JP4859797B2 - Pulverized coal fired boiler - Google Patents
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本発明は燃料として粉砕した石炭を燃焼する微粉炭焚きボイラに関する。 The present invention relates to a pulverized coal fired boiler that burns pulverized coal as fuel.
従来の微粉炭焚きボイラとして、燃料として粉砕した石炭を燃焼する微粉炭焚きボイラは、特開2004−190981公報に記載されているように、燃料の石炭をミルで粒径の細かい微粉炭に粉砕してボイラの火炉に設置したバーナから火炉内に供給して燃焼させる。 As a conventional pulverized coal-fired boiler, a pulverized coal-fired boiler that burns pulverized coal as fuel is pulverized into fine pulverized coal having a fine particle size by a mill as described in JP-A-2004-190981 Then, it is supplied into the furnace from the burner installed in the furnace of the boiler and burned.
このボイラの火炉にはバーナから供給された微粉炭を燃焼させる燃焼空気を噴出するアフタエアーポートが設置されており、この火炉内で微粉炭が燃焼して発生した燃焼ガスが火炉を流下して排出された燃焼排ガスの一部を再循環させて、アフタエアーポートの燃焼空気と混合することでサーマルNOxの発生量を低減する技術が開示されている。 The boiler furnace is equipped with an after-air port that blows out combustion air that burns the pulverized coal supplied from the burner. Combustion gas generated by the combustion of the pulverized coal in the furnace flows down the furnace. A technique is disclosed in which a part of the discharged combustion exhaust gas is recirculated and mixed with the combustion air in the after-air port to reduce the generation amount of thermal NOx.
また、従来の微粉炭焚きボイラでは特開2004−190981公報に記載されているように、ボイラの火炉から排出された燃焼排ガスの一部を火炉のアフタエアーポートに再循環させて供給し、アフタエアーポートの燃焼用空気と混合して火炉内に供給することで未燃の燃焼ガスを完全燃焼させてサーマルNOxの発生量を低減する方法が開示されている。 In addition, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-190981, in a conventional pulverized coal fired boiler, a part of the combustion exhaust gas discharged from the boiler furnace is recirculated and supplied to the after-air port of the furnace. A method of reducing the amount of thermal NOx generated by completely burning unburned combustion gas by mixing with air for combustion in an air port and supplying it into a furnace is disclosed.
この特開2004−190981公報に記載されている微粉炭焚きボイラでは、アフタエアーポートの燃焼空気と還元性のガスとの混合界面に、低酸素濃度の再循環した燃焼排ガスを供給して、サーマルNOxの発生を抑制する。再循環する燃焼排ガスは伝熱管群を経て火炉から排出された冷却された250℃〜350℃程度の燃焼排ガスである。 In the pulverized coal-fired boiler described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-190981, a recirculated flue gas having a low oxygen concentration is supplied to the mixing interface between the combustion air and the reducing gas in the after air port, Suppresses the generation of NOx. The recirculated flue gas is a cooled flue gas at about 250 ° C. to 350 ° C. discharged from the furnace through the heat transfer tube group.
ところで、再循環させる燃焼排ガスは火炉内の下流から火炉のアフタエアーポートに戻すために、燃焼排ガスを流通させる長い配管や燃焼排ガスを送給する大容量の再循環ファンが必要となる。 By the way, in order to return the combustion exhaust gas to be recirculated from the downstream in the furnace to the after-air port of the furnace, a long pipe for circulating the combustion exhaust gas and a large capacity recirculation fan for supplying the combustion exhaust gas are required.
また、特開2005−265299公報に記載されている従来の微粉炭焚きボイラでは、火炉内の燃焼排ガスをエアインジェクター、又はサージタンクとブロアを配設して火炉のアフタエアーポートへ直接再循環させる方法が開示されている。 Further, in the conventional pulverized coal fired boiler described in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-265299, the combustion exhaust gas in the furnace is directly recirculated to the after-air port of the furnace by arranging an air injector or a surge tank and a blower. A method is disclosed.
ところで従来の微粉炭焚きボイラでは、特開2004−190981公報に記載のように、再循環する燃焼排ガスの温度が250℃〜350℃程度の比較的低温であれば、灰の付着を回避できるが、火炉から排出された燃焼排ガスを火炉のアフタエアーポートに戻す再循環させる配管に長大な配管の配設や、大容量の再循環ファンを設置する必要があるので設備が大型化して製作コストが大きくなる問題がある。 By the way, in the conventional pulverized coal-fired boiler, as described in JP-A No. 2004-190981, if the temperature of the recirculated flue gas is relatively low, about 250 ° C. to 350 ° C., ash adhesion can be avoided. , It is necessary to install a long piping in the piping that recirculates the flue gas discharged from the furnace to the after-air port of the furnace, and to install a large-capacity recirculation fan. There is a growing problem.
一方、従来の微粉炭焚きボイラでは、特開2005−265299公報に記載のように、配管長を短くするために火炉内の高温の燃焼排ガスを抽気して火炉に再循環させる場合には、火炉内の燃焼排ガスを再循環させる配管には飛灰が多く含まれた高温(900℃程度)の燃焼排ガスが流れることになる。 On the other hand, in a conventional pulverized coal-fired boiler, as described in JP-A-2005-265299, in order to extract the high-temperature combustion exhaust gas in the furnace and recirculate it to the furnace in order to shorten the pipe length, High-temperature (about 900 ° C.) combustion exhaust gas containing a large amount of fly ash flows through the pipe for recirculating the combustion exhaust gas inside.
700℃を超える高温の燃焼排ガスを再循環させる配管に流下させた場合には、この配管内壁面に灰が付着することによって配管が閉塞し易くなるという問題がある。 When the high-temperature combustion exhaust gas exceeding 700 ° C. is caused to flow down to the pipe for recirculation, there is a problem that the pipe is likely to be blocked due to ash adhering to the inner wall surface of the pipe.
本発明の目的は、燃焼排ガスを流下させる設備を小型化すると共にこの燃焼排ガスを流下させる配管に灰の付着を防止して配管の閉塞を回避する微粉炭焚きボイラを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a pulverized coal-fired boiler that reduces the size of equipment for flowing down combustion exhaust gas and prevents ash from adhering to the pipe through which the combustion exhaust gas flows down, thereby avoiding blockage of the pipe.
本発明の微粉炭焚きボイラは、火炉と、この火炉の壁面に設置され微粉炭を火炉内に供給して燃焼させ還元性の燃焼排ガスを発生させる複数のバーナと、前記バーナより上部の火炉の壁面に設置され燃焼用空気を供給して前記バーナで発生した還元性の燃焼ガスを完全燃焼して燃焼排ガスを発生させるアフタエアーポートと、前記アフタエアーポートより下流となる火炉内を流下した前記燃焼排ガスの一部を火炉の壁面から抽出して前記アフタエアーポートに供給する燃焼用空気に混入するように配設された戻し管と、この戻し管に設置され該戻し管内を流れる燃焼排ガスを冷却する冷却流体を供給する冷却装置を備えたことを特徴とする。 A pulverized coal fired boiler according to the present invention includes a furnace, a plurality of burners installed on a wall surface of the furnace to supply pulverized coal into the furnace and combust it to generate reducing combustion exhaust gas, and a furnace above the burner. An after air port installed on the wall surface to supply combustion air and completely burn the reducing combustion gas generated in the burner to generate combustion exhaust gas, and the furnace air flowed down in the furnace downstream from the after air port A part of the combustion exhaust gas is extracted from the wall surface of the furnace and mixed with the combustion air supplied to the after-air port, and the combustion exhaust gas installed in the return pipe and flowing through the return pipe A cooling device for supplying a cooling fluid to be cooled is provided.
本発明によれば、燃焼排ガスを流下させる設備を小型化すると共にこの燃焼排ガスを流下させる配管に灰の付着を防止して配管の閉塞を回避する微粉炭焚きボイラを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a pulverized coal fired boiler that reduces the size of equipment for flowing down combustion exhaust gas and prevents ash from adhering to the pipe through which the combustion exhaust gas flows down, thereby avoiding blockage of the pipe.
本発明の実施例の微粉炭焚きボイラについて図面を参照して以下に説明する。 A pulverized coal burning boiler according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の一実施例である第1実施例の微粉炭焚きボイラの全体構成を図1に示す。 The whole structure of the pulverized coal burning boiler of 1st Example which is one Example of this invention is shown in FIG.
図1に示した本発明の第1実施例である微粉炭焚きボイラは、ボイラを構成する火炉1が対向燃焼方式の火炉である。 In the pulverized coal fired boiler according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the furnace 1 constituting the boiler is an opposed combustion type furnace.
本実施例では火炉1の煙道側(図1の右側)の壁面を缶後、反対側(図1の左側)を缶前と称し、火炉1の図1の奥行き方向の壁面を側壁1cと称す。 In this embodiment, the wall on the flue side (right side of FIG. 1) of the furnace 1 is referred to as the can, and the opposite side (left side of FIG. 1) is referred to as the front of the can, and the wall surface in the depth direction of the furnace 1 in FIG. Call it.
本実施例の微粉炭焚きボイラでは、ボイラの火炉1の缶前側となる前壁1aと缶後側となる後壁1b(図1の左右方向)に上下2段のバーナ2がそれぞれ幅方向(図の奥行き方向)に複数個配置されている。
In the pulverized coal fired boiler of this embodiment, the upper and lower two-stage burners 2 are arranged in the width direction on the front wall 1a on the front side of the boiler of the boiler 1 and on the
前記バーナ2に供給される燃料の微粉炭は、石炭をミル(図示せず)によって粒径の細かい微粉(数十μm程度)に粉砕して微粉炭にして、微粉炭搬送用ブロア7から供給する搬送空気によって給炭管31内を通じて輸送し、バーナ2へ供給される。
The fuel pulverized coal supplied to the burner 2 is pulverized into fine pulverized powder (about several tens of μm) by a mill (not shown) to be pulverized coal, and supplied from the pulverized coal transport blower 7. It is transported through the
燃焼用の空気は燃焼空気用ブロア8から空気供給管32を通じて送風される。
The combustion air is blown from the
この燃焼用の空気は燃焼促進の観点から熱交換器(図示せず)によって約300℃程度に予熱した後に、前記空気供給管32を通じてバーナ用のウインドボックス5とアフタエアーポート用のウインドボックス6にそれぞれ供給される。
The combustion air is preheated to about 300 ° C. by a heat exchanger (not shown) from the viewpoint of promoting combustion, and then burner window box 5 and after-
バーナ2は外側をバーナ用のウインドボックス5で囲まれており、バーナ用のウインドボックス5から燃焼用の空気がバーナ2に送り込まれている。 The burner 2 is surrounded on the outside by a burner window box 5, and combustion air is fed into the burner 2 from the burner window box 5.
アフタエアーポート3aの噴流ノズル3もバーナ2と同様、アフタエアーポート用のウインドボックス6で囲まれており、アフタエアーポート用のウインドボックス6から燃焼用の空気が噴流ノズル3に送り込まれている。
As with the burner 2, the
バーナ2に供給される燃焼用空気の流量は、バーナ近傍の火炉内で該ナーナ2から噴出した微粉炭が還元燃焼するように流量調節弁9で調整している。
The flow rate of the combustion air supplied to the burner 2 is adjusted by the flow
バーナ2に供給される燃焼用空気の量は、バーナ2に供給される微粉炭が火炉内で完全燃焼するのに必要な空気量の80%程度の量である。 The amount of combustion air supplied to the burner 2 is about 80% of the amount of air required for the pulverized coal supplied to the burner 2 to be completely burned in the furnace.
そして、バーナ2から供給した微粉炭をこの燃焼用空気を供給することによって火炉1内で燃焼させる。 And the pulverized coal supplied from the burner 2 is burned in the furnace 1 by supplying this combustion air.
バーナ2から供給した微粉炭が火炉1内で燃焼することによって火炉1内には1000℃以上の燃焼ガス2bが発生する。
As the pulverized coal supplied from the burner 2 burns in the furnace 1,
微粉炭が燃焼後に発生する還元性の燃焼ガス2bは、まず火炉1の中央方向に噴出した後、対向するバーナ2から発生する還元性の燃焼ガス2aと衝突して、火炉1内を上昇する。
The reducing
上昇した燃焼ガス2bはバーナ2の上方にあるアフタエアーポート3aの噴流ノズル3から噴出した燃焼用空気と混合して完全燃焼し、火炉1内を上昇する。
The rising
還元後に酸化させる燃焼方法は、窒素酸化物と一酸化炭素などの未燃分の発生を抑制する燃焼方式(2段燃焼)として知られている。 A combustion method for oxidizing after reduction is known as a combustion method (two-stage combustion) for suppressing generation of unburned components such as nitrogen oxides and carbon monoxide.
アフタエアーポート3aの噴流ノズル3から火炉1内に供給した燃焼用空気によって還元性の燃焼ガス2bを完全燃焼した燃焼排ガスは火炉1内を上昇して流れ、火炉1の上部に設置された伝熱管群10を流れる水と熱交換されて蒸気を発生させて熱を回収した後に、火炉1の下流の煙道11に排ガスとして排出される。
Combustion exhaust gas that has completely burned the reducing
また、火炉1を構成する前壁1a、後壁1b、及び側壁1cの各壁の壁面内面には水冷管群(図示せず)が配設されており、火炉1内で燃料が燃焼することによって生じた熱を吸収してこれらの水冷管群を流れる水或いは蒸気を加熱している。
In addition, a water-cooled tube group (not shown) is disposed on the inner surface of each wall of the front wall 1a, the
ここで、アフタエアーポート3aの噴流ノズル3から噴出した燃焼用空気がバーナ2で燃焼後に発生する還元性の燃焼ガス2bと混合するときに急速に酸化反応が起きる。
Here, when the combustion air ejected from the
この酸化反応によって燃焼ガス2bの温度が急速に上昇し、混合領域でサーマルNOxが発生するが、このサーマルNOxはガス温度が高いほうが多量に発生する。
Due to this oxidation reaction, the temperature of the
ボイラにおいては、全窒素酸化物の発生量に対してサーマルNOxが占める割合は多いことから、サーマルNOxの低減が全窒素酸化物の発生量の低減に結びつく。 In boilers, the ratio of thermal NOx to the total amount of generated nitrogen oxides is large, so the reduction of thermal NOx leads to the reduction of the total generated amount of nitrogen oxides.
発明者等は基礎的な実験によってアフタエアーポート3aの噴流ノズル3から噴出した燃焼用空気に燃焼排ガスを混ぜて燃焼させると、サーマルNOxが低減するとの知見を得ている。
The inventors have obtained the knowledge that thermal NOx is reduced when combustion exhaust gas is mixed with combustion air jetted from the
燃焼排ガスを混入して燃焼させるとサーマルNOxが低下する理由は、燃焼排ガスを混入したときの方が混入しないときに比べて燃焼する火炎温度が低下するためである。 The reason why the thermal NOx decreases when combustion exhaust gas is mixed and burned is that the temperature of the combustion flame is lower when the combustion exhaust gas is mixed than when the combustion exhaust gas is not mixed.
そこで本実施例の微粉炭焚きボイラにおいては、火炉1のアフタエアーポート3aよりも下流となる火炉1の側壁1cの壁面から火炉1内を流下する燃焼排ガスの一部を燃焼排ガス12として抽出し、火炉1のアフタエアーポート3aの噴流ノズル3を流れる燃焼用空気にこの燃焼排ガス12を供給して混入させる戻し管4を配設したものである。
Therefore, in the pulverized coal fired boiler of the present embodiment, a part of the combustion exhaust gas flowing down in the furnace 1 from the wall surface of the side wall 1c of the furnace 1 downstream from the after-
前記戻し管4のアフタエアーポート3a側の圧力が火炉1側から燃焼排ガス12を抽出する位置の火炉1内の圧力よりも低ければ、抽出した燃焼排ガス12はこの戻し管4内を上方から下方へと流れてアフタエアーポート3aの噴流ノズル3に供給されて再循環することになる。
If the pressure on the after-
図1の微粉炭焚きボイラでは、再循環する燃焼排ガス12は火炉1の上部のアフタエアーポート3aよりも下流となる位置の側壁1cから抽出してアフタエアーポート3aの噴流ノズル3に戻し管4を通じて戻している。
In the pulverized coal fired boiler shown in FIG. 1, the recirculated
図2は図1に示した本実施例の微粉炭焚きボイラにおけるアフタエアーポート3aの構造をウインドボックスまで含めて示した部分拡大図である。
FIG. 2 is a partially enlarged view showing the structure of the after-
図2に示した本実施例の微粉炭焚きボイラのアフタエアーポート3aでは、火炉1の側壁1cの壁面から抽出した燃焼排ガス12をアフタエアーポート3aの噴流ノズル3に再循環させるように配設した前記戻し管4を内側管4aと該内側管4aを覆う外側管4bとから構成された2重管構造とした。
In the
戻し管4を図2に示したように2重管構造とした場合、戻し管の内側管4aの内部には再循環する燃焼排ガス12を流下させ、前記内側管4aと外側管4bとの間に形成される流路にはこの内側管4aを冷却する冷却用流体である水や蒸気13が流下するように構成している。
When the
戻し管4の内側管4aに流入する燃焼排ガス12は約1000℃前後と考えられるが、戻し管の内側管4aを流れるこの燃焼排ガス12を冷却する冷却能力は、冷却用流体の水や蒸気13の流量、圧力、温度などによって調整可能である。
The
もし、戻し管4の内側管4aの管壁を十分に冷却していないとこの内側管4aの内壁に灰が付着し易すくなり、戻し管4の内側管4aの管壁に灰が付着した場合に、灰は熱伝導が低いために付着した灰が除去されないで内側管4aの管壁に残ると、内側管4aの管壁の冷却効果が更に低下して、内側管4aの管壁に付着した灰の表面温度が上昇することになる。
If the tube wall of the
さらに、灰の表面温度の上昇によって灰が軟化するので、戻し管4の内側管4aの管壁に一層、灰が付着し易すくなり、内側管4aの管壁に付着する灰の厚みが増す。
Furthermore, since the ash is softened by the rise in the surface temperature of the ash, the ash is more easily attached to the tube wall of the
戻し管4の内側管4aの管壁への灰の付着を放置すると、内側管4aの配管が閉塞する可能性があるので、その対策として前述したように戻し管4の内側管4aと外側管4bとの間の流路に冷却用流体である、例えば約200〜300℃の水や蒸気13を流して燃焼排ガス12を内部に流下させている内側管4aの管壁を冷却し、戻し管4の内側管4aの管壁の表面温度を約400℃以下の温度となるように抑制して、内側管4aへの灰の付着を防止する。
If ash adheres to the tube wall of the
灰は約400℃程度の温度では乾いた粉状な状態であるため、内側管4aの管壁に付着する問題は生じないが、ただし、内側管4aの管内面の温度が燃焼排ガス12の露点以下とならないようにした方が良い。
Since the ash is in a dry powdery state at a temperature of about 400 ° C., there is no problem of adhering to the tube wall of the
その理由は燃焼排ガス12の温度が露点以下になると、戻し管4の内側管4aの管内に水分が結露して配管の腐食などに繋がる可能性があるためである。
The reason is that when the temperature of the
また、戻し管4の内側管4aと外側管4bとの間の流路に冷却用流体として蒸気13を供給して内側管4aの管壁を冷却する場合は、火炉1を構成する前壁1a、後壁1b、及び側壁1cの各壁の壁面内面に配設した水冷管群で発生した蒸気を使用すると良い。
When the
そうすれば、再循環させる燃焼排ガス12がもつ熱量のうち、系外に放出する熱量を極力減らすことができるので、熱効率の低下を減少させることが可能となる。
If it does so, since the calorie | heat amount discharge | released out of the system among the calorie | heat amount which the
アフタエアーポート3aの構造と戻し管4のアフタエアーポート側の圧力を低くする機構について図2を用いて説明する。
The structure of the after
図2に示したように、火炉1の前壁1a及び後壁1bの壁面にはアフタエアーポート用のウインドボックス6が設置されており、ウインドボックス6の内部に燃焼用空気のアフタエアを火炉1内に噴出するアフタエアーポート3aの噴流ノズル3が設置されている。
As shown in FIG. 2, a
図2には噴流ノズル3は1台しか示されていないが、実際には噴流ノズル3は図の奥行き方向に複数列設置されている。
Although only one
そしてアフタエアーポート3a用のウインドボックス6内に供給された燃焼用空気はアフタエアーポート3aの噴流ノズル3から火炉1内に噴出される。
The combustion air supplied into the
また、本実施例の微粉炭焚きボイラでは、アフタエアーポート3aの噴流ノズル3は内周側噴流ノズル14と、該内周側噴流ノズル14の外周に設置された外周側噴流ノズル15とから成る2重構造に構成されている。
Further, in the pulverized coal fired boiler of this embodiment, the
そして前記噴流ノズル3の外周側噴流ノズル15には旋回羽17が設置されていて、アフタエアーポート3aから火炉1内に供給する燃焼用空気に旋回成分を与えている。
Further,
また、内周側噴流ノズル14には外周に開けられた数箇所の穴16から燃焼用空気を内部に取り込む構造となっている。
In addition, the inner
本実施例のアフタエアーポート3aの噴流ノズル3では、外周側噴流ノズル15に設けた旋回羽17の旋回によって、燃焼用空気の混合効果を向上して、この噴流ノズル3から火炉1内に供給される燃焼排ガス12に含まれる未燃分の燃焼率を向上する。
In the
尚、図2の右側に示した波線は火炉1内に吹き込まれた燃焼排ガス12の噴流を模式的に示したものである。
2 schematically shows a jet of the
アフタエアーポート3aの噴流ノズル3を構成する内周側噴流ノズル14の内径は燃焼用空気の吸い込み口16よりも断面積が小さいため、内部を流れる燃焼用空気の流速が早くなる。
Since the inner diameter of the inner
燃焼用空気の流速は燃焼状況や火炉1によっても変わるが、概ね20〜50m/s程度となる。 The flow rate of the combustion air varies depending on the combustion conditions and the furnace 1, but is approximately 20 to 50 m / s.
ベルヌーイの法則から、ほぼ流速の2乗に比例して圧力が低下するので、この圧力が低下した内周側噴流ノズル14の部分に前記戻し管4の一端を接続する。
From Bernoulli's law, the pressure drops approximately in proportion to the square of the flow velocity, so one end of the
これにより火炉1側からアフタエアーポート3aへ燃焼排ガス12を戻して再循環させることが可能となる。
As a result, the
本実施例の微粉炭焚きボイラにおいては、戻し管4はアフタエアーポート3aの噴流ノズル3を構成する内周側噴流ノズル14の外周を取り込むように設置しているが、噴流ノズル14の外周に数箇所穴を開けて接続しても良い。
In the pulverized coal fired boiler of this embodiment, the
戻し管4の火炉1側となる火炉1の側壁1cの設置位置は、抽出する燃焼排ガス12中に未燃分が少ないことが重要である。
The installation position of the side wall 1c of the furnace 1 on the furnace 1 side of the
仮に抽出する燃焼排ガス12中に未燃分が多いと、燃焼排ガス12が供給されるアフタエアーポート3aの噴流ノズル3の内部で急激な燃焼が起き、アフタエアーポート3aの構造物の故障につながる可能性があるためである。
If the
戻し管4を配設して燃焼排ガス12を火炉1から抽出する火炉1の側壁1cの位置は、火炉1の燃焼解析から火炉1の上部の領域は比較的周囲に比べて静圧が高いことや還元性の燃焼ガスの大部分が酸化されて火炉1内を流れる燃焼ガス中に未燃分が少ないことが分かっているため、火炉1のアフタエアーポート3aよりも下流となる火炉1の側壁1cの壁面の領域から前記戻し管4を通じて燃焼ガスの一部を燃焼排ガス12として抽出してアフタエアーポート3aの噴流ノズル3に再循環させるものである。
The position of the side wall 1c of the furnace 1 where the
本発明の実施例によれば、燃焼排ガスを流下させる配管の短縮化と燃焼排ガスを流下させる送風ファンを不要とした設備の小型化と共に、冷却流体を供給して燃焼排ガスを流下させる配管を冷却することによる配管への灰の付着を防止して配管の閉塞を回避し得る微粉炭焚きボイラを実現することができる。 According to the embodiment of the present invention, the piping for flowing the combustion exhaust gas is shortened, the equipment that does not require the blower fan for flowing the combustion exhaust gas is downsized, and the piping for supplying the cooling fluid to flow the combustion exhaust gas is cooled. By doing so, it is possible to realize a pulverized coal fired boiler that can prevent the ash from adhering to the pipe and avoid the blockage of the pipe.
次に本発明の一実施例である第2実施例の微粉炭焚きボイラについて図3〜図4を用いて説明する。 Next, a pulverized coal burning boiler according to a second embodiment which is an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施例では、図1及び図2に示した第1実施例の微粉炭焚きボイラとは基本構成が共通しているので、共通の構成については説明を省略して相違する部分についてのみ説明する。 In this embodiment, since the basic configuration is common to the pulverized coal fired boiler of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the description of the common configuration will be omitted and only different portions will be described. .
図3に示した本実施例では、戻し管4を冷却する構造として戻し管4の内部に冷却流体の冷却水19を流入する装置である冷却用の水噴霧装置18を戻し管4に設置したものである。
In the present embodiment shown in FIG. 3, a cooling
冷却水19をこの水噴霧装置18から戻し管4の内部を流下する燃焼排ガス12に吹き込むと、蒸発した水分が温度上昇するときに必要となる顕熱分の熱以外に、水が蒸発するときに必要となる蒸発潜熱を利用できるので冷却能力が高くなる。
When the cooling
噴霧水19は再循環する燃焼排ガス12のできるだけ上流から吹き込む方が良く、上流で噴霧水19の吹き込むことによって燃焼排ガス12を冷却して戻し管4の管壁温度を十分低下させることが可能となるので、戻し管4の管壁を2重化させる必要がなくなる。
It is better to blow the
これによって、戻し管4の配管構造を簡略化できるので、燃焼排ガス12を再循環させる戻し管4を製作するコスト低減につながる。
As a result, the piping structure of the
また、水噴霧装置18は蒸発距離を短距離にする観点から噴霧する噴霧水19の粒径が小さくなるスプレー発生装置であることが望ましい。
The
水噴霧装置18も高温にさらされるため、水噴霧装置18自体を冷却する構造を有すると更に良い。
Since the
図4も同様に、戻し管4を冷却する構造として戻し管4の内部に冷却流体の冷却水19を流入する装置である冷却用の水噴霧装置20を戻し管4に設置したものである。
Similarly, in FIG. 4, as the structure for cooling the
図4において、戻し管4に設置する冷却用水噴霧装置20は上下に2個設置された例を示しているが、戻し管4の周囲に3個以上設置しても良い。
In FIG. 4, an example in which two cooling
戻し管4の管壁付近に冷却水を噴霧すると噴霧水19は管壁近傍を流れるので、戻し管4の管壁を効率的に冷却することができる。
When the cooling water is sprayed near the pipe wall of the
また、噴霧水19が戻し管4の管壁近傍を流れ、飛灰を多く含む燃焼排ガス12は戻し管4の軸心中央を流れるため、戻し管4の管壁付近に飛灰が付着しにくい。
Further, since the
特に燃焼排ガス12の温度の高い領域においては灰の付着力が大きくなるため、戻し管4の上流で灰を戻し管4の配管につきにくい状態にすることは重要である。
In particular, in the region where the temperature of the
また、水噴霧装置20から戻し管4内の燃焼排ガス12中に水分を投入すると、サーマルNOxが下がることも基礎的な実験で確認しており、燃焼排ガス中に水分を投入することの効果は大きい。
In addition, it has been confirmed through basic experiments that when water is introduced from the
本発明の実施例によれば、燃焼排ガスを流下させる配管の短縮化と燃焼排ガスを流下させる送風ファンを不要とした設備の小型化と共に、冷却流体を供給して燃焼排ガスを流下させる配管を冷却することによる配管への灰の付着を防止して配管の閉塞を回避し得る微粉炭焚きボイラを実現することができる。 According to the embodiment of the present invention, the piping for flowing the combustion exhaust gas is shortened, the equipment that does not require the blower fan for flowing the combustion exhaust gas is downsized, and the piping for supplying the cooling fluid to flow the combustion exhaust gas is cooled. By doing so, it is possible to realize a pulverized coal fired boiler that can prevent the ash from adhering to the pipe and avoid the blockage of the pipe.
次に本発明の一実施例である第3実施例の微粉炭焚きボイラについて図5〜図6を用いて説明する。 Next, a pulverized coal burning boiler according to a third embodiment which is an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施例では、図1及び図2に示した第1実施例の微粉炭焚きボイラとは基本構成が共通しているので、共通の構成については説明を省略して相違する部分についてのみ説明する。 In this embodiment, since the basic configuration is common to the pulverized coal fired boiler of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the description of the common configuration will be omitted and only different portions will be described. .
図5に示した本実施例の微粉炭焚きボイラにおけるアフタエアーポート3aの構造では、戻し管4とアフタエアーポート3aの噴流ノズル3の接合部の他の構造を示しており、アフタエアーポート3aの噴流ノズル3を構成する内周側の噴流ノズル14に管路の一部を絞った絞り部21を設けて、この絞り部21の外周に戻し管4を接合している。
The structure of the after-
噴流ノズル14の管路の一部を絞ると噴流ノズル14の断面積が小さくなって内部を流れる燃焼用空気の流速を早くできるので、前述したように燃焼用空気の流速を増加させることによって噴流ノズル14の管路の圧力を低下させることが出来る。
If a part of the pipe line of the
従って、噴流ノズル14の管路の絞り部21の径を小さくするほど、圧力の低下幅が増加し、この絞り部21に接続する戻し管4を流下して噴流ノズル14に流入する燃焼排ガス12の流量を増加させ、噴流ノズル14から火炉1内に燃焼排ガス12を供給して再循環させる。
Accordingly, the smaller the diameter of the
また、図6に示した本実施例の微粉炭焚きボイラにおけるアフタエアーポート3aの構造では、戻し管4とアフタエアーポート3aの噴流ノズル3の接合部の更に他の構造を示しており、アフタエアーポート3aの噴流ノズル3を構成する内周側の噴流ノズル14の管路の内部に流路を狭める構造物22を設置し、この流路を狭めた管路の外周に戻し管4を接合している。
The structure of the after-
噴流ノズル14の管路の流路を狭めることで噴流ノズル14の内部の流速が増加し、噴流ノズル14の内部の圧力が低下する。
By narrowing the channel of the
そして、流路を狭める構造物22が配置された位置の外周に前記戻し管4を接合させて、この戻し管4を通じて燃焼排ガス12を噴流ノズル14に流入させて火炉1内に供給し再循環させる。
Then, the
図5及び図6に示した本実施例では、再循環する燃焼排ガス12の流量を増加したい場合に有効な手段である。
The present embodiment shown in FIGS. 5 and 6 is an effective means for increasing the flow rate of the recirculated
尚、戻し管4の出入り口の圧力差の概算値は以下の方法で算出可能である。
The approximate value of the pressure difference at the inlet / outlet of the
まず、絞り部21や流路を狭める構造物を用いて、もとのアフタエアーポート3aの噴流ノズル14の配管断面積よりも配管断面積が10%小さくしたと仮定すると、流量固定の条件でアフタエアーポート3aの噴流ノズル3を構成する噴流ノズル14内の流速は111%となる。
First, assuming that the pipe cross-sectional area is 10% smaller than the pipe cross-sectional area of the
戻し管4の火炉1側の圧力値が変わらないとすると、流速の2乗が圧力と比例するので、戻し管4の出入り口圧力差はもとの123%となる。
If the pressure value on the furnace 1 side of the
また、図7に示した本実施例の微粉炭焚きボイラにおけるアフタエアーポート3aの構造では、戻し管4とアフタエアーポート3aの噴流ノズル3の接合部の別の構造を示しており、アフタエアーポート3aの噴流ノズル3を構成する最外周側の噴流ノズル15に戻し管4を接合している。
Further, in the structure of the after-
戻し管4の接合部の圧力が低くなる原理は内側の噴流ノズル14に戻し管を接合した場合と同様である。
The principle that the pressure at the joined portion of the
火炉1内において燃焼用空気と還元性の燃焼ガスが直接接すると、燃焼用空気と還元性の燃焼ガスの界面で急速な反応がおきて温度が急上昇し、サーマルNOxが多量に発生する可能性が高まる。 If the combustion air and the reducing combustion gas are in direct contact with each other in the furnace 1, there is a possibility that a rapid reaction occurs at the interface between the combustion air and the reducing combustion gas, the temperature rapidly rises, and a large amount of thermal NOx is generated. Will increase.
そこで、図7に示した本実施例では、アフタエアーポート3aの噴霧ノズル3を構成する最外周側の噴流ノズル15に戻し管4を配設することにより該戻し管4を通じて燃焼排ガス12を噴流ノズル15を流下する燃焼用空気に供給し、この燃焼排ガス12を多く含む燃焼用空気を火炉1内に投入するようにしている。
Accordingly, in the present embodiment shown in FIG. 7, the
図7の右側に示した波線のように、最外周側の噴流ノズル15から吹き込まれた燃焼排ガス12はが内側の燃焼用空気を取り巻くように流れるので、この燃焼排ガス12の供給によってアフタエアーポート3aから噴出した燃焼用空気と還元性の燃焼ガスの界面近傍において温度が急上昇せず、サーマルNOxの発生量が抑制できる。
Since the
本発明の実施例によれば、燃焼排ガスを流下させる配管の短縮化と燃焼排ガスを流下させる送風ファンを不要とした設備の小型化と共に、冷却流体を供給して燃焼排ガスを流下させる配管を冷却することによる配管への灰の付着を防止して配管の閉塞を回避し得る微粉炭焚きボイラを実現することができる。 According to the embodiment of the present invention, the piping for flowing the combustion exhaust gas is shortened, the equipment that does not require the blower fan for flowing the combustion exhaust gas is downsized, and the piping for supplying the cooling fluid to flow the combustion exhaust gas is cooled. By doing so, it is possible to realize a pulverized coal fired boiler that can prevent the ash from adhering to the pipe and avoid the blockage of the pipe.
次に本発明の一実施例である第4実施例の微粉炭焚きボイラについて図8を用いて説明する。 Next, a pulverized coal fired boiler according to a fourth embodiment which is an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施例では、図1及び図2に示した第1実施例の微粉炭焚きボイラとは基本構成が共通しているので、共通の構成については説明を省略して相違する部分についてのみ説明する。 In this embodiment, since the basic configuration is common to the pulverized coal fired boiler of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the description of the common configuration will be omitted and only different portions will be described. .
図8に示した本実施例の戻し管4の配管構成においては、戻し管4の途中に分岐管4cを設けている。
In the piping configuration of the
戻し管4から分岐した分岐管4cには燃焼排ガス12を送球する循環ファン24と、燃焼排ガス12の流量を調節する流量調節弁23がそれぞれ設置されている。
The branch pipe 4c branched from the
図8では説明の都合上、缶前1aのアフタエアーポート3aのみに戻し管4及び戻し管4の分岐管4cが接続されているが、缶後1b側のアフタエアーポート3aにも同様に戻し管4及び分岐管4cが接続されている。
In FIG. 8, for convenience of explanation, the
そして微粉炭焚きボイラの通常の運転時には、分岐管4cに設置された流量調節弁23は閉じられ、循環ファン24も起動していないので、循環ファン24が設置されていない戻し管4の配管に前記燃焼排ガス12は流れる。
During normal operation of the pulverized coal fired boiler, the flow
ところで、微粉炭焚きボイラの運転開始時や部分負荷時などの燃焼空気量が少ないときは、戻し管4の火炉1側とアフタエアーポート3a側との圧力差が小さくなるので、アフタエアーポート3aへ燃焼排ガス12を送ることができなくなる。
By the way, when the amount of combustion air is small at the start of operation of the pulverized coal fired boiler or at the time of partial load, the pressure difference between the furnace 1 side and the after
そこで、分岐管4cに設置した流量調節弁23の開度を開き、循環ファン24を起動すれば、循環ファン24が設置された分岐管4cに燃焼排ガス12が流れるようになる。
Therefore, if the opening degree of the
このとき、流下させる燃焼排ガス12の流量は流量調節弁23の開度を操作することによって調節できる。
At this time, the flow rate of the
本発明の実施例によれば、燃焼排ガスを流下させる配管の短縮化と燃焼排ガスを流下させる送風ファンを不要とした設備の小型化と共に、冷却流体を供給して燃焼排ガスを流下させる配管を冷却することによる配管への灰の付着を防止して配管の閉塞を回避し得る微粉炭焚きボイラを実現することができる。 According to the embodiment of the present invention, the piping for flowing the combustion exhaust gas is shortened, the equipment that does not require the blower fan for flowing the combustion exhaust gas is downsized, and the piping for supplying the cooling fluid to flow the combustion exhaust gas is cooled. By doing so, it is possible to realize a pulverized coal fired boiler that can prevent the ash from adhering to the pipe and avoid the blockage of the pipe.
次に本発明の一実施例である第5実施例の微粉炭焚きボイラについて図9を用いて説明する。 Next, a pulverized coal burning boiler according to a fifth embodiment which is an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施例では、図1及び図2に示した第1実施例の微粉炭焚きボイラとは基本構成が共通しているので、共通の構成については説明を省略して相違する部分についてのみ説明する。 In this embodiment, since the basic configuration is common to the pulverized coal fired boiler of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the description of the common configuration will be omitted and only different portions will be described. .
図9に示した本実施例の戻し管4の配管構成においては、戻し管4の途中に設置された流量調節弁26を用いて、微粉炭焚きボイラの火炉1内における燃焼状態を制御している。
In the piping configuration of the
即ち、微粉炭焚きボイラの運転中に、燃料の組成などの影響でボイラ出口での燃焼ガス中の窒素酸化物濃度が設計値からずれることがあるので、窒素酸化物濃度の値を設計値に近づける必要がある。 In other words, during operation of a pulverized coal-fired boiler, the nitrogen oxide concentration in the combustion gas at the boiler outlet may deviate from the design value due to the influence of the fuel composition, etc. It needs to be close.
そこで、ボイラ出口に窒素酸化物濃度の計測装置27を設置し、この計測装置27によって燃焼ガス中の窒素酸化物濃度のデータを取得する。
Therefore, a nitrogen oxide
そして、取得した燃焼ガス中の窒素酸化物濃度のデータを計測装置27から電気信号に変換して制御装置25に取り込み、この制御装置25にて測定した燃焼ガス中の窒素酸化物濃度の測定値と設計値と比較して、両者の偏差信号に基づいて戻し管4の途中に設置された流量調節弁26の弁開度を調整する指令信号を出力するように構成する。
Then, the obtained data of the nitrogen oxide concentration in the combustion gas is converted into an electric signal from the measuring
微粉炭焚きボイラの運転中のボイラ出口における窒素酸化物濃度の経時的な変化や設計値からのずれは出力装置28で監視する。
Changes in the nitrogen oxide concentration over time at the boiler outlet during operation of the pulverized coal-fired boiler and deviation from the design value are monitored by the
そして前記制御装置25の制御によって、ボイラ出口の窒素酸化物濃度が設計値からずれた場合、戻し管4の途中に設置された流量調節弁26の弁開度を調整して燃焼排ガス12の再循環量を調節することにより、燃焼ガス中の窒素酸化物濃度を設計値に近づけるように制御する。
When the nitrogen oxide concentration at the boiler outlet deviates from the design value by the control of the
運転調整時に予め窒素酸化物濃度と流量調節弁26の弁開度の感度を調べて設定しておくと、制御装置25の制御が容易となる。
If the nitrogen oxide concentration and the sensitivity of the valve opening degree of the
本発明の実施例によれば、燃焼排ガスを流下させる配管の短縮化と燃焼排ガスを流下させる送風ファンを不要とした設備の小型化と共に、冷却流体を供給して燃焼排ガスを流下させる配管を冷却することによる配管への灰の付着を防止して配管の閉塞を回避し得る微粉炭焚きボイラを実現することができる。 According to the embodiment of the present invention, the piping for flowing the combustion exhaust gas is shortened, the equipment that does not require the blower fan for flowing the combustion exhaust gas is downsized, and the piping for supplying the cooling fluid to flow the combustion exhaust gas is cooled. By doing so, it is possible to realize a pulverized coal fired boiler that can prevent the ash from adhering to the pipe and avoid the blockage of the pipe.
本発明は燃料として粉砕した石炭を燃焼する微粉炭焚きボイラに適用可能である。 The present invention is applicable to a pulverized coal fired boiler that burns pulverized coal as fuel.
1:火炉、1a:前壁、1b:後壁、1c:側壁、2:バーナ、3:噴流ノズル、3a:アフタエアーポート、4:戻し管、4a:内側管、4b:外側管、4c:分岐管、5:バーナ用のウインドボックス、6:アフタエアーポート用のウインドボックス、10:伝熱管群、12:燃焼排ガス、13:冷却用蒸気、14、15:噴霧ノズル、17:旋回羽根、18、20:水噴霧装置、21:絞り部、22:構造物、23:分岐管流量調節弁、25:制御装置、26:流量調節弁、27:計測装置。 1: furnace, 1a: front wall, 1b: rear wall, 1c: side wall, 2: burner, 3: jet nozzle, 3a: after air port, 4: return pipe, 4a: inner pipe, 4b: outer pipe, 4c: Branch pipe, 5: Wind box for burner, 6: Wind box for after-air port, 10: Heat transfer tube group, 12: Combustion exhaust gas, 13: Steam for cooling, 14, 15: Spray nozzle, 17: Swivel blade, 18, 20: water spraying device, 21: throttle part, 22: structure, 23: branch pipe flow rate control valve, 25: control device, 26: flow rate control valve, 27: measuring device.
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