JPS63101603A - 微粉炭燃焼方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、微粉炭燃焼方法およびその装置に係り、特に
燃焼用空気に搬送される微粉炭燃料の直接点火によって
起動燃焼する微粉炭燃焼方法およびその装置に関する。

〔従来の技術〕 油燃料の高騰により微粉炭焚ボイラの需要が急速に増加
している。ＷＬ粉炭焚ボイラにおいて使用される補助燃
料は、着火性の良い軽油、重油が主流であるが、これら
の油燃料も主燃料に油を使用した場合と比較すると、そ
の比率は低いもののそ供給は不安定なものとなりつつあ
る。

近年、発電用ボイラは、中間負荷運用が多発しており、
点火、起動の頻度も以前と比較すると高く、補助燃料費
用の主燃料に対する比率も増加している０石炭焚ボイラ
においては、主燃料の石炭に加え、起動用に重油、点火
用に軽油と３種類の燃料が一般に使用されている。

第９図は従来の微粉炭バーナの概略的構成図、第１０図
は従来の微粉炭バーナを用いたボイラの概略的構成図で
ある。従来、コールドスタートでは、まず微粉炭ボイラ
２６に取り付けられたイグナイタで軽油タンク２７から
の軽油を燃料とし、点界バーナ２８に点火する０次にこ
の点火バーナ２８を用いて重油タンク２９から供給され
る重油による起動バーナ３０に点火する。この後、起動
バーナ３０によりバーナ負荷を約３０％程度増加するこ
とによって炉内の温度を上昇させるとともにエアヒータ
３１で排ガスを熱交換することにより微粉炭の乾燥およ
び搬送用空気を得る。この空気ハ、約２０Ｑ〜２５０℃
に昇温した時点でミル３３に導入され、このとき始めて
バンカ３２から石炭を供給してミル３３を稼動している
。ミル３３で粉砕、乾燥された微粉炭は微粉炭ボイラ２
６に設けられた主バーナ３４に供給され、微粉炭燃焼が
開始される。

このような点火、起動時に軽油、重油を使用する微粉炭
の燃焼に対し、油燃料を低減するための研究が盛んに行
われている。その一方法として、点火、起動用バーナ燃
料として従来の油から石炭を使用する計画がなされてい
る０点火、起動用燃料として油の使用比率を低減し、石
炭に切り換えることができれば、ランニングコストの低
減を図ることができ、特に中間負荷運用のボイラにおい
て極めて有利となる。なお、点火、起動用燃料として油
使用量をＯｌすなわち１００％微粉炭運用ボイラとした
場合、従来の油タンクおよびその供給系統が不要となり
、イニシャルコストの低減も可能となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の石炭焚ボイラの場合、微粉炭投入時は、常に油燃
料による起動バーナが着火しており、微粉炭に対する着
火遅れおよびそれに伴う炉内での微粉炭濃度の増加は生
じない。

一方、点火、起動用の燃料として微粉炭を使用する場合
、イグナイタによる微粉炭への直接着火は可能である。

しかしながら、微粉炭に対する着火遅れが生じ、このた
めに微粉炭とともに炉内に逐次供給され続けられる搬送
用空気により炉内の圧力上昇が生じ、かつ炉内における
未燃分濃度が増加し、炉内爆発の危険がある。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解消し、
点火、起動用に微粉炭を使用する場合にも、微粉炭の着
火遅れおよびそれに伴う炉内圧力の上昇とともに炉内爆
発の危険性を回避できる微粉炭の燃焼方法およびその装
置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、燃焼用空気により搬送される微粉炭燃料の
直接点火によって燃焼起動する微粉炭燃焼方法において
、起動時にバーナに供給される前記微粉炭燃料と燃焼用
空気との混合気体を、該混合気体の微粉炭濃度が安定着
火濃度以上となったときにバーナの着火領域に供給する
ことによって達成され、この方法は、点火バーナ、起動
バーナおよび主バーナにそれぞれ接続された微粉炭供給
ラインと、点火バーナおよび起動バーナにそれぞれ接続
された微粉炭供給ラインに設置されるとともに前記点火
バーナおよび起動バーナに投入される微粉炭の濃度が安
定着火濃度が達するまで前記微粉炭供給ラインを閉鎖し
、安定着火濃度に達した後に微粉炭供給ラインを開通す
る手段を設けることによって達成される。

〔作用〕

バーナ口における局所的な石炭濃度（Ｃ／Ａ）は、バー
ナに対する微粉炭供給量に対して一次遅れとなる。すな
わち、微粉炭の供給管が長く、容積が大きく、かつ管内
流速が低い程、時定数が大きくなる。微粉炭の着火に対
し、バーナ形状、搬送用空気温度、バーナノズル出口の
空気速度を一定とすると、Ｃ／Ａ比が最も影響度が高い
、このため、バーナ部において微粉炭の安定着火濃度に
達するまで、すなわち炉内の微粉炭濃度が増加するまで
着火せず、微粉炭は炉内に投入されつづけ、炉内圧力の
上昇とともに炉内爆発の危険が生じる。

したがって、バーナ部に供給される微粉炭の濃度が安定
着火濃度に達する状態となった後に微粉炭が投入される
から、上記した弊害を一挙に解決される。

〔発明の実施例〕

第１図、第２図および第３図は、それぞれ本発明にかか
る微粉炭燃焼装置の第１実施例、第２実施例および第３
実施例を示す系統図、第４図は第１図〜第３図における
ミルの構造を示す断面図、第５図は第１図〜第３図にお
けるバーナ部の概略的構成図である。

第１図において、微粉炭焚ボイラ１に対し、主バーナ用
の微粉炭供給ライン９と点火、起動用の微粉炭供給ライ
ン１０がそれぞれ独立の系として配設されている。主バ
ーナ用の微粉炭供給ライン９はバーナ部６とミル２との
間を接続し、点火、起動用の粉炭供給ライン１０は微粉
炭ビン３とバーナ部６との間に接続されるとともにその
途中から設けられた分岐部７から分岐された微粉炭戻り
ライン８を有している。この微粉炭戻りライン８はバク
フィルタ（集塵機）５に接続され、バクフィルタ５、微
粉炭ビン３、点火、起動用の微粉炭供給ライン１０およ
び微粉炭戻りライン８間を微粉炭が循環できるようにな
っている。

ミル２は、第４図に示すように粉砕テーブル４１を有し
、この粉砕テーブル４１はギアボックス４２と連動して
いる。この回転と同時に下部リング４３上に支持された
ボール４４も下部リング４３上をすべりながら回転する
。なお、ボール４４は、シリンダ４５に封止されたＮ−
により加圧力を与えられた上部リング４６で上から押さ
えられて回転中は一定の軌道から外れないようになって
いる。ミル内上部には、給炭管４７が設けられ、この給
炭管４７の下端部はフラッパ４８が形成され、このフラ
ツパ４８から上方に傾斜した分級機４９に接続されてい
る。この分級器４９の上方には所定の間隔をおいてベー
ン５０が設置され、このベーン５０の内側に送炭管５１
が配設されている。第４図中、５２はスリット、５３は
スロートである。このミルでは、ベーン５０の角度を調
整することによって２００メツシユパス（７４μｍ以下
）７０％程の粒度に調整され、−次空気とともに送炭管
５１を経てバーナ部に送られる。

バーナ部６は、第５図に示すようにに点火バーナ１）と
主・起動兼用バーナ１２とを備え、点火バーナ１）はそ
の途中に切換えダンパ１３が介設された点火、起動用の
微粉炭供給ライン１０が接続されている。主、起動バー
ナ側の微粉炭供給管１４の切換えダンパ１５Ａ側は点火
、起動用の微粉炭供給ライン１０が接続され、微粉炭供
給管１４に設置された切換えダンパ１５Ｂ側には主バー
ナ用の微粉炭ライン９が接続されている。なお、第５図
中、１６はインペラ、１７はバーナスロート、１８はエ
アレジスタ（燃焼用空気流量制御ダンパ）をそれぞれ示
している。

微粉炭ボイラｌの起動時、第１図に示す微粉炭ビン３か
らの微粉炭は、燃焼用空気によって搬送され、点火、起
動用の微粉炭供給ライン１０を経て導入される。微粉炭
ビン３から点火、起動用の微粉炭供給ライン１０を経て
搬送される混合気体中の微粉炭濃度は、微粉炭の供給開
始から所定の時間の間は低く、次第に高くなる。このと
き、バーナ部６に供給される微粉炭と燃焼用空気の混合
気体中の微粉炭濃度が安定着火濃度に達するまでは炉内
に希薄な微粉炭燃料が投入されないように分岐部７より
微粉炭戻りライン８を経てバグフィルタ５に戻される。

バグフィルタ５において、混合気体中の微粉炭が捕集さ
れ、この捕集された微粉炭は微粉炭ビン３に貯溜される
。

混合気体中の微粉炭濃度が安定着火濃度に達した後、分
岐部７を閉鎖し、第５図に示すように、点火、起動用の
微粉炭供給ライン１０の途中に設置された切変えダンパ
１３を開とし、点火バーナ１）に燃料用空気とともに微
粉炭を投入する０点火バーナ１）をイグナイタにより点
火した後、点火・起動用の微粉炭供給ライン１０から燃
料用空気とともに微粉炭を切変えダンパ１５Ａを介して
主・起動兼用バーナ１２に導入し、主・起動バーナ兼用
バーナ１２が点火したことを確認した後、切換えダンパ
１３を閉とする。このとき、切変えダンパ１５Ｂは閉鎖
されている。

点火・起動用の微粉炭供給ライン１０からの燃料の投入
による起動バーナの燃焼により所定のバーナ負荷に達し
、ミルへの燃焼用空気温度が確保されミルが稼動した後
、再び点火バーナ１）を点火し、切変えダンパ１５Ａが
閉鎖され、かつ切変えダンパ１５が開とされ、主バーナ
用の微粉炭供給ライン９から燃焼用空気とともに微粉炭
が主バーナに導入着火される。

第２図に示す微粉炭燃焼装置においては、第１図に示す
装置における各装置の他に分級器４が設置され、ミル２
からの粉砕炭の一部が分級器４に導入され、分級器４で
分級された粗粒炭がミル２に投入され、一方、微粉炭は
バグフィルタ５に戻されるようになっている。第２図に
おいて、第１図に示す実施例と同一構成部は同一の引用
数字で表し、詳細な説明は省略する。

第２図に示す微粉炭燃焼装置においても、燃焼用空気と
微粉炭との混合気体中の微粉炭濃度が安定着火濃度に達
するまでは微粉炭戻りライン８を介して微粉炭を循環さ
せ、安定着火濃度に達した後に点火バーナを点火し、起
動燃焼を行った後、主バーナ用の微粉炭供給ライン９を
経てバーナ部６に微粉炭を投入する点は同じである。第
２図においては、ミル２の粉砕炭の中の粗粒分を分級器
４により分級し、粗粒炭を再度粉砕できる。したがって
、点火、起動時に点火、起動用として微粉炭ビン３に貯
溜される微粉炭を所定の粒径のものにする利点がある。

第３図に示す微粉炭燃焼装置は、点火、起動用と主バー
ナ用を兼ねた微粉炭供給ライン２１がバーナ部６に接続
され、この微粉炭供給ライン２１に接続された点火、起
動用微粉炭供給ライン１０および主バーナ用微粉炭供給
ライン９に切変えダンパ２３．２４が配設され、分岐部
２２からは微粉炭戻りライン２５が配設され、この微粉
炭戻りライン２５の上流側には切変えダンパ２６が配設
されるとともにミル２に連絡され、微粉炭戻りライン２
５の途中にはファン２７が設置されている。

第３図に示す装置においては、ミル２から微粉炭供給ラ
イン２１を経て燃焼用空気と微粉炭との混合気体が供給
されるが、この混合気体中の微粉炭濃度が安定着火濃度
に達するまでは切変えダンパ２３．２４が閉とされ、切
変えダンパ２６が開とされ、微粉炭を含む混合気体はフ
ァン２７を介してミル２に導入される。ミル２において
、前記混合気体はスリット５２およびスロート５３を経
てミル内部に導入され、微粉炭の循環とともに混合気体
はミル２における一次空気として作用する。

混合気体中の微粉炭の濃度が安定着火濃度に達した後又
は微粉炭が安定着火に必要な粒度となったことを確認し
た後、切変えダンパ２３が開とされ、切変えダンパ２６
が閉とされてバーナ部６の起動バーナに燃焼用空気とと
もに微粉炭が供給される。

第３図に示す装置では、特に点火、起動用の専用の微粉
炭戻りラインおよび微粉炭ビン等の設備を要しないので
装置構成を簡略化できる効果がある。

第１図および第２図に示す装置において、点火バーナ用
および起動用バーナと主バーナとはそれぞれ異なる微粉
炭供給系統を形成している。したがって、点火用バーナ
および起動用バーナには主バーナに投入される微粉炭燃
料と比較して着火しやすい微粉炭燃料を使用することが
できる利点がある。この場合、点火用バーナおよび起動
用バーナ側は主バーナに比較して、微粉炭燃料として２
００メツシユパス（７４μｍ以下）通過重量が大きい微
粉炭燃料、また石炭燃料比（ＦＲ＝固定炭素／１）発分
）の小さい微粉炭燃料を優先して使用するのがよい。

第６図は、微粉炭をイグナイタにより直接着火する際の
着火領域について石炭濃度（Ｃ／Ａ）とバーナのノズル
出口の空気流速との関係を示している。第６図において
、燃料比（Ｆ　Ｒ）が一定の場合、石炭濃度が高（、ノ
ズル出口の空気流速が低い程、安定な着火が望めること
がわかる。またノズル出口の空気流速がほぼ一定とする
と、安定着火領域は石炭濃度に依存することを示してい
る。

したがって、搬送用空気が一定の場合、バーナ部に供給
される混合気体中の石炭濃度が低い間は微粉炭をバーナ
部に輸送開始しても直ぐに着火しないことを示している
。

第７図は、バーナ部に対する微粉炭燃料の供給開始から
の時間経過とバーナ部に供給される微粉炭の濃度との関
係を示している。第７図は、通風開始から微粉炭の投入
開始によりバーナに投入される微粉炭の濃度が次第に増
加し、ある一定の時間経過後に着火することを示してい
る。この時点は、点火に必要な最低の石炭濃度であり、
着火後もやや石炭濃度が増加し、次いで定格運転時の石
炭濃度に達する。したがって、微粉炭がバーナ部に投入
され始めて、微粉炭の安定着火濃度に達するまでは累積
微粉炭量（第７図に斜線で示す）が微粉炭戻りラインを
介して循環される。

第８図は、微粉炭供給ラインにおける要部の概略的構成
図である。第８図は、バーナ部入口における石炭濃度（
Ｃ／Ａ）の検知法として光の透過度による方式を採用し
たものである。第８図において、点火バーナ１）に接続
された点火、起動用微粉炭供給ライン１０にはバイパス
ライン６１が配設され、このバイパスライン６１の上流
側で希釈空気６２が導入されるようになっている。前記
バイパスライン６１内を導入される混合気体中の微粉炭
濃度を計測するためのレーザ発光部６３およびレーザ受
光部６４が設置されている。なお、第８図中、８は微粉
炭戻りライン、９は主バーナ用微粉炭供給ライン、１）
は点火バーナ、１２は主、起動バーナ、６５．６６．６
７．６８は切変えダンパである。

第８図に示す例では、点火、起動用微粉炭供給ラインｌ
Ｏから供給される混合気体の一部がバイパスライン６１
に導入され、同時にバイパスライン６１の上流側から希
釈空気６２が供給され、前記混合気体中は点火、起動用
微粉炭供給ライン１０上の混合気体に対して約１００倍
に希釈される。

このようにして希釈された混合気体に対してレーザ発光
部６３からレーザ光が放射され、バイパスライン６１を
通過したレーザ光の透過度により混合気体中の微粉炭濃
度が計測される。

第７図に示す点火に必要な最低石炭濃度（安定着火濃度
）は、微粉炭を構成する石炭種、石炭粒径、ノズル出口
の空気流速等により予め定められており、レーザ光によ
る計測値がこの石炭濃度設定値に達するまでは点火、起
動用微粉炭供給ライン１０の混合気体は微粉炭戻りライ
ン８に戻される。そして、前記レーザ光による計測値が
前記石炭濃度設定値を越えたときにバーナに対する微粉
炭の供給は、主バーナ側に切り変えられる。

微粉炭供給ライン１０における微粉炭の濃度の測定は、
上記した方法に限らず、次のような方法を採用すること
もできる。すなわち、点火、起動用微粉炭供給ライン１
０上の混合気体をサンブリングし、サイクロンにより混
合気体中の微粉炭を捕集してサンプリングした混合気体
の容積に対する捕集微粉炭量から微粉炭濃度を測定する
方法、点火、起動用微粉炭供給ライン１０上の微粉炭濃
度を静電気あるいは超音波により測定する方法等の公知
の方法をいずれも採用することができる。

また、微粉炭を構成する石炭種、石炭粒径、ノズル出口
の空気流速等により点火、起動用微粉炭供給ラインｌＯ
から供給される混合気体中の微粉炭の濃度が安定着火濃
度に達する時間は、予め推測できるので、点火、起動用
微粉炭供給ライン１０からの微粉炭の投入開始からこの
設定時間に達したときにバーナ部に微粉炭を導入するよ
うにすることもできる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、バーナ部に対する微粉炭
の投入開始から微粉炭の濃度が安定着火濃度に達するま
では微粉炭燃料は、炉内に投入されないので、微粉炭燃
料の着火遅れをなくし、炉内圧力上昇を抑制できるとと
もに炉内の未燃分の増加による炉内爆発の危険を回避す
ることができる。特に本発明を従来の微粉炭直接着火系
統に適用することによって燃料系統を従来の３系統から
微粉炭のみに統合することができるから付帯設備および
燃料供給面の極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる微粉炭燃焼装置の第１実施例を
示す系統図、第２図は本発明にかかる微粉炭燃焼装置の
第２実施例を示す系統図、第３図は本発明にかかる微粉
炭燃焼装置の第３実施例を示す系統図、第４図は第１図
〜第３図におけるミルの構造を示す断面図、第５図は第
１図〜第３図におけるバーナ部の構造を示す概略的構成
図、第６図はノズル出口の空気流速と石炭濃度（Ｃ／Ａ
）との関係図、第７図はバーナ部に投入される微粉炭の
燃焼特性図、第８図は本発明にかかる微粉炭燃焼装置の
要部の概略的構成図、第９図は従来の微粉炭バーナの概
略的構成図、第１０図は第９図におけるバーナを用いた
ボイラの概略的構成図である。 １・・・・・・微粉炭ボイラ、２・・・・・・ミル、３
・・・・・・微粉炭ビン、４・・・・・・分級器、５・
・・・・・バグフィルタ、６・・・・・・バーナ部、７
・・・・・・分岐部、８・・・・・・微粉炭戻りライン
、９・・・・・・主バーナ用微粉炭供給ライン、１０・
・・・・・点火、起動用微粉炭供給ライン、１）・・・
・・・点火バーナ、１２・・・・・・主・起動兼用バー
ナ、６１・・・・・・バイパスライン、６２・・・・・
・レーザ発光部、６３・・・・・・レーザ受光部。 代理人　弁理士　西　元　勝　− 第３図 第５図 第６図 ノス゛ＬｍＤ＜１）空’ヌμ之スｔ（ｍ／ｓ）第７図 姻 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）燃焼用空気により搬送される微粉炭燃料の直接点
   火によって燃焼起動する微粉炭燃焼方法において、起動
   時にバーナに供給される前記微粉炭燃料と燃焼用空気と
   の混合気体を、該混合気体の微粉炭濃度が安定着火濃度
   以上となったときにバーナの着火領域に供給することを
   特徴とする微粉炭燃焼方法。 （２）燃焼用空気により搬送される微粉炭燃料を着接点
   火によって燃焼起動する微粉炭燃焼装置において、点火
   バーナ、起動バーナおよび主バーナにそれぞれ接続され
   た微粉炭供給ラインと、点火バーナおよび起動バーナに
   それぞれ接続された微粉炭供給ラインに設置されるとと
   もに前記点火バーナおよび起動バーナに投入される微粉
   炭の濃度が安定着火濃度が達するまで前記微粉炭供給ラ
   インを閉鎖し、安定着火濃度に達した後に微粉炭供給ラ
   インを開通する手段を設けたことを特徴とする微粉炭燃
   焼装置。 （２）微粉炭の濃度が安定着火濃度に達するまでの間に
   微粉炭をバーナ部に投入することなくバーナ部外で循環
   させる微粉炭循環ラインを、ミルから主バーナに微粉炭
   を投入する微粉炭供給ラインと異なる系統として設けた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載の微粉
   炭燃焼装置。 （４）前記微粉炭循環ラインの途中に微粉炭を貯溜する
   微粉炭ビンを設けたことを特徴とする特許請求の範囲第
   （３）項記載の微粉炭燃焼装置。 （５）前記微粉炭循環ライン中にミルが設置され、循環
   される微粉炭と搬送用の空気とを前記ミルに導入するよ
   うにした特許請求の範囲第（３）項記載の微粉炭燃焼装
   置。 （６）前記点火バーナおよび起動バーナに接続された微
   粉炭供給ライン内を供給される微粉炭濃度を計測する手
   段と、該手段による微粉炭濃度の計測値が、微粉炭の安
   定着火濃度に対する設定値に達したときに前記点火バー
   ナおよび起動バーナに接続された微粉炭供給ラインを開
   通させる手段と、を設けたことを特徴とする特許請求の
   範囲第（２）項乃至第（５）項のいずれかに記載の微粉
   炭燃焼装置。 （７）前記点火バーナおよび前記起動バーナに接続れた
   微粉炭供給ラインからの微粉炭の投入開始から予め定め
   られた設定時間を経過したときに前記点火バーナおよび
   起動バーナに接続された微粉炭供給ラインを開通させる
   手段を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第（２）
   項乃至第（５）項のいずれかに記載の微粉炭燃焼装置。