JP4864540B2 - 微粉炭燃焼用バーナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、微粉炭燃焼用バーナ装置に関するものである。

例えば、微粉炭ボイラ等に用いられる微粉炭燃焼用バーナ装置は、燃焼用空気を旋回させることによって火炎の中心に低速あるいは逆流領域を形成し、これによって火炎を安定化させている。具体的には、燃焼用空気として、直線状または旋回流状に噴出される１次燃焼用空気と、この１次燃焼用空気の周囲を旋回するように噴出される２次燃焼用空気とが用いられ、１次燃焼用空気とともに微粉炭を噴出し、この微粉炭に着火することによって火炎を安定形成している。
中国実用新案出願特許付与公報２２７３３７３号

ところで、微粉炭燃焼用バーナ装置においては、通常、燃料すなわち微粉炭として、瀝青炭が用いられている。そして、このような微粉炭の揮発成分に着火され、その後、微粉炭そのものが着火されることによって火炎が形成される。
しかしながら、従来の微粉炭燃焼用バーナ装置においては、微粉炭として、無煙炭、半無煙炭あるいはオイルコークス等の低揮発分炭を用いた場合には、自立燃焼が困難であった。これは、低揮発分炭が、瀝青炭と比較して放出される揮発成分の量が少なく、高い温度でないと揮発成分を放出せず、着火に十分な濃度の可燃性混合気を形成できないため、着火性及び燃焼安定性が悪いことに起因する。

また、高い温度でないと揮発成分を放出しないということは、噴出口から微粉炭が噴出されてから着火するまでの時間がかかるということになるため、火炎の根元が噴出口から離れることになる。このような場合には、ボイラの炉内温度よりも低い温度である２次燃焼用空気が、微粉炭を含む１次燃焼用空気と混合してしまい、微粉炭の温度が低下されるとともに微粉炭濃度が希釈されることとなり、さらに燃焼安定性が悪化し、失火する場合もある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、低揮発分炭の微粉炭であっても自立燃焼可能な微粉炭燃焼バーナ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の微粉炭燃焼バーナ装置では、第１の手段として、微粉炭とともに１次燃焼用空気を直線状または旋回流状に噴出する第１噴出部と、該第１噴出部から噴出された上記１次燃焼用空気の周囲を旋回するように２次燃焼用空気を噴出する第２噴出部とを備え、上記微粉炭に着火することによって火炎を形成する微粉炭燃焼用バーナ装置であって、上記微粉炭が着火される以前に上記１次燃焼用空気と上記２次燃焼用空気とが混合されることを抑止する混合抑止手段を備えるという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明の微粉炭燃焼バーナ装置によれば、混合抑止手段によって、上記微粉炭が着火される以前に上記１次燃焼用空気と上記２次燃焼用空気とが混合されることが抑止される。

第２の手段として、上記第１の手段において、上記火炎内部の高温ガスを上記微粉炭が着火される以前の上記１次燃焼用空気と混合させるという構成を採用する。

第３の手段として、上記第２の手段において、上記第１噴出部の噴出口を囲って配置されるチャンバを有し、循環流を発生させることで上記高温ガスを上記チャンバ内に引き込むことによって上記高温ガスを上記微粉炭が着火される以前の上記１次燃焼用空気と混合させるという構成を採用する。

第４の手段として、上記第３の手段において、上記チャンバの断面径が上記第１噴出部の噴出口よりも大径とされているという構成を採用する。

第５の手段として、上記第４の手段において、上記第１噴出部の噴出口が上記チャンバの断面中心から偏心して配置されているという構成を採用する。

本発明の微粉炭燃焼用バーナ装置によれば、上記チャンバ内に引き込まれた上記高温ガスを微粉炭が着火される以前の上記１次燃焼空気と混合することで、微粉炭が揮発成分放出温度以上に予熱され着火が容易となる。つまり、混合抑止手段によって、上記微粉炭が着火される以前に上記１次燃焼用空気と上記２次燃焼用空気とが混合されることによる微粉炭の濃度低下を抑止することができる。このため、着火性と燃焼安定性が向上され、低揮発分炭の微粉炭であっても自立燃焼可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る微粉炭燃焼用バーナ装置の一実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は本実施形態の微粉炭燃焼用バーナ装置Ｓ１の概略構成を模式的に示した断面図であり、図２は本実施形態の微粉炭燃焼用バーナ装置Ｓ１の概略構成を模式的に示した正面図である。
本実施形態の微粉炭燃焼用バーナ装置Ｓ１は、例えば、微粉炭ボイラの炉内に複数設置されるものである。そして、図１及び図２に示すように、本実施形態の微粉炭燃焼用バーナ装置Ｓ１は、１次燃焼用空気噴出部１（第１噴出部）と、２次燃焼用空気噴出部２（第２噴出部）と、準備チャンバ３（チャンバ）と、温度調整用空気噴出部４とを備えて構成されている。

１次燃焼用空気噴出部１は、１次燃焼用空気Ａ１を炉内に向けて直線状に噴出するとともに、この１次燃焼用空気Ａ１の流れに乗せて燃料となる微粉炭Ｂを噴出するものである。そして、この１次燃焼用空気噴出部１の噴出口１１は、当該噴出口１１よりも大径とされた準備チャンバ３の中心に対して偏心した位置に形成されている。
このような構成から、１次燃焼用空気噴出部１から噴出される１次燃焼用空気Ａ１及び微粉炭Ｂは、準備チャンバ３を介して炉内に噴出される。

また、準備チャンバ３には、温度調整用の空気Ａ３を準備チャンバ３内に供給するための温度調整用空気噴出部４が接続されている。この温度調整用空気噴出部４から温度調整用の空気Ａ３が準備チャンバ３内に供給されることによって、準備チャンバ３内の温度が過熱されることが防止される。

準備チャンバ３は、１次燃焼用空気噴出部１の噴出口１１から１次燃焼用空気Ａ１とともに噴出された微粉炭Ｂが着火可能な温度にまで加温されるようにするための部屋であり、図１の右側から供給された微粉炭が左側から排出されるまでの間に着火可能な温度に加温されるような長さを有する部屋として構成されている。

２次燃焼用空気噴出部２は、本実施形態の微粉炭燃焼用バーナ装置Ｓ１によって形成される火炎に対して２次燃焼用空気Ａ２を供給するためのものであり、図２に示すように、１次燃焼用空気噴出部１の噴出口１１、準備チャンバ３及び温度調整用空気噴出部４の噴出口４１を囲う円周に沿って形成された噴出口２１を備えている。また、この噴出口２１の奥には、フィン２２が複数配置されており、このフィン２２によって２次燃焼用空気噴出部２から噴出された２次燃焼用空気Ａ２が旋回流とされる。また、フィン２２は、準備チャンバ３の径方向に延在する軸２３によって回動可能に支持されている。そして、フィン２２の回動量（角度）を図２に示すように変化することによって、旋回流の強さを変化することができる。

そして、図１に示すように、本実施形態の微粉炭燃焼用バーナ装置Ｓ１においては、準備チャンバ３内の空間と２次燃焼用空気噴出部２の流路とを隔てる隔壁、すなわち、準備チャンバ３の壁部３１が、上記微粉炭が着火される以前に上記１次燃焼用空気と上記２次燃焼用空気とが混合されることを抑止する混合抑止手段として機能している。

次に、このように構成された本実施形態の微粉炭燃焼用バーナ装置Ｓ１の動作について説明する。

まず、１次燃焼用空気噴出部１から１次燃焼用空気Ａ１及び微粉炭Ｂが噴出口１１を介して噴出されると、噴出された１次燃焼用空気Ａ１と微粉炭Ｂとは、準備チャンバ３内を図１の紙面右側から左側に移動する。ここで、本実施形態の微粉炭燃焼用バーナ装置Ｓ１においては、１次燃焼用空気噴出部１の噴出口１１が準備チャンバ３の中心に対して偏心した位置に形成されている。このため、噴出口１１から噴出された１次燃焼用空気Ａ１が直線状に流れることによって、図１に示すように、１次燃焼用空気Ａ１と準備チャンバ３の壁部３１との間に循環流Ｒが形成される。

そして、このような循環流Ｒが形成されることによって、火炎内部の高温ガスが準備チャンバ３内に流入し、１次燃焼用空気Ａ１と混合されることによって、準備チャンバ３内及び１次燃焼用空気Ａ１が高温化される。したがって、ヒータ等の加温装置を設置することなく、準備チャンバ３内及び１次燃焼用空気Ａ１の温度を上昇させ、微粉炭Ｂを着火可能な温度まで加温することが可能となる。
なお、準備チャンバ３内の温度が過熱された場合には、温度調整用空気噴出部４から噴出口４１を介して温度調整用の空気Ａ３を準備チャンバ３内に供給することによって、準備チャンバ３内の過熱を防止することが可能となる。

このようにして、準備チャンバ３において着火可能な温度まで加温された微粉炭Ｂからは、十分な量の揮発成分が放出されている。このため、準備チャンバ３から排出された微粉炭Ｂは、すぐに着火される。

ここで、本実施形態の微粉炭燃焼用バーナ装置Ｓ１においては、準備チャンバ３の壁部３１（混合抑止手段）によって、微粉炭Ｂが準備チャンバ３から排出される時点、すなわち微粉炭Ｂが着火される時点まで、１次燃焼用空気Ａ１と２次燃焼用空気Ａ２とが混合されることが抑止される。したがって、着火前における微粉炭Ｂの温度低下を抑止することができる。このため、燃焼安定性が向上され、低揮発分炭の微粉炭であっても自立燃焼可能となる。

その後、微粉炭Ｂに着火された火炎に対して、２次燃焼用空気噴出部２から旋回する２次燃焼用空気Ａ２が供給されることによって、火炎が安定形成される。

このような本実施形態の微粉炭燃焼用バーナ装置Ｓ１によれば、上述のように、着火前における微粉炭Ｂの温度低下を抑止することができ、着火性及び燃焼安定性が向上され、低揮発分炭の微粉炭であっても自立燃焼可能となる。

また、本実施形態の微粉炭燃焼用バーナ装置Ｓ１においては、火炎内部の高温ガスを微粉炭Ｂが着火される以前の１次燃焼用空気Ａ１と混合させた。これによって、ヒータ等の外部装置を使用することなく、微粉炭Ｂを加温することが可能となる。
また、火炎内部の高温ガスを１次燃焼用空気Ａ１と混合することによって微粉炭Ｂを加温した場合には、微粉炭Ｂが急速に熱分解され、微粉炭Ｂからより多くの揮発成分が放出されるとともに多くの窒素成分も放出される。そして、火炎により強い還元領域を形成することが可能となり、発生したＮＯ_Ｘが還元される。よって、低ＮＯ_Ｘ化をはかることが可能となる。

さらには、１次燃焼用空気噴出部１の噴出口１１が準備チャンバ３の中心に対して偏心した位置に形成されているため、高温ガスを準備チャンバ３内に引き込む循環流Ｒを容易に形成することができる。

なお、火炎内部の高温ガスを効率的に準備チャンバ３内に引き込むためには、火炎内部において高温ガスが循環する領域に循環流Ｒがかかるようにすることが好ましい。これによって、循環流Ｒに高温ガスが流れ込みやすくなるため効率的に高温ガスを準備チャンバ３内に引き込むことが可能となる。
２次燃焼用空気Ａ２の旋回状態により、循環流Ｒを交換ガスが循環する領域にかからせることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図３は、本実施形態の微粉炭燃焼用バーナ装置Ｓ２の概略構成を模式的に示した断面図である。
この図に示すように、本実施形態の微粉炭燃焼用バーナ装置Ｓ２は、１次燃焼用空気噴出部１の噴出口１１より準備チャンバ３の径が十分に大径とされており、そして、噴出口１１が準備チャンバ３の中心に合わせて形成されている。

このような構成を有する本実施形態の微粉炭燃焼用バーナ装置Ｓ２においては、準備チャンバ３の径が噴出口１１より十分に大径とされているため、噴出口１１の形成位置を準備チャンバ３の中心から偏心させなくても、循環流Ｒを図３に示すように形成することが可能となる。
したがって、本実施形態の微粉炭燃焼用バーナ装置Ｓ２においても、上記第１実施形態の微粉炭燃焼用バーナ装置Ｓ１と同様に、着火前における微粉炭Ｂの温度低下を抑止することができ、着火性及び燃焼安定性が向上され、低揮発分炭の微粉炭であっても自立燃焼可能となる。

なお、本実施形態の微粉炭燃焼用バーナ装置Ｓ２において、温度調整用空気Ａ３を準備チャンバ３内に供給する場合には、準備チャンバ３の壁部３１と１次燃焼用空気噴出部１の噴出口１１との間に温度調整用空気噴出部の噴出口を形成すれば良い。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る微粉炭燃焼用バーナ装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態の温度調整用空気Ａ３として、１次燃焼用空気Ａ１の一部あるいは２次燃焼用空気Ａ２の一部を利用しても良い。この場合には、１次燃焼用空気Ａ１の流路の一部あるいは２次燃焼用空気Ａ２の流路の一部を分岐させ、この分岐した流路に流入する１次燃焼用空気Ａ１の一部あるいは２次燃焼用空気Ａ２の一部を温度調整用空気噴出部４の噴出口４１から噴出すれば良い。

また、上記実施形態においては、１次燃焼空気Ａ１を１次燃焼用空気噴出部１から炉内に向けて直線状に噴出した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、１次燃焼空気Ａ１を炉内に向けて旋回流状に噴出しても良い。

本発明の第１実施形態である微粉炭燃焼用バーナ装置の概略構成を模式的に示した断面図である。 本発明の第１実施形態である微粉炭燃焼用バーナ装置の概略構成を模式的に示した正面である。 本発明の第２実施形態である微粉炭燃焼用バーナ装置の概略構成を模式的に示した断面図である。

符号の説明

１……１次燃焼用空気噴出部
１１……噴出口
２……２次燃焼用空気噴出部
２１……噴出口
２２……フィン
３……準備チャンバ（チャンバ）
３１……壁部（混合抑止手段）
４……温度調整用空気噴出部
４１……噴出口
Ｓ１，Ｓ２……微粉炭燃焼用バーナ装置
Ａ１……１次燃焼用空気
Ａ２……２次燃焼用空気
Ａ３……温度調整用空気
Ｂ……微粉炭
Ｒ……循環流

Claims (3)

1. 微粉炭とともに１次燃焼用空気を直線状または旋回流状に噴出する第１噴出部と、該第１噴出部から噴出された前記１次燃焼用空気の周囲を旋回するように２次燃焼用空気を噴出する第２噴出部とを備え、前記微粉炭に着火することによって火炎を形成する微粉炭燃焼用バーナ装置であって、
   前記微粉炭が着火される以前に前記１次燃焼用空気と前記２次燃焼用空気とが混合されることを抑止する混合抑止手段を備え、
   前記第１噴出部の噴出口を囲って配置されるチャンバを有し、循環流を発生させることで前記火炎内部の高温ガスを前記チャンバ内に引き込むことによって前記高温ガスを前記微粉炭が着火される以前の前記１次燃焼用空気と混合させる
   ことを特徴とする微粉炭燃焼用バーナ装置。
2. 前記チャンバの断面径が前記第１噴出部の噴出口よりも大径とされていることを特徴とする請求項１記載の微粉炭燃焼用バーナ装置。
3. 前記第１噴出部の噴出口が前記チャンバの断面中心から偏心して配置されていることを特徴とする請求項２記載の微粉炭燃焼用バーナ装置。

Images