(57)【要約】【課題】  ２段燃焼法を採用しているボイラの２段燃焼用オーバエアポートの灰付着を低減する。【解決手段】  ２段燃焼用オーバエアポートの出口の広がり部に低温のガスまたは液体のシール媒体を供給する。シール媒体としては、オーバエアの一部、ボイラ排ガス、空気、水、高圧蒸気などを用いる。広がり部にシールポートを設けてシール媒体を供給する。オーバエアポートの広がり部が、シール媒体でシールされるので、灰の付着が低減される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炉の炉壁に灰を含んだ燃料を燃焼するバーナを備え、前記炉壁の前記バーナよりも上部に、出口に広がり部を有するオーバエアポートを備え、前記オーバエアポートからオーバエアを供給することによって２段燃焼が行われるようにしたボイラにおいて、前記オーバエアポートの出口近傍をガスまたは液体でシールするシール媒体供給機構を設けたことを特徴とするボイラ。
【請求項２】
請求項１において、前記シール媒体供給機構にシールポートが備えられ、前記シールポートが前記オーバエアポートの出口の広がり部からシール媒体が供給されるように配置されていることを特徴とするボイラ。
【請求項３】
請求項２において、前記シールポートに前記オーバエアポートの出口広がり部の壁面に沿ってシール媒体が供給されるようにシール媒体噴射孔が設けられていることを特徴とするボイラ。
【請求項４】
請求項１において、前記オーバエアポートがオーバエアを縮流にて供給するものであることを特徴とするボイラ。
【請求項５】
請求項１において、前記シール媒体供給機構が、オーバエアの一部を分岐してシール媒体として噴出するように構成されていることを特徴とするボイラ。
【請求項６】
請求項１において、前記シール媒体供給機構が、ボイラ排ガス、空気、水或いは高圧蒸気の少なくとも1種をシール媒体として噴出するように構成されていることを特徴とするボイラ。
【請求項７】
請求項２において、前記シールポートが前記広がり部の周囲に複数個備えられていることを特徴とするボイラ。
【請求項８】
請求項１において、前記オーバエアポートの出口の広がり部が複数本の水管で形成されており、前記水管と水管の間からシール媒体が噴出されるように前記シール媒体供給機構が構成されていることを特徴とするボイラ。
【請求項９】
請求項１において、前記シール媒体供給機構にシール媒体の流量を調節するための流量調節装置が備えられていることを特徴とするボイラ。
【請求項１０】
灰を含んだ燃料を燃焼するとともに２段燃焼法を採用しているボイラの２段燃焼用オーバエアを供給するオーバエアポートであり、出口に広がり部を有するものにおいて、前記広がり部をガスまたは液体でシールするシール媒体供給機構を備えたことを特徴とするオーバエアポート。
【請求項１１】
請求項１０において、前記シール媒体供給機構にシールポートが備えられ、前記シールポートが前記広がり部からシール媒体が供給されるように配置されていることを特徴とするオーバエアポート。
【請求項１２】
請求項１１において、前記シール媒体が前記広がり部に沿って流れるように前記シールポートにシール媒体噴射孔が設けられていることを特徴とするオーバエアポート。
【請求項１３】
請求項１０において、前記広がり部が複数本の水管で形成されており、前記水管と水管の間からシール媒体が噴出されるように前記シール媒体供給機構が構成されていることを特徴とするオーバエアポート。
【請求項１４】
請求項１０において、前記オーバエアが縮流で供給されるように構成されていることを特徴とするオーバエアポート。
【請求項１５】
請求項１０において、前記シール媒体としてオーバエアの一部が分岐されて供給されることを特徴とするオーバエアポート。
【請求項１６】
請求項１０において、前記シール媒体としてボイラの排ガス、空気、水あるいは高圧蒸気の少なくとも1種が供給されることを特徴とするオーバエアポート。
【請求項１７】
請求項１０において、前記シール媒体供給機構にシール媒体の流量を調節するための流量調節装置が備えられていることを特徴とするオーバエアポート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粉炭などの灰を含んだ燃料を、２段燃焼法によって燃焼するボイラに係り、また、２段燃焼用のオーバエアポートに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラでは、窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度低減、未燃分低減などが求められており、こうした要求に応えるために２段燃焼法が適用されている。２段燃焼用の空気ポートすなわちオーバエアポートでは、エアポート近傍の灰付着の低減が要求されている。
【０００３】
この改善策として、スロート部に空気を供給する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、バーナではあるが、同様に灰付着を低減するために、炉内に向けてシール空気を供給する方法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。なお、オーバエアポートはアフタエアポートとも称されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１２２５４６号公報（特許請求の範囲、図１）
【特許文献２】特開平１０−２３８７１４号公報（特許請求の範囲、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、２段燃焼用オーバエアポートの灰付着を低減して、ボイラの燃焼状態が良好に保たれるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、灰を含んだ燃料を燃焼すると共に２段燃焼法を採用しているボイラにおいて、２段燃焼用オーバエアポートの出口近傍をガスまたは液体でシールするためのシール媒体供給機構を設けたことにある。
【０００７】
また、本発明は、灰を含んだ燃料を燃焼するとともに２段燃焼法を採用しているボイラに備えられる、出口に広がり部を有する２段燃焼用オーバエアポートにおいて、前記広がり部をガスまたは液体でシールするためのシール媒体供給機構を備えたことにある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、オーバエアポート出口近傍の灰の付着を低減することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
２段燃焼法では、オーバエアポートからオーバエアを供給したときに、炉内のガスを巻き込み、同伴ガスの流れを形成する。オーバエアポート付近の燃焼空間のガスは１５００℃程度であるので、燃料中に含まれていた灰は溶融している。この溶融灰を含む同伴ガスがオーバエアポートの出口或いはその近傍の壁面に衝突し、同伴ガスに含まれている溶融灰が壁面で固化し付着してクリンカを形成する。オーバエアポートの出口に灰が付着すると、オーバエアの流れが変わり、２段燃焼に影響が生ずる。また、クリンカの落下による水管の損傷、クリンカホッパの閉塞が起こる。
【００１０】
本発明では、オーバエアポートの出口近傍に同伴ガスが衝突しないように、シール媒体供給機構を設けてシール媒体を供給し、オーバエアポートの出口近傍をシール媒体でシールする。このとき、シール媒体の温度が低く、灰の溶融温度以下であれば、同伴ガス中の溶融灰を固化し、壁面に付着する量を低減することができる。オーバエアポートの出口の流路拡大部は、最も高温のガスが衝突しやすい場所であるので、ここにシール媒体を供給することが望ましい。シール媒体には、空気、排ガス、水、蒸気、或いはこれらの混合物が適している。
【００１１】
以下、図面を用いて、本発明のオーバエアポートについて説明するが、以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明によるオーバエアポート２２の一実施例を示した断面図であり、図２のＡ−Ａ断面図である。図２は、燃焼空間１５側からオーバエアポート２２を見た図である。図３は、本発明のオーバエアポートを用いたボイラの系統図を示す。図１に示すオーバエアポートでは、空気は１次ノズル１と直進２次ノズル２に分けて供給されている。１次ノズルから供給される１次空気９は直進流である。直進２次ノズル２から供給される直進２次空気１０は、直進２次空気レジスタ７で旋回の強さを調整可能である。１次空気と２次空気の流量は、燃焼空間１５の燃焼状態に合わせて調整される。１次空気と２次空気の流量配分は、１次空気ダンパ５と直進２次空気ダンパ６を調整することによって制御される。オーバエアポート２２の出口には流路拡大部３２が設けられている。これは、オーバエアポート２２と水管１４の接続を滑らかにすることで、製造を容易にするとともに応力の発生を抑えるためである。
【００１３】
直進２次空気が燃焼空間１５に入るとき、炉内のガスを巻き込み、同伴ガス１７の流れを形成する。この同伴ガス１７は流路拡大部３２に衝突するように流れる。同伴ガス１７には溶融灰が含まれているので、溶融灰が流路拡大部に付着して固化する可能性がある。本実施例では、シール媒体供給機構を設けて、この流路拡大部からシール媒体１６を供給するようにした。図1では、シール媒体供給機構として、シールポート２０が示されている。また、図１では、シールポート２０を流路拡大部３２のほぼ中央に設置しているが、必ずしも中央でなくてもよい。シールポート２０を中央に設置した場合には、灰が付着して大きなクリンカになることが少ない。
【００１４】
オーバエアポート２２の空気を分岐してシール媒体１６とするとオーバエアポートの構造を簡単にすることができる。シール媒体として排ガス、水あるいは蒸気を使用すると、直進２次空気１０の外側の酸素濃度を低下させ、ガスの比熱を増加させることができる。酸素濃度が低く比熱が高い場合には、燃焼温度が低下しサーマルＮＯｘの発生を低減することができる。図２に示すように、シールポート２０は複数個備え付けられており、各シールポートからシール媒体１６が噴出する。ポートとポートの間には水管の溶接部２１が設置されており、水管の変形を防ぐ。図２では、シールポート２０は同じ列の水管の間からシール媒体が噴射されるように設置されているが、異なる列でも良い。溶接部２１は冷却されにくいので熱伝導率の高い金属を使用して温度を低下させると良い。また、溶接部２１の燃焼空間と反対側の面にフィンを設置して冷却の面積を増やすと良い。
【００１５】
図３はボイラ火炉の全体構造と系統を示す。図示しないブロアから供給された空気は空気供給ライン１０８を経由して、オーバエアポート用空気供給ライン１１２とバーナ用空気供給ライン１１１に分岐する。流量配分は、オーバエアポート用空気調整ダンパ１１０もしくは、バーナ用空気調整ダンパ１０９を調整して制御する。全空気流量は、排ガスの酸素濃度を指定した値となるようにブロアの出力を調整する。バーナ用ウインドボックス１０４には、バーナ用空気供給ライン１１１から空気を供給し、バーナ１０３には、燃料供給ライン１０７から燃料を供給する。燃料として、石炭を供給する場合には、石炭を気流搬送するとよい。バーナ１０３から供給された空気流量を、燃料が完全に燃焼するために必要な空気量よりも少なくすると燃料が不完全燃焼し、この時にＮＯｘを還元することができる。不完全燃焼するので、バーナの下流に可燃ガス１０１の流れが形成される。
【００１６】
オーバエアポート用空気供給ライン１１２を経て、ウインドボックス１３に入った空気は、１次ノズルと直進２次ノズルに分配されてオーバエアポート２２から燃焼空間１５に供給される。２段燃焼用のオーバエアは、可燃ガス１０１の流れと混合して、可燃ガスを完全燃焼する。燃焼ガス１０６は火炉１０５の出口に流れる。
【実施例２】
【００１７】
図４は、オーバエアポートの別の実施例を示す。図１に示したオーバエアポートは直進流と旋回流の調整が可能であった。図４に示す例では、縮流２次ノズル内壁３と縮流２次ノズル外壁４がノズルの内側を向いているので、オーバエアポート２２の出口では、縮流となって噴出する。縮流の場合は、同伴ガス１７，１８，１９の量が増加して、壁に付着する溶融灰の量が増加する。この場合でも、本発明のシールポート２０を設置し、シール媒体１６を噴出することで灰の付着を低減できる。
【００１８】
さらに、灰付着の状況に応じてオーバエアポートの運用を変化させることができる。例えば、センサ３１で灰の付着量を測定する。この場合、ふく射の強度を測定するセンサが使用できる。灰付着量が増加した場合は、縮流２次空気１１の流量を低減するように、縮流２次空気ダンパ８を閉にする。合流後の２次空気の流れ１２が外向きになるので、同伴ガス量が減り灰付着を低減できる。さらに、直進２次空気レジスタ７を閉めることで旋回が強くなり、同伴ガス量を低減できる。また、1次空気ダンパ５，直進２次空気ダンパ６，縮流２次空気ダンパ８を閉とすると、ウインドボックス１３内の圧力が高くなり、シール媒体１６の量を増加できる。灰付着量が増加した場合に、このような操作をすると良い。
【実施例３】
【００１９】
図５はオーバエアポートの更に別の実施例を示す。基本的な構造は実施例２と同じであるが、オーバエアポートの出口部に耐火材２３が設置されている。耐火材２３があると空気を拡大部まで供給できないので、シールポート２０を耐火材の手前まで延長している。この構造にすることで、灰付着だけではなく、耐火材の冷却も可能になる。
【実施例４】
【００２０】
図６は、本発明によるオーバエアポートの別の例であり、図７のＡ−Ａ断面図を示す。図7は燃焼空間１５から見たオーバエアポートを示す。この実施例は、空気以外の媒体で灰付着を防ぐときに有効である。空気以外の媒体を供給するために、シール媒体供給管２６からヘッダ２４にシール媒体２５が供給され、シールポート２０からシール媒体１６となって供給される。ヘッダ２４を使用することでシールポート２０から供給されるシール媒体１６を均等にすることができる。シール媒体として水や蒸気を使用する場合には、シールポート２０の先端部分にインジェクタを設置すると良い。インジェクタを変更することで、噴射の向き、流量などを変更可能である。さらに、インジェクタ毎に仕様を変えることで、灰付着の多い場所の流量を増加することも可能である。また、シール媒体の供給圧力を高くすることで、高流速でシール媒体を供給でき、灰の付着を防ぐことができる。
【実施例５】
【００２１】
図８は本発明の別の実施例によるオーバエアポートの断面図を示す。この実施例では、シール媒体供給機構の構成要素として更にシール媒体用ウインドボックス２７とシール媒体用ダンパ２８を備えている。シール媒体の最適な流量は、石炭種、負荷などの運用の状態により変化する。この場合、シール媒体用ダンパ２８を調整することで最適な流量に変更することができる。例えば、灰の融点の低い石炭を使用した場合には、灰付着が増加するので、シール媒体量を増加する。
【実施例６】
【００２２】
図９は本発明の別の実施例によるオーバエアポートの断面図を示す。本実施例では、オーバエアポートの流路拡大部３２が全て耐火材２３で形成されている。このような構造の場合、流路拡大部の表面温度が高くなり灰が付着しやすい。この部分からシール媒体を供給するようにすると、シール媒体により灰付着を低減可能である。さらに本実施例ではシールポート２０の出口位置を燃焼空間に近い位置とした。実施例１〜５では、同伴ガスが多い場合に、流路拡大部のシールポートよりも燃焼空間側に灰が付着する可能性があるが、この実施例では灰付着の可能性を低減することができる。
【実施例７】
【００２３】
図１０は、本発明の別の実施例によるオーバエアポートの断面図を示す。本実施例では、燃焼空間１５を向いたシールポート３０からもシール媒体２９が供給される。シール媒体２９が同伴されてオーバエアポートの拡大部に到達するので、拡大部への灰付着を防ぐ効果が高まる。
【実施例８】
【００２４】
図１１に本発明の別の実施例によるオーバエアポートの断面図を示す。本実施例では、シールポート２０の先端に２箇所の噴射孔が設けられており、シール媒体１６がオーバエアポートの流路拡大部の壁面に沿って流れるようになっている。このように、1つのポートに複数の方向に噴射する孔を設けることで灰の付着する場所を少なくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明により、灰付着防止およびＮＯｘの低減が可能になった。オーバエアポートの灰付着によるトラブルを低減できるので、本発明の利用可能性は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例によるオーバエアポートの断面図。
【図２】本発明の一実施例によるオーバエアポートの正面図。
【図３】本発明のオーバエアポートを適用したボイラの系統図。
【図４】本発明の他の実施例によるオーバエアポートの断面図。
【図５】本発明の他の実施例によるオーバエアポートの断面図。
【図６】本発明の別の実施例によるオーバエアポートの断面図。
【図７】本発明の別の実施例によるオーバエアポートの正面図。
【図８】本発明の更に他の実施例によるオーバエアポートの断面図。
【図９】本発明の他の実施例を示すオーバエアポートの断面図。
【図１０】本発明の別の実施例を示すオーバエアポートの断面図。
【図１１】本発明の更に別の実施例を示すオーバエアポートの断面図。
【符号の説明】
【００２７】
１…１次ノズル、２…直進２次ノズル、３…縮流２次ノズル内壁、４…縮流２次ノズル外壁、５…１次空気ダンパ、６…直進２次空気ダンパ、７…直進２次空気レジスタ、８…縮流２次空気ダンパ、９…１次空気、１０…直進２次空気、１１…縮流２次空気、１３…ウインドボックス、１４…水管、１５…燃焼空間、１６…シール媒体、１７…同伴ガス、１８…同伴ガス、１９…同伴ガス、２０…シールポート、２２…オーバエアポート、２３…耐火材、２４…ヘッダ、２５…シール媒体、２６…シール媒体供給管、２７…シール媒体用ウインドボックス、２８…シール媒体用ダンパ、２９…シール媒体、３０…シールポート、３２…流路拡大部、１０３…バーナ、１０５…火炉。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006220347.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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