JP5315203B2 - 酸素燃焼ボイラ及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、支燃ガスの切り替え機構を有する酸素燃焼ボイラ及びその制御方法に関する。

ボイラと蒸気タービンを主要構成機器とする火力発電プラントでは、地球温暖化の要因のひとつとなっている二酸化炭素の排出量が他の発電方式に比べて多い。そこで、ボイラで燃料を燃焼させる際に、支燃ガスとして従来のように空気を用いる代わりに高純度の酸素を用いて燃焼させる酸素燃焼方式が提案されている。

酸素燃焼方式では、排ガス中に窒素が含まれないため二酸化炭素濃度を高くでき、排ガスから二酸化炭素を回収する際に排ガスを冷却するのみで二酸化炭素を液化・分離することが可能であり、二酸化炭素の回収が容易になる。その結果、二酸化炭素排出量削減に有効である。

例えば特許文献１に開示されているように、酸素燃焼ボイラ設備のボイラ本体には、再循環される排ガスと高純度酸素製造装置からの酸素が供給されており、排ガス中の二酸化炭素の濃度が高められている。

また、微粉炭焚きボイラでは、起動時や低負荷運転時には着火性の良い油をバーナに供給して油滴を燃焼させ、微粉炭の安定した燃焼を補助している。例えば特許文献２に開示されているように、起動時には、軽油点火トーチにより、ボイラ負荷の１５％まで焚き上げ、その後に重油バーナを点火して重油バーナのみでボイラ負荷の１５〜３５％まで焚き上げ、さらにその後にボイラ火炉の火炉内温度が十分に上った時点で、微粉炭機から微粉炭供給管、微粉炭バーナへ微粉炭燃料を供給して微粉炭を燃焼し、最終的に微粉炭専焼へと切り換えている。

また、微粉炭と、油または可燃ガス等とを燃料とするボイラ燃焼システムにおいては、同軸燃焼構造が多く採用されている。例えば特許文献３に開示されているように、石炭バーナと油バーナとは同軸に配置されて、これによってバーナを設置するためにボイラ火炉壁に設けられる開口部の個数を少なくでき、燃焼用空気供給系統を簡略化している。

特開２００１−３３６７３６号公報 特開平５−３２２１１４号公報 特開平８−１７８２６１号公報

前述のように、酸素燃焼ボイラでは、支燃ガスとして空気の他にボイラ本体に再循環される排ガスと高純度酸素製造装置からの酸素を供給し、排ガス中の二酸化炭素濃度を高くできるため、排ガスを冷却することで二酸化炭素を液化・分離することが容易であり、二酸化炭素排出量削減に有効である。

しかし、ボイラ本体に支燃ガスとして排ガスを再循環して供給すると、支燃ガス中の酸素濃度が低くなるためバーナ火炎が失火する恐れがあった。これに対処するため、一例として特許文献１に開示されているように、ボイラ本体の出口酸素濃度が出口酸素濃度設定値と等しくなるように空気の流量を調節し、排ガス酸素濃度が低くなり過ぎないようにする技術がある。

ボイラ起動初期の火炉室には空気が充満されており、排ガスの成分の過半は窒素となるため、支燃ガスとして排ガスを火炉に供給しても排ガス中の二酸化炭素濃度を高められるという利点がない。そのためボイラ起動時初期には支燃ガスに空気を使用し、バーナ火炎が失火しないように監視記録しながら徐々に支燃ガスに排ガスを含むガスを増やす過程を経て、支燃ガスを空気から排ガスを含むガスへ切り替える。

この支燃ガスの切り替え後においては、バーナ火炎近傍のＣＯ_２濃度や燃焼によって発生するＨ_２Ｏ濃度が高くなるため、バーナ火炎から放射されるふく射のうちＣＯ_２ガスやＨ_２Ｏガスによって吸収される量が増える。その結果、支燃ガスを切り替えることによって、バーナ火炎の温度が同じであっても、光計測型温度センサの出力信号が小さくなるためバーナ本体の表面温度を正しく監視記録できないという課題があった。

上記課題に対処する一例として、バーナ本体に接触型温度センサを設置する方法がある。バーナ火炎の温度を反映するバーナ本体の表面温度が変化すると、バーナ本体の表面と接触型温度センサの設置場所との間の固体中において熱伝導が生じ、接触型温度センサの出力信号が変化し、バーナ火炎の温度を反映するバーナ本体の表面温度を知ることができる。しかし、接触型温度センサの応答時間は、バーナ本体の固体中の熱伝導時間に依存するため、バーナ火炎の温度変化を反映するバーナ本体の表面温度の時間変化に追随できない。したがって、接触型温度センサでバーナ火炎の温度を監視記録するためには、バーナ火炎の温度変化を十分にゆっくりしなければならず、支燃ガスの切り替え時間が長くなるという課題があった。

本発明の目的は、酸素燃焼ボイラにおいて、バーナ本体の表面温度を正確に記録監視して、正常な燃焼を維持するように制御するとともに、支燃ガスの切り替え時間を短くすることにある。

本発明は、火炉室に設けた複数段のバーナに、油、可燃ガスまたは微粉炭のうち少なくとも一つを主燃料として火炎を発生させ燃焼させる燃料供給系と、前記バーナに高純度酸素を供給する酸素供給系と、前記バーナに空気を供給する空気供給系と、前記バーナの燃焼により発生した排ガスの一部を再循環ガスとして戻し高純度酸素を混合する混合機構と、前記排ガス中からＣＯ_２を回収する排ガス処理装置と、バーナ火炎を監視記録する光計測型温度センサを有し、前記混合機構により混合された再循環ガスと高純度酸素の混合ガスを前記主燃料を燃焼させる支燃ガスとして使用し、前記支燃ガスの成分を空気から前記再循環ガスと高純度酸素の混合ガスに切り替える酸素燃焼ボイラにおいて、前記光計測型温度センサの出力信号の、上警報レベルまたは下警報レベルのうち少なくとも一つを、支燃ガスのＣＯ_２濃度またはＨ_２Ｏ濃度の変化に基づくバーナふく射吸収量に応じて変化させる制御装置を有することを特徴とする。

また、制御装置は、前記光計測型温度センサを含むボイラ状態検出手段と、あらかじめ取得したバーナ火炎からのふく射を吸収するガス濃度と、これに対応したバーナ火炎のふく射吸収量を含むボイラ燃焼情報を記録するボイラ状態情報記録手段と、前記ボイラ燃焼情報に基づいて前記光計測型温度センサの警報レベルを修正するセンサレベル修正手段と、酸素燃焼ボイラの燃焼を制御する燃焼制御手段を有することを特徴とする。

また、光計測型温度センサの出力信号の、上警報レベルまたは下警報レベルのうち少なくとも一つを、前記支燃ガスのＣＯ_２濃度またはＨ_２Ｏ濃度の変化、及びバーナ火炎の形成と相関を持つ量の変化に応じて変化させる制御装置を有することを特徴とする。

また、バーナ火炎の形成と相関を持つ量を支燃ガスの酸素濃度としたことを特徴とする。

また、バーナ火炎の形成と相関する量を、前記バーナ周囲のガスの酸素比としたことを特徴とする。

また、あらかじめ支燃ガスのＣＯ_２濃度を変化させた試験により取得した、バーナ火炎による熱損傷が生じずかつバーナ火炎が失火しない光計測型温度センサの出力信号範囲を安全範囲情報として前記制御装置に記録し、前記安全範囲から光計測型温度センサの出力信号が逸脱した場合に、バーナ火炎異常の警告を出力することを特徴とする。

また、あらかじめ支燃ガスのＣＯ_２濃度と酸素濃度とを独立して変化させて取得した前記安全範囲情報を、ＣＯ_２濃度と酸素濃度に関する情報として前記制御装置に記録することを特徴とする。

また、あらかじめ支燃ガスのＣＯ_２濃度とバーナ周囲のガスの酸素比とを独立して変化させて取得した前記安全範囲情報を、ＣＯ_２濃度とバーナ周囲のガスの酸素比に関する情報として前記制御装置に記録することを特徴とする。

また、バーナ段のうち各バーナ段毎に、支燃ガスを空気を主成分とするガスから再循環ガスと高純度酸素の混合ガスを主成分とするガスに切り替える制御装置を有することを特徴とする。

また、バーナ段のうちの少なくとも１段のバーナ段の個別バーナ毎に、支燃ガスを空気を主成分とするガスから再循環ガスと高純度酸素の混合ガスを主成分とするガスに切り替える制御装置を有することを特徴とする。

また、バーナ段のうちの少なくとも１段のバーナ段の、最も火炉室の幅方向の中央に近い１個のバーナ毎に、支燃ガスを空気を主成分とするガスから再循環ガスと高純度酸素の混合ガスを主成分とするガスに切り替える制御装置を有することを特徴とする。

さらに、火炉室に設けた複数段のバーナに、油、可燃ガスまたは微粉炭のうち少なくとも一つを主燃料として火炎を発生させ燃焼させる燃料供給系と、前記バーナに高純度酸素を供給する酸素供給系と、前記バーナに空気を供給する空気供給系と、前記バーナの燃焼により発生した排ガスの一部を再循環ガスとして戻し高純度酸素を混合する混合機構と、前記排ガス中からＣＯ_２を回収する排ガス処理装置と、バーナ火炎を監視記録する光計測型温度センサを有し、前記混合機構により混合された再循環ガスと高純度酸素の混合ガスを前記主燃料を燃焼させる支燃ガスとして使用し、前記支燃ガスの成分を空気から前記再循環ガスと高純度酸素の混合ガスに切り替える酸素燃焼ボイラの制御方法において、前記光計測型温度センサの出力信号の、上警報レベルまたは下警報レベルのうち少なくとも一つを、支燃ガスのＣＯ_２濃度またはＨ_２Ｏ濃度の変化に基づくバーナふく射吸収量に応じて変化させることを特徴とする。

本発明によれば、酸素燃焼ボイラにおいて、光計測型温度センサの出力信号の上警報レベルまたは下警報レベルのうち少なくとも一つを、支燃ガスのＣＯ_２濃度またはＨ_２Ｏ濃度の変化に基づくバーナふく射吸収量に応じて変化させる制御装置を設けたことにより、支燃ガスを空気から排ガスを含むガスへ切替える際、ボイラが失火したり過剰燃焼することなく安全かつ短時間で切り替えることが可能な酸素燃焼ボイラを提供できるという独自の効果を有する。

酸素燃焼ボイラシステムの基本構成を示す模式図。 バーナに接続されているガス及び燃料の系統の模式図。 火炉室に設置されているバーナの模式図。 酸素燃焼ボイラの模式図。 ＣＯ_２濃度やＨ_２Ｏ濃度の上昇が光計測型および接触型温度センサの出力信号に及ぼす影響を示すグラフ。 本発明の実施例１に係る酸素燃焼ボイラシステムの模式図。 本発明の実施例１に係る酸素燃焼ボイラシステムの制御装置のブロック図。 本発明の実施例１に係る監視記録の説明図。 本発明の実施例１に係る校正係数の決定方法を示す説明図。 本発明の実施例１に係る校正係数の決定方法を示す説明図。 本発明の実施例１に係る校正係数の決定方法を示す説明図。 本発明の実施例１に係る校正係数の決定方法を示す説明図。 本発明の実施例２に係る監視記録の説明図。 本発明の実施例２に係る監視記録の説明図。 本発明の実施例２に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例２に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例２に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例２に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例２に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例２に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例２に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例２に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例２に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例３に係る監視記録図。 本発明の実施例３に係る監視記録図。 本発明の実施例３に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例３に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例３に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例３に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例３に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例３に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例３に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例３に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例３に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例４に係る監視記録の図。 本発明の実施例４に係る監視記録の図。 本発明の実施例４に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例４に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例４に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例４に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例４に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例４に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例４に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例４に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例４に係る校正係数決定方法を示す説明図。 本発明の実施例５に係る酸素燃焼ボイラの模式図。 本発明の実施例５に係る監視記録の説明図。 本発明の実施例５に係る監視記録の説明図。 本発明の実施例５に係る監視記録の説明図。 本発明の実施例６に係る酸素燃焼ボイラの模式図。 本発明の実施例６に係る監視記録の説明図。 本発明の実施例６に係る監視記録の説明図。 本発明の実施例６に係る監視記録の説明図。 本発明の実施例６に係る監視記録の説明図。 本発明の実施例７に係る酸素燃焼ボイラの模式図。 本発明の実施例７に係る監視記録の説明図。 本発明の実施例７に係る監視記録の説明図。 本発明の実施例７に係る監視記録の説明図。 本発明の実施例７に係る監視記録の説明図。 本発明の実施例８に係る酸素燃焼ボイラの模式図。 本発明の実施例８に係る支燃ガスの切り替え方法の説明図。 本発明の実施例８に係る支燃ガスの切り替え方法の説明図。 本発明の実施例９に係る酸素燃焼ボイラの模式図。 本発明の実施例９に係る支燃ガスの切り替え方法の説明図。 本発明の実施例９に係る支燃ガスの切り替え方法の説明図。 本発明の実施例１０に係る支燃ガス切り替え方法の説明図。 本発明の実施例１０に係る支燃ガス切り替え方法の説明図。 本発明の実施例１１に係る支燃ガス切り替え方法の説明図。 本発明の実施例１１に係る支燃ガス切り替え方法の説明図。 本発明の実施例１２に係る酸素燃焼ボイラの模式図。 本発明の実施例１２に係る支燃ガス切り替え方法の説明図。 本発明の実施例１２に係る支燃ガス切り替え方法の説明図。 本発明の実施例１３に係る酸素燃焼ボイラの模式図。 本発明の実施例１３に係る支燃ガス切り替え方法の説明図。 本発明の実施例１３に係る支燃ガス切り替え方法の説明図。

以下に本発明の実施例を図面について説明する。まず酸素燃焼ボイラの基本システムを図１〜図５を用いて説明する。

図１に酸素燃焼ボイラシステムの基本構成を示す。図１において、１００は火炉室、１０２は火炉出口、１０３は排ガス輸送管をそれぞれ示す。排ガス９９は、火炉室１００から火炉出口１０２を通過し、排ガス輸送管１０３に沿って輸送され、熱交換器１０５を通過する際に温度降下され、排ガス処理装置１０７を通過する際に窒素酸化物または硫黄酸化物または金属化合物などの有害物質、水分、灰やすすなどの粒子状物質を除去され、再循環分岐点１０９に到達する。再循環分岐点１０９に到達した排ガス９９の一部は後述する再循環ガス供給系９０へ分岐し、残りの排ガスは煙道１１１を通って系外へ放出される。

ミル６２は、押込送風機１４１、空気輸送管６１、微粉炭搬送管６３らと共に１次ガス供給系６０を構成し、バーナ１５０に接続されている。

酸素分離器７２は、送風機７１、分離酸素輸送管７３、高濃度酸素中間槽７４、高濃度酸素輸送管７５、熱交換器１０５等と共に酸素供給系７０を構成し、バーナ１５０に接続されている。

空気搬送管８１は、押込送風機１４１、熱交換器１０５らと共に２次空気供給系８０を構成し、バーナ１５０に接続されている。

再循環ガス調整弁９１は、吸引送風機９５、再循環ガス輸送管９３、熱交換器１０５等と共に再循環ガス供給系９０を構成し、バーナ１５０に接続されている。

油圧源３１には、負荷用油供給系３０ａとトーチ用油供給系３０ｂの２系統からなる油供給系３０が接続されている。負荷用油供給系３０ａは、負荷用油輸送管３３及び油入口弁３５らから構成され、バーナ１５０に接続されている。トーチ用油供給系３０ｂは、トーチ用油輸送管３３ｂ及び油入口弁３５ｂらから構成され、バーナ１５０に接続されている。バーナ１５０は、図示していないが通常複数個が火炉室１００に設置されている。

図２にバーナ１５０に接続されているガス及び燃料の供給系統の構成を示す。バーナ１５０は３個図示されているがこれに限定されない。各バーナ１５０には、光計測型温度センサ１５１、接触型温度センサ１５２、点火トーチ１５３、油バーナノズル１５５、１次ガスノズル１５６、２次ガスノズル１５７が設けられている。

再循環ガス供給系９０と、酸素供給系７０と、２次空気供給系８０は各バーナ１５０の２次ガスノズル１５７に接続されている。再循環ガス供給系９０と酸素供給系７０と２次空気供給系８０から供給される２次ガスは濃度測定器１６１によって酸素濃度、ＣＯ_２濃度などが監視されている。

１次ガス供給系６０は各バーナ１５０の１次ガスノズル１５６に接続されている。負荷用油供給系３０ａは各バーナ１５０の油バーナノズル１５５に接続され、トーチ用油供給系３０ｂは各バーナ１５０の点火トーチ１５３に接続されている。

図３に火炉室に設置されているバーナの構成を示す。火炉室１００の壁面には、１つの壁面当たりバーナ１５０が３段ずつ対向する２つの壁面に設置され、１つの段当り６個のバーナ１５０が設置されている。各バーナ１５０に火炎を点火し所定の方法で支燃ガス及び主燃料を切り替えていくことによりボイラ負荷を高めていく。

図４に、酸素燃焼ボイラの燃焼形態の一例を示す。本図の状態（Ａ）においては、後壁の上段を除く各段には石炭を主燃料とし、空気を支燃ガスとするバーナ火炎１３が形成されている。この状態（Ａ）から各バーナ段の火炎の支燃ガス成分を切り替えていくことにより、状態（Ｂ）の空気と再循環排ガスと酸素を支燃ガスとするバーナ火炎１４を経由して、最終的には状態（Ｃ）のように支燃ガスが再循環排ガスと酸素からなるバーナ火炎１５が各バーナ段に形成される。（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）の状態変化により、各段の燃焼バーナの周囲のガスのＣＯ_２濃度は高くなり、燃焼によりＨ_２Ｏも生成するため、バーナ火炎から放射されるふく射がバーナの周囲のＣＯ_２やＨ_２Ｏによってより多く吸収される。

図５のグラフは、ＣＯ_２濃度やＨ２Ｏ濃度の上昇が光計測型および接触型温度センサの出力信号に及ぼす影響を示す。図５の横軸は任意単位で表示した時間を、縦軸は任意単位で表示した光計測型および接触型温度センサの出力信号を表す。図５の上側グラフに示す光計測型温度センサの出力信号において、横線の点線は、各ボイラの状態に応じてあらかじめ設定された上警報レベル及び下警報レベルを表し、実線の曲線は光計測型温度センサ１５１の出力信号波形を表す。温度センサ出力を上下警報レベル内に制御することによってボイラを異常燃焼や失火させることなく正常に運転することが出来る。

図５の下側グラフに示す接触型温度センサ１５２の出力信号において、横線の点線は上警報レベル及び下警報レベルを表す。太い実線の曲線は接触型温度センサ１５１の出力信号波形を表し、細い実線の曲線は接触型温度センサを設けたバーナ１５０の実際の温度を表す。横軸におけるＴＢは、状態（Ａ）から（Ｂ）への変化を開始した時刻を表す。図５には、時刻ＴＢから後の時間帯でバーナ本体の温度が上昇する場合が例示されている。即ち、図５の下側グラフの細い実線の曲線が時刻ＴＢから上昇し始める例を示している。

さて図４で述べた状態（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）の変化により、各段のバーナ１５０の周囲のガスのＣＯ_２濃度およびＨ_２Ｏ濃度は高くなり、バーナ火炎から放射されるふく射が各段のバーナ１５０の周囲のＣＯ_２またはＨ_２Ｏによってより多く吸収される。すると、バーナ１５０の温度上昇として反映されるはずの出力信号の増加が、バーナ１５０周囲のガスのＣＯ_２またはＨ_２Ｏによるふく射の吸収の増加により打ち消されて、図５上側グラフの実線の曲線のように、出力信号に変化がみられない場合が生じる。光計測型温度センサの出力信号は、時刻ＴＢから後の時間帯でも上警報レベルと下警報レベルの間にあり、バーナ１５０の表面温度の上昇を検知せず、バーナ１５０の表面温度を正しく監視記録していない。

他方、図５下側グラフの太い実線の曲線のように、接触型温度センサ１５２の出力信号はバーナ１５０の温度上昇を反映して出力信号が増加する。しかし、接触型温度センサ１５２の応答時間は、バーナ１５０の固体中の熱伝導の時間に依存するため、バーナ火炎の温度変化を反映するバーナ１５０の表面温度の時間変化に追随できない。例えば本図下側グラフの細い実線の曲線で表される実際の温度が上警報レベルに達する時刻（△印で示される時刻）においても、接触型温度センサ１５２の出力信号である太い実線の曲線は上警報レベルに達しない。上警報レベルに達するのは黒三角印で示される時刻になり、接触型温度センサ１５２にバーナ本体の温度の上警報レベル超えを検知するまでには、ある一定の時間の遅れが生じる。即ち、バーナ１５０の表面温度を正しく監視記録するためには、バーナ火炎の温度変化を十分にゆっくりしなければならず、状態（Ｂ）の時間（支燃ガスの切り替え時間）が長くなる。

図６に、本発明の実施例１による、支燃ガスを空気から再循環排ガスと酸素を含むガスへ切り替える機構を有する酸素燃焼ボイラシステム１を示す。図１と同一部品は同一番号で示す。

図６において、酸素供給系７０と再循環ガス供給系９０は混合機構９２によって連絡しており、空気供給系８０と合流し、バーナ１５０に接続されている。混合機構９２により、支燃ガスの成分における再循環ガスと高純度酸素の混合ガスを増減させることができる。また、空気供給系８０の合流方法を調整することにより、支燃ガスの成分に空気を増減させることができる。即ち、混合機構９２及び空気供給系８０の合流方法を調整することにより、支燃ガスを空気から再循環ガスと高純度酸素の混合ガスに切り替えることができる。

バーナ１５０には、光計測型温度センサ１５１、接触型温度センサ１５２、点火トーチ１５３が設けられている。バーナ火炎（図示されていない）は光計測型温度センサ１５１、接触型温度センサ１５２によって監視記録されている。

２００は酸素燃焼ボイラシステム１の制御装置である。制御装置２００は、光計測型温度センサ１５１、接触型温度センサ１５２を含むボイラシステムの燃焼状態を検出するボイラ状態検出手段と、あらかじめ取得したバーナ火炎からのふく射を吸収するガス濃度と、これに対応したバーナ火炎のふく射吸収量を含むボイラ燃焼状態に関する制御情報を記録したボイラ状態情報記録手段２０２と、前記ボイラ燃焼情報に基づいて前記光計測型温度センサ１５１の警報レベルを修正する校正係数等を演算するセンサレベル修正手段２０３と、酸素燃焼ボイラシステム１の燃焼を制御するとともに、前記演算結果に基づいて酸素燃焼ボイラシステム１の燃焼を修正する制御手段２０４を有する。

前記ボイラ状態情報記録手段２０２は、予め実験や試運転等で取得したボイラシステムの燃焼に関する各種制御情報が対照表やデータベースの形で記録されている。制御装置２００は、図示しない信号線等によりボイラシステムの各種バルブ及びアクチュエータを含む各構成要素と接続されており、ボイラシステム全体を制御する。制御装置２００は、例えばコンピュータシステム上で作動するソフトウェア上に構築することもでき、専用の制御回路基板で構成することもできる。

図８に、温度センサの監視記録グラフの一例を示す。図８の横軸及び縦軸、曲線や印の意味は、前述の図５と同様である。状態（Ａ）及び（Ｂ）は前述の図４の状態（Ａ）（支燃ガスの主成分が空気である状態）及び状態（Ｂ）（支燃ガスの主成分が空気と再循環ガスと高純度酸素の混合ガスである状態）に対応する。図８には、状態（Ａ）→（Ｂ）への変化により、バーナ本体の温度が上昇する場合が例示されている。即ち、図８の下側グラフの細い実線の曲線が時刻ＴＢから上昇し始める例を示している。

さて、状態（Ａ）→（Ｂ）の変化の際、バーナ１５０の温度上昇として反映されるはずの光計測型温度センサ１５１の出力信号（図８の上側グラフの縦軸）の増加が、バーナ１５０の周囲のガスのＣＯ_２またはＨ_２Ｏによるふく射の吸収の増加により打ち消されて、見られない場合が生じる。そこで次の図９の方法及び式１の利用により、ＣＯ_２またはＨ_２Ｏによるふく射の吸収の増加に対応して、光計測型温度センサ１５１の上警報レベルおよび下警報レベルに一定の校正係数を用いて演算し、図７の上側グラフの点線の曲線のように低レベル方向に変化させる。

図９Ａ〜９Ｄに、ふく射の吸収の増加に対応して校正係数を求める方法を示す。図９Ａはボイラ状態情報記録手段に記録されている、事前に実験や数値計算によって得られたふく射吸収量のＣＯ_２濃度依存性のデータの数表またはデータベースを表す。変数ＸはここではＣＯ_２濃度としたがバーナ火炎からのふく射を吸収するガスの濃度であればよく、例えばＣＯ_２濃度とＨ_２Ｏ濃度の和でもよく、あるいは、ＣＯ_２濃度またはＨ_２Ｏ濃度またはそのいずれかひとつでもよく、本図に示される限りではない。変数ＸはＣＯ_２濃度のデータがＸ１、Ｘ２、・・・、Ｘｉ、・・・と可算個あり、各Ｘｉに対して変数Ｕ（ふく射吸収量の相対値）のデータＵｉが１個対応している。

図９Ｂは変数ＸとＵのプロットを表し、状態（Ａ）及び（Ｃ）に対応する変数Ｕの値を可視化したものである。◆印のプロットは可算個のデータ（Ｘｉ，Ｕｉ）のうち任意の有限個をグラフに可視化したもの、○印のプロットはＸ＝ＸＡ及びＸ＝ＸＣにおける◆印のデータの内挿値または外挿値である。図９ＢではＸ＝ＸＡに対応するＵの値をＵＡと表示している。

図９Ｃは変数Ｘと校正係数Ｖのプロットを表す。図９Ｂの縦軸をスケール変換し、Ｘ＝ＸＡにおけるＶの値をＶ＝１として規格化したものである。

図９Ｄは校正係数Ｖの時間変化を表す。○印のプロットＡ及びＣは図９Ｃの○印のプロットＡ及びＣに対応する。点線の曲線Ｂは状態（Ａ）から（Ｃ）への変化過程を表す。図９Ａ〜９Ｄの手順により、ふく射の吸収の増加に対応して校正定数を求めることができる。校正系数演算手段２０３において、式１を利用して、時刻Ｔにおける修正された図８の上側グラフの警報レベルの曲線を求められる。式１において、左辺は図８の上側グラフの上または下警報レベルを表す。右辺の分子は図８の上側グラフのＴ＝ＴＢにおける、あらかじめ設定された上または下警報レベルを表す。右辺の分母は図９Ｄの縦軸の校正係数Ｖを時間の関数として、Ｖ（Ｔ）と表示したものである。

その結果、図８の下側グラフに示されるように、バーナ本体の実際の温度が上警報レベルに達する時刻（△印の時刻）において、光計測型温度センサの出力信号が上警報レベルに達する（黒三角印の時刻）。即ち、光計測型温度センサの出力信号からバーナ本体の表面温度を時間の遅れなく正しく監視記録できる。

実施例１のポイントは、図８の時刻ＴＢより後の時間帯で、本図上側グラフの光計測型温度センサの出力信号の上警報レベルおよび下警報レベルがＣＯ_２濃度の変化に応じて変化することにある。実施例１により、支燃ガスを空気から排ガスを含むガスへ安全かつ短時間で切り替えることが可能な酸素燃焼ボイラを提供できる。

次に、本発明の実施例２による、支燃ガスを空気から再循環排ガスと酸素を含むガスへ切り替える機構を有する酸素燃焼ボイラの一例（別法１）を示す。その他の構成については、前述の図６で述べたのと同様であるため、バーナ火炎の監視記録に関する部分のみを詳述する。

図１０Ａ、１０Ｂのグラフに、監視記録の一例を示す。図１０Ａ及び１０ＢのＡ及びＣの時間帯の状態は、前述の図４の状態（Ａ）及び（Ｃ）に対応する。図１０ＡのＢ１及び図１０ＢのＢ２の時間帯の状態は、前述の図４の状態（Ａ）から状態（Ｃ）までの変化過程の状態（Ｂ）に対応する状態を表す。即ち、図４の状態（Ｂ）は支燃ガスの成分の取り方が一意的ではないため、状態（Ａ）から状態（Ｃ）までの変化過程には複数の支燃ガスの状態の変化過程が存在する。

図１０Ａ、１０Ｂには、２個の変化過程Ｂ１及びＢ２が表示されているが、複数存在する支燃ガスの状態の変化過程を表す一例であり本図に表示される限りではない。図１０Ａ及び図１０Ｂの横軸及び縦軸、曲線や印の意味は、前述の図７と同様である。

さて、状態（Ａ）→（Ｂ）の変化の際、バーナ１５０の温度上昇として反映されるはずの光計測型温度センサ１５１の出力信号（図１０Ａ及び図１０Ｂの上側グラフの縦軸）の増加が、バーナ１５０の周囲のガスのＣＯ_２またはＨ_２Ｏによるふく射の吸収の増加により打ち消されて、見られない場合が生じる。そこで次の図１１の方法及び式１の利用により、ＣＯ_２またはＨ_２Ｏによるふく射の吸収の増加に対応して、上警報レベルおよび下警報レベルを図１０Ａ及び図１０Ｂ上側グラフの点線の曲線のように変化させる。

図１１Ａ〜１１ｉに、ふく射の吸収の増加に対応してて校正係数を求める方法を示す。図１１Ａは、ＣＯ_２濃度をパラメータのひとつとする状態図を表す。横軸はバーナの周囲のガスのＣＯ_２濃度を、縦軸はバーナ火炎の形成と相関を持つ量を表す。横軸のＣＯ_２濃度はバーナ火炎からのふく射を吸収するガスの濃度であればよく、例えばＣＯ_２濃度とＨ_２Ｏ濃度の和でもよく、あるいは、ＣＯ_２濃度またはＨ_２Ｏ濃度またはそのいずれかひとつでもよく、図１１に示される限りではない。○印のプロットＡ及びＣは前述の図４の状態（Ａ）及び（Ｃ）に対応する。点Ａから点Ｃまでを結ぶ曲線Ｂ１及びＢ２は前述の図４の状態（Ａ）から状態（Ｃ）までの変化過程の状態（Ｂ）に対応する状態を表す。即ち、前述の図１０ＡのＢ１及び図１０ＢのＢ２の時間帯の状態を表す。

図１１Ｂは、事前に実験や数値計算によって得られているふく射吸収量のＣＯ_２濃度Ｘとバーナ火炎の形成と相関を持つ量Ｙの依存性のデータの数表を表す。変数Ｘ（ＣＯ_２濃度）と変数Ｙの組のデータが（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、・・・、（Ｘｉ，Ｙｉ）、・・・と可算個あり、各（Ｘｉ，Ｙｉ）に対して変数Ｕ（ふく射吸収量の相対値）のデータＵｉが１個対応している。

図１１Ｃは変数ＸとＹの組のプロットを表す。◆印のプロットは可算個のデータ（Ｘｉ，Ｙｉ）のうち格子点上を占める任意の有限個を、図１１Ａの状態図上に重ね描きで可視化したものである。

図１１Ｄは、状態図（図１１Ａ及び図１１Ｃ）上のＡ→Ｂ１→Ｃの変化に着目した、変数ＸとＵのプロットを表す。◆印のプロットは可算個のデータ（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｕｉ）のうち図１１Ｃに例示した有限個をグラフに可視化したもの、○印のプロットは状態Ａ）及び状態（Ｃ）における◆印のデータの内挿値または外挿値である。

図１１Ｅは変数Ｘと校正係数Ｖのプロットを表す。図１１Ｄの縦軸をスケール変換し、（Ｘ，Ｙ）＝（ＸＡ，ＹＡ）におけるＶの値をＶ＝１と規格化したものである。図１１Ｆは校正係数Ｖの時間変化を表す。○印のプロットＡ及びＣは図１１Ｅの○印のプロットＡ及びＣに対応する。点線の曲線Ｂ１は状態（Ａ）から（Ｃ）への変化過程Ｂ１（図１１Ａ及び図１１Ｃに記載）の間の校正係数Ｖの時間変化を表す。

図１１Ｇは、状態図（図１１Ａ及び図１１Ｃ）上のＡ→Ｂ２→Ｃの変化に着目した、変数ＸとＵのプロットを表す。◆印のプロット、○印のプロットの意味は図１１Ｄと同様である。図１１Ｇでは（Ｘ，Ｙ）＝（ＸＡ，ＹＡ）に対応するＵの値をＵＡと、（Ｘ，Ｙ）＝（ＸＣ，ＹＣ）に対応するＵの値をＵＣと表示している。図１１Ｈは変数Ｘと校正係数Ｖのプロットを表す。図１１Ｇの縦軸をスケール変換し、（Ｘ，Ｙ）＝（ＸＡ，ＹＡ）におけるＶの値をＶ＝１と規格化したものである。

図１１ｉは校正係数Ｖの時間変化を表す。○印のプロットＡ及びＣの意味は図１１Ｆと同様である。点線の曲線Ｂ２は状態（Ａ）から（Ｃ）への変化過程Ｂ２（図１１Ａ及び図１１Ｃに記載）の間の校正係数Ｖの時間変化を表す。

図１１Ａ〜図１１ｉの方法により、支燃ガスを空気から再循環ガスと高純度酸素の混合ガスに切り替える状態の過程の間、ふく射の吸収の増加に対応して校正定数を求めることができる。さらに、式１を利用して、図１０Ａ及び図１０Ｂの上側グラフの点線の曲線を求められる。式１において、左辺は図１０Ａ及び図１０Ｂの上側グラフの上または下警報レベルを表す。右辺の分子は図１０Ａ及び図１０Ｂの上側グラフのＴ＝ＴＢにおける上または下警報レベルを表す。右辺の分母は図１１Ｆまたは図１１ｉの縦軸校正係数Ｖを時間の関数として意でＶ（Ｔ）と表示したものである。

その結果、図１０Ａ及び図１０Ｂの下側グラフに示されるように、バーナ１５０の実際の温度が上警報レベルに達する時刻（△印の時刻）において、光計測型温度センサの出力信号が上警報レベルに達する（黒三角印の時刻）。即ち、光計測型温度センサの出力信号からバーナ本体の表面温度を時間の遅れなく正しく監視記録できる。

実施例２のポイントは、図１０Ａ、図１０Ｂの時刻ＴＢより後の時間帯で、図１０Ａ、図１０Ｂの上側グラフの光計測型温度センサの出力信号の上警報レベルおよび下警報レベルを、ＣＯ_２濃度とバーナ火炎の形成と相関を持つ量の変化に応じて変化させることにある。実施例２により、支燃ガスを空気から排ガスを含むガスへ安全かつ短時間で切り替えることが可能な酸素燃焼ボイラを提供できる。

次に、本発明の実施例３による、支燃ガスを空気から再循環排ガスと酸素を含むガスへ切り替える機構を有する酸素燃焼ボイラの一例（別法２）を示す。実施例３は実施例２における「バーナ火炎の形成と相関を持つ量」として、「酸素濃度α」を用いた例を示す。図１２Ａ、１２Ｂの横軸及び縦軸、曲線や印の意味は、前述の図１０Ａ、１０Ｂと同様である。

さて、状態（Ａ）→（Ｂ）の変化の際、バーナ１５０の温度上昇として反映されるはずの光計測型温度センサ１５１の出力信号（図１２Ａ、１２Ｂの上側グラフの縦軸）の増加が、バーナ１５０の周囲のガスのＣＯ_２またはＨ_２Ｏによるふく射の吸収の増加により打ち消されて、見られない場合が生じる。そこで次の図１３Ａ〜図１３ｉの方法及び式１の利用により、ＣＯ_２またはＨ_２Ｏによるふく射の吸収の増加に対応して、上警報レベルおよび下警報レベルを図１２Ａ、１２Ｂ上側グラフの点線の曲線のように変化させる。

図１３Ａ〜図１３ｉに、ふく射の吸収の増加に対応して校正係数を求める方法を示す。図１３Ａは、ＣＯ_２濃度をパラメータのひとつとする状態図を表す。横軸はバーナ１５０の周囲のガスのＣＯ_２濃度を、縦軸は酸素濃度を表す。横軸のＣＯ_２濃度はバーナ１５０火炎からのふく射を吸収するガスの濃度であればよい。○印のプロットＡ及びＣは前述の図４の状態（Ａ）及び（Ｃ）に対応する。点Ａから点Ｃまでを結ぶ曲線Ｂ１及びＢ２は前述の図４の状態（Ａ）から（Ｃ）までの変化過程の状態Ｂ）に対応する状態、即ち前述の図１２ＡのＢ１及び図１２ＢのＢ２の時間帯の状態を表す。

図１３Ｂは、事前に実験や数値計算によって得られているふく射吸収量のＣＯ_２濃度と酸素濃度の依存性のデータの数表を表す。変数Ｘ（ＣＯ_２濃度）はバーナ火炎からのふく射を吸収するガスの濃度であればよい。変数Ｘ（ＣＯ_２濃度）と変数α（酸素濃度）の組のデータが（Ｘ１，α１）、（Ｘ２，α２）、・・・、（Ｘｉ，αｉ）、・・・と可算個あり、各（Ｘｉ，αｉ）に対して変数Ｕ（ふく射吸収量の相対値）のデータＵｉが１個対応している。

図１３Ｃ〜図１３ｉは図１１Ｃ〜図１１ｉと同様であり、詳細な説明は省略する。その結果、図１２Ａ、１２Ｂの下側グラフに示されるように、バーナ１５０の実際の温度が上警報レベルに達する時刻（△印の時刻）において、光計測型温度センサの出力信号が上警報レベルに達する（黒三角印の時刻）。即ち、光計測型温度センサの出力信号からバーナ１５０の表面温度を時間の遅れなく正しく監視記録できる。

実施例３のポイントは、実施例２と同様に、図１２Ａ、１２Ｂの時刻ＴＢより後の時間帯で、図１２Ａ、１２Ｂの上側グラフの光計測型温度センサの出力信号の上警報レベルおよび下警報レベルを、ＣＯ_２濃度と酸素濃度の変化に応じて変化させることにある。実施例３により、支燃ガスを空気から排ガスを含むガスへ安全かつ短時間で切り替えることが可能な酸素燃焼ボイラを提供できる。

次に、本発明の実施例４による、支燃ガスを空気から再循環排ガスと酸素を含むガスへ切り替える機構を有する酸素燃焼ボイラの一例（別法３）を示す。実施例４は実施例２における「バーナ火炎の形成と相関を持つ量」として、「酸素比β」を用いた例を示す。
酸素比βは、次の式（２）によって定義される。

但し式２において各変数は以下の様に定義される。
［Ｏ］Ｇ：バーナ１５０の周囲のガスに含まれる支燃ガス由来のＯ原子のモル数
［Ｏ］Ｖ：燃料の揮発成分由来のＯ原子のモル数
［Ｃ］Ｇ：バーナ１５０の周囲のガスに含まれる支燃ガス由来のＣ原子のモル数
［Ｃ］Ｖ：燃料の揮発成分由来のＣ原子のモル数
［Ｈ］Ｇ：バーナ１５０の周囲のガスに含まれる支燃ガス由来のＨ原子のモル数
［Ｈ］Ｖ：燃料の揮発成分由来のＨ原子のモル数
図１４Ａ、図１４Ｂに、監視記録の一例を示す。図１４Ａ、図１４ＢのＡ及びＣの時間帯の状態は、図４の状態（Ａ）（及び（Ｃ）に対応する。図１４ＡのＢ１及び図１４ＢのＢ２の時間帯の状態は、前述の図４の状態（Ａ）から状態（Ｃ）までの変化過程の状態（Ｂ）に対応する状態を表す。

即ち、図４の状態（Ｂ）は支燃ガスの成分の取り方が一意的ではないため、状態（Ａ）から（Ｃ）までの変化過程には複数の支燃ガスの状態の変化過程が存在する。図１４Ａ、図１４Ｂには、２個の変化過程Ｂ１及びＢ２が表示されているが、複数存在する支燃ガスの状態の変化過程を表す一例であり、本図に表示される限りではない。図１４Ａ、図１４Ｂの横軸及び縦軸、曲線や印の意味は、前述の図１２Ａ、１２Ｂと同様である。

さて、状態（Ａ）→（Ｂ）の変化の際、バーナ１５０の温度上昇として反映されるはずの光計測型温度センサ１５１の出力信号（図１５Ａ及び図１５Ｂの上側グラフの縦軸）の増加が、バーナ１５０の周囲のガスのＣＯ_２またはＨ_２Ｏによるふく射の吸収の増加により打ち消されて、見られない場合が生じる。そこで次の方法及び式１の利用により、ＣＯ_２またはＨ_２Ｏによるふく射の吸収の増加に対応して、上警報レベルおよび下警報レベルを図１４Ａ、図１４Ｂ上側グラフの点線の曲線のように変化させる。

図１５Ａ〜図１５ｉに、ふく射の吸収の増加に対応して校正係数を求める方法を示す。図１５Ａは、ＣＯ_２濃度をパラメータのひとつとする状態図の一例を表す。横軸はバーナ１５０の周囲のガスのＣＯ_２濃度を、縦軸は酸素比を表す。横軸のＣＯ_２濃度はバーナ火炎からのふく射を吸収するガスの濃度であればよい。

○印のプロットＡ及びＣは前述の図４の状態（Ａ）及び（Ｃ）に対応する。点Ａから点Ｃまでを結ぶ曲線Ｂ１及びＢ２は前述の図４の状態（Ａ）から状態（Ｃ）までの変化過程の状態（Ｂ）に対応する状態を表す。即ち、前述の図１４ＡのＢ１及び図１４ＢのＢ２の時間帯の状態を表す。

図１５Ｂは、事前に実験や数値計算によって得られているふく射吸収量のＣＯ_２濃度と酸素比の依存性のデータの数表を表す。変数Ｘ（ＣＯ_２濃度）はバーナ火炎からのふく射を吸収するガスの濃度であればよい。

変数Ｘ（ＣＯ_２濃度）と変数β（酸素比）の組のデータが（Ｘ１，β１）、（Ｘ２，β２）、・・・、（Ｘｉ，βｉ）、・・・と可算個あり、各（Ｘｉ，βｉ）に対して変数Ｕ（ふく射吸収量の相対値）のデータＵｉが１個対応している。

図１５Ｃは変数Ｘとβの組のプロットを表す。◆印のプロットは可算個のデータ（Ｘｉ，βｉ）のうち格子点上を占める任意の有限個を、図１５Ａの状態図上に重ね描きで可視化したものである。

図１５Ｄは、状態図（図１５Ａ及び図１５Ｃ）上のＡ→Ｂ１→Ｃの変化に着目した、変数Ｘとβに対応したＵのプロットを表す。◆印のプロットは可算個のデータ（Ｘｉ，βｉ，Ｕｉ）のうち図１５Ｃに例示した有限個をグラフに可視化したもの、○印のプロットは状態（Ａ）及び状態（Ｃ）における◆印のデータの内挿値または外挿値である。図１５Ｄでは（Ｘ，β）＝（ＸＡ，βＡ）に対応するＵの値をＵＡと、（Ｘ，β）＝（ＸＣ，βＣ）に対応するＵの値をＵＣと表示している。

図１５Ｅは変数Ｘと校正係数Ｖのプロットを表す。図１５Ｄの縦軸をスケール変換し、（Ｘ，β）＝（ＸＡ，βＡ）におけるＶの値をＶ＝１と規格化したものである。図１５Ｆは校正係数Ｖの時間変化を表す。○印のプロットＡ及びＣは図１５Ｅの○印のプロットＡ及びＣに対応する。点線の曲線Ｂ１は状態（Ａ）から（Ｃ）への変化過程Ｂ１（図１５Ａ及び図１５Ｃに記載）の間の校正係数Ｖの時間変化を表す。

図１５Ｇは、状態図（図１５Ａ及び図１５Ｃ）上のＡ→Ｂ２→Ｃの変化に着目した、変数ＸとＵのプロットを表す。◆印のプロット、○印のプロットの意味は図１５Ｄと同様である。図１５Ｇでは（Ｘ，β）＝（ＸＡ，βＡ）に対応するＵの値をＵＡと、（Ｘ，β）＝（ＸＣ，βＣ）に対応するＵの値をＵＣと表示している。図１５Ｈは変数Ｘと校正係数Ｖのプロットを表す。図１５Ｇの縦軸をスケール変換し、（Ｘ，β）＝（ＸＡ，βＡ）におけるＶの値をＶ＝１と規格化したものである。

図１５ｉは校正係数Ｖの時間変化を表す。○印のプロットＡ及びＣの意味は図１５Ｆと同様である。点線の曲線Ｂ２は状態（Ａ）から（Ｃ）への変化過程Ｂ２（図１５Ａ及び図１５Ｃに記載）の間の校正係数Ｖの時間変化を表す。図１５Ａ〜図１５ｉの方法により、支燃ガスを空気から再循環ガスと高純度酸素の混合ガスに切り替える状態の過程の間、ふく射の吸収の増加に対応して校正定数を求めることができる。

さらに、式１を利用して、図１４Ａ及び図１４Ｂの上側グラフの点線の曲線を求められる。式１において、左辺は図１４Ａ及び図１４Ｂの上側グラフの上または下警報レベルを表す。右辺の分子は図１４Ａ及び図１４Ｂの上側グラフのＴ＝ＴＢにおける上または下警報レベルを表す。右辺の分母は図１５Ｆまたは図１５ｉの縦軸Ｖを時間の関数としてＶ（Ｔ）と表示したものである。

その結果、図１４Ａ及び図１４Ｂの下側グラフに示されるように、バーナ１５０の実際の温度が上警報レベルに達する時刻（△印の時刻）において、光計測型温度センサの出力信号が上警報レベルに達する（黒三角印の時刻）。即ち、光計測型温度センサの出力信号からバーナ１５０の表面温度を時間の遅れなく正しく監視記録できる。

実施例４のポイントは、図１４Ａ及び図１４Ｂの時刻ＴＢより後の時間帯で、図１４Ａ及び図１４Ｂの上側グラフの光計測型温度センサの出力信号の上警報レベルおよび下警報レベルを、ＣＯ_２濃度と酸素比の変化に応じて変化させることにある。実施例４により、支燃ガスを空気から排ガスを含むガスへ安全かつ短時間で切り替えることが可能な酸素燃焼ボイラを提供できる。

次に、本発明の実施例５から実施例７において光計測型温度センサの安全範囲による制御について説明する。実施例５は、支燃ガスを空気から再循環排ガスと酸素を含むガスへ切り替える機構を有する酸素燃焼ボイラの一例（別法４）を示す。

図１６に、監視記録に必要な、光計測型温度センサの出力信号の安全範囲のＣＯ_２濃度依存性のデータを試運転で得る、本発明に係る酸素燃焼ボイラの一例を示す。酸素供給系７０と再循環ガス供給系９０は混合機構９２によって連絡しており、空気供給系８０と合流し、バーナ１５０に接続されている。空気供給系８０との合流点とバーナ１５０との間には濃度測定器１６１、流量測定器１６２が設置されている。バーナ１５０には、光計測型温度センサ１５１が設けられている。１次ガス供給系６０はバーナ１５０に接続されており、バーナ１５０の接続手前には濃度測定器１６１、流量測定器１６２が設置されている。濃度測定器１６１及び流量測定器１６２により、バーナ１５０の周囲のガスのＣＯ_２濃度が監視記録されている。監視記録対象のＣＯ_２濃度はバーナ火炎からのふく射を吸収するガスの濃度であればよい。光計測型温度センサ１５１により、バーナ火炎が監視記録されている。

図１７Ａ〜図１７Ｃに監視記録の一例を示す。図１７Ａは、図１６の試運転時の酸素燃焼ボイラによってあらかじめ得られた光計測型温度センサの出力信号の安全範囲のＣＯ２濃度依存性のデータの数表を表す。変数Ｘ（ＣＯ_２濃度）はバーナ火炎からのふく射を吸収するガスの濃度であればよい。図１７Ａに示す安全範囲情報は、制御装置２００のボイラ状態情報記録手段２０２に記録され制御時に読み出される。

変数Ｘ（ＣＯ_２濃度）のデータがＸ１、Ｘ２、・・・、Ｘｉ、・・・と可算個あり、各Ｘｉに対して変数Ｐ（光計測型温度センサの出力信号）のデータの範囲（Ｐｍｉｎ，ｉ〜Ｐｍａｘ，ｉ）が１個対応している。図１７Ｂは変数ＸとＰのプロットを表す。横軸は変数Ｘ（ＣＯ_２濃度）を、縦軸は図１６で述べた光計測型温度センサ１５１の出力信号を表す。◇印のプロットは図１７Ａの可算個のデータ（Ｘｉ，Ｐｍｉｎ，ｉ）及び（Ｘｉ，Ｐｍａｘ，ｉ）のうち任意の有限個を可視化したものである。実線の閉曲線は、◇印のデータの包絡線である。包絡線で囲まれる範囲は安全範囲を表す。図１７Ｂでは、図１７Ａのｎ番目のデータＸ＝Ｘｎに対応するＰの範囲の下限をＰｍｉｎ，ｎと、上限をＰｍａｘ，ｎと表示している。図１７Ｃは、本発明に係る酸素燃焼ボイラの、支燃ガスを空気から再循環ガスと高純度酸素の混合ガスに切り替える過程の可視化の一例を表す。

図１７Ｃの横軸、縦軸及び実線の閉曲線の意味は、図１７Ｂと同様である。○印のプロットＡ及びＣは、それぞれ前述の図４の状態（Ａ）及び状態（Ｃ）の光計測型温度センサの出力信号に対応する。

曲線Ｂ３及びＢ４は、前述の状態（Ｂ）（支燃ガスの主成分が空気と再循環ガスと高純度酸素の混合ガスである状態）の光計測型温度センサの出力信号の軌跡に対応する。曲線Ｂ３は、状態（Ａ）→（Ｃ）への変化の過程で光計測型温度センサの出力信号が実線の閉曲線をはみ出ない場合、即ち光計測型温度センサの出力信号が安全範囲に入っている場合を示す。曲線Ｂ４は、状態（Ａ）→（Ｃ）への変化の過程で光計測型温度センサの出力信号が実線の閉曲線をはみ出る場合、即ち光計測型温度センサの出力信号が安全範囲を逸脱する場合の一例を示す。

その結果、図１７Ｃの曲線Ｂ４に示されるように、光計測型温度センサの出力信号が安全範囲を逸脱する時刻（曲線Ｂ４の軌跡が▽印に達する時刻）直後から、バーナ火炎異常の警告が表示される。即ち、光計測型温度センサの出力信号からバーナ火炎の異常を時間の遅れなく正しく監視記録できる。

実施例５のポイントは、図１７Ａの安全範囲の情報を用いて、図１７Ｂのように実線の閉曲線に係る２次元データベースを作成し、データベースを引用することにより光計測型温度センサの出力信号の安全範囲が支燃ガスの切り替えの過程において把握されていることにある。実施例５により、支燃ガスを空気から排ガスを含むガスへ安全かつ短時間で切り替えることが可能な酸素燃焼ボイラを提供できる。

次に、本発明の実施例６による、支燃ガスを空気から再循環排ガスと酸素を含むガスへ切り替える機構を有する酸素燃焼ボイラの一例（別法５）を示す。

図１８に、監視記録に必要な、光計測型温度センサの出力信号の安全範囲のＣＯ２濃度依存性のデータを試運転で得る、本発明に係る酸素燃焼ボイラの一例を示す。酸素供給系７０と再循環ガス供給系９０は混合機構９２によって連絡しており、空気供給系８０と合流し、バーナ１５０に接続されている。空気供給系８０との合流点とバーナ１５０との間には濃度測定器１６１、流量測定器１６２が設置されている。バーナ１５０には、光計測型温度センサ１５１が設けられている。１次ガス供給系６０はバーナ１５０に接続されており、バーナ１５０の接続手前には濃度測定器１６１、流量測定器１６２が設置されている。２個の濃度測定器１６１及び流量測定器１６２により、バーナ１５０の周囲のガスのＣＯ２濃度及び酸素濃度が監視記録されている。

図１９Ａ〜図１９Ｄに監視記録の一例を示す。図１９Ａは、図１７の試運転時の酸素燃焼ボイラによってあらかじめ得られた光計測型温度センサの出力信号の安全範囲のＣＯ_２濃度と酸素濃度の依存性のデータの数表を表す。変数Ｘ（ＣＯ_２濃度）はバーナ火炎からのふく射を吸収するガスの濃度であればよい。変数Ｘ（ＣＯ_２濃度）と変数α（酸素濃度）の組のデータが（Ｘ１，α１）、（Ｘ２，α２）、・・・、（Ｘｉ，αｉ）、・・・と可算個あり、各（Ｘｉ，αｉ）に対して変数Ｐ（光計測型温度センサの出力信号）のデータの範囲（Ｐｍｉｎ，ｉ〜Ｐｍａｘ，ｉ）が１個対応している。

図１９Ｂは変数ＸとＰのプロットを表す。横軸は変数Ｘ（ＣＯ_２濃度）を、縦軸は図１８で述べた光計測型温度センサ１５１の出力信号を表す。本図では、図１９Ａの可算個のデータのうちα＝α１、α＝αｊ−１及びα＝αｊである任意の有限個を可視化したものを表示している。特にα＝αｊのグラフの◇印のプロットは図１９Ａの可算個のデータ（Ｘｉ，Ｐｍｉｎ，ｉ）及び（Ｘｉ，Ｐｍａｘ，ｉ）のうちα＝αｊを満たす任意の有限個を可視化したものである。実線の閉曲線は、◇印のデータの包絡線である。包絡線で囲まれる範囲は安全範囲を表す。図１９Ｂでは、図１９Ａのｎ番目のデータ（Ｘ，α）＝（Ｘｎ，αｊ）に対応するＰの範囲の下限をＰｍｉｎ，ｎと、上限をＰｍａｘ，ｎと表示している。

図１９Ｃは、本発明に係る酸素燃焼ボイラの、支燃ガスを空気から再循環ガスと高純度酸素の混合ガスに切り替える過程の可視化に必要な内部データの一例を表す。横軸、縦軸及び実線の閉曲線の意味は、図１９Ｂと同様である。図１９Ｃは、図１９Ａの可算個のデータのうち次の式（３）を満たすα＝αｋ−１及びα＝αｋである任意の有限個を可視化したものを表示している。

但し式３において、α（Ｔ）は時刻Ｔにおけるバーナ１５０の周囲のガスの酸素濃度を表す。特にα＝αｋのグラフの◇印のプロットは図１９Ａの可算個のデータ（Ｘｉ，Ｐｍｉｎ，ｉ）及び（Ｘｉ，Ｐｍａｘ，ｉ）のうちα＝αｋを満たす任意の有限個を可視化したものである。図１９Ａのｍ番目のデータ（Ｘ，α）＝（Ｘｍ，αｋ）に対応するＰの範囲の下限をＰｍｉｎ，ｍと、上限をＰｍａｘ，ｍと表示している。これらα＝αｋ−１及びα＝αｋの２個の系列のデータを内部データとして保持し、これらの内部データから時刻Ｔにおける安全範囲を内装により求める。

図１９Ｄは、本発明に係る酸素燃焼ボイラの、支燃ガスを空気から再循環ガスと高純度酸素の混合ガスに切り替える過程の可視化の一例を表す。横軸及び縦軸の意味は、図１９Ｂと同様である。実線の閉曲線は、図１９Ｃの２個の系列のデータを含む内部データの実線の閉曲線に係る情報からα＝α（Ｔ）における実線の閉曲線を内挿により求めたものである。○印のプロットＡ及びＣは、それぞれ前述の図４の状態（Ａ）及び状態（Ｃ）の変数Ｘ及び光計測型温度センサの出力信号の値に対応する。

曲線Ｂ３及びＢ４は、前述の状態（Ｂ）の変数Ｘ及び光計測型温度センサの出力信号の値の軌跡に対応する。曲線Ｂ３は、状態（Ａ）→（Ｃ）への変化の過程で光計測型温度センサの出力信号が実線の閉曲線をはみ出ない場合、即ち光計測型温度センサの出力信号が安全範囲に入っている場合を示す。曲線Ｂ４は、状態（Ａ）→（Ｃ）への変化の過程で光計測型温度センサの出力信号が実線の閉曲線をはみ出る場合、即ち光計測型温度センサの出力信号が安全範囲を逸脱する場合の一例を示す。

その結果、図１９Ｄの曲線Ｂ４に示されるように、光計測型温度センサの出力信号が安全範囲を逸脱する時刻（曲線Ｂ４の軌跡が▽印に達する時刻）直後から、バーナ火炎異常の警告が表示される。即ち、光計測型温度センサの出力信号からバーナ火炎の異常を時間の遅れなく正しく監視記録できる。

実施例６のポイントは、試運転時の試験によって得た図１９Ａの安全範囲の情報を用いて、図１９Ｂのように実線の閉曲線に係る２次元データベースを作成し、２次元データベースを引用することにより、光計測型温度センサの出力信号の安全範囲を支燃ガスの切り替えの過程において把握することにある。

実施例６により、支燃ガスを空気から排ガスを含むガスへ安全かつ短時間で切り替えることが可能な酸素燃焼ボイラを提供できる。

次に、本発明の実施例７による、支燃ガスを空気から再循環排ガスと酸素を含むガスへ切り替える機構を有する酸素燃焼ボイラの一例（別法６）を示す。その他の構成については前述の図６で述べたのと同様であるため、バーナ火炎の監視記録に関する部分のみを詳述する。

図２０に、監視記録に必要な、光計測型温度センサの出力信号の安全範囲のＣＯ_２濃度依存性のデータを試運転で得る、本発明に係る酸素燃焼ボイラの一例を示す。酸素供給系７０と再循環ガス供給系９０は混合機構９２によって連絡しており、空気供給系８０と合流し、バーナ１５０に接続されている。空気供給系８０との合流点とバーナ１５０との間には濃度測定器１６１、流量測定器１６２が設置されている。バーナ１５０には、光計測型温度センサ１５１が設けられている。１次ガス供給系６０はバーナ１５０に接続されており、バーナ１５０の接続手前には濃度測定器１６１、流量測定器１６２が設置されている。２個の濃度測定器１６１及び流量測定器１６２により、バーナ１５０の周囲のガスのＣＯ_２濃度、酸素濃度、及び、燃料の流量が監視記録されている。監視記録対象の燃焼の工業分析値及び元素組成は予め把握されていることが前提されている。また、光計測型温度センサ１５１により、バーナ火炎が監視記録されている。

図２１Ａ〜図２１Ｄに監視記録の一例を示す。図２１Ａは、図１９の試運転時の酸素燃焼ボイラによって得られる光計測型温度センサの出力信号の安全範囲のＣＯ２濃度と酸素濃度の依存性のデータの数表を表す。変数Ｘ（ＣＯ_２濃度）と変数β（酸素比）の組のデータが（Ｘ１，β１）、（Ｘ２，β２）、・・・、（Ｘｉ，βｉ）、・・・と可算個あり、各（Ｘｉ，βｉ）に対して変数Ｐ（光計測型温度センサの出力信号）のデータの範囲（Ｐｍｉｎ，ｉ〜Ｐｍａｘ，ｉ）が１個対応している。

図２１Ｂは変数ＸとＰのプロットを表す。横軸は変数Ｘ（ＣＯ_２濃度）を、縦軸は図１９で述べた光計測型温度センサ１５１の出力信号を表す。図２１Ｂでは、図２１Ａの可算個のデータのうちβ＝β１、β＝βｊ−１及びβ＝βｊである任意の有限個を可視化したものを表示している。特にβ＝βｊのグラフの◇印のプロットは図２１Ａの可算個のデータ（Ｘｉ，Ｐｍｉｎ，ｉ）及び（Ｘｉ，Ｐｍａｘ，ｉ）のうちβ＝βｊを満たす任意の有限個を可視化したものである。実線の閉曲線は、◇印のデータの包絡線である。包絡線で囲まれる範囲は安全範囲を表す。図２１Ｂでは、図２１Ａのｎ番目のデータ（Ｘ，β）＝（Ｘｎ，βｊ）に対応するＰの範囲の下限をＰｍｉｎ，ｎと、上限をＰｍａｘ，ｎと表示している。

図２１Ｃは、本発明に係る酸素燃焼ボイラの、支燃ガスを空気から再循環ガスと高純度酸素の混合ガスに切り替える過程の可視化に必要な内部データの一例を表す。横軸、縦軸及び実線の閉曲線の意味は、図２１Ｂと同様である。本図では、図２１Ａの可算個のデータのうち次の式（４）を満たすβ＝βｋ−１及びβ＝βｋである任意の有限個を可視化したものを表示している。

但し式４において、β（Ｔ）は時刻Ｔにおけるバーナ１５０の周囲のガスの酸素比を表す。特にβ＝βｋのグラフの◇印のプロットは図２１Ａの可算個のデータ（Ｘｉ，Ｐｍｉｎ，ｉ）及び（Ｘｉ，Ｐｍａｘ，ｉ）のうちβ＝βｋを満たす任意の有限個を可視化したものである。図２１Ａのｍ番目のデータ（Ｘ，β）＝（Ｘｍ，βｋ）に対応するＰの範囲の下限をＰｍｉｎ，ｍと、上限をＰｍａｘ，ｍと表示している。これらβ＝βｋ−１及びβ＝βｋの２個の系列のデータを内部データとして保持し、これらの内部データから時刻Ｔにおける安全範囲を内装により求める。

図２１Ｄは、本発明に係る酸素燃焼ボイラの、支燃ガスを空気から再循環ガスと高純度酸素の混合ガスに切り替える過程の可視化の一例を表す。横軸及び縦軸の意味は、図２１Ｂと同様である。実線の閉曲線は、図２１Ｃの２個の系列のデータを含む内部データの実線の閉曲線に係る情報からβ＝β（Ｔ）における実線の閉曲線を内挿により求めたものである。○印のプロットＡ及びＣは、それぞれ前述の図４の状態（Ａ）及び状態（Ｃ）の変数Ｘ及び光計測型温度センサの出力信号の値に対応する。

曲線Ｂ３及びＢ４は、前述の状態（Ｂ）の変数Ｘ及び光計測型温度センサの出力信号の値の軌跡に対応する。曲線Ｂ３は、状態（Ａ）→（Ｃ）への変化の過程で光計測型温度センサの出力信号が実線の閉曲線をはみ出ない場合の一例を示す。即ち、光計測型温度センサの出力信号が安全範囲に入っている場合を示す。曲線Ｂ４は、状態（Ａ）→（Ｃ）への変化の過程で光計測型温度センサの出力信号が実線の閉曲線をはみ出る場合、即ち光計測型温度センサの出力信号が安全範囲を逸脱する場合の一例を示す。

その結果、図２１Ｄの曲線Ｂ４に示されるように、光計測型温度センサの出力信号が安全範囲を逸脱する時刻（曲線Ｂ４の軌跡が▽印に達する時刻）直後から、バーナ火炎異常の警告が表示される。即ち、光計測型温度センサの出力信号からバーナ火炎の異常を時間の遅れなく正しく監視記録できる。

実施例７のポイントは、試運転時の試験によって得た図２１Ａの安全範囲の情報を用いて、図２１Ｂのように実線の閉曲線に係る２次元データベースを作成し、２次元データベースを引用することにより光計測型温度センサの出力信号の安全範囲が支燃ガスの切り替えの過程において把握されていることにある。実施例７により、支燃ガスを空気から排ガスを含むガスへ安全かつ短時間で切り替えることが可能な酸素燃焼ボイラを提供できる。

次に、本発明の実施例８による、支燃ガスを空気から再循環排ガスと酸素を含むガスへ切り替える機構を有する酸素燃焼ボイラの一例（別法７）を示す。

図２２に、本発明に係る支燃ガスの切り替え機構を有する酸素燃焼ボイラの一例を示す。酸素供給系７０と再循環ガス供給系９０は混合機構９２によって連絡しており、複数のバーナ段への分岐点を経て空気供給系８０と合流し、バーナ１５０に接続されている。混合機構９２と、空気供給系８０との合流点との間には濃度測定器１６１、流量測定器１６２、上段、中段、及び下段バーナへの分岐点、流量調整弁９４、及び、前壁側及び後壁側のバーナへの分岐点が設けられている。

さらに、空気供給系８０との合流点とバーナ１５０との間には濃度測定器１６１、流量測定器１６２が設置されている。空気供給系８０との合流点に至るまでの空気供給系８０には、上段、中段、及び下段バーナへの分岐点、前壁側及び後壁側のバーナへの分岐点、及び、流量調整弁８３が設けられている。流量調整弁９４により、上段、中段、及び下段バーナ毎に、支燃ガスに含まれる再循環ガスと高純度酸素との混合ガスの割合を増減し、流量調整弁８３により、前壁側及び後壁側の上段、中段、及び下段バーナ毎に、支燃ガスに含まれる空気の割合を増減する。

即ち、上段、中段、及び下段バーナ毎のうちいずれか１段のバーナ毎に支燃ガスを、空気を主成分とするガスから再循環ガスと高純度酸素の混合ガスを主成分とするガスに切り替えることができる。流量調整弁８３、９４の調整は制御装置２００により制御される。

図２３Ａ、２３Ｂに本発明に係る、図２２の支燃ガス切り替え機構を有する酸素燃焼ボイラを利用した、支燃ガスの切り替え方法の一例を示す。図２２Ａには、上段及び中段バーナに主燃料として油が燃焼されている場合の支燃ガスの切り替え方法が例示されている。図２２Ａの状態（Ａ）では、上段及び中段バーナに油火炎（支燃ガス：空気）１２が、下段バーナに補助火炎１１が形成されており、流量調整弁９４によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量はゼロにされている。

この状態（Ａ）から、流量調整弁９４の操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３の操作によって空気の流量を減らすことによって、状態（Ｂ）のように上段バーナには油火炎（支燃ガス：空気と再循環ガスと酸素）１６が、中段バーナには油火炎（支燃ガス：空気）１２が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

さらにこの状態（Ｂ）から、流量調整弁９４の操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３の操作によって空気の流量をゼロにすることによって、状態（Ｃ）のように上段バーナには油火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１７が、中段バーナには油火炎（支燃ガス：空気）１２が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

図２３Ｂは、上段及び中段バーナに主燃料として石炭が燃焼されている場合の支燃ガスの切り替え方法が例示されている。図２３Ｂの状態（Ａ）では、上段及び中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、下段バーナには補助火炎１１が形成されており、流量調整弁９４によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量はゼロにされている。

この状態（Ａ）から、流量調整弁９４の操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３の操作によって空気の流量を減らすことによって、状態（Ｂ）のように上段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気と再循環ガスと酸素）１４が、中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、下段バーナには補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

さらにこの状態（Ｂ）から、流量調整弁９４の操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３の操作によって空気の流量をゼロにすることによって、状態（Ｃ）のように上段バーナには石炭火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１５が、中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

実施例８のポイントは、図２３Ａ及び図２３Ｂの状態（Ａ）のように主燃料の燃焼の支燃ガスの主成分が空気であるバーナが上下方向に隣接して２段形成されている状態から、隣接する２段のバーナのうち上側の段（上段）のバーナに再循環ガスを含むガスを導入する過程（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）においても直下の段（中段）のバーナに空気を支燃ガスとする火炎が形成されていることにある。その結果、直下の段（中段）のバーナ火炎からの加熱により、支燃ガス切り替え対象段のバーナ火炎の失火を回避できる。実施例８により、支燃ガスを空気から排ガスを含むガスへ安全かつ短時間で切り替えることが可能な酸素燃焼ボイラを提供できる。

次に、本発明の実施例９による、支燃ガスを空気から再循環排ガスと酸素を含むガスへ切り替える機構を有する酸素燃焼ボイラの一例（別法８）を示す。

図２４に、本発明に係る支燃ガスの切り替え機構を有する酸素燃焼ボイラの一例を示す。酸素供給系７０と再循環ガス供給系９０は混合機構９２によって連絡しており、複数のバーナ段への分岐点を経て空気供給系８０と合流し、バーナ１５０に接続されている。混合機構９２と、空気供給系８０との合流点との間には濃度測定器１６１、流量測定器１６２、上段、中段、及び下段バーナへの分岐点、流量調整弁９４、前壁側及び後壁側のバーナへの分岐点、及び流量調整弁９４が設けられている。さらに、空気供給系８０との合流点とバーナ１５０との間には濃度測定器１６１、流量測定器１６２が設置されている。空気供給系８０との合流点に至るまでの空気供給系８０には、上段、中段、及び下段バーナへの分岐点、前壁側及び後壁側のバーナへの分岐点、及び、流量調整弁８３が設けられている。

流量調整弁９４により、前壁側及び後壁側の上段、中段、及び下段バーナ毎に、支燃ガスに含まれる再循環ガスと高純度酸素との混合ガスの割合を増減し、流量調整弁８３により、前壁側及び後壁側の上段、中段、及び下段バーナ毎に、支燃ガスに含まれる空気の割合を増減する。即ち、前壁側及び後壁側の上段、中段、及び下段バーナ毎のうちいずれか１段のバーナ毎に支燃ガスを、空気を主成分とするガスから再循環ガスと高純度酸素の混合ガスを主成分とするガスに切り替えることができる。

図２５Ａ、図２５Ｂに、本発明に係る図２４の支燃ガス切り替え機構を有する酸素燃焼ボイラを利用した、支燃ガスの切り替え方法の一例を示す。

図２５Ａは、前壁側の上段バーナ及び前壁側及び後壁側の中段バーナに主燃料として油が燃焼されている場合の支燃ガスの切り替え方法が例示されている。図２５Ａの状態（Ａ）では、前壁側の上段バーナ及び前壁側及び後壁側の中段バーナに油火炎（支燃ガス：空気）１２が、前壁側及び後壁側の下段バーナに補助火炎１１が形成されており、かつ、後壁側の上段バーナが休止され流量調整弁９４によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量はゼロにされている。

この状態（Ａ）から、流量調整弁９４の操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３の操作によって空気の流量を減らすことによって、状態（Ｂ）のように前壁側の上段バーナには油火炎（支燃ガス：空気と再循環ガスと酸素）１６が、前壁側及び後壁側の中段バーナに油火炎（支燃ガス：空気）１２が、前壁側及び後壁側の下段バーナに補助火炎１１が形成されており、かつ、後壁側の上段バーナが休止されている状態へ変化させることができる。

さらにこの状態（Ｂ）から、流量調整弁９４の操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３の操作によって空気の流量をゼロにすることによって、状態（Ｃ）のように前壁側の上段バーナには油火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１７が、前壁側及び後壁側の中段バーナには油火炎（支燃ガス：空気）１２が、前壁側及び後壁側の下段バーナに補助火炎１１が形成されており、かつ、後壁側の上段バーナが休止されている状態へ変化させることができる。

図２５Ｂは、前壁側の上段バーナ及び前壁側及び後壁側の中段バーナに主燃料として石炭が燃焼されている場合の支燃ガスの切り替え方法が例示されている。図２５Ｂの状態（Ａ）では、前壁側の上段バーナ及び及び前壁側及び後壁側の中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、前壁側及び後壁側の下段バーナには補助火炎１１が形成されており、かつ、後壁側の上段バーナが休止されており、流量調整弁９４によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量はゼロにされている。

この状態（Ａ）から、流量調整弁９４の操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３の操作によって空気の流量を減らすことによって、状態（Ｂ）のように前壁側の上段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気と再循環ガスと酸素）１４が、前壁側及び後壁側の中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、前壁側及び後壁側の下段バーナには補助火炎１１が形成されており、かつ、後壁側の上段バーナが休止されている状態へ変化させることができる。

さらにこの状態（Ｂ）から、流量調整弁９４の操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３の操作によって空気の流量をゼロにすることによって、状態（Ｃ）のように前壁側の上段バーナには石炭火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１５が、前壁側及び後壁側の中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、前壁側及び後壁側の下段バーナに補助火炎１１が形成されており、かつ、後壁側の上段バーナが休止されている状態へ変化させることができる。

実施例９のポイントは、図２５Ａ及び図２５Ｂの状態（Ａ）のように主燃料の燃焼の支燃ガスの主成分が空気であるバーナが上下方向に隣接して２段形成され、かつ上側バーナの前壁側または後壁側のみが燃焼しているものにおいて、その状態から、隣接する２段のバーナのうち上側の段（上段）のバーナに再循環ガスを含むガスを導入する過程（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）においても直下の段（中段）のバーナに空気を支燃ガスとする火炎が形成されていることにある。その結果、直下の段（中段）のバーナ火炎からの加熱により、支燃ガス切り替え対象段のバーナ火炎の失火を回避できる。実施例９により、支燃ガスを空気から排ガスを含むガスへ安全かつ短時間で切り替えることが可能な酸素燃焼ボイラを提供できる。

次に、本発明の実施例１０による、支燃ガスを空気から再循環排ガスと酸素を含むガスへ切り替える機構を有する酸素燃焼ボイラの一例（別法９）を示す。実施例１０は、実施例８に比較して、各バーナ１５０に光計測型温度センサ１５１を取り付けたものである。

図２６Ａ、図２６Ｂに本発明に係る、図６〜図２１Ａ、２１Ｂのいずれかに記載のバーナ火炎監視記録方法を有し、かつ、図２２の支燃ガス切り替え機構を有する酸素燃焼ボイラを利用した、支燃ガスの切り替え方法の一例を示す。図２６Ａは、上段及び中段バーナに主燃料として油が燃焼されている場合の支燃ガスの切り替え方法が例示されている。本図の状態（Ａ）では、上段及び中段バーナに油火炎（支燃ガス：空気）１２が、下段バーナに補助火炎１１が形成されており、流量調整弁９４によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量はゼロにされている。

この状態（Ａ）から、流量調整弁９４の操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３の操作によって空気の流量を減らすことによって、状態（Ｂ）のように上段バーナには油火炎（支燃ガス：空気と再循環ガスと酸素）１６が、中段バーナには油火炎（支燃ガス：空気）１２が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

さらにこの状態（Ｂ）から、流量調整弁９４の操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３の操作によって空気の流量をゼロにすることによって、状態（Ｃ）のように上段バーナには油火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１７が、中段バーナには油火炎（支燃ガス：空気）１２が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

図２６Ｂは、上段及び中段バーナに主燃料として石炭が燃焼されている場合の支燃ガスの切り替え方法が例示されている。本図の状態（Ａ）では、上段及び中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、下段バーナには補助火炎１１が形成されており、流量調整弁９４によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量はゼロにされている。

この状態（Ａ）から、流量調整弁９４の操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３の操作によって空気の流量を減らすことによって、状態（Ｂ）のように上段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気と再循環ガスと酸素）１４が、中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、下段バーナには補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

さらにこの状態（Ｂ）から、流量調整弁９４の操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３の操作によって空気の流量をゼロにすることによって、状態（Ｃ）のように上段バーナには石炭火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１５が、中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

実施例１０のポイントは、バーナ火炎監視記録方法による制御とともに、図２６Ａ及び図２６Ｂの状態（Ａ）のように主燃料の燃焼の支燃ガスの主成分が空気であるバーナが上下方向に隣接して２段形成されている状態から、隣接する２段のバーナのうち上側の段（上段）のバーナに再循環ガスを含むガスを導入する過程（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）においても直下の段（中段）のバーナに空気を支燃ガスとする火炎が形成されていることにある。その結果、直下の段（中段）のバーナ火炎からの加熱により、支燃ガス切り替え対象段のバーナ火炎の失火を回避できる。実施例１０により、支燃ガスを空気から排ガスを含むガスへ安全かつ短時間で切り替えることが可能な酸素燃焼ボイラを提供できる。

次に、本発明の実施例１１による、支燃ガスを空気から再循環排ガスと酸素を含むガスへ切り替える機構を有する酸素燃焼ボイラの一例（別法１０）を示す。実施例１１は、実施例９に比較して、バーナ１５０に光計測型温度センサ１５１を取り付けたものである。

図２７Ａ、図２７Ｂに本発明に係る、図６〜図２１Ａ、２１Ｂのいずれかに記載のバーナ火炎監視記録方法を有し、かつ、図２４の支燃ガス切り替え機構を有する酸素燃焼ボイラを利用した、支燃ガスの切り替え方法の一例を示す。図２７Ａは、前壁側の上段バーナ及び前壁側及び後壁側の中段バーナに主燃料として油が燃焼されている場合の支燃ガスの切り替え方法が例示されている。本図の状態（Ａ）では、前壁側の上段バーナ及び前壁側及び後壁側の中段バーナに油火炎（支燃ガス：空気）１２が、前壁側及び後壁側の下段バーナに補助火炎１１が形成されており、かつ、後壁側の上段バーナが休止されており、流量調整弁９４によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量はゼロにされている。

この状態（Ａ）から、流量調整弁９４の操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３の操作によって空気の流量を減らすことによって、状態（Ｂ）のように前壁側の上段バーナには油火炎（支燃ガス：空気と再循環ガスと酸素）１６が、前壁側及び後壁側の中段バーナに油火炎（支燃ガス：空気）１２が、前壁側及び後壁側の下段バーナに補助火炎１１が形成されており、かつ、後壁側の上段バーナが休止されている状態へ変化させることができる。

さらにこの状態（Ｂ）から、流量調整弁９４の操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３の操作によって空気の流量をゼロにすることによって、状態（Ｃ）のように前壁側の上段バーナには油火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１７が、前壁側及び後壁側の中段バーナには油火炎（支燃ガス：空気）１２が、前壁側及び後壁側の下段バーナに補助火炎１１が形成されており、かつ、後壁側の上段バーナが休止されている状態へ変化させることができる。

図２７Ｂは、前壁側の上段バーナ及び前壁側及び後壁側の中段バーナに主燃料として石炭が燃焼されている場合の支燃ガスの切り替え方法が例示されている。図２７Ｂの状態（Ａ）では、前壁側の上段バーナ及び及び前壁側及び後壁側の中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、前壁側及び後壁側の下段バーナには補助火炎１１が形成されており、かつ、後壁側の上段バーナが休止されており、流量調整弁９４によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量はゼロにされている。

この状態（Ａ）から、流量調整弁９４の操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３の操作によって空気の流量を減らすことによって、状態（Ｂ）のように前壁側の上段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気と再循環ガスと酸素）１４が、前壁側及び後壁側の中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、前壁側及び後壁側の下段バーナには補助火炎１１が形成されており、かつ、後壁側の上段バーナが休止されている状態へ変化させることができる。

さらにこの状態（Ｂ）から、流量調整弁９４の操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３の操作によって空気の流量をゼロにすることによって、状態（Ｃ）のように前壁側の上段バーナには石炭火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１５が、前壁側及び後壁側の中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、前壁側及び後壁側の下段バーナに補助火炎１１が形成されており、かつ、後壁側の上段バーナが休止されている状態へ変化させることができる。

実施例１１のポイントは、バーナ火炎監視記録方法による制御とともに、図２７Ａ及び図２７Ｂの状態（Ａ）のように主燃料の燃焼の支燃ガスの主成分が空気であるバーナが上下方向に隣接して２段形成されている状態から、隣接する２段のバーナのうち上側の段（上段）のバーナに再循環ガスを含むガスを導入する過程（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）においても直下の段（中段）のバーナに空気を支燃ガスとする火炎が形成されていることにある。その結果、直下の段（中段）のバーナ火炎からの加熱により、支燃ガス切り替え対象段のバーナ火炎の失火を回避できる。実施例１１により、支燃ガスを空気から排ガスを含むガスへ安全かつ短時間で切り替えることが可能な酸素燃焼ボイラを提供できる。

次に、本発明の実施例１２による、支燃ガスを空気から再循環排ガスと酸素を含むガスへ切り替える機構を有する酸素燃焼ボイラの一例（別法１１）を示す。実施例１２、１３は、何れも同一段のバーナにおける燃焼制御方法を示す。

図２８に、本発明に係る支燃ガスの切り替え機構を有する酸素燃焼ボイラの一例を示す。酸素供給系７０と再循環ガス供給系９０は混合機構９２によって連絡しており、上段、中段及び下段のバーナ段への分岐点、流量調整弁９４、前壁側及び後壁側のバーナへの分岐点、別の流量調整弁９４ｂ、各バーナ個別への分岐点、及び、別の流量調整弁９４ｃを経て、空気供給系８０と合流し、バーナ１５０に接続されている。

混合機構９２と、空気供給系８０との合流点との間には濃度測定器１６１、流量測定器１６２、上段、中段及び下段のバーナ段への分岐点、流量調整弁９４、及び、前壁側及び後壁側のバーナへの分岐点に加えて、流量調整弁９４ｂ、各バーナ個別への分岐点、複数の流量調整弁９４ｃが設けられている。空気供給系８０との合流点とバーナ１５０との間には、濃度測定器１６１、流量測定器１６２が設置されている。空気供給系８０との合流点に至るまでの空気供給系８０には、前壁側及び後壁側のバーナへの分岐点、上段、中段及び下段バーナへの分岐点、流量調整弁８３、各バーナ個別への分岐点、及び、複数の流量調整弁８３ｂが設けられている。

流量調整弁９４及び９４ｂの操作により、前壁側及び後壁側の、上段、中段及び下段バーナの任意の１段のバーナ段毎に、支燃ガスに含まれる再循環ガスと高純度酸素との混合ガスの割合を増減でき、 流量調整弁８３及び８３ｂの操作により、前壁側及び後壁側の上段、中段、及び下段バーナの任意の１段のバーナ段の、任意の１個のバーナ個別に、支燃ガスに含まれる空気の割合を増減できる。

さらに、流量調整弁９４、９４ｂ及び９４ｃの操作により、前壁側及び後壁側の、上段、中段及び下段バーナの任意の１段のバーナ段の、任意の１個のバーナ個別に、支燃ガスに含まれる再循環ガスと高純度酸素との混合ガスの割合を増減できる。即ち、前壁側及び後壁側の、上段、中段及び下段バーナの任意の１段のバーナ段の、任意の１個のバーナ個別に、空気を主成分とするガスから再循環ガスと高純度酸素の混合ガスを主成分とするガスに、支燃ガスを切り替えることができる。

図２９Ａ、図２９Ｂに、本発明に係る、図２８の支燃ガス切り替え機構を有する酸素燃焼ボイラを利用した、支燃ガスの切り替え方法の一例を示す。図２９Ａの（ａ）〜（ｆ）には、前壁側の上段及び中段バーナに主燃料として油が燃焼されている場合の支燃ガスの切り替え方法が例示されている。

図２９Ａの（ａ）の状態では、上段及び中段バーナに油火炎（支燃ガス：空気）１２が、下段バーナに補助火炎１１が形成されており、流量調整弁９４、９４ｂ及び９４ｃによって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量はゼロにされている。

この状態から、流量調整弁９４、９４ｂ及び９４ｃの操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３及び８３ｂの操作によって空気の流量を減らし、（ｂ）のように上段バーナの左から１番目には油火炎（支燃ガス：空気と再循環ガスと酸素）１６が、中段バーナには油火炎（支燃ガス：空気）１２が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

さらにこの状態から、流量調整弁９４、９４ｂ及び９４ｃの操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３及び８３ｂの操作によって空気の流量をゼロにすることによって、（ｃ）のように上段バーナの左から１番目には油火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１７が、中段バーナには油火炎（支燃ガス：空気）１２が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

図２９Ａの（ａ）→（ｂ）→（ｃ）のように、上段バーナの左から順にバーナ１個ずつ支燃ガスの切り替えを進め、（ｄ）のように上段バーナの左から１〜５番目のバーナには油火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１７が形成された状態にすることができる。

この状態から、流量調整弁９４、９４ｂ及び９４ｃの操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３及び８３ｂの操作によって空気の流量を減らし、（ｅ）のように上段バーナの左から１〜５番目のバーナには油火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１７が形成され、上段バーナの左から６番目のバーナには油火炎（支燃ガス：空気と再循環ガスと酸素）１６が形成され、中段バーナには油火炎（支燃ガス：空気）１２が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

さらにこの状態から、流量調整弁９４、９４ｂ及び９４ｃの操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３及び８３ｂの操作によって空気の流量をゼロにすることによって、最終的に（ｆ）のように上段バーナには油火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１７が、中段バーナには油火炎（支燃ガス：空気）１２が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

図２９Ｂ（ｇ）〜（Ｌ）には、前壁側の上段及び中段バーナに主燃料として石炭が燃焼されている場合の支燃ガスの切り替え方法が例示されている。図２９Ｂ（ｇ）の状態では、上段及び中段バーナに石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、下段バーナに補助火炎１１が形成されており、流量調整弁９４、９４ｂ及び９４ｃによって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量はゼロにされている。

この状態から、流量調整弁９４、９４ｂ及び９４ｃの操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３及び８３ｂの操作によって空気の流量を減らし、本図（ｈ）のように上段バーナの左から１番目には石炭 （支燃ガス：空気と再循環ガスと酸素）１４が、中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

さらにこの状態から、流量調整弁９４、９４ｂ及び９４ｃの操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３及び８３ｂの操作によって空気の流量をゼロにすることによって、図２９Ｂ（ｉ）のように上段バーナの左から１番目には石炭火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１５が、中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

図２９Ｂの（ｇ）→（ｈ）→（ｉ）のように、上段バーナの左から順にバーナ１個ずつ支燃ガスの切り替えを進め、（ｊ）のように上段バーナの左から１〜５番目のバーナには石炭火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１５が形成された状態にすることができる。

この状態から、流量調整弁９４、９４ｂ及び９４ｃの操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３及び８３ｂの操作によって空気の流量を減らし、（ｋ）のように上段バーナの左から１〜５番目のバーナには石炭火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１５が形成され、上段バーナの左から６番目のバーナには石炭火炎（支燃ガス：空気と再循環ガスと酸素）１４が形成され、中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

さらにこの状態から、流量調整弁９４、９４ｂ及び９４ｃの操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３及び８３ｂの操作によって空気の流量をゼロにすることによって、（Ｌ）のように上段バーナには石炭火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１５が、中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

実施例１２の第１のポイントは、図２９Ａの（ａ）及び図２９Ｂの（ｇ）の状態のように主燃料の燃焼の支燃ガスの主成分が空気であるバーナが、上下方向に隣接して２段形成されている状態から、隣接する２段のバーナのうち上側の段（上段）のバーナに再循環ガスを含むガスを導入する過程である、図２９Ａの（ａ）→（ｆ）または図２９Ｂの（ｇ）→（Ｌ）においても、直下の段（中段）のバーナに空気を支燃ガスとする火炎が形成されていることにある。

実施例１２の第２のポイントは、図２９Ａの（ａ）及び図２９Ｂの（ｇ）の状態のように主燃料の燃焼の支燃ガスの主成分が空気であるバーナが、上下方向に隣接して２段形成されている状態から、隣接する２段のバーナのうち上側の段（上段）のバーナのうちの任意の１個のバーナ個別に再循環ガスを含むガスを導入する過程（ａ）→（ｃ）または（ｇ）→（ｉ）のように、失火のリスクがある支燃ガスの切り替えバーナの個数を少なくできることにある。その結果、直下の段（中段）のバーナ火炎からの加熱により、支燃ガス切り替え対象段のバーナ火炎の失火を回避でき、かつ、失火のリスクを低くできる。実施例１２により、支燃ガスを空気から排ガスを含むガスへ安全かつ短時間で切り替えることが可能な酸素燃焼ボイラを提供できる。

次に、本発明の実施例１３による、支燃ガスを空気から再循環排ガスと酸素を含むガスへ切り替える機構を有する酸素燃焼ボイラの一例（別法１２）を示す。

図３０に、本発明に係る支燃ガスの切り替え機構を有する酸素燃焼ボイラの一例を示す。酸素供給系７０と再循環ガス供給系９０は混合機構９２によって連絡しており、上段、中段及び下段のバーナ段への分岐点、流量調整弁９４、前壁側及び後壁側のバーナへの分岐点及び別の流量調整弁９４ｂを経て、最も火炉室の幅方向の中央に近いバーナ個別へ通じる経路では空気供給系８０と合流し、最も火炉室の幅方向の中央に近いバーナを除くバーナへ通じる経路ではさらに、別の流量調整弁９４ｃ、及び、各バーナ個別への分岐点を経て空気供給系８０と合流し、バーナ１５０に接続されている。

混合機構９２と、空気供給系８０との合流点との間には濃度測定器１６１、流量測定器１６２、上段、中段及び下段のバーナ段への分岐点、流量調整弁９４、前壁側及び後壁側のバーナへの分岐点に加えて、流量調整弁９４ｂ、最も火炉室の幅方向の中央に近いバーナを除くバーナへ通じる経路では単独の流量調整弁９４ｃ、及び、各バーナ個別への分岐点が設けられている。空気供給系８０との合流点とバーナ１５０との間には、濃度測定器１６１、流量測定器１６２が設置されている。空気供給系８０との合流点に至るまでの空気供給系８０には、前壁側及び後壁側のバーナへの分岐点、上段、中段及び下段バーナへの分岐点、流量調整弁８３、各バーナ個別への分岐点、及び、複数の流量調整弁８３ｂが設けられている。

流量調整弁９４及び９４ｂの操作により、前壁側及び後壁側の、上段、中段及び下段バーナの、最も火炉室の幅方向の中央に近いバーナ個別に、支燃ガスに含まれる再循環ガスと高純度酸素との混合ガスの割合を増減でき、流量調整弁８３及び８３ｂの操作により、前壁側及び後壁側の上段、中段、及び下段バーナの任意の１段のバーナ段の、任意の１個のバーナ個別に、支燃ガスに含まれる空気の割合を増減できる。

さらに、流量調整弁９４、９４ｂ及び９４ｃの操作により、前壁側及び後壁側の、上段、中段及び下段バーナの任意の１段のバーナ段の、最も火炉室の幅方向の中央に近いバーナを除くバーナ一括で、支燃ガスに含まれる再循環ガスと高純度酸素との混合ガスの割合を増減できる。即ち、前壁側及び後壁側の、上段、中段及び下段バーナの任意の１段のバーナ段の、最も火炉室の幅方向の中央に近いバーナ個別に、空気を主成分とするガスから再循環ガスと高純度酸素の混合ガスを主成分とするガスに、支燃ガスを切り替えることができる。

図３１Ａ、図３１Ｂに、本発明に係る、図３０の支燃ガス切り替え機構を有する酸素燃焼ボイラを利用した、支燃ガスの切り替え方法の一例を示す。図３１Ａ（ａ）〜（ｅ）には、前壁側の上段及び中段バーナに主燃料として油が燃焼されている場合の支燃ガスの切り替え方法が例示されている。（ａ）の状態では、上段及び中段バーナに油火炎（支燃ガス：空気）１２が、下段バーナに補助火炎１１が形成されており、流量調整弁９４、９４ｂ及び９４ｃによって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量はゼロにされている。

この状態から、流量調整弁９４及び９４ｂの操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３及び８３ｂの操作によって空気の流量を減らし、（ｂ）のように上段バーナの、最も火炉室の幅方向の中央に近いバーナには油（支燃ガス：空気と再循環ガスと酸素）１６が、中段バーナには油火炎（支燃ガス：空気）１２が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

さらにこの状態から、流量調整弁９４及び９４ｂの操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３及び８３ｂの操作によって空気の流量をゼロにすることによって、（ｃ）のように上段バーナの、最も火炉室の幅方向の中央に近いバーナには油火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１７が、中段バーナには油火炎（支燃ガス：空気）１２が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

この状態から、流量調整弁９４、９４ｂ及び９４ｃの操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３及び８３ｂの操作によって空気の流量を減らし、（ｄ）のように上段バーナの、最も火炉室の幅方向の中央に近いバーナには油火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１７が、最も火炉室の幅方向の中央に近いバーナを除くバーナには油火炎（支燃ガス：空気と再循環ガスと酸素）１６が形成され、中段バーナには油火炎（支燃ガス：空気）１２が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。さらにこの状態から、流量調整弁９４、９４ｂ及び９４ｃの操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３及び８３ｂの操作によって空気の流量をゼロにすることによって、（ｅ）のように上段バーナには油火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１７が、中段バーナには油火炎（支燃ガス：空気）１２が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

図３１Ｂ（ｆ）〜（ｊ）には、前壁側の上段及び中段バーナに主燃料として石炭が燃焼されている場合の支燃ガスの切り替え方法が例示されている。（ｆ）の状態では、上段及び中段バーナに石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、下段バーナに補助火炎１１が形成されており、流量調整弁９４、９４ｂ及び９４ｃによって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量はゼロにされている。

この状態から、流量調整弁９４及び９４ｂの操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３及び８３ｂの操作によって空気の流量を減らし、（ｇ）のように上段バーナの、最も火炉室の幅方向の中央に近いバーナには石炭（支燃ガス：空気と再循環ガスと酸素）１４が、中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

さらにこの状態から、流量調整弁９４及び９４ｂの操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３及び８３ｂの操作によって空気の流量をゼロにすることによって、（ｈ）のように上段バーナの、最も火炉室の幅方向の中央に近いバーナには石炭火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１５が、中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

この状態から、流量調整弁９４、９４ｂ及び９４ｃの操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３及び８３ｂの操作によって空気の流量を減らし、（ｉ）のように上段バーナの、最も火炉室の幅方向の中央に近いバーナには石炭火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１５が形成され、上段バーナの最も火炉室の幅方向の中央に近いバーナを除くバーナには石炭火炎（支燃ガス：空気と再循環ガスと酸素）１４が形成され、中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

さらにこの状態から、流量調整弁９４、９４ｂ及び９４ｃの操作によって再循環ガスと高純度酸素の混合ガスの流量を増やし、あるいは、流量調整弁８３及び８３ｂの操作によって空気の流量をゼロにすることによって、（ｊ）のように上段バーナには石炭火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）１５が、中段バーナには石炭火炎（支燃ガス：空気）１３が、下段バーナに補助火炎１１が形成されている状態へ変化させることができる。

実施例１３の第１のポイントは、図３１Ａ（ａ）及び図３１Ｂ（ｆ）の状態のように主燃料の燃焼の支燃ガスの主成分が空気であるバーナが、上下方向に隣接して２段形成されている状態から、隣接する２段のバーナのうち上側の段（上段）のバーナに再循環ガスを含むガスを導入する過程図３１Ａ（ａ）→（ｅ）または図３１Ｂ（ｆ）→（ｊ）においても、直下の段（中段）のバーナに空気を支燃ガスとする火炎が形成されていることにある。

実施例１３の第２のポイントは、図３１Ａ（ａ）及び図３１Ｂ（ｆ）の状態のように主燃料の燃焼の支燃ガスの主成分が空気であるバーナが、上下方向に隣接して２段形成されている状態から、隣接する２段のバーナのうち上側の段（上段）のバーナのうちの、最も火炉室の幅方向の中央に近いバーナ個別に再循環ガスを含むガスを導入する過程（ａ）→（ｃ）または（ｆ）→（ｈ）のように、失火のリスクがある支燃ガスの切り替えバーナの個数を少なくでき、かつ、支燃ガスの切り替え対象のバーナの直下及び左右のバーナには空気を支燃ガスとする火炎が形成されていることにある。その結果、直下の段（中段）または同じ段の左右のバーナ火炎からの加熱により、支燃ガス切り替え対象段のバーナ火炎の失火を回避でき、かつ、失火のリスクを低くできる。実施例１３により、支燃ガスを空気から排ガスを含むガスへ安全かつ短時間で切り替えることが可能な酸素燃焼ボイラを提供できる。

本発明で、最も安全かつ短時間で、酸素燃焼ボイラの支燃ガスを空気から排ガスを含むガスへ切り替えることができるのは、図６、図１８及び図１９Ａ〜１９Ｄで述べた支燃ガス切り替え時のバーナ火炎監視記録機構を有し、かつ、図３０及び図３１Ａ、図３１Ｂで述べた支燃ガス切り替え機構を有する酸素燃焼ボイラ（別法５と別法１２の組み合わせ）である。

本発明により、酸素燃焼ボイラの起動時においても排ガス中の二酸化炭素の濃度を高められる。そのまま排ガスを冷却して二酸化炭素を液化・分離することが可能であり、二酸化炭素の回収が容易な、酸素燃焼ボイラを提供することができる。

１・・・酸素燃焼ボイラシステム
１１・・・補助火炎
１２・・・油火炎（支燃ガス：空気）
１３・・・石炭火炎（支燃ガス：空気）
１４・・・石炭火炎（支燃ガス：空気と再循環ガスと酸素）
１５・・・石炭火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）
１６・・・油火炎（支燃ガス：空気と再循環ガスと酸素）
１７・・・油火炎（支燃ガス：再循環ガスと酸素）
３０・・・油供給系
６０・・・１次ガス供給系
６１・・・空気輸送管
６２・・・ミル
６３・・・微粉炭搬送管
７０・・・酸素供給系
７１・・・送風機
８０・・・２次空気供給系
８１・・・空気搬送管
８３・・・流量調整弁
８３ｂ・・・流量調整弁
９０・・・再循環ガス供給系
９１・・・再循環ガス調整弁
９３・・・再循環ガス輸送管
９４・・・流量調整弁
９４ｂ・・・流量調整弁
９４ｃ・・・流量調整弁
９９・・・排ガス
１００・・・火炉室
１０３・・・排ガス輸送管
１０７・・・排ガス処理装置
１５０・・・バーナ
１５１・・・光計測型温度センサ
１５２・・・接触型温度センサ
１５５・・・油バーナノズル
１５６・・・１次ガスノズル
１５７・・・２次ガスノズル
１６１・・・濃度測定器
１６２・・・流量測定器
２００・・・制御装置
２０１・・・ボイラ状態検出手段
２０２・・・ボイラ燃焼情報記録装置
２０３・・・センサレベル修正手段
２０４・・・燃焼制御手段

Claims (21)

1. 火炉室に設けた複数段のバーナに、油、可燃ガスまたは微粉炭のうち少なくとも一つを主燃料として火炎を発生させ燃焼させる燃料供給系と、前記バーナに高純度酸素を供給する酸素供給系と、前記バーナに空気を供給する空気供給系と、前記バーナの燃焼により発生した排ガスの一部を再循環ガスとして戻し高純度酸素を混合する混合機構と、前記排ガス中からＣＯ_２を回収する排ガス処理装置と、バーナ火炎を監視記録する光計測型温度センサを有し、前記混合機構により混合された再循環ガスと高純度酸素の混合ガスを前記主燃料を燃焼させる支燃ガスとして使用し、前記支燃ガスの成分を空気から前記再循環ガスと高純度酸素の混合ガスに切り替える酸素燃焼ボイラにおいて、
   前記光計測型温度センサの出力信号の、上警報レベルまたは下警報レベルのうち少なくとも一つを、支燃ガスのＣＯ_２濃度またはＨ_２Ｏ濃度の変化に基づくバーナふく射吸収量に応じて変化させる制御装置を有することを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
2. 請求項１に記載された酸素燃焼ボイラにおいて、前記制御装置は、前記光計測型温度センサを含むボイラ状態検出手段と、あらかじめ取得したバーナ火炎からのふく射を吸収するガス濃度と、これに対応したバーナ火炎のふく射吸収量を含むボイラ燃焼情報を記録するボイラ状態情報記録手段と、前記ボイラ燃焼情報に基づいて前記光計測型温度センサの警報レベルを修正するセンサレベル修正手段と、酸素燃焼ボイラの燃焼を制御する燃焼制御手段を有することを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
3. 請求項１または２に記載の酸素燃焼ボイラにおいて、前記光計測型温度センサの出力信号の、上警報レベルまたは下警報レベルのうち少なくとも一つを、前記支燃ガスのＣＯ_２濃度またはＨ_２Ｏ濃度の変化、及びバーナ火炎の形成と相関を持つ量の変化に応じて変化させる制御装置を有することを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
4. 請求項３に記載の酸素燃焼ボイラにおいて、前記バーナ火炎の形成と相関を持つ量を、支燃ガスの酸素濃度としたことを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
5. 請求項３に記載の酸素燃焼ボイラにおいて、前記バーナ火炎の形成と相関する量を、前記バーナ周囲のガスの酸素比としたことを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の酸素燃焼ボイラにおいて、あらかじめ支燃ガスのＣＯ_２濃度を変化させた試験により取得した、バーナ火炎による熱損傷が生じずかつバーナ火炎が失火しない光計測型温度センサの出力信号範囲を安全範囲情報として前記制御装置に記録し、前記安全範囲から光計測型温度センサの出力信号が逸脱した場合に、バーナ火炎異常の警告を出力することを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
7. 請求項６に記載の酸素燃焼ボイラにおいて、あらかじめ支燃ガスのＣＯ_２濃度と酸素濃度とを独立して変化させて取得した前記安全範囲情報を、ＣＯ_２濃度と酸素濃度に関する情報として前記制御装置に記録することを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
8. 請求項６に記載の酸素燃焼ボイラにおいて、あらかじめ支燃ガスのＣＯ_２濃度とバーナ周囲のガスの酸素比とを独立して変化させて取得した前記安全範囲情報を、ＣＯ_２濃度とバーナ周囲のガスの酸素比に関する情報として前記制御装置に記録することを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の酸素燃焼ボイラにおいて、前記バーナ段のうち各バーナ段毎に、支燃ガスを空気を主成分とするガスから再循環ガスと高純度酸素の混合ガスを主成分とするガスに切り替える制御装置を有することを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
10. 請求項９に記載の酸素燃焼ボイラにおいて、前記バーナ段のうちの少なくとも１段のバーナ段の個別バーナ毎に、支燃ガスを空気を主成分とするガスから再循環ガスと高純度酸素の混合ガスを主成分とするガスに切り替える制御装置を有することを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
11. 請求項９または１０のいずれかに記載の酸素燃焼ボイラにおいて、前記バーナ段のうちの少なくとも１段のバーナ段の、最も火炉室の幅方向の中央に近い１個のバーナ毎に、支燃ガスを空気を主成分とするガスから再循環ガスと高純度酸素の混合ガスを主成分とするガスに切り替える制御装置を有することを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
12. 火炉室に設けた複数段のバーナに、油、可燃ガスまたは微粉炭のうち少なくとも一つを主燃料として火炎を発生させ燃焼させる燃料供給系と、前記バーナに高純度酸素を供給する酸素供給系と、前記バーナに空気を供給する空気供給系と、前記バーナの燃焼により発生した排ガスの一部を再循環ガスとして戻し高純度酸素を混合する混合機構と、前記排ガス中からＣＯ_２を回収する排ガス処理装置と、バーナ火炎を監視記録する光計測型温度センサを有し、前記混合機構により混合された再循環ガスと高純度酸素の混合ガスを前記主燃料を燃焼させる支燃ガスとして使用し、前記支燃ガスの成分を空気から前記再循環ガスと高純度酸素の混合ガスに切り替える酸素燃焼ボイラの制御方法において、
    前記光計測型温度センサの出力信号の、上警報レベルまたは下警報レベルのうち少なくとも一つを、支燃ガスのＣＯ_２濃度またはＨ_２Ｏ濃度の変化に基づくバーナふく射吸収量に応じて変化させることを特徴とする酸素燃焼ボイラの制御方法。
13. 請求項１２に記載の酸素燃焼ボイラの制御方法において、前記光計測型温度センサの出力信号の、上警報レベルまたは下警報レベルのうち少なくとも一つを、前記支燃ガスのＣＯ_２濃度またはＨ_２Ｏ濃度の変化、及びバーナ火炎の形成と相関を持つ量の変化に応じて変化させることを特徴とする酸素燃焼ボイラの制御方法。
14. 請求項１３に記載の酸素燃焼ボイラの制御方法において、前記バーナ火炎の形成と相関を持つ量を、支燃ガスの酸素濃度としたことを特徴とする酸素燃焼ボイラの制御方法。
15. 請求項１３に記載の酸素燃焼ボイラの制御方法において、前記バーナ火炎の形成と相関する量を、前記バーナ周囲のガスの酸素比としたことを特徴とする酸素燃焼ボイラの制御方法。
16. 請求項１２乃至１５のいずれかに記載の酸素燃焼ボイラの制御方法において、あらかじめ支燃ガスのＣＯ_２濃度を変化させた試験により取得した、バーナ火炎による熱損傷が生じずかつバーナ火炎が失火しない光計測型温度センサの出力信号範囲を安全範囲情報とし、前記安全範囲から光計測型温度センサの出力信号が逸脱した場合に、バーナ火炎異常の警告を出力することを特徴とする酸素燃焼ボイラの制御方法。
17. 請求項１６に記載の酸素燃焼ボイラの制御方法において、前記安全範囲情報として、あらかじめ支燃ガスのＣＯ_２濃度と酸素濃度とを独立して変化させて取得した安全範囲情報を用いることを特徴とする酸素燃焼ボイラの制御方法。
18. 請求項１６に記載の酸素燃焼ボイラの制御方法において、前記安全範囲情報として、あらかじめ支燃ガスのＣＯ_２濃度とバーナ周囲のガスの酸素比とを独立して変化させて取得した安全範囲情報を用いることを特徴とする酸素燃焼ボイラの制御方法。
19. 請求項１２乃至１８のいずれかに記載の酸素燃焼ボイラの制御方法において、前記バーナ段のうち各バーナ段毎に、支燃ガスを空気を主成分とするガスから再循環ガスと高純度酸素の混合ガスを主成分とするガスに切り替えることを特徴とする酸素燃焼ボイラの制御方法。
20. 請求項１９に記載の酸素燃焼ボイラの制御方法において、前記バーナ段のうちの少なくとも１段のバーナ段の個別バーナ毎に、支燃ガスを空気を主成分とするガスから再循環ガスと高純度酸素の混合ガスを主成分とするガスに切り替えることを特徴とする酸素燃焼ボイラの制御方法。
21. 請求項１９または２０のいずれかに記載の酸素燃焼ボイラの制御方法において、前記バーナ段のうちの少なくとも１段のバーナ段の、最も火炉室の幅方向の中央に近い１個のバーナ毎に、支燃ガスを空気を主成分とするガスから再循環ガスと高純度酸素の混合ガスを主成分とするガスに切り替えることを特徴とする酸素燃焼ボイラの制御方法。

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