JPH10339407A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボイラの二段燃焼用空気供給において、低圧
の二次空気を減圧することなく供給し、高圧一次空気の
エネルギーを二段燃焼空気の混合促進に利用するもの。 【解決手段】 バーナ４の上部に配置された二段燃焼用
空気投入口１３から高圧空気２３と低圧空気２６を火炉
内に投入する燃焼装置であって、微粉炭３を乾燥および
搬送する燃焼用空気の一部を高圧空気２１として前記二
段燃焼用空気投入口１３から火炉５内に投入し、前記高
圧空気２３よりも圧力の低い低圧空気２６を前記二段燃
焼用空気投入口１３から火炉５内に前記高圧空気と同時
に導入する燃焼装置。更に、前記二段燃焼用空気投入口
として、高圧空気用と低圧空気用にそれぞれ別個に空気
投入口を設け、それぞれの空気投入口を火炉の幅方向で
交互に配置したり、火炉の高さ方向に多段に配置する燃
焼装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃焼装置に係り、特
に二段燃焼により低ＮＯｘ燃焼を行うのに未燃分を低減
するのに好適な燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】低ＮＯｘ燃焼のため二段燃焼システムが
広く適用されている。図１０に微粉炭燃焼ボイラにおけ
る一般的な二段燃焼システムの空気系統を示す。微粉炭
を乾燥及び搬送するための一次空気は、一次空気ファン
１によって供給される。一次空気は空気予熱器２によっ
て所定の温度まで温められた後微粉炭機（ミル）３に導
入され、微粉炭を乾燥させると共にバーナ４を通して火
炉５へ搬送する。

【０００３】一方、燃焼用空気（二次空気）は押込空気
ファン６によって供給される。二次空気は空気予熱器２
で所定の温度まで温められた後、風道７を通してバーナ
用風箱９及び二段燃焼用風箱１２に供給され、バーナ４
及び二段燃焼用空気投入口１３から火炉に導入される。
二段燃焼システムにおいては、バーナ４から供給される
一次空気と二次空気の総量は一般に理論空気流量より少
なく、完全燃焼に必要な残りの空気は過剰に供給する空
気分も加えて二段燃焼用空気投入口１３から供給され
る。

【０００４】従って、バーナ４から供給される空気流量
による燃焼ガス中には未燃分が生じており、未燃分の完
全燃焼を促進するためには、二段燃焼用空気を火炉内で
十分に混合させる必要がある。この目的のために、二段
燃焼用風箱１２の圧力はバーナ用風箱９の圧力より高く
して二段燃焼用空気の投入速度を速くすることが一般に
行われている。その結果、図１０において、バーナ用風
箱９には、風道７から高圧で供給された高圧空気をバー
ナ用空気ダンパ８によって圧力を低めた低圧空気が供給
される。このようなバーナ用空気ダンパ８による圧力損
失はすなわち、それがエネルギー損失となる。

【０００５】また、二段燃焼用空気系統にブーストアッ
プファン１０を設ける場合がある。図１１は本ブースト
アップファン１０を使用した例を示している。風道７か
ら低圧で供給された低圧空気の一部は分岐して二段燃焼
用風箱１２への風道に流れ、ブーストアップファン１０
によって昇圧された後に二段燃焼用風箱１２に供給さ
れ、高圧空気となって二段燃焼用空気投入口１３から火
炉５へ導入される。

【０００６】図１１に示す従来例においては、バーナ側
の二次空気系統に抵抗を与えることなく二段燃焼用空気
のみの圧力を高めることができるので、図１０の例に比
べてエネルギー損失を抑えることができる。

【０００７】しかしながら、二段燃焼用空気は火路に投
入されるため空気予熱器２により昇温されており、容積
流量の増加によるブーストアップファン１０の動力が過
大となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図１０の例において
は、バーナ用空気ダンパの圧力損失がそのままエネルギ
ー損失となる。

【０００９】また、図１１の例においては、バーナ側の
圧力損失によるエネルギー損失は抑えられるが、二段燃
焼用空気の昇圧は空気予熱器２で昇温された後に行われ
るため、容積流量の増加に伴うファン動力の増加が無視
できず、結果的に図１０の例におけるエネルギー損失と
大差なくなる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は主として次のような構成を採用する。

【００１１】微粉炭を乾燥してバーナに搬送して燃焼さ
せるための一次空気を微粉炭機に供給する高圧空気供給
系統と、バーナ風箱に前記高圧空気よりも圧力の低い低
圧空気を供給する低圧空気供給系統と、火路内のバーナ
下流側に二段燃焼用空気を投入する手段と、を設けた燃
焼装置において、前記二段燃焼用空気を投入する手段
に、前記高圧空気供給系統および前記低圧空気供給系統
からの高圧空気および低圧空気の一部を供給する系統を
設けた燃焼装置。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係る燃焼装置
の空気系統に関する構成を図１に示す。図１において、
１は一次空気ファン、２は空気予熱器、３はミル、４は
バーナ、５は火炉、６は押込空気ファン、７は風道、８
はバーナ用空気ダンパ、９はバーナ用風箱、１３は二段
燃焼用空気投入口、２１は二段燃焼用高圧側空気供給系
統、２２は二段燃焼用高圧空気ダンパ、２３は二段燃焼
用高圧側風箱、２４は二段燃焼用低圧側空気供給系統、
２５は二段燃焼用低圧空気ダンパ、２６は二段燃焼用低
圧側風箱、をそれぞれ表す。また、二段燃焼用空気投入
口１３は、通常はそれぞれバーナ４の真上に設けられ
る。

【００１３】図１に示す燃焼装置の空気系統の全体構成
は、図１０に示す従来技術の空気系統の構成と基礎的な
構成においては類似するが、本発明の実施形態は、以下
説明する技術的事項に特徴がある。

【００１４】一次空気ファン１からの一次空気の一部は
ミル３に供給される前に分岐し、高圧の二段燃焼用空気
として専用の二段燃焼用高圧側空気供給系統２１を通し
て二段燃焼用高圧側風箱２３に導入される。

【００１５】一方、押込空気ファン６からの低圧の二次
空気の一部は分岐して二段燃焼用低圧側風箱２６に導入
される。高圧側風箱２３と低圧側風箱２６の各々の空気
流量は二段燃焼用高圧空気ダンパ２２及び二段燃焼用低
圧空気ダンパ２５によって調整、制御される。

【００１６】図２は本実施形態特有の二段燃焼用空気投
入口１３周辺の構造を示す。図２に示すように、風箱は
二段燃焼用高圧側風箱２３と二段燃焼用低圧側風箱２６
に分割されている。二段燃焼用高圧側風箱２３には二段
燃焼用高圧側空気供給系統２１から、また二段燃焼用低
圧側風箱２６には二段燃焼用低圧側空気供給系統２４か
ら二段燃焼用空気がそれぞれ供給される。

【００１７】二段燃焼用高圧側空気供給系統２１からの
高圧側空気２１’は二段燃焼用高圧側風箱２３から二段
燃焼用内周空気取入口２７を通して二段燃焼用内周空気
供給筒２８に導かれた後に火炉５へと投入される。ま
た、二段燃焼用低圧側空気供給系統２４からの低圧側空
気２４’は二段燃焼用低圧側風箱２６から二段燃焼用外
周空気投入口３０に設けた二段燃焼用外周空気旋回器２
９によって旋回を与えられた後に火炉５に投入される。

【００１８】本実施形態の効果を説明する前に、二段燃
焼を行う燃焼装置における火炉内上昇ガスの流動パター
ンについて図３の（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。バ
ーナ４の噴流は火炉５の中央部で対向する噴流と衝突す
るため、上昇ガス流速は火炉側面から見ると火炉中央部
で最も速くなる。このような現象を特に、図３の（ｂ）
側面図で示している。

【００１９】一方、火炉幅方向においては、バーナ直上
の部分で最も速い上昇流速となる。このような現象を特
に、図３の（ａ）正面図で示している。また、図４に示
すように、二段燃焼用空気はバーナ側から上昇してくる
上昇ガス流によって図４のようにガス流れ下流側である
ところの火炉上部に向けて曲げられるが、図４の（ａ）
に示すように、二段燃焼用空気噴流の流速が速い程曲げ
られ難く、また、図４の（ｂ）に示すように、二段燃焼
用空気噴流の流速が遅い程曲げられ易い。すなわち、二
段燃焼用空気噴流の流速が最も遅くなる火路の中央付近
においては、バーナ側から上昇してくる上昇ガス流と二
段燃焼用空気の混合が最も悪くなる。したがって、二段
燃焼用空気をより火炉の中央まで供給して混合を促進す
る必要があり、このためには、二段燃焼用空気噴流の流
速を高めること、ひいては高圧の二段燃焼用空気を供給
することが必要となる。

【００２０】したがって、本実施形態によれば、一次空
気ファン１からの高圧空気２１’を二段燃焼用高圧側空
気供給系統２１から供給しているので、二段燃焼用空気
を火路の中央まで供給することができる。しかしなが
ら、例えば、一次空気ファン１の出口圧力は約１０００
ｍｍＡｑと高く、このような二段燃焼用空気噴流には広
がりがなく、バーナ側からの上昇ガス流との混合は部分
的には良くなるが、すり抜ける部分が生じる場合があ
る。したがって、本実施形態では、さらに前記二段燃焼
用空気投入口１３からは、高圧側空気２１’とともに低
圧側空気２４’を投入する構成としている。

【００２１】ここで、図２の実施形態における二段燃焼
用空気の火炉内流動パターンを図５に示す。図５は火路
の側断面図である。内周高圧空気噴流１１０は高流速且
つ非旋回のため、火炉５の奥行き方向の貫通力が高く火
炉中央部における混合を促進する。一方、外周低圧空気
噴流１１１は旋回により広がりを有し、内周高圧空気噴
流１１０の周囲に広がることで、前記内周高圧空気噴流
１１０により混合されずにすり抜けようとする上昇ガス
との混合に寄与する。すなわち、図３の火路内上昇ガス
の流動パターンに適した二段燃焼用空気の投入が可能と
なる。その結果、エネルギー損失を最小限に抑えて二段
燃焼用空気の混合を効率的に高めることが可能となる。

【００２２】図１、図２、図６は、高圧空気と低圧空気
とを同心円状に噴出する二段燃焼用空気投入口の例であ
るが、高圧空気と低圧空気とを別々の投入口から噴出す
る例を図６に示す。

【００２３】図６は、高圧側および低圧側二段燃焼用空
気投入口の配置例を示す他の実施形態である。バーナ４
の直上に高圧側二段燃焼用空気投入口１１２を、またバ
ーナとバーナとの間の直上及び側壁１４寄りに低圧側二
段燃焼用空気投入口１１３を設置している。ここで、側
壁寄りに低圧側二段燃焼用空気投入口１１３を配置した
のは、バーナ真上に高圧側二段燃焼用空気投入口１１２
を配置したことによるが、これにより側壁側からのすり
抜けが防止できる。また、バーナ真上に高圧側二段燃焼
用空気投入口１１２を配置することにより、最も上昇速
度が大となるバーナ真上の流速を低下させ混合が促進さ
れる。

【００２４】図７は火路の横断面図であり、図６に示す
二段燃焼用空気投入口の構造例を示す実施形態である。
風箱は二段燃焼用高圧側風箱２３と二段燃焼用低圧側風
箱２６に分割されている。二段燃焼用高圧側風箱２３に
は図１と同様に二段燃焼用高圧側空気供給系統２１か
ら、また二段燃焼用低圧側風箱２６には図１と同様に二
段燃焼用低圧側空気供給系統２４から二段燃焼用空気が
供給される。高圧側二段燃焼用空気投入口２０３と低圧
側二段燃焼用空気投入口２０６は火路幅方向に交互に設
置されており、高圧側空気は二段燃焼用高圧側風箱２３
から二段燃焼用高圧側空気供給筒２０２を通して二段燃
焼用高圧側空気投入口２０３から火炉５へと投入され
る。

【００２５】また、低圧側空気は二段燃焼用低圧側風箱
２６から二段燃焼用低圧空気旋回器２０５によって旋回
を与えられた後、二段燃焼用低圧空気投入口２０６から
火炉５に投入される。本実施形態は火炉幅方向のバーナ
とバーナとの間の距離が長く、図２の実施形態に示す高
圧空気と低圧空気の噴出が同心円状に行われる単一型の
二段燃焼用空気投入口の場合に、低圧側外周空気によっ
てバーナとバーナ間の直上の未燃ガスに対して十分に二
段燃焼用空気を混合できない場合に適しており、二段燃
焼用低圧空気投入口２０６をバーナとバーナ間の直上部
に設け、二段燃焼用高圧側空気投入口２０３からの噴流
を補完するように低圧空気を噴出することにより、未燃
ガスのすり抜けを防止し、混合するので未燃分を減少す
ることができる。

【００２６】図８に燃焼装置の他の実施形態の空気系統
を示す。低圧側空気用風箱３０３は上段に、高圧側空気
用風箱３０８は下段に設けられており、押込空気ファン
６からの低圧空気は、空気予熱器２を経由してバーナ用
風箱９への系統から分岐した後、上段ＡＡＰ（Ａｆｔｅ
ｒ Ａｉｒ Ｐｏｒｔ）空気系統３０１、上段ＡＡＰ空
気ダンパ３０２を経由して低圧側空気用風箱３０３へ供
給される。

【００２７】また、一次空気ファン１からの高圧空気
は、空気予熱器２を経由して、ミル３への系統から分岐
した後、下段ＡＡＰ空気系統３０６、下段ＡＡＰ空気ダ
ンパ３０７を経由して高圧側空気用風箱３０８から供給
される。各々の空気流量は入口のダンパ３０２，３０７
によって調節される。

【００２８】本実施形態においては、多段に供給するこ
とで未燃分を含む上昇ガスと二段燃焼用空気とが混合し
て燃焼するのを段階的に行う。ここで、１段で供給する
場合には酸素リッチな状態での燃焼となりＮＯｘが発生
しやすいが、本実施形態では、２段階に分けて供給する
ので、酸素リッチとなるのを抑えられ、低ＮＯｘ燃焼が
行える。

【００２９】また、下段に火炉内上昇ガス流に曲げられ
難い高圧側空気を、上段に曲げられ易い低圧側空気を投
入することにより火路中央部の上昇ガス流の流速を抑え
ることができ、未燃分のすり抜けを防止できる。

【００３０】図９は二段燃焼用空気の制御方法の実施形
態を示す。ここでは、燃焼負荷１００％のときの二段燃
焼空気流量を１００％としている。燃焼負荷が高いほど
二段燃焼用空気投入位置における火炉内の上昇ガス流速
は高くなるため、混合性能を確保するためには負荷が高
いほど二段燃焼用空気の貫通力を高める必要がある。ま
た、燃焼負荷が低くなると、火路内の上昇ガスの流速は
遅くなるため、高圧空気量を減少することができる。

【００３１】本実施形態においては、高圧側空気流量が
全二段燃焼用空気流量に占める比率を、負荷が高いほど
高め、５０％以下の低負荷においては低圧側空気のみを
供給するように制御している。その結果、全負荷域で二
段燃焼用空気の混合性能を確保すると共に、負荷が下が
ると共に高圧側空気流量を低減して、エネルギー消費の
低減を図っている。また、燃焼負荷に応じて高圧空気と
低圧空気の流量比率を変更するのみならず、それらの流
量そのものを増減している。

【００３２】以上説明したように、本発明によれば、二
段燃焼用空気を減圧することなく供給するため、エネル
ギー損失を最小限に抑えて二段燃焼用空気の混合を確保
できる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、エネルギー損失を最小
限に抑えて二段燃焼用空気の混合を確保できるため、高
効率な燃焼装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る燃焼装置の空気系統を
示す図である。

【図２】本発明の実施形態となる燃焼装置の空気系統に
係る二段燃焼用空気投入口の構造を示す図である。

【図３】二段燃焼用空気投入位置における火炉内上昇ガ
スの流速分布例を示す図である。

【図４】二段燃焼用空気噴流が火炉内上昇流によって曲
げられる様子を示す説明図である。

【図５】本発明の実施形態となる燃焼装置の二段燃焼用
空気投入口からの二段燃焼用空気噴流のパターンを示す
図である。

【図６】本発明の他の実施形態に係る二段燃焼用空気投
入口の配置例を示す図である。

【図７】図６における二段燃焼用空気投入口の構造例を
示す図である。

【図８】本発明の他の実施形態に係る二段燃焼用空気系
統を示す図である。

【図９】二段燃焼用空気噴流の制御方法を示す図であ
る。

【図１０】従来技術における空気系統の例を示す図であ
る。

【図１１】従来技術の空気系統において二段燃焼用空気
系統に昇圧ファンを設けた例を示す図である。

【符号の説明】

１ 一次空気ファン ２ 空気予熱器 ３ ミル ４ バーナ ５ 火炉 ６ 押込空気ファン ７ 風道 ８ バーナ用空気ダンパ ９ バーナ用風箱 １３ 二段燃焼用空気投入口 ２１ 二段燃焼用高圧側空気供給系統 ２２ 二段燃焼用高圧空気ダンパ ２３ 二段燃焼用高圧側風箱 ２４ 二段燃焼用低圧側空気供給ライン ２５ 二段燃焼用低圧空気ダンパ ２６ 二段燃焼用低圧側風箱 ２７ 二段燃焼用内周空気取入口 ２８ 二段燃焼用内周空気供給筒 ２９ 二段燃焼用外周空気旋回器 ３０ 二段燃焼用外周空気投入口 １１０ 内周高圧空気噴流 １１１ 外周低圧空気噴流 １１２ 高圧側二段燃焼用空気投入口 １１３ 低圧側二段燃焼用空気投入口

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微粉炭を乾燥してバーナに搬送して燃焼
   させるための一次空気を微粉炭機に供給する高圧空気供
   給系統と、バーナ風箱に前記高圧空気よりも圧力の低い
   低圧空気を供給する低圧空気供給系統と、火路内のバー
   ナ下流側に二段燃焼用空気を投入する手段と、を設けた
   燃焼装置において、 前記二段燃焼用空気を投入する手段に、前記高圧空気供
   給系統および前記低圧空気供給系統からの高圧空気およ
   び低圧空気の一部を供給する系統を設けたことを特徴と
   する燃焼装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の燃焼装置において、 前記二段燃焼用空気を投入する手段として空気投入口を
   設けると共に前記投入口の内部を複数の流路に分割し、
   それぞれの流路に前記高圧空気と前記低圧空気を供給す
   る構成としたことを特徴とする燃焼装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の燃焼装置において、 前記二段燃焼用空気を投入する手段として空気投入口を
   設けると共に前記投入口として、高圧空気用と低圧空気
   用にそれぞれ別個に空気投入口を設け、前記空気投入口
   にそれぞれ高圧空気と低圧空気を投入する構成としたこ
   とを特徴とする燃焼装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の燃焼装置において、 前記高圧空気用空気投入口と前記低圧空気用空気投入口
   を火炉の幅方向で交互に配置すると共に、 前記高圧空気用投入口をバーナの真上に配置した構成と
   したことを特徴とする燃焼装置。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の燃焼装置において、 前記高圧空気用空気投入口と前記低圧空気用空気投入口
   を火炉の高さ方向に多段に配置した構成としたことを特
   徴とする燃焼装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか１つの請求
   項に記載の燃焼装置において、 前記高圧空気と前記低圧空気の流量の比率、または前記
   高圧空気およびまたは前記低圧空気の流量を、燃焼の負
   荷に応じて制御することを特徴とする燃焼装置。