JP6081341B2

JP6081341B2 - ボイラ

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Publication number: JP6081341B2
Application number: JP2013222079A
Authority: JP
Inventors: 健有賀; 卓一郎大丸; 松本　慎治; 慎治松本; 英睦内田; 良茂植松
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2033-10-25
Also published as: JP2015083893A

Description

本発明は、バイオマスと石炭と空気を燃焼させることで蒸気を生成するボイラに関するものである。

従来の石炭焚きボイラは、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置されると共に、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（搬送用空気）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。

近年、地球温暖化の観点からＣＯ_２排出の削減が推進されている。特に、発電用ボイラにおいては、燃料として石炭や重油などの化石燃料が用いられることが多いが、この化石燃料は、ＣＯ_２排出の問題から地球温暖化の原因となり、地球環境保全の見地からその使用が規制されつつある。そこで、化石燃料の代替として、バイオマスを用いた燃料の利用促進が図られている。バイオマスとは、光合成に起因する有機物であって、木質類、草木類、農作物類、厨芥類等のバイオマスがある。このバイオマスを燃料化処理することにより、バイオマスをエネルギ源または工業原料として有効に利用することができる。

再生可能エネルギであるバイオマスの高効率利用の観点から、バイオマスを燃料として用いることが行われている。燃料として用いる方法の一つに、バイオマス固形物を粉砕して微粉化し、石炭焚きボイラに供給して燃料として用いるものがある。化石燃料としてバイオマスを用いるとき、石炭とバイオマスをそれぞれ単独で粉砕する単独粉砕方式がある。この場合、石炭用の燃焼バーナとバイオマス用の燃焼バーナとを設け、各バーナが微紛化した石炭とバイオマスを空気と共に別々に火炉内に吹き込むことで火炎を形成する。

このような微紛化した石炭とバイオマスを火炉内に供給して燃焼させる従来のボイラとしては、例えば、下記特許文献１、２に記載されたものがある。

特開２０１３−１３３９４４号公報特許第３８９１９５８号公報

ところで、バイオマスは、石炭に比べて弾性が高いため、ローラミルなどの粉砕機により微粉炭と同様の粒径まで粉砕することが困難となる。そのため、燃焼バーナにより、粒径の大きいバイオマスを微粉炭と同様に火炉に供給した場合、燃焼する前に落下して未燃分となりやすく、燃料の未燃焼率が増加してボイラ効率が低下してしまうという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、燃料の未燃分を低減してボイラ効率の向上を図る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の本発明のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、微粉炭と燃焼用空気を混合した第１燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流を形成可能な第１燃焼バーナと、微粉化バイオマスと燃焼用空気を混合した第２燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで前記第１火炎旋回流より小径の第２火炎旋回流を形成可能な第２燃焼バーナと、を有することを特徴とするものである。

従って、第１燃焼バーナは、第１燃料ガスを火炉内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流を形成し、第２燃焼バーナは、第２燃料ガスを火炉内に向けて吹き込むことで第２火炎旋回流を形成する。このとき、火炉は、内部で第１火炎旋回流と第２火炎旋回流が形成されることから、その火炎旋回流の中央部に上昇流が形成される。そのため、微粉化バイオマスは、石炭に比べて比重が小さいものの、第２火炎旋回流が第１火炎旋回流より小径であることから火炉の中央部へ供給され、この上昇流により火炉内を上昇することとなり、落下せずに適正に燃焼する。その結果、火炉内の燃料の未燃分を低減してボイラ効率を向上することができる。

本発明のボイラでは、前記第１燃焼バーナは、前記火炉の鉛直方向に複数段にわたって配置され、前記第２燃焼バーナは、複数段の前記第１燃焼バーナの間に配置されることを特徴としている。

従って、微粉炭と燃焼用空気を混合した第１燃料ガスが燃焼する第１火炎旋回流の間に微粉化バイオマスと燃焼用空気を混合した第２燃料ガスが供給されて燃焼することで、微粉化バイオマスを効果的に燃焼させることで、未燃分を低減することができる。

本発明のボイラでは、前記第２燃焼バーナによる前記第２燃料ガスの噴射方向を水平方向に調整可能な燃料ガス噴射方向調整装置が設けられることを特徴としている。

従って、燃料ガス噴射方向調整装置により微粉化バイオマスと燃焼用空気を混合した第２燃料ガスの噴射方向を水平方向に調整可能とすることで、微粉化バイオマスを適正に上昇させて適正に燃焼することができる。

本発明のボイラでは、前記火炉の底部に落下した前記微粉化バイオマスの未燃分量を計測する第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置と、前記第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置の計測結果に応じて前記燃料ガス噴射方向調整装置を作動する制御装置とが設けられることを特徴としている。

従って、火炉の底部に落下した微粉化バイオマスの未燃分量に応じて第２燃料ガスの噴射方向を調整するため、微粉化バイオマスを適正に上昇させて効率良く燃焼させることができる。

本発明のボイラでは、前記制御装置は、前記微粉化バイオマスの未燃分量が増加したら、前記燃料ガス噴射方向調整装置により前記第２火炎旋回流が小径になるように調整することを特徴としている。

従って、微粉化バイオマスの未燃分量が増加したら、第２火炎旋回流が小径になるように調整するため、微粉化バイオマスを適正に上昇させて適正に燃焼することができる。

本発明のボイラでは、前記火炉の出口部における前記微粉化バイオマスの未燃分量を計測する第２微粉化バイオマス未燃分量計測装置が設けられ、前記制御装置は、前記火炉の底部に落下した前記微粉化バイオマスの未燃分量と前記火炉の出口部における前記微粉化バイオマスの未燃分量の総量が減少するように前記燃料ガス噴射方向調整装置を作動することを特徴としている。

従って、火炉の底部に落下した前記微粉化バイオマスの未燃分量と火炉の出口部における微粉化バイオマスの未燃分量の総量が減少するように、第２燃料ガスの噴射方向を調整するため、未燃分量の総量を適正に減少させることができる。

本発明のボイラでは、前記火炉の底部に落下した前記微粉化バイオマスの未燃分量を計測する微粉化バイオマス未燃分量計測装置と、前記微粉化バイオマスの未燃分量が増加したときに第２燃焼バーナから噴射する前記微粉化バイオマスの噴射量を減少する制御装置とが設けられることを特徴としている。

従って、微粉化バイオマスの未燃分量が増加したときに微粉化バイオマスの噴射量を減少することで、未燃分量を適正に減少させることができる。

本発明のボイラでは、前記火炉の底部に落下した前記微粉化バイオマスの未燃分量を計測する微粉化バイオマス未燃分量計測装置と、前記微粉化バイオマスの未燃分量が増加したときに第２燃焼バーナから噴射する前記微粉化バイオマスの粒径を減少する制御装置が設けられることを特徴としている。

従って、微粉化バイオマスの未燃分量が増加したときに微粉化バイオマスの粒径を減少することで、未燃分量を適正に減少させることができる。

本発明のボイラによれば、微粉炭と燃焼用空気を混合した第１燃料ガスを火炉内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流を形成可能な第１燃焼バーナと、微粉化バイオマスと燃焼用空気を混合した第２燃料ガスを火炉内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流より小径の第２火炎旋回流を形成可能な第２燃焼バーナとを設けるので、火炉の中央部に供給された微粉化バイオマスを上昇流により火炉内を上昇させることで落下して適正に燃焼させることができ、火炉内の燃料の未燃分を低減してボイラ効率を向上することができる。

図１は、第１実施形態のボイラを表す概略構成図である。図２は、微粉炭用の第１燃焼バーナの平面図である。図３は、微粉化バイオマス用の第２燃焼バーナの平面図である。図４は、第２実施形態のボイラを表す概略構成図である。図５は、微粉化バイオマス用の第２燃焼バーナの平面図である。図６は、第３実施形態のボイラを表す概略構成図である。図７は、第４実施形態のボイラを表す概略構成図である。図８は、第５実施形態のボイラを表す概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るボイラの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。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のボイラを表す概略構成図、図２は、微粉炭用の第１燃焼バーナの平面図、図３は、微粉化バイオマス用の第２燃焼バーナの平面図である。

第１実施形態のボイラは、石炭を粉砕した微粉炭とバイオマスを粉砕した微粉化バイオマスを燃料として用い、この微粉炭と微粉化バイオマスをそれぞれ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。

この第１実施形態において、図１に示すように、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を構成する火炉壁が伝熱管により構成されている。

燃焼装置１２は、この火炉１１を構成する火炉壁の下部に設けられている。この燃焼装置１２は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を有している。本実施形態にて、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。なお、火炉の形状や一つの段における燃焼バーナの数、段数はこの実施形態に限定されるものではない。

第１燃焼バーナ２１，２２，２４，２５は、微粉炭供給管２６，２７，２９，３０を介して微粉炭機（ミル）３１，３２，３４，３５に連結されている。この微粉炭機３１，３２，３４，３５は、図示しないが、ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって粉砕テーブルが駆動回転可能に支持され、この粉砕テーブルの上方に対向して複数の粉砕ローラが粉砕テーブルの回転に連動して回転可能に支持されて構成されている。従って、石炭が複数の粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に投入されると、ここで所定の大きさまで粉砕され、搬送用空気（１次空気）により分級された微粉炭を微粉炭供給管２６，２７，２９，３０から第１燃焼バーナ２１，２２，２４，２５に供給することができる。

また、第２燃焼バーナ２３は、微粉化バイオマス供給管２８を介して微粉化バイオマス機（ミル）３３に連結されている。この微粉化バイオマス機３３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、バイオマスが複数の粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に投入されると、ここで所定の大きさまで粉砕され、搬送用空気（１次空気）により分級された微粉化バイオマスを微粉化バイオマス供給管２８から第２燃焼バーナ２３に供給することができる。

そして、火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置に風箱３６が設けられており、この風箱３６に空気ダクト３７の一端部が連結されており、この空気ダクト３７は、他端部に送風機３８が装着されている。従って、送風機３８により送られた燃焼用空気（２次空気）を空気ダクト３７から風箱３６に供給し、この風箱３６から各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができる。

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を構成する第１燃焼バーナ２１，２２，２４，２５は、ほぼ同様の構成をなしていることから、最上段に位置する第１燃焼バーナ２１についてのみ説明する。

第１燃焼バーナ２１は、図２に示すように、火炉１１における４つの壁部に設けられる燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから構成されている。各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、微粉炭供給管２６から分岐した各分岐管２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが連結されると共に、空気ダクト３７から分岐した各分岐管３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが連結されている。この場合、燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、火炉１１の各壁部に対して９０度の角度をもって第１微粉燃料混合気を噴射することができる。

従って、火炉１１の各壁部にある各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、火炉１１に対して、微粉炭と搬送用空気が混合した微粉燃料混合気（第１燃料）を吹き込むと共に、その第１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からの第１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第１火炎旋回流となる。この第１火炎旋回流は、所定の第１仮想円Ｃ１に沿ったものである。

第２燃焼バーナ２３は、図３に示すように、火炉１１における４つの壁部に設けられる燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄから構成されている。各燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、微粉化バイオマス供給管２８から分岐した各分岐管２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ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。この場合、燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、火炉１１の各壁部に対して７０度の角度をもって第２微粉燃料混合気を噴射することができる。つまり、第１燃焼バーナ２１の噴射角度と第２燃焼バーナ２３の噴射角度とが２０度相違している。

従って、火炉１１の各角部にある各燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、火炉１１に対して、微粉化バイオマスと搬送用空気が混合した第２微粉燃料混合気（第２燃料）を吹き込むと共に、その第２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２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄからの第２微粉燃料混合気に着火することで、４つの火炎Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４を形成することができ、この火炎Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４は、火炉１１の上方から見て（図３にて）反時計周り方向に旋回する第２火炎旋回流となる。この第２火炎旋回流は、第１仮想円Ｃ１より小径の第２仮想円Ｃ２に沿ったものである。

なお、本実施形態の燃焼装置１２を構成する各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、中心部に油燃料を噴射可能な油ノズルと、微粉燃料混合気を噴射可能な燃料ノズルと、この燃料ノズルの外側に２次空気を噴射可能な２次空気ノズルとを有している。従って、ボイラ起動時に、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、その後、微粉燃料混合気と２次空気を火炉１１内に噴射して火炎を形成している。

また、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追加空気噴射装置４１が設けられており、この追加空気噴射装置４１に空気ダクト３７から分岐した分岐空気ダクト４２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）を分岐空気ダクト４２から追加空気噴射装置４１に供給することができる。

図１に示すように、火炉１１は、上部に煙道５０が連結されており、この煙道５０に排ガスの熱を回収するための過熱器（スーパーヒータ）５１，５２，５３、再熱器５４，５５、節炭器（エコノマイザ）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ダクト５８が連結されている。この排ガスダクト５８は、空気ダクト３７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、排ガスダクト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、排ガスダクト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。

このように構成された石炭焚きボイラ１０にて、微粉炭機３１，３２，３４，３５が駆動すると、供給された石炭が粉砕され、生成された微粉炭が搬送用空気により微粉炭供給管２６，２７，２９，３０を通して第１燃焼バーナ２１，２２，２４，２５に供給される。また、微粉化バイオマス機３３が駆動すると、バイオマスが粉砕され、生成された微粉化バイオマスが搬送用空気により微粉化バイオマス供給管２８を通して第２燃焼バーナ２３に供給される。更に、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。

すると、第１燃焼バーナ２１，２２，２４，２５は、微粉炭と搬送用空気とが混合した第１微粉燃料混合気を火炉１１の燃焼領域Ａに吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１の燃焼領域Ａに吹き込み、このときに着火することでこの燃焼領域Ａに第１火炎旋回流を形成する。一方、第２燃焼バーナ２３は、微粉化バイオマスと搬送用空気とが混合した第２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の燃焼領域Ａに吹き込み、このときに着火することでこの燃焼領域Ａに第２火炎旋回流を形成する。また、追加空気噴射装置４１は、追加空気を火炉１１における第１火炎旋回流及び還元領域Ｂの上方に吹き込み、燃焼制御を行う。この火炉１１では、第１、第２微粉燃料混合気と燃焼用空気とが燃焼して第１、第２火炎旋回流が生じ、燃焼領域Ａで火炎旋回流が生じると、火炉１１内を燃焼ガス（排ガス）が旋回しながら上昇して還元領域Ｂに至る。

このとき、第２燃焼バーナ２３から第２微粉燃料混合気が噴射されて形成された第２火炎旋回流は、第１燃焼バーナ２１，２２，２４，２５から第１微粉燃料混合気が噴射されて形成された第１火炎旋回流により上下で挟まれ、且つ、火炉１１の内側（中央部側）に位置する。また、火炉１１は、この第１火炎旋回流と第２火炎旋回流が形成されることから、その火炎旋回流の中央部に上昇流が形成される。そのため、微粉化バイオマスは、火炉１１の中央部に形成された上昇流により火炉１１内を上昇することとなり、落下することなく適正に燃焼される。

また、火炉１１にて、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、空気の供給量が微粉炭及び微粉化バイオマスの供給量に対して理論空気量未満となるように設定されることで、燃焼領域Ａの上方の還元領域Ｂが還元雰囲気に保持される。そのため、微粉燃料混合気の燃焼により発生したＮＯｘがこの還元領域Ｂで還元される。そして、追加空気噴射装置４１は、火炉１１内における還元領域Ｂの上方に追加空気を吹き込む。すると、還元領域Ｂの上方にて、排ガスと追加空気が反応することで微粉燃料の燃焼が完結され、未燃分を燃焼する。

そして、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器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５１，５２，５３に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器５１，５２，５３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５４，５５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５６，５７を通過した排ガスは、排ガスダクト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。

このように第１実施形態のボイラにあっては、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉１１と、微粉炭と燃焼用空気を混合した第１微粉燃料混合気を火炉１１内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流を形成可能な第１燃焼バーナ２１，２２，２４，２５と、微粉化バイオマスと燃焼用空気を混合した第２微粉燃料混合気を火炉１１内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流より小径の第２火炎旋回流を形成可能な第２燃焼バーナ２３とを設けている。

従って、第１燃焼バーナ２１，２２，２４，２５は、第１微粉燃料混合気を火炉１１内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流を形成し、第２燃焼バーナ２３は、第２微粉燃料混合気を火炉１１内に向けて吹き込むことで第２火炎旋回流を形成する。このとき、火炉１１は、内部で第１火炎旋回流と第２火炎旋回流が形成されることから、その火炎旋回流の中央部に上昇流が形成される。そのため、微粉化バイオマスは、石炭に比べて比重が小さいものの、第２火炎旋回流が第１火炎旋回流より小径であることから火炉１１の中央部へ供給され、この上昇流により火炉内を上昇することとなり、落下せずに適正に燃焼する。その結果、火炉１１内のバイオマスの未燃分を低減してボイラ効率を向上することができる。

第１実施形態のボイラでは、第１燃焼バーナ２１，２２，２４，２５を火炉１１の鉛直方向に複数段にわたって配置し、第２燃焼バーナ２３を複数段の第１燃焼バーナ２１，２２，２４，２５の間に配置している。従って、微粉炭と燃焼用空気を混合した第１燃料ガスが燃焼する第１火炎旋回流の間に微粉化バイオマスと燃焼用空気を混合した第２燃料ガスが供給されて燃焼することで、微粉化バイオマスを効果的に燃焼させることで、未燃分を低減することができる。

［第２実施形態］
図４は、第２実施形態のボイラを表す概略構成図、図５は、微粉化バイオマス用の第２燃焼バーナの平面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態において、図４に示すように、ボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２とを有している。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。第１燃焼バーナ２１，２２，２４，２５は、微粉炭供給管２６，２７，２９，３０を介して微粉炭機３１，３２，３４，３５に連結されている。また、第２燃焼バーナ２３は、微粉化バイオマス供給管２８を介して微粉化バイオマス機３３に連結されている。そして、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。

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を構成する第１燃焼バーナ２１，２２，２４，２５は、前述した第１実施形態と同様であることから説明は省略する。

第２燃焼バーナ２３は、図４及び図５に示すように、火炉１１における４つの壁部に設けられる燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄから構成されている。各燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、微粉化バイオマス供給管２８から分岐した各分岐管２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ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。また、各燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、第２微粉燃料混合気の噴射方向を水平方向に調整可能な噴射方向調整装置（燃料ガス噴射方向調整装置）６１（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ）が設けられている。この噴射方向調整装置６１（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ）は、例えば、調整用モータ（図示略）により燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄのノズル部を左右に旋回して第２微粉燃料混合気の噴射角度を調整することができる。実際には、燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの噴射角度は、第１燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの噴射角度より小さい角度に調整することが望ましい。即ち、第２燃焼バーナ２３の各燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄからの第２微粉燃料混合気に着火することで、第２仮想円Ｃ２に沿った４つの火炎Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４を形成する。

また、図４に示すように、火炉１１は、下端部にホッパ６２が設けられており、微粉炭や微粉化バイオマスの灰や未燃分を貯留可能となっている。火炉１１は、このホッパ６２の底部に落下した微粉化バイオマスの未燃分量を計測する第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３が設けられている。この第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３は、マイクロウェーブ装置、燃焼−ＣＯ_２検出器、レーザ誘起装置などを用いればよいものである。第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３は、第１未燃分分析装置６４が接続され、第１未燃分分析装置６４は、第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３の検出結果に基づいて微粉化バイオマスの未燃分量の増減傾向を分析する。

制御装置６５は、噴射方向調整装置６１と第１未燃分分析装置６４に接続されている。この制御装置６５は、第１未燃分分析装置６４の分析結果に応じて噴射方向調整装置６１の作動を制御（フィードバック制御）することができる。具体的に、制御装置６５は、微粉化バイオマスの未燃分量が増加したら、噴射方向調整装置６１により第２火炎旋回流が小径になるように調整する。

従って、第１燃焼バーナ２１，２２，２４，２５は、微粉炭と搬送用空気とが混合した第１微粉燃料混合気及び燃焼用空気を火炉１１の燃焼領域Ａに吹き込み、このときに着火することでこの燃焼領域Ａに第１火炎旋回流を形成する。一方、第２燃焼バーナ２３は、微粉化バイオマスと搬送用空気とが混合した第２微粉燃料混合気及び燃焼用空気を火炉１１の燃焼領域Ａに吹き込み、このときに着火することでこの燃焼領域Ａに第２火炎旋回流を形成する。また、追加空気噴射装置４１は、追加空気を火炉１１における第１火炎旋回流及び還元領域Ｂの上方に吹き込み、燃焼制御を行う。この火炉１１では、第１、第２微粉燃料混合気と燃焼用空気とが燃焼して第１、第２火炎旋回流が生じ、燃焼領域Ａで火炎旋回流が生じると、火炉１１内を燃焼ガス（排ガス）が旋回しながら上昇して還元領域Ｂに至る。

また、第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３は、火炉１１のホッパ６２に落下した微粉化バイオマスの未燃分量を計測し、第１未燃分分析装置６４に出力する。第１未燃分分析装置６４は、第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３の検出結果に基づいて微粉化バイオマスの未燃分量の増減傾向を分析して制御装置６５に出力する。すると、制御装置６５は、第１未燃分分析装置６４の分析結果に応じて噴射方向調整装置６１の作動を制御する。即ち、制御装置６５は、微粉化バイオマスの未燃分量が増加したら、第２燃焼バーナ２３の角度を小さくして第２火炎旋回流が小径になるように調整する。

このように第２実施形態のボイラにあっては、第２燃焼バーナ２３による第２微粉燃料混合気の噴射方向を水平方向に調整可能な噴射方向調整装置６１を設けている。

従って、噴射方向調整装置６１により微粉化バイオマスと燃焼用空気を混合した第２微粉燃料混合気の噴射方向を水平方向に調整可能とすることで、微粉化バイオマスを適正に上昇させて効率良く燃焼させることができる。

第２実施形態のボイラでは、火炉１１の底部に落下した微粉化バイオマスの未燃分量を計測する第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３と、第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３の計測結果に応じて燃料ガス噴射方向調整装置６１を作動する制御装置６５とを設けている。従って、微粉化バイオマスの未燃分量が最少となるように第２燃焼バーナの噴射角度を調整することで、微粉化バイオマスを適正に上昇させて燃焼することができる。

第２実施形態のボイラでは、制御装置６５は、微粉化バイオマスの未燃分量が増加したら、噴射方向調整装置６１により第２火炎旋回流が小径になるように調整している。従って、微粉化バイオマスの未燃分量が増加したら、第２燃焼バーナの噴射角度が小さくなるように調整することで、微粉化バイオマスを適正に上昇させて燃焼することができる。

［第３実施形態］
図６は、第３実施形態のボイラを表す概略構成図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第３実施形態において、図６に示すように、ボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２とを有している。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。第１燃焼バーナ２１，２２，２４，２５は、微粉炭を火炉１１内に噴射可能であり、第２燃焼バーナ２３は、微粉化バイオマスを火炉１１内に噴射可能である。そして、第２燃焼バーナ２３は、第２微粉燃料混合気の噴射方向を水平方向に調整可能な噴射方向調整装置６１が設けられている。

火炉１１は、ホッパ６２に落下した微粉化バイオマスの未燃分量を計測する第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３が設けられている。第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３は、第１未燃分分析装置６４が接続され、第１未燃分分析装置６４は、第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３の検出結果に基づいて微粉化バイオマスの未燃分量の増減傾向を分析する。また、火炉１１は、煙道５０から排出された排ガス中の微粉化バイオマスの未燃分量を計測する第２微粉化バイオマス未燃分量計測装置７１が設けられている。第２微粉化バイオマス未燃分量計測装置７１は、第２未燃分分析装置７２が接続され、第２未燃分分析装置７２は、第２微粉化バイオマス未燃分量計測装置７１の検出結果に基づいて微粉化バイオマスの未燃分量の増減傾向を分析する。なお、この第１、第２微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３，７１は、マイクロウェーブ装置、燃焼−ＣＯ_２検出器、レーザ誘起装置などを用いればよいものである。

制御装置６５は、噴射方向調整装置６１と第１未燃分分析装置６４と第２未燃分分析装置７２に接続されている。この制御装置６５は、第１未燃分分析装置６４と第２未燃分分析装置７２の分析結果に応じて噴射方向調整装置６１の作動を制御することができる。制御装置６５は、火炉１１の底部に落下した微粉化バイオマスの未燃分量と火炉１１における煙道５０の出口部における微粉化バイオマスの未燃分量の総量が減少するように噴射方向調整装置６１を作動制御（フィードバック制御）する。

また、第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３は、火炉１１のホッパ６２に落下した微粉化バイオマスの未燃分量を計測し、第１未燃分分析装置６４に出力する。第２微粉化バイオマス未燃分量計測装置７１は、火炉１１の出口部から排出される排ガス中の微粉化バイオマスの未燃分量を計測し、第２未燃分検出装置７２に出力する。第１、第２未燃分分析装置６４，７２は、第１、第２バイオマス未燃分量計測装置６３，７１の検出結果に基づいて微粉化バイオマスの未燃分量の増減傾向を分析して制御装置６５に出力する。すると、制御装置６５は、火炉１１の底部に落下した微粉化バイオマスの未燃分量と火炉１１における煙道５０から排出される排ガス中の微粉化バイオマスの未燃分量の総量が減少するように噴射方向調整装置６１を作動する。

なお、火炉１１として、火炉１１の底部に落下した微粉化バイオマスの未燃分量と、火炉１１における煙道５０から排出される排ガス中の微粉化バイオマスの未燃分量とを比較し、いずれか一方の微粉化バイオマスの未燃分量が減少するように制御装置６５が噴射方向調整装置６１を作動制御してもよい。即ち、火炉１１の底部に落下した微粉化バイオマスの未燃分量と、火炉１１における煙道５０から排出される排ガス中の微粉化バイオマスの未燃分量と連動して増減するものであり、制御装置６５は、両者の量を適正となるように噴射方向調整装置６１を作動制御すればよい。

このように第３実施形態のボイラにあっては、火炉１１の出口部における微粉化バイオマスの未燃分量を計測する第２微粉化バイオマス未燃分量計測装置７１を設け、制御装置６５は、火炉１１の底部に落下した微粉化バイオマスの未燃分量と火炉の出口部における微粉化バイオマスの未燃分量の総量が減少するように噴射方向調整装置６１を作動している。

従って、火炉１１で発生する微粉化バイオマスの未燃分量を減少することができる。

［第４実施形態］
図７は、第４実施形態のボイラを表す概略構成図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第４実施形態において、図７に示すように、火炉１１は、ホッパ６２の底部に落下した微粉化バイオマスの未燃分量を計測する第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３が設けられている。第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３は、第１未燃分分析装置６４が接続され、第１未燃分分析装置６４は、第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３の検出結果に基づいて微粉化バイオマスの未燃分量の増減傾向を分析する。

微粉化バイオマス機３３は、バイオマスを供給するバイオマス供給機８１が設けられている。制御装置６５は、このバイオマス供給機８１と第１未燃分分析装置６４に接続されている。この制御装置６５は、第１未燃分分析装置６４の分析結果に応じてバイオマス供給機８１の作動を制御することができる。具体的に、制御装置６５は、微粉化バイオマスの未燃分量が増加したら、バイオマス供給機８１により微粉化バイオマス機３３へのバイオマスの供給量を減少し、第２燃焼バーナ２３から噴射する微粉化バイオマスの噴射量を減少する。

このように第４実施形態のボイラにあっては、火炉１１の底部に落下した微粉化バイオマスの未燃分量を計測する第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３と、微粉化バイオマスの未燃分量が増加したときに第２燃焼バーナ２３から噴射する微粉化バイオマスの噴射量を減少する制御装置６５とを設けている。

従って、微粉化バイオマスの未燃分量を減少することができる。

［第５実施形態］
図８は、第５実施形態のボイラを表す概略構成図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第５実施形態において、図８に示すように、火炉１１は、ホッパ６２の底部に落下した微粉化バイオマスの未燃分量を計測する第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３が設けられている。第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３は、第１未燃分分析装置６４が接続され、第１未燃分分析装置６４は、第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３の検出結果に基づいて微粉化バイオマスの未燃分量の増減傾向を分析する。

微粉化バイオマス機３３は、微粉化バイオマスを分級する微粉化バイオマス分級機（セパレータ）８２が設けられている。制御装置６５は、この微粉化バイオマス分級機と第１未燃分分析装置６４に接続されている。この制御装置６５は、第１未燃分分析装置６４の分析結果に応じて微粉化バイオマス分級機８２の作動を制御することができる。具体的に、制御装置６５は、微粉化バイオマスの未燃分量が増加したら、微粉化バイオマス分級機８２により分級される微粉化バイオマスの粒径を小さくし、第２燃焼バーナ２３から噴射する微粉化バイオマスの粒径を減少する。

このように第５実施形態のボイラにあっては、火炉１１の底部に落下した微粉化バイオマスの未燃分量を計測する第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置６３と、微粉化バイオマスの未燃分量が増加したときに第２燃焼バーナ２３から噴射する微粉化バイオマスの粒径を減少する制御装置６５とを設けている。

なお、上述した実施形態では、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５をＣＵＦ（ＣｉｒｃｕｌａｒＵｌｔｒａＦｉｒｉｎｇ）燃焼方式としたが、この方式に限定されるものではなく、ＣＣＦ（ＣｉｒｃｕｌａｒＣｏｒｎｅｒＦｉｒｉｎｇ）燃焼方式としてもよい。

１０ボイラ
１１火炉
１２燃焼装置
２１，２２，２４，２５第１燃焼バーナ
２３第２燃焼バーナ
２６，２７，２９，３０微粉炭供給管
２８微粉化バイオマス供給管
３１，３２，３４，３５微粉炭機
３３微粉化バイオマス機
３６風箱
３７空気ダクト
４１追加空気噴射装置
６１噴射方向調整装置
６３第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置
６４第１未燃分分析装置
６５制御装置
７１第２微粉化バイオマス未燃分量計測装置
７２第２未燃分分析装置
８１バイオマス供給機
８２微粉化バイオマス分級機

Claims

中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、
微粉炭と燃焼用空気を混合した第１燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流を形成可能な第１燃焼バーナと、
微粉化バイオマスと燃焼用空気を混合した第２燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで前記第１火炎旋回流より小径の第２火炎旋回流を形成可能な第２燃焼バーナと、
を有し、
前記第１燃焼バーナは、前記火炉の鉛直方向に複数段にわたって配置され、前記第２燃焼バーナは、複数段の前記第１燃焼バーナの間に配置される、
ことを特徴とするボイラ。
中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、
微粉炭と燃焼用空気を混合した第１燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流を形成可能な第１燃焼バーナと、
微粉化バイオマスと燃焼用空気を混合した第２燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで前記第１火炎旋回流より小径の第２火炎旋回流を形成可能な第２燃焼バーナと、
を有し、
前記第２燃焼バーナによる前記第２燃料ガスの噴射方向を水平方向に調整可能な燃料ガス噴射方向調整装置が設けられる、
ことを特徴とするボイラ。
前記火炉の底部に落下した前記微粉化バイオマスの未燃分量を計測する第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置と、前記第１微粉化バイオマス未燃分量計測装置の計測結果に応じて前記燃料ガス噴射方向調整装置を作動する制御装置とが設けられることを特徴とする請求項２に記載のボイラ。
前記制御装置は、前記微粉化バイオマスの未燃分量が増加したら、前記燃料ガス噴射方向調整装置により前記第２火炎旋回流が小径になるように調整することを特徴とする請求項３に記載のボイラ。
前記火炉の出口部における前記微粉化バイオマスの未燃分量を計測する第２微粉化バイオマス未燃分量計測装置が設けられ、前記制御装置は、前記火炉の底部に落下した前記微粉化バイオマスの未燃分量と前記火炉の出口部における前記微粉化バイオマスの未燃分量の総量が減少するように前記燃料ガス噴射方向調整装置を作動することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のボイラ。
中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、
微粉炭と燃焼用空気を混合した第１燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流を形成可能な第１燃焼バーナと、
微粉化バイオマスと燃焼用空気を混合した第２燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで前記第１火炎旋回流より小径の第２火炎旋回流を形成可能な第２燃焼バーナと、
を有し、
前記火炉の底部に落下した前記微粉化バイオマスの未燃分量を計測する微粉化バイオマス未燃分量計測装置と、前記微粉化バイオマスの未燃分量が増加したときに第２燃焼バーナから噴射する前記微粉化バイオマスの噴射量を減少する制御装置とが設けられる、
ことを特徴とするボイラ。
中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、
微粉炭と燃焼用空気を混合した第１燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流を形成可能な第１燃焼バーナと、
微粉化バイオマスと燃焼用空気を混合した第２燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで前記第１火炎旋回流より小径の第２火炎旋回流を形成可能な第２燃焼バーナと、
を有し、
前記火炉の底部に落下した前記微粉化バイオマスの未燃分量を計測する微粉化バイオマス未燃分量計測装置と、前記微粉化バイオマスの未燃分量が増加したときに第２燃焼バーナから噴射する前記微粉化バイオマスの粒径を減少する制御装置が設けられる、
ことを特徴とするボイラ。