JP2011069527A - LOW NOx COMBUSTION DEVICE OF BOILER, COMBUSTION METHOD, AND BOILER - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バーナ装置から液体燃料又は気体燃料の少なくとも一方を選択的に噴射して燃焼を行なうボイラの低NOx燃焼装置及び燃焼方法、並びにこの低NOx燃焼装置を備えたボイラに関する。 The present invention relates to a low NOx combustion apparatus and combustion method for a boiler that selectively injects and burns at least one of liquid fuel or gaseous fuel from a burner apparatus, and a boiler equipped with the low NOx combustion apparatus.
従来、ボイラに設けられるバーナ装置として、重油燃料等の液体燃料と天然ガス等の気体燃料を同時に噴射あるいは一方を選択的に噴射して燃焼させる混焼用のバーナ装置が知られている。このバーナ装置では、通常C重油燃料と呼ばれる低質の液体燃料が使用されているため、NOxの排出量が多い。C重油燃料を使用しない場合でも、他の重油燃料や天然ガス等の化石燃料を主燃料とするボイラでは、火炉内での燃焼にともない燃料もしくは空気中に含まれる窒素が反応してNOxが発生する。特に、上記した混焼用のバーナ装置は、船舶に搭載される舶用ボイラに用いられることが多く、舶用ボイラは設置スペースの制約が大きいことから発電所等で使用される陸用ボイラに比べてコンパクトな構造で火炉熱負荷が高く、NOxが多量に発生してしまうという問題があった。近年、環境意識の高まりや港湾での排ガス規制強化により舶用ボイラにおいても低NOx化が求められている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a burner device provided in a boiler, a burner device for mixed combustion in which liquid fuel such as heavy oil fuel and gaseous fuel such as natural gas are injected at the same time or one of them is selectively injected and burned is known. In this burner apparatus, a low-quality liquid fuel, which is usually called C heavy oil fuel, is used, so that the amount of NOx emission is large. Even when C heavy oil fuel is not used, NOx is generated in the boilers that use fossil fuels such as other heavy oil fuels or natural gas as a result of combustion in the furnace or nitrogen contained in the air. To do. In particular, the above-mentioned burner device for mixed combustion is often used in a marine boiler mounted on a ship, and a marine boiler is more compact than a land boiler used in a power plant or the like because of a large installation space limitation. With such a structure, there was a problem that the furnace heat load was high and a large amount of NOx was generated. In recent years, NOx reduction is also required for marine boilers due to increasing environmental awareness and stricter exhaust gas regulations at ports.
これらのボイラにおいてNOxの排出を抑制する方法の一つとして、低NOxバーナを用いてNOxの発生を抑制する方法がある。特許文献1には、燃焼用の空気を供給する空気通路の中央部に、油燃料を下流側に向けて噴射する噴射口を備えた油・ガス焚きバーナにおいて、空気通路の炉内下流側に空気の薄い領域を形成するようなバーナ構造とし、空気の薄い領域に噴射した油燃料をゆっくり燃焼させることによりNOxの発生を抑制するようにした構成が開示されている。
One method of suppressing NOx emissions in these boilers is a method of suppressing the generation of NOx using a low NOx burner. In
上記したように、特許文献1に記載される油・ガス焚きバーナでは、バーナの構造により空気の薄い領域を形成してNOxの発生を抑制している。しかしながら、NOxの発生量は、燃料の種類や過渡的な燃焼条件の変動によって変化する。例えば、バーナ装置の燃料に重油燃料を用いた場合は、天然ガスを燃料とした場合よりもNOxの発生量が多い。また、火炎の温度が部分的に高くなる場合にはNOxの発生量が増加する。このように、ボイラでは燃料の種類や火炎の燃焼条件が経時的に変化するが、特許文献1はこの変化に対応できていなかった。
As described above, the oil / gas-fired burner described in
したがって、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、燃焼条件が変化した場合であっても、確実にNOxの発生を抑制することができるボイラの低NOx燃焼装置及び燃焼方法、並びにボイラを提供することを目的とする。 Therefore, in view of the problems of the prior art, the present invention provides a low NOx combustion apparatus and combustion method for a boiler, and a boiler that can reliably suppress the generation of NOx even when the combustion conditions change. For the purpose.
上記の課題を解決するために、本発明に係るボイラの低NOx燃焼装置は、燃焼ガスを生成する火炉と、前記火炉に連結され前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路とを有するボイラの低NOx燃焼装置において、前記火炉に設けられ、液体燃料を噴射する液体燃料噴射口と気体燃料を噴射する気体燃料供噴射口とを有するバーナ装置と、前記バーナ装置の前記気体燃料噴射口及び前記液体燃料噴射口の少なくとも一方に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記不活性ガス供給手段に設けられ、前記不活性ガスの供給量を調整する不活性ガス供給量調整手段と、前記燃焼ガス通路に設けられ、前記燃焼ガスに含まれるNOx量を検出するNOx検出手段と、前記バーナ装置で形成される火炎の状態を検出する火炎検出手段と、前記NOx検出手段で検出されたNOx量と前記火炎検出手段で検出された火炎の状態とに基づいて前記不活性ガス供給量調整手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a low NOx combustion apparatus for a boiler according to the present invention includes a furnace for generating combustion gas, and a low NOx combustion for a boiler having a combustion gas passage connected to the furnace and through which the combustion gas flows. In the apparatus, a burner device provided in the furnace and having a liquid fuel injection port for injecting liquid fuel and a gas fuel supply injection port for injecting gaseous fuel, the gaseous fuel injection port of the burner device, and the liquid fuel injection An inert gas supply means for supplying an inert gas to at least one of the ports; an inert gas supply amount adjusting means for adjusting the supply amount of the inert gas provided in the inert gas supply means; and the combustion gas NOx detecting means provided in the passage for detecting the amount of NOx contained in the combustion gas, flame detecting means for detecting the state of a flame formed by the burner device, and the NO And a controlling means for controlling the inert gas supply amount adjusting means based on the state of the flame is detected at the detected NOx amount detecting means and said flame detecting means.
本発明によれば、バーナ装置の気体燃料噴射口及び液体燃料噴射口の少なくとも一方から不活性ガスを供給することにより、燃料が噴射される領域の酸素濃度を低下させ燃料を緩慢燃焼させることができ、確実にNOxの発生を抑制することが可能となる。即ち、不活性ガスの供給により燃料を緩慢燃焼させ、燃焼温度を下げることでNOxの発生を抑制でき、また不活性ガスの供給により形成された空燃比の低い還元領域にて燃料中の窒素分をN2に転換することにより、NOxの生成反応を防止することができる。
また、燃料の種類や燃焼条件が変化した場合であっても、NOx検出手段で検出されたNOx量に基づいて不活性ガス供給量調整手段を制御しているため、燃焼により発生するNOx量を確実に低減できる。さらに、火炎検出手段で検出した火炎の状態に基づき不活性ガス供給量調整手段を制御するようにしたため、不活性ガスの供給により燃焼状態が不安定となって火炎が失火することを防止できる。
According to the present invention, by supplying an inert gas from at least one of the gas fuel injection port and the liquid fuel injection port of the burner device, the oxygen concentration in the region where the fuel is injected can be reduced and the fuel can be burnt slowly. It is possible to reliably suppress the generation of NOx. That is, the fuel is slowly burned by supplying the inert gas, the generation of NOx can be suppressed by lowering the combustion temperature, and the nitrogen content in the fuel is reduced in the reduction region having a low air-fuel ratio formed by supplying the inert gas. Is converted to N 2 to prevent NOx formation reaction.
Even when the type of fuel and the combustion conditions change, the inert gas supply amount adjusting means is controlled based on the NOx amount detected by the NOx detecting means, so the amount of NOx generated by combustion is reduced. It can be reliably reduced. Furthermore, since the inert gas supply amount adjusting means is controlled based on the state of the flame detected by the flame detecting means, it is possible to prevent the flame from being misfired due to the unstable combustion state due to the supply of the inert gas.
また、前記不活性ガス供給手段は、前記不活性ガスを前記気体燃料噴射口に供給することが好ましい。
このように、不活性ガスを気体燃料噴射口に供給することにより、低NOx燃焼が図れるとともに、気体燃料の噴射中であっても気体燃料に混入させて不活性ガスを供給することができる。
The inert gas supply means preferably supplies the inert gas to the gaseous fuel injection port.
In this way, by supplying the inert gas to the gaseous fuel injection port, low NOx combustion can be achieved, and even when the gaseous fuel is being injected, the inert gas can be supplied by being mixed into the gaseous fuel.
また、前記不活性ガス供給手段は、前記不活性ガスを前記液体燃料噴射口に供給することが好ましい。
このように、不活性ガスを液体燃料噴射口に供給することによって、低NOx燃焼が図れるとともに、ノズルの焼損を防止することが可能となる。
The inert gas supply means preferably supplies the inert gas to the liquid fuel injection port.
Thus, by supplying the inert gas to the liquid fuel injection port, it is possible to achieve low NOx combustion and to prevent burning of the nozzle.
さらに、前記制御手段は、前記NOx検出手段で検出されたNOx量が予め設定されたしきい値以上で且つ前記火炎検出手段で検出された火炎の状態が安定しているときに、前記不活性ガスを供給するように前記不活性ガス供給量調整手段を制御することが好ましい。
このように、NOx量がしきい値以上であるときにのみ不活性ガスを供給するようにし、燃焼ガス中のNOx量が少ないときには不活性ガスの供給を停止することで、不活性ガスの使用量を削減することが可能である。また、火炎の状態が安定しているときにのみ不活性ガスを供給することにより、不活性ガスを供給した際に火炎の状態が不安定となり火炎が失火することを防止できる。
Furthermore, the control means is inactive when the amount of NOx detected by the NOx detection means is equal to or greater than a preset threshold value and the flame state detected by the flame detection means is stable. It is preferable to control the inert gas supply amount adjusting means so as to supply gas.
As described above, the inert gas is supplied only when the NOx amount is equal to or greater than the threshold value, and when the NOx amount in the combustion gas is small, the supply of the inert gas is stopped to use the inert gas. It is possible to reduce the amount. In addition, by supplying the inert gas only when the flame state is stable, it is possible to prevent the flame from becoming unstable when the inert gas is supplied and preventing the flame from being misfired.
また、本発明に係るボイラの低NOx燃焼方法は、火炉と、前記火炉に設けられ、液体燃料を噴射する液体燃料噴射口と気体燃料を噴射する気体燃料噴射口とを有するバーナ装置と、前記火炉に連結された燃焼ガス通路とを有するボイラの低NOx燃焼方法において、前記バーナ装置から前記液体燃料及び前記気体燃料の少なくとも一方を前記火炉内に噴射して燃焼させ、燃焼ガスを生成するステップと、前記燃焼ガス通路を流れる前記燃焼ガスに含まれるNOx量を検出するステップと、前記バーナ装置で形成される火炎の状態を検出するステップと、前記NOx量及び前記火炎の状態に基づいて前記バーナ装置の前記気体燃料噴射口及び前記液体燃料噴射口の少なくとも一方に不活性ガスを供給するステップとを備えることを特徴とする。 Further, a low NOx combustion method for a boiler according to the present invention includes a furnace, a burner device provided in the furnace, having a liquid fuel injection port for injecting liquid fuel and a gaseous fuel injection port for injecting gaseous fuel, In a low NOx combustion method for a boiler having a combustion gas passage connected to a furnace, a step of generating combustion gas by injecting and burning at least one of the liquid fuel and the gaseous fuel from the burner device into the furnace. Detecting the amount of NOx contained in the combustion gas flowing through the combustion gas passage, detecting the state of the flame formed by the burner device, and based on the NOx amount and the state of the flame Supplying an inert gas to at least one of the gaseous fuel injection port and the liquid fuel injection port of a burner device.
また、前記不活性ガスを供給するステップで、前記不活性ガスを前記気体燃料噴射口に供給することが好ましい。
また、前記不活性ガスを供給するステップで、前記不活性ガスを前記液体燃料噴射口に供給することが好ましい。
さらに、前記不活性ガスを供給するステップで、前記NOx量が予め設定されたしきい値以上で且つ前記火炎の状態が安定しているときに、前記不活性ガスを供給することが好ましい。
In the step of supplying the inert gas, the inert gas is preferably supplied to the gaseous fuel injection port.
In the step of supplying the inert gas, the inert gas is preferably supplied to the liquid fuel injection port.
Further, in the step of supplying the inert gas, it is preferable to supply the inert gas when the amount of NOx is equal to or greater than a preset threshold value and the flame state is stable.
また、本発明に係るボイラは、火炉と、前記火炉内に燃焼ガスを生成する低NOx燃焼装置と、前記火炉に連結され、前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路と、前記燃焼ガス通路に設けられ、前記燃焼ガスにより蒸気を生成する熱交換器とを備えるボイラであって、前記低NOx燃焼装置が、前記火炉に設けられ、液体燃料を噴射する液体燃料噴射口と気体燃料を噴射する気体燃料噴射口とを有するバーナ装置と、前記バーナ装置の前記気体燃料噴射口及び前記液体燃料噴射口の少なくとも一方に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記不活性ガス供給手段に設けられ、前記不活性ガスの供給量を調整する不活性ガス供給量調整手段と、前記燃焼ガス通路に設けられ、前記燃焼ガスに含まれるNOx量を検出するNOx検出手段と、前記バーナ装置で形成される火炎の状態を検出する火炎検出手段と、前記NOx検出手段で検出されたNOx量と前記火炎検出手段で検出された火炎の状態とに基づいて前記不活性ガス供給量調整手段を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。 A boiler according to the present invention is provided in a furnace, a low NOx combustion apparatus that generates combustion gas in the furnace, a combustion gas passage connected to the furnace and through which the combustion gas flows, and the combustion gas passage. A boiler including a heat exchanger that generates steam from the combustion gas, wherein the low NOx combustion device is provided in the furnace, and a liquid fuel injection port for injecting liquid fuel and a gaseous fuel for injecting gaseous fuel A burner device having an injection port; an inert gas supply means for supplying an inert gas to at least one of the gaseous fuel injection port and the liquid fuel injection port of the burner device; and the inert gas supply unit. An inert gas supply amount adjusting means for adjusting the supply amount of the inert gas; a NOx detecting means provided in the combustion gas passage for detecting the amount of NOx contained in the combustion gas; Flame detection means for detecting the state of a flame formed by the burner device, the amount of inert gas supplied based on the amount of NOx detected by the NOx detection means and the state of the flame detected by the flame detection means Control means for controlling the adjusting means.
以上記載のように本発明によれば、バーナ装置の気体燃料噴射口及び液体燃料噴射口の少なくとも一方から不活性ガスを供給することにより、燃料が噴射される領域の酸素濃度を低下させ燃料を緩慢燃焼させることができ、確実にNOxの発生を抑制することが可能となる。
また、燃料の種類や燃焼条件が変化した場合でも、本発明では燃焼ガスに含まれるNOx量を検出して、これに基づき不活性ガスを供給するようにしたため、NOx量を確実に低減できる。さらに、バーナ装置で形成される火炎の状態を検出し、これに基づき不活性ガス供給量調整手段を制御するようにしたため、不活性ガスの供給により燃焼状態が不安定となって火炎が失火することを防止できる。
As described above, according to the present invention, by supplying an inert gas from at least one of the gas fuel injection port and the liquid fuel injection port of the burner device, the oxygen concentration in the region where the fuel is injected is reduced and the fuel is supplied. Slow combustion is possible, and generation of NOx can be reliably suppressed.
Even when the type of fuel and the combustion conditions change, the present invention detects the amount of NOx contained in the combustion gas and supplies the inert gas based on this, so that the amount of NOx can be reliably reduced. Furthermore, since the state of the flame formed by the burner device is detected and the inert gas supply amount adjusting means is controlled based on this, the combustion state becomes unstable due to the supply of the inert gas, and the flame is misfired. Can be prevented.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る低NOx燃焼装置を備えた舶用ボイラの全体構成図である。
ボイラ1は、燃焼ガスを生成する火炉4と、火炉4に連結され燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路5と、燃焼ガス通路5に配設された熱交換器と、火炉4内で燃料を低NOx燃焼させる低NOx燃焼装置10とを備える。
火炉4は、略箱形形状を有し、炉壁が蒸発管で形成されている。火炉4では、バーナ装置2から噴射される燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する。
燃焼ガス通路5は、火炉4に連結され、火炉4で発生した燃焼ガスが流れてガス出口6より排出されるようになっている。
熱交換器は、火炉側から順に配設された、バンクチューブ7と、過熱器8と、蒸発管群9とから構成される。尚、熱交換器の種類や配置はこれに限定されるものではない。
(First embodiment)
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a marine boiler including a low NOx combustion apparatus according to a first embodiment of the present invention.
The
The
The
The heat exchanger is composed of a bank tube 7, a
上記した構成を備える舶用ボイラ1では、バーナ装置2から火炉4内に油燃料又はガス燃料を選択的に噴射して燃焼を行なう。燃焼で発生した燃焼ガスは、火炉4から燃焼ガス通路5に流出し、燃焼ガス通路5に配設されたバンクチューブ7、過熱器8、蒸発管群9を熱交換しながら順に通過してガス出口6から排出される。バンクチューブ7及び蒸発管群9で生成された蒸気は蒸気ドラム3に集められ、この蒸気は駆動源として所要な機器に供給される。
In the
低NOx燃焼装置10は、火炉4に設けられたバーナ装置2と、バーナ装置2に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ライン11と、不活性ガス供給ラインに設けられた不活性ガス流量調整バルブ(以下、第1バルブと称する)12とを備える。さらに、低NOx燃焼装置10は、燃焼ガス通路5に設けられたNOx検出手段51と、バーナ装置2で形成される火炎の状態を検出する火炎検出手段52と、NOx検出器手段51と火炎検出手段52の検出信号に基づいて第1バルブ12を制御する制御装置50とを備える。
The low
図2及び図3は、バーナ装置2の一例を示す図である。
バーナ装置2は、油燃料を火炉4内に噴射する油燃料噴射口20と、ガス燃料を火炉2内に噴射するガス燃料噴射口23とを備える。尚、バーナ装置2で噴射する燃料は、一例として液体燃料に油燃料を用い、気体燃料にガス燃料を用いたが、これに限定されるものではない。
油燃料噴射口20はバーナ装置2先端の中心に設けられ、ガス燃料噴射口23は油燃料噴射口20を囲むように複数設けられる。
2 and 3 are diagrams illustrating an example of the
The
The oil
油燃料噴射口20は火炉4の内部に位置し、バーナ装置2の中心部に長手方向に延設された油燃料供給管22に接続される。油燃料供給管22は、バーナ装置2の基部で油燃料供給ライン13に接続されている。油燃料供給管22は、例えばバーナガンにより構成される。この場合、バーナガンの先端に設けられたチップ21の炉内側先端に油燃料噴射口20が形成される。
油燃料供給管22の先端側には、油燃料噴射口20を取り囲むようにスワラ32が取り付けられている。スワラ32は、通過する空気に旋回流を発生させて、そのときに生じる負圧によってできる循環流で火炎を安定させる。
The oil
A
ガス燃料噴射口23は火炉4の内部に位置し、油燃料供給管22を中心としてその周囲に円環状に配置された複数のガス燃料供給管24に接続される。ガス燃料供給管24は、バーナ基部側に設けられたガス供給室25に連通している。油燃料供給管22とガス燃料供給管24は、バーナ装置2の先端側で先端支持板31により支持されている。
上記した構成を備えるバーナ装置2は、バーナ基部に設けられた基部支持板30によって火炉4に固定されている。
The gas
The
ガス燃料供給管24の周囲には、このガス燃料供給管24を覆うように空気通路26が設けられている。空気通路26は、バーナ装置2の基部側に設けられた風箱27に連通している。風箱27には空気遮断ダンパ28が取り付けられており、空気遮断ダンパ28から流入した空気は、風箱27を経由して空気通路26を通って火炉4内へ供給される。
An
図1に示すように、上記したバーナ装置2の油燃料供給管22(図2参照)は油燃料供給ライン13に接続されている。油燃料供給ライン13には、開度制御されることにより油燃料の供給量を調整する油燃料流量調整バルブ14(以下、第2バルブと称する)が設けられている。
バーナ装置2のガス燃料供給管24(図2参照)は、ガス燃料供給ライン15に接続されている。ガス燃料供給ライン15には、開度制御されることによりガス燃料の供給量を調整するガス燃料調整バルブ(以下、第3バルブと称する)16が設けられている。
不活性ガス供給ライン11は、ガス燃料供給ライン15に接続されている。
As shown in FIG. 1, the oil fuel supply pipe 22 (see FIG. 2) of the
A gas fuel supply pipe 24 (see FIG. 2) of the
The inert
バーナ装置2の燃焼方法には、油専焼と、ガス専焼と、油・ガス混焼とがあり、第2バルブ14、第3バルブ16を夫々開閉制御することにより燃焼方法が切り替えられるようになっている。
油専焼の場合は、制御装置50により第2バルブ14を開に制御してバーナ装置2の油燃料供給管22に油燃料を供給し、第3バルブ16を閉に制御し、ガス燃料供給管24へのガス燃料の供給を遮断する。同時に、空気遮断ダンパ28を開いて空気を風箱27に流入させ、流入した空気は風箱27を経由して空気通路26を通って火炉4内に供給される。このとき、スワラ32を通過する空気は旋回流となって火炉4内に流入する。油燃料供給管22に供給された油燃料は油燃料噴射口20より火炉4内に噴射され、同様に火炉4内に流入した空気と混合したら点火されて火炎を生成する。
The combustion method of the
In the case of oil-only firing, the
ガス専焼の場合は、制御装置50により第2バルブ14を閉に制御して油燃料供給管22への油燃料の供給を遮断し、第3バルブ16を開に制御してバーナ装置2のガス燃料供給管24へガス燃料を供給する。同時に、空気遮断ダンパ28を開いて空気通路26より空気を火炉4内に供給する。ガス燃料供給管24に供給されたガス燃料はガス燃料噴射口23より火炉4内に噴射される。
油・ガス混焼の場合は、制御装置50により第2バルブ14を開に制御して油燃料供給管22へ油燃料を供給するとともに、第3バルブ16を開に制御してバーナ装置2のガス燃料供給管24へガス燃料を供給する。同時に、空気遮断ダンパ28を開いて空気通路26より空気を火炉4内に供給する。油燃料供給管22に供給された油燃料は油燃料噴射口20より火炉4内に噴射され、ガス燃料供給管24に供給されたガス燃料はガス燃料噴射口23より火炉4内に噴射される。
In the case of gas-only firing, the
In the case of mixed combustion of oil and gas, the
NOx検出手段51は、燃焼ガス通路5のガス通路出口6近傍に設けられ、燃焼ガスに含まれるNOx量を検出する。
火炎検出手段52は、バーナ装置2の近傍に設けられ、バーナ装置2で形成される火炎の状態を検出する。火炎検出手段52は、赤外線や紫外線等の光を検出して火炎の状態を判定する光学的手段等が用いられる。
The NOx detection means 51 is provided in the vicinity of the gas passage outlet 6 of the
The flame detection means 52 is provided in the vicinity of the
制御装置50は、NOx検出手段51で検出されたNOx量及び火炎検出手段52で検出された火炎の状態に基づいて第1バルブ12の開度を制御する。具体的には、NOx量が予め設定されたしきい値以上で且つ火炎の状態が安定しているときに、第1バルブ12を開側に制御する。これにより、不活性ガス供給ライン11を通って不活性ガスがガス燃料供給管24に供給され、ガス燃料噴射口23より火炉4内に噴射される。また、場合によって、制御装置50は、NOx検出手段51に基づいて、第1バルブ12の制御に併せて第2バルブ14と第3バルブ16とを制御して、バーナ装置2による燃焼を制御するようにしてもよい。
The
以下、本実施形態に係る低NOx燃焼装置10を用いたボイラ1の燃焼方法を説明する。
ボイラ1では、バーナ装置2から油燃料又はガス燃料の少なくとも一方を噴射し、噴射した燃料に着火して燃焼させ、運転を開始する(S1)。このとき、燃焼方法は油専焼、ガス専焼又は油・ガス混焼の何れであってもよい。ボイラ1の運転中、連続的に又は断続的に、NOx検出手段51で燃焼ガスに含まれるNOx量を検出する(S2)。検出されたNOx量は、例えば図6(a)に示されるようなNOx量の時系列変化のグラフで表される。このグラフに見られるように、燃焼ガスに含まれるNOx量は、燃料の種類、燃焼条件によって変動する。
Hereinafter, the combustion method of the
In the
制御装置50に予めNOx量のしきい値X0を設定しておき、検出されたNOx量Xがしきい値X0以上であるか否かを制御装置50で判定する(S3)。検出されたNOx量Xがしきい値X0以上であると判定された場合には、火炎検出センサ52で、バーナ装置2により形成される火炎の状態を検出する(S4)。制御装置50で、火炎の状態が安定しているか否かを判定し(S5)、安定していると判定された場合には、第1バルブ12を開に制御し、不活性ガスをバーナ装置2のガス燃料供給管24に供給する。ガス燃料供給管24に供給された不活性ガスは、不活性ガス噴射口23から火炉4内に噴射される。
Have set up threshold X 0 in advance NOx amount to the
本実施形態によれば、燃料の噴射とともにガス燃料供給管24から火炉4内に不活性ガスを噴射することにより、バーナ装置2から燃料が噴射される領域の酸素濃度を低下させることができ、燃料を緩慢燃焼させ、NOxの発生を抑制することが可能となる。
また、燃料の種類や燃焼条件が変化した場合でも、本実施形態では燃焼ガスに含まれるNOx量を検出して、これに基づき不活性ガスを供給するようにしたため、NOx量を確実に低減できる。さらに、バーナ装置2で形成される火炎の状態を検出し、これに基づき第1バルブ12を制御するようにしたため、不活性ガスの供給により燃焼状態が不安定となって火炎が失火することを防止できる。
According to the present embodiment, by injecting the inert gas from the gas
In addition, even when the type of fuel and the combustion conditions change, the present embodiment detects the amount of NOx contained in the combustion gas and supplies the inert gas based on this, so the amount of NOx can be reliably reduced. . Furthermore, since the state of the flame formed by the
また、図4に示すボイラ1の燃焼方法の変形例として、図5に示す燃焼方法を採用してもよい。これは、ボイラの運転を開始した後、最初に火炎検出手段52でバーナ装置2により形成される火炎の状態を検出し、次いでNOx検出手段51で燃焼ガスに含まれるNOx量を検出するようになっている。そして、火炎の状態が安定しており、且つNOx検出量がしきい値以上であるときに、第1バルブ12を開に制御する。
Moreover, you may employ | adopt the combustion method shown in FIG. 5 as a modification of the combustion method of the
さらに検出されたNOx量に基づいて、火炎の安定状況を確認しながら第1バルブ12の開度を制御することが好ましい。例えば、図6(a)、(b)に示すように、NOx検出値Xがしきい値X0以上となった時間t1で、バルブ開度Yを開度Y1まで開側に制御する。さらに時間が経過し、NOx検出値Xがしきい値X0より大きい値X1となった時間t2で、第1バルブ12の開度Yを、開度Y1より大きい開度Y2まで開側に制御する。さらにまた時間が経過し、NOx検出値Xがしきい値X0未満となった時間t3で、第1バルブ12を閉に制御する。
このように、検出されたNOx量に応じて第1バルブ12の開度を段階的に又は比例的に制御することにより、燃焼条件が変動してもこれに追従して常にNOx濃度が一定濃度以下となるようにその発生を抑制することが可能となる。
Further, based on the detected amount of NOx, it is preferable to control the opening degree of the
Thus, by controlling the opening degree of the
(第2実施形態)
図7は、本発明の第2実施形態に係る低NOx燃焼装置を備えた舶用ボイラの全体構成図である。尚、第2実施形態の説明において、上記した第1実施形態と同様の構成についてはその詳細な説明を省略する。
第2実施形態に係る舶用ボイラ1は、燃焼ガスを生成する火炉4と、火炉4に連結され燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路5と、燃焼ガス通路5に配設された熱交換器と、火炉4内で燃料を低NOx燃焼させる低NOx燃焼装置10とを備える。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is an overall configuration diagram of a marine boiler including a low NOx combustion apparatus according to a second embodiment of the present invention. In the description of the second embodiment, the detailed description of the same configuration as that of the first embodiment described above will be omitted.
A
低NOx燃焼装置10は、火炉4に設けられたバーナ装置2と、バーナ装置2に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ライン11と、不活性ガス供給ラインに設けられた第1バルブ12とを備える。さらに、低NOx燃焼装置10は、燃焼ガス通路5に設けられたNOx検出手段51と、バーナ装置2で形成される火炎の状態を検出する火炎検出手段52と、NOx検出器手段51と火炎検出手段52の検出信号に基づいて第1バルブ12を制御する制御装置50とを備える。
The low
バーナ装置2は、第1実施形態と同様の構成であるため、図2及び図3を援用する。バーナ装置2は、火炉4内に油燃料を噴射する油燃料噴射口20と、ガス燃料を噴射するガス燃料噴射口23とを備える。
第1実施形態では、不活性ガス供給ライン11はガス燃料噴射口23にガス燃料を供給する構成であったが、第2実施形態では、不活性ガス供給ライン17は油燃料噴射口20にガス燃料を供給する構成となっている。
Since the
In the first embodiment, the inert
不活性ガス供給ライン17は油燃料供給ライン13に接続される。そして、油燃料供給ライン13に設けられた第2バルブ14と、不活性ガス供給ライン17に設けられた第1バルブ18とを制御装置50で開閉制御することにより油燃料噴射口20へ供給する油燃料と不活性ガスとを切り替える。
The inert
具体的には、第2バルブ14が閉の時、NOx検出手段51で検出されたNOx量がしきい値以上で且つ火炎検出手段52で検出された火炎の状態が安定している場合に、制御装置50で第1バルブ18を開に制御する。この制御により、バーナ装置2の油燃料噴射口20への油燃料の供給が遮断されている状態で、油燃料噴射口20へ不活性ガスを供給することとなる。このとき、第3バルブ16は開に制御されており、バーナ装置2のガス燃料噴射口23にはガス燃料が供給される。ガス燃料噴射口23からガス燃料を火炉4内に噴射することにより火炎を発生させて燃焼を行うが、ガス燃料が噴射される領域には油燃料噴射口20から不活性ガスが供給されているため、酸素濃度が低く緩慢燃焼とすることができ、低NOx燃焼が可能となる。
Specifically, when the
ここで、図8に、本実施形態に係る舶用ボイラ1と、比較例として排ガスを再循環する構成を備える従来の舶用ボイラとでNOx低減効果を検証する実験を行なった結果を示す。
本実施形態では図1に示す第1実施形態に係る舶用ボイラ1を用い、ガス燃料噴射口23に供給する不活性ガスには窒素ガスを使用した。一方、比較例の舶用ボイラは、第1実施形態と同様の舶用ボイラ1で、低NOx燃焼装置10の代わりに従来の油・ガス焚きバーナを備えたボイラを用いた。さらに、比較例では、ガス出口6から排出された排ガスの一部を火炉4に再循環させるようにした。
Here, FIG. 8 shows the results of an experiment for verifying the NOx reduction effect using the
In this embodiment, the
図8から明らかなように、単に排ガスを再循環させたときよりもバーナ装置2から火炎中心部に不活性ガスを投入したときの方がNOx低減効果が高くなった。特に、ガスの混入率が高いほどNOx低減効果はより高くなることがわかった。
したがって本発明の実施形態によれば、従来の排ガス再循環による低NOx燃焼に比べて、NOx発生抑制効果を高くすることが可能となる。
As is clear from FIG. 8, the NOx reduction effect is higher when the inert gas is introduced from the
Therefore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to increase the NOx generation suppressing effect as compared with the conventional low NOx combustion by exhaust gas recirculation.
本発明の実施形態は、液体燃料及び気体燃料の少なくとも一方を選択的に噴射するバーナ装置2を備えたボイラ1全般に適用できる。例えば、舶用ボイラ、発電用ボイラ等に適用できるが、好適には舶用ボイラに適用するとよい。舶用ボイラは、設置スペースの制約からコンパクトで火炉負荷が高く、NOxの排出量が多い。そこで本発明の実施形態を適用することで、二段燃焼させる火炉を採用して大型化したり、脱硝設備を新たに設けることなく低NOx化が可能となり、設置スペースに制約がある舶用ボイラにも適している。
Embodiment of this invention is applicable to the
特に、本発明の実施形態に係るボイラは、LNG船に搭載されることが好ましい。LNG船では、LNGタンクから発生するボイルオフガスと、安価な重油とを燃焼できるように油・ガス焚きバーナを採用していることが多い。従来、重油専焼時にガス燃料噴射口は休止しているが、本発明の実施形態に係るボイラを用いることで、ガス燃料噴射口に窒素ガス等の不活性ガスを供給し、油火炎の根元部に不活性ガスを混入させることで、低NOx燃焼することが可能となる。
また、本発明の実施形態は、舶用ボイラにおいて常用運転のみならず、港湾運行時や過負荷運転字など、一時的なNOxピークを抑えるための手段としても有効に活用できる。
さらに、本発明の実施形態は、既設ボイラに対して簡単に取り付けることができるため、既設ボイラの低NOxを目的とした改造にも有効である。
In particular, the boiler according to the embodiment of the present invention is preferably mounted on an LNG ship. An LNG ship often employs an oil / gas burner so that boil-off gas generated from the LNG tank and inexpensive heavy oil can be burned. Conventionally, the gas fuel injection port is stopped at the time of heavy oil combustion, but by using the boiler according to the embodiment of the present invention, an inert gas such as nitrogen gas is supplied to the gas fuel injection port, and the base part of the oil flame By mixing an inert gas into the gas, low NOx combustion is possible.
Further, the embodiment of the present invention can be effectively used not only as a normal operation in a marine boiler, but also as a means for suppressing a temporary NOx peak during port operation or overload operation.
Furthermore, since the embodiment of the present invention can be easily attached to the existing boiler, it is also effective for remodeling the existing boiler for the purpose of low NOx.
1 舶用ボイラ
2 バーナ装置
4 火炉
5 燃焼ガス通路
10 低NOx燃焼装置
11、17 不活性ガス供給ライン
12、18 第1バルブ(不活性ガス流量調整バルブ)
13 油燃料供給ライン
14 第2バルブ(油燃料流量調整バルブ)
15 ガス燃料供給ライン
16 第3バルブ(ガス燃料流量調整バルブ)
20 油燃料噴射口
22 油燃料供給管
23 燃焼ガス噴射口
24 ガス燃料供給管
26 空気通路
50 制御装置
51 NOx検出手段
52 火炎検出手段
DESCRIPTION OF
13 Oil
15 Gas
20 Oil
Claims (9)
前記火炉に設けられ、液体燃料を噴射する液体燃料噴射口と気体燃料を噴射する気体燃料供噴射口とを有するバーナ装置と、
前記バーナ装置の前記気体燃料噴射口及び前記液体燃料噴射口の少なくとも一方に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記不活性ガス供給手段に設けられ、前記不活性ガスの供給量を調整する不活性ガス供給量調整手段と、
前記燃焼ガス通路に設けられ、前記燃焼ガスに含まれるNOx量を検出するNOx検出手段と、
前記バーナ装置で形成される火炎の状態を検出する火炎検出手段と、
前記NOx検出手段で検出されたNOx量と前記火炎検出手段で検出された火炎の状態とに基づいて前記不活性ガス供給量調整手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とするボイラの低NOx燃焼装置。 In a low NOx combustion apparatus for a boiler having a furnace that generates combustion gas and a combustion gas passage that is connected to the furnace and through which the combustion gas flows,
A burner device provided in the furnace and having a liquid fuel injection port for injecting liquid fuel and a gaseous fuel supply injection port for injecting gaseous fuel;
An inert gas supply means for supplying an inert gas to at least one of the gaseous fuel injection port and the liquid fuel injection port of the burner device;
An inert gas supply amount adjusting means provided in the inert gas supply means for adjusting the supply amount of the inert gas;
NOx detection means provided in the combustion gas passage for detecting the amount of NOx contained in the combustion gas;
Flame detection means for detecting the state of the flame formed by the burner device;
And a control means for controlling the inert gas supply amount adjusting means based on a NOx amount detected by the NOx detecting means and a flame state detected by the flame detecting means. NOx combustion device.
前記バーナ装置から前記液体燃料及び前記気体燃料の少なくとも一方を前記火炉内に噴射して燃焼させ、燃焼ガスを生成するステップと、
前記燃焼ガス通路を流れる前記燃焼ガスに含まれるNOx量を検出するステップと、
前記バーナ装置で形成される火炎の状態を検出するステップと、
前記NOx量及び前記火炎の状態に基づいて前記バーナ装置の前記気体燃料噴射口及び前記液体燃料噴射口の少なくとも一方に不活性ガスを供給するステップとを備えることを特徴とするボイラの低NOx燃焼方法。 A boiler having a furnace, a burner device provided in the furnace, having a liquid fuel injection port for injecting liquid fuel and a gas fuel injection port for injecting gaseous fuel, and a combustion gas passage connected to the furnace In the NOx combustion method,
Injecting and burning at least one of the liquid fuel and the gaseous fuel from the burner device into the furnace, and generating combustion gas;
Detecting the amount of NOx contained in the combustion gas flowing through the combustion gas passage;
Detecting a state of a flame formed by the burner device;
And a step of supplying an inert gas to at least one of the gaseous fuel injection port and the liquid fuel injection port of the burner device based on the amount of NOx and the state of the flame. Method.
前記火炉内に燃焼ガスを生成する低NOx燃焼装置と、
前記火炉に連結され、前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路と、
前記燃焼ガス通路に設けられ、前記燃焼ガスにより蒸気を生成する熱交換器とを備えるボイラであって、
前記低NOx燃焼装置が、
前記火炉に設けられ、液体燃料を噴射する液体燃料噴射口と気体燃料を噴射する気体燃料供噴射口とを有するバーナ装置と、
前記バーナ装置の前記気体燃料噴射口及び前記液体燃料噴射口の少なくとも一方に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記不活性ガス供給手段に設けられ、前記不活性ガスの供給量を調整する不活性ガス供給量調整手段と、
前記燃焼ガス通路に設けられ、前記燃焼ガスに含まれるNOx量を検出するNOx検出手段と、
前記バーナ装置で形成される火炎の状態を検出する火炎検出手段と、
前記NOx検出手段で検出されたNOx量と前記火炎検出手段で検出された火炎の状態とに基づいて前記不活性ガス供給量調整手段を制御する制御手段とを含むことを特徴とするボイラ。 A furnace,
A low NOx combustion device for generating combustion gas in the furnace;
A combustion gas passage connected to the furnace and through which the combustion gas flows;
A boiler provided in the combustion gas passage, and comprising a heat exchanger that generates steam by the combustion gas,
The low NOx combustion device comprises:
A burner device provided in the furnace and having a liquid fuel injection port for injecting liquid fuel and a gaseous fuel supply injection port for injecting gaseous fuel;
An inert gas supply means for supplying an inert gas to at least one of the gaseous fuel injection port and the liquid fuel injection port of the burner device;
An inert gas supply amount adjusting means provided in the inert gas supply means for adjusting the supply amount of the inert gas;
NOx detection means provided in the combustion gas passage for detecting the amount of NOx contained in the combustion gas;
Flame detection means for detecting the state of the flame formed by the burner device;
And a control means for controlling the inert gas supply amount adjusting means based on the NOx amount detected by the NOx detecting means and the flame state detected by the flame detecting means.
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CN104487552A (en) * | 2012-07-24 | 2015-04-01 | 伊蒂股份有限公司 | Combustion process for fuel containing vanadium compounds |
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