JPS5833377Y2 - 微粉炭バ−ナ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はボイラー、加熱炉、均熱炉等の各種燃焼炉にお
ける微粉炭の燃焼量を、広範囲にわたって安定して変更
可能とした微粉炭バーナに関するものである。

近年コストの高い石油系燃料に代わる燃料として石炭が
見直されつつあるが、石炭はこれを石油系燃料の代替燃
料として利用する場合、その燃焼効率を高めるために、
微細に粉砕した、所謂微粉炭の状態で利用されている。

ところが微粉炭の燃焼は、重油等の液体燃料を用いる場
合に比べて、ターンダウン性が悪く、適正な燃焼量の範
囲が極めて狭く、燃焼量を僅かに変化させた場合も火炎
形状が悪化し、燃焼性が低下し、また環境汚染上問題と
される窒素酸化物、即ちＮＯｘ生戊量が多くなるなどの
欠点があった。

本考案者等は上述した如き微粉炭燃焼時における火炎形
状悪化等の原因について追求した結果、微粉炭噴射量Ｆ
ｃ（ｋｇ／時）、微粉炭噴出断面積Ｓ（ｍ２）及び１次
空気温度Ｔ （’Ｋ）の関係式である下記（１）式の値
が燃焼性及び火炎の安定性と密接な関係にあることを知
見した。

本考案はかかる知見に基いてなされたものであって、そ
の目的とするところは同心状に多重配設され、夫々微粉
炭をキャリヤガスと共に噴射する複数の微粉炭噴射管と
、該微粉炭噴射管の外周に配設されたガス燃料噴射管と
、該ガス燃料噴射管の外周に配設された１又は複数の空
気導入管と、前記各微粉炭噴射管から選択的又は同時的
に微粉炭を噴射せしめるべく操作される制御弁とを具備
することによって微粉炭燃焼量に応じて夫々適正な断面
積を有する微粉炭噴射管を用いるようにして燃焼量の変
化に如何にかかわらず適正な火炎形状を得られ、ＮＯｘ
、未燃物生成量の大幅な低減を図れるようにした微粉炭
バーナを提供するにある。

以下本考案をその実施例を示す図面に基いて具体的に説
明する。

第１図は本考案に係るバーナ（以下本案品という）を示
す模式的断面図、第２図は第１図のＩＩ ＝ＩＩ線方向
からみた正面図であり、図中１は燃焼炉の炉壁、２はバ
ーナタイル、３はこのバナタイル２に形成された火口部
、４はバーナ本体を示している。

バーナタイル２は耐熱性に優れた素材にて形成されてお
り、炉壁１と同厚の円盤部２１とこの円盤部２１の外周
にこれと同心状に配設されたリング部２２とからなる。

円盤部２１にはその中央部に炉外面から炉内面に貫通し
、且つ直径が炉外面から炉内面に向けて漸次拡径された
円錐台形をなす火口部３が形成され、又リング部２２は
外径が炉壁１の孔１１の直径と等しく、内径が円盤部２
１の外径よりも若干大きく設定されており、リング部２
２はその外周面を孔１１の周面に接着せしめた状態で装
着され、一方円装部２１．リング部２２は、円盤部２１
の外周面とリング部２２の内周面との間に所要の間隔を
隔てて同心状に配設されている。

円盤部２１とリング部２２との間の間隔的には周方向の
複数個所に充填材２３を介在せしめてあり、この充填材
２３は周方向に所要の長さであって、且つ夫々軸長方向
の全体にわたるよう介在させて相互の間に後述する３次
空気導入管４４に連通ずる空気噴出口２４が火口部３の
外周に火口部３と同心状をなす円に沿って略等間隔で形
成せしめられている。

勿論、上述の充填材２３は円盤部２１とリング部２２と
の間の隙間を閉塞する態様で介在させる代りに、隙間の
幅を狭くする態様で介在せしめてもよく、この場合は、
空気噴出口は周方向の複数個所で開口面積を縮小させた
一連の環状をなすよう形成されることとなる。

上述の如く火口部３の外周に複数の空気噴出口２４を火
口部３と同心の円に沿うよう配設し、或いは周方向に開
口面積を変化させた環状の空気噴出口を設けることによ
って、ここから噴出される３次空気はその周方向に所要
の圧力差が形成された状態となり、充填材２３が介在し
て円盤部２１とリング部２２との間の隙間を閉塞し、或
いはその開口幅を狭搾せしめた部分と対応する部位は圧
力が低くなるため、この部分に炉内の高温ガスが吹き込
み、微粉炭の加熱分解並びにガス化が促進される。

バーナ本体４はその中心部に微粉炭を空気その他の気体
からなるキャリヤガスと共に噴射する第１の微粉炭噴射
管４０、その外周に同じくキャリヤガスと共に微粉炭を
噴射する第２の微粉炭噴射管４１、ガス燃料噴射管４２
．２次空気導入管４３及び３次空気導入管４４を夫々同
心状であって、且つ相互の間に所要の間隙が形成される
よう配設して全体として５重管をなすよう構成されてい
る。

噴射管４０．４１，４２、導入管４３．４４はこの順序
で軸長方向の長さを短かく設定してあり、これらの各先
端面はバーナタイル２の炉外面に面一に整列せしめられ
、また基端面ば閉鎖され、その基端部近傍周面に連結し
た連接管４０ ａ〜４４ ａを介して夫々想像線で示す
如く、微粉炭供給管４１ｂ、ガス燃料供給管４２ ｂ及
び共用の空気供給管４３ ｂ 、４４ ｂに連結されて
いる。

第１の微粉炭噴射管４０の連接管４０ ａの端部は第２
の微粉炭噴射管４１の連接管４１ ａの中間部に連結さ
れ、また連接管４１ ａには連接管４０ ａとの連結位
置よりも若干下流側に制御弁４１Ｃが設けられており、
該制御弁４１ Ｃの操作によって、第１．第２の微粉炭
噴射管４０．４１を通じて選択的に又は同時的に微粉炭
を噴射供給し得るようにしである。

なおガス燃料供給管４２ ｂは炭化水素系のガスタンク
（図示せず）に連結され、また空気供給管４３ ｂはブ
ロワ（図示せず）に連結されており、微粉炭、ガス燃料
は制御弁４１ Ｃ及び図示しない他の制御弁によって、
また燃焼用空気量はダンパ４３ｃ、４４ｃによって調節
されるようにしである。

噴射管４０，４１．４２及び導入管４３の先端部はその
先端近傍において相互に同心状態を維持したまま緩縮径
されており、微粉炭噴射管４０．４１の先端開口面積は
後述する（２）式で与えられるように、また導入管４３
の内径はバーナタイル２の炉外面側における火口部３の
直径と等しくなるよう設定してあり、噴射管４０，４１
．４２及び導入管４３の先端開口部はいずれも火口部３
にこれと同心状に連通せしめである。

なお３次空気の導入管４４はその内径がリング部２２の
内径と略等しく形成されており、前記各空気噴出口２４
に連通せしめである。

４５はガス燃料噴射管４２の外周面と、２次空気導入管
４３の内周面との間に臨ませて配設した旋回羽根であっ
て、空気導入管４３を経て給送される空気を周方向に旋
回させつつ火口部３から燃焼炉内に噴射せしめ、ガス燃
料との衝突により急速に混合燃焼させ、この燃焼熱によ
って微粉炭のガス化。

分解を促進するようにしである。

噴射管４０，４１．４２及び導入管４３．４４の先端開
口部断面積、或いは微粉炭等の噴射速度、噴射量等につ
いて燃焼炉として必要な熱量が得られ、また可及的に高
い燃焼率が得られるよう適宜、実験的、経験的に定めら
れる。

ちなみに噴射管４０．４１の先端開口断面積Ｓは前記（
１）式の値に基き次のようにして定められる。

本考案者等が行った諸々の微粉炭燃焼実験の結果からバ
ーナで、安定した輝度の高い火炎を得るには前記（１）
式の値が８以下となることが必要であることが見い出さ
れた。

（２）式において、左辺の値を８以上としたのは、８以
下になると着火性が悪く、また火口部３から離れた状態
で火炎が形成される、所謂吹き飛び、あるいは息つき現
象が発生して、燃焼の安定性が損われることが多いため
で゛ある。

前記（２）式の値は、下限を示すものであり石炭の種類
及び燃焼条件により異なり、例えば微粉炭の水分含有量
が多い場合や燃焼用空気に冷風を用いる場合は、（２）
式の右辺の値は、大きくする方がよく、例えば冷風の場
合は、■６程度以上とするのがよい。

つまり、（１）式の値は大なるほど燃焼性は良好となる
傾向を示すが、この値が５０以上になると燃焼用２次空
気ブロワ圧力以上の圧力が微粉炭の輸送に必要となるこ
とが多いため通常は５０以下程度にしておくのが経済的
である。

而して微粉炭噴射管４０．４１の先端開口部断面積は燃
焼炉として必要な熱量範囲に基いて微粉炭燃焼量を定め
、石炭最大燃焼時でも（１）式の値が５０を大幅にこえ
ないよう先ず微粉炭噴射管４１の先端開口部断面積Ｓを
決定し、また例えば燃焼用空気として冷風を用いる場合
は、既述した如く石炭燃焼量低下時でも（１）式の値が
１６以下とならないよう微粉炭噴射管４０の先端開口部
断面積を決定する。

石炭燃焼量が大きい場合は、微粉炭噴射管４０．４１の
両方より微粉炭が噴出されるように制御弁４１ Ｃを操
作し、石炭燃焼量を低下してゆく過程では、（１）式の
値が１６以下になるような状態に近づくと、制御弁４１
Ｃを閉じ、微粉炭噴射管４０のみから微粉炭が噴出す
るようにして（１）式の値が１６以上になるようにする
。

勿論、すべての燃焼量範囲にわたって、（１）式の値が
１６以下とならず、５０を大幅にこえぬように、噴射管
４０．４１の先端開口部断面積比を適正に選定すること
が必要であることは言うまでもない。

なおガス燃料の混焼率は通常全燃焼量の１０％程度あれ
ば十分である。

上述の如く構成された本案品にあっては、噴射管４０．
４１からはキャリヤガスたる１次空気と共に微粉炭が、
その外側からはガス燃料が、さらにその外側からは２次
、３次空気が噴射され特に２次空気は旋回羽根４５によ
って旋回を与えられて導入管４３から噴射される。

微粉炭は２次空気のもとて攪拌機能を受けつつ分解、ガ
ス化されて３次空気に包まれた燃焼域内にて還元雰囲気
下で燃焼せしめられる。

たとえ未燃焼の微粉炭が存在しても、すでにガス化され
ているため、３次空気のもとて容易に燃焼され、未燃物
の発生が抑制され、また微粉炭の燃焼域が２次空気、３
次空気によって間接的に規制されるため、溶融灰が燃焼
炉内に飛散して火口部３、バーナタイル２周辺部等に付
着するのも阻止できる。

そして特に本案品にあっては制御弁４１ Ｃの操作によ
って微粉炭を、噴射管４０．４１又は個別に噴射せしめ
微粉炭燃焼量Ｆｃに応じて噴射管の微粉炭噴射面積を変
更し得ることとなり、燃焼量Ｆｃの如何にかかわらず安
定した火炎が得られＮＯｘ、未燃物の生成量も大幅に低
減し得る。

次に本案品の燃焼試験結果について説明する。

本案品としては第１，２図に示すものを用いて下記に示
す条件で試験を行った。

なお参照のため、単管構造のバーナを用いたものを比較
例として示した。

試験条件 １、石炭性状：表１による ２、石炭粒度：２００メツシュ篩通過物が７０重量％３
、ガス燃料：コークス炉ガス（４６００Ｋｃａｌ／Ｎｍ
３）４、燃焼炉仕様：幅１．３ｍ、高さ１．３ｍ、長さ
６ｍ５、微粉炭噴射管４０．４１の先端開口部断面積比
４１ ／４０牛１／１ ６．燃焼用空気温度 １５℃ 結果は表２に示す通りである。

表２から明らかな如く、本案品を用いた場合は適正な燃
焼状態が得られる範囲が著しく拡大されていることが解
る。

以上の如く本案品にあっては微粉炭の燃焼量に応じて微
粉炭噴射管の断面積を調整することが可能となって、微
粉炭の燃焼量の如何にかかわらず安定した火炎を得るこ
とが出来、ＮＯｘ及び未燃物生成量の大幅な低減を図り
得、同時にタリンカ現象の発生も確実に防止し得るなど
、本考案は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を示すものであって、第１図は本
案品の模式的断面図、第２図は第１図のＩＩ −ＩＩ線
方向からみた正面図である。 １・・・・・・炉壁、２・・・・・・バーナタイル、３
・・・・・・火口部、４・・・・・・バーナ本体、２３
・・・・・・充填材、２４・・・・・・噴出口、４０．
４１・・・・・・微粉炭噴射管、４２・・・・・・ガス
燃料噴射管、４３・・・・・・２次空気導入管、４４・
・・・・・３次空気導入管、４５・・・・・・旋回羽根
。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 同心状に重合配設され、夫々微粉炭をキャリヤガスと共
   に噴射する複数の微粉炭噴射管と、該微粉炭噴射管と外
   周に配設されたガス燃料噴射管と、該ガス燃料噴射管の
   外周に配設された１又は複数の空気導入管と、前記各微
   粉炭噴射管から選択的又は同時的に微粉炭を噴射せしめ
   るべく操作される制御弁とを具備することを特徴とする
   微粉炭バーナ。