JP3848809B2

JP3848809B2 - Combustion device with additional air nozzle

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Publication number: JP3848809B2
Application number: JP37513199A
Authority: JP
Inventors: 武志鈴木; 利光一ノ瀬; 正志菱田; 正治大栗
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: JP2001193904A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼炉内に燃焼用空気ノズルから噴出される燃焼用空気中に燃料ノズルから燃料を噴出して、理論空気量以下の還元雰囲気で燃焼させ、その燃焼ガス中に付加空気ノズルから付加空気を噴出させて残存可燃物を燃焼せしめるようにした、付加空気ノズルを備えた燃焼装置、特にボイラの燃焼炉における付加空気ノズルから付加空気を噴出させる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電用等のボイラにおいては、近年、燃焼炉内において燃焼用空気ノズルから噴出される燃焼用空気中に燃料ノズルから燃料を噴出して、理論空気量以下の還元雰囲気で燃焼させ、残存燃料と中間生成物とを付加空気ノズルから付加空気即ちアデイッショナルエアを噴出させて完全燃焼させるようにした燃焼システムが採用されている。
【０００３】
図１３はかかる付加空気ノズルを有する燃焼システムを用いたボイラ装置の系統図であり、同図において、１はボイラ本体、２は火炉、４はバーナ風箱、３及び４ａは、該バーナ風箱４内に縦方向に複数列かつ周方向にも複数列設けられた燃料供給ノズル及び空気ノズル、５は前記燃料供給ノズル３の上方つまり下流側に周方向に複数個設けられたアデイッショナルエアポート、５ａは該アデイッショナルエアポート内に設けられた付加空気ノズル即ちアデイッショナルエアノズルである。
【０００４】
１３は燃料供給装置、１８は該燃料供給装置１３と前記燃料供給ノズル３とを接続する燃料供給ラインである。６は前記ボイラ本体１の上部に設置された蒸気管群、７は脱硝装置、９は吸引送風機、１２は押込送風機、８は空気加熱器、１０は脱硫装置、１１は集塵装置である。
また、１５は燃焼用空気ラインで、前記空気ノズル４ａに接続される主バーナ燃焼用空気ライン１６と、前記アデイッショナルエアノズル５ａに接続されるアデイッショナルエアライン１７とに分岐されている。
【０００５】
かかるボイラ装置の燃焼システムにおいて、押込送風機１２から燃焼用空気ライン１５を通して送られた燃焼用空気２１は、空気加熱器８において、ボイラ本体１から蒸気管群６及び脱硝装置７を経た炉内ガス２０と熱交換を行い昇温せしめられる。
【０００６】
かかる昇温がなされた燃焼用空気２１は主バーナ燃焼用空気２２とアデイッショナルエア２３とに分流され、前者は主バーナ燃焼用空気ライン１６を通ってバーナ風箱４の空気ノズル４ａへ、後者はアデイッショナルエアライン１７を通ってアデイッショナルエアポート５のアデイッショナルエアノズル５ａへ夫々送られる。前記主バーナ燃焼用空気２２は、通常、３００℃前後に設定される。
【０００７】
前記燃焼用空気２１は空気ノズル４ａから火炉２内に吹き込まれ、前記燃料供給装置１３から燃料供給ライン１８を経て燃料供給ノズル３から火炉２内に噴射される主バーナ用燃料２４の燃焼に供される。
前記のようにして火炉２内に噴射された主バーナ用燃料２４及び空気ノズル４ａから火炉２内に吹き込まれた燃焼用空気２１は、図示しない着火源によって着火せしめられ、主バーナ火炎１９を形成する。
そして、該主バーナ火炎１９は空気ノズル４ａから火炉２内に供給された燃焼用空気２２によって燃焼を継続し、後述するようなアデイッショナルエア２３による燃焼がなされる。
【０００８】
前記火炉２内における燃焼時において、前記該主バーナ火炎１９の燃焼継続に使用される主バーナ燃焼用空気２２の量は、通常、燃料供給ノズル３から投入される主バーナ用燃料２４の理論燃焼空気量以下に設定される。その結果、前記アデイッショナルエアポート５よりも上流側の火炉２内には還元雰囲気の燃焼ゾーン１２１が形成される。
【０００９】
前記還元燃焼ゾーン１２１では、主バーナ用燃料２４の燃焼によって発生した窒素酸化物（以下ＮＯｘという）が還元されて消滅し、代わってシアン、アンモニア等の中間生成物が発生する。また、理論燃焼空気量以下での燃焼であるため、投入された燃料の完全燃焼は不可能であり、炉内ガス２０中には可燃物が残存する。尚、前記還元燃焼ゾーンにおける空気比は低い程、前記ＮＯｘの還元効果は大きいが、前記のように、炉内ガス２０中の残存可燃物の量が増大する。
【００１０】
しかして、前記燃焼により炉内ガス２０あるいは主バーナ火炎１９は、燃焼を継続しながら上昇し、アデイッショナルエアポート５の位置でアデイッショナルエアノズル５ａからアデイッショナルエア２３が投入され、前記残存可燃物及び中間生成物の酸化が行なわれ、火炉２の出口までに燃焼を完了する。
炉内ガス２０は火炉２から蒸気管群６に送られ、ここで該蒸気管群６の管内を流れる水と熱交換して蒸気を発生させた後、脱硝装置７、空気加熱器８、吸引送風機９、脱硫装置１０、及び集塵装置１１を経て、煙突から大気中に放出される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図１３に示されるような燃焼システムを用いたボイラ装置における、火炉２内の高さと燃焼ガス温度の関係の実測結果の一例を図１１に示す。同図に明らかなように、ＡＡで示されるアデイッショナルエアポート５の位置では、アデイッショナルエア２３の投入により最高温度よりも３００〜４００℃低くなる。
【００１２】
また、図１２にはアデイッショナルエア温度（ＡＡ温度）とバイジン（煤塵）低減率の関係の実測結果の一例を示す。同図に明らかなように、ＡＡ温度を上昇させればアデイッショナルエア２３の噴出速度が大きくなるとともに雰囲気温度が高まることの相乗効果により煤塵発生量が大幅に低減される。
【００１３】
しかしながら、図１３に示される従来技術にあっては、アデイッショナルエアポート５火炉２の出口までの酸化燃焼ゾーン１２２では、図１１に示されるように、アデイッショナルエア２３の投入により炉内ガス２０の温度が低い状態にあることから、残存可燃物及び中間生成物の燃焼が完全に行なわれ難く、かかる燃焼を完全に終結せしめるには、アデイッショナルエアポート５から火炉２の出口までの酸化燃焼ゾーン１２２における炉内ガス２０の滞留時間を長く採ることを要し、このため、火炉２の高さが高くなり、ボイラーが大型化する。
【００１４】
また、かかる従来技術にあっては、前記のように、酸化燃焼ゾーン１２２における炉内ガス２０の温度が低く、燃焼を完全に終結できないことから、燃焼の完全終結をなすには、前記還元燃焼ゾーン１２１での空気量を増加することにより該還元燃焼ゾーン１２１での燃焼状態を酸化雰囲気側に移さざるを得ず、このため、ＮＯｘの発生量を低減することが困難となる。
【００１５】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、付加空気ノズル（アデイッショナルエアノズル）を備えた燃焼装置において、燃焼炉（火炉）の高さを増大することなく、燃焼炉内で燃焼の完全終結をなさしめ、かつＮＯｘの発生量を抑制し得る燃焼装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、燃焼炉内に空気ノズルから噴出される燃焼用空気中に燃料ノズルから燃料を噴出して、理論空気量以下の還元雰囲気で燃焼させ、その燃焼ガス中に付加空気ノズルから付加空気を噴出させて残存可燃物を燃焼せしめるようにした燃焼装置において、内部に複数の付加空気噴出路が形成され、付加空気を前記燃焼炉内の燃焼ガスからの輻射熱により昇温させる輻射変換体と、前記付加空気が導入されるとともに、前記輻射変換体に併設されて出口側が前記付加空気噴出路に連通された輻射変換室と、該輻射変換室内の付加空気を加熱する空気加熱装置とを備えたことを特徴とする付加空気ノズルを備えた燃焼装置を提案する。
【００１７】
請求項２ないし３記載の発明は、請求項１記載の発明の具体的手段に係り、請求項２記載の発明は、請求項１において、前記輻射変換室を前記輻射変換体の内部に形成し、該輻射変換体は前記輻射変換室の付加空気入口側及び出口側の双方に前記付加空気噴出路が設けられてなることを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１において、前記輻射変換体は前記付加空気ノズル内に複数個設けられ、各輻射変換体の間に前記輻射変換室が設けられてなることを特徴とする。
【００１９】
かかる発明における輻射変換体は、多孔質セラミックスフォーム、金属またはセラミックス製多孔筒、金属またはセラミックス製細管群、等の熱容量の大きい材料で構成するのがよい。
【００２０】
かかる発明によれば、燃焼炉（火炉）の上流側つまり還元燃焼ゾーンにおいては、空気ノズルから噴出される燃焼用空気中に燃料ノズルから燃料を噴出して、理論空気量以下の還元雰囲気で燃焼を行い、これによりＮＯｘの発生量が抑制される。
そして、この燃焼ガスは燃焼を継続しながら上昇し、付加空気ポートの位置で付加空気ノズル（アデイッショナルエアノズル）から付加空気（アデイッショナルエア）が投入され、前記還元燃焼ゾーンでの燃焼による残存可燃物及び中間生成物の酸化が行なわれ、燃焼炉の出口までに燃焼を完了する。
【００２１】
かかる燃焼時において、前記付加空気ノズルに設けられた輻射変換体は、燃焼炉内の燃焼ガスからの輻射熱により加熱されて昇温せしめられる。そして、前記付加空気ノズルに導入された付加空気（アデイッショナルエア）は、輻射変換室内において、空気加熱装置によって加熱されて昇温せしめられた後、さらに前記のようにして高温に蓄熱された輻射変換体の付加空気噴出路を通過する際に該輻射変換体の蓄熱により加熱されてさらに昇温し、高温の付加空気となって該付加空気ノズルから炉内に吹き出され、燃焼ガス中の残存可燃物及び中間生成物の酸化、燃焼に供される。
【００２２】
従って、かかる発明によれば、付加空気を、輻射変換室内における空気加熱装置による加熱、及び輻射変換体での燃焼ガスからの輻射熱による加熱、の２段階の加熱により昇温せしめるので、燃焼炉内には高温の付加空気が投入されることとなり、還元燃焼ゾーンから送られてきた燃焼ガス中の残存可燃物及び中間生成物を短時間で完全に燃焼せしめることができる。
【００２３】
これにより、燃焼ガスの燃焼の完全終結に要する付加空気ノズルから燃焼炉出口までの燃焼ガスの滞留時間を短縮することができ、燃焼炉（火炉）の高さを増大することなく、付加空気ノズルから燃焼炉出口までの酸化燃焼ゾーンの完全燃焼を実現できる。
また、前記のように、付加空気ノズルから燃焼炉出口までの酸化燃焼ゾーンにおける燃焼効率が上昇することにより、上流側の還元燃焼ゾーンにおける空気比を低く設定できることとなり、これによりＮＯｘの発生量を抑制できる。
【００２４】
請求項４記載の発明は、請求項１において、前記輻射変換体の温度を検出する温度センサと、該温度センサからの輻射変換体温度の検出値と設定温度とを比較して温度偏差を算出する比較手段と、該温度偏差に基づき前記空気加熱装置の燃料量を制御する燃料量制御手段とをそなえたことを特徴とする。
【００２５】
かかる発明によれば、輻射変換体の温度を検出し、この温度検出値に基づき燃料量制御手段によって空気加熱装置の燃料量を制御することにより、前記付加空気を酸化燃焼ゾーンにおける燃焼効率が最大レベルになるような所望の温度に常時保持することができる。
【００２６】
請求項５記載の発明は、燃焼炉内に空気ノズルから噴出される燃焼用空気中に燃料ノズルから燃料を噴出して、理論空気量以下の還元雰囲気で燃焼させ、その燃焼ガス中に付加空気ノズルから付加空気を噴出させて残存可燃物を燃焼せしめるようにした燃焼装置において、内部に複数の付加空気噴出路及び前記燃焼炉内の燃焼ガスを導入する燃焼ガス吸引路が形成され前記付加空気を前記燃焼炉内の燃焼ガスからの輻射熱により昇温させる輻射変換体と、内部の中央部位に前記付加空気が通流する付加空気通路が設けられるとともに、該付加空気通路の外周部位には前記燃焼ガス吸引路を経た燃焼ガスを該付加空気通路に噴出するガス吸引孔を有し、該付加空気通路を通流する付加空気によるエジェクタ作用により前記ガス吸引孔から燃焼ガスを吸引して混合空間にて付加空気と混合させる燃焼ガス吸引ノズルとを備えたことを特徴とする付加空気ノズルを備えた燃焼装置にある。
【００２７】
かかる発明によれば、輻射変換体の上流側に設けられた燃焼ガス吸引ノズルに、燃焼炉内の燃焼ガスを導き、該燃焼ガス吸引ノズルの中央部位に設けられた付加空気通路を流れる付加空気によるエジェクタ作用で、外周側のガス吸引孔から該燃焼ガスを吸引して該付加空気と混合してこれを昇温せしめるので、前記発明のような格別な加熱装置を必要とせず、簡単な構造かつ低コストの装置で以って前記燃焼効率の上昇効果及びＮＯｘ発生量の抑制効果を得ることができる。
【００２８】
請求項６記載の発明は、請求項５において、前記燃焼ガス吸引ノズルは前記付加空気ノズルの内部に往復動可能に設けられ、前記燃焼ガス吸引ノズルを往復駆動して該燃焼ガス吸引ノズルの外周と付加空気ノズルとの間に形成される空気通路を開閉し前記付加空気通路を通流する付加空気のエジェクタ作用を調整する吸引ノズル操作装置を備えたことを特徴とする。
【００２９】
かかる発明によれば、吸引ノズル操作装置によって、燃焼ガス吸引ノズルの外周と付加空気ノズルとの間の空気通路の開度を調節することにより、付加空気による燃焼ガス吸引のエジェクタ作用を調整することができ、これにより、燃焼ガスの吸引量を調整し付加空気の温度を適温に制御できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３１】
図１は本発明の実施形態における、第１実施例に係るアデイッショナルエアノズルの縦断面図、図２は第２実施例に係るアデイッショナルエアノズルの縦断面図、図３は前記第１、２実施例におけるアデイッショナルエア加熱用燃料の制御ブロック図である。図４は第３実施例に係るアデイッショナルエアノズルの縦断面図で、（Ａ）は燃焼排ガス吸引ノズル閉時、（Ｂ）は開時を示す。図５は本発明の実施形態におけるアデイッショナルエアノズルを備えたボイラ装置の系統図である。図６は前記アデイッショナルエアノズル用輻射変換体の第１例を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＥ−Ｅ矢視図である。図７は前記輻射変換体の第２例を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＦ−Ｆ矢視図である。図８は前記輻射変換体の第３例を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。図９は前記輻射変換体の第４例を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＤ−Ｄ矢視図である。図１０はアデイッショナルエアノズルの温度分布を示す線図、図１１はボイラ火炉における燃焼ガス温度分布線図、図１２はアデイッショナルエア温度と煤塵低減率の関係線図である。図１３は従来技術を示す図５対応図である。
【００３２】
本発明に係るアデイッショナルエアノズルを備えたボイラ装置の系統図を示す図５において、１はボイラ本体、２は火炉、４はバーナ風箱、３及び４ａは、該バーナ風箱４内に縦方向に複数列かつ周方向にも複数列設けられた燃料供給ノズル及び空気ノズルである。５は前記燃料供給ノズル３の上方つまり下流側に周方向に複数個設けられたアデイッショナルエアポート、５ａは該アデイッショナルエアポート内に設けられた付加空気ノズル即ちアデイッショナルエアノズルであり、詳細は後述する。１０５は高温化されたアデイッショナルエアである。
【００３３】
１３は燃料供給装置、１８は該燃料供給装置１３と前記燃料供給ノズル３とを接続する燃料供給ラインである。６は前記ボイラ本体１の上部に設置された蒸気管群、７は脱硝装置、９は吸引送風機、１２は押込送風機、８は空気加熱器、１０は脱硫装置、１１は集塵装置である。
また、１５は燃焼用空気ラインで、前記空気ノズル４ａに接続される主バーナ燃焼用空気ライン１６と、前記アデイッショナルエアノズル５ａに接続されるアデイッショナルエアライン１７とに分岐されている。
以上の基本構成は従来技術と同様である。本発明は前記アデイッショナルエアノズル５ａ（付加空気ノズル）の改良に係るものである。
【００３４】
即ち、前記アデイッショナルエアノズルの第１実施例を示す図１において、アデイッショナルエアポート５に設けられたアデイッショナルエアノズル５ａの内部には輻射変換体１０１が固定されている。該輻射変換体１０１は、多孔質セラミックスフォーム、金属またはセラミックス製多孔筒、金属またはセラミックス製細管群、等の熱容量の大きい材料で構成する。１０２は該輻射変換体１０１の内部をくり貫いて形成された輻射変換室であり、前記輻射変換体１０１は該輻射変換室１０２により火炉２側と入口側とに区画され、該火炉２側と入口側の内部には複数の高温化エア通路１０７が夫々穿孔されている。そして、該輻射変換体１０１は、前記火炉２からの輻射効果の大きい火炉２側の厚さを入口側よりも厚く形成されている。
【００３５】
１０３は前記アデイッショナルエアポート５に取り付けられたエア加熱バーナで、前記燃料供給ライン１８から分岐されたエア加熱燃料ライン１０６に接続され、アデイッショナルエア加熱用の燃料を前記輻射変換室１０２内に噴射する。０５ｂはアデイッショナルエアポート５の入口室で、前記アデイッショナルエアライン１７からアデイッショナルエア２３が導入される。
尚、前記エア加熱バーナ１０３用燃料１０４は、前記主バーナ用燃料２４がガス体または液体の場合には前記主バーナ用燃料２４と同一あるいは供給し易い方の燃料とし、前記主バーナ用燃料２４が固体の場合はガス体または液体のうち供給し易い方のものを用いる。
【００３６】
図６〜図９は前記輻射変換体１０１の実施例を示す。
図６のものは、多孔質セラミックスフォームをアデイッショナルエアノズル５ａの断面全体に装着している。この場合は、アデイッショナルエア２３を加熱するための熱効率は高いが、通風損失が大きいため、高温化アデイッショナルエア１０５の吹込み速度が小さくてもよい火炉２内壁面近傍の燃焼に使用する。
【００３７】
図７のものは、多孔質セラミックスフォームに高温化エア通路１０７として複数の円形孔あるいは角孔からなる小孔を穿孔している。この場合は、アデイッショナルエア２３を加熱するための熱効率は若干低いが、小孔を設けたことによって通風損失が小さくなるので、高温化アデイッショナルエア１０５の吹込み速度が大きいものに使用する。
【００３８】
図８のものは、金属またはセラミックス製多孔筒をアデイッショナルエアノズル５ａの断面全体に装着している。該多孔筒の、高温化エア通路１０７としての小孔は円形孔、角孔、偏平角孔、楕円孔等の何れでもよく、内壁面の伝熱面積が大きいものを用いるのがよい。この場合は、前記２つの実施例に比べると伝熱面積が小さいものの、通風損失が小さいので、高温化アデイッショナルエア１０５の吹込み速度が大きいものに使用する。
【００３９】
図９のものは、多数の金属またはセラミックス製細管をアデイッショナルエアノズル５ａの断面全体に装着している。この場合は、図８の実施例と同様に伝熱面積が小さいものの、通風損失が小さいので、高温化アデイッショナルエア１０５の吹込み速度が大きいものに使用する。
【００４０】
かかる構成からなるアデイッショナルエアノズルを用いたボイラ装置の運転時において、押込送風機１２から燃焼用空気ライン１５を通して送られた燃焼用空気２１は、空気加熱器８において、ボイラ本体１から蒸気管群６及び脱硝装置７を経た炉内ガス２０と熱交換を行い昇温せしめられる。
【００４１】
かかる昇温がなされた燃焼用空気２１は主バーナ燃焼用空気２２とアデイッショナルエア２３とに分流され、前者は主バーナ燃焼用空気ライン１６を通ってバーナ風箱４の空気ノズル４ａへ、後者はアデイッショナルエアライン１７を通ってアデイッショナルエアポート５のアデイッショナルエアノズル５ａへ夫々送られる。前記主バーナ燃焼用空気２２は、通常、３００℃前後に設定される。
【００４２】
前記燃焼用空気２１は空気ノズル４ａから火炉２内に吹き込まれ、前記燃料供給装置１３から燃料供給ライン１８を経て燃料供給ノズル３から火炉２内に噴射される主バーナ用燃料２４の燃焼に供される。
前記のようにして火炉２内に噴射された主バーナ用燃料２４及び空気ノズル４ａから火炉２内に吹き込まれた燃焼用空気２１は、図示しない着火源によって着火せしめられ、主バーナ火炎１９を形成する。そして、該主バーナ火炎１９は空気ノズル４ａから火炉２内に供給された主バーナ燃焼用空気２２によって燃焼を継続し、後述するようなアデイッショナルエア２３による燃焼がなされる。
【００４３】
前記火炉２内における燃焼時において、前記該主バーナ火炎１９の燃焼継続に使用される主バーナ燃焼用空気２２の量は、通常、燃料供給ノズル３から投入される主バーナ用燃料２４の理論燃焼空気量以下に設定される。その結果、前記アデイッショナルエアポート５よりも上流側の火炉２内には還元雰囲気の燃焼ゾーン１２１が形成される。
【００４４】
前記還元燃焼ゾーン１２１では、主バーナ用燃料２４の燃焼によって発生した窒素酸化物（以下ＮＯｘという）が還元されて消滅し、代わってシアン、アンモニア等の中間生成物が発生する。また、理論燃焼空気量以下での燃焼であるため、投入された燃料の完全燃焼は不可能であり、炉内ガス２０中には可燃物が残存する。尚、前記還元燃焼ゾーンにおける空気比は低い程、前記ＮＯｘの還元効果は大きいが、前記のように、炉内ガス２０中の残存可燃物の量が増大する。
【００４５】
前記燃焼により炉内ガス２０あるいは主バーナ火炎１９は、燃焼を継続しながら上昇し、アデイッショナルエアポート５の位置でアデイッショナルエアノズル５ａからアデイッショナルエア２３が投入され、前記残存可燃物及び中間生成物の酸化が行なわれ、火炉２の出口までに燃焼を完了する。
炉内ガス２０は火炉２から蒸気管群６に送られ、ここで該蒸気管群６の管内を流れる水と熱交換して蒸気を発生させた後、脱硝装置７、空気加熱器８、吸引送風機９、脱硫装置１０、及び集塵装置１１を経て、煙突から大気中に放出される。
以上に記載した燃焼作用は図１３に示された従来技術と同様である。
【００４６】
前記のように、火炉２の上流側つまり還元燃焼ゾーン１２１においては、空気ノズル４ａから噴出される主バーナ燃焼用空気２２中に燃料供給ノズル３から燃料を噴出して、理論空気量以下の還元雰囲気で燃焼を行い、これによりＮＯｘの発生量が抑制される。
そして、この燃焼ガスは燃焼を継続しながら上昇し、アデイッショナルエアポート５の位置でアデイッショナルエアノズル５ａから、後述するように高温化されたアデイッショナルエア１０５が投入され、前記還元燃焼ゾーン１２１での燃焼による残存可燃物及び中間生成物の酸化が行なわれ、火炉２の出口までに燃焼を完了する。
【００４７】
かかる燃焼時において、前記アデイッショナルエアノズル５ａに設けられた輻射変換体１０１は、火炉２内の燃焼ガスからの輻射熱により加熱されて昇温せしめられる。
一方、前記アデイッショナルエアノズル５ａの入口室０５ｂに導入されたアデイッショナルエア２３は、該入口室０５ｂ側の輻射変換体１０１内を通って輻射変換室１０２内に入る。
【００４８】
そして該アデイッショナルエア２３は、輻射変換室１０２内においてエア加熱バーナ１０３から噴射されるエア加熱用燃料１０４によって加熱され昇温せしめられた後、さらに前記のようにして高温に蓄熱された輻射変換体１０１の高温化エア通路１０７を通過する際に該輻射変換体１０１の蓄熱により加熱されてさらに昇温し、高温化アデイッショナルエア１０５となって該アデイッショナルエアノズル５ａから火炉２内の酸化燃焼ゾーン１２２に吹き出され、燃焼ガス中の残存可燃物及び中間生成物の酸化、燃焼に供される。
【００４９】
従って、かかる実施例によれば、アデイッショナルエア２３を、輻射変換室１０２内におけるエア加熱バーナ１０３による加熱、及び輻射変換体１０１での燃焼ガスからの輻射熱による加熱の２段階の加熱により昇温せしめるので、火炉２内には高温化されたアデイッショナルエア１０５が投入されることとなり、還元燃焼ゾーン１２１から送られてきた燃焼ガス中の残存可燃物及び中間生成物を短時間で完全に燃焼せしめることができ、燃焼効率が上昇する。
【００５０】
また、前記のように、アデイッショナルエアノズル５ａから火炉２出口までの酸化燃焼ゾーン１２２における燃焼効率が上昇することにより、上流側の還元燃焼ゾーン１２１における空気比を低く設定できることとなり、これによりＮＯｘの発生量を抑制できる。
【００５１】
また、前記輻射変換体１０１には温度センサ１０８が取り付けられ、該輻射変換体１０１の温度を常時検出している。
図３に示すように、該温度センサ１０８にて検出された輻射変換体１０１の温度は、燃料量制御装置１１５の温度比較器１１６に入力される。１１７は変換体温度設定器であり、前記高温化アデイッショナルエア１０５が適正温度になるような輻射変換体１０１の温度が設定されている。
【００５２】
前記温度比較器１１６においては、前記輻射変換体温度の検出値と変換体温度設定器１１７に設定された設定温度とを比較して温度偏差を算出し、燃料量算出器１１８に入力する。該燃料量算出器１１８においては、前記温度偏差に基づきＰＩＤ演算を行って前記エア加熱バーナ１０３の燃料噴射量を算出する。そして、この燃料噴射量を受けてバーナ燃料調整器１１９においてはエア加熱バーナ１０３の燃料噴射量を調整する。
【００５３】
従って、かかる手段によれば、輻射変換体１０１の温度を検出し、この温度検出値に基づき燃料量制御装置１１５によってエア加熱バーナ１０３の燃料噴射量を制御することにより、前記アデイッショナルエア１０５を酸化燃焼ゾーン１２２における燃焼効率が最大レベルになるような所望の温度に保持可能となる。
【００５４】
図２に示されるアデイッショナルエアノズル５ａの第２実施例においては、前記輻射変換体１０１を前記アデイッショナルエアノズル５ａに２個設け、各輻射変換体１０１の間に前記輻射変換室１０２を設けている。
かかる実施例の場合は、２つの輻射変換体１０１間の距離を変えることにより、輻射変換室１０２の容積を簡単に調整することができ、また輻射変換室１０２の形成が簡単にできる。
その他の構成は、図１に示す第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【００５５】
図１０は前記輻射変換体１０１の効果を確認するための実験結果を示す。同図のＡは図２と同様な２つの輻射変換体１０１間に設けた輻射変換室１０２内でガス燃料を燃焼させた場合、Ｂは輻射変換室無しでガス燃料を単に空気通路内で燃焼させた場合の空気流方向の温度分布を示す。同図に明らかなように、輻射変換室１０２及び輻射変換体１０１を設ける場合（Ａ）の方が、これらを設けない場合よりも大幅に高温となっている。
【００５６】
図４に示される第３実施例に係るアデイッショナルエアノズルにおいては、輻射変換体１０１の内部に、多数の高温化エア通路１０７とともに、前記火炉２内の炉内ガス２０を導入する燃焼排ガス吸引通路１０１ａを形成している。
１１０は燃焼排ガス吸引ノズルで、前記アデイッショナルエアノズル５ａの入口側に往復動可能に取り付けられている。該燃焼排ガス吸引ノズル１１０は、内部の中央部位に前記アデイッショナルエア２３が通流する空気通路１１０ｃが設けられるとともに、該空気通路１１０ｃの外周部位には前記輻射変換体１０１の燃焼排ガス吸引通路１０１ａを経た炉内ガス２０を該空気通路１１０ｃに噴出するための吸引孔１１０ａが設けられている。
【００５７】
１１１は吸引ノズル操作器で、前記アデイッショナルエアノズル５ａの入口側の内部に往復動可能に取り付けられた前記燃焼排ガス吸引ノズル１１０に連結され、該燃焼排ガス吸引ノズル１１０を往復駆動して該燃焼排ガス吸引ノズル１１０の外周とアデイッショナルエアノズル５ａとの間に形成されるエア通路１１０ｂを開閉する。
【００５８】
かかる第３実施例にによれば、輻射変換体１０１の上流側に設けられた燃焼排ガス吸引ノズル１１０に、火炉２内の炉内ガス２０を輻射変換体１０１の燃焼排ガス吸引通路１０１ａを通して導き、該燃焼排ガス吸引ノズル１１０の中央部位に設けられた空気通路１１０ｃを流れるアデイッショナルエア２３によるエジェクタ作用で、外周側の吸引孔１１０ａから炉内ガス２０を吸引してアデイッショナルエア２３と混合室１０９内で混合してこれを昇温せしめる。
【００５９】
また、前記吸引ノズル操作器１１１によって、燃焼排ガス吸引ノズル１１０の外周とアデイッショナルエアノズル５ａとの間のエア通路１１０ｂの開度を調節することにより、アデイッショナルエア２３による炉内ガス２０吸引のエジェクタ作用を調整することができ、これにより、炉内ガス２０の吸引量を調整し、高温化アデイッショナルエア１０５の温度を適温に制御できる。
【００６０】
【発明の効果】
以上記載の如く請求項１ないし３記載の発明によれば、付加空気を、輻射変換室内における空気加熱装置による加熱、及び輻射変換体での燃焼ガスからの輻射熱による加熱の、２段階の加熱により昇温せしめるので、燃焼炉内には高温の付加空気が投入されることとなり、還元燃焼ゾーンから送られてきた燃焼ガス中の残存可燃物及び中間生成物を短時間で完全に燃焼せしめることができる。
【００６１】
これにより、燃焼ガスの燃焼の完全終結に要する付加空気ノズルから燃焼炉出口までの燃焼ガスの滞留時間を短縮することができ、燃焼炉（火炉）の高さを増大することなく、付加空気ノズルから燃焼炉出口までの酸化燃焼ゾーンの完全燃焼を実現できる。
また、前記のように、付加空気ノズルから燃焼炉出口までの酸化燃焼ゾーンにおける燃焼効率が上昇することにより、上流側の還元燃焼ゾーンにおける空気比を低く設定できることとなり、これによりＮＯｘの発生量を抑制できる。
【００６２】
また、請求項４のように構成すれば、輻射変換体の温度を検出し、この温度検出値に基づき燃料量制御手段によって空気加熱装置の燃料量を制御することにより、前記付加空気を酸化燃焼ゾーンにおける燃焼効率が最大レベルになるような所望の温度に常時保持することができる。
【００６３】
また、請求項５のように構成すれば、輻射変換体の上流側に設けられた燃焼ガス吸引ノズルに、燃焼炉内の燃焼ガスを導き、該燃焼ガス吸引ノズルの中央部位に設けられた付加空気通路を流れる付加空気によるエジェクタ作用で、外周側のガス吸引孔から該燃焼ガスを吸引して該付加空気と混合してこれを昇温せしめるので、前記発明のような格別な加熱装置を必要とせず、簡単な構造かつ低コストの装置で以って前記燃焼効率の上昇効果及びＮＯｘ発生量の抑制効果を得ることができる。
【００６４】
さらに請求項６のように構成すれば、吸引ノズル操作装置によって、燃焼ガス吸引ノズルの外周と付加空気ノズルとの間の空気通路の開度を調節することにより、付加空気による燃焼ガス吸引のエジェクタ作用を調整することができ、これにより、燃焼ガスの吸引量を調整し付加空気の温度を適温に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における、第１実施例に係るアデイッショナルエアノズルの縦断面図である。
【図２】第２実施例に係るアデイッショナルエアノズルの縦断面図である。
【図３】前記第１、２実施例におけるアデイッショナルエア加熱用燃料の制御ブロック図である。
【図４】第３実施例に係るアデイッショナルエアノズルの縦断面図で、（Ａ）は燃焼排ガス吸引ノズル閉時、（Ｂ）は開時を示す。
【図５】本発明の実施形態におけるアデイッショナルエアノズルを備えたボイラ装置の系統図である。
【図６】前記アデイッショナルエアノズル用輻射変換体の第１例を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＥ−Ｅ矢視図である。
【図７】前記輻射変換体の第２例を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＦ−Ｆ矢視図である。
【図８】前記輻射変換体の第３例を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。
【図９】前記輻射変換体の第４例を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＤ−Ｄ矢視図である。
【図１０】アデイッショナルエアノズルの温度分布を示す線図である。
【図１１】ボイラ火炉における燃焼ガス温度分布線図である。
【図１２】アデイッショナルエア温度と煤塵低減率の関係線図である。
【図１３】従来技術を示す図５対応図である。
【符号の説明】
１ボイラ本体
２火炉
３燃料供給ノズル
４バーナ風箱
４ａ空気ノズル
５アデイッショナルエアポート
５ａアデイッショナルエアノズル
０５ｂ入口室
６蒸気管群
８空気加熱器
９吸引送風機
１２押込送風機
１３燃料供給装置
１４排ガスライン
１５燃焼用空気ライン
１６主バーナ燃料用空気ライン
１７アデイッショナルエアライン
１８燃料供給ライン
２３アデイッショナルエア
２４主バーナ用燃料
１０１輻射変換体
１０２輻射変換室
１０３エア加熱バーナ
１０５高温化アデイッショナルエア
１０６エア加熱燃料ライン
１０７高温化エア通路
１０８温度センサ
１１０燃焼排ガス吸引ノズル
１１０ａ吸引孔
１１０ｂエア通路
１１０ｃ空気通路
１１１吸引ノズル操作器
１１５燃料量制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is directed to injecting fuel from a fuel nozzle into combustion air ejected from a combustion air nozzle into a combustion furnace, burning it in a reducing atmosphere below the theoretical air amount, and from the additional air nozzle into the combustion gas. The present invention relates to a combustion apparatus equipped with an additional air nozzle, in particular, an apparatus for ejecting additional air from an additional air nozzle in a combustion furnace of a boiler.
[0002]
[Prior art]
In boilers for power generation and the like, in recent years, fuel is ejected from a fuel nozzle into combustion air ejected from a combustion air nozzle in a combustion furnace, burned in a reducing atmosphere below the theoretical air amount, and the remaining fuel and A combustion system is employed in which the intermediate product is completely burned by ejecting additional air, that is, additional air, from the additional air nozzle.
[0003]
FIG. 13 is a system diagram of a boiler apparatus using a combustion system having such an additional air nozzle, in which 1 is a boiler body, 2 is a furnace, 4 is a burner wind box, and 3 and 4a are burner wind boxes. 4 are fuel supply nozzles and air nozzles provided in a plurality of rows in the vertical direction and in a plurality of rows in the circumferential direction, and 5 is an additional air port provided in the circumferential direction above the fuel supply nozzle 3, that is, on the downstream side. Reference numeral 5a denotes an additional air nozzle, that is, an additional air nozzle provided in the additional air port.
[0004]
Reference numeral 13 denotes a fuel supply device, and 18 denotes a fuel supply line that connects the fuel supply device 13 and the fuel supply nozzle 3. 6 is a steam pipe group installed at the upper part of the boiler body 1, 7 is a denitration device, 9 is a suction blower, 12 is a forced blower, 8 is an air heater, 10 is a desulfurization device, and 11 is a dust collector.
A combustion air line 15 is branched into a main burner combustion air line 16 connected to the air nozzle 4a and an additional air line 17 connected to the additional air nozzle 5a.
[0005]
In such a combustion system for a boiler device, combustion air 21 sent from the forced blower 12 through the combustion air line 15 is supplied to the furnace gas from the boiler body 1 through the steam pipe group 6 and the denitration device 7 in the air heater 8. The temperature is increased by exchanging heat with 20.
[0006]
The combustion air 21 thus heated is divided into the main burner combustion air 22 and the additional air 23, and the former passes through the main burner combustion air line 16 to the air nozzle 4a of the burner wind box 4. The latter is sent to the additional air nozzle 5a of the additional air port 5 through the additional air line 17, respectively. The main burner combustion air 22 is normally set to around 300 ° C.
[0007]
The combustion air 21 is blown into the furnace 2 from the air nozzle 4a, and is used for combustion of the main burner fuel 24 injected from the fuel supply device 13 through the fuel supply line 18 into the furnace 2 from the fuel supply nozzle 3. Is done.
The main burner fuel 24 injected into the furnace 2 as described above and the combustion air 21 blown into the furnace 2 from the air nozzle 4a are ignited by an ignition source (not shown), and the main burner flame 19 is Form.
The main burner flame 19 continues to be combusted by the combustion air 22 supplied into the furnace 2 from the air nozzle 4a, and is combusted by the additional air 23 as will be described later.
[0008]
During combustion in the furnace 2, the amount of main burner combustion air 22 used to continue the combustion of the main burner flame 19 is usually the theoretical combustion of the main burner fuel 24 introduced from the fuel supply nozzle 3. It is set below the air volume. As a result, a combustion zone 121 of a reducing atmosphere is formed in the furnace 2 upstream of the additional airport 5.
[0009]
In the reduction combustion zone 121, nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) generated by the combustion of the main burner fuel 24 are reduced and disappear, and instead, intermediate products such as cyan and ammonia are generated. Further, since the combustion is performed with less than the theoretical combustion air amount, complete combustion of the input fuel is impossible, and combustibles remain in the in-furnace gas 20. The lower the air ratio in the reduction combustion zone, the greater the NOx reduction effect, but the amount of residual combustibles in the in-furnace gas 20 increases as described above.
[0010]
As a result, the furnace gas 20 or the main burner flame 19 rises while continuing the combustion due to the combustion, and the additional air 23 is introduced from the additional air nozzle 5a at the position of the additional air port 5, and the remaining gas remains. Combustion and intermediate products are oxidized and combustion is completed by the exit of the furnace 2.
The furnace gas 20 is sent from the furnace 2 to the steam pipe group 6 where heat is exchanged with water flowing through the steam pipe group 6 to generate steam, and then a denitration device 7, an air heater 8, suction It is discharged into the atmosphere from the chimney through the blower 9, the desulfurization device 10, and the dust collector 11.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 11 shows an example of an actual measurement result of the relationship between the height in the furnace 2 and the combustion gas temperature in the boiler apparatus using the combustion system as shown in FIG. As can be seen from the figure, at the position of the additional air port 5 indicated by AA, the temperature becomes 300 to 400 ° C. lower than the maximum temperature by the addition of the additional air 23.
[0012]
FIG. 12 shows an example of an actual measurement result of the relationship between the additional air temperature (AA temperature) and the vidin (dust) reduction rate. As is apparent from the figure, if the AA temperature is increased, the ejection speed of the additional air 23 is increased and the synergistic effect of the increase in the ambient temperature is a significant reduction in the amount of dust generation.
[0013]
However, in the prior art shown in FIG. 13, in the oxidation combustion zone 122 up to the outlet of the additional air port 5 furnace 2, as shown in FIG. Since the temperature of 20 is low, the combustion of the remaining combustibles and intermediate products is difficult to complete, and the oxidation from the additional air port 5 to the exit of the furnace 2 is necessary to complete the combustion completely. It is necessary to take a long residence time of the in-furnace gas 20 in the combustion zone 122. For this reason, the height of the furnace 2 is increased, and the boiler is increased in size.
[0014]
Further, in this prior art, as described above, since the temperature of the in-furnace gas 20 in the oxidation combustion zone 122 is low and combustion cannot be completely terminated, the reduction combustion is used to complete the combustion. By increasing the amount of air in the zone 121, the combustion state in the reduction combustion zone 121 must be moved to the oxidizing atmosphere side, which makes it difficult to reduce the amount of NOx generated.
[0015]
In view of the problems of the prior art, the present invention achieves complete termination of combustion in a combustion apparatus without increasing the height of the combustion furnace (furnace) in a combustion apparatus equipped with an additional air nozzle (additional air nozzle). An object of the present invention is to provide a combustion apparatus that can tanse and suppress the amount of NOx generated.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, the present invention provides an invention according to claim 1, in which fuel is ejected from a fuel nozzle into combustion air ejected from an air nozzle into a combustion furnace in a reducing atmosphere having a theoretical air amount or less. In a combustion apparatus that combusts and injects additional air into the combustion gas from an additional air nozzle to burn the remaining combustible material, a plurality of additional air ejection passages are formed therein, and the additional air is passed through the combustion furnace. A radiation converter that raises the temperature by radiant heat from the combustion gas, a radiation conversion chamber in which the additional air is introduced and the outlet side of the radiation converter is connected to the additional air ejection path; and the radiation A combustion apparatus equipped with an additional air nozzle, characterized by comprising an air heating device for heating the additional air in the conversion chamber.
[0017]
The invention described in claims 2 to 3 relates to the specific means of the invention described in claim 1, and the invention described in claim 2 is the method according to claim 1, wherein the radiation conversion chamber is formed inside the radiation converter. The radiation conversion body is characterized in that the additional air ejection path is provided on both the additional air inlet side and the outlet side of the radiation conversion chamber.
[0018]
The invention according to claim 3 is characterized in that, in claim 1, a plurality of the radiation converters are provided in the additional air nozzle, and the radiation conversion chamber is provided between the radiation converters. .
[0019]
The radiation converter in this invention is preferably composed of a material having a large heat capacity such as a porous ceramic foam, a metal or ceramic porous tube, or a metal or ceramic thin tube group.
[0020]
According to this invention, on the upstream side of the combustion furnace (furnace), that is, in the reduction combustion zone, the fuel is ejected from the fuel nozzle into the combustion air ejected from the air nozzle and burned in a reducing atmosphere below the theoretical air amount. Thus, the amount of NOx generated is suppressed.
Then, the combustion gas rises while continuing combustion, and additional air (additional air) is introduced from the additional air nozzle (additional air nozzle) at the position of the additional air port, and is caused by combustion in the reduction combustion zone. The remaining combustibles and intermediate products are oxidized and the combustion is completed by the exit of the combustion furnace.
[0021]
At the time of such combustion, the radiation converter provided in the additional air nozzle is heated by the radiant heat from the combustion gas in the combustion furnace to raise the temperature. The additional air introduced into the additional air nozzle (additional air) is heated by the air heating device in the radiation conversion chamber and heated up, and then stored at a high temperature as described above. When passing through the additional air ejection path of the radiation converter, it is heated by the heat storage of the radiation converter, and the temperature is further increased. The additional air nozzle is blown into the furnace from the additional air nozzle, Used for oxidation and combustion of residual combustibles and intermediate products.
[0022]
Therefore, according to this invention, the temperature of the additional air is raised by two-stage heating, that is, heating by the air heating device in the radiation conversion chamber and heating by the radiant heat from the combustion gas in the radiation conversion body. High-temperature additional air is supplied to, and the remaining combustible substances and intermediate products in the combustion gas sent from the reduction combustion zone can be completely burned in a short time.
[0023]
As a result, the residence time of the combustion gas from the additional air nozzle required for complete termination of combustion of the combustion gas to the combustion furnace outlet can be shortened, and the additional air nozzle can be increased without increasing the height of the combustion furnace (furnace). To complete combustion in the oxidation combustion zone from the combustion furnace outlet.
Further, as described above, the combustion efficiency in the oxidation combustion zone from the additional air nozzle to the combustion furnace outlet increases, so that the air ratio in the upstream reduction combustion zone can be set low, thereby reducing the amount of NOx generated. Can be suppressed.
[0024]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, a temperature sensor that detects the temperature of the radiation conversion body, a detected value of the temperature of the radiation conversion body from the temperature sensor, and a set temperature are compared to calculate a temperature deviation. And a fuel amount control means for controlling the fuel amount of the air heating device based on the temperature deviation.
[0025]
According to this invention, the temperature of the radiation converter is detected, and the fuel amount of the air heating device is controlled by the fuel amount control means based on this temperature detection value, so that the combustion efficiency of the additional air in the oxidation combustion zone is maximized. It can always be kept at a desired temperature so as to reach a level.
[0026]
According to a fifth aspect of the present invention, fuel is ejected from a fuel nozzle into combustion air ejected from an air nozzle into a combustion furnace, burned in a reducing atmosphere below the theoretical air amount, and additional air is contained in the combustion gas. In the combustion apparatus in which the additional air is ejected from the nozzle to burn the remaining combustible material, a plurality of additional air ejection paths and a combustion gas suction path for introducing the combustion gas in the combustion furnace are formed inside the additional air. Is provided with a radiation converter that raises the temperature by radiant heat from the combustion gas in the combustion furnace, an additional air passage through which the additional air flows in an inner central portion, and an outer peripheral portion of the additional air passage at the outer peripheral portion. A gas suction hole through which the combustion gas that has passed through the combustion gas suction path is jetted into the additional air passage; Lying in a combustion apparatus provided with an additional air nozzles, characterized in that a combustion gas suction nozzle to be mixed with additional air by suction to the mixing space.
[0027]
According to this invention, the additional air that guides the combustion gas in the combustion furnace to the combustion gas suction nozzle provided on the upstream side of the radiation converter and flows through the additional air passage provided in the central portion of the combustion gas suction nozzle. As the combustion gas is sucked from the gas suction holes on the outer peripheral side and mixed with the additional air to raise the temperature by the ejector action, the special heating device as in the above invention is not required, and the structure is simple. In addition, the effect of increasing the combustion efficiency and the effect of suppressing the amount of NOx generated can be obtained with a low-cost apparatus.
[0028]
A sixth aspect of the present invention is that in the fifth aspect, the combustion gas suction nozzle is provided inside the additional air nozzle so as to be able to reciprocate, and the combustion gas suction nozzle is driven to reciprocate so that an outer periphery of the combustion gas suction nozzle is provided. And a suction nozzle operating device for adjusting the ejector action of the additional air flowing through the additional air passage.
[0029]
According to this invention, by adjusting the opening degree of the air passage between the outer periphery of the combustion gas suction nozzle and the additional air nozzle by the suction nozzle operating device, the ejector action of the combustion gas suction by the additional air is adjusted. Thus, the amount of combustion gas sucked can be adjusted and the temperature of the additional air can be controlled to an appropriate temperature.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this example are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
[0031]
1 is a longitudinal sectional view of an additional air nozzle according to a first example, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an additional air nozzle according to a second example, and FIG. It is a control block diagram of the fuel for additional air heating in 2 Example. 4A and 4B are longitudinal sectional views of an additional air nozzle according to the third embodiment. FIG. 4A shows the combustion exhaust gas suction nozzle when closed, and FIG. 4B shows the opened state. FIG. 5 is a system diagram of a boiler apparatus provided with an additional air nozzle according to an embodiment of the present invention. 6A and 6B show a first example of the radiation converter for the additional air nozzle. FIG. 6A is a longitudinal sectional view, and FIG. 6B is a view taken along the line E-E in FIG. 7A and 7B show a second example of the radiation converter, wherein FIG. 7A is a longitudinal sectional view, and FIG. 7B is a view taken along the line FF in FIG. 8A and 8B show a third example of the radiation converter, wherein FIG. 8A is a longitudinal sectional view, and FIG. 8B is a view taken along the line CC of FIG. FIG. 9 shows a fourth example of the radiation converter, (A) is a longitudinal sectional view, and (B) is a DD arrow view of (A). 10 is a diagram showing the temperature distribution of the additional air nozzle, FIG. 11 is a combustion gas temperature distribution diagram in the boiler furnace, and FIG. 12 is a relationship diagram between the additional air temperature and the dust reduction rate. FIG. 13 is a diagram corresponding to FIG.
[0032]
In FIG. 5 showing a system diagram of a boiler apparatus equipped with an additional air nozzle according to the present invention, 1 is a boiler body, 2 is a furnace, 4 is a burner wind box, 3 and 4a are vertically installed in the burner wind box 4. The fuel supply nozzle and the air nozzle are provided in a plurality of rows in the direction and in a plurality of rows in the circumferential direction. 5 is an additional air port provided in the circumferential direction above or downstream of the fuel supply nozzle 3, and 5a is an additional air nozzle or an additional air nozzle provided in the additional air port. Will be described later. Reference numeral 105 denotes high-temperature adiabatic air.
[0033]
Reference numeral 13 denotes a fuel supply device, and 18 denotes a fuel supply line that connects the fuel supply device 13 and the fuel supply nozzle 3. 6 is a steam pipe group installed at the upper part of the boiler body 1, 7 is a denitration device, 9 is a suction blower, 12 is a forced blower, 8 is an air heater, 10 is a desulfurization device, and 11 is a dust collector.
A combustion air line 15 is branched into a main burner combustion air line 16 connected to the air nozzle 4a and an additional air line 17 connected to the additional air nozzle 5a.
The above basic configuration is the same as that of the prior art. The present invention relates to an improvement of the additional air nozzle 5a (additional air nozzle).
[0034]
That is, in FIG. 1 showing the first embodiment of the additional air nozzle, a radiation converter 101 is fixed inside the additional air nozzle 5a provided in the additional air port 5. The radiation converter 101 is made of a material having a large heat capacity such as a porous ceramic foam, a metal or ceramic porous tube, or a metal or ceramic thin tube group. Reference numeral 102 denotes a radiation conversion chamber formed by cutting through the inside of the radiation converter 101. The radiation converter 101 is divided into a furnace 2 side and an inlet side by the radiation conversion chamber 102, and the furnace 2 side. A plurality of high-temperature air passages 107 are perforated inside the inlet side. The radiation converter 101 is formed such that the thickness of the furnace 2 side where the radiation effect from the furnace 2 is large is thicker than the inlet side.
[0035]
Reference numeral 103 denotes an air heating burner attached to the additional air port 5, which is connected to an air heating fuel line 106 branched from the fuel supply line 18, and sends fuel for heating the additional air into the radiation conversion chamber 102. To spray. Reference numeral 05b denotes an entrance chamber of the additional air port 5, and the additional air 23 is introduced from the additional air line 17.
The fuel 104 for the air heating burner 103 is the same or easier to supply than the main burner fuel 24 when the main burner fuel 24 is a gas body or liquid. In the case of a solid, a gas body or a liquid that can be easily supplied is used.
[0036]
6 to 9 show an embodiment of the radiation converter 101.
In FIG. 6, a porous ceramic foam is attached to the entire cross section of the additional air nozzle 5a. In this case, although the thermal efficiency for heating the adjective air 23 is high, the ventilation loss is large, so that the high temperature adjective air 105 may be blown at a low speed and used for combustion near the inner wall surface of the furnace 2. To do.
[0037]
In FIG. 7, small holes made of a plurality of circular holes or square holes are formed in the porous ceramic foam as the high-temperature air passage 107. In this case, although the thermal efficiency for heating the adiabatic air 23 is slightly low, the ventilation loss is reduced by providing a small hole, so that the high temperature adiabatic air 105 is used for a high blowing speed. To do.
[0038]
In FIG. 8, a metal or ceramic porous cylinder is attached to the entire cross section of the additional air nozzle 5a. The small hole as the high-temperature air passage 107 of the perforated cylinder may be any of a circular hole, a square hole, a flat rectangular hole, an elliptical hole, etc., and it is preferable to use one having a large heat transfer area on the inner wall surface. In this case, although the heat transfer area is small as compared with the above two embodiments, the ventilation loss is small, so that the high temperature adiabatic air 105 is used for a high blowing speed.
[0039]
In FIG. 9, a large number of metal or ceramic thin tubes are mounted on the entire cross section of the additional air nozzle 5a. In this case, as in the embodiment of FIG. 8, although the heat transfer area is small, the ventilation loss is small, so that the high temperature adiabatic air 105 is used for a high blowing speed.
[0040]
During the operation of the boiler apparatus using the adiabatic air nozzle having such a configuration, the combustion air 21 sent from the forced air blower 12 through the combustion air line 15 is sent from the boiler body 1 to the steam tube group in the air heater 8. 6 and the in-furnace gas 20 that has passed through the denitration device 7 are heated to increase the temperature.
[0041]
The combustion air 21 thus heated is divided into the main burner combustion air 22 and the additional air 23, and the former passes through the main burner combustion air line 16 to the air nozzle 4a of the burner wind box 4. The latter is sent to the additional air nozzle 5a of the additional air port 5 through the additional air line 17, respectively. The main burner combustion air 22 is normally set to around 300 ° C.
[0042]
The combustion air 21 is blown into the furnace 2 from the air nozzle 4a, and is used for combustion of the main burner fuel 24 injected from the fuel supply device 13 through the fuel supply line 18 into the furnace 2 from the fuel supply nozzle 3. Is done.
The main burner fuel 24 injected into the furnace 2 as described above and the combustion air 21 blown into the furnace 2 from the air nozzle 4a are ignited by an ignition source (not shown), and the main burner flame 19 is Form. The main burner flame 19 continues to be burned by the main burner combustion air 22 supplied into the furnace 2 from the air nozzle 4a, and is burned by the additional air 23 as described later.
[0043]
During combustion in the furnace 2, the amount of main burner combustion air 22 used to continue the combustion of the main burner flame 19 is usually the theoretical combustion of the main burner fuel 24 introduced from the fuel supply nozzle 3. It is set below the air volume. As a result, a combustion zone 121 of a reducing atmosphere is formed in the furnace 2 upstream of the additional airport 5.
[0044]
In the reduction combustion zone 121, nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) generated by the combustion of the main burner fuel 24 are reduced and disappear, and instead, intermediate products such as cyan and ammonia are generated. Further, since the combustion is performed with less than the theoretical combustion air amount, complete combustion of the input fuel is impossible, and combustibles remain in the in-furnace gas 20. The lower the air ratio in the reduction combustion zone, the greater the NOx reduction effect, but the amount of residual combustibles in the in-furnace gas 20 increases as described above.
[0045]
Due to the combustion, the furnace gas 20 or the main burner flame 19 rises while continuing the combustion, and the additional air 23 is introduced from the additional air nozzle 5a at the position of the additional air port 5, and the remaining combustibles and The intermediate product is oxidized and combustion is completed by the exit of the furnace 2.
The furnace gas 20 is sent from the furnace 2 to the steam pipe group 6 where heat is exchanged with water flowing through the steam pipe group 6 to generate steam, and then a denitration device 7, an air heater 8, suction It is discharged into the atmosphere from the chimney through the blower 9, the desulfurization device 10, and the dust collector 11.
The combustion action described above is the same as that of the prior art shown in FIG.
[0046]
As described above, on the upstream side of the furnace 2, that is, in the reduction combustion zone 121, the fuel is ejected from the fuel supply nozzle 3 into the main burner combustion air 22 ejected from the air nozzle 4a, and the reduction is less than the theoretical air amount. Combustion is performed in the atmosphere, thereby suppressing the amount of NOx generated.
Then, the combustion gas rises while continuing combustion, and at the position of the additional air port 5, the additional air 105 is introduced from the additional air nozzle 5a as described later, and the reduction combustion zone The remaining combustible materials and intermediate products are oxidized by the combustion at 121, and the combustion is completed by the exit of the furnace 2.
[0047]
At the time of such combustion, the radiation converter 101 provided in the additional air nozzle 5a is heated by the radiant heat from the combustion gas in the furnace 2 to raise the temperature.
On the other hand, the additional air 23 introduced into the inlet chamber 05b of the additional air nozzle 5a enters the radiation conversion chamber 102 through the radiation converter 101 on the inlet chamber 05b side.
[0048]
The additional air 23 is heated and heated by the air heating fuel 104 injected from the air heating burner 103 in the radiation conversion chamber 102, and then further stored in the radiation as described above. When passing through the high-temperature air passage 107 of the conversion body 101, the radiation conversion body 101 is heated by the accumulated heat and further heated to become high-temperature additional air 105 from the additional air nozzle 5a into the furnace 2 It is blown out to the oxidation combustion zone 122 of this, and is used for oxidation and combustion of the remaining combustible substances and intermediate products in the combustion gas.
[0049]
Therefore, according to this embodiment, the adjective air 23 is raised by two stages of heating, that is, heating by the air heating burner 103 in the radiation conversion chamber 102 and heating by radiation heat from the combustion gas in the radiation converter 101. Since the temperature is warmed, the heated air 2 is introduced into the furnace 2, and the remaining combustible substances and intermediate products in the combustion gas sent from the reduction combustion zone 121 are completely removed in a short time. Can be burned to increase the combustion efficiency.
[0050]
Further, as described above, the combustion efficiency in the oxidation combustion zone 122 from the additional air nozzle 5a to the furnace 2 outlet is increased, so that the air ratio in the upstream reduction combustion zone 121 can be set low, thereby reducing the NOx. Can be suppressed.
[0051]
In addition, a temperature sensor 108 is attached to the radiation conversion body 101 to constantly detect the temperature of the radiation conversion body 101.
As shown in FIG. 3, the temperature of the radiation converter 101 detected by the temperature sensor 108 is input to the temperature comparator 116 of the fuel amount control device 115. Reference numeral 117 denotes a converter temperature setting device, which sets the temperature of the radiation converter 101 so that the high temperature adiabatic air 105 becomes an appropriate temperature.
[0052]
The temperature comparator 116 compares the detected value of the radiation converter temperature with the set temperature set in the converter temperature setter 117 to calculate a temperature deviation and inputs it to the fuel amount calculator 118. The fuel amount calculator 118 calculates the fuel injection amount of the air heating burner 103 by performing PID calculation based on the temperature deviation. In response to this fuel injection amount, the burner fuel adjuster 119 adjusts the fuel injection amount of the air heating burner 103.
[0053]
Therefore, according to this means, the temperature of the radiation converter 101 is detected, and the fuel injection amount of the air heating burner 103 is controlled by the fuel amount control device 115 based on the detected temperature value, whereby the additional air 105 Can be maintained at a desired temperature such that the combustion efficiency in the oxidation combustion zone 122 reaches a maximum level.
[0054]
In the second embodiment of the additional air nozzle 5 a shown in FIG. 2, two radiation converters 101 are provided in the additional air nozzle 5 a, and the radiation conversion chamber 102 is provided between each radiation converter 101. ing.
In this embodiment, the volume of the radiation conversion chamber 102 can be easily adjusted by changing the distance between the two radiation converters 101, and the formation of the radiation conversion chamber 102 can be simplified.
Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 1, and the same members are denoted by the same reference numerals.
[0055]
FIG. 10 shows experimental results for confirming the effect of the radiation converter 101. 2A, when gas fuel is burned in a radiation conversion chamber 102 provided between two radiation converters 101 similar to FIG. 2, B is simply burned in the air passage without the radiation conversion chamber. Shows the temperature distribution in the air flow direction. As can be seen from the figure, when the radiation conversion chamber 102 and the radiation conversion body 101 are provided (A), the temperature is significantly higher than when these are not provided.
[0056]
In the adiabatic air nozzle according to the third embodiment shown in FIG. 4, combustion exhaust gas suction for introducing the in-furnace gas 20 in the furnace 2 together with a large number of high-temperature air passages 107 into the radiation converter 101. A passage 101a is formed.
A combustion exhaust gas suction nozzle 110 is attached to the inlet side of the additional air nozzle 5a so as to be able to reciprocate. The combustion exhaust gas suction nozzle 110 is provided with an air passage 110c through which the additional air 23 flows at a central portion of the combustion exhaust gas suction nozzle 110, and a combustion exhaust gas suction passage of the radiation converter 101 at an outer peripheral portion of the air passage 110c. A suction hole 110a for ejecting the in-furnace gas 20 having passed through 101a into the air passage 110c is provided.
[0057]
Reference numeral 111 denotes a suction nozzle operating unit, which is connected to the combustion exhaust gas suction nozzle 110 that is reciprocably mounted inside the inlet side of the additional air nozzle 5a. An air passage 110b formed between the outer periphery of the exhaust gas suction nozzle 110 and the additional air nozzle 5a is opened and closed.
[0058]
According to the third embodiment, the furnace gas 20 in the furnace 2 is guided to the combustion exhaust gas suction nozzle 110 provided on the upstream side of the radiation converter 101 through the combustion exhaust gas suction passage 101a of the radiation converter 101, The in-furnace gas 20 is sucked from the suction hole 110a on the outer peripheral side and mixed with the additional air 23 by the ejector action of the additional air 23 flowing through the air passage 110c provided in the central portion of the combustion exhaust gas suction nozzle 110. The temperature is increased by mixing in the chamber 109.
[0059]
Further, by adjusting the opening degree of the air passage 110b between the outer periphery of the combustion exhaust gas suction nozzle 110 and the additional air nozzle 5a by the suction nozzle operating device 111, the in-furnace gas 20 is sucked by the additional air 23. Thus, the amount of suction of the in-furnace gas 20 can be adjusted, and the temperature of the high temperature additional air 105 can be controlled to an appropriate temperature.
[0060]
【The invention's effect】
As described above, according to the first to third aspects of the invention, the additional air is heated by two steps of heating by the air heating device in the radiation conversion chamber and heating by the radiant heat from the combustion gas in the radiation converter. Since the temperature is raised, high-temperature additional air is introduced into the combustion furnace, and the remaining combustible substances and intermediate products in the combustion gas sent from the reduction combustion zone can be burned completely in a short time. it can.
[0061]
As a result, the residence time of the combustion gas from the additional air nozzle required for complete termination of combustion of the combustion gas to the combustion furnace outlet can be shortened, and the additional air nozzle can be increased without increasing the height of the combustion furnace (furnace). To complete combustion in the oxidation combustion zone from the combustion furnace outlet.
Further, as described above, the combustion efficiency in the oxidation combustion zone from the additional air nozzle to the combustion furnace outlet increases, so that the air ratio in the upstream reduction combustion zone can be set low, thereby reducing the amount of NOx generated. Can be suppressed.
[0062]
According to the fourth aspect of the present invention, the temperature of the radiation converter is detected, and the fuel amount of the air heating device is controlled by the fuel amount control means based on the detected temperature value, whereby the additional air is oxidized and combusted. It is possible to always maintain a desired temperature at which the combustion efficiency in the zone reaches a maximum level.
[0063]
According to the fifth aspect of the present invention, the combustion gas in the combustion furnace is guided to the combustion gas suction nozzle provided on the upstream side of the radiation converter, and the additional gas gas is provided in the central portion of the combustion gas suction nozzle. The ejector action of the additional air flowing through the air passage sucks the combustion gas from the gas suction hole on the outer peripheral side, mixes it with the additional air, and raises the temperature of the combustion gas. However, the effect of increasing the combustion efficiency and the effect of suppressing the amount of NOx generated can be obtained with a simple structure and a low-cost apparatus.
[0064]
According to the sixth aspect of the present invention, the suction of the combustion gas suction by the additional air is performed by adjusting the opening of the air passage between the outer periphery of the combustion gas suction nozzle and the additional air nozzle by the suction nozzle operating device. The action can be adjusted, whereby the suction amount of the combustion gas can be adjusted and the temperature of the additional air can be controlled to an appropriate temperature.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an additional air nozzle according to a first example in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an additional air nozzle according to a second embodiment.
FIG. 3 is a control block diagram of fuel for heating additional air in the first and second embodiments.
FIGS. 4A and 4B are longitudinal sectional views of an additional air nozzle according to a third embodiment, in which FIG. 4A shows a combustion exhaust gas suction nozzle closed and FIG. 4B shows an open state.
FIG. 5 is a system diagram of a boiler apparatus provided with an additional air nozzle according to an embodiment of the present invention.
6A and 6B show a first example of the radiation converter for the additional air nozzle, where FIG. 6A is a longitudinal sectional view and FIG. 6B is a view taken along the line E-E in FIG.
FIGS. 7A and 7B show a second example of the radiation conversion body, where FIG. 7A is a longitudinal sectional view, and FIG.
8A and 8B show a third example of the radiation converter, wherein FIG. 8A is a longitudinal sectional view, and FIG. 8B is a view taken along the line CC of FIG.
9A and 9B show a fourth example of the radiation converter, wherein FIG. 9A is a longitudinal sectional view, and FIG. 9B is a view taken along the line DD in FIG.
FIG. 10 is a diagram showing a temperature distribution of an additional air nozzle.
FIG. 11 is a combustion gas temperature distribution diagram in a boiler furnace.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the additional air temperature and the dust reduction rate.
FIG. 13 is a diagram corresponding to FIG.
[Explanation of symbols]
1 Boiler body
2 Furnace
3 Fuel supply nozzle
4 Burner-style box
4a Air nozzle
5 Adjective Airport
5a ADDITIONAL AIR NOZZLE
05b Entrance room
6 Steam tube group
8 Air heater
9 Suction blower
12 Intrusion blower
13 Fuel supply device
14 Exhaust gas line
15 Combustion air line
16 Air line for main burner fuel
17 ADI
18 Fuel supply line
23 ADI
24 Fuel for main burner
101 Radiation converter
102 Radiation conversion room
103 Air heating burner
105 High temperature adiabatic air
106 Air heating fuel line
107 High-temperature air passage
108 Temperature sensor
110 Combustion exhaust gas suction nozzle
110a Suction hole
110b Air passage
110c Air passage
111 Suction nozzle actuator
115 Fuel amount control device

Claims

Fuel is injected from the fuel nozzle into the combustion air injected from the air nozzle into the combustion furnace, burned in a reducing atmosphere below the theoretical air amount, and additional air is injected from the additional air nozzle into the combustion gas. In the combustion apparatus configured to combust the remaining combustible material, a plurality of additional air ejection passages are formed therein, and the additional air is heated by radiant heat from the combustion gas in the combustion furnace, and the additional air And a radiation conversion chamber connected to the radiation converter and having an outlet side communicated with the additional air ejection path, and an air heating device for heating the additional air in the radiation conversion chamber. A combustion apparatus provided with an additional air nozzle.

The radiation conversion chamber is formed inside the radiation conversion body, and the radiation conversion body is provided with the additional air ejection path on both the additional air inlet side and the outlet side of the radiation conversion chamber. A combustion apparatus comprising the additional air nozzle according to claim 1.

2. A combustion apparatus having an additional air nozzle according to claim 1, wherein a plurality of the radiation conversion bodies are provided in the additional air nozzle, and the radiation conversion chamber is provided between the radiation conversion bodies. .

A temperature sensor for detecting the temperature of the radiation converter, a comparison means for calculating a temperature deviation by comparing a detected value of the radiation converter temperature from the temperature sensor and a set temperature, and the air heating based on the temperature deviation 2. A combustion apparatus having an additional air nozzle according to claim 1, further comprising fuel amount control means for controlling the fuel amount of the apparatus.

The fuel is ejected from the fuel nozzle into the combustion air ejected from the air nozzle into the combustion furnace, burned in a reducing atmosphere below the theoretical air amount, and the additional air is ejected from the additional air nozzle into the combustion gas. In a combustion apparatus configured to burn residual combustibles, a plurality of additional air ejection paths and a combustion gas suction path for introducing combustion gas in the combustion furnace are formed therein, and the additional air is used as combustion gas in the combustion furnace. A radiant converter for raising the temperature by radiant heat from the radiant heat, and an additional air passage through which the additional air flows in an inner central portion; And a gas suction hole for ejecting the gas into the additional air passage. The ejecting action of the additional air flowing through the additional air passage causes the combustion gas to be sucked from the gas suction hole into the mixing space. Combustion apparatus with additional air nozzles, characterized in that a combustion gas suction nozzle to be mixed with additional air.

The combustion gas suction nozzle is provided inside the additional air nozzle so as to be capable of reciprocating, and an air passage formed between the outer periphery of the combustion gas suction nozzle and the additional air nozzle by reciprocatingly driving the combustion gas suction nozzle 6. A combustion apparatus having an additional air nozzle according to claim 5, further comprising a suction nozzle operating device that adjusts an ejector action of the additional air that opens and closes and flows through the additional air passage.