JP2009097802A - 再熱ボイラ及び再熱ボイラのガス温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】再熱バーナのガスの流動パターンを変化させることにより、再熱炉の出口側での燃焼ガスのガス温度のアンバランスの低減を図る再熱ボイラ及び再熱ボイラのガス温度制御方法を提供する。
【解決手段】再熱ボイラ１０Ａは、バーナ１０１の燃焼で発生した燃焼ガスが、火炉１０２から過熱器１０４、蒸発管群１０５を通過して流れるように構成した主ボイラ１０６と、蒸発管群１０５の後流側に再熱バーナ１０７を備えた再熱炉１０８と、該再熱炉１０８の上部側に再熱器１０９とを有する再熱ボイラであって、再熱炉１０８内で再熱バーナ１０７と対向する位置に燃焼用空気１１の一部１１ｂを供給する燃焼用空気供給部１２を有する。燃焼ガス１０７ａと燃焼用空気１１ｂとの対向衝突により、燃焼ガス１０７ａの燃焼用空気１１ｂとの混合を促進し、燃焼ガスの流動パターンを変化させ、再熱炉１０８の出口での燃焼ガス１０７ａの温度のアンバランスを低減する。
【選択図】図１−１

Description

本発明は、蒸発管群の後流側に再熱炉、再熱器を設け、再熱炉の出口付近での燃焼ガスのガス温度のアンバランスを低減する再熱ボイラ及び再熱ボイラのガス温度制御方法に関する。

従来より舶用ボイラとして、過熱器を備えたものが採用されている（特許文献１）。また、従来の舶用ボイラの燃焼ガス後流側に再熱炉と再熱器とを備えた再熱ボイラが使用されている。

従来の舶用再熱ボイラの構成の一例を図６に示す。図６は、従来の再熱ボイラの構成を簡略に示す概略図である。図６に示すように、従来の再熱ボイラ１００は、バーナ１０１と火炉１０２とフロントバンクチューブ１０３と過熱器（Ｓｕｐｅｒ Ｈｅａｔｅｒ：ＳＨ）１０４と蒸発管群（リアバンクチューブ）１０５とからなる主ボイラ１０６と、蒸発管群１０５の後流側に再熱バーナ１０７を備えた再熱炉１０８と、排気ガス出口側に設けた再熱器１０９とからなる。バーナ１０１の燃焼で発生した燃焼ガスは、火炉１０２からフロントバンクチューブ１０３、過熱器１０４及び蒸発管群１０５を流れ、再熱バーナ１０７の燃焼ガスと再熱炉１０８にて混合し、再熱器１０９と熱交換を行いながら流れ、ガス出口１１０から流出することで、効率的に運転を行うようにしていた。
図６中、１１１は水ドラム、１１２は蒸気ドラム、１１３，１１４はヘッダー、１１５はウォールチューブを示している。

特開２００２−２４３１０６号公報

ところで、従来の舶用再熱ボイラ１００では、再熱バーナ１０７は再熱炉１０８の前壁側のみに設置され、再熱炉１０８の後壁側には設置されていない。このため、図７に示すように、再熱炉１０８の出口側（図６中、符号Ｂ部分）で再熱炉１０８の前壁（図７中、Ｘ）側と後壁（図７中、Ｙ）側とで燃焼ガス温度に大きなアンバランスが発生する、という問題がある。

再熱炉１０８の出口側（即ち、再熱器１０９の入口側）での燃焼ガス温度のアンバランスは、再熱炉１０８や再熱器１０９の伝熱性能を低下させると共に、再熱器１０９の再熱チューブの高温腐食やサポート材の強度低下を招く虞もある、という問題がある。

本発明は、前記問題に鑑み、再熱バーナのガスの流動パターンを変化させることにより、再熱炉の出口側での燃焼ガスのガス温度のアンバランスの低減を図る再熱ボイラ及び再熱ボイラのガス温度制御方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、バーナの燃焼で発生した燃焼ガスが、火炉から過熱器、蒸発管群を通過して流れるように構成した主ボイラと、前記蒸発管群の後流側に再熱バーナを備えた再熱炉と、該再熱炉の上部側に再熱器とを有する再熱ボイラであって、前記再熱炉内で前記再熱バーナと対向する位置に燃焼用空気の一部を供給する燃焼用空気供給部を有することを特徴とする再熱ボイラにある。

第２の発明は、第１の発明において、前記燃焼用空気供給部が、前記再熱炉内の高さ方向に少なくとも二段以上設けられていることを特徴とする再熱ボイラにある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記燃焼用空気供給部に前記燃焼用空気の一部を５０％以下の割合で投入することを特徴とする再熱ボイラにある。

第４の発明は、第２又は３の発明において、燃焼用空気供給部ごとに異なる量の前記燃焼用空気の一部を供給することを特徴とする再熱ボイラにある。

第１乃至４の何れか一つの発明の再熱ボイラのガス温度制御方法であって、前記再熱バーナと対向する位置から燃焼用空気の一部を前記再熱炉内に供給し、前記再熱炉の出口側での燃焼ガスのガス温度のアンバランスを低減することを特徴とする再熱ボイラのガス温度制御方法にある。

本発明によれば、再熱炉内で再熱バーナと対向する位置に設けた燃焼用空気供給部より燃焼用空気の一部を再熱炉内に供給することにより、前記再熱バーナから噴出されるガスの流動パターンを変化させることができるため、前記再熱炉の出口側での燃焼ガスのガス温度のアンバランスの低減を図ることができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例に係る再熱ボイラについて、図面を参照して説明する。
本実施例に係る再熱ボイラは、図６に示すような従来の再熱ボイラの構成と同様であり、再熱炉に空気供給部を設けたものであるため、同一部材には同一の符号を付して重複した説明は省略する。
図１−１は、本発明の実施例１に係る再熱ボイラの再熱炉と再熱器の構成を簡略に示す概略図であり、図２のＩ−Ｉ断面図である。図１−２は、図１−１中の再熱炉の鉛直方向と直交する方向から見た断面図であり、図２は、本発明の実施例１に係る再熱ボイラの構成を簡略に示す概略図である。
また、図１−１及び図１−２中、符号Ｘが再熱炉の前壁側であり、符号Ｙが再熱炉の後壁側である。

図１−１、図１−２及び図２に示すように、本実施例に係る再熱ボイラ１０Ａは、図６に示すような従来の再熱ボイラの構成と同様、バーナ１０１の燃焼により発生した燃焼ガスが、火炉１０２から過熱器１０４、蒸発管群１０５を通過するように構成した主ボイラ１０６と、再熱バーナ１０７で燃焼ガスが再燃される再熱炉１０８と、再燃された燃焼ガスが、再熱器１０９を通過するように構成した再熱ボイラであると共に、図１−１及び図１−２に示すように、再熱炉１０８内で再熱バーナ１０７と対向する位置に再熱バーナ１０７に供給される燃焼用空気１１ａの一部を燃焼用空気１１ｂとして供給する燃焼用空気供給部１２を有するものである。
また、本発明において、燃焼用空気１１のうち、再熱バーナ１０７に供給される燃焼用空気を燃焼用空気１１ａとし、燃焼用空気１１のうち、再熱バーナ１０７に供給された残りであって、燃焼用空気供給部１２に供給される燃焼用空気を燃焼用空気１１ｂという。

再熱炉１０８内で再熱バーナ１０７と対向する位置に燃焼用空気供給部１２を設けることで、再熱バーナ１０７から噴出される燃焼ガス１０７ａと燃焼用空気供給部１２から供給される燃焼用空気１１とが対向衝突し、燃焼ガス１０７ａの燃焼用空気１１との混合が促進されるため、再熱炉１０８の出口での燃焼ガス１０７ａの温度のアンバランスを低減することができる。

また、図３は、図１−１に示す再熱炉の出口での燃焼ガスの温度分布を示す説明図である。図３に示すように、再熱炉１０８内で再熱バーナ１０７と対向する位置に燃焼用空気供給部１２を設け、燃焼用空気１１ｂを再熱炉１０８内に供給することで、再熱炉１０８出口付近（図１−１、図２中、符号Ｂ）の燃焼ガス１０７ａの温度分布の幅が、例えば６００〜８００℃となり、図７に示すような従来の再熱ボイラ１００での再熱炉１０８の出口付近（図１−１、図２中、符号Ｂ）の燃焼ガス１０７ａの温度分布よりも狭くなり、平均して約７００℃程度を維持することができる。

よって、再熱バーナ１０７と対向する位置から燃焼用空気１１を再熱炉１０８に供給することで、図７に示すような従来の再熱ボイラでの再熱炉１０８の出口付近（図１−１、図２中、符号Ｂ）の燃焼ガス１０７ａの温度に比べて、再熱炉１０８の出口付近の温度のアンバランスを抑制することができる。

また、本実施例に係る再熱ボイラ１０Ａにおいては、燃焼用空気１１のうち、再熱バーナ１０７に供給される燃焼用空気１１ａを除いた燃焼用空気１１ｂを燃焼用空気供給部１２から５０％以下の割合で供給するのが好ましい。これは、燃焼用空気１１のうち、燃焼用空気１１ｂに多く使用すると、再熱バーナ１０７で燃料が十分燃焼されないためである。

また、本実施例に係る再熱ボイラ１０Ａにおいては、燃焼ガス１０７ａが再熱バーナ１０７に供給される燃焼用空気１１ａと燃焼した後、燃焼用空気供給部１２から供給される燃焼用空気１１ｂと燃焼させ、段階的に投入するようにしている。そのため、燃焼ガス１０７ａを燃焼用空気１１ａ、１１ｂで二段燃焼させることで、ＮＯ_Xの発生を抑制することができる。

また、本実施例に係る再熱ボイラ１０Ａにおいては、燃焼用空気供給部１２より供給される燃焼用空気１１ｂの空気量は例えばダンパー等の空気量調整手段により調整される。

よって、本実施例に係る再熱ボイラ１０Ａによれば、再熱炉１０８内で再熱バーナ１０７と対向する位置に設けた燃焼用空気供給部１２より燃焼用空気１１ｂを再熱炉１０８内に供給することにより、再熱バーナ１０７から噴出される燃焼ガス１０７ａの流動パターンを変化させることができるため、再熱炉１０８の出口側での燃焼ガス１０７ａのガス温度のアンバランスを低減することができる。これにより、再熱炉１０８や再熱器１０９の伝熱性能の低下を防止すると共に、再熱器１０９の再熱チューブの高温腐食やサポート材の強度低下を防止することができる。

本発明による実施例２に係る再熱ボイラについて、図４、５を参照して説明する。
図４は、本発明の実施例２に係る再熱ボイラの再熱炉と再熱器の部分のみの構成を簡略に示す図である。
本実施例に係る再熱ボイラは、実施例１に係る再熱ボイラの構成と同様であるため、同一部材には同一の符号を付して重複した説明は省略する。
図４に示すように、本実施例に係る再熱ボイラ１０Ｂは、再熱炉１０８の再熱バーナ１０７の対抗位置に再熱炉１０８の高さ方向に位置をずらした三段の空気供給部１２−１〜１２−３を設けたものである。

空気供給部１２−１〜１２−３より燃焼用空気１１ｂ−１〜１１ｂ−３を再熱炉１０８に供給することにより、燃焼ガスの燃焼用空気１１ｂ−１〜１１ｂ−３との混合度合いを任意に調整し、再熱炉１０８の出口付近での燃焼ガスの温度分布を制御することができる。

また、実施例に係るボイラ１０Ｂにおいては、空気供給部１２−１〜１２−３により各々に供給される燃焼用空気１１ｂ−１〜１１ｂ−３の流量を調整するようにしている。再熱炉１０８に供給される燃焼用空気１１ｂ−１〜１１ｂ−３の流量を調整することにより、燃焼ガス１０７ａの燃焼用空気１１ｂ−１〜１１ｂ−３との混合度合いを調整し、再熱炉１０８の出口付近での温度分布を制御することができる。例えば、燃焼用空気１１ｂ−１の空気量を多めとし、燃焼用空気１１ｂ−２、１１ｂ−３の空気量を均等とすることで、再熱炉１０８出口付近の温度分布を均等にすることができる。

また、図５は、図４に示す再熱炉の出口付近での燃焼ガスの温度分布を示す説明図である。図４に示すように、空気供給部１２−１〜１２−３により供給される燃焼用空気１１ｂ−１〜１１ｂ−３の流量を調整することで、図５に示すように、再熱炉１０８の出口側での燃焼ガス１０７ａのガス温度のアンバランスを低減することができる。

このように、燃焼用空気１１ｂを多段に分けて再熱炉１０８内に供給することで、再熱炉１０８の出口付近（図４中、符号Ｂ）の燃焼ガス１０７ａの温度分布の幅が、例えば６２０〜７８０℃となり、図７に示すような従来の再熱ボイラ１００での再熱炉１０８の出口付近（図６中、符号Ｂ）の燃焼ガス１０７ａの温度分布よりも狭くなり、平均して約７００℃程度と維持することができる。

また、図３に示すような実施例１に係る再熱ボイラ１０Ａでの再熱炉１０８の出口付近（図２中、符号Ｂ）の燃焼ガス１０７ａの温度分布に比べて更に均一とすることができる。

よって、再熱バーナ１０７と対向する位置から燃焼用空気１１ｂ−１〜１１ｂ−３を再熱炉１０８に供給し、燃焼用空気１１ｂ−２、１１ｂ−３の空気量を微調整することで、再熱炉１０８の出口付近の温度のアンバランスを抑制することができる。

また、燃焼用空気１１ｂ−１〜１１ｂ−３の流量を微調整することで、温度、滞留時間といった還元域条件を調整することができるため、ＮＯ_Xの発生を抑制することができる。例えば、燃焼用空気１１ｂ−１の流量を少なくし、燃焼用空気１１ｂ−３の流量を多くし、再熱炉１０８内を空気の不足した状態とすることで、ＮＯ_Xの発生を抑制することができる。

従って、本実施例に係る再熱ボイラ１０Ｂによれば、再熱炉１０８の再熱バーナ１０７の対抗する位置に高さ方向に位置をずらして設けた複数の空気供給部１２−１〜１２−３より燃焼用空気１１ｂ−１〜１１ｂ−３を送給し、再熱炉１０８に供給される燃焼用空気１１ｂ−１〜１１ｂ−３の流量を微調整することにより、再熱バーナ１０７のガス流動パターンを変化させることができるため、再熱炉１０８の出口側での燃焼ガス１０７ａのガス温度のアンバランスを更に低減することができる。これにより、再熱炉１０８や再熱器１０９の伝熱性能の低下を防止すると共に、再熱器１０９の再熱チューブの高温腐食やサポート材の強度低下を防止することができる。

また、燃焼ガス１０７ａの燃焼用空気１１ｂ−１〜１１ｂ−３との混合度合いを微調整し、再熱炉１０８の出口部分での温度分布を制御することができる。更に、燃焼用空気１１ｂ−１〜１１ｂ−３の空気量を微調整し、再熱炉１０８の還元域条件を調整することができるため、ＮＯ_Xの発生を抑制することができる。

また、本実施例に係る再熱ボイラ１０Ｂにおいては、再熱炉１０８内の高さ方向に位置をずらして空気供給部１２−１〜１２−３を三段設けるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、空気供給部１２を三段以上設けるようにしてもよい。

また、本発明に係る再熱ボイラ１０Ａ、１０Ｂは、再熱炉１０８内で再熱バーナ１０７と対向する位置から燃焼用空気の一部１１ｂを再熱炉１０８内に供給することで、燃焼ガスの流動パターンを変化させ、再熱炉１０８の出口側での燃焼ガスのガス温度のアンバランスの低減を図ることができるため、舶用ボイラとして用いることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。

以上のように、本発明に係る再熱ボイラ及び再熱ボイラのガス温度制御方法は、再熱炉内で再熱バーナと対向する位置に再熱炉内の高さ方向に位置をずらして少なくとも一つ以上設けた燃焼用空気供給部より燃焼用空気の一部を再熱炉内に供給することで、燃焼ガスの流動パターンを変化させることができるため、再熱炉の出口側での燃焼ガスのガス温度のアンバランスの低減を図る船用の再熱ボイラに用いて好適である。

本発明の実施例１に係る再熱ボイラの再熱炉と再熱器の構成を簡略に示す概略図である。 図１−１中の再熱炉の鉛直方向と直交する方向から見た断面図である。 本発明の実施例１に係る再熱ボイラの構成を簡略に示す概略図である。 再熱炉の出口付近での燃焼ガスの温度分布を示す説明図である。 本発明の実施例２に係る再熱ボイラの再熱炉と再熱器の部分のみの構成を簡略に示す図である。 再熱炉の出口付近での燃焼ガスの温度分布を示す説明図である。 従来の再熱ボイラの構成の一例を簡略に示す概略図である。 再熱炉の出口付近の温度分布を示す説明図である。

符号の説明

１０Ａ、１０Ｂ 再熱ボイラ
１１、１１ｂ−１〜１１ｂ−３ 燃焼用空気
１２、１２−１〜１２−３ 燃焼用空気供給部
１０１ バーナ
１０２ 火炉
１０３ フロントバンクチューブ
１０４ 過熱器（ＳＨ）
１０５ 蒸発管群（リアバンクチューブ）
１０６ 主ボイラ
１０７ 再熱バーナ
１０８ 再熱炉
１０９ 再熱器
１１０ ガス出口
１１１ 水ドラム
１１２ 蒸気ドラム
１１３、１１４ ヘッダー
１１５ ウォールチューブ

Claims (5)

1. バーナの燃焼で発生した燃焼ガスが、火炉から過熱器、蒸発管群を通過して流れるように構成した主ボイラと、前記蒸発管群の後流側に再熱バーナを備えた再熱炉と、該再熱炉の上部側に再熱器とを有する再熱ボイラであって、
   前記再熱炉内で前記再熱バーナと対向する位置に燃焼用空気の一部を供給する燃焼用空気供給部を有することを特徴とする再熱ボイラ。
2. 請求項１において、
   前記燃焼用空気供給部が、前記再熱炉内の高さ方向に少なくとも二段以上設けられていることを特徴とする再熱ボイラ。
3. 請求項１又は２において、
   前記燃焼用空気供給部に前記燃焼用空気の一部を５０％以下の割合で投入することを特徴とする再熱ボイラ。
4. 請求項２又は３において、
   燃焼用空気供給部ごとに異なる量の前記燃焼用空気の一部を供給することを特徴とする再熱ボイラ。
5. 請求項１乃至４の何れか一つの再熱ボイラのガス温度制御方法であって、
   前記再熱バーナと対向する位置から燃焼用空気の一部を前記再熱炉内に供給し、前記再熱炉の出口側での燃焼ガスのガス温度のアンバランスを低減することを特徴とする再熱ボイラのガス温度制御方法。

Images