JP4647837B2 - 石炭焚きボイラおよび石炭焚きボイラのスラッギング防止方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭焚きボイラおよびそのスラッギング防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラ等の燃焼炉では、現在でも石炭焚きのものが依然使用されている。
ここで、このような石炭焚きボイラに対し、環境保護の観点から、排ガス中のＮＯ_x低減が求められている。また、燃焼効率向上のために、炉底灰中の未燃分の低減も重要な課題である。これらの要求を同時に実現するために、いわゆる二段燃焼法が知られている。
二段燃焼法では、多段に配列された複数のバーナから燃料と共に投入する燃焼用空気の一部を、主バーナよりもガス流れ方向の後流側に配置された二段燃焼用空気噴出口により炉内へ投入することとしている。これによって、還元性雰囲気を形成して、ＮＯ_xの発生を抑制することとしている。
【０００３】
ところが、石炭焚きボイラで石炭を燃焼させるときに、還元性雰囲気下において燃焼温度が高い場合には、問題点があった。すなわち、このような還元性雰囲気では、石炭中の灰分の溶融温度（灰融点）が低くなり、かかる灰分が炉壁管表面に付着し易くなることがあった。とりわけ、二段燃焼法を採用しているため、近年のボイラでは、高温燃焼域からボイラ壁面に到達する熱量（熱負荷）を増加させる傾向がある。このため、壁面近傍でのガス温度が石炭中の灰融点よりも高くなり、壁面への灰の付着、すなわち、スラッギングが発生しがちであった。
【０００４】
また、近年、建設費の低減から、ボイラの小型化が図られている。小型のボイラを使用した場合には、燃焼域からボイラ側面に到達する熱量（熱負荷）が増加して、壁面近傍でのガス温度が石炭中の灰融点よりも高くなり、スラッギングが発生しやすい条件となる。
【０００５】
石炭焚きボイラは、近年では特に、安価に入手可能な石炭を使用する。このような安価の石炭のなかには、灰の融点が低いものがあり、スラッギングが発生しやすいものがある。このような石炭では、特に熱負荷の高い箇所にスラッギングを起こしやすい。炉壁にスラッギングが生じると、火炉ボイラの吸熱量が急減に変化することがあり、円滑なボイラの運転を行うのが困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、スラッギングを防止して円滑な運転を行うようにすることができるようにした石炭焚きボイラおよびそのスラッギング防止方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る石炭焚きボイラは、炉壁部のうちスラッギングが生じやすい位置に空気投入手段を設けたことを特徴とする。また、本発明は、別の側面において、石炭焚きボイラのスラッギング防止方法であり、炉壁部のうちスラッギングが生じやすい位置に空気を投入することを特徴とする。
炉壁部のうちスラッギングの生じやすい位置としては、例えば、炉壁の傾斜部の壁面と、水平面に対して垂直となる壁面との境界部またはその近傍である。また、空気投入手段としては、一般的にはノズルを用いることが好適である。
【０００８】
本発明によれば、空気投入手段から投入された空気によって、ボイラの壁面をシールするとともに、炉壁部のうち、スラッギングを生じやすい位置またはその近傍のガスが冷却され、石炭の灰融点以下となり、スラッギングが効果的に防止される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面に示した実施の形態を参照して、本発明に係る石炭焚きボイラおよび石炭焚きボイラのスラッギング防止方法をさらに詳細に説明する。
図１に、本発明に係る石炭焚きボイラの実施の形態を示す。
本実施の形態に係る石炭焚きボイラ１の形状は、通常のボイラと同様であり、ボイラ底部に傾斜部２（ホッパ部）を有し、該傾斜部２に続く上部に水平面に対して垂直の壁面３、４を有する。すなわち、ボイラ１は、傾斜部２と壁面３、４にかけて、水平面に対する傾斜の角度が変わる境界部５を有する。また、ボイラ１は、通常のボイラと同様、石炭燃料を燃焼するバーナ７を、火炉壁３、４に備えている。
【００１０】
さらに、本実施の形態では、炉壁部のうちスラッギングが生じやすい位置に空気投入手段６を設けている。すなわち、傾斜部２と、水平面に対して垂直の壁面となる火炉壁３、４との境界部５に、空気投入手段６を設けている。
ここで、上記傾斜部２は、落下した灰を捕集するためのものである。傾斜部２の壁面は水平面に対して、一般に図示のように、５０〜５５゜の角度をもつ。この傾斜部２は、高温燃焼域に対して投影面積が大きいため、高温燃焼域からの熱を受けやすく、燃焼域からボイラ壁面に投影する熱量（熱負荷）が増加し、壁面近傍でのガス温度が石炭中の灰融点よりも高くなる。そのため、石炭焚きボイラは、特に炉壁面において、傾斜部の壁面から水平面に対して垂直となる壁面の境界部５の熱負荷が最も高い。本発明者らは、このように推測した。これが、かかる位置においてスラッギングが発生しやすい原因であると結論した。そこで、かかる位置に空気投入手段６を設けることとしている。
【００１１】
空気投入手段６としては、空気ノズル、またはノズルを用いず炉壁の一部から投入する（壁面のフィンの一部を取り除いて投入口とするなど）等種々の手段を用いることができる。空気投入手段６の数は特に限定されるものではないが、本発明の効果を発揮するために必要な所定の数を設ける。
空気投入手段６から投入される空気は、燃焼空気と同じ３００〜４００℃程度の空気を用いることが好適である。空気投入量は、全燃焼空気量の５〜１０％以下で十分である。
図１の実施の形態では、空気投入手段６から投入された冷却用空気によりボイラの壁面がシールされるとともに、冷却用空気によって壁面近傍のガスが冷却され、石炭の灰融点以下となる。これによって、高温燃焼域から受けた熱による上記境界部およびその近傍におけるスラッギングの発生が防止される。
【００１２】
他の実施の形態
本発明は、上記実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、当業者にとって自明な変更・修飾・付加は、全て本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、一般的なボイラでは、傾斜部は水平面に対して、５０〜５５゜の角度をもつが、特段この角度を備えたものに限定されることはない。水平面に対してする傾斜部２と垂直の壁面３、４との境界部を持つものであれば、本発明を適用することができる。
【００１３】
また、空気投入手段は、上記のような境界部ではなく、その近傍に設けることとしても良い。
上記図１の実施の形態で、ボイラ１の上記境界部５の近傍とは、例えば、上記境界部の２〜５ｍ下あるいは２〜５ｍ上の箇所であるが、ボイラ１の大きさにより適宜設定することが可能である。また、熱負荷の最も高くなるボイラ１の中央若しくはバーナ７直下に、さらに境界部５またはその近傍の空気投入手段６とは別途に空気投入手段を設け、効果がある場合には、この部分のスラッギングを防止してもよい。
さらに、本発明の石炭焚きボイラは、公知の任意のボイラの構造と組み合わせてもよく、例えば、空気投入手段６とは別に、バーナよりもガス流れ方向の後流側に燃焼用空気の投入手段を設けてもよい。
【００１４】
【実施例】
以下に実施例、比較例を挙げて、本発明に係る石炭焚ボイラおよびそのスラッギング防止構造の効果を実証する。なお、これらにより本発明を限定するものではない。
実施例１
図１の実施の形態について説明したと同様の構造を備えた石炭焚きボイラを用いて、燃焼を行った。
試験炉においてスラッギング性の高い石炭（中国炭）を使用し、バーナ下部に大型空気ノズルを設置した場合は、スラッギングを起こすことなく運転が可能であった。
【００１５】
比較例１
バーナの近傍の炉壁に沿って空気ノズルを設けた従来の石炭焚きボイラを用いて燃焼を行った。
この石炭焚きボイラは、図２に示すように、バーナ２７近傍の炉壁に沿って配置された空気ノズル２８から空気を流し込むこととしている。このボイラの構造では、炉壁に備えられた複数のバーナ２７の下方、中間、または上方の位置に複数の空気ノズル２８を設け、炉壁に沿ってこれらの空気ノズルからの空気を流し込むこととしている。なお、この従来のボイラでは、炉壁近傍のみを酸化性雰囲気に保ち、これにより、燃料を還元性雰囲気下で燃焼させたときに生じる強い腐食性を有する燃焼生成ガスによる炉壁管の腐食を防止することとしている。
【００１６】
上記実施例１と同一の試験炉で同一の石炭を用いてバーナ下部の空気ノズルを廃止した場合はスラッギングが発生した。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、空気投入手段から投入された冷却用空気によって、ボイラの壁面がシールされるとともに、壁面近傍のガス温度が冷却され、石炭の灰融点以下となり、スラッギングが効果的に防止され、円滑なボイラの運転を行うことができる。また、近年多用されているスラッギングを生じやすい安価の石炭を用いた場合にも、スラッギング発生の防止を行うことができるため、安価な石炭を使用してボイラの運転費用を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る石炭焚きボイラの一実施の形態を説明する概念的断面図である。
【図２】図２は、従来の石炭焚きボイラの側面を示す概念的断面図である。
【符号の説明】
１ ボイラ
２ 傾斜部
３、４ 火炉壁
５ 境界部
６ 空気投入手段
７ バーナ
８ 空気ノズル

Claims (7)

1. 炉壁部のうち炉壁の傾斜部の壁面と水平面に対して垂直となる壁面との境界部またはその近傍に空気投入手段を設けたことを特徴とする石炭焚きボイラ。
2. 上記空気投入手段を、ノズルとしたことを特徴とする請求項１に記載の石炭焚きボイラ。
3. 炉壁部のうち炉壁の傾斜部の壁面と水平面に対して垂直となる壁面との境界部またはその近傍に空気を投入することによる石炭焚きボイラのスラッギング防止方法。
4. 前記燃焼方法が、二段燃焼法であることを特徴とする請求項３に記載のスラッギング防止方法。
5. 前記空気の投入量が、全燃焼空気量の５〜１０％以下であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のスラッギング防止方法。
6. 前記空気の投入温度が、３００〜４００℃であることを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載のスラッギング防止方法。
7. さらに、炉壁部のうち水平面に対して垂直となる壁面にバーナが多段に配列されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の石炭焚きボイラ。

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