JP2018123988A - 旋回燃焼ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】火炉内におけるクリンカの堆積を抑えることを目的とする。【解決手段】旋回燃焼ボイラ２０Ａは、平断面視矩形状で上下方向に延びる筒状の火炉２１と、火炉２１内で周方向に間隔をあけて設けられた複数のバーナ３１を備え、火炉２１内で微粉燃料を燃焼させて周方向の旋回流Ｆを形成するバーナ部３０Ａとを備え、複数のバーナ３１のうちの少なくとも一つは、旋回流Ｆの旋回方向Ｓｗ上流側に位置する他のバーナ３１よりも低い位置に設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、旋回燃焼ボイラに関するものである。

石炭、バイオマス及び炭化物等の微粉燃料を旋回燃焼方式により燃焼させる旋回燃焼ボイラが知られている。

特許文献１に開示されているように、旋回燃焼ボイラは、火炉内に投入した微粉燃料を燃焼させるバーナを備えたバーナ部を備えている。バーナ部は、複数のバーナが、周方向に間隔をあけて火炉の各角部に設けられている。各バーナは、微粉燃料と一次空気との混合気を燃焼させて火炎を生成する。これら複数のバーナから噴出する火炎によって、火炉内に旋回流が形成される。ここで、旋回流が火炉内で旋回するよう、複数のバーナのそれぞれは、火炉の中心に対して水平面内で傾斜した方向に火炎を噴出するよう設けられている。複数のバーナから噴出する火炎によって生成された旋回流は、火炉内で旋回しながら螺旋状に上昇していく。

特許第５２７１６６０号公報

ところで、微粉燃料が燃焼することによって生じるスラグが、火炉内で旋回しながら螺旋状に上昇していく旋回流から、火炉内に突出したバーナ上に堆積し、クリンカが形成されることがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、火炉内におけるクリンカの堆積を抑えることができる旋回燃焼ボイラを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の旋回燃焼ボイラは以下の手段を採用する。
本発明の第１態様に係る旋回燃焼ボイラは、平断面視矩形状で上下方向に延びる筒状の火炉と、前記火炉内で周方向に間隔をあけて設けられた複数のバーナを備え、複数の前記バーナによって前記火炉内で微粉燃料を燃焼させて前記周方向の旋回流を形成するバーナ部と、を備え、複数の前記バーナのうちの少なくとも一つは、前記旋回流の旋回方向上流側に位置する他の前記バーナよりも低い位置に設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、火炉内で周方向に間隔をあけて設けられた複数のバーナによって生成される旋回流は、火炉内で周方向に旋回しつつ螺旋状に上昇していく。このため、各バーナから噴出される火炎は、旋回流の旋回方向に旋回しつつ上方に向かう。したがって、上流側の他のバーナよりも低い位置に設けられたバーナは、上流側の他のバーナから噴出して旋回しながら上方に向かう火炎に曝されることもなく、上下方向に大きな間隔を隔てることになる。したがって、低い位置に設けられたバーナ上にクリンカが堆積しにくくなる。

上記第１態様において、前記バーナ部は、複数の前記バーナを、前記火炉内で上下方向に間隔をあけて複数段に備え、各段において、複数の前記バーナのうちの少なくとも一つは、前記旋回流の旋回方向上流側に位置する他の前記バーナよりも低い位置に設けられているとさらに好適である。

この構成によれば、複数のバーナを、上下方向に複数段に設ける場合においても、各段において、上流側の他のバーナよりも低い位置に設けたバーナにおいては、クリンカが堆積しにくくなる。

上記第１態様において、複数の前記バーナは、前記旋回流の旋回方向上流側から下流側に向かって段階的に低くなるよう設けられているとさらに好適である。

この構成によれば、最も高い位置に設けられたバーナに対し、旋回流の旋回方向下流側に設けられた全てのバーナにおいて、クリンカが堆積しにくくなる。

上記第１態様において、前記火炉の角部に対して前記旋回流の旋回方向下流側に設けられている前記バーナは、複数の前記バーナのうち、最も低い位置に設けられているとさらに好適である。

バーナを、火炉の角部に対し、旋回方向の下流側に設けた場合、旋回流は、火炉の角部で向きを変えた後、その下流側に設けられたバーナに衝突する。このため、火炉の角部と、その下流側に設けられたバーナとの間で、旋回流に淀みが生じやすくなる。このように淀みが生じやすい部位において、バーナを上流側の他のバーナよりも低い位置に設けることで、バーナ上にクリンカが堆積するのを抑えることができる。

上記第１態様において、複数の前記バーナのうちの少なくとも一つは、前記火炉の角部に対して前記旋回流の旋回方向上流側に設けられているとさらに好適である。

この構成によれば、火炉の角部に対し、バーナを旋回流の旋回方向上流側に設けることで、火炉の角部の下流側にバーナを設けた場合のように、旋回流に淀みが生じるのを抑えることができる。これによって、火炉の角部にクリンカが堆積するのを抑えることができる。

上記第１態様において、前記バーナ部の上方に、前記火炉内に空気を供給する空気供給部が設けられ、前記空気供給部は、前記火炉内で周方向に間隔をあけて設けられた複数の空気噴出ノズルを備え、複数の前記空気噴出ノズルは、複数の前記バーナのそれぞれに対し、鉛直上方に定められた距離を隔てて設けられているとさらに好適である。

この構成によれば、バーナ部の上方に空気供給部を備える場合、複数のバーナのそれぞれに対し、その上方に設けられた複数の空気噴出ノズルが、鉛直上方に定められた距離を隔てていることで、バーナ部から周方向旋回しつつ上昇していく旋回流の滞留時間を確保することができる。

本発明によれば、火炉内におけるクリンカの堆積を抑えることが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る旋回燃焼ボイラの全体概略構成を示す縦断面図であり、図２のI−I矢視断面図である。 本発明の第１実施形態に係る旋回燃焼ボイラの平断面図である。 本発明の第２実施形態に係る旋回燃焼ボイラの全体概略構成を示す縦断面図であり、図４のIII−III矢視断面図である。 本発明の第２実施形態に係る旋回燃焼ボイラの平断面図である。

以下に、本発明に係る旋回燃焼ボイラの実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。

図１に示すように、旋回燃焼ボイラ２０Ａは、火炉２１と、バーナ部３０Ａと、追加空気投入部（空気供給部）４０と、過熱器２２と、再熱器２３と、節炭器２４と、を備えている。

火炉２１は、平断面視矩形状で上下方向に延びる筒状をなしている。火炉２１の内側面を形成する炉壁２１ｗには、複数の伝熱管（図示無し）が設けられている。これら複数の伝熱管（図示無し）は、それぞれ上下方向に延び、外部から水が供給される。

過熱器２２は、火炉２１の上部に設けられている。
再熱器２３、節炭器２４は、火炉２１の上部の出口に連結された煙道２５Ａに設けられている。

バーナ部３０Ａは、火炉２１内の下部に設けられている。図２に示すように、バーナ部３０Ａは、火炉２１内で周方向に間隔をあけて設けられた複数のバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄを備えている。
この実施形態において、バーナ部３０Ａは、複数のバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄが、火炉２１内で上下方向に間隔をあけて２段（複数段）に設けられている。

バーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄのそれぞれは、一次空気と微粉燃料との混合気を火炉２１内に噴出し、微粉燃料を燃焼させ、火炉２１内で火炎を生成する。周方向の複数のバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄのそれぞれによって生成された火炎は、旋回流Ｆを形成する。この旋回流Ｆは、火炉２１内で周方向に旋回しながら螺旋状に上昇する。
バーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄは、火炉２１の四方の側面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄのそれぞれに、火炉２１の外部から内部に向かって貫通して設けられている。バーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄは、その基端部３１ｂが、火炉２１の角部２１ｋに対して旋回流Ｆの旋回方向Ｓｗ上流側において炉壁２１ｗに固定されている。バーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄの先端部３１ａは、炉壁２１ｗの内方に突出し、旋回流Ｆの旋回方向Ｓｗの下流側に向かって火炎を噴射するよう、水平面内で傾斜して設けられている。

各段の複数のバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄは、旋回流Ｆの旋回方向Ｓｗの上流側のバーナ３１Ａから下流側のバーナ３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄに向かって段階的に低くなるよう設けられている。

図１に示すように、追加空気投入部４０は、火炉２１内において、バーナ部３０Ａの上方に設けられている。追加空気投入部４０は、火炉２１内で周方向に間隔をあけて設けられた複数の空気噴出ノズル４１を備えている。各空気噴出ノズル４１は、火炉２１の外部から二次空気を火炉２１内に送り込む。各空気噴出ノズル４１は、火炉２１の外部から内部に向かって貫通し、炉壁２１ｗの内方に突出している。
周方向に間隔をあけて設けられた複数の空気噴出ノズル４１は、周方向に複数設けられたバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄのそれぞれに対し、鉛直上方に設けられている。各空気噴出ノズル４１は、バーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄに対し、鉛直上方に定められた距離を隔てて設けられている。
この追加空気投入部４０から燃焼用の空気を投入することにより、バーナ部３０Ａから追加空気投入部４０までの領域が還元雰囲気とされる。

上述したような構成によれば、バーナ部３０Ａは、周方向に間隔をあけて設けられた複数のバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄが、旋回流Ｆの旋回方向Ｓｗの上流側から下流側に向かって段階的に低くなるよう設けられている。
このような旋回燃焼ボイラ２０Ａによれば、上流側のバーナ３１Ａよりも低い位置に設けられたバーナ３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄは、上流側のバーナ３１Ａから噴出して旋回しながら上方に向かう火炎（旋回流Ｆ）に対し、上下方向に大きな間隔を隔てることになる。したがって、低い位置に設けられたバーナ３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ上にクリンカが堆積しにくくなる。すなわち、最も高い位置に設けられたバーナ３１Ａに対し、旋回流Ｆの旋回方向Ｓｗの下流側に設けられた全てのバーナ３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄにおいて、クリンカが堆積しにくくなる。

また、複数のバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄは、火炉２１の角部２１ｋに対して旋回流Ｆの旋回方向Ｓｗの上流側に設けられている。
これにより、火炉２１の角部２１ｋの下流側にバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄを設けた場合には、旋回流Ｆに淀みが生じてしまうが、角部２１ｋの旋回方向Ｓｗの上流側にバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄを設けることで、淀みの発生を抑えることができる。これによって、火炉２１の角部２１ｋにクリンカが堆積するのを抑えることができる。なお、角部２１ｋとは、火炉２１において周方向で互いに隣接する炉壁と炉壁とが交差する部分のみならず、炉壁と炉壁とが交差する部分に対して火炉２１の周方向に広がる炉壁の周方向端部近傍を含む。

さらに、バーナ部３０Ａの上方に、火炉２１内に空気を供給する追加空気投入部４０が設けられ、追加空気投入部４０において、複数のバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄのそれぞれに対し、その上方に設けられた複数の空気噴出ノズル４１が、鉛直上方に定められた距離を隔てている。これにより、バーナ部３０Ａから周方向旋回しつつ上昇していく旋回流Ｆの滞留時間を確保することができる。したがって、ＮＯｘを確実に低減することができる。

なお上記第１実施形態では、周方向に複数設けたバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄは、旋回流Ｆの旋回方向Ｓｗ上流側から下流側に向かって段階的に低くなるよう設けたが、これに限らない。
例えば、複数のバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄのうちの少なくとも一つが、旋回流Ｆの旋回方向Ｓｗ上流側に位置する他のバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄよりも低い位置に設けられていればよい。
このような構成によれば、上流側の他のバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄよりも低い位置に設けられたバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄにおいては、上流側の他のバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄから噴出して旋回しながら上方に向かう火炎（旋回流Ｆ）中に曝されることがなく、上下方向に大きな間隔を隔てることになる。したがって、火炉２１の低い位置に設けられたバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ上にクリンカが堆積しにくくなる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明に係る旋回燃焼ボイラの第２実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第１実施形態と共通する構成については同符号を付してその説明を省略する。

図３に示すように、旋回燃焼ボイラ２０Ｂは、火炉２１と、バーナ部３０Ｂと、追加空気投入部４０と、過熱器２２と、再熱器２３と、節炭器２４と、を備えている。
この実施形態において、旋回燃焼ボイラ２０Ｂは、火炉２１の後流側の側面２１ｄが、その後流側の煙道２５Ｂに隣接して配置されている。

バーナ部３０Ｂは、火炉２１内の下部に設けられている。図４に示すように、バーナ部３０Ｂは、火炉２１内で周方向に間隔をあけて設けられた複数のバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄを備えている。
バーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄは、火炉２１の四方の側面２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄのそれぞれに、火炉２１の外部から内部に向かって貫通して設けられている。複数のバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄのうち、３つのバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃは、その基端部３１ｂが、火炉２１の角部２１ｋに対して旋回流Ｆの旋回方向Ｓｗの上流側の側面２１ａ，２１ｂ，２１ｃに固定されている。また、残るバーナ３１Ｄは、その基端部３１ｂが、火炉２１の角部２１ｋに対して旋回流Ｆの旋回方向Ｓｗの下流側となる側面２１ｂにおいて固定されている。これは、側面２１ｂに隣接して煙道２５Ｂが設けられているため、バーナ３１Ｄの基端部３１ｂを、火炉２１の角部２１ｋに対して旋回流Ｆの旋回方向Ｓｗの上流側の側面２１ｄに固定できないからである。

ここで、火炉２１の角部２１ｋに対して旋回流Ｆの旋回方向Ｓｗの下流側に設けられているバーナ３１Ｄは、複数のバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄのうち、最も低い位置に設けられている。さらに、複数のバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄが、旋回流Ｆの旋回方向Ｓｗ上流側から下流側に向かって段階的に低くなるよう設けられている場合、バーナ３１Ｄが、最も低い位置となるようにする。

上述したような構成によれば、バーナ部３０Ｂにおいて、火炉２１の角部２１ｋに対して旋回流Ｆの旋回方向Ｓｗの下流側に設けられているバーナ３１Ｄは、複数のバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄのうち、最も低い位置に設けられている。
ここで、バーナ３１Ｄは、火炉２１の角部２１ｋに対し、旋回方向Ｓｗの下流側に設けられているので、旋回流Ｆは、火炉２１の角部２１ｋにおいて向きを変えた後、その下流側に設けられたバーナ３１Ｄに衝突すると、角部２１ｋとバーナ３１Ｄとの間の部位Ｐで淀みが生じやすくなる。しかし、このように淀みが生じやすい部位Ｐにおいて、バーナ３１Ｄを上流側の他のバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃよりも低い位置に設けることで、バーナ３１Ｄ上にクリンカが堆積するのを抑えることができる。

また、複数のバーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃは、火炉２１の角部２１ｋに対して旋回流Ｆの旋回方向Ｓｗの上流側に設けられている。
このような旋回燃焼ボイラ２０Ｂによれば、火炉２１の角部２１ｋに対し、バーナ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを旋回流Ｆの旋回方向Ｓｗの上流側に設けることで、旋回流Ｆに淀みが生じるのを抑えることができる。これによって、火炉２１の角部２１ｋにクリンカが堆積するのを抑えることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、例えばバーナ段数や段毎に形成される旋回流の数など、そ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。

２０Ａ、２０Ｂ 旋回燃焼ボイラ
２１ 火炉
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ 側面
２１ｋ 角部
２１ｗ 炉壁
２２ 過熱器
２３ 再熱器
２４ 節炭器
２５Ａ、２５Ｂ 煙道
３０Ａ、３０Ｂ バーナ部
３１Ａ〜３１Ｄ バーナ
３１ａ 先端部
３１ｂ 基端部
４０ 追加空気投入部（空気供給部）
４１ 空気噴出ノズル
Ｆ 旋回流
Ｓｗ 旋回方向

Claims (6)

1. 平断面視矩形状で上下方向に延びる筒状の火炉と、
   前記火炉内で周方向に間隔をあけて設けられた複数のバーナを備え、複数の前記バーナによって前記火炉内で微粉燃料を燃焼させて前記周方向の旋回流を形成するバーナ部と、を備え、
   複数の前記バーナのうちの少なくとも一つは、前記旋回流の旋回方向上流側に位置する他の前記バーナよりも低い位置に設けられていることを特徴とする旋回燃焼ボイラ。
2. 前記バーナ部は、複数の前記バーナを、前記火炉内で上下方向に間隔をあけて複数段に備え、
   各段において、複数の前記バーナのうちの少なくとも一つは、前記旋回流の旋回方向上流側に位置する他の前記バーナよりも低い位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の旋回燃焼ボイラ。
3. 複数の前記バーナは、前記旋回流の旋回方向上流側から下流側に向かって段階的に低くなるよう設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の旋回燃焼ボイラ。
4. 複数の前記バーナのうちの少なくとも一つは、前記火炉の角部に対して前記旋回流の旋回方向上流側に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の旋回燃焼ボイラ。
5. 前記火炉の角部に対して前記旋回流の旋回方向下流側に設けられている前記バーナは、複数の前記バーナのうち、最も低い位置に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の旋回燃焼ボイラ。
6. 前記バーナ部の上方に、前記火炉内に空気を供給する空気供給部が設けられ、
   前記空気供給部は、前記火炉内で周方向に間隔をあけて設けられた複数の空気噴出ノズルを備え、
   複数の前記空気噴出ノズルは、複数の前記バーナのそれぞれに対し、鉛直上方に定められた距離を隔てて設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の旋回燃焼ボイラ。
   

Images