JP5968028B2 - ボイラの燃焼装置 - Google Patents

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本発明は、油焚き、ガス焚き、石炭焚き等のボイラに適用されるボイラの燃焼装置に関するものである。
油焚き、ガス焚き、石炭焚き等のボイラに適用されるボイラの燃焼装置としては、ボイラの出口に上流端が接続された排ガス管から分岐した再循環用ガス管を介してボイラの炉底部に導かれた排ガスの一部を、ボイラの炉底部から火炉内へ投入するものが知られている(例えば、特許文献1の第1図参照)。
特開昭60−8604号公報
ここで、NFPA(National Fire Protection Association:米国防火協会)の規格には、ボイラの起動時および停止時を含めて、常に、フルロード時にボイラの火炉内に投入する燃焼用空気の25%以上をボイラの火炉内に投入しなければならないと規定されている。
しかしながら、ボイラの起動時および停止時において、フルロード時にボイラの火炉内に投入する燃焼用空気の25%以上をボイラの火炉内に単に投入すると、ボイラの火炉内に投入する燃料の量に対して、ボイラの火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多になり、NOx濃度が規制値を超えてしまうおそれがある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ボイラの起動時、停止時のようにボイラの火炉内に投入する燃料の量に対して、ボイラの火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時におけるNOxの発生を抑制することができるボイラの燃焼装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係るボイラの燃焼装置は、ボイラの出口に上流端が接続された排ガス管から分岐した再循環用ガス管を介してボイラの炉底部に導かれた排ガスの一部が、前記炉底部から火炉内へ投入されるボイラの燃焼装置であって、前記再循環用ガス管の下流端に設けられた再循環ガス投入口に、通過する排ガスの流路断面積を調整する絞り機構が設けられている。
本発明に係るボイラの燃焼装置の運用方法は、ボイラの出口に上流端が接続された排ガス管から分岐した再循環用ガス管を介してボイラの炉底部に導かれた排ガスの一部を、前記火炉内に投入する燃料の量に対して、前記火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時において、前記再循環用ガス管の下流端に設けられた再循環ガス投入口から前記火炉内へ投入される排ガスのうち、主として前記火炉内に形成される火炎の内側を通過する排ガスの流速が、主として前記火炎に供給される排ガスの流速よりも速くなるようにした。
本発明に係るボイラの燃焼装置およびその運用方法によれば、火炉内に投入する燃料の量に対して、火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時には、火炉内に形成される火炎の内側を、流速の速い排ガスおよび燃焼用空気が通過して(ショートパスして)、流速の遅い排ガスおよび燃焼用空気が火炎に供給されて燃焼させられることになる。
これにより、ボイラの起動時、停止時のようにボイラの火炉内に投入する燃料の量に対して、ボイラの火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時における燃焼部の酸素分圧を低下させることができ、NOxの発生を抑制することができる。
上記ボイラの燃焼装置において、前記火炉に設けられた燃料投入ノズルを、水平面に沿って揺動させる揺動機構が設けられているとさらに好適である。
上記ボイラの燃焼装置の運用方法において、前記火炉内に投入する燃料の量に対して、前記火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時に、前記火炉内に形成される火炎が、前記火炉の内壁面に近づくように、前記火炉に設けられた燃料投入ノズルを、水平面に沿って揺動させるようにするとさらに好適である。
上記ボイラの燃焼装置およびその運用方法によれば、火炉内に投入する燃料の量に対して、火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時において、例えば、図5に示すように、燃料投入ノズルの先端から形成される火炎Fが火炉本体4の内壁面4aにできるだけ近づくように、すなわち、火炎Fの内側に形成される仮想円Cができるだけ大きくなるように、燃料投入ノズルが水平面に沿って揺動させられることになる。
これにより、火炉内に形成される火炎の内側を、より多くの排ガスおよび燃焼用空気が通過して(ショートパスして)、より少ない排ガスおよび燃焼用空気が火炎に供給されて燃焼させられることになる。
これにより、ボイラの起動時、停止時のようにボイラの火炉内に投入する燃料の量に対して、ボイラの火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時における燃焼部の酸素分圧をさらに低下させることができ、NOxの発生をより一層抑制することができる。
本発明に係るボイラの燃焼装置は、ボイラの出口に上流端が接続された排ガス管から分岐した再循環用ガス管を介してボイラの炉底部に導かれた排ガスの一部が、前記炉底部から火炉内へ投入されるボイラの燃焼装置であって、前記火炉に設けられた燃料投入ノズルを、水平面に沿って揺動させる揺動機構が設けられている。
本発明に係るボイラの燃焼装置の運用方法は、ボイラの出口に上流端が接続された排ガス管から分岐した再循環用ガス管を介してボイラの炉底部に導かれた排ガスの一部を、前記火炉内に投入する燃料の量に対して、前記火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時において、前記火炉内に形成される火炎が、前記火炉の内壁面に近づくように、前記火炉に設けられた燃料投入ノズルを、水平面に沿って揺動させるようにした。
本発明に係るボイラの燃焼装置およびその運用方法によれば、火炉内に投入する燃料の量に対して、火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時において、例えば、図5に示すように、燃料投入ノズルの先端から形成される火炎Fが火炉本体4の内壁面4aにできるだけ近づくように、すなわち、火炎Fの内側に形成される仮想円Cができるだけ大きくなるように、燃料投入ノズルが水平面に沿って揺動させられることになる。
これにより、火炉内に形成される火炎の内側を、より多くの排ガスおよび燃焼用空気が通過して(ショートパスして)、より少ない排ガスおよび燃焼用空気が火炎に供給されて燃焼させられることになる。
これにより、ボイラの起動時、停止時のようにボイラの火炉内に投入する燃料の量に対して、ボイラの火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時における燃焼部の酸素分圧を低下させることができ、NOxの発生を抑制することができる。
上記ボイラの燃焼装置およびその運用方法において、前記再循環用ガス管の下流端に設けられた再循環ガス投入口、前記火炉に設けられた燃料投入ノズルから、前記排ガス、燃焼用空気とともに、蒸気、霧状の水、不活性ガスを投入するとさらに好適である。
上記ボイラの燃焼装置およびその運用方法において、ボイラの火炉内に投入する燃料の量に対して、ボイラの火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時における燃焼部の酸素分圧をさらに低下させることができ、NOxの発生をより一層抑制することができる。
本発明に係るボイラは、上記ボイラの燃焼装置のいずれかを具備している。
本発明に係るボイラによれば、ボイラの起動時、停止時のようにボイラの火炉内に投入する燃料の量に対して、ボイラの火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時におけるNOxの発生を抑制することができるボイラの燃焼装置を具備していることになるので、ボイラの起動時および停止時を含めて、ボイラから排出されるNOx濃度を、常に規制値以下に維持することができる。
本発明に係るボイラの燃焼装置によれば、ボイラの起動時、停止時のようにボイラの火炉内に投入する燃料の量に対して、ボイラの火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時におけるNOxの発生を抑制することができるという効果を奏する。
本発明に係るボイラの燃焼装置が適用され得るボイラおよび本発明の第1実施形態に係るボイラの燃焼装置の概略の構成を示す側面図である。 図1の要部を示す側面図である。 図1の要部を示す平面図である。 図2および図3の要部を拡大して示す斜視図である。 本発明の第2実施形態に係るボイラの燃焼装置の要部を示す平面図である。 本発明の第2実施形態に係るボイラの燃焼装置の要部を示す平面図である。 図5および図6の要部を拡大して示す平面図である。 本発明の他の実施形態に係るボイラの燃焼装置の要部を示す平面図である。 本発明の他の実施形態に係るボイラの燃焼装置の要部を示す平面図である。
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態に係るボイラの燃焼装置について、図1から図4を参照しながら説明する。
本実施形態に係るボイラの燃焼装置10は、例えば、図1に示すようなボイラ1に適用されるものである。
図1に示すように、ボイラ1は、燃料を燃焼させるための火炉2と、煙道3と、を備えており、火炉2は、断面視矩形状を呈する垂直筒形の火炉本体4と、火炉本体4の鉛直下方において、火炉本体4と連続するようにして接続され、火炉2の底部を形成する炉底部5と、を備えている。
ボイラの燃焼装置10は、煙道3の下流端に位置するボイラ1の出口11に上流端が接続された排ガス管12と、排ガス管12の途中から分岐して、排ガス管12を通過する排ガスの一部を炉底部5に導く再循環用ガス管13と、を備えている。
再循環用ガス管13の途中には、排ガス管12を通過する排ガスの一部を吸引して昇圧する排ガス再循環ファン14が設けられている。
図1から図3に示すように、再循環用ガス管13の下流端は、炉底部5の下端に接続され、再循環用ガス管13の下流端から流出した排ガスは、炉底部5の下端に設けられた開口15(図2参照)を介して火炉2内に流入する。
また、図2から図4に示すように、再循環用ガス管13の下流端には、複数個(本実施形態では16個)のスリット状の隙間(または複数の穴)からなる再循環ガス投入口16が設けられている。
再循環ガス投入口16は、再循環用ガス管13の幅方向における中央部に配置される(第1の)再循環ガス投入口16aと、再循環用ガス管13の幅方向における両端部に配置される(第2の)再循環ガス投入口16bと、を備えており、図4に示すように、再循環ガス投入口16aにはそれぞれ、通過する排ガスの流路断面積を調整する(増加または減少させる)ダンパ(絞り機構)17が設けられている。
なお、図1に示すように、本実施形態では、再循環用ガス管13の途中から分岐して、再循環用ガス管13を通過する排ガスの一部を、火炉本体4の下部に設けられた(第3の)再循環ガス投入口(図示せず)に導く(第1の)枝管13aと、再循環用ガス管13の途中から分岐して、再循環用ガス管13を通過する排ガスの一部を、燃焼用空気供給管21の途中に導く(第2の)枝管13bと、が設けられている。
燃焼用空気供給管21の下流端には、燃焼用空気・再循環ガス投入口(図示せず)が設けられており、燃焼用空気・再循環ガス投入口を介して、火炉2内に燃焼用空気と排ガスの混合気が流入するようになっている。
また、本実施形態では、燃焼用空気供給管21の途中から分岐して、燃焼用空気供給管21を通過する燃焼用空気のみを、火炉本体4の高さ方向における中央部に設けられた燃焼用空気投入口(図示せず)に導く枝管21aが設けられている。
つぎに、本実施形態に係るボイラの燃焼装置10の運用方法について説明する。
まず、ボイラ1を起動する際(ボイラ起動時)、再循環ガス投入口16aの流路断面積(開口率)が予め設定された最小の値となるように、ダンパ17を閉じておく(図4参照)。
つづいて、ボイラ1を起動し、火炉2内に投入される燃料投入量が、例えば、定格負荷の20%以上になったら、あるいは排ガス管12の途中に設けられた脱硝装置(図示せず)の入口における排ガスの温度が、例えば、200℃以上になったら、再循環ガス投入口16aの流路断面積(開口率)が最大の値となるまで、すなわち、ダンパ17が全開となるまで、ダンパ17を徐々に開いていく。
なお、ボイラ1の負荷が変動して、火炉2内に投入される燃料投入量が、例えば、定格負荷の20%を下回ったら、あるいは排ガス管12の途中に設けられた脱硝装置(図示せず)の入口における排ガスの温度が、例えば、200℃を下回ったら、再循環ガス投入口16aの流路断面積(開口率)が予め設定された最小の値となるように、ダンパ17を徐々に閉じていく。
つぎに、ボイラ1を停止する際(ボイラ停止時)、火炉2内に投入される燃料投入量が、例えば、定格負荷の20%を下回ったら、あるいは排ガス管12の途中に設けられた脱硝装置(図示せず)の入口における排ガスの温度が、例えば、200℃を下回ったら、再循環ガス投入口16aの流路断面積(開口率)が予め設定された最小の値となるように、ダンパ17を徐々に閉じていく。
つづいて、再循環ガス投入口16aの流路断面積(開口率)が予め設定された最小の値となるように、ダンパ17を閉じたら、火炉2内に投入される燃料をカット(遮断)し、ボイラ1を停止する。
なお、ボイラ1を起動、停止する際、ボイラ1の出口11(図1参照)に設けられたNOx計を監視しながらダンパ17を開閉するとさらに好適である。
本実施形態に係るボイラの燃焼装置10およびその運用方法によれば、ボイラ1の起動時、停止時のように火炉2内に投入する燃料の量に対して、火炉2内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時には、火炉2内に形成される火炎F(図5等参照)の内側を、流速の速い排ガスおよび燃焼用空気が通過して(ショートパスして)、流速の遅い排ガスおよび燃焼用空気が火炎に供給されて燃焼させられることになる。
これにより、ボイラ1の起動時、停止時のようにボイラ1の火炉2内に投入する燃料の量に対して、ボイラ1の火炉2内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時における燃焼部の酸素分圧を低下させることができ、NOxの発生を抑制することができる。
〔第2実施形態〕
本発明の第2実施形態に係るボイラの燃焼装置について、図5から図7を参照しながら説明する。
本実施形態に係るボイラの燃焼装置30には、ダンパ(絞り機構)17の代わりに、火炉本体4の四隅に設けられた燃料投入ノズル(燃料投入バーナ)31の先端部32を、燃料投入ノズル31の本体部33に対して水平面に沿って揺動させる(水平方向にスイングさせる)揺動機構(スイング機構)34が設けられているという点で上述した第1実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第1実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第1実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
図7に示すように、揺動機構34は、火炉本体4の高さ方向に沿って延びて、先端部32の基端と、本体部33の先端とを連結するピボット軸35と、先端部32を、燃料投入ノズル31の本体部33に対して図7中の実線矢印のように水平方向にスイングさせる駆動部(図示せず)と、を備えており、一つの燃料投入ノズル31に対して一つずつ設けられている。
なお、燃料は、燃料投入ノズル31の径方向における中心部に設けられた燃料流路36を通って、火炉本体4内に投入される。
つぎに、本実施形態に係るボイラの燃焼装置30の運用方法について説明する。
まず、図5に示すように、ボイラ1を起動する際(ボイラ起動時)、燃料投入ノズル31の先端から形成される火炎Fが火炉本体4の内壁面4aにできるだけ近づくように、すなわち、火炎Fの内側に形成される仮想円Cができるだけ大きくなるように、燃料投入ノズル31を水平面に沿って揺動させておく。
つづいて、ボイラ1を起動し、火炉2内に投入される燃料投入量が、例えば、定格負荷の20%以上になったら、あるいは排ガス管12の途中に設けられた脱硝装置(図示せず)の入口における排ガスの温度が、例えば、200℃以上になったら、図7に示すように、燃料投入ノズル31の先端から形成される火炎Fが火炉本体4の内壁面4aからできるだけ遠ざかるように、すなわち、火炎Fの内側に形成される仮想円Cができるだけ小さくなるように、燃料投入ノズル31を水平面に沿って徐々に揺動させていく。
なお、ボイラ1の負荷が変動して、火炉2内に投入される燃料投入量が、例えば、定格負荷の20%を下回ったら、あるいは排ガス管12の途中に設けられた脱硝装置(図示せず)の入口における排ガスの温度が、例えば、200℃を下回ったら、燃料投入ノズル31の先端から形成される火炎Fが火炉本体4の内壁面4aにできるだけ近づくように、すなわち、火炎Fの内側に形成される仮想円Cができるだけ大きくなるように、燃料投入ノズル31を水平面に沿って揺動させていく。
つぎに、ボイラ1を停止する際(ボイラ停止時)、火炉2内に投入される燃料投入量が、例えば、定格負荷の20%を下回ったら、あるいは排ガス管12の途中に設けられた脱硝装置(図示せず)の入口における排ガスの温度が、例えば、200℃を下回ったら、燃料投入ノズル31の先端から形成される火炎Fが火炉本体4の内壁面4aにできるだけ近づくように、すなわち、火炎Fの内側に形成される仮想円Cができるだけ大きくなるように、燃料投入ノズル31を水平面に沿って揺動させていく。
つづいて、燃料投入ノズル31の先端から形成される火炎Fが火炉本体4の内壁面4aにできるだけ近づくように、すなわち、火炎Fの内側に形成される仮想円Cができるだけ大きくなるように、燃料投入ノズル31を水平面に沿って揺動させたら、火炉2内に投入される燃料をカット(遮断)し、ボイラ1を停止する。
なお、ボイラ1を起動、停止する際、ボイラ1の出口11(図1参照)に設けられたNOx計を監視しながら燃料投入ノズル31を揺動させるとさらに好適である。
本実施形態に係るボイラの燃焼装置30およびその運用方法によれば、ボイラ1の起動時、停止時のように火炉2内に投入する燃料の量に対して、火炉2内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時において、例えば、図5に示すように、燃料投入ノズルの先端から形成される火炎Fが火炉本体4の内壁面4aにできるだけ近づくように、すなわち、火炎Fの内側に形成される仮想円Cができるだけ大きくなるように、燃料投入ノズルが水平面に沿って揺動させられることになる。
これにより、火炉2内に形成される火炎Fの内側を、より多くの排ガスおよび燃焼用空気が通過して(ショートパスして)、より少ない排ガスおよび燃焼用空気が火炎に供給されて燃焼させられることになる。
これにより、ボイラ1の起動時、停止時のようにボイラ1の火炉2内に投入する燃料の量に対して、ボイラ1の火炉2内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時における燃焼部の酸素分圧を低下させることができ、NOxの発生を抑制することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。
例えば、上述した第1実施形態と第2実施形態とを組み合わせた実施形態、すなわち、ダンパ17および揺動機構34の双方を備えた構成とすることもできる。
また、本発明は、図8および図9に示すような、同一の水平面内に燃料投入ノズル(図示せず)が8個配置された火炉本体44を備えたボイラ41にも適用することができる。
図8および図9中の符号44a、F、Cはそれぞれ、火炉本体4の内壁面、火炎、仮想円を示している。
さらに、上述した実施形態において、ボイラの起動時、停止時のようにボイラの火炉内に投入する燃料の量に対して、ボイラの火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時に、再循環ガス投入口16b、燃焼用空気・再循環ガス投入口、燃焼用空気投入口から、排ガス、燃焼用空気とともに、蒸気、霧状の水、不活性ガスを投入することができるように構成されているとさらに好適である。
これにより、ボイラの起動時、停止時のようにボイラの火炉内に投入する燃料の量に対して、ボイラの火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時における燃焼部の酸素分圧を低下させることができ、NOxの発生を抑制することができる。
1 ボイラ
2 火炉
4 火炉本体
4a 内壁面
5 炉底部
10 ボイラの燃焼装置
11 出口
12 排ガス管
13 再循環用ガス管
16 再循環ガス投入口
16a 再循環ガス投入口
16b 再循環ガス投入口
17 ダンパ(絞り機構)
30 ボイラの燃焼装置
31 燃料投入ノズル
34 揺動機構
44 火炉本体
44a 内壁面
F 火炎

Claims (9)

  1. ボイラの出口に上流端が接続された排ガス管から分岐した再循環用ガス管を介してボイラの炉底部に導かれた排ガスの一部が、前記炉底部から火炉内へ投入されるボイラの燃焼装置であって、
    前記再循環用ガス管の下流端に設けられた再循環ガス投入口に、通過する排ガスの流路断面積を調整する絞り機構が設けられ
    前記絞り機構は、前記火炉内に投入する燃料の量に対して、前記火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時において、前記再循環ガス投入口から前記火炉内へ投入される排ガスのうち、主として前記火炉内に形成される火炎の内側を通過する排ガスの流速が、主として前記火炎に供給される排ガスの流速よりも速くなるように、前記流路断面積を調整することを特徴とするボイラの燃焼装置。
  2. 前記火炉に設けられた燃料投入ノズルを、水平面に沿って揺動させる揺動機構が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のボイラの燃焼装置。
  3. ボイラの出口に上流端が接続された排ガス管から分岐した再循環用ガス管を介してボイラの炉底部に導かれた排ガスの一部が、前記炉底部から火炉内へ投入されるボイラの燃焼装置であって、
    前記火炉に設けられた燃料投入ノズルを、水平面に沿って揺動させる揺動機構が設けられ
    前記揺動機構は、前記火炉内に投入する燃料の量に対して、前記火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時において、前記火炉内に形成される火炎が、前記火炉の内壁面に近づくように、前記火炉に設けられた燃料投入ノズルを、前記水平面に沿って揺動させることを特徴とするボイラの燃焼装置。
  4. 前記再循環用ガス管の下流端に設けられた再循環ガス投入口、前記火炉に設けられた燃料投入ノズルから、前記排ガス、燃焼用空気とともに、蒸気、霧状の水、不活性ガスを投入するようにしたことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のボイラの燃焼装置。
  5. 請求項1から4のいずれか一項に記載のボイラの燃焼装置を具備していることを特徴とするボイラ。
  6. ボイラの出口に上流端が接続された排ガス管から分岐した再循環用ガス管を介してボイラの炉底部に導かれた排ガスの一部を、前記炉底部から火炉内へ投入するボイラの燃焼装置の運用方法であって、
    記火炉内に投入する燃料の量に対して、前記火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時において、前記再循環用ガス管の下流端に設けられた再循環ガス投入口から前記火炉内へ投入される排ガスのうち、主として前記火炉内に形成される火炎の内側を通過する排ガスの流速が、主として前記火炎に供給される排ガスの流速よりも速くなるようにしたことを特徴とするボイラの燃焼装置の運用方法。
  7. 記火炉内に投入する燃料の量に対して、前記火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時において、前記火炉内に形成される火炎が、前記火炉の内壁面に近づくように、前記火炉に設けられた燃料投入ノズルを、水平面に沿って揺動させるようにしたことを特徴とする請求項6に記載のボイラの燃焼装置の運用方法。
  8. ボイラの出口に上流端が接続された排ガス管から分岐した再循環用ガス管を介してボイラの炉底部に導かれた排ガスの一部を、前記炉底部から火炉内へ投入するボイラの燃焼装置の運用方法であって、
    記火炉内に投入する燃料の量に対して、前記火炉内に投入する燃焼用空気の量が過多となるボイラ負荷時において、前記火炉内に形成される火炎が、前記火炉の内壁面に近づくように、前記火炉に設けられた燃料投入ノズルを、水平面に沿って揺動させるようにしたことを特徴とするボイラの燃焼装置の運用方法。
  9. 前記再循環用ガス管の下流端に設けられた再循環ガス投入口、前記火炉に設けられた燃料投入ノズルから、前記排ガス、燃焼用空気とともに、蒸気、霧状の水、不活性ガスを投入するようにしたことを特徴とする請求項6から8のいずれか一項に記載のボイラの燃焼装置の運用方法。
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