JP2008151471A - 微粉炭焚き対向燃焼ボイラ - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、全負荷帯で火炉の壁面壁面を構成する複数の水冷管の熱負荷を平準化して火炉水冷管に生じるの熱応力を抑制し、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラを提供する。
【解決手段】本発明の微粉炭焚きボイラは、火炉を備え、この火炉を形成する火炉壁面のうち、火炉前壁とこの火炉前壁と対向して配置された火炉後壁との火炉壁面の高さが夫々異なる複数の段の位置に燃料の微粉炭を火炉内に供給して燃焼させる複数のバーナーを夫々配置し、これらの複数の各段に設置された前記複数のバーナーに燃料の微粉炭を供給するミルをバーナーが設置された各段毎に複数設置し、複数設置された各ミルから前記各段の火炉前壁と火炉後壁に設置した複数のバーナーに微粉炭を供給する給炭管を火炉前壁の前記バーナーと火炉後壁の前記バーナーとに夫々配分して供給するように配設して構成した。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の微粉炭焚きボイラは、火炉を備え、この火炉を形成する火炉壁面のうち、火炉前壁とこの火炉前壁と対向して配置された火炉後壁との火炉壁面の高さが夫々異なる複数の段の位置に燃料の微粉炭を火炉内に供給して燃焼させる複数のバーナーを夫々配置し、これらの複数の各段に設置された前記複数のバーナーに燃料の微粉炭を供給するミルをバーナーが設置された各段毎に複数設置し、複数設置された各ミルから前記各段の火炉前壁と火炉後壁に設置した複数のバーナーに微粉炭を供給する給炭管を火炉前壁の前記バーナーと火炉後壁の前記バーナーとに夫々配分して供給するように配設して構成した。
【選択図】図1
Description
本発明は粉砕した石炭を燃焼する微粉炭焚きボイラに関するものである。
従来の微粉炭焚きボイラでは、特開2001−221406号公報に記載しているように、火炉を構成する火炉前壁と火炉後壁とに設置された上段、中段、下段の合計3段のバーナー段毎に微粉炭を製造して供給するミルを各1台の合計6台設置している構成である。
そしてこのような構成の微粉炭焚きボイラを部分負荷運転する場合には、ボイラに供給する給炭量を減少させて火炉内の熱出力を下げているが、この際にミルで粉砕すべき石炭量が減少するので微粉炭焚きボイラの熱出力の低下に応じて火炉前壁と火炉後壁とに夫々3段設置されたバーナー段毎に各1台の合計6台設置したミルのうち、1部のミルの運転を負荷に応じて順次停止させている。
特開2001−221406号公報に記載された微粉炭焚きボイラでは、ボイラの部分負荷運転時にミルで粉砕すべき石炭量が減少するので微粉炭焚きボイラの熱出力の低下に応じて火炉前壁と火炉後壁とに夫々3段設置されたバーナー段毎に各1台の合計6台設置したミルのうち、1部のミルの運転を停止しなければならない。
この場合、特開2001−221406号公報に記載の微粉炭焚きボイラでは部分負荷運転のためにミルの一部の運転を停止させると、火炉前壁又は火炉後壁のいずれか一方のバーナー段の1段のバーナーがすべて消火されることになる。
そうなると、火炉前壁と火炉後壁の吸熱量バランスに大きな差が生じ、これが火炉前壁と火炉後壁の火炉壁面を構成する複数の水管壁に備えられた水管出口の流体温度がアンバランスとなって水管毎の伸びが変わるために火炉壁面に熱応力が発生し、火炉壁面を損傷する可能性が懸念される。
本発明の目的は、全負荷帯で火炉の火炉壁面を構成する複数の水冷管の熱負荷を平準化して火炉水冷管に生じる熱応力を抑制し、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図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、火炉を備え、この火炉を形成する火炉壁面のうち、火炉前壁とこの火炉前壁と対向して配置された火炉後壁との火炉壁面の高さが夫々異なる複数の段の位置に燃料の微粉炭を火炉内に供給して燃焼させる複数のバーナーを夫々配置し、これらの複数の各段に設置された前記複数のバーナーに燃料の微粉炭を供給するミルをバーナーが設置された各段毎に複数設置し、複数設置された各ミルから前記各段の火炉前壁と火炉後壁に設置した複数のバーナーに微粉炭を供給する給炭管を火炉前壁の前記バーナーと火炉後壁の前記バーナーとに夫々配分して供給するように配設したことを特徴とする。
本発明によれば、全熱負荷帯において火炉の火炉壁面を構成する水冷管の熱負荷を平準化して火炉水冷管に生じる熱応力を抑制し、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラが実現できる。
以下、図面を用いて本発明の実施例の微粉炭焚きボイラについて説明する。
本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラを図1及び図2を用いて説明する。図1において、本実施例の微粉炭焚きボイラは火炉50を有しており、この火炉50を構成する火炉壁面は、火炉の壁面を構成する火炉前壁51と、この火炉前壁51と対向する火炉後壁52と、これらの火炉前壁51と火炉後壁52との間の側壁となる火炉側壁53(図3に示す)とを夫々備えて火炉50を囲むことによって、火炉50の内部に火炉燃焼空間を形成するように構成されている。
火炉50を構成する火炉壁面の内壁側には多数の水管をスパイラル形状に配列した水管壁20が配設されており、これらの多数の水管壁20によって囲まれた火炉50の内部に形成される火炉燃焼空間にて燃料の微粉炭を燃焼させて生じた燃焼熱の一部をこれらの多数の水管壁20の水管で吸収して水管壁20の水管の内部を流れる水を加熱して蒸気を発生するようになっている。
火炉50の内部の火炉燃焼空間で生じた燃焼熱は火炉50の内部を流下し、火炉下流側の火炉50の内部に設置された複数の熱交換器15と順次熱交換することによって主に回収される。
火炉50の内部の火炉燃焼空間にて燃料の微粉炭を燃焼させて生成した燃焼気体は火炉50の内部を下方から上方に向けて流れるが、この燃焼後の燃焼気体は火炉50の内部の下流側に設置された図示しない後部伝熱部を流下してこの後部伝熱部と熱交換することにより、燃焼気体に含まれる熱をさらに回収する。
火炉50の火炉前壁51の下部と、この火炉前壁51と対向する火炉後壁52の下部には、複数のバーナー6が夫々設置されており、ここで空気不足の火炎が形成される。
バーナー6は火炉前壁51と火炉後壁52とで対向配置となるように、それぞれ複数個設置(本実施例の場合は各6本設置)されており、バーナーが火炉前壁51と火炉後壁52とで向き合う対向燃焼方式を構成している。
燃料となる石炭1はミル2によって数十μm程度の粒径に粉砕して微粉炭にされた後に微粉炭搬送用のブロア3からミル2に供給される搬送空気4によって搬送される。そして、この微粉炭は搬送空気4と共に給炭管を通じて各バーナー6に供給され、各バーナー6から火炉50の内部に噴出して燃焼される。
バーナ9の下流側となる火炉50の壁面には複数のアフタエアポート9が設置されてアフタエア空気を火炉50の内部に供給している。
アフタエアポート9もバーナー6と同様に火炉前壁51と火炉後壁52とに夫々6本設置されており、火炉前壁51に設置されたアフタエアポート9と火炉後壁52に設置されたアフタエアポート9とが相互に対向するように配置されている。
ブロア8から送給された燃焼用の空気7は、予熱された後に前記各バーナー6と前記各アフターエアーポート9とに夫々供給される。バーナー6に供給される燃焼用空気の流量はバーナー近傍で還元燃焼するように流量調節弁10で調整しているが、その空気の流量はバーナー6に供給される微粉炭が完全燃焼するのに必要な空気量の80%程度の量である。
バーナー6から火炉50の内部に供給された微粉炭が燃焼した後に発生する還元性の燃焼ガス11は、バーナー6から火炉50の内部の中央方向に噴出した後に、対向して配置するバーナー6から供給された微粉炭が燃焼した後に発生する還元性の燃焼ガス11と衝突する。
その後、衝突したこれらの還元性の燃焼ガス11は火炉50内を下流側に上昇し、バーナー6の上方となる火炉50の壁面の下流側に設置されたアフターエアーポート9から供給される燃焼用空気と混合して完全燃焼(酸化)する。
このように還元させた後に酸化する燃焼方法は、窒素酸化物と一酸化炭素などの未燃分の発生を抑制する燃焼方式(2段燃焼)として知られている。
アフターエアーポート9から供給される燃焼空気によって還元性の燃焼ガス11を完全燃焼して生じた燃焼ガス13は、火炉50を流下して火炉50の外部の煙道14へと排出される。
火炉50の上部から煙道14にかけて、この火炉50の内部には伝熱管群から構成された熱交換器15が配置されており、燃焼ガス13との熱交換によって熱を回収している。
ところで、給炭管5を通じてバーナー6から火炉50の内部に搬送空気と共に供給された微粉炭は火炉50の内部で燃焼するが、燃焼によって火炉50の内部では1000℃以上の燃焼ガス11が発生する。
火炉50の火炉壁面の内壁側にはスパイラル形状に配列された多数の水管を備えた水管壁20が配設されており、微粉炭の燃焼によって生じた燃焼ガス11の熱をこの多数配設された水管壁20の水管によって吸収している。
そして水管壁20の水管20を流れる水は図3に示す火炉50の下側から上側に向けて流れるように設計されている。
火炉50の火炉壁面の火炉前壁51と火炉後壁52とには火炉壁面に高さを違えて上段、中段、下段に分けて設置された各バーナー段毎に6本のバーナー6が夫々設置されるが、これら3段の各バーナー段毎に設置される各6本のバーナー6は火炉前壁51と火炉後壁52とで対向するように配設されている。
そして、バーナー6が設置される火炉壁面の火炉前壁51と火炉後壁52とに上段、中段、下段に分けて設置された各バーナー段には2台のミル2(上段、中段、下段で合計6台)が夫々設置されている。
例えば、下段のバーナー段となる火炉前壁51と火炉後壁52に夫々6本設置された各バーナー6には、図1及び図2に示すように、火炉側壁53の一方側に設置したミル2d及びミル2cの2台のミルから燃料の微粉炭を供給する給炭管5が火炉前壁51と火炉後壁52とに夫々設置した各バーナー6に一本置きに接続するように配設されている。
即ち、火炉前壁51に設置した6本のバーナー6にはミル2d及びミル2cの2台のミルから燃料の微粉炭を供給する給炭管5が一本置きに各3本のバーナー6c及びバーナー6dに夫々接続するように配設され、火炉後壁52に設置した6本のバーナー6にはミル2d及びミル2cの2台のミルから燃料の微粉炭を供給する給炭管5が一本置きに各3本のバーナー6c及びバーナー6dに夫々接続するように配設されている。
また、火炉壁面の上段のバーナー段となる火炉前壁51と火炉後壁52に夫々6本設置された各バーナー6には、図2、図3及び図6に詳細に示したように、火炉側壁53の一方側に設置したミル2f及びミル2aの2台のミルから燃料の微粉炭を供給する給炭管5が一本置きに火炉前壁51の各3本のバーナー6a及びバーナー6fに接続され、一本置きに火炉後壁52の各3本のバーナー6a及びバーナー6fに夫々接続するように配設されている。
また、火炉壁面の中段のバーナー段となる火炉前壁51と火炉後壁52に夫々6本設置された各バーナー6にも、図2及び図6に示した上段のバーナー段に配設されたバーナー6と同様に、火炉側壁53の一方側に設置したミル2d及びミル2cの2台のミルから燃料の微粉炭を供給する給炭管5が一本置きに3本のバーナー6b及びバーナー6eに夫々接続するように配設された構成である。
尚、説明の都合上、以下の説明は上段のバーナー段となる火炉前壁51と火炉後壁52に配設された各6本のバーナー6の構成を中心にして説明を行う。
上段のバーナー段となる火炉前壁51と火炉後壁52に夫々6本設置された各バーナー6には2つのミル2f及び2aから燃料の微粉炭を供給する給炭管5が一本置きに3本のバーナー6に夫々接続するように配設されているが、2つのミル2f及び2aとバーナー6とを接続する微粉炭を供給する給炭管5の配設は図6に示したようにミル2fからは火炉前壁51に6本配置されたバーナー6のうち、左側から数えて2番目、4番目及び6番目の各バーナー6fに給炭管5を通じて微粉炭を供給する構成となっている。
また、ミル2aからは火炉前壁51に6本配置されたバーナー6のうち、左側から数えて1番目、3番目及び5番目の各バーナー6aに給炭管5を通じて微粉炭を供給する構成となっている。
同様に、上段のバーナー段となる火炉後壁52に6本配置されたバーナー6に対しては、ミル2fからは左側から数えて2番目、4番目及び6番目のバーナー6fに給炭管5を通じて微粉炭を供給する構成となっており、丁度、同じミル2fから供給される火炉前壁51に配置された各バーナー6fと対向する関係になっている。
また、ミル2aからは火炉後壁52に6本配置されたバーナー6のうち、左側から数えて1番目、3番目及び5番目の各バーナー6aに給炭管5を通じて微粉炭を供給する構成となっており、丁度、同じミル2aから供給される火炉前壁51に配置された各バーナー6aと対向する関係になっている。
図3には本発明の実施例の微粉炭焚きボイラにおいて、ミル2a及びミル2fと上段のバーナー段に設置されたバーナー6とを接続する給炭管5のうち、スペースの都合上、火炉50の火炉壁面の上段に配設された給炭管5のみを図示し、中段及び下段のバーナー段となる火炉前壁51と火炉後壁52に配設された給炭管5の図示は省略している。
実際には中段のバーナー段に設置されたバーナー6、及び下段のバーナー段に設置されたバーナー6にも給炭管5が夫々接合されており、中段のバーナー6にはミル2eとミル2bから、下段のバーナー6にはミル2dとミル2cから給炭管5を通じて微粉炭を夫々給炭する。
次に、微粉炭焚きボイラの熱出力を徐々に下げる部分負荷運転を考える。熱出力最大の熱出力100%の状態から熱出力50%の状態まで負荷を低下する場合における上段、中段、下段の3段に夫々設置されたバーナー6の消火と点火の状態を図4に示す。
尚、図示していないが、上段、中段、下段の3段の火炉前壁51と火炉後壁52に設置された各6本の全てのバーナー6が点火している状態を熱出力最大の熱出力100%の状態とした。
微粉炭焚きボイラの部分負荷運転によって図4に示したようなバーナー6の消火の仕方はあくまで一例であり、必ずしもこの順番でなければならない訳ではなく、プラント毎に消火パターンが決められていることが多い。
ところで、一般にミル2は処理可能な石炭の量の範囲が決められている。そのため、制御上要求された熱出力デマンドがある程度低下すると複数台運転されているミル2のうち、減少させる負荷に応じてミル2を1台ずつ順次停止していき、バーナー6を消火しなければならない。
図4には部分負荷対応で運転を停止するミル2を1台目、2台目、3台目(熱負荷50%)と変化させた場合の微粉炭焚きボイラの火炉前壁51と火炉後壁52との間における熱負荷の状況を、本実施例の微粉炭焚きボイラを下欄に、本実施例の構成を採用していない微粉炭焚きボイラを比較例として上欄に夫々示したものである。
まず、1台目のミル2の運転を止めた場合を説明すると、上段のバーナー段用のバーナー6に微粉炭を供給するミル2f又はミル2aのうちの何れかの1台のミル2f又はミル2aの運転を停止した場合には、図4の下欄に示すように本実施例のような微粉炭焚きボイラの構造であれば、火炉前壁51と火炉後壁52とに各6本設置したバーナー6のうち、運転を停止したミル2f又はミル2aと給炭管5を通じて接続された火炉前壁51と火炉後壁52とに1本置きに設置した各3本のバーナー6f又は6aのみしか消火しないように構成している。
即ち、上段のバーナー段のバーナー6f又はバーナー6aは、火炉前壁51と火炉後壁52に対向して設置されたバーナー6f及びバーナー6aの夫々3本ずつで合計6本のバーナーのうち、1本置きに配置した各3本のバーナー6f又はバーナー6aが点火し、一方、それらの隣の各3本のバーナー6a又はバーナー6fが消化する。
つまり、火炉前壁51と火炉後壁52とに設置された上段のバーナー段の各6本のバーナー6のうち、同じ本数の3本のバーナー6f又はバーナー6aが点火している状態なので、火炉前壁51と火炉後壁52との間における熱負荷は1対1の関係を維持しているので、熱負荷にばらつきがないことになる。
尚、ここで、熱負荷の比は点火しているバーナーの数の比とした。また、図4では点火しているバーナーは黒抜きで表示し、消化しているバーナーは白抜きで表示した。
これに対して図4の上欄に示すように比較例の微粉炭焚きボイラでは、上段のバーナー段に設置した2台のミルのうち、1台のミルの運転を停止すると、火炉前壁51又は火炉後壁52の上段のバーナー段に設置した6本のバーナー6がすべて消火する。この場合、火炉前壁51と火炉後壁52との間の熱出力の比は1:1.5となり、熱負荷に大きなアンバランスが発生する。
次に部分負荷運転の負荷を減少させて2台目のミル2の運転を止めた場合には、上欄に示す比較例と下欄に示す本実施例は共に上段のバーナー段のバーナー6f又はバーナー6aは全て消化するので、比較例と本実施例との火炉前壁51と火炉後壁52との間における熱負荷は1:1で両者は同じ状態となる。
次に更に部分負荷運転の負荷を減少させて50%負荷となる3台目のミル2の運転を止めた場合には、図4の上欄に示す比較例では火炉前壁51に設置した中段のバーナー段のバーナー6b及びバーナー6eの合計6本のバーナーが全て消化し、火炉後壁52に設置した中段のバーナー段のバーナー6b及びバーナー6eの合計6本のバーナーが全て点火する状態となるので、火炉前壁51と火炉後壁52との間の熱負荷の比が1:2と非常に大きなアンバランスを生じて火炉前壁51と比較して火炉後壁52の熱負荷が2倍も大きくなる。
これに対して図4の下欄に示す本実施例においては、50%負荷となる3台目のミル2の運転を止めた場合でも火炉前壁51に設置した中段のバーナー段のバーナー6b及びバーナー6eの半数が消化するが、残りの半数のバーナー6b及びバーナー6eが点火する。
同様に火炉後壁52に設置した中段のバーナー段のバーナー6b及びバーナー6eの半数が消化し、残りの半数のバーナー6b及びバーナー6eが点火する状態となるので、火炉前壁51と火炉後壁52との間における熱負荷は1:1を維持する。
即ち、本実施例の微粉炭焚きボイラでは、部分負荷運転を含めたすべての負荷帯において火炉前壁51と火炉後壁52との間における熱負荷を1:1に維持する運転が可能となる。よって、微粉炭焚きボイラの火炉壁面を構成する水管壁の熱負荷平準化により水管壁の水管に生じる熱応力を低い値に抑制できるので、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラが実現できる。
また、図1乃至図4に示した構成の本実施例のように上段、中段、下段の各バーナー段に複数のミル、具体的には2台のミル2を設置した微粉炭焚きボイラと、図4に示した比較例のように各バーナー段毎に1台のミルを設置した構成の微粉炭焚きボイラにおけるバーナー6からアフターエアーポート9の間の各水管壁20による吸収熱量の比較例を図5に示す。
この図5に示したグラフは微粉炭焚きボイラの部分負荷時の燃焼解析から得た結果であり、バーナー6からアフターエアーポート9の間における火炉壁面を構成する各水管壁20の吸収熱量を示している。
図5から理解できるように、本実施例の微粉炭焚きボイラでは比較例に比べて水管壁20の吸収熱量のばらつきが小さくなっている。従って、本実施例の微粉炭焚きボイラでは水管壁の熱負荷平準化の効果があることが分かる。
上記した本実施例の微粉炭焚きボイラでは、例えば1台のミル2a又はミル2fから石炭を粉砕した微粉炭を火炉前壁51と火炉後壁52の上段のバーナー段に同じ本数だけ対向して配置したバーナー6a又はバーナー6fに振り分けて給炭管5を通じて供給するので、火炉前壁51と火炉後壁52のバーナー6a又はバーナー6fに振り分けて供給される微粉炭は同程度の粒径分布を持つことになる。
よって、この微粉炭をバーナー6a又はバーナー6fに供給すると、火炉前壁51と火炉後壁52のバーナー6a又はバーナー6fによる燃焼状態を同等にする効果をもつので、火炉前壁51と火炉後壁52の熱負荷平準化を実現できる。
本実施例の微粉炭焚きボイラでは火炉壁面に設置される上段、中段、下段の各バーナー段につき2台のミル2を設置する構成を示したが、2台以上で構成すればより連続的に負荷を変化することが可能であり、ミルの台数が増えるほど熱吸収量のばらつきは低減できる。
但し、給炭管5のルーティングが複雑になることや、ミル2の台数が増えることでコストが増加する可能性があるので、各バーナー段に必要なミル2の台数はコスト増加等の見合いで決定すると良い。
また、図1に示すように、本実施例の微粉炭焚きボイラでは各バーナー段において各ミル2からの給炭管5を水平方向に一つおきにバーナー6に設置している。このように給炭管5を配置することで水平方向において点火しているバーナー6の本数を分散させることができるので熱負荷の偏りを減少でき、これにより火炉50の水平方向の熱負荷を平準化する効果が期待できる。
また、上記した実施例の微粉炭焚きボイラでは火炉50の火炉壁面の火炉前壁51及び火炉後壁52の上段、中段、下段の各バーナー段に各6本設置されたバーナー6において、説明を簡素化するために上段のバーナー段に設置した各6本のバーナー6についてのみ説明する。
図6及び図7に示したように、火炉側壁53の一方側に設置されたミル2a及びミル2fから給炭管5を介して部粉炭が供給される上段のバーナー段となる火炉壁面の火炉前壁51と、同じく上段のバーナー段となる火炉壁面の火炉後壁52には、同じ高さとなるバーナー段に相互に対向するように配置した各3本のバーナー6a及びこれらのバーナー6aと一本置きに隣接したバーナー6fとが配置されている。
そして、同じ高さのバーナー段の火炉前壁51の各バーナー6aと同じ高さのバーナー段の火炉後壁52の各バーナー6aとが一対一で対向し、同じ高さのバーナー段の火炉前壁51の各バーナー6fと同じ高さのバーナー段の火炉後壁52の各バーナー6fとが一対一で対向するように配置しているので、点火しているバーナー6a又はバーナー6fから生じた火炎が火炉内部で完全に対向して火炎が丁度、火炉内部で衝突する関係となる。
ここで、部分負荷運転のため、上段のバーナー段に微粉炭を供給するミル2aとミル2fのうち、ミル2fを停止してバーナー6fを消火する状態を考える。ミル2fが停止してもミル2aは運転しているので、バーナー6aは点火している。
このとき、火炉内部では図6で点線で示すような火炎が生じて対向するバーナー6aの火炎が衝突する。ここで対向配置されたバーナーのうち、点火している対向配置したバーナー6aで生じた火炎を火炉内部で衝突させているのは、火炎が衝突しないとこの火炎が対向する火炉壁面に到達して局所的に熱負荷の高い箇所ができ、火炉前壁と火炉後壁との間に熱負荷バランスに差が生じるのを防止させるためである。
仮に2台設置されたミルの一方、例えばミル2aの運転を停止する場合でも、運転中のミル2fから供給される微粉炭によってバーナー6fは点火しているので、対向配置されたバーナー6fの火炎は火炉内部で衝突する。
よって上記した本実施例の構成を採用すれば、全負荷に亘って火炉内部で対向したバーナーの衝突火炎を形成することが可能である。
従って本発明の実施例によれば、全熱負荷帯において火炉の火炉壁面を構成する水冷管の熱負荷を平準化して火炉水冷管に生じる熱応力を抑制し、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラが実現できる。
本発明の他の実施例である微粉炭焚きボイラについて図8を用いて説明する。本実施例の微粉炭焚きボイラの基本構造は図1乃至図7に示した先の実施例の微粉炭焚きボイラと共通しているので、共通した構成の説明は省略し、相違した構成についてのみ説明を行う。
図8に示した本実施例の微粉炭焚きボイラでは、火炉50の火炉壁面の火炉前壁51及び火炉後壁52の上段、中段、下段の各バーナー段は火炉後壁52のバーナー段の垂直方向の高さが火炉前壁51のバーナー段の垂直方向の高さよりも高くなるように配設されている。
本実施例のように、バーナー段の高さ方向の位置を火炉前壁51と火炉後壁52とで上下にずらして配置していることを、バーナー段がスタガード配置されているとよぶ。
ところで、火炉内部の燃焼流動計算の知見により、スタガード配置の微粉炭焚きボイラは図6に示したような火炉前壁51と火炉後壁52とに配置したバーナーが完全対向配置した構成に比べてボイラの火炉形状やバーナーの形状によっては、有害な一酸化炭素や窒素酸化物の発生量が少ない場合があった。ただし、一酸化炭素や窒素酸化物の発生量の大小は火炉の形状や運用条件によって変化する。
一酸化炭素や窒素酸化物の発生量も微粉炭焚きボイラにとって重要な性能指標であるので、スタガード配置の微粉炭焚きボイラにおいても熱負荷をできる限り平準化する必要がある。そこで、本実施例の微粉炭焚きボイラのように火炉前壁51に設置するバーナー段に対して火炉後壁52に設置するバーナー段の高さ方向の位置を垂直方向の上下にずらすと良い。
このバーナー段のずらし幅は、対向する火炎ができる限り干渉しないような幅があれば良い。このようにバーナー段をずらして配置すれば、これらのバーナー段の各バーナーから生じる火炎が対向する壁面に向かっても火炉前壁51と火炉後壁52に及ぼす熱負荷はほぼ同等である。
尚、本実施例の微粉炭焚きボイラでは、火炉前壁51のバーナー段よりも火炉後壁52のバーナー段が垂直方向の上方に位置するように上方へずらしているが、逆に火炉前壁51のバーナー段が火炉後壁52のバーナー段よりも垂直方向の上方に位置するようにずらしても良い。
本発明の実施例によっても、全熱負荷帯において火炉の壁面を構成する水冷管の熱負荷を平準化して火炉水冷管に生じる熱応力を抑制し、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラが実現できる。
本発明の更に他の実施例である微粉炭焚きボイラについて図9を用いて説明する。本実施例の微粉炭焚きボイラの基本構造は図1乃至図7に示した先の実施例の微粉炭焚きボイラと共通しているので、共通した構成の説明は省略し、相違した構成についてのみ説明を行う。
図9に示した本実施例の微粉炭焚きボイラでは、火炉壁面の上段のバーナー段となる火炉前壁51と火炉後壁52に夫々6本設置された各バーナー6に対して、火炉側壁53の一方側に設置したミル2f及びミル2aの2台のミルから火炉前壁51及び火炉後壁52に設置した各3本のバーナー6a及びバーナー6fに燃料の微粉炭を供給する給炭管5が夫々接続するように配設されている。
前記のミル2a及びミル2fから配設された給炭管5は火炉前壁51及び火炉後壁52で対向して配置された各3本のバーナー6a及びバーナー6fに接続しているが、火炉前壁51と火炉後壁52とに振り分けられた給炭管5の長さがほぼ同じとなるために前記各3本のバーナー6a及びバーナー6fに供給される微粉炭の給炭量を等しくでき、よって火炉内部にバーナーから供給されて燃焼する熱負荷を火炉前壁51と火炉後壁52との間で平準化することが可能となる。
従って本発明の実施例によっても、全熱負荷帯において火炉の火炉壁面を構成する水冷管の熱負荷を平準化して火炉水冷管に生じる熱応力を抑制し、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラが実現できる。
本発明の別の実施例である微粉炭焚きボイラについて図10を用いて説明する。本実施例の微粉炭焚きボイラの基本構造は図1乃至図7に示した先の実施例の微粉炭焚きボイラと共通しているので、共通した構成の説明は省略し、相違した構成についてのみ説明を行う。
図10に示した本実施例の微粉炭焚きボイラでは、火炉壁面の上段のバーナー段となる火炉前壁51と火炉後壁52に夫々6本設置された各バーナー6に対して、火炉側壁53の両側に離間させて1台づつ設置したミル2f又はミル2aの合計2台のミルから火炉前壁51及び火炉後壁52に設置した各3本のバーナー6a及びバーナー6fに燃料の微粉炭を供給する給炭管5が夫々接続するように配設されている。
前記の各1台設置したミル2a及びミル2fから配設された給炭管5は火炉前壁51及び火炉後壁52で対向して配置された各3本のバーナー6a及びバーナー6fに接続しているが、火炉前壁51と火炉後壁52とに振り分けられた給炭管5の長さがほぼ同じとなるために前記各3本のバーナー6a及びバーナー6fに供給される微粉炭の給炭量を等しくでき、よって火炉内部にバーナーから供給されて燃焼する熱負荷を火炉前壁51と火炉後壁52との間で平準化することが可能となる。
従って本発明の実施例によっても、全熱負荷帯において火炉の火炉壁面を構成する水冷管の熱負荷を平準化して火炉水冷管に生じる熱応力を抑制し、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラが実現できる。
本発明の更に別の実施例である微粉炭焚きボイラについて図11を用いて説明する。本実施例の微粉炭焚きボイラの基本構造は図1乃至図7に示した先の実施例の微粉炭焚きボイラと共通しているので、共通した構成の説明は省略し、相違した構成についてのみ説明を行う。
図9に示した本実施例の微粉炭焚きボイラでは、火炉壁面の上段のバーナー段となる火炉前壁51と火炉後壁52に夫々6本設置された各バーナー6に対して、火炉側壁53の一方側に設置したミル2f及びミル2aの2台のミルから火炉前壁51及び火炉後壁52に設置した各3本のバーナー6a及びバーナー6fに燃料の微粉炭を供給する給炭管5が夫々接続するように配設されている。
前記のミル2a及びミル2fから配設された給炭管5は火炉前壁51及び火炉後壁52で対向して配置された各3本のバーナー6a及びバーナー6fに接続しているが、火炉前壁51と火炉後壁52とに振り分けられた給炭管5の長さがほぼ同じとなるために前記各3本のバーナー6a及びバーナー6fに供給される微粉炭の給炭量を等しくでき、よって火炉内部にバーナーから供給されて燃焼する熱負荷を火炉前壁51と火炉後壁52との間で平準化することが可能となる。
更に本実施例の微粉炭焚きボイラでは、ミル2a、2fから出た給炭管5は火炉前壁51と火炉後壁52で対向するバーナー6a及びバーナー6fに接続されているが、これらの給炭管5には火炉前壁51と火炉後壁52に設置したバーナー6に供給される微粉炭の給炭量を調整する給炭量調整装置21が設置されている。
給炭量調整装置21にはバタフライ弁のような調整弁と流量計とが備えられている。本実施例のように給炭量の調整装置21によって、バーナー6a及びバーナー6fに供給される微粉炭の給炭量をほぼ同等に調節することができる。また、流量計によって給炭量を監視してこの流量計で検出した給炭量に基づいて調整弁を制御すれば微粉炭の給炭量が正確に調節できるので、常時、火炉壁面を構成する水管壁の熱負荷が平準化できる。
従って本発明の実施例によっても、全熱負荷帯において火炉の火炉壁面を構成する水冷管の熱負荷を平準化して火炉水冷管に生じる熱応力を抑制し、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラが実現できる。
本発明の実施例である微粉炭焚きボイラの火炉壁面を構成する水管壁について図12を用いて説明する。本実施例の微粉炭焚きボイラの基本構造は図1乃至図11に示した実施例の微粉炭焚きボイラと共通しているので、共通した構成の説明は省略し、相違した構成についてのみ説明を行う。
図12において本実施例の微粉炭焚きボイラは、火炉壁面を構成する複数の水管壁20に備えられた複数の水管は、火炉壁面の下部側に設置された水管壁20ではスパイラル形状に水管を配設しているが、火炉壁面の上部側に設置された水管壁20では火炉壁面の下部側のスパイラル形状の水管と接続して垂直方向に延びる直管形状の水管が配設されている。
ここで、一般の構造の微粉炭焚きボイラではバーナー近傍での火炉内部の熱負荷にアンバランスが起きると水管毎に過熱状態が異なって熱伸び差が生じ、発生する熱応力の大きさによっては水管壁を損傷させる可能性がある。
そこで本実施例の微粉炭焚きボイラでは、図1乃至図11に示した実施例のバーナーの配置と同じ構成を採用したことによって火炉内部での熱負荷のアンバランスを減らすことが可能である。
火炉内部での熱負荷のアンバランスが少ないことで水管毎の過熱状態に差が少ないため、一般の微粉炭焚きボイラでは火炉壁面の下部側の水管壁20に配設したスパイラル形状の水管と火炉壁面の上部側の水管壁20に配設した垂直状の直管とを連通するためのミキシングヘッダの配設が不要となり、よって火炉壁面を構成する水管壁は火炉壁面の下部のスパイラル水管壁から火炉壁面の上部の垂直状の直管壁へ直接接続することが可能となる。
この結果、火炉壁面の水管壁の構造が簡素化されることにより火炉壁面の製作コストが大幅に低減でき、微粉炭焚きボイラを建設する上でのコスト低減の効果は大きい。
従って本発明の実施例によっても、全熱負荷帯において火炉の火炉壁面を構成する水冷管の熱負荷を平準化して火炉水冷管に生じる熱応力を抑制し、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラが実現できる。
本発明は石炭を燃焼する微粉炭焚きボイラの構造およびその燃焼方式に適用可能である。
2、2a、2b、2c、2d、2e、2f:ミル、5:給炭管、6、6a、6b、6c、6d、6e、6f:バーナー、9、アフターエアーポート、20、30:水管壁、50:火炉、51:火炉前壁、52:火炉後壁、53:火炉側壁。
Claims (11)
- 微粉炭焚きボイラを構成する火炉を備え、この火炉を形成する火炉壁面のうち、火炉前壁とこの火炉前壁と対向して配置された火炉後壁との火炉壁面の高さが夫々異なる複数の段の位置に燃料の微粉炭を火炉内に供給して燃焼させる複数のバーナーを夫々配置し、これらの複数の各段に設置された前記複数のバーナーに燃料の微粉炭を供給するミルをバーナーが設置された各段毎に複数設置し、複数設置された各ミルから前記各段の火炉前壁と火炉後壁に設置した複数のバーナーに微粉炭を供給する給炭管を火炉前壁の前記バーナーと火炉後壁の前記バーナーとに夫々配分して供給するように配設したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
- 請求項1に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、火炉の火炉壁面を構成する複数の水管壁に設置された水管は、火炉壁面の下部の水管壁に設置した水管がスパイラル形状に配設されており、火炉壁面の上部の水管壁に設置した水管が前記スパイラル形状に配設した水管と接続した直管によって垂直方向に配設されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
- 請求項1又は請求項2に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、複数設置した一方のミルから前記各段の火炉前壁と火炉後壁に夫々対向して配置された複数のバーナーの一部に微粉炭を夫々配分して供給する第一の給炭管を配設し、複数設置した他方のミルから前記各段の火炉前壁と火炉後壁に夫々対向して配置された複数のバーナーの他の一部に微粉炭を夫々配分して供給する第二の給炭管を配設したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
- 請求項3に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、第一の給炭管に接続したバーナーと、第二の給炭管に接続したバーナーとが、隣接して交互に位置するように前記各段の火炉前壁と火炉後壁とに夫々配置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
- 請求項1又は請求項2に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記各段に設置されたバーナーは、火炉後壁に設置したバーナーの火炉壁面の高さの位置と、火炉前壁に設置したバーナーの火炉壁面の高さの位置とが異なるようにスタガード配置されていることを特徴とした微粉炭焚きボイラ。
- 請求項1又は請求項2に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記各段に設置されたバーナーは、火炉後壁に設置したバーナーの火炉壁面の高さの位置と、火炉前壁に設置したバーナーの火炉壁面の高さの位置とが実質的に同じとなるように配置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
- 請求項3に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記第一の給炭管に接続されて火炉前壁に設けたバーナーは該第一の給炭管に接続されて火炉後壁に設けたバーナーと対向配置されており、前記第二の給炭管に接続されて火炉前壁に設けたバーナーは該第二の給炭管に接続されて火炉後壁に設けたバーナーと対向配置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
- 請求項1又は請求項2に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記給炭管に前記各ミルから前記バーナーに供給する微粉炭の給炭量を調整する装置を設置したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
- 請求項1又は請求項2に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記複数のミルは火炉を構成する火炉前壁と火炉後壁とを繋ぐ火炉側壁の側に共に設置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
- 請求項9に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記複数のミルは前記火炉側壁の両側に個別に設置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
- 請求項9に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記複数のミルは前記火炉側壁の一方の側に共に設置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
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