JP2022097122A - ボイラ及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘを効果的に抑制することのできるボイラ及びその制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】ボイラ１０は、火炉において鉛直方向に配置された複数のバーナ２０３と、各バーナ２０３は鉛直方向に対して複数のブロック（上段、中段、及び下段）に分割されており、ボイラ１０の燃焼状態に応じて、上段、中段、及び下段のブロック毎にバーナ２０３の運転状態（還元域の範囲）を調整する制御装置２０５とを備える。【選択図】図３

Description

本開示は、ボイラ及びその制御方法に関するものである。

発電用ボイラなどで用いられる大型のボイラは、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バーナが火炉の周方向に沿って配設されている（例えば、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３）。また、ボイラは、火炉の鉛直方向上方に煙道が連結されており、この煙道に蒸気を生成するための熱交換器が配置されている。そして、バーナが火炉内に燃料と空気（酸化性ガス）との混合気を噴射することで火炎が形成され、燃焼ガスが生成されて煙道に流れる。燃焼ガスが流れる領域に熱交換器が設置され、熱交換器を構成する伝熱管内を流れる水や蒸気を加熱して過熱蒸気が生成される。

特許第６５９６３５１号公報 特開平６－２６５１０６号公報 特許第２５６８１２３号公報

ボイラでは、炉内脱硝方式が採用される場合がある。炉内脱硝方式では、火炉内に主燃焼域、還元域、及び燃焼完結域を形成し、還元域において燃焼ガスに含まれるＮＯｘを還元して燃焼ガス中のＮＯｘ量を低減する。しかし、炭種等に影響を受ける燃焼状態によっては、主燃焼域が広くなって還元域が狭くなり、燃焼ガス中のＮＯｘが十分に還元されない可能性がある。

このような場合には、火炉内において主燃焼域全体を下方へ移動させ還元域を確保することが考えられるが、下方へ移動させた場合には炉底部周辺の炉内温度が上昇して炉底部周辺の部材等に影響を及ぼす可能性がある。このため、運転の安定性を確保しつつＮＯｘを効果的に抑制することが望まれている。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ＮＯｘを効果的に抑制することのできるボイラ及びその制御方法を提供することを目的とする。

本開示の第１態様は、火炉において鉛直方向に配置された複数のバーナと、各前記バーナは鉛直方向に対して複数のブロックに分割されており、ボイラの燃焼状態に応じて、前記ブロック毎に前記バーナの運転状態を調整して還元域の範囲制御を行う制御部と、を備えるボイラである。

本開示の第２態様は、火炉において鉛直方向に配置された複数のバーナを備えるボイラの制御方法であって、各前記バーナは鉛直方向に対して複数のブロックに分割されており、ボイラの燃焼状態に応じて、前記ブロック毎に前記バーナの運転状態を調整して還元域の範囲制御を行う制御方法である。

本開示によれば、ＮＯｘを効果的に抑制することができるという効果を奏する。

本開示の第１実施形態に係る石炭焚きボイラを表す概略構成図である。 本開示の第１実施形態に係る石炭焚きボイラに設けられた熱交換器を表す概略図である。 本開示の第１実施形態に係るボイラの概略構成の具体例を示す図である。 本開示の第１実施形態に係る制御装置のハードウェア構成の一例を示した図である。 本開示の第１実施形態に係るノズル角度制御の例を示す図である。 本開示の第１実施形態に係るノズル角度調整処理の手順の一例を示すフローチャートである。 ＭＷＤの変化の一例を示す図である。 参考例に係る上段及び中段のノズル角度のＢＩＲの変化を示す図である。 参考例に係る上段及び中段のノズル角度の変化を示す図である。 参考例に係る下段のノズル角度のＢＩＲの変化を示す図である。 参考例に係る下段のノズル角度の変化を示す図である。 参考例に係る蒸気温度の変化を示す図である。 参考例に係るＮＯｘの変化を示す図である。 参考例に係るシールプレート温度の変化を示す図である。 本開示の第１実施形態に係る上段及び中段のノズル角度のＢＩＲの変化を示す図である。 本開示の第１実施形態に係る上段及び中段のノズル角度の変化を示す図である。 本開示の第１実施形態に係る下段のノズル角度のＢＩＲの変化を示す図である。 本開示の第１実施形態に係る下段のノズル角度の変化を示す図である。 本開示の第１実施形態に係る蒸気温度の変化を示す図である。 本開示の第１実施形態に係るＮＯｘの変化を示す図である。 本開示の第１実施形態に係るシールプレート温度の変化を示す図である。 本開示の第２実施形態に係る開度制御の例を示す図である。 本開示の第２実施形態に係るダンパ開度調整処理の手順の一例を示すフローチャートである。 バーナの構成例を示す図である。 本開示の第３実施形態に係るバーナの構成例を示す図である。 本開示の第３実施形態に係るバーナの構成例を示す図である。 本開示の第３実施形態に係るバーナの構成例を示す図である。 本開示の第３実施形態に係るバーナの構成例を示す図である。 本開示の第３実施形態に係るバーナの構成例を示す図である。

〔第１実施形態〕
以下に、本開示に係るボイラ及びその制御方法の第１実施形態について、図面を参照して説明する。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。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り、鉛直方向は厳密ではなく誤差を含むものである。

図１は、本実施形態の石炭焚きボイラを表す概略構成図である。ボイラは発電プラントに設けられている。

本実施形態の石炭焚きボイラ１０は、石炭等の炭素含有固体燃料を粉砕した微粉炭を微粉燃料として用い、この微粉燃料をバーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を給水や蒸気と熱交換して過熱蒸気を生成することが可能な石炭焚き（微粉炭焚き）ボイラである。

本実施形態において、図１に示すように、石炭焚きボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２と燃焼ガス通路１３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ている。火炉１１を構成する火炉壁１０１は、複数の伝熱管とこれらを接続するフィンとで構成され、微粉燃料の燃焼により発生した熱を伝熱管の内部を流通する水や蒸気と熱交換して、火炉壁１０１の温度上昇を抑制している。

燃焼装置１２は、火炉１１を構成する火炉壁１０１の下部側に設けられている。本実施形態では、燃焼装置１２は、火炉壁１０１に装着された複数のバーナ（例えばバーナ２１，２２，２３，２４，２５）を有している。例えばバーナ２１、２２、２３、２４、２５は、火炉１１の周方向に沿って均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って複数段（例えば、図１では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バーナの数、段数、配置などはこの実施形態に限定されるものではない。

バーナ２１、２２、２３、２４、２５は、微粉炭供給管２６、２７、２８、２９、３０を介して複数の粉砕機（ミル）３１、３２、３３、３４、３５に連結されている。この粉砕機３１、３２、３３、３４、３５は、例えば、粉砕機のハウジング内に粉砕テーブル（図示省略）が駆動回転可能に支持され、この粉砕テーブルの上方に複数の粉砕ローラ（図示省略）が粉砕テーブルの回転に連動回転可能に支持されて構成されている。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、粉砕され、搬送用ガス（一次空気、酸化性ガス）により粉砕機のハウジング内の分級機（図示省略）に搬送されて、所定の粒径範囲内に分級された微粉燃料を、微粉炭供給管２６、２７、２８、２９、３０からバーナ２１、２２、２３、２４、２５に供給することができる。

また、火炉１１は、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（風道）３７の一端部が連結されている。空気ダクト３７は、他端部に押込通風機（ＦＤＦ：Ｆｏｒｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ）３８が設けられている。

燃焼ガス通路１３は、図１に示すように、火炉１１の鉛直方向上部に連結されている。燃焼ガス通路１３は、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器として、過熱器１０２、１０３、１０４、再熱器１０５、１０６、節炭器１０７が設けられており、火炉１１で発生した燃焼ガスと各熱交換器の内部を流通する給水や蒸気との間で熱交換が行われる。

燃焼ガス通路１３は、図１に示すように、その下流側に熱交換を行った燃焼ガスが排出される煙道１４が連結されている。煙道１４は、空気ダクト３７との間にエアヒータ（空気予熱器）４２が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、煙道１４を流れる燃焼ガスとの間で熱交換を行い、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。

また、煙道１４は、エアヒータ４２より上流側の位置に脱硝装置４３が設けられている。脱硝装置４３は、アンモニア、尿素水等の窒素酸化物を還元する作用を有する還元剤を煙道１４内に供給し、還元剤が供給された燃焼ガス中の窒素酸化物と還元剤との反応を、脱硝装置４３内に設置された脱硝触媒の触媒作用により促進させることで、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去、低減するものである。
煙道１４に連結されるガスダクト４１は、エアヒータ４２より下流側の位置に、電気集塵機などの集塵装置４４、誘引通風機（ＩＤＦ：Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ）４５、脱硫装置４６などが設けられ、下流端部に煙突５０が設けられている。

一方、複数の粉砕機３１、３２、３３、３４、３５が駆動すると、生成された微粉燃料が搬送用ガス（一次空気、酸化性ガス）と共に微粉炭供給管２６、２７、２８、２９、３０を通してバーナ２１、２２、２３、２４、２５に供給される。また、煙道１４から排出された排ガスとエアヒータ４２で熱交換することで、加熱された燃焼用空気（二次空気、酸化性ガス）が、空気ダクト３７から風箱３６を介してバーナ２１、２２、２３、２４、２５に供給される。バーナ２１、２２、２３、２４、２５は、微粉燃料と搬送用ガス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に吹き込み、このときに微粉燃料混合気が着火することで火炎を形成することができる。火炉１１内の下部で火炎が生じ、高温の燃焼ガスがこの火炉１１内を上昇し、燃焼ガス通路１３に排出される。なお、酸化性ガスとして、本実施形態では空気を用いる。空気よりも酸素割合が多いものや逆に少ないものであってもよく、燃料流量との適正化を図ることで使用可能になる。

また、火炉１１は、バーナ２１、２２、２３、２４、２５の装着位置より上方にアディショナル空気ポート３９が設けられている。アディショナル空気ポート３９に空気ダクト３７から分岐したアディショナル空気ダクト４０の端部が連結されている。従って、押込通風機３８により送られた燃焼用空気（二次空気、酸化性ガス）を空気ダクト３７から風箱３６に供給し、この風箱３６から各バーナ２１、２２、２３、２４、２５に供給することができると共に、押込通風機３８により送られた燃焼用追加空気（アディショナル空気）をアディショナル空気ダクト４０からアディショナル空気ポート３９に供給することができる。

火炉１１は、下部の領域（以下、「主燃焼域Ａ」という）にて、微粉燃料混合気と燃焼用空気（二次空気、酸化性ガス）とが燃焼して火炎が生じる。ここで火炉１１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、内部が還元雰囲気に保持される。即ち、微粉炭の燃焼により発生した窒素酸化物（ＮＯｘ）が火炉１１の領域（以下、「還元域Ｂ」という）で還元され、その後、アディショナル空気ポート３９から燃焼用追加空気（アディショナル空気）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。

その後、燃焼ガスは、図１に示すように、燃焼ガス通路１３に配置される第１過熱器１０２、第２過熱器１０３、第３過熱器１０４、（以下単に過熱器と記載する場合もある）、第１再熱器１０５、第２再熱器１０６（以下単に再熱器と記載する場合もある）、節炭器１０７で熱交換した後、脱硝装置４３により窒素酸化物が還元除去され、集塵装置４４で粒子状物質が除去され、脱硫装置４６にて硫黄酸化物が除去された後、煙突５０から大気中に排出される。なお、各熱交換器は燃焼ガス流れに対して、必ずしも前述した記載順に配置されなくともよい。

次に、熱交換器として、燃焼ガス通路１３に設けられた過熱器１０２、１０３、１０４、再熱器１０５、１０６、節炭器１０７について詳細に説明する。図２は、石炭焚きボイラ１０に設けられた熱交換器を表す概略図である。
なお、図１では燃焼ガス通路１３内の各熱交換器（過熱器１０２、１０３、１０４、再熱器１０５、１０６、節炭器１０７）の位置を正確に示しているものではなく、各熱交換器の燃焼ガス流れに対する配置順も図１の記載に限定されるものではない。

図２に示すように、本実施形態のボイラ発電プラント１は、石炭焚きボイラ１０に設けられた熱交換器（過熱器１０２、１０３、１０４、再熱器１０５、１０６、節炭器１０７）と、石炭焚きボイラ１０が生成した蒸気によって回転駆動される蒸気タービン１１０と、蒸気タービン１１０に連結され蒸気タービン１１０の回転によって発電を行う発電機１１５とを備える。

石炭焚きボイラ１０で生成した蒸気により回転駆動される蒸気タービン１１０は、例えば、高圧タービン１１１と中圧タービン１１２と低圧タービン１１３とから構成され、後述する再熱器からの蒸気が中圧タービン１１２に流入したのちに低圧タービン１１３に流入する。低圧タービン１１３には、復水器１１４が連結されており、低圧タービン１１３を回転駆動した蒸気が、この復水器１１４で冷却水（例えば、海水）により冷却されて復水となる。復水器１１４は、給水ラインＬ１を介して節炭器１０７に連結されている。給水ラインＬ１には、例えば、復水ポンプ（ＣＰ）１２１、低圧給水ヒータ１２２、ボイラ給水ポンプ（ＢＦＰ）１２３、高圧給水ヒータ１２４が設けられている。低圧給水ヒータ１２２と高圧給水ヒータ１２４には、蒸気タービン１１１、１１２、１１３を駆動する蒸気の一部が抽気されて、抽気ライン（図示省略）を介して高圧給水ヒータ１２４と低圧給水ヒータ１２２に熱源として供給され、節炭器１０７へ供給される給水が加熱される。

例えば、石炭焚きボイラ１０が貫流ボイラの場合について、説明をする。節炭器１０７は、火炉壁１０１を構成する各蒸発管に連結されている。節炭器１０７で加熱された給水は、火炉壁１０１の蒸発管を通過する際に、火炉１１内の火炎から輻射を受けて加熱され、汽水分離器１２６へと導かれる。汽水分離器１２６にて分離された蒸気は、過熱器１０２、１０３、１０４へと供給され、汽水分離器１２６にて分離されたドレン水は、ドレン水ラインＬ２を介して復水器１１４へと導かれる。

また、貫流ボイラの起動時や低負荷運転時等においては、節炭器１０７から供給される給水が火炉壁１０１を構成する蒸発管を通過する際に全量が蒸発せず、その結果、汽水分離器１２６に水位が存在する運転状態（ウエット運転状態）となることがある。このウエット運転状態においては、汽水分離器１２６にて分離されたドレン水は、ボイラ循環ポンプ（ＢＣＰ）１２８を用いて循環ラインＬ６により、給水ラインＬ１の途中に合流させることで、節炭器１０７から火炉壁１０１を構成する蒸発管へと循環して供給してもよい。

燃焼ガスが燃焼ガス通路１３を流れるとき、この燃焼ガスは、過熱器１０２、１０３、１０４、再熱器１０５、１０６、節炭器１０７で熱回収される。一方、ボイラ給水ポンプ（ＢＦＰ）１２３から供給された給水は、節炭器１０７で予熱された後、火炉壁１０１を構成する蒸発管を通過する際に加熱されて蒸気となり、汽水分離器１２６に導かれる。汽水分離器１２６で分離された蒸気は、過熱器１０２、１０３、１０４に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器１０２、１０３、１０４で生成された過熱蒸気は、蒸気ラインＬ３を介して高圧タービン１１１に供給され、高圧タービン１１１を回転駆動する。高圧タービン１１１から排出された蒸気は、再熱器１０５、１０６に導入されて再度過熱される。再度過熱された蒸気は、蒸気ラインＬ５を介して、中圧タービン１１２を経て低圧タービン１１３に供給され、中圧タービン１１２および低圧タービン１１３を回転駆動する。各蒸気タービン１１１、１１２、１１３の回転軸は、発電機１１５を回転駆動して、発電が行われる。低圧タービン１１３から排出された蒸気は、復水器１１４で冷却されることで復水となり、給水ラインＬ１を介して、再び、節炭器１０７に送られる。

また、燃焼ガス通路１３には、過熱器１０２、１０３、１０４、再熱器１０５、１０６、節炭器１０７など各熱交換器の伝熱管の間隙、または各熱交換器の間隙に図示しないスーツブロワ（除灰装置）が配置されていてもよい。スーツブロワは、燃焼ガス通路１３の壁面に対して略垂直な方向に延在して配置される。スーツブロワは、燃焼ガス通路１３の壁面に対して垂直方向を軸方向として、軸方向に直交する方向に蒸気（気体）を噴射し、また噴射方向も変動することができる噴射装置である。スーツブロワから過熱器１０２、１０３、１０４、再熱器１０５、１０６、節炭器１０７など熱交換器に向けて噴射された蒸気は、熱交換器の各伝熱管の表面に付着・堆積した燃焼灰を除去し、熱交換器の各伝熱管における熱交換効率の低下を抑制する。

図３は、ボイラ１０の概略構成の具体例を示す図である。図３に示すように、火炉壁１０１には、複数のバーナ２０３が設けられている。各バーナ２０３は、火炉１１の各コーナ部付近に配置され、鉛直方向（上下方向）に複数段設けられている。本実施形態では、鉛直方向に９つのバーナ２０３が配置されている場合について説明する。鉛直方向に配置されるバーナ２０３の数については複数（２つ以上）設けられれば図３の構成に限定されない。そして、本実施形態では、火炉１１内を３つの区域（主燃焼域Ａ、還元域Ｂ、燃焼完結域Ｃ）に分割する炉内脱硝方式を採用するものとする。

バーナ２０３は、バーナノズルとして、図示しない燃料ノズルまたは空気ノズルとして構成されている。燃料ノズルは、微粉炭と一次空気（搬送用ガス）との混合気である可燃混合気（図３の白矢印）と可燃混合気の周囲から高温の燃焼用空気（二次空気）を火炉１１内に吹き込んでいる。そして、空気ノズルは、高温の燃焼用空気（二次空気であり図３の斜線矢印）を火炉内に吹き込んでいる。すなわち、燃料ノズルから火炉１１内に可燃混合気を吹き込むとともに、可燃混合気の周囲からと燃料ノズルの周囲に設けられた空気ノズルから燃焼用空気を吹き込むことで、微粉炭が火炉１１内の燃焼ガスからの輻射熱と燃料ノズルに備えられた保炎器の効果により着火して火炎が形成される。これにより、火炉１１内に燃焼ガスが形成される。すなわち、図３に示すように主燃焼域Ａが形成されることとなる。そして、火炎の旋回流が形成され、主燃焼域Ａで発生した燃焼ガスは旋回しながら火炉１１内を上昇する。

主燃焼域Ａで投入される空気量は、微粉炭の供給量に対する理論空気量より少なくなるように設定される。理論空気量とは、燃料に含まれる炭素、水素、硫黄などの可燃成分を完全燃焼させる化学反応式から求めた必要空気量である。このように投入する空気量を理論空気量より少なくすることで、主燃焼域Ａの上方に空気が不足した状態（還元雰囲気）となる還元域Ｂが形成され、主燃焼域Ａで生成した燃焼ガス中のＮＯｘが燃焼ガス中に残存する炭化水素化合物と反応し還元され、燃焼ガス中のＮＯｘ量が低減される。

そして、還元域Ｂの上方において、アディショナル空気ポート３９から火炉１１内に向けて追加空気を吹き込むことで、燃焼ガス中の未燃分が完全燃焼し、燃焼ガス中の未燃分量が低減される。還元域Ｂの上方に燃焼完結域Ｃが形成される。

主燃焼域Ａで燃焼されなかった微粉炭の未燃分の一部は、火炉１１の炉底部に設けられた灰処理装置２１３へ落下し、系外へ排出される。灰処理装置２１３は、湿式でも乾式でもよい。

そして、本実施形態では、鉛直方向に配置された複数のバーナ２０３は３段のブロックに分割されているものとする。すなわち、図３に示すように、上段のブロックと、中段のブロックと、下段のブロックとが鉛直方向に配置されている。そして、各ブロックには、２つの燃料ノズルの間に１つの空気ノズルが配置される構成となっている。各ブロックには、それぞれバーナノズルのノズル角度を調整するための調整機構（例えばエアシリンダ）２１０が設けられている。バーナノズルのノズル角度により火炎の方向（噴出されるガス方向）が変わる。各調整機構２１０は、それぞれノズル調整用の信号変換器２０８によって駆動される。信号変換器２０８は、例えば調整機構２１０にエアシリンダを用いる場合には、制御装置２０５からの電気信号を、エアシリンダを駆動する空気信号に変換する装置（ＩＰコンバータ）である。各信号変換器２０８は、後述する制御装置２０５から入力される信号に基づき各調整機構２１０を駆動する。すなわち、制御装置２０５によって、ブロック単位でノズル角度の調整が行われる。

また、各バーナ２０３には、バーナノズルから噴出されるガス量を制御するためのダンパ２１１が設けられている。ダンパ２１１の開度が大きくなるほど噴出されるガス量は多くなる。そして、各ダンパ２１１には、それぞれ調整機構（例えばエアシリンダ）２０９が設けられており、各調整機構２０９は、制御装置２０５により制御されている。このため、各ダンパ２１１の開度は、それぞれ制御装置２０５によって制御されている。

これらバーナ２０３の構成により、ボイラ１０では、主燃焼域Ａ、還元域Ｂ、及び燃焼完結域Ｃが形成される。特に、還元域Ｂにおいて、燃焼ガス中のＮＯｘが還元されるため、ＮＯｘ低減の効果が得られる。しかし、例えば使用される燃料の性状によって火炉１１内における燃焼の度合いが変化する。例えば、燃料比（石炭中の固定炭素量を揮発分量で除した数値）の高い石炭（以下、高燃比炭と言う）、即ち揮発分の少ない石炭を使用する場合には、標準炭（燃料比が、高燃比炭と後述する低燃比炭の中間の値を示す石炭）と比較して、燃焼反応に要する時間が大きく、火炎長が長くなるため、主燃焼域Ａが広くなり、その分だけ還元域Ｂが狭くなる傾向がある。このような場合には、ＮＯｘ低減の効果が十分でない場合がある。

例えば、還元域Ｂを確保するために、バーナ２０３全体のノズル角度を下げて主燃焼域Ａを火炉１１の下部側へ移動させた場合には、炉底部の温度が上昇する可能性がある。このような場合には、微粉炭の未燃分が灰処理装置２１３へ落下しやすい状態となる。また、ノズル角度を下げると火炉壁１０１を構成する伝熱管（蒸発管）の吸熱量が増加することで、伝熱管ごとの吸熱量の差が拡大し、火炉出口のメタル温度にアンバランスが生じる可能性がある。また、火炉１１の出口ガス温度が低下して過熱器・再熱器の伝熱面における吸熱量が減少するため、過熱器出口蒸気温度を制御する過熱器スプレー水流量の減少や再熱器出口蒸気温度を制御する再熱器スプレー水流量の減少が発生することで各蒸気温度の制御性が悪化する可能性がある。更には、過熱器出口蒸気温度や再熱器出口蒸気温度が低下して規定の蒸気温度を満足できない可能性がある。

また、ボイラ１０には火炉１１内の圧力維持および火炉１１下方への熱伸び吸収のために火炉１１下部と灰処理装置２１３の取り合い部にシールプレート２１２を設けているが、主燃焼域Ａが火炉１１下部側へ移動することで、シールプレート２１２が過熱されて損傷が発生する可能性がある。

このため、後述する制御装置２０５では、鉛直方向に配置された複数のバーナ２０３について、分割された所定の単位（ブロック）毎に運転状態の制御を行う。

制御装置２０５は、ボイラ１０に対する制御を行う。特に、制御装置２０５は、各バーナ２０３の運転状態を制御する。本実施形態では、運転状態を制御する操作パラメータとして、バーナノズルの角度を制御する場合について説明する。その他の操作パラメータを用いる場合の例については第２実施形態で説明する。

図４は、本実施形態に係る制御装置２０５のハードウェア構成の一例を示した図である。
図４に示すように、制御装置２０５は、コンピュータシステム（計算機システム）であり、例えば、ＣＰＵ１１００と、ＣＰＵ１１００が実行するプログラム等を記憶するためのＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２００と、各プログラム実行時のワーク領域として機能するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３００と、大容量記憶装置としてのハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１４００と、ネットワーク等に接続するための通信部１５００とを備えている。なお、大容量記憶装置としては、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）を用いることとしてもよい。これら各部は、バス１８００を介して接続されている。

また、制御装置２０５は、キーボードやマウス等からなる入力部や、データを表示する液晶表示装置等からなる表示部などを備えていてもよい。

なお、ＣＰＵ１１００が実行するプログラム等を記憶するための記憶媒体は、ＲＯＭ１２００に限られない。例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等の他の補助記憶装置であってもよい。

後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式でハードディスクドライブ１４００等に記録されており、このプログラムをＣＰＵ１１００がＲＡＭ１３００等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭ１２００やその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

制御装置２０５は、ノズル角度制御部２０６と、ダンパ開度制御部２０７とを備えている。ノズル角度制御部２０６は、ボイラ１０の燃焼状態に応じて、ブロック毎にバーナ２０３の運転状態（本実施形態ではノズル角度）を調整して還元域Ｂの範囲制御を行う。範囲制御とは、特に還元域Ｂの鉛直方向の範囲の拡大及び／又は縮小の制御である。

前述のように、使用される燃料の性状の差異などの要因によって、ボイラ１０の燃焼状態は変化し、ボイラ１０の燃焼状態によって還元域Ｂの鉛直方向の範囲が変化する。このため、ノズル角度制御部２０６は、ボイラ１０の燃焼状態に基づいて制御を行う。具体的には、ボイラ１０の燃焼状態は、ボイラ出口の排ガス性状、灰中未燃分量、主蒸気温度、再熱蒸気温度、ボイラ出口排ガス温度、及び伝熱管メタル温度の少なくともいずれか１つの指標に基づいて把握される。

ボイラ出口の排ガス性状とは、ボイラ１０における排ガスの状態を示す指標であり、具体的には、ＮＯｘ濃度（窒素酸化物濃度）、ＣＯ濃度（一酸化炭素濃度）、及びＯ_２濃度（酸素濃度）の少なくともいずれか１つである。
灰中未燃分量とは、排ガス中に浮遊して集塵装置４４などで捕集される燃焼灰に含まれる未燃分（炭素、燃焼性硫黄など）の量である。
主蒸気温度とは、蒸気タービン１１０へ供給される主蒸気の過熱器１０４出口における温度である。
再熱蒸気温度とは、再熱器１０５，１０６で再度過熱された再熱蒸気の再熱器１０６出口における温度である。
ボイラ出口排ガス温度とは、節炭器１０７で給水と熱交換された後の排ガスの温度である。
伝熱管メタル温度とは、ボイラ１０の各熱交換器（１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７）を構成する伝熱管表面のメタル温度である。

すなわち、ノズル角度制御部２０６は、ブロック毎にバーナ２０３の操作パラメータ（ノズル角度）を調整することにより、ボイラ１０の燃焼状態によって還元域Ｂが十分確保されない状況を抑制する。このためノズル角度とは、鉛直方向に対するバーナノズルの角度となる。

ノズル角度制御部２０６は、各信号変換器２０８へ指令を出力することで、ブロック毎にバーナノズルの角度調整を行う。具体的には、図５に示すように、ノズル角度制御部２０６は、鉛直方向における下段のブロック（最下部のブロック）におけるバーナノズルの角度を、鉛直方向における上段のブロック及び中段のブロックにおけるバーナノズルの角度よりも上方とする。

上段のブロック及び中段のブロックのノズル角度を調整することで、上方の主燃焼域Ａの位置を調整し、還元域Ｂの範囲を設定することができる。これによって、燃焼ガスに含まれるＮＯｘの還元効果を必要な分だけ確保して、ＮＯｘの低減を確実に行うことが可能となる。

一方で、下段のブロックのノズル角度を調整することで、主燃焼域Ａの下方が下がりすぎてしまうことを抑制する。すなわち、炉底部付近の領域の温度が上昇し過ぎることを抑制することができる。

ノズル角度制御部２０６は、火炉１１の炉底部の状況に基づいて、鉛直方向における最下部のブロック（図３の下段）におけるバーナノズルの角度の鉛直方向下方の限界値（下限値）を設定する。下限値は、例えば、下段点火時からの下げ操作を行う場合などに用いられる。下限値を設けることで、火炉・過熱器の収熱バランスや、ＮＯｘ低減の調整のため裕度を持たせることができる。火炉１１の炉底部の状況は、炉底部のガス温度、炉底部監視装置（図示省略）で取得した情報、灰中未燃分量、及びシールプレート２１２のメタル温度の少なくともいずれか１つの指標により把握される。

炉底部のガス温度は、火炉１１の炉底部における火炉１１内のガス温度である。例えば温度計Ｔ１で計測される。
炉底部監視装置で取得した情報は、炉底部における灰中未燃分の滞留状況や火炎の飛び込み状況である。炉底部監視装置とは、例えばカメラやセンサ等によって構成される。
灰中未燃分量は、灰処理装置２１３へ落下し、系外へ排出される灰中に含まれる未燃分の量である。
シールプレート２１２のメタル温度は、火炉１１下部と灰処理装置２１３の取り合い部に設けたシールプレート２１２のメタル温度である。

下段のブロックにおけるバーナノズルの角度を鉛直方向下方に移動し過ぎると、火炉１１の炉底部付近の温度が上昇し過ぎてしまう可能性がある。このため、火炉１１の炉底部の状況に基づいて、鉛直方向における下段のブロックにおけるバーナノズルの角度の鉛直方向下方の限界値を設定し、この限界値に基づいて下段のブロックにおけるバーナノズルの角度が制御される。このため、火炉１１の炉底部付近の温度が上昇し過ぎてしまうことを抑制することができる。

また、ノズル角度制御部２０６は、ボイラの負荷変化を行う際に、ボイラ１０の応答遅れを補償するように、各ブロックに対して個別に運転状態の調整量を設定する。本実施形態では、操作パラメータをノズル角度としているため、負荷変化に対応して、各ブロックに対して個別にノズル角度の調整量が設定されることとなる。

ボイラ１０では、燃料供給量に対する発電機出力（ボイラ負荷）の応答は、時間の遅れが非常に大きくなる傾向にある。このため、ボイラの負荷変化時には、応答遅れを補償するため、所定のパラメータに対して先行的に補正制御を行う。例えば、所定のパラメータを燃料供給量とする場合には、負荷上昇時には先行的に燃料の供給量を多くする。このような先行制御信号をＢＩＲ（Ｂｏｉｌｅｒ Ｉｎｐｕｔ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）といい、燃料供給量に対する先行制御信号を燃料ＢＩＲという。すなわち先行的にとは、ボイラの負荷変化に対して、燃料供給量の変化を先行させることである。

ボイラの負荷変化時には燃焼状態を制御する必要があるため、ノズル角度制御部２０６は、ノズル角度に対する先行制御信号（ノズル角度ＢＩＲ）をブロック毎に設定する。ブロック毎に制御可能としているため、ノズル角度ＢＩＲもブロック毎に設定することができる。また、基準となるノズル角度ＢＩＲに対して、ブロック毎にノズル角度ＢＩＲを補正することとしてもよい。補正を行う場合には、ノズル角度の上げ下げ（駆動方向）、ボイラ１０の負荷変化率、ボイラの負荷変化幅、及び使用する燃料の燃料比の少なくともいずれか１つの指標に基づいて、ブロック毎にノズル角度ＢＩＲを補正することとしてもよい。

ボイラ１０の負荷変化時に、応答遅れを補償するように、各ブロックに対して個別に運転状態の調整量を設定することで、個別に運転状態を調整している各ブロックに対して適切に調整量を設定することができる。

ダンパ開度制御部２０７は、ダンパ２１１の開度を制御する。具体的には、ダンパ開度制御部２０７は、燃焼状態に基づいてダンパ２１１の開度を制御している。ダンパ２１１の開度制御は、各ブロックを等しく制御することとしてもよいし、ブロック毎に個別に制御してもよい。ブロック毎に個別に制御する場合は第２実施形態で説明する。

次に、上述の制御装置２０５による一例について図６を参照して説明する。図６は、本実施形態に係るノズル角度調整処理の手順の一例を示すフローチャートである。図６に示すフローは、例えば、ボイラ１０が稼働している場合において所定の制御周期で繰り返し実行される。

まず、燃焼状態が所定の条件を満たしたか否かを判定する（Ｓ１０１）。所定の条件とは、還元域Ｂの範囲が許容下限範囲に達したことを判定可能なように設定される。許容下限範囲は、例えば、ボイラ出口における排ガスに含まれるＮＯｘ量の許容値に基づいて設定される。

燃焼状態が所定の条件を満たしていない場合（Ｓ１０１のＮＯ判定）には、処理を終了する。

燃焼状態が所定の条件を満たした場合（Ｓ１０１のＹＥＳ判定）には、燃焼状態に基づいて、各ブロックのそれぞれに対するノズル角度を決定する（Ｓ１０２）。Ｓ１０２については、燃焼状態と各ブロックのノズル角度とが予め設定されており、実際の燃焼状態に対応してノズル角度が読み出される。ノズル角度は、燃焼状態に対して還元域Ｂが十分に確保できるように（還元域Ｂが所定の範囲以上の範囲となるように）ブロック毎に予め設定されている。なお、Ｓ１０２については、Ｓ１０１のＹＥＳ判定の場合には、燃焼状態に依らず各ブロックのノズル角度が決定されることとしても良い。

そして、決定したノズル角度に基づいて、各バーナノズルの角度が調整される（Ｓ１０３）。具体的には、下段のノズル角度を下限値以上となるように確保しながら、上段及び中段のノズル角度を還元域Ｂが所定の範囲以上の範囲となるように調整する。

このようにして、主燃焼域Ａの範囲が調整され、還元域Ｂの範囲が拡大される。

次に、ボイラの負荷変化の際の状態量変化を図７から図２１を用いて説明する。
図７に示す発電機出力指令値（ＭＷＤ）の変化に対応して、ボイラの負荷変化を行うものとする。図８から図１４は、図７のＭＷＤの変化に対応して参考例に係る制御を行った場合の状態量変化を示している。参考例とは、ブロック毎にノズル角度制御を行わず、各ブロックに対して同じノズル角度制御を行う場合の状態量変化である。そして、図１５から図２１は、図７のＭＷＤの変化に対応して本実施形態に係る制御（ブロック毎にノズル角度制御）を行った場合の状態量変化を示している。図７から図２１では、使用する石炭として、高燃比炭と低燃比炭の場合をそれぞれ示している。また、図７から図２１では、下段のバーナ２０３はｔ２において着火されるものとする。

まず、図８から図１４に基づいて参考例の場合について説明する。

図８に示すように、ｔ１において増加を開始するＭＷＤに対して、ｔ１よりも一定時間前のｔ１ｐに、上段及び中段のノズル角度ＢＩＲの入力が開始される。ノズル角度ＢＩＲの大きさは、ノズル角度の開度を示す。ノズル角度ＢＩＲは、ＭＷＤの増加が終了するｔ２より一定時間前のｔ２ｐまで入力が継続される。これにより、図９に示すように、上段及び中段のノズル角度ＢＩＲに対応して、上段及び中段のノズル角度は下がる。

一方で、図１０に示すように、ｔ１において増加を開始するＭＷＤに対して、ｔ１よりも一定時間前のｔ１ｐに、下段のブロックのノズル角度ＢＩＲの入力が開始される。参考例では各ブロックでノズル角度制御を個別化していないため、この下段のノズル角度ＢＩＲは、上段のブロック及び中段のブロックのノズル角度ＢＩＲと等しい。これにより、図１１に示すように、下段のブロックのノズル角度ＢＩＲに対応して、下段のブロックのノズル角度は上段のブロック及び中段のブロックと同様に下がる。

このような制御によって、図１２に示すように、蒸気温度（例えば一次過熱器出口の蒸気温度）は、ボイラ１０の負荷上昇に対応するように上昇する。また、図１３に示すように、負荷変化によってＮＯｘ量は増加するものの、上段、中段、下段のブロックのノズル角度が制御されることによって、ＮＯｘの発生量は抑制される。

参考例では、上段のブロック及び中段のブロックに合わせて下段のブロックのノズル角度を下げているため、図１４に示すように、シールプレート２１２のメタル温度が上昇することとなる。

次に、図１５から図２１に基づいて本実施形態の場合について説明する。

図１５に示すように、ｔ１において増加を開始するＭＷＤに対して、ｔ１よりも一定時間前のｔ１ｐに、上段のブロック及び中段のブロックのノズル角度ＢＩＲの入力が開始される。ノズル角度ＢＩＲは、ＭＷＤの増加が終了するｔ２の一定時間前のｔ２ｐまで入力が継続される。図１５における上段のブロック及び中段のブロックに対するノズル角度ＢＩＲは、図８の参考例における上段のブロック及び中段のブロックに対するノズル角度ＢＩＲと等しい。これにより、図１６に示すように、上段のブロック及び中段のブロックのノズル角度ＢＩＲに対応して、上段のブロック及び中段のブロックのノズル角度は下がる。

一方で、図１７に示すように、ｔ１において増加を開始するＭＷＤに対して、ｔ１よりも一定時間前のｔ１ｐに、下段のブロックのノズル角度ＢＩＲの入力が開始される。本実施形態では各ブロックでノズル角度制御を個別化しているため、この下段のブロックのノズル角度ＢＩＲは、上段のブロック及び中段のブロックのノズル角度ＢＩＲと異なる。これにより、図１８に示すように、下段のブロックのノズル角度ＢＩＲに対応して、下段のブロックのノズル角度は上がる。図１８の例では、ノズル角度ＢＩＲの後に下段のブロックのノズル角度を所定値とする制御を行っている。すなわち、ノズル角度ＢＩＲは、目標のノズル角度との差（現状値と目標値との差）に基づいて設定される。このため、下段のブロックに対するノズル角度ＢＩＲは高燃比炭よりも低燃比炭の方が大きくなっている。なお、ｔ１では、低燃比炭よりも排ガス中のＮＯｘが高い傾向にある高燃比炭の方が、上向きのバーナ角度となるように設定されている。

このような制御によって、図１９に示すように、蒸気温度（例えば一次過熱器出口の蒸気温度）は、ボイラ１０の負荷上昇に対応するように上昇する。また、図２０に示すように、負荷変化によってＮＯｘ量は増加するものの、上段、中段、下段の各ブロックのノズル角度が制御されることによって、ＮＯｘの発生量は抑制される。図２０の例では、ＮＯｘの発生量は、参考例と同程度に抑制することができている。

本実施形態では、上段のブロック及び中段のブロックはノズル角度を下げているものの、下段のブロックのノズル角度は、下限値以上を確保するように上げている。このため、図２１に示すように、参考例と比較して、シールプレート２１２のメタル温度上昇を抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態に係るボイラ及びその制御方法によれば、ブロック毎にバーナ２０３の運転状態が調整されるため、還元域Ｂの範囲制御を柔軟に行うことが可能となる。還元域Ｂの範囲制御がされることによって、十分な還元効果を確保してＮＯｘの排出を低減することが可能となる。

そしてさらに、ブロック毎にバーナ２０３の運転状態が調整されるため、炉底部に近い領域の温度が上昇し、未燃分が炉底に近い領域に滞留することや炉底部の損傷を防止することができる。また、蒸気温度低下の抑制を図ることも可能となる。

ボイラ出口の排ガス性状、灰中未燃分量、主蒸気温度、再熱蒸気温度、ボイラ出口排ガス温度、及び伝熱管メタル温度の少なくともいずれか１つを指標とすることで、燃焼状態を適切に把握することができる。

鉛直方向における最下部（下段）以外のブロックのバーナノズルの角度を、必要な還元域Ｂの範囲を確保するように調整することで、ＮＯｘの排出を低減することができる。そして、鉛直方向における最下部のブロックのバーナノズルの角度を炉底部の状況に対応した下限値よりも上方とすることで、炉底部付近の領域の温度が上昇し過ぎることを抑制することができる。

鉛直方向における最下部のブロックのバーナノズルの角度を鉛直方向下方に移動し過ぎると、火炉１１の炉底部付近の温度が上昇し過ぎてしまう可能性があるため、火炉１１の炉底部の状況に基づいて、鉛直方向における最下部のブロックにおけるバーナノズルの角度の鉛直方向下方の限界値を設定することで、火炉１１の炉底部付近の温度が上昇し過ぎてしまうことを抑制することができる。例えば、未燃分が炉底部に近い領域に滞留することや炉底部の損傷を防止することができる。また、蒸気温度が低下することを抑制することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本開示の第２実施形態に係るボイラ及びその制御方法について説明する。
上述した第１実施形態では、バーナノズルの角度を調整する場合について説明していたが、本実施形態では、ダンパ２１１を調整する場合について説明する。以下、本実施形態に係るボイラ及びその制御方法について、第１実施形態と異なる点について主に説明する。

ダンパ開度制御部２０７は、バーナ２０３の運転状態を制御する操作パラメータとして、各ブロックにおいて噴出される酸化性ガスの流量を調整する。具体的には、ダンパ開度制御部２０７は、ブロック単位でダンパ２１１の開度（開度が大きくなると酸化性ガスの流量が増加）を調整する。本実施形態では、還元域Ｂの範囲制御をダンパ開度によって制御する場合について説明するが、第１実施形態のようにノズル角度によって還元域Ｂの範囲制御を行うこととしてもよいし、ノズル角度及びダンパ開度の両方によって還元域Ｂの範囲制御を行うこととしてもよい。

ダンパ開度制御部２０７は、鉛直方向における最下部のブロック（図２２の下段）における酸化性ガスの流量を、鉛直方向における最下部以外のブロック（図２２の上段及び中段）における酸化性ガスの流量よりも多くする。すなわち、図２２に示すように上段のブロック及び中段のブロックから噴出される酸化性ガスの流量は相対的に少なくなり、下段のブロックから噴出される酸化性ガスの流量は相対的に多くなる。

上段のブロック及び中段のブロックから噴出される酸化性ガスの流量が相対的に少なくなることで、主燃焼域Ａの上方側が下がり、還元域Ｂの範囲を拡大させることができる。これによって、燃焼ガスに含まれるＮＯｘの還元を十分に確保して、ＮＯｘの低減をより確実に行うことが可能となる。

一方で、下段のブロックから噴出される酸化性ガスの流量が相対的に多くなることで、主燃焼域Ａの下方側が下がりすぎてしまうことを抑制する。すなわち、炉底部付近の領域の温度が上昇し過ぎることを抑制することができる。

また、ダンパ開度制御部２０７は、火炉１１の炉底部の状況に基づいて、鉛直方向における最下部のブロック（図２２の下段）における酸化性ガスの流量の最大値（すなわちダンパ開度の最大値）を設定する。鉛直方向における最下部のブロックにおける酸化性ガスの流量が多すぎると、火炉１１の炉底部付近の温度が上昇し過ぎてしまう可能性があるため、火炉１１の炉底部の状況に基づいて、鉛直方向における最下部のブロックにおける酸化性ガスの流量の最大値を設定することで、火炉１１の炉底部付近の温度が上昇し過ぎてしまうことを抑制することができる。

次に、上述のダンパ開度制御部２０７による一例について図２３を参照して説明する。図２３は、本実施形態に係るダンパ開度調整処理の手順の一例を示すフローチャートである。図２３に示すフローは、例えば、ボイラ１０が稼働している場合において所定の制御周期で繰り返し実行される。図６のフローと同様の処理は同じ符号を付す。

まず、燃焼状態が所定の条件を満たしたか否かを判定する（Ｓ１０１）。燃焼状態が所定の条件を満たしていない場合（Ｓ１０１のＮＯ判定）には、処理を終了する。

燃焼状態が所定の条件を満たした場合（Ｓ１０１のＹＥＳ判定）には、燃焼状態に基づいて、各ブロックのそれぞれに対する酸化性ガスの流量を決定する（Ｓ２０２）。Ｓ２０２については、燃焼状態と各ブロックの酸化性ガスの流量とが予め設定されており、実際の燃焼状態に対応して酸化性ガスの流量が読み出される。酸化性ガスの流量は、燃焼状態に対して還元域Ｂが十分に確保できるように（還元域Ｂが所定の範囲以上の範囲となるように）ブロック毎に予め設定されている。なお、Ｓ２０２については、Ｓ１０１のＹＥＳ判定の場合には、燃焼状態に依らず各ブロックの酸化性ガスの流量が決定されることとしても良い。

そして、決定した酸化性ガスの流量に基づいて、各ダンパ２１１の開度が調整される（Ｓ２０３）。具体的には、下段のブロックにおける酸化性ガスの流量を、上段のブロック及び中段のブロックにおける酸化性ガスの流量よりも多くする。

このようにして、主燃焼域Ａの範囲が調整され、還元域Ｂの範囲が拡大される。

以上説明したように、本実施形態に係るボイラ及びその制御方法によれば、運転状態として、各ブロックにおいて噴出される酸化性ガスの流量を調整することで、還元域Ｂの範囲制御を効果的に行うことができる。鉛直方向における最下部のブロックにおける酸化性ガスの流量を、鉛直方向における最下部以外のブロックにおける酸化性ガスの流量よりも多くすることで、還元域Ｂの範囲を拡大させ、ＮＯｘの排出を低減することができる。

〔第３実施形態〕
次に、本開示の第３実施形態に係るボイラ及びその制御方法について説明する。
本実施形態では、鉛直方向に配置される複数のバーナ２０３の構成について説明する。以下、本実施形態に係るボイラ及びその制御方法について、第１実施形態及び第２実施形態と異なる点について主に説明する。

第１実施形態では、ブロック毎にノズル角度を調整している。このため、ブロック毎にバーナノズルはそれぞれ異なったノズル角度となると想定される。このため、例えば図２４に示すように、下段のブロックと中段のブロックとを近接して配置すると、バーナノズル同士が干渉（物理的接触等）する可能性がある。このため、本実施形態では、ブロック単位でのノズル角度制御においてバーナノズルの干渉を抑制するための構造について説明する。

図２５から図２９は、２ブロック分の構成例をそれぞれ示している。図２５から図２９では、一例として中段と下段が接続されているものとする。

図２５では、各ブロックは、鉛直方向において所定距離離れて設けられている。すなわち、各ブロックの間に隙間が設けられている。隙間における所定距離については、ブロックのそれぞれに対してノズル角度制御がされた場合に、互いに干渉しないように設定される。干渉とは、物理的接触としても良いし、火炎の干渉としても良く、広くノズル同士の相互作用を意味する。

各ブロックが鉛直方向において所定距離離れて設けられているため、角度調整によるバーナノズルの干渉を抑制することができる。

図２６では、各ブロックは、鉛直方向に所定の寸法を有する部材３０１を介して設けられている。すなわち、図２６では、図２５における隙間に部材３０１を設けている。所定の寸法については、図２５と同様に、ブロックのそれぞれに対してノズル角度制御がされた場合に、互いに干渉しないように設定される。部材３０１については、例えば、空気の流通がないこととしてもよい。

各ブロックが鉛直方向に所定の寸法を有する部材３０１を介して設けられているため、角度調整によるバーナノズルの干渉を抑制することができる。

図２７では、各ブロックは、鉛直方向に所定の寸法を有し、火炉１１内に酸化性ガスを供給する部材３０２を介して設けられている。すなわち、図２７では、図２６のように隙間に所定の寸法を有する部材３０２を設けるとともに、風箱３６から酸化性ガスが流れ込んでおり、この部材３０２は、例えば多孔板によって酸化性ガスを火炉１１内へ供給する。

各ブロックが、鉛直方向に所定の寸法を有し、火炉１１内に酸化性ガスを供給する部材３０２を介して設けられているため、角度調整によるバーナノズルの干渉を抑制することができる。そして、酸化性ガスによって部材３０２付近の温度上昇を抑制することができる。

図２８では、各ブロックは、火炉１１内に酸化性ガスを供給するノズル３０３を介して設けられている。そして、ノズル３０３は、鉛直方向上下に配置され、角度調整が行われる各ブロックのバーナノズルと干渉しない形状とされている。すなわち、ブロックの間にはノズル３０３が設けられている。そして、このノズル３０３には風箱３６から酸化性ガスが流れ込んでおり、酸化性ガスを火炉１１内へ供給する。そして、ノズル３０３の形状は、鉛直方向の上下のブロック（ノズルを挟むブロック）においてノズル角度調整がされた場合に、このブロックのバーナノズルと干渉しないような形状とされている。図２８のノズル３０３は、ノズル角度が固定とされている。

各ブロックが火炉１１内に酸化性ガスを供給するノズル３０３を介して設けられているため、酸化性ガスによってノズル３０３付近の温度上昇を抑制することができる。そして、ノズル３０３は、ノズル３０３に対して鉛直方向上下に配置されたブロックであって、角度調整が行われるブロックのバーナノズルと干渉しない形状とされていることで、干渉による故障発生等を抑制することができる。

図２９では、各ブロックは、ノズル角度調整された場合に、隣接する異なるブロックのバーナノズルと干渉しないようにバーナノズル形状が構成されている。すなわち、図２９では、異なるブロックの隣接するバーナノズルが変形した形状となっている。具体的には、ブロックにおける端に配置されており、他のブロックと隣接するバーナノズルは、自分の角度調整と、該他のブロックのバーナノズルの角度調整とを行った場合に干渉が発生しないように形状が設計されている。

ブロックにおけるバーナノズルの形状が、隣接する異なるブロックのバーナノズルと角度調整によって干渉しないように構成されることで、干渉による故障発生等を抑制することができる。

なお、図２５から図２９に限定されず、バーナノズルの角度調整によって干渉が発生しないように各ブロックを形成することとしても良い。

以上説明したように、本実施形態に係るボイラ及びその制御方法によれば、ブロック毎にバーナノズルの角度調整が行われた場合であってもノズル同士の干渉を抑制することができる。

本開示は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。なお、各実施形態を組み合わせることも可能である。すなわち、上記の第１実施形態、第２実施形態、及び第３実施形態については、それぞれ組み合わせることも可能である。

上述した実施形態では、本開示のボイラ１０を石炭焚きボイラ１０としたが、燃料としては、バイオマス燃料や石油精製時に発生するＰＣ（石油コークス：Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｃｏｋｅ）燃料、石油残渣などの固体燃料を使用するボイラであってもよい。また、燃料として固体燃料に限らず、重油、軽油、重質油などの石油類や工場廃液などの液体燃料も使用することができ、更には、燃料として気体燃料（天然ガス、副生ガスなど）も使用することができる。さらに、これら燃料を組み合わせて使用する混焼焚きボイラにも適用することができる。

以上説明した各実施形態に記載のボイラ及びその制御方法は、例えば以下のように把握される。
本開示に係るボイラ（１０）は、火炉（１１）において鉛直方向に配置された複数のバーナ（２０３）と、各前記バーナ（２０３）は鉛直方向に対して複数のブロックに分割されており、ボイラ（１０）の燃焼状態に応じて、前記ブロック毎に前記バーナ（２０３）の運転状態の調整を行う制御部（２０５）と、を備える。

本開示に係るボイラ（１０）によれば、ブロック毎にバーナ（２０３）の運転状態が調整されるため、ボイラの（１０）の運転状態の制御を柔軟に行うことが可能となる。

本開示に係るボイラ（１０）は、火炉（１１）において鉛直方向に配置された複数のバーナ（２０３）と、各前記バーナ（２０３）は鉛直方向に対して複数のブロックに分割されており、ボイラ（１０）の燃焼状態に応じて、前記ブロック毎に前記バーナ（２０３）の運転状態を調整して還元域（Ｂ）の範囲制御を行う制御部（２０５）と、を備える。

本開示に係るボイラ（１０）によれば、ブロック毎にバーナ（２０３）の運転状態が調整されるため、還元域（Ｂ）の範囲制御を柔軟に行うことが可能となる。還元域（Ｂ）の範囲制御がされることによって、十分な還元を確保してＮＯｘの排出を低減することが可能となる。

そしてさらに、ブロック毎にバーナ（２０３）の運転状態が調整されるため、炉底部に近い領域の温度が上昇し、未燃分が炉底部に近い領域に滞留することや炉底部の損傷を防止することができる。また、蒸気温度低下の抑制を図ることも可能となる。

本開示に係るボイラ（１０）は、前記燃焼状態とは、ボイラ出口の排ガス性状、灰中未燃分量、主蒸気温度、再熱蒸気温度、ボイラ出口排ガス温度、及び伝熱管メタル温度の少なくともいずれか１つであることとしてもよい。

本開示に係るボイラ（１０）によれば、ボイラ出口の排ガス性状、灰中未燃分量、主蒸気温度、再熱蒸気温度、ボイラ出口排ガス温度、及び伝熱管メタル温度の少なくともいずれか１つを指標とすることで、燃焼状態を適切に把握することができる。

本開示に係るボイラ（１０）は、前記制御部（２０５）は、前記運転状態として、鉛直方向に対するバーナノズルの角度を調整することとしてもよい。

本開示に係るボイラ（１０）によれば、運転状態として、鉛直方向に対するバーナノズルの角度を調整することで、ボイラ（１０）の燃焼状態の制御を効果的に行うことができる。

本開示に係るボイラ（１０）は、前記制御部（２０５）は、鉛直方向における最下部の前記ブロックにおけるバーナノズルの角度を火炉（１１）の炉底部の状況に基づいて調整し、鉛直方向における最下部以外の前記ブロックにおけるバーナノズルの角度を前記燃焼状態に基づいて調整することとしてもよい。

本開示に係るボイラ（１０）によれば、最下部のブロックにおけるバーナノズルの角度を火炉（１１）の炉底部の状況に基づいて調整し、鉛直方向における最下部以外のブロックにおけるバーナノズルの角度を燃焼状態に基づいて調整することで、ボイラの燃焼状態の制御を効果的に行うことができる。

本開示に係るボイラ（１０）は、前記制御部（２０５）は、鉛直方向における最下部の前記ブロックにおけるバーナノズルの角度を水平方向よりも上方とし、鉛直方向における最下部以外の前記ブロックにおけるバーナノズルの角度を水平方向よりも下方とすることで、還元域（Ｂ）の範囲を拡大させることとしてもよい。

本開示に係るボイラ（１０）によれば、鉛直方向における最下部以外のブロックにおけるバーナノズルの角度を水平方向よりも下方とすることで、還元域（Ｂ）の範囲を拡大させ、ＮＯｘの排出を低減することができる。そして、鉛直方向における最下部の前記ブロックにおけるバーナノズルの角度を水平方向よりも上方とすることで、炉底部付近の領域の温度が上昇し過ぎることを抑制することができる。

本開示に係るボイラ（１０）は、前記制御部（２０５）は、火炉（１１）の炉底部の状況に基づいて、鉛直方向における最下部の前記ブロックにおけるバーナノズルの角度の鉛直方向下方の限界値を設定することとしてもよい。

本開示に係るボイラ（１０）によれば、鉛直方向における最下部のブロックにおけるバーナノズルの角度を鉛直方向下方にし過ぎると、火炉（１１）の炉底部付近の温度が上昇し過ぎてしまう可能性があるため、火炉（１１）の炉底部の状況に基づいて、鉛直方向における最下部のブロックにおけるバーナノズルの角度の鉛直方向下方の限界値を設定することで、火炉（１１）の炉底部付近の温度が上昇し過ぎてしまうことを抑制することができる。例えば、未燃分が炉底部に近い領域に滞留することや炉底部が損傷することを防止することができる。また、蒸気温度が低下することを抑制することができる。

本開示に係るボイラ（１０）は、前記制御部（２０５）は、前記運転状態として、各前記ブロックにおいて放出される酸化性ガスの流量を調整することとしてもよい。

本開示に係るボイラ（１０）によれば、運転状態として、各ブロックにおいて放出される酸化性ガスの流量を調整することで、ボイラ（１０）の燃焼状態の制御を効果的に行うことができる。

本開示に係るボイラ（１０）は、制御部（２０５）は、鉛直方向における最下部の前記ブロックにおける酸化性ガスの流量を火炉（１１）の炉底部の状況に基づいて調整し、鉛直方向における最下部以外の前記ブロックにおける酸化性ガスの流量を前記燃焼状態に基づいて調整することとしてもよい。

本開示に係るボイラ（１０）によれば、ボイラ（１０）の燃焼状態の制御を効果的に行うことができる。

本開示に係るボイラ（１０）は、前記制御部（２０５）は、鉛直方向における最下部の前記ブロックにおける酸化性ガスの流量を、鉛直方向における最下部以外の前記ブロックにおける酸化性ガスの流量よりも多くすることで、還元域（Ｂ）の範囲を拡大させることとしてもよい。

本開示に係るボイラ（１０）によれば、鉛直方向における最下部のブロックにおける酸化性ガスの流量を、鉛直方向における最下部以外のブロックにおける酸化性ガスの流量よりも多くすることで、還元域（Ｂ）の範囲を拡大させ、ＮＯｘの排出を低減することができる。

本開示に係るボイラ（１０）は、前記制御部（２０５）は、火炉（１１）の炉底部の状況に基づいて、鉛直方向における最下部の前記ブロックにおける酸化性ガスの流量の最大値を設定することとしてもよい。

本開示に係るボイラ（１０）によれば、鉛直方向における最下部のブロックにおける酸化性ガスの流量が多すぎると、火炉（１１）の炉底部付近の温度が上昇し過ぎてしまう可能性があるため、火炉（１１）の炉底部の状況に基づいて、鉛直方向における最下部のブロックにおける酸化性ガスの流量の最大値を設定することで、火炉（１１）の炉底部付近の温度が上昇し過ぎてしまうことを抑制することができる。例えば、未燃分が炉底に近い領域に滞留することや、蒸気温度が低下することを抑制することができる。

本開示に係るボイラ（１０）は、前記炉底部の状況とは、前記炉底部のガス温度、炉底部監視装置で取得した情報、灰中未燃分量、及びシールプレート（２１２）のメタル温度の少なくともいずれか１つであることとしてもよい。

本開示に係るボイラ（１０）によれば、炉底部のガス温度、炉底部監視装置で取得した情報、灰中未燃分量、及びシールプレート（２１２）のメタル温度の少なくともいずれか１つを指標とすることで、炉底部の状況を適切に把握することができる。

本開示に係るボイラ（１０）は、前記制御部（２０５）は、負荷変化が発生した場合に、前記ボイラ（１０）の応答遅れを補償するように、各前記ブロックに対して個別に前記運転状態の調整量を設定することとしてもよい。

本開示に係るボイラ（１０）によれば、負荷変化が発生した場合に、ボイラ（１０）の応答遅れを補償するように、各ブロックに対して個別に運転状態の調整量を設定することで、個別に運転状態を調整している各ブロックに対して適切に調整量を設定することができる。ボイラ（１０）の応答遅れを補償するような制御とは、例えば先行制御信号（燃料ＢＩＲ、ノズル角度ＢＩＲ等）である。

本開示に係るボイラ（１０）は、各前記ブロックは、鉛直方向において所定距離離れて設けられていることとしてもよい。

本開示に係るボイラ（１０）によれば、各ブロックが鉛直方向において所定距離離れて設けられているため、角度調整によるバーナノズルの干渉を抑制することができる。

本開示に係るボイラ（１０）は、各前記ブロックは、鉛直方向に所定の寸法を有する部材（３０１）を介して設けられていることとしてもよい。

本開示に係るボイラ（１０）によれば、各ブロックが鉛直方向に所定の寸法を有する部材（３０１）を介して設けられているため、角度調整によるバーナノズルの干渉を抑制することができる。

本開示に係るボイラ（１０）は、各前記ブロックは、鉛直方向に所定の寸法を有し、炉内に酸化性ガスを供給する部材（３０２）を介して設けられていることとしてもよい。

本開示に係るボイラ（１０）によれば、各ブロックが、鉛直方向に所定の寸法を有し、炉内に酸化性ガスを供給する部材（３０２）を介して設けられているため、角度調整によるバーナノズルの干渉を抑制することができる。そして、酸化性ガスによって該部材付近の温度上昇を抑制することができる。

本開示に係るボイラ（１０）は、各前記ブロックは、火炉（１１）内に酸化性ガスを供給するノズルを介して設けられており、前記ノズルは、鉛直方向上下に配置され、角度調整が行われる各前記ブロックのバーナノズルと干渉しない形状とされていることとしてもよい。

本開示に係るボイラ（１０）によれば、各ブロックが火炉（１１）内に酸化性ガスを供給するバーナノズルを介して設けられているため、酸化性ガスによって該バーナノズル付近の温度上昇を抑制することができる。そして、バーナノズルは、バーナノズルに対して鉛直方向上下に配置されたブロックであって、ノズル角度調整が行われるブロックのバーナノズルと干渉しない形状とされていることで、干渉による故障発生等を抑制することができる。

本開示に係るボイラ（１０）は、各前記ブロックは、角度調整によって、隣接する異なる前記ブロックのバーナノズルと干渉しないようにバーナノズル形状が構成されていることとしてもよい。

本開示に係るボイラ（１０）によれば、ブロックにおけるバーナノズルの形状が、隣接する異なるブロックのバーナノズルと角度調整によって干渉しないように構成されることで、干渉による故障発生等を抑制することができる。

本開示に係る発電プラントは、上記のボイラ（１０）と、前記ボイラ（１０）によって生成された蒸気を用いて発電する発電部と、を備える。

本開示に係る制御方法は、火炉（１１）において鉛直方向に配置された複数のバーナ（２０３）を備えるボイラ（１０）の制御方法であって、各前記バーナ（２０３）は鉛直方向に対して複数のブロックに分割されており、ボイラ（１０）の燃焼状態に応じて、前記ブロック毎に前記バーナ（２０３）の運転状態を調整して、ボイラ（１０）の燃焼状態の制御を行う。

１ ：ボイラ発電プラント
１０ ：ボイラ
１１ ：火炉
１２ ：燃焼装置
１３ ：燃焼ガス通路
１４ ：煙道
２１ ：バーナ
２２ ：バーナ
２３ ：バーナ
２４ ：バーナ
２５ ：バーナ
２６ ：微粉炭供給管
２７ ：微粉炭供給管
２８ ：微粉炭供給管
２９ ：微粉炭供給管
３０ ：微粉炭供給管
３１ ：粉砕機
３２ ：粉砕機
３３ ：粉砕機
３４ ：粉砕機
３５ ：粉砕機
３６ ：風箱
３７ ：空気ダクト
３８ ：押込通風機
３９ ：アディショナル空気ポート
４０ ：アディショナル空気ダクト
４１ ：ガスダクト
４２ ：エアヒータ
４３ ：脱硝装置
４４ ：集塵装置
４６ ：脱硫装置
５０ ：煙突
１０１ ：火炉壁
１０７ ：節炭器
１１０ ：蒸気タービン
１１４ ：復水器
１１５ ：発電機
１２２ ：低圧給水ヒータ
１２３ ：ボイラ給水ポンプ
１２４ ：高圧給水ヒータ
１２６ ：汽水分離器
２０３ ：バーナ
２０５ ：制御装置
２０６ ：ノズル角度制御部
２０７ ：ダンパ開度制御部
２０８ ：信号変換器
２０９ ：調整機構
２１０ ：調整機構
２１１ ：ダンパ
２１２ ：シールプレート
２１３ ：灰処理装置
３０１ ：部材
３０２ ：部材
３０３ ：ノズル
１１００ ：ＣＰＵ
１２００ ：ＲＯＭ
１３００ ：ＲＡＭ
１４００ ：ハードディスクドライブ
１５００ ：通信部
１８００ ：バス
Ａ ：主燃焼域
Ｂ ：還元域
Ｃ ：燃焼完結域
Ｌ１ ：給水ライン
Ｌ２ ：ドレン水ライン
Ｌ３ ：蒸気ライン
Ｌ５ ：蒸気ライン
Ｌ６ ：循環ライン
Ｔ１ ：温度計

Claims (20)

1. 火炉において鉛直方向に配置された複数のバーナと、
   各前記バーナは鉛直方向に対して複数のブロックに分割されており、ボイラの燃焼状態に応じて、前記ブロック毎に前記バーナの運転状態を調整する制御部と、
   を備えるボイラ。
2. 火炉において鉛直方向に配置された複数のバーナと、
   各前記バーナは鉛直方向に対して複数のブロックに分割されており、ボイラの燃焼状態に応じて、前記ブロック毎に前記バーナの運転状態を調整して還元域の範囲制御を行う制御部と、
   を備えるボイラ。
3. 前記燃焼状態とは、ボイラ出口の排ガス性状、灰中未燃分量、主蒸気温度、再熱蒸気温度、ボイラ出口排ガス温度、及び伝熱管メタル温度の少なくともいずれか１つである請求項１または２に記載のボイラ。
4. 前記制御部は、前記運転状態として、鉛直方向に対するバーナノズルの角度を調整する請求項１または２に記載のボイラ。
5. 前記制御部は、鉛直方向における最下部の前記ブロックにおけるバーナノズルの角度を火炉の炉底部の状況に基づいて調整し、鉛直方向における最下部以外の前記ブロックにおけるバーナノズルの角度を前記燃焼状態に基づいて調整する請求項４に記載のボイラ。
6. 前記制御部は、鉛直方向における最下部の前記ブロックにおけるバーナノズルの角度を水平方向よりも上方とし、鉛直方向における最下部以外の前記ブロックにおけるバーナノズルの角度を水平方向よりも下方とすることで、還元域の範囲を拡大させる請求項４に記載のボイラ。
7. 前記制御部は、火炉の炉底部の状況に基づいて、鉛直方向における最下部の前記ブロックにおけるバーナノズルの角度の鉛直方向下方の限界値を設定する請求項４から６のいずれか１項に記載のボイラ。
8. 前記制御部は、前記運転状態として、各前記ブロックにおいて噴出される酸化性ガスの流量を調整する請求項１から７のいずれか１項に記載のボイラ。
9. 前記制御部は、鉛直方向における最下部の前記ブロックにおける酸化性ガスの流量を火炉の炉底部の状況に基づいて調整し、鉛直方向における最下部以外の前記ブロックにおける酸化性ガスの流量を前記燃焼状態に基づいて調整する請求項８に記載のボイラ。
10. 前記制御部は、鉛直方向における最下部の前記ブロックにおける酸化性ガスの流量を、鉛直方向における最下部以外の前記ブロックにおける酸化性ガスの流量よりも多くすることで、還元域の範囲を拡大させる請求項８に記載のボイラ。
11. 前記制御部は、火炉の炉底部の状況に基づいて、鉛直方向における最下部の前記ブロックにおける酸化性ガスの流量の最大値を設定する請求項８または１０に記載のボイラ。
12. 前記炉底部の状況とは、前記炉底部のガス温度、炉底部監視装置で取得した情報、灰中未燃分量、及びシールプレートのメタル温度の少なくともいずれか１つである請求項７または１１に記載のボイラ。
13. 前記制御部は、負荷変化が発生した場合に、前記ボイラの応答遅れを補償するように、各前記ブロックに対して個別に前記運転状態の調整量を設定する請求項１から１２のいずれか１項に記載のボイラ。
14. 各前記ブロックは、鉛直方向において所定距離離れて設けられている請求項４の記載のボイラ。
15. 各前記ブロックは、鉛直方向に所定の寸法を有する部材を介して設けられている請求項４に記載のボイラ。
16. 各前記ブロックは、鉛直方向に所定の寸法を有し、火炉内に酸化性ガスを供給する部材を介して設けられている請求項４に記載のボイラ。
17. 各前記ブロックは、火炉内に酸化性ガスを供給するノズルを介して設けられており、
    前記ノズルは、鉛直方向上下に配置され、角度調整が行われる各前記ブロックのバーナノズルと干渉しない形状とされている請求項４に記載のボイラ。
18. 各前記ブロックは、角度調整によって、隣接する異なる前記ブロックのバーナノズルと干渉しないようにバーナノズル形状が構成されている請求項４の記載のボイラ。
19. 請求項１から１８のいずれか１項に記載のボイラと、
    前記ボイラによって生成された蒸気を用いて発電する発電部と、
    を備える発電プラント。
20. 火炉において鉛直方向に配置された複数のバーナを備えるボイラの制御方法であって、
    各前記バーナは鉛直方向に対して複数のブロックに分割されており、ボイラの燃焼状態に応じて、前記ブロック毎に前記バーナの運転状態を調整する制御方法。
    
    

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