JP2009174751A - Boiler structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、石炭や硫黄分を含有する各種燃料に対応したボイラ構造に関する。 The present invention relates to a boiler structure corresponding to various fuels containing coal and sulfur.
近年、石炭や石油等を燃料とするボイラでは、空気を多段で投入することにより、主バーナから追加空気投入部までの間を還元雰囲気にして燃焼させる還元燃焼ゾーンを形成して低NOx化を図っている。
一方、この還元燃焼ゾーンでは、腐食成分である硫化水素が多量に発生するため、火炉壁面は厳しい腐食環境下にある。このため、炉壁への溶射や定期的な炉壁パネル交換等のメンテナンスが必要となっている。また、上述した還元燃焼ゾーンは、炉内でも熱負荷が高い還元雰囲気となる領域であるため、スラグの付着も懸念されている。
In recent years, boilers that use coal, oil, or the like as fuels have been designed to reduce NOx by forming a reduction combustion zone that burns in a reducing atmosphere from the main burner to the additional air input section by inputting air in multiple stages. I am trying.
On the other hand, in this reductive combustion zone, a large amount of corrosive hydrogen sulfide is generated, so that the furnace wall surface is in a severe corrosive environment. For this reason, maintenance such as thermal spraying on the furnace wall and periodic furnace wall panel replacement is required. In addition, since the above-described reduction combustion zone is a region that has a reducing atmosphere with a high thermal load even in the furnace, there is a concern that slag will adhere.
このような問題に対処するため、火炉内の壁面側を目指して投入した空気により酸素濃度を高める技術が知られており、たとえば、矩形断面の火炉内四隅にバーナを設置して旋回流を形成するとともに、各バーナから炉壁側にオフセットした空気流を形成するものがある。(たとえば、特許文献1参照)
また、火炉壁の中央部に旋回火炎を発生させるバーナが設けられている微粉炭焚きボイラにおいては、火炎の進路を曲げるカーテンエアまたはカーテン排ガスを投入するノズルを設けて、バーナ周辺部のスラッギングを防止する技術が開示されている。(たとえば、特許文献2参照)
In addition, in a pulverized coal fired boiler that has a burner that generates a swirling flame at the center of the furnace wall, a nozzle that feeds curtain air or curtain exhaust gas that bends the course of the flame is provided to slag the periphery of the burner. Techniques for preventing are disclosed. (For example, see Patent Document 2)
しかしながら、上述した特許文献1の従来技術は、目指した壁面に到達するまでに空気中の酸素が消費されてしまうので、効果的に酸素濃度を増加させることができなかった。しかも、酸素濃度を高めるためには、空気の噴出流速を高める必要があるので、圧縮機等の補機動力が増加して好ましくない。
また、特許文献2の従来技術においても、火炎の進路を曲げる程度の高い流速でカーテンエアまたはカーテン排ガスを投入する必要があるため、やはり圧縮機等の補機動力が増加して好ましくない。
However, the above-described prior art disclosed in Patent Document 1 cannot effectively increase the oxygen concentration because oxygen in the air is consumed before reaching the target wall surface. In addition, in order to increase the oxygen concentration, it is necessary to increase the jet velocity of air, which is not preferable because the auxiliary power such as a compressor increases.
Also in the prior art of Patent Document 2, it is necessary to introduce curtain air or curtain exhaust gas at a flow velocity high enough to bend the course of the flame, which is also not preferable because auxiliary power such as a compressor increases.
このような背景から、石炭や硫黄分を含有する各種燃料に対応し、矩形断面を形成する炉壁の複数箇所に設けたバーナから火炉内へ向けて投入される燃料及び燃焼用空気が旋回流を形成して燃焼するように構成された旋回燃焼型のボイラ構造においては、火炉内の炉壁に発生する腐食やスラッギングを効率よく抑制または防止することが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、火炉内の炉壁に発生する腐食やスラッギングを効率よく抑制または防止することができるボイラ構造を提供することにある。
Against this background, the fuel and combustion air that are introduced into the furnace from the burners provided at multiple locations on the furnace wall that form a rectangular cross section correspond to various fuels containing coal and sulfur. In a swirl combustion type boiler structure configured to form and burn, it is desired to efficiently suppress or prevent corrosion and slugging generated on the furnace wall in the furnace.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a boiler structure capable of efficiently suppressing or preventing corrosion and slagging occurring on a furnace wall in a furnace. It is in.
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るボイラ構造は、矩形断面を形成する炉壁の複数箇所に設けたバーナから火炉内へ向けて投入される燃料及び燃焼用空気が旋回流を形成して燃焼するように構成された旋回燃焼型のボイラ構造において、前記バーナ毎に形成される火炎が接近または接触する火炉壁面の火炎影響部近傍に、周辺より空気濃度の高い領域を形成する空気投入部を設けたことを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The boiler structure according to the present invention is configured such that fuel and combustion air that are input from a burner provided at a plurality of locations on a furnace wall that forms a rectangular cross section into a furnace form a swirl and burn. In the swirl combustion type boiler structure, an air charging part is provided in the vicinity of a flame affected part of a furnace wall surface where a flame formed for each burner approaches or contacts, and an air concentration part is formed to have a higher air concentration than the surroundings. To do.
このようなボイラ構造によれば、バーナ毎に形成される火炎が接近または接触する火炉壁面の火炎影響部近傍に、周辺より空気濃度の高い領域を形成する空気投入部を設けたので、腐食やスラッギングが懸念される火炉壁面の領域に補機動力が小さくてすむ低流速の空気を投入し、空気濃度の高い領域を形成することができる。 According to such a boiler structure, since the air injection unit that forms a region having a higher air concentration than the surroundings is provided in the vicinity of the flame affected part of the furnace wall where the flame formed for each burner approaches or contacts, A low-flow-rate air that requires a small auxiliary power can be introduced into the furnace wall area where slagging is a concern, and an area with a high air concentration can be formed.
上記の発明において、前記空気濃度の高い領域は、上下方向に火炉内部の還元燃焼ゾーンをカバーして形成されることが好ましく、これにより、腐食やスラッギングが懸念される火炉内の上下方向についても、低流速の空気投入により空気濃度の高い領域を形成することができる。 In the above invention, the high air concentration region is preferably formed so as to cover the reduction combustion zone inside the furnace in the vertical direction, thereby also in the vertical direction in the furnace where corrosion and slugging are a concern. A region having a high air concentration can be formed by introducing air at a low flow rate.
上記の発明において、前記空気投入部は、近接するバーナから低圧のバーナ2次空気をバイパスさせて導入することが好ましく、これにより、構造の大幅な変更や構成部品の増加を抑えて構造を簡素化することができる。 In the above-mentioned invention, it is preferable that the air input portion introduces the low-pressure burner secondary air by bypass from an adjacent burner, thereby simplifying the structure while suppressing a significant change in structure and an increase in the number of components. Can be
上記の発明において、前記空気投入部は、デスラッガノズルの周囲に設けられていることが好ましく、これにより、スラッギングを生じやすい火炉壁面に空気濃度の高い領域を形成するとともに、熱的に厳しい状況にあるデスラッガノズル挿入部周辺を冷却することができる。 In the above invention, the air input section is preferably provided around the deslagger nozzle, thereby forming a region with a high air concentration on the furnace wall surface that is prone to slagging and being thermally severe. It is possible to cool the periphery of the insertion portion of the deslagger nozzle.
上述した本発明によれば、燃料及び燃焼用空気が旋回流を形成して燃焼するように構成された旋回燃焼型のボイラ構造において、火炉内の炉壁に腐食やスラッギングが発生しやすいと懸念される火炎影響部の近傍に空気投入部から低流速の空気を投入し、周辺部より空気濃度の高い領域を形成するようにしたので、投入空気の流速を増すための大きな補機動力を必要とすることがなく、火炎影響部及びその近傍の酸素濃度を高く維持することができる。 According to the present invention described above, in a swirl combustion type boiler structure configured such that fuel and combustion air burn in a swirl flow, there is a concern that corrosion and slugging are likely to occur on the furnace wall in the furnace. Since a low flow rate of air is introduced from the air input part near the flame affected part to form a region with a higher air concentration than the surrounding part, a large auxiliary power is required to increase the input air flow rate. The oxygen concentration in the flame affected area and its vicinity can be maintained high.
従って、火炉内の火炎影響部及びその近傍においては、酸素濃度が高い空気層の形成により部分的に還元雰囲気から酸化雰囲気となり、この結果、腐食やスラッギングが発生することを効率よく抑制または防止できる。特に、上述した本発明は、石炭焚きボイラにおいてはスラッギングの抑制に有効であり、また、硫黄分を含有する各種燃料に対応したボイラにおいては硫化水素に対する耐腐食性の向上に有効である。
さらに、上述した空気投入部で使用する空気として、近接するバーナから低圧のバーナ2次空気をバイパスさせて導入するようにすれば、ボイラ構造の大幅な変更や構成部品の増加を最小限に抑えて構造を簡素化できる。
Therefore, in the flame-affected zone in the furnace and in the vicinity thereof, the formation of an air layer having a high oxygen concentration partially changes the reducing atmosphere into an oxidizing atmosphere, and as a result, the occurrence of corrosion and slagging can be efficiently suppressed or prevented. . In particular, the present invention described above is effective in suppressing slagging in a coal-fired boiler, and is effective in improving corrosion resistance against hydrogen sulfide in a boiler corresponding to various fuels containing a sulfur content.
Furthermore, if the low-pressure burner secondary air is bypassed and introduced from the adjacent burner as the air used in the air input section described above, significant changes in the boiler structure and increase in the number of components are minimized. To simplify the structure.
以下、本発明に係るボイラ構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図5に示すボイラ10は、低NOx化を図るため、火炉11内に燃焼用空気を多段投入して燃料を燃焼させるものである。この場合の多段投入は、火炉11において複数のバーナ12が設けられている領域のバーナ部Baと、このバーナ部Baより上部に追加空気投入ノズル13が設けられている領域の追加空気投入部Aaとにおいて、2段階の燃焼用空気投入を行うものである。すなわち、このボイラ10においては、最初のバーナ部Baで燃焼用空気必要量の70%程度が投入され、残る30%程度が追加空気投入部Aaで投入されることにより、還元燃焼ゾーン及び完全燃焼ゾーンよりなるNOx対策の2段燃焼が行われている。
Hereinafter, an embodiment of a boiler structure according to the present invention will be described with reference to the drawings.
A
また、上述したボイラ10は、たとえば図1(a)に示すように、火炉11が矩形断面を有する旋回燃焼型である。旋回燃焼型のボイラ10は、炉壁11aに設けた複数のバーナ12から火炉11内へ向けて投入される燃料及び燃焼用空気が、火炉11内で旋回流の火炎を形成して燃焼するように構成されている。
なお、図1(a)に示す8コーナー炉の構成例では、水平断面で8箇所に設けられたバーナ12から燃料及び燃焼用空気が投入され、火炉11内には隣接する二つの旋回流が形成されている。
Moreover, the
In the configuration example of the eight-corner furnace shown in FIG. 1A, fuel and combustion air are input from the
このようなボイラ10に対し、本実施形態では、バーナ12毎に形成される火炎が接近または接触する火炉壁面(炉壁11a)の火炎影響部近傍に、周辺より空気濃度の高い領域を形成するための空気投入部20を設けてある。具体的には、図1(a)に示す8コーナー炉の水平断面において、たとえば矩形を形成する各炉壁11aの適所に1箇所ずつ、合計4箇所の空気投入部20が設けられている。
なお、空気濃度の高い領域の形成は、酸素濃度の高い領域の形成を意味しているので、このような領域では還元雰囲気が酸化雰囲気となる。
In this embodiment, a region having a higher air concentration than the surroundings is formed in the vicinity of the flame affected part of the furnace wall surface (
Note that the formation of a region having a high air concentration means the formation of a region having a high oxygen concentration. Therefore, in such a region, the reducing atmosphere is an oxidizing atmosphere.
すなわち、火炉11内の炉壁11aにおいて、腐食やスラッギングが懸念される箇所から低流速の空気を投入する空気投入部20を設けることにより、周辺より空気濃度の高い領域を略壁面に沿って形成するものである。換言すれば、腐食やスラッギングが懸念される領域の炉壁11aを目指して空気を比較的高流速(たとえば40m/sec以上)で投入するのではなく、腐食やスラッギングが懸念される領域の壁面11aに設けた空気投入部20から低流速(たとえば10m/sec程度)の空気を投入することにより、周辺より空気濃度の高い領域を形成している。
That is, in the
空気投入部20は、たとえば近接するバーナ12から低圧のバーナ2次空気をバイパスさせて導入し、この空気を火炉11内に低流速で投入することにより、空気濃度の高い領域を形成するためのノズルである。この空気投入部20から投入される空気は、火炉11の平面視において火炎影響部近傍の炉壁11aに沿って空気濃度の高い領域を形成することになるが、さらに、火炉11の上下方向においても火炉内部の還元燃焼ゾーンをカバーするため、上下方向にも複数段の空気投入部20が設けられている。
For example, the
すなわち、還元燃焼ゾーンは腐食成分である硫化水素が多量に発生する領域であり、しかも、火炉11の中でも熱負荷の高い還元領域となる領域でもあるため、この領域の壁面11aは、厳しい腐食環境下にあるだけでなくスラグ付着の懸念もある。従って、還元燃焼ゾーンにおいては、火炎が接近または接触する炉壁11aの周辺に、バーナ12と略同じ高さ位置となるように空気投入部20を配設することになる。これは、火炎がバーナ12から略水平方向へ伸びるように形成されるため、炉壁11aの火炎影響部もバーナ12の設置位置と略同じ高さとなるためである。
That is, the reduction combustion zone is a region where a large amount of hydrogen sulfide, which is a corrosive component, is generated, and is also a region that becomes a reduction region with a high thermal load in the
また、還元燃焼ゾーンのバーナ12は、通常上下に複数段配置されているので、炉壁11aの火炎影響部も上下に複数箇所形成されることとなる。従って、上述した空気投入部20についても、バーナ12の段数に合わせて、換言すれば火炎が形成される上下方向の段数に合わせて、上下方向に複数段を配設している。すなわち、腐食やスラッギングが懸念される火炉11内の上下方向についても、低流速の空気投入により空気濃度の高い領域を形成することができる。
この結果、還元燃焼ゾーンにおいて、バーナ12毎に形成される炉壁11aの火炎影響部周辺は、近傍に配設された空気投入部20から投入される低流速の空気が周辺より空気濃度の高い領域を形成することにより、炉壁11aと火炎との間を遮断する空気層として機能する。このため、火炎影響部となっていた領域の炉壁11aは、火炎から受ける熱影響等が低減されるとともに、部分的な酸化雰囲気になることで腐食やスラッギングの低減または防止が可能となる。
Further, since the
As a result, in the reduction combustion zone, the low-flow-rate air introduced from the
また、上述した空気投入部20は、火炎影響部近傍から周辺に投入すればよいので、補機動力が小さくてすむ低流速の空気を使用できる。すなわち、距離の離れた位置を目指して空気を投入する場合のように、大きな動力で運転される圧縮機等を用いて高圧で高流速の空気を投入する必要がなく、特に、バーナ12から低圧の2次空気を導入して使用すれば、補記動力の低減に加えて、大幅な構造変更や構成部品の増加を抑えることが可能になって構造を簡素化できる。
Moreover, since the air injection | throwing-in
また、上述した空気投入部20は、たとえば図1(b)に示すように、バーナ部Baと追加空気投入部Aaとの間にあるデスラッガノズル挿入部30を利用し、デスラッガノズル31の周囲に設けられている。このデスラッガノズル挿入部30は、炉壁11aに付着したスラグを除去するための装置であり、たとえば図2に示すように、火炉11内に挿入したデスラッガノズル31から噴射する蒸気により炉壁11aを清掃するものである。
すなわち、デスラッガノズル挿入部30は、火炉11内でも還元雰囲気のため熱負荷が高く、スラグの付着が懸念される位置に設置されるため、上述した空気投入による空気濃度の高い領域を形成することが有効である。
In addition, as shown in FIG. 1 (b), for example, the
That is, since the deslagger
ここで、デスラッガノズル挿入部30の周囲に設けられる空気投入部20の構成例について、図2を参照して説明する。
図2(a)において、デスラッガノズル挿入部30には、デスラッガノズル31が炉壁11aを貫通するノズル孔32に挿入して取り付けられている。このデスラッガノズル31には、蒸気ダクト33を介してスラグ除去時に噴射する蒸気が供給される。なお、図中の符号34は、後述する空気投入ノズル20のノズル本体21とデスラッガノズル31との間に設けられたシール部材である。
Here, a configuration example of the
In FIG. 2 (a), a
一方、空気投入ノズル20は、デスラッガノズル31とノズル孔32との間に形成されるリング状の空間を空気流路22とし、円筒先端に円盤状の鍔部21aを備えたノズル本体21が火炉11内に取り付けられている。このノズル本体21は、たとえばデスラッガノズル31の外周にシール部材34を介して固定され、火炉11内の鍔部21aと炉壁11とが所定の間隔で略平行に対向している。従って、ノズル本体21から火炉11内へ投入される空気は、鍔部21aに衝突することにより、炉壁11aに沿って周方向の全周へ向けて流出する。
On the other hand, the
また、空気投入ノズル20は、火炉11の外壁側に設けられた風箱23を備えている。風箱23は、空気流路22を介して火炉11内のノズル本体21と連通し、空気供給源24から供給された空気を供給する。この場合の空気供給源24は、たとえばバーナ12から導入される低圧の2次空気を使用することが好ましいのであるが、必要に応じて1次空気や加圧した空気を使用してもよい。
The
このような空気投入ノズル20は、スラッギングを生じやすい領域にある火炉11の炉壁11aに空気濃度の高い領域を形成するとともに、熱的に厳しい状況にあるデスラッガノズル挿入部30の周辺を冷却することができる。従って、スラッギングを生じやすい炉壁11aの周辺には、周辺より空気濃度の高い空気層が形成されるので、部分的な酸化雰囲気により壁面の腐食が防止または低減されて火炉壁を長寿命化することができる。
Such an
また、空気投入部20のノズル本体21に供給される空気がデスラッガノズル31の外周を通過するので、この空気の流れによって熱的に厳しいシール部材34等を冷却することができる。
さらに、空気投入ノズル20が設けられた炉壁11aの近傍では、空気濃度が上昇することにより酸素濃度も上昇して酸化雰囲気となる。このような酸化雰囲気ではスラグの溶融温度が高くなるので、スラッギングの緩和が可能となる。
Further, since the air supplied to the
Furthermore, in the vicinity of the
このようなボイラ構造によれば、バーナ12毎に形成される火炎が接近または接触して火炎影響部となる炉壁11aの近傍に、周辺より空気濃度の高い領域を形成する空気投入部20を設けたので、火炎影響部の周辺が酸素濃度の増加により部分的に還元雰囲気から酸化雰囲気となり、この結果、腐食やスラッギングを抑制または防止して壁面寿命を延ばすことができる。このようなボイラ構造は、石炭焚きボイラにおいては、特にスラッギング抑制に有効であり、また、硫黄分を含有する各種燃料に対応したボイラにおいては、特に耐腐食性の向上に有効となる。
According to such a boiler structure, the
ところで、空気投入部20の水平断面位置については、火炉11の形状、バーナ12の位置や数、旋回流の火炎形成等の諸条件により最適位置が異なる。すなわち、バーナ12の配置や形成される旋回流火炎等により、バーナ12毎に形成される火炎が炉壁11aに接近または接触する火炎影響部の領域は異なるので、たとえば図1に示す8コーナー炉や図3及び図4に示す4コーナー炉のように、バーナ12と空気投入部20との位置関係はボイラ構造毎に異なった配置となる。
By the way, as for the horizontal cross-sectional position of the
図1に示す構成例では、火炉11が長方形とされ、対向する長辺の2面に各々4箇所のバーナ12が配置されて左右二つの旋回流を形成している。この場合のバーナ12は、各旋回流の略中心位置に向けて、すなわち、長方形を2分割して得られる正方形の略中心位置を向くように傾斜しているので、略楕円形状に近い旋回流が二つ形成されている。
従って、この場合の火炎が接近または接触する火炎影響部は、2箇所の角部と長辺中央部付近となり、これらの領域をカバーするようにして空気投入部20が4箇所に設けられている。
In the configuration example shown in FIG. 1, the
Therefore, in this case, the flame-affected portion where the flame approaches or contacts is in the vicinity of the two corners and the central portion of the long side, and the
また、図3に示す構成例(第1変形例)では、火炉11が正方形とされ、各辺の中心位置からオフセットした4箇所のバーナ12が配置されてひとつの旋回流を形成している。この場合のバーナ12は、対向する壁面に向けられているので、各バーナ12のオフセットにより旋回流が形成される。このようなバーナ12の配置において、各火炎は、旋回流上流側に形成された火炎の影響により、下流側の壁面中央付近に向けて流れている。
従って、この場合の火炎影響部は各辺の中央部付近となるため、これらの領域をカバーするようにして、各辺中央部に空気投入部20が4箇所に設けられている。
Moreover, in the structural example (1st modification) shown in FIG. 3, the
Accordingly, since the flame-affected zone in this case is in the vicinity of the center of each side, four
また、図4に示す構成例(第2変形例)では、火炉11が正方形とされ、4箇所の角部にバーナ12が配置されてひとつの旋回流を形成している。この場合の火炎影響部も各辺の中央部付近となるため、これらの領域をカバーするようにして、各辺中央部に空気投入部20が4箇所に設けられている。
このように、空気投入部20の設置位置については、バーナ20の配置等に応じて適宜最適位置を選択すればよい。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
Moreover, in the structural example (2nd modification) shown in FIG. 4, the
Thus, the optimal position may be selected as appropriate for the installation position of the
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
10 ボイラ
11 火炉
11a 炉壁
12 バーナ
20 空気投入部
30 デスラッガノズル投入部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記バーナ毎に形成される火炎が接近または接触する火炉壁面の火炎影響部近傍に、周辺より空気濃度の高い領域を形成する空気投入部を設けたことを特徴とするボイラ構造。 In the boiler structure of the swirl combustion type configured so that the fuel and the combustion air injected into the furnace from the burners provided at a plurality of locations on the furnace wall forming a rectangular cross section form a swirl flow and burn,
The boiler structure characterized by providing the air injection part which forms the area | region where air concentration is higher than the periphery in the flame influence part vicinity of the furnace wall surface where the flame formed for every said burner approaches or contacts.
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