(57)【要約】  酸素燃焼ボイラの運転を制御する方法であって、燃料をボイラにおいて燃焼させ、ボイラにおいて熱吸収パターンを発生させ、ボイラから煙道ガスを排出し、煙道ガスの一部をボイラへリサイクルし、第１の酸化剤流をリサイクルされた煙道ガスと混合して混合された流れを形成し、混合された流れを複数の部分二分割し、混合された流れのそれぞれの部分をボイラへのそれぞれ異なる進入箇所においてボイラへ導入することを含む方法がここに開示される。
2014500471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素燃焼ボイラの運転を制御する方法であって、
燃料をボイラにおいて燃焼させ、
該ボイラにおいて熱吸収パターンを発生させ、
前記ボイラから煙道ガスを排出し、
該煙道ガスの一部を前記ボイラへリサイクルし、
リサイクルされた前記煙道ガスを第１の酸化剤流と混合して、混合された流れを形成し、
該混合された流れを複数の部分に分割し、
前記混合された流れのそれぞれの部分を前記ボイラのそれぞれ異なる進入箇所において前記ボイラへ導入することを特徴とする、酸素燃焼ボイラの運転を制御する方法。
【請求項２】
前記ボイラは、接線方向燃焼ボイラである、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ボイラへの前記混合された流れのそれぞれの部分の導入は、前記ボイラにおける前記熱吸収パターンを変化させる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記混合された流れのそれぞれの部分は、ウインドボックスの下方に配置されたホッパゾーンにおいて、ウインドボックスにおいて及び／又はウインドボックスの上方に配置されたオーバーファイア区画において前記ボイラへ導入される、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記混合された流れの少なくとも１つの部分は、前記ウインドボックスの下側部分において前記ボイラへ導入される、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記ウインドボックスにおいて前記ボイラへ導入される前記混合された流れの少なくとも１つの部分は、前記混合された流れの約５０〜約１００質量％である、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記混合された流れの少なくとも１つの部分は、前記オーバーファイア区画の下側部分において前記ボイラへ導入される、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記混合された流れの少なくとも１つの部分は、前記オーバーファイア区画の上側部分において前記ボイラへ導入される、請求項１記載の方法。
【請求項９】
燃料をボイラにおいて燃焼させ、
該ボイラにおいて熱吸収パターンを発生させ、
前記ボイラからの煙道ガスを排出し、
該煙道ガスの一部を前記ボイラへリサイクルし、
リサイクルされた前記煙道ガスを第１の酸化剤流と混合して、第１の混合された流れを形成し、
該第１の混合された流れを複数の部分に分割し、
前記第１の混合された流れのそれぞれの部分を第２の酸化剤流と混合して、第２の混合された流れの複数の部分を形成し、
前記第２の混合された流れの複数の部分のそれぞれを前記ボイラへのそれぞれの異なる進入箇所において前記ボイラへ導入することを特徴とする、方法。
【請求項１０】
前記ボイラは、接線方向燃焼ボイラである、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の混合された流れのそれぞれの部分を前記第２の酸化剤流と混合して前記第２の混合された流れを形成することは、前記ボイラへの進入箇所の近くの位置において行われる、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の混合された流れのそれぞれの部分は、互いに異なる進入箇所において前記ボイラへ同時に又は順次に導入される、請求項９記載の方法。
【請求項１３】
前記異なる進入箇所は、ウインドボックスの下方に配置されたホッパゾーンに、ウインドボックスに及び／又はウインドボックスの上方に配置されたオーバーファイア区画に位置する、請求項９記載の方法。
【請求項１４】
前記ウインドボックスにおいて前記ボイラへ導入される前記第２の混合された流れは、流れの総重量に対して約５０〜約１００質量％の酸素を含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の混合された流れは、内側ポートの周囲に配置された環状スペースを介して前記ボイラへ導入され、前記内側ポートは燃料及び搬送空気を前記ボイラへ導入する、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の混合された流れは、内側ポートの周囲に配置された環状スペースを介して前記ボイラへ導入され、前記内側ポートは燃料及び搬送空気を前記ボイラへ導入する、請求項１記載の方法。
【請求項１７】
前記ボイラは、壁部燃焼ボイラである、請求項９記載の方法。
【請求項１８】
前記ボイラへの前記混合された流れのそれぞれの部分の導入は、前記ボイラの熱パターンを変化させる、請求項９記載の方法。
【請求項１９】
前記ホッパゾーンにおいて前記オーバーファイア区画に導入される前記第２の混合された流れは、該第２の混合された流れの総重量に対して５０質量％までの酸素を含む、請求項１３記載の方法。
【請求項２０】
空気分離ユニットと、
ボイラと、
汚染制御システムと、
ガス処理ユニットとを備え、
前記空気分離ユニットは、前記ボイラ、前記汚染制御システム及び前記ガス処理ユニットの上流に位置し、前記ボイラは、前記汚染制御システム及び前記ガス処理ユニットの上流に位置し、前記ガス処理ユニットから前記空気分離ユニットを介して前記ボイラへ煙道ガスがリサイクルされ、前記ボイラは、酸素とリサイクルされた煙道ガスとを含む混合された流れを受け取り、混合された流れを受け取るように構成されていないボイラと比較したときに熱吸収パターンの変化を生ぜしめるように働くことを特徴とする、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する出願とのクロスリファレンス
この開示は、２０１１年１１月１６日に出願された米国特許非仮出願第６１／４１４１７５号明細書の優先権を主張し、その内容全体は、引用したことにより本明細書に組み入れられる。
【０００２】
連邦政府によって後援された研究又はサポートについての記述
米国政府は、米国エネルギ庁／国立エネルギ技術研究所（ＮＥＴＬ）から契約ＤＥ−ＮＴ０００５２９０を有する認可にしたがい本発明における権利を有する。
【０００３】
技術分野
この開示は、概して酸素燃焼ボイラ、特に、ボイラへの酸素及び／又はリサイクルされる煙道ガスの分配を制御することによって酸素燃焼ボイラの熱的性能を制御する装置及び方法に関する。
【０００４】
背景
酸素燃焼は、化石燃料燃焼発電プラントにおける二酸化炭素回収及び貯留（sequestration）のために開発されている。酸素燃焼（時には"オキシフューエル"及び"オキシファイヤリング"とも称される）の概念は、燃焼用空気を、酸素とリサイクルされた煙道ガスとの混合物と置き換え、これにより、貯留のためにより簡単に処理することができる二酸化炭素濃度の高い煙道ガス流を発生するというものである。微粉炭（ｐｃ）発電プラントのための酸素燃焼プロセスの単純化された典型的な概略が、図１に示された従来技術に示されている。
【０００５】
図１は、空気分離ユニット１０２と、ボイラ１０４と、汚染制御システム１０６と、ガス処理ユニット１０８とを有する酸素燃焼システム１００を示している。空気分離ユニット１０２は、ボイラ１０４の上流に配置されており、ボイラ１０４は、汚染制御システム１０６及びガス処理ユニット１０８の上流に配置されている。汚染制御システム１０６はガス処理ユニット１０８の上流に配置されている。ガスサイクルは、汚染制御システムの後に取り出されるよう示されているが、ボイラとガス処理ユニットとの間のあらゆる位置から取り出すことができる。
【０００６】
ボイラ１０４は、（Ｔ燃焼としても知られる）接線方向に燃焼されるボイラ又は壁部燃焼ボイラであってよい。Ｔ燃焼は、炉の横断面のほとんどを満たす回転する火球を発生する、ボイラ炉の角に配置された燃料導入区画を備えたバーナアセンブリを利用するという点において、壁部燃焼と異なる。壁部燃焼（図示せず）は、他方で、ボイラの（シェルの）側部に対して垂直なバーナアセンブリを利用する。
【０００７】
図２は、接線方向に燃焼されるボイラ１０４を示す。接線方向に燃焼されるボイラは、矩形の横断面を有し、角に位置決めされたバーナアセンブリ１０５を有する。燃料及び搬送空気は、バーナアセンブリ１０５を介してボイラ１０４に導入され、炉の中央に配置されかつゼロよりも大きな直径を有する仮想円に対して接線方向に方向付けられる。これは、炉の横断面のほとんどを満たす回転する火球を発生する。燃料及び空気の混合は、流れが炉体積において合流しかつ回転を発生するまで、制限される。これは、しばしば、"ボイラ全体がバーナである"と説明されてきた。全体的なボイラ空気力学及び混合は、壁部燃焼と比較して、Ｔ燃焼中の、燃焼プロセス及び結果的なボイラ性能にとって著しくより重要である。壁部燃焼の間、燃料と空気／酸素との混合は、バーナにおいて又はバーナの近くで生じ、ボイラにおいてより少ない混合が生じる。
【０００８】
ここで再び図１を参照すると、酸素燃焼システム１００を運転する１つの方法において、酸素はまず空気分離ユニット１０２において窒素から分離される。窒素は空気分離ユニットから別個に排出される。空気分離ユニット１０２は雰囲気から酸素を取り出す。
【０００９】
酸素は次いで、空気分離ユニット１０２から排出され、リサイクルされた煙道ガスと混合され、これらの混合物がボイラ１０４に供給される。ボイラ１０４は、煙道ガス流に存在する酸素を利用し、燃料（例えば石炭、油又は同様のもの）を燃焼させ、熱及び煙道ガスを発生する。空気の代わりに酸素とともに燃料を燃焼させる結果、発生される煙道ガスは、高い二酸化炭素濃度を有する。煙道ガスの他の成分は、水蒸気と、少量の酸素、窒素、及び硫黄酸化物、窒素酸化物、一酸化炭素などの汚染物である。水及びその他の成分を除去することにより、貯留及びその他の利用に適した極めて純粋な二酸化炭素流が生ぜしめられる。
【００１０】
熱は蒸気を発生するために利用され、この蒸気は、電気を発生するための発電機（図示せず）を駆動するために利用されてよいのに対し、煙道ガスは、汚染制御システム１０６へ排出され、この汚染制御システム１０６において、粒子状物質及びその他の汚染物（例えばＮＯｘ、ＳＯｘ及び同様のもの）が除去される。浄化された煙道ガスの一部は、図１に示したようにボイラ１０４へリサイクルされる。（実質的に二酸化炭素を含む）残りの煙道ガスは、ガス処理ユニット１０８へ排出され、このガス処理ユニット１０８から、煙道ガスは貯留される。
【００１１】
燃焼を行うために、酸素の量に対して大量のリサイクルされた煙道ガスがボイラ１０４へ供給されると、ボイラにおいて達せられる燃焼温度は、全ての燃料の燃焼を促進するために十分ではなくなる。さらに、このような大量の煙道ガスをリサイクルするために、より大きな機器が必要とされる。他方で、純粋な酸素により燃料を燃やすことは、概して、実用的なボイラ材料のためには著しく高すぎる火炎温度を生ぜしめるので、二酸化炭素濃度の高い煙道ガスの一部が、酸素を希釈しかつボイラ温度を和らげるために利用される。
【００１２】
リサイクルされた煙道ガスに付加される酸素の量は、ボイラにおいて燃焼される燃料の量に基づく。燃料は、完全燃焼を保証するために、過剰な酸素の僅かな量に加えてある量の酸素を利用する。ボイラにおける単一濃度でのボイラへの酸化剤流の付加は、幾つかの欠点を有する。これらの欠点のうちの１つは、ボイラにおける発熱又は熱流束プロフィル（以下では"発熱プロフィル"という）は、運転信頼性及びメンテナンスコストに影響する、管金属温度、灰堆積及び炉辺腐食（fireside corrosion）のための許容できる条件を維持しながら、最も高い全体的な炉熱吸収を生じるように最適化されていないということである。したがって、ボイラの熱的性能を最適化し、灰堆積及び炉辺腐食を低減しかつ炉におけるスラッギング及び腐食を防止するために、ボイラの様々な位置におけるボイラにおける発熱プロフィルを最適化するこのような形式においてボイラに酸化剤流を導入するための方法を提供することが望ましい。
【００１３】
概要
ボイラにおいて燃料を燃焼させ、ボイラにおいて熱吸収パターンを発生し、ボイラから煙道ガスを排出し、煙道ガスの一部をボイラへリサイクルし、第１の酸化剤流をリサイクルされた煙道ガスと混合して第１の混合された流れを形成し、第１の混合された流れを複数の部分に分割し、第１の混合された流れの各部分を第２の酸化剤流と混合して第２の混合された流れの複数の部分を形成し、第２の混合された流れの複数の部分の各部分をボイラへの複数の進入箇所においてボイラへ導入することを含む方法がここに開示される。
【００１４】
ボイラにおいて燃料を燃焼させ、ボイラにおいて熱吸収パターンを発生し、ボイラから煙道ガスを排出し、煙道ガスの一部をボイラへリサイクルし、煙道ガスを複数の異なる流れに分割した後、これらの流れをボイラへ導入し、ボイラへの複数の流れのそれぞれの流量を制御することを含む方法もここに開示される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来技術を示しており、煙道ガスがボイラへリサイクルされる燃焼システムを示している。
【図２】接線方向に燃焼されるボイラを示している。
【図３】（実質的に酸素を含む）第１の酸化剤流と、（実質的にリサイクルされた煙道ガスを含む）第２の流れとを含む混合された流れをボイラに導入することができる様々な箇所の図である。
【図４】ボイラへの煙道ガス流に酸素を導入する典型的な実施の形態の別の図である。
【図５】接線方向に燃焼されるボイラへの混合された流れの導入を示している。
【図６】混合された流れが、接線方向に燃焼されるボイラのウインドボックスに導入される、別の典型的な実施の形態を示している。
【図７】再循環率を変化させることによって、及びボイラへの酸素の分配を変化させることによって、熱流速プロフィルをどのように変化させることができるかを示すグラフである。
【図８】炉出口平面に関して様々な高さにおいてボイラへ供給されるリサイクルされた煙道ガスの割合を調整する効果を示すグラフである。
【図９】炉出口平面に関して様々な高さにおいてボイラに進入する酸化剤流に提供される付加酸素の分配を調整することを示すグラフである。
【００１６】
詳細な説明
ボイラに導入される酸化剤流を形成するために、酸素が、リサイクルされた煙道ガス流と混合される又はリサイクルされた煙道ガス流に付加される、酸素燃料燃焼システムがここで開示される。ボイラの熱的性能を高めるために、灰堆積及び炉辺腐食を低減すること、及び／又は炉におけるスラッギングを防止することを目的として、ボイラにおける発熱プロフィルを規定する及び／又は変化させるために、ボイラの様々な箇所における酸化剤流の酸素とリサイクルされた煙道ガスとの比率を導入及び制御する方法も、ここに開示される。
【００１７】
ここに開示された方法は、酸素の量、割合及び／又は分配、リサイクルされた煙道ガスの量、割合及び／又は分配、又はボイラへの様々なインプットに供給される混合された流れにおける酸素及びリサイクルされた煙道ガスの量、割合及び／又は分配、ボイラ及び／又はボイラの様々なゾーンに提供されるインプット流、を変化させることを含む。例えば、所望の化学量論的パラメータにしたがってボイラに提供される燃料の所望の燃焼量のために十分な酸素の体積は、ボイラにおいて所望の発熱プロフィルを提供するために、ボイラの様々なゾーン若しくは位置へ分割又は分配されてよい。さらに、リサイクルされた煙道ガス及び／又は酸素の体積は、そのゾーンにおける所望の発熱プロフィルを提供するために、ボイラの１つのゾーンにおける様々な領域に割り当てられてよい及び／又は分配されてよい。さらに、ボイラへのインプット流への酸素及び／又はリサイクルされた煙道ガスの体積又は割合を付加する割合及び／又は分配は、所望の発熱プロフィルを提供するように制御されてよい。
【００１８】
図３に示されたものと同様の１つの実施の形態において、システム及び方法は、リサイクルされた煙道ガスと第１の酸化剤流との第１の混合された流れを、ボイラの様々なセクション又はゾーンに供給することを含む。第１の混合された流れは、個々の流体流れ制御装置によって制御される様々な体積で、ホッパゾーン、ウインドボックスゾーン及び／又は１つ以上のオーバーファイア酸化剤区画に供給されてよい。この実施の形態において、リサイクルされた煙道ガスに対する酸素の比は、導入されるボイラのゾーンのいずれにおいても一定であるが、第１の混合された流れの分配は、所望の発熱プロフィルを提供するために、ボイラの様々なゾーン及び／又は特定のゾーン内の様々な位置に、第１の混合された流れの様々な部分を提供することによって制御される。
【００１９】
図４に示されたものと同様の別の実施の形態において、システム及び方法は、第１の混合された流れを第２の酸化剤流と組み合わせることを含み、ホッパゾーン、ウインドボックスゾーン及び／又は１つ以上のオーバーファイアされた酸化剤区画において様々な体積量でボイラに供給されてよい第２の混合された流れを形成し、第２の酸化剤の体積流量は、流体流れ制御装置によって制御される。第１の混合された流れの濃度を高めるこの方法は、第２の混合された流れをボイラに導入する直前に行われる。このシステム及び方法において、ホッパゾーン、ウインドボックスゾーン、ホッパゾーン及び／又はオーバーファイア酸化剤区画への酸素の量は、リサイクルされた煙道ガスの量に対して変化させられる。このシステム及び方法は、有利には、ボイラにおける発熱パターンを変化させるために使用することができる。
【００２０】
ボイラへの酸素及び／又はリサイクルされた煙道ガスの分配を制御するこのシステム及び方法は、以下の点で有利である。つまり、このシステム及び方法は、ボイラにおいて雰囲気の局所的な酸素濃度を高めることを可能にし、これにより、ボイラの所望の領域において、局所的な発熱を増大させかつ温度プロフィルを変化させる。
【００２１】
図３及び図４のものと同様のさらに別の実施の形態において、混合された流れにおける煙道ガスの量が、酸素の量を変化させる代わりに又は酸素の量を変化させることに加えて変化させられてよい。さらに別の実施の形態において、この開示は、炉出口平面に関して様々な高さにおいてボイラに提供されるリサイクルされた煙道ガスの割合又は分配を調節する又は変化させることを詳述する。煙道ガスの流量を制御するこの方法は、燃料特性及び炉条件が変化したときに一定の蒸気温度制御を維持することができるという点で有利である。これは、負荷が変化したときに蒸気温度制御の手段を提供する。蒸気温度制御の別の方法は、様々な高さへの酸素の量を調節することによって達成することができる。
【００２２】
本発明の利点は、酸素燃焼ボイラにおける流体流れに提供される酸素及び煙道ガスの量が、独立して制御されてよく、これにより、ボイラの運転を最適化するための大きな自由度を提供しかつボイラの発熱プロフィルを提供又は変更することである。当業者は、ボイラへのインプット流体流れにおける酸素の増大が、インプット流体流れの位置における熱流束の増大を生じることを認めるであろう。
【００２３】
図３は、ボイラの様々な位置又はゾーンへの混合された流れ３２０の割合又は分配を制御する制御システム２９０を有する、Ｔ燃焼ボイラのようなボイラ２００の図である。混合された流れ３２０は、第１の酸化剤流３１０（０〜１００質量％の酸素を含み、１つの実施の形態において流れ３１０は実質的に酸素である）と、第２の流れ３５０（実質的にリサイクルされた煙道ガスを含む）とを含む。第１の酸化剤流３１０と第２の流れ３５０との体積流量は、バッフル、ファン、ダンパ、弁及びエダクタのようなそれぞれの流体流れ制御装置３１１によって制御される。これらの流れ制御装置は、後でより詳しく説明するような開ループ又は閉ループ制御システムにおいて制御されてよい。この実施の形態においては、均一な酸素濃度を含む混合された流れ３２０が、異なる位置又はゾーンにおいてかつ制御可能に異なる体積でボイラ２００に導入される。ボイラ２００は、そこから灰を除去することができる、主バーナゾーン２０８の下方に配置されたホッパゾーン２１０と、酸化剤及び酸化剤−燃料混合物（又は択一的にガス−燃料混合物）がボイラに導入される主バーナゾーン２０８（以下ウインドボックス２０８）と、主バーナゾーンにおいて燃焼されないあらゆる酸素又は燃料が燃焼させられるバーンアウト（燃え切り）ゾーン２１６と、蒸気を過熱することができる過熱器ゾーン２１２と、過熱器ゾーン２１２に進入する前に水を予熱することができるエコノマイザゾーン２１４とを有する。バーンアウトゾーン２１６は、下側オーバーファイア酸化剤区画２０６と、上側オーバーファイア酸化剤区画２０４とを利用することができる。ボイラ２００は、水平ボイラ出口平面３０４と、鉛直ボイラ出口平面３０２も有する。ボイラ２００は、水が蒸気に変化させられる水冷壁２０２も有する。
【００２４】
前記のように、第１の酸化剤流３１０及び第２の流れ３５０は混合され、混合された流れ３２０を形成し、この混合された流れ３２０は次いでボイラに供給される。混合された流れ３２０は、約１５〜約４０体積パーセントの酸素を含むことができ、残りはリサイクルされた煙道ガスである。図３に示したように、混合された流れ３２０を、ボイラ２００の、ホッパゾーン２１０、ウインドボックス２０８、下側オーバーファイア酸化剤区画２０６及び／又は上側オーバーファイア酸化剤区画２０４内へ供給することができる。言い換えれば、混合された流れ３２０は分割され、複数の流れ（３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃ及び／又は３２０Ｄ）に分配され、ボイラの様々な部分に供給され、これにより、ボイラにおける発熱プロフィルを変化させかつボイラの熱的性能を高める。この場合、流れ３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃ，３２０Ｄのうちの１つ以上の体積流量は、それぞれの流体流れ制御装置３１２によって制御される。例えば、より高い割合の混合された流れ３２０が、ウインドボックスに提供されてこのゾーンにおける発熱プロフィルを増大し、またその逆であってもよい。第２の流れ３５０の酸素濃度を高めて、混合された流れ３２０を複数の異なる流れ３２０Ａ，３２０Ｂ，３２０Ｃ，３２０Ｄに分割するこの方法は、ボイラの熱的性能を高めたり、所望の発熱プロフィルを提供したりするためにボイラの様々な部分への煙道ガス及び酸素の量を変化させることを可能にする。
【００２５】
識別の目的のために、ホッパゾーン２１０においてボイラ２００へ供給される混合された流れ３２０は、３２０Ａとして識別され、混合された流れ３２０の総重量の約２５質量％を含むことができる。１つの実施の形態において、混合された流れ３２０Ａは、混合された流れ３２０の総重量の約０〜約１０質量％を含むことができる。別の実施の形態において、ウインドボックスゾーン２０８においてボイラ２００に供給される混合された流れ３２０は、３２０Ｂとして識別され、混合された流れ３２０の総重量の約５０質量％〜約１００質量％を含むことができる。１つの実施の形態において、混合された流れ３２０Ｂは、混合された流れ３２０の総重量の約５０〜約８０質量％を含むことができる。さらに別の実施の形態において、下側オーバーファイア酸化剤区画２０６においてボイラ２００に供給される混合された流れ３２０は、３２０Ｃとして識別され、混合された流れ３２０の総重量の約５０質量％までを含むことができる。１つの実施の形態において、混合された流れ３２０Ｃは、混合された流れ３２０の総重量の約１０〜約３０質量％を含むことができる。
【００２６】
さらに別の実施の形態において、上側オーバーファイア酸化剤区画２０６においてボイラ２００に供給される混合された流れ３２０は、３２０Ｄとして識別され、混合された流れ３２０の総重量の約５０質量％までを含むことができる。１つの実施の形態において、混合された流れ３２０Ｄは、混合された流れ３２０の総重量の約１０〜約３０質量％を含むことができる。
【００２７】
図４は、接線方向燃焼ボイラ（T-fired boiler）のようなボイラ２００の別の実施の形態を示している。ボイラ２００は制御システム２９１を有し、制御システム２９１は、ボイラの様々な位置又はゾーンへのそれぞれの流れ３６０Ａ，３６０Ｂ，３６０Ｃ，３６０Ｄの、混合された流れ３６０と酸素との比の割合又は分配を制御し、混合された流れ３６０と第２の酸化剤流３７０とを利用して、ボイラ２００に供給されるそれぞれのインプット流れの酸素の濃度を煙道ガスにおいて高める又は下げ、これにより、ボイラにおける発熱プロフィルを規定するか又は変化させ、ボイラの熱的性能を高める又は所望の発熱プロフィルを提供する。この実施の形態において、様々な酸素濃度を有する流れが、ホッパゾーン、ウインドボックスゾーン、上側オーバーファイア酸化剤ゾーン及び下側オーバーファイア酸化剤ゾーンに供給される。当業者は、各ゾーンの酸素濃度又は比が、ボイラの位置又はゾーンのあらゆる構成又は組合せにおいて制御されてよいことを認めるであろう。リサイクルされた燃焼ガス３５０は、まず酸化剤流３１０と予混合されてよく、これにより第１の混合された流れ３６０を形成する。次いで、第１の混合された流れ３６０は、ボイラの様々な位置又はゾーンに向かって、様々な量又は体積で排出される。しかしながら、それぞれの混合された流れ３６０は、それぞれの第２の酸化剤流３７０から酸素が付加されて、これにより、それぞれのインプット流れ３６０Ａ，３６０Ｂ，３６０Ｃ，３６０Ｃに、所望の酸素濃度と、各インプット流れのための所望の全体体積流量とを提供する。したがって、様々な流れにおける酸素の比は、互いに同じであっても、異なってもよい。
【００２８】
図４に示したように、制御システム２９１は、それぞれの流体流れ制御装置３１１を用いて流れ３５０及び酸化剤流３１０の流体流れを制御することによって、混合された流れ３６０の酸素の濃度及び体積流量を制御する。制御システム２９１は、さらに、混合された流れ３６０の流れを制御するためにそれぞれの流体流れ制御装置３１２を制御し、かつそれぞれの流体流れ制御装置３１３を通る流れを制御するためにそれぞれの流体流れ制御装置３１３を制御することによって、それぞれのインプット流れ３６０Ａ，３６０Ｂ，３６０Ｃ，３６０Ｄのための酸素濃度及び体積流量を制御する。流体流れ制御装置３１２は、第２の酸化剤流３７０が加えられる箇所の上流又は下流に配置されていてよい。しかしながら、流体流れ制御装置３１２が、第２の酸化剤流３７０が加えられる箇所の上流に配置されている場合、制御システム２９１は、ボイラへのインプット流れ３６０Ａ，３６０Ｂ，３６０Ｃ，３６０Ｄの酸素濃度及び総体積の両方を局所的に制御するためにより大きな自由度及び濃度範囲を提供する。要するに、図４に示したように、制御システム２９１の流体流れ制御装置３１１，３１２，３１３は、それぞれのインプット流れ３６０Ａ，３６０Ｂ，３６０Ｃ，３６０Ｄの酸素濃度、それぞれのインプット流れ、ひいてはボイラのゾーンへの酸素の分配、及びそれぞれのインプット流れの所望の体積ガス流を制御することができる。
【００２９】
再び図４を参照すると、付加される酸素全体の第１の酸化剤流３１０は、リサイクルされた煙道ガスを含む第２の流れ３５０と混合され、第１の混合された流れ３６０を形成する。典型的な実施の形態において、第１の酸化剤流３１０は、付加される酸素全体の約５０％〜約９５％、特に約８０％〜約９０％を含む。ボイラ２００における所望の燃焼の量のために必要な残りの酸素の割合は、第２の酸化剤流３７０において提供される。リサイクルされた煙道ガスと、搬送ガスとは、インプット流れ３６０Ａ，３６０Ｂ，３６０Ｃ，３６０Ｄの制御において考慮される必要がある、小さな酸素割合を含むことに注意されたい。
【００３０】
図４に示したように、第１の混合された流れ３６０と、加えられる合計の２０％までを含む第２の酸化剤流３７０とを含む第２の混合された流れ３６０Ａは、ホッパゾーン２１０に供給される。典型的な実施の形態において、第２の混合された流れ３６０Ａは、加えられる合計酸素の約０〜約１８％、特に約２〜約１５％を含むことができる。
【００３１】
別の実施の形態において、加えられる合計酸素の１００％までの量における酸素を含む第２の酸化剤流３７０が、第１の混合された流れ３６０と混合され、ウインドボックス２０８に供給される。典型的な実施の形態において、加えられる合計酸素の約５０〜約８０％の量の酸素を含む第２の酸化剤流は、第１の混合された流れ３６０と混合され、ウインドボックス２０８に供給される。
【００３２】
さらに別の実施の形態において、５０質量％までの量の酸素を含む第２の酸化剤流３７０は、第１の混合された流れ３６０と混合され、下側オーバーファイア酸化剤区画２０６に供給される。典型的な実施の形態において、加えられる合計酸素の約１０〜約３０％の量の酸素を含む第２の酸化剤流が、第１の混合された流れ３６０と混合され、下側オーバーファイア酸化剤区画２０６及び／又は上側オーバーファイア酸化剤区画２０４に供給される。
【００３３】
第２の酸化剤流３７０は、概して、できるだけボイラ２００の近くで、第１の混合された流れ３６０と混合され、混合された流れ３６０Ａ，３６０Ｂ，３６０Ｃ，３６０Ｄを形成する。酸素分配に対する制御のより細かいレベルは、ボイラにより近いところで酸素を混入することによって、例えばウインドボックス２０８の１つの領域における酸素濃度を局所的に高めるために、図４に示された位置において付加的な酸素を加えることによって達成することができる。第１の混合された流れ３６０のこの高濃度化モードは、接線方向燃焼ボイラ及び壁部燃焼ボイラにおいて用いることができる。
【００３４】
図３及び図４の制御システム２９０，２９１は、ボイラ２００の特定のゾーンへの酸素の分配及び濃度を制御するが、本発明は、複数の別々のインプット流れを有する各ゾーンが制御システムによって制御されてもよいことを想定する。図５は、混合された流れ３２０Ｂ（図３）又は３６０Ｂ（図４）をボイラ２００のウインドボックス２０８に導入する１つの典型的な装置及び方法を示す。図５は、接線方向燃焼ボイラのウインドボックス２０８のインプット区画又はインプット流れの詳細と、ウインドボックス２０８によって提供されるそれぞれのインプット流れの酸素濃度及び体積流量を制御する装置及び方法とを示す。様々な酸素濃度が、ウインドボックス２０８のそれぞれ異なる区画に導入される。
【００３５】
図５は、接線方向燃焼ボイラ２００のウインドボックス２０８における複数のアセンブリ、例えば一次ノズル４０２，４０４，４０６及び二次ノズル４０９を示す。図５は、一次ノズル４０２，４０４，４０６及び二次ノズル４０９の構成を示すためのボイラ２００のウインドボックス２０８の拡大図を含む。１つの実施の形態において、ウインドボックス２０８は、約２〜約１０のアセンブリを有することができる。燃料及び搬送ガスを、リサイクルされた煙道ガス及び酸素の混合物（例えば混合された流れ３６０Ｂ又は３２０Ｂ）とともに、それぞれのノズルに導入することができる。典型的な実施の形態において、（局所的に酸素濃度が高められた）混合された流れ３６０Ｂをノズル４０２，４０４，４０６及び／又は４０７に導入することが望ましい。それぞれのアセンブリに供給される混合された流れ３６０Ｂにおけるリサイクルされた煙道ガスに対する酸素の比は、図３及び図４に示されかつ説明された構成と同様に変化させることができる。特に、図３及び図４の制御システム２９０，２９１は、各ノズル４０２，４０４，４０６，４０７のそれぞれのインプット流れ３６０Ｆ，３６０Ｇ，３６０Ｈ，３６０Ｉ，３６０Ｊ，３６０Ｋ，３６０Ｌの濃度、割合及び／又は分配を制御するために流体流れ制御装置の同じ構成を有してよい。言い換えれば、ウインドボックス２０８の位置又はノズル（すなわちウインドボックスゾーン）は、ボイラ２００の各ゾーンと同じ又は類似の形式で制御されてよく、この場合、インプット流れ３６０Ｂは、図３及び図４における混合された流れ３６０と機能的に同じである。この機能は、ウインドボックス２０８のために示されているが、この制御レベルは、ボイラ２００の他のゾーンのために本発明によって想定されていることが認められるであろう。
【００３６】
例えば、第１のアセンブリ４０２は、リサイクルされた煙道ガスに対する酸素の第１の比を受け取ることができるのに対し、第２のアセンブリ４０４は、リサイクルされた煙道ガスに対する酸素の第２の比を受け取ることができる。１つの実施の形態において、第１の比は第２の比と同じであることができる。別の実施の形態において、第１のアセンブリ４０２に供給される石炭に対する、混合された流れ３６０Ｂの質量比は、第２のアセンブリ４０４に供給される質量比と同じであるか又は異なることができる。リサイクルされた煙道ガスに対する酸素の比を変化させることによって、ウインドボックスのそれぞれ異なる部分における発熱プロフィルを変化させることができる。さらに、酸素の質量比は、二次ノズル４０７のために個々に制御されてもよい。
【００３７】
図６は、別の実施の形態を示しており、この場合、混合された流れ３６０Ｂ（又は３２０Ｂ）を、一次ノズル４０２，４０４及び／又は４０６を介して接線方向燃焼ボイラのウインドボックス２０８に導入することができ、この場合、それぞれのノズル内の濃度及び分配が制御されてよい。図６に示されたアセンブリ４０２は、代表的な一次ノズルとして使用される。一次ノズル４０２は、内側ポート４０２Ｂを有し、この内側ポート４０２Ｂを通って、燃料（例えば石炭）及び搬送ガスの流れがボイラ２００に供給され、外側環状部４０２Ａを有し、この外側環状部４０２Ａを通って、混合された流れ３６０Ｍがボイラに供給される。図３及び図４についてこれまでに説明されたものと同様に、制御システム２９１，２９２は、同様に、一次ノズル４０２の各流体流れ３６０Ｍ，３６０Ｐの分配及び酸素濃度を制御してよく、この場合、ノズル４０２の各ポート４０２Ａ，４０２Ｂは、図３及び図４に記載されたボイラ２００のゾーンと同様のゾーンである。
【００３８】
さらに、第２の混合された流れ３６０Ｍは、アセンブリ４０２の環状通路４０２Ａにおいてウインドボックス２０８に導入されるのに対し、燃料及び（燃料を搬送するために使用される）搬送ガスは、混合された流れ３６０Ｐを含んで、内側ポート４０２Ｂを介して炉に導入される。この配列は、中央燃料流れを包囲する流れ３６０Ｍにおける酸素濃度を変化させる又は制御することを可能にし、これは、変化を可能にすることにより、ボイラ２００内の熱流束及びひいては発熱プロフィルを制御し、バーナノズルの火炎安定性を高めかつボイラにおけるＮＯｘを低減する。燃料噴射流を包囲する環状部内への混合された流れの導入は、高い酸素濃度の存在により、より迅速な点火と、ボイラにおける燃料噴射箇所の近くの増大した燃焼とを生じる。
【００３９】
図４に関する１つの実施の形態においては、混合された流れ３６０と、第２の酸化剤流３７０とは、上側オーバーファイア酸化剤区画２０４又は下側オーバーファイア酸化剤区画２０６においてボイラ２００に導入されてよい。つまり、酸素濃度の増大は、下側オーバーファイア酸化剤区画２０６、ウインドボックス２０８及び／又はホッパゾーン２１０に対して上側オーバーファイア酸化剤区画２０６において生じることができる。別の実施の形態においては、酸素濃度の増大は、上側オーバーファイア酸化剤区画２０４、ウインドボックス２０８及び／又はホッパゾーン２１０に対シーケンシャルコントラスト下側オーバーファイア酸化剤区画２０６において生じることができる。図４を参照すると、混合された流れ３６０と、二次酸化剤流３７０とが、上側又は下側オーバーファイア酸化剤区画２０４又は２０６内へそれぞれ導入される１つの実施の形態が示されている。上側オーバーファイア酸化剤区画２０４は水平ボイラ出口平面３０４に最も近いのに対し、下側オーバーファイア区画２０６は、水平ボイラ出口平面３０４から最も遠い区画である。
【００４０】
混合された流れ３６０が下側オーバーファイア酸化剤区画２０６に導入されるとき、第２の酸化剤流３７０は上側オーバーファイア酸化剤区画２０４に導入され、またその逆である。混合された流れ３６０を下側オーバーファイア酸化剤区画２０６に導入することによって、下側オーバーファイア酸化剤区画における酸化剤流は、上側オーバーファイア酸化剤区画２０４、ウインドボックス２０８及び入口ヘッダゾーン２１０に対して酸素濃度が高められる。
【００４１】
燃焼プロセスが要求する化学量論比よりも低い燃料に対する酸素の比で下側ボイラが運転することを可能にしながら燃焼プロセスが下側ボイラから継続するように、十分な酸素が、オーバーファイア酸化剤区画において使用される。オーバーファイア酸化剤区画への煙道ガス流を高濃度にする目的は、形成される窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を制御すること及び下側の炉における温度を制御することである。
【００４２】
図４を参照すると、上側及び下側のオーバーファイア酸化剤区画２０４及び２０６における様々な酸素濃度に関連した別の実施の形態が示されている。上側オーバーファイア酸化剤区画２０４に補足の煙道ガス再循環流３８０を導入することにより、上側オーバーファイア酸化剤区画２０４の酸素濃度を第２の酸化剤流３５０のバルクに対して減少させることができる。さらに、二次酸化剤流３７０のバルクに対する上側オーバーファイア酸化剤区画２０４の濃度減少は、下側オーバーファイア酸化剤区画２０６及び／又はウインドボックス２０８に、混合された流れ３６０を導入することによって達成されてよい。１つの実施の形態において、第２の酸化剤流３７０をウインドボックス２０８に導入することができるのに対し、補足の煙道ガス再循環流３８０は上側オーバーファイア酸化剤区画２０４に供給される。
【００４３】
全体的な酸素濃度（すなわち１５〜４０質量％）に対して酸素が減少させられた上側オーバーファイア酸化剤区画は、より高い燃焼温度を提供し、かつボイラにおいてより高い燃焼温度及びその結果としての熱伝達率を減じながら、より低い作動流体温度が存在するボイラの下側部分におけるより高い熱伝達率を生じる。
【００４４】
上側オーバーファイア酸化剤の温度を高めるために要求されるエネルギにより、燃焼ガスの温度は低下する（ほとんどの燃焼は完了している）。燃焼ガスの低下した温度において、出口平面に最も近いボイラの部分におけるボイラ壁部への結果的な流速が減少する。熱伝達プロフィルにおける結果的な変化は、水冷壁材料、特に超臨界蒸気発生器にとって有利である。一次的な利点は、作動流体温度が最も高いボイラ出口平面に近いボイラにおける熱伝達を減じることである。
【００４５】
付加的な酸素の利用は多数の利点を有する。最も低いバーナアセンブリの下方に配置された酸化剤流に酸素を加えることは、ボイラにおける熱吸収プロフィルを変化させる。熱吸収プロフィルを変化させかつ制御する能力は、より下方のボイラに配置された熱伝達面の利用を増大することができる。これは、ボイラの放射部分におけるより多くの合計熱吸収を可能にする。これは、概してウインドボックスの上方において生じるピーク温度及び熱伝達率をも低下させ、これにより、材料要求、及び灰スラッギング問題の可能性を減じる。
【００４６】
ボイラにおける発熱プロフィルを変化させることは、一定の熱入力におけるピークボイラ材料温度と、煙道ガス再循環率とを減少させることができる。利点は、スラッギング問題及び／又は水冷壁管の過熱を生じるピーク熱流束なしに、煙道ガス再循環率を低下させることができるということである。ボイラにおける発熱プロフィルの変化の別の有利な結果は、熱伝達面のより効率的な利用を可能にすることである。改装ボイラの利点は、新たなボイラのためにボイラサイズを減少させながら、熱入力、ひいては作動流体パワーを増大させることである。
【００４７】
別の有利な結果は、一酸化炭素エミッション、要求される過剰酸素、未燃焼炭素、及び鉱物質特性を含む、エミッション特性における改良である。別の結果は、ボイラ出口温度を制御することによる、ボイラの対流部分における灰のファウリング特性に対する有利な影響である。さらに別の有利な結果は、ボイラのより下方の部分における灰のスラッギング特性に対する有利な影響である。別の利点は、ボイラへの、第２の混合された流れ３６０において使用される管路が、増大した酸素濃度に耐える必要がないということである。利点は、管路を、様々な材料から構成することができ、これによりコストを減少させるということである。第２の混合された流れ３６０Ａなどを含むより短い管路のみが、第２の酸化剤流３７０との混合後のより高い酸素濃度に耐える必要がある。改装用途の別の利点は、既存のプラントの管路を利用することである。
【００４８】
本発明の制御システム２９０，２９１は、開ループシステムであってよく、この場合、流体流れ制御装置は、調節されるか又は所定のセッティングに設定されるか又はオペレータによって設定され、又は閉ループシステムであってよい。閉ループシステムとして、流体流れ制御装置は、ボイラ及び／又はボイラアイランドの運転及び／又は条件パラメータに応じて調節又は設定されてよい。例えば、流体流れ制御装置は、蒸気温度、ボイラ温度、又は、ボイラ又はボイラアイランドのその他の別ゾーンのような、ボイラ又はボイラアイランドの熱的パラメータに応じて流体流れを制御してよい。同様に、流体流れ制御装置は、システム負荷、又はボイラ又はボイラアイランドの負荷に対する変更のような、運転パラメータに応じて流体流れを制御してよい。本発明は、プロセッサ又はＤＣＳが、運転又はシステム条件パラメータのような、検出された入力信号に応じて、それぞれの流体流れ制御装置へのそれぞれの制御信号を提供することを考慮する。
【００４９】
図７は、煙道ガス再循環率及び酸素付加の位置を変更することによって達成することができる発熱パターンに対する変更の例を示している。図７には３つの曲線が示されており、１５ＭＷパイロットプラントにおいて試験された試験条件を表している。ベースケースは、複数の異なる高さにおける炉壁への測定された熱流束を示す。熱流束は、主バーナゾーン（例えば図４における２０８）においてより高く、より高い高さにおいて減少する。測定された熱流束パターンは、炉における発熱パターンに直接対応する。より低い再循環のための曲線は、煙道ガス再循環のより小さな量のための場合を示している。この場合、温度は、それぞれの高さにおいてより高く、したがって、熱流束はそれぞれの高さにおいてより高い。
【００５０】
下側の再循環及び局所的なＯ2のための第３の曲線は、熱流束プロフィルの形状を調節するためにそれぞれの高さにおいて加えられる酸素を変化させるとともに、第２の曲線におけるのと同じ減じられた煙道ガス再循環を伴う場合を示す。この場合、主バーナゾーンにおける最大又はピーク熱流束は、ベースケースの値にまで再び減じられた。この例の利点は、設計限界を超えかつボイラ材料の過熱を生じるピーク熱流束を回避しながら、減じられた煙道ガス再循環で運転する能力である。煙道ガス再循環全体と、それぞれの高さにおいて加えられる煙道ガス及び酸素の量とを変化させることのその他の組合せは、熱流束プロフィルの形状に対するその他の変化を達成することができる。
【００５１】
本発明は、ここまで説明したノズル傾斜の特徴が、例えばより低い負荷におけるボイラの制御のより大きな範囲を提供するために本発明の組合せにおいて利用されてよいことを考慮する。本発明は、様々な用途及びボイラ設計、運転及び制御における改良のために利用することができる。これらの幾つかは、以下のことを含む。
・酸素燃焼ボイラへ戻される排ガス再循環の合計量の減少は、既存のプラントの酸素燃料改装及び新規の酸素燃料プラントの両方のためのより低い資本設備コスト及びより低い運転コストを生じる。
・酸素燃料改装のための既存のボイラの蒸気発生能力におけるアップグレード
・酸素燃焼ボイラ運転中の蒸気発生及び蒸気温度の改良された制御のための酸素燃料用途のための新規のボイラの寸法及びコストの減少
・発生される蒸気（流れ）の量及び酸素燃料ボイラからの蒸気の温度の能動的な制御（開ループ及び閉ループ制御）。これは、負荷変化の間の蒸気流及び温度、熱伝達に対するボイラ抵抗の変化、及び燃料変化に対する制御を含む。さらに、制御範囲を拡大するために、接線方向燃料ノズルの傾斜、及び／又は噴射されるガスリサイクル流の合計量のような、他の従来の方法と組み合わせて使用することができる。
【００５２】
減じられた煙道ガスリサイクル流を利用するための複数の可能な用途が存在する。例えば、新規の酸素燃料ユニットのために、ボイラ水冷壁面は、増大した全体の炉熱流束の結果、同じ熱伝達デューティのためにより小さく形成されてよい。ボイラの下流において、管路、ガス再循環システム及び汚染制御機器は全て、より低い資本コストでより小さな寸法であることができる。より低いガスリサイクルにより、再循環ファンのための寄生電力も減じられる。上側ボイラ及びバックパスにおける表面の大きさも、減じられた煙道ガス流量を提供するように設計されてもよい。
【００５３】
例えば、既存の臨界未満蒸気ボイラの改装用途のために、より大きな面を上側ボイラ部分に加えることができ、これにより、所望の過熱を達成し、減じられた煙道ガス流からの熱デューティを再熱する。ボイラの下流において、管路、ガス再循環システム及び汚染制御機器は、全て、より小さいことができ、より低い資本コストを生じる。より低いガスリサイクルにより、再循環ファンのための寄生電力も減じられる。さらに、既存の臨界未満蒸気ボイラの改装用途のために、付加的な面は、所望の過熱を達成し、減じられた煙道ガス流からの熱デューティを再熱し、かつ結果的な利点を得るために、必要ではない。
【００５４】
ボイラ能力は、酸素及びリサイクルされた煙道ガスの分配を最適化することによってアップグレードすることもできる。ボイラ熱流束プロフィルを成形及び制御するための同じ概念及びアプローチを適用して、蒸気発生能力を、システムを通るガス再循環及びガス流の同じレベルにおいて、高めることができる。１つの実施の形態において、改装用途のために、より多くの燃料が燃焼され、より多くの蒸気が発生される。この増大された蒸気発生は、所望の過熱を達成しかつ熱デューティを再熱するために上側ボイラセクションに加えられる付加的な面とともに、蒸気タービンもアップグレードされるならば補足の酸素は使用されない同等のボイラよりも、多くの電力を発生するために使用されてよい。
【００５５】
別の実施の形態において、改装用途のために、より多くの燃料が燃焼され、より多くの蒸気が発生されてよい、総発電量を増大する代わりに、余分な蒸気を、酸素燃料プラントの別の部分において利用することができる。例えば、空気分離ユニット及びガス処理ユニットはそれぞれ圧縮機を利用し、この圧縮機は、この蒸気を使用する蒸気駆動装置によって電力を供給することができる。これは、プラント機器によって消費される寄生電力を減じ、正味電力を増大する。
【００５６】
ボイラから出る蒸気の温度の能動的な制御を、個々の酸化剤流の調節によって達成することができる（図４、流れ３７０Ａ，３７０Ｂ，３７０Ｃ，３７０Ｄ）。例えば、従来の燃料ノズル傾斜制御システムを用いて、ボイラ水冷壁ファウルとして、より少ない熱が吸収され、下流のセクションに進入するより高いガス温度を生じ、これは、複数の運転問題を生じる恐れがある。ノズルを下方へ傾斜させることによって、高温のガスは、下側ボイラ水冷壁面のより多くにさらされる。壁部が浄化されると、ノズルは、再び適切な熱吸収を維持するために上方へ傾斜させられる。同様の制御が、ボイラへの酸素の分配を変化させるために酸化剤流の流量を調節することによって得ることができる。上側部分における酸化剤流を減少させながら、（図５における、メインバーナゾーン下側ウインドボックス区画のような）ボイラのより下側における酸化剤流の流れを増大することにより、熱伝達を高め、ガス出口温度を低下させる。逆に、下側のボイラにおいてより少ない熱吸収が望まれるならば、例えば蒸気出口温度が低すぎるならば、下側ボイラにおける酸化剤流を減少させ、（図５における、オーバーファイア区画ＬＳＯＦＡ及びＵＳＯＦＡのような）上側部分における酸化剤流を増大させることは、より高いガス温度の下流セクションと、増大した蒸気温度とを生じる。ボイラから出るガス温度の制御は、微粉燃料燃焼中は重要である。ガス温度が設計条件を超えると、下流の管セクションの過熱及び／又は深刻なファウリングが生じる恐れがある。ガス温度が設計条件よりも低いと、蒸気温度は所望の温度に達しない。
【００５７】
図９は、炉の出口平面（図４、ＨＦＯＰ）に対して変化する高さでボイラに導入される酸化剤流に導入される酸素付加の分配を調節するという概念を表す。線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及びＥは、異なるボイラ壁部スラッギング条件によって表されているように、熱伝達に対する抵抗の変化するレベルを表す。抵抗レベルが変化する際に運転調節が行われないと、線１によって表したように、蒸気温度が変化する。線２は、本発明の概念を表しており、抵抗レベルがＡからＥまで変化したとき、炉出口平面に対して変化する高さでボイラに進入する酸化剤流に提供される酸素付加の分配は、線２に沿って変化し、一定の蒸気温度を維持する。これは、燃料特性又は炉条件が変化するときに、一定の蒸気温度制御をも許容する。
【００５８】
ボイラに導入される酸素の分配を調節することによって、負荷（燃料インプット）が変化するときに、蒸気温度を制御することもできる。ボイラに導入される酸素の分配を調節することは、蒸気温度制御の範囲を拡大するために他の制御方法と組み合わせて用いることもできる。
【００５９】
燃焼室へ戻されるリサイクルされた煙道ガスの品質を変化させることは、対流パスへのガスの温度及びエネルギを変化させ、これは、ガスの冷却速度及び対流セクション熱流束プリフィルを変化させる。ボイラから出るガス温度の制御は、微粉燃料燃焼中に重要である。この位置における温度が、灰軟化又は灰溶解温度よりも高くなると、深刻なファウリングが生じ、過剰な煤吹きが行われなければならず、プラントの効率及び利用可能性を低下させる。さらに、対流パスにおける熱伝達プロフィルが変化すると、これは、管を幾つかの位置において過熱させる恐れがある。したがって、温度及び対流パスへのエネルギ流量の独立した制御を可能にする燃焼システムは、有利である。蒸気温度制御のための煙道ガス再循環流量を変化させる従来の手段は、対流パスに対する温度及びエネルギ流量の独立した制御を可能にする。
【００６０】
ボイラ蒸気におけるこれの適用により、ＨＦＯＰに対して変化する高さにおいて酸化剤流とともにボイラ内へ進入するリサイクルされた煙道ガスの割合を調節することによって、条件を制御することができる。一定の煙道ガス再循環率において、リサイクルガスの分配が変化されると、ボイラにおける熱吸収パターンが変化する。この制御方法は、ウインドボックスと、オーバーファイア区画において利用される酸化剤の量との間の煙道ガスリサイクルの分配を調節することを含む。リサイクルガス付加の分配が、ウインドボックスとオーバーファイア区画との間で変化すると、ボイラにおける熱吸収プロフィルは変化し、ボイラから出る上記条件の運転制御を許容する。
【００６１】
図８は、炉出口平面に関して変化する高さにおいてボイラに導入されたリサイクルされた煙道ガスの割合を変化させる効果と、炉における熱伝達抵抗を変化させる影響とを示すグラフである。抵抗レベルが変化するときに、例えば炉壁における灰堆積が増大するときに、運転調節が行われないと、線１によって示したように、蒸気温度が変化する。線２は、本発明の概念を示しており、抵抗レベルがＡからＧへ変化するときに、一定の蒸気温度を維持するために、オーバーファイアリサイクルに対するウインドボックスリサイクルの比が線２に沿って変化する。煙道ガスの流量を制御するこの方法は、燃料特性又は炉条件が変化したときに一定の蒸気温度制御を維持することができるという点で有利である。
【００６２】
このアプローチは、ボイラに導入されるガスリサイクルの分配を調節することによって、負荷（燃料インプット）が変化したときに蒸気温度を制御する手段をも提供することができる。負荷が変化したとき、所望の蒸気条件に合うように、熱吸収パターンの分配を変化させることが望ましい。ボイラに導入されるガスリサイクルの分配を調節することは、蒸気温度制御の範囲を拡大するために他の制御方法と組み合わせて使用することもできる。
【００６３】
本発明は接線方向燃焼ボイラのための１つの実施の形態を提供したが、本発明は、酸素壁部燃焼ボイラを含むあらゆる酸素燃焼ボイラのために用いられてよいことを認めるであろう。
【００６４】
１つの要素が別の要素"上に"ある場合、前記１つの要素は直接に別の要素上にあるか又は介在する要素がそれらの間に存在してよい。これに対して、１つの要素が"直接に"別の要素上にあると言った場合は、介在する要素は存在しない。ここで用いられる場合、"及び／又は"という用語は、関連する列挙されたアイテムのうちの１つ以上のあらゆる及び全ての組合せを含む。
【００６５】
"第１の"、"第２の"、"第３の"などの用語は、ここでは、様々な要素、構成部材、領域、層及び又はセクションを説明するために用いられてよいが、これらの要素、構成部材、領域、層及び又はセクションは、これらの用語によって限定されるべきでないことが理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素、構成部材、領域、層又はセクションを、別の要素、構成部材、領域、層又はセクションから区別するためだけに用いられる。つまり、以下で論じられる"第１の要素"、"構成部材"、"領域"、"層"又は"セクション"は、ここでの開示から逸脱することなく、第２の要素、構成部材、領域、層又はセクションと言うことができる。
【００６６】
ここで使用される用語は、特定の実施の形態を説明するためだけのものであり、限定しようとするのではない。ここで使用される場合、"ａ"、"ａｎ"、"ｔｈｅ"などの単数形は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、複数形をも含むことが意図されている。"含む"及び／又は"含んでいる"、又は"包含する"及び／又は"包含している"という用語は、本明細書において用いられる場合、述べられた特徴、領域、整数、工程、操作、要素及び／又は構成部材の存在を特定するが、その他の特徴、領域、整数、工程、操作、要素、格子部材及び／又はそれらのグループの存在又は負荷を排除しない。
【００６７】
さらに、"下側の"又は"下部"及び"上側の"又は"上部"のような相対的な用語は、ここでは、図面に示されたような別の要素に対する１つの要素の関係を説明するために用いられてよい。相対的な用語は、図面に示された向きに加えて、装置の様々な異なる向きを含むことが意図されている。例えば、図面のうちの１つにおける装置が反転されると、別の要素の"下"側にあると説明された要素は、その別の要素の"上"側に向けられる。したがって、"下"という典型的な用語は、図面の特定に向きに応じて"下"及び"上"の向きの両方を含むことができる。同様に、図面のうちの１つにおける装置が反転されると、別の要素の"下方"又は"下側"にあると説明された要素は、その別の要素の"上方"に向けられる。したがって、"下方"又は"下側"という典型的な用語は、上方及び下方の向きの両方を含む。
【００６８】
そうでないことが定義されない限り、（技術的及び科学的用語を含む）ここで使用される全ての用語は、この開示が属する技術分野における当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書に定義されたような用語は、関連技術及び本開示の文脈において、それらの意味と一致する意味を有すると解されるべきであり、ここで明らかにそのように定義されない限りは、理想化された又は過剰に形式的な意味において解釈されない。
【００６９】
典型的な実施の形態は、理想化された実施の形態の概略的な図である横断面図を参照してここでは説明されている。このように、例えば製造技術及び／又は公差の結果としての図示の形状からの変化が予想されるべきである。つまり、ここに説明された実施の形態は、ここに示された複数の領域の特定の形状に限定されると介されるべきではなく、例えば製造の結果として生じる形状の逸脱を含んでいる。例えば、平坦であると示された又は説明された領域は、典型的には、粗い及び／又は非線形の特徴を有する。さらに、例示された鋭角は、丸みづけられてよい。つまり、図面に例示された領域は、本質的に概略的であり、それらの形状は、ある領域の正確な形状を例示することを意図するものではなく、本願の請求項の範囲を限定しようとするものではない。
【００７０】
発明は、好適な実施の形態及び様々な択一的な実施の形態に関して説明されたが、発明の範囲から逸脱することなく、変更がなされてよく、その要素の代わりに均等物が代用されてもよいことが当業者によって理解されるであろう。さらに、発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を発明の開示に適応させるために多くの修正がなされてよい。したがって、発明は、本発明を実施するために想定される最良の形態として開示された特定の実施の形態に限定されるのではなく、発明は、添付された請求項の範囲に含まれる全ての実施の形態を含むことが意図されている。
【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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【国際調査報告】
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