(57)【要約】  本発明は、アフタエアポートからの燃焼用空気の供給によって火炉内部で未燃ガスが燃焼する際に生じる火炎温度の上昇を確実に抑制し、燃焼時に発生するサーマルＮＯｘの濃度を低減する信頼性の高い微粉炭焚きボイラを提供する。  本発明の微粉炭焚きボイラ（１００）は、火炉（１）と、この火炉の壁面に設けられて燃料の微粉炭を火炉内に供給して燃焼させるバーナ（２）と、バーナの設置位置より下流側の火炉の壁面に設けられて燃焼用空気を火炉の内部に供給するアフタエアポート（３、６１）を備えた微粉炭焚きボイラにおいて、水又は蒸気、水と蒸気の二流体を火炉の内部に供給する噴霧ノズル（６）をアフタエアポート（３、６０）の燃焼用空気の噴出口の近傍に設けて、アフタエアポートから供給される燃焼用空気と共に噴霧ノズルから水又は蒸気、水と蒸気の二流体を火炉の内部に供給するように構成した。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炉と、この火炉の壁面に設けられて燃料の微粉炭を火炉内に供給して燃焼させるバーナと、バーナの設置位置より下流側の火炉の壁面に設けられて燃焼用空気を火炉の内部に供給するアフタエアポートを備えた微粉炭焚きボイラにおいて、水又は蒸気、又は水と蒸気の二流体を火炉の内部に供給する噴霧ノズルをアフタエアポートの燃焼用空気の噴出口の近傍に設けて、アフタエアポートから供給される燃焼用空気と共に噴霧ノズルから水又は蒸気、又は水と蒸気の二流体を火炉の内部に供給するように構成したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項２】
請求項１に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記アフタエアポートを前記火炉内の燃焼ガスの流れ方向に複数設置し、前記複数設置したアフタエアポートのうち、前記火炉内の燃焼ガスの流れ方向の上流側に設置したアフタエアポートから水又は蒸気、水と蒸気の二流体を火炉の内部に供給するように構成したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項３】
請求項２に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記複数設置したアフタエアポートのうち、前記火炉内の燃焼ガスの流れ方向の上流側に設置したアフタエアポートから供給する燃焼用空気は、燃焼ガスの流れ方向の下流側に設置したアフタエアポートから供給する燃焼用空気に比べて空気量を少なくして供給するように構成したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、前記水又は蒸気、又は水と蒸気の二流体を火炉の内部に供給するアフタエアポートは、その内部に燃焼用空気を直進流として噴出する直進流の流路と、この直進流の流路の外周側に設置されて燃焼用空気を旋回流として噴出する旋回流の流路とを備え、前記水又は蒸気、又は水と蒸気の二流体を前記旋回流の流路から噴出させるように構成したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の微粉炭焚きボイラにおいて、微粉炭焚きボイラから排出される排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出器を設置し、このＮＯｘ濃度検出器のＮＯｘ濃度に基づいて噴霧ノズルから火炉の内部に供給する水又は蒸気、水と蒸気の二流体の流量を制御する制御装置を設置したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の微粉炭焚きボイラにおいて、微粉炭焚きボイラの負荷に基づいて噴霧ノズルから火炉の内部に供給する水又は蒸気、又は水と蒸気の二流体の流量を制御する制御装置を設置したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項７】
請求項１に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、水又は蒸気、又は水と蒸気の二流体を火炉の内部に供給する噴霧ノズルの噴出口はアフタエアポートの噴出口から噴出する燃焼用空気の噴流の上流側に位置するように配設したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項８】
火炉と、この火炉の壁面に設けられて燃料の微粉炭を火炉内に供給して燃焼させるバーナと、バーナの設置位置より下流側の火炉の壁面に設けられて燃焼用空気を火炉の内部に供給するアフタエアポートを有するウインドボックスと、このウインドボックスに外部から燃焼用空気を導くダクト配管を備えた微粉炭焚きボイラにおいて、水又は蒸気、又は水と蒸気の二流体を供給する噴霧ノズルをウインドボックスの内部又はダクト配管の内部に設け、この噴霧ノズルからウインドボックスの内部又はダクト配管の内部に噴霧した水又は蒸気、又は水と蒸気の二流体をウインドボックスに備えたアフタエアポートの噴出口から燃焼用空気と共に火炉の内部に供給するように構成したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項９】
請求項８に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、微粉炭焚きボイラから排出される排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出器を設置し、このＮＯｘ濃度検出器のＮＯｘ濃度に基づいて噴霧ノズルから火炉の内部に供給する水又は蒸気、又は水と蒸気の二流体の流量を制御する制御装置を設置したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項１０】
請求項８に記載の微粉炭焚きボイラにおいて、微粉炭焚きボイラの負荷に基づいて噴霧ノズルから火炉の内部に供給する水又は蒸気、又は水と蒸気の二流体の流量を制御する制御装置を設置したことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料として微粉炭を使用する微粉炭焚きボイラに係り、特にサーマル窒素酸化物の生成を抑制する微粉炭焚きボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
微粉炭焚きボイラでは燃料の微粉炭を燃焼させる際に発生するＮＯｘ濃度の抑制が求められるため二段燃焼法が主流となっている。【０００３】
二段燃焼法とは、例えば特開平６−２０１１０５号公報に開示されているように、微粉炭焚きボイラの火炉に微粉炭バーナと、このバーナの下流にアフタエアポートが夫々設けられ、バーナからは燃料の微粉炭と燃焼用空気が供給され、アフタエアポートからは燃焼用空気が供給される構成の微粉炭焚きボイラに適用されている。【０００４】
即ち、バーナ部での燃焼では、燃料の微粉炭を完全燃焼させるために必要な理論空気比以下となる量の燃焼用空気を微粉炭と共に燃料ガスとしてバーナから供給し、火炉の内部で空気不足の状態で燃料ガス中の微粉炭を燃焼させて還元雰囲気とし、燃焼時に発生するＮＯｘを窒素に還元してＮＯｘ生成を抑える。【０００５】
この還元雰囲気では酸素不足によってバーナから火炉に供給された燃料ガス中の微粉炭に未燃分が残り、ＣＯ（一酸化炭素）が発生する。そこで、この還元雰囲気で発生した未燃分の微粉炭及びＣＯを完全燃焼させるため、バーナの下流に位置するアフタエアポートから、理論空気比の不足分となる空気量より若干多めの燃焼用空気を火炉内に供給して未燃分の微粉炭及びＣＯを燃焼し、ＮＯｘ及びＣＯの生成を低減させるようにした燃焼法である。【０００６】
そして、燃料の微粉炭を燃焼した燃焼ガスが火炉内を流下するようにし、この流下する燃焼ガスと火炉に設置された熱交換器（図示せず）とが熱交換して燃焼ガスから熱量を取り出し、低温となった燃焼ガスを火炉から排ガスとして微粉炭焚きボイラの外部に排出する。【０００７】
ところでボイラで生成するＮＯｘはフューエルＮＯｘとサーマルＮＯｘに大別される。フューエルＮＯｘは燃料である石炭に含まれる窒素化合物が酸化することで生成する。このフューエルＮＯｘはバーナでの燃焼技術の改善により大幅に低減されている。一方、サーマルＮＯｘは空気中に含まれる窒素が高温下で酸化することで生成する。【０００８】
近年、フューエルＮＯｘの低減によりこのサーマルＮＯｘの生成量も無視できなくなっており、さらなるＮＯｘ低減を実現するにはサーマルＮＯｘの低減が必須となってきている。【０００９】
特開２００３−３２２３１０号公報には、このサーマルＮＯｘの低減を目的として最上段のバーナより上方で且つ熱交換器の二次過熱器より下方の燃焼温度が高くて熱負荷の高くなる火炉中央部に火炉壁面から駆動装置を備えた抜き差し自在の噴霧ノズルを挿入して、この噴霧ノズルから前記した火炉中央部に水又は蒸気を噴霧して燃焼ガスの火炎温度を低下させる技術が開示されている。【００１０】
【特許文献１】特開平６−２０１１０５号公報
【特許文献２】特開２００３−３２２３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特開２００３−３２２３１０号公報に開示された技術では、火炉壁面に設置した抜き差し自在の噴霧ノズルから燃焼温度が高くて熱負荷の高くなる火炉中央部に水又は蒸気を噴霧して火炎温度を低下させようとしているが、このような構造の噴霧ノズルを火炉壁面に設置する方式では火炉内部のサーマルＮＯｘが生成する火炎温度が高い領域はボイラの負荷によって変動するので、この火炎温度が高い領域に水又は蒸気を確実に噴霧して火炎温度を低下させることは火炉壁面に多数の噴霧ノズルを設置しない限り困難であり、よってサーマルＮＯｘを十分に低減させることは困難である。【００１２】
また、水又は蒸気を供給する噴霧ノズルを抜き差し自在とするための駆動装置を噴霧ノズルに備えさせる必要があり、噴霧ノズルの構造が複雑となるので機器のメンテナンスなどコストアップとなる。更に、火炉の内部への噴霧ノズルの長時間の挿入は、噴霧ノズルへの灰付着や、高温の燃焼ガスとの接触による構造材の変形などで噴霧ノズルとして長期間の使用に耐えられるのか信頼性に懸念が残る。【００１３】
本発明の目的は、アフタエアポートからの燃焼用空気の供給によって火炉内部で未燃ガスが燃焼する際に生じる火炎温度の上昇を確実に抑制し、燃焼時に発生するサーマルＮＯｘの濃度を低減する信頼性の高い微粉炭焚きボイラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の微粉炭焚きボイラは、火炉と、この火炉の壁面に設けられて燃料の微粉炭を火炉内に供給して燃焼させるバーナと、バーナの設置位置より下流側の火炉の壁面に設けられて燃焼用空気を火炉の内部に供給するアフタエアポートを備えた微粉炭焚きボイラにおいて、水又は蒸気を火炉の内部に供給する噴霧ノズルをアフタエアポートの燃焼用空気の噴出口の近傍に設けて、アフタエアポートから供給される燃焼用空気と共に噴霧ノズルから水又は蒸気、又は水と蒸気の二流体を火炉の内部に供給するように構成したことを特徴とする。【００１５】
また、本発明の微粉炭焚きボイラは、火炉と、この火炉の壁面に設けられて燃料の微粉炭を火炉内に供給して燃焼させるバーナと、バーナの設置位置より下流側の火炉の壁面に設けられて燃焼用空気を火炉の内部に供給するアフタエアポートを備えた微粉炭焚きボイラにおいて、前記アフタエアポートを前記火炉内の燃焼ガスの流れ方向に複数設置し、前記複数設置したアフタエアポートのうち、前記火炉内の燃焼ガスの流れ方向の上流側に設置したアフタエアポートから水又は蒸気、又は水と蒸気の二流体を火炉の内部に供給するように構成したことを特徴とする。【００１６】
また、本発明の微粉炭焚きボイラは、前記複数設置したアフタエアポートのうち、前記火炉内の燃焼ガスの流れ方向の上流側に設置したアフタエアポートから供給する燃焼用空気は、燃焼ガスの流れ方向の下流側に設置したアフタエアポートから供給する燃焼用空気に比べて空気量を少なくして供給するように構成したことを特徴とする。【００１７】
また、本発明の微粉炭焚きボイラは、前記水又は蒸気、水と蒸気の二流体を火炉の内部に供給するアフタエアポートは、その内部に燃焼用空気を直進流として噴出する直進流の流路と、この直進流の流路の外周側に設置されて燃焼用空気を旋回流として噴出する旋回流の流路とを備え、前記水又は蒸気、又は水と蒸気の二流体を前記旋回流の流路から噴出させるように構成したことを特徴とする。【００１８】
また、本発明の微粉炭焚きボイラは、火炉と、この火炉の壁面に設けられて燃料の微粉炭を火炉内に供給して燃焼させるバーナと、バーナの設置位置より下流側の火炉の壁面に設けられて燃焼用空気を火炉の内部に供給するアフタエアポートを有するウインドボックスと、このウインドボックスに外部から燃焼用空気を導くダクト配管を備えた微粉炭焚きボイラにおいて、水又は蒸気を供給する噴霧ノズルをウインドボックスの内部又はダクト配管の内部に設け、この噴霧ノズルからウインドボックスの内部又はダクト配管の内部に噴霧した水又は蒸気、又は水と蒸気の二流体をウインドボックスに備えたアフタエアポートの噴出口から燃焼用空気と共に火炉の内部に供給するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、アフタエアポートからの燃焼用空気の供給によって火炉内部で未燃ガスが燃焼する際に生じる火炎温度の上昇を確実に抑制し、燃焼時に発生するサーマルＮＯｘの濃度を低減する信頼性の高い微粉炭焚きボイラを実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラについて図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は本発明の一実施例である燃料の微粉炭を燃焼させる微粉炭焚きボイラであり、バーナ２と、水を噴霧する噴霧ノズル６を有して燃焼用空気を供給するアフタエアポート３とを火炉１の壁面に備えた微粉炭焚きボイラ１００の構成のボイラ系統図を示している。【００２２】
図１の実施例の微粉炭焚きボイラ１００ではアフタエアポート３に一流体ノズルの噴霧ノズル６を配設した場合を示している。【００２３】
図１において、微粉炭焚きボイラ１００は火炉１を有し、火炉１の壁面には燃料の微粉炭と、燃焼用空気をこの微粉炭と混合して燃料ガスとして供給する複数のバーナ２が備えられている。【００２４】
バーナ２では燃焼用空気を燃料の微粉炭が完全燃焼するために必要な理論空気比以下となる量の空気量を微粉炭と共に火炉１の内部に燃料ガスとして供給して、火炉の内部で空気不足の状態で燃料ガスを燃焼させて還元雰囲気とし、燃料ガスの燃焼時に発生するＮＯｘを窒素に還元してＮＯｘ生成を抑えている。【００２５】
バーナ２が設置された位置より下流側となる位置の火炉１の壁面には複数のアフタエアポート３が備えられている。【００２６】
還元雰囲気で酸素不足によってバーナ２から火炉１の内部に供給された燃料ガスのうち、この還元雰囲気で燃焼しなかった未燃ガス１０ａ及び発生したＣＯを完全燃焼させるために、アフタエアポート３からは理論空気比の不足分となる空気量より若干多めの燃焼用空気を火炉１の内部に供給して未燃ガス１０ａ中の微粉炭及びＣＯを燃焼させ、ＮＯｘ及びＣＯの生成を低減させている。【００２７】
微粉炭焚きボイラ１００の燃料となる石炭は複数設置された微粉炭製造装置７で微粉に粉砕されて微粉炭となって配管７ｂを通じてバーナ２に夫々供給され、ブロア１２からダクト配管４を通じて供給された燃焼用空気とこの微粉炭とを共にこのバーナ２から火炉１の内部に燃料ガスとして投入して燃焼させる。【００２８】
バーナ２から火炉１の内部に投入された燃料ガスのうち、未燃となった未燃ガス１０ａを燃焼させるための燃焼用空気は、ブロア１２によって外部から導いて熱交換器１３にて火炉１から排出される高温排ガス１１と熱交換させることによって約３００℃の高温空気とし、ダクト配管１４を通じてアフタエアポート３に燃焼用空気として供給する。【００２９】
熱交換された高温空気の一部は、ダクト配管１４の途中に設けたダンパ８によって流量配分を調整され、火炉１の壁面に設置されてバーナ２をその内部に収容するウインドボックス４に送給され、ウインドボックス４からバーナ２の外周空気として火炉１の内部に投入される。【００３０】
また高温空気の一部は、ダンパ９によって流量配分を調整され、火炉１の壁面に設置されてアフタエアポート３をその内部に収容するウインドボックス５に導入され、このウインドボックス５から前述したようにアフタエアポート３を通じて火炉１の内部に燃焼用空気として投入される。【００３１】
そして火炉１の内部で燃料の微粉炭が燃焼して生じた燃焼ガス１０は火炉１の内部を下流側に流下し、火炉１の外部に排ガス１１となって配管１４ｂを通じて排出される。配管１４ｂの途中には熱交換器１３が設置されており、排ガス１１は熱交換器１３にて燃焼用空気と熱交換した後に脱硝、脱硫（図示せず）の処理を行い、配管１４ｂが連通している煙突１５から大気へ放出される。【００３２】
火炉１の壁面に設置したアフタエアポート３の内部には噴霧ノズル６が設置されており、燃料ガスが燃焼する際に発生するサーマルＮＯｘの生成を抑制する冷却流体である水１８をポンプ１６から配管４２を通じて噴霧ノズル６に供給する。【００３３】
噴霧ノズル６から火炉１の内部に噴霧する冷却流体の水１８の流量は、火炉１から排ガス１１を外部に排出する配管１４ｂに配設されたＮＯｘ検出器５５によって検出される排ガス１１のＮＯｘ濃度に基づいて調節できるように構成されている。【００３４】
即ち、ＮＯｘ検出器５５で検出された排ガス１１のＮＯｘ濃度信号は制御装置５０に入力され、この制御装置５０では設定された所望のＮＯＸ設定値とＮＯｘ濃度信号とを比較して排ガス１１のＮＯｘ濃度が所望の設定値を維持するように火炉１の内部に噴霧ノズル６から噴霧すべき冷却流体の流量指令信号を演算し、制御装置５０からこの指令信号を冷却流体の水１８を噴霧ノズル６に供給する配管４２に設けた流量調整用のバルブ１７に出力するように構成されている。【００３５】
そしてＮＯｘ検出器５５で検出した排ガス１１のＮＯｘ値が所望の設定値より高い場合は、制御装置５０で演算した流量指令信号を受けてバルブ１７の開度を開けて噴霧ノズル６から噴霧する冷却流体の水１８の流量を増大し、火炎温度の上昇を抑えてＮＯｘを低減する。【００３６】
また、ＮＯｘ検出器５５で検出した排ガス１１のＮＯｘ値が所望の設定値より低い場合は、制御装置５０で演算した流量指令信号を受けてバルブ１７の開度を操作して冷却流体の水１８の流量を少なくする、もしくは供給を停止することで噴霧ノズル６から噴霧する噴霧水量を適正化し、効率の良い運転を行う。【００３７】
また、排ガス１１のＮＯｘ濃度に対応させるだけでなく、微粉炭焚きボイラ１００の負荷に応じて噴霧ノズル６から火炉１の内部に噴霧する冷却流体の水１８の流量を制御するようにしても良い。【００３８】
この場合、微粉炭焚きボイラ１００の負荷は、制御室から指示されるボイラ負荷信号に基づいて噴霧ノズル６から火炉１の内部に噴霧する冷却流体の水１８の流量を調節できるように構成する。【００３９】
即ち、制御室から指示されるボイラ負荷信号は制御装置５０に入力され、この制御装置５０ではボイラ負荷に対応して火炉１の内部に噴霧ノズル６から噴霧すべき冷却流体の流量指令信号を演算し、制御装置５０からこの指令信号を冷却流体を噴霧ノズル６供給する配管４２に設けた流量調整用のバルブ１７に出力して冷却流体の流量を調節するように成されている。【００４０】
そして、微粉炭焚きボイラ１００の負荷が低負荷時は冷却流体の水１８の流量を低流量に、高負荷時には水１８の流量を高流量となるようにバルブ１７の開度を操作して噴霧ノズル６から噴霧する水１８の流量を調節することで噴霧する冷却流体の流量を適正化しさらに高効率の運転が可能となる。【００４１】
噴霧ノズル６から噴霧すべき冷却流体の流量指令信号を演算し、流量調整用のバルブ１７に弁開度の指令信号を出力して冷却流体の流量を調節する制御装置５０の構成を説明すると、図１５に制御装置５０のブロック図を示したように、制御装置５０にはボイラ負荷信号及び、ＮＯｘ検出器５５で検出した排ガス１１のＮＯｘ検出値が入力される噴霧流量演算器５３を備えている。【００４２】
制御装置５０にはボイラの運転負荷を設定するボイラ負荷設定器５１及びＮＯｘ濃度を設定するＮＯｘ濃度設定器５２も備えられている。【００４３】
そして、制御装置５０の噴霧流量演算器５３では、ボイラ負荷信号とボイラ負荷設定器５１の負荷設定値（しきい値）とを比較し、検出値が設定値を超えた場合に噴霧流量演算器５２から設定値と検出値との差に対応した冷却流体の水１８の噴霧量を演算して、この噴霧量に対応したバルブ１７の開度を指令信号としてバルブ１７に出力して噴霧ノズル６から火炉１の内部に噴霧する水１８の流量を調節するように構成されている。【００４４】
同様に、制御装置５０の噴霧流量演算器５３では、ＮＯｘ検出器５５で検出した排ガス１１のＮＯｘ検出信号とＮＯｘ濃度設定器５２のＮＯｘ設定値（しきい値）とを比較し、検出値が設定値を超えた場合に噴霧流量演算器５３から設定値と検出値との差に対応した冷却流体の水１８の噴霧量を演算して、この噴霧量に対応したバルブ１７の開度を指令信号としてバルブ１７に出力して噴霧ノズル６から火炉１の内部に噴霧する水１８の流量を調節するように構成されている。【００４５】
この制御装置５０によって操作され噴霧する水１８の流量を調節するバルブ１７の開度操作状況を説明すると、図１６は冷却流体を調整するバルブを制御する特性図を示すものであり、図１６の（Ａ）の縦軸は排ガス１１のＮＯｘ検出濃度を、横軸はバルブ１７の開度を、破線は設定値を、実線はＮＯｘ検出濃度に対するバルブ１７の開度の特性を夫々示している。【００４６】
また、図１６の（Ｂ）の縦軸はボイラ負荷を、横軸はバルブ１７の開度を、破線は設定値を、実線はボイラ負荷に対するバルブ１７の開度の特性を夫々示している。【００４７】
図１６の（Ａ）の特性図から理解できるように、制御装置５０による制御によって排ガス１１のＮＯｘ検出濃度の検出値が設定値（たとえばＮＯｘ排出規制値）以下の場合はバルブ１７の開度を０（閉止）とし、噴霧ノズル６から水の噴霧は行わない。ＮＯｘ検出濃度の検出値が設定値より増大した場合は設定値との差に応じて演算した噴霧量に対応したバルブ１７の開度に基づいてバルブ１７を開けて噴霧ノズル６から水を噴霧する制御を行う。図ではＮＯｘ濃度とバルブ１７の開度は比例関係となっているが、この限りでない。【００４８】
同様に図１６の（Ｂ）の特性図から理解できるように、制御装置５０による制御によってボイラ負荷が低負荷時にはＮＯｘ排出量が元々少ないためバルブ１７の開度を０（閉止）とし、噴霧ノズル６から水の噴霧は行わない。ボイラ負荷が上昇して定格負荷に近づくにつれてＮＯｘ排出量も増大するため、ボイラ負荷の増加に伴い設定値との差に応じて演算した噴霧量に対応したバルブ１７の開度に基づいてバルブ１７を開けて噴霧ノズル６から水を噴霧する制御を行う。図ではＮＯｘ濃度とバルブ１７の開度は比例関係となっているが、この限りでない。【００４９】
また、ボイラ負荷が高負荷時でも排ガスのＮＯｘ濃度が図１６の（Ａ）の設定値（排出基準値）以下であれば、噴霧ノズル６から更に水を噴霧させてＮＯｘを必要以上に低減させる必要はない。【００５０】
よって制御装置５０による制御によってボイラ負荷が高負荷（定格近傍）で、且つ排ガスのＮＯｘ濃度が高い場合に、噴霧ノズル６から水を噴霧するようにすれば、ボイラの高効率運転が可能となる。【００５１】
次に、本発明の一実施例の微粉炭焚きボイラに適用されるアフタエアポート３について詳細に説明する。【００５２】
図２は図１に示した本発明の一実施例の微粉炭焚きボイラに適用される噴霧ノズルを備えたアフタエアポート３を拡大したアフタエアポートの部分構造図を示す。図２において、本実施例のアフタエアポート３には、一端がウインドボックス５に設置され、他端が火炉１の壁面に開口したアフタエアポート３の開口部３ａに面した円筒状の直進流路３０が備えられている。【００５３】
アフタエアポート３には、この直進流路３０の外周側に円錐台状の旋回流路３１が備えられており、旋回流路３１の端部は火炉１の壁面と接続してアフタエアポート３の開口部３ａの外縁を形成している。【００５４】
そして、燃焼用空気の一部である直進流３５は直進流路３０の胴部に形成した穴部から直進流路３０の内部に導かれ、この直進流路３０の先端の開口から火炉１の内部に供給される。【００５５】
また、燃焼用空気の一部である旋回流３６は直進流路３０の外周側に設置された円錐台状の旋回流路３１に設けたレジスタ３２で旋回強度を調整されて旋回流路３１の先端の開口から火炉１の内部に供給される。【００５６】
直進流路３０の胴部に形成した穴部の外側には可動式のダンパ３３が配設され、旋回流路３１の上流側にも可動式のダンパ３４が配設されており、これらのダンパ３３、３４を稼動させることにより直進流路３０及び旋回流路３１を流下する燃焼用空気の流量配分を調整する。【００５７】
アフタエアポート３に備えられた円筒状の直進流路３０の先端の噴出口に噴霧ノズル６を設置している。そして、噴霧ノズル６の先端がアフタエアポート３の開口部３ａの近傍に位置するように直進流路３０の軸心に沿って噴霧ノズル６を配設し、冷却流体である水１８を噴霧ノズル６の先端からＮＯｘ生成を抑制するように火炉１の内部に噴霧する。【００５８】
噴霧ノズル６から冷却流体の水１８を火炉１の内部に噴霧することによるＮＯｘ生成の抑制作用を以下に説明する。【００５９】
アフタエアポート３の開口部３ａに面した火炉１の内部にはアフタエアポート３に備えられた直進流路３０及び旋回流路３１から夫々供給される燃焼用空気によって図２に示したように開口部３ａから火炉１の中心側に向かって広がる燃焼用空気の噴流４０が形成される。【００６０】
アフタエアポート３の開口部３ａを通じて直進流路３０及び旋回流路３１から火炉１の内部に供給された燃焼用空気の噴流４０は、火炉１の内部をバーナ２の位置から燃焼ガス１０と共に下流側のアフタエアポート３の位置に流下してくる未燃の微粉炭を含んだ未燃ガス１０ａと混合する混合領域４１を燃焼用空気の噴流４０の外側縁部に形成する。【００６１】
この混合領域４１では噴流４０として供給される燃焼用空気と未燃ガス１０ａとを混合することによって未燃ガス１０ａが燃焼し、形成される火炎の温度が上昇してサーマルＮＯｘが生成する。【００６２】
サーマルＮＯｘは燃焼時の火炎温度で一義的にその生成量が決まり、約１７００Ｋ以上で生成が始まる。サーマルＮＯｘの生成量は火炎温度の上昇に対して約２乗の感度であり、高温になるほど生成量も大幅に増大する
そこで、本実施例ではアフタエアポート３の開口部３ａの近傍に配設した噴霧ノズル６から配管４２を通じて導かれた冷却流体の水１８をこの混合領域４１と重なるような噴霧範囲１８ａに噴霧することによって、混合領域４１と重なる噴霧範囲１８ａに噴霧された水１８の持つ水の潜熱、顕熱によって混合領域４１で未燃ガス１０ａが燃焼する火炎の温度の熱を奪い火炎温度の上昇を抑制するので、最もサーマルＮＯｘが生成し易い混合領域４１でのサーマルＮＯｘの生成が減少できる。【００６３】
本実施例によれば、混合領域４１と重なる噴霧範囲１８ａに噴霧ノズル６から的確に水１８を噴霧できるので、混合領域４１にて燃焼する未燃ガス１０ａの火炎温度を約１６００Ｋ以下に、好ましくは約１６００Ｋ〜約１４００Ｋに抑制することが可能となり、よってボイラで生成されるサーマルＮＯｘの濃度を約１０〜３０％低減することが出来る。【００６４】
また、本実施例の噴霧ノズル６はアフタエアポート３の開口部３ａの近傍に配設されているので、噴霧ノズルへの灰付着や、高温の燃焼ガスとの接触による構造材の変形が回避でき、よって長期間の使用に耐えられる信頼性の高い噴霧ノズルを得ることが可能となる。【００６５】
ところで、噴霧ノズル６から火炉１の内部に形成される混合領域４１に向けて噴霧範囲１８ａに噴霧する冷却流体の水１８は、アフタエアポート３から供給される燃焼用空気の噴流４０の広がりと形状に合わせて未燃ガス１０ａと混合する混合領域４１と重なる噴霧範囲１８ａに的確に噴霧できるように、噴霧ノズル６が回転、及び軸方向の前後に移動できる構造としても良い。【００６６】
図３は図２のＡ−Ａ矢視図である噴霧ノズルを備えたアフタエアポート３の開口部３ａを示す。図３において、冷却流体の水１８を図２に示したアフタエアポート３の開口部３ａから供給される燃焼用空気の噴流４０と未燃ガス１０ａとの混合領域４１と重なる噴霧範囲１８ａの一形態として噴霧ノズル６から同心円状に広がるように噴霧する場合を示している。【００６７】
また、噴霧ノズル６の先端の形状を変えて図３に示した噴霧パターンと異なるような図４に示したような噴霧範囲１８ａの一形態として水１８をコーン状に噴霧するようにしても、ＮＯｘ生成部位である燃焼用空気の噴流４０と未燃ガス１０ａとの混合領域４１と重なる噴霧範囲１８ａに冷却流体の水１８の水分が供給できるので同様の効果が得られる。【００６８】
上記した本発明の実施例によれば、アフタエアポートからの燃焼用空気の供給で火炉内部で未燃ガスが燃焼する際に生じる火炎温度の上昇を確実に抑制し、燃焼時に発生するサーマルＮＯｘの濃度を低減する信頼性の高い微粉炭焚きボイラを実現することが出来る。
【実施例２】
【００６９】
次に図５及び図６には、図１に示した本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラに採用するアフタエアポートの他の構造である実施例の部分構造図を示す。【００７０】
図５は噴霧ノズルを備えたアフタエアポートの他の実施例の構造を、図６は図５のＢ−Ｂ矢視図を示しており、本実施例のアフタエアポート３が採用される微粉炭焚きボイラの構成は図１に示した実施例の微粉炭焚きボイラ１００と同じ構成であるので説明は省略する。【００７１】
また、図５及び図６に示す本実施例のアフタエアポート３の構造は、図２乃至図４に示したアフタエアポート３の実施例と基本構成は共通であるので共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。【００７２】
図５及び図６において、微粉炭焚きボイラに採用される噴霧ノズルを備えた本実施例のアフタエアポート３では、冷却流体の水１８を噴霧する噴霧ノズル６を直進流路３０の外周側となる旋回流路３１の開口部に複数個配置した構成である。そして噴霧ノズル６の先端がアフタエアポート３の開口部３ａの近傍に位置するように配設されているのは図２の実施例に示したアフタエアポート３の構成と同じである。【００７３】
そして本実施例のアフタエアポート３においても、アフタエアポート３からアフタエアポート３の開口部３ａに面した火炉１の内部に噴出する燃焼用空気の噴流４０と未燃ガス１０ａとが混合する混合領域４１に対して、噴霧ノズル６から冷却流体の水１８をこの混合領域４１と重なるような噴霧範囲１８ａにより的確に噴霧することが出来る。【００７４】
よって本実施例では、噴霧された水１８の持つ水の潜熱、顕熱によって混合領域４１で未燃ガス１０ａが燃焼する火炎の温度の熱を奪って火炎温度の上昇を約１６００Ｋ以下に、好ましくは約１６００Ｋ〜約１４００Ｋに抑制することが可能となり、よってボイラで生成されるサーマルＮＯｘの濃度を約１０〜３０％低減することが出来る。【００７５】
また、本実施例の噴霧ノズル６もアフタエアポート３の開口部３ａの近傍に配設されているので、噴霧ノズルへの灰付着や、高温の燃焼ガスとの接触による構造材の変形が回避でき、長期間の使用に耐えられる信頼性の高い噴霧ノズルを得ることが可能となる。また、噴霧ノズルを複数個配置していることから、一部の噴霧ノズルに目詰まりが発生してもその他の噴霧ノズルによって必要な冷却流体の噴霧は維持できるので、長期間の使用に耐えられる信頼性の高い噴霧ノズルを得ることが可能となる。
【実施例３】
【００７６】
次に図７及び図８には、図１に示した本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラに採用するアフタエアポートの更に他の実施例の部分構造図を示す。【００７７】
図７は噴霧ノズルを備えたアフタエアポートの更に他の実施例の構造を、図８は図７のＣ−Ｃ矢視図を示しており、本実施例のアフタエアポート３が採用される微粉炭焚きボイラの構成は図１に示した実施例の微粉炭焚きボイラ１００と同じ構成であるので説明は省略する。【００７８】
また、図７及び図８に示す本実施例のアフタエアポート３の構造は、図２乃至図４に示したアフタエアポート３の実施例と基本構成は共通であるので共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分について説明する。【００７９】
図７及び図８において、微粉炭焚きボイラに採用される本実施例の噴霧ノズルを備えたアフタエアポート３では、冷却流体の水１８を噴霧する噴霧ノズル６を直進流路３０の内側の開口部と、直進流路３０の外周側となる旋回流路３１の開口部に複数個、夫々配置した構成である。そして各噴霧ノズル６の先端がアフタエアポート３の開口部３ａの近傍に位置するように配設されているのは図２の実施例に示したアフタエアポート３の構成と同じである。【００８０】
そして本実施例のアフタエアポート３においても、アフタエアポート３からアフタエアポート３の開口部３ａに面した火炉１の内部に噴出する燃焼用空気の噴流４０と未燃ガス１０ａとが混合する混合領域４１に対して、複数の噴霧ノズル６から冷却流体の水１８をこの混合領域４１と重なるような噴霧範囲１８ａにより的確に、且つ均等に噴霧することが出来る。【００８１】
よって本実施例では、噴霧された水１８の持つ水の潜熱、顕熱によって混合領域４１で未燃ガス１０ａが燃焼する火炎の温度の熱を奪って火炎温度の上昇を約１６００Ｋ以下に、好ましくは約１６００Ｋ〜約１４００Ｋに、より確実に抑制することが可能となり、よってボイラで生成されるサーマルＮＯｘの濃度を約１０〜３０％低減することが出来る。【００８２】
また、本実施例の噴霧ノズル６もアフタエアポート３の開口部３ａの近傍に配設されているので、噴霧ノズルへの灰付着や、高温の燃焼ガスとの接触による構造材の変形が回避できる。また、噴霧ノズルを複数個配置していることから、一部の噴霧ノズルに目詰まりが発生してもその他の噴霧ノズルによって必要な冷却流体の噴霧は維持できるので、長期間の使用に耐えられる信頼性の高い噴霧ノズルを得ることが可能となる。
【実施例４】
【００８３】
次に図９及び図１０には、図１に示した本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラに採用するアフタエアポートの別の実施例の部分構造図を示す。【００８４】
図９及び図１０は噴霧ノズルを備えたアフタエアポートの別の実施例の構造を夫々示しており、本実施例のアフタエアポート３が採用される微粉炭焚きボイラの構成は図１に示した実施例の微粉炭焚きボイラ１００と同じ構成であるので説明は省略する。【００８５】
また、図９及び図１０に示す本実施例のアフタエアポート３の構造は、図５及び図６に夫々示したアフタエアポート３の各実施例と基本構成は共通であるので共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。【００８６】
図９及び図１０において、各実施例のアフタエアポート３に設置された冷却流体の水１８を噴霧する噴霧ノズル６は、噴霧ノズル６の先端の位置をアフタエアポート３の開口部３ａからウインドボックス５の壁面寄りに位置するように配置させて火炉１から遠ざけた構成であり、噴霧ノズル６の先端の位置はアフタエアポート３ａの開口部３ａよりも燃焼用空気の噴流４０の上流側となるアフタエアポート３ａの内部の位置に配置されている。【００８７】
本実施例によれば、アフタエアポート３の開口部３ａから火炉１の内部に供給される燃焼用空気の噴流４０の上流位置で噴霧ノズル６から冷却流体の水１８を噴霧して気化させ、アフタエアポート３から供給する燃焼用空気の噴流４０にさらに均一に水分を混合することで、アフタエアポートから供給する燃焼用空気の噴流４０自体に水分が添加するので、この噴流４０と未燃ガス１０ａとが混合する混合領域４１と重なる噴霧領域４１に水分をより確実に供給でき、火炎温度の上昇をより確実に抑制できるというメリットがある。【００８８】
また、本実施例のアフタエアポート３に設置された噴霧ノズル６は冷却流体として水１８を噴霧する一流体の噴霧ノズルを示したが、水１８と蒸気２０との冷却流体を噴霧する二流体の噴霧ノズルにも適用できるものである。【００８９】
尚、説明は省略したが、図９及び図１０に夫々示した本実施例のアフタエアポート３に設置された噴霧ノズル６による冷却流体の制御は、前述した各実施例と同様に制御装置５０によって冷却流体の流量を調節することにより行われる。【００９０】
上記した本発明の実施例によっても、アフタエアポートからの燃焼用空気の供給で火炉内部で未燃ガスが燃焼する際に生じる火炎温度の上昇を確実に抑制し、燃焼時に発生するサーマルＮＯｘの濃度を低減する信頼性の高い微粉炭焚きボイラを実現することが出来る。
【実施例５】
【００９１】
次に本発明の他の実施例である微粉炭焚きボイラについて図面を用いて説明する。【００９２】
図１１は燃料の微粉炭を燃焼させるバーナ２と、水と蒸気との双方を噴霧する噴霧ノズル６を有して燃焼用空気を供給するアフタエアポート３とを火炉１の壁面に備えた本発明の他の実施例である微粉炭焚きボイラ１００の構成を示すボイラ系統図である。【００９３】
本実施例の微粉炭焚きボイラの構成は図１に示した実施例の微粉炭焚きボイラ１００と基本構成は共通であるので説明は省略し、相違する部分についてのみ説明する。【００９４】
図１１において、本実施例の微粉炭焚きボイラ１００では、アフタエアポート３に備えられた噴霧ノズル６には水１８と蒸気２０との二流体を噴霧することが可能な二流体ノズルを採用している。【００９５】
水１８と蒸気２０との二流体を冷却流体として噴霧する噴霧ノズル６に水１８を供給する系統は、図１に示したものと同じ配管４２及びバルブ１７を備えた水の供給系統である。【００９６】
そして、二流体を噴霧する噴霧ノズル６に蒸気２０を供給する蒸気の系統系統は、発電所内で使用する蒸気の一部を導いて貯蔵して所定の圧力に設定する蒸気タンク２１と、この蒸気タンク２１に貯蔵された蒸気２０を噴霧ノズル６に供給する配管４３とを備えており、配管４３には供給する蒸気２０の蒸気量を調節するバルブ２２が設置されている。【００９７】
二流体の噴霧ノズル６から火炉１の内部に噴霧する蒸気２０の蒸気量を調節するバルブ２２の開度は制御装置５０によって制御されるが、水１８の噴霧量を調節するバルブ１７の開度の制御と同様に、制御装置５０ではＮＯｘ検出器５５で検出した排ガス１１のＮＯｘ排出濃度と、ボイラ負荷とに応じて噴霧流量演算器５３にてＮＯｘ濃度設定器５２及びボイラ負荷設定器５１の各設定値とを比較して供給が必要な蒸気２０の蒸気量を演算し、この蒸気量に対応したバルブ２２の開度を開度信号として制御装置５０の噴霧流量演算器５３からバルブ２２に指令として噴霧ノズル６から必要量の蒸気２０の噴霧を行なっている。【００９８】
尚、二流体の噴霧ノズル６から火炉１の内部に噴霧する蒸気２０の噴霧状況は、図２乃至図４の噴霧ノズル６で示した混合領域４１に重ねられる噴霧範囲１８ａと同様のものである。【００９９】
また、制御装置５０によるバルブ２２の弁開度の制御は図１６の（Ａ）及び図１６の（Ｂ）に示した制御装置５０によるバルブ１７の弁開度の制御に準じたものとなる。【０１００】
本実施例では上記のように構成しているので、水１８と蒸気２０との二流体を噴霧する噴霧ノズル６から噴霧される蒸気２０の流量が噴霧される水１８の流量変化に追随させることができる。【０１０１】
したがって本実施例の二流体ノズルの噴霧ノズル６を用いることで、火炉１の内部に噴霧される冷却流体の液滴がより微細になり、水分の蒸発が促進されるので、すばやく火炎温度の上昇を抑制できるというメリットがある。【０１０２】
上記した本発明の実施例によっても、アフタエアポートからの燃焼用空気の供給によって火炉内部で未燃ガスが燃焼する際に生じる火炎温度の上昇を確実に抑制し、燃焼時に発生するサーマルＮＯｘの濃度を低減する信頼性の高い微粉炭焚きボイラを実現することが出来る。
【実施例６】
【０１０３】
次に本発明の更に他の実施例である微粉炭焚きボイラについて図面を用いて説明する。【０１０４】
図１２は燃料の微粉炭を燃焼させるバーナ２と、燃焼用空気を供給するアフタエアポート３と、アフタエアポート３に冷却流体の水を噴霧する噴霧ノズル６を配設した本発明更に他の実施例である微粉炭焚きボイラ１００の構成を示すボイラ系統図である。【０１０５】
本実施例の微粉炭焚きボイラ構成は図１に示した実施例の微粉炭焚きボイラ１００と基本構成は共通であるので説明は省略し、相違する部分についてのみ説明する。【０１０６】
図１３及び図１４は図１２に示した本発明の実施例の微粉炭焚きボイラ１００に採用されるアフタエアポート３を内部に収容したウインドボックス５の構造を夫々示しており、図１３はアフタエアポート３を内部に収容した本実施例のウインドボックス５の構造を、図１４は図１３のＤ−Ｄ矢視図を示す。【０１０７】
図１３及び図１４において、本実施例ではウインドボックス５の壁面に噴霧ノズル６を配置して、この噴霧ノズル６からウインドボックス５内の噴霧範囲１８ａに冷却流体である水１８を噴霧する。【０１０８】
ウインドボックス５に収容されたアフタエアポート３の開口部３ａから火炉１の内部に噴流４０となって投入される燃焼用空気のウインドボックス５内での温度は約３００℃であり、噴霧ノズル６からウインドボックス５内の噴霧範囲１８ａに噴霧した水１８が燃焼用空気によって気化するには十分な高温である。【０１０９】
ウインドボックス５内で気化した水１８はウインドボックス５内で十分に燃焼用空気の空気流に均一混合し、アフタエアポート３の開口部３ａから火炉１の内部に燃焼用空気の噴流４０の一部として投入され、燃焼用空気の噴流４０と未燃ガス１０ａとが混合する混合領域４１に供給されて未燃ガス１０ａが燃焼する火炎の温度を低下させる。【０１１０】
そして本実施例の場合においても、アフタエアポート３の開口部３ａに面した火炉１の内部に噴出する燃焼用空気の噴流４０と未燃ガス１０ａとが混合する混合領域４１に対して、噴霧ノズル６からウインドボックス５内に噴霧され気化した冷却流体の水１８を混合した燃焼用空気の噴流４０を、的確且つ均等に供給することが出来る。【０１１１】
よって本実施例では、噴霧ノズル６から噴霧された水１８の持つ水の潜熱、顕熱によって混合領域４１で未燃ガス１０ａが燃焼する火炎の温度の熱を奪って火炎温度の上昇を約１６００Ｋ以下に、好ましくは約１６００Ｋ〜約１４００Ｋに、より確実に抑制することが可能となり、よってボイラで生成されるサーマルＮＯｘの濃度を約１０〜３０％低減することが出来る。【０１１２】
本実施例ではウインドボックス５内で噴霧ノズル６から噴霧する冷却流体の水１８を気化できればよく、噴霧パターンにはこだわらない。また噴霧した水１８が全て気化する必要はなく、気化せずにウインドボックス５内に残った水１８はドレンとして回収して再使用すればよい。【０１１３】
本実施例によればウインドボックス５内で噴霧ノズル６から噴霧する水１８を気化してアフタエアポート３から火炉１の内部に投入する噴流４０自体に均一に水分を混合することで、確実に混合領域４１に水分を供給でき、混合領域４１で燃焼する火炎温度の上昇を抑制することができる。【０１１４】
さらに噴霧した水分の蒸発によりウインドボックス５内の燃焼用空気の温度が低下し、アフタエアポート３から火炉１の内部に投入する噴流４０自体が低温となるので、混合領域４１で燃焼する火炎温度の上昇がより確実に抑制できるというメリットがある。【０１１５】
尚、本実施例では噴霧ノズル６から噴霧する冷却流体は水１８の場合を説明したが、水に替えて蒸気２０、または水と蒸気の二流体を噴霧するようにしても良い。【０１１６】
また、説明は省略したが、本実施例のウインドボックス５に設置された噴霧ノズル６による冷却流体の制御は、前述した各実施例と同様に制御装置５０によって冷却流体の流量を調節することにより行われる。【０１１７】
上記した本発明の実施例によっても、アフタエアポートからの燃焼用空気の供給で火炉内部で未燃ガスが燃焼する際に生じる火炎温度の上昇を確実に抑制し、燃焼時に発生するサーマルＮＯｘの濃度を低減する信頼性の高い微粉炭焚きボイラを実現することが出来る。
【実施例７】
【０１１８】
次に本発明の別の実施例である微粉炭焚きボイラについて図面を用いて説明する。【０１１９】
図１７は燃料の微粉炭を燃焼させるバーナ２と、燃焼用空気を供給するアフタエアポート３と、アフタエアポート３に燃焼用空気を供給するダクト配管１４に冷却流体の水を噴霧する噴霧ノズル６を配設した本発明の別の実施例である微粉炭焚きボイラ１００の構成を示すボイラ系統図である。【０１２０】
本実施例の微粉炭焚きボイラ構成は図１に示した実施例の微粉炭焚きボイラ１００と基本構成は共通であるので説明は省略し、相違する部分についてのみ説明する。【０１２１】
本実施例では、アフタエアポート３に燃焼用空気を供給するウインドボックス５よりさらに上流に位置するダクト配管１４の内部に噴霧ノズル６を設置して、この噴霧ノズル６から冷却流体の水１８をダクト配管１４の内部を流れる燃焼用空気に噴霧するため、噴霧された水１８が混合してアフタエアポート３に供給される高温の燃焼用空気との滞留時間が増大する。【０１２２】
よって、噴霧ノズル６から噴霧された水１８の気化率が向上してドレンが少なくて済むので、噴霧ノズル６から噴霧した冷却流体の水１８がより効率よく気化するというメリットがある。【０１２３】
本実施例によれば、ウインドボックス５の上流のダクト配管１４内で噴霧ノズル６から水１８を噴霧して気化し、アフタエアポート３から火炉１の内部に投入する噴流４０自体に均一に水分を混合することで、確実に混合領域４１に水分を供給でき、混合領域４１で燃焼する火炎温度の上昇を抑制することができる。【０１２４】
さらに噴霧した水分の蒸発によりウインドボックス５内に供給する燃焼用空気の温度が低下してアフタエアポート３から火炉１の内部に投入する噴流４０自体が低温となるので、混合領域４１で燃焼する火炎温度の上昇がより確実に抑制できるというメリットがある。【０１２５】
尚、本実施例では噴霧ノズル６から噴霧する冷却流体は水１８の場合を説明したが、水に替えて蒸気２０、または水と蒸気の二流体を噴霧するようにしても良い。【０１２６】
また、説明は省略したが、本実施例のウインドボックス５に設置された噴霧ノズル６による冷却流体の制御は、前述した各実施例と同様に制御装置５０によって冷却流体の流量を調節することにより行われる。【０１２７】
よって本実施例では、噴霧ノズル６から噴霧された水１８の持つ水の潜熱、顕熱によって混合領域４１で未燃ガス１０ａが燃焼する火炎の温度の熱を奪って火炎温度の上昇を約１６００Ｋ以下に、好ましくは約１６００Ｋ〜約１４００Ｋに、より確実に抑制することが可能となり、よってボイラで生成されるサーマルＮＯｘの濃度を約１０〜３０％低減することが出来る。【０１２８】
上記した本発明の実施例によっても、アフタエアポートからの燃焼用空気の供給によって火炉内部で未燃ガスが燃焼する際に生じる火炎温度の上昇を確実に抑制し、燃焼時に発生するサーマルＮＯｘの濃度を低減する信頼性の高い微粉炭焚きボイラを実現することが出来る。
【実施例８】
【０１２９】
次に本発明の更に別の実施例である微粉炭焚きボイラについて図面を用いて説明する。【０１３０】
図１８は燃料の微粉炭を噴射して燃焼させるバーナ２と、燃焼用空気を供給する主アフタエアポート６１と、水と蒸気との双方を噴霧する噴霧ノズル６を有して燃焼用空気を供給する副アフタエアポート６０とを火炉１の壁面に備えた本発明の更に別の実施例である微粉炭焚きボイラ１００の構成を示すボイラ系統図である。【０１３１】
本実施例の微粉炭焚きボイラの構成は図１７に示した実施例の微粉炭焚きボイラ１００と基本構成は共通であるので、共通の構成についての説明は省略し、相違する部分についてのみ説明する。【０１３２】
図１８に示した本実施例の微粉炭焚きボイラ１００において、火炉１の壁面には、火炉１の内部を流れる燃焼ガス１０の流れ方向に沿って上流側に副アフタエアポート６０が設置され、下流側に主アフタエアポート６１が設置されている。【０１３３】
さらに、副アフタエアポート６０には噴霧ノズル６が備えられており、この噴霧ノズル６から水又は水と蒸気との双方を噴霧する構成となっている。【０１３４】
本実施例の微粉炭焚きボイラ１００では、副アフタエアポート６０から供給する空気量は主アフタエアポート６１から供給する空気量よりも少なくなるように設定している。【０１３５】
上記構成の微粉炭焚きボイラ１００において、副アフタエアポート６０から火炉１内に噴出された空気の流れ６２、及び主アフタエアポート６１から火炉１内に噴出された空気の流れ６３を図１８に模式的に示す。【０１３６】
副アフタエアポート６０から火炉１内に噴出して供給された空気の流れ６２は、噴出する流量が少ないことから火炉１の内壁面に沿って下流側に流れる。【０１３７】
一方、主アフタエアポート６１から噴出して供給された空気の流れ６３は、噴出する流量が多いことから火炉１の内部の中央部まで到達する。【０１３８】
火炉１の内部では、上流から下流に向かって流れる燃焼ガス１０ａに対して火炉１の壁面近くでは前記空気の流れ６２、６３のうち、燃焼ガス１０ａとの混合時の燃焼ガスの温度は、上流側となる空気の流れ６２の方が高くなる。【０１３９】
また、火炉１の中央部は火炉１の壁面から遠いため燃焼ガス１０ａの温度が最も高くなる。【０１４０】
ところで、未燃焼分を含む高温の燃焼ガス１０ａと供給された空気とが混合すると燃焼反応が進み温度が上昇するが、この時、空気中や燃焼ガス１０ａ中の窒素ガスが高温の酸化雰囲気で酸化されて窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成する、いわゆるサーマルＮＯｘが生成し、このサーマルＮＯｘは温度が高くなるほどその生成量が増える。【０１４１】
本実施例の微粉炭焚きボイラ１００では、上流側の副アフタエアポート６０に備えた噴霧ノズル６から水を噴霧するように構成しているので、副アフタエアポート６０から火炉１内に供給される空気の流れ６２の中に水分を多く含む。【０１４２】
この噴霧ノズル６から噴霧する水は、蒸発の際に蒸発熱を周囲の空気から奪い、空気の温度を低下させる。【０１４３】
また空気の流れ６２の中に水分を多く含んで比熱が増えることから、副アフタエアポート６０から噴出する空気の流れ６２と燃焼ガス１０ａとが混合する際に、この空気の流れ６２に多く含まれた水分によって燃焼反応を抑制して燃焼温度を低く抑えることができる。【０１４４】
このため、燃焼反応とともに生成するサーマルＮＯｘの生成量を低く抑えることができる。【０１４５】
さらに、本実施例の微粉炭焚きボイラ１００では、燃焼ガス１０ａと混合後の水分を含む空気の流れ６２の一部は、その下流側に位置する主アフタエアポート６１から噴出する空気の流れ６３と混合する。【０１４６】
この空気の流れ６３と水分を含む空気の流れ６２の一部が混合する際に、火炉１の内壁近傍部６４で燃焼した既燃焼ガスの一部が主アフタエアポート６１から噴出する空気の流れ６３に巻き込まれるために、空気の流れ６３の最外周部分に水分を含む既燃焼ガスが流れる。【０１４７】
このため、水分を含む未燃焼ガス及び空気の流れ６３と燃焼ガス１０ａとが混合する時に、既燃焼ガスや既燃焼ガスに含まれる水分の比熱によって燃焼温度が低く抑えられることになり、この結果、火炉１の中央部で生成するサーマルＮＯｘの生成量を低く抑えることができる。【０１４８】
上述したように、アフタエアポートから噴出する空気の流れと燃焼ガス１０ａとの混合時に、比較的上流側の火炉１の内壁近傍部６４や火炉１の中央部６５のように高温になりやすい部分に水分を多く含む空気の流れや水分を含む既燃焼ガスを供給させることで、サーマルＮＯｘの生成量を低く抑えることができる。【０１４９】
さらに水分を多く含む既燃焼ガスを空気の流れ６３の最外周部に巻き込むことで、水の供給量の低減とサーマルＮＯｘの抑制とを両立できる。【０１５０】
また、水を供給すると熱効率は低下するが、サーマルＮＯｘの抑制によって火炉１の下流でのＮＯｘの低減に必要な機器の動力や注入する薬品使用量を抑制できる。【０１５１】
本実施例では火炉１の上流側に設置した副アフタエアポート６０から供給する空気の流れ６２の空気量が下流側に設置した主アフタエアポート６１から供給する空気の流れ６３の空気量よりも少量に設定した場合の状況を示したが、逆に上流側の副アフタエアポート６０から供給する空気の流れ６２の空気量が主アフタエアポート６１から供給する空気の流れ６３の空気量よりも多量となるように設定した場合でもほぼ同様の効果を得ることができる。【０１５２】
尚、この場合に発生するサーマルＮＯｘを低く抑えるためには、前述の場合よりも副アフタエアポート６０に備えた噴霧ノズル６から噴霧する水の供給量が多くなることは前述の通り自明である。【０１５３】
但し、火炉１の上流側で副アフタエアポート６０から供給する空気の流れ６２の多量の空気量が燃焼ガス１０ａと混合するため、火炉出口での未燃焼分を低減することができる。【０１５４】
尚、本実施例では噴霧ノズル６から噴霧する冷却流体は水１８の場合を説明したが、水１８に替えて蒸気２０、または水１８と蒸気２０との二流体を噴霧するようにしても良い。【０１５５】
また、本実施例では噴霧ノズル６の先端の位置を副アフタエアポート６０の開口部に設けた場合を示したが、図１２に示した本発明の実施例６や図１７に示した本発明の実施例７と同様に副アフタエアポート６０を収容するウインドボックス５ａや、このウインドボックス５ａに空気を供給するダクト配管１４に前記噴霧ノズル６を設置した場合も上述の効果が得られる。【０１５６】
また、この噴霧ノズル６を上記した各位置に設置した場合に得られる効果は、図７に示した実施例６や図１７に示した実施例７の場合と同じである。【０１５７】
さらに、図５及び図６に示した本発明の第２の実施例のように、噴霧ノズル６を直進流路３０の外周側となる旋回流路３１の開口部に設けることも可能である。【０１５８】
この場合、旋回流により噴霧ノズル６から噴出する水１８は空気の流れ６２の外周部を多く流れるため、燃焼ガス１０ａと空気の流れ６２との混合部分の水分が多くなるので、サーマルＮＯｘの濃度を少ない水使用量にて低減することが可能となる。【０１５９】
また、本実施例の微粉炭焚きボイラ１００では、副アフタエアポート６０に備えた噴霧ノズル６から噴霧する冷却流体の制御は前述した各実施例と同様に制御装置５０によって冷却流体の流量を適量に調節することにより行われる。【０１６０】
即ち、ＮＯｘ検出器５５で検出された排ガス１１のＮＯｘ濃度信号を制御装置５０に入力し、この制御装置５０によって設定された所望のＮＯＸ設定値とＮＯｘ濃度信号とを比較して排ガス１１のＮＯｘ濃度が所望の設定値を維持するように火炉１の内部に噴霧ノズル６から噴霧すべき冷却流体の流量指令信号を演算し、この指令信号を冷却流体の水１８を噴霧ノズル６に供給する配管４２に設けた流量調整用のバルブ１７に出力するように構成して冷却流体の流量を適量に調節し、サーマルＮＯｘの濃度を低減している。【０１６１】
上記した本実施例の微粉炭焚きボイラ１００では、アフタエアポートからの燃焼用空気の供給によって火炉内部で未燃ガスが燃焼する際に生じる火炎温度の上昇を確実に抑制し、燃焼時に発生するサーマルＮＯｘの濃度を低減する信頼性の高い微粉炭焚きボイラを実現することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【０１６２】
本発明は、燃料として微粉炭を使用する微粉炭焚きボイラに係り、特にサーマル窒素酸化物の生成を抑制する微粉炭焚きボイラに適用可能であり、既存の微粉炭焚きボイラにも適用が容易である。
【図面の簡単な説明】
【０１６３】
【図１】本発明の一実施例である微粉炭焚きボイラの構成を示すボイラ系統図。本発明の実施例によるアフタエアポートの構造図。
【図２】図１に示した本発明の一実施例の微粉炭焚きボイラに適用される噴霧ノズルを備えたアフタエアポートの構造を示す断面図。
【図３】図２に示した噴霧ノズルを備えたアフタエアポートのＡ−Ａ矢視図。
【図４】図２に示したアフタエアポートに備えられた噴霧ノズルの噴霧パターンの一例を示す図。
【図５】図１に示した本発明の一実施例の微粉炭焚きボイラに適用される噴霧ノズルを備えたアフタエアポートの他の構造を示す断面図。
【図６】図５に示した噴霧ノズルを備えたアフタエアポートのＢ−Ｂ矢視図。
【図７】図１に示した本発明の一実施例の微粉炭焚きボイラに適用される噴霧ノズルを備えたアフタエアポートの更に他の構造を示す断面図。
【図８】図７に示した噴霧ノズルを備えたアフタエアポートのＣ−Ｃ矢視図。
【図９】図１に示した本発明の一実施例の微粉炭焚きボイラに適用される噴霧ノズルを備えたアフタエアポートの別の構造を示す断面図。
【図１０】図１に示した本発明の一実施例の微粉炭焚きボイラに適用される噴霧ノズルを備えたアフタエアポートの更に別の構造を示す断面図。
【図１１】本発明の他の実施例である微粉炭焚きボイラの構成を示すボイラ系統図。
【図１２】本発明の更に他の実施例である微粉炭焚きボイラの構成を示すボイラ系統図。
【図１３】図１２に示した本発明の更に他の実施例である微粉炭焚きボイラに適用される噴霧ノズルを備えたウインドボックスの構造を示す断面図。
【図１４】図１３に示した噴霧ノズルを備えたウイイドボックスのＤ−Ｄ矢視図。
【図１５】図１に示した本発明の一実施例の微粉炭焚きボイラに備えられた冷却流体の噴霧量を制御する制御装置を示すブロック図。
【図１６】図１５に示した制御装置における冷却流体を調整するバルブを制御する特性図を示すものであり、図１６の（Ａ）は排ガスのＮＯｘ濃度に対するバルブの開度との関係を示した特性図、図１６の（Ｂ）はボイラ負荷に対するバルブの開度との関係を示した特性図。
【図１７】本発明の別の実施例である微粉炭焚きボイラの構成を示すボイラ系統図。
【図１８】本発明の更に別の実施例である微粉炭焚きボイラの構成を示すボイラ系統図。
【符号の説明】
【０１６４】
１：火炉、２：バーナ、３：アフタエアポート、３ａ：アフタエアポートの開口部、４：バーナのウインドボックス、５、５ａ：アフタエアポートのウインドボックス、６：噴霧ノズル、７：ミル、８、９：ダンパ、１０：燃焼ガス、１０ａ：未燃ガス、１１：排ガス、１２：ブロア、１３：熱交換器、１４：ダクト配管、１５：煙突、１６：ポンプ、１７、２２：バルブ、１８：水、１８ａ：噴霧範囲、２０：蒸気、２１：蒸気タンク、３０：直進流路、３１：旋回流路、３３、３４：ダンパ、４０：噴流、４１：混合領域、４２、４３：配管、５０：制御装置、５１：ボイラ負荷設定器、５２：ＮＯｘ濃度設定器、５３：噴霧流量演算器、５５：ＮＯｘ検出器、６０：副アフタエアポート、６１：主アフタエアポート、１００：微粉炭焚きボイラ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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