JPH04116302A

JPH04116302A - 石炭焚きボイラ火炉構造物

Info

Publication number: JPH04116302A
Application number: JP23746190A
Authority: JP
Inventors: Akira Baba; 彰馬場; Kunio Okiura; 沖浦　邦夫; Shigeki Morita; 茂樹森田
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1990-09-07
Filing date: 1990-09-07
Publication date: 1992-04-16

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、石炭焚きボイラの火炉構造物に係り、特に未
燃分と窒素酸化物の発生を低く抑えることができ、この
結果ボイラ火炉をコンパクトに構成可能な石炭焚きボイ
ラ火炉構造物に関する。

〔従来の技術〕

近年、油燃料の価格の不安定性から、微粉炭焚きボイラ
の需要が増加している。

微粉炭焚き燃焼装置は、主燃料となる微粉炭のコストが
低い点に特徴がある反面、固体燃料を燃焼するために、
燃料中に含まれる灰の処理等が難しく、また燃焼に要す
る時間がかかる（燃焼速度が低い）ために火炉容積が大
きくなり、ボイラの製作コトスが他の油やガス燃焼用ボ
イラと比較して高くつく欠点がある。

石炭焚きボイラの火炉の製作コストがかかる理由はこの
ほかに火炉の伝熱管表面に付着するクリンカや、スラグ
に対するその除去装置や処理装置が、他の燃料を使用す
る燃焼装置に較べて多くかかる点にもある。

また、石炭燃料中に不活性な酸化金属（灰）が存在する
ために、これが燃焼中に溶融し、火炉の壁に付着して伝
熱効率を低下させることから、これらの灰は、通常スー
トブロアと呼ばれるクリンカ除去装置によって定期的に
伝熱面から剥離され、炉底に落下してホッパの下部にた
められた水で常温にまで冷却された後、炉外部にコンベ
ア等の手段によって運び出される。

（発明が解決しようとする課題］これらクリンカの吐き出しをスムースにするために、ホ
ッパの傾斜角度を油やガス焚きボイラのそれと比較する
と大きくとらなければならず、したがって火炉のコンパ
クト化はこの原因のために進まなかった。

火炉のコンパクト化に関して重要な影響を与えるものの
１つとして、排ガス再循環（以後、ＧＲ：Ｃａｓ　　Ｒ
ｅｃｉｒｃｕｐ、ａｔｉｏｎという）がある。ＧＲは、
ボイラ負荷が低く燃焼ガス量が少ない場合、火炉バンク
部の伝熱管におげろ熱吸収量を増加させるための手段と
して、節炭器出口から燃焼排ガスを抜出して、火炉ホッ
パ部から再度炉内に循環供給する方法であり、現在、中
間負荷運用を強いられる石炭焚きボイラにおいても多く
採用されている方法である。第３図は、従来の石炭焚き
ボイラの燃焼系統図である。石炭ば石炭バンカ３４に仮
貯蔵されて、逐次石炭フィーダ３５によって所定流量が
ミル３６に供給される。

石炭はこのミ月４こよって所定粒度に粉砕されたのち、
１次空気通風機３７からの微粉炭搬送用空気によってバ
ーナ３９まで送られる。

また、燃焼用空気は、押込み通風機（ＦＤＰ）３２によ
って加圧され、ボイラ火炉出口に設けられた空気予熱器
３３によって約３３０°Ｃにまで加熱された後、バーナ
３９に供給され、ここて先はどの微粉炭と混合して火炎
が形成される。

一方、排ガスは火炉出口から抜出され、排ガス再循環フ
ァン（ＧＲファン）３８を通過した後、火炉ホッパ下部
から炉内に投入される。

第４図は第３回のボイラ火炉の水平断面図、第５図は、
第３図のボイラ火炉の缶前側のバーナ配置を示す図であ
る。この例は４段、９列からなるバーナ配置であり、図
に示すように、ボイラ火炉におけるホッパの設置は、バ
ーナ側の水壁４４．４５とホッパ下部のＧＲ導入スリッ
ト４２が平行になるように構成されている。図中５１は
バーナ群、５２はアフターエアポートを示す。バーナ部
における空気比は、通常の燃焼においては理論空気量の
約０．８〜０．９５になるように調整される。

なお、火炉全体の過剰空気は、石炭焚きボイラの場合は
１．２程度で運転されるので、アフターエアとして全石
炭流量に対する理論空気流量の約０．２５から０．４程
度の空気が投入される計算となる。

第６図は、第３図の装置を用いた場合の高負荷時におけ
る炉内のガス流動を示す図である。図中、６１の破線で
示したのはＧＲの流れであるが、高負荷時においてはＧ
Ｒ投入量は絞られるので、火炎の安定性に対してほとん
ど影響しない。一方、第７図は低負荷時における炉内の
ガス流動を示す図である。この場合は火炉出口に設置さ
れる伝熱管において、対流熱伝達を促進させるためにＯ
Ｒ量を増やすので、火炎との干渉により微粉炭消火個所
７２が生じる。このようにＧＲ量が多くなる部分負荷燃
焼時においては、ホッパ下部からのＧＲが増加し、バー
ナからの火炎に直接に接触する流れとなり易くなるため
に、火炎の不安定化現象を引き起こし、これが原因して
未燃分やＮＯｘが増加する。

従来火炉のように、炉底部に大きな空間がある場合にお
いてもこのような問題点が生じ易いわけであるから、さ
らに火炉容積を縮小すれば、現状のＧＲ投入法ではさら
に未燃分とＮＯｘの増加を招くことが懸念される。

火炉をコンバクＩ・にすることは、すなわち火炉内部の
空間を有効に利用することにつながるが、ボイラの運用
上からは必ずしも有利とは限らない。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決して、再循
環ガスの火炎へのアタックを少なくするとともに良好な
燃焼状態を維持し、排出未燃分を低減し、かつコンバク
Ｉ・な石炭焚きボイラ火炉構造物を提供することにある
。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記目的は、火炉底部に複数のホッパ空間を設けて、そ
こに少なくても缶右部と缶左部を仕切る分割壁を設置し
、さらにこの複数のホッパの下部から、ボイラ排ガスを
分割壁に向げて噴射する導入管を設けることによって達
成される。

ずなわら、従来技術の問題点は、左右側壁と、両側壁を
午前と缶後で結ぶ前壁および後壁よりなる石炭焚きボイ
ラ火か構造物において、微粉炭バーナを前壁または前後
壁に多段多列に設けるとともに、火炉左部と火炉右部を
仕切る少なくとも１つの分割壁を設け、かつ分割壁の左
右下方にそれぞれ下部開口を有するホッパを設け、該ホ
ッパは分割壁と側壁または左右の分割壁に接続し、そこ
から斜め下方傾斜する傾斜壁を有し、かつ下部開口より
分割壁に向かって燃焼排ガスを吹上げる再循環排ガス導
入管を設げたことを特徴とする石炭焚きボイラ火炉構造
物、および左右側壁と、この両側壁を午前と缶後で結ぶ前壁
および後壁よりなる石炭焚きボイラ火炉構造物において
、微粉炭バーナを前壁または前後壁に多段多列に設ける
とともに、火炉左部と右部の下方にそれぞれ下部開口を
有する左右ホッパを設け、かつ両ホッパは一方を左右各
側壁に接続され、そこから斜め下方に傾斜する傾斜壁を
有し、他方は互いのホッパ上部に接続され、そこから斜
め下方に傾斜する傾斜壁を有し、かつそれぞれの下部開
口より両ホッパの上部接続部に向かって燃焼排ガスを吹
上げる再循環排ガス導入管を設けるとともに、最下段バ
ーナ列の火炉中心に最も近いバーナは、上段バーナ列の
バーナより火炉中心から離れて設けられていることを特
徴とする石炭焚きボイラ火炉構造物により解決される。

［作用］低負荷時に燃焼を安定化させるために、ＧＲと火炎が直
接干渉しないバーナ配置、火炉構造、およびＧＲ投入方
法とした。特にＧＲの流入方向を高負荷、低負荷にかか
わらず一定方向にするために、固体壁に沿った流れを形
成させる。このためには、ホッパ傾斜部の延長線上に火
炉分割壁があればＯＲの流れがスムースになる。火炉分
割壁がない場合においても、ＧＲの流入個所が２個所あ
るために、それぞれの流量バランスをとることによって
ＧＲを火炉中心部に容易に導くことができス本発明においては最下段バーナ列の分割壁とそれに最も
近いバーナとの距離を側壁とそれに最も近いバーナとの
距離に比べて大きくする。

第１４図は、火炉再下段部のバーナと火炉側壁部とのク
リアランスと、火炉出口部の灰中未燃分およびＮＯｘと
の関係を示す回である。図において、火炉側壁側バーナ
と側壁との距離（クリアランス）を無次元数として取扱
うために、従来のバーナ配列（バーナは等間隔で、かつ
クリアランスは左右同じに設定されている場合）を基準
として、これに対する比率μを横軸に示した。またμを
増加させる場合、分割壁部クリアランスのみを変化させ
、他方のクリアランスは従来のままとした。

なお、バーナ本数は一定とし、バーナ間隔はクリアラン
スの増加につれて従属的に等間隔で変化させた。ここで
火炉ホッパ部からＧＲは全燃焼排ガス量の３０％を流し
た。μを大きくとればＯＲは火炎に直接接触せず、この
隙間を通過するために、灰中未燃分は減少する。一方、
火炉出口部におけるＮＯｘに関しては、火炎間の干渉に
よりハーナ中心部に強還元領域が形成されにくくなるた
めに、逆に増力口する。このことから、μが２程度が最
適と思われる。

〔実施例〕

次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。第１
図は、本発明の一実施例を示すコンパクトボイラ火炉の
基本構成を示す図、第２図は、第１図に示した火炉の水
平断面図である。

本実施例の火炉構成が、従来の石炭焚き火炉と基本的に
異なっているのは、１）最下段バーナ容量を他のバーナと比較して大きくと
っている点（少なくとも２０％以上）、２）二重のホッ
パ１２を有し、それぞれの中間に火炉分割壁１３を有す
る点、３）最下段バーナに関してのみ、分割壁１３に最も近い
バーナと壁とのクリアランスを、火炉側壁１１とバーナ
とのクリアランスと比較して大きくとっている点（２〜
３倍）４）ホッパに接続するＧＲ導入管１９の出口方向が分割
壁に向かっている点、５）ホッパ傾斜部が、従来の火炉においてはバーナが配
置される缶部、缶後に接続されていたが、本実施例にお
いては基本的には火炉側壁に接続される構造となる、という諸点である。

第８図は、本実施例のコンパクト火炉によるＧＲの流れ
を示す。

ＧＲの投入が８１のようにホッパと火炉分割壁８４によ
る固体壁に沿った流れとなり、コアンダ効果によって流
れは安定する。コアンダ効果とは、噴流において壁が近
くにある場合、流体はこの壁に沿って流れ易くなる現象
を示す。例えば翼の表面に沿って気体を流すと、翼表面
が湾曲していても表面に沿った流れになる。本実施例に
おいては、この効果を利用してＧＲを炉底中央壁部に沿
って流し、ＧＲの噴流を火炉中心部に安定して供給する
。また、ＧＲの影響を最も受は易い最下段バーナは、大
容量化によってバーナ間隔が従来バーナと比較すると広
（なるので、その分ＧＲの流路を広げることができ、直
接的な火炎とＧＲの干渉を避けることができる。

第９図は、本実施例と従来技術におけるＧＲ量と灰中未
燃分との関係を比較して示す図である。

図中、実線は従来型火炉のデータ、破線は本実施例のコ
ンパクト火炉を採用した場合の値である。

なおＧＲの流量に関しては、実機における中間負荷運用
時の実績データをもとに調整した。

図において、負荷の低下とともにＧＲは増加する。した
がって、ＧＲ量が最少の場合が最大負荷時である。ＧＲ
の増加とともに灰中未燃分が減少したのち再び増力旧頃
向となるのは、負荷が下がって炉内における粒子滞留時
間が増加するとともに、空気過剰となるため燃え切りに
有利な条件となるが、さらにＧＲが増加すると、今度は
逆に急速に灰中未燃分の増加が認められる。この領域は
ＧＲと火炎との干渉によると考えられる。ＧＲの影響が
少ない本実施例では図中破線９２のようにさらにＧＲ量
を増加しても、灰中未燃分の急速な増加は認められなか
った。ＧＲ量を最大とした場合、若干灰中未燃分の増加
傾向があったのは、極低負荷時の保炎性の劣化が原因し
ていると考える。

本実施例によればＧＲ量を増やしても灰中未燃分の増加
を抑制できることがわかる。

第１０図および第１１図は、本発明の他の実施例を示す
図であり、第１０図は、最下段のサテライトバーナ１０
２およびその直上部の低負荷用バーナ１０１と分割壁と
のクリアランスを最下段から順次広くした例である。

なお、通常の微粉炭バーナは、各バーナ段ごとに微粉炭
流量を増加したり減少したりして、負荷の調整を行って
いる。これは１台のミルからバーナに微粉炭を供給する
場合、複数のバーナに同時に分配する方式をとる。

また第１１図には、別の実施例として、ホッパ傾斜を従
来の火炉と同じく缶部と缶後に配置した例を示した。第
１２図は、第１１図に示した実施例のホッパ部分におけ
る伝熱管のアレンジを示す。

第１３図は、同じく伝熱管のアレンジの３次元鳥観図で
ある。

これらの実施例においても、第１図の実施例と同様の効
果が得られる。

（発明の効果］本発明になるコンパクト火炉を採用すれば、例えば出力
］、ＯＯＭＷ級のボイラ火炉高さを約５ｍ低くすること
ができ、これはボイラ全体の建設費の約２％削減に匹敵
する。

さらに、単に火炉の縮小にとどまることなく、ＧＲの投
入方法の改良によって、火炉のコンパクト化に伴う低負
荷時の燃焼に対する弊害を最小限にすることができる。

以−１−のような効果によって、最下段バーナから炉底
までのキャビティを小さくすることができることから、
地上から最下段バーナまての距離をガス焚き、もしくは
油焚きボイラ火炉なみに押さえることができる。

【図面の簡単な説明】

第１回は、本発明の一実施例である石炭焚きボイラ火炉
の側断面図、第２図は、第１×の火炉水平断面図、第３
図は、従来の石炭焚きボイラの系統図、第４図は、その
火炉水平断面図、第５図は、第３図に示した石炭焚きボ
イラ火炉の午前図、第６図と第７図は、従来の石炭焚き
ボイラの高負荷時と低負荷時の炉内ガス流動図、第８図
は、本発明になる石炭焚きボイラ火炉内ガス流動図、第
９図は、負荷と灰中未燃分との関係図、第１０〜１３図
は、本発明の他の実施例を示す図、第１４図は、火炉舌
下段バーナと側壁間のクリアランスと火炉出口灰中未燃
分およびＮＯｘとの関係図である。１１．４３．８５・・・火炉側壁、１２．４１・・・ボ
ンパ、１３．８４・・・火炉分割壁、１４・・・最下段
バーナ、１５．８２・・・バーナ、１６．８３・・・ア
フクエアポ−１へ、１７・・・給水ヘッダ、１８・・・
アンシュポノバ、１９・・・ＧＲ導入管、２１・・・燃
焼用空気ダクト、２２・・・燃焼用空気、３１・・・火
炉、３２・・押込み通風機、３３・・・空気Ｔ−熱器、
３４・・・石炭バンカ、３５・・・石炭フィーダ、３６
・・・ミル、３■・・・１次空気通風機、３８・・・Ｇ
Ｒファン、４４・・・午前氷壁、４５・・・缶後水壁。ｑつ機ト派］】に火炉

Claims

【特許請求の範囲】

（１）左右側壁と、両側壁を缶前と缶後で結ぶ前壁およ
び後壁よりなる石炭焚きボイラ火炉構造物において、微
粉炭バーナを前壁または前後壁に多段多列に設けるとと
もに、火炉左部と火炉右部を仕切る少なくとも１つの分
割壁を設け、かつ分割壁の左右下方にそれぞれ下部開口
を有するホッパを設け、該ホッパは分割壁と側壁または
左右の分割壁に接続し、そこから斜め下方傾斜する傾斜
壁を有し、かつ下部開口より分割壁に向かって燃焼排ガ
スを吹上げる再循環排ガス導入管を設けたことを特徴と
する石炭焚きボイラ火炉構造物。
（２）請求項（１）において、最下段バーナ列の分割壁
とそれに最も近いバーナとの距離を側壁とそれに最も近
いバーナとの距離に比べて大きくしたことを特徴とする
石炭焚きボイラ火炉構造物。
（３）左右側壁と、この両側壁を缶前と缶後で結ぶ前壁
および後壁よりなる石炭焚きボイラ火炉構造物において
、微粉炭バーナを前壁または前後壁に多段多列に設ける
とともに、火炉左部と右部の下方にそれぞれ下部開口を
有する左右ホッパを設け、かつ両ホッパは一方を左右各
側壁に接続され、そこから斜め下方に傾斜する傾斜壁を
有し、他方は互いのホッパ上部に接続され、そこから斜
め下方に傾斜する傾斜壁を有し、かつそれぞれの下部開
口より両ホッパの上部接続部に向かって燃焼排ガスを吹
上げる再循環排ガス導入管を設けるとともに、最下段バ
ーナ列の火炉中心に最も近いバーナは、上段バーナ列の
バーナより火炉中心から離れて設けられていることを特
徴とする石炭焚きボイラ火炉構造物。