JP3203336U - 火炉壁損傷防止装置 - Google Patents

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弘昭 堤
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【課題】火炉ホッパ部を保護できる火炉壁損傷防止装置の提供。【解決手段】火炉垂直壁21の、バーナー40より下方に位置するバーナー下側部21a1に、火炉ホッパ部2の傾斜壁22の火炉内面に沿った方向に空気を噴出する複数の空気ノズル30が設けられている。そのため、空気ノズル30から噴出される空気の被覆効果により、火炉ホッパ部2の傾斜壁22の表面温度を低減でき、また、火炉ホッパ部2の傾斜壁22が腐食性ガスに晒されることを抑制できる。したがって、火炉ホッパ部2の傾斜壁22を保護できクラック発生を抑制できる。【選択図】 図1

Description

本考案は、火炉壁の損傷を防止する装置に関する。
特開平11−237003号公報は、伝熱管と伝熱管どうしを接続するフィンによって構成される火炉壁の垂直壁に複数のバーナーが上下2段および左右に並んで配置されており、下段バーナーの上部および上端バーナーの上部に垂直壁に垂直に空気注入孔が穿設され、空気注入孔に接続された空気注入ノズルから、大気圧によって火炉内に空気が導入される技術を開示している。火炉内に導入される空気によって、火炉壁に沿って空気膜が形成されて、火炉壁が還元性雰囲気に直接晒されることが無いようにされている。
上記の公報開示の技術にはつぎの問題点がある。
火炉ホッパ部、すなわち、バーナーが配置された垂直壁の下側に接続された火炉下部に位置するボトムアッシュ(クリンカアッシュ)を回収するための漏斗状の部分(傾斜壁)は、火炉壁が斜めに設置されている。そのため、伝熱管内の水量不足や圧力変動などの循環状態によっては、水に比べて比重が小さくかつ比熱が小さい蒸気と水とが二相(水と蒸気)に分離して流れやすく、炉内側の管頂部(管の断面の上側)に蒸気が集まりやすい。管頂部に蒸気が集まって蒸気層が発生すると著しく熱伝導(管内面熱伝達率)が阻害され、管表面の温度が急激に上昇し、伝熱管が部分的に膨張する。又この条件が無くなると急激な温度降下が発生し、部分的に膨張した伝熱管が収縮する。この熱膨張と熱収縮が繰り返されると、伝熱管にクラックが発生しやすい。また、腐食性ガス雰囲気に晒され、クラック(疲労破壊)の発生が助長される。
ここで、上記公報開示の技術は、燃焼ガスの上昇とともに導入された空気が上昇して、火炉壁に空気膜を形成するものである。そのため、バーナーより下部の火炉ホッパ部を保護する機能を有しておらず、火炉ホッパ部を構成する傾斜壁のクラック発生を抑制することが困難である。
特開平11−237003号公報
本考案の目的は、火炉ホッパ部を保護できる火炉壁損傷防止装置を提供することにある。
上記目的を達成する本考案はつぎの通りである。
(1)(a)バーナーが配置される垂直壁と、該垂直壁に接続される火炉ホッパ部の傾斜壁と、を備える火炉壁と、
(b)前記バーナーより下方に位置する前記垂直壁の部分であるバーナー下側部に設けられており、前記傾斜壁の火炉内面に沿った方向に空気を噴出する複数の空気ノズルと、
を有する、火炉壁損傷防止装置。
(2) 複数の前記空気ノズルは、上下方向に2段設けられている、(1)記載の火炉壁損傷防止装置。
(3) 前記空気ノズルから噴出される空気は、高圧の空気送風機からの空気である、(1)または(2)記載の火炉壁損傷防止装置。
(4)石炭または固形バイオマス燃料を使用する火炉に用いられる、(1)〜(3)の何れか1つに記載の火炉壁損傷防止装置。
上記(1)の火炉壁損傷防止装置によれば、垂直壁の、バーナーより下方に位置するバーナー下側部に、火炉ホッパ部の傾斜壁の火炉内面に沿った方向に空気を噴出する複数の空気ノズルが設けられているため、つぎの効果を得ることができる。
空気ノズルから噴出される空気の被覆効果により、火炉ホッパ部の傾斜壁の表面温度を低減でき、また、火炉ホッパ部の傾斜壁が腐食性ガスに晒されることを抑制できる。したがって、火炉ホッパ部の傾斜壁を保護できクラック発生を抑制できる。
上記(2)の火炉壁損傷防止装置によれば、複数の空気ノズルが上下方向に2段設けられているため、1段のみ設けられている場合に比べて、空気ノズルを多数設けることができ、隙間なく火炉ホッパ部の傾斜壁を保護することができる。
上記(3)の火炉壁損傷防止装置によれば、空気ノズルから噴出される空気に、高圧の空気送風機からの空気が選定されているため、大気圧によって空気が導入される場合に比べて、広範囲にわたって効果的に火炉ホッパ部の傾斜壁の冷却保護効果を得ることができる。
上記(4)の火炉壁損傷防止装置によれば、火炉壁損傷防止装置が、ボトムアッシュが大量に発生する石炭(微粉炭)または固形バイオマス燃料を使用する火炉に用いられるため、石炭(微粉炭)や固形バイオマス燃料を使用する火炉のボトムアッシュを収集するための火炉ホッパ部の寿命を長くできる。
本考案実施例の火炉壁損傷防止装置が適用される火炉の側面図である。 本考案実施例の火炉壁損傷防止装置が適用される火炉の正面図である。 本考案実施例の火炉壁損傷防止装置が適用される火炉の、空気ノズルとその近傍の部分拡大斜視図である。 図1のA部の拡大概略図である。
以下に、本考案実施例の火炉損傷防止装置を、図面を参照して、説明する。
本考案実施例の火炉壁損傷防止装置(以下、単に装置ともいう)10は、石炭(微粉炭)または固形バイオマス燃料を使用する火炉1に用いられる。すなわち、装置10は、ボトムアッシュ(クリンカアッシュ)が比較的大量に発生する火炉1に用いられる。ただし、石油炊きボイラなどの他の燃料を使用する火炉に用いられていてもよい。
装置10は、図1に示すように、火炉壁20と、空気ノズル30と、を有する。火炉壁20は、火炉1を構成する壁であり、図3に示すように、並列した複数の伝熱管(蒸発管)20aをフィン20bにより接続して構成される。火炉壁20は、図1に示すように、バーナー40が上下方向中間部に配置される垂直壁21と、垂直壁21の下端に接続される(連なる)火炉ホッパ部2の傾斜壁22と、を備える。なお、火炉ホッパ部2は、垂直壁21の下側に接続される火炉下部に位置し、ボトムアッシュを回収するための漏斗状の部分である。
垂直壁21は、前壁21a、前壁21aに対向する後壁21b、前壁21aと後壁21bを接続する左右壁21c(図2)を備える。バーナー40は、図1に示すように、前壁21aと後壁21bのみに配置されている。バーナー40は、前壁21aには上下2段および左右に並んで配置されており、後壁21bには上下1段および左右に並んで配置されている。そのため、前壁21aの下端に接続される傾斜壁22(以下、前側傾斜壁22aという)が、後壁21bの下端に接続される傾斜壁22(以下、後側傾斜壁22bという)よりもバーナー40の熱の影響を受けやすくなっており、傾斜壁22の中で最もバーナー40の熱の影響を受けやすくなっている。
空気ノズル30は、図3に示すように、火炉壁20の伝熱管20aではなくフィン20bに設けられる。空気ノズル30は、空気を噴出して火炉ホッパ部2の傾斜壁22を保護するために設けられる。空気ノズル30は、図1に示すように、バーナー40が上下2段に配置された垂直壁21の前壁21aのみに設けられており、空気を噴出して火炉ホッパ部2の前側傾斜壁22aを保護する。空気ノズル30は、前側傾斜壁22aの内面に沿う空気層を作るように、前側傾斜壁22aの内面に沿った方向(前側傾斜壁22aの内面に平行な斜め下方の方向、垂直壁21の内面に対して斜め下方)に延びて配設されており、この方向に空気を噴出する。前側傾斜壁22aの内面に沿う空気層を作るため、すなわち、前側傾斜壁22aに空気を直接当てると前側傾斜壁22aを局部的に被覆・冷却するのみで広範囲を被覆・冷却できないため、空気ノズル30は前側傾斜壁22aに向けては空気を噴出していない。
空気ノズル30は、上下2段に配置されたバーナー40の下段バーナー41より下方に位置する前壁21aの部分であるバーナー下側部21a1に、設けられている。空気ノズル30が下段バーナー41より下方に設けられているため、空気ノズル30から噴出される空気がバーナー40、41からの輻射熱や腐食性ガスを遮ることができる。
空気ノズル30は、バーナー下側部21a1の上部(バーナー下側部21a1を上下方向に2分割したときの上側部分)に設けられていてもよいが、バーナー下側部21a1の下部(バーナー下側部21a1を上下方向に2分割したときの下側部分)に設けられていることが望ましく、さらには、バーナー下側部21a1の下端部(その近傍を含む)に設けられていることが望ましい。この理由は、空気ノズル30から噴出される空気が前側傾斜壁22aに沿って広範囲に流れやすく、火炉ホッパ部2の前側傾斜壁22aを広範囲にわたって効果的に被覆でき保護できるからである。
図2に示すように、空気ノズル30は、複数設けられている。複数の空気ノズル30は、バーナー下側部21a1に、上下2段および左右に並んで配置されている。隣り合う空気ノズル30の間隔は、一定であってもよく、異なっていてもよい。設けられる空気ノズル30の数は、前壁21aに配置される複数のバーナー40の数より多く、前側傾斜壁22aを保護するのに十分な量とされている。複数の空気ノズル30の、左右両端に位置する空気ノズル30aは、前壁21aに配置される複数のバーナー40の、左右両端に位置するバーナー40aより、左右方向外側にある。
空気ノズル30から噴出される空気は、図4に示すように、燃焼用の一次空気を供給する高圧の1次空気送風機50からの空気(冷空気)の一部を利用しており、1次空気送風機50からヘッダ51を介して各空気ノズル30に送られる。空気ノズル30から噴出される空気は、別の空気送風機から送られる空気でもよい。空気ノズル30から噴出される空気は、大気圧および炉内より高い圧力で、炉内に噴出される。なお、特に限定されるものではないが、ヘッダ51は呼び径150A(JIS)のパイプ、空気ノズル30は呼び径8A(JIS)のパイプを使用した。
つぎに、本考案実施例の作用、効果を説明する。
図1に示すように、バーナー40が垂直壁21の前壁21aに上下2段、後壁21bに1段配置されている場合、空気ノズル30が設けられていない場合には、前壁21aの下端に連なる火炉ホッパ部2の傾斜壁22(前側傾斜壁22a)の伝熱管20aにクラックが発生し、後壁21bの下端に連なる火炉ホッパ部2の傾斜壁22(後側傾斜壁22b)の伝熱管20aにはクラックは全く発生しなかった。また、前壁21aの下端に連なる前側傾斜壁22aにあっては、特に、バーナー40炎の輻射熱の影響を受けやすい、バーナー40の下方の、垂直壁21の前壁21aから前側傾斜壁22aへと折れ曲がった前側傾斜壁22aの部分の伝熱管20aにクラックが発生しやすかった。
ここで、本考案では、垂直壁21の、バーナー40より下方に位置するバーナー下側部21a1に、火炉ホッパ部2の前側傾斜壁22aの火炉内面に沿った方向に空気を噴出する複数の空気ノズル30が設けられている。
そのため、空気ノズル30から噴出される空気の被覆効果により、火炉ホッパ部2の前側傾斜壁22aの火炉内面側の表面温度を低減でき、また、火炉ホッパ部2の前側傾斜壁22aの火炉内面側が腐食性ガスに晒されることを抑制できる。したがって、火炉ホッパ部2の前側傾斜壁22aを保護できクラック発生を抑制できる。
複数の空気ノズル30が上下方向に2段設けられているため、1段のみ設けられている場合に比べて、空気ノズル30を多数設けることができ、隙間なく火炉ホッパ部2の前側傾斜壁22aを保護することができる。
なお、複数の空気ノズル30が上下方向に3段以上設けられている場合、前側傾斜壁22aから離れすぎてしまうため、最も上段の空気ノズルから噴出される空気による前側傾斜壁22aの保護効果をあまり期待できないおそれがあるが、本考案では上下2段であるため、全ての空気ノズル30から噴出される空気で前側傾斜壁22aの保護を効果的に得ることができる。
空気ノズル30から噴出される空気に、火炉内の炉圧より高圧の1次空気送風機50からの高圧の冷空気が選定されている。そのため、空気ノズル30から噴出される空気の流速を高めることができ、前側傾斜壁22aの上部(前側傾斜壁22aを上下方向に2分割したときの上側部分)の保護が十分にできるとともに、前側傾斜壁22aの下部(前側傾斜壁22aを上下方向に2分割したときの下側部分)近傍または前側傾斜壁22aの下端部まで空気による保護効果を得ることができる。よって、大気圧によって空気が導入される場合に比べて、広範囲にわたって効果的に火炉ホッパ部2の前側傾斜壁22aの冷却保護効果を得ることができる。
また、燃焼時に使用する1次空気送風機50を作動させるだけで空気ノズル30から空気を噴出し続けることができるため、空気ノズル30からの空気噴出のためだけの特段の操作は不要であり、ランニングコストがほとんど不要である。また、初期費用に関しても、空気ノズル30がバーナー下側部21a1に設けられており、空気ノズル30への空気配管のとりまわしが比較的容易であり、初期費用を抑えることができる。また、空気ノズル30を設けるだけでよいため、この点においても初期費用も抑えることができる。
火炉壁損傷防止装置10が、ボトムアッシュが大量に発生する石炭(微粉炭)または固形バイオマス燃料を使用する火炉1に用いられるため、石炭(微粉炭)や固形バイオマス燃料を使用する火炉1のボトムアッシュを収集するための火炉ホッパ部2の寿命を長くできる。
1 火炉
2 火炉ホッパ
10 火炉壁損傷防止装置
20 火炉壁
20a 伝熱管
20b フィン
21 垂直管
21a 垂直管の前壁
21a1 バーナー下側部
21b 垂直管の後壁
21c 垂直管の左右壁
22 傾斜壁
22a 前側傾斜壁
22b 後側傾斜壁
30 空気ノズル
30a 空気ノズルの左右両端
40 バーナー
40a バーナーの左右両端
41 下段バーナー
50 1次空気送風機
51 ヘッダ

Claims (4)

  1. (a)バーナーが配置される垂直壁と、該垂直壁に接続される火炉ホッパ部の傾斜壁と、を備える火炉壁と、
    (b)前記バーナーより下方に位置する前記垂直壁の部分であるバーナー下側部に設けられており、前記傾斜壁の火炉内面に沿った方向に空気を噴出する複数の空気ノズルと、
    を有する、火炉壁損傷防止装置。
  2. 複数の前記空気ノズルは、上下方向に2段設けられている、請求項1記載の火炉壁損傷防止装置。
  3. 前記空気ノズルから噴出される空気は、高圧の空気送風機からの空気である、請求項1または請求項2記載の火炉壁損傷防止装置。
  4. 石炭または固形バイオマス燃料を使用する火炉に用いられる、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の火炉壁損傷防止装置。
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