JP2017089910A - バーナユニットの改造方法、バーナユニット及びボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】運転効率を高くすることができ、かつ、バーナの寿命を長くすることができるバーナユニットの改造方法、バーナユニット及びボイラを提供する。【解決手段】列状に配置された複数の油バーナ（２１）を有するバーナユニット（２０ａ）を固形燃料で燃焼可能にするバーナユニット（２０）の改造方法である。バーナユニット（２０）の改造方法は、油バーナ（２１）と油バーナ（２１）の間に石油コークスバーナ（３１）を設置するステップ（ステップＳ１４）と、油バーナ（２１）と石油コークスバーナ（３１）との間に二次空気が流れる補助空気ノズル（４２）を設置するステップ（ステップＳ１６）と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、油バーナのバーナユニットを油バーナと石油コークスバーナとを有するバーナユニットに改良するバーナユニットの改造方法、油バーナと石油コークスバーナとを有するバーナユニット及びボイラに関する。

一般的な油焚きボイラは、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油バーナ（油を噴射するバーナ）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。また、石炭焚きボイラ等、微粉炭等の固形燃料（固体燃料）を燃焼させるボイラは、固形燃料（固体燃料）バーナ（固形燃料を噴射するバーナ）とパイロットバーナとなる油バーナを備えている（特許文献１参照）。

特開２０１３−１０４６４２号公報

ここで、油焚きボイラは、油以外の燃料を燃焼させるように改造する場合がある。具体的には、油焚きボイラを固形燃料である石油コークスを燃焼させる石油コークス焚きボイラに改造される場合がある。この場合、油バーナが配置されているバーナユニットの一部に石油コークスバーナを追加設置する。または一部の油バーナを石油コークスバーナに置き換える。このように、既設のバーナユニットに単純に追設した石油コークスバーナでは、設置位置や形状によって、運転効率が低下すること、また、バーナの寿命が短くなってしまうことがある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、運転効率を高くすることができ、かつ、バーナの寿命を長くすることができるバーナユニットの改造方法、バーナユニット及び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にバーナユニットの改造方法は、列状に配置された複数の油バーナを有するバーナユニットを固形燃料で燃焼可能にするバーナユニットの改造方法であって、前記油バーナと前記油バーナの間に石油コークスバーナを設置するステップと、前記油バーナと前記石油コークスバーナとの間に二次空気が流れる補助空気ノズルを設置するステップと、を有することを特徴とする。

バーナユニットの改造方法によれば、油バーナと石油コークスバーナとの間に補助空気ノズルを設置することで、石油コークスバーナの設計自由度を高くすることができ、石油コークスバーナの形状を燃焼効率が高い形状とすることができる。また、石油コークスバーナに隣接して補助空気ノズルを配置することで、火炉から石油コークスバーナにふく射される熱の一部を遮蔽することができ、石油コークスバーナの熱負荷を低減し寿命を長くすることができる。これにより、適切な燃焼条件で石油コークスを燃焼でき、かつ、バーナの寿命を長くできる。

バーナユニットの改造方法は、前記補助空気ノズルの開口面の一部に開口面積低減構造を設置するステップを有することが好ましい。これにより、補助空気ノズルから供給される空気の流速及び流量を調整することができる。

また、バーナユニットの改造方法は、前記石油コークスバーナを設置する前に、前記油バーナと前記油バーナとの間に配置された床面の一部を除去するステップをさらに有することが好ましい。これにより、石油コークスバーナを簡単に設置することができる。

また、バーナユニットの改造方法は、前記補助空気ノズルは、先端の前記石油コークスバーナと隣接している面及び前記油バーナと隣接している面の少なくとも一方が火炉側に向かうにしたがって、前記補助空気ノズルの基部が長手に延在する方向から先端の絞り角で絞られた絞り形状であり、前記先端の絞り角が１０度以上１５度以下であることが好ましい。これにより、補助空気ノズルで輻射熱を遮蔽しつつ、隣接するバーナの角度調整できる範囲が小さくなることを抑制できる。

上記の目的を達成するためにバーナユニットは、火炉に設置され、火炉内で燃料を燃焼させるバーナユニットであって、列状に配置された複数の油バーナと、前記油バーナの間に配置された少なくとも１つの石油コークスバーナと、前記石油コークスバーナと前記油バーナの間に配置された２つ以上の補助空気ノズルと、前記補助空気ノズルと接続された風箱と、を有し、前記補助空気ノズルは、先端の鉛直方向で、前記石油コークスバーナと隣接している面及び前記油バーナと隣接している面の少なくとも一方が、火炉側に向かうにしたがって前記補助空気ノズルの基部が長手に延在する方向から先端の絞り角で絞られた絞り形状であり、前記先端の絞り角が１０度以上１５度以下であることを特徴とする。

バーナユニットは、油バーナと石油コークスバーナとの間に補助空気ノズルを設置することで、石油コークスバーナの設計自由度を高くすることができ、燃焼効率を高くすることができる。また、石油コークスバーナに隣接して補助空気ノズルを配置することで、火炉から石油コークスバーナにふく射される熱の一部を遮蔽することができ、石油コークスバーナの熱負荷を低減し寿命を長くすることができる。また、先端の絞り角が１０度以上１５度以下とすることで、補助空気ノズルで輻射熱を遮蔽しつつ、隣接するバーナの角度調整できる範囲が小さくなることを抑制できる。

また、前記石油コークスバーナは、石油コークス及び前記石油コークスを搬送する燃料一次空気を噴射する燃料ノズルと、前記燃料ノズルの外周を囲って配置され、前記風箱と接続し、前記風箱から供給される空気を燃焼用二次空気として前記火炉内に供給する燃焼用二次空気ノズルと、を有することが好ましい。これにより、石油コークスをより多く燃焼させることができる。

また、前記補助空気ノズルは、開口面の一部に開口面積低減構造が設けられていることが好ましい。これにより、補助空気ノズルから供給される空気の流速及び流量をより大きい範囲で調整することができ、流速を早くすることができる。

また、前記開口面積低減構造は、バーナユニットの燃焼状態を計測する計測端子であることが好ましい。これにより、設置する必要な部材を有効活用できる。

また、前記開口面積低減構造は、前記石油コークスバーナから噴射される石油コークスに点火する点火装置であることが好ましい。これにより、設置する必要な部材を有効活用できる。

また、前記補助空気ノズルは、前記風箱に供給される全空気の量に対して前記複数の補助空気ノズルの先端から前記火炉に供給する空気の量の総量が５％以下であることが好ましい。これにより、燃料の燃焼に与える影響を小さくしつつ、石油コークスバーナの熱負荷を低減することができる。

上記の目的を達成するためにボイラは、火炉と、火炉の火炉壁に配置された上記のいずれかに記載のバーナユニットと、前記バーナユニットから火炉内に噴射された燃料と空気が燃焼されることで生成される燃焼ガスと熱交換を行って熱を回収する熱交換器と、を有することを特徴とする。これにより、石油コークスと油の両方が燃焼可能となる。また、石油コークスバーナを高い自由度で設計して、燃焼性能が高い形状にすることができる。また、補助空気ノズルにより、石油コークスバーナの熱負荷を低減することができ、バーナユニットの寿命を長くすることができる。

本発明によれば、油バーナと石油コークスバーナとの間に補助空気ノズルを設置することで、石油コークスバーナの設計自由度が向上するため、燃焼効率が高くなるよう設計することができる。また、石油コークスバーナに隣接して補助空気ノズルを配置することで、火炉から石油コークスバーナに輻射される熱の一部を遮蔽することができ、石油コークスバーナの熱負荷を低減し寿命を長くすることができる。

図１は、本実施形態のボイラを示す概略構成図である。 図２は、バーナユニットを火炉側から見た概略構成図である。 図３は、図２の部分拡大図である。 図４は、バーナユニットの一部の側面図である。 図５は、補助空気ノズルの他の例の概略構成を示す正面図である。 図６は、図５のＡ−Ａ線の断面図である 図７は、バーナユニットの改造方法の一例を示すフローチャートである。 図８は、改良前のバーナユニットを示す概略構成図である。 図９は、改良後のバーナユニットを示す概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、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。図１から図９を用いて、本実施形態について説明する。図１から図６、図８及び図９は、紙面の上下方向が鉛直方向上下方向を示している。以降の説明で、上や上方とは鉛直方向上側を示し、下や下方とは鉛直方向下側を示すものである。

図１は、本実施形態のボイラを示す概略構成図である。本実施形態のボイラ１０は、油焚きボイラを石油コークス焚きボイラに改造したボイラである。油焚きボイラは、流体燃料としての重油または、軽油、石炭のスラリーなどを燃料として用いる。油焚きボイラは、液体燃料を油バーナにより噴霧媒体としての蒸気（または、高圧空気、高圧ガス、可燃性ガスなど）により微粒化させて噴霧し、火炉内で燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラである。また、石油コークス焚きボイラは、固形燃料（固体燃料）の１つである石油コークス（ＰＣ：Petroleum Coke）を燃料として用いる。石油コークス焚きボイラは、石油コークスを粉砕して微粒化し、微粒化した石油コークスを搬送空気（一次空気）で石油コークスバーナから火炉内に噴霧し、火炉内で燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラである。

本実施形態において、図１に示すように、ボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２とを有する。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を構成する火炉壁の下部に燃焼装置１２が設けられている。

燃焼装置１２は、複数のバーナユニット２０を有する。バーナユニット２０は、火炉１１の壁面に装着されている。バーナユニット２０は、例えば、火炉１１の四角筒の４隅に配置されている。また、バーナユニット２０は、火炉１１の四角筒の４つの面のそれぞれに配置してもよいし、対向する２面に配置してもよい。

以下、図１から図４を用いてバーナユニット２０について説明する。図２は、バーナユニットを火炉側から見た概略構成図である。図３は、図４は、バーナユニットの一部の側面図である。バーナユニット２０は、複数の油バーナ２１と、複数の石油コークスバーナ（ＰＣバーナ）３１と、複数の補助空気ノズル４２と、風箱４４と、上部空気ノズル４６と、下部空気ノズル４８と、を有する。

複数の油バーナ２１は、図１及び図２に示すように、バーナユニット２０の延在方向と、火炉１１の壁面の延在方向が直交するよう鉛直方向に並んでいる。油バーナ２１は、一列で配置されている。油バーナ２１は、隣接する油バーナ２１と隙間を空けて配置されている。本実施形態のバーナユニット２０は、４つの油バーナ２１を配置した例としたが、その数は限定されない。

油バーナ２１は、油バーナガン５４が燃料油供給配管２２を介して燃料油供給源２３に連結されており、燃料油供給配管２２に燃料供給量を調整可能な流量調整弁２４が設けられている。また、各油バーナ２１の油バーナガン５４は、蒸気供給配管２５を介して蒸気供給源２６に連結されており、蒸気供給配管２５に蒸気供給量を調整可能な流量調整弁２７が設けられている。

油バーナ２１は、図４に示すように、先端部５１と基部５２とを有する。先端部５１は、基部５２の火炉１１の端部に配置されている。先端部５１は、基部５２に対して鉛直方向、つまり、水平方向に平行な軸を支点として回転可能な状態で基部５２に支持されている。先端部５１は、先端つまり基部５２から離れるほど開口径が小さくなる。つまり先端部５１は、絞りが設けられている。油バーナ２１は、先端部５１と基部５２に延在して設けられた、油バーナガン５４と燃焼用二次空気ノズル５６と点火トーチ５８（図３参照）とを有する。油バーナガン５４は、燃料である液体燃料を火炉１１の内部に噴霧する。燃焼用二次空気ノズル５６は、油バーナガン５４の周囲の設けられた流路であり、火炉１１側と反対側の端部が風箱４４と接続している。燃焼用二次空気ノズル５６は、風箱４４から供給された燃焼用の空気を火炉１１の内部に供給する。点火トーチ５８と、燃焼用二次空気ノズル５６に配置されている。点火トーチ５８は、油バーナガン５４から噴射される燃料を着火する。

図３に示すように、複数のＰＣバーナ３１は、油バーナ２１と油バーナ２１との間に配置されている。一例として本実施形態のＰＣバーナ３１は、４つの油バーナの間となる３か所に配置されている。

ＰＣバーナ３１は、図４に示すように、先端部６１と基部６２とを有する。先端部６１は、基部６２の火炉１１の端部に配置されている。先端部６１は、基部６２の軸方向に対して鉛直上下方向に噴出し方向が変わるよう、つまり、水平方向に軸線が直交するように設けた図示しない軸を支点として回転可能な状態で基部６２に支持されている。先端部６１は、先端つまり基部６２から離れるほど開口径が小さくなる。つまり先端部６１は、燃焼用二次空気ノズル６６に絞りが設けられている。ＰＣバーナ３１は、先端部６１と基部６２に延在して設けられた、燃料ノズル６４と燃焼用二次空気ノズル６６とを有する。燃料ノズル６４は、燃料である石油コークスと石油コークスを搬送する搬送空気である一次空気とを火炉１１の内部に噴霧する。燃焼用二次空気ノズル６６は、燃料ノズル６４の周囲の設けられた流路であり、火炉１１側と反対側の端部が風箱４４と接続している。燃焼用二次空気ノズル６６は、風箱４４から供給された空気を火炉１１の内部に供給する。

ＰＣバーナ３１は、石油コークス供給配管（ＰＣ供給配管）３２を介して石油コークス供給源（ＰＣ供給源）３３に連結されている。石油コークス供給源（ＰＣ供給源）３３は、ＰＣ供給配管３２を介してＰＣバーナ３１に石油コークスを供給する。ＰＣ供給源３３は、微粒化した石油コークスを空気搬送でＰＣ供給配管３２に供給する。例えば、石油コークスを貯留するバンクと、石油コークスを粉砕する粉砕機（ミル）と、を有し、バンクに貯留された石油コークスを粉砕機で粉砕して、微粒化した石油コークスを空気搬送でＰＣ供給配管３２に供給する。複数のＰＣバーナ３１に石油コークスを供給してもよいし、ＰＣバーナ３１毎に別々に設けてもよい。

複数の補助空気ノズル４２は、油バーナ２１とＰＣバーナ３１との間に設けられている。より具体的には、補助空気ノズル４２は、ＰＣバーナ３１の上側と下側とのそれぞれに設けられている。補助空気ノズル４２は、図４に示すように、先端部７１と基部７２とを有する。先端部７１は、基部７２の火炉１１の端部に配置されている。先端部７１は、基部７２に対して鉛直方向、つまり、水平方向に平行な軸を支点として回転可能な状態で基部７２に支持されている。先端部７１は、先端つまり基部７２から離れるほど開口径が小さくなる。つまり先端部７１は、絞りが設けられている。補助空気ノズル４２は、火炉１１側と反対側の端部が風箱４４と接続されている。

風箱４４は、油バーナ２１、ＰＣバーナ３１及び補助空気ノズル４２の装着位置に設けられている。風箱４４は、燃焼用二次空気ノズル５６、６６及び補助空気ノズル４２の火炉１１側とは反対側の端部と接続されている。風箱４４は、空気ダクト２９の一端部が連結されており、この空気ダクト２９は、他端部に送風機３０が装着されている。風箱４４は、空気ダクト２９から供給された空気が、燃焼用二次空気ノズル５６、６６及び補助空気ノズル４２に流入する。

上部空気ノズル４６は、バーナユニット２０の鉛直方向上側の端部に設けられている。本実施形態では、鉛直方向において一番上側に配置された油バーナ２１の鉛直方向上側の位置に配置されている。下部空気ノズル４８は、バーナユニット２０の鉛直方向下側の端部に設けられている。本実施形態では、鉛直方向において一番下側に配置された油バーナ２１の鉛直方向下側の位置に配置されている。上部空気ノズル４６と下部空気ノズル４８は、火炉１１側の端部が、火炉１１に露出し、火炉１１と反対側の端部が風箱４４と接続されている。上部空気ノズル４６と下部空気ノズル４８は、風箱から供給される空気を火炉１１内に噴射する。

バーナユニット２０は、ＰＣ供給源３３からＰＣ供給配管３２を通して、各ＰＣバーナ３１のＰＣ燃料ノズル６４に石油コークス及び一次空気が供給される。また、バーナユニット２０は、空気ダクト２９から排ガスと熱交換して加熱された燃焼用空気が風箱４４を介して燃焼用二次空気ノズル６６に燃焼用二次空気として供給される。ＰＣバーナ３１は、微粒化された石油コークスが一次空気とともに火炉１１に噴射され、石油コークスと一次空気が噴射された空間の周囲に燃焼用二次空気を噴射することで、火炉１１内で火炎を形成することができる。また、バーナユニット２０は、風箱４４を介して補助空気ノズル４２に補助空気を供給する。補助空気ノズル４２は、火炉１１内に補助空気を噴射する。

また、バーナユニット２０は、各油バーナ２１に、燃料油供給源２３から燃料油供給配管２２を通して燃料が供給されると共に、蒸気供給源２６から蒸気供給配管２５を通して蒸気が供給される。バーナユニット２０は、空気ダクト２９から排ガスと熱交換して加熱された燃焼用空気が風箱４４に供給され、供給された燃焼用空気が燃焼用二次空気ノズル５６に供給される。そのため、油バーナ２１は燃料と蒸気を混合して微粒化した後、混合流体として火炉１１内に噴射すると共に、燃焼用空気を火炉１１内に噴射し、火炉１１内で火炎を形成することができる。また、バーナユニット２０は、上部空気ノズル４６及び下部空気ノズル４８からも風箱４４から供給された加熱空気を火炉１１内に補助空気として供給し、火炎を形成する燃料の燃焼を補助する。

バーナユニット２０は、燃料として石油コークスと液体燃料の両方を用いず、油バーナ２１に液体燃料を供給し、ＰＣバーナ３１に石油コークスを供給せずに、油バーナ２１から噴射する液体燃料のみで火炎を形成してもよい。また、バーナユニット２０は、油バーナ２１に液体燃料を供給せず、ＰＣバーナ３１に石油コークスを供給し、ＰＣバーナ３１から噴射する石油コークスのみで、火炎を形成してもよい。

火炉１１は、上部に煙道１３１が連結されており、この煙道１３１に、対流伝熱部（熱回収部）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）１３２，１３３、再熱器１３４，１３５、節炭器（エコノマイザ）１３６，１３７，１３８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。

従って、燃焼装置１２から燃料と空気が火炉１１内に供給され、火炉１１内で燃料と空気とが燃焼して火炎が生じ、この火炉１１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガス（排ガス）がこの火炉１１内を上昇し、煙道１３１に排出される。

このとき、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器１３６，１３７，１３８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１３２，１３３に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器１３２，１３３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途中で取り出した蒸気は、再熱器１３４，１３５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。

ボイラ１０は、以上のように、バーナユニット２０の油バーナ２１とＰＣバーナ３１との間に補助空気ノズル４２を配置している。これにより、油バーナ２１の隙間にあわせたサイズで設計したＰＣバーナ３１を設置する必要が無くなり、ＰＣバーナ３１の設計に併せて空いた隙間に設置するように補助空気ノズル４２を設計することにより、ＰＣバーナ３１の設計自由度を高くすることができる。ＰＣバーナ３１の設計自由度を高くすることができることで、ＰＣバーナ３１の形状を燃焼性能が高くなる形状とすることができる。

また、油バーナ２１とＰＣバーナ３１との間に補助空気ノズル４２を配置し、油バーナ２１とＰＣバーナ３１との間に隙間がなくなることで、未燃分等の煤が、油バーナ２１とＰＣバーナ３１との周囲に堆積することを抑制できる。ＰＣバーナ３１と隣接して補助空気ノズル４２を配置することで、補助空気ノズル４２でＰＣバーナ３１に向かう火炉１１の鉛直上下方向からの輻射熱を遮ることができ、油バーナ２１とＰＣバーナ３１が過熱することを抑制することができる。また、補助空気ノズル４２は、補助空気を噴射することで、輻射熱で加熱される先端部７１を自ら冷却することができる。これにより、バーナユニット２０は、油バーナ２１とＰＣバーナ３１の周囲に、特に油バーナの先端部５１とＰＣバーナの先端部６１に熱負荷が集中して、部分的に温度が上昇することを抑制できる。これにより、油バーナ２１とＰＣバーナ３１及びバーナユニット２０を損傷しにくくすることができ、油バーナ２１とＰＣバーナ３１の寿命を長くすることができる。補助空気ノズル４２の先端部７１は、補助空気で自らを冷却しているが火炉１１の輻射熱を受けるため、ＰＣバーナ３１の先端部６１や油バーナ２１の先端部５１よりも寿命が短くなる場合があるが、補助空気ノズル４２の先端部７１は交換が簡単である。このため、交換に手間がかかる油バーナ２１やＰＣバーナ３１を輻射熱から保護することで、バーナユニット２０をより長期間に渡り稼働率を高い状態にすることができる。

ここで、補助空気ノズル４２は、先端部６１のＰＣバーナ３１と隣接している面及び先端部５１の油バーナ２１と隣接している面の少なくとも一方の絞りの角度、つまり、補助空気ノズル４２の先端部７１の鉛直上下側の面と基部５２が長手に延在する方向（本実施形態では水平方向）とのなす角θを、１０度以上１５度以下として、なす角θを大きくしないことが好ましい。補助空気ノズル４２は、先端部６１のＰＣバーナ３１と隣接している面及び先端部５１の油バーナ２１と隣接している面の両方の面の絞りの角度θを、１０度以上１５度以下とすることが好ましい。なす角θを１０度以上とすることで、補助空気ノズル４２に干渉することなく隣接するＰＣバーナ３１の先端部６１や油バーナ２１の先端部５１が転向できる角度調整範囲を広くすることができ、火炉１１内の火炎の制御性能を高くすることができ、燃焼効率を高くすることができる。なす角θを１５度以下とすることで、ＰＣバーナ３１や油バーナ２１への、特に先端部への火炉１１からの輻射熱を遮る性能を高くすることができる。ここで、補助空気ノズル４２は、ＰＣバーナ３１の燃焼用二次空気ノズル６６から火炉１１に供給される燃焼用二次空気の流速よりも速い流速の補助空気を火炉１１に供給することが好ましい。補助空気の流速を速くすることで、補助空気ノズル４２自体を冷却する性能を高くすることができる。

バーナユニット２０は、風箱４４に供給される全空気の量に対する複数の補助空気ノズル４２の先端から火炉１１に供給する空気の量の総量を５％以下とすることが好ましい。補助空気ノズル４２から供給する空気の量の総量を、風箱４４に供給される全空気の量の５％以下とすることで、ＰＣバーナ３１での石油コークスの燃焼と、油バーナ２１での液体燃料の燃焼に与える影響を低減することができる。

図５は、補助空気ノズルの他の例の概略構成を示す正面図である。図６は、図５のＡ−Ａ線断面図である。図５及び図６に示す補助空気ノズル４２ａは、補助空気が流れる流路内に開口面積低減機構８０が配置されている。開口面積低減機構８０は、配置されていない場合よりも、補助空気ノズル４２ａの開口面積を減少させる機構である。ここで、開口面積は、補助空気ノズル４２ａの火炉側の先端の面αまたは、補助空気ノズル４２ａの最も開口面積が小さい位置における補助空気の流れ方向に直交する面の面積である。本実施形態では、一例として開口面積低減機構８０は、フレイムスキャナ（火炎検出器）８２と、点火トーチ（点火装置）８４の少なくとも１つとを有する。フレイムスキャナ８２は、火炉１１内部で形成される火炎の状況を検出する。点火トーチ８４は、ＰＣバーナ３１から噴射される石油コークスを着火させる種火を火炉１１内に供給する。フレイムスキャナ８２や点火トーチ８４は、一般にはＰＣバーナ３１または油バーナ２１に設置するが、補助空気ノズル４２ａに設置することで、ＰＣバーナ３１または油バーナ２１の狭い空間に配設する必要が無く、補助空気ノズル４２ａの設置開口面積低減機構８０として利用する。

補助空気ノズル４２ａは、開口面積低減機構８０を設けることで、開口面積を小さくすることができる。これにより、補助空気ノズル４２ａの先端部７１の開口、つまり外周が大きい場合も、開口での補助空気の流速を早くすることができる。先端部７１の開口での補助空気の流速は、３０ｍ／ｓ以上５０ｍ／ｓ以下の流速とするとさらに好ましい。これにより、補助空気の流れの圧力損失を大きくし過ぎないで、補助空気ノズル４２ａの自己への冷却性能を高くすることができ、補助空気ノズル４２ａの耐久性を高くすることができる。また、開口面積低減機構８０で開口面積を調整可能とすることで、補助空気ノズルから供給される空気の流速及び流量をより大きい範囲で調整することができる。また、バーナユニット２０として必要なフレイムスキャナ（火炎検出器）８２や、点火トーチ８４などを開口面積低減機構８０に用いることがで、新たな部材を追加せずに、補助空気ノズル４２ａの性能を高くすることができ、また、ＰＣバーナ３１や油バーナ２１の内部に配置する部品を少なくすることができる。

本実施形態のバーナユニット２０ａは、開口面積低減機構８０としてフレイムスキャナ（火炎検出器）８２や、点火トーチ８４などを用いることで、バーナユニット２０の全体の部品点数を低減させることができるが、これに限定されない。バーナユニット２０ａは、開口面積低減機構８０として板状の部材を設置してもよい。また、本実施形態のバーナユニット２０ａは、開口面積低減機構８０としてフレイムスキャナ（火炎検出器）８２以外のＰＣバーナの燃焼状態を検出する機器の計測端子を配置してもよい。

また、本実施形態のバーナユニット２０ａは、試運転後や定期メンテナンス時に、その際の補助空気ノズル４２ａの状態、ＰＣバーナ３１の状態及び油バーナ２１の少なくとも１つの状態に基づいて、補助空気ノズル４２ａから供給する空気流量及び空気流速を算出し、その算出結果に基づいて、開口面積低減機構８０の配置及び大きさを決定することが好ましい。これにより、バーナユニット２０ａの寿命を長くすることができる。また、補助空気ノズル４２の状態とＰＣバーナ３１の状態に応じて空気量を設定することで、交換が簡単な補助空気ノズル４２の先端が、交換に手間がかかるＰＣバーナ３１よりも先に交換が必要な状態にすることができる。

また、本実施形態のバーナユニット２０ａは、開口面積低減機構８０を設けたが、上述した補助空気ノズル４２ａの絞り角の範囲内であれば、先端４１の絞り形状を調整し、開口面積を増減させてもよい。

次に、図７から図９を用いて、バーナユニットの改造方法について説明する。図７は、バーナユニットの改造方法の一例を示すフローチャートである。図８は、改良前のバーナユニットを示す概略構成図である。図９は、改良後のバーナユニットを示す概略構成図である。図８に示す改造前のバーナユニット２０ａは、油バーナ２１を備え、ＰＣバーナ３１は備えていない。また、バーナユニット２０ａは、油バーナ２１をメンテナンスする際に作業者が作業を行うメンテナンス用床９０が油バーナ２１の鉛直方向下側で、かつ、風箱４４に対向する位置に配置されている。作業者は、メンテナンス用床９０に乗った状態で、バーナユニット２０ａのメンテナンスを行う。具体的には、作業者は、メンテナンス用床９０に乗った状態で、バーナユニット２０ａの油バーナ２１の油バーナガン５４を油バーナガン５４ａの位置まで引き抜き、油バーナガン５４の先端のバーナチップの交換等のメンテナンスを行う。

このように、油焚きボイラで使用されているバーナユニット２０ａを石油コークスも燃焼できるバーナユニット２０に改造する。まず、作業者は、メンテナンス用床９０の火炉１１側の一部を取り外す（ステップＳ１２）。例えば、図８及び図９に示すように、作業者は、メンテナンス用床９０の一部９４を切断して、メンテナンス用床９０の火炉１１側の一部を取り外し、改造メンテナンス用床９２とする。

次に、作業者は、ＰＣバーナ３１を設置する（ステップＳ１４）。作業者は、油バーナ２１の間にＰＣバーナ３１を設置する。このとき、作業者は、ＰＣバーナ３１が設置できるように風箱４４や火炉１１の内壁も加工する。次に、作業者は、補助空気ノズル４２を設置する（ステップＳ１６）。作業者は、油バーナ２１とＰＣバーナ３１との間に補助空気ノズル４２を設置する。これにより、図９に示すように、油バーナ２１と油バーナ２１との間に、補助空気ノズル４２とＰＣバーナ３１と補助空気ノズル４２とが列状に配置されたバーナユニット２０ｂとなる。なお、本実施形態では、ＰＣバーナ３１を設置した後、補助空気ノズル４２を設置したが、設置する順番を逆にしてもよい。次に、作業者は、補助空気ノズル内にフレイムスキャナ８２、点火トーチ８４つまり開口面積低減機構８０を設置する（ステップＳ１８）。

バーナユニットの改造方法は、油焚きボイラ用のバーナユニット２０ａにＰＣバーナ３１と補助空気ノズル４２を設置し、バーナユニット２０ｂとすることで、石油コークスの燃焼が可能なバーナユニット２０とすることができる。また、バーナユニットの改造方法は、油バーナ２１とＰＣバーナ３１との間に補助空気ノズル４２を設置することで、ＰＣバーナ３１を燃焼性能が高い形状に設計しつつ、油バーナ２１とＰＣバーナ３１と間に隙間が生じることを抑制することができる。また、油バーナ２１とＰＣバーナ３１との間に補助空気ノズル４２を配置することで、油バーナ２１とＰＣバーナ３１に隣接する位置に、ＰＣバーナ３１に向かう火炉１１からの輻射熱を遮蔽する機構を付けることができる。これにより、油バーナ２１とＰＣバーナ３１の寿命を長くすることができる。この際に、補助空気ノズル４２の先端部７１は、補助空気で自らを冷却しているが、油バーナ２１の先端部５１やＰＣバーナ３１の先端部６１よりも寿命が短くなる場合がある。しかしながら、補助空気ノズル４２の先端部７１は交換が簡単であるため、交換に手間がかかる油バーナ２１やＰＣバーナ３１を輻射熱から保護することで、バーナユニット２０をより長期間に渡り稼働率を高い状態にすることができる。

また、バーナユニットの改造方法は、メンテナンス用床９０を一部除去することで、風箱とメンテナンス用床９０との間の空間を大きくすることができる。これにより、ＰＣバーナを簡単に設置することができる。また、バーナユニットの改造方法は、開口面積低減機構８０を設置することで、補助空気ノズルの形状をそのままの状態で、補助空気の流速、流量を調整することができる。

また、バーナユニットの改造方法は、試運転後や定期メンテナンス時に、その際の補助空気ノズル４２の状態、ＰＣバーナ３１の状態及び油バーナ２１の少なくとも１つの状態に基づいて、補助空気ノズルから供給する空気流量及び空気流速を算出し、その算出結果に基づいて、開口面積低減機構８０の配置及び大きさを決定し、開口面積低減機構８０を調整することが好ましい。これにより、バーナユニット２０ａの寿命を長くすることができる。また、補助空気ノズル４２の状態とＰＣバーナ３１の状態に応じて空気量を設定することで、交換が簡単な補助空気ノズル４２の先端が、交換に手間がかかるＰＣバーナ３１の先端部６１よりも先に交換が必要な状態にすることができる。

１０ ボイラ
１１ 火炉
１２ 燃焼装置
２０、２０ａ、２０ｂ バーナユニット
２１ 油バーナ
２２ 燃料油供給配管
２３ 燃料油供給源
２５ 蒸気供給配管
３１ 石油コークスバーナ（ＰＣバーナ）
３２ 石油コークス供給配管（ＰＣ供給配管）
３３ 石油コークス供給原（ＰＣ供給源）
４２、４２ａ 補助空気ノズル
４４ 風箱
４６ 上部空気ノズル
４８ 下部空気ノズル
５１、６１、７１ 先端部
５２、６２、７２ 基部
５４ 油バーナガン
５６、６６ 燃焼用二次空気ノズル
５８ 点火トーチ
６４ ＰＣ燃料ノズル
８０ 開口面積低減機構
８２ フレイムスキャナ
８４ 点火トーチ
９０ メンテナンス用床
９２ 一部
９４ 改良メンテナンス用床

Claims (11)

1. 列状に配置された複数の油バーナを有するバーナユニットを固形燃料で燃焼可能にするバーナユニットの改造方法であって、
   前記油バーナと前記油バーナの間に石油コークスバーナを設置するステップと、
   前記油バーナと前記石油コークスバーナとの間に二次空気が流れる補助空気ノズルを設置するステップと、を有することを特徴とするバーナユニットの改造方法。
2. 前記補助空気ノズルの開口面の一部に開口面積低減構造を設置するステップを有することを特徴とする請求項１に記載のバーナユニットの改造方法。
3. 前記石油コークスバーナを設置する前に、前記油バーナと前記油バーナとの間に配置された床面の一部を除去するステップをさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバーナユニットの改造方法。
4. 前記補助空気ノズルは、先端の前記石油コークスバーナと隣接している面及び前記油バーナと隣接している面の少なくとも一方が、火炉側に向かうにしたがって、前記補助空気ノズルの基部が長手に延在する方向から先端の絞り角で絞られた絞り形状であり、前記先端の絞り角を１０度以上１５度以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバーナユニットの改造方法。
5. 火炉に設置され、火炉内で燃料を燃焼させるバーナユニットであって、
   列状に配置された複数の油バーナと、
   前記油バーナの間に配置された少なくとも１つの石油コークスバーナと、
   前記石油コークスバーナと前記油バーナの間に配置された２つ以上の複数の補助空気ノズルと、
   前記補助空気ノズルと接続された風箱と、を有し、
   前記補助空気ノズルは、先端の鉛直方向で、前記石油コークスバーナと隣接している面及び前記油バーナと隣接している面の少なくとも一方が、火炉側に向かうにしたがって前記補助空気ノズルの基部が長手に延在する方向から先端の絞り角で絞られた絞り形状であり、前記先端の絞り角が１０度以上１５度以下であることを特徴とするバーナユニット。
6. 前記石油コークスバーナは、石油コークス及び前記石油コークスを搬送する燃料一次空気を噴射する燃料ノズルと、
   前記燃料ノズルの外周を囲って配置され、前記風箱と接続し、前記風箱から供給された空気を燃焼用二次空気として前記火炉内に供給する燃焼用二次空気ノズルと、を有する請求項５に記載のバーナユニット。
7. 前記補助空気ノズルは、開口面の一部に開口面積低減構造が設けられていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のバーナユニット。
8. 前記開口面積低減構造は、バーナユニットの燃焼状態を計測する計測端子であることを特徴とする請求項７に記載のバーナユニット。
9. 前記開口面積低減構造は、前記石油コークスバーナから噴射される石油コークスに点火する点火装置であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のバーナユニット。
10. 前記補助空気ノズルは、前記風箱に供給される全空気の量に対して前記複数の補助空気ノズルの先端から前火炉に供給する空気の量の総量が５％以下であることを特徴とする請求項５から請求項９のいずれか一項に記載のバーナユニット。
11. 火炉と、
    前記火炉の火炉壁に配置された請求項５から請求項１０のいずれか一項に記載のバーナユニットと、
    前記バーナユニットから火炉内に噴射された燃料と空気が燃焼されることで生成される燃焼ガスと熱交換を行って熱を回収する熱交換器と、を有することを特徴とするボイラ。

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