JP4394561B2 - After-air nozzle for two-stage combustion boiler and two-stage combustion boiler using the same - Google Patents
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Description
本発明は、二段燃焼式ボイラ用のアフタエアノズル、および,それを用いる二段燃焼式ボイラの構造に関する。 The present invention relates to an after air nozzle for a two-stage combustion boiler and a structure of a two-stage combustion boiler using the same.
ボイラでは、窒素酸化物(NOx)の濃度低減が求められており、この要求に応えるために、二段燃焼法が適用されている。この方法は、燃料を空気不足の状態で燃焼させた後、完全燃焼用の空気をアフタエアノズルから供給する方法である。アフタエアノズルは、空気の混合と燃焼状態の改善のため、いくつかの構造が提案されている。 Boilers are required to reduce the concentration of nitrogen oxides (NOx), and a two-stage combustion method is applied to meet this demand. This method is a method of supplying air for complete combustion from an after air nozzle after burning fuel in a state of air shortage. Several structures have been proposed for the after-air nozzle in order to improve air mixing and combustion conditions.
たとえば、特許文献1(特開平10−122546号公報)の図1に記載されたように、アフタエアノズルに、空気流路の外径が空気噴出口に向かって次第に縮小する縮流部を持つ構造、特許文献2(特開平9−112878号公報)の図1のように流路の内部に、空気の噴出方向を変更するルーバーを持つ構造、特許文献3(特開2003−254510号公報)の図10のようにアフタエア空気の中心部を直進流として噴出する構造、特許文献3(特開2003−254510号公報)の図11のように旋回流として噴出する構造が提案されている。しかしながら、最近のボイラでは、NOxとCOを同時に低減することが求められているが、これらの構成ではNOxかCOの一方しか低減できなかった。 For example, as described in FIG. 1 of Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-122546), the after air nozzle has a contracted portion in which the outer diameter of the air flow path gradually decreases toward the air outlet. As shown in FIG. 1 of Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 9-112878), a structure having a louver for changing the air ejection direction inside the flow path, Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-254510). A structure in which the center portion of the after-air air is ejected as a straight flow as shown in FIG. 10 and a structure in which it is ejected as a swirl flow as shown in FIG. 11 of Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-254510) are proposed. However, recent boilers are required to reduce NOx and CO at the same time. However, in these configurations, only NOx or CO can be reduced.
本発明は、NOxとCOを同時に低減することができるアフタエアノズルの構造を提案することである。 The present invention proposes a structure of an after-air nozzle that can simultaneously reduce NOx and CO.
本発明の二段燃焼用ボイラのアフタエアノズルは、アフタエアノズルの外周部を囲むウインドボックス外筒と、燃焼用空気が流入するウインドボックス開口部と、ボイラへ空気を供給する空気噴出口へ向かって流路外径が縮小する縮流部と、前記縮流部の流路断面積を変更する流路断面積変更装置とを備え、前記流路断面積変更装置を前記アフタエアノズル内の空気流路の内側に設け、前記流路断面積変更装置に前記縮流部の最小流路面積を規定する部材を設けて、この最小流路面積を規定する部材を流路方向に移動することにより前記縮流部の流路断面積を変更可能なように構成し、前記ウインドボックス開口部から前記アフタエアノズルに流入する燃焼用空気量を調節するスライド部材を前記ウインドボックス外筒に取り付けて前記ウインドボックス開口部から流入する空気量を一定に保つようにウインドボックス開口部の面積を変化させるようにしたことを特徴とする。
また本発明の二段燃焼式ボイラは、燃料と空気を燃焼させ、燃焼ガスの熱エネルギーにより蒸気を発生させる火炉と、前記火炉のガス流れ方向上流側に設けられ、燃料を空気不足の条件で燃焼させるバーナと、前記火炉のガス流れ方向下流側で、かつ、前記バーナの下流側に設けられた、燃焼ガスを完全燃焼させるための空気を供給するアフタエアノズルを有する二段燃焼式ボイラにおいて、前記火炉に複数個設置するアフタエアノズルは、アフタエアノズルの外周部を囲むウインドボックス外筒と、燃焼用空気が流入するウインドボックス開口部と、ボイラへ空気を供給する空気噴出口へ向かって流路外径が縮小する縮流部と、前記縮流部の流路断面積を変更する流路断面積変更装置とを備え、前記流路断面積変更装置は、前記縮流部の最小流路面積を規定する部材を前記アフタエアノズルの内部に設け、前記縮流部の最小流路面積を規定する部材を流路方向に移動することにより前記縮流部の流路断面積を変更可能なように構成し、前記ウインドボックス開口部から前記アフタエアノズルに流入する燃焼用空気量を調節するスライド部材を前記ウインドボックス外筒に取り付けて前記ウインドボックス開口部から流入する空気量を一定に保つようにウインドボックス開口部の面積を変化させるようにしたことを特徴とする。
The after-air nozzle of the two-stage combustion boiler of the present invention is directed toward a wind box outer cylinder surrounding the outer periphery of the after air nozzle, a wind box opening into which combustion air flows, and an air outlet for supplying air to the boiler. a vena contracta which passage outside diameter is reduced, and a flow path cross-sectional area changing device for changing the flow path cross-sectional area of the vena contracta, the air flow path of the flow path cross-sectional area changing device in the after-air nozzles Provided in the flow path cross-sectional area changing device, a member defining the minimum flow area of the contracted portion is provided, and the member defining the minimum flow area is moved in the flow path direction to reduce the contraction. A flow path cross-sectional area of the flow portion is configured to be changeable, and a slide member that adjusts the amount of combustion air flowing into the after air nozzle from the wind box opening is attached to the wind box outer cylinder, and the window Characterized in that the amount of air flowing from the de box opening to vary the area of the windbox opening so as to maintain constant.
The two-stage combustion boiler of the present invention is provided with a furnace that burns fuel and air and generates steam by the thermal energy of the combustion gas, and an upstream side in the gas flow direction of the furnace. In the two-stage combustion boiler having a burner to be burned and an after air nozzle that is provided downstream of the furnace in the gas flow direction and downstream of the burner and supplies air for completely burning the combustion gas, A plurality of after-air nozzles installed in the furnace are a flow path toward a wind box outer cylinder surrounding an outer periphery of the after-air nozzle, a wind box opening into which combustion air flows, and an air outlet for supplying air to the boiler And a flow path cross-sectional area changing device that changes a flow path cross-sectional area of the flow reducing portion. A member that defines the channel area is provided inside the after air nozzle, and the member that defines the minimum channel area of the contracted portion is moved in the direction of the channel to change the channel cross-sectional area of the contracted portion. A slide member for adjusting the amount of combustion air flowing into the after-air nozzle from the window box opening is attached to the window box outer cylinder to keep the amount of air flowing from the window box opening constant. Thus, the area of the window box opening is changed.
本発明のアフタエアノズルを用いることによって、二段燃焼ボイラでのNOxとCOを同時に低減できる。また、燃焼調整時に使用する調整装置の操作方向と期待される燃焼性能上の効果が明瞭であるため、NOxとCOの最適調整が容易になる。 By using the after air nozzle of the present invention, NOx and CO in the two-stage combustion boiler can be simultaneously reduced. Further, since the operation direction of the adjusting device used at the time of combustion adjustment and the expected effect on the combustion performance are clear, the optimum adjustment of NOx and CO is facilitated.
以下、図面を用いて、本発明のアフタエアノズルの構造と、その使用方法について説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明によるアフタエアノズルの実施形態の一例を示した縦断面図である。アフタエアノズルは、ウインドボックス外筒10で囲われており、ウインドボックス10の後方部に設けられた開口部12から燃焼用の空気が流入する。空気の流れ14a〜14fは、矢印に沿って流れ、噴出口16から火炉内燃焼空間18へ噴出される。噴出された空気は、火炉内燃焼空間18で可燃ガスと混合して可燃ガスを燃焼させる。噴出口16の周囲を取り巻いて、水管20が設けられている。アフタエアノズルの噴出口16側には、縮流部材22を設ける。縮流部材22は、噴出口16側に向かって次第に口径が小さくなる構造である。
Hereinafter, the structure of the after-air nozzle of the present invention and the method of using the same will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of an embodiment of an after air nozzle according to the present invention. The after air nozzle is surrounded by a wind box
この縮流部材22により、矢印で示す空気の流れ14a〜14fは、ノズル中心軸へ向かう速度成分が与えられ、縮流部24が形成される。縮流部24の入口近くに、縮流部24の最小流路面積を規定する部材26を設ける。縮流部24での空気の流速は、縮流部24の最小流路28の面積で規定される。図1の構成では、縮流部24の最小流路面積を規定する部材26の先端部で縮流部24の最小流路28が形成される。
By this contracted
図1の縮流部24の最小流路面積を規定する部材26は、噴出口16に向かって外径が次第に小さくなる構成である。これは、縮流部24内での流れの乱れを少なくするためである。乱れを少なくすることによって、NOxの急激な増加を抑制しやすい。
The
縮流部24の最小流路面積を規定する部材26は、縮流部24の最小流路面積を規定する部材26を支持する支持材30に固定する。縮流部24の最小流路面積を規定する部材26を支持する支持材30は、スライドリング32に固定する。スライドリング32は、内筒34に取り付ける。スライドリング32と内筒34は、互いに固定されておらず、スライドリング32は図1のウインドボックス外壁36へ向かう方向、または、噴出口16へ向かう方向へ移動可能である。
The
スライドリング32を移動することにより、縮流部24の最小流路面積を規定する部材26を支持する支持材30と、縮流部24の最小流路面積を規定する部材26も同時に移動する。縮流部24の最小流路面積を規定する部材26を移動すると、縮流部24の最小流路28の面積が変化する。このとき、縮流部24の形状は、外径は一定のまま内径が変化し、その結果、縮流部24の流路断面積であるノズル中心軸に垂直な断面積が変化する。
By moving the
後述するように、空気噴出口16へ向かって流路外径が縮小する縮流部24を設け、その流路断面積の変更を流路外径を変更することなく調整することによって、NOxとCOを同時に低減することが可能となる。スライドリング32または内筒34のどちらかにガイドローラ38を取り付けると、スライドリング32をスムーズに移動できる。スライドリング32にスライドリング移動棒固定機構40、スライドリング移動棒42、ハンドル44を取り付けることにより、ウインドボックス外壁36の外側(図1で見ると左側)から、縮流部24の最小流路面積を規定する部材26を移動させることができる。
As will be described later, NOx and NOx can be obtained by providing a contracted
スライドリング33をウインドボックス外筒10に取り付け、ウインドボックス開口部12の面積を変化させると、アフタエアノズルに流入する空気の総量を変化させることができる。空気総量の変化が不要である場合や他の方法で変化できる場合には、スライドリング33をウインドボックス外筒10に取り付けなくともよい。
When the
縮流部24の最小流路面積を規定する部材26の内側には、過熱防止材46が設けられている。火炉内燃焼空間18に形成された火炎からの放射熱で、縮流部24の最小流路面積を規定する部材26を支持する支持材30が焼損するのを防ぐためである。火炉内燃焼空間18に形成された火炎放射熱が弱い場合や、他の方法で支持材30を冷却できる場合には、必ずしも過熱防止材46は必要ない。
An
スライドリング32にガイド48を取り付けると、スライドリング32を移動させたときに縮流部24の最小流路面積を規定する部材26の芯がずれにくい。また、スライドリング32と縮流部の最小流路面積を規定する部材26を支持する支持材30を強固に固定できる。また、空気の流れを整流し易い。ガイド48は、内端部がスライドリング32の外側に固定され、外端部は、ウインドボックス外筒10の内面に接して摺動可能になっている。
When the
図2及び図3に、縮流部24の最小流路面積を規定する部材26を前後に移動させたときの、部材26と縮流部材22の位置関係を示す。縮流部24の開始位置(図1のA−A’断面)を基準として位置関係を述べる。噴出口16側へ最大限に移動させたとき(図2)には、部材26の先端部が縮流部24の開始位置より噴出口16側へ位置する。このとき、ガイド48は、縮流部24とウインドボックス外筒10との接続部に設けられた段差部49により移動が制限される。逆にウインドボックス外壁36側へ最大限に移動させたときは、部材26の先端部が縮流部24の開始位置よりウインドボックス外壁36側になる。移動範囲は図2と図3で示したものと異なっても良いが、後述する発明者らの実験では、図2と図3で示す移動範囲としたときに、NOxとCOを同時に低減することが最も容易であった。
2 and 3 show the positional relationship between the
図1のノズルのA−A’方向とB−B’方向の断面図を図4に、C−C’方向の断面図を図5に示す。図1は、図4及び図5のG−G’方向の断面図に相当する。また図6は、図1におけるA−A’方向、B−B’方向の断面図の変形例である。後述する発明者らの実験では断面が円形のノズルを使用したが、図6に示すような矩形のノズルを用いても同様の効果が期待できる。 FIG. 4 shows a cross-sectional view of the nozzle of FIG. 1 in the A-A ′ direction and the B-B ′ direction, and FIG. 5 shows a cross-sectional view in the C-C ′ direction. 1 corresponds to a cross-sectional view in the G-G ′ direction of FIGS. 4 and 5. FIG. 6 is a modification of the cross-sectional view in the A-A ′ direction and the B-B ′ direction in FIG. 1. In the experiments of the inventors described later, a nozzle having a circular cross section was used, but the same effect can be expected even when a rectangular nozzle as shown in FIG. 6 is used.
図7は、図1に示された本発明の実施形態の変形例を説明するアフタエアノズルの縦断面図である。図1と比べて、縮流部24の最小流路面積を規定する部材26の形状が異なっている。すなわち、図1の部材26、46の外周面は、火炉内燃焼空間18へ向かうにしたがって細くなっているが、図7においては、並行に延び平坦になっている。この部材26の必要条件は、部材を移動することで縮流部24の最小流路28の面積を変えられることである。この条件を満たしていれば、図7のような形状であってもよい。
(実施形態2)
図8は、本発明のアフタエアノズルの実施形態2を示す縦断面図である。縮流部24の最小流路面積を規定する部材26を移動させるための内筒34を持たないこと、縮流部24の最小流路面積を規定する部材26の支持材30と、縮流部24を冷却するための冷却空気用の流路を持つことが、図1と異なる点である。その他の図1と同じ符号を付したものは、説明を省略するが同じ機能を有するものとする。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of an after air nozzle for explaining a modification of the embodiment of the present invention shown in FIG. Compared to FIG. 1, the shape of the
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a longitudinal sectional
スライドリング32は、ウインドボックス外筒10の内側に移動自在に取り付けられる。スライドリング移動棒固定機構40、スライドリング移動棒42、ハンドル44を介してスライドリング32を移動させる点、ガイドローラ38を取り付けることによりスライドリング32の移動を容易にできる点は、図1と同様である。図8の構成では、スライドリング32の内側に空気を導入できるため、縮流部24の最小流路面積を規定する部材26の支持材30を冷却するための空気を導入できる。
The
縮流部24の最小流路面積を規定する部材26は、図1と同様に前後に移動できる。縮流部材22と縮流部の最小流路面積を規定する部材26の角度が異なるが、縮流部24の外径を変えずに縮流部24の最小流路28の面積を変更できるので、図1と同等のNOx/CO性能が期待できる。縮流部24の最小流路面積を規定する部材26を支持する支持材30に、冷却空気孔50,52が設けられる。
The
ウインドボックス開口部12から導入された空気の流れ14a、14dの一部は、冷却空気の流れ54a〜54cとなり、冷却空気孔52から放出される。その過程で、縮流部24の最小流路面積を規定する部材26を支持する支持材30に衝突し、この部材30を冷却できる。また、冷却空気孔50から放出された空気の流れ54d、54eは、縮流部24の最小流路面積を規定する部材26に衝突し、この部材26を冷却することもできる。
Part of the air flows 14 a and 14 d introduced from the
さらに、縮流部24の近傍に、冷却空気案内板56を設けている。冷却空気案内板56と縮流部材22の間には冷却空気54f、54gが流れ、縮流部材22を冷却できる。また、この冷却空気54f、54gは、噴出口16の最外周側を流れるため、縮流部材22の周囲に付着した石炭灰を除去するためにも使用できる。
Further, a cooling
図9は、図8のD−D’断面図である。冷却空気孔50,52には、円形の複数の小孔、スリット状の開口部などがある。図9は、円形の複数の小孔を設けた例である。図10は、図8の変形例で、縮流部材22を冷却する空気量を調整できるようにした構造である。ウインドボックス外筒10に冷却空気導入口58を設ける。冷却空気導入口58の周囲に可動式の、冷却空気調整用ガイドスリーブ60を設けて、冷却空気量を調整する。
9 is a cross-sectional view taken along the line D-D ′ of FIG. 8. The cooling air holes 50 and 52 include a plurality of circular small holes, slit-shaped openings, and the like. FIG. 9 shows an example in which a plurality of circular small holes are provided. FIG. 10 is a modification of FIG. 8 and has a structure in which the amount of air for cooling the
噴出口16の周囲に付着した石炭灰の量が多くなったとき、縮流部材22と冷却空気案内板56の間を流れる空気量を一時的に増やして付着灰を除去し易くするために用いることができる。なお、縮流部材22の角度は、縮流部24の途中で変化してもよい。ノズルを制作する上での制約などの理由で、ガイド48の形状を図10のように変更してもよい。図10の構成では、縮流部24の入口付近の角度が大きく、縮流部24の出口付近の角度が小さい。ガイド48の形状は、外周部分の一部が切り欠かれた構造となっている。ガイド48形状を図10のようにすると、縮流部24に流入する空気流の乱れを小さくすることができ、NOxを低減する上で有効である。
(実施形態3)
図11は、本発明のアフタエアノズルの実施形態の一例を示した断面図である。内筒34を持つノズル構造で、内筒34の内側に空気孔61を通して冷却空気を導入できる。内筒34の外側にスライドリング内筒62が、ウインドボックス外筒10の内側にスライドリング外筒64が取り付けられる。スライドリング内筒62とスライドリング外筒64は、ガイド48で接続され、固定される。この構造では、可動部分を軽くすることができる。
When the amount of coal ash adhering to the periphery of the
(Embodiment 3)
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of the after-air nozzle of the present invention. With the nozzle structure having the
図11の構造では、内筒34の噴出口16側の一部に、支持部材65によって過熱防止材46が設けられている。過熱防止材46をセラミック製の耐火/断熱材などで構成すると、内筒34の重量が重くなるので、重い過熱防止材46を可動部分には使用しにくい。図11のような構造とすると、過熱防止材46は移動させずに、縮流部の最小流路面積を規定する部材26を移動することができる。縮流部24の最小流路面積を規定する部材26には、冷却促進板66が取り付けられる。これにより、少ない空気量で縮流部の最小流路面積を規定する部材26を冷却できる。
In the structure of FIG. 11, an
スライドリング内筒62、スライドリング外筒64、または、ガイド48(図11ではスライドリング内筒62)にスライドリング移動棒固定機構40、スライドリング移動棒42を固定する。スライドリング移動棒42にはスライドリング移動器68を取り付ける。スライドリング移動器68を移動させると、縮流部24の最小流路面積を規定する部材26が移動する。
The slide ring moving
スライドリング移動器68はねじ付回転軸70に接続されており、ねじ付回転軸70を回転させることにより、スライドリング移動器68は噴出口16の方向、または、ウインドボックス外壁36の方向に移動する。ねじ付回転軸70の一方の先端には回転軸受け52が取り付けられる。他方の先端部には、回転盤74が取り付けられる。
The slide
回転盤74は、回転ハンドル76とベルトまたはチェーン78を介して接続されており、回転ハンドル76を回転させることにより、回転盤74も回転する。回転ハンドル76はスムーズに回転できるよう、回転軸80に接続される。この構造の利点は、燃焼時の調整が容易なことである。NOxを低減したいときには、縮流部24の最小流路面積を規定する部材26が噴出口16の方向に移動するように回転ハンドル76を廻せばよい。COを低減したいときには、回転ハンドル76を逆方向に廻せばよい。
The
スライドリング外筒64を移動させると、ウインドボックス開口部12の一部を閉塞することができる。これにより、縮流部24の最小流路面積を規定する部材26を移動させても、ウインドボックス開口部12から流入する空気量を一定に保つことができる。縮流部24の流路断面積を減少させると、この部分での流路抵抗が大きくなり、空気が流れにくくなる。
When the slide ring
図11の構成では、このとき、ウインドボックス開口部12の流路断面積が大きくなり、この部分の流路抵抗は小さくなる。縮流部24の流路断面積を増加させたときは、この逆になる。即ち、アフタエアノズル全体でみると、一部の流路抵抗を増すと、他の部分の流路抵抗が減少する構成である。
In the configuration of FIG. 11, at this time, the flow path cross-sectional area of the
ウインドボックス開口部12の大きさと形状を最適化すれば、縮流部24の流路断面積を変化させてもアフタエアノズル全体でみたときの流路抵抗を一定に保つことが可能である。なお、空気流量を一定に保つ必要が無い場合や、他の方法で空気流量を調整できる場合には、この構成は必ずしも必要ではない。
If the size and shape of the
図12は、ウインドボックス外壁36側からみた図である。回転ハンドルの近傍に、プレート61を設け、回転方向と期待できる効果が記載されている。操作の内容と期待される効果が明瞭に判るため、未熟練の運転員でも、操作を間違えることがない。図13は、図11のE−E’方向の断面図である。
(実施形態4)
図14は、本発明のアフタエアノズルの実施形態の一例を示した縦断面図である。
FIG. 12 is a view seen from the windbox
(Embodiment 4)
FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing an example of an embodiment of the after-air nozzle of the present invention.
縮流部24の最小流路面積を規定する部材26を、交換できる構造とした。縮流部24の最小流路面積を規定する部材の支持材30を、取り外し可能なボルト86a、86bにより取り外し式内筒88に取り付ける。取り外し式内筒88を取り外し式ウインドボックス外板90に固定し、ウインドボックス外板90を取り外し可能なボルト92a、92bによりウインドボックス外壁36に取り付ける。
The
この構成では、ボルト86a、86bを取り外すことによって、ウインドボックス外壁36の外側(図14の左側)から縮流部24の最小流路面積を規定する部材26を交換することができる。図15は、縮流部24の最小流路面積を規定する部材26を交換した状態を示している。予め、部材26をいくつか用意し、交換することにより、縮流部24の流路断面積を簡単に変更することができる。なお、この実施形態において、取り外し式内筒88は、空気孔91a、91b、91c、91dを備え、空気の流れ93a、93b、93c、93dは、それぞれ空気孔91a〜91dを通って流通する。
(実施形態5)
図16は、本発明のアフタエアノズルの実施形態の一例を示した断面図である。二つのノズルである縮流ノズル94と直進ノズル96を持つ構造である。アフタエアノズルの中心部に物体がないので、冷却構造が簡易になる。スライドリング32を前後に移動させることにより、縮流部24の出口の流路断面積を変化させる。図17は、図16の変形例であり、スライドリング32の設置位置を変えている。
In this configuration, by removing the
(Embodiment 5)
FIG. 16 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of an after air nozzle of the present invention. In this structure, the
燃焼実験により、本発明の効果を検証した。検証した対象は、図1〜図3の構成に類似するアフタエアノズルである。比較対象として、以下の5種のノズルを用いた実験も実施した。 The effect of the present invention was verified by a combustion experiment. The verified object is an after air nozzle similar to the configuration of FIGS. As a comparison object, an experiment using the following five types of nozzles was also performed.
(1)図1に類似の構成であるが、縮流部の流路が変更出来ないノズル(縮流ノズル1)
(2)図7に類似の構成であるが、縮流部の流路が変更出来ないノズル(縮流ノズル2)
(3)図18に類似の構成である、直進/旋回ノズル(直進/旋回ノズル)
(4)図19に類似の構成である、直進ノズル(直進ノズル1)
(5)図20に類似の構成である、流路面積が変更できる直進ノズル(直進ノズル2)
図18〜図20に、比較対象のアフタエアノズルの概念を示す。図18の直進/旋回ノズルでは、旋回羽根98a、98bにより、外周側の空気の流れ99a、99bに旋回を与えた。図19の直進ノズル1は、最も単純なノズル構成の例である。図20の直進ノズル2では、ノズルを多重管構造とした。ダンパ100a〜100cを開閉することにより、ノズルの流路断面積を変更できる。流路断面積を変更できる点は本発明と同じであるが、流路の形態が異なる。直進ノズル2では、流路断面積を変更するとき、空気流路の外径が変化する。
(1) Nozzle having a configuration similar to that shown in FIG.
(2) Nozzle having a configuration similar to that in FIG. 7 but in which the flow path of the contracted portion cannot be changed (contracted nozzle 2)
(3) Straight / swivel nozzle (straight / swivel nozzle) having a configuration similar to FIG.
(4) Straight-ahead nozzle (straight-ahead nozzle 1) having a configuration similar to FIG.
(5) A straight nozzle (straight nozzle 2) having a configuration similar to that of FIG.
18 to 20 show the concept of the after-air nozzle to be compared. In the straight / swirl nozzle of FIG. 18, the swirl vanes 98a and 98b swirl the air flows 99a and 99b on the outer peripheral side. The
検証実験の結果を図21に示す。実験では、燃料供給量、空気供給量、バーナ部と火炉全体の空気比を極力一定に保ち、ノズル単独の性能を比較した。性能は、火炉出口での排ガス中のNOxとCOの濃度で評価した。NOx濃度は6%O2換算値、CO濃度は3%O2換算値で比較した。 The result of the verification experiment is shown in FIG. In the experiment, the fuel supply amount, air supply amount, and the air ratio between the burner section and the entire furnace were kept as constant as possible, and the performance of the nozzles alone was compared. The performance was evaluated by the concentration of NOx and CO in the exhaust gas at the furnace outlet. The NOx concentration was compared with a 6% O2 conversion value, and the CO concentration was compared with a 3% O2 conversion value.
比較対象とした5種のノズルを用いた時のNOxとCOの性能は、概ね破線108と109の間となった。一方、本発明のノズルを用いた時の性能は、概ね曲線107で示す値となった。本発明の構成では、CO濃度を著しく低減できた。NOx性能の最良値でも、本発明の構成は比較対象の構成に優れていた。この結果から、本発明の構成により、NOxとCOを同時に低減できることがわかった。
The performance of NOx and CO when using the five types of nozzles to be compared was generally between the
記号102は縮流ノズル1、記号103は縮流ノズル2の結果である。比較対象の他のノズルと比べて、NOxとCOの性能は優れていなかった。劣る場合もあった。縮流部を持つ流路形状とするだけでは、NOxとCOを同時に低減できないことがわかった。
記号104は、直進ノズル2の結果である。流路面積の変更ができない他の比較対象のノズルと比べ、NOxとCOの性能がさほど優れていなかった。直進ノズル1と比べ、COを低減することはできたが、このときにはNOxが増加した。流路面積の変更によりNOxとCO性能の一方を向上することはできるが、この構成だけではNOxとCOを同時に低減することはできなかった。
記号106は、直進ノズル1の結果である。このノズルの噴出口の口径は、本発明のノズルと同じである。NOxとCOの性能はノズルの口径だけでは決定されないことがわかった。
本発明のノズルは、直進ノズル2よりもNOxとCO性能が優れていた。また、縮流ノズル1及び縮流ノズル2の結果と本発明のノズルの結果との比較から、縮流部をもつノズルでは、流路面積を変更できる構成とすることで、NOxとCO性能の向上効果が大きいことがわかった。
The nozzle of the present invention was superior in NOx and CO performance to the
以上の実験結果から、NOxとCOを同時に低減するには、下記の構成が必要条件であることがわかった。
噴出口の手前で縮流部を持つノズル構成であること。
縮流部の流路を変更できること。
空気流路の外径を変えずに、空気流路の断面積が変更できること。
(実施形態6)
図22は、本発明のアフタエアノズルの実施形態の一例であり、本発明のアフタエアノズルを適用した微粉炭燃焼用の火炉の構成図である。火炉の壁面は、上部の火炉天井110、下部のホッパ112、側方の火炉前壁114、火炉後壁116、及び火炉側壁136(図23に記載)で囲われ、それぞれの壁面には、図示しない水管が設置される。この水管により、火炉燃焼空間18で発生した燃焼熱の一部が吸収される。火炉燃焼空間18で生成した燃焼気体は下方から上方へ流れ、燃焼後の気体118となって排出される。燃焼後の気体118は、図示しない後部伝熱部を通り、ここで気体中に含まれる熱が、さらに回収される。
From the above experimental results, it was found that the following configuration is a necessary condition for simultaneously reducing NOx and CO.
The nozzle configuration must have a constricted part in front of the spout.
The flow path of the contraction part can be changed.
The cross-sectional area of the air flow path can be changed without changing the outer diameter of the air flow path.
(Embodiment 6)
FIG. 22 is an example of an embodiment of an after air nozzle of the present invention, and is a configuration diagram of a pulverized coal combustion furnace to which the after air nozzle of the present invention is applied. The wall of the furnace is surrounded by an
火炉の下部には、バーナ120が設置され、ここで空気不足の火炎122が形成される。石炭は図示しない粉砕器で、およそ150μm以下に粉砕した後、空気で搬送され、バーナ用1次空気と微粉炭124は、バーナから火炉内に噴出される。バーナ用2次、3次空気126も同時に、バーナ用ウインドボックス128を経て、バーナから噴出される。
A
バーナの上方には、アフタエアノズル130が設置される。通常、バーナの2次、3次空気として供給される空気の一部アフタエア空気132して分岐して、アフタエアノズル130から火炉燃焼空間118へ噴出される。火炉後壁116の上部には、ノーズ134が設けられる。このノーズ134の影響により、アフタエアノズル130廻りの燃焼気体の流れは非対称になる。
An after
図23は、図22のF−F’断面図である。アフタエアノズル130は通常、燃焼気体の流れと直角に、複数配置される。図23では、火炉側壁136よりに配置されたアフタエアノズル130と火炉中央よりに配置されたアフタエアノズル130がある。壁の影響により、火炉側壁136側と中央側では燃焼気体の流れ状態や温度が異なる。
23 is a cross-sectional view taken along the line F-F ′ in FIG. 22. A plurality of after
これらのノーズ134や火炉側壁136の影響により、配置されたアフタエアノズル130はそれぞれ異なった流れや温度の環境下に置かれる。NOx、COを含めて、火炉内の燃焼条件を最も望ましい状態にするためには、置かれた環境に応じて、アフタエアノズル130からの空気の噴出条件も、それぞれ最適な状態に出来ることが望ましい。
Due to the influence of the
本発明のアフタエアノズル130では、それぞれのアフタエアノズル130に設けられた縮流部24の流れ状態を個別に微調整できるため、置かれた環境に応じて、それぞれのアフタエアノズル130からの空気の噴出条件を最適な状態に保つことができる。本発明により、アフタエアノズル構造の工夫のみで、NOxとCOを同時に低減することができるようになった。
In the after
以上説明した本発明の実施形態を列挙すれば次のようになる。 The embodiments of the present invention described above are listed as follows.
二段燃焼用のボイラで用いるアフタエアノズルにおいて、前記アフタエアノズル中に、出口の空気噴出口へ向かって流路外径が縮小する縮流部と、前記縮流部の流路断面積を、流路外径を変えずに変更する手段を有するアフタエアノズル。 In the after-air nozzle used in the boiler for two-stage combustion, a flow-reducing section in which the outer diameter of the flow path decreases toward the air outlet of the outlet and a cross-sectional area of the flow path of the reduced-flow section are flown in the after-air nozzle. An after-air nozzle having means for changing without changing the road outer diameter.
前記アフタエアノズル中に、出口の空気噴出口へ向かって流路外径が縮小する縮流部を有し、前記縮流部の流路断面積を変更する手段を、前記アフタエアノズル内の空気流路の内側にしたアフタエアノズル。 The after air nozzle has a reduced flow portion whose flow path outer diameter is reduced toward the air outlet of the outlet, and means for changing the flow path cross-sectional area of the reduced flow portion is configured to change the air flow in the after air nozzle. After air nozzle inside the road.
前記アフタエアノズル中に、出口の空気噴出口へ向かって流路外径が縮小する縮流部を有し、前記縮流部の最小流路面積を規定する部材を前記アフタエアノズルの内部に有し、前記縮流部の最小流路面積を規定する部材を移動することにより前記縮流部の流路断面積を変更することが可能な構造とした、アフタエアノズル。 The after air nozzle has a reduced flow portion whose flow path outer diameter decreases toward the air outlet of the outlet, and a member that defines a minimum flow area of the reduced flow portion is provided inside the after air nozzle. An after air nozzle having a structure capable of changing the cross-sectional area of the flow-reducing portion by moving a member that defines the minimum flow-path area of the flow-reducing portion.
前記アフタエアノズル中に、出口の空気噴出口へ向かって流路外径が縮小する縮流部を有し、前記縮流部の最小流路面積を規定する部材を前記アフタエアノズルの内部に有し、前記縮流部の最小流路面積を規定する部材が単独で交換可能な構造であり、前記部材の交換により前記縮流部の流路断面積を変更することが可能な構造としたアフタエアノズル。 The after air nozzle has a reduced flow portion whose flow path outer diameter decreases toward the air outlet of the outlet, and a member that defines a minimum flow area of the reduced flow portion is provided inside the after air nozzle. An after-air nozzle having a structure in which a member defining the minimum flow path area of the contracted flow part can be replaced independently, and a cross-sectional area of the flow contracted part can be changed by replacing the member. .
前記縮流部の最小流路面積を規定する部材を、出口の空気噴出口へ向かって外径が次第に小さくなる構造としたアフタエアノズル。 An after-air nozzle in which a member that defines the minimum flow path area of the contracted flow portion has a structure in which an outer diameter gradually decreases toward an air outlet of the outlet.
前記アフタエアノズル内を流れる空気の流れ方向を基準としたときの前記縮流部の最小流路面積を規定する部材の移動範囲を、その先端部が前記縮流部の開始位置より流れ方向上流側に位置する場所から始まり、前記縮流部の開始位置より流れ方向下流側に位置する場所で終わる構造とした、アフタエアノズル。 The movement range of the member that defines the minimum flow path area of the contracted portion when the flow direction of the air flowing through the after air nozzle is used as a reference, the tip of the moving range is upstream of the starting position of the contracted portion An after-air nozzle having a structure starting from a location located at the end and ending at a location located downstream in the flow direction from the start position of the contracted flow portion.
燃料と空気を燃焼させ、燃焼ガスの熱エネルギーにより蒸気を発生させる火炉と、前記火炉のガス流れ方向上流側に設けられ、燃料を空気不足の条件で燃焼させるバーナと、前記火炉のガス流れ方向下流側で、かつ、前記バーナの下流側に設けられた、燃焼ガスを完全燃焼させるための空気を供給するアフタエアノズルを有する二段燃焼式ボイラにおいて、燃焼調整時に使用するアフタエアノズルの調整装置の操作方向と、そのときに期待される燃焼性能上の効果が、装置本体、装置の近傍、または、取り扱い説明書のいずれかに記載した二段燃焼式ボイラ。 A furnace that burns fuel and air and generates steam by the thermal energy of the combustion gas, a burner that is provided upstream of the furnace in the gas flow direction, and burns the fuel under air-deficient conditions, and a gas flow direction of the furnace In a two-stage combustion boiler having an after-air nozzle that supplies air for completely combusting combustion gas, provided on the downstream side and downstream of the burner, an after-air nozzle adjustment device for use in combustion adjustment A two-stage combustion boiler in which an operation direction and an effect on combustion performance expected at that time are described in either the apparatus main body, the vicinity of the apparatus, or the instruction manual.
10…ウインドボックス外筒、12…ウインドボックス開口部、14…空気の流れ、16…噴出口、18…火炉内燃焼空間、20…水管、22…縮流部材、24…縮流部、26…縮流部の最小流路面積を規定する部材、28…縮流部の細小流路、30…縮流部の最小流路面積を規定する部材の支持材、32…スライドリング、34…内筒、36…ウインドボックス外壁、38…ガイドローラ、40…スライドリング移動棒固定機構、42…スライドリング移動棒、44…ハンドル、46…過熱防止材、48…ガイド、50,52…冷却空気孔、56…冷却空気案内板、65…過熱防止材の支持材、90…取り外し式ウインドボックス外板、25…冷却用空気の流れ、31…縮流ノズルダンパ、98…旋回羽根、58…冷却空気導入口、60…冷却空気調整用ガイドスリーブ、62…スライドリング内筒、64…スライドリング外筒、66…冷却促進板、68…スライドリング移動器、70…ねじ付回転軸、72…回転軸受け、74…回転盤、76…回転ハンドル、78…ベルトまたはチェーン、80…回転軸、84…プレート、86a,86b,92a,92b…ボルト、88…取り外し式内筒、91a〜91d…空気孔、94…縮流ノズル、96…直進ノズル、100a〜100c…ダンパ、110…火炉天井、112…ホッパ、114…火炉前壁、116…火炉後壁、118…燃焼後の気体、120…バーナ、122…空気不足の火炎、124…バーナ用1次空気と微粉炭、126…バーナ用2次,3次空気、128…バーナ用ウインドボックス、130…アフタエアノズル、132…アフタエア空気、134…ノーズ、136…火炉側壁。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記火炉に複数個設置するアフタエアノズルは、アフタエアノズルの外周部を囲むウインドボックス外筒と、燃焼用空気が流入するウインドボックス開口部と、ボイラへ空気を供給する空気噴出口へ向かって流路外径が縮小する縮流部と、前記縮流部の流路断面積を変更する流路断面積変更装置とを備え、前記流路断面積変更装置は、前記縮流部の最小流路面積を規定する部材を前記アフタエアノズルの内部に設け、前記縮流部の最小流路面積を規定する部材を流路方向に移動することにより前記縮流部の流路断面積を変更可能なように構成し、前記ウインドボックス開口部から前記アフタエアノズルに流入する燃焼用空気量を調節するスライド部材を前記ウインドボックス外筒に取り付けて前記ウインドボックス開口部から流入する空気量を一定に保つようにウインドボックス開口部の面積を変化させるようにしたことを特徴とする二段燃焼式ボイラ。 A furnace that burns fuel and air and generates steam by the thermal energy of the combustion gas, a burner that is provided upstream of the furnace in the gas flow direction, and burns the fuel under air-deficient conditions, and a gas flow direction of the furnace In the two-stage combustion boiler that has an after air nozzle that supplies air for completely burning the combustion gas, provided downstream and downstream of the burner,
A plurality of after-air nozzles installed in the furnace are a flow path toward a wind box outer cylinder surrounding an outer periphery of the after-air nozzle, a wind box opening into which combustion air flows, and an air outlet for supplying air to the boiler And a flow path cross-sectional area changing device that changes a flow path cross-sectional area of the flow reducing portion, and the flow path cross-sectional area changing device has a minimum flow area of the flow reducing portion. A member that defines the minimum flow area of the contracted portion is moved in the direction of the flow path so that the cross-sectional area of the contracted portion can be changed. The amount of air that flows through the window box opening by attaching a slide member that adjusts the amount of combustion air flowing into the after air nozzle from the window box opening. Two-stage combustion boiler, characterized in that so as to vary the area of the windbox opening so as to maintain constant.
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