(57)【要約】【課題】燃焼バーナにおいて、スラッギングの発生を抑制可能とする。【解決手段】火炉１１内に向けて低スラッギング性の固体燃料と空気を混合した第１燃料ガスを吹き込むことで火炎を形成可能な上段の燃焼バーナ（第１燃焼バーナ）２１，２２と、火炉１１内に向けて高スラッギング性の固体燃料と空気を混合した第２燃料ガスを吹き込むことで火炎を形成可能な下段の燃焼バーナ（第２燃焼バーナ）２３，２４，２５を設けている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記火炉内に向けて低スラッギング性の固体燃料と空気を混合した第１燃料ガスを吹き込むことで火炎を形成可能な第１燃焼バーナと、
前記第１燃焼バーナよりも鉛直方向の下方に配置されて前記火炉内に向けて高スラッギング性の固体燃料と空気を混合した第２燃料ガスを吹き込むことで火炎を形成可能な第２燃焼バーナと、
前記火炉の上部に設けられて内部の熱を回収する熱交換器と、
を有することを特徴とするボイラ。
【請求項２】
前記第１燃焼バーナに前記低スラッギング性の固体燃料を粉砕して微粉燃料を形成する第１燃料粉砕機が連結され、前記第２燃焼バーナに前記高スラッギング性の固体燃料を粉砕して微粉燃料を形成する第２燃料粉砕機が連結されることを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
【請求項３】
前記火炉は、鉛直方向に沿って複数の燃焼バーナが設けられ、使用する固体燃料における低スラッギング性の固体燃料と高スラッギング性の固体燃料との混合割合に応じて前記第１燃焼バーナと前記第２燃焼バーナの使用割合が設定されることを特徴とする請求項１または２に記載のボイラ。
【請求項４】
前記第１燃焼バーナは、第１燃料ガスの噴流の中央部における固体燃料の濃度が高くなる低スラッギング性燃料用燃焼バーナであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のボイラ。
【請求項５】
前記低スラッギング性の固体燃料として灰溶融温度が１２００度より高い燃料を使用することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のボイラ。
【請求項６】
前記低スラッギング性の固体燃料として瀝青炭の微粉燃料を使用し、前記高スラッギング性の固体燃料として亜瀝青炭の微粉燃料を使用することを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の石炭焚きボイラは、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。この燃焼バーナは、石炭が粉砕された微粉炭（燃料）と１次空気との混合気が供給されると共に、高温の２次空気が供給され、この混合気と２次空気を火炉内に吹き込むことで火炎を形成し、この火炉内で燃焼可能となっている。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するための過熱器、再熱器、節炭器などが設けられており、火炉での燃焼により発生した排ガスと水との間で熱交換が行われ、蒸気を生成することができる。
【０００３】
このような石炭焚きボイラにて、燃焼バーナは、微粉炭器から供給された微粉炭と空気との混合気を火炉内に吹き込むことで火炎を形成している。この微粉炭は、石炭を粉砕して生成するものであるが、種類によりスラッギング性が異なる。特に、高スラッギング性を有する石炭を使用した場合、燃焼バーナの先端部や火炉の内壁面に溶融灰が付着し、伝熱性能の低下、大塊クリンカの落下による火炉損傷、燃焼バーナにおけるノズル部の閉塞などの問題が発生してしまう。
【０００４】
このような問題を解決するものとして、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載された石炭焚きボイラの灰付着抑制方法は、硫黄分及び灰分の少なくとも一方が少なくかつアルカリ成分が多い石炭中に、灰中の二酸化珪素及び酸化アルミニウムの少なくとも一方が多くてアルカリ成分が少ない石炭の燃焼灰たるフライアッシュを混入し、これら石炭及び燃焼灰の混合物を石炭焚きボイラの火炉内で燃焼させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７７１６８７号公報
【特許文献２】特開平１０−１６０１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
石炭焚きボイラは、一般に、火炉壁の周方向に複数の燃焼バーナが配設されると共に、上下方向に複数段にわたって配置されている。そのため、火炉内の上下方向における熱流束分布は、上段側の燃焼バーナの近傍で高いものとなっており、スラッギングは、この位置で多く発生している。そのため、上述したように、高スラッギング燃料と低スラッギング燃料を混合した混合燃料をボイラの火炉内で燃焼させても、火炉の上段でのスラッギングの発生を十分に防止することができない。
【０００７】
なお、上記特許文献２の石炭焚きボイラのバーナ制御方法では、燃焼させる石炭が低燃料比炭の場合に、複数時のバーナノズルのうちの上段側を使用し、高燃料比炭の場合に、下段側のバーナノズルを使用している。ところが、この場合、上段側のバーナノズルが低燃料比炭、つまり、高スラッギング燃料を噴射することとなり、火炉の上段でのスラッギングの発生を防止することはできない。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するものであり、スラッギングの発生を抑制可能とす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】
【０００９】
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、前記火炉内に向けて低スラッギング性の固体燃料と空気を混合した第１燃料ガスを吹き込むことで火炎を形成可能な第１燃焼バーナと、前記第１燃焼バーナよりも鉛直方向の下方に配置されて前記火炉内に向けて高スラッギング性の固体燃料と空気を混合した第２燃料ガスを吹き込むことで火炎を形成可能な第２燃焼バーナと、前記火炉の上部に設けられて内部の熱を回収する熱交換器と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
従って、火炉内における鉛直方向の熱流束分布を考えると、上段側の燃焼バーナの近傍で高いものとなっており、スラッギングが発生しやすい。そこで、上段側に配置される第１燃焼バーナが火炉内に向けて低スラッギング性の第１燃料ガスを吹き込むことで火炎を形成し、下段側に配置される第２燃焼バーナが火炉内に向けて高スラッギング性の第２燃料ガスを吹き込むようにしている。そのため、火炉における熱負荷の高い領域に低スラッギング性の第１燃料ガスが供給されることとなり、燃焼バーナの先端部や火炉壁におけるスラッギングの発生を抑制することができる。
【００１１】
本発明のボイラでは、前記第１燃焼バーナに前記低スラッギング性の固体燃料を粉砕して微粉燃料を形成する第１燃料粉砕機が連結され、前記第２燃焼バーナに前記高スラッギング性の固体燃料を粉砕して微粉燃料を形成する第２燃料粉砕機が連結されることを特徴としている。
【００１２】
従って、燃焼バーナごとに所定の微粉燃料を供給可能な専用の燃料粉砕機を連結することで、第１燃焼バーナに対して低スラッギング性の微粉燃料を容易に供給することができると共に、第２燃焼バーナに対して高スラッギング性の微粉燃料を容易に供給することができる。
【００１３】
本発明のボイラでは、前記火炉は、鉛直方向に沿って複数の燃焼バーナが設けられ、使用する固体燃料における低スラッギング性の固体燃料と高スラッギング性の固体燃料との混合割合に応じて前記第１燃焼バーナと前記第２燃焼バーナの使用割合が設定されることを特徴としている。
【００１４】
従って、第１燃焼バーナと第２燃焼バーナの構造を同様とし、使用する固体燃料における低スラッギング性の固体燃料と高スラッギング性の固体燃料との混合割合に応じて各個体燃料を噴射する燃焼バーナの使用割合を設定することで、構造の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。
【００１５】
本発明のボイラでは、前記第１燃焼バーナは、第１燃料ガスの噴流の中央部における固体燃料の濃度が高くなる低スラッギング性燃料用燃焼バーナであることを特徴としている。
【００１６】
従って、火炉における熱負荷の高い領域に対して、低スラッギング性燃料用燃焼バーナを用いて低スラッギング性の第１燃料ガスを供給することとなり、燃焼バーナの先端部や火炉壁におけるスラッギングの発生を抑制することができる。
【００１７】
本発明のボイラでは、前記低スラッギング性の固体燃料として灰溶融温度が１２００度より高い燃料を使用することを特徴としている。
【００１８】
従って、燃焼バーナの先端部や火炉壁におけるスラッギングの発生を抑制することができる。
【００１９】
本発明のボイラでは、前記低スラッギング性の固体燃料として瀝青炭の微粉燃料を使用し、前記高スラッギング性の固体燃料として亜瀝青炭の微粉燃料を使用することを特徴としている。
【００２０】
従って、安価な固体燃料を用いて燃焼バーナの先端部や火炉壁におけるスラッギングの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のボイラによれば、火炉内に向けて低スラッギング性の固体燃料と空気を混合した第１燃料ガスを吹き込むことで火炎を形成可能な第１燃焼バーナと、第１燃焼バーナよりも鉛直方向の下方に配置されて火炉内に向けて高スラッギング性の固体燃料と空気を混合した第２燃料ガスを吹き込むことで火炎を形成可能な第２燃焼バーナを設けるので、燃焼バーナの先端部や火炉壁におけるスラッギングの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る石炭焚きボイラを表す概略構成図である。
【図２】図２は、実施例１の石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図である。
【図３】図３は、本発明の実施例２に係る石炭焚きボイラを表す概略構成図である。
【図４】図４は、低スラッギング性燃焼バーナを表す概略図である。
【図５】図５は、別の低スラッギング性燃焼バーナを表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るボイラの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明の実施例１に係る石炭焚きボイラを表す概略構成図、図２は、実施例１の石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図である。
【００２５】
実施例１のボイラは、石炭（瀝青炭、亜瀝青炭など）を粉砕した微粉炭を微粉燃料として用い、この微粉炭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微粉炭焚きボイラである。
【００２６】
この実施例１において、図１に示すように、石炭焚きボイラ１０は、コンベンショナルボイラであって、火炉１１と燃焼装置１２とを有している。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。
【００２７】
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２１，２２，２３，２４，２５を有している。本実施例にて、この燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５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５セット、つまり、５段配置されている。なお、火炉の形状や一つの段における燃焼バーナの数、段数はこの実施例に限定されるものではない。
【００２８】
そして、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を介して微粉炭機（ミル）３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。この微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５は、図示しないが、ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって粉砕テーブルが駆動回転可能に支持され、この粉砕テーブルの上方に対向して複数の粉砕ローラが粉砕テーブルの回転に連動して回転可能に支持されて構成されている。従って、石炭が複数の粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に投入されると、ここで所定の大きさまで粉砕され、搬送空気（１次空気）により分級された微粉炭を微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０から燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができる。
【００２９】
また、火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置に風箱３６が設けられており、この風箱３６に空気ダクト３７の一端部が連結されており、この空気ダクト３７は、他端部に送風機３８が装着されている。更に、火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置より上方にアディショナル空気ノズル３９が設けられており、このアディショナル空気ノズル３９に空気ダクト３７から分岐した分岐空気ダクト４０の端部が連結されている。従って、送風機３８により送られた燃焼用空気（２次空気）を空気ダクト３７から風箱３６に供給し、この風箱３６から各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができると共に、送風機３８により送られた燃焼用空気（追加空気）を分岐空気ダクト４０からアディショナル空気ノズル３９に供給することができる。
【００３０】
そのため、燃焼装置１２にて、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭と１次空気とを混合した微粉燃料混合気（燃料ガス）を火炉１１内に吹き込み可能であると共に、追加空気を火炉１１内に吹き込み可能となっている。また、アディショナル空気ノズル３９は、追加空気を火炉１１内に吹き込み可能となっている。そして、図示しない点火トーチにより微粉燃料混合気に点火することで、火炎を形成することができる。
【００３１】
なお、一般的に、ボイラの起動時には、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、油燃料を火炉１１内に噴射して火炎を形成している。
【００３２】
また、燃焼バーナの形態は、上述したものに限定されるものではない。即ち、燃焼バーナの取付位置は、火炉１１の隅部ではなく、火炉１１の壁部であってもよい。また、燃焼バーナは、火炎旋回流を形成する方式ではなく、火炎対向流を形成する方式であってもよく、火炉１１の壁部だけに設けたものであってもよい。
【００３３】
火炉１１は、上部に煙道５０が連結されており、この煙道５０に、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための過熱器（スーパーヒータ）５１，５２、再熱器５３，５４、節炭器（エコノマイザ）５５，５６，５７が設けられており、火炉１１での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。
【００３４】
煙道５０は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出される排ガス管５８が連結されている。この排ガス管５８は、空気ダクト３７との間にエアヒータ５９が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、排ガス管５８を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給する燃焼用空気を昇温することができる。
【００３５】
なお、排ガス管５８は、図示しないが、脱硝装置、電気集塵機、誘引送風機、脱硫装置が設けられ、下流端部に煙突が設けられている。
【００３６】
従って、微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５が駆動すると、生成された微粉炭が搬送用空気と共に微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を通して燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給される。また、加熱された燃焼用空気が空気ダクト３７から風箱３６を介して各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給されると共に、分岐空気ダクト４０からアディショナル空気ノズル３９に供給される。すると、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込み、このときに着火することで火炎を形成することができる。また、アディショナル空気ノズル３９は、追加空気を火炉１１に吹き込み、燃焼制御を行うことができる。この火炉１１では、微粉燃料混合気と燃焼用空気とが燃焼して火炎が生じ、この火炉１１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガス（排ガス）がこの火炉１１内を上昇し、煙道５０に排出される。
【００３７】
このとき、火炉１１では、空気の供給量が微粉炭の供給量に対して理論空気量未満となるように設定されることで、内部が還元雰囲気に保持される。そして、微粉炭の燃焼により発生したＮＯｘが火炉１１で還元され、その後、追加空気（アディショナルエア）が追加供給されることで微粉炭の酸化燃焼が完結され、微粉炭の燃焼によるＮＯｘの発生量が低減される。即ち、火炉１１は、燃焼バーナ２１とアディショナル空気ノズル３９との間にＮＯｘ還元領域Ａが形成される。
【００３８】
そして、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器５５，５６，５７によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給され火炉壁の各水管（図示せず）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。更に、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器５１，５２に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器５１，５２で生成された過熱蒸気は、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。また、タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気は、再熱器５３，５４に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。なお、火炉１１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。
【００３９】
その後、煙道５０の節炭器５５，５６，５７を通過した排ガスは、排ガス管５８にて、図示しない脱硝装置にて、触媒によりＮＯｘなどの有害物質が除去され、電気集塵機で粒子状物質が除去され、脱硫装置により硫黄分が除去された後、煙突から大気中に排出される。
【００４０】
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を構成する各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、ほぼ同様の構成をなしていることから、最上段に位置する燃焼バーナ２１についてのみ説明する。
【００４１】
燃焼バーナ２１は、図２に示すように、火炉１１における４つの角部に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、微粉炭供給管２６から分岐した各分岐管２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが連結されると共に、空気ダクト３７から分岐した各分岐管３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが連結されている。
【００４２】
従って、火炉１１の各角部にある各燃焼バーナ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燃料混合気を吹き込むと共に、その微粉燃料混合気の外側に燃焼用空気を吹き込む。そして、各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄからの微粉燃料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の上方から見て（図２にて）反時計周り方向に旋回する火炎旋回流となる。
【００４３】
ところで、図１に示すように、このような石炭焚きボイラ１０にて、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭と空気とを混合した微粉燃料を火炉１１内に吹き込むことで火炎を形成しているが、使用する石炭の種類によりスラッギング性が異なり、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の先端部や火炉１１の内壁面に溶融灰が付着ししてしまう。
【００４４】
そのため、実施例１では、火炉１１内に向けて低スラッギング性の固体燃料と空気を混合した第１燃料ガスを吹き込むことで火炎を形成可能な第１燃焼バーナと、第１燃焼バーナよりも鉛直方向の下方に配置されて火炉１１内に向けて高スラッギング性の固体燃料と空気を混合した第２燃料ガスを吹き込むことで火炎を形成可能な第２燃焼バーナとを設けている。
【００４５】
実施例１の石炭焚きボイラ１０では、例えば、低スラッギング性の第１燃料ガスを吹き込み可能な第１燃焼バーナとして、上段側の燃焼バーナ２１，２２を適用し、高スラッギング性の第２燃料ガスを吹き込み可能な第２燃焼バーナとして、下段側の燃焼バーナ２３，２４，２５を適用している。
【００４６】
そのため、燃焼バーナ（第１燃焼バーナ）２１，２２は、微粉炭供給管２６，２７を介して微粉炭機３１，３２が連結されていることから、この微粉炭機３１，３２は、低スラッギング性の固体燃料を粉砕して微粉燃料を形成する第１燃料粉砕機として適用される。また、燃焼バーナ（第２燃焼バーナ）２３，２４，２５は、微粉炭供給管２８，２９，３０を介して微粉炭機３３，３４，３５が連結されていることから、この微粉炭機３３，３４，３５は、高スラッギング性の固体燃料を粉砕して微粉燃料を形成する第２燃料粉砕機として適用される。
【００４７】
この場合、低スラッギング性の固体燃料とは、灰溶融温度（灰融点）が１２００度以上の燃料であると規定され、高スラッギング性の固体燃料とは、灰溶融温度（灰融点）が１２００より低い燃料であると規定される。実施例１では、低スラッギング性の固体燃料として瀝青炭の微粉燃料を使用し、高スラッギング性の固体燃料として亜瀝青炭の微粉燃料を使用する。
【００４８】
なお、適用される燃料の種類は、この瀝青炭や亜瀝青炭に限定されるものではない。例えば、低スラッギング性の固体燃料は、瀝青炭以外に無煙炭や半無煙炭などがある。一方、高スラッギング性の固体燃料は亜瀝青炭以外に、水分や酸素の多い褐炭や亜炭、泥炭、コークス、バイオマスなどがある。
【００４９】
また、実施例１の石炭焚きボイラ１０は、使用する固体燃料における低スラッギング性の固体燃料と高スラッギング性の固体燃料との混合割合に応じて第１燃焼バーナと第２燃焼バーナの使用割合が設定される。即ち、使用する固体燃料における低スラッギング性の固体燃料の割合が４０％で、高スラッギング性の固体燃料の割合が６０％であれば、前述したように、第１燃焼バーナとして２段の燃焼バーナ２１，２２を適用し、第２燃焼バーナとして３段の燃焼バーナ２３，２４，２５を適用する。
【００５０】
また、使用する固体燃料における低スラッギング性の固体燃料の割合が６０％で、高スラッギング性の固体燃料の割合が４０％であれば、第１燃焼バーナとして３段の燃焼バーナ２１，２２，２３を適用し、第２燃焼バーナとして２段の燃焼バーナ２４，２５を適用する。更に、使用する固体燃料における低スラッギング性の固体燃料の割合が２０％で、高スラッギング性の固体燃料の割合が８０％であれば、第１燃焼バーナとして１段の燃焼バーナ２１を適用し、第２燃焼バーナとして４段の燃焼バーナ２２，２３，２４，２５を適用する。そして、使用する固体燃料における低スラッギング性の固体燃料の割合が１００％であれば、第１燃焼バーナとして全ての燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を適用し、高スラッギング性の固体燃料の割合が１００％であれば、第２燃焼バーナとして全ての燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を適用する。
【００５１】
従って、微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５が駆動すると、微粉炭機３１，３２は、低スラッギング性の固体燃料を粉砕し、生成された低スラッギング性の微粉炭を搬送用空気と共に微粉炭供給管２６，２７から燃焼バーナ２１，２２に供給する。また、微粉炭機３３，３４，３５は、高スラッギング性の固体燃料を粉砕し、生成された高スラッギング性の微粉炭を搬送用空気と共に微粉炭供給管２８，２９，３０から燃焼バーナ２３，２４，２５に供給する。
【００５２】
また、エアヒータ５９により加熱された燃焼用空気は、空気ダクト３７から風箱３６を介して各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給されると共に、分岐空気ダクト４０からアディショナル空気ノズル３９に供給される。
【００５３】
すると、上段の燃焼バーナ２１，２２は、低スラッギング性の微粉炭と搬送用空気とが混合した低スラッギング性の微粉燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込む。また、下段の燃焼バーナ２３，２４，２５は、高スラッギング性の微粉炭と搬送用空気とが混合した高スラッギング性の微粉燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込む。
【００５４】
そのため、火炉１１は、上段の燃焼バーナ２１，２２から低スラッギング性の微粉燃料混合気が吹き込まれ、着火することで火炎を形成し、下段の燃焼バーナ２３，２４，２５から高スラッギング性の微粉燃料混合気が吹き込まれ、着火することで火炎を形成する。このとき、火炉１１は、上部側の熱負荷が高いものの、低スラッギング性の微粉燃料は、灰融点が高いことから溶融しにくく、火炉１１の内壁や燃焼バーナ２１，２２の先端部における溶融灰の付着が抑制され、スラッギングの発生が防止される。また、火炉１１は、下部側の熱負荷が低いものの、高スラッギング性の微粉燃料も、灰融点が低いことから溶融しにくく、火炉１１の内壁や燃焼バーナ２３，２４，２５の先端部における溶融灰の付着が抑制され、スラッギングの発生が防止される。
【００５５】
このように実施例１のボイラにあっては、火炉１１内に向けて低スラッギング性の固体燃料と空気を混合した第１燃料ガスを吹き込むことで火炎を形成可能な上段の燃焼バーナ（第１燃焼バーナ）２１，２２と、火炉１１内に向けて高スラッギング性の固体燃料と空気を混合した第２燃料ガスを吹き込むことで火炎を形成可能な下段の燃焼バーナ（第２燃焼バーナ）２３，２４，２５を設けている。
【００５６】
従って、火炉１１内における鉛直方向の熱流束分布を考えると、上段側の燃焼バーナ２１の近傍で高いものとなっており、スラッギングが発生しやすい。そこで、上段側に配置される燃焼バーナ（第１燃焼バーナ）２１，２２が火炉１１内に向けて低スラッギング性の第１燃料ガスを吹き込むことで火炎を形成し、下段側に配置される燃焼バーナ（第２燃焼バーナ）２３，２４，２５が火炉１１内に向けて高スラッギング性の第２燃料ガスを吹き込むようにしている。そのため、火炉１１における熱負荷の高い領域に低スラッギング性の第１燃料ガスが供給されることとなり、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の先端部や火炉壁における溶融灰の付着が抑制され、スラッギングの発生を抑制することができる。
【００５７】
実施例１のボイラでは、上段の燃焼バーナ（第１燃焼バーナ）２１，２２に低スラッギング性の固体燃料を粉砕して微粉燃料を形成する微粉炭機（第１燃料粉砕機）３１，３２を連結し、下段の燃焼バーナ（第２燃焼バーナ）２３，２４，２５に高スラッギング性の固体燃料を粉砕して微粉燃料を形成する微粉炭機（第２燃料粉砕機）３３，３４，３５を連結している。従って、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５ごとに所定の微粉燃料を供給可能な専用の燃料粉砕機３１，３２，３３，３４，３５を連結することで、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に対して低スラッギング性の微粉燃料または高スラッギング性の微粉燃料を容易に供給することができる。
【００５８】
実施例１のボイラでは、火炉１１に鉛直方向に沿って複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を設け、使用する固体燃料における低スラッギング性の固体燃料と高スラッギング性の固体燃料との混合割合に応じて第１燃焼バーナと第２燃焼バーナの使用割合を設定している。従って、複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の構造を同様とし、使用する固体燃料における低スラッギング性の固体燃料と高スラッギング性の固体燃料との混合割合に応じて各固体燃料を噴射する燃焼バーナの使用割合、つまり、使用する燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を設定することができ、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を個別に形成する必要がなくなり、構造の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。また、火炉１１に使用する固体燃料の種類（混合割合）が変更となっても、容易に適用することができ、汎用性を向上することができる。
【００５９】
実施例１のボイラでは、低スラッギング性の固体燃料として灰溶融温度が１２００度より高い燃料を使用している。具体的には、低スラッギング性の固体燃料として瀝青炭の微粉燃料を使用し、高スラッギング性の固体燃料として亜瀝青炭の微粉燃料を使用している。安価な固体燃料を用いて燃焼バーナの先端部や火炉壁におけるスラッギングの発生を抑制することができる。
【実施例２】
【００６０】
図３は、本発明の実施例２に係る石炭焚きボイラを表す概略構成図、図４は、低スラッギング性燃焼バーナを表す概略図、図５は、別の低スラッギング性燃焼バーナを表す概略図である。なお、上述した実施例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。
【００６１】
実施例２において、図３に示すように、石炭焚きボイラ１０は、コンベンショナルボイラであって、火炉１１と燃焼装置６０とを有している。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。
【００６２】
燃焼装置６０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６０は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ６１，６２，６３，６４，６５を有している。本実施例にて、この燃焼バーナ６１，６２，６３，６４，６５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５セット、つまり、５段配置されている。
【００６３】
そして、各燃焼バーナ６１，６２，６３，６４，６５は、微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を介して微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。従って、微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５は、石炭を所定の大きさまで粉砕し、搬送空気（１次空気）により分級された微粉炭を微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０から燃焼バーナ６１，６２，６３，６４，６５に供給することができる。
【００６４】
また、火炉１１は、各燃焼バーナ６１，６２，６３，６４，６５の装着位置に風箱３６が設けられており、この風箱３６に空気ダクト３７の一端部が連結されており、この空気ダクト３７は、他端部に送風機３８が装着されている。従って、送風機３８により送られた燃焼用空気（追加空気）を空気ダクト３７から風箱３６に供給し、この風箱３６から各燃焼バーナ６１，６２，６３，６４，６５に供給することができる。そのため、燃焼装置６０にて、各燃焼バーナ６１，６２，６３，６４，６５は、微粉炭と１次空気とを混合した微粉燃料混合気を火炉１１内に吹き込み可能であり、図示しない点火トーチにより微粉燃料混合気に点火することで、火炎を形成することができる。
【００６５】
実施例２では、火炉１１内に向けて低スラッギング性の固体燃料と空気を混合した第１燃料ガスを吹き込むことで火炎を形成可能な第１燃焼バーナと、第１燃焼バーナよりも鉛直方向の下方に配置されて火炉１１内に向けて高スラッギング性の固体燃料と空気を混合した第２燃料ガスを吹き込むことで火炎を形成可能な第２燃焼バーナとを設けている。具体的に、低スラッギング性の第１燃料ガスを吹き込み可能な第１燃焼バーナとして、上段側の燃焼バーナ６１，６２を適用し、高スラッギング性の第２燃料ガスを吹き込み可能な第２燃焼バーナとして、下段側の燃焼バーナ６３，６４，６５を適用している。
【００６６】
そのため、燃焼バーナ（第１燃焼バーナ）６１，６２は、微粉炭供給管２６，２７を介して微粉炭機３１，３２が連結されていることから、この微粉炭機３１，３２は、低スラッギング性の固体燃料を粉砕して微粉燃料を形成する第１燃料粉砕機として適用される。また、燃焼バーナ（第２燃焼バーナ）６３，６４，６５は、微粉炭供給管２８，２９，３０を介して微粉炭機３３，３４，３５が連結されていることから、この微粉炭機３３，３４，３５は、高スラッギング性の固体燃料を粉砕して微粉燃料を形成する第２燃料粉砕機として適用される。
【００６７】
また、上段側に配置される燃焼バーナ（第１燃焼バーナ）６１，６２を、第１燃料ガスの噴流の中央部における固体燃料の濃度が高くなる低スラッギング性燃料用燃焼バーナとしている。以下、低スラッギング性燃料用燃焼バーナについて説明する。
【００６８】
低スラッギング性燃料用燃焼バーナは、図４に示すように、微粉炭供給管１０１の先端部に燃料ノズル１０２が設けられると共に、この燃料ノズル１０２の外側に空気ノズル１０３が設けられている。燃料ノズル１０２は、微粉炭と搬送用空気とを混合した微粉燃料混合気を火炉１０４内に吹き込むことができ、空気ノズル１０３は、１次空気を火炉１０４内に吹き込むことができる。また、微粉炭供給管１０１は、内部にデフレクタブロック１０５、ひねり板１０６、デフレクタブロック１０７が設けられている。
【００６９】
従って、微粉燃料混合気は、微粉炭供給管１０１内を流れるとき、デフレクタブロック１０５により微粉炭の濃度分布が変化し、ひねり板１０６でひねられた後、再び、デフレクタブロック１０７により微粉炭の濃度分布が変化する。そして、燃料ノズル１０２は、微粉燃料混合気を火炉１０４内に噴出するが、このとき、炉壁から離れた中央付近に偏るように噴出するため、高微粉炭濃度領域Ａを形成し、空気ノズル１０３から１次空気を噴出することで、炉壁付近に空気豊富領域Ｂを形成する。そのため、微粉燃料混合気（第１燃料ガス）の噴流の中央部における固体燃料の濃度が高くなるため、火炉１０４の内壁における溶融灰の付着が抑制される。
【００７０】
また、別の低スラッギング性燃料用燃焼バーナは、図５に示すように、微粉燃料と搬送用空気とを混合した微粉燃料混合気を吹き込み可能な第１ノズル１１１と、この第１ノズル１１１の外側から燃焼用空気（空気）を吹き込み可能な第２ノズル１１２と、第１ノズル１１１及び第２ノズル１１２の各先端部に設けられる保炎部１１３，１１４と、この保炎部１１３，１１４への微粉燃料混合気中の微粉炭の流れを抑制する第１ノズル１１１から保炎部１１３に向けて空気を吹き込み可能な第３ノズル１１５とを有している。
【００７１】
従って、第１ノズル１１１は、微粉燃料と搬送用空気とが混合した微粉燃料混合気を吹き込む一方、第２ノズル１１２は、燃焼用空気を吹き込むことで、各ノズル１１１，１１２の出口付近で着火されて火炎となる。このとき、吹き込まれた微粉燃料混合気に対して、その外側に空気が囲繞するように吹き込まれることから、失火のおそれがない適正な火炎を形成することが可能となる。また、第１ノズル１１１及び第２ノズル１１２の先端部に広角する保炎部１１３，１１４が設けられていることから、ここに外側に流れて循環するような渦が形成され、失火が抑制される。
【００７２】
更に、第３ノズル１１５は、燃焼用空気を吹き込み、この燃焼用空気は、第１ノズル１１１の内壁面に沿って流れ、保炎部１１３の内側に流れ込む。そのため、第１ノズル１１１内を流動する微粉燃料混合気中の微粉炭は、この空気により第１ノズル１１１の内壁面から吹き飛ばされて中心側に移動するため、保炎部１１３，１１４に流れる微粉燃料混合気中の微粉炭濃度が低下する。微粉燃料混合気は、微粉炭を含んでいることから、燃焼すると溶融灰が生成される。しかし、保炎部１１３，１１４に流れる微粉燃料混合気中の微粉炭濃度が低いことから、ここで生成される溶融灰も微量となり、保炎部１１３，１１４への溶融灰の付着が防止される。
【００７３】
ここで、２種類の低スラッギング性燃料用燃焼バーナについて説明したが、この構成に限定されるものではない。
【００７４】
なお、実施例２の石炭焚きボイラ１０は、実施例１に対して、燃焼バーナ６１，６２，６３，６４，６５の構成が相違するだけであり、その他の構成は同様であることから、説明は省略する。
【００７５】
従って、微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５が駆動すると、微粉炭機３１，３２は、低スラッギング性の固体燃料を粉砕し、生成された低スラッギング性の微粉炭を搬送用空気と共に微粉炭供給管２６，２７から燃焼バーナ６１，６２に供給する。また、微粉炭機３３，３４，３５は、高スラッギング性の固体燃料を粉砕し、生成された高スラッギング性の微粉炭を搬送用空気と共に微粉炭供給管２８，２９，３０から燃焼バーナ６３，６４，６５に供給する。
【００７６】
すると、上段の燃焼バーナ６１，６２は、低スラッギング性の微粉炭と搬送用空気とが混合した低スラッギング性の微粉燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込む。また、下段の燃焼バーナ６３，６４，６５は、高スラッギング性の微粉炭と搬送用空気とが混合した高スラッギング性の微粉燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込む。
【００７７】
そのため、火炉１１は、上段の燃焼バーナ６１，６２から低スラッギング性の微粉燃料混合気が吹き込まれ、着火することで火炎を形成し、下段の燃焼バーナ６３，６４，６５から高スラッギング性の微粉燃料混合気が吹き込まれ、着火することで火炎を形成する。このとき、火炉１１は、上部側の熱負荷が高いものの、低スラッギング性の微粉燃料は、灰融点が高いことから溶融しにくく、火炉１１の内壁や燃焼バーナ６１，６２の先端部における溶融灰の付着が抑制され、スラッギングの発生が防止される。また、火炉１１は、下部側の熱負荷が低いため、高スラッギング性の微粉燃料は、灰融点が低いものの、火炉１１の内壁や燃焼バーナ６３，６４，６５の先端部における溶融灰の付着が抑制され、スラッギングの発生が防止される。
【００７８】
また、上段側に配置される燃焼バーナ（第１燃焼バーナ）６１，６２が低スラッギング性燃料用燃焼バーナであることから、燃焼バーナ６１，６２は、火炉１１に向けて噴射する第１燃料ガスは、噴流の中央部における固体燃料の濃度が高く、その周囲における固体燃料の濃度が低くなる。そのため、第１燃料ガスの外周側における固体燃料の濃度が低くなることから、ここで生成される溶融灰が減少し、火炉１１の内壁や燃焼バーナ６３，６４，６５の先端部における溶融灰の付着が抑制され、スラッギングの発生が防止される。
【００７９】
このように実施例２のボイラにあっては、低スラッギング性の第１燃料ガスを吹き込む上段の燃焼バーナ（第１燃焼バーナ）６１，６２と、高スラッギング性の第２燃料ガスを吹き込む下段の燃焼バーナ（第２燃焼バーナ）６３，６４，６５を設けると共に、上段の燃焼バーナ（第１燃焼バーナ）６１，６２を第１燃料ガスの噴流の中央部における固体燃料の濃度が高くなる低スラッギング性燃料用燃焼バーナとしている。
【００８０】
従って、第１燃料ガスの外周側における固体燃料の濃度が低くなり、ここで生成される溶融灰が減少することから、燃焼バーナ６１，６２の先端部や火炉壁における溶融灰の付着が抑制され、スラッギングの発生を抑制することができる。
【００８１】
なお、上述した実施例では、本発明のボイラを石炭焚きボイラとしたが、燃料としては、バイオマスや石油コークスを使用するボイラであってもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１０  石炭焚きボイラ
１１  火炉
１２  燃焼装置
２１，２２  燃焼バーナ（第１燃焼バーナ）
２３，２４，２５  燃焼バーナ（第２燃焼バーナ）
２６，２７，２８，２９，３０  微粉炭供給管
３１，３２  微粉炭機（第１燃料粉砕機）
３３，３４，３５  微粉炭機（第２燃料粉砕機）
３６  風箱
３７  空気ダクト
３９  アディショナル空気ノズル
４０  分岐空気ダクト
５０  煙道
５１，５２  過熱器（熱交換器）
５３，５４  再熱器（熱交換器）
５５，５６，５７  節炭器（熱交換器）
【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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