JP6841597B2 - ボイラ及びボイラへの燃料供給方法 - 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ためのボイラ、このボイラに燃料を供給するボイラへの燃料供給方法に関するものである。

従来のボイラは、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及び上下方向に複数配置されている。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して蒸気を生成するための熱交換器が配置されている。このようなボイラは、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、この化石燃料に代えてバイオマスを用いることが提案されている。

石炭とバイオマスを混焼する技術として、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。特許文献に記載された粉砕システムは、石炭用の粉砕機とバイオマス用の粉砕機を設け、微粉炭を複数の搬送ラインを用いて各バーナに供給すると共に、粉砕したバイオマスを各搬送ラインに分配供給している。

特開２０１１−１４４９４３号公報

石炭とバイオマスは、その品質が相違することから、石炭とバイオマスを異なる粉砕機で粉砕することが好ましい。また、バイオマス自体も品質が多種多様であり、性質により粉砕粒径がばらついてしまう。バーナから火炉内に供給する固体燃料は、その粒径に応じて鉛直方向における最適な供給位置がある。ところが、粉砕機に対して特定のバーナが接続されていることから、固体燃料の種類や粒径に応じて火炉への供給位置を変更することができず、燃料を効率良く燃焼させることが困難となる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、固体燃料の種類や粒径に応じて火炉への供給位置を変更可能として燃焼効率の向上を図るボイラ及びボイラへの燃料供給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、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、石炭を粉砕する複数の第１粉砕機と、バイオマスを粉砕する第２粉砕機と、微粉燃料と燃焼用空気とを混合した燃料ガスを前記火炉内に噴出する燃焼バーナが前記火炉の鉛直方向に沿って複数段配置される燃焼装置と、前記複数の第１粉砕機により粉砕された微粉炭と燃焼用空気とを混合した第１燃料ガスを複数段の前記燃焼バーナに供給する第１供給ラインと、前記第１供給ラインに設けられる第１開閉弁と前記第２粉砕機により粉砕された微粉バイオマスと燃焼用空気とを混合した第２燃料ガスを複数段の前記燃焼バーナに供給する第２供給ラインと、前記第２供給ラインに設けられる第２開閉弁と、を備えることを特徴とするものである。

従って、第１開閉弁と第２開閉弁の開閉操作により粉砕バイオマスを複数の燃焼バーナに供給することができ、火炉における粉砕バイオマスの供給高さを変更することができる。その結果、固体燃料の種類や粒径に応じて火炉への供給位置を選択的に変更することができ、火炉における燃焼効率を向上することができる。

本発明のボイラでは、前記燃焼バーナの段数と、前記複数の第１粉砕機と前記第２粉砕機との合計個数とが同数に設定されることを特徴としている。

従って、燃焼バーナの段数と粉砕機の個数を同数とすることで、各燃焼バーナに供給する微粉炭と微粉バイオマスの割合を変更しても、火炉に供給する微粉炭と微粉バイオマスの総量が変更されることはなく、各燃焼バーナに対する微粉炭と微粉バイオマスの分配操作を容易に行うことができる。

本発明のボイラでは、前記燃焼バーナは、少なくとも鉛直方向に沿って３段配置され、前記第２粉砕機は、前記第２供給ラインにより、少なくとも鉛直方向における最上段の前記燃焼バーナと鉛直方向における中間段の前記燃焼バーナに連結されることを特徴としている。

従って、粉砕バイオマスを最上段の燃焼バーナに供給することで、微粉バイオマスを火炉における燃焼温度が高い領域に投入することができ、粉砕バイオマスにおける未燃分の増加を抑制して炉底に落下する未燃分を減少することができる。

本発明のボイラでは、複数の第１粉砕機のうちの１個は、前記第１供給ラインにより少なくとも鉛直方向における最上段の前記燃焼バーナと鉛直方向における中間段の前記燃焼バーナに連結され、複数の第１粉砕機のうちの別の１個は、前記第１供給ラインにより鉛直方向における中間段の前記燃焼バーナと鉛直方向における最下段の前記燃焼バーナに連結されることを特徴としている。

従って、粉砕バイオマスを最上段の燃焼バーナに供給し、微粉炭を最下段の燃焼バーナに供給することで、微粉バイオマスを微粉炭が燃焼する領域の上方に投入することとなり、微粉バイオマスを火炉における燃焼温度で効果的に燃焼させることができ、粉砕バイオマスにおける未燃分の増加を抑制することができる。

本発明のボイラでは、複数の第１粉砕機のうちの１個は、前記第１供給ラインにより少なくとも鉛直方向における最上段の前記燃焼バーナと鉛直方向における中間段の前記燃焼バーナに連結され、複数の第１粉砕機のうちの別の１個は、前記第１供給ラインにより鉛直方向における最下段の前記燃焼バーナに連結されることを特徴としている。

従って、複数の第１粉砕機と各燃焼バーナとの連結ラインを減少することで、微粉燃料の供給ラインを簡素化することができる。

本発明のボイラでは、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁は、流量調整弁であることを特徴としている。

従って、各粉砕機から各燃焼バーナへの微粉炭と微粉バイオマスの分配供給を簡単で、且つ、高精度に行うことができる。

また、本発明のボイラへの燃料供給方法は、前記ボイラへの燃料供給方法において、前記第２粉砕機から前記第２供給ラインを介して複数の前記燃焼バーナへ供給する第２燃料ガスの供給量を鉛直方向における上段側の前記燃焼バーナほど多く設定する、ことを特徴とするものである。

従って、微粉バイオマスの供給量を上段側の燃焼バーナほど多くすることで、微粉バイオマスを火炉における燃焼温度が高い領域に投入することができ、粉砕バイオマスにおける未燃分の増加を抑制して炉底に落下する未燃分を減少することができる。

本発明のボイラへの燃料供給方法では、前記第１粉砕機から前記第１供給ラインを介して複数の前記燃焼バーナへ供給する第１燃料ガスの供給量を鉛直方向における下方の前記燃焼バーナほど多く設定することを特徴としている。

従って、各段の燃焼バーナから火炉内に供給する微粉燃料の供給量を均一化することができ、火炉における燃料の燃焼効率を向上することができる。

本発明のボイラ及びボイラへの燃料供給方法によれば、微粉炭と微粉バイオマスを第１供給ライン及び第２供給ラインを介して複数の燃焼バーナに供給可能とするので、第１開閉弁と第２開閉弁の開閉操作により被粉炭と粉砕バイオマスの分配を変更することができ、火炉における粉砕バイオマスの供給高さを変更することができる。その結果、固体燃料の種類や粒径に応じて火炉への供給位置を選択的に変更することができ、火炉における燃焼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、燃焼バーナの配置構成を表す平面図である。 図３は、第１実施形態のボイラへの燃料供給方法を表す概略図である。 図４は、第１実施形態のボイラへの燃料供給方法を表す概略図である。 図５は、第２実施形態のボイラを表す概略構成図である。 図６は、第２実施形態のボイラへの燃料供給方法を表す概略図である。 図７は、第２実施形態のボイラへの燃料供給方法を表す概略図である。 図８は、第３実施形態のボイラを表す概略構成図である。 図９は、第３実施形態のボイラへの燃料供給方法を表す概略図である。 図１０は、第３実施形態のボイラへの燃料供給方法を表す概略図である。 図１１は、第４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及びボイラへの燃料供給方法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、燃焼バーナの配置構成を表す平面図である。

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バイオマスを微粉燃料（固体燃料）として用い、この微粉炭と微粉バイオマス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。

第１実施形態において、図１に示すように、ボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２と煙道１３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を有している。本実施形態にて、この燃焼バーナ２１，２２，２３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３セット、つまり、３段配置されている。但し、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。

この各燃焼バーナ２１，２２，２３は、固体燃料供給ライン２４，２５，２６を介して粉砕機（微粉炭機／ミル）２７，２８，２９に連結されている。火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３の装着位置に風箱３０が設けられており、この風箱３０に空気ダクト３１の一端部が連結されており、この空気ダクト３１の他端部に送風機３２が連結されている。また、火炉１１は、燃焼バーナ２１，２２，２３の装着位置より上方に位置して追加空気ノズル３３が設けられており、空気ダクト３１から分岐した追加空気ダクト３４が連結されている。

煙道１３は、火炉１１の上部に連結されている。この煙道１３は、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器としての過熱器（スーパーヒータ）４１，４２，４３、再熱器（リヒータ）４４，４５、節炭器（エコノマイザ）４６，４７が設けられており、火炉１１での燃焼で発生した燃焼ガスと水との間で熱交換が行われる。また、煙道１３は、その下流側に熱交換を行った燃焼ガスが排出されるガスダクト４８が連結されている。このガスダクト４８は、空気ダクト３１との間にエアヒータ４９が設けられ、空気ダクト３１を流れる空気と、ガスダクト４８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及び追加空気ノズル３３に供給する燃焼用空気を昇温することができる。また、空気ダクト３１は、エアヒータ４９の下流側で分岐した搬送用空気供給ライン５０が設けられ、粉砕機２７，２８，２９に連結されている。

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を構成する燃焼バーナ２１，２２，２３は、それぞれほぼ同様の構成をなしていることから、燃焼バーナ２１を代表して説明する。

燃焼バーナ２１は、図２に示すように、火炉１１における４つの壁部にそれぞれ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、固体燃料供給ライン２４から分岐した各分岐管２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄが連結されると共に、空気ダクト３１から分岐した各分岐管３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが連結されている。

そのため、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炭混合気（以下、燃料ガス）を吹き込むと共に、その微粉炭混合気の周囲外側に燃焼用空気（燃料ガス燃焼用空気／２次空気）を吹き込む。そして、この微粉炭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の鉛直上方から見て（図２にて）火炉１１の中心Ｏとして反時計周り方向に旋回する火炎旋回流Ｃとなる。

ところで、上述したように、本実施形態のボイラ１０は、石炭を粉砕した微粉炭とバイオマスを粉砕した微粉バイオマスを混焼させるものである。そのため、粉砕機２７は、バイオマス粉砕用の第２粉砕機として用いられ、粉砕機２８，２９は、石炭粉砕用の複数の第１粉砕機として用いられる。また、粉砕機２７により粉砕された微粉バイオマスと搬送用空気（燃焼用空気）とを混合した微粉バイオマス混合気（第２燃料ガス）を複数段の燃焼バーナ２１，２２，２３に供給する第１供給ラインと、粉砕機２８，２９により粉砕された微粉炭と搬送用空気（燃焼用空気）とを混合した微粉炭混合気（第１燃料ガス）を複数段の燃焼バーナ２１，２２，２３に供給する第２供給ラインとが設けられている。

即ち、前述したように、粉砕機２７は、固体燃料供給ライン２４を介して燃焼バーナ２１に連結されている。この固体燃料供給ライン２４は、固体燃料分岐ライン５１を介して固体燃料供給ライン２５に連結されると共に、固体燃料分岐ライン５２を介して固体燃料供給ライン２６に連結されている。また、粉砕機２８は、固体燃料供給ライン２５を介して燃焼バーナ２２に連結されている。この固体燃料供給ライン２５は、固体燃料分岐ライン５３を介して固体燃料供給ライン２４に連結されている。更に、粉砕機２９は、固体燃料供給ライン２６を介して燃焼バーナ２３に連結されている。この固体燃料供給ライン２６は、固体燃料分岐ライン５４を介して固体燃料供給ライン２５に連結されている。

そして、固体燃料供給ライン２４に流量調整弁５５が設けられ、各固体燃料分岐ライン５１，５２にそれぞれ流量調整弁５６，５７が設けられている。また、固体燃料供給ライン２５に流量調整弁５８が設けられ、固体燃料分岐ライン５３に流量調整弁５９が設けられている。更に、固体燃料供給ライン２６に流量調整弁６０が設けられ、固体燃料分岐ライン５４に流量調整弁６１が設けられている。

ここで、固体燃料供給ライン２４と固体燃料分岐ライン５１，５２と固体燃料供給ライン２５，２６により本発明の第２供給ラインが構成され、流量調整弁５５，５６，５７により本発明の第２開閉弁が構成される。また、固体燃料供給ライン２５，２６と固体燃料分岐ライン５３，５４と固体燃料供給ライン２４により本発明の第１供給ラインが構成され、流量調整弁５８，５９，６０，６１により第１開閉弁が構成される。

本実施形態では、燃焼バーナ２１，２２，２３の段数が鉛直方向に沿って３段であり、粉砕機２７，２８，２９の個数が３個であり、燃焼バーナ２１，２２，２３の段数と粉砕機２７，２８，２９の個数が同数に設定されている。そして、バイオマス粉砕用の粉砕機２７は、固体燃料供給ライン２４と固体燃料分岐ライン５１，５２と固体燃料供給ライン２５，２６により全ての燃焼バーナ２１，２２，２３に連結されている。但し、バイオマス粉砕用の粉砕機２７を、固体燃料供給ライン２４，２５と固体燃料分岐ライン５１により最上段と中間段の燃焼バーナ２１，２２だけに連結してもよい。

また、複数の石炭粉砕用の粉砕機２８，２９のうち、粉砕機２８は、固体燃料供給ライン２５と固体燃料分岐ライン５３と固体燃料供給ライン２４により最上段と中間段の燃焼バーナ２１，２２に連結されている。そして、複数の石炭粉砕用の粉砕機２８，２９のうち、粉砕機２９は、固体燃料供給ライン２６と固体燃料分岐ライン５４と固体燃料供給ライン２５により中間段と最下段の燃焼バーナ２２，２３に連結されている。

ここで、第１実施形態のボイラ１０への燃料供給方法について説明する。図３及び図４は、第１実施形態のボイラへの燃料供給方法を表す概略図である。

まず、ボイラ１０の定格運転時における燃料供給方法について説明する。図１及び図３に示すように、粉砕機２７により粉砕した微粉バイオマスと搬送用空気は、固体燃料供給ライン２４から最上段の燃焼バーナ２１だけに供給される。粉砕機２８により粉砕した微粉炭と搬送用空気は、固体燃料供給ライン２５により中間段の燃焼バーナ２２に供給される。粉砕機２９により粉砕した微粉炭と搬送用空気は、固体燃料供給ライン２６により最下段の燃焼バーナ２３に供給される。

微粉バイオマスは、微粉炭に比べて粒径が大きく、且つ、燃焼しにくいことから、火炉１１における燃焼温度が高い上方領域に投入することが望ましい。即ち、流量調整弁５５，５８，６０を開放する一方、流量調整弁５６，５７，５９，６１を閉止する。この場合、微粉バイオマスと微粉炭は、搬送用空気供給ライン５０から各粉砕機２７，２８，２９に供給される搬送用空気により各燃焼バーナ２１，２２，２３に供給される。このとき、各固体燃料供給ライン２４，２５，２６に配置された流量計（図示略）により搬送用空気と共に送給される微粉バイオマス流量と微粉炭流量を計測することが望ましい。そして、微粉バイオマス流量と微粉炭流量が最適量となるように、流量調整弁５１，５８，６０の開度を調整することで、微粉バイオマスと微粉炭の過剰供給を抑制できる。

各流量調整弁５５〜６１の開閉操作及び開度調整により、微粉バイオマスは、固体燃料供給ライン２４を通して最上段の燃焼バーナ２１だけに供給され、微粉炭は、固体燃料供給ライン２５，２６により中間段と最下段の燃焼バーナ２２，２３だけに供給される。そのため、微粉バイオマスは、火炉１１における燃焼温度が高い上方領域に噴出され、微粉炭は、火炉１１における微粉バイオマスの噴出領域より下方の領域に噴出される。その結果、微粉バイオマスを効率良く燃焼し、未燃分が低減される。

次に、ボイラ１０における別の燃料供給方法について説明する。図１及び図４に示すように、粉砕機２７により粉砕した微粉バイオマスと搬送用空気は、固体燃料供給ライン２４，２５，２６から全ての燃焼バーナ２１，２２，２３に供給される。粉砕機２８により粉砕した微粉炭と搬送用空気は、固体燃料供給ライン２４，２５により最上段と中間段の燃焼バーナ２１，２２だけに供給される。粉砕機２９により粉砕した微粉炭と搬送用空気は、固体燃料供給ライン２５，２６により最下段と中間段の燃焼バーナ２２，２３に供給される。

微粉バイオマスは、微粉炭に比べて粒径が大きく、且つ、燃焼しにくいものの、微粉炭と混合して投入することが望ましい。即ち、粉砕機２７から各燃焼バーナ２１，２２，２３へ供給する微粉バイオマスの供給量を最上段側の燃焼バーナ２１ほど多く設定する。また、各粉砕機２８，２９から各燃焼バーナ２１，２２，２３へ供給する微粉炭の供給量を鉛直方向における最下段側の燃焼バーナ２３ほど多く設定する。

具体的に説明する。ここで、火炉１１へ供給する微粉バイオマスと微粉炭の合計割合を１００％とし、各粉砕機２７，２８，２９で粉砕する微粉バイオマスと微粉炭の粉砕割合を３３％（実際には、１／３であり、小数点以下を切り捨てて説明する。）とする。流量調整弁５５，５６，５７のうち、流量調整弁５５の開度を最も大きく調整し、流量調整弁５７の開度を最も小さく調整し、固体燃料供給ライン２４に２２％の微粉バイオマスを送給し、固体燃料分岐ライン５１から固体燃料供給ライン２５に９％の微粉バイオマスを送給し、固体燃料分岐ライン５２から固体燃料供給ライン２６に２％の微粉バイオマスを送給する。

また、流量調整弁５８，５９のうち、流量調整弁５８の開度を大きく調整し、固体燃料分岐ライン５３から固体燃料供給ライン２４に１１％の微粉炭を送給し、固体燃料供給ライン２５に２２％の微粉炭を送給する。更に、流量調整弁６０，６１のうち、流量調整弁６０の開度を大きく調整し、固体燃料分岐ライン５４から固体燃料供給ライン２５に２％の微粉炭を送給し、固体燃料供給ライン２６に３１％の微粉炭を送給する。なお、各燃焼バーナ２１，２２，２３に対する微粉バイオマスと微粉炭の混合割合は、上述したものに限定されるものではなく、バイオマスや石炭の品種や粉砕粒径などにより適宜設定すればよいものである。

各流量調整弁５５〜６１の開度調整により、微粉バイオマスは、固体燃料供給ライン２４を通して最上段の燃焼バーナ２１に最も多く供給され、固体燃料供給ライン２６を通して最下段の燃焼バーナ２３に最も少なく供給される。一方、微粉炭は、固体燃料供給ライン２４を通して最上段の燃焼バーナ２１に最も少なく供給され、固体燃料供給ライン２６を通して最下段の燃焼バーナ２３に最も多く供給される。そのため、微粉バイオマスは、微粉炭と混合された状態で、全ての燃焼バーナ２１，２２，２３から火炉１１に噴出される。このとき、微粉バイオマスは、全量の１／２が最上段の燃焼バーナ２１から火炉１１における燃焼温度が高い上方領域に噴出される。その結果、微粉バイオマスを効率良く燃焼し、未燃分が低減される。

このように第１実施形態のボイラにあっては、火炉１１と、バイオマスを粉砕する粉砕機２７と、石炭を粉砕する粉砕機２８，２９と、火炉１１に設けられる複数段の燃焼バーナ２１，２２，２３を有する燃焼装置１２と、粉砕機２７，２８，２９により粉砕された微粉炭と微粉バイオマスを各燃焼バーナ２１，２２，２３に供給する固体燃料供給ライン２４，２５，２６及び固体燃料分岐ライン５１，５２，５３，５４と、固体燃料供給ライン２４，２５，２６及び固体燃料分岐ライン５１，５２，５３，５４に設けられる流量調整弁５５，５６，５７，５８，５９，６０，６１を設けている。

従って、流量調整弁５５，５６，５７，５８，５９，６０，６１の開閉操作により粉砕バイオマスを複数の燃焼バーナ２１，２２，２３に供給することができ、火炉１１における粉砕バイオマスの供給高さを変更することができる。その結果、固体燃料の種類や粒径に応じて火炉１１への供給位置を選択的に変更することができ、火炉１１における燃焼効率を向上することができる。一般的に、粉砕機２７，２８，２９から各燃焼バーナ２１，２２，２３へ供給する微粉炭や微粉バイオマスの供給量の調整は、粉砕機２７，２８，２９へ供給する搬送用空気の増減により実施していたが、流量調整弁５５，５６，５７，５８，５９，６０，６１により実施することで、搬送用空気の供給量の調整が不要となる。

第１実施形態のボイラでは、燃焼バーナ２１，２２，２３の段数と粉砕機２７，２８，２９の個数を同数に設定している。従って、各燃焼バーナ２１，２２，２３に供給する微粉炭と微粉バイオマスの割合を変更しても、火炉１１に供給する微粉炭と微粉バイオマスの総量が変更されることはなく、各燃焼バーナ２１，２２，２３に対する微粉炭と微粉バイオマスの分配操作を容易に行うことができる。

第１実施形態のボイラでは、粉砕機２７により粉砕したバイオマスを最上段の燃焼バーナ２１と中間段の燃焼バーナ２２に供給可能としている。従って、微粉バイオマスを火炉１１における燃焼温度が高い領域に投入することができ、微粉バイオマスの滞留時間を長くして粉砕バイオマスにおける未燃分の増加を抑制し、炉底に落下する未燃分を減少することができる。

第１実施形態のボイラでは、粉砕機２８，２９により粉砕した微粉炭を中間段の燃焼バーナ２２と最下段の燃焼バーナ２３とに供給可能としている。従って、粉砕バイオマスを最上段の燃焼バーナ２１に供給し、微粉炭を最下段の燃焼バーナ２３に供給することで、微粉バイオマスを微粉炭が燃焼する領域の上方に投入することとなり、微粉バイオマスを火炉１１における燃焼温度で効果的に燃焼させることができ、粉砕バイオマスにおける未燃分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、固体燃料供給ライン２４，２５，２６及び固体燃料分岐ライン５１，５２，５３，５４に流量調整弁５５，５６，５７，５８，５９，６０，６１を設けている。従って、各粉砕機２７，２８，２９から各燃焼バーナ２１，２２，２３への微粉炭と微粉バイオマスの分配供給を簡単で、且つ、高精度に行うことができる。

また、本実施形態のボイラへの燃料供給方法にあっては、粉砕機２７から複数の燃焼バーナ２１，２２，２３へ供給する微粉バイオマスの供給量を鉛直方向における上段側の燃焼バーナ２１ほど多く設定している。従って、微粉バイオマスを火炉１１における燃焼温度が高い領域に投入することができ、微粉バイオマスの滞留時間を長くして粉砕バイオマスにおける未燃分の増加を抑制し、炉底に落下する未燃分を減少することができる。

第１実施形態のボイラへの燃料供給方法では、粉砕機２８，２９から複数の燃焼バーナ２１，２２，２３へ供給する微粉炭の供給量を鉛直方向における下段側の燃焼バーナ２３ほど多く設定している。従って、各段の燃焼バーナ２１，２２，２３から火炉１１内に供給する微粉燃料の供給量を均一化することができ、火炉１１における燃料の燃焼効率を向上することができる。

［第２実施形態］
図５は、第２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２実施形態において、図５に示すように、ボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２と煙道１３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を有している。各燃焼バーナ２１，２２，２３は、固体燃料供給ライン２４，２５，２６を介して粉砕機２７，２８，２９に連結されている。

本実施形態のボイラ１０は、石炭を粉砕した微粉炭とバイオマスを粉砕した微粉バイオマスを混焼させるものである。そのため、粉砕機２７は、バイオマス粉砕用の第２粉砕機として用いられ、粉砕機２８，２９は、石炭粉砕用の複数の第１粉砕機として用いられる。また、粉砕機２７により粉砕された微粉バイオマスと搬送用空気（燃焼用空気）とを混合した微粉バイオマス混合気（第２燃料ガス）を複数段の燃焼バーナ２１，２２，２３に供給する第１供給ラインと、粉砕機２８，２９により粉砕された微粉炭と搬送用空気（燃焼用空気）とを混合した微粉炭混合気（第１燃料ガス）を複数段の燃焼バーナ２１，２２，２３に供給する第２供給ラインとが設けられている。

即ち、前述したように、粉砕機２７は、固体燃料供給ライン２５を介して燃焼バーナ２２に連結されている。この固体燃料供給ライン２５は、固体燃料分岐ライン５３を介して固体燃料供給ライン２４に連結されている。また、粉砕機２８は、固体燃料供給ライン２４を介して燃焼バーナ２１に連結されている。この固体燃料供給ライン２４は、固体燃料分岐ライン５１を介して固体燃料供給ライン２５に連結されると共に、固体燃料分岐ライン５２を介して固体燃料供給ライン２６に連結されている。更に、粉砕機２９は、固体燃料供給ライン２６を介して燃焼バーナ２３に連結されている。この固体燃料供給ライン２６は、固体燃料分岐ライン５４を介して固体燃料供給ライン２５に連結されている。

そして、固体燃料供給ライン２４に流量調整弁５５が設けられ、各固体燃料分岐ライン５１，５２にそれぞれ流量調整弁５６，５７が設けられている。また、固体燃料供給ライン２５に流量調整弁５８が設けられ、固体燃料分岐ライン５３に流量調整弁５９が設けられている。更に、固体燃料供給ライン２６に流量調整弁６０が設けられ、固体燃料分岐ライン５４に流量調整弁６１が設けられている。

ここで、固体燃料供給ライン２５と固体燃料分岐ライン５３と固体燃料供給ライン２４により本発明の第２供給ラインが構成され、流量調整弁５８，５９により本発明の第２開閉弁が構成される。また、固体燃料供給ライン２４，２６と固体燃料分岐ライン５１，５２，５４と固体燃料供給ライン２５により本発明の第１供給ラインが構成され、流量調整弁５５，５６，５７，６０，６１により第１開閉弁が構成される。

本実施形態にて、バイオマス粉砕用の粉砕機２７は、固体燃料供給ライン２５と固体燃料分岐ライン５３と固体燃料供給ライン２４により最上段と中間段の燃焼バーナ２１，２２に連結されている。また、粉砕機２８は、固体燃料供給ライン２４と固体燃料分岐ライン５１，５２と固体燃料供給ライン２５，２６により全ての燃焼バーナ２１，２２，２３に連結されている。そして、粉砕機２９は、固体燃料供給ライン２６と固体燃料分岐ライン５４と固体燃料供給ライン２５により中間段と最下段の燃焼バーナ２２，２３に連結されている。

ここで、第２実施形態のボイラ１０への燃料供給方法について説明する。図６及び図７は、第２実施形態のボイラへの燃料供給方法を表す概略図である。

まず、ボイラ１０における微粉炭だけの燃料供給方法について説明する。図５及び図６に示すように、粉砕機２８により粉砕した微粉炭と搬送用空気は、固体燃料供給ライン２４，２５により最上段と中間段の燃焼バーナ２１，２２に供給される。粉砕機２９により粉砕した微粉炭と搬送用空気は、固体燃料供給ライン２５，２６により中間段と最下段の燃焼バーナ２２，２３に供給される。

具体的に説明すると、流量調整弁５７，５８，５９を閉止する。一方、流量調整弁５５，５６のうち、流量調整弁５５の開度を大きく調整し、固体燃料供給ライン２４に３３％の微粉炭を送給し、固体燃料分岐ライン５１から固体燃料供給ライン２５に１７％の微粉炭を送給する。また、流量調整弁６０，６１のうち、流量調整弁６０の開度を大きく調整し、固体燃料分岐ライン５４から固体燃料供給ライン２５に１７％の微粉炭を送給し、固体燃料供給ライン２６に３３％の微粉炭を送給する。

各流量調整弁５５〜６１の開閉操作及び開度調整により、微粉バイオマスは、各燃焼バーナ２１，２２，２３に供給されず、微粉炭は、固体燃料供給ライン２４，２５，２６により全ての燃焼バーナ２１，２２，２３に供給される。

次に、ボイラ１０における微粉炭からバイオマスとの混合への切替燃料供給方法について説明する。図５及び図７に示すように、粉砕機２７により粉砕した微粉バイオマスと搬送用空気は、固体燃料供給ライン２５から中間段の燃焼バーナ２２だけに供給される。粉砕機２８により粉砕した微粉炭と搬送用空気は、固体燃料供給ライン２４により最上段の燃焼バーナ２１だけに供給される。粉砕機２９により粉砕した微粉炭と搬送用空気は、固体燃料供給ライン２６により最下段の燃焼バーナ２３に供給される。

即ち、流量調整弁５５，５８，６０を開放する一方、流量調整弁５６，５７，５９，６１を閉止する。各流量調整弁５５〜６１の開閉操作及び開度調整により、微粉バイオマスは、固体燃料供給ライン２５を通して中間段の燃焼バーナ２２だけに供給され、微粉炭は、固体燃料供給ライン２４，２６により最上段と最下段の燃焼バーナ２１，２３だけに供給される。そのため、微粉バイオマスは、火炉１１における微粉炭混合気に挟まれて燃焼温度が高い領域に噴出される。その結果、微粉バイオマスを効率良く燃焼し、未燃分が低減される。また、微粉バイオマスの混合割合に拘わらず、所定量の燃料を火炉１１に供給することができ、１００％のボイラ負荷を確保することができる。

このように第２実施形態のボイラにあっては、バイオマスを粉砕する粉砕機２７と、石炭を粉砕する粉砕機２８，２９と、火炉１１に設けられる複数段の燃焼バーナ２１，２２，２３を有する燃焼装置１２と、粉砕機２７，２８，２９により粉砕された微粉炭と微粉バイオマスを各燃焼バーナ２１，２２，２３に供給する固体燃料供給ライン２４，２５，２６及び固体燃料分岐ライン５１，５２，５３，５４と、固体燃料供給ライン２４，２５，２６及び固体燃料分岐ライン５１，５２，５３，５４に設けられる流量調整弁５５，５６，５７，５８，５９，６０，６１を設け、粉砕バイオマスを中間段の燃焼バーナ２２に多く供給している。

従って、流量調整弁５５，５６，５７，５８，５９，６０，６１の開閉操作により粉砕バイオマスを中間段の燃焼バーナ２２に供給することができ、微粉バイオマスは、火炉１１における微粉炭混合気に挟まれて燃焼温度が高い領域に噴出されることとなり、微粉バイオマスを効率良く燃焼し、未燃分を低減することができる。

［第３実施形態］
図８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８に示すように、ボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２と煙道１３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を有している。各燃焼バーナ２１，２２，２３は、固体燃料供給ライン２４，２５，２６を介して粉砕機２７，２８，２９に連結されている。

本実施形態のボイラ１０は、石炭を粉砕した微粉炭とバイオマスを粉砕した微粉バイオマスを混焼させるものである。そのため、粉砕機２７は、バイオマス粉砕用の第２粉砕機として用いられ、粉砕機２８，２９は、石炭粉砕用の複数の第１粉砕機として用いられる。また、粉砕機２７により粉砕された微粉バイオマスと搬送用空気（燃焼用空気）とを混合した微粉バイオマス混合気（第２燃料ガス）を複数段の燃焼バーナ２１，２２に供給する第１供給ラインと、粉砕機２８，２９により粉砕された微粉炭と搬送用空気（燃焼用空気）とを混合した微粉炭混合気（第１燃料ガス）を複数段の燃焼バーナ２１，２２，２３に供給する第２供給ラインとが設けられている。

即ち、前述したように、粉砕機２７は、固体燃料供給ライン２４を介して燃焼バーナ２１に連結されている。この固体燃料供給ライン２４は、固体燃料分岐ライン７１を介して固体燃料供給ライン２５に連結されている。また、粉砕機２８は、固体燃料供給ライン２５を介して燃焼バーナ２２に連結されている。この固体燃料供給ライン２５は、固体燃料分岐ライン７２を介して固体燃料供給ライン２４に連結されている。更に、粉砕機２９は、固体燃料供給ライン２６を介して燃焼バーナ２３に連結されている。

そして、固体燃料供給ライン２４に流量調整弁７３が設けられ、固体燃料分岐ライン７１に流量調整弁７４が設けられている。また、固体燃料供給ライン２５に流量調整弁７５が設けられ、固体燃料分岐ライン７２に流量調整弁７６が設けられている。

ここで、固体燃料供給ライン２４と固体燃料分岐ライン７１と固体燃料供給ライン２５により本発明の第２供給ラインが構成され、流量調整弁７３，７４により本発明の第２開閉弁が構成される。また、固体燃料供給ライン２５，２６と固体燃料分岐ライン７２と固体燃料供給ライン２４により本発明の第１供給ラインが構成され、流量調整弁７５，７６により第１開閉弁が構成される。

本実施形態にて、バイオマス粉砕用の粉砕機２７は、固体燃料供給ライン２４と固体燃料分岐ライン７１と固体燃料供給ライン２５により最上段と中間段の燃焼バーナ２１，２２に連結されている。また、粉砕機２８は、固体燃料供給ライン２５と固体燃料分岐ライン７２と固体燃料供給ライン２４により最上段と中間段の燃焼バーナ２１，２２に連結されている。そして、粉砕機２９は、固体燃料供給ライン２６により最下段の燃焼バーナ２３に連結されている。

ここで、第３実施形態のボイラ１０への燃料供給方法について説明する。図９及び図１０は、第３実施形態のボイラへの燃料供給方法を表す概略図である。

まず、ボイラ１０の定格運転時における燃料供給方法について説明する。図８及び図９に示すように、粉砕機２７により粉砕した微粉バイオマスと搬送用空気は、固体燃料供給ライン２５から中間段の燃焼バーナ２２だけに供給される。粉砕機２８により粉砕した微粉炭と搬送用空気は、固体燃料供給ライン２４により最上段の燃焼バーナ２１だけに供給される。粉砕機２９により粉砕した微粉炭と搬送用空気は、固体燃料供給ライン２６により最下段の燃焼バーナ２３に供給される。

即ち、流量調整弁７４，７６を開放する一方、流量調整弁７３，７５を閉止する。各流量調整弁７３〜７６の開閉操作により、微粉バイオマスは、固体燃料供給ライン２５を通して中間段の燃焼バーナ２２だけに供給され、微粉炭は、固体燃料供給ライン２４を通して最上段の燃焼バーナ２１だけに供給されると共に、固体燃料供給ライン２６を通して最下段の燃焼バーナ２３だけに供給される。そのため、微粉バイオマスは、火炉１１における微粉炭混合気に挟まれて燃焼温度が高い領域に噴出される。その結果、微粉バイオマスを効率良く燃焼し、未燃分が低減される。

次に、ボイラ１０における微粉バイオマス低量運転時の燃料供給方法について説明する。図８及び図１０に示すように、粉砕機２７により粉砕した微粉バイオマスと搬送用空気は、固体燃料供給ライン２５により中間段の燃焼バーナ２２だけに供給される。粉砕機２８により粉砕した微粉炭と搬送用空気は、固体燃料供給ライン２４，２５により最上段と中間段の燃焼バーナ２１，２２に供給される。粉砕機２９により粉砕した微粉炭と搬送用空気は、固体燃料供給ライン２６により最下段の燃焼バーナ２３だけに供給される。

具体的に説明する。流量調整弁７３を閉止し、流量調整弁７４の開度を小さく調整し、固体燃料供給ライン２５に２０％の微粉バイオマスを送給する。また、流量調整弁７５，７６のうち、流量調整弁７６の開度を大きく調整し、固体燃料供給ライン２４に３３％の微粉炭を送給し、固体燃料供給ライン２５に１３％の微粉炭を送給する。

各流量調整弁７３〜７６の開度調整により、微粉バイオマスは、固体燃料供給ライン２５を通して中間段の燃焼バーナ２２に定格運転時より少なく供給される。一方、微粉炭は、固体燃料供給ライン２４を通して最上段の燃焼バーナ２１に定格運転時の同量だけ供給され、固体燃料供給ライン２５を通して中間段の燃焼バーナ２２に少なく供給される。そのため、微粉バイオマスは、微粉炭と混合された状態で、中間段の燃焼バーナ２２から火炉１１に少量だけ噴出されるものの、各燃焼バーナ２１，２２，２３に対して均等な量の燃料を供給することができる。その結果、必要に応じて火炉１１に供給するバイオマスの供給量を低減することで、スラッギング性を向上することができる。また、十分な量のバイオマスを確保できない場合であっても、バイオマスを石炭に代替えしてボイラを定格運転することができる。

このように第３実施形態のボイラにあっては、粉砕機２７を最上段の燃焼バーナ２１に連結し、粉砕機２８を最上段と中間段の燃焼バーナ２１，２２に連結し、粉砕機２９を最下段の燃焼バーナ２３に連結している。従って、各粉砕機２７，２８，２９と各燃焼バーナ２１，２２，２３との供給ラインを減少することで、微粉燃料の供給ラインを簡素化することができる。

［第４実施形態］
図１１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１１に示すように、ボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２と煙道１３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を有している。各燃焼バーナ２１，２２，２３は、固体燃料供給ライン２４，２５，２６を介して粉砕機２７，２８，２９，８１に連結されている。

本実施形態のボイラ１０は、石炭を粉砕した微粉炭とバイオマスを粉砕した微粉バイオマスを混焼させるものである。そのため、粉砕機２７は、バイオマス粉砕用の第２粉砕機として用いられ、粉砕機２８，２９，８１は、石炭粉砕用の複数の第１粉砕機として用いられる。また、粉砕機２７により粉砕された微粉バイオマスと搬送用空気（燃焼用空気）とを混合した微粉バイオマス混合気（第２燃料ガス）を複数段の燃焼バーナ２１，２２，２３に供給する第１供給ラインと、粉砕機２８，２９，８１により粉砕された微粉炭と搬送用空気（燃焼用空気）とを混合した微粉炭混合気（第１燃料ガス）を複数段の燃焼バーナ２１，２２，２３に供給する第２供給ラインとが設けられている。

即ち、前述したように、粉砕機２７は、固体燃料供給ライン２４を介して燃焼バーナ２１に連結されている。この固体燃料供給ライン２４は、固体燃料分岐ライン５１，５２を介して固体燃料供給ライン２５，２６に連結されている。また、粉砕機２８は、固体燃料供給ライン２５を介して燃焼バーナ２２に連結されている。この固体燃料供給ライン２５は、固体燃料分岐ライン５３を介して固体燃料供給ライン２４に連結されている。更に、粉砕機２９は、固体燃料供給ライン２６を介して燃焼バーナ２３に連結されている。この固体燃料供給ライン２６は、固体燃料分岐ライン５４を介して固体燃料供給ライン２５に連結されている。また、粉砕機８１は、固体燃料供給ライン８２を介して固体燃料供給ライン２４に連結されている。

そして、固体燃料供給ライン２４に流量調整弁５５が設けられ、各固体燃料分岐ライン５１，５２にそれぞれ流量調整弁５６，５７が設けられている。また、固体燃料供給ライン２５に流量調整弁５８が設けられ、固体燃料分岐ライン５３に流量調整弁５９が設けられている。更に、固体燃料供給ライン２６に流量調整弁６０が設けられ、固体燃料分岐ライン５４に流量調整弁６１が設けられている。そして、固体燃料供給ライン８２に流量調整弁８３が設けられている。

本実施形態にて、バイオマス粉砕用の粉砕機２７は、固体燃料供給ライン２４と固体燃料分岐ライン５１，５２と固体燃料供給ライン２５，２６により全ての燃焼バーナ２１，２２，２３に連結されている。微粉炭用の粉砕機２８は、固体燃料供給ライン２５と固体燃料分岐ライン５３と固体燃料供給ライン２４により最上段と中間段の燃焼バーナ２１，２２に連結されている。また、微粉炭用の粉砕機２９は、固体燃料供給ライン２６と固体燃料分岐ライン５４と固体燃料供給ライン２５により中間段と最下段の燃焼バーナ２２，２３に連結されている。そして、微粉炭用の粉砕機８１は、固体燃料供給ライン８２，２４により最上段の燃焼バーナ２１に連結されている。

この場合、燃焼バーナ２１，２２，２３の段数が鉛直方向に沿って３段であり、粉砕機２７，２８，２９，８１の個数が４個であり、燃焼バーナ２１，２２，２３の段数に対して粉砕機２７，２８，２９，８１の個数が多く設定されている。そのため、粉砕機８１を固体燃料供給ライン２４に対する微粉炭補充用として使用することができる。

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２１，２２，２３の段数より粉砕機２７，２８，２９，８１の個数を多く設定している。従って、各燃焼バーナ２１，２２，２３に供給する微粉炭と微粉バイオマスの分配割合を詳細に設定することができ、固体燃料の種類や粒径に応じた火炉１１への供給位置を最適位置とすることができる。

なお、上述した実施形態では、火炉１１に対して３段の燃焼バーナ２１，２２，２３を設定したが、４段以上としてもよい。また、粉砕機２７，２８，２９，８１の個数も実施形態に限定されるものではない。

また、上述した実施形態では、燃焼装置１２を旋回燃焼方式としたが、対向燃焼方式であってもよい。また、燃焼装置１２はバーナが火炉壁に対して垂直に設置された構造としたが、バーナ設置角度・設置位置が実施形態に限定されるものではない。

また、上述した実施形態では、全ての粉砕機２７，２８，２９（８１）を駆動して各燃焼バーナ２１，２２，２３に微粉炭と微粉バイオマスを供給するように構成したが、一部の粉砕機２７，２９（８１）を駆動して各燃焼バーナ２１，２２，２３に微粉炭と微粉バイオマスを供給するように構成することで、粉砕機２８のメンテナンスを実施することができる。

１０ ボイラ
１１ 火炉
１２ 燃焼装置
１３ 煙道
２１，２２，２３ 燃焼バーナ
２４，２５，２６，８２ 固体燃料供給ライン（第１供給ライン、第２供給ライン）
２７ 粉砕機（第２粉砕機）
２８，２９，８１ 粉砕機（第１粉砕機）
３０ 風箱
３１ 空気ダクト
４１，４２，４３ 過熱器（熱交換器）
４４，４５ 再熱器（熱交換器）
４６，４７ 節炭器（熱交換器）
５１，５２，５３，５４，７１，７２ 固体燃料分岐ライン（第１供給ライン、第２供給ライン）
５５，５６，５７，５８，５９，６０，６１，７３，７４，７５，７６，８３ 流量調整弁（第１開閉弁、第２開閉弁）

Claims (6)

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、
   石炭を粉砕する複数の第１粉砕機と、
   バイオマスを粉砕する第２粉砕機と、
   微粉燃料と燃焼用空気とを混合した燃料ガスを前記火炉内に噴出する燃焼バーナが前記火炉の鉛直方向に沿って複数段配置される燃焼装置と、
   前記複数の第１粉砕機により粉砕された微粉炭と燃焼用空気とを混合した第１燃料ガスを複数段の前記燃焼バーナの全てに供給する第１供給ラインと、
   前記第１供給ラインに設けられて複数段の前記燃焼バーナへの第１燃料ガスの供給位置を変更する第１流量調整弁と、
   前記第２粉砕機により粉砕された微粉バイオマスと燃焼用空気とを混合した第２燃料ガスを複数段の前記燃焼バーナの全てに供給する第２供給ラインと、
   前記第２供給ラインに設けられて複数段の前記燃焼バーナへの第２燃料ガスの供給位置を変更する第２流量調整弁と、
   を備え、
   前記燃焼バーナの段数と、前記複数の第１粉砕機と前記第２粉砕機との合計個数とが同数に設定され、
   前記第１流量調整弁により複数段の前記燃焼バーナへの第１燃料ガスの供給位置を変更すると共に、前記第２流量調整弁により複数段の前記燃焼バーナへの第２燃料ガスの供給位置を変更することで、複数段の前記燃焼バーナのそれぞれへの石炭とバイオマスとを合計した供給量を変更せずに、複数段の前記燃焼バーナのそれぞれにおいて第１燃料ガスと第２燃料ガスの供給割合を変更する、
   ことを特徴とするボイラ。
2. 前記燃焼バーナは、少なくとも鉛直方向に沿って３段配置され、前記第２粉砕機は、前記第２供給ラインにより、少なくとも鉛直方向における最上段の前記燃焼バーナと鉛直方向における中間段の前記燃焼バーナに連結されることを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
3. 複数の第１粉砕機のうちの１個は、前記第１供給ラインにより少なくとも鉛直方向における最上段の前記燃焼バーナと鉛直方向における中間段の前記燃焼バーナに連結され、複数の第１粉砕機のうちの別の１個は、前記第１供給ラインにより鉛直方向における中間段の前記燃焼バーナと鉛直方向における最下段の前記燃焼バーナに連結されることを特徴とする請求項２に記載のボイラ。
4. 複数の第１粉砕機のうちの１個は、前記第１供給ラインにより少なくとも鉛直方向における最上段の前記燃焼バーナと鉛直方向における中間段の前記燃焼バーナに連結され、複数の第１粉砕機のうちの別の１個は、前記第１供給ラインにより鉛直方向における最下段の前記燃焼バーナに連結されることを特徴とする請求項２に記載のボイラ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のボイラへの燃料供給方法において、
   前記第２粉砕機から前記第２供給ラインを介して複数の前記燃焼バーナへ供給する第２燃料ガスの供給量を鉛直方向における上段側の前記燃焼バーナほど多く設定する、
   ことを特徴とするボイラへの燃料供給方法。
6. 前記第１粉砕機から前記第１供給ラインを介して複数の前記燃焼バーナへ供給する第１燃料ガスの供給量を鉛直方向における下方の前記燃焼バーナほど多く設定することを特徴とする請求項５に記載のボイラへの燃料供給方法。

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