JP4877735B2 - Boiler equipment - Google Patents
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Description
本発明は、石炭焚きボイラなどのボイラ装置に係り、特に排ガス中の窒素酸化物及び一酸化炭素を低減するのに好適なボイラ装置に関する。 The present invention relates to a boiler device such as a coal-fired boiler, and more particularly to a boiler device suitable for reducing nitrogen oxides and carbon monoxide in exhaust gas.
火力発電所で石炭などの化石固体燃料を燃焼する場合に生成する窒素酸化物(以後NOxということがある)等の環境汚染物質の低減のために、火炉内を燃焼域、還元域、再燃焼域に分け、還元域でのNOxを低減することが行われている。すなわち、燃焼域では理論空気比以下で燃料を燃焼させ、燃料中の窒素分から発生したNOxを低酸素濃度の還元領域において還元し、炉出口でのNOxを低減する二段燃焼方式が主流になっている。
前記特許文献1、2記載の発明では、アフターエアポート内のエアーを主流成分と副流成分などに分けることでバーナで生じた燃料の未燃焼成分を低減し、排ガスの低NOx濃度化を図っているが、特許文献1記載の発明ではアフターエアポート内の主流と副流のエアーの圧力損失が一定状態であり、主流と副流の流量比率は固定されている。また、特許文献2記載の発明では、アフターエアポート内のエアー噴流は旋回流と直進流の組み合わせであるが、直進流を増して貫通性を上げれば、火炉の上流から下流に流れる燃料の未燃分がエアー直進流の左右方向へすり抜けることが多くなり、逆に直進流を減らすと、その貫通力が低下する問題点がある。
In the inventions described in
また、前記特許文献3〜5には、比較的低温の火炉出口排ガスをバーナとアフターエアポートの間の火炉壁から炉内に供給してサーマルNOx及びフューエルNOxの発生量を抑えることができることが開示されている。
しかし、これら特許文献記載の方法でも火炉内での異なるガス同士が十分均一に混合できなく、CO濃度とNOx濃度の低減化効果が不十分であった。
さらに、特許文献6にはアフターエアポート内のエアーを水平方向に主流成分と副流成分などに分けることでバーナで生じた燃料の未燃焼成分を低減し、排ガスの低NOx濃度化を図る構成が開示されているが、各分割されたエアー噴流は直進流であり火炉水平断面全域にエアーを搬送することができないので火炉の上流から下流に流れる燃料の未燃分がエアー直進流の左右方向へすり抜けることが多くなる。
However, even in the methods described in these patent documents, different gases in the furnace cannot be mixed sufficiently uniformly, and the effect of reducing the CO concentration and the NOx concentration is insufficient.
Further,
本発明の課題は、火炉内で石炭などの固体燃料の燃焼性を損なうこと無く、未燃ガスのすり抜けを防止し、火炉中央部のみならず火炉側壁においても燃焼排ガス中のCO濃度とNOx濃度の低減化効果が達成できるボイラ装置を提供することである。 An object of the present invention is to prevent the passage of unburned gas without impairing the combustibility of a solid fuel such as coal in the furnace, and the concentration of CO and NOx in the combustion exhaust gas not only in the center of the furnace but also in the side wall of the furnace. It is providing the boiler apparatus which can achieve the reduction effect of this.
本発明の上記課題は次の解決手段により解決される。
請求項1記載の発明は、石炭を含む固体燃料を火炉で燃焼させるボイラ装置において、火炉の対向する一対の壁面に理論空気比以下の空気量で固体燃料を燃焼させるバーナを一段毎に複数個、かつ燃焼ガス流れ方向に一段以上設け、火炉の対向する一対の壁面の前記バーナの下流側であって、該バーナでの固体燃料の燃焼に不足する燃焼用エアを火炉内に噴出するアフターエアポートを一段毎に複数個、かつ燃焼ガス流れ方向に一段以上設け、前記アフターエアポート内には、該アフターエアポートから火炉内に吹き出す燃焼用エアの方向を水平方向に3分割以上に分割し、該各分割エアの方向が互いに同一方向にならないような形状を有するエア分割部材を設け、該エア分割部材は、前記アフターエアポートから火炉内に吹き出す燃焼用エアの方向を変更可能に設けられたボイラ装置である。
The above-described problems of the present invention are solved by the following solution means.
According to the first aspect of the present invention, in a boiler apparatus for burning a solid fuel containing coal in a furnace, a plurality of burners for burning the solid fuel at an air amount equal to or less than the theoretical air ratio are provided on a pair of opposing wall surfaces of the furnace for each stage. And an after-air port that is provided in the combustion gas flow direction at one or more stages and is downstream of the burner between a pair of wall surfaces facing the furnace, and injects combustion air that is insufficient to burn solid fuel in the burner into the furnace Are provided in each stage, and one or more stages are provided in the direction of combustion gas flow, and in the after-air port, the direction of the combustion air blown out from the after-air port into the furnace is divided into three or more parts in the horizontal direction. an air dividing member having a shape such that the direction of the divided air is not in the same direction to each other is provided, the air split member, combustion d to be blown into the furnace from the after Airport A boiler apparatus which is provided can be changed in the direction of.
請求項1記載の発明によれば、エア分割部材により燃焼用エアを火炉内に水平方向に3分割以上に分割して、それぞれの噴出方向を変えることで、分割された噴出流が互いに直接衝突することによる急速な混合を避けるとともに、水平断面に幅広く噴流を形成することで、燃焼ガスと未燃焼ガスの混合を促進し、未燃ガスのすり抜けを防止することができる。その結果、燃焼ガス中のサーマルNOx生成を抑制し、かつAAPの水平断面方向に広く噴流を拡散させて燃焼ガス中のCOのすり抜け防止にも役立つ。
また、エア分割部材によってAAPから火炉内に吹き出すエアの方向を変更できるため、AAPからの噴流の噴出方向を調整することで対向する火炉壁からのエア噴出流との急速な衝突を避けることができ、更なるサーマルNOx生成の抑制と燃焼ガス中のCOのすり抜け防止効果に役立つ。
According to the first aspect of the invention, the combustion air is divided into three or more parts in the horizontal direction in the furnace by the air dividing member, and the respective jet directions are changed so that the divided jet flows directly collide with each other. In addition to avoiding rapid mixing by forming a jet in a horizontal section, mixing of combustion gas and unburned gas can be promoted, and slipping of unburned gas can be prevented. As a result, the generation of thermal NOx in the combustion gas is suppressed, and the jet is diffused widely in the horizontal cross-sectional direction of the AAP to help prevent the CO in the combustion gas from slipping through.
Moreover, since the direction of the air blown out from the AAP into the furnace can be changed by the air dividing member, it is possible to avoid a rapid collision with the air jet flow from the facing furnace wall by adjusting the jet direction of the jet flow from the AAP. This is useful for further suppressing the generation of thermal NOx and preventing CO from slipping through the combustion gas.
請求項2記載の発明は、エア分割部材が、該エア分割部材から燃焼用エアを火炉内に3分割以上に分割したエアの中で主流となる中央部の燃焼用エアを噴出する最も大きい断面積を持つ分割噴出流の出口開口面積がアフターエアポート(AAP)の全出口開口面積の60%以上を占める構成からなる請求項1記載のボイラ装置である。
According to a second aspect of the present invention, the air dividing member ejects the combustion air in the central portion which is the mainstream among the air obtained by dividing the combustion air from the air dividing member into three or more parts in the furnace. The boiler apparatus according to
請求項2記載の発明によれば、主流の出口開口面積がAAPの全出口開口面積の60%以上を占める構成とすることにより、主流の水平方向左右両側にできる副流に主流の噴出流が引き込まれることなく、主流の噴出流が火炉中央部に向けて貫通力を失うことがない。その結果、火炉中央部で未燃ガスがすり抜けることが無くなる。 According to the second aspect of the present invention, the mainstream outlet opening area occupies 60% or more of the total outlet opening area of the AAP. Without being drawn in, the mainstream jet flow does not lose its penetration force toward the center of the furnace. As a result, unburned gas will not slip through the center of the furnace.
請求項3記載の発明は、一つのアフターエアポートに設けられたエア分割部材により分割されたエア噴出流の噴出方向は、対向する壁面に設けられた隣接する合計4個のアフターエアポートで作る平面の中心に向かい、水平方向に噴出する角度(θo)を超えない範囲にある請求項1又は2に記載のボイラ装置である。
In the invention according to
請求項3記載の発明によれば、前記した条件に合致したアフターエアポートからエア噴出流を噴出させることで火炉出口排ガス中のCO濃度とNOx濃度を従来より低減できる。 According to the third aspect of the present invention, the CO concentration and NOx concentration in the exhaust gas from the furnace outlet can be reduced as compared with the prior art by causing the air jet flow to be ejected from the after-air port that meets the above-described conditions.
請求項4記載の発明は、一つのアフターエアポートから火炉内に噴出する燃焼用エア噴出流の内で主流以外の燃焼用エア噴出流である副流の水平方向の噴出角度(θ)の、前記隣り合う合計4個のアフターエアポートで作る平面の中心に向かい、水平方向の噴出角度(θo)に対する比率である2次噴出角度(θ/θo)が、
0.4≦2次噴出角度θ/θo≦1
となるように設定した請求項3に記載のボイラ装置である。
According to a fourth aspect of the present invention, the horizontal injection angle (θ) of the side flow which is a combustion air jet flow other than the main flow among the combustion air jet flows jetted from one after-air port into the furnace, The secondary ejection angle (θ / θo), which is a ratio to the horizontal ejection angle (θo), is directed to the center of the plane formed by a total of four after-airports adjacent to each other.
0.4 ≦ secondary ejection angle θ / θo ≦ 1
It is a boiler apparatus of
請求項4記載の発明によれば、火炉出口排ガス中のCO濃度は、0.4≦2次噴出角度θ/θo≦1で最小になり、前記NOx濃度は2次噴出角度θ/θoが1を超えると急増する傾向が見られるので前記2次噴出角度θ/θoが0.4以上であって、1以下であることが好ましい。 According to the fourth aspect of the present invention, the CO concentration in the furnace outlet exhaust gas becomes minimum when 0.4 ≦ secondary ejection angle θ / θo ≦ 1, and the NOx concentration is 1 when the secondary ejection angle θ / θo is 1. Since the tendency to increase rapidly is seen when the value exceeds the value, the secondary ejection angle θ / θo is preferably 0.4 or more and preferably 1 or less.
請求項5記載の発明は、同一段の各アフターエアポートに設けられるエア分割部材の中で、各アフターエアポートが設置される一対の火炉壁面の端部同士を接続する一対の火炉側壁に最も近い部位にあるアフターエアポートに取り付けられるエア分割部材は、該エア分割部材からの複数のエア噴出流の噴出方向の中で、前記火炉側壁方向への噴出流の噴出角度および運動量の一方又は両方が他のエア噴出流の噴出角度及び運動量よりも大きく設定されている請求項1から4のいずれか1項に記載のボイラ装置である。
The invention according to
請求項6記載の発明は、一対の火炉側壁に近い部位に位置する火炉壁面に設けられた各段のアフターエアポートに取り付けられるエア分割部材の火炉側壁方向に噴出流を導くエア分割部材の設置数を、同一段の他のアフターエアポートに設けられるエア分割部材より多くした請求項1から5のいずれか1項に記載のボイラ装置である。
The invention according to
請求項5、6記載の発明によれば、火炉側壁側のエア噴出流の側壁方向への噴出角度および当該噴流の運動量の一方あるいは両方が他のエア噴出流の噴出角度及び運動量よりも大きく設定されていることにより、火炉側壁側に運動量の大きいエア噴出流が流れる。火炉側壁側には未燃ガスの一種であるCO濃度の高い領域が形成され易いが、この領域にエア噴出流が行き届き、空気との混合を促進してCO濃度は低減する。
According to the inventions described in
請求項7記載の発明は、同一段の各アフターエアポートに設けられるエア分割部材により分割されたエア噴出流の中の一つ以上のエア噴出流の噴出方向が、当該エア分割部材が設置されたアフターエアポートより上流側の火炉内の方向に向かうように構成する請求項1から5のいずれか1項に記載のボイラ装置である。
In the invention according to
請求項7記載の発明によれば、分割されたエア噴流を上流側に向けることによって対向するAAPからの噴流との急速な衝突を避けることができるため、反応領域が拡大するので温度の急激な上昇を抑え、同時に排ガス中のサーマルNOxの生成を抑制することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, since the rapid collision with the jet from the facing AAP can be avoided by directing the divided air jet toward the upstream side, the reaction region is expanded, so that the temperature is rapidly increased. It is possible to suppress the rise and simultaneously suppress the generation of thermal NOx in the exhaust gas.
請求項8記載の発明は、最上段の複数のバーナが、対向する火炉壁面でそれぞれ同一水平位置であって、相対向する位置からずれた位置にそれぞれ配置され(千鳥配列ということにする。)、各段の複数のアフターエアポートは、対向する一対の火炉壁面でそれぞれ同一水平位置に配置され、最上段バーナの下流側の同一壁面に設けられる最下段の各アフターエアポートは、前記最上段の複数のバーナの中の隣接する2つのバーナの中間位置の上方に配置される(千鳥配列ということにする。)請求項1から7のいずれか1項に記載のボイラ装置である。
In the invention according to
請求項8記載の発明によれば、最上段のバーナを対向する火炉壁面に互いに千鳥配列し、最上段バーナの下流側の同一壁面に設けられる最下段のAAPを最上段バーナに対して千鳥配列することにより、最上段バーナからの微粉炭を含んだ噴流は対向壁からのバーナ噴出流と火炉内の中央部では衝突せずに火炉中央部から対向壁側に寄った位置で湾曲上昇する。そこで、対向壁面の最下段のAAPは隣接する最上段バーナの中間位置とは逆の千鳥配列にすることによりアフターエア噴出流が上記バーナからの湾曲上昇噴流を直撃して混合促進する(図13参照)。
According to the invention described in
請求項9記載の発明は、少なくとも一段の各アフターエアポートは、その上流側の同一壁面に設けられる最上段の複数のバーナの中の隣接する2つのバーナの中間位置の上方に配置されている請求項8記載のボイラ装置である。
The invention of claim 9 wherein at least one stage of the after-Airport, wherein arranged above the intermediate position between two adjacent burners in the multiple burner top which is provided in the same wall surface of the upstream side Item 9. The boiler device according to
請求項9記載の発明によれば、最上段バーナからの微粉炭を含んだ噴流は対向壁からのバーナ噴出流と火炉内の中央部では衝突せずに火炉中央部から対向壁側に寄った位置で湾曲上昇する際に、最上段の複数のバーナの内の隣接バーナの中間位置にある対向壁面のAAPからのアフターエア噴出流が上記バーナからの湾曲上昇噴出流を直撃して混合促進する(図13参照)。このため未燃焼成分が効果的に燃焼する。 According to the ninth aspect of the present invention, the jet flow containing pulverized coal from the uppermost burner does not collide with the burner jet flow from the opposing wall in the central portion of the furnace, and approaches the opposing wall side from the central portion of the furnace. When the curve rises at the position, the after-air jet flow from the AAP on the opposite wall surface at the intermediate position of the adjacent burners among the plurality of burners at the uppermost stage directly strikes the curve rise jet flow from the burner and promotes mixing. (See FIG. 13). For this reason, an unburned component burns effectively.
請求項10記載の発明は、各段の各アフターエアポートは、それぞれ互いに上下段で隣接する複数のアフターエアポートの中の隣接する2つのアフターエアポートの中間位置に配置されている請求項8又は9に記載のボイラ装置である。
The invention of
請求項10記載の発明によれば、複数段のバーナからの微粉炭を含んだ噴出流が対向壁側に寄った位置で湾曲上昇する際に、該対向壁面のいずれかのAAPからのアフターエア噴出流と混合され、このため未燃焼成分が効果的に燃焼する。
According to the invention of
請求項11記載の発明は、前記バーナの下流側であって、かつ前記アフターエアポートの上流側にボイラから排出するボイラ排ガスの一部を供給する混合促進ポートを水平方向の一段毎に複数個、かつ一段以上設けた請求項1から10のいずれか1項に記載のボイラ装置である。
Invention of
請求項11記載の発明によれば、バーナとAAPの間に混合促進ポートを設けることにより、火炉内のバーナで形成された燃焼ガス流領域とその他の未燃焼ガス領域の混合を促進する効果があり、バーナからの燃焼ガス中の未燃分も完全燃焼し、ボイラの燃焼効率が従来より向上する。
According to the invention of
すなわち、バーナとAAPの間の火炉内の領域は窒素酸化物の還元作用が行われる還元領域であるが、火炉内にはバーナ火炎で形成された高NOx濃度領域と、未燃ガス領域の低NOx濃度領域が存在し、それらの領域が混合することなく還元作用が働く。そのため、高NOx濃度領域においては充分な還元作用が働かず、AAPから燃焼用エアが混合し、再燃焼領域での再生成NOxが生じ、炉出口での高NOx濃度につながる。そこで、混合促進ポートからバーナ火炎で形成された燃焼ガス領域とその他未燃焼ガス領域が混在する状態で燃焼排ガスを高速で吹き込むことにより、炉内のガスの流動状態を変化させ、燃焼ガスと未燃焼ガスの混合を促進する効果がある。 That is, the region in the furnace between the burner and the AAP is a reduction region in which the reduction action of nitrogen oxide is performed, but the high NOx concentration region formed by the burner flame and the unburned gas region are low in the furnace. There are NOx concentration regions, and these regions work without mixing. Therefore, sufficient reduction action does not work in the high NOx concentration region, and combustion air is mixed from AAP, regenerated NOx is generated in the recombustion region, leading to a high NOx concentration at the furnace outlet. Therefore, by blowing the combustion exhaust gas at a high speed in a state where the combustion gas region formed by the burner flame and other unburned gas regions coexist from the mixing promotion port, the flow state of the gas in the furnace is changed, and the combustion gas and the unburned gas region are changed. It has the effect of promoting the mixing of combustion gases.
また、混合促進ポートから混合促進ガスを吹き込むことで、燃焼ガス領域に残存する一酸化炭素と残存酸素との混合が促進され酸化作用により一酸化炭素が最終生成物である二酸化炭素に変換される。 Further, by blowing the mixing promotion gas from the mixing promotion port, mixing of carbon monoxide remaining in the combustion gas region and residual oxygen is promoted, and carbon monoxide is converted into carbon dioxide, which is the final product, by oxidation. .
請求項12記載の発明は、混合促進ポートを、最上段バーナでの燃料の燃焼が緩慢になった領域に混合促進ガスを吹き込むことができる箇所の火炉壁に設けた請求項11記載のボイラ装置である。
The invention of
請求項12記載の発明によれば、最上段バーナでの燃焼が緩慢になった火炉内の部位に混合促進ポートから燃焼排ガスなどを例えば高速な旋回噴出流として吹き込むことにより、炉内の燃焼ガス領域と未燃焼ガス領域の混合が促進され、排ガス中のNOx濃度が均一となり、AAPまでの燃料の還元燃焼領域で充分な還元作用が得られ、炉出口では排ガス中のNOx濃度は著しく低下する。さらに、排ガス中のCO濃度低減にも作用する。理由は、燃焼ガス領域に残存する一酸化炭素が、燃焼ガス領域と未燃ガス領域との混合促進により、未燃ガス領域内の残存酸素と反応して最終生成物である二酸化炭素となるためである。
According to the invention of
請求項13記載の発明は、混合促進ポートを、バーナを設置した火炉壁の両端部側にも設置した請求項11又は12に記載のボイラ装置である。
The invention of
請求項13記載の発明によれば、対向燃焼方式の場合、バーナ部上方の側壁近傍に不完全燃焼しているCO濃度の高い領域が形成されるので、混合促進ポートからは出来るだけ少量の燃焼排ガスなどを吹き込むことで火炉側壁近傍でのCO濃度の低減化が可能となる。
According to
請求項1記載の発明によれば、AAPから火炉内に吹き出すエアの方向を水平方向にエアー噴出方向を末広がり状に分割するエア分割部材21を設けたので、燃焼ガスと未燃焼ガスの混合を促進し、COを含む未燃ガスのすり抜けを防止でき、火炉内のガス流動が均一化され、火炉出口の排ガス中の低NOx濃度化と低CO濃度化を達成できる。
また、エア分割部材21によってAAPから火炉内に吹き出すエアの方向を変更できるため、更に燃焼ガス中のサーマルNOx生成を抑制し、燃焼ガス中のCOのすり抜けを防止できる。
According to the first aspect of the present invention, since the
Moreover, since the direction of the air blown out from the AAP into the furnace can be changed by the
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明の効果に加えて、火炉中央部で未燃ガスのすり抜けを防止できる。
According to the invention described in
請求項3記載の発明によれば、請求項1又は2に記載の発明の効果に加えて、火炉出口排ガス中のCO濃度とNOx濃度をより一層低減できる。
According to the invention described in
請求項4記載の発明によれば、請求項3に記載の発明の効果に加えて、前記2次噴出角度θ/θoが0.4以上であって、1以下にすることで、火炉出口排ガス中のCO濃度とNOx濃度をより一層低減できる。
According to the invention of
請求項5、6記載の発明によれば、請求項1から4のいずれか1項に記載の発明の効果に加えて、COを含む未燃ガスのすり抜けを確実に防止するとともに、火炉出口排ガス中のCO濃度とNOx濃度をより一層低減できる。また、従来必要であった火炉側壁方向へのエア噴出用のサイドAAPが不要となり、設備コストの低減化に貢献できる。
According to
請求項7記載の発明によれば、請求項1から5のいずれか1項に記載の発明の効果に加えて、燃焼反応領域を拡大してガス温度の急激な上昇を抑え、同時に排ガス中のサーマルNOxの生成を抑制することができる。
According to the invention of
請求項8記載の発明によれば、請求項1から7のいずれか1項に記載の発明の効果に加えて、アフターエア噴出流がバーナからの湾曲上昇噴出流を直撃して燃焼ガスと未燃焼ガスの混合を促進し、より一層の未燃ガスのすり抜け防止効果がある。
According to the invention of
請求項9記載の発明によれば、請求項8記載の発明の効果に加えて、より一層の未燃焼ガスを低減できる。 According to the ninth aspect of the invention, in addition to the effect of the eighth aspect of the invention, further unburned gas can be reduced.
請求項10記載の発明によれば、請求項8又は9に記載の発明の効果に加えて、より一層の未燃焼成分の低減を図ることができる。
According to the invention of
請求項11記載の発明によれば、請求項1から10のいずれか1項に記載の発明の効果に加えて、燃焼ガス中の未燃分も完全燃焼し、ボイラの燃焼効率がより一層向上し、排ガス中のNOx濃度とCO濃度を低減することができる。
According to the invention of
請求項12記載の発明によれば、請求項11記載の発明の効果に加えて、より一層炉内の燃焼ガス領域と未燃焼ガス領域の混合が促進され、炉出口では排ガス中のNOx濃度とCO濃度が共に従来より低減する。
According to the invention of
請求項13記載の発明によれば、請求項11又は12に記載の発明の効果に加えて、火炉側壁近傍の不完全燃焼領域のCO濃度を低減することができる。
According to
本発明の実施例を図面と共に説明する。
図1には石炭焚きボイラの全体の系統図を示している。バンカ11から供給する石炭はフィーダ12で流量調整され、微粉炭製造装置(ミル)2へ一次エアによって搬送される。ミル2で微粉に粉砕された石炭(微粉炭)は送炭管10を通りバーナ6に供給され、ボイラ火炉1へ投入される。微粉炭を燃焼させる燃焼用エアは、熱交換器4で300〜400℃くらいの高温空気となり、風箱5からバーナ6の外周部とAAP(AAP)7から火炉1へ投入される。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an overall system diagram of a coal fired boiler. The flow rate of coal supplied from the
ボイラ火炉1で燃焼した排ガスは脱硝装置13でガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)が低減され、次いで熱交換器4でガス温度が下げられ、その後、電器集塵機14で除塵され、さらに脱硫装置15でガス中に含まれる硫黄酸化物が低減され、煙突16より大気へ放出される。
The exhaust gas burned in the
火炉下方のバーナ6と火炉上方のAAP7の間に位置する火炉側壁には混合促進ポート8が設けられ、炉内のガス流動の混合を促進するために混合促進ポート8からはGRF17で吸引した火炉から排出した燃焼排ガスの一部を高速旋回噴流として炉内へ投入する。
A mixing
図2にはAAP7の一実施例を示す。図2(a)にはAAP7の出口の鉛直方向の断面図を示し、出口形状は円形または矩形である。AAP7の出口に近い内部にはエア分割板21,21が設置されていて、エア分割板21の取付角度によって副流S2のエア噴流の噴出方向は主流S1とは異なるようにすることができる。図2(b)のAAP7の水平方向の断面平面図に示すように、AAP7内のアフターエアは一対のエア分割板21,21により中央主流S1と左右の副流S2,S2に3分割されている。また、3分割された噴流の噴出角度は主流S1は直進、副流S2は左右に拡がっていている。
FIG. 2 shows an embodiment of AAP7. FIG. 2A shows a vertical sectional view of the outlet of the
AAP7には該AAP7の中心部に火炉内に向けて2つのエア分割板21,21を配置して混合促進ガス流路を3分割しているので、該AAP7の中心部を火炉内に向けて流れる中央主流S1とその両側の副流S2,S2が形成される。
Since the
また、図3にはAAP7の他の実施例を示す。図3(a)には出口形状は円形であるAAP7の出口の鉛直方向の断面図を示し、図3(b)には図3(a)のAAP7の水平断面図を示す。AAP7の出口に近い内部にはエア分割板21が設置されていて、エア分割板21の取付角度を調整することでエア噴流の噴出方向を変えることが出来る。また、図3(c)には出口形状は矩形であるAAP7の出口の鉛直方向の断面図を示し、図3(d)には図3(c)のAAP7の水平断面図を示す。
FIG. 3 shows another embodiment of AAP7. FIG. 3A shows a vertical sectional view of the outlet of the
図2、図3に示すようにAAP7の出口にエア分割板21を設置し、AAP7からのエア噴流の噴出方向を調整することで対向AAP噴流との急速な衝突を避けることができ、燃焼ガス中のサーマルNOx生成を抑制し、かつAAP7の水平断面方向に広く噴流を拡散させてCOのすり抜け防止にも役立つ。
As shown in FIGS. 2 and 3, an
また、本実施例ではAAP7の水平断面方向に末広がり状に噴流を広く拡散させることができるので、特許文献6のようなAAPからのエアーを水平分割しただけで直進流となる噴流に比較して燃焼ガス中のNOx濃度の抑制とCO濃度の低減効果が大きい。
Further, in this embodiment, the jet can be widely diffused in a divergent shape in the direction of the horizontal cross section of the
エア分割板21のAAP7への取付角度を変えた場合の火炉出口排ガス中のNOx濃度、CO濃度への影響を数値解析プログラムで解析した結果を図4に示す。エア分割板21のAAP7への取付角度(AAP7の直進流方向に対する水平方向の拡がり角度)が5度近傍で火炉出口排ガス中のNOx濃度、CO濃度ともに最低となっている。図5には、図3(a)、図3(c)のルーバ型のエア分割板21をAAP7に設けた場合の排ガス中のNOx濃度とCO濃度が同時に低減する燃焼試験結果を示す。従来型であるエア分割板21をAAP7に設けない場合の火炉出口NOx、CO濃度に対する低減率を示した。
FIG. 4 shows the result of analyzing the influence on the NOx concentration and CO concentration in the furnace outlet exhaust gas when the mounting angle of the
また、図2(b)に示すように、AAP7の基部には主流流入孔24と副流流入孔25が設けられ、該流入孔24,25の開口面積を各流量調節器26,27をAAP7の軸方向にスライドさせることにより調整できる構成を備えている。そのため、流量調整器26,27によりAAP7出口から水平方向に複数個に分割した燃焼用エアの流量を変えることができる。
Further, as shown in FIG. 2B, a main
このようにAAP7から火炉内に噴出する燃焼用空気(アフターエア)噴流を水平方向に分割することにより、アフターエア噴流がバーナ6からの上昇ガス流に混合して燃料の還元燃焼分(未燃ガス分)を燃焼させることができる。
In this way, by dividing the combustion air (after-air) jet jetted from the
図2に示すように、AAP7からの燃焼用エアの噴流を火炉の水平方向に複数分割した各分割噴流の噴出方向は主流S1が直進、副流S2が左右に拡がっていて、同一角度にはない。エア分割板21の設置位置はエア分割板21のAAP出口側にある先端部の側面に副流S2が当たるか又は接するようにAAP7の中心軸線に対して所定の角度を有するようにAAP7の出口部に取り付けられる。
As shown in FIG. 2, the jet direction of each of the divided jets obtained by dividing the jet of combustion air from the
このようにAAP7からの燃焼用エアの噴流を直進する主流S1と該主流S1の水平方向左右方向に流れる副流S2,S2とに分割することで、対向する火炉壁面にあるAAPの噴流と直接衝突して急速に混合することを避けると共に、火炉内の水平方向に幅広く燃焼用エア噴流を形成することができ、ガスのすり抜け防止も可能にする。
In this way, by dividing the jet of combustion air from the
また、燃焼用エアを噴出する最も大きい断面積を持つ主流用の出口開口面積がAAP7の全出口開口面積の60%以上を占める構成とする。前記主流S1の流量比については図6で説明する。
図6はAAP7を流れる全燃焼用エア流量に対する主流S1の流量比が80%、70%及び60%である場合の数値解析による火炉出口の排ガス中のNOx濃度とCO濃度を検討した結果である。横軸の流速比は副流/主流流速比であり、流量比60%では流量比70%、80%より火炉出口の排ガス中のNOx濃度、CO濃度が共に高めであり、しかも前記流速比=2ではCO濃度が急増しつつある。これは副流流速が早くなり、主流S1が副流S2に引き込まれて貫通力を失い、火炉中央部で未燃ガスのすり抜けの傾向が現れるためである。従って、全燃焼用エア流量に対する主流S1の流量比は60%以上必要となる。なお、図6には副流S2の2次噴出角度θ/θ0(定義は後述する。)0.73での解析結果を示している。
The mainstream outlet opening area having the largest cross-sectional area for injecting combustion air occupies 60% or more of the total outlet opening area of AAP7. The flow rate ratio of the main flow S1 will be described with reference to FIG.
FIG. 6 shows the result of examining the NOx concentration and the CO concentration in the exhaust gas at the furnace outlet by numerical analysis when the flow rate ratio of the main flow S1 to the total combustion air flow rate flowing through the
次に、前記全燃焼用エア流量に対する主流流量比とAAP全断面積に対する主流断面積比の関係をプロットしたグラフを図7に示す。副流/主流流速比は1と1.5の2種類の場合を示す。主流流量比60%では主流断面積比は0.6(流速比1)となり、流速比1以上及び主流流量比を60%以上維持するためには主流断面積比0.6以上とすることが必要である。
Next, FIG. 7 is a graph plotting the relationship between the main flow rate ratio with respect to the total combustion air flow rate and the main flow cross sectional area ratio with respect to the AAP total cross sectional area. The side flow / main flow velocity ratio shows two cases of 1 and 1.5. When the main flow rate ratio is 60%, the main flow cross-sectional area ratio is 0.6 (flow velocity ratio 1). In order to maintain the
次にAAP7から火炉内に噴出させる燃焼用エア噴流の噴出角度について図8と図9に基づいて説明する。図8に示すAAP7の副流S2の水平方向の噴出角度θが火炉中央部において隣接する2個ずつで、対向する壁面に設けられる合計4個のAAP7の中間位置に向かう副流S2の水平方向の噴出角度θ0で無次元化した数値を横軸にとり、主流流量比80%の場合の排ガス中のNOx濃度、CO濃度への影響を検討した結果を図9に示す。
なお、前記火炉中央部とは対向する一対の壁面の同一水平面にそれぞれ設けられた一対のAAP7,7の中間部の位置である。
Next, the jet angle of the combustion air jet jetted from the
In addition, the said furnace center part is a position of the intermediate part of a pair of AAP7 and 7 each provided in the same horizontal surface of a pair of wall surface which opposes.
また、図9でいう2次噴出角度は次の通りである。
2次噴出角度=噴出角度(無次元)θ/θ0
さらに、図9のCO(−)とNOx(−)はそれぞれ2次噴出角度θ/θ0=0のときの火炉出口排ガス中のCO濃度とNOx濃度を無次元化して示している。
Further, the secondary ejection angles referred to in FIG. 9 are as follows.
Secondary ejection angle = ejection angle (dimensionless) θ / θ 0
Further, CO (−) and NOx (−) in FIG. 9 indicate the non-dimensional representation of the CO concentration and NOx concentration in the furnace outlet exhaust gas when the secondary ejection angle θ / θ 0 = 0, respectively.
主流流量比80%の条件下で、火炉出口排ガス中のCO濃度(2次噴出角度=0の時の前記CO濃度に対する比率で図示している)は
0.4≦2次噴出角度θ/θ0≦1
の間で最小になり、前記NOx濃度に対しては
2次噴出角度θ/θ0≧1
であると急増する傾向が見られる。即ち、
2次噴出角度θ/θ0≧1
では当該AAP7からの燃料用エアの噴流と隣接するAAP7からの燃料用エアの噴流とが衝突して急速混合が起こり、サーマルNOx生成の要因になり得ることを示している。従って前記2次噴出角度θ/θ0が0.4以上であって、1以下であることが好ましい。
Under the condition of a main flow rate ratio of 80%, the CO concentration in the exhaust gas from the furnace outlet (shown as a ratio to the CO concentration when the secondary injection angle = 0) is 0.4 ≦ secondary injection angle θ / θ 0 ≦ 1
The secondary ejection angle θ / θ 0 ≧ 1 for the NOx concentration
A tendency to increase rapidly is seen. That is,
Secondary ejection angle θ / θ 0 ≧ 1
Shows that the jet of fuel air from the
図10には火炉前後壁1a,1bに配置されるアフターエアポート7の縦断面図(図10(a))と水平方向断面図(図10(b))を示す。このアフターエアポート7は火炉側壁1c寄りに配置されるエア分割板21’付きのアフターエアポート7であり、図2に示すエアーを水平方向に拡大させる折れ曲がり状のエア分割板21,21の他に火炉側壁1cに近い片側により大きな折れ曲がり角度を有するエア分割板21’を設けている。
FIG. 10 shows a longitudinal sectional view (FIG. 10 (a)) and a horizontal sectional view (FIG. 10 (b)) of the after
なお、図15には、従来技術の火炉前後壁1a,1bに設置される複数のバーナ6とアフターエアポート7の配置例を示す。図15(a)は火炉側壁1c側から見た火炉側面図であり、図15(b)は火炉前壁1a側から見た火炉側面図である。
In addition, in FIG. 15, the example of arrangement | positioning of the some
図15に示す従来技術は、火炉前後壁1a,1bにはアフターエアポート7の他に側壁1c側に近い箇所にサイドアフターエアポート7’を配置した例である。このサイドアフターエアポート7’は未燃ガスが火炉壁面近くをすり抜けるのを防止するために設置されたエアポートである。しかし図10に示すアフターエアポート7の構成では、側壁1c側のアフターエアポート7内にエア分割板21’があるため、当該アフターエアポート7が、図15のサイドアフターエアポート7’の代りを果たすことができ、サイドアフターエアポート7’の設置を省略できる。
The prior art shown in FIG. 15 is an example in which side after-
なお、本発明は、サイドアフターエアポート7’の本来の趣旨(アフターエアポート7に到達するまでの間に燃焼ガスと未燃ガスとの混合促進と、未燃ガスのすり抜け防止)を踏襲するために側壁1c側に設けたアフターエアポート7からの側壁1c側へエアー噴流を上流に向かって噴出する等の手法へ容易に設計上展開が可能である。
The present invention follows the original purpose of the side after-
図11には水平分散型AAP7の一実施例を示す概要図を示している。火炉前後壁1a,1bに配置されるアフターエアポート7の縦断面図(図11(a))と図11(a)のA−A線又はC−C線断面図(図11(b))及び図11(a)のB−B線又はD−D線断面図(図11(c))を示す。
FIG. 11 is a schematic diagram showing an embodiment of the horizontal
このアフターエアポート7からのエア噴流は流量が最も多い主流S1と流量が少ない副流S2,S3(S3−1,S3−2,S3−2)に分けられる。エア噴流は縦方向に平面を有する2のエア分割板21,21と水平方向に平面を有するエア分割板22により全部で6分割され、分割された各噴流は火炉内では同一方向に流れない。
The air jet from the after-
すなわちエア噴流の中で上側の1つの主流S1と2つの副流S2,S2は水平方向に、下側の3つの副流S3−1,S3−2,S3−2はそれぞれ火炉内のアフターエアポート設置部より上流側の方向に噴出される。上側の3つの噴流S1,S2,S2は図2の水平分散型AAP7と同様の作用、効果を奏し、下側の3つの副流S3−1,S3−2,S3−2のうち、左右の2つの副流S3−2,S3−2は火炉壁面付近のCOすり抜け防止(CO低減)のために、真中の副流S3−1は分散型混合促進(NOx低減)のために、すり抜け部及び壁面近傍に噴射される。 That is, in the air jet, the upper main flow S1 and the two subflows S2 and S2 are in the horizontal direction, and the lower three subflows S3-1, S3-2 and S3-2 are the after-airports in the furnace. It is ejected in the direction upstream from the installation part. The upper three jets S1, S2, and S2 have the same operations and effects as the horizontal dispersion type AAP7 of FIG. 2, and of the lower three substreams S3-1, S3-2, and S3-2, The two substreams S3-2 and S3-2 are used for preventing CO slipping near the furnace wall surface (CO reduction), and the middle substream S3-1 is used for promoting dispersive mixing (NOx reduction) for passing through and Injected near the wall.
また、図11(b)に示すように、AAP7の基部には主流流入孔24と副流流入孔25が設けられ、該流入孔24,25の開口面積を各流量調節器26,27をAAP7の軸方向にスライドさせることにより調整できる構成は図2(b)に示した構成と同じである。エア分割板21,21とAAP7の内壁の間にできる副流S2用の流路はAAP7の出口部側に向けて狭い通路となるようにエア分割板21,21は水平に対する角度αで末広がり状であると共にAAP7の内周側は出口部側に向けて流路縮流部材29を配置している。
Further, as shown in FIG. 11B, a main
そのため、流量調整器26,27によりAAP7出口から水平方向に複数個に分割した燃焼用エアの噴出流の方向をそれぞれ変えることで、水平方向の火炉内断面に幅広く燃焼用エアの噴流を形成することができ、未燃ガスのすり抜け防止も可能にする。
Therefore, by changing the direction of the jet flow of the combustion air divided into a plurality of parts in the horizontal direction from the outlet of the
このようにAAP7から火炉内に噴出する燃焼用エア(アフターエア)噴流を水平方向に分割することにより、アフターエア噴流がバーナ6からの上昇ガス流に混合して燃料の還元燃焼分(未燃ガス分)を燃焼させることができる。
In this way, by dividing the combustion air (after-air) jet jetted from the
また、図12には本実施例のバーナ6、アフターエアポート7および混合促進ポート8の配置例を示す。複数段あるバーナ部において火炉前壁1a及び後壁1bの上下方向に同列に、それぞれバーナ6を対向位置に配置(対向配列という場合がある。)するのではなく、図12(a)の側壁1c側から見た火炉の概略構造図と図12(b)の火炉前壁1aの側面図に示すように、少なくとも最上段バーナ6とアフターエアポート7(図12ではアフタエアーポート7を一段だけ設けた場合を示す)を対向する前壁1aと後壁1bで互いに同一水平面上に千鳥配列とすることで、バーナ部およびアフターエアポート部における未燃粒子を含んだ燃焼ガスを良く混合することができる。
FIG. 12 shows an arrangement example of the
このとき、バーナ6とアフターエアポート7の間に配置される混合促進ポート8は炉内の流動状態を均一化するために用いられ、出来るだけ少量で吹き込むことが望ましい。そのためには図12に示すように混合促進ポート8を火炉側壁(前壁1a及び後壁1bの両端部を接続する一対の側壁)1cに設置すれば、側壁1c近傍の炉内ガスの混合を促進することができる。
At this time, the mixing
ただし、前壁1a又は後壁1bの一方の壁面の最上段バーナ6からの微粉炭を含んだ噴流は対向壁からのバーナ噴流と炉内中央で衝突せずに中央部から対向壁側に寄った位置で湾曲しながら上昇する。そこで図13の火炉1の斜視図に示すように、対向する前壁1aと後壁1bに設けられるアフターエアポート7を最上段バーナ6とは逆の千鳥配列(同一壁面のバーナ6の直上にはアフターエアポート7を配置しないで、該バーナ6からの微粉炭の燃焼ガス流が対向壁面のアフターエアポート7からのエア噴流に当たるようアフターエアポート7を配置する配列)にすることで、対向壁面からのアフターエア噴流が上記バーナ6からの湾曲上昇流に直撃して炉内ガスの混合が促進される。
However, the jet including pulverized coal from the
また、図14に混合促進ポート8を側壁1cに設けたときの炉内のガス流れ方向で、それぞれ異なる部位の水平断面内でのガス中のNOx濃度(平均値)の変化を示す。このように混合促進ポート8を側壁1cに設けたことにより、還元領域でのNOxの還元速度が促進され、炉出口での窒素酸化物濃度が低減する。
Further, FIG. 14 shows the change in the NOx concentration (average value) in the gas in the horizontal cross section of each different part in the gas flow direction in the furnace when the mixing
排ガス中のNOx濃度とCO濃度に低下させることができるボイラ装置として産業上の利用可能性が高い。 Industrial applicability is high as a boiler device that can be reduced to NOx concentration and CO concentration in exhaust gas.
1 火炉 1a 前壁
1b 後壁 1c 側壁
2 ミル 3 PAF
4 熱交換器 5 風箱
6 バーナ 7 アフターエアポート
7’ サイドアフターエアポート
8 混合促進ポート 9 FDF
10 送炭管 11 バンカ
12 フィーダ 13 脱硝装置
14 電気集塵機 15 脱硫装置
16 煙突 17 GRF
18 レジスタ 21,21’,22 ガス分割板
24 主流流入孔 25 副流流入孔
26,27 混合促進ガス流量調節器
29 流路縮流部材
1 furnace 1a front wall 1b rear wall 1c
4
DESCRIPTION OF
18
Claims (13)
火炉の対向する一対の壁面に理論空気比以下の空気量で固体燃料を燃焼させるバーナを一段毎に複数個、かつ燃焼ガス流れ方向に一段以上設け、
火炉の対向する一対の壁面の前記バーナの下流側であって、該バーナでの固体燃料の燃焼に不足する燃焼用エアを火炉内に噴出するアフターエアポートを一段毎に複数個、かつ燃焼ガス流れ方向に一段以上設け、
前記アフターエアポート内には、該アフターエアポートから火炉内に吹き出す燃焼用エアの方向を水平方向に3分割以上に分割し、該各分割エアの方向が互いに同一方向にならないような形状を有するエア分割部材を設け、
該エア分割部材は、前記アフターエアポートから火炉内に吹き出す燃焼用エアの方向を変更可能に設けられたことを特徴とするボイラ装置。 In a boiler device that burns solid fuel containing coal in a furnace,
A plurality of burners for burning solid fuel with a quantity of air equal to or less than the theoretical air ratio are provided on a pair of opposing wall surfaces of the furnace, and one or more burners are provided in the combustion gas flow direction.
A plurality of after-air ports for each stage on the downstream side of the burner of a pair of wall surfaces facing the furnace, and for injecting combustion air insufficient for combustion of solid fuel in the burner into the furnace, and a flow of combustion gas One or more steps in the direction,
In the after-air port, the direction of the combustion air blown out from the after-air port into the furnace is divided into three or more in the horizontal direction, and the air division has a shape such that the directions of the divided air are not the same as each other A member ,
The boiler device characterized in that the air dividing member is provided so as to be able to change the direction of the combustion air blown into the furnace from the after-air port.
0.4≦2次噴出角度θ/θo≦1
となるように設定したことを特徴とする請求項3に記載のボイラ装置。 A total of four adjacent after-airports of the horizontal jet angle (θ) of the side flow that is a combustion air jet flow other than the main flow among the jet air flow for combustion injected into the furnace from one after- air port The secondary ejection angle (θ / θo), which is the ratio to the horizontal ejection angle (θo), toward the center of the plane made in
0.4 ≦ secondary ejection angle θ / θo ≦ 1
The boiler device according to claim 3 , wherein the boiler device is set to be
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