JP2012042154A - 対向燃焼ボイラ装置の運転方法及び対向燃焼ボイラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】常に安定した状態で運転させることができる対向燃焼ボイラ装置の運転方法及び対向燃焼ボイラ装置を提供する。
【解決手段】互いに対向する缶前壁１１及び缶後壁１２に、燃料及び一次空気が供給されるバーナ３と、二次空気を通す二段燃焼用ポート１３とをそれぞれ複数配置して成る石炭焚きボイラ１０を備えた石炭焚きタワーボイラ装置１の運転方法であって、缶前壁１１及び缶後壁１２の壁幅方向左右側にそれぞれ位置する缶前左側二段燃焼用ポート１３ＦＬ，缶前右側二段燃焼用ポート１３ＦＲ，缶後左側二段燃焼用ポート１３ＲＬ及び缶後右側二段燃焼用ポート１３ＲＲを通して石炭焚きボイラ１０内に供給する各二次空気の量Ａ，Ｂに負荷状況に応じた差を持たせて、燃焼ガス流Ｓの石炭焚きボイラ１０における缶幅方向の揺らぎを拘束する。
【選択図】図３

Description

本発明は、互いに対向する缶前壁及び缶後壁に、それぞれ複数のバーナを縦横に並べて配置して成る対向燃焼ボイラを備えた対向燃焼ボイラ装置の運転方法及び対向燃焼ボイラ装置に関するものである。

従来、上記した対向燃焼ボイラ装置としては、例えば、石炭焚きボイラ装置があり、この石炭焚きボイラ装置において、燃料である微粉炭及び一次・二次空気を対向燃焼ボイラにおける複数のバーナに供給する一方で、対向燃焼ボイラの缶前壁及び缶後壁における各バーナの上方にそれぞれ設置した二段燃焼用ポートを介して対向燃焼ボイラ内に二次空気を供給することにより、サーマルＮＯｘの低減を図るようにしていた。

この石炭焚きボイラ装置において、対向燃焼ボイラの二段燃焼用ポートは、缶前壁及び缶後壁における壁幅方向に複数形成されていて、両壁の互いに対向する二段燃焼用ポート間及び左右の二段燃焼用ポート間にそれぞれ二次空気の供給量の差をもたせることで、対向燃焼ボイラ内の壁幅方向の左右に供給される二次空気にそれぞれ互いに相反する方向の旋回を与えるようにしていた（例えば、特許文献１）。

特開平07-113506号公報

上記したような石炭焚きボイラ装置では、対向燃焼ボイラ内の壁幅方向の左右において二次空気にそれぞれ相反する方向の旋回を与えるようにしているので、燃焼ガスと二次空気との混合性を向上させることはできるものの、例えば、対向燃焼ボイラ内の負荷率が所定値以下の低負荷状況下では、対向燃焼ボイラ内における燃焼ガスの流れに対する抵抗が減少するため、燃焼ガスの流れ変動に伴うＮＯｘ変動とともにボイラ収熱変動（蒸気温度の壁幅方向左右差の変動）が大きくなって、対向燃焼ボイラ内の温度制御及び運転状態が安定しないという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、対向燃焼ボイラ内における燃焼ガスの流れ状態、特に低負荷状況下における燃焼ガスの流れ状態を安定させて、対向燃焼ボイラ内の状態の変動を抑制することが可能である対向燃焼ボイラ装置の運転方法及び対向燃焼ボイラ装置を提供することを目的としている。

上記したように、対向燃焼ボイラでは、例えば、ボイラ内の負荷率が所定値以下の低負荷状況下において、燃焼ガスの流れに対する抵抗が減少するので、燃焼ガスの流れが不安定になってしまう。
本発明者は、燃焼ガスの流れが不安定になるのを抑えるために、二次空気に旋回を与えるのではなく、二次空気によって燃焼ガスの流れを積極的に拘束することを思い立ち、本発明をするに至った。

すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、互いに対向する缶前壁及び缶後壁を具備して、これらの缶壁に、燃料及び一次・二次空気が供給されるバーナをそれぞれ複数配置すると共に、二次空気を通す二段燃焼用ポートを前記バーナの上方で且つ壁幅方向にそれぞれ複数並べて配置して成る対向燃焼ボイラを備えた対向燃焼ボイラ装置の運転方法であって、前記対向燃焼ボイラ内の負荷率が所定値以下の低負荷状況下において、前記缶前左側二段燃焼用ポート及びこの缶前左側二段燃焼用ポートと対角を成す缶後右側二段燃焼用ポートから該対向燃焼ボイラ内にそれぞれ供給する二次空気と、前記缶前右側二段燃焼用ポート及びこの缶前右側二段燃焼用ポートと対角を成す缶後左側二段燃焼用ポートから該対向燃焼ボイラ内にそれぞれ供給する二次空気の量との間に差を与えて、燃焼ガス流の前記対向燃焼ボイラにおける缶幅方向の揺らぎを拘束する構成としたことを特徴としており、この対向燃焼ボイラ装置の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

一方、本発明の請求項２に係る対向燃焼ボイラ装置は、互いに対向する缶前壁及び缶後壁を具備して、これらの缶壁に、燃料及び一次・二次空気が供給されるバーナをそれぞれ複数配置すると共に、二次空気を通す二段燃焼用ポートを前記バーナの上方で且つ壁幅方向にそれぞれ複数並べて配置して成る対向燃焼ボイラと、この対向燃焼ボイラにおける前記缶前壁の壁幅方向左右側にそれぞれ位置する缶前左側二段燃焼用ポート及び缶前右側二段燃焼用ポートを通して該対向燃焼ボイラ内に供給する二次空気の量を一括制御する缶前左側制御ダンパ及び缶前右側制御ダンパと、前記対向燃焼ボイラにおける前記缶後壁の壁幅方向左右側にそれぞれ位置する缶後左側二段燃焼用ポート及び缶後右側二段燃焼用ポートを通して該対向燃焼ボイラ内に供給する二次空気の量を一括制御する缶後左側制御ダンパ及び缶後右側制御ダンパと、前記缶前左側制御ダンパ，缶前右側制御ダンパ，缶後左側制御ダンパ及び缶後右側制御ダンパの各開度を変化させる制御部を備え、前記制御部は、前記対向燃焼ボイラ内の負荷率が所定値以下の低負荷状況下において、前記缶前左側二段燃焼用ポート及びこの缶前左側二段燃焼用ポートと対角を成す缶後右側二段燃焼用ポートから該対向燃焼ボイラ内にそれぞれ供給する二次空気の量と、前記缶前右側二段燃焼用ポート及びこの缶前右側二段燃焼用ポートと対角を成す缶後左側二段燃焼用ポートから該対向燃焼ボイラ内にそれぞれ供給する二次空気の量との間に差を与えて、燃焼ガス流の前記対向燃焼ボイラにおける缶幅方向の揺らぎを拘束するべく、前記缶前左側制御ダンパ，缶前右側制御ダンパ，缶後左側制御ダンパ及び缶後右側制御ダンパの各開度を一括して変化させる構成としたことを特徴としており、この対向燃焼ボイラ装置の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

ここで、対向燃焼ボイラ装置において、対向燃焼ボイラ内の負荷率が所定値を超えるような中高負荷状況下では、燃焼ガスの流量が多いので、その流れは対向燃焼ボイラ全体すなわち缶前壁及び缶後壁に直接拘束されて安定する。
一方、対向燃焼ボイラ内の負荷率が所定値以下の低負荷状況下では、燃焼ガスの流量が少ないので、対向燃焼ボイラによる拘束が弱まり、対向燃焼ボイラの運転状態によって燃焼ガスの流れが壁幅方向に移動し易くなる。
本発明に係る対向燃焼ボイラ装置の運転方法及び対向燃焼ボイラ装置において、この燃焼ガス流の壁幅方向への不安定な移動のことを「燃焼ガス流の缶幅方向の揺らぎ」と表現している。

本発明に係る対向燃焼ボイラ装置の運転方法及び対向燃焼ボイラ装置において、対向燃焼ボイラ内の負荷率が所定値以下の低負荷状況下の場合には、缶前左側二段燃焼用ポート及びこの缶前左側二段燃焼用ポートと対角を成す缶後右側二段燃焼用ポートから該対向燃焼ボイラ内にそれぞれ供給する二次空気の量に対して、前記缶前右側二段燃焼用ポート及びこの缶前右側二段燃焼用ポートと対角を成す缶後左側二段燃焼用ポートから該対向燃焼ボイラ内にそれぞれ供給する二次空気の量に差を与えると、燃焼ガス流の壁幅方向への不安定な移動が拘束されて、燃焼ガス流の缶幅方向の揺らぎが抑えられることとなる。

つまり、燃焼ガスの流れ状態が安定して、対向燃焼ボイラ内の状態の変動が抑制されることとなり、その結果、蒸気温度の壁幅方向左右差が減った状態で安定し、加えて、対向燃焼ボイラ装置の下流側に位置する脱硝装置入口におけるＮＯｘが低減すると共にその変動幅も少なく抑えられることとなる。

本発明に係る対向燃焼ボイラ装置の運転方法及び対向燃焼ボイラ装置では、上記した構成としているので、対向燃焼ボイラの中高負荷状況下では勿論のこと、低負荷状況であったとしても、常に安定した状態で運転させることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明に係る対向燃焼ボイラ装置の一実施形態を示す石炭焚きタワーボイラ装置の概略正面説明図（ａ）及び概略側面説明図（ｂ）である。 図１における石炭焚きタワーボイラ装置の二次空気の供給制御系統を示す系統説明図である。 図１における石炭焚きタワーボイラ装置の低負荷運転中のダンパ開度を示すグラフ（ａ）及び低負荷運転中に二次空気の量が対角にバイアスしている状態での燃焼ガスの流れを示す斜視説明図（ｂ）である。 図１における石炭焚きタワーボイラ装置のミルを全て用いた中高負荷運転中のダンパ開度を示すグラフ（ａ）及びミルを選択して用いた中高負荷運転中のダンパ開度を示すグラフ（ｂ）である。 図１の石炭焚きタワーボイラ装置の低負荷運転中における缶壁幅方向左右の蒸気温度差及びＮＯｘ変動の推移を示すグラフである。

以下、本発明に係る対向燃焼ボイラ装置及びその運転方法を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は、本発明に係る対向燃焼ボイラ装置の一実施形態を示しており、この実施形態では、対向燃焼ボイラ装置が石炭焚きタワーボイラ装置である場合を例に挙げて説明する。

図１に示すように、この石炭焚きタワーボイラ装置１は、互いに対向する缶前壁１１及び缶後壁１２を有していると共に上部に過熱器及び再熱器を配置した全体で箱型を成す石炭焚きボイラ１０を備えている（過熱器及び再熱器は図示省略）。

この石炭焚きボイラ１０の缶前壁１１には、ミル２からの微粉炭及び一次空気が供給されるバーナ３を水平方向に複数並べて成るバーナ列を垂直方向に四段配置して形成したバーナ群が具備されていると共に、缶後壁１２には、同じくミル２からの微粉炭及び一次空気が供給されるバーナ３を水平方向に複数並べて成るバーナ列を垂直方向に四段配置して形成したバーナ群が具備されている。なお、この石炭焚きタワーボイラ装置１は、ミル２を複数台備えており、ミル２の運転台数を変えることで、幅広い負荷運用に対応し得るようになっている。

缶前壁１１及び缶後壁１２の各バーナ群の上方で且つ壁幅方向（水平方向）には、二次空気を通す二段燃焼用ポート１３がそれぞれ複数並べて配置されており、これらの二段燃焼用ポート１３の両端には、サイドポート１４が配置されている。二次空気は、これらの二段燃焼用ポート１３及びサイドポート１４により分配されて石炭焚きボイラ１０内に供給され、ポート１３，１４個々の空気通過量は、図２に示すように、手動ダンパ５により運転前の段階でそれぞれ設定され、運転中に手動ダンパ５を操作することはない。

また、この石炭焚きタワーボイラ装置１は、缶前左側制御ダンパ６ＦＬ，缶前右側制御ダンパ６ＦＲ，缶後左側制御ダンパ６ＲＬ及び缶後右側制御ダンパ６ＲＲを備えていると共に、これらの制御ダンパ６ＦＬ，６ＦＲ，６ＲＬ，６ＲＲの各開度を変化させる制御部２０を備えている。

缶前左側制御ダンパ６ＦＬ及び缶前右側制御ダンパ６ＦＲは、缶前壁１１の壁幅方向左右側にそれぞれ位置する缶前左側二段燃焼用ポート１３ＦＬ及び缶前右側二段燃焼用ポート１３ＦＲを通して石炭焚きボイラ１０内に供給する二次空気の量を一括制御し、一方、缶後左側制御ダンパ６ＲＬ及び缶後右側制御ダンパ６ＲＲは、缶後壁１２の壁幅方向左右側にそれぞれ位置する缶後左側二段燃焼用ポート１３ＲＬ及び缶後右側二段燃焼用ポート１３ＲＲを通して石炭焚きボイラ１０内に供給する二次空気の量を一括制御する。

この場合、制御部２０は、石炭焚きボイラ１０における缶前壁１１及び缶後壁１２の各二段燃焼用ポート１３ＦＬ，１３ＦＲ，１３ＲＬ，１３ＲＲにおいて、石炭焚きボイラ１０内の負荷状況に応じて各二次空気の供給量に差を持たせて、燃焼ガス流の石炭焚きボイラ１０における缶幅方向の揺らぎを拘束するべく、缶前左側制御ダンパ６ＦＬ，缶前右側制御ダンパ６ＦＲ，缶後左側制御ダンパ６ＲＬ及び缶後右側制御ダンパ６ＲＲの各開度を一括して変化させるように制御している。

具体的には、図３に示すように、ミル２の使用台数を少なく抑えた負荷率が５５％以下の低負荷（Ｌ）の状況で運転する場合において、缶前右側制御ダンパ６ＦＲ及び缶後左側制御ダンパ６ＲＬの各開度を一括して大きくすると共に、缶前左側制御ダンパ６ＦＬ及び缶後右側制御ダンパ６ＲＲの各開度を一括して小さくするように制御している。

つまり、このように、制御ダンパのバイアス制御を行うことで、缶前左側二段燃焼用ポート１３ＦＬ及びこの缶前左側二段燃焼用ポート１３ＦＬと対角を成す缶後右側二段燃焼用ポート１３ＲＲから石炭焚きボイラ１０内にそれぞれ供給する二次空気の量Ａよりも、缶前右側二段燃焼用ポート１３ＦＲ及びこの缶前右側二段燃焼用ポート１３ＦＲと対角を成す缶後左側二段燃焼用ポート１３ＲＬから石炭焚きボイラ１０内にそれぞれ供給する二次空気の量Ｂを大きくして、燃焼ガス流Ｓの対向燃焼ボイラ１０における缶幅方向の揺らぎを積極的に拘束するようにしている。

また、図４（ａ）に示すように、ミル２を全て用いた場合の負荷率が５５〜７５％の中負荷（Ｍ）の状況下では、缶前右側制御ダンパ６ＦＲ及び缶後左側制御ダンパ６ＲＬの各開度と、缶前左側制御ダンパ６ＦＬ及び缶後右側制御ダンパ６ＲＲの各開度との差を小さくし、負荷率が７５％以上の高負荷（Ｈ）の状況下では、缶前側の制御ダンパ６ＦＲ，６ＦＬの各開度を缶後側の制御ダンパ６ＲＲ，ＲＬの各開度よりも大きくするように制御している。

さらに、図４（ｂ）に示すように、ミル２を選択して用いた場合の負荷率が５５〜７５％の中負荷（Ｍ）の状況下では、ミル２を全て用いた場合と同じく、缶前右側制御ダンパ６ＦＲ及び缶後左側制御ダンパ６ＲＬの各開度と、缶前左側制御ダンパ６ＦＬ及び缶後右側制御ダンパ６ＲＲの各開度との差を小さくし、負荷率が７５％以上の高負荷（Ｈ）の状況下では、これもミル２を全て用いた場合と同じく、缶前側の制御ダンパ６ＦＲ，６ＦＬの各開度を缶後側の制御ダンパ６ＲＲ，ＲＬの各開度よりも大きくするように制御している。

上記した石炭焚きタワーボイラ装置１の運転方法では、石炭焚きボイラ１０内の負荷状況に応じて、とくに、石炭焚きボイラ１０内の負荷率が５５％以下の低負荷（Ｌ）の状況で運転する場合において、缶前左側二段燃焼用ポート１３ＦＬ及び缶後右側二段燃焼用ポート１３ＲＲを通して供給する二次空気の量Ａよりも、缶前右側二段燃焼用ポート１３ＦＲ及び缶後左側二段燃焼用ポート１３ＲＬを通して供給する二次空気の量Ｂを大きくして、燃焼ガス流Ｓの壁幅方向への不安定な移動を拘束するので、燃焼ガス流Ｓの缶幅方向の揺らぎが抑えられることとなる。

そこで、石炭焚きボイラ１０内の負荷率が５５％以下の低負荷（Ｌ）の状況下において、缶前右側制御ダンパ６ＦＲ及び缶後左側制御ダンパ６ＲＬの各開度を一括して大きくすると共に、缶前左側制御ダンパ６ＦＬ及び缶後右側制御ダンパ６ＲＲの各開度を一括して小さくするように制御した際の運転データを採取したところ、図５に示す結果を得た。

図５に示すように、上記バイアス制御を実施した状態（図中多数のドットを付した範囲）では、壁幅方向左側の蒸気温度Ｌと壁幅方向右側の蒸気温度Ｒとの差が減った状態で安定することが確認でき、加えて、石炭焚きタワーボイラ装置１の下流側に位置する脱硝装置入口におけるＮＯｘが低減すると共にその変動幅も少なく抑えられることが確認できた。

上記した実施形態では、本発明に係る対向燃焼ボイラ装置が石炭焚きタワーボイラ装置である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。

１ 石炭焚きタワーボイラ装置（対向燃焼ボイラ装置）
３ バーナ
６ＦＬ 缶前左側制御ダンパ
６ＦＲ 缶前右側制御ダンパ
６ＲＬ 缶後左側制御ダンパ
６ＲＲ 缶後右側制御ダンパ
１０ 石炭焚きボイラ（対向燃焼ボイラ）
１１ 缶前壁
１２ 缶後壁
１３ＦＬ 缶前左側二段燃焼用ポート
１３ＦＲ 缶前右側二段燃焼用ポート
１３ＲＬ 缶後左側二段燃焼用ポート
１３ＲＲ 缶後右側二段燃焼用ポート
２０ 制御部
Ａ，Ｂ 二次空気の量
Ｓ 燃焼ガスの流れ

Claims (2)

1. 互いに対向する缶前壁及び缶後壁を具備して、これらの缶壁に、燃料及び一次空気が供給されるバーナをそれぞれ複数配置すると共に、二次空気を通す二段燃焼用ポートを前記バーナの上方で且つ壁幅方向にそれぞれ複数並べて配置して成る対向燃焼ボイラを備えた対向燃焼ボイラ装置の運転方法であって、
   前記対向燃焼ボイラ内の負荷率が所定値以下の低負荷状況下において、前記缶前左側二段燃焼用ポート及びこの缶前左側二段燃焼用ポートと対角を成す缶後右側二段燃焼用ポートから該対向燃焼ボイラ内にそれぞれ供給する二次空気と、前記缶前右側二段燃焼用ポート及びこの缶前右側二段燃焼用ポートと対角を成す缶後左側二段燃焼用ポートから該対向燃焼ボイラ内にそれぞれ供給する二次空気の量との間に差を与えて、燃焼ガス流の前記対向燃焼ボイラにおける缶幅方向の揺らぎを拘束する
   ことを特徴とする対向燃焼ボイラ装置の運転方法。
2. 互いに対向する缶前壁及び缶後壁を具備して、これらの缶壁に、燃料及び一次空気が供給されるバーナをそれぞれ複数配置すると共に、二次空気を通す二段燃焼用ポートを前記バーナの上方で且つ壁幅方向にそれぞれ複数並べて配置して成る対向燃焼ボイラと、
   この対向燃焼ボイラにおける前記缶前壁の壁幅方向左右側にそれぞれ位置する缶前左側二段燃焼用ポート及び缶前右側二段燃焼用ポートを通して該対向燃焼ボイラ内に供給する二次空気の量を一括制御する缶前左側制御ダンパ及び缶前右側制御ダンパと、
   前記対向燃焼ボイラにおける前記缶後壁の壁幅方向左右側にそれぞれ位置する缶後左側二段燃焼用ポート及び缶後右側二段燃焼用ポートを通して該対向燃焼ボイラ内に供給する二次空気の量を一括制御する缶後左側制御ダンパ及び缶後右側制御ダンパと、
   前記缶前左側制御ダンパ，缶前右側制御ダンパ，缶後左側制御ダンパ及び缶後右側制御ダンパの各開度を変化させる制御部を備え、
   前記制御部は、前記対向燃焼ボイラ内の負荷率が所定値以下の低負荷状況下において、前記缶前左側二段燃焼用ポート及びこの缶前左側二段燃焼用ポートと対角を成す缶後右側二段燃焼用ポートから該対向燃焼ボイラ内にそれぞれ供給する二次空気の量と、前記缶前右側二段燃焼用ポート及びこの缶前右側二段燃焼用ポートと対角を成す缶後左側二段燃焼用ポートから該対向燃焼ボイラ内にそれぞれ供給する二次空気の量との間に差を与えて、燃焼ガス流の前記対向燃焼ボイラにおける缶幅方向の揺らぎを拘束するべく、前記缶前左側制御ダンパ，缶前右側制御ダンパ，缶後左側制御ダンパ及び缶後右側制御ダンパの各開度を一括して変化させる
   ことを特徴とする対向燃焼ボイラ装置。