(57)【要約】【課題】燃料搬送用ガスの酸素濃度を極力低くしても、安定したバーナ火炎を保持できる酸素燃焼装置とその運転方法を提供することである。【解決手段】酸素発生装置６と該装置６で得られた高酸素濃度ガスを固体燃料バーナ１５に供給する燃焼用ガス用酸素ライン２６を備え、１次追加ノズル４３に供給される１次追加ガス５２と前記ライン２６の高酸素濃度のガスとボイラ１の排ガス（再循環ガス）からなる混合ガスの酸素濃度を５０〜８０vol.％に調節し、１次ノズル４０に供給される燃料とその搬送気体からなる混合ガスの酸素濃度を４〜２１vol.％に調節し、２次ノズル４５と３次ノズル４６に供給される燃焼用ガスと酸素ガスと再循環ガスからなる混合ガスの酸素濃度を３０〜５０vol.％に調節し、１次ノズル４０、２次ノズル４５と３次ノズル４６を通じて全体として供給されるガスの平均酸素濃度を２６〜２８vol.％に調節する固体燃料バーナを備えた燃焼装置を運転する。【選択図】図１
2014070772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のノズルが中心軸まわりに同心状に多重に形成され、中心軸側より、燃料とその搬送気体からなる混合ガスを噴出させ、混合ガス噴出口に保炎器（６０）を設けた１次ノズル（４０）、該１次ノズル（４０）の外周側に燃焼用ガスを噴出させる２次ノズル（４５）、該２次ノズル（４５）の外周側に２次ノズル（４５）と共通の燃焼用ガスを噴出させる３次ノズル（４６）及び前記１次ノズル（４０）と２次ノズル（４５）の隔壁の内周面側に追加燃焼用ガスを噴出させる１次追加ノズル（４３）を設けた固体燃料バーナ（１５）と、
１次ノズル（４０）に接続する燃料とその搬送気体からなる混合流体を供給する１次ガスライン（１７）と、
２次ノズル（４５）及び３次ノズル（４６）の両方に燃焼用ガスを供給する燃焼用ガスライン（１８）と、
空気から窒素を分離して高酸素濃度ガスを得る酸素発生装置（６）と、
該酸素発生装置（６）で得られた高酸素濃度ガスを前記固体燃料バーナ（１５）に供給する燃焼用ガス用酸素ライン（２６）
を備えた燃焼装置（１）において、
該燃焼装置（１）から排出された燃焼排ガスを１次ガスライン（１７）に接続する再循環ガスライン（３）を設け、
燃焼用ガスライン（１８）に燃焼用ガス用酸素ライン（２６）及び再循環ガスライン（３）をそれぞれ接続し、
２次ノズル（４５）及び３次ノズル（４６）の両方に燃焼用ガスを供給する燃焼用ガスライン（１８）から分岐して燃焼用ガスと酸素ガスと再循環ガスを１次追加ノズル（４３）に供給する分岐燃焼用ガスライン（３４）と、
燃料とその搬送気体からなる混合流体の供給量を調整する１次ガス量調整手段（２１）を１次ガスライン（１７）に設け、
燃焼用ガスと酸素ガスと再循環ガスからなる混合ガスの供給量を調整する燃焼用ガス量調整手段（２２）を燃焼用ガスライン（１８）に設け、
再循環ガスの供給量を調整する再循環ガス入口ガス量調整手段（１１）と再循環ガス量調整手段（２５）を再循環ガスライン（３）の上流側と下流側にそれぞれ設け、
高酸素濃度ガスの供給量を調整する燃焼用ガス用酸素量調整手段（９）を燃焼用ガス用酸素ライン（２６）に設け、
燃焼用ガスと酸素ガスと再循環ガスからなる混合ガスの供給量を調整する分岐燃焼用ガス供給量調整手段（３５）を分岐燃焼用ガスライン（３４）に設けた
ことを特徴とする固体燃料バーナを備えた燃焼装置。
【請求項２】
燃焼用ガスライン（１８）に燃焼用ガス用酸素濃度測定手段（２９）と、分岐燃焼用ガスライン（３４）に分岐燃焼ガス用酸素濃度測定手段（３０）とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の固体燃料バーナを備えた燃焼装置。
【請求項３】
請求項２に記載の固体燃料バーナを備えた燃焼装置の運転方法であって、
１次追加ノズル（４３）に供給される燃焼用ガスと酸素ガスと再循環ガスからなる混合ガスの酸素濃度を５０〜８０vol.％に調節し、前記１次ノズル（４０）に供給される燃料とその搬送気体からなる混合流体の酸素濃度を４〜２１vol.％に調節し、２次ノズル（４５）及び３次ノズル（４６）に供給される燃焼用ガスと酸素ガスと再循環ガスからなる混合ガスの酸素濃度を３０〜５０vol.％に調節し、前記１次ノズル（４０）、２次ノズル（４５）および３次ノズル（４６）を通じて、全体として供給されるガスの平均酸素濃度を２６〜２８vol.％に調節することを特徴とする固体燃料バーナを備えた燃焼装置の運転方法。
【請求項４】
酸素発生装置（６）の運転の停止と燃焼用ガス用酸素量調整手段（９）及び分岐燃焼ガス用酸素量調整手段（２０）の閉鎖及び再循環ガスの供給量を調整する再循環ガス入口ガス量調整手段（１１）及び／又は再循環ガス量調整手段（２５）の閉鎖により１次ガスライン（１７）の１次ガス量調整手段（２１）と燃焼用ガスライン（１８）の燃焼用ガス量調整手段（２２）と分岐燃焼用ガスライン（３４）の分岐燃焼用ガス供給量調整手段（３５）を調節して、固体燃料バーナ（１５）における燃焼用ガスとして空気を主体とする気体を用いる空気燃焼モードと、燃焼用ガス用酸素ライン（２６）に供給する高酸素濃度ガスの供給量と再循環ガスライン（３）に供給する再循環ガス量と分岐燃焼用ガスライン（３４）に供給する酸素濃度ガスの供給量を調整して、固体燃料バーナ（１５）における燃焼用ガスとして高酸素濃度ガスと再循環ガスを混合する気体を用いる酸素燃焼モードとを切り替える固体燃料バーナを備えた燃焼装置の運転方法。
【請求項５】
高酸素濃度ガスと再循環ガスとの混合ガスを主体とする気体を用いる酸素燃焼モードにおいて、前記１次ノズル（４０）と２次ノズル（４５）と３次ノズル（４６）と１次追加ノズル（４３）の各ノズルに供給される気体の酸素濃度が
１次追加ノズル（４３）＞２次ノズル（４５）及び３次ノズル（４６）＞１次ノズル（４０）
となるように前記ノズル（４３，４５、４６、４０）へ供給するガス量調整手段（３５，２２、２１）を調節する
ことを特徴とする請求項４記載の固体燃料バーナを備えた燃焼装置の運転方法。
【請求項６】
１次追加ノズル（４３）から噴出する燃焼用ガスの流速（Ｂ）が固体燃料を吹き飛ばす流速の上限値（Ｂ0）を超えないよう（Ｂ≦Ｂ0）にし、保炎器（６０）の周りの酸素濃度（Ａ）を、その下限値（Ａ0）を上回り、その上限値（Ａ1％）を下回るように（Ａ1≧Ａ≧Ａ0）にし、１次ノズル（４０）から噴出する燃料とその搬送ガスの混合ガスの流速（Ｃ）を、バーナ火炎を吹き飛ばす流速の上限値（Ｃ0）超えないよう（Ｃ≦Ｃ0）にし、前記ノズル（４３，４５、４６、４０）へ供給するガス量調整手段（３５，２２、２１）を調節することを特徴とする請求項５記載の固体燃料バーナを備えた燃焼装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体燃料バーナを備えた燃焼装置及びその運転方法に係り、特に、固体燃料バーナにおける燃焼用ガスとして空気を主体とする気体を用いる空気燃焼モードと、高酸素濃度ガスと再循環ガスとの混合ガスを主体とする気体を用いる酸素燃焼モードとを切り替え可能に構成された固体燃料バーナを備えた燃焼装置とその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電等に用いられるボイラプラントから化石燃料の燃焼に伴って排出する炭酸ガス（ＣＯ２）を低減するため、空気から窒素分を除去した高酸素濃度ガスを用いて燃料を燃焼させ、燃焼排ガス中のＣＯ２濃度を高めてその分離回収を容易にする酸素燃焼式ボイラプラントシステム（以下、酸素燃焼システムと称すこともある。）が研究・開発されている。  
【０００３】
酸素燃焼システムは種々のものが知られているが、燃焼用ガスとして前述の高酸素濃度ガスと燃焼排ガスを再循環させたものを用いるものが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１４７１６２号公報
【特許文献２】特開２０１１−７５１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
既存の空気燃焼式のボイラを用いて酸素燃焼システムを構築しようとする場合には、燃料の搬送用ガスを含めた燃焼用ガス全体の酸素濃度を空気と同等の約２１％にすると、燃焼用ガス組成のうち、酸素を除いた組成の違いから、ボイラ内部の熱交換器における熱吸収特性が大幅に変化する。したがって、熱交換器の配置や伝熱面積の変更を伴う大掛かりな改造が必要となって、設備費・改造の労力が多大となる。
【０００６】
ボイラの大掛かりな改造を回避するため、熱交換器の配置や伝熱面積の変更をできるだけ少なくするには、燃料の搬送用ガスを含めた燃焼用ガス全体の酸素濃度を空気よりも高め、例えば約２７％とする必要がある。
【０００７】
一方、燃料と燃料搬送ガスからなる混合流体をバーナの燃料ノズルから火炉内に噴出させる場合に、燃料搬送用ガスの酸素濃度が高ければ高いほど、固体燃料を粉砕する粉砕装置内では粉塵爆発の危険性が増すため、その安全対策を強化する必要性が生ずる。
【０００８】
燃料搬送用ガスの酸素濃度を極力低くすれば、その安全対策に要する時間、労力及びコストを削減することができる。特に、燃料搬送用ガスに酸素を供給せず、燃料搬送用ガスとして燃料装置出口の排ガスを主要成分として再循環させるシステムが理想的である。しかし、燃料搬送用ガスの酸素濃度を極力低くすると、バーナの着火性が低下し、燃焼が不安定となる。
【０００９】
本発明の課題は、上記問題点を克服し、燃料搬送用ガスの酸素濃度を極力低くしても、安定したバーナ火炎を保持できる酸素燃焼装置とその運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記本発明の課題は、次の解決手段により解決される。  
請求項１記載の発明は、円筒状のノズルが中心軸まわりに同心状に多重に形成され、中心軸側より、燃料とその搬送気体からなる混合ガスを噴出させ、混合ガス噴出口に保炎器（６０）を設けた１次ノズル（４０）、該１次ノズル（４０）の外周側に燃焼用ガスを噴出させる２次ノズル（４５）、該２次ノズル（４５）の外周側に２次ノズル（４５）と共通の燃焼用ガスを噴出させる３次ノズル（４６）及び前記１次ノズル（４０）と２次ノズル（４５）の隔壁の内周面側に追加燃焼用ガスを噴出させる１次追加ノズル（４３）を設けた固体燃料バーナ（１５）と、１次ノズル（４０）に接続する燃料とその搬送気体からなる混合流体を供給する１次ガスライン（１７）と、２次ノズル（４５）及び３次ノズル（４６）の両方に燃焼用ガスを供給する燃焼用ガスライン（１８）と、空気から窒素を分離して高酸素濃度ガスを得る酸素発生装置（６）と、該酸素発生装置（６）で得られた高酸素濃度ガスを前記固体燃料バーナ（１５）に供給する燃焼用ガス用酸素ライン（２６）を備えた燃焼装置（１）において、
燃焼装置（１）から排出された燃焼排ガスを１次ガスライン（１７）に接続する再循環ガスライン（３）を設け、燃焼用ガスライン（１８）に燃焼用ガス用酸素ライン（２６）及び再循環ガスライン（３）をそれぞれ接続し、２次ノズル（４５）及び３次ノズル（４６）の両方に燃焼用ガスを供給する燃焼用ガスライン（１８）から分岐して燃焼用ガスと酸素ガスと再循環ガスを１次追加ノズル（４３）に供給する分岐燃焼用ガスライン（３４）と、燃料とその搬送気体からなる混合流体の供給量を調整する１次ガス量調整手段（２１）を１次ガスライン（１７）に設け、燃焼用ガスと酸素ガスと再循環ガスからなる混合ガスの供給量を調整する燃焼用ガス量調整手段（２２）を燃焼用ガスライン（１８）に設け、再循環ガスの供給量を調整する再循環ガス入口ガス量調整手段（１１）と再循環ガス量調整手段（２５）を再循環ガスライン（３）の上流側と下流側にそれぞれ設け、高酸素濃度ガスの供給量を調整する燃焼用ガス用酸素量調整手段（９）を燃焼用ガス用酸素ライン（２６）に設け、燃焼用ガスと酸素ガスと再循環ガスからなる混合ガスの供給量を調整する分岐燃焼用ガス供給量調整手段（３５）を分岐燃焼用ガスライン（３４）に設けたことを特徴とする固体燃料バーナを備えた燃焼装置である。
【００１１】
請求項２記載の発明は、燃焼用ガスライン（１８）に燃焼用ガス用酸素濃度測定手段（２９）と、分岐燃焼用ガスライン（３４）に分岐燃焼ガス用酸素濃度測定手段（３０）とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の固体燃料バーナを備えた燃焼装置である。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の固体燃料バーナを備えた燃焼装置の運転方法であって、１次追加ノズル（４３）に供給される燃焼用ガスと酸素ガスと再循環ガスからなる混合ガスの酸素濃度を５０〜８０vol.％に調節し、前記１次ノズル（４０）に供給される燃料とその搬送気体からなる混合流体の酸素濃度を４〜２１vol.％に調節し、２次ノズル（４５）及び３次ノズル（４６）に供給される燃焼用ガスと酸素ガスと再循環ガスからなる混合ガスの酸素濃度を３０〜５０vol.％に調節し、前記１次ノズル（４０）、２次ノズル（４５）および３次ノズル（４６）を通じて固体燃料バーナ全体として供給されるガスの平均酸素濃度を２６〜２８vol.％に調節することを特徴とする固体燃料バーナを備えた燃焼装置の運転方法である。
【００１３】
請求項４記載の発明は、酸素発生装置（６）の運転の停止と燃焼用ガス用酸素量調整手段（９）及び分岐燃焼ガス用酸素量調整手段（２０）の閉鎖及び再循環ガスの供給量を調整する再循環ガス入口ガス量調整手段（１１）及び／又は再循環ガス量調整手段（２５）の閉鎖により１次ガスライン（１７）の１次ガス量調整手段（２１）と燃焼用ガスライン（１８）の燃焼用ガス量調整手段（２２）と分岐燃焼用ガスライン（３４）の分岐燃焼ガス量調整手段（３５）を調節して、固体燃料バーナ（１５）における燃焼用ガスとして空気を主体とする気体を用いる空気燃焼モードと、燃焼用ガス用酸素ライン（２６）に供給する高酸素濃度ガスの供給量と再循環ガスライン（３）に供給する再循環ガス量と分岐燃焼用ガスライン（３４）に供給する酸素濃度ガスの供給量を調整して、固体燃料バーナ（１５）における燃焼用ガスとして高酸素濃度ガスと再循環ガスを混合する気体を用いる酸素燃焼モードとを切り替える固体燃料バーナを備えた燃焼装置の運転方法である。
【００１４】
請求項５記載の発明は、高酸素濃度ガスと再循環ガスとの混合ガスを主体とする気体を用いる酸素燃焼モードにおいて、前記１次ノズル（４０）と２次ノズル（４５）と３次ノズル（４６）と１次追加ノズル（４３）の各ノズルに供給される気体の酸素濃度が、１次追加ノズル（４３）＞２次ノズル（４５）及び３次ノズル（４６）＞１次ノズル（４０）となるように前記ノズル（４３，４５、４６、４０）へ供給するガス量調整手段（３５，２２、２１）を調節することを特徴とする請求項４記載の固体燃料バーナを備えた燃焼装置の運転方法である。
【００１５】
請求項６記載の発明は、１次追加ノズル（４３）から噴出する燃焼用ガスの流速（Ｂ）が固体燃料を吹き飛ばす流速の上限値（Ｂ0）を超えないよう（Ｂ≦Ｂ0）にし、保炎器（６０）の周りの酸素濃度（Ａ）を、その下限値（Ａ0）を上回り、保炎器（６０）が焼損しないようにその上限値（Ａ1％）を下回るように（Ａ1≧Ａ≧Ａ0）にし、１次ノズル（４０）から噴出する燃料とその搬送ガスの混合ガスの流速（Ｃ）を、バーナ火炎を吹き飛ばす流速の上限値（Ｃ0）を超えないよう（Ｃ≦Ｃ0）にし、前記ノズル（４３，４５、４６、４０）へ供給するガス量調整手段（３５，２２、２１）を調節することを特徴とする請求項５記載の固体燃料バーナを備えた燃焼装置の運転方法である。
【００１６】
ここで、例えばＡ0は２５％、Ｂ0は４０〜５０ｍ／ｓ、Ｃ0は２０ｍ／ｓである。
（作用）
本発明では、１次追加ノズル４３が、燃焼用ガスを供給する２次ノズル４５および３次ノズル４６と独立して構成されており、１次追加ノズル４３にのみ高濃度の酸素を供給することが可能である。  
【００１７】
そのため、保炎器６０の周りに十分な酸素を供給した状態であっても、１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２の流速（Ｂ）は、その上限値（Ｂ0）を超えないことと、さらに、１次ノズル４０から噴出する燃料搬送用ガスの流速（Ｃ）は、その上限値（Ｃ0）を超えないことが必要である。
【００１８】
すなわち、保炎器６０の周りの酸素濃度をＡ％、その流速をＢｍ／ｓ、１次ノズル４０から噴出する燃料搬送用ガスの流速をＣｍ／ｓとすると、
Ａ≧Ａ0  かつＢ≦Ｂ0  かつＣ≦Ｃ0
が成立する。
【００１９】
また、本発明では、１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２の酸素濃度が高すぎる場合、保炎器６０が焼損してしまうため、保炎器６０の周りの酸素濃度（Ａ％）を、酸素濃度の実測上限値（Ａ1％＝４０％）以内となるように１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２の酸素濃度を調整する必要がある。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１、２記載の装置発明によれば、前記１次ノズル４０と２次ノズル４５と３次ノズル４６と１次追加ノズル４３に供給する燃料用ガスと高酸素濃度ガスと再循環ガスの供給量をそれぞれ調整する各ガス供給量調整手段３５，２２、２１を設けたことにより、１次ノズル４０のガス噴出口に設けた保炎器６０の部分で燃料の着火・安定燃焼が可能となる。
【００２１】
請求項３記載の発明によれば、分岐燃焼ガス用酸素量調整手段２０の開度を調整することで、１次追加ノズル４３に供給される前記混合ガスの酸素濃度を５０〜１００vol.％、送風ファン出口手段１０の開度を調整することで、１次ノズル４０に供給される前記混合ガスの酸素濃度を４〜２１vol.％、燃焼用ガス用酸素量調整手段９の開度を調整することで、２次ノズル４５及び３次ノズル４６に供給される前記混合ガスの酸素濃度を３０〜５０vol.％に調節することができ、保炎器６０の部分で燃料の着火・安定燃焼が可能となる。
【００２２】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明の効果に加えて、燃焼装置を高酸素濃度ガスと再循環ガスを用いない空気燃焼モードで運転することができるだけでなく、高酸素濃度ガスと再循環ガスを用いる酸素燃焼モードで運転することができる。
【００２３】
請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の発明の効果に加えて、高酸素濃度ガスと再循環ガスを用いる酸素燃焼モードで運転する場合において、各ノズルに供給される気体の酸素濃度が
１次追加ノズル４３＞２次ノズル４５及び３次ノズル４６＞１次ノズル４０
となるよう調節可能にしたので、保炎器６０の部分で燃料の着火性と安定燃焼性が得られる。
【００２４】
請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の発明の効果に加えて、例えば、各ノズルに供給される気体の酸素濃度を１次追加ノズル４３＝２次ノズル４５及び３次ノズル４６＞１次ノズル４０としても燃料搬送用ガスの酸素濃度を極力低くすることは可能であり、保炎器６０の部分で着火・安定燃焼のために必要な最低限の酸素濃度（Ａ0）と流速の上限値（Ｂ0）とを満足させることができる。
【００２５】
その場合、保炎器６０の周りの酸素濃度（Ａ％）を、酸素濃度の上限値（Ａ1％）以内となるように１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２の酸素濃度を調整する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明になる一実施例の酸素燃焼ボイラシステムの系統図である。
【図２】本発明になる一実施例の酸素燃焼ボイラシステムの系統図である。
【図３】本発明になる一実施例のバーナの概略断面図である。
【図４】本発明になる一実施例のバーナ出口付近の酸素濃度及び流速の分布を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施例を図面とともに説明する。  
ただし、本実施例では燃料搬送用ガスの酸素濃度を極力低くするために、燃料搬送用ガスに酸素を供給しない構成としているが、以下に述べる実施例において、酸素発生装置６から生成した酸素を１次ガスライン１７に追加投入しても構わない。
【００２８】
なお、固体燃料として微粉炭を用いるバーナを例として説明しているが、本発明の対象は、燃料の種類により限定されるものではなく、石炭以外にも褐炭や植物由来の固体燃料を微粉化したものやそれらの混合物にも適用できる。
【００２９】
図１は本発明の一実施例の酸素燃焼ボイラシステムの系統図である。  
本システムは、石炭（微粉炭）を燃料とするボイラ１からの排ガスを処理する排ガス処理系統２と、該排ガス処理系統２から排出された排ガスをボイラ１に循環させるための再循環ガスライン３と、ミル１６を通して燃料（本実施例では微粉炭）と燃料用ガス（本実施例では空気）をボイラ１に供給する１次ガスライン１７と、ウインドボックス１２を通してボイラ１内に燃焼用ガスを供給する燃焼用ガスライン１８と、該燃焼用ガスライン１８から分岐して、燃焼用ガスと酸素発生装置６からの酸素をウインドボックス１２内部でなく、直接一次追加ノズル４３に供給する分岐燃焼用ガスライン３４と、酸素発生装置６で生成した酸素を燃焼用ガスライン１８へ供給する燃焼用ガス用酸素ライン２６と、酸素発生装置６で生成した酸素を分岐燃焼用ガスライン３４へ供給する分岐燃焼ガス用酸素ライン１９等から構成される。  
【００３０】
ミル１６は、燃料供給装置として石炭を粉砕し、微粉砕された石炭（微粉炭）は空気送風ファン７からの空気と再循環ガスファン８で送風される再循環ガスライン３からのボイラ排ガスからなる再循環ガスとの混合ガス（１次ガス）に搬送されて１次ガスライン１７からボイラ１のバーナ１５に供給される。
【００３１】
なお、燃焼用ガスライン１８には空気送風ファン７により空気が導入され、その量が送風ファン出口バルブ１０により調整される。また燃焼用ガスライン１８に燃焼用ガス用酸素ライン２６が接続する接続部より上流側の燃焼用ガスライン１８に１次ガスライン１７の基部が接続されているので１次ガスライン１７を流れる微粉炭搬送用ガスはボイラ排ガスを含むガスであり、搬送中の微粉炭が発火する危険性はない。
【００３２】
また、ボイラ１の１次ノズル４０（図３）の出口部手前の内周壁面に出口がある１次追加ノズル４３に分岐燃焼用ガスライン３４から直接、酸素濃度の高い燃焼用ガス（１次追加ガス５２）が供給される。また、分岐燃焼用ガスライン３４には、分岐燃焼ガス用酸素ライン１９から酸素が供給されるが、その酸素供給量は分岐燃焼ガス用酸素ライン１９に設けた分岐燃焼ガス用酸素量調整バルブ２０で調整される。
【００３３】
また、燃焼用ガス用酸素ライン２６に設けられた燃焼用ガス用酸素量調整バルブ９により燃焼用ガスライン１８に供給される酸素量が調整される。燃焼用ガス用酸素ライン２６は１次ガスライン１７が燃焼用ガスライン１８に接続する箇所より後流側の燃焼用ガスライン１８に接続しているので、微粉炭流が流れる１次ガスライン１７内での酸素による発火のおそれはない。
【００３４】
さらに、燃焼用ガスライン１８からウインドボックス１２に供給される燃焼用ガス量は燃焼用ガス用酸素濃度測定装置２９の酸素濃度の測定値に基づき燃焼用ガス量調整バルブ２２で調整される。また、再循環ガスライン３から燃焼用ガスライン１８へ供給される再循環ガス量は排ガス処理系統２の出口に接続するＣＯ２回収・放出ライン２８から分岐する再循環ガスライン３に設けられた再循環ガス入口ガス量調整バルブ１１と燃焼用ガスライン１８への再循環ガスライン３の接続部近くの再循環ガス量調整バルブ２５により調整される。
【００３５】
さらに、１次ガスライン１７内には石炭バンカ１４から石炭フィーダ１３を通じて微粉炭が供給されるが、該１次ガスライン１７内の微粉炭搬送用ガス量は石炭フィーダ１３の前流側に設けられた１次ガス量調整バルブ２１で調整される。
【００３６】
また、分岐燃焼用ガスライン３４は燃焼用ガス用酸素ライン２６が燃焼用ガスライン１８に接続する箇所より後流側の燃焼用ガスライン１８から分岐してウインドボックス１２内の１次追加ノズル４３に酸素などを供給するが、その酸素供給量は分岐燃焼用ガスライン３４に設けられた分岐燃焼用ガス供給量調整バルブ３５と分岐燃焼用酸素濃度測定装置３０で容易に調整される。
【００３７】
なお、分岐燃焼用ガスライン３４には分岐燃焼ガス用酸素ライン１９からの酸素に加えて燃焼用ガスライン１８からの燃焼用ガス（空気）と再循環ガスと酸素の混合ガスが供給されるので１次追加ノズル４３に供給される１次追加ガス５２中の酸素濃度が分岐燃焼用酸素濃度測定装置３０で計測され、分岐燃焼用ガス供給量調整バルブ３５で酸素供給量が正確に制御できる。
【００３８】
図２は図１とは別の実施例である酸素燃焼ボイラシステムの系統図を示す。本システムが図１に示すシステムと異なる所は次の通りである。  
（１）図１のシステムにある酸素発生装置６から生成した酸素を分岐燃焼用ガスライン３４へ供給する分岐燃焼ガス用酸素ライン１９を設けていない。
（２）再循環ガスライン３からの再循環ガスを燃焼用ガスライン１８の最上流部（燃焼用ガス用酸素ライン２６との接続部より上流部）と図１のシステムに無い燃焼用ガスライン１８の最下流部（分岐燃焼用ガスライン３４との接続部より下流部）の２箇所から供給する構成を設けている。
【００３９】
上記図２のシステムにおける、図１に示すシステムとの相違点（１）、（２）により、純酸素ラインの一本化（簡略化）によるシステムの安全性向上（純酸素ラインを極力少なくすれば、その安全対策に要する時間、労力及びコストを削減できる。）が図れるという作用効果がある。
【００４０】
図１、図２に示す燃焼システムのいずれの場合でも、図３に示す１次追加ノズル４３に供給される燃焼用ガス（１次追加ガス５２）は、バーナ１５の上流側の流路、即ち分岐燃焼用ガスライン３４上で酸素濃度を正確に調節して供給できる。また、高酸素濃度ガスを高温となるバーナ１５の近傍まで導く必要が無いので安全性の点で都合が良い。
【００４１】
図３には本実施例に係るバーナ１５とその周辺の概略構成例を示す。  
火炉壁面５５の開口部（スロート部）に配置されるバーナ１５は、起動時に液体燃料（例えば重油）を燃焼させるために燃料を供給する液体燃料ライン５０をバーナ中心軸に配置し、その外周に１次ノズル４０を配置し、１次ノズル４０のさらに外周に燃焼用ガスが流れる２次ノズル４５を配置し、２次ノズル４５のさらに外周に燃焼用ガスが流れる３次ノズル４６を配置している。
【００４２】
１次ノズル４０内には上流側から順に、１次ノズル４０の隔壁の内側に流路縮小部材４２、バーナ中心軸の周りに微粉炭の流れを該１次ノズル４０の隔壁の内側に比較的重い微粉炭を偏流させる濃縮器４１、１次ノズル４０の先端部に保炎器６０を配置している。また、濃縮器４１と保炎器６０の間の１次ノズル４０の隔壁の内側に１次追加ノズル４３の出口部４９を設けている。１次追加ノズル４３は１次ノズル４０の隔壁の外周面に沿って１次ノズル４０の先端部よりノズル４０の隔壁の内周面側に設けられた出口部４９に接続している。
【００４３】
１次ノズル４０には１次ガス(燃料搬送用ガス）５１が、２次ノズル４５には２次ガス４７、３次ノズル４６には３次ガス４８が、また１次追加ノズル４３には１次追加ガス５２がそれぞれ供給される。
【００４４】
ここで、考慮すべき課題として以下の事項がある。
（ａ）１次ノズル４０の隔壁の内周側出口に位置する保炎器６０に十分な酸素を供給するために、１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２の流速を大きくし過ぎると、１次ノズル４０の隔壁の内周側へ濃縮された微粉炭が乱れてしまい、保炎器６０の周りに微粉炭を効果的に集めることができない。
（ｂ）上記（ａ）において１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２の流速を、上限値以下に抑えた場合、保炎器６０の周りに十分な酸素を供給できない。
（ｃ）上記（ａ）において１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２の酸素濃度を上昇させることで、保炎器６０に十分な酸素を供給した場合、燃料搬送用ガスの流速は大きくなり、バーナ火炎が吹き飛ぶ。
【００４５】
図１、図２に示す実施例では次のような構成を採用している。  
すなわち、図３に示す２次ノズル４５と３次ノズル４６を、ウインドボックス１２を介して燃焼用ガスライン１８と接続し、１次追加ノズル４３に分岐燃焼用ガスライン３４を接続して、分岐燃焼用ガスライン３４から１次追加ノズル４３に１次追加ガス５２を供給できるようにする。
【００４６】
また、分岐燃焼用ガスライン３４に供給される燃焼用ガスの酸素濃度は図１では分岐燃焼ガス用酸素量調整バルブ２０によって調整する。  
また、図２では燃焼用ガス用酸素量調整バルブ９によって調整する。
【００４７】
さらに、１次ガスライン１７、燃焼用ガスライン１８、分岐燃焼用ガスライン３４には、各々酸素濃度測定のためのガス採取ラインが接続されており、各ガス採取ラインによって採取された各ガスライン１７、１８及び３４の配管中の酸素濃度は、それぞれ酸素濃度測定装置２９、３０及び３１によって、常時測定することができる。
【００４８】
上記構成要素により、安定したバーナ１５での火炎を保持できる仕組みを以下、図３及び図４を用いて説明する。
図３に示すように、１次ノズル４０の中心軸側には、濃縮器４１が設置されており、１次ガスライン１７内の微粉炭と燃料搬送用ガスからなる混合流体の流れの中で微粉炭は１次ノズル４０の隔壁内壁面側へ濃縮される。前記隔壁内壁面側へ濃縮された微粉炭の流れは、１次ノズル４０の隔壁内壁面に接続する１次追加ノズル４３から噴出する高酸素濃度の燃焼用ガス（１次追加ガス）５２によって、安定して微粉炭が燃焼する。
【００４９】
図４は、バーナ１５の１次ノズル４０、２次ノズル４５及び３次ノズル４６の各流路の先端部付近の横断面図（図４（ａ））と、上記図４（ａ）に示すバーナ１５の１次ノズル４０の隔壁内壁面側における水平方向の各位置での酸素濃度の変化を示す図（図４（ｂ））と図４（ａ）に示すバーナ１５の１次ノズル４０の隔壁内壁面側における水平方向の各位置でのガス流速（図４（ｃ））を表したものである。
【００５０】
バーナ１５の燃焼性は、１次ノズル４０の先端の隔壁内壁面側に位置する保炎器６０に十分な酸素を供給できるかどうかがポイントとなる。このときの保炎器６０周りの最低酸素濃度はＡ0％（例えば２５％）である。
【００５１】
前述の３つの考慮すべき事項（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）について、仮に、１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２を、２次ノズル４５と３次ノズル４６に共通するウインドボックス１２から供給するように構成した場合、即ち１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２の酸素濃度を２次ノズル４５と３次ノズル４６と同じにすると次のような問題が生じる。
（１）１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２の流量を増やすことによって、保炎器６０に十分な酸素を供給しようとすると、その燃焼用ガスの流速（Ｂ）は、微粉炭を吹き飛ばす流速の上限値（Ｂ0）を超える。すなわち、Ｂ≧Ｂ0となる（比較例１）。
（２）反対に、１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２の流速（Ｂ）を、前記上限値以下(Ｂ≦Ｂ0)に抑えようとすると、保炎器６０の周りに十分な酸素を供給できず、保炎器６０の周りの酸素濃度（Ａ）は、その下限値（Ａ0）を下回る。すなわち、Ａ≦Ａ0となる（比較例２）。
【００５２】
また、１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２の酸素濃度が高すぎる場合、保炎器６０が焼損してしまうため、保炎器６０の周りの酸素濃度（Ａ％）を、酸素濃度の上限値（Ａ1％）以内となるように１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２の酸素濃度を調整する必要がある。
（３）そこで、１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２の流速（Ｂ）を、上限値（Ｂ0）以下（Ｂ≦Ｂ0）に抑えつつ、酸素濃度（Ａ）を上昇させることで、保炎器６０に十分な酸素を供給しようとすると、１次ノズル４０から噴出する燃料搬送用ガス（１次ガス）５１の流速（Ｃ）は、バーナ火炎を吹き飛ばす流速の上限値（Ｃ0）を超える。すなわち、Ｃ≧Ｃ0となる。
【００５３】
そのため、保炎器６０に十分な酸素を供給し、かつ、１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２の流速（Ｂ）を、微粉炭を吹き飛ばす流速の上限値（Ｂ0）以下とし、かつ、１次ノズル４０から噴出する燃料搬送用ガス５１の流速（Ｃ）を、火炎を吹き飛ばす流速の上限値（Ｃ0）以下にできるシステム及びバーナ構造にする必要がある。
【００５４】
本実施例では、１次追加ノズル４３がウインドボックス１２と独立して構成されており、１次追加ノズル４３にのみ高濃度の酸素を供給することが可能である。  
そのため、保炎器６０の周りに十分な酸素を供給した状態であっても、１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２の流速（Ｂ）は、その上限値（Ｂ0）を超えないことと、さらに、１次ノズル４０から噴出する燃料搬送用ガス（１次ガス５１）のの流速（Ｃ）は、その上限値（Ｃ0）を超えないことが必要である。  
【００５５】
すなわち、保炎器６０の周りの酸素濃度をＡ％、その流速をＢｍ／ｓ、１次ノズル４０から噴出する燃料搬送用ガスの流速をＣｍ／ｓとすると、
Ａ≧Ａ0  かつＢ≦Ｂ0  かつＣ≦Ｃ0
が成立する。
【００５６】
ここで、例えばＡ０＝２５％、Ｂ０＝４０〜５０ｍ／ｓ、Ｃ０＝２０ｍ／ｓである。  
表１に本発明の実施例のガスラインでの流量の比率及び酸素濃度の例を示す。また、比較例も併せて表１に示した。
【００５７】
【表１】
2014070772.tif 000003
全体の酸素濃度は、空気燃焼と同負荷とするために、全体のノズル（１次ノズル４０＋２次ノズル４５＋３次ノズル４６＋１次追加ノズル４３）の酸素濃度を２７％とした。
【００５８】
ここでは、本発明の実施例１〜３では、それぞれ１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２中の酸素濃度の上限（＝８０vol.％）と下限（＝５０vol.％）とした場合を示している。
【００５９】
また、比較例１は、上記（ａ）で示したＡ≧Ａ0かつＢ≧Ｂ0かつＣ≦Ｃ0、比較例２は、上記（ｂ）で示したＡ≦Ａ0かつＢ≦Ｂ0かつＣ≦Ｃ0、比較例３は、上記（ｃ）で示したＡ≦Ａ0かつＢ≦Ｂ0かつＣ≧Ｃ0の条件を満たした一例を示している。なお前記比較例１〜３のＡ（酸素濃度）、Ｂ（ガス流速）、Ｃ（ガス流速）についての上記下線部の条件が本発明と相違する部分である。
【００６０】
本発明の実施例と比較例１〜３におけるバーナ１５の出口付近の酸素濃度及び流速の分布を図４（ｂ）、（ｃ）に示す。図４（ｂ）の縦軸は酸素濃度、横軸は１次ノズル４０の内周壁側における水平方向距離であり、図４（ｃ）の縦軸はガス流速、横軸は１次ノズル４０の内周壁側における水平方向距離である。
【００６１】
図４（ｂ）、（ｃ）から分かるように、比較例１では、バーナ１５の１次追加ノズル４３から１次ノズル４０内に噴出する高酸素濃度（約４３％）の１次追加ガス５２の流速を大きくし、保炎器６０に十分な酸素を供給している。このとき、１次追加ノズル４３から供給される燃焼用ガス（１次追加ガス５２）の酸素濃度は約４３％であり、保炎器６０の周りの酸素濃度は約３０％である。保炎器６０の周りの酸素濃度は問題ないが、１次追加ガス５２の流量比率が３０％となり、Ｂ≧Ｂ0となる。これにより、１次ノズル４０の内周壁側へ濃縮された微粉炭が吹き飛んでしまい、保炎器６０の周りの燃料濃度の希薄化により、着火性及び保炎性の悪化を引き起こし、良好な保炎を維持することはできない。
【００６２】
比較例２では、１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２の流量を１０％に抑え、流速の上限値（Ｂ0）を超えないようにしている。このとき、１次追加ノズル４３から供給される１次追加ガス５２中の酸素濃度は約４３％であり、保炎器６０の周りの酸素濃度は約２０％である。この条件では、１次ノズル４０の内周壁側出口に位置する保炎器６０に酸素を十分に供給できず、安定したバーナ火炎を保持できない。
【００６３】
比較例３では、１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２の流量を１０％に抑え、その酸素濃度を上昇させ、保炎器６０に十分な酸素を供給している。１次追加ノズル４３から供給される１次追加ガス５２中の酸素濃度は、約７０％であり、保炎器６０の周りの酸素濃度は約３０％となる。１次追加ノズル４３から噴出する１次追加ガス５２の流速及び保炎器６０の周りのガス中の酸素濃度は問題ないが、１次ノズル４０から噴出する燃料搬送用ガス（１次ガス５１）の流量が６５％となり、燃料搬送用ガスの流速が、上限値（Ｃ0）を超える。１次ノズル４０の出口の１次ガス５１の流速が大きくなることで、バーナ火炎が吹き飛んでしまい、良好な保炎を維持することはできない。
【００６４】
一方、本発明の実施例１では、１次追加ノズル４３から供給される１次追加ガス５２の流量比率は１０％であり、その流速（Ｂ）は上限値（Ｂ0＝４０〜５０ｍ／ｓ）を下回る(Ｂ≦Ｂ0)。また、１次追加ガス５２の酸素濃度は約６０％であり、保炎器６０の周りの酸素濃度は約３０％であり、これは、保炎器６０の周りに必要な最低酸素濃度２５％（１次ガス５１の酸素濃度を５０％以下にすると、保炎器６０周りの酸素濃度が２５％以下となり失火する。）を上回る(Ａ≧Ａ0)。また、保炎器６０の焼損を防止する最高酸素濃度４０％（１次ガス５１の酸素濃度を８０％以上にすると、保炎器６０周りの酸素濃度が４０％以上となり保炎器６０が焼損するため。）下回る(Ａ≦Ａ1)。また、１次ガス５１の流量比率が４０％であり、その流速（Ｃ)は上限値（Ｃ0）を下回る(Ｃ≦Ｃ0)。
【００６５】
また、本発明では、固体燃料バーナ１５における燃焼用ガスとして空気を主体とする気体を用いる空気燃焼モードでも運転可能である。  
この場合、燃焼用ガス用酸素量調整バルブ９及び分岐燃焼ガス用酸素量調整バルブ２０を徐々に閉じて酸素発生装置６から供給する酸素を減らしつつ、空気送風ファン７の出口バルブ１０を徐々に開いて空気送風ファン７から供給する酸素を増やし、ボイラ１内の酸素量が過剰状態、または不足状態にならないように調整しながら、同時に、再循環ガス入口ガス量調整バルブ１１または再循環ガス量調整バルブ２５を徐々に閉じることで、ボイラ１内を再循環ガスによるＣＯ２主体ガスから空気によるＮ２主体ガスへと切り替える運転が行われる。  
【００６６】
以上より、本発明は、燃料搬送用ガスの酸素濃度を極力低くしても、良好なバーナ火炎を形成することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１・・・ボイラ              ２・・・排ガス処理系統
３・・・再循環ガスライン    ５・・・窒素ライン
６・・・酸素発生装置        ７・・・空気送風ファン
８・・・再循環ガスファン    ９・・・燃焼用ガス用酸素量調整バルブ
１０・・・送風ファン出口バルブ
１１・・・再循環ガス入口ガス量調整バルブ
１２・・・ウインドボックス  １３・・・フィーダ
１４・・・バンカ            １５・・・バーナ
１６・・・ミル              １７・・・１次ガスライン
１８・・・燃焼用ガスライン  １９・・・分岐燃焼ガス用酸素ライン
２０・・・分岐燃焼ガス用酸素量調整バルブ  
２１・・・１次ガス量調整バルブ
２２・・・燃焼用ガス量調整バルブ
２３・・・分岐再循環ガス用酸素ライン  
２４・・・分岐再循環ガス用酸素量調整バルブ
２５・・・再循環ガス量調整バルブ
２６・・・燃焼用ガス用酸素ライン
２７・・・排ガスライン    ２８・・・ＣＯ２回収・放出ライン
２９・・・燃焼用ガス用酸素濃度測定装置
３０・・・分岐燃焼ガス用酸素濃度測定装置
３１・・・燃焼用ガス用酸素濃度測定装置
３２・・・バイパス再循環ガス量調整バルブ
３３・・・バイパス再循環ガスライン
３４・・・分岐燃焼用ガスライン
３５・・・分岐燃焼用ガス供給量調整バルブ
４０・・・１次ノズル      ４１・・・濃縮器
４２・・・流路縮小部材（ヘ゛ンチュリ）
４３・・・１次追加ノズル  ４４・・・１次ガス酸素ライン
４５・・・２次ノズル      ４６・・・３次ノズル
４７・・・２次ガス        ４８・・・３次ガス
４９・・・１次追加ノズル出口
５０・・・液体燃料ライン(燃料)
５１・・・１次ガス(燃料搬送用ガス)
５２・・・１次追加ガス    ５３・・・燃焼用ガス
６０・・・保炎器
【図１】
2014070772.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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