JP4386179B2 - Boiler equipment - Google Patents
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Description
本発明は、微粉炭、汚泥、バイオマス燃料等の固体燃料を燃焼させて高温の水蒸気を得ることができるボイラ装置に関し、低質燃料を含む様々の燃料を燃焼させるとともに低負荷時を含めた排気ガス中のＮＯｘの低減が可能で、排気ガス中の粉塵による閉塞が少なく経済性に優れたボイラ装置に関する。 The present invention relates to a boiler device capable of obtaining high-temperature steam by burning solid fuel such as pulverized coal, sludge, biomass fuel, etc., and exhaust gas including low-quality fuel and various fuels including low-load fuel The present invention relates to a boiler apparatus that is capable of reducing NOx in the interior and that is less likely to be clogged with dust in exhaust gas and that is excellent in economic efficiency.
従来より、火力発電所においては、微粉炭を燃料とするボイラが知られているが、そのような微粉炭燃焼ボイラの問題点として、（１）揮発性の低い炭種の着火性が悪く安定燃焼が困難なこと、（２）フューエルＮＯを中心とするＮＯｘの発生量が多いこと、等があげられ、さらに、（３）石油資源保護の観点から既存の重油焚ボイラの燃料を微粉炭へ転換することがが望まれていた。 Conventionally, in thermal power plants, boilers using pulverized coal as fuel have been known, but as problems of such pulverized coal combustion boilers, (1) low volatile coal type has low ignitability and is stable Combustion is difficult, (2) NOx generation centering on fuel NO is large, and (3) Existing heavy oil fired boiler fuel is converted to pulverized coal from the viewpoint of oil resource protection. It was desired to convert.
上述のような課題の解決手段の一つとして、近年においては、高温空気燃焼技術を微粉炭燃焼に適用して、着火性の向上の向上、燃え切り時間の短縮を図る発明が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。高温空気燃焼技術は、ボイラ内における燃料の燃焼によって生じる高温の燃焼排気ガスを熱源として、燃料の燃焼に使用する燃焼用空気を燃料の着火温度以上まで加熱し、燃料の着火性を高めるとともに、還元性雰囲気での燃焼によりフュ−エルＮＯｘの発生を含むＮＯｘの発生を抑制する技術である。
As one means for solving the above problems, in recent years, an invention has been proposed in which high-temperature air combustion technology is applied to pulverized coal combustion to improve ignitability and shorten burn-out time. (For example, refer to
一方、石油資源の保護の観点から、重油焚ボイラの新設を抑制し、既存の重油焚ボイラについてもこれを石炭（微粉炭）焚ボイラに改造させることが望ましいとされ、重油焚ボイラの改造により様々の炭種の微粉炭を燃料として安定な低ＮＯｘ燃焼を実現できるボイラ装置の技術が必要である。
ところで、特許文献１に提案された高温空気燃焼技術を実際の微粉炭焚ボイラへ適用する、或いは、重油焚ボイラの改造に適用するためには、以下のような種々の課題がある。
（１）揮発性の低い炭種も含めた種々の炭種或いは汚泥、バイオマス燃料を燃料として、低負荷から高負荷まで広い作動範囲で安定な低ＮＯｘ燃焼が可能であること。
（２）高温の燃焼排気ガス中に含まれる飛灰（粉塵）が火炉内の水管や蒸気管等、或は、高温燃焼用空気を生成する熱交換器等に付着して、それらの伝熱機能の低下、ガスの流れる管路の閉塞等を生じることを防止できること。
（３）既存の重油焚ボイラから石炭を燃料とするボイラへの改造が、特に（２）の粉塵対策も十分に考慮した上で、短期間、低コストで容易に実施できること。
By the way, in order to apply the high-temperature air combustion technique proposed in
(1) Stable low NOx combustion is possible over a wide operating range from low load to high load using various types of coal including low-volatility coal types, sludge, and biomass fuel as fuel.
(2) Fly ash (dust) contained in high-temperature combustion exhaust gas adheres to water tubes and steam tubes in the furnace, or heat exchangers that generate high-temperature combustion air, and heat transfer from them It is possible to prevent the deterioration of the function and the blockage of the pipeline through which the gas flows.
(3) Remodeling from an existing heavy oil fired boiler to a coal-fired boiler can be easily implemented at a low cost for a short period of time, especially considering the dust countermeasures of (2).
まず、（１）について以下に詳細に説明する。
微粉炭は、ボイラ内で加熱されガス化して燃焼するが、かかるガスの発生のしやすさ（揮発性）は炭種により異なり、例えば、炭化度が高く煙の少ない無煙炭の揮発性は低く着火性が極端に悪い。無煙炭を含む種々の炭種を燃料として、低負荷から定格運転までの広い作動範囲で安定して燃焼させることは殆ど不可能である。
First, (1) will be described in detail below.
Pulverized coal is heated in a boiler and gasified and burned, but the ease of generation of such gas (volatility) varies depending on the type of coal. For example, anthracite with a high degree of carbonization and low smoke has low volatility. Sexually bad. It is almost impossible to stably burn various coal types including anthracite coal in a wide operating range from low load to rated operation.
また、微粉炭燃焼において発生するＮＯｘは、いわゆるフュ−エルＮＯが多く、サーマルＮＯｘに対して有効な排ガス再循環法等の対策によっても火炉からのフュ−エルＮＯ発生を減少させる事が困難であるので、重油等を燃料とする場合に比較すれば大型の脱硝装置によりこれを除去せざるをえず、当該設備の大型化などの問題が生じる。
次に（２）について説明する。
Further, NOx generated in pulverized coal combustion is mostly so-called fuel NO, and it is difficult to reduce the generation of fuel NO from the furnace even by measures such as an exhaust gas recirculation method effective for thermal NOx. Therefore, compared with the case where heavy oil or the like is used as the fuel, it is unavoidable to remove it by a large denitration apparatus, and problems such as an increase in the size of the equipment arise.
Next, (2) will be described.
高温の燃焼排気ガス中には微粉炭の燃焼により発生するフライアッシュ（飛灰）等の粉塵が含まれている。火炎に混じって飛散するこれらの粉塵は、火炉の内壁や燃焼排気ガスの流路等に付着するので、微粉炭を燃料として使用する従来のボイラ装置においては、付着した粉塵の除去等を十分に考慮して設計されている。一方、高温空気燃焼技術を適用したボイラにおいて、燃焼排気ガスをそのまま燃焼用空気加熱の熱源として熱交換器等に導入する場合には、例えば９００℃の高温の燃焼排気ガスを抽気するので、該燃焼排気ガス中に相当量の粉塵が含まれる場合もあり、熱交換器等の閉塞或いは粉塵による機器の摩耗等の原因となる可能性も否定はできない。 The high-temperature combustion exhaust gas contains dust such as fly ash (fly ash) generated by the combustion of pulverized coal. These dust scattered in the flame adheres to the inner wall of the furnace and the flow path of the combustion exhaust gas, so in conventional boiler equipment that uses pulverized coal as fuel, the removal of the adhering dust is sufficient. Designed with consideration. On the other hand, in a boiler to which high-temperature air combustion technology is applied, when introducing combustion exhaust gas as it is into a heat exchanger or the like as a heat source for combustion air heating, for example, high-temperature combustion exhaust gas at 900 ° C. is extracted. There is a case where a considerable amount of dust is included in the combustion exhaust gas, and it is impossible to deny the possibility that the heat exchanger or the like is blocked or the equipment is worn by the dust.
上記問題を解決するため、抽気した燃焼排気ガスを熱交換器に導入する前に脱塵装置をとおして粉塵を除去する、或いは、熱交換器自体に一旦付着した粉塵を除去するためのスートブロー等の粉塵除去手段を備えることも考えられる。しかし、燃焼排気ガスが、例えば９００℃程度という高温であることから、使用可能な脱塵装置の種類は多くはなく、また、スートブロー等の粉塵除去手段も装置構造を複雑化させる場合もありうる。 In order to solve the above problems, dust is removed through a dust removing device before introducing the extracted combustion exhaust gas into the heat exchanger, or soot blow for removing dust once attached to the heat exchanger itself, etc. It is also possible to provide a dust removing means. However, since the combustion exhaust gas has a high temperature of, for example, about 900 ° C., there are not many types of dust removing devices that can be used, and dust removing means such as soot blow may complicate the device structure. .
上記粉塵の問題は、（３）の重油焚ボイラの改造に際しては特に重要な要素になる。重油焚ボイラから発生する粉塵の量は、微粉炭焚ボイラのそれに比較して遥かに少ない。微粉炭焚ボイラは、火炉全体として多量の飛灰が発生し、そのままでは火炉内の構造物に付着してしまうことに鑑み、前述のように、火炉全体としてかかる粉塵の除去、回収も考慮した設計がなされている。一方、粉塵量が少ない重油焚ボイラにおいては、かかる配慮を十分には行っておらず、一旦多量の粉塵が飛灰として火炉内に飛散し、火炉各部に付着してしまうとそれらを除去、回収することが更に難しく、火炉内の構造物に付着・堆積して燃焼排気ガスの流路を閉塞させる、或いはボイラ装置の水管（蒸気発生管）等の伝熱性能を低下させる虞がある。このため、重油から微粉炭への燃料転換を行う場合には、飛灰対策のために、火炉全体を含む大改造や、サイクロン等の大型脱塵装置の設置等が必要となり、改造工事が大掛かりなものとなってしまう。 The problem of dust is a particularly important factor in the modification of the heavy oil fired boiler (3). The amount of dust generated from a heavy oil fired boiler is much less than that of a pulverized coal fired boiler. In consideration of the fact that a large amount of fly ash is generated in the entire furnace and adheres to the structure in the furnace as it is, the pulverized coal fired boiler also considered the removal and recovery of dust applied to the entire furnace as described above. Designed. On the other hand, in heavy oil fired boilers with a small amount of dust, such considerations are not sufficiently taken, and once a large amount of dust is scattered in the furnace as fly ash and adheres to each part of the furnace, they are removed and recovered. It is even more difficult to adhere to and deposit on structures in the furnace to block the flow path of the combustion exhaust gas or to reduce the heat transfer performance of the water pipe (steam generation pipe) of the boiler device. For this reason, when converting fuel from heavy oil to pulverized coal, it is necessary to make a major remodeling including the entire furnace and install a large dedusting device such as a cyclone as a countermeasure against fly ash. It will become something.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、炭種の異なる種々の微粉炭や、汚泥、バイオマス燃料等を使用することができ、低負荷運転状態を含む広い作動範囲に亘ってＮＯｘの発生量の少ない安定燃焼が可能であり、特に粉塵の発生による閉塞等が少なく容易に連続運転が可能であって、重油焚から石炭焚への燃料転換も大規模な改造工事を行うことなく、容易に達成できるシステム構成を備えたボイラ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to use various pulverized coals of different coal types, sludge, biomass fuel, etc., and a wide operation including a low load operation state. Stable combustion with a small amount of NOx generated over a range is possible, especially continuous operation with little blockage due to dust generation is possible, and fuel conversion from heavy oil soot to coal soot is a large-scale modification An object of the present invention is to provide a boiler apparatus having a system configuration that can be easily achieved without performing construction.
上記の課題を解決するため、請求項１の発明によっては、微粉炭燃料の燃焼により発生する燃焼ガスを燃焼させる主燃焼領域を有する火炉と、該火炉から燃焼排気ガスの一部を抽気し、抽気した燃焼排気ガスにより燃焼用空気を８００℃以上に加熱して高温燃焼用空気を生成する熱交換手段と、前記火炉に臨んで設置され、該火炉を臨む開口噴出部と、前記微粉炭燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させる予備燃焼領域とを有し、微粉炭燃料の燃焼により発生する溶融灰（飛灰が火炎中で溶融したもの）を前記燃焼ガスから溶融灰スラグとして分離するとともに、前記開口噴出部から前記燃焼ガスを火炉の主燃焼領域に噴出させて主火炎を形成させる部分燃焼炉と、前記予備燃焼領域に微粉炭燃料を噴出させて副火炎を形成させる燃料ノズルと、前記部分燃焼炉内の、前記燃料ノズル近傍に配設され、副火炎近傍に還元雰囲気を形成させるように前記高温燃焼用空気を噴出させる高温空気供給手段と、前記火炉から排出される排気ガスにより、燃焼用空気を前記高温燃焼用空気より低い温度に予熱して燃焼用二次空気を生成する空気予熱手段と、前記主燃焼領域の主火炎近傍に前記燃焼用二次空気を噴出させる二次空気供給手段とを備えることを特徴とするボイラ装置が提供される。
In order to solve the above problems, according to the invention of
なお、ここで「固体燃料」としては、様々の炭種の微粉炭や、木材チップ等のバイオマス燃料等、固体状のものの他、汚泥などスラリー状の燃料を含む。
また、微粉炭の燃焼により発生し、燃焼ガスの流れに同伴して飛散する灰（フライアッシュ）のことを本明細書においては「飛灰」と記載しているが、これら飛灰は、本発明による高温空気燃焼の燃焼火炎中、及び部分燃焼炉内では溶融した状態で存在しているので、それらを、特に「溶融灰」という。
本発明のボイラ装置においては、汚泥や木材チップ等のバイオマス燃料等様々の固体燃料が使用できるが、固体燃料として、微粉炭を選択した場合には、前記高温燃焼用空気を、８００℃以上に加熱する。
Here, the “solid fuel” includes solid fuel such as pulverized coal of various coal types, biomass fuel such as wood chips, and slurry fuel such as sludge.
Further, ash (fly ash) generated by the combustion of pulverized coal and scattered with the flow of combustion gas is described as “fly ash” in the present specification. Since they exist in a molten state in the combustion flame of the high-temperature air combustion according to the invention and in the partial combustion furnace, they are particularly referred to as “molten ash”.
In the boiler apparatus of the present invention, various solid fuels such as biomass fuel such as sludge and wood chips can be used. However, when pulverized coal is selected as the solid fuel, the high-temperature combustion air is set to 800 ° C. or higher. Heat .
前記燃料ノズルおよび前記高温空気供給手段を、該燃料ノズルの燃料噴出位置と該高温空気供給手段の空気噴出位置とを互いに離間させて配置してもよく（請求項２）、該燃料ノズルの燃料噴出中心と該高温空気供給手段の空気噴出中心とを互いに同軸に配置してもよい（請求項３）。
前記部分燃焼炉は、該部分燃焼炉下部に配設された溶融灰回収手段を備え、前記燃料ノズル及び高温空気供給手段の空気噴出ノズルは、該部分燃焼炉内壁に沿って螺旋状の噴流が形成されるように、前記微粉炭燃料、前記高温燃焼用空気を噴出させることとしてもよく（請求項４）、さらに、一端が閉止し、他端が前記火炉に開口して開口噴出部を形成する円筒形状物として、前記燃料ノズル及び高温空気供給手段の空気噴出ノズルは、円筒状の該部分燃焼炉の接線方向に、前記微粉炭燃料及び高温燃焼用空気を噴出することとしてもよい（請求項５）。
The fuel nozzle and the high temperature air supply means may be arranged such that the fuel ejection position of the fuel nozzle and the air ejection position of the high temperature air supply means are spaced apart from each other (Claim 2). The ejection center and the air ejection center of the high-temperature air supply means may be arranged coaxially with each other (Claim 3).
The partial combustion furnace includes molten ash recovery means disposed at a lower portion of the partial combustion furnace, and the air jet nozzle of the fuel nozzle and the high temperature air supply means has a spiral jet along the inner wall of the partial combustion furnace. The pulverized coal fuel and the high-temperature combustion air may be ejected so as to be formed (Claim 4), and one end is closed and the other end is opened to the furnace to form an opening ejection portion. As the cylindrical object, the fuel nozzle and the air ejection nozzle of the high-temperature air supply means may eject the pulverized coal fuel and high-temperature combustion air in the tangential direction of the cylindrical partial combustion furnace. Item 5).
前記部分燃焼炉の開口噴出部位置より後流の主燃焼領域に、前記高温燃焼用空気の一部を噴出させる後段高温空気供給手段を備えることとしてもよい（請求項６）。
互いに対向する前記火炉の各壁面に、前記部分燃焼炉開口噴出部と前記二次空気供給手段の空気噴出ノズルとをそれぞれ対向して配置してもよく（請求項７）、前記燃料ノズル手段及び燃焼用空気供給手段は、前記火炉内の水平な仮想円の接線方向に、前記燃料及び燃焼用空気をそれぞれ噴出させ、前記火炉内に旋回流を発生させつつ前記固体燃料を燃焼させることとしてもよい（請求項８）。
A post-stage high-temperature air supply means for jetting a part of the high-temperature combustion air may be provided in the main combustion region downstream from the opening ejection portion position of the partial combustion furnace.
The partial combustion furnace opening jet part and the air jet nozzle of the secondary air supply means may be arranged to face each other on the wall surfaces of the furnace facing each other (claim 7), the fuel nozzle means and Combustion air supply means may eject the fuel and combustion air in the tangential direction of a horizontal virtual circle in the furnace, and burn the solid fuel while generating a swirling flow in the furnace. Good (claim 8).
前記熱交換手段は、多管式熱交換器であってもよく（請求項９）、畜熱式熱交換器であってもよい（請求項１０）。
前記火炉からの排気ガスを搬送ガスとし、該搬送ガスにより前記微粉炭燃料を前記燃料ノズルに搬送することとしてもよく（請求項１１）、それに加えて、石炭を微粉炭に粉砕するミル装置を備え、前記火炉からの排気ガスを雰囲気ガスとし、該排気ガスをミル装置に供給して微粉炭を製造することとしてもよく（請求項１２）、前記火炉からの排気ガス中の灰儘を除去する粉塵除去手段をさらに備えることが好ましい（請求項１３）。
The heat exchange means may be a multi-tube heat exchanger (Claim 9) or a livestock heat exchanger (Claim 10).
The exhaust gas from the previous SL furnace as carrier gas, at best (claim 11) as to convey the pulverized coal fuel to the fuel nozzle by conveying gas, in addition, mill for grinding coal to pulverized coal the provided, the atmospheric gas exhaust gas from the furnace, is good (claim 12) as the arc producing pulverized coal to supply the exhaust gas to the mill apparatus, Hai儘the exhaust gas from the furnace It is preferable to further include a dust removing means for removing the dust (claim 13 ).
請求項１の発明の技術的特徴は、以下の４点にある。
（１）必要最小量の高温燃焼用空気により、高温かつ還元性の雰囲気下における予備的な部分燃焼（予備燃焼）を生ぜしめて着火性の向上を実現し、炭種によらず安定な低ＮＯｘ燃焼を確保する。
（２）（１）の予備的な部分燃焼は、火炉に臨む小区画である部分燃焼炉内で生ぜしめ、その際に発生する飛灰（火炎内では溶融して、溶融灰として存在）は該小区画に閉じ込めて、別途回収し、火炉内へは、燃焼に際して飛灰を生じない燃焼ガスのみを噴出させる。このため、火炉内、燃焼排気ガスの抽気系及び排気ガス系には飛灰等の粉塵は殆ど流入せず、従って粉塵付着等の問題も生じない。
（３）高温燃焼用空気の供給により部分燃焼炉内全体が高温に加熱されているので火炎中で溶融していた飛灰が部分燃焼炉下部に落下しても冷えて固まることがなく、溶融スラグ流を形成して流れるので、かかる溶融灰の回収を、例えば重力流の利用により容易に行うことができる。
（４）火炉内では、部分燃焼炉から噴出する燃焼ガスに、固体燃料の着火温度に比較すれば低温の燃焼用二次空気を供給して燃焼（後段燃焼）させ、燃焼を完結させる。ここで燃焼する燃料は、予備燃焼において揮発発生した燃焼ガスであるので、着火性がよく、消炎の恐れがなく、また、窒素成分は予備燃焼において還元されて安定化しているのでフュ−エルＮＯの発生も少ない。
The technical features of the invention of
(1) The necessary minimum amount of high-temperature combustion air produces preliminary partial combustion (pre-combustion) in a high-temperature and reducing atmosphere, improving ignitability, and stable low NOx regardless of the coal type Ensure combustion.
(2) Preliminary partial combustion in (1) occurs in a partial combustion furnace, which is a small section facing the furnace, and fly ash (melted in the flame and present as molten ash) generated at that time is It is confined in the small compartment and collected separately, and only the combustion gas that does not produce fly ash upon combustion is ejected into the furnace. For this reason, almost no dust such as fly ash flows into the furnace, the combustion exhaust gas extraction system, and the exhaust gas system, and therefore there is no problem of dust adhesion.
(3) Since the entire interior of the partial combustion furnace is heated to a high temperature by supplying high-temperature combustion air, the molten fly ash that has melted in the flame does not cool and solidify even if it falls to the lower part of the partial combustion furnace. Since the slag flow is formed and flows, the molten ash can be easily recovered by using, for example, a gravity flow.
(4) In the furnace, the combustion gas ejected from the partial combustion furnace is supplied with low-temperature secondary air for combustion as compared with the ignition temperature of the solid fuel and burned (rear-stage combustion) to complete the combustion. The fuel burned here is a combustion gas generated by volatilization in the pre-combustion, so that it has good ignitability, there is no fear of extinguishing, and since the nitrogen component is reduced and stabilized in the pre-combustion, fuel NO. There is little outbreak.
請求項１の発明によっては、火炉における燃焼で発生した燃焼排気ガスを熱源として燃焼用空気を８００℃以上に加熱して高温燃焼用空気とする熱交換手段と該高温燃焼用空気を火炉に供給する高温空気供給手段と、燃料を部分燃焼炉に噴出させ、燃焼させる燃料ノズルとを備えたので、高温燃焼用空気と微粉炭燃料とを部分燃焼炉内に噴出させて微粉炭燃料を燃焼させ、着火点近傍に高温燃焼用空気と燃料の燃焼との協働作用によって形成される高温雰囲気中で燃料を燃焼させる。燃料が低揮発性のものであっても高温条件下において揮発が促進され、着火性が向上して安定な予備燃焼が生じる。但し、本発明においては、この予備燃焼において高温燃焼用空気のみにより燃焼を完結させるのではなく、かかる予備燃焼は、微粉炭燃料の加熱による揮発性燃焼ガスの発生及び溶融灰の溶融灰スラグとしての除去を主目的とする予備的な部分燃焼に留める。 According to a first aspect of the present invention, heat exchange means that uses combustion exhaust gas generated by combustion in a furnace as a heat source and heats the combustion air to 800 ° C. or higher to supply high-temperature combustion air, and supplies the high-temperature combustion air to the furnace High-temperature air supply means and a fuel nozzle for injecting and burning fuel into the partial combustion furnace, so that high-temperature combustion air and pulverized coal fuel are injected into the partial combustion furnace to burn the pulverized coal fuel. The fuel is burned in a high temperature atmosphere formed by the cooperative action of high temperature combustion air and fuel combustion in the vicinity of the ignition point. Even if the fuel has a low volatility, volatilization is promoted under high temperature conditions, the ignitability is improved, and stable preliminary combustion occurs. However, in the present invention, in this preliminary combustion, the combustion is not completed only with the high-temperature combustion air, but the preliminary combustion is generated as the generation of volatile combustion gas by heating the pulverized coal fuel and the molten ash slag of the molten ash. The preliminary partial combustion is mainly aimed at the removal of water.
燃料ノズルと高温空気供給手段は、火炉に臨む部分燃焼炉に配設され、固体燃料と燃焼用空気を部分燃焼炉に噴出するので、該予備燃焼は、該部分燃焼炉内において生じる。部分燃焼炉は、溶融灰を燃焼ガスから分離して部分燃焼炉内に閉じ込めると同時に、予備燃焼により発生した燃焼ガスを火炉内に噴出させる。高温燃焼用空気の供給及び副火炎の輻射熱により部分燃焼炉内の雰囲気全体が高温になっているので、部分燃焼炉内に閉じ込められた溶融灰は、溶融灰スラグとなって流れ、部分燃焼炉から除去することができる。
本発明は、汚泥や木材チップ等のバイオマス燃料を含む様々の固体燃料を燃焼させることができるが、固体燃料を微粉炭とした場合には、好ましくは、様々の炭種を網羅して着火温度は８００℃以上としたので、安定な燃焼が確保できる。
The fuel nozzle and the high temperature air supply means are disposed in the partial combustion furnace facing the furnace, and the solid fuel and the combustion air are ejected to the partial combustion furnace, so that the preliminary combustion occurs in the partial combustion furnace. In the partial combustion furnace, molten ash is separated from the combustion gas and confined in the partial combustion furnace, and at the same time, the combustion gas generated by the preliminary combustion is ejected into the furnace. Since the entire atmosphere in the partial combustion furnace is heated by the supply of high-temperature combustion air and the radiant heat of the secondary flame, the molten ash confined in the partial combustion furnace flows as molten ash slag, and the partial combustion furnace Can be removed.
The present invention is capable of burning various solid fuels including biomass fuel such as sludge and wood chips. However, when the solid fuel is pulverized coal, preferably, the ignition temperature covers various coal types. Since the temperature is 800 ° C. or higher, stable combustion can be secured.
さらに、二次空気供給手段は、火炉内に燃焼用二次空気（高温燃焼用空気温度以下）を噴出供給して、燃焼ガスのみが燃焼することにより飛灰を殆ど生じない後段燃焼を生ぜしめ、燃焼を完結させる。
この二次燃焼用空気の温度は高くはないが、既に予備燃焼において高温燃焼用空気によって燃焼反応が進んでおり、一部は未燃の燃焼ガスとして、一部は燃焼が完了していない活性種を含む中間反応種として、残余は既燃ガスとして後段燃焼域に達し、ただちに燃焼用二次空気と反応することができる。すなわち、予備燃焼に必要な高温燃焼用空気のみにより燃焼全体を安定な高温空気燃焼とすることができる。
空気予熱手段として火炉からの排気ガスにより燃焼用空気を予熱することとしたので、排気ガスの熱量を有効に利用して大気中に放散される熱量を減少させ、エネルギー効率を高めるとともに、予熱バーナ等の設備や燃料等のコストの発生を防止することができる。
Furthermore, the secondary air supply means jets and supplies secondary air for combustion (below the high-temperature combustion air temperature) into the furnace, causing only the combustion gas to burn, thereby generating post-stage combustion with almost no fly ash. Complete the combustion.
Although the temperature of the secondary combustion air is not high, the combustion reaction has already progressed by the high-temperature combustion air in the preliminary combustion, partly as unburned combustion gas, and partly uncombusted activity As an intermediate reactive species including seeds, the remainder reaches the subsequent combustion zone as burned gas and can immediately react with the secondary air for combustion. That is, the entire combustion can be made stable high-temperature air combustion only by the high-temperature combustion air necessary for the preliminary combustion.
Since the combustion air is preheated by the exhaust gas from the furnace as the air preheating means, the amount of heat dissipated into the atmosphere is reduced by effectively using the heat amount of the exhaust gas, and the energy efficiency is increased and the preheating burner is used. It is possible to prevent generation of costs such as equipment and fuel.
上記燃焼においては、高温雰囲気中で燃焼が生じるので着火性が向上し、消炎のおそれなく燃焼用空気の供給量を適切に調節して着火点近傍の雰囲気を還元性に保持することができるで、フュ−エルＮＯを含むＮＯｘの発生を抑制することができる。従って、該ＮＯｘを除去するための脱消装置等が小型化できる。
また、高温燃焼用空気量が少なくてすむので、高温燃焼用空気を発生させる設備も小型化がはかれる。この特徴は、特に、従来型ボイラの改造により高温燃焼用空気を供給する設備を付加して本発明を適用する場合において、既存の設備の多くをそのまま利用して改造の規模を小規模なものとできることから重要である。
In the above combustion, since combustion occurs in a high temperature atmosphere, the ignitability is improved, and the atmosphere near the ignition point can be kept reducible by appropriately adjusting the supply amount of combustion air without fear of extinction, Generation of NOx including fuel NO can be suppressed. Therefore, a decontamination device or the like for removing the NOx can be reduced in size.
Moreover, since the amount of high-temperature combustion air is small, the equipment for generating high-temperature combustion air can be downsized. This feature is particularly advantageous when applying the present invention by adding equipment for supplying high-temperature combustion air by remodeling a conventional boiler, and using a large number of existing equipment as it is, the scale of the remodeling is small. It is important because it can.
さらに、前述のように、燃焼により発生しうる飛灰（溶融灰）の殆どが、部分燃焼炉内に閉じ込められ、溶融灰スラグとして除去されるため、火炉に飛灰として流入する粉塵が殆どない。このため、（１）重油焚ボイラの改造に際しては、重油焚バーナに代えて部分燃焼炉を設置するのみでよく、特に火炉自体の大掛かりな改造が不要となる、（２）火炉や排気ガス処理系等、とりわけ、高温燃焼用空気を生成するための高温燃焼排気ガス抽気系及び熱交換器における粉塵閉塞の虞がなく、サイクロン等の脱塵装置の必要がなくなる、という効果を奏することができる。 Furthermore, as described above, most of the fly ash (molten ash) that can be generated by combustion is confined in the partial combustion furnace and removed as molten ash slag, so there is almost no dust flowing into the furnace as fly ash. . For this reason, (1) When modifying a heavy oil fired boiler, it is only necessary to install a partial combustion furnace in place of the heavy oil fired burner, and in particular, no major modification of the furnace itself is required. (2) Furnace and exhaust gas treatment In particular, there is no possibility of dust blockage in a high-temperature combustion exhaust gas extraction system and heat exchanger for generating high-temperature combustion air, and there is no need for a dedusting device such as a cyclone. .
燃料ノズルと高温空気供給手段のそれぞれの噴出口位置は、互いに離間させて配置させる（請求項２）、或いは同軸に配置する（請求項３）ことにより、部分燃焼炉の設計の自由度が向上し、配置スペースなどを考慮して最適な配置が可能となる。
請求項４の発明によっては、部分燃焼炉は、該部分燃焼炉下部に配設された溶融灰回収手段を備え、燃料ノズル及び高温空気供給手段の空気噴出ノズルは、該部分燃焼炉内壁に沿って螺旋状の噴流が形成されるように、微粉炭燃料、高温燃焼用空気を噴出させることとしたので、微粉炭燃料が燃焼して形成する火炎内の溶融灰が該噴流に沿って螺旋状に流れ、部分燃焼炉内壁に衝突して落下し溶融灰スラグとなって溶融灰回収手段によって回収される。このため溶融灰（飛灰）を効率良く回収して、飛灰が火炉に流入することを防止し、燃焼ガスのみを火炉に噴出させることができる。そのような部分燃焼炉として、具体的には、一端が閉止し、他端が火炉に開口して開口噴出部を形成する円筒形状物であり、燃料ノズル及び高温空気供給手段の空気噴出ノズルは、円筒状の該部分燃焼炉の接線方向に、固体燃料及び高温燃焼用空気を噴出する構造とすることもできる（請求項５）。
The nozzle positions of the fuel nozzle and the high-temperature air supply means are arranged apart from each other (Claim 2) or arranged coaxially (Claim 3), thereby improving the degree of freedom in designing the partial combustion furnace. In addition, the optimum arrangement is possible in consideration of the arrangement space.
According to a fourth aspect of the present invention, the partial combustion furnace includes molten ash recovery means disposed at the lower part of the partial combustion furnace, and the fuel nozzle and the air jet nozzle of the high-temperature air supply means extend along the inner wall of the partial combustion furnace. In order to form a spiral jet, the pulverized coal fuel and the high-temperature combustion air are ejected, so the molten ash in the flame formed by the combustion of the pulverized coal fuel spirals along the jet. , Collides with the inner wall of the partial combustion furnace and falls to form molten ash slag which is recovered by the molten ash recovery means. For this reason, molten ash (fly ash) can be efficiently recovered, the fly ash can be prevented from flowing into the furnace, and only the combustion gas can be ejected into the furnace. As such a partial combustion furnace, specifically, one end is closed and the other end is a cylindrical object that opens to the furnace to form an opening ejection portion. The fuel nozzle and the air ejection nozzle of the high-temperature air supply means are In addition, the solid fuel and the high-temperature combustion air may be ejected in the tangential direction of the cylindrical partial combustion furnace (claim 5).
請求項６の発明によっては、部分燃焼炉の開口噴出部位置より後流の主燃焼領域に、高温燃焼用空気の一部を噴出させる後段高温空気供給手段を備えることとしたので、火炉内での燃焼ガスの燃焼を高温雰囲気で行うことができる。
互いに対向する火炉の各壁面に、部分燃焼炉の開口噴出部と二次空気供給手段の空気噴出ノズルとをそれぞれ対向して配置して、火炉の軸心近傍に安定な主燃焼領域を形成させることもできるし（請求項７）、部分燃焼炉開口噴出部と二次空気供給手段の空気噴出ノズルは、火炉内の水平な仮想円の接線方向に、燃焼ガスと燃焼用二次空気とをそれぞれ噴出させ、火炉内に旋回流を発生させつつ固体燃料を燃焼させ、火炉内に水平な環状の旋回流を形成させて該燃料を燃焼させ、燃焼の安定性を向上させることもできる。（請求項８）。
According to the invention of claim 6, since the main combustion region downstream from the opening ejection portion position of the partial combustion furnace is provided with the latter stage high temperature air supply means for ejecting a part of the high temperature combustion air, The combustion gas can be burned in a high temperature atmosphere.
On each wall surface of the furnace facing each other, an opening jet part of the partial combustion furnace and an air jet nozzle of the secondary air supply means are arranged to face each other to form a stable main combustion region in the vicinity of the axis of the furnace. (Claim 7), the partial combustion furnace opening jet section and the air jet nozzle of the secondary air supply means are configured to pass the combustion gas and the secondary combustion air in the tangential direction of the horizontal virtual circle in the furnace. It is possible to improve the stability of combustion by ejecting each of them and burning a solid fuel while generating a swirling flow in the furnace, and forming a horizontal annular swirling flow in the furnace to burn the fuel. (Claim 8).
請求項９及び１０の発明によっては、熱交換手段を多管式熱交換器、あるいは蓄熱式熱交換器としたので高温の燃焼排気ガスを熱源として効率的に高温燃焼用空気を生成することができる。 According to the ninth and tenth aspects of the invention, since the heat exchange means is a multi-tubular heat exchanger or a heat storage type heat exchanger, it is possible to efficiently generate high-temperature combustion air using high-temperature combustion exhaust gas as a heat source can Ru.
請求項１１の発明によれば、好ましくは、火炉からの排気ガスを搬送ガスとし、該搬送ガスにより微粉炭燃料を燃料ノズルに搬送することとしたので、燃料の搬送に使用して燃料とともに部分燃焼炉内の予備燃焼領域に噴出させる空気の酸素濃度が低下し着火点近傍における酸素不足による還元性雰囲気をさらに容易に実現することができる。通常、搬送用空気中の酸素濃度を低下させ、着火点近傍の酸素濃度を下げると燃焼が不安定になるが、高温燃焼用空気の存在により着火点近傍の温度が高温となっているので、燃焼の安定性が維持できる。搬送用空気中の酸素濃度低下による別の効果として、微粉炭が予期しない燃焼をすることを抑止し、また該予期しない燃焼を防止するための温度制御等の条件を緩和することができる。 According to the eleventh aspect of the present invention, preferably, the exhaust gas from the furnace is used as a carrier gas, and the pulverized coal fuel is conveyed to the fuel nozzle by the carrier gas. The oxygen concentration of the air ejected to the pre-combustion region in the combustion furnace is reduced, and a reducing atmosphere due to oxygen shortage near the ignition point can be realized more easily. Normally, if the oxygen concentration in the carrier air is lowered and the oxygen concentration in the vicinity of the ignition point is lowered, combustion becomes unstable, but the temperature in the vicinity of the ignition point is high due to the presence of the high-temperature combustion air. Stability can be maintained. As another effect due to the decrease in the oxygen concentration in the carrier air, it is possible to suppress the pulverized coal from unexpectedly burning, and to relax conditions such as temperature control for preventing the unexpectedly burning.
請求項１２の発明は、請求項１１の発明に加えて、石炭を微粉炭に粉砕するミル装置を備え、火炉からの排気ガスを雰囲気ガスとし、当該排気ガスをミル装置に供給して微粉炭を製造することとしたので、酸素濃度の高い通常の空気雰囲気下ではなく、酸素濃度の低下した燃焼排気ガス雰囲気下において微粉炭の製造を行うことになり、予期しない微粉炭燃焼の虞が少なく、また、該予期しない微粉炭燃焼を防止するための温度制御等の条件を緩和することができる。請求項１１、１２のいずれの発明においても、排気ガス中の灰儘を除去する粉塵除去手段を備えることにより、搬送等に際し大量の粉塵等が混入して閉塞を生じることを防止することもできる（請求項１３）。
The invention of
以下に、本発明に係るボイラ装置の実施例を、図面を参照して説明する。
まず、本発明の第１の実施例を図１を参照して説明する。第１実施例に係るボイラ装置１は、微粉炭の燃焼により発生する燃焼ガスを燃焼させる主燃焼領域１０ａを有する火炉１０と、火炉１０から燃焼排気ガスＥＧの一部を抽気し、抽気した燃焼排気ガスにより燃焼用空気ＢＡを微粉炭の着火温度以上の温度（例えば、８００℃）に加熱して高温燃焼用空気ＢＡ２を生成する多管式熱交換器（熱交換手段）２２と、火炉底部近傍に設置され、微粉炭燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させ、該燃焼ガスから溶融灰（飛灰）を分離して火炉１０に噴出させて燃焼させるスラグタップバーナ（部分燃焼炉）２５と、微粉炭及び高温燃焼用空気ＢＡ２とをスラグタップバーナ２５に噴出させ燃焼させる同軸ノズル２６と、火炉１０の排気口１３から排出される排気ガスＥＧ１を熱源として燃焼用空気ＢＡを予熱して燃焼用二次空気ＢＡ１とする空気予熱器（空気予熱手段）１５と燃焼用二次空気ＢＡ１を火炉１０のスラグタップバーナ２５の開口噴出部２７より後流側に噴出させる二次空気ノズル（二次空気供給手段）１７等を備える。
Below, the example of the boiler device concerning the present invention is described with reference to drawings.
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
火炉１０は、下部側壁にスラグタップバーナ２５が配設され、スラグタップバーナ２５の開口噴出部２７から噴出される燃焼ガスを燃焼（後段燃焼）させて火炎を形成させる主燃焼領域１０ａと、主として、上部に主燃焼領域１０ａを臨んで形成される輻射伝熱領域１０ｂとを備える火炉本体１１と、輻射伝熱領域１０ｂに隣接して併設され、輻射伝熱領域１０ｂを通過して温度の低下した燃焼排気ガスＥＧが下降しながら流れる対流伝熱部１２とを備える。
The
火炉本体１１側壁の下端近傍には、有底の円筒形状を有するスラグタップバーナ２５が開口し、開口噴出部２７から燃焼ガスを主燃焼領域１０ａに噴出し主火炎ＭＦを形成して燃焼させる構造となっている。
また、火炉本体１１側壁の、開口噴出部２７より上部（主火炎ＭＦに沿って後流側）に燃焼用二次空気を噴出させる二次空気ノズル（二次空気供給手段）１７が配設され、さらにその上部の炉頂部近傍には、微粉炭の燃焼により発生する高温の燃焼排気ガスＥＧの一部を抽気する抽気管２１を備える。対流伝熱部１２の底部には、火炉１０内での熱交換により温度の低下した（〜４００℃）排気ガスＥＧ１の排気口１３があり、排気口１３から排出された排気ガスＥＧ１は、脱硝装置１４を介して空気予熱器１５に流入する構造となっている。
A
In addition, a secondary air nozzle (secondary air supply means) 17 is disposed on the side wall of the
スラグタップバーナ２５は、有底の円筒状構造であり、火炉本体１１下端近傍に、軸を略水平ではあるが、開口噴出部２７がやや下方向を向くように僅かに傾斜させて開口噴出部２７が接続している。開口噴出部２７と反対側の端部（底部）近傍には、図２に示すようにスラグタップバーナ２５の断面円の接線方向に微粉炭と高温燃焼用空気とを噴出して、スラグタップバーナ２５の底部から開口噴出部２７へ向う螺旋状の旋回流Ｓを形成させる同軸ノズル２６が開口している。同軸ノズル２６は、微粉炭を噴出させる燃料ノズル２６ｂと、燃料ノズル２６ｂの外側に環状かつノズル２６ｂの中心と同軸に配設された高温空気ノズル（高温空気供給手段）２６ａとを備える。高温空気ノズル２６ａは、配管を介して熱交換器２２の高温燃焼用空気出口２２ａと接続し、また、燃料ノズル２６ｂは、石炭Ｃを粉砕して微粉炭を生成し、搬送用空気ブロワ３２から供給される搬送用空気Ａ１と該微粉炭とを混合して圧送するミル３１に接続している。高温空気ノズル２６ａの大きさ、材質、噴出方向、旋回強さ等については、高温燃焼用空気ＢＡ２を副火炎ＳＦ近傍に、適宜方向に適宜旋回強さを与えて噴出できるものであれば特に制限はない。
The
燃料ノズル２６ｂの大きさ、材質、噴出方向、旋回強さ、噴出させた燃料の濃淡分布等についても、微粉炭をスラグタップバーナ２５内の所望位置に閉塞なく噴出させ、副火炎ＳＦを形成することのできるものであれば特に制限はない。但し、燃料ノズル先端部に微粉炭に着火するための着火機構（図示せず）を有することはいうまでもなく、又、スラッギング防止装置等適宜必要装置を付加することができる。なお、本実施例においては、高温空気ノズル２６ａと燃料ノズル２６ｂとが同軸ノズル２６を形成することとしたが、副火炎ＳＦ近傍に高温の還元性雰囲気を形成できる範囲であれば離間させてもよい。
As for the size, material, ejection direction, swirl strength, and fuel density distribution of the
また、図１はシステムを記述する模式図であるため、スラグタップバーナ２５は一基のみ記載されているが、実際には、火炉本体１１の水平方向、或いは上下方向に分布して複数のスラグタップバーナ２５が設置される。図３に、火炉本体１１の下部に設置されるスラグタップバーナ２５の水平方向の設置分布を示す。図３に示すように、複数（図３では合計４個）のスラグタップバーナ２５が、対向する火炉本体の各壁面に、スラグタップバーナ２５の開口噴出部２７どうしが互いに対向するように配置されている。本実施例ではこのように開口噴出部２７が互いに対向する配置の複数のスラグタップバーナ２５の組を上下方向に一段のみの配置する構成としているが、このようなスラグタップバーナ２５の組を火炉本体１１の上下方向に複数段を設置することとしてもよい。
Since FIG. 1 is a schematic diagram describing the system, only one
開口噴出部２７近傍のスラグタップバーナ下部には溶融した溶融灰を回収して抜き出すための抜き出し管２８（溶融灰回収手段）が接続している。
スラグタップ開口噴出部２７近傍には、図示しない着火装置があり、噴出する燃焼ガスに着火できる構造となっていることはいうまでもなく、開口噴出部の開口径、形状等は噴出する燃焼ガスの流速等を考慮して主燃焼領域１０ａに安定な火炎が形成されるように適宜設定される。
An extraction pipe 28 (molten ash recovery means) is connected to the lower portion of the slag tap burner in the vicinity of the
There is an ignition device (not shown) in the vicinity of the slag tap
一端が火炉本体１１に開口する抽気管２１の他端は、熱交換器２２を介して排気ブロワ２３に接続しているので、該排気ブロワ２３の吸引作用によって輻射伝熱領域１０ｂ近傍の燃焼排気ガスＥＧ２を抽気し、多管式熱交換器２２内を通過させつつ、高温の燃焼排気ガスＥＧ２を熱源として、給気ブロワ２４から供給される燃焼用空気ＢＡを加熱して高温燃焼用空気ＢＡ２を生成できる構造となっている。
Since the other end of the
なお、抽気管２１の形状、材質等については特に限定せず、又配置については、本実施例においては、炉頂部近傍の側壁に設置される。本設置位置は、水蒸気発生、過熱を行った後ではあるが、なお、熱交換により高温空気ＢＡ２を、微粉炭（固体燃料）の着火温度以上（大多数の炭種の着火温度を考慮すると、例えば８００℃以上）に加熱できる温度（例えば、９００℃以上）の高温燃焼排気ガスＥＧ２を抽気できる位置であり、且つ、スラグタップバーナの開口噴出部２７から噴出した燃焼ガスが十分に燃焼し終えるように開口噴出部２７と抽気管２１とが或程度離間し、さらに対流伝熱部１２より上流側であり対流伝熱による温度低下のない位置である。但し、高温空気ＢＡ２を上記着火温度以上に加熱できる温度の燃焼排気ガスＥＧ２を抽気できる位置であり、開口噴出部２７と抽気管２１とが適切に離間していれば本設置位置に限定するものではない。
Note that the shape, material, and the like of the
熱交換器２２は、前述のように抽気管２１から熱交換器２２に流入する高温燃焼排気ガスＥＧ２を熱源として、給気ブロワ２４から供給される燃焼用空気ＢＡを、例えば、８００℃まで加熱し、高温燃焼用空気ＢＡ２とする機能を有する。熱交換により温度の低下した高温燃焼排気ガスＥＧ２は、排気ブロワ２３及び図示しない脱硝装置等の燃焼排気ガス処理装置を介して排気筒（図示せず）から放出される構造となっている。高温燃焼用空気ＢＡ２については、前述のように高温空気ノズル２６ａからスラグタップバーナ２５内に噴出される。
As described above, the
空気予熱器１５は、火炉１０からの排気ガスＥＧ１を熱源として、給気ブロワ１６から供給された燃焼用空気ＢＡを３００〜３５０℃に予熱して燃焼用二次空気ＢＡ１を生成する機能を有し、予熱された燃焼用二次空気は、配管を介して前述の二次空気ノズル１７から主火炎ＭＦ後流に噴出供給される構造となっている。燃焼用二次空気の予熱により温度の低下した排気ガスＥＧ１は、図示しない集塵器その他の排気処理装置を経て排気筒（図示せず）から大気中へ放出される。空気予熱器１５、給気ブロワ１６そのものは公知のものであり、詳細な説明は省略する。
The
二次空気ノズル１７の大きさ、材質、噴出方向、旋回強さ等については、燃焼用二次空気ＢＡ１を主火炎ＭＦ近傍に、適宜方向に適宜旋回強さを与えて噴出できるものであれば特に制限はない。好ましくは、前述のように４箇所あるスラグタップバーナ開口噴出部２７それぞれの直上に、該開口噴出部２７からの燃焼ガス噴出方向と燃焼用二次空気ＢＡ１の噴出方向が一致するように設置されることが望ましい。スラグタップバーナ２５から噴出する燃焼ガスの流れを強め、火炉本体１１の中央部に発生する安定燃焼域を更に安定させるためである。ボイラ装置１は、火炉１０に供給される微粉炭の揮発性、及び運転負荷状態が変化しても、高温燃焼用空気ＢＡ温度を必要温度以上に調整するとともに予備燃焼を高温還元性雰囲気内での燃焼とし、燃焼後段において未燃燃料を燃焼し尽くすために適切な、燃焼排気ガスＥＧ２抽気流量、高温燃焼用空気ＢＡ２及び燃焼用二次空気ＢＡ１の流量を調整する制御装置３５を備える。制御装置３５は、少なくとも給気ブロワ１６、２４、排気ブロワ２３、搬送用空気ブロワ３２等から空気流量、給炭量等のデータを得ると同時にこれらの運転状態を制御する機能を備える。より詳しくは、制御装置３５は別途入力される、微粉炭の揮発性等の燃料性状、及び運転負荷に関する運転指令情報を演算処理して、燃焼排気ガスＥＧ２抽気流量、高温燃焼用空気ＢＡ２及び予熱燃焼用空気ＢＡ１の流量を設定して、給気ブロワ１６、２４、排気ブロワ２３の吐出圧力、流量等を設定、制御する機能を備える。
As for the size, material, ejection direction, swirl strength, etc. of the
ここで、制御装置３５は、微粉炭の揮発性が低いほど、或いは運転出力（負荷）が定格出力に対して低いほど、高温燃焼用空気ＢＡ２量の割合を増加させ、その分、燃焼用二次空気ＢＡ１量の割合を低減させて、微粉炭量に対する燃焼用の空気全体量の割合（空気比）が、微粉炭の炭種（揮発性）、運転出力によらず一定になるように制御する。
また、運転状態情報に基づき搬送用空気ブロワ３２の吐出圧力、流量等或いはミル３１において粉砕処理する石炭量等を設定、制御する機能も併せて備える。
Here, the
Further, it also has a function of setting and controlling the discharge pressure, flow rate, etc. of the conveying
なお、本ボイラ装置１は、図示しない、水蒸気を発生させる水管、該水蒸気を更に過熱する過熱器及び排気ガスから十分な熱回収を行うためのエコノマイザ等を備えるが、これらはいずれも公知のものとその機能、形状及びボイラ内における配置などにおいて特段かわることが無いので説明を省略する。
次に、上記ボイラ装置１の作用について説明する。
The
Next, the operation of the
本発明のボイラ装置１によっては、微粉炭の燃焼がスラグタップバーナ２５内の予備燃焼領域２５ａにおける、高温空気燃焼である予備燃焼と、火炉本体１１の主燃焼領域１０ａにおける、予熱された二次空気による後段燃焼に分けて行われる。
このとき、微粉炭から発生する飛灰（溶融灰）はその殆どが、予備燃焼において発生し、該飛灰は、スラグタップバーナ２５内の雰囲気が高温燃焼用空気の供給と副火炎の輻射熱により高温となっているため、溶融灰スラグとなってスラグタップバーナ２５下部を重力流として流れ、スラグタップバーナ２５の抜き出し管（溶融灰回収装置）２８によって、容易に溶融回収される。このため、火炉１０内へは飛灰は殆ど移行せず、また、後段燃焼は、未燃焼の燃焼ガスが燃焼するのみであり、飛灰が殆ど発生しないことから、結局火炉本体及びその燃焼排気ガス抽出系、排気ガス処理系においては飛灰に対する対策が不要となる。このため、特に既存の重油焚ボイラの燃料を転換して微粉炭焚ボイラに改造する場合に、バーナ部分を本実施例において説明したスラグタップバーナに交換することにより、かかる粉塵対策を十分施していない火炉本体を改造する必要がなく、極めて容易に燃料を転換することができる。
Depending on the
At this time, most of the fly ash (molten ash) generated from the pulverized coal is generated in the preliminary combustion, and the fly ash is generated by the atmosphere in the
また、本実施例のボイラ装置１によっては、燃焼の前段において高温空気燃焼技術による安定な低ＮＯｘ燃焼、後段は通常の二次空気による未燃の燃焼ガスの燃焼による燃焼の完結、という２段燃焼が行われる。このため、低揮発性の炭種を含む様々の炭種の燃料に対し、また、低負荷運転状態を含めて、低ＮＯｘの安定燃焼がはかられ、それにより燃焼用空気全体量の低減が可能になるので所内率の低下などによる総合的なエネルギー効率の増加がはかれる。
Further, depending on the
以下、上記内容を詳細に説明する。
まず、燃料ノズル２６ｂからスラグタップバーナ２５内の予備燃焼領域２５ａに微粉炭を噴出させ、着火して副火炎ＳＦを形成して燃焼させる。同時に微粉炭供給量や炭種、及び運転負荷状態等を勘案して設定される所定量の高温燃焼用空気ＢＡ２が、高温空気ノズル２６ａからスラグタップバーナ２５に供給される。
The above content will be described in detail below.
First, pulverized coal is jetted from the
燃料ノズル２６ｂと高温空気ノズル２６ａとは同軸ノズル２６を形成して、スラグタップバーナの接線方向に微粉炭及び高温燃焼用空気を噴出するので、かかる噴流の副火炎ＳＦは、スラグタップバーナ２５内面に沿って螺旋状の旋回流Ｓを形成しつつ、開口噴出部２７に向う流れを形成する。
副火炎ＳＦ近傍に供給される高温燃焼用空気ＢＡ２量が適切に調節されるので、着火点ＳＦ１近傍では、還元性雰囲気が維持され、フュ−エルＮＯを含むＮＯｘの発生が抑制される。また、高温燃焼用空気ＢＡ２の温度が高いので、揮発性の低い炭種の場合であっても、微粉炭から燃焼性ガスが十分に揮発して着火性が保たれ、消炎することなく安定な燃焼が継続する。これらに加えて、微粉炭を搬送する搬送用空気Ａ１の量も必要に応じて調整することにより着火点ＳＦ１近傍に最適な還元性雰囲気を達成することができる。
The
Since the amount of high-temperature combustion air BA2 supplied in the vicinity of the sub-flame SF is appropriately adjusted, a reducing atmosphere is maintained in the vicinity of the ignition point SF1, and the generation of NOx including fuel NO is suppressed. In addition, since the temperature of the high-temperature combustion air BA2 is high, even in the case of a coal type with low volatility, the combustible gas is sufficiently volatilized from the pulverized coal and the ignitability is maintained, and it is stable without extinguishing the flame. Combustion continues. In addition to these, an optimal reducing atmosphere in the vicinity of the ignition point SF1 can be achieved by adjusting the amount of conveying air A1 for conveying pulverized coal as necessary.
これらの効果により、図４に示すようにスラグタップバーナ２５内では安定な高温燃焼が継続し、かつその火炎流は、スラグタップバーナ２５内面に沿った螺旋状の旋回流Ｓを形成する。このため、燃焼により発生する溶融灰（飛灰）ＦＡも該旋回流とともに螺旋状に移動しながら、壁面との衝突を繰り返して下へ落下する。溶融灰ＦＡは、高温の火炎からの輻射熱の効果により溶融灰スラグ流を形成し、スラグタップバーナ２５下部に集まる。スラグタップバーナ２５の軸が前述のように開口噴出部２７に向って僅かに傾斜しているので、開口噴出部近傍に設置された抜き出し管２８に向って重力流により流れ、抜き出し管２８から重力流により抜き出される。このため、飛灰は火炉本体１１へは殆ど飛散せず、容易に回収される。
Due to these effects, stable high-temperature combustion continues in the
予備燃焼領域２５ａにおいては微粉炭が高温に加熱されるため、揮発性の燃焼ガスが発生し、その一部は予備燃焼領域２５ａにおいて燃焼するが、残余の燃焼ガスは、開口噴出部２７を通って、火炉本体１１の主燃焼領域１０ａに噴出し、そこで図示しない着火装置により着火し、燃焼して主火炎ＭＦを形成する。このとき、主火炎ＭＦ後流には、図１に示すように、二次空気ノズル１７からやや低温の燃焼用二次空気ＢＡ１が潤沢に供給され、未燃焼の燃焼ガスが後段燃焼を生じて完全に燃焼する。この燃焼は未燃焼の燃焼ガスが燃焼するのみであるので、ここでは飛灰は殆ど発生しない。
Since the pulverized coal is heated to a high temperature in the
上記燃焼火炎からの輻射熱及び燃焼により発生する高温（例えば１，３００℃以上）の燃焼排気ガスにより、水蒸気が発生するとともに該水蒸気が、更に過熱される。その際、燃焼排気ガスＥＧ自身は冷却されて、輻射伝熱領域１０ｂに隣接する対流伝熱部１２内を下降しつつ更に熱交換を行い、自らは、〜４００℃程度の低温の排気ガスＥＧ１となって、排気口１３、脱硝装置１４を介して空気予熱器１５に流入する。ここで給気ブロワ１６から供給された空気を３００〜３５０℃まで予熱して燃焼用二次空気ＢＡ１とした上で、更に低温になった排気ガスＥＧ１自身は、排気処理装置を介して大気中に放出される。燃焼用二次空気ＢＡ１は、二次空気ノズル１７から噴出され、前述のように主火炎ＭＦ上部周囲を流れ、酸素を主火炎ＭＦに供給する。
Steam is generated and further superheated by radiant heat from the combustion flame and high-temperature (for example, 1,300 ° C. or higher) combustion exhaust gas generated by combustion. At that time, the combustion exhaust gas EG itself is cooled and further exchanges heat while descending in the convection
一方、一部の燃焼排気ガスＥＧは、対流伝熱部１２に達して温度が低下する前に、高温燃焼排気ガスＥＧ２として火炉１０上部から抽気管２１を介して抽気される。この高温燃焼排気ガスＥＧ２の温度は、抽気位置の選択により変化するものであるが、燃焼用空気ＢＡを微粉炭の着火温度（例えば８００℃）以上に加熱できるよう、例えば９００℃以上とすることが望ましい。高温燃焼排気ガスＥＧ２は、熱交換器２２内において、給気ブロワ２４から供給された燃焼用空気ＢＡを、例えば、８００℃以上に加熱して高温燃焼用空気ＢＡ２とする。該高温燃焼用空気ＢＡ２は、高温空気ノズル２６ａから予備燃焼領域２５ａに噴出され、副火炎ＳＦ近傍の予備燃焼領域２５ａに、微粉炭の燃焼と協働して高温の還元性雰囲気を形成することは前述のとおりである。
On the other hand, a part of the combustion exhaust gas EG is extracted from the upper part of the
以上で、第１の実施例のボイラ装置１の説明を終了するが、本実施例について様々の別態様があることはいうまでもない。以下にそれらについて説明する。
本実施例においては、燃料ノズルと高温空気ノズルとを１個の同軸ノズルとしてスラグタップバーナの接線方向に燃料と高温燃焼用空気とを噴出させ、螺旋状の旋回流を形成させているが、副火炎がスラグタップバーナ内に螺旋状の旋回流を形成する範囲においては、該ノズルを、例えば、スラグタップバーナの軸に垂直な平面に（図５）に複数配置してもよい。旋回流をより強力なものとして壁面との衝突による溶融灰（飛灰）の分離効率をより高めることができるからである。また、これらのバーナは同軸ノズルでなく、燃料ノズルと高温空気ノズルとがそれぞれ分離した離間ノズルであってもよい。
Although the description of the
In this embodiment, the fuel nozzle and the high-temperature air nozzle are used as one coaxial nozzle, and fuel and high-temperature combustion air are ejected in the tangential direction of the slag tap burner to form a spiral swirl flow. In the range in which the auxiliary flame forms a spiral swirl flow in the slag tap burner, a plurality of the nozzles may be arranged, for example, on a plane perpendicular to the axis of the slag tap burner (FIG. 5). This is because the swirl flow can be made stronger and the separation efficiency of the molten ash (fly ash) due to the collision with the wall surface can be further increased. These burners may be separated nozzles in which the fuel nozzle and the high-temperature air nozzle are separated from each other instead of the coaxial nozzle.
本実施例においては、高温燃焼用空気は、スラグタップバーナにのみ供給したが、図６に示すように高温燃焼用空気ＢＡ２の供給管路を前後２段にわけ、前段（下段）を高温空気ノズル４５からスラグタップバーナ４４に供給し、後段（上段）は火炉本体４２に設置された後段高温空気ノズル（後段高温空気供給手段）４３から直接火炉本体４２に供給してもよい。前段の還元性雰囲気中において未燃焼であった燃料を後段において燃焼させることができる。なお、微粉炭に含まれる窒素成分は、前段燃焼において還元、安定化されているので、後段燃焼においてフュ−エルＮＯを発生させることはない。
In this embodiment, the high-temperature combustion air is supplied only to the slag tap burner. However, as shown in FIG. 6, the supply line for the high-temperature combustion air BA2 is divided into two stages, and the front stage (lower stage) is the hot air. The
本実施例においては、熱交換手段として、多管式熱交換器を使用したが、蓄熱式熱交換器（回転型或いは交番（切替）型のいずれでもよい）を使用することもできる。
本実施例においては、固体燃料を微粉炭としたが、例えば、細かく砕いた木材チップなどのバイオマス燃料を用いてもよい。さらに多量の水分を含む汚泥等も搬送用空気による搬送の代わりにポンプにより火炉内に噴出させ、高温の燃焼用空気及び燃焼火炎からの輻射熱により水分を蒸発させ、乾燥した汚泥をさらに加熱して汚泥に含まれる可燃性成分を揮発させて燃焼することとしてもよい。従来技術によっては、例えば含水率６０％程度以上の汚泥を燃焼させる場合には、予め汚泥を予熱して乾燥させておくか、オイル混焼等の手段を講ずる必要があったが、本発明によってはそのような必要はなく、より含水率の高い、例えば８０％程度の汚泥を燃焼させることが可能である。
In the present embodiment, a multi-tube heat exchanger is used as the heat exchange means, but a heat storage heat exchanger (which may be either a rotary type or an alternating (switching) type) may be used.
In this embodiment, the solid fuel is pulverized coal. However, for example, biomass fuel such as finely crushed wood chips may be used. In addition, sludge containing a large amount of moisture is ejected into the furnace by a pump instead of being transported by air for transportation, water is evaporated by radiant heat from high-temperature combustion air and combustion flame, and the dried sludge is further heated. It is good also as volatilizing the combustible component contained in sludge and burning. Depending on the prior art, for example, when burning sludge having a moisture content of about 60% or more, it is necessary to preheat and dry the sludge in advance or to take measures such as oil co-firing. There is no such need, and it is possible to burn sludge having a higher moisture content, for example, about 80%.
次に本発明に係る第２の実施例のボイラ装置５０を図７を参照しつつ説明する。本ボイラ装置５０は、スラグタップバーナ及び二次空気ノズルから噴出する燃焼ガス及び燃焼用二次空気が火炉本体内で旋回流を形成するようにスラグタップバーナ及び二次空気ノズルの配置及び噴出方向を設定する点において第１の実施例のボイラ装置１と異なる特徴を有するが、その他のシステム構成、機器等の機能、形状、配置及び作用効果等はボイラ装置１と同様であるので、ここでは説明を省略する。
Next, a
本ボイラ装置５０においては、図７に示すように、火炉本体５２下部の４隅近傍に複数（図７では４個ずつ）のスラグタップバーナ５５を備える。スラグタップバーナ５５の噴出方向は、以下のように定める。すなわち、火炉本体５２の中央に中心を有する水平な円５６を仮想し、スラグタップバーナ５５の噴出軸が該水平円５６の接線となるように定める。なお、このとき、該水平円５６の半径を適宜調節して、発生する旋回流が火炉本体５２側壁に衝突しスラッギングを生じることを防止する。また、二次空気ノズル５４（図７には記載せず）は、４つのスラグタップバーナ５５それぞれの直上（火炎の流れとしては後流側）に、噴出方向を、該スラグタップバーナ５５のそれぞれの噴出方向に一致させて配設する。
As shown in FIG. 7, the
本ボイラ装置５０の作用を説明する。スラグタップバーナ５５内で高温空気燃焼による予備燃焼を生じさせるとともに、飛灰（溶融灰）はスラグタップバーナ５５内で回収し、火炉本体５２内には燃焼ガスのみが噴出し、燃焼用二次空気の供給により後段燃焼を生じることにおいては、本ボイラ装置５０も第１実施例のボイラ装置１と同様である。ボイラ装置５０の特徴的な作用は、スラグタップバーナ５５及び二次空気ノズル５４の噴出方向を火炉本体５２内に仮想した水平円５６の接線方向に揃えることにより、火炉本体５２内に仮想した水平円５６に沿った旋回流が発生し、且つ、スラグタップバーナ５５及び二次空気ノズル５４からの噴流により渦流を強めるため該旋回流が上昇しながら燃焼を完結させていくので、水平円５６に沿って極めて安定な高温循環燃焼域が発生し、より安定な低ＮＯｘ燃焼が実現されることにある。
The operation of the
本発明に係る第３の実施例について図８を参照して説明する。
第１実施例においては、微粉炭の搬送ガスとして搬送用空気Ａ１を使用することとしたが、第３の実施例に係るボイラ装置６０は、空気予熱器６１において燃焼用空気を予熱した後の排気ガスＥＧ１を搬送用ガス及びミル６４における微粉炭製造時の雰囲気ガスとして使用する。
A third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment, the carrier air A1 is used as the carrier gas for the pulverized coal. However, the
より詳しくは、図８に示すように、本ボイラ装置６０は、第１実施例において説明したボイラ装置１機器等に加え、又はそれに代えて、空気予熱器６１の後流側に接続された集塵器（粉塵除去手段）６２と、該集塵器６２において除塵された排気ガスＥＧ１を抽気して、ミル６４に圧送し、ミル（ミル装置）６４において微粉炭を混合させてスラグタップバーナ６６の燃料ノズル６７から噴出させるための搬送空気ブロワ６３と、搬送空気ブロワ６３をも制御する制御装置６５等を備える。
More specifically, as shown in FIG. 8, the
上記以外のシステム構成、各機器の機能、形状、配置及び作用効果については第1実施例と同様であるので説明を省略する。
本ボイラ装置６０の作用を以下に説明する。
すなわち、排気ガスＥＧ１の一部を集塵器６２の出口から抽気して搬送用空気Ａ１の代替及び微粉炭製造時の雰囲気ガスとしてミル６４に搬送空気ブロワ６３により供給する。排気ガスＥＧ１は、酸素濃度が低下しているので、微粉炭製造時に予期しない微粉炭燃焼を生じる虞が少なく、また、該予期しない微粉炭燃焼を防止するための温度制御等の条件を緩和することができる。さらに、副火炎の着火点近傍の酸素不足による還元性雰囲気を維持するのに好適に使用できる。このとき、副火炎の着火点近傍の温度が、高温燃焼用空気の存在により高温に維持されていることから、搬送ガス中の酸素濃度が減少しても安定な燃焼が維持されることは言うまでもない。
Since the system configuration other than the above, the function, shape, arrangement, and operational effects of each device are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
The operation of the
That is, a part of the exhaust gas EG1 is extracted from the outlet of the
なお、本実施例においては、微粉炭搬送に使用するガス中には塵埃がふくまれないことが望ましいことから、排気ガスを集塵器６２出口において抽気することとしたが、集塵器６２以降であれば、例えば、図示しない排気筒等、排気ガス処理系のいずれの点から抽気してもよい。
なお、ここで説明した実施形態は一つの例であって、本発明はこれのみに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において変更を加えうることはいうまでもない。
In the present embodiment, since it is desirable that the gas used for conveying the pulverized coal does not contain dust, the exhaust gas is extracted at the outlet of the
In addition, embodiment described here is an example, Comprising: This invention is not limited only to this, It cannot be overemphasized that a change can be added in the range of the summary of this invention.
１、５０、６０ ボイラ装置
１０ 火炉
１０ａ 主燃焼領域
１５、６１ 空気予熱器
１７ 二次空気ノズル
２１ 抽気管
２２ 多管式熱交換器
２５、４４、５５、６６ スラグタップバーナ
２５ａ 予備燃焼領域
２６ 同軸ノズル
２６ａ、４５ 高温空気ノズル
２６ｂ、６７ 燃料ノズル
２７ 開口噴出部
２８ 抜き出し管
３１、６４ ミル
３２、６３ 搬送用空気ブロワ
４３ 後段高温空気ノズル
５６ 水平円
DESCRIPTION OF
Claims (13)
該火炉から燃焼排気ガスの一部を抽気し、抽気した燃焼排気ガスにより燃焼用空気を８００℃以上に加熱して高温燃焼用空気を生成する熱交換手段と、
前記火炉に臨んで設置され、該火炉を臨む開口噴出部と、前記微粉炭燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させる予備燃焼領域とを有し、微粉炭燃料の燃焼により発生する溶融灰を前記燃焼ガスから溶融灰スラグとして分離するとともに、前記開口噴出部から前記燃焼ガスを火炉の主燃焼領域に噴出させて主火炎を形成させる部分燃焼炉と、
前記予備燃焼領域に微粉炭燃料を噴出させて副火炎を形成させる燃料ノズルと、
前記部分燃焼炉内の、前記燃料ノズル近傍に配設され、副火炎近傍に還元雰囲気を形成させるように前記高温燃焼用空気を噴出させる高温空気供給手段と、
前記火炉から排出される排気ガスにより、燃焼用空気を前記高温燃焼用空気より低い温度に予熱して燃焼用二次空気を生成する空気予熱手段と、
前記主燃焼領域の主火炎近傍に前記燃焼用二次空気を噴出させる二次空気供給手段と
を備えることを特徴とするボイラ装置。 A furnace having a main combustion region for burning combustion gas generated by combustion of pulverized coal fuel;
A heat exchanging means for extracting a part of the combustion exhaust gas from the furnace and heating the combustion air to 800 ° C. or more with the extracted combustion exhaust gas to generate high-temperature combustion air;
The open blast part facing the furnace and having an opening jet part facing the furnace, and a pre-combustion region for burning the pulverized coal fuel to generate combustion gas, the molten ash generated by the combustion of the pulverized coal fuel, A partial combustion furnace for separating the combustion gas as molten ash slag, and causing the combustion gas to be ejected from the opening ejection part into a main combustion region of a furnace to form a main flame;
A fuel nozzle for injecting pulverized coal fuel into the preliminary combustion region to form a secondary flame;
A high-temperature air supply means disposed in the vicinity of the fuel nozzle in the partial combustion furnace and for injecting the high-temperature combustion air so as to form a reducing atmosphere in the vicinity of the auxiliary flame;
The exhaust gas discharged from the furnace, and air preheating means for generating a combustion secondary air to preheat the combustion air to a temperature lower than the hot combustion air,
A boiler device comprising: secondary air supply means for ejecting the combustion secondary air in the vicinity of a main flame in the main combustion region.
前記燃料ノズル及び高温空気供給手段の空気噴出ノズルは、該部分燃焼炉内壁に沿って螺旋状の噴流が形成されるように、前記微粉炭燃料、前記高温燃焼用空気を噴出させることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のボイラ装置。 The partial combustion furnace comprises molten ash recovery means disposed at the lower part of the partial combustion furnace,
The fuel nozzle and the air jet nozzle of the high-temperature air supply means eject the pulverized coal fuel and the high-temperature combustion air so that a spiral jet is formed along the inner wall of the partial combustion furnace. The boiler device according to any one of claims 1 to 3.
前記燃料ノズル及び高温空気供給手段の空気噴出ノズルは、円筒状の該部分燃焼炉の接線方向に、前記微粉炭燃料及び高温燃焼用空気を噴出することを特徴とする、請求項４に記載のボイラ装置。 The partial combustion furnace is a cylindrical object whose one end is closed and the other end is opened to the furnace to form an opening jet part.
5. The fuel nozzle and the air jet nozzle of the high-temperature air supply means jet the pulverized coal fuel and high-temperature combustion air in a tangential direction of the cylindrical partial combustion furnace. Boiler equipment.
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