JP2005030675A

JP2005030675A - ボイラ火炉のバウンダリー空気供給装置

Info

Publication number: JP2005030675A
Application number: JP2003195928A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Okatsuka; 敬明岡塚
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】炉壁の幅方向中央部における腐食、減肉を未然に防止する。
【解決手段】フィン９で連結されることにより炉壁４ｃを構成する多数の炉壁管８のうち、複数の炉壁管８ａの長手方向の所要個所を炉内側に突出するよう折り曲げ、該折り曲げ突出部１７の背面側と、該折り曲げた炉壁管と隣接する直管状の炉壁管８の炉内側との間に隙間１８を形成させる。炉壁４ｃの外側に、折り曲げ突出部１７を覆うようにダクト１９を取り付ける。ダクト１９を通して空気供給部より導いたバウンダリー空気１６を隙間１８より直管状の炉壁管８に沿わせて側方へ吹き出させることにより該直管状の炉壁管８の炉内側に空気膜を形成させるようにする。これにより還元性雰囲気の炉内にて生じる硫化水素ガスと炉壁４ｃとの接触を防止させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はボイラ火炉における炉壁内面の腐食減肉を防止させるためのボイラ火炉のバウンダリー空気供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
化石燃料焚きボイラより排出される燃焼排ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）濃度を低減させる方法の一つとして二段燃焼法がある。これは、燃料と空気の混合比をボイラ全体では理論混合比以上に保ちながら、ボイラ火炉内での燃焼を二段に分け、空気過少の部分と空気過剰の部分とを作り、全体の燃焼効率を保ちながら空気バイアス燃焼により、ＮＯ_Ｘの生成量を低くするものである。
【０００３】
この種の二段燃焼を行なっているボイラは、図３及び図４にその一例の概略を示す如く、上下方向に延びる火炉１の下部位置に一次燃焼室２を、又、その上方部に二次燃焼室３をそれぞれ設け、前後の炉壁４ａ，４ｂにて上記一次燃焼室２と対応する領域には、化石燃料を過少の一時燃焼用空気により燃焼させるためのバーナ５を左右幅方向に所要間隔で上下多段（図では３段のものを示す）に設置して、該各バーナ５により化石燃料を一次燃焼室２内にて低空気比燃焼させるようにしてある。
【０００４】
一方、上記二次燃焼室３には、火炉１の前後の炉壁４ａ，４ｂにおける左右幅方向の所要間隔位置に、オーバーエアポート（以下、ＯＡＰとする。）６をそれぞれ設けて、該各ＯＡＰ６より、上記一次燃焼室２における化石燃料の一次燃焼後に残存する未燃分の燃焼に必要な十分量の二次燃焼用空気７を供給することにより、上記一次燃焼後の未燃分の完全燃焼を図るようにしてある。
【０００５】
上記火炉１の前後の炉壁４ａ，４ｂ及び左右の側部炉壁４ｃは、いずれも図４に示す如く、多数の炉壁管（水管）８を、フィン９で平面的に連結してなる炉壁パネルを基本構造としており、上記各炉壁管８内に、図示しないボイラ水循環機構によりボイラ水を循環させることにより、化石燃料の燃焼熱の回収を図ると同時に各炉壁４ａ，４ｂ，４ｃの冷却を行うことができるようにしてある。その後、上記二次燃焼室３より排出される高温の燃焼ガス１０は、該二次燃焼室３の頂部側に設けた蒸気発生用の熱交換器１１に導いて、保有する熱をボイラ蒸気と熱交換させることにより蒸気過熱に供させるようにしてある。なお、１２は上記熱交換器１１の下流側に設けた後部伝熱部であり、必要に応じて過熱器、再熱器、空気予熱器、節炭器等の各種熱吸収器１３を備えた構成としてある。
【０００６】
ところで、上記したように、ボイラ火炉１の一次燃焼室２では、化石燃料を低空気比燃焼させるようにしてあることから、該一次燃焼室２の内部は還元性雰囲気となり、このため燃料中に含まれていた硫黄分より硫化水素ガス（Ｈ_２Ｓ）が発生する虞があり、この場合、発生した硫化水素ガスにより炉壁４ａ，４ｂ，４ｃの内面が腐食、減肉される虞が懸念される。
【０００７】
このような硫化水素ガスによる炉壁４ａ，４ｂ，４ｃの腐食を防止するための対策の一つとしては、上記一次燃焼室２と対応する領域の下部にて、前後の炉壁４ａ，４ｂの各左右方向両端部のコーナ部に、前後方向に向けたウォールエアポート１４を設置し、更に、左右の側部炉壁４ｃの前後方向の両端部のコーナ部に、左右方向に向けたウォールエアポート１５を設置して、上記前後の炉壁４ａ，４ｂに設けた各ウォールエアポート１４より左右の側部炉壁４ｃの内面に沿ってバウンダリー空気１６を吹き出させ、更に、上記左右の側部炉壁４ｃに設けた各ウォールエアポートより前後の炉壁４ａ，４ｂの内面に沿ってバウンダリー空気１６を吹き出させるようにしたものがある。かかるバウンダリー空気１６の吹き込みにより、一次燃焼室２における前後左右の各炉壁４ａ，４ｂ，４ｃの内面側近傍に、壁面に沿って空気膜を形成させるようにして、上記各炉壁４ａ，４ｂ，４ｃの内面付近が還元性雰囲気となることを防止させるようにし、この空気膜の存在により、上記還元性雰囲気となる一次燃焼室１で硫化水素ガスが発生したとしても、該硫化水素ガスが炉壁４ａ，４ｂ，４ｃ内面に接触することを防止できるようにするものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００８】
又、二段燃焼方式を採用しているボイラ火炉の低空気比燃焼を行なわせる領域にて、炉壁パネルの付近における不完全燃焼を防止できるようにするための手法として、火炉の前後の炉壁における上記低空気比燃焼領域と対応する所要高さ位置の左右方向の両端部のコーナ部に、前後方向に向けたエアポートをそれぞれ設けて、該各エアポートより炉体の左右の炉壁の内面に沿わせて空気を吹き出させることにより、該左右の炉壁の内面付近に空気層を形成させるようにし、この空気層の存在により、該左右の炉壁の内面付近における雰囲気を酸化性雰囲気とさせて、燃焼を促進させるようにすることも従来提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−２３７００３号公報
【特許文献２】
特開２００１−１０８２２９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、中小型のボイラでは、火炉１の奥行寸法が比較的小さいため、上記特許文献１に示されたように、前後の炉壁４ａ，４ｂにおける火炉１のコーナ部に対応する所要個所に設けてあるウォールエアポート１４より吹き出させるバウンダリー空気１６や、特許文献２に示されたエアポートより吹き出させる空気は、左右の側部炉壁４ｃの中央部まで届くため、低空気比燃焼を行なわせる領域における該左右の炉壁４ｃの内面側を全面に亘り空気の膜（層）で覆うことができるが、火炉の奥行き寸法が長い大型のボイラでは、前後の炉壁４ａ，４ｂに設けられた特許文献１に示されたウォールエアポート１４や特許文献２に示されたエアポートより吹き出させる空気は、左右の側部炉壁４ｃの中央部に届かない。そのため、火炉の側部炉壁の中央部であってもその内面側に空気膜を形成させることができるようにすることが望まれていた。
【００１１】
そこで、本発明は、大型のボイラの火炉における炉壁の幅方向中央部であっても、炉壁の内面に沿わせて効率よくバウンダリー空気を供給できて、低空気比燃焼領域の炉壁の内面近傍に空気膜を形成させて、硫化水素ガスによる炉壁内面の腐食、減肉を未然に防止できるようにするためのボイラ火炉のバウンダリー空気供給装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、ボイラ火炉の炉壁を構成する炉壁管の一部を部分的に炉内側に突出するように折り曲げ、且つ該折り曲げた各炉壁管の折り曲げ突出部の背面側と、隣接する炉壁管の炉内側との間に隙間を形成し、上記折り曲げ突出部の背面側より導くバウンダリー空気を上記隙間を通して側方へ吹き出させる構成とする。
【００１３】
上記折り曲げ突出部の背面側と、折り曲げた炉壁管と隣接する炉壁管の炉内側との間に形成した隙間より、バウンダリー空気を上記折り曲げた炉壁管に隣接する炉壁管の炉内側に沿わせるように側方へ吹き出させることができる。これにより、上記折り曲げた炉壁管に隣接する炉壁管の炉内側には、上記隙間より吹き出されるバウンダリー空気による空気膜が形成される。このため炉内側が還元性雰囲気となっていて燃料に含まれる硫黄分に由来する硫化水素ガスが発生したとしても、該硫化水素ガスが上記折り曲げた炉壁管に隣接する炉壁管に接触することが防止されるため、該折り曲げた炉壁管に隣接する炉壁管により構成されている炉壁内面の腐食、減肉が未然に防止される。
【００１４】
又、上記隙間と連通するダクトを上記炉壁の炉外側に設置した構成とすることにより、上記ダクトを通して上記隙間にバウンダリー空気を容易に導くことができる。
【００１５】
更に、炉壁の幅方向中央部付近に上記折り曲げ突出部を形成した構成とすることにより、大型ボイラであっても炉壁の中央部における内面側に簡単に且つ効率よく空気膜を形成させることができて、炉壁中央部の腐食、減肉を効果的に防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１（イ）（ロ）は本発明のボイラ火炉のバウンダリー空気供給装置の実施の一形態を示すもので、図４に示したものと同様に、互いにフィン９で連結されて炉壁パネルを構成している多数の炉壁管８のうち、炉壁中央部に位置している複数（図では７本）の炉壁管８ａの長手方向の一部を、該各炉壁管８ａ同士が互いにフィン９で連結された状態のまま火炉１の内側へ突出させるように折り曲げ、該折り曲げた各炉壁管８ａと、これと隣接する直管状の炉壁管８との間に、炉壁管８ａの折り曲げ突出部１７の背面側と、隣接する折り曲げてない直管状の炉壁管８の火炉内面側との間を連通させるための所要大きさの隙間１８を形成させ、更に、上記各炉壁管８ａの折り曲げ突出部１７の背面側を覆うように、炉壁パネルの炉外側にダクト１９を取り付けて、該ダクト１９を上記隙間１８に連通させて、本発明のボイラ火炉のバウンダリー空気供給装置Ｉを構成する。
【００１８】
本発明のボイラ火炉のバウンダリー空気供給装置Ｉを使用する場合は、たとえば、図２に示す如く、図３に示したと同様の構成としてあるボイラ火炉１にて、一次燃焼室２の左右の側部炉壁４ｃの前後方向の中央部に位置する複数の炉壁管８ａを折り曲げて両側に隙間１８を形成させるようにし、ダクト１９を、図示しない空気供給部に接続するようにしておく。この状態において、ボイラ運転時に上記ダクト１９を通して空気供給部よりバウンダリー空気１６を導くと、該空気１６は、上記炉壁管８ａの折り曲げ突出部１７の背面側と、該折り曲げた炉壁管８ａ群に隣接する直管状の炉壁管８の火炉内面側とを連通するように形成されている隙間１８より、側方へ向けて吹き出される。これにより、上記折り曲げ突出部１７に隣接する直管状の炉壁管８の炉内側には、上記吹き出されるバウンダリー空気１６による空気膜が形成されるようになる。
【００１９】
なお、上記各炉壁管８ａの折り曲げ突出部１７の炉内側には、本発明のボイラ火炉のバウンダリー空気供給装置Ｉより吹き出させるバウンダリー空気１６による空気膜を形成させることはできないため、上記折り曲げ突出部の炉内側表面には必要に応じて耐酸化性の耐火材あるいは耐腐食性材をコーティングさせるようにすればよい。その他、図１（イ）（ロ）及び図２において、図３及び図４に示したものと同一のものには同一符号が付してある。
【００２０】
したがって、上記本発明のボイラ火炉のバウンダリー空気供給装置Ｉによれば、大型のボイラにおける一次燃焼室２の左右の側部炉壁４ｃの前後方向の中央部に、該各炉壁４ｃの内面に沿わせてバウンダリー空気１６を供給して該各炉壁４ｃの内面側近傍に効率よく空気膜を形成させることができる。このために、低空気比燃焼をさせている一次燃焼室２にて硫化水素ガスが発生したとしても、該硫化水素ガスの左右の側部炉壁４ｃとの接触を防止して該左右の側部炉壁４ｃの内面側が腐食、減肉される虞を未然に防止することができる。
【００２１】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、図２では左右の側部炉壁４ｃにおける前後方向の中央部のみに本発明のボイラ火炉のバウンダリー空気供給装置Ｉを設けたものとして示したが、ボイラ火炉の奥行寸法に応じて、上記側部炉壁４ｃにおける前後方向所要間隔の複数個所に設けるようにしてもよい。又、上下の段数は、一次燃焼室の上下方向の寸法に応じて、炉壁管８ａの長手方向の１個所又は２個所或いは３個所以上を折り曲げて、１段又は２段或いは３段以上として設けるようにしてもよい。ボイラ火炉１の前後の炉壁４ａ，４ｂの中央部分で複数の炉壁管を炉内側へ折り曲げて、前後の炉壁４ａ，４ｂの幅方向中央部より炉壁４ａ，４ｂの炉壁面に沿ってバウンダリー空気１６による空気膜を形成させるようにしてもよい。又、折り曲げた炉壁管の折り曲げ部分の背面側のダクト１９を通して導いたバウンダリー空気１６を、側方へ吹き出させることができれば、火炉１の内側へ折り曲げる炉壁管８ａの本数は、自在に設定してよく、又、該各炉壁管８ａは、炉壁管８ａ内を流通させるボイラ水の流れを阻害することがなく且つ隣接する直管状の炉壁管８との間に、側方へバウンダリー空気１６を吹き出させるための隙間１８を形成できれば、折り曲げ形状、折り曲げる長さ等は任意に決定してよいこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明のボイラ火炉のバウンダリー空気供給装置によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
（１）ボイラ火炉の炉壁を構成する炉壁管の一部を部分的に炉内側に突出するように折り曲げ、且つ該折り曲げた各炉壁管の折り曲げ突出部の背面側と、隣接する炉壁管の炉内側との間に隙間を形成し、上記折り曲げ突出部の背面側より導くバウンダリー空気を上記隙間を通して側方へ吹き出させる構成としてあるので、折り曲げ突出部を形成させた炉壁管に隣接する炉壁管の炉内側にバウンダリー空気による空気膜を効率よく形成させることができ、このため、折り曲げた炉壁管の近辺に位置する炉壁管により構成されている炉壁内面の腐食、減肉を未然に防止することができる。
（２）又、上記隙間と連通するダクトを上記炉壁の炉外側に設置した構成とすることにより、上記ダクトを通して上記隙間にバウンダリー空気を容易に導くことができる。
（３）炉壁の幅方向中央部付近に上記折り曲げ突出部を形成した構成とすることにより、コーナ部から吹き込まれるバウンダリー空気が届かない大型ボイラの炉壁中央部の内面側にも簡単に且つ効率よく空気膜を形成させることができて、炉壁中央部の腐食、減肉を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボイラ火炉のバウンダリー空気供給装置の実施の一形態を示すもので、（イ）は概略斜視図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ方向矢視図である。
【図２】図１の装置をボイラ火炉に設置する場合の状態を示す概要図である。
【図３】従来用いられているボイラの一例の概略を示す切断側面図である。
【図４】図３のボイラの炉壁の構造を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
４ａ，４ｂ炉壁
４ｃ側部炉壁（炉壁）
８，８ａ炉壁管
１６バウンダリー空気
１７折り曲げ突出部
１８隙間

Claims

ボイラ火炉の炉壁を構成する炉壁管の一部を部分的に炉内側に突出するように折り曲げ、且つ該折り曲げた各炉壁管の折り曲げ突出部の背面側と、隣接する炉壁管の炉内側との間に隙間を形成し、上記折り曲げ突出部の背面側より導くバウンダリー空気を上記隙間を通して側方へ吹き出させる構成としたことを特徴とするボイラ火炉のバウンダリー空気供給装置。
上記隙間と連通するダクトを上記炉壁の炉外側に設置したことを特徴とする請求項１に記載のボイラ火炉のバウンダリー空気供給装置。
炉壁の幅方向中央部付近に上記折り曲げ突出部を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のボイラ火炉のバウンダリー空気供給装置。