JP4621522B2 - 平衡通風式ボイラ及びそのペントハウスに燃焼灰が流入するのを防止する方法 - Google Patents

Description

本発明は、平衡通風式ボイラに関し、詳しくは、該平衡通風式ボイラのペントハウスに燃焼灰が流入するのを防止する方法、該方法を採用した平衡通風式ボイラ及びその運転方法に関する。

ボイラは、火炉上部にペントハウスと呼ばれる空間を備えている。このペントハウスは、火炉の高温火炎によって損傷を受けないように、耐火材などの隔壁で火炉から仕切られている。そして、ペントハウスには、ボイラの吊り下げ部の他、過熱器管、再熱器管等が火炉出口付近の箇所から隔壁を貫通して格納されている。

平衡通風式ボイラでは、風道から押込通風機（FDF）により昇圧した空気を火炉に供給するとともに、煙道から誘引通風機（IDF）により燃焼排ガスを火炉より引き出すことにより、火炉内部を負圧に保ちながら運転され、これによって、燃焼ガスや燃焼灰が火炉から漏れ出すことを防止している。この平衡通風式ボイラは、石炭だきボイラの運転で一般的に用いられている。この負圧は、一般には、火炉出口の圧力が−０．１〜−０．２ｋPaになるように設定され、ペントハウス内の圧力もこの火炉出口圧力とほぼ同様の負圧に保たれる。

しかし、このような火炉が負圧に保たれた平衡通風式ボイラでも、過熱器管、再熱器管等の隔壁貫通部から火炉の燃料ガスや燃焼灰がペントハウス内に入り込み、ペントハウス内に燃焼灰が堆積する現象が見られる。
この燃焼灰は、真空掃除機によって定期的にペントハウスから搬出しているのが現状であり、この作業には多大な労力と時間を要する。

一方、誘引通風機（IDF）を使用せず、風道から押込通風機（FDF）により昇圧した空気を火炉に供給して運転される押込式ボイラでは、ペントハウスに昇圧空気や燃焼排ガスを供給し、ペントハウスの圧力を火炉の圧力よりも高くしたり、過熱器管、再熱器管等の隔壁貫通部のシールを強化することによって、ペントハウスに燃焼ガスや燃焼灰が流入するのを防止することが提案されている（特許文献１及び２参照）。

しかし、平衡通風式ボイラのペントハウスにおける燃焼灰の堆積を防止する方法については従来ほとんど提案されていない。

特開２００１−１５３３０３号公報 特開平９−２８０５０９号公報

本発明の目的は、平衡通風式ボイラのペントハウスにおける燃焼灰の堆積を防止することにより、燃焼灰の撤去作業の労力を軽減し、ボイラの維持管理を容易にすることにある。

本発明者らは、平衡通風式ボイラの火炉の負荷は常時変動しており、火炉圧力がペントハウスの圧力よりも一時的に高くなったときに、過熱器管、再熱器管等の隔壁貫通部から火炉の燃焼ガスや燃焼灰がペントハウス内に入り込むという仮設のもとに鋭意研究した結果、ペントハウス内の圧力を火炉出口の圧力よりも高く保つことにより、火炉からペントハウスへの燃焼ガス、燃焼灰などの流通を防止し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

かくして、本発明の一局面によれば、風道から押込通風機により昇圧した空気を火炉に供給するとともに、煙道から誘引通風機により燃焼排ガスを前記火炉より引き出すことにより、前記火炉内を負圧に保ちながら運転される平衡通風式ボイラのペントハウスに燃焼灰が流入するのを防止する方法であって、該ペントハウス内の圧力を前記火炉の火炉出口の圧力よりも高く、大気圧よりも低い圧力に保つことを特徴とする方法が提供される。

また、本発明の他の局面によれば、風道から押込通風機により昇圧した空気を火炉に供給するとともに、煙道から誘引通風機により燃焼排ガスを前記火炉より引き出すことにより、前記火炉内を負圧に保ちながら運転される平衡通風式ボイラの運転方法であって、該ボイラのペントハウス内の圧力を前記火炉の火炉出口の圧力よりも高く、大気圧よりも低い圧力に保つことを特徴とする平衡通風式ボイラの運転方法が提供される。

また、本発明の更に他の局面によれば、風道から押込通風機により昇圧した空気を火炉に供給するとともに、煙道から誘引通風機により燃焼排ガスを前記火炉より引き出すことにより、前記火炉内を負圧に保ちながら運転される平衡通風式ボイラであって、該ボイラのペントハウス内の圧力を前記火炉の火炉出口の圧力よりも高く、大気圧よりも低い圧力に保つに十分な量の大気を前記ペントハウスに流入させる弁を前記ペントハウスに設けたことを特徴とする平衡通風式ボイラが提供される。

本発明によれば、平衡通風式ボイラにおいて、該ボイラのペントハウス内の圧力を火炉の火炉出口の圧力よりも高い圧力に保つこととしたので、火炉からペントハウスへの燃焼ガスや燃焼灰の流通を抑制でき、ペントハウスに燃焼灰が侵入しようとしてもこれを火炉側に押出すようにし、かくして、ペントハウス内の燃焼灰の堆積を防止でき、しかも、火炉とペントハウスの物理的なシールを強化する必要がないので、安価に燃焼灰の堆積が防止できるだけでなく、燃焼灰の撤去に要する労力も軽減でき、ボイラの維持管理が容易になる。

以下、本発明を図示の具体例に基づいて説明するが、本発明は該具体例のみに限定されるものではない。

図１は、上段が、本発明の平衡通風式ボイラのフローを模式的に示すものであり、下段のグラフは、上記ボイラの各部分に対応した圧力を概略的に示すグラフである。
図１において、数字１はボイラ、数字２は煙突を示す。ボイラ１は、火炉１１と、その風道１２に空気を昇圧して送る押込通風機（FDF）１３と、その煙道１４から燃焼排ガスを火炉１から引き出して煙突２から排出させる誘引通風機（IDF）１５を備え、火炉１１の上部にペントハウス１６を備えている。ペントハウス１６は耐火材でできた隔壁１７で火炉１１内部と仕切られており、火炉１１の高温火炎から保護されている。火炉１１の側壁には燃料を火炉１１内に供給して燃焼させるためのバーナ１８を備え、火炉１１の火炉出口１９の付近には、過熱器管、再熱器管等の多数の管２０が隔壁１７を貫通して火炉１１とペントハウス１６とに跨って配置されている。

そして、ボイラ１の運転時、バーナ１８から微粉炭などの燃料を火炉１１内に供給して燃焼させるが、押込通風機（FDF）１３と誘引通風機（IDF）１５を動作させることにより、火炉１１の内部を大気圧未満すなわち負圧に保つことにより、燃焼ガスが火炉から漏れ出すのを防止している。具体的には、図１の下段のグラフに示されるように、空気は押込通風機（FDF）１３により昇圧されて風道１２に押し込まれ、押込通風機（FDF）１３の出口付近の圧力は大気圧よりも高くなる。一方、燃焼排ガスは誘引通風機（IDF）１５によって火炉１１から煙道１４を介して引き出されるので、火炉１１内の圧力は、風道１２から火炉１１、火炉出口１９、煙道１４、誘引通風機（IDF）１５に至るにつれて、順次低下し、特に、火炉出口１９の圧力が約−０．１〜−０．２ｋPaで平衡するように、押込通風機（FDF）１３と誘引通風機（IDF）１５は制御される。

従来の平衡通風式ボイラでは、通常、ペントハウス１６内の圧力も火炉出口１９の圧力と同程度の負圧に保たれていた。しかし、ボイラ１には負荷変動があるので、ボイラ１の実際の火炉内の圧力は、図１のグラフの実線と点線で示すような間隔で変動しており、火炉出口１９の圧力でもΔP程度の圧力変動がある。

本発明は、上記のような火炉内の圧力変動にかかわらず、ペントハウス１６内の圧力を火炉出口１９の圧力よりも高く保つことを特徴とする。そのために、図示の例では、ペントハウス１６に大気と連通した弁２１を設け、当該弁を開放状態としている。この結果、ペントハウス１６は、炉内の負圧の影響で常時弁２１を介して大気を吸引した状態に保たれ、その中の圧力は大気よりも若干低いが、火炉出口１９の圧力よりも高い圧力に保たれる。したがって、火炉出口１９付近に設けられた管２０と隔壁１７との隙間から燃焼ガスや燃焼灰がペントハウス１６に流入するのを有効に防止でき、これらがペントハウス１６に流入したとしても火炉１１に押し返すように作用する。

図示の例では、ペントハウス１６内の圧力は、弁２１を常時開状態とすることにより、大気圧よりも若干低い状態に保つものであるが、ペントハウス１６内の圧力を火炉出口１９の圧力よりも高く保つ方法は、これのみに限られるものではない。別法としては、火炉出口１９の圧力の変動に応じて弁２１を開閉させて、弁２１からペントハウス１６内に流入する大気の量を変更できるようにしてもよく、この場合、ペントハウス１６から流入した大気が火炉内に混入して燃焼制御の外乱の原因となることを最小限に抑えることができる。弁２１の開閉の制御は、例えば、火炉出口１９の圧力を測定する手段と、ペントハウス１６内の圧力を測定する手段とを設け、測定されたこれらの圧力の差に応じて弁２１の開閉を制御する制御手段を用いることにより実施できる。また、必要に応じて、弁２１として、逆止弁を用い、ペントハウス１６から外部への逆流を防止してもよい。

以下、図示の構成の平衡通風式石炭だきボイラを用い、試験当初は弁２１を全閉とし、その後徐々に弁２１を開き、その後は弁２１を全開状態とし、ボイラの負荷変動を許容しつつ運転を行った。なお、弁２１として８インチベント弁を用いた。その結果を、表１に示す。

なお、表１中、節炭器出口酸素濃度は２箇所で測定した値を併記したものであり、Ａ側（％）／Ｂ側（単位％）として示す。燃料を完全燃焼させるためには，計算上燃焼に必要な酸素量より多くの酸素を火炉に入れてやる必要があり、上記節炭器出口酸素濃度は、その余分に供給された酸素をボイラ出口（節炭器出口）で計測したもので，他の燃焼ガスに対する割合で表わされる。

表１の結果から、弁２１を全閉状態とした試験当初は、ペントハウス１６内の圧力と火炉出口１９の圧力とは同じであったが、その後、弁２１を全開状態でボイラを運転した場合、負荷変動に係わらず、ペントハウス１６内の圧力を火炉出口１９の圧力よりも概ね高く保つことができることが示された。したがって、火炉１からペントハウス１６への燃焼ガスや燃焼灰の流入を抑制できるものと考えられる。同時に、節炭器出口付近の酸素濃度を測定したが、火炉１への大気の流入による外乱は見られなかった。

本発明は、平衡通風式ボイラの運転及び維持管理において有用であり、特に、発電所で用いられる平衡通風式ボイラ、とりわけ、石炭だきボイラに対して有用である。

上段は、本発明の平衡通風式ボイラのフローを示す説明図であり、下段は、上段のボイラの各部位に対応する圧力を概略的に示すグラフである。

符号の説明

１…ボイラ、２…煙突、１１…火炉、１２…風道、１３…押込通風機（FDF）、１４…煙道、１５…誘引通風機（IDF）、１６…ペントハウス、１７…隔壁、１８…バーナ、１９…火炉出口、２０…管、２１…弁。

Claims (6)

1. 風道（１２）から押込通風機（１３）により昇圧した空気を火炉（１１）に供給するとともに、煙道（１４）から誘引通風機（１５）により燃焼排ガスを前記火炉（１１）より引き出すことにより、前記火炉（１１）内を負圧に保ちながら運転される平衡通風式ボイラ（１）のペントハウス（１６）に燃焼灰が流入するのを防止する方法であって、該ペントハウス（１６）内の圧力を前記火炉（１１）の火炉出口（１９）の圧力よりも高く、大気圧よりも低い圧力に保つことを特徴とする方法。
2. 前記ペントハウス（１６）に大気の流入を許容する弁（２１）を設け、該弁（２１）から前記ペントハウス（１６）内に大気を流入させて前記ペントハウス（１６）内の圧力を保つことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 風道（１２）から押込通風機（１３）により昇圧した空気を火炉（１１）に供給するとともに、煙道（１４）から誘引通風機（１５）により燃焼排ガスを前記火炉（１１）より引き出すことにより、前記火炉（１１）内を負圧に保ちながら運転される平衡通風式ボイラ（１）の運転方法であって、該ボイラ（１）のペントハウス（１６）内の圧力を前記火炉（１１）の火炉出口（１９）の圧力よりも高く、大気圧よりも低い圧力に保つことを特徴とする平衡通風式ボイラの運転方法。
4. 前記ペントハウス（１６）に大気の流入を許容する弁（２１）を設け、該弁（２１）から前記ペントハウス（１６）内に大気を流入させて前記ペントハウス（１６）内の圧力を保つことを特徴とする、請求項３に記載の運転方法。
5. 風道（１２）から押込通風機（１３）により昇圧した空気を火炉（１１）に供給するとともに、煙道（１４）から誘引通風機（１５）により燃焼排ガスを前記火炉（１１）より引き出すことにより、前記火炉（１１）内を負圧に保ちながら運転される平衡通風式ボイラ（１）であって、該ボイラ（１）のペントハウス（１６）内の圧力を前記火炉（１１）の火炉出口（１９）の圧力よりも高く、大気圧よりも低い圧力に保つに十分な量の大気を前記ペントハウス（１６）に流入させる弁（２１）を前記ペントハウス（１６）に設けたことを特徴とする平衡通風式ボイラ。
6. 前記火炉出口（１９）の圧力を測定する手段と、前記ペントハウス（１６）内の圧力を測定する手段と、測定されたこれらの圧力の差に応じて前記弁（２１）の開閉を制御する制御手段とを備えてなる、請求項５に記載のボイラ。

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