JPH0451724B2 - - Google Patents

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JPH0451724B2
JPH0451724B2 JP59053415A JP5341584A JPH0451724B2 JP H0451724 B2 JPH0451724 B2 JP H0451724B2 JP 59053415 A JP59053415 A JP 59053415A JP 5341584 A JP5341584 A JP 5341584A JP H0451724 B2 JPH0451724 B2 JP H0451724B2
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JP
Japan
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pulverized coal
flow
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supply nozzle
air
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JP59053415A
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Iwao Akyama
Noryuki Ooyatsu
Kunio Okiura
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Mitsubishi Power Ltd
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Babcock Hitachi KK
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D1/00Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F23D1/02Vortex burners, e.g. for cyclone-type combustion apparatus

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はボイラなどの微粉炭バーナに係り、特
に微粉炭燃焼排ガス中の窒素酸化物(NOx)お
よび未燃分を低減するに好適な微粉炭バーナに関
するものである。
〔発明の背景〕
化石燃料中にはC、H等の燃料成分の他にN分
が含まれ、特に微粉炭には気体燃料や液体燃料に
比べてN分含有量が多い。
従つて、微粉炭の燃焼時に発生するNOxは気
体および液体燃料の燃焼時に発生するNOxより
も多く、このためにNOxを極力低減させること
が要望されている。
各種燃料の燃焼時に発生するNOxは、サーマ
ルNOxとフユーエルNOxとに大別されるが、サ
ーマルNOxは燃焼用空気中の窒素が酸素によつ
て酸化されて生成するものであり、一方、フユー
エルNOxは燃料中のN分の酸化により生成する
ものである。
これらのNOxの発生を抑制するための燃焼方
法としては、燃焼用空気を多段に分割して供給す
る二段燃焼法や、低酸素濃度の燃焼排ガスを燃焼
領域に混入するガス再循環法等がある。
そしてこれらの低NOx燃焼法はいずれも低酸
素燃焼によつて燃焼火炎の温度を下げることによ
り、窒素と酸素の反応を抑制するものである。
ところが、サーマルNOxとフユーエルNOxの
中で、燃焼温度の低下によつてその発生量が抑制
できるのは、サーマルNOxであり、フユーエル
NOxの発生は燃焼温度に対する依存度は少ない。
従つて、火炎温度の低下を目的とした従来の燃
焼方法は、N分の含有量の少ない気体および液体
燃料の燃焼には有効であるが、発生するNOxの
80%近くがフユーエルNOxである微粉炭燃料の
燃焼に対しては効果が小さい。
第1図および第2図は従来の微粉炭バーナの概
略構成図である。
微粉炭は微粉炭供給管1より微粉炭搬送用空気
(一次空気)とともに微粉炭供給ノズル2へ供給
されるが、この微粉炭供給ノズル2内での微粉炭
の堆積を避けるために絞り部3が配置されて微粉
炭の流速を上昇させるようになつているが、これ
は火炎10からの熱が微粉炭供給ノズル2内へ逆
流した場合、微粉炭の流速よりも火炎伝播速度の
方が速いと微粉炭供給ノズル2内へ火炎10が逆
流し爆発事故などを引起こすおそれがあるので、
これらの爆発事故を防止するために局部的に流速
を早め火炉4内に噴射される。
一方、燃焼用空気は風箱5から仕切板6に仕切
られた二次空気通路7内に流れ、エアレジスタ8
保炎器9より炉内4へ供給される。
この炉内4へ噴射された微粉炭とエアレジスタ
8によつて旋回が与えられた二次空気は保炎器9
によつてその流れが妨害され保炎器9の先端に再
循環逆流域Aが形成される。
この再循環逆流域Aには微粉炭と一次、二次空
気の混合流が供給され、再循環逆流域Aによつて
後流の火炎10からの熱が供給されて着火が起
る。
この再循環逆流域Aで発生した微小火炎は、微
粉炭供給ノズル2からの微粉炭搬送用空気(一次
空気)と二次空気通路7からの二次空気によつて
旋回が与えられ保炎器9の後方に運ばれて、いわ
ゆる火炎10を形成する。
ところが第1図の微粉炭バーナへの燃焼用空気
は理論空気量以上の燃焼用空気が供給されるため
に、燃焼がさかんに行われて未燃分は減少する
が、逆に窒素酸化物濃度が高くなり、低NOx化
を計ることができない。
そこで、第1図の微粉炭バーナにおいては燃焼
用空気量を理論空気量以下の燃焼用空気で燃焼さ
せ、不足した燃焼用空気を火炉4の後流側に図示
していないアフターエアポートから供給して窒素
酸化物濃度を下げる、いわゆる二段燃焼が採用さ
れる。
第2図は従来の排ガス混合を採用した微粉炭バ
ーナの概略構成図である。
第2図において、符号1〜10までは第1図の
ものと同一であり、11は二次空気ダンパ、12
は二次空気旋回ベーン、13は三次空気通路、1
4はエアレジスタ、15は排ガス供給管、16は
排ガス通路、17は排ガス旋回ベーンである。
この様な構造において、第1図の微粉炭バーナ
と異る点は、微粉炭供給ノズル2の先端に保炎器
9がなく、燃焼用空気の系統が二つに分れ、二次
空気通路7より二次空気ダンパ11、二次空気旋
回ベーン12を経て供給される二次空気と、三次
空気通路13よりエアレジスタ8で旋回力が与え
られた三次空気とに分けられている。
さらに、微粉炭供給ノズル2と二次空気の間に
は排ガス供給管15より排ガス通路16、排ガス
旋回ベーン17を経て排ガスが供給される。
この様に保炎器9はないが、二次空気は二次空
気旋回ベーン12、三次空気はエアレジスタ14
によつて旋回力が与えられるので、これら二次、
三次空気によつて第1図のものと同様に再循環逆
流域Aを形成するので、火炎10からの熱の供給
には支障はない。
そして、火炎10の外周は排ガス流で被われる
ために燃焼用空気の不足によつて窒素酸化物の発
生は制御できるが、未燃分が増加する傾向にあ
る。
ところが、二次、三次空気による旋回力によつ
て形成された再循環逆流域Aに飛び込んできた微
粉炭はその旋回力による遠心力によつて火炎10
の外側へ飛ばされ、しかも微粉炭のうち大粒径の
粗微粉炭程その傾向は強くなり、未燃分を発生さ
せる原因ともなる。
この様に第2図の微粉炭バーナでは、燃焼用空
気の不足によつて窒素酸化物を低下させることは
できるが、未燃分を低下させることができない。
〔発明の目的〕
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、微粉炭燃焼に
おける灰中の未燃分を低下させて燃焼効率を増加
させるとともに、排ガス中のNOx発生量も低減
させることができる微粉炭バーナを提供するにあ
る。
〔発明の概要〕
本発明は前述の目的を達成するために、微粉炭
と搬送媒体との混合流体を炉内に噴射する微粉炭
供給ノズルの外周に、燃焼用空気を供給する空気
通路を設け、微粉炭を燃焼するものにおいて、 前記微粉炭供給ノズルの流路下流部に、流路を
径方向内側に向けて絞る流路絞り部と、その流路
絞り部よりノズル先端部に達する流路拡大部とを
連続して設け、 粒径の比較的大きい微粉炭と、粒径の比較的小
さい微粉炭とを搬送媒体とともに前記微粉炭供給
ノズルに供給し、 その粒径の比較的大きい微粉炭が流路絞り部を
通過することにより、微粉炭流速が加速され、慣
性力により炉内に向けてほぼ直進させ、 前記粒径の比較的小さい微粉炭が流路拡大部を
通過することにより、微粉炭流速が下がり前記粒
径の比較的大きい微粉炭と分離して、粒径の比較
的大きい微粉炭流の外周に分散させるように構成
されていることを特徴とするものである。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第3図は本発明に係る微粉炭バーナの概略構成
図、第4図は第3図の微粉炭バーナにおける微粉
炭流とガス流の運動軌跡を示す模式図である。
第3図、第4図において、符号1〜14は従来
のものと同一のものを示し、18は微粉炭供給ノ
ズル2の先端に設けた流路拡大部である。
この様な構造において、微粉炭は微粉炭供給管
1より一次空気とともに供給され、微粉炭供給ノ
ズル2の絞り部3で微粉炭流速が加速された後、
火炉4内へ供給される。
一方、燃焼用空気は微粉炭供給ノズル2の外周
から二次空気は二次空気旋回ベーン12、三次空
気はエアレジスタ14によつて旋回力が与えられ
て、火炉4内に供給される。
この時の火炉4内における微粉炭流、ガス流の
運転軌跡を第4図を用いて説明する。
第4図において、図中の実線で示した矢印は微
粉炭中の粒径の大きい粗粒微粉炭の運転軌跡を示
し、図中の点線で示した矢印はガス流および微粒
微粉炭の運転軌跡を示し、微粉炭中の粒径の小さ
い(20μm以下)微粒微粉炭は実質的にガス流と
同一運動軌跡をとる。
そこは二次空気、三次空気の旋回力によつて、
微粉炭供給ノズル2の流路拡大部18によつて再
循環逆流域Aができ、これによつて微粒微粉炭と
粗粒微粉炭の分級効果が発揮されるからである。
つまり、第4図に示す微粉炭供給ノズル2から
供給された微粉炭は粗粒微粉炭も微粒微粉炭も流
路拡大部18の前方Bまでは実線、点線の矢印で
示す如く同一方向に噴射されるが、この前方Bよ
り先端Cの位置まで来ると、二次、三次空気の旋
回力によつて発生した再循環逆流域Aのために粗
粒微粉炭はそのまま火炉4内に直進するが微粒微
粉炭はこの再循環逆流域Aを形成する点線の矢印
で示すガス流に乗つて前方Bの方向に押し戻さ
れ、この前方B付近で微粒微粉炭は熱分解し、生
成した気体は外側Dへ運ばれて燃焼し、微粒微粉
炭のチヤーは先端Cの位置へ運ばれて燃焼する。
この様に、火炎10の中心は先端Cの位置にあ
り、この先端Cは燃焼温度が最も高いために粗粒
微粉炭も微粒微粉炭のチヤーも完全に燃焼するの
である。
第5図のものは第3図の他の実施例を示す微粉
炭バーナの概略構成図である。
第5図の微粉炭バーナと、第3図の微粉炭バー
ナの異る点は、第3図の微粉炭バーナにおいては
二次、三次空気を供給したが、第5図の微粉炭バ
ーナにおいては、微粉炭供給ノズル2の流路拡大
部18の外周に排ガス供給管15より排ガス通路
16、排ガス旋回ベーン17を経て排ガスを供給
し、その外周から二次空気通路7よりエアレジス
タ8を経て二次空気を供給するようにした点であ
る。
なお、微粉炭供給ノズル2の流路拡大部18は
末拡りにして微粉炭による衝突摩耗の低減を計つ
た。
この様に微粉炭供給ノズル2の外周から排ガス
を供給することによつて、第4図で説明した先端
Cと外側Dの燃焼領域の分割を排ガスによつて強
化したものであり、特に低燃料比炭の低NOx化
には効果がある。
第6図および第7図のものは他の実施例に係る
微粉炭バーナの概略構成図と、微粉炭流、ガス流
の運動軌跡を示す模式図である。
第6図および第7図において、符号1〜18ま
では第3図、第5図のものと同一であり、19は
微粉炭供給ノズル2内に設けた縮小部である。
つまり、第6図のものは微粉炭供給ノズル2内
に縮小部19を設け、先端には流路拡大部18を
設けることによつて、粗粒微粉炭と微粒微粉炭の
分離効果を一層計ろうとするもので、微粉炭供給
ノズル2の微粉炭はこの縮小部19を通過するこ
とによつて流速が益々上昇し、火炉4内へ直進す
る慣性力を増加させたものである。
これによつて、粗粒微粉炭は火炉4内へ直進す
る慣性力が強くなつてバーナ中心軸上には粗粒微
粉炭が多く分布するようになり、微粒微粉炭は拡
大部18で直進力を失い外側へ拡がるとともに、
二次、三次空気の旋回による遠心力で益々外側へ
飛ばされる。
この様にバーナ中心軸上には粗粒微粉炭による
火炎が形成され、その外周には微粒微粉炭による
火炎が形成されることになる。
これらを模式的に表わすと第7図のようにな
る。
すなわち、まず縮小部19から径が急激に拡が
つた前方Bの領域で直進する慣性力を維持した粗
粒微粉炭と直進力を失つた微粒微粉炭との1段階
目の分離がおこり、続いて、先端Cの領域で旋回
流である二次及び三次空気によつて引起される再
循環逆流域Aと一次空気流との衝突によつて微粒
微粉炭は外側D方向へ飛ばされ粗粒微粉炭は更に
直進し続けて二段階目の分離がおこる。この結
果、前方B及び先端C領域における粗粒微粉炭と
微粒微粉炭との分離により、微粉炭噴出方向前方
バーナ中心軸上付近、すなわち火炉4の奥側Eの
領域には粗粒微粉炭による火炎が形成され、外周
付近、すなわち外側Dの領域には微粒微粉炭によ
る火炎が形成され雰囲気温度の高い(1500℃以
上)微粉炭噴出方向前方バーナの中心軸上付近で
は燃焼性の悪い粗粒微粉炭を燃焼させ、雰囲気温
度の比較的低い(1500℃以下)外周付近では燃焼
性の良い微粒微粉炭を燃焼させることができるた
め、効果的に灰中未燃分を低減させることができ
る。更に、分割火炎を形成することができるた
め、排ガス中のNOx濃度を低減を計ることがで
きる。
第8図は縦軸にNOx、横軸に未燃分を示した
特性曲線図で、図中曲線Fは第1図および第2図
に示した従来の微粉炭バーナにおける実験デー
タ、曲線Gは第3図、第5図および第6図に示し
た本発明の微粉炭バーナにおける実験データを示
す。
なお、実験条件は次の通りである。試験炉の内
径寸法600mm、長さ5m、耐火断熱キヤスタ壁
(200mm)、微粉炭は200メツシユパス80%の歴青炭
を50Kg/H、空気は常温で一次、二次、三次空気
は2:3:5(重量比)の割合で別々の系統から
供給した。
また、二次空気旋回ベーン12の角度は+45
度、空気レジスタ14の角度は50%一定とした。
この結果従来の微粉炭バーナでは曲線Fに示す
如く、NOx量も未燃分も多いが、本発明の微粉
炭バーナにおいては曲線Gで示す如く、NOx量、
未燃分ともに低減できた。
〔発明の効果〕
本発明は微粉炭供給ノズルの先端に拡大部を設
けたので、粗粒微粉炭と微粒微粉炭に分けること
ができ未燃分の低下と低NOx化を計ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は従来の微粉炭バーナの概
略構成図、第3図、第5図、第6図は本発明の実
施例に係る微粉炭バーナの概略構成図、第4図お
よび第7図は第3図および第6図の微粉炭バーナ
における微粉炭流、ガス流の運動軌跡を示す模式
図、第8図は縦軸にNOx、横軸に未燃分を示し
た特性曲線図である。 2……微粉炭供給ノズル、7,13……空気通
路、18……流路拡大部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 微粉炭と搬送媒体との混合流体を炉内に噴射
    する微粉炭供給ノズルの外周に、燃焼用空気を供
    給する空気通路を設け、微粉炭を燃焼するものに
    おいて、 前記微粉炭供給ノズルの流路下流部に、流路を
    径方向内側に向けて絞る流路絞り部と、その流路
    絞り部よりノズル先端部に達する流路拡大部とを
    連続して設け、 粒径の比較的大きい微粉炭と、粒径の比較的小
    さい微粉炭とを搬送媒体とともに前記微粉炭供給
    ノズルに供給し、 その粒径の比較的大きい微粉炭が流路絞り部を
    通過することにより、微粉炭流速が加速され、慣
    性力により炉内に向けてほぼ直進させ、 前記粒径の比較的小さい微粉炭が流路拡大部を
    通過することにより、微粉炭流速が下がり前記粒
    径の比較的大きい微粉炭と分離して、粒径の比較
    的大きい微粉炭流の外周に分散させるように構成
    されていることを特徴とする微粉炭バーナ。 2 特許請求の範囲第1項記載において、前記微
    粉炭供給ノズルの外周に設けられた空気通路に旋
    回力付与手段が設けられていることを特徴とする
    微粉炭バーナ。
JP59053415A 1984-03-22 1984-03-22 微粉炭バ−ナ Granted JPS60200008A (ja)

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