JP2009068801A

JP2009068801A - 微粉炭焚きボイラ

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Publication number: JP2009068801A
Application number: JP2007239464A
Authority: JP
Inventors: Teruyuki Okazaki; 輝幸岡崎; Kenji Yamamoto; 研二山本; Tomoya Murota; 知也室田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2027-09-14
Also published as: JP4859797B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、燃焼排ガスを再循環させる設備を小型化すると共にこの再循環用の配管に灰の付着を防止して配管の閉塞を回避す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、火炉と、この火炉の壁面に設置され微粉炭を火炉内に供給して燃焼させ還元性の燃焼排ガスを発生させる複数のバーナと、前記バーナより上部の火炉の壁面に設置され燃焼用空気を供給して前記バーナで発生した還元性の燃焼ガスを完全燃焼して燃焼排ガスを発生させるアフタエアーポートと、前記アフタエアーポートより下流となる火炉内を流下した前記燃焼排ガスの一部を火炉の壁面から抽出して前記アフタエアーポートに供給する燃焼用空気に混入するように配設された戻し管と、この戻し管に設置され該戻し管内を流れる燃焼排ガスを冷却する冷却流体を供給する冷却装置を備えた構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料として粉砕した石炭を燃焼する微粉炭焚きボイラに関する。

従来の微粉炭焚きボイラとして、燃料として粉砕した石炭を燃焼する微粉炭焚きボイラは、特開２００４−１９０９８１公報に記載されているように、燃料の石炭をミルで粒径の細かい微粉炭に粉砕してボイラの火炉に設置したバーナから火炉内に供給して燃焼させる。

このボイラの火炉にはバーナから供給された微粉炭を燃焼させる燃焼空気を噴出するアフタエアーポートが設置されており、この火炉内で微粉炭が燃焼して発生した燃焼ガスが火炉を流下して排出された燃焼排ガスの一部を再循環させて、アフタエアーポートの燃焼空気と混合することでサーマルＮＯｘの発生量を低減する技術が開示されている。

また、従来の微粉炭焚きボイラでは特開２００４−１９０９８１公報に記載されているように、ボイラの火炉から排出された燃焼排ガスの一部を火炉のアフタエアーポートに再循環させて供給し、アフタエアーポートの燃焼用空気と混合して火炉内に供給することで未燃の燃焼ガスを完全燃焼させてサーマルＮＯｘの発生量を低減する方法が開示されている。

この特開２００４−１９０９８１公報に記載されている微粉炭焚きボイラでは、アフタエアーポートの燃焼空気と還元性のガスとの混合界面に、低酸素濃度の再循環した燃焼排ガスを供給して、サーマルＮＯｘの発生を抑制する。再循環する燃焼排ガスは伝熱管群を経て火炉から排出された冷却された２５０℃〜３５０℃程度の燃焼排ガスである。

ところで、再循環させる燃焼排ガスは火炉内の下流から火炉のアフタエアーポートに戻すために、燃焼排ガスを流通させる長い配管や燃焼排ガスを送給する大容量の再循環ファンが必要となる。

また、特開２００５−２６５２９９公報に記載されている従来の微粉炭焚きボイラでは、火炉内の燃焼排ガスをエアインジェクター、又はサージタンクとブロアを配設して火炉のアフタエアーポートへ直接再循環させる方法が開示されている。

特開２００４−１９０９８１公報特開２００５−２６５２９９公報

ところで従来の微粉炭焚きボイラでは、特開２００４−１９０９８１公報に記載のように、再循環する燃焼排ガスの温度が２５０℃〜３５０℃程度の比較的低温であれば、灰の付着を回避できるが、火炉から排出された燃焼排ガスを火炉のアフタエアーポートに戻す再循環させる配管に長大な配管の配設や、大容量の再循環ファンを設置する必要があるので設備が大型化して製作コストが大きくなる問題がある。

一方、従来の微粉炭焚きボイラでは、特開２００５−２６５２９９公報に記載のように、配管長を短くするために火炉内の高温の燃焼排ガスを抽気して火炉に再循環させる場合には、火炉内の燃焼排ガスを再循環させる配管には飛灰が多く含まれた高温（９００℃程度）の燃焼排ガスが流れることになる。

７００℃を超える高温の燃焼排ガスを再循環させる配管に流下させた場合には、この配管内壁面に灰が付着することによって配管が閉塞し易くなるという問題がある。

本発明の目的は、燃焼排ガスを流下させる設備を小型化すると共にこの燃焼排ガスを流下させる配管に灰の付着を防止して配管の閉塞を回避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、火炉と、この火炉の壁面に設置され微粉炭を火炉内に供給して燃焼させ還元性の燃焼排ガスを発生させる複数のバーナと、前記バーナより上部の火炉の壁面に設置され燃焼用空気を供給して前記バーナで発生した還元性の燃焼ガスを完全燃焼して燃焼排ガスを発生させるアフタエアーポートと、前記アフタエアーポートより下流となる火炉内を流下した前記燃焼排ガスの一部を火炉の壁面から抽出して前記アフタエアーポートに供給する燃焼用空気に混入するように配設された戻し管と、この戻し管に設置され該戻し管内を流れる燃焼排ガスを冷却する冷却流体を供給する冷却装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、燃焼排ガスを流下させる設備を小型化すると共にこの燃焼排ガスを流下させる配管に灰の付着を防止して配管の閉塞を回避する微粉炭焚きボイラを実現することができる。

本発明の実施例の微粉炭焚きボイラについて図面を参照して以下に説明する。

本発明の一実施例である第１実施例の微粉炭焚きボイラの全体構成を図１に示す。

図１に示した本発明の第１実施例である微粉炭焚きボイラは、ボイラを構成する火炉１が対向燃焼方式の火炉である。

本実施例では火炉１の煙道側（図１の右側）の壁面を缶後、反対側（図１の左側）を缶前と称し、火炉１の図１の奥行き方向の壁面を側壁１ｃと称す。

本実施例の微粉炭焚きボイラでは、ボイラの火炉１の缶前側となる前壁１ａと缶後側となる後壁１ｂ（図１の左右方向）に上下２段のバーナ２がそれぞれ幅方向（図の奥行き方向）に複数個配置されている。

前記バーナ２に供給される燃料の微粉炭は、石炭をミル（図示せず）によって粒径の細かい微粉（数十μｍ程度）に粉砕して微粉炭にして、微粉炭搬送用ブロア７から供給する搬送空気によって給炭管３１内を通じて輸送し、バーナ２へ供給される。

燃焼用の空気は燃焼空気用ブロア８から空気供給管３２を通じて送風される。

この燃焼用の空気は燃焼促進の観点から熱交換器（図示せず）によって約３００℃程度に予熱した後に、前記空気供給管３２を通じてバーナ用のウインドボックス５とアフタエアーポート用のウインドボックス６にそれぞれ供給される。

バーナ２は外側をバーナ用のウインドボックス５で囲まれており、バーナ用のウインドボックス５から燃焼用の空気がバーナ２に送り込まれている。

アフタエアーポート３ａの噴流ノズル３もバーナ２と同様、アフタエアーポート用のウインドボックス６で囲まれており、アフタエアーポート用のウインドボックス６から燃焼用の空気が噴流ノズル３に送り込まれている。

バーナ２に供給される燃焼用空気の流量は、バーナ近傍の火炉内で該ナーナ２から噴出した微粉炭が還元燃焼するように流量調節弁９で調整している。

バーナ２に供給される燃焼用空気の量は、バーナ２に供給される微粉炭が火炉内で完全燃焼するのに必要な空気量の８０％程度の量である。

そして、バーナ２から供給した微粉炭をこの燃焼用空気を供給することによって火炉１内で燃焼させる。

バーナ２から供給した微粉炭が火炉１内で燃焼することによって火炉１内には１０００℃以上の燃焼ガス２ｂが発生する。

微粉炭が燃焼後に発生する還元性の燃焼ガス２ｂは、まず火炉１の中央方向に噴出した後、対向するバーナ２から発生する還元性の燃焼ガス２ａと衝突して、火炉１内を上昇する。

上昇した燃焼ガス２ｂはバーナ２の上方にあるアフタエアーポート３ａの噴流ノズル３から噴出した燃焼用空気と混合して完全燃焼し、火炉１内を上昇する。

還元後に酸化させる燃焼方法は、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。

アフタエアーポート３ａの噴流ノズル３から火炉１内に供給した燃焼用空気によって還元性の燃焼ガス２ｂを完全燃焼した燃焼排ガスは火炉１内を上昇して流れ、火炉１の上部に設置された伝熱管群１０を流れる水と熱交換されて蒸気を発生させて熱を回収した後に、火炉１の下流の煙道１１に排ガスとして排出される。

また、火炉１を構成する前壁１ａ、後壁１ｂ、及び側壁１ｃの各壁の壁面内面には水冷管群（図示せず）が配設されており、火炉１内で燃料が燃焼することによって生じた熱を吸収してこれらの水冷管群を流れる水或いは蒸気を加熱している。

ここで、アフタエアーポート３ａの噴流ノズル３から噴出した燃焼用空気がバーナ２で燃焼後に発生する還元性の燃焼ガス２ｂと混合するときに急速に酸化反応が起きる。

この酸化反応によって燃焼ガス２ｂの温度が急速に上昇し、混合領域でサーマルＮＯｘが発生するが、このサーマルＮＯｘはガス温度が高いほうが多量に発生する。

ボイラにおいては、全窒素酸化物の発生量に対してサーマルＮＯｘが占める割合は多いことから、サーマルＮＯｘの低減が全窒素酸化物の発生量の低減に結びつく。

発明者等は基礎的な実験によってアフタエアーポート３ａの噴流ノズル３から噴出した燃焼用空気に燃焼排ガスを混ぜて燃焼させると、サーマルＮＯｘが低減するとの知見を得ている。

燃焼排ガスを混入して燃焼させるとサーマルＮＯｘが低下する理由は、燃焼排ガスを混入したときの方が混入しないときに比べて燃焼する火炎温度が低下するためである。

そこで本実施例の微粉炭焚きボイラにおいては、火炉１のアフタエアーポート３ａよりも下流となる火炉１の側壁１ｃの壁面から火炉１内を流下する燃焼排ガスの一部を燃焼排ガス１２として抽出し、火炉１のアフタエアーポート３ａの噴流ノズル３を流れる燃焼用空気にこの燃焼排ガス１２を供給して混入させる戻し管４を配設したものである。

前記戻し管４のアフタエアーポート３ａ側の圧力が火炉１側から燃焼排ガス１２を抽出する位置の火炉１内の圧力よりも低ければ、抽出した燃焼排ガス１２はこの戻し管４内を上方から下方へと流れてアフタエアーポート３ａの噴流ノズル３に供給されて再循環することになる。

図１の微粉炭焚きボイラでは、再循環する燃焼排ガス１２は火炉１の上部のアフタエアーポート３ａよりも下流となる位置の側壁１ｃから抽出してアフタエアーポート３ａの噴流ノズル３に戻し管４を通じて戻している。

図２は図１に示した本実施例の微粉炭焚きボイラにおけるアフタエアーポート３ａの構造をウインドボックスまで含めて示した部分拡大図である。

図２に示した本実施例の微粉炭焚きボイラのアフタエアーポート３ａでは、火炉１の側壁１ｃの壁面から抽出した燃焼排ガス１２をアフタエアーポート３ａの噴流ノズル３に再循環させるように配設した前記戻し管４を内側管４ａと該内側管４ａを覆う外側管４ｂとから構成された２重管構造とした。

戻し管４を図２に示したように２重管構造とした場合、戻し管の内側管４ａの内部には再循環する燃焼排ガス１２を流下させ、前記内側管４ａと外側管４ｂとの間に形成される流路にはこの内側管４ａを冷却する冷却用流体である水や蒸気１３が流下するように構成している。

戻し管４の内側管４ａに流入する燃焼排ガス１２は約１０００℃前後と考えられるが、戻し管の内側管４ａを流れるこの燃焼排ガス１２を冷却する冷却能力は、冷却用流体の水や蒸気１３の流量、圧力、温度などによって調整可能である。

もし、戻し管４の内側管４ａの管壁を十分に冷却していないとこの内側管４ａの内壁に灰が付着し易すくなり、戻し管４の内側管４ａの管壁に灰が付着した場合に、灰は熱伝導が低いために付着した灰が除去されないで内側管４ａの管壁に残ると、内側管４ａの管壁の冷却効果が更に低下して、内側管４ａの管壁に付着した灰の表面温度が上昇することになる。

さらに、灰の表面温度の上昇によって灰が軟化するので、戻し管４の内側管４ａの管壁に一層、灰が付着し易すくなり、内側管４ａの管壁に付着する灰の厚みが増す。

戻し管４の内側管４ａの管壁への灰の付着を放置すると、内側管４ａの配管が閉塞する可能性があるので、その対策として前述したように戻し管４の内側管４ａと外側管４ｂとの間の流路に冷却用流体である、例えば約２００〜３００℃の水や蒸気１３を流して燃焼排ガス１２を内部に流下させている内側管４ａの管壁を冷却し、戻し管４の内側管４ａの管壁の表面温度を約４００℃以下の温度となるように抑制して、内側管４ａへの灰の付着を防止する。

灰は約４００℃程度の温度では乾いた粉状な状態であるため、内側管４ａの管壁に付着する問題は生じないが、ただし、内側管４ａの管内面の温度が燃焼排ガス１２の露点以下とならないようにした方が良い。

その理由は燃焼排ガス１２の温度が露点以下になると、戻し管４の内側管４ａの管内に水分が結露して配管の腐食などに繋がる可能性があるためである。

また、戻し管４の内側管４ａと外側管４ｂとの間の流路に冷却用流体として蒸気１３を供給して内側管４ａの管壁を冷却する場合は、火炉１を構成する前壁１ａ、後壁１ｂ、及び側壁１ｃの各壁の壁面内面に配設した水冷管群で発生した蒸気を使用すると良い。

そうすれば、再循環させる燃焼排ガス１２がもつ熱量のうち、系外に放出する熱量を極力減らすことができるので、熱効率の低下を減少させることが可能となる。

アフタエアーポート３ａの構造と戻し管４のアフタエアーポート側の圧力を低くする機構について図２を用いて説明する。

図２に示したように、火炉１の前壁１ａ及び後壁１ｂの壁面にはアフタエアーポート用のウインドボックス６が設置されており、ウインドボックス６の内部に燃焼用空気のアフタエアを火炉１内に噴出するアフタエアーポート３ａの噴流ノズル３が設置されている。

図２には噴流ノズル３は１台しか示されていないが、実際には噴流ノズル３は図の奥行き方向に複数列設置されている。

そしてアフタエアーポート３ａ用のウインドボックス６内に供給された燃焼用空気はアフタエアーポート３ａの噴流ノズル３から火炉１内に噴出される。

また、本実施例の微粉炭焚きボイラでは、アフタエアーポート３ａの噴流ノズル３は内周側噴流ノズル１４と、該内周側噴流ノズル１４の外周に設置された外周側噴流ノズル１５とから成る２重構造に構成されている。

そして前記噴流ノズル３の外周側噴流ノズル１５には旋回羽１７が設置されていて、アフタエアーポート３ａから火炉１内に供給する燃焼用空気に旋回成分を与えている。

また、内周側噴流ノズル１４には外周に開けられた数箇所の穴１６から燃焼用空気を内部に取り込む構造となっている。

本実施例のアフタエアーポート３ａの噴流ノズル３では、外周側噴流ノズル１５に設けた旋回羽１７の旋回によって、燃焼用空気の混合効果を向上して、この噴流ノズル３から火炉１内に供給される燃焼排ガス１２に含まれる未燃分の燃焼率を向上する。

尚、図２の右側に示した波線は火炉１内に吹き込まれた燃焼排ガス１２の噴流を模式的に示したものである。

アフタエアーポート３ａの噴流ノズル３を構成する内周側噴流ノズル１４の内径は燃焼用空気の吸い込み口１６よりも断面積が小さいため、内部を流れる燃焼用空気の流速が早くなる。

燃焼用空気の流速は燃焼状況や火炉１によっても変わるが、概ね２０〜５０ｍ／ｓ程度となる。

ベルヌーイの法則から、ほぼ流速の２乗に比例して圧力が低下するので、この圧力が低下した内周側噴流ノズル１４の部分に前記戻し管４の一端を接続する。

これにより火炉１側からアフタエアーポート３ａへ燃焼排ガス１２を戻して再循環させることが可能となる。

本実施例の微粉炭焚きボイラにおいては、戻し管４はアフタエアーポート３ａの噴流ノズル３を構成する内周側噴流ノズル１４の外周を取り込むように設置しているが、噴流ノズル１４の外周に数箇所穴を開けて接続しても良い。

戻し管４の火炉１側となる火炉１の側壁１ｃの設置位置は、抽出する燃焼排ガス１２中に未燃分が少ないことが重要である。

仮に抽出する燃焼排ガス１２中に未燃分が多いと、燃焼排ガス１２が供給されるアフタエアーポート３ａの噴流ノズル３の内部で急激な燃焼が起き、アフタエアーポート３ａの構造物の故障につながる可能性があるためである。

戻し管４を配設して燃焼排ガス１２を火炉１から抽出する火炉１の側壁１ｃの位置は、火炉１の燃焼解析から火炉１の上部の領域は比較的周囲に比べて静圧が高いことや還元性の燃焼ガスの大部分が酸化されて火炉１内を流れる燃焼ガス中に未燃分が少ないことが分かっているため、火炉１のアフタエアーポート３ａよりも下流となる火炉１の側壁１ｃの壁面の領域から前記戻し管４を通じて燃焼ガスの一部を燃焼排ガス１２として抽出してアフタエアーポート３ａの噴流ノズル３に再循環させるものである。

本発明の実施例によれば、燃焼排ガスを流下させる配管の短縮化と燃焼排ガスを流下させる送風ファンを不要とした設備の小型化と共に、冷却流体を供給して燃焼排ガスを流下させる配管を冷却することによる配管への灰の付着を防止して配管の閉塞を回避し得る微粉炭焚きボイラを実現することができる。

次に本発明の一実施例である第２実施例の微粉炭焚きボイラについて図３〜図４を用いて説明する。

本実施例では、図１及び図２に示した第１実施例の微粉炭焚きボイラとは基本構成が共通しているので、共通の構成については説明を省略して相違する部分についてのみ説明する。

図３に示した本実施例では、戻し管４を冷却する構造として戻し管４の内部に冷却流体の冷却水１９を流入する装置である冷却用の水噴霧装置１８を戻し管４に設置したものである。

冷却水１９をこの水噴霧装置１８から戻し管４の内部を流下する燃焼排ガス１２に吹き込むと、蒸発した水分が温度上昇するときに必要となる顕熱分の熱以外に、水が蒸発するときに必要となる蒸発潜熱を利用できるので冷却能力が高くなる。

噴霧水１９は再循環する燃焼排ガス１２のできるだけ上流から吹き込む方が良く、上流で噴霧水１９の吹き込むことによって燃焼排ガス１２を冷却して戻し管４の管壁温度を十分低下させることが可能となるので、戻し管４の管壁を２重化させる必要がなくなる。

これによって、戻し管４の配管構造を簡略化できるので、燃焼排ガス１２を再循環させる戻し管４を製作するコスト低減につながる。

また、水噴霧装置１８は蒸発距離を短距離にする観点から噴霧する噴霧水１９の粒径が小さくなるスプレー発生装置であることが望ましい。

水噴霧装置１８も高温にさらされるため、水噴霧装置１８自体を冷却する構造を有すると更に良い。

図４も同様に、戻し管４を冷却する構造として戻し管４の内部に冷却流体の冷却水１９を流入する装置である冷却用の水噴霧装置２０を戻し管４に設置したものである。

図４において、戻し管４に設置する冷却用水噴霧装置２０は上下に２個設置された例を示しているが、戻し管４の周囲に３個以上設置しても良い。

戻し管４の管壁付近に冷却水を噴霧すると噴霧水１９は管壁近傍を流れるので、戻し管４の管壁を効率的に冷却することができる。

また、噴霧水１９が戻し管４の管壁近傍を流れ、飛灰を多く含む燃焼排ガス１２は戻し管４の軸心中央を流れるため、戻し管４の管壁付近に飛灰が付着しにくい。

特に燃焼排ガス１２の温度の高い領域においては灰の付着力が大きくなるため、戻し管４の上流で灰を戻し管４の配管につきにくい状態にすることは重要である。

また、水噴霧装置２０から戻し管４内の燃焼排ガス１２中に水分を投入すると、サーマルＮＯｘが下がることも基礎的な実験で確認しており、燃焼排ガス中に水分を投入することの効果は大きい。

次に本発明の一実施例である第３実施例の微粉炭焚きボイラについて図５〜図６を用いて説明する。

図５に示した本実施例の微粉炭焚きボイラにおけるアフタエアーポート３ａの構造では、戻し管４とアフタエアーポート３ａの噴流ノズル３の接合部の他の構造を示しており、アフタエアーポート３ａの噴流ノズル３を構成する内周側の噴流ノズル１４に管路の一部を絞った絞り部２１を設けて、この絞り部２１の外周に戻し管４を接合している。

噴流ノズル１４の管路の一部を絞ると噴流ノズル１４の断面積が小さくなって内部を流れる燃焼用空気の流速を早くできるので、前述したように燃焼用空気の流速を増加させることによって噴流ノズル１４の管路の圧力を低下させることが出来る。

従って、噴流ノズル１４の管路の絞り部２１の径を小さくするほど、圧力の低下幅が増加し、この絞り部２１に接続する戻し管４を流下して噴流ノズル１４に流入する燃焼排ガス１２の流量を増加させ、噴流ノズル１４から火炉１内に燃焼排ガス１２を供給して再循環させる。

また、図６に示した本実施例の微粉炭焚きボイラにおけるアフタエアーポート３ａの構造では、戻し管４とアフタエアーポート３ａの噴流ノズル３の接合部の更に他の構造を示しており、アフタエアーポート３ａの噴流ノズル３を構成する内周側の噴流ノズル１４の管路の内部に流路を狭める構造物２２を設置し、この流路を狭めた管路の外周に戻し管４を接合している。

噴流ノズル１４の管路の流路を狭めることで噴流ノズル１４の内部の流速が増加し、噴流ノズル１４の内部の圧力が低下する。

そして、流路を狭める構造物２２が配置された位置の外周に前記戻し管４を接合させて、この戻し管４を通じて燃焼排ガス１２を噴流ノズル１４に流入させて火炉１内に供給し再循環させる。

図５及び図６に示した本実施例では、再循環する燃焼排ガス１２の流量を増加したい場合に有効な手段である。

尚、戻し管４の出入り口の圧力差の概算値は以下の方法で算出可能である。

まず、絞り部２１や流路を狭める構造物を用いて、もとのアフタエアーポート３ａの噴流ノズル１４の配管断面積よりも配管断面積が１０％小さくしたと仮定すると、流量固定の条件でアフタエアーポート３ａの噴流ノズル３を構成する噴流ノズル１４内の流速は１１１％となる。

戻し管４の火炉１側の圧力値が変わらないとすると、流速の２乗が圧力と比例するので、戻し管４の出入り口圧力差はもとの１２３％となる。

また、図７に示した本実施例の微粉炭焚きボイラにおけるアフタエアーポート３ａの構造では、戻し管４とアフタエアーポート３ａの噴流ノズル３の接合部の別の構造を示しており、アフタエアーポート３ａの噴流ノズル３を構成する最外周側の噴流ノズル１５に戻し管４を接合している。

戻し管４の接合部の圧力が低くなる原理は内側の噴流ノズル１４に戻し管を接合した場合と同様である。

火炉１内において燃焼用空気と還元性の燃焼ガスが直接接すると、燃焼用空気と還元性の燃焼ガスの界面で急速な反応がおきて温度が急上昇し、サーマルＮＯｘが多量に発生する可能性が高まる。

そこで、図７に示した本実施例では、アフタエアーポート３ａの噴霧ノズル３を構成する最外周側の噴流ノズル１５に戻し管４を配設することにより該戻し管４を通じて燃焼排ガス１２を噴流ノズル１５を流下する燃焼用空気に供給し、この燃焼排ガス１２を多く含む燃焼用空気を火炉１内に投入するようにしている。

図７の右側に示した波線のように、最外周側の噴流ノズル１５から吹き込まれた燃焼排ガス１２はが内側の燃焼用空気を取り巻くように流れるので、この燃焼排ガス１２の供給によってアフタエアーポート３ａから噴出した燃焼用空気と還元性の燃焼ガスの界面近傍において温度が急上昇せず、サーマルＮＯｘの発生量が抑制できる。

次に本発明の一実施例である第４実施例の微粉炭焚きボイラについて図８を用いて説明する。

図８に示した本実施例の戻し管４の配管構成においては、戻し管４の途中に分岐管４ｃを設けている。

戻し管４から分岐した分岐管４ｃには燃焼排ガス１２を送球する循環ファン２４と、燃焼排ガス１２の流量を調節する流量調節弁２３がそれぞれ設置されている。

図８では説明の都合上、缶前１ａのアフタエアーポート３ａのみに戻し管４及び戻し管４の分岐管４ｃが接続されているが、缶後１ｂ側のアフタエアーポート３ａにも同様に戻し管４及び分岐管４ｃが接続されている。

そして微粉炭焚きボイラの通常の運転時には、分岐管４ｃに設置された流量調節弁２３は閉じられ、循環ファン２４も起動していないので、循環ファン２４が設置されていない戻し管４の配管に前記燃焼排ガス１２は流れる。

ところで、微粉炭焚きボイラの運転開始時や部分負荷時などの燃焼空気量が少ないときは、戻し管４の火炉１側とアフタエアーポート３ａ側との圧力差が小さくなるので、アフタエアーポート３ａへ燃焼排ガス１２を送ることができなくなる。

そこで、分岐管４ｃに設置した流量調節弁２３の開度を開き、循環ファン２４を起動すれば、循環ファン２４が設置された分岐管４ｃに燃焼排ガス１２が流れるようになる。

このとき、流下させる燃焼排ガス１２の流量は流量調節弁２３の開度を操作することによって調節できる。

次に本発明の一実施例である第５実施例の微粉炭焚きボイラについて図９を用いて説明する。

図９に示した本実施例の戻し管４の配管構成においては、戻し管４の途中に設置された流量調節弁２６を用いて、微粉炭焚きボイラの火炉１内における燃焼状態を制御している。

即ち、微粉炭焚きボイラの運転中に、燃料の組成などの影響でボイラ出口での燃焼ガス中の窒素酸化物濃度が設計値からずれることがあるので、窒素酸化物濃度の値を設計値に近づける必要がある。

そこで、ボイラ出口に窒素酸化物濃度の計測装置２７を設置し、この計測装置２７によって燃焼ガス中の窒素酸化物濃度のデータを取得する。

そして、取得した燃焼ガス中の窒素酸化物濃度のデータを計測装置２７から電気信号に変換して制御装置２５に取り込み、この制御装置２５にて測定した燃焼ガス中の窒素酸化物濃度の測定値と設計値と比較して、両者の偏差信号に基づいて戻し管４の途中に設置された流量調節弁２６の弁開度を調整する指令信号を出力するように構成する。

微粉炭焚きボイラの運転中のボイラ出口における窒素酸化物濃度の経時的な変化や設計値からのずれは出力装置２８で監視する。

そして前記制御装置２５の制御によって、ボイラ出口の窒素酸化物濃度が設計値からずれた場合、戻し管４の途中に設置された流量調節弁２６の弁開度を調整して燃焼排ガス１２の再循環量を調節することにより、燃焼ガス中の窒素酸化物濃度を設計値に近づけるように制御する。

運転調整時に予め窒素酸化物濃度と流量調節弁２６の弁開度の感度を調べて設定しておくと、制御装置２５の制御が容易となる。

本発明は燃料として粉砕した石炭を燃焼する微粉炭焚きボイラに適用可能である。

本発明の第１実施例である微粉炭焚きボイラの全体を示す概略構成図。図１に示した本発明の実施例で戻し管を配設したアフタエアーポートを示す部分断面図。本発明の第２実施例である微粉炭焚きボイラに冷却装置を備えた戻し管を配設したアフタエアーポートを示す部分断面図。本発明の第２実施例である微粉炭焚きボイラに図３の変形例となる冷却装置を備えた戻し管を配設したアフタエアーポートを示す部分断面図。本発明の第３実施例である微粉炭焚きボイラに戻し管を配設したアフタエアーポートの噴流ノズルの構成を示す部分断面図。本発明の第３実施例である微粉炭焚きボイラに図５の変形例の戻し管を配設したアフタエアーポートの噴流ノズルの他の構成を示す部分断面図。本発明の第３実施例である微粉炭焚きボイラに図５の別の変形例の戻し管を配設したアフタエアーポートの噴流ノズルの構成を示す部分断面図。本発明の第４実施例である微粉炭焚きボイラの全体を示す概略構成図。本発明の第５実施例である微粉炭焚きボイラの全体を示す概略構成図。

符号の説明

１：火炉、１ａ：前壁、１ｂ：後壁、１ｃ：側壁、２：バーナ、３：噴流ノズル、３ａ：アフタエアーポート、４：戻し管、４ａ：内側管、４ｂ：外側管、４ｃ：分岐管、５：バーナ用のウインドボックス、６：アフタエアーポート用のウインドボックス、１０：伝熱管群、１２：燃焼排ガス、１３：冷却用蒸気、１４、１５：噴霧ノズル、１７：旋回羽根、１８、２０：水噴霧装置、２１：絞り部、２２：構造物、２３：分岐管流量調節弁、２５：制御装置、２６：流量調節弁、２７：計測装置。

Claims

火炉と、この火炉の壁面に設置され微粉炭を火炉内に供給して燃焼させ還元性の燃焼排ガスを発生させる複数のバーナと、前記バーナより上部の火炉の壁面に設置され燃焼用空気を供給して前記バーナで発生した還元性の燃焼ガスを完全燃焼して燃焼排ガスを発生させるアフタエアーポートと、前記アフタエアーポートより下流となる火炉内を流下した前記燃焼排ガスの一部を火炉の壁面から抽出して前記アフタエアーポートに供給する燃焼用空気に混入するように配設された戻し管と、この戻し管に設置され該戻し管内を流れる燃焼排ガスを冷却する冷却流体を供給する冷却装置を備えたことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
請求項１の微粉炭焚きボイラにおいて、前記戻し管を内側管と該内側管を覆うように配設した外側管との２重管構造にして、この内側管内に燃焼排ガスを流下させると共に、前記冷却装置から供給する冷却流体はこの内側管と外側管との間に形成した流路に流下させるように構成したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
請求項１の微粉炭焚きボイラにおいて、前記冷却装置から供給される冷却流体として火炉の壁面を構成する水冷管群で発生した蒸気を使用することを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
請求項１の微粉炭焚きボイラにおいて、前記冷却装置として前記戻し管を流れる燃焼排ガスを冷却する冷却流体の水を噴霧する水噴霧装置を用いたことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
請求項１の微粉炭焚きボイラにおいて、前記戻し管がアフタエアーポート側に配設される部分は、前記アフタエアーポートに燃焼用空気を供給する噴霧ノズルに形成された絞り部に前記戻し管の端部が接続されるように構成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の微粉炭焚きボイラにおいて、前記戻し管には管路の途中から分岐した分岐管が配設されており、分岐したこの分岐管には該分岐管を流れる燃焼排ガスを送給する循環ファン及び燃焼排ガスの流量を調節する分岐管流量調節弁が備えられていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
請求項１の微粉炭焚きボイラにおいて、前記戻し管の管路の途中に該戻し管を流れる燃焼排ガスの流量を調節する流量調節弁を設置し、火炉１の出口側にこの火炉１内を流下する燃焼排ガスの窒素酸化物濃度を計測する計測装置を設置し、この計測装置で計測した燃焼排ガスの窒素酸化物濃度に基づいて流量調節弁の開度を調節して前記戻し管を流れる燃焼排ガスの流量を制御する制御装置を備えたことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。