクト１８および出口ダクト１９の外側に位置
する濃厚微粉炭流路２３には濃厚微粉炭流が流れ、入口
ダクト１８および出口ダクト１９の内側に位置する希薄
微粉炭流路２４には希薄微粉炭流が流れるので、高負荷
用保炎器１５で安定燃焼する。

一方、第２図に示す極低負荷時にはノズル２１がボイラ
火炉４側へ移動して入口ダクト１８と接触するために微
粉炭流路２５の微粉炭は入口ダクト１８および出口ダク
ト１９の内側に位置する濃厚微粉炭流路２３には濃厚微
粉炭流が流れ、入口ダクト１８および出口ダクト１９の
外側に位置する希薄微粉炭流路２４には希薄微粉炭流が
流れるので、低負荷用保炎器２０で安定燃焼する。

以下、第３図から第５図を用いて、高負荷時、低負荷時
、極低負荷時に分けて説明する。

第３図の高負荷時においては、微粉炭ノズル８内の微粉
炭流路２５に微粉炭流Ａが供給され、先ず、上流にある
ノズル２１と下流にある粒子パイロット２２の部分を通
過する際、微粉炭が慣性力で図示のように片側に偏り（
比重が空気の約１０００倍以上）、後流の入口ダクト１
８で仕切られた外側の濃厚微粉炭流路２３を濃度の高い
濃厚微粉炭流ＡＢが流れる。次に、入口ダクト１８によ
って仕切られた下側の希薄微粉炭流路２４へ流入した微
粉炭流は、慣性力によって大部分の微粉炭を出口ダクト
１９による下側の希薄微粉炭流路２４の希薄微粉炭流Ａ
ｃに、また大部分の空気ＡＡは抵抗の配分から入口ダク
ト１８と出口ダクト１９により形成させたスキマ状の流
路へ流れるように分離し、さらに空気ＡＡはバイパス濃
厚微粉炭流路２３の濃厚微粉炭流Ａｌ１１と合流して濃
厚微粉炭流Ａｃとなり、最終的にボイラ火炉４へ濃厚微
粉炭流Ａｃ。

希薄微粉炭流ＡＲのように分割され供給される。

ここで、この高負荷時のノズル２１の配置では、上述の
ごとく粒子パイロット２２の働きで入口ダクト１８．出
口ダクト１９に微粉炭流が供給されるとき、すでに希薄
微粉炭流路２４へ多くの微粉炭を分離供給しているため
の入口ダクト１８．出口ダクト１９の機能にもかかわら
ず、濃厚微粉炭流ＡｃのＣ／Ａが希薄微粉炭流ＡユのＣ
／Ａよりも高くなる。したがって高負荷用保炎器１５に
よって高Ｃ／Ａの微粉炭流が安定に燃焼される。この際
、ノズル２１は、入口ダクト１８．出口ダクト１９の濃
厚微粉炭流Ａ８の流量を調節する機能を持ち、火炎安定
性の良い通常負荷布では全開状態にすることにより、流
路抵抗を低減させ微粉炭バーナ７の差圧を低くすると同
時に、微粉炭の流速を出来るだけ低く保ち摩耗による損
傷を抑制する。

粒子パイロット２２は、微粉炭の流れを高負荷時には濃
厚微粉炭流路２３へ流し、微粉炭濃度が濃厚微粉炭流路
２３で高くなるようにし、高負荷用保炎器ＩＳによって
燃焼するようにする。入口ダクト１８．出口ダクト１９
は、高負荷領域では特に希薄微粉炭流路２４のＣ／Ａを
高くする必要が無いため濃厚微粉炭流路２３の微粉炭濃
度を高くする方がバーナの運用上好ましい。

第４図の低負荷時においては、第３図の高負荷時の場合
と同様に、微粉炭ノズル８に供給された微粉炭流Ａが１
粒子パイロット２２．ノズル２１゜入口ダクト１８．出
口ダクト１９により、矢印Ａｌｌ。

ＡＲ，ＡＣで示すごとく微粉炭流を形成する。ここで、
高負荷時と異なるのはノズル２１と粒子パイロット２２
の相対位置で、ノズル２１の方が粒子パイロット２３よ
りボイラ火炉４側に設定される。

このため、第４図に示すように入口ダクト１８゜出口ダ
クト１９の濃厚微粉炭流路２３に濃度の高い微粉炭流Ａ
ｃが供給され、さらに、入口ダクト１８、出口ダクト１
９において形成される希薄微粉炭流路２４と濃厚微粉炭
流路２３へ微粉炭流Ａ　Ｒ。

Ａｃにおいても、慣性力により濃厚微粉炭流路２３の濃
度が高くなり低負荷用保炎器２０によって燃焼する。

即ち、本実施例の特長とするところは、ノズル２］と粒
子パイロット２２の組み合わせによって後流の入口ダク
ト１８．出口ダクト１９への２流路に供給する粒子濃度
を逆転させたところにある。

第５図の極低負荷時においては、ノズル２１を全開状態
にすることにより、六ロダク）−１８、出口ダクト１９
をバイパスする微粉炭流をなくし、全流量を入口ダクト
１８．出口ダクト１９の濃厚側微粉炭流路２３に供給す
る。この操作により、入口ダクト１８．出口ダクト１９
は最大効率で機能し、高いＣ／Ａの必要な低負荷用保炎
器２０へ微粉炭流Ａｃを要求される値に保持できる。

以上のような機能について検討した結果、微粉炭濃度を
高めるための入口ダクト１８．出口ダクト１９の構造と
して、出口ダクト１９の最も狭い流路断面積Ｓ、（第３
図中のＡＣが流れる流路）、出口ダクト１９のもう一方
の流路における最も狭い流路断面積Ｓ。（第３図中のＡ
Ｒが流れる流路）、微粉炭ノズル８の流路断面積Ｓとす
ると、（ＳＯ＋Ｓ、）／Ｓを０．５〜０．９とし、Ｓ、
／　（Ｓ、＋ＳＯ）を０．４以下とすると共に、流路仕
切り構造部材間に構成されるところの１流路とみなせる
部分の最小面積ＳＲ（第３図中のＡＡが流れる流路）が
Ｓ。よりも大きくなるような濃縮分離器構造とすればよ
いことを見出した。

第６図に、第２図の構造で高Ｃ／Ａ側への１次空気の分
配率（＝１００ＸＡｃ中の空気流量／Ａ中の空気流量）
と微粉炭濃縮率（＝１００ｘＡｃ中の微粉炭流量／Ａ中
の微粉炭流量）の関係を線図で示した。図はＳ、／　（
Ｓ、＋Ｓｏ）を０．４とすると共に、微粉炭ノズル８へ
の供給微粉炭流Ａ中のＣ／Ａ（入口Ｃ／Ａ）０．２の場
合を示している。

図中のカーブＢは、（Ｓｏ＋Ｓ、）／Ｓを０．５、カー
ブＣは０．９とした場合の結果を示す。また、第７図に
は入口Ｃ／Ａ及び縦軸、横軸の関係から一義的に計算さ
れる濃縮側の微粉炭流ＡｃのＣ／Ａも示している。Ａｃ
中のＣ／Ａ＝’０．２の場合は、入口Ｃ／Ａと同じ値の
ため、当然のことながらＡｃ流への微粉炭の配分と空気
の配分とは同じ値となる。従って、実用的なＣ／Ａの範
囲は、着火安定性も考慮するとＣ／Ａ≧０．２５であり
、好ましくは０．３以上を保つようにノズル２１の開度
位置を調整すればよい。

（Ｓ、＋Ｓ、）／Ｓを０．５よりも小さい値にすると、
分配効率の向上よりも微粉炭流による摩耗量が著しく大
きくなるため好ましくない。また、０．９以上としても
構造部材の厚みの確保と分配効率の低下のために好まし
くない。

第８図、第９図は他の実施例を示すもので、第８図のも
のにおいては、粒子パイロット２２に代えてベンド２６
を設けたもので、第８図に示すようにノズル２１を可動
させることによって濃厚微粉炭流Ａｃと希薄微粉炭流Ａ
Ｒを作るもので、他の説明は第１図から第５図のものと
同一である。

第９図のものは第８図のベント２６に代えて粒子パイロ
ット２２を設けたもので、ノズル２１の開、閉によって
濃厚微粉炭流Ａｃと希薄微粉炭流Ａ２を作るものである
。

［発明の効果］ 本発明によれば、極低負荷時であっても補助燃料を削減
し、しかも微粉炭バーナの着火安定性を向上させること
ができ、かつ、ＤＳＳ運転を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例に係る微粉炭バー
ナの断面図、第３図、第４図および第５図は微粉炭ノズ
ルの上半分を示した拡大断面図で。 第３図は高負荷時、第４図は低負荷時、第５図は極低負
荷時を示す。 第６図は横軸に１次空気の分配率、縦軸に微粉炭濃縮率
を示した特性曲線図、第７図は横軸にバーナ負荷、縦軸
にＣ／Ａを示した特性曲線図、第８図および第９図は他
の実施例を示す微粉炭バーナの断面図、第１０図は微粉
炭焚ボイラの概略系統図、第１１図は従来の微粉炭バー
ナの拡大断面図、第１２図は横軸にミル負荷、縦軸にＣ
／Ａを示した特性曲線図である。 ３・・・　起動用バーナ、８・・・・・・微粉炭ノズル
、１５・・・・高負荷用保炎器、１８・・・・入口ダク
ト、１９出ロダクト、２０・・・・・低負荷用保炎器、
２１・・・・・ノズル。 第１図 第２図 第３図 第５図 第６図 第７図 一一◆バー′ｒ負葡Ｃ〜 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 微粉炭ノズルの先端に高負荷用保炎器を、微粉炭ノズル
   のほぼ中心に起動用バーナを配置して微粉炭を燃焼させ
   るものにおいて、 前記微粉炭ノズル内に微粉炭濃度を変える入口ダクトと
   出口ダクトと、 出口ダクトの先端に低負荷用保炎器を設け、かつ、入口
   ダクトの上流に微粉炭流路を変えるノズルを設けたこと
   を特徴とする微粉炭バーナ。