JP3680002B2 - 微粉状燃料燃焼装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は火力発電用ボイラー火炉や化学工業炉等に適用される微粉状燃料燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の微粉状燃料燃焼装置の一例を示す水平断面図である。図中（１）はバーナーノズル、（２）はバーナーノズル開口面、（３）は微粉状燃料供給管、（４）は燃焼補助空気供給路、（５）は風箱、（６）は火炉壁管、（７）は火炉側面、（１１）は火炉側面の延長面をそれぞれ示す。
【０００３】
微粉状燃料と搬送空気の混合流は、微粉状燃料供給管（３）を通過してバーナーノズル（１）に導かれ、バーナーノズル開口面（２）から火炉内に向かって噴出する。燃焼補助空気は、燃焼補助空気供給路（４）を通過してバーナーノズル（１）に導かれ、微粉状燃料や搬送空気と同様にバーナーノズル開口面（２）から火炉内に向かって噴出する。
【０００４】
それらの噴出方向軸線（８）を通る鉛直面は、火炉側面（７）に直交せず傾斜している。噴出した微粉状燃料と搬送空気ならびに燃焼補助空気は火炉内で拡散・混合しながら火炎を形成する。この際に、火炎が火炉壁管（６）に衝突したり、火炉壁面（６）を舐めるような現象が生じたりすると、火炎が火炉壁管（６）によって冷却され、灰中未燃分の増加等の燃焼性の劣化や、火炉壁管（６）にクリンカが付着する、いわゆるクリンカトラブルが発生する可能性がある。
【０００５】
そこで従来は火炎が火炉壁管（６）に衝突するのを防止するために、バーナーノズル（１）の近傍に位置する火炉壁管については、火炉側面の延長面（１１）上には配置せず、火炎の広がりを考慮して符号（２６）に示すように火炉側面（７）と角度αを付けて風箱（５）側に向かって並ぶように配列していた。
【０００６】
燃焼補助空気が火炉内部へ噴出する噴出方向軸線は、微粉状燃料と搬送空気が火炉内部へ噴出する噴出方向軸線（８）と同軸となっている。またバーナーノズル（１）の断面形状はその噴出方向軸線（８）を通る鉛直面を対称面として左右が面対称の形状となっている。
【０００７】
図７は上記従来の微粉状燃料燃焼装置の周囲に配置される火炉壁管（６）の構造概念図、いわゆるバーナーパネル構造概念図（平面図）を示す。本図中に示された線素１本１本が火炉壁管（６）１本１本を意味している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の微粉状燃料燃焼装置は、灰中未燃分の増加防止やクリンカトラブルの防止を考慮して、前記符号（２６）に示すように、火炉側面（７）と角度αを付けて風箱（５）側に向かって並ぶよう配列しており、性能上は十分に実力が発揮できる構造となっている。しかしながら、このような構造を採用することにより、次のような課題が生じており改善が必要とされていた。即ち、
１） 火炉壁管の一部（２６）が、火炉側面（７）や火炉側面の延長面（１１）と同一平面内に位置しないので、火炉壁管パネルやバーナーパネルの工作が容易でない。
【０００９】
２） 火炉壁支持構造物が複雑な構造となる。
【００１０】
３） 大容量バーナー、大容量ボイラーの場合には、図６中符号（２６）で示される火炉壁管列の長さＬが火炉幅もしくは火炉奥行内に占める割合が長くなるから、火炉壁周囲へのアクセスが困難になり、このためメインテナンスに不都合を来すことがある。
【００１１】
４） バーナーノズル（１）が比較的火炉外部側に配置されているのでメインテナンス性を損ない易い。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記従来の課題を解決するために、立型角筒状の火炉の側面に設けられ、微粉状燃料と空気の混合流を噴出するバーナーノズルと、上記バーナーノズルに連結されて微粉状燃料と空気を供給する微粉状燃料供給管と、上記微粉状燃料供給管の周囲に燃焼補助空気供給路を形成する風箱とを備え、上記混合流の噴出方向軸線を通る鉛直面が上記火炉の側面に直交しない微粉状燃料燃焼装置において、上記バーナーノズルの形状が上記鉛直面に対して左右非対称であり、かつ上記バーナーノズルの先端部開口面が上記火炉の側面と同一な平面内に位置することを特徴とする微粉状燃料燃焼装置を提案するものである。
【００１３】
本発明の微粉状燃料燃焼装置は上記構成を有し、バーナーノズルの形状が微粉状燃料と空気の混合流の噴出方向軸線を通る鉛直面に対して左右非対称で、かつ上記バーナーノズルの先端部開口面が火炉の側面と同一な平面内に位置するので、バーナーノズルの開口面から噴出する微粉状燃料と搬送空気ならびに燃焼補助空気の混合流は、火炉側面およびその延長面もしくはこれらの面の近傍よりも火炉内部側で火炎を形成することができる。
したがって、火炎が火炉壁管に衝突したり、または火炉壁管を舐めたりする現象を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の第１形態に係る微粉状燃料燃焼装置を示す水平断面図である。図中、（１）はバーナーノズル、（２）はバーナーノズル開口面、（３）は微粉状燃料供給管、（４）は燃焼補助空気供給路、（５）は風箱、（６）は火炉壁管、（７）は火炉側面をそれぞれ示す。
【００１５】
微粉状燃料と搬送空気が火炉内部へ噴出する噴出方向軸線（８）は、燃焼補助空気が火炉内部へ噴出する噴出方向軸線と同軸を成し、それら軸線を通る鉛直面は、火炉側面（７）に垂直ではなく傾斜している。バーナーノズル（１）の形状は、前記図６中で示された従来のものとは異なり、上記噴出方向軸線（８）を通る鉛直面に対して左右非対称となっている。
【００１６】
このような形状を採用することによりバーナーノズル開口面（２）を火炉側面（７）と同一平面内に位置させることができ、従来のように火炉壁管を火炉側面と角度を持たせて風箱側に向けて配置しなくても、火炎が火炉壁管（６）に衝突したり火炉壁管（６）を舐めたりする現象を生じさせずに燃焼させることができる。
【００１７】
図２は本実施形態の微粉状燃料燃焼装置の周囲に配置される火炉壁管（６）の構造概念図、いわゆるバーナーパネル構造概念図（平面図）を示す。前記図７に示された従来の場合と比較すれば、本発明によりバーナーパネル構造が格段に簡素化できることが判る。
【００１８】
図３は、本実施形態におけるバーナー部近傍の流動状態を模式的に説明した図である。この図において、（１５）は微粉状燃料供給管もしくは燃焼補助空気供給路の模式図、（１６）はバーナーノズル模式図、矢印（１７）は微粉状燃料と搬送空気もしくは燃焼補助空気の火炉内部への噴出軸線方向速度分布、（１８）は火炉側面とαの角度で風箱側へ向かって配置された火炉壁管の模式図、矢印（１９）は火炉内旋回火炎の模式図それぞれを示す。
【００１９】
本実施形態の微粉状燃料燃焼装置は従来のバーナーに比べて、バーナー近傍における基本的な流動特性が異なる。まず図３（ａ）に示すように、微粉状燃料と搬送空気の火炉内部への噴出方向軸線（８）に垂直な面に対し、バーナーノズル開口面（２）がβの角度を有する本実施形態においては、微粉状燃料と搬送空気もしくは燃焼補助空気の噴流の流路が長くなるバーナーノズル壁面（２０）では、逆側の壁面すなわち微粉状燃料と搬送空気もしくは燃焼補助空気の噴流の流路長が短くなるバーナーノズル壁面（２１）よりも噴流の圧力損失が大きくなるから、同噴流の噴出方向は実際には軸線（８）から逸れて壁面（２１）側に矢印（２２）のように偏向する。そしてその偏向の度合は角度βならびに壁面（２０）、（２１）内面の摩擦抵抗係数によって異なる。
【００２０】
また図３（ｂ）に示すように、従来の微粉状燃料燃焼装置では、火炉側面とαの角度で風箱側に向かって配置された火炉壁管（１８）の影響によって、噴流が軸線（８）から（２３）で示すように偏向する傾向にあったが、本実施形態においては、そのような火炉壁管（１８）とは火炉壁管の配置が異なるため、偏向の度合が小さくなり、噴流は（２４）で示すようになる。
【００２１】
このように従来の微粉状燃料燃焼装置とはバーナー部近傍の流動様式が異なる影響と併せて、火炉内旋回火炎（１９）が噴流に与える影響によって、最終的に本実施形態におけるバーナーの噴流（２２）の噴出方向は、実際には軸線（８）から最大１５度ないし２０度偏向すると推定される。
【００２２】
図４は本発明の実施の第２形態に関わる微粉状燃料燃焼装置を示す水平断面図である。本実施形態は、微粉状燃料供給管（３）がバーナーノズル（１）に連結される屈曲部（１２）もしくは屈曲部（１２）のバーナーノズル（１）側にスワラ式分散器（１３）を設置するとともにバーナーノズル（１）近傍に中子式濃淡分離器（１４）を設置した微粉状燃料供給管（３）である微粉状燃料燃焼装置の例である。
【００２３】
この図において、屈曲部（１２）に矢印の方向から流入してきた微粉状燃料と搬送空気の混合流は、屈曲部（１２）における遠心力によって濃淡分布を生じ、微粉状燃料の濃度が屈曲部（１２）の外周側において濃くなり、逆に内周側において薄くなる。
【００２４】
この濃淡分布はスワラ式分散器（１３）の作用によって、分布が均一になるように分散される。しかる後、濃度が均一化した混合流は中子式濃淡分離器（１４）によって最適な燃焼状態が得られるように濃淡分離が行なわれ、バーナーノズル（１）を通じて火炉内部に噴出される。
【００２５】
図５は本発明の実施の第３形態に関わる微粉状燃料燃焼装置を火炉内部から見た正面図である。
本実施形態においては、風箱が２本の微粉状燃料供給管（３）と５つの燃焼補助空気供給路（４）とからなる単位風箱を複数組（図示例では２組）互いに隔離して形成されている。本図においてバーナーノズル開口面（２）は三角形、矩形、ならびに半円と直線の組合わせによる形状など複数種類の形状を有している。
【００２６】
【発明の効果】
本発明により次の効果を得ることができる。
１）火炉壁管ならびにバーナーパネルの工作が容易になる。
２）低コストで簡素な構造の火炉壁支持構造物が採用できる。
３）大容量バーナー、大容量ボイラーの場合にも、火炉壁周囲へのアクセスを容易にすることができ、メインテナンス性を良好にすることができる。
４）バーナーノズルの位置を従来以上に火炉内部側に配置することができ、メインテナンス性を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の第１形態に関わる微粉状燃料燃焼装置を示す水平断面図である。
【図２】図２は上記実施形態に関わる火炉壁管の構造概念図である。
【図３】図３は上記実施形態におけるバーナー部近傍の流動状態を模式的に説明する図である。
【図４】図４は本発明の実施の第２形態に関わる微粉状燃料燃焼装置を示す水平断面図である。
【図５】図５は本発明の実施の第３形態に関わる微粉状燃料燃焼装置を示す正面図である。
【図６】図６は従来の微粉状燃料燃焼装置の一例を示す水平断面図である。
【図７】図７は上記従来の微粉状燃料燃焼装置に関わる火炉壁管の構造概念図である。
【符号の説明】
（１） バーナーノズル
（２） バーナーノズル開口面
（３） 微粉状燃料供給管
（４） 燃焼補助空気供給路
（５） 風箱
（６） 火炉壁管
（７） 火炉側面
（８） 微粉状燃料と搬送空気の噴出方向軸線
（１１） 火炉側面の延長面
（１２） 微粉状燃料供給管屈曲部
（１３） スワラ式分散器
（１４） 中子式濃淡分離器
（１５） 微粉状燃料または燃焼補助空気の供給管路模式図
（１６） バーナーノズル模式図
（１７） 噴出方向速度分布
（１８） 火炉側面よりも風箱側に配置された火炉壁管の模式図
（１９） 火炉内旋回火炎の模式図
（２０） 噴流の流路長が長い側のバーナーノズル壁面
（２１） 噴流の流路長が短い側のバーナーノズル壁面
（２２） 偏向した噴流の噴出方向
（２３） 従来のバーナーにおける偏向噴流
（２４） 本発明のバーナーにおける偏向噴流
（２６） 火炉側面とαの角度で風箱側に配置された火炉壁管

Claims (1)

1. 立型角筒状の火炉の側面に設けられ、微粉状燃料と空気の混合流を噴出するバーナーノズルと、上記バーナーノズルに連結されて微粉状燃料と空気を供給する微粉状燃料供給管と、上記微粉状燃料供給管の周囲に燃焼補助空気供給路を形成する風箱とを備え、上記混合流の噴出方向軸線を通る鉛直面が上記火炉の側面に直交しない微粉状燃料燃焼装置において、上記バーナーノズルの形状が上記鉛直面に対して左右非対称であり、かつ上記バーナーノズルの先端部開口面が上記火炉の側面と同一な平面内に位置することを特徴とする微粉状燃料燃焼装置。

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