JP2017044391A - 燃焼装置の風煙道構造 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼排ガスの熱エネルギーを効果的に回収してユニット効率の向上を図り、煙道が破損した場合でも、燃焼排ガスが外気へ直接拡散されることを防ぐ燃焼装置の風煙道装置を提供する。【解決手段】発電用等の燃焼装置の風煙道構造において、押込通風機５により昇圧した空気をボイラ本体２の火炉２１に供給する風道４と、火炉２１から燃焼排ガスを排出する煙道６と、を備え、ボイラ本体２と煙道６の少なくとも煙突１１下部までを風道４の内部に配置する。煙道上に、火炉２１から排出される燃焼排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去する排煙脱硝装置７と、この排煙脱硝装置で窒素酸化物が除去された燃焼排ガスと火炉へ供給される空気とを熱交換させる空気予熱器８と、空気予熱器を通過した燃焼排ガスに含まれる灰を捕集する電気集塵装置９と、前記電気集塵装置で灰が捕集された燃焼排ガスを排出する煙突１１と有する場合には、これら諸設備を風道内に配置する。【選択図】 図１

Description

本発明は、燃焼装置の風道、煙道構造に関するもので、より詳しくは、燃焼排ガスの熱エネルギーを、風道を介して導入する燃焼用空気に効果的に回収することが可能な風煙道構造に関する。

従来の発電用燃焼装置に用いられる風煙道は、特許文献１，２等で示されるような概略構成を有しており、これを、図５において説明すると、従来の風煙道構造は、押込通風機１００により昇圧された燃焼用空気を風道１０１を経由してボイラ本体１０２の火炉１０２ａに供給し、その際、風道１０１を流れる燃焼用空気を空気予熱器１０３において後述する煙道１０４を流れる燃焼排ガスと熱交換して加熱し、この加熱した燃焼用空気を火炉１０２ａに導入するようにしている。

火炉１０２ａ内ではボイラ負荷に応じた燃焼量を得るために燃料油等の化石燃料の燃焼により給水を加熱して蒸気を発生させるが、火炉１０２ａから排出した燃焼排ガスは煙道１０４を通過して煙突１１０から排出される。煙道１０４を流れる燃焼排ガスは、その途中に設置された排煙脱硝装置１０５により、燃焼排ガス中の窒素酸化物(ＮＯｘ)がアンモニアの注入と触媒を用いて無害な窒素と水に分解され、脱硝された燃焼排ガスを空気予熱器１０３で風道１０１を通過する燃焼用空気と熱交換した後、電気集塵装置１０６で燃焼排ガス中に含まれる灰等が集塵され、煙突１１０から大気中に放出されるようになっている。

このように、従来においては、風道１０１と煙道１０４とは、別個独立の通路として形成され、風道１０１を通過する燃焼用空気は、空気予熱器１０３によってのみ燃焼排ガス中の熱エネルギーを回収するようにしていた。

特開平０９−１３３３３７号公報 特開平０５−２７２７０９号公報

しかしながら、従来の燃焼装置の風煙道構造においては、ボイラ本体で発生した高温の燃焼ガスは、空気予熱器によってのみ燃焼用空気に熱回収され、ボイラ本体や煙道からの放熱を燃焼用空気に回収できない構造となっており、ボイラ本体や煙道から放熱される熱エネルギーはそのまま大気へ放出されて、有効に利用されず、燃焼装置の熱交換効率の低下、引いては燃費の低下を招いていた。
また、従来の風煙道の構造においては、煙道が雨水等による腐食等で破損した場合には、煙道から大気中に直接燃焼排ガスが放出し、拡散してしまう不都合がある。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、燃焼排ガスの熱エネルギーを効果的に回収して熱交換効率の向上を図り、また、煙道が破損した場合でも、燃焼排ガスが外気に直接拡散されることを防ぐことが可能な燃焼装置の風煙道構造を提供することを主たる課題としている。

上記課題を達成するために、本発明に係る風煙道装置は、押込通風機により昇圧した空気をボイラ本体の火炉に供給する風道と、前記ホイラ本体から燃焼排ガスを排出するための煙道と、を備え、前記ボイラ本体及び前記煙道の少なくとも煙突の下部までを前記風道の内部に配置したことを特徴としている。

したがって、ボイラ本体と煙道の煙突下部までを風道で覆う構成としたので、空気予熱器のみならず、ボイラ本体や煙道から放出される燃焼排ガスの熱エネルギーも燃焼用空気に回収することが可能となり、燃焼用空気は、風道に導入されてからボイラ本体の火炉に至るまでのほぼ全区間において燃焼排ガスと熱交換され、効果的に温度を高められた状態で火炉へ導かれることになる。

ここで、前記煙道には、前記火炉から排出される燃焼排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去するための排煙脱硝装置と、この排煙脱硝装置で窒素酸化物が除去された燃焼排ガスと前記火炉へ供給される空気とを熱交換させるための空気予熱器と、前記空気予熱器を通過した燃焼排ガスに含まれる灰を捕集する電気集塵装置と、前記電気集塵装置で灰が捕集された燃焼排ガスを排出する煙突とを配置する構成が基本であるが、燃焼装置として、さらに、燃焼排ガス中のＮＯｘなどの有害物質を除去する排煙脱硫装置などの他の諸設備を有する場合には、それらの諸設備も風道の内部におくことが好ましい。

ところで、煙道を風道の内側に配置したことにより、煙道上にある所設備のメンテナンス等の便宜のために、前記風道を構成する壁部には、内部に配置される前記煙道の諸設備の近傍に人が出入り可能な扉を設けることが好ましい。

また、上述した構成において、押込通風機を複数設け、その直近に開閉ダンパを配して、燃焼用空気の導入量や昇圧値を調整するようにしても、また、平衡通風を実現するために、前記煙道に誘引通風機をさらに設けるようにしてもよい。

以上述べたように、本発明の風煙道装置によれば、ボイラ本体及び煙道の少なくとも煙突の下部までを前記風道の内部に配置する構成としたので、ボイラ本体や煙道から放出される燃焼排ガスの熱エネルギーを効果的に回収して、燃焼装置の熱交換効率の向上を図ることが可能となる。
また、煙道が破損した場合でも燃焼用空気が煙道へ流入するだけで燃焼排ガスが外気に直接拡散されることを防ぐことができるので、環境に影響を与えることがなくなる。
さらに、煙道を風道で覆う構成であるため、煙道上で生じる音の遮音効果を高めることが可能となり、騒音を低減することも可能となる。

図１は、本発明に係る燃焼装置の風煙道構造を示す全体構成図である。 図２は、図１に係る風煙道装置の風道と煙道との断面形状例を示す図であり、（ａ）は煙道上の設備の周囲を風道が覆っている部分の断面概略形状を示す図、（ｂ）は、煙道の設備間の排ガスダクトの周囲を風道が覆っている部分の断面概略形状を示す図、（ｃ）は、（ｂ）の変形例を示す図である。 図３は、本発明に係る風煙道装置の他の構成例を示す全体構成図である。 図４は、本発明に係る風煙道装置の更に他の構成例を示す全体構成図である。 図５は、従来の燃焼装置の風煙道装置の構成を示す図である。

以下、この発明の実施形態について図面により説明する。
図１において、発電用として用いられる燃焼装置１の一例が示されている。この燃焼装置１で用いられるボイラ本体２は、コンベンショナル型のもので、灰排出底部の上方に中空形状をなして鉛直方向に立設された火炉２１を備え、この火炉２１で燃料油などの化石燃料等を燃焼可能としている。また、ボイラ本体２は、火炉２１に続いて、この火炉２１で加熱されたガスが通過する副側壁２２と、後部伝熱部２３とを備えている。

ボイラ本体２を構成する火炉壁の下部には、燃焼器３が設けられ、この燃焼器３は、火炉壁に装着された複数の化石燃料用の燃焼バーナ３１を有している。この燃焼バーナ３１には、図示しない燃料油供給部（原油貯蔵タンク）から供給配管３２を介して燃料油が供給されるようになっている。

また、燃焼装置１は、各燃焼バーナ３１に燃焼用空気を供給可能な後述する風道４を備えており、この風道４の最上流側には、押込通風機５が配置されている。この押込通風機５により、導入空気を昇圧して風道４を介して前記火炉２１に導くようにしている。

ボイラ本体２の火炉２１の上部や後部伝熱部２３には、対流熱交換部として燃焼排ガスの熱を回収するために、図示しない過熱器や、再熱器などが設けられており、火炉２１での燃焼で発生した燃焼排ガスと水との間で熱交換が行われ、過熱蒸気や再熱蒸気をタービンへ供給するようになっている。

そして、ボイラ本体２の燃焼排ガスの排ガス出口２ａから煙突１１にかけて、燃焼排ガスを排出するための煙道６が形成されている。この煙道６には、ボイラ本体２から排出した燃焼排ガス中の窒素酸化物(ＮＯｘ)をアンモニアの注入と触媒を用いて無害な窒素と水に分解する排煙脱硝装置７が設けられ、その下流側には、風道４を流れる燃焼用空気と煙道６を流れる燃焼排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ３１に供給する燃焼用空気を昇温する空気予熱器８が配置され、また、空気予熱器８より下流側には、脱硝された燃焼排ガス中に含まれる灰等を集塵する電気集塵装置９が設けられ、この電気集塵装置９で灰等が除去された後の燃焼排ガスを煙突を１１介して大気中に放出するようにしている。

なお、上述した煙道６に配置された設備間、即ち、ボイラ本体２と排煙脱硝装置７との間、排煙脱硝装置７と空気予熱器８との間、空気予熱器８と電気集塵装置９との間、電気集塵装置９と煙突１１との間は、それぞれ排ガスダクト１０ａ,１０ｂ，１０ｃ，１０ｄで接続されている。

したがって、燃焼用空気と化石燃料（燃料油）をボイラ本体２の火炉２１に噴射して燃焼バーナ３１を着火すると、ボイラ本体２の火炉２１では火炎が生じ、燃焼ガスがこの火炉２１を上昇し、副側壁２２を介して後部伝熱部２３へ導かれ、煙道６を通って排出される。

この際、図示しない給水ポンプから供給された水は、図示しない過熱器を通過する際に燃焼ガスによって過熱され、この過熱器で生成された過熱蒸気は、図示しない発電プラント（例えば、タービン）に供給され、また、タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気は、図示しない再熱器に導入され、前記燃焼ガスによって再度加熱されてタービンに戻されるようになっている。

ところで、風道４は、煙突１１の下部周囲からボイラ本体２までを囲むように形成され、ボイラ本体２と煙道６の煙突１１の下部までを風道４の内部に配置するようにしている。この例では、煙突１１のボイラ本体側とは反対側（電気集塵装置９とは反対側）に押込通風機５を配した空気導入通路４ａが形成され、その空気導入通路４ａの押込通風機５の上流側に消音器１６が配置されている。

この風道４は、図面上、ボイラ本体２及び煙道６の諸設備（排煙脱硝装置７、空気予熱器８、電気集塵装置９）や排ガスダクト１０ａ〜１０ｄを大きく囲むように形成されているが、風道内を流れる燃焼用空気が、ボイラ表面や煙道表面と接触しやすいように、また、通風抵抗が大きくならず、且つ、煙道６の諸設備や排ガスダクト１０ａ〜１０ｄの周囲をできるだけ偏らずに流れるように、煙道６と風道４の側壁との間が所定の間隔に設定されている。

例えば、煙道６に配される各設備においては、これをドーム状に覆うように囲んで、周囲に略均等な巾の通風路が形成されるようにし（図２（ａ）参照）、また、煙道６の設備間を接続する排ガスダクト１０ａ〜１０ｄの部分は、排ガスダクト１０ａ〜１０ｄが断面矩形状であれば、この排ガスダクト１０ａ〜１０ｄを風道４の中央に配して、その周囲に均等の間隔で通風路が形成されるように風道４も断面矩形状に形成し（図２（ｂ）参照）、排ガスダクト１０ａ〜１０ｄが断面円形状であれば、風道４もダクトの断面形状に合わせて断面円形状にするとよい（図２（ｃ）参照）。

このような風道４は、ボイラ本体２の外周壁に設けられた空気導入口３３を介して風箱３４に連通し、このため、この風箱３４に供給された空気を各燃焼バーナ３１に供給できるようになっている。

なお、この構成例では、空気予熱器８は、上下に二分されており、それぞれの空気予熱器８の通風路の一部分（約半分）に煙道６を流れる燃焼ガスを通過させ、空気予熱器８の通風路の残りの部分（約半分）に風道４を流れる燃焼用空気を通過させるようにしている。また、空気予熱器８の周囲は、風道４を流れる燃焼用空気の全てが空気予熱器を通過して燃焼排ガスと熱交換されるように、風道４を画成する外壁と空気予熱器８との間に隙間が形成されないようにしている。

また、この例において、燃焼装置１は、少ない空気で完全燃焼させるために、ボイラ本体２の排ガス出口２ａに酸素センサ１２を設け、排ガス出口２ａの燃焼ガス中のＯ_２（酸素）濃度を測定している。
さらに、煙道６に設けられる所設備の位置に対応した風道４の外壁部分には、作業員が出入り可能な扉１３ａ〜１３ｄが形成されている。この例では、ボイラ本体２の下部脇、排煙脱硝装置７の近傍、空気予熱器８の近傍、電気集塵装置９の近傍にそれぞれ扉１３ａ〜１３ｄが形成されている。

以上の構成において、押込通風機５が回転すると、空気導入通路４ａから燃焼用空気が吸引され、この空気は、押込通風機５により昇圧されて風道４をボイラ本体２の火炉２１に向かって流れる。即ち、燃焼用空気は、煙突１１の下部周囲を通過した後に煙突１１と電気集塵装置９とを接続する排ガスダクト１０ｄの周囲を流れ、その後、電気集塵装置９の周囲を流れた後に電気集塵装置９と空気予熱器８とを接続する排ガスダクトの１０ｃ周囲を流れ、空気予熱器８に至る。これにより、風道４に導入された空気は、煙突１１の下部から放熱される熱、排ガスダクト１０ｄから放熱される熱、電気集塵装置９から放熱される熱、排ガスダクト１０ｃから放熱される熱を回収した後に空気予熱器８を通過し、ここで、更に燃焼排ガスの熱と熱交換してさらに温度が高められる。

そして、空気予熱器８を通過した燃焼用空気は、空気予熱器８と排煙脱硝装置７との接続する排ガスダクト１０ｂの周囲、排煙脱硝装置７の周囲、排煙脱硝装置７とボイラ本体２とを接続する排ガスダクト１０ａの周囲を通り、その後、ボイラ本体２の周囲を適宜通過してボイラ本体２の空気導入口３３からボイラ本体２の風箱３４に入り燃焼バーナ３１へ導かれる。このため、空気予熱器８を通過した空気は、空気予熱器８と排煙脱硝装置７との接続する排ガスダクト１０ｂから放熱される熱、排煙脱硝装置７から放熱される熱、排煙脱硝装置７とボイラ本体２を接続する排ガスダクト１０ａから放熱される熱、及び、ボイラ本体２から放熱される熱をさらに吸収して温度が高められ、その状態でボイラ本体内に導かれる。

したがって、ボイラ本体内に導かれた燃焼用空気は、煙道６から放熱された熱を各所で回収するのでかなりの高温となっており、ボイラ本体内での燃焼効率を高くすることが可能となる。

また、ボイラ本体２や煙道６の煙突下部までが風道４を構成する外壁で覆われているので、煙道６の一部が破損した場合でも燃焼用空気が風道４から煙道６内に漏れるだけであり、大気へ燃焼排ガスが放出拡散されることはなく、環境に影響を与えることはなくなる。

さらに、ボイラ本体２の排ガス出口２ａに酸素センサ１２を設け、排ガス出口２ａの燃焼ガス中のＯ_２（酸素）濃度を測定しているので、煙道６に穴が開いた場合には、燃焼排ガスより燃焼用空気の圧力のほうが高くなるため、燃焼用空気が煙道６に流れ込み、ボイラに入る空気量が少なくなって酸素センサ１２による酸素量計測値が下がってくる。すると，酸素センサ１２の計測値を所定の値に維持するように（所定の酸素濃度を確保して燃焼が悪くならないようにするために）、押込通風機５の回転数を上げたり、図示しない押込通風機５用のダンパ開度を大きくしたりして空気量を増加させる。このため、押込通風機５の回転数や押込通風機５のダンパ開度の変化を監視することで，煙道６の穴あきを発見することが可能となる。

なお、上述の構成においては、風道４の最上流側に押込通風機５を設けて燃焼用空気を風道４に押し込む押込通風の例を示したが、煙道６の途中（例えば、煙突１１の内部）に、誘引通風機１４をさらに設けて平衡通風としてもよい。
また、上述の構成例では、押込通風機５を、風道４の最上流側に１箇所設けた例を示したが、図３に示されるように、押込通風機５を複数設け（この例では、２つの空気導入通路４ａ，４ｂを設けてそれぞれの導入通路に押込通風機５ａ，５ｂを設け）、それぞれの押込通風機５ａ，５ｂの直近（それぞれの空気導入通路４ａ，４ｂ）に開閉ダンパ１５ａ，１５ｂを配置して、稼動していない押込通風機５ａ，５ｂの導入口を閉塞して風道に一旦導入された空気が大気へ放出されない（逃げない）ようにしてもよい。

さらに、上述の例では、風道４をボイラ本体２と煙道６の煙突１１の下部までを覆う構造としたが、煙突１１から放熱される熱も有効に回収するために、図４に示されるように、煙突１１の略全長に亘って風道４で囲み（空気導入通路４ａを煙突上部まで延長して風道４内に煙突１１の上部までを配置し）、空調用空気を煙突１１の上端部から風道４に導入するようにしてもよい。
このような構成によれば、煙突１１の外表面から放熱される熱エネルギーをも回収することが可能となり、熱エネルギーの大気中への放熱を更に低減することが可能となる。

なお、上述の燃焼装置１では、煙道に排煙脱硝装置７、空気予熱器８、電気集塵装置９を配置した構成例を示したが、燃焼排ガス中のＮＯｘなどの有害物質を除去する排煙脱硫装置などの他の設備が煙道上に更に配置される場合には、それら全体を風道４で覆う構成とすればよい。
また、上述の例では、空気予熱器を２つに分けた例を示したが１つの空気予熱器で燃焼排ガスと燃焼用空気とを熱交換させるようにしてもよい。
さらに、上述においては、燃焼装置１の一例を示したが、燃焼装置として、ボイラに燃焼用空気を供給する風道と、ボイラで生成された燃焼用排ガスを排出する煙道とを備えた構成であれば、上述で示した構成以外の燃焼装置についても、本発明の構成を採用することは可能である。例えば、上述においては、発電用の燃焼装置の例を示したが、一般のボイラにも同様の構成を採用してもよい。

１ 燃焼装置
２ ボイラ本体
２１ 火炉
４ 風道
５，５ａ，５ｂ 押込通風機
６ 煙道
７ 排煙脱硝装置
８ 空気予熱器
９ 電気集塵装置
１１ 煙突
１５ａ，１５ｂ ダンパ

Claims (5)

1. 押込通風機により昇圧した空気をボイラ本体の火炉に供給する風道と、前記ホイラ本体から燃焼排ガスを排出するための煙道と、を備えた燃焼装置であって、
   前記ボイラ本体及び前記煙道の少なくとも煙突の下部までを前記風道の内部に配置したことを特徴とする燃焼装置の風煙道構造。
2. 前記煙道は、前記火炉から排出される燃焼排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去するための排煙脱硝装置と、この排煙脱硝装置で窒素酸化物が除去された燃焼排ガスと前記火炉へ供給される空気とを熱交換させるための空気予熱器と、前記空気予熱器を通過した燃焼排ガスに含まれる灰を捕集する電気集塵装置と、前記電気集塵装置で灰が捕集された燃焼排ガスを排出する煙突とを有することを特徴とする請求項１記載の燃焼装置の風煙道構造。
3. 前記風道を構成する壁部には、内部に配置される前記煙道の諸設備の近傍に人が出入り可能な扉が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼装置の風煙道構造。
4. 前記押込通風機は、複数設けられ、その直近には開閉ダンパが配されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼装置の風煙道構造。
5. 前記煙道には、誘引通風機が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃焼装置の風煙道構造。
   

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