JP2016095113A - ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼バーナにおいて、エネルギ効率の向上を図る。【解決手段】火炉１１と、バイオマス（湿潤燃料）を粉砕すると共に加熱空気により乾燥させる粉砕乾燥機３１と、粉砕乾燥機３１から排出された微粉バイオマスと加熱空気とを分離するサイクロン３３と、サイクロン３３により分離された微粉バイオマスと燃焼用空気とを混合した第１微粉燃料混合気を火炉１１内に向けて吹き込む第１燃焼バーナ２１と、サイクロン３３により分離された加熱空気を追加空気として火炉１１内に向けて吹き込む追加空気ノズル２６と、火炉１１から排出された排ガスと熱交換した加熱空気を粉砕乾燥機３１に供給する加熱ガス供給装置６０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。

このようなボイラにて、近年、燃料として、褐炭、亜瀝青炭、バイオマスなどの高水分燃料を使用することが考えられている。ところが、高水分燃料は、多量に水分を含んでいることから、事前に乾燥処理を行う必要があり、多大なエネルギを要するため、ボイラ効率が低いという問題がある。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１に記載されたものがある。特許文献１に記載された粉砕システムは、第１の竪型粉砕機と第２の竪型粉砕機を設け、第１の竪型粉砕機で粉砕した石炭を燃焼装置に供給する第１のラインと、第２の竪型粉砕機で粉砕したバイオマスを燃焼装置に供給する第２のラインとを合流させた後、分配して燃焼装置のバーナへ送るものである。

特開２０１１−１４４９４３号公報

上述した粉砕システムにて、第２の竪型粉砕機は、バイオマスを原料投入口から機内に投入し、上部取出口からエキゾーストファンにより吸引することでガス供給口からガスを機内に導入し、バイオマスを粉砕しながら乾燥している。この場合、バイオマスなどの高水分燃料は、多量に水分を含んでいることから、ガス供給口から導入するガス量が多くなる。第２の竪型粉砕機で粉砕されたバイオマスは、バグフィルタで捕集され、乾燥に使用されたガスは外部に排気されるため、ここで損失が発生してしまう。

本発明は上述した課題を解決するものであり、エネルギ効率の向上を図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、湿潤燃料を粉砕すると共に加熱空気により乾燥させる粉砕乾燥機と、前記粉砕乾燥機から排出された微粉燃料と加熱空気とを分離する分離装置と、前記分離装置により分離された微粉燃料と燃焼用空気とを混合した燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込む燃焼バーナと、前記分離装置により分離された加熱空気を前記火炉内に向けて吹き込む追加空気ノズルと、前記火炉から排出された排ガスと熱交換した加熱空気を前記粉砕乾燥機に供給する加熱ガス供給装置と、を有することを特徴とするものである。

従って、粉砕乾燥機が湿潤燃料を粉砕すると共に加熱空気により乾燥し、分離装置が微粉燃料と加熱空気とを分離し、燃焼バーナが微粉燃料と燃焼用空気とを混合した燃料ガスを火炉内に向けて吹き込むと共に、追加空気ノズルが加熱空気を火炉内に向けて吹き込む。このとき、加熱ガス供給装置が火炉から排出された排ガスと熱交換した加熱空気を粉砕乾燥機に供給しており、粉砕乾燥機は、粉砕した微粉燃料を加熱空気により適正に乾燥することができる。そのため、追加空気として火炉に投入する加熱空気を用いて微粉燃料を乾燥することで、排気する加熱空気を不要とし、エネルギ効率を向上することができる。

本発明のボイラでは、前記火炉から排出された排ガスと熱交換した加熱空気を搬送用空気と燃焼用空気と追加空気とに配分する配分装置が設けられ、前記加熱ガス供給装置は、搬送用空気と追加空気の少なくとも一部を前記粉砕乾燥装置に供給し、燃焼用空気を前記燃焼バーナに供給することを特徴としている。

従って、配分装置が加熱空気を搬送用空気と燃焼用空気と追加空気とに配分し、加熱ガス供給装置が搬送用空気と追加空気を粉砕乾燥装置に供給することで、粉砕乾燥機は、微粉燃料を乾燥するための加熱空気の風量を十分に確保することができ、微粉燃料を適正に乾燥することができる。

本発明のボイラでは、前記分離装置は、サイクロンであり、分離された微粉燃料と搬送用空気が前記燃焼バーナに送られ、分離された追加空気が前記追加空気ノズルに送られることを特徴としている。

従って、分離装置をサイクロンとすることで、排出部の通路径を所定寸法に設定することで、微粉燃料及び搬送用空気と追加空気とを適正に分離することができる。

本発明のボイラでは、前記分離装置は、バグフィルタであり、分離された微粉燃料と搬送用空気が前記燃焼バーナに送られ、分離された追加空気が前記追加空気ノズルに送られることを特徴としている。

従って、分離装置をバグフィルタとすることで、微粉燃料と加熱空気を適正に分離し、その後、微粉燃料及び搬送用空気と追加空気とに分離することができる。

本発明のボイラでは、加熱ガス供給装置により前記粉砕乾燥機に供給する加熱空気の温度を調整する温度調整装置が設けられることを特徴としている。

従って、粉砕乾燥機で処理する湿潤燃料の水分量に応じて温度調整装置により加熱空気の温度を最適温度に調整することができ、湿潤燃料を適正に乾燥することができる。

本発明のボイラでは、乾燥燃料を粉砕する粉砕機と、前記粉砕機により粉砕された微粉燃料と前記分離装置により分離された微粉燃料とを混合する混合装置が設けられることを特徴としている。

従って、粉砕機で粉砕された微粉燃料と粉砕乾燥機で粉砕乾燥された微粉燃料とを混合装置により混合して燃焼バーナに供給することで、湿潤燃料を適正に燃焼させることができる。

本発明のボイラによれば、湿潤燃料を粉砕すると共に加熱空気により乾燥させる粉砕乾燥機と、火炉から排出された排ガスと熱交換した加熱空気を粉砕乾燥機に供給する加熱ガス供給装置と、乾燥後の微粉燃料から分離した加熱空気を火炉内に向けて吹き込む追加空気ノズルを設けるので、追加空気として火炉に投入する加熱空気を用いて微粉燃料を乾燥することで、排気する加熱空気を不要とし、エネルギ効率を向上することができる。

図１は、第１実施形態のボイラを表す概略構成図である。 図２は、第２実施形態のボイラを表す概略構成図である。 図３は、第３実施形態の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実施形態のボイラを表す概略構成図である。

第１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、バイオマスを粉砕した微粉バイオマスを微粉燃料（固体燃料）とを併用し、この微粉燃料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ものである。

第１実施形態において、図１に示すように、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。

最上段に配置された第１燃焼バーナ２１は、湿潤燃料としてのバイオマスを粉砕した微粉バイオマスを燃料とするものである。第１燃焼バーナ２１より下段に配置された第２燃焼バーナ２２，２３，２４，２５は、乾燥燃料としての瀝青炭を粉砕した微粉炭を燃料とするものである。また、火炉１１は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置より上方に位置して追加空気ノズル２６が設けられている。

ここで、湿潤燃料とは、水分が多く含まれる燃料であり、例えば、バイオマス、亜瀝青炭、褐炭などがある。また、乾燥燃料とは、多く含まれる水分が少ない燃料であり、例えば、無煙炭、瀝青炭などがある。また、バイオマスとは、再生可能な生物由来の有機性資源であって、化石資源を除いたものと定義する。例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料とするリサイクル燃料（ペレットやチップ）などであり、ここに提示したものに限定されることはない。

粉砕乾燥機３１は、バイオマスを粉砕すると共に加熱空気によりこのバイオマス乾燥させるものである。粉砕乾燥機３１は、バイオマスを貯留するバンカ３２からバイオマスが供給可能であると共に、加熱空気（搬送用空気と追加空気）が供給可能である。この粉砕乾燥機３１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。そのため、バイオマス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、搬送用空気により分級されると共に追加空気により加熱乾燥される。

粉砕乾燥機３１は、排出ラインＬ１を介して分離装置及び配分装置としてのサイクロン３３が連結されている。サイクロン３３は、粉砕乾燥機３１から排出された微粉バイオマスと加熱空気とを分離するものである。具体的に、サイクロン３３は、微粉バイオマス及び加熱空気を微粉バイオマス及び搬送用空気と追加空気とに分離する。

サイクロン３３は、下部に微粉バイオマス供給ラインＬ２が連結されると共に、上部に第１追加空気供給ラインＬ３が連結されている。サイクロン３３は、粉砕乾燥機３１から排出された微粉バイオマス及び加熱空気を分離し、微粉バイオマス及び搬送用空気を微粉バイオマス供給ラインＬ２に排出し、追加空気を第１追加空気供給ラインＬ３に排出する。微粉バイオマス供給ラインＬ２は、第１燃焼バーナ２１に連結され、第１追加空気供給ラインＬ３は、追加空気ノズル２６に連結されている。

粉砕機３４は、瀝青炭を粉砕するものである。粉砕機３４は、瀝青炭を貯留するバンカ３５から瀝青炭が供給可能であると共に、加熱空気（搬送用空気）が供給可能である。この粉砕機３４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。そのため、瀝青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、搬送用空気により分級される。

粉砕機３４は、微粉炭供給ラインＬ４を介して第２燃焼バーナ２２に連結されている。なお、第２燃焼バーナ２３，２４，２５も、第２燃焼バーナ２２と同様に、図示しない第２粉砕乾燥機、バンカ、微粉炭供給ラインが設けられている。

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、加熱空気（燃焼用空気）が供給される。そのため、第１燃焼バーナ２１は、微粉バイオマスと搬送用空気とが混合した第１微粉燃料を噴射すると共に、燃焼用空気を噴射する。また、第２燃焼バーナ２２，２３，２４，２５は、微粉炭と搬送用空気とが混合した第２微粉燃料を噴射すると共に、燃焼用空気を噴射する。

火炉１１は、上部に煙道４１が連結されており、この煙道４１は、排ガスの熱を回収するための過熱器（スーパーヒータ）４２，４３，４４、再熱器（リヒータ）４５，４６、節炭器（エコノマイザ）４７，４８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４１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４９が連結されている。このガスダクト４９は、選択還元型触媒５０が設けられると共に、電気集塵機５１、誘引送風機５２、脱硫装置５３が設けられ、下流端部に煙突５４が設けられている。

また、ボイラ１０は、火炉１１から排出された排ガスと熱交換した加熱空気を粉砕乾燥機３１に供給する加熱ガス供給装置６０が設けられている。即ち、ガスダクト４９は、選択還元型触媒５０と電気集塵機５１との間にエアヒータ６１が設けられており、エアヒータ６１に加熱空気供給ラインＬ１０が設けられている。加熱空気供給ラインＬ１０は、エアヒータ６１を貫通し、基端部に送風機６２が装着されている。加熱空気供給ラインＬ１０は、先端部が分岐し、搬送用空気供給ラインＬ１１を介して粉砕乾燥器３１に連結されると共に、搬送用空気供給ラインＬ１２を介して粉砕機３４に連結されている。そして、搬送用空気供給ラインＬ１１，Ｌ１２に流量調整弁６３，６４が設けられている。

また、加熱空気供給ラインＬ１０は、燃焼用空気供給ラインＬ１３を介して風箱３６に連結されており、燃焼用空気供給ラインＬ１３に流量調整弁６５が設けられている。加熱空気供給ラインＬ１０は、第２追加空気供給ラインＬ１４を介して第１追加空気供給ラインＬ３に連結されると共に、第３追加空気供給ラインＬ１５を介して搬送用空気供給ラインＬ１１に連結されている。そして、追加空気供給ラインＬ１４，Ｌ１５に流量調整弁６６，６７が設けられている。

また、送風機６２は、加熱空気供給ラインＬ１０とは別に、エアヒータ６１を通らない空気供給ラインＬ１６が設けられている。空気供給ラインＬ１６は、先端部が分岐し、搬送用空気温度調節ラインＬ１７を介して搬送用空気供給ラインＬ１１に連結されると共に、搬送用空気温度調節ラインＬ１８を介して搬送用空気供給ラインＬ１２に連結されている。そして、搬送用空気温度調節ラインＬ１７，Ｌ１８に流量調整弁６８，６９が設けられており、本発明の温度調整装置が構成される。

ここで、本実施形態のボイラ１０の動作について説明する。

粉砕乾燥器３１が駆動すると、供給されたバイオマスが所定の粒径に粉砕されると共に、加熱空気により乾燥処理される。粉砕され、且つ、乾燥された微粉バイオマスは、加熱空気と共に排出ラインＬ１によりサイクロン３３に送られる。サイクロン３３は、微粉バイオマスと加熱空気を微粉バイオマス及び搬送用空気と追加空気とに分離する。この場合、搬送用空気と追加空気との割合は、バイオマスの性状（水分量など）に応じて設定されるものであり、微粉バイオマス供給ラインＬ２と第１追加空気供給ラインＬ３の各配管径により設定される。

そして、サイクロン３３で分離された微粉バイオマスと搬送用空気は、微粉バイオマス供給ラインＬ２により第１燃焼バーナ２１に供給され、追加空気は、第１追加空気供給ラインＬ３により追加空気ノズル２６に供給される。

また、粉砕機３４が駆動すると、供給された瀝青炭が所定の粒径に粉砕される。粉砕された微粉炭は、搬送用空気と共に微粉炭供給ラインＬ４により第２燃焼バーナ２２に供給される。なお、他の第２燃焼バーナ２３，２４，２５も、同様に、図示しない粉砕機が粉砕した微粉炭と搬送用空気が供給される。

すると、第１燃焼バーナ２１は、微粉バイオマスと搬送用空気とが混合した第１微粉燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に、その外側から燃焼用空気（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。また、第２燃焼バーナ２２，２３，２４，２５は、微粉炭と搬送用空気とが混合した第２微粉燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に、その外側から燃焼用空気（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。

火炉１１は、微粉燃料混合気と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。そして、追加空気ノズル２６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、排ガスと追加空気が反応することで微粉燃料の酸化燃焼が完結され、微粉燃料の燃焼によるＮＯｘの発生量が低減される。

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、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器４７，４８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４２，４３，４４に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４２，４３，４４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４５，４６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４１の節炭器４７，４８を通過した排ガスは、ガスダクト４９にて、選択還元型触媒５０によりＮＯｘなどの有害物質が除去され、電気集塵機５１で粒子状物質が除去され、脱硫装置５３により硫黄分が除去された後、煙突５４から大気中に排出される。

ところで、ボイラ１０が起動すると、ガスダクト４９に高温の排ガスが流れることで、エアヒータ６１が作動する。即ち、送風機６２が駆動し、外部からの空気が加熱空気供給ラインＬ１０に取り込まれ、この空気の一部がエアヒータ６１により排ガスと熱交換することで加熱される。そして、加熱空気は、一部が搬送用空気供給ラインＬ１１により粉砕乾燥器３１に供給され、一部が搬送用空気供給ラインＬ１２により粉砕機３４に供給される。また、加熱空気は、一部が燃焼用空気供給ラインＬ１３により風箱３６に供給される。また、加熱空気は、一部が第２追加空気供給ラインＬ１４により第１追加空気供給ラインＬ３に供給されると共に、第３追加空気供給ラインＬ１５により搬送用空気供給ラインＬ１１に供給される。

また、エアヒータ６１を通らない空気供給ラインＬ１６の調整空気が搬送用空気温度調節ラインＬ１７により搬送用空気供給ラインＬ１１に供給されると共に、搬送用空気温度調節ラインＬ１８により搬送用空気供給ラインＬ１２に供給される。搬送用空気温度調節ラインＬ１７及び搬送用空気温度調節ラインＬ１８の調整空気の量は、流量調整弁６８，６９により調整される。粉砕乾燥器３１と粉砕機３４に供給される加熱空気の温度は、投入される燃料の種類（水分量など）や投入量などに応じて設定されている。粉砕乾燥器３１と粉砕機３４における出口部（微粉バイオマス供給ライン、微粉炭供給ライン）に温度センサが設けられており、この温度センサの温度に応じて流量調整弁６８，６９の開度を調整することで、粉砕乾燥器３１と粉砕機３４に供給される加熱空気の温度を最適温度とする。

また、粉砕乾燥器３１及び粉砕機３４に送られる加熱空気及び調整空気は、搬送用空気と追加空気に対応した空気量を加算した量であり、風箱３６に送られる加熱空気は、燃焼用空気に対応した空気量である。搬送用空気量と燃焼用空気量と追加空気量の比率は、ボイラ１０に応じて設定されるものであり、例えば、２：５：３である。この比率になるように、流量調整弁６３，６４，６５，６６，６７，６８，６９の開度を調整する。また、粉砕乾燥器３１に送られる追加空気量は、流量調整弁６３，６６の開度により調整する。

そのため、粉砕乾燥器３１は、所定の粒径に粉砕した微粉バイオマスを、搬送用空気と追加空気に見合った量及び温度（例えば、３００℃）の加熱空気により適正に乾燥される。そして、サイクロン３３は、微粉バイオマス及び搬送用空気に見合った量の加熱空気と、追加空気に見合った量の加熱空気に分離し、微粉バイオマスと搬送用空気が微粉バイオマス供給ラインＬ２により第１燃焼バーナ２１に供給され、追加空気が第１追加空気供給ラインＬ３により追加空気ノズル２６に供給される。一方、粉砕機３４は、所定の粒径に粉砕した微粉炭と搬送用空気が微粉炭供給ラインＬ４により第２燃焼バーナ２２に供給される。

そして、第１燃焼バーナ２１は、微粉バイオマスと搬送用空気とが混合した第１微粉燃料混合気と、風箱３６からの燃焼用空気を火炉１１に吹き込み、第２燃焼バーナ２２，２３，２４，２５は、微粉炭と搬送用空気とが混合した第２微粉燃料混合気と、風箱３６からの燃焼用空気を火炉１１に吹き込む。また、追加空気ノズル２６は、各追加空気供給ラインＬ３，Ｌ１４から送られた追加空気を火炉１１の還元領域Ｂの上方に吹き込む。このとき、第１追加空気供給ラインＬ３から送られた追加空気は、サイクロン３３では分離できなかった微細な微粉バイオマスを含んでいることから、火炉１１内での燃焼性が向上する。

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、バイオマス（湿潤燃料）を粉砕すると共に加熱空気により乾燥させる粉砕乾燥機３１と、粉砕乾燥機３１から排出された微粉バイオマスと加熱空気とを分離するサイクロン３３と、サイクロン３３により分離された微粉バイオマスと燃焼用空気とを混合した第１微粉燃料混合気を火炉１１内に向けて吹き込む第１燃焼バーナ２１と、サイクロン３３により分離された加熱空気を追加空気として火炉１１内に向けて吹き込む追加空気ノズル２６と、火炉１１から排出された排ガスと熱交換した加熱空気を粉砕乾燥機３１に供給する加熱ガス供給装置６０とを設けている。

従って、粉砕乾燥機３１がバイオマスを粉砕すると共に加熱空気により乾燥し、サイクロン３３が微粉バイオマスと加熱空気とを分離し、第１燃焼バーナ２１が微粉バイオマスと燃焼用空気とを混合した第１微粉燃料混合気を火炉１１内に向けて吹き込むと共に、追加空気ノズル２６が追加空気を火炉１１内に向けて吹き込む。このとき、加熱ガス供給装置６０が火炉１１から排出された排ガスと熱交換した加熱空気を粉砕乾燥機３１に供給しており、粉砕乾燥機３１は、粉砕した微粉燃料を加熱空気により適正に乾燥することができる。そのため、追加空気として火炉１１に投入する加熱空気を用いて微粉バイオマスを乾燥することで、排気する加熱空気を不要とし、エネルギ効率を向上することができる。

また、微粉バイオマスを乾燥した加熱空気を追加空気ノズル２６により火炉１１内に噴射することで、排ガスと追加空気が反応して微粉燃料の酸化燃焼が完結され、燃焼領域Ａにおける空気比の最適化により低ＮＯｘ化を図ることができると共に、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５をコンパクト化することができる。そして、微粉バイオマスを乾燥した加熱空気は、十分な酸素量が確保されていることから、プラント根率を向上することができる。更に、微粉バイオマス燃焼用の第１燃焼バーナ２１と、微粉炭燃焼用の第２燃焼バーナ２２，２３，２４，２５を設けることで、高水分のバイオマスに不具合が生じた場合、第１燃焼バーナ２１を停止し、第２燃焼バーナ２２，２３，２４，２５のみでの運転が可能となり、バイオマスの供給系のメンテナンスを容易に行うことができる。

第１実施形態のボイラでは、火炉１１から排出された排ガスと熱交換した加熱空気を搬送用空気と燃焼用空気と追加空気とに配分するサイクロン３３が設けられ、加熱ガス供給装置６０は、搬送用空気と追加空気の少なくとも一部を粉砕乾燥装置３１に供給し、燃焼用空気を風箱３６に供給している。従って、粉砕乾燥機３１は、搬送用空気と追加空気に見合った量の加熱空気により微粉バイオマスを乾燥することとなり、微粉バイオマスを乾燥するための加熱空気の風量を十分に確保することができ、微粉バイオマスを適正に乾燥することができる。

第１実施形態のボイラでは、サイクロン３３により加熱空気を搬送用空気と追加空気とに配分し、微粉バイオマスと搬送用空気を第１燃焼バーナ２１に送り、追加空気を追加空気ノズル２６に送っている。従って、サイクロン３３における排出部の通路径を所定寸法に設定することで、微粉バイオマス及び搬送用空気と追加空気とを適正に分離することができる。

第１実施形態のボイラでは、加熱ガス供給装置６０により粉砕乾燥機３１に供給する加熱空気の温度を調整する温度調整装置としての搬送用空気温度調節ラインＬ１７，Ｌ１８を設けている。従って、粉砕乾燥機３１で処理する湿潤バイオマスの水分量に応じて加熱空気の温度を最適温度に調整することができ、湿潤バイオマスを適正に乾燥することができる。

［第２実施形態］
図２は、第２実施形態の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２実施形態において、図２に示すように、ボイラ７０は、火炉１１と燃焼装置１２とを有している。燃焼装置１２は、複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を有し、最上段に配置された第１燃焼バーナ２１は、バイオマスを粉砕した微粉バイオマスを燃料とし、第１燃焼バーナ２１より下段に配置された第２燃焼バーナ２２，２３，２４，２５は、瀝青炭を粉砕した微粉炭を燃料とするものである。また、火炉１１は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５より上方に追加空気ノズル２６が設けられている。

粉砕乾燥機３１は、バイオマスを粉砕すると共に加熱空気によりこのバイオマス乾燥させるものである。粉砕乾燥機３１は、排出ラインＬ１を介して分離装置としてのバグフィルタ７１が連結されている。バグフィルタ７１は、粉砕乾燥機３１から排出された微粉バイオマスと加熱空気とに分離するものである。バグフィルタ７１は、下部に微粉バイオマス添加ラインＬ２１が連結されると共に、上部に加熱空気搬送ラインＬ２２が連結されている。バグフィルタ７１は、粉砕乾燥機３１から排出された微粉バイオマスと加熱空気を分離し、微粉バイオマスを微粉バイオマス添加ラインＬ２１に排出し、加熱空気を加熱空気搬送ラインＬ２２に排出する。

加熱空気搬送ラインＬ２２は、微粉バイオマス供給ラインＬ２３と第１追加空気供給ラインＬ２４とに分岐し、各ラインＬ２３，Ｌ２４に配分装置としての流量調整弁７２，７３が設けられている。また、微粉バイオマス供給ラインＬ２３と微粉バイオマス添加ラインＬ２１との連結部にエジェクタ７４が設けられている。そして、微粉バイオマス供給ラインＬ２３は、第１燃焼バーナ２１に連結され、第１追加空気供給ラインＬ２４は、追加空気ノズル２６に連結されている。

なお、その他の構成、粉砕機３４、風箱３６、煙道４１、加熱ガス供給装置６０などは、第１実施形態と同様であることから、説明は省略する。

そのため、粉砕乾燥器３１が駆動すると、供給されたバイオマスが所定の粒径に粉砕されると共に、加熱空気により乾燥処理される。粉砕され、且つ、乾燥された微粉バイオマスは、加熱空気と共に排出ラインＬ１によりバグフィルタ７１に送られる。バグフィルタ７１は、微粉バイオマスと加熱空気とに分離し、微粉バイオマスが微粉バイオマス添加ラインＬ２１に排出され、加熱空気が加熱空気搬送ラインＬ２２に排出される。

そして、加熱空気搬送ラインＬ２２の加熱空気は、微粉バイオマス供給ラインＬ２３と第１追加空気供給ラインＬ２４に分離される。流量調整弁７２，７３の開度を調整することで、搬送用空気の量に見合った加熱空気量を微粉バイオマス供給ラインＬ２３に配分し、追加空気の量に見合った加熱空気量を第１追加空気供給ラインＬ２４に配分する。エジェクタ７４は、微粉バイオマス添加ラインＬ２１の微粉バイオマスが微粉バイオマス供給ラインＬ２３を流れる搬送用空気により吸引されることで、微粉バイオマスと搬送用空気を混合する。そして、微粉バイオマスと搬送用空気は、微粉バイオマス供給ラインＬ２３により第１燃焼バーナ２１に供給され、追加空気は、第１追加空気供給ラインＬ２４により追加空気ノズル２６に供給される。

このように第２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、バイオマス（湿潤燃料）を粉砕すると共に加熱空気により乾燥させる粉砕乾燥機３１と、粉砕乾燥機３１から排出された微粉バイオマスと加熱空気とを分離するバグフィルタ７１と、バグフィルタ７１により分離された微粉バイオマスと燃焼用空気とを混合した第１微粉燃料混合気を火炉１１内に向けて吹き込む第１燃焼バーナ２１と、バグフィルタ７１により分離された加熱空気を追加空気として火炉１１内に向けて吹き込む追加空気ノズル２６と、火炉１１から排出された排ガスと熱交換した加熱空気を粉砕乾燥機３１に供給する加熱ガス供給装置６０とを設けている。

従って、粉砕乾燥機３１がバイオマスを粉砕すると共に加熱空気により乾燥し、バグフィルタ７１が微粉バイオマスと加熱空気とを分離し、第１燃焼バーナ２１が微粉バイオマスと燃焼用空気とを混合した第１微粉燃料混合気を火炉１１内に向けて吹き込むと共に、追加空気ノズル２６が追加空気を火炉１１内に向けて吹き込む。このとき、加熱ガス供給装置６０が火炉１１から排出された排ガスと熱交換した加熱空気を粉砕乾燥機３１に供給しており、粉砕乾燥機３１は、粉砕した微粉燃料を加熱空気により適正に乾燥することができる。そのため、追加空気として火炉１１に投入する加熱空気を用いて微粉バイオマスを乾燥することで、排気する加熱空気を不要とし、エネルギ効率を向上することができる。

第２実施形態のボイラでは、バグフィルタ７１により微粉バイオマスと加熱空気とに分離し、流量調整弁７２，７３の開度により搬送用空気と追加空気に配分し、微粉バイオマスと搬送用空気を第１燃焼バーナ２１に送り、追加空気を追加空気ノズル２６に送っている。従って、微粉バイオマスと加熱空気を適正に分離し、その後、微粉バイオマス及び搬送用空気と追加空気とに分離することができる。

［第３実施形態］
図３は、第３実施形態の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３実施形態において、図３に示すように、ボイラ８０は、火炉１１と燃焼装置１２とを有している。燃焼装置１２は、複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を有し、最上段に配置された第１燃焼バーナ２１は、バイオマスを粉砕した微粉バイオマスと瀝青炭を粉砕した微粉炭とを混合したものを燃料とし、第１燃焼バーナ２１より下段に配置された第２燃焼バーナ２２，２３，２４，２５は、瀝青炭を粉砕した微粉炭を燃料とするものである。また、火炉１１は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５より上方に追加空気ノズル２６が設けられている。

粉砕乾燥機３１は、バイオマスを粉砕すると共に加熱空気によりこのバイオマス乾燥させるものである。粉砕乾燥機３１は、排出ラインＬ１を介して分離装置としてのバグフィルタ７１が連結されている。バグフィルタ７１は、粉砕乾燥機３１から排出された微粉バイオマスと加熱空気とに分離するものである。バグフィルタ７１は、下部に微粉バイオマス添加ラインＬ２１が連結されると共に、上部に第１追加空気供給ラインＬ２５が連結されている。バグフィルタ７１は、粉砕乾燥機３１から排出された微粉バイオマスと加熱空気を分離し、微粉バイオマスを微粉バイオマス添加ラインＬ２１に排出し、加熱空気を第１追加空気供給ラインＬ２５に排出する。

粉砕機３４は、瀝青炭を粉砕するものである。粉砕機３４は、微粉炭供給ラインＬ４を介して第１燃焼バーナ２１に連結されている。微粉炭供給ラインＬ４と微粉バイオマス添加ラインＬ２１との連結部に混合装置としてのエジェクタ７４が設けられている。

なお、その他の構成、風箱３６、煙道４１、加熱ガス供給装置６０などは、第１実施形態と同様であることから、説明は省略する。

そのため、粉砕乾燥器３１が駆動すると、供給されたバイオマスが所定の粒径に粉砕されると共に、加熱空気により乾燥処理される。粉砕され、且つ、乾燥された微粉バイオマスは、加熱空気と共に排出ラインＬ１によりバグフィルタ７１に送られる。バグフィルタ７１は、微粉バイオマスと加熱空気とに分離し、微粉バイオマスが微粉バイオマス添加ラインＬ２１に排出され、加熱空気が第１追加空気供給ラインＬ２５に排出される。そして、エジェクタ７４は、微粉バイオマス添加ラインＬ２１の微粉バイオマスが微粉炭供給ラインＬ４を流れる微粉炭を含んだ搬送用空気により吸引されることで、微粉バイオマスと微粉炭と搬送用空気を混合する。そして、微粉バイオマスと微粉炭と搬送用空気は、微粉炭供給ラインＬ４により第１燃焼バーナ２１に供給され、追加空気は、第１追加空気供給ラインＬ２５により追加空気ノズル２６に供給される。

このように第３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、バイオマス（湿潤燃料）を粉砕すると共に加熱空気により乾燥させる粉砕乾燥機３１と、瀝青炭（乾燥燃料）を粉砕する粉砕機３４と、微粉バイオマスと加熱空気とを分離するバグフィルタ７１と、バグフィルタ７１により分離された微粉バイオマスと微粉炭と燃焼用空気とを混合した第３微粉燃料混合気を火炉１１内に向けて吹き込む第１燃焼バーナ２１と、バグフィルタ７１により分離された加熱空気を追加空気として火炉１１内に向けて吹き込む追加空気ノズル２６と、火炉１１から排出された排ガスと熱交換した加熱空気を粉砕乾燥機３１に供給する加熱ガス供給装置６０とを設けている。

従って、粉砕乾燥機３１がバイオマスを粉砕すると共に加熱空気により乾燥し、バグフィルタ７１が微粉バイオマスと加熱空気とを分離し、第１燃焼バーナ２１が微粉バイオマスと微粉炭と燃焼用空気とを混合した第３微粉燃料混合気を火炉１１内に向けて吹き込むと共に、追加空気ノズル２６が追加空気を火炉１１内に向けて吹き込む。このとき、加熱ガス供給装置６０が火炉１１から排出された排ガスと熱交換した加熱空気を粉砕乾燥機３１に供給しており、粉砕乾燥機３１は、粉砕した微粉燃料を加熱空気により適正に乾燥することができる。そのため、追加空気として火炉１１に投入する加熱空気を用いて微粉バイオマスを乾燥することで、排気する加熱空気を不要とし、エネルギ効率を向上することができる。

第３実施形態のボイラでは、粉砕機３４により粉砕された微粉炭とバグフィルタ７１により分離された微粉バイオマスとを混合する混合装置としてのエジェクタ７４を設けている。従って、微粉炭と微粉バイオマスとを混合して第１燃焼バーナ２１に供給することで、水分量の多い微粉バイオマスを適正に燃焼させることができる。

なお、上述した第３実施形態では、混合装置をエジェクタ７４としたが、この構成に限定されるものではない。例えば、混合装置として、混合タンクを設けてもよい。また、このとき、微粉バイオマス添加ラインＬ２１にバルブを設けることで、微粉バイオマスの添加量を調整するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、エアヒータ１で加熱した加熱空気にて、追加空気ノズル２６から噴射する追加空気の量に見合った量の加熱空気の一部を粉砕乾燥装置３１に供給し、残りを直接追加空気ノズル２６に供給したが、粉砕乾燥装置３１に供給する加熱空気の量は、粉砕乾燥装置３１で処理するバイオマス（湿潤燃料）の性状（水分量）や処理量に応じて設定すればよく、追加空気に見合う全量を粉砕乾燥装置３１に供給してもよい。

また、上述した実施形態では、バイオマス（湿潤燃料）を粉砕した微粉燃料を火炉１１の最上段の燃焼バーナ２１に供給したが、微粉燃料を火炉１１の中段や最下段の燃焼バーナに供給してもよく、複数の燃焼バーナに供給してもよい。

１０，７０，８０ 石炭焚きボイラ
１１ 火炉
１２ 燃焼装置
２１ 第１燃焼バーナ
２２，２３，２４，２５ 第２燃焼バーナ
２６ 追加空気ノズル
３１ 粉砕乾燥機
３２ バンカ
３３ サイクロン（分離装置、配分装置）
３４ 粉砕機
３５ バンカ
３６ 風箱
４１ 煙道
４２，４３，４４ 過熱器
４５，４６ 再熱器
４７，４８ 節炭器
４９ ガスダクト
６０ 加熱ガス供給装置
６１ エアヒータ
６２ 送風機
６３，６４，６５，６６，６７，６８，６９，７２，７３ 流量調整弁
７１ バグフィルタ（分離装置）
７４ エジェクタ（混合装置）
Ｌ１ 排出ライン
Ｌ２，Ｌ２３ 微粉バイオマス供給ライン
Ｌ３，Ｌ２４，Ｌ２５ 第１追加空気供給ライン
Ｌ４ 微粉炭供給ライン
Ｌ１０ 加熱空気供給ライン
Ｌ１１ 搬送用空気供給ライン
Ｌ１２ 搬送用空気供給ライン
Ｌ１３ 燃焼用空気供給ライン
Ｌ１４ 第２追加空気供給ライン
Ｌ１５ 第３追加空気供給ライン
Ｌ１６ 空気供給ライン
Ｌ１７，Ｌ１８ 搬送用空気温度調節ライン（温度調整装置）
Ｌ２１ 微粉バイオマス添加ライン
Ｌ２２ 加熱空気搬送ライン

Claims (6)

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、
   湿潤燃料を粉砕すると共に加熱空気により乾燥させる粉砕乾燥機と、
   前記粉砕乾燥機から排出された微粉燃料と加熱空気とを分離する分離装置と、
   前記分離装置により分離された微粉燃料と燃焼用空気とを混合した燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込む燃焼バーナと、
   前記分離装置により分離された加熱空気を前記火炉内に向けて吹き込む追加空気ノズルと、
   前記火炉から排出された排ガスと熱交換した加熱空気を前記粉砕乾燥機に供給する加熱ガス供給装置と、
   を有することを特徴とするボイラ。
2. 前記火炉から排出された排ガスと熱交換した加熱空気を搬送用空気と燃焼用空気と追加空気とに配分する配分装置が設けられ、前記加熱ガス供給装置は、搬送用空気と追加空気の少なくとも一部を前記粉砕乾燥装置に供給し、燃焼用空気を前記燃焼バーナに供給することを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
3. 前記分離装置は、サイクロンであり、分離された微粉燃料と搬送用空気が前記燃焼バーナに送られ、分離された追加空気が前記追加空気ノズルに送られることを特徴とする請求項２に記載のボイラ。
4. 前記分離装置は、バグフィルタであり、分離された微粉燃料と搬送用空気が前記燃焼バーナに送られ、分離された追加空気が前記追加空気ノズルに送られることを特徴とする請求項２に記載のボイラ。
5. 加熱ガス供給装置により前記粉砕乾燥機に供給する加熱空気の温度を調整する温度調整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４のいずれか一項に記載のボイラ。
6. 乾燥燃料を粉砕する粉砕機と、前記粉砕機により粉砕された微粉燃料と前記分離装置により分離された微粉燃料とを混合する混合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のいずれか一項に記載のボイラ。

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