JPH01281306A - ボイラ装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はボイラ装置の運転方法に係り、特に排ガス中の
窒素酸化物（ＮＯＸ＞が少なく、ボイラの火炉と対流伝
熱部の熱吸収量を調整するに好適なボイラ装置の運転方
法に関するものである。

〔従来技術〕

近年、急増する電力需要に応えろために大容量の火力発
電所が建設されているが、これらのボイラは部分負荷に
おいても高い発電効率を得るために、超臨界圧から亜臨
界圧へ変圧運転を行なうことが要求されている。

これは最近の電力需要の特徴として、原子力発電の伸び
と共に、負荷の最大、最小差も増大し、火力発電はベー
スロードから負荷ｇＪ４整用へと移行するｆ中間にある
からである。

このように火力発電は部分負荷での運転が増えた場合、
負荷に応じて圧力を変化させて運転する、いわゆる全負
荷では超臨界圧域、部分負荷では亜臨界圧力域で運転す
る変圧運転ボイラとすることによって、部分負荷での発
電効率を数％向上させることができる。

一方、ボイラから発生するＮ　Ｏ１２は燃料中に含まれ
る窒素分が燃焼時に酸化されて生成するフューエル（Ｆ
ｕｅｌ）Ｎｏｗと、炭化水素系燃料を燃焼する際に炭化
水素が空気中の窒素と反応し、更にい（つかの反応を経
て生じたブロンブトン（Ｐｒｏ■ｐｔ）Ｎ　ＯＸと、空
気中の窒素分子が高温において酸素と結合して生成する
サーマル（Ｔｈｅｒｍａｌ）　Ｎ　Ｏｘとがあり、特に
このサーマルＮＯＫが問題視されている。

サーマルＮｏ、の生成は燃焼温度が高く、燃焼域でのＯ
８濃度が高く、また、高温域での燃焼ガスの滞留時間が
長くなるほど多量に発生するとされている。

このことから、根本的にＮＯ８を抑制するためには、燃
焼温度、Ｏ１濃度、滞留時間を抑制することが重要であ
り、特に燃焼温度が１．６００℃以上になるとＮ　ＯＸ
が急激に増加することから、権力燃焼温度を下げること
が重要視されている。

このように、部分負荷での発電効率を向上させ、燃焼段
階でのＮ　Ｏｘの発生量を抑制するために排ガス再循環
燃焼法が採用されている。

第１図は、従来の排ガス再循環燃焼法を採用したボイラ
の概略系統図である。

第１図において、１はボイラ火炉、’ｌａ、’ｌｂはボ
イラ火炉１を囲繞した水冷壁、３はバーナ、４はボイラ
の対流伝熱部、５．６は対流伝熱部４に配置された過熱
器および再熱器、７はボイラの煙道、８は節炭器、９は
バーナ３へ燃焼用空気を供給する燃焼用空気系統、１０
は押込ファン、工１は燃焼用空気と排ガスを混合する混
合器、１２は排ガス再循環ファン、１３はボイラ出口の
煙道７からボイラ火炉１の底部１４へ排ガスを再循環す
る排ガス再循環系統、１５は排ガス再循環系統１３の排
ガス量を制御する可変ダンパ、１６は排ガス再循環系統
１３から燃焼用空気系統９へ排ガスを混入する排ガス混
入系統、１７は排ガス量を一定量に保つダンパである。

このような構成において、水冷壁２ａ、２ｂで形成され
たボイラ火炉１内に、バーナ３より燃料を、燃焼用空気
系統９がら空気を投入して燃焼させ、主にバーナ３から
の高温火炎による輻射熱によって水冷壁２ａ、　　２ｂ
内を流れる水加熱して蒸発させ、これをさらに対流伝熱
部４、煙道７の過熱器５、再熱器６へ導き、ボイラ火炉
１からの高温燃焼排ガスによって所定の蒸気条件になる
ように加熱する。

ところで、この種の発電用ボイラにおいては、その負荷
のできるだけ広い範囲にわたって、過熱器５および再熱
器６出口の蒸気温度を一定に保つことが、発電プラント
効率を維持するために必要である。

それは、過熱器５、再熱器６の蒸気温度制御を行なわな
い場合は、ボイラの負荷が下がるにつれて対流伝熱部４
においては、高温燃焼排ガス温度、流速が低下するため
に、過熱度が下るからである。

このために、従来のボイラにおいては第１図に示す如く
煙道７から炉底１４へ排ガス循環系統１３が、さらにこ
の排ガス再循環系統１３から燃焼用空気系統９へ排ガス
混入系統１６が設けられていた。排ガス再循環系統１３
と排ガス混入系統１６の使用目的は異るが、いずれも節
炭器８出口の３５０〜４３０℃の排ガスを吸引してボイ
ラの底部１４、バーナ３へ供給するものである。

一般的に低負荷条件になるとボイラ火炉１の伝熱特性上
、ボイラ火炉１での熱吸収量と対流伝熱部４に配置され
た過熱器５、再熱器６での熱吸収量の割合が、高負荷条
件のときと比較して減少し、ボイラ火炉１での熱吸収量
が多くなる。

そこで、低負荷条件になると煙道７から炉底１４の排ガ
ス再循環系統１３によって排ガスをボイラ火炉１内に投
入することによって、ボイラ火炉１内での熱吸収量を減
少させると共に、対流伝熱部４内を流れ燃焼排ガス温度
を高め、これによって実質的に過熱器５、再熱器６での
熱吸収量を増加させて蒸気温度を一定に保つのである。

一方、排ガス混入系統１６はボイラ排ガス中のＮＯｘを
低減するために、燃焼用空気系統９の燃焼用空気へ不活
性ガスとしてボイラ出口の排ガスを燃焼用空気量の１５
〜２０％程度混合器１１で混合し、これを燃焼用空気系
統９からバーナ３へ供給してＮＯＸを低下させるのであ
る。

そして、排ガス混入系統１６のダンパ１７は負荷変動に
関係なく一定量（燃焼用空気量の１５〜２０％）制御で
あり、排ガス再循環系統１３の可変ダンパ１５は負荷変
動に応じて開、閉し、負荷の増大に伴って開度を大きく
して排ガス再循環量を増加させていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、この再循環排ガス量はボイラ負荷によっても
異るが、負荷範囲によってはボイラ排ガス量の６０％を
排ガス再循環系統１３へ再循環ファン１２によって吸引
することから、この再循環ファン１２の動力費が窩み、
経済的な運転をするためにはこの再循環ファンの所内動
力費を軽減する必要がある。

本発明はかかる従来の欠点を解消しようとするもので、
その目的とするところは、再循環ファンの所内動力費を
軽減して、経済的な運転ができ、しかも、低ＮＯ８化が
計れるボイラ装置の運転方法を得ようとするものである
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前述の目的を達成するために、ボイラのバーナ
へ燃焼用空気を供給する燃焼用空気系統と、 ボイラの出口から炉底へ排ガスを供給する排ガス再循環
系統と、 この排ガス再循環系統から炉底へ投入される排ガス量を
調整する第１の可変ダンパと、前記排ガス再循環系統か
らの排ガスを前記燃焼用空気系統へ混入する排ガス混入
系統と、この排ガス混入系統から燃焼用空気系統へ混入
される排ガス量を調整する第２の可変ダンパと、ボイラ
内での燃焼の確保を検知する検知手段とを備えている。

そしてその検知手段によってボイラ内での燃焼が確保さ
れろことを検知しながら、前記排ガス混入系統への排ガ
ス量を排ガス循環系統から炉底へ投入される排ガス量よ
りも常に多（供給することを特徴とするものである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第４図および第５図は、本発明の実施例に係るボイラの
概略系統図である。

第４図および第５図において、符号１〜１６までは第１
図の従来のものと同一であり、従来のものと異る点は、
第１図のものにおいては排ガス混入系統１６のダンパ１
７は負荷変動に関係なく燃焼用空気量に対して一定量制
？１であったが、第４図および第５図のものにおいては
、可変ダンパ１８にして可変ダンパ１５よりも常に可変
ダンパ１８の排ガス量を多（したものである。

なお、第４図の符号１９は燃焼用空気系統９の酸素濃度
検出計、第５図の符号２０は火炎検出器、２１は燃焼状
態判定装置である。

本発明の詳細な説明する以前に、発明者が行なった排ガ
スの投入量がボイラ火炉の伝熱特性に与える影響につい
ての実験データから紹介する。

第２図は、縦軸にボイラ火炉１の出口ガス濃度（ＦＥＧ
Ｔ）の偏差を示し、横軸に排ガス混入系統１６の排ガス
量（ＧＭ）と排ガス再循環系統１３から炉底１４への排
ガス量（ＧＲ）の比を示した温度特性曲線図である。

第３図は縦軸に無次元温度、横軸に無次元奥行を示し、
実線Ａは排ガス再循環系統１３の排ガス量の全量を排ガ
ス混入系統１６へ供給してバーナ３からボイラ火炉１へ
供給した場合（ＧＭ）のボイラ火炉１の燃焼ガス温度分
布を示し、破線Ｂは排ガス再循環系統１３の排ガス量の
全量を炉底１４からボイラ火炉１へ供給した場合（ＧＲ
）のボイラ火炉１の燃焼ガス温度分布を示したものであ
る。

先ず第２図は実缶のボイラによって得られた実験データ
で、排ガス再循環系統１３から炉底１４への排ガス量（
ＧＲ）を一定にしておき、そのうち排ガス混入系統１６
からの排ガス量（ＧＭ）の占める比率を変化させた場合
に、ボイラ火炉ｌの出口ガス温度（ＦＥＧＴ）が変わる
様子を実験でｌｉ！認した結果である。

つまり、ＧＭ／ＧＲ−０％は排ガス再循環系統１３の全
排ガス量が炉底１４から投入されていることを意味し、
逆にＧＭ／ＧＲ−６０％は排ガス再循環系統１３の全排
ガス量のうち燃焼用空気供給系統９から６０％投入され
、残り４０％が排ガス再循環系統１３より炉底１４から
投入されていることを意味する。

従って、第２図の実験データは、排ガス再循環系統１３
の排ガス量を炉底１４から投入（ＧＲ）するよりも、排
ガス混入系統１６から燃焼用空気系統９へ多く投入（Ｇ
Ｍ）する方が、ボイラ火炉１の出口ガス温度（ＦＥＧＴ
）をより高（することができることを示している。

これは、排ガス再循環系統１３からの排ガス量を炉底１
４から投入（ＯＲ）するか、あるいは排ガス混入系統１
６から投入（ＣＡＭ）するかの投入法の違いによって、
ボイラ火炉１での燃焼ガス温度分布が異るためであると
考えられる。

第３図は対向燃焼の場合の燃焼ガス温度分布を示した実
験データで、実線Ａで示すＧＭ法は破線Ｂで示すＧＲ法
に比べ、最高火炎温度が低下し、最高火炎温度となる領
域がボイラ火炉１の中央に移動している。

従って、輻射伝熱量は温度の４乗に比例するために、Ｇ
Ｍ法はＧＲ法に比べて水冷壁２ａ、２ｂでの熱吸収量が
低下し、ボイラ火炉１の出口ガス温度（ＦＥＧＴ）が高
くなるのである。

このように、排ガス再循環系統１３からの排ガス量より
も炉底１４からボイラ火炉ｌ内へ投入する量を少なくし
、排ガス混入系統１６から燃焼用空気系統９へ投入する
量を多くすることによって、より少ない排ガス量で過熱
器５、再熱器６での熱吸収量の調節ができることになり
、再循環ファン１２の動力費も少な（経済的である。

なお、第４図のものは、燃焼用空気系統９に酸素濃度検
出計１９を配置して、燃焼用空気中の酸素濃度が使用燃
料の可燃限界に達するまで可変ダンパ１８を開いて排ガ
ス混入系統１６の排ガス量を多くし、残りの必要な排ガ
スは炉底１４から投入するようにしたものである。

第５図のものは、火炎の燃焼状態を監視する火炎検出器
２０の信号から燃焼状態を燃焼状態判定装置２１で判定
し、バーナ３での安定した燃焼が可能な限界まで可変ダ
ンパ１８をコントロールし、残りの排ガスは炉底１４か
ら投入するようにしたものである。

〔発明の効果〕

本発明は、排ガス混入系統のダンパを可変ダンパによっ
て構成し、排ガス混入系統への排ガス量を排ガス再循環
系統から炉底へ役人される排ガス量よりも常に多くする
ようにしたので、より少ない排ガス量で対流伝熱部の熱
吸収量が調整でき、再循環ファンの動力も少なく、しか
も、火炉温度が低下するので低ＮＯｘ化が計れる。

さらに本発明では、酸素濃度検出計や火炎検出器ならび
に燃焼状態判定装置などの検知手段により、案内した燃
焼が確保されていることを検知しながら、その限界まで
排ガスの混入量をコントロールすることができるから、
ボイラの安全性を確保しながらＮＯｘ低減の効果を最大
限に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の排ガス再循環燃焼法を採用したボイラの
概略系統図、第２図は縦軸にボイラ火炉の出口ガス温度
（ＦＥＧＴ）偏差を示し、横軸に排ガス混入系統からの
排ガス量（ＧＭ）と排ガス再循環系統から炉底への排ガ
ス量（ＯＲ）の比を示した温度特性曲線図、第３図は縦
軸に無次元温度、横軸に無次元奥行を示した燃焼ガス温
度分布図、第４図および第５図は本発明の実施例を示し
たボイラの概略系統図である。 ９・・・・・・・・・燃焼用空気系統、１３・・・・・
・・・・排ガス再循環系統、１４・・・・・・・・・炉
底、１６・・・・・・・・・排ガス混入系統、１８・・
・・・・・・・可変ダンパ、１９・・・・・・・・・酸
素濃度検出計、２０・・・・・・・・・火炎検出器、２
１・旧・・・・・燃焼状態判定装置。 第１図 第２図 −ＧＭ／　ＧＥ／ソ 第３図 第４図　　　　　第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ボイラのバーナへ燃焼用空気を供給する燃焼用空気系統
   と、 ボイラの出口から炉底へ排ガスを供給する排ガス再循環
   系統と、 この排ガス再循環系統から炉底へ投入される排ガス量を
   調整する第１の可変ダンパと、 前記排ガス再循環系統からの排ガスを前記燃焼用空気系
   統へ混入する排ガス混入系統と、この排ガス混入系統か
   ら燃焼用空気系統へ混入される排ガス量を調整する第２
   の可変ダンパと、ボイラ内での燃焼の確保を検知する検
   知手段とを備え、 その検知手段によつてボイラ内での燃焼が確保されるこ
   とを検知しながら、前記排ガス混入系統への排ガス量を
   排ガス循環系統から炉底へ投入される俳ガス量よりも常
   に多く供給することを特徴とするボイラ装置の運転方法
   。