JP2015096790A - ボイラ及び燃焼バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラ及び燃焼バーナにおいて、炉壁の腐食を防止することで耐久性の向上を図る。
【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、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５より上方で追加空気を火炉１１内に向けて吹き込む追加空気ノズル５２と、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５による微粉燃料混合気の吹き込み方向より炉壁側に空気（保護ガス）を吹き込む保護ガスノズル６２，６３，６４とを設いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体燃料と空気を混合して燃焼させることで蒸気を生成するボイラ、並びに、このボイラに使用される燃焼バーナ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している。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、炉内脱硝技術が採用されている。即ち、火炉壁に複数の燃焼バーナを設け、この燃焼バーナの上方に追加空気ノズルを設けている。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、着火することで火炎を形成する。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。

ところで、このような火炉にて、燃焼雰囲気や還元雰囲気にある領域では、低酸素領域で、且つ、高温領域となることから、腐食成分である硫化水素（Ｈ_２Ｓ）が発生しやすく、炉壁の内面に腐食が発生するおそれがある。そこで、このような問題を解決するものとして、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。

下記特許文献１に記載された微粉炭焚きボイラの燃焼装置は、隣り合うバーナの間に燃焼用空気または燃焼ガスの一部を投入するノズルを設けたものである。下記特許文献２に記載されたボイラ構造は、バーナ毎に形成される火炎が接近または接触する火炉壁面の火炎影響部近傍に周辺より空気濃度の高い領域を形成する空気投入部を設けたものである。

特開平０７−１１９９２３号公報 特開２００９−１７４７５１号公報

ところが、上述した火炉にて、炉壁の内面に硫化水素により腐食が発生しやすい領域は、低酸素で高温となる領域である。そのため、特許文献１の微粉炭焚きボイラの燃焼装置のように、バーナからの火炎に対して燃焼用空気や燃焼ガスを投入しても、その上方に生成されるＮＯｘ還元領域での炉壁面の腐食を防止することは困難である。また、硫化水素により腐食が発生しやすい領域は、火炎が接近する所定広さの領域であり、特許文献２のボイラ構造のように、火炉壁面の火炎影響部近傍に空気投入部を設けても、所定広さの領域を腐食から防止することは困難である。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、炉壁の腐食を防止することで耐久性の向上を図るボイラ及び燃焼バーナ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、前記燃焼バーナより上方で追加空気を前記火炉内に向けて吹き込む追加空気ノズルと、前記燃焼バーナによる燃料ガスの吹き込み方向より炉壁側に保護ガスを吹き込む保護ガスノズルと、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、発生した燃焼ガスが燃焼領域から旋回しながら上昇する。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、燃焼領域の上方に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る。その後、追加空気ノズルが火炉内に向けて追加空気を吹き込むことで、固体燃料の酸化燃焼が完結される。このとき、保護ガスノズルから燃焼領域で、火炉の内壁面に沿って保護ガスを吹き込むことで、燃焼ガスと火炉の内壁面との直接的な接触が抑制され、炉壁の腐食を防止して耐久性を向上することができる。

本発明のボイラでは、前記燃焼バーナは、燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズルと、前記燃料ノズルの外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズルとを有し、前記保護ガスノズルは、前記２次空気ノズルにおける一側部のみに配置され、前記火炎旋回流の外側に向けて保護ガスを吹き込み可能であることを特徴としている。

従って、燃焼バーナと保護ガスノズルを一体に構成することで、装置の小型化及び低コスト化を可能とすることができる。

本発明のボイラでは、前記燃焼バーナ及び前記保護ガスノズルは、前記火炉の角部に配置され、一方の内壁面に沿って保護ガスを噴射することを特徴としている。

従って、燃焼バーナと保護ガスノズルを火炉の角部に配置したとき、保護ガスノズルは、一方の内壁面に沿って保護ガスを噴射するため、火炎旋回流と火炉の内壁面との間に適正に保護ガスを供給することができる。

本発明のボイラでは、前記燃焼バーナ及び前記保護ガスノズルは、前記火炉の炉壁に配置され、一方の内壁面に沿って保護ガスを噴射することを特徴としている。

従って、燃焼バーナと保護ガスノズルを火炉の炉壁に配置したとき、保護ガスノズルは、一方の内壁面に沿って保護ガスを噴射するため、火炎旋回流と火炉の内壁面との間に適正に保護ガスを供給することができる。

本発明のボイラでは、前記ボイラの形態に応じて前記燃焼バーナから吹き込む燃焼用空気量と前記追加空気ノズルから吹き込む追加空気量とが設定され、前記保護ガスノズルから吹き込む保護ガス量は、追加空気量の一部が用いられることを特徴としている。

従って、保護ガスを追加空気の一部から確保することで、火炉に供給する空気量を変更することがなく、安定したボイラ効率を維持することができる。

本発明のボイラでは、前記保護ガスは、前記火炉から排出された排ガスの少なくとも一部が用いられることを特徴としている。

従って、保護ガスノズルは、保護ガスとして排ガスを火炉に供給することで、火炉の内壁面の高温化を抑制することができる。

また、本発明の燃焼バーナは、固体燃料と燃焼用空気を混合した燃料ガスを噴射可能な燃料ノズルと、前記燃料ノズルの外側に配置されて２次空気を噴射可能な２次空気ノズルと、前記２次空気ノズルにおける一側部のみに配置されて保護ガスを噴射可能な保護ガスノズルと、を有することを特徴ものである。

従って、燃料ノズルと２次空気ノズルと保護ガスノズルを一体に構成することで、装置の小型化及び低コスト化を可能とすることができる。

本発明のボイラ及び燃焼バーナによれば、燃焼バーナによる燃料ガスの吹き込み方向より炉壁側に保護ガスを吹き込む保護ガスノズルを設けるので、保護ガスにより燃焼ガスと火炉の内壁面との直接的な接触が抑制され、炉壁の腐食を防止して耐久性を向上することができる。

図１は、第１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は、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、燃焼バーナの断面を表す図２のIII−III断面図である。 図４は、石炭焚きボイラにおける燃焼領域を表す平面図である。 図５は、第２実施形態の石炭焚きボイラにおける燃焼領域を表す平面図である。 図６は、第３実施形態の石炭焚きボイラにおける燃焼領域を表す平面図である。 図７は、第４実施形態の石炭焚きボイラを表す概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るボイラ及び燃焼バーナ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。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の石炭焚きボイラを表す概略構成図、図２は、石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図、図３は、燃焼バーナの断面を表す図２のIII−III断面図、図４は、石炭焚きボイラにおける燃焼領域を表す平面図である。

第１実施形態のボイラは、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。

この第１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。そして、燃焼装置１２は、周方向に沿って４個の燃焼バーナが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、この燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、ＣＣＦ（Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｃｏｒｎｅｒ Ｆｉｒｉｎｇ）燃焼方式であり、火炉１１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。

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。

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。

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。

また、図１に示すように、火炉１１は、燃焼装置１２の上段部に追加燃焼用空気供給装置４１が設けられている。この追加燃焼用空気供給装置４１は、火炉壁に装着された複数の追加燃焼用空気ノズル４２，４３を有している。この追加燃焼用空気ノズル４２，４３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２セット、つまり、２段配置されている。即ち、追加燃焼用空気供給装置４１（追加燃焼用空気ノズル４２，４３）は、火炉１１における燃焼バーナ２１の装着位置より上方に配置されている。この追加燃焼用空気供給装置４１は、火炉１１に対して追加燃焼用空気（Ｏｖｅｒ Ｆｉｒｅ Ａｉｒ）を吹き込むものである。即ち、追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と同様に、火炉１１における４つの角部に設けられる複数の追加燃焼用空気ノズルから構成されており、火炎旋回流と同様の追加燃焼用空気旋回流を形成する。そして、この追加空気ノズル４２，４３は、空気ダクト３７から分岐した第１分岐空気ダクト４４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を第１分岐空気ダクト４４から追加燃焼用空気供給装置４１に供給することができる。そして、各追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が吹き込んだ微粉燃料混合気の上方に追加燃焼用空気を吹き込むことができる。

火炉１１は、燃焼装置１２より上方に追加空気供給装置５１が設けられている。この追加空気供給装置５１は、火炉壁に装着された複数の追加空気ノズル５２を有している。この追加空気ノズル５２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、つまり、１段配置されている。即ち、追加空気供給装置５１（追加空気ノズル５２）は、火炉１１における燃焼バーナ２１の装着位置より所定距離だけ上方に配置されている。この追加空気供給装置５１は、火炉１１に対して追加空気（Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ Ａｉｒ）を吹き込むものである。即ち、追加空気ノズル５２は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と同様に、火炉１１における４つの角部に設けられる複数の追加空気ノズルから構成されており、火炎旋回流と同様の追加空気旋回流を形成する。そして、この追加空気ノズル５２は、空気ダクト３７から分岐した第２分岐空気ダクト５３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を第２分岐空気ダクト５３から追加空気供給装置５１に供給することができる。そして、追加空気ノズル５２は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が吹き込んだ微粉燃料混合気及び追加燃焼用空気ノズル４２，４３が吹き込んだ追加燃焼用空気の所定距離だけ上方に追加空気を吹き込むことができる。

火炉１１は、燃焼装置１２に保護ガス供給装置６１が設けられている。この保護ガス供給装置６１は、火炉壁に装着された複数の保護ガスノズル６２，６３，６４を有している。この保護ガスノズル６２，６３，６４は、周方向に沿って４個均等間隔で配設されたものが３セット、つまり、３段配置されている。即ち、保護ガス供給装置６１（保護ガスノズル６２，６３，６４）は、火炉１１における燃焼バーナ２１と同位置に配置されている。この保護ガス供給装置６１は、火炉１１に対して保護ガス（Ｗａｌｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｉｒ）としての空気を吹き込むものである。この保護ガスノズル６２，６３，６４は、空気ダクト３７から分岐した第３分岐空気ダクト６５の端部が連結されている。

本実施形態にて、燃焼装置１２と保護ガス供給装置６１は、一体に構成されている。燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５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。保護ガスノズル６２，６３，６４は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５による微粉燃料混合気の吹き込み方向より炉壁側に空気（保護ガス）を吹き込む。なお、保護ガスノズル６２，６３，６４は、ほぼ同様の構成となっている。

即ち、図２及び図３に示すように、燃焼バーナ２１は、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。保護ガスノズル６２も、同様に、火炉１１における４つの角部に設けられる保護ガスノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄから構成されている。ここで、燃焼バーナ２１ａは、微紛燃料混合気を噴射する燃料ノズル８１と、断面リング形状をなして燃料ノズル８１の外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズル８２とを有し、保護ガスノズル６２ａは、２次空気ノズル８２における一側部のみに配置される。

そして、各保護ガスノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、第３分岐空気ダクト６５から分岐した各分岐管６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄが連結されている。そして、各保護ガスノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、火炉１１の内壁面に沿って水平に空気を吹き込むことができる。従って、送風機３８により送られた燃焼用空気を第３分岐空気ダクト６５から保護ガス供給装置６１に供給することができる。そして、保護ガスノズル６２，６３,６４（６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ）は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が吹き込んだ微粉燃料混合気の外側に空気を吹き込むことができる。この場合、保護ガスノズル６２（６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ），６３，６４が吹き込む空気量は、全空気量比で１％〜５％程度であり、ノズル流速は、２０ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓである。

本実施形態にて、保護ガス供給装置６１は、保護ガスノズル６２，６３，６４が火炉１１の内壁面と各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５からの火炎との間に空気を吹き込むものである。そのため、図２に示すように、燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、火炉１１内に微粉燃料混合気を吹き込んで火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を形成し、火炎旋回流を形成可能である。一方、保護ガスノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、この火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の外側に空気を吹き込んで空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を形成可能である。

本実施形態では、燃焼装置１２と保護ガス供給装置６１とが一体に構成されることで、燃焼バーナ２１，２２，２３に保護ガスノズル６２，６３，６４が装着されることで、燃焼バーナ２１，２２，２３及び保護ガスノズル６２，６３，６４が燃焼バーナとして構成される。ここで、上方の３段の燃焼バーナ２１，２２，２３に保護ガスノズル６２，６３，６４を設けたが、この構成に限定されるものではない。ボイラ１０の形態に応じて上方の１段の燃焼バーナ２１にのみ保護ガスノズル６２を設けてもよく、また、全ての燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に保護ガスノズルを設けてもよい。

そして、火炉１１に供給する１次空気量（搬送用空気量）、２次空気量、追加燃料用空気量、追加空気量、保護ガス量としての空気量は、ボイラの形態に応じて設定されている。即ち、ボイラの形態に応じて燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が吹き込む１次空気量及び２次空気量、追加燃焼用空気ノズル４２，４３が吹き込む追加燃料用空気量、追加空気ノズル５２が吹き込む追加空気量が設定され、保護ガスノズル６２が吹き込む保護ガス量は、追加空気量の一部が用いられる。

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）及び２次空気を火炉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、追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上段で、追加燃焼用空気を火炉１１内に向けて吹き込むことができる。また、追加空気ノズル５２は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上方で、追加空気を火炉１１内に向けて吹き込むことができる。

また、保護ガスノズル６２，６３，６４は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と同位置で、保護ガスとしての空気を火炉１１の内壁面に沿って水平に吹き込むことができる。すると、図４に示すように、保護ガスノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１Ｃ，２１ｄからの火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４と、各炉壁１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄの内壁面との間に空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を形成する。そのため、空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４により火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４が火炉１１の内壁面に直接接触することが抑制され、特に、内壁面における水平方向中間部領域１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの加熱が防止される。

なお、本実施形態の燃焼装置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次空気を火炉１１内に噴射して火炎を形成している。

そして、図１に示すように、火炉１１は、上部に煙道７０が連結されており、この煙道７０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）７１，７２、再熱器（リヒータ）７３，７４、節炭器（エコノマイザ）７５，７６，７７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７０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７８が連結されている。この排ガス管７８は、空気ダクト３７との間にエアヒータ７９が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、排ガス管７８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。

そして、排ガス管７８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、加熱された燃焼用空気が空気ダクト３７から分岐した各分岐空気ダクト４４，５３，６５により追加燃焼用空気ノズル４２，４３、追加空気ノズル５２、保護ガスノズル６２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と２次空気を火炉１１に吹き込み、このときに着火することで燃焼領域Ａに火炎旋回流を形成することができる。また、このとき、追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、追加燃焼用空気を火炉１１に吹き込むことで、燃焼領域Ａを適正に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２次空気及び追加燃焼用空気が燃焼して火炎旋回流が生じ、燃焼領域Ａ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Ｂ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Ａの上方の還元領域Ｂ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Ｂで還元される。

そして、追加空気ノズル５２は、追加空気を火炉１１の還元領域Ｂの上方に吹き込む。すると、燃焼完結領域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。

ところで、火炉１１の燃焼領域Ａや還元領域Ｂでは、低酸素雰囲気で、且つ、高温雰囲気となることから、腐食成分である硫化水素（Ｈ_２Ｓ）が発生しやすく、炉壁の内面に腐食が発生するおそれがある。そこで、本実施形態では、火炉１１にて、保護ガスノズル６２，６３，６４が燃焼領域Ａにある内壁面に沿って空気を吹き込む。この空気は、炉壁に沿って火炎旋回流より外側に吹き込まれることから、火炎が火炉１１の内壁面に直接接触することがなく、炉壁の低温化により腐食の発生が抑制される。

また、保護ガスノズル６２，６３，６４から火炉１１の内壁面と火炎旋回流との間に空気が吹き込まれることで、この領域が高酸素領域となり、硫化水素の発生が抑制されることから、炉壁の腐食が抑制される。更に、火炉１１は、燃焼領域Ａや還元領域Ｂの壁面近傍が高酸素雰囲気で、且つ、低温雰囲気に抑制されることから、フライアッシュの溶融を抑制することができ、スラッギングを防止することができる。

なお、保護ガスノズル６２，６３，６４は、還元領域Ｂに空気が上昇することで、この還元領域Ｂを乱すことが考えられるが、保護ガスノズル６２，６３，６４から空気は、火炎旋回流の外側であることから、この空気がＮＯｘ還元作用に悪影響を及ぼすことはほとんどない。

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７５，７６，７７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７１，７２に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器７１，７２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７３，７４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７０の節炭器７５，７６，７７を通過した排ガスは、排ガス管７８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。

このように第１実施形態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、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５より上方で追加空気を火炉１１内に向けて吹き込む追加空気ノズル５２と、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５による微粉燃料混合気の吹き込み方向より炉壁側に空気（保護ガス）を吹き込む保護ガスノズル６２，６３，６４とを設けている。

従って、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が火炉１１内に微粉燃料混合気を吹き込んで着火することで火炎旋回流が形成され、発生した燃焼ガスが燃焼領域Ａから旋回しながら上昇する。微粉燃料混合気は、空気量が微粉炭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Ａの上方に還元領域Ｂが形成され、ここで、微粉炭燃料の燃焼により発生したＮＯｘが還元される。その後、追加空気ノズル５２が火炉１１内に向けて追加空気を吹き込むことで、微粉炭の酸化燃焼が完結される。このとき、保護ガスノズル６２から燃焼領域Ａで、火炉１１の内壁面に沿って水平方向に空気を吹き込むことで、燃焼ガスと火炉１１の内壁面との直接的な接触が抑制され、炉壁の腐食を防止して耐久性を向上することができる。

第１実施形態のボイラでは、燃焼バーナ２１，２２，２３として、燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズル８１と、燃料ノズル８１の外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズル８２とを設け、保護ガスノズル６２，６３，６４を２次空気ノズル８２における一側部のみに配置し、火炎旋回流の外側に向けて空気を吹き込み可能としている。従って、燃焼バーナ２１，２２，２３と保護ガスノズル６２，６３，６４を一体に構成することで、装置の小型化及び低コスト化を可能とすることができる。

第１実施形態のボイラでは燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を火炉１１の角部に配置し、保護ガスノズル６２，６３，６４を燃焼バーナ２１，２２，２３と同位置に配置し、一方の内壁面に沿って空気を噴射する。従って、燃焼バーナ２１，２２，２３と保護ガスノズル６２，６３，６４を火炉１１の角部に配置したとき、保護ガスノズル６２，６３，６４は、一方の内壁面に沿って空気を噴射するため、火炎旋回流と火炉１１の内壁面との間に適正に空気を供給することができる。

第１実施形態のボイラでは、ボイラの形態に応じて燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５から吹き込む燃焼用空気量と追加空気ノズル５２から吹き込む追加空気量とが設定され、保護ガスノズル６２，６３，６４から吹き込む空気量を追加空気量の一部から用いている。従って、空気を追加空気の一部から確保することで、火炉１１に供給する空気量を変更することがなく、安定したボイラ効率を維持することができる。

また、第１実施形態の燃焼バーナにあっては、燃料ノズル８１と２次空気ノズル８２と保護ガスノズル６２を一体にして構成している。従って、装置の小型化及び低コスト化を可能とすることができる。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態の石炭焚きボイラにおける燃焼領域を表す平面図である。なお、上述した実施形態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。

第２実施形態において、図５に示すように、石炭焚きボイラは、火炉１１と燃焼装置１０１とを有している。燃焼装置１０１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１０１は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ１０２を有しており、図示しないが、第１実施形態の燃焼装置１２（図１）と同様に、周方向に沿って４個の燃焼バーナが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、この燃焼バーナ１０２は、ＣＵＦ（Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｕｌｔｒａ Ｆｉｒｉｎｇ）燃焼方式であり、火炉１１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。

燃焼バーナ１０１は、火炉１１における４つの炉壁に設けられる燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄから構成されている。各燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄは、火炉１１の炉壁の水平方向に対して一方の角部側（微粉燃料混合気の吹き込み方向側）に寄って配置されている。この燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ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１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ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１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ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の上方から見て反時計周り方向に旋回する火炎旋回流となる。

また、図示しないが、火炉１１は、第１実施形態と同様に、燃焼装置１０１の上段部に追加燃焼用空気供給装置が設けられると共に、燃焼装置１２より上方に追加空気供給装置が設けられている。この追加燃焼用空気供給装置と追加空気供給装置は、第１実施形態の追加燃焼用空気供給装置４１と追加空気供給装置５１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

火炉１１は、燃焼装置１０１と同位置に保護ガス供給装置１０３が設けられている。この保護ガス供給装置１０３は、火炉壁に装着された複数の保護ガスノズル１０４を有している。この保護ガスノズル１０４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、つまり、１段配置されている。この保護ガス供給装置１０３は、火炉１１に対して保護ガス（Ｗａｌｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｉｒ）としての空気を吹き込むものである。

保護ガスノズル１０３は、火炉１１における４つの炉壁に設けられる保護ガスノズル１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄから構成されている。各保護ガスノズル１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄは、火炉１１の炉壁の水平方向に対して一方の角部側（微粉燃料混合気の吹き込み方向側）に寄って配置されている。この場合、各保護ガスノズル１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄは、燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄと一体に構成されている。ここで、燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄは、第１実施形態の燃焼バーナ２１ａと同様に、燃料ノズルと２次空気ノズル８２とを有し、保護ガスノズル１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄは、２次空気ノズルにおける一側部のみに配置されている。各保護ガスノズル１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄは、第３分岐空気ダクト６５から分岐した各分岐管６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄが連結されている。従って、各保護ガスノズル１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄは、燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄが吹き込んだ微粉燃料混合気の外側で、火炉１１の内壁面に沿って水平に空気を吹き込むことができる。この場合、保護ガスノズル１０４（１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ）が吹き込む空気量は、全空気量比で１％〜５％程度であり、ノズル流速は、２０ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓである。

そのため、燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄは、微粉燃料混合気（燃料ガス）及び２次空気を火炉１１内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成する。保護ガスノズル１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄは、燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄより外側で、保護ガスとしての空気を火炉１１の内壁面に沿って水平に吹き込む。すると、保護ガスノズル１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄは、燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄからの火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４と、火炉１１の内壁面との間に空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を形成する。そのため、空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４により火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４が火炉１１の内壁面に直接接触することがなく、炉壁の低温化により腐食の発生が抑制される。

また、保護ガスノズル１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄから火炉１１の内壁面と火炎旋回流との間に空気が吹き込まれることで、この領域が高酸素領域となり、硫化水素の発生が抑制されることから、炉壁の腐食が抑制される。更に、火炉１１は、還元領域Ｂの壁面近傍が高酸素雰囲気で、且つ、低温雰囲気に抑制されることから、フライアッシュの溶融を抑制することができ、スラッギングを防止することができる。

このように第２実施形態のボイラにあっては、燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄと同位置で火炉１１の内壁面に沿って水平に空気（保護ガス）を吹き込む保護ガスノズル１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄを設け、燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄと保護ガスノズル１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄを炉壁に配置し、保護ガスノズル１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄが一方の内壁面に沿って保護ガスを噴射している。

従って、保護ガスノズル１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄから火炉１１の内壁面に沿って空気を吹き込むことで、燃焼ガスと火炉１１の内壁面との直接的な接触が抑制され、炉壁の腐食を防止して耐久性を向上することができる。また、燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄと保護ガスノズル１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄを火炉１１の炉壁に配置したとき、保護ガスノズル１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄは、火炉１１の内壁面に沿って空気を噴射するため、火炎旋回流と火炉１１の内壁面との間に適正に空気を供給することができる。

［第３実施形態］
図５は、第３実施形態の石炭焚きボイラにおける燃焼領域を表す平面図である。なお、上述した実施形態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。

第３実施形態において、図６に示すように、石炭焚きボイラは、火炉１１と燃焼装置１０１とを有している。燃焼装置１０１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１０１は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ１０２を有しており、図示しないが、第２実施形態と同様に、ＣＵＦ燃焼方式である。

燃焼バーナ１０２は、火炉１１における４つの炉壁に設けられる燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄから構成されており、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。

火炉１１は、燃焼装置１０１と追加空気供給装置との間に保護ガス供給装置１１１が設けられている。この保護ガス供給装置１１１は、火炉壁に装着された複数の保護ガスノズル１１２を有している。この保護ガスノズル１１２は、周方向に沿って４個均等間隔で配設されている。この保護ガス供給装置１１１は、火炉１１に対して保護ガス（Ｗａｌｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｉｒ）としての空気を吹き込むものである。

保護ガスノズル１１２は、火炉１１における４つの炉壁に設けられる保護ガスノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄから構成されている。各保護ガスノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄは、火炉１１の炉壁の水平方向に対して一方の角部側（微粉燃料混合気の吹き込み方向側）に寄って配置されている。この場合、各保護ガスノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄは、火炉１１における燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄと同位置で、且つ、燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄによる微粉燃料混合気の吹き込み方向側に配置される。各保護ガスノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄは、第３分岐空気ダクト６５から分岐した各分岐管６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄが連結されている。従って、各保護ガスノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄは、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が吹き込んだ微粉燃料混合気の外側で、火炉１１の内壁面に沿って水平に空気を吹き込むことができる。

本実施形態にて、保護ガス供給装置１１１は、保護ガスノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄが火炉１１の内壁面と各燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄからの火炎との間に空気を吹き込み、空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を形成するものである。各保護ガスノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄは、第３分岐空気ダクト６５から分岐した各分岐管６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄが連結されている。そして、各保護ガスノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄは、火炉１１の内壁面に沿って水平に空気を吹き込むことができる。この場合、保護ガスノズル１１２（１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ）が吹き込む空気量は、全空気量比で１％〜５％程度であり、ノズル流速は、２０ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓである。

そのため、燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄは、微粉燃料混合気（燃料ガス）及び２次空気を火炉１１内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成する。保護ガスノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄは、燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄより外側で、保護ガスとしての空気を火炉１１の内壁面に沿って水平に吹き込む。すると、保護ガスノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄは、燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄからの火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４と、火炉１１の内壁面との間に空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を形成する。そのため、空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４により火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４が火炉１１の内壁面に直接接触することがなく、炉壁の低温化により腐食の発生が抑制される。

また、保護ガスノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄから火炉１１の内壁面と火炎旋回流との間に空気が吹き込まれることで、この領域が高酸素領域となり、硫化水素の発生が抑制されることから、炉壁の腐食が抑制される。更に、火炉１１は、還元領域Ｂの壁面近傍が高酸素雰囲気で、且つ、低温雰囲気に抑制されることから、フライアッシュの溶融を抑制することができ、スラッギングを防止することができる。

このように第３実施形態のボイラにあっては、燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄと同位置で火炉１１の内壁面に沿って水平に空気（保護ガス）を吹き込む保護ガスノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄを設け、燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄを炉壁に配置し、保護ガスノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄを燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄより外側で且つ火炉１１の内壁面に沿って空気を噴射している。

従って、保護ガスノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄから火炉１１の内壁面に沿って空気を吹き込むことで、燃焼ガスと火炉１１の内壁面との直接的な接触が抑制され、炉壁の腐食を防止して耐久性を向上することができる。また、燃焼バーナ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄと保護ガスノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄを火炉１１の炉壁に配置したとき、保護ガスノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄは、火炉１１の内壁面に沿って空気を噴射するため、火炎旋回流と火炉１１の内壁面との間に適正に空気を供給することができる。

［第４実施形態］
図７は、第４実施形態の石炭焚きボイラを表す概略構成図である。なお、上述した実施形態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。

第４実施形態において、図７に示すように、石炭焚きボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２とを有している。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。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３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。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が連結されている。

また、火炉１１は、燃焼装置１２の上段部に追加燃焼用空気供給装置４１が設けられている。この追加燃焼用空気供給装置４１は、火炉壁に装着された複数の追加燃焼用空気ノズル４２，４３を有している。追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、空気ダクト３７から分岐した第１分岐空気ダクト４４の端部が連結されている。また、火炉１１は、燃焼装置１２より上方に追加空気供給装置５１が設けられている。この追加空気供給装置５１は、火炉壁に装着された複数の追加空気ノズル５２を有している。追加空気ノズル５２は、空気ダクト３７から分岐した第２分岐空気ダクト５３の端部が連結されている。

火炉１１は、燃焼装置１２と同位置に保護ガス供給装置６１が設けられている。この保護ガス供給装置６１は、火炉壁に装着された複数の保護ガスノズル６２，６３，６４を有している。本実施形態にて、この保護ガスノズル６２，６３，６４は、火炉１１から排出された排ガスの少なくとも一部を保護ガスとして用いる。保護ガスノズル６２，６３，６４は、排ガス管７８に継続する排気系８０から分岐した第３分岐空気ダクト６６の端部が連結されている。この場合、保護ガスノズル６２，６３，６４が吹き込む空気量は、全空気量比で１％〜５％程度であり、ノズル流速は、２０ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓである。

そのため、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉燃料混合気及び２次空気を火炉１１内に向けて吹き込み、このときに着火することで燃焼領域Ａに火炎旋回流を形成する。このとき、追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、追加燃焼用空気を火炉１１に吹き込むことで、燃焼領域Ａを適正に形成する。この火炉１１では、微粉燃料混合気と２次空気及び追加燃焼用空気が燃焼して火炎旋回流が生じ、燃焼領域Ａ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Ｂ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Ａの上方の還元領域Ｂ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Ｂで還元される。

そして、追加空気ノズル５２は、追加空気を火炉１１の還元領域Ｂの上方に吹き込む。すると、燃焼完結領域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。

また、火炉１１にて、保護ガスノズル６２，６３，６４が燃焼領域Ａにある内壁面に沿って排ガスを吹き込む。この排ガスは、火炎旋回流より外側に吹き込まれることから、火炎が火炉１１の内壁面に直接接触することがなく、炉壁の低温化により腐食の発生が抑制される。

このように第４実施形態のボイラにあっては、微粉燃料混合気を火炉１１内に向けて吹き込む燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上段で追加燃焼用空気を火炉１１内に向けて吹き込む追加燃焼用空気ノズル４２，４３と、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５より上方で追加空気を火炉１１内に向けて吹き込む追加空気ノズル５２と、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と追加空気ノズル５２との間で火炉１１の内壁面に沿って水平に排ガス（保護ガス）を吹き込む保護ガスノズル６２，６３，６４とを設けている。

従って、保護ガスノズル６２，６３，６４から火炉１１の内壁面に沿って水平に排ガスを吹き込むことで、燃焼ガスと火炉１１の内壁面との直接的な接触が抑制され、炉壁の腐食を防止して耐久性を向上することができる。また、保護ガスノズル６２，６３，６４は、保護ガスとして排ガスを火炉１１に供給することで、火炉１１の内壁面の高温化を抑制することができる。

なお、この第４実施形態では、保護ガスノズル６２が火炉１１から排出された排ガスを火炉１１の内壁面に沿って吹き込むように構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、保護ガスノズル６２が火炉１１から排出された排ガスと空気ダクト３７からの燃焼用空気とを混合した混合気を火炉１１の内壁面に沿って吹き込むように構成してもよい。

また、上述した第４実施形態では、燃焼バーナの形態を第１実施形態のＣＣＦ燃焼方式としたが、第２、第３実施形態のＣＵＦ燃焼方式としてもよい。

また、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、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く、また、油焚きボイラに適用してもよい。

１０ 石炭焚きボイラ
１１ 火炉
１２，１０１ 燃焼装置
２１，２２，２３，２４，２５，１０２ 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
４１ 追加燃焼用空気供給装置
４２，４３ 追加燃焼用空気ノズル
４４ 第１分岐空気ダクト
５１ 追加空気供給装置
５２ 追加空気ノズル
５３ 第２分岐空気ダクト
６１，１０３，１１１ 保護ガス供給装置
６２，６３，６４，１０４，１１２ 保護ガスノズル
６５，６６ 第３分岐空気ダクト

Claims (7)

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、
   前記燃焼バーナより上方で追加空気を前記火炉内に向けて吹き込む追加空気ノズルと、
   前記燃焼バーナによる燃料ガスの吹き込み方向より炉壁側に保護ガスを吹き込む保護ガスノズルと、
   を有することを特徴とするボイラ。
2. 前記燃焼バーナは、燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズルと、前記燃料ノズルの外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズルとを有し、前記保護ガスノズルは、前記２次空気ノズルにおける一側部のみに配置され、前記火炎旋回流の外側に向けて保護ガスを吹き込み可能であることを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
3. 前記燃焼バーナ及び前記保護ガスノズルは、前記火炉の角部に配置され、一方の内壁面に沿って保護ガスを噴射す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. 前記燃焼バーナ及び前記保護ガスノズルは、前記火炉の炉壁に配置され、一方の内壁面に沿って保護ガスを噴射す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。
5. 前記ボイラの形態に応じて前記燃焼バーナから吹き込む燃焼用空気量と前記追加空気ノズルから吹き込む追加空気量とが設定され、前記保護ガスノズルから吹き込む保護ガス量は、追加空気量の一部が用いられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のボイラ。
6. 前記保護ガスは、前記火炉から排出された排ガスの少なくとも一部が用いられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のボイラ。
7. 固体燃料と燃焼用空気を混合した燃料ガスを噴射可能な燃料ノズルと、
   前記燃料ノズルの外側に配置されて２次空気を噴射可能な２次空気ノズルと、
   前記２次空気ノズルにおける一側部のみに配置されて保護ガスを噴射可能な保護ガスノズルと、
   を有することを特徴とする燃焼バーナ。

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