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Title:
REHEAT BOILER AND GAS TEMPERATURE CONTROL METHOD OF REHEAT BOILER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/050917
Kind Code:
A1
Abstract:
A reheat boiler includes a main boiler arranged such that combustion gas generated through combustion of a burner flows from a furnace (102) through a superheater and an evaporation pipe group; a reheat furnace (108) provided with a reheat burner (107) on the slipstream side of the evaporation pipe group; and a reheater (109) on the upper side of the reheat furnace (108) wherein a combustion air supply portion (12) for supplying a portion of combustion air as combustion air (11b) is provided at a position opposing the reheat burner (107) in the reheat furnace (108). Mixing of combustion gas (107a) and the combustion air (11b) is accelerated by counter collision thereof to cause a flow pattern of the combustion gas to be varied and so unbalance in temperature of the combustion gas (107a) to be reduced at the outlet of the reheat furnace (108).

Inventors:
IMADA, Junji (())
今田 潤司 (())
Application Number:
JP2008/060470
Publication Date:
April 23, 2009
Filing Date:
June 06, 2008
Export Citation:
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Assignee:
MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. (16-5, Konan 2-chome Minato-k, Tokyo 15, 1088215, JP)
三菱重工業株式会社 (〒15 東京都港区港南二丁目16番5号 Tokyo, 1088215, JP)
IMADA, Junji (())
International Classes:
F22G1/16; F22G5/04; F22G7/12; F23L9/02
Attorney, Agent or Firm:
SAKAI, Hiroaki (Sakai International Patent Office, Kasumigaseki Building 2-5, Kasumigaseki 3-chome, Chiyoda-k, Tokyo 20, 1006020, JP)
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Claims:
 バーナの燃焼で発生した燃焼ガスが、火炉から過熱器、蒸発管群を通過して流れるように構成した主ボイラと、前記蒸発管群の後流側に再熱バーナを備えた再熱炉と、該再熱炉の上部側に再熱器とを有する再熱ボイラであって、
 前記再熱炉内で前記再熱バーナと対向する位置に燃焼用空気の一部を供給する燃焼用空気供給部を有することを特徴とする再熱ボイラ。
 請求項1において、
 前記燃焼用空気供給部が、前記再熱炉内の高さ方向に少なくとも二段以上設けられていることを特徴とする再熱ボイラ。
 請求項1において、
 前記燃焼用空気供給部に前記燃焼用空気の一部を50%以下の割合で投入することを特徴とする再熱ボイラ。
 請求項1において、
 前記燃焼用空気供給部が、前記再熱炉内の高さ方向に少なくとも二段以上設けられていると共に、燃焼用空気供給部ごとに異なる量の前記燃焼用空気の一部を供給することを特徴とする再熱ボイラ。
 請求項1乃至4の何れか一つの再熱ボイラのガス温度制御方法であって、
 前記再熱バーナと対向する位置から燃焼用空気の一部を前記再熱炉内に供給し、前記再熱炉の出口側での燃焼ガスのガス温度のアンバランスを低減することを特徴とする再熱ボイラのガス温度制御方法。
Description:
再熱ボイラ及び再熱ボイラのガ 温度制御方法

 本発明は、蒸発管群の後流側に再熱炉、 熱器を設け、再熱炉の出口付近での燃焼ガ のガス温度のアンバランスを低減する再熱 イラ及び再熱ボイラのガス温度制御方法に する。

 従来より舶用ボイラとして、過熱器を備 たものが採用されている(特許文献1)。また 従来の舶用ボイラの燃焼ガス後流側に再熱 と再熱器とを備えた再熱ボイラが使用され いる。

 従来の舶用再熱ボイラの構成の一例を図6に 示す。図6は、従来の再熱ボイラの構成を簡 に示す概略図である。図6に示すように、従 の再熱ボイラ100は、バーナ101と火炉102とフ ントバンクチューブ103と過熱器(Super Heater:S H)104と蒸発管群(リアバンクチューブ)105とか なる主ボイラ106と、蒸発管群105の後流側に 熱バーナ107を備えた再熱炉108と、排気ガス 口側に設けた再熱器109とからなる。バーナ10 1の燃焼で発生した燃焼ガスは、火炉102から ロントバンクチューブ103、過熱器104及び蒸 管群105を流れ、再熱バーナ107の燃焼ガスと 熱炉108にて混合し、再熱器109と熱交換を行 ながら流れ、ガス出口110から流出すること 、効率的に運転を行うようにしていた。
 図6中、111は水ドラム、112は蒸気ドラム、113 ,114はヘッダー、115はウォールチューブを示 ている。

特開2002-243106号公報

 ところで、従来の舶用再熱ボイラ100では 再熱バーナ107は再熱炉108の前壁側のみに設 され、再熱炉108の後壁側には設置されてい い。このため、図7に示すように、再熱炉108 の出口側(図6中、符号B部分)で再熱炉108の前 (図7中、X)側と後壁(図7中、Y)側とで燃焼ガス 温度に大きなアンバランスが発生する、とい う問題がある。

 再熱炉108の出口側(即ち、再熱器109の入口 側)での燃焼ガス温度のアンバランスは、再 炉108や再熱器109の伝熱性能を低下させると に、再熱器109の再熱チューブの高温腐食や ポート材の強度低下を招く虞もある、とい 問題がある。なお、図7中、符号Aは再熱バー ナの部分であり、符号Cは再熱器109の出口部 を図示する。

 本発明は、前記問題に鑑み、再熱バーナ ガスの流動パターンを変化させることによ 、再熱炉の出口側での燃焼ガスのガス温度 アンバランスの低減を図る再熱ボイラ及び 熱ボイラのガス温度制御方法を提供するこ を課題とする。

 上述した課題を解決するための本発明の 1の発明は、バーナの燃焼で発生した燃焼ガ スが、火炉から過熱器、蒸発管群を通過して 流れるように構成した主ボイラと、前記蒸発 管群の後流側に再熱バーナを備えた再熱炉と 、該再熱炉の上部側に再熱器とを有する再熱 ボイラであって、前記再熱炉内で前記再熱バ ーナと対向する位置に燃焼用空気の一部を供 給する燃焼用空気供給部を有することを特徴 とする再熱ボイラにある。

 第2の発明は、第1の発明において、前記 焼用空気供給部が、前記再熱炉内の高さ方 に少なくとも二段以上設けられていること 特徴とする再熱ボイラにある。

 第3の発明は、第1の発明において、前記 焼用空気供給部に前記燃焼用空気の一部を50 %以下の割合で投入することを特徴とする再 ボイラにある。

 第4の発明は、第1の発明において、 前記 燃焼用空気供給部が、前記再熱炉内の高さ方 向に少なくとも二段以上設けられていると共 に、燃焼用空気供給部ごとに異なる量の前記 燃焼用空気の一部を供給することを特徴とす る再熱ボイラにある。

 第5の発明は、第1乃至4の何れか一つの発 の再熱ボイラのガス温度制御方法であって 前記再熱バーナと対向する位置から燃焼用 気の一部を前記再熱炉内に供給し、前記再 炉の出口側での燃焼ガスのガス温度のアン ランスを低減することを特徴とする再熱ボ ラのガス温度制御方法にある。

 本発明によれば、再熱炉内で再熱バーナ 対向する位置に設けた燃焼用空気供給部よ 燃焼用空気の一部を再熱炉内に供給するこ により、前記再熱バーナから噴出されるガ の流動パターンを変化させることができる め、前記再熱炉の出口側での燃焼ガスのガ 温度のアンバランスの低減を図ることがで る。

図1-1は、本発明の実施例1に係る再熱 イラの再熱炉と再熱器の構成を簡略に示す 略図である。 図1-2は、図1-1中の再熱炉の鉛直方向 直交する方向から見た断面図である。 図2は、本発明の実施例1に係る再熱ボ ラの構成を簡略に示す概略図である。 図3は、再熱炉の出口付近での燃焼ガス の温度分布を示す説明図である。 図4は、本発明の実施例2に係る再熱ボ ラの再熱炉と再熱器の部分のみの構成を簡 に示す図である。 図5は、再熱炉の出口付近での燃焼ガス の温度分布を示す説明図である。 図6は、従来の再熱ボイラの構成の一例 を簡略に示す概略図である。 図7は、従来の再熱炉の出口付近の温度 分布を示す説明図である。

符号の説明

 10A、10B 再熱ボイラ
 11、11b-1~11b-3 燃焼用空気
 12、12-1~12-3 燃焼用空気供給部
 101 バーナ
 102 火炉
 103 フロントバンクチューブ
 104 過熱器(SH)
 105 蒸発管群(リアバンクチューブ)
 106 主ボイラ
 107 再熱バーナ
 108 再熱炉
 109 再熱器
 110 ガス出口
 111 水ドラム
 112 蒸気ドラム
 113、114 ヘッダー
 115 ウォールチューブ

 以下、この発明につき図面を参照しつつ 細に説明する。なお、この実施例によりこ 発明が限定されるものではない。また、下 実施例における構成要素には、当業者が容 に想定できるもの、あるいは実質的に同一 ものが含まれる。

 本発明による実施例に係る再熱ボイラにつ て、図面を参照して説明する。
 本実施例に係る再熱ボイラは、図6に示すよ うな従来の再熱ボイラの構成と同様であり、 再熱炉に空気供給部を設けたものであるため 、同一部材には同一の符号を付して重複した 説明は省略する。
 図1-1は、本発明の実施例1に係る再熱ボイラ の再熱炉と再熱器の構成を簡略に示す概略図 であり、図2のI-I断面図である。図1-2は、図1- 1中の再熱炉の鉛直方向と直交する方向から た断面図であり、図2は、本発明の実施例1に 係る再熱ボイラの構成を簡略に示す概略図で ある。
 また、図1-1及び図1-2中、符号Xが再熱炉の前 壁側であり、符号Yが再熱炉の後壁側である

 図1-1、図1-2及び図2に示すように、本実施例 に係る再熱ボイラ10Aは、図6に示すような従 の再熱ボイラの構成と同様、バーナ101の燃 により発生した燃焼ガスが、火炉102から過 器104、蒸発管群105を通過するように構成し 主ボイラ106と、再熱バーナ107で燃焼ガスが 燃される再熱炉108と、再燃された燃焼ガス 、再熱器109を通過するように構成した再熱 イラであると共に、図1-1及び図1-2に示すよ に、再熱炉108内で再熱バーナ107と対向する 置に再熱バーナ107に供給される燃焼用空気11 aの一部を燃焼用空気11bとして供給する燃焼 空気供給部12を有するものである。
 また、本発明において、燃焼用空気11のう 、再熱バーナ107に供給される燃焼用空気を 焼用空気11aとし、燃焼用空気11のうち、再熱 バーナ107に供給された残りであって、燃焼用 空気供給部12に供給される燃焼用空気を燃焼 空気11bという。

 再熱炉108内で再熱バーナ107と対向する位 に燃焼用空気供給部12を設けることで、再 バーナ107から噴出される燃焼ガス107aと燃焼 空気供給部12から供給される燃焼用空気11b が対向衝突し、燃焼ガス107aの燃焼用空気11b の混合が促進されるため、再熱炉108の出口 の燃焼ガス107aの温度のアンバランスを低減 することができる。

 また、図3は、図1-1に示す再熱炉の出口で の燃焼ガスの温度分布を示す説明図である。 図3に示すように、再熱炉108内で再熱バーナ10 7と対向する位置に燃焼用空気供給部12を設け 、燃焼用空気11bを再熱炉108内に供給すること で、再熱炉108出口付近(図1-1、図2中、符号B) 燃焼ガス107aの温度分布の幅が、例えば600~800 ℃となり、図7に示すような従来の再熱ボイ 100での再熱炉108の出口付近(図6、図7中、符 B)の燃焼ガス107aの温度分布よりも狭くなり 平均して約700℃程度を維持することができ 。

 よって、再熱バーナ107と対向する位置か 燃焼用空気11を再熱炉108に供給することで 図7に示すような従来の再熱ボイラでの再熱 108の出口付近(図6、図7中、符号B)の燃焼ガ 107aの温度に比べて、再熱炉108の出口付近の 度のアンバランスを抑制することができる

 また、本実施例に係る再熱ボイラ10Aにお ては、燃焼用空気11のうち、再熱バーナ107 供給される燃焼用空気11aを除いた燃焼用空 11bを燃焼用空気供給部12から50%以下の割合で 供給するのが好ましい。これは、燃焼用空気 11のうち、燃焼用空気11bに多く使用すると、 熱バーナ107で燃料が十分燃焼されないため ある。

 また、本実施例に係る再熱ボイラ10Aにおい は、燃焼ガス107aが再熱バーナ107に供給され る燃焼用空気11aと燃焼した後、燃焼用空気供 給部12から供給される燃焼用空気11bと燃焼さ 、段階的に投入するようにしている。その め、燃焼ガス107aを燃焼用空気11a、11bで二段 燃焼させることで、NO X の発生を抑制することができる。

 また、本実施例に係る再熱ボイラ10Aにお ては、燃焼用空気供給部12より供給される 焼用空気11bの空気量は例えばダンパー等の 気量調整手段により調整される。

 よって、本実施例に係る再熱ボイラ10Aに れば、再熱炉108内で再熱バーナ107と対向す 位置に設けた燃焼用空気供給部12より燃焼 空気11bを再熱炉108内に供給することにより 再熱バーナ107から噴出される燃焼ガス107aの 動パターンを変化させることができるため 再熱炉108の出口側での燃焼ガス107aのガス温 度のアンバランスを低減することができる。 これにより、再熱炉108や再熱器109の伝熱性能 の低下を防止すると共に、再熱器109の再熱チ ューブの高温腐食やサポート材の強度低下を 防止することができる。

 本発明による実施例2に係る再熱ボイラにつ いて、図4、5を参照して説明する。
 図4は、本発明の実施例2に係る再熱ボイラ 再熱炉と再熱器の部分のみの構成を簡略に す図である。
 本実施例に係る再熱ボイラは、実施例1に係 る再熱ボイラの構成と同様であるため、同一 部材には同一の符号を付して重複した説明は 省略する。
 図4に示すように、本実施例に係る再熱ボイ ラ10Bは、再熱炉108の再熱バーナ107の対抗位置 に再熱炉108の高さ方向に位置をずらした三段 の燃焼用空気供給部12-1~12-3を設けたものであ る。

 空気供給部12-1~12-3より燃焼用空気11b-1~11b- 3を再熱炉108に供給することにより、燃焼ガ の燃焼用空気11b-1~11b-3との混合度合いを任意 に調整し、再熱炉108の出口付近での燃焼ガス の温度分布を制御することができる。

 また、実施例に係るボイラ10Bにおいては 空気供給部12-1~12-3により各々に供給される 焼用空気11b-1~11b-3の流量を調整するように ている。再熱炉108に供給される燃焼用空気11 b-1~11b-3の流量を調整することにより、燃焼ガ ス107aの燃焼用空気11b-1~11b-3との混合度合いを 調整し、再熱炉108の出口付近での温度分布を 制御することができる。例えば、燃焼用空気 11b-1の空気量を多めとし、燃焼用空気11b-2、11 b-3の空気量を均等とすることで、再熱炉108の 出口付近での温度分布を均等にすることがで きる。

 また、図5は、図4に示す再熱炉の出口付 での燃焼ガスの温度分布を示す説明図であ 。図4に示すように、燃焼用空気供給部12-1~12 -3により供給される燃焼用空気11b-1~11b-3の流 を調整することで、図5に示すように、再熱 108の出口側での燃焼ガス107aのガス温度のア ンバランスを低減することができる。

 このように、燃焼用空気11bを多段に分け 再熱炉108内に供給することで、再熱炉108の 口付近(図4中、符号B)の燃焼ガス107aの温度 布の幅が、例えば620~780℃となり、図7に示す ような従来の再熱ボイラ100での再熱炉108の出 口付近(図6中、符号B)の燃焼ガス107aの温度分 よりも狭くなり、平均して約700℃程度を維 することができる。

 また、図3に示すような実施例1に係る再 ボイラ10Aでの再熱炉108の出口付近(図2中、符 号B)の燃焼ガス107aの温度分布に比べて更に均 一とすることができる。

 よって、再熱バーナ107と対向する位置か 燃焼用空気11b-1~11b-3を再熱炉108に供給し、 焼用空気11b-2、11b-3の空気量を微調整するこ で、再熱炉108の出口付近の温度のアンバラ スを抑制することができる。

 また、燃焼用空気11b-1~11b-3の流量を微調整 ることで、温度、滞留時間といった還元域 件を調整することができるため、NO X の発生を抑制することができる。例えば、燃 焼用空気11b-1の流量を少なくし、燃焼用空気1 1b-3の流量を多くし、再熱炉108内を空気の不 した状態とすることで、NO X の発生を抑制することができる。

 従って、本実施例に係る再熱ボイラ10Bに れば、再熱炉108の再熱バーナ107の対抗する 置に高さ方向に位置をずらして設けた複数 燃焼用空気供給部12-1~12-3より燃焼用空気11b- 1~11b-3を送給し、再熱炉108に供給される燃焼 空気11b-1~11b-3の流量を微調整することにより 、再熱バーナ107のガス流動パターンを変化さ せることができるため、再熱炉108の出口側で の燃焼ガス107aのガス温度のアンバランスを に低減することができる。これにより、再 炉108や再熱器109の伝熱性能の低下を防止す と共に、再熱器109の再熱チューブの高温腐 やサポート材の強度低下を防止することが きる。

 また、燃焼ガス107aの燃焼用空気11b-1~11b-3と 混合度合いを微調整し、再熱炉108の出口部 での温度分布を制御することができる。更 、燃焼用空気11b-1~11b-3の空気量を微調整し 再熱炉108の還元域条件を調整することがで るため、NO X の発生を抑制することができる。

 また、本実施例に係る再熱ボイラ10Bにお ては、再熱炉108内の高さ方向に位置をずら て燃焼用空気供給部12-1~12-3を三段設けるよ にしているが、本発明はこれに限定される のではなく、空気供給部12を三段以上設け ようにしてもよい。

 また、本発明に係る再熱ボイラ10A、10Bは 再熱炉108内で再熱バーナ107と対向する位置 ら燃焼用空気の一部11bを再熱炉108内に供給 ることで、燃焼ガスの流動パターンを変化 せ、再熱炉108の出口側での燃焼ガスのガス 度のアンバランスの低減を図ることができ ため、舶用ボイラとして用いることができ が、本発明はこれに限定されるものではな 。

 以上のように、本発明に係る再熱ボイラ び再熱ボイラのガス温度制御方法は、再熱 内で再熱バーナと対向する位置に再熱炉内 高さ方向に位置をずらして少なくとも一つ 上設けた燃焼用空気供給部より燃焼用空気 一部を再熱炉内に供給することで、燃焼ガ の流動パターンを変化させることができる め、再熱炉の出口側での燃焼ガスのガス温 のアンバランスの低減を図る舶用の再熱ボ ラに用いて好適である。