JP2740201B2

JP2740201B2 - 微粉炭バーナ

Info

Publication number: JP2740201B2
Application number: JP63220461A
Authority: JP
Inventors: 彰馬場; 邦夫沖浦; 邦勝吉田
Original assignee: バブコツク日立株式会社
Priority date: 1988-09-05
Filing date: 1988-09-05
Publication date: 1998-04-15
Anticipated expiration: 2013-04-15
Also published as: JPH0268405A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、微粉炭焚ボイラに用いられる微粉炭燃焼装
置に係り、特に難燃性燃料を使用したり、負荷変化運用
をする微粉炭焚ボイラの安定燃焼に好適な微粉炭バーナ
に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、油燃料の価格の不安定性から、微粉炭焚ボイラ
の需要が急速に増加している。微粉炭焚ボイラにおいて
は、主燃料の微粉炭に加えて、起動用に補助燃料として
重油、点火用に軽油という具合に、３種類の燃料が一般
的に使われている。微粉炭焚ボイラの低負荷時に使用さ
れる補助燃料は、着火性の良い軽油、重油が主流であ
り、その使用比率は低いものの、近年、発電用ボイラは
中間負荷運用が多く、点火、起動の頻度も以前と比較し
て高くなってきており、そのために補助燃料費用の主燃
料に対する比率も増加している。

第３図に従来の微粉炭焚ボイラの概略系統図を示す。

石炭バンカ１からの石炭は石炭供給管２、石炭フィー
ダ３、石炭供給管４を経てミル５へ供給され、ミル５で
微粉炭に粉砕される。この微粉炭は、微粉炭供給管６、
微粉炭濃縮器７、微粉炭希薄側配管８、微粉炭濃縮側配
管９より微粉炭バーナ10を経てボイラ11に供給される。

一方、ボイラ11の排ガスは熱交換器12で空気と熱交換
し、系外へ排出される。他方、燃料用空気は燃料用空気
フアン13によって燃料用空気配管14より流量制御弁15を
経てボイラ11へ供給される。

また、燃料用空気の一部は燃料用空気フアン13から１
次空気フアン16によって１次空気配管18より流量制御弁
17を経てミル５へ供給され、微粉炭搬送用空気としてボ
イラ11に供給される。

以上の説明は石炭、排ガス、燃料用空気の一般的な流
れの説明であるが、従来、ボイラ11に用いられている微
粉炭燃焼システムには、分級機が内蔵されている微粉砕
機５（ミル）を用いて粉砕された石炭を微粉炭バーナ10
に直接供給する燃焼システムが採用されている。この燃
焼システムでは、ミル５に供給される原炭の乾燥、ミル
５の内部における分級及び微粉炭バーナ10への微粉炭の
搬送用として加熱された１次空気を導入する。したがっ
て、原炭の水分、粉砕性、燃焼性に応じた１次空気量及
び空気温度が決定される。

第４図にミル負荷に対するミルから微粉炭バーナに供
給される微粉炭（Ｃ）と空気（Ａ）の重量比（以下C/A
と称す）を示す。この図から、ミル負荷の低下に従って
C/Aが低くなることが分かる。これは微粉炭の搬送、分
級のためのミル特有の現象である。

第５図に石炭の着火安定性に関するデータを示す。同
図の横軸は、石炭中の固定炭素と揮発分との重量比であ
る燃料比（以下FRと称す）を示している。微粉炭焚ボイ
ラ等に一般的に使用されている石炭のFRは、0.8〜2.5程
度であり、FRが2.5以上の高燃料比炭及びFRが４以上の
無煙炭のようにFRが高い石炭は、C/Aを高くしないと安
定に着火できない。このため第４図に示す特性を持つミ
ルを使用すると、FRが高い微粉炭を使用する場合や低負
荷域でC/Aの低い希薄状態では、着火が不安定になり、
ボイラの安全運転上問題がある。

この対策として、ミルからの低C/A流体を、慣性力等
を利用することで高C/A流体（高微粉濃度）と低C/A流体
（低微粉濃度）に分岐し、このうち高C/A流体を微粉炭
バーナでの安定燃焼に用いる構成とすることが有効であ
る。

第６図は、この考え方に基づく従来例を示したもの
で、石炭供給管４と１次空気配管18はミル５に接続さ
れ、さらにミル５からの微粉炭供給管６にサイクロン分
離器７が接続されている。サイクロン分離器７におい
て、慣性力で高C/Aになった側の流体を高濃度側配管９
より図示していない濃厚バーナに供給し、一方、低C/A
側の流体を低濃度側配管８より図示していない希薄側バ
ーナに供給する。

ここで第７図（ａ），（ｂ）は、第６図のサイクロン
分離器７における出口管径と限界粒子径及び、捕集効率
の関係を標準型サイクロンの寸法及び操作条件を基に算
出したものである。例えば、実機の微粉炭バーナとして
5t/hの微粉炭量を考えると、サイクロン分離器７の出口
管径は670mm程度となり、第７図（ａ）より限界粒子径
が約25μｍとなる。微粉炭の粒径分布を200メツシユパ
ス90wt％で分布指数ｎ＝２とすると捕集効率は第７図
（ｂ）中の部分分級効率曲線より55％にも低下する。

したがって、このサイクロン分離器によっては単に気
流が２分割されるだけとなり、濃縮することはできな
い。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術としてサイクロン方式を使用した場合には、
サイクロン分離器７の捕集効率が高いときには効果があ
るが、難燃性の高燃料比炭を使用した場合や、C/Aが低
下する低負荷時の対策や、装置の大型化等による効率の
低下については考慮されておらず、実用に際してはC/A
が低下した場合には、火炎の安定化が保てず、火炎の吹
き飛びにより未燃分が増加する等の問題があった。

また既設の微粉炭焚ボイラを高燃料比炭を主燃料とす
る微粉炭焚ボイラに改造する場合は困難なことが多い。

本発明はかかる従来の欠点を解消しようとするもの
で、その目的とするところは、低負荷時から高負荷時ま
で安定燃焼させることができる微粉炭バーナを提供する
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前述の目的を達成すめために、微粉炭と搬送用気体との混合流を流通する微粉炭供給
管と、その微粉炭供給管内に配置され、前記混合流の流れ方
向と鎖交する方向に延びるとともに、混合流の流れ方向
に沿って所定の間隔をおいて設けられた複数の例えばル
ーバなどの分流部材とを有し、その分流部材と前記間隔とにより微粉炭供給管内に微
粉炭の高濃度流れ領域と低濃度流れ領域を形成する微粉
炭バーナにおいて、前記分流部材と分流部材の間に形成されている間隔の
開口面積を調節する、例えば後述の可動シリンダなどの
開口面積調節手段を設けたことを特徴とするものであ
る。

〔作用〕

前記開口面積調節手段で分流部材と分流部材の間に形
成されている間隔の開口面積を調節するより、その間隔
を通って分流される搬送用気体の量を変えることができ
るから、結局、高濃度流れ領域の微粉炭濃度を確実にコ
ントロールできるので、低負荷時から高負荷時に至るま
で安定燃焼させることができる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を用いて説明するが、その
前に発明者等の実験データを説明する。

サイクロンを用いても装置の大型化にともない捕集効
率が低下することが予測されると述べたが、これらの予
測は、微粉炭の濃度が低い場合に適合されることを実験
的に確認した。微粉炭の搬送においては、一般に微粉炭
の濃度が高く、粒子の凝集が起こり易く、見掛けの粒径
は、粉砕時の１次粒度と比較してかなり大きくなってい
る。

第８図に、サイクロンを使用した場合のサイクロン入
口のC/Aと捕集効率（η）との関係について示した。C/A
が大きくなる（微粉炭濃度が高くなる）と捕集効率も増
加することがこの図から分かる。微粉炭バーナにおける
C/Aは安定燃焼からは0.8以上が望ましい。１次空気を50
％ずつ高濃度側と低濃度側に分岐するとすれば、サイク
ロンでの捕集効率は90％以上あればよい。従って、サイ
クロン入口でのC/Aは0.15以上あればこの条件を満足で
きる。しかし、実際のミルからのC/Aは0.3以下になるこ
とはなく、サイクロンを濃縮機として選定するのは過剰
仕様となる。

第９図によって分岐管を使用した場合の微粉炭の濃縮
について説明する。微粉炭供給管６に対して角度θをも
つＴ字配管を配置すると、微粉炭は慣性力によりまっす
ぐに進むので、高濃度側配管９の微粉炭濃度は濃厚にな
り、角度を持つ低濃度側配管８の微粉炭濃度は希薄にな
る。

すなわち、単純なＴ字の分岐構造においても微粉炭の
分離が可能であるが好ましくない。

第10図に、分岐管のなす角度θと捕集効率の関係につ
いて示した。この実験条件では、分岐部入口を100％と
した場合、分岐管９内の流量を50％に設定した。捕集効
率が50％というのは、全く粒子の分離がなされていない
ことを示す。この第10図から、捕集効率は角度θが45度
付近から増加しているのが分かる。

第11図にはルーバを用いた粒子の濃縮実験装置の基本
的な流れを示す。同図において、微粉炭と１次空気の混
合流19は微粉炭バーナ10の軸方向に流れ、ルーバ20に衝
突する。１次空気流はルーバ20に衝突した後にルーバ20
の半径方向に広がり、実線の矢印で示すように微粉炭バ
ーナ10の側壁に沿って流れる。しかし、抵抗板22によっ
て流れは妨げられるために、ルーバ20,21の間にも破線
で示す流れが生じる。微粉炭バーナ10の側壁に沿って流
れる粒子群には慣性があるので高濃度側流れ23、ルーバ
21に沿って中心部に流れる粒子群は、低濃度側流れ24と
なる。

第12図にルーバ20,21の角度θと捕集効率との関係で
示した。この実験条件もＴ字管の場合と同様、ルーバ内
部を流れる空気量は入口の50％に設定した。この図から
角度θが大きくなるにつれて、捕集効率が増加している
ことが分かり、特に90度を超えると急速に捕集効率が増
加していることが分かる。この特性は第10図に示したＴ
字管における特性と類似しているが、捕集効率はルーバ
20,21による方がより高い値を示し、本実施例において
はルーバ20,21を用いた。

第１図は本発明の実施例に係る微粉炭バーナの側断面
図、第２図は第１図のＡ−Ａ線側面図である。本発明の
微粉炭バーナは、微粉炭濃縮器を微粉炭バーナに組み込
んだことを特徴としている。

第１図，第２図において、１次空気で搬送される微粉
炭との混合流19は、その混合流19の流れ方向と鎖交する
方向に延びるとともに、混合流の流れ方向に沿って所定
の間隔Ｇをおいて設けられた複数のルーバ20によって高
濃度粒子側流れ23と低濃度側流れ24に分割される。微粉
炭燃焼において保炎を安定化するためには、微粉炭粒子
の高濃度化と粒子の低速化が必要である。通常、ミル５
を用いた微粉炭燃焼バーナ10においては、負荷が低下す
ると、微粉炭バーナ10の入口において微粉炭濃度が低下
する。このために微粉炭バーナ10の負荷に応じて濃度と
流速の調整が必要となる。ここでは微粉炭バーナ10の中
心部に調節手段として可動シリンダ25を設置し、該可動
シリンダ25の出し入れでルーバ20とルーバ20の間に形成
された間隔Ｇの開口面積が調節でき、それにより低濃度
側流れ24の量の調整できるようにした。

微粉炭バーナ10の内部にルーバ20を備えることによっ
て、高濃度側流れ23は微粉炭バーナ10の内側壁に沿って
流れ、外周保炎器26で保炎する。一方、低濃度側流れ24
は、ルーバ20の間を通って微粉炭バーナ10の中心部を流
れ、内周保炎器27で保炎する。ここで内周保炎器27は、
単に火炎の安定化用ではなく、高濃度側流れ23と低濃度
側流れ24の混合拡散を遅延させるための分離器としても
働く。

微粉炭バーナ10の負荷が低い場合には微粉炭濃度が低
下するので、微粉炭粒子濃度を向上させる必要がある。
このために、低負荷時には可動シリンダ25を第１図の破
線で示す位置まで引き抜いた状態とする。このように可
動シリンダ25を破線の位置へ後退させることによって、
ルーバ20の微粉炭バーナ10の中心部側が開き、混合流19
のうち、低濃度側流れ24に分離される１次空気の量が増
加するために高濃度側流れ23のC/Aは濃厚になる。一
方、微粉炭バーナ10の負荷が最も高い場合、微粉炭バー
ナ10の入口の微粉炭濃度は最も高くなるために、可動シ
リンダ25を第１図の実線で示す位置まで差し込んだ状態
とし、混合流19のすべてが高濃度側流れ23として流れる
ようにする。このような可動シリンダ25の操作によっ
て、常に高濃度微粉炭流を外周保炎器26に送り込むこと
ができるため、高燃料比炭はもちろん幅広い負荷帯でも
常に安定した燃料が可能となる。なお、第１図，第２図
の28は起動バーナである。

第13図に他の実施例を示す。第１図のものと異なる点
は、ルーバ２の傾斜角度を平行でなく微粉炭バーナ10の
中心に向かって広げる構造とした。この構造によって低
濃度側流れ24の流路の断面積の均一化が計れ、ルーバ20
の内側における粒子速度を均一化でき、特に分岐部にお
いて流速の向上が計れるとともに、粒子流れを急速に反
転するために分離効率が向上する。

第14図には可動シリンダ25をルーバ20の外周に設置し
たものを示す。この方式でも全く同様の濃縮効果を得る
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明に係る微粉炭バーナによれば、燃料比が４を超
える高燃料比炭の専焼が可能になる。さらに、瀝青炭の
燃焼においても、ミル出口のC/Aが低下する部分負荷運
用においても、安定した燃焼が可能となり、油、ガス等
の補助燃料の使用頻度が低下することから、経費の大幅
な節減ができる。

さらに、サイクロン等の補機を使用しないために省ス
ペースであり、特に微粉炭バーナの改造に適している。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の実施例に係る微粉炭バーナの断面図、
第２図は第１図のＡ−Ａ線側面図、第３図は従来型高燃
焼比炭燃料用のボイラ及び燃焼系統の概略構成図、第４
図は微粉炭濃縮器を用いない場合のミル負荷とバーナ入
口における微粉炭濃度（C/A）の関係を示す特性曲線
図、第５図はC/Aと燃料比（FR）の関係における安定着
火域着火不安定域を示す特性曲線図、第６図はミルと微
粉炭濃縮器（サイクロン）における流路系統図、第７図
（ａ），（ｂ）は従来のサイクロンによる捕集特性を示
す特性曲線図、第８図はサイクロン入口のC/Aと全捕集
効率の比較の関係を示した特性曲線図、第９図は分岐管
における微粉炭の濃縮を説明する図、第10図は第９図の
分岐角度と捕集効率との関係を示す特性曲線図、第11図
はルーバを用いた実験装置の断面図、第12図は第11図の
ルーバを用いた場合のルーバ角度と捕集効率との関係を
示す特性曲線図、第13図及び第14図は他の実施例を示す
断面図である。６……微粉炭供給管、20,21……ルーバ、25……可動シ
リンダ、26……外周保炎器、28……起動バーナ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】微粉炭と搬送用気体との混合流を流通する
微粉炭供給管と、その微粉炭供給管内に配置され、前記混合流の流れ方向
と鎖交する方向に延びるとともに、混合流の流れ方向に
沿って所定の間隔をおいて設けられた複数の分流部材と
を有し、その分流部材と前記間隔とにより微粉炭供給管内に微粉
炭の高濃度流れ領域と低濃度流れ領域を形成する微粉炭
バーナにおいて、前記分流部材と分流部材の間に形成されている間隔の開
口面積を調節する開口面積調節手段を設けたことを特徴
とする微粉炭バーナ。