(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンと、燃焼用空気系統と、前記ガスタービンの排ガスを前記燃焼用空気系統に供給するガスタービン排ガス供給ダクトと、前記ガスタービン排ガス供給ダクトからの排ガスと前記燃焼用空気系統からの燃焼用空気を混合して供給するウインドボックスと、このウインドボックスからバーナスロート内に向けて設けられた油バーナ、内側および外側スリーブとを備え、
前記内側および外側スリーブにより一次空気流路、二次空気流路、三次空気流路を形成し、前記ウインドボックスに供給された前記混合ガスを前記一次空気流路、二次空気流路ならびに三次空気流路にそれぞれ一次空気、二次空気ならびに三次空気として供給して、
ボイラの単独運転時、前記三次空気流路に供給する三次空気流量を減少させて、前記一次空気流路および二次空気流路に供給する一次および二次空気流量を増加させて、一次および二次空気の噴出速度を増加させ、前記ガスタービンの運転時、前記三次空気流路に供給する三次空気流量を前記ボイラの単独運転時よりも増加させて、前記一次空気流路および二次空気流路に供給する一次および二次空気流量を前記ボイラの単独運転時よりも減少させて、一次および二次空気の噴出速度を減少させるための三次空気流量調整手段を前記三次空気流路に設けたことを特徴とする排気再燃型ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排気再燃型ボイラプラントに係り、特に排気再燃型ボイラプラントでガスタービンからの排ガスを燃焼用空気に用いて油燃料を燃焼する排気再燃型ボイラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラから発生するＮＯX は燃料中に含まれる窒素分が燃焼時に酸化されて生成するフューエル（Ｆｕｅｌ）ＮＯX と、炭化水素系燃料を燃焼する際に炭化水素が空気中の窒素と反応し、更にいくつかの反応を経て生じたプロントン（Ｐｒｏｍｐｔ）ＮＯX と、空気中の窒素分子が高温において酸素と結合して生成するサーマル（Ｔｈｅｒｍａｌ）ＮＯX とがあり、特にこのサーマルＮＯX が問題視されている。
【０００３】
サーマルＮＯX の生成は燃焼温度が高く、燃焼域でのＯ2 濃度が高く、また高温域での燃料ガスの滞留時間が長くなるほど多量に発生するとされている。
【０００４】
このことから、根本的にＮＯX を抑制するためには、燃焼温度、Ｏ2 濃度、滞留時間を抑制することが重要であり、特に燃焼温度が１６００℃以上になるとＮＯX が急激に増加することから、極力燃焼温度を下げることが重要視されている。
【０００５】
このように、部分負荷での発電効率を向上させ、燃焼段階でのＮＯX の発生量を抑制することに従来のボイラプラントにおいては排ガス再循環燃焼法が採用されている。
【０００６】
図５は従来のボイラプラントにおける排ガス再循環燃焼法を採用したボイラの概略系統図、図６は図５の油バーナを拡大した詳細図である。
【０００７】
図５において空気ダクト１内の燃焼用空気は押込通風機２にて昇圧されて空気予熱器３で排ガスダクト４の排ガスによって加熱した後、燃焼用空気系統５よりウインドボックス６を経て油バーナ７へ供給されてボイラ火炉８内で燃焼する。  一方、ボイラ火炉８内で燃焼した排ガスは節炭器９、排ガスダクト４の空気予熱器３でその排熱が回収され誘引通風機１０から大気へ放出される。
【０００８】
他方、排ガスダクト４の排ガスの一部は排ガス再循環フアン１１で昇圧されて排ガス混入系統１２より燃焼用空気系統５の燃焼用空気へ混入されウインドボックス６へ供給されるとともに、他の一部は排ガス再循環ダクト１３からボイラ火炉８へ供給される。なお、１４，１５，１６は燃焼用空気量、排ガス混入量および排ガス量を制御するダンパである。
【０００９】
以上は燃焼用空気、排ガスの一般的な流動状態を説明したものであるが、燃焼用空気および燃焼用空気に混入された排ガスはウインドボックス６内で各油バーナ７に分配される。
【００１０】
以下、図６を用いてボイラプラントの油バーナの構造について説明する。
【００１１】
図６において、６はウインドボックス、７は油バーナ、８はボイラ火炉で図５のものと同一のものを示す。ウインドボックス６内とバーナスロート１７は仕切板１８、内側スリーブ１９によって一次空気通路２０と二次空気通路２１に区画され、仕切板１８と外側スリーブ２２によって二次空気通路２１と三次空気通路２３に区画されている。
【００１２】
この様な構造において、一次空気Ａは内側スリーブ１９に設けられた一次空気取入口２４から一次空気通路２０へ供給され、空気ダンパ２５によって一次空気流量が調整されて内側スリーブ１９よりボイラ火炉８内へ供給される。
【００１３】
二次空気Ｂは二次空気通路２１へ供給され二次ベーン２６によって旋回力が与えられた後、ボイラ火炉８内へ供給される。
【００１４】
三次空気Ｃは旋回器２７により三次空気通路２３へ供給され、旋回器２７によって旋回流となり、ボイラ火炉８内へ供給される。
【００１５】
ところが、このウインドボックス６へ供給される燃焼用空気、排ガスは図５に示す如く同一の燃焼用空気系統５、排ガス混入系統１２から供給されるために、ウインドボックス６内の一次空気Ａ、二次空気Ｂおよび三次空気Ｃは共に空気量、排ガス量共にダンパ１４，１５，１６によって流量調整されたもので、その酸素濃度は同一である。なお、図６において、２８はアトマイザ、２９は保炎器である。
【００１６】
図４は縦軸に空気流速、横軸に燃焼用空気温度を示した燃焼用空気の特性線図である。図４に示すように、油バーナ７に供給される燃焼用空気の質量が一定条件においては、燃焼用空気の温度が低くなれば、燃焼用空気の体積が減少し、油バーナ７への燃焼用空気の噴出速度は低下する。逆に燃焼用空気の温度が高くなれば、燃焼用空気の噴出速度は高くなる特性がある。
【００１７】
つまり、従来技術のボイラプラントにおいては図５で説明したように空気ダクト１から油バーナ７への燃焼用空気は空気予熱器３で３００℃前後に加熱されるために、ボイラの起動時を除いては図４に示すように燃焼用空気と空気流速の関係はほぼ一定であり、この時の空気流速を１００％とする。
【００１８】
これに対し、排気再燃型ボイラプラントでのボイラ単独運転時には油バーナ７への燃焼用空気の温度は大気温度に近く、今仮に２０℃と仮定すれば空気流速は図４に示すように燃焼用空気温度３００℃時の約半分（５０％）なる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の油バーナにおいては、燃焼用空気の温度変化による、バーナスカートからの空気噴出速度が、変化することによる燃焼性能の変化について考慮されておらず特に燃焼用空気の温度低下による空気噴出速度低下から、燃料と燃焼用空気の混合が悪化し、ばいじん量が増加する。
【００２０】
本発明はかかる従来技術の欠点を解消しようとするもので、その目的とするところは、排気再燃型ボイラプラントにおけるボイラ単独運転時であっても燃料と燃焼用空気の混合をよくし、しかもばい塵量を少なくすることができる排気再燃型ボイラを提供するにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の目的を達成するために、ガスタービンと、燃焼用空気系統と、前記ガスタービンの排ガスを前記燃焼用空気系統に供給するガスタービン排ガス供給ダクトと、前記ガスタービン排ガス供給ダクトからの排ガスと前記燃焼用空気系統からの燃焼用空気を混合して供給するウインドボックスと、このウインドボックスからバーナスロート内に向けて設けられた油バーナ、内側および外側スリーブとを備え、
前記内側および外側スリーブにより一次空気流路、二次空気流路、三次空気流路を形成し、前記ウインドボックスに供給された前記混合ガスを前記一次空気流路、二次空気流路ならびに三次空気流路にそれぞれ一次空気、二次空気ならびに三次空気として供給して、
ボイラの単独運転時、前記三次空気流路に供給する三次空気流量を減少させて、前記一次空気流路および二次空気流路に供給する一次および二次空気流量を増加させて、一次および二次空気の噴出速度を増加させ、前記ガスタービンの運転時、前記三次空気流路に供給する三次空気流量を前記ボイラの単独運転時よりも増加させて、前記一次空気流路および二次空気流路に供給する一次および二次空気流量を前記ボイラの単独運転時よりも減少させて、一次および二次空気の噴出速度を減少させるための三次空気流量調整手段を前記三次空気流路に設けたことを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
燃焼用空気の温度が低い場合には三次空気流量調整手段を閉じて三次空気流量を減少させると共に、一次、二次空気量を増加させる。これによって一次、二次空気流量が増加するので一次、二次空気と燃料との混合が良好になり煤塵量は減少する。
【００２３】
以下、本発明の具体例を図面を用いて説明する。図１は本発明の具体例に係る排気再燃型油バーナの拡大断面図、図２は排気再燃型ボイラプラントの概略構成図、図３は横軸に燃焼用空気温度、縦軸に空気流量、三次空気流量調整手段の開度を示した特性曲線図である。
【００２４】
図１から図２において、符号１から２９は従来のものと同一のものを示す。
【００２５】
３０はガスタービン、３１はガスタービン３０の排ガスを燃焼用空気系統５に送るガスタービン排ガス供給ダクト、３２は排ガスダクト４内を流れる排ガスの熱を回収するスタックガスクーラ、３３は給水加熱器、３４は三次空気流量調整手段、３５はダンパ駆動装置である。
【００２６】
以下、図１の排気再燃型油バーナについて説明する以前に図２を用いて排気再燃型ボイラプラントの概要について説明する。
【００２７】
排気再燃型ボイラプラントは図２に示すように、図５のボイラプラントから空気予熱器３を撤去し、ガスタービン３０、ガスタービン排ガス供給ダクト３１、スタックガスクーラ３２および給水加熱器３３を新設したものである。
【００２８】
そして、排気再燃型ボイラプラントにおいては、ガスタービン３０からの排ガスをガスタービン排ガス供給ダクト３１、燃焼用空気系統５からウインドボックス６へ供給し、油バーナ７の燃焼用空気として用いる。
【００２９】
この排気再燃型ボイラプラントはガスタービン３０を新設するこめに、ガスタービン３０による発電と、図示していない既設の蒸気タービンによる発電を行なうために発生電力量を増加させることができ、高効率発電を行なうことができる。
【００３０】
また、既設のボイラプラントの改造部分を少なくして比較的短期間でリパワリングを行なうことができる特徴がある。
【００３１】
ところが、図５に示す排気再燃型ボイラプラントにおいては、高効率発電を行なうために、ガスタービン３０による発電を停止し、ボイラによる図示していない既設の蒸気タービンのみの単独運転で発電を行なう場合には問題がある。
【００３２】
つまり、図４でも説明したように図５に示す従来のボイラプラントにおいては油バーナ７への燃焼用空気は空気予熱器３でほぼ３００℃に加熱されるが、図２に示す排気再燃型ボイラプラントにおけるボイラの単独運転時には油バーナ７への燃焼用空気の温度は大気温度であり、煤塵量が増加する。
【００３３】
従って、本発明の具体例に係る排気再燃型油バーナ７においては図１に示すように三次空気流路２３に三次空気流量を調整する三次空気流量調整手段３４を設けたのである。
【００３４】
つまり、図２に示す排気再燃型ボイラプラントにおけるボイラの単独運転時（ガスタービン３０の運転は停止）には押込通風機２からウインドボックス６へ大気温度の燃焼用空気が直接供給されるので燃焼用空気温度が低く、空気流速が遅いために図１に示す三次空気流量調整手段３４はダンパ駆動装置３５によって閉じる方向へ制御して三次空気流路２３の三次空気流量を絞って減少させると共に、その分一次および二次空気流路２０、２１の一次および二次空気流量を増加させ、一次および二次空気の噴出速度を増加させることにより、油バーナ７からの燃料と一次および二次空気の混合を良くし煤塵量を低下させるようにしたのである。
【００３５】
以下、図３を用いて三次空気流量調整手段３４の操作について説明する。
【００３６】
なお、図３において曲線Ｄは三次空気流量調整手段３４の開度、曲線Ｅ，Ｆ，Ｇは一次空気流路２０の一次空気流量、二次空気流路２１の二次空気流量および三次空気流量および三次空気流路２３の三次空気流量を示す。
【００３７】
図３に示すように燃焼用空気温度が低い場合には三次空気流量調整手段３４の開度を曲線Ｄで示すように閉じる方向へ調整し、逆に燃焼用空気温度が高い場合には曲線Ｄで示すように開く方向へ調整する。
【００３８】
つまり、燃焼用空気温度が低い場合には三次空気流量調整手段３４を図３の曲線Ｄで示すように閉じて三次空気流量を曲線Ｇで示すように減少させて三次空気流速を低下させると共に、一次および二次空気流量は曲線Ｅ，Ｆで示すように増加させて一次、二次空気の流速を増加させる。
【００３９】
これによって、一次、二次空気量は増加してボイラの単独運転時であっても油バーナ７での燃料と一次、二次空気の混合がよくなり、煤塵量は低下する。
【００４０】
また、燃焼用空気温度が高い場合には三次空気流量調整手段３４の図３の曲線Ｄで示すように開いて三次空気流量を曲線Ｇで示すように増加させて三次空気流速を速くすると共に、一次および二次空気流量は曲線Ｅ，Ｆで示すように減少させて一次、二次空気の流速を減少させる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、排気再燃型ボイラプラントのボイラ単独運転時であっても燃料と燃焼用空気の混合が良好になり、しかも煤塵量を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の具体例に係る排気再燃型油バーナの拡大断面図である。
【図２】  排気再燃型ボイラプラントの概略構成図である。
【図３】  横軸に燃焼用空気温度を示し、縦軸に空気流量、三次空気流量調整手段の開度を示した特性曲線図である。
【図４】  横軸に燃焼用空気温度を示し、縦軸に空気流速を示した燃焼用空気の特性線図である。
【図５】  従来のボイラプラントにおける排ガス再循環法を採用したボイラの概略系統図である。
【図６】  図５の油バーナを拡大した詳細図である。
【符号の説明】
６  ウインドボックス
７  油バーナ
１７  バーナスロート
１９  内側スリーブ
２０  一次空気流路
２１  二次空気流路
２２  外側スリーブ
２３  三次空気流路
２５  空気ダンパ
２７  旋回器
３０  ガスタービン
３４  三次空気流量調整手段
【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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