JP2000161652A

JP2000161652A - ボイラ装置

Info

Publication number: JP2000161652A
Application number: JP10332906A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Oyatsu; 紀之大谷津; Noboru Takarayama; 登寳山; Shinichiro Nomura; 伸一郎野村; Miki Mori; 三紀森
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1998-11-24
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】排出ガス中の未燃焼成分等を低減してボイラ
の燃焼効率を向上させ、かつ排ガス中のＮＯｘ濃度を低
くすることができるボイラ装置を提供する。【解決手段】バーナ段６と空気投入口７との間のボイ
ラ壁３の火炉２側に、ボイラ壁３に沿わせてダクト１０
を設ける。そして、ダクト１０を介してスリット状の開
口部１１から火炉２に向けて燃焼用の空気を供給する。
ボイラ壁３の全周にわたって燃焼用の空気を供給するか
ら、ボイラ壁３に沿って火炉２を上昇する未燃焼成分等
を確実に酸化することができる。このとき、噴出する空
気の速度を１ｍ／ｓ程度にすると、内部の還元性雰囲気
領域を縮小することがなく、排ガス中のＮＯｘ濃度を低
くすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気比を１以下に
する１段以上のバーナ段と、前記バーナ段の後流に配置
される１段以上の空気投入口段とを備えたボイラ装置に
係り、排出ガス（ボイラ装置から大気中に排出されるガ
ス。）に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという。）
および未燃成分を低減するようにしたボイラ装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】事業用および産業用のボイラ装置では、
排出ガスに含まれるＮＯｘを低減するため、火炉内に還
元性雰囲気の領域を形成する燃焼方法が採用されてい
る。このような燃焼方法として、バーナ段における空気
比を１以下、すなわち、供給する空気の量を、燃料を燃
焼させるのに必要な理論空気量よりも少ない量とし、不
足分の空気をバーナ部の後流側で空気供給口（空気投入
口と称することがある）から補給する二段燃焼方法が一
般に用いられている。また、ＮＯｘをさらに効果的に低
減するため、バーナ段の後流の空気供給口を燃焼ガスの
流れに沿って二段以上設置しておき、段階的に空気を供
給する方法（多段二段燃焼法）や、バーナ段から二段燃
焼用空気供給口までの滞留時間を長くする方法（強化二
段燃焼法）等のように、バーナ段後流から空気供給口ま
での間に大きな還元性雰囲気の領域を形成することが提
案されている。以下、二段燃焼法を採用したボイラ装置
を図面により説明する。

【０００３】図６は、従来の二段燃焼法を採用したボイ
ラ装置の１例を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は背
面図である。図で、１はボイラ本体であり、２は火炉で
ある。３はボイラ壁で、ボイラ前壁３ａ、ボイラ後壁３
ｂ、１対のボイラ側壁３ｃで構成されている。なお、以
下、ボイラ前壁３ａ、ボイラ後壁３ｂ、ボイラ側壁３ｃ
を特に区別する必要がないときは、ボイラ壁３という。
４はホッパ部、５はノーズ部である。６はバーナ段で、
図示しない多数のバーナがボイラ前壁３ａとボイラ後壁
３ｂの上下方向に数段（図では３段。）にわたり配置さ
れている。７は二段燃焼用の空気投入口で、ボイラ前壁
３ａとボイラ後壁３ｂに水平方向に並べて配置されてい
る。８はサイドエア投入口で、バーナ段６と空気投入口
７との間のボイラ前壁３ａとボイラ後壁３ｂのボイラ側
壁３ｃ近傍に配置されている。図示のボイラの場合、サ
イドエア投入口８は上下方向に２段設けられている。な
お、（ａ）における矢印は、燃焼用空気の供給方向を示
している。

【０００４】次に、上記従来のボイラ装置の動作を説明
する。バーナ段６で生成した燃焼ガスは火炉２の内部を
上昇する。バーナ段６における空気比が１以下であるた
め、燃焼ガス中には多量の未燃焼成分および還元性物質
（以下、両者をまとめて未燃焼成分等という。）が含ま
れ、バーナ段６から空気投入口７までの領域は還元性雰
囲気となる。上記したように、空気投入口７はボイラ前
壁３ａとボイラ後壁３ｂにだけ設けられているから、サ
イドエア投入口８から燃焼用空気を供給し、ボイラ側壁
３ｃに沿って上昇する未燃焼成分等を酸素と反応（以
下、酸化という。）させると共に、空気投入口７から空
気比を１以上にする燃焼用空気を供給して、燃焼ガス中
の未燃焼成分等を酸化させる。この結果、排出ガスに含
まれる未燃焼成分等は低減されると共に、火炉２出口に
おける燃焼ガス中の酸素濃度（Ｏ₂濃度）も低く（例え
ば石炭焚ボイラでは３％程度）なる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のボイラ
装置の場合、ボイラ側壁３ｃに沿って流れる未燃焼成分
等を酸化させることはできるが、隣接する空気投入口７
の間をボイラ前壁３ａやボイラ後壁３ｂに沿って流れる
未燃焼成分等を酸化させることは難しい。このため、排
出ガス中に未燃焼成分等が残り、ボイラの燃焼効率を向
上させることができなかった。

【０００６】また、バーナ段６と空気投入口７との間に
サイドエア投入口８を配置しているため、バーナ段６と
空気投入口７との間に形成される還元性雰囲気の領域が
縮小してしまい、排出ガス中のＮＯｘ濃度が増加した。

【０００７】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、排出ガス中の未燃焼成分等を低減すること
によりボイラの燃焼効率を向上させ、かつ排ガス中のＮ
Ｏｘ濃度を低くすることができるボイラ装置を提供する
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、第１の手段は、空気比を１以下にする１段以上のバ
ーナ段と、前記バーナ段の後流に配置される１段以上の
空気投入口段とを備えたボイラ装置において、前記バー
ナ段と前記空気投入口段との間で、燃焼用の空気の流れ
る範囲がボイラ壁に接する環状になるように燃焼用の空
気の供給口を配置したことを特徴とする。

【０００９】第２の手段は、第１の手段において、前記
燃焼用の空気の燃焼ガスの流れる方向に関する幅を狭く
し、スリット状に供給することを特徴とする。

【００１０】第３の手段は、第１または第２の手段にお
いて、前記燃焼用の空気の流れる方向がボイラ壁に対し
て略直角の方向であることを特徴とする。

【００１１】第４の手段は、第３の手段において、ボイ
ラ壁を構成する伝熱管群を連結する部材の一部を取り除
き、取り除いた部分を前記燃焼用の空気の供給口とする
ことを特徴とする。

【００１２】第５の手段は、第２または第４の手段にお
いて、前記供給口における前記燃焼用の空気の流速を１
ｍ／ｓ以下にするように制御することを特徴とする。

【００１３】第６の手段は、第１または第２の手段にお
いて、前記燃焼用の空気の流れる方向を前記ボイラ壁に
沿う渦巻状にすることを特徴とする。

【００１４】第７の手段は、第１、第２または第６の手
段において、前記ボイラ壁が前壁、後壁および１対の側
壁で構成されている場合、前記燃焼用の空気の供給口
を、前記各壁が接続されるコーナ部に配置することを特
徴とする。

【００１５】第８の手段は、第７の手段において、前記
燃焼用の空気の供給口を２段以上にすると共に、隣接す
る供給口の位置を高さ方向にずらして配置し、前記燃焼
用の空気の流れる方向を互いに逆向きにすることを特徴
とする。

【００１６】第９の手段は、第６ないし第８の手段にお
いて、前記燃焼用の空気に燃焼排ガスを混入することを
特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。図１、図２は、本発明に係るボイ
ラ装置を示す図で、図１の（ａ）は側面図、（ｂ）は正
面断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図であり、図
６と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付し
て説明を省略する。図で、１０はダクトで、バーナ段６
と空気投入口７との間の火炉２側に、ボイラ壁３に沿わ
せて水平方向に配置されている。１１はスリット状の開
口部である。１２ａ〜１２ｄは空気供給口で、それぞれ
ボイラ壁３を貫通して設けられ、図示しない空気供給源
からダクト１０の内部に燃焼用の空気を供給する。な
お、ダクト１０に供給される空気の量は、開口部１１か
ら噴出する空気の速度が１ｍ／ｓ程度になる量である。

【００１８】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。バーナ段６で生成された多量の未燃焼成分等を含む
燃焼ガスは火炉２の内部を１０数ｍ／ｓの速度で上昇す
る。開口部１１から噴出する空気はボイラ壁３に沿って
上昇しながら、ボイラ壁３近傍の燃焼ガス中の未燃焼成
分等を酸化し、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、ＳＯ₂等の酸化物を生成
する。そして、空気投入口７から供給される燃焼用空気
により、火炉２内でほとんどの未燃焼成分等が酸化さ
れ、未燃焼成分等がボイラ装置１から排出されることを
防止する。

【００１９】上記実施の形態の場合、開口部１１から噴
出する空気は、流速が火炉２の内部を上昇する燃焼ガス
の速度に比べて遙かに小さいため、燃焼ガスを貫通する
力が弱く、ボイラ壁３から数１０ｃｍ程度の範囲の未燃
焼成分等を反応させるだけ、すなわちボイラ壁３の近傍
を酸化雰囲気にするだけである。したがって、還元性雰
囲気の領域の縮小範囲は狭く、排出ガス中のＮＯｘはほ
とんど増加しない。また、開口部１１から噴出させる空
気の速度は遅くて良いから、開口部１１全域における空
気の噴出速度の制御は容易である。

【００２０】なお、上記ではダクト１０を火炉２内に設
けるようにしたが、火炉２の外側に設けるようにするこ
ともできる。図３、図４は本発明に係るボイラ装置の他
の実施の形態を示す図で、図３は上記図１のＡ−Ａ断面
図に対応するボイラ装置の断面図であり、図４は図３の
Ｂ矢視図である。図で、２０はボイラ壁３を形成する伝
熱管であり、２１は伝熱管２０を連結する鋼板（メンブ
レン）である。２２はダクトで、ボイラ壁３の外周に配
置されている。２３は穴で、鋼板２１のダクト２２の位
置に設けられ、ダクト２２と火炉２を接続している。穴
２３は、図４（ａ）に示すように、伝熱管２０が垂直方
向に配置されるいわゆる垂直管の場合は長方形に、同図
（ｂ）に示すように、伝熱管２０が斜めの方向に配置さ
れるいわゆるスパイラル管の場合は菱形に、それぞれ形
成される。なお、穴２３は１列に設けても良いし、図４
（ｃ）に示すように、隣接する穴２３を上下方向にずら
して千鳥に配置するようにしても良い。

【００２１】このようにすると、空気の供給口が不連続
になるため、空気の供給口が連続の開口部１１に比べる
と効果はやや低下するが、空気供給口１２ａ〜１２ｄを
形成するために伝熱管２０を曲げるといった特別な加工
をする必要がなく、経済的に安価になる。また、既設の
ボイラ装置にも、容易に適用するができる。なお、動作
は上記の場合と実質的に同じであるから説明を省略す
る。

【００２２】次に、本発明のさらに他の実施の形態を説
明する。図５は本発明に係るさらに他の実施の形態を示
す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）、
（ｄ）はそれぞれ（ｂ）のＣ−ＣおよびＤ−Ｄ断面図で
あり、図６と同じものまたは同一機能のものは同一の符
号を付して説明を省略する。３０ａ〜３０ｄおよび３１
ａ〜３１ｄは空気供給口で、バーナ段６と空気投入口７
との間のボイラ壁３のコーナ部に設けられており、隣接
する供給口の位置を高さ方向にずらして配置されてい
る。

【００２３】次に、この実施の形態における動作を説明
する。空気供給口３０ａ〜３０ｄおよび３１ａ〜３１ｄ
に空気を供給すると、Ｃ−Ｃ断面およびＤ−Ｄ断面のそ
れぞれにおいて、供給された空気はボイラ壁３に沿い、
Ｃ−Ｃ断面では時計回りに、Ｄ−Ｄ断面では反時計回り
にそれぞれ渦巻状または旋回状に流れ、ボイラ前壁３ａ
とボイラ後壁３ｂに設けられた空気供給口３０ｂ、３０
ｄ、３１ｂ、３１ｄから供給される空気はボイラ側壁３
ｃに沿って上昇する未燃焼成分等を酸化し、ボイラ側壁
３ｃに設けられた空気供給口３０ａ、３０ｃ、３１ａ、
３１ｃから供給される空気は、ボイラ前壁３ａとボイラ
後壁３ｂに沿って上昇する未燃焼成分等を酸化する。図
示の場合、ボイラ壁３に沿って水平方向に流れる空気の
方向がＣ−Ｃ断面とＤ−Ｄ断面とでは逆になるため、ボ
イラ壁３に沿って上昇する未燃焼成分等を確実に酸化す
ることができ、特にコーナ部を上昇する未燃焼成分等を
抑制するのに効果的である。また、それぞれの空気供給
口から供給される空気が衝突しないように配置してある
から、還元性雰囲気の領域を小さくすることがない。

【００２４】なお、この実施例の場合、対向するボイラ
壁３にまで供給する空気を到達させなければならないか
ら、空気の流速を大きく必要がある。この場合、供給す
る空気に酸素濃度の低い燃焼排ガス（ボイラ装置１から
排出される前のガスを言う。）を混入すると、還元性雰
囲気の領域を小さくすることがない。

【００２５】また、この実施の形態では、空気供給口３
０ａ〜３０ｄおよび３１ａ〜３１ｄをＣ−Ｃ断面とＤ−
Ｄ断面の２段に配置したが、１段にしても良いし、Ｃ−
Ｃ断面とＤ−Ｄ断面における空気の方向を同じにしても
良い。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃焼用の空気の流れる範囲がボイラ壁に接する環状にな
るように燃焼用の空気の供給口を配置したから、ボイラ
壁に沿って火炉を上昇する未燃焼成分等を確実に酸化す
ることができ、ボイラの燃焼効率を向上させることがで
きる。

【００２７】しかも、供給する空気は、ボイラ壁近傍の
未燃焼成分等を酸化するだけであり、火炉中心部の還元
性雰囲気の領域を縮小させることはない。したがって、
排出ガスに含まれるＮＯｘ濃度が高くなることはない。
また、還元性雰囲気の領域内のボイラ壁の表面を酸化剤
である空気で覆うことができるため、例えば微粉炭燃焼
用のボイラの場合、ボイラ壁表面への燃焼灰の衝突を防
止することができ、灰付着によるスラッギング等を抑制
することができる。また、硫黄分（Ｓ分）の多い燃料を
用いた場合にも、ボイラ壁の表面が硫黄分と反応して劣
化することを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るボイラ装置を示す図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】本発明に係る他のボイラ装置を示す図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ矢視図である。

【図５】本発明に係るさらに他のボイラ装置を示す図で
ある。

【図６】従来のボイラ装置を示す図である。

【符号の説明】

２火炉３ボイラ壁６バーナ段７空気投入口１０ダクト１１開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野村伸一郎広島県呉市宝町３番36号バブコツク日立株式会社呉研究所内 (72)発明者森三紀広島県呉市宝町３番36号バブコツク日立株式会社呉研究所内Ｆターム(参考） 3K023 KA07 KB02 KB15 KD01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気比を１以下にする１段以上のバーナ
段と、前記バーナ段の後流に配置される１段以上の空気
投入口段とを備えたボイラ装置において、前記バーナ段
と前記空気投入口段との間で、燃焼用の空気の流れる範
囲がボイラ壁に接する環状になるように燃焼用の空気の
供給口を配置したことを特徴とするボイラ装置。
【請求項２】前記燃焼用の空気の燃焼ガスの流れる方
向に関する幅を狭くし、スリット状に供給することを特
徴とする請求項１記載のボイラ装置。
【請求項３】前記燃焼用の空気の流れる方向がボイラ
壁に対して略直角の方向であることを特徴とする請求項
１または請求項２記載のボイラ装置。
【請求項４】ボイラ壁を構成する伝熱管群を連結する
部材の一部を取り除き、取り除いた部分を前記燃焼用の
空気の供給口とすることを特徴とする請求項３記載のボ
イラ装置。
【請求項５】前記供給口における前記燃焼用の空気の
流速を１ｍ／ｓ以下にするように制御することを特徴と
する請求項２ないし請求項４のいずれか１項記載のボイ
ラ装置。
【請求項６】前記燃焼用の空気の流れる方向を前記ボ
イラ壁に沿う流れにすることを特徴とする請求項１また
は請求項２記載のボイラ装置。
【請求項７】前記ボイラ壁が前壁、後壁および１対の
側壁で構成されている場合、前記燃焼用の空気の供給口
を、前記各壁が接続されるコーナ部に配置することを特
徴とする請求項１、請求項２、請求項６のいずれか１項
記載のボイラ装置。
【請求項８】前記燃焼用の空気の供給口を２段以上に
すると共に、隣接する供給口の位置を高さ方向にずらし
て配置し、前記燃焼用の空気の流れる方向を互いに逆向
きにすることを特徴とする請求項７記載のボイラ装置。
【請求項９】前記燃焼用の空気に燃焼排ガスを混入す
ることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか
１項記載のボイラ装置。