JP6087796B2

JP6087796B2 - ボイラ

Info

Publication number: JP6087796B2
Application number: JP2013244031A
Authority: JP
Inventors: 幸洋冨永; 今田　潤司; 潤司今田
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2033-11-26
Also published as: JP2015102298A

Description

本発明は、固体燃料と空気を混合して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している。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。

このような石炭焚きボイラでは、一般的に、炉内脱硝技術が採用されている。即ち、火炉壁に複数の燃焼バーナを設け、この燃焼バーナの上方に追加空気ノズルを設けている。従って、燃焼バーナは、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に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉に吹き込み、着火することで火炎を形成する。また、追加空気ノズルは、追加空気を火炉に吹き込み、燃焼制御を行う。このとき、火炉では、２次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、微粉炭の燃焼により発生したＮＯｘが還元され、その後、追加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。

ところで、このような火炉にて、還元雰囲気にある領域では、低酸素領域で、且つ、高温領域となることから、腐食成分である硫化水素（Ｈ_２Ｓ）が発生しやすく、炉壁の内面に腐食が発生するおそれがある。そこで、このような問題を解決するものとして、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。

下記特許文献１に記載された微粉炭焚きボイラの燃焼装置は、隣り合うバーナの間に燃焼用空気または燃焼ガスの一部を投入するノズルを設けたものである。下記特許文献２に記載されたボイラ構造は、バーナ毎に形成される火炎が接近または接触する火炉壁面の火炎影響部近傍に周辺より空気濃度の高い領域を形成する空気投入部を設けたものである。

特開平０７−１１９９２３号公報特開２００９−１７４７５１号公報

上述した各特許文献にように、バーナと別に、燃焼用空気を噴射するノズルや空気投入部を設けると、ボイラの構造が複雑になると共に、製造コストが増加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、簡単な構成で炉壁の腐食を防止することで耐久性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、固体燃料と燃焼用空気を混合した燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成可能な燃焼バーナと、前記燃焼バーナに燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、前記燃焼バーナの燃料ガスの噴射位置より所定距離だけ燃料ガスの流動方向の上流側に設けられて燃料ガスの流れを燃料ガス通路の中心部側に偏向するガイド部材と、を有することを特徴とするものである。

従って、燃料ガスは、燃料ガス供給管を通して燃焼バーナに供給され、この燃焼バーナにより火炉内に吹き込まれることで火炎旋回流が形成され、発生した燃焼ガスが燃焼領域から旋回しながら上昇する。このとき、燃料ガスは、燃焼バーナの噴射位置より手前でガイド部材により燃料ガス通路の中心部側に偏向される。すると、燃料ガスは、燃料ガス通路の中心部側に集められてガイド部材を通過した後、燃料ガス中の固体燃料は、その慣性力により直進して火炉内に吹き込まれる一方、燃料ガス中の燃焼用空気は、外側に広がりながら火炉内に吹き込まれる。そのため、固体燃料が燃焼して形成される火炎旋回流と火炉の内壁面との間に燃焼用空気が流れ込むこととなり、燃焼ガスと火炉の内壁面との直接的な接触が抑制され、炉壁の腐食を防止して耐久性を向上することができる。

本発明のボイラでは、前記ガイド部材は、少なくとも前記火炎旋回流の外周側に対応する位置に設けられることを特徴としている。

従って、ガイド部材を火炎旋回流の外周側に対応する位置に設けることで、燃焼ガスと火炉の内壁面との直接的な接触が抑制され、炉壁の腐食を防止することができる。

本発明のボイラでは、前記ガイド部材は、前記燃料ガス供給管の内面に設けられることを特徴としている。

従って、ガイド部材を燃料ガス供給管の内面に設けることで、燃焼バーナの構成を変更することなく、容易にガイド部材を配置することができ、製造コストの増加を抑制することができる。

本発明のボイラでは、前記燃料ガス供給管は、鉛直部と、前記燃焼バーナに連結される水平部と、前記鉛直部と前記水平部を連結する屈曲部を有し、前記ガイド部材は、前記鉛直部の中途部から前記屈曲部及び前記水平部に設けられることを特徴としている。

従って、ガイド部材を鉛直部の中途部から設けることで、燃料ガス供給管における固体燃料の堆積を抑制することができる。

本発明のボイラでは、前記ガイド部材は、前記燃料ガス供給管の内面に固定される内筒部材を有することを特徴としている。

従って、ガイド部材として、内筒部材を燃料ガス供給管の内面に固定することで、構造を簡素化することができる。

本発明のボイラでは、前記ガイド部材は、前記燃焼バーナの燃料ガス通路に設けられることを特徴としている。

従って、ガイド部材を燃焼バーナに設けることで、ガイド部材を通過した後、固体燃料を燃料ガス通路の中心部に集めた状態を維持したままで火炉内に吹き込まれることとなり、燃焼ガスと火炉の内壁面との直接的な接触を効果的に抑制することができる。

本発明のボイラでは、前記ガイド部材は、燃料ガスの流動方向の上流側に傾斜面が設けられることを特徴としている。

従って、燃料ガスは、ガイド部材の傾斜面により滑らかに燃料ガス通路の中心部側に偏向することとなり、燃料ガスの流れを乱すことなく、燃料ガスを適正に燃焼バーナに供給することができる。

本発明のボイラによれば、燃焼バーナの燃料ガスの噴射位置より所定距離だけ燃料ガスの流動方向の上流側に燃料ガスの流れを燃料ガス通路の中心部側に偏向するガイド部材を設けるので、火炎旋回流と火炉の内壁面との間に燃焼用空気が流れ込むこととなり、燃焼ガスと火炉の内壁面との直接的な接触が抑制され、炉壁の腐食を防止して耐久性を向上することができる。

図１は、第１実施形態の石炭焚きボイラを表す概略構成図である。図２は、石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図である。図３は、燃焼バーナの縦断面図である。図４は、燃焼バーナの正面図である。図５は、第２実施形態の石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの縦断面図である。図６は、第３実施形態の石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの縦断面図である。図７は、燃焼バーナの正面図である。図８は、第４実施形態の石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの正面図である。

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実施形態の石炭焚きボイラを表す概略構成図、図２は、石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図、図３は、燃焼バーナの縦断面図、図４は、燃焼バーナの正面図である。

第１実施形態のボイラは、石炭（瀝青炭、亜瀝青炭など）を粉砕した微粉炭を微粉燃料（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微粉炭焚きボイラである。

この第１実施形態において、図１に示すように、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（伝熱管）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。そして、燃焼装置１２は、周方向に沿って４個の燃焼バーナが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、この燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、ＣＣＦ（ＣｉｒｃｕｌａｒＣｏｒｎｅｒＦｉｒｉｎｇ）燃焼方式であり、火炉１１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。

各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭供給管（燃料ガス供給管）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２６，２７，２８，２９，３０から燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができる。

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つの角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。

従って、火炉１１の各角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（燃料ガス）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。

また、図１に示すように、火炉１１は、燃焼装置１２の上段部に追加燃焼用空気供給装置４１が設けられている。この追加燃焼用空気供給装置４１は、火炉壁に装着された複数の追加燃焼用空気ノズル４２，４３を有している。この追加燃焼用空気ノズル４２，４３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２セット、つまり、２段配置されている。即ち、追加燃焼用空気供給装置４１（追加燃焼用空気ノズル４２，４３）は、火炉１１における燃焼バーナ２１の装着位置より上方に配置されている。この追加燃焼用空気供給装置４１は、火炉１１に対して追加燃焼用空気（ＯｖｅｒＦｉｒｅＡｉｒ）を吹き込むものである。即ち、追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と同様に、火炉１１における４つの角部に設けられる複数の追加燃焼用空気ノズルから構成されており、火炎旋回流と同様の追加燃焼用空気旋回流を形成する。そして、この追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、空気ダクト３７から分岐した第１分岐空気ダクト４４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を第１分岐空気ダクト４４から追加燃焼用空気供給装置４１に供給することができる。そして、各追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が吹き込んだ微粉燃料混合気の上方に追加燃焼用空気を吹き込むことができる。

火炉１１は、燃焼装置１２より上方に追加空気供給装置５１が設けられている。この追加空気供給装置５１は、火炉壁に装着された複数の追加空気ノズル５２を有している。この追加空気ノズル５２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、つまり、１段配置されている。即ち、追加空気供給装置５１（追加空気ノズル５２）は、火炉１１における燃焼バーナ２１の装着位置より所定距離だけ上方に配置されている。この追加空気供給装置５１は、火炉１１に対して追加空気（ＡｄｄｉｔｉｏｎａｌＡｉｒ）を吹き込むものである。即ち、追加空気ノズル５２は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と同様に、火炉１１における４つの角部に設けられる複数の追加空気ノズルから構成されており、火炎旋回流と同様の追加空気旋回流を形成する。そして、この追加空気ノズル５２は、空気ダクト３７から分岐した第２分岐空気ダクト５３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を第２分岐空気ダクト５３から追加空気供給装置５１に供給することができる。そして、追加空気ノズル５２は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が吹き込んだ微粉燃料混合気及び追加燃焼用空気ノズル４２，４３が吹き込んだ追加燃焼用空気の所定距離だけ上方に追加空気を吹き込むことができる。

また、本実施形態の火炉１１は、図３及び図４に示すように、燃焼バーナ２１（２２，２３，２４，２５）の微粉燃料混合気の噴射位置より所定距離だけ微粉燃料混合気の流動方向の上流側に微粉燃料混合気の流れを微粉炭混合気通路の中心部側に偏向するガイド部材６０が設けられている。

以下、このガイド部材６０について詳細に説明するが、このガイド部材６０は、微粉炭供給管２６（２７，２８，２９，３０）に設けられ、同様の構成をなすことから、燃焼バーナ２１に微粉燃料混合気を供給する微粉炭供給管２６に設けられたガイド部材６０についてのみ説明する。

燃焼バーナ２１は、火炉１１の火炉壁１１ａに設けられており、先端部が火炉１１内に向き、基端部に微粉炭供給管２６が連結されている。この微粉炭供給管２６は、基端部に微粉炭機３１（図１参照）が連結され、先端部に燃焼バーナ２１が連結されている。微粉炭供給管２６は、円筒管であり、鉛直部６１と屈曲部６２と水平部６３が連続して設けられており、水平部６３が燃焼バーナ２１に連結されている。

また、燃焼バーナ２１は、微粉炭と搬送用空気とを混合した微粉炭混合気を吹き込み可能な第１ノズル６４と、この第１ノズル６４の外側から燃焼用空気（２次空気）を吹き込み可能な第２ノズル６５とから構成されている。第１ノズル６４は、基端部が微粉炭供給管２６に連結され、第２ノズル６５は、基端部が風箱３６に連結されている。また、第１ノズル６４は、基端部側の微粉炭供給管２６との連結部が円形断面形状に形成され、先端部側に向けて徐々に変形し、先端部が矩形断面形状となっている。一方、第２ノズル６５は、第１ノズル６４の上方及び下方に配置され、先端部が水平方向に長い矩形断面形状となっている。

そして、微粉炭供給管２６は、内面にガイド部材６０が設けられている。このガイド部材６０は、所定厚さを有する内筒部材であって、微粉炭供給管２６の内面に固定されている。本実施形態では、ガイド部材６０は、微粉炭供給管２６における鉛直部６１の中途部から屈曲部６２及び水平部６３に設けられている。即ち、ガイド部材６０は、微粉炭供給管２６における鉛直部６１の中途部から燃焼バーナ２１の連結部まで設けられることで、ガイド部材６０の先端位置から燃焼バーナ２１における微粉燃料混合気の噴射位置（火炉壁１１ａ）までの間に、所定距離Ｓが確保されている。

従って、微粉炭と搬送用空気とを混合した微粉炭混合気は、微粉炭供給管２６を通って燃焼バーナ２１の第１ノズル６４に供給される。また、燃焼用空気（２次空気）は、風箱３６から燃焼バーナ２１の第２ノズル６５に供給される。

微粉炭供給管２６を流れる微粉炭混合気は、鉛直部６１、屈曲部６２、水平部６３を通って燃焼バーナ２１に供給される。このとき、微粉炭混合気は、ガイド部材６０により微粉炭供給管２６の中心部側に偏向される。そして、微粉炭混合気は、微粉炭供給管２６から燃焼バーナ２１に供給され、第１ノズル６４は、この微粉炭混合気を火炉１１に吹き込む一方、第２ノズル６５は、風箱３６から供給された燃焼用空気を火炉１１に吹き込む。

ガイド部材６０により中心部側に偏向された微粉炭混合気は、燃焼バーナ２１における所定距離Ｓを流動するとき、微粉炭は、質量を有することからその慣性力によりほぼ直進性を持って流動するが、空気は外側に広がりながら流動する。即ち、所定距離Ｓを流動する微粉炭混合気は、中心部側における微粉炭濃度が高くなり、火炉１１への噴射時、微粉炭濃度が高い微粉炭混合気Ｇ１の外側に微粉炭濃度が低い微粉炭混合気Ｇ２が位置し、その外側に燃焼用空気（２次空気）Ｇ３が位置することとなる。

なお、図１に示すように、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、その間に油燃料を噴射可能な油ノズルを設けている。従って、ボイラ起動時に、油ノズルが油燃料を火炉１１内に噴射して火炎を形成し、その後、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が微粉燃料混合気と２次空気を火炉１１内に噴射して火炎を形成している。

そして、火炉１１は、上部に煙道７０が連結されており、この煙道７０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）７１，７２、再熱器（リヒータ）７３，７４、節炭器（エコノマイザ）７５，７６，７７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７０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７８が連結されている。この排ガス管７８は、空気ダクト３７との間にエアヒータ７９が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、排ガス管７８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。

そして、排ガス管７８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３１，３２，３３，３４，３５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。また、加熱された燃焼用空気が空気ダクト３７から分岐した各分岐空気ダクト４４，５３により追加燃焼用空気ノズル４２，４３、追加空気ノズル５２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と２次空気を火炉１１に吹き込み、このときに着火することで燃焼領域Ａに火炎旋回流を形成することができる。また、このとき、追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、追加燃焼用空気を火炉１１に吹き込むことで、燃焼領域Ａを適正に形成することができる。この火炉１１では、微粉燃料混合気と２次空気及び追加燃焼用空気が燃焼して火炎旋回流が生じ、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、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、微粉炭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、追加空気ノズル５２は、追加空気を火炉１１の還元領域Ｂの上方に吹き込む。すると、燃焼完結領域Ｃにて、排ガスと追加空気が反応す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。

ところで、火炉１１の還元領域Ｂでは、低酸素雰囲気で、且つ、高温雰囲気となることから、腐食成分である硫化水素（Ｈ_２Ｓ）が発生しやすく、炉壁の内面に腐食が発生するおそれがある。そこで、本実施形態では、火炉１１にて、微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０の内面に微粉燃料混合気の流れを微粉炭混合気通路の中心部側に偏向するガイド部材６０を設けている。

そのため、微粉炭混合気が微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を通過するとき、図３及び図４に示すように、ガイド部材６０によりその中心部側に偏向されて燃焼バーナ２１に供給される。すると、微粉炭混合気は、所定距離Ｓを流動するとき、微粉炭がその慣性力によりほぼ直進性を持って流動し、空気が外側に広がりながら流動することから、微粉炭混合気は、中心部側における微粉炭濃度が高くなる。そして、微粉炭混合気が火炉１１へ噴射されるとき、ほぼ中心部に微粉炭濃度が高い微粉炭混合気Ｇ１が噴射され、その外側に微粉炭濃度が低い微粉炭混合気Ｇ２が噴射され、その外側に燃焼用空気（２次空気）Ｇ３が噴射される。

その結果、図２に示すように、燃焼バーナ２１（２２，２３，２４，２５）からの火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４は、中心軸Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４に沿ったものとなり、その外側に燃焼用空気が位置する。即ち、火炉１１では、火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４と火炉壁１１ａとの間に燃焼用空気が噴射されることから、火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４が火炉１１の内壁面に直接接触することがなく、火炉壁１１ａの低温化により腐食の発生が抑制される。

また、火炉１１の内壁面と火炎旋回流との間に空気が吹き込まれることで、この領域が高酸素領域となり、硫化水素の発生が抑制されることから、炉壁の腐食が抑制される。更に、火炉１１は、還元領域Ｂが高酸素雰囲気で、且つ、低温雰囲気に抑制されることから、フライアッシュの溶融を抑制することができ、スラッギングを防止することができる。

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７５，７６，７７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１１ａ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７１，７２に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器７１，７２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７３，７４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７０の節炭器７５，７６，７７を通過した排ガスは、排ガス管７８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微粉炭混合気を火炉１１内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成可能な燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に微粉炭混合気を供給する微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０と、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の微粉炭混合気の噴射位置より所定距離Ｓだけ微粉炭混合気の流動方向の上流側に設けられて微粉炭混合気の流れを微粉炭混合気通路の中心部側に偏向するガイド部材６０とを設けている。

従って、微粉炭混合気は、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、この燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５により火炉１１内に吹き込まれることで火炎旋回流が形成され、発生した燃焼ガスが燃焼領域から旋回しながら上昇する。このとき、微粉炭混合気は、ガイド部材６０により中心部側に偏向される。すると、微粉炭混合気は、中心部側に集められてガイド部材６０を通過した後、微粉炭混合気中の微粉炭は、その慣性力により直進して火炉１１内に吹き込まれる一方、微粉炭混合気中の空気は、外側に広がりながら火炉１１内に吹き込まれる。そのため、微粉炭が燃焼して形成される火炎旋回流と火炉１１の内壁面との間に空気が流れ込むこととなり、燃焼ガスと火炉１１の内壁面との直接的な接触が抑制され、火炉壁１１ａの腐食を防止して耐久性を向上することができる。

第１実施形態のボイラでは、ガイド部材６０を微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０の内面に設けている。従って、ガイド部材６０を微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０の内面に設けることで、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の構成を変更することなく、容易にガイド部材６０を配置することができ、製造コストの増加を抑制することができる。

第１実施形態のボイラでは、微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０として、鉛直部６１と、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に連結される水平部６３と、鉛直部６１と水平部６３を連結する屈曲部６２をも設け、ガイド部材６０を鉛直部６１の中途部から屈曲部６２及び水平部６３に設けている。従って、ガイド部材６０を鉛直部６１の中途部から設けることで、微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０における微粉炭の堆積を抑制することができる。

第１実施形態のボイラでは、ガイド部材６０を微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０の内面に固定される内筒部材としている。従って、ガイド部材６０として、内筒部材を微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０の内面に固定することで、構造を簡素化することができる。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態の石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの縦断面図である。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実施形態にて、図５に示すように、火炉１１は、燃焼バーナ２１の微粉燃料混合気の噴射位置より所定距離Ｓだけ微粉燃料混合気の流動方向の上流側に微粉燃料混合気の流れを微粉炭混合気通路の中心部側に偏向するガイド部材８１が設けられている。

燃焼バーナ２１は、火炉１１の火炉壁１１ａに設けられており、先端部が火炉１１内に向き、基端部に微粉炭供給管２６が連結されている。この微粉炭供給管２６は、基端部に微粉炭機３１（図１参照）が連結され、先端部に燃焼バーナ２１が連結されている。微粉炭供給管２６は、円筒管であり、鉛直部６１と屈曲部６２と水平部６３が連続して設けられており、水平部６３が燃焼バーナ２１に連結されている。また、燃焼バーナ２１は、微粉炭と搬送用空気とを混合した微粉炭混合気を吹き込み可能な第１ノズル６４と、この第１ノズル６４の外側から燃焼用空気（２次空気）を吹き込み可能な第２ノズル６５とから構成されている。

微粉炭供給管２６は、内面にガイド部材８１が設けられている。このガイド部材８１は、所定厚さを有する内筒部材であって、微粉炭供給管２６の内面に固定されている。本実施形態にて、ガイド部材８１は、微粉炭供給管２６における水平部６３に設けられている。即ち、ガイド部材８１は、微粉炭供給管２６における水平部６３から燃焼バーナ２１の連結部まで設けられることで、ガイド部材８１の先端位置から燃焼バーナ２１における微粉燃料混合気の噴射位置（火炉壁１１ａ）までの間に、所定距離Ｓが確保されている。そして、ガイド部材８１は、微粉炭混合気の流動方向の上流側に傾斜面８２が設けられている。この傾斜面８２は、微粉炭供給管２６の内面とガイド部材８１の内面とを滑らかに接続するものであり、直線部や湾曲部により形成される。

従って、微粉炭と搬送用空気とを混合した微粉炭混合気は、微粉炭供給管２６を通って燃焼バーナ２１の第１ノズル６４に供給される。また、燃焼用空気（２次空気）は、風箱３６から燃焼バーナ２１の第２ノズル６５に供給される。このとき、微粉炭混合気は、ガイド部材８１により微粉炭供給管２６の中心部側に偏向されてから燃焼バーナ２１に供給される。そして、第１ノズル６４は、この微粉炭混合気を火炉１１に吹き込む一方、第２ノズル６５は、風箱３６から供給された燃焼用空気を火炉１１に吹き込む。

ガイド部材８１により中心部側に偏向された微粉炭混合気は、燃焼バーナ２１における所定距離Ｓを流動するとき、微粉炭は、質量を有することからその慣性力によりほぼ直進性を持って流動するが、燃焼用空気は外側に広がりながら流動する。即ち、所定距離Ｓを流動する微粉炭混合気は、中心部側における微粉炭濃度が高くなり、火炉１１への噴射時、微粉炭濃度が高い微粉炭混合気Ｇ１の外側に微粉炭濃度が低い微粉炭混合気Ｇ２が位置し、その外側に燃焼用空気（２次空気）Ｇ３が位置することとなる。

その結果、燃焼バーナ２１からの火炎の外側に空気が位置することとなり、火炎が火炉１１の内壁面に直接接触することがなく、火炉壁１１ａの低温化により腐食の発生が抑制される。また、火炉１１の内壁面と火炎旋回流との間に空気が吹き込まれることで、この領域が高酸素領域となり、硫化水素の発生が抑制されることから、炉壁の腐食が抑制される。更に、火炉１１は、還元領域Ｂが高酸素雰囲気で、且つ、低温雰囲気に抑制されることから、フライアッシュの溶融を抑制することができ、スラッギングを防止することができる。

このように第２実施形態のボイラにあっては、燃焼バーナ２１の微粉炭混合気の噴射位置より所定距離Ｓだけ微粉炭混合気の流動方向の上流側、つまり、微粉炭供給管２６に微粉炭混合気の流れを微粉炭混合気通路の中心部側に偏向するガイド部材８１を設けている。

従って、微粉炭混合気は、ガイド部材８１により中心部側に偏向され、このガイド部材８１を通過した後、微粉炭混合気中の微粉炭は、その慣性力により直進して火炉１１内に吹き込まれる一方、微粉炭混合気中の空気は、外側に広がりながら火炉１１内に吹き込まれる。そのため、微粉炭が燃焼して形成される火炎旋回流と火炉１１の内壁面との間に燃焼用空気が流れ込むこととなり、燃焼ガスと火炉１１の内壁面との直接的な接触が抑制され、火炉壁１１ａの腐食を防止して耐久性を向上することができる。

第２実施形態のボイラでは、ガイド部材８１に微粉炭混合気の流動方向の上流側に傾斜面８２を設けている。従って、微粉炭混合気は、ガイド部材８１の傾斜面８２により滑らかに中心部側に偏向することとなり、微粉炭混合気燃料ガスの流れを乱すことなく、また、微粉炭混合気の堆積を防止して微粉炭混合気を適正に燃焼バーナ２１に供給することができる。

［第３実施形態］
図６は、第３実施形態の石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの縦断面図、図７は、燃焼バーナの正面図である。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３実施形態にて、図６及び図７に示すように、火炉１１は、燃焼バーナ２１の微粉燃料混合気の噴射位置より所定距離Ｓだけ微粉燃料混合気の流動方向の上流側に微粉燃料混合気の流れを微粉炭混合気通路の中心部側に偏向するガイド部材９１が設けられている。

燃焼バーナ２１は、第１ノズル（微粉炭混合気通路）６４の内面にガイド部材９１が設けられている。このガイド部材９１は、所定厚さを有する内筒部材であって、第１ノズル６４の内面に固定されている。本実施形態にて、第１ノズル６４は、先端部が矩形断面形状をなすことから、ガイド部材９１も、第１ノズル６４の先端部と同形の矩形断面形状をなしている。即ち、ガイド部材９１は、第１ノズル６４の上面部に固定される上部９１ａと、下面部に固定される下部９１ｂと、側面部に固定される側部９１ｃ，９１ｄとを有している。そして、ガイド部材９１は、先端位置から燃焼バーナ２１における微粉燃料混合気の噴射位置（火炉壁１１ａ）までの間に、所定距離Ｓが確保されている。また、ガイド部材９１は、微粉炭混合気の流動方向の上流側に傾斜面９２が設けられている。この傾斜面９２は、第１ノズル６４の内面とガイド部材９１の内面とを滑らかに接続するものであり、直線部や湾曲部により形成される。

従って、微粉炭と搬送用空気とを混合した微粉炭混合気は、微粉炭供給管２６を通って燃焼バーナ２１の第１ノズル６４に供給される。また、燃焼用空気（２次空気）は、風箱３６から燃焼バーナ２１の第２ノズル６５に供給される。すると、微粉炭混合気は、第１ノズル６４にて、ガイド部材９１により中心部側に偏向され、この第１ノズル６４は、微粉炭混合気を火炉１１に吹き込む一方、第２ノズル６５は、風箱３６から供給された燃焼用空気を火炉１１に吹き込む。

ガイド部材９１により中心部側に偏向された微粉炭混合気は、第１ノズル６４における所定距離Ｓを流動するとき、微粉炭は、質量を有することからその慣性力によりほぼ直進性を持って流動するが、燃焼用空気は外側に広がりながら流動する。即ち、所定距離Ｓを流動する微粉炭混合気は、中心部側における微粉炭濃度が高くなり、火炉１１への噴射時、微粉炭濃度が高い微粉炭混合気Ｇ１の外側に微粉炭濃度が低い微粉炭混合気Ｇ２が位置し、その外側に燃焼用空気（２次空気）Ｇ３が位置することとなる。

このように第３実施形態のボイラにあっては、燃焼バーナ２１の微粉炭混合気の噴射位置より所定距離Ｓだけ微粉炭混合気の流動方向の上流側、つまり、第１ノズル６４に微粉炭混合気の流れを微粉炭混合気通路の中心部側に偏向するガイド部材９１を設けている。

従って、微粉炭混合気は、ガイド部材９１により中心部側に偏向され、このガイド部材９１を通過した後、微粉炭混合気中の微粉炭は、その慣性力により直進して火炉１１内に吹き込まれる一方、微粉炭混合気中の空気は、外側に広がりながら火炉１１内に吹き込まれる。そのため、微粉炭が燃焼して形成される火炎旋回流と火炉１１の内壁面との間に燃焼用空気が流れ込むこととなり、燃焼ガスと火炉１１の内壁面との直接的な接触が抑制され、火炉壁１１ａの腐食を防止して耐久性を向上することができる。

第３実施形態のボイラでは、ガイド部材９１を燃焼バーナ２１の第１ノズル６４に設けている。従って、ガイド部材９１を燃焼バーナ２１に設けることで、ガイド部材９１を通過した後、微粉炭を第１ノズル６４の中心部に集めた状態を維持したままで火炉１１内に吹き込まれることとなり、微粉炭混合気と火炉１１の内壁面との直接的な接触を効果的に抑制することができる。

［第４実施形態］
図８は、第４実施形態の石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの正面図である。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４実施形態にて、図８に示すように、火炉１１は、燃焼バーナ２１の微粉燃料混合気の噴射位置より所定距離だけ微粉燃料混合気の流動方向の上流側に微粉燃料混合気の流れを微粉炭混合気通路の中心部側に偏向するガイド部材１０１が設けられている。

燃焼バーナ２１は、第１ノズル６４の内面にガイド部材１０１が設けられている。このガイド部材１０１は、所定厚さを有する平板部材であって、第１ノズル６４の内面に固定されている。本実施形態にて、第１ノズル６４は、先端部が矩形断面形状をなしており、ガイド部材９１は、第１ノズル６４の一方の側面部に固定されている。即ち、このガイド部材１０１は、火炉１１内に形成される火炎旋回流の外周側に対応する位置に設けられている。

従って、燃焼バーナ２１の第１ノズル６４に供給された微粉炭混合気は、ガイド部材１０１により中心部側に偏向され、この第１ノズル６４は、微粉炭混合気を火炉１１に吹き込む。このとき、ガイド部材１０１により中心部側に偏向された微粉炭混合気は、微粉炭がその慣性力によりほぼ直進性を持って流動し、空気が外側に広がりながら流動する。即ち、第１ノズル６４から噴射される微粉炭混合気は、中心部側における微粉炭濃度が高くなり、微粉炭濃度が高い微粉炭混合気Ｇ１の外側に微粉炭濃度が低い微粉炭混合気Ｇ２が位置することとなる。

その結果、燃焼バーナ２１により形成される火炎旋回流の外側に空気が位置することとなり、火炎が火炉１１の内壁面に直接接触することがなく、火炉壁１１ａの低温化により腐食の発生が抑制される。また、火炉１１の内壁面と火炎旋回流との間に空気が吹き込まれることで、この領域が高酸素領域となり、硫化水素の発生が抑制されることから、炉壁の腐食が抑制される。更に、火炉１１は、還元領域Ｂが高酸素雰囲気で、且つ、低温雰囲気に抑制されることから、フライアッシュの溶融を抑制することができ、スラッギングを防止することができる。

このように第４実施形態のボイラにあっては、燃焼バーナ２１の微粉炭混合気の噴射位置より所定距離だけ微粉炭混合気の流動方向の上流側、つまり、第１ノズル６４に微粉炭混合気の流れを微粉炭混合気通路の中心部側に偏向するガイド部材１０１を火炎旋回流の外周側に対応する位置に設けている。

従って、微粉炭混合気は、ガイド部材１０１により中心部側に偏向され、このガイド部材１０１を通過した後、微粉炭混合気中の微粉炭は、その慣性力により直進して火炉１１内に吹き込まれる一方、微粉炭混合気中の空気は、外側に広がりながら火炉１１内に吹き込まれる。そのため、微粉炭が燃焼して形成される火炎旋回流と火炉１１の内壁面との間に燃焼用空気が流れ込むこととなり、燃焼ガスと火炉１１の内壁面との直接的な接触が抑制され、火炉壁１１ａの腐食を防止して耐久性を向上することができる。

第３実施形態のボイラでは、ガイド部材１０１を火炎旋回流の外周側に対応する位置だけに設けている。従って、燃焼ガスと火炉１１の内壁面との直接的な接触が抑制され、炉壁の腐食を防止することができる。また、ガイド部材１０１の構成を簡素化して低コスト化を図ることができる。

なお、上述した実施形態では、微粉炭供給管（燃料ガス供給管）２６，２７，２８，２９，３０を鉛直部６１と屈曲部６２と水平部６３とから構成したが、この構成に限定されるものではない。微粉炭供給管（燃料ガス供給管）は、ボイラの設置場所や周辺部材の配置構成により適宜その形状を変更してもよい。

また、上述した実施形態では、燃焼バーナの形態をＣＣＦ燃焼方式としたが、ＣＵＦ（ＣｉｒｃｕｌａｒＵｌｔｒａＦｉｒｉｎｇ）燃焼方式としてもよい。

また、上述した実施形態では、本発明のボイラを石炭焚きボイラとしたが、燃料としては、バイオマスや石油コークスを使用するボイラであってもよく、また、油焚きボイラに適用してもよい。

１０石炭焚きボイラ
１１火炉
１２燃焼装置
２１，２２，２３，２４，２５燃焼バーナ
２６，２７，２８，２９，３０微粉炭供給管（燃料ガス供給管）
３１，３２，３３，３４，３５微粉炭機
３６風箱
３７空気ダクト
４１追加燃焼用空気供給装置
４２，４３追加燃焼用空気ノズル
４４第１分岐空気ダクト
５１追加空気供給装置
５２追加空気ノズル
５３第２分岐空気ダクト
６０，８１，９１，１０１ガイド部材
６１鉛直部
６２屈曲部
６３水平部
６４第１ノズル
６５第２ノズル
８２，９２傾斜面

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、
固体燃料と燃焼用空気を混合した燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成可能な燃焼バーナと、
前記燃焼バーナに燃料ガスを供給する燃料ガス供給管と、
前記燃焼バーナの燃料ガスの噴射位置より所定距離だけ燃料ガスの流動方向の上流側に設けられて燃料ガスの流れを燃料ガス通路の中心部側に偏向するガイド部材と、
を有し、
前記燃料ガス供給管は、鉛直部と、前記燃焼バーナに連結される水平部と、前記鉛直部と前記水平部を連結する屈曲部を有し、前記ガイド部材は、前記鉛直部の中途部から前記屈曲部及び前記水平部の内面に連続して設けられる、
ことを特徴とするボイラ。
前記ガイド部材は、少なくとも前記火炎旋回流の外周側に対応する位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
前記ガイド部材は、前記燃料ガス供給管の内面に固定される内筒部材を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボイラ。
前記ガイド部材は、燃料ガスの流動方向の上流側に傾斜面が設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のボイラ。