JP7316074B2

JP7316074B2 - 微粉燃料焚きボイラ

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Publication number: JP7316074B2
Application number: JP2019059702A
Authority: JP
Inventors: 孝二谷口; 篤徳加藤; 優典和木; 和芳貝塚
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2023-07-27
Anticipated expiration: 2039-03-27
Also published as: JP2020159632A

Description

本発明は、粉砕機で粉砕された粉砕物を燃料として用いる微粉燃料焚きボイラに関する。

従来、褐炭や亜瀝青炭などの水分の比較的多い低品位灰を含む石炭、バイオマス、石油残渣などを粉砕及び乾燥してなる微粉燃料を燃料とする微粉燃料焚きボイラが知られている。特許文献１では、この種のボイラが開示されている。

特許文献１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とを含む微粉燃料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ものである。このボイラは、鉛直方向に延びる火炉と、火炉の上部に接続された煙道と、煙道に設けられた過熱器、再熱器、節炭器などの熱交換器とを備える。炉壁には、複数の燃焼バーナが周方向に沿って配設されると共に、上下方向に複数段にわたって配置されている。これらの燃焼バーナは、微粉炭と加熱空気との混合気を火炉内へ吹き込む燃焼バーナと、微粉バイオマスと加熱空気との混合気を火炉内へ吹き込む燃焼バーナとを含む。燃焼バーナより上方には、追加空気を火炉内へ吹き込む追加空気ノズルが設けられている。火炉内でバーナ燃焼空気により着火した微粉燃料は、追加空気により完全燃焼する。燃焼により生じた排ガスと熱交換器の水との間で熱交換が行われ、蒸気が生成される。

特許文献１の第１実施形態に示されたボイラでは、バイオマスを粉砕及び乾燥するための粉砕乾燥機が設けられている。粉砕乾燥機に供給されたバイオマスは、加熱空気により乾燥されながらミルにより粉砕されて微粉バイオマスとなり、加熱空気に同伴してサイクロンへ気流搬送される。サイクロンでは、微粉バイオマスと加熱空気とが、サイクロンで微粉バイオマス及び搬送空気と追加空気とに分離される。サイクロンの下部から出た微粉バイオマス及び搬送空気は、バイオマス供給ラインを通じて火炉の燃焼バーナへ送られる。サイクロンの上部から出た追加空気は、追加空気供給ラインを通じて追加空気ノズルへ送られる。

特開２０１６－９５１１３号公報

火炉の燃焼バーナに供給されるバーナ燃焼一次空気と微粉燃料との空燃比（Ａｉｒ／ＦｕｅｌＲａｔｉｏ）は、火炉の燃焼性能を制御するために用いられる。上記の粉砕乾燥機を含む微粉燃料（粉砕物）を気流搬送する粉砕機では、微粉燃料を気流搬送により分級することから、火炉での燃焼用に要求される空気量よりも著しく多い流量の搬送空気が粉砕機へ供給される。そのため、粉砕機から排出された搬送空気が火炉の燃焼バーナへバーナ燃焼一次空気として供給される場合に、バーナ燃焼一次空気及び微粉燃料の混合体の空燃比を下げることが難しい。

特許文献１では、サイクロンで分離された搬送空気（バーナ燃焼一次空気に相当）と追加空気（二段燃焼空気に相当）との割合は、バイオマスの性状（水分量など）に応じて設定され、微粉バイオマス供給ラインとバーナ燃焼一次空気ラインの各配管径により実現される。このような構成によれば、バーナ燃焼一次空気と二段燃焼空気との割合を所定の値に保持することができるが、バーナ燃焼一次空気及び微粉燃料の混合体の空燃比を所望の値に調整することは難しい。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、粉砕機から排出された搬送空気及び微粉燃料が燃焼バーナへ供給される微粉燃料焚きボイラにおいて、バーナ燃焼一次空気及び微粉燃料の混合体の空燃比を調整可能とすることにある。

本発明の一態様に係る微粉燃料焚きボイラは、
炉壁の下部に設けられた少なくとも１つの燃焼バーナと、前記燃焼バーナより上方の前記炉壁に設けられた少なくとも１つの二段燃焼空気ノズルとを有する多段燃焼方式の火炉と、
燃料を粉砕して微粉燃料とし、当該微粉燃料を供給された搬送空気に乗せて排出する粉砕機と、
前記粉砕機から前記搬送空気を伴って排出された前記微粉燃料を固体と気体とに分離するサイクロンと、
前記サイクロンの上部気体排出口と接続され、当該サイクロンで分離された前記搬送空気が流出するサイクロン排出空気ラインと、
前記二段燃焼空気ノズルと接続され、当該二段燃焼空気ノズルへ二段燃焼空気を送る二段燃焼空気ラインと、
前記サイクロン排出空気ラインと前記二段燃焼空気ラインとを接続し、前記サイクロンから出た前記搬送空気の一部を二段燃焼空気として前記二段燃焼空気ラインへ送る二段燃焼空気追加ラインと、
前記サイクロン排出空気ラインと前記燃焼バーナとを接続し、前記サイクロンから出た前記搬送空気の残部をバーナ燃焼一次空気として前記燃焼バーナへ送るバーナ燃焼一次空気ラインと、
前記サイクロンの下部固体排出口と前記バーナ燃焼一次空気ライン上の混合部とを接続し、当該サイクロンで分離された前記微粉燃料を前記バーナ燃焼一次空気ラインへ送る微粉燃料供給管と、
前記バーナ燃焼一次空気ラインを通過する空気の流量及び圧力の少なくとも一方を調整する調整装置であって、前記二段燃焼空気追加ラインに配置された第２調整装置を含む前記調整装置と、
前記二段燃焼空気追加ラインの前記第２調整装置より上流側の圧力を検出する第１圧力計と、
前記二段燃焼空気ラインの前記二段燃焼空気追加ラインとの合流部より下流側の圧力を検出する第２圧力計とを備え、
前記第２調整装置は、前記バーナ燃焼一次空気ラインを通過する空気の流量及び圧力の少なくとも一方を調整することに加えて、前記第１圧力計で検出された圧力が前記第２圧力計で検出された圧力よりも高くなるように、前記二段燃焼空気追加ラインを通過する空気の流量及び圧力の少なくとも一方を調整するものである。

上記ボイラによれば、調整装置でバーナ燃焼一次空気ラインを流れる搬送空気の流量を調整することにより、バーナ燃焼一次空気ラインを通じて燃焼バーナへ送られる搬送空気（即ち、バーナ燃焼一次空気）と微粉燃料との混合体の空燃比を任意に調整することができる。

本発明によれば、粉砕機から排出された搬送空気及び微粉燃料が燃焼バーナへ供給される微粉燃料焚きボイラにおいて、バーナ燃焼一次空気及び微粉燃料の混合体の空燃比が調整可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係るボイラの全体的な構成を示す図である。図２は、ボイラの制御系統の構成を示す図である。

図１は、本発明の第１実施形態に係る微粉燃料焚きボイラ１の全体的な構成を示す図であり、図２は、ボイラ１の制御系統の構成を示す図である。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る微粉燃料焚きボイラ１は、ボイラ本体１０と、ボイラ本体１０へ燃料を供給する燃料供給系統３０と、ボイラ本体１０からの排ガスを処理する排ガス処理系統６０と、コントローラ９とを備える。

〔ボイラ本体１０の構成〕
ボイラ本体１０は、微粉燃料を含む燃料を燃焼バーナ２１により燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収するものである。微粉燃料は、湿潤燃料を乾燥及び粉砕してなる。湿潤燃料とは、水分を含む燃料であり、例えば、バイオマス、亜瀝青炭及び褐炭などの低品位炭、及び、オイルコークス等の石油精製時に発生する固体残渣などがある。また、バイオマスとは、再生可能な生物由来の有機性資源であって、化石資源を除いたものと定義する。バイオマスには、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ、及び、これらを原料とするリサイクル燃料（ペレットやチップ）などが含まれる。

ボイラ本体１０は、多段燃焼方式の火炉１１と、燃焼装置１２と、火炉１１に接続された煙道４１と、煙道４１に設けられた熱交換器１５とを備える。

火炉１１は、鉛直方向に延びる胴体を有し、炉内下部に一段目燃焼領域Ａが形成され、一段目燃焼領域Ａの上方に二段目燃焼領域Ｂが形成されている。燃焼装置１２は、火炉１１の炉壁に設けられ、一段目燃焼領域Ａへバーナ燃焼一次空気及び微粉燃料の混合体並びにバーナ燃焼二次空気を吹き込む少なくとも１つの燃焼バーナ２１と、二段目燃焼領域Ｂへ二段燃焼空気を吹き込む少なくとも１つの二段燃焼空気ノズル２６とを含む。本実施形態では、周方向に並べられた複数の燃焼バーナ２１を一段として、鉛直方向に沿って複数段の燃焼バーナ２１のセットが設けられている。また、複数段の燃焼バーナ２１より上方に、周方向に並べられた複数の二段燃焼空気ノズル２６が設けられている。

火炉１１の上部には煙道４１が接続されており、熱交換器１５はこの煙道４１を通過する排ガスから熱を回収する。煙道４１内には、内部を水又は蒸気が流れる伝熱管１５ａが設けられている。熱交換器１５は、過熱器（スーパーヒータ）、再熱器（リヒータ）、節炭器（エコノマイザ）の少なくとも１つを含んでいてよい。

〔燃料供給系統３０の構成〕
燃料供給系統３０は、粉砕機３１と、粉砕機３１からの排気を固気分離するサイクロン３３とを有する。本実施形態では、燃料として湿潤燃料を用いているため、粉砕機３１として、湿潤燃料を粉砕するとともに乾燥する粉砕乾燥機が採用されている。但し、粉砕機３１は、粉砕乾燥機に限定されず、粉砕物である微粉燃料が搬送空気で気流搬送される粉砕機であればよい。また、燃料も湿潤燃料に限定されず、最終的に微粉燃料の状態で燃焼バーナ２１へ供給される燃料であればよい。

粉砕機３１へは、燃料供給装置３２から湿潤燃料が供給される。燃料供給装置３２は、例えば、ベルトコンベヤなどの定量供給装置と計量装置とを含み（いずれも図示略）、粉砕機３１への湿潤燃料の供給量を調整することができる。燃料供給装置３２はコントローラ９へ湿潤燃料の供給量を伝達する。コントローラ９は、湿潤燃料の供給量から火炉１１へ供給される微粉燃料の供給量を推定することができる。

また、粉砕機３１には、粉砕機３１へ搬送空気を供給する粉砕機空気供給ライン３５が接続されている。粉砕機空気供給ライン３５には、空気加熱ライン３４から温度の調整された搬送空気が供給される。空気加熱ライン３４は、押込送風機６２と、ガスエアヒータ６１とを有する。送風機６２からの送風量は風量計４６で検出される。押込送風機６２から空気加熱ライン３４へ送り出された空気は、ガスエアヒータ６１を通じて加熱されて高温の搬送空気となり、粉砕機空気供給ライン３５を通じて粉砕機３１へ供給される。空気加熱ライン３４には、送風機６２から送り出された空気がガスエアヒータ６１をバイパスして粉砕機３１へ流れるバイパス路３９が設けられている。バイパス路３９には、第５調整装置４０が設けられている。また、空気加熱ライン３４であってバイパス路３９によってバイパスされている部分には、第４調整装置３７が設けられている。更に、粉砕機空気供給ライン３５には温度計４３が設けられており、後述する粉砕燃料排出ライン７０には粉砕機３１から排出されたガスの温度を検出する温度計７９が設けられている。粉砕機空気供給ライン３５を通じて粉砕機３１へ供給される搬送空気の温度は、温度計４３で検出された温度に基づいて温度計７９で検出された温度が所定温度となるように、調整装置３７，４０により調整される。

粉砕機空気供給ライン３５には、昇圧ファン４７と調整装置４８とが設けられている。調整装置４８は、例えば、流量調整弁やダンパなどの搬送空気の流量を調整する手段であってよい。粉砕機空気供給ライン３５を通じて粉砕機３１へ供給される搬送空気の流量は、燃料供給装置３２から粉砕機３１へ供給される燃料の量に応じて、調整装置４８により調整される。

空気加熱ライン３４のガスエアヒータ６１よりも下流側から、バーナ燃焼空気ライン３６が分岐している。空気加熱ライン３４で加熱された空気の一部は、バーナ燃焼空気ライン３６を通じて粉砕機３１を経ずに直接にバーナへ送られる。バーナ燃焼空気ライン３６は、分岐部４４で二段燃焼空気ライン３６ａとバーナ燃焼二次空気ライン３６ｂとに分岐する。バーナ燃焼空気ライン３６を通じて送られた空気の一部は、バーナ燃焼二次空気ライン３６ｂを経てバーナ燃焼二次空気として燃焼バーナ２１へ送られる。また、バーナ燃焼空気ライン３６を通じて送られた空気の残部は、二段燃焼空気ライン３６ａを通じて二段燃焼空気として二段燃焼空気ノズル２６へ送られる。

二段燃焼空気ライン３６ａは、合流部６４において、後述する二段燃焼空気追加ライン７２と合流する。二段燃焼空気ライン３６ａの合流部６４よりも上流側には第３調整装置７６が設けられている。第３調整装置７６は、例えば、流量調整弁、ダンパなどであってよい。二段燃焼空気ライン３６ａの合流部６４よりも下流側には、第２圧力計６８、及び第２二段燃焼空気流量計６９が設けられている。

粉砕機３１は、ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心を有し回転駆動される粉砕テーブルと、粉砕テーブルの上方に対向配置された複数の粉砕ローラとを備える（いずれも図示略）。粉砕機３１に供給された湿潤燃料は、粉砕ローラと粉砕テーブルとの間で所定の大きさまで粉砕され、搬送空気により分級されると共に加熱乾燥され、微粉燃料となる。本実施形態に係る粉砕機３１は竪型ローラミルであるが、粉砕機３１はこれに限定されず、例えば、ボールミルやロッドミルなどの公知の粉砕機であってよい。

微粉燃料は、粉砕機３１から搬送空気に同伴して排出され、粉砕燃料排出ライン７０を通じてサイクロン３３に流入する。サイクロン３３では、微粉燃料と搬送空気とが、固体（微粉燃料）と気体（搬送空気）とに固気分離される。

サイクロン３３の上部気体排出口３３ａには、サイクロン排出空気ライン８０が接続されている。サイクロン排出空気ライン８０は、分岐部７３において、バーナ燃焼一次空気ライン７１と二段燃焼空気追加ライン７２とに分かれる。二段燃焼空気追加ライン７２の終端は二段燃焼空気ライン３６ａと接続されて、二段燃焼空気ノズル２６へ到る。バーナ燃焼一次空気ライン７１の終端は、燃焼バーナ２１と接続されている。二段燃焼空気追加ライン７２には、第２調整装置７５が設けられている。二段燃焼空気追加ライン７２において、第２調整装置７５より空気の流れの上流側又は下流側の部分には第１二段燃焼空気流量計６６及び第１圧力計６７が設けられている。

サイクロン３３の下部固体排出口３３ｂは、微粉燃料供給管３８を介してバーナ燃焼一次空気ライン７１に規定された混合部７８に接続されている。微粉燃料供給管３８には、第１ロータリバルブ８１、中間チャンバ８２、第２ロータリバルブ８３が設けられている。サイクロン３３の下部固体排出口３３ｂから排出された微粉燃料は、微粉燃料供給管３８を通じてバーナ燃焼一次空気ライン７１の混合部７８に落下する。

バーナ燃焼一次空気ライン７１の混合部７８よりも空気の流れの上流側の部分には、第１調整装置７４が設けられている。更に、バーナ燃焼一次空気ライン７１において、第１調整装置７４より空気の流れの上流側又は下流側の部分には、バーナ燃焼一次空気流量計６５が設けられている。第１調整装置７４及び第２調整装置７５は、流量調整弁やダンパなどの流量を調整する手段、及び、ファンや圧力調整弁やポンプなどの圧力を調整する手段の中から少なくとも１つ以上で構成されていてよい。なお、第１調整装置７４及び第２調整装置７５のうち一方が省略されてもよい。

また、バーナ燃焼一次空気ライン７１において、第１調整装置７４よりも空気の流れの下流側、且つ、混合部７８よりも空気の流れの上流側の部分には、バーナ燃焼一次空気の流速及び圧力を調整する昇圧ファン７７が設けられている。

〔排ガス処理系統６０の構成〕
煙道４１の下流側には、熱交換器１５で熱交換を行った排ガスが排出される排ガスライン４９が接続されている。排ガスライン４９には、選択還元型触媒５０、ガスエアヒータ６１、集塵機５１、誘引送風機５２、及び脱硫装置５３が設けられ、下流端部に煙突５４が設けられている。ガスエアヒータ６１は、空気加熱ライン３４を流れる空気を、排ガスと熱交換することにより加熱するものである。

〔制御系統の構成〕
上記構成の微粉燃料焚きボイラ１の運転は、コントローラ９によって制御される。コントローラは、いわゆるコンピュータであって、揮発性及び不揮発性メモリ９２と、プロセッサ９１とを備える。メモリ９２は、空燃比調整プログラム９３、微粉燃料供給量、及び空燃比等を記憶する。プロセッサ９１は、空燃比調整プログラム９３を読み出して実行する。空燃比調整プログラム９３は、コントローラ９に、流量計６５，６６，６９や圧力計６７，６８の検出値を取得させ、取得した検出値に基づいて燃焼バーナ２１へ送られる搬送空気及び微粉燃料の混合体が所定の空燃比となるように、バーナ燃焼一次空気ライン７１へ流入する搬送空気（即ち、バーナ燃焼一次空気）の流量及び／又は圧力を調整するように、調整装置７４，７５，７６，３７，４０，４８を制御させるように構成されている。

コントローラ９は、流量計６６及び／又は第１圧力計６７で検出された値に基づいて、二段燃焼空気の流量又は圧力が所定の値となるように、第２調整装置７５の開度を調整する。また、コントローラ９は、流量計６５及び／又は第１圧力計６７で検出された流量に基づいて、バーナ燃焼一次空気の流量又は圧力が所定の値となるように第１調整装置７４の開度を調整する。コントローラ９は、第１圧力計６７で検出された圧力が、第２圧力計６８で検出された圧力よりも高くなるように、第３調整装置７６で空気の流量及び／又は圧力を調整する。

〔ボイラ１の動作例〕
ここで、上記構成のボイラ１の動作について説明する。粉砕機３１では、供給された湿潤燃料が所定の粒径に粉砕されると共に、搬送空気により乾燥される。湿潤燃料が粉砕及び乾燥されてなる微粉燃料は、搬送空気に同伴してサイクロン３３へ気流搬送される。サイクロン３３では、微粉燃料と搬送空気とが固気分離される。

サイクロン３３の上部気体排出口３３ａからサイクロン排出空気ライン８０へ出た搬送空気は、バーナ燃焼一次空気ライン７１へ流れるバーナ燃焼一次空気と、二段燃焼空気追加ライン７２へ流れる追加二段燃焼空気とに分かれる。ここで、コントローラ９は、バーナ燃焼一次空気と追加二段燃焼空気との割合が調整されるように、第１調整装置７４及び第２調整装置７５のうち少なくとも一方を動作させる。追加二段燃焼空気は、二段燃焼空気ノズル２６へ送られ、二段燃焼空気ノズル２６から火炉１１内へ噴出する。

サイクロン３３の下部固体排出口３３ｂから排出された微粉燃料は、微粉燃料供給管３８を通じてバーナ燃焼一次空気ライン７１へ流入する。バーナ燃焼一次空気ライン７１に流入した微粉燃料は、バーナ燃焼一次空気によってバーナ燃焼一次空気ライン７１を通じて気流搬送されて、燃焼バーナ２１へ至る。ここで、バーナ燃焼一次空気ライン７１を流れるバーナ燃焼一次空気の流速及び圧力の少なくとも一方は昇圧ファン７７によって調整される。

微粉燃料とバーナ燃焼一次空気との混合体は、燃焼バーナ２１から火炉１１内へ吹き込まれ、それが着火することで一段目燃焼領域Ａに火炎が生じる。一段目燃焼領域Ａの燃焼ガスは、上昇して二段目燃焼領域Ｂに至る。二段目燃焼領域Ｂでは、二段燃焼空気ノズル２６から吹き出した二段燃焼空気によって、燃焼ガスと二段燃焼空気が反応することで微粉燃料の酸化燃焼が完結され、微粉燃料の燃焼によるＮＯｘの発生量が低減される。

そして、燃焼により生じた排ガスは、熱交換器１５の伝熱管１５ａを流れる水及び／又は蒸気と熱交換し、その熱が回収される。伝熱管１５ａで生じた蒸気は、例えば、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。煙道４１から排ガスライン４９へ流出した排ガスは、排ガスライン４９を通じるうちに、選択還元型触媒５０によりＮＯｘなどの有害物質が除去され、集塵機５１で粒子状物質が除去され、脱硫装置５３により硫黄分が除去された後、煙突５４から大気中に排出される。

また、排ガスライン４９に高温の排ガスが流れることで、ガスエアヒータ６１が作動する。即ち、送風機６２が駆動し、外部からの空気が空気加熱ライン３４に送り込まれ、この空気の一部がガスエアヒータ６１により排ガスと熱交換することで加熱される。そして、加熱により高温となった空気の一部は、バーナ燃焼二次空気及び二段燃焼空気として、バーナ燃焼空気ライン３６を通じて燃焼バーナ２１及び二段燃焼空気ノズル２６へ送られる。また、加熱により高温となった空気の残部は、搬送空気として、粉砕機空気供給ライン３５を通じて粉砕機３１に供給される。

ここで、二段燃焼空気追加ライン７２で逆流が生じないように、二段燃焼空気の流量及び圧力の少なくとも一方が調整される。具体的には、コントローラ９は、第１圧力計６７及びが第２圧力計６８の検出値を取得し、第１圧力計６７で検出される圧力が第２圧力計６８で検出される圧力よりも常に高くなるように、第２調整装置７５から二段燃焼空気追加ライン７２へ流れ出る追加二段燃焼空気の流量及び圧力の少なくとも一方を調整するように、第２調整装置７５を動作させる。

更に、二段燃焼空気ノズル２６から炉内へ吹き込まれる二段燃焼空気（追加二段燃焼空気を含む）が、風量計４６で検出された送風機６２の送風量の所定割合となるように、二段燃焼空気の流量及び圧力の少なくとも一方が調整される。具体的には、コントローラ９は、風量計４６及び流量計６９の検出値を取得し、流量計６９の検出値が風量計４６の検出値の所定割合となるように、二段燃焼空気の流量及び圧力の少なくとも一方を調整するように、第３調整装置７６を動作させる。上記の所定割合は、燃料の種類や炉形状によって異なるが、例えば、微粉燃料が微粉バイオマスの場合は３割程度である。

以上に説明したように、本実施形態に係る微粉燃料焚きボイラ１は、
炉壁の下部に設けられた少なくとも１つの燃焼バーナ２１と、燃焼バーナ２１より上方の炉壁に設けられた少なくとも１つの二段燃焼空気ノズル２６とを有する多段燃焼方式の火炉１１と、
燃料を粉砕して微粉燃料とし、当該微粉燃料を供給された搬送空気に乗せて排出する粉砕機３１と、
粉砕機３１から搬送空気を伴って排出された微粉燃料を固体と気体とに分離するサイクロン３３と、
サイクロン３３の上部気体排出口と接続され、当該サイクロン３３で分離された搬送空気が流出するサイクロン排出空気ライン８０と、
二段燃焼空気ノズル２６と接続され、当該二段燃焼空気ノズル２６へ二段燃焼空気を送る二段燃焼空気ライン３６ａと、
サイクロン排出空気ライン８０と二段燃焼空気ライン３６ａとを接続し、サイクロン３３から出た搬送空気の一部を二段燃焼空気として二段燃焼空気ライン３６ａへ送る二段燃焼空気追加ライン７２と、
サイクロン排出空気ライン８０と燃焼バーナ２１とを接続し、サイクロン３３から出た搬送空気の残部をバーナ燃焼一次空気として燃焼バーナ２１へ送るバーナ燃焼一次空気ライン７１と、
サイクロン３３の下部固体排出口３３ｂとバーナ燃焼一次空気ライン７１上の混合部７８とを接続し、当該サイクロン３３で分離された微粉燃料をバーナ燃焼一次空気ライン７１へ送る微粉燃料供給管３８と、
バーナ燃焼一次空気ライン７１を通過する空気の流量及び圧力の少なくとも一方を調整する調整装置７４，７５と、を備えるものである。

上記調整装置７４，７５は、バーナ燃焼一次空気ライン７１の混合部７８よりも上流側の部分に設けられた第１調整装置７４、及び、二段燃焼空気追加ライン７２に設けられた第２調整装置７５のうち少なくとも一方を含んでいてよい。

上記ボイラ１によれば、調整装置７４，７５でバーナ燃焼一次空気ライン７１を流れる搬送空気（即ち、バーナ燃焼一次空気）の流量を調整することにより、バーナ燃焼一次空気ライン７１を通じて燃焼バーナ２１へ送られるバーナ燃焼一次空気及び微粉燃料の混合体の空燃比を任意に調整することができる。

上記のようにバーナ燃焼一次空気及び微粉燃料の混合体の空燃比を任意に調整することができるので、微粉燃料焚きボイラ１の燃焼バーナ２１に好適な比較的低い空燃比（Ａ／Ｆ）に調整することができる。例えば、微粉燃料が微粉炭の場合はＡ／Ｆ（バーナ燃焼一次空気［Ｎｍ^３／h］／微粉燃料[Ｋｇ／ｈ]）≒２．０～３．０とし、微粉燃料が微粉バイオマスの場合はＡ／Ｆを微粉炭の場合よりも小さな値に調整する。そして、このようにバーナ燃焼一次空気及び微粉燃料の混合体を調整することで、直接燃焼が難しい微粉燃料（例えば、バイオマス、オイルコークス等の石油精製時に発生する固体残渣、低品位炭などの湿潤燃料からなる微粉燃料）であっても、燃焼バーナ２１での燃焼が容易となる。更に、一段目燃焼領域Ａの空気比を最適化することにより低ＮＯｘ化を図ることができる。

また、サイクロン３３で分離された搬送空気の全量が火炉１１内へ供給されるため、サイクロン３３で分離しきれなかった微粉燃料も系外に排出されることなく、火炉１１内で燃焼される。よって、系外に粉塵を排出することを回避でき、また、エネルギ資源を有効に利用することができる。

更に、サイクロン３３で分離された搬送空気の一部がバーナ燃焼一次空気として用いられ、搬送空気の残部が二段燃焼空気として用いられるので、サイクロン３３で分離された搬送空気の全部が二段燃焼空気として用いられる場合と比較して、送風機６２の送風量に対する二段燃焼空気の割合を下げることができる。

また、本実施形態に示したように、上記微粉燃料焚きボイラ１は、バーナ燃焼一次空気ライン７１及び二段燃焼空気追加ライン７２の少なくとも一方に設けられた流量計６５，６６と、調整装置７４，７５を制御するコントローラ９とを、更に備えてよい。上記コントローラ９は、流量計６５，６６の検出値と所定の微粉燃料供給量とに基づいて、燃焼バーナ２１から火炉１１内へ吹き出すバーナ燃焼一次空気及び微粉燃料の混合体が所定の空燃比となるように、調整装置７４，７５を動作させる。

これにより、二段燃焼空気追加ライン７２からバーナ燃焼一次空気ライン７１へ流入した搬送空気の流量を任意に調整でき、燃焼バーナ２１へ送られるバーナ燃焼一次空気及び微粉燃料の混合体の空燃比を所定の値に調整したり維持したりすることができる。

また、本実施形態に示したように、上記微粉燃料焚きボイラ１は、バーナ燃焼一次空気ライン７１の混合部７８よりも上流側の部分に設けられ、バーナ燃焼一次空気ライン７１を通過する空気の流速及び圧力の少なくとも一方を調整する昇圧ファン７７を、更に備えてよい。

これにより、二段燃焼空気追加ライン７２からバーナ燃焼一次空気ライン７１に流入した搬送空気の流速又は圧力に拘わらず、バーナ燃焼一次空気ライン７１に供給された微粉燃料を燃焼バーナ２１へ気流搬送することができる。

また、本実施形態に示したように、上記微粉燃料焚きボイラ１は、二段燃焼空気追加ライン７２の第２調整装置７５より上流側の圧力を検出する第１圧力計６７と、二段燃焼空気ライン３６ａの二段燃焼空気追加ライン７２との合流部より下流側の圧力を検出する第２圧力計６８とを更に備えてよい。ここで、第２調整装置７５は、第１圧力計６７で検出された圧力が第２圧力計６８で検出された圧力よりも高くなるように、二段燃焼空気追加ライン７２を通過する二段燃焼空気の流量及び圧力の少なくとも一方を調整する。

これにより、二段燃焼空気追加ライン７２の圧力が、二段燃焼空気ライン３６ａの合流部よりも下流側の圧力よりも高く保たれるため、二段燃焼空気の逆流が生じない。

また、本実施形態に示したように、上記微粉燃料焚きボイラ１は、
空気を加熱する空気加熱ライン３４と、
空気加熱ライン３４と接続されて、空気加熱ライン３４で加熱された空気の一部を搬送空気として粉砕機３１へ送る粉砕機空気供給ライン３５と、
空気加熱ライン３４と接続されて、空気加熱ライン３４で加熱された空気の余の一部を燃焼バーナ２１へ送るバーナ燃焼二次空気ライン３６ｂと、
空気加熱ライン３４と接続されて、空気加熱ライン３４で加熱された空気の残部を二段燃焼空気ノズル２６へ送る二段燃焼空気ライン３６ａと、
二段燃焼空気ライン３６ａに設けられ、二段燃焼空気ノズル２６へ送られる二段燃焼空気の流量及び圧力の少なくとも一方を調整する第３調整装置７６と、
空気加熱ライン３４へ空気を圧送する押込送風機６２と、
押込送風機６２の送風量を検出する風量計４６と、
二段燃焼空気ノズル２６へ送られる二段燃焼空気の流量を検出する流量計６９と、
二段燃焼空気ノズル２６から火炉１１の炉内へ吹き込まれる二段燃焼空気の流量が押込送風機６２の送風量に対し所定割合となるように、風量計４６及び流量計６９の検出値に基づいて第３調整装置７６を制御するコントローラ９とを、備えていてよい。

このように、二段燃焼空気の空気量が保持されるので、火炉１１の燃焼状態を所望の状態で安定化させることができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。

１：微粉燃料焚きボイラ
９：コントローラ
１０：ボイラ本体
１１：火炉
１２：燃焼装置
１５：熱交換器
１５ａ：伝熱管
２１：燃焼バーナ
２６：二段燃焼空気ノズル
３０：燃料供給系統
３１：粉砕機
３２：燃料供給装置
３３：サイクロン
３３ａ：上部気体排出口
３３ｂ：下部固体排出口
３４：空気加熱ライン
３５：粉砕機空気供給ライン
３６：バーナ燃焼空気ライン
３６ａ：二段燃焼空気ライン
３６ｂ：バーナ燃焼二次空気ライン
３８：微粉燃料供給管
３９：バイパス路
４１：煙道
４３，７９：温度計
４４：分岐部
４６：風量計
４９：排ガスライン
５０：選択還元型触媒
５１：集塵機
５２：誘引送風機
５３：脱硫装置
５４：煙突
６０：排ガス処理系統
６１：ガスエアヒータ
６２：押込送風機
６４：合流部
６５，６６，６９：流量計
６７，６８：圧力計
７０：粉砕燃料排出ライン
７１：バーナ燃焼一次空気ライン
７２：二段燃焼空気追加ライン
７３：分岐部
３７，４０，４８，７４，７５，７６：調整装置
４７，７７：昇圧ファン
７８：混合部
８０：サイクロン排出空気ライン
８１，８３：ロータリバルブ
８２：中間チャンバ
９１：プロセッサ
９２：不揮発性メモリ
９３：空燃比調整プログラム
Ａ：一段目燃焼領域
Ｂ：二段目燃焼領域

Claims

炉壁の下部に設けられた少なくとも１つの燃焼バーナと、前記燃焼バーナより上方の前記炉壁に設けられた少なくとも１つの二段燃焼空気ノズルとを有する多段燃焼方式の火炉と、
燃料を粉砕して微粉燃料とし、当該微粉燃料を供給された搬送空気に乗せて排出する粉砕機と、
前記粉砕機から前記搬送空気を伴って排出された前記微粉燃料を固体と気体とに分離するサイクロンと、
前記サイクロンの上部気体排出口と接続され、当該サイクロンで分離された前記搬送空気が流出するサイクロン排出空気ラインと、
前記二段燃焼空気ノズルと接続され、当該二段燃焼空気ノズルへ二段燃焼空気を送る二段燃焼空気ラインと、
前記サイクロン排出空気ラインと前記二段燃焼空気ラインとを接続し、前記サイクロンから出た前記搬送空気の一部を二段燃焼空気として前記二段燃焼空気ラインへ送る二段燃焼空気追加ラインと、
前記サイクロン排出空気ラインと前記燃焼バーナとを接続し、前記サイクロンから出た前記搬送空気の残部をバーナ燃焼一次空気として前記燃焼バーナへ送るバーナ燃焼一次空気ラインと、
前記サイクロンの下部固体排出口と前記バーナ燃焼一次空気ライン上の混合部とを接続し、当該サイクロンで分離された前記微粉燃料を前記バーナ燃焼一次空気ラインへ送る微粉燃料供給管と、
前記バーナ燃焼一次空気ラインを通過する空気の流量及び圧力の少なくとも一方を調整する調整装置であって、前記二段燃焼空気追加ラインに配置された第２調整装置を含む前記調整装置と、
前記二段燃焼空気追加ラインの前記第２調整装置より上流側の圧力を検出する第１圧力計と、
前記二段燃焼空気ラインの前記二段燃焼空気追加ラインとの合流部より下流側の圧力を検出する第２圧力計とを備え、
前記第２調整装置は、前記バーナ燃焼一次空気ラインを通過する空気の流量及び圧力の少なくとも一方を調整することに加えて、前記第１圧力計で検出された圧力が前記第２圧力計で検出された圧力よりも高くなるように、前記二段燃焼空気追加ラインを通過する空気の流量及び圧力の少なくとも一方を調整する、
微粉燃料焚きボイラ。
前記バーナ燃焼一次空気ライン及び前記二段燃焼空気追加ラインの少なくとも一方に設けられた流量計と、
前記調整装置を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記流量計の検出値と所定の微粉燃料供給量とに基づいて、前記燃焼バーナから前記火炉内へ吹き出すバーナ燃焼一次空気及び前記微粉燃料の混合体が所定の空燃比となるように前記調整装置を動作させる、
請求項１に記載の微粉燃料焚きボイラ。
前記調整装置は、前記バーナ燃焼一次空気ラインの前記混合部よりも上流側の部分に設けられた第１調整装置を含む、
請求項１又は２に記載の微粉燃料焚きボイラ。
空気を加熱する空気加熱ラインと、
前記空気加熱ラインと接続されて、前記空気加熱ラインで加熱された前記空気の一部を前記搬送空気として前記粉砕機へ送る粉砕機空気供給ラインと、
前記空気加熱ラインと接続されて、前記空気加熱ラインで加熱された前記空気の余の一部を前記燃焼バーナへ送るバーナ燃焼二次空気ラインと、
前記空気加熱ラインと接続されて、前記空気加熱ラインで加熱された前記空気の残部を前記二段燃焼空気ノズルへ送る前記二段燃焼空気ラインと、
前記二段燃焼空気ラインに設けられ、前記二段燃焼空気ノズルへ送られる前記二段燃焼空気の流量及び圧力の少なくとも一方を調整する第３調整装置と、
前記空気加熱ラインへ空気を圧送する押込送風機と、
前記押込送風機の送風量を検出する風量計と、
前記二段燃焼空気ノズルへ送られる前記二段燃焼空気の流量を検出する流量計と、
前記二段燃焼空気ノズルから前記火炉の炉内へ吹き込まれる前記二段燃焼空気の流量が前記押込送風機の送風量に対し所定割合となるように、前記風量計及び前記流量計の検出値に基づいて前記第３調整装置を制御するコントローラとを、備える、
請求項１に記載の微粉燃料焚きボイラ。
前記バーナ燃焼一次空気ラインの前記混合部よりも上流側の部分に設けられ、前記バーナ燃焼一次空気ラインを通過する空気の流速及び圧力の少なくとも一方を調整する昇圧ファンを、更に備える、
請求項１～４のいずれか一項に記載の微粉燃料焚きボイラ。