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JP5471713B2 - Pulverized coal burner - Google Patents

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JP5471713B2 JP2010077613A JP2010077613A JP5471713B2 JP 5471713 B2 JP5471713 B2 JP 5471713B2 JP 2010077613 A JP2010077613 A JP 2010077613A JP 2010077613 A JP2010077613 A JP 2010077613A JP 5471713 B2 JP5471713 B2 JP 5471713B2
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Description

本発明は、微粉炭を搬送して燃焼させる微粉炭バーナーに関する。   The present invention relates to a pulverized coal burner that conveys and burns pulverized coal.

微粉炭を燃焼させるバーナーとして、特許文献1から特許文献3に記載されているように、バーナーの噴出口で燃焼用空気と微粉炭とを混合させて噴射し、燃焼させるものが知られているが、微粉炭を燃料とするバーナーは、重油や天然ガスに比べて着火性が悪いため、着火点がバーナー噴出口から遠くなり、バーナー噴出口から着火点までの未着火領域(ブラックゾーン)をなくすことが難しい。
ところで、廃棄物焼却炉等で廃棄物を焼却するような場合、廃棄物の性状が一定でないために、炉内において、着火性及び燃焼性が悪い廃棄物の燃え残りが局所的に生じることがある。そのため、そのような焼却炉に用いる助燃用の微粉炭バーナーには、フレームの位置を変化させることで、着火及び燃焼しにくい場所での廃棄物の燃焼を促し、安定した燃焼を達成することが求められる。例えば、バーナーの噴出口付近で着火させること及びフレーム位置を自在に調整することが求められている。
As described in Patent Document 1 to Patent Document 3, a burner that burns pulverized coal is known in which combustion air and pulverized coal are mixed and injected and burned at an outlet of the burner. However, burners that use pulverized coal as fuel are less ignitable than heavy oil and natural gas, so the ignition point is far from the burner outlet and the non-ignition area (black zone) from the burner outlet to the ignition point is eliminated. Is difficult.
By the way, when incinerating waste in a waste incinerator or the like, because the properties of the waste are not constant, there may be local combustion residue of waste with poor ignitability and flammability in the furnace. is there. Therefore, in the pulverized coal burner for auxiliary combustion used in such an incinerator, by changing the position of the frame, it is possible to promote the combustion of waste in a place where ignition and combustion are difficult and to achieve stable combustion. Desired. For example, it is required to ignite near the burner outlet and to freely adjust the frame position.

特許文献1及び特許文献2に提案されている微粉炭バーナーにおいては、微粉炭の噴出口を複数設け、それぞれの運転条件(微粉炭量、空気量)を個別に調整することによりフレーム長さ及び形状の制御性を高めている。
このように、1つのバーナーに微粉炭の供給量を制御可能な複数の供給ラインを設ける等して、制御パラメータを増やせば、フレームの調整に対応することは可能であるが、コスト面での負荷が大きくなるという問題が生じる。
In the pulverized coal burner proposed in Patent Document 1 and Patent Document 2, a plurality of pulverized coal jets are provided, and the frame length and the pulverized coal burner are adjusted by individually adjusting the operating conditions (the amount of pulverized coal and the amount of air). The shape is more controllable.
As described above, if the control parameter is increased by providing a plurality of supply lines capable of controlling the supply amount of pulverized coal in one burner, it is possible to cope with the adjustment of the frame. The problem that the load becomes large arises.

特許文献3の微粉炭バーナーにおいては、微粉炭搬送用の一次空気と燃焼用の補助空気とを噴出させる際に衝突するように構成し、さらに旋回流による補助空気によって微粉炭に分散力を与えている。燃焼用の補助空気は、バーナー先端に広がるように配置されたコーン状の構造体に沿って、外向きに噴出するようになっている。コーン状構造物の炉側(バーナー噴出口の中央部)は負圧になるため、この負圧部に向かう気流が生じて、バーナーの噴出口近傍での着火を促していると考えられる。
しかしながら、これら微粉炭搬送用空気や補助空気による微粉炭の分散は十分ではなく、直進成分が残るために着火点がバーナー噴出口から遠くなり、さらに、フレーム位置の調整機能が備えられていないために、廃棄物の着火及び燃焼しにくい場所での安定した燃焼が達成できない。
The pulverized coal burner of Patent Document 3 is configured to collide when jetting primary air for conveying pulverized coal and auxiliary air for combustion, and further imparts dispersion force to the pulverized coal by auxiliary air generated by a swirling flow. ing. Auxiliary air for combustion is jetted outward along a cone-like structure disposed so as to spread at the tip of the burner. It is considered that the furnace side of the corn-like structure (the central part of the burner outlet) has a negative pressure, and thus an air flow toward the negative pressure part is generated to promote ignition in the vicinity of the burner outlet.
However, the dispersion of the pulverized coal by the air for conveying the pulverized coal and the auxiliary air is not sufficient, and since the straight component remains, the ignition point is far from the burner jet, and further, the function of adjusting the frame position is not provided. In addition, it is impossible to achieve stable combustion in places where it is difficult to ignite and burn waste.

特開平10−160131号公報JP-A-10-160131 特開平10−300021号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-300021 特開昭59−195014号公報JP 59-195014 A

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、ブラックゾーンを小さくするとともに、簡易な制御方法によりフレーム位置を調整することができる微粉炭バーナーを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a pulverized coal burner capable of reducing the black zone and adjusting the frame position by a simple control method.

本発明の微粉炭バーナーは、周方向に沿って配置した微粉炭噴出口の半径方向内側に次空気噴出口、半径方向外側に2次空気噴出口が中心軸に対して同心円筒状に配置された微粉炭バーナーであって、前記1次空気噴出口は、1次空気を半径方向外向きに噴出させるコーン状に設けられた一対のシールド板の間に、前記1次空気を旋回させて噴出させる複数の旋回羽根が設けられて構成され、前記2次空気噴出口は、2次空気を直進又は内向きに噴出させるように設けられており、前記中心軸に対する前記シールド板の傾斜角度をθ、前記中心軸と平行な方向に対する前記旋回羽根の周方向に沿う開き角度をφ、前記一対のシールド板の前記中心軸と直交する半径方向の開口間隔をa、前記シールド板の前記中心軸方向の長さをd とした場合、以下の(1)〜(3)式を満たすように設けられていることを特徴とする。
40°<θ<65°・・(1)
tanθ≧a ・・(2)
0.6<(sin φ+sin θ)/(cosφ+cosθ) <1.5・・(3)
Pulverized coal burner of the present invention, the primary air ejection openings in the radially inner circumferential pulverized coal spout disposed along, arranged concentrically cylindrical radially outer secondary air injection port to the center axis In the pulverized coal burner, the primary air jet outlet swirls the primary air between a pair of shield plates provided in a cone shape for jetting the primary air radially outward. A plurality of swirl blades are provided, and the secondary air outlet is provided so that secondary air is jetted straightly or inwardly, and the inclination angle of the shield plate with respect to the central axis is θ, The opening angle along the circumferential direction of the swirl blade with respect to the direction parallel to the central axis is φ, the opening distance in the radial direction perpendicular to the central axis of the pair of shield plates is a, and the central axis direction of the shield plates is the length was set to d 1 If, and being provided so as to satisfy the following (1) to (3).
40 ° <θ <65 ° (1)
d 1 tan θ ≧ a (2)
0.6 <(sin 2 φ + sin 2 θ) / (cos φ + cos θ) 2 <1.5 (3)

微粉炭を分散させる1次空気の噴出口に、外向きの流れを付与するシールド板と旋回する流れを付与する旋回羽根とを設けることで、微粉炭に外向き及び旋回する流れを同時に付与することができる。1次空気の外向き及び旋回する流れは、微粉炭と周囲の高温ガスとの接触を早め、ブラックゾーンを短くすることができる。また、1次空気の外向きの流れは、周囲の高温ガスを巻き込んでバーナーの噴出口に向かう再循環流を生じさせるため、燃焼の安定性を高めることができる。
さらに、2次空気を直進もしくは内向きに噴出させるように2次空気噴出口が設けられているので、この2次空気の噴出速度を調整することで、微粉炭の滞留位置を調整して、フレーム位置を調整することができる。2次空気の気流は、1次空気とは逆に微粉炭と周囲の高温ガスとの接触を遮り、ブラックゾーンが長いフレームを形成することから、1次空気と2次空気との流量のバランスによって、フレーム位置を調整することができる。
By providing a shield plate for imparting an outward flow and a swirl vane for imparting a swirling flow to a primary air jet outlet for dispersing pulverized coal, an outward and swirling flow is simultaneously imparted to the pulverized coal. be able to. The outward and swirling flow of primary air can accelerate the contact between the pulverized coal and the surrounding hot gas and shorten the black zone. Further, the outward flow of the primary air creates a recirculation flow that entrains the surrounding high-temperature gas and travels toward the jet outlet of the burner, thereby improving the stability of combustion.
Furthermore, since the secondary air jet outlet is provided so that the secondary air is jetted straight or inward, by adjusting the jet speed of the secondary air, the residence position of the pulverized coal is adjusted, The frame position can be adjusted. Contrary to primary air, the flow of secondary air blocks the contact between pulverized coal and the surrounding hot gas, and forms a frame with a long black zone, so the flow rate balance between primary air and secondary air is balanced. Thus, the frame position can be adjusted.

上記の(1)式を満たさず、シールド板の傾斜角度θが40°以下と小さい場合には、噴出された微粉炭をバーナー先端部付近の高温ガス中に十分に拡散できず、ブラックゾーンを短くすることはできない。また、角度θが65°以上と大きい場合には、微粉炭が周辺に飛散しすぎてしまい、バーナーの前方に安定したフレームを形成することができない。
上記の(2)式を満たすようにシールド板を配置すると、バーナーの噴出口正面から見た場合、シールド板の上流側の端部が隠れるように配置されることになる。このため、1次空気噴出口から噴出される1次空気に中心軸に沿う方向の直進成分をなくし、1次空気全体をシールド板の傾斜角度θに沿う流れとすることができ、微粉炭を確実に拡散させることができる。
旋回羽根の設計は、上記の(3)式を満たすように、シールド板と合わせた設計が必要である。旋回羽根の開き角度φが小さすぎる場合には、バーナー先端部付近の高温ガス中への巻き込み効果が小さく、微粉炭を拡散させる効果が小さいため、ブラックゾーンを短くすることができない。また、角度φが大きい場合には、微粉炭が周辺に飛散しすぎてしまい、バーナーの前方に安定したフレームを形成することができない。
If the above equation (1) is not satisfied and the inclination angle θ of the shield plate is as small as 40 ° or less, the ejected pulverized coal cannot be sufficiently diffused into the high-temperature gas near the tip of the burner, and the black zone It cannot be shortened. Further, when the angle θ is as large as 65 ° or more, the pulverized coal is scattered too much around the periphery, and a stable frame cannot be formed in front of the burner.
When the shield plate is arranged so as to satisfy the above expression (2), the shield plate is arranged so that the upstream end of the shield plate is hidden when viewed from the front of the burner outlet. For this reason, the straight air component in the direction along the central axis is eliminated from the primary air ejected from the primary air ejection port, and the entire primary air can be made to flow along the inclination angle θ of the shield plate. It can be reliably diffused.
The design of the swirl blade needs to be combined with the shield plate so as to satisfy the above expression (3). When the opening angle φ of the swirl vane is too small, the black zone cannot be shortened because the effect of entraining the hot gas near the burner tip is small and the effect of diffusing pulverized coal is small. When the angle φ is large, the pulverized coal is scattered too much around the periphery, and a stable frame cannot be formed in front of the burner.

また、本発明の微粉炭バーナーにおいて、前記1次空気噴出口の内周縁の半径をr、前記2次空気噴出口の外周縁の半径をRとした場合、以下の(4)式を満たすように設けられているとよい。
0.3<r/R<0.7 ・・(4)
In the pulverized coal burner of the present invention, when the radius of the inner peripheral edge of the primary air outlet is r 1 and the radius of the outer peripheral edge of the secondary air outlet is R, the following expression (4) is satisfied. It is good to be provided.
0.3 <r 1 /R<0.7 (4)

2次空気噴出口の外周縁に対して、1次空気噴出口の内周縁が小さ過ぎる場合には、再循環流が小さくなり、フレームが不安定となるため、失火し易くなる。そのため、2次空気噴出口の外周縁の半径Rに対する1次空気噴出口の内周縁の半径rの比率r/Rは0.3よりも大きくすることが好ましい。また、r/Rが0.7以上となると、各噴出口の形成が困難である。 If the inner peripheral edge of the primary air outlet is too small with respect to the outer peripheral edge of the secondary air outlet, the recirculation flow becomes smaller and the frame becomes unstable, and misfire is likely to occur. Therefore, the ratio r 1 / R of the radius r 1 of the inner peripheral edge of the primary air outlet to the radius R of the outer peripheral edge of the secondary air outlet is preferably larger than 0.3. Further, when r 1 / R is 0.7 or more, it is difficult to form each jet port.

本発明に係る微粉炭バーナーによれば、微粉炭を拡散させる1次空気噴出口に、外向き及び旋回の流れを同時に付与するシールド板及び旋回羽根を設けることにより、微粉炭と周囲の高温ガスとの接触を早め、ブラックゾーンを短くするとともに、微粉炭と周囲の高温ガスとの接触を遮る2次空気と1次空気との流量バランスを調整することにより、フレームの位置を調整することができる。   According to the pulverized coal burner according to the present invention, the pulverized coal and the surrounding high-temperature gas are provided by providing the shield plate and the swirl vanes that simultaneously impart outward flow and swirl flow at the primary air jet outlet for diffusing the pulverized coal. The position of the frame can be adjusted by adjusting the flow rate balance between the primary air and the secondary air that shortens the contact with the air, shortens the black zone, and blocks the contact between the pulverized coal and the surrounding hot gas. it can.

本発明の微粉炭バーナーの一実施形態を示す正面図である。It is a front view which shows one Embodiment of the pulverized coal burner of this invention. 図1の微粉炭バーナー先端部の斜視図である。It is a perspective view of the pulverized coal burner front-end | tip part of FIG. 微粉炭バーナーの構造を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of a pulverized coal burner. 図1の矢印X方向から見た旋回羽根を説明する図である。It is a figure explaining the turning blade | wing seen from the arrow X direction of FIG. 各バーナーによるフレームの状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of the flame | frame by each burner. シールド板の傾斜角度の違いによる1次空気の流れを説明する図である。It is a figure explaining the flow of the primary air by the difference in the inclination angle of a shield board. 2次空気噴出口の外周縁の半径と1次空気噴出口の内周縁の半径との比率の違いによる再循環流の発生状態を説明する図である。It is a figure explaining the generation | occurrence | production state of the recirculation flow by the difference in the ratio of the radius of the outer periphery of a secondary air ejection port, and the radius of the inner periphery of a primary air ejection port.

以下、本発明の微粉炭バーナーの一実施形態について図面を参照しながら説明する。
本実施形態の微粉炭バーナー100は、図1から図3に示すように、中心側から外周側に向かって順次同心に設けられた1次空気噴出路10、微粉炭噴出路20、2次空気噴出路30を備えており、周方向に沿って配置した微粉炭噴出口21の半径方向内側に1次空気噴出口11、半径方向外側に2次空気噴出口31が微粉炭バーナー100の軸芯(中心軸O)に対して同心円筒状に配置された全体構成とされている。微粉炭バーナー100の中心部分には、不図示のオイルバーナーが挿入できるように中空部40が設けられている。
Hereinafter, an embodiment of the pulverized coal burner of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 to 3, the pulverized coal burner 100 of the present embodiment includes a primary air ejection path 10, a pulverized coal ejection path 20, and secondary air that are provided concentrically from the center side toward the outer peripheral side. The pulverized coal burner 100 has a jet passage 30, and a pulverized coal burner 100 is provided with a primary air jet 11 on the radially inner side and a secondary air jet 31 on the radially outer side of the pulverized coal jet 21 arranged along the circumferential direction. The entire configuration is arranged concentrically with respect to (center axis O). A hollow portion 40 is provided at the center of the pulverized coal burner 100 so that an oil burner (not shown) can be inserted.

1次空気噴出路10の噴出口11は、バーナー100の先端に向かって開いたコーン状の一対のシールド板12の間に、複数の旋回羽根13が設けられた構成とされている。
シールド板12は、図3に示すように、そのコーンの母線が中心軸Oに対して所定角度で半径方向外方に傾斜した状態に設けられている。その傾斜角度をθとする。また、この一対のシールド板12はそれぞれが傾斜角度は同じ(母線が平行)とされ、シールド板12の傾きに沿って1次空気を半径方向外向きに噴出する構成となっている。
The ejection port 11 of the primary air ejection path 10 is configured such that a plurality of swirl vanes 13 are provided between a pair of cone-shaped shield plates 12 opened toward the tip of the burner 100.
As shown in FIG. 3, the shield plate 12 is provided in a state in which the generatrix of the cone is inclined radially outward at a predetermined angle with respect to the central axis O. The inclination angle is θ. The pair of shield plates 12 have the same inclination angle (the buses are parallel), and are configured to eject primary air radially outward along the inclination of the shield plate 12.

微粉炭噴出路20は、中心軸O方向と平行に1次空気噴出路10と2次空気噴出路30との間の円周上に等間隔に6箇所設けられており、搬送空気とともに微粉炭をバーナー前方に噴出させる。
2次空気噴出路30は、中心軸O方向と平行に、かつ、微粉炭バーナー100の最も外周側に設けられている。この2次空気噴出路30には、円環路の周方向に複数のスペーサーを設置し、2次空気噴出口31の半径方向の幅が周方向に対して均一になるようにしている。
There are six pulverized coal ejection paths 20 provided at equal intervals on the circumference between the primary air ejection path 10 and the secondary air ejection path 30 in parallel with the direction of the central axis O. Is ejected forward of the burner.
The secondary air ejection path 30 is provided in parallel with the central axis O direction and on the outermost peripheral side of the pulverized coal burner 100. A plurality of spacers are provided in the secondary air ejection passage 30 in the circumferential direction of the annular passage so that the radial width of the secondary air ejection port 31 is uniform with respect to the circumferential direction.

シールド板12は、傾斜角度θが40°以下と小さすぎる場合には、噴出された微粉炭をバーナー先端部付近の領域に十分に拡散できず、ブラックゾーンを短くすることができないし、65°以上の大きすぎる場合には、微粉炭が周辺に飛散しすぎてしまい、バーナーの前方に安定したフレームを形成することができないため、中心軸Oに対するシールド板12の傾斜角度θは、下記に示す(1)式の条件を満たすように設けられていることが好ましい。
40°<θ<65° ・・(1)
When the inclination angle θ is too small as 40 ° or less, the shield plate 12 cannot sufficiently diffuse the ejected pulverized coal into the region near the tip of the burner, the black zone cannot be shortened, and 65 ° If it is too large, the pulverized coal will be scattered too far to the periphery and a stable frame cannot be formed in front of the burner. Therefore, the inclination angle θ of the shield plate 12 with respect to the central axis O is shown below. It is preferable to be provided so as to satisfy the condition of the formula (1).
40 ° <θ <65 ° ・ ・ (1)

また、この一対のシールド板12は、噴出口11をバーナー100の正面から見た際に、シールド板12の上流側の端部が隠れるように設けられている。これにより、1次空気の中心軸Oに沿う方向の直進成分の流れをなくし、1次空気全体をシールド板12の傾斜角度θに沿う流れとすることができ、微粉炭を確実に拡散させることができるようにしている。この条件は、図3に示すように、一対のシールド板12の中心軸Oと直交する半径方向の開口間隔をaとし、シールド板12の中心軸O方向の長さをdとした場合、次の(2)式で表すことができる。
tanθ≧a ・・(2)
Further, the pair of shield plates 12 are provided so that the upstream end of the shield plate 12 is hidden when the spout 11 is viewed from the front of the burner 100. As a result, the flow of the straight air component in the direction along the central axis O of the primary air can be eliminated, and the entire primary air can be made to flow along the inclination angle θ of the shield plate 12 to reliably diffuse the pulverized coal. To be able to. As shown in FIG. 3, this condition is that when the opening distance in the radial direction orthogonal to the central axis O of the pair of shield plates 12 is a and the length of the shield plate 12 in the central axis O direction is d 1 , It can be expressed by the following equation (2).
d 1 tan θ ≧ a (2)

さらに、一対のシールド板12の間には、12枚の旋回羽根13が周方向に均等配置されている。これら旋回羽根13は、図4に示すように、バーナー100の中心軸Oに沿う矢印Aの方向に対する開き角度φを有して設けられており、シールド板12により付与された1次空気の外向きの流れに、さらに旋回する流れを付与する。
旋回羽根13の設計は、シールド板12と合わせた設計が必要であり、旋回羽根13の開き角度φが小さすぎる場合には、バーナー先端部付近の高温ガス中への巻き込み効果が小さく、微粉炭を拡散させる効果が小さくなり、開き角度φが大きい場合には、微粉炭が周辺に飛散しすぎてしまうため、次に示す(3)式を満たすように設けるとよい。
0.6<(sinφ+sinθ)/(cosφ+cosθ)<1.5・・(3)
Further, twelve swirling blades 13 are equally arranged in the circumferential direction between the pair of shield plates 12. As shown in FIG. 4, these swirl vanes 13 are provided with an opening angle φ with respect to the direction of the arrow A along the central axis O of the burner 100, and outside the primary air provided by the shield plate 12. A flow that further swirls is added to the flow in the direction.
The swirl vane 13 needs to be designed in combination with the shield plate 12. If the opening angle φ of the swirl vane 13 is too small, the effect of entrainment in the high-temperature gas near the tip of the burner is small, and pulverized coal When the opening angle φ is large and the pulverized coal is scattered too much around the periphery, it is preferable to provide the following equation (3).
0.6 <(sin 2 φ + sin 2 θ) / (cos φ + cos θ) 2 <1.5 (3)

また、バーナー先端部の最も外側部に位置する1次空気の噴出口11より内周側の空間部50は、後述するように、1次空気の半径方向外向きの流れにより圧力が低下する負圧部となることから、図3に示すように、2次空気等の直進する流れ(矢印Aの方向)とは逆向きの流れ(再循環流B)を生じさせる。この再循環流Bによって負圧部に微粉炭と高温ガスとの混合流を滞留させることで、燃焼の安定性を高めることができる。
この際、空間部50の面積が小さすぎる場合、つまり2次空気噴出口31の外周縁に対して、1次空気噴出口11の内周縁が小さすぎる場合には、再循環流Bが小さくなり、フレームが不安定となるため、1次空気噴出口11の内周縁の半径rと2次空気噴出口31の外周縁の半径Rとの比率(r/R)を、次の(4)式で示す条件を満たすように設けられることが好ましい。また、各噴出口を配置する関係上、r/Rは、0.7未満とされる。
0.3<r/R<0.7 ・・(4)
Further, in the space 50 located on the inner peripheral side of the primary air outlet 11 located at the outermost part of the tip of the burner, as will be described later, the negative pressure in which the pressure decreases due to the radially outward flow of the primary air. Since it becomes a pressure part, as shown in FIG. 3, the flow (recirculation flow B) of the reverse direction to the flow (direction of arrow A) of secondary air etc. is produced. By stagnating the mixed flow of pulverized coal and high-temperature gas in the negative pressure portion by the recirculation flow B, the stability of combustion can be improved.
At this time, if the area of the space portion 50 is too small, that is, if the inner peripheral edge of the primary air outlet 11 is too small with respect to the outer peripheral edge of the secondary air outlet 31, the recirculation flow B becomes smaller. Since the frame becomes unstable, the ratio (r 1 / R) between the radius r 1 of the inner peripheral edge of the primary air outlet 11 and the radius R of the outer peripheral edge of the secondary air outlet 31 is set to the following (4 It is preferable to be provided so as to satisfy the condition represented by the formula (1). In addition, r 1 / R is set to be less than 0.7 in terms of disposing each jet port.
0.3 <r 1 /R<0.7 (4)

次に、このように構成した微粉炭バーナー100の使用方法について説明する。
まず、微粉炭噴出路20から噴出された微粉炭が、1次空気噴出路10から噴出された1次空気によって、拡散させられ、高温ガスと接触させられる。
1次空気噴出路10の噴出口11には、外向きの流れを付与するシールド板12と旋回する流れを付与する旋回羽根13とが設けられているので、微粉炭に外向き及び旋回する流れを同時に付与することができる。この際、1次空気の外向き及び旋回する流れは、微粉炭と周囲の高温ガスとの接触を早め、バーナー100の噴出口直後の領域で微粉炭を燃焼させることができ、ブラックゾーンを短くすることができる。また、1次空気の外向きの流れは、バーナー100の噴出口に向かう再循環流Bを生じさせるため、燃焼の安定性を高めることができる。
一方、バーナー100の最も外周側には、1次空気とは逆に微粉炭と周囲の高温ガスとの接触を遮る2次空気を噴出する2次空気噴出路30が設けられているため、2次空気の噴出口31から直進する流れの噴出速度を調整することによって、微粉炭の滞留位置を調整して、フレーム位置を調整することができる。このように、1次空気と2次空気との流量のバランスによってフレーム位置を調整することができるので、従来のバーナーに比べて簡易な構造とすることができる。
Next, the usage method of the pulverized coal burner 100 comprised in this way is demonstrated.
First, the pulverized coal ejected from the pulverized coal ejection channel 20 is diffused by the primary air ejected from the primary air ejection channel 10 and brought into contact with the high-temperature gas.
Since the outlet 11 of the primary air ejection path 10 is provided with a shield plate 12 that imparts an outward flow and a swirl vane 13 that imparts a swirling flow, the flow swirling outward and swirling into the pulverized coal. At the same time. At this time, the outward and swirling flow of the primary air accelerates the contact between the pulverized coal and the surrounding hot gas, and can burn the pulverized coal in the region immediately after the jet outlet of the burner 100, shortening the black zone. can do. Moreover, since the outward flow of primary air produces the recirculation flow B which goes to the jet nozzle of the burner 100, the stability of combustion can be improved.
On the other hand, on the outermost peripheral side of the burner 100, a secondary air ejection passage 30 for ejecting secondary air that blocks the contact between the pulverized coal and the surrounding high-temperature gas is provided opposite to the primary air. The frame position can be adjusted by adjusting the pulverized coal staying position by adjusting the jet speed of the flow straight from the next air jet port 31. Thus, since the frame position can be adjusted by the balance of the flow rates of the primary air and the secondary air, a simple structure can be achieved as compared with the conventional burner.

(実施例および比較例)
次に、本発明の微粉炭バーナーに係る実施例および比較例について図5〜図7を参照して説明する。実施例1のバーナーを101、比較例1〜6のバーナーを102〜107とする。
まず、上述した条件式(1)及び(3)の影響を確認した。図5は、各バーナー101〜105のフレーム状態を示す模式図であり、(a)が実施例1、(b)が比較例1,3、(c)が比較例2,4のシミュレーション結果を示している。実施例1及び比較例1〜4の条件は、以下の通りである。
(Examples and Comparative Examples)
Next, examples and comparative examples according to the pulverized coal burner of the present invention will be described with reference to FIGS. The burner of Example 1 is 101, and the burners of Comparative Examples 1 to 6 are 102 to 107.
First, the influence of the conditional expressions (1) and (3) described above was confirmed. FIG. 5 is a schematic diagram showing the frame states of the burners 101 to 105, where (a) shows the simulation results of Example 1, (b) shows Comparative Examples 1 and 3, and (c) shows the simulation results of Comparative Examples 2 and 4. Show. The conditions of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 are as follows.

(実施例1)
傾斜角度θ:50°
開き角度φ:55°
tanθ=a
(sinφ+sinθ)/(cosφ+cosθ)=1.1
/R=0.35
(比較例1)
傾斜角度θ:35°
開き角度φ:55°
tanθ=a
(sinφ+sinθ)/(cosφ+cosθ)=0.5
/R=0.35
(比較例2)
傾斜角度θ:67°
開き角度φ:55°
tanθ=a
(sinφ+sinθ)/(cosφ+cosθ)=1.6
/R=0.35
(比較例3)
傾斜角度θ:50°
開き角度φ:40°
tanθ=a
(sinφ+sinθ)/(cosφ+cosθ)=0.5
/R=0.35
(比較例4)
傾斜角度θ:50°
開き角度φ:72°
tanθ=a
(sinφ+sinθ)/(cosφ+cosθ)=1.6
/R=0.35
Example 1
Inclination angle θ: 50 °
Opening angle φ: 55 °
d 1 tan θ = a
(Sin 2 φ + sin 2 θ) / (cos φ + cos θ) 2 = 1.1
r 1 /R=0.35
(Comparative Example 1)
Inclination angle θ: 35 °
Opening angle φ: 55 °
d 1 tan θ = a
(Sin 2 φ + sin 2 θ) / (cos φ + cos θ) 2 = 0.5
r 1 /R=0.35
(Comparative Example 2)
Inclination angle θ: 67 °
Opening angle φ: 55 °
d 1 tan θ = a
(Sin 2 φ + sin 2 θ) / (cos φ + cos θ) 2 = 1.6
r 1 /R=0.35
(Comparative Example 3)
Inclination angle θ: 50 °
Opening angle φ: 40 °
d 1 tan θ = a
(Sin 2 φ + sin 2 θ) / (cos φ + cos θ) 2 = 0.5
r 1 /R=0.35
(Comparative Example 4)
Inclination angle θ: 50 °
Opening angle φ: 72 °
d 1 tan θ = a
(Sin 2 φ + sin 2 θ) / (cos φ + cos θ) 2 = 1.6
r 1 /R=0.35

この実施例1のバーナー101においては、条件式(1)〜(4)の全てを満たしている。図5(a)に示すように、バーナー101から噴出された微粉炭を拡散させ、着火を早める能力が高いため、図に実線で示すフレームFのように、ブラックゾーンが全く生じない状態でフレームを形成することができる。また、2次空気を3倍に増流することにより着火を遅らせ、破線で示すフレームFのように、安定した燃焼状態のまま、ブラックゾーンを3m(図中のL1)まで伸ばすことができる。
比較例1のバーナー102においては、条件式(1)及び(3)を満たしていない。シールド板12の傾斜角度θが小さいことから、バーナー102から噴出された微粉炭を拡散させる能力が低いため、図5(b)に示すように、フレームFは、バーナー先端から2〜3m(図中のL2)の位置で移動させることはできるが、1次空気または2次空気の流量を調整してもブラックゾーンを2m(図中のL3)以下にすることができなかった。
比較例2のバーナー103も、上述の比較例1と同様に条件式(1)及び(3)を満たしていない。この比較例2の場合は、シールド板12の傾斜角度θが大きいことから、バーナー103から噴出された微粉炭を拡散させ過ぎてしまい、図5(c)に示すように、1次空気または2次空気の流量を調整してもバーナー103の前方にフレームFを形成することができなかった。
比較例3のバーナー104においては、条件式(3)が下限値以下となっている。この条件式(3)については、比較例1と同じ値を有しており、上述した比較例1と同様の結果となった。
比較例4のバーナー105においては、比較例3と同様に条件式(3)のみ満たしていない。このバーナー105の条件式(3)の値は、上限値を超えている。この条件式(3)については、比較例2と同じ値を有しており、上述の比較例2と同様の結果となった。
In the burner 101 of the first embodiment, all the conditional expressions (1) to (4) are satisfied. As shown in FIG. 5 (a), since the pulverized coal ejected from the burner 101 is diffused and the ability to accelerate ignition is high, the frame in a state where no black zone occurs as in the frame F indicated by the solid line in the figure. Can be formed. Further, the ignition is delayed by increasing the secondary air by a factor of three, and the black zone can be extended to 3 m (L1 in the figure) while maintaining a stable combustion state as shown by a frame F indicated by a broken line.
In the burner 102 of Comparative Example 1, the conditional expressions (1) and (3) are not satisfied. Since the inclination angle θ of the shield plate 12 is small, the ability to diffuse the pulverized coal ejected from the burner 102 is low. Therefore, as shown in FIG. 5B, the frame F is 2 to 3 m from the tip of the burner (see FIG. However, even if the flow rate of the primary air or the secondary air was adjusted, the black zone could not be reduced to 2 m (L3 in the figure) or less.
The burner 103 of the comparative example 2 also does not satisfy the conditional expressions (1) and (3) like the comparative example 1 described above. In the case of this comparative example 2, since the inclination angle θ of the shield plate 12 is large, the pulverized coal ejected from the burner 103 is excessively diffused, and as shown in FIG. Even if the flow rate of the secondary air was adjusted, the frame F could not be formed in front of the burner 103.
In the burner 104 of the comparative example 3, conditional expression (3) is below the lower limit value. This conditional expression (3) has the same value as in Comparative Example 1, and the same result as in Comparative Example 1 described above was obtained.
In the burner 105 of the comparative example 4, only the conditional expression (3) is not satisfied as in the comparative example 3. The value of conditional expression (3) of the burner 105 exceeds the upper limit value. This conditional expression (3) has the same value as in Comparative Example 2, and the same result as in Comparative Example 2 described above was obtained.

次に、条件式(2)の影響をシミュレーションにより確認した。図6は、シールド板12の傾斜角度θの違いによる1次空気の流れを説明する図であり、(a)が実施例1、(b)が比較例5のシミュレーション結果を示している。実施例1の条件は上述した通りであり、比較例5の条件は、以下の通りである。
(比較例5)
傾斜角度θ:50°
開き角度φ:55°
tanθ<a
(sinφ+sinθ)/(cosφ+cosθ)=1.1
/R=0.35
比較例5のバーナー106においては、条件式(2)を満たしていないことから、図6(b)に示すように、(a)の実施例1と比べて、1次空気の流れに直進成分が残り、微粉炭を拡散させる能力が低いため、比較例1と同様に、ブラックゾーンを2m以下に制御することができなかった。
Next, the influence of conditional expression (2) was confirmed by simulation. 6A and 6B are diagrams for explaining the flow of primary air depending on the difference in the inclination angle θ of the shield plate 12. FIG. 6A shows the simulation result of Example 1, and FIG. The conditions of Example 1 are as described above, and the conditions of Comparative Example 5 are as follows.
(Comparative Example 5)
Inclination angle θ: 50 °
Opening angle φ: 55 °
d 1 tan θ <a
(Sin 2 φ + sin 2 θ) / (cos φ + cos θ) 2 = 1.1
r 1 /R=0.35
In the burner 106 of the comparative example 5, since the conditional expression (2) is not satisfied, as shown in FIG. 6B, as compared with the first example of FIG. Therefore, the black zone could not be controlled to 2 m or less, as in Comparative Example 1, because the ability to diffuse pulverized coal was low.

最後に、条件式(4)の影響をシミュレーションにより確認した。図7は、2次空気噴出口31の外周縁の半径Rと1次空気噴出口11の内周縁の半径rとの比率の違いによる再循環流Bの発生状態を説明する図であり、(a)が実施例1、(b)が比較例6のシミュレーション結果を示している。実施例1の条件は上述した通りであり、比較例6の条件は、以下の通りである。
(比較例6)
傾斜角度θ:50°
開き角度φ:55°
tanθ=a
/R=0.2
(sinφ+sinθ)/(cosφ+cosθ)=1.1
比較例6のバーナー107においては、条件式(4)を満たしておらず、図7(b)に示すように、(a)の実施例1と比べて、再循環流Bが小さいため、炉内の高温ガスと混合させる能力が低く、保炎効果が十分に発揮されずに失火し易かった。
Finally, the influence of conditional expression (4) was confirmed by simulation. Figure 7 is a diagram for explaining the occurrence of the recycle stream B due to the difference in the ratio of the radius r 1 of the inner peripheral edge of the secondary air jet port 31 of the outer peripheral edge of the radius R and the primary air ejection port 11, (A) shows the simulation results of Example 1, and (b) shows the simulation results of Comparative Example 6. The conditions of Example 1 are as described above, and the conditions of Comparative Example 6 are as follows.
(Comparative Example 6)
Inclination angle θ: 50 °
Opening angle φ: 55 °
d 1 tan θ = a
r 1 /R=0.2
(Sin 2 φ + sin 2 θ) / (cos φ + cos θ) 2 = 1.1
In the burner 107 of Comparative Example 6, the conditional expression (4) is not satisfied, and as shown in FIG. 7B, the recirculation flow B is smaller than that in Example 1 of (a). The ability to mix with the high-temperature gas inside was low, and the flame-holding effect was not fully exhibited, and it was easy to misfire.

以上から、条件式(1)〜(4)を満たす実施例1では、微粉炭と周囲の高温ガスとの接触を早め、ブラックゾーンを短くできるとともに、2次空気によって、1次空気との流量バランスを調整することにより、フレームFの位置を調整できることが確認できた。   From the above, in Example 1 that satisfies the conditional expressions (1) to (4), the contact between the pulverized coal and the surrounding high-temperature gas can be accelerated, the black zone can be shortened, and the flow rate of the primary air with the secondary air It was confirmed that the position of the frame F can be adjusted by adjusting the balance.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、2次空気噴出路30の噴出口31は、2次空気をバーナー100の中心軸O方向に直進して噴出させるようにしたが、若干内向きに噴出させるように設けてもよい。
また、本実施形態においては、中空部40にオイルバーナーを挿入しない状態で説明したが、オイルバーナーを配置して、重油等の燃料を供給することにより、バーナー起動時での燃焼開始を容易にするとともに、低負荷燃焼時においても燃料を供給することにより燃焼が維持できるようにしてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, the outlet 31 of the secondary air ejection passage 30 is adapted to eject the secondary air straightly traveling in the direction of the central axis O of the burner 100, but it may be ejected slightly inward.
In this embodiment, the oil burner is not inserted into the hollow portion 40. However, by arranging the oil burner and supplying fuel such as heavy oil, combustion can be easily started when the burner is activated. In addition, combustion may be maintained by supplying fuel even during low load combustion.

10 1次空気噴出路
11,21,31 噴出口
12 シールド板
13 旋回羽根
20 微粉炭噴出路
30 2次空気噴出路
40 中空部
50 空間部
100〜107 微粉炭バーナー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Primary air ejection path 11,21,31 Outlet 12 Shield plate 13 Swirling blade 20 Pulverized coal ejection path 30 Secondary air ejection path 40 Hollow part 50 Space part 100-107 Pulverized coal burner

Claims (2)

周方向に沿って配置した微粉炭噴出口の半径方向内側に次空気噴出口、半径方向外側
に2次空気噴出口が中心軸に対して同心円筒状に配置された微粉炭バーナーであって、前記1次空気噴出口は、1次空気を半径方向外向きに噴出させるコーン状に設けられた一対のシールド板の間に、前記1次空気を旋回させて噴出させる複数の旋回羽根が設けられて構成され、前記2次空気噴出口は、2次空気を直進又は内向きに噴出させるように設けられており、
前記中心軸に対する前記シールド板の傾斜角度をθ、前記中心軸と平行な方向に対する前記旋回羽根の周方向に沿う開き角度をφ、前記一対のシールド板の前記中心軸と直交する半径方向の開口間隔をa、前記シールド板の前記中心軸方向の長さをd とした場合、以下の(1)〜(3)式を満たすように設けられていることを特徴とする微粉炭バーナー。
40°<θ<65°・・(1)
tanθ≧a ・・(2)
0.6<(sin φ+sin θ)/(cosφ+cosθ) <1.5・・(3)
Primary air ejection openings in the radially inner circumferential pulverized coal spout disposed along the radially outer secondary air jet port is a pulverized coal burner which is arranged concentrically cylindrical with respect to the central axis The primary air outlet is provided with a plurality of swirl vanes for swirling the primary air between a pair of shield plates provided in a cone shape for ejecting the primary air radially outward. Configured, the secondary air outlet is provided so that the secondary air is jetted straight or inward ,
An inclination angle of the shield plate with respect to the central axis is θ, an opening angle along the circumferential direction of the swirl blade with respect to a direction parallel to the central axis is φ, and a radial opening perpendicular to the central axis of the pair of shield plates A pulverized coal burner provided to satisfy the following formulas (1) to (3) , where a is the interval and d 1 is the length of the shield plate in the central axis direction .
40 ° <θ <65 ° (1)
d 1 tan θ ≧ a (2)
0.6 <(sin 2 φ + sin 2 θ) / (cos φ + cos θ) 2 <1.5 (3)
前記1次空気噴出口の内周縁の半径をr、前記2次空気噴出口の外周縁の半径をRとした場合、以下の(4)式を満たすように設けられていることを特徴とする請求項記載の微粉炭バーナー。
0.3<r/R<0.7 ・・(4)
When the radius of the inner peripheral edge of the primary air outlet is r 1 and the radius of the outer peripheral edge of the secondary air outlet is R, the primary air outlet is provided so as to satisfy the following expression (4): The pulverized coal burner according to claim 1 .
0.3 <r 1 /R<0.7 (4)
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