CN101925780B - 锅炉结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够高效地抑制或者防止在火炉内的炉壁产生的腐蚀和造渣的锅炉结构。在构成为使从设于形成矩形截面的炉壁(11a)的多个部位处的燃烧器(12)向火炉(11)内投入的燃料及燃烧用空气形成回转流而燃烧的回转燃烧型的锅炉结构中，在各燃烧器(12)形成的火焰接近或者接触的、火炉壁面的火焰影响部附近设有形成空气浓度比周边高的区域的空气投入部(20)。

Description

锅炉结构

技术领域

本发明涉及与含有煤或硫黄成分的各种燃料对应的锅炉结构。

背景技术

近年来，在以煤或石油等为燃料的锅炉中，通过多阶段投入空气，由此形成使从主燃烧器至追加空气投入部之间为还原气氛而燃烧的还原燃烧带，实现低NOx化。

另一方面，在该还原燃烧带中，由于多量地产生作为腐蚀成分的硫化氢，因此火炉壁面处于严重的腐蚀环境下。因此，需要进行向炉壁喷镀或者定期地更换炉壁面板等维护。另外，上述还原燃烧带是即使在炉内热负载也很高的还原气氛区域，因此也存在炉渣附着之虞。

为了应对这样的问题，公知的技术是以火炉内的壁面侧为目标而投入空气、由此提高氧浓度，例如公知的技术是，在矩形截面的火炉内四角设置燃烧器而形成回转流，并且形成从各燃烧器向炉壁侧偏置的空气流(例如，参照专利文献1)。

另外，公开了如下的技术：在将产生回转火焰的燃烧器设置于火炉壁的中央部的粉煤燃烧锅炉中，设置投入使火焰的行进路弯曲的气幕或者废气幕的喷嘴，从而防止燃烧器周边部的造渣。(例如，参照专利文献2)

【专利文献1】美国专利第6237513号说明书

【专利文献2】日本特开平7-119923号公报

但是，在上述的专利文献1的现有技术中，由于在到达作为目标的壁面之前空气中的氧被消耗，因此无法有效地增加氧浓度。而且，由于为了提高氧浓度，需要提高空气的喷出流速，因此压缩机等的辅机动力增加，不是优选的。

另外，在专利文献2的现有技术中，由于需要以使火焰的行进路弯曲这一程度的高流速来投入气幕或者废气幕，因此压缩机等的辅机动力也增加，不是优选的。

从这样的背景考虑的话，在与含有煤或硫黄成分的各种燃料对应且构成为使从设于形成矩形截面的炉壁的多个部位处的燃烧器向火炉内投入的燃料及燃烧用空气形成回转流而燃烧的回转燃烧型的锅炉结构中，期望高效地抑制或者防止在火炉内的炉壁上产生的腐蚀和造渣。

发明内容

本发明鉴于上述事实而提出，其目的在于提供一种能够高效地抑制或者防止在火炉内的炉壁上产生的腐蚀和造渣的锅炉结构。

本发明为了解决上述课题而采用了下述机构。

本发明提供一种锅炉结构，其是构成为使从设于形成矩形截面的炉壁的多个部位处的燃烧器向火炉内投入的燃料及燃烧用空气形成回转流而燃烧的回转燃烧型的锅炉结构，该锅炉结构的特征在于，在形成于各所述燃烧器的火焰接近或者接触的、火炉壁面的火焰影响部附近设有形成空气浓度比周边高的区域的空气投入部。

根据这样的锅炉结构，由于在形成于各燃烧器的火焰接近或者接触的火炉壁面的火焰影响部附近设有形成空气浓度比周边高的区域的空气投入部，因此，能够在存在腐蚀和造渣之虞的火炉壁面的区域投入辅机动力小的低流速的空气，形成空气浓度高的区域。

在上述发明中，优选，所述空气浓度高的区域形成为在上下方向上覆盖火炉内部的还原燃烧带，由此，即使在存在腐蚀和造渣之虞的火炉内的上下方向上，也能够利用低流速的空气投入来形成空气浓度高的区域。

在上述发明中，优选，所述空气投入部从邻近的燃烧器旁通导入低压的燃烧器二次空气，由此，能够抑制结构的大幅度变更和构成部件的增加，从而能够简化结构。

在上述发明中，优选，所述空气投入部设置在除渣喷嘴的周围，由此，能够在容易产生造渣的火炉壁面形成空气浓度高的区域，并且冷却处于酷热状况的除渣喷嘴插入部周边。

根据上述的本发明，由于在构成为燃料及燃烧用空气形成回转流而燃烧的回转燃烧型的锅炉结构中，在容易产生腐蚀和造渣之虞的火焰影响部的附近从空气投入部向火炉内的炉壁投入低流速的空气，形成空气浓度比周边部高的区域，因此，无需用于增大投入空气流速的大辅机动力，能够将火焰影响部及其附近的氧浓度维持为较高。

因而，在火炉内的火焰影响部及其附近，通过形成氧浓度高的空气层，局部地从还原气氛变为氧化气氛，其结果是，能够高效地抑制或者防止腐蚀和造渣的产生。尤其是，上述的本发明在燃煤锅炉中能够有效抑制造渣，另外，在与含有硫黄成分的各种燃料对应的锅炉中能够有效提高相对于硫化氢的耐腐蚀性。

进而，作为在上述的空气投入部使用的空气，只要从邻近的燃烧器旁通导入低压的燃烧器二次空气，就能够将锅炉结构的大幅度变更和构成部件的增加抑制为最小限而使结构简化。

附图说明

图1A是表示本发明的锅炉结构的一实施方式的图，是表示火炉的还原燃烧带的水平剖面图。

图1B是表示本发明的锅炉结构的一实施方式的图，是表示外观概要的立体图。

图2A是表示在除渣喷嘴插入部设置的空气投入部的构成例的图，是火炉的剖面图。

图2B是表示在除渣喷嘴插入部设置的空气投入部的构成例的图，是图2A的A向视图。

图3A是表示本发明的锅炉结构的第一变形例的图，是表示火炉的还原燃烧带的水平剖面图。

图3B是表示本发明的锅炉结构的第一变形例的图，是表示外观概要的立体图。

图4A是表示本发明的锅炉结构的第二变形例的图，是表示火炉的还原燃烧带的水平剖面图。

图4B是表示本发明的锅炉结构的第二变形例的图，是表示外观概要的立体图。

图5是表示多阶段投入燃烧用空气而使燃料燃烧的锅炉结构的概要的纵剖面图。

符号说明

10    锅炉

11    火炉

11a   炉壁

12    燃烧器

20    空气投入部(空气投入喷嘴)

30    除渣喷嘴插入部

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的锅炉结构的一实施方式。

图5所示的锅炉10为了实现低NOx化，在火炉11内多阶段投入燃烧用空气而使燃料燃烧。此时的多阶段投入是指，在火炉11中的设有多个燃烧器12的区域的燃烧器部Ba和在比该燃烧器部Ba靠上部设有追加空气投入喷嘴13的区域的追加空气投入部Aa中，进行2阶段的燃烧用空气投入。也就是说，在该锅炉10中，在最初的燃烧器部Ba中投入燃烧用空气必要量的70％左右，在追加空气投入部Aa投入剩余的30％左右，由此进行由还原燃烧带及完全燃烧带构成的应对NOx的2阶段燃烧。

另外，例如图1A所示，上述的锅炉10是火炉11具有矩形截面的回转燃烧型。回转燃烧型的锅炉10构成为，从在炉壁11a设置的多个燃烧器12向火炉11内投入的燃料及燃烧用空气在火炉11内形成回转流的火焰而进行燃烧。

还有，在图1A所示的8角炉的构成例中，从在水平截面设置于8个部位处的燃烧器12投入燃料及燃烧用空气，在火炉11内形成邻接的二个回转流。

相对于这样的锅炉10，在本实施方式中，在形成于各燃烧器12的火焰接近或者接触的火炉壁面(炉壁11a)的火焰影响部附近设有用于形成空气浓度比周边高的区域的空气投入部20。具体地说，在图1A所示的8角炉的水平截面，在例如形成矩形的各炉壁11a的适当部位各设置1个合计4个空气投入部20。

还有，空气浓度高的区域的形成意味着氧浓度高的区域的形成，因此在这样的区域中还原气氛变为氧化气氛。

也就是说，在火炉11内的炉壁11a中，通过设置从存在腐蚀和造渣之虞的部位投入低流速空气的空气投入部20，由此沿着大致壁面形成空气浓度比周边高的区域。换言之，并不是以存在腐蚀和造渣之虞的区域的炉壁11a为目标而以比较高的流速(例如40m/sec以上)投入空气，而是从设置于存在腐蚀和造渣之虞的区域的火炉壁面11a上的空气投入部20投入低流速(例如10m/sec左右)的空气，由此形成空气浓度比周边高的区域。

空气投入部20例如是如下的喷嘴：从邻近的燃烧器12旁通(バイパス)导入低压的燃烧器二次空气，并将该空气以低流速投入火炉11内，由此形成空气浓度高的区域。从该空气投入部20投入的空气在火炉11的俯视下沿着火焰影响部附近的炉壁11a形成空气浓度高的区域，进而，也在火炉11的上下方向上覆盖火炉内部的还原燃烧带，因此也在上下方向上设有多级的空气投入部20。

也就是说，还原燃烧带是多量地产生作为腐蚀成分的硫化氢的区域，而且，即使在火炉11中也是热负载高的还原区域，因此，该区域的壁面11a不仅仅处于严酷的腐蚀环境下，而且也存在炉渣附着之虞。因而，在还原燃烧带中，在火焰接近或者接触的炉壁11a的周边以处于与燃烧器12大致相同高度位置处的方式配置空气投入部20。这是因为，由于火焰形成为从燃烧器12向大致水平方向伸出，因此炉壁11a的火焰影响部也处于与燃烧器12的设置位置大致相同的高度。

另外，还原燃烧带的燃烧器12通常在上下配置多级，因此炉壁11a的火焰影响部也在上下的多个部位形成。因而，关于上述的空气投入部20，与燃烧器12的级数一致，换言之与形成火焰的上下方向的级数一致，在上下方向上配置多级。也就是说，即使在存在腐蚀和造渣之虞的火炉11内的上下方向上，也能够通过低流速的空气投入来形成空气浓度高的区域。

其结果是，在还原燃烧带中，形成于各燃烧器12的炉壁11a的火焰影响部周边形成从配置于附近的空气投入部20投入的低流速空气的空气浓度比周边高的区域，由此作为将炉壁11a和火焰之间遮断的空气层而发挥功能。因此，成为火焰影响部的区域的炉壁11a降低从火焰受到的热影响等，并且成为局部的氧化气氛，由此能够降低或者防止腐蚀和造渣。

另外，上述的空气投入部20只要从火焰影响部附近向周边投入即可，因此能够使用辅机动力小的低流速的空气。也就是说，并不需要像以远离一段距离的位置为目标而投入空气的情况那样使用以大动力运转的压缩机等而投入高压高流速的空气，尤其是，若从燃烧器12导入低压的二次空气而使用，则除了辅机动力的降低之外，还能够抑制大幅度的结构变更和构成部件的增加，从而能够简化结构。

另外，例如图1B所示，上述的空气投入部20利用处于燃烧器部Ba和追加空气投入部Aa之间的除渣喷嘴插入部30，设置在除渣喷嘴31的周围。该除渣喷嘴插入部30是用于除去在炉壁11a上附着的炉渣的装置，例如图2A所示，通过从插入火炉11内的除渣喷嘴31喷射的蒸气，对炉壁11a进行清扫。

也就是说，除渣喷嘴插入部30设置于即使是火炉11内由于是还原气氛因此热负载也高、从而存在炉渣附着之虞的位置，因此，通过上述的空气投入，能够有效形成空气浓度高的区域。

在此，关于在除渣喷嘴插入部30的周围设置的空气投入部20的构成例，参照图2A、图2B进行说明。

在图2A中，在除渣喷嘴插入部30中，除渣喷嘴31插入安装于贯通炉壁11a的喷嘴孔32中。经由蒸气管道33向该除渣喷嘴31供给在炉渣除去时喷射的蒸气。还有，图中的符号34是在后述的空气投入喷嘴(空气投入部)20的喷嘴主体21和除渣喷嘴31之间设置的密封构件。

另一方面，空气投入喷嘴20将在除渣喷嘴31和喷嘴孔32之间形成的环状的空间形成为空气流路22，将在圆筒前端具有圆盘状的凸缘部21a的喷嘴主体21安装于火炉11内。该喷嘴主体21例如经由密封构件34固定于除渣喷嘴31的外周，火炉11内的凸缘部21a和炉壁11a以规定的间隔大致平行地对置。因而，从喷嘴主体21向火炉11内投入的空气与凸缘部21a冲撞，由此沿着炉壁11a向周方向的整周流出。

另外，空气投入喷嘴20具有在火炉11的外壁侧设置的风箱23。风箱23经由空气流路22与火炉11内的喷嘴主体21连通，供给从空气供给源24供给的空气。此时的空气供给源24例如优选使用从燃烧器12导入的低压的二次空气，不过也可以根据需要使用1次空气或者加压后的空气。

这样的空气投入喷嘴20在处于容易产生造渣的区域的火炉11的炉壁11a形成空气浓度高的区域，并且能够对处于酷热状况的除渣喷嘴插入部30的周边进行冷却。因而，由于在容易产生造渣的炉壁11a的周边形成空气浓度比周边高的空气层，因此在局部的氧化气氛的作用下，防止或者降低壁面的腐蚀，从而能够使火炉壁长寿命化。

另外，由于向空气投入部20的喷嘴主体21供给的空气通过除渣喷嘴31的外周，因此，在该空气的流动作用下能够冷却酷热的密封部构件34等。

进而，在设有空气投入喷嘴20的炉壁11a的附近，在空气浓度上升的作用下，氧浓度也上升而成为氧化气氛。在这样的氧化气氛下炉渣的熔融温度变高，因此能够缓和造渣。

根据这样的锅炉结构，由于在形成于各燃烧器12的火焰接近或者接触而成为火焰影响部的炉壁11a的附近设有形成空气浓度比周边高的区域的空气投入部20，因此，火焰影响部的周边在氧浓度的增加作用下局部地从还原气氛变为氧化气氛，其结果是，能够抑制或者防止腐蚀和造渣而延长壁面寿命。这样的锅炉结构，在燃煤锅炉中尤其对抑制造渣是有效的，另外，在与含有硫黄成分的各种燃料对应的锅炉中尤其对提高耐腐蚀性是有效的。

另外，关于空气投入部20的水平截面位置，最优位置因火炉11的形状、燃烧器12的位置或数目、回转流的火焰形成等诸条件的不同而不同。也就是说，形成于各燃烧器12的火焰接近或者接触炉壁11a的火焰影响部的区域因燃烧器12的配置或形成的回转流火焰等的不同而不同，因此例如图1A、图1B所示的8角炉或者图3A、图3B及图4A、图4B所示的4角炉那样，燃烧器12和空气投入部20的位置关系根据各锅炉结构而成为不同的配置。

在图1A、图1B所示的构成例中，火炉11形成为长方形，在对置的长边的2面分别配置4个燃烧器12而形成左右二个回转流。此时的燃烧器12朝向各回转流的大致中心位置，也就是说，以朝向将长方形进行2分割而得到的正方形的大致中心位置的方式倾斜，因此形成两个接近大致椭圆形状的回转流。

因而，此时的火焰接近或者接触的火焰影响部成为2个部位的角部和长边中央部附近，覆盖这些区域而在4个部位设置空气投入部20。

另外，在图3A、图3B所示的构成例(第一变形例)中，火炉11形成为正方形，配置从各边的中心位置偏置的4个部位的燃烧器12而形成一个回转流。此时的燃烧器12朝向对置的壁面，因此通过各燃烧器12的偏置而形成回转流。在这样的燃烧器12的配置中，各火焰在形成于回转流上游侧的火焰的影响下朝向下游侧的壁面中央附近流动。

因而，由于此时的火焰影响部成为各边的中央部附近，因此覆盖这些区域而在各边中央部的4个部位设置空气投入部20。

另外，在图4A、图4B所示的构成例(第二变形例)中，火炉11形成为正方形，并且在4个部位的角部配置燃烧器12而形成了一个回转流。由于此时的火焰影响部也成为各边的中央部附近，因此覆盖这些区域而在各边中央部的4个部位设置空气投入部20。

于是，关于空气投入部20的设置位置，只要对应于燃烧器12的配置等选择适当的最优位置即可。

还有，本发明并不限定为上述的实施方式，能够在不脱离本发明的中心思想的范围内适当变更。

Claims (5)

1.一种锅炉结构，其是构成为使从设于形成矩形截面的炉壁的多个部位处的燃烧器向火炉内投入的燃料及燃烧用空气形成回转流而燃烧的回转燃烧型的锅炉结构，所述锅炉结构的特征在于，

在各所述燃烧器形成的火焰接近或者接触的、火炉壁面的火焰影响部附近设有空气投入部，该空气投入部通过向所述火炉内的所述炉壁投入低流速的空气，从而形成空气浓度比周边高的区域，

所述空气投入部具备形成在除渣喷嘴和贯通所述炉壁的喷嘴孔之间形成的环状的空间的空气流路。

2.如权利要求1所述的锅炉结构，其特征在于，

所述空气浓度高的区域形成为沿上下方向覆盖火炉内部的还原燃烧带。

3.如权利要求1或2所述的锅炉结构，其特征在于，

所述空气投入部从邻近的燃烧器旁通导入低压的燃烧器二次空气。

4.如权利要求1或2所述的锅炉结构，其特征在于，

所述空气投入部设置在除渣喷嘴的周围。

5.如权利要求3所述的锅炉结构，其特征在于，

所述空气投入部设置在除渣喷嘴的周围。

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