JPH0343523B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、排ガスを炉内に再循環させて蒸気温
度の制御とNO_xの排出レベルの低下を行なう装
置を備えたボイラ装置に係り、特に炉底をフラツ
トホツパーとした火炉を有するものに好適なボイ
ラ装置に関する。

近年、ボイラ用燃料として、公害防止対策上ク
リーンな天然ガスの使用が増加している。ところ
が、この天然ガスをはじめとする気体燃料はその
性質上短炎を形成するため振動燃焼を発生し易
い。そして、この振動燃焼が発生すると、ボイラ
火炉、ダクト等の空間内で気柱共鳴振動が生じて
激しい騒音を発生し、場合によつては機器に損傷
を与える事故を発生する。したがつて、特に気体
燃料を用いるボイラにおいては、振動燃焼発生の
防止が重要な課題となつてきた。この課題を解決
するための従来の手段としては、共鳴振動の発生
を予知又は監視する手段が採用されていた。即
ち、このの手段は、燃焼機器内においてランダム
に振動強度が変動している状態から、このうち特
定の周波数の振動強度のみが成長して共鳴振動が
発生することに着目して、平均振幅I₀に対する共
鳴成分の振幅I₁の比I₁／I₀をモニタし、振動の発
生を予知するものである。しかしながら、この手
段はあくまで共鳴振動を早期に予知する手段にす
ぎず、共鳴振動の発生原因たる振動燃焼そのもの
を防止する手段ではない。そこで、現在、バーナ
火炎の長炎化を図ることにより振動燃焼を防止す
る手段が検討されており、その具体的方法とし
て、新規なバーナエレメントの構造が考えられて
いる。

ところで、最近、ガス焚ボイラの場合、火炉高
さを低くして火炉のコンパクト化を図るため、炉
底部を水平にした構造（フラツトホツパー）が採
用されるようになつた。そして、このようなフラ
ツトホツパーにあつては、その最下段バーナの火
炎が炉底から供給される再循環排ガスに影響され
て振動燃焼を発生する事態が生じる。これを、第
１図乃至第３図により説明する。

第１図は従来のフラツトホツパー採用のボイラ
装置の概略構成図である。図で、１は加熱される
べき水が供給されるヘツダー、２はヘツダー１か
らの水を通すボイラチユーブおよびそのフインで
構成される水冷壁、３は火炉、４は各バーナの火
炎、５は火炉３からの燃焼排ガスを示す。６はス
ーパーヒータ、７はリヒータ、８はスーパーヒー
タ、９はエコノマイザであり、いずれも火炎およ
び燃焼排ガスの通路に設けられている。１０は燃
焼排ガスの一部を吸引してこれを火炉内に投入す
るためのガス再循環フアン、１２はガス再循環フ
アンからの再循環排ガスを導入するウインドボツ
クス、１３は再循環排ガスの通路、１４は火炉３
の炉底に設けられ、ウインドボツクスからの再循
環排ガスを炉内に導入する再循環排ガスの投入
口、１５ａ，１５ｂはバーナのうちの最下段バー
ナ、４ａ，４ｂはそれぞれバーナ１５ａ，１５ｂ
の火炎を示す。

第２図は第１図の矢印Ａ−Ａからみたフラツト
ホツパーの平面図、第３図は第１図および第２図
に示す水冷壁の断面図である。第２図に明らかな
ように、投入口１４はフラツトホツパーの中央部
分に細長く形成されている。水冷壁２は第３図に
示すように、ヘツダ１からの水を通すボイラチユ
ーブ１６およびそのフイン１７で構成され、これ
らボイラチユーブ１６およびフイン１７により火
炉３を密閉する。

このようなボイラ装置において、エコノマイザ
９からヘツダ１に供給された水は、水冷壁２のボ
イラチユーブ１６内を上昇する間に、主として火
炎４からの輻射熱を受けて高温の蒸気になり、さ
らにスーパーヒータ６，８で加熱されて過熱蒸気
となる。一方、水冷壁２で冷却された火炎４はさ
らにスーパーヒータ６、リヒータ７、エコノマイ
ザ９等で冷却されて燃焼排ガス５となり排出され
る。この燃焼排ガス５は、リヒータ７の出口蒸気
温度を制御したり、NO_xの排出レベルを低くす
るために、その一部をガス再循環フアン１０によ
り吸引され、ウインドボツクス１２を経て投入口
１４から火炉３内に投入される。この場合、再循
環排ガスはフラツトホツパーのほぼ中央部に設け
られた細長い投入口１４から火炉３内のほぼ中央
部に導入されることになる。

ところで、炉底部から投入される再循環排ガス
の量が多くなると、最下段バーナ１５ａ，１５ｂ
により形成される火炎４ａ，４ｂがその影響を受
けて振動燃焼が発生し易くなることは良く知られ
ている。したがつて、前述のように、特殊のバー
ナエレメントにより火炎の長炎化を図り、振動燃
焼の発生を防止しようとしても、フラツトホツパ
ーを採用した燃焼装置では、その構造上、最下段
バーナ１５ａ，１５ｂにより形成される火炎４
ａ，４ｂと投入口１４との間隔が必然的に小さく
なるので、火炎４ａ，４ｂは再循環排ガスの影響
を受け易くなり、これに起因する振動燃焼が発生
してしまう。又、火炎４ａ，４ｂと投入口１４と
の間隔が小さいと、投入口１４を通して火炎から
の輻射線がウインドボツクス１２の内面に達する
ため、ウインドボツクス１２の内面を厚い耐火材
で保護しなければならないという問題もあつた。
そして、これらの点を避けるためには火炎４ａ，
４ｂと投入口１４との間隔を大にしなければなら
ず、この間隔を大にすることは火炉のコンパクト
化にとつて重大な制約条件になるという背反する
問題があつた。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的は、振動燃焼の発生
を防止することができ、しかも火炉に小型に構成
することができるとともに、火炉奥行き方向の温
度分布を制御することができるボイラ装置を提供
するにある。

この目的を達成するため、本発明は、火炉と、
この火炉からの排ガスを当該火炉の下部から当該
火炉内に再循環させる手段とを備えたボイラ装置
において、前記火炉の下部に前記排ガスを複数個
所から分散して投入する複数の排ガス投入口と、
これら各排ガス投入口を区分する仕切りと、これ
ら各仕切り内に配置されたダンパとを設けたこと
を特徴とする。

火炉に投入される排ガスは、各排ガス投入口か
ら分散して投入される。この排ガス投入時、各排
ガス投入口の投入排ガス量は、各ダンパにより適
切に制御される。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。

第４図は本発明の原理と説明するボイラ装置の
概略構成図である。図で、第１図に示す部分と同
一部分には同一符号を付して説明を省略する。１
８はガス再循環フアン１０からの再循環排ガスを
導入するウインドボツクスである。このウインド
ボツクス１８は、従来装置のウインドボツクス１
２と異なり、フラツトホツパーのほぼ全面を覆う
ように構成されている。１９はウインドボツクス
１８の再循環排ガスを火炉３内に投入する投入口
であり、フラツトホツパーにおいて10個所に分散
して設けられている。矢印２０は再循環排ガスの
通路を示す。この投入口１９は第５図および第６
図に、より一層明瞭に示されている。

第５図は第４図の矢印Ｂ−Ｂからみたフラツト
ホツパーの平面図、第６図はフラツトホツパーを
構成する水冷壁の断面図である。第５図から、投
入口１９が火炉３の前部に５個並列に、同じく後
部に５個並列に、合計10個が分散して配置されて
いる状態を明瞭にみることができる。第６図は、
この投入口１９の構成を示すもので、ボイラチユ
ーブ１６のフイン１７は、隣接するボイラチユー
ブ１６間で間隙を有するように構成されている。
即ち、一つのボイラチユーブ１６のフイン１７ａ
と、これと隣接するボイラチユーブ１６のフイン
１７ｂとは、その隣接するものどうしが、ほぼ同
一方向に傾けられ間隙２１を置いて重なり合つた
状態で配置される。これら各間隙２１が投入口１
９を構成する。

ガス再循環フアン１０を運転して再循環排ガス
をウインドボツクス１８に供給すると、この再循
環排ガスは10個所の投入口１９におけるフイン１
７ａ，１７ｂの間隙２１を通つて火炉３内に供給
される。この場合、再循環排ガスが火炉３内に供
給される状態をみると、従来装置における再循環
排ガスが下段バーナ１５ａの火炎４ａとこれと対
向する下段バーナ１５ｂの火炎４ｂとを分離する
ように供給されていたのに対して、第４〜６図に
示す装置においては、両火炎４ａ，４ｂを分離す
るような流れとはならず、両火炎４ａ，４ｂに対
する再循環排ガスの影響の仕方は両者間では大き
く相異するのである。

この影響の相異を、第７図に示す火炉内火炎温
度分布図に基づいて説明する。第７図で、横軸に
は火炉３の無次元化した奥行長さがとつてあり、
０が缶前、0.5が缶中央、1.0が缶後を表わす。
又、縦軸には最下段バーナ１５ａ，１５ｂの火炎
４ａ，４ｂの火炎温度がとつてある。実線で示す
曲線B₁は従来装置における火炎温度の温度分布
曲線、破線で示す曲線B₂は第４〜６図に示す装
置における火炎温度の温度分布曲線である。図か
ら明らかなように、従来装置（曲線B₁）では、
火炉中央部の火炎温度が低く、缶前と缶後の火炎
温度が高い。即ち、両端にピークが存在するよう
な温度分布となつている。これは、再循環排ガス
の温度が約350℃と低い温度であり、これが火炉
中央部にのみ集中して投入される結果中央部の温
度は低下するが、両端部では再循環排ガスの影響
が少なく温度低下をひき起さないためである。こ
のような温度分布は火炎４ａ，４ｂと投入口との
間隔が小さいほど顕著になる。これに対して、第
４〜６図に示す装置（曲線B₂）では、温度分布
は奥行方向にフラツトになつており、火炎４ａ，
４ｂと投入口との間隔に関係なく火炉中央部に温
度降下領域はみられない。そして、このような最
下段バーナの火炎の温度分布をみると、再循環排
ガスを火炉中央部に供給する従来装置の温度分布
が、振動燃焼を発生し易い短炎の火炎がもつ温度
分布の特徴（両端にピークがある温度分布）を有
するのに対して、再循環排ガスを分散して供給す
る装置の温度分布は、振動燃焼を発生し難い長炎
の火炎がもつ温度分布の特徴（ほぼフラツトな温
度分布）を有することになる。したがつて、第４
〜６図に示す装置が振動燃焼を防止するのに大な
る効果を有するのは明らかである。

一方、火炎４の輻射線は各投入口１９を通つて
ウインドボツクス１８に透過しようとするが、第
６図に示すようにボイラチユーブ１６およびフイ
ン１７ａ，１７ｂに妨げられてほとんど間隙２１
を通過することはできない。間隙２１を通過する
ことができるのはボイラチユーブ１６又はフイン
１７から反射する輻射線のみであるが、これらが
輻射線に対してもつ反射率は約0.2程度であり反
射による輻射線の透過は僅少である。したがつ
て、ウインドボツクス１８が高温になることはな
く、厚い耐火材等は不要になる。

このように、第４〜６図に示す装置では、フラ
ツトホツパーを構成する水冷壁のフインとフイン
の間に間隙を形成して再循環排ガスを投入する投
入口を構成し、この投入口を10個所に分散して設
置しているので、振動燃焼の発生を防止すること
ができ、ウインドボツクスに厚い耐火材を必要と
しないのでその構造を簡略化することができ、し
かも、炉底面と最下段バーナとの間隔を小さくす
ることができるので火炉を小型とすることができ
る。

第８図は本発明の実施例に係るボイラ装置の概
略構成図である。図で、第４図に示す部分と同一
部分には同一符号を付して説明を省略する。２２
はウインドボツクス１８内において各投入口１９
に対応して設けられた仕切り、２３は仕切り２２
により形成された投入口１９への通路内に設けら
れたダンパーである。

ガス再循環フアン１０によりウインドボツクス
１８内に供給された再循環排ガスは矢印２４に示
されるように仕切り２２で形成された各投入口１
９の通路内に入り、投入口１９から炉内に投入さ
れる。この場合、ダンパー２３の開度を調節する
ことにより、各投入口１９における再循環排ガス
の流量を制御することができる。このため、最下
段バーナ１５ａ，１５ｂの火炎４ａ，４ｂの火炉
奥行方向の温度分布を制御することができ、火炉
内の水冷壁における熱吸収特性を制御したり、最
高火炎温度を示すところに再循環排ガスを集中し
て投入しNO_x発生を抑制することもできる。

このように、本実施例では、第４〜６図に示す
構成の各投入口に仕切りおよびダンパを設けたの
で、振動燃焼の防止、ウインドボツクスの構造の
簡素化、および火炉の小型化を達成することがで
きるばかりでなく、火炉奥行き方向の温度分布を
制御することができ、したがつて、当該温度分布
を振動燃焼の防止に最適なものとして振動燃焼を
確実に防止することができる。又、火炉奥行き方
向の温度分布の制御ができるので、火炉内の水冷
壁における熱吸収特性の制御ができ、又、NO_x
の発生を効果的に低減することができる。

なお、上記各実施例の説明では、フラツトホツ
パーを有するボイラ装置について説明したが、本
発明はこれに限ることはなく、炉底面がゆるやか
な傾斜を有するボイラ装置に対しても適用するこ
とができる。又、投入口の数は10個に限定される
ことはなく、複数個であればよいのは当然であ
る。

以上述べたように、本発明では、火炉下部に再
循環排ガスを投入する投入口を複数個分散して設
け、かつ、それら各投入口に仕切りおよびダンパ
を設けたので、火炉奥行き方向の温度分布を制御
することができ、したがつて、当該温度分布を振
動燃焼の防止に最適なものとして振動燃焼を確実
に防止することができる。又、火炉奥行き方向の
温度分布の制御ができるので、火炉内の水冷壁に
おける熱吸収特性の制御ができ、又、NO_xの発
生を効果的に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のボイラ装置の概略構成図、第２
図は第１図の矢印Ａ−Ａからみたフラツトホツパ
ーの平面図、第３図は第１図および第２図に示す
水冷壁の断面図、第４図は本発明の原理を説明す
るボイラ装置の概略構成図、第５図は第４図の矢
印Ｂ−Ｂからみたフラツトホツパーの平面図、第
６図は第５図に示すフラツトホツパーを構成する
水冷壁の断面図、第７図は火炉内火炎温度分布
図、第８図は本発明の実施例に係るボイラ装置の
概略構成図である。 ２……水冷壁、３……火炉、４，４ａ，４ｂ…
…火炎、１０……ガス再循環フアン、１６……ボ
イラチユーブ、１７，１７ａ，１７ｂ……フイ
ン、１８……ウインドボツクス、１９……投入
口、２１……間隙、２２……仕切り、２３……ダ
ンパ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 火炉と、この火炉からの排ガスを当該火炉の
   下部から当該火炉内に再循環させる手段とを備え
   たボイラ装置において、前記火炉の下部に前記排
   ガスを複数個所から分散して投入する複数の排ガ
   ス投入口と、これら排ガス投入口を区分する仕切
   りと、これら各仕切り内に配置されたダンパとを
   設けたことを特徴とするボイラ装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記各排ガ
   ス投入口は、前記火炉の下部の水冷壁における管
   と管との間のフインに形成した間隙であることを
   特徴とするボイラ装置。