二段式空気分級燃焼技術を適用した改修の技術的アプローチおよび方法

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空気分級燃焼技術による改造の技術的アプローチとして、石炭粉ボイラーの燃焼過程には詳細な計算手法が欠けており、関連する資料や規程ではバーナーの設計がいくつかの経験的パラメータの選定によって行われている。空気分級燃焼を用いた改造を行う際も、これらの原則に従うべきである。空気分級燃焼改修の技術ロードマップは、5基のバーナー改修における実務経験からまとめられたもので、バーナー改修に適用可能であり、低NOX燃焼技術の改修工事における普及促進に寄与する。四角切円形石炭粉ボイラーにおける低NOX燃焼技術の適用技術ロードマップを図4に示す。http://www.lyxgsh.com/d/file/news/cpzs/2016-04-05/924019c0560b06db144a4e2764518d4e.jpg
主燃域の空気過剰係数の決定方法
主燃域の空気過剰係数が0.7の場合、NOX削減効果が最も高くなる。しかし、空気過剰係数が低すぎると炉内の流体力学的作用に影響を与える。また、ナツメの実型の二次風を用いることで半径方向の層別化が生じ、燃焼初期における一次風と二次風の混合が緩和され、一次燃焼に必要な空気量が減少する。炉のサイズも空気過剰係数の選定に影響を与える。ボイラーの容量が大きく、バーナーの層数が多いほど、炉内の流体力学的条件が柔軟になり、より低い主燃焼領域の空気過剰係数を選択できる。逆に、小型ボイラーではより高い空気過剰係数を選ぶ必要がある。したがって、炉内の空気過剰係数は、さまざまな要因を総合的に考慮して選定される。今回の研究により、420t/h未満のボイラーには0.9～1.0を、420t/h以上のボイラーには0.8～0.9を選定することが推奨される。 主燃焼域の煙ガス流速の計算方法は式2を参照。http://www.lyxgsh.com/d/file/news/cpzs/2016-04-05/4bfa31ca06278135c6ac583cfcb6f934.jpg
式中：Wy——炉内における煙ガスの平均上昇速度
Bj——ボイラーの燃料消費量、kg/s
Vy——煙ガス体積、計算値、m3/kg（標準状態）； l1, l2——炉床断面の深さと幅、単位はm； P——現地の大気圧、Pa； ϑ ′——炉床出口温度、℃； ϑa——理論燃焼温度、℃。 SOFAの高さの選定について、石炭粉燃焼における窒素酸化物の変化曲線を分析した結果、最初の0.5秒が窒素酸化物の生成を制御する上で重要な時間帯であることがわかった。選定されるSOFAは、原則として最上層の一次空気から最下層のSOFAまでの煙の滞留時間が0.5秒以上になるようにしなければならない。滞留時間が確保されていることを前提に、SOFAを噴射した後の燃焼が十分に行われるように、SOFAの高さは最上層の燃焼用空気とフレア角の中心線よりも低くなければならない。煙の流速は式3を用いて計算する。 τ=l3/Wy （3）ここで：l3——バーナー上段の一次風ノズル中心から燃焼完了用風の中心までの距離 SOFAの風量、風速、寸法、層数の設計 SOFAの風量は式4によって計算される Q SOFA=Q LL×(1.2-a1) （4）QSOFA——燃焼完了用風の質量流量 QLL——理論的な空気質量 a1——主燃焼域の空気過剰係数 質量流量を計算した後、体積流量に換算する。燃焼完了用風に貫通力を持たせるため、燃焼完了用風のダクトを設計する際には、曲がり角をできるだけ減らし、風箱から燃焼完了用風ノズルまでの距離を短くし、ダクトの面積はSOFAノズルの面積の1.2倍以上にする必要がある。SOFAの風速は50m/sとする（風圧の関係上、一般的にこれ以上の風速は実現できない）。体積流量と設定した風速から、SOFAの全寸法を算出する。ボイラーの容量が420t/h未満であっても、一般的には2層以上に設計される。これにより、低負荷時には1層のSOFAのみを稼働させ、SOFAの風速を高く保つことで強力な貫通力を発揮する。 SOFAノズルは上下左右に振動するように設計でき、主蒸気の温度偏差を調整したり炎の高さを制御したりするのに一定の効果があるが、通常は固定式に設計すれば十分である。振動可能な形状のノズルは正方形に、固定型のノズルは円形に設計することが望ましく、これにより気流の剛性と貫通力が向上し、燃焼効果が高まる。 SOFAの設置角度の設計については、SOFAを気流の回転方向と逆向きに設置します。設置時の円の大きさは、元の二次風の円の大きさと同じか、やや大きめに設定し、バランス度を計算した後で調整を行います。 炉内の空気力学的場の平衡度の計算方法は式5に示されており、この式の意味はすべての正接と余接の空気運動量の比である。導流板を用いて改良した場合、計算時には改良された噴口を複数の部分に分けて計算する。 http://www.lyxgsh.com/d/file/news/cpzs/2016-04-05/c565c88748d50c70b912c01bff0ed8bb.jpg
式中：jiffは、それぞれ動力場の方向と同じ向き、および反対向きの気流流量を表し、単位はm3/sである。A、Bは、それぞれ炉床の幅と深さを表し、単位はmである； α1、α2は、それぞれ動力場の方向と同じ、および反対のバーナー角度を表す。 元の二次風の角度と面積の改良では、元の二次風の面積をある程度縮小し、改良後の二次風の総面積を改良前の水準に近づけることで、SOFAを導入したことによる風量の減少がもたらす風速低下の問題を補う。しかし、最上層2層は縮小すべきではない。最上層2層は炎を抑え、初期段階での分級効果を発揮するため、面積を縮小するとNOXの削減や石炭粉の完全燃焼が妨げられる。 各二次風噴口の面積を縮小する際には、面積が小さくなることで二次風と一次風の間隔が過度に広がらないように注意する必要がある。間隔が広がりすぎると、一次風が熱い煙を巻き込んで噴口に焦げ付きが生じる。 二次的な改造においては、主燃焼域での酸素不足による燃焼が原因で炉内にスラグが発生するのを防ぐことも重要である。通常、二次空気に案内板を取り付け、二次空気の一部を15°から20°という大きな角度で噴出させることで、水冷壁領域の酸素濃度を高め、スラグの発生を防ぐ。案内板の形状は図5に示されている。 http://www.lyxgsh.com/d/file/news/cpzs/2016-04-05/d22475462e392b2a54d90fb4d748c2a9.jpg 洛陽興罡石化設備有限公司は、各種石油化学機器や触媒分解装置の専門的な製造を行っており、特にバーナー、ノズル、煙道用ダンパーやウィングバルブの分野で優れた技術を持っています。連絡先電話番号：0379-62329011