JP5010425B2 - 再熱ボイラ及び再熱ボイラのガス温度制御方法 - Google Patents

再熱ボイラ及び再熱ボイラのガス温度制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、蒸発管群の後流側に再熱炉、再熱器を設け、再熱炉の出口付近での燃焼ガスのガス温度のアンバランスを低減する再熱ボイラ及び再熱ボイラのガス温度制御方法に関する。
従来より舶用ボイラとして、過熱器を備えたものが採用されている(特許文献1)。また、従来の舶用ボイラの燃焼ガス後流側に再熱炉と再熱器とを備えた再熱ボイラが使用されている。
従来の舶用再熱ボイラの構成の一例を図6に示す。図6は、従来の再熱ボイラの構成を簡略に示す概略図である。図6に示すように、従来の再熱ボイラ100は、バーナ101と火炉102とフロントバンクチューブ103と過熱器(Super Heater:SH)104と蒸発管群(リアバンクチューブ)105とからなる主ボイラ106と、蒸発管群105の後流側に再熱バーナ107を備えた再熱炉108と、排気ガス出口側に設けた再熱器109とからなる。バーナ101の燃焼で発生した燃焼ガスは、火炉102からフロントバンクチューブ103、過熱器104及び蒸発管群105を流れ、再熱バーナ107の燃焼ガスと再熱炉108にて混合し、再熱器109と熱交換を行いながら流れ、ガス出口110から流出することで、効率的に運転を行うようにしていた。
図6中、111は水ドラム、112は蒸気ドラム、113,114はヘッダー、115はウォールチューブを示している。
特開2002−243106号公報
ところで、従来の舶用再熱ボイラ100では、再熱バーナ107は再熱炉108の前壁側のみに設置され、再熱炉108の後壁側には設置されていない。このため、図7に示すように、再熱炉108の出口側(図6中、符号B部分)で再熱炉108の前壁(図7中、X)側と後壁(図7中、Y)側とで燃焼ガス温度に大きなアンバランスが発生する、という問題がある。
再熱炉108の出口側(即ち、再熱器109の入口側)での燃焼ガス温度のアンバランスは、再熱炉108や再熱器109の伝熱性能を低下させると共に、再熱器109の再熱チューブの高温腐食やサポート材の強度低下を招く虞もある、という問題がある。
本発明は、前記問題に鑑み、再熱バーナのガスの流動パターンを変化させることにより、再熱炉の出口側での燃焼ガスのガス温度のアンバランスの低減を図る再熱ボイラ及び再熱ボイラのガス温度制御方法を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、バーナの燃焼で発生した燃焼ガスが、火炉から過熱器、蒸発管群を通過して流れるように構成した主ボイラと、前記蒸発管群の後流側に再熱バーナを備えた再熱炉と、該再熱炉の上部側に位置する再熱器とを有する再熱ボイラであって、前記再熱バーナから燃焼用空気の一部である第1燃焼用空気と燃焼ガスが噴出され、前記再熱炉内で前記再熱バーナと対向する位置に前記燃焼用空気の残りである第2燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給部を有し、前記第2燃焼用空気は前記燃焼用空気に対して50%以下の割合で投入することを特徴とする再熱ボイラにある。
第2の発明は、第1の発明において、前記燃焼用空気供給部が、前記再熱炉内の高さ方向に少なくとも二段以上設けられていることを特徴とする再熱ボイラにある。
の発明は、第又はの発明において、燃焼用空気供給部ごとに異なる量の前記第2燃焼用空気を供給することを特徴とする再熱ボイラにある。
第5の発明は、第1乃至の何れか一つの発明の再熱ボイラのガス温度制御方法であって、前記再熱バーナと対向する位置から前記第2燃焼用空気を前記再熱炉内に供給し、前記再熱炉の出口側での燃焼ガスのガス温度のアンバランスを低減することを特徴とする再熱ボイラのガス温度制御方法にある。
本発明によれば、再熱炉内で再熱バーナと対向する位置に設けた燃焼用空気供給部より燃焼用空気の一部を再熱炉内に供給することにより、前記再熱バーナから噴出されるガスの流動パターンを変化させることができるため、前記再熱炉の出口側での燃焼ガスのガス温度のアンバランスの低減を図ることができる。
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
本発明による実施例に係る再熱ボイラについて、図面を参照して説明する。
本実施例に係る再熱ボイラは、図6に示すような従来の再熱ボイラの構成と同様であり、再熱炉に空気供給部を設けたものであるため、同一部材には同一の符号を付して重複した説明は省略する。
図1−1は、本発明の実施例1に係る再熱ボイラの再熱炉と再熱器の構成を簡略に示す概略図であり、図2のI−I断面図である。図1−2は、図1−1中の再熱炉の鉛直方向と直交する方向から見た断面図であり、図2は、本発明の実施例1に係る再熱ボイラの構成を簡略に示す概略図である。
また、図1−1及び図1−2中、符号Xが再熱炉の前壁側であり、符号Yが再熱炉の後壁側である。
図1−1、図1−2及び図2に示すように、本実施例に係る再熱ボイラ10Aは、図6に示すような従来の再熱ボイラの構成と同様、バーナ101の燃焼により発生した燃焼ガスが、火炉102から過熱器104、蒸発管群105を通過するように構成した主ボイラ106と、再熱バーナ107で燃焼ガスが再燃される再熱炉108と、再燃された燃焼ガスが、再熱器109を通過するように構成した再熱ボイラであると共に、図1−1及び図1−2に示すように、再熱炉108内で再熱バーナ107と対向する位置に再熱バーナ107に供給される燃焼用空気11aの一部を燃焼用空気11bとして供給する燃焼用空気供給部12を有するものである。
また、本発明において、燃焼用空気11のうち、再熱バーナ107に供給される燃焼用空気を燃焼用空気11aとし、燃焼用空気11のうち、再熱バーナ107に供給された残りであって、燃焼用空気供給部12に供給される燃焼用空気を燃焼用空気11bという。
再熱炉108内で再熱バーナ107と対向する位置に燃焼用空気供給部12を設けることで、再熱バーナ107から噴出される燃焼ガス107aと燃焼用空気供給部12から供給される燃焼用空気11とが対向衝突し、燃焼ガス107aの燃焼用空気11との混合が促進されるため、再熱炉108の出口での燃焼ガス107aの温度のアンバランスを低減することができる。
また、図3は、図1−1に示す再熱炉の出口での燃焼ガスの温度分布を示す説明図である。図3に示すように、再熱炉108内で再熱バーナ107と対向する位置に燃焼用空気供給部12を設け、燃焼用空気11bを再熱炉108内に供給することで、再熱炉108出口付近(図1−1、図2中、符号B)の燃焼ガス107aの温度分布の幅が、例えば600〜800℃となり、図7に示すような従来の再熱ボイラ100での再熱炉108の出口付近(図1−1、図2中、符号B)の燃焼ガス107aの温度分布よりも狭くなり、平均して約700℃程度を維持することができる。
よって、再熱バーナ107と対向する位置から燃焼用空気11を再熱炉108に供給することで、図7に示すような従来の再熱ボイラでの再熱炉108の出口付近(図1−1、図2中、符号B)の燃焼ガス107aの温度に比べて、再熱炉108の出口付近の温度のアンバランスを抑制することができる。
また、本実施例に係る再熱ボイラ10Aにおいては、燃焼用空気11のうち、再熱バーナ107に供給される燃焼用空気11aを除いた燃焼用空気11bを燃焼用空気供給部12から50%以下の割合で供給するのが好ましい。これは、燃焼用空気11のうち、燃焼用空気11bに多く使用すると、再熱バーナ107で燃料が十分燃焼されないためである。
また、本実施例に係る再熱ボイラ10Aにおいては、燃焼ガス107aが再熱バーナ107に供給される燃焼用空気11aと燃焼した後、燃焼用空気供給部12から供給される燃焼用空気11bと燃焼させ、段階的に投入するようにしている。そのため、燃焼ガス107aを燃焼用空気11a、11bで二段燃焼させることで、NOXの発生を抑制することができる。
また、本実施例に係る再熱ボイラ10Aにおいては、燃焼用空気供給部12より供給される燃焼用空気11bの空気量は例えばダンパー等の空気量調整手段により調整される。
よって、本実施例に係る再熱ボイラ10Aによれば、再熱炉108内で再熱バーナ107と対向する位置に設けた燃焼用空気供給部12より燃焼用空気11bを再熱炉108内に供給することにより、再熱バーナ107から噴出される燃焼ガス107aの流動パターンを変化させることができるため、再熱炉108の出口側での燃焼ガス107aのガス温度のアンバランスを低減することができる。これにより、再熱炉108や再熱器109の伝熱性能の低下を防止すると共に、再熱器109の再熱チューブの高温腐食やサポート材の強度低下を防止することができる。
本発明による実施例2に係る再熱ボイラについて、図4、5を参照して説明する。
図4は、本発明の実施例2に係る再熱ボイラの再熱炉と再熱器の部分のみの構成を簡略に示す図である。
本実施例に係る再熱ボイラは、実施例1に係る再熱ボイラの構成と同様であるため、同一部材には同一の符号を付して重複した説明は省略する。
図4に示すように、本実施例に係る再熱ボイラ10Bは、再熱炉108の再熱バーナ107の対抗位置に再熱炉108の高さ方向に位置をずらした三段の空気供給部12−1〜12−3を設けたものである。
空気供給部12−1〜12−3より燃焼用空気11b−1〜11b−3を再熱炉108に供給することにより、燃焼ガスの燃焼用空気11b−1〜11b−3との混合度合いを任意に調整し、再熱炉108の出口付近での燃焼ガスの温度分布を制御することができる。
また、実施例に係るボイラ10Bにおいては、空気供給部12−1〜12−3により各々に供給される燃焼用空気11b−1〜11b−3の流量を調整するようにしている。再熱炉108に供給される燃焼用空気11b−1〜11b−3の流量を調整することにより、燃焼ガス107aの燃焼用空気11b−1〜11b−3との混合度合いを調整し、再熱炉108の出口付近での温度分布を制御することができる。例えば、燃焼用空気11b−1の空気量を多めとし、燃焼用空気11b−2、11b−3の空気量を均等とすることで、再熱炉108出口付近の温度分布を均等にすることができる。
また、図5は、図4に示す再熱炉の出口付近での燃焼ガスの温度分布を示す説明図である。図4に示すように、空気供給部12−1〜12−3により供給される燃焼用空気11b−1〜11b−3の流量を調整することで、図5に示すように、再熱炉108の出口側での燃焼ガス107aのガス温度のアンバランスを低減することができる。
このように、燃焼用空気11bを多段に分けて再熱炉108内に供給することで、再熱炉108の出口付近(図4中、符号B)の燃焼ガス107aの温度分布の幅が、例えば620〜780℃となり、図7に示すような従来の再熱ボイラ100での再熱炉108の出口付近(図6中、符号B)の燃焼ガス107aの温度分布よりも狭くなり、平均して約700℃程度と維持することができる。
また、図3に示すような実施例1に係る再熱ボイラ10Aでの再熱炉108の出口付近(図2中、符号B)の燃焼ガス107aの温度分布に比べて更に均一とすることができる。
よって、再熱バーナ107と対向する位置から燃焼用空気11b−1〜11b−3を再熱炉108に供給し、燃焼用空気11b−2、11b−3の空気量を微調整することで、再熱炉108の出口付近の温度のアンバランスを抑制することができる。
また、燃焼用空気11b−1〜11b−3の流量を微調整することで、温度、滞留時間といった還元域条件を調整することができるため、NOXの発生を抑制することができる。例えば、燃焼用空気11b−1の流量を少なくし、燃焼用空気11b−3の流量を多くし、再熱炉108内を空気の不足した状態とすることで、NOXの発生を抑制することができる。
従って、本実施例に係る再熱ボイラ10Bによれば、再熱炉108の再熱バーナ107の対抗する位置に高さ方向に位置をずらして設けた複数の空気供給部12−1〜12−3より燃焼用空気11b−1〜11b−3を送給し、再熱炉108に供給される燃焼用空気11b−1〜11b−3の流量を微調整することにより、再熱バーナ107のガス流動パターンを変化させることができるため、再熱炉108の出口側での燃焼ガス107aのガス温度のアンバランスを更に低減することができる。これにより、再熱炉108や再熱器109の伝熱性能の低下を防止すると共に、再熱器109の再熱チューブの高温腐食やサポート材の強度低下を防止することができる。
また、燃焼ガス107aの燃焼用空気11b−1〜11b−3との混合度合いを微調整し、再熱炉108の出口部分での温度分布を制御することができる。更に、燃焼用空気11b−1〜11b−3の空気量を微調整し、再熱炉108の還元域条件を調整することができるため、NOXの発生を抑制することができる。
また、本実施例に係る再熱ボイラ10Bにおいては、再熱炉108内の高さ方向に位置をずらして空気供給部12−1〜12−3を三段設けるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、空気供給部12を三段以上設けるようにしてもよい。
また、本発明に係る再熱ボイラ10A、10Bは、再熱炉108内で再熱バーナ107と対向する位置から燃焼用空気の一部11bを再熱炉108内に供給することで、燃焼ガスの流動パターンを変化させ、再熱炉108の出口側での燃焼ガスのガス温度のアンバランスの低減を図ることができるため、舶用ボイラとして用いることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
以上のように、本発明に係る再熱ボイラ及び再熱ボイラのガス温度制御方法は、再熱炉内で再熱バーナと対向する位置に再熱炉内の高さ方向に位置をずらして少なくとも一つ以上設けた燃焼用空気供給部より燃焼用空気の一部を再熱炉内に供給することで、燃焼ガスの流動パターンを変化させることができるため、再熱炉の出口側での燃焼ガスのガス温度のアンバランスの低減を図る船用の再熱ボイラに用いて好適である。
本発明の実施例1に係る再熱ボイラの再熱炉と再熱器の構成を簡略に示す概略図である。 図1−1中の再熱炉の鉛直方向と直交する方向から見た断面図である。 本発明の実施例1に係る再熱ボイラの構成を簡略に示す概略図である。 再熱炉の出口付近での燃焼ガスの温度分布を示す説明図である。 本発明の実施例2に係る再熱ボイラの再熱炉と再熱器の部分のみの構成を簡略に示す図である。 再熱炉の出口付近での燃焼ガスの温度分布を示す説明図である。 従来の再熱ボイラの構成の一例を簡略に示す概略図である。 再熱炉の出口付近の温度分布を示す説明図である。
符号の説明
10A、10B 再熱ボイラ
11、11b−1〜11b−3 燃焼用空気
12、12−1〜12−3 燃焼用空気供給部
101 バーナ
102 火炉
103 フロントバンクチューブ
104 過熱器(SH)
105 蒸発管群(リアバンクチューブ)
106 主ボイラ
107 再熱バーナ
108 再熱炉
109 再熱器
110 ガス出口
111 水ドラム
112 蒸気ドラム
113、114 ヘッダー
115 ウォールチューブ

Claims (4)

  1. バーナの燃焼で発生した燃焼ガスが、火炉から過熱器、蒸発管群を通過して流れるように構成した主ボイラと、前記蒸発管群の後流側に再熱バーナを備えた再熱炉と、該再熱炉の上部側に位置する再熱器とを有する再熱ボイラであって、
    前記再熱バーナから燃焼用空気の一部である第1燃焼用空気と燃焼ガスが噴出され、
    前記再熱炉内で前記再熱バーナと対向する位置に前記燃焼用空気の残りである第2燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給部を有し、
    前記第2燃焼用空気は前記燃焼用空気に対して50%以下の割合で投入することを特徴とする再熱ボイラ。
  2. 請求項1において、
    前記燃焼用空気供給部が、前記再熱炉内の高さ方向に少なくとも二段以上設けられていることを特徴とする再熱ボイラ。
  3. 請求項又はにおいて、
    燃焼用空気供給部ごとに異なる量の前記第2燃焼用空気を供給することを特徴とする再熱ボイラ。
  4. 請求項1乃至の何れか一つの再熱ボイラのガス温度制御方法であって、
    前記再熱バーナと対向する位置から前記第2燃焼用空気を前記再熱炉内に供給し、前記再熱炉の出口側での燃焼ガスのガス温度のアンバランスを低減することを特徴とする再熱ボイラのガス温度制御方法。
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