JP5854620B2 - ボイラ及びボイラの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体燃料と空気を燃焼させることで蒸気を生成するボイラ、並びに、ボイラの運転方法に関するものである。

例えば、従来の微粉炭焚きボイラは、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燃焼バーナが周方向に沿って配設されると共に、上下方向に複数段にわたって配置されている。この燃焼バーナは、石炭が粉砕された微粉炭（燃料）と１次空気との混合気が供給されると共に、高温の２次空気が供給され、この混合気と２次空気を火炉内に吹き込むことで火炎を形成し、この火炉内で燃焼可能となっている。そして、この火炉は、上部に煙道が連結され、この煙道に排ガスの熱を回収するための過熱器、再熱器、節炭器などが設けられており、火炉での燃焼により発生した排ガスと水との間で熱交換が行われ、蒸気を生成することができる。

ところで、このような微粉炭焚きボイラでは、固体燃料として微粉炭（石炭）を使用している。この場合、石炭は、水分や揮発分を含んでおり、その種類によって水分量がばらついている。そのため、石炭に含まれる水分や揮発分に応じたボイラの運転制御が必要となる。

石炭の揮発分を考慮したボイラの運転制御としては、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。特許文献１に記載された微粉炭バーナおよびこれを用いたボイラは、微粉炭と搬送空気との微粉炭混合気を噴出する微粉炭混合気通路と、微粉炭の揮発分放出に有効な高温で低酸素濃度である高温ガスを噴出する高温ガス供給通路を設けたものである。また、特許文献２に記載された石炭焚きボイラ装置は、微粉炭を石炭焚きボイラに送給する１次空気の温度を検出する温度検出器と、１次空気の温度を調整する１次空気温度調整手段と、温度検出器の検出結果を基に１次空気が所定温度となる様に１次空気温度調整手段を制御する制御装置とを設けたものである。

特開２００６−０５７９０３号公報 特開２００８−１４５００７号公報

上述した従来のボイラにあっては、いずれも微粉炭を加熱することで、水分や揮発分を調整してから火炉内で燃焼させている。この場合、ボイラの運転出力に基づいて運転パラメータを調整するしかなく、石炭の性状から直接運転パラメータを設定することが困難である。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、固体燃料及びこの固体燃料に含有する揮発分を適正に燃焼して運転効率の向上を図るボイラ及びボイラの運転方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のボイラは、固体燃料と空気を燃焼させる火炉と、該火炉内で熱交換を行って熱を回収する熱交換器と、前記火炉に固体燃料と１次空気とを混合した燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズルと、前記火炉に該燃料ノズルの外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズルと、前記火炉における前記燃料ノズル及び前記２次空気ノズルより上方に追加空気を吹き込み可能な追加空気ノズルと、前記燃料ノズルと前記２次空気ノズルと前記追加空気ノズルへ供給する空気量を調整可能な空気量調整装置と、固体燃料の揮発分に応じて前記空気量調整装置を制御する制御装置と、を備えることを特徴とするものである。

従って、制御装置は、固体燃料の揮発分に応じて空気量調整装置を制御し、この空気量調整装置は、燃料ノズルと２次空気ノズルと追加空気ノズルへ供給する空気量を調整することで、固体燃料の揮発分に応じて１次空気量、２次空気量、追加空気量が調整されることとなり、固体燃料の揮発分を適正に燃焼することができると共に、固体燃料を適正に燃焼することができ、ＮＯｘや未燃分の発生を抑制してボイラ運転効率の向上を図ることができる。

本発明のボイラでは、前記制御装置は、固体燃料の揮発分に応じて前記空気量調整装置を制御し、１次空気と２次空気との合計空気量と、追加空気の空気量との配分を調整することを特徴としている。

従って、１次空気と２次空気との合計空気量が固体燃料の揮発分を燃焼させるために必要な空気量であり、固体燃料の揮発分に応じて１次空気と２次空気との合計空気量を変更することで、固体燃料の揮発分を適正に燃焼することができる。

本発明のボイラでは、前記火炉に前記２次空気ノズルの外側から３次空気を吹き込み可能な３次空気ノズルを設け、前記制御装置は、固体燃料の揮発分に応じて前記空気量調整装置を制御し、１次空気と２次空気との合計空気量と、３次空気と追加空気との合計空気量との配分を調整することを特徴としている。

従って、１次空気と２次空気との合計空気量を変更することで、固体燃料の揮発分を適正に燃焼することができる。

本発明のボイラでは、前記制御装置は、前記空気量調整装置を制御し、１次空気量と追加空気量を予め設定された所定の空気量とし、固体燃料の揮発分に応じて２次空気と３次空気との配分を調整することを特徴としている。

従って、１次空気は、固体燃料を搬送するための搬送用空気であり、追加空気は、固体燃料の燃焼を完結させてＮＯｘの発生を抑制するものであることから、これらを所定の空気量とし、固体燃料の揮発分に応じて２次空気と３次空気との配分を調整することで、所定の燃空比を維持しながら、固体燃料とその揮発分を適正に燃焼することができる。

本発明のボイラでは、前記制御装置は、固体燃料の揮発分が増加すると、２次空気の配分を増加することを特徴としている。

従って、２次空気は燃料ガスと混合して固体燃料を燃焼させるための燃焼用空気であることから、固体燃料の揮発分が増加すると、２次空気の配分を増加することで、固体燃料とその揮発分を適正に燃焼することができる。

また、本発明のボイラの運転方法は、固体燃料と空気を燃焼させる火炉と、該火炉内で熱交換を行って熱を回収する熱交換器と、前記火炉に固体燃料と１次空気とを混合した燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズルと、前記火炉に該燃料ノズルの外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズルと、前記火炉における前記燃料ノズル及び前記２次空気ノズルより上方に追加空気を吹き込み可能な追加空気ノズルと、を備えるボイラにおいて、固体燃料の揮発分に応じて２次空気と３次空気との配分を調整する、ことを特徴とするものである。

従って、固体燃料の揮発分に応じて２次空気と３次空気との配分を調整することで、固体燃料の揮発分を適正に燃焼することができると共に、固体燃料を適正に燃焼することができ、ＮＯｘや未燃分の発生を抑制してボイラ運転効率の向上を図ることができる。

本発明のボイラの運転方法では、固体燃料の揮発分が増加すると２次空気の配分を増加することを特徴としている。

従って、２次空気は燃料ガスと混合して固体燃料を燃焼させるための燃焼用空気であることから、固体燃料の揮発分が増加すると、２次空気の配分を増加することで、固体燃料とその揮発分を適正に燃焼することができる。

本発明のボイラ及びボイラの運転方法によれば、固体燃料の揮発分に応じて２次空気、３次空気、追加空気などの配分を調整するので、固体燃料及びこの固体燃料に含有する揮発分を適正に燃焼して運転効率の向上を図ることができる。

図１は、本発明の一実施例に係るボイラとしての微粉炭焚きボイラを表す概略構成図である。 図２は、本実施例の微粉炭焚きボイラにおける燃焼バーナを表す平面図である。 図３は、本実施例の燃焼バーナを表す正面図である。 図４は、本実施例の燃焼バーナを表す断面図である。 図５は、１次空気及び２次空気に対するＮＯｘ発生量及び未燃分発生量を表すグラフである。

以下に添付図面を参照して、本発明のボイラ及びボイラの運転方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本発明の一実施例に係るボイラとしての微粉炭焚きボイラを表す概略構成図、図２は、本実施例の微粉炭焚きボイラにおける燃焼バーナを表す平面図、図３は、本実施例の燃焼バーナを表す正面図、図４は、本実施例の燃焼バーナを表す断面図、図５は、１次空気及び２次空気に対するＮＯｘ発生量及び未燃分発生量を表すグラフである。

本実施例の燃焼バーナが適用された微粉炭焚きボイラは、石炭を粉砕した微粉炭を固体燃料として用い、この微粉炭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ボイラである。

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を構成する火炉壁の下部に燃焼装置１２が設けられている。

燃焼装置１２は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を有している。本実施例にて、この燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、周方向に沿って４個均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って５セット、つまり、５段配置されている。

そして、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、搬送空気（１次空気）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。

また、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。更に、火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置より上方にアディショナル空気ノズル３９が設けられており、このアディショナル空気ノズル３９に空気ダクト３７から分岐した分岐空気ダクト４０の端部が連結されている。従って、送風機３８により送られた燃焼用空気（２次空気、３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と共に、分岐空気ダクト４０からアディショナル空気ノズル３９に供給することができる。

そのため、燃焼装置１２にて、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭と１次空気とを混合した微粉燃料混合気（燃料ガス）を火炉１１内に吹き込み可能であると共に、２次空気及び３次空気を火炉１１内に吹き込み可能となっており、図示しない点火トーチにより微粉燃料混合気に点火することで、火炎を形成することができる。

また、微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０は、微粉燃料混合気量を調整可能な流量調整弁４１，４２，４３，４４，４５が設けられ、空気ダクト３７は、燃焼用空気（２次空気、３次空気）量を調整可能な流量調整弁４６が設けられ、分岐空気ダクト４０は、追加空気量を調整可能な流量調整弁４７が設けられている。そして、制御装置４８は、各流量調整弁４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７の開度を調整可能となっている。この場合、微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０に流量調整弁４１，４２，４３，４４，４５を設けなくてもよい。

なお、一般的に、ボイラの起動時には、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、油燃料を火炉１１内に噴射して火炎を形成している。

火炉１１は、上部に煙道５０が連結されており、この煙道５０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）５１，５２、再熱器５３，５４、節炭器（エコノマイザ）５５，５６，５７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５０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５８が連結されている。この排ガス管５８は、空気ダクト５７との間にエアヒータ５９が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、排ガス管５８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。

なお、排ガス管５８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。

従って、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に供給されると共に、分岐空気ダクト４０からアディショナル空気ノズル３９に供給される。すると、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込み、このときに着火することで火炎を形成することができる。また、アディショナル空気ノズル３９は、追加空気を火炉１１に吹き込み、燃焼制御を行うことができる。この火炉１１では、微粉燃料混合気と燃焼用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５０に排出される。

なお、火炉１１では、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。そして、微粉炭の燃焼により発生したＮＯｘが火炉１１で還元され、その後、追加空気（アディショナルエア）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。

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５５，５６，５７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５１，５２に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器５１，５２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５３，５４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５０の節炭器５５，５６，５７を通過した排ガスは、排ガス管５８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。

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つの壁面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の各壁面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を吹き込むと共に、その微粉燃料混合気の外側に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。

このように構成された燃焼バーナ２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）にて、図３及び図４に示すように、中心側から燃料ノズル６１と、２次空気ノズル６２と、３次空気ノズル６３とが設けられると共に、保炎器６４が設けられている。燃料ノズル６１は、微粉炭（固体燃料）と搬送用空気（１次空気）とを混合した燃料ガス（微粉燃料混合気）を吹き込み可能なものである。２次空気ノズル６２は、第１ノズル６１の外側に配置され、燃料ノズル６１から噴射された燃料ガスの外周側に燃焼用空気（２次空気）を吹き込み可能なものである。３次空気ノズル６３は、２次空気ノズル６２の外側に配置され、２次空気ノズル６２から噴射された２次空気の外周側に３次空気を吹き込み可能なものである。

また、保炎器６４は、燃料ノズル６１内であって、燃料ガスの吹き込み方向の下流側で、且つ、軸中心心側に配置されることで、燃料ガスの着火用及び保炎用として機能するものである。この保炎器６４は、水平方向に沿う２つの保炎部材と、鉛直方向（上下方向）に沿う２つの保炎部材とを十字形状をなすように配置した、所謂、ダブルクロススプリット構造をなすものである。そして、保炎器６４は、各保炎部材の前端部（燃料ガスの流れ方向の下流端部）に拡幅部が形成されている。

そのため、燃料ノズル６１及び２次空気ノズル６２は、長尺な管状構造を有し、燃料ノズル６１は、矩形状の開口部６１ａを有し、２次空気ノズル６２は、矩形リング状の開口部６２ａを有していることから、燃料ノズル６１と２次空気ノズル６２とは、二重管構造となっている。燃料ノズル６１及び２次空気ノズル６２の外側に、３次空気ノズル６３が二重管構造として配置されており、矩形リング状の開口部６３ａを有している。その結果、燃料ノズル６１の開口部６１ａの外側に２次空気ノズル６２の開口部６２ａが配設され、この２次空気ノズル６２の開口部６２ａの外側に３次空気ノズル６３の開口部６３ａが配設されることとなる。

これらのノズル６１，６２，６３は、開口部６１ａ，６２ａ，６３ａが同一面上に揃えられて配置されている。また、保炎器６４は、燃料ノズル６１の内壁面、または、燃料ガスが流れる流路の上流側から図示しない板材により支持されている。また、燃料ノズル６１は、内部にこの保炎器６４としての複数の保炎部材が配置されていることから、燃料ガスの流路が９つに分割されることとなる。そして、保炎器６４は、前端部に幅が広がった拡幅部が位置することとなり、この拡幅部は、前端面が開口部６１ａと同一面上に揃えられている。

また、燃焼バーナ２１にて、燃料ノズル６１は、微粉炭機３１からの微粉炭供給管２６が接続されている。２次空気ノズル６２は、送風機３８からの空気ダクト３７が分岐した一方の連結ダクト６６が接続され、３次空気ノズル６３は、この空気ダクト３７が分岐した他方の連結ダクト６７が接続され、空気ダクト３７と各連結ダクト６６，６７との分岐部に流量調整弁（三方弁またはダンパ）６８が装着されている。そして、制御装置４８（図１参照）は、この流量調整弁６８の開度を調整可能であり、各連結ダクト６６，６７への空気の配分を調整可能となっている。

従って、この燃焼バーナ２１では、微粉炭と１次空気とを混合した燃料ガスが燃料ノズル６１の開口部６１ａから炉内に吹き込まれると共に、その外側にて２次空気が２次空気ノズル６２の開口部６２ａから炉内に吹き込まれ、その外側にて３次空気が３次空気ノズル６３の開口部６３ａから炉内に吹き込まれる。このとき、燃料ガスは、燃料ノズル６１の開口部６１ａにて、保炎器６４により分岐されて着火され、燃焼して燃料ガスとなる。また、この燃料ガスの外周に２次空気が吹き込まれることで、燃料ガスの燃焼が促進される。また、燃焼火炎の外周に、３次空気が吹き込まれることで、燃焼火炎の外周部が冷却される。

そして、この燃焼バーナ２１では、保炎器６４がスプリット形状をなすので、燃料ガスが燃料ノズル６１の開口部６１ａにて保炎器６４により分岐され、このとき、保炎器６４が燃料ノズル６１の開口部６１ａの中央領域に配置され、この中央領域にて、燃料ガスの着火及び保炎が行われる。これにより、燃焼火炎の内部保炎（燃料ノズル６１の開口部６１ａの中央領域における保炎）が実現される。

そのため、燃焼火炎の外部保炎が行われる構成と比較して、燃焼火炎の外周部が低温となり、２次空気により高酸素雰囲気下にある燃焼火炎の外周部の温度を低くでき、燃焼火炎の外周部におけるＮＯｘ発生量が低減される。

また、燃焼バーナ２１では、内部保炎する構成が採用されるため、燃料ガス及び燃焼空気（２次空気及び３次空気）が直進流として供給されることが好ましい。即ち、燃料ノズル６１、２次空気ノズル６２、３次空気ノズル６３が、燃料ガス、２次空気、３次空気を旋回させることなく直進流として供給する構造を有することが好ましい。この燃料ガス、２次空気、３次空気が直進流として噴射されて燃焼火炎が形成されるため、燃焼火炎を内部保炎する構成において、燃焼火炎内のガス循環が抑制される。これにより燃焼火炎の外周部が低温のまま維持され、２次空気との混合によるＮＯｘ発生量が低減される。

ところで、本実施例の微粉炭焚きボイラ１０では、固体燃料として微粉炭（石炭）を使用しており、この微粉炭は、揮発分を含んでいることから、その揮発分により燃焼形態が相違してしまう。

そこで、本実施例の微粉炭焚きボイラ１０では、図１及び図４に示すように、制御装置４８は、各流量調整弁４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，６８の開度を変更することで、燃料ガス量、２次空気量、３次空気量、追加空気量を調整可能となっていることから、微粉炭の揮発分に応じてこの燃料ガス量、２次空気量、３次空気量、追加空気量を調整している。

この場合、制御装置４８は、微粉炭の揮発分に応じて、１次空気と２次空気との合計空気量と、追加空気の空気量との配分を調整することが望ましく、具体的には、１次空気と２次空気との合計空気量と、３次空気と追加空気との合計空気量との配分を調整する。

本実施例では、１次空気量と追加空気量が予め設定された所定の空気量であることから、制御装置４８は、微粉炭の揮発分に応じて２次空気と３次空気との配分を調整する。そして、制御装置４８は、微粉炭の揮発分が増加すると、２次空気の配分を増加するようにしている。

即ち、燃料ノズル６１は、微粉炭と１次空気とを混合した燃料ガスを火炉１１内に吹き込むものであり、１次空気は微粉炭の搬送用空気であることから、この燃料ガスにおける微粉炭と１次空気との配分、つまり、１次空気量は、微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５により決定してしまう。また、アディショナル空気ノズル３９は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５による燃焼に対して、燃焼用空気を投入することで酸化燃焼を行い、燃焼を完結させる。ここで、アディショナル空気ノズル３９からの追加空気は、主燃焼ゾーンでの還元雰囲気を強めてＮＯｘの排出量を減少させるものであることから、ボイラごとにその追加空気量が決まってしまう。

一方、２次空気ノズル６２は、空気ダクト３７から連結ダクト６６を通って供給された空気を２次空気として火炉１１内に吹き込むものであり、主に燃料ノズル６１から吹き込まれた燃料ガスと混合して燃焼する燃焼用空気として使用される。３次空気ノズル６３は、空気ダクト３７から連結ダクト６７を通って供給された空気を３次空気として火炉１１内に吹き込むものであり、主にアディショナル空気ノズル３９と同様に、燃焼火炎に対する追加空気として使用される。

そのため、制御装置４８は、流量調整弁６８の開度を変更することで、１次空気と２次空気との合計空気量と、３次空気と追加空気との合計空気量、つまり、２次空気と３次空気との空気量の配分を調整することで、微粉炭の揮発分量の変動に対応している。ここで、制御装置４８は、微粉炭の揮発分量が増加すると、３次空気量を減少する一方、２次空気量を増加して２次空気と３次空気の配分を変更している。

ここで、図５に示すように、１次空気と２次空気との合計空気量が増加すると、ＮＯｘの発生量が増加する一方、未燃分の発生量が減少する。即ち、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、着火部（燃料ノズル５１の開口部５１ａ近傍）で微粉炭の揮発分が主に燃焼するものであり、ここでの空気量が過剰になると、ＮＯｘの発生量が増加し、ここでの空気量が不足すると、微粉炭の円滑な燃焼が進行せずに未燃分の発生量が増加する。そのため、この燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５では、着火部で微粉炭の揮発分を考慮し、ＮＯｘの発生量と未燃分の発生量が低く抑えられる量の空気量を設定する必要がある。

なお、微粉炭の揮発分は、石炭を各微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５に投入する前に計測しておき、この揮発分量データとして制御装置４８に入力しておく。また、微粉炭の揮発分に対する２次空気と３次空気との配分比率は、ボイラの形態や燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５による燃焼形態などにより異なることから、予め実験により設定し、例えば、マップを作成して制御装置４８に記憶しておく。

従って、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５にて、火炉１１に対して、燃料ノズル６１により燃料ガスが吹き込まれ、２次空気ノズル６２により２次空気が吹き込まれ、３次空気ノズル６３により３次空気が吹き込まれる。このとき、燃料ガスは、保炎器６４で着火されて燃焼し、更に２次空気が混合されて燃焼し、このとき、火炉１１内に主燃焼領域が形成される。そして、この主燃焼領域の外側に対して、３次空気ノズル６３により３次空気が吹き込まれることで、燃焼火炎の外周部が冷却されると共に燃焼が促進される。続いて、アディショナル空気ノズル３９は、火炉１１に対して追加空気を吹き込み、燃焼制御を行う。

つまり、火炉１１にて、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の燃料ノズル６１からの燃料ガスと２次空気ノズル６２からの２次空気が燃焼した燃焼ガスは、理論空気量未満となり、内部が還元雰囲気に保持される。そして、微粉炭の燃焼により発生したＮＯｘは、３次空気により還元され、その後、追加空気により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。

このとき、制御装置４８は、事前に計測した微粉炭の揮発分量と、予め記憶された微粉炭の揮発分量に対する２次空気と３次空気との配分比率マップとに基づいて、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５における２次空気と３次空気の配分比率を求め、流量調整弁６８の開度を設定する。そして、制御装置４８は、この設定した開度に基づいて、流量調整弁６８の開度を調整する。すると、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５にて、２次空気ノズル６２からの２次空気量と、３次空気ノズル６３からの３次空気量が、微粉炭の揮発分量に対して最適な量となり、微粉炭並びに揮発分が適正に燃焼する。

このように本実施例のボイラにあっては、微粉炭と空気を燃焼させる火炉１１と、この火炉１１内で熱交換を行って熱を回収する過熱器５１，５２と、火炉１１に微粉炭と１次空気とを混合した燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズル６１と、火炉１１に２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズル６２と、火炉１１に３次空気を吹き込み可能な３次空気ノズル６３と、火炉１１における燃料ノズル６１及び２次空気ノズル６２より上方に追加空気を吹き込み可能なアディショナル空気ノズル３９と、２次空気量と３次空気量との配分を行う流量調整弁６８と、微粉炭の揮発分に応じて流量調整弁６８の開度を制御する制御装置４８とを設けている。

従って、制御装置４８は、微粉炭の揮発分に応じて流量調整弁６８の開度を制御し、２次空気ノズル６２への空気量と、３次空気ノズル６３への空気量の配分を調整することで、微粉炭の揮発分に応じて２次空気量と３次空気量が調整されることとなり、微粉炭の揮発分を適正に燃焼することができると共に、微粉炭を適正に燃焼することができ、ＮＯｘや未燃分の発生を抑制してボイラ運転効率の向上を図ることができる。また、所定の燃空比を維持しながら、微粉炭とその揮発分を適正に燃焼することができる。

また、本実施例のボイラでは、制御装置４８は、微粉炭の揮発分が増加すると、２次空気の配分を増加するようにしている。２次空気は、燃料ガスと混合して微粉炭を燃焼させるための燃焼用空気であることから、微粉炭の揮発分が増加すると、２次空気の配分を増加することで、微粉炭とその揮発分を適正に燃焼することができる。

また、本実施例のボイラの運転方法にあっては、微粉炭焚きボイラ１０にて、微粉炭の揮発分に応じて２次空気と３次空気との配分を調整するようにしている。従って、微粉炭の揮発分を適正に燃焼することができると共に、微粉炭を適正に燃焼することができ、ＮＯｘや未燃分の発生を抑制してボイラ運転効率の向上を図ることができる。

なお、上述した実施例では、２次空気量と３次空気量との配分を調整することで、微粉炭の揮発分が増加すると、２次空気の配分を増加するようにしたが、この構成に限定されるものではない。例えば、微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５における空気量（搬送用空気量）を増減させたり、追加空気量を増減させたりしてもよい。

また、本発明のボイラは、微粉炭焚きボイラ１０の構成や燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の構成や数などに限定されるものではない。

また、上述した実施例では、燃焼装置１２として、火炉１１の壁面に設けられる４つの各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を鉛直方向に沿って５段配置して構成したが、この構成に限定されるものではない。即ち、燃焼バーナを壁面に配置せずにコーナーに配置してもよい。また、燃焼装置は、旋回燃焼方式に限らず、燃焼バーナを一つの壁面に配置したフロント燃焼方式、燃焼バーナを二つの壁面に対向配置した対向燃焼方式としてもよい。

１０ 微粉炭焚きボイラ
１１ 火炉
２１，２２，２３，２４，２５ 燃焼バーナ
３７ 空気ダクト
３９ アディショナル空気ノズル（追加空気ノズル）
４０ 分岐空気ダクト
４１,４２，４３，４４，４５，４６，４７，６８ 流量調整弁（空気量調整装置）
４８ 制御装置
５１，５２ 過熱器（熱交換器）
５３，５４ 再熱器（熱交換器）
５５，５６，５７ 節炭器（熱交換器）
６１ 燃料ノズル
６２ ２次空気ノズル
６３ ３次空気ノズル

Claims (7)

1. 固体燃料と空気を燃焼させる火炉と、
   該火炉内で熱交換を行って熱を回収する熱交換器と、
   前記火炉に固体燃料と１次空気とを混合した燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズルと、
   前記火炉に該燃料ノズルの外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズルと、
   前記火炉における前記燃料ノズル及び前記２次空気ノズルより上方に追加空気を吹き込み可能な追加空気ノズルと、
   前記燃料ノズルと前記２次空気ノズルと前記追加空気ノズルへ供給する空気量を調整可能な空気量調整装置と、
   固体燃料の揮発分に応じて前記空気量調整装置を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、固体燃料の揮発分に応じて前記空気量調整装置を制御し、１次空気と２次空気との合計空気量と、追加空気の空気量との配分を調整する、
   ことを特徴とするボイラ。
2. 固体燃料と空気を燃焼させる火炉と、
   該火炉内で熱交換を行って熱を回収する熱交換器と、
   前記火炉に固体燃料と１次空気とを混合した燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズルと、
   前記火炉に該燃料ノズルの外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズルと、
   前記火炉における前記燃料ノズル及び前記２次空気ノズルより上方に追加空気を吹き込み可能な追加空気ノズルと、
   前記燃料ノズルと前記２次空気ノズルと前記追加空気ノズルへ供給する空気量を調整可能な空気量調整装置と、
   固体燃料の揮発分に応じて前記空気量調整装置を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記火炉に前記２次空気ノズルの外側から３次空気を吹き込み可能な３次空気ノズルを設け、前記制御装置は、固体燃料の揮発分に応じて前記空気量調整装置を制御し、１次空気と２次空気との合計空気量と、３次空気と追加空気との合計空気量との配分を調整する、
   ことを特徴とするボイラ。
3. 前記制御装置は、前記空気量調整装置を制御し、１次空気量と追加空気量を予め設定された所定の空気量とし、固体燃料の揮発分に応じて２次空気と３次空気との配分を調整することを特徴とする請求項２に記載のボイラ。
4. 前記制御装置は、固体燃料の揮発分が増加すると、２次空気の配分を増加することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のボイラ。
5. 固体燃料と空気を燃焼させる火炉と、
   該火炉内で熱交換を行って熱を回収する熱交換器と、
   前記火炉に固体燃料と１次空気とを混合した燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズルと、
   前記火炉に該燃料ノズルの外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズルと、
   前記火炉における前記燃料ノズル及び前記２次空気ノズルより上方に追加空気を吹き込み可能な追加空気ノズルと、
   を備えるボイラにおいて、
   固体燃料の揮発分に応じて１次空気と２次空気との合計空気量と、追加空気の空気量との配分を調整する、
   ことを特徴とするボイラの運転方法。
6. 固体燃料と空気を燃焼させる火炉と、
   該火炉内で熱交換を行って熱を回収する熱交換器と、
   前記火炉に固体燃料と１次空気とを混合した燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズルと、
   前記火炉に該燃料ノズルの外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズルと、
   前記火炉における前記燃料ノズル及び前記２次空気ノズルより上方に追加空気を吹き込み可能な追加空気ノズルと、
   を備えるボイラにおいて、
   前記火炉に前記２次空気ノズルの外側から３次空気を吹き込み可能な３次空気ノズルを設け、固体燃料の揮発分に応じて１次空気と２次空気との合計空気量と、３次空気と追加空気との合計空気量との配分を調整する、
   ことを特徴とするボイラの運転方法。
7. 固体燃料の揮発分が増加すると２次空気の配分を増加することを特徴とする請求項５または６に記載のボイラの運転方法。
   

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