JPH0533903A

JPH0533903A - ボイラ火炉の運転方法

Info

Publication number: JPH0533903A
Application number: JP19210191A
Authority: JP
Inventors: Hidehisa Yoshizako; 秀久吉廻; Kenji Kiyama; 研滋木山
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1991-07-31
Filing date: 1991-07-31
Publication date: 1993-02-09
Anticipated expiration: 2014-09-13
Also published as: JP2949311B2

Abstract

(57)【要約】【目的】排ガス流を加熱または排ガス流の偏りを抑制
し、再熱方式のボイラ火炉の運転においてコスト高を招
くことなく、排ガスの再循環導入を図っても、なお燃焼
バーナ６ａにおける燃焼を安定させ、また火炉２の缶鳴
りを防止する。【構成】火炉２の缶の前側に微粉炭バーナ６のバーナ
６１、６２、６３を上段から順に３段にわたって装着
し、火炉２の缶の後側にバーナ６４、６５、６６を上段
から順に３段にわたり、それぞれ前側のバーナに対向し
て装着したボイラ火炉２において、バーナ６１、６４、
６５を燃焼バーナ６１ａ、６４ａ、６５ａとして作動さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボイラ火炉の運転方法
に係り、特に多段バーナを有するボイラ火炉の部分負荷
運転時に好適な運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、大型のボイラによる発電において
は、熱効率を向上させるため、再熱方式が採用されてい
る。すなわちボイラにおいて蒸気を加熱して発電機の高
圧タービンに送って回転させることにより発電を行い、
更に高圧タービンから排出された蒸気を再び前記ボイラ
に導入させ、再加熱して発電機の低圧タービンに送って
回転させ、発電を行うこととされている。

【０００３】上記再熱方式に用いられるボイラの一例を
図８に示す。同図において、火炉２は断面矩形であり、
その側壁及び底面に水壁管４が連接されている。火炉２
の上面はガスの出口側とされている。火炉２内には、複
数のバーナ６が火炉２の側壁に沿って上下方向に多段に
わたって設けられ、バーナ６のいずれかを選択して燃作
動させる（作動中のバーナ６を燃焼バーナと称して符号
６ａで示し、停止中のバーナ６を消火バーナと称して符
号６ｂで示す）。各バーナ６からの火炎ガスは矢印８の
方向に指向する。バーナ６の上部にはエアポート１０が
形成されており、さらに、その上部における火炉２の前
記出口側には蒸気加熱のための管群１２が配され、また
火炉２の炉底にはクリンカホッパ１４が備えられるとと
もに炉底の後側に排ガス再循環用の開口１６が形成され
ている。

【０００４】上記構成において、バーナ６は石炭等の化
石燃料を燃焼するものとされ、また燃焼によって生じた
ガスは輻射により水壁管４に伝熱を行い、さらに対流に
よって管群１２に伝熱を行う。ここで上記の高圧タービ
ンについては、水壁管４および管群１２の両者において
加熱された蒸気が用いられ、上記の低圧タービンについ
ては、伝熱された管群１２のみにおいて加熱された蒸気
が用いられる。なお、クリンカホッパ１４においては燃
焼によって生じた灰が処理される。

【０００５】上記構成のボイラにおいては、一般に、タ
ービンの負荷の変動が要求される場合、負荷の変動に応
じるため、バーナ６における燃焼量を変化させる必要が
ある。すなわち、低負荷時にはバーナ６の燃焼量を小さ
くし、一方、高負荷時にはバーナ６の燃焼量を大きく
し、負荷の高低に応じてバーナ６による燃焼ガスの量が
変化することになる。ここで、上記のように水壁管４へ
の伝熱は輻射によるので、その伝熱量は炉内の温度にの
み依存し、燃焼ガス量には依存しない。一方、管群１２
への伝熱は対流によるので、その伝熱量は燃焼ガス量の
変化に大きく依存する。従って、負荷の変化時において
は、水壁管４と管群１２とで、熱吸収の割合がアンバラ
ンスになる。そのため従来では、火炉２からの排ガスを
開口１４を介して火炉２内に再循環させて導入し、その
ガス量を調整することにより上記の熱吸収割合のアンバ
ランスを防止していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術は、排
ガス流の温度、酸素分圧および排ガス流が火炉２の前後
方向において偏る点について配慮されておらず、偏った
側の燃焼バーナ６ａでの燃焼が不安定になるという問題
があった。すなわち、例えば図８において、排ガスは開
口１４から火炉２内に流入し、矢印１８の方向に流動す
るが、その場合、排ガス流がそのまま燃焼バーナ６ａ₁
の開口を通過し、排ガス流で前記開口近傍の温度が低下
する等して、燃焼バーナ６ａ₁の燃焼が不安定になる。

【０００７】一般に排ガスは、ボイラにあっては低温と
される４００℃以下であり、さらに排ガスの酸素分圧は
数％程度と低量なため、上記の燃焼阻害は著しいものと
なる。また、上記の燃焼阻害は、排ガス再循環量の割合
が高く、かつ燃焼ガスの温度が低温となる低負荷時に顕
著であることが判明している。

【０００８】また、従来では上記のように燃焼バーナ６
ａの燃焼が不安定になると、点火用のバーナを燃焼（助
燃）させて上記の燃焼阻害を回避することも考えられて
いる。しかしその場合、点火用のバーナの燃料とされる
軽油は一般に高価なため、コスト高を招くという問題が
あった。

【０００９】さらに排ガス流の偏りのために缶鳴りが発
生するという問題もあった。

【００１０】本発明の目的は、排ガス流を加熱または排
ガス流の偏りを抑制し、再熱方式のボイラ火炉の運転に
おいてコスト高を招くことなく、排ガスの再循環導入を
図っても、なお燃焼バーナ６ａにおける燃焼を安定さ
せ、また、缶鳴りを防止すること等にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、火炉側壁両
側に多段バーナを対向して備えたボイラ火炉を運転する
方法であって、バーナにおける燃焼ガスを循環させ、炉
底から再導入するボイラ火炉の運転方法において、燃焼
ガスが炉内を火炉側壁のいずれか側に、偏って上昇する
かあるいは偏らずに炉内中央を上昇するか、のいずれか
の流動経路に応じて、多段バーナの作動を制御すること
により達成される。

【００１２】燃焼ガスが火炉側壁のいずれかの一方側に
偏って上昇する流動経路の場合、作動させる多段バーナ
の最下段では、前記一方側の反対側のバーナを作動させ
ることとする。

【００１３】また、上記他の目的は、燃焼ガスのいずれ
の流動経路であっても、作動させる多段バーナの最下段
では、火炉側壁両側のバーナをともに作動させることに
より達成される。

【００１４】好適には、作動させる前記多段バーナの最
下段のバーナに対して、一段上に位置するバーナをも作
動させることが望ましい。

【００１５】

【作用】上記構成によると、排ガス流の偏りの反対側の
バーナが排ガス流を加熱するので、排ガス流の温度が上
昇し、排ガス流が上段の燃焼バーナに到達しても、バー
ナ開口近傍を冷却することはない。

【００１６】本発明の原理、作用を明確にし、その有効
性を実証するため、図４の各図に示す３種類のバーナ６
の作動パターンをモデルとして実証試験を行った。以
下、試験例を詳述する。なお、以下の説明において、上
記と同一の部材、要素については同一、同種の符号を付
すこととする。

【００１７】同試験において、バーナ６１、６２、６３
は火炉２の缶の前側に上段から順に３段にわたって装着
され、バーナ６４、６５、６６は火炉２の缶の後側に、
やはり上段から順に３段にわたり、それぞれ前側のバー
ナに対向して装着されたボイラ火炉を使用した。再循環
されるガス量を３５％とし、また、各バーナ６には、そ
れぞれ火炎の発光強度から着火を判定する火炎検出器
（図示しない）を設けた。バーナ６の各段ごとにおける
火炎検出器からの出力の平均を図５に示す。

【００１８】図４（Ａ）は、バーナ６１、６５を燃焼バ
ーナ６１ａ、６５ａとした場合であり、本モデルにおけ
るガスの流動状況を矢印１８Ａ、１８Ａ’に示す。本試
験において、燃焼バーナ６５ａからの噴流は図において
反時計回りの循環流を形成し、ガス流１８Ａ’を燃焼バ
ーナ６５ａにおける火炎に巻き込むことになったが、燃
焼バーナ６５ａはガス流１８Ａの反対側に位置するた
め、巻き込まれるガス流は少量であり、ほとんど影響が
なかった。一方、ガス流１８Ａ、は燃焼バーナ６５ａに
おける火炎によって加熱されて温度が上昇してから燃焼
バーナ６１ａに至るので、燃焼バーナ６１ａに対する影
響は全くなかった。図５に示すように燃焼バーナ６５ａ
においてわずかに出力が低くなるものの、火炎検出に必
要な５０％以上の出力光量は得られ、試験結果の中では
最も安定した結果となった。

【００１９】図４（Ｂ）は、バーナ６２、６５を燃焼バ
ーナ６２ａ、６５ａとした場合であり、バーナ６２から
の火炎は矢印８Ｂで示すように時計回りの循環流とな
り、一方、バーナ６５からの火炎は矢印８Ｂ’で示すよ
うに時計回りの循環流となった。そのため、ガス流１８
Ｂは燃焼バーナ６５ａには至らず、すなわちそのほとん
どが燃焼バーナ６２ａに向かうこととなった。それ故、
燃焼バーナ６２ａでの燃焼が影響され、火炎が不安定と
なって火炎検出器からの出力は低下したが、それでも図
５に示すように６０％の出力が確認され、良好な結果が
得られた。

【００２０】図４（Ｃ）は、バーナ６２、６４を燃焼バ
ーナ６２ａ、６４ａとした場合である。燃焼バーナ６５
ａからの噴流は、矢印８Ｃに示すように時計回りの循環
流を形成し、ガス流１８Ｃは、循環流８Ｃにより加速さ
れて流速２０ｍ／ｓで燃焼バーナ６２ａに到達した。そ
のため図５に示すように、燃焼バーナ６２ａの火炎は不
安定となり、いわゆる吹き飛び現象が観察された。燃焼
バーナ６２ａの火炎を安定させるために、点火バーナを
常に作動させなければならなかった。また、燃焼バーナ
６２ａの火炎が吹き飛ばされて、未着火のガスが燃焼バ
ーナ６４ａの火炎に流れ込み、燃焼バーナ６４ａにおけ
る火炎検出器からの出力も低下した。

【００２１】以上の試験結果から、ガス流１８の反対側
のバーナを作動させることによって各バーナが安定して
燃焼することが判明した。すなわち図４（Ｃ）に示すバ
ーナ作動パターンとすると、火炎は不安定となり、火炉
の連続運転は不可能となった。なお、上記の試験モデル
では、上段および中段のバーナを燃焼バーナとしたが、
中段および下段のバーナを燃焼バーナとしてもほぼ同等
の結果が得られた。

【００２２】また、燃焼バーナからの火炎流等によって
排ガス流の偏りが是正され、排ガス流が火炉側壁に当た
ることもなくなる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明を実施するためのボイラ火炉の一例
を示し、なお、上記説明と同一の部材、要素には同一、
同種の符号が付されており、また、上記の従来の技術の
説明と同一の内容は、説明を省略する。

【００２４】図１において示すボイラ火炉２は、最大出
力を６００ＭＷとする、微粉炭焚きのボイラであり、微
粉炭バーナ６は６列構成とされ、バーナ６の３列、すな
わちバーナ６１、６２、６３は火炉２の缶の前側に上段
から順に３段にわたって装着されている。バーナ６の他
の３列、すなわちバーナ６４、６５、６６は火炉２の缶
の後側に、やはり上段から順に３段にわたり、それぞれ
前側のバーナに対向して装着されている。なお各バーナ
６に対応して、６台の石炭粉砕用ミル（図示しない）が
装備され、バーナの上部には２段燃焼用のエアポート１
０が形成されている。

【００２５】図１は、また、本発明の一実施例によるバ
ーナ６の作動パターンを示し、本実施例は出力を３００
ＭＷまたは４５０ＭＷとするボイラ火炉の運転時に好適
とされる。本実施例において、再循環される排ガス量の
割合は３５％とされ、また、バーナ６１、６４、６５が
それぞれ燃焼バーナ６１ａ、６４ａ、６５ａとされてい
る。その他のバーナ６２、６３、６６は消火バーナであ
る。

【００２６】本実施例によって火炉２を運転すると、方
向１８でガス流が火炉２側壁に沿って上昇し、ガス流は
燃焼バーナ６４ａからの火炎によって加熱されてからガ
ス流側にある燃焼バーナ６１ａを通過することになるの
で、ガス流が燃焼バーナ６１ａの開口近傍を冷却するこ
とはない。また燃焼バーナ６４ａ、６５ａの開口近傍に
はガス流が通過しないので、ガス流が燃焼バーナ６４
ａ、６５ａでの燃焼を阻害することはない。このように
本実施例によるといずれの燃焼バーナ６ａにおいても安
定して燃焼し、火炎が不安定となることはない。なお、
燃焼バーナ６５ａからの噴流は、図において反時計回り
の循環流を形成し、ガス流の一部を燃焼バーナ６５ａに
おける火炎に巻き込むことになるが、燃焼バーナ６５ａ
は、ガス流側の反対側に位置するため、巻き込まれるガ
ス流は少量であり、ほとんど影響がない。

【００２７】出力を４５０ＭＷとする場合、再循環され
る排ガス量の割合は３０％とされ、バーナの作動パター
ンは、上記パターンに加え、バーナ６２が燃焼バーナ６
２ａとされる。

【００２８】本実施例において出力３００ＭＷ時、４５
０ＭＷ時のいずれにおいてもバーナ６３、６６は消火バ
ーナ６３ｂ、６６ｂとされる。これは、ガス流がバーナ
の上段に向かうにつれて、その流速が減衰し、さらにガ
ス流温度が上昇するため、ガス流によるバーナでの燃焼
への影響が小さくなる等の理由による。

【００２９】図２は、本発明の他の実施例によるバーナ
６の作動パターンを示し、本実施例では、バーナ６１、
６２、６５が、バーナ６１ａ、６２ａ、６５ａとされて
いる。本実施例は、故障、保守等の理由で図１実施例の
実施ができない場合を想定しており、本実施例によって
もボイラ火炉の運転に支障が生じない程度の効果を得る
ことができる。

【００３０】図３は、本発明のさらに他の実施例による
バーナ６の作動パターンを示し、本実施例は出力を６０
０ＭＷとするボイラ火炉の運転時に好適とされる。本実
施例において、再循環される排ガス量の割合は１０％と
され、また、１００％負荷時においてバーナ６の少なく
とも１つをバックアップ用として確保する必要がある点
をも考慮し、バーナ６１、６２、６４、６５、６６がそ
れぞれ燃焼バーナ６１ａ、６２ａ、６４ａ、６５ａ、６
６ａとされている。バーナ６３のみが消火バーナ６３ｂ
である。

【００３１】本実施例の場合、上記のように５つのバー
ナ６を作動し、得られる熱量が大きいため、水壁管４と
管群１２との熱吸収の割合が大きくアンバランスになる
ことはなく、ガス量の割合は１０％に低減される。この
ようにガス量が低量であるため、バーナ６における火炎
が不安定となる可能性は低いが、火炎温度が最も低くな
るバーナ６を考慮すると本実施例は有効であり、火炎検
出器（図示しない）による評価によって本実施例の有効
性が確認された。

【００３２】なお、上記の各実施例では、炉底の後側に
排ガス再循環用の開口１６が形成された火炉２について
説明されているが、本発明はそれに限定されず、炉底の
前側に排ガス再循環用の開口１６が形成された火炉につ
いても実施でき、その場合、バーナ６の作動パターンを
前後反転させればよいことは明らかである。

【００３３】図６は、本発明の別の実施例を示し、本実
施例は火炉２の炉底において、後側の排ガス再循環用の
開口１６に加え、前側にも排ガス再循環用の開口１６′
を有するボイラ火炉の運転に好適な例と目される。図
中、図６（Ａ）は本実施例によるバーナ６の作動パター
ンを示し、バーナ６２、６５が燃焼バーナ６２ａ、６５
ａとされている。図６（Ｂ）は比較例を示し、同例で
は、バーナ６２、６４が燃焼バーナ６２ａ、６４ａとさ
れている。

【００３４】いずれの例においても、ガス流１８は火炉
２の、前側側壁、後側側壁のいずれにも偏らず、中央部
を上昇し、バーナからの火炎と混合することになるが、
図６（Ａ）の例では燃焼バーナ６２ａ、６５ａからの火
炎が同一高さで対向するため、ガス流１８は前後方向に
２分される。一方、図６（Ｂ）の例では燃焼バーナ６２
ａからの火炎が図において時計回りの循環流をなすの
で、ガス流１８は炉底から上昇後、直に前側に偏り、燃
焼バーナ６２ａに向かうことになる。従って、本実施例
は、比較例よりも安定した火炎となる。なお、本実施例
において燃焼バーナを増加させる場合、上段のバーナを
作動させることができる。

【００３５】図７は本発明のさらに別の実施例を示し、
本実施例は天然ガスを燃料とするボイラ火炉に好適とさ
れる。ガス焚きのボイラにおいては燃料性が良好なた
め、再循環排ガス流によって火炎が不安定となる可能性
は少ないので、本実施例においてはガス流の偏流による
缶鳴りの防止が主な目的とされる。

【００３６】本実施例のためのボイラ火炉は、上記の各
実施例の微粉炭焚きのための火炉と異なり、燃焼によっ
て灰は生じないのでクリンカホッパ１４は省略され、ま
た、炉底は矩形平面状とされている。各段におけるバー
ナをそれぞれ単独で作動させる制御が可能であり、排ガ
スの導入形態は上記の実施例のいずれであってもよい。
ガス流１８が火炉２の中央を上昇する場合、本実施例
によるバーナ６の作動パターンは、図７（Ａ）および図
７（Ｂ）に示すとおりであり、図７（Ａ）において、バ
ーナ６１、６２、６４、６５が燃焼バーナとされ、さら
に詳述すると、例えば図７（Ｂ）に示すように、バーナ
６１または６４において中央と右側とが燃焼バーナ６１
ａまたは６４ａとされ、バーナ６２または６５において
は両側が燃焼バーナ６２ａまたは６５ａとされている。
すなわち、バーナ６２または６５においてはそれぞれの
バーナの作動パターンが対称となるように作動させる。

【００３７】ガス流１８が前側または後側のいずれかに
偏る場合には、各段における燃焼バーナの作動パターン
を全て作動させなくとも、図１に図示のように各段にお
いて、バーナ６１、６４、６５が燃焼バーナ６１ａ、６
４ａ、６５ａとされていればよい。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、再循環される排ガス流
の偏りの反対側のバーナによって排ガス流を加熱するの
で、排ガス流の温度が上昇し、もって排ガス流の低温に
起因するバーナの燃焼阻害が防止され、また、バーナの
火炎流等によって排ガス流の偏りが是正されるので火炉
り缶鳴りが防止される等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるバーナの作動パターン
を示す、ボイラ火炉の断面図である。

【図２】本発明の他の実施例によるバーナの作動パター
ンを示す、ボイラ火炉の断面図である。

【図３】本発明のさらに他の実施例によるバーナの作動
パターンを示す、ボイラ火炉の断面図である。

【図４】本発明の実証試験におけるバーナの作動パター
ンを示す、ボイラ火炉の断面図である。

【図５】図４の実証試験におけるバーナの火炎検出器の
出力を示すグラフである。

【図６】本発明の別の実施例によるバーナの作動パター
ンを示す、ボイラ火炉の断面図である。

【図７】本発明の別の実施例によるによるバーナの作動
パターンを示す、ボイラ火炉の断面図である。

【図８】従来の技術によるバーナの作動パターンを示
す、ボイラ火炉の断面図である。

【符号の説明】

２火炉４水壁管６バーナ、６ａ燃焼バーナ、６ｂ消火バーナ８火炎ガス方向１０エアポート１２管群１４クリンカホッパ１６排ガス再循環用開口１８排ガス流方向Ｆ前側バーナｒ後側バーナ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】火炉側壁両側に多段バーナを対向して備
えたボイラ火炉を運転する方法であって、前記バーナに
おける燃焼ガスを循環させ、炉底から再導入するボイラ
火炉の運転方法において、前記燃焼ガスが炉内を前記火
炉側壁のいずれか側に、偏って上昇するかあるいは偏ら
ずに炉内中央を上昇するか、のいずれかの流動経路に応
じて、前記多段バーナの作動を制御することを特徴とす
るボイラ火炉の運転方法。
【請求項２】請求項１に記載のボイラ火炉の運転方法
において、前記燃焼ガスが火炉側壁のいずれかの一方側
に偏って上昇する流動経路の場合、作動させる前記多段
バーナの最下段では、前記一方側の反対側のバーナを作
動させることを特徴とするボイラ火炉の運転方法。
【請求項３】請求項１に記載のボイラ火炉の運転方法
において、前記燃焼ガスの前記流動経路のいずれであっ
ても、作動させる前記多段バーナの最下段では、前記火
炉側壁両側のバーナをともに作動させることを特徴とす
るボイラ火炉の運転方法。
【請求項４】請求項２または請求項３に記載のボイラ
火炉の運転方法において、作動させる前記多段バーナの
最下段のバーナに対して、一段上に位置するバーナをも
作動させることを特徴とするボイラ火炉の運転方法。