(57)【要約】【課題】ボイラにおいて、燃焼温度および酸素濃度の均一化を図ることでＮＯｘやＣＯなどの有害物質の発生量を低減させる。【解決手段】水管５１，５２，５３を有する缶体１０と、缶体１０に接続されて缶体１０内に一次燃料Ｆ１及び空気Ａを供給するバーナ１６と、燃焼ガスの流れ方向においてバーナ１６よりも下流側の缶体１０内に冷却用流体Ｇ０を導入する冷却ライン２６と、冷却ライン２６に二次燃料Ｆ２を供給して二次燃料Ｆ２を冷却用流体Ｇ０とともに缶体１０内に供給する二次燃料供給部２４と、二次燃料Ｆ２と冷却用流体Ｇ０との割合を缶体１０の位置に応じて変化させる割合調整機構とを有する。【選択図】図２
2020098074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水管を有する缶体と、
前記缶体に接続され、前記缶体内に一次燃料及び空気を供給するバーナと、
燃焼ガスの流れ方向において前記バーナよりも下流側の前記缶体内に追加媒体を導入する追加媒体供給部と、
前記追加媒体供給部に二次燃料を供給し、前記二次燃料を前記追加媒体とともに前記缶体内に供給する二次燃料供給部と、
前記二次燃料と追加媒体との割合を前記缶体の位置に応じて変化させる割合調整機構と、を有するボイラ。
【請求項２】
前記割合調整機構は、前記缶体の位置に応じて、追加媒体の供給量を調整する追加媒体調整機構を有する請求項１に記載のボイラ。
【請求項３】
前記追加媒体供給部は、分割された複数の部屋を有し、
前記追加媒体調整機構は、前記複数の部屋ごとに前記部屋から前記缶体に供給する流路の抵抗を変化させて、前記缶体の位置に応じて、追加媒体の供給量を調整し、
前記二次燃料供給部は、鉛直方向に複数の噴出部が前記部屋のそれぞれに配置され、前記噴出部から前記部屋に前記二次燃料を供給する請求項２に記載のボイラ。
【請求項４】
前記二次燃料供給部は、前記噴出部が前記部屋の大きさに比例した割合で配置される請求項３に記載のボイラ。
【請求項５】
前記追加媒体調整機構は、前記部屋の上流側に配置され、前記部屋に連結する追加媒体流路に配置された流路抵抗である請求項３または請求項４に記載のボイラ。
【請求項６】
前記追加媒体調整機構は、前記缶体の壁面に対して、前記缶体と接続する開口の割合を鉛直方向に位置に応じて変化させる構造である請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のボイラ。
【請求項７】
前記追加媒体供給部は、中央の流量が端部の流量よりも大きい請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のボイラ。
【請求項８】
前記追加媒体は、前記缶体から排出された排ガスである請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のボイラ。
【請求項９】
前記割合調整機構は、前記缶体の位置に応じて、二次燃料の供給量を調整する二次燃料調整機構を有し、
前記二次燃料調整機構により前記二次燃料の供給量を前記缶体の位置に応じて、変化させる請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラは、燃料ガスに空気を混合した混合ガスを燃焼することで燃焼ガスを生成し、燃焼ガスの熱を用いて蒸気を生成する。このとき、ボイラは、有害物質であるＮＯｘやＣＯなどが発生することから、環境負荷の低減のため、この有害物質の発生量を低減することが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２０３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
有害物質を低減するためには、缶内の燃焼温度および酸素濃度の均一化が重要となるが、特許文献１に記載された二段燃焼技術を用いる場合は、火炎の発生箇所が増えるため、一つの火炎発生箇所のときよりも燃焼温度および酸素濃度の均一化が困難となる。例えば、二次燃料ガスの量を増やすことで温度が低い領域における燃焼火炎温度を上昇させることが考えられるが、燃料ガスを増やすと酸素濃度が減少し缶内の酸素濃度に不均一な分布が発生しやすくなる。
【０００５】
本発明は、燃焼温度および酸素濃度の均一化を図ることでＮＯｘやＣＯなどの有害物質の発生量を低減させるボイラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明のボイラは、水管を有する缶体と、前記缶体に接続され、前記缶体内に一次燃料及び空気を供給するバーナと、燃焼ガスの流れ方向において前記バーナよりも下流側の前記缶体内に追加媒体を導入する追加媒体供給部と、前記追加媒体供給部に二次燃料を供給し、前記二次燃料を前記追加媒体とともに前記缶体内に供給する二次燃料供給部と、前記二次燃料と追加媒体との割合を前記缶体の位置に応じて変化させる割合調整機構とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のボイラによれば、燃焼温度および酸素濃度の均一化を図ることで、ＮＯｘやＣＯなどの有害物質の発生量を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１実施形態に係るボイラの模式的な断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係るボイラの模式的な一部断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る制御装置の模式的なブロック図である。
【図４】図４は、缶体内への混合ガスの噴出部を表す鉛直方向の断面図である。
【図５】図５は、缶体内への混合ガスの噴出部を表す水平方向の断面図である。
【図６】図６は、缶体内への混合ガスの噴出部における燃焼ガスの温度分布と酸素濃度を表すグラフである。
【図７】図７は、第２実施形態に係るボイラにおける缶体内への混合ガスの噴出部を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
【００１０】
以降の説明において、燃焼ガスとは、燃料ガスの燃焼反応が完了したものおよび燃焼反応中の燃料ガスの少なくとも一方を含む概念であり、燃料ガスの燃焼反応が完了したものおよび燃焼反応中の燃料ガスの両方を有する場合、燃焼反応中の燃料ガスのみを有する場合、燃料ガスの燃焼反応が完了したもののみを有する場合の、いずれをも含む概念である。
【００１１】
（第１実施形態）
（ボイラの全体構成）
図１は、第１実施形態に係るボイラの模式的な断面図である。図２は、第１実施形態に係るボイラの模式的な一部断面図である。図２は、第１実施形態に係るボイラ１を後述のＺ方向側から見た場合の、すなわち鉛直方向上方からボイラ１を見下ろした場合の、模式的な一部断面図である。図１及び図２に示すように、第１実施形態に係るボイラ１は、缶体１０と、送風機１２と、ダクト１４と、バーナ１６と、排気筒１８と、燃料供給部２０（図２参照）と、一次燃料供給部２２と、二次燃料供給部２４（図２参照）と、冷却ライン２６（図２参照）と、流量調整部２８（図２参照）と、制御装置３０とを有する。
【００１２】
図１に示すように、缶体１０は、本体部４０と、上部ヘッダ４２と、下部ヘッダ４４と、水管群５０とを有する。本実施形態では、Ｘ方向を、本体部４０内を流れる燃焼ガスの流れ方向とする。また、Ｘ方向に直交し、鉛直方向に沿った方向であって、鉛直方向上側に向かう方向を、Ｚ方向とする。Ｚ方向は、本実施形態では鉛直方向と重なる方向であるが、鉛直方向に限られない。本体部４０は、Ｘ方向に沿った方向を長手方向とする筐体であり、内部に水管群５０を収納する。上部ヘッダ４２は、本体部４０のＺ方向側の端部、ここでは鉛直方向側に連結されるヘッダである。下部ヘッダ４４は、本体部４０のＺ方向と反対方向側の端部、ここでは鉛直方向下側に連結されるヘッダである。
【００１３】
水管群５０は、内部に水又は蒸気が流れる複数の水管５１、５２、５３を有する。水管５１、５２、５３は、本体部４０内に設けられてＺ方向に沿って延在し、上部ヘッダ４２と下部ヘッダ４４とを連結する。図２に示すように、複数の水管５１（外側水管）は、本体部４０の両側端に位置しており、燃焼ガスが流れる方向、すなわちＸ方向に沿って並んでいる。複数の水管５３（中央水管）は、水管５１よりも内側に位置しており、Ｘ方向に沿って並んでいる。複数の水管５２（中間水管）は、水管５１と水管５３との間に位置しており、Ｘ方向に沿って並んでいる。また、本体部４０内には、Ｘ方向に沿って延在して複数の水管５１同士を連結する連結壁５４が設けられている。水管５１、連結壁５４、上部ヘッダ４２、及び下部ヘッダ４４で囲まれた空間が、燃焼促進空間を形成する。
【００１４】
また、水管５２は、一部の水管５２同士の間のＸ方向に沿った距離が、他の水管５２同士のＸ方向に沿った距離より長くなるように並んでいる。すなわち、水管５２は、一部が抜管されている。燃焼促進空間内において、この距離が長い水管５２同士の間の空間、すなわち抜管された空間は、他の水管同士の間の空間よりも広くなっている。以下、距離が長い水管５２同士の間の空間を、燃焼促進空間Ｓと記載する。燃焼促進空間Ｓは、広く保たれているため、燃焼、すなわち燃焼ガス中のＣＯの酸化が促進される。燃焼促進空間Ｓは、水管に囲まれた他の空間よりも広く保たれた空間であれば、水管５２同士の間の空間であることに限られず、任意の水管に囲まれた空間であってよい。例えば、本体部４０内において、燃焼ガスの流れ方向における上流側の空間の水管の径を、燃焼ガスの流れ方向における下流側の空間の径よりも細くするなどによって、燃焼ガスの流れ方向における上流側の空間における水管のピッチを、燃焼ガスの流れ方向における下流側の空間における水管のピッチより大きくしてもよい。この場合、燃焼促進空間Ｓは、燃焼ガスの流れ方向における上流側の空間に設けてもよい。ただし、燃焼促進空間Ｓは、必ずしも設けられていなくてもよい。
【００１５】
送風機１２は、後述する一次燃料Ｆ１に混合するための空気Ａを供給する。ダクト１４は、送風機１２に接続されるダクトであり、送風機１２から供給される空気Ａが流れる。また、ダクト１４は、一次燃料供給部２２が接続される。具体的には、図２に示すように、一次燃料供給部２２は、燃料供給ライン６０と、一次燃料調整弁６２とを有する。燃料供給ライン６０は、一方の端部が燃料Ｆを供給する燃料供給部２０に接続され、他方の端部がダクト１４に接続されている。また、燃料供給ライン６０は、一次燃料調整弁６２が設けられている。燃料供給ライン６０は、燃料供給部２０から供給された燃料Ｆが流れ、流れている燃料Ｆの少なくとも一部を、一次燃料調整弁６２を介して、一次燃料Ｆ１としてダクト１４内に供給する。燃料供給ライン６０から供給された一次燃料Ｆ１は、ダクト１４内において、送風機１２から供給された空気Ａと混合され、混合ガスＦ１Ａが生成される。なお、燃料Ｆ（すなわち一次燃料Ｆ１及び後述の二次燃料Ｆ２）は、燃焼可能な燃料ガスであり、例えば、天然ガス又はプロパンガスなどであるが、任意の燃料であってよい。また、一次燃料調整弁６２は、制御装置３０によって開閉が制御されることで、ダクト１４への一次燃料Ｆ１の供給量を調整する。
【００１６】
また、図１に示すように、ダクト１４には、燃料供給ライン６０が接続される箇所よりも空気Ａの流れの上流側に、減圧部材１２Ａを有する。減圧部材１２Ａは、例えば流路を絞ることで、自身よりも空気Ａの流れの上流側の空気Ａの圧力よりも、自身よりも空気Ａの流れの下流側の空気Ａの圧力を低くする部材である。減圧部材１２Ａは、本実施形態では、例えばパンチングメタルである。さらに、ボイラ１は、減圧部材１２Ａの下流側の圧力と減圧部材１２Ａの下流側の圧力との差圧を検出するエア差圧センサ１２Ｂを有している。エア差圧センサ１２Ｂは、ダクト１４内における減圧部材１２Ａの下流側の空気Ａの圧力と、減圧部材１２Ａの上流側の空気Ａの圧力との差圧を検出し、検出した差圧の情報を制御装置３０に出力する。
【００１７】
また、図２に示すように、一次燃料供給部２２は、さらに、減圧部材６４と燃料差圧センサ６６とを有している。減圧部材６４は、燃料供給ライン６０に設けられ、例えば流路を絞ることで、自身よりも燃料Ｆの流れの上流側の一次燃料Ｆ１の圧力よりも、自身よりも燃料Ｆの流れの下流側の一次燃料Ｆ１の圧力を低くする部材である。より詳しくは、減圧部材６４は、一次燃料調整弁６２よりも下流側であって、燃料供給ライン６０のダクト１４との接続箇所よりも上流側に設けられる。本実施形態では、減圧部材６４は、例えばオリフィスである。また、燃料差圧センサ６６は、減圧部材６４の下流側の圧力と減圧部材６４の下流側の圧力との差圧を検出する。燃料差圧センサ６６は、燃料供給ライン６０内における減圧部材６４の下流側の一次燃料Ｆ１の圧力と、減圧部材６４の上流側の一次燃料Ｆ１の圧力との差圧を検出し、検出した差圧の情報を制御装置３０に出力する。
【００１８】
ダクト１４は、缶体１０の本体部４０にも接続されている。ダクト１４は、本体部４０の、Ｘ方向と反対側の箇所、すなわち燃焼ガスの流れ方向における上流側の箇所に、接続される。また、ダクト１４と本体部４０との接続箇所には、バーナ１６が設けられている。すなわち、バーナ１６は、缶体１０に接続されており、本体部４０のＸ方向と反対側の箇所に接続されているといえる。ダクト１４を流れる混合ガスＦ１Ａは、バーナ１６に供給される。バーナ１６は、混合ガスＦ１Ａを、すなわち一次燃料Ｆ１と空気Ａとを、缶体１０の本体部４０内に供給する。
【００１９】
排気筒１８は、缶体１０の本体部４０に接続されており、さらに言えば、本体部４０のＸ方向側の箇所（燃焼ガスの流れ方向の最下流側の箇所）に接続されている。本体部４０内の燃焼ガスは、本体部４０内から排気筒１８に、排ガスとして排出される。
【００２０】
二次燃料供給部２４は、燃焼ガスの流れ方向においてバーナ１６よりも下流側の缶体１０内に、二次燃料Ｆ２を供給する。具体的には、二次燃料供給部２４は、図２に示すように、二次燃料供給ライン７０、７４と、二次燃料調整弁７２とを有する。二次燃料供給ライン７０は、燃料供給ライン６０に接続されている。より詳しくは、二次燃料供給ライン７０は、燃料供給ライン６０の、燃料供給部２０の接続箇所と一次燃料調整弁６２の接続箇所との間の箇所に、接続されている。従って、燃料供給ライン６０は、燃料供給部２０から、燃料Ｆのうちの少なくとも一部が、二次燃料Ｆ２として供給される。二次燃料調整弁７２は、二次燃料供給ライン７０に設けられている。二次燃料調整弁７２は、制御装置３０によって開閉が制御されることで、二次燃料供給ライン７０への二次燃料Ｆ２の供給量を調整する。二次燃料供給ライン７４は、二次燃料供給ライン７０の、二次燃料調整弁７２との接続箇所よりも二次燃料Ｆ２の流れの下流側の箇所に接続されている。二次燃料供給ライン７４は、二次燃料調整弁７２を介して、二次燃料供給ライン７０から二次燃料Ｆ２が供給される。
【００２１】
冷却ライン（追加媒体供給部）２６は、一方の端部が排気筒１８に接続され、他方の端部が缶体１０の本体部４０に接続されている。より詳しくは、冷却ライン２６は、本体部４０の、バーナ１６との接続箇所よりもＸ方向側（燃焼ガスの流れ方向の下流側）の箇所に接続されている。従って、冷却ライン２６は、排気筒１８からの排ガス、すなわち缶体１０から排出された燃焼ガスを冷却用流体Ｇ０として、燃焼ガスの流れ方向においてバーナ１６よりも下流側の缶体１０内に供給する。
【００２２】
また、流量調整部２８は、冷却ライン２６に設けられる。流量調整部２８は、制御装置３０の制御により、冷却ライン２６から二次燃料供給ライン７４を介して缶体１０内に導入される冷却用流体Ｇ０の供給量を調整する。本実施形態において、流量調整部２８は、ファンである。流量調整部２８は、排気筒１８から冷却用流体（排ガス）Ｇ０を吸引して冷却ライン２６内に供給し、冷却ライン２６内に供給した冷却用流体Ｇ０を、二次燃料供給ライン７４を介して缶体１０内に供給する。流量調整部２８は、制御装置３０により、内蔵する羽根部(図示略)の回転数が制御されることで、缶体１０に供給する冷却用流体Ｇ０の供給量を調整する。ただし、流量調整部２８は、制御装置３０の制御により供給する冷却用流体Ｇ０の供給量を調整可能であれば、回転数を制御されることに限られず、任意の方法で冷却用流体Ｇ０の供給量を調整してよい。例えば、流量調整部２８は、内蔵するベーンの開度が制御されることで、冷却用流体Ｇ０の供給量を調整してもよい。
【００２３】
二次燃料供給ライン７４は、冷却ライン２６の、流量調整部２８の接続箇所よりも冷却用流体Ｇ０の下流側の箇所に接続されている。従って、二次燃料供給ライン７４を流れる二次燃料Ｆ２は、冷却ライン２６から、燃焼ガスの流れ方向においてバーナ１６よりも下流側の缶体１０内に導入される。従って、冷却ライン２６内において、二次燃料Ｆ２と冷却用流体Ｇ０とが混合されて、混合ガスＦ２Ａが生成される。冷却ライン２６は、混合ガスＦ２Ａを、すなわち二次燃料Ｆ２と冷却用流体Ｇ０とを、缶体１０内に導入する。さらに言えば、冷却ライン２６は、缶体１０内で一次燃料Ｆ１による燃焼が開始する箇所より下流側、すなわち図示しない着火手段よりも下流側に接続される。また、冷却ライン２６は、燃焼ガスの温度が８００℃以上となる位置、すなわち二次燃料Ｆ２が適切に自己燃焼してＣＯの発生を抑制可能な温度となる位置に接続されることが好ましい。また、冷却ライン２６は、燃焼促進空間Ｓよりも、Ｘ方向と反対側（燃焼ガスの流れ方向の上流側）の箇所に接続されることが好ましい。なお、本実施形態では、冷却ライン２６は、分岐して２つ設けられ、それぞれが本体部４０に接続されている。また、二次燃料供給ライン７４は、二次燃料供給ライン７０から分岐して２つ設けられ、それぞれが冷却ライン２６に接続されている。ただし、冷却ライン２６や二次燃料供給ライン７４の数は任意であり、例えば１つであってもよい。
【００２４】
なお、本実施形態においては、冷却ライン２６と、二次燃料供給ライン７０と、二次燃料供給ライン７４とを、それぞれの別の管として説明している。ただし、冷却ライン２６と二次燃料供給ライン７０と二次燃料供給ライン７４とは、接続されているため、冷却ライン２６と二次燃料供給ライン７０と二次燃料供給ライン７４とを、１つの管である、と言い換えることもできる。
【００２５】
以上のように構成されるボイラ１は、まず、燃料供給ライン６０から導入された一次燃料Ｆ１と、送風機１２から供給された空気Ａとが、ダクト１４内で混合され、混合ガスＦ１Ａが生成される。混合ガスＦ１Ａは、バーナ１６から、缶体１０の本体部４０内に供給される。本体部４０内に供給された混合ガスＦ１Ａは、着火手段（図示略）により着火され、バーナ１６にて火炎を伴う燃焼反応中の燃焼ガスが形成される。燃焼ガスは、本体部４０内の水管５１、５２、５３と熱交換しつつ、Ｘ方向側に流れる。また、二次燃料供給ライン７０、７４から導入された二次燃料Ｆ２は、冷却ライン２６から導入された冷却用流体Ｇ０と、冷却ライン２６内で混合され、混合ガスＦ２Ａとして、本体部４０内のバーナ１６よりも燃焼ガスの流れの下流側の箇所に導入される。この混合ガスＦ２Ａは、燃焼ガスに接触して燃焼する。このように、ボイラ１は、バーナ１６と二次燃料供給ライン７４とから混合ガスＦ１Ａ、Ｆ２Ａを供給することで、二段燃焼を行う。混合ガスＦ２Ａが供給されて二段燃焼した燃焼ガスは、本体部４０内の水管５１、５２、５３と熱交換しつつさらにＸ方向側に流れ、排気筒１８から排ガスとして排出される。
【００２６】
本実施形態に係るボイラ１は、このように二段燃焼を行うことで、缶体１０から排出される燃焼ガスに含まれるＮＯｘ量とＣＯ量とを低くすることができる。ここで、二次燃料Ｆ２を自己燃焼させてＣＯの発生を抑制するためには、二次燃料Ｆ２の供給位置の温度を、ある程度高く保つことが好ましい。しかし、二次燃料Ｆ２の供給位置の温度を高くし過ぎると、二次燃料Ｆ２による燃焼温度（燃焼によって到達する最高温度）が高くなり過ぎ、燃焼ガス中のＮＯｘの量が増加するおそれがある。従って、ボイラ１において二段燃焼を行う場合には、ＮＯｘ量とＣＯ量とを抑制するために、缶体１０内の温度を所定の範囲内に保つことが好ましい。
【００２７】
本実施形態に係るボイラ１は、冷却用流体Ｇ０を缶体１０内に導入することで、缶体１０内の温度を所定の範囲内に保っている。冷却用流体Ｇ０は、燃焼ガスによって燃焼しない流体であり、缶体１０内の燃焼ガスよりも低温であるため、缶体１０内の温度を低下させることができる。ここで、缶体１０内の冷却用流体Ｇ０を供給した位置、言い換えれば、缶体１０内の二次燃料供給ライン７４が接続されている位置を、供給位置とする。冷却ライン２６は、缶体１０内の供給位置に冷却用流体Ｇ０を供給することで、供給位置の温度を低減させる。ここで、供給位置と、供給位置よりも所定距離だけＸ方向側の位置と、の間の缶体１０内の空間を、所定空間とする。冷却ライン２６は、供給位置に冷却用流体Ｇ０を供給することで、この所定空間の温度を低減させているともいえる。第１実施形態において所定空間は、二次燃料Ｆ２が供給される供給位置から燃焼ガスの下流側にわたる空間である。すなわち、冷却ライン２６は、供給位置に冷却用流体Ｇ０を供給することで、一次燃料Ｆ１の未燃分及び二次燃料Ｆ２又は二次燃料が燃焼する空間の温度を低減しているともいえる。なお、本実施形態では、供給位置が固定されているため、所定空間は、缶体１０内で位置が固定された空間であるといえ、缶体１０内で位置が移動するものではない。
【００２８】
このように、ボイラ１は、冷却用流体Ｇ０を缶体１０内に導入することで、缶体１０内の所定空間の温度を低減している。さらに、ボイラ１は、制御装置３０によって供給する冷却用流体Ｇ０の量を調整することで、缶体１０内の温度を所定の範囲内に保っている。以下、制御装置３０について説明する。
【００２９】
（制御装置の構成）
図３は、第１実施形態に係る制御装置の模式的なブロック図である。図３に示すように、制御装置３０は、制御部８０と、記憶部８２とを有する。制御装置３０は、ボイラ１を制御するコンピュータである。記憶部８２は、制御部８０の演算内容やプログラムの情報などを記憶するメモリである。記憶部８２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、及びフラッシュメモリ（Ｆｌａｓｈ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの外部記憶装置を少なくとも１つ含む。
【００３０】
制御部８０は、演算装置、すなわちＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）である。制御部８０は、空気制御部８４と、一次燃料制御部８６と、二次燃料制御部８８と、流量制御部９０とを有する。空気制御部８４と、一次燃料制御部８６と、二次燃料制御部８８と、流量制御部９０とは、記憶部８２に記憶されたソフトウェア（プログラム）を読み出すことで、後述する処理を実行する。ただし、空気制御部８４と、一次燃料制御部８６と、二次燃料制御部８８と、流量制御部９０とは、それぞれ専用のハードウェア回路で構成されていてもよい。
【００３１】
空気制御部８４は、缶体１０に供給する空気Ａの供給量を算出し、算出した供給量となるよう、缶体１０に供給する空気Ａの供給量を制御する。具体的には、空気制御部８４は、例えばボイラ１に対して指示された燃焼段階に応じて、すなわちどのような燃焼段階でボイラ１を運転するかの指示に応じて、空気Ａの供給量を算出する。例えば、本実施形態では、燃焼段階と空気Ａの量との関係を示す情報を、記憶部８２に記憶させている。空気制御部８４は、この情報を記憶部８２から読出し、指示された燃焼段階をこの関係に代入することで、空気Ａの供給量を算出する。例えば、空気Ａの供給量は、指示された燃焼段階が大きくなるほど、すなわち高燃焼になるほど大きくなるように設定されている。なお、空気Ａの供給量の算出方法は、これに限られず任意に設定されてよい。また、本実施形態におけるボイラ１は、燃焼量毎に燃焼段階が複数設定されており、例えば、停止、低燃焼、中燃焼、及び高燃焼の４つが設定されている。
【００３２】
空気制御部８４は、このようにして算出した量の空気Ａが供給されるように、送風機１２を制御する。例えば、空気制御部８４は、図１に示す減圧部材１２Ａよりも上流側に設けられた図示しないダンパの開度を調整することで、算出した量の空気Ａをダクト１４に供給させる。例えば、空気制御部８４は、図１に示すエア差圧センサ１２Ｂから、減圧部材１２Ａの上流側と下流側との差圧の情報を取得する。空気制御部８４は、エア差圧センサ１２Ｂが検出した差圧の情報から、実際にダクト１４に供給されている空気Ａの量を取得し、取得した空気Ａの実際の供給量に基づき、算出した量の空気Ａを実際に供給するように、ダンパの開度を調整する。なお、空気制御部８４は、空気Ａの供給量の制御を行う際に、ダンパの開度を調整することに限られない。例えば、空気制御部８４は、インバータによって送風機１２の回転数を制御することで、空気Ａの供給量を制御してもよいし、インバータとダンパとの両方を用いて空気Ａの供給量を制御してもよい。
【００３３】
一次燃料制御部８６は、缶体１０に供給する一次燃料Ｆ１の供給量を算出し、算出した供給量となるよう、缶体１０に供給する一次燃料Ｆ１の供給量を制御する。具体的には、一次燃料制御部８６は、ダクト１４への空気Ａの供給量に基づき、一次燃料Ｆ１の目標供給量を算出する。一次燃料制御部８６は、図１に示すエア差圧センサ１２Ｂから、減圧部材１２Ａの上流側と下流側との差圧の情報を取得し、取得した差圧の情報から、ダクト１４への空気Ａの供給量を取得する。また、一次燃料制御部８６は、空気制御部８４から、空気Ａの供給量の情報を取得してもよい。そして、本実施形態では、空気Ａの量と一次燃料Ｆ１の量との関係を示す情報を、記憶部８２に記憶させている。一次燃料制御部８６は、空気Ａの量と一次燃料Ｆ１の量との関係を示す情報を記憶部８２から読出し、取得した空気Ａの供給量をこの関係に代入することで、一次燃料Ｆ１の目標供給量を算出する。
【００３４】
このように、ボイラ１は、一次燃料制御部８６により、空気Ａの量と一次燃料Ｆ１の量との関係を示す情報に基づいて算出した目標供給量の一次燃料Ｆ１を供給するように制御を実行するが、目標供給量の一次燃料Ｆ１の供給方法は、これに限られない。例えば、ボイラ１は、機械式のガバナを燃料供給ライン６０に設け、減圧部材１２Ａの上流側と下流側との差圧（すなわちエア差圧センサ１２Ｂが検出する差圧）に応じてガバナの動作量を変化させることにより、目標供給量の一次燃料Ｆ１を供給するように制御してもよい。すなわち、ガバナの動作量を、空気Ａの供給量（差圧）と関連付けて設定しておき、空気Ａの供給量に応じてガバナを作動させることで、目標供給量の一次燃料Ｆ１を供給させてもよい。なお、一次燃料Ｆ１の目標供給量は、一次燃料Ｆ１の燃焼後の燃焼ガスに含有される酸素の割合が、例えば６％以上１０％以下となるように、好ましくは８％程度となるように設定されている。なお、燃焼ガスに含有される酸素の割合とは、燃焼ガスの全体量に対する燃焼ガスに含有される酸素量の割合を指す。また、一次燃料Ｆ１の燃焼後の燃焼ガスとは、一次燃料Ｆ１の燃焼反応が完了した状態の燃焼ガスを指し、一次燃料Ｆ１の燃焼反応が完了した状態であって二次燃料Ｆ２が供給されていない状態の燃焼ガスを指す、ともいえる。
【００３５】
なお、燃焼反応は、上述した「燃焼反応が完了した状態の燃焼ガス」中においても極微量であるが継続している場合もあるので、「燃焼反応の完了」とは、燃焼反応の１００％の完結、すなわち完全燃焼を意味するものではない場合もある。なお、一次燃料Ｆ１の目標供給量は、混合ガスＦ１Ａにおける空気比が所定の値となるように設定されていると言い換えることもできる。この場合、空気比は、例えば１．４以上２．０以下であることが好ましい。なお、一次燃料Ｆ１の目標供給量は、以上の説明に限られず任意の方法で算出されてもよい。
【００３６】
一次燃料制御部８６は、このように算出した目標供給量の一次燃料Ｆ１が供給されるように、一次燃料供給部２２を制御する。具体的には、一次燃料制御部８６は、一次燃料調整弁６２の開度を制御することで、算出した供給量分の一次燃料Ｆ１を、缶体１０へ供給させる。本実施形態において、一次燃料制御部８６は、燃料差圧センサ６６から、減圧部材６４の上流側と下流側との一次燃料Ｆ１の差圧の情報を取得し、この差圧の情報から、実際に缶体１０に供給されている一次燃料Ｆ１の量を取得してもよい。この場合、一次燃料制御部８６は、実際に供給されている一次燃料Ｆ１の量が、目標供給量となるように、一次燃料調整弁６２の開度を調整する。なお、一次燃料制御部８６は、一次燃料Ｆ１の供給量の制御を行う際に、一次燃料調整弁６２の開度を調整することに限られない。例えば、一次燃料制御部８６は、燃料供給ライン６０に設けられた機械式のガバナによって、一次燃料Ｆ１の供給量を制御してもよいし、ガバナと一次燃料調整弁６２との両方を用いて、一次燃料Ｆ１の供給量を制御してもよい。
【００３７】
二次燃料制御部８８は、缶体１０に供給する二次燃料Ｆ２の供給量を算出し、算出した供給量となるよう、缶体１０に供給する二次燃料Ｆ２の供給量を制御する。具体的には、二次燃料制御部８８は、燃料差圧センサ６６から、減圧部材６４の上流側と下流側との一次燃料Ｆ１の差圧の情報を取得し、取得した差圧の情報から、缶体１０への一次燃料Ｆ１の供給量を取得する。また、二次燃料制御部８８は、一次燃料制御部８６から、一次燃料Ｆ１の供給量の情報を取得してもよい。そして、本実施形態では、一次燃料Ｆ１の量と二次燃料Ｆ２の量との関係を示す情報を、記憶部８２に記憶させている。二次燃料制御部８８は、一次燃料Ｆ１の量と二次燃料Ｆ２の量との関係を示す情報を記憶部８２から読出し、取得した一次燃料Ｆ１の供給量をこの関係に代入することで、二次燃料Ｆ２の目標供給量を算出する。二次燃料Ｆ２の目標供給量は、二次燃料Ｆ２の燃焼後の燃焼ガスに含有される酸素の割合が、例えば２％以上６％以下となるように、好ましくは４％程度となるように、設定されている。
【００３８】
なお、二次燃料Ｆ２の燃焼後の燃焼ガスとは、二次燃料Ｆ２の燃焼反応が完了した状態の燃焼ガスを指す。さらに言えば、二次燃料Ｆ２の燃焼後の燃焼ガスとは、一次燃料Ｆ１と二次燃料Ｆ２との両方の燃焼反応が完了した状態の燃焼ガスであると言い換えてもよく、缶体１０から排出される燃焼ガス（排ガス）であると言い換えてもよい。また、二次燃料Ｆ２の目標供給量は、混合ガスＦ１Ａと混合ガスＦ２Ａとを合計した場合の空気比が所定の値となるように設定されていると言い換えることもできる。この場合、空気比は、例えば１．１以上１．４以下であることが好ましい。なお、二次燃料Ｆ２の目標供給量は、以上の説明に限られず任意の方法で算出されてもよい。
【００３９】
このように、二次燃料Ｆ２の目標供給量は、一次燃料Ｆ１の供給量に応じて設定される。一次燃料Ｆ１の供給量が燃料差圧センサ６６からの差圧の情報で調整される場合は、二次燃料Ｆ２の供給も、一次燃料Ｆ１の供給量に応じることで適切に行われる。ただし、二次燃料Ｆ２の目標供給量の算出方法は、これに限られない。例えば、排気筒１８内に酸素濃度センサを設け、二次燃料制御部８８は、この酸素濃度センサによる排気筒１８内の燃焼ガスに含まれる酸素濃度の検出結果に応じて、二次燃料Ｆ２の燃焼後の燃焼ガスに含有される酸素の割合が所定割合になるように、二次燃料Ｆ２の目標供給量を設定してもよい。
【００４０】
二次燃料制御部８８は、このように算出した目標供給量の二次燃料Ｆ２が供給されるように、二次燃料供給部２４を制御する。具体的には、二次燃料制御部８８は、二次燃料調整弁７２の開度を制御することで、算出した供給量分の二次燃料Ｆ２を、缶体１０へ供給させる。なお、二次燃料制御部８８は、二次燃料Ｆ２の供給量の制御を行う際に、二次燃料調整弁７２の開度を調整することに限られない。例えば、二次燃料制御部８８は、二次燃料供給ライン７０に設けられた機械式のガバナによって、二次燃料Ｆ２の供給量を制御してもよいし、ガバナと二次燃料調整弁７２との両方を用いて、二次燃料Ｆ２の供給量を制御してもよい。
【００４１】
なお、二次燃料Ｆ２の供給量は、燃焼ガスに８％程度含まれていた酸素を、燃焼によって４％程度まで消費可能な量であるといえ、一次燃料Ｆ１の供給量に比例する。すなわち、二次燃料制御部８８は、一次燃料Ｆ１の供給量の増加に比例して、二次燃料Ｆ２の供給量を増加させる。
【００４２】
流量制御部９０は、流量調整部２８を制御して、二次燃料Ｆ２の供給量に応じて缶体１０内に供給する冷却用流体Ｇ０の量を変化させる。より詳しくは、流量制御部９０は、缶体１０に供給する冷却用流体Ｇ０の供給量を算出し、算出した供給量となるよう、缶体１０に供給する冷却用流体Ｇ０の供給量を制御する。流量制御部９０は、流量調整部２８を制御することで、算出した供給量分の冷却用流体Ｇ０を、缶体１０へ供給させる。
【００４３】
流量制御部９０は、二次燃料Ｆ２の供給量に基づき、缶体１０内に供給する冷却用流体Ｇ０の量を算出する。具体的には、流量制御部９０は、缶体１０内の所定空間の温度が所定温度範囲内となる、冷却用流体Ｇ０の量を算出する。また、上述のように、所定空間は、一次燃料Ｆ１の未燃分及び二次燃料Ｆ２又は二次燃料が燃焼する空間であるため、流量制御部９０は、流量調整部２８を制御して、一次燃料Ｆ１及び二次燃料Ｆ２による燃焼の燃焼温度が所定温度範囲となる冷却用流体Ｇ０の流量を調整しているといえる。言い換えれば、流量制御部９０は、所定空間の燃焼温度を所定温度範囲とすることが可能な流量分の冷却用流体Ｇ０を供給しているといえる。例えば、本実施形態では、缶体１０内の所定空間の温度を所定温度範囲内とするような、二次燃料Ｆ２の量と冷却用流体Ｇ０の量との関係を示す情報を、記憶部８２に記憶させている。空気制御部８４は、この情報を記憶部８２から読出し、二次燃料Ｆ２の供給量をこの関係に代入することで、冷却用流体Ｇ０の供給量を算出する。
【００４４】
上述のように、冷却用流体Ｇ０は、燃焼ガスの温度を低減させることができ、冷却用流体Ｇ０の供給量が多いほど、より温度を低減することができる。ここで、缶体１０内の燃焼温度は、燃焼量、すなわち一次燃料Ｆ１と二次燃料Ｆ２と空気Ａとの供給量に依存するが、二次燃料Ｆ２の供給量が一次燃料Ｆ１の供給量に基づき算出され、一次燃料Ｆ１の供給量は空気Ａの供給量に基づき算出される。すなわち、一次燃料Ｆ１と二次燃料Ｆ２と空気Ａとの供給量は、互いに関連性を有する。従って、缶体１０内の燃焼温度は、一次燃料Ｆ１の供給量に依存するといえる。従って、流量制御部９０は、所定空間の温度を所定温度範囲に保つために、一次燃料Ｆ１の供給量に応じて、冷却用流体Ｇ０の供給量を変化させているといえる。すなわち、流量制御部９０は、一次燃料Ｆ１の供給量が多いほど供給する冷却用流体Ｇ０の量を多くし、一次燃料Ｆ１の供給量が少ないほど供給する冷却用流体Ｇ０の量を少なくしている。
【００４５】
第１実施形態にて、冷却ライン２６は、一方の端部が排気筒１８に接続され、他方の端部が缶体１０の本体部４０に接続され、流量調整部２８が設けられる。二次燃料供給ライン７０、７４は、一方の端部が燃料供給ライン６０に接続され、他方の端部が冷却ライン２６に接続されている。従って、二次燃料供給ライン７４を流れる二次燃料Ｆ２は、冷却ライン２６に流れ、この冷却ライン２６を流れる冷却用流体Ｇ０に混合して混合ガスＦ２Ａとなり、缶体１０内に導入される。バーナ１６から缶体１０内に導入された空気Ａと一次燃料Ｆ１の混合ガスＦ１Ａは、一次燃焼ガスとなって混合ガスＦ２Ａの導入部に流れ、混合ガスＦ２Ａは、この一次燃焼ガスに接触して燃焼し、二次燃焼ガスが生成される。
【００４６】
このとき、ボイラ１は、缶体１０内に多数の水管５１，５２，５３が鉛直方向に沿って配置されることから、缶体１０内の鉛直方向における温度差を考慮する必要がある。そのため、第１実施形態では、二次燃料Ｆ２と冷却用流体（追加媒体）Ｇ０との割合を缶体１０の位置に応じて変化させる割合調整機構を設けている。割合調整機構は、缶体１０の位置に応じて、冷却用流体Ｇ０の供給量を調整する追加媒体調整機構を有する。
【００４７】
図４は、缶体内への混合ガスの噴出部を表す鉛直方向の断面図、図５は、缶体内への混合ガスの噴出部を表す水平方向の断面図である。
【００４８】
図４及び図５に示すように、冷却ライン２６には、下流側の端部中空形状をなす箱体１０１が設けられる。箱体１０１は、鉛直方向に長い箱型形状をなす本体１０２と、本体１０２に先端部側に向けて水平方向の幅が狭くなる先細部１０３とを有する。箱体１０１は、先細部１０３が外部から缶体１０の側壁及び連結壁５４を貫通している。箱体１０１は、内部に鉛直方向に所定間隔を空けて仕切壁１０４が設けられることで、鉛直方向に分割された複数（本実施形態では、３つ）の部屋１０５、１０６、１０７が区画される。なお、図４では、各部屋１０５、１０６、１０７の容積、つまり、高さと幅を同じ寸法で記載したが、特に、各部屋１０５、１０６、１０７の高さは、缶体１０内に配置するバーナ１６の高さ方向の位置に応じて設定されるものである。具体的に、上部及び下部の部屋１０５、１０７の高さに対して、中央部の部屋１０６の高さを高くすることが好ましい。また、この部屋１０５、１０６、１０７の数は、３つの限定されるものではなく、複数設けられていればよい。
【００４９】
追加媒体調整機構（割合調整機構）は、複数の部屋１０５、１０６、１０７ごとに、この部屋１０５、１０６、１０７から缶体１０内に供給する流路の抵抗を変化させて、缶体１０の高さ方向における位置に応じて、冷却用流体Ｇ０の供給量を調整する。箱体１０１の先細部１０３は、各部屋１０５、１０６、１０７に対応して缶体１０内に連通する複数の噴出部１０８、１０９、１１０が設けられる。噴出部１０８、１０９、１１０は、冷却ライン２６の混合ガスＦ２Ａを缶体１０内に噴出する。追加媒体調整機構として、噴出部１０８、１０９、１１０の開口の割合を鉛直方向に位置に応じて変化させる構造である。例えば、噴出部１０８、１０９、１１０の数が同じであるが、中央部の噴出部１０９の開口面積が、上部及び下部の噴出部１０８、１１０の開口面積より大きくなっている。そのため、部屋１０６に導入される冷却用流体Ｇ０の流量が、部屋１０５、１０７に導入される冷却用流体Ｇ０の流量よりも大きくなる。すると、部屋１０６の噴出部１０９から缶体１０内に噴出される冷却用流体Ｇ０（混合ガスＦ２Ａ）の流量が、部屋１０５、１０７の噴出部１０８、１１０から缶体１０内に噴出される冷却用流体Ｇ０（混合ガスＦ２Ａ）の流量よりも大きくなる。
【００５０】
具体的に、図４に示すように、各部屋１０５、１０６、１０７の容積（高さと幅）が同じであるとき、噴出部１０８、１０９、１１０の数と幅（円形の場合は、直径）は同じであるが、中央部の噴出部１０９の高さ（円形の場合は、直径）が上部及び下部の噴出部１０８、１１０の高さより大きくなっている。なお、中央部の部屋１０６の高さを上部及び下部の部屋１０５、１０７の高さより高くした場合、それに応じて中央部の噴出部１０９の開口面積が上部及び下部の噴出部１０８、１１０の開口面積より大きくなるように、中央部の噴出部１０９の数や高さ（円形の場合は、直径）を調整する必要がある。
【００５１】
一方、二次燃料供給部２４の二次燃料供給ライン７４は、下流側の端部が冷却ライン２６における箱体１０１の本体１０２の側部に連結される。二次燃料供給ライン７４は、下流側が３つの噴出部１１１、１１２、１１３に分岐し、各噴出部１１１、１１２、１１３が各部屋１０５、１０６、１０７にそれぞれに連結される。二次燃料供給ライン７４は、各噴出部１１１、１１２、１１３が部屋１０５、１０６、１０７の容積に比例した割合で配置される。即ち、二次燃料供給ライン７４は、各噴出部１１１、１１２、１１３により各部屋１０５、１０６、１０７に所定量の二次燃料Ｆ２を供給する。
【００５２】
そのため、冷却ライン２６を流れる冷却用流体Ｇ０は、箱体１０１に導入され、各部屋１０５、１０６、１０７に分配される。このとき、各部屋１０５、１０６、１０７に設けられた各噴出部１０８、１０９、１１０は、開口の割合が相違することから、冷却用流体Ｇ０は、抵抗の少ない部屋１０６、つまり、開口の割合が大きい部屋１０６に多く流れる。本実施形態では、鉛直方向における中央部の部屋１０６に導入される冷却用流体Ｇ０の流量が多くなり、鉛直方向における端部の部屋１０５、１０７に導入される冷却用流体Ｇ０の流量が少なくなる。一方、二次燃料供給ライン７４を流れる二次燃料Ｆ２は、各噴出部１１１、１１２、１１３の開口の割合が同じであることから、各部屋１０５、１０６、１０７に導入される二次燃料Ｆ２の流量が同じになる。
【００５３】
すると、各部屋１０５、１０６、１０７の各噴出部１０８、１０９、１１０から缶体１０内に導入された二次燃料Ｆ２と冷却用流体Ｇ０との混合ガスＦ２Ａは、缶体１０内の燃焼ガスに接触することで燃焼する。このとき、各噴出部１０８、１０９、１１０から缶体１０内に導入された二次燃料Ｆ２の流量は、缶体１０の上部と中央部と下部で同じである。そのため、二次燃料Ｆ２の燃焼後の缶体１０内の酸素濃度は、鉛直方向で均一となる。一方、各噴出部１０８、１０９、１１０から缶体１０内に導入された冷却用流体Ｇ０の流量は、缶体１０の上部及び下部より中央部が多くなる。缶体１０内の鉛直方向における温度は、上部と下部に対して中央部が高い傾向にあることから、缶体１０内の鉛直方向における中央部に多くの冷却用流体Ｇ０を導入することで、高さ方向で二次燃料Ｆ２および冷却用流体Ｇ０の流量が均一である場合に比べて中央部の温度が低い一方、上部及び下部の温度は高くなる。その結果、缶体１０内の温度は、鉛直方向で均一となる。
【００５４】
図６は、缶体内への混合ガスの噴出部における燃焼ガスの温度分布と酸素濃度を表すグラフである。図６に示すグラフは、缶体１０内における燃焼ガスの流れ方向において、二次燃料Ｆ２と冷却用流体Ｇ０との混合ガスＦ２Ａの導入位置での燃焼ガスの酸素濃度分布と温度分布を表すものである。ここで、高さとは、缶体１０の鉛直方向の空間である。また、比較例とは、二次燃料Ｆ２と冷却用流体Ｇ０との割合が缶体１０の高さに拘わらが同じとしたボイラである。
【００５５】
図６に示すように、比較例のボイラにおける燃焼ガスの酸素濃度分布（点線）は、所定の酸素濃度に維持され、缶体１０内の高さ方向に対して均一となっている。しかし、比較例のボイラにおける燃焼ガスの温度分布（点線）は、缶体１０内の高さ方向に対して、中央部で高く、上部と下部で低くなっている。一方、第１実施形態のボイラ１における燃焼ガスの酸素濃度分布（実線）は、比較例と同様に、缶体１０内の高さ方向に対して均一となっている。そして、第１実施形態のボイラ１における燃焼ガスの温度分布（実線）は、缶体１０内の高さ方向に対して均一となっている。そのため、第１実施形態のボイラは、缶体１０内の上部と下部だけでなく、全体でＣＯが発生しにくい環境となっている。
【００５６】
即ち、比較例のボイラは、燃焼ガスの温度分布（点線）が缶体１０内の高さ方向に対して、中央部で高くて上部と下部で低い。そこで、燃焼ガスの温度分布を缶体１０内の高さ方向に対して均一にしようと、上部と下部での二次燃料Ｆ２の供給量を増やすと、燃焼ガスの温度分布が缶体１０内の高さ方向で均一になるものの、酸素濃度が缶体１０内の高さ方向の中央部で高く、上部と下部で低くなってしまう。そのため、本実施形態では、缶体１０内の高さ方向における二次燃料Ｆ２の供給量を変更することなく、缶体１０内の高さ方向における中央部への冷却用流体Ｇ０の供給量を増加している。すると、温度分布と酸素濃度は、缶体１０内の高さ方向に対して均一となる。
【００５７】
第１実施形態のボイラ１は、二次燃料供給部２４にて、二次燃料Ｆ２と冷却用流体Ｇ０との混合割合を缶体１０の鉛直方向における位置に応じて変化させている。即ち、二次燃料供給部２４にて、二次燃料Ｆ２の導入量を缶体１０の鉛直方向における位置に応じて均一にする一方、冷却用流体Ｇ０の導入量を缶体１０の鉛直方向における中央部を多くし、上部及び下部で少なくしている。そのため、高さ方向の中央部で高かった燃焼ガスの温度が冷却用流体Ｇ０により低くなり、上部及び下部で低かった燃焼ガスの温度が高くなることで、燃焼ガスの温度が鉛直方向で均一になった。その結果、燃焼促進空間Ｓでの燃焼ガスおよび二次燃料Ｆ２の燃焼が促進され、ＣＯの酸化が促進され、排ガス中のＣＯの含有量を低下させることができる。
【００５８】
以上説明したように、第１実施形態に係るボイラ１は、水管５１，５２，５３を有する缶体１０と、缶体１０に接続されて缶体１０内に一次燃料Ｆ１及び空気Ａを供給するバーナ１６と、燃焼ガスの流れ方向においてバーナ１６よりも下流側の缶体１０内に冷却用流体Ｇ０を導入する冷却ライン２６と、冷却ライン２６に二次燃料Ｆ２を供給して二次燃料Ｆ２を冷却用流体Ｇ０とともに缶体１０内に供給する二次燃料供給部２４と、二次燃料Ｆ２と冷却用流体Ｇ０との割合を缶体１０の位置に応じて変化させる割合調整機構とを有する。
【００５９】
そのため、割合調整機構により缶体１０内の位置に応じて二次燃料Ｆ２と冷却用流体Ｇ０との割合を変化させることから、缶体１０内の燃焼状態に応じて、缶体１０内に位置に応じて二次燃料Ｆ２の導入量や冷却用流体Ｇ０の導入量を増減させる。その結果、缶体１０内での燃焼ガスの酸素濃度や燃焼温度が均一を図ることができ、ＮＯｘやＣＯなどの有害物質の発生量を低減させることができる。
【００６０】
第１実施形態に係るボイラ１にて、割合調整機構は、缶体１０の位置に応じて冷却用流体Ｇ０の供給量を調整する追加媒体調整機構を有する。そのため、冷却用流体Ｇ０の供給量を調整することで、缶体１０内での燃焼温度を容易に調整することができる。
【００６１】
第１実施形態に係るボイラ１にて、冷却ライン２６は、鉛直方向に分割された複数の部屋１０５、１０６、１０７を有し、追加媒体調整機構は、複数の部屋１０５、１０６，１０７ごとに缶体１０に供給する流路の抵抗を変化させて、缶体１０の位置に応じて冷却用流体Ｇ０の供給量を調整する。そして、冷却ライン２６は、鉛直方向の噴出部１０８、１０９、１１０が部屋１０５、１０６、１０７のそれぞれに配置され、噴出部１０８、１０９、１１０から缶体１０に二次燃料Ｆ２を供給する。具体的に、高さ方向における中央部の部屋１０６へ供給する冷却用流体Ｇ０の供給量を増加している。そのため、複数の部屋１０５、１０６，１０７に供給する冷却用流体Ｇ０に対して異なる抵抗を付与して缶体１０内への冷却用流体Ｇ０の導入量を調整することで、流量制御を不要とすることができる。
【００６２】
第１実施形態に係るボイラ１にて、二次燃料供給部２４は、噴出部１０８、１０９、１１０が部屋１０５、１０６、１０７の大きさに比例した割合で配置される。具体的に、高さ方向の中央部の部屋１０６の高さを最も高くし、この中央部の部屋１０６の噴出部１０９の高さ（円形の場合は、直径）を最も大きくすることが好ましい。すなわち、噴出部１０８、１０９、１１０が高さ方向で一定間隔に設けられていること、部屋１０５、１０６、１０７の幅が同じ寸法であることを前提に、部屋１０５、１０６、１０７の高さに比例した噴出部１０８、１０９、１１０の数が部屋１０５、１０６、１０７に配置される。そのため、各部屋１０５、１０６、１０７に対して二次燃料Ｆ２の供給量を一定として冷却用流体Ｇ０の供給量を調整することで、缶体１０内での燃焼温度を高精度に調整することができる。
【００６３】
第１実施形態に係るボイラ１にて、追加媒体調整機構は、缶体１０の壁面に対して、缶体１０と接続する噴出部１０８、１０９、１１０の開口の割合を鉛直方向に位置に応じて変化させる構造である。そのため、構造の簡素化を図ることができる。
【００６４】
第１実施形態に係るボイラ１にて、追加媒体供給部は、鉛直方向において、中央の流量が端部の流量よりも大きい。そのため、缶体１０内の鉛直方向における燃焼温度を均一に調整することができる。
【００６５】
第１実施形態に係るボイラ１にて、冷却用流体Ｇ０として缶体１０から排出された排ガスを適用する。そのため、別途冷却用流体を設ける必要がない。
【００６６】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。図７は、第２実施形態に係るボイラにおける缶体内への混合ガスの噴出部を表す概略図である。なお、第２実施形態の基本的な構成は、上述した第１実施形態と同様であり、図２を用いて説明し、第１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。
【００６７】
図２に示すように、第２実施形態に係るボイラ１は、缶体１０と、送風機１２と、ダクト１４と、バーナ１６と、排気筒１８と、燃料供給部２０と、一次燃料供給部２２と、二次燃料供給部２４と、冷却ライン２６と、流量調整部２８と、制御装置３０とを有する。
【００６８】
第２実施形態では、図７に示すように、冷却ライン２６は、下流側の端部中空形状をなす箱体１２１が設けられる。箱体１２１は、内部が鉛直方向に分割された複数（本実施形態では、３つ）の部屋１２２、１２３、１２４に区画される。各部屋１２２、１２３、１２４の容積、つまり、高さと幅が同じになっている。追加媒体調整機構（割合調整機構）は、複数の部屋１２２、１２３、１２４ごとに、この部屋１２２、１２３、１２４に供給する流路の抵抗を変化させて、缶体１０の高さ方向における位置に応じて、冷却用流体Ｇ０の供給量を調整する。また、二次燃料調整機構（割合調整機構）は、複数の部屋１２２、１２３、１２４ごとに、この部屋１２２、１２３、１２４に供給する流路の抵抗を変化させて、缶体１０の高さ方向における位置に応じて、二次燃料Ｆ２の供給量を調整する。
【００６９】
なお、本実施形態にて、部屋１２２、１２３、１２４の容積（高さと幅）を同じ寸法としたが、缶体１０内に配置するバーナ１６の位置に応じて、中央部の部屋１２３の高さを高くするようにしてもよい。また、図示しないが、第１実施形態と同様に、部屋１２２、１２３、１２４には、１つまたは複数の噴出部がそれぞれ設けられている。そして、部屋１２２、１２３、１２４の各噴出部の開口面積は、部屋１２２、１２３、１２４の容積に応じて設定される。すなわち、噴出部が高さ方向で一定間隔に設けられていること、部屋１０５、１０６、１０７の幅が同じ寸法であることを前提に、部屋１２２、１２３、１２４の高さに比例した噴出部の数が部屋１２２、１２３、１２４に配置される。
【００７０】
追加媒体調整機構は、部屋１２２、１２３、１２４の上流側に配置され、部屋１２２、１２３、１２４に連結する冷却ライン２６に配置された流路抵抗である。すなわち、冷却ライン２６は、下流側の端部に３つの冷却分岐ライン１３１、１３２，１３３が接続され、各冷却分岐ライン１３１、１３２、１３３は、各部屋１２２、１２３、１２４に接続される。各冷却分岐ライン１３１、１３２、１３３は、流路抵抗としての流量調整弁１３４、１３５、１３６が設けられる。
【００７１】
また、割合調整機構は、缶体１０の位置に応じて、二次燃料Ｆ２の供給量を調整する二次燃料調整機構を有し、二次燃料調整機構により二次燃料Ｆ２の供給量を缶体１０の位置に応じて変化させる。すなわち、二次燃料供給ライン７４は、下流側の端部に３つの二次燃料分岐供給ライン１４１、１４２、１４３が接続され、各二次燃料分岐供給ライン１４１、１４２、１４３は、各部屋１２２、１２３、１２４に接続される。各二次燃料分岐供給ライン１４１、１４２、１４３は、流路抵抗としての流量調整弁１４４、１４５、１４６が設けられる。
【００７２】
そのため、冷却ライン２６を流れる冷却用流体Ｇ０は、冷却分岐ライン１３１、１３２、１３３を介して部屋１２２、１２３、１２４に分配される。また、二次燃料供給ライン７０，７４を流れる二次燃料Ｆ２は、二次燃料分岐供給ライン１４１、１４２、１４３を介して部屋１２２、１２３、１２４に分配される。このとき、流量調整弁１３４、１３５、１３６の開度を調整することで、各部屋１２２、１２３、１２４に流れる冷却用流体Ｇ０の流量が調整される。また、流量調整弁１４４、１４５、１４６の開度を調整することで、各部屋１２２、１２３、１２４に流れる二次燃料Ｆ２の流量が調整される。具体的に、部屋１２２、１２３、１２４に供給する二次燃料Ｆ２の流量を同じにした上で、上部及び下部の部屋１２２、１２４へ供給する冷却用流体Ｇ０の供給量に対して、高さ方向における中央部の部屋１２３へ供給する冷却用流体Ｇ０の供給量を増加している。なお、上部及び下部の部屋１２２、１２４へ供給する冷却用流体Ｇ０の供給量は同じである。
【００７３】
すると、各部屋１２２、１２３、１２４から缶体１０内に導入された二次燃料Ｆ２と冷却用流体Ｇ０との混合ガスＦ２Ａは、缶体１０内の燃焼ガスに接触することで燃焼する。このとき、缶体１０内に供給する二次燃料Ｆ２および冷却用流体Ｇ０の流量を調整することで、部屋１２２、１２３、１２４に供給する二次燃料Ｆ２の流量を同じにした上で、上部及び下部の部屋１２２、１２４へ供給する冷却用流体Ｇ０の供給量に対して、高さ方向における中央部の部屋１２３へ供給する冷却用流体Ｇ０の供給量を増加する。なお、上部及び下部の部屋１２２、１２４へ供給する冷却用流体Ｇ０の供給量は同じである。すると、一次燃焼ガスの流速分布や酸素濃度分布を鉛直方向で均一にすることができる。また、缶体１０内に供給する冷却用流体Ｇ０の流量を調整することで、燃焼ガスの温度分布を鉛直方向で均一にすることができる。
【００７４】
第２実施形態に係るボイラ１にて、追加媒体調整機構を流量調整弁１３４、１３５、１３６とし、部屋１２２、１２３、１２４の上流側に配置し、部屋１２２、１２３、１２４に連結する冷却ライン２６（冷却分岐ライン１３１、１３２，１３３）に配置された流路抵抗としている。そのため、各部屋１２２、１２３、１２４に供給する冷却用流体Ｇ０の流量を容易に、且つ、高精度に調整することができる。
【００７５】
第２実施形態に係るボイラ１にて、割合調整機構は、缶体１０の位置に応じて、二次燃料Ｆ２の供給量を調整する二次燃料調整機構としての流量調整弁１４４、１４５、１４６を有し、流量調整弁１４４、１４５、１４６により二次燃料Ｆ２の供給量を缶体１０の位置に応じて変化させている。そのため、流量調整弁１４４、１４５、１４６により缶体１０内に供給する二次燃料Ｆ２の流量を調整することで、一次燃焼ガスの流速分布や酸素濃度分布を均一にすることができる。また、各部屋１２２、１２３、１２４に供給する二次燃料Ｆ２の流量を容易に、且つ、高精度に調整することができる。
【００７６】
なお、上述した実施形態では、冷却ライン２６を二次燃料供給ライン７０に接続したが、接続位置はここに限るものではない。例えば、冷却ライン２６を缶体１０に直接接続してもよい。すなわち、二次燃料Ｆ２と冷却用流体Ｇ０は、混合されずに別々に缶体１０内に供給されることとなる。この場合、冷却ライン２６は、二次燃料供給部２４の二次燃料供給ライン７０、７４よりも燃焼ガスの流れの上流側で、缶体１０に接続されることが好ましい。すなわち、冷却ライン２６は、図示しない着火手段と二次燃料供給部２４との間の位置に接続される。従って、この場合、二次燃料供給部２４は、燃焼ガスの流れ方向において冷却ライン２６よりも下流側の缶体１０内に、二次燃料Ｆ２を供給するといえる。このように、二次燃料Ｆ２を冷却用流体Ｇ０よりも下流側に供給することで、燃焼ガスを冷却し、かつ、二次燃料Ｆ２との反応を緩慢して温度上昇を抑えることができる。また、冷却用流体Ｇ０を二次燃料Ｆ２より上流側に供給することで、冷却用流体Ｇ０によって、一次燃料Ｆ１による燃焼ガスの火炎が下流側に向かうことを遮断することができる。これにより、燃焼ガスの火炎が二次燃料Ｆ２に接触することを抑制し、二次燃料Ｆ２が火炎で燃焼することによる温度上昇を抑えることもできる。
【００７７】
また、上述した実施形態では、割合調整機構により二次燃料Ｆ２と冷却用流体Ｇ０との割合を缶体１０内における鉛直方向の位置に応じて変化させるものとしたが、この構成に限定されるものではない。割合調整機構により二次燃料Ｆ２と冷却用流体Ｇ０との割合を缶体１０内における水平方向の位置に応じて変化させるものとしてもよい。
【００７８】
また、本発明のボイラは、上述した実施形態で説明した缶体１０、バーナ１６、水管５１、５２、５３の位置や形状などに限定されるものではなく、ボイラの形態に合わせて適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１…ボイラ、１０…缶体、１２…送風機、１２Ａ…、減圧部材、１２Ｂ…エア差圧センサ、１４…ダクト、１６…バーナ、１８…排気筒、２０…燃料供給部、２２…一次燃料供給部、２４…二次燃料供給部、２６…冷却ライン、２８…流量調整部、３０…制御装置、４０…本体部、５１、５２、５３…水管、５４…連結壁、６０…燃料供給ライン、６２…一次燃料調整弁、７０、７４…二次燃料供給ライン、７２…二次燃料調整弁、８０…制御部、８４…空気制御部、８６…一次燃料制御部、８８…二次燃料制御部、９０…流量制御部、１０１、１２１…箱体、１０２…本体、１０３…先細部、１０４…仕切壁、１０５、１０６、１０７、１２２、１２３、１２４…部屋、１０８、１０９、１１０、１１１，１１２，１１３…噴出部、１３１、１３２，１３３…冷却分岐ライン、１３４、１３５、１３６、１４４、１４５、１４６…流量調整弁、１４１、１４２、１４３…二次燃料分岐供給ライン、Ａ…空気、Ｆ１…一次燃料、Ｆ２…二次燃料、Ｆ１Ａ、Ｆ２Ａ…混合ガス、Ｇ０…冷却用流体、Ｓ…燃焼促進空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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