JP6057784B2 - boiler - Google Patents
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Description
本発明は、固体燃料と空気を燃焼させることで蒸気を生成するボイラに関するものである。 The present invention relates to a boiler that generates steam by burning solid fuel and air.
従来の石炭焚きボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉を有し、この火炉壁に複数の燃焼バーナが周方向に沿って配置されると共に、上下方向に複数段にわたって配置されている。この燃焼バーナは、石炭が粉砕された微粉炭(燃料)と1次空気(搬送用空気)との混合気が供給されると共に、高温の2次空気が供給され、この混合気と2次空気を火炉内に吹き込むことで火炎を形成し、この火炉内で燃焼可能となっている。そして、この火炉は、上部に煙道が連結され、この煙道に排ガスの熱を回収するための過熱器、再熱器、節炭器などが設けられており、火炉での燃焼により発生した排ガスと水との間で熱交換が行われ、蒸気を生成することができる。 Conventional coal-fired boilers have a hollow furnace that is installed in a vertical direction, and a plurality of combustion burners are arranged on the furnace wall along the circumferential direction and arranged in multiple stages in the vertical direction. ing. The combustion burner is supplied with a mixture of pulverized coal (fuel) obtained by pulverizing coal and primary air (carrier air), and also supplied with high-temperature secondary air. The mixture and secondary air are supplied to the combustion burner. Is blown into the furnace to form a flame that can be burned in the furnace. This furnace has a flue connected to the top, and this flue is provided with a superheater, reheater, economizer, etc. for recovering the heat of exhaust gas, and it was generated by combustion in the furnace. Heat exchange is performed between the exhaust gas and water, and steam can be generated.
このような石炭焚きボイラでは、一般的に、2段燃焼方式が採用されている。即ち、火炉壁に複数の燃焼バーナを設け、この燃焼バーナにより微粉炭と1次空気との混合気を火炉内に供給可能とすると共に、高温の2次空気を火炉内に供給可能としている。また、この燃焼バーナの上方に追加空気ノズルを設け、この追加空気ノズルにより高温の追加空気を火炉内に供給可能としている。従って、燃焼バーナは、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉燃料混合気を火炉に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉に吹き込み、このときに着火することで火炎を形成することができる。また、追加空気ノズルは、追加空気を火炉に吹き込み、燃焼制御を行うことができる。 In such a coal fired boiler, a two-stage combustion method is generally adopted. That is, a plurality of combustion burners are provided on the furnace wall, and by this combustion burner, an air-fuel mixture of pulverized coal and primary air can be supplied into the furnace, and high-temperature secondary air can be supplied into the furnace. Further, an additional air nozzle is provided above the combustion burner, and high temperature additional air can be supplied into the furnace by the additional air nozzle. Accordingly, the combustion burner can form a flame by blowing a pulverized fuel mixture in which pulverized coal and carrier air are mixed into the furnace and blowing combustion air into the furnace and igniting at this time. Further, the additional air nozzle can blow the additional air into the furnace and perform combustion control.
このとき、火炉では、2次空気の供給量が微粉炭の供給量に対して理論空気量未満となるように設定されることで、内部が還元雰囲気に保持され、微粉炭の燃焼により発生したNOxが還元され、その後、追加空気が追加供給されることで微粉炭の酸化燃焼が完結され、微粉炭の燃焼によるNOxの発生量が低減される。 At this time, in the furnace, the supply amount of the secondary air is set so as to be less than the theoretical air amount with respect to the supply amount of the pulverized coal, so that the inside is maintained in a reducing atmosphere and is generated by the combustion of the pulverized coal. NOx is reduced, and then additional air is additionally supplied to complete oxidative combustion of the pulverized coal, thereby reducing the amount of NOx generated by the combustion of the pulverized coal.
このような従来のボイラとしては、例えば、下記特許文献1、2に記載されたものがある。
Examples of such conventional boilers include those described in
上述した従来のボイラでは、燃焼バーナから微粉燃料混合気が火炉に吹き込まれると共に燃焼用空気が火炉に吹き込まれ、このときに着火することで火炎が形成され、還元雰囲気に保持されることでNOxが還元される。ところが、その後、追加空気ノズルから追加空気が火炉に吹き込まれるため、内側で微粉炭が酸化燃焼してNOxの発生量が低減されるものの、外周部に高酸素濃度領域が形成されてしまい、ここにNOxが発生してしまうという問題がある。 In the above-described conventional boiler, the pulverized fuel mixture is blown into the furnace from the combustion burner and the combustion air is blown into the furnace. At this time, a flame is formed by ignition, and the NOx is maintained in a reducing atmosphere. Is reduced. However, since additional air is then blown into the furnace from the additional air nozzle, the pulverized coal is oxidized and burned on the inside to reduce the amount of NOx generated, but a high oxygen concentration region is formed in the outer periphery, and here There is a problem that NOx is generated.
本発明は、上述した課題を解決するものであり、有害物質の発生を抑制可能とするボイラを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, and an object thereof is to provide a boiler that can suppress the generation of harmful substances.
上記の目的を達成するための本発明のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、固体燃料と燃焼用空気を混合した燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成可能な燃焼バーナと、追加空気を前記火炉内の火炎旋回流の下方に向けて吹き込むことで空気上昇流を形成可能な第1空気噴射装置と、を有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a boiler according to the present invention has a hollow furnace that is installed along a vertical direction, and a fuel gas mixed with solid fuel and combustion air is blown into the furnace. A combustion burner capable of forming a flame swirl flow, and a first air injection device capable of forming an air upward flow by blowing additional air toward the lower side of the flame swirl flow in the furnace. To do.
従って、燃焼バーナが火炉内に燃料ガスを吹き込むことで火炎旋回流が形成され、発生した燃焼ガスは、燃焼領域から旋回しながら上昇して還元領域に移動する一方、第1空気噴射装置が火炉内の火炎旋回流の下方に向けて追加空気を吹き込むことで空気上昇流が形成され、火炎旋回流の中央部を上昇して還元領域に移動することとなる。このとき、燃料ガスは、空気量が固体燃料に対して理論空気量未満となるように設定されることで、燃焼領域に続いて還元領域が形成され、ここで、固体燃料の燃焼により発生した有害物質が還元され、その後、中央部に上昇した追加空気により微粉炭の酸化燃焼が完結され、高酸素濃度領域の生成が抑制されることで、固体燃料の燃焼による有害物質の発生量を抑制することができる。 Accordingly, the combustion burner blows fuel gas into the furnace to form a flame swirl flow, and the generated combustion gas rises while swirling from the combustion region and moves to the reduction region, while the first air injection device moves to the furnace. An additional air is blown toward the lower side of the flame swirl flow to form an air upflow, and the center of the flame swirl flow rises and moves to the reduction region. At this time, the fuel gas is set so that the air amount is less than the theoretical air amount with respect to the solid fuel, so that a reduction region is formed following the combustion region, and is generated by the combustion of the solid fuel. After the harmful substances are reduced, the oxidative combustion of the pulverized coal is completed by the additional air rising to the center, and the generation of high oxygen concentration regions is suppressed, thereby suppressing the amount of harmful substances generated by the combustion of solid fuel can do.
本発明のボイラでは、前記燃焼バーナと前記第1空気噴射装置とは、鉛直方向に所定距離だけ離間して配置されることを特徴としている。 The boiler according to the present invention is characterized in that the combustion burner and the first air injection device are spaced apart from each other by a predetermined distance in the vertical direction.
従って、燃焼バーナと第1空気噴射装置とが鉛直方向に所定距離だけ離間することで、燃焼バーナから燃料ガスが吹き込まれて形成される火炎旋回流に対して、第1空気噴射装置から噴射される追加空気が混合するのを抑制することができ、追加空気を適正に上昇させることができる。 Accordingly, when the combustion burner and the first air injection device are separated from each other by a predetermined distance in the vertical direction, the flame swirl flow formed by blowing the fuel gas from the combustion burner is injected from the first air injection device. It is possible to prevent the additional air from mixing, and to raise the additional air appropriately.
本発明のボイラでは、前記燃焼バーナは、前記火炉の周方向における複数の位置から燃料ガスを吹き込み可能であり、前記火炉における前記燃焼バーナによる燃料ガスの吹き込み位置と前記第1空気噴射装置による追加空気の吹き込み位置が周方向の異なる位置に設定されることを特徴としている。 In the boiler according to the present invention, the combustion burner can inject fuel gas from a plurality of positions in the circumferential direction of the furnace, and the fuel gas injection position by the combustion burner in the furnace and the addition by the first air injection device The air blowing position is set at a different position in the circumferential direction.
従って、燃焼バーナから吹き込まれる燃料ガスの位置と、第1空気噴射装置から吹き込まれる追加空気の位置が周方向に異なることから、燃焼バーナから燃料ガスが吹き込まれて形成される火炎旋回流に、第1空気噴射装置から噴射される追加空気が混合しにくくなり、追加空気を適正に上昇させることができる。 Therefore, since the position of the fuel gas blown from the combustion burner and the position of the additional air blown from the first air injection device are different in the circumferential direction, the flame swirl formed by blowing the fuel gas from the combustion burner, It becomes difficult to mix the additional air injected from the first air injection device, and the additional air can be appropriately raised.
本発明のボイラでは、前記燃焼バーナは、前記火炉の周方向に所定間隔で複数設けられ、前記第1空気噴射装置は、空気ノズルが前記火炉の周方向に所定間隔で複数設けられ、前記燃焼バーナと前記空気ノズルとは、周方向に所定距離ずれて配置されることを特徴としている。 In the boiler of the present invention, a plurality of the combustion burners are provided at a predetermined interval in the circumferential direction of the furnace, and the first air injection device includes a plurality of air nozzles provided at a predetermined interval in the circumferential direction of the furnace. The burner and the air nozzle are arranged so as to be shifted by a predetermined distance in the circumferential direction.
従って、燃焼バーナと空気ノズルとが周方向に所定距離ずれていることから、火炎旋回と追加空気との混合を抑制し、追加空気を適正に上昇させることができる。 Therefore, since the combustion burner and the air nozzle are displaced by a predetermined distance in the circumferential direction, mixing of the flame swirl and the additional air can be suppressed, and the additional air can be appropriately raised.
本発明のボイラでは、前記火炉は矩形断面形状をなし、前記燃焼バーナは前記火炉の角部に配置され、前記空気ノズルは前記火炉の平面部に配置されることを特徴としている。 In the boiler according to the present invention, the furnace has a rectangular cross-sectional shape, the combustion burner is disposed at a corner portion of the furnace, and the air nozzle is disposed at a flat portion of the furnace.
従って、火炉に対して燃焼バーナと空気ノズルを適正位置に配置することで、構造を複雑化することなく、火炎旋回流と空気上昇流を形成することができる。 Therefore, by arranging the combustion burner and the air nozzle at appropriate positions with respect to the furnace, it is possible to form a flame swirl flow and an air upward flow without complicating the structure.
本発明のボイラでは、追加空気を前記火炉内の火炎旋回流の上方に向けて吹き込み可能な第2空気噴射装置が設けられることを特徴としている。 The boiler according to the present invention is characterized in that a second air injection device capable of blowing additional air upward of the flame swirl flow in the furnace is provided.
従って、還元領域で固体燃料の燃焼により発生した有害物質が還元され、その後、中央部に上昇した追加空気と第2空気噴射装置から噴射された追加空気により固体燃料の酸化燃焼が完結される。このとき、各空気噴射装置から噴射される空気量を適正量とすることで、局部的な高酸素濃度領域の生成が抑制され、固体燃料の燃焼による有害物質の発生量を抑制することができる。 Therefore, harmful substances generated by the combustion of the solid fuel in the reduction region are reduced, and thereafter, the oxidative combustion of the solid fuel is completed by the additional air rising to the center and the additional air injected from the second air injection device. At this time, by setting the amount of air injected from each air injection device to an appropriate amount, the generation of a local high oxygen concentration region can be suppressed, and the amount of harmful substances generated by the combustion of solid fuel can be suppressed. .
本発明のボイラでは、前記第2空気噴射装置は、鉛直方向に多段に配置されることを特徴としている。 In the boiler according to the present invention, the second air injection devices are arranged in multiple stages in the vertical direction.
従って、第2空気噴射装置から鉛直方向に分散して追加空気を噴射することで、局部的な高酸素濃度領域の生成が抑制され、固体燃料の燃焼による有害物質の発生量を抑制することができる。 Therefore, by dispersing the second air injection device in the vertical direction and injecting additional air, the generation of a local high oxygen concentration region is suppressed, and the amount of harmful substances generated by the combustion of the solid fuel is suppressed. it can.
本発明のボイラでは、前記第2空気噴射装置は、上下多段に配置され、上段側の空気ノズルは斜め上方に向けて追加空気を噴射可能であり、下段側の空気ノズルは斜め下方に向けて追加空気を噴射可能であることを特徴としている。 In the boiler according to the present invention, the second air injection devices are arranged in multiple upper and lower stages, the upper air nozzles can inject additional air obliquely upward, and the lower air nozzles obliquely downward. It is characterized by being able to inject additional air.
従って、上下の空気ノズルから上方及び下方に向けて追加空気を噴射することで、局部的な高酸素濃度領域の生成が抑制され、固体燃料の燃焼による有害物質の発生量を抑制することができる。 Therefore, by injecting additional air upward and downward from the upper and lower air nozzles, the generation of local high oxygen concentration regions can be suppressed, and the amount of harmful substances generated by the combustion of solid fuel can be suppressed. .
本発明のボイラによれば、固体燃料と燃焼用空気を混合した燃料ガスを火炉内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成可能な燃焼バーナと、追加空気を火炉内の火炎旋回流の下方に向けて吹き込むことで空気上昇流を形成可能な第1空気噴射装置とを設けるので、高酸素濃度領域の生成を抑制して固体燃料の燃焼による有害物質の発生量を抑制することができる。 According to the boiler of the present invention, a combustion burner capable of forming a flame swirl flow by blowing a fuel gas mixed with solid fuel and combustion air into the furnace, and additional air below the flame swirl flow in the furnace. Since the first air injection device capable of forming an air upward flow by blowing toward the air is provided, the generation of the high oxygen concentration region can be suppressed and the generation amount of harmful substances due to the combustion of the solid fuel can be suppressed.
以下に添付図面を参照して、本発明に係るボイラの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。 Exemplary embodiments of a boiler according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by this Example, Moreover, when there exists multiple Example, what comprises combining each Example is also included.
図1は、本発明の実施例1に係る石炭焚きボイラを表す概略構成図、図2は、実施例1の石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図、図3は、実施例1の石炭焚きボイラにおける第1空気噴射装置の平面図、図4は、実施例1の石炭焚きボイラの酸素濃度状態を表す概略図、図5は、実施例1の石炭焚きボイラの酸素濃度状態を表す概略平面図である。 1 is a schematic configuration diagram illustrating a coal burning boiler according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a combustion burner in the coal burning boiler according to the first embodiment, and FIG. 3 is a coal burning boiler according to the first embodiment. FIG. 4 is a schematic view showing the oxygen concentration state of the coal-fired boiler of the first embodiment, and FIG. 5 is a schematic plan view showing the oxygen concentration state of the coal-fired boiler of the first embodiment. It is.
実施例1のボイラは、石炭(瀝青炭、亜瀝青炭など)を粉砕した微粉炭を微粉燃料(固体燃料)として用い、この微粉炭を燃焼バーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能な微粉炭焚きボイラである。 The boiler of Example 1 uses pulverized coal obtained by pulverizing coal (bituminous coal, subbituminous coal, etc.) as pulverized fuel (solid fuel), burns this pulverized coal with a combustion burner, and recovers heat generated by this combustion. This is a pulverized coal fired boiler.
この実施例1において、図1に示すように、石炭焚きボイラ10は、コンベンショナルボイラであって、火炉11と燃焼装置12とを有している。火炉11は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉11を構成する火炉壁が伝熱管により構成されている。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the coal fired
燃焼装置12は、この火炉11を構成する火炉壁(伝熱管)の下部に設けられている。この燃焼装置12は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ21,22,23,24,25を有している。本実施例にて、この燃焼バーナ21,22,23,24,25は、周方向に沿って4個均等間隔で配設されたものが1セットとして、鉛直方向に沿って5セット、つまり、5段配置されている。なお、火炉の形状や一つの段における燃焼バーナの数、段数はこの実施例に限定されるものではない。
The
そして、各燃焼バーナ21,22,23,24,25は、微粉炭供給管26,27,28,29,30を介して微粉炭機(ミル)31,32,33,34,35に連結されている。この微粉炭機31,32,33,34,35は、図示しないが、ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって粉砕テーブルが駆動回転可能に支持され、この粉砕テーブルの上方に対向して複数の粉砕ローラが粉砕テーブルの回転に連動して回転可能に支持されて構成されている。従って、石炭が複数の粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に投入されると、ここで所定の大きさまで粉砕され、搬送用空気(1次空気)により分級された微粉炭を微粉炭供給管26,27,28,29,30から燃焼バーナ21,22,23,24,25に供給することができる。
Each
そして、火炉11は、各燃焼バーナ21,22,23,24,25の装着位置に風箱36が設けられており、この風箱36に空気ダクト37の一端部が連結されており、この空気ダクト37は、他端部に送風機38が装着されている。従って、送風機38により送られた燃焼用空気(2次空気)を空気ダクト37から風箱36に供給し、この風箱36から各燃焼バーナ21,22,23,24,25に供給することができる。
In the
また、火炉11は、各燃焼バーナ21,22,23,24,25の装着位置より下方に位置して第1空気噴射装置39が設けられており、この第1空気噴射装置39に空気ダクト37から分岐した第1分岐空気ダクト40の端部が連結されている。更に、火炉11は、各燃焼バーナ21,22,23,24,25の装着位置より上方に第2空気噴射装置41が設けられており、この第2空気噴射装置41に空気ダクト37から分岐した第2分岐空気ダクト42の端部が連結されている。従って、送風機38により送られた燃焼用空気(2次空気)を第1分岐空気ダクト40から第1空気噴射装置39に供給することができると共に、第2分岐空気ダクト42から第2空気噴射装置41に供給することができる。
Further, the
ここで、燃焼装置12について詳細に説明するが、この燃焼装置12を構成する各燃焼バーナ21,22,23,24,25は、ほぼ同様の構成をなしていることから、最上段に位置する燃焼バーナ21についてのみ説明する。
Here, although the
燃焼バーナ21は、図2に示すように、火炉11における4つの角部に設けられる燃焼バーナ21a,21b,21c,21dから構成されている。各燃焼バーナ21a,21b,21c,21dは、微粉炭供給管26から分岐した各分岐管26a,26b,26c,26dが連結されると共に、空気ダクト37から分岐した各分岐管37a,37b,37c,37dが連結されている。
As shown in FIG. 2, the
従って、火炉11の各角部にある各燃焼バーナ21a,21b,21c,21dは、火炉11に対して、微粉炭と搬送用空気が混合した微粉燃料混合気を吹き込むと共に、その微粉燃料混合気の外側に燃焼用空気を吹き込む。そして、各燃焼バーナ21a,21b,21c,21dからの微粉燃料混合気に着火することで、4つの火炎F1,F2,F3,F4を形成することができ、この火炎F1,F2,F3,F4は、火炉11の上方から見て(図2にて)反時計周り方向に旋回する火炎旋回流となる。
Therefore, each
次に、各空気噴射装置39,41について詳細に説明するが、この各空気噴射装置39,41は、ほぼ同様の構成をなしていることから、第1空気噴射装置39についてのみ説明する。
Next, the
第1空気噴射装置39は、図3に示すように、火炉11における4つの角部から平面部に所定距離だけずれた位置に設けられるアディショナル空気ノズル39a,39b,39c,39dから構成されている。各アディショナル空気ノズル39a,39b,39c,39dは、第1分岐空気ダクト40から分岐した各分岐管40a,40b,40c,40dが連結されている。
As shown in FIG. 3, the first
従って、火炉11の各平面部にある各アディショナル空気ノズル39a,39b,39c,39dは、火炉11に対して燃焼用空気を吹き込む。すると、各アディショナル空気ノズル39a,39b,39c,39dからの燃焼用空気A1,A2,A3,A4は、追加空気として火炉11の中央部に集合し、火炎旋回流の中心部を上昇することとなる。
Therefore, the
上述したように、燃焼バーナ21,22,23,24,25は、微粉炭と搬送用空気が混合した微粉燃料混合気(燃料ガス)を火炉11内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成することができる。また、第1空気噴射装置39は、燃焼用空気を追加空気として火炉11内の火炎旋回流の下方に向けて吹き込むことで空気上昇流を形成することができる。また、第2空気噴射装置41は、燃焼用空気を追加空気として火炉11内の火炎旋回流の上方に向けて吹き込むことができる。
As described above, the
この場合、燃焼バーナ21,22,23,24,25と第1空気噴射装置39とは、鉛直方向に所定距離だけ離間して配置されている。また、火炉11における燃焼バーナ21,22,23,24,25(21a,21b,21c,21d)による微粉燃料混合気の吹き込み位置と、第1空気噴射装置39(アディショナル空気ノズル39a,39b,39c,39d)による燃焼用空気の吹き込み位置が、周方向の異なる位置に設定されている。即ち、燃焼バーナ21,22,23,24,25(21a,21b,21c,21d)は、火炉11の周方向に所定間隔で複数設けられ、第1空気噴射装置39は、アディショナル空気ノズル39a,39b,39c,39dが火炉11の周方向に所定間隔で複数設けられ、燃焼バーナ21a,21b,21c,21dとアディショナル空気ノズル39a,39b,39c,39dとは、周方向に所定距離ずれて配置されている。具体的に、火炉11は矩形断面形状をなし、燃焼バーナ21a,21b,21c,21dは、火炉11の角部に配置され、アディショナル空気ノズル39a,39b,39c,39dは、火炉11の平面部に配置されている。
In this case, the
なお、本実施例の燃焼装置12を構成する各燃焼バーナ21,22,23,24,25は、中心部に油燃料を噴射可能な油ノズルと、この油ノズルの外側に微粉燃料混合気を噴射可能な燃料ノズルと、この燃料ノズルの外側に2次空気を噴射可能な2次空気ノズルと、この2次空気ノズルの外側に3次空気を噴射可能な3次空気ノズルとを有している。従って、ボイラ起動時に、各燃焼バーナ21,22,23,24,25は、油燃料を火炉11内に噴射して火炎を形成し、その後、微粉燃料混合気と2次空気及び3次空気を火炉11内に噴射して火炎を形成している。
In addition, each
図1に示すように、火炉11は、上部に煙道50が連結されており、この煙道50に、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための過熱器(スーパーヒータ)51,52、再熱器53,54、節炭器(エコノマイザ)55,56,57が設けられており、火炉11での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。
As shown in FIG. 1, a
煙道50は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出される排ガス管58が連結されている。この排ガス管58は、空気ダクト37との間にエアヒータ59が設けられ、空気ダクト37を流れる空気と、排ガス管58を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ21,22,23,24,25に供給する燃焼用空気を昇温することができる。
The
なお、排ガス管58は、図示しないが、脱硝装置、電気集塵機、誘引送風機、脱硫装置が設けられ、下流端部に煙突が設けられている。
Although not shown, the
このように構成された石炭焚きボイラ10にて、微粉炭機31,32,33,34,35が駆動すると、生成された微粉炭が搬送用空気と共に微粉炭供給管26,27,28,29,30を通して燃焼バーナ21,22,23,24,25に供給される。また、加熱された燃焼用空気が空気ダクト37から風箱36を介して各燃焼バーナ21,22,23,24,25に供給される。また、第1分岐空気ダクト40から第1空気噴射装置39に供給されると共に、第2分岐空気ダクト42から第2空気噴射装置41に供給される。
When the pulverized
すると、燃焼バーナ21,22,23,24,25は、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉燃料混合気を火炉11に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉11の燃焼領域Bに吹き込み、このときに着火することでこの燃焼領域Bに火炎旋回流を形成することができる。また、第1空気噴射装置39は、追加空気を火炉11における火炎旋回流の下方の追加空気領域Aに吹き込み、第2空気噴射装置41は、追加空気を火炉11における火炎旋回流及び還元領域Cの上方に吹き込み、燃焼制御を行う。この火炉11では、微粉燃料混合気と燃焼用空気とが燃焼して火炎旋回流が生じ、燃焼領域Bで火炎旋回流が生じると、火炉11内を燃焼ガス(排ガス)が旋回しながら上昇して還元領域Cに至る。
Then, the
このとき、火炉11にて、燃焼バーナ21,22,23,24,25は、空気の供給量が微粉炭の供給量に対して理論空気量未満となるように設定されることで、燃焼領域Bの上方の還元領域Cが還元雰囲気に保持される。そのため、微粉炭の燃焼により発生したNOxがこの還元領域Cで還元される。一方、第1空気噴射装置39から火炉11の追加空気領域Aに吹き込まれた追加空気は、火炎旋回流の下方からその中心部(燃焼領域B)を通って上昇して還元領域Bに至る。また、第2空気噴射装置41は、火炉11内における還元領域Cの上方に追加空気を吹き込む。すると、還元領域Cにて、排ガスと追加空気が反応することで微粉炭の酸化燃焼が完結され、微粉炭の燃焼によるNOxの発生量が低減される。
At this time, in the
なお、燃焼バーナ21,22,23,24,25から微粉炭と共に噴射される燃焼用空気と各空気噴射装置39,41から噴射される追加空気との割合は、燃焼領域BでのNOx発生量とCO発生量との関係から決定される。燃焼用空気の割合が減少する(追加空気の量が増加)すると、NOx発生量が減少してCO発生量が増加する。一方、燃焼用空気の割合が増加する(追加空気の量が減少)すると、NOx発生量が増加してCO発生量が減少する。そのため、NOx発生量とCO発生量が基準値以下となるように燃焼用空気と追加空気の割合を決定する必要があり、燃焼用空気を70%、追加空気の割合を30%とすることが好ましい。また、第1空気噴射装置39から噴射される追加空気と第2空気噴射装置41から噴射される追加空気との割合は、ほぼ同じで15%とすることが好ましい。
The ratio of the combustion air injected together with the pulverized coal from the
そして、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器55,56,57によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給され火炉壁の各水管(図示せず)に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。更に、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器51,52に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器51,52で生成された過熱蒸気は、図示しない発電プラント(例えば、タービン等)に供給される。また、タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気は、再熱器53,54に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。なお、火炉11をドラム型(蒸気ドラム)として説明したが、この構造に限定されるものではない。
The water supplied from a water supply pump (not shown) is preheated by the
その後、煙道50の節炭器55,56,57を通過した排ガスは、排ガス管58にて、図示しない脱硝装置にて、触媒によりNOxなどの有害物質が除去され、電気集塵機で粒子状物質が除去され、脱硫装置により硫黄分が除去された後、煙突から大気中に排出される。
Thereafter, the exhaust gas that has passed through the
ここで、火炉11内での酸素濃度変化について説明する。図4及び図5に示すように、燃焼バーナ21,22,23,24,25から微粉燃料混合気が吹き込まれて火炎旋回流が形成される領域S1は、酸素が使用されて燃焼することから、酸素濃度が低い。第1空気噴射装置39から追加空気が吹き込まれる領域S2は、酸素濃度が高く、この追加空気が上昇する火炉11の中心部の領域S3も、酸素濃度が比較的高い。また、第2空気噴射ノズル41から追加空気が吹き込まれる領域S4は、酸素濃度が高い。そして、火炉11上部の領域S5は、領域S3と同様に、酸素濃度が比較的高い。即ち、火炉11内の酸素濃度は、S1<S5<S3<S2=S4となる。
Here, the oxygen concentration change in the
火炉11の燃焼領域Bは、火炎旋回流により形成されるものであることから、外周部側の低酸素領域S1となり、中心部の領域S3は、微粉炭がほとんどないことから燃焼せず、下部からの追加空気がここを上昇して還元領域Cに連続する。即ち、燃焼領域Bの中心部にも還元領域Cが形成されることとなる。そのため、燃焼領域Bで燃焼した後に微粉炭の燃焼により発生したNOxは、中心部を上昇した追加空気と、上方に供給された追加空気により還元領域Cで還元されることとなり、第2空気噴射装置41から噴射された追加空気の量を低減することで、局部的な高酸素濃度領域がほとんどなくなり、NOxの発生を抑制することができる。
Since the combustion region B of the
このように実施例1のボイラにあっては、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉11と、微粉燃料混合気を火炉11内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成可能な燃焼バーナ21,22,23,24,25と、追加空気を火炉11内の火炎旋回流の下方に向けて吹き込むことで空気上昇流を形成可能な第1空気噴射装置39とを設けている。
Thus, in the boiler according to the first embodiment, a flame swirl flow can be formed by blowing the
従って、燃焼バーナ21,22,23,24,25が火炉11内に微分燃料混合気を吹き込むことで火炎旋回流が形成され、発生した燃焼ガスは、燃焼領域Bから旋回しながら上昇して還元領域Cに移動する一方、第1空気噴射装置39が火炉11内の火炎旋回流の下方の追加空気領域Aに向けて追加空気を吹き込むことで空気上昇流が形成され、火炎旋回流の中央部を上昇して還元領域Cに移動することとなる。このとき、微分燃料混合気は、空気量が微粉炭に対して理論空気量未満となるように設定されることで、燃焼領域Bに続いて還元領域Cが形成され、ここで、微粉炭の燃焼により発生した有害物質が還元され、その後、中央部に上昇した追加空気により微粉炭の酸化燃焼が完結され、高酸素濃度領域の生成が抑制されることで、微粉炭の燃焼によるNOxの発生量を抑制することができる。
Accordingly, the
実施例1のボイラでは、燃焼バーナ21,22,23,24,25と第1空気噴射装置39とは、鉛直方向に所定距離だけ離間して配置されている。従って、燃焼バーナ21,22,23,24,25から微分燃料混合気が吹き込まれて形成される火炎旋回流に対して、第1空気噴射装置39から噴射される追加空気が混合するのを抑制することができ、追加空気を適正に上昇させることができる。
In the boiler according to the first embodiment, the
実施例1のボイラでは、燃焼バーナ21,22,23,24,25により火炉11の周方向における複数の位置から微分燃料混合気を吹き込み可能であり、火炉11における燃焼バーナ21,22,23,24,25による微分燃料混合気の吹き込み位置と第1空気噴射装置39による追加空気の吹き込み位置を周方向の異なる位置に設定している。従って、燃焼バーナ21,22,23,24,25から燃料ガスが吹き込まれて形成される火炎旋回流に、第1空気噴射装置39から噴射される追加空気が混合しにくくなり、追加空気を適正に上昇させることができる。
In the boiler of the first embodiment, the differential fuel mixture can be blown from a plurality of positions in the circumferential direction of the
実施例1のボイラでは、燃焼バーナ21,22,23,24,25を火炉11の周方向に所定間隔で複数設け、第1空気噴射装置39のアディショナル空気ノズル39a,39b,39c,39dを火炉11の周方向に所定間隔で複数設け、燃焼バーナ21,22,23,24,25とアディショナル空気ノズル39a,39b,39c,39dとを周方向に所定距離ずれて配置している。従って、火炎旋回流と追加空気との混合を抑制し、追加空気を適正に上昇させることができる。
In the boiler according to the first embodiment, a plurality of
実施例1のボイラでは、火炉11を矩形断面形状とし、燃焼バーナ21,22,23,24,25を火炉11の角部に配置し、アディショナル空気ノズル39a,39b,39c,39dを火炉11の平面部に配置している。従って、火炉11に対して燃焼バーナ21,22,23,24,25とアディショナル空気ノズル39a,39b,39c,39dを適正位置に配置することで、構造を複雑化することなく、火炎旋回流と空気上昇流を形成することができる。
In the boiler according to the first embodiment, the
実施例1のボイラでは、追加空気を火炉11内の火炎旋回流の上方に向けて吹き込み可能な第2空気噴射装置41を設けている。従って、還元領域Cで微粉炭の燃焼により発生したNOxが還元され、その後、中央部に上昇した追加空気と第2空気噴射装置41から噴射された追加空気により微粉炭の酸化燃焼が完結される。このとき、空気噴射装置39,41から噴射される空気量を適正量とすることで、局部的な高酸素濃度領域の生成が抑制され、微粉炭の燃焼によるNOxの発生量を抑制することができる。
In the boiler according to the first embodiment, a second
図6は、本発明の実施例2に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナと第1空気噴射装置の平面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。 FIG. 6 is a plan view of a combustion burner and a first air injection device in a coal fired boiler according to a second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the function similar to the Example mentioned above, and detailed description is abbreviate | omitted.
実施例2において、図6に示すように、石炭焚きボイラは、火炉に燃焼装置としての燃焼バーナ61と第1空気噴射装置62が設けられて構成されている。即ち、火炉11は、燃焼バーナ61の装着位置より下方に位置して第1空気噴射装置62が配置されている。
In the second embodiment, as shown in FIG. 6, the coal fired boiler is configured by providing a furnace with a
燃焼バーナ61は、火炉11における4つの平面部に設けられる燃焼バーナ61a,61b,61c,61dから構成されている。各燃焼バーナ61a,61b,61c,61dは、微粉炭供給管26から分岐した各分岐管26a,26b,26c,26dが連結されると共に、空気ダクト37から分岐した各分岐管37a,37b,37c,37dが連結されている。
The
従って、火炉11の各平面部にある各燃焼バーナ61a,61b,61c,61dは、火炉11に対して、微粉炭と搬送用空気が混合した微粉燃料混合気を吹き込むと共に、その微粉燃料混合気の外側に燃焼用空気を吹き込む。そして、各燃焼バーナ61a,61b,61c,61dからの微粉燃料混合気に着火することで、4つの火炎F1,F2,F3,F4を形成することができ、この火炎F1,F2,F3,F4は、火炉11の上方から見て(図6にて)反時計周り方向に旋回する火炎旋回流となる。
Therefore, each
第1空気噴射装置62は、火炉11における4つの平面に各燃焼バーナ61a,61b,61c,61dから周方向に所定距離だけずれた位置に設けられるアディショナル空気ノズル62a,62b,62c,62dから構成されている。各アディショナル空気ノズル62a,62b,62c,62dは、第1分岐空気ダクト40から分岐した各分岐管40a,40b,40c,40dが連結されている。
The first
従って、火炉11の各平面部にある各アディショナル空気ノズル62a,62b,2c,62dは、火炉11に対して燃焼用空気を吹き込む。すると、各アディショナル空気ノズル62a,62b,62c,62dからの燃焼用空気A1,A2,A3,A4は、追加空気として火炉11の中央部に集合し、火炎旋回流の中心部を上昇することとなる。
Therefore, each
上述したように、燃焼バーナ61は、微粉燃料混合気を火炉11内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成することができる。また、第1空気噴射装置62は、燃焼用空気を追加空気として火炉11内の火炎旋回流の下方に向けて吹き込むことで空気上昇流を形成することができる。
As described above, the
この場合、燃焼バーナ61a,61b,61c,61dと第1空気噴射装置62のアディショナル空気ノズル62a,62b,62c,62dとは、鉛直方向に所定距離だけ離間して配置されると共に、周方向に所定間隔だけ離間して配置されている。具体的に、火炉11は矩形断面形状をなし、燃焼バーナ61a,61b,61c,61dとアディショナル空気ノズル62a,62b,62c,62dは、火炉11の平面部に隣接して配置されている。
In this case, the
なお、実施例2の石炭焚きボイラにおける作用は、実施例1とほぼ同様であることから、ここでの説明は省略する。 In addition, since the effect | action in the coal burning boiler of Example 2 is substantially the same as Example 1, description here is abbreviate | omitted.
このように実施例2のボイラにあっては、燃焼バーナ61a,61b,61c,61dと第1空気噴射装置62のアディショナル空気ノズル62a,62b,62c,62dを鉛直方向及び周方向に所定間隔だけ離間して火炉11の平面部に隣接して配置している。
As described above, in the boiler according to the second embodiment, the
従って、燃焼バーナ61a,61b,61c,61dとアディショナル空気ノズル62a,62b,62c,62dを火炉11の平面部に装着すればよく、構造の簡素化を可能とすることができる。
Therefore, the
図7は、本発明の実施例3に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナと第1空気噴射装置の概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。 FIG. 7 is a schematic diagram of a combustion burner and a first air injection device in a coal fired boiler according to a third embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the function similar to the Example mentioned above, and detailed description is abbreviate | omitted.
実施例3において、図7に示すように、石炭焚きボイラは、火炉11に燃焼装置としての燃焼バーナ71,72,73,74,75と第1空気噴射装置76が設けられて構成されている。即ち、火炉11は、燃焼バーナ71,72,73,74,75の装着位置より下方に位置して第1空気噴射装置76が配置されている。
In Example 3, as shown in FIG. 7, the coal fired boiler is configured by providing
燃焼バーナ71,72,73,74,75は、鉛直方向に沿って配置され、微粉炭供給管26,27,28,29,30が連結されており、搬送用空気(1次空気)により微粉炭を供給することができる。そして、火炉11は、各燃焼バーナ71,72,73,74,75の装着位置に風箱36a,36b,36c,36d,36eが設けられており、この風箱36a,36b,36c,36d,36eに空気ダクト37の一端部が連結されており、燃焼用空気(2次空気)を供給することができる。
第1空気噴射装置76は、燃焼バーナ75の装着位置より下方に配置され、アディショナル空気ノズル76aを有し、空気ダクト37から分岐した第1分岐空気ダクト40の端部が連結されており、燃焼用空気としての追加空気を供給することができる。
The first
なお、実施例3の石炭焚きボイラにおける作用は、実施例1とほぼ同様であることから、ここでの説明は省略する。 In addition, since the effect | action in the coal burning boiler of Example 3 is substantially the same as Example 1, description here is abbreviate | omitted.
このように実施例3のボイラにあっては、各燃焼バーナ71,72,73,74,75を独立して配置し、その下方に第1空気噴射装置76を独立して配置している。従って、各燃焼バーナ71,72,73,74,75及び第1空気噴射装置76への燃焼用空気量を個別に調整することができる。
Thus, in the boiler of Example 3, each
図8は、本発明の実施例4に係る石炭焚きボイラにおける第2空気噴射装置の概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。 FIG. 8 is a schematic view of a second air injection device in the coal fired boiler according to the fourth embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the function similar to the Example mentioned above, and detailed description is abbreviate | omitted.
実施例4において、図8に示すように、第2空気噴射装置81は、火炉11における燃焼バーナ(図示略)の装着位置より上方に設けられており、アディショナル空気ノズル81a,81b,81cが鉛直方向に多段(本実施例では、3段)に配置されている。このアディショナル空気ノズル81a,81b,81cは、火炉11の周方向に所定間隔で複数配置されており、空気ダクトから分岐した第2分岐空気ダクト42の端部がそれぞれ連結されている。
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 8, the second
従って、燃焼用空気(2次空気)は、第2分岐空気ダクト42から第2空気噴射装置81の各アディショナル空気ノズル81a,81b,81cに供給され、火炉11内における還元領域の上方の領域に追加空気を吹き込むことができる。そのため、還元領域にて、排ガスと追加空気が反応することで微粉炭の酸化燃焼が完結され、微粉炭の燃焼によるNOxの発生量が低減される。
Accordingly, the combustion air (secondary air) is supplied from the second
このように実施例4のボイラにあっては、第2空気噴射装置81として、アディショナル空気ノズル81a,81b,81cが鉛直方向に多段に配置されている。
As described above, in the boiler according to the fourth embodiment, the
従って、第2空気噴射装置81のアディショナル空気ノズル81a,81b,81cから鉛直方向の広い領域に分散して追加空気が噴射されることとなり、局部的な高酸素濃度領域の生成が抑制され、微粉炭の燃焼によるNOxの発生量を抑制することができる。
Accordingly, additional air is injected from the
図9は、本発明の実施例5に係る石炭焚きボイラにおける第2空気噴射装置の概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。 FIG. 9 is a schematic view of a second air injection device in the coal fired boiler according to the fifth embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the function similar to the Example mentioned above, and detailed description is abbreviate | omitted.
実施例5において、図9に示すように、第2空気噴射装置91は、火炉11における燃焼バーナ(図示略)の装着位置より上方に設けられており、アディショナル空気ノズル91a,91bが鉛直方向に多段(本実施例では、2段)に配置されている。このアディショナル空気ノズル91a,91bは、上段側のアディショナル空気ノズル91aは、斜め上方に向けて追加空気を噴射可能であり、下段側のアディショナル空気ノズル91bは、斜め下方に向けて追加空気を噴射可能である。そして、アディショナル空気ノズル91a,91bは、火炉11の周方向に所定間隔で複数配置されており、空気ダクトから分岐した第2分岐空気ダクト42の端部がそれぞれ連結されている。
In Example 5, as shown in FIG. 9, the second
従って、燃焼用空気(2次空気)は、第2分岐空気ダクト42から第2空気噴射装置91の各アディショナル空気ノズル91a,91bに供給され、火炉11内における還元領域の上方の領域に追加空気を吹き込むことができる。そのため、還元領域にて、排ガスと追加空気が反応することで微粉炭の酸化燃焼が完結され、微粉炭の燃焼によるNOxの発生量が低減される。
Accordingly, the combustion air (secondary air) is supplied from the second
このように実施例5のボイラにあっては、第2空気噴射装置91として、アディショナル空気ノズル91a,91bを鉛直方向に多段に配置し、上段側のアディショナル空気ノズル91aが斜め上方に向けて追加空気を噴射可能であり、下段側のアディショナル空気ノズル91bが斜め下方に向けて追加空気を噴射可能としている。
Thus, in the boiler according to the fifth embodiment, as the second
従って、第2空気噴射装置91のアディショナル空気ノズル91a,91bから鉛直方向の広い領域に分散して追加空気が噴射されることとなり、局部的な高酸素濃度領域の生成が抑制され、微粉炭の燃焼によるNOxの発生量を抑制することができる。
Therefore, additional air is dispersed from the
なお、上述した実施例では、燃焼バーナ21,22,23,24,25の火炉11の周方向における位置と、第1空気噴射装置39の火炉11における周方向位置を所定距離ずらしたが、そのずらし方は実施例に限定されるものではない。また、燃焼バーナ21,22,23,24,25と第1空気噴射装置39は、鉛直方向に所定距離だけ離間していれば、周方向における位置は同位置であってもよい。
In the above-described embodiment, the positions of the
また、上述した実施例では、本発明のボイラを石炭焚きボイラとしたが、燃料としては、バイオマスや石油コークスを使用するボイラであってもよい。 Moreover, in the Example mentioned above, although the boiler of this invention was used as the coal fired boiler, the boiler which uses biomass or petroleum coke as a fuel may be sufficient.
10 石炭焚きボイラ
11 火炉
12 燃焼装置
21,22,23,24,25,61,71,72,73,74,75 燃焼バーナ
26,27,28,29,30 微粉炭供給管
31,32,33,34,35 微粉炭機
36 風箱
37 空気ダクト
39,62,76 第1空気噴射装置
41,81,91 第2空気噴射装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記火炉の周方向に所定間隔で配設されて固体燃料と燃焼用空気を混合した燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成可能な複数の燃焼バーナと、
追加空気を前記火炉内の火炎旋回流の下方に向けて吹き込むことで空気上昇流を形成可能な第1空気噴射装置と、
を有し、
前記第1空気噴射装置は、複数の空気ノズルが前記火炉の平面部に周方向に所定間隔で設けられ、
前記複数の空気ノズルは、周方向に隣接する前記複数の燃焼バーナの間で一方の前記燃焼バーナに接近して他方の前記燃焼バーナから離間して設けられ、前記火炉の中央部に向けて空気を吹き込む、
ことを特徴とするボイラ。 A furnace that is hollow and installed along the vertical direction;
A plurality of combustion burners capable of forming a flame swirl flow by blowing fuel gas, which is disposed in the circumferential direction of the furnace at a predetermined interval and mixed with solid fuel and combustion air, into the furnace;
A first air injection device capable of forming an air upward flow by blowing additional air downward of the flame swirl flow in the furnace;
Have
In the first air injection device, a plurality of air nozzles are provided at a predetermined interval in the circumferential direction on a flat portion of the furnace,
The plurality of air nozzles are provided between the plurality of circumferentially adjacent combustion burners, approaching one of the combustion burners and spaced apart from the other combustion burner, and air toward the center of the furnace Infuse,
A boiler characterized by that.
The boiler according to any one of claims 1 to 4, wherein a second air injection device capable of blowing additional air upward of a flame swirl flow in the furnace is provided.
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