JPH0418207B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ボイラ火炉などの炉を炉本体とし、
この炉本体の前炉として石炭、オイルコークスな
どの固体燃料（以下、単に石炭という）を燃焼す
るサイクロン式石炭部分燃焼炉を備えた石炭燃焼
装置およびその使用方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来から、ボイラ火炉などの工業炉において
は、炉本体に前炉としてサイクロン式石炭部分燃
焼炉を設けたものが知られている。このような前
炉を備えた工業炉は、燃焼効果が優れたものであ
ることから、広く用いられている。

上記の従来型のサイクロン式石炭部分燃焼炉の
構造を示すものとして、たとえば実開昭60−
76717号公報に示されるように、微粉炭と空気と
をサイクロン式石炭部分燃焼炉内に供給するとと
もに、これらを高速旋回流として効果的に混合し
て燃焼させることにより、微粉炭を高い高率で燃
焼させる構造のものが開示されている。

上記の前炉を備えたボイラ火炉では、サイクロ
ン式石炭部分燃焼炉からの溶融スラグと、ボイラ
火炉側での落下石炭灰とを一まとめにしてスラグ
タツプから溶融状態のまま排出している。

また従来の微粉炭焚きボイラでは、炉底部を
55°以上の傾斜ホツパー状にして、粉炭状のまま
落下捕集している。なお従来の油焚きボイラで
は、炉底灰の排出手段は設けられていない。

また、特公昭36−17786号公報には、灰受けホ
ツポの上側に、冷却管からなる下部隔壁を設けた
排気ガスボイラが記載されている。

また、特開昭57−164216号公報には、ホツパを
形成する斜面に、再循環排ガスを導入するガスポ
ート、又は高圧空気を導入する空気噴射ノズルを
設けた灰分除去構造が記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来のサイクロン式石炭部分燃焼炉を備え
たボイラ火炉のスラグタツプ方式では、ボイラの
部分負荷運転が困難であり（50％以下の負荷で
は、スラグタツプの温度低下によつてスラグが固
化しスラグタツプが閉塞する。）、またスラグタツ
プを設置するために、ボイラ炉底の下部高さが大
となるという問題点がある。

また従来の微粉炭焚きのホツパー炉底形式で
は、ボイラ炉底下部高さが大きくなるか、または
ボイラ火炉が狭くなつてしまい、またホツパー部
の石炭灰が大きな固まり状のスラグとなつて排出
トラブルの原因となる場合があり、さらに炉底灰
の落下速度が制御できないので、炉底灰中に未燃
カーボンを含み易いなどの問題点がある。

さらに従来の油焚き平底型式では、石炭を焚く
と、炉底灰がクリンカーとなるため排出できず、
ボイラの連続運転ができないという問題点があ
る。

また、特開昭57−164216号公報記載の発明にお
いて、再循環排ガスを用いた場合は、近年の研究
から、微粉炭燃焼においては、NOx低減の効果
はなく、むしろ燃焼温度低下により燃焼効率が大
幅に低下するという不具合があり、有害であるた
め使用できない。また、高圧空気を用いた場合
は、本発明の主対象である中小型ボイラでは噴射
時の炉内圧変動が過大となるため、これも採用で
きない。なお、特開昭57−164216号公報記載の発
明のようなホツパ構造では、ある程度以上の流速
で気体を噴射しないと灰の移動効果が有効となら
ないため、最大噴射流速の低い（圧力の低い）燃
焼空気をこれに使用する事ができないという問題
点もある。

さらに、特開昭57−164216号公報記載の発明の
ホツパ位置はバーナ部の上流にあるため、ここに
必要以上の空気を吹き込むことは二段燃焼割合の
低下をもたらし、結果としてNOxを増大させる
ことになる。

また、特公昭36−17786号公報記載のボイラに
おいては、排気ガスの追いだきを主対象とするた
め、その燃焼温度は比較的低く灰溶融温度以下で
あり、このため、灰受け上の隔壁は主として灰を
燃焼ガスから分離するために設置され、特に輻射
遮蔽を目的とした構造にはなつていない。

本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、水
管ボイラの炉底に開口部が形成されるように炉底
水管を千鳥状に配列することにより、ボイラ火炉
に流入して炉底部に落下する石炭灰を、炉底水管
の開口部から下部空間に落とし、石炭灰が溶融し
ない温度に冷却することで粉体性状を確保し、二
段燃焼空気配管か分岐した炉底吹込気体供給管か
ら噴出する空気によつて炉底灰溜に集めた後、炉
底灰搬出装置によつてボイラ火炉から系外に搬出
するようにして、ボイラ火炉の底部に灰が堆積す
るのを防止するようにした石炭燃焼装置およびそ
の運転方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段および作用〕

上記の目的を達成するために、本発明の石炭燃
焼装置は、図面を参照して説明すれば、ボイラ火
炉１と、このボイラ火炉１の前炉として設置され
るサイクロン式石炭部分燃焼炉２とからなる石炭
燃焼装置において、 ボイラ火炉１の底部に、千鳥配列として開口部
３を形成した炉底水管４群を配置し、 該炉底水管４群の下側に水管下部空間５を介し
て炉底灰溜６を設け、 この炉底灰溜６の下部に炉底灰搬出装置７を接
続し、 さらに前記水管下部空間５に燃焼灰を吹き飛ば
すための、二段燃焼空気配管２５から分岐した炉
底吹込気体供給管８を配置したことを特徴として
いる。

炉底吹込気体供給管８としては、連続的に空気
を吹き込む炉底吹込空気供給管が用いられる。

また、本発明の石炭燃焼装置の使用方法は、ボ
イラ火炉１と、このボイラ火炉１の前炉として設
置されるサイクロン式石炭部分燃焼炉２とからな
る石炭燃焼装置において、 ボイラ火炉１の底部に、千鳥配列として開口部
３を形成した炉底水管４群を配置し、 該炉底水管４群の下側に水管下部空間５を介し
て炉底灰溜６を設け、 この炉底灰溜６の下部に炉底灰搬出装置７を接
続し、 さらに前記水管下部空間５に燃焼灰を吹き飛ば
すための、二段燃焼空気配管２５から分岐した炉
底吹込気体供給管８を配置した石炭燃焼装置を運
転するにあたり、 水管下部空間５に総燃焼空気量の10〜60％の燃
焼空気を吹き込むことを特徴としている。

水管下部空間に、スートブロワを用いて圧縮空
気や蒸気を吹き込むと、とくに小型ボイラでは、
炉内圧が変動し、かつNOxが急増するので使用
が制限される。

このため本発明者らは、燃焼空気の一部を水管
下部空間に吹き込むことに着目し、種々の試験を
実施した。この結果、燃焼用空気の10％以上を水
管下部空間に吹き込むと、燃焼灰を炉底灰溜に移
動させられることを知見し、本発明を完成させる
に至つたのである。

吹込空気量が総燃焼空気量の10％未満の場合
は、燃焼灰と十分移動させることができず、一
方、吹込空気量が総燃焼空気量の60％を超える場
合は、バーナにおいて石炭が十分に燃焼しなくな
る。

前記の特開昭57−164216号公報に示されるよう
な、通常のボイラでは、ホツパ上部にバーナが設
置されており、低NOx燃焼を図るために、バー
ナに供給する空気量を理論混合比以下に絞り、二
段燃焼用空気口より下の部分（バーナゾーン）を
還元雰囲気としている。そして、完全燃焼に必要
な残りの空気を二段燃焼用空気口から投入するこ
とにより、全体の空気比を1.2程度に設定してい
る。このため、ホツパ部に空気を吹き込むこと
は、バーナの保炎性、燃焼性確保の観点から、バ
ーナ空気量は一定量が必要であるため、バーナゾ
ーンへの供給空気量が増大し、必然的にバーナゾ
ーン空気比の上昇をもたらし、結果的にNOxを
増大させる。

これに対して、本発明の方法では、NOx低減
を目的とする還元雰囲気のゾーンは、CPC（サイ
クロン式石炭部分燃焼炉）内に形成される。一
方、CPCにつづくボイラ燃焼室は主として二段
燃焼用空気による完全燃焼に主眼がおかれてい
る。このため、NOxに影響を与える還元雰囲気
のバーナゾーンとボイラ燃焼室とが明確に分離さ
れており、ボイラ炉内のホツパ炉内のホツパ部へ
吹き込んだ空気は、還元ゾーンであるCPC内へ
逆流することがなく、結果的に全体の低NOx性
能には影響を与えない。

一般にボイラは効率向上の観点から、トータル
の空気量と燃料量との比（空気比）を、可能な限
り低い一定値に抑えることが望まれる。

一方、CPCを含むバーナに供給する空気量は
バーナの保炎性能、燃焼効率等のバーナ特性から
決定されるため、自由に設定することはできな
い。

したがつて、ホツパ吹き込み空気として、高圧
空気を用いる場合や、二段燃焼用空気以外の空気
を用いる場合は、この吹き込み空気量を計測し、
その噴射時間だけ噴射量に相当する空気量を、二
段燃焼用空気から減じるように制御する必要があ
る。また、短時間の噴射に対して、このような風
煙道系の変動を行わせることは運転上好ましくな
いため、このような操作をしない場合、吹き込み
空気量分の空気量が増加して排ガス損失を増大さ
せ、ボイラ効率を低下させる。

一方、本発明のように二段燃焼用空気の一部を
分岐して用いる場合、この吹き込み空気量を別個
に計測・制御しなくても、通常の運転通り二段燃
焼空気量を一定値に制御するのみで、トータル空
気量は変動せず、安定した運転が可能であり上記
システムと比較してシステムが簡略化され、運転
の安定性も向上する。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。ただしこの実施例に記載されて
いる構成機器の形状、その相対配置などは、とく
に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそ
れらのみに限定する趣旨のものではなく、単なる
説明例にすぎない。

第１図において、１はボイラ火炉、２はボイラ
火炉１の前炉として設置されたサイクロン式石炭
部分燃焼炉である。ボイラ火炉１の底部に第２図
に示すように、開口部３を有するように上下二段
以上（第１図および第２図では一例として二段の
場合を示している）にわたり千鳥配列した炉底水
管４を設けている。この場合、傾斜角θを30°以
内とするのが望ましい。炉底水管４の下側に水管
下部空間５を介して炉底灰溜６を設け、この炉底
灰溜６の下部に水冷スクリユーフイーダーなどの
炉底灰搬出装置７を接続し、さらに水管下部空間
５に燃焼灰を吹き飛ばすための炉底吹込気体供給
管８を設けている。この炉底吹込気体供給管８は
後述の二段燃焼空気配管２５から分岐している。
１０は蒸気ドラム、１１は水ドラム、１２は対流
蒸発管、１３は水管、１４はケーシング、１５は
被覆耐火材、１６は上段炉底水管、１７は下段炉
底水管である。

本発明においては、第２図に示すように、千鳥
配列としているので、炉底水管４の上方、すなわ
ち高温（1300〜1600℃）のボイラ炉内からの輻射
熱を遮蔽する効果が大きく、水管下部空間５に堆
積する燃焼灰が低温となり、溶融状態になること
を防止するので、大部分が直径数mm以下の細粒と
なり、しかも粘着性がなくなるので、簡単に吹き
飛ばすことができる。この意味から、炉底水管４
は千鳥配列としている。

つぎに第４図に基づいて本発明の石炭燃焼装置
の使用方法について説明する。第４図は、第１図
の装置における炉底吹込気体供給管８を、複数の
吹込ノズルを有する炉底吹込空気供給管８ａとし
た場合の平面説明図である。水管下部空間５に総
燃焼空気の10〜60％の燃焼空気を吹き込むことに
より、燃焼灰を炉底灰溜６に移動させる。１８は
メンブレン炉底部、２０は押込フアン、２１は１
次空気配管、２２は２次空気配管、２３は空気予
熱器、２４は空気流量測定器、２５は二段燃焼空
気配管、２６はダンパである。

第４図は側面の複数個所から空気を吹き出す炉
底吹込空気供給管８ａを設ける場合を示している
が、第５図に示すように、単一ノズルから空気を
吹き出す炉底吹込空気供給管８ｂを設けても差し
支えない。

またボイラ側壁から供給する二段燃焼空気と、
水管下部空間５へ吹き込む燃焼空気との配分を変
化させることによつて、堆積炉底灰の移動速度を
制御することもできる（移動か速すぎると、排出
灰中の未燃分が多くなる）。

さらに炉底吹込空気として予熱空気を使用して
いるので、ボィラ効率の低下を防止することがで
きる。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように構成されているので、つ
ぎのような効果を有している。

(1) 炉底灰の搬出ができるので、ボイラの連続運
転が可能である。

(2) ボイラ炉底の下部高さが小さくなるので、ボ
イラの全高も低くコンパクトになる。

(3) 既設の油焚きボイラを改造して石炭焚きにす
るとも可能である。

(4) 二段燃焼空気管から分岐した炉底吹込気体供
給管から吹き出す空気によつて炉底灰を集める
ので、炉底部での滞留時間調整を容易に行うこ
とができ、炉底灰の未燃分抑制も可能である。

(5) 水管下部空間へ燃焼空気の一部を連続的に吹
き込む方法を採用するので、炉内圧が変動する
ことはなく、またNOxの急増を防止すること
ができる。

(6) 炉内から千鳥水管で隔離された灰受け室内で
空気を噴射しているので、炉内に面して開放状
態のホツパー上で噴射した場合（たとえば、特
開昭57−164216号公報の場合）とくらべて、噴
射した空気が灰の移動に有効に働くため、空気
噴射量が少量ですむ。このため、比較的最大可
能噴射流速の小さい二段燃焼空気を用いる事が
可能である。

(7) ホツパ部に吹き込んだ二段燃焼空気はサイク
ロン式石炭部分燃焼炉内の燃焼には影響を与え
ないため、NOxなどへの悪影響がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の石炭燃焼装置の一実施例を示
す立面説明図、第２図は第１図に示す装置におけ
る炉底水管の断面図、第３図は炉底水管の他の例
を示す断面図、第４図は第１図に示す装置の一例
の平面説明図、第５図は他の例を示す平面説明図
である。 １……ボイラ火炉、２……サイクロン式石炭部
分燃焼炉、３……開口部、４……炉底水管、５…
…水管下部空間、６……炉底灰溜、７……炉底灰
搬出装置、８……炉底吹込気体供給管、８ａ，８
ｂ……炉底吹込空気供給管、１０……蒸気ドラ
ム、１１……水ドラム、１２……対流蒸発管、１
３……水管、１４……ケーシング、１５……被覆
耐火材、１６……上段炉底水管、１７……下段炉
底水管、１８……メンブレン炉底部、２０……押
込フアン、２１……１次空気配管、２２……２次
空気配管、２３……空気予熱器、２４……空気流
量測定器、２５……二段燃焼空気配管、２６……
ダンパ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボイラ火炉１と、このボイラ火炉１の前炉と
   して設置されるサイクロン式石炭部分燃焼炉２と
   からなる石炭燃焼装置において、 ボイラ火炉１の底部に、千鳥配列として開口部
   ３を形成した炉底水管４群を配置し、 該炉底水管４群の下側に水管下部空間５を介し
   て炉底灰溜６を設け、 この炉底灰溜６の下部に炉底灰搬出装置７を接
   続し、 さらに前記水管下部空間５に燃焼灰を吹き飛ば
   すための、二段燃焼空気配管２５から分岐した炉
   底吹込気体供給管８を配置したことを特徴とする
   石炭燃焼装置。 ２ ボイラ火炉１と、このボイラ火炉１の前炉と
   して設置されるサイクロン式石炭部分燃焼炉２と
   からなる石炭燃焼装置において、 ボイラ火炉１の底部に、千鳥配列として開口部
   ３を形成した炉底水管４群を配置し、 該炉底水管４群の下側に水管下部空間５を介し
   て炉底灰溜６を設け、 この炉底灰溜６の下部に炉底灰搬出装置７を接
   続し、 さらに前記水管下部空間５に燃焼灰を吹き飛ば
   すための、二段燃焼空気配管２５から分岐した炉
   底吹込気体供給管８を配置した石炭燃焼装置を運
   転するにあたり、 水管下部空間５に総燃焼空気量の10〜60％の燃
   焼空気を吹き込むことを特徴とする石炭燃焼装置
   の使用方法。 ３ 二段燃焼空気と水管下部空間５へ吹き込む燃
   焼空気との配分変化が可能な特許請求の範囲第２
   項記載の石炭燃焼装置の使用方法。