(57)【要約】【課題】本発明は、全負荷帯で火炉の壁面壁面を構成する複数の水冷管の熱負荷を平準化して火炉水冷管に生じるの熱応力を抑制し、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラを提供する。【解決手段】本発明の微粉炭焚きボイラは、火炉を備え、この火炉を形成する火炉壁面のうち、火炉前壁とこの火炉前壁と対向して配置された火炉後壁との火炉壁面の高さが夫々異なる複数の段の位置に燃料の微粉炭を火炉内に供給して燃焼させる複数のバーナーを夫々配置し、これらの複数の各段に設置された前記複数のバーナーに燃料の微粉炭を供給するミルをバーナーが設置された各段毎に複数設置し、複数設置された各ミルから前記各段の火炉前壁と火炉後壁に設置した複数のバーナーに微粉炭を供給する給炭管を火炉前壁の前記バーナーと火炉後壁の前記バーナーとに夫々配分して供給するように配設して構成した。【選択図】図１
2008151471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭焚きボイラを構成する火炉を備え、この火炉を形成する火炉壁面のうち、火炉前壁とこの火炉前壁と対向して配置された火炉後壁との火炉壁面の高さが夫々異なる複数の段の位置に燃料の微粉炭を火炉内に供給して燃焼させる複数のバーナーを夫々配置し、これらの複数の各段に設置された前記複数のバーナーに燃料の微粉炭を供給するミルをバーナーが設置された各段毎に複数設置し、複数設置された各ミルから前記各段の火炉前壁と火炉後壁に設置した複数のバーナーに微粉炭を供給する給炭管を火炉前壁の前記バーナーと火炉後壁の前記バーナーとに夫々配分して供給するように配設したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項２】
請求項１に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、火炉の火炉壁面を構成する複数の水管壁に設置された水管は、火炉壁面の下部の水管壁に設置した水管がスパイラル形状に配設されており、火炉壁面の上部の水管壁に設置した水管が前記スパイラル形状に配設した水管と接続した直管によって垂直方向に配設されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、複数設置した一方のミルから前記各段の火炉前壁と火炉後壁に夫々対向して配置された複数のバーナーの一部に微粉炭を夫々配分して供給する第一の給炭管を配設し、複数設置した他方のミルから前記各段の火炉前壁と火炉後壁に夫々対向して配置された複数のバーナーの他の一部に微粉炭を夫々配分して供給する第二の給炭管を配設したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項４】
請求項３に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、第一の給炭管に接続したバーナーと、第二の給炭管に接続したバーナーとが、隣接して交互に位置するように前記各段の火炉前壁と火炉後壁とに夫々配置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記各段に設置されたバーナーは、火炉後壁に設置したバーナーの火炉壁面の高さの位置と、火炉前壁に設置したバーナーの火炉壁面の高さの位置とが異なるようにスタガード配置されていることを特徴とした微粉炭焚きボイラ。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記各段に設置されたバーナーは、火炉後壁に設置したバーナーの火炉壁面の高さの位置と、火炉前壁に設置したバーナーの火炉壁面の高さの位置とが実質的に同じとなるように配置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項７】
請求項３に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記第一の給炭管に接続されて火炉前壁に設けたバーナーは該第一の給炭管に接続されて火炉後壁に設けたバーナーと対向配置されており、前記第二の給炭管に接続されて火炉前壁に設けたバーナーは該第二の給炭管に接続されて火炉後壁に設けたバーナーと対向配置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項８】
請求項１又は請求項２に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記給炭管に前記各ミルから前記バーナーに供給する微粉炭の給炭量を調整する装置を設置したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項９】
請求項１又は請求項２に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記複数のミルは火炉を構成する火炉前壁と火炉後壁とを繋ぐ火炉側壁の側に共に設置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項１０】
請求項９に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記複数のミルは前記火炉側壁の両側に個別に設置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項１１】
請求項９に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記複数のミルは前記火炉側壁の一方の側に共に設置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粉砕した石炭を燃焼する微粉炭焚きボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の微粉炭焚きボイラでは、特開２００１−２２１４０６号公報に記載しているように、火炉を構成する火炉前壁と火炉後壁とに設置された上段、中段、下段の合計３段のバーナー段毎に微粉炭を製造して供給するミルを各１台の合計６台設置している構成である。
【０００３】
そしてこのような構成の微粉炭焚きボイラを部分負荷運転する場合には、ボイラに供給する給炭量を減少させて火炉内の熱出力を下げているが、この際にミルで粉砕すべき石炭量が減少するので微粉炭焚きボイラの熱出力の低下に応じて火炉前壁と火炉後壁とに夫々３段設置されたバーナー段毎に各１台の合計６台設置したミルのうち、１部のミルの運転を負荷に応じて順次停止させている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２１４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開２００１−２２１４０６号公報に記載された微粉炭焚きボイラでは、ボイラの部分負荷運転時にミルで粉砕すべき石炭量が減少するので微粉炭焚きボイラの熱出力の低下に応じて火炉前壁と火炉後壁とに夫々３段設置されたバーナー段毎に各１台の合計６台設置したミルのうち、１部のミルの運転を停止しなければならない。
【０００６】
この場合、特開２００１−２２１４０６号公報に記載の微粉炭焚きボイラでは部分負荷運転のためにミルの一部の運転を停止させると、火炉前壁又は火炉後壁のいずれか一方のバーナー段の１段のバーナーがすべて消火されることになる。
【０００７】
そうなると、火炉前壁と火炉後壁の吸熱量バランスに大きな差が生じ、これが火炉前壁と火炉後壁の火炉壁面を構成する複数の水管壁に備えられた水管出口の流体温度がアンバランスとなって水管毎の伸びが変わるために火炉壁面に熱応力が発生し、火炉壁面を損傷する可能性が懸念される。
【０００８】
本発明の目的は、全負荷帯で火炉の火炉壁面を構成する複数の水冷管の熱負荷を平準化して火炉水冷管に生じる熱応力を抑制し、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の微粉炭焚きボイラは、火炉を備え、この火炉を形成する火炉壁面のうち、火炉前壁とこの火炉前壁と対向して配置された火炉後壁との火炉壁面の高さが夫々異なる複数の段の位置に燃料の微粉炭を火炉内に供給して燃焼させる複数のバーナーを夫々配置し、これらの複数の各段に設置された前記複数のバーナーに燃料の微粉炭を供給するミルをバーナーが設置された各段毎に複数設置し、複数設置された各ミルから前記各段の火炉前壁と火炉後壁に設置した複数のバーナーに微粉炭を供給する給炭管を火炉前壁の前記バーナーと火炉後壁の前記バーナーとに夫々配分して供給するように配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、全熱負荷帯において火炉の火炉壁面を構成する水冷管の熱負荷を平準化して火炉水冷管に生じる熱応力を抑制し、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明の実施例の微粉炭焚きボイラについて説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラを図１及び図２を用いて説明する。図１において、本実施例の微粉炭焚きボイラは火炉５０を有しており、この火炉５０を構成する火炉壁面は、火炉の壁面を構成する火炉前壁５１と、この火炉前壁５１と対向する火炉後壁５２と、これらの火炉前壁５１と火炉後壁５２との間の側壁となる火炉側壁５３（図３に示す）とを夫々備えて火炉５０を囲むことによって、火炉５０の内部に火炉燃焼空間を形成するように構成されている。
【００１３】
火炉５０を構成する火炉壁面の内壁側には多数の水管をスパイラル形状に配列した水管壁２０が配設されており、これらの多数の水管壁２０によって囲まれた火炉５０の内部に形成される火炉燃焼空間にて燃料の微粉炭を燃焼させて生じた燃焼熱の一部をこれらの多数の水管壁２０の水管で吸収して水管壁２０の水管の内部を流れる水を加熱して蒸気を発生するようになっている。
【００１４】
火炉５０の内部の火炉燃焼空間で生じた燃焼熱は火炉５０の内部を流下し、火炉下流側の火炉５０の内部に設置された複数の熱交換器１５と順次熱交換することによって主に回収される。
【００１５】
火炉５０の内部の火炉燃焼空間にて燃料の微粉炭を燃焼させて生成した燃焼気体は火炉５０の内部を下方から上方に向けて流れるが、この燃焼後の燃焼気体は火炉５０の内部の下流側に設置された図示しない後部伝熱部を流下してこの後部伝熱部と熱交換することにより、燃焼気体に含まれる熱をさらに回収する。
【００１６】
火炉５０の火炉前壁５１の下部と、この火炉前壁５１と対向する火炉後壁５２の下部には、複数のバーナー６が夫々設置されており、ここで空気不足の火炎が形成される。
【００１７】
バーナー６は火炉前壁５１と火炉後壁５２とで対向配置となるように、それぞれ複数個設置（本実施例の場合は各６本設置）されており、バーナーが火炉前壁５１と火炉後壁５２とで向き合う対向燃焼方式を構成している。
【００１８】
燃料となる石炭１はミル２によって数十μｍ程度の粒径に粉砕して微粉炭にされた後に微粉炭搬送用のブロア３からミル２に供給される搬送空気４によって搬送される。そして、この微粉炭は搬送空気４と共に給炭管を通じて各バーナー６に供給され、各バーナー６から火炉５０の内部に噴出して燃焼される。
【００１９】
バーナ９の下流側となる火炉５０の壁面には複数のアフタエアポート９が設置されてアフタエア空気を火炉５０の内部に供給している。
【００２０】
アフタエアポート９もバーナー６と同様に火炉前壁５１と火炉後壁５２とに夫々６本設置されており、火炉前壁５１に設置されたアフタエアポート９と火炉後壁５２に設置されたアフタエアポート９とが相互に対向するように配置されている。
【００２１】
ブロア８から送給された燃焼用の空気７は、予熱された後に前記各バーナー６と前記各アフターエアーポート９とに夫々供給される。バーナー６に供給される燃焼用空気の流量はバーナー近傍で還元燃焼するように流量調節弁１０で調整しているが、その空気の流量はバーナー６に供給される微粉炭が完全燃焼するのに必要な空気量の８０％程度の量である。
【００２２】
バーナー６から火炉５０の内部に供給された微粉炭が燃焼した後に発生する還元性の燃焼ガス１１は、バーナー６から火炉５０の内部の中央方向に噴出した後に、対向して配置するバーナー６から供給された微粉炭が燃焼した後に発生する還元性の燃焼ガス１１と衝突する。
【００２３】
その後、衝突したこれらの還元性の燃焼ガス１１は火炉５０内を下流側に上昇し、バーナー６の上方となる火炉５０の壁面の下流側に設置されたアフターエアーポート９から供給される燃焼用空気と混合して完全燃焼（酸化）する。
【００２４】
このように還元させた後に酸化する燃焼方法は、窒素酸化物と一酸化炭素などの未燃分の発生を抑制する燃焼方式（２段燃焼）として知られている。
【００２５】
アフターエアーポート９から供給される燃焼空気によって還元性の燃焼ガス１１を完全燃焼して生じた燃焼ガス１３は、火炉５０を流下して火炉５０の外部の煙道１４へと排出される。
【００２６】
火炉５０の上部から煙道１４にかけて、この火炉５０の内部には伝熱管群から構成された熱交換器１５が配置されており、燃焼ガス１３との熱交換によって熱を回収している。
【００２７】
ところで、給炭管５を通じてバーナー６から火炉５０の内部に搬送空気と共に供給された微粉炭は火炉５０の内部で燃焼するが、燃焼によって火炉５０の内部では１０００℃以上の燃焼ガス１１が発生する。
【００２８】
火炉５０の火炉壁面の内壁側にはスパイラル形状に配列された多数の水管を備えた水管壁２０が配設されており、微粉炭の燃焼によって生じた燃焼ガス１１の熱をこの多数配設された水管壁２０の水管によって吸収している。
【００２９】
そして水管壁２０の水管２０を流れる水は図３に示す火炉５０の下側から上側に向けて流れるように設計されている。
【００３０】
火炉５０の火炉壁面の火炉前壁５１と火炉後壁５２とには火炉壁面に高さを違えて上段、中段、下段に分けて設置された各バーナー段毎に６本のバーナー６が夫々設置されるが、これら３段の各バーナー段毎に設置される各６本のバーナー６は火炉前壁５１と火炉後壁５２とで対向するように配設されている。
【００３１】
そして、バーナー６が設置される火炉壁面の火炉前壁５１と火炉後壁５２とに上段、中段、下段に分けて設置された各バーナー段には２台のミル２（上段、中段、下段で合計６台）が夫々設置されている。
【００３２】
例えば、下段のバーナー段となる火炉前壁５１と火炉後壁５２に夫々６本設置された各バーナー６には、図１及び図２に示すように、火炉側壁５３の一方側に設置したミル２ｄ及びミル２ｃの２台のミルから燃料の微粉炭を供給する給炭管５が火炉前壁５１と火炉後壁５２とに夫々設置した各バーナー６に一本置きに接続するように配設されている。
【００３３】
即ち、火炉前壁５１に設置した６本のバーナー６にはミル２ｄ及びミル２ｃの２台のミルから燃料の微粉炭を供給する給炭管５が一本置きに各３本のバーナー６ｃ及びバーナー６ｄに夫々接続するように配設され、火炉後壁５２に設置した６本のバーナー６にはミル２ｄ及びミル２ｃの２台のミルから燃料の微粉炭を供給する給炭管５が一本置きに各３本のバーナー６ｃ及びバーナー６ｄに夫々接続するように配設されている。
【００３４】
また、火炉壁面の上段のバーナー段となる火炉前壁５１と火炉後壁５２に夫々６本設置された各バーナー６には、図２、図３及び図６に詳細に示したように、火炉側壁５３の一方側に設置したミル２ｆ及びミル２ａの２台のミルから燃料の微粉炭を供給する給炭管５が一本置きに火炉前壁５１の各３本のバーナー６ａ及びバーナー６ｆに接続され、一本置きに火炉後壁５２の各３本のバーナー６ａ及びバーナー６ｆに夫々接続するように配設されている。
【００３５】
また、火炉壁面の中段のバーナー段となる火炉前壁５１と火炉後壁５２に夫々６本設置された各バーナー６にも、図２及び図６に示した上段のバーナー段に配設されたバーナー６と同様に、火炉側壁５３の一方側に設置したミル２ｄ及びミル２ｃの２台のミルから燃料の微粉炭を供給する給炭管５が一本置きに３本のバーナー６ｂ及びバーナー６ｅに夫々接続するように配設された構成である。
【００３６】
尚、説明の都合上、以下の説明は上段のバーナー段となる火炉前壁５１と火炉後壁５２に配設された各６本のバーナー６の構成を中心にして説明を行う。
【００３７】
上段のバーナー段となる火炉前壁５１と火炉後壁５２に夫々６本設置された各バーナー６には２つのミル２ｆ及び２ａから燃料の微粉炭を供給する給炭管５が一本置きに３本のバーナー６に夫々接続するように配設されているが、２つのミル２ｆ及び２ａとバーナー６とを接続する微粉炭を供給する給炭管５の配設は図６に示したようにミル２ｆからは火炉前壁５１に６本配置されたバーナー６のうち、左側から数えて２番目、４番目及び６番目の各バーナー６ｆに給炭管５を通じて微粉炭を供給する構成となっている。
【００３８】
また、ミル２ａからは火炉前壁５１に６本配置されたバーナー６のうち、左側から数えて１番目、３番目及び５番目の各バーナー６ａに給炭管５を通じて微粉炭を供給する構成となっている。
【００３９】
同様に、上段のバーナー段となる火炉後壁５２に６本配置されたバーナー６に対しては、ミル２ｆからは左側から数えて２番目、４番目及び６番目のバーナー６ｆに給炭管５を通じて微粉炭を供給する構成となっており、丁度、同じミル２ｆから供給される火炉前壁５１に配置された各バーナー６ｆと対向する関係になっている。
【００４０】
また、ミル２ａからは火炉後壁５２に６本配置されたバーナー６のうち、左側から数えて１番目、３番目及び５番目の各バーナー６ａに給炭管５を通じて微粉炭を供給する構成となっており、丁度、同じミル２ａから供給される火炉前壁５１に配置された各バーナー６ａと対向する関係になっている。
【００４１】
図３には本発明の実施例の微粉炭焚きボイラにおいて、ミル２ａ及びミル２ｆと上段のバーナー段に設置されたバーナー６とを接続する給炭管５のうち、スペースの都合上、火炉５０の火炉壁面の上段に配設された給炭管５のみを図示し、中段及び下段のバーナー段となる火炉前壁５１と火炉後壁５２に配設された給炭管５の図示は省略している。
【００４２】
実際には中段のバーナー段に設置されたバーナー６、及び下段のバーナー段に設置されたバーナー６にも給炭管５が夫々接合されており、中段のバーナー６にはミル２ｅとミル２ｂから、下段のバーナー６にはミル２ｄとミル２ｃから給炭管５を通じて微粉炭を夫々給炭する。
【００４３】
次に、微粉炭焚きボイラの熱出力を徐々に下げる部分負荷運転を考える。熱出力最大の熱出力１００％の状態から熱出力５０％の状態まで負荷を低下する場合における上段、中段、下段の３段に夫々設置されたバーナー６の消火と点火の状態を図４に示す。
【００４４】
尚、図示していないが、上段、中段、下段の３段の火炉前壁５１と火炉後壁５２に設置された各６本の全てのバーナー６が点火している状態を熱出力最大の熱出力１００％の状態とした。
【００４５】
微粉炭焚きボイラの部分負荷運転によって図４に示したようなバーナー６の消火の仕方はあくまで一例であり、必ずしもこの順番でなければならない訳ではなく、プラント毎に消火パターンが決められていることが多い。
【００４６】
ところで、一般にミル２は処理可能な石炭の量の範囲が決められている。そのため、制御上要求された熱出力デマンドがある程度低下すると複数台運転されているミル２のうち、減少させる負荷に応じてミル２を１台ずつ順次停止していき、バーナー６を消火しなければならない。
【００４７】
図４には部分負荷対応で運転を停止するミル２を１台目、２台目、３台目（熱負荷５０％）と変化させた場合の微粉炭焚きボイラの火炉前壁５１と火炉後壁５２との間における熱負荷の状況を、本実施例の微粉炭焚きボイラを下欄に、本実施例の構成を採用していない微粉炭焚きボイラを比較例として上欄に夫々示したものである。
【００４８】
まず、１台目のミル２の運転を止めた場合を説明すると、上段のバーナー段用のバーナー６に微粉炭を供給するミル２ｆ又はミル２ａのうちの何れかの１台のミル２ｆ又はミル２ａの運転を停止した場合には、図４の下欄に示すように本実施例のような微粉炭焚きボイラの構造であれば、火炉前壁５１と火炉後壁５２とに各６本設置したバーナー６のうち、運転を停止したミル２ｆ又はミル２ａと給炭管５を通じて接続された火炉前壁５１と火炉後壁５２とに１本置きに設置した各３本のバーナー６ｆ又は６ａのみしか消火しないように構成している。
【００４９】
即ち、上段のバーナー段のバーナー６ｆ又はバーナー６ａは、火炉前壁５１と火炉後壁５２に対向して設置されたバーナー６ｆ及びバーナー６ａの夫々３本ずつで合計６本のバーナーのうち、１本置きに配置した各３本のバーナー６ｆ又はバーナー６ａが点火し、一方、それらの隣の各３本のバーナー６ａ又はバーナー６ｆが消化する。
【００５０】
つまり、火炉前壁５１と火炉後壁５２とに設置された上段のバーナー段の各６本のバーナー６のうち、同じ本数の３本のバーナー６ｆ又はバーナー６ａが点火している状態なので、火炉前壁５１と火炉後壁５２との間における熱負荷は１対１の関係を維持しているので、熱負荷にばらつきがないことになる。
【００５１】
尚、ここで、熱負荷の比は点火しているバーナーの数の比とした。また、図４では点火しているバーナーは黒抜きで表示し、消化しているバーナーは白抜きで表示した。
【００５２】
これに対して図４の上欄に示すように比較例の微粉炭焚きボイラでは、上段のバーナー段に設置した２台のミルのうち、１台のミルの運転を停止すると、火炉前壁５１又は火炉後壁５２の上段のバーナー段に設置した６本のバーナー６がすべて消火する。この場合、火炉前壁５１と火炉後壁５２との間の熱出力の比は１：１．５となり、熱負荷に大きなアンバランスが発生する。
【００５３】
次に部分負荷運転の負荷を減少させて２台目のミル２の運転を止めた場合には、上欄に示す比較例と下欄に示す本実施例は共に上段のバーナー段のバーナー６ｆ又はバーナー６ａは全て消化するので、比較例と本実施例との火炉前壁５１と火炉後壁５２との間における熱負荷は１：１で両者は同じ状態となる。
【００５４】
次に更に部分負荷運転の負荷を減少させて５０％負荷となる３台目のミル２の運転を止めた場合には、図４の上欄に示す比較例では火炉前壁５１に設置した中段のバーナー段のバーナー６ｂ及びバーナー６ｅの合計６本のバーナーが全て消化し、火炉後壁５２に設置した中段のバーナー段のバーナー６ｂ及びバーナー６ｅの合計６本のバーナーが全て点火する状態となるので、火炉前壁５１と火炉後壁５２との間の熱負荷の比が１：２と非常に大きなアンバランスを生じて火炉前壁５１と比較して火炉後壁５２の熱負荷が２倍も大きくなる。
【００５５】
これに対して図４の下欄に示す本実施例においては、５０％負荷となる３台目のミル２の運転を止めた場合でも火炉前壁５１に設置した中段のバーナー段のバーナー６ｂ及びバーナー６ｅの半数が消化するが、残りの半数のバーナー６ｂ及びバーナー６ｅが点火する。
【００５６】
同様に火炉後壁５２に設置した中段のバーナー段のバーナー６ｂ及びバーナー６ｅの半数が消化し、残りの半数のバーナー６ｂ及びバーナー６ｅが点火する状態となるので、火炉前壁５１と火炉後壁５２との間における熱負荷は１：１を維持する。
【００５７】
即ち、本実施例の微粉炭焚きボイラでは、部分負荷運転を含めたすべての負荷帯において火炉前壁５１と火炉後壁５２との間における熱負荷を１：１に維持する運転が可能となる。よって、微粉炭焚きボイラの火炉壁面を構成する水管壁の熱負荷平準化により水管壁の水管に生じる熱応力を低い値に抑制できるので、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラが実現できる。
【００５８】
また、図１乃至図４に示した構成の本実施例のように上段、中段、下段の各バーナー段に複数のミル、具体的には２台のミル２を設置した微粉炭焚きボイラと、図４に示した比較例のように各バーナー段毎に１台のミルを設置した構成の微粉炭焚きボイラにおけるバーナー６からアフターエアーポート９の間の各水管壁２０による吸収熱量の比較例を図５に示す。
【００５９】
この図５に示したグラフは微粉炭焚きボイラの部分負荷時の燃焼解析から得た結果であり、バーナー６からアフターエアーポート９の間における火炉壁面を構成する各水管壁２０の吸収熱量を示している。
【００６０】
図５から理解できるように、本実施例の微粉炭焚きボイラでは比較例に比べて水管壁２０の吸収熱量のばらつきが小さくなっている。従って、本実施例の微粉炭焚きボイラでは水管壁の熱負荷平準化の効果があることが分かる。
【００６１】
上記した本実施例の微粉炭焚きボイラでは、例えば１台のミル２ａ又はミル２ｆから石炭を粉砕した微粉炭を火炉前壁５１と火炉後壁５２の上段のバーナー段に同じ本数だけ対向して配置したバーナー６ａ又はバーナー６ｆに振り分けて給炭管５を通じて供給するので、火炉前壁５１と火炉後壁５２のバーナー６ａ又はバーナー６ｆに振り分けて供給される微粉炭は同程度の粒径分布を持つことになる。
【００６２】
よって、この微粉炭をバーナー６ａ又はバーナー６ｆに供給すると、火炉前壁５１と火炉後壁５２のバーナー６ａ又はバーナー６ｆによる燃焼状態を同等にする効果をもつので、火炉前壁５１と火炉後壁５２の熱負荷平準化を実現できる。
【００６３】
本実施例の微粉炭焚きボイラでは火炉壁面に設置される上段、中段、下段の各バーナー段につき２台のミル２を設置する構成を示したが、２台以上で構成すればより連続的に負荷を変化することが可能であり、ミルの台数が増えるほど熱吸収量のばらつきは低減できる。
【００６４】
但し、給炭管５のルーティングが複雑になることや、ミル２の台数が増えることでコストが増加する可能性があるので、各バーナー段に必要なミル２の台数はコスト増加等の見合いで決定すると良い。
【００６５】
また、図１に示すように、本実施例の微粉炭焚きボイラでは各バーナー段において各ミル２からの給炭管５を水平方向に一つおきにバーナー６に設置している。このように給炭管５を配置することで水平方向において点火しているバーナー６の本数を分散させることができるので熱負荷の偏りを減少でき、これにより火炉５０の水平方向の熱負荷を平準化する効果が期待できる。
【００６６】
また、上記した実施例の微粉炭焚きボイラでは火炉５０の火炉壁面の火炉前壁５１及び火炉後壁５２の上段、中段、下段の各バーナー段に各６本設置されたバーナー６において、説明を簡素化するために上段のバーナー段に設置した各６本のバーナー６についてのみ説明する。
【００６７】
図６及び図７に示したように、火炉側壁５３の一方側に設置されたミル２ａ及びミル２ｆから給炭管５を介して部粉炭が供給される上段のバーナー段となる火炉壁面の火炉前壁５１と、同じく上段のバーナー段となる火炉壁面の火炉後壁５２には、同じ高さとなるバーナー段に相互に対向するように配置した各３本のバーナー６ａ及びこれらのバーナー６ａと一本置きに隣接したバーナー６ｆとが配置されている。
【００６８】
そして、同じ高さのバーナー段の火炉前壁５１の各バーナー６ａと同じ高さのバーナー段の火炉後壁５２の各バーナー６ａとが一対一で対向し、同じ高さのバーナー段の火炉前壁５１の各バーナー６ｆと同じ高さのバーナー段の火炉後壁５２の各バーナー６ｆとが一対一で対向するように配置しているので、点火しているバーナー６ａ又はバーナー６ｆから生じた火炎が火炉内部で完全に対向して火炎が丁度、火炉内部で衝突する関係となる。
【００６９】
ここで、部分負荷運転のため、上段のバーナー段に微粉炭を供給するミル２ａとミル２ｆのうち、ミル２ｆを停止してバーナー６ｆを消火する状態を考える。ミル２ｆが停止してもミル２ａは運転しているので、バーナー６ａは点火している。
【００７０】
このとき、火炉内部では図６で点線で示すような火炎が生じて対向するバーナー６ａの火炎が衝突する。ここで対向配置されたバーナーのうち、点火している対向配置したバーナー６ａで生じた火炎を火炉内部で衝突させているのは、火炎が衝突しないとこの火炎が対向する火炉壁面に到達して局所的に熱負荷の高い箇所ができ、火炉前壁と火炉後壁との間に熱負荷バランスに差が生じるのを防止させるためである。
【００７１】
仮に２台設置されたミルの一方、例えばミル２ａの運転を停止する場合でも、運転中のミル２ｆから供給される微粉炭によってバーナー６ｆは点火しているので、対向配置されたバーナー６ｆの火炎は火炉内部で衝突する。
【００７２】
よって上記した本実施例の構成を採用すれば、全負荷に亘って火炉内部で対向したバーナーの衝突火炎を形成することが可能である。
【００７３】
従って本発明の実施例によれば、全熱負荷帯において火炉の火炉壁面を構成する水冷管の熱負荷を平準化して火炉水冷管に生じる熱応力を抑制し、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラが実現できる。
【実施例２】
【００７４】
本発明の他の実施例である微粉炭焚きボイラについて図８を用いて説明する。本実施例の微粉炭焚きボイラの基本構造は図１乃至図７に示した先の実施例の微粉炭焚きボイラと共通しているので、共通した構成の説明は省略し、相違した構成についてのみ説明を行う。
【００７５】
図８に示した本実施例の微粉炭焚きボイラでは、火炉５０の火炉壁面の火炉前壁５１及び火炉後壁５２の上段、中段、下段の各バーナー段は火炉後壁５２のバーナー段の垂直方向の高さが火炉前壁５１のバーナー段の垂直方向の高さよりも高くなるように配設されている。
【００７６】
本実施例のように、バーナー段の高さ方向の位置を火炉前壁５１と火炉後壁５２とで上下にずらして配置していることを、バーナー段がスタガード配置されているとよぶ。
【００７７】
ところで、火炉内部の燃焼流動計算の知見により、スタガード配置の微粉炭焚きボイラは図６に示したような火炉前壁５１と火炉後壁５２とに配置したバーナーが完全対向配置した構成に比べてボイラの火炉形状やバーナーの形状によっては、有害な一酸化炭素や窒素酸化物の発生量が少ない場合があった。ただし、一酸化炭素や窒素酸化物の発生量の大小は火炉の形状や運用条件によって変化する。
【００７８】
一酸化炭素や窒素酸化物の発生量も微粉炭焚きボイラにとって重要な性能指標であるので、スタガード配置の微粉炭焚きボイラにおいても熱負荷をできる限り平準化する必要がある。そこで、本実施例の微粉炭焚きボイラのように火炉前壁５１に設置するバーナー段に対して火炉後壁５２に設置するバーナー段の高さ方向の位置を垂直方向の上下にずらすと良い。
【００７９】
このバーナー段のずらし幅は、対向する火炎ができる限り干渉しないような幅があれば良い。このようにバーナー段をずらして配置すれば、これらのバーナー段の各バーナーから生じる火炎が対向する壁面に向かっても火炉前壁５１と火炉後壁５２に及ぼす熱負荷はほぼ同等である。
【００８０】
尚、本実施例の微粉炭焚きボイラでは、火炉前壁５１のバーナー段よりも火炉後壁５２のバーナー段が垂直方向の上方に位置するように上方へずらしているが、逆に火炉前壁５１のバーナー段が火炉後壁５２のバーナー段よりも垂直方向の上方に位置するようにずらしても良い。
【００８１】
本発明の実施例によっても、全熱負荷帯において火炉の壁面を構成する水冷管の熱負荷を平準化して火炉水冷管に生じる熱応力を抑制し、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラが実現できる。
【実施例３】
【００８２】
本発明の更に他の実施例である微粉炭焚きボイラについて図９を用いて説明する。本実施例の微粉炭焚きボイラの基本構造は図１乃至図７に示した先の実施例の微粉炭焚きボイラと共通しているので、共通した構成の説明は省略し、相違した構成についてのみ説明を行う。
【００８３】
図９に示した本実施例の微粉炭焚きボイラでは、火炉壁面の上段のバーナー段となる火炉前壁５１と火炉後壁５２に夫々６本設置された各バーナー６に対して、火炉側壁５３の一方側に設置したミル２ｆ及びミル２ａの２台のミルから火炉前壁５１及び火炉後壁５２に設置した各３本のバーナー６ａ及びバーナー６ｆに燃料の微粉炭を供給する給炭管５が夫々接続するように配設されている。
【００８４】
前記のミル２ａ及びミル２ｆから配設された給炭管５は火炉前壁５１及び火炉後壁５２で対向して配置された各３本のバーナー６ａ及びバーナー６ｆに接続しているが、火炉前壁５１と火炉後壁５２とに振り分けられた給炭管５の長さがほぼ同じとなるために前記各３本のバーナー６ａ及びバーナー６ｆに供給される微粉炭の給炭量を等しくでき、よって火炉内部にバーナーから供給されて燃焼する熱負荷を火炉前壁５１と火炉後壁５２との間で平準化することが可能となる。
【００８５】
従って本発明の実施例によっても、全熱負荷帯において火炉の火炉壁面を構成する水冷管の熱負荷を平準化して火炉水冷管に生じる熱応力を抑制し、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラが実現できる。
【実施例４】
【００８６】
本発明の別の実施例である微粉炭焚きボイラについて図１０を用いて説明する。本実施例の微粉炭焚きボイラの基本構造は図１乃至図７に示した先の実施例の微粉炭焚きボイラと共通しているので、共通した構成の説明は省略し、相違した構成についてのみ説明を行う。
【００８７】
図１０に示した本実施例の微粉炭焚きボイラでは、火炉壁面の上段のバーナー段となる火炉前壁５１と火炉後壁５２に夫々６本設置された各バーナー６に対して、火炉側壁５３の両側に離間させて１台づつ設置したミル２ｆ又はミル２ａの合計２台のミルから火炉前壁５１及び火炉後壁５２に設置した各３本のバーナー６ａ及びバーナー６ｆに燃料の微粉炭を供給する給炭管５が夫々接続するように配設されている。
【００８８】
前記の各１台設置したミル２ａ及びミル２ｆから配設された給炭管５は火炉前壁５１及び火炉後壁５２で対向して配置された各３本のバーナー６ａ及びバーナー６ｆに接続しているが、火炉前壁５１と火炉後壁５２とに振り分けられた給炭管５の長さがほぼ同じとなるために前記各３本のバーナー６ａ及びバーナー６ｆに供給される微粉炭の給炭量を等しくでき、よって火炉内部にバーナーから供給されて燃焼する熱負荷を火炉前壁５１と火炉後壁５２との間で平準化することが可能となる。
【００８９】
従って本発明の実施例によっても、全熱負荷帯において火炉の火炉壁面を構成する水冷管の熱負荷を平準化して火炉水冷管に生じる熱応力を抑制し、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラが実現できる。
【実施例５】
【００９０】
本発明の更に別の実施例である微粉炭焚きボイラについて図１１を用いて説明する。本実施例の微粉炭焚きボイラの基本構造は図１乃至図７に示した先の実施例の微粉炭焚きボイラと共通しているので、共通した構成の説明は省略し、相違した構成についてのみ説明を行う。
【００９１】
図９に示した本実施例の微粉炭焚きボイラでは、火炉壁面の上段のバーナー段となる火炉前壁５１と火炉後壁５２に夫々６本設置された各バーナー６に対して、火炉側壁５３の一方側に設置したミル２ｆ及びミル２ａの２台のミルから火炉前壁５１及び火炉後壁５２に設置した各３本のバーナー６ａ及びバーナー６ｆに燃料の微粉炭を供給する給炭管５が夫々接続するように配設されている。
【００９２】
前記のミル２ａ及びミル２ｆから配設された給炭管５は火炉前壁５１及び火炉後壁５２で対向して配置された各３本のバーナー６ａ及びバーナー６ｆに接続しているが、火炉前壁５１と火炉後壁５２とに振り分けられた給炭管５の長さがほぼ同じとなるために前記各３本のバーナー６ａ及びバーナー６ｆに供給される微粉炭の給炭量を等しくでき、よって火炉内部にバーナーから供給されて燃焼する熱負荷を火炉前壁５１と火炉後壁５２との間で平準化することが可能となる。
【００９３】
更に本実施例の微粉炭焚きボイラでは、ミル２ａ、２ｆから出た給炭管５は火炉前壁５１と火炉後壁５２で対向するバーナー６ａ及びバーナー６ｆに接続されているが、これらの給炭管５には火炉前壁５１と火炉後壁５２に設置したバーナー６に供給される微粉炭の給炭量を調整する給炭量調整装置２１が設置されている。
【００９４】
給炭量調整装置２１にはバタフライ弁のような調整弁と流量計とが備えられている。本実施例のように給炭量の調整装置２１によって、バーナー６ａ及びバーナー６ｆに供給される微粉炭の給炭量をほぼ同等に調節することができる。また、流量計によって給炭量を監視してこの流量計で検出した給炭量に基づいて調整弁を制御すれば微粉炭の給炭量が正確に調節できるので、常時、火炉壁面を構成する水管壁の熱負荷が平準化できる。
【００９５】
従って本発明の実施例によっても、全熱負荷帯において火炉の火炉壁面を構成する水冷管の熱負荷を平準化して火炉水冷管に生じる熱応力を抑制し、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラが実現できる。
【実施例６】
【００９６】
本発明の実施例である微粉炭焚きボイラの火炉壁面を構成する水管壁について図１２を用いて説明する。本実施例の微粉炭焚きボイラの基本構造は図１乃至図１１に示した実施例の微粉炭焚きボイラと共通しているので、共通した構成の説明は省略し、相違した構成についてのみ説明を行う。
【００９７】
図１２において本実施例の微粉炭焚きボイラは、火炉壁面を構成する複数の水管壁２０に備えられた複数の水管は、火炉壁面の下部側に設置された水管壁２０ではスパイラル形状に水管を配設しているが、火炉壁面の上部側に設置された水管壁２０では火炉壁面の下部側のスパイラル形状の水管と接続して垂直方向に延びる直管形状の水管が配設されている。
【００９８】
ここで、一般の構造の微粉炭焚きボイラではバーナー近傍での火炉内部の熱負荷にアンバランスが起きると水管毎に過熱状態が異なって熱伸び差が生じ、発生する熱応力の大きさによっては水管壁を損傷させる可能性がある。
【００９９】
そこで本実施例の微粉炭焚きボイラでは、図１乃至図１１に示した実施例のバーナーの配置と同じ構成を採用したことによって火炉内部での熱負荷のアンバランスを減らすことが可能である。
【０１００】
火炉内部での熱負荷のアンバランスが少ないことで水管毎の過熱状態に差が少ないため、一般の微粉炭焚きボイラでは火炉壁面の下部側の水管壁２０に配設したスパイラル形状の水管と火炉壁面の上部側の水管壁２０に配設した垂直状の直管とを連通するためのミキシングヘッダの配設が不要となり、よって火炉壁面を構成する水管壁は火炉壁面の下部のスパイラル水管壁から火炉壁面の上部の垂直状の直管壁へ直接接続することが可能となる。
【０１０１】
この結果、火炉壁面の水管壁の構造が簡素化されることにより火炉壁面の製作コストが大幅に低減でき、微粉炭焚きボイラを建設する上でのコスト低減の効果は大きい。
【０１０２】
従って本発明の実施例によっても、全熱負荷帯において火炉の火炉壁面を構成する水冷管の熱負荷を平準化して火炉水冷管に生じる熱応力を抑制し、火炉壁面の安全性向上と微粉炭焚きボイラの寿命延長を図る微粉炭焚きボイラが実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は石炭を燃焼する微粉炭焚きボイラの構造およびその燃焼方式に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラシステムを示す概略構成図。
【図２】図１に示す実施例の微粉炭焚きボイラでミルからバーナーに微粉炭を供給する給炭管の配設状況を示す給炭管の配設構成図。
【図３】図１に示す実施例の微粉炭焚きボイラの概観構成を表す俯瞰図。
【図４】熱出力最大の状態から熱出力５０％の状態まで負荷を変化させた場合における本実施例と比較例についての火炉壁面に設置したバーナーの点火と消火の状況を示す説明図。
【図５】バーナーからアフターエアーポート間の火炉壁面を構成する水管壁における本実施例と比較例との水管毎の吸収熱量の状況図。
【図６】図１に示す実施例の微粉炭焚きボイラの上段のバーナー段の火炉壁面に設置したバーナーにミルから給炭管を通じて微粉炭を供給するミルとバーナーとの配設関係を示す構成図。
【図７】図１に示す実施例の微粉炭焚きボイラにおいて複数段に設置したバーナー段の垂直方向の配設状況を示す構成図。
【図８】本発明の他の実施例である微粉炭焚きボイラにおいて複数段に設置したバーナー段の垂直方向の配設状況を示す構成図。
【図９】本発明の更に他の実施例の微粉炭焚きボイラにおいて上段のバーナー段の火炉壁面に設置したバーナーにミルから給炭管を通じて微粉炭を供給するミルとバーナーとの配設関係を示す構成図。
【図１０】本発明の別の実施例の微粉炭焚きボイラにおいて上段のバーナー段の火炉壁面に設置したバーナーにミルから給炭管を通じて微粉炭を供給するミルとバーナーとの配設関係を示す構成図。
【図１１】本発明の更に別の実施例の微粉炭焚きボイラにおいて上段のバーナー段の火炉壁面に設置したバーナーにミルから給炭管を通じて微粉炭を供給するミルとバーナーとの配設関係を示す構成図。
【図１２】本発明の実施例である微粉炭焚きボイラの火炉壁面を示すスパイラル水冷管と垂直水冷管を直接接合した構成の微粉炭焚きボイラ。
【符号の説明】
【０１０５】
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ：ミル、５：給炭管、６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ：バーナー、９、アフターエアーポート、２０、３０：水管壁、５０：火炉、５１：火炉前壁、５２：火炉後壁、５３：火炉側壁。
【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】
2008151471.tif 000009
【図８】
2008151471.tif 000010
【図９】
2008151471.tif 000011
【図１０】
2008151471.tif 000012
【図１１】
2008151471.tif 000013
【図１２】
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