JPS5833003A - オ−バ−フアイア燃焼による蒸気温度制御方法および装置 - 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】 本発明は化石燃料を燃焼する蒸気発生装置の操作に係る
ものであり、更に具体的にいえば化石燃料を放出し燃焼
を開始する第１区域と炉内の窒素酸化物の生成を制御す
るため第１区域の下淀に配置された第２区域との間の燃
焼空気の比例配分によりそして過熱蒸気温度を制御する
ため炉の出口との関係で第２区域を選択的に配置するこ
とにより化石燃料蒸気発生装置の炉で燃焼する方法の改
良に係るものである。

典型的な蒸気発生装置において、供給水は炉壁を通り、
炉内の化石燃料の燃焼により放出された熱を炉壁で水が
吸収する。水が炉壁の水管を派れるとき水は飽和温度に
まで島められ、それから一部蒸発させられて蒸気と水と
の混合をつくる。この蒸気と水との混合はドラムに通さ
れ、そこで水は補給水と混ぜられ、そして再び炉壁の水
管を通る。ドラム中で水から分離された蒸気は、炉出口
の下流の熱交換面を通って炉から出ていくガＺスと熱交
換して過熱される。

所望の過熱蒸気温度をつ（るためには、水加熱回路、蒸
気回路、蒸発回路そして蒸気過熱器の全熱吸収を調整す
るばかりでなく、蒸気過熱器に吸収される熱に対する蒸
発回路よの水加熱で吸収される熱の比を調整しなければ
ならない。炉の熱吸収の全量の調整は炉内の化石燃料の
燃焼量を制御することにより比較的容易に行なえるけれ
ども。

蒸気過熱器の熱吸収に対する蒸発回路と水加熱回路との
間の熱吸収の比率を制御することはや＼困難である。過
熱蒸気の温度低下、ガス再循環、バーナ傾斜を含む種々
の制御方法がこれまで使用され、いずれも酸物している
。

バーナー傾斜による蒸気温にの制御では、燃焼域は炉内
でその位■を変える。過熱蒸気温度を上げるには炉内の
熱吸収量を減少させればよいが、その方′法として炉に
＾る空気と燃料とを炉の出口に向けて上昇させ、それに
より炉内の燃焼区域を上げてそして燃焼区域を炉の出口
へそしてそれの下流の過熱器へ近づける。蒸気の過熱温
度を低下させるには炉壁の水管の熱吸収を増大させれば
よいが、それには炉へ放出される燃料と空気とを炉の出
口から離して炉内で燃焼区域を脚下させ燃焼区域を炉の
出口からそしてそれの下流の過熱器から離してしま５゜ 蒸気温度を制御するバーナ傾斜方法の問題点はバーナ傾
斜機構が非常に複雑であるということである。炉内の燃
焼中輩素酸化物の生成を制御するよう設計された最近の
新しい低放出バーナは特にその傾斜機構が複雑である。

燃料区域内に燃料と一緒に放出される空気波が燃料の流
れの拘りに配置されて燃料と空気との混合を炉に入った
そのときに制御するようにするため低放出バーナの多（
は多数の同心ダクトから形成され″ている。

燃焼を開始する第１区域とこの第１区域の下流の第２区
域との間でそして第１区域と炉の出口との間で空気の流
れの配分を決めることにより化石燃料炉の燃焼プロセス
における堕素酸化物の生成を制御することも先行技術に
おいてよく知られている。２段燃焼又はオーバーファイ
ア空気燃焼といわれているこの窒素酸化物生成制御法に
おいては、入れた燃料の燃焼に必要とされる空気の理論
的蓋よりも少ない、すなわち化学量論的−よりも少ない
燃焼空気の第１の部分が燃焼しようとする燃料のすぐそ
ばの第１の区域に入れられ、オーバーファイア空気と呼
ばれるその残りの燃焼空気は炉の下流の第２の区域に入
れられ、ガスが炉の出口を出る前に燃料を完全に燃焼さ
せてしまうようにする。

本発明の目的は、蒸気の過熱蒸気温度を容易に制御でき
る化石燃料の蒸気発生装置の燃焼の改良方法を提供する
ことであり、史に、炉内の望素酸御も統合制御プロセス
の形で実施する化石燃料の蒸気発生装置の燃焼方法を提
供することである。

ガス出口を有する長い炉、炉壁の蒸気発生管２イニング
、ガス出ロダク）Ｒの過熱器表面にガス出口からガスを
運ぶためガス出口へ接続されているガス出口ダクト、そ
して炉壁の蒸気発生管ライニング間に発生した蒸気を過
熱器を通して運ぶ手段を有する化石燃料蒸気発生装置に
おける炉の燃焼方法において、炉のガス出口から遠い炉
内の第１の区域へ燃料を入れ、第１の部分の燃焼空気を
第１の区域へ入れて燃料と混合し、そして第１の区域で
燃料の燃焼を開始し、そして炉の出口と第１の区域との
中間で第１の区域から離されている炉内の第２の区域へ
第２の部分の空気を入れる炉の燃焼方法に本発明は係る
ものである。

過熱器表面を通って運ばれる過熱蒸気の出口温度の調整
は本発明に従って、炉に入れられる空気のＭ２部分を炉
のガス出口に同社るよ５ＫＬ、て過熱器の蒸気出口温度
を筒めることにより、又は炉に入れられた空気の第２の
部分を炉のガス出口から陥れさせるようにして蒸気の過
熱出口温度を下げることにより、行なわれる。

更に、炉内の燃料の燃焼中の窒素酸化物の生成の制御は
、第１の部分と第２の部分との間の空気の配分比率を選
択して第１区域へ入る燃料に必要な化学量論的量よりも
少ない鷲の空気を第１の区域に入れ、そして炉内で燃料
を完全に燃焼するに足る量の空気を第２区域へ入れるこ
とにより行われる。

添付図を参照する。化石燃料蒸気発生装置の垂直に長い
炉１０は直立水壁１２とそれの上端にガス出口１４とを
有している。蒸気を発生さ、せるには、下の氷壁入口へ
ラダー１６から炉１０を形成する氷壁１２を通して水を
上方へ通す。水が水壁１２を上方へ通るとき炉ｌＯ内の
化石燃料の燃焼からの熱を水が吸収し、そして先ず飽和
温度へ加熱され、それから一部は蒸発して蒸気と水との
混合をつくる。水壁１２を出るこの水と蒸気との混合は
氷壁出口のヘッダ１８に果められ、それからドラム２０
へ通されて、そこで水と蒸気と＆ま分離される。

ドラム２０内の蒸気と水との混合から分離した水は補給
水と混ぜられ、氷壁下方のリングへツタ−１６へ下降管
２２を通して戻され、そこから再び水壁１２を通って上
昇する。ドラム２０内の蒸気と水との混合から除かれた
蒸気は、炉内で生成されたガスを蒸気発生装置スタック
へ運ぶため炉出口１４へ接続されたガス出口ダクト２６
内の熱交換面２４、例えば過熱器又は再熱器を通る。熱
交換面２４を通るとき、蒸気は過熱される。ガス出口ダ
クト２６を通って炉ｌＯのガス出口１４を出る高温ガス
と蒸気は熱交換をするからである。

炉ｌＯのガス出口１４から遠い炉１０の下方区域の幾つ
かの固定燃料注入口３２．３４，３６．３８を通して第
１の区域３０へ燃料を入れることにより炉１０を燃焼さ
せる。炉に入れる燃料の量を調節して蒸気発生装置に所
望の全熱吸収をつくりだすに必要な全熱放出をつくるよ
うにする。炉１０は添付図では粉炭を燃焼する炉として
示したけれども、燃料は油、天然ガス又はこれらの燃料
の組脅せてもよい。いずれにせよ、ガス出口１４から遠
い炉１０の下方域の第１区域３０に燃料を注入してその
中で浮遊燃焼させる。

添付図に示すように、粉炭を燃焼するときは、供給器４
２を通して制御された割合で貯蔵物４０から原炭を空気
吹付は粉砕器４４へ送って、そこで原炭を微粉状にする
。排出ファン４６によって供給ダクト４８を通しそして
粉砕器４４を通して空気ヒータから予熱空気を引き込み
、この予熱空気で粉炭を乾燥させそして粉炭を運ぶ。そ
れから、その粉炭と空気とは燃料注入口、すなわちバー
ナ３２．３４．３６．３８を通して炉１０の第１の区域
３０に入れられる。粉炭を乾燥させそして粉炭を燃料注
入口へ運ぶのに使用する予熱空気は普通全燃焼空気の１
０−１５パーセントである。燃焼空気は強制吸込みファ
ン５０により空気供給ダクト５２を介して空気予熱器５
４へ供給され、そこで燃執空気は炉からガス出口ダクト
２６を出ていくガスと熱交換する。

本発明に従って、空気予熱器５４を出る空気の第１の部
分は燃料注入口３２．３４．３６．３８の拘りの風箱へ
空気ダクト５６を遡って送られる。この第１の部分の空
気は風箱から炉内の第１区域３０に通り、そこで燃料の
燃焼が開始する。同時に、空気予熱器５４を出る空気の
第２の部分は空気ダクト５８を通り、そしてオーバーフ
ァイア−空気注入口６２．６４を通って第２区域６０へ
入る。

燃焼を完全なものとするこの第２区域６０は第１区域３
０から離れており、そして炉ｌＯの第１区域３０とガス
出口１４との中間にある。第１区域内に注入された燃料
が部分燃焼するときに第１区域３０内に生成するガスは
ガス出口１４を通り【炉ｌＯを出てい（ときに第２区域
６０を横切らなければならない。第２区域６０では未燃
焼燃料が燃焼され、そして燃焼の部分的生成物例えば−
酸化炭素は更に酸化されて完全燃焼してからガスは炉の
頂部のガス出口１４を出ていく。

本発明に従って、過熱器２４を出る過熱蒸気の出口温度
の調整は、オーバーファイア空気注入口を通して炉１０
の第２区域６０に注入された空気の第２の部分を炉１０
のガス出口へ向けて上昇させ蒸気温度を上げることによ
り、又は炉１０のガス出口１４から下降させて蒸気温良
を下げることにより行なわれる。測定装置６６を過熱器
表ＵＨＪ２４の出口に設けて過熱器２４を出る過熱器の
蒸気の温度を測定する。比較装に６８を設けて、測定装
置６６が感知した過熱出口温度を蒸気発生装置の操作員
が設定した所望の過熱蒸気温度と比較して、賜い又は低
い過熱蒸気出口温度を表わす信号をつくる。アクチュエ
ータ７２が比較装置６８からの信号７０をうけて、これ
に応答して操作機構を作動してオーバーファイア空気注
入口６２，６４と関連しているノズルチップを土工させ
て、第２区域６０に入る空気を、蒸気出口温度が低いこ
とを示す信号に応答して炉ｌＯのガス出口１４に向は上
方へ又は過熱蒸気出口温度が高いことを示す信号に応答
して炉１０のガス出口１４から下方へ偏向させる。

炉ｌＯの第２区域６０へ入れられている空気の第２の部
分が上方へガス出口１４に向けられると１、第２区域６
０はガス出口１４へ向かって上方へ移る。そうするとき
、燃焼の完了は遅らされ、そして炉１０のガス出口’１
４の近（へ移され、その結果としてガス出口１１４を通
って炉ｌＯを出てそれからガス出ロダクト２６内の過熱
器表面２４を通るガスの温度は上る。炉ｌＯを出るガス
の温度が上がるとき工匠の過熱器表面２４を通る蒸気に
よる熱吸収の量も増加してそれにより過熱器の蒸気出口
温度を藁める。

同様にして、炉の第２区域６０に放出される空気の第２
の部分がガス出口１４から離れて下方に向けられるとき
、第２の区域はガス出口１４から離れて下方へ第１区域
３０へ向って移り、そして燃焼は早めに完了する、すな
わち燃焼はガス出口１４から離れて完・了する。そのた
めガス出口１４を通って炉１０を出るガスの温度は下が
る。ガス出口１４に到達する前に燃焼完了後ガスはより
多くの水壁面を横切っていかなければならないからであ
る。ガス出口１４を出てい（ガスの温度が下がるとぎ、
ガス出口ダクト２６内の過熱表面２４を通る蒸気による
熱吸収は減少し、それにより過熱蒸気の出口温度は下が
る。

炉ｌＯ内の望素酸化物の生成は、既知の原理に従つ℃炉
１０の第１区域３ｏと第２区域６ｏとの間の空気の配分
により効果的に制御されることができる。

上に運べたようにして蒸気温度を調整し、そして第１と
第２の部分との間の空気の配分を選定して第１の区域３
ｏに入れた燃料に対する化学量論的−よりも少ない臘の
空気を第１の区域３ｏに入れそして第１の区域３ｏに入
れた燃料の完全燃焼に足るだけの量の空気を第２の区域
６ｏへ入れることにより炉１０内の燃料の燃焼中望素酸
化物の生成を蒸気温度の調蟹と同時に制御することを本
発明は意図している。更に、こ＼では固定されているバ
ーナである燃料注入口３２．３４．３６．３８は、炉の
注入時に空気と燃料との混合を制御すること、により窒
素酸化物生成を低減するように設計された型式のもので
ある。既に述べたように、この型式のバーナは非常に複
雑な設計である。然しながう、本発明に従って炉へ入れ
られた空気の第２部分を選択的に上方へ又は下方へ向け
ることにより蒸気出口温度が制御されるので、バーナ３
２−３８を傾斜させるための手段を必要としない。

固定しておけばよいので複雑な低放出バーナを容易に利
用することができる。

本発明を別の観点からみれば、炉ｌｏ内へそして第２区
域６０内へ入れられた空気の第２部分は史に少なくとも
２つの部分に分けて、これらの部分を第ルベルのオーバ
−７アイア空気放出口６２と第２レベルのオーバーファ
イア空気放出口６４とを通して炉内へ入れる。これらの
オーバーファイア空気放出口６２，６４は炉１ｏのガス
出口１４と第１区域３ｏとの中間で第１区域３ｏから離
れ、そして相互からも離されていて炉の壁に、好ましく
は炉の隅に配置されている。か（して、垂直方向に相互
に間隔をあけて、そして第１の燃焼区域３０から増大し
ていく距離に配置された複数レベルのオーバーファイア
空気注入口を第２区域６０内に収けることを本発明は意
図している。これによって蒸気発生装置の操作者はオー
バーファイア空気注入口の幾つかのレベルのうちの１つ
又はそれ以上のレベルを選んで炉内へを気の第２部分を
入れて、蒸気発生装置が作動する負荷範囲の各点で窒素
酸化物生成と蒸気温度の最適制御を行なえるようになる
。

本発明により蟹素酸化物の生成と蒸気温度とが統合的に
容品に制御できる化石燃料の蒸気発生装置の炉を燃焼さ
せる改良方法が提供されたのである。本発明の好ましい
実施例を示したけれども。

本発明はこれに限定されるものではなく、当某者による
変更は本発明の思想から逸脱することな（行なわれるも
のである。

【図面の簡単な説明】

添付図は本発明による蒸気発生装置を示す断面図である
。 １０・・炉、１２−・炉壁、１４・・ガス出口、１６−
・−人口ヘッダ、１８−・出口ヘッダ、２０（過熱器表
面）、２６・・ガス出口ダクト、３０・−第１の区域、
３２，３４，３６，３８・−燃料注入口（バーナ）、５
６．．５８・・空気ダクト、６０・・第２区域、６２．
６４・・オーバーファイア空気注入口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ｌＪ　　ガス出口＋Ｖする長い炉、この炉のｋＪｊ、
   にこ配ト内に配置した過熱器表面及び別記の出口ダクト
   を通るガス士熱父換関保にある前記の過熱器表面を通っ
   て前記の蒸気発生管Ｐ３番こ発生した蒸気を運ぶ手叡を
   儒えた化石燃料を燃説する蒸気発生表直番こおける炉の
   燃説方法擾こおいて、 ＋４１　　前記の炉内で炉のガス出口から遠い第１の区
   域に燃料を注入し。 （川　燃料の燃焼を一始する前記の第１の区域へ空気第
   ”０部分を入れ・　、 （ハ）　前記の第１の区域から離れ、／シて前記の炉の
   ガス出口と前記の＠ｉの区域との中間で前記の炉内へ空
   気の第２の部分を入れ、そして 四　前記のｆｆこ注入した空気の第２部分を炉のガス出
   口の方へ向けて蒸気の出口温度を上げ、又は空気の＊２
   １１１分を炉のガス出口から離れる方）へ向け℃蒸気の
   出口温度を下けること番こより前記の過熱器表面を通っ
   て運１はれる蒸気の出口温度を一覧する 諸段階を含むことを特徴とする炉の燃焼方法。 （２）　　炉に空気の第２部分を入れる段階が、ビ）　
   この第２部分を少なくとも２つの部分に分け、 （川　これらの部分を、前記の第１区域から離れ、そし
   て炉のガス出口と％１区域との中間で相互から間隔を置
   いた場所で炉内に入れる ２つの段階を含んでいる特許請求の範囲第１３Ａ＃こ記
   載の炉の燃焼方法 （３）第１の部分と第２の部分の間で空気の配分を選択
   して、第１区域へ入れた燃料番こ対し化学量胸的量より
   も少ない量の空気を第１区域に入れ、そして第１区域へ
   入れた燃料の完全燃焼に足りる量のを気を第２区域に入
   れて、炉内の燃料の燃焼中画素ば化物の生成を制御する
   段階を更に含んでいる特許請求の範囲第１１ｊｊ又は第
   ２項に記載の炉の燃焼方法。 （４）　　上端にガス出口を有する垂直に長い炉と、こ
   の炉の壁（こ配置した蒸気発生管と、炉のガス出口から
   ガスを運ぶため炉のガス出口へ接続されたガス出口ダク
   トと、この出口ダクトに配置した過熱器表面と、前記の
   出口ダクトを通るガスと熱交換関係４こある熱父換器表
   面を通して前記の蒸気発生管で発生した蒸気を運ぶため
   の手段とを有する化石燃料を燃焼する蒸気発生装置の炉
   の燃焼方法において、Ｈ）　ガス出口から遠い炉の下方
   区域に燃料を注入し、 （口Ｊ　前記の炉の下方区域のすぐそはに、注入燃料に
   対し化学量削的量よりも少ない量の空気の第１の部分を
   注入して燃料の燃焼を（ハ）　ガス出口より下で前記の
   下方区域より上でそれから離れている中間区域に、下方
   区域に注入した燃料の完全燃焼に足りる空気の第２の部
   分・を注入し。 に）前記の過熱１器表面を通って運ばれる蒸気の出口温
   度を測定し、 （酎　この測定した過熱蒸気の出口温度を所望の過熱蒸
   気の出口温度と比較して、過熱蒸気の出口温度が高いか
   、又は低いかを表わす信号をつくり、そして （へ）　過熱蒸気の出口温度が高いことを示す信号に応
   答して炉のガス出口から離れるよう水平に対し下向きの
   角度に向けて前記の空気の第２の部分を炉に注入し、そ
   して過熱蒸気の出口温度が低いことを示す信号に応答し
   て炉のガス出口の方へ水平に対し上向きの角度に向けて
   前記の空気の第２の部分を炉に注入して前記の過熱器表
   面を通り運ばれる蒸気の出口温Ｋを、Ｓ１１喪する諸段
   階を備えることを特徴とする化石燃料を燃焼する蒸気発
   生装置の炉の燃焼方法。 （５）垂直に長い炉、この炉の壁に配置した蒸気発生管
   ；炉のガス出口からガスを運ぶため炉のガス出口へ接続
   されているガス出ロタ”クト；この出ロダク・トに配置
   した過熱表面；前記の出口ダクトを通るガスと熱交換関
   係にある前記の過熱表面を通して前記の蒸気発生管で発
   生した蒸気を運ぶための手段；前記の炉のガス出口から
   遠い区域において炉に燃料を注入するための静止火入れ
   手段；炉内の燃料のすぐそばに空気を注入する第１の空
   気手段；前記の火入れ手段から遠くに炉内へ付加的な空
   気を注入するため前記の第１の空気手段から上方に離し
   て配置した第２の空気手段；前記の第１と第２の空気手
   段が炉に注入する空気の配分比を選定する手段：前記の
   過熱表面を辿って運はれる蒸気の出口温度を測定する手
   段；この測定した過熱蒸気の出口温度を所望の過熱蒸気
   の出口温度と比較して、過熱蒸気中口温度が高いか低い
   かを表わす信号をつくる手段；および過熱蒸気出口温度
   が高いことを示す信号に応答して炉のガス出口から離し
   て水平に対し下向きの角度に前記の第２の空気手段を通
   して炉へ空気を入れ、そして過熱蒸気出口温度が１低い
   ことを示す信号に応答して炉のガス出口に向けて水平に
   対し上向きの角度に前記の第２の空気手段を通して炉へ
   空気を入れる手段を備えていることを％徴とする化石燃
   料を燃焼する蒸気発生装置。