JP6203033B2 - ボイラ - Google Patents

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、前記燃焼バーナより上方で追加燃焼用空気を前記火炉内に向けて吹き込む追加燃焼用空気ノズルと、前記追加燃焼用空気ノズルより上方で追加空気を前記火炉内に向けて吹き込む第１ノズルと追加空気を前記火炉の内壁面に沿って吹き込む第２ノズルとを有する追加空気ノズルと、を有することを特徴とするものである。

従って、燃焼バーナが火炉内に燃料ガスを吹き込むと共に、追加燃焼用空気ノズルの第１ノズルが火炉内に燃焼用空気を吹き込む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。燃料ガスは、空気量が固体燃料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、燃焼領域の上方に還元領域が形成され、ここで、固体燃料の燃焼により発生した有害物質が還元される。その後、追加空気ノズルが火炉内に向けて追加空気を吹き込むことで、固体燃料の酸化燃焼が完結される。このとき、追加空気ノズルの第２ノズルが火炉の内壁面に沿って空気を吹き込むことで、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、前記火炉は、矩形断面形状をなし、前記追加空気ノズルは、前記火炉における角部に配置されることを特徴としている。

従って、上昇した燃焼ガスが火炉の角部に滞留することなく、適正に下流側に排出することができる。

本発明のボイラでは、前記燃焼バーナは、前記火炉の角部に配置され、前記追加空気ノズルは、前記火炉における前記燃焼バーナより上方の角部に配置され、前記燃焼バーナからの燃料ガスの水平方向における吹き込み角度と、前記第１ノズルからの追加空気の水平方向における吹き込み角度とがほぼ同角度に設定されることを特徴としている。

従って、燃焼バーナにより形成されて上昇した火炎旋回流に対して、第１ノズルが空気を適正位置に吹き込むこととなり、燃焼ガスを適正に下流側に排出することができる。

本発明のボイラでは、前記第１ノズルからの追加空気の噴射量と前記第２ノズルからの追加空気の噴射量との割合を調整する空気噴射量調整装置が設けられることを特徴としている。

従って、火炉内の燃焼ガスの燃焼状態に応じて空気噴射量調整装置により第１ノズルからの追加空気の噴射量と第２ノズルからの追加空気の噴射量を増減することで、最適な燃焼状態を維持することができる。

本発明のボイラでは、前記第１ノズルと前記第２ノズルが鉛直方向にずれて配置されることを特徴としている。

従って、第１ノズルと第２ノズルを鉛直方向にずらして配置することで、火炉内に向けて吹き込む空気の領域と火炉の内壁面に沿って吹き込む空気の領域とを上下の異なる領域とすることで、最適な火炎旋回流を形成することができると共に、炉壁の高温化を適正に抑制することができる。

本発明のボイラでは、少なくとも前記第２ノズルからの追加空気の噴射方向を上下に調整自在な空気噴射方向上下調整装置が設けられることを特徴としている。

従って、空気噴射方向上下調整装置により第２ノズルからの追加空気の噴射方向を上下に調整することで、火炉の内壁面における腐食が発生しやすい領域に適正に空気を噴射することができる。

本発明のボイラでは、少なくとも前記第２ノズルからの追加空気の噴射方向を左右に調整自在な空気噴射方向左右調整装置が設けられることを特徴としている。

従って、空気噴射方向左右調整装置により第２ノズルからの追加空気の噴射方向を左右に調整することで、火炉の内壁面における腐食が発生しやすい領域に適正に空気を噴射することができる。

本発明のボイラでは、前記追加空気ノズルは、前記火炉における前記第２ノズルとは異なる内壁面に沿って追加空気を吹き込む第３ノズルを有することを特徴としている。

従って、火炉における全ての内壁面に沿って空気を吹き込むことで、炉壁の高温化を効果的に抑制することができる。

本発明のボイラでは、前記第２ノズルが噴射する追加空気の流速を上昇させる送風機が設けられることを特徴としている。

従って、送風機により第２ノズルが噴射する追加空気の流速を上昇させることで、火炉の内壁面により多くの空気を行き渡らせることで、炉壁の高温化を効果的に抑制することができる。

本発明のボイラでは、前記追加空気ノズルは、前記火炉から排出された排ガスの少なくとも一部を前記火炉に吹き込み可能であることを特徴としている。

従って、追加空気ノズルは、追加空気として少なくとも排ガスの一部を火炉に供給することで、火炉の内壁面の低温化を抑制することができる。

本発明のボイラによれば、燃焼バーナより上方で追加空気を火炉の内壁面に沿って吹き込む追加空気ノズルを設けるので、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、石炭焚きボイラにおける追加空気ノズルの平面図である。 図４は、石炭焚きボイラにおけるＮＯｘ還元領域を表す平面図である。 図５は、第２実施形態の石炭焚きボイラにおける追加空気ノズルの平面図である。 図６は、第３実施形態の石炭焚きボイラにおける追加空気ノズルの平面図である。 図７は、追加空気ノズルの斜視図である。 図８は、第４実施形態の石炭焚きボイラにおける追加空気ノズルの平面図である。 図９は、第５実施形態の石炭焚きボイラにおける追加空気ノズルの平面図である。 図１０は、第６実施形態の石炭焚き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、石炭焚きボイラにおける追加燃焼用空気ノズルの平面図、図４は、石炭焚きボイラにおけるＮＯｘ還元領域を表す平面図である。

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（Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｃｏｒｎｅｒ Ｆｉｒｉｎｇ）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１１ａ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（Ｏｖｅｒ Ｆｉｒｅ Ａｉｒ）を吹き込むものである。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ノズル４２，４３に供給することができる。そして、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及び追加燃焼用空気供給装置４１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１１ａ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（Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ Ａｉｒ）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。

ここで、追加空気供給装置５１について詳細に説明する。

追加空気ノズル５２は、図３に示すように、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追加空気ノズル５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄから構成されている。各追加空気ノズル５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄは、追加空気を火炉１１内に向けて吹き込む第１ノズル５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄと、追加空気を火炉１１の内壁面に沿って吹き込む第２ノズル５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄを有しており、水平方向の異なる２方向に空気を噴射することができる。なお、第２ノズル５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄは、追加空気を火炉１１の内壁面に沿って下方に吹き込むようにすることが好ましい。

この第１ノズル５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄからの追加空気の水平方向における吹き込み角度は、燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄからの微粉燃料混合気の水平方向における吹き込み角度と、ほぼ同角度に設定されている。一方、第２ノズル５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄは、火炉壁１１ａの内壁面に沿って水平方向に追加空気を噴射することができる。そして、各追加空気ノズル５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄは、第２分岐空気ダクト５３から分岐した各分岐管５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ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から各分岐管５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄを介して追加空気ノズル５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄに供給することができる。そして、第１ノズル５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄは、燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが吹き込んだ微粉燃料混合気の上方に空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を噴射することができ、第２ノズル５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄは、火炉壁１１ａの内壁面に沿って空気流Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４を噴射することができる。

上述したように、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、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）及び２次空気を火炉１１内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成することができる。また、追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上段で、追加燃焼用空気を火炉１１内に向けて吹き込むことができる。また、追加空気ノズル５２は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上方で、追加空気を火炉１１内に向けて吹き込むことができる。

すると、図４に示すように、追加空気ノズル５２の第１ノズル５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄは、燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄによって形成された火炎旋回流Ｆの上方に空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を形成する。一方、第２ノズル５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄは、この火炎旋回流Ｆと火炉壁１１ａの内壁面との間に空気流Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４を形成する。そのため、空気流Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４により火炎旋回流Ｆが火炉壁１１ａの内壁面に直接接触することが抑制され、火炉壁１１ａの内壁面の加熱が防止される。

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、この油ノズルの外側に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。

そして、図１に示すように、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、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（第１ノズル）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、火炉壁１１ａ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、追加空気ノズル５２（第２ノズル）が還元領域Ｂにある火炉壁１１ａの内壁面に沿って追加空気を吹き込む。この追加空気は、火炎旋回流より外側に吹き込まれることから、火炎が火炉壁１１ａ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、追加空気ノズル５２（第２ノズル）から火炉壁１１ａ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でなり、硫化水素の発生が抑制されることから、火炉壁１１ａ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。

なお、追加空気ノズル５２（第２ノズル）は、還元領域Ｂに空気が吹き込むことで、この還元領域Ｂを乱すことが考えられるが、追加空気ノズル５２（第２ノズル）から空気は、火炎旋回流の外側であることから、この空気がＮＯｘ還元作用に悪影響を及ぼすことはほとんどない。

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、微粉燃料混合気を火炉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より上方で追加燃焼用空気を火炉１１内に向けて吹き込む追加燃焼用空気ノズル４２，４３と、追加燃焼用空気ノズル４２，４３より上方で追加空気を火炉１１内に向けて吹き込む第１ノズル５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄと追加空気を火炉１１の内壁面に沿って吹き込む第２ノズル５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄとを有する追加空気ノズル５２とを設けている。

従って、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が火炉１１内に微粉燃料混合気を吹き込むと共に、追加燃焼用空気ノズル４２，４３が火炉１１内に燃焼用空気を吹き込む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Ａから旋回しながら上昇する。微粉燃料混合気は、空気量が微粉炭燃料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の上方に還元領域Ｂが形成され、ここで、微粉炭燃料の燃焼により発生したＮＯｘが還元される。その後、追加空気ノズル５２の第１ノズル５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄが火炉１１内に向けて追加空気を吹き込むことで、微粉炭の酸化燃焼が完結される。このとき、追加空気ノズル５２の第２ノズル５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄが燃焼領域Ａと還元領域Ｂとの間で、火炉壁１１ａの内壁面に沿って空気を吹き込むことで、燃焼ガスと火炉壁１１ａ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。

この場合、追加空気ノズル５２にて、追加空気を火炉１１内に向けて吹き込む第１ノズル５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄに対して、追加空気を火炉１１の内壁面に沿って吹き込む第２ノズル５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄを追加するだけでよく、既設のボイラに対する改造箇所を少なくすることで、製造コストを低減することができる。

第１実施形態のボイラでは、火炉１１を矩形断面形状とし、追加空気ノズル５２を火炉１１における燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５より上方の角部に配置している。従って、追加空気ノズル５２の第１ノズル５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄは、火炉１１内を上昇した火炎旋回流に対して適正に追加空気を噴射することで、燃焼ガスが火炉１１の角部に滞留することなく、適正に下流側に排出することができる。

第１実施形態のボイラでは、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を火炉１１の角部に配置し、追加空気ノズル５２を火炉１１における燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５より上方の角部に配置し、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５からの微粉炭混合気の水平方向における吹き込み角度と、第１ノズル５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄからの追加燃焼用空気の水平方向における吹き込み角度とをほぼ同角度に設定している。従って、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５により形成されて上昇した火炎旋回流に対して、第１ノズル５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄが空気を適正位置に吹き込むこととなり、最適な火炎旋回流を形成することができる。

［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追加燃焼用空気ノズルの平面図である。なお、本実施形態のボイラの基本的な構成は、上述した第１実施形態とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、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１に示すように、石炭焚きボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２とを有しており、燃焼装置１２は、複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を有している。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。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３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。

また、図１及び図５に示すように、火炉１１は、燃焼装置１２の上方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１１ａに装着された追加燃焼用空気ノズル４２，４３を有しており、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。火炉１１は、追加燃焼用空気供給装置４１より上方に追加空気供給装置８１が設けられている。この追加空気供給装置８１は、火炉壁１１ａに装着された複数の追加空気ノズル８２を有しており、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。

ここで、追加空気供給装置８１について、詳細に説明する。追加空気ノズル８２は、図５に示すように、火炉１１における４つの角部に設けられる追加空気ノズル８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄから構成されている。各追加空気ノズル８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄは、追加空気を火炉１１内に向けて吹き込む第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄと、追加空気を火炉１１の内壁面に沿って吹き込む第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄを有しており、水平方向の異なる２方向に空気を噴射することができる。

ここで、第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄからの追加空気の水平方向における吹き込み角度は、燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ（図２参照）からの微粉炭混合気の水平方向における吹き込み角度と、ほぼ同角度に設定されている。一方、第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄは、火炉壁１１ａの内壁面に沿って水平方向に追加空気を噴射することができる。そして、各追加空気ノズル８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄは、第２分岐空気ダクト５３から分岐した各分岐管５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄが連結されている。

また、追加空気ノズル８２は、第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄからの追加空気の噴射量と、第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄからの追加空気の噴射量との割合を調整する空気噴射量調整装置が設けられている。即ち、第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄは、配管８５ａ，８５ｂ，８５ｃ，８５ｄを介して分岐管５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄに連結され、この配管８５ａ，８５ｂ，８５ｃ，８５ｄに流路面積を調整自在なダンパ８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｄが設けられている。一方、第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄは、配管８７ａ，８７ｂ，８７ｃ，８７ｄを介して分岐管５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄに連結され、この配管８７ａ，８７ｂ，８７ｃ，８７ｄに流路面積を調整自在なダンパ８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄが設けられている。

また、追加空気供給装置８１は、第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄからの追加空気の噴射方向を上下に調整自在な空気噴射方向上下調整装置が設けられている。即ち、第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄは、水平方向に沿う支持軸８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，８９ｄにより水平方向に回動自在であり、駆動装置９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄにより駆動可能となっている。

従って、追加空気は、第２分岐空気ダクト５３から各分岐管５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄを介して追加空気ノズル８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄに供給可能となっている。そして、第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄは、空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を噴射することができ、第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄは、火炉壁１１ａの内壁面に沿って空気流Ａ１２，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４を噴射することができる。

また、ダンパ８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｄ及びダンパ８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄの開度を変更することで、第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ及び第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄからの追加空気の噴射量（噴射割合）を調整することができる。例えば、火炉１１の煙道７０にＮＯｘセンサを設け、燃焼ガス中のＮＯｘ量が増加したら、第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄからの追加空気の噴射量（噴射割合）を増加する。また、火炉１１の煙道７０に未燃分センサを設け、燃焼ガス中の未燃分量が増加したら、第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄからの追加空気の噴射量（噴射割合）を増加する。

更に、駆動装置９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄを駆動することで、第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄによる追加空気の噴射方向を調整することができる。例えば、火炉１１内に火炉壁１１ａの温度を計測する温度センサを設け、駆動装置９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄは、火炉壁１１ａの温度が高い領域に向けて追加空気を噴射するように、第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄを支持軸８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，８９ｄにより回動して位置を調整する。

そして、図１及び図５に示すように、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、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）及び２次空気を火炉１１内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成することができる。また、追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上方で、追加空気を火炉１１内に向けて吹き込むことができる。また、追加空気ノズル８２は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上方で、追加空気を火炉１１内に向けて吹き込むことができる。

ここで、追加空気ノズル８２は、第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄが還元領域Ｂにある火炉壁１１ａの内壁面に沿って追加空気を吹き込む。この追加空気は、火炎旋回流より外側に吹き込まれることから、火炎が火炉壁１１ａ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。

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２１，２２，２３，２４，２５より上方で追加空気を火炉１１内に向けて吹き込む第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄと追加空気を火炉１１の内壁面に沿って吹き込む第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄとを有する追加空気ノズル８２を設けると共に、第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄからの追加空気の噴射量と第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄからの追加空気の噴射量との割合を調整する空気噴射量調整装置として、ダンパ８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｄ，８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄを設けている。

従って、追加空気ノズル８２の第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄが火炉壁１１ａの内壁面に沿って空気を吹き込むことで、燃焼ガスと火炉壁１１ａの内壁面との直接的な接触が抑制され、火炉壁の腐食を防止して耐久性を向上することができる。また、空気噴射量調整装置により第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄからの追加空気の噴射量と第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄからの追加空気の噴射量を増減することで、最適な燃焼状態を維持することができる。

第２実施形態のボイラでは、第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄからの追加空気の噴射方向を上下に調整自在な空気噴射方向上下調整装置として、第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄの支持軸８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，８９ｄと駆動装置９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄを設けている。従って、火炉１１の内壁面における腐食が発生しやすい領域に適正に空気を噴射することができる。

なお、この第２実施形態では、第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄを上下方向に調整自在としたが、第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄを上下方向に調整自在としてもよい。

［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追加空気ノズルの平面図、図７は、追加空気ノズルの斜視図である。なお、本実施形態のボイラの基本的な構成は、上述した第１実施形態とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、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１に示すように、石炭焚きボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２とを有しており、燃焼装置１２は、複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を有している。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。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３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。

また、図１及び図６に示すように、火炉１１は、燃焼装置１２の上方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１１ａに装着された追加燃焼用空気ノズル４２，４３を有しており、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。火炉１１は、追加燃焼用空気供給装置４１より上方に追加空気供給装置９１が設けられている。この追加空気供給装置９１は、火炉壁１１ａに装着された複数の追加空気ノズル９２を有しており、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。

ここで、追加空気供給装置９１について、詳細に説明する。追加空気ノズル９２は、図６に示すように、火炉１１における４つの角部に設けられる追加空気ノズル９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄから構成されている。各追加空気ノズル９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄは、追加空気を火炉１１内に向けて吹き込む第１ノズル９３ａ，９３ｂ，９３ｃ，９３ｄと、追加空気を火炉１１の内壁面に沿って吹き込む第２ノズル９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄを有しており、水平方向の異なる２方向に空気を噴射することができる。

また、第１ノズル９３ａ，９３ｂ，９３ｃ，９３ｄと第２ノズル９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄは、火炉１１内に鉛直方向にずれて配置されている。本実施形態では、第１ノズル９３ａ，９３ｂ，９３ｃ，９３ｄが上方側に位置し、第２ノズル９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄが下方側に位置している。但し、第１ノズル９３ａ，９３ｂ，９３ｃ，９３ｄが下方側に位置し、第２ノズル９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄが上方側に位置するようにしてもよい。

また、追加空気供給装置９１は、第２ノズル９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄからの追加空気の噴射方向を左右に調整自在な空気噴射方向左右調整装置が設けられている。即ち、図７に詳細に示すように、第２ノズル９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄは、鉛直方向に沿う支持軸９５ａ，９５ｂ，９５ｃ，９５ｄにより水平方向に回動自在であり、駆動装置９６ａ，９６ｂ，９６ｃ，９６ｄにより駆動可能となっている。例えば、火炉１１内に火炉壁１１ａの温度を計測する温度センサを設け、駆動装置９６ａ，９６ｂ，９６ｃ，９６ｄは、火炉壁１１ａの温度が高い領域に向けて追加空気を噴射するように、第２ノズル９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄを支持軸９５ａ，９５ｂ，９５ｃ，９５ｄにより回動して位置を調整する。

従って、燃焼用空気は、第２分岐空気ダクト５３から各分岐管５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄを介して追加空気ノズル９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄに供給可能となっている。そして、第１ノズル９３ａ，９３ｂ，９３ｃ，９３ｄは、空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を噴射することができ、第２ノズル９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄは、火炉壁１１ａの内壁面に沿って空気流Ａ１２，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４を噴射することができる。

そして、図１及び図６に示すように、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、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）及び２次空気を火炉１１内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成することができる。また、追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上方で、追加燃焼用空気を火炉１１内に向けて吹き込むことができる。また、追加空気ノズル９２は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上方で、追加空気を火炉１１内に向けて吹き込むことができる。

また、駆動装置９６ａ，９６ｂ，９６ｃ，９６ｄを駆動することで、第２ノズル９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄによる追加空気の噴射方向を調整することができる。例えば、火炉１１内に火炉壁１１ａの温度を計測する温度センサを設け、駆動装置９６ａ，９６ｂ，９６ｃ，９６ｄは、火炉壁１１ａの温度が高い領域に向けて追加空気を噴射するように、第２ノズル９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄを支持軸９５ａ，９５ｂ，９５ｃ，９５ｄにより回動して位置を調整する。

ここで、追加空気ノズル９２は、第２ノズル９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄが還元領域Ｂにある火炉壁１１ａの内壁面に沿って追加空気を吹き込む。この追加空気は、火炎旋回流より外側に吹き込まれることから、火炎が火炉壁１１ａ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。

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２１，２２，２３，２４，２５より上方で追加空気を火炉１１内に向けて吹き込む第１ノズル９３ａ，９３ｂ，９３ｃ，９３ｄと追加空気を火炉１１の内壁面に沿って吹き込む第２ノズル９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄとを有する追加空気ノズル９２を設け、第１ノズル９３ａ，９３ｂ，９３ｃ，９３ｄと第２ノズル９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄを火炉１１内に鉛直方向にずれて配置している。

従って、追加空気ノズル９２の第２ノズル９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄが火炉壁１１ａの内壁面に沿って空気を吹き込むことで、燃焼ガスと火炉壁１１ａ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。また、第１ノズル９３ａ，９３ｂ，９３ｃ，９３ｄと第２ノズル９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄを鉛直方向にずらして配置することで、火炉１１内に向けて吹き込む空気の領域と火炉の内壁面に沿って吹き込む空気の領域とを上下の異なる領域とすることで、最適な火炎旋回流を形成することができると共に、火炉壁１１ａの高温化を適正に抑制することができる。

第３実施形態のボイラでは、第２ノズル９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄからの追加空気の噴射方向を左右に調整自在な空気噴射方向左右調整装置として、第２ノズル９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄの支持軸９５ａ，９５ｂ，９５ｃ，９５ｄと駆動装置９６ａ，９６ｂ，９６ｃ，９６ｄを設けている。従って、火炉１１の内壁面における腐食が発生しやすい領域に適正に空気を噴射することができる。

なお、この実施形態３では、第２ノズル９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄを左右方向に調整自在としたが、第１ノズル９３ａ，９３ｂ，９３ｃ，９３ｄを左右方向に調整自在としてもよい。

［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追加空気ノズルの平面図である。なお、本実施形態のボイラの基本的な構成は、上述した第１実施形態とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、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１に示すように、石炭焚きボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２とを有しており、燃焼装置１２は、複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を有している。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。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３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。

また、図１及び図８に示すように、火炉１１は、燃焼装置１２の上方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１１ａに装着された追加燃焼用空気ノズル４２，４３を有しており、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。火炉１１は、追加燃焼用空気供給装置４１より上方に追加空気供給装置１１１が設けられている。この追加空気供給装置１１１は、火炉壁１１ａに装着された複数の追加空気ノズル１１２を有しており、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。

ここで、追加空気供給装置１１１について、詳細に説明する。追加空気ノズル１１２は、図８に示すように、火炉１１における４つの角部に設けられる追加空気ノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄから構成されている。各追加空気ノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄは、追加空気を火炉１１内に向けて吹き込む第１ノズル１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄと、追加空気を火炉１１の一方の内壁面に沿って吹き込む第２ノズル１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄと、追加空気を火炉１１の他方の内壁面に沿って吹き込む第３ノズル１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄとを有しており、水平方向の異なる３方向に空気を噴射することができる。

ここで、第１ノズル１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄからの追加空気の水平方向における吹き込み角度は、燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ（図２参照）からの微粉炭混合気の水平方向における吹き込み角度と、ほぼ同角度に設定されている。一方、第２ノズル１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄは、火炉壁１１ａの一方の内壁面に沿って水平方向に追加空気を噴射することができる。また、第３ノズル１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄは、火炉壁１１ａの他方の内壁面に沿って水平方向に追加空気を噴射することができる。そして、各追加空気ノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄは、第２分岐空気ダクト５３から分岐した各分岐管５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，４４ｄが連結されている。

従って、追加空気は、第２分岐空気ダクト５３から各分岐管５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄを介して追加空気ノズル１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄに供給可能となっている。そして、第１ノズル１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄは、空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を噴射することができ、第２ノズル１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄは、火炉壁１１ａの一方の内壁面に沿って空気流Ａ１２，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４を噴射することができ、第３ノズル１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄは、火炉壁１１ａの他方の内壁面に沿って空気流Ａ２１，Ａ２２，Ａ２３，Ａ２４を噴射することができる。

そして、図１及び図８に示すように、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、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）及び２次空気を火炉１１内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成することができる。また、追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上方で、追加燃焼用空気を火炉１１内に向けて吹き込むことができる。また、追加空気ノズル１１２は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上方で、追加空気を火炉１１内に向けて吹き込むことができる。

ここで、追加空気ノズル１１２は、第２ノズル１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄ及び第３ノズル１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄが還元領域Ｂにある火炉壁１１ａの内壁面に沿って追加空気を吹き込む。この追加空気は、火炎旋回流より外側に吹き込まれることから、火炎が火炉壁１１ａ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。

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２１，２２，２３，２４，２５より上方で追加空気を火炉１１内に向けて吹き込む第１ノズル１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄと、追加空気を火炉１１の一方の内壁面に沿って吹き込む第２ノズル１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄと、追加空気を火炉１１の他方の内壁面に沿って吹き込む第３ノズル１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄを有する追加空気ノズル１１２を設けている。

従って、追加空気ノズル１１２の第２ノズル１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄ及び第３ノズル１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄが火炉壁１１ａの内壁面に沿って空気を吹き込むことで、燃焼ガスと火炉壁１１ａ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。また、火炉壁１１ａにおける全ての内壁面に沿って空気を吹き込むことで、火炉壁１１ａの高温化を適正に抑制することができる。

［第５実施形態］
図９は、第５実施形態の石炭焚きボイラにおける追加燃焼用空気ノズルの平面図である。なお、本実施形態のボイラの基本的な構成は、上述した第１実施形態とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、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１に示すように、石炭焚きボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２とを有しており、燃焼装置１２は、複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を有している。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。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３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。

また、図１及び図９に示すように、火炉１１は、燃焼装置１２の上方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１１ａに装着された追加燃焼用空気ノズル４２，４３を有しており、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。火炉１１は、追加燃焼用空気供給装置４１より上方に追加空気供給装置１２１が設けられている。この追加空気供給装置１２１は、火炉壁１１ａに装着された複数の追加空気ノズル８２を有しており、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。

ここで、追加空気供給装置１２１について、詳細に説明する。追加空気ノズル８２は、図９に示すように、火炉１１における４つの角部に設けられる追加空気ノズル８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄから構成されている。各追加空気ノズル８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄは、追加空気を火炉１１内に向けて吹き込む第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄと、追加空気を火炉１１の内壁面に沿って吹き込む第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄを有している。

また、追加空気ノズル８２は、第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ及び第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄが噴射する追加空気の流速を上昇させる送風機が設けられている。即ち、第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄは、配管８５ａ，８５ｂ，８５ｃ，８５ｄを介して分岐管５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄに連結され、この配管８５ａ，８５ｂ，８５ｃ，８５ｄにファン１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄが設けられている。一方、第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄは、配管８７ａ，８７ｂ，８７ｃ，８７ｄを介して分岐管５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄに連結され、この配管８７ａ，８７ｂ，８７ｃ，８７ｄにファン１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄが設けられている。

従って、空気は、第２分岐空気ダクト５３から各分岐管４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄを介して追加空気ノズル８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄに供給可能となっている。そして、第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄは、空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を噴射することができ、第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄは、火炉壁１１ａの内壁面に沿って空気流Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４を噴射することができる。また、ファン１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄ及びファン１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄの回転速度を変更することで、第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ及び第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄからの追加空気の噴射流速を調整することができる。

そして、図１及び図９に示すように、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、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）及び２次空気を火炉１１内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成することができる。また、追加燃焼用空気ノズル４２は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上方で、追加燃焼用空気を火炉１１内に向けて吹き込むことができる。また、追加空気ノズル８２は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上方で、追加空気を火炉１１内に向けて吹き込むことができる。

ここで、追加空気ノズル８２は、第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄが還元領域Ｂにある火炉壁１１ａの内壁面に沿って追加空気を吹き込む。この追加空気は、火炎旋回流より外側に吹き込まれることから、火炎が火炉壁１１ａ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。

このように第５実施形態のボイラにあっては、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５より上方で追加空気を火炉１１内に向けて吹き込む第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄと追加空気を火炉１１の内壁面に沿って吹き込む第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄとを有する追加空気ノズル８２を設けると共に、第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ及び第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄが噴射する追加空気の流速を上昇させるファン１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄ及びファン１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄを設けている。

従って、追加空気ノズル８２の第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄが火炉壁１１ａの内壁面に沿って空気を吹き込むことで、燃焼ガスと火炉壁１１ａ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。また、ファン１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄ及びファン１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄにより第１ノズル８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ及び第２ノズル８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄが噴射する追加空気の流速を上昇させることで、火炉壁１１ａの内壁面により多くの空気を行き渡らせることで、火炉壁１１ａの高温化を効果的に抑制することができる。

［第６実施形態］
図１０は、第６実施形態の石炭焚き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６実施形態において、図１０に示すように、石炭焚きボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２とを有している。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。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３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。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が連結されている。

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。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。

火炉１１は、燃焼装置１２より上方に追加空気供給装置１３１が設けられている。この追加空気供給装置１３１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。追加空気ノズル５２は、風箱１３２に装着され、空気ダクト３７から分岐した第２分岐空気ダクト５３の端部がこの風箱１３２に連結されている。また、追加空気ノズル５２は、火炉１１から排出された排ガスの少なくとも一部を火炉１１に吹き込み可能である。即ち、排ガス管７８に継続する排気系８０から分岐した第３分岐空気ダクト１３３の端部が風箱１３２に連結されており、第３分岐空気ダクト１３３に送風機１３４が設けられている。

そのため、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉燃料混合気及び２次空気を火炉１１内に向けて吹き込み、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。このとき、追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、追加燃焼用空気と排ガスの混合気を火炉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（第１ノズル）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。

また、火炉１１にて、追加空気ノズル５２（第２ノズル）は、還元領域Ｂにある火炉壁１１ａの内壁面に沿って追加空気と排ガスの混合気を吹き込む。この追加空気と排ガスの混合気は、火炎旋回流より外側に吹き込まれることから、火炎が火炉壁１１ａ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。

このように第６実施形態のボイラにあっては、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上段で追加空気を火炉１１内に向けて吹き込む追加空気ノズル５２を設け、この追加空気ノズル５２は、火炉１１から排出された排ガスの少なくとも一部を火炉１１内向けて吹き込み可能としている。

従って、追加空気供給ノズル５２から火炉１１の内壁面に沿って水平に空気と排ガスの混合気を吹き込むことで、燃焼ガスと火炉壁１１ａ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。また、追加空気供給ノズル５２は、空気に排ガスを混合して火炉１１に供給することで、火炉１１の内壁面の高温化を抑制することができる。

なお、本実施形態では、追加空気供給ノズル５２は、空気に排ガスを混合した混合気を火炉１１内に吹き込むようにしたが、排ガスだけを火炉１１内に吹き込むようにしてもよい。

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（Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｕｌｔｒａ Ｆｉｒｉｎｇ）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
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
５１，８１，９１，１１１，１２１，１３１ 追加空気供給装置
５２，８２，９２，１１２ 追加空気ノズル
５３ 第２分岐空気ダクト
５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，９３ａ，９３ｂ，９３ｃ，９３ｄ，１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄ 第１ノズル
５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ，８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄ，９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄ，１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄ 第２ノズル
８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｄ，８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ ダンパ（空気噴射量調整装置）
９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄ 駆動装置（空気噴射方向上下調整装置）
９６ａ，９６ｂ，９６ｃ，９６ｄ 駆動装置（空気噴射方向左右調整装置）
１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄ 第３ノズル
１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄ，１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄ ファン（送風機）

Claims (10)

1. 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、
   前記燃焼バーナより上方で追加燃焼用空気を前記火炉内に向けて吹き込む追加燃焼用空気ノズルと、
   前記追加燃焼用空気ノズルより上方で追加空気を前記火炉内に向けて吹き込む第１ノズルと追加空気を前記火炉の内壁面に沿って吹き込む第２ノズルとを有して水平方向の異なる方向に追加空気を吹き込む追加空気ノズルと、
   を有することを特徴とするボイラ。
2. 前記火炉は、矩形断面形状をなし、前記追加空気ノズルは、前記火炉における角部に配置されることを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
3. 前記燃焼バーナは、前記火炉の角部に配置され、前記追加空気ノズルは、前記火炉における前記燃焼バーナより上方の角部に配置され、前記燃焼バーナからの燃料ガスの水平方向における吹き込み角度と、前記第１ノズルからの追加空気の水平方向における吹き込み角度とがほぼ同角度に設定されることを特徴とする請求項２に記載のボイラ。
4. 前記第１ノズルからの追加空気の噴射量と前記第２ノズルからの追加空気の噴射量との割合を調整する空気噴射量調整装置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。
5. 前記第１ノズルと前記第２ノズルが鉛直方向にずれて配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のボイラ。
6. 少なくとも前記第２ノズルからの追加空気の噴射方向を上下に調整自在な空気噴射方向上下調整装置が設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のボイラ。
7. 少なくとも前記第２ノズルからの追加空気の噴射方向を左右に調整自在な空気噴射方向左右調整装置が設けられることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のボイラ。
8. 前記追加空気ノズルは、前記火炉における前記第２ノズルとは異なる内壁面に沿って追加空気を吹き込む第３ノズルを有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のボイラ。
9. 前記第２ノズルが噴射する追加空気の流速を上昇させる送風機が設けられることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のボイラ。
10. 前記追加空気ノズルは、前記火炉から排出された排ガスの少なくとも一部を前記火炉に吹き込み可能であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のボイラ。

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