JP2014173776A - ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラにおいて、有害物質の発生を抑制可能とする。
【解決手段】中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉１１と、微粉燃料混合気を火炉１１内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成可能な燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と、追加空気を火炉１１内の火炎旋回流の下方に向けて吹き込むことで空気上昇流を形成可能な第１空気噴射装置３９とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体燃料と空気を燃焼させることで蒸気を生成するボイラに関するものである。

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置されると共に、上下方向に複数段にわたって配置されている。この燃焼バーナは、石炭が粉砕された微粉炭（燃料）と１次空気（搬送用空気）との混合気が供給されると共に、高温の２次空気が供給され、この混合気と２次空気を火炉内に吹き込むことで火炎を形成し、この火炉内で燃焼可能となっている。そして、この火炉は、上部に煙道が連結され、この煙道に排ガスの熱を回収するための過熱器、再熱器、節炭器などが設けられており、火炉での燃焼により発生した排ガスと水との間で熱交換が行われ、蒸気を生成することができる。

このような石炭焚きボイラでは、一般的に、２段燃焼方式が採用されている。即ち、火炉壁に複数の燃焼バーナを設け、この燃焼バーナにより微粉炭と１次空気との混合気を火炉内に供給可能とすると共に、高温の２次空気を火炉内に供給可能としている。また、この燃焼バーナの上方に追加空気ノズルを設け、この追加空気ノズルにより高温の追加空気を火炉内に供給可能としている。従って、燃焼バーナは、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に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉に吹き込み、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。また、追加空気ノズルは、追加空気を火炉に吹き込み、燃焼制御を行うことができる。

このとき、火炉では、２次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、微粉炭の燃焼により発生したＮＯｘが還元され、その後、追加空気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。

このような従来のボイラとしては、例えば、下記特許文献１、２に記載されたものがある。

特開２００９−０６８８０１号公報 特開２０１１−０５８７３７号公報

上述した従来のボイラでは、燃焼バーナから微粉燃料混合気が火炉に吹き込まれると共に燃焼用空気が火炉に吹き込まれ、このときに着火することで火炎が形成され、還元雰囲気に保持されることでＮＯｘが還元される。ところが、その後、追加空気ノズルから追加空気が火炉に吹き込まれるため、内側で微粉炭が酸化燃焼してＮＯｘの発生量が低減されるものの、外周部に高酸素濃度領域が形成されてしまい、ここにＮＯｘが発生してしまうという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、有害物質の発生を抑制可能とするボイラを提供することを目的とする。

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、固体燃料と燃焼用空気を混合した燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成可能な燃焼バーナと、追加空気を前記火炉内の火炎旋回流の下方に向けて吹き込むことで空気上昇流を形成可能な第１空気噴射装置と、を有することを特徴とするものである。

従って、燃焼バーナが火炉内に燃料ガスを吹き込むことで火炎旋回流が形成され、発生した燃焼ガスは、燃焼領域から旋回しながら上昇して還元領域に移動する一方、第１空気噴射装置が火炉内の火炎旋回流の下方に向けて追加空気を吹き込むことで空気上昇流が形成され、火炎旋回流の中央部を上昇して還元領域に移動することとなる。このとき、燃料ガスは、空気量が固体燃料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、燃焼領域に続いて還元領域が形成され、ここで、固体燃料の燃焼により発生した有害物質が還元され、その後、中央部に上昇した追加空気により微粉炭の酸化燃焼が完結され、高酸素濃度領域の生成が抑制されることで、固体燃料の燃焼による有害物質の発生量を抑制することができる。

本発明のボイラでは、前記燃焼バーナと前記第１空気噴射装置とは、鉛直方向に所定距離だけ離間して配置されることを特徴としている。

従って、燃焼バーナと第１空気噴射装置とが鉛直方向に所定距離だけ離間することで、燃焼バーナから燃料ガスが吹き込まれて形成される火炎旋回流に対して、第１空気噴射装置から噴射される追加空気が混合するのを抑制することができ、追加空気を適正に上昇させることができる。

本発明のボイラでは、前記燃焼バーナは、前記火炉の周方向における複数の位置から燃料ガスを吹き込み可能であり、前記火炉における前記燃焼バーナによる燃料ガスの吹き込み位置と前記第１空気噴射装置による追加空気の吹き込み位置が周方向の異なる位置に設定されることを特徴としている。

従って、燃焼バーナから吹き込まれる燃料ガスの位置と、第１空気噴射装置から吹き込まれる追加空気の位置が周方向に異なることから、燃焼バーナから燃料ガスが吹き込まれて形成される火炎旋回流に、第１空気噴射装置から噴射される追加空気が混合しにくくなり、追加空気を適正に上昇させることができる。

本発明のボイラでは、前記燃焼バーナは、前記火炉の周方向に所定間隔で複数設けられ、前記第１空気噴射装置は、空気ノズルが前記火炉の周方向に所定間隔で複数設けられ、前記燃焼バーナと前記空気ノズルとは、周方向に所定距離ずれて配置されることを特徴としている。

従って、燃焼バーナと空気ノズルとが周方向に所定距離ずれていることから、火炎旋回と追加空気との混合を抑制し、追加空気を適正に上昇させることができる。

本発明のボイラでは、前記火炉は矩形断面形状をなし、前記燃焼バーナは前記火炉の角部に配置され、前記空気ノズルは前記火炉の平面部に配置されることを特徴としている。

従って、火炉に対して燃焼バーナと空気ノズルを適正位置に配置することで、構造を複雑化することなく、火炎旋回流と空気上昇流を形成することができる。

本発明のボイラでは、追加空気を前記火炉内の火炎旋回流の上方に向けて吹き込み可能な第２空気噴射装置が設けられることを特徴としている。

従って、還元領域で固体燃料の燃焼により発生した有害物質が還元され、その後、中央部に上昇した追加空気と第２空気噴射装置から噴射された追加空気により固体燃料の酸化燃焼が完結される。このとき、各空気噴射装置から噴射される空気量を適正量とすることで、局部的な高酸素濃度領域の生成が抑制され、固体燃料の燃焼による有害物質の発生量を抑制することができる。

本発明のボイラでは、前記第２空気噴射装置は、鉛直方向に多段に配置されることを特徴としている。

従って、第２空気噴射装置から鉛直方向に分散して追加空気を噴射することで、局部的な高酸素濃度領域の生成が抑制され、固体燃料の燃焼による有害物質の発生量を抑制することができる。

本発明のボイラでは、前記第２空気噴射装置は、上下多段に配置され、上段側の空気ノズルは斜め上方に向けて追加空気を噴射可能であり、下段側の空気ノズルは斜め下方に向けて追加空気を噴射可能であることを特徴としている。

従って、上下の空気ノズルから上方及び下方に向けて追加空気を噴射することで、局部的な高酸素濃度領域の生成が抑制され、固体燃料の燃焼による有害物質の発生量を抑制することができる。

本発明のボイラによれば、固体燃料と燃焼用空気を混合した燃料ガスを火炉内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成可能な燃焼バーナと、追加空気を火炉内の火炎旋回流の下方に向けて吹き込むことで空気上昇流を形成可能な第１空気噴射装置とを設けるので、高酸素濃度領域の生成を抑制して固体燃料の燃焼による有害物質の発生量を抑制することができる。

図１は、本発明の実施例１に係る石炭焚きボイラを表す概略構成図である。 図２は、実施例１の石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図である。 図３は、実施例１の石炭焚きボイラにおける第１空気噴射装置の平面図である。 図４は、実施例１の石炭焚きボイラの酸素濃度状態を表す概略図である。 図５は、実施例１の石炭焚きボイラの酸素濃度状態を表す概略平面図である。 図６は、本発明の実施例２に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナと第１空気噴射装置の平面図である。 図７は、本発明の実施例３に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナと第１空気噴射装置の概略図である。 図８は、本発明の実施例４に係る石炭焚きボイラにおける第２空気噴射装置の概略図である。 図９は、本発明の実施例５に係る石炭焚きボイラにおける第２空気噴射装置の概略図である。

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例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本発明の実施例１に係る石炭焚きボイラを表す概略構成図、図２は、実施例１の石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図、図３は、実施例１の石炭焚きボイラにおける第１空気噴射装置の平面図、図４は、実施例１の石炭焚きボイラの酸素濃度状態を表す概略図、図５は、実施例１の石炭焚きボイラの酸素濃度状態を表す概略平面図である。

実施例１のボイラは、石炭（瀝青炭、亜瀝青炭など）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。

この実施例１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。

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。本実施例にて、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。なお、火炉の形状や一つの段における燃焼バーナの数、段数はこの実施例に限定されるものではない。

そして、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を介して微粉炭機（ミル）３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。この微粉炭機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対向して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。

そして、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。従って、送風機３８により送られた燃焼用空気（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。

また、火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置より下方に位置して第１空気噴射装置３９が設けられており、この第１空気噴射装置３９に空気ダクト３７から分岐した第１分岐空気ダクト４０の端部が連結されている。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第２空気噴射装置４１が設けられており、この第２空気噴射装置４１に空気ダクト３７から分岐した第２分岐空気ダクト４２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（２次空気）を第１分岐空気ダクト４０から第１空気噴射装置３９に供給することができると共に、第２分岐空気ダクト４２から第２空気噴射装置４１に供給することができる。

ここで、燃焼装置１２について詳細に説明するが、この燃焼装置１２を構成する各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、ほぼ同様の構成をなしていることから、最上段に位置する燃焼バーナ２１についてのみ説明する。

燃焼バーナ２１は、図２に示すように、火炉１１における４つの角部に設けられる燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから構成されている。各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、微粉炭供給管２６から分岐した各分岐管２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが連結されると共に、空気ダクト３７から分岐した各分岐管３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが連結されている。

従って、火炉１１の各角部にある各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、火炉１１に対して、微粉炭と搬送用空気が混合した微粉燃料混合気を吹き込むと共に、その微粉燃料混合気の外側に燃焼用空気を吹き込む。そして、各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄからの微粉燃料混合気に着火することで、４つの火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を形成することができ、この火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４は、火炉１１の上方から見て（図２にて）反時計周り方向に旋回する火炎旋回流となる。

次に、各空気噴射装置３９，４１について詳細に説明するが、この各空気噴射装置３９，４１は、ほぼ同様の構成をなしていることから、第１空気噴射装置３９についてのみ説明する。

第１空気噴射装置３９は、図３に示すように、火炉１１における４つの角部から平面部に所定距離だけずれた位置に設けられるアディショナル空気ノズル３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄから構成されている。各アディショナル空気ノズル３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄは、第１分岐空気ダクト４０から分岐した各分岐管４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが連結されている。

従って、火炉１１の各平面部にある各アディショナル空気ノズル３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄは、火炉１１に対して燃焼用空気を吹き込む。すると、各アディショナル空気ノズル３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄからの燃焼用空気Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、追加空気として火炉１１の中央部に集合し、火炎旋回流の中心部を上昇することとなる。

上述したように、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭と搬送用空気が混合した微粉燃料混合気（燃料ガス）を火炉１１内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成することができる。また、第１空気噴射装置３９は、燃焼用空気を追加空気として火炉１１内の火炎旋回流の下方に向けて吹き込むことで空気上昇流を形成することができる。また、第２空気噴射装置４１は、燃焼用空気を追加空気として火炉１１内の火炎旋回流の上方に向けて吹き込むことができる。

この場合、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と第１空気噴射装置３９とは、鉛直方向に所定距離だけ離間して配置されている。また、火炉１１における燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）による微粉燃料混合気の吹き込み位置と、第１空気噴射装置３９（アディショナル空気ノズル３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ）による燃焼用空気の吹き込み位置が、周方向の異なる位置に設定されている。即ち、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）は、火炉１１の周方向に所定間隔で複数設けられ、第１空気噴射装置３９は、アディショナル空気ノズル３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄが火炉１１の周方向に所定間隔で複数設けられ、燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄとアディショナル空気ノズル３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄとは、周方向に所定距離ずれて配置されている。具体的に、火炉１１は矩形断面形状をなし、燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、火炉１１の角部に配置され、アディショナル空気ノズル３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄは、火炉１１の平面部に配置されている。

なお、本実施例の燃焼装置１２を構成する各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、中心部に油燃料を噴射可能な油ノズルと、この油ノズルの外側に微粉燃料混合気を噴射可能な燃料ノズルと、この燃料ノズルの外側に２次空気を噴射可能な２次空気ノズルと、この２次空気ノズルの外側に３次空気を噴射可能な３次空気ノズルとを有している。従って、ボイラ起動時に、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、油燃料を火炉１１内に噴射して火炎を形成し、その後、微粉燃料混合気と２次空気及び３次空気を火炉１１内に噴射して火炎を形成している。

図１に示すように、火炉１１は、上部に煙道５０が連結されており、この煙道５０に、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための過熱器（スーパーヒータ）５１，５２、再熱器５３，５４、節炭器（エコノマイザ）５５，５６，５７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。

煙道５０は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出される排ガス管５８が連結されている。この排ガス管５８は、空気ダクト３７との間にエアヒータ５９が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、排ガス管５８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。

なお、排ガス管５８は、図示しないが、脱硝装置、電気集塵機、誘引送風機、脱硫装置が設けられ、下流端部に煙突が設けられている。

このように構成された石炭焚きボイラ１０にて、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。また、第１分岐空気ダクト４０から第１空気噴射装置３９に供給されると共に、第２分岐空気ダクト４２から第２空気噴射装置４１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の燃焼領域Ｂに吹き込み、このときに着火することでこの燃焼領域Ｂに火炎旋回流を形成することができる。また、第１空気噴射装置３９は、追加空気を火炉１１における火炎旋回流の下方の追加空気領域Ａに吹き込み、第２空気噴射装置４１は、追加空気を火炉１１における火炎旋回流及び還元領域Ｃの上方に吹き込み、燃焼制御を行う。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旋回流が生じ、燃焼領域Ｂで火炎旋回流が生じると、火炉１１内を燃焼ガス（排ガス）が旋回しながら上昇して還元領域Ｃに至る。

このとき、火炉１１にて、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５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、燃焼領域Ｂの上方の還元領域Ｃが還元雰囲気に保持される。そのため、微粉炭の燃焼により発生したＮＯｘがこの還元領域Ｃで還元される。一方、第１空気噴射装置３９から火炉１１の追加空気領域Ａに吹き込まれた追加空気は、火炎旋回流の下方からその中心部（燃焼領域Ｂ）を通って上昇して還元領域Ｂに至る。また、第２空気噴射装置４１は、火炉１１内における還元領域Ｃの上方に追加空気を吹き込む。すると、還元領域Ｃにて、排ガスと追加空気が反応す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。

なお、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５から微粉炭と共に噴射される燃焼用空気と各空気噴射装置３９，４１から噴射される追加空気との割合は、燃焼領域ＢでのＮＯｘ発生量とＣＯ発生量との関係から決定される。燃焼用空気の割合が減少する（追加空気の量が増加）すると、ＮＯｘ発生量が減少してＣＯ発生量が増加する。一方、燃焼用空気の割合が増加する（追加空気の量が減少）すると、ＮＯｘ発生量が増加してＣＯ発生量が減少する。そのため、ＮＯｘ発生量とＣＯ発生量が基準値以下となるように燃焼用空気と追加空気の割合を決定する必要があり、燃焼用空気を７０％、追加空気の割合を３０％とすることが好ましい。また、第１空気噴射装置３９から噴射される追加空気と第２空気噴射装置４１から噴射される追加空気との割合は、ほぼ同じで１５％とすることが好ましい。

そして、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器５５，５６，５７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５１，５２に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器５１，５２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５３，５４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。

その後、煙道５０の節炭器５５，５６，５７を通過した排ガスは、排ガス管５８にて、図示しない脱硝装置にて、触媒によりＮＯｘなどの有害物質が除去され、電気集塵機で粒子状物質が除去され、脱硫装置により硫黄分が除去された後、煙突から大気中に排出される。

ここで、火炉１１内での酸素濃度変化について説明する。図４及び図５に示すように、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５から微粉燃料混合気が吹き込まれて火炎旋回流が形成される領域Ｓ１は、酸素が使用されて燃焼することから、酸素濃度が低い。第１空気噴射装置３９から追加空気が吹き込まれる領域Ｓ２は、酸素濃度が高く、この追加空気が上昇する火炉１１の中心部の領域Ｓ３も、酸素濃度が比較的高い。また、第２空気噴射ノズル４１から追加空気が吹き込まれる領域Ｓ４は、酸素濃度が高い。そして、火炉１１上部の領域Ｓ５は、領域Ｓ３と同様に、酸素濃度が比較的高い。即ち、火炉１１内の酸素濃度は、Ｓ１＜Ｓ５＜Ｓ３＜Ｓ２＝Ｓ４となる。

火炉１１の燃焼領域Ｂは、火炎旋回流により形成されるものであることから、外周部側の低酸素領域Ｓ１となり、中心部の領域Ｓ３は、微粉炭がほとんどないことから燃焼せず、下部からの追加空気がここを上昇して還元領域Ｃに連続する。即ち、燃焼領域Ｂの中心部にも還元領域Ｃが形成されることとなる。そのため、燃焼領域Ｂで燃焼した後に微粉炭の燃焼により発生したＮＯｘは、中心部を上昇した追加空気と、上方に供給された追加空気により還元領域Ｃで還元されることとなり、第２空気噴射装置４１から噴射された追加空気の量を低減することで、局部的な高酸素濃度領域がほとんどなくなり、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

このように実施例１のボイラにあっては、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉１１と、微粉燃料混合気を火炉１１内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成可能な燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と、追加空気を火炉１１内の火炎旋回流の下方に向けて吹き込むことで空気上昇流を形成可能な第１空気噴射装置３９とを設けている。

従って、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が火炉１１内に微分燃料混合気を吹き込むことで火炎旋回流が形成され、発生した燃焼ガスは、燃焼領域Ｂから旋回しながら上昇して還元領域Ｃに移動する一方、第１空気噴射装置３９が火炉１１内の火炎旋回流の下方の追加空気領域Ａに向けて追加空気を吹き込むことで空気上昇流が形成され、火炎旋回流の中央部を上昇して還元領域Ｃに移動することとなる。このとき、微分燃料混合気は、空気量が微粉炭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、燃焼領域Ｂに続いて還元領域Ｃが形成され、ここで、微粉炭の燃焼により発生した有害物質が還元され、その後、中央部に上昇した追加空気により微粉炭の酸化燃焼が完結され、高酸素濃度領域の生成が抑制されることで、微粉炭の燃焼によるＮＯｘの発生量を抑制することができる。

実施例１のボイラでは、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と第１空気噴射装置３９とは、鉛直方向に所定距離だけ離間して配置されている。従って、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５から微分燃料混合気が吹き込まれて形成される火炎旋回流に対して、第１空気噴射装置３９から噴射される追加空気が混合するのを抑制することができ、追加空気を適正に上昇させることができる。

実施例１のボイラでは、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５により火炉１１の周方向における複数の位置から微分燃料混合気を吹き込み可能であり、火炉１１における燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５による微分燃料混合気の吹き込み位置と第１空気噴射装置３９による追加空気の吹き込み位置を周方向の異なる位置に設定している。従って、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５から燃料ガスが吹き込まれて形成される火炎旋回流に、第１空気噴射装置３９から噴射される追加空気が混合しにくくなり、追加空気を適正に上昇させることができる。

実施例１のボイラでは、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を火炉１１の周方向に所定間隔で複数設け、第１空気噴射装置３９のアディショナル空気ノズル３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄを火炉１１の周方向に所定間隔で複数設け、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５とアディショナル空気ノズル３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄとを周方向に所定距離ずれて配置している。従って、火炎旋回流と追加空気との混合を抑制し、追加空気を適正に上昇させることができる。

実施例１のボイラでは、火炉１１を矩形断面形状とし、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を火炉１１の角部に配置し、アディショナル空気ノズル３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄを火炉１１の平面部に配置している。従って、火炉１１に対して燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５とアディショナル空気ノズル３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄを適正位置に配置することで、構造を複雑化することなく、火炎旋回流と空気上昇流を形成することができる。

実施例１のボイラでは、追加空気を火炉１１内の火炎旋回流の上方に向けて吹き込み可能な第２空気噴射装置４１を設けている。従って、還元領域Ｃで微粉炭の燃焼により発生したＮＯｘが還元され、その後、中央部に上昇した追加空気と第２空気噴射装置４１から噴射された追加空気により微粉炭の酸化燃焼が完結される。このとき、空気噴射装置３９，４１から噴射される空気量を適正量とすることで、局部的な高酸素濃度領域の生成が抑制され、微粉炭の燃焼によるＮＯｘの発生量を抑制することができる。

図６は、本発明の実施例２に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナと第１空気噴射装置の平面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例２において、図６に示すように、石炭焚きボイラは、火炉に燃焼装置としての燃焼バーナ６１と第１空気噴射装置６２が設けられて構成されている。即ち、火炉１１は、燃焼バーナ６１の装着位置より下方に位置して第１空気噴射装置６２が配置されている。

燃焼バーナ６１は、火炉１１における４つの平面部に設けられる燃焼バーナ６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄから構成されている。各燃焼バーナ６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄは、微粉炭供給管２６から分岐した各分岐管２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが連結されると共に、空気ダクト３７から分岐した各分岐管３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが連結されている。

従って、火炉１１の各平面部にある各燃焼バーナ６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄは、火炉１１に対して、微粉炭と搬送用空気が混合した微粉燃料混合気を吹き込むと共に、その微粉燃料混合気の外側に燃焼用空気を吹き込む。そして、各燃焼バーナ６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄからの微粉燃料混合気に着火することで、４つの火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を形成することができ、この火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４は、火炉１１の上方から見て（図６にて）反時計周り方向に旋回する火炎旋回流となる。

第１空気噴射装置６２は、火炉１１における４つの平面に各燃焼バーナ６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄから周方向に所定距離だけずれた位置に設けられるアディショナル空気ノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄから構成されている。各アディショナル空気ノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、第１分岐空気ダクト４０から分岐した各分岐管４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが連結されている。

従って、火炉１１の各平面部にある各アディショナル空気ノズル６２ａ，６２ｂ，２ｃ，６２ｄは、火炉１１に対して燃焼用空気を吹き込む。すると、各アディショナル空気ノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄからの燃焼用空気Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、追加空気として火炉１１の中央部に集合し、火炎旋回流の中心部を上昇することとなる。

上述したように、燃焼バーナ６１は、微粉燃料混合気を火炉１１内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成することができる。また、第１空気噴射装置６２は、燃焼用空気を追加空気として火炉１１内の火炎旋回流の下方に向けて吹き込むことで空気上昇流を形成することができる。

この場合、燃焼バーナ６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄと第１空気噴射装置６２のアディショナル空気ノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄとは、鉛直方向に所定距離だけ離間して配置されると共に、周方向に所定間隔だけ離間して配置されている。具体的に、火炉１１は矩形断面形状をなし、燃焼バーナ６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄとアディショナル空気ノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、火炉１１の平面部に隣接して配置されている。

なお、実施例２の石炭焚きボイラにおける作用は、実施例１とほぼ同様であることから、ここでの説明は省略する。

このように実施例２のボイラにあっては、燃焼バーナ６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄと第１空気噴射装置６２のアディショナル空気ノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄを鉛直方向及び周方向に所定間隔だけ離間して火炉１１の平面部に隣接して配置している。

従って、燃焼バーナ６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄとアディショナル空気ノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄを火炉１１の平面部に装着すればよく、構造の簡素化を可能とすることができる。

図７は、本発明の実施例３に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナと第１空気噴射装置の概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例３において、図７に示すように、石炭焚きボイラは、火炉１１に燃焼装置としての燃焼バーナ７１，７２，７３，７４，７５と第１空気噴射装置７６が設けられて構成されている。即ち、火炉１１は、燃焼バーナ７１，７２，７３，７４，７５の装着位置より下方に位置して第１空気噴射装置７６が配置されている。

燃焼バーナ７１，７２，７３，７４，７５は、鉛直方向に沿って配置され、微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０が連結されており、搬送用空気（１次空気）により微粉炭を供給することができる。そして、火炉１１は、各燃焼バーナ７１，７２，７３，７４，７５の装着位置に風箱３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅが設けられており、この風箱３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅに空気ダクト３７の一端部が連結されており、燃焼用空気（２次空気）を供給することができる。

第１空気噴射装置７６は、燃焼バーナ７５の装着位置より下方に配置され、アディショナル空気ノズル７６ａを有し、空気ダクト３７から分岐した第１分岐空気ダクト４０の端部が連結されており、燃焼用空気としての追加空気を供給することができる。

なお、実施例３の石炭焚きボイラにおける作用は、実施例１とほぼ同様であることから、ここでの説明は省略する。

このように実施例３のボイラにあっては、各燃焼バーナ７１，７２，７３，７４，７５を独立して配置し、その下方に第１空気噴射装置７６を独立して配置している。従って、各燃焼バーナ７１，７２，７３，７４，７５及び第１空気噴射装置７６への燃焼用空気量を個別に調整することができる。

図８は、本発明の実施例４に係る石炭焚きボイラにおける第２空気噴射装置の概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例４において、図８に示すように、第２空気噴射装置８１は、火炉１１における燃焼バーナ（図示略）の装着位置より上方に設けられており、アディショナル空気ノズル８１ａ，８１ｂ，８１ｃが鉛直方向に多段（本実施例では、３段）に配置されている。このアディショナル空気ノズル８１ａ，８１ｂ，８１ｃは、火炉１１の周方向に所定間隔で複数配置されており、空気ダクトから分岐した第２分岐空気ダクト４２の端部がそれぞれ連結されている。

従って、燃焼用空気（２次空気）は、第２分岐空気ダクト４２から第２空気噴射装置８１の各アディショナル空気ノズル８１ａ，８１ｂ，８１ｃに供給され、火炉１１内における還元領域の上方の領域に追加空気を吹き込むことができる。そのため、還元領域にて、排ガスと追加空気が反応す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。

このように実施例４のボイラにあっては、第２空気噴射装置８１として、アディショナル空気ノズル８１ａ，８１ｂ，８１ｃが鉛直方向に多段に配置されている。

従って、第２空気噴射装置８１のアディショナル空気ノズル８１ａ，８１ｂ，８１ｃから鉛直方向の広い領域に分散して追加空気が噴射されることとなり、局部的な高酸素濃度領域の生成が抑制され、微粉炭の燃焼によるＮＯｘの発生量を抑制することができる。

図９は、本発明の実施例５に係る石炭焚きボイラにおける第２空気噴射装置の概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例５において、図９に示すように、第２空気噴射装置９１は、火炉１１における燃焼バーナ（図示略）の装着位置より上方に設けられており、アディショナル空気ノズル９１ａ，９１ｂが鉛直方向に多段（本実施例では、２段）に配置されている。このアディショナル空気ノズル９１ａ，９１ｂは、上段側のアディショナル空気ノズル９１ａは、斜め上方に向けて追加空気を噴射可能であり、下段側のアディショナル空気ノズル９１ｂは、斜め下方に向けて追加空気を噴射可能である。そして、アディショナル空気ノズル９１ａ，９１ｂは、火炉１１の周方向に所定間隔で複数配置されており、空気ダクトから分岐した第２分岐空気ダクト４２の端部がそれぞれ連結されている。

従って、燃焼用空気（２次空気）は、第２分岐空気ダクト４２から第２空気噴射装置９１の各アディショナル空気ノズル９１ａ，９１ｂに供給され、火炉１１内における還元領域の上方の領域に追加空気を吹き込むことができる。そのため、還元領域にて、排ガスと追加空気が反応す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。

このように実施例５のボイラにあっては、第２空気噴射装置９１として、アディショナル空気ノズル９１ａ，９１ｂを鉛直方向に多段に配置し、上段側のアディショナル空気ノズル９１ａが斜め上方に向けて追加空気を噴射可能であり、下段側のアディショナル空気ノズル９１ｂが斜め下方に向けて追加空気を噴射可能としている。

従って、第２空気噴射装置９１のアディショナル空気ノズル９１ａ，９１ｂから鉛直方向の広い領域に分散して追加空気が噴射されることとなり、局部的な高酸素濃度領域の生成が抑制され、微粉炭の燃焼によるＮＯｘの発生量を抑制することができる。

なお、上述した実施例では、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の火炉１１の周方向における位置と、第１空気噴射装置３９の火炉１１における周方向位置を所定距離ずらしたが、そのずらし方は実施例に限定されるものではない。また、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と第１空気噴射装置３９は、鉛直方向に所定距離だけ離間していれば、周方向における位置は同位置であってもよい。

また、上述した実施例では、本発明のボイラを石炭焚きボイラとしたが、燃料としては、バイオマスや石油コークスを使用するボイラであってもよい。

１０ 石炭焚きボイラ
１１ 火炉
１２ 燃焼装置
２１，２２，２３，２４，２５，６１，７１，７２，７３，７４，７５ 燃焼バーナ
２６，２７，２８，２９，３０ 微粉炭供給管
３１，３２，３３，３４，３５ 微粉炭機
３６ 風箱
３７ 空気ダクト
３９，６２，７６ 第１空気噴射装置
４１，８１，９１ 第２空気噴射装置

Claims (8)

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、
   固体燃料と燃焼用空気を混合した燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成可能な燃焼バーナと、
   追加空気を前記火炉内の火炎旋回流の下方に向けて吹き込むことで空気上昇流を形成可能な第１空気噴射装置と、
   を有することを特徴とするボイラ。
2. 前記燃焼バーナと前記第１空気噴射装置とは、鉛直方向に所定距離だけ離間して配置されることを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
3. 前記燃焼バーナは、前記火炉の周方向における複数の位置から燃料ガスを吹き込み可能であり、前記火炉における前記燃焼バーナによる燃料ガスの吹き込み位置と前記第１空気噴射装置による追加空気の吹き込み位置が周方向の異なる位置に設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボイラ。
4. 前記燃焼バーナは、前記火炉の周方向に所定間隔で複数設けられ、前記第１空気噴射装置は、空気ノズルが前記火炉の周方向に所定間隔で複数設けられ、前記燃焼バーナと前記空気ノズルとは、周方向に所定距離ずれて配置されることを特徴とする請求項３に記載のボイラ。
5. 前記火炉は矩形断面形状をなし、前記燃焼バーナは前記火炉の角部に配置され、前記空気ノズルは前記火炉の平面部に配置されることを特徴とする請求項４に記載のボイラ。
6. 追加空気を前記火炉内の火炎旋回流の上方に向けて吹き込み可能な第２空気噴射装置が設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載のボイラ。
7. 前記第２空気噴射装置は、鉛直方向に多段に配置されることを特徴とする請求項６に記載のボイラ。
8. 前記第２空気噴射装置は、上下多段に配置され、上段側の空気ノズルは斜め上方に向けて追加空気を噴射可能であり、下段側の空気ノズルは斜め下方に向けて追加空気を噴射可能であることを特徴とする請求項７に記載のボイラ。

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