JP2016118330A - 燃焼バーナ及びボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】火炉の炉壁を好適に保護することができる燃焼バーナ及びボイラを提供する。【解決手段】火炉１１の内部に燃料ガスを噴射する燃料ノズル６１と、火炉１１内に２次空気を噴射する２次空気ノズル６５と、２次空気ノズル６５を、２次燃焼用空気として供給する２次燃焼用空気ノズル６２と、２次空気を火炉１１内の火炉壁１１ａを保護する炉壁保護空気として供給する保護空気ノズル６３と、に区画する仕切板６４とを備え、仕切板６４は、区画される２次燃焼用空気ノズル６２が、燃料ノズル６１の外側を取り囲むように配置されると共に、区画される保護空気ノズル６３が、燃焼ガスの流通方向において、燃料ノズル６１の上流側に位置するように配置され、保護空気ノズル６３は、火炉１１の火炉壁１１ａ側へ向かって炉壁保護空気を案内するガイドベーン６９を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、燃焼バーナ及びボイラに関するものである。

従来、オフセット空気を炉内に供給する固体燃料燃焼炉が知られている（例えば、特許文献１参照）。この焼却炉は、燃料ノズルとオフセット空気ノズルとを有している。燃料ノズルは、粉末化固体燃料及び１次空気を、炉内のバーナ領域の小さな仮想円に向かって噴射する。オフセット空気ノズルは、オフセット空気、すなわち２次空気を、炉内のバーナ領域の大きな仮想円に向かって噴射する。

特表２００２−５３３６４４号公報

しかしながら、特許文献１では、１次空気及び２次空気をバーナ領域に向かって噴射していることから、１次空気及び２次空気は、粉末化固体燃料の燃焼に用いられる。このため、炉内の炉壁付近では、空気が不足することから、酸素濃度が低くなってしまう。また、バーナ領域に形成される火炎が、大きな仮想円に沿って形成されるため、火炎と炉壁との間の距離が短くなり、火炎と炉壁との間の領域が高温となる。このように、炉壁付近では、低酸素・高温領域が形成される。また、粉末化固体燃料として微粉炭が用いられる場合、酸素濃度が低い領域において、微粉炭から放出される硫黄成分（Ｓ）が酸素と反応し難くなることから、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）が生成され易くなり、炉壁の硫化腐食が発生し易くなる。

そこで、本発明は、火炉の炉壁を好適に保護することができる燃焼バーナ及びボイラを提供することを課題とする。

本発明の燃焼バーナは、炉壁で囲まれた火炉の内部に燃料ガスを噴射する燃料ノズルと、前記燃料ノズルの外側を取り囲んで設けられ、前記火炉内に２次空気を噴射する２次空気ノズルと、前記２次空気ノズルを、前記２次空気を２次燃焼用空気として供給する２次燃焼用空気ノズルと、前記２次空気を前記火炉内の前記炉壁を保護する炉壁保護空気として供給する保護空気ノズルと、に区画する仕切り部材と、を備え、前記燃料ノズルは、前記燃料ガスが燃焼することで前記火炉内に発生する燃焼ガスの流通方向において、前記２次空気ノズルの中央に対して下流側に寄せて配置され、前記仕切り部材は、区画される前記２次燃焼用空気ノズルが、前記燃料ノズルの外側を取り囲むように配置されると共に、区画される前記保護空気ノズルが、前記燃焼ガスの流通方向において、前記燃料ノズルの上流側に位置するように配置され、前記保護空気ノズルは、前記火炉の前記炉壁側へ向かって前記炉壁保護空気を案内するガイド部材を有することを特徴とする。

この構成によれば、保護空気ノズルにより、炉壁保護空気を火炉の炉壁側へ向かって噴射することができる。このため、低酸素・高温領域となり易い炉壁付近に、炉壁保護空気を供給することができる。よって、炉壁保護空気により、炉壁付近の温度を低下させることができ、炉壁への熱負荷を低減することができる。また、炉壁保護空気により、炉壁付近の酸素濃度を高くすることができるため、燃料ガスに含まれる硫黄成分（Ｓ）を、硫黄酸化物（ＳＯ_X）に転換することができることから、炉壁の硫化腐食の発生を抑制することができる。以上から、火炉の炉壁を好適に保護することが可能となる。

また、前記２次燃焼用空気に対する前記炉壁保護空気の噴射量の割合は、５０％以上であることが好ましい。

この構成によれば、適切な割合で２次燃焼用空気及び炉壁保護空気を、火炉内に噴射することができるため、炉壁を好適に保護しつつ、燃料ガスを好適に燃焼させることができる。

また、前記燃料ガスは、微粉燃料及び１次燃焼用空気を混合したものであり、前記炉壁保護空気は、前記１次燃焼用空気及び前記２次燃焼用空気の少なくとも一方の噴射方向に対して、前記火炉内の炉壁側に噴射されることが好ましい。

この構成によれば、炉壁保護空気を、１次燃焼用空気及び２次燃焼用空気よりも炉壁側に噴射することができるため、炉壁保護空気が、燃料ガスの燃焼に用いられることを抑制できることから、火炉内の炉壁をより好適に保護することができる。

また、前記燃料ガスの噴射方向と、前記２次燃焼用空気の噴射方向とは、同じ方向であることが好ましい。

この構成によれば、燃料ガス及び２次燃焼用空気を、炉壁保護空気から遠ざけることができるため、炉壁保護空気が燃料ガスの燃焼に用いられることを抑制することができる。また、燃料ガスの噴射方向と同じ方向に、２次燃焼用空気を噴射することができるため、燃料ガスの噴射方向における貫通力を高めることができることから、燃焼した燃焼ガスが炉壁に沿うことを抑制でき、また、２次燃焼用空気を、燃料ガスの燃焼に適切に用いることができる。

本発明のボイラは、炉壁で囲まれた火炉と、前記火炉内に燃料ガスを供給し、前記燃料ガスが燃焼することで、前記火炉内に燃焼ガスを発生させる燃焼バーナと、を備え、前記燃焼バーナは、前記燃焼ガスの流通方向において、所定の間隔を空けて複数段設けられ、複数段の前記燃焼バーナのうち、少なくとも１段の前記燃焼バーナが、上記の燃焼バーナであることを特徴とする。

この構成によれば、低酸素・高温領域となり易い炉壁付近に、炉壁保護空気を噴射可能な燃焼バーナを配置することができる。

また、前記燃焼ガスの流通方向において隣接する前記燃焼バーナ同士の間に設けられ、前記火炉内に３次空気を噴射するバーナ間空気ノズルを、さらに備えることが好ましい。

この構成によれば、燃焼バーナの間から３次空気を噴射することで、燃料ガスを燃焼させるために必要な酸素を十分に供給することができるため、燃料ガスの未燃成分の発生を抑制することができる。

また、前記火炉内に噴射される前記２次空気を含む空気の全供給量に対する、前記炉壁保護空気の供給量の割合は、３％以上であることが好ましい。

この構成によれば、適切な割合で炉壁保護空気を、火炉内に噴射することができるため、炉壁を好適に保護しつつ、燃料ガスを好適に燃焼させることができる。

また、前記火炉内に供給される前記燃料ガスの噴射量を調整する第１流量調整手段と、前記火炉内に供給される前記２次空気の噴射量を調整する第２流量調整手段と、予め設定された燃空比に基づいて、前記第１流量調整手段と前記第２流量調整手段とを制御する制御装置と、をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、燃空比に基づいて、制御装置により、第１流量調整手段と第２流量調整手段とを制御することで、燃料ガスの噴射量と、２次空気の噴射量とを調整することができる。このため、炉壁保護空気を火炉内に噴射する場合であっても、燃料ガスの燃焼に適した燃空比とすることができるため、燃料ガスを好適に燃焼させることができる。なお、第２流量調整手段は、２次空気の噴射量の他、燃焼バーナ間の３次空気の噴射量、火炉に吹き込まれる追加燃焼用空気（Ｏｖｅｒ Ｆｉｒｅ Ａｉｒ）の噴射量、及び火炉に吹き込まれる追加空気（Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ Ａｉｒ）の噴射量も合わせて調整可能に構成されていてもよい。

また、前記燃焼バーナは、前記火炉内の前記燃焼ガスが旋回流を形成する配置となっていることが好ましい。

この構成によれば、炉壁保護空気により、旋回燃焼方式の火炉内の炉壁を、より好適に保護することができる。

図１は、本実施例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、燃焼バーナの正面図である。 図４は、燃焼バーナを側方から見たときの断面図である。 図５は、燃焼バーナを上方から見たときの断面図である。

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施例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、燃焼バーナの正面図である。図４は、燃焼バーナを側方から見たときの断面図である。図５は、燃焼バーナを上方から見たときの断面図である。

本実施例のボイラは、石炭（瀝青炭、亜瀝青炭など）を粉砕した微粉炭、バイオマスまたはパーソナルコンピュータ等を粉砕したものを、微粉燃料（固体燃料）として用い、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ことが可能な微粉燃料焚きボイラである。なお、以下では、微粉燃料として微粉炭を適用した、石炭焚きボイラ１０に適用して説明する。

この本実施例において、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と制御装置１３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（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、鉛直方向に沿って例えば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次燃焼用空気）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。なお、風箱３６は、後述する各追加燃焼用空気ノズル４２，４３にも連通しており、燃焼用空気（２次空気）を風箱３６から各追加燃焼用空気ノズル４２，４３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（燃料ガス）を吹き込むと共に、その微粉燃料混合気の外側に２次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（燃焼ガス）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、この火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４は、火炉１１内の鉛直方向の下方側から上方側に向かって流れる。

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１１ａ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。なお、本実施例では、追加燃焼用空気供給装置４１を２段配置としたが、１段ないし複数段であればよく、特に限定されない。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。そして、この追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、空気ダクト３７に接続された風箱３６に連結されている。

従って、送風機３８により送られた燃焼用空気（２次空気）を空気ダクト３７から風箱３６に供給し、この風箱３６から各追加燃焼用空気ノズル４２，４３に供給することができる。そして、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及び追加燃焼用空気供給装置４１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１１ａに装着された複数の追加空気供給ノズル５２を有している。この追加空気供給ノズル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（追加空気供給ノズル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。なお、本実施例では、追加空気供給装置５１を１段配置としたが、１段ないし複数段であればよく、特に限定されない。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供給ノズル５２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、この追加空気供給ノズル５２は、空気ダクト３７から分岐した分岐空気ダクト５３の端部が連結されている。

次に、図３を参照して、燃焼バーナ２１について具体的に説明する。燃焼バーナ２１は、微粉炭と１次燃焼用空気とが混合した燃料ガス及び２次燃焼用空気を、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。つまり、燃焼バーナ２１は、燃料ガスを火炉１１内に吹き込む燃料ノズル６１と、２次燃焼用空気を火炉１１内に吹き込む燃焼用空気ノズル６２とを有している。また、燃焼バーナ２１は、火炉壁１１ａを保護するための炉壁保護空気を火炉１１内に吹き込む保護空気ノズル６３を有している。ここで、燃焼用空気ノズル６２と保護空気ノズル６３とは、仕切板（仕切り部材）６４により２次空気ノズル６５が区画されることで形成されている。

燃料ノズル６１は、図３に示すように、その開口が方形状となっている。この燃料ノズル６１には、上記したように、微粉炭供給管２６が接続され、燃料ガスが供給される。ここで、微粉炭供給管２６には、燃料ガスの流量を調整する第１流量調整弁（第１流量調整手段）６７が設けられ、石炭焚きボイラ１０に設けられる制御装置１３によって制御されている。この第１流量調整弁６７は、微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０に応じて、複数の第１流量調整弁６７ａ，６７ｂ，６７ｃ，６７ｄ，６７ｅが設けられている。

２次空気ノズル６５は、燃料ノズル６１の外側を取り囲んで設けられ、その開口が、燃料ノズル６１よりも大きい方形状となっている。このとき、燃料ノズル６１は、２次空気ノズル６５の中央に対して、鉛直方向の上方側に寄せて配置される。つまり、燃料ノズル６１は、火炉１１内の火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の流通方向において、２次空気ノズル６５の中央に対して下流側に寄せて配置されている。この２次空気ノズル６５には、空気ダクト３７から風箱３６に供給される燃焼用空気（２次空気）が流通する。ここで、空気ダクト３７には、燃焼用空気の流量を調整する第２流量調整弁（第２流量調整手段）６８が設けられ、石炭焚きボイラ１０に設けられる制御装置１３によって制御されている。

仕切板６４は、２次空気ノズル６５を、鉛直方向の上方側と下方側とに区画するように、水平方向（左右方向）に延在して設けられている。そして、仕切板６４は、方形状の２次空気ノズル６５を、鉛直方向の上方側において方形状となる２次燃焼用空気ノズル６２と、鉛直方向の下方側において方形状となる保護空気ノズル６３とに区画している。この仕切板６４は、２次空気ノズル６５の内部を仕切ることで、２次空気ノズル６５に供給される燃焼用空気を、２次燃焼用空気と炉壁保護空気とに分岐させている。図４に示すように、仕切板６４は、２次空気ノズル６５の開口側から、２次空気ノズル６５の内部の所定の位置に延びて設けられている。

仕切板６４によって仕切られる上方側の２次燃焼用空気ノズル６２は、燃料ノズル６１の外側を取り囲んで形成されている。つまり、２次燃焼用空気ノズル６２は、仕切板６４によって仕切られることで、その開口が、燃料ノズル６１の開口を取り囲む方形状の開口となっている。そして、燃料ノズル６１と２次燃焼用空気ノズル６２とが対向する方向において、２次燃料用空気ノズル６２の上下左右の四辺の開口における幅は、すべて同じ幅となっている。このため、２次燃焼用空気ノズル６２は、燃料ノズル６１の周囲において、均等に２次燃焼用空気を噴き出すことができる。

このとき、燃料ノズル６１から噴き出される燃料ガスの噴射方向と、２次燃焼用空気ノズル６２から噴き出される２次燃焼用空気の噴射方向とは、同じ方向となっている。

仕切板６４によって仕切られる下方側の保護空気ノズル６３は、燃料ノズル６１及び２次燃焼用空気ノズル６２の下方側の位置に形成される。保護空気ノズル６３は、仕切板６４によって仕切られることで、その開口が、２次燃焼用空気ノズル６２の左右方向（水平方向）における幅と、同じ幅となっている。このため、保護空気ノズル６３は、燃料ノズル６１及び２次燃焼用空気ノズル６２の下方側から、炉壁保護空気を噴き出すことができる。

この保護空気ノズル６３は、図５に示すように、内部に複数のガイドベーン（ガイド部材）６９が設けられている。複数のガイドベーン６９は、仕切板６４によって分岐した炉壁保護空気を、火炉１１内の火炉壁１１ａへ向かって案内している。各ガイドベーン６９は、板状の部材となっており、水平方向において、所定の間隔を空けて並べて配置されている。

また、各ガイドベーン６９は、図５に示すように、その延在する方向が、燃料ガス及び２次燃焼用空気の噴射方向に対して、火炉壁１１ａ側に斜めとなるように配置されている。具体的に、各ガイドベーン６９が延在する方向は、火炉壁１１ａの壁面と、燃料ガス及び２次燃焼用空気ノズル６２の噴射方向とが為す角度の範囲内の方向となっている。

上記のように構成される燃焼バーナ２１は、燃料ノズル６１から噴き出される燃料ガスの噴射方向と、２次燃焼用空気ノズル６２から噴き出される２次燃焼用空気の噴射方向とが同じ方向となっている。また、燃焼バーナ２１は、燃料ガス及び２次燃焼用空気の噴射方向に対して、保護空気ノズル６３から噴き出される炉壁保護空気の噴射方向が、炉壁側となる。

ここで、２次燃焼用空気ノズル６２から噴き出される２次燃焼用空気に対する、保護空気ノズル６３から噴き出される炉壁保護空気の割合は、５０％以上となっている。

そして、本実施例において、上記のような燃焼バーナ２１は、各段の全ての燃焼バーナ２１に適用している。なお、本実施例では、複数段（５段）の燃焼バーナ２１に適用したが、少なくとも１段の燃焼バーナが、炉壁保護空気を供給可能な燃焼バーナであればよく、他の段の燃焼バーナについては特に限定されない。

また、各段の燃焼バーナ２１同士の間には、３次燃焼用空気（３次空気）を、火炉１１内に向けて吹き込む３次空気ノズル（バーナ間ノズル）５５が設けられている。３次空気ノズル５５は、火炉壁１１ａに装着され、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、鉛直方向に並ぶ複数段の燃焼バーナ２１の間にそれぞれ配置されている。そして、３次空気ノズル５５は、図示しない３次空気供給ダクトの端部が連結されている。

制御装置１３は、石炭焚きボイラ１０の運転を制御している。この制御装置１３には、複数の第１流量調整弁６７ａ，６７ｂ，６７ｃ，６７ｄ，６７ｅ及び第２流量調整弁６８が接続されている。そして、制御装置１３は、予め設定された燃空比となるように、第１流量調整弁６７ａ，６７ｂ，６７ｃ，６７ｄ，６７ｅ及び第２流量調整弁６８を制御する。このため、制御装置１３は、燃空比に基づいて、火炉１１ａ内に供給される微粉炭、１次燃焼用空気、２次燃焼用空気及び炉壁保護空気の他、３次燃焼用空気、追加燃焼用空気（Ｏｖｅｒ Ｆｉｒｅ Ａｉｒ）及び追加空気（Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ Ａｉｒ）の供給量を調整することができる。

ここで、制御装置１３は、火炉１１内に噴射される空気の全供給量に対する、炉壁保護空気の供給量の割合を、３％以上としている。なお、火炉１１内に噴射される空気の全供給量は、１次燃焼用空気、２次燃焼用空気及び炉壁保護空気の他、３次燃焼用空気、追加燃焼用空気（Ｏｖｅｒ Ｆｉｒｅ Ａｉｒ）及び追加空気（Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ Ａｉｒ）である。

再び図１を参照して、火炉１１について説明する。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から風箱３６を介して各追加燃焼用空気ノズル４２，４３に供給される。さらに、加熱された燃焼用空気が空気ダクト３７から分岐した分岐空気ダクト５３により追加空気ノズル５２に供給される。

すると、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、燃料ノズル６１から微粉炭と搬送用空気（１次燃焼用空気）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、２次燃焼用空気ノズル６２から２次燃焼用空気を火炉１１に吹き込む。また、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、保護空気ノズル６３から炉壁保護空気を火炉１１の火炉壁１１ａへ向けて吹き込む。さらに、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の間に設けられる３次空気ノズル５５は、３次燃焼用空気を火炉１１に吹き込む。このときに微粉燃料混合気が着火することで燃焼領域Ａに火炎旋回流を形成しつつ、火炉壁１１ａ付近に炉壁保護空気を供給することで、火炉壁１１ａ付近の酸素濃度を高くすることができる。

また、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、２次空気、３次燃焼用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、追加空気供給ノズル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。

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。

以上のように、本実施例では、保護空気ノズル６３により、炉壁保護空気を火炉１１の火炉壁１１ａ側へ向かって噴射することができる。このため、低酸素・高温領域となり易い火炉壁１１ａ付近に、炉壁保護空気を供給することができる。よって、炉壁保護空気により、火炉壁１１ａ付近の温度を低下させることができ、火炉壁１１ａへの熱負荷を低減することができる。また、炉壁保護空気により、火炉壁１１ａ付近の酸素濃度を高くすることができるため、燃料ガスに含まれる硫黄成分（Ｓ）を、硫黄酸化物（ＳＯ_X）に転換することができることから、火炉壁１１ａの硫化腐食の発生を抑制することができる。以上から、火炉１１の火炉壁１１ａを好適に保護することが可能となる。

また、本実施例では、適切な割合で２次燃焼用空気及び炉壁保護空気を、火炉１１内に噴射することができるため、火炉壁１１ａを好適に保護しつつ、燃料ガスを好適に燃焼させることができる。

また、本実施例では、炉壁保護空気を、１次燃焼用空気及び２次燃焼用空気よりも炉壁側に噴射することができるため、炉壁保護空気が、燃料ガスの燃焼に用いられることを抑制できることから、火炉１１内の火炉壁１１ａをより好適に保護することができる。

また、本実施例では、１次燃焼用空気及び２次燃焼用空気を、炉壁保護空気から遠ざけることができるため、炉壁保護空気が燃料ガスの燃焼に用いられることを抑制することができる。さらに、燃料ガスの噴射方向と同じ方向に、２次燃焼用空気を噴射することができるため、燃料ガスの噴射方向における貫通力を高めることができることから、燃焼した燃焼ガスが炉壁に沿うことを抑制でき、また、２次燃焼用空気を、燃料ガスの燃焼に適切に用いることができる。

また、本実施例では、低酸素・高温領域となり易い炉壁付近に、炉壁保護空気を噴射可能な燃焼バーナ２１を配置することができる。

また、本実施例では、燃焼バーナ２１の間において３次空気ノズル５５から３次燃焼用空気を噴射することで、燃料ガスを燃焼させるために必要な酸素を十分に供給することができるため、燃料ガスの未燃成分の発生を抑制することができる。

また、本実施例では、火炉１１内に供給される空気に対する、炉壁保護空気の割合を、適切な割合とすることができるため、火炉壁１１ａを好適に保護しつつ、燃料ガスを好適に燃焼させることができる。

また、本実施例では、燃空比に基づいて、制御装置１３により、第１流量調整弁６７ａ，６７ｂ，６７ｃ，６７ｄ，６７ｅと第２流量調整弁６８とを制御することで、燃料ガスの供給量と、２次燃焼用空気及び炉壁保護空気を含む２次空気の供給量とを調整することができる。また、第２流量調整弁６８は、２次空気の他、３次燃焼用空気、追加燃焼用空気及び追加空気の噴射量も調整することができる。このため、炉壁保護空気を火炉１１内に噴射する場合であっても、燃料ガスの燃焼に適した燃空比とすることができるため、燃料ガスを好適に燃焼させることができる。

なお、本実施例では、火炉１１内において、火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４が旋回する旋回燃焼のボイラに適用して説明したが、この構成に限定されない。例えば、火炉１１内において、火炎が対向する対向燃焼のボイラに適用してもよい。

また、本実施例では、保護空気ノズル６３の内部に複数のガイドベーン６９を配置することで、炉壁保護空気を火炉壁１１ａ側に向かって供給したが、この構成に限定されず、炉壁保護空気を火炉壁１１ａ側に向かって案内するガイド部材であれば、いずれであってもよい。

１０ 石炭焚きボイラ
１１ 火炉
１２ 燃焼装置
１３ 制御装置
２１，２２，２３，２４，２５ 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
５１ 追加空気供給装置
５２ 追加空気供給ノズル
５３ 分岐空気ダクト
５５ ３次空気ノズル
６１ 燃料ノズル
６２ ２次燃焼用空気ノズル
６３ 保護空気ノズル
６４ 仕切板
６５ 追加空気ノズル
６７ 第１流量調整弁
６８ 第２流量調整弁
６９ ガイドベーン

Claims (9)

1. 炉壁で囲まれた火炉の内部に燃料ガスを噴射する燃料ノズルと、
   前記燃料ノズルの外側を取り囲んで設けられ、前記火炉内に２次空気を噴射する２次空気ノズルと、
   前記２次空気ノズルを、前記２次空気を２次燃焼用空気として供給する２次燃焼用空気ノズルと、前記２次空気を前記火炉内の前記炉壁を保護する炉壁保護空気として供給する保護空気ノズルと、に区画する仕切り部材と、を備え、
   前記燃料ノズルは、前記燃料ガスが燃焼することで前記火炉内に発生する燃焼ガスの流通方向において、前記２次空気ノズルの中央に対して下流側に寄せて配置され、
   前記仕切り部材は、区画される前記２次燃焼用空気ノズルが、前記燃料ノズルの外側を取り囲むように配置されると共に、区画される前記保護空気ノズルが、前記燃焼ガスの流通方向において、前記燃料ノズルの上流側に位置するように配置され、
   前記保護空気ノズルは、前記火炉の前記炉壁側へ向かって前記炉壁保護空気を案内するガイド部材を有することを特徴とする燃焼バーナ。
2. 前記２次燃焼用空気に対する前記炉壁保護空気の噴射量の割合は、５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼バーナ。
3. 前記燃料ガスは、微粉燃料及び１次燃焼用空気を混合したものであり、
   前記炉壁保護空気は、前記１次燃焼用空気及び前記２次燃焼用空気の少なくとも一方の噴射方向に対して、前記火炉内の炉壁側に噴射されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼バーナ。
4. 前記燃料ガスの噴射方向と、前記２次燃焼用空気の噴射方向とは、同じ方向であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃焼バーナ。
5. 炉壁で囲まれた火炉と、
   前記火炉内に燃料ガスを供給し、前記燃料ガスが燃焼することで、前記火炉内に燃焼ガスを発生させる燃焼バーナと、を備え、
   前記燃焼バーナは、前記燃焼ガスの流通方向において、所定の間隔を空けて複数段設けられ、
   複数段の前記燃焼バーナのうち、少なくとも１段の前記燃焼バーナが、請求項１から４のいずれか１項に記載の燃焼バーナであることを特徴とするボイラ。
6. 前記燃焼ガスの流通方向において隣接する前記燃焼バーナ同士の間に設けられ、前記火炉内に３次空気を噴射するバーナ間空気ノズルを、さらに備えることを特徴とする請求項５に記載のボイラ。
7. 前記火炉内に噴射される前記２次空気を含む空気の全供給量に対する、前記炉壁保護空気の供給量の割合は、３％以上であることを特徴とする請求項５または６に記載のボイラ。
8. 前記火炉内に供給される前記燃料ガスの噴射量を調整する第１流量調整手段と、
   前記火炉内に供給される前記２次空気の噴射量を調整する第２流量調整手段と、
   予め設定された燃空比に基づいて、前記第１流量調整手段と前記第２流量調整手段とを制御する制御装置と、をさらに備えることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載のボイラ。
9. 前記燃焼バーナは、前記火炉内の前記燃焼ガスが旋回流を形成する配置となっていることを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載のボイラ。

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