JPS62166209A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 発明 本１は、燃料として液体燃料、スラリー燃料；又は微粉
固体燃料等を使用し、蒸気発生装置や蒸気の発生を伴な
わない各種燃焼炉として利用される燃焼装置に関する。

従来の技術 ＮＯＸを低減する燃焼装置として、火炉の下部、中間部
および上部から夫々燃焼用空気を投入するようにしたも
のは従来から知られていた。このような燃焼装置は、火
炉の垂直方向での空気の分散投入により、火炉下部に還
元性燃焼域を作り、緩慢燃焼させることによって、低Ｎ
Ｏｘ化を実現しようとしたものである。

発明が解決しようとする問題点 ところで、従来の燃焼装置には、還元性火炎の火炉壁に
よる冷却あるいは火炉壁との接触によって未燃分が発生
し易く、従って火炉壁への未燃分や灰の付着および管の
腐食等の問題があり、結果的に０□を下げに（（、ＮＯ
ｘの低減も十分には達成できないという難点があった。

また、燃料と空気の噴出流が旋回しながら垂直方向に円
筒状の流動壁を作っており、この流動壁と火炉壁との間
の空間に空気の供給が少ない場合には、この空間が火炉
中央部の旋回流領域に対し若干負圧化し、それにより火
炎が壁面に吸い寄せられて接触するいわゆるコアンダ効
果を生ずるという不具合を発生する恐れがあった。

問題点を解決するための手段 上記の問題点を解決するために、本発明は、燃料と空気
とを火炉平断面内の仮想円の接線方向へ投入して、旋回
する火球な形成させながら燃焼を行なわせる燃焼装置に
おいて、燃料混合気と二次空気とを投入する投入口を備
え、この投入口には、燃料混合気が前記火炉の平断面内
の第１の仮想円の接線方向へ噴出するように燃料混合気
用ノズルを設けるとともに、二次空気が前記第１の仮想
円と同心でかつ直径がそれよりも大きい第２の仮想円の
接線方向へ噴出するように二次空気用ノズルを設けたも
のである。

作用 上記のように、燃料と一次空気とを小半径の一次仮想円
の接線方向に噴出させ、二次空気は大半に酸化性雰囲気
をつくって低ＮＯＸ化をはかるとととに、火炉壁近傍の
酸化性雰囲気と火炎の壁への接触防止により未燃分の発
生、灰の付着、管の腐食等を防止することができる。

実施例 以下本発明の実施例を第１図ないし第１３図を参照して
詳細に説明する。

先ず、第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例を示
したものであり、第１図は蒸気発生装置の側断面図、第
２図は第１図の■−■線に沿う断面図、第３図は第１図
のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。

蒸気発生装置ｌは燃料を燃焼させるための矩形断面垂直
筒形の火炉２を有し、その火炉壁３は多数の水冷管４あ
る（・は耐人材等で構成され外界と遮断されている。火
炉２の下部の四隅には燃料及び空気を投入する第１の投
入口５、中間部の四隅には空気のみを投入する第２の投
入口６、及び上部の四隅にも空気のみを投入する第３の
投入ロアが夫々設けられている。

そして、第１の投入口５には、燃料と一次空気との混合
気を噴出する燃料混合気用ノズル８と、二次空気を噴出
する空気ノズル９とが垂直方向に間隔をおいて設けられ
ている。これらは交互に複数個配置されることもある。

第２の投入口６には二次空気を噴出する空気ノズル１０
が設けられており、このノズル１０からの空気は、二段
燃焼用空気（オーバーファイアエア）として火炉２へ投
入される。更に、第３の投入ロアには二次空気を噴出す
る空気ノズル１１が設けられており、このノズル１１か
らの空気は、三段燃焼用空気（アディショナルエア）と
して火炉２へ投入される。

また、第１の投入口５の燃料混合気用ノズル８は、第２
図に示すように、火炉２の平断面内の小半径の一次仮想
円１２の接線方向１４へ向けて設置されており、ここか
ら燃料混合気が、−次仮想円１２に接する方向（すなわ
ち接線方向１４）へ噴出する。一方、二次空気ノズル９
は同じく第２図に示す一次仮想円１２と同心でそれより
も直径の大きい二次仮想円１３の接線方向１５へ向けて
設置されており、ここから二次空気が二次仮想円１３に
接する方向（すなわち接線方向１５）へ噴出する。この
場合、平面上での接線１４と接線：５とのなす角度は、
５度ないし４５度の範囲内の任意の角度に設定するのが
よい。

更に、中間部、上部の投入口６．７に設けた空気ノズル
１０，１１は、第３図に示すように、二次仮想円１３と
同心で、この半径を越えない範囲内の任意の半径の仮想
円１６の接線方向１７へ向けて設置されており、このノ
ズル１０．１１がう空気が、仮想円１６に接する方向（
すなわち接線方向１７）へ噴出する。

なお、各ノズル８ないし１１からの空気量は次のように
配分している。すなわち、下部の投入口５から供給され
る空気量は、全燃料の燃焼に必要な理論空気量よりも十
分少ない６０ないし９０ｑ６の空気量とし、下部の投入
口５と中間部の投入口６から供給される合計の空気量は
、前記の理論空気量よりも若干少ないか理論空気量程度
例えば８０ないし１１０チの空気量とし、最後に上部の
投入ロアから供給される空気量を加えた火炉全体の空気
量としては、理論空気量以上すなわち１００％以上とな
るように調整している。

このような燃料、空気配分とその火炉への投入方法によ
り、火炉２の空間内の中央部には旋回する火球１８によ
る濃燃料還元性雰囲気の領域１９とそれを包む火炉壁３
近傍の酸化性雰囲気の領域２０が構成され、かつ火炉中
央部の還元性雰囲気領域１９は上部空気投入ロアかもの
三段燃焼用空気（アディショナルエア）１１を投入され
た後の火炉上部２１で終焉して最終的に理論空気量に対
する過剰投入空気に相当する酸化性雰囲気となった燃焼
生成ガス２２が、火炉以降と後部煙道２３を通り、図で
は省略しである煙道自伝熱面で熱回収されて蒸気の発生
、過熱、再熱に寄与した後低温となって、ボイラ出口２
４に到り、後流の排ガス系統へ導かれる。

本発明の実施例を矩形断面単−人球の場合について述べ
たが、本発明は第４図に示す如き複数火球な有する火炉
あるいは第５図に示す如き円形断面火炉等にも適用でき
る。（第４図、第５図は第１図、第２図、第３図に示す
実施例の第２図に相当する図である。） 次に、本発明の第２の実施例について第６図ないし第１
０図を参照しながら説明する。なお、これらの図におい
て、第１図ないし第５図と同一部分には同一符号を附し
であるので、その部分の説明は省略する。

この第２の実施例では、下部投入口５における火炉２へ
の燃料の投入を、濃燃料混合気と希薄燃料混合気の２種
類に分けて行なうことを特徴とし、希薄燃料混合気は火
炉断面内の第一の仮想円の接線方向に噴出し、濃燃料混
合気は第二の仮想円の接線方向に噴出し、両仮想円は同
心で第一の仮想円の直径は零から第二の仮想円の直径以
下の範囲としている。

これにより、燃料に対する空気比率を平均値からずらす
こと、ならびに火炉空間内に燃料の濃淡領域あるいは還
元性、酸化性雰囲気領域を分離して形成すること釦より
、緩慢で低火炎温度燃焼を可能としてＮＯｘ発生量を低
減することができる。

すなわち、下部投入口５には希薄燃料混合気を噴出する
希薄混合気用ノズル８ａと、濃燃料混合気を噴出する濃
混合気用ノズル８ｂと、二次空気のみを噴出する空気ノ
ズル９とが、上下方向に交互に配置され、それらが複数
組で構成されて℃・る。

希薄混合気用ノズル８ａかもの噴流は、第７図に示すよ
うに小径の第１の仮想円１２ａの接線方向１４ａへ向く
ように、また濃混合気用ノズル８ｂからの噴流は、第１
の仮想円１２ａと同心でこれよりも半径の大きい第１７
の仮想円１２ｂの接線方向１４ｂへ向くように、夫々各
ノ゛ズルＢａ、ｇｂの向きが設定されている。そして、
空気ノズル９から噴出する二次空気流は、第１１の仮想
円１２ｂと同心でそれよりも半径の大きい第２の仮想円
１３の接線方向１５へ向けて噴出される。この場合、空
気ノズル９からの二次空気の噴出方向１５と濃混合気ノ
ズル８ｂからの濃燃料混合気の噴出方向１４ｂとのなす
角度は、平面上で５度ないし４５度の範囲内の任意の角
度に設定するのがよい。

なお、中間部の投入口６１１１：部の投入ロアの各ノズ
ル１０，１１からの空気流は、第８図に示すように、第
２の仮想円１３と同心でそれよりも半径の小さい第３の
仮想円１６の接線方向１７へ向けて噴出される。

かくして、火炉内は濃燃料混合気燃焼火炎の存在する円
環筒状還元性雰囲気領域１９ｂとその内側の希薄混合気
燃焼火７炎の存在する若干空気リッチな領域１９ａと領
域１９ｂの外側の火炉壁３近傍の二次空気が存在する酸
化性雰囲気領域２０との３領域で構成される。燃料の投
入を濃燃料混合気と希薄燃料混合気に分けて夫々の空気
比率を平均値からずらすこと、ならびに前記のノズル８
ａ、ｓｂからの噴流と空気ノズル９からの二次空気を火
炉断面上の夫々異なる方向に噴出して火炉中心から外側
へ希薄燃料領域−濃燃料領域一酸化性空気領域を交互に
配する効果とによってＮ　Ｏｘ発生量を大巾に低減でき
るとともに。還元性火炎領域１９ｂを内、外の空気リッ
チな雰囲気１９２．２０で包囲することによって、燃料
の完全燃焼を促進して、低０２運転を可能とし、かつ火
炉壁近傍に二次空気による酸化性雰囲気を作って火炎の
火炉壁への接触、未燃分、灰の付着を防止し、炉壁管の
腐食も防止し炉壁各部の熱負荷を均等にすることができ
る。領域１９ａ、　　１９ｂ、　２０の火炎あるいは空
気は夫々旋回しながら全体としてはあたかも単一の火球
１８の如く挙動しつつ火炉上部に到る。

なお、この第２の実施例の場合も、第１の実施例の場合
と同様に、第９図に示す如き複数火球を有する火炉及び
第１０図に示す如き円形断面火炉に夫々本発明を適用で
きることは云うまでもない。

また、この第２の実施例における希薄混合気用ノズル８
ａと、濃混合気用ノズル８ｂと、二次空気ノズル９との
関係は、第１１図に示す如きこれらのノズルｓａ、ｓｂ
及び９を有する投入口５を火炉２の垂直方向に複数段備
えている火炉にも第１２図に示すように同様に熱用でき
る。そして、この場合には、同一投入口５における希薄
燃料火炎２５及び濃燃料火炎２６と二次空気とが、また
二次空気が隣接する他の投入口の燃料量と夫々干渉する
ことがなくなるので、　ＮＯｘの増大が防止される。

なお、この第１１図（／Ｉ：示した火炉は一般にスラリ
ー燃料を使用するものに利用され、第１３図に一般的に
知られているＮＯＸと空気比λすように、ＮＯＸは空気
比λ＋０．５　以下ではλの増大と共に増加し、λ＋０
．５〜１．０の範囲では逆にλの増大と共に減少し、ま
たλ〉１．０ではＮＯｘはλの増大と共に上昇する傾向
にあるので、濃燃料火炎２へはλ中０．１〜０．５に、
希薄燃料火炎２５はλ＋０．５〜１．０となるように一
次空気量及びスラリー燃料量を設定してＮＯｘの抑制が
図られているものである。

発明の効果 以上詳述したように、本発明によれば、火炉断面円中心
部に還元性雰囲気をまた火炉壁周辺に酸化性雰囲気をつ
くることにより、低ＮＯｘ化を図ることができる。

また、二次空気を火炉壁面寄りに投入することにより、
火炉壁周辺を酸化性雰囲気に保つことならびに負圧化を
防止してコアンダ効果による火炎の壁面への接触を妨げ
ることにより、火炉壁管の還元性腐食防止、未燃分・灰
の付着防止し、かつ火炉壁各部の熱吸収の均等化をはか
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される蒸気発生装置の一実施例を
示す側断面図、第２図は本発明を説明するための第１図
の■−■線に沿う断面図、第：う図は同じく第１図のＩ
ＩＩ−ＩＩＩ線に？ｉ＝？５断面図、第４図！６よび第
５図は第１図ないし第３図に示した実施例における他の
実施態様を説明するために示した第２図に相当する断面
図、第６図は本発明の第２の実施例としての蒸気発生装
置の側断面図、第７図は第６図の■−■■線に沿う断面
図、第８図は第６図の■−■線に沿う断面図、第９図お
よび第１０図は第２の実施例における他の実施態様を説
明するために示した第７図に相当する断面図、第１１図
は本発明の第３実施例としての蒸気発生装置の側断面図
、第１２図は第１１図のｘｎ　−ｘｎ線に沿う断面図、
第１３図はＮＯＸと空気比との関係の一例を示す図であ
る。 ２・・火炉、５・・第１の投入０．６・・第２の投入口
、７・・第３の投入口、、８・・燃料混合気用ノズル、
９，１０，１１・Ｏ空気ノズル、１２゜１３．１６・・
仮想円。 を− （ほか７名） 第１図　　　　第２図 第４図　　　第５図 ２：　火′＃　　　　　　　　　　　　　６：　にざ孝
＋シ昆゛８先ｍノ又ル５：第（Ｊ２ｋＯ９，＋０，１１
：仝先度ル６：第Ｚ＃１才夛入口　　　　　１乙１３．
＋６：［表−円７：第３３程＼口 第　９図　　　　　第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料と空気とを火炉平断面内の仮想円の接線方向へ投入
   して、旋回する火球を形成させながら燃焼を行なわせる
   燃焼装置において、燃料混合気と二次空気とを投入する
   投入口を備え、この投入口には、燃料混合気が前記火炉
   の平断面内の第１の仮想円の接線方向へ噴出するように
   燃料混合気用ノズルを設けるとともに、二次空気が前記
   第１の仮想円と同心でかつ直径がそれよりも大きい第２
   の仮想円の接線方向へ噴出するように二次空気用ノズル
   を設けたことを特徴とする燃焼装置。