| 【発明の名称】 |
バーナシステムの燃焼空気流量調節方法及び圧力計測機能を具備するバーナシステム |
| 【発明者】 |
【氏名】浦田 信也
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| 【要約】 |
【課題】個々のバーナごとに最適な燃焼空気量に調節して燃焼効率を向上するとともに窒素酸化物の排出量を低減することの可能な燃焼空気量の調節方法を提供する。
【解決手段】燃料供給流路１２０に燃料を流さず、１〜３次燃焼空気供給流路１２１〜１２３に空気を流した状態で、各燃料供給流路の圧力を圧力計６０によって計測し、平均圧力を算出する。各バーナの燃料供給流路の圧力が平均圧力の所定係数倍となるように、各バーナのダンパ開度を順次調節する。さらに、１〜３次燃焼空気供給流路の全圧の計測結果に基づいて、１〜３次燃焼空気供給流路の各ダンパ開度を調節することもできる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 燃料供給流路と、該燃料供給流路の近傍に配置された複数の燃焼空気供給流路であって、それぞれが燃焼空気流量調節手段を具備する複数の燃焼空気供給流路と、からなるバーナを複数本具備するバーナシステムの燃焼空気流量調節方法であって、前記燃料供給流路に燃料を供給せず、前記複数の燃焼空気供給流路に燃焼空気を供給した空気流量調節状態における燃料供給流路の圧力に基づいて燃焼空気流量調節手段により各バーナごとに燃焼空気流量を調節するバーナシステムの燃焼空気流量調節方法。
【請求項２】 燃料供給流路と、該燃料供給流路の近傍に配置された複数の燃焼空気供給流路であって、それぞれが燃焼空気流量調節手段を具備する複数の燃焼空気供給流路と、からなるバーナを複数本具備するバーナシステムの燃焼空気流量調節方法であって、前記燃料供給流路に燃料を供給せず、前記複数の燃焼空気供給流路に燃焼空気を供給する空気流量調節状態に設定する空気流量調節状態設定段階と、前記空気流量調節状態設定段階で設定された空気流量調節状態において、複数の燃焼空気供給流路のそれぞれの圧力を計測する燃焼空気供給流路圧力計測段階と、前記燃焼空気供給流路圧力計測段階で計測された複数の燃焼空気供給流路の圧力の平均圧力を算出する平均圧力算出段階と、空気流量調節状態において、複数の燃焼空気供給流路のそれぞれの圧力が、前記平均圧力算出段階で算出された平均圧力の予め定められた係数倍となるように燃焼空気流量調節手段を調節する燃焼空気流量調節段階と、からなるバーナシステムの燃焼空気流量調節方法。
【請求項３】 前記燃焼空気流量調節段階における燃焼空気流量調節後に、空気流量調節状態において複数の燃焼空気供給流路のそれぞれの圧力を再計測する燃焼空気供給流路圧力再計測段階と、前記燃焼空気供給流路圧力再計測段階で計測された複数の燃焼空気供給流路の圧力の平均圧力を再算出する平均圧力再算出段階と、をさらに含み、前記平均圧力算出段階で算出された平均圧力と前記平均圧力再算出段階で算出された平均圧力との偏差の絶対値が予め設定された値以下となるまで燃焼空気流量調節を繰り返す請求項２に記載のバーナシステムの燃焼空気流量調節方法。
【請求項４】 複数の燃焼空気供給流路のそれぞれに燃焼空気供給流路の全圧を計測する全圧計測手段を設置する全圧計測手段設置段階と、空気流量調節状態において、前記全圧計測手段設置段階で設置された全圧計測手段で計測された全圧が予め定められた圧力となるように複数の燃焼空気供給流路のそれぞれの燃焼空気流量調節手段を個別に調節する燃焼空気流量個別調節段階と、をさらに含む請求項２または３に記載のバーナシステムの燃焼空気流量調節方法。
【請求項５】 複数本の燃料供給流路と、前記複数本の燃料供給流路のそれぞれの近傍に配置された複数の燃焼空気供給流路であって、該複数の燃焼空気供給流路のそれぞれが燃焼空気流量調節手段を具備する複数の燃焼空気供給流路と、前記燃料供給流路のそれぞれが、前記燃料供給流路内の圧力を計測するための燃料供給流路内圧力計測手段を具備する圧力計測機能を具備するバーナシステム。
【請求項６】 前記複数の燃焼空気供給流路のそれぞれが、燃焼空気供給流路を流れる空気の全圧を計測する全圧計測手段をさらに具備する請求項５に記載の圧力計測機能を具備するバーナシステム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はバーナに供給する燃焼空気量の調節方法およびに係わり、特に個々のバーナごとに最適な燃焼空気流量に調節して燃焼効率を向上するとともに窒素酸化物の排出量を低減することの可能な燃焼空気流量の調節方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、火力発電プラントのボイラにおいてバーナから原油等の燃料を噴射して燃料を燃焼させる際に、燃焼効率を向上させるだけでなく窒素酸化物の発生を抑制することが重要となってきている。燃焼効率を向上させるだけでなく窒素酸化物の発生を抑制するためには、火力発電プラントの出力（即ち発電量）に応じてバーナに供給される燃料流量及び燃焼空気量を調節することが必要である。即ち、バーナに供給される燃料量と燃焼空気量を所定の比率に調節することが必要となる。
【０００３】図１はボイラの断面図であって、ボイラ１０の前面（缶前）には風箱１１が設置され、風箱１１とボイラ１０の間にはバーナ１２が配置されている。風箱１１には燃焼用空気が送風機１３から空気流路１４を介して送られるが、風箱１１に供給される空気流量は空気流路に設けられたオリフィス１５によって計測される。
【０００４】図２は風箱のＸ−Ｘ断面図であって、長方形の風箱１１の中に所定本数（例えば１６本）の円形のバーナ１２が配置されている。図３は１本のバーナの拡大図であって、中心に燃料供給管１２０が配置され、その周囲に同心円状に１次燃焼空気流路１２１、２次燃焼空気流路１２２、および３次燃焼空気流路１２３が順に配置される。
【０００５】図４は１本のバーナの軸方向断面図であって、１次燃焼空気流路１２１、２次燃焼空気流路１２２、および３次燃焼空気流路１２３の風箱１１内端部にはそれぞれ１次燃焼空気ドラムダンパ１２４、２次燃焼空気ドラムダンパ１２５、および３次燃焼空気ドラムダンパ１２６が設けられる。図５は１つの燃焼空気ドラムダンパ５（１次燃焼空気ドラムダンパ１２４、２次燃焼空気ドラムダンパ１２５、および３次燃焼空気ドラムダンパ１２６の１つ）の分解斜視図であって、２つの円柱容器状のドラム５１および５２が回転可能に嵌合された構成を有する。即ち、第１のドラム５１の内径と第２のドラム５２の外径とがほぼ等しく形成されている。
【０００６】第１のドラム５１および第２のドラム５２の周壁には、長方形の開口５１０および５２０が穿孔されている。従って、第１のドラム５１を第２のドラム５２に対して相対的に回転させることにより燃焼空気ドラムダンパ５の外部と内部を接続する流路の断面積、即ち風箱１１から１次燃焼空気流路１２１、２次燃焼空気流路１２２、および３次燃焼空気流路１２３のそれぞれに流入する燃焼空気量を調節可能である。
【０００７】そこで、従来はボイラの実際にバーナを点火しての試運転段階において、各バーナごとに火炎の様子を観察しつつ１次燃焼空気ドラムダンパ１２４、２次燃焼空気ドラムダンパ１２５、および３次燃焼空気ドラムダンパ１２６の開度を調節していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、１個の風箱１１に複数本のバーナが配置されているにも係わらず、１個の風箱１１に供給される燃焼空気量のみが計測可能であり、個々のバーナに供給される燃焼空気量を計測してはいなかった。従って、個々のバーナごとに１次燃焼空気ドラムダンパ１２４、２次燃焼空気ドラムダンパ１２５、および３次燃焼空気ドラムダンパ１２６の開度を調節しても、その調節結果が燃焼効率および低窒素酸化物という観点から最適なものであるということは必ずしも保証されない。
【０００９】本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、個々のバーナごとに最適な燃焼空気量に調節して燃焼効率を向上するとともに窒素酸化物の排出量を低減することの可能な燃焼空気量の調節方法および圧力計測機能を具備するバーナシステムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係るバーナシステムの燃焼空気流量調節方法は、燃料供給流路と、燃料供給流路の近傍に配置された複数の燃焼空気供給流路であって、それぞれが燃焼空気流量調節手段を具備する複数の燃焼空気供給流路と、からなるバーナを複数本具備するバーナシステムの燃焼空気流量調節方法であって、燃料供給流路に燃料を供給せず複数の燃焼空気供給流路に燃焼空気を供給した空気流量調節状態における燃料供給流路の圧力に基づいて燃焼空気流量調節手段により各バーナごとに燃焼空気流量を調節する。
【００１１】第２の発明に係るバーナシステムの燃焼空気流量調節方法は、燃料供給流路と燃料供給流路の外側に同心円状に形成された複数の燃焼空気供給流路であってそれぞれが燃焼空気流量調節手段を具備する複数の燃焼空気供給流路とからなるバーナを複数本具備するバーナシステムの燃焼空気流量調節方法であって、燃料供給流路に燃料を供給せず複数の燃焼空気供給流路に燃焼空気を供給する空気流量調節状態に設定する空気流量調節状態設定段階と、空気流量調節状態設定段階で設定された空気流量調節状態において複数の燃焼空気供給流路のそれぞれの圧力を計測する燃焼空気供給流路圧力計測段階と、燃焼空気供給流路圧力計測段階で計測された複数の燃焼空気供給流路の圧力の平均圧力を算出する平均圧力算出段階と、空気流量調節状態において複数の燃焼空気供給流路のそれぞれの圧力が平均圧力算出段階で算出された平均圧力の予め定められた係数倍となるように燃焼空気流量調節手段を調節する燃焼空気流量調節段階と、からなる。
【００１２】第１及び第２の発明にあっては、燃料供給流路の圧力の平均圧力の所定係数倍となるように各バーナの燃焼空気流量調節手段を調節することにより、バーナごとに適切な流量の燃焼空気が供給される。第３の発明に係るバーナシステムの燃焼空気流量調節方法は、燃焼空気流量調節段階における燃焼空気流量調節後に空気流量調節状態において複数の燃焼空気供給流路のそれぞれの圧力を再計測する燃焼空気供給流路圧力再計測段階と、燃焼空気供給流路圧力再計測段階で計測された複数の燃焼空気供給流路の圧力の平均圧力を再算出する平均圧力再算出段階と、をさらに具備し、平均圧力算出段階で算出された平均圧力と平均圧力再算出段階で算出された平均圧力との偏差の絶対値が予め設定された値以下となるまで燃焼空気流量調節を繰り返す。
【００１３】本発明にあっては、平均圧力算出段階で算出された平均圧力と平均圧力再算出段階で算出された平均圧力との偏差の絶対値が予め設定された値以下となるまで各バーナの燃焼空気流量調節手段が繰り返し調節される。第４の発明に係るバーナシステムの燃焼空気流量調節方法は、複数の燃焼空気供給流路のそれぞれに燃焼空気供給流路の全圧を計測する全圧計測手段を設置する全圧計測手段設置段階と、空気流量調節状態において全圧計測手段設置段階で設置された全圧計測手段で計測された全圧が予め定められた圧力となるように複数の燃焼空気供給流路のそれぞれの燃焼空気流量調節手段を個別に調節する燃焼空気流量個別調節段階と、をさらに具備する。
【００１４】本発明にあっては、各バーナの複数の燃焼空気供給流路の全圧の計測結果に基づいて複数の燃焼空気供給流路に対応する複数の燃焼空気流量調節手段が調節される。第５の発明に係る圧力計測機能を具備するバーナシステムは、複数本の燃料供給流路と、複数本の燃料供給流路のそれぞれの近傍に配置された複数の燃焼空気供給流路であって複数の燃焼空気供給流路のそれぞれが燃焼空気流量調節手段を具備する複数の燃焼空気供給流路と、燃料供給流路のそれぞれが燃料供給流路内の圧力を計測するための燃料供給流路内圧力計測手段を具備する。
【００１５】本発明にあっては、燃焼空気流量調整状態において燃料供給流路内圧力計測手段によって計測された燃料供給流路内圧力に基づいて燃焼空気供給流路から供給される燃焼空気流量が算出される。第５の発明に係る圧力計測機能を具備するバーナシステムは、複数の燃焼空気供給流路のそれぞれが燃焼空気供給流路を流れる空気の全圧を計測する全圧計測手段をさらに具備する。
【００１６】本発明にあっては、燃焼空気流量調整状態において全圧計測手段によって計測された各燃焼空気供給流路の全圧に基づいて各燃焼空気供給流路から供給される燃焼空気流量が算出される。
【００１７】
【発明の実施の形態】図６は本発明に係る燃焼空気量の調節方法の第１の実施形態を実施するための構成図であって、各バーナ毎に燃料供給管１２０内の圧力を計測するために圧力計６０が圧力導管６１を介して燃料供給管１２０に接続される。この状態で燃料供給管１２０に燃料を供給せずに、風箱１１に燃焼空気のみを供給して、圧力計６０により各バーナの燃料供給管１２０内の圧力を計測する。
【００１８】１次〜３次燃焼空気流路から燃焼空気が噴出されると、バーナ中心に配置されている燃料供給管１２０内の空気は燃焼空気に巻き込まれる。従って、燃料供給管１２０内の圧力は負圧となるが、負圧の大きさは１次〜３次燃焼空気流路から噴出される燃焼空気量の平方根に比例する。即ち、１個の風箱にバーナがＮ個配置されており、風箱に供給される燃焼空気量をＱ、1 個のバーナｎに対応する燃料供給管１２０内の圧力をＰ0nとすれば、当該バーナｎに供給される燃焼空気量Ｑ0nは［数１］で算出できる。
【００１９】
【数１】
【００２０】従って、風箱内の配置位置を考慮してバーナｎに供給すべき燃焼空気量Ｑ0nを予め定めれば、バーナｎに対応する燃料供給管１２０内の圧力を［数２］で表されるＰ0nとなるように１次〜３次燃焼空気ドラムダンパ開度を調節すればよい。
【００２１】
【数２】
【００２２】特に、各バーナｎに均等に燃焼空気量を配分するためには、バーナｎに対応する燃料供給管１２０内の圧力Ｐ0nが平均圧力Ｐmeanとなるように１次〜３次燃焼空気ドラムダンパ開度を調節すればよい。図７はダンパ開度調節手順を示すフローチャートであって、ステップ７０で１つの風箱に含まれるＮ本のバーナについて燃料供給管１２０に燃料を供給せず、風箱１１に燃焼空気のみを供給して、圧力計６０により各バーナの燃料供給管１２０内の圧力Ｐ0nを計測する。
【００２３】次に、ステップ７１で［数３］に基づいて平均圧力Ｐmeanを算出し、ステップ７２でバーナのインデックスｎを初期値“１”に設定する。
【００２４】
【数３】
【００２５】そして、ステップ７３でダンパ開度を調節してｎ番目のバーナの圧力を平均圧力Ｐmeanの予め定められた係数γi倍（＝γi×Ｐmean ただしΣγi＝Ｎ）に一致させる。特に、各バーナからの空気流量を均等に設定する場合には［数４］が成立するようにダンパ開度を調節する。
【００２６】
【数４】
【００２７】ステップ７４でＮ本すべてのバーナについてダンパ開度の調節が終了したかを判定し、終了していない場合はステップ７５でインデックスｎをインクリメントしてステップ７３に戻る。ステップ７６でステップ７１で算出した平均圧力Ｐmeanを前回圧力ＰBとして記憶し、ステップ７７で改めて［数３］に基づいてダンパ開度調節後の平均圧力Ｐmeanを算出する。
【００２８】ステップ７８で前回圧力ＰBと改めて算出した平均圧力Ｐmeanの差の絶対値が予め定められた誤差ε以下となるまでステップ７２からステップ７７の手順を繰り返す。図８は本発明に係る燃焼空気量の調節方法の第２の実施形態を実施するための構成図であって、各バーナ毎に燃料供給管１２０内の圧力を計測するための圧力計６０に加えて、１次〜３次燃焼空気流路１２１〜１２３の圧力Ｐ1n、Ｐ2n、およびＰ3nが計測される。
【００２９】即ち、燃料供給管１２０内に１次〜３次燃焼空気流路１２１〜１２３の圧力Ｐ1n〜Ｐ3nを計測するために３本の圧力導管８１〜８３が設置される。なお、３本の圧力導管８１〜８３には圧力計８４〜８６が取付けられる。図９は図８の破線部分の拡大図であって、３本の圧力導管８１〜８３は、それぞれ１次〜３次燃焼空気流路１２１〜１２３内で空気流れ方向に直角に開口する。
【００３０】即ち、３本の圧力導管８１〜８３に取り付けられた圧力計８４〜８６によって計測される圧力Ｐ1n〜Ｐ3nは１次〜３次燃焼空気流路１２１〜１２３の全圧を示すこととなる。従って、ｉ次燃焼空気流路１２ｉの開口部における燃焼空気の流速Ｖinは［数５］によって算出することが可能である。
【００３１】
【数５】
【００３２】従って、ｉ次燃焼空気流路１２ｉから流出する燃焼空気量Ｑinは［数６］によって算出される。
【００３３】
【数６】
【００３４】一方、ｉ次燃焼空気流路１２ｉから流出する燃焼空気量Ｑinの総計はＱ0nに等しいので［数７］が成立する。
【００３５】
【数７】
【００３６】ここで、最も燃焼効率が高くかつ窒素酸化物の排出量が最も少ない状態が、２次燃焼空気流路１２２から流出する燃焼空気量Ｑ2nが１次燃焼空気流路１２１から流出する燃焼空気量Ｑ1nのα倍、３次燃焼空気流路１２３から流出する燃焼空気量Ｑ3nが１次燃焼空気流路１２１から流出する燃焼空気量Ｑ1nのβ倍であるときに実現されるものとすれば、［数８］が成立する。
【００３７】
【数８】
【００３８】従って、１次燃焼空気流路１２１の全圧Ｐ1nが［数９］となるように１次燃焼空気ドラムダンパの開度を設定すればよい。
【００３９】
【数９】
【００４０】同様に、２次燃焼空気流路１２２の全圧Ｐ2n、および３次燃焼空気流路１２３の全圧Ｐ3nが、それぞれ［数１０］および［数１１］となるように２次および３次燃焼空気ドラムダンパの開度を設定すればよい。
【００４１】
【数１０】
【００４２】
【数１１】
【００４３】図１０は各バーナへの空気流量の分配が終了した後に実行される１〜３次ダンパ開度調節手順を示すフローチャートであって、ステップ１００で［数９］に基づいて１次燃焼空気流ドラムダンパの開度を、ステップ１０１で［数１０］に基づいて２次燃焼空気流ドラムダンパの開度を、ステップ１０２で［数１１］に基づいて３次燃焼空気流ドラムダンパの開度を調節すればよい。
【００４４】
【発明の効果】第１及び第２の発明に係るバーナシステムの燃焼空気流量調節方法によれば、燃料供給流路に燃料を流さず、燃焼空気流路に燃焼空気を流した状態で、燃料供給流路の圧力を計測して平均圧力を算出し、各バーナの燃料供給流路の圧力が平均圧力の所定係数倍となるように燃焼空気流量調節手段を調節することによって、各バーナごとに最適な燃焼空気流量を設定することが可能となる。
【００４５】第３の発明に係るバーナシステムの燃焼空気流量調節方法によれば、燃焼空気流量調節手段の調節を繰り返すことにより、各バーナごとに最適な燃焼空気流量を設定することが可能となる。第４の発明に係るバーナシステムの燃焼空気流量調節方法によれば、各バーナの複数の燃焼空気供給流路の全圧を計測することにより、各燃焼空気供給流路ごとに燃焼空気流量を最適に調節することが可能となる。
【００４６】第５の発明に係るバーナシステムによれば、燃焼空気流量調節状態において燃料供給流路内の圧力を計測することにより燃焼空気供給流路から供給される燃焼空気流量を算出することが可能となる。第６の発明に係るバーナシステムによれば、燃焼空気流量調節状態において燃焼空気供給流路の全圧を計測することによりそれぞれの燃焼空気供給流路から供給される燃焼空気流量を算出することが可能となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年８月２６日（１９９９．８．２６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７５１７
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 敬 （外４名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−６５８０９（Ｐ２００１−６５８０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月１６日（２００１．３．１６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２４０２３４ |
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