JP5968028B2 - ボイラの燃焼装置 - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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、
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ことを特徴とするボイラの燃焼装置の運用方法。 - 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。
- 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、
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ことを特徴とするボイラの燃焼装置の運用方法。 - 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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