JPH04143503A - ボイラ装置及びその運転方法 - Google Patents
ボイラ装置及びその運転方法Info
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- JPH04143503A JPH04143503A JP2267861A JP26786190A JPH04143503A JP H04143503 A JPH04143503 A JP H04143503A JP 2267861 A JP2267861 A JP 2267861A JP 26786190 A JP26786190 A JP 26786190A JP H04143503 A JPH04143503 A JP H04143503A
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Landscapes
- Regulation And Control Of Combustion (AREA)
- Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)
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。
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、ボイラ装置及びその運転方法に係り、特に水
壁管の硫化腐食による減肉を軽減することのできるボイ
ラ装置及びその運転方法に関する。
壁管の硫化腐食による減肉を軽減することのできるボイ
ラ装置及びその運転方法に関する。
石炭や重油などの化石燃料を使用するボイラでは、燃料
の燃焼によりNOxが発生することが知られている。N
Oxを低減する方法としては、燃焼の際発生するN
Ox量を低減する方法と、発生したN Oxを除去する
方法とに大別される。前者は高温かつ酸素濃度の高い状
態で発生するサーマルN Oxを低減する方法であり、
低NOxバーナを用いるか、2段燃焼を行なうなど有効
な方法である。これらの方法は、燃料リンチの還元性ガ
スを形成させることにより、N Ox量の低減を図るも
のである。
の燃焼によりNOxが発生することが知られている。N
Oxを低減する方法としては、燃焼の際発生するN
Ox量を低減する方法と、発生したN Oxを除去する
方法とに大別される。前者は高温かつ酸素濃度の高い状
態で発生するサーマルN Oxを低減する方法であり、
低NOxバーナを用いるか、2段燃焼を行なうなど有効
な方法である。これらの方法は、燃料リンチの還元性ガ
スを形成させることにより、N Ox量の低減を図るも
のである。
しかしながら、還元性ガスの腐食性は通常の酸化性ガス
に比べて腐食性が強く、水壁管において還元性ガスによ
る腐食が生じるという問題があった。−船釣に水壁管は
炭素鋼や低合金Cr −M 。
に比べて腐食性が強く、水壁管において還元性ガスによ
る腐食が生じるという問題があった。−船釣に水壁管は
炭素鋼や低合金Cr −M 。
鋼などで形成されており、腐食の生じる位置はバーナ近
傍である。これまでの研究結果によると、腐食部位の表
面には硫化物スケールが形成されていることが特徴で、
またその表面にはカーボン及び硫化鉄を含む未燃粒子が
多数付着している。このことから腐食原因としては、燃
焼火炎の水壁管への直撃による還元性雰囲気の形成、及
び未燃分の水壁管への付着による硫化の促進が挙げられ
る。
傍である。これまでの研究結果によると、腐食部位の表
面には硫化物スケールが形成されていることが特徴で、
またその表面にはカーボン及び硫化鉄を含む未燃粒子が
多数付着している。このことから腐食原因としては、燃
焼火炎の水壁管への直撃による還元性雰囲気の形成、及
び未燃分の水壁管への付着による硫化の促進が挙げられ
る。
なお、水壁管の腐食を防止または軽減する方法としては
、例えば、耐食性に優れた材料の肉盛や溶射、または外
側を耐食性に優れた材料とした二重管を使用する方法、
バーナの配置を適正化し、火炎が水壁管表面に衝突しな
いようにする方法、燃焼条件を適正化し、未燃分が管表
面に付着しないようにする方法、スートブロアの適正運
用により管表面への灰付着を防止する方法などが従来が
ら提案されている。
、例えば、耐食性に優れた材料の肉盛や溶射、または外
側を耐食性に優れた材料とした二重管を使用する方法、
バーナの配置を適正化し、火炎が水壁管表面に衝突しな
いようにする方法、燃焼条件を適正化し、未燃分が管表
面に付着しないようにする方法、スートブロアの適正運
用により管表面への灰付着を防止する方法などが従来が
ら提案されている。
しかしながら、上記各提案による方法によっても、十分
に水壁管の腐食を防止または軽減することはできなかっ
た。
に水壁管の腐食を防止または軽減することはできなかっ
た。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、低NO
x燃焼による水壁管の腐食を軽減することのできるボイ
ラ装置及びその運転方法を提供することを目的する。
x燃焼による水壁管の腐食を軽減することのできるボイ
ラ装置及びその運転方法を提供することを目的する。
上記目的を達成するために1本発明は、火炉を形成する
水壁と、この水壁に取り付けられたバーナと、前記水壁
に設けられた水壁管とを有するボイラ装置において、前
記バーナ近傍の水壁に、前記水壁管表面近傍の酸素分圧
を測定する手段と、前記火炉内に酸素を含むガスを供給
する孔とを設けたものである。
水壁と、この水壁に取り付けられたバーナと、前記水壁
に設けられた水壁管とを有するボイラ装置において、前
記バーナ近傍の水壁に、前記水壁管表面近傍の酸素分圧
を測定する手段と、前記火炉内に酸素を含むガスを供給
する孔とを設けたものである。
また、上記構成のボイラ装置の運転方法において、前記
バーナ近傍の水壁に設けられた酸素分圧測定手段が、前
記水壁管表面近傍の酸素分圧が20a tm以下となっ
たことを検出したときに、前記水壁に設けた孔より前記
火炉内に酸素を含むガスを供給するようにしたものであ
る。
バーナ近傍の水壁に設けられた酸素分圧測定手段が、前
記水壁管表面近傍の酸素分圧が20a tm以下となっ
たことを検出したときに、前記水壁に設けた孔より前記
火炉内に酸素を含むガスを供給するようにしたものであ
る。
水壁管のメタル温度である900’ F (482℃)
におけるFe−3−0系相状態図を第5図に示す。第5
図に示すように、酸素分圧(RogPO2)が−20a
tm以上であれば、硫黄分圧(Qo g P S2)
が高くてもFeの硫化は生しておらず、酸化物(Fe2
03)のみとなる。
におけるFe−3−0系相状態図を第5図に示す。第5
図に示すように、酸素分圧(RogPO2)が−20a
tm以上であれば、硫黄分圧(Qo g P S2)
が高くてもFeの硫化は生しておらず、酸化物(Fe2
03)のみとなる。
方、900’Fにおける酸化のみによる減肉は非常に小
さく、年間0.1mm以下でありほとんど問題とならな
い。しかし、酸素分圧が一20atm以下となると、F
eS2.FeSの硫化物が生成するようになる。従って
、水壁管に通常使用される鉄系の材料である炭素鋼や低
合金鋼の硫化による腐食を防止するためには、管表面に
接触するガスの酸素分圧を一2Qatm以上となるよう
にすればよい。
さく、年間0.1mm以下でありほとんど問題とならな
い。しかし、酸素分圧が一20atm以下となると、F
eS2.FeSの硫化物が生成するようになる。従って
、水壁管に通常使用される鉄系の材料である炭素鋼や低
合金鋼の硫化による腐食を防止するためには、管表面に
接触するガスの酸素分圧を一2Qatm以上となるよう
にすればよい。
このために1本発明では、運転中に燃焼火炎が水壁管に
衝突し、酸素分圧が硫化発生限界値(温度が900′F
の場合はQog Po□=−20atm)以下となっ
た場合には、孔より酸素を含むガスを火炉内に供給し、
酸素分圧が硫化発生限界値以上となるようにした。この
結果、水壁管の硫化を防止することが可能となる。
衝突し、酸素分圧が硫化発生限界値(温度が900′F
の場合はQog Po□=−20atm)以下となっ
た場合には、孔より酸素を含むガスを火炉内に供給し、
酸素分圧が硫化発生限界値以上となるようにした。この
結果、水壁管の硫化を防止することが可能となる。
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第1図乃至第3図に本発明の一実施例を示す。
第1図において、火炉1を形成する水壁2には複数個の
バーナ3が取り付けられている。また水壁2にはアフタ
ーエアポート4.2次空気ダクト5゜及び側壁ダクト7
が設けられている。側壁ダクト7には火炉1内に酸素を
含むガス6aを供給する孔8と、後述する水壁管の表層
部の酸素濃度を測定する手段である酸素センサ9とが設
けられている6孔8から火炉J内に供給する酸素を含む
ガス6aとしては、バーナ3の燃焼に使用される2次空
気6を分岐し、分岐ダクト7へ供給するようにしている
。
バーナ3が取り付けられている。また水壁2にはアフタ
ーエアポート4.2次空気ダクト5゜及び側壁ダクト7
が設けられている。側壁ダクト7には火炉1内に酸素を
含むガス6aを供給する孔8と、後述する水壁管の表層
部の酸素濃度を測定する手段である酸素センサ9とが設
けられている6孔8から火炉J内に供給する酸素を含む
ガス6aとしては、バーナ3の燃焼に使用される2次空
気6を分岐し、分岐ダクト7へ供給するようにしている
。
第2図は側壁ダクト7を介して水壁2へ孔8及び酸素セ
ンサ9を取り付ける構造を示し、第3図は第2図のA−
A線断面を示す図である8水壁2を構成する水壁管10
は通常フィン11を介して接合される構造となっている
。またフィン11には前述した2次空気6aを火炉1内
に供給する孔8と、水壁管10近傍の酸素分圧を測定す
るための酸素センサ9とが設けられている。酸素センサ
9にはAD変換器14を介してコンピュータ15が接続
されており、酸素センサ9からコンピュータ15に入力
された信号により、コンピュータ15は2次空気の流量
調節弁13の開閉及び流量調整を行なうようになってい
る。
ンサ9を取り付ける構造を示し、第3図は第2図のA−
A線断面を示す図である8水壁2を構成する水壁管10
は通常フィン11を介して接合される構造となっている
。またフィン11には前述した2次空気6aを火炉1内
に供給する孔8と、水壁管10近傍の酸素分圧を測定す
るための酸素センサ9とが設けられている。酸素センサ
9にはAD変換器14を介してコンピュータ15が接続
されており、酸素センサ9からコンピュータ15に入力
された信号により、コンピュータ15は2次空気の流量
調節弁13の開閉及び流量調整を行なうようになってい
る。
酸素センサ9は火炉1の温度が1000℃以上となるた
め、耐熱性に優れたジルコン固体電解質セルを使用した
ものが用いられる。また、酸素センサ9の外側にアルミ
ナなどの耐熱性材料で形成された保護管を設けてもよい
。なお、酸素センサ9の先端は水壁管10近傍の酸素分
圧を正確に測定するために、水壁管10頂上よりも内側
とする方がよい。また、酸素センサ9はフィン11に孔
をあけた後に所定の位置まで炉内に挿入するが、フィン
11と酸素センサ9との間に隙間があると、2次空気が
この隙間から漏れ、酸素分布の測定値に誤差が生じる恐
れがある。このためこの隙間を耐火物などで埋め、2次
空気が火炉1内に漏れないようにするのが良い。
め、耐熱性に優れたジルコン固体電解質セルを使用した
ものが用いられる。また、酸素センサ9の外側にアルミ
ナなどの耐熱性材料で形成された保護管を設けてもよい
。なお、酸素センサ9の先端は水壁管10近傍の酸素分
圧を正確に測定するために、水壁管10頂上よりも内側
とする方がよい。また、酸素センサ9はフィン11に孔
をあけた後に所定の位置まで炉内に挿入するが、フィン
11と酸素センサ9との間に隙間があると、2次空気が
この隙間から漏れ、酸素分布の測定値に誤差が生じる恐
れがある。このためこの隙間を耐火物などで埋め、2次
空気が火炉1内に漏れないようにするのが良い。
次に上記のように構成された本実施例のボイラ装置の運
転方法について説明する。第4図は酸素センサ9による
酸素分圧測定値と運転時間との関係を示す線図であり、
還元雰囲気の燃焼炎が酸素センサ取り付は部位の水W2
に衝突すると酸素分圧は低下しだす。酸素分圧Qog
Po2が一20atm以下となると、a、bにおいて
流量調節弁13が開となり、2次空気6aが孔8を通じ
て火炉1内に供給される。この結果酸素分圧が上昇し、
−2Qatm以上となると流量調節弁13の開度が調整
されて、2次空気6aの火炉l内への供給を停止または
低減する。この結果、水壁管10の表面は常に一20a
tm以上の酸化雰囲気に保持される。従って水壁管10
は硫化されることがない。なお、硫化発生限界値は温度
により異なり、温度が高くなるに従いより高PO2側に
移行するが、水壁2の場合は最高メタル温度は約900
’Fであり、Qog Po□=−20atmが硫化発
生限界となる。
転方法について説明する。第4図は酸素センサ9による
酸素分圧測定値と運転時間との関係を示す線図であり、
還元雰囲気の燃焼炎が酸素センサ取り付は部位の水W2
に衝突すると酸素分圧は低下しだす。酸素分圧Qog
Po2が一20atm以下となると、a、bにおいて
流量調節弁13が開となり、2次空気6aが孔8を通じ
て火炉1内に供給される。この結果酸素分圧が上昇し、
−2Qatm以上となると流量調節弁13の開度が調整
されて、2次空気6aの火炉l内への供給を停止または
低減する。この結果、水壁管10の表面は常に一20a
tm以上の酸化雰囲気に保持される。従って水壁管10
は硫化されることがない。なお、硫化発生限界値は温度
により異なり、温度が高くなるに従いより高PO2側に
移行するが、水壁2の場合は最高メタル温度は約900
’Fであり、Qog Po□=−20atmが硫化発
生限界となる。
本実施例によれば、低NOx燃焼により生じる水壁2の
高温腐食を著しく低減することが可能となり、ボイラ装
置を長時間安全に運転することが可能となる。
高温腐食を著しく低減することが可能となり、ボイラ装
置を長時間安全に運転することが可能となる。
第6図に本発明の第2の実施例を示す。本実施例では側
壁ダクト7を複数室、例えば3室に分割しており、各ダ
クトへ送給する2次空気量をそれぞれに設けた図示しな
い流量調節弁により調節して、各ダクトを通る水壁管表
面の酸素分圧の程度に応じて制御できるようにしたもの
である。
壁ダクト7を複数室、例えば3室に分割しており、各ダ
クトへ送給する2次空気量をそれぞれに設けた図示しな
い流量調節弁により調節して、各ダクトを通る水壁管表
面の酸素分圧の程度に応じて制御できるようにしたもの
である。
本実施例は還元雰囲気となる範囲が広範囲で、単一のダ
クトでは還元雰囲気となる領域の酸素分圧を、前述した
ように一20atm以下に制御することが困難である場
合に有効である。
クトでは還元雰囲気となる領域の酸素分圧を、前述した
ように一20atm以下に制御することが困難である場
合に有効である。
第7図に本発明の第3の実施例を示す。本実施例では酸
素を含むガスとして2次空気6の代りに燃焼排ガス16
を利用したものである。第5図に示したように腐食を防
止するためには、管表面の酸素分圧を一20atm以上
とすればよい、このために必要な酸素濃度は1%程度で
十分である。
素を含むガスとして2次空気6の代りに燃焼排ガス16
を利用したものである。第5図に示したように腐食を防
止するためには、管表面の酸素分圧を一20atm以上
とすればよい、このために必要な酸素濃度は1%程度で
十分である。
一方、燃焼排ガスには5%程度の酸素が含まれているた
め、水壁管近傍を酸化雰囲気とするために燃焼排ガスを
利用してもよい。
め、水壁管近傍を酸化雰囲気とするために燃焼排ガスを
利用してもよい。
本実施例によれば、2次空気を利用する場合に比べて維
持費を安く抑えることができる。
持費を安く抑えることができる。
第8図に本発明の第4の実施例を示す。本実施例は酸素
を含むガスとして、水壁管10の主成分であるFeより
も硫化物を形成しやすい成分、例えばCa○+Mg○な
どからなる粒子を、粉体供給ホッパ18から粉体供給管
17を介して2次空気6aまたは排ガス16に混合させ
、孔8より火炉1内に供給させるものである。これらの
粒子はガス中のH2Sまたは付着灰中のF e S2と
水壁管のFeよりも優先的に反応し、CaS、MgS。
を含むガスとして、水壁管10の主成分であるFeより
も硫化物を形成しやすい成分、例えばCa○+Mg○な
どからなる粒子を、粉体供給ホッパ18から粉体供給管
17を介して2次空気6aまたは排ガス16に混合させ
、孔8より火炉1内に供給させるものである。これらの
粒子はガス中のH2Sまたは付着灰中のF e S2と
水壁管のFeよりも優先的に反応し、CaS、MgS。
ZnSなどを形成する。従って、酸素を含むガスのみを
炉内に吹き込む場合に比へて、水壁管の硫化をより抑え
ることが可能となる。
炉内に吹き込む場合に比へて、水壁管の硫化をより抑え
ることが可能となる。
本実施例は、使用石炭中のS量が多く5酸素を含むガス
のみを炉内に吹き込むだけでは完全に硫化を防止するこ
とが困難な場合に使用すると有効である。また、Naや
Vを多量に含む重油を燃料とする場合には、水壁管の表
面に付着するデポジットの融点が低くなり、Na25o
4−V2O3の低融点化合物による腐食も併発する恐れ
がある。こうした場合にもCaOやMgOは灰の融点を
上昇させ、水壁管の腐食を防止することが可能となる。
のみを炉内に吹き込むだけでは完全に硫化を防止するこ
とが困難な場合に使用すると有効である。また、Naや
Vを多量に含む重油を燃料とする場合には、水壁管の表
面に付着するデポジットの融点が低くなり、Na25o
4−V2O3の低融点化合物による腐食も併発する恐れ
がある。こうした場合にもCaOやMgOは灰の融点を
上昇させ、水壁管の腐食を防止することが可能となる。
上記各実施例で示した孔8及び酸素センサ9の設置位置
及び数量はボイラにより異なるため、特に限定するもの
ではない。
及び数量はボイラにより異なるため、特に限定するもの
ではない。
以上説明したように、本発明によれば、ボイラの水壁管
表面近傍の酸素分圧を測定して、この酸素分圧が所定値
以下となったときに火炉内に酸素を含むガスを供給する
ようにしたので、低NOx燃焼により生じる水壁の高温
腐食を著しく低減することが可能となり、長時間安全に
運転を行なうことができる。
表面近傍の酸素分圧を測定して、この酸素分圧が所定値
以下となったときに火炉内に酸素を含むガスを供給する
ようにしたので、低NOx燃焼により生じる水壁の高温
腐食を著しく低減することが可能となり、長時間安全に
運転を行なうことができる。
第1図は本発明のボイラ装置の一実施例を示す構成図、
第2図は第1図のボイラの側壁部を示す拡大図、第3図
は第2図のA−A線断面図、第4図は本発明一実施例に
よる水壁表面の酸素分圧の時間変化を示す線図、第5図
は900″FにおけるFe−○−8相状態図、第6図、
第7図及び第8図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す
構成図である。 1・・火炉、2・・・水壁、3・・・バーナ、6.Ca
2次空気(酸素を含むガス)、8 ・孔、9・・酸素セ
ンサ(酸素分圧測定手段)、10 ・水壁管。
第2図は第1図のボイラの側壁部を示す拡大図、第3図
は第2図のA−A線断面図、第4図は本発明一実施例に
よる水壁表面の酸素分圧の時間変化を示す線図、第5図
は900″FにおけるFe−○−8相状態図、第6図、
第7図及び第8図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す
構成図である。 1・・火炉、2・・・水壁、3・・・バーナ、6.Ca
2次空気(酸素を含むガス)、8 ・孔、9・・酸素セ
ンサ(酸素分圧測定手段)、10 ・水壁管。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、火炉を形成する水壁と、この水壁に取り付けられた
バーナと、前記水壁に設けられた水壁管とを有するボイ
ラ装置において、前記バーナ近傍の水壁に、前記水壁管
表面近傍の酸素分圧を測定する手段と、前記火炉内に酸
素を含むガスを供給する孔とを設けたことを特徴とする
ボイラ装置。 2、火炉を形成する水壁と、この水壁に取り付けられた
バーナと、前記水壁に設けられた水壁管とを有するボイ
ラ装置の運転方法において、前記バーナ近傍の水壁に設
けられた酸素分圧測定手段が、前記水壁管表面近傍の酸
素分圧が−20atm以下となったことを検出したとき
に、前記水壁に設けた孔より前記火炉内に酸素を含むガ
スを供給することを特徴とするボイラ装置の運転方法。
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---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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---|---|
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JP3030511B2 JP3030511B2 (ja) | 2000-04-10 |
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ID=17450657
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2267861A Expired - Fee Related JP3030511B2 (ja) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | ボイラ装置及びその運転方法 |
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---|---|---|---|---|
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1990
- 1990-10-05 JP JP2267861A patent/JP3030511B2/ja not_active Expired - Fee Related
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