JP2022152684A - boiler system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、金属材料を燃焼させるボイラを備えるボイラシステムの運転方法に関するものである。 The present disclosure relates to a method of operating a boiler system having a boiler that burns metallic materials.
火力発電においては、石炭等の化石燃料を燃焼させることにより得られる熱エネルギーを電力の供給源として用いているが、化石燃料の燃焼により発生する二酸化炭素による温室効果が地球温暖化の要因として問題視されている。従来、化石燃料に変わる燃料として、アルミニウムを用いることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In thermal power generation, thermal energy obtained by burning fossil fuels such as coal is used as the source of electric power, but the greenhouse effect caused by carbon dioxide generated by burning fossil fuels is a problem as a factor of global warming. are viewed. Conventionally, it has been proposed to use aluminum as a fuel to replace fossil fuels (see, for example, Patent Document 1).
石炭を燃料として用いる場合、石炭を粉砕した微粉炭を燃焼用空気とともに噴射するバーナと、バーナにより噴射された微粉炭と燃焼用空気とを燃焼させる火炉を有し、燃焼により得られる熱エネルギーにより蒸気を生成するボイラが用いられる。 When coal is used as a fuel, it has a burner that injects pulverized coal pulverized together with combustion air, and a furnace that burns the pulverized coal injected by the burner and the combustion air. A boiler that produces steam is used.
しかしながら、所定の当量比で燃焼させる場合において、アルミニウム等の金属材料の断熱火炎温度は、石炭の断熱火炎温度よりも高くなる。そのため、石炭を燃料として用いる既存のボイラと同等の構成のボイラにおいて、燃料として金属材料を用いると、火炉内の熱負荷分布が石炭とは異なる状態となり、適切に蒸気を生成することができない可能性がある。 However, when burning at a predetermined equivalence ratio, the adiabatic flame temperature of metal materials such as aluminum is higher than the adiabatic flame temperature of coal. Therefore, if a metal material is used as fuel in a boiler that has the same configuration as existing boilers that use coal as fuel, the heat load distribution in the furnace will be different from that of coal, and it may not be possible to generate steam appropriately. have a nature.
また、同一の発熱量を得る場合において、金属材料を完全燃焼させるために必要な理論空気量が、石炭を完全燃焼させるための理論空気量よりも少ない。そのため、同一の発熱量を得るために火炉内に供給される燃焼用空気および火炉内で生成される燃焼ガスの総ガス量は、金属材料を燃料として用いる場合の方が、石炭を燃料として用いる場合よりも少なくなる。これにより、石炭を燃料として用いる既存のボイラと同等の構造を採用する場合には、金属材料を燃料として用いる際の熱回収量が、石炭を燃料として用いる際の熱回収量よりも少なくなる可能性がある。 In addition, the theoretical amount of air required to completely burn the metallic material is smaller than the theoretical amount of air required to completely burn the coal when the same calorific value is obtained. Therefore, in order to obtain the same calorific value, the total gas amount of the combustion air supplied into the furnace and the combustion gas generated in the furnace is lower than that of using coal as fuel when metal materials are used as fuel. less than the case. As a result, when adopting the same structure as existing boilers that use coal as fuel, the amount of heat recovery when using metal materials as fuel can be less than the amount of heat recovery when using coal as fuel. have a nature.
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、金属材料を燃料として用いることにより二酸化炭素の発生を防止するとともに、石炭を燃料として用いる場合と同等の熱回収を行うことが可能なボイラを有するボイラシステムを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of such circumstances, and it is possible to prevent the generation of carbon dioxide by using a metal material as a fuel, and to perform heat recovery equivalent to the case of using coal as a fuel. The object is to provide a boiler system with a possible boiler.
上記課題を解決するために、本開示の一態様にかかるボイラシステムは以下の手段を採用する。
本開示の一態様にかかるボイラシステムは、火炉と、前記火炉へ金属材料および燃焼用空気を噴射するバーナを有し、前記金属材料を燃焼させて金属酸化物を含む燃焼ガスを生成するボイラと、前記ボイラから排出される前記燃焼ガスよりも低温の不活性ガスを前記バーナへ供給する不活性ガス供給部と、を備える。
In order to solve the above problems, a boiler system according to one aspect of the present disclosure employs the following means.
A boiler system according to an aspect of the present disclosure includes a furnace, a boiler that has a burner that injects a metal material and combustion air into the furnace, and burns the metal material to generate a combustion gas containing metal oxides. and an inert gas supply unit for supplying an inert gas having a temperature lower than that of the combustion gas discharged from the boiler to the burner.
本開示によれば、金属材料を燃料として用いることにより二酸化炭素の発生を防止するとともに、石炭を燃料として用いる場合と同等の熱回収を行うことが可能なボイラを有するボイラシステムを提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a boiler system having a boiler capable of preventing the generation of carbon dioxide by using a metal material as a fuel and performing heat recovery equivalent to the case of using coal as a fuel. can.
〔第1実施形態〕
以下に、本開示の第1実施形態に係るボイラシステム1について、図面を参照して説明する。本実施形態に係るボイラシステム1は、燃料として金属粉(金属材料)を用い、金属粉を燃焼バーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱により蒸気を生成することにより熱を回収することが可能なボイラを有するシステムである。
[First Embodiment]
A boiler system 1 according to a first embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. The boiler system 1 according to the present embodiment uses metal powder (metal material) as fuel, burns the metal powder with a combustion burner, and generates steam from the heat generated by this combustion, so that heat can be recovered. It is a system with a boiler that is
図1は、本実施形態のボイラシステム1を示す概略構成図である。図2は、図1に示すボイラ100の概略構成を示す側面図である。図1に示すように、ボイラシステム1は、ボイラ100と、脱硝装置200と、空気予熱器(冷却器)300と、集塵装置400と、煙突500と、再循環ファン(不活性ガス供給部)600と、送風機700と、制御装置800と、を備える。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a boiler system 1 of this embodiment. 2 is a side view showing a schematic configuration of the
ボイラ100は、金属粉を燃焼バーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱により蒸気を生成することにより熱を回収することが可能な装置である。ボイラ100は、金属粉を燃焼させて金属酸化物を含む燃焼ガスを生成する。図2に示すように、本実施形態のボイラ100は、火炉10と、燃焼装置20と、煙道30と、燃料供給装置40と、熱交換器50と、を有している。
The
火炉10は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉10を構成する火炉壁の下部に燃焼装置20が設けられている。火炉10は、鉛直方向上部において、煙道30に連結されている。
The
燃焼装置20は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ21,22,23,24,25を有している。燃焼バーナ21,22,23,24,25は、それぞれ火炉10へ金属粉(金属材料)および燃焼用空気を噴射する装置である。燃焼バーナ21,22,23,24,25には、燃料供給装置40から金属粉が供給され、燃料供給装置40および送風機700から燃焼用空気が供給される。
燃焼バーナ21,22,23,24,25は、金属粉を火炉10に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉10に吹き込み、このときに着火することで火炎を形成することができる。火炉10では、金属粉と燃焼用空気とが燃焼して火炎が生じ、この火炉10内の鉛直方向下部の領域で火炎が生じると、燃焼ガス(排ガス)がこの火炉10内を上昇し、煙道30に排出される。
The combustion burners 21 , 22 , 23 , 24 , 25 blow metal powder into the
本実施形態において、燃焼バーナ21,22,23,24,25は、火炉10が延びる鉛直方向を中心軸とした周方向に沿って4個均等間隔で配設されたものが1セットとして、鉛直方向に沿って5セット(5段)配置されている。なお、ここでは5セットとしたが、6セットあるいはその他の任意のセット数とすることができる。
In the present embodiment, the
なお、燃焼バーナ21,22,23,24,25は、火炉10の前壁(図2中の左端部)にのみ設置する方式(前面燃焼方式)としてもよい。また、燃焼バーナ21,22,23,24,25は、火炉10の前壁(図2中の左端部)および後壁(図2中の右端部)の双方に設置する方式(対向燃焼方式)としてもよい。
The
各燃焼バーナ21,22,23,24,25は、供給管21a,22a,23a,24a,25aを介して燃料供給部41,42,43,44,45に連結されている。燃料供給部41,42,43,44,45は、金属材料(例えば、アルミニウム、マグネシウム)の粉末を外部から供給される搬送ガスとともに、供給管21a,22a,23a,24a,25aへ供給する。
Each
火炉10の各燃焼バーナ21,22,23,24,25の装着位置には、風箱26が設けられており、この風箱26に空気ダクト26aの一端部が連結されている。空気ダクト26aには、送風機700から送風される燃焼用空気が供給される。更に、火炉10には、各燃焼バーナ21,22,23,24,25の装着位置より鉛直方向上方に追加空気供給ポート29が設けられている。
A
追加空気供給ポート29には、空気ダクト26aから分岐した分岐空気ダクト26bの端部が連結されている。従って、送風機700より送られた燃焼用空気を、空気ダクト26aから風箱26に供給し、風箱26から各燃焼バーナ21,22,23,24,25に供給することができる。また、送風機700により送られた燃焼用空気を分岐空気ダクト26bから追加空気供給ポート29に供給することができる。
The additional
燃料供給装置40は、燃料供給部41,42,43,44,45と、送風機46と、を有する。送風機46は、大気中の空気を燃焼用空気として、燃料供給部41,42,43,44,45へ送風する。送風機46により送風される燃焼用空気は、再循環ファン600により供給される酸素をほとんど含まない不活性な燃焼ガス(不活性ガス)と混合して混合ガスとなり、燃料供給部41,42,43,44,45へ供給される。燃料供給部41,42,43,44,45は、金属粉を混合ガスとともに供給管21a,22a,23a,24a,25aへ供給する。
The
煙道30は、燃焼ガスの流れ方向の下流側に、熱交換器50との熱交換を行った燃焼ガスを排出する排ガス管31を有する。排ガス管31から排出された燃焼ガスは、図1に示す脱硝装置200に導かれる。
The
熱交換器50は、給水ポンプ(図示略)から供給される水と煙道30を流通する燃焼ガスとの熱交換を行い、燃焼ガスの熱により過熱蒸気を生成してタービン(図示略)に供給する装置である。熱交換器50は、過熱器51,52と、再熱器53,54と、節炭器55,56,57と、を有する。
The
給水ポンプから供給された水は、節炭器55,56,57によって予熱された後、火炉壁の各水管(図示略)に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、蒸気ドラム(図示略)に供給される。蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器51,52に導入され、燃焼ガスによって過熱される。
The water supplied from the feedwater pump is preheated by the
過熱器51,52で生成された過熱蒸気は、発電プラントのタービン(図示略)に供給される。また、タービンに供給した水蒸気が膨張過程の中途で取り出されて再熱器53,54に導入される。再熱器53,54において再度過熱された蒸気は、タービンに戻されて膨張し、タービンを回転駆動させる。
The superheated steam generated by the superheaters 51 and 52 is supplied to a turbine (not shown) of the power plant. Also, the steam supplied to the turbine is taken out in the middle of the expansion process and introduced into the
脱硝装置200は、ボイラ100から排出される燃焼ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)を除去する装置である。脱硝装置200は、例えば、アンモニア(NH3)を燃焼ガスに混合して触媒層を通過させ、窒素酸化物を窒素と水に分解する乾式アンモニア選択接触還元法(SCR法)により、窒素酸化物を除去する。脱硝装置200により窒素酸化物が除去された燃焼ガスは、空気予熱器300に供給される。
The
空気予熱器(冷却)300は、脱硝装置200から供給される燃焼ガスと大気中の空気(外気)とを熱交換する装置である。空気予熱器300は、大気中の空気を加熱するとともに、ボイラ100から排出される燃焼ガスを冷却する装置である。空気予熱器300により冷却された燃焼ガスは、集塵装置400に供給される。
The air preheater (cooling) 300 is a device that exchanges heat between the combustion gas supplied from the
空気予熱器300は、送風機700によって送風される空気が供給されるとともに、供給される空気を燃焼ガスと熱交換し、加熱された空気をボイラ100へ燃焼用空気として供給する。ボイラ100から排出される360℃程度の燃焼ガスは、空気予熱器300における熱交換により、その温度が130℃程度に低下するように調整される。また、燃焼ガスとの熱交換により、燃焼用空気は330℃程度に加熱される。
集塵装置400は、空気予熱器300から供給される燃焼ガスに含まれる金属酸化物およびその他の煤塵等を除去する装置である。集塵装置400により金属酸化物およびその他の煤塵等が除去された燃焼ガスは、煙突500から大気中に放出される。集塵装置400により回収された金属酸化物は、還元装置(図示略)により還元され、再び燃料供給装置40に燃料として供給される。
The
再循環ファン600は、ボイラ100から排出される燃焼ガスよりも低温の燃焼ガス(不活性ガス)を燃焼バーナ21,22,23,24,25へ供給する装置である。再循環ファン600は、空気予熱器300により冷却された燃焼ガスを不活性ガスとして燃焼バーナ21,22,23,24,25へ供給する。図1に示すように、再循環ファン600は、集塵装置400から煙突500へ燃焼ガスを導く排出ラインL0から分岐した再循環ラインL1に配置されている。
The
制御装置800は、ボイラシステム1の各部を制御する装置である。制御装置800は、再循環ファン600を制御することにより、排出ラインL0から再循環ラインL1を介して燃焼バーナ21,22,23,24,25へ導く燃焼ガスの供給量を調整する。また、制御装置800は、送風機700を制御することにより、燃焼用空気供給ラインL2を介してボイラ100の燃焼装置20に導かれる燃焼用空気の供給量を調整する。また、制御装置800は、送風機46を制御することにより、送風機46から燃料供給装置40へ導かれる燃焼用空気の供給量を調整する。
The
次に、再循環ファン600により、排出ラインL0から再循環ラインL1を介して燃焼バーナ21,22,23,24,25へ導く燃焼ガスの供給量について説明する。図3は、アルミニウム粉を燃料として用いる場合の当量比と断熱火炎温度との関係を示す図である。図3は、送風機46から燃料供給装置40へ導かれる燃焼用空気の供給量を決定するために得たデータを示す。
Next, the amount of combustion gas supplied from the exhaust line L0 to the
図3において、αは、アルミニウム粉とともに火炉10に供給される燃焼用空気に含まれる窒素を不活性ガスで希釈する希釈倍率を示す。α=0は、燃焼用空気に含まれる窒素を不活性ガスで希釈しないことを示す。α=1.0は、アルミニウム粉とともに火炉10に供給される燃焼用空気に含まれる窒素を、窒素と同量の不活性ガスで希釈することを示す。
In FIG. 3, α indicates a dilution factor for diluting nitrogen contained in the combustion air supplied to the
α=1.5は、アルミニウム粉とともに火炉10に供給される燃焼用空気に含まれる窒素を、窒素の1.5倍の体積の不活性ガスで希釈することを示す。α=2.0は、アルミニウム粉とともに火炉10に供給される燃焼用空気に含まれる窒素を、窒素の2.0倍の体積の不活性ガスで希釈することを示す。
α=1.5 indicates that the nitrogen contained in the combustion air supplied to the
図3には、比較例として、燃料として微粉炭を用い、微粉炭とともに火炉10に供給される燃焼用空気に含まれる窒素を不活性ガスで希釈しない例を示している。
FIG. 3 shows, as a comparative example, an example in which pulverized coal is used as the fuel and nitrogen contained in the combustion air supplied to the
燃料としてアルミニウム粉を用いる場合において、α=0とすると、ボイラ100には、アルミニウム粉の完全燃焼に必要な理論空気量のみが供給される。例えば、当量比が1.0において、燃料としてアルミニウム粉を用いる場合の断熱火炎温度は3500Kを超える温度となる。この温度は、当量比が1.0において、燃料として微粉炭を用いる場合の断熱火炎温度よりも1000K以上高温である。
When using aluminum powder as fuel, if α=0, the
一方、当量比が1.0において、燃料としてアルミニウム粉を用いる場合の断熱火炎温度は、α=1.0であれば3500Kを十分に下回る。このように、アルミニウム粉とともに火炉10に供給される燃焼用空気に含まれる窒素を不活性ガスで希釈する希釈倍率αを1.0以上にすることで、微粉炭に比べて断熱火炎温度が過度に上昇することを抑制することができる。
On the other hand, when the equivalence ratio is 1.0, the adiabatic flame temperature in the case of using aluminum powder as the fuel is sufficiently below 3500 K if α=1.0. Thus, by setting the dilution factor α for diluting the nitrogen contained in the combustion air supplied to the
なお、希釈倍率αを増加させれば断熱火炎温度が低下するが、希釈倍率αの増加に伴って再循環ファン600の負荷が大きくなってしまう。すなわち、排出ラインL0から再循環ラインL1を介して燃焼バーナ21,22,23,24,25へ導く燃焼ガスの供給量を増加させるには、再循環ファン600の負荷を大きくする必要がある。したがって、希釈倍率αを過度に高く設定すると、再循環ファン600の負荷が大きくなってしまう。そこで、本実施形態では、希釈倍率αを2.0倍以下とすることにした。
If the dilution ratio α is increased, the adiabatic flame temperature will decrease, but the load on the
以上のように、発明者らは、図3に示すデータを検討した結果、制御装置800により、単位時間あたりに、火炉10へ供給される燃焼用空気に含まれる窒素の1.0倍以上かつ2.0倍以下の流量の燃焼ガスを燃焼バーナ21,22,23,24,25へ供給するように再循環ファン600を制御することとした。ここで、火炉10へ供給される燃焼用空気とは、送風機46から燃料供給装置40に供給される燃焼用空気と、送風機700から追加空気供給ポート29に供給される燃焼用空気の双方を合わせたものである。
As described above, the inventors examined the data shown in FIG. The
制御装置800は、希釈倍率αを1.5とする場合には、ボイラ100から排出される燃焼ガスに含まれる窒素を1とすると、そのうちの0.6を、排出ラインL0から再循環ラインL1に導くように再循環ファン600を制御する。この場合、ボイラ100から排出される燃焼ガスに含まれる窒素のうちの0.4は、煙突500から大気中に放出される。
When the dilution ratio α is set to 1.5, the
ボイラ100から排出される燃焼ガスに含まれる窒素が1であり、排出ラインL0から再循環ラインL1に導かれる窒素が0.6であるので、送風機46および送風機700から火炉10へ供給される燃焼用空気に含まれる窒素は0.4となる。このように、希釈倍率αを1.5とする場合、再循環ファン600は、単位時間当たり、火炉10へ供給される燃焼用空気に含まれる窒素(0.4)の1.5倍の流量の窒素(0.6)を燃焼バーナ21,22,23,24,25へ供給する。
The nitrogen contained in the combustion gas discharged from the
また、希釈倍率αを1.0倍とする場合、再循環ファン600は、単位時間当たり、火炉10へ供給される燃焼用空気に含まれる窒素の1.0倍の流量の窒素を燃焼バーナ21,22,23,24,25へ供給する。同様に、希釈倍率αを2.0とする場合、再循環ファン600は、単位時間当たり、火炉10へ供給される燃焼用空気に含まれる窒素の2.0倍の流量の窒素を燃焼バーナ21,22,23,24,25へ供給する。
Further, when the dilution ratio α is 1.0 times, the
制御装置800は、送風機46および燃料供給部41,42,43,44,45を制御することにより、燃焼バーナ21,22,23,24,25から供給される金属粉を含む混合ガスの当量比を所定の値に制御することができる。
The
例えば、制御装置800は、燃焼バーナ21,22,23,24,25から供給される金属粉を含む混合ガスの当量比を0.8以上かつ1.0未満の所定の値とし、燃焼バーナ21,22,23,24,25の全てから同一の当量比の混合ガスを火炉10に供給するように制御する。この場合、制御装置800は、燃焼バーナ21,22,23,24,25から火炉10に供給される金属粉が完全燃焼するように、追加空気供給ポート29から供給される燃焼用空気の供給量を調整する。
For example, the
また、例えば、制御装置800は、燃焼バーナ(第1のバーナ)23,24,25から供給される金属粉を含む混合ガスの当量比を1.0未満(より好ましくは、0.7以下)とし、燃焼バーナ(第2のバーナ)21,22から供給される金属粉を含む混合ガスの当量比を1.0以上(より好ましくは、1.5以上)とするようにしてもよい。このようにしているのは、金属粉を含む混合ガスを燃焼させた際の断熱火炎温度を低くするためである。
Further, for example, the
図3に示すように、金属粉がアルミニウムで希釈倍率αが1.0である場合、金属粉を含む混合ガスの当量比を0.7以下とすることで、断熱火炎温度が約2700K以下となる。同様に、金属粉がアルミニウムで希釈倍率αが1.0である場合、金属粉を含む混合ガスの当量比を1.5以上とすることで、断熱火炎温度が約2750K以下となる。 As shown in FIG. 3, when the metal powder is aluminum and the dilution ratio α is 1.0, the equivalence ratio of the mixed gas containing the metal powder is 0.7 or less, so that the adiabatic flame temperature is about 2700 K or less. Become. Similarly, when the metal powder is aluminum and the dilution ratio α is 1.0, the adiabatic flame temperature becomes about 2750 K or less by setting the equivalence ratio of the mixed gas containing the metal powder to 1.5 or more.
また、図3に示すように、金属粉がアルミニウムで希釈倍率αが1.5である場合、金属粉を含む混合ガスの当量比を0.8以下とすることで、断熱火炎温度が約2500K以下となる。同様に、金属粉がアルミニウムで希釈倍率αが1.5である場合、金属粉を含む混合ガスの当量比を1.4以上とすることで、断熱火炎温度が約2500K以下となる。 Further, as shown in FIG. 3, when the metal powder is aluminum and the dilution ratio α is 1.5, the equivalence ratio of the mixed gas containing the metal powder is 0.8 or less, so that the adiabatic flame temperature is about 2500K. It is as follows. Similarly, when the metal powder is aluminum and the dilution factor α is 1.5, the adiabatic flame temperature becomes about 2500 K or less by setting the equivalence ratio of the mixed gas containing the metal powder to 1.4 or more.
また、図3に示すように、金属粉がアルミニウムで希釈倍率αが2.0である場合、金属粉を含む混合ガスの当量比を1.0未満とすることで、断熱火炎温度が約2500K以下となる。同様に、金属粉がアルミニウムで希釈倍率αが2.0である場合、金属粉を含む混合ガスの当量比を1.0以上とすることで、断熱火炎温度が約2500K以下となる。 Further, as shown in FIG. 3, when the metal powder is aluminum and the dilution factor α is 2.0, the equivalence ratio of the mixed gas containing the metal powder is less than 1.0, so that the adiabatic flame temperature is about 2500K. It is as follows. Similarly, when the metal powder is aluminum and the dilution ratio α is 2.0, the adiabatic flame temperature becomes about 2500 K or less by setting the equivalence ratio of the mixed gas containing the metal powder to 1.0 or more.
また、燃焼バーナ21,22,23,24,25において、混合ガスの当量比が1.0以上(より好ましくは、1.5以上)となるものと、混合ガスの当量比が1.0未満(より好ましくは、0.7以下)となるものとを混在させることにより、全ての燃焼バーナ21,22,23,24,25を平均した当量比を1に近づけることができる。
In addition, in the
なお、以上の例では、燃焼バーナ23,24,25から供給される金属粉を含む混合ガスの当量比を1.0未満(より好ましくは、0.7以下)とし、燃焼バーナ21,22から供給される金属粉を含む混合ガスの当量比を1.0以上(より好ましくは、1.5以上)とするようにしたが、他の態様であってもよい。例えば、燃焼バーナ24,25から供給される金属粉を含む混合ガスの当量比を1.0未満(より好ましくは、0.7以下)とし、燃焼バーナ21,22,23から供給される金属粉を含む混合ガスの当量比を1.0未満(より好ましくは、1.5以上)とするようにしてもよい。その他、混合ガスの当量比を1.0未満(より好ましくは、0.7以下)とする燃焼バーナと、混合ガスの当量比を1.0以上(より好ましくは、1.5以上)とする燃焼バーナとが混在する組み合わせであれば、他の組み合わせであってもよい。
In the above example, the equivalence ratio of the mixed gas containing metal powder supplied from the
また、図2に示すボイラ100では、燃焼バーナ21,22,23,24,25を、鉛直方向に沿って5セット(5段)配置するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、火炉10の全体の熱負荷の偏りが軽減されるように、5段以外の任意の段数としてもよい。
In the
また、図2に示すボイラ100では、追加空気供給ポート29を1段配置するものとしたが、火炉10の全体の熱負荷の偏りが軽減されるように、2段以外の任意の段数としてもよい。さらに、追加空気供給ポート29に燃焼バーナを設け、金属粉を燃焼バーナから火炉10に供給するようにしてもよい。
In addition, in the
以上説明した本実施形態のボイラシステム1が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態のボイラシステム1によれば、ボイラ100において金属粉を燃焼させて金属酸化物を含む燃焼ガスが生成されるため、熱エネルギーを得る際に二酸化炭素が発生することを防止することができる。また、ボイラ100から排出される燃焼ガスよりも低温の燃焼ガスが再循環ファン600によって燃焼バーナ21,22,23,24,25に供給され、燃焼用空気とともに火炉10へ噴射される。
The operation and effects of the boiler system 1 of the present embodiment described above will be described.
According to the boiler system 1 of the present embodiment, since the combustion gas containing metal oxides is generated by burning the metal powder in the
不活性ガスである燃焼ガスにより火炉10内のガスが希釈されるため、火炉内のガスと不活性ガスが混合した混合ガスの断熱火炎温度が不活性ガスを混合しない場合よりも低下する。これにより、石炭を燃料として用いる既存のボイラと同等の構成のボイラにおいて、金属材料を燃料として用いる際の火炉10内の熱負荷分布を、石炭を燃料として用いる際の熱負荷分布に近づけた状態とし、適切に蒸気を生成することができる。
Since the gas in the
また、不活性ガスにより火炉内のガスが希釈されるため、不活性ガスにより火炉内のガスを希釈しない場合に比べ、火炉に供給される総ガス量が増加する。これにより、石炭を燃料として用いる既存のボイラと同等の構造を採用するボイラにおいて、不活性ガスにより火炉内のガスを希釈しない場合に比べ、金属材料を燃料とした用いる際の熱回収量を、石炭を燃料として用いる際の熱回収量に近づけた状態とし、適切に蒸気を生成することができる。 In addition, since the gas in the furnace is diluted with the inert gas, the total amount of gas supplied to the furnace increases compared to the case where the gas in the furnace is not diluted with the inert gas. As a result, in a boiler that uses the same structure as an existing boiler that uses coal as fuel, compared to the case where the gas in the furnace is not diluted with inert gas, the heat recovery amount when using metal materials as fuel is Steam can be appropriately generated in a state close to the amount of heat recovered when coal is used as fuel.
また、本実施形態のボイラシステム1によれば、火炉10に供給される燃焼用空気に含まれる窒素の1.0倍以上かつ2.0倍以下の流量の燃焼ガス(不活性ガス)を燃焼バーナ21,22,23,24,25へ供給することで、金属材料を燃料として用いる際の火炉10内の熱負荷分布を、石炭を燃料として用いる際の熱負荷分布に適切に近づけることができる。また、金属材料を燃料とした用いる際の熱回収量を、石炭を燃料として用いる際の熱回収量に近づけることができる。
Further, according to the boiler system 1 of the present embodiment, the combustion gas (inert gas) is burned at a flow rate of 1.0 to 2.0 times the nitrogen contained in the combustion air supplied to the
また、本実施形態のボイラシステム1によれば、複数の燃焼バーナ21,22,23,24,25に含まれる第1の燃焼バーナの当量比を1.0未満とすることで、断熱火炎温度が過度に上昇することを抑制することができる。同様に、複数の燃焼バーナ21,22,23,24,25に含まれる第2のバーナの当量比を1.0以上とすることで、断熱火炎温度が過度に上昇することを抑制することができる。また、第1のバーナの当量比を1.0未満とし、かつ第2のバーナの当量比を1.0以上とすることで、第1のバーナと第2のバーナの双方を平均した当量比を1に近づけることができる。
Further, according to the boiler system 1 of the present embodiment, by setting the equivalence ratio of the first combustion burner included in the plurality of
また、本実施形態のボイラシステム1によれば、ボイラ100から排出される燃焼ガスを空気予熱器300により冷却して不活性ガスとして燃焼バーナ21,22,23,24,25へ供給することにより、燃焼ガスとは異なる他の不活性ガスを供給することなく、ボイラシステム1内で生成される燃焼ガスを不活性ガスとして適切に再利用することができる。
Further, according to the boiler system 1 of the present embodiment, the combustion gas discharged from the
〔第2実施形態〕
以下に、本開示の第2実施形態に係るボイラシステム1について、図面を参照して説明する。第2実施形態は、第1実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第1実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。図4は、本実施形態に係るボイラの概略構成を示す側面図である。図5は、図4に示すボイラの火炉部分を示す正面図である。
[Second embodiment]
A boiler system 1 according to a second embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. The second embodiment is a modified example of the first embodiment, and is assumed to be the same as the first embodiment except for the case where it will be particularly described below, and the description thereof will be omitted. FIG. 4 is a side view showing a schematic configuration of the boiler according to this embodiment. 5 is a front view showing a furnace portion of the boiler shown in FIG. 4. FIG.
図4に示すように、本実施形態のボイラ100Aは、火炉10の底面である炉底部11に設けられる燃焼装置60を備える。図4に示すように、燃焼装置60には、燃料供給装置40の燃料供給部47から供給される金属粉と、送風機46から供給される燃焼用空気と、再循環ファン600から供給される燃焼ガスとの混合ガスが供給される。また、燃焼装置60には、送風機700により送風される燃焼用空気が供給される。
As shown in FIG. 4 , the
図5に示すように、燃焼装置60は、炉底部11の両端部に設けられる炉底バーナ61および炉底バーナ62を有する。炉底バーナ61,62は、それぞれ混合ガスを火炉10の内部に噴射する噴射角度を、任意の角度に変更することが可能となっている。作業者は、火炉10の内部の各領域での熱負荷分布の偏りが少なくなるように、炉底バーナ61,62からの混合ガスの噴射角度を調整する。
As shown in FIG. 5 , the
燃焼装置60から混合ガスを炉底部11から噴射することにより、金属材料の燃焼期間が長く、あるいは粒径が大きい場合であっても、金属材料の火炉10での滞留時間を長く確保して、確実に燃焼させることができる。また、炉底部11から燃焼用空気を十分に投入することで、燃焼バーナ21,22,23,34から投入された金属材料の完全燃焼を促進することができる。また、炉底部11における収熱量を十分に確保し、炉底部11を含めた火炉10の全体の熱負荷分布をより適切に調整することができる。
By injecting the mixed gas from the furnace bottom 11 from the
〔他の実施形態〕
以上の説明においては、火炉10へ供給する燃料として金属粉を用いることとしたが、他の態様であってもよい。例えば、火炉10へ供給する燃料として液体金属を用いてもよい。液体金属を用いる場合、燃料供給装置40は、金属材料(例えば、アルミニウム、マグネシウム)を融点以上に加熱して液状とし、液体金属を燃焼バーナ21,22,23,24,25へ供給する。燃焼バーナ21,22,23,24,25には、再循環ファン600から供給される燃焼ガスが供給される。燃焼バーナ21,22,23,24,25は、燃焼ガスにより液体金属を微粒化して火炉10へ噴射する。
[Other embodiments]
In the above description, the metal powder is used as the fuel to be supplied to the
以上の説明において、燃料供給装置40には、再循環ファン600から供給される燃焼ガスが不活性ガスとして供給されるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、再循環ファン600から供給される燃焼ガスを利用せず、窒素ガス等の不活性ガスの供給源から不活性ガスを燃料供給装置40に供給するようにしてもよい。
In the above description, the combustion gas supplied from the
以上説明した実施形態に記載のボイラシステム(100)は、例えば以下のように把握される。
本実施形態のボイラシステムは、火炉(10)と、前記火炉へ金属材料および燃焼用空気を噴射するバーナ(21~25)を有し、前記金属材料を燃焼させて金属酸化物を含む燃焼ガスを生成するボイラ(100)と、前記ボイラから排出される前記燃焼ガスよりも低温の不活性ガスを前記バーナへ供給する不活性ガス供給部(600)と、を備える。
The boiler system (100) described in the embodiment described above is grasped, for example, as follows.
The boiler system of this embodiment has a furnace (10) and burners (21 to 25) for injecting a metal material and combustion air into the furnace, and burns the metal material to produce a combustion gas containing metal oxides. and an inert gas supply unit (600) for supplying inert gas having a temperature lower than that of the combustion gas discharged from the boiler to the burner.
本実施形態のボイラシステムによれば、ボイラにおいて金属材料を燃焼させて金属酸化物を含む燃焼ガスが生成されるため、熱エネルギーを得る際に二酸化炭素が発生することを防止することができる。また、ボイラから排出される燃焼ガスよりも低温の不活性ガスが不活性ガス供給部によってバーナに供給され、燃焼用空気とともに火炉へ噴射される。 According to the boiler system of the present embodiment, the combustion gas containing the metal oxide is generated by burning the metal material in the boiler, so it is possible to prevent the generation of carbon dioxide when obtaining thermal energy. In addition, an inert gas having a lower temperature than the combustion gas discharged from the boiler is supplied to the burner by the inert gas supply unit and injected into the furnace together with the combustion air.
不活性ガスにより火炉内のガスが希釈されるため、火炉内のガスと不活性ガスが混合した混合ガスの断熱火炎温度が不活性ガスを混合しない場合よりも低下する。これにより、石炭を燃料として用いる既存のボイラと同等の構成のボイラにおいて、金属材料を燃料として用いる際の火炉内の熱負荷分布を、石炭を燃料として用いる際の熱負荷分布に近づけた状態とし、適切に蒸気を生成することができる。 Since the inert gas dilutes the gas in the furnace, the adiabatic flame temperature of the mixed gas in which the gas in the furnace and the inert gas are mixed is lower than that in the case where the inert gas is not mixed. As a result, in a boiler with the same configuration as existing boilers that use coal as fuel, the heat load distribution in the furnace when using metal materials as fuel is brought closer to the heat load distribution when coal is used as fuel. , can properly generate steam.
また、不活性ガスにより火炉内のガスが希釈されるため、不活性ガスにより火炉内のガスを希釈しない場合に比べ、火炉に供給される総ガス量が増加する。これにより、石炭を燃料として用いる既存のボイラと同等の構造を採用するボイラにおいて、不活性ガスにより火炉内のガスを希釈しない場合に比べ、金属材料を燃料とした用いる際の熱回収量を、石炭を燃料として用いる際の熱回収量に近づけた状態とし、適切に蒸気を生成することができる。 In addition, since the gas in the furnace is diluted with the inert gas, the total amount of gas supplied to the furnace increases compared to the case where the gas in the furnace is not diluted with the inert gas. As a result, in a boiler that uses the same structure as an existing boiler that uses coal as fuel, compared to the case where the gas in the furnace is not diluted with inert gas, the heat recovery amount when using metal materials as fuel is Steam can be appropriately generated in a state close to the amount of heat recovered when coal is used as fuel.
本実施形態のボイラシステムにおいて、前記不活性ガス供給部は、単位時間あたりに、前記火炉に供給される前記燃焼用空気に含まれる窒素の1.0倍以上かつ2.0倍以下の前記不活性ガスを前記バーナへ供給する構成としてもよい。
本構成のボイラシステムによれば、火炉に供給される燃焼用空気に含まれる窒素の1.0倍以上かつ2.0倍以下の流量の不活性ガスをバーナへ供給することで、金属材料を燃料として用いる際の火炉内の熱負荷分布を、石炭を燃料として用いる際の熱負荷分布に適切に近づけることができる。また、金属材料を燃料とした用いる際の熱回収量を、石炭を燃料として用いる際の熱回収量に近づけることができる。
In the boiler system of the present embodiment, the inert gas supply unit supplies the inert gas of 1.0 times or more and 2.0 times or less of nitrogen contained in the combustion air supplied to the furnace per unit time. The configuration may be such that an active gas is supplied to the burner.
According to the boiler system of this configuration, by supplying the inert gas to the burner at a flow rate of 1.0 to 2.0 times the nitrogen contained in the combustion air supplied to the furnace, the metal material is The heat load distribution in the furnace when using coal as fuel can be appropriately brought close to the heat load distribution when coal is used as fuel. In addition, the amount of heat recovered when using a metal material as fuel can be brought closer to the amount of heat recovered when using coal as fuel.
上記構成のボイラシステムにおいて、前記ボイラは、複数の前記バーナを有し、複数の前記バーナに含まれる第1の前記バーナは、1.0未満の当量比で前記金属材料および前記燃焼用空気を前記火炉へ供給し、複数の前記バーナに含まれる第2の前記バーナは、1.0以上の当量比で前記金属材料および前記燃焼用空気を前記火炉へ供給する構成としてもよい。 In the boiler system having the above configuration, the boiler has a plurality of the burners, and the first burner included in the plurality of burners mixes the metal material and the combustion air at an equivalence ratio of less than 1.0. A second burner that supplies the furnace and is included in the plurality of burners may supply the metal material and the combustion air to the furnace at an equivalence ratio of 1.0 or more.
本構成のボイラシステムによれば、複数のバーナに含まれる第1のバーナの当量比を1.0未満とすることで、断熱火炎温度が過度に上昇することを抑制することができる。同様に、複数のバーナに含まれる第2のバーナの当量比を1.0以上とすることで、断熱火炎温度が過度に上昇することを抑制することができる。また、第1のバーナの当量比を1.0以下とし、かつ第2のバーナの当量比を1.0以上とすることで、第1のバーナと第2のバーナの双方を平均した当量比を1に近づけることができる。 According to the boiler system of this configuration, by setting the equivalence ratio of the first burner included in the plurality of burners to less than 1.0, it is possible to suppress an excessive rise in the adiabatic flame temperature. Similarly, by setting the equivalence ratio of the second burner included in the plurality of burners to 1.0 or more, it is possible to suppress an excessive rise in the adiabatic flame temperature. Further, by setting the equivalence ratio of the first burner to 1.0 or less and the equivalence ratio of the second burner to 1.0 or more, the equivalence ratio obtained by averaging both the first burner and the second burner can approach 1.
本実施形態のボイラシステムにおいて、前記ボイラから排出される前記燃焼ガスを冷却する冷却器(300)を有し、前記不活性ガス供給部は、前記冷却器により冷却された前記燃焼ガスを前記不活性ガスとして前記バーナへ供給する構成としてもよい。
本構成のボイラシステムによれば、ボイラから排出される燃焼ガスを冷却器により冷却して不活性ガスとしてバーナへ供給することにより、燃焼ガスとは異なる他の不活性ガスを供給することなく、ボイラシステム内で生成される燃焼ガスを不活性ガスとして適切に再利用することができる。
The boiler system of the present embodiment has a cooler (300) for cooling the combustion gas discharged from the boiler, and the inert gas supply unit supplies the inert gas cooled by the cooler to the inert gas. It may be configured to be supplied to the burner as an active gas.
According to the boiler system of this configuration, the combustion gas discharged from the boiler is cooled by the cooler and supplied to the burner as an inert gas. Combustion gas generated in the boiler system can be appropriately reused as inert gas.
本実施形態のボイラシステムにおいて、前記火炉の底面に設けられるとともに前記金属材料と前記燃焼用空気とを混合した混合ガスを噴射する燃焼装置を備え、前記燃焼装置は、前記混合ガスを前記火炉の内部に噴射する噴射角度を任意の角度に変更可能である構成としてもよい。
本構成のボイラシステムによれば、金属材料と燃焼用空気とを混合した混合ガスを火炉の内部に噴射する噴射角度を任意の角度に変更できる。そのため、作業者が混合ガスの噴射角度を調整することにより、火炉の内部の各領域での熱負荷分布の偏りを少なくすることができる。
In the boiler system of the present embodiment, a combustion device is provided on the bottom surface of the furnace and injects a mixed gas obtained by mixing the metal material and the combustion air, and the combustion device emits the mixed gas into the furnace. It is good also as a structure which can change the injection angle which injects inside to arbitrary angles.
According to the boiler system of this configuration, the injection angle for injecting the mixed gas in which the metal material and the combustion air are mixed into the furnace can be changed to any angle. Therefore, by adjusting the injection angle of the mixed gas by the operator, it is possible to reduce the uneven heat load distribution in each region inside the furnace.
本実施形態のボイラシステムにおいて、前記金属材料は、金属粉であり、前記バーナは、前記燃焼用空気により前記金属粉を搬送して前記燃焼用空気および前記金属粉を前記火炉へ噴射する構成としてもよい。
本構成のボイラシステムによれば、燃焼用空気により搬送される金属粉を燃料としてバーナから火炉に供給することができる。
In the boiler system of the present embodiment, the metal material is metal powder, and the burner transports the metal powder with the combustion air and injects the combustion air and the metal powder into the furnace. good too.
According to the boiler system of this configuration, the metal powder carried by the combustion air can be supplied as fuel from the burner to the furnace.
本実施形態のボイラシステムにおいて、前記金属材料は、液体金属であり、前記バーナは、前記不活性ガスにより前記液体金属を微粒化して前記火炉へ噴射する構成としてもよい。
本構成のボイラシステムによれば、不活性ガスにより微粒化される液体金属を燃料としてバーナから火炉に供給することができる。
In the boiler system of the present embodiment, the metal material may be liquid metal, and the burner may atomize the liquid metal with the inert gas and inject it into the furnace.
According to the boiler system of this configuration, the liquid metal atomized by the inert gas can be supplied from the burner to the furnace as fuel.
1 ボイラシステム
10 火炉
11 炉底部
20 燃焼装置
21,22,23,24,25 燃焼バーナ
21a,22a,23a,24a,25a 供給管
29 追加空気供給ポート
30 煙道
31 排ガス管
40 燃料供給装置
41,42,43,44,45,47 燃料供給部
46 送風機
50 熱交換器
60 燃焼装置
61,62 炉底バーナ
100,100A ボイラ
200 脱硝装置
300 空気予熱器(冷却器)
400 集塵装置
500 煙突
600 再循環ファン(不活性ガス供給部)
700 送風機
800 制御装置
L0 排出ライン
L1 再循環ライン
L2 燃焼用空気供給ライン
α 希釈倍率
1
400
700
Claims (7)
前記ボイラから排出される前記燃焼ガスよりも低温の不活性ガスを前記バーナへ供給する不活性ガス供給部と、を備えるボイラシステム。 a boiler having a furnace and a burner for injecting a metallic material and combustion air into the furnace and burning the metallic material to generate a combustion gas containing a metal oxide;
and a boiler system comprising an inert gas supply section that supplies an inert gas having a temperature lower than that of the combustion gas discharged from the boiler to the burner.
複数の前記バーナに含まれる第1の前記バーナは、1.0未満の当量比で前記金属材料および前記燃焼用空気を前記火炉へ供給し、
複数の前記バーナに含まれる第2の前記バーナは、1.0以上の当量比で前記金属材料および前記燃焼用空気を前記火炉へ供給する請求項1または請求項2に記載のボイラシステム。 The boiler has a plurality of burners,
a first said burner included in said plurality of said burners supplies said metallic material and said combustion air to said furnace at an equivalence ratio of less than 1.0;
3. The boiler system according to claim 1, wherein the second burner included in the plurality of burners supplies the metal material and the combustion air to the furnace at an equivalence ratio of 1.0 or more.
前記不活性ガス供給部は、前記冷却器により冷却された前記燃焼ガスを前記不活性ガスとして前記バーナへ供給する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のボイラシステム。 Having a cooler for cooling the combustion gas discharged from the boiler,
The boiler system according to any one of claims 1 to 3, wherein the inert gas supply section supplies the combustion gas cooled by the cooler to the burner as the inert gas.
前記燃焼装置は、前記混合ガスを前記火炉の内部に噴射する噴射角度を任意の角度に変更可能である請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のボイラシステム。 A combustion device is provided on the bottom surface of the furnace and injects a mixed gas obtained by mixing the metal material and the combustion air,
The boiler system according to any one of claims 1 to 4, wherein the combustion device can change an injection angle for injecting the mixed gas into the furnace to an arbitrary angle.
前記バーナは、前記燃焼用空気により前記金属粉を搬送して前記燃焼用空気および前記金属粉を前記火炉へ噴射する請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のボイラシステム。 The metal material is metal powder,
The boiler system according to any one of claims 1 to 5, wherein the burner transports the metal powder with the combustion air and injects the combustion air and the metal powder into the furnace.
前記バーナは、前記不活性ガスにより前記液体金属を微粒化して前記火炉へ噴射する請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のボイラシステム。
the metal material is a liquid metal,
The boiler system according to any one of claims 1 to 5, wherein the burner atomizes the liquid metal with the inert gas and injects the atomized liquid metal into the furnace.
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