WO2009093347A1 - ボイラ構造 - Google Patents

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
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    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L9/00—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel 

Definitions

  • the present invention relates to a boiler structure corresponding to various fuels containing coal and sulfur.
  • a technology is known to increase the oxygen concentration with the air introduced toward the wall surface inside the furnace.
  • a swirl flow is formed by installing burners at the four corners of the furnace with a rectangular cross section.
  • there is one that forms an air flow that is offset from each burner to the furnace wall side see, for example, Patent Document 1).
  • a nozzle that feeds curtain air or curtain exhaust gas that bends the course of the flame is provided to slag the periphery of the burner.
  • Patent Document 1 cannot effectively increase the oxygen concentration because oxygen in the air is consumed before reaching the target wall surface.
  • auxiliary power such as a compressor increases.
  • Patent Document 2 it is necessary to introduce curtain air or curtain exhaust gas at a flow velocity high enough to bend the course of the flame, which is also not preferable because auxiliary power such as a compressor increases.
  • the fuel and combustion air that are introduced into the furnace from the burners provided at multiple locations on the furnace wall that form a rectangular cross section correspond to various fuels containing coal and sulfur.
  • a swirl combustion type boiler structure configured to form and burn, it is desired to efficiently suppress or prevent corrosion and slugging generated on the furnace wall in the furnace.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a boiler structure capable of efficiently suppressing or preventing corrosion and slagging occurring on a furnace wall in a furnace. It is in.
  • the boiler structure according to the present invention is configured such that fuel and combustion air that are input from a burner provided at a plurality of locations on a furnace wall that forms a rectangular cross section into a furnace form a swirl and burn.
  • an air charging part is provided in the vicinity of a flame affected part of a furnace wall surface where a flame formed for each burner approaches or contacts, and an air concentration part is formed to have a higher air concentration than the surroundings.
  • the high air concentration region is preferably formed so as to cover the reduction combustion zone inside the furnace in the vertical direction, thereby also in the vertical direction in the furnace where corrosion and slugging are a concern.
  • a region having a high air concentration can be formed by introducing air at a low flow rate.
  • the air input portion introduces the low-pressure burner secondary air by bypass from an adjacent burner, thereby simplifying the structure while suppressing a significant change in structure and an increase in the number of components.
  • the air input section is preferably provided around the deslagger nozzle, thereby forming a region with a high air concentration on the furnace wall surface that is prone to slagging and being thermally severe. It is possible to cool the periphery of the insertion portion of the deslagger nozzle.
  • the present invention described above is effective in suppressing slagging in a coal-fired boiler, and is effective in improving corrosion resistance against hydrogen sulfide in a boiler corresponding to various fuels containing a sulfur content. Furthermore, if the low-pressure burner secondary air is bypassed and introduced from the adjacent burner as the air used in the air input section described above, significant changes in the boiler structure and increase in the number of components are minimized. To simplify the structure.
  • FIG. 2A It is a figure which shows one Embodiment of the boiler structure which concerns on this invention, and is a horizontal sectional view which shows the reduction combustion zone of a furnace. It is a figure which shows one Embodiment of the boiler structure which concerns on this invention, and is a perspective view which shows an external appearance outline
  • a boiler 10 shown in FIG. 5 burns fuel by introducing multiple stages of combustion air into the furnace 11 in order to reduce NOx.
  • the multistage charging is performed by the burner portion Ba in the furnace 11 where the plurality of burners 12 are provided, and the additional air charging portion Aa in the area where the additional air charging nozzle 13 is provided above the burner portion Ba.
  • two-stage combustion air injection That is, in this boiler 10, about 70% of the required amount of combustion air is charged in the first burner portion Ba, and the remaining 30% is charged in the additional air charging portion Aa, so that the reduction combustion zone and complete combustion are performed.
  • Two-stage combustion for NOx countermeasures consisting of zones is performed.
  • the boiler 10 mentioned above is a revolving combustion type in which the furnace 11 has a rectangular cross section, as shown, for example in FIG. 1A.
  • the fuel and the combustion air introduced into the furnace 11 from a plurality of burners 12 provided on the furnace wall 11 a form a swirl flame and burn in the furnace 11. It is configured.
  • fuel and combustion air are input from the burners 12 provided at eight positions in a horizontal section, and two adjacent swirling flows are formed in the furnace 11. Yes.
  • a region having a higher air concentration than the surroundings is formed in the vicinity of the flame affected part of the furnace wall surface (furnace wall 11a) with which the flame formed for each burner 12 approaches or comes into contact with such a boiler 10.
  • An air input unit 20 is provided. Specifically, in the horizontal section of the eight-corner furnace shown in FIG. 1A, for example, one place at each appropriate place on each furnace wall 11a forming a rectangle, a total of four air inlets 20 are provided. Note that the formation of a region having a high air concentration means the formation of a region having a high oxygen concentration. Therefore, in such a region, the reducing atmosphere is an oxidizing atmosphere.
  • a region having a higher air concentration than the periphery is formed along the substantially wall surface.
  • a relatively high flow velocity for example, 40 m / sec or more
  • the furnace wall surface in a region where corrosion or slagging is a concern
  • the air input unit 20 bypasses the low-pressure burner secondary air from the adjacent burner 12 and introduces the air into the furnace 11 at a low flow rate, thereby forming a region with a high air concentration.
  • Nozzle. The air input from the air input unit 20 forms a region with a high air concentration along the furnace wall 11a in the vicinity of the flame affected part in a plan view of the furnace 11, and further, in the vertical direction of the furnace 11.
  • a plurality of stages of air injection portions 20 are also provided in the vertical direction.
  • the reduction combustion zone is a region where a large amount of hydrogen sulfide, which is a corrosive component, is generated, and is also a region that becomes a reduction region with a high thermal load in the furnace 11, and therefore the wall surface 11a in this region has a severe corrosive environment.
  • the air injection unit 20 is disposed around the furnace wall 11a where the flame approaches or comes into contact with the burner 12 so as to be substantially at the same height position. This is because the flame is formed so as to extend from the burner 12 in a substantially horizontal direction, and the flame-affected portion of the furnace wall 11a is substantially the same height as the installation position of the burner 12.
  • the burner 12 in the reduction combustion zone is usually arranged in a plurality of stages above and below, a plurality of flame-affected portions of the furnace wall 11a are also formed at the top and bottom. Accordingly, the above-described air input unit 20 is also provided with a plurality of stages in the vertical direction according to the number of stages of the burner 12, in other words, according to the number of stages in the vertical direction where the flame is formed. That is, even in the vertical direction in the furnace 11 where corrosion and slugging are a concern, a region with a high air concentration can be formed by introducing air at a low flow rate.
  • the low-flow-rate air introduced from the air introduction unit 20 disposed in the vicinity of the flame-affected part of the furnace wall 11a formed for each burner 12 has a higher air concentration than the surroundings.
  • the region By forming the region, it functions as an air layer that blocks between the furnace wall 11a and the flame.
  • the furnace wall 11a in the region that has been the flame-affected zone is reduced in the thermal influence received from the flame, etc., and can be reduced or prevented from corrosion and slugging by being in a partially oxidizing atmosphere.
  • the air injection unit 20 described above may be input to the periphery from the vicinity of the flame-affected zone, it is possible to use low-flow-rate air that requires a small auxiliary power. That is, there is no need to supply high-pressure and high-velocity air using a compressor or the like that is operated with large power as in the case of supplying air aiming at a remote position, and in particular, low pressure from the burner 12 If the secondary air is introduced and used, in addition to reducing the supplementary power, it is possible to suppress a significant structural change and increase in the number of components, thereby simplifying the structure.
  • the air inlet 20 described above is provided around the deslagger nozzle 31 by using a deslagger nozzle insertion portion 30 between the burner portion Ba and the additional air inlet Aa as shown in FIG. 1B, for example. It has been.
  • the deslagger nozzle insertion portion 30 is a device for removing slag adhering to the furnace wall 11a.
  • the furnace wall is formed by steam sprayed from a deslagger nozzle 31 inserted into the furnace 11. 11a is cleaned.
  • the deslagger nozzle insertion portion 30 is installed in a position where the thermal load is high even in the furnace 11 due to the reducing atmosphere and the slag is likely to adhere, the above-described region where the air concentration is high due to the input of air is formed. Is effective.
  • FIG. 2A a deslagger nozzle 31 is inserted and attached to a nozzle hole 32 penetrating the furnace wall 11a in the deslagger nozzle insertion portion 30.
  • the deslagger nozzle 31 is supplied with steam that is injected through the steam duct 33 when slag is removed.
  • Reference numeral 34 in the drawing is a seal member provided between a nozzle body 21 and a deslagger nozzle 31 of an air inlet nozzle (air inlet portion) 20 described later.
  • the air injection nozzle 20 has a ring-shaped space formed between the deslagger nozzle 31 and the nozzle hole 32 as an air flow path 22, and a nozzle main body 21 having a disk-shaped flange 21 a at the end of the cylinder. It is attached in the furnace 11.
  • the nozzle body 21 is fixed to the outer periphery of the deslagger nozzle 31 via a seal member 34, for example, and the flange portion 21a in the furnace 11 and the furnace wall 11a face each other substantially in parallel at a predetermined interval. Therefore, the air introduced into the furnace 11 from the nozzle body 21 flows out along the furnace wall 11a toward the entire circumference in the circumferential direction by colliding with the flange portion 21a.
  • the air injection nozzle 20 includes a wind box 23 provided on the outer wall side of the furnace 11.
  • the wind box 23 communicates with the nozzle body 21 in the furnace 11 through the air flow path 22 and supplies air supplied from the air supply source 24.
  • the air supply source 24 preferably uses, for example, low-pressure secondary air introduced from the burner 12, but primary air or pressurized air may be used as necessary.
  • Such an air injection nozzle 20 forms a high air concentration region on the furnace wall 11a of the furnace 11 in a region where slagging is likely to occur, and cools the periphery of the deslagger nozzle insertion portion 30 in a thermally severe situation. can do. Accordingly, since an air layer having a higher air concentration than the periphery is formed around the furnace wall 11a that is likely to cause slagging, the corrosion of the wall surface is prevented or reduced by the partial oxidizing atmosphere, and the life of the furnace wall is extended. be able to.
  • the thermally strict seal member 34 and the like can be cooled by this air flow. Furthermore, in the vicinity of the furnace wall 11a where the air injection nozzle 20 is provided, the oxygen concentration increases due to the increase in the air concentration and an oxidizing atmosphere is formed. In such an oxidizing atmosphere, the melting temperature of the slag becomes high, so that slugging can be alleviated.
  • the air charging unit 20 that forms a region having a higher air concentration than the surroundings is provided in the vicinity of the furnace wall 11a that becomes a flame-affected portion when a flame formed for each burner 12 approaches or contacts. Since it is provided, the vicinity of the flame affected part is partially changed from a reducing atmosphere to an oxidizing atmosphere due to an increase in oxygen concentration. As a result, corrosion and slagging can be suppressed or prevented to extend the wall life.
  • Such a boiler structure is particularly effective in suppressing slagging in a coal-fired boiler, and is particularly effective in improving corrosion resistance in a boiler corresponding to various fuels containing sulfur.
  • the optimum position of the horizontal cross-sectional position of the air input unit 20 differs depending on various conditions such as the shape of the furnace 11, the position and number of burners 12, and the formation of a swirling flame. That is, the region of the flame-affected zone where the flame formed for each burner 12 approaches or contacts the furnace wall 11a differs depending on the arrangement of the burners 12 and the swirling flow flame formed, for example, as shown in FIGS. 1A and 1B.
  • the positional relationship between the burner 12 and the air charging unit 20 is different for each boiler structure.
  • the furnace 11 is rectangular, and four burners 12 are arranged on two opposing long sides to form two left and right swirling flows.
  • the burner 12 is inclined toward the approximate center position of each swirl flow, that is, toward the approximately center position of a square obtained by dividing the rectangle into two, so that the swirl flow that is nearly elliptical. Two are formed. Therefore, in this case, the flame-affected portion where the flame approaches or contacts is in the vicinity of the two corners and the central portion of the long side, and the air injection portions 20 are provided at four locations so as to cover these regions. .
  • the furnace 11 is square, and four burners 12 offset from the center position of each side are arranged to form one swirl flow. ing. Since the burner 12 in this case is directed to the opposing wall surface, a swirl flow is formed by the offset of each burner 12. In such an arrangement of the burner 12, each flame flows toward the vicinity of the center of the wall surface on the downstream side due to the influence of the flame formed on the upstream side of the swirl flow. Accordingly, since the flame-affected zone in this case is in the vicinity of the center of each side, four air injection portions 20 are provided at the center of each side so as to cover these regions.
  • the furnace 11 is made into a square, and the burner 12 is arrange
  • air inlets 20 are provided at four locations in the center of each side so as to cover these regions.
  • the optimal position of the air input unit 20 may be selected according to the arrangement of the burner 12 and the like.
  • this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.

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Abstract

　火炉内の炉壁に発生する腐食やスラッギングを効率よく抑制または防止することができるボイラ構造を提供する。矩形断面を形成する炉壁（１１ａ）の複数箇所に設けたバーナ（１２）から火炉（１１）内へ向けて投入される燃料及び燃焼用空気が旋回流を形成して燃焼するように構成された旋回燃焼型のボイラ構造において、バーナ（１２）毎に形成される火炎が接近または接触する火炉壁面の火炎影響部近傍に、周辺より空気濃度の高い領域を形成する空気投入部（２０）を設けた。

Description

ボイラ構造
　本発明は、石炭や硫黄分を含有する各種燃料に対応したボイラ構造に関する。
　近年、石炭や石油等を燃料とするボイラでは、空気を多段で投入することにより、主バーナから追加空気投入部までの間を還元雰囲気にして燃焼させる還元燃焼ゾーンを形成して低ＮＯｘ化を図っている。
　一方、この還元燃焼ゾーンでは、腐食成分である硫化水素が多量に発生するため、火炉壁面は厳しい腐食環境下にある。このため、炉壁への溶射や定期的な炉壁パネル交換等のメンテナンスが必要となっている。また、上述した還元燃焼ゾーンは、炉内でも熱負荷が高い還元雰囲気となる領域であるため、スラグの付着も懸念されている。
　このような問題に対処するため、火炉内の壁面側を目指して投入した空気により酸素濃度を高める技術が知られており、たとえば、矩形断面の火炉内四隅にバーナを設置して旋回流を形成するとともに、各バーナから炉壁側にオフセットした空気流を形成するものがある（たとえば、特許文献１参照）。
　また、火炉壁の中央部に旋回火炎を発生させるバーナが設けられている微粉炭焚きボイラにおいては、火炎の進路を曲げるカーテンエアまたはカーテン排ガスを投入するノズルを設けて、バーナ周辺部のスラッギングを防止する技術が開示されている。（たとえば、特許文献２参照）
米国特許第６２３７５１３号明細書 特開平７－１１９９２３号公報
　しかしながら、上述した特許文献１の従来技術は、目指した壁面に到達するまでに空気中の酸素が消費されてしまうので、効果的に酸素濃度を増加させることができなかった。しかも、酸素濃度を高めるためには、空気の噴出流速を高める必要があるので、圧縮機等の補機動力が増加して好ましくない。
　また、特許文献２の従来技術においても、火炎の進路を曲げる程度の高い流速でカーテンエアまたはカーテン排ガスを投入する必要があるため、やはり圧縮機等の補機動力が増加して好ましくない。
　このような背景から、石炭や硫黄分を含有する各種燃料に対応し、矩形断面を形成する炉壁の複数箇所に設けたバーナから火炉内へ向けて投入される燃料及び燃焼用空気が旋回流を形成して燃焼するように構成された旋回燃焼型のボイラ構造においては、火炉内の炉壁に発生する腐食やスラッギングを効率よく抑制または防止することが望まれる。
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、火炉内の炉壁に発生する腐食やスラッギングを効率よく抑制または防止することができるボイラ構造を提供することにある。
　本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
　本発明に係るボイラ構造は、矩形断面を形成する炉壁の複数箇所に設けたバーナから火炉内へ向けて投入される燃料及び燃焼用空気が旋回流を形成して燃焼するように構成された旋回燃焼型のボイラ構造において、前記バーナ毎に形成される火炎が接近または接触する火炉壁面の火炎影響部近傍に、周辺より空気濃度の高い領域を形成する空気投入部を設けたことを特徴とするものである。
　このようなボイラ構造によれば、バーナ毎に形成される火炎が接近または接触する火炉壁面の火炎影響部近傍に、周辺より空気濃度の高い領域を形成する空気投入部を設けたので、腐食やスラッギングが懸念される火炉壁面の領域に補機動力が小さくてすむ低流速の空気を投入し、空気濃度の高い領域を形成することができる。
　上記の発明において、前記空気濃度の高い領域は、上下方向に火炉内部の還元燃焼ゾーンをカバーして形成されることが好ましく、これにより、腐食やスラッギングが懸念される火炉内の上下方向についても、低流速の空気投入により空気濃度の高い領域を形成することができる。
　上記の発明において、前記空気投入部は、近接するバーナから低圧のバーナ２次空気をバイパスさせて導入することが好ましく、これにより、構造の大幅な変更や構成部品の増加を抑えて構造を簡素化することができる。
　上記の発明において、前記空気投入部は、デスラッガノズルの周囲に設けられていることが好ましく、これにより、スラッギングを生じやすい火炉壁面に空気濃度の高い領域を形成するとともに、熱的に厳しい状況にあるデスラッガノズル挿入部周辺を冷却することができる。
　上述した本発明によれば、燃料及び燃焼用空気が旋回流を形成して燃焼するように構成された旋回燃焼型のボイラ構造において、火炉内の炉壁に腐食やスラッギングが発生しやすいと懸念される火炎影響部の近傍に空気投入部から低流速の空気を投入し、周辺部より空気濃度の高い領域を形成するようにしたので、投入空気の流速を増すための大きな補機動力を必要とすることがなく、火炎影響部及びその近傍の酸素濃度を高く維持することができる。
　従って、火炉内の火炎影響部及びその近傍においては、酸素濃度が高い空気層の形成により部分的に還元雰囲気から酸化雰囲気となり、この結果、腐食やスラッギングが発生することを効率よく抑制または防止できる。特に、上述した本発明は、石炭焚きボイラにおいてはスラッギングの抑制に有効であり、また、硫黄分を含有する各種燃料に対応したボイラにおいては硫化水素に対する耐腐食性の向上に有効である。
　さらに、上述した空気投入部で使用する空気として、近接するバーナから低圧のバーナ２次空気をバイパスさせて導入するようにすれば、ボイラ構造の大幅な変更や構成部品の増加を最小限に抑えて構造を簡素化できる。
本発明に係るボイラ構造の一実施形態を示す図で、火炉の還元燃焼ゾーンを示す水平断面図である。 本発明に係るボイラ構造の一実施形態を示す図で、外観概要を示す斜視図である。 デスラッガノズル挿入部に設けた空気投入部の構成例を示す図で、火炉の断面図である。 デスラッガノズル挿入部に設けた空気投入部の構成例を示す図で、図２ＡのＡ矢視図である。 本発明に係るボイラ構造の第１変形例を示す図で、火炉の還元燃焼ゾーンを示す水平断面図である。 本発明に係るボイラ構造の第１変形例を示す図で、外観概要を示す斜視図である。 本発明に係るボイラ構造の第２変形例を示す図で、火炉の還元燃焼ゾーンを示す水平断面図である。 本発明に係るボイラ構造の第２変形例を示す図で、外観概要を示す斜視図である。 燃焼用空気を多段投入して燃料を燃焼させるボイラ構造の概要を示す縦断面図である。
符号の説明
　１０　　ボイラ
　１１　　火炉
　１１ａ　　炉壁
　１２　　バーナ
　２０　　空気投入部（空気投入ノズル）
　３０　　デスラッガノズル挿入部
　以下、本発明に係るボイラ構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。
　図５に示すボイラ１０は、低ＮＯｘ化を図るため、火炉１１内に燃焼用空気を多段投入して燃料を燃焼させるものである。この場合の多段投入は、火炉１１において複数のバーナ１２が設けられている領域のバーナ部Ｂａと、このバーナ部Ｂａより上部に追加空気投入ノズル１３が設けられている領域の追加空気投入部Ａａとにおいて、２段階の燃焼用空気投入を行うものである。すなわち、このボイラ１０においては、最初のバーナ部Ｂａで燃焼用空気必要量の７０％程度が投入され、残る３０％程度が追加空気投入部Ａａで投入されることにより、還元燃焼ゾーン及び完全燃焼ゾーンよりなるＮＯｘ対策の２段燃焼が行われている。
　また、上述したボイラ１０は、たとえば図１Ａに示すように、火炉１１が矩形断面を有する旋回燃焼型である。旋回燃焼型のボイラ１０は、炉壁１１ａに設けた複数のバーナ１２から火炉１１内へ向けて投入される燃料及び燃焼用空気が、火炉１１内で旋回流の火炎を形成して燃焼するように構成されている。
　なお、図１Ａに示す８コーナー炉の構成例では、水平断面で８箇所に設けられたバーナ１２から燃料及び燃焼用空気が投入され、火炉１１内には隣接する二つの旋回流が形成されている。
　このようなボイラ１０に対し、本実施形態では、バーナ１２毎に形成される火炎が接近または接触する火炉壁面（炉壁１１ａ）の火炎影響部近傍に、周辺より空気濃度の高い領域を形成するための空気投入部２０を設けてある。具体的には、図１Ａに示す８コーナー炉の水平断面において、たとえば矩形を形成する各炉壁１１ａの適所に１箇所ずつ、合計４箇所の空気投入部２０が設けられている。
　なお、空気濃度の高い領域の形成は、酸素濃度の高い領域の形成を意味しているので、このような領域では還元雰囲気が酸化雰囲気となる。
　すなわち、火炉１１内の炉壁１１ａにおいて、腐食やスラッギングが懸念される箇所から低流速の空気を投入する空気投入部２０を設けることにより、周辺より空気濃度の高い領域を略壁面に沿って形成するものである。換言すれば、腐食やスラッギングが懸念される領域の炉壁１１ａを目指して空気を比較的高流速（たとえば４０ｍ／ｓｅｃ以上）で投入するのではなく、腐食やスラッギングが懸念される領域の火炉壁面１１ａに設けた空気投入部２０から低流速（たとえば１０ｍ／ｓｅｃ程度）の空気を投入することにより、周辺より空気濃度の高い領域を形成している。
　空気投入部２０は、たとえば近接するバーナ１２から低圧のバーナ２次空気をバイパスさせて導入し、この空気を火炉１１内に低流速で投入することにより、空気濃度の高い領域を形成するためのノズルである。この空気投入部２０から投入される空気は、火炉１１の平面視において火炎影響部近傍の炉壁１１ａに沿って空気濃度の高い領域を形成することになるが、さらに、火炉１１の上下方向においても火炉内部の還元燃焼ゾーンをカバーするため、上下方向にも複数段の空気投入部２０が設けられている。
　すなわち、還元燃焼ゾーンは腐食成分である硫化水素が多量に発生する領域であり、しかも、火炉１１の中でも熱負荷の高い還元領域となる領域でもあるため、この領域の壁面１１ａは、厳しい腐食環境下にあるだけでなくスラグ付着の懸念もある。従って、還元燃焼ゾーンにおいては、火炎が接近または接触する炉壁１１ａの周辺に、バーナ１２と略同じ高さ位置となるように空気投入部２０を配設することになる。これは、火炎がバーナ１２から略水平方向へ伸びるように形成されるため、炉壁１１ａの火炎影響部もバーナ１２の設置位置と略同じ高さとなるためである。
　また、還元燃焼ゾーンのバーナ１２は、通常上下に複数段配置されているので、炉壁１１ａの火炎影響部も上下に複数箇所形成されることとなる。従って、上述した空気投入部２０についても、バーナ１２の段数に合わせて、換言すれば火炎が形成される上下方向の段数に合わせて、上下方向に複数段を配設している。すなわち、腐食やスラッギングが懸念される火炉１１内の上下方向についても、低流速の空気投入により空気濃度の高い領域を形成することができる。
　この結果、還元燃焼ゾーンにおいて、バーナ１２毎に形成される炉壁１１ａの火炎影響部周辺は、近傍に配設された空気投入部２０から投入される低流速の空気が周辺より空気濃度の高い領域を形成することにより、炉壁１１ａと火炎との間を遮断する空気層として機能する。このため、火炎影響部となっていた領域の炉壁１１ａは、火炎から受ける熱影響等が低減されるとともに、部分的な酸化雰囲気になることで腐食やスラッギングの低減または防止が可能となる。
　また、上述した空気投入部２０は、火炎影響部近傍から周辺に投入すればよいので、補機動力が小さくてすむ低流速の空気を使用できる。すなわち、距離の離れた位置を目指して空気を投入する場合のように、大きな動力で運転される圧縮機等を用いて高圧で高流速の空気を投入する必要がなく、特に、バーナ１２から低圧の２次空気を導入して使用すれば、補記動力の低減に加えて、大幅な構造変更や構成部品の増加を抑えることが可能になって構造を簡素化できる。
　また、上述した空気投入部２０は、たとえば図１Ｂに示すように、バーナ部Ｂａと追加空気投入部Ａａとの間にあるデスラッガノズル挿入部３０を利用し、デスラッガノズル３１の周囲に設けられている。このデスラッガノズル挿入部３０は、炉壁１１ａに付着したスラグを除去するための装置であり、たとえば図２Ａに示すように、火炉１１内に挿入したデスラッガノズル３１から噴射する蒸気により炉壁１１ａを清掃するものである。
　すなわち、デスラッガノズル挿入部３０は、火炉１１内でも還元雰囲気のため熱負荷が高く、スラグの付着が懸念される位置に設置されるため、上述した空気投入による空気濃度の高い領域を形成することが有効である。
　ここで、デスラッガノズル挿入部３０の周囲に設けられる空気投入部２０の構成例について、図２Ａ，図２Ｂを参照して説明する。
　図２Ａにおいて、デスラッガノズル挿入部３０には、デスラッガノズル３１が炉壁１１ａを貫通するノズル孔３２に挿入して取り付けられている。このデスラッガノズル３１には、蒸気ダクト３３を介してスラグ除去時に噴射する蒸気が供給される。なお、図中の符号３４は、後述する空気投入ノズル（空気投入部）２０のノズル本体２１とデスラッガノズル３１との間に設けられたシール部材である。
　一方、空気投入ノズル２０は、デスラッガノズル３１とノズル孔３２との間に形成されるリング状の空間を空気流路２２とし、円筒先端に円盤状の鍔部２１ａを備えたノズル本体２１が火炉１１内に取り付けられている。このノズル本体２１は、たとえばデスラッガノズル３１の外周にシール部材３４を介して固定され、火炉１１内の鍔部２１ａと炉壁１１ａとが所定の間隔で略平行に対向している。従って、ノズル本体２１から火炉１１内へ投入される空気は、鍔部２１ａに衝突することにより、炉壁１１ａに沿って周方向の全周へ向けて流出する。
　また、空気投入ノズル２０は、火炉１１の外壁側に設けられた風箱２３を備えている。風箱２３は、空気流路２２を介して火炉１１内のノズル本体２１と連通し、空気供給源２４から供給された空気を供給する。この場合の空気供給源２４は、たとえばバーナ１２から導入される低圧の２次空気を使用することが好ましいのであるが、必要に応じて１次空気や加圧した空気を使用してもよい。
　このような空気投入ノズル２０は、スラッギングを生じやすい領域にある火炉１１の炉壁１１ａに空気濃度の高い領域を形成するとともに、熱的に厳しい状況にあるデスラッガノズル挿入部３０の周辺を冷却することができる。従って、スラッギングを生じやすい炉壁１１ａの周辺には、周辺より空気濃度の高い空気層が形成されるので、部分的な酸化雰囲気により壁面の腐食が防止または低減されて火炉壁を長寿命化することができる。
　また、空気投入部２０のノズル本体２１に供給される空気がデスラッガノズル３１の外周を通過するので、この空気の流れによって熱的に厳しいシール部材３４等を冷却することができる。
　さらに、空気投入ノズル２０が設けられた炉壁１１ａの近傍では、空気濃度が上昇することにより酸素濃度も上昇して酸化雰囲気となる。このような酸化雰囲気ではスラグの溶融温度が高くなるので、スラッギングの緩和が可能となる。
　このようなボイラ構造によれば、バーナ１２毎に形成される火炎が接近または接触して火炎影響部となる炉壁１１ａの近傍に、周辺より空気濃度の高い領域を形成する空気投入部２０を設けたので、火炎影響部の周辺が酸素濃度の増加により部分的に還元雰囲気から酸化雰囲気となり、この結果、腐食やスラッギングを抑制または防止して壁面寿命を延ばすことができる。このようなボイラ構造は、石炭焚きボイラにおいては、特にスラッギング抑制に有効であり、また、硫黄分を含有する各種燃料に対応したボイラにおいては、特に耐腐食性の向上に有効となる。
　ところで、空気投入部２０の水平断面位置については、火炉１１の形状、バーナ１２の位置や数、旋回流の火炎形成等の諸条件により最適位置が異なる。すなわち、バーナ１２の配置や形成される旋回流火炎等により、バーナ１２毎に形成される火炎が炉壁１１ａに接近または接触する火炎影響部の領域は異なるので、たとえば図１Ａ，図１Ｂに示す８コーナー炉や図３Ａ，図３Ｂ及び図４Ａ，図４Ｂに示す４コーナー炉のように、バーナ１２と空気投入部２０との位置関係はボイラ構造毎に異なった配置となる。
　図１Ａ，図１Ｂに示す構成例では、火炉１１が長方形とされ、対向する長辺の２面に各々４箇所のバーナ１２が配置されて左右二つの旋回流を形成している。この場合のバーナ１２は、各旋回流の略中心位置に向けて、すなわち、長方形を２分割して得られる正方形の略中心位置を向くように傾斜しているので、略楕円形状に近い旋回流が二つ形成されている。
　従って、この場合の火炎が接近または接触する火炎影響部は、２箇所の角部と長辺中央部付近となり、これらの領域をカバーするようにして空気投入部２０が４箇所に設けられている。
　また、図３Ａ，図３Ｂに示す構成例（第１変形例）では、火炉１１が正方形とされ、各辺の中心位置からオフセットした４箇所のバーナ１２が配置されてひとつの旋回流を形成している。この場合のバーナ１２は、対向する壁面に向けられているので、各バーナ１２のオフセットにより旋回流が形成される。このようなバーナ１２の配置において、各火炎は、旋回流上流側に形成された火炎の影響により、下流側の壁面中央付近に向けて流れている。
　従って、この場合の火炎影響部は各辺の中央部付近となるため、これらの領域をカバーするようにして、各辺中央部に空気投入部２０が４箇所に設けられている。
　また、図４Ａ，図４Ｂに示す構成例（第２変形例）では、火炉１１が正方形とされ、４箇所の角部にバーナ１２が配置されてひとつの旋回流を形成している。この場合の火炎影響部も各辺の中央部付近となるため、これらの領域をカバーするようにして、各辺中央部に空気投入部２０が４箇所に設けられている。
　このように、空気投入部２０の設置位置については、バーナ１２の配置等に応じて適宜最適位置を選択すればよい。
　なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

Claims (4)

  1. 　矩形断面を形成する炉壁の複数箇所に設けたバーナから火炉内へ向けて投入される燃料及び燃焼用空気が旋回流を形成して燃焼するように構成された旋回燃焼型のボイラ構造において、
    　前記バーナ毎に形成される火炎が接近または接触する火炉壁面の火炎影響部近傍に、周辺より空気濃度の高い領域を形成する空気投入部を設けたことを特徴とするボイラ構造。
  2. 　前記空気濃度の高い領域が、上下方向に火炉内部の還元燃焼ゾーンをカバーして形成されることを特徴とする請求項１に記載のボイラ構造。
  3. 　前記空気投入部が、近接するバーナから低圧のバーナ２次空気をバイパスさせて導入することを特徴とする請求項１または２に記載のボイラ構造。
  4. 　前記空気投入部が、デスラッガノズルの周囲に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のボイラ構造。
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