JP7086831B2 - How to assemble a combustion burner, boiler and combustion burner - Google Patents
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- F23C5/08—Disposition of burners
Description
本発明は、燃焼バーナ、ボイラ及び燃焼バーナの組立方法に関するものである。 The present invention relates to a combustion burner, a boiler and a method for assembling a combustion burner.
石炭焚きボイラなどの大型のボイラは、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設されている。また、石炭焚きボイラは、火炉の鉛直方向上方に煙道が連結されており、この煙道に蒸気を生成するための熱交換器が配置されている。そして、燃焼バーナが火炉内に燃料と空気(酸化剤ガス)との混合気を噴射することで火炎が形成され、燃焼ガスが生成されて煙道に流れる。燃焼ガスが流れる領域に熱交換器が設置され、熱交換器を構成する伝熱管内を流れる水や蒸気を加熱して過熱蒸気が生成される。 A large boiler such as a coal-fired boiler has a hollow-shaped furnace installed in the vertical direction, and a plurality of combustion burners are arranged along the circumferential direction on the furnace wall. Further, in the coal-fired boiler, a flue is connected above the vertical direction of the furnace, and a heat exchanger for generating steam is arranged in this flue. Then, the combustion burner injects a mixture of fuel and air (oxidizing agent gas) into the fireplace to form a flame, and combustion gas is generated and flows into the flue. A heat exchanger is installed in the area where the combustion gas flows, and superheated steam is generated by heating the water or steam flowing in the heat transfer tube constituting the heat exchanger.
燃焼バーナは、低NOx燃焼を実現するため、内部保炎が形成されるように、燃焼バーナの火炉側面又は内部側にスプリッタが設置される。内部保炎が形成されることによって、燃料ガス(微粉炭と一次空気の混合気)が火炉に向かい噴出するスプリッタ前面に着火面が形成される。 In order to realize low NOx combustion in the combustion burner, a splitter is installed on the side surface or the internal side of the fireplace of the combustion burner so that an internal flame holding is formed. By forming the internal flame holding, an ignition surface is formed in front of the splitter in which the fuel gas (air mixture of pulverized coal and primary air) is ejected toward the fireplace.
スプリッタは、燃焼バーナの燃料ガス通路を複数に分割するように複数設けられ、火炉側には、先端に向かうにつれて燃料ガス通路が狭くなるように、傾斜面を有する保炎器が形成される。傾斜面で分岐された燃料ガスが傾斜面の火炉側の鉛直端面位置で旋回を発生することによって、内部保炎が形成される。 A plurality of splitters are provided so as to divide the fuel gas passage of the combustion burner into a plurality of parts, and a flame holder having an inclined surface is formed on the furnace side so that the fuel gas passage becomes narrower toward the tip. Internal flame retention is formed by the fuel gas branched on the inclined surface generating a swirl at the position of the vertical end surface on the furnace side of the inclined surface.
スプリッタは、ステンレス鋳鋼などを母材として適正な寸法に形成され、また、燃料ガス中の微粉炭による摩耗が防止されてステンレス鋳鋼の寸法が維持されるように、燃料ガスが接触する面にセラミックタイルが貼り付けられているものがある。セラミックタイルは、ピンによって母材に固定される。また、保炎器の火炉側端面は、高温雰囲気や雰囲気ガスの影響でピンの酸化減肉が発生しやすいため、セラミックタイルを貼り付けずに火炉内部に対して母材が露出している。 The splitter is formed with appropriate dimensions using stainless cast steel as a base material, and the surface where the fuel gas contacts is ceramic so that wear due to pulverized coal in the fuel gas is prevented and the dimensions of the stainless cast steel are maintained. Some tiles are pasted. The ceramic tile is fixed to the base metal by pins. In addition, since the end face of the flame holder on the furnace side is prone to oxidative thinning of pins due to the influence of high temperature atmosphere and atmospheric gas, the base metal is exposed to the inside of the furnace without attaching ceramic tiles.
下記の特許文献1には、耐摩耗部材を摩耗しやすい部分に設けることで、耐久性を高めるとともに、耐摩耗部材を選択的に配置することで、メンテナンス時に耐摩耗部材を設ける手間を少なくする技術が開示されている。
In
ボイラが通常運転を行っている場合、燃焼バーナを流通する燃料ガスによって、スプリッタが冷却され、ステンレス鋳鋼製の母材の温度を耐腐食温度の範囲内に保つことができる。したがって、酸化腐食が抑制されている。 When the boiler is in normal operation, the fuel gas flowing through the combustion burner cools the splitter and keeps the temperature of the stainless cast steel base metal within the corrosion resistant temperature range. Therefore, oxidative corrosion is suppressed.
一方、ボイラが高負荷運転を行っている場合、燃料ガス供給側のミルにおいてメンテナンスが行われる場合がある。この場合、一部の燃焼バーナが消火されて、燃料ガスの流通が停止する。また、ボイラが低負荷運転を行う際は、複数段の燃焼バーナのうちいずれかを消火することで、ボイラ負荷の調整を行う。 On the other hand, when the boiler is operating at a high load, maintenance may be performed on the mill on the fuel gas supply side. In this case, some combustion burners are extinguished and the flow of fuel gas is stopped. Further, when the boiler is operated at a low load, the boiler load is adjusted by extinguishing one of the combustion burners in a plurality of stages.
これら消火した燃焼バーナでは、燃料ガスの流通が停止することから、火炉からの輻射熱による温度上昇が生じ易くなる。なお、昇温防止のため冷却用空気が流される場合があるが、冷却用空気の目的は、NOx発生を抑制することにあるため、通常運転時の燃料ガス流量よりも少ない流量で燃料バーナへ供給される。したがって、スプリッタの母材が十分に冷却されず酸化腐食が発生する場合があり、母材の強度が低下する要因になる。また、母材に貼り付けられたセラミックタイルを固定するピンが火炉や母材からの熱影響により昇温して酸化腐食が発生する場合があり、セラミックタイルが脱落することがある。 In these extinguished combustion burners, the flow of fuel gas is stopped, so that the temperature tends to rise due to the radiant heat from the fireplace. Cooling air may flow to prevent temperature rise, but since the purpose of the cooling air is to suppress the generation of NOx, the flow rate to the fuel burner is smaller than the fuel gas flow rate during normal operation. Will be supplied. Therefore, the base material of the splitter may not be sufficiently cooled and oxidative corrosion may occur, which causes a decrease in the strength of the base material. In addition, the pin for fixing the ceramic tile attached to the base material may rise in temperature due to the heat effect from the fireplace or the base material, causing oxidative corrosion, and the ceramic tile may fall off.
なお、スプリッタの母材の昇温防止のため、火炉の内部空間から遠ざけてスプリッタを燃焼バーナに配置する方法があるが、十分な冷却効果を得ることができなかった。 In order to prevent the temperature rise of the base material of the splitter, there is a method of arranging the splitter in the combustion burner away from the internal space of the furnace, but a sufficient cooling effect could not be obtained.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、スプリッタの母材の温度上昇を抑制し、酸化腐食の発生を抑制することが可能な燃焼バーナ、ボイラ及び燃焼バーナの組立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 is a method for assembling a combustion burner, a boiler, and a combustion burner capable of suppressing a temperature rise of a base material of a splitter and suppressing the occurrence of oxidative corrosion. The purpose is to provide.
上記課題を解決するために、本発明の燃焼バーナ、ボイラ及び燃焼バーナの組立方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る燃焼バーナは、燃料と酸化剤ガスとを混合した燃料ガスを火炉内へ噴出する燃料ノズルと、前記燃料ノズルの周囲から前記火炉内へ酸化剤ガスを吹き込む燃焼用空気ノズルと、前記燃料ノズル内に配置され、前記燃料ノズルの火炉側端面に向かうにしたがって、前記燃料ガス流れ方向に対して交差する方向の幅が広くなる保炎器と、前記保炎器に対して前記燃料ガス流れ方向の上流側の延長線上に配置された整流部とを備え、前記保炎器は、母材と、前記母材に設けられ、前記母材の火炉側端面よりも上流側の位置から前記燃料ノズルの火炉側端面に向けて形成された傾斜面を有し、前記母材の火炉側端面よりも突出して形成された傾斜部と、前記傾斜部と接続され、前記母材の火炉側端面を覆うカバー部とを有し、前記傾斜部と前記カバー部はセラミックス製である。
In order to solve the above problems, the following means are adopted as the method for assembling the combustion burner, the boiler and the combustion burner of the present invention.
That is, the combustion burner according to the present invention has a fuel nozzle that ejects a fuel gas that is a mixture of fuel and an oxidant gas into the furnace, and a combustion air nozzle that blows the oxidant gas into the furnace from around the fuel nozzle. With respect to the flame holder, which is arranged in the fuel nozzle and whose width in the direction intersecting with the fuel gas flow direction becomes wider toward the end face of the fuel nozzle on the furnace side, and the flame holder. A rectifying unit arranged on an extension line on the upstream side in the fuel gas flow direction is provided, and the flame holder is provided on the base material and the base material, and is on the upstream side of the end face on the furnace side of the base material. It has an inclined surface formed from a position toward the end face of the fuel nozzle on the furnace side, and is connected to the inclined portion of the base material by being connected to the inclined portion formed so as to project from the end face of the base material on the furnace side. It has a cover portion that covers the end face on the furnace side, and the inclined portion and the cover portion are made of ceramics.
この構成によれば、燃料ノズル内に配置された保炎器は、燃料ノズルの火炉側端面に向かうにしたがって幅が広くなることから、火炉側端面に向かうにつれて燃料ガス通路が狭くなり、燃料ノズル内の火炉側端面より燃料ガスの上流側で内部保炎が行われる。保炎器は、母材と、セラミック製の傾斜部及びカバー部を有し、傾斜部が母材に設けられる。 According to this configuration, the flame holder arranged in the fuel nozzle becomes wider toward the furnace side end face of the fuel nozzle, and therefore the fuel gas passage becomes narrower toward the furnace side end face, and the fuel nozzle becomes narrower. Internal flame retention is performed on the upstream side of the fuel gas from the end face on the furnace side. The flame holder has a base material, a ceramic inclined portion and a cover portion, and the inclined portion is provided on the base material.
傾斜部は、母材の火炉側端面よりも上流側の位置から燃料ノズルの火炉側端面に向けて形成された傾斜面を有し、母材の火炉側端面よりも突出して形成されている。これにより、燃料ノズルの火炉側端面に向かうにしたがって幅が広くなる保炎器が形成され、火炉側端面に向かうにつれて燃料ガス通路が狭くなる。 The inclined portion has an inclined surface formed from a position upstream of the furnace side end face of the base metal toward the furnace side end face of the fuel nozzle, and is formed so as to project from the furnace side end face of the base metal. As a result, a flame holder is formed in which the width becomes wider toward the end face on the furnace side of the fuel nozzle, and the fuel gas passage becomes narrower toward the end face on the furnace side.
また、傾斜部の火炉側先端が母材の火炉側端面よりも燃料ノズルの火炉側端面側に配置されるため、母材や、傾斜部が母材と接続されている接続部は、火炉側から離れており、傾斜部の火炉側先端に比べると比較的温度が低い。そのため、母材温度の上昇が抑制でき、酸化腐食が生じにくい。傾斜部は、火炉側に設置されて高温雰囲気に晒されるが、セラミック製であるため、高温化による金属腐食のおそれがない。 Further, since the tip of the inclined portion on the furnace side is arranged closer to the end face of the fuel nozzle on the furnace side than the end face of the base metal on the furnace side, the base metal and the connection portion where the inclined portion is connected to the base metal are on the furnace side. The temperature is relatively low compared to the tip of the sloping part on the furnace side. Therefore, the rise in the base metal temperature can be suppressed, and oxidative corrosion is unlikely to occur. The inclined portion is installed on the furnace side and is exposed to a high temperature atmosphere, but since it is made of ceramic, there is no risk of metal corrosion due to high temperature.
さらに、セラミック製のカバー部は、傾斜部が母材に固定されたとき、母材の火炉側端面を覆い、母材を火炉側に露出させないように設けられる。その結果、母材温度の上昇を抑制でき、酸化腐食の発生を抑制できる。 Further, the ceramic cover portion is provided so as to cover the end face of the base metal on the furnace side when the inclined portion is fixed to the base metal so that the base metal is not exposed to the furnace side. As a result, it is possible to suppress an increase in the temperature of the base metal and suppress the occurrence of oxidative corrosion.
上記発明において、前記傾斜部と前記カバー部は、一体的に構成されて表面材を形成してもよい。 In the above invention, the inclined portion and the cover portion may be integrally configured to form a surface material.
この構成によれば、部品点数を低減でき、また、カバー部の支持が容易になる。 According to this configuration, the number of parts can be reduced, and the cover portion can be easily supported.
上記発明において、前記傾斜部は、前記母材を間に挟んで2方向に突出するように前記母材に設けられてもよい。 In the above invention, the inclined portion may be provided on the base material so as to project in two directions with the base material sandwiched between them.
この構成によれば、スプリッタの両側に燃料ガス通路が形成される場合、保炎器及び整流部を間に挟んで2方向となる両側に内部保炎を発生させることができる。 According to this configuration, when fuel gas passages are formed on both sides of the splitter, internal flame holding can be generated on both sides in two directions with the flame holding device and the rectifying section sandwiched between them.
上記発明において、2方向の前記傾斜部のうち1方向に突出した前記傾斜部と、他の方向に突出した前記傾斜部は分割して形成されてもよい。 In the above invention, the inclined portion protruding in one direction of the inclined portions in two directions and the inclined portion protruding in the other direction may be formed separately.
この構成によれば、傾斜部と母材の温度上昇によって相互に拘束することで生じる熱応力が低減され、保炎器の破損を防止でき、耐久性を向上させることができる。また、仮に何らかの要因でいずれかの傾斜部が損傷した場合でも、母材に対する傾斜部の交換を容易に行うことができる。 According to this configuration, the thermal stress caused by mutual restraint due to the temperature rise of the inclined portion and the base metal is reduced, the flame holder can be prevented from being damaged, and the durability can be improved. Further, even if any of the inclined portions is damaged for some reason, the inclined portions can be easily replaced with respect to the base metal.
上記発明において、前記傾斜部と前記カバー部は、一体的に構成されて表面材を形成し、2つの前記表面材における前記カバー部が対向する端部には、隙間が形成されるように前記表面材が設置されてもよい。 In the above invention, the inclined portion and the cover portion are integrally formed to form a surface material, and a gap is formed at an end portion of the two surface materials facing the cover portion. A surface material may be installed.
この構成によれば、カバー部と母材の温度上昇により相互の熱伸び量に差異が生じた場合においても、カバー部が互いに当接力を受けることによる局所応力の発生を防止でき、カバー部の破損を防止することができる。 According to this configuration, even if there is a difference in the amount of heat elongation between the cover portion and the base metal due to the temperature rise, it is possible to prevent the generation of local stress due to the contact force between the cover portions and the cover portion. It is possible to prevent damage.
上記発明において、前記傾斜部は、前記母材に対して金属製の固定材によって固定されてもよい。 In the above invention, the inclined portion may be fixed to the base material by a metal fixing material.
この構成によれば、金属製の固定材が母材に対して傾斜部を固定する。母材や、母材と傾斜部を接続する固定材は、火炉側から離れており、傾斜部の火炉側先端に比べると比較的温度が低い雰囲気になることから、固定材が金属製であっても、固定材の酸化腐食を抑制できる。 According to this configuration, the metal fixing material fixes the inclined portion to the base material. The base metal and the fixing material that connects the base material and the inclined part are separated from the furnace side, and the temperature is relatively low compared to the tip of the inclined part on the furnace side. Therefore, the fixing material is made of metal. However, oxidative corrosion of the fixing material can be suppressed.
上記発明において、前記表面材は、前記燃料ガス流れ方向に対して垂直方向に沿って複数に分割して形成されてもよい。 In the above invention, the surface material may be formed by being divided into a plurality of parts along a direction perpendicular to the fuel gas flow direction.
この構成によれば、表面材と母材の温度上昇により燃料ガス流れ方向に対して垂直方向への相互の熱伸び量に差異が生じた場合においても、熱応力が分散され、表面材の破損を防止でき、耐久性を向上させることができる。また、仮に何らかの要因でいずれかの表面材が破損した場合でも、破損した表面材の交換を容易に行うことができる。 According to this configuration, even when there is a difference in the amount of heat elongation between the surface material and the base material in the direction perpendicular to the fuel gas flow direction due to the temperature rise, the thermal stress is dispersed and the surface material is damaged. Can be prevented and durability can be improved. Further, even if any of the surface materials is damaged for some reason, the damaged surface material can be easily replaced.
本発明に係るボイラは、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される前記火炉と、前記火炉に配置される請求項1から5のいずれか1項に記載の前記燃焼バーナと、前記火炉の鉛直方向上部に配置され、前記燃焼バーナでの前記燃料ガスの燃焼により生成した燃焼ガスが通過する煙道とを備える。
The boiler according to the present invention includes the furnace having a hollow shape and being installed along the vertical direction, the combustion burner according to any one of
本発明に係る燃焼バーナの組立方法は、燃料と酸化剤ガスとを混合した燃料ガスを火炉内へ噴出する燃料ノズルと、前記燃料ノズルの周囲から前記火炉内へ酸化剤ガスを吹き込む燃焼用空気ノズルと、前記燃料ノズル内に配置され、前記燃料ノズルの火炉側端面に向かうにしたがって、前記燃料ガス流れ方向に対して交差する方向の幅が広くなる保炎器と、前記保炎器に対して前記燃料ガス流れ方向の上流側の延長線上に配置された整流部とを備え、前記保炎器は、母材と、前記母材に設けられ、前記母材の火炉側端面よりも上流側の位置から前記燃料ノズルの火炉側端面に向けて形成された傾斜面を有し、前記母材の火炉側端面よりも突出して形成された傾斜部と、前記傾斜部と接続され、前記母材の火炉側端面を覆うカバー部とを有し、前記傾斜部と前記カバー部はセラミックス製である燃焼バーナの組立方法であって、前記母材に対して、前記母材の火炉側端面よりも上流側の位置から前記燃料ノズルの火炉側端面に向けて前記傾斜面が形成され、前記母材の火炉側端面よりも突出して形成されるように前記傾斜部を固定するステップを有する。 The method for assembling the combustion burner according to the present invention includes a fuel nozzle that ejects a fuel gas obtained by mixing fuel and an oxidant gas into the furnace, and combustion air that blows the oxidant gas into the furnace from around the fuel nozzle. For the nozzle, the flame holder arranged in the fuel nozzle, and the flame holder having a wider width in the direction intersecting with the fuel gas flow direction toward the furnace side end face of the fuel nozzle, and the flame holder. It is provided with a rectifying unit arranged on an extension line on the upstream side in the fuel gas flow direction, and the flame holding device is provided on the base material and the base material, and is on the upstream side of the end face on the furnace side of the base material. It has an inclined surface formed from the position of the fuel nozzle toward the end face on the furnace side of the fuel nozzle, and is connected to the inclined portion and is connected to the inclined portion formed so as to protrude from the end face on the furnace side of the base material. The inclined portion and the cover portion are a method of assembling a combustion burner made of ceramics, and the base material is more than the end face of the base material on the furnace side. It has a step of fixing the inclined portion so that the inclined surface is formed from a position on the upstream side toward the end face of the fuel nozzle on the furnace side and protrudes from the end face of the base metal on the furnace side.
本発明によれば、スプリッタの母材の温度上昇を抑制し、酸化腐食の発生を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the temperature rise of the base material of the splitter and suppress the occurrence of oxidative corrosion.
以下に添付図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態を図面を参照して説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。 Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the present invention is not limited to this embodiment, and when there are a plurality of embodiments, the present invention also includes a combination of the respective embodiments.
本実施形態のボイラは、石炭を粉砕した微粉炭を微粉燃料(炭素含有固体燃料)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して給水や蒸気と熱交換して過熱蒸気を生成することが可能な石炭焚き(微粉炭焚き)ボイラである。以降の説明で、上や上方とは鉛直方向上側を示し、下や下方とは鉛直方向下側を示すものである。 The boiler of the present embodiment uses pulverized coal pulverized coal as pulverized fuel (carbon-containing solid fuel), burns the pulverized coal with a combustion burner, and recovers the heat generated by this combustion to supply water, steam, and heat. It is a coal-fired (fine coal-fired) boiler that can be replaced to generate superheated steam. In the following description, the upper and upper sides indicate the upper side in the vertical direction, and the lower and lower sides indicate the lower side in the vertical direction.
本実施形態において、図1に示すように、石炭焚きボイラ10は、火炉11と燃焼装置12と煙道13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ている。火炉11を構成する火炉壁(伝熱管)は、複数の蒸発管とこれらを接続するフィンとで構成され、給水や蒸気と熱交換することにより火炉壁の温度上昇を抑制している。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the coal-fired
燃焼装置12は、火炉11を構成する火炉壁の下部側に設けられている。本実施形態では、燃焼装置12は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ(例えば21,22,23,24,25)を有している。例えば燃焼バーナ21,22,23,24,25は、周方向に沿って均等間隔で配設されたものが1セットとして、鉛直方向に沿って複数段配置されている。但し、火炉の形状や一つの段における燃焼バーナの数、段数はこの実施形態に限定されるものではない。
The
各燃焼バーナ21,22,23,24,25は、微粉炭供給管26,27,28,29,30を介して粉砕機(ミル)31,32,33,34,35に連結されている。この粉砕機31,32,33,34,35は、図示しないが、例えばハウジング内に回転テーブルが駆動回転可能に支持され、この回転テーブルの上方に複数のローラが回転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。石炭が複数のローラと回転テーブルとの間に投入されると、ここで所定の微粉炭の大きさに粉砕され、搬送用ガス(一次空気、酸化剤ガス)により図示しない分級機に搬送されて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
また、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いる。空気ダクト37は、他端部に送風機38が設けられている。
Further, in the
煙道13は、火炉11の鉛直方向上部に連結されている。煙道13は、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器として、過熱器41,42,43、再熱器44,45、節炭器46,47が設けられており、火炉11での燃焼で発生した燃焼ガスと各熱交換器を流通する給水や蒸気との間で熱交換が行われる。
The
煙道13は、その下流側に熱交換を行った燃焼ガスが排出されるガスダクト48が連結されている。ガスダクト48は、空気ダクト37との間にエアヒータ(空気予熱器)49が設けられ、空気ダクト37を流れる空気と、ガスダクト48を流れる燃焼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(酸化性ガス)を昇温することができる。
A
また、煙道13は、エアヒータ49より上流側の位置に脱硝触媒50が設けられている。脱硝触媒50は、アンモニア、尿素水等の窒素酸化物を還元する作用を有する還元剤を煙道13内に供給し、還元剤が供給された燃焼ガスを窒素酸化物と還元剤との反応を促進させることで、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去、低減するものである。そして、煙道13に連結されるガスダクト48は、エアヒータ49より下流側の位置に煤塵処理装置(電気集塵機、脱硫装置)51、誘引送風機52などが設けられ、下流端部に煙突53が設けられている。
Further, the
一方、微粉炭燃料は、粉砕機31,32,33,34,35が駆動すると、生成された微粉炭が搬送用ガス(酸化剤ガス)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。すると、燃焼バーナ21,22,23,24,25は、微粉炭と搬送用ガス(一次空気)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。火炉11内の下部で火炎が生じ、燃焼ガスがこの火炉11内を上昇し、煙道13に排出される。
On the other hand, in the pulverized coal fuel, when the
その後、燃焼ガスは、煙道13に配置される過熱器41,42,43、再熱器44,45、節炭器46,47で熱交換した後、脱硝触媒50により窒素酸化物が還元除去され、煤塵処理装置51で粒子状物質が除去されると共に硫黄分が除去された後、煙突53から大気中に排出される。
After that, the combustion gas is heat-exchanged by the
次に、図2から図4を参照して、本実施形態に係る燃焼バーナ21,22,23,24,25について説明する。
燃焼バーナ21,22,23,24,25は、図2に示すように、燃料ノズル18と、燃焼用空気ノズル19などを備える。本実施形態では、紙面上側と下側は便宜上に記載した図に対して説明したものであり、必ずしも鉛直上側と鉛直下側を示すものではなく、実際の燃焼バーナの使用形態では紙面上側が水平方向を向いてもよい。
Next, the
As shown in FIG. 2, the
燃料ノズル18は、正面視した場合、略矩形状の断面を有している。燃料ノズル18は、燃料と一次空気(酸化性ガス)とが混合された燃料ガスを火炉11内に噴出する。燃焼用空気ノズル19は、燃料ノズル18の周囲に設けられ、燃焼用空気(二次空気、酸化性ガス)を火炉11内に吹き込む。燃焼用空気は、燃料ノズル18から噴出した燃料ガスと混合して燃焼を促進する。酸化性ガスとして、本実施形態では空気を用いる。空気よりも酸素割合が多いものや逆に少ないものであってもよく、燃料流量との適正化を図ることで使用可能になる。
The
燃料ノズル18内には、燃料ノズル18を正面視して、先端面が一方向に長いスプリッタ1が設けられている。スプリッタ1は、図3に示すように、板面が燃料ガス流れ方向に沿って配置される板状部材である。また、スプリッタ1は、図2に示すように、燃料ノズル18の内壁面のうち一方の面18a側から、一方の面18aに対向する他方の面18bまで、燃料ガスの流れ方向に対して垂直方向に延在して設けられる。以下、整流部4と垂直になる方向、すなわちスプリッタ1の火炉側先端面におけるスプリッタ1の長さ方向、かつ、燃料ガスの流れ方向に対して垂直方向をスプリッタ1の長手方向という。
A
スプリッタ1は、図2及び図3に示すように、燃料ノズル18内において、燃料ガスの流れ方向に対して垂直方向かつスプリッタ1の長手方向に対して垂直方向に複数個配置される。複数のスプリッタ1は、互いに離間して設置され、複数のスプリッタ1間には燃料ガス通路が形成される。また、スプリッタ1の長手方向に対して交差する方向には、複数のスプリッタ1間に整流板54が設置される。整流板54は、例えばステンレス鋳鋼等の金属製であり、燃料ガスに含まれる微粉炭などによる摩耗防止のため、表面にセラミックタイルが全面的又は摩耗の多い部分に張り付けられる。
As shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of
スプリッタ1は、長手方向端部において、支持板2が設けられる。支持板2が燃料ノズル18の内壁面に対して固定されることで、スプリッタ1が燃料ノズル18に対して支持される。
The
スプリッタ1は、図2~図4に示すように、燃料ノズル18の火炉側端面18Aに向かうにしたがって幅が広くなる保炎器3と、保炎器3に対して燃料ガス流れ方向の上流側の延長線上に配置された整流部4と、を有する。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
保炎器3は、横断面形状がほぼ三角形又は台形であり、燃料ガス流れ方向の下流側に向かって、次第に断面の幅が広くなる形状を有する。ここで、保炎器3の幅は、スプリッタ1を正面視したときスプリッタ1の長手方向に対して垂直方向の長さである。
The
整流部4は、保炎器3の燃料ガス流れの上流側に設けられ、保炎器3から上流側に向かって延在する。整流部4は、図4に示すように、母材5の摩耗防止のために、複数のセラミックタイル15が露出面の全面又は摩耗の多い部分に張り付けられて形成される。複数のセラミックタイル15は、それぞれピン等の固定材16によって母材5にスタッド溶接などで固定される。
The rectifying
保炎器3は、本実施形態では金属製(例えばステンレス鋳鋼等)の母材5と、母材5に設けられたセラミック製(例えばアルミナ製)の表面材6と、表面材6を母材5に固定する金属製(例えばステンレス合金製)の固定材7を有する。保炎器3は、燃料ガスと接触する部分がセラミック製であるため、燃料ガスに含まれる微粉炭などに対して耐摩耗性を有する。
In the present embodiment, the
固定材7は、例えば、棒状部分を有するピンであり、一端側は母材5と接触し、溶接によって母材5に固定される。固定材7の棒状部分は、表面材6を貫通して設けられる。固定材7は、他端側に設けられた、例えば円板状の板部材を有し、板部材と母材5との間で表面材6を挟み込むことによって、表面材6を母材5に対して固定する。固定材7は、例えば一つの表面材6に対して1本ずつ設置される。固定材7と母材5との溶接は、例えばスタッド溶接方法によって行われる。
The fixing
母材5の上流側の端部は、整流部4を形成するセラミックタイル15と接続される。母材5の下流側は、横断面形状がほぼ三角形又は台形であり、燃料ガス流れ方向の下流側に向かって、次第に幅が広くなる形状を有する。なお、母材5の下流側は、必ずしも横断面形状が三角形や台形ではなくてもよい。母材5の横断面形状が三角形や台形であり傾斜面を有する場合、傾斜部8は、母材5の傾斜面に沿って平行に設置される。一方、母材5の横断面形状が四角形などの他の形状を有する場合、傾斜部8は、母材5の外形形状に応じた形状を有する。
The upstream end of the
表面材6は、傾斜部8と、カバー部9を有する。傾斜部8とカバー部9は、例えば、一体的に形成される。傾斜部8とカバー部9が一体的に形成される場合、部品点数を低減でき、カバー部9の支持を傾斜部8で行うので構造が簡易になる。また、カバー部9では、棒状部分を有するピンである固定材7を用いなくてもよいため、高温となるカバー部9において固定材7の酸化減肉が発生するおそれがない。表面材6は、整流部4や整流板54等に設置されるセラミックタイル15と同様に、セラミック材料を焼成することによって作製される。なお、保炎器3の表面材6のセラミック材料は、整流部4や整流板54等に設置されるセラミックタイル15と同等又は更に高い温度に耐えられ、同等又はより強度が高いものが更に望ましい。例えば、表面材6がアルミナ製である場合、表面材6は、整流部4や整流板54等に設置されるセラミックタイル15よりもアルミナの純度が高いことが更に好ましい。これにより、表面材6は、火炉11側に設置されて高温雰囲気に晒されるが、一層に摩耗や破損が生じにくい。
The
表面材6は、スプリッタ1の長手方向に沿って複数の部材に分割されている。分割された表面材6は、スプリッタ1の長手方向に沿って並べて配置される。表面材6を分割構造とすることにより、表面材6と母材5の温度上昇によって、長手方向への相互の熱伸び量に差異が生じた場合においても、温度上昇によって生じる熱応力が分散され、スプリッタ1の破損を防止でき、耐久性を向上させることができる。また、仮に何らかの要因でいずれかの表面材6が破損した場合でも、破損した表面材6の交換を容易に行うことができる。表面材6のサイズは、例えば、燃料ガスの流れ方向に沿った長さが100mm~300mmであり、燃料ガスの流れ方向に対して垂直方向の長さ(スプリッタ1の長手方向の長さ)が20mm~50mmである。
The
傾斜部8は、例えば板厚が約10mm~20mmの平板状部材であり、表面材6が母材5に固定されたとき整流部4の板面に対して傾斜した傾斜面を有する。図4に示すように、傾斜部8は、一端側の基部8Aが固定材7によって母材5に設けられ、他端の火炉側先端8B側が燃料ノズル18の火炉側端面18Aに向けて形成された傾斜面を有し、母材5の火炉側端面5Aよりも突出して形成されている。傾斜部8の中間部分では、カバー部9が傾斜部8から分岐して設けられ、母材5の火炉側端面5Aの火炉側に位置する。傾斜部8の火炉側先端8Bが母材5の火炉側端面5Aよりも燃料ノズル18の火炉側端面18A側に配置されるため、母材5や、傾斜部8が母材5と接続されている接続部は、火炉11側から離れており、比較的温度が低い。
The
傾斜部8は、母材5の下流側において、傾斜面が燃料ガスの流れ方向に対して傾斜するように設けられる。これにより、燃料ノズル18の火炉側端面18Aに向かうにしたがって幅が広くなる保炎器3が形成され、火炉側端面18Aに向かうにつれて燃料ガス通路が狭くなる。燃料ガスは、傾斜部8の火炉側先端8B側で旋回を発生することによって、内部保炎が形成される。表面材6の傾斜部8は、火炉11側に設置されて高温雰囲気に晒されるが、セラミック製であるため、高温化による酸化腐食のおそれがない。
The
傾斜部8のうち上流側に配置される基部8Aが、固定材7によって母材5に固定される。傾斜部8は、傾斜部8の上流側だけで母材5に固定されることにより、母材5の燃料ガス流れ方向の長さを短くすることができ、母材5を燃料ノズル18の火炉側端面18A側まで設ける必要がない。
The
傾斜部8の基部8Aや母材5は、火炉11側から離れており、傾斜部8の火炉側先端8Bに比べると比較的温度が低い。そのため、母材5及び固定材7の酸化腐食が抑制されて、スプリッタ1の耐久性を向上させることができる。例えば、燃焼バーナ21,22,23,24,25のいずれかが消火されて、内部の燃料ガスの流通が停止している場合や、燃焼バーナ21,22,23,24,25においてバーナ点火中の燃料ガス流量よりも少ない量で冷却用空気が流通している場合でも、母材5及び固定材7が高い温度へと温度上昇することを抑制でき、酸化腐食の発生を抑制できる。
The
カバー部9は、例えば板状部材であり、母材5の火炉側端面5Aに沿って、母材5の火炉側端面5Aを覆うように設けられる。カバー部9は、傾斜部8と接続されて、一体的に形成される。セラミック製のカバー部9は、表面材6が母材5に固定されたとき、金属製の母材5を火炉11側に露出させないように設けられる。その結果、母材5及び固定材7の温度上昇を抑制でき、酸化腐食の発生を抑制できる。なお、カバー部9と母材5の火炉側端面5Aは、隙間が形成されるように配置されることが望ましい。
The
傾斜部8とカバー部9との接続部分は、母材5に近接した位置に設けられる。そのため、火炉11に近い火炉側先端8B側に接続部分が設けられる場合と比べて傾斜部8とカバー部9との接続部分の温度上昇を抑制でき、傾斜部8とカバー部9による接続部分での屈曲形状における破損の発生を抑制できる。
The connecting portion between the
傾斜部8は、母材5を間に挟んで2方向に突出するように、一つの母材5に対して両側面にそれぞれ設置されてもよい。これにより、スプリッタ1の両側に燃料ガス通路が形成される場合、スプリッタ1の整流部4を間に挟んで2方向となる両側に内部保炎を発生させることができる。
The
図4に示すように、傾斜部8が、母材5を間に挟んで2方向に突出する場合、2つの傾斜部8のうち1方向に突出した傾斜部8を有する表面材6と、他の方向に突出した傾斜部8を有する表面材6は分割して形成される。2つの表面材6は、母材5を両側から挟み込むように設置される。これにより、仮に何らかの要因でいずれかの表面材6が破損した場合、母材5に対する表面材6の交換を容易に行うことができる。表面材6において、2つのカバー部9の端部が対向する部分は、温度上昇前において隙間9aが形成されるように設置される。これにより、カバー部9と母材5の温度上昇により相互の熱伸び量に差異が生じた場合においても、互いに当接力を受けることによる局所応力の発生を抑制できる。なお、火炉11側からの輻射熱の影響によって、母材5において大幅な温度上昇が生じないように隙間9aが広くなり過ぎないように設けることが望ましい。
As shown in FIG. 4, when the
2つに分割された表面材6は、スプリッタ1の長手方向に沿った中心線に対して左右対称に形成される。分割された表面材6を同一形状とすることで、作製する部品の種類数を低減できる。また、温度上昇時の熱伸びによる偏り、例えば一方の分割表面材6が他方の分割表面材6よりも熱伸びする変形を抑えられる。
The
上述した構成によって、傾斜部8の火炉側先端8B側とカバー部9は、スプリッタ1の長手方向に垂直な断面が略コ字形状を有し、傾斜部8の火炉側先端8Bから母材5の火炉側端面5Aまでの間において凹部形状となっているため、傾斜部8の火炉側先端8Bから母材5の火炉側端面5Aまでの間がセラミック材によって埋められた中実の肉厚構造を有する場合と比べて軽量化を図ることができる。
According to the above-described configuration, the
また、表面材6は、燃料ガス流れ方向と整流部4に対して垂直方向(スプリッタ1の長手方向)に複数に分割して形成されている。これにより、表面材6と母材5の温度上昇によって、燃料ガス流れ方向に対して垂直方向への相互の熱伸び量に差異が生じた場合においても、熱応力が分散され、表面材6の破損を防止でき、耐久性を向上させることができる。また、仮に何らかの要因でいずれかの表面材6が破損した場合でも、破損した表面材6の交換を容易に行うことができる。
Further, the
また、図3に示すように、表面材6の先端部、すなわち、傾斜部8の火炉側先端8Bは、燃料ノズル18において、燃料ノズル18の火炉側端面18Aよりも燃料ガス流れの上流側に位置するように配置されることが好ましい。これにより、母材5を火炉11内部から遠ざけることができ、母材5及び固定材7の温度上昇を更に抑制できる。
Further, as shown in FIG. 3, the tip portion of the
以上、本実施形態によれば、保炎器3は、金属製の母材5と、母材5に設けられたセラミック製(例えばアルミナ製)の表面材6とを有し、燃料ガスと接触する部分がセラミック製であるため、耐摩耗性を有する。表面材6は、傾斜部8とカバー部9を有し、傾斜部8の火炉側先端8B側が母材5の火炉側端面5Aよりも燃料ノズル18の火炉側端面18A側に配置されるため、母材5や、傾斜部8が母材5と接続されている接続部は、火炉11側から離れており、傾斜部8の火炉側先端8Bに比べると比較的温度が低い。そのため、母材5の酸化腐食を抑制できる。傾斜部8は、火炉11側に設置されて高温雰囲気に晒されるが、セラミック製であるため、高温化による酸化腐食のおそれがない。
As described above, according to the present embodiment, the
さらに、セラミック製のカバー部9は、表面材6が母材5に固定されたとき、母材5の火炉側端面5Aを覆い、金属製の母材5を火炉11側に露出させないように設けられる。その結果、母材5の温度上昇を抑制でき、酸化腐食の発生を抑制できる。また、金属製の固定材7が母材5に対して傾斜部8を固定する。母材5や、母材5と傾斜部8を接続する固定材7は、火炉11側から離れており、傾斜部8の火炉側先端8Bに比べると比較的温度が低いことから、固定材7が金属製であっても、固定材7の酸化腐食を抑制できる。
Further, the
なお、上述した実施形態では、本発明のボイラを石炭焚きボイラとしたが、固体燃料としては、バイオマスや石油コークス、石油残渣などを使用するボイラであってもよい。また、燃料として固体燃料に限らず、重質油などの油焚きボイラにも使用することができ、更には、燃料としてガス(副生ガス)も使用することができる。そして、これら燃料の混焼焚きにも適用することができる。 In the above-described embodiment, the boiler of the present invention is a coal-fired boiler, but the solid fuel may be a boiler using biomass, petroleum coke, petroleum residue, or the like. Further, the fuel can be used not only for solid fuel but also for oil-fired boilers such as heavy oil, and gas (by-product gas) can also be used as fuel. It can also be applied to co-firing of these fuels.
また、本発明は、燃料ノズルに配置される保炎器に対して適用可能であり、燃料ノズル18内の構造、すなわちスプリッタ1や整流板54の位置、大きさ、数は、上述した例に限定されない。
Further, the present invention is applicable to a flame holder arranged in the fuel nozzle, and the structure in the
1 :スプリッタ
2 :支持板
3 :保炎器
4 :整流部
5 :母材
6 :表面材
7 :固定材
8 :傾斜部
8A :基部
8B :先端
9 :カバー部
9a :隙間
10 :石炭焚きボイラ
11 :火炉
12 :燃焼装置
13 :煙道
18 :燃料ノズル
19 :燃焼用空気ノズル
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 :粉砕機
36 :風箱
37 :空気ダクト
38 :送風機
41,42,43 :過熱器
44,45 :再熱器
46,47 :節炭器
48 :ガスダクト
49 :エアヒータ
50 :脱硝触媒
51 :煤塵処理装置
52 :誘引送風機
53 :煙突
54 :整流板
1: Splitter 2: Support plate 3: Flame holder 4: Rectifier 5: Base material 6: Surface material 7: Fixing material 8:
Claims (9)
前記燃料ノズルの周囲から前記火炉内へ酸化剤ガスを吹き込む燃焼用空気ノズルと、
前記燃料ノズル内に配置され、前記燃料ノズルの火炉側端面に向かうにしたがって、前記燃料ガス流れ方向に対して交差する方向の幅が広くなる保炎器と、
前記保炎器に対して前記燃料ガス流れ方向の上流側の延長線上に配置された整流部と、
を備え、
前記保炎器は、
母材と、
前記母材に設けられ、前記母材の火炉側端面よりも上流側の位置から前記燃料ノズルの火炉側端面に向けて形成された傾斜面を有し、前記母材の火炉側端面よりも突出して形成された傾斜部と、
前記傾斜部と接続され、前記母材の火炉側端面を覆うカバー部と、
を有し、
前記傾斜部と前記カバー部はセラミックス製である燃焼バーナ。 A fuel nozzle that ejects fuel gas, which is a mixture of fuel and oxidizer gas, into the furnace,
A combustion air nozzle that blows oxidant gas into the furnace from around the fuel nozzle,
A flame holder that is arranged in the fuel nozzle and whose width in the direction intersecting with the fuel gas flow direction becomes wider toward the end face of the fuel nozzle on the furnace side.
A rectifying unit arranged on an extension line on the upstream side in the fuel gas flow direction with respect to the flame holding device,
Equipped with
The flame holder is
With the base material,
It has an inclined surface provided on the base metal and formed from a position upstream of the furnace side end face of the base metal toward the furnace side end face of the fuel nozzle, and protrudes from the furnace side end face of the base metal. And the inclined part formed by
A cover portion that is connected to the inclined portion and covers the end face of the base metal on the furnace side,
Have,
A combustion burner whose inclined portion and the cover portion are made of ceramics.
2つの前記表面材における前記カバー部が対向する端部には、隙間が形成されるように前記表面材が設置される請求項4に記載の燃焼バーナ。 The inclined portion and the cover portion are integrally formed to form a surface material.
The combustion burner according to claim 4, wherein the surface material is installed so as to form a gap at an end portion of the two surface materials facing the cover portion.
前記火炉に配置される請求項1から7のいずれか1項に記載の前記燃焼バーナと、
前記火炉の鉛直方向上部に配置され、前記燃焼バーナでの前記燃料ガスの燃焼により生成した燃焼ガスが通過する煙道と、
を備えるボイラ。 The fireplace, which has a hollow shape and is installed along the vertical direction,
The combustion burner according to any one of claims 1 to 7 arranged in the furnace, and the combustion burner.
A flue located at the upper part in the vertical direction of the fireplace and through which the combustion gas generated by the combustion of the fuel gas in the combustion burner passes.
Boiler equipped with.
前記燃料ノズルの周囲から前記火炉内へ酸化剤ガスを吹き込む燃焼用空気ノズルと、
前記燃料ノズル内に配置され、前記燃料ノズルの火炉側端面に向かうにしたがって、前記燃料ガス流れ方向に対して交差する方向の幅が広くなる保炎器と、
前記保炎器に対して前記燃料ガス流れ方向の上流側の延長線上に配置された整流部と、
を備え、
前記保炎器は、
母材と、
前記母材に設けられ、前記母材の火炉側端面よりも上流側の位置から前記燃料ノズルの火炉側端面に向けて形成された傾斜面を有し、前記母材の火炉側端面よりも突出して形成された傾斜部と、
前記傾斜部と接続され、前記母材の火炉側端面を覆うカバー部と、
を有し、
前記傾斜部と前記カバー部はセラミックス製である燃焼バーナの組立方法であって、
前記母材に対して、前記母材の火炉側端面よりも上流側の位置から前記燃料ノズルの火炉側端面に向けて前記傾斜面が形成され、前記母材の火炉側端面よりも突出して形成されるように前記傾斜部を固定するステップを有する燃焼バーナの組立方法。 A fuel nozzle that ejects fuel gas, which is a mixture of fuel and oxidizer gas, into the furnace,
A combustion air nozzle that blows oxidant gas into the furnace from around the fuel nozzle,
A flame holder that is arranged in the fuel nozzle and whose width in the direction intersecting with the fuel gas flow direction becomes wider toward the end face of the fuel nozzle on the furnace side.
A rectifying unit arranged on an extension line on the upstream side in the fuel gas flow direction with respect to the flame holding device,
Equipped with
The flame holder is
With the base material,
It has an inclined surface provided on the base metal and formed from a position upstream of the furnace side end face of the base metal toward the furnace side end face of the fuel nozzle, and protrudes from the furnace side end face of the base metal. And the inclined part formed by
A cover portion that is connected to the inclined portion and covers the end face of the base metal on the furnace side,
Have,
The inclined portion and the cover portion are a method of assembling a combustion burner made of ceramics.
With respect to the base metal, the inclined surface is formed from a position upstream of the furnace side end face of the base metal toward the furnace side end face of the fuel nozzle, and is formed so as to protrude from the furnace side end face of the base metal. A method of assembling a combustion burner having a step of fixing the inclined portion so as to be.
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