JP2007218557A - 微粉炭焚きボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＮＯx、ＣＯの発生を効果的に低減するだけでなく、火炉壁を構成する水管壁に配列した水管の溶接部に生じる熱応力を低減して水管の寿命を大幅に向上する微粉炭焚きボイラを提供することにある。
【解決手段】本発明の微粉炭焚きボイラは、火炉燃焼空間に面した火炉壁面を、水管を配列した複数の火炉水管壁パネルを配列して構成し、副アフタエアポートの開口部と水管とを備えた水管壁パネルは前記火炉水管壁パネルの一部を構成するように配設し、更に前記水管壁パネルは、その一辺或いは分割された接合面が、前記火炉水管壁パネルを相互に接合する該火炉水管壁パネルの繋ぎ目と一致させて配置して該火炉水管壁パネルに接合するように構成した。
【選択図】図４

Description

本発明は微粉炭焚きボイラに係り、特にアフタエアポートを備えた微粉炭焚きボイラに関する。

微粉炭焚きボイラにおいて、燃料の微粉炭を燃焼させることによって発生する窒素酸化物（以下ＮＯｘと記載する）を低減するため、低ＮＯｘ燃焼法の一種である多段燃焼法が広く用いられている。多段燃焼法は、バーナで微粉炭を燃料過剰の状態で不完全燃焼させて長炎を形成し、放熱面積を増大させて燃焼ガスが局部的に高温度になるのを防止することによりＮＯｘの生成を抑える。その後、アフタエアポ−トから過剰の空気（アフタエア）を前記燃焼ガスに投入して完全燃焼させるようにした燃焼方法である。

一方、前記多段燃焼法は、火炉の上流側で燃料過剰の不完全燃焼を行うことによりＣＯ、未燃分等の有害物質が発生する。よって、前記アフタエアを投入した火炉の下流側で燃焼ガスにアフタエアが十分に混合されないと、燃焼ガス全体を完全燃焼させることが出来なくなり、不完全燃焼により発生した前記ＣＯ等の有害物質が酸化されずに放出される。このため、多段燃焼法を用いる微粉炭焚きボイラでは、燃焼ガス全体にアフタエアを混合するために、アフタエアの投入方法とアフタエアポ−トの配置に種々の工夫がなされている。

公知文献１には、燃焼炉内へ微粉炭と空気を噴出するバ−ナを設けた微粉炭焚きボイラで、火炉の下流側で１次アフタエアを供給する１次アフタエアポ−トと、火炉の更に下流側で２次アフタエアを供給する２次アフタエアポ−トとを備えて、組成及び性質の異なる燃焼ガスの領域に異なるタイミングで空気を供給することにより、排出されるＮＯｘ、ＣＯ等の有害物質を効率よく低減する技術が開示されている。

特開平9-310807号公報

多段燃焼法を用いる微粉炭焚きボイラでは、アフタエアポートの増設によりＮＯｘ、ＣＯの排出を低減できる一方で、火炉を構成する火炉壁面にアフタエアポートを設置するための開口部を多く作る必要がある。微粉炭焚きボイラの火炉壁面は、壁面に複数列の水管を配置した多数パネル状の火炉水管壁パネルを配列したメンブレン構造で構成されている。バーナやアフタエアポートの開口部を設ける必要のある火炉水管壁は、前記開口部と水管とを備えた小型の水管壁パネルを別途製作しておき、開口部を設ける必要のない水管を備えた大型の火炉水管壁パネルに前記水管壁パネルを嵌め込んで該水管壁パネルの周囲を溶接して、火炉水管壁パネルに固定することで火炉水管壁を製作している。

ところで、開口部を有する水管壁パネルと火炉水管壁パネルとを溶接する際には両パネルに配設された水管同士も溶接して水管内を給水が流通できるようにしている。また、水管壁パネルは開口部となるアフタエアの位置を優先して設置するため、水管壁パネルの全ての辺を溶接して火炉水管壁パネルに固定される。更に隣接する火炉水管壁パネル同士を接合する溶接も加わって、溶接箇所が非常に多くなり多大の工数を要する。このように溶接箇所が多いと、前記水管壁パネルに配列された水管が隣接した火炉水管壁パネルの水管と溶接される水管の溶接部には、水管同士の溶接に加えて水管壁パネルの溶接及び火炉水管壁パネルの溶接による溶接熱も作用するので大きな熱応力が発生し、前記水管の溶接部には亀裂が発生し易くなるので火炉壁の水管の寿命が低下する恐れがある。

しかしながら、多段燃焼法を採用した微粉炭ボイラでは、火炉壁を構成する水管壁に配列した水管の溶接部に生じる熱応力を考慮した設計とはなっておらず、投入したアフタエアを燃焼ガスと混合してＮＯx、ＣＯの発生を抑制できても、水管の溶接部に生じる熱応力を低減することは困難である。

本発明の目的は、ＮＯx、ＣＯの発生を効果的に低減するだけでなく、火炉壁を構成する水管壁に配列した水管の溶接部に生じる熱応力を低減して水管の寿命を大幅に向上する微粉炭焚きボイラを提供することにある。

本発明の微粉炭焚きボイラは、ボイラの火炉内燃焼空間を区画する火炉壁面に、微粉炭と空気を空気不足の状態で燃焼させるバーナと、前記バーナの下流側に位置する前記火炉壁面に設置されて前記バーナで燃焼した燃焼ガスを完全燃焼させるアフタエアポートとを備え、前記アフタエアポートは、空気供給量の多い主アフタエアポートと前記主アフタエアポートの下流側に位置して該主アフタエアポートより空気供給量の少ない副アフタエアポートとに分けて配置され、火炉内燃焼空間に面した前記火炉壁面は、水管を配置した複数の火炉水管壁パネルを配列して構成し、前記副アフタエアポートの開口部と水管とを備えた水管壁パネルは、前記火炉水管壁パネルの一部を構成するように配設し、前記水管壁パネルは、その一辺或いは分割された接合面が、前記火炉水管壁パネルを相互に接合する該火炉水管壁パネルの繋ぎ目と一致させて配置して該火炉水管壁パネルに接合するように構成したことを特徴とする。

本発明は、ＮＯx、ＣＯの発生を効果的に低減すると共に、火炉壁を構成する水管壁に配列した水管の溶接部に生じる熱応力を低減してボイラの火炉壁面に配設する水管の寿命を大幅に向上した微粉炭焚きボイラを実現できる。

以下、図面を用いて、本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラについて説明する。

図１は本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラの構成を示すボイラ構造図である。図１において、微粉炭焚きボイラを構成する火炉１００の壁面は、上部の火炉天井１１２、下部のホッパ１１１、側方の火炉前壁１０９、火炉後壁１１０、及び火炉側壁１０８（図4に記載）で囲われており、これら火炉前壁１０９、火炉後壁１１０、及び火炉側壁１０８によって、これらの壁面の内側に火炉燃焼空間５０を区画している。そして、この火炉燃焼空間５０に面した前記火炉前壁１０９、火炉後壁１１０、及び火炉側壁１０８の壁面には、多数の火炉水管壁パネル１０７が前記各壁面を覆うように、水管の配列方向に沿った角度の、水平面とは傾斜した角度でもって連続的に配列され、隣接した該パネル１０７の相互の繋ぎ目を溶接して前記各壁面に取り付けられている。前記火炉水管壁パネル１０７には、火炉燃焼空間５０内で燃料の微粉炭２７を燃焼して形成する火炎１５aによって加熱される給水を流通させる複数の水管１２８が配列されている。前記水管１２８は火炉燃焼空間５０に面するように火炉水管壁パネル１０７に配列されているので、この火炉水管壁パネル１０７の水管１２８内を流通する水は、火炉燃焼空間５０で微粉炭２７を燃焼して形成した火炎１５aの燃焼熱によって加熱され、該燃焼熱の一部を吸収する。そして、前記火炉燃焼空間５０内で前記火炎１５aから生成された燃焼気体１４aは、該火炉燃焼空間５０内を鉛直線方向に沿って下方から上方に向かって流下して燃焼気体１４bとなり、火炉燃焼空間５０から更に後流側の給水伝熱部に排出される。この火炉燃焼空間５０で燃焼して後流側に排出された燃焼気体１４bは、火炉１００の後部に設置した図示していない給水伝熱部を通過して熱交換され、該燃焼気体１４bが保有する熱を給水伝熱部の給水に回収するようになっている。

前記火炉１００を構成する火炉前壁１０９、火炉後壁１１０、及び火炉側壁１０８の下部に位置する壁面には複数個のバーナ１が所定の間隔を持って夫々配列されており、この配列された複数個のバーナ１から、燃料である微粉炭２７をバーナ用１次空気２７aと共に前記火炉燃焼空間５０に噴出して燃焼させて、火炉燃焼空間５０内で空気不足の火炎１５aを形成させている。燃料となる微粉炭２７は、石炭を図示しない粉砕器で約１５０μm以下の粒径に粉砕した後に搬送空気によって搬送して、バーナ用１次空気２７aとこの粉砕された微粉炭２７を前記バーナ１から火炉１００の火炉燃焼空間５０に噴出させて燃焼させている。バーナ用２次、３次空気２５aも、前記バーナ１を設置した火炉前壁１０９、火炉後壁１１０、及び火炉側壁１０８の壁面裏側に取り付けたバーナ用ウインドウボックス１１６を通じて前記バーナ１から火炉燃焼空間５０に向けて噴出して微粉炭２７の燃焼に用いられている。

また、前記火炉前壁１０９及び火炉後壁１１０の壁面で、前記バーナ１が設置された位置から離間した上方の壁面の位置には、主アフタエア空気３３a2、３４a2を噴出する複数個の主アフタエアポート２が設置され配列されている。この主アフタエアポート２が設置された前記壁面の裏面側には、主アフタエア空気を供給する主アフタエアポート用ウインドウボックス１１７が取り付けられている。更に、前記火炉前壁１０９及び火炉後壁１１０の壁面で、主アフタエアポート２が設置された位置の下流側、または同じ高さの位置には、副アフタエア空気３３a3、３４a3を噴出する複数個の副アフタエアポート３が設置され配列されている。この副アフタエアポート３が設置された前記壁面の裏面側には、副アフタエア空気を供給する副アフタエアポート用ウインドウボックス１１８が取り付けられている。

前記副アフタエアポート３の簡単な配置方法は、複数個配列された前記主アフタエアポート２の位置を通る水平面上で、隣接配置された主アフタエアポート２の丁度中間点となる位置に、副アフタエアポート３を通る鉛直線が交差するように前記副アフタエアポート３を配置することである。この副アフタエアポート３の具体的な配置方法は、副アフタエアポート３の開口部の中心から各火炉水管壁パネル１０７の繋ぎ目に至るまでの最短長さと、副アフタエアポート３が設置されている前記水管壁パネル１０６の辺の長さとから決定される。尚、配置方法の詳細は後述する。

上記した構成の微粉炭焚きボイラにおいて、バーナ１は微粉炭２７を燃焼して火炉燃焼空間５０に空気不足の火炎１５aを形成するが、この空気不足の火炎１５a から発生したＣＯ等の未燃焼成分の大部分は、前記火炉前壁１０９、火炉後壁１１０、及び火炉側壁１０８の壁面に取り付けた前記バーナ１よりも上方に位置する主アフタエアポート２から流入する主アフタエア空気３３a2、３４a2と混合することにより完全燃焼（酸化）する。同時に、前記未燃焼成分と主アフタエア空気３３a、３４a2の混合時には、ＮＯx（主にサーマルＮＯx）も発生する。ＮＯxの発生量は主アフタエア空気３３a2、３４a2の流速（空気の縮流部の最大流速）と関連があり、主アフタエア空気３３a、３４a2の流速の調整が重要である。また、主アフタエア空気３３a、３４a2を火炉燃焼空間５０に噴出させる噴出条件をＮＯxが低くなるように設定すると、酸化が不充分になりＣＯが発生しやすくなる傾向があるので、ＮＯxとＣＯの性能バランスに留意して主アフタエア空気３３a、３４a2の噴出条件を設定する必要がある。

また、火炉１００に供給される燃焼用空気２６aは、外部から空気を供給する空気配管２６に設置された空気流量配分調整機構２０によって分岐して、一方は火炉前壁１０９、火炉後壁１１０及び火炉側壁１０８の各壁面に夫々設けられたバーナ１に供給されるバーナ用２次、３次空気２４a、２５aとして配分されて空気配管２４、２５を通じて供給され、他方は火炉前壁１０９及び火炉後壁１１０の各壁面の上部位置に夫々設けられた主アフタエアポート２及び副アフタエアポート３に供給されるアフタエア空気３３a、３４aとして配分されて空気配管３３、３４を通じて供給される。

前記アフタエア空気３３a、３４aは、前記空気流量配分調整機構２０の下流側に設置されている空気流量配分調整機構２１によって分岐されるが、前記空気配管３３、３４に夫々設けられた主/副アフタエア空気流量調整機構１９によって更に火炉前壁１０９及び火炉後壁１１０の各壁面の上部位置に夫々設けられた主アフタエアポート２に流れる主アフタエア空気３３a2、３４a2と、副アフタエアポート３に流れる副アフタエア空気３３a3、３４a3とに配分されて火炉燃焼空間５０内に噴出するように供給される。

火炉後壁１１０の上部には下流に向かって流れる燃焼気体１４aの流れをガイドするノーズ１１３が設けられていることが多いが、このノーズ１１３の影響によって火炉燃焼空間５０を流れる主アフタエアポート２の廻りの燃焼気体１４aの流れは非対称の流れとなりやすい。そこで、火炉前壁１０９と火炉後壁１１０の主アフタエアポート２及び副アフタエアポート３から供給される主アフタエア空気３３a2、３４a2、及び副アフタエア空気３３a3、３４a3の流量配分を調整することで、燃焼気体１４aが火炉燃焼空間５０内で非対称の流れとなる流れ場でもＮＯxとＣＯの発生量を低減できる。

ところで、主アフタエアポート２及び副アフタエアポート３から火炉燃焼空間５０に夫々噴出する前記主アフタエア空気３３a2と副アフタエア空気３３a3、並びに主アフタエア空気３４a2と副アフタエア空気３４a3は、前述したように前記空気配管３３、３４に夫々設置された主/副アフタエア空気流量調整機構１９によって夫々調整されて、火炉前壁１０９、火炉後壁１１０及び火炉側壁１０８の各壁面の裏面側に設置した主アフタエアポート用ウインドウボックス１１７及び副主アフタエアポート用ウインドウボックス１１８を介して、主アフタエアポート２及び副アフタエアポート３に供給される。よって、火炉燃焼空間５０に噴出される前記主アフタエア空気３３a2と副アフタエア空気３３a3、並びに主アフタエア空気３４a2と副アフタエア空気３４a3の各噴出流速が夫々調整できることになる。そして、主アフタエア空気３３a2、３４a2の噴出流速が高すぎるときには主/副アフタエア空気流量調整機構１９を調節して副アフタエア空気３３a3、３４a3の空気量を増加し、主アフタエア空気３３a2、３４a2の噴出流速が低すぎるときには主/副アフタエア空気流量調整機構１９を逆に調節して副アフタエア空気３３a3、３４a3の空気量を減少させる。

前記副アフタエア空気３３a3、３４a3は、隣接して配置された主アフタエアポート２の間の位置から火炉燃焼空間５０に向けて夫々噴出されるため、火炉１００の火炉燃焼空間５０で燃料が過剰に存在して空気不足になっている燃焼気体１４aのガスと空気との混合が促進され、効率よくＣＯを低減できる。一方、副アフタエア空気３３a3、３４a3は、主アフタエア空気３３a2、３４a2に比べて空気の流量が少ないので、ＮＯx（サーマルＮＯx）の発生に与える影響は小さい。また、副アフタエア空気３３a3、３４a3を用いて主アフタエア空気３３a2、３４a2の空気量を調整できるので、バーナ１に供給される前記バーナ用２次、３次空気２４a、２５aの空気流量は常に一定にできる。これは、バーナ１で形成される空気不足の火炎１５aの燃焼条件を、ＮＯxの発生量が最も少なくなる最適条件で常に運用できることを意味する。

この結果、バーナ１による微粉炭の燃焼で形成した火炎１５aで発生するＮＯxの濃度を常に低く保つと同時に、主アフタエア空気３３a2、３４a2の空気噴出条件を火炉燃焼空間５０内を流れる燃焼気体１４aのＮＯxとＣＯの濃度を低減してＮＯxとＣＯの総合性能が最適になるように選定することができる。

尚、バーナ１に供給されるバーナ用２次、３次空気２４a、２５aについても、前述した主/副アフタエア空気流量調整機構１９による主アフタエア空気３３a2、３４a2と、副アフタエア空気３３a3、３４a3の空気流量の配分調節と同様に、空気流量配分調整機構２２を操作することによって、火炉前壁１０９のバーナ１に流れるバーナ用２次、３次空気２４a、２５aの空気流量と、火炉後壁１１０のバーナ１に流れるバーナ用２次、３次空気２４a、２５aの空気流量との配分量を調節することができる。

図２は、図１に示す火炉１００の火炉前壁１０９、火炉後壁１１０及び火炉側壁１０８の上部位置の壁面に設置された副アフタエアポート３の開口部２９と、複数配列された水管１２８とを備えた水管壁パネル１０６の詳細構造を示した一例である。水管壁パネル１０６に形成した副アフタエアポート３の開口部２９は、該開口部２９から副アフタエア空気３３a3、３４a3を火炉燃焼空間５０に噴出させるものである。そして、この開口部２９の近傍に位置する水管１２８は、副アフタエアポート３の開口部２９の形状に沿うように曲げ加工されて配置して、該水管１２８が前記開口部２９を塞がないようにしている。尚、一点鎖線１２８aは水管１２８の配列方向を示す。このように形成された水管壁パネル１０６は、予め水管壁パネル１０６を嵌込むために該水管壁パネル１０６と同寸法の開口部又は凹部を設けた火炉水管壁パネル１０７の前記開口部又は凹部に嵌込み、該水管壁パネル１０６の少なくとも一辺である縁部が、前記火炉水管壁パネル１０７の繋ぎ目と重なるようにして両者を溶接することにより、該水管壁パネル１０６を火炉水管壁パネル１０７に固定する。その後、水管壁パネル１０６に配列された複数列の水管１２８の端部を火炉水管壁パネル１０７に配列された水管（図示せず）と夫々溶接により接合する。こうして、火炉前壁１０９、火炉後壁１１０及び火炉側壁１０８の壁面を構成する火炉水管壁パネル１０７に、開口部２９を有する副アフタエアポート３と複数列の水管１２８とを配列した前記水管壁パネル１０６を配設している。

図３は、火炉１００の火炉前壁１０９、火炉後壁１１０及び火炉側壁１０８の上部位置の壁面に設置された開口部２９を有する副アフタエアポート３と、複数列の水管１２８を配列した水管壁パネル１０６の詳細構造の変形例であり、図２に示した水管壁パネル１０６を、丁度、副アフタエアポート３の開口部２９の中心位置を通り、一点鎖線で示した水管１２８の配列方向１２８aに沿って２分割した接合面１０６cを形成させて、水管１２８の配列方向に対して前記接合面１０６cを基準に左右対称な分割パネルの形状にしたものである。図３に示す水管壁パネル１０６も、副アフタエアポート３の開口部２９の近傍に位置する水管１２８は、この開口部２９の形状に合わせて曲げ加工して配設され、水管１２８が前記開口部２９を塞がないように構成している。前記形状の水管壁パネル１０６は、水管１２８が配列されている方向１２８aに沿った接合面１０６cが、副アフタエアポート３の開口部２９の中心を通るような配置の場合に利用される。

このように左右対称に分割して形成された水管壁パネル１０６は、予めこの水管壁パネル１０６を嵌込むために該水管壁パネル１０６と同寸法の開口部又は凹部を設けた火炉水管壁パネル１０７の前記開口部又は凹部に嵌込み、前記水管壁パネル１０６の接合面１０６cが、前記火炉水管壁パネル１０７の繋ぎ目と重なるようにして三者を溶接することにより、分割された水管壁パネル１０６の分割パネルは相互に溶接されて所定の大きさの副アフタエアポート３の開口部２９と複数列の水管１２８を備えた一体形状の水管壁パネル１０６となる。そして、一体に形成された前記水管壁パネル１０６の少なくとも一辺である縁部を溶接して、該水管壁パネル１０６を前記火炉水管壁パネル１０７に固定する。その後、水管壁パネル１０６に配列された複数列の水管１２８の端部を火炉水管壁パネル１０７に配列された水管（図示せず）と夫々溶接により接合する。こうして、火炉前壁１０９、火炉後壁１１０及び火炉側壁１０８の壁面を構成する火炉水管壁パネル１０７に、開口部２９を有する副アフタエアポート３と複数列の水管１２８とを配列した前記水管壁パネル１０６を配設している。

図４は、火炉１００を構成する火炉前壁１０９に主アフタエアポート２及び副アフタエアポート３を配置した状況を示す一例であり、図１の火炉１００をＡ−Ａ方向から見た図である。火炉側壁１０８及び火炉後壁１１０にも同様に主／副アフタエアポート２、３を配置できることは言うまでもない。前記火炉前壁１０９を構成する多数の火炉水管壁パネル１０７は、丁度、図４に示すように、水管（図示せず）の配列方向に沿った角度の、水平面とは傾斜した角度でもって連続的に配列されている。複数個の前記主アフタエアポート２は、通常、前記主アフタエアポート２の開口部から噴出されるアフタエア空気３３a2、３４a2が燃焼気体１４aの流れに対して直角となるように、火炉燃焼空間５０に面した前壁１０９だけでなく、火炉側壁１０８と火炉後壁１１０の各壁面にも同数の数だけ配列される。そして、開口部２９を有する複数個の前記副アフタエアポート３は、隣接して配置された前記主アフタエアポート２の中間に位置にするように、主アフタエアポート２の下流側、または同じ高さとなる前記火炉前壁１０９、火炉後壁１１０及び火炉側壁１０８の各壁面の位置に配列される。

前記水管壁パネル１０６は、図２に示すように副アフタエアポート３の開口部２９と複数列の水管１２８とを有する構造であり、一点差線で示す前記水管１２８の配列方向１２８aに沿った方向の辺である水管壁パネル１０６の一辺１０６aが、火炉水管壁パネル１０７に配設した水管（図示せず）の配列方向に沿っており、且つ、隣接する火炉水管壁パネル１０７と溶接される接合線となる火炉水管壁パネル１０７の繋ぎ目１０７aと一致するように、前記水管壁パネル１０６が火炉水管壁パネル１０７に嵌め込まれて配置されている。

つまり、前記水管壁パネル１０６の一辺１０６aと、前記一辺１０６aと一致した火炉水管壁パネル１０７の繋ぎ目１０７aとを溶接して接合する。そして、前記水管壁パネル１０６に配設された複数列の水管１２８の端部を、嵌め込まれる火炉水管壁パネル１０７に配列された複数列の水管（図示せず）の端部と相互に接続するように溶接して、前記両パネル１０６、１０７に配設した水管を給水が流通できるように構成される。

この場合、前記水管壁パネル１０６における副アフタエアポート３の開口部２９の中心位置から、火炉水管壁パネル１０７の水管（図示せず）の配列方向に沿っており、且つ、隣接した火炉水管壁パネル１０７と接合される継ぎ目１０７aに至るまでの最短長さをＸ、前記水管壁パネル１０６の水管１２８の配列方向１２８aと交差、或いは直交する辺１０６bの長さをＸ'とすると、Ｘ＝Ｘ'/２を満たす位置に、全ての副アフタエアポート３が配置されていることを示している。

更に、図４に示した副アフタエアポート３は、副アフタエアポート３の開口部２９と複数列の水管１２８とを有する水管壁パネル１０６において、前記水管１２８の配列方向１２８aと交差、或いは直交する水管壁パネル１０６の一辺１０６bが、火炉水管壁パネル１０７に配設した水管（図示せず）の配列方向と交差、或いは直交して、且つ、隣接した火炉水管壁パネル１０７と溶接される接合線となる繋ぎ目１０７bと一致するように配置されている。

この場合、前記水管壁パネル１０６における副アフタエアポート３の開口部２９の中心位置から、火炉水管壁パネル１０７の水管（図示せず）の配列方向と交差、或いは直交して、且つ、隣接した火炉水管壁パネル１０７と溶接される接合線となる繋ぎ目１０７bに至るまでの最短長さをＹ、前記水管壁パネル１０６の水管１２８の配列方向１２８aに沿った辺１０６aの長さをＹ'とすると、Ｙ≧Ｙ'/２を満たす位置に、全ての副アフタエアポート３が配置されていることを示している。

上記した位置に副アフタエアポート３の開口部２９を有する水管壁パネル１０６を配置して水管壁パネル１０６の一辺を火炉水管壁パネル１０７の繋ぎ目に一致させて溶接すれば、火炉水管壁パネル１０７に水管壁パネル１０６を溶接する溶接の接点数を大幅に減少でき、この結果、前記溶接に伴なって水管の溶接部に作用する溶接熱が少なくなる。よって、火炉水管壁パネル１０７の水管と溶接される前記水管壁パネル１０６の水管１２８の溶接部に発生する熱応力が低減して水管１２８の溶接部に亀裂の発生が抑制され、微粉炭焚きボイラの火炉壁面に配設する水管の寿命を大幅に向上することができる。

したがって、本実施例では、副アフタエアポート３の開口部２９を有する水管壁パネル１０６を、水管壁パネル１０６と火炉水管壁パネル１０７との溶接の接点数を低減する位置となるように前記副アフタエアポート３を配置できるため、微粉炭焚きボイラの火炉壁面に配設する水管の溶接部に生じる熱応力を大幅に軽減することができ、微粉炭焚きボイラの火炉壁面に配設する水管の寿命を大幅に向上することができる。

図５は火炉１００を構成する火炉前壁１０９に主アフタエアポート２及び副アフタエアポート３を配置した微粉炭焚きボイラの火炉壁で、副アフタエアポート配置の変形例を示す実施例であり、図４と同様に図１の火炉１００をＡ−Ａ方向から見た図である。本実施例では、図１及び図４に示した実施例と共通した部分の説明は省略して相違部分だけ説明する。図５の実施例では、図４の配置と比較して副アフタエアポート３の高さを交互に少し違えて千鳥状に設置した点が異なっている。

この場合、前記水管壁パネル１０６における副アフタエアポート３の開口部２９の中心位置から、火炉水管壁パネル１０７の水管（図示せず）の配列方向に沿っており、且つ、隣接する火炉水管壁パネル１０７と溶接される接合線となる継ぎ目１０７aに至るまでの最短長さをＸ、前記水管壁パネル１０６の水管１２８の配列方向と交差、或いは直交する辺１０６bの長さをＸ'とすると、Ｘ＝Ｘ'/２を満たす位置に副アフタエアポート３が配置されていることを示している。また、前記水管壁パネル１０６における副アフタエアポート３の開口部２８の中心位置から、火炉水管壁パネル１０７の水管（図示せず）の配列方向と交差、或いは直交し、且つ、隣接した火炉水管壁パネル１０７と溶接される接合線となる継ぎ目１０７bに至るまでの最短長さをＹ、前記水管壁パネル１０６の水管１２８の配列方向に沿った辺１０６aの長さをＹ'とすると、Ｙ≧Ｙ'/２を満たす位置に副アフタエアポート３が配置されていることを示している。上述したように、前記Ｘ＝Ｘ'/２、及びＹ≧Ｙ'/２の関係を満たしていれば、副アフタエアポート３の高さを交互に違えて千鳥状に配置することもできる。前記した実施例によれば、図４の実施例の微粉炭焚きボイラの実施例と同様の効果を奏することができる。更に、本実施例の場合は、微粉炭焚きボイラの設計の自由度を向上させることが可能となる。

図６は火炉１００を構成する火炉前壁１０９に主アフタエアポート２及び副アフタエアポート３を配置した微粉炭焚きボイラの火炉壁で、副アフタエアポート配置の他の変形例を示す実施例であり、図４と同様に図１の火炉１００をＡ−Ａ方向から見た図である。本実施例では、図１及び図４に示した実施例と共通した部分の説明は省略して相違部分だけ説明する。図６の実施例では、副アフタエアポート３は副アフタエアポート３の開口部２９を有する水管壁パネル１０６は、図３に示すように副アフタエアポート３の開口部２９と複数列の水管１２８とを有しており、水管１２８の配列方向１２８aに沿って前記開口部２９の中心を通る位置で２分割された接合面１０６cとなっている構造である。そして前記水管壁パネル１０６は、その接合面１０６cが、火炉水管壁パネル１０７の水管１２８の配列方向１２８aに沿った繋ぎ目１０７aに一致するように配置されている。本実施例においても、寸法のＸ、Ｘ'、Ｙ及びＹ'の定義は、前述した各実施例と同じであるので説明を省略する。本実施例では、Ｘ＝０を満たす位置に全ての副アフタエアポート３が配置されていることを示している。

このように副アフタエアポート３の開口部２９を有する水管壁パネル１０６を設置する場合には、図３に示した２分割した水管壁パネル１０６を製作し、それぞれの水管壁パネル１０６を嵌め込むために該水管壁パネル１０６と同寸法の開口部又は凹部を設けた火炉水管壁パネル１０７の前記開口部又は凹部に嵌め込む。その後、左右対称に分割された水管壁パネル１０６の分割面１０６cを相互に溶接すると共に、この嵌め込まれた水管壁パネル１０６の接合面１０６cと一致する火炉水管壁パネル１０７の繋ぎ目１０７aとを溶接する。つまり、２分割された水管壁パネル１０６の接合面１０６cである溶接箇所を火炉水管壁パネル１０７の繋ぎ目１０７aに対して対称軸となるようにして相互に溶接し接合することにより、溶接に伴う熱変形量が低減されるので、水管壁パネル１０６の水管１２８の溶接部に生じる熱応力を小さくすることが可能となり、水管１２８の溶接部に亀裂が発生することを抑制し、よって水管の寿命を大幅に向上できる。

また、図６の副アフタエアポート３は、副アフタエアポート３の開口部２９を有する水管壁パネル１０６の一辺である水管１２８の配列方向１２８aと交差、或いは直交する辺１０６bの一方が、火炉水管壁パネル１０７の水管（図示せず）の配列方向と交差、或いは直交する繋ぎ目１０７bと一致し、前記水管壁パネル１０６の辺１０６bの他方が、前記火炉水管壁パネル１０７の繋ぎ目１０７bに接しないように配置されている。または、水管壁パネル１０６の一辺である水管１２８の配列方向１２８aと交差、或いは直交する辺１０６bは、前記火炉水管壁パネル１０７の繋ぎ目１０７bに接しないように配置されていても良い。この場合、Ｙ≧Ｙ'/２を満たす位置に全ての副アフタエアポート３が配置されていることを示している。前記した実施例によれば、図４の実施例の微粉炭焚きボイラの実施例と同様の効果を奏することができる。更に、本実施例の場合も、微粉炭焚きボイラの設計の自由度を向上させることが可能となる。

図７は火炉１００を構成する火炉前壁１０９に主アフタエアポート２及び副アフタエアポート３を配置した微粉炭焚きボイラの火炉壁で、副アフタエアポート配置の他の変形例を示す実施例であり、図４と同様に図１の火炉１００をＡ−Ａ方向から見た図である。本実施例では、図１及び図４に示した実施例と共通した部分の説明は省略して相違部分だけ説明する。図７の実施例では、副アフタエアポート３は、副アフタエアポート３の開口部２９を有する水管壁パネル１０６の全ての辺１０６a、１０６bが、火炉水管壁パネル１０７の繋ぎ目１０７a、１０７bと接しないように配置されている。本実施例においても、寸法のＸ、Ｘ'、Ｙ及びＹ'の定義は、前述した各実施例と同じであるので説明を省略する。本実施例では、Ｘ＞Ｘ'/２、及びＹ＞Ｙ'/２を満たす位置に全ての副アフタエアポート３が配置されていることを示している。

このように副アフタエアポート３の開口部２９を有する水管壁パネル１０６を設置すると、水管で生じる熱応力の差を小さくすることができるため、水管の溶接部での亀裂が発生しにくくなる。前記した実施例によれば、図４の実施例の微粉炭焚きボイラの実施例と同様の効果を奏することができる。更に、本実施例の場合も、微粉炭焚きボイラの設計の自由度を向上させることが可能となる。

図８は火炉１００を構成する火炉前壁１０９に主アフタエアポート２及び副アフタエアポート３を配置した微粉炭焚きボイラの火炉壁で、副アフタエアポート配置の更に別の変形例を示す実施例であり、図４と同様に図１の火炉１００をＡ−Ａ方向から見た図である。本実施例では、図１及び図４に示した実施例と共通した部分の説明は省略して相違部分だけ説明する。図８の実施例では、副アフタエアポート３は、主アフタエアポート３とほぼ同じ高さとなるように交互に配置されている。このように副アフタエアポート３を配置すると、図１に示す主アフタエアポート用ウインドウボックス１１７に副アフタエアポート３を接続して共用できるため、副アフタエアポート用ウインドウボックス１１８が不要となり、構造が簡素化可能となる。

また、図８の副アフタエアポート３は、副アフタエアポート３の開口部２８を有する水管壁パネル１０６の水管１２８の配列方向１２８aに沿った辺１０６aの一方が、火炉水管壁パネル１０７の水管の配列方向に沿った繋ぎ目１０７aと一致するように配置されている。この場合、Ｘ＝Ｘ'/２を満たす位置に全ての副アフタエアポート３が配置されていることを示している。

更に、図８の副アフタエアポート３は、副アフタエアポート３の開口部２８を有する水管壁パネル１０６の水管１２８の配列方向１２８aと交差、或いは直交する辺１０６bの一方が、火炉水管壁パネル１０７の水管（図示せず）の配列方向と交差、或いは直交する繋ぎ目１０７bと一致させて、前記水管壁パネル１０６の辺１０６bの他方が、前記火炉水管壁パネル１０７の繋ぎ目１０７bとは接しないように配置されている。本実施例においても、寸法のＸ、Ｘ'、Ｙ及びＹ'の定義は、前述した各実施例と同じであるので説明を省略する。本実施例では、Ｙ≧Ｙ'/２を満たす位置に全ての副アフタエアポート３が配置されていることを示している。前記した実施例によれば、図４の実施例の微粉炭焚きボイラの実施例と同様の効果を奏することができる。更に、本実施例の場合も、微粉炭焚きボイラの設計の自由度を向上させることが可能となる。

本発明は微粉炭焚きボイラ、並びにアフタエアポートを備えた微粉炭焚きボイラに適用可能である。

本発明の一実施例である微粉炭ボイラの火炉の全体構造を示す断面図。 本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラに設置される副アフタエアポートを有する火炉水管壁パネルの一例を示す図。 本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラに設置される副アフタエアポートを有する火炉水管壁パネルの他の例を示す図。 本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラをＡ−Ａ方向から見た矢視図で、火炉壁に設置される副アフタエアポートを有する火炉水管壁パネルの配置の一例を示す図。 本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラをＡ−Ａ方向から見た矢視図で、火炉壁に設置される副アフタエアポートを有する火炉水管壁パネルの配置の一例を示す図。による火炉の前面方向から見た断面図である。 本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラをＡ−Ａ方向から見た矢視図で、火炉壁に設置される副アフタエアポートを有する火炉水管壁パネルの配置の他の例を示す図。 本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラをＡ−Ａ方向から見た矢視図で、火炉壁に設置される副アフタエアポートを有する火炉水管壁パネルの配置の別の例を示す図。 本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラをＡ−Ａ方向から見た矢視図で、火炉壁に設置される副アフタエアポートを有する火炉水管壁パネルの配置の更に別の例を示す図。

符号の説明

１：バーナ、２：主アフタエアポート、３：副アフタエアポート、１４a、１４b：燃焼気体、１５a：火炎、１９：主/副アフタエア流量調整機構、２０：空気流量配分調整機構、２１：空気流量配分調整機構、２２：空気流量調整配分機構、２４，２５、２６、３３，３４：空気配管、３３a2、３４a2：主アフタエア空気、３３a3，３４a3：副アフタエア空気、２４a、２５a：バーナ用２次、３次空気、２７：微粉炭、２７a：バーナ用1次空気、１２８：水管、１２８a：水管の配列方向、２９：副アフタエアポートの開口部、５０：火炉燃焼空間、１００：火炉、１０５：主アフタエアポートの開口部を有する水管壁パネル、１０６：水管壁パネル、１０６a、１０６b：水管壁パネルの辺、１０６c：水管壁パネルの接合面、１０７：火炉水管壁パネル、１０７a、１０７b：火炉水管壁パネル１０７の繋ぎ目、１０８：火炉側壁、１０９：火炉前壁、１１０：火炉後壁、１１１：ホッパ、１１２：火炉天井、１１３：ノーズ、１１６：バーナ用ウインドウボックス、１１７：主アフタエアポート用ウインドウボックス、１１８：副アフタエアポート用ウインドウボックス。

Claims (10)

1. ボイラの火炉内燃焼空間を区画する火炉壁面に、微粉炭と空気を空気不足の状態で燃焼させるバーナと、前記バーナの下流側に位置する前記火炉壁面に設置されて前記バーナで燃焼した燃焼ガスを完全燃焼させるアフタエアポートとを備え、前記アフタエアポートは、空気供給量の多い主アフタエアポートと、前記主アフタエアポートの下流側に位置して該主アフタエアポートより空気供給量の少ない副アフタエアポートとに分けて配置された微粉炭焚きボイラにおいて、火炉内燃焼空間に面した前記火炉壁面は、水管を配置した複数の火炉水管壁パネルを配列して構成し、前記副アフタエアポートの開口部と水管とを備えた水管壁パネルは、前記火炉水管壁パネルの一部を構成するように配設し、更に前記水管壁パネルは、その一辺が、前記火炉水管壁パネルを相互に接合する該火炉水管壁パネルの繋ぎ目と一致させて配置して該火炉水管壁パネルに接合することを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
2. 請求項１に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、副アフタエアポートの開口部と水管を備えた前記水管壁パネルは、前記開口部を含めて分割した分割パネルで構成されており、この水管壁パネルの分割パネルは該分割パネルの接合面が前記火炉水管壁パネルを相互に接合する該火炉水管壁パネルの繋ぎ目と一致させて配置して該火炉水管壁パネルに接合することを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
3. 請求項２に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、副アフタエアポートの開口部と水管を備えた前記水管壁パネルの前記分割面は水管の配列方向に沿って分割されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
4. 請求項１又は２項に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、副アフタエアポートの開口部と水管を備えた前記水管壁パネルは、前記副アフタエアポートが隣接して設置された前記主アフタエアポートの間に位置するように前記火炉水管壁パネルに配設されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
5. 請求項１に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、副アフタエアポートの開口部と水管を備えた前記水管壁パネルは、前記開口部の中心から前記火炉水管壁パネルの繋ぎ目に至るまでの最短長さをＸ、前記水管壁パネルの水管の配列方向と交差する辺の長さをＸ'とすると、副アフタエアポートを設置するための開口部の位置が、Ｘ＝０、またはＸ≧Ｘ'/２の範囲に配置されることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
6. 請求項１に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、副アフタエアポートの開口部と水管を備えた前記水管壁パネルは、前記開口部の中心から水管の配列方向と交差する火炉水管壁パネルの繋ぎ目に至るまでの最短長さをＹ、前記水管壁パネルの水管の配列方向に沿った辺の長さをＹ'とすると、副アフタエアポートを設置するための開口部の位置が、Ｙ＝０、またはＹ≧Ｙ'/２の範囲に配置されることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
7. 請求項５に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記最短長さＸは前記開口部の中心から水管の配列方向に沿った火炉水管壁パネルの繋ぎ目に至るまでの最短長さであり、前記辺の長さＸ'は前記水管壁パネルの水管の配列方向に略直交する辺の長さであることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
8. 請求項６に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記最短長さＹは前記開口部の中心から水管の配列方向に略直交する火炉水管壁パネルの繋ぎ目に至るまでの最短長さであり、前記辺の長さＹ'は前記水管壁パネルの水管の配列方向に沿った辺の長さであることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
9. ボイラの火炉内燃焼空間を区画する火炉壁面に、微粉炭と空気を空気不足の状態で燃焼させるバーナと、前記バーナの下流側に位置する前記火炉壁面に設置されて前記バーナで燃焼した燃焼ガスを完全燃焼させるアフタエアポートとを備え、前記アフタエアポートは、空気供給量の多い主アフタエアポートと、前記主アフタエアポートの下流側に位置して該主アフタエアポートより空気供給量の少ない副アフタエアポートとに分けて配置された微粉炭焚きボイラにおいて、火炉内燃焼空間に面した前記火炉壁面は水管を配置した複数の火炉水管壁パネルを配列して構成し、前記副アフタエアポートの開口部と水管とを備えた水管壁パネルは、前記火炉水管壁パネルの一部を構成するように配設し、前記水管壁パネルは、該水管壁パネルの全ての辺が前記火炉水管壁パネルを相互に接合する該火炉水管壁パネルの継ぎ目から離間するように配置して該火炉水管壁パネルと接合することを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
10. 請求項１又は請求項９に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記火炉壁面に設置された主アフタエアポート及び副アフタエアポートに空気を供給するために前記火炉壁面の裏面側に設けられたウインドウボックスは、主アフタエアポートと副アフタエアポートとが共用する共通のウインドウボックスであることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。

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