JPH0619224B2 - スラリ−燃料燃焼用バ−ナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、燃料としてスラリー燃料を使用するボイラ、
化学工業炉等で使用される燃焼用バーナに関する。

従来の技術 第４図は、従来のスラリー燃料燃焼用バーナを示したも
のである。第４図において、１はバーナ風箱本体で、中
心部に燃料コンパートメント２が配置されている。４は
補助空気コンパートメントで、燃料コンパートメント２
の上下に配置されている。５は燃料空気ノズル、７は補
助空気ノズル、８は保炎器、10はバーナガンである。12
は燃焼用空気本管で、燃料部空気管15と、補助空気管17
に分岐される。13はスラリー燃料本管で、スラリー燃料
管18に接続される。14は噴霧媒体本管で、噴霧媒体管20
に接続される。22は燃焼用空気、23はスラリー燃料、24
は噴霧媒体、25は燃料部空気、27は補助空気、32は火炎
を夫々示している。34は炉内、35は風量調節用ダンパ、
36はアトマイザであり、これらが図示の如く配置され
て、スラリー燃料燃焼用バーナを構成している。

次に、このように構成されたバーナの作用を説明する。

図示されていない通風装置により、燃焼用空気本管12を
通して送風されて来た燃焼用空気22はバーナ風箱本体１
に送り込まれる。

バーナ風箱本体１に送り込まれた燃焼用空気22は燃料部
空気25と補助空気27とに分れ、バーナ風箱本体１に内蔵
された風量調節用ダンパ35によって夫々所定流量に設定
される。

燃料部空気25は、燃料コンパートメント２の出口部に設
けられた燃料空気ノズル５から炉内34へ吹込まれ、補助
空気27は補助空気コンパートメント４の出口部に設けら
れた補助空気ノズル７から炉内34へ吹込まれて燃焼に供
される。

一方、スラリー燃料23は、図示されていないスラリー燃
料供給装置によりスラリー燃料本管13を通して燃料コン
パートメント２に設けられたバーナガン10に送り込ま
れ、バーナガン10先端に取付けられたアトマイザ36へ達
する。

噴霧媒体（蒸気又は圧縮空気）24は図示されてない噴霧
媒体発生装置により噴霧媒体本管14を通して燃料コンパ
ートメント２に設けられたバーナガン10に送り込まれ、
バーナガン10先端に取付けられたアトマイザ36へ達す
る。

アトマイザ36へ送り込まれたスラリー燃料23と噴霧媒体
24は混合して炉内34へ噴射され、別途燃料空気ノズル５
及び補助空気ノズル７から吹込まれた燃料部空気25及び
補助空気27と拡散混合しつゝ燃焼し、火炎32を形成する
が、火炎32の着火点近傍の燃焼は燃料部空気25中の酸素
によって行なわれ、それ以降の燃焼は補助空気27中の酸
素によって行なわれる。

発明が解決しようとする問題点 従来のスラリー燃焼用バーナでは、補助空気27がアトマ
イザ36で噴霧媒体24と混合し、噴射されたスラリー燃料
23に近接して吹込まれるため、仮に燃料部空気25の投入
割合を減じてもスラリー燃料23によって形成された火炎
32に対する補助空気27の拡散混合が速くなって高温のNO
_x(窒素酸化物)反応領域が形成されNO_x 発生量が増大す
ると云った欠点を有していた。

すなわち、第３図に示されているように、空気比（燃焼
用空気量／スラリー燃料量×理論空気量）λとNO_x の関
係において、空気比λ≧1.0 の範囲では空気比の増加に
比例してNO_x が上昇する傾向にあることは一般によく知
られていることである。

問題点を解決するための手段 蒸気の問題点を解決するために、本発明では、上下方向
に３つのコンパートメントに分割され、上方の燃料稀薄
コンパートメントと下方の補助空気コンパートメントと
の間に燃料過剰コンパートメントが配置されているバー
ナ風箱本体と、前記燃料過剰コンパートメントに設けら
れ、全スラリー燃料の60〜80％を炉内へ噴射させる第１
のバーナガンに取付けられた第１のアトマイザと、前記
燃料稀薄コンパートメントに設けられ、全スラリー燃料
の20〜40％を炉内へ噴射させる第２のバーナガンに取付
けられた第２のアトマイザと、前記補助空気コンパート
メントに設けられ、前記第１のアトマイザによる火炎方
向へ向かないように傾斜させた補助空気ノズルと、前記
第１のバーナガンによって形成される火炎の空気比を0.
1〜0.5に、前記第２のバーナガンによって形成される火
炎の空気比を0.5〜1.0に設定する設定手段とを備えたス
ラリー燃料燃焼用バーナを提供する。

作用 上記の手段では、バーナ風箱本体を上下方向に３つのコ
ンパートメントに分割し、かつ燃料コンパートメントを
燃料過剰コンパートメントと燃料稀薄コンパートメント
に分けて、残りを補助空気コンパートメントとし、これ
らを、中心部に燃料過剰コンパートメントを配置してそ
の上方に燃料稀薄コンパートメントをまたその下方に補
助空気コンパートメントをそれぞれ配置している。従っ
て、燃料稀薄コンパートメントと補助空気コンパートメ
ントとは位置が離れるので、高空気比の燃料稀薄コンパ
ートメントによる火炎と補助空気コンパートメントから
の補助空気との干渉が防止される。また、補助空気コン
パートメントに隣接配置されていて補助空気との干渉が
避け難い燃料過剰コンパートメントによる火炎に対して
は、空気比を低く設定するとともに、補助空気コンパー
トメントの補助空気ノズルを、燃料過剰コンパートメン
トによる火炎方向を向かないように傾斜させることによ
って、その火炎と補助空気との拡散混合を緩やかに、NO
_x が増大するのを防止している。

更に、燃料過剰コンパートメントに設けた第１のアトマ
イザから炉内へ噴射させるスラリー燃料の量を全スラリ
ー燃料の60〜80％とすると供に、この第１のアトマイザ
が取付けられている第１のバーナガンによって形成され
る火炎の空気比を0.1〜0.5とし、一方燃料稀薄コンパー
トメントに設けた第２のアトマイザから炉内へ噴射させ
るスラリー燃料の量を全スラリー燃料の20〜40％とする
と共に、この第２のアトマイザが取付けられている第２
のバーナガンによって形成される火炎の空気比を0.5〜
1.0とすることによって、安定した燃焼と、着火・保炎
を確保できる。

実施例 以下本発明の一実施例を第１図、第２図を参照して詳細
に説明する。

第１図は本発明に係るスラリー燃料燃焼用バーナの一実
施例を示したもので、101 はバーナ風箱本体であって、
上下方向に３つのコンパートメントに分割され、上方の
燃料稀薄コンパートメント103と下方の補助空気コンパ
ートメント104との間に燃料過剰コンパートメント102が
配置されている。換言すれば、バーナ風箱本体101の中
心部に燃料過剰コンパートメント102が配置され、その
上方に燃料稀薄コンパートメント103がまたその下方に
補助空気コンパートメント104がそれぞれ配置されてい
る。各コンパートメント102, 103, 104には夫々燃料過
剰部空気ノズル105 、燃料稀薄部空気ノズル106補助空
気ノズル107が設けてある。

110は、燃料過剰コンパートメント102のバーナガンであ
り、先端にアトマイザ136 が取付けられているととも
に、バーナガン110 先端部の周りに保炎器108 が設けら
れている。

111は燃料稀薄コンパートメント103のバーナガンであ
り、先端にアトマイザ137 が取付けられているととも
に、バーナガン111 の先端部の周りに保炎器109 が設け
られている。

なお、アトマイザ136, 137は、夫々空気ノズル105, 106
の先端より50〜150mm 奥の方に設けられており、かつ噴
霧角を35゜以下に設定してある。

112は燃焼用空気本管で、燃料過剰部空気管115、燃料稀
薄部空気管116、補助空気管117に分岐されている。

113 はスラリー燃料本管で、燃料過剰部スラリー燃料管
118と燃料稀薄部スラリー燃料管119に分岐されている。

114 は噴霧媒体本管で、燃料過剰部噴霧媒体管120およ
び燃料稀薄部噴霧媒体管121に分岐されている。

122は燃焼用空気、123はスラリー燃料、124 は噴霧媒
体、125は燃料過剰部空気、126は燃料稀薄部空気、127
は補助空気、128は燃料過剰部スラリー燃料、129は燃料
稀薄部スラリー燃料、130は燃料過剰部噴霧媒体、131
は燃料稀薄部噴霧媒体、132は燃料過剰部火炎、133は燃
料稀薄部火炎を夫々示している。

また、134は炉内、135は風量調節用ダンパであり、これ
らが図示の如く配置されて、スラリー燃料燃焼用バーナ
を構成している。

次に、このように構成された本発明に係るスラリー燃料
燃焼用バーナについて、各アトマイザ136, 137の燃料流
量比や空気比の設定を含めその作用を説明する。

図示されていない通風装置によって燃焼用空気本管112
を通して送り込まれて来た燃焼用空気122は燃料過剰部
空気125、燃料稀薄部空気126及び補助空気127に分か
れ、バーナ風箱本体101に内蔵された風量調節用ダンパ1
35によって夫々、所定流量に設定される。

燃料過剰部空気125 は燃料過剰コンパートメント102 の
出口部に設けられた燃料過剰部空気ノズル105から炉内1
34へ吹込まれて燃焼に供されるが、その流量は別途、燃
料過剰コンパートメント102 のバーナガン110 から炉内
134 へ噴射され、火炎132を形成するスラリー燃料128の
量に対し、空気比 が0.1〜0.5となるように設定される。

一方、燃料希薄部空気126 は燃料稀薄コンパートメント
103 の出口部に設けられた燃料稀薄部空気ノズル106か
ら炉内134へ吹込まれて燃焼に供されるが、その流量は
別途、燃料稀薄コンパートメント103のバーナガン111か
ら炉内134 へ噴射され、火炎133を形成するスラリー燃
料129の量に対し、空気比λ_Ｂが0.5〜1.0となるよう設
定される。

そして、補助空気127 は、補助空気コンパートメント10
4 の出口部に設けられた補助空気ノズル107から炉内134
へ吹込まれるが、その流量は全スラリー燃料の燃焼に対
し、燃料過剰部空気125 及び燃料稀薄部空気126 の供給
で不足する分とする。

さて、スラリー燃料123 は図示されてないスラリー燃料
供給装置によりスラリー燃料本管113 を通して燃料過剰
コンパートメント102 及び燃料稀薄コンパートメント10
3 に夫々設けられたバーナガン110及び111へ夫々燃料過
剰部スラリー燃料128及び燃料稀薄部スラリー燃料129と
して、送り込まれる。そして、各スラリー燃料128, 129
は各バーナガン110, 111の先端に取付けられたアトマイ
ザ136及び137へ達するが、それ等の流量比率はバーナガ
ン110 には全スラリー燃料の60〜80％に、バーナガン11
1 には40〜20％に設定する。

この理由は、NO_x の発生量が少なくかつ未燃損失も少な
いという条件を満足させるためである。

すなわち、第２図は本発明のバーナにおいて、燃料過剰
部スラリー燃料128 の量のスラリー燃料（燃料過剰部ス
ラリー燃料＋燃料稀薄部スラリー燃料）の量に対する比
率Ｑを種々変化させた場合のNO_x の発生量Ａと未燃損失
Ｂを示したものである。

この図から明らかように、Ｑが50％以下になると燃焼は
良好で未燃損失は減少するものの、NO_x の発生量が急激
に増加するため不適であり、一方Ｑが90％を越えると空
気比が極端に低下して燃焼悪化を来すこととなって不適
である。結局Ｑが60〜80％の範囲が燃焼が良好で未燃損
失が少なく、NO_x の発生量も少ない好適な範囲であると
いうことができる。

噴霧媒体（蒸気又は圧縮空気）124 は図示されていない
噴霧媒体発生装置により噴霧媒体本管114を通して燃料
過剰コンパートメント102 及び燃料稀薄コンパートメン
ト103 に設けられたバーナガン110及び111に夫々燃料過
剰部噴霧媒体130 、燃料稀薄部噴霧媒体131 として送り
込まれ、各バーナガンの先端に取付けられたアトマイザ
136 及び137 へ達する。

アトマイザ136及び137へ送り込まれたスラリー燃料128,
129と噴霧媒体130, 131は夫々、混合して炉内134へ噴
射され、別途、燃料過剰部空気ノズル105及び燃料稀薄
部空気ノズル106から吹込まれた燃料過剰部空気125及び
燃料稀薄部空気126と拡散混合しつゝ燃焼し、火炎132及
び火炎133を形成する。なお、火炎132及び133は、夫
々、燃料過剰部空気ノズル105及び燃料稀薄部空気ノズ
ル106に設けられた保炎器108及び保炎器109により、両
空気ノズル105, 106の先端近くで、しっかりと着火し、
それ等の保炎が確保される。

この様にして形成された火炎132及び133は夫々、燃料過
剰部空気125及び燃料稀薄部空気126中の酸素のみでは燃
焼を完了出来ないので、その不足分は補助空気ノズル10
7から炉内134へ吹込まれる補助空気127 によってまかな
われる。

第３図にNO_x と空気比λとの関係を示してある。

この第３図は一般に知られた関係線図であるが、NO_x
は、λ＞1.0 の領域ではλの上昇に伴い、急激な増加傾
向にある。

前述の如く、火炎133 の空気比λ_Ｂは0.5〜1.0に設定さ
れており、火炎133 の高温域と新たな空気との干渉が起
これば、火炎133 の空気比はλ_Ｂ＞1.0 となり、NO_x 発
生量が増大しやすい状態にある。

しかし、火炎132は火炎133 に比べ、空気比をλ_Ａ＝0.1
〜0.5と低く設定しており、λ_Ａ＞1.0の領域に達する迄
には火炎133 に比べて余裕がある。

このためバーナ風箱本体101 は燃料稀薄コンパートメン
ト103と補助空気コンパートメント104との間に燃料過剰
コンパートメント102 を設けて、火炎133の高温域と補
助空気127の干渉を避け、且つ、コンパートメントが隣
接して干渉が避け難い火炎132 に対して急激な拡散混合
をせぬよう補助空気ノズル107 の吹出方向を外向き（反
火炎132方向で、吹出角度θは例えば５〜３０゜）にし
てある。

燃料過剰部空気125及び燃料稀薄部空気126は火炎132及
び133の着火部から高温域にかけての燃焼に供される
が、燃料過剰コンパートメント102 を燃料稀薄コンパー
トメント103と補助空気コンパートメント104 の間に配
したことにより、僅かの空気の干渉でもNO_x が増加しや
すい、高空気比の火炎133と補助空気127の干渉が防止出
来、コンパートメントが補助空気コンパートメント104
と接していて補助空気127 との干渉が避け難い火炎につ
いては空気比を低く設定し、補助空気ノズル107を外向
き（反火炎132方向）にすることにより、火炎132と補助
空気127の拡散混合を緩やかにしてNO_ｘの増大を防止す
る。

また、アトマイザ136, 137および保炎器108, 109は、燃
料過剰部空気ノズル105および燃料稀薄部空気ノズル106
の先端より50〜150mm奥に設けられている。アトマイザ1
36, 137より噴霧されたスラリー燃料128, 129は、それ
ぞれの空気ノズル105, 106の内で空気125, 126と予混合
し、そこで乾燥される。

スラリー燃料を使い場合、耐摩耗性を考慮してアトマイ
ザーの少なくとも一部にセラミックを使用している。ア
トマイザをノズルの奥に入れることにより、熱衝撃が緩
和され、高温にさらされることもなく、硬度劣化が保止
される。

アトマイザ136,137の位置を燃料過剰部空気ノズル105
及び燃料稀薄部空気ノズル106の先端から夫々50〜150mm
内部に引込めたことにより、アトマイザの噴霧角を大き
くしすぎるとスラリー燃料がノズルに衝突して燃焼劣化
を来す。

アトマイザから噴射されたスラリー燃料が良好な燃焼を
行なうためには上記両空気ノズル105, 106から噴出され
た空気流を突き抜けないことが肝要で、このためにはア
トマイザ136, 137の噴霧角を或る一定の値以下に抑える
必要がある。このアトマイザの最大噴霧許容角が35゜で
ある。

発明の効果 以上詳述したように、本発明によれば、１個のバーナに
２本のバーナガンを設け、空気比が異なる２種類の火炎
を形成させて、補助空気を空気比が大きい方の火炎から
離して投入し、更に火炎と補助空気の拡散混合を緩やか
にすることによりNO_x の発生を抑制することが出来るス
ラリー燃料燃焼用バーナが提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るスラリー燃料燃焼用バーナの一実
施例の系統図、第２図は本発明に係るバーナの特性を説
明するための特性図、第３図はNO_xと空気比との関係を
説明する特性図、第４図は従来のスラリー燃料燃焼用バ
ーナの系統図である。 101……バーナ風箱本体、102……燃料過剰コンパートメ
ント、103……燃料稀薄コンパートメント、104……補助
空気コンパートメント、105……燃料過剰部空気ノズ
ル、 106……燃料稀薄部空気ノズル、107……補助空気
ノズル、 108，109 ……保炎器、110, 111……バーナガ
ン、134 ……炉内、135……風量調整用ダンパ、136 ,13
7……アトマイザ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上下方向に３つのコンパートメントに分割
   され、上方の燃料稀薄コンパートメントと下方の補助空
   気コンパートメントとの間に燃料過剰コンパートメント
   が配置されているバーナ風箱本体と、前記燃料過剰コン
   パートメントに設けられ、全スラリー燃料の60〜80％を
   炉内へ噴射させる第１のバーナガンに取付けられた第１
   のアトマイザと、前記燃料稀薄コンパートメントに設け
   られ、全スラリー燃料の20〜40％を炉内へ噴射させる第
   ２のバーナガンに取付けられた第２のアトマイザと、前
   記補助空気コンパートメントに設けられ、前記第１のア
   トマイザによる火炎方向へ向かないように傾斜させた補
   助空気ノズルと、前記第１のバーナガンによって形成さ
   れる火炎の空気比を0.1〜0.5に、前記第２のバーナガン
   によって形成される火炎の空気比を0.5〜1.0に設定する
   設定手段とを備えたスラリー燃料燃焼用バーナ。