JP2005265297A - Boiler device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a boiler device provided with a compact system configuration capable of using various pulverized coal having different kinds of coal, sludge, biomass fuel or the like, reducing amount of generated NOx, achieving stable combustion, and realizing excellent energy efficiency. <P>SOLUTION: This boiler device is provided with a furnace for injecting fuel for combustion and generating steam having high temperature by a water pipe arranged in an upper part, a heat exchange means for heating air for combustion up to such temperature that exceeds ignition temperature of fuel using combustion exhaust gas exhausted from the furnace and having high temperature as a heat source after generating steam, a combustion air supply means for injecting air for combustion, and a fuel nozzle means for injecting fuel and forming flame. Reduction atmosphere is formed in the vicinity of flame by air for combustion supplied from the combustion air supply means and fuel supplied from the fuel nozzle means. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、微粉炭、汚泥、バイオマス燃料等の固体燃料を燃焼させて高温の水蒸気を得ることができるボイラ装置に関し、特に、低質燃料を含む様々の燃料を燃焼させることが可能で、低負荷時を含めた燃焼排気ガス中のNOxの低減と装置本体のコンパクト化が可能なボイラ装置に関する。   The present invention relates to a boiler device capable of obtaining high-temperature water vapor by burning solid fuel such as pulverized coal, sludge, biomass fuel, etc. In particular, various fuels including low-quality fuel can be burned, and the load is low. The present invention relates to a boiler device capable of reducing NOx in combustion exhaust gas including time and making the device main body compact.

従来より、火力発電所においては、微粉炭を燃料とするボイラが知られているが、そのような微粉炭燃焼ボイラの問題点として、(1)燃料に起因する、所謂フューエルNOを中心とするNOxの発生量が多く、(2)揮発性の低い炭種の着火性が悪く安定燃焼が困難なこと、があげられ、さらに、コストダウンの観点からボイラの一層の小型化が望まれていた。   Conventionally, in thermal power plants, boilers using pulverized coal as fuel have been known. However, as problems of such pulverized coal combustion boilers, (1) so-called fuel NO caused by fuel is mainly used. The amount of NOx generated is large, and (2) the low volatile coal type has poor ignitability and it is difficult to stably burn, and further downsizing of the boiler has been desired from the viewpoint of cost reduction. .

従来技術においては、着火性の確保とフューエルNOの減少手段として、着火点近傍の微粉炭濃度を調整して着火性を確保するとともに、燃焼用空気量を調節して着火点近傍を還元性雰囲気にし、フューエルNの酸化を抑止してフューエルNOの発生を抑止することが行われている。例えば、微粉炭を噴出させて燃焼させるバーナの構造により微粉炭流を濃淡流としたり、燃焼用空気を供給するノズルを前述のバーナのノズルと同軸とするとともにその噴出方向を制御して、微粉炭の燃焼火炎近傍の燃焼用空気の流れを調節し着火点近傍を還元性雰囲気に保つことなどである。さらに、着火点近傍では、供給する燃焼用空気を制限して還元雰囲気中で燃焼を行わせるとともに、燃焼の後段側にさらに空気を供給して、着火点近傍の燃焼で燃え残った未燃焼燃料を完全に燃焼させる2段燃焼等も実施されている。   In the prior art, as means for ensuring ignitability and reducing fuel NO, the pulverized coal concentration in the vicinity of the ignition point is adjusted to ensure ignitability, and the amount of combustion air is adjusted to make the vicinity of the ignition point a reducing atmosphere. It has been practiced to suppress the generation of fuel NO by suppressing the oxidation of the fuel N. For example, the structure of a burner that jets and burns pulverized coal makes the pulverized coal flow dark or dark, or the nozzle for supplying combustion air is coaxial with the nozzle of the burner and controls the direction of jetting, For example, the flow of combustion air in the vicinity of the combustion flame of charcoal is adjusted to keep the vicinity of the ignition point in a reducing atmosphere. Furthermore, in the vicinity of the ignition point, the combustion air to be supplied is limited so that combustion is performed in a reducing atmosphere, and further air is supplied to the subsequent stage of combustion to completely remove unburned fuel remaining in the combustion near the ignition point. Two-stage combustion is also carried out.

しかし、上記のような従来技術によっては、着火性の改善に限界があるため還元性雰囲気の形成によるNOx発生の抑制にも限度があり、結局、大型の脱硝装置によるNOx処理を施さざるを得ないという問題があった。
近年においては、高温空気燃焼技術を微粉炭燃焼に適用して、着火性の向上の向上を図る発明が行われている(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−215013号公報
However, depending on the conventional technology as described above, there is a limit to the improvement of ignitability, so there is a limit to the suppression of NOx generation by the formation of a reducing atmosphere, and in the end, NOx treatment with a large denitration apparatus must be performed. There was no problem.
In recent years, an invention for improving the ignitability by applying a high-temperature air combustion technique to pulverized coal combustion has been performed (for example, see Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-2115013

ところで、特許文献1に提案された高温空気燃焼技術を実際のボイラへ適用するためには、以下のような種々の課題がある。
(1)高温空気燃焼技術を適用したボイラ装置は、小型から大型火炉まで、容量の異なる種々の火炉を、統一した技術的思想を適用して容易に設計できるシステム構成であることが望ましい。
(2)揮発性の低い炭種も含めた種々の炭種を燃料として、低負荷から高負荷まで広い作動範囲で低NOx、安定燃焼が可能でなければならない。
(3)また、低負荷時の効率向上、特に所内率を低下させるとともに蒸気条件を向上(高温水蒸気量の確保)させる必要がある。
(4)装置のコンパクト化によるコストダウンが必要である。
(5)汚泥やバイオマス等の低質燃料にも適用可能で、安定燃焼が可能であることが望ましい。
By the way, in order to apply the high-temperature air combustion technique proposed in Patent Document 1 to an actual boiler, there are various problems as follows.
(1) It is desirable that the boiler apparatus to which the high-temperature air combustion technology is applied has a system configuration capable of easily designing various furnaces having different capacities from small to large furnaces by applying a unified technical idea.
(2) Using various coal types including low-volatility coal types as fuel, low NOx and stable combustion must be possible over a wide operating range from low load to high load.
(3) Moreover, it is necessary to improve the efficiency at the time of low load, in particular, to reduce the internal ratio and to improve the steam conditions (ensure the amount of high-temperature steam).
(4) It is necessary to reduce the cost by making the device compact.
(5) It can be applied to low-quality fuels such as sludge and biomass, and it is desirable that stable combustion is possible.

以下、上記について詳細に説明する。
ボイラ装置のシステム構成は、個別に設計を大きく変更することなくあらゆる規模のボイラに対応できるべきであることはいうまでもない。
微粉炭は、ボイラ内で加熱されガス化して燃焼するが、かかるガスの発生のしやすさ(揮発性)は炭種により異なり、例えば、炭化度が進み煙の少ない無煙炭の揮発性は低く着火性が極端に悪い。無煙炭を含む種々の炭種を燃料として、低負荷から定格運転までの広い作動範囲で安定して燃焼させることは殆ど不可能である。
The above will be described in detail below.
It goes without saying that the system configuration of the boiler apparatus should be able to support boilers of all sizes without greatly changing the design individually.
Pulverized coal is heated and gasified in a boiler and combusted, but the ease (volatility) of such gas generation varies depending on the type of coal. For example, anthracite coal with a high degree of carbonization and low smoke has low volatility. Sexually bad. It is almost impossible to stably burn various coal types including anthracite coal in a wide operating range from low load to rated operation.

前述のように微粉炭燃焼において発生するNOxは、いわゆるフューエルNOxに起因するものが多く、従来の燃焼方法では、サーマルNOxに対して有効な排ガス再循環法等の対策によっても火炉からのフューエルNOx発生を十分に減少させる事が困難であるので、重油等を燃料とする場合に比較すれば大型の脱硝装置によりこれを除去せざるをえない。   As described above, NOx generated in pulverized coal combustion is often caused by so-called fuel NOx, and in the conventional combustion method, fuel NOx from the furnace is also taken by measures such as an exhaust gas recirculation method effective for thermal NOx. Since it is difficult to reduce the generation sufficiently, it is unavoidable to remove it with a large-scale denitration apparatus as compared with the case where heavy oil or the like is used as fuel.

さらに、低負荷での運転時においては、微粉炭の燃焼が不安定になるため、定格出力運転時に比較すれば、同じ量の微粉炭を安定に燃焼させるために必要な空気量が増加し、供給空気量の増加によりバーナ近傍の雰囲気が酸化性雰囲気になり、結果として発生NOx量の増加を招いてしまう。加えて、この空気量の増加により、該空気を送風するための排風器動力が増加し(所内率増加)、該空気(燃焼用空気)に保持されたまま大気中へ放出されて無駄になる熱量も増加し、高温水蒸気を効率的に確保することができず、ボイラ効率の低下を招く。このため、低負荷運転時においては、ボイラ装置の総合的なエネルギー効率が低下することになる。   Furthermore, since the combustion of pulverized coal becomes unstable during operation at a low load, the amount of air required to stably burn the same amount of pulverized coal increases compared to during rated output operation, Due to the increase in the amount of supplied air, the atmosphere in the vicinity of the burner becomes an oxidizing atmosphere, resulting in an increase in the amount of generated NOx. In addition, the increase in the amount of air increases the power of the exhaust fan for blowing the air (increase in the in-house ratio), and is discharged to the atmosphere while being held in the air (combustion air). The amount of heat that is generated also increases, and high-temperature steam cannot be secured efficiently, leading to a decrease in boiler efficiency. For this reason, the total energy efficiency of a boiler apparatus falls at the time of low load driving | operation.

また、環境保全の観点から、加熱により燃焼性のガスを発生する汚泥やバイオマス燃料の利用も求められているが、これらの燃料は一般に含有水分量が多く着火性が悪いため、既存のボイラで燃焼させることは困難である。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、炭種の異なる種々の微粉炭や、汚泥、バイオマス燃料等の低質燃料を使用することができ、低負荷運転を含む広い作動範囲に亘ってNOxの発生量が少なく、安定燃焼が可能であり、総合的なエネルギー効率に優れ、装置全体のコンパクト化も図れ、しかも小型から大型の火炉まで、容量の異なる種々の火炉を、統一した技術的思想を適用して容易に設計できるシステム構成を備えたボイラ装置を提供することにある。
In addition, from the viewpoint of environmental conservation, the use of sludge and biomass fuel that generate combustible gas by heating is also required, but these fuels generally have a high water content and poor ignitability, so existing boilers It is difficult to burn.
This invention is made | formed in view of said situation, The objective can use low quality fuels, such as various pulverized coals from which coal types differ, sludge, and biomass fuel, and includes low load operation. There are few NOx generations over a wide operating range, stable combustion is possible, excellent overall energy efficiency, compactness of the entire system, and various furnaces with different capacities from small to large furnaces Is to provide a boiler apparatus having a system configuration that can be easily designed by applying a unified technical idea.

上記目的を達成するため、請求項1の発明によっては、下部の燃焼領域に燃料を噴出させて燃焼させ、上部に配設した水管により高温の水蒸気を発生させる火炉と、前記水蒸気を発生させた後、火炉から排出される高温の燃焼排気ガスを熱源として燃焼用空気を前記燃料の着火温度以上の温度に加熱する熱交換手段と、前記加熱された燃焼用空気を前記燃焼領域に噴出させる燃焼用空気供給手段と、前記燃料を前記燃焼領域に噴出させ、火炎を形成させる燃料ノズル手段とを備え、前記燃焼用空気供給手段から供給される燃焼用空気と、燃料ノズル手段から供給される燃料により前記火炎近傍に還元性雰囲気を形成することを特徴とするボイラ装置が提供される。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a fuel is ejected and burned in a lower combustion region, and a furnace that generates high-temperature steam by a water pipe disposed in the upper part and the steam are generated. Thereafter, heat exchange means for heating the combustion air to a temperature equal to or higher than the ignition temperature of the fuel using the high-temperature combustion exhaust gas discharged from the furnace as the heat source, and combustion for injecting the heated combustion air into the combustion region Air supply means, and fuel nozzle means for injecting the fuel into the combustion region to form a flame, combustion air supplied from the combustion air supply means, and fuel supplied from the fuel nozzle means Provides a boiler device characterized in that a reducing atmosphere is formed in the vicinity of the flame.

前記燃焼排気ガス中の粉塵を除去して前記熱交換手段に供給する脱塵手段を備えていてもよい(請求項2)。
前記熱交換手段(請求項3)、或は前記燃焼用空気供給手段(請求項4)を複数備え、ボイラ装置の負荷や容量の増減に従って燃焼用空気量を増減してもよく、前記燃料ノズル手段(請求項5)を複数備え、ボイラ装置の負荷や容量の増減に従って燃料噴出量を増減することとしてもよい。
A dust removing unit that removes dust in the combustion exhaust gas and supplies the dust to the heat exchange unit may be provided.
A plurality of the heat exchange means (Claim 3) or the combustion air supply means (Claim 4) may be provided, and the amount of combustion air may be increased or decreased according to increase or decrease of the load or capacity of the boiler device. A plurality of means (Claim 5) may be provided, and the fuel ejection amount may be increased or decreased according to the increase or decrease of the load or capacity of the boiler device.

前記燃焼用空気供給手段は、前記燃料ノズル近傍に配設され燃焼用空気を噴出して、前記火炎近傍に還元性雰囲気を形成する第1の燃焼用空気ノズルを有してもよく(請求項6)、前記燃焼用空気供給手段は、第1の燃焼用空気ノズルの前記火炎後流側に配設され燃焼用空気を噴出して、未燃焼の燃料を燃焼させる第2の燃焼用空気ノズルを有してもよい(請求項7)。   The combustion air supply means may include a first combustion air nozzle that is disposed in the vicinity of the fuel nozzle and ejects combustion air to form a reducing atmosphere in the vicinity of the flame. 6) The combustion air supply means is disposed on the flame downstream side of the first combustion air nozzle, and ejects combustion air to burn unburned fuel. (Claim 7).

なお、ここで「燃料ノズル近傍」とは、燃料ノズルから噴出された燃料と第1の燃焼用空気ノズルから噴出される燃焼用空気により生成される燃焼火炎の周囲に還元性雰囲気を形成しうる範囲に燃料ノズルと第1の燃焼用空気ノズルが配設されていることをいい、燃料ノズルと第1の燃焼用空気ノズルとの各中心が、離間して設置されていてもよく、同軸上に各中心が配設されていてもよい。   Here, “in the vicinity of the fuel nozzle” can form a reducing atmosphere around the combustion flame generated by the fuel ejected from the fuel nozzle and the combustion air ejected from the first combustion air nozzle. It means that the fuel nozzle and the first combustion air nozzle are disposed in the range, and the centers of the fuel nozzle and the first combustion air nozzle may be installed apart from each other, and are coaxial. Each center may be disposed.

互いに対向する火炉の各壁面に、前記燃料ノズル手段及び燃焼用空気供給手段をそれぞれ配置し、各壁面の燃料ノズル及び燃焼用空気ノズルが互いに対向するように配置してもよく(請求項8)、前記燃料ノズル手段及び燃焼用空気供給手段は、前記火炉内の水平な仮想円の接線方向に、前記燃料及び燃焼用空気をそれぞれ噴出できるように配置して、前記火炉内に旋回流を発生させつつ前記固体燃料を燃焼させるようにしてもよい(請求項9)。   The fuel nozzle means and the combustion air supply means may be disposed on each wall surface of the furnace facing each other, and the fuel nozzle and the combustion air nozzle on each wall surface may be disposed to face each other. The fuel nozzle means and the combustion air supply means are arranged so that the fuel and the combustion air can be ejected in the tangential direction of a horizontal virtual circle in the furnace to generate a swirl flow in the furnace. The solid fuel may be burned while being allowed to burn (claim 9).

本発明には種々の燃料が適用可能であり、汚泥、バイオマス等でもよく、燃料が微粉炭である場合には、前記燃焼用空気を800℃以上に加熱することが望ましい(請求項10)。
熱交換手段は、多管式熱交換器であってもよく(請求項11)、蓄熱式熱交換器であってもよい(請求項12)。
Various fuels can be applied to the present invention, which may be sludge, biomass, etc. When the fuel is pulverized coal, it is desirable to heat the combustion air to 800 ° C. or higher.
The heat exchange means may be a multi-tube heat exchanger (Claim 11) or a heat storage heat exchanger (Claim 12).

必要に応じて、前記火炉からの燃焼排気ガスを搬送ガスとし、該搬送ガスにより固体燃料を燃料ノズルに搬送することとしてもよく(請求項13)、それに加えて、石炭を微粉炭に粉砕するミル装置を備え、前記火炉からの燃焼排気ガスを雰囲気ガスとし、当該燃焼排気ガスをミル装置に供給して微粉炭を製造することとしてもよく(請求項14)、火炉からの燃焼排気ガス中の灰儘を除去する集塵手段を備えていてもてもよい(請求項15)。   If necessary, combustion exhaust gas from the furnace may be used as a carrier gas, and solid fuel may be conveyed to the fuel nozzle by the carrier gas (Claim 13). In addition, the coal is pulverized into pulverized coal. A pulverized coal may be produced by providing a mill device, using the combustion exhaust gas from the furnace as an atmospheric gas, and supplying the combustion exhaust gas to the mill device (Claim 14). There may be provided dust collecting means for removing the ash ash (claim 15).

請求項1の発明の特徴は、燃料の着火温度(種々の微粉炭燃料では、800℃以上)以上の高温燃焼用空気を、作動範囲の広い範囲(好ましくは全域)にわたって確保することにある。このため、熱交換手段により上記高温燃焼用空気を得るために、燃焼排気ガスの排出位置を、水管により水蒸気を発生させた直後の、高温の燃焼排気ガス全量を熱源として利用できる位置に設け、燃焼排気ガス温度を、従来とは異なり、高目(例えば900℃程度)に設定する。高温に加熱された燃焼用空気が、燃焼用空気供給手段により燃焼領域に噴出されて、噴出された空気の一部と燃料とから生成される火炎の近傍に高温の還元性雰囲気が形成される。斯して、燃料ノズルから噴出される燃料(例えば微粉炭)は、高温に晒され、熱分解(揮発)による燃焼ガスが早期に発生し、しかも火炎が還元性雰囲気によって取り囲まれているので熱分解した燃焼ガスは窒素成分の酸化によるフュ−エルNOの発生を抑制しつつ燃焼してNOxの発生が抑制される。   A feature of the invention of claim 1 is that high-temperature combustion air at or above the ignition temperature of fuel (800 ° C. or more for various pulverized coal fuels) is secured over a wide range (preferably the entire region) of the operating range. For this reason, in order to obtain the high-temperature combustion air by the heat exchange means, the exhaust exhaust gas discharge position is provided at a position where the entire amount of the high-temperature combustion exhaust gas can be used as a heat source immediately after water vapor is generated by the water pipe, Unlike the conventional case, the combustion exhaust gas temperature is set to a high level (for example, about 900 ° C.). The combustion air heated to a high temperature is ejected to the combustion region by the combustion air supply means, and a high-temperature reducing atmosphere is formed in the vicinity of the flame generated from part of the ejected air and the fuel. . Thus, the fuel (for example, pulverized coal) ejected from the fuel nozzle is exposed to a high temperature, combustion gas due to thermal decomposition (volatilization) is generated early, and the flame is surrounded by a reducing atmosphere. The decomposed combustion gas burns while suppressing the generation of fuel NO due to the oxidation of the nitrogen component, and the generation of NOx is suppressed.

しかも、燃焼領域に供給される燃焼用空気は、着火点以上に加熱されているので、燃料が低揮発性のものであっても揮発が促進され着火性が向上して安定な燃焼が可能になる。さらに、着火性が安定するので、低負荷運転時を含めて消炎することがない。
また、燃焼用空気の供給量を適宜に調節して、火炎近傍の雰囲気を常に高温の還元性雰囲気に保持することができるので、低負荷運転から高負荷運転までの広い作動領域で上記安定燃焼が可能である。このため、燃料中に含まれる窒素成分の早期酸化によるフューエルNOxの発生が抑止され、ボイラ装置から排出されるNOx発生量を低減することができる。従って脱消装置や排風器動力に消耗されるエネルギーを減少させることができエネルギー効率が向上する。
In addition, since the combustion air supplied to the combustion region is heated above the ignition point, even if the fuel is low-volatile, volatilization is promoted and ignitability is improved, enabling stable combustion. . Furthermore, since the ignitability is stable, the flame is not extinguished even during low-load operation.
In addition, by adjusting the amount of combustion air supplied appropriately, the atmosphere in the vicinity of the flame can always be maintained in a high temperature reducing atmosphere, so the above stable combustion can be achieved in a wide operating range from low load operation to high load operation. Is possible. For this reason, generation | occurrence | production of fuel NOx by the early oxidation of the nitrogen component contained in fuel is suppressed, and the NOx generation amount discharged | emitted from a boiler apparatus can be reduced. Therefore, the energy consumed by the de-extinguishing device and the exhaust fan power can be reduced, and the energy efficiency is improved.

着火温度以上に加熱した燃焼用空気で燃料を燃焼させるので高温の燃焼ガスが生成され、燃焼火炎の高温化により火炎からの輻射伝熱量が増加し、効率的に高温水蒸気を確保できるとともにボイラ上部の輻射伝熱面を小型化することができ、水蒸気を発生させた後の燃焼排気ガスを高温に維持できる。
また、一旦、高温の燃焼排気ガスに伴なわれて火炉から放出された熱量も高温の燃焼用空気として火炉内に戻されるのでエネルギー効率が向上する。加えて、前述のように低負荷運転時においても燃焼が安定しているので、従来技術とは異なり、低負荷運転時においても、同じ量の微粉炭を燃焼させるための燃焼用空気の供給量を、定格運転時に比較して増加させる必要がなく、したがって該燃焼用空気を送風するための排風器動力の増加や燃焼排気ガスに同伴されて大気中に放出される熱エネルギーの増加もないので、この点からも総合的なエネルギー効率を向上させることができる。
Fuel is burned with combustion air heated above the ignition temperature, so high-temperature combustion gas is generated, and the amount of radiant heat transfer from the flame increases due to the high temperature of the combustion flame, ensuring high-temperature steam efficiently and at the top of the boiler The radiant heat transfer surface can be reduced in size, and the combustion exhaust gas after the generation of water vapor can be maintained at a high temperature.
In addition, since the amount of heat released from the furnace once accompanied by the high-temperature combustion exhaust gas is also returned to the furnace as high-temperature combustion air, energy efficiency is improved. In addition, since the combustion is stable during low-load operation as described above, the supply amount of combustion air for burning the same amount of pulverized coal even during low-load operation is different from the conventional technology. Therefore, there is no need to increase the exhaust air power for blowing the combustion air, and there is no increase in the thermal energy released into the atmosphere accompanying the combustion exhaust gas. Therefore, overall energy efficiency can be improved also from this point.

さらに、高温の燃焼排気ガスをそのまま火炉から排出するので、従来型のボイラ装置で行っていた火炉を含むボイラ本体内での燃焼排気ガスからの徹底的な熱回収が必要でなくなり、それを目的とするエコノマイザその他の装置を削除してボイラ装置全体をコンパクト化することができる。さらに高温燃焼用空気の供給により燃焼反応の速度そのものが増加し、短い時間で完全燃焼するこので、火炉内における微粉炭の滞留時間を減少させることができる。このため、火炉をさらにコンパクトなものとすることができる。   Furthermore, since the high-temperature combustion exhaust gas is discharged from the furnace as it is, thorough heat recovery from the combustion exhaust gas in the boiler body including the furnace, which has been done with conventional boiler equipment, is no longer necessary. The entire boiler device can be made compact by eliminating the economizer and other devices. Furthermore, by supplying high-temperature combustion air, the speed of the combustion reaction itself increases, and complete combustion takes place in a short time, so that the residence time of pulverized coal in the furnace can be reduced. For this reason, the furnace can be made more compact.

これらに加えて、高温の燃焼用空気による加熱効果により、多量の水分を含む汚泥やバイオマス燃料も火炉内において瞬時に乾燥・揮発させ、燃焼させることが可能である。
請求項2の発明によっては、好ましくは、燃焼排気ガス中の粉塵を除去して熱交換手段に供給する脱塵手段を備えることにより、燃焼排気ガス中に含まれる粉塵により熱交換手段が閉塞して使用できなくなることを防止でき、装置の連続稼動時間を延長させることができるという別の目的を達成することができる。
In addition to these, due to the heating effect of high-temperature combustion air, sludge and biomass fuel containing a large amount of water can be instantly dried, volatilized and burned in the furnace.
According to the invention of claim 2, preferably, by providing a dust removing means for removing dust in the combustion exhaust gas and supplying the dust to the heat exchange means, the heat exchange means is blocked by the dust contained in the combustion exhaust gas. It is possible to prevent the device from becoming unusable and to achieve another purpose of extending the continuous operation time of the apparatus.

請求項3、請求項4及び請求項5の発明によっては、設計するボイラ装置の定格容量に応じ、適宜、熱交換手段、燃焼用空気供給手段或は燃料ノズル手段を複数備えることができ、ボイラ装置の負荷に従って燃焼用空気量或は燃料噴出量を増減することとしたので、運転負荷が変動しても、運転する燃料ノズル手段等の基数を適宜増減して対応することができ、燃焼領域への高温燃焼用空気の供給を可能にして安定燃焼や低NOxを実現することができる。   According to the invention of claim 3, claim 4 and claim 5, depending on the rated capacity of the boiler device to be designed, a plurality of heat exchange means, combustion air supply means or fuel nozzle means can be appropriately provided. Since the combustion air amount or the fuel injection amount is increased / decreased according to the load of the apparatus, even if the operation load fluctuates, it is possible to respond by appropriately increasing / decreasing the radix of the operating fuel nozzle means, etc. It is possible to supply high-temperature combustion air to the fuel, thereby realizing stable combustion and low NOx.

また、本発明によれば、燃料ノズル手段等の燃焼能力等の設計を同一としたままで、その基数を増減することにより様々の容量の火炉を更に容易に構築することができるので、小型から大型火炉まで、容量の異なる種々の火炉について、統一した技術的思想を適用して更に容易に設計できる。
請求項6の発明によっては、燃焼用空気供給手段の第1の燃焼用空気ノズルを、燃料ノズル近傍に配設し、火炎近傍に還元性雰囲気を形成させる構成としたので、燃焼ノズル近傍の着火点を容易に還元性雰囲気にすることができ、NOx低減化が可能となる。
Further, according to the present invention, it is possible to more easily construct furnaces of various capacities by increasing or decreasing the number of bases while keeping the design of the combustion capacity of the fuel nozzle means and the like the same, so that the size can be reduced. Various furnaces with different capacities up to large furnaces can be designed more easily by applying a unified technical idea.
According to the sixth aspect of the present invention, the first combustion air nozzle of the combustion air supply means is arranged in the vicinity of the fuel nozzle so as to form a reducing atmosphere in the vicinity of the flame. Can be easily reduced and NOx can be reduced.

請求項7の発明によっては、燃焼用空気供給手段の第2の燃焼用空気ノズルを、第1の燃焼用空気ノズルの火炎後流側に配設させたので、燃焼の後段側に高温の燃焼用空気を供給して、残留する未燃焼燃料を高温雰囲気下で効率的に燃焼させることができる。なお、微粉炭に含まれる窒素成分は、還元性雰囲気の燃焼前段において安定化されるので、後段燃焼においてフュ−エルNOを発生させることはない。   According to the seventh aspect of the invention, since the second combustion air nozzle of the combustion air supply means is disposed on the downstream side of the flame of the first combustion air nozzle, high-temperature combustion is performed on the downstream side of the combustion. By supplying the working air, the remaining unburned fuel can be efficiently burned in a high temperature atmosphere. Note that the nitrogen component contained in the pulverized coal is stabilized in the pre-combustion stage of the reducing atmosphere, and therefore fuel NO is not generated in the post-stage combustion.

本発明によれば、互いに対向する火炉の各壁面に、燃料ノズル手段及び燃焼用空気供給手段をそれぞれ配置して、各壁面の燃料ノズル及び燃焼用空気ノズルが互いに対向するするよう配置して、火炉の軸心近傍に安定な燃焼領域を形成させることもできるし(請求項8)、燃料ノズル手段及び燃焼用空気供給手段は、火炉内の水平な仮想円の接線方向に、燃料及び燃焼用空気をそれぞれ噴出させ、火炉内に旋回流を発生させつつ燃料を燃焼させる配置として、ボイラ中心部に安定な燃焼域を形成させ、燃焼の安定性を向上させることもできる(請求項9)。   According to the present invention, the fuel nozzle means and the combustion air supply means are arranged on each wall surface of the furnace facing each other, and the fuel nozzle and the combustion air nozzle on each wall face each other, A stable combustion region can be formed in the vicinity of the axis of the furnace (Claim 8), and the fuel nozzle means and the combustion air supply means are provided for fuel and combustion in the tangential direction of a horizontal virtual circle in the furnace. As an arrangement in which fuel is burned while jetting air and generating a swirling flow in the furnace, a stable combustion region can be formed at the center of the boiler to improve combustion stability.

本発明装置には、種々の燃料が適用可能であり、前述したとおり、汚泥、バイオマス等でもよいが、請求項10の発明のように、燃料として微粉炭を採用した場合には、好ましくは、燃焼用空気を800℃以上に加熱することで安定な燃焼が確保できる。
請求項11、12の発明によっては、前記熱交換手段として多管式熱交換器、或いは、蓄熱式熱交換器が使用され、高温の燃焼排気ガスを熱源として燃焼用空気を燃料の着火温度以上の高温に加熱することができる。
Various fuels can be applied to the device of the present invention, and as described above, sludge, biomass, and the like may be used, but when pulverized coal is used as the fuel as in the invention of claim 10, preferably, Stable combustion can be secured by heating the combustion air to 800 ° C. or higher.
According to the inventions of claims 11 and 12, a multi-tube heat exchanger or a heat storage heat exchanger is used as the heat exchanging means, and the combustion air is heated above the ignition temperature of the fuel by using a high-temperature combustion exhaust gas as a heat source. Can be heated to a high temperature.

請求項13の発明によれば、好ましくは、火炉からの燃焼排気ガスを搬送ガスとし、該搬送ガスにより固体燃料を燃料ノズルに搬送することとしたので、燃料の搬送に使用して燃料とともに火炉内の燃焼領域に噴出させる空気の酸素濃度が低下し着火点近傍における酸素不足による還元性雰囲気をさらに容易に実現することができる。通常、搬送用空気中の酸素濃度を低下させ、着火点近傍の酸素濃度を下げると燃焼が不安定になるが、高温燃焼用空気の存在により着火点近傍の温度が高温となっているので、燃焼の安定性が維持できる。搬送用空気中の酸素濃度低下による別の効果として、微粉炭が予期しない場所で燃焼することを抑止し、またそのような燃焼を防止するための温度制御等の条件を緩和することができる。   According to the invention of claim 13, preferably, the combustion exhaust gas from the furnace is used as the carrier gas, and the solid fuel is carried to the fuel nozzle by the carrier gas. The oxygen concentration of the air ejected into the inner combustion region decreases, and a reducing atmosphere due to oxygen shortage near the ignition point can be realized more easily. Normally, if the oxygen concentration in the carrier air is lowered and the oxygen concentration in the vicinity of the ignition point is lowered, combustion becomes unstable, but the temperature in the vicinity of the ignition point is high due to the presence of the high-temperature combustion air. Stability can be maintained. As another effect due to a decrease in oxygen concentration in the carrier air, pulverized coal can be prevented from burning in an unexpected place, and conditions such as temperature control for preventing such combustion can be relaxed.

請求項14の発明は、請求項13の発明に加えて、石炭を微粉炭に粉砕するミル装置を備え、火炉からの燃焼排気ガスを雰囲気ガスとし、当該燃焼排気ガスをミル装置に供給して微粉炭を製造することとしたので、酸素濃度の高い通常の空気雰囲気下ではなく、酸素濃度の低下した燃焼排気ガス雰囲気下において微粉炭の製造を行うことになる。このため、微粉炭が予期しない場所で燃焼することを抑止し、またそのような燃焼を防止するための温度制御等の条件を緩和することができる。   In addition to the invention of claim 13, the invention of claim 14 is provided with a mill device for pulverizing coal into pulverized coal, the combustion exhaust gas from the furnace is used as the atmospheric gas, and the combustion exhaust gas is supplied to the mill device. Since pulverized coal is produced, pulverized coal is produced not in a normal air atmosphere having a high oxygen concentration but in a combustion exhaust gas atmosphere having a reduced oxygen concentration. For this reason, it can suppress that pulverized coal combusts in an unexpected place, and can ease conditions, such as temperature control for preventing such combustion.

さらに、火炉からの燃焼排気ガス中の灰儘を除去する集塵手段を備えることとしたので、灰燼により、ミル装置等において閉塞が生じることを防止することができる(請求項15)。   Furthermore, since the dust collecting means for removing the ashes in the combustion exhaust gas from the furnace is provided, it is possible to prevent the ashes from being blocked in the mill apparatus or the like (claim 15).

以下に、本発明に係るボイラ装置の実施の形態を種々の実施例により説明する。
先ず、本発明の第1の実施例であるボイラ装置10を図面1を参照して説明する。
図1に示すように、本発明に係るボイラ装置10は、下部の燃焼領域11cに微粉炭燃料を噴出させて燃焼させ、上部に配設した水管12により高温の水蒸気を発生させる火炉11と、水蒸気を発生させた後、火炉11から排出される高温の燃焼排気ガスEGを熱源として、燃焼用空気A2を、例えば、800℃以上の温度に加熱する多管式熱交換器(熱交換手段:シェルアンドチューブ型熱交換器)21と、熱交換器21の燃焼用空気出口21bに配管を介して接続し、加熱された燃焼用空気A2を火炉11内に噴出させる燃焼用空気ノズル31と該燃焼用空気ノズル31に燃焼用空気A2を圧送するための給気ブロワ32、微粉炭を火炉11内に噴出させ、燃焼させる燃料ノズル41(燃料ノズル手段)等を備えている。
Hereinafter, embodiments of the boiler device according to the present invention will be described with reference to various examples.
First, a boiler apparatus 10 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, a boiler apparatus 10 according to the present invention includes a furnace 11 for injecting and burning pulverized coal fuel into a lower combustion region 11c, and generating high-temperature steam by a water pipe 12 disposed at the upper part. After generating water vapor, a multi-tubular heat exchanger (heat exchange means: heat exchange means: heating the combustion air A2 to a temperature of 800 ° C. or higher, for example, using the high temperature combustion exhaust gas EG discharged from the furnace 11 as a heat source. A shell and tube heat exchanger) 21, a combustion air nozzle 31 connected to the combustion air outlet 21 b of the heat exchanger 21 through a pipe, and jetting the heated combustion air A 2 into the furnace 11, and An air supply blower 32 for pumping the combustion air A2 to the combustion air nozzle 31 and a fuel nozzle 41 (fuel nozzle means) for injecting and burning pulverized coal into the furnace 11 are provided.

なお、図1は、本発明のボイラ装置のシステム構成の概略を説明することが目的であるので、ボイラの構成を簡略化して模式的に示している。例えば、(1)水管は、実際には、火炉上部だけではなく火炉側壁にも多数配置するようにしてもよく、(2)水管近傍に過熱器、再熱器が配設されているものでもよい。しかし、これらは本発明装置の説明においては本質的ではないため、火炉側壁等の水管については説明を省略し、本明細書中において「水管」とは、一般にいう水管の他、過熱器、再熱器まで含むものとして説明する。   In addition, since FIG. 1 aims at explaining the outline of the system configuration | structure of the boiler apparatus of this invention, the structure of a boiler is simplified and shown typically. For example, (1) In practice, a large number of water pipes may be arranged not only on the top of the furnace but also on the side wall of the furnace. (2) Even if a superheater or reheater is provided near the water pipe. Good. However, since these are not essential in the description of the apparatus of the present invention, the description of the water pipes such as the furnace side wall is omitted. In this specification, “water pipe” refers to a superheater, It demonstrates as what also includes a heater.

しかしながら、本発明の「水管」は、燃焼領域を臨む位置に配設され、主として輻射により火炎から水管に熱伝達される。言い換えれば本発明の水管は、輻射熱伝達領域に配設されるものであり、従来のボイラにおいて、対流熱伝達領域に配設され、燃焼排気ガスの熱エネルギーを十分に回収するために必要であったエコノマイザは、本ボイラ装置10においては、不要である。本発明では、エコノマイザ等による熱回収を行わず、熱交換器21により熱回収を行う。   However, the “water pipe” of the present invention is disposed at a position facing the combustion region, and heat is transferred from the flame to the water pipe mainly by radiation. In other words, the water pipe of the present invention is disposed in the radiant heat transfer region, and is disposed in the convection heat transfer region in the conventional boiler, and is necessary for sufficiently recovering the thermal energy of the combustion exhaust gas. The economizer is not necessary in the boiler device 10. In the present invention, heat recovery is performed by the heat exchanger 21 without performing heat recovery by an economizer or the like.

火炉11は、上下に長い箱型構造物であり、底部11bは上方に開いた四角錘形状をなし、その最低部には図示しない微粉炭焼却灰の回収装置を備える。上部には水蒸気を発生させ、発生した水蒸気を更に高温に加熱するための前述の水管12を備える。また火炉11の胴部11aの下端近傍に燃料ノズル41と燃焼用空気ノズル31とが開口して、それぞれ微粉炭及び燃焼用空気を火炉11内の燃焼領域11cに噴出させ、微粉炭を燃焼させることができる構造となっている。   The furnace 11 is a box-type structure that is long in the vertical direction, and the bottom 11b has a quadrangular pyramid shape opened upward, and a pulverized coal incineration ash recovery device (not shown) is provided at the lowest part. The upper portion is provided with the above-described water pipe 12 for generating water vapor and heating the generated water vapor to a higher temperature. Further, a fuel nozzle 41 and a combustion air nozzle 31 are opened near the lower end of the body 11a of the furnace 11, and pulverized coal and combustion air are respectively ejected to the combustion region 11c in the furnace 11 to burn the pulverized coal. It has a structure that can.

火炉11の上部かつ燃焼排気ガスの流れに沿って水管の後流側には、燃焼排気ガスEGの全量を火炉11から排出するための排気管13の一端が配設され他端はサイクロン(脱塵手段)14に接続し、サイクロン14の排気側配管は熱交換器21の燃焼排気ガス入口21cに接続している。
熱交換器21は、サイクロン14を通過して熱交換器21に流入する燃焼排気ガスEGと、給気ブロワ32から燃焼用空気入口21aを介して送風される低温の燃焼用空気A2とを伝熱面を隔てて互いに反対向きに流し、その際に、燃焼排気ガスEGを熱源として燃焼用空気A2を、例えば、800℃まで加熱する機能を有する。熱交換器21の燃焼排気ガス排出口21dは排気ブロワ22及び図示しない脱硝装置等の燃焼排気ガス処理装置を介して排気筒(図示せず)に接続している。熱交換器21については、800〜900℃の高温の燃焼排気ガスに接触する部分があることを考慮した材料の選定が必要であり、かかる部分については、例えば、耐熱合金が好適に使用できる。
One end of the exhaust pipe 13 for exhausting the entire amount of the combustion exhaust gas EG from the furnace 11 is disposed on the upper part of the furnace 11 and on the downstream side of the water pipe along the flow of the combustion exhaust gas. The exhaust pipe of the cyclone 14 is connected to the combustion exhaust gas inlet 21 c of the heat exchanger 21.
The heat exchanger 21 transmits the combustion exhaust gas EG passing through the cyclone 14 and flowing into the heat exchanger 21 and the low-temperature combustion air A2 blown from the supply air blower 32 through the combustion air inlet 21a. Flowing in opposite directions across the hot surface, the combustion air A2 is heated to 800 ° C., for example, using the combustion exhaust gas EG as a heat source. A combustion exhaust gas discharge port 21d of the heat exchanger 21 is connected to an exhaust pipe (not shown) through an exhaust blower 22 and a combustion exhaust gas processing device such as a denitration device (not shown). For the heat exchanger 21, it is necessary to select a material considering that there is a portion in contact with high-temperature combustion exhaust gas at 800 to 900 ° C. For this portion, for example, a heat-resistant alloy can be suitably used.

熱交換器21の燃焼用空気排出口21bは、配管を介して燃焼用空気ノズル31の一端に接続し、燃焼用空気ノズル31の他端は、前述のように火炉11内に開口し、加熱された燃焼用空気A2を適宜方向に適宜強さの旋回を与えて、火炉11内に噴出する機能を有する。燃焼用空気ノズル31には、内部を流れる燃焼用空気A2の温度を測定する、例えば熱電対等の温度センサ31aを備える。燃焼用空気ノズル31は、燃焼用空気を火炉11内の燃焼領域11cの所望の位置に噴出できる様々の形式が使用できる。なお、この燃焼用空気ノズル31と給気ブロワ32等が燃焼用空気供給手段を構成する。   The combustion air discharge port 21b of the heat exchanger 21 is connected to one end of the combustion air nozzle 31 via a pipe, and the other end of the combustion air nozzle 31 opens into the furnace 11 as described above, and is heated. The combustion air A <b> 2 thus provided has a function of appropriately swirling in an appropriate direction and ejecting it into the furnace 11. The combustion air nozzle 31 includes a temperature sensor 31a such as a thermocouple for measuring the temperature of the combustion air A2 flowing inside. As the combustion air nozzle 31, various types that can eject the combustion air to a desired position in the combustion region 11 c in the furnace 11 can be used. The combustion air nozzle 31 and the air supply blower 32 constitute combustion air supply means.

燃料ノズル41は、一端が火炉11に接続して微粉炭を火炉11内に噴出する機能を有するとともに、他端は配管を介してミル42に接続している。ミル42は、石炭Cを粉砕して微粉炭にするとともに、搬送用空気ブロワ43を介して供給される搬送用空気A1により該微粉炭を燃料ノズル41に搬送供給する機能を有する。なお、燃料ノズル41の形状、大きさ、材質、噴出方向、旋回強さ、燃料濃淡分布等については特に制限はないが、微粉炭を火炉11内の燃焼領域11cの所望の位置に閉塞なく噴出させることができる様々の形式のものが適用できる。但し、ノズル先端部に微粉炭に着火するための着火機構(図示せず)を有することはいうまでもなく、スラッギング防止装置等適宜必要装置を付加することができる。   The fuel nozzle 41 has a function of connecting one end to the furnace 11 and ejecting pulverized coal into the furnace 11, and the other end is connected to the mill 42 via a pipe. The mill 42 pulverizes the coal C into pulverized coal and has a function of conveying and supplying the pulverized coal to the fuel nozzle 41 by the conveying air A <b> 1 supplied via the conveying air blower 43. The shape, size, material, ejection direction, swirl strength, fuel density distribution, etc. of the fuel nozzle 41 are not particularly limited, but pulverized coal is ejected without obstruction to a desired position in the combustion region 11c in the furnace 11. Various forms that can be applied are applicable. However, it goes without saying that an ignition mechanism (not shown) for igniting the pulverized coal is provided at the tip of the nozzle, and a necessary device such as a slagging prevention device can be appropriately added.

また、燃焼用空気ノズル31と燃料ノズル41との位置関係については様々の態様のものが適用でき、本実施例においては燃焼用空気ノズル31中心と燃料ノズル41中心とが離間して設置されていることとしたが、燃焼用空気ノズル31から供給される燃焼用空気と、燃料ノズル41から供給される燃料により火炎F近傍に還元性雰囲気を形成できる配置であれば、それらの中心を同軸上に設置し(同軸ノズル)、設置面積の低減化を図ってもよい。   In addition, various aspects of the positional relationship between the combustion air nozzle 31 and the fuel nozzle 41 can be applied. In the present embodiment, the center of the combustion air nozzle 31 and the center of the fuel nozzle 41 are installed apart from each other. However, if the combustion air supplied from the combustion air nozzle 31 and the fuel supplied from the fuel nozzle 41 are arranged so that a reducing atmosphere can be formed in the vicinity of the flame F, their centers are coaxial. May be installed (coaxial nozzle) to reduce the installation area.

ボイラ装置10は、火炉11に供給される微粉炭の炭種(揮発性)、及び運転負荷状態が変化しても、燃焼用空気A2が必要空気温度以上となるように空気温度を調整する制御装置45を備える。制御装置45は、少なくとも給気ブロワ32、排気ブロワ22、搬送用空気ブロワ43、ミル42及び温度センサ31a等から空気流量、空気温度、給炭量等のデータを得ると同時にこれらの運転状態を制御する機能を備える。より詳しくは、制御装置45は別途入力される、微粉炭の揮発性等の燃料性状、及び運転負荷に関する運転指令情報を演算処理して燃焼用空気ノズル31から供給される燃焼用空気A2の温度(炭種に応じた着火温度以上の温度、例えば850℃)を設定し、温度センサ31aの燃焼用空気温度データと上記設定温度との差を検出してその差を0とするように給気ブロワ32及び排気ブロワ22の吐出圧力、流量等を設定、制御する機能を備える。また、運転指令情報、運転状態情報に基づき搬送用空気ブロワ43の吐出圧力、流量等或いはミル42において粉砕処理する石炭量等を設定、制御する機能も併せて備える。   The boiler device 10 controls the air temperature so that the combustion air A2 becomes equal to or higher than the necessary air temperature even if the coal type (volatile) of pulverized coal supplied to the furnace 11 and the operating load state change. A device 45 is provided. The control device 45 obtains data such as an air flow rate, an air temperature, and a coal supply amount from at least the air supply blower 32, the exhaust blower 22, the transfer air blower 43, the mill 42, the temperature sensor 31a, etc. It has a function to control. More specifically, the controller 45 calculates the temperature of the combustion air A2 supplied from the combustion air nozzle 31 by calculating and processing the fuel command such as the volatility of pulverized coal and the operation command information related to the operation load. (A temperature equal to or higher than the ignition temperature corresponding to the coal type, for example, 850 ° C.) is set, and a difference between the combustion air temperature data of the temperature sensor 31a and the set temperature is detected and the air supply is performed so that the difference becomes zero A function of setting and controlling the discharge pressure, flow rate, and the like of the blower 32 and the exhaust blower 22 is provided. Further, it also has a function of setting and controlling the discharge pressure, flow rate, etc. of the conveying air blower 43 or the amount of coal to be crushed in the mill 42 based on the operation command information and the operation state information.

次に、上記ボイラ装置10の作用について説明する。
まず、ミル42において石炭Cを所望の平均粒径に粉砕し微粉炭を製造するとともに搬送用空気A1により所要量の微粉炭を搬送して、燃料ノズル41から燃焼領域11cの高温還元雰囲気内に噴出させ、着火して火炎Fを形成して燃焼させる。このとき、燃焼用空気ノズル31から、微粉炭供給量によって定まる所定量の高温の燃焼用空気A2が供給される。このとき供給される燃焼用空気量を適宜調整し、また、燃焼用空気A2は火炎Fを包み込むように火炎Fの周囲を流れるので、火炎Fの着火点F1近傍に多量の空気が供給されることはなく、着火点F1近傍では酸素が不足して還元性雰囲気が維持され、フューエルNOxの発生が抑制される。一方、燃焼用空気温度が高く、それに加えて、後述の後段燃焼の輻射熱による加熱効果により着火点F1近傍の高温雰囲気も維持されるので、微粉炭燃料が、例え低揮発性の炭種であったとしても微粉炭から燃焼性ガスが十分に揮発して着火性が保たれ、消炎することなく安定な燃焼が継続する。さらに、火炎F周囲には燃焼用空気が充満しているので未燃焼の燃料がいわゆる後段燃焼を生じて完全に燃焼する。
Next, the operation of the boiler device 10 will be described.
First, in the mill 42, the coal C is pulverized to a desired average particle size to produce pulverized coal, and a necessary amount of pulverized coal is conveyed by the conveying air A1, and is fed from the fuel nozzle 41 into the high temperature reducing atmosphere of the combustion region 11c. Blow out and ignite to form a flame F and burn. At this time, a predetermined amount of high-temperature combustion air A2 determined by the pulverized coal supply amount is supplied from the combustion air nozzle 31. The amount of combustion air supplied at this time is appropriately adjusted, and the combustion air A2 flows around the flame F so as to wrap the flame F, so that a large amount of air is supplied in the vicinity of the ignition point F1 of the flame F. In the vicinity of the ignition point F1, oxygen is insufficient and a reducing atmosphere is maintained, and the generation of fuel NOx is suppressed. On the other hand, the combustion air temperature is high, and in addition to that, a high-temperature atmosphere near the ignition point F1 is maintained by the heating effect by the radiant heat of the later stage combustion, so that the pulverized coal fuel is a low-volatile coal type, for example. However, the combustible gas is sufficiently volatilized from the pulverized coal, the ignitability is maintained, and stable combustion continues without extinguishing the flame. Further, since the combustion air is filled around the flame F, unburned fuel is burnt completely by causing so-called post-stage combustion.

これらに加えて、微粉炭を搬送する搬送用空気A1の量も必要に応じて調整することにより着火点F1近傍に最適な還元性雰囲気を達成することができる。
上記の微粉炭の燃焼火炎Fからの熱輻射により水管12内に所望性状の水蒸気を発生させる。このとき、高温空気燃焼により火炎F自体の温度が上昇しているので、従来型ボイラに比較すれば輻射熱として水管12に伝わる熱量が多くなっており高温の水蒸気を効率的に生成することができる。また、高温空気燃焼により、例えば、1300℃以上の高温の燃焼排気ガスEGが発生するが、該燃焼排気ガスEGは、火炉11内を上昇し、水管12に接触して水管12内の水又は水蒸気に熱量を与える。その際、燃焼排気ガスEG自身の温度は、〜900℃前後まで低下して、火炉11上部から排出される。ここで、火炉から排出される燃焼排気ガスEG温度は、燃焼用空気を燃料の着火温度以上の温度に加熱するため、燃料の着火温度よりさらに高い温度に維持して排出させる必要があり、例えば、燃料の着火温度が〜800℃である場合に、排出する燃焼排気ガスEG温度は〜900℃にする。排出された燃焼排気ガスEGは、サイクロン14において粉塵等を除去される。さらに、燃焼排気ガスEGは、熱交換器21に流入して給気ブロワ32から供給された低温の燃焼用空気A2を、例えば、800℃以上に加熱する。この熱交換により冷却された燃焼排気ガスEGは、排気ブロワ22、脱硝装置等の燃焼排気ガス処理装置及び排気筒(図示せず)を経て大気中へ放出される。
In addition to these, an optimum reducing atmosphere in the vicinity of the ignition point F1 can be achieved by adjusting the amount of conveying air A1 for conveying pulverized coal as necessary.
Water vapor having a desired property is generated in the water pipe 12 by heat radiation from the combustion flame F of the pulverized coal. At this time, since the temperature of the flame F itself is increased by high-temperature air combustion, the amount of heat transmitted to the water pipe 12 as radiant heat is larger than that of the conventional boiler, and high-temperature steam can be efficiently generated. . In addition, high-temperature air combustion generates, for example, high-temperature combustion exhaust gas EG of 1300 ° C. or higher. The combustion exhaust gas EG rises in the furnace 11 and comes into contact with the water pipe 12 so that water in the water pipe 12 or Gives heat to steam. At that time, the temperature of the combustion exhaust gas EG itself is lowered to about 900 ° C. and is discharged from the upper portion of the furnace 11. Here, the combustion exhaust gas EG temperature discharged from the furnace needs to be discharged while maintaining the combustion air at a temperature higher than the fuel ignition temperature in order to heat the combustion air to a temperature equal to or higher than the fuel ignition temperature. When the ignition temperature of the fuel is ˜800 ° C., the exhaust gas EG temperature to be discharged is made ˜900 ° C. Dust and the like are removed from the discharged combustion exhaust gas EG in the cyclone 14. Further, the combustion exhaust gas EG flows into the heat exchanger 21 and heats the low-temperature combustion air A2 supplied from the supply air blower 32 to, for example, 800 ° C. or higher. The combustion exhaust gas EG cooled by this heat exchange is discharged into the atmosphere through the exhaust blower 22, a combustion exhaust gas processing device such as a denitration device, and an exhaust pipe (not shown).

一方、加熱された燃焼用空気A2は、燃焼用空気ノズル31から火炉11内に噴出され、前述のように火炎F近傍の雰囲気を高温の還元性雰囲気に維持しつつ微粉炭を燃焼させる。
なお、従来技術によっては、低負荷運転時には、全出力運転時に同じ量の微粉炭を燃焼させる場合に比較して最大では1〜2割近く燃焼用空気を増加させる必要があった。本発明にかかるボイラ装置10によれば、そのような燃焼用空気の増加は殆ど必要がなくなり、低NOx化とエネルギー効率の向上が図れる。
On the other hand, the heated combustion air A2 is ejected from the combustion air nozzle 31 into the furnace 11, and burns pulverized coal while maintaining the atmosphere in the vicinity of the flame F in a high temperature reducing atmosphere as described above.
Depending on the prior art, it is necessary to increase the combustion air at a maximum by nearly 10 to 20% at the time of low load operation as compared with the case of burning the same amount of pulverized coal at the time of full output operation. According to the boiler apparatus 10 according to the present invention, such an increase in combustion air is almost unnecessary, so that NOx reduction and energy efficiency can be improved.

また、前述のように、従来のボイラにおいて燃焼排気ガスの熱エネルギーを十分に回収するために必要であったエコノマイザ、その他の装置とその収容スペースは、本ボイラ装置10においては、不要であり削除されている。また、高温空気燃焼のため燃焼反応が短時間で終了し、そのために火炉11内における微粉炭の必要な滞留時間が減少し、その間に燃焼排気ガスの流れに沿って微粉炭が移動する距離も減少するので、それだけ火炉部11容積を減少できる。さらに燃焼火炎Fの温度が高温になっているので輻射伝熱の効率があがるので、水管12の小型化が可能でありそれを収容する火炉11上部のコンパクト化が可能になる。これら3つの効果により、従来のボイラ装置に比較して火炉11がコンパクトなものとなっている。   Further, as described above, the economizer and other devices and the storage space required for sufficiently recovering the thermal energy of the combustion exhaust gas in the conventional boiler are unnecessary and deleted in the boiler device 10. Has been. In addition, the combustion reaction is completed in a short time due to high-temperature air combustion, so that the required residence time of the pulverized coal in the furnace 11 is reduced, and the distance that the pulverized coal moves along the flow of the combustion exhaust gas during that time Since it decreases, the furnace part 11 volume can be reduced accordingly. Further, since the temperature of the combustion flame F is high, the efficiency of radiant heat transfer is improved, so that the water pipe 12 can be downsized and the upper portion of the furnace 11 that accommodates it can be downsized. Due to these three effects, the furnace 11 is more compact than the conventional boiler apparatus.

以上本発明にかかる第1の実施例のボイラ装置10の実施例の説明を終了するが、第1の実施例には、様々の態様があることは言うまでもない。以下にかかる態様の例を説明する。
本実施例においては、燃焼排気ガス中の脱塵手段としてサイクロンを使用したが、その代替として、熱交換器21に熱交換器21内に付着した粉塵を除去するための粉塵除去手段、例えば、水蒸気や圧縮空気を付着部分に吹き付けて粉塵を吹き飛ばして除去するスートブロー、或いは、鋼球を落下させ、粉塵が付着した管路等を落下する鋼球で叩くようにして粉塵を除去する装置、或いは、熱交換器全体を振動させて粉塵を除去する装置等を設置することとしてもよい。或いはこれら粉塵除去手段と脱塵手段とを併用してもよい。
Although the description of the embodiment of the boiler device 10 according to the first embodiment of the present invention has been completed, it is needless to say that the first embodiment has various aspects. The example of the aspect concerning this is demonstrated below.
In the present embodiment, a cyclone is used as a dust removing means in the combustion exhaust gas, but as an alternative, a dust removing means for removing dust adhering to the heat exchanger 21 in the heat exchanger 21, for example, A soot blower that blows and removes dust by blowing water vapor or compressed air onto the adhering part, or a device that removes dust by dropping a steel ball and hitting the falling steel ball with a falling steel ball, or Alternatively, a device for removing dust by vibrating the entire heat exchanger may be installed. Alternatively, these dust removing means and dust removing means may be used in combination.

本実施例においては、熱交換器とそれに接続するサイクロンと燃焼用空気供給手段、及び燃料ノズルは1組としたが、ボイラ装置の定格容量に応じ、ひとつの火炉に、熱交換器、サイクロン、燃焼用空気供給手段及び燃料ノズルを複数設置し、運転負荷の増減により実際に運転する上記熱交換器、サイクロン、燃焼用空気供給手段及び燃料ノズルの数を増減させ、燃焼用空気量や燃焼する燃料量を増減させてもよい。運転負荷の変動に対し、各組の運転負荷を変化させることなく対応することができる。或は、同一設計の熱交換器、サイクロン、燃焼用空気供給手段及び燃料ノズルを増減することにより、小型から大型火炉まで、容量の異なる種々の火炉を、統一した技術的思想を適用して容易に設計できる。なお、この場合、熱交換器、サイクロン、燃焼用空気供給手段及び燃料ノズルは、それぞれ例えば一つずつを組として組の数を増減してもよく、各機器を特に組として使用するのではなく個別に増減させてもよい。   In this embodiment, the heat exchanger, the cyclone connected to the heat exchanger, the combustion air supply means, and the fuel nozzle are set as one set. However, according to the rated capacity of the boiler device, the heat exchanger, the cyclone, Multiple combustion air supply means and fuel nozzles are installed, and the number of heat exchangers, cyclones, combustion air supply means and fuel nozzles that are actually operated by increasing or decreasing the operating load is increased or decreased, and the amount of combustion air or combustion The amount of fuel may be increased or decreased. It is possible to cope with fluctuations in operating load without changing the driving load of each group. Or, by changing the number of heat exchangers, cyclones, combustion air supply means and fuel nozzles of the same design, various furnaces with different capacities from small to large furnaces can be easily applied by applying a unified technical concept. Can be designed. In this case, the number of sets of heat exchangers, cyclones, combustion air supply means, and fuel nozzles may be increased or decreased, for example, one by one, and each device is not particularly used as a set. It may be increased or decreased individually.

図2に示すように燃焼用空気を上下2段に分けて火炉51に供給してもよい。この場合には、下段側ノズル(第1の燃焼用空気ノズル)52を燃料ノズル54近傍に配置し、まず、該ノズル52から供給される高温の燃焼用空気の量をやや少なくして強い還元性雰囲気を燃料ノズル54近傍に形成させ、低NOxでの安定燃焼を達成し、さらに上段側ノズル(第2の燃焼用空気ノズル)53から供給される高温の燃焼用空気により未燃焼の燃料を高温条件下において効率的に燃焼させることができる。   As shown in FIG. 2, combustion air may be supplied to the furnace 51 in two upper and lower stages. In this case, the lower nozzle (first combustion air nozzle) 52 is disposed in the vicinity of the fuel nozzle 54, and first, the amount of high-temperature combustion air supplied from the nozzle 52 is slightly reduced to perform strong reduction. An atmosphere is formed in the vicinity of the fuel nozzle 54 to achieve stable combustion at low NOx, and unburned fuel is supplied by high-temperature combustion air supplied from the upper stage side nozzle (second combustion air nozzle) 53. It can be efficiently burned under high temperature conditions.

本実施例においては、燃焼用空気ノズル31及び燃料ノズル41は、それぞれ1個ずつ配設されているが、複数であってもよい。燃焼用空気ノズルと燃料ノズルの数が異なってもよく、複数のこれらノズルの配置についても水平面上に配置されても又は火炉の胴部に上下に配置されてもよい。例えば図3の火炉水平断面図に示すように、火炉61の胴部の互いに対向する壁面に互いに対向するように燃料ノズル62、燃焼用空気ノズル63をそれぞれ複数(図3では4個ずつ)設置してもよく、またこれらのノズルは火炉胴部に上下に複数段配置してもよい。   In this embodiment, one combustion air nozzle 31 and one fuel nozzle 41 are provided, but a plurality of them may be provided. The number of combustion air nozzles and fuel nozzles may be different, and a plurality of these nozzles may be arranged on a horizontal plane or arranged vertically on the furnace body. For example, as shown in the horizontal sectional view of the furnace of FIG. 3, a plurality of fuel nozzles 62 and a plurality of combustion air nozzles 63 (four each in FIG. 3) are installed on the opposite wall surfaces of the body of the furnace 61 so as to face each other. These nozzles may be arranged in a plurality of stages on the furnace body.

図4に示すように複数(図4では4個ずつ)の燃料ノズル64と、燃焼用空気ノズル65とを、それぞれの噴出方向を水平かつ火炉66の水平断面上の仮想円67の接線方向を指向するように配置し、噴出した微粉炭と燃焼用空気が旋回流を形成するように配置してもよい。この旋回流にそって、仮想円67上に火炎によるファイアボールが形成されるので、より安定な燃焼を継続させることができる。   As shown in FIG. 4, a plurality (four in FIG. 4) of fuel nozzles 64 and combustion air nozzles 65 are arranged so that the respective jet directions are horizontal and the tangential direction of the virtual circle 67 on the horizontal cross section of the furnace 66 is set. You may arrange | position so that it may face, and you may arrange | position so that the pulverized coal and the air for combustion may form a swirl flow. A fireball is formed on the virtual circle 67 along the swirl flow, so that more stable combustion can be continued.

本実施例においては熱交換手段として多管式熱交換器(シェルアンドチューブ型)を使用したが、その代替として回転型蓄熱式熱交換器或いは交番型蓄熱式交換器を使用してもよい。800〜900℃という高温条件における熱交換の場合、多管円筒型熱交換器においては、かかる高温に耐える耐熱合金でかつ熱伝導特性に優れた材料を選択する必要があり、高価な材料を使用する必要があるが、蓄熱式熱交換器の場合には、熱交換に安価なセラミックス製等の蓄熱材を使用するので安価な熱交換手段が提供できる。また、回転型蓄熱式熱交換器を使用する場合には多管円筒型熱交換器を単純に回転型蓄熱式熱交換器に代替することで同様の効果がえられる。一方、交番型蓄熱式熱交換器を使用する場合には、例えば、図5に示すように2つの交番型蓄熱式熱交換器71、72と2つの4方弁73、74とから構成され、熱交換器71、72のそれぞれの一端を4方弁73に、それぞれの他端を4方弁74に接続する熱交換システムが使用できる。ここで、4方弁73の他の2端は、燃焼用空気ノズル及びサイクロンの燃焼排気ガス出口に接続し、4方弁74の他の2端は燃焼排気ガスの排気ブロワ及び燃焼用空気の給気ブロワに接続し、それぞれが熱交換器71,72に切り替えて接続できる。図5の状態では、燃焼用空気の給気ブロワー熱交換器71―燃焼用空気ノズルが接続し、他方、サイクロン出口―熱交換器72―燃焼排気ガスの排気ブロワとが接続している。なお、4方弁73は特に高温に耐える構造とする。作用を説明すると、燃焼用空気の給気ブロワから熱交換器71に燃焼用空気が送風され、熱交換器71内の加熱された蓄熱材により該空気が所定の温度まで加熱され、燃焼用空気ノズルに送風され、火炉内に噴出される。一方サイクロンを出た高温の燃焼排気ガスは、熱交換器72に流入し、熱交換器72内の蓄熱材を加熱し、自らは冷却されて排気ブロワから燃焼排気ガス処理装置へ送られる。一定時間の運転により、熱交換器71内の蓄熱材が熱を失い、一方、熱交換器72内の蓄熱材が十分に加熱されたところで4方弁73,74を切り替え、燃焼用空気の給気ブロワー熱交換器72―燃焼用空気ノズルと、サイクロン出口―熱交換器71―燃焼排気ガスの排気ブロワをそれぞれ接続して同様の運転を行う。この繰り返しにより、燃焼排気ガスを熱源とする燃焼用空気の加熱を行うことができる。   In this embodiment, a multi-tube heat exchanger (shell-and-tube type) is used as the heat exchange means, but a rotary heat storage heat exchanger or an alternating heat storage type exchanger may be used instead. In the case of heat exchange under a high temperature condition of 800 to 900 ° C., it is necessary to select a heat-resistant alloy that can withstand such a high temperature and a material having excellent heat conduction characteristics in a multi-tubular heat exchanger, and an expensive material is used. However, in the case of a heat storage type heat exchanger, an inexpensive heat exchange means can be provided because a heat storage material made of ceramics or the like that is inexpensive for heat exchange is used. Further, when using a rotary heat storage type heat exchanger, the same effect can be obtained by simply substituting the multi-tubular heat exchanger with a rotary heat storage type heat exchanger. On the other hand, when using an alternating heat storage heat exchanger, for example, as shown in FIG. 5, it is composed of two alternating heat storage heat exchangers 71 and 72 and two four-way valves 73 and 74, A heat exchange system in which one end of each of the heat exchangers 71 and 72 is connected to the four-way valve 73 and the other end of each of the heat exchangers 71 and 72 is connected to the four-way valve 74 can be used. Here, the other two ends of the four-way valve 73 are connected to a combustion air nozzle and a cyclone combustion exhaust gas outlet, and the other two ends of the four-way valve 74 are connected to an exhaust blower of combustion exhaust gas and combustion air. It connects to an air supply blower, and each can switch and connect to the heat exchangers 71 and 72. In the state of FIG. 5, the combustion air supply blower heat exchanger 71-combustion air nozzle is connected, and the cyclone outlet-heat exchanger 72-combustion exhaust gas exhaust blower is connected. The four-way valve 73 has a structure that can withstand particularly high temperatures. To explain the operation, combustion air is blown from the combustion air supply blower to the heat exchanger 71, and the air is heated to a predetermined temperature by the heated heat storage material in the heat exchanger 71. The air is blown to the nozzle and ejected into the furnace. On the other hand, the high-temperature combustion exhaust gas exiting the cyclone flows into the heat exchanger 72, heats the heat storage material in the heat exchanger 72, is cooled by itself, and is sent from the exhaust blower to the combustion exhaust gas processing device. When the heat storage material in the heat exchanger 71 loses heat due to the operation for a certain period of time, the four-way valves 73 and 74 are switched when the heat storage material in the heat exchanger 72 is sufficiently heated to supply combustion air. The air blower heat exchanger 72-combustion air nozzle and the cyclone outlet-heat exchanger 71-combustion exhaust gas exhaust blower are connected to perform the same operation. By repeating this, the combustion air using the combustion exhaust gas as a heat source can be heated.

本実施例においては、燃料は固体燃料である微粉炭としたが、例えば、細かく砕いた木材チップなどのバイオマス燃料を用いてもよい。さらに多量の水分を含む汚泥等も搬送用空気による搬送の代わりにポンプにより火炉内に噴出させ、高温の燃焼用空気により水分を蒸発させ、乾燥した汚泥をさらに加熱して汚泥に含まれる可燃性成分を揮発させて燃焼することとしてもよい。従来技術によっては、例えば含水率60%程度以上の汚泥を燃焼させる場合には、予め汚泥を予熱して乾燥させておくか、オイル混焼等の手段を講ずる必要があったが、本発明によってはそのような必要はなく、より含水率の高い、例えば80%程度の汚泥を燃焼(専焼)させることが可能である。   In this embodiment, the fuel is pulverized coal which is a solid fuel, but biomass fuel such as finely crushed wood chips may be used. In addition, sludge containing a large amount of moisture is ejected into the furnace by a pump instead of being transported by transporting air, the moisture is evaporated by high-temperature combustion air, and the dried sludge is further heated to combustible in the sludge. The components may be volatilized and burned. Depending on the prior art, for example, when burning sludge having a moisture content of about 60% or more, it is necessary to preheat and dry the sludge in advance or to take measures such as oil co-firing. There is no such need, and it is possible to burn (exclusively burn) sludge having a higher moisture content, for example, about 80%.

次に本発明に係る第2の実施例にかかるボイラ装置80を図6を参照して説明する。
第1実施例においては、微粉炭の搬送ガスとして搬送用空気A1を使用することとしたが、本ボイラ装置80は、熱交換器82において高温燃焼用空気を加熱して自らの温度が低下した後の燃焼排気ガスEGを搬送用ガス及びミル(ミル装置)85における微粉炭製造時の雰囲気ガスとして使用する。
Next, a boiler apparatus 80 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment, the carrier air A1 is used as the carrier gas for the pulverized coal. However, the boiler device 80 heats the high-temperature combustion air in the heat exchanger 82 and its temperature decreases. The later combustion exhaust gas EG is used as a carrier gas and an atmospheric gas when producing pulverized coal in a mill (mill apparatus) 85.

より詳しくは、図6に示すように、本ボイラ装置80は、第1実施例において説明したボイラ装置10の機器等に加え、又はそれに代えて、熱交換器82の後流側に接続された集塵器(集塵手段)83と、該集塵器83において除塵された燃焼排気ガスEGを抽気して、ミル85に圧送し、ミル85において微粉炭を混合させて燃料ノズル87から火炉81に噴出させるための搬送空気ブロワ84と、搬送空気ブロワ84をも制御する制御装置86等を備える。   More specifically, as shown in FIG. 6, the boiler device 80 is connected to the downstream side of the heat exchanger 82 in addition to or instead of the equipment of the boiler device 10 described in the first embodiment. A dust collector (dust collecting means) 83 and the combustion exhaust gas EG dedusted in the dust collector 83 are extracted and pumped to the mill 85, and the pulverized coal is mixed in the mill 85 to be fed from the fuel nozzle 87 to the furnace 81. And a control device 86 for controlling the transport air blower 84 and the like.

上記以外のシステム構成、各設備の機能、形状、配置及び作用効果については第1実施例と同様であるので説明を省略する。
本ボイラ装置80の作用を以下に説明する。
すなわち、燃焼排気ガスEGの一部を集塵器83の出口から抽気して搬送用空気A1の代替及び微粉炭製造時の雰囲気ガスとしてミル85に搬送空気ブロワ84により供給する。燃焼排気ガスEGは、酸素濃度が低下しているので、微粉炭製造時に予期しない微粉炭燃焼を生じる虞が少なく、該予期しない微粉炭燃焼を防止するための温度制御等の条件を緩和することができ、また火炎の着火点近傍の酸素不足による還元性雰囲気を維持するのに好適に使用できる。このとき、火炎の着火点近傍の温度が、高温燃焼用空気の存在により高温に維持されていることから、搬送ガス中の酸素濃度が減少しても安定な燃焼が維持されることは言うまでもない。
Since the system configuration other than the above, the function, shape, arrangement, and operational effects of each facility are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
The operation of the boiler device 80 will be described below.
That is, a part of the combustion exhaust gas EG is extracted from the outlet of the dust collector 83 and supplied to the mill 85 by the carrier air blower 84 as an atmosphere gas at the time of producing the pulverized coal instead of the carrier air A1. Combustion exhaust gas EG has a low oxygen concentration, so there is little risk of unexpected pulverized coal combustion during pulverized coal production, and conditions such as temperature control to prevent the unexpected pulverized coal combustion should be relaxed And can be suitably used to maintain a reducing atmosphere due to lack of oxygen in the vicinity of the ignition point of the flame. At this time, since the temperature near the ignition point of the flame is maintained at a high temperature due to the presence of the high-temperature combustion air, it goes without saying that stable combustion is maintained even if the oxygen concentration in the carrier gas decreases.

なお、本実施例においては、微粉炭搬送に使用するガス中には塵埃がふくまれないことが望ましいことから、燃焼排気ガスを集塵器83出口において抽気することとしたが、集塵器83以降であれば、例えば、図示しない排気筒等、燃焼排気ガス処理装置のいずれの点から抽気してもよい。
なお、ここで説明した実施形態は一つの例であって、本発明はこれのみに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において変更を加えうることはいうまでもない。
In the present embodiment, since it is desirable that the gas used for conveying the pulverized coal does not contain dust, the combustion exhaust gas is extracted at the outlet of the dust collector 83. Thereafter, for example, the air may be extracted from any point of the combustion exhaust gas processing device such as an exhaust pipe (not shown).
In addition, embodiment described here is an example, Comprising: This invention is not limited only to this, It cannot be overemphasized that a change can be added in the range of the summary of this invention.

本発明にかかる第1の実施例のボイラ装置のシステム図である。1 is a system diagram of a boiler apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明にかかる別の実施例の2段燃焼用の燃焼用空気ノズルの例を示すシステム図である。It is a system diagram which shows the example of the combustion air nozzle for the two-stage combustion of another Example concerning this invention. 本発明にかかるさらに別の実施例の燃焼用空気ノズル、燃料ノズルの配置例を示す火炉の概略水平断面図である。It is a schematic horizontal sectional view of the furnace which shows the example of arrangement | positioning of the combustion air nozzle of another Example concerning this invention, and a fuel nozzle. 本発明にかかるさらにまた別の実施例の燃焼用空気ノズル、燃料ノズルの配置例を示す火炉の概略水平断面図である。It is a schematic horizontal sectional view of the furnace which shows the example of arrangement | positioning of the combustion air nozzle of another Example concerning this invention, and a fuel nozzle. 本発明にかかるさらにまた別の実施例として一対の交番型蓄熱式熱交換器を使用した場合のシステム図である。It is a system diagram at the time of using a pair of alternating heat storage type heat exchanger as another Example concerning this invention. 本発明に係る第2の実施例のボイラ装置のシステム図である。It is a system diagram of the boiler apparatus of the 2nd Example concerning the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10、80 ボイラ装置
11、51、61、66 火炉
11c燃焼領域
12 水管
13 排気管
14 サイクロン
21、82 熱交換器
22 排気ブロワ
31、63、65 燃焼用空気ノズル
32 給気ブロワ
41、54、62、64、87 燃料ノズル
42、85 ミル
43、84 搬送用空気ブロワ
52 下段側ノズル
53 上段側ノズル
67 仮想円
83 集塵器
10, 80 Boiler unit 11, 51, 61, 66 Furnace 11c Combustion region 12 Water pipe 13 Exhaust pipe 14 Cyclone 21, 82 Heat exchanger 22 Exhaust blower 31, 63, 65 Combustion air nozzle 32 Supply air blower 41, 54, 62 , 64, 87 Fuel nozzle 42, 85 mil 43, 84 Air blower for conveyance 52 Lower nozzle 53 Upper nozzle 67 Virtual circle 83 Dust collector

Claims (15)

下部の燃焼領域に燃料を噴出させて燃焼させ、上部に配設した水管により高温の水蒸気を発生させる火炉と、
前記水蒸気を発生させた後、火炉から排出される高温の燃焼排気ガスを熱源として燃焼用空気を前記燃料の着火温度以上の温度に加熱する熱交換手段と、
前記加熱された燃焼用空気を前記燃焼領域に噴出させる燃焼用空気供給手段と、
前記燃料を前記燃焼領域に噴出させ、火炎を形成させる燃料ノズル手段と
を備え、
前記燃焼用空気供給手段から供給される燃焼用空気と、前記燃料ノズル手段から供給される燃料により前記火炎近傍に還元性雰囲気を形成することを特徴とするボイラ装置。
A furnace that injects fuel into a lower combustion region and burns it, and generates high-temperature water vapor by a water pipe disposed in the upper part;
Heat exchange means for heating the combustion air to a temperature equal to or higher than the ignition temperature of the fuel by using the high-temperature combustion exhaust gas discharged from the furnace as a heat source after generating the water vapor;
Combustion air supply means for ejecting the heated combustion air to the combustion region;
Fuel nozzle means for injecting the fuel into the combustion region to form a flame,
A boiler apparatus characterized in that a reducing atmosphere is formed in the vicinity of the flame by the combustion air supplied from the combustion air supply means and the fuel supplied from the fuel nozzle means.
前記燃焼排気ガス中の粉塵を除去して前記熱交換手段に供給する脱塵手段を備えることを特徴とする、請求項1に記載のボイラ装置。   The boiler apparatus according to claim 1, further comprising dust removing means for removing dust in the combustion exhaust gas and supplying the dust to the heat exchange means. 前記熱交換手段を複数備え、ボイラ装置の負荷又は容量の増減に従って熱交換により高温に加熱される燃焼用空気量を増減することを特徴とする、請求項1又は2のいずれかに記載のボイラ装置。   The boiler according to claim 1, comprising a plurality of the heat exchange means, and increasing or decreasing the amount of combustion air heated to a high temperature by heat exchange according to an increase or decrease in load or capacity of the boiler device. apparatus. 前記燃焼用空気供給手段を複数備え、ボイラ装置の負荷又は容量の増減に従って燃焼用空気量を増減することを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載のボイラ装置。   The boiler apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of the combustion air supply means are provided, and the amount of combustion air is increased or decreased in accordance with increase or decrease in load or capacity of the boiler apparatus. 前記燃料ノズル手段を複数備え、ボイラ装置の負荷又は容量の増減に従って燃料噴出量を増減することを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載のボイラ装置。   The boiler device according to any one of claims 1 to 4, wherein a plurality of the fuel nozzle means are provided, and the fuel ejection amount is increased / decreased in accordance with increase / decrease in load or capacity of the boiler device. 前記燃焼用空気供給手段は、前記燃料ノズル近傍に配設され燃焼用空気を噴出して、前記火炎近傍に還元性雰囲気を形成する第1の燃焼用空気ノズルを有することを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載のボイラ装置。   The combustion air supply means includes a first combustion air nozzle that is disposed in the vicinity of the fuel nozzle and ejects combustion air to form a reducing atmosphere in the vicinity of the flame. Item 6. The boiler device according to any one of Items 1 to 5. 前記燃焼用空気供給手段は、第1の燃焼用空気ノズルの前記火炎後流側に配設され燃焼用空気を噴出して、未燃焼の燃料を燃焼させる第2の燃焼用空気ノズルを有することを特徴とする、請求項6に記載のボイラ装置。   The combustion air supply means has a second combustion air nozzle that is disposed on the downstream side of the flame of the first combustion air nozzle and jets combustion air to burn unburned fuel. The boiler device according to claim 6, wherein: 互いに対向する火炉の各壁面に、前記燃料ノズル手段及び燃焼用空気供給手段をそれぞれ配置し、各壁面の燃料ノズル及び燃焼用空気ノズルが互いに対向することを特徴とする、請求項1乃至7のいずれかに記載のボイラ装置。   8. The fuel nozzle means and the combustion air supply means are arranged on each wall surface of the furnace facing each other, and the fuel nozzle and the combustion air nozzle on each wall face each other. The boiler apparatus in any one. 前記燃料ノズル手段及び燃焼用空気供給手段は、前記火炉内の水平な仮想円の接線方向に、前記燃料及び燃焼用空気をそれぞれ噴出させ、前記火炉内に旋回流を発生させつつ前記固体燃料を燃焼させることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれかに記載のボイラ装置。   The fuel nozzle means and the combustion air supply means eject the fuel and combustion air in the tangential direction of a horizontal virtual circle in the furnace, respectively, and generate the swirl flow in the furnace while generating the solid fuel. The boiler device according to claim 1, wherein the boiler device is burned. 前記燃料は微粉炭であり、前記燃焼用空気を800℃以上に加熱することを特徴とする、請求項1乃至9のいずれかに記載のボイラ装置。   The boiler according to any one of claims 1 to 9, wherein the fuel is pulverized coal, and the combustion air is heated to 800 ° C or higher. 前記熱交換手段は、多管式熱交換器であることを特徴とする、請求項1乃至10のいずれかに記載のボイラ装置。   The boiler device according to any one of claims 1 to 10, wherein the heat exchange means is a multi-tube heat exchanger. 前記熱交換手段は、蓄熱式熱交換器であることを特徴とする、請求項1乃至10のいずれかに記載のボイラ装置。   The boiler device according to any one of claims 1 to 10, wherein the heat exchange means is a regenerative heat exchanger. 前記火炉からの燃焼排気ガスを搬送ガスとし、該搬送ガスにより前記固体燃料を前記燃料ノズルに搬送することを特徴とする、請求項1乃至12のいずれかに記載のボイラ装置。   The boiler apparatus according to any one of claims 1 to 12, wherein combustion exhaust gas from the furnace is used as a carrier gas, and the solid fuel is conveyed to the fuel nozzle by the carrier gas. 石炭を微粉炭に粉砕するミル装置を備え、前記火炉からの燃焼排気ガスを雰囲気ガスとし、該燃焼排気ガスをミル装置に供給して微粉炭を製造すると共に、該燃焼排気ガスを搬送ガスとして微粉炭をミル装置から燃料ノズルに搬送することを特徴とする、請求項1乃至13のいずれかに記載のボイラ装置。   A mill device for crushing coal into pulverized coal is provided, and combustion exhaust gas from the furnace is used as an atmospheric gas, and the combustion exhaust gas is supplied to the mill device to produce pulverized coal, and the combustion exhaust gas is used as a carrier gas. The boiler apparatus according to any one of claims 1 to 13, wherein pulverized coal is conveyed from a mill apparatus to a fuel nozzle. 前記火炉からの燃焼排気ガス中の灰儘を除去する集塵手段を備えることを特徴とする、請求項13または14のいずれかに記載のボイラ装置。   The boiler apparatus according to any one of claims 13 and 14, further comprising dust collecting means for removing ash in the combustion exhaust gas from the furnace.
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