(57)【要約】【課題】燃焼条件に変化があった場合でも確実にＮＯｘの発生を抑制することができるボイラの低ＮＯｘ燃焼装置及び燃焼方法、並びにボイラを提供することを課題とする。【解決手段】燃焼ガスを生成する火炉４と、燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路５とを有するボイラ２の低ＮＯｘ燃焼装置１０において、火炉４に設けられ液体燃料噴射口と気体燃料供噴射口とを有するバーナ装置２と、気体燃料噴射口及び液体燃料噴射口の少なくとも一方に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ライン１１と、不活性ガスの供給量を調整する不活性ガス流量調整バルブ１２と、燃焼ガスに含まれるＮＯｘ量を検出するＮＯｘ検出手段５１と、火炎の状態を検出する火炎検出手段５２と、ＮＯｘ検出手段５１で検出されたＮＯｘ量と火炎検出手段５２で検出された火炎の状態とに基づいて不活性ガス流量調整バルブ１２を制御する制御手段５０とを備える。【選択図】  図１
2011069527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスを生成する火炉と、前記火炉に連結され前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路とを有するボイラの低ＮＯｘ燃焼装置において、
前記火炉に設けられ、液体燃料を噴射する液体燃料噴射口と気体燃料を噴射する気体燃料供噴射口とを有するバーナ装置と、
前記バーナ装置の前記気体燃料噴射口及び前記液体燃料噴射口の少なくとも一方に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記不活性ガス供給手段に設けられ、前記不活性ガスの供給量を調整する不活性ガス供給量調整手段と、
前記燃焼ガス通路に設けられ、前記燃焼ガスに含まれるＮＯｘ量を検出するＮＯｘ検出手段と、
前記バーナ装置で形成される火炎の状態を検出する火炎検出手段と、
前記ＮＯｘ検出手段で検出されたＮＯｘ量と前記火炎検出手段で検出された火炎の状態とに基づいて前記不活性ガス供給量調整手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とするボイラの低ＮＯｘ燃焼装置。
【請求項２】
前記不活性ガス供給手段は、前記不活性ガスを前記気体燃料噴射口に供給することを特徴とする請求項１記載のボイラの低ＮＯｘ燃焼装置。
【請求項３】
前記不活性ガス供給手段は、前記不活性ガスを前記液体燃料噴射口に供給することを特徴とする請求項１記載のボイラの低ＮＯｘ燃焼装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記ＮＯｘ検出手段で検出されたＮＯｘ量が予め設定されたしきい値以上で且つ前記火炎検出手段で検出された火炎の状態が安定しているときに、前記不活性ガスを供給するように前記不活性ガス供給量調整手段を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のボイラの低ＮＯｘ燃焼装置。
【請求項５】
火炉と、前記火炉に設けられ、液体燃料を噴射する液体燃料噴射口と気体燃料を噴射する気体燃料噴射口とを有するバーナ装置と、前記火炉に連結された燃焼ガス通路とを有するボイラの低ＮＯｘ燃焼方法において、
前記バーナ装置から前記液体燃料及び前記気体燃料の少なくとも一方を前記火炉内に噴射して燃焼させ、燃焼ガスを生成するステップと、
前記燃焼ガス通路を流れる前記燃焼ガスに含まれるＮＯｘ量を検出するステップと、
前記バーナ装置で形成される火炎の状態を検出するステップと、
前記ＮＯｘ量及び前記火炎の状態に基づいて前記バーナ装置の前記気体燃料噴射口及び前記液体燃料噴射口の少なくとも一方に不活性ガスを供給するステップとを備えることを特徴とするボイラの低ＮＯｘ燃焼方法。
【請求項６】
前記不活性ガスを供給するステップで、前記不活性ガスを前記気体燃料噴射口に供給することを特徴とする請求項５記載のボイラの低ＮＯｘ燃焼方法。
【請求項７】
前記不活性ガスを供給するステップで、前記不活性ガスを前記液体燃料噴射口に供給することを特徴とする請求項５記載のボイラの低ＮＯｘ燃焼方法。
【請求項８】
前記不活性ガスを供給するステップで、前記ＮＯｘ量が予め設定されたしきい値以上で且つ前記火炎の状態が安定しているときに、前記不活性ガスを供給することを特徴とする請求項５乃至７の何れかに記載のボイラの低ＮＯｘ燃焼方法。
【請求項９】
火炉と、
前記火炉内に燃焼ガスを生成する低ＮＯｘ燃焼装置と、
前記火炉に連結され、前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路と、
前記燃焼ガス通路に設けられ、前記燃焼ガスにより蒸気を生成する熱交換器とを備えるボイラであって、
前記低ＮＯｘ燃焼装置が、
前記火炉に設けられ、液体燃料を噴射する液体燃料噴射口と気体燃料を噴射する気体燃料供噴射口とを有するバーナ装置と、
前記バーナ装置の前記気体燃料噴射口及び前記液体燃料噴射口の少なくとも一方に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記不活性ガス供給手段に設けられ、前記不活性ガスの供給量を調整する不活性ガス供給量調整手段と、
前記燃焼ガス通路に設けられ、前記燃焼ガスに含まれるＮＯｘ量を検出するＮＯｘ検出手段と、
前記バーナ装置で形成される火炎の状態を検出する火炎検出手段と、
前記ＮＯｘ検出手段で検出されたＮＯｘ量と前記火炎検出手段で検出された火炎の状態とに基づいて前記不活性ガス供給量調整手段を制御する制御手段とを含むことを特徴とするボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナ装置から液体燃料又は気体燃料の少なくとも一方を選択的に噴射して燃焼を行なうボイラの低ＮＯｘ燃焼装置及び燃焼方法、並びにこの低ＮＯｘ燃焼装置を備えたボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボイラに設けられるバーナ装置として、重油燃料等の液体燃料と天然ガス等の気体燃料を同時に噴射あるいは一方を選択的に噴射して燃焼させる混焼用のバーナ装置が知られている。このバーナ装置では、通常Ｃ重油燃料と呼ばれる低質の液体燃料が使用されているため、ＮＯｘの排出量が多い。Ｃ重油燃料を使用しない場合でも、他の重油燃料や天然ガス等の化石燃料を主燃料とするボイラでは、火炉内での燃焼にともない燃料もしくは空気中に含まれる窒素が反応してＮＯｘが発生する。特に、上記した混焼用のバーナ装置は、船舶に搭載される舶用ボイラに用いられることが多く、舶用ボイラは設置スペースの制約が大きいことから発電所等で使用される陸用ボイラに比べてコンパクトな構造で火炉熱負荷が高く、ＮＯｘが多量に発生してしまうという問題があった。近年、環境意識の高まりや港湾での排ガス規制強化により舶用ボイラにおいても低ＮＯｘ化が求められている。
【０００３】
これらのボイラにおいてＮＯｘの排出を抑制する方法の一つとして、低ＮＯｘバーナを用いてＮＯｘの発生を抑制する方法がある。特許文献１には、燃焼用の空気を供給する空気通路の中央部に、油燃料を下流側に向けて噴射する噴射口を備えた油・ガス焚きバーナにおいて、空気通路の炉内下流側に空気の薄い領域を形成するようなバーナ構造とし、空気の薄い領域に噴射した油燃料をゆっくり燃焼させることによりＮＯｘの発生を抑制するようにした構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１１９８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、特許文献１に記載される油・ガス焚きバーナでは、バーナの構造により空気の薄い領域を形成してＮＯｘの発生を抑制している。しかしながら、ＮＯｘの発生量は、燃料の種類や過渡的な燃焼条件の変動によって変化する。例えば、バーナ装置の燃料に重油燃料を用いた場合は、天然ガスを燃料とした場合よりもＮＯｘの発生量が多い。また、火炎の温度が部分的に高くなる場合にはＮＯｘの発生量が増加する。このように、ボイラでは燃料の種類や火炎の燃焼条件が経時的に変化するが、特許文献１はこの変化に対応できていなかった。
【０００６】
したがって、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、燃焼条件が変化した場合であっても、確実にＮＯｘの発生を抑制することができるボイラの低ＮＯｘ燃焼装置及び燃焼方法、並びに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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係るボイラの低ＮＯｘ燃焼装置は、燃焼ガスを生成する火炉と、前記火炉に連結され前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路とを有するボイラの低ＮＯｘ燃焼装置において、前記火炉に設けられ、液体燃料を噴射する液体燃料噴射口と気体燃料を噴射する気体燃料供噴射口とを有するバーナ装置と、前記バーナ装置の前記気体燃料噴射口及び前記液体燃料噴射口の少なくとも一方に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記不活性ガス供給手段に設けられ、前記不活性ガスの供給量を調整する不活性ガス供給量調整手段と、前記燃焼ガス通路に設けられ、前記燃焼ガスに含まれるＮＯｘ量を検出するＮＯｘ検出手段と、前記バーナ装置で形成される火炎の状態を検出する火炎検出手段と、前記ＮＯｘ検出手段で検出されたＮＯｘ量と前記火炎検出手段で検出された火炎の状態とに基づいて前記不活性ガス供給量調整手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、バーナ装置の気体燃料噴射口及び液体燃料噴射口の少なくとも一方から不活性ガスを供給することにより、燃料が噴射される領域の酸素濃度を低下させ燃料を緩慢燃焼させることができ、確実にＮＯｘの発生を抑制することが可能となる。即ち、不活性ガスの供給により燃料を緩慢燃焼させ、燃焼温度を下げることでＮＯｘの発生を抑制でき、また不活性ガスの供給により形成された空燃比の低い還元領域にて燃料中の窒素分をＮ２に転換することにより、ＮＯｘの生成反応を防止することができる。
また、燃料の種類や燃焼条件が変化した場合であっても、ＮＯｘ検出手段で検出されたＮＯｘ量に基づいて不活性ガス供給量調整手段を制御しているため、燃焼により発生するＮＯｘ量を確実に低減できる。さらに、火炎検出手段で検出した火炎の状態に基づき不活性ガス供給量調整手段を制御するようにしたため、不活性ガスの供給により燃焼状態が不安定となって火炎が失火することを防止できる。
【０００９】
また、前記不活性ガス供給手段は、前記不活性ガスを前記気体燃料噴射口に供給することが好ましい。
このように、不活性ガスを気体燃料噴射口に供給することにより、低ＮＯｘ燃焼が図れるとともに、気体燃料の噴射中であっても気体燃料に混入させて不活性ガスを供給することができる。
【００１０】
また、前記不活性ガス供給手段は、前記不活性ガスを前記液体燃料噴射口に供給することが好ましい。
このように、不活性ガスを液体燃料噴射口に供給することによって、低ＮＯｘ燃焼が図れるとともに、ノズルの焼損を防止することが可能となる。
【００１１】
さらに、前記制御手段は、前記ＮＯｘ検出手段で検出されたＮＯｘ量が予め設定されたしきい値以上で且つ前記火炎検出手段で検出された火炎の状態が安定しているときに、前記不活性ガスを供給するように前記不活性ガス供給量調整手段を制御することが好ましい。
このように、ＮＯｘ量がしきい値以上であるときにのみ不活性ガスを供給するようにし、燃焼ガス中のＮＯｘ量が少ないときには不活性ガスの供給を停止することで、不活性ガスの使用量を削減することが可能である。また、火炎の状態が安定しているときにのみ不活性ガスを供給することにより、不活性ガスを供給した際に火炎の状態が不安定となり火炎が失火することを防止できる。
【００１２】
また、本発明に係るボイラの低ＮＯｘ燃焼方法は、火炉と、前記火炉に設けられ、液体燃料を噴射する液体燃料噴射口と気体燃料を噴射する気体燃料噴射口とを有するバーナ装置と、前記火炉に連結された燃焼ガス通路とを有するボイラの低ＮＯｘ燃焼方法において、前記バーナ装置から前記液体燃料及び前記気体燃料の少なくとも一方を前記火炉内に噴射して燃焼させ、燃焼ガスを生成するステップと、前記燃焼ガス通路を流れる前記燃焼ガスに含まれるＮＯｘ量を検出するステップと、前記バーナ装置で形成される火炎の状態を検出するステップと、前記ＮＯｘ量及び前記火炎の状態に基づいて前記バーナ装置の前記気体燃料噴射口及び前記液体燃料噴射口の少なくとも一方に不活性ガスを供給するステップとを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、前記不活性ガスを供給するステップで、前記不活性ガスを前記気体燃料噴射口に供給することが好ましい。
また、前記不活性ガスを供給するステップで、前記不活性ガスを前記液体燃料噴射口に供給することが好ましい。
さらに、前記不活性ガスを供給するステップで、前記ＮＯｘ量が予め設定されたしきい値以上で且つ前記火炎の状態が安定しているときに、前記不活性ガスを供給することが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係るボイラは、火炉と、前記火炉内に燃焼ガスを生成する低ＮＯｘ燃焼装置と、前記火炉に連結され、前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路と、前記燃焼ガス通路に設けられ、前記燃焼ガスにより蒸気を生成する熱交換器とを備えるボイラであって、前記低ＮＯｘ燃焼装置が、前記火炉に設けられ、液体燃料を噴射する液体燃料噴射口と気体燃料を噴射する気体燃料噴射口とを有するバーナ装置と、前記バーナ装置の前記気体燃料噴射口及び前記液体燃料噴射口の少なくとも一方に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記不活性ガス供給手段に設けられ、前記不活性ガスの供給量を調整する不活性ガス供給量調整手段と、前記燃焼ガス通路に設けられ、前記燃焼ガスに含まれるＮＯｘ量を検出するＮＯｘ検出手段と、前記バーナ装置で形成される火炎の状態を検出する火炎検出手段と、前記ＮＯｘ検出手段で検出されたＮＯｘ量と前記火炎検出手段で検出された火炎の状態とに基づいて前記不活性ガス供給量調整手段を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上記載のように本発明によれば、バーナ装置の気体燃料噴射口及び液体燃料噴射口の少なくとも一方から不活性ガスを供給することにより、燃料が噴射される領域の酸素濃度を低下させ燃料を緩慢燃焼させることができ、確実にＮＯｘの発生を抑制することが可能となる。
また、燃料の種類や燃焼条件が変化した場合でも、本発明では燃焼ガスに含まれるＮＯｘ量を検出して、これに基づき不活性ガスを供給するようにしたため、ＮＯｘ量を確実に低減できる。さらに、バーナ装置で形成される火炎の状態を検出し、これに基づき不活性ガス供給量調整手段を制御するようにしたため、不活性ガスの供給により燃焼状態が不安定となって火炎が失火することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る低ＮＯｘ燃焼装置を備えた舶用ボイラの全体構成図である。
【図２】バーナ装置の縦断面図である。
【図３】図２の炉内側から見たバーナ装置の正面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る低ＮＯｘ燃焼方法を示すフローチャートである。
【図５】図４に示した低ＮＯｘ燃焼方法の変形例を示すフローチャートである。
【図６】低ＮＯｘ燃焼装置を用いたボイラの燃焼方法を説明する図であり、（ａ）はＮＯｘ検出値の変化を示すグラフ、（ｂ）は不活性ガス量調整バルブの開度を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る低ＮＯｘ燃焼装置を備えた舶用ボイラの全体構成図である。
【図８】本実施形態の不活性ガスを用いた低ＮＯｘ燃焼と、比較例である排ガスを用いた低ＮＯｘ燃焼とにおいて、ＮＯｘ低減効果を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る低ＮＯｘ燃焼装置を備えた舶用ボイラの全体構成図である。
ボイラ１は、燃焼ガスを生成する火炉４と、火炉４に連結され燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路５と、燃焼ガス通路５に配設された熱交換器と、火炉４内で燃料を低ＮＯｘ燃焼させる低ＮＯｘ燃焼装置１０とを備える。
火炉４は、略箱形形状を有し、炉壁が蒸発管で形成されている。火炉４では、バーナ装置２から噴射される燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する。
燃焼ガス通路５は、火炉４に連結され、火炉４で発生した燃焼ガスが流れてガス出口６より排出されるようになっている。
熱交換器は、火炉側から順に配設された、バンクチューブ７と、過熱器８と、蒸発管群９とから構成される。尚、熱交換器の種類や配置はこれに限定されるものではない。
【００１９】
上記した構成を備える舶用ボイラ１では、バーナ装置２から火炉４内に油燃料又はガス燃料を選択的に噴射して燃焼を行なう。燃焼で発生した燃焼ガスは、火炉４から燃焼ガス通路５に流出し、燃焼ガス通路５に配設されたバンクチューブ７、過熱器８、蒸発管群９を熱交換しながら順に通過してガス出口６から排出される。バンクチューブ７及び蒸発管群９で生成された蒸気は蒸気ドラム３に集められ、この蒸気は駆動源として所要な機器に供給される。
【００２０】
低ＮＯｘ燃焼装置１０は、火炉４に設けられたバーナ装置２と、バーナ装置２に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ライン１１と、不活性ガス供給ラインに設けられた不活性ガス流量調整バルブ（以下、第１バルブと称する）１２とを備える。さらに、低NOｘ燃焼装置１０は、燃焼ガス通路５に設けられたＮＯｘ検出手段５１と、バーナ装置２で形成される火炎の状態を検出する火炎検出手段５２と、ＮＯｘ検出器手段５１と火炎検出手段５２の検出信号に基づいて第１バルブ１２を制御する制御装置５０とを備える。
【００２１】
図２及び図３は、バーナ装置２の一例を示す図である。
バーナ装置２は、油燃料を火炉４内に噴射する油燃料噴射口２０と、ガス燃料を火炉２内に噴射するガス燃料噴射口２３とを備える。尚、バーナ装置２で噴射する燃料は、一例として液体燃料に油燃料を用い、気体燃料にガス燃料を用いたが、これに限定されるものではない。
油燃料噴射口２０はバーナ装置２先端の中心に設けられ、ガス燃料噴射口２３は油燃料噴射口２０を囲むように複数設けられる。
【００２２】
油燃料噴射口２０は火炉４の内部に位置し、バーナ装置２の中心部に長手方向に延設された油燃料供給管２２に接続される。油燃料供給管２２は、バーナ装置２の基部で油燃料供給ライン１３に接続されている。油燃料供給管２２は、例えばバーナガンにより構成される。この場合、バーナガンの先端に設けられたチップ２１の炉内側先端に油燃料噴射口２０が形成される。
油燃料供給管２２の先端側には、油燃料噴射口２０を取り囲むようにスワラ３２が取り付けられている。スワラ３２は、通過する空気に旋回流を発生させて、そのときに生じる負圧によってできる循環流で火炎を安定させる。
【００２３】
ガス燃料噴射口２３は火炉４の内部に位置し、油燃料供給管２２を中心としてその周囲に円環状に配置された複数のガス燃料供給管２４に接続される。ガス燃料供給管２４は、バーナ基部側に設けられたガス供給室２５に連通している。油燃料供給管２２とガス燃料供給管２４は、バーナ装置２の先端側で先端支持板３１により支持されている。
上記した構成を備えるバーナ装置２は、バーナ基部に設けられた基部支持板３０によって火炉４に固定されている。
【００２４】
ガス燃料供給管２４の周囲には、このガス燃料供給管２４を覆うように空気通路２６が設けられている。空気通路２６は、バーナ装置２の基部側に設けられた風箱２７に連通している。風箱２７には空気遮断ダンパ２８が取り付けられており、空気遮断ダンパ２８から流入した空気は、風箱２７を経由して空気通路２６を通って火炉４内へ供給される。
【００２５】
図１に示すように、上記したバーナ装置２の油燃料供給管２２（図２参照）は油燃料供給ライン１３に接続されている。油燃料供給ライン１３には、開度制御されることにより油燃料の供給量を調整する油燃料流量調整バルブ１４（以下、第２バルブと称する）が設けられている。
バーナ装置２のガス燃料供給管２４（図２参照）は、ガス燃料供給ライン１５に接続されている。ガス燃料供給ライン１５には、開度制御されることによりガス燃料の供給量を調整するガス燃料調整バルブ（以下、第３バルブと称する）１６が設けられている。
不活性ガス供給ライン１１は、ガス燃料供給ライン１５に接続されている。
【００２６】
バーナ装置２の燃焼方法には、油専焼と、ガス専焼と、油・ガス混焼とがあり、第２バルブ１４、第３バルブ１６を夫々開閉制御することにより燃焼方法が切り替えられるようになっている。
油専焼の場合は、制御装置５０により第２バルブ１４を開に制御してバーナ装置２の油燃料供給管２２に油燃料を供給し、第３バルブ１６を閉に制御し、ガス燃料供給管２４へのガス燃料の供給を遮断する。同時に、空気遮断ダンパ２８を開いて空気を風箱２７に流入させ、流入した空気は風箱２７を経由して空気通路２６を通って火炉４内に供給される。このとき、スワラ３２を通過する空気は旋回流となって火炉４内に流入する。油燃料供給管２２に供給された油燃料は油燃料噴射口２０より火炉４内に噴射され、同様に火炉４内に流入した空気と混合したら点火されて火炎を生成する。
【００２７】
ガス専焼の場合は、制御装置５０により第２バルブ１４を閉に制御して油燃料供給管２２への油燃料の供給を遮断し、第３バルブ１６を開に制御してバーナ装置２のガス燃料供給管２４へガス燃料を供給する。同時に、空気遮断ダンパ２８を開いて空気通路２６より空気を火炉４内に供給する。ガス燃料供給管２４に供給されたガス燃料はガス燃料噴射口２３より火炉４内に噴射される。
油・ガス混焼の場合は、制御装置５０により第２バルブ１４を開に制御して油燃料供給管２２へ油燃料を供給するとともに、第３バルブ１６を開に制御してバーナ装置２のガス燃料供給管２４へガス燃料を供給する。同時に、空気遮断ダンパ２８を開いて空気通路２６より空気を火炉４内に供給する。油燃料供給管２２に供給された油燃料は油燃料噴射口２０より火炉４内に噴射され、ガス燃料供給管２４に供給されたガス燃料はガス燃料噴射口２３より火炉４内に噴射される。
【００２８】
ＮＯｘ検出手段５１は、燃焼ガス通路５のガス通路出口６近傍に設けられ、燃焼ガスに含まれるＮＯｘ量を検出する。
火炎検出手段５２は、バーナ装置２の近傍に設けられ、バーナ装置２で形成される火炎の状態を検出する。火炎検出手段５２は、赤外線や紫外線等の光を検出して火炎の状態を判定する光学的手段等が用いられる。
【００２９】
制御装置５０は、ＮＯｘ検出手段５１で検出されたＮＯｘ量及び火炎検出手段５２で検出された火炎の状態に基づいて第１バルブ１２の開度を制御する。具体的には、ＮＯｘ量が予め設定されたしきい値以上で且つ火炎の状態が安定しているときに、第１バルブ１２を開側に制御する。これにより、不活性ガス供給ライン１１を通って不活性ガスがガス燃料供給管２４に供給され、ガス燃料噴射口２３より火炉４内に噴射される。また、場合によって、制御装置５０は、ＮＯｘ検出手段５１に基づいて、第１バルブ１２の制御に併せて第２バルブ１４と第３バルブ１６とを制御して、バーナ装置２による燃焼を制御するようにしてもよい。
【００３０】
以下、本実施形態に係る低ＮＯｘ燃焼装置１０を用いたボイラ１の燃焼方法を説明する。
ボイラ１では、バーナ装置２から油燃料又はガス燃料の少なくとも一方を噴射し、噴射した燃料に着火して燃焼させ、運転を開始する（Ｓ１）。このとき、燃焼方法は油専焼、ガス専焼又は油・ガス混焼の何れであってもよい。ボイラ１の運転中、連続的に又は断続的に、ＮＯｘ検出手段５１で燃焼ガスに含まれるＮＯｘ量を検出する（Ｓ２）。検出されたＮＯｘ量は、例えば図６（ａ）に示されるようなＮＯｘ量の時系列変化のグラフで表される。このグラフに見られるように、燃焼ガスに含まれるＮＯｘ量は、燃料の種類、燃焼条件によって変動する。
【００３１】
制御装置５０に予めＮＯｘ量のしきい値Ｘ０を設定しておき、検出されたＮＯｘ量Ｘがしきい値Ｘ０以上であるか否かを制御装置５０で判定する（Ｓ３）。検出されたＮＯｘ量Ｘがしきい値Ｘ０以上であると判定された場合には、火炎検出センサ５２で、バーナ装置２により形成される火炎の状態を検出する（Ｓ４）。制御装置５０で、火炎の状態が安定しているか否かを判定し（Ｓ５）、安定していると判定された場合には、第１バルブ１２を開に制御し、不活性ガスをバーナ装置２のガス燃料供給管２４に供給する。ガス燃料供給管２４に供給された不活性ガスは、不活性ガス噴射口２３から火炉４内に噴射される。
【００３２】
本実施形態によれば、燃料の噴射とともにガス燃料供給管２４から火炉４内に不活性ガスを噴射することにより、バーナ装置２から燃料が噴射される領域の酸素濃度を低下させることができ、燃料を緩慢燃焼させ、ＮＯｘの発生を抑制することが可能となる。
また、燃料の種類や燃焼条件が変化した場合でも、本実施形態では燃焼ガスに含まれるＮＯｘ量を検出して、これに基づき不活性ガスを供給するようにしたため、ＮＯｘ量を確実に低減できる。さらに、バーナ装置２で形成される火炎の状態を検出し、これに基づき第１バルブ１２を制御するようにしたため、不活性ガスの供給により燃焼状態が不安定となって火炎が失火することを防止できる。
【００３３】
また、図４に示すボイラ１の燃焼方法の変形例として、図５に示す燃焼方法を採用してもよい。これは、ボイラの運転を開始した後、最初に火炎検出手段５２でバーナ装置２により形成される火炎の状態を検出し、次いでＮＯｘ検出手段５１で燃焼ガスに含まれるＮＯｘ量を検出するようになっている。そして、火炎の状態が安定しており、且つＮＯｘ検出量がしきい値以上であるときに、第１バルブ１２を開に制御する。
【００３４】
さらに検出されたＮＯｘ量に基づいて、火炎の安定状況を確認しながら第１バルブ１２の開度を制御することが好ましい。例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ＮＯｘ検出値Ｘがしきい値Ｘ０以上となった時間ｔ１で、バルブ開度Ｙを開度Ｙ１まで開側に制御する。さらに時間が経過し、ＮＯｘ検出値Ｘがしきい値Ｘ０より大きい値Ｘ１となった時間ｔ２で、第１バルブ１２の開度Ｙを、開度Ｙ１より大きい開度Ｙ２まで開側に制御する。さらにまた時間が経過し、ＮＯｘ検出値Ｘがしきい値Ｘ０未満となった時間ｔ３で、第１バルブ１２を閉に制御する。
このように、検出されたＮＯｘ量に応じて第１バルブ１２の開度を段階的に又は比例的に制御することにより、燃焼条件が変動してもこれに追従して常にＮＯｘ濃度が一定濃度以下となるようにその発生を抑制することが可能となる。
【００３５】
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る低ＮＯｘ燃焼装置を備えた舶用ボイラの全体構成図である。尚、第２実施形態の説明において、上記した第１実施形態と同様の構成についてはその詳細な説明を省略する。
第２実施形態に係る舶用ボイラ１は、燃焼ガスを生成する火炉４と、火炉４に連結され燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路５と、燃焼ガス通路５に配設された熱交換器と、火炉４内で燃料を低ＮＯｘ燃焼させる低ＮＯｘ燃焼装置１０とを備える。
【００３６】
低ＮＯｘ燃焼装置１０は、火炉４に設けられたバーナ装置２と、バーナ装置２に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ライン１１と、不活性ガス供給ラインに設けられた第１バルブ１２とを備える。さらに、低NOｘ燃焼装置１０は、燃焼ガス通路５に設けられたＮＯｘ検出手段５１と、バーナ装置２で形成される火炎の状態を検出する火炎検出手段５２と、ＮＯｘ検出器手段５１と火炎検出手段５２の検出信号に基づいて第１バルブ１２を制御する制御装置５０とを備える。
【００３７】
バーナ装置２は、第１実施形態と同様の構成であるため、図２及び図３を援用する。バーナ装置２は、火炉４内に油燃料を噴射する油燃料噴射口２０と、ガス燃料を噴射するガス燃料噴射口２３とを備える。
第１実施形態では、不活性ガス供給ライン１１はガス燃料噴射口２３にガス燃料を供給する構成であったが、第２実施形態では、不活性ガス供給ライン１７は油燃料噴射口２０にガス燃料を供給する構成となっている。
【００３８】
不活性ガス供給ライン１７は油燃料供給ライン１３に接続される。そして、油燃料供給ライン１３に設けられた第２バルブ１４と、不活性ガス供給ライン１７に設けられた第１バルブ１８とを制御装置５０で開閉制御することにより油燃料噴射口２０へ供給する油燃料と不活性ガスとを切り替える。
【００３９】
具体的には、第２バルブ１４が閉の時、ＮＯｘ検出手段５１で検出されたＮＯｘ量がしきい値以上で且つ火炎検出手段５２で検出された火炎の状態が安定している場合に、制御装置５０で第１バルブ１８を開に制御する。この制御により、バーナ装置２の油燃料噴射口２０への油燃料の供給が遮断されている状態で、油燃料噴射口２０へ不活性ガスを供給することとなる。このとき、第３バルブ１６は開に制御されており、バーナ装置２のガス燃料噴射口２３にはガス燃料が供給される。ガス燃料噴射口２３からガス燃料を火炉４内に噴射することにより火炎を発生させて燃焼を行うが、ガス燃料が噴射される領域には油燃料噴射口２０から不活性ガスが供給されているため、酸素濃度が低く緩慢燃焼とすることができ、低ＮＯｘ燃焼が可能となる。
【００４０】
ここで、図８に、本実施形態に係る舶用ボイラ１と、比較例として排ガスを再循環する構成を備える従来の舶用ボイラとでＮＯｘ低減効果を検証する実験を行なった結果を示す。
本実施形態では図１に示す第１実施形態に係る舶用ボイラ１を用い、ガス燃料噴射口２３に供給する不活性ガスには窒素ガスを使用した。一方、比較例の舶用ボイラは、第１実施形態と同様の舶用ボイラ１で、低ＮＯｘ燃焼装置１０の代わりに従来の油・ガス焚きバーナを備えたボイラを用いた。さらに、比較例では、ガス出口６から排出された排ガスの一部を火炉４に再循環させるようにした。
【００４１】
図８から明らかなように、単に排ガスを再循環させたときよりもバーナ装置２から火炎中心部に不活性ガスを投入したときの方がＮＯｘ低減効果が高くなった。特に、ガスの混入率が高いほどＮＯｘ低減効果はより高くなることがわかった。
したがって本発明の実施形態によれば、従来の排ガス再循環による低ＮＯｘ燃焼に比べて、ＮＯｘ発生抑制効果を高くすることが可能となる。
【００４２】
本発明の実施形態は、液体燃料及び気体燃料の少なくとも一方を選択的に噴射するバーナ装置２を備えたボイラ１全般に適用できる。例えば、舶用ボイラ、発電用ボイラ等に適用できるが、好適には舶用ボイラに適用するとよい。舶用ボイラは、設置スペースの制約からコンパクトで火炉負荷が高く、ＮＯｘの排出量が多い。そこで本発明の実施形態を適用することで、二段燃焼させる火炉を採用して大型化したり、脱硝設備を新たに設けることなく低ＮＯｘ化が可能となり、設置スペースに制約がある舶用ボイラにも適している。
【００４３】
特に、本発明の実施形態に係るボイラは、ＬＮＧ船に搭載されることが好ましい。ＬＮＧ船では、ＬＮＧタンクから発生するボイルオフガスと、安価な重油とを燃焼できるように油・ガス焚きバーナを採用していることが多い。従来、重油専焼時にガス燃料噴射口は休止しているが、本発明の実施形態に係るボイラを用いることで、ガス燃料噴射口に窒素ガス等の不活性ガスを供給し、油火炎の根元部に不活性ガスを混入させることで、低ＮＯｘ燃焼することが可能となる。
また、本発明の実施形態は、舶用ボイラにおいて常用運転のみならず、港湾運行時や過負荷運転字など、一時的なＮＯｘピークを抑えるための手段としても有効に活用できる。
さらに、本発明の実施形態は、既設ボイラに対して簡単に取り付けることができるため、既設ボイラの低ＮＯｘを目的とした改造にも有効である。
【符号の説明】
【００４４】
１    舶用ボイラ
２    バーナ装置
４    火炉
５    燃焼ガス通路
１０  低ＮＯｘ燃焼装置
１１、１７  不活性ガス供給ライン
１２、１８  第１バルブ（不活性ガス流量調整バルブ）
１３  油燃料供給ライン
１４  第２バルブ（油燃料流量調整バルブ）
１５  ガス燃料供給ライン
１６  第３バルブ（ガス燃料流量調整バルブ）
２０  油燃料噴射口
２２  油燃料供給管
２３  燃焼ガス噴射口
２４  ガス燃料供給管
２６  空気通路
５０  制御装置
５１  ＮＯｘ検出手段
５２  火炎検出手段
【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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