JP2008170040A - 微粉炭焚きボイラ及び微粉炭焚きボイラの微粉炭燃焼方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二段燃焼式の微粉炭焚きボイラにおいて、未燃分とＣＯを低減し、しかも火炉壁の腐食を抑制する。
【解決手段】バーナ間に、口径がバーナの口径に比べて小さく且つ空気噴出速度がバーナの１次空気、２次空気、３次空気のいずれよりも遅くなるように構成されたエアポートを備える。バーナ間から、流速の遅い空気を噴出することで、バーナ壁際からすり抜ける未燃の燃焼ガス成分を空気と効率よく混合することができ、火炉の腐食抑制効果が高まる。また、空気の流速をバーナの１次空気、２次空気、３次空気のいずれよりも遅くしたことで、空気がバーナからの噴流に巻き込まれるのを防止できる。
【選択図】図２

Description

本発明は微粉炭焚きボイラ及び微粉炭焚きボイラの微粉炭燃焼方法に関する。

微粉炭焚きボイラでは、窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度低減が求められており、この要求に応えるために、二段燃焼法が適用されている。この方法は、燃料を空気不足の状態で燃焼させた後、完全燃焼用の空気をアフタエアポートから供給する。

二段燃焼式の微粉炭ボイラに関しては、例えば、バーナの位置よりも若干上方で、且つバーナ間に相当する位置にアフタエアポートを設けて、火炎先端に向かって空気を噴出させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、主アフタエアポートと副アフタエアポートを横方向に並べて配置したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。またバーナとアフタエアポートの中間の位置に中間段エアポートを設けたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。また、バーナと側壁との間に下段エアポートを設けたものが知られている（例えば、特許文献４参照）。

特開２００１−２２１４０６号公報 特開平５−１８５１０号公報 特開平９−１２６４１５号公報 特開２００１−１０８２２９号公報

本発明の目的は、バーナとアフタエアポートを具備する二段燃焼式の微粉炭ボイラにおいて、石炭の未燃焼成分である固体成分（未燃分）と一酸化炭素（ＣＯ）を低減しつつ、火炉壁の腐食を抑制できるようにした微粉炭ボイラと微粉炭焚きボイラの微粉炭燃焼方法を提供することにある。

本発明は、火炉の対向する二つの炉壁にそれぞれ、微粉炭を空気不足の状態で燃焼させるバーナと、空気を噴出させるアフタエアポートを備え、前記アフタエアポートから噴出する空気によって前記バーナで発生した燃焼ガスに含まれる未燃焼成分を燃焼するようにした二段燃焼式の微粉炭焚きボイラであって、複数の前記バーナが横方向に配置されているものにおいて、複数の前記バーナのバーナ間に開口面積がバーナの開口面積に比べて小さく、且つ空気噴出速度が前記バーナの１次空気、２次空気、３次空気のいずれの噴出速度よりも遅くなるように構成されたエアポートを備えたことを特徴とする。

本発明は、ボイラ火炉の対向する二つの炉壁にそれぞれ横方向に設置された複数のバーナにより微粉炭を空気不足の状態で燃焼させ、前記バーナで発生した燃焼ガスに含まれる未燃焼成分を前記バーナの上方に設置されたアフタエアポートから空気を噴出することにより燃焼するようにした微粉炭燃焼方法において、微粉炭の燃焼中、複数の前記バーナのバーナ間から空気を噴出し、その空気流量を前記バーナの空気流量よりも少なくし、且つ、その空気噴出速度を前記バーナの１次空気、２次空気、３次空気のいずれの噴出速度よりも遅くしたことを特徴とする。

本発明は、火炉の対向する二つの炉壁にそれぞれ、微粉炭を空気不足の状態で燃焼させるバーナと、空気を噴出させるアフタエアポートを備え、前記アフタエアポートから噴出する空気によって前記バーナで発生した燃焼ガスに含まれる未燃焼成分を燃焼するようにした二段燃焼式の微粉炭焚きボイラであって、複数の前記バーナが横方向に配置されているものにおいて、複数の前記バーナのバーナ間に開口面積がバーナの開口面積に比べて小さく、且つ空気噴出速度が前記バーナの１次空気、２次空気、３次空気のいずれの噴出速度よりも遅くなるように構成されたエアポートを備え、さらに前記火炉の燃焼空間におけるＣＯ濃度を検出する複数のＣＯ濃度検出器と、前記ＣＯ濃度検出器からの信号に基づいて複数の前記エアポートの空気流量を個別に調整する制御装置を備え、複数の前記ＣＯ濃度検出器からの信号により微粉炭量の多いバーナが特定されたならばそのバーナの隣に設置されている前記エアポートの空気量を他のエアポートに比べて増加させるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、バーナ間に設置されたエアポートから噴出される空気により、還元領域で燃焼ガスと空気との混合が促進され、未燃分とＣＯを低減する効果が高まると同時に、火炉壁の腐食が抑制される。

バーナの間に設置したバーナの開口面積よりも小さい開口面積のエアポートは、壁際部分の燃焼ガスに空気を混合し、ＣＯや未燃分の低減に極めて有効である。同時に、バーナ近傍の火炉壁の腐食を抑制することができる。開口面積の小さいエアポートから噴出した空気は、空気の流量が少ないため火炉の中心部まで空気が到達しにくい。よって、火炉中心の高温域でサーマルＮＯｘが発生することなく、壁際のガスの混合を促進し、ＣＯや未燃分を低減することができる。

バーナ間に設置されたエアポートからの空気の水平方向の噴出速度は、バーナから噴出される１次空気、２次空気、３次空気のいずれの流速よりも小さくする。エアポートからの噴出流速が速いとバーナからの噴流に同伴されて、火炉中央部でサーマルＮＯｘが生じるためである。特に、エアポートからの噴出流速が２０ｍ／ｓ以上では、バーナからの噴流に巻き込まれる。従って、エアポートからの噴出流速をバーナの１次空気、２次空気、３次空気のいずれの流速よりも小さくすることにより、エアポートからの噴流はバーナからの噴流に同伴されることなく、火炉前壁及び火炉後壁近傍のすり抜けを防止する。

バーナ間のエアポートによる空気の噴出方向は下向きの方向とし、燃焼ガス流れ方向の上流側に向かって噴出してもよい。こうすることにより、バーナ壁際からすり抜ける未燃の燃焼ガス成分と空気を効率よく混合することができ、火炉の腐食効果が高まる。

本発明においては、炉壁に横方向に並んで設置される複数のバーナとバーナ間に設置されるエアポートを共通のウィンドウボックス内に配置することが望ましい。このようにすれば、構造が簡素化され製作が容易になる。また、流量調整機構が少なくてすむようになる。更に、新たにバーナ或いはエアポートを追加するときにも設置が容易である。

また、バーナの１つとエアポートの１つを一組にしてその少なくとも一組を同一のウィンドウボックス内に配置し、そのウィンドウボックスを複数個、火炉壁の同じ高さのところに一列に並べて配置することが望ましい。このようにウィンドウボックスを分割して空気を供給すると、バーナ及びエアポートの流量を微調整することが可能になり、効率よく空気を混合できるようになる。

また、バーナの空気流量とバーナ間に設置するエアポートの空気流量は個別に制御できるようにすることが望ましい。この一例として、バーナとバーナ間に設置するエアポートに、それぞれ空気流量を制御するダンパを設けることが望ましい。ダンパを設置すると、空気流量を微調整することが可能になり、空気供給のバラツキが少なく、効率よく空気を混合することができる。また他の例として、ウィンドウボックス内に仕切り板を設け、バーナの空気流路とエアポートの空気流路を分割することが望ましい。このようにすれば、バーナ及びエアポートごとに、空気流量を調整することができる。

本発明において、アフタエアポートの構造を、噴出された空気がアフタエアポートの中心軸方向を向いて流れるようにした縮流型構造とすると、ＮＯｘとＣＯの同時低減に効果的である。この構造以外に、アフタエアポートを多重管構造にし、中央の流路から直進流を噴出し、外周から旋回流を供給する旋回型にしても良い。また、中央の流路及びその外周の流路からアフタエアポート中心軸と平行方向に空気を噴出する直進型にしてもよい。

またバーナ間に設置するエアポートを、前記したアフタエアポートの場合と同様の構造を有する旋回型にすると、壁近傍の未燃焼ガスに効率よく空気を供給できるようになるので、ＣＯと未燃分の低減に特に効果的である。

本発明では、バーナ間に設置するエアポートからの空気流量を制御する制御装置を設けて、火炉前壁のバーナと後壁のバーナに供給する微粉炭量を判定して前壁と後壁の給炭量比を計算し、それに基づいて前壁と後壁のバーナ空気流量を計算し、バーナとエアポートに供給される空気流量の配分を決定することが望ましい。

また、火炉前壁又は後壁に休止バーナがある場合には、休止バーナがある方のエアポートへ供給する空気流量を、他方のエアポートへ供給する空気流量よりも低く設定することが望ましい。このように、バーナの可動条件に応じてエアポート流量を制御することで、効果的にＮＯｘとＣＯを低減できる。

以下、図面を用いて説明するが、本発明は以下の構造に限定されるものではない。

図１は本発明に係る微粉炭焚きボイラの概略構成図である。火炉の壁面は、上部の火炉天井８、下部のホッパ６、側方の火炉前壁４、火炉後壁５、及び火炉側壁７（図２に記載）で囲われ、それぞれの壁面には、図示しない水管が設置される。この水管により、火炉燃焼空間２０で発生した燃焼熱の一部が吸収される。火炉燃焼空間２０で生成した燃焼気体は下方から上方へ流れ、排出される。燃焼後の気体は、後部伝熱部１２を通り、ここで気体中に含まれる熱がさらに回収される。

火炉の下部には、バーナ１が設置され、ここで空気不足の火炎１３が形成される。バーナは通常、火炉の前壁と後壁に、対向するように、それぞれ多段に配置され、且つ各段に複数個のバーナが設置される。図１ではバーナが上段、中段、下段の三段に設置されている例を示している。石炭は図示しない粉砕器で、およそ１５０μｍ以下に粉砕した後、空気で搬送され、バーナ用１次空気・微粉炭混合流体１５は、バーナ１から火炉内に噴出される。バーナ用２次・３次空気１６も同時に、バーナ用ウィンドウボックス１０を経て、バーナから噴出される。エアポート３（図２に記載）は最上段のバーナ群におけるバーナ間に設置され、開口面積はバーナの開口面積よりも小さい。即ち、バーナとエアポートの開口部が円形状の場合、エアポート口径はバーナ口径より小さい関係となる。エアポート３も通常、火炉前壁と火炉後壁に対向するように設置される。

バーナ１の上方には、アフタエアポート２が設置される。アフタエアポート２も通常、火炉前壁と火炉後壁にそれぞれ複数個設置される。火炉前壁及び火炉後壁には、アフタエアポート用ウィンドウボックス１１が設けられ、アフタエアポート空気流量調整機構２６によってウィンドウボックスに供給される空気流量が調整される。バーナ部で形成された空気不足の火炎１３から発生したＣＯなどの未燃焼成分の大部分は、アフタエアポート２の空気と混合することで完全燃焼（酸化）する。ただし、未燃焼成分とアフタエアの混合時に、ＮＯｘ（主にサーマルＮＯｘ）も発生する。ＮＯｘの発生量はアフタエアの空気流速と関連があり、アフタエアポート２の空気流速の調整が重要である。さらに、アフタエアポート２の空気噴出条件をＮＯｘが低くなるように設定すると、酸化が不充分になり、ＣＯが発生しやすくなる傾向があるので、ＮＯｘとＣＯの性能バランスに留意して、アフタエアポート２の空気噴出条件を設定する必要がある。

バーナ間に設置されたエアポート３から噴出する空気流量は、火炉空気比換算で０．１以下とすることが望ましい。エアポート３の空気流量が火炉空気比換算で０．１以上になると、火炉下流で還元領域ができずＮＯｘの還元が不十分になるおそれがある。

バーナ間に設置されたエアポート３からの空気の水平方向の噴出速度は、バーナ１から噴出される１次空気、２次空気、３次空気のいずれの流速よりも小さくする。特にエアポート空気１８の水平方向の噴出速度が１０〜２０ｍ／ｓの範囲とすることが望ましい。エアポート空気１８の水平方向の噴出速度が２０ｍ／ｓ以上では、バーナ１の２次・３次空気の噴流に同伴されて、火炉中央部でサーマルＮＯｘが生じやすくなる。また、エアポート空気１８の水平方向の噴出速度が１０ｍ／ｓ以下となると、炉内圧が上昇した際にエアポート３からバーナ用ウィンドウボックス１０内へ炉内の未燃焼成分１４が逆流し、灰が流入する。従って、エアポート空気１８の水平方向の噴出速度を１０〜２０ｍ／ｓの範囲に制御することにより、火炉前壁４及び火炉後壁５近傍のすり抜けを防止する。

燃焼用空気１９は、空気流量配分調整機構２３で、バーナ用２次・３次空気１６とアフタエアポート空気１７に配分される。バーナ用２次・３次空気１６は空気流量配分調整機構２４で、前壁側のバーナに流れる空気と後壁側のバーナに流れる空気に配分される。前壁側のバーナと後壁側のバーナの空気流量は、休止バーナの位置に応じて、制御装置３０で設定されたバーナ用２次・３次空気流量設定値に制御される。制御装置３０には、給炭量検出器２８で検出されたミル給炭量３１と、バーナ用２次・３次空気流量検出器２９で検出されたバーナ空気流量３２が入力される。制御装置３０では、休止バーナが火炉前壁側にある場合に、ミル給炭量３１に基づいて火炉前壁にあるバーナ用２次・３次空気設定値を低く設定し、バーナ用２次・３次空気流量３２を調整することができる。

火炉後壁５の上部には、ノーズ９が設けられることが多い。このノーズ９の影響により、アフタエアポート２廻りの燃焼気体の流れは非対称になる。前壁側と後壁側に流れるアフタエア空気の配分を調整することで、非対称な流れ場でもＮＯｘとＣＯを低減できる。

バーナ用２次・３次空気１６は、さらにバーナ空気流量調整機構２５とエアポート空気流量調整機構２７により、バーナ１及びエアポート３から供給する空気量を調整する。これにより、バーナ空気の噴出流速とエアポート空気の噴出流速が調整できる。バーナ空気の噴出流速が高すぎるときにはエアポート空気量を増やし、噴出流速が低すぎるときには逆にする。エアポート３の空気はバーナの間から噴出されるため、炉内で燃料が過剰に存在し空気不足になっているガスと空気の混合が促進され、効率よくＣＯや未燃分を低減できる。一方、エアポート３の空気は流量が少ないので、ＮＯｘの発生に与える影響は小さい。更に、火炉壁近傍に空気が噴出されるので、火炉壁の腐食を防止できる。また、エアポート３を用いてバーナ２次・３次空気量を調整できるので、アフタエアポート２へ供給される空気流量は常に一定にできる。これは、バーナ部で形成される空気不足の火炎１３の燃焼条件を、ここでのＮＯｘ発生量が最も少なくなる最適条件で常に運用できることを意味する。

この結果、バーナ部で発生するＮＯｘを常に最小に保つと同時に、アフタエアポート２の空気噴出条件をＮＯｘとＣＯの総合性能が最適になるように保つことができる。

図２は、バーナ１とエアポート３の配置の一例であり、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は図２のＣ−Ｃ断面を燃焼空間側からみた図である。バーナ１は通常、燃焼気体の流れと直角に複数本配置され、火炉前壁４側と火炉後壁５側に同数配置される。エアポート３はバーナ１と同一のウィンドウボックスに配置される。エアポート３の最も単純な配置方法は、バーナ１の間に交互に配置することである。バーナ用２次・３次空気とエアポート空気の流路は仕切り板２２により分割され、バーナ用２次・３次空気調整機構２５とエアポート空気調整機構２７により、それぞれの流路に流れる空気の量が調整される。

図４は、エアポート３の空気と未燃焼ガスの混合状態を示したものであり、図１のＢ−Ｂ断面図である。エアポート３から噴出された空気１８は、バーナ間をすり抜ける未燃焼成分１４と混合する。エアポート３の設置範囲は、最下流側のバーナ１の間、もしくは最下流側のバーナ１とアフタエアポート２の間で、かつバーナ口径の２倍以下の範囲に設置することが望ましい。バーナ口径の２倍より大きい高さにエアポート３を設置すると、バーナ間をすり抜ける未燃焼成分１４が拡散して効率よく空気を供給することができないためである。

図５は、アフタエアポート２の詳細構造の一例である。アフタエアポート２の基本構造は、噴流中心軸を対称軸とした円筒形である。アフタエアポート２の空気流量は、アフタエアポート空気流量調整機構２６により調整される。アフタエアポート空気１７は矢印に沿って流れ、火炉燃焼空間２０へ噴出される。噴出された空気は、火炉燃焼空間２０で可燃ガスと混合して可燃ガスを燃焼させる。噴出口の周囲には、水管４１が設けられている。アフタエアポートの噴出口近傍には、縮流部材４２を設ける。縮流部材４２は、噴出口に向かって次第に口径が小さくなる構造である。この縮流部材４２により、アフタエアポート中心軸へ向かう速度成分が与えられ、縮流部４０が形成される。縮流部４０の入口近くに、縮流部の最小流路面積を規定する部材３９を設ける。縮流部４０での空気の流速は、縮流部４０で最も開口面積が小さくなる部分の面積で規定される。図５の構成では、縮流部４０の最小流路面積を規定する部材３９の先端部で縮流部の流速が最大になる。図５の縮流部４０の最小流路面積を規定する部材３９は、噴出口に向かって外径が次第に小さくなる構成とした。縮流部４０内での流れの乱れを少なくするためである。乱れを少なくすることでＮＯｘの急激な増加を抑制できる。ただし、他の構造であっても、本発明の目的を達成可能である。縮流部４０の最小流路面積を規定する部材３９は、支持材３６に固定する。支持材３６はガイド３７を介して固定する。縮流部４０の最小流路面積を規定する部材３９の内側には、過熱防止材３８を設けることもできる。火炉燃焼空間２０に形成された火炎からの放射熱で、支持材３６が焼損するのを防ぐためである。火炉内燃焼空間２０に形成された火炎放射熱が弱い場合や、他の方法で支持材３６を冷却できる場合には、過熱防止材は必ずしも必要ない。

図６に、エアポート３の構造の一例を示す。本構造のポートはアフタエアポート２にも適用可能である。エアポート３は同心軸上の多重円管構造になっている。中心部の円管４３からは直進流を噴出し、外周部４４からはレジスタ４５により旋回流を噴出する構造になっている。エアポート空気の流量はエアポート空気流量調整機構２７により調整することができる。エアポート３を多重管にし、直進流と旋回流の複合ポートにすることにより、貫通力の調整（火炉中央での未燃ガスすり抜け防止）および、バーナ１間の未燃ガス混合促進（旋回流の効果）が期待できる。

図７は、エアポート３の配置の変型例であり、図２のＣ−Ｃ断面を燃焼空間の斜め上方から見た図である。図８（ａ）は図７におけるエアポート３の詳細構造の一例である。

同列のバーナ１の間に設置したエアポート３を火炉壁面に対して上流側を向くように設置し、エアポート３から噴出される空気を上流側に供給するようにした。このように空気を供給すると、燃焼ガスの流れが一旦下方に向かった後、上昇するようになるので、火炉内における燃焼ガスの滞留時間が長くなり、バーナ壁際からすり抜ける未燃焼成分１４に空気を混合しやすくなる。また、図８（ａ）に示すように火炉中心方向に対するエアポート３の下向きの角度をαとすると、０°≦α≦４５°の範囲にエアポート３を設置することが望ましい。αは、中心部の円管４３の中心軸と火炉の水平断面との角度で規定する。α＞４５°では、エアポート３から噴出する空気の水平方向の速度が垂直方向（上流方向）の速度よりも小さくなるため、炉内圧が上昇した際にエアポート３からバーナ用ウィンドウボックス１０内へ炉内の未燃焼成分１４が逆流しやすくなる。よって、下向きの角度αが０°≦α≦４５°となるようにエアポート３を設置することにより、壁際の未燃焼成分１４に効率よく空気を混合することができる。

なお、エアポート３は、中心部の円管４３と水管４１を備える。また、エアポート３を火炉から見ると、図８（ｂ）に示すように、上側の水管４１ａと下側の水管４１ｂに分けることができる。図８（ａ）は、図８（ｂ）のＤ−Ｄ断面となる。図８（ａ）において、中心部の円管４３と下側の水管４１ｂを直線状に形成することで、両者の接続が滑らかになり、下側の水管４１ｂに灰が付着することを抑制できる。

また、エアポート空気流量調整機構２７は、円管を輪切りにした形状である。当該円管の開口部を円管の中心軸に対して垂直にすることで、エアポート空気流量調整機構２７の製作性が向上する。また、中心部の円管４３に設けられ、エアポート空気１８がエアポート３に流入する開口部は、エアポート空気流量調整機構２７と重なるように製作されている。

エアポート３の配置の変型例について説明する。図９は、図１のＡ−Ａ断面図に相当する。図１０は図５のＤ−Ｄ断面を燃焼空間側からみた図である。

同列のバーナ１に接続するウィンドウボックスを２つに分割し、同一のウィンドウボックスからそれぞれバーナ１とエアポート３に空気を供給するようにした。このようにウィンドウボックスを分割して空気を供給すると、バーナ１及びエアポート３の空気流量を微調整することが可能であるため、供給のバラツキが少なく、効率よく空気を混合することができる。

図１１はバーナ及びエアポートの空気調整機構の変型例であり、図１のＡ−Ａ断面図に相当する。

バーナ用２次・３次空気とエアポート空気の流路は同一であり、バーナ１とエアポート３に供給する空気流量はダンパ２１を開閉することにより調整される。このようにダンパ２１を設置すると、空気流量を微調整することが可能であるため、供給のバラツキが少なく、効率よく空気を混合することができる。ダンパ２１はバーナ１に設置するだけでもよいが、バーナ１とエアポート３の両方に設置することが好ましい。

本実施例ではバーナ用２次・３次空気の空気流量制御方法について、図１と図１２を用いて説明する。ミルから供給されたミル給炭量３１は給炭量検出器２８により計量され、信号が制御装置３０に入力される。また、バーナ用２次・３次空気流量３２はバーナ用２次・３次空気流量検知器２９により計量され、信号が制御装置３０に入力される。制御装置３０では前壁と後壁の給炭量３１を常時判定して、前壁と後壁の給炭量比を計算し、前壁と後壁のバーナ用２次・３次空気流量が計算される。制御装置３０からの信号により、バーナ用２次・３次空気流量調整機構開度指令３３がバーナ用２次・３次空気流量調整機構２５と、エアポート空気流量調整機構２７に送られ、火炉内燃焼空間２０へ噴出する空気流量が制御される。

休止バーナが火炉前壁側にある場合は、ミル給炭量３１に基づいて火炉前壁にあるバーナ用２次・３次空気流量設定値を低く設定し、バーナ用２次・３次空気流量３２を調整することができる。逆に休止バーナが火炉後壁側にある場合は、ミル給炭量３１に基づいて火炉後壁にあるバーナ用２次・３次空気流量設定値を低く設定し、バーナ用２次・３次空気流量３２を調整することができる。

本制御方法を用いれば、バーナの稼動条件に応じてバーナ用２次・３次空気流量、エアポート３の空気流量を制御することができるため、効果的にＮＯｘ、ＣＯを低減できる。

エアポート３の空気の流量制御方法について、図１と図１３を用いて説明する。燃焼ガスのＣＯ濃度測定値３５は、後部伝熱部の下流に設置されているＣＯ濃度検出器３４により計量され、信号が制御装置３０に入力される。また、バーナ用２次・３次空気流量３２はバーナ用２次・３次空気流量検知器２９により計量され、信号が制御装置３０に入力される。制御装置３０ではＣＯ濃度が高い箇所の上流に設置されているエアポート３の空気量を常時判定して、エアポート３の空気量を計算し、バーナ用２次・３次空気流量が計算される。制御装置３０からの信号により、バーナ用２次・３次空気流量調整機構開度指令３３がバーナ用２次・３次空気流量調整機構２５と、エアポート空気流量調整機構２７に送られ、火炉内燃焼空間２０へ噴出する空気流量が制御される。

ＣＯ濃度の高い箇所が火炉前壁側にある場合は、火炉前壁のエアポート３の空気流量を多くし、バーナ用２次・３次空気流量を調整することができる。逆にＣＯ濃度の高い箇所が火炉後壁側にある場合は、火炉後壁のエアポート空気流量を多くし、バーナ用２次・３次空気流量３２を調整することができる。

本制御方法を用いれば、ＣＯ濃度に応じてバーナ用２次・３次空気流量、エアポート３の空気流量を制御し、火炉上流側で未燃焼ガスへ空気を供給できるため、効果的にＮＯｘ、ＣＯを低減できる。

本発明の一実施例による微粉炭ボイラの概略構成と、空気及び微粉炭の供給系統を示した図。 図１のＡ−Ａ断面図。 図２のＣ−Ｃ断面図。 バーナ間に設置されたエアポート空気と未燃焼ガスの混合状態を示したものであり、図１のＢ−Ｂ断面に相当する図。 アフタエアポートの一実施例を示した断面図。 エアポートの一実施例を示した断面図。 アフタエアポートの向きを示したものであり、図２のＣ−Ｃ断面を燃焼空間の斜め上方から見た図。 エアポートの一実施例を示した断面図。 バーナ間に設置するエアポートの別の実施例を示したものであり、図１のＡ−Ａ断面に相当する図。 図９のＤ−Ｄ断面図。 バーナ間に設置するエアポートの別の実施例を示したものであり、図１のＡ−Ａ断面に相当する図。 制御装置で行われるバーナ用２次・３次空気流量の制御例を示したブロック図。 バーナ間に設置されるエアポートの空気流量制御例を示したブロック図。

符号の説明

１…バーナ、２…アフタエアポート、３…エアポート、４…火炉前壁、５…火炉後壁、６…ホッパ、７…火炉側壁、８…火炉天井、９…ノーズ、１０…バーナ用ウィンドウボックス、１１…アフタエアポート用ウィンドウボックス、１２…後部伝熱部、１３…空気不足の火炎、１４…未燃焼成分、１５…バーナ用１次空気と微粉炭、１６…バーナ用２次・３次空気、１７…アフタエア空気、１８…エアポート空気、１９…燃焼用空気、２０…火炉内燃焼空間、２１…ダンパ、２２…仕切り板、２３…空気流量配分調整機構ａ、２４…空気流量配分調整機構ｂ、２５…バーナ空気流量調整機構、２６…アフタエアポート空気流量調整機構、２７…エアポート空気流量調整機構、２８…給炭量検出器、２９…バーナ用２次・３次空気流量検出器、３０…制御装置、３１…ミル給炭量、３２…バーナ用２次・３次空気流量、３３…バーナ用２次・３次空気流量調節機構開度指令、３４…ＣＯ濃度検出器、３５…ＣＯ濃度測定値、３６…支持材、３７…ガイド、３８…過熱防止材、３９…縮流部の最小流路面積を規定する部材、４０…縮流部、４１…水管、４２…縮流部材、４３…中心部の円管、４４…外周部、４５…レジスタ。

Claims (21)

1. 火炉の対向する二つの炉壁にそれぞれ、微粉炭を空気不足の状態で燃焼させるバーナと、空気を噴出させるアフタエアポートを備え、前記アフタエアポートから噴出する空気によって前記バーナで発生した燃焼ガスに含まれる未燃焼成分を燃焼するようにした二段燃焼式の微粉炭焚きボイラであって、複数の前記バーナが横方向に配置されているものにおいて、複数の前記バーナのバーナ間に開口面積がバーナの開口面積に比べて小さく、且つ空気噴出速度が前記バーナの１次空気、２次空気、３次空気のいずれの噴出速度よりも遅くなるように構成されたエアポートを備えたことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
2. 請求項１において、前記エアポートが火炉内の下側に向けて空気を噴出するように所定の下向角度で取付けられていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
3. 請求項２において、前記エアポートから火炉内へ噴出する空気は０〜４５°の角度で噴出することを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
4. 請求項１又は２において、前記バーナが前記燃焼ガスの流れ方向に沿って複数段に設置され、流れ方向最下流側に設置されたバーナ間に前記エアポートが備えられていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
5. 請求項１又は２において、前記バーナ間および炉壁端部とバーナの間に前記エアポートが設置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
6. 請求項１又は２において、前記バーナと前記エアポートが共通のウィンドウボックス内に配置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
7. 請求項１又は２において、前記バーナの１つと前記エアポートの１つを一組にして、少なくとも一組を同一のウィンドウボックス内に配置し、前記ウィンドウボックスの複数個を火炉壁面に一方向に並べて設置したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
8. 請求項１又は２において、前記バーナの空気流量と前記エアポートの空気流量が個別に制御できるように構成されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
9. 請求項１又は２において、前記エアポートから噴出する空気の水平方向の流速が１０〜２０ｍ／ｓとなるように空気が噴出されることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
10. 請求項１又は２において、前記エアポートから噴出する空気量が、火炉空気比換算で０．１以下であることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
11. 請求項１又は２において、前記バーナの空気流路に供給する空気流量を調整する機構と、前記エアポートに供給する空気流量を調整する機構を設けたことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
12. 請求項１又は２において、前記エアポートの位置が前記バーナの中心軸から上方側へバーナ口径の２倍の距離を超えないことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
13. 請求項１又は２において、前記バーナへ供給される微粉炭の量を壁面ごとに判定して前壁と後壁の給炭量比を計算し、それに基づいて前壁と後壁のバーナ空気流量を計算して、前記バーナと前記エアポートに供給される空気流量の配分を決定する制御装置が備えられていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
14. 火炉の対向する二つの炉壁にそれぞれ、微粉炭を空気不足の状態で燃焼させるバーナと、空気を噴出させるアフタエアポートを備え、前記アフタエアポートから噴出する空気によって前記バーナで発生した燃焼ガスに含まれる未燃焼成分を燃焼するようにした二段燃焼式の微粉炭焚きボイラであって、複数の前記バーナが横方向に配置されているものにおいて、複数の前記バーナのバーナ間に開口面積がバーナの開口面積に比べて小さく、且つ空気噴出速度が前記バーナの１次空気、２次空気、３次空気のいずれの噴出速度よりも遅くなるように構成されたエアポートを備え、さらに前記火炉の燃焼空間におけるＣＯ濃度を検出する複数のＣＯ濃度検出器と、前記ＣＯ濃度検出器からの信号に基づいて複数の前記エアポートの空気流量を個別に調整する制御装置を備え、複数の前記ＣＯ濃度検出器からの信号により微粉炭量の多いバーナが特定されたならばそのバーナの隣に設置されている前記エアポートの空気量を他のエアポートに比べて増加させるようにしたことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
15. 請求項１４において、前記バーナが前記燃焼ガスの流れ方向に沿って複数段に設置され、流れ方向最下流側に設置されたバーナ間に前記エアポートが配置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
16. 請求項１４において、前記バーナの空気流量と前記エアポートの空気流量が個別に制御できるように構成されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
17. 請求項１４において、前記バーナと前記エアポートが共通のウィンドウボックス内に配置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
18. 請求項１４において、前記バーナの１つと前記エアポートの１つを一組にして、少なくとも一組を同一のウィンドウボックス内に配置し、前記ウィンドウボックスの複数個を火炉壁面に一方向に並べて設置したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
19. 請求項１４において、前記バーナへ供給される微粉炭の量を壁面ごとに判定して前壁と後壁の給炭量比を計算し、それに基づいて前壁と後壁のバーナ空気流量を計算して、前記バーナと前記エアポートに供給される空気流量の配分を決定する制御装置が備えられていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
20. ボイラ火炉の対向する二つの炉壁にそれぞれ横方向に設置された複数のバーナにより微粉炭を空気不足の状態で燃焼させ、前記バーナで発生した燃焼ガスに含まれる未燃焼成分を前記バーナの上方に設置されたアフタエアポートから空気を噴出することにより燃焼するようにした微粉炭焚きボイラの微粉炭燃焼方法において、微粉炭の燃焼中、複数の前記バーナのバーナ間から空気を噴出し、その空気流量を前記バーナの空気流量よりも少なくし、且つ、その空気噴出速度を前記バーナの１次空気、２次空気、３次空気のいずれの噴出速度よりも遅くしたことを特徴とする微粉炭焚きボイラの微粉炭燃焼方法。
21. 請求項２０において、前記ボイラ火炉の燃焼空間のＣＯ濃度から微粉炭量の多いバーナが特定されたならば、その両側から供給する空気の量を他のバーナ間から供給する空気の量に比べて多くすることを特徴とする微粉炭焚きボイラの微粉炭燃焼方法。

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