JP2013019552A - 高温空気燃焼ボイラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギ化を可能とした高温空気燃焼ボイラシステムを提供する。
【解決手段】ボイラ火炉１の炉壁に、微粉炭を噴出する微粉炭バーナ５と高温燃焼用空気を噴出する燃焼空気ノズル６とを設け、燃焼空気ノズル６に空気予熱器４で予熱された燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給ライン１１が接続され、煙道１５と燃焼用空気供給ライン１１とをエアエジェクタ１８を有する排ガス抽出ライン１６で接続し、エアエジェクタ１８に、排ガス排気ライン１２より低温の排ガスを吸引しエアエジェクタ１８に作動流体として供給する作動流体供給ライン１９を接続し、エアエジェクタ１８により排ガス抽出ライン１６を介して抽出しされた高温の排ガスが燃焼用空気に混合され、高温燃焼用空気として燃焼空気ノズル６に供給される様構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、微粉炭を高温空気燃焼させる高温空気燃焼ボイラシステムに関するものである。

高温の燃焼用空気を燃料とは分離した空気ノズルで供給し、高温状態とした炉内に微粉炭を噴射し、還元雰囲気で燃焼させる高温空気燃焼方式のボイラ装置（以下、高温空気燃焼ボイラ装置）がある。高温空気燃焼ボイラ装置では、炉内を高温にできることから、火炉の小型化が可能であり、又酸素濃度の低い還元雰囲気で燃焼を行わせることができるので、窒素酸化物発生を抑制することができるという利点がある。

高温空気燃焼では、燃焼用空気を６００℃〜８００℃程度迄昇温させる必要がある。燃焼用空気を昇温させる方法としては、大気を昇圧させると共にボイラ排ガスと熱交換させ、更に加熱手段を用いて６００℃〜８００℃程度迄昇温させる方法があり、又他の方法としてボイラ排ガスを直接空気に混合させ、昇温する方法がある。

前者の方法では加熱手段による昇温が必要であり、加熱手段を別途必要とすること、更に加熱の為のエネルギを必要とする等の問題があり、後者の方法では高温の排ガスを抽出する手段が必要であるが、抽出する手段としてブロアが用いられる場合は、排ガスの高温に耐えられない、若しくは寿命が短い等の問題がある。又、高温の排ガスを抽出する手段として特許文献１に示されるものがある。

特許文献１では、常温の空気を昇圧してエアエジェクタの作動流体として用い、エアエジェクタにより火炉より排ガスを抽出し、作動流体（空気）と混合された高温燃焼空気として供給する様にしている。

特開２００５−２６５２９９号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、燃焼用空気を昇温させる熱源としてエアエジェクタで抽出した排ガスを使用し、エアエジェクタの作動流体として常温より高温の排ガスを用いることで、より省エネルギ化を可能とした高温空気燃焼ボイラシステムを提供するものである。

本発明は、ボイラ火炉と、該ボイラ火炉に煙道を介して設けられた熱回収部と、該熱回収部からの排ガスを排気する排ガス排気ラインと、該排ガス排気ラインに設けられた空気予熱器と、前記ボイラ火炉の炉壁に設けられ微粉炭を噴出する微粉炭バーナと高温燃焼用空気を噴出する燃焼空気ノズルとを有し、微粉炭を炉内に噴出して高温空気燃焼させる高温空気燃焼ボイラシステムであって、前記燃焼空気ノズルに前記空気予熱器で予熱した燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給ラインが接続され、前記煙道と前記燃焼用空気供給ラインとが排ガス抽出ラインによって接続され、該排ガス抽出ラインにエアエジェクタが設けられると共に該エアエジェクタに作動流体供給ラインが接続され、該作動流体供給ラインは前記排ガス排気ラインの前記熱回収部より下流側に接続され、前記排ガス排気ラインより低温の排ガスを吸引し、前記エアエジェクタに作動流体として供給し、該エアエジェクタにより前記排ガス抽出ラインを介して高温の排ガスが抽出され、前記燃焼用空気に前記高温の排ガスが混合され、前記燃焼用空気が昇温され、高温燃焼用空気として前記燃焼空気ノズルに供給される様構成された高温空気燃焼ボイラシステムに係るものである。

又本発明は、前記排ガス排気ラインの前記空気予熱器の下流側に集塵装置が設けられ、前記作動流体供給ラインは前記排ガス排気ラインの前記集塵装置の下流側に接続された高温空気燃焼ボイラシステムに係るものである。

又本発明は、前記作動流体供給ラインは前記空気予熱器の上流側に接続され、前記作動流体供給ラインに第２サイクロン集塵機、ガス再循環送風機が設けられた高温空気燃焼ボイラシステムに係るものである。

本発明によれば、ボイラ火炉と、該ボイラ火炉に煙道を介して設けられた熱回収部と、該熱回収部からの排ガスを排気する排ガス排気ラインと、該排ガス排気ラインに設けられた空気予熱器と、前記ボイラ火炉の炉壁に設けられ微粉炭を噴出する微粉炭バーナと高温燃焼用空気を噴出する燃焼空気ノズルとを有し、微粉炭を炉内に噴出して高温空気燃焼させる高温空気燃焼ボイラシステムであって、前記燃焼空気ノズルに前記空気予熱器で予熱した燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給ラインが接続され、前記煙道と前記燃焼用空気供給ラインとが排ガス抽出ラインによって接続され、該排ガス抽出ラインにエアエジェクタが設けられると共に該エアエジェクタに作動流体供給ラインが接続され、該作動流体供給ラインは前記排ガス排気ラインの前記熱回収部より下流側に接続され、前記排ガス排気ラインより低温の排ガスを吸引し、前記エアエジェクタに作動流体として供給し、該エアエジェクタにより前記排ガス抽出ラインを介して高温の排ガスが抽出され、前記燃焼用空気に前記高温の排ガスが混合され、前記燃焼用空気が昇温され、高温燃焼用空気として前記燃焼空気ノズルに供給される様構成されたので、前記作動流体には排ガスが用いられ、排ガスは常温より高い温度を有しており、前記エアエジェクタで抽出される高温の排ガスの温度が低下するのを抑制し、高温の状態を維持して高温の排ガスを燃焼用空気に混合させることができ、省エネルギ化が図れるという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例を示す概略構成図である。 本発明の第２の実施例を示す概略構成図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて本発明の第１の実施例を説明する。

図１に於いて、１は火炉、２は再加熱器、節炭器等が配設された熱回収部、３は排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置、４は排ガスの余熱を熱源とした空気予熱器、５は炉壁に設けられた所要数の微粉炭バーナ、６は炉壁に設けられた燃焼空気ノズル、７は燃焼用空気を送出する燃焼空気送風機、８は排気ガスを排出する排ガス送風機を示している。

前記微粉炭バーナ５と前記燃焼空気ノズル６とは水平方向に所定ピッチで交互に配設されている。又、前記微粉炭バーナ５、前記燃焼空気ノズル６は上下に複数段（図示では２段を例示している）配設され、前記微粉炭バーナ５と前記燃焼空気ノズル６は上下で隣接する配置となっている。即ち、前記微粉炭バーナ５と前記燃焼空気ノズル６とは、水平方向、上下方向でそれぞれ交互に配置されている。

尚、交互に配設された前記微粉炭バーナ５と前記燃焼空気ノズル６は、一段であってもよい。

前記微粉炭バーナ５には微粉炭ミル（図示せず）から微粉炭と空気の混合流である微粉炭・空気混合流（以下、微粉炭混合流）が供給される様になっている。

前記燃焼空気ノズル６には燃焼用空気供給ライン１１が接続され、該燃焼用空気供給ライン１１の上流端には前記燃焼空気送風機７が設けられている。前記燃焼用空気供給ライン１１には前記空気予熱器４が設けられている。

前記熱回収部２には排ガス排気ライン１２が設けられ、該排ガス排気ライン１２には前記熱回収部２から下流側に向って前記脱硝装置３、前記空気予熱器４、集塵装置１３、例えば電気集塵装置或はバグフィルタが設けられている。前記空気予熱器４では、脱硝後の排ガスと前記燃焼空気送風機７から送出された燃焼用空気とが熱交換される様になっている。

前記火炉１の排ガス出口の煙道１５に排ガス抽出ライン１６の上流端が接続され、該排ガス抽出ライン１６の下流端は前記燃焼用空気供給ライン１１の前記空気予熱器４より下流側に接続されている。又、前記排ガス抽出ライン１６には上流側より、サイクロン集塵機１７、エアエジェクタ１８が設けられている。

該エアエジェクタ１８には作動流体供給ライン１９が接続され、該作動流体供給ライン１９は前記排ガス排気ライン１２の集塵装置１３より下流側に接続され、前記排ガス排気ライン１２にはガス再循環送風機２０が設けられている。

以下、第１の実施例の作用について説明する。

尚、前記火炉１の燃焼状態は、定常の高温空気燃焼が実現されているものとする。又、高温空気燃焼が実現される迄（炉内が定常高温空気燃焼となる高温に達する迄）はガスバーナ、オイルバーナ、微粉炭バーナ等による過渡的な燃焼が行われる。

火炉１からの排ガスは、前記熱回収部２を経て前記脱硝装置３で脱硝され、前記空気予熱器４を経て前記集塵装置１３で排ガス中の塵埃が除去され、前記排ガス送風機８により吸引され、排出される。尚、前記集塵装置１３から吸引される排ガスの温度は１５０℃程度となっている。

前記燃焼空気送風機７から送出された燃焼用空気は、前記空気予熱器４で排ガスと熱交換され、２５０℃〜３５０℃に予熱される。

前記作動流体供給ライン１９を介して前記集塵装置１３から排気される排ガスの一部が前記ガス再循環送風機２０により吸引され、更に該ガス再循環送風機２０によって昇圧されて作動流体として前記エアエジェクタ１８に供給される。上記した様に、前記ガス再循環送風機２０が吸引する排ガスの温度は１５０℃程度と低温であるので、前記ガス再循環送風機２０は特に耐熱用の送風機を使用しなくてもよい。

前記エアエジェクタ１８に作動流体が供給されることで、前記排ガス抽出ライン１６を介して前記煙道１５から排ガスが抽出される。抽出された排ガスは、前記サイクロン集塵機１７を経ることでフライアッシュ（灰塵）が除去され、前記排ガス抽出ライン１６を経て前記空気予熱器４からの燃焼用空気と混合される。

前記煙道１５を流れる排ガスは、前記火炉１を出た直後であり、１３００℃〜８００℃と高温である（以下、抽出した排ガスを高温排ガスと称す）。前記作動流体は、常温の空気ではなく、１５０℃の排ガスであり、又作動流体の流量は、抽出する排ガス流量に対して少ないので、高温排ガスの温度低下を少なく抑えることができる。

高温排ガスを前記燃焼用空気に混合させることで、燃焼用空気の温度を６００℃〜８００℃に昇温させることができ、高温燃焼用空気として前記燃焼空気ノズル６に供給することができる。又、燃焼用空気に高温排ガスを混合させることで、高温燃焼用空気の酸素濃度を１６％程度に減少させることができ、炉内での還元燃焼雰囲気を実現する。

尚、図示していないが、前記作動流体供給ライン１９又は前記排ガス抽出ライン１６に、或は前記作動流体供給ライン１９と前記排ガス抽出ライン１６とに流量調整ダンパを設けることで高温排ガスの抽出流量、即ち燃焼用空気に混合させる高温排ガスの流量を調整することができる。又、前記燃焼用空気供給ライン１１に流量調整ダンパ（図示せず）を設けることで、燃焼用空気の流量を調整することができる。

上記した様に、前記排ガス抽出ライン１６と前記燃焼用空気供給ライン１１とは別ラインとなっており、それぞれ個別に流量調整が行えるので、高温燃焼用空気の温度調整、流量調整を燃焼状態に適合させる様制御することができる。

前記微粉炭バーナ５からは微粉炭混合流が高温の炉内に噴出され、微粉炭混合流中の微粉炭は、噴出された後、炉内で燃焼用空気と接触し、発火し、還元雰囲気で燃焼し、高温空気燃焼が行われる。

図２により、第２の実施例を説明する。尚、図２中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施例では、エアエジェクタ１８の作動流体としてより高温の排ガスを使用する様にしたものであり、第１の実施例に対し作動流体供給ライン２２を変更したものである。

前記作動流体供給ライン２２の上流端を前記排ガス排気ライン１２の脱硝装置３より上流側に接続し、熱回収部２から排気されたガスを作動流体として吸引する。前記排ガス排気ライン１２とエアエジェクタ１８とを接続する前記作動流体供給ライン２２に、上流側（排ガス排気ライン１２側）から第２サイクロン集塵機２３、ガス再循環送風機２０が設けられる。

該ガス再循環送風機２０は、前記第２サイクロン集塵機２３を介して、前記排ガス排気ライン１２から排ガスを作動流体として吸引する。

前記脱硝装置３の上流側を流れる排ガスの温度は、３５０℃〜４００℃である。又該排ガスは、除塵されていない状態であるのでフライアッシュを含んでいる。排ガスが前記第２サイクロン集塵機２３を通過することでフライアッシュが除去され、又排ガスの温度は３００℃〜３５０℃程度迄低下する。従って、前記ガス再循環送風機２０が吸引する排ガスの温度は、３００℃〜３５０℃程度と低温であり、通常の送風機を使用することができる。

前記ガス再循環送風機２０で昇圧された作動流体が、前記エアエジェクタ１８に供給されることで、該エアエジェクタ１８により高温排ガスが抽出される。又、作動流体が３００℃〜３５０℃程度と温度が高いことから、高温排ガスの温度低下が抑制できる。従って、燃焼用空気に混合する高温排ガスの温度が高くなることから、燃焼用空気の温度を第１の実施例より更に高くすることができ、高温空気燃焼を実現する自由度を高めることができる。

１ 火炉
２ 熱回収部
３ 脱硝装置
４ 空気予熱器
５ 微粉炭バーナ
６ 燃焼空気ノズル
７ 燃焼空気送風機
８ 排ガス送風機
１１ 燃焼用空気供給ライン
１２ 排ガス排気ライン
１３ 集塵装置
１５ 煙道
１６ 排ガス抽出ライン
１７ サイクロン集塵機
１８ エアエジェクタ
１９ 作動流体供給ライン
２０ ガス再循環送風機
２２ 作動流体供給ライン
２３ 第２サイクロン集塵機

Claims (3)

1. ボイラ火炉と、該ボイラ火炉に煙道を介して設けられた熱回収部と、該熱回収部からの排ガスを排気する排ガス排気ラインと、該排ガス排気ラインに設けられた空気予熱器と、前記ボイラ火炉の炉壁に設けられ微粉炭を噴出する微粉炭バーナと高温燃焼用空気を噴出する燃焼空気ノズルとを有し、微粉炭を炉内に噴出して高温空気燃焼させる高温空気燃焼ボイラシステムであって、前記燃焼空気ノズルに前記空気予熱器で予熱した燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給ラインが接続され、前記煙道と前記燃焼用空気供給ラインとが排ガス抽出ラインによって接続され、該排ガス抽出ラインにエアエジェクタが設けられると共に該エアエジェクタに作動流体供給ラインが接続され、該作動流体供給ラインは前記排ガス排気ラインの前記熱回収部より下流側に接続され、前記排ガス排気ラインより低温の排ガスを吸引し、前記エアエジェクタに作動流体として供給し、該エアエジェクタにより前記排ガス抽出ラインを介して高温の排ガスが抽出され、前記燃焼用空気に前記高温の排ガスが混合され、前記燃焼用空気が昇温され、高温燃焼用空気として前記燃焼空気ノズルに供給される様構成されたことを特徴とする高温空気燃焼ボイラシステム。
2. 前記排ガス排気ラインの前記空気予熱器の下流側に集塵装置が設けられ、前記作動流体供給ラインは前記排ガス排気ラインの前記集塵装置の下流側に接続された請求項１の高温空気燃焼ボイラシステム。
3. 前記作動流体供給ラインは前記空気予熱器の上流側に接続され、前記作動流体供給ラインに第２サイクロン集塵機、ガス再循環送風機が設けられた請求項１の高温空気燃焼ボイラシステム。

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