JP4809084B2

JP4809084B2 - 燃焼空気供給ポート

Info

Publication number: JP4809084B2
Application number: JP2006063722A
Authority: JP
Inventors: 琢也石賀; 正行谷口; 研二山本; 彰馬場; 公治倉増
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: JP2007240069A

Description

本発明は、石炭火力発電所等で用いられる微粉炭焚きボイラの燃焼空気供給ポートに関する。

石炭火力発電所等で用いられる微粉炭焚きボイラでは、燃料の微粉炭を燃焼する際に発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）及び未燃分を低減するため、燃焼用空気を複数段に分けて供給して燃焼させる二段燃焼方式が用いられている。この二段燃焼方式の微粉炭焚きボイラでは、ボイラの火炉を構成する火炉壁に燃料の微粉炭を燃焼するバーナが設置して微粉炭を燃料過剰の状態で不完全燃焼させ、燃焼ガスが局部的に高温度になるのを防止してＮＯｘの生成を抑える。更に、このバーナの設置位置より上部の火炉壁にアフタエアを供給する燃焼空気供給ポート（アフタエアポートやオーバーエアポートとも呼ばれる）を配置して過剰の空気（アフタエア）を火炉内の燃焼ガス中に投入して完全燃焼させ、ＣＯと未燃分の生成を低減させる燃焼方式となっている。ところで、前記燃焼空気供給ポートは、通常、一体の構造物として製作されているので、長期間使用していると火炉の燃焼ガスの輻射熱の影響や灰付着によって燃焼空気供給ポートを構成する色々な箇所に損耗が生じる。このため、損耗した燃焼空気供給ポート全体を交換したり、補修のためのメンテナンスを行う必要がある。ところで、燃焼空気供給ポートの交換、或いは補修には、燃焼空気供給ポートが一体構造物であるため、ボイラの火炉壁に取り付けられた燃焼空気供給ポートを収容するウインドボックスの背面側と火炉壁の内側との両側から交換、或いは補修作業を行う必要がある。よって、燃焼空気供給ポートの交換や補修作業は、通常、定期検査など、ボイラを長期間運転を停止する際に実施せざるを得なかった。

特許文献１は燃料を燃焼するバーナを対象としたものであるが、このバーナ全体を台車に載置して、ボイラの火炉壁に設置したウインドボックスの背面側からレールを利用して台車ごとバーナを引出し、新しいバーナを台車に載せ替えて交換する技術が開示されている。

特開平９−２６４５０９号公報（第１図）

微粉炭焚きボイラの火炉を構成する火炉壁からアフタエアである燃焼用空気を供給する燃焼空気供給ポートは、空気供給ポートからの空気の供給方法やボイラの燃焼条件によって輻射熱の作用で損耗する燃焼空気供給ポートの部分が異なってくる。燃焼空気供給ポートは重量のある大きな構造物であるため、燃焼空気供給ポートを交換、或いは補修作業をする場合に、損耗する燃焼空気供給ポートの部分によってはウインドボックスの背面側だけでなく、ボイラの火炉内側からも作業を行う必要があった。特に火炉内側から交換、或いは補修作業を行う場合には、燃焼空気供給ポートは高所にあるため大きな足場を組む必要があり、作業が大掛かりにならざるを得なかった。

しかしながら、大きな構造物の燃焼空気供給ポートの全体を載置する交換用の大型の台車とレールを備えると、燃焼空気供給ポートを収容するウインドボックスの構造がますます大型化せざるを得なくなる。

本発明の目的は、燃焼空気供給ポート全体を積載する大型の台車や足場を用いずにコンパクトな構造のウインドボックスによって該ウインドボックスの背面側から燃焼空気供給ポートの損耗箇所の交換、或いは補修を容易に行えるようにした燃焼空気供給ポートを提供することにある。

本発明の燃焼空気供給ポートは、燃焼空気供給ポートを外部から空気が供給されるウインドボックスの内部に配置し、前記ウインドボックスの背面側に開口部を形成すると共に該開口部を覆うフランジ部材を着脱自在に取り付け、複数の空気ノズルのうち内側に配設された燃焼用１次空気を供給する１次空気ノズルを分割構成し、分割構成された火炉側の１次空気ノズル先端部は軸方向に移動可能に配設し、分割構成されたウインドボックス背面側の１次空気ノズル後端部はその内側を前記１次空気ノズル先端部が軸方向に移動可能に配設して該ウインドボックス背面側に取り付け、前記１次空気ノズル先端部はその内側に該１次空気ノズル先端部を支持して軸方向に移動させる支持部材を配設し、前記開口部は前記１次空気ノズル先端部がウインドボックスの外側との間で搬出、搬入可能な大きさに形成するように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、燃焼空気供給ポート全体を積載する大型の台車や足場を用いずにコンパクトな構造のウインドボックスによって該ウインドボックスの背面側から燃焼空気供給ポートの損耗箇所の交換、或いは補修を容易に行い得るようにした燃焼空気供給ポートが実現できる。

以下、図面を用いて、本発明の一実施例である燃焼空気供給ポートを備えた微粉炭焚きボイラについて説明する。

図１は、本発明の一実施例である石炭火力発電所に用いられる二段燃焼方式の微粉炭焚きボイラ１００の概略構成を示している。微粉炭焚きボイラ１００の火炉１０２を構成する火炉壁１０１には複数個のバーナ１が設置されている。このバーナ１は、配管２を通じて供給された燃料の微粉炭２ａを、配管７２を通じて供給される燃焼用空気６２ａと共に燃料過剰の状態で不完全燃焼させて火炉１０２内で火炎１ａを形成させる。そして、火炉１０２内を流下する燃焼ガス１ｂが局部的に高温度になるのを防止してＮＯｘの生成を抑えている。

前記バーナ１の下流側となるバーナ１の設置位置より上部に位置する火炉壁１０１には、アフタエアを供給する燃焼空気供給装置を構成する燃焼空気供給ポート４０が設置されており、この燃焼空気供給ポート４０を通じて過剰の空気（アフタエア）を火炉１０２内の燃焼ガス１ｂ中に投入して完全燃焼させ、燃焼ガス１ｂ中のＣＯと未燃分の生成を低減させている。前記燃焼空気供給ポート４０は、火炉壁１０１に取り付けられた箱型のウインドボックス５０の内部に配置されており、空気供給ポート４０から火炉１０２に噴出するアフタエアとして使用される燃焼用１次空気７ａ、燃焼用２次空気１６ａ及び燃焼用３次空気２２ａは、外部の空気源から導かれて配管７３に設けた空気流量調整器８４で配分され、配管６１、配管６２及び６３を通じて前記ウインドボックス５０に夫々供給されている。

外部の空気源からバーナ１及び燃焼空気供給ポート４０に供給される燃焼用空気の供給系統を簡単に説明すると、外部から導かれた燃焼用空気６１ａは、空気流量調整器８１によって配管７２を流下するバーナ用の燃焼空気６２ａと、配管７３を流下するアフタエア用の燃焼空気６３ａとに配分される。前記バーナ用の燃焼空気６２ａは、配管７２に設けた空気流量調整器８２を経て火炉壁１０１に取り付けられたバーナ用のウインドボックス４に供給されている。また、前記アフタエア用の燃焼空気６３ａは、配管７３に設けた空気流量調整器８４を経て配管６１を流れる燃焼用１次空気７ａ、配管６２を流れる燃焼用２次空気１６ａ及び６３を流れる燃焼用３次空気２２ａに夫々配分されて火炉壁１０１に取り付けたアフタエア用のウインドボックス５０に供給される構成となっている。

図２は、アフタエア用のウインドボックス５０に設けられた燃焼空気供給ポート４０の詳細構造を示す断面図である。ここでは、石炭火力発電所の微粉炭焚きボイラ１００に設置した燃焼空気供給ポート４０の場合について説明する。図２において、燃焼空気供給ポート４０は、二段燃焼方式の微粉炭焚きボイラ１００の火炉壁１０１に設置されているが、この火炉壁１０１は複数配列された水管３を主体に構成されており、ボイラの火炉１０２の内部で生成する燃焼ガス１ｂの熱で前記水管３を流れる給水を加熱して熱を回収している。火炉壁１０１に開口した燃焼空気供給ポート４０の開口部４０aの近傍では、前記水管３が燃焼空気供給ポート４０の開口部４０aを塞がないようにして配列されている。

この燃焼空気供給ポート４０は、火炉壁１０１に取り付けたアフタエア用のウインドボックス５０の内部に設置されている。ボイラ１００に供給されるアフタエア空気は、全てウインドボックス５０に供給されて燃焼空気供給ポート４０の開口部４０aから火炉１０２の内部に噴出される。前記燃焼空気供給ポート４０では、燃焼空気である燃焼用１次空気７a、燃焼用２次空気１６a、及び燃焼用３次空気２２aが、夫々同心円状に順次配置された３つの流路７、流路１６及び流路２２を通じて流下させて燃焼空気供給ポート４０の開口部４０aから火炉１０２内に噴出される。前記３つの流路は、軸心側から半径方向外側に向かって、１次空気流路７、２次空気流路１６、及び３次空気流路２２の順で位置するように流路の外径を異ならせて順次配置している。そして、前記１次空気流路７を流れる燃焼用１次空気７aは直進流として、２次空気流路１６を流れる燃焼用２次空気１６aは該２次空気流路１６内に設置した２次空気レジスタ羽根１４によって旋回流として、３次空気流路２２を流れる燃焼用３次空気２２aは径方向外方から中心軸方向に向かう流れとして夫々燃焼空気供給ポート４０の開口部４０aに供給され、火炉１０２の内部に噴出される。

次にアフタエアを微粉炭焚きボイラ１００の火炉１０２に供給する燃焼空気供給装置である燃焼空気供給ポート４０を構成する構造の詳細について説明する。燃焼空気供給ポート４０は、大きく分けて二つの構造物から構成されている。その構造物の一方は、燃焼用１次空気７aを流す１次空気流路７となるように水平方向の軸心に沿って配置された１次空気ノズル９を構成する１次空気ノズル先端部９aである。この１次空気ノズル先端部９aは、微粉炭焚きボイラ１００の火炉１０２の内部に形成される火炎１bからの輻射熱によって熱変形や溶損を生じやすく、最も補修やメンテナンスが必要な部品である。

そこで、本実施例では、図２、及び図２のＡ−Ａ方向矢視図である図３に示すように、１次空気ノズル９を分割して構成し、火炉１０２側となる分割された１次空気ノズル先端部９aは水平方向の軸心に沿った円筒状の軸方向に移動可能な構成とし、この１次空気ノズル先端部９aのウインドボックス背面５１側となる分割された１次空気ノズル後端部９bは同じく円筒状に形成してウインドボックス５０の背面板５１に溶接等で取り付ける構造とした。

そのため、ウインドボックス背面板５１に、１次空気ノズル先端部９aを搬入、搬出できる大きさの開口部５４aを形成しておき、この開口部５４aに該開口部５４aを覆う大きさの１次空気ノズル交換用のフランジ５４を、ボルトナット５３によって着脱可能に固定して該開口部５４aをボイラの通常運転時はシールしている。フランジ５４の中心位置には小さな穴が開けてあり、１次空気ノズルノズル先端部９aを支持棒１０で支持して軸方向に移動操作できるように、前記支持棒１０の一端がフランジ５４を貫通して突出するように配置している。前記１次空気ノズル先端部９aの内周壁は、該１次空気ノズル先端部９aの軸心方向に沿って配設された支持棒１０の２箇所に設けた支持リング１１の外周部と固定されており、１次空気ノズル先端部９aの全体をこの支持棒１０で支持するように構成している。

上記のように構成したことにより、交換或いは補修が必要となった1次空気ノズル９を構成する1次空気ノズル先端部９aは、まず、ボルトナット５３を緩めてウインドボックス５０の背面板５１に設置した１次空気ノズル交換用フランジ５４を取り外して開口部５４aを開放し、次に、支持棒１０を操作して1次空気ノズル先端部９aを該開口部５４aからウインドボックス５０の外部に取り出す。その後、交換した新しい1次空気ノズル先端部９a或いは補修作業を行った1次空気ノズル先端部９aは、支持棒１０を操作して該開口部５４aを通じてウインドボックス５０に入れられて所定の位置に配置される。

また、ウインドボックス５０の背面側から火炉１０２に面する１次空気ノズル先端部９aの最先端９cの位置を微調整できるように、ウインドボックス５０に設置した１次空気ノズル交換用フランジ５４を貫通して配置された支持棒１０の端部には１次空気ノズル先端部９aの軸方向の位置を調節する調整ハンドル１０aが設けられている。したがって、微粉炭焚きボイラ１００の火炉１０２から排出される燃焼排ガス１ｃ中のNOx濃度やCO濃度を低減する燃焼用１次空気７a、燃焼用２次空気１６a及び燃焼用３次空気２２aの流量配分に対応した１次空気ノズル先端部９aの最先端９ｃの位置を、調整ハンドル１０aを操作して１次空気ノズル先端部９aを軸心方向に移動して前記最先端９ｃが最適位置となるように調整することが可能となる。

燃焼空気供給ポート４０の構造物の他方は、１次空気ノズル先端部９a以外の部分であり、ウインドボックス背面板５１側に設置された１次空気ノズル背面部９bである。この１次空気ノズル背面部９bは１次空気ノズル９を分割構成したものでもあり、円筒形状に形成されて、同じく円筒状の前記１次空気ノズル先端部９aを１次空気ノズル背面部９bの内側を軸方向に移動できるように支持して、１次空気ノズル背面部９bの内周壁と１次空気ノズル先端部９aの外周壁との間に若干の間隙を持たせて配設しているので、１次空気ノズル先端部９aは１次空気ノズル背面部９bの内側を摺動可能となる。

そして、前記１次空気ノズル背面部９bの後端は、ウインドボックス背面板５１に溶接等により固定されている。また、前記１次空気ノズル背面部９ｂの胴体には燃焼用１次空気７aを導く開口部７bと、該開口部７bに近接して円筒状の１次空気ダンパ８が配置されている。この１次空気ノズル背面部９ｂの軸方向先端は、燃焼用２次空気１６ａを流下する２次空気流路１６を区画する部材となる円盤状の２次空気ノズル背面部１７の内径側と溶接等により固定される。２次空気流路１６の上流側で、半径方向外方に開口した円環状の開口部１６bには燃焼用２次空気１６ａを案内する2次ノズルガイドプレート４３が流路内で円周方向に沿って相互に離間して位置するように、該２次ノズルガイドプレート４３を前記２次空気ノズル背面部１７及び該２次空気ノズル背面部１７に対向する円環状の２次空気ノズル側面部１８bとに夫々溶接等により固定する。

この円環状の２次空気ノズル側面部１８bは、２次空気流路１６を区画する部材となる円筒状の２次空気ノズル１８の後端に溶接等により固定される。そして、２次ノズルガイドプレート４３の下流側の２次空気流路１６には、燃焼用２次空気１６aに旋回流を与える２次空気レジスタ羽根１４が複数配置されている。また、円筒状の２次空気ノズル先端部１８は１次空気ノズル先端部９aの半径方向外方側に同芯状に配設されており、この２次空気ノズル先端部１８の内周壁には、２次空気ノズル先端部ガイドリング１２が溶接等により固定されている。この２次空気ノズル先端部ガイドリング１２は、１次空気ノズル先端部９aが軸方向に移動可能なように該１次空気ノズル先端部９aの外周壁とは溶接されていず、１次空気ノズル先端部９の振れ止めと位置決めに用いられる。また、前記２次空気ノズル先端部１８の最下流部は、燃焼用３次空気２２aを流下する３次空気流路２２を区画する部材である円錐台状の３次空気ノズル背面部１９の内径側と溶接等により固定される。

前記３次空気流路２２の上流側で、半径方向外方に開口した円環状の開口部２２bには燃焼用３次空気２２ａを案内する複数の３次ノズルガイドプレート４４が流路内で円周方向に沿って相互に離間して位置するように、該３次ノズルガイドプレート４４を前記３次空気ノズル背面部１９及び該３次空気ノズル背面部１９に対向して配置された円錐台状のノズル先端部２３aとなる３次空気ノズル２３とに夫々溶接等により固定する。この円錐台状の３次空気ノズル先端部２３a及び３次空気ノズル背面部１９との間で、燃焼用３次空気２２ａを流下させる３次空気流路２２となる３次空気ノズル２３が区画されている。

前記した１次空気流路７の１次空気ノズル９a、２次空気流路１６の２次空気ノズル１８及び３次空気流路２２の３次空気ノズル２３の各最下流は燃焼空気供給ポート４０の開口部４０aにて合流するように配置されているので、この開口部４０aにおいて前記２次空気流路１６及び３次空気流路２２の各開口部の形状が円形状の１次空気流路７と同芯の円環形状となって開口していることになる。

そして、前記１次空気流路７の１次空気ノズル９、２次空気流路１６の２次空気ノズル１８、及び３次空気流路２２の１次空気ノズル２３を夫々流れる燃焼用１次空気７a、燃焼用２次空気１２a、燃焼用３次空気２２aの各流量の調整は、ウインドボックス５０内における１次空気流路７、２次空気流路１６及び３次空気流路２２の最上流側の開口部７b、１６b、２２bに近接して設置された円筒状の１次空気ダンパ８、円環状の２次空気ダンパ１５及び円環状の３次空気ダンパ２１の各位置を、図示していない移動装置により夫々移動させて前記各開口部７b、１６b、２２bの開度調整を行うことで各流量の調整がなされる。

本実施例は、燃焼空気供給ポート４０をひとつの構造物として製作、据付している既存の燃焼装置にも適用できるものとなる。例えば、１次空気ノズル先端部９を前述した実施例のように、支持棒１０で支持されて軸心方向に移動可能な火炉１０２側の１次空気ノズル先端部９aと、ウインドボックス背面板５１側の１次空気ノズル背面部９ｂとに分けて製作し、ウインドボックス５０の背面側となるウインドボックス背面板５１を改造してウインドボックス背面板５１に形成した開口部５４aを覆う着脱自在の１次空気ノズル交換用フランジ５４を設けるようにすれば、１次空気ノズル先端部９aが損耗した場合に、前記開口部５４aを通じてウインドボックス背面板５１側から前記１次空気ノズル先端部９aを容易に交換或いは補修することが出来る。

本実施例によれば、燃焼空気供給ポート全体を積載する大型の台車や足場を用いずにコンパクトな構造のウインドボックスによって該ウインドボックスの背面側から燃焼空気供給ポートの損耗箇所の交換、或いは補修を容易に行い得るようにした燃焼用空気供給ポート及び燃焼用空気供給ポートを備えた微粉炭焚きボイラが実現できるという本発明と同様の作用効果を奏することが可能となる。

図４は、本発明の実施例である石炭火力発電所に用いられる微粉炭焚きボイラのアフタエア用のウインドボックス５０に設けられた燃焼空気供給ポート４０の他の実施形態を示す。本実施例２では、図２に示した実施例１と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。

本実施例は、燃焼空気供給ポート４０に設けられた３次空気流路２２の上流側に開口した開口部２２bの開口形状と３次空気ダンパ２１の配置方向を変更した構成である。即ち、燃焼用３次空気２２aを３次空気流路２２に導く開口部２２bが、実施例１の如く１次空気ノズル９の半径方向外方に向かって開口した構成とは異なって、１次空気ノズル９の軸心方向に沿ってウインドボックス背面側５１に向かって開口した開口部２２bの構成となっており、３次空気流路２２の開口部２２bの開口面積を調節する３次空気ダンパ２１が該１次空気ノズル９の軸心と直交する方向に上下にスライドする構造となっている。

本実施例では開口部２２bが１次空気ノズル９の軸心方向に沿って開口しているので、開口部２２bを通じて３次空気ノズル２３の３次空気流路２２内に流入した軸心方向に向かう３次空気流路２２を流下する燃焼用３次空気２２aは、円錐台形状に配設された３次空気ノズル先端部２３aの内壁が磨耗する恐れがある。よって、３次空気流路２２を形成する前記３次空気ノズル２３を構成する３次空気ノズル先端部２３aの板厚を、３次空気ノズル２３を構成するウインドボックス背面側５１となる３次空気ノズル背面部１９の板厚よりも肉厚に形成して、３次空気ノズル２３が燃焼用３次空気２２aによる磨耗に対する耐久性を高めて耐用年数を延命化するものである。

本実施例では、前記３次空気ダンパ２１をウインドボックス天板５２に設置した図示していない操作機構を介してスライドさせるよう操作することも可能である。本実施例は、ウインドボックス背面板５１側に、１次空気ノズル交換用フランジ５４、１次空気ノズル先端部９aの軸方向の位置を調節する調整ハンドル１０aなどの部品を取り付けて、ウインドボックス背面板５１側から３次空気ダンパ２１を操作することが難しい場合に適用すれば、ウインドボックス天板５２側から３次空気ダンパ２１を操作することが容易となる。本実施例においても本発明と同様の作用効果を奏することが出来る。

図５は、本発明の実施例である石炭火力発電所に用いられる微粉炭焚きボイラのアフタエア用のウインドボックス５０に設けられた燃焼空気供給ポート４０の別の実施形態を示す。本実施例３では、図２に示した実施例１と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。

本実施例では、２次空気ノズル１８と、３次空気ノズル２３の取り付け構造を変更した構成である。即ち、燃焼空気供給ポート４０を構成する全部品を複数の構造物、例えば４つの構造物に分割して構成し、これらのうち、任意の構造物を、ウインドボックス背面板５１側から搬出、搬入させて該構造物を交換、或いはメンテナンス可能にした構成である。

詳細に説明すると、燃焼空気供給ポート４０を分解可能な４つの構造物に分割して構成したものである。そして、４分割構成した１つ目の構造物は、図２に示した実施例１と同じ構成の１次空気ノズル９であり、この１次空気ノズル９を、支持棒１０に固定されて軸方向に移動可能な１次空気ノズル先端部９aと、ウインドボックス背面板５１に固定された１次空気ノズル背面部９bとに分けて分割構成したものである。尚、前記１次空気ノズル９の構成については、前述した第１実施例と同じであるので説明は省略する。

そして、本実施例では、ウインドボックス背面板５１に、１次空気ノズル９の軸心と直交する高さ方向及び幅方向の燃焼空気供給ポート４０の最大寸法よりも大きな寸法の開口部５５aが形成されている。ボイラ１００の通常運転時は、着脱自在の大型のフランジ５５をボルトナット５３によってウインドボックス背面板５１に取り付けて前記開口部５５aを塞いでいる。そして、燃焼空気供給ポート４０を構成する部品に焼損が生じた場合に、この開口部５５aを通じて、必要に応じて燃焼空気供給ポート４０を構成する分割構成された複数の構造物毎に、例えば１次空気ノズル９を構成する１次空気ノズル先端部９aの構造物だけを、或いは１次空気ノズル先端部９aの構造物と２次空気流路１６の２次空気ノズル１８を構成する構造物を、或いは１次空気ノズル先端部９a、２次空気流路１６の２次空気ノズル１８、及び３次空気流路２２を構成する３次空気ノズル２３の構造物の全部品まで含めた任意の数の構造物を、ウインドボックス背面板５１の前記開口部５５aを通じて搬出、搬入させてこれら分割構成された任意の構造物の交換或いはメンテナンス作業を行うように構成したものである。

燃焼空気供給ポート４０を４分割構成した２つ目の構造物は、１次空気ノズル９を構成する１次空気ノズル背面部９bと２次空気ノズル１８を構成する２次空気ノズル背面部１７である。前記１次空気ノズル背面部９bは、フランジ５５に溶接等により固着される。一方、１次空気ノズル背面部９bの先端は、２次空気ノズル１８を構成する円盤状の２次空気ノズル背面部１７と溶接等により固着される。尚、本実施例では前記２次空気ノズル１８の開口部１６bから2次ノズルガイドプレート４３を取り除いた構成になっている。よって、これら１次空気ノズル背面部９bと２次空気ノズル背面部１７は、ひとつの構造物としてフランジ５５に支持されているので、前記フランジ５５を開閉すれば、前記開口部５５aを通じて１つ目の構造物を搬出した後に、前記２つ目の構造物である１次空気ノズル背面部９bと２次空気ノズル背面部１７を、前記開口部５５aを通じて交換、或いはメンテナンス作業が可能となる。

燃焼空気供給ポート４０を４分割構成した３つ目の構造物は、２次空気ノズル１８を構成する円環状の２次空気ノズル側面部１８bと３次空気ノズル２３を構成する円錐台状の３次空気ノズル背面部１９である。前記２次空気ノズル側面部１８bはその半径方向外縁部を、固定冶具２７を用いて、ウインドボックス天板５２及び空気ポート支持柱５８に夫々ボルト締めされて支持、固定されている。尚、本実施例では前記３次空気ノズル２３の開口部２２bから３次ノズルガイドプレート４４を取り除いた構成になっている。

よって、これら２次空気ノズル側面部１８bと３次空気ノズル背面部１９は、ひとつの構造物として構成されているので、固定冶具２７のボルト締めを外して前記フランジ５５を開閉すれば、１つ目乃至２つ目の構造物を開口部５５aを通じて搬出した後に、前記３つ目の構造物である２次空気ノズル側面部１８bと３次空気ノズル背面部１９を、前記開口部５５aを通じて交換、或いはメンテナンス作業が可能となる。

燃焼空気供給ポート４０を４分割に構成した４つ目の構造物は、３次空気ノズル２３を構成する３次空気ノズル先端部２３aである。この構造物の３次空気ノズル先端部２３aは円錐台状に形成されており、この３次空気ノズル先端部２３aの半径方向外縁部を、３次空気ノズル先端部固定冶具２６を用いて、ウインドボックス天板５２及び空気ポート支持柱５８にボルト締めされて支持、固定されている。よって、この３次空気ノズル先端部２３aの構造物は、固定冶具２６のボルト締めを外して、前記フランジ５５を開閉すれば、１つ目乃至３つ目の構造物を開口部５５aを通じて搬出した後に、前記開口部５５aを通じて前記４つ目の構造物である３次空気ノズル先端部２３aの交換、或いはメンテナンス作業が可能となる。

尚、上記した各分割構造の構造物の移動、据付に際しては、ウインドボックス５０内にチェーンブロックや台車などの移動手段を別途備えていると、作業がより安全で簡単に実施できる。また、固定冶具２７及び固定冶具２６を、ウインドボックス天板５２及び空気ポート支持柱５８に取り付けるに際して、ボルト貫通用の穴を複数設けたり、ボルト貫通用の穴を楕円状として、ボルトの取り付け位置を左右に移動可能にしておくと更に使い勝手が良くなる。これは、燃焼用３次空気２２aの流路幅（すなわち流速）や、燃焼用２次空気１６aの旋回流が調整可能となるためである。

また、本実施例は、燃焼空気供給ポート４０の全体構造を１つの構造物として製作、据付している既存の燃焼装置にも適用できる。例えば、定期検査などで燃焼空気供給ポート４０を交換する際に、次の手順で改造すればよい。まず、ウインドボックス背面板５１を改造して小さな開口部５４aと、大きな開口部５５aと、該開口部５４aを塞ぐ１次空気ノズル交換用の小型のフランジ５４と、該開口部５５aを塞ぐ２次空気ノズル、３次空気ノズル交換用の大型のフランジ５５を夫々設ける。次に、ウインドボックス天板５２にボルト穴を設け、固定冶具２７及び固定冶具３２をボルト等で締め付けて取り付けるようにする。空気ポート支柱５８がない場合には、これを設置して、ウインドボックス天板５２と同様にボルト穴を設ける。また、ウインドボックス天板５２に燃焼空気供給ポート４０の各部品の解体、据付を補助する吊りフックなどを設けておくとよい。その後、前記フランジ５５を開閉して開口部５５aから取り出して燃焼空気供給ポート４０を、新しい燃焼空気供給ポート４０に交換、或いは補修して元の場所に設置すれば良い。

本実施例によれば、前記開口部５５aを通じてウインドボックス背面板５１側から、４分割に構成した燃焼空気供給ポート４０の各構成物を交換、或いはメンテナンス作業することが出来るので、本実施例でも本発明と同様の作用効果を奏することが可能となる。

図６は、本発明の実施例である石炭火力発電所に用いられる微粉炭焚きボイラのアフタエア用のウインドボックス５０に設けられた燃焼空気供給ポート４０の他の実施形態を示す。本実施例４も図２に示した実施例１と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。

本実施例は、実施例３に記載した燃焼空気供給ポート４０から、分割構造物を構成する２次空気ノズル１８と３次空気ノズル２３の取り付け構造を変更した構成である。本実施例は、３次空気ノズル背面部１９の重量が重かったり、円筒状の２次空気ノズル１８が軸方向寸法が長くて、固定冶具２７による一点支持では支持が不安定な場合に有効である。本実施例の燃焼空気供給ポート４０は、前述した図５に示す実施例３と同様に４分割された構造物から構成されている。実施例３と相違する構成は、２次空気ノズル１８を構成する円環状の２次空気ノズル側面部１８bと３次空気ノズル２３を構成する円錐台状の３次空気ノズル背面部１９からなる３つ目の構造物の取り付け構造である。即ち、本実施例では、３つ目の構造物を２箇所で支持できるように構成した。２次空気ノズル１８の２次空気ノズル側面部１８bは固定冶具２７によって、また、３次空気ノズル２３の３次空気ノズル背面部１９は固定冶具３２によって、夫々ウインドボックス天板５２及び空気ポート支持柱５８にボルト締めされて支持・固定されている。この３つ目の構造物である２次空気ノズル側面部１８bと３次空気ノズル背面部１９の交換、或いはメンテナンス作業は、実施例３の場合と同様に、ウインドボックス背面板５１に着脱可能に取り付けた前記フランジ５５を開閉して、１つ目乃至２つ目の構造物を開口部５５aを通じて搬出した後に、前記開口部５５aを通じて３つ目の構造物の交換、或いはメンテナンス作業が行なわれる。尚、１つ目の構造物、１つ目乃至２つ目の構造物の交換、或いはメンテナンス作業は図５に示した実施例３と同様であるので説明を省略する。

また、４つ目の構造物である３次空気ノズル先端部２３aについては、固定冶具２６を用いてウインドボックス天板５２及び空気ポート支持柱５８にボルト締めすることにより、支持、固定される。この４つ目の構造物の支持方法は、実施例３と似ているが、３次空気ノズル先端部２３aと固定冶具２６の接続部が実施例３と異なっており、本実施例では最も下流側（ボイラ１００の火炉１０２側）に位置している。これは、固定冶具３２を設置したことにより、ストローク確保のために３次空気ダンパ２１の可動方向を、実施例３と逆方向に移動するようにしたことによる。ここで、３次空気ノズル先端部２３aと固定冶具２６の接続方法は、ボルト締め、溶接のどちらでも良い。

よって、前記４つ目の構造物である３次空気ノズル先端部２３aの交換、或いはメンテナンス作業は、固定冶具２６のボルト締めを外して、前記フランジ５５を開閉すれば、前記開口部５５aを通じて３次空気ノズル先端部２３aの交換、或いはメンテナンス作業が可能となる。

本実施例によれば、前記開口部５５aを通じてウインドボックス背面板５１側から、図５に示す実施例３と同様に４分割に構成した燃焼空気供給ポート４０の各構成物を交換、或いはメンテナンス作業することが出来るので、本実施例でも本発明と同様の作用効果を奏することが可能となる。

図７は、本発明の実施例である石炭火力発電所に用いられる微粉炭焚きボイラのアフタエア用のウインドボックス５０に設けられた燃焼空気供給ポート４０の他の実施形態を示す。本実施例５も図２に示した実施例１と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。

本実施例は、実施例１に記載した燃焼空気供給ポート４０の１次空気ノズル９を構成する１次空気ノズル先端部９aを長寿命化させ、メンテナンスコストの低減を図るものである。

１次空気ノズル先端部９aの最先端近傍の内壁面に熱電対２９を設置し、１次空気ノズル先端部９の金属温度を計測する。熱電対２９の設置位置は、ノズル最先端から５０〜２００ｍｍ程度ウインドボックス背面側５１に入った所とするのが望ましい。これは、ボイラ１００の火炉１０２内の火炎による輻射熱の影響を軽減するためである。また、配線２９bは、１次空気ノズル先端部９aの内壁面及び１次空気ノズル先端部９aの支持棒１０に取り付け、ウインドボックス５０の外に設けられた温度指示計３０に接続すればよい。このように構成したことにより、熱電対２９で検出した１次空気ノズル先端部９aの温度が高すぎる場合は、燃焼用１次空気７aの流量を増加させるか、１０を操作して１次空気ノズル先端部９aを軸方向に移動調整して１次空気ノズル先端部９aの最先端位置をウインドボックス背面側５１の方向に引っ込めて最高でも９００℃未満の所望の温度となるようにすることで、１次空気ノズル先端部９aの長寿命化を図れる。ここで、１次空気ノズル先端部９aの上限温度は、１次空気ノズル先端部９の材料が炭素鋼やステンレス系材料の場合は約４００〜５００度、インコネルやハステロイ系材料の場合でも約８００〜９００度である。また、最も高温となる１次空気ノズル先端部９aの最先端部の温度を計測することで、ノズル材料の熱特性に応じたノズルの交換及びメンテナンス時期の予測も可能となる。

また、本実施例において、１次空気ノズル先端部９aが損耗した場合に、前記開口部５４aを通じてウインドボックス背面板５１側から前記１次空気ノズル先端部９aを交換、或いは補修する手順は図２に示す実施例１と同様なので説明を省略する。本実施例によれば、本発明と同様の作用効果を奏することが可能となる。

図８は、本発明の実施例である石炭火力発電所に用いられる微粉炭焚きボイラのアフタエア用のウインドボックス５０に設けられた燃焼空気供給ポート４０の他の実施形態を示す。本実施例６も図２に示した実施例１と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。

本実施例は、実施例１に記載した燃焼空気供給ポート先端部の水管３への燃焼空気（特に燃焼用２次空気１６a）の衝突を抑制し、水管３の長寿命化を図るものである。

まず、水管３を、３次空気ノズル先端部２３aのスロートの半径方向外側に位置するように配置する。これにより、燃焼用２次空気１６a及び燃焼用３次空気２２aが直接衝突することによる水管３の磨耗が抑制される。次に、３次空気ノズル先端部２３aの最先端部に環状部材３１を溶接等により固着しておく。この環状部材３１を配置することにより、最も損耗したり灰付着しやすい燃焼空気供給ポート４０の開口部４０a側の水管３のメンテナンスコストが軽減される。ここで、環状部材３１の口径は、３次空気ノズル先端部２３aの交換又は補修を考慮して３次空気ノズル先端部２３aのスロート径と同径とし、環状部材３１が延在する２次空気ノズル１８の軸方向に沿った長さは５０ｍｍ程度でよい。

本実施例においても、１次空気ノズル先端部９aが損耗した場合に、前記開口部５４aを通じてウインドボックス背面板５１側から前記１次空気ノズル先端部９aを交換、或いは補修する手順は図２に示す実施例１と同様なので説明を省略する。本実施例によれば、本発明と同様の作用効果を奏することが可能となる。

図９は、本発明の実施例である石炭火力発電所に用いられる微粉炭焚きボイラのアフタエア用のウインドボックス５０に設けられた燃焼空気供給ポート４０の他の実施形態を示す。本実施例７も図２に示した実施例１と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。

本実施例は、実施例１に記載した燃焼空気供給ポート４０について、燃焼用３次空気２２aによる磨耗に対する耐久性を高めたものである。

図９に示すように、３次空気ダンパ２１を経由して半径方向外方に向かって開口した開口部２２bを通じて３次空気ノズル２３の３次空気流路２２内に流入した半径方向内方に向かう燃焼用３次空気２２aは、円錐台形状に配設された３次空気ノズル背面部１９の内壁面に衝突し、その後、３次空気流路２２に沿って流れて燃焼空気供給ポート４０の開口部４０aの軸芯方向に向かい、該開口部４０aからボイラ１００の火炉１０２内に供給される。この場合、３次空気ノズル２３の流路面積はノズル先端の開口部４０aに近くなるほど減少していくので、燃焼用３次空気２２aの流速はノズル先端に近くなるほど増加していく。従って、３次空気ノズル背面部１９の内壁は、燃焼用３次空気２２aの衝突により磨耗する恐れがある。

そこで、３次空気ノズル背面部１９の板厚を、３次空気ノズル先端部２３aの板厚よりも肉厚に形成しておくことで、３次空気ノズル２３が燃焼用３次空気２２aによる磨耗に対する耐久性を高めて耐用年数を延命化するものである。

図１０は、本発明の実施例である石炭火力発電所に用いられる微粉炭焚きボイラのアフタエア用のウインドボックス５０に設けられた燃焼空気供給ポート４０の他の実施形態を示す。本実施例８も図２に示した実施例１と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。

本実施例は、実施例１に記載した燃焼空気供給ポート４０を構成する３次空気ノズル先端部２３aと火炉壁１０２、水管３との間に伝熱板３３を追設し、３次空気ノズル先端部２３aの放熱と冷却を促進して３次空気ノズル先端部２３aが高温化による損耗を抑制するものである。更に、２次空気ノズル先端部１８と３次空気ノズル背面部１９との間にも伝熱板３４を追設して、２次空気ノズル先端部１８と３次空気ノズル背面部１９の放熱と冷却を促進し、２次空気ノズル先端部１８と３次空気ノズル背面部１９が高温化による損耗を抑制するものである。

即ち、前記３次空気ノズル先端部２３aの伝熱板３３は、３次空気ノズル先端部２３、ボイラ側壁１０２、水管３３とに接している。ボイラ１００の火炉１０２からの輻射熱で加熱された３次空気ノズル先端部２３aの熱は、３次空気ノズル先端部伝熱板３３から放熱してボイラ側壁１０２及び水管３を通過する冷却水へと伝えられる。これにより、３次空気ノズル先端部２３aの放熱が促進され、高温腐食などによる３次空気ノズル先端部２３の損耗や灰付着を抑制できる。

また、２次空気ノズル先端部伝熱板３４も、３次空気ノズル背面部１９と２次空気ノズル先端部１８とに接している。これにより、３次空気ノズル背面部１９又は２次空気ノズル先端部１８で高温な部品の放熱が促進される。

本実施例に記載の燃焼空気供給ポート４０の燃焼空気の供給方法として、２次空気１６aや３次空気２２aの供給を休止させる場合が考えられる。この場合、空気の流れないノズル部品は、ボイラ１００の火炉１０２からの輻射熱を受けて高温化するが、上記実施例のように構成することによって、３次空気ノズル先端部伝熱板３３や２次空気ノズル先端部伝熱板３４による放熱、冷却によってノズル先端部を輻射熱から保護する効果を促進できる。

図１１は、本発明の実施例である石炭火力発電所に用いられる微粉炭焚きボイラのアフタエア用のウインドボックス５０に設けられた燃焼空気供給ポート４０の他の実施形態を示す。本実施例９も図２に示した実施例１と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。

本実施例は、燃焼空気供給ポート４０への燃焼空気の供給方法の一例を示している。空気供給ブロワ８９から送られた燃焼空気を空気加熱器８８で約３４０℃に加熱し、高温空気供給系統となる配管８２を通じてウインドボックス５０に供給する。また、空気加熱器８８とウインドボックス５０の前記配管８２の途中にスプレーノズル８７を設置し、配管８５を通じて供給される水又は水蒸気、或いは配管８６を通じて供給される空気又は燃焼排ガスを前記スプレーノズル８７から配管８２の燃焼用空気中に混合することで、ウインドボックス５０に供給される燃焼用空気を冷却する。このことにより、ウインドボックス５０から燃焼空気供給ポート４０に流下する燃焼用空気の流速を適切に低減して燃焼空気供給ポート４０の先端部の磨耗抑制と、燃焼空気供給ポート４０の効果的な冷却が促進される。

一方、ボイラ１００においても、燃焼用空気の流速を変えることにより燃料の微粉炭との混合状態の調整が可能となる。また、ボイラ１００の燃焼排ガスのＮＯx濃度が高い場合には、配管８５を通じて供給される水又は水蒸気を利用して燃焼空気供給ポート４０から火炉１０２内に水分を投入することもできる。これによりボイラ１００の火炉１０２内の燃焼ガスが冷却され、高温場で発生するサーマルＮＯxを抑制するので、ボイラ１００の火炉１０２で生成される燃焼排ガス中のＮＯx濃度を低減できるものとなる。

図１２は、本発明の実施例である石炭火力発電所に用いられる微粉炭焚きボイラのアフタエア用のウインドボックス５０に設けられた燃焼空気供給ポート４０の他の実施形態を示す。本実施例１０も図２に示した実施例１と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。

本実施例も、燃焼空気供給ポート４０への燃焼空気の供給方法の一例を示している。空気供給ブロワ８９から送られた燃焼空気を空気加熱器８８で約３４０℃に加熱し、高温空気供給系統となる配管８２を通じてウインドボックス５０に供給する。また、空気加熱器８８をバイパスして、低温空気供給系統８１となる配管を通じて、ウインドボックス５０に燃焼用空気を供給する。前記配管８１の低温空気供給系統としては、例えば石炭火力発電所において、燃料の微粉炭を搬送する空気供給系統から分岐しても良い。

本実施例によれば、ウインドボックス５０に供給する燃焼用空気の温度を調整できる。燃焼空気供給ポート４０から火炉１０２内に噴出する燃焼用空気の噴出流速や、ボイラ１００の燃焼ガス温度が変化するため、ボイラ１００の火炉１０２内での燃料と空気の混合状態やボイラ１００の火炉１０２内の火炎１aの温度も変化する。従って、ボイラ１００の火炉１０２で生成する燃焼排ガス１bのＮＯx濃度の低減に有効である。また、本実施例は、空気供給ブロワ８９、空気加熱器８８、及び燃焼用空気を供給する配管を増設することで対応できるものとなる。

本発明は、火力発電所などの二段燃焼方式を用いる燃焼装置における燃焼空気供給用ポート、及び燃焼空気供給用ポートを備えた微粉炭焚きボイラに適用できる。

本発明の実施例である石炭火力発電所に用いられる二段燃焼方式の微粉炭焚きボイラを示す概略構造図。図１の微粉炭焚きボイラに適用されるアフタエア用のウインドボックスに設けられる本発明の燃焼空気供給ポートの一実施例。本発明の一実施例である燃焼空気供給ポートを示す図２のＡ−Ａ方向矢視図。アフタエア用のウインドボックスに設けられる本発明の燃焼空気供給ポートの他の実施例。アフタエア用のウインドボックスに設けられる本発明の燃焼空気供給ポートの更に他の実施例。アフタエア用のウインドボックスに設けられる本発明の燃焼空気供給ポートの別の実施例。アフタエア用のウインドボックスに設けられる本発明の燃焼空気供給ポートの更に別の実施例。アフタエア用のウインドボックスに設けられる本発明の燃焼空気供給ポートの他の一実施例。アフタエア用のウインドボックスに設けられる本発明の燃焼空気供給ポートの更に他の一実施例。アフタエア用のウインドボックスに設けられる本発明の燃焼空気供給ポートの別の一実施例。アフタエア用のウインドボックスに設けられる本発明の燃焼空気供給ポートの更に別の一実施例。アフタエア用のウインドボックスに設けられる本発明の燃焼空気供給ポートの更に他の例を示す一実施例。

符号の説明

１：バーナ、１００：ボイラ、１０１：火炉壁、１０２：火炉、３：水管、５０：ウインドボックス、５１：ウインドボックス背面板、７a：１次空気、７b、１６b、２２b：開口部、８：１次空気ダンパ、９a：1次空気ノズル先端部、９b：１次空気ノズル背面部、１０：支持棒、１１：支持リング、１２：ガイドリング、１３：調整ハンドル、１４：２次空気レジスタ羽根、１５：２次空気ダンパ、１６a：２次空気、１７：２次空気ノズル背面部、１８：２次空気ノズル先端部、１９：３次空気ノズル背面部、２１：３次空気ダンパ、２２a：３次空気、２３a：３次空気ノズル先端部、２６、２７、３２：固定冶具、２９：熱電対、３０：温度指示計、３１：環状部材、３３、３４：伝熱板、４０：燃焼空気供給ポート、４０a：開口部、５４、５５：フランジ、５８：空気ポート支持柱、８７：スプレーノズル、８８：空気加熱器、８９：空気供給ブロワ、８２：高温空気供給系統、８１：低温空気供給系統、８５、８６：配管。

Claims

微粉炭焚きボイラの火炉壁に設置され、該微粉炭焚きボイラの火炉内に燃焼用空気を供給する複数の空気ノズルを配置した燃焼空気供給ポートにおいて、前記燃焼空気供給ポートを外部から空気が供給されるウインドボックスの内部に配置し、前記ウインドボックスの背面側に開口部を形成すると共に該開口部を覆うフランジ部材を着脱自在に取り付け、前記複数の空気ノズルのうち内側に配設された燃焼用１次空気を供給する１次空気ノズルを分割構成し、分割構成された火炉側の１次空気ノズル先端部は軸方向に移動可能に配設し、分割構成されたウインドボックス背面側の１次空気ノズル後端部はその内側を前記１次空気ノズル先端部が軸方向に移動可能に配設して該ウインドボックス背面側に取り付け、前記１次空気ノズル先端部はその内側に該１次空気ノズル先端部を支持して軸方向に移動させる支持部材を配設し、前記開口部は前記１次空気ノズル先端部がウインドボックスの外側との間で搬出、搬入可能な大きさに形成されていることを特徴とする燃焼空気供給ポート。
請求項１の燃焼空気供給ポートにおいて、１次空気ノズル先端部を支持して軸方向に移動させる支持部材を操作する持具をウインドボックス背面側に配置して1次空気ノズル先端部の先端位置を調整するように構成したことを特徴とする燃焼空気供給ポート。
請求項１の燃焼空気供給ポートにおいて、外部からウインドボックスに供給する燃焼用空気の経路に空気加熱装置を設置して該空気加熱装置で加熱された燃焼用空気をウインドボックスに供給するように構成し、更に前記空気加熱装置の上流側から分岐して該空気加熱装置をバイパスした加熱前の燃焼用空気を前記ウインドボックスに供給する別の経路を配設したことを特徴とする燃焼空気供給ポート。
請求項１の燃焼空気供給ポートにおいて、外部からウインドボックスに供給する燃焼用空気の経路の途中に、水又は蒸気、或いは空気又は燃焼排ガスを注入する注入ノズルを配設したことを特徴とする燃焼空気供給ポート。