JPH0611101A

JPH0611101A - ボイラ燃焼室の構造

Info

Publication number: JPH0611101A
Application number: JP17029692A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Shimizu; 保雄清水; Hiroyuki Noya; 博之能谷
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 1992-06-29
Filing date: 1992-06-29
Publication date: 1994-01-21
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: AU659320B2; JP3140180B2; AU4161593A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】バイオマス燃料や石炭等の固形燃料を燃焼さ
せる火格子を備えたボイラに於いて、火格子燃焼の安定
性や使い易さと浮遊燃焼の合理性の両者を兼ね備えた大
容量ボイラの製作を可能にする。【構成】バイオマス燃料や、石炭等の固形燃料を燃焼
させる火格子４ａ，４ｂを備えたボイラに於いて、燃焼
室２，２の中央部分に水管群から成る中間仕切壁１３を
設け、当該中間仕切壁を形成する水管の間に、燃焼室内
へ二次空気を供給するノズル群１１を配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主にバガス、木屑、バー
ク等のバイオマス燃料や石炭等の固形燃料を燃焼させる
火格子を備えたボイラの燃焼室の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業界ではエネルギー供給源の多
様化と脱石油を図ると云う観点から、バイオマスや石炭
をボイラの燃料として活用することが積極的に進められ
ている。例えば、製糖工場では、砂糖きびから糖分を絞
り取った後のかす（バガスと呼ばれている）をボイラの
燃料として利用することにより、工場全体の動力を賄っ
ている。また、木屑やバーク、もみがら等のバイオマス
も、燃焼による廃棄処理と熱エネルギーの回収を兼ね
て、ボイラの燃料として広く利用されている。このよう
に、バイオマスや石炭等の固形燃料の使用は、産業界の
脱石油に拍車をかけ、エネルギー問題の解決に多大の貢
献をするものである。

【０００３】尚、前記バイオマス燃料は揮発分が多く
固定炭素が少ないこと（固定炭素／揮発分＝０. ２〜
０. ３）、灰分が少ないこと（１〜２％）、形状
（粒径）が不揃いなこと、硫黄分を含まず、大気を汚
染しないこと、水分を比較的多く含有すること３０〜
６０％）、嵩高いこと（見掛け比重１５０〜２００ｋ
ｇ／ｍ³）、等の特徴を有している。又、その発熱量は
含有水分によって大きく異なり、概ね２０００〜３００
０ｋｃａｌ／ｋｇ程度であり、且つ燃焼特性は火床燃焼
をする瀝青炭に比べて着火性が良く、燃焼速度の早いこ
とが知られている。

【０００４】ところで、前記バガスや石炭等の固形物を
燃料とするボイラは、一般に燃焼室の底部に移床式火格
子、固定式火格子、ダンピング式火格子の何れかを備え
ている。図９及び図１０は燃焼室１７の底部に移床式火
格子１８を備えたボイラの燃焼室部分の一例を示すもの
であり、火格子１８は燃焼室１７の横幅Ｗとほぼ同一の
横幅寸法と、燃焼室１７の奥行きＬとほぼ同一の長さ寸
法を有している。また、火格子１８の駆動方式には、燃
焼室１７の奥部から前方部に向かって駆動される所謂逆
送方式が採用されており、燃焼室１７の前部に於いて燃
焼が完結するように、その駆動速度が設定されている。
更に、燃焼に必要とする空気は、その７０〜８０％が一
次空気として、移床式火格子１８の下部より燃焼室１７
内へ供給され、残りが二次空気として、燃焼室１７の前
壁と後壁の水管１９の間に配設したノズル２０から燃焼
室１７内へ供給されている。尚、２１は火格子用風箱、
２２は二次空気用風箱、２３は燃料供給口である。

【０００５】前記図９及び図１０のボイラに於いて、バ
ガスや石炭等を散布燃焼させた場合、粒子の大きな燃料
は火格子１８上へ落下して火格子燃焼をし、また、粒子
の小さな燃料は燃焼室１７内で所謂浮遊燃焼をする。而
して、従前のこの種のボイラでは、前述の如く火格子１
７の面積と燃焼室１７の横断面積はほぼ同一となるよう
に設計されている。しかし、基本的には、前記火格子１
８の面積は火格子１８上で燃える燃料量を基準にして、
また燃焼室１７の面積や容積は浮遊燃焼をする燃料量を
基準にして夫々決定されるべきものであり、例えばバガ
ス燃料の場合には、全散布重量の３０〜７０％が火格子
１８上へ到達することが判っているため、当該数値から
火格子１８の必要面積を算出することが可能である。ま
た、前記燃焼室１７の形状は、燃焼ガスの上昇速度より
決定される断面積との関係から、理想的な燃焼室形状が
選択されるべきものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年砂糖黍等の
絞り加工技術が進歩し、その結果、絞り滓であるバガス
は荒い粒子よりも細かい粒子を多く含むに傾向にある。
従って、これ等のバガスを燃料とするボイラに於いては
火格子燃焼よりも浮遊燃焼をするバガス量が多くなって
きている。換言すれば、前述の火格子面積や燃焼室容積
及び燃焼室断面積の設計に於いて、火格子面積を小さく
すると共に燃焼室特にその横断面積を大きくし、更に燃
焼室内での浮遊燃焼を促進させる二次空気の供給方法に
工夫を加えることが必要とされている。

【０００７】また、最近のボイラ設備に於いては、ボイ
ラ設備の経済性や操業性を高めると共に保守の容易化を
図るため、ボイラ単機の出力は増大の一途を辿ってい
る。例えば、二胴水管型の自然循環式中低圧ボイラにお
いては、蒸発量の増大に伴って燃焼室の横幅Ｗを拡大
し、これによって必要な燃焼室容積を確保することが、
一般的な設計方法として確立されてきている。この方法
によれば、付属する蒸気ドラム内の蒸気室容積並びに熱
吸収のための伝熱面積も燃焼室の横幅Ｗに比例して増大
し、全体としてバランスのとれたボイラ設計条件を与え
ることになる。これに対して、燃焼室の奥行寸法Ｌは、
主として燃料散布時の到達距離により決定されるので、
燃焼室の横幅寸法Ｗを決定する場合程の自由度はなく、
燃料の種類にもよるが、ボイラ出力に応じて６〜７メー
トルの寸法が通常採用されている。尚、図１１乃至図１
３は、従前の小容量から大容量に至る各種ボイラの燃焼
室の横断面の概略形状を示すものであり、矢印は二次空
気の供給孔を示すものである。

【０００８】一方、前記浮遊燃焼を促進させる上で最も
重要な二次空気の供給は、図１１乃至図１３に示す如く
燃焼室１７の前・後壁や側壁に設けられた二次空気ノズ
ルを通じて行われている。しかし、燃焼室の横断面、と
りわけ横幅寸法Ｗが蒸発量の増大に伴って拡大されてい
ると、図１３の点線の範囲で示す如く、燃焼室の中央部
分において充分な二次空気の供給が行われない領域が生
ずると云う問題がある。また、従来の設計に於いては、
燃焼室の横幅寸法Ｗと火格子の横幅とが概ね同一の寸法
となるように設計されているので、ボイラ出力の増大に
伴って火格子の横幅も拡大することになり、その結果、
火格子の製造上の限界によってボイラ出力の上限が制限
されると云う難点がある。

【０００９】而して、一般の移床式火格子に於いては、
駆動部分の経済的な面からの製作上の制約により、火格
子一基当たりの横幅寸法は経済的設計範囲では約６メー
トルとされている。従って、これを上廻る横幅寸法Ｗの
燃焼室を備えたボイラにあっては、図１４及び図１５に
示す如く、火格子駆動軸を左右に分割して機械的に独立
せしめた機構とし、左右の軸端に設置された減速機２５
ａ，２５ｂを介して駆動機２４ａ，２４ｂにより両火格
子１８ａ，１８ｂを駆動する方式が実用化されている。
しかし、前記図１４及び図１５の方式は、独立した二台
の火格子１８ａ，１８ｂを単に左右に並べて設置しただ
けのものであり、設備費が高くつくだけでなく、火格子
の運転や保守にも手数がかかると云う難点がある。尚、
火格子の長手方向の寸法は、製作上の制約が横幅方向の
寸法に比較して相当緩やかであり、鎖車間の長さ寸法Ｌ
₁が８メートルに及ぶ長尺のものが実用化されている。

【００１０】上述の如く、ボイラの大容量化が進行して
燃焼室の横幅Ｗが１３メートルにも達すると、火格子を
夫々独立せしめた駆動軸により左右から駆動させる方式
を採用したとしても、機械構造上に不都合な箇所が多く
発生して、火格子の製作が著しく困難になる。また、万
一火格子の駆動が可能であるとしても、火格子の設備費
が著しく高騰すると共に、運転や保守管理に手数を要す
るという問題がある。本発明は、バガスや石炭を燃料と
する火格子を備えたボイラに於ける上述の如き問題を解
決するために創作されたものであり、二次空気の供給方
法と火格子の移動方向に改良を加えることによって、従
来不可能とされていた蒸気発生量が３００トン毎時を超
える大容量の火格子式ボイラの実現を可能とした、ボイ
ラ燃焼室の構造を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に於いてはバガスや木屑、バーク等のバイオ
マス燃料や石炭等の固形燃料を燃焼させる火格子を備え
たボイラに於いて、前記燃焼室の中央部分に水管群から
成る中間仕切壁を設け、当該中間仕切壁を形成する水管
の間に、燃焼室内へ二次空気を供給するノズル群を配設
することを発明の基本構成として採用する。

【００１２】即ち、より具体的には、本発明では、ボイ
ラ燃焼室の中央に、その下方部を燃焼室の前壁方向へ傾
斜せしめた仕切壁を設置することにより燃焼室を左右に
分割すると共に、左右夫々の燃焼室の下部に移床式火格
子を設ける。また、前記仕切壁は、横方向の強度を与え
るために約３０００ｍｍの間隔で隣合う裸管の水管同士
を金物で結び、燃焼ガスの通過を妨げることなしに燃焼
室内の輻射熱を吸収するために設置される伝熱管であ
り、内部はボイラ缶水が循環する。更に、仕切壁の下部
においては、左右に傾斜する水管から成る壁面を構成
し、水管ピッチ間に配列された二次空気ノズルより、炉
内へ向けて二次空気を供給する。加えて、左右の各燃焼
室の下方に設けられた火格子は、左右それぞれの燃焼室
の前壁側へ向かって別個の駆動機により駆動され、各燃
焼室の前壁側に於いて火格子上の燃料の燃焼が完結され
る。

【００１３】

【作用】燃料は、左右の燃焼室の前壁の上部より燃焼室
中央の仕切壁の方向へ向かって散布される。粒子の比較
的細かい燃料成分は、燃焼室内が高温状態にあるため含
有水分が即座に蒸発され、中央部仕切壁或いは燃料供給
口付近に配備された二次空気ノズルよりの二次空気の供
給を受け、浮遊状態で着火、燃焼を完結する。一方、比
較的粒子径の大きな燃料成分は、散布途上で炉内燃焼ガ
スにより、含有水分の一部が蒸発される。しかし、質量
が大きいため、燃焼ガスの上昇速度によっても浮遊状態
には到らず、火格子面上へ落下する。火格子面上へ落下
した粒子は、燃焼室よりの輻射熱を受けて更に水分の蒸
発が進行し、着火温度に達すると、火格子下部よりの一
次空気の供給を受けて燃焼を開始する。尚、各火格子の
移床速度は、火格子の終端部において火格子面上に堆積
した全ての燃料の燃焼が完了するように調節される。上
記の如く、燃料の粒子の大きさに応じて、浮遊燃焼と火
床燃焼の両燃焼が一つの燃焼室内に於いて同時に行われ
るが、本発明の燃焼室では、中央の仕切壁下部の傾斜面
に設置された二次空気ノズルから、二次空気が燃焼室の
横幅方向及び奥行き方向に対して均等に供給されるた
め、燃焼室内での浮遊燃焼が著しく促進される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１及び図２は本発明の実施例に係る燃焼
室構造を採用した水管ボイラの概略縦断正面図及び縦断
側面図であり、また、図３は図２のイーイ視断面図であ
る。図に於いて１は炉壁、２は燃焼室、２ａは各燃焼室
の前壁、３はボイラ本体、４ａ，４ｂは移床式火格子、
５は火格子用風箱、６ａ，６ｂは燃料投入口、７は空気
予熱器、８は一次押込通風機、９は二次押込通風機、１
０は二次空気用風箱、１１は空気吹込みノズル、１２は
燃焼室側壁水管、１３は燃焼室仕切壁、１４ａ，１４ｂ
は燃料散布用二次空気供給孔、１６ａ，１６ｂは駆動機
である。尚、この水管ボイラの燃料にはバガスが使用さ
れている。

【００１５】前記炉壁１はフィン付水管若しくは裸水管
式の水冷壁となっており、その内壁面には多数の水管１
２が縦方向に一定のピッチで配列されている。また、前
記燃焼室２は移床式火格子４の上方空間を炉壁１ないし
後述する仕切壁１３で囲むことによって形成されてお
り、ここで燃料が浮遊燃焼をする。

【００１６】前記燃焼室２の中央部には、図４に示す如
き構造の裸水管を相互に結び合わせた仕切壁１３が配置
されている。即ち、図４において１３は燃焼室仕切壁、
１３ａは水管、１３ｂは水管同士を連結する金物であ
り、図４からも明らかなように、当該仕切壁１３は水管
径の約１. ５倍のピッチでもって配列されており、従っ
て燃焼ガスの通過を妨げることは一切無い。

【００１７】当該燃焼室仕切壁１３の下方部は図２に示
す如く、左右の燃焼室前壁２ａ，２ａ側へ向かって傾斜
されており、且つこの傾斜部分の傾斜角度αは、散布さ
れる燃料の安息角以上の角度に設定されている。即ち、
当該傾斜角度αは、傾斜壁面上へ落下した燃料が壁面に
沿って下方へ滑り落ちるような角度に設定されており、
具体的には、水平面に対して５０°〜８０°の角度αに
設定されている。また、当傾斜壁面部には二次空気用風
箱１０が配設されており、当該風箱１０からノズル１１
へ二次空気が供給されている。

【００１８】前記ノズル１１は、仕切壁１３の傾斜部分
の水管１３ａの間に、一定の間隔毎に図５に示す如き状
態で配設されており、二次空気用風箱１０へ直結されて
いる。即ち、当該ノズル１１は、二次空気を噴出するこ
とにより、仕切壁１３の傾斜部分へ落下した質量の大き
な燃料粒子や灰分を移床式火格子４ａ，４ｂ上へ均等に
散布すると共に、燃焼室２内の浮遊燃料粒子及び揮発分
に二次空気を与えて、浮遊燃焼を促進させるものであ
る。

【００１９】図１及び図２に参照して、燃焼に必要な空
気は、押し込み通風機８から空気予熱器７及び風道１５
を経て、夫々火格子用風箱５及び二次空気用風箱１０へ
供給される。即ち、燃焼用空気の一部は、火格子用風箱
５から移床式火格子４ａ，４ｂへ供給されて一次空気と
して使用され、残りは二次押し込み通風機９にて更に昇
圧され、二次空気用風箱１０へ供給された後、ノズル１
１から燃焼室２内へ噴出され、二次空気として使用され
る。燃料投入口６ａ，６ｂから供給された燃料（バガ
ス）は、燃料投入口６の近傍に配設した二次空気用ノズ
ル１４ａ，１４ｂにより燃焼室２内に吹き飛ばされ、一
部は移床式格子４ａ，４ｂ上に散布される。そして、こ
こで、火格子用風箱５から移床火格子４ａ，４ｂへ供給
される一次空気によって火格子燃焼をし、灰となって移
床火格子４ａ，４ｂ上から落下排出される。又、残りの
燃料は、ノズル１１から燃焼室２内へ噴出される二次空
気により、燃焼室２内で浮遊燃焼をする。このとき、燃
焼室２内に散布された燃料のうち、一部は仕切壁１３の
傾斜面部分へ落下して傾斜面上を滑降し、移床火格子４
ａ，４ｂ上に不均一に堆積しようとするが、ノズル１１
から燃焼室２内へ噴出される二次空気によって吹き飛ば
され、粒子の大きなものは移床火格子４ａ，４ｂ上に均
等に再散布される。また、粒子の細かいものは、再浮遊
することになる。

【００２０】燃焼室中間の仕切壁１３に設けたノズル１
１から噴出する二次空気は、図６に示す如く、その噴出
位置が燃焼室２の中央部付近、即ち全燃焼室横断面積の
約１／２をカバー出来る位置にあるため、燃焼室２の中
央部まで、均一に二次空気が供給され燃料供給部の二次
空気供給と相俟って、燃焼室２内の浮遊燃料粒子及び揮
発分と十分に接触することになる。その結果、浮遊燃焼
が一層促進され、浮遊燃焼粒子及び揮発分が完全に燃焼
されることにより、排ガス成分中の煤塵量が減少すると
共に、未燃ＣＯの発生を抑制することができる。

【００２１】また、本発明では、前記中間仕切壁１３の
下部側を傾斜させて燃焼室２下部の横断面積を小さく
し、移床火格子４ａ，４ｂの面積を減少させている。そ
の結果、移床火格子４ａ，４ｂ上の燃料層や灰層の厚み
が増大し、吹き抜け現象も防止されることになる。これ
によって、燃焼効率が向上すると共に、燃焼室２からの
輻射熱から移床火格子４ａ，４ｂが保護され、移床火格
子４ａ，４ｂの焼損を防止することができる。また、移
床火格子４ａ，４ｂの面積を減少させている為、一次空
気による移床火格子４ａ，４ｂの冷却効果も高められ、
移床火格子４ａ，４ｂの焼損をより一層効果的に防止す
ることができる。

【００２２】更に、本発明では図６に示す如く、両火格
子４ａ，４ｂは、中央の仕切壁１３側から両燃焼室の前
壁側へ向かって燃焼物を移動させる方向に駆動されてい
る。即ち、従来の図１５に示すようなボイラに於いて
は、左又は右の燃焼室に設置される一台の火格子の火床
幅は燃焼室の横幅Ｗに支配されていた。しかし、本発明
では図７に示す如く火格子の火床幅を燃焼室２の奥行き
寸法Ｌとほぼ同一の寸法とする事が出来、しかも、仕切
壁１３に設けたノズル１１による浮遊燃焼促進のための
二次空気供給機能を採用することにより、火格子長さを
従来よりも大幅に短縮することが可能となる。

【００２３】又、燃焼室２の奥行き寸法Ｌが大きくて火
格子４ａ，４ｂの設計上不都合が生じる場合には、図８
に示す如く火格子４ａ，４ｂを前・後に分割して４ａ
１，４ａ２，４ｂ１，４ｂ２とし、個別の駆動機１６ａ
１，１６ａ２，１６ｂ１，１６ｂ２で駆動する事によ
り、更に大容量のボイラ用火格子とする事が可能とな
り、従来製作上の制限により不可能とされていた火格子
を備えた大容量ボイラの製作が可能となる。即ち、火格
子燃焼の安全性と浮遊燃焼の合理性の両者を兼ね備えた
特徴ある大容量ボイラの製作が可能となる。

【発明の効果】上述の通り、本発明に係るボイラ燃焼室
の構造は、燃焼室の中間部に仕切壁による輻射伝熱面を
配置する構成としているため、燃焼室内での火炎による
輻射伝熱量を増加させることができる。また、仕切壁の
構成要素である水冷壁の下部側を、燃焼室下部に位置す
る火床側へ傾斜させることにより、燃焼室の横断面積を
順次小さくすると共に、仕切壁の傾斜部分の水管の間に
燃焼室へ二次空気を噴出するノズル群を配設する構成と
しているため、火格子の面積を減少できると共に、炉壁
の傾斜部分に落下する燃料粒子や灰分を火格子上へ均一
に散布することができる。その結果、火格子上の燃料層
や灰層の厚みが増大して吹き抜け現象が防止され、これ
によって燃焼効率が向上すると共に、燃焼室からの輻射
熱から火格子が保護され、火格子の焼損も防止される。
然も、火格子の面積を減少できる為、一次空気による火
格子の冷却効果も高められ、移床火格子の焼損をより一
層防止することができる。更に、中間仕切壁下部の二次
空気噴出孔は、燃焼室中央部の近傍に設けられており、
燃焼室横断面積の約１／２の範囲が二次空気によって完
全にカバーされるため、浮遊燃焼が著しく促進されて燃
焼室内の浮遊燃料粒子及び揮発分の完全燃焼が可能とな
る。その結果、排ガスの成分中の煤塵量が減少し、ＣＯ
の発生を抑制することができる。加えて、本発明では両
火格子の移床方向を中央の仕切壁側から両燃焼室の前壁
側へ向かう方向としているため、駆動軸を燃焼室の奥行
きＬとほぼ同一の長さとする事が出来、機械的強度と経
済的な範囲で選定することが可能になると共に、従来不
可能とされていた蒸発量毎時３００トン以上のストーカ
焚ボイラの実現が可能となる。上述の如く、本件発明は
火格子を装備するボイラの安全性や使い易さ、浮遊燃焼
の合理性等を兼ね備えた大容量ボイラの実現を可能とす
るものであり、優れた実用的効用を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るボイラ燃焼室を備えたボイラ設備
の縦断面概要図である。

【図２】図１のイーイ視断面概要図である。

【図３】図２のイーイ視断面概要図である。

【図４】中間仕切壁の一部を示す斜面図である。

【図５】ノズル１１の取付状態を示す説明図である。

【図６】ノズル１１からの二次燃焼用空気の噴射状態を
示す説明図である。

【図７】火格子の横幅寸法と燃焼室の奥行寸法Ｌとの関
係を示す説明図である。

【図８】火格子の横幅寸法と燃焼室の奥行寸法Ｌとの関
係を示す他の例の説明図である。

【図９】従前の火格子を備えた且つバイオマス燃料を用
いるボイラ燃焼室の概略説明図である。

【図１０】図９のＢ−Ｂ視断面概要図である。

【図１１】従前の少容量ボイラの燃焼室の平面形状を示
すものである。

【図１２】従前の中容量ボイラの燃焼室の平面形状を示
すものである。

【図１３】従前の大容量ボイラの燃焼室の平面形状を示
すものである。

【図１４】従前の複数の火格子を並置した大容量のボイ
ラの燃焼室の縦断面概要図である。

【図１５】図１４のＢ−Ｂ視断面概要図である。

【符号の説明】

１は炉壁、２は燃焼室、２ａは各燃焼室の前壁、３はボ
イラ本体、４ａ，４ｂは移床式火格子、５は火格子用風
箱、６ａ，６ｂは燃料投入口、７は空気予熱器、８は一
次押込通風機、９は二次押込通風機、１０は二次空気用
風箱、１１は空気吹込みノズル、１２は燃焼室側壁水
管、１３は燃焼室仕切壁、１４は燃料散布用二次空気供
給孔、１５は風道、１６は火格子駆動機、１７は減速
機。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バガスや木屑、バーク等のバイオマス燃
料や石炭等の固形燃料を燃焼させる火格子を備えたボイ
ラに於いて、前記燃焼室の中央部分に水管群から成る中
間仕切壁を設け、当該中間仕切壁を形成する水管の間
に、両側の各燃焼室内へ二次空気を供給するノズル群を
配設したことを特徴とするボイラ燃焼室の構造。
【請求項２】中間仕切壁の両側の各燃焼室の下方に、
中間仕切壁側より各燃焼室の前壁側方向へ燃焼物を移動
せしめる火格子を配設して成る請求項１に記載のボイラ
燃焼室の構造。
【請求項３】中間仕切壁を燃焼ガスの流通を実質的に
妨げない構成とすると共に、当該中間仕切壁の下方部を
各燃焼室の前壁側へ傾斜させる構成とした請求項１又は
請求項２に記載のボイラ燃焼室の構造。
【請求項４】各燃焼室の前壁側から、中間仕切壁側へ
向けて燃料を供給するようにした請求項１、請求項２又
は請求項３に記載のボイラ燃焼室の構造。