JPH0776611B2

JPH0776611B2 - ボイラ燃焼室の炉壁構造

Info

Publication number: JPH0776611B2
Application number: JP7472891A
Authority: JP
Inventors: 保雄清水; 博之能谷; 耕平池田; 博昭南條
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1995-08-16
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: JPH04288406A

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料とす
る水管ボイラ等の燃焼室の炉壁構造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業界に於けるエネルギー消費の
形態として石油依存の不確実性は様々な観点から議論さ
れて居り、代替燃料としてのバイオマスの使用或いは地
球上に多量に埋蔵されている石炭の使用は限りある地球
上の資源を末永く使用する意味に於いても極めて重要な
ことであり、エネルギー源としても見直されつつある。
例えばバイオマスエネルギーの使用例として、製糖工場
に於けるバガスが知られている。即ち、砂糖きびから砂
糖を製造する工程に於いては、刈り取った砂糖きびから
糖分を抽出し、残りの繊維分（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、製糖工場の
全設備の電力並びに熱源を賄っているのが常である。
又、廃棄物として生じる他のバイオマス（木屑、バー
ク、もみがら等）にも燃料としての価値が認められ、こ
れら廃棄物の処理と熱利用を兼ねてボイラ燃料として使
用することにより脱石油を図り、エネルギー源として有
効利用することが現実に行われている。このように、バ
イオマス燃料や石炭等の固形燃料の使用は産業界の脱石
油に一層拍車をかけ、エネルギー問題に多大の貢献を行
うものである。尚、バイオマス燃料の特徴としては揮
発分が多く固定炭素が少ない（固定炭素／揮発分＝０．
２〜０．３）灰分が１〜２％である形状（粒径）が
不揃い水分を３０〜６０％含有する嵩高い（見掛け
比重１５０〜２００ｋｇ／ｍ³）ことが知られている。
又、発熱量は含有水分によって大きく異なり、概ね使用
時２０００〜３０００ｋｃａｌ／ｋｇである。燃焼特性
は同じく火床燃焼する瀝青炭に比べ着火性が良く、燃焼
速度も早いことが知られている。

【０００３】従来、固形燃料を燃料とするボイラは、一
般に燃焼室の底部に移床火格子、固定火格子或いはダン
ピング火格子が配設されている。図１１及び図１２は燃
焼室１７の底部に移床火格子１８を配設したボイラの燃
焼室部分の概略縦断面図であり、燃焼に必要な全空気の
うち、７０〜８０％が一次空気として移床火格子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。又、散布燃焼の場合、粒子の大きいものは
火格子上に落下して火格子燃焼を行い、粒子の小さいも
のは燃焼室で浮遊燃焼する特徴がある。而して、燃焼室
は、一般的に火格子面積と概ね同一の横断面積を有する
ように設計されている。然し乍ら、基本的には火格子上
で燃える燃料量に対して火格子面積が決定され、浮遊燃
焼分に対しては燃焼室の容積を加減して決定されるべき
ものであり、又、燃焼室の形状は燃焼室内燃焼ガスの上
昇速度より決定される断面積の関係から理想的な燃焼室
形状が決定されるのである。ところで、実際の燃料を構
成する粒子の大きさはその種類により異なり、常に一定
の粒子ではなく、可なり幅の広い粒子分布となってい
る。又、燃料中燃焼室内を浮遊する粒子の大なる上限は
散布後重力によって下降しようとする力とそれに逆らっ
て上昇する燃焼ガスの上昇速度によって決定され、これ
らの終端速度以下の粒子は燃焼室内を浮遊若しくは燃焼
ガスに乗って上昇を続けることが知られている。例えば
バイオマス燃料の一例であるバガスの測定では火床上に
到達するのは全体の重量の３０〜７０％であった。この
ように、燃焼室中に浮遊しない比較的大なる燃料粒子が
火格子上に到達して燃焼を開始するので、火格子の必要
とする面積は燃料中の浮遊燃焼の比率によって決定でき
るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年、バガス燃
焼に於いては、バガスの絞り効率が向上し、荒い粒子よ
りも細かい粒子の比率が上昇して居り、浮遊燃焼をする
バガスが非常に多くなっている。このことは前述の火格
子面積と燃焼室容積及びその断面積の取り方に於いて、
火格子面積を小さくし、燃焼室特にその横断面積を大き
くしなければならないことが判明している。従って、燃
焼室の形状は、図１１及び図１２に示したようになら
ず、燃焼室の横断面積が下方へ行くに従って順次小さく
なるように炉壁の下部側が燃焼室下部に位置する火床側
へ傾斜する形状とならざるを得ず、火格子面積が燃焼室
の断面積よりも小さくなるようにしなければならない。
この場合、炉壁の傾斜部分の角度はバガスの安息角以上
とし、バガスが堆積するのを防止する必要がある。然し
乍ら、この炉壁構造に於いては、バガスは燃焼室内に吹
き飛ばされて火格子上に散布されるのであるが、バガス
の一部が炉壁の傾斜面に落下してその上を滑降し、火格
子上に不均一に堆積することになる。その結果、火格子
上の燃焼が不均一になり、不完全燃焼になったり、火格
子上に未燃部分やクリンカーが発生したりしてトラブル
の原因になることがあった。

【０００５】本発明は、上記の問題点を解消する為に創
案されたものであり、その目的は傾斜した水管群に堆積
したバガス等のバイオマス燃料並びに石炭等やこれらの
未燃分を火格子上に均等に落下させると共に、傾斜した
水管群に装備されたノズルを通じての空気を二次空気と
して燃焼室中心部へ良好且つ確実に供給することができ
るボイラ燃焼室の炉壁構造を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】上記目的を達成する為に、
本発明のボイラ燃焼室の炉壁構造は、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
る為のボイラ燃焼室を形成する炉壁の下部側を、燃焼室
下部に位置する火床側へ傾斜させて燃焼室の横断面積を
順次小さくすると共に、この炉壁面に沿って多数の水管
を縦方向に配列し、前記炉壁の傾斜部分で且つ水管の間
に、水管群上に堆積したバガス或いは灰分を下方に落下
させる為の空気を噴出するノズルを配設したものであ
る。この空気は、燃焼に対して二次空気としての作用を
有する。又、ノズルを、その噴出口に灰分や未燃分等が
侵入しないように下方へ傾斜させて配設するようにして
も良く、或いはノズルの噴出口に、噴出口から噴出され
る二次空気を均一にすると共に灰分や未燃分の侵入を防
止する整流板を配設するようにしても良い。更に、ノズ
ルの噴出口上方位置に、噴出口内へ灰分や未燃分等が侵
入するのを防止する阻止体を配設するようにしても良
い。

【０００７】

【作用】燃焼室内に供給された燃料の一部は火格子上に
散布されて火格子に供給される一次空気によって火格子
燃焼し、灰となって火格子上から落下排出され、又、残
りは炉壁の傾斜部分に配設したノズルから燃焼室内へ噴
出される二次空気によって燃焼室内で浮遊燃焼する。
尚、燃焼室内に供給された燃料のうち、一部は灰分と共
に炉壁の傾斜面部分に落下して傾斜面上を滑降し、火格
子上に不均一に堆積しようとするが、ノズルから燃焼室
内へ噴出される二次空気によって吹き飛ばされ、粒子の
大きなものは火格子上に均等に再散布され、粒子の細か
いものは再浮遊することになる。従って、火格子上には
燃料が均一に散布され、均一な燃料層が形成されること
になる。然も、炉壁の下部側を傾斜させて燃焼室下部の
横断面積を小さくし、火格子の面積を減少させている
為、火格子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、燃焼室からの輻射熱から火格子が保
護され、火格子の焼損を防止することができる。然も、
火格子の面積を減少させている為、一次空気による火格
子の冷却効果も高められ、火格子の焼損をより一層防止
することができる。更に、ノズルから噴出される二次空
気は燃焼室中央部へ均一に供給され、燃焼室内の浮遊燃
料粒子及び揮発分を攪拌して浮遊燃焼を促進する。これ
によって、浮遊燃料粒子及び揮発分が完全燃焼し、排ガ
ス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。

【０００８】

【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は本発明の実施例に係る炉壁構造を採
用した水管ボイラの概略縦断面図であって、１は炉壁、
２は燃焼室、３はボイラ本体、４は移床式火格子、５は
火格子用風箱、６は燃料投入口、７は空気予熱器、８は
押し込み通風機、９は二次押し込み通風機、１０は二次
空気用風箱、１１はノズルである。尚、この水管ボイラ
の燃料にはバガスが使用されている。

【０００９】前記炉壁１は、フィン付水管式若しくは裸
水管式の水冷壁となって居り、その内壁面には多数の水
管１２が縦方向に一定のピッチで配列されている。前記
燃焼室２は、移床式火格子４の上方空間を炉壁１で囲む
ことによって形成されて居り、ここで燃料が浮遊燃焼す
るように為されている。そして、炉壁１の後壁１ａ及び
左右側壁１ｂの下部側は、図１及び図２に示すように燃
焼室２下部に位置する火床側つまり移床火格子４側へ傾
斜して居り、燃焼室２下部の横断面積が下方へ行くに従
って順次小さくなるように為されている。本実施例で
は、炉壁１の傾斜部分の傾斜角度αは燃料の安息角以上
とし、傾斜壁面に落下した燃料が壁面に沿って滑り落ち
るように為されて居り、その角度は水平面に対して３５
度〜８０度に設定されている。尚、図１では燃焼室２の
後壁１ａが傾斜しているが、前壁１ｃの方を傾斜させて
も良く、或いは前壁１ｃ及び後壁１ａの両方を傾斜させ
ても良い。又、炉壁１の前壁１ｃ、後壁１ａ及び左右側
壁１ｂの傾斜部分には燃焼室２の幅と同程度の長さの二
次空気用風箱１０が夫々配設されている。前記ノズル１
１は、炉壁１の後壁１ａ及び左右側壁１ｂの傾斜部分で
且つ水管１２の間に一定の間隔を開けて配設されて居
り、二次空気用風箱１０に直結され、炉壁１の傾斜部分
に落下する質量の大きな燃料粒子又は灰分を移床火格子
４上に均等に散布するものであり且つ燃焼室２内の浮遊
燃料粒子及び揮発分に二次空を与えて浮遊燃焼を促進さ
せるものである。本実施例では、ノズル１１は、図３に
示すように燃焼室２の幅方に一定のピッチで且つ上下方
向に複数段配設されて居り、上下のノズル１１が千鳥状
になるように配列されている。尚、ノズル１１の配列は
碁盤目状でも良い。又、図３ではノズル１１を二段に配
設したが、ノズル１１の段数はこれに限定されるもので
はなく、任意の段数を選択できることは勿論である。

【００１０】上記構成の水管ボイラに於いて、燃焼に必
要な燃焼用空気は、押し込み通風機８から空気予熱器７
及び風道１３を経て夫々火格子用風箱５及び二次空気用
風箱１０に供給されている。即ち、燃焼用空気の一部は
火格子用風箱５から移床火格子４に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
昇圧されて二次空気用風箱１０に供給された後、ノズル
１１から燃焼室２内へ噴出されて二次空気として使用さ
れる。而して、燃料投入口６から供給された燃料（バガ
ス）は、燃料投入口６近傍に配設した二次空気用ノズル
１１により燃焼室２内に吹き飛ばされ、一部は移床火格
子４上に散布されて火格子用風箱５から移床火格子４に
供給される一次空気によって火格子燃焼し、灰となって
移床火格子４上から落下排出され、又、残りはノズル１
１から燃焼室２内へ噴出される二次空気によって燃焼室
２内で浮遊燃焼する。このとき、燃焼室２内に散布され
た燃料のうち、一部は炉壁１の傾斜面部分に落下して傾
斜面上を滑降し、移床火格子４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４上に均等に再散布され、粒子の細かいものは再浮
遊することになる。従って、移床火格子４上には燃料が
均一に散布され、均一な燃料層が形成されることにな
る。然も、炉壁１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４の面積を減少させて
いる為、移床火格子４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４が保護され、移床火格子４の焼損を防
止することができる。然も、移床火格子４の面積を減少
させている為、一次空気による移床火格子４の冷却効果
も高められ、移床火格子４の焼損をより一層防止するこ
とができる。更に、ノズル１１から噴出される二次空気
は燃焼室２中央部へ均一に供給され、燃焼室２内の浮遊
燃料粒子及び揮発分を攪拌して浮遊燃焼を促進する。こ
れによって、浮遊燃料粒子及び揮発分が完全燃焼し、排
ガス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。

【００１１】図４乃至図６は炉壁１の傾斜部分に設置す
るノズル１１の第１実施例を示したものである。即ち、
このノズル１１は、円筒形状を呈し、その噴出口に灰分
や未燃分等が侵入しないように下方へ傾斜した格好で配
設されて居り、その傾斜角度βは約４０度以下に設定さ
れている。又、ノズル１１の長さＬは、噴出空気の直進
性を確保することができる程度に設定されて居り、実験
的に１００ｍｍ〜５００ｍｍが有効であることが判明し
ている。更に、燃焼室２内に突出するノズル１１の突出
量Ｃは焼損を防止する上から壁面から燃焼室２内へ約１
００ｍｍ以内が実用的であることが実験的に確認されて
いる。尚、図４及び図５は炉壁１を裸水管式の煉瓦積み
構造とした場合を示し、図６は炉壁１をフィン１５付水
管式の水冷壁とした場合を示す。

【００１２】図７はノズル１１の第２実施例を示したも
のであり、円筒形状のノズル１１の噴出口上方位置に板
状の阻止体１４を配設し、ノズル１１内に未燃分や灰分
が侵入するのを防止するようにしたものである。尚、こ
のノズル１１の先端は水管フィン１５と面一の状態にな
っている。

【００１３】図８はノズル１１の第３実施例を示し、鋼
製フィン１５の一部を切り欠いてこの部分にノズル１１
を取り付けて居り、このノズル１１は角筒形状を呈し、
二次空気用風箱１０に直結され、その先端は炉壁１の傾
斜面から燃焼室２内へ突出し、炉壁１の傾斜面と平行に
なっている。このノズル１１の長さＬは、噴出空気の直
進性を確保することができる程度に設定されて居り、実
験的に１００ｍｍ〜５００ｍｍが有効であることが判明
している。

【００１４】図９はノズル１１の第４実施例を示したも
のであり、角筒形状のノズル１１の噴出口内に複数枚の
整流板１６を上下方向に一定の間隔を開けて配設し、ノ
ズル１１から噴出する二次空気を均一化すると共に、ノ
ズル１１内に未燃分や灰分が侵入しないようにしたもの
である。又、整流板１６の長さは万一整流板１６上に未
燃分や灰分が堆積するようなことがあってもこれらが風
箱１０内に落下しない長さに設定されている。つまり図
８に於いて角度θが堆積物の安息角以下になるように設
定されている。更に、整流板１６の先端部及びノズル１
１の上下壁の先端部は空気の噴出方向を調整するために
下方へ一定角度γで傾斜させることも可能である。

【００１５】図１０はノズル１１の第５実施例を示した
ものであり、このノズル１１は角筒形状を呈して居り、
燃焼室２内に突出する先端の上部が山形に形成され、ノ
ズル１１内に未燃分や灰分が侵入しないようにしたもの
である。

【００１６】

【発明の効果】上述の通り、本発明のボイラ燃焼室の炉
壁構造は、ボイラ燃焼室を形成する炉壁の下部側を、燃
焼室下部に位置する火床側へ傾斜させて燃焼室の横断面
積を順次小さくすると共に、この炉壁面に沿って多数の
水管を縦方向に配列し、前記炉壁の傾斜部分で且つ水管
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
構成とした為、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に均一
に散布することができる。その結果、火格子上の燃料層
や灰層の厚みも増大し、吹き抜け現象が防止される。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。又、ノズルから噴出され
る二次空気が燃焼室中央部へ均一に供給される為、浮遊
燃焼が促進され、燃焼室内の浮遊燃料粒子及び揮発分の
完全燃焼を図れる。これによって、排ガス成分中の煤塵
量をが減少し、ＣＯの発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る炉壁構造を採用した水管
ボイラの概略縦断面図である。

【図２】ボイラの燃焼室部分の概略縦断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】ノズルの第１実施例を示す概略縦断面図であ
る。

【図５】図４のノズルを燃焼室側から見た斜視図であ
る。

【図６】第１実施例のノズルを鋼製フィン付水管の間に
配設した場合を示し、ノズルを燃焼室側から見た斜視図
である。

【図７】ノズルの第２実施例を示す概略縦断面図であ
る。

【図８】ノズルの第３実施例を示す斜視図である。

【図９】ノズルの第４実施例を示す概略縦断面図であ
る。

【図１０】ノズルの第５実施例を示す斜視図である。

【図１１】従来のボイラの燃焼室部分の概略縦断面図で
ある。

【図１２】図１０のＢ−Ｂ線断面図である。

【符号の説明】１は炉壁、２は燃焼室、１１はノズル、１２は水管、１
４は阻止体、１６は整流板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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為のボイラ燃焼室を
形成する炉壁の下部側を、燃焼室下部に位置する火床側
へ傾斜させて燃焼室の横断面積を順次小さくすると共
に、この炉壁面に沿って多数の水管を縦方向に配列し、
前記炉壁の傾斜部分で且つ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したことを特徴とするボイラ
燃焼室の炉壁構造。
【請求項２】炉壁の下部側を水平面に対して３５度乃
至８０度傾斜させたことを特徴とする請求項１記載のボ
イラ燃焼室の炉壁構造。
【請求項３】ノズルを、その噴出口に灰分や未燃分等
が侵入しないように下方へ傾斜させて配設したことを特
徴とする請求項１記載のボイラ燃焼室の炉壁構造。
【請求項４】ノズルの噴出口に、噴出口から噴出され
る二次空気を均一にすると共に噴出口内への灰分や未燃
分の侵入を防止する整流板を配設したことを特徴とする
請求項１記載のボイラ燃焼室の炉壁構造。
【請求項５】ノズルの噴出口上方位置に、噴出口内へ
灰分や未燃分等が侵入するのを防止する阻止体を配設し
たことを特徴とする請求項１記載のボイラ燃焼室の炉壁
構造。