JP2002061835A

JP2002061835A - バーナ装置

Info

Publication number: JP2002061835A
Application number: JP2000246770A
Authority: JP
Inventors: Toshio Kanbara; 登志夫神原; Shunichi Tsumura; 俊一津村; Kenji Kiyama; 研滋木山; Osamu Okada; 修岡田; Kimiharu Kuramasu; 公治倉増
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2000-08-16
Filing date: 2000-08-16
Publication date: 2002-02-28

Abstract

(57)【要約】【課題】腐食、熱変形及び高温酸化の無い、実運転上
高い信頼性を有するバーナ装置を提供すること。【解決手段】ガスバーナ消火時、ガスバーナ燃料配管
（ガスバーナリング１１及び燃料ガス配管７）に不活性
ガス又は蒸気を供給し、この不活性ガス又は蒸気供給圧
力を火炉１２の内圧より低くコントロールすることによ
り、当該燃料ガス配管を不活性ガスでシールすることに
より腐食成分を含む炉内ガスがガスバーナの燃料供給系
及びバーナ部分（バーナエレメント４、バーナノズル
５）へ侵入できなくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスを燃料として
ボイラ等の燃焼設備で用いるバーナ装置に係わり、特に
その腐食防止技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、発電需要が増大するにつれて、化
石燃料を主燃料とするボイラも大型化し、発電用ボイラ
が大気汚染に与える影響度も大きくなっている。この大
気汚染を拡大する公害物質のうち、多大な比率を占める
窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出規制は年々厳しくなる傾向
にある。このような状況下で第二次石油ショック以来、
石油を主体としてきた我が国の発電業界は、より安価
で、かつ十分な供給源をもつ石炭燃料、クリーンな気体
燃料（ＬＮＧ、ＬＧＰ）へと燃料源を転換しつつある。

【０００３】ところがボイラが大型化する一方で、発電
コストを下げる目的で発電需要に応じて頻繁な負荷変動
運転を行うために、一日単位でボイラの起動と停止とを
繰り返す運転（ＤＳＳ）がなされている。それは、最近
の電力需要の特徴として、原子力発電の伸びに伴い、負
荷の最大値と最小値の差も増大したことによるものであ
り、従来火力発電で行っていた基本となる一定の発電量
を出力するベースロード運転を原子力発電設備で行い、
火力発電所ボイラではベースロード運転以上の負荷変化
に応じた発電量を出力する負荷調整用運転を行う傾向が
強まっている。この発電用ボイラを負荷に応じて蒸気圧
力を変化させる運転を変圧運転というが、変圧運転は、
全負荷では超臨界圧域で運転し、部分負荷では亜臨界域
で行うことによって部分負荷での発電効率を数％向上さ
せることができる。

【０００４】例えば、ＬＮＧのみを燃料とするＬＮＧ専
焼ボイラにおいてはボイラ負荷が常に全負荷で運転され
るものは少なく、負荷を昼間は７５％負荷、５０％負
荷、２５％負荷へと上げ下げして運転したり、あるい
は、夜間は運転を停止するなど、高頻度に起動と停止を
繰り返す運転または負荷変化を繰り返す運転を行ってい
る。

【０００５】このようにボイラの部分負荷運転時におい
ては、全負荷時に比べて、その負荷に応じて燃焼してい
るガスバーナの本数を減少させ、逆に消火しているガス
バーナの本数を増加させて負荷調整を行っている。

【０００６】以下、図４及び図５（図４（ａ）は側面
図、図４（ｂ）はＡ−Ａ線矢視図、図５は図４のバーナ
エレメントの先端部の断面図）に示す従来のガス燃料燃
焼装置について説明する。

【０００７】ガスバーナはボイラ火炉の側壁２に設置さ
れたバーナスロート３に環状に配置された８本のガスバ
ーナエレメント４の集合体で構成され、ガスバーナエレ
メント４の先端には燃料ガスを噴射するバーナノズル５
が設置され、８本のガスバーナエレメント４が囲む中央
部に油バーナ２１を設け、その先端には保炎板２２が設
置されている。ガス燃料は流量調整弁８と二重に設けら
れたガスバーナ入口開閉弁９を備えた燃料ガス配管７を
通り、さらに燃料ガス配管７の中間部に設けられたフレ
キシブルホース１０を経由してガスバーナリング１１へ
入る。ガスバーナリング１１はマニホールドになってい
て、これにより多数の（図４の例は８本）ガスバーナエ
レメント４へ分岐され、ガスバーナエレメント４からバ
ーナノズル５を経て火炉１２内へガスが噴射されて着
火、燃焼される。

【０００８】ここで、ガスバーナ入口開閉弁９が二重構
造になっているが、その理由はガスバーナ消火（休止）
時のガスバーナへのガスリークを防止する目的で入口開
閉弁９の二重化により、信頼性を向上させたもので、一
般的に広く採用されている。ガスバーナ入口開閉弁９が
閉止されている時には二重の入口開閉弁９の間に溜まっ
たガスをベンドするための配管にベンド弁１７が設置さ
れている。

【０００９】一方、燃焼用空気１３は図示しない送風機
により、火炉壁２のガスバーナ設置部に設けられたウイ
ンドボックス１５に供給される。ウインドボックス１５
はウインドボックスケーシング１６で大気と仕切られて
おり、ウインドボックス１５より風量調整用あるいは旋
回力調整用のエアレジスタ１４を通って、燃焼用空気１
３は火炉壁２のバーナスロート３部分より火炉１２内へ
供給され、燃料ガスと混合されながら燃焼する。

【００１０】また、昨今の公害防止のための厳しい規制
に従って段階的に火力発電用ボイラから発生する排ガス
中のＮＯｘを低減する対策が実施されてきている。ガス
焚き専焼ボイラ又は石炭と石油の混焼ボイラにおいて
も、現状では低ＮＯｘバーナの開発や、二段燃焼法及び
排ガス混合法など燃焼排ガス中の低ＮＯｘ燃焼法を実施
している。

【００１１】前述したボイラの中間負荷運転で、燃焼排
ガス中の低ＮＯｘ化のために排ガス混合法を採用してい
る場合に、中間負荷運転に伴う運転休止中の消火バーナ
は、ガスバーナエレメント４の先端部と常温近傍のガス
バーナリング１１との間に最大１０００℃程度の温度差
が生じるため、ガスバーナエレメント４を介してガスバ
ーナリング１１に湿分を含んだ炉内排ガスが堆積し、堆
積した湿分が凝縮してドレン化することがある。湿分の
凝縮によって、ガスバーナリング１１内が負圧となるた
め、このサイクルが繰り返されてドレン２４の堆積量が
ボイラ運転を休止（消火）している時間に応じて増加
し、ガスバーナエレメント４の根本側低温部及びガスバ
ーナリング１１が腐食して減肉するということがある。

【００１２】また、ガスバーナの点火時にはガスバーナ
リング１１の下方に溜まっているドレン２４が底部側の
ガスバーナエレメント４を介して火炉１２内に放出され
るが、ウインドボックス１５内は３００〜３５０℃ の
温度領域であるため、ドレン放出時の温度差によりバー
ナ構造物が熱変形現象を発生する可能性もある。

【００１３】また、ガスバーナ消火時に火炉１２からの
輻射熱によりガスバーナエレメント４の先端部が焼損す
るという問題点もある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前述したようにボイラ
の中間負荷運転時においては燃焼させるガスバーナの本
数制御で対応するために、燃焼中のガスバーナはエアレ
ジスタ１４からの燃焼用空気１３やガスバーナエレメン
ト４内のガス燃料によって冷却されている。消火中のガ
スバーナのガスバーナエレメント４の先端部及びガスバ
ーナノズル５は火炉１２内に挿入されているため、燃焼
中の他のガスバーナノズル５から輻射熱によって高温に
さらされる。また、ボイラ運転中にはウインドボックス
１５は高温（３００〜３５０℃ ）となっているが、バ
ーナ点火時は燃料ガスがガスバーナエレメント４内を流
れるために燃料ガス温度まで急冷される。また、バーナ
消火時は燃料ガスの供給が止まることからウインドボッ
クス１５内の３００〜３５０℃温度まで上昇することに
よりガスバーナエレメント４は温度差による熱応力が発
生する。

【００１５】しかし形状的に不連続であり、溶接箇所が
多数あるガスバーナリング１１は、ガスバーナエレメン
ト４のように温度差の繰り返しにより熱疲労割れが発生
するので、ガスバーナリング１１はウインドボックス１
５外に配置され、常温となっている熱疲労割れが発生す
ることはない。

【００１６】また、燃焼ガスには、腐食成分の硫黄分等
が含まれ、露点温度は７０〜１００℃と考えるのが一般
的である。このため、図５にガスバーナリング１１が腐
食減肉するまでのメカニズムを示すように、バーナ消火
時は火炉１２内とガスバーナリング１１に温度差が生じ
るためバーナエレメント４を介してガスバーナリング１
１に湿分を含んだ火炉内ガスが堆積し、湿分が凝縮して
ドレン化する。又、凝縮によってガスバーナリング１１
内が負圧となるが、この湿分の凝縮サイクルが繰り返さ
れると、バーナ消火時間に応じてドレン２４の堆積量が
増加し、ガスバーナリング１１内面は湿った状態とな
る。

【００１７】ガスバーナの点火時にはガスバーナリング
１１の下方に溜まったドレン２４がガスバーナの底部側
のバーナエレメント４を介して火炉１２内に放出される
ため、ガスバーナリング１１及びバーナエレメント４は
乾いた状態となる。ガスバーナの点消火の度に、ガスバ
ーナリング１１及びバーナエレメント４の内面は湿乾状
態を繰り返し、ガスバーナリング１１及びバーナエレメ
ント４でウインドボックス１５より炉外に設定されてい
る範囲は常温で露点温度以下であるために腐食減肉が進
行し、ガスバーナリング１１及びバーナエレメント４に
開口等が生じ、燃料ガスの漏洩が発生する。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ガス
バーナリング１１内のドレン２４の堆積及び火炉１２か
らの輻射熱に対して十分な配慮がされておらず、ガスバ
ーナエレメント１１の腐食、熱変形及び高温酸化という
問題があった。本発明の課題は、腐食、熱変形及び高温
酸化の無い、実運転上高い信頼性を有するバーナ装置を
提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来の欠点を
解消しようとするもので、ガスバーナ消火時、ガスバー
ナ燃料配管に不活性ガス又は蒸気を供給し、この不活性
ガス又は蒸気供給圧力を火炉の内圧より低くコントロー
ルすることにより、当該燃料配管を不活性ガスでシール
することにより腐食成分を含む炉内ガスがガスバーナの
燃料供給系（図１のガスバーナリング１１及び燃料ガス
配管７）及びバーナ部分（図１のバーナエレメント４）
へ侵入できなくするものである。

【００２０】

【作用】ガスバーナ消火時にガスバーナ燃料配管に不活
性ガス又は蒸気を供給し、当該配管をシールし、腐食成
分を含む炉内ガスの侵入を防止することでバーナエレメ
ント、ガスバーナリング及び燃料配管を腐食環境にしな
いことにより、燃料配管の腐食減肉を防止することがで
きる。

【００２１】また、ガスバーナエレメントの根本側低温
部及びガスバーナリングをシールするための媒体として
蒸気を用いた場合には露点以上に保持し、一方、不活性
ガスを用いた場合には湿分を低レベルに保持可能となる
ため、腐食による減肉のおそれが無くなる。

【００２２】さらに、蒸気あるいは不活性ガスは冷却媒
体となるため、ガスバーナエレメント先端部の高温酸化
ポテンシャルを大幅に低減可能となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
によって説明する。図１に示すバーナ構造で図４で説明
したバーナ構造の部材と同一部材は同一番号を付して、
その説明は省略する。

【００２４】図１に示すバーナ構造をボイラに適用する
ときは、ガスバーナは火炉内に４列３段の対向配置で設
置され、計２４本のガスバーナがガス焚き専焼ボイラに
設置される。このようなボイラが中間負荷運転される
と、通常、夜間はバーナ６段（２４本）中で２段のバー
ナ（８本）は消火状態となる。

【００２５】本実施の形態では消火状態とする２段のバ
ーナ（８本）は、消火操作後、同心円状に８本配置され
たガスバーナエレメント４内にガスバーナリング１１を
介して不活性ガス又は蒸気を所定量導入する構成として
いる。

【００２６】図１に示すバーナ構造は図４に示すバーナ
構造の燃料ガス配管７に不活性ガス供給用の配管１８を
接続したことに特徴がある。不活性ガス供給配管１８に
は不活性ガス制御用の圧力調整弁１９を設ける。このよ
うな構造において、バーナ消火時に配管１８から不活性
ガスを燃料ガス配管７に供給する。その場合に図２に示
すように供給圧力制御弁１９により供給される燃料ガス
配管７内の不活性ガスの供給圧力を火炉１２の内圧より
低くコントロールする。図２にはバーナ消火中の圧力制
御弁１９の開度と燃料ガス配管７内部の圧力の概略の関
係を示している。

【００２７】こうして、バーナ入口開閉弁９と火炉１２
内の間の燃料ガス配管７、バーナエレメント４、ガスバ
ーナリング１１及びフレキシブルホース１０内部に不活
性ガスの封入が可能となる。消火中のガスバーナのバー
ナエレメント４、ガスバーナリング１１、燃料ガス配管
７及びフレキシブルホース１０を不活性ガスでシールす
ることにより、ガスバーナ燃料配管系の腐食減肉の発生
を防止できる。

【００２８】以上は一般的にボイラ等で広く採用されて
いる不活性ガスを配管１８から供給したが、不活性ガス
に代えてイナートガス等の酸素を含まないガス、蒸気を
用いても良い。

【００２９】図３に示すバーナ構造はガスバーナリング
１１に直接蒸気を供給できる蒸気供給配管２９を設け、
該蒸気供給配管２９に蒸気制御用の圧力調整弁３０を設
ける。このような構造において、バーナ消火時に配管２
９から不活性ガスを燃料ガス配管７に供給する。蒸気供
給配管２９から蒸気を供給する場合には、ガスバーナエ
レメント４の底部側低温部及びガスバーナリング１１は
消火中常時１５０℃以上の蒸気に接触することで、酸露
点以上に保持されるためガスバーナエレメント４の底部
側低温部及びガスバーナリング１１は腐食による減肉の
おそれはない。

【００３０】なお、ガスバーナリング１１内に蒸気を供
給する場合にはガスバーナエレメント４の底部側から供
給することでガスバーナリング１１内に蒸気ドレンが溜
まることがないようにすることが望ましい。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、負荷変化及びＤＳＳ運
転を行うガスバーナであっても、点消火の繰り返しによ
って生じるガスバーナ燃料配管の腐食減肉を防止でき
る。

【００３２】本発明はガス焚専焼ボイラのみならず油、
石炭及びオイルコークスとの混焼ボイラにも適用可能で
ある。

【００３３】なお、オイルコークスバーナにガスバーナ
エレメントを設置した混焼ボイラにおいては、ガスバー
ナ消火時、ガスバーナエレメント内に蒸気を導入するこ
とにより、ガスバーナ先端部の温度を低下できるため、
オイルコークス特有のバナジュウムアタックが防げる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のガス燃焼用バーナ装置
の説明図である。

【図２】バーナ消火中の圧力制御弁の開度と燃料ガス
配管内部の圧力の概略の関係を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態のガス燃焼用バーナ装置
の説明図である。

【図４】従来のガス燃焼装置の説明図である。

【図５】ガスバーナリング及びバーナエレメント腐食
減肉メカニズムである。

【符号の説明】

２火炉側壁３バーナスロート４バーナエレメント５バーナノズル７燃料ガス配管８流量調整弁９バーナ入口開閉弁１０フレキシブルホー
ス１１ガスバーナリング１２火炉１３燃焼用空気１４エアレジスタ１５ウインドボックス１６ウインドボックス
ケーシング１７ベンド弁１８不活性ガス供給配
管１９、３０圧力制御弁２１油バーナ２２保炎板２４ドレン２９蒸気供給配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木山研滋広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉事業所内 (72)発明者岡田修広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉事業所内 (72)発明者倉増公治広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉事業所内Ｆターム(参考） 3K003 EA07 FB08 FB10 GA03 3K023 JA03 JB06 JC01 JD01 JD09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス燃料配管系並びに該ガス燃料配管系
からガス燃料を供給して燃焼させるガスバーナ及びその
他の燃料を燃料とするバーナを火炉のバーナスロートに
設けたバーナ装置において、ガスバーナ消火時にガス燃料配管系に不活性ガスを供給
する不活性ガス供給配管をガス燃料配管系に接続したこ
とを特徴とするバーナ装置。
【請求項２】ガス燃料配管系はガス燃料供給配管と該
ガス燃料供給配管に接続したリング状に配置されるガス
バーナリングとからなり、ガスバーナはガスバーナリン
グに接続している複数のバーナエレメントと該バーナエ
レメントの先端のバーナノズルからなることを特徴とす
る請求項１記載のバーナ装置。
【請求項３】ガス燃料配管系並びに該ガス燃料配管系
からガス燃料を供給して燃焼させるガスバーナ及びその
他の燃料を燃料とするバーナを火炉のバーナスロートに
設けたバーナ装置において、ガスバーナ消火時にガス燃料配管系に蒸気を供給する蒸
気供給配管をガス燃料配管系に接続したことを特徴とす
るバーナ装置。
【請求項４】ガス燃料配管系はガス燃料供給配管と該
ガス燃料供給配管に接続したリング状に配置されるガス
バーナリングとからなり、ガスバーナはガスバーナリン
グに接続している複数のバーナエレメントと該バーナエ
レメントの先端のバーナノズルからなることを特徴とす
る請求項３記載のバーナ装置。
【請求項５】ガスバーナエレメントの底部側に蒸気供
給配管を接続することを特徴とする請求項４記載のバー
ナ装置。