JP6775329B2 - 流動床ボイラ、流動層温度均一化方法および流動層温度均一化装置 - Google Patents

Description

本開示は、燃焼室に形成される流動層の温度を均一化する流動層温度均一化方法および流動層温度均一化装置、及び該流動層温度均一化装置を備えた流動床ボイラに関する。

近年、化石燃料の代替としてリサイクル燃料を用いた環境適合性に優れた流動床ボイラが広く用いられている。例えば、気泡型流動床ボイラは、燃焼室の底に充填した流動材（硅砂）を、その下方から高圧の一次空気を吹き込むことにより流動状態にして流動層（流動床）を形成し、この流動層に投入された燃料を瞬時に乾燥、焼却するものである。ここで、リサイクル燃料は、木材チップなどの木質バイオマスや、廃タイヤ、スラッジ、ＲＰＦ（Ｒｅｆｕｓｅ Ｐａｐｅｒ ａｎｄ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｆｕｅｌ）などであり、水分量や、形状、大きさ、重さなどが不揃であるといった特質を有する。このため、燃料の性状の違いや流動層の全体における燃料の投入量のばらつきに起因して、流動層全体において温度のばらつきが生じる。このような流動層の温度の不均一さは、燃焼ガスの温度等の変動や、燃焼ガス中の酸素（Ｏ_２）濃度のバラツキにつながり、ダイオキシン、ＮＯｘ等の有害ガスを発生させる原因になる。特に、Ｏ_２濃度が低下した場合には、一酸化炭素（ＣＯ）が多量に発生し、ＣＯ濃度との相関が高いダイオキシンを発生させる原因ともなる。

上述した流動層温度の不均一さを是正し、流動層の安定した燃焼を維持するための様々な技術が従来から提案されている（例えば、特許文献１〜３）。特に、特許文献１では、一次空気を噴出する複数のノズルの位置に合わせて火炉内を分割すると共に、それぞれ個別にガス温度を計測する。そして、火炉内での平均温度に対して低温領域への空気投入量を増加し、その分、高温領域の空気投入量を減少させている。このように、平均温度で全空気量を制御することで、局所のガス温度を制御し、局所的に発生するＣＯやＮＯｘの量を低減している。

特開平１０−１１１１８７号公報 特開平８−２４０３０２号公報 特開２００１−２４１６２６号公報

ところで、流動層の空気比に対する温度特性は、理論空気比（λ＝１）付近において温度がピーク温度に達すると共に、理論空気比からの空気比の増加あるいは減少のいずれにおいても、空気比の変化に伴ってピーク温度から温度が低下する傾向を有する。このため、特許文献１が開示する方法では、火炉内の領域の空気比が、理論空気比に対して空気量が不足する領域（低空気比領域）にある場合には、上記の制御により、意図した通りに火炉内の領域の温度を調整可能である。しかしながら、燃料の性状の変動等により、火炉内の領域の空気比が、理論空気比に対して空気量が過剰となる領域（高空気比領域）にある場合には、上述の流動層の温度特性から、火炉内の領域の温度を低下させたい場合に空気投入量を減少させると、意に反して、その領域の温度は上昇することになる。同様に、火炉内の領域の温度を上昇させたい場合に空気投入量を増加させると、意に反して、その領域の温度は低下することになる。このため、特許文献１では空気投入量の増減によって、局所のガス温度を意図した通りに適切に制御できない恐れがある。また、高温領域に対して意に反して温度を上昇させてしまうことで、燃焼室が異常高温となり、流動床ボイラの損傷を引き起こす状況も懸念される。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、流動層の実際の空気比領域を判定した上で一次空気の供給量を制御することにより、流動層全体にわたって温度を目標温度範囲内に維持することが可能な流動層温度均一化方法を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る流動層温度均一化方法は、
燃焼室の内部に流動層を形成するための一次空気を供給する複数の空気供給口の各々に対応して定められた前記流動層の複数の区画において、前記複数の区画の区画別温度が目標温度範囲に入るように、前記複数の空気供給口から前記複数の区画に供給される前記一次空気の供給量を制御する流動層温度均一化方法であって、
前記区画別温度を計測する温度計測ステップと、
前記温度計測ステップで計測された前記区画別温度と前記目標温度範囲とを比較する温度比較ステップと、
前記区画別温度が前記目標温度範囲から外れている前記区画である制御対象区画について、前記制御対象区画の空気比が、理論空気比に対して空気量が不足する低空気比領域と前記理論空気比に対して空気量が過剰となる高空気比領域とのいずれの領域にあるかを判定する空気比領域判定ステップと、
前記空気比領域判定ステップの判定結果に基づいて、前記制御対象区画に供給される前記一次空気の供給量を、前記区画別温度が前記目標温度範囲に入るように増加あるいは減少させる空気量制御を実行する空気量制御実行ステップと、を備える。

上記（１）の構成によれば、流動層を構成する複数の区画のうち、区画内の実際の温度（区画別温度）が目標温度範囲から外れている区画（制御対象区画）については、それぞれ、区画内の空気比が低空気比領域と高空気比領域のいずれにあるかの判定結果に基づいて、区画別温度が目標温度範囲に入るように一次空気の供給量が制御対象区画毎に制御される。ここで、流動層の温度特性は、理論空気比（λ＝１）付近において温度がピーク温度に達すると共に、理論空気比からの空気比の増加あるいは減少のいずれにおいても、空気比の変化に伴ってピーク温度から温度は減少する傾向を有する。つまり、一次空気の供給量を増加あるいは減少させることによって生じる区画内の温度の変化は、区画の空気比が属する空気比領域がいずれであるかによって増加にも減少にもなり得る。このため、空気量制御の実行に先立って制御対象区画の空気比の属する空気比領域を判定し、この判定結果に基づいて一次空気の供給量を制御対象区画毎に制御することで、制御対象区画の温度を目標温度範囲に確実に入れることができる。すなわち、流動層の温度が目標温度範囲から外れてしまう部分が流動層に部分的に生じても、その部分に対応する区画の一次空気の供給量を空気比領域の判定結果に基づいて制御することにより、流動層全体にわたって温度を目標温度範囲内に維持することができる。また、リサイクル燃料などの性状（水分量、形状、大きさ、重量など）の変動が大きい燃料を使用する場合であっても流動層全体における温度のばらつきを抑制することができ、ＮＯｘやＣＯなどの有害物質の発生を抑制することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記空気比領域判定ステップは、
前記区画別温度が前記目標温度範囲よりも高い場合には、前記一次空気の供給量を所定量減少させる空気量減少ステップと、
前記空気量減少ステップが実行された前記制御対象区画における前記区画別温度の温度変化を監視する温度変化監視ステップと、
前記温度変化が上昇を示した前記制御対象区画の空気比は前記高空気比領域にあると判定し、前記温度変化が下降を示した前記制御対象区画の空気比は前記低空気比領域にあると判定する高温時判定ステップと、を含む。

上記（２）の構成によれば、区画別温度が目標温度範囲よりも高温側に外れている制御対象区画については、まずは一次空気を所定量減少させ、その際の温度変化に基づいて制御対象区画が属する空気比領域が判定される。これによって、空気比領域の判定に際して燃焼室の温度がさらに高温化される状況の発生を低減することができ、この判定による高温化に伴う燃焼室の損傷発生を防止し、空気比領域の判定をより安全に行うことができる。詳述すると、通常、流動床ボイラでは、ＮＯｘおよびＣＯの発生を抑制するために流動層の空気比は低空気比領域に制御される。それにもかかわらず流動層の空気比が高空気比領域となってしまうのは、例えば、燃焼室に供給される燃料の性状の変動や供給量の変動によって一次空気の供給量に対して燃料分が少なくなるためである。つまり、流動層の空気比は低空気比領域にある可能性は高い。このため、制御対象区画の温度（区画別温度）が目標温度範囲よりも高温側に外れている場合には、この温度を下げる必要があるが、まずは制御対象区画の空気比が低空気比領域にあると仮定して一次空気の供給量を所定量減少させることで、仮にその空気比が高空気比領域であった場合に流動層の温度が上昇してしまうリスクを低減することができる。

さらに、上記の構成によれば、Ｏ２センサなどのセンサを設けることなく、各制御対象区画の空気比が属する空気比領域をそれぞれ判定することができ、センサ設置によるコストの上昇を抑制することもできる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記空気量制御ステップは、前記高温時判定ステップによって前記高空気比領域にあると判定された前記制御対象区画の前記一次空気の供給量を増加させ、前記低空気比領域にあると判定された前記制御対象区画の前記一次空気の供給量を減少させる。
上記（３）の構成によれば、制御対象区画の温度（区画別温度）が目標温度範囲よりも高い場合には温度を低下させる必要があるが、制御対象区画が属する空気比領域に基づいて一次空気の供給量を制御することにより、制御対象区画の温度を目標温度範囲に確実に入れることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の構成において、
前記空気比領域判定ステップは、
前記区画別温度が前記目標温度範囲よりも低い場合には、前記制御対象区画の前記一次空気の供給量を所定量増加させる空気量増加ステップと、
前記空気量増加ステップが実行された前記制御対象区画における前記区画別温度の温度変化を監視する温度変化監視ステップと、
前記温度変化が上昇を示した前記制御対象区画の空気比は前記低空気比領域にあると判定し、前記温度変化が下降を示した前記制御対象区画の空気比は前記高空気比領域にあると判定する低温時判定ステップと、を含む。
上記（４）の構成によれば、区画別温度が目標温度範囲よりも低温側に外れている制御対象区画については、まずは一次空気を所定量増加させ、その際の温度変化に基づいて制御対象区画が属する空気比領域が判定される。区画別温度が目標温度範囲よりも低温側に外れている場合には区画別温度を上昇させる必要があるが、上記（２）で説明したように、まずは、流動層の空気比は確率的に高い低空気比領域にあると仮定して一次空気Ｇ１の所定量増加を行うことで、制御対象区画の温度を上昇させたいのにもかかわらず、その温度を低下させてしまう可能性を低減することができる。また、各制御対象区画の空気比が属する空気比領域をそれぞれ判定することができ、センサ設置によるコストの上昇を抑制することもできる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記空気量制御ステップは、前記低温時ステップによって前記低空気比領域にあると判定された前記制御対象区画の前記一次空気の供給量を増加させ、前記高空気比領域にあると判定された前記制御対象区画の前記一次空気の供給量を減少させる。
上記（５）の構成によれば、制御対象区画の温度（区画別温度）が目標温度範囲よりも低い場合にはこの温度を上昇させる必要があるが、制御対象区画が属する空気比領域に基づいて一次空気の供給量を制御することにより、制御対象区画の温度を目標温度範囲に確実に入れることができる。

（６）本発明の少なくとも一実施形態に係る流動層温度均一化装置は、
燃焼室の内部に流動層を形成するための一次空気を供給する複数の空気供給ノズルと、
前記複数の空気供給口の各々に対応して定められた前記流動層の複数の区画の各々に、前記複数の空気供給口の各々から供給される前記一次空気の供給量を制御する複数の流量制御装置と、
前記区画別温度を計測する温度計測装置と、
前記区画別温度が目標温度範囲に入るように、前記複数の流量制御装置に制御指令を与える制御指令装置と、を備え、
前記制御指令装置は、
前記温度計測装置で計測された前記区画別温度と前記目標温度範囲とを比較する温度比較部と、
前記区画別温度が前記目標温度範囲から外れている前記区画である制御対象区画について、前記制御対象区画の空気比が、理論空気比に対して空気が不足する低空気比領域と前記理論空気比に対して空気が過剰となる高空気比領域とのいずれの領域にあるかを判定する空気比領域判定部と、
前記空気比領域判定部の判定結果に基づいて、前記制御対象区画に供給される前記一次空気の供給量を増加あるいは減少させるように前記流量制御装置に前記制御指令を与える制御指令部と、を含む。

上記（６）の構成によれば、上記（１）と同様に、流動層の温度が目標温度範囲から外れてしまう部分が流動層に部分的に生じても、その部分に対応する区画の一次空気の供給量を制御することにより、流動層全体にわたって温度を目標温度範囲内に維持することができる。これによって、リサイクル燃料などの性状（水分量、形状、大きさ、重量など）の変動が大きい燃料を使用する場合であっても流動層全体における温度のばらつきを抑制することができ、ＮＯｘやＣＯなどの有害物質の発生を抑制することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記空気比領域判定部は、
前記区画別温度が前記目標温度範囲よりも高い場合には、前記流量制御装置に前記一次空気の供給量を所定量減少させる制御指令を与える空気量減少指令部と、
前記流量制御装置により前記一次空気の供給量が所定量減少された前記制御対象区画における前記区画別温度の温度変化を監視する温度変化監視部と、
前記温度変化が上昇を示した前記制御対象区画の空気比は前記高空気比領域にあると判定し、前記温度変化が下降を示した前記制御対象区画の空気比は前記低空気比領域にあると判定する高温時判定部と、を含む。
上記（７）の構成によれば、上記（２）と同様に、空気比領域の判定に際して燃焼室の温度がさらに高温化される状況の発生を低減することができ、この判定による高温化に伴う燃焼室の損傷発生を防止し、空気比領域の判定をより安全に行うことができる。また、各区画の空気比が属する空気比領域をそれぞれ判定することができ、センサ設置によるコストの上昇を抑制することもできる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、
前記制御指令部は、前記高温時判定部によって前記高空気比領域にあると判定された前記制御対象区画の前記流量制御装置には前記一次空気の供給量を増加させる制御指令を、前記低空気比領域にあると判定された前記制御対象区画の前記流量制御装置には前記一次空気の供給量を減少させる制御指令を与える。
上記（８）の構成によれば、上記（３）と同様に、制御対象区画が属する空気比領域に基づいて一次空気の供給量を制御することにより、制御対象区画の温度を目標温度範囲に確実に入れることができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（６）〜（８）の構成において、
前記空気比領域判定部は、
前記区画別温度が前記目標温度範囲よりも低い場合には、前記流量制御装置に、前記制御対象区画の前記一次空気の供給量を所定量増加させる制御指令を与える空気量増加指令部と、
前記空気量増加指令部により前記一次空気の供給量が所定量増加された前記制御対象区画における前記区画別温度の温度変化を監視する温度変化監視部と、
前記温度変化が上昇を示した前記制御対象区画の空気比は前記低空気比領域にあると判定し、前記温度変化が下降を示した前記制御対象区画の空気比は前記高空気比領域にあると判定する低温時判定部と、を含む。
上記（９）の構成によれば、上記（４）と同様に、制御対象区画の温度を上昇させたいのにもかかわらず、その温度を低下させてしまう可能性を低減することができる。また、各区画の空気比が属する空気比領域をそれぞれ判定することができ、センサ設置によるコストの上昇を抑制することもできる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、
前記制御指令部は、前記低温時判定部によって前記低空気比領域にあると判定された前記制御対象区画の前記流量制御装置には前記一次空気の供給量を増加させる制御指令を、前記高空気比領域にあると判定された前記制御対象区画の前記流量制御装置には前記一次空気の供給量を減少させる制御指令を与える。
上記（１０）の構成によれば、上記（５）と同様に、制御対象区画が属する空気比領域に基づいて一次空気の供給量を制御することにより、制御対象区画の温度を目標温度範囲に確実に入れることができる。

（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係る流動床ボイラは、
上記（６）〜（１０）のいずれか１項に記載の流動層温度均一化装置と、
一次空気が供給されることで内部に流動層を形成する燃焼室と、を備える。
上記（１１）の構成によれば、上記（６）〜（１０）と同様に、流動層の温度が目標温度範囲から外れてしまう部分が流動層に部分的に生じても、その部分に対応する区画の一次空気の供給量を制御することにより、流動層全体にわたって温度を目標温度範囲内に維持することが可能な流動床ボイラを提供できる。これによって、リサイクル燃料などの性状（水分量、形状、大きさ、重量など）の変動が大きい燃料を使用する場合であっても流動層全体における温度のばらつきを抑制することができ、ＮＯｘやＣＯなどの有害物質の発生を抑制することができるなどの効果を奏する流動床ボイラを提供することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、流動層の実際の空気比領域を判定した上で一次空気の供給量を制御することにより、流動層全体にわたって温度を目標温度範囲内に維持することが可能な流動層温度均一化方法が提供される。

本発明の一実施形態に係る流動床ボイラの燃焼室を横から見た断面模式図である。 本発明の一実施形態に係る流動床ボイラの燃焼室を上から見た図であり、図１のＡＡ断面に対応する図である。 本発明の一実施形態に係る流動床ボイラの任意のセルを燃焼室の上から見た図であり、（ａ）は図１のＡＡ断面に対応する図であり、（ｂ）は（ａ）の一部を示す図である。 本発明の一実施形態に係る流動層温度均一化方法を示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係る流動層の空気比に対する温度特性を示す図である。 本発明の一実施形態に係る空気比領域判定ステップの詳細を説明するフロー図である。 本発明の一実施形態に係る流動層温度均一化装置の備える制御指令装置の機能ブロック図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る流動床ボイラ１の燃焼室２を横から見た断面模式図である。図２は、本発明の一実施形態に係る流動床ボイラ１の燃焼室２を上から見た図であり、図１のＡＡ断面に対応する図である。また、図３は、本発明の一実施形態に係る流動床ボイラ１の任意のセル４を燃焼室２の上から見た図であり、（ａ）は図１のＡＡ断面に対応する図であり、（ｂ）は（ａ）の一部を示す図である。図１に示されるように、流動床ボイラ１は、燃焼室２と、流動層温度均一化装置３とを備え、以下に説明するような流動層温度均一化方法を実行して流動層Ｌに供給する空気量を制御することにより、流動層Ｌの温度を制御する。
以下、流動床ボイラ１が備える上述した構成の各々について説明する。なお、図面において、垂直方向Ｖの下方は重力の向きに一致し、水平方向Ｈは水平面の方向となる。

まず、図１〜図２に示される実施形態の流動床ボイラ１について説明すると、流動床ボイラ１は気泡型流動床ボイラとなっている。また、流動床ボイラ１への燃料供給は燃料シュート方式で行われており、燃料シュート１１を通ってきた燃料Ｆは、燃焼室２の壁面２１に形成された燃料供給口２１ｏから燃焼室２に供給される。また、流動床ボイラ１では、ＮＯｘやＣＯ、ダイオキシン類の有害ガスの発生を抑制するために、一次空気Ｇ１によって形成される流動層Ｌにおいて低空気比で燃料Ｆを燃焼させると共に、流動層Ｌの上方から燃焼室２へ二次空気Ｇ２を供給することにより、流動層Ｌでの燃焼により発生した排ガスを高空気比で燃焼させている。こうして燃焼室２から排出される高温の排ガスは、燃焼室２の後段に配置された過熱器や節炭器などの伝熱管群１２にて熱交換される。上記の過熱器は流動層Ｌに設置されても良く、過熱器において流動層Ｌでの燃焼による熱と熱交換される。そして、熱交換より回収された熱エネルギーは発電等に利用される。例えば、過熱器で生成された蒸気は、タービン（不図示）などに送気される。

燃焼室２は、一次空気Ｇ１が供給されることで内部に流動層Ｌを形成する。図１に示されるように、燃焼室２は直立するように設置され、所定量の流動材（硅砂などの不活性粒子又は石灰石などの脱硫剤）を内部に収容する。また、燃焼室２の底部２２には、一次空気Ｇ１を供給するための空気供給口２３が通常複数設けられる。そして、燃焼室２の底部２２の空気供給口２３から一次空気Ｇ１を燃焼室２の内部に吹き上げるように供給する一次空気ことで、流動材は所定の高さまで浮遊し、激しく動き回りながら流動層Ｌを形成する。図１〜図２に示される実施形態では、空気供給口２３は一次空気ノズルｎ１により構成されている。そして、燃焼室２では、一次空気Ｇ１により流動層Ｌを還元状態（酸素が少ない状態）かつ８００度（℃）〜８５０度（℃）などの温度に保つことでＮＯｘの発生を抑制すると共に、流動層Ｌの上方から二次空気Ｇ２を供給することで流動層Ｌの上方に形成した８００度以上の温度領域によりＣＯを除去し、有害物質の発生を抑制している。

また、燃焼室２には、上記の空気供給口２３に一次空気Ｇ１を供給するための一次空気供給管ｐ１と、燃焼室２の壁面２１に設けられた二次空気ノズルｎ２に二次空気Ｇ２を供給するための二次空気供給管ｐ２が接続されている。図１〜図２に示される実施形態では、二次空気供給管ｐ２は、一次空気供給管ｐ１から分岐されている。また、二次空気ノズルｎ２から燃焼室２の内部に二次空気Ｇ２が供給される。なお、図１には１つの二次空気ノズルｎ２が図示されているが、複数の二次空気ノズルｎ２が壁面２１に設けられることで、オーバーファイアエア（ＯＦＡ）やアディショナルエア（ＡＡ）などの役割を有しながら二次空気Ｇ２が供給されても良い。

ここで、一次空気Ｇ１の供給量は、燃焼室２の底部２２に設けられる複数の空気供給口２３において、１以上の空気供給口２３からなる所定の単位ごとに独立した調整が可能となっている。このため、空気供給口２３の上記の所定の単位毎に、その上方に形成される流動層Ｌの部分領域の燃焼の調整が可能となる。以下では、一次空気Ｇ１の供給量の独立した調整が可能な上記の所定の単位の各々によって形成される流動層Ｌの部分領域を区画Ｌｐという（図１参照）。換言すれば、流動床ボイラ１に形成される流動層Ｌの全体はこの区画Ｌｐの全ての集合に一致する。図１〜図２に示される実施形態では、図示されるように、流動層Ｌの複数の区画Ｌｐの各々は、燃焼室２の底部２２に設けられたセル４（風室）の側壁４２に沿って仮想的に伸ばした延長面４ｓに囲まれた領域に対応している。

より詳述には、燃焼室２の底部２２には、仕切り（側壁４２）で物理的に底部２２の空間を仕切ることにより複数のセル４が設けられている（本実施形態では合計１６セル（図２参照））。また、一次空気供給管ｐ１は、燃焼室２の底部２２に接続される手前で複数に分岐されており（本実施形態では合計１６本）、これらの一次空気供給管ｐ１から分岐された複数の分岐管ｐｔの各々は、セル４毎の一次空気Ｇ１の供給が可能なように燃焼室２の底部２２に接続されている。また、各分岐管ｐｔにはそれぞれダンパ５が設けられ、それぞれのダンパ５の開度を調整することで一次空気Ｇ１の供給量の独立した調整が可能となっている。これによって、セル４毎に一次空気Ｇ１の供給量の調整が可能となっている。また、各セル４の上部には１以上の空気供給口２３（一次空気ノズルｎ１）が設けられており、分岐管ｐｔを通過した一次空気Ｇ１はセル４の中に一旦溜まることで、空気供給口２３から平準化されて燃焼室２の内部に吹き上げられる。なお、ダンパ５の開度と一次空気Ｇ１の供給量との関係を示すダンパ特性は予め実験等により調べられており、ダンパ特性に従ってダンパ５の開度を調整することにより、一次空気Ｇ１の供給量の調整が正確に行われる。

次に、流動層温度均一化装置３について説明する。流動層温度均一化装置３は、上述した流動層Ｌの複数の区画Ｌｐの各々の温度（以下、適宜、区画別温度Ｔｐという。）が目標温度範囲に入るように、複数の空気供給口２３から複数の区画Ｌｐに供給される一次空気Ｇ１の供給量を制御するための装置である。このため、流動層温度均一化装置３は、上記で説明した複数の空気供給口２３と、複数の空気供給口２３の各々から供給される一次空気Ｇ１の供給量を制御する複数の流量制御装置（図１〜図２に示される実施形態ではダンパ５）に加えて、温度計測装置６と、制御指令装置７と、を備える。

温度計測装置６は、区画別温度Ｔｐを計測する。図１〜図２に示される実施形態では、温度計測装置６は熱電対などの温度計６２の複数で構成されており、燃焼室２の壁面２１にそれぞれ設置されている。また、各々の温度計６２は区画Ｌｐ毎に１ずつ設置されている。ただし、本発明は、この実施形態には限定されない。例えば、区画別温度Ｔｐをより正確に計測するために複数の温度計６２が設置された区画Ｌｐが少なくとも１つあっても良い。例えば、流動層Ｌの温度は垂直方向Ｖにおける位置や、区画Ｌｐ内の壁面２１側や中央側などの位置によって通常異なる。このため、燃焼室２の壁面２１に垂直方向Ｖに沿って温度計６２を複数設けても良い。図３（ａ）に示されるように、燃焼室２の角に位置する区画Ｌｐでは、燃焼室２の角を形成する２つの壁面２１にそれぞれ温度計６２を設け、区画Ｌｐ内の異なる位置で温度を計測しても良い。あるいは、図２に例示されるように、温度計６２は燃焼室２の壁面付近の温度を計測しても良いし、図３（ｂ）に示されるように、区画Ｌｐの中央などの任意の位置まで壁面２１から温度計６２を伸ばすことで、任意の位置における温度を計測しても良い。また、他の幾つかの実施形態では、温度計６２は複数の区画Ｌｐの各々に設けられていなくても良い。例えば、温度計測装置６は、ある区画Ｌｐの区画別温度Ｔｐを、その区画Ｌｐに隣接する他の区画Ｌｐの区画別温度Ｔｐの計測に基づいて推定しても良く、２つの区画Ｌｐの間に挟まれる区画Ｌｐの区画別温度Ｔｐを、その両側の区画Ｌｐの区画別温度Ｔｐに基づいて推定するなどしても良い。この場合には、温度計測装置６は、温度計６２と、後述する制御指令装置７のようなコンピュータとで構成されることになる。こうして、温度計測装置６によって計測された区画別温度Ｔｐの各々は、制御指令装置７に入力される。

制御指令装置７は、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲に入るように、複数のダンパ５に制御指令を与え、空気の供給量を制御する。目標温度範囲は、流動床ボイラ１で要求される流動層Ｌの所望の温度目標である。この目標温度範囲は、流動層Ｌの目標温度と、流動層Ｌの運転時に通常生じるような温度変動分（±α）とで決めることができる。例えば、目標温度を８５０℃、温度変動分を５℃とすると、目標温度範囲は８５０℃±５℃の温度範囲（８４５℃≦目標温度範囲≦８５５℃）となる。なお、温度変動分は０に限りなく近づけて設定しても良い。また、上述したように、流動床ボイラ１では、ＮＯｘおよびＣＯなどの有害ガスの発生を抑制するために、理論空気比（λ＝１）よりも小さい空気比λとなるように一次空気Ｇ１が供給されている。ここで、空気比λは、実際の空気量（供給量）を理論空気量で除した値である。また、理論空気量は、燃料Ｆの完全燃焼に必要なだけの酸素を含む空気量である。このため、流動層Ｌの各区画Ｌｐには、理論空気比に対応する理論空気量よりも少ない空気量がそれぞれ供給されることになる。例えば、各区画Ｌｐの空気比λを０．６に制御する場合には、一例では、流動層Ｌの温度（区画別温度Ｔｐ）は８５０℃付近になる（後述する図５参照）。なお、制御指令装置７の具体的な構成については後述する。

そして、上述した構成を備える流動層温度均一化装置３は、図４に示されるような流動層温度均一化方法を実行する。図４は、本発明の一実施形態に係る流動層温度均一化方法を示すフロー図である。また、図５は、本発明の一実施形態に係る流動層Ｌの空気比λに対する温度特性Ｃを示す図である。そして、図４に示されるように、流動層温度均一化方法は、温度計測ステップ（Ｓ１）と、温度比較ステップ（Ｓ２）と、空気比領域判定ステップ（Ｓ４）と、空気量制御実行ステップ（Ｓ５）と、を備える。なお、図４のフローは流動層Ｌの区画Ｌｐ毎に実行されるものであり、例えば周期的に実行される。

図４のステップＳ１において温度計測ステップが実行される。温度計測ステップは、区画別温度Ｔｐを計測するステップである。ステップＳ２において温度比較ステップが実行される。温度比較ステップは、上記の温度計測ステップ（Ｓ１）で計測された区画別温度Ｔｐと目標温度範囲とを比較するステップである。そして、ステップＳ３において、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲にある場合には図４のフローを終了する。逆に、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲から外れている場合には、次のステップＳ４に移る。

ステップＳ４において空気比領域判定ステップが実行される。空気比領域判定ステップは、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲から外れている区画Ｌｐ（以下、適宜、制御対象区画Ｌｔという）について、制御対象区画Ｌｔの空気比λが、理論空気比に対して空気量が不足する低空気比領域Ｒｌ（λ＜１）と、理論空気比に対して空気量が過剰となる高空気比領域Ｒｈ（λ＞１）とのいずれの領域にあるかを判定する。その上で、後述するステップＳ５が実行される。

このような空気比領域Ｒの判定を行う理由について図５を用いて説明する。図５に示されるように、流動層Ｌの空気比λに対する温度特性Ｃ（以下、適宜、流動層Ｌの温度特性Ｃという）は、空気比λが０から理論空気比（λ＝１）に向かって増加するのに従って上昇する低空気比領域Ｒｌと、理論空気比付近を境に、空気比λの増加に従って低下する高空気比領域Ｒｈを有する。これは、流動層Ｌを所望の温度で維持するための空気比λは、低空気比領域Ｒｌと高空気比領域Ｒｈとのそれぞれに属する２通り存在することを意味する。例えば、図５の例示では、流動層Ｌの温度を８５０℃にするための空気比λは０．６と１．２となっている。また、流動床ボイラ１の運転時には、低空気比領域Ｒｌに属する空気比λで一次空気Ｇ１を供給している場合であっても、例えば、燃焼室２に供給される燃料Ｆの性状の変動や供給量の変動によって一次空気Ｇ１の供給量に対して燃料分が少なくなる結果、空気比λが高空気比領域Ｒｈになってしまうことが生じ得る。つまり、計測した区画別温度Ｔｐの情報のみでは、現実には、その制御対象区画Ｌｔの空気比λが低空気比領域Ｒｌあるいは高空気比領域Ｒｈのいずれの空気比領域Ｒにあるのか判別できない。

そして、空気比領域Ｒが分からない状況において、区画別温度Ｔｐの情報のみを用いて、制御対象区画Ｌｔの空気比λを制御すると、次のような問題が生じ得る。すなわち、区画別温度Ｔｐの計測値が目標温度範囲に対して低温側に外れている場合には、その区画別温度Ｔｐを上昇させることで目標温度範囲に入れる必要がある。この際、その制御対象区画Ｌｔの実際の空気比λが運転目標となる低空気比領域Ｒｌにある場合には空気比λを上昇させることで、区画別温度Ｔｐを上昇可能である。ところが、実際の空気比λが高空気比領域Ｒｈにある場合には、空気比λを増加させると区画別温度Ｔｐは意図に反して低下してしまう結果となる（図５参照）。

同様に、区画別温度Ｔｐの計測値が目標温度範囲に対して高温側に外れている場合には、その区画別温度Ｔｐを低下させることで目標温度範囲に入れる必要があるところ、その制御対象区画Ｌｔの実際の空気比λが低空気比領域Ｒｌにある場合には空気比λを減少させることで、制御対象区画Ｌｔの区画別温度Ｔｐを低下できる。ところが、実際の空気比λが高空気比領域Ｒｈにある場合には、空気比λを減少させると、制御対象区画Ｌｔの区画別温度Ｔｐは意図に反して増加してしまう結果となる（図５参照）。この場合には、流動床ボイラ１の許容温度との関係から流動床ボイラ１の損傷にもつながり、流動床ボイラ１が危険な状態となる可能性が生じる。
上述した理由により、制御対象区画Ｌｔの空気比λを制御するのに先立って、空気比領域判定ステップ（Ｓ４）を実行している。

そして、ステップＳ５において空気量制御実行ステップが実行される。空気量制御実行ステップは、空気比領域判定ステップ（Ｓ３）の判定結果に基づいて、制御対象区画Ｌｔに供給される一次空気Ｇ１の供給量を、その区画別温度Ｔｐが目標温度範囲に入るように増加あるいは減少させる空気量制御を実行する。すなわち、制御対象区画Ｌｔの区画別温度Ｔｐの計測値が目標温度範囲に対して低温側に外れている場合において、その制御対象区画Ｌｔの実際の空気比λが低空気比領域Ｒｌにある場合には空気比λを上昇させ、逆に、高空気比領域Ｒｈにある場合には空気比λを減少させる。同様に、区画別温度Ｔｐの計測値が目標温度範囲に対して高温側に外れている場合において、その制御対象区画Ｌｔの実際の空気比λが低空気比領域Ｒｌにある場合には空気比λを減少させ、逆に、高空気比領域Ｒｈにある場合には、空気比λを増加させる。例えば、空気量制御実行ステップを実行する制御対象区画Ｌｔの温度が目標温度範囲における目標温度となるように、一次空気Ｇ１の供給量の増加量あるいは減少量を決定しても良い。例えば、目標温度範囲が８５０℃±５℃の範囲である場合には、目標温度となる８５０℃となるように制御する。

また、幾つかの実施形態では、一次空気Ｇ１の供給量の増加量あるいは減少量は、流動層Ｌの温度特性Ｃ（図５）に基づいて決定しても良い。具体的には、制御対象区画Ｌｔの温度に対応する空気比λ１と目標温度に対応する空気比λ２とを比較することで、増加あるいは減少させるべき空気比λを算出し（λ１−λ２の絶対値）、算出した空気比を増加あるいは減少させるように、上述のダンパ特性に基づいてダンパ５を制御しても良い。他の幾つかの実施形態では、一次空気Ｇ１の供給量の増加量あるいは減少量を予め決めておき、区画別温度Ｔｐの変化を監視しながら徐々に、目標温度範囲内に近づけていっても良い。
そして、ステップＳ５の実行後に図４のフローを終了する。

上記の構成によれば、流動層Ｌを構成する複数の区画Ｌｐのうち、区画内の実際の温度（区画別温度Ｔｐ）が目標温度範囲から外れている区画Ｌｐ（制御対象区画Ｌｔ）については、それぞれ、区画内の空気比λが低空気比領域Ｒｌと高空気比領域Ｒｈのいずれにあるかの判定結果に基づいて、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲に入るように一次空気Ｇ１の供給量が制御対象区画Ｌｔ毎に制御される。これによって、流動層Ｌの温度が目標温度範囲から外れてしまう部分が流動層Ｌに部分的に生じても、その部分に対応する区画Ｌｐの一次空気Ｇ１の供給量を空気比領域Ｒの判定結果に基づいて制御することにより、流動層全体にわたって温度を目標温度範囲内に維持することができる。また、リサイクル燃料などの性状（水分量、形状、大きさ、重量など）の変動が大きい燃料Ｆを使用する場合であっても流動層全体における温度のばらつきを抑制することができ、ＮＯｘやＣＯなどの有害物質の発生を抑制することができる。

次に、上述した空気比領域判定ステップ（図４のＳ４）の具体的な方法を説明する。幾つかの実施形態では、Ｏ_２センサなどの空気比を計測可能な複数のセンサを燃焼室２に設置して、各制御対象区画Ｌｔの空気比領域Ｒを判定しても良い。他の幾つかの実施形態では、図６に示されるような方法により、各制御対象区画Ｌｔの空気比領域Ｒを判定しても良い。図６は、本発明の一実施形態に係る空気比領域判定ステップの詳細を説明するフロー図である。図６では、ステップＳ４０において、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲よりも高い場合か低い場合かに応じた処理がなされる。

まず、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲よりも高い場合における空気比領域Ｒの判定方法について説明すると、幾つかの実施形態では、図６に示されるように、空気比領域判定ステップ（図４のＳ４）は、空気量減少ステップ（Ｓ４１）と、温度変化監視ステップ（Ｓ４２）と、高温時判定ステップ（Ｓ４３ａ〜Ｓ４３ｃ）と、を含む。そして、下記で説明するように、制御対象区画Ｌｔの実際の空気比λを、一次空気Ｇ１の供給量を所定量減少させた際の温度変化に基づいて判定する。

図６のフローに従って各ステップを説明すると、ステップＳ４１において空気量減少ステップが実行される。空気量減少ステップは、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲よりも高い場合には、一次空気Ｇ１の供給量を所定量減少させる。この所定量は、一次空気Ｇ１の供給量を所定量減少させた後の区画Ｌｐの温度変化が、一次空気Ｇ１の供給量を変化（所定量減少）させたことより生じたものと判定可能な量となる。より詳細には、通常、流動層Ｌの温度は変動するものであり、上記の所定量は、この温度変動分（±α）による変化と上記の温度変化との区別が可能となるだけの温度変化をもたらすだけの量であることが好ましい。例えば、所定量は、空気比λが５％程度（λ＝０．０５程度）変化する量であっても良い。具体的には、一次空気Ｇ１の供給量を所定量減少させることが可能な分だけ、ダンパ５の開度を閉方向に変える。

ステップＳ４２において温度変化監視ステップが実行される。温度変化監視ステップ（Ｓ４２）は、上記の空気量減少ステップ（Ｓ４１）が実行された制御対象区画Ｌｔにおける区画別温度Ｔｐの温度変化を監視する。具体的には、この温度変化は、該当する制御対象区画Ｌｔの温度計６２により監視される。

次のステップＳ４３において高温時判定ステップが実行される。高温時判定ステップ（Ｓ４３）は、上記の温度変化が上昇と下降とのいずれを示すか判定し（Ｓ４３ａ）、温度変化が上昇を示した制御対象区画Ｌｔの空気比λは高空気比領域Ｒｈにあると判定し（Ｓ４３ｂ）、温度変化が下降を示した制御対象区画Ｌｔの空気比λは低空気比領域Ｒｌにあると判定する（Ｓ４３ｃ）。このように、一次空気Ｇ１の供給量を所定量減少させた際の実際の温度変化と、流動層Ｌの温度特性Ｃ（図５）とに基づいて、制御対象区画Ｌｔの空気比λの空気比領域Ｒを判定する。

上記の構成によれば、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲よりも高温側に外れている制御対象区画Ｌｔについては、まずは一次空気Ｇ１を所定量減少させ、その際の温度変化に基づいて制御対象区画Ｌｔが属する空気比領域Ｒが判定される。これによって、空気比領域Ｒの判定に際して燃焼室２の温度がさらに高温化される状況の発生を低減することができ、この判定による高温化に伴う燃焼室２の損傷発生を防止し、空気比領域Ｒの判定をより安全に行うことができる。さらに、上記の構成によれば、Ｏ２センサなどのセンサを設けることなく、各制御対象区画Ｌｔの空気比λが属する空気比領域Ｒをそれぞれ判定することができ、センサ設置によるコストの上昇を抑制することもできる。なお、上述のステップＳ４１では、一次空気Ｇ１の供給量を所定量だけ減少させているが、この所定量だけ逆に増加させても良く、その後にステップＳ４２、Ｓ４３（Ｓ４３ａ〜Ｓ４３ｃ）を行うことで、空気比領域Ｒの判定を行うことができる。

一方、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲よりも低い場合における空気比領域Ｒの判定方法について説明すると、幾つかの実施形態では、図６に示されるように、空気比領域判定ステップ（図４のＳ４）は、空気量増加ステップ（Ｓ４４）と、温度変化監視ステップ（Ｓ４５）と、低温時判定ステップＳ（Ｓ４６ａ〜Ｓ４６ｃ）と、を含む。そして、下記で説明するように、制御対象区画Ｌｔの空気比λを、一次空気Ｇ１の供給量を所定量増加させた際の実際の温度変化に基づいて判定する。

図６のフローに従って各ステップを説明すると、ステップＳ４４において空気量増加ステップが実行される。空気量増加ステップは、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲よりも低い場合には、一次空気Ｇ１の供給量を所定量増加させる。この所定量は、一次空気Ｇ１の供給量を所定量増加させた後の区画Ｌｐの温度変化が、一次空気Ｇ１の供給量を変化（所定量増加）させたことより生じたものと判定可能な量となる。より詳細には、通常、流動層Ｌの温度は変動するものであり、上記の所定量は、この温度変動分（±α）による変化と上記の温度変化との区別が可能となるだけの温度変化をもたらす量であることが好ましい。例えば、所定量は、空気比λが５％程度変化する量であっても良い。具体的には、一次空気Ｇ１の供給量を所定量増加させることが可能な分だけ、ダンパ５の開度を開方向に変える。

ステップＳ４５において温度変化監視ステップが実行される。温度変化監視ステップ（Ｓ４５）は、上記の空気量増加ステップ（Ｓ４４）が実行された制御対象区画Ｌｔにおける区画別温度Ｔｐの温度変化を監視する。具体的には、この温度変化は、該当する制御対象区画Ｌｔの温度計６２により監視される。

ステップＳ４６において低温時判定ステップが実行される。低温時判定ステップ（Ｓ４６）は、上記の温度変化が上昇と下降とのいずれを示すか判定し（Ｓ４６ａ）、温度変化が上昇を示した制御対象区画Ｌｔの空気比λは低空気比領域Ｒｌにあると判定し（Ｓ４６ｂ）、温度変化が下降を示した制御対象区画Ｌｔの空気比λは高空気比領域Ｒｈにあると判定する（Ｓ４６ｃ）。このように、一次空気Ｇ１の供給量を所定量増加させた際の実際の温度変化と、流動層Ｌの温度特性Ｃ（図５）とに基づいて、制御対象区画Ｌｔの空気比λの空気比領域Ｒを判定する。

上記の構成によれば、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲よりも低温側に外れている制御対象区画Ｌｔについては、まずは一次空気Ｇ１を所定量増加させ、その際の温度変化に基づいて制御対象区画Ｌｔが属する空気比領域Ｒが判定される。つまり、流動層Ｌの空気比λは確率的に高い低空気比領域Ｒｌにあると仮定して一次空気Ｇ１の所定量増加を行うことで、制御対象区画Ｌｔの温度を上昇させたいのにもかかわらず、その温度を低下させてしまう可能性を低減することができる。また、各制御対象区画Ｌｔの空気比λが属する空気比領域Ｒをそれぞれ判定することができ、センサ設置によるコストの上昇を抑制することもできる。なお、上述のステップＳ４４では、一次空気Ｇ１の供給量を所定量だけ増加させているが、この所定量だけ逆に減少させても良く、その後にステップＳ４５、Ｓ４６（Ｓ４６ａ〜Ｓ４６ｃ）を行うことで、空気比領域Ｒの判定を行うことができる。

以下、上述した流動層温度均一化装置３の備える制御指令装置７の具体的な構成について図７を用いて説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る流動層温度均一化装置３の備える制御指令装置７の機能ブロック図である。制御指令装置７は、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲に入るように、制御指令を複数のダンパ５に与え、空気量制御を実行する装置である。また、制御指令装置７はコンピュータであり、このコンピュータは、図示しないＣＰＵ（プロセッサ）や主記憶装置を備えている。また、コンピュータは、入出力装置（例えば、マウス、キーボード、ディスプレイなど）、補助記憶装置、ネットワークインタフェースなどの周知な構成を含んで構成されても良い。そして、主記憶装置にロードされたプログラムの命令に従ってＣＰＵが動作（データの演算など）することで、上述した流動層温度均一化方法を実行するための図７に示されるような各機能部が実現される。

そして、図７に示されるように、制御指令装置７は、温度比較部７１と、空気比領域判定部７２と、制御指令部７３と、を備える。以下、制御指令装置７が備える各機能部について説明する。なお、図７に示される実施形態では、流動層Ｌの複数の区画Ｌｐは、それぞれを識別するための識別子が設定されるなどによって区別されており、制御指令装置７が備える各機能部（後述する機能部も含めた７１〜７８）は、各機能部が処理している区画Ｌｐ（制御対象区画Ｌｔ）がどれかを上記の識別子などを一緒に受け渡すことで認識可能に構成されているものとする。

温度比較部７１は、上述した温度計測装置６で計測された区画別温度Ｔｐと目標温度範囲とを比較する。つまり、上述した温度比較ステップ（図４のＳ２）に対応する処理を実行する。図７に示される実施形態では、温度比較部７１は、温度計測装置６から区画別温度Ｔｐの入力を受けると共に、比較結果を空気比領域判定部７２に出力している。なお、この比較結果は、制御対象区画Ｌｔのものだけ空気比領域判定部７２に出力されても良い。

空気比領域判定部７２は、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲から外れている前記区画である制御対象区画Ｌｔについて、制御対象区画Ｌｔの空気比λが、理論空気比に対して空気量が不足する低空気比領域Ｒｌと理論空気比に対して空気量が過剰となる高空気比領域Ｒｈとのいずれの領域にあるかを判定する。つまり、上述した空気比領域判定ステップ（図４のＳ４）に対応する処理を実行する。図７に示される実施形態では、空気比領域判定部７２は、温度比較部７１からの上記の温度の比較結果の入力を受けると共に、空気比領域Ｒの判定結果を制御指令部７３に出力している。

制御指令部７３は、空気比領域判定部７２の判定結果に基づいて、制御対象区画Ｌｔに供給される一次空気Ｇ１の供給量を、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲に入るように増加あるいは減少させる制御指令を複数のダンパ５に与え、空気量制御を実行する。つまり、上述した空気量制御実行ステップ（図４のＳ５）に対応する処理を実行する。図７に示される実施形態では、制御指令部７３は、複数のダンパ５の全てに接続され、各ダンパ５の開度を制御する制御指令を与えることにより、制御対象区画Ｌｔへ供給する空気量を増加あるいは減少させる制御を実行している。

上記の構成によれば、上記で説明した流動層温度均一化方法と同様に、流動層Ｌの温度が目標温度範囲から外れてしまう部分が流動層Ｌに部分的に生じても、その部分に対応する区画Ｌｐの一次空気Ｇ１の供給量を空気比領域Ｒの判定結果に基づいて制御することにより、流動層全体にわたって温度を目標温度範囲内に維持することができる。また、リサイクル燃料などの性状（水分量、形状、大きさ、重量など）の変動が大きい燃料Ｆを使用する場合であっても流動層全体における温度のばらつきを抑制することができ、ＮＯｘやＣＯなどの有害物質の発生を抑制することができる。

また、幾つかの実施形態では、制御指令装置７は、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲よりも高い場合において空気比領域Ｒを判定するために、空気比領域判定部７２は、空気量減少指令部７４と、温度変化監視部７５と、高温時判定部７６とを備えても良い。なお、以下の説明では、いずれの機能部も、複数の区画Ｌｐのうちのどの区画Ｌｐについて処理しているかを、上述したような論理的あるいは物理的な方法により認識しているものとする。

空気量減少指令部７４は、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲よりも高い場合には、一次空気Ｇ１の供給量を所定量減少させる制御指令をダンパ５に与え、空気量制御を実行する。つまり、上述した空気量減少ステップ（図６のＳ４１）に対応する処理を実行する。図７に示される実施形態では、空気量減少指令部７４は温度計測装置６に接続されており、温度計測装置６から区画別温度Ｔｐの入力を受ける。また、空気量減少指令部７４は制御対象区画Ｌｔのダンパ５に制御指令を与え、ダンパ５の開度を制御する。また、空気量減少指令部７４は温度変化監視部７５に接続されており、一次空気Ｇ１の供給量を所定量減少させたことを温度変化監視部７５に通知する。

温度変化監視部７５は、空気量減少指令部７４により一次空気Ｇ１の供給量が所定量減少された制御対象区画Ｌｔにおける区画別温度Ｔｐの温度変化を監視する。つまり、上述した温度変化監視ステップ（図６のＳ４２）に対応する処理を実行する。図７に示される実施形態では、温度変化監視部７５は、空気量減少指令部７４から上記の通知の入力を受ける。また、温度変化監視部７５は高温時判定部７６に接続されており、温度変化の監視結果を高温時判定部７６に出力する。

高温時判定部７６は、温度変化が上昇を示した制御対象区画Ｌｔの空気比λは高空気比領域Ｒｈにあると判定し、温度変化が下降を示した制御対象区画Ｌｔの空気比λは低空気比領域Ｒｌにあると判定する。つまり、上述した高温時判定ステップ（図６のＳ４３）に対応する処理を実行する。図７に示される実施形態では、高温時判定部７６は、温度変化監視部７５から温度変化を監視結果の入力を受ける。また、高温時判定部７６は、上述した制御指令部７３に接続されており、空気比領域Ｒの判定結果を制御指令部７３に出力する。

そして、制御指令部７３は、高温時判定部７６によって高空気比領域Ｒｈにあると判定された制御対象区画Ｌｔのダンパ５には、一次空気Ｇ１の供給量を増加させる制御指令を与え、低空気比領域Ｒｌにあると判定された制御対象区画Ｌｔのダンパ５には、一次空気Ｇ１の供給量を減少させる制御指令を与える。図７に示される実施形態では、上述したように、制御指令部７３は制御対象区画Ｌｔのダンパ５に制御指令を与え空気量制御を実行している。これによって、制御対象区画Ｌｔが属する空気比領域Ｒに基づいて一次空気Ｇ１の供給量を制御することができ、制御対象区画Ｌｔの温度を目標温度範囲に確実に入れることができる。

上記の構成によれば、流動層温度均一化方法と同様に、空気比領域Ｒの判定に際して燃焼室２の温度がさらに高温化される状況の発生を低減することができ、この判定による高温化に伴う燃焼室２の損傷発生を防止し、空気比領域Ｒの判定をより安全に行うことができる。さらに、上記の構成によれば、Ｏ２センサなどのセンサを設けることなく、各区画の空気比が属する空気比領域をそれぞれ判定することができ、センサ設置によるコストの上昇を抑制することもできる。

また、他の幾つかの実施形態では、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲よりも低い場合において空気比領域を判定するために、空気比領域判定部７２は、空気量増加指令部７７と、温度変化監視部７５と、低温時判定部７８とを備えても良い。なお、以下の説明では、いずれの機能部も、複数の区画Ｌｐのうちのどの区画Ｌｐについて処理しているかを、上述したような論理的あるいは物理的な方法により認識しているものとする。

空気量増加指令部７７は、区画別温度Ｔｐが目標温度範囲よりも低い場合には、一次空気Ｇ１の供給量を所定量増加させる制御指令をダンパ５に与え、空気量制御を実行する。つまり、上述した空気量増加ステップ（図６のＳ４４）に対応する処理を実行する。図７に示される実施形態では、空気量増加指令部７７は温度計測装置６に接続されており、温度計測装置６から区画別温度Ｔｐの入力を受ける。また、空気量増加指令部７７は制御対象区画Ｌｔのダンパ５に制御指令を与え、ダンパ５の開度を制御する。また、空気量増加指令部７７は温度変化監視部７５に接続されており、一次空気Ｇ１の供給量を所定量増加させたことを温度変化監視部７５に通知する。

温度変化監視部７５は、空気量増加指令部７７により一次空気Ｇ１の供給量が所定量増加された制御対象区画Ｌｔにおける区画別温度Ｔｐの温度変化を監視する。つまり、上述した温度変化監視ステップ（図６のＳ４５）に対応する処理を実行する。図７に示される実施形態では、温度変化監視部７５は、空気量増加指令部７７から上記の通知の入力を受ける。また、温度変化監視部７５は低温時判定部７８に接続されており、温度変化の監視結果を低温時判定部７８に出力する。

低温時判定部７８は、温度変化が上昇を示した制御対象区画Ｌｔの空気比λは低空気比領域Ｒｌにあると判定し、温度変化が下降を示した制御対象区画Ｌｔの空気比λは高空気比領域Ｒｈにあると判定する。つまり、上述した低温時判定ステップ（図６のＳ４６）に対応する処理を実行する。図７に示される実施形態では、低温時判定部７８は、温度変化監視部７５から温度変化を監視結果の入力を受ける。また、低温時判定部７８は、上述した制御指令部７３に接続されており、空気比領域Ｒの判定結果を制御指令部７３に出力する。

そして、制御指令部７３は、低温時判定部７８によって低空気比領域Ｒｌにあると判定された制御対象区画Ｌｔのダンパ５には、一次空気Ｇ１の供給量を増加させる制御指令を、高空気比領域Ｒｈにあると判定された制御対象区画Ｌｔのダンパ５には、一次空気Ｇ１の供給量を減少させる制御指令を与える。図７に示される実施形態では、上述したように、制御指令部７３は、制御対象区画Ｌｔのダンパ５に制御指令を与え、空気量制御を実行している。これによって、制御対象区画Ｌｔが属する空気比領域Ｒに基づいて一次空気Ｇ１の供給量を制御することができ、制御対象区画Ｌｔの温度を目標温度範囲に確実に入れることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、流動床ボイラ１として気泡型流動床ボイラを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば循環型流動床ボイラにも適用することができる。
また、図１〜図２に示される実施形態では、流動床ボイラ１への燃料供給方式は燃料シュート方式であったが、この実施形態には限定されず、スプレッダ方式などの他の燃料供給方式であっても良い。
また、同様に、流量制御装置としてダンパ５を用いて説明したが、この実施形態には限定されず、流量調整弁などのバルブやオリフィスなどの他の流量コントロール手段であっても良い。

１ 流動床ボイラ
１１ 燃料シュート
１２ 伝熱管群
２ 燃焼室
２１ 壁面
２１ｏ 燃料供給口
２２ 燃焼室の底部
２３ 空気供給口
３ 流動層温度均一化装置
４ セル（風室）
４２ セルの側壁
４ｓ 側壁の仮想的な延長面
５ ダンパ
６ 温度計測装置
６２ 温度計
７ 制御指令装置
７１ 温度比較部
７２ 空気比領域判定部
７３ 制御指令部
７４ 空気量減少指令部
７５ 温度変化監視部
７６ 高温時判定部
７７ 空気量増加指令部
７８ 低温時判定部
Ｇ１ 一次空気
Ｇ２ 二次空気
ｎ１ 一次空気ノズル
ｎ１ 二次空気ノズル
ｐ１ 一次空気供給管
ｐ１ 二次空気供給管
Ｌ 流動層
Ｌｐ 区画
Ｌｔ 制御対象区画
Ｃ 温度特性
Ｔｐ 区画別温度
Ｒ 空気比領域
Ｒｈ 高空気比領域
Ｒｌ 低空気比領域
Ｆ 燃料
Ｖ 垂直方向
Ｈ 水平方向

Claims (11)

1. 燃焼室の内部に流動層を形成するための一次空気を供給する複数の空気供給口の各々に対応して定められた前記流動層の複数の区画において、前記複数の区画の区画別温度が目標温度範囲に入るように、前記複数の空気供給口から前記複数の区画に供給される前記一次空気の供給量を制御する流動層温度均一化方法であって、
   前記区画別温度を計測する温度計測ステップと、
   前記温度計測ステップで計測された前記区画別温度と前記目標温度範囲とを比較する温度比較ステップと、
   前記区画別温度が前記目標温度範囲から外れている前記区画である制御対象区画について、前記制御対象区画の空気比が、理論空気比に対して空気量が不足する低空気比領域と前記理論空気比に対して空気量が過剰となる高空気比領域とのいずれの領域にあるかを判定する空気比領域判定ステップと、
   前記空気比領域判定ステップの判定結果に基づいて、前記制御対象区画に供給される前記一次空気の供給量を、前記区画別温度が前記目標温度範囲に入るように増加あるいは減少させる空気量制御を実行する空気量制御実行ステップと、を備え、
   前記空気比領域判定ステップは、
   前記区画別温度が前記目標温度範囲よりも高い場合には、前記一次空気の供給量を所定量減少させる空気量減少ステップと、
   前記空気量減少ステップが実行された前記制御対象区画における前記区画別温度の温度変化を監視する温度変化監視ステップと、
   前記温度変化が上昇を示した前記制御対象区画の空気比は前記高空気比領域にあると判定し、前記温度変化が下降を示した前記制御対象区画の空気比は前記低空気比領域にあると判定する高温時判定ステップと、を含むことを特徴とする流動層温度均一化方法。
2. 前記空気量制御実行ステップは、前記高温時判定ステップによって前記高空気比領域にあると判定された前記制御対象区画の前記一次空気の供給量を増加させ、前記低空気比領域にあると判定された前記制御対象区画の前記一次空気の供給量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の流動層温度均一化方法。
3. 前記空気比領域判定ステップは、
   前記区画別温度が前記目標温度範囲よりも低い場合には、前記制御対象区画の前記一次空気の供給量を所定量増加させる空気量増加ステップと、
   前記空気量増加ステップが実行された前記制御対象区画における前記区画別温度の温度変化を監視する温度変化監視ステップと、
   前記温度変化が上昇を示した前記制御対象区画の空気比は前記低空気比領域にあると判定し、前記温度変化が下降を示した前記制御対象区画の空気比は前記高空気比領域にあると判定する低温時判定ステップと、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の流動層温度均一化方法。
4. 前記空気量制御実行ステップは、前記低温時判定ステップによって前記低空気比領域にあると判定された前記制御対象区画の前記一次空気の供給量を増加させ、前記高空気比領域にあると判定された前記制御対象区画の前記一次空気の供給量を減少させることを特徴とする請求項３に記載の流動層温度均一化方法。
5. 燃焼室の内部に流動層を形成するための一次空気を供給する複数の空気供給口の各々に対応して定められた前記流動層の複数の区画において、前記複数の区画の区画別温度が目標温度範囲に入るように、前記複数の空気供給口から前記複数の区画に供給される前記一次空気の供給量を制御する流動層温度均一化方法であって、
   前記区画別温度を計測する温度計測ステップと、
   前記温度計測ステップで計測された前記区画別温度と前記目標温度範囲とを比較する温度比較ステップと、
   前記区画別温度が前記目標温度範囲から外れている前記区画である制御対象区画について、前記制御対象区画の空気比が、理論空気比に対して空気量が不足する低空気比領域と前記理論空気比に対して空気量が過剰となる高空気比領域とのいずれの領域にあるかを判定する空気比領域判定ステップと、
   前記空気比領域判定ステップの判定結果に基づいて、前記制御対象区画に供給される前記一次空気の供給量を、前記区画別温度が前記目標温度範囲に入るように増加あるいは減少させる空気量制御を実行する空気量制御実行ステップと、を備え、
   前記空気比領域判定ステップは、
   前記区画別温度が前記目標温度範囲よりも低い場合には、前記制御対象区画の前記一次空気の供給量を所定量増加させる空気量増加ステップと、
   前記空気量増加ステップが実行された前記制御対象区画における前記区画別温度の温度変化を監視する温度変化監視ステップと、
   前記温度変化が上昇を示した前記制御対象区画の空気比は前記低空気比領域にあると判定し、前記温度変化が下降を示した前記制御対象区画の空気比は前記高空気比領域にあると判定する低温時判定ステップと、を含むことを特徴とする流動層温度均一化方法。
6. 燃焼室の内部に流動層を形成するための一次空気を供給する複数の空気供給口と、
   前記複数の空気供給口の各々に対応して定められた前記流動層の複数の区画の各々に、前記複数の空気供給口の各々から供給される前記一次空気の供給量を制御する複数の流量制御装置と、
   前記複数の区画の区画別温度を計測する温度計測装置と、
   前記区画別温度が目標温度範囲に入るように、前記複数の流量制御装置に制御指令を与える制御指令装置と、を備え、
   前記制御指令装置は、
   前記温度計測装置で計測された前記区画別温度と前記目標温度範囲とを比較する温度比較部と、
   前記区画別温度が前記目標温度範囲から外れている前記区画である制御対象区画について、前記制御対象区画の空気比が、理論空気比に対して空気が不足する低空気比領域と前記理論空気比に対して空気が過剰となる高空気比領域とのいずれの領域にあるかを判定する空気比領域判定部と、
   前記空気比領域判定部の判定結果に基づいて、前記制御対象区画に供給される前記一次空気の供給量を増加あるいは減少させるように前記流量制御装置に前記制御指令を与える制御指令部と、を含み、
   前記空気比領域判定部は、
   前記区画別温度が前記目標温度範囲よりも高い場合には、前記流量制御装置に前記一次空気の供給量を所定量減少させる制御指令を与える空気量減少指令部と、
   前記流量制御装置により前記一次空気の供給量が所定量減少された前記制御対象区画における前記区画別温度の温度変化を監視する温度変化監視部と、
   前記温度変化が上昇を示した前記制御対象区画の空気比は前記高空気比領域にあると判定し、前記温度変化が下降を示した前記制御対象区画の空気比は前記低空気比領域にあると判定する高温時判定部と、を有することを特徴とする流動層温度均一化装置。
7. 前記制御指令部は、前記高温時判定部によって前記高空気比領域にあると判定された前記制御対象区画の前記流量制御装置には前記一次空気の供給量を増加させる制御指令を、前記低空気比領域にあると判定された前記制御対象区画の前記流量制御装置には前記一次空気の供給量を減少させる制御指令を与えることを特徴とする請求項６に記載の流動層温度均一化装置。
8. 前記空気比領域判定部は、
   前記区画別温度が前記目標温度範囲よりも低い場合には、前記流量制御装置に、前記制御対象区画の前記一次空気の供給量を所定量増加させる制御指令を与える空気量増加指令部と、
   前記空気量増加指令部により前記一次空気の供給量が所定量増加された前記制御対象区画における前記区画別温度の温度変化を監視する温度変化監視部と、
   前記温度変化が上昇を示した前記制御対象区画の空気比は前記低空気比領域にあると判定し、前記温度変化が下降を示した前記制御対象区画の空気比は前記高空気比領域にあると判定する低温時判定部と、を含むことを特徴とする請求項６または７に記載の流動層温度均一化装置。
9. 前記制御指令部は、前記低温時判定部によって前記低空気比領域にあると判定された前記制御対象区画の前記流量制御装置には前記一次空気の供給量を増加させる制御指令を、前記高空気比領域にあると判定された前記制御対象区画の前記流量制御装置には前記一次空気の供給量を減少させる制御指令を与えることを特徴とする請求項８に記載の流動層温度均一化装置。
10. 燃焼室の内部に流動層を形成するための一次空気を供給する複数の空気供給口と、
    前記複数の空気供給口の各々に対応して定められた前記流動層の複数の区画の各々に、前記複数の空気供給口の各々から供給される前記一次空気の供給量を制御する複数の流量制御装置と、
    前記複数の区画の区画別温度を計測する温度計測装置と、
    前記区画別温度が目標温度範囲に入るように、前記複数の流量制御装置に制御指令を与える制御指令装置と、を備え、
    前記制御指令装置は、
    前記温度計測装置で計測された前記区画別温度と前記目標温度範囲とを比較する温度比較部と、
    前記区画別温度が前記目標温度範囲から外れている前記区画である制御対象区画について、前記制御対象区画の空気比が、理論空気比に対して空気が不足する低空気比領域と前記理論空気比に対して空気が過剰となる高空気比領域とのいずれの領域にあるかを判定する空気比領域判定部と、
    前記空気比領域判定部の判定結果に基づいて、前記制御対象区画に供給される前記一次空気の供給量を増加あるいは減少させるように前記流量制御装置に前記制御指令を与える制御指令部と、を含み、
    前記空気比領域判定部は、
    前記区画別温度が前記目標温度範囲よりも低い場合には、前記流量制御装置に、前記制御対象区画の前記一次空気の供給量を所定量増加させる制御指令を与える空気量増加指令部と、
    前記空気量増加指令部により前記一次空気の供給量が所定量増加された前記制御対象区画における前記区画別温度の温度変化を監視する温度変化監視部と、
    前記温度変化が上昇を示した前記制御対象区画の空気比は前記低空気比領域にあると判定し、前記温度変化が下降を示した前記制御対象区画の空気比は前記高空気比領域にあると判定する低温時判定部と、を含むことを特徴とする流動層温度均一化装置。
11. 請求項６〜請求項１０のいずれか１項に記載の流動層温度均一化装置と、
    一次空気が供給されることで内部に流動層を形成する燃焼室と、を備えることを特徴とする流動床ボイラ。

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