微粉炭炉

微粉炭（pulverized fuel-pf）はロータリーセメントキルン（キルン参照）とボイラー炉（ボイラー参照）で焼成されてきた。 後者は基本的に水を蒸発させた筒を並べた箱で、水と蒸気の混合物を入れている。 石炭は、燃焼用空気の流れに乗ってバーナーへ運ばれる前に、通常70％が約75μm以下の微粉末に粉砕される。 これらの石炭バーナーは通常、炉の四隅の1つの垂直壁、2つの対向する垂直壁、または1つの上にグループ化して取り付けられている（図1および図2参照）。 コーナーバーナーは炉の接線方向で燃焼し、中央の渦の中に一塊の炎を発生させる。 その他の設計としては、例えば、低揮発性炭用のダウンファイアリングや低品位高水分炭用のバーナーなどがあり、Dryden (1975) や Lawn (1987) が論じている。

これまで述べた全ての炉で、高温の乾燥灰は炉室の「乾いた底」に落ちて除去される。 この例外はサイクロン焚きボイラーで、通常2つのタイプがある。 縦型サイクロン炉では、接線方向焼成の変形で、大きな石炭粒子はガス流から遠心分離され、チャンバー下部の耐火物ライニング壁で燃焼し、スラグは「湿潤底」チャンバーから流出する。

大型のPF炉の燃料投入量は毎時約200トン（500MWの電気負荷を供給）、高さ35m、断面積約300m2のチャンバーが典型的なもので、石炭が燃焼して高温ガスが得られる。 炉の設計者は、必要な量の水を蒸発させ、かつ炉の出口で適切なガス温度を保つために、炎からウォールチューブに伝わる熱量を確保しなければならない。 このためには、過剰な局所熱流束でチューブを損傷することなく、同時に石炭粒子を完全に燃焼させなければなりません。

石炭焚き火炉に特有の問題のひとつは、炉壁に灰やスラグが蓄積し、温度と放射率が変化することである。 Raask（1985）は炉壁への灰やスラグの堆積とボイラー堆積物の熱伝達特性について詳しく述べている。 彼はまた、ボイラーのファウリング対策（例：石炭の洗浄とブレンド、スートブロワーとウォータージェットの設置）についても述べている。 燃焼効率（通常98％以上）、約1300Kから1600Kの炉出口ガス温度、最大約320KWm-2の熱流束（スートブロー後約10％増加）のデータがGodridge and Read（1976）により大規模pf火力発電所で報告されている。 後者は熱天秤や計算流体力学（CFD）を用いる。 最初の方法では、炉は領域またはゾーンに分割され、Hottel and Sarofim (1967) and Field et al (1967) を参照。 CFD 手法は、運動量、エンタルピー、および種保存方程式の有限差分解法に基づくものである。 この手法の石炭焚きサイクロン燃焼器への適用はBoysonら（1986）によって報告されている

図2． 建設中のPF焚き水管式ボイラー炉の壁面管とバーナー開口部。 (PowerGen社の許可を得て転載)

図2.