特許 6535555 ボイラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6535555

(24)【登録日】2019年6月7日

(45)【発行日】2019年6月26日

(54)【発明の名称】ボイラ

(51)【国際特許分類】

   F23J 15/00 20060101AFI20190617BHJP

   B01D 53/86 20060101ALI20190617BHJP

   B01D 53/90 20060101ALI20190617BHJP

【ＦＩ】

   F23J15/00 G

   B01D53/86 222

   B01D53/90

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-180596(P2015-180596)

(22)【出願日】2015年9月14日

(65)【公開番号】特開2017-58034(P2017-58034A)

(43)【公開日】2017年3月23日

【審査請求日】2018年6月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】小田 学

(72)【発明者】

【氏名】加古 博

(72)【発明者】

【氏名】宮西 英雄

(72)【発明者】

【氏名】磯部 知昭

【審査官】 藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭６４−４６６２８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第４２５９９８７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０２３８５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００５１３４５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平６−１１１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平１−８１４４７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平１−１２９５４９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平２−９２４３４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特許第５７４８８９４（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｊ １５／００

Ｂ０１Ｄ ５３／８６

Ｂ０１Ｄ ５３／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、
前記火炉に配置される燃焼装置と、
前記火炉における鉛直方向の上部に連結されて排ガスを流す煙道と、
前記煙道に配置される熱交換器と、
前記煙道における前記熱交換器より排ガスの流れ方向の下流側に配置される還元剤供給装置と、
前記煙道における前記還元剤供給装置より排ガスの流れ方向の下流側に配置される脱硝触媒と、
一端部が前記煙道における前記熱交換器より排ガスの流れ方向の上流側に接続されて他端部が前記煙道における前記熱交換器と前記還元剤供給装置との間に接続されるバイパス流路と、
前記バイパス流路における前記他端部が接続される前記煙道との下流側接続部より排ガスの流れ方向の上流側に設けられて一部の流路を閉塞する第１閉塞装置と、
前記煙道における前記下流側接続部より上流側に設けられて一部の流路を閉塞する第２閉塞装置と、
を備え、
前記第１閉塞装置は、前記煙道における排ガスの流れ方向に沿うと共に前記煙道の幅方向に所定間隔で設けられる複数の第１閉塞部材を有し、
前記第２閉塞装置は、鉛直方向に沿うと共に前記煙道の幅方向に所定間隔で設けられる複数の第２閉塞部材を有し、
前記複数の第１閉塞部材と前記複数の第２閉塞部材は、前記煙道の幅方向にずれて配置され、
前記第１閉塞部材は、下流側が前記煙道の内壁面と段差なく連続し、前記第２閉塞部材は、下流側が前記バイパス流路の内壁面と段差なく連続する、
ことを特徴とするボイラ。

【請求項2】

前記煙道は、煙道直線部が設けられ、前記第２閉塞装置と前記還元剤供給装置が前記煙道直線部に配置されることを特徴とする請求項１に記載のボイラ。

【請求項3】

前記煙道直線部は、前記第２閉塞装置より上流側に流量調整用ダンパが配置されることを特徴とする請求項２に記載のボイラ。

【請求項4】

前記煙道における前記第１閉塞装置より下流側であって、前記下流側接続部と対向する位置に混合空間部が設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のボイラ。

【請求項5】

前記第１閉塞装置と前記第２閉塞装置は、前記混合空間部に面して配置されることを特徴とする請求項４に記載のボイラ。

【請求項6】

前記第２閉塞部材は、前記煙道における排ガスの流れ方向に直交する方向に沿った閉塞板であり、鉛直方向に沿って同じ幅に設定されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のボイラ。

【請求項7】

前記閉塞板は、排ガスの流れ方向の下流側に延出する補強板が固定されることを特徴とする請求項６に記載のボイラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発電用または工場用などとして使用する蒸気を生成するためのボイラに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の石炭焚きボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉を有し、この火炉壁に複数の燃焼バーナが周方向に沿って配設されている。また、石炭焚きボイラは、火炉の上方に煙道が連結されており、この煙道に蒸気を生成するための熱交換器が配置されている。そのため、燃焼バーナが火炉内に燃料と空気との混合気を噴射することで火炎が形成され、燃焼ガスを生成されて煙道に流れる。そして、燃焼により発生した排ガスにより熱交換器を流れる水を加熱して蒸気が生成され。また、この煙道は、排気ダクトが連結され、この排気ダクトに脱硝設備、電気集塵機、脱硫装置などが設けられ、下流端部に煙突が設けられている。

【0003】

このような石炭焚きボイラにて、排気ダクトに配置された脱硝設備は、アンモニアなどの還元剤を煙道に供給し、還元剤が供給された排ガスを窒素酸化物と還元剤との反応を促進させる触媒を通過させることで、排ガス中の窒素酸化物を除去するものである。この場合、触媒で排ガス中の窒素酸化物を効率良く除去するために、排ガス温度を所定の反応温度以上に維持する必要がある。そのため、石炭焚きボイラは、熱交換器（節炭器）をバイパスするバイパス流路が設けられており、低負荷運転時に、高温の排ガスをバイパス流路により脱硝触媒の上流側にバイパスさせることで、排ガス温度を反応温度以上に維持している。

【0004】

この石炭焚きボイラの低負荷運転時に、高温の排ガスをバイパスさせると、煙道を流れる低温の排ガスに対して高温の排ガスが混合されることとなる。ところが、低温の排ガスと高温の排ガスとの温度差が大きいことから、ここで十分に混合せず、低温の排ガスに酸性硫安が析出して脱硝触媒を閉塞させてしまうおそれがある。

【0005】

このような課題を解決するために煙道とバイパス流路との合流部に混合器を設けることが提案されており、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。特許文献１に記載されたガス混合装置は、ガスが流れるダクト内に別の気体を流入する流入部を設け、その流入部に複数の吹込流路を接続すると共に、その各吹込流路の吹込口をダクト内のガス流に沿って気体が吹き込まれるように配置するものである。また、特許文献２に記載された気体混合装置は、第一ダクト内にボックス部材を複数配設し、前記第一ダクトに対し第二ダクトを各ボックス部材の分割入口開口と連通するよう接続するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平０８−２１５５５３号公報

【特許文献2】特開平１１−１１４３９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述した各特許文献では、煙道に流路形状をなす箱型の部材を複数配置することから、構造が複雑となり、製造コストが増加してしまう。また、箱型の部材が煙道を流れる流体に対して大きな抵抗となり、低温の排ガスと高温の排ガスとが十分に混合せず、層流となってしまうおそれがある。

【0008】

本発明は上述した課題を解決するものであり、構造の簡素化及び低コスト化を図ると共に低温の排ガスと高温の排ガスとを適正に混合させるボイラを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達成するための本発明のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、前記火炉に配置される燃焼装置と、前記火炉の上部に連結されて排ガスを流す煙道と、前記煙道に配置される熱交換器と、前記煙道における前記熱交換器より下流側に配置される還元剤供給装置と、前記煙道における前記還元剤供給装置より下流側に配置される脱硝触媒と、一端部が前記熱交換器より上流側の前記煙道に接続されて他端部が前記熱交換器と前記還元剤供給装置との間の前記煙道に接続されるバイパス流路と、前記バイパス流路における前記煙道との下流側接続部より上流側に設けられて一部の流路を閉塞する第１閉塞装置と、前記煙道における前記下流側接続部より上流側に設けられて一部の流路を閉塞する第２閉塞装置と、を備え、前記第１閉塞装置は、前記煙道における排ガスの流れ方向に沿うと共に前記煙道の幅方向に所定間隔で設けられる複数の第１閉塞部材を有し、前記第２閉塞装置は、鉛直方向に沿うと共に前記煙道の幅方向に所定間隔で設けられる複数の第２閉塞部材を有し、前記複数の第１閉塞部材と前記複数の第２閉塞部材は、前記煙道の幅方向にずれて配置される、ことを特徴とするものである。

【0010】

従って、高負荷運転時、火炉で発生した排ガスは、煙道に流れて熱交換器により排熱が回収された後、還元剤供給装置から還元剤が供給され、脱硝触媒により含有する窒素酸化物が除去される。煙道は、第２閉塞装置により一部の流路が閉塞されることから、煙道を流れる排ガスは、圧力損失により整流され、流速分布が均一化される。一方、低負荷運転時、火炉で発生した排ガスは、煙道に流れて熱交換器により排熱が回収されると共に、一部がバイパス流路により熱交換器を迂回して煙道に戻って合流した後、還元剤供給装置から還元剤が供給され、脱硝触媒により含有する窒素酸化物が除去される。バイパス流路は、第１閉塞装置により一部の流路が閉塞されることから、バイパス流路から煙道へ流れる排ガスは、流速が上がることで貫通力が維持され、鉛直方向の温度分布が均一化される。このとき、複数の第１閉塞部材と複数の第２閉塞部材が煙道の幅方向にずれていることから、第２閉塞装置により流速が上がって整流された低温の排ガスが、第１閉塞装置を通ってバイパス流路から煙道へ流れる高温の排ガスの貫通力を阻害することはなく、乱流により低温の排ガスと高温の排ガスとが効率良く混合される。その結果、構造の簡素化及び低コスト化を図ることができると共に、低温の排ガスと高温の排ガスとを適正に混合させることができる。

【0011】

本発明のボイラでは、前記煙道は、煙道直線部が設けられ、前記第２閉塞装置と前記還元剤供給装置が前記煙道直線部に配置されることを特徴としている。

【0012】

従って、第２閉塞装置と還元剤供給装置が煙道直線部に配置されることで、第２閉塞装置により流速分布が均一化された排ガス、または、第１、第２閉塞装置により温度分布が均一化された排ガスに対して還元剤が供給されることとなり、排ガスに対する還元剤のばらつきが小さくなって還元剤が一様に供給されることとなり、脱硝触媒による窒素酸化物の除去効率を向上することができる。

【0013】

本発明のボイラでは、前記煙道直線部は、前記第２閉塞装置より上流側に流量調整用ダンパが配置されることを特徴としている。

【0014】

従って、流量調整用ダンパとバイパス流路の下流側接続部との間に第２閉塞装置を配置することで、流速分布や温度分布が均一化された排ガスをその状態のままで還元剤供給装置に流すこととなり、脱硝触媒による窒素酸化物の除去効率を向上することができる。

【0015】

本発明のボイラでは、前記煙道における前記第１閉塞装置より下流側であって、前記下流側接続部と対向する位置に混合空間部が設けられることを特徴としている。

【0016】

従って、第１閉塞装置と第２閉塞装置の下流側に混合空間部が設けられることで、第１閉塞装置を通ってバイパス流路から煙道へ流れる高温の排ガスと、第２閉塞装置を通った低温の排ガスとがこの混合空間部で効率良く混合されることとなり、簡単な構成で排ガスの温度分布を容易に均一化することができる。

【0017】

本発明のボイラでは、前記第１閉塞装置と前記第２閉塞装置は、前記混合空間部に面して配置されることを特徴としている。

【0018】

従って、高温の排ガスと低温の排ガスは、流速が高められた状態で混合空間部により混合されることとなり、排ガスの温度分布を容易に均一化することができる。

【0019】

本発明のボイラでは、前記第２閉塞部材は、前記煙道における排ガスの流れ方向に直交する方向に沿った閉塞板であり、鉛直方向に沿って同じ幅に設定されることを特徴としている。

【0020】

従って、排ガスは、閉塞板に衝突してこの閉塞板の端部を回り込むときに渦が発生することから、この発生した渦により高温の排ガスと低温の排ガスを効率良く混合することができる。

【0021】

本発明のボイラでは、前記閉塞板は、排ガスの流れ方向の下流側に延出する補強板が固定されることを特徴としている。

【0022】

従って、閉塞板が補強板により補強されて剛性が向上することから、耐久性を向上することができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明のボイラによれば、バイパス流路に複数の第１閉塞部材を有する第１閉塞装置を設け、煙道に複数の第２閉塞部材を有する第２閉塞装置を設け、第１閉塞部材と第２閉塞部材を煙道の幅方向にずらして配置するので、構造の簡素化及び低コスト化を図ることができると共に、低温の排ガスと高温の排ガスとを適正に混合させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本実施形態の石炭焚きボイラを表す概略構成図である。

【図2】図２は、石炭焚きボイラの煙道を表す側面図である。

【図3】図３は、石炭焚きボイラの煙道を表す平面図である。

【図4】図４は、石炭焚きボイラの煙道を表す斜視図である。

【図5】図５は、第２閉塞部材の変形例１を表す斜視図である。

【図6】図６は、第２閉塞部材の変形例１の配置を表す平面図である。

【図7】図７は、第２閉塞部材の変形例２を表す斜視図である。

【図8】図８は、第２閉塞部材の変形例２の配置を表す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下に添付図面を参照して、本発明に係るボイラの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

【0026】

図１は、本実施形態の石炭焚きボイラを表す概略構成図である。

【0027】

本実施形態のボイラは、石炭を粉砕した微粉炭を微粉燃料（固体燃料）として用い、この微粉炭を燃焼バーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能な微粉炭焚きボイラである。

【0028】

本実施形態において、図１に示すように、石炭焚きボイラ１０は、コンベンショナルボイラであって、火炉１１と燃焼装置１２と煙道１３を有している。火炉１１は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉１１を構成する火炉壁が伝熱管により構成されている。

【0029】

燃焼装置１２は、この火炉１１を構成する火炉壁（伝熱管）の下部に設けられている。この燃焼装置１２は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を有している。本実施形態にて、この燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、周方向に沿って４個均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って５セット、つまり、５段配置されている。但し、火炉の形状や一つの段における燃焼バーナの数、段数はこの実施形態に限定されるものではない。

【0030】

この各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を介して粉砕機（微粉炭機／ミル）３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。この粉砕機３１，３２，３３，３４，３５は、図示しないが、ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって粉砕テーブルが駆動回転可能に支持され、この粉砕テーブルの上方に複数の粉砕ローラが粉砕テーブルの回転に連動して回転可能に支持されて構成されている。従って、石炭が複数の粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に投入されると、ここで所定の大きさまで粉砕され、搬送用空気（１次空気）により分級された微粉炭を微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０から燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができる。

【0031】

また、火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置に風箱３６が設けられており、この風箱３６に空気ダクト３７の一端部が連結されており、この空気ダクト３７は、他端部に送風機３８が装着されている。更に、火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置より上方にアディショナル空気ノズル３９が設けられており、このアディショナル空気ノズル３９に空気ダクト３７から分岐した分岐空気ダクト４０の端部が連結されている。従って、送風機３８により送られた燃焼用空気（燃料ガス燃焼用空気／２次空気）を空気ダクト３７から風箱３６に供給し、この風箱３６から各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができると共に、送風機３８により送られた燃焼用空気（追加空気）を分岐空気ダクト４０からアディショナル空気ノズル３９に供給することができる。

【0032】

煙道１３は、火炉１１の上部に連結されている。この煙道１３は、排ガスの熱を回収するための熱交換器として、過熱器（スーパーヒータ）４１，４２，４３、再熱器（リヒータ）４４，４５、節炭器（エコノマイザ）４６，４７が設けられており、火炉１１での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。

【0033】

煙道１３は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出されるガスダクト４８が連結されている。このガスダクト４８は、空気ダクト３７との間にエアヒータ４９が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、ガスダクト４８を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給する燃焼用空気を昇温することができる。

【0034】

また、煙道１３は、エアヒータ４９より上流側の位置に選択還元型触媒（脱硝触媒）５０が設けられている。選択還元型触媒５０は、アンモニア、尿素水等の窒素酸化物を還元する作用を有する還元剤を煙道１３内に供給し、還元剤が供給された排ガスを窒素酸化物と還元剤との反応を促進させることで、排ガス中の窒素酸化物を除去、低減するものである。そのため、煙道１３は、選択還元型触媒５０より上流側に還元剤供給装置５１が設けられている。この還元剤供給装置５１は、煙道１３内における流路全面に下流側に向けて還元剤を供給することで、この還元剤を排ガスが流れる流路内で拡散することができる。還元剤としては、アンモニア水、気体のアンモニア、尿素水等を用いることができる。

【0035】

この選択還元型触媒５０は、触媒により排ガス中の窒素酸化物を効率良く除去するために、排ガス温度を所定の反応温度以上に維持する必要がある。そのため、煙道１３は、一部の熱交換器としての節炭器４６，４７をバイパスするバイパス流路５２が設けられている。このバイパス流路５２は、一端部が煙道１３における再熱器４５と節炭器４６の間に連結され、他端部が煙道１３における還元剤供給装置５１の上流に連結されている。そして、煙道１３は、節炭器４７の下流側に流量調整用ダンパ５３が設けられ、バイパス流路５２は、流量調整用ダンパ５４が設けられている。

【0036】

この石炭焚きボイラ１０の低負荷運転時、流量調整用ダンパ５３の開度を小さくし、流量調整用ダンパ５４を開放することで、煙道１３を流れる高温の排ガスの一部をバイパス流路５２に流して節炭器４６，４７をバイパスさせる。すると、煙道１３を流れる排ガスは、節炭器４６，４７に熱回収されることで温度が低下するが、バイパス流路５２を通った高温の排ガスが混合されるため、排ガス温度を選択還元型触媒５０の反応温度以上に維持することができる。

【0037】

煙道１３に連結されるガスダクト４８は、エアヒータ４９より下流側の位置に煤塵処理装置（電気集塵機、脱硫装置）５５、誘引送風機５６が設けられ、下流端部に煙突５７が設けられている。

【0038】

そのため、微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５が駆動すると、生成された微粉炭が搬送用空気と共に微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を通して燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給される。また、加熱された燃焼用空気が空気ダクト３７から風箱３６を介して各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給される。すると、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込み、このときに着火することで火炎を形成することができる。この火炉１１では、微粉燃料混合気と燃焼用空気とが燃焼して火炎が生じ、この火炉１１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガス（排ガス）がこの火炉１１内を上昇し、煙道１３に排出される。

【0039】

火炉１１は、空気の供給量が微粉炭の供給量に対して理論空気量未満となるように設定されることで、内部が還元雰囲気に保持される。そして、微粉炭の燃焼により発生したＮＯｘが火炉１１で還元され、その後、アディショナル空気ノズル３９からアディショナルエアが追加供給されることで微粉炭の酸化燃焼が完結され、微粉炭の燃焼によるＮＯｘの発生量が低減される。

【0040】

このとき、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器４６，４７によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給され火炉壁の各水管（図示せず）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。更に、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器４１，４２，４３に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４１，４２，４３で生成された過熱蒸気は、図示しない発電プラント（例えば、タービン等）に供給される。また、タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気は、再熱器４４，４５に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。なお、火炉１１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。

【0041】

その後、煙道１３の節炭器４６，４７を通過した排ガス、バイパス流路５２を通過して煙道１３の排ガスと合流した排ガスは、還元剤供給装置５１から還元剤が供給され、煙道１３を流れる間に完全材が拡散される。そして、煙道１３の排ガスは、選択還元型触媒５０により窒素酸化物が還元除去され、煤塵処理装置５６で粒子状物質が除去されると共に硫黄分が除去された後、煙突５７から大気中に排出される。

【0042】

このように構成された石炭焚きボイラ１０にて、高負荷運転時、全量の高温の排ガスが煙道１３を流れるが、この煙道１３に屈曲部があることから、屈曲部の内側と外側で流速が異なり、このような流速が異なる領域の排ガスに対して還元剤供給装置５１から還元剤を供給すると、排ガスの低速領域と高速領域で還元剤の濃度にばらつきが発生してしまう。また、低負荷運転時、一部の高温の排ガスがバイパス流路５２によりバイパスされると、煙道１３を流れる低温の排ガスに対してバイパス流路５２から高温の排ガスが投入されるが、排ガスの流量差や温度差が大きいために混合が不十分となる。すると、石炭焚きボイラ１０の高負荷運転時や高負荷運転時に、選択還元型触媒５０による窒素酸化物の還元効率が低下してしまう。

【0043】

図２は、石炭焚きボイラの煙道を表す側面図、図３は、石炭焚きボイラの煙道を表す平面図、図４は、石炭焚きボイラの煙道を表す斜視図である。

【0044】

本実施形態では、バイパス流路５２における煙道１３との下流側接続部より上流側に一部の流路を閉塞する第１閉塞装置６１を設けると共に、煙道１３における下流側接続部より上流側に一部の流路を閉塞する第２閉塞装置６２を設けている。そして、煙道１３における第１閉塞装置６１より下流側であって、第２閉塞装置６２と対向する位置に排ガスの混合空間部６３を設けている。ここで、第１閉塞装置６１と第２閉塞装置６２の閉塞率は、両者共に、圧損や磨耗などの点から５０％以下とすることが好ましい。

【0045】

即ち、煙道１３は、第１水平煙道部１３ａ、第１鉛直煙道部１３ｂ、第２水平煙道部（煙道直線部）１３ｃ、第２鉛直煙道部１３ｄ、第３水平煙道部１３ｅ、第３鉛直煙道部１３ｆが連続して設けられて構成されている。そして、煙道１３は、第１水平煙道部１３ａ及び第１鉛直煙道部１３ｂに、過熱器４１，４２，４３、再熱器４４，４５、節炭器４６，４７が配置されている。また、煙道１３は、第２水平煙道部１３ｃに流量調整用ダンパ５３、還元剤供給装置５１が配置され、第３鉛直煙道部１３ｆに選択還元型触媒５０が配置されている。なお、第２鉛直煙道部１３ｄに還元剤供給装置５１を配置してもよい。

【0046】

バイパス流路５２は、一端側の上流側接続部５２ａが第１鉛直煙道部１３ｂにおける再熱器４５と節炭器４６との間に接続され、他端側の下流側接続部５２ｂが第２水平煙道部１３ｃの流量調整用ダンパ５３と還元剤供給装置５１との間に接続されている。そして、第１閉塞装置６１は、バイパス流路５２における下流側接続部５２ｂで、煙道１３の混合空間部６３に面して配置され、第２閉塞装置６２は、第２水平煙道部１３ｃにおける混合空間部６３の直上流側で、この混合空間部６３に面して配置されている。

【0047】

図２から図４に示すように、第１閉塞装置６１は、煙道１３における排ガスの流れ方向に沿うと共に煙道１３の幅方向に所定間隔で設けられる複数の第１閉塞部材６４を有している。第２閉塞装置６２は、鉛直方向に沿うと共に煙道１３の幅方向に所定間隔で設けられる複数の第２閉塞部材６５を有している。そして、複数の第１閉塞部材６４と複数の第２閉塞部材６５は、煙道１３の幅方向にずれて配置されている。

【0048】

煙道１３（第２水平煙道部１３ｃ）は、鉛直方向の高さ寸法に対して、水平方向の幅寸法が大きい矩形断面形状をなす流路であり、バイパス流路５２は、煙道１３における排ガスの流れに沿う水平方向の縦幅寸法に対して、煙道１３における排ガスの流れ方向に直交する水平方向の横幅寸法が大きい矩形断面形状をなす流路であり、煙道１３とバイパス流路５２は、同幅寸法となっている。即ち、バイパス流路５２は、第２水平煙道部１３ｃに対して上方からほぼ直交するように接続されている。なお、第２水平煙道部１３ｃに対するバイパス流路５２の接続角度は、９０度に限らず、煙道１３における排ガスの流れの下流側または上流側に傾斜していてもよい。

【0049】

複数の第１閉塞部材６４は、バイパス流路５２における下流側接続部５２ｂの縦幅方向に沿うと共に、横幅方向に所定隙間を空けて配置されている。この場合、各第１閉塞部材６４は、板形状をなし、長手方向の各端部がバイパス流路５２の内壁面に固定されており、下流側の平面が煙道１３の内壁面と段差なく連続している。また、複数の第２閉塞部材６５は、煙道１３におけるバイパス流路５２の下流側接続部５２ｂの直上流部の高さ方向に沿うと共に幅方向に所定隙間を空けて配置されている。この場合、各第２閉塞部材６５は、板形状をなし、長手方向の各端部が煙道１３の内壁面に固定されており、下流側の平面がバイパス流路５２の内壁面と段差なく連続している。

【0050】

そして、各第１閉塞部材６４と各第２閉塞部材６５は、煙道１３における排ガスの流れ方向に対向しないように、煙道１３の幅方向にずれて配置されている。即ち、バイパス流路５２から各第１閉塞部材６４の隙間を通って混合空間部６３に流れる排ガスと、煙道１３から各第２閉塞部材６５の隙間を通って混合空間部６３に流れる排ガスとが、直接衝突しない構成となっている。

【0051】

ここで各第１閉塞部材６４は、バイパス流路５２における排ガスの流れ方向に直交する方向に沿った閉塞板であり、縦幅方向と沿って同じ幅に設定されている。また、各第２閉塞部材６５は、煙道１３における排ガスの流れ方向に直交する方向に沿った閉塞板であり、高さ方向と沿って同じ幅に設定されている。

【0052】

なお、上述した説明では、第１閉塞部材６４及び第２閉塞部材６５を排ガスの流れ方向に直交する方向に沿った閉塞板としたが、この構成に限定されるものではない。図５は、第２閉塞部材の変形例１を表す斜視図、図６は、第２閉塞部材の変形例１の配置を表す平面図、図７は、第２閉塞部材の変形例２を表す斜視図、図８は、第２閉塞部材の変形例２の配置を表す平面図である。

【0053】

第２閉塞部材の変形例１において、図５及び図６に示すように、第２閉塞部材７１は、閉塞板７１ａと補強板７１ｂとから構成されている。閉塞板７１ａは、鉛直方向に沿うと共に、排ガスの流れ方向に直交する方向に沿った板材であり、補強板７１ｂは、鉛直方向に沿うと共に、排ガスの流れ方向に平行な方向に沿った板材であり、閉塞板７１ａから排ガスの流れ方向の下流側に延出するように固定されている。この第２閉塞部材７１は、閉塞板７１ａが、バイパス流路５２の下流側接続部５２ｂより上流側に位置し、補強板７１ｂがこの下流側接続部５２ｂ側に延出して位置している。

【0054】

第２閉塞部材の変形例２において、図７及び図８に示すように、第２閉塞部材７２は、閉塞板７２ａ，７２ｂとから構成されている。閉塞板７２ａ，７２ｂは、鉛直方向に沿うと共に、Ｖ字断面形状をなすように連結された板材であり、排ガスの流れ方向の下流側に向けて幅広となっている。この第２閉塞部材７２は、バイパス流路５２の下流側接続部５２ｂより上流側に位置している。

【0055】

なお、ここで、第２閉塞部材の変形例について説明したが、第２閉塞部材７１，７２は、第１閉塞部材として適用してもよい。また、第１閉塞部材及び第２閉塞部材は、上述した構成に限定されるものではない。例えば、Ｉ字断面形状をなすもの、円柱や角柱形状をなすものなどとしてもよい。

【0056】

ここで、本実施形態の石炭焚きボイラ１０の煙道１３での排ガスの流れについて説明する。

【0057】

図１から図３に示すように、石炭焚きボイラ１０の高負荷運転時、流量調整用ダンパ５３を全開する一方、流量調整用ダンパ５４を閉止する。すると、煙道１３を流れる高温の排ガスは、全量が節炭器４６，４７を通過することで熱回収され、第２水平煙道部１３ｃに流れる。そして、複数の第２閉塞部材６５により第２水平煙道部１３ｃの一部の流路が閉塞されることから、第２水平煙道部１３ｃを流れる排ガスは、各第２閉塞部材６５の隙間を通過することで、圧力損失により整流され、且つ、各第２閉塞部材６５を回り込むことで渦（カルマン渦）が発生する。そのため、第２水平煙道部１３ｃを流れる排ガスは、各第２閉塞部材６５の隙間を通過するときに撹拌され、高さ方向や幅方向の流速分布が均一化される。

【0058】

その後、第２閉塞装置６２により高さ方向の流速分布が均一化された排ガスに対して、還元剤供給装置５１が還元剤を供給することから、第２水平煙道部１３ｃで還元剤の濃度のばらつきが小さくなり、排ガスに含まれる窒素酸化物が選択還元型触媒５０により効率良く還元除去される。

【0059】

一方、石炭焚きボイラ１０の低負荷運転時、流量調整用ダンパ５３の開度が小さくなるように調整する一方、流量調整用ダンパ５４の開度が大きくなるように調整する。すると、煙道１３を流れる高温の排ガスは、節炭器４６，４７を通過することで熱回収され、低温の排ガスとなって第２水平煙道部１３ｃに流れる。また、煙道１３を流れる高温の排ガスの一部は、バイパス流路５２に流れて節炭器４６，４７をバイパスし、高温のままで第２水平煙道部１３ｃに流れて低温の排ガスに合流する。

【0060】

このとき、各第１閉塞部材６４と各第２閉塞部材６５が煙道１３の幅方向にずれていることから、バイパス流路５２から第２水平煙道部１３ｃに導入された高温の排ガスは、各第１閉塞部材６４の隙間を通過することで、圧損が付加されて流速が上昇し、各第２閉塞部材６５の下流側を流れて混合空間部６３に至る。また、第２水平煙道部１３ｃを流れる低温の排ガスは、各第２閉塞部材６５の隙間を通過することで、圧損が付加されて流速が上昇し、各第１閉塞部材６４の下流側を流れて混合空間部６３に至る。即ち、各第２閉塞部材６５の隙間を通過した低温の排ガスが、各第１閉塞部材６４の隙間を通過した高温の排ガスの貫通力を阻害することはなく、混合空間部６３では、高温部と低温部が幅方向に交互に相殺することとなる。そして、第２水平煙道部１３ｃを流れる排ガスは、各第２閉塞部材６５の隙間を通過するときに渦（カルマン渦）が発生することから、混合空間部６３で、バイパス流路５２からの高温の排ガスと第２水平煙道部１３ｃを流れる低温の排ガスが効率良く撹拌混合され、高さ方向の温度分布が均一化される。

【0061】

その後、各閉塞装置６１，６２により高さ方向の温度分布が均一化された排ガスに対して、還元剤供給装置５１が還元剤を供給することから、第２水平煙道部１３ｃで還元剤の濃度のばらつきが小さくなり、排ガスに含まれる窒素酸化物が選択還元型触媒５０により効率良く還元除去される。また、第２水平煙道部１３ｃを流れる低温の排ガスにバイパス流路５２から高温の排ガスが混合されることで、温度が均一化された排ガスは、その温度が選択還元型触媒５０の反応温度以上に維持されることとなり、排ガスに酸性硫安が析出して選択還元型触媒５０を閉塞させてしまうことが抑制される。

【0062】

このように本実施形態のボイラにあっては、煙道１３に還元剤供給装置５１と選択還元型触媒５０を設けると共に、節炭器４６，４７をバイパスするバイパス流路５２を設け、また、バイパス流路５２の一部の流路を閉塞する第１閉塞装置６１と、煙道１３の一部の流路を閉塞する第２閉塞装置６２を設け、第１閉塞装置６１として、煙道１３における排ガスの流れ方向に沿うと共に煙道１３の幅方向に所定間隔で複数の第１閉塞部材６４を設けると共に、第２閉塞装置６２として、鉛直方向に沿うと共に煙道１３の幅方向に所定間隔で複数の第２閉塞部材６５を設け、各第１閉塞部材６４と各第２閉塞部材６５を煙道１３の幅方向にずれて配置している。

【0063】

従って、高負荷運転時、煙道１３を流れる排ガスは、圧力損失により整流され、流速分布が均一化される。一方、低負荷運転時、バイパス流路５２から煙道１３へ流れる排ガスは、第１閉塞装置６１により流速が上がることで貫通力が維持され、第２閉塞装置６２により貫通力を阻害されることが抑制され、第２閉塞装置６２を通過した排ガスの乱流により低温の排ガスと高温の排ガスとが効率良く混合される。その結果、構造の簡素化及び低コスト化を図ることができると共に、低温の排ガスと高温の排ガスとを適正に混合させることができる。

【0064】

本実施形態のボイラでは、煙道１３に直線状をなす第２水平煙道部１３ｃを設け、第２閉塞装置６２と還元剤供給装置５１を第２水平煙道部１３ｃに配置している。従って、第２閉塞装置６２により整流されて流速分布が均一化された排ガス、または、各閉塞装置６１，６２により整流されて温度分布が均一化された排ガスに対して還元剤が供給されることとなり、排ガスに対する還元剤のばらつきが小さくなって還元剤が一様に供給されることとなり、選択還元型触媒５０による窒素酸化物の除去効率を向上することができる。

【0065】

本実施形態のボイラでは、第２水平煙道部１３ｃにおける第２閉塞装置６２より上流側に流量調整用ダンパ５３を配置している。従って、流量調整用ダンパ５３とバイパス流路５２の下流側接続部５２ｂとの間に第２閉塞装置６２を配置することで、流速分布や温度分布が均一化された排ガスをその状態のままで還元剤供給装置５１に流すこととなり、選択還元型触媒５０による窒素酸化物の除去効率を向上することができる。

【0066】

本実施形態のボイラでは、煙道１３における第１閉塞装置６１より下流側であって、下流側接続部５２ｂと対向する位置に混合空間部６３を設けている。従って、第１閉塞装置６１と第２閉塞装置６２の下流側に混合空間部６３を設けることで、第１閉塞装置６１を通ってバイパス流路５２から煙道１３へ流れる高温の排ガスと、第２閉塞装置６２を通っ低温の排ガスとがこの混合空間部６３で効率良く混合されることとなり、簡単な構成で排ガスの温度分布を容易に均一化することができる。

【0067】

本実施形態のボイラでは、第１閉塞装置６１と第２閉塞装置６２は、混合空間部６３に面して配置されている。従って、高温の排ガスと低温の排ガスは、流速が高められた状態で混合空間部６３により混合されることとなり、排ガスの温度分布を容易に均一化することができる。

【0068】

本実施形態のボイラでは、第２閉塞部材７１は、煙道１３における排ガスの流れ方向に直交する方向に沿った閉塞板７１ａであり、鉛直方向と沿って同じ幅に設定されている。従って、排ガスは、閉塞板７１ａに衝突してこの閉塞板７１ａの端部を回り込むときに渦が発生することから、この発生した渦により高温の排ガスと低温の排ガスを効率良く混合することができる。

【0069】

本実施形態のボイラでは、閉塞板７１ａは、排ガスの流れ方向の下流側に延出する補強板７１ｂが固定されている。従って、閉塞板７１ａが補強板７１ｂにより補強されて剛性が向上することから、耐久性を向上することができる。

【0070】

なお、上述した実施形態では、本発明のボイラを石炭焚きボイラとしたが、固体燃料としては、バイオマスや石油コークス、石油残渣などを使用するボイラであってもよい。また、燃料として固体燃料に限らず、重質油などの油焚きボイラにも使用することができ、更には、燃料としてガス(副生ガス)も使用することができる。そして、これら燃料の混焼焚きにも適用することができる。

【符号の説明】

【0071】

１０ 石炭焚きボイラ（ボイラ）
１１ 火炉
１２ 燃焼装置
１３ 煙道
２１，２２，２３，２４，２５ 燃焼バーナ
４１，４２，４３ 過熱器（熱交換器）
４４，４５ 再熱器（熱交換器）
４６，４７ 節炭器（熱交換器）
５０ 選択還元型触媒（脱硝触媒）
５１ 還元剤供給装置
５２ バイパス流路
５３，５４ 流量調整用ダンパ
６１ 第１閉塞装置
６２ 第２閉塞装置
６３ 混合空間部
６４ 第１閉塞部材
６５，７１，７２ 第２閉塞部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】