JP4394561B2 - 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 - Google Patents

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。

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。

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。

特開平１０−１２２５４６号公報 特開平９−１１２８７８号公報 特開２００３−２５４５１０号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施形態を示すアフタエアノズルの縦断面図である。 図１に示したアフタエアノズルの縮流部の流路面積を小さくしたときの縦断面図である。 図１に示したアフタエアノズルの縮流部の流路面積を大きくしたときの縦断面図である。 図１に示したアフタエアノズルＡ−Ａ‘線に沿う断面図である。 図１のアフタエアノズルＣ−Ｃ‘線に沿う断面図である。 図４のアフタエアノズルのＡ−Ａ‘線に沿う断面図である。 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。 本発明の実施形態２を示すアフタエアノズルの縦断面図である。 図８のＤ−Ｄ‘線に沿うアフタエアノズルの縦断面図である。 図８の実施形態の変形例を示すアフタエアノズルの縦断面図である。 本発明の実施形態３を示すアフタエアノズルの縦断面図である。 図１１に示したアフタエアノズルの調整装置を、火炉の外側から見た図である。 図１１のＥ−Ｅ‘線に沿うアフタエアノズルの縦断面図である。 本発明の実施形態４を示すアフタエアノズルの縦断面図である。 図１４に示した実施形態のアフタエアノズルの縮流部の流路面積を小さくしたとき縦断面図である。 本発明の実施形態５を示すアフタエアノズルの縦断面図である。 図６の本発明の実施形態の変形例を示すアフタエアノズルの縦断面図である。 本発明の効果の検証に用いた、比較対象のアフタエアノズル（直進／旋回ノズル）の構成図である。 本発明の効果の検証に用いた、比較対象のアフタエアノズル（直進ノズル１）の構成図である。 本発明の効果の検証に用いた、比較対象のアフタエアノズル（直進ノズル２）の構成図である。 本発明の効果を検証した、実験結果である。 本発明の実施形態による火炉の燃焼ガス流れ方向を示す断面図である。 図２２のＦ−Ｆ‘線に沿う断面図である。

符号の説明

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。

Claims (5)

1. 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二段燃焼用ボイラのアフタエアノズル。
2. 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である請求項１記載の二段燃焼用ボイラのアフタエアノズル。
3. 前記縮流部の最小流路面積を規定する部材は、空気噴出口へ向かって外径が次第に小さくなる構造である請求項１に記載のアフタエアノズル。
4. 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は、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請求項１に記載のアフタエアノズル。
5. 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二段燃焼式ボイラ。

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