JP6263492B2

JP6263492B2 - Boiler and boiler combustion control method

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Publication number: JP6263492B2
Application number: JP2015056972A
Authority: JP
Inventors: 今田　潤司; 潤司今田; 西宮　立享; 立享西宮; 功一武居
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2018-01-17
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: JP2016176640A

Description

本発明は、ボイラ及びボイラの燃焼制御方法に関し、例えば、固体燃料と空気とを混合して燃焼させるボイラ及びボイラの燃焼制御方法に関する。 The present invention relates to a boiler and a boiler combustion control method, for example, a boiler that mixes and burns solid fuel and air and a boiler combustion control method.

従来、重油などの硫黄含有燃料を燃焼させるボイラの硫黄含有燃料の燃焼方法が提案されている。この硫黄含有燃料の燃焼方法では、火炉の左右側壁のバーナからアフターエアポートに亘る範囲にＣＯ濃度を測定するＣＯセンサを配置し、このＣＯセンサによって測定されたＣＯ濃度に基づいて、バーナに供給する燃焼用空気及び燃料量を制御することにより、排ガス中のＮＯｘを低減している。 Conventionally, a combustion method for sulfur-containing fuel in a boiler that burns sulfur-containing fuel such as heavy oil has been proposed. In this sulfur-containing fuel combustion method, a CO sensor that measures the CO concentration is disposed in a range from the burner on the left and right side walls of the furnace to the after-air port, and the burner is supplied to the burner based on the CO concentration measured by the CO sensor. By controlling the combustion air and the fuel amount, NOx in the exhaust gas is reduced.

特開２０００−２４９３３４号公報JP 2000-249334 A

ところで、硫黄含有燃料を燃焼させるボイラの火炉では、火炉のバーナ部の最上段の追加燃焼用空気ノズル（ＯＦＡ：ＯｖｅｒＦｉｒｅＡｉｒ）と追加空気ノズル（ＡＡ：ＡｄｄｉｔｉｏｎａｌＡｉｒ）との間の領域などでは、火炉内の空気が不足して炉壁付近の空気が不足して酸素濃度が低下する場合があり、また炉壁の中央部付近では火炎と炉壁までの距離が近く、高温領域となる場合がある。このような場合には、炉壁の中央部付近に低酸素、かつ、高温となる還元雰囲気にある領域が形成されるので、腐食成分である硫化水素（Ｈ_２Ｓ）が発生しやすくなり、炉壁の内面に腐食が発生する場合がある。 By the way, in a boiler furnace that burns sulfur-containing fuel, in an area between an additional combustion air nozzle (OFA) and an additional air nozzle (AA) in the uppermost stage of the burner portion of the furnace, etc. When there is a shortage of air in the furnace and there is a shortage of oxygen in the vicinity of the furnace wall, the oxygen concentration may decrease, and in the vicinity of the center of the furnace wall, the distance between the flame and the furnace wall is short, resulting in a high temperature region There is. In such a case, a region in a reducing atmosphere that has a low oxygen and high temperature is formed near the center of the furnace wall, so that hydrogen sulfide (H ₂ S), which is a corrosive component, is likely to be generated. Corrosion may occur on the inner surface of the furnace wall.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、硫化水素による炉壁の腐食を防ぐことができ、耐久性の向上を図ることが可能なボイラ及びボイラの燃焼制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a boiler and a boiler combustion control method capable of preventing corrosion of a furnace wall due to hydrogen sulfide and improving durability. For the purpose.

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と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、前記燃焼バーナより上方に設けられ、追加空気を前記火炉内に向けて吹き込む追加空気ノズルと、前記燃焼バーナより上方の領域に設けられ、レーザにより前記火炉内の酸素濃度及び一酸化炭素濃度を検出するレーザ分析部と、前記レーザ分析部で検出された酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記燃焼バーナからの前記燃焼ガスの供給量及び前記追加空気ノズルからの前記追加空気の供給量の少なくとも一方を制御する制御部とを具備することを特徴とする。 The boiler according to the present invention can form a flame swirl flow by blowing a fuel gas, which is a hollow-shaped furnace installed along the vertical direction and mixed with solid fuel and combustion air, into the furnace. A combustion burner, an additional air nozzle provided above the combustion burner for blowing additional air into the furnace, and a region above the combustion burner. A laser analysis unit for detecting a carbon oxide concentration, and supply of the combustion gas from the combustion burner based on the oxygen concentration, the carbon monoxide concentration, and the sulfur content in the solid fuel detected by the laser analysis unit And a controller for controlling at least one of the amount and the supply amount of the additional air from the additional air nozzle.

このボイラによれば、レーザによって火炉内の酸素濃度及び一酸化炭素濃度を検出し、検出された酸素濃度及び一酸化炭素濃度と固体燃料中の硫黄分含有率との関係に基づいて燃焼ガスの供給量を制御するので、火炉内に発生する硫化水素濃度を間接的に高い精度で検出することが可能となり、火炉内を硫化水素の発生を低減できる適切な酸素濃度に制御することが可能となる。これにより、ボイラは、硫化水素の発生量を低減してボイラの長期間の運転が可能になるだけでなく、酸素の供給量を適切に制御できるので、ＮＯｘ及び固体燃料の未燃分の発生を低減することが可能となると共に、火炉の炉壁近傍の還元性雰囲気が軽減されるので、スラッギングを防止することも可能となる。 According to this boiler, the oxygen concentration and carbon monoxide concentration in the furnace are detected by a laser, and based on the relationship between the detected oxygen concentration and carbon monoxide concentration and the sulfur content in the solid fuel, Since the supply amount is controlled, the hydrogen sulfide concentration generated in the furnace can be indirectly detected with high accuracy, and the furnace can be controlled to an appropriate oxygen concentration that can reduce the generation of hydrogen sulfide. Become. As a result, the boiler not only enables the boiler to be operated for a long period of time by reducing the amount of hydrogen sulfide generated, but also can control the oxygen supply amount appropriately, so that the generation of unburned NOx and solid fuel is generated. Can be reduced, and the reducing atmosphere in the vicinity of the furnace wall of the furnace is reduced, so that slagging can be prevented.

本発明のボイラおいては、前記制御部は、前記固体燃料の燃焼条件の変更時に、酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記燃焼バーナからの前記燃焼ガスの供給量及び前記追加空気ノズルからの前記追加空気の供給量の少なくとも一方を制御することが好ましい。この構成により、ボイラは、燃焼条件の変更時に対応した適切な時期に燃焼条件を制御することができる。 In the boiler according to the present invention, when the combustion condition of the solid fuel is changed, the control unit is configured to output the combustion burner from the combustion burner based on the oxygen concentration, the carbon monoxide concentration, and the sulfur content in the solid fuel. It is preferable to control at least one of a supply amount of combustion gas and a supply amount of the additional air from the additional air nozzle. With this configuration, the boiler can control the combustion conditions at an appropriate time corresponding to the change of the combustion conditions.

本発明のボイラおいては、前記燃焼バーナと前記追加空気ノズルとの間で前記火炉の内壁面に沿って水平に保護ガスを吹き込む保護ガスノズルを備え、前記制御部は、前記レーザ分析部で検出された酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記保護ガスノズルからの前記保護ガスの供給量を制御することが好ましい。この構成により、ボイラは、保護ガスによっても燃焼条件を制御することができるので、燃焼条件の制御が容易となる。 The boiler according to the present invention includes a protective gas nozzle that blows a protective gas horizontally along the inner wall surface of the furnace between the combustion burner and the additional air nozzle, and the control unit is detected by the laser analysis unit It is preferable to control the supply amount of the protective gas from the protective gas nozzle based on the oxygen concentration, the carbon monoxide concentration, and the sulfur content in the solid fuel. With this configuration, the boiler can control the combustion conditions also with the protective gas, so that the combustion conditions can be easily controlled.

本発明のボイラおいては、前記制御部は、前記固体燃料の燃焼条件の変更時に、酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記保護ガスノズルからの前記保護ガスの供給量を制御することが好ましい。この構成により、ボイラは、燃焼条件の変更時に対応した適切な時期に燃焼条件を制御することができる。 In the boiler according to the present invention, when the combustion condition of the solid fuel is changed, the control unit is configured to output the protective gas nozzle from the protective gas nozzle based on the oxygen concentration, the carbon monoxide concentration, and the sulfur content in the solid fuel. It is preferable to control the supply amount of the protective gas. With this configuration, the boiler can control the combustion conditions at an appropriate time corresponding to the change of the combustion conditions.

本発明のボイラおいては、前記保護ガスノズルから吹き込む保護ガス量は、追加空気量の一部が用いられることが好ましい。この構成により、ボイラは、保護ガスを追加空気の一部から確保することで、火炉に供給する空気量を変更することがなく、安定したボイラ効率を維持することができる。 In the boiler of the present invention, it is preferable that a part of the additional air amount is used as the protective gas amount blown from the protective gas nozzle. With this configuration, the boiler can maintain stable boiler efficiency without securing the amount of air supplied to the furnace by securing the protective gas from a part of the additional air.

本発明のボイラおいては、前記保護ガスは、前記火炉から排出された排ガスの少なくとも一部が用いられることが好ましい。この構成により、ボイラは、保護ガスとして排ガスを火炉に供給することで、火炉の内壁面の高温化を抑制することができる。 In the boiler of the present invention, it is preferable that at least a part of the exhaust gas discharged from the furnace is used as the protective gas. With this configuration, the boiler can suppress an increase in the temperature of the inner wall surface of the furnace by supplying exhaust gas as a protective gas to the furnace.

ボイラの燃焼制御方法は、固体燃料と燃焼用空気とを混合した燃料ガスを火炉内に向けて吹き込む燃焼バーナより上方の領域の酸素濃度及び一酸化炭素濃度をレーザにより検出する第１ステップと、検出された前記酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記燃焼バーナからの前記燃焼ガスの供給量及び前記燃焼ガスノズルより上方に設けられた追加空気ノズルからの追加空気の供給量の少なくとも一方を制御する第２ステップとを含むことを特徴とする。 The boiler combustion control method includes a first step of detecting, with a laser, an oxygen concentration and a carbon monoxide concentration in a region above a combustion burner in which a fuel gas mixed with solid fuel and combustion air is blown into a furnace. Based on the detected oxygen concentration, carbon monoxide concentration, and sulfur content in the solid fuel, the supply amount of the combustion gas from the combustion burner and the additional air nozzle provided above the combustion gas nozzle And a second step of controlling at least one of the supply amounts of the additional air.

このボイラの燃焼制御方法によれば、レーザによって火炉内の酸素濃度及び一酸化炭素濃度を検出し、検出された酸素濃度及び一酸化炭素濃度と固体燃料中の硫黄分含有率との関係に基づいて燃焼ガスの供給量を制御するので、火炉内に発生する硫化水素濃度を間接的に高い精度で検出することが可能となり、火炉内を硫化水素の発生を低減できる適切な酸素濃度に制御することが可能となる。これにより、ボイラの燃焼制御方法は、硫化水素の発生量を低減してボイラの長期間の運転が可能になるだけでなく、酸素の供給量を適切に制御できるので、ＮＯｘ及び固体燃料の未燃分の発生を低減することが可能となると共に、火炉の炉壁近傍の還元性雰囲気が軽減されるので、スラッギングを防止することも可能となる。 According to this boiler combustion control method, the oxygen concentration and carbon monoxide concentration in the furnace are detected by a laser, and based on the relationship between the detected oxygen concentration and carbon monoxide concentration and the sulfur content in the solid fuel. Therefore, it is possible to indirectly detect the hydrogen sulfide concentration generated in the furnace with high accuracy, and to control the inside of the furnace to an appropriate oxygen concentration that can reduce the generation of hydrogen sulfide. It becomes possible. Thus, the combustion control method of the boiler not only reduces the amount of hydrogen sulfide generated and enables long-term operation of the boiler, but also can appropriately control the supply amount of oxygen. The generation of fuel can be reduced, and the reducing atmosphere in the vicinity of the furnace wall of the furnace is reduced, so that slagging can be prevented.

ボイラの燃焼制御方法においては、固体燃料の燃焼条件の変更時に、酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記燃焼バーナからの前記燃焼ガスの供給量及び前記追加空気ノズルからの前記追加空気の供給量の少なくとも一方を制御することが好ましい。この構成により、ボイラの燃焼制御方法は、燃焼条件の変更時に対応した適切な時期に燃焼条件を制御することができる。 In the boiler combustion control method, when the combustion conditions of the solid fuel are changed, the supply amount of the combustion gas from the combustion burner based on the oxygen concentration, the carbon monoxide concentration, and the sulfur content in the solid fuel, and It is preferable to control at least one of the supply amounts of the additional air from the additional air nozzle. With this configuration, the boiler combustion control method can control the combustion conditions at an appropriate time corresponding to the change of the combustion conditions.

ボイラの燃焼制御方法においては、前記第２ステップにおいて、レーザにより検出された酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記燃焼バーナと当該燃焼バーナより上方に設けられた追加空気ノズルとの間で前記火炉の内壁面に沿って水平に吹き込まれる保護ガスの供給量を制御する。この方法により、ボイラは、保護ガスによっても燃焼条件を制御することができるので、燃焼条件の制御が容易となる。 In the combustion control method of the boiler, in the second step, the combustion burner and the combustion burner are positioned above the combustion burner based on the oxygen concentration, the carbon monoxide concentration, and the sulfur content in the solid fuel detected by the laser. A supply amount of the protective gas blown horizontally along the inner wall surface of the furnace is controlled between the additional air nozzle provided. According to this method, the boiler can control the combustion conditions even with the protective gas, so that the control of the combustion conditions becomes easy.

本発明のボイラの燃焼制御方法においては、前記制御部は、前記固体燃料の燃焼条件の変更時に、酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記保護ガスノズルからの前記保護ガスの供給量を制御することが好ましい。 In the combustion control method for a boiler according to the present invention, the control unit is configured to change the combustion condition of the solid fuel based on the oxygen concentration, the carbon monoxide concentration, and the sulfur content in the solid fuel based on the protective gas nozzle. It is preferable to control the supply amount of the protective gas from the unit.

本発明のボイラの燃焼制御方法においては、固体燃料の燃焼条件の変更時に、酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記保護ガスの供給量を制御することが好ましい。この方法により、ボイラは、燃焼条件の変更時に対応した適切な時期に燃焼条件を制御することができる。 In the boiler combustion control method of the present invention, when the combustion condition of the solid fuel is changed, the supply amount of the protective gas is controlled based on the oxygen concentration, the carbon monoxide concentration, and the sulfur content in the solid fuel. It is preferable. By this method, the boiler can control the combustion conditions at an appropriate time corresponding to the change of the combustion conditions.

本発明によれば、硫化水素による炉壁の腐食を防ぐことができ、耐久性の向上を図ることが可能なボイラ及びボイラの燃焼制御方法を実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the corrosion of the furnace wall by hydrogen sulfide can be prevented, and the boiler combustion control method which can aim at the improvement of durability is realizable.

図１は、本発明の実施の形態に係る石炭焚きボイラの模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a coal fired boiler according to an embodiment of the present invention. 図２は、石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a combustion burner in a coal fired boiler. 図３は、燃焼バーナの断面を示す図２のIII−III断面図である。3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 2 showing a cross section of the combustion burner. 図４は、石炭焚きボイラにおける燃焼領域の平面図である。FIG. 4 is a plan view of a combustion region in a coal fired boiler. 図５は、本実施の形態に係るレーザ分析部の模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a laser analysis unit according to the present embodiment. 図６Ａは、火炉内のガス成分の濃度算出方法の説明図である。FIG. 6A is an explanatory diagram of a gas component concentration calculation method in the furnace. 図６Ｂは、火炉内のガス成分の濃度算出方法の説明図である。FIG. 6B is an explanatory diagram of a gas component concentration calculation method in the furnace. 図６Ｃは、火炉内のガス成分の濃度算出方法の説明図である。FIG. 6C is an explanatory diagram of a gas component concentration calculation method in the furnace. 図６Ｄは、火炉内のガス成分の濃度算出方法の説明図である。FIG. 6D is an explanatory diagram of a gas component concentration calculation method in the furnace. 図７は、一般的な火炉内内の酸素濃度分布を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an oxygen concentration distribution in a general furnace. 図８Ａは、火炉内の酸素濃度と硫化水素濃度との関係を示す図である。FIG. 8A is a diagram showing the relationship between the oxygen concentration and the hydrogen sulfide concentration in the furnace. 図８Ｂは、火炉内の一酸化炭素濃度と硫化水素濃度との関係を示す図である。FIG. 8B is a diagram showing the relationship between the carbon monoxide concentration and the hydrogen sulfide concentration in the furnace. 図８Ｃは、微粉炭燃料中の硫黄分含有量と火炉内の硫化水素濃度との関係を示す図である。FIG. 8C is a diagram showing the relationship between the sulfur content in the pulverized coal fuel and the hydrogen sulfide concentration in the furnace. 図８Ｄは、硫化水素指標値（ｆ_Ｈ２Ｓ）と火炉内の硫化水素濃度との関係を示す図である。FIG. 8D is a diagram showing the relationship between the hydrogen sulfide index value (f _H2S ) and the hydrogen sulfide concentration in the furnace. 図９は、本発明の実施の形態に係る硫化水素指標値を用いた燃焼制御を実施した火炉内の酸素濃度を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the oxygen concentration in the furnace in which the combustion control using the hydrogen sulfide index value according to the embodiment of the present invention is performed. 図１０Ａは、本発明の実施の形態に係る石炭焚きボイラの他の例の模式図である。FIG. 10A is a schematic diagram of another example of a coal fired boiler according to an embodiment of the present invention. 図１０Ｂは、本発明の実施の形態に係る石炭焚きボイラの他の例の模式図である。FIG. 10B is a schematic view of another example of a coal fired boiler according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態により何ら限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、適宜変更して実施可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited at all by the following embodiment. Further, the following embodiments can be implemented with appropriate modifications.

図１は、本発明の実施の形態に係る石炭焚きボイラ１０の模式図であり、図２は、石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図であり、図３は、燃焼バーナの断面を示す図２のIII−III断面図であり、図４は、石炭焚きボイラにおける燃焼領域の平面図である。 FIG. 1 is a schematic view of a coal burning boiler 10 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a combustion burner in the coal burning boiler, and FIG. 3 is a sectional view of the combustion burner. FIG. 4 is a plan view of a combustion region in a coal fired boiler.

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。本実施の形態に係るボイラ１０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。 As shown in FIG. 1, the coal-fired boiler 10 is a conventional boiler, and includes a furnace 11 and a combustion device 12. The furnace 11 has a rectangular hollow shape and is installed along the vertical direction. The furnace wall constituting the furnace 11 is constituted by a heat transfer tube. The boiler 10 according to the present embodiment uses pulverized coal obtained by pulverizing coal (bituminous coal, subbituminous coal, etc.) as pulverized fuel (solid fuel), burns the pulverized coal with a combustion burner, and generates heat generated by the combustion. It is a pulverized coal fired boiler that can be recovered.

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。そして、燃焼装置１２は、周方向に沿って４個の燃焼バーナが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、この燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、ＣＣＦ（ＣｉｒｃｕｌａｒＣｏｒｎｅｒＦｉｒｉｎｇ）燃焼方式であり、火炉１１の形状や一つの段における燃焼バーナの数、段数はこの実施の形態に限定されるものではない。 The combustion device 12 is provided in a lower part of a furnace wall (heat transfer tube) constituting the furnace 11. This combustion apparatus 12 has a plurality of combustion burners 21, 22, 23, 24, 25 mounted on the furnace wall. And the combustion apparatus 12 is arrange | positioned as 5 sets along the vertical direction, ie, 5 steps | paragraphs, as one set in which the four combustion burners were arrange | positioned at equal intervals along the circumferential direction. The combustion burners 21, 22, 23, 24, and 25 are a CCF (Circular Corner Filling) combustion system, and the shape of the furnace 11, the number of combustion burners in one stage, and the number of stages are limited to this embodiment. It is not something.

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、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（不図示）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。これにより、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 combustion burner 21, 22, 23, 24, 25 is connected to a pulverized coal machine (mill) 31, 32, 33, 34, 35 via a pulverized coal supply pipe 26, 27, 28, 29, 30. . In this pulverized coal machine 31, 32, 33, 34, 35, a crushing table (not shown) is supported in a housing so as to be capable of driving and rotating with a rotation axis along the vertical direction, and is opposed to the upper side of this crushing table. A plurality of crushing rollers are configured to be rotatably supported in conjunction with the rotation of the crushing table. As a result, when the coal is introduced between the plurality of grinding rollers and the grinding table, the pulverized coal supplied to the pulverized coal supply pipe 26 is pulverized to a predetermined size and classified by the conveying air (primary air). , 27, 28, 29, 30 can be supplied to the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25.

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。これにより、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 furnace 11, a wind box 36 is provided at a mounting position of each combustion burner 21, 22, 23, 24, 25, and one end portion of an air duct 37 is connected to the wind box 36. Is equipped with a blower 38 at the other end. Thereby, the combustion air (secondary air) sent by the blower 38 is supplied from the air duct 37 to the wind box 36, and supplied from the wind box 36 to the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25. Can do.

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 combustion apparatus 12 is demonstrated in detail, since each combustion burner 21, 22, 23, 24, 25 which comprises this combustion apparatus 12 has comprised the substantially the same structure, it is located in the uppermost stage. Only the combustion burner 21 will be described.

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 combustion burner 21 includes combustion burners 21 a, 21 b, 21 c, and 21 d provided at four corners in the furnace 11. Each combustion burner 21a, 21b, 21c, 21d is connected to each branch pipe 26a, 26b, 26c, 26d branched from the pulverized coal supply pipe 26, and each branch pipe 37a, 37b, 37c branched from the air duct 37. , 37d are connected.

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２参照）反時計周り方向に旋回する火炎旋回流となる。 Each combustion burner 21a, 21b, 21c, 21d at each corner of the furnace 11 blows into the furnace 11 a pulverized fuel mixture in which pulverized coal and carrier air are mixed, and outside the pulverized fuel mixture. Blow in combustion air. Then, by igniting the pulverized fuel mixture from each combustion burner 21a, 21b, 21c, 21d, four flames F1, F2, F3, F4 can be formed, and this flame F1, F2, F3, F4. Is a flame swirl flow swirling counterclockwise as viewed from above the furnace 11 (see FIG. 2).

また、図１に示すように、火炉１１は、燃焼装置１２の上段部に追加燃焼用空気供給装置４１が設けられている。この追加燃焼用空気供給装置４１は、火炉壁に装着された複数の追加燃焼用空気ノズル４２，４３を有している。この追加燃焼用空気ノズル４２，４３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２セット、つまり、２段配置されている。追加燃焼用空気供給装置４１（追加燃焼用空気ノズル４２，４３）は、火炉１１における燃焼バーナ２１の装着位置より上方に配置されている。この追加燃焼用空気供給装置４１は、火炉１１に対して追加燃焼用空気（ＯｖｅｒＦｉｒｅＡｉｒ）を吹き込むものである。追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と同様に、火炉１１における４つの角部に設けられる複数の追加燃焼用空気ノズルから構成されており、火炎旋回流と同様の追加燃焼用空気旋回流を形成する。そして、この追加空気ノズル４２，４３は、空気ダクト３７から分岐した第１分岐空気ダクト４４の端部が連結されている。 As shown in FIG. 1, the furnace 11 is provided with an additional combustion air supply device 41 at the upper stage of the combustion device 12. The additional combustion air supply device 41 has a plurality of additional combustion air nozzles 42 and 43 attached to the furnace wall. The additional combustion air nozzles 42, 43 are arranged in a set of four at regular intervals along the circumferential direction, and two sets, that is, two stages, are arranged along the vertical direction. The additional combustion air supply device 41 (additional combustion air nozzles 42, 43) is disposed above the mounting position of the combustion burner 21 in the furnace 11. The additional combustion air supply device 41 blows in additional combustion air (Over Fire Air) into the furnace 11. Like the combustion burners 21, 22, 23, 24, and 25, the additional combustion air nozzles 42 and 43 are composed of a plurality of additional combustion air nozzles provided at four corners of the furnace 11, and flame swirl. An additional combustion air swirl is formed similar to the flow. The additional air nozzles 42 and 43 are connected to end portions of the first branch air duct 44 branched from the air duct 37.

このボイラ１０においては、送風機３８により送られた燃焼用空気を第１分岐空気ダクト４４から追加燃焼用空気供給装置４１に供給することができる。そして、各追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が吹き込んだ微粉燃料混合気の上方に追加燃焼用空気を吹き込むことができる。 In the boiler 10, the combustion air sent by the blower 38 can be supplied from the first branch air duct 44 to the additional combustion air supply device 41. The additional combustion air nozzles 42 and 43 can blow additional combustion air above the pulverized fuel mixture blown by the combustion burners 21, 22, 23, 24 and 25.

火炉１１は、燃焼装置１２より上方に追加空気供給装置５１が設けられている。この追加空気供給装置５１は、火炉壁に装着された複数の追加空気ノズル５２を有している。この追加空気ノズル５２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、つまり、１段配置されている。追加空気供給装置５１（追加空気ノズル５２）は、火炉１１における燃焼バーナ２１の装着位置より所定距離だけ上方に配置されている。この追加空気供給装置５１は、火炉１１に対して追加空気（ＡｄｄｉｔｉｏｎａｌＡｉｒ）を吹き込むものである。追加空気ノズル５２は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と同様に、火炉１１における４つの角部に設けられる複数の追加空気ノズルから構成されており、火炎旋回流と同様の追加空気旋回流を形成する。そして、この追加空気ノズル５２は、空気ダクト３７から分岐した第２分岐空気ダクト５３の端部が連結されている。 The furnace 11 is provided with an additional air supply device 51 above the combustion device 12. The additional air supply device 51 has a plurality of additional air nozzles 52 mounted on the furnace wall. One set of the additional air nozzles 52 arranged at equal intervals along the circumferential direction, that is, one stage is arranged. The additional air supply device 51 (additional air nozzle 52) is arranged above the mounting position of the combustion burner 21 in the furnace 11 by a predetermined distance. The additional air supply device 51 blows additional air (Additional Air) into the furnace 11. The additional air nozzle 52 is composed of a plurality of additional air nozzles provided at four corners in the furnace 11, similarly to the combustion burners 21, 22, 23, 24, and 25. A swirling flow is formed. The additional air nozzle 52 is connected to the end of a second branch air duct 53 branched from the air duct 37.

このボイラ１０においては、送風機３８により送られた燃焼用空気を第２分岐空気ダクト５３から追加空気供給装置５１に供給することができる。そして、追加空気ノズル５２は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が吹き込んだ微粉燃料混合気及び追加燃焼用空気ノズル４２，４３が吹き込んだ追加燃焼用空気の所定距離だけ上方に追加空気を吹き込むことができる。 In the boiler 10, the combustion air sent by the blower 38 can be supplied from the second branch air duct 53 to the additional air supply device 51. Further, the additional air nozzle 52 has additional air upward by a predetermined distance between the pulverized fuel mixture blown by the combustion burners 21, 22, 23, 24 and 25 and the additional combustion air blown by the additional combustion air nozzles 42 and 43. Can be infused.

火炉１１は、燃焼装置１２に保護ガス供給装置６１が設けられている。この保護ガス供給装置６１は、火炉壁に装着された複数の保護ガスノズル６２，６３，６４を有している。この保護ガスノズル６２，６３，６４は、周方向に沿って４個均等間隔で配設されたものが３セット、つまり、３段配置されている。保護ガス供給装置６１（保護ガスノズル６２，６３，６４）は、火炉１１における燃焼バーナ２１と同位置に配置されている。この保護ガス供給装置６１は、火炉１１に対して保護ガス（ＷａｌｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＡｉｒ）としての空気を吹き込むものである。この保護ガスノズル６２，６３，６４は、空気ダクト３７から分岐した第３分岐空気ダクト６５の端部が連結されている。 In the furnace 11, a protective gas supply device 61 is provided in the combustion device 12. The protective gas supply device 61 has a plurality of protective gas nozzles 62, 63, 64 mounted on the furnace wall. The protective gas nozzles 62, 63, 64 are arranged in three sets, that is, in three stages, with four nozzles arranged at equal intervals along the circumferential direction. The protective gas supply device 61 (protective gas nozzles 62, 63, 64) is disposed at the same position as the combustion burner 21 in the furnace 11. The protective gas supply device 61 blows air as a protective gas (Wall Protection Air) into the furnace 11. The protective gas nozzles 62, 63, 64 are connected to the ends of the third branch air duct 65 branched from the air duct 37.

本実施の形態において、燃焼装置１２と保護ガス供給装置６１は、一体に構成されている。燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５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。保護ガスノズル６２，６３，６４は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５による微粉燃料混合気の吹き込み方向より炉壁側に空気（保護ガス）を吹き込む。なお、保護ガスノズル６２，６３，６４は、ほぼ同様の構成となっている。 In the present embodiment, the combustion device 12 and the protective gas supply device 61 are integrally formed. The combustion burners 21, 22, 23, 24, and 25 form a flame swirl flow by blowing a pulverized fuel mixture into the furnace 11. The protective gas nozzles 62, 63, 64 blow air (protective gas) into the furnace wall side from the blowing direction of the pulverized fuel mixture by the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25. The protective gas nozzles 62, 63, 64 have substantially the same configuration.

また、火炉１１は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上方に、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と追加空気ノズル５２との間の領域の酸素濃度及び一酸化炭素濃度をレーザで検出するレーザ分析部１００が設けられている。このレーザ分析部１００で検出された酸素濃度及び一酸化炭素濃度は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５からの燃料ガスの供給量、追加空気ノズル５２からの追加空気の供給量及び保護ガスノズル６２，６３，６４からの保護ガスの供給量を制御する制御部２００に送信される。制御部２００は、レーザ分析部１００で検出した酸素濃度及び一酸化炭素濃度に基づいて、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５からの燃料ガスの供給量、追加空気ノズル５２からの追加空気の供給量及び保護ガスノズル６２，６３，６４からの保護ガスの供給量を制御して火炉１１内の炉壁近傍の酸素濃度を１体積％以上に調整して火炉１１内の硫化水素及びＮＯｘを低減すると共に、未燃焼の燃料ガスを低減する。 Further, the furnace 11 has an oxygen concentration and a carbon monoxide concentration in a region between the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25 and the additional air nozzle 52 above the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25. Is provided with a laser analysis unit 100 for detecting a laser beam. The oxygen concentration and the carbon monoxide concentration detected by the laser analysis unit 100 are the amount of fuel gas supplied from the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25, the amount of additional air supplied from the additional air nozzle 52, and protection. It is transmitted to the control unit 200 that controls the supply amount of the protective gas from the gas nozzles 62, 63, 64. Based on the oxygen concentration and the carbon monoxide concentration detected by the laser analysis unit 100, the control unit 200 supplies the fuel gas supplied from the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25 and the additional air from the additional air nozzle 52. The oxygen concentration in the vicinity of the furnace wall in the furnace 11 is adjusted to 1% by volume or more by controlling the supply amount of the protective gas and the supply amount of the protective gas from the protective gas nozzles 62, 63, 64, and hydrogen sulfide and NOx in the furnace 11 are adjusted. And reducing unburned fuel gas.

図２及び図３に示すように、燃焼バーナ２１は、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。保護ガスノズル６２も、同様に、火炉１１における４つの角部に設けられる保護ガスノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄから構成されている。ここで、燃焼バーナ２１ａは、微紛燃料混合気を噴射する燃料ノズル８１と、断面リング形状をなして燃料ノズル８１の外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズル８２とを有し、保護ガスノズル６２ａは、２次空気ノズル８２における一側部のみに配置される。 As shown in FIGS. 2 and 3, the combustion burner 21 includes combustion burners 21 a, 21 b, 21 c, and 21 d provided at four corners in the furnace 11. Similarly, the protective gas nozzle 62 includes protective gas nozzles 62a, 62b, 62c, and 62d provided at four corners of the furnace 11. Here, the combustion burner 21a includes a fuel nozzle 81 for injecting a fine fuel mixture, and a secondary air nozzle 82 having a cross-sectional ring shape and capable of blowing secondary air from the outside of the fuel nozzle 81, The protective gas nozzle 62 a is disposed only on one side of the secondary air nozzle 82.

そして、各保護ガスノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、第３分岐空気ダクト６５から分岐した各分岐管６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄが連結されている。そして、各保護ガスノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、火炉１１の内壁面に沿って水平に空気を吹き込むことができる。これにより、送風機３８により送られた燃焼用空気を第３分岐空気ダクト６５から保護ガス供給装置６１に供給することができる。そして、保護ガスノズル６２，６３,６４（６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ）は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が吹き込んだ微粉燃料混合気の外側に空気を吹き込むことができる。この場合、保護ガスノズル６２（６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ），６３，６４が吹き込む空気量は、全空気量比で１％〜５％程度であり、ノズル流速は、２０ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓである。 The protective gas nozzles 62a, 62b, 62c, 62d are connected to the branch pipes 65a, 65b, 65c, 65d branched from the third branch air duct 65. And each protective gas nozzle 62a, 62b, 62c, 62d can blow in air horizontally along the inner wall surface of the furnace 11. Thereby, the combustion air sent by the blower 38 can be supplied from the third branch air duct 65 to the protective gas supply device 61. The protective gas nozzles 62, 63, 64 (62a, 62b, 62c, 62d) can blow air to the outside of the pulverized fuel mixture blown by the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25. In this case, the amount of air blown by the protective gas nozzles 62 (62a, 62b, 62c, 62d), 63, 64 is about 1% to 5% in terms of the total air amount ratio, and the nozzle flow rate is 20 m / s to 100 m / s. It is.

本実施の形態において、保護ガス供給装置６１は、保護ガスノズル６２，６３，６４が火炉１１の内壁面と各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５からの火炎との間に空気を吹き込むものである。そのため、図２に示すように、燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、火炉１１内に微粉燃料混合気を吹き込んで火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を形成し、火炎旋回流を形成可能である。一方、保護ガスノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、この火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の外側に空気を吹き込んで空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を形成可能である。 In the present embodiment, the protective gas supply device 61 is such that the protective gas nozzles 62, 63, 64 blow air between the inner wall surface of the furnace 11 and the flames from the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25. It is. Therefore, as shown in FIG. 2, the combustion burners 21 a, 21 b, 21 c, and 21 d can form a flame swirl flow by blowing a fine fuel mixture into the furnace 11 to form flames F 1, F 2, F 3, and F 4. is there. On the other hand, the protective gas nozzles 62a, 62b, 62c, and 62d can form airflows A1, A2, A3, and A4 by blowing air to the outside of the flames F1, F2, F3, and F4.

本実施の形態では、燃焼装置１２と保護ガス供給装置６１とが一体に構成されることで、燃焼バーナ２１，２２，２３に保護ガスノズル６２，６３，６４が装着されることで、燃焼バーナ２１，２２，２３及び保護ガスノズル６２，６３，６４が燃焼バーナとして構成される。ここで、上方の３段の燃焼バーナ２１，２２，２３に保護ガスノズル６２，６３，６４を設けたが、この構成に限定されるものではない。ボイラ１０の形態に応じて上方の１段の燃焼バーナ２１にのみ保護ガスノズル６２を設けてもよく、また、全ての燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に保護ガスノズルを設けてもよい。 In the present embodiment, the combustion device 12 and the protective gas supply device 61 are integrally configured so that the protective gas nozzles 62, 63, and 64 are attached to the combustion burners 21, 22, and 23, thereby the combustion burner 21. , 22, 23 and the protective gas nozzles 62, 63, 64 are configured as a combustion burner. Here, although the protective gas nozzles 62, 63, 64 are provided on the upper three combustion burners 21, 22, 23, it is not limited to this configuration. Depending on the form of the boiler 10, the protective gas nozzle 62 may be provided only in the upper combustion burner 21, or the protective gas nozzles may be provided in all the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25.

そして、火炉１１に供給する１次空気量（搬送用空気量）、２次空気量、追加燃料用空気量、追加空気量、保護ガス量としての空気量は、ボイラの形態に応じて設定されている。ボイラの形態に応じて燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が吹き込む１次空気量及び２次空気量、追加燃焼用空気ノズル４２，４３が吹き込む追加燃料用空気量、追加空気ノズル５２が吹き込む追加空気量が設定され、保護ガスノズル６２が吹き込む保護ガス量は、追加空気量の一部が用いられる。 The primary air amount (transport air amount) supplied to the furnace 11, the secondary air amount, the additional fuel air amount, the additional air amount, and the air amount as the protective gas amount are set in accordance with the form of the boiler. ing. The amount of primary air and the amount of secondary air blown by the combustion burners 21, 22, 23, 24, and 25 according to the form of the boiler, the amount of additional fuel air blown by the additional combustion air nozzles 42 and 43, and the additional air nozzle 52 An additional air amount to be blown is set, and a part of the additional air amount is used as the protective gas amount to be blown by the protective gas nozzle 62.

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）及び２次空気を火炉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、追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上段で、追加燃焼用空気を火炉１１内に向けて吹き込むことができる。また、追加空気ノズル５２は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上方で、追加空気を火炉１１内に向けて吹き込むことができる。 As described above, the combustion burners 21, 22, 23, 24, and 25 are flames by blowing pulverized fuel mixture (fuel gas) mixed with pulverized coal and carrier air and secondary air into the furnace 11. A swirling flow can be formed. Further, the additional combustion air nozzles 42, 43 can blow additional combustion air into the furnace 11 at the upper stage of the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25. Further, the additional air nozzle 52 can blow additional air into the furnace 11 above the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25.

また、保護ガスノズル６２，６３，６４は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と同位置で、保護ガスとしての空気を火炉１１の内壁面に沿って水平に吹き込むことができる。すると、図４に示すように、保護ガスノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１Ｃ，２１ｄからの火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４と、各炉壁１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄの内壁面との間に空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を形成する。そのため、空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４により火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４が火炉１１の内壁面に直接接触することが抑制され、特に、内壁面における水平方向中間部領域１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの加熱が防止される。 Further, the protective gas nozzles 62, 63, 64 can blow the air as the protective gas horizontally along the inner wall surface of the furnace 11 at the same position as the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25. Then, as shown in FIG. 4, the protective gas nozzles 62a, 62b, 62c, 62d are connected to the flames F1, F2, F3, F4 from the combustion burners 21a, 21b, 21C, 21d and the furnace walls 11A, 11B, 11C, Air flow A1, A2, A3, A4 is formed between the inner wall surface of 11D. Therefore, direct contact of the flames F1, F2, F3, and F4 with the inner wall surface of the furnace 11 is suppressed by the air flows A1, A2, A3, and A4, and in particular, the horizontal intermediate regions 11a, 11b, and 11c on the inner wall surface. , 11d is prevented from being heated.

なお、本実施の形態の燃焼装置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次空気ノズルを有している。これにより、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次空気を火炉１１内に噴射して火炎を形成している。 In addition, each combustion burner 21, 22, 23, 24, 25 that constitutes the combustion apparatus 12 of the present embodiment includes an oil nozzle that can inject oil fuel at the center, and a finely mixed fuel mixture outside the oil nozzle. And a secondary air nozzle capable of injecting secondary air outside the fuel nozzle. As a result, when the boiler is started, each combustion burner 21, 22, 23, 24, 25 injects oil fuel into the furnace 11 to form a flame, and then the pulverized fuel mixture and secondary air are fed into the furnace 11 A flame is formed by spraying on the flame.

そして、図１に示すように、火炉１１は、上部に煙道７０が連結されており、この煙道７０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）７１，７２、再熱器（リヒータ）７３，７４、節炭器（エコノマイザ）７５，７６，７７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, the furnace 11 has a flue 70 connected to the upper portion thereof, and a superheater (superheater) 71 for recovering the heat of exhaust gas as a convection heat transfer section to the flue 70. , 72, reheaters (reheaters) 73, 74, and economizers 75, 76, 77 are provided, and heat exchange is performed between the exhaust gas generated by combustion in the furnace 11 and water. .

煙道７０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７８が連結されている。この排ガス管７８は、空気ダクト３７との間にエアヒータ７９が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、排ガス管７８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 flue 70 is connected to an exhaust gas pipe 78 from which exhaust gas subjected to heat exchange is discharged downstream. The exhaust gas pipe 78 is provided with an air heater 79 between the air duct 37 and performs heat exchange between the air flowing through the air duct 37 and the exhaust gas flowing through the exhaust gas pipe 78, and the combustion burners 21, 22, 23, The temperature of the combustion air supplied to 24 and 25 can be raised.

そして、排ガス管７８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。 And although the exhaust gas pipe 78 is not shown in figure, a denitration apparatus, an electrostatic precipitator, an induction blower, and a desulfurization apparatus are provided, and the chimney is provided in the downstream end part.

次に、本実施の形態に係る石炭焚きボイラ１０の全体動作について説明する。石炭焚きボイラ１０は、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、加熱された燃焼用空気が空気ダクト３７から分岐した各分岐空気ダクト４４，５３，６５により追加燃焼用空気ノズル４２，４３、追加空気ノズル５２、保護ガスノズル６２に供給される。 Next, the overall operation of the coal fired boiler 10 according to the present embodiment will be described. When the pulverized coal machine 31, 32, 33, 34, 35 is driven, the coal-fired boiler 10 is configured such that the generated pulverized coal together with the conveying air passes through the pulverized coal supply pipes 26, 27, 28, 29, 30 and the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25. Also, heated combustion air is supplied from the air duct 37 to the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25 via the wind box 36. The heated combustion air is supplied to the additional combustion air nozzles 42, 43, the additional air nozzle 52, and the protective gas nozzle 62 through the branched air ducts 44, 53, 65 branched from the air duct 37.

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と２次空気を火炉１１に吹き込み、このときに着火することで燃焼領域Ａに火炎旋回流を形成することができる。また、このとき、追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、追加燃焼用空気を火炉１１に吹き込むことで、燃焼領域Ａを適正に形成することができる。この火炉１１では、微粉燃料混合気と２次空気及び追加燃焼用空気が燃焼して火炎旋回流が生じ、燃焼領域Ａ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Ｂに至る。 The combustion burners 21, 22, 23, 24, and 25 blow a pulverized fuel mixture mixture of pulverized coal and carrier air and secondary air into the furnace 11, and ignite at this time, thereby turning the flame into the combustion region A. A flow can be formed. At this time, the additional combustion air nozzles 42 and 43 can appropriately form the combustion region A by blowing the additional combustion air into the furnace 11. In the furnace 11, when the pulverized fuel mixture, the secondary air, and the additional combustion air are burned to generate a flame swirl, and a flame swirl is generated in the combustion region A, the combustion gas (exhaust gas) swirls in the furnace 11. It rises while reaching the reduction region B.

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Ａの上方の還元領域Ｂ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Ｂで還元される。 At this time, in the furnace 11, the combustion burners 21, 22, 23, 24, and 25 are set so that the supply amount of air is less than the theoretical air amount with respect to the supply amount of pulverized coal. The reduction region B above A is maintained in a reducing atmosphere. Therefore, NOx generated by the combustion of pulverized coal is reduced in this reduction region B.

そして、追加空気ノズル５２は、追加空気を火炉１１の還元領域Ｂの上方に吹き込む。すると、燃焼完結領域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。 The additional air nozzle 52 blows additional air above the reduction region B of the furnace 11. Then, in the combustion completion region C, the exhaust gas reacts with the additional air, whereby the oxidative combustion of the pulverized coal is completed, and the amount of NOx generated by the combustion of the pulverized coal is reduced.

火炉１１の燃焼領域Ａや還元領域Ｂでは、低酸素雰囲気で、且つ、高温雰囲気となることから、腐食成分である硫化水素（Ｈ_２Ｓ）が発生しやすく、炉壁の内面に腐食が発生するおそれがある。そこで、本実施の形態では、火炉１１にて、保護ガスノズル６２，６３，６４が燃焼領域Ａにある内壁面に沿って空気を吹き込む。この空気は、炉壁に沿って火炎旋回流より外側に吹き込まれることから、火炎が火炉１１の内壁面に直接接触することがなく、炉壁の低温化により腐食の発生が抑制される。 In the combustion region A and the reduction region B of the furnace 11, since it is a low-oxygen atmosphere and a high-temperature atmosphere, hydrogen sulfide (H ₂ S), which is a corrosive component, is easily generated, and corrosion occurs on the inner surface of the furnace wall. There is a risk. Therefore, in the present embodiment, in the furnace 11, the protective gas nozzles 62, 63, 64 blow air along the inner wall surface in the combustion region A. Since this air is blown outward from the flame swirl flow along the furnace wall, the flame does not directly contact the inner wall surface of the furnace 11, and the occurrence of corrosion is suppressed by lowering the temperature of the furnace wall.

また、保護ガスノズル６２，６３，６４から火炉１１の内壁面と火炎旋回流との間に空気が吹き込まれることで、この領域が高酸素領域となり、硫化水素の発生が抑制されることから、炉壁の腐食が抑制される。更に、火炉１１は、燃焼領域Ａや還元領域Ｂの壁面近傍が高酸素雰囲気で、且つ、低温雰囲気に抑制されることから、フライアッシュの溶融を抑制することができ、スラッギングを防止することができる。 Further, since air is blown between the inner wall surface of the furnace 11 and the flame swirl flow from the protective gas nozzles 62, 63, 64, this region becomes a high oxygen region, and generation of hydrogen sulfide is suppressed. Wall corrosion is suppressed. Furthermore, since the furnace 11 has a high oxygen atmosphere in the vicinity of the wall surface of the combustion region A and the reduction region B and is suppressed to a low temperature atmosphere, it can suppress the melting of fly ash and prevent slagging. it can.

なお、保護ガスノズル６２，６３，６４は、還元領域Ｂに空気が上昇することで、この還元領域Ｂを乱すことが考えられるが、保護ガスノズル６２，６３，６４から空気は、火炎旋回流の外側であることから、この空気がＮＯｘ還元作用に悪影響を及ぼすことはほとんどない。 The protective gas nozzles 62, 63, 64 may disturb the reduction region B when the air rises in the reduction region B. However, the air from the protective gas nozzles 62, 63, 64 is outside the flame swirl flow. Therefore, this air hardly affects the NOx reduction action.

そして、給水ポンプ（不図示）から供給された水は、節炭器７５，７６，７７によって予熱された後、蒸気ドラム（不図示）に供給され火炉壁の各水管（不図示）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、蒸気ドラム（不図示）の飽和蒸気は過熱器７１，７２に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器７１，７２で生成された過熱蒸気は、タービンなどの発電プラント（不図示）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７３，７４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 the water supply pump (not shown) is preheated by the economizers 75, 76 and 77, then supplied to the steam drum (not shown) and supplied to each water pipe (not shown) on the furnace wall. In the meantime, it is heated to become saturated steam and fed into a steam drum (not shown). Further, saturated steam from a steam drum (not shown) is introduced into the superheaters 71 and 72 and is heated by the combustion gas. The superheated steam generated by the superheaters 71 and 72 is supplied to a power plant (not shown) such as a turbine. Further, the steam taken out in the middle of the expansion process in the turbine is introduced into the reheaters 73 and 74, overheated again, and returned to the turbine. In addition, although the furnace 11 was demonstrated as a drum type | mold (steam drum), it is not limited to this structure.

その後、煙道７０の節炭器７５，７６，７７を通過した排ガスは、排ガス管７８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 economizers 75, 76, and 77 of the flue 70 is subjected to removal of harmful substances such as NOx by a catalyst in a denitration device (not shown) in the exhaust gas pipe 78, and the particulate matter is collected by an electric dust collector Is removed, and after the sulfur content is removed by the desulfurizer, it is discharged from the chimney into the atmosphere.

次に、本実施の形態に係るボイラ１０のレーザ分析部１００の構成について詳細に説明する。図５は、本実施の形態に係るレーザ分析部１００の模式図である。図５に示すように、本実施の形態に係るレーザ分析部１００は、レーザ光を火炉内に向けて送光する送光素子１０１を備える。この送光素子１０１は、例えば、レーザダイオードなどによって構成され、Ｏ_２の分析用の送光素子１０１ａ、ＣＯの分析用の送光素子１０１ｂ及びＨ_２Ｏ用の送光素子１０１ｃなど分析対象となる排ガスＧ中のガス成分の波長に応じて複数設けられる。送光素子１０１は、光ファイバ１０２を介してマルチプレクサ１０３に接続される。このマルチプレクサ１０３は、複数波長のレーザ光を１つの経路に伝送する。これにより、ボイラ１０の周囲を簡素化することが可能となる。 Next, the configuration of the laser analysis unit 100 of the boiler 10 according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 5 is a schematic diagram of the laser analysis unit 100 according to the present embodiment. As shown in FIG. 5, the laser analysis unit 100 according to the present embodiment includes a light transmitting element 101 that transmits laser light toward a furnace. The light transmitting element 101 includes, for example, a laser diode and the like, and includes an O ₂ analyzing light transmitting element 101a, a CO analyzing light transmitting element 101b, and an H ₂ O light transmitting element 101c. A plurality of gas components are provided according to the wavelength of the gas component in the exhaust gas G. The light transmitting element 101 is connected to the multiplexer 103 via the optical fiber 102. The multiplexer 103 transmits laser beams having a plurality of wavelengths to one path. Thereby, the circumference | surroundings of the boiler 10 can be simplified.

マルチプレクサ１０３は、光ファイバ１０２を介して複数の送光素子１０１からの信号を切替える光スイッチ１０４に接続されている。この光スイッチ１０４には、コリメータなどの複数の送光光学系１０５が接続されている。この複数の送光光学系１０５には、断面視における火炉１１の縦方向及び横方向に複数並設されている。また、火炉１１には、複数の送光光学系１０５からの光を受光するフィルタ及びレンズなどの複数の受光光学系１０６が配置されている。この受光光学系１０６は、複数の受光光学系１０６によって受光されたレーザ光を切替える光スイッチ１０７を介してマルチプレクサ１０８に接続されている。このマルチプレクサ１０８には、フォトダイオードなどによって構成される複数の受光素子１０９が接続される。この複数の受光素子１０９は、例えば、Ｏ_２の分析用の受光素子１０９ａ、ＣＯの分析用の受光素子１０９ｂ及びＨ_２Ｏ用の受光素子１０９ｃなど分析対象となる排ガスＧ中のガス成分の波長に応じて複数設けられる。これらの複数の受光素子１０９は、パーソナルコンピュータなどの演算装置１１０に接続される。このレーザ分析部１００においては、光スイッチ１０４、送光素子１０５、受光素子１０６及び光スイッチ１０７がボイラ１０の近傍に配置される。このように配置することにより、ボイラ１０の周囲の簡素化及び送光素子１０１及び受光素子１０９などの精密機器のボイラ１０からの隔離が可能となる。 The multiplexer 103 is connected to an optical switch 104 that switches signals from the plurality of light transmitting elements 101 via the optical fiber 102. A plurality of light transmission optical systems 105 such as collimators are connected to the optical switch 104. The plurality of light transmission optical systems 105 are arranged in parallel in the vertical direction and the horizontal direction of the furnace 11 in a sectional view. The furnace 11 is provided with a plurality of light receiving optical systems 106 such as filters and lenses for receiving light from the plurality of light transmitting optical systems 105. The light receiving optical system 106 is connected to the multiplexer 108 via an optical switch 107 that switches the laser light received by the plurality of light receiving optical systems 106. The multiplexer 108 is connected to a plurality of light receiving elements 109 configured by photodiodes. The plurality of light receiving elements 109 are, for example, wavelengths of gas components in the exhaust gas G to be analyzed such as a light receiving element 109a for analyzing O ₂ , a light receiving element 109b for analyzing CO, and a light receiving element 109c for H ₂ O. A plurality are provided depending on the situation. The plurality of light receiving elements 109 are connected to an arithmetic device 110 such as a personal computer. In the laser analysis unit 100, an optical switch 104, a light transmitting element 105, a light receiving element 106, and an optical switch 107 are disposed in the vicinity of the boiler 10. By arranging in this way, simplification around the boiler 10 and isolation of precision equipment such as the light transmitting element 101 and the light receiving element 109 from the boiler 10 are possible.

次に、図６Ａから図６Ｄを参照して、火炉１１内のガス成分の濃度算出方法について説明する。図６から図６Ｄは、火炉１１内のガス成分の濃度算出方法の説明図である。なお、図６Ａから図６Ｄにおいては、説明の便宜上、レーザ分析部１００の一部の構成要素のみを示している。図６Ａに示すように、複数の送光素子１０１から送光されたレーザ光Ｌは、火炉１１内を格子状に照射されて排ガスＧを透過して複数の受光素子１０９にそれぞれ受光される。この受光素子１０９で受光されるレーザ光Ｌは、透過経路でのガス濃度及びガス温度の平均値に対応した排ガス中のガス成分の平均吸収スペクトルを有する。 Next, a method for calculating the concentration of the gas component in the furnace 11 will be described with reference to FIGS. 6A to 6D. 6 to 6D are explanatory diagrams of a method for calculating the concentration of the gas component in the furnace 11. 6A to 6D, only some components of the laser analysis unit 100 are shown for convenience of explanation. As shown in FIG. 6A, the laser beams L transmitted from the plurality of light transmitting elements 101 are irradiated inside the furnace 11 in a lattice pattern, pass through the exhaust gas G, and are received by the plurality of light receiving elements 109, respectively. The laser light L received by the light receiving element 109 has an average absorption spectrum of gas components in the exhaust gas corresponding to the average value of gas concentration and gas temperature in the transmission path.

次に、図６Ｂに示すように、送光素子１０１から送光されるレーザ光の交点部Ｐのみにガスが存在すると仮定して演算装置１１０がＣＴ処理を実行する。これにより、各交点部Ｐにおけるガス濃度及びガス温度の組み合わせに応じた測定データの吸収スペクトルが得られるかを逆算により求めることが可能となる。演算装置１１０は、例えば、各交点部Ｐにおける初期値と各受光素子１０９によって得られた吸収スペクトルの測定値とをそれぞれ計算する。各交点部Ｐにおける初期値と各受光素子１０９における吸収スペクトルの測定値とをそれぞれ比較し、比較した結果が合致した場合には、計算値に基づいて各交点部Ｐにおけるガス濃度及びガス温度を算出してＣＴ処理を終了する。また、比較した結果が合致しない場合には、初期値を補正して再度各受光素子１０９によって得られた吸収スペクトルと補正した初期値とを比較する。このようにして、図６Ｃに示すように、レーザ光Ｌの交点部Ｐ毎のガス濃度及びガス温度を算出する。最後に、図６Ｄに示すように、各交点部Ｐのガス濃度及びガス温度に基づいてＢスプライン補間処理により火炉１１内のガス濃度の２次元分布を算出する。この結果、ガス濃度の高濃度領域Ａ１、中濃度領域Ａ２及び低濃度領域Ａ３などの分布を測定することが可能となる。 Next, as illustrated in FIG. 6B, the arithmetic device 110 performs the CT process on the assumption that gas exists only at the intersection P of the laser light transmitted from the light transmitting element 101. Thereby, it is possible to obtain by back calculation whether an absorption spectrum of measurement data corresponding to a combination of gas concentration and gas temperature at each intersection P is obtained. For example, the arithmetic unit 110 calculates an initial value at each intersection P and a measured value of the absorption spectrum obtained by each light receiving element 109. The initial value at each intersection P and the measured value of the absorption spectrum at each light receiving element 109 are compared. If the comparison results match, the gas concentration and gas temperature at each intersection P are calculated based on the calculated values. The CT processing is completed after calculation. If the comparison result does not match, the initial value is corrected and the absorption spectrum obtained by each light receiving element 109 is again compared with the corrected initial value. In this manner, as shown in FIG. 6C, the gas concentration and gas temperature for each intersection P of the laser light L are calculated. Finally, as shown in FIG. 6D, a two-dimensional distribution of the gas concentration in the furnace 11 is calculated by B-spline interpolation processing based on the gas concentration and gas temperature at each intersection P. As a result, it is possible to measure the distribution of the gas concentration in the high concentration region A1, the medium concentration region A2, the low concentration region A3, and the like.

図７は、一般的な火炉内１１内の酸素濃度分布を示す図である。なお、図７においては、火炉１１の排ガスのガス流れ方向に対する垂直断面を模式的に示している。図７に示すように、一般的な火炉１１では、火炉１１内の壁面近傍に酸素濃度の高濃度領域Ａ１及び中濃度領域Ａ２だけでなく、酸素濃度が低い低濃度領域Ａ３が形成される場合がある。このような火炉１１の壁面近傍に形成された低濃度領域Ａ３では、硫化水素が発生して火炉１１の壁面が腐食する場合がある。 FIG. 7 is a view showing an oxygen concentration distribution in a general furnace 11. In addition, in FIG. 7, the vertical cross section with respect to the gas flow direction of the exhaust gas of the furnace 11 is shown typically. As shown in FIG. 7, in a general furnace 11, not only a high concentration region A1 and an intermediate concentration region A2 having an oxygen concentration but also a low concentration region A3 having a low oxygen concentration is formed in the vicinity of the wall surface in the furnace 11. There is. In such a low concentration region A3 formed in the vicinity of the wall surface of the furnace 11, hydrogen sulfide may be generated and the wall surface of the furnace 11 may be corroded.

本発明者らは、火炉１１内のガス成分の相関関係及び微粉炭燃料中の硫黄分含有率に着目した。そして、本発明者らは、レーザ分析部１００を用いた酸素濃度及び一酸化炭素濃度の検出及び微粉炭燃料中の硫黄分含有率に基づく硫化水素指標を求めることにより、火炉１１内の硫化水素濃度を間接的に正確に分析して燃焼条件を制御して硫化水素の発生を効果的に防ぐことができることを見出し、本発明を完成させるに至った。以下、本発明者らが調べた内容について説明する。 The inventors focused on the correlation of gas components in the furnace 11 and the sulfur content in the pulverized coal fuel. Then, the present inventors detect the oxygen concentration and the carbon monoxide concentration using the laser analysis unit 100, and obtain the hydrogen sulfide index based on the sulfur content in the pulverized coal fuel, whereby the hydrogen sulfide in the furnace 11 is obtained. It has been found that the concentration can be indirectly accurately analyzed to control the combustion conditions to effectively prevent the generation of hydrogen sulfide, and the present invention has been completed. The contents examined by the inventors will be described below.

図８Ａは、火炉１１内の酸素濃度と硫化水素濃度との関係を示す図である。図８Ａに示すように、火炉１１で発生した硫化水素は、酸素によって分解されるので、火炉１１内の硫化水素濃度は、酸素濃度が増大するにつれて急激に低下する。また、火炉１１内の硫化水素濃度は、酸素濃度が１％未満になると急増する。この結果から、火炉１１内の酸素濃度を所定値以上に保つことにより硫化水素濃度の発生を防ぐことができることが分かる。 FIG. 8A is a diagram showing the relationship between the oxygen concentration in the furnace 11 and the hydrogen sulfide concentration. As shown in FIG. 8A, since hydrogen sulfide generated in the furnace 11 is decomposed by oxygen, the hydrogen sulfide concentration in the furnace 11 rapidly decreases as the oxygen concentration increases. Moreover, the hydrogen sulfide concentration in the furnace 11 rapidly increases when the oxygen concentration is less than 1%. From this result, it can be seen that generation of hydrogen sulfide concentration can be prevented by maintaining the oxygen concentration in the furnace 11 at a predetermined value or higher.

図８Ｂは、火炉１１内の一酸化炭素濃度と硫化水素濃度との関係を示す図である。図８Ｂに示すように、火炉１１内の硫化水素濃度は、還元性雰囲気で生成する一酸化炭素濃度が増大するにつれて急増する。この結果から、火炉１１内の酸素濃度を低下させて還元性雰囲気にすることにより、硫化水素が発生しやすくなることが分かる。 FIG. 8B is a diagram showing the relationship between the carbon monoxide concentration and the hydrogen sulfide concentration in the furnace 11. As shown in FIG. 8B, the concentration of hydrogen sulfide in the furnace 11 increases rapidly as the concentration of carbon monoxide generated in the reducing atmosphere increases. From this result, it can be seen that hydrogen sulfide is easily generated by reducing the oxygen concentration in the furnace 11 to form a reducing atmosphere.

図８Ｃは、微粉炭燃料中の硫黄分含有量と火炉１１内の硫化水素濃度との関係を示す図である。図８Ｃに示すように、火炉１１内の硫化水素濃度は、用いる微粉炭燃料中の硫黄分含有量が増大するにつれて増大することが分かる。なお、微粉炭燃料中の硫黄分は、硫化水素の他にＳＯｘ成分となるので、微粉炭燃料中の硫黄分含有量と硫化水素濃度とは必ずしも一致しない。 FIG. 8C is a diagram showing the relationship between the sulfur content in the pulverized coal fuel and the hydrogen sulfide concentration in the furnace 11. As shown in FIG. 8C, it can be seen that the hydrogen sulfide concentration in the furnace 11 increases as the sulfur content in the pulverized coal fuel used increases. Since the sulfur content in the pulverized coal fuel becomes an SOx component in addition to hydrogen sulfide, the sulfur content in the pulverized coal fuel and the hydrogen sulfide concentration do not necessarily match.

本発明者らは、これらの火炉１１内の酸素濃度、一酸化炭素濃度及び微粉炭燃料中の硫黄分含有量と火炉１１の硫化水素濃度に基づく相関関係である下記式に示す硫化水素指標値（ｆ_Ｈ２Ｓ）を見出した。

（式中、ｆ_Ｈ２Ｓは、硫化水素指標を表し、［ＣＯ］は、計測点の一酸化炭素濃度（体積％）を表し、［Ｏ_２］は、計測点の酸素濃度（体積％）を表し、［Ｆｕｅｌ−Ｓ］は、微粉炭燃料中の硫黄分含有率（質量分率）を表す。ａ，ｂ，ｍ，ｎは、微粉炭燃料の種類及びボイラの形式などによって決定される係数であり、ａ＞ｂ、ｍ＞ｎ及びｍ≧１の関係を満たす。） The inventors of the present invention have a correlation based on the oxygen concentration, the carbon monoxide concentration, the sulfur content in the pulverized coal fuel, and the hydrogen sulfide concentration of the furnace 11 in the furnace 11, and the hydrogen sulfide index value shown in the following equation: (F _H2S ) was found.

(In the formula, f _H2S represents a hydrogen sulfide index, [CO] represents a carbon monoxide concentration (volume%) at a measurement point, and [O ₂ ] represents an oxygen concentration (volume%) at the measurement point. , [Fuel-S] represents the sulfur content (mass fraction) in the pulverized coal fuel, and a, b, m, and n are coefficients determined by the type of pulverized coal fuel, the boiler type, and the like. Yes, satisfying the relationship of a> b, m> n, and m ≧ 1.)

図８Ｄは、硫化水素指標値（ｆ_Ｈ２Ｓ）と火炉１１内の硫化水素濃度との関係を示す図である。図８Ｄに示すように、上記式に基づいて求めた硫化水素指標値（ｆ_Ｈ２Ｓ）と火炉１１内の硫化水素濃度とは略正比例の関係となる。したがって、上記式に基づいて求めた硫化水素指標値（ｆ_Ｈ２Ｓ）に基づいて、制御部２００が、火炉１１の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５による燃焼ガスの供給量、追加空気ノズル５２からの追加空気の供給量及び保護ガスノズル６２，６３，６４からの保護ガスの供給量を制御して、火炉１１内の酸素濃度を所定値（例えば、１体積％以上）に保つことにより、火炉１１内の硫化水素濃度の発生を低減することが可能となる。 FIG. 8D is a diagram showing the relationship between the hydrogen sulfide index value (f _H2S ) and the hydrogen sulfide concentration in the furnace 11. As shown in FIG. 8D, the hydrogen sulfide index value (f _H2S ) obtained based on the above equation and the hydrogen sulfide concentration in the furnace 11 are in a substantially direct relationship. Therefore, based on the hydrogen sulfide index value (f _H2S ) obtained based on the above formula, the control unit 200 supplies the combustion gas supply amount by the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25 of the furnace 11, the additional air nozzle By controlling the supply amount of additional air from 52 and the supply amount of protective gas from the protective gas nozzles 62, 63, 64, and maintaining the oxygen concentration in the furnace 11 at a predetermined value (for example, 1% by volume or more), It is possible to reduce the generation of hydrogen sulfide concentration in the furnace 11.

図９は、本実施の形態に係る硫化水素指標値を用いた燃焼制御を実施した火炉１１内の酸素濃度を示す図である。図９に示すように、硫化水素指標値を用いて燃焼制御を行うことにより、火炉１１壁面近傍では、酸素濃度の低濃度領域がなくなり、酸素濃度が所定値（例えば、１体積％以上）の中濃度領域及び高濃度領域となっていることが分かる。これらの結果から、本実施の形態では、レーザ分析部１００によって測定された火炉１１内の酸素濃度及び一酸化炭素濃度と微粉炭燃料中に含まれる硫黄分含有率に基づいて、制御部２００が燃焼条件を制御することにより、火炉１１壁面近傍に生じる酸素濃度の低濃度領域を低減できることが分かる。 FIG. 9 is a diagram illustrating the oxygen concentration in the furnace 11 in which the combustion control using the hydrogen sulfide index value according to the present embodiment is performed. As shown in FIG. 9, by performing combustion control using the hydrogen sulfide index value, the low concentration region of the oxygen concentration disappears near the wall surface of the furnace 11, and the oxygen concentration is a predetermined value (for example, 1% by volume or more). It can be seen that the region is a medium concentration region and a high concentration region. From these results, in the present embodiment, based on the oxygen concentration and carbon monoxide concentration in the furnace 11 measured by the laser analysis unit 100 and the sulfur content contained in the pulverized coal fuel, the control unit 200 It can be seen that the low concentration region of the oxygen concentration generated in the vicinity of the wall surface of the furnace 11 can be reduced by controlling the combustion conditions.

以上説明したように、上記実施の形態によれば、レーザ分析部１００でレーザによって火炉１１内の酸素濃度及び一酸化炭素濃度を検出し、検出された酸素濃度及び一酸化炭素濃度と固体燃料中の硫黄分含有率との関係に基づいて、制御部２００が燃焼ガスの供給量を制御するので、火炉１１内の硫化水素を間接的に高い精度で検出することが可能となり、火炉１１内を硫化水素の低減できる適切な酸素濃度に制御することが可能となる。これにより、ボイラ１０は、硫化水素の発生量を低減してボイラ１０の長期間の運転が可能になるだけでなく、酸素の供給量を適切に制御できるので、ＮＯｘ及び固体燃料の未燃分の発生を低減することが可能となると共に、火炉１１の炉壁近傍の還元性雰囲気が軽減されるので、スラッギングを防止することも可能となる。 As described above, according to the above-described embodiment, the laser analysis unit 100 detects the oxygen concentration and carbon monoxide concentration in the furnace 11 by the laser, and the detected oxygen concentration and carbon monoxide concentration and the solid fuel are detected. Since the control unit 200 controls the supply amount of the combustion gas based on the relationship with the sulfur content of the hydrogen gas, it is possible to indirectly detect the hydrogen sulfide in the furnace 11 with high accuracy. It becomes possible to control to an appropriate oxygen concentration capable of reducing hydrogen sulfide. Thereby, the boiler 10 not only enables the boiler 10 to be operated for a long period of time by reducing the amount of hydrogen sulfide generated, but also can appropriately control the supply amount of oxygen. Can be reduced, and the reducing atmosphere in the vicinity of the furnace wall of the furnace 11 is reduced, so that slugging can be prevented.

なお、上述した実施の形態においては、追加燃焼用空気ノズル４２と追加空気ノズル５２との間にレーザ分析部１００を設けた例について説明したが、レーザ分析部１００は、追加燃焼用空気ノズル４２の上方に設けるものであれば特に制限はない。例えば、図１０Ａに示すように、追加燃焼用空気ノズル４２と追加空気ノズル５２との間に第１レーザ分析部１００Ａを設けると共に、追加空気ノズル５２の上方に第２レーザ分析部１００Ｂを設けてもよい。このように火炉１１内の異なる箇所に複数のレーザ分析部１００を設け、それぞれの検出結果に応じて制御部２００が燃焼条件を制御することにより、より一層正確に硫化水素濃度を低減することが可能となる。また、図１０Ｂに示すように、レーザ分析部１００を追加燃焼用空気ノズル４２と追加空気ノズル５２との間に設けずに、追加空気ノズル５２の上方に設けてもよい。 In the above-described embodiment, the example in which the laser analysis unit 100 is provided between the additional combustion air nozzle 42 and the additional air nozzle 52 has been described. However, the laser analysis unit 100 includes the additional combustion air nozzle 42. There is no particular limitation as long as it is provided above. For example, as shown in FIG. 10A, a first laser analysis unit 100A is provided between the additional combustion air nozzle 42 and the additional air nozzle 52, and a second laser analysis unit 100B is provided above the additional air nozzle 52. Also good. In this way, by providing a plurality of laser analysis units 100 at different locations in the furnace 11, and the control unit 200 controls the combustion conditions according to the respective detection results, the hydrogen sulfide concentration can be reduced more accurately. It becomes possible. As shown in FIG. 10B, the laser analysis unit 100 may be provided above the additional air nozzle 52 without being provided between the additional combustion air nozzle 42 and the additional air nozzle 52.

また、本実施の形態では、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が火炉１１内に微粉燃料混合気を吹き込んで着火することで火炎旋回流が形成され、発生した燃焼ガスが燃焼領域Ａから旋回しながら上昇する。微粉燃料混合気は、空気量が微粉炭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Ａの上方に還元領域Ｂが形成され、ここで、微粉炭燃料の燃焼により発生したＮＯｘが還元される。その後、追加空気ノズル５２が火炉１１内に向けて追加空気を吹き込むことで、微粉炭の酸化燃焼が完結される。このとき、保護ガスノズル６２から燃焼領域Ａで、火炉１１の内壁面に沿って水平方向に空気を吹き込むことで、燃焼ガスと火炉１１の内壁面との直接的な接触が抑制され、炉壁の腐食を防止して耐久性を向上することができる。 Further, in the present embodiment, the combustion burners 21, 22, 23, 24, and 25 blow and ignite the pulverized fuel mixture into the furnace 11 to form a flame swirl, and the generated combustion gas is burned in the combustion region A. Ascend while turning. The pulverized fuel mixture is set so that the amount of air is less than the theoretical amount of air with respect to the pulverized coal fuel, so that a reduction region B is formed above the combustion region A. Here, the combustion of the pulverized coal fuel NOx generated by the above is reduced. Thereafter, the additional air nozzle 52 blows the additional air into the furnace 11 to complete the oxidative combustion of the pulverized coal. At this time, in the combustion region A from the protective gas nozzle 62, air is blown in the horizontal direction along the inner wall surface of the furnace 11, so that direct contact between the combustion gas and the inner wall surface of the furnace 11 is suppressed. Corrosion can be prevented and durability can be improved.

さらに、本実施の形態では、燃焼バーナ２１，２２，２３として、燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズル８１と、燃料ノズル８１の外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズル８２とを設け、保護ガスノズル６２，６３，６４を２次空気ノズル８２における一側部のみに配置し、火炎旋回流の外側に向けて空気を吹き込み可能としている。これにより、燃焼バーナ２１，２２，２３と保護ガスノズル６２，６３，６４を一体に構成することで、装置の小型化及び低コスト化を可能とすることができる。 Furthermore, in the present embodiment, as the combustion burners 21, 22, and 23, there are provided a fuel nozzle 81 capable of blowing fuel gas and a secondary air nozzle 82 capable of blowing secondary air from the outside of the fuel nozzle 81, The protective gas nozzles 62, 63, and 64 are arranged only on one side of the secondary air nozzle 82 so that air can be blown toward the outside of the flame swirl flow. Thereby, the combustion burners 21, 22, 23 and the protective gas nozzles 62, 63, 64 are integrally configured, thereby making it possible to reduce the size and cost of the apparatus.

また、本実施の形態では、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を火炉１１の角部に配置し、保護ガスノズル６２，６３，６４を燃焼バーナ２１，２２，２３と同位置に配置し、一方の内壁面に沿って空気を噴射する。これにより、燃焼バーナ２１，２２，２３と保護ガスノズル６２，６３，６４を火炉１１の角部に配置したとき、保護ガスノズル６２，６３，６４は、一方の内壁面に沿って空気を噴射するため、火炎旋回流と火炉１１の内壁面との間に適正に空気を供給することができる。 In the present embodiment, the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25 are arranged at the corners of the furnace 11, and the protective gas nozzles 62, 63, 64 are arranged at the same positions as the combustion burners 21, 22, 23. Injecting air along one inner wall surface. Thus, when the combustion burners 21, 22, 23 and the protective gas nozzles 62, 63, 64 are arranged at the corners of the furnace 11, the protective gas nozzles 62, 63, 64 inject air along one inner wall surface. The air can be appropriately supplied between the flame swirl flow and the inner wall surface of the furnace 11.

さらに、本実施の形態では、ボイラの形態に応じて燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５から吹き込む燃焼用空気量と追加空気ノズル５２から吹き込む追加空気量とが設定され、保護ガスノズル６２，６３，６４から吹き込む空気量を追加空気量の一部から用いている。これにより、空気を追加空気の一部から確保することで、火炉１１に供給する空気量を変更することがなく、安定したボイラ効率を維持することができる。 Further, in the present embodiment, the amount of combustion air blown from the combustion burners 21, 22, 23, 24, and 25 and the amount of additional air blown from the additional air nozzle 52 are set according to the form of the boiler, and the protective gas nozzle 62, The amount of air blown from 63, 64 is used from a part of the additional amount of air. Thereby, by securing air from a part of the additional air, the amount of air supplied to the furnace 11 is not changed, and stable boiler efficiency can be maintained.

また、本実施の形態では、燃料ノズル８１と２次空気ノズル８２と保護ガスノズル６２を一体にして構成している。これにより、装置の小型化及び低コスト化を可能とすることができる。 In the present embodiment, the fuel nozzle 81, the secondary air nozzle 82, and the protective gas nozzle 62 are integrally configured. Thereby, size reduction and cost reduction of an apparatus can be enabled.

なお、上述した実施の形態では、微粉炭燃料を用いる石炭焚きボイラについて説明したが、ボイラとしては、固体燃料がバイオマス又は石油コークスであるボイラであってもよく、油焚きボイラであってもよい。 In the above-described embodiment, a coal-fired boiler using pulverized coal fuel has been described. However, the boiler may be a boiler whose solid fuel is biomass or petroleum coke, or may be an oil-fired boiler. .

１０石炭焚きボイラ
１１火炉
１２燃焼装置
２１，２２，２３，２４，２５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
４１追加燃焼用空気供給装置
４２，４３追加燃焼用空気ノズル
４４第１分岐空気ダクト
５１追加空気供給装置
５２追加空気ノズル
５３第２分岐空気ダクト
６１保護ガス供給装置
６２，６３，６４保護ガスノズル
６５，６６第３分岐空気ダクト
１００，１００Ａ，１００Ｂレーザ分析部
１０１送光素子
１０２光ファイバ
１０３マルチプレクサ
１０４，１０７光スイッチ
１０５送光光学系
１０６受光光学系
１０８マルチプレクサ
１０９受光素子
１１０演算装置
２００制御部
Ｇ排ガス DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Coal-fired boiler 11 Furnace 12 Combustion device 21, 22, 23, 24, 25 Combustion burner 26, 27, 28, 29, 30 Pulverized coal supply pipe 31, 32, 33, 34, 35 Pulverized coal machine 36 Wind box 37 Air Duct 41 Additional combustion air supply device 42, 43 Additional combustion air nozzle 44 First branch air duct 51 Additional air supply device 52 Additional air nozzle 53 Second branch air duct 61 Protective gas supply device 62, 63, 64 Protective gas nozzle 65 , 66 Third branch air duct 100, 100A, 100B Laser analysis unit 101 Light transmitting element 102 Optical fiber 103 Multiplexer 104, 107 Optical switch 105 Light transmitting optical system 106 Light receiving optical system 108 Multiplexer 109 Light receiving element 110 Arithmetic device 200 Control unit G Exhaust gas

Claims

A furnace that is hollow and installed along the vertical direction;
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;
An additional air nozzle that is provided above the combustion burner and blows additional air into the furnace;
A laser analyzer provided in a region above the combustion burner and detecting an oxygen concentration and a carbon monoxide concentration in the furnace with a laser;
The supply amount of the combustion gas from the combustion burner and the additional air from the additional air nozzle based on the oxygen concentration, carbon monoxide concentration and sulfur content in the solid fuel detected by the laser analysis unit And a control unit that controls at least one of the supply amounts of the boiler.

The control unit, when changing the combustion conditions of the solid fuel, based on the oxygen concentration, the carbon monoxide concentration, and the sulfur content in the solid fuel, the supply amount of the combustion gas from the combustion burner and the additional The boiler according to claim 1, wherein at least one of the supply amounts of the additional air from an air nozzle is controlled.

A protective gas nozzle that blows a protective gas horizontally along the inner wall surface of the furnace between the combustion burner and the additional air nozzle; and the control unit detects oxygen concentration and carbon monoxide detected by the laser analysis unit. The boiler according to claim 1 or 2, wherein the supply amount of the protective gas from the protective gas nozzle is controlled based on the concentration and the sulfur content in the solid fuel.

The control unit controls the supply amount of the protective gas from the protective gas nozzle based on the oxygen concentration, the carbon monoxide concentration, and the sulfur content in the solid fuel when the combustion condition of the solid fuel is changed. The boiler according to any one of claims 1 to 3.

The boiler according to claim 3 or claim 4, wherein a part of the additional air amount is used as the protective gas amount blown from the protective gas nozzle.

The boiler according to any one of claims 3 to 5, wherein at least a part of the exhaust gas discharged from the furnace is used as the protective gas.

A first step of detecting, with a laser, an oxygen concentration and a carbon monoxide concentration in a region above a combustion burner in which a fuel gas mixed with solid fuel and combustion air is blown into a furnace;
Based on the detected oxygen concentration, carbon monoxide concentration, and sulfur content in the solid fuel, the supply amount of the combustion gas from the combustion burner and the additional air nozzle provided above the combustion gas nozzle And a second step of controlling at least one of the supply amount of the additional air.

When changing the combustion conditions of the solid fuel, based on the oxygen concentration, the carbon monoxide concentration, and the sulfur content in the solid fuel, the supply amount of the combustion gas from the combustion burner and the addition from the additional air nozzle The boiler combustion control method according to claim 7, wherein at least one of the supply amounts of air is controlled.

In the second step, based on the oxygen concentration detected by the laser, the carbon monoxide concentration, and the sulfur content in the solid fuel, the combustion burner and an additional air nozzle provided above the combustion burner The boiler combustion control method according to claim 7 or 8, wherein a supply amount of the protective gas blown horizontally along the inner wall surface of the furnace is controlled.

The boiler combustion control according to claim 9, wherein when the solid fuel combustion conditions are changed, the supply amount of the protective gas is controlled based on the oxygen concentration, the carbon monoxide concentration, and the sulfur content in the solid fuel. Method.