(57)【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、
固体燃料と燃焼用空気とを混合した燃料ガスを前記火炉内に噴出する燃焼バーナと、
前記燃焼バーナより鉛直方向の下方で燃焼用空気を前記火炉内に噴出する炉底空気ノズルと、
前記炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を水平方向または鉛直方向に調整可能な空気噴出方向調整装置と、
を備え、
前記燃焼バーナは、燃料ガスの噴出方向を鉛直方向に調整可能な角度調整機構を有し、前記角度調整機構により前記燃焼バーナからの燃料ガスの噴出方向が下方側に調整されたとき、前記空気噴出方向調整装置は、前記炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を前記火炉の中心側または前記火炉の下方側に変更する、
ことを特徴とするボイラ。
【請求項２】
中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、
固体燃料と燃焼用空気とを混合した燃料ガスを前記火炉内に噴出する燃焼バーナと、
前記燃焼バーナより鉛直方向の下方で燃焼用空気を前記火炉内に噴出する炉底空気ノズルと、
前記炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を水平方向または鉛直方向に調整可能な空気噴出方向調整装置と、
を備え、
前記炉底空気ノズルからの燃焼用空気の噴出量が減少したとき、前記空気噴出方向調整装置は、前記炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を前記火炉の中心側または前記火炉の下方側に変更する、
ことを特徴とするボイラ。
【請求項３】
前記空気噴出方向調整装置は、前記炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を前記燃焼バーナによる燃料ガスの噴出方向とは別に水平方向に調整可能な水平方向調整装置を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボイラ。
【請求項４】
前記空気噴出方向調整装置は、前記炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を前記燃焼バーナによる燃料ガスの噴出方向とは別に鉛直方向に調整可能な鉛直方向調整装置を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のボイラ。
【請求項５】
前記火炉の底部に落下した固体燃料の未燃分量を計測する第１未燃分量計測装置が設けられ、前記第１未燃分量計測装置の計測結果に応じて前記空気噴出方向調整装置を作動することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のボイラ。
【請求項６】
前記火炉から煙道に流れる排ガスの未燃分量を計測する第２未燃分量計測装置が設けられ、前記第２未燃分量計測装置の計測結果に応じて前記空気噴出方向調整装置を作動することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のボイラ。
【請求項７】
前記未燃分量が増加すると、前記空気噴出方向調整装置により前記炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を前記火炉の中心側または前記火炉の下方側に変更することを特徴とする請求項５または請求項６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ためのボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のボイラは、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及び上下方向に複数配置されている。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して蒸気を生成するための熱交換器が配置されている。
【０００３】
このようなボイラとして、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。特許文献に記載された微粉炭バーナは、ノズル本体と、２次空気調整装置とを設け、２次空気調整装置として補助空気調整機構と主空気調整機構を設け、補助空気調整機構の補助空気取込口に回転可能な補助空気用風量調整羽根を設けたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９８３４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、ボイラは、複数の燃焼バーナから微粉炭混合気と燃焼用空気を火炉内に噴出させ、微粉炭混合気に着火することで火炎が形成され、火炉内で発生した燃焼ガス（排ガス）が上昇する。ところで、ボイラは、その運転条件が常に変化するものとなっており、火炉の内部での燃焼状態も常に変化している。このとき、例えば、微粉炭混合気と共に火炉内に噴出される燃焼用空気の供給量が減少すると、燃焼用空気が火炉の中心部まで届かず、火炉中心での燃焼が不十分となる。すると、火炉の中心部での燃料の未燃分が増加し、燃焼効率が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するものであり、火炉内での燃料の燃焼を促進して未燃分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】
【０００７】
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、固体燃料と燃焼用空気とを混合した燃料ガスを前記火炉内に噴出する燃焼バーナと、前記燃焼バーナより鉛直方向の下方で燃焼用空気を前記火炉内に噴出する炉底空気ノズルと、前記炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を水平方向または鉛直方向に調整可能な空気噴出方向調整装置と、を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
従って、燃焼バーナから固体燃料と燃焼用空気とを混合した燃料ガスを火炉内に噴出させ、炉底空気ノズルから火炉における燃料ガスの噴出位置より下方に燃焼用空気を噴出させる。このとき、ボイラの運転条件が変わると、燃焼バーナによる燃料ガスの噴出方向や炉底空気ノズルからの燃焼用空気の噴出量が変動することがある。このとき、空気噴出方向調整装置は、炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を水平方向または鉛直方向に調整する。そのため、炉底空気ノズルは、火炉における燃料ガスの噴出位置より下方に燃焼に必要な燃焼用空気を適切に供給することができる。その結果、火炉内での燃料の燃焼を促進して未燃分の発生を抑制することができる。
【０００９】
本発明のボイラでは、前記燃焼バーナは、燃料ガスの噴出方向を鉛直方向に調整可能な角度調整機構を有し、前記角度調整機構により前記燃焼バーナからの燃料ガスの噴出方向が下方側に調整されたとき、前記空気噴出方向調整装置は、前記炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を前記火炉の中心側または前記火炉の下方側に変更することを特徴としている。
【００１０】
従って、角度調整機構により燃焼バーナからの燃料ガスの噴出方向が下方側に調整されると、炉底空気ノズルから燃料ガスの噴出位置より下方に噴出する燃焼用空気が火炉の中央部に到達し難くなる。このとき、空気噴出方向調整装置により炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を火炉の中心側または火炉の下方側に変更する。すると、炉底空気ノズルからの燃焼用空気が燃料ガスの噴出位置より下方で、且つ、火炉の中央部に到達し易くなり、火炉内で燃料を効率的に燃焼することができる。
【００１１】
本発明のボイラでは、前記炉底空気ノズルからの燃焼用空気の噴出量が減少したとき、前記空気噴出方向調整装置は、前記炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を前記火炉の中心側または前記火炉の下方側に変更することを特徴としている。
【００１２】
従って、炉底空気ノズルからの燃焼用空気の噴出量が減少すると、燃料ガスの噴出位置より下方に噴出する、炉底空気ノズルからの燃焼用空気が火炉の中央部に到達し難くなる。このとき、空気噴出方向調整装置により炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を火炉の中心側または火炉の下方側に変更する。すると、炉底空気ノズルからの燃焼用空気が燃料ガスの噴出位置より下方で、且つ、火炉の中央部に到達し易くなり、火炉内で燃料を効率的に燃焼することができる。
【００１３】
本発明のボイラでは、前記空気噴出方向調整装置は、前記炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を前記燃焼バーナによる燃料ガスの噴出方向とは別に水平方向に調整可能な水平方向調整装置を有することを特徴としている。
【００１４】
従って、水平方向調整装置は、炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を燃焼バーナによる燃料ガスの噴出方向とは別に水平方向に調整することで、燃料ガスの噴出方向に拘わらず、燃焼用空気の噴出方向を水平方向に調整することができ、火炉の燃焼状態が変動しても、炉底空気ノズルからの燃焼用空気を燃料ガスの噴出位置より下方で、且つ、火炉の中央部に到達させることができる。
【００１５】
本発明のボイラでは、前記空気噴出方向調整装置は、前記炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を前記燃焼バーナによる燃料ガスの噴出方向とは別に鉛直方向に調整可能な鉛直方向調整装置を有することを特徴としている。
【００１６】
従って、鉛直方向調整装置は、炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を燃焼バーナによる燃料ガスの噴出方向とは別に鉛直方向に調整することで、燃料ガスの噴出方向に拘わらず、燃焼用空気の噴出方向を鉛直方向に調整することができ、火炉の燃焼状態が変動しても、炉底空気ノズルからの燃焼用空気を燃料ガスの噴出位置より下方で、且つ、火炉の中央部に到達させることができる。
【００１７】
本発明のボイラでは、前記火炉の底部に落下した固体燃料の未燃分量を計測する第１未燃分量計測装置が設けられ、前記第１未燃分量計測装置の計測結果に応じて前記空気噴出方向調整装置を作動することを特徴としている。
【００１８】
従って、火炉の底部に落下した固体燃料の未燃分量に応じて空気噴出方向調整装置により炉底空気ノズルからの燃焼用空気の噴出方向を調整することとなり、炉底空気ノズルからの燃焼用空気を燃料ガスの噴出位置より下方で、且つ、火炉の中央部に到達させることができ、燃料の未燃分の発生を抑制することができる。
【００１９】
本発明のボイラでは、前記火炉から煙道に流れる排ガスの未燃分量を計測する第２未燃分量計測装置が設けられ、前記第２未燃分量計測装置の計測結果に応じて前記空気噴出方向調整装置を作動することを特徴としている。
【００２０】
従って、煙道に流れる排ガスの未燃分量に応じて空気噴出方向調整装置により炉底空気ノズルからの燃焼用空気の噴出方向を調整することとなり、炉底空気ノズルからの燃焼用空気を燃料ガスの噴出位置より下方で、且つ、火炉の中央部に到達させることができ、燃料の未燃分の発生を抑制することができる。
【００２１】
本発明のボイラでは、前記制御装置は、前記未燃分量が増加すると、前記空気噴出方向調整装置により前記炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を前記火炉の中心側または前記火炉の下方側に変更することを特徴としている。
【００２２】
従って、炉底や煙道における未燃分量が増加すると、炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を火炉の中心側または火炉の下方側に変更することで、燃料の未燃分の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のボイラによれば、炉底空気ノズルによる燃焼用空気の噴出方向を水平方向または鉛直方向に調整可能な空気噴出方向調整装置を設けるので、火炉内での燃料の燃焼を促進して未燃分の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、第１実施形態のボイラを表す概略構成図である。
【図２】図２は、燃焼バーナの配置構成を表す平面図である。
【図３】図３は、炉底空気ノズルの配置構成を表す平面図である。
【図４】図４は、燃焼バーナの配置構成の第１変形実施形態を表す平面図である。
【図５】図５は、第１変形実施形態の炉底空気ノズルの配置構成を表す平面図である。
【図６】図６は、燃焼バーナの配置構成の第２変形実施形態を表す平面図である。
【図７】図７は、第２変形実施形態の炉底空気ノズルの配置構成を表す平面図である。
【図８】図８は、第２実施形態のボイラを表す概略構成図である。
【図９】図９は、第３実施形態のボイラを表す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
【００２６】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のボイラを表す概略構成図、図２は、燃焼バーナの配置構成を表す平面図、図３は、炉底空気ノズルの配置構成を表す平面図である。
【００２７】
第１実施形態のボイラは、石炭を粉砕した微粉炭やバイオマスを粉砕した微粉バイオマスを微粉燃料（固体燃料）として用い、この微粉燃料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ボイラである。
【００２８】
第１実施形態において、図１に示すように、ボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２と煙道１３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。
【００２９】
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を有している。本実施形態にて、この燃焼バーナ２１，２２，２３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３セット、つまり、３段配置されている。但し、火炉の形状や一つの段における燃焼バーナの数、段数はこの実施形態に限定されるものではない。
【００３０】
この各燃焼バーナ２１，２２，２３は、微粉炭供給管２４，２５，２６を介して粉砕機（微粉炭機／ミル）２７，２８，２９に連結されている。また、火炉１１は、燃焼バーナ２１，２２，２３の装着位置より下方に位置して炉底空気ノズル３０が設けられている。火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３及び炉底空気ノズル３０の装着位置に風箱３１が設けられており、この風箱３１に空気ダクト３２の一端部が連結されており、この空気ダクト３２の他端部に送風機３３が連結されている。また、火炉１１は、燃焼バーナ２１，２２，２３の装着位置より上方に位置して追加空気ノズル３４が設けられており、追加空気ダクト３４から分岐した追加空気ダクト３５が連結されている。
【００３１】
煙道１３は、火炉１１の上部に連結されている。この煙道１３は、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器としての過熱器（スーパーヒータ）４１，４２，４３、再熱器（リヒータ）４４，４５、節炭器（エコノマイザ）４６，４７が設けられており、火炉１１での燃焼で発生した燃焼ガスと水との間で熱交換が行われる。また、煙道１３は、その下流側に熱交換を行った燃焼ガスが排出されるガスダクト４８が連結されている。このガスダクト４８は、空気ダクト３２との間にエアヒータ４９が設けられ、空気ダクト３２を流れる空気と、ガスダクト４８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、炉底空気ノズル３０、追加空気ノズル３４に供給する燃焼用空気を昇温することができる。
【００３２】
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を構成する燃焼バーナ２１，２２，２３は、それぞれほぼ同様の構成をなしていることから、燃焼バーナ２１を代表して説明する。
【００３３】
燃焼バーナ２１は、図２に示すように、火炉１１における４つの隅部にそれぞれ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２４から分岐した各分岐管２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄが連結されると共に、空気ダクト３２から分岐した各分岐管３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ（風箱３１）が連結されている。
【００３４】
そのため、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炭混合気（燃料ガス）を吹き込むと共に、その微粉炭混合気の周囲外側に燃焼用空気（燃料ガス燃焼用空気／２次空気）を吹き込む。そして、この微粉炭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の鉛直上方から見て（図２にて）火炉１１の中心Ｏとして反時計周り方向に旋回する火炎旋回流Ｃ１となる。
【００３５】
また、炉底空気ノズル３０は、図３に示すように、火炉１１における４つの隅部にそれぞれ設けられる炉底空気ノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄから構成されている。各炉底空気ノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、空気ダクト３２から分岐した各分岐管３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ（風箱３１）が連結されている。そのため、各炉底空気ノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、火炉１１に対して、各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが噴出した微粉炭混合気の下方に燃焼用空気を吹き込む。すると、火炉１１の鉛直上方から見て（図３にて）火炉１１の中心Ｏとして反時計周り方向に旋回する空気旋回流Ｃ１１となる。
【００３６】
本実施形態では、図１に示すように、炉底空気ノズル３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ）による燃焼用空気の噴出方向を水平方向に調整可能な空気噴出方向調整装置としての水平方向調整装置５１が設けられている。この場合、水平方向調整装置５１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３と独立して炉底空気ノズル３０を水平方向に移動調整することができる。
【００３７】
図２に示すように、燃焼バーナ２１は、火炉１１における各隅部に設けられる４つの燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから構成される。各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、火炉１１内に微粉炭混合気と燃焼用空気を吹き込むことで、火炎旋回流Ｃ１を形成することができる。一方、図３に示すように、炉底空気ノズル３０は、火炉１１における各隅部に設けられる４つの炉底空気ノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄから構成される。各炉底空気ノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、火炉１１内に燃焼用空気を吹き込むことで、空気旋回流Ｃ１１を形成することができる。
【００３８】
この場合、図２及び図３に示すように、各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと各炉底空気ノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄとは、火炉１１の水平方向における同位置に配置される一方、鉛直方向にずれて設けられている。そして、各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと各炉底空気ノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、火炉１１に対する噴出方向が同方向であることから、火炎旋回流Ｃ１と空気旋回流Ｃ１１は、同径となっている。
【００３９】
ボイラ１０の定格運転では、前述したように、各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、微粉炭混合気と燃焼用空気を吹き込み、各炉底空気ノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、燃焼用空気を吹き込むことで、火炎旋回流Ｃ１の下方に同径の空気旋回流Ｃ１１が形成される。ところが、ボイラ１０は、必要に応じて運転条件が変化するものであり、火炉１１内の燃焼状態も変化する。
【００４０】
図１に示すように、燃焼バーナ２１，２２，２３と炉底空気ノズル３０は、風箱３１に支持され、図示しない角度調整機構により微粉炭混合気と燃焼用空気の噴出方向を鉛直方向に調整自在となっている。即ち、燃焼バーナ２１，２２，２３と炉底空気ノズル３０は、風箱３１に水平方向に沿う支持軸により支持され、エアシリンダによりその向きが鉛直方向に変更可能となっている。ボイラ１０の定格運転時における燃焼バーナ２１，２２，２３及び炉底空気ノズル３０の傾斜角度が設定されており、例えば、火炉１１の上方における排ガス温度が高すぎると、角度調整機構により燃焼バーナ２１，２２，２３の傾斜角度を変更し、噴出方向を下向きにする。また、排ガス中の有害物質（Ｎｏｘ）が増加すると、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴出量を減少させる。
【００４１】
燃焼バーナ２１，２２，２３の噴出方向が下向きになったり、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴出量が減少したりすると、各炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴流が影響を受ける。即ち、燃焼バーナ２１，２２，２３の噴出方向が下向きになると、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴出領域での火炎旋回流Ｃ１が強くなり、炉底空気ノズル３０から噴出される燃焼用空気が火炉１１の中央部に届かないおそれがある。また、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴出量が減少すると、この燃焼用空気の流速が低下し、炉底空気ノズル３０から噴出される燃焼用空気が火炉１１の中央部に届かないおそれがある。すると、火炉１１は、下部中央部で酸素不足となり、炉底に残存している灰中の未燃分が燃焼しないまま上昇し、煙道１３に流れてしまう。
【００４２】
そこで、本実施形態では、図１に示すように、各燃焼バーナ２１，２２，２３から噴出される微粉炭混合気と燃焼用空気の噴出領域の下方中央領域で、炉底空気ノズル３０から噴出される燃焼用空気の到達量が減少すると、水平方向調整装置５１により炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を火炉１１の中心Ｏ側に変更する。
【００４３】
図３に示すように、火炉１１における各隅部に設けられる４つの炉底空気ノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、それぞれ水平方向調整装置５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄが設けられている。各水平方向調整装置５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄは、炉底空気ノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄによる燃焼用空気の噴出方向を水平方向に変更することができる。例えば、炉底空気ノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄからの燃焼用空気の噴出方向を火炉１１の中心Ｏ側に変更すると、ボイラ１０の定格運転時に形成される空気旋回流Ｃ１１より小径の燃焼用空気の空気旋回流Ｃ１２を形成することができる。
【００４４】
水平方向調整装置５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ）は、炉底空気ノズル３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ）を水平方向に調整自在であるが、炉底空気ノズル３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ）の水平方向における調整角度θ１は、０度から３０度であり、望ましくは、５度から２０度がよい。
【００４５】
なお、上述の説明では、火炉１１における４つの隅部に燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを配置したが、この構成に限定されるものではない。図４は、燃焼バーナの配置構成の第１変形実施形態を表す平面図、図５は、第１変形実施形態の炉底空気ノズルの配置構成を表す平面図である。
【００４６】
第１変形実施形態において、図４に示すように、燃焼バーナ２１は、火炉１１における各隅部に接近した炉壁にそれぞれ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、火炉１１内に微粉炭混合気と燃焼用空気を吹き込む。すると、火炉１１の鉛直上方から見て（図４にて）火炉１１の中心Ｏとして反時計周り方向に旋回する火炎旋回流Ｃ１を形成することができる。
【００４７】
また、図５に示すように、炉底空気ノズル３０は、火炉１１における各隅部に接近した炉壁にそれぞれ設けられる炉底空気ノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄから構成されている。各炉底空気ノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、火炉１１内で、各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄからの微粉炭混合気の下方に燃焼用空気を吹き込む。すると、火炉１１の鉛直上方から見て（図５にて）火炉１１の中心Ｏとして反時計周り方向に旋回する空気旋回流Ｃ１１を形成することができる。そして、各炉底空気ノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、それぞれ水平方向調整装置５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄが設けられており、燃焼用空気の噴出方向を水平方向に変更することができる。
【００４８】
また、図６は、燃焼バーナの配置構成の第２変形実施形態を表す平面図、図７は、第２変形実施形態の炉底空気ノズルの配置構成を表す平面図である。
【００４９】
第２変形実施形態において、図６に示すように、燃焼バーナ２１は、火炉１１における対向する炉壁にそれぞれ設けられる燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆから構成されている。各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃと各燃焼バーナ２１ｄ，２１ｅ，２１ｆは、火炉１１内に対向して微粉炭混合気と燃焼用空気を吹き込む。
【００５０】
また、図７に示すように、炉底空気ノズル３０は、火炉１１における対向する炉壁にそれぞれ設けられる炉底空気ノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆから構成されている。各炉底空気ノズル３０ａ，３０ｂ，３０ｃと炉底空気ノズル３０ｄ，３０ｅ，３０ｆは、火炉１１内で、各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆからの微粉炭混合気の下方に対向して燃焼用空気を吹き込む。そして、各炉底空気ノズル３０ａ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｆは、それぞれ水平方向調整装置５１ａ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｆが設けられており、燃焼用空気の噴出方向を水平方向に所定角度（調整角度θ１１）の範囲内で所定の角度に変更することができる。
【００５１】
このように構成された第１実施形態のボイラ１０において、図１から図３に示すように、粉砕機２７，２８，２９が駆動すると、供給された石炭が粉砕され、生成された微粉炭が搬送用空気により微粉炭供給管２４，２５，２６を通して燃焼バーナ２１，２２，２３に供給される。また、エアヒータ４９で昇温された燃焼用空気が空気ダクト３２により風箱３１に供給されると共に、追加空気ダクト３５により追加空気ノズル３４に供給される。
【００５２】
すると、燃焼バーナ２１，２２，２３は、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉炭混合気と燃焼用空気を火炉１１に吹き込み、このときに着火することで火炎旋回流を形成する。また、炉底空気ノズル３０は、燃焼用空気を火炉１１における火炎旋回流より下方に吹き込む。更に、追加空気ノズル３４は、追加空気を火炉１１における火炎旋回流の上方に吹き込む。この火炉１１では、微粉炭混合気と燃焼用空気とが燃焼して火炎旋回流が生じ、燃焼ガス（排ガス）が旋回しながら上昇する。
【００５３】
このとき、角度調整機構により燃焼バーナ２１，２２，２３の噴出方向が下向きになったり、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴出量が減少したりすると、水平方向調整装置５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ）により炉底空気ノズル３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ）による燃焼用空気の噴出方向を火炉１１の中心Ｏ側に変更する。すると、燃焼バーナ２１，２２，２３からの微粉炭混合気と燃焼用空気とにより形成される火炎旋回流Ｃ１の下方に、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気により形成される空気旋回流Ｃ１２が形成される。
【００５４】
この空気旋回流Ｃ１２は、火炎旋回流Ｃ１より小径であることから、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の貫通力が強くなる。そのため、燃焼バーナ２１，２２，２３の噴出方向が下向きになって火炎旋回流Ｃ１が強くなったり、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴出量が減少したりしても、炉底空気ノズル３０から噴出される燃焼用空気が火炉１１の中央部までに届きやすくなる。すると、火炉１１における下部中央部で酸素不足が抑制され、炉底に残存している灰中の未燃分が適正に燃焼し、煙道１３に流れる未燃分が減少する。
【００５５】
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４６，４７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４１，４２，４３に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４１，４２，４３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４４，４５に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。
【００５６】
その後、煙道１３の節炭器４６，４７を通過した排ガスは、ガスダクト４８にて、図示しない脱硝装置によりＮＯｘなどの有害物質が除去され、電気集塵機により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。
【００５７】
このように第１実施形態のボイラにあっては、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉１１と、固体燃料と燃焼用空気とを混合した微粉炭混合気を火炉１１内に噴出する燃焼バーナ２１，２２，２３と、燃焼バーナ２１，２２，２３より鉛直方向の下方で燃焼用空気を火炉１１内に噴出する炉底空気ノズル３０と、炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を水平方向に調整可能な水平方向調整装置（空気噴出方向調整装置）５１とを設けている。
【００５８】
従って、ボイラ１０の運転条件が変わると、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気が燃焼バーナ２１，２２，２３からの微粉炭混合気の下方に十分に供給されないおそれがある。このとき、水平方向調整装置５１は、炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を水平方向に調整する。そのため、炉底空気ノズル３０は、火炉１１における微粉炭混合気の噴出位置より下方に燃焼に必要な燃焼用空気を適切に供給することができる。その結果、火炉１１内での燃料の燃焼を促進して未燃分の発生を抑制することができる。
【００５９】
第１実施形態のボイラでは、燃焼バーナ２１，２２，２３は、微粉炭混合気の噴出方向を鉛直方向に調整可能な角度調整機構を有し、角度調整機構により燃焼バーナ２１，２２，２３からの微粉炭混合気の噴出方向が下方側に調整されたとき、水平方向調整装置５１は、炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を火炉１１の中心Ｏ側に変更する。従って、燃焼バーナ２１，２２，２３からの微粉炭混合気の噴出方向が下方側に調整されると、炉底空気ノズル３０による微粉炭混合気の噴出位置より下方に噴出する燃焼用空気が火炉１１の中央部に到達し難くなる。このとき、水平方向調整装置５１により炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を火炉１１の中心Ｏ側に変更する。すると、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気が微粉炭混合気の噴出位置より下方で、且つ、火炉１１の中央部に到達し易くなり、火炉１１内で燃料を効率的に燃焼することができる。
【００６０】
第１実施形態のボイラでは、炉底空気ノズルから３０の燃焼用空気の噴出量が減少したとき、水平方向調整装置５１は、炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を火炉１１の中心Ｏ側に変更する。従って、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴出量が減少すると、炉底空気ノズル３０からの微粉炭混合気の噴出位置より下方に噴出する燃焼用空気が火炉１１の中央部に到達し難くなる。このとき、水平方向調整装置５１により炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴出方向を火炉１１の中心Ｏ側に変更する。すると、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気が微粉炭混合気の噴出位置より下方で、且つ、火炉１１の中央部に到達し易くなり、火炉１１内で燃料を効率的に燃焼することができる。
【００６１】
第１実施形態のボイラでは、水平方向調整装置５１は、炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を燃焼バーナ２１，２２，２３による微粉炭混合気の噴出方向とは別に水平方向に調整可能としている。従って、微粉炭混合気の噴出方向に拘わらず、燃焼用空気の噴出方向を水平方向に調整することができ、火炉１１の燃焼状態が変動しても、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気を微粉炭混合気の噴出位置より下方で、且つ、火炉１１の中央部に到達させることができる。
【００６２】
［第２実施形態］
図８は、第２実施形態のボイラを表す概略構成図である。なお、上述した実施形態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。
【００６３】
第２実施形態において、図８に示すように、炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を鉛直方向に調整可能な空気噴出方向調整装置としての鉛直方向調整装置５２が設けられている。この場合、鉛直方向調整装置５２は、各燃焼バーナ２１，２２，２３と独立して炉底空気ノズル３０を鉛直方向に移動調整することができる。
【００６４】
ボイラ１０の定格運転にて、各燃焼バーナ２１，２２，２３は、火炉１１内に微粉炭混合気と燃焼用空気を吹き込み、各炉底空気ノズル３０は、燃焼バーナ２３の下方で火炉１１内に燃焼用空気を吹き込む。ところが、ボイラ１０は、必要に応じて運転条件が変化するものであり、火炉１１内の燃焼状態も変化する。即ち、角度調整機構により燃焼バーナ２１，２２，２３の噴出方向が下向きになると、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴出領域での火炎旋回流Ｃ１が強くなり、炉底空気ノズル３０から噴出される燃焼用空気が火炉の中央部に届かないおそれがある。また、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴出量が減少すると、この燃焼用空気の流速が低下し、炉底空気ノズル３０から噴出される燃焼用空気が火炉の中央部に届かないおそれがある。すると、火炉１１は、下部中央部で酸素不足となり、炉底に残存している灰中の未燃分が燃焼しないまま上昇し、煙道１３に流れてしまう。
【００６５】
そこで、本実施形態では、各燃焼バーナ２１，２２，２３から噴出される微粉炭混合気と燃焼用空気の噴出領域の下方中央領域で、炉底空気ノズル３０から噴出される燃焼用空気の到達量が減少すると、鉛直方向調整装置５２により炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を火炉１１の下方側に変更する。
【００６６】
火炉１１における各隅部に設けられる４つの炉底空気ノズル３０は、それぞれ鉛直方向調整装置５２が設けられている。各鉛直方向調整装置５２は、炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を鉛直方向に変更することができる。例えば、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴出方向を火炉１１の下方側に変更すると、噴出された燃焼用空気が火炉１１の下方側に流れてから上昇するため、その滞留時間を長くすることができる。
【００６７】
鉛直方向調整装置５２による炉底空気ノズル３０の鉛直方向における調整角度θ２は、０度から３０度であり、望ましくは、５度から２０度がよい。
【００６８】
そのため、角度調整機構により燃焼バーナ２１，２２，２３の噴出方向が下向きになったり、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴出量が減少したりすると、鉛直方向調整装置５２により炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を火炉１１の下方側に変更する。すると、燃焼バーナ２１，２２，２３からの微粉炭混合気と燃焼用空気とにより形成される火炎旋回流のより下方に、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴出により形成される空気旋回流が形成される。
【００６９】
炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気は、下方領域に噴出されることから、燃焼用空気が火炉１１の中心部に到達した後に上昇流により上昇させられるまでに時間を要し、このときの移動距離が長くなる。そのため、燃焼バーナ２１，２２，２３の噴出方向が下向きになって火炎旋回流が強くなったり、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴出量が減少したりしても、炉底空気ノズル３０から噴出される燃焼用空気が火炉１１の中央部までに届きやすくなる。すると、火炉１１における下部中央部で酸素不足が抑制され、炉底に残存している灰中の未燃分が適正に燃焼し、煙道１３に流れる未燃分が減少する。
【００７０】
このように第２実施形態のボイラにあっては、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉１１と、固体燃料と燃焼用空気とを混合した微粉炭混合気を火炉１１内に噴出する燃焼バーナ２１，２２，２３と、燃焼バーナ２１，２２，２３より鉛直方向の下方で燃焼用空気を火炉１１内に噴出する炉底空気ノズル３０と、炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を鉛直方向に調整可能な鉛直方向調整装置（空気噴出方向調整装置）５２とを設けている。
【００７１】
従って、ボイラ１０の運転条件が変わると、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気が燃焼バーナ２１，２２，２３からの微粉炭混合気の下方に十分に供給されないおそれがある。このとき、鉛直方向調整装置５２は、炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を鉛直方向に調整する。そのため、炉底空気ノズル３０は、火炉１１における微粉炭混合気の噴出位置より下方に燃焼に必要な燃焼用空気を適切に供給することができる。その結果、火炉１１内での燃料の燃焼を促進して未燃分の発生を抑制することができる。
【００７２】
第２実施形態のボイラでは、鉛直方向調整装置５２は、炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を燃焼バーナ２１，２２，２３による微粉炭混合気の噴出方向とは別に鉛直方向に調整可能としている。従って、微粉炭混合気の噴出方向に拘わらず、燃焼用空気の噴出方向を鉛直方向に調整することができ、火炉１１の燃焼状態が変動しても、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気を微粉炭混合気の噴出位置より下方で、且つ、火炉１１の中央部に到達させることができる。
【００７３】
［第３実施形態］
図９は、第３実施形態のボイラを表す概略構成図である。なお、上述した実施形態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。
【００７４】
第３実施形態において、図９に示すように、ボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２と煙道１３を有している。燃焼装置１２は、火炉１１を構成する火炉壁（伝熱管）の下部に設けられる複数の燃焼バーナ２１，２２，２３により構成されている。また、火炉１１は、燃焼バーナ２１，２２，２３の装着位置より下方に位置して炉底空気ノズル３０が設けられている。また、火炉１１は、燃焼バーナ２１，２２，２３の装着位置より上方に位置して追加空気ノズル３４が設けられている。
【００７５】
そして、炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を水平方向に調整可能な水平方向調整装置５１と、炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を鉛直方向に調整可能な鉛直方向調整装置５２が設けられている。
【００７６】
また、火炉１１は、下端部にホッパ６１が設けられており、微粉炭の灰や未燃分を貯留可能となっている。火炉１１は、このホッパ６１の底部に落下した微粉炭の未燃分量を計測する第１未燃分量計測装置６２が設けられている。火炉１１は、煙道１３における節炭器４７より排ガスの流れ方向の下流側に排ガス中の微粉炭の未燃分量を計測する第２未燃分量計測装置６３が設けられている。この各未燃分量計測装置６２，６３は、例えば、マイクロウェーブ装置、燃焼−ＣＯ２検出器、レーザ誘起装置などを用いればよく、また、これらの装置以外のものを用いてもよい。第１未燃分量計測装置６２及び第２未燃分量計測装置６３は、未燃分分析装置６４が接続され、未燃分分析装置６４は、各未燃分量計測装置６２，６３の検出結果に基づいて火炉１１と煙道１３における未燃分量の増減傾向を分析する。
【００７７】
制御装置６５は、水平方向調整装置５１及び鉛直方向調整装置５２と未燃分分析装置６４に接続されている。この制御装置６５は、未燃分分析装置６４の分析結果に応じて水平方向調整装置５１及び鉛直方向調整装置５２の作動を制御（フィードバック制御）することができる。具体的に、制御装置６５は、微粉炭の未燃分量が増加すると、水平方向調整装置５１及び鉛直方向調整装置５２により炉底空気ノズル３０の噴出方向を調整する。
【００７８】
そのため、燃焼バーナ２１，２２，２３は、微粉炭混合気と燃焼用空気を火炉１１に吹き込み、このときに着火することで火炎旋回流を形成する。また、炉底空気ノズル３０は、燃焼用空気を火炉１１における火炎旋回流より下方に吹き込む。すると、微粉炭混合気と燃焼用空気とが燃焼して火炎旋回流が生じ、燃焼ガス（排ガス）が旋回しながら上昇する。
【００７９】
このとき、ボイラ１０の運転条件が変更されると、燃焼バーナ２１，２２，２３からの微粉炭混合気の噴出方向が変わったり、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴出量が変動したりする。そのため、第１未燃分量計測装置６２は、火炉１１のホッパ６１に落下した微粉炭の未燃分量を計測し、未燃分分析装置６４に出力する。また、第２未燃分量計測装置６３は、煙道１３を流れる排ガス中の微粉炭の未燃分量を計測し、未燃分分析装置６４に出力する。未燃分分析装置６４は、各未燃分量計測装置６２，６３の検出結果に基づいて微粉炭の未燃分量の増減傾向を分析して制御装置６５に出力する。制御装置６５は、未燃分分析装置６４の分析結果に応じてホッパ６１に落下した微粉炭の未燃分量と煙道１３を流れる排ガス中の微粉炭の未燃分量が減少するように、水平方向調整装置５１及び鉛直方向調整装置５２により炉底空気ノズル３０の噴出方向を調整する。
【００８０】
即ち、制御装置６５は、微粉炭の未燃分量が増加すると、水平方向調整装置５１により炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を火炉１１の中心側に変更する。すると、燃焼バーナ２１，２２，２３からの微粉炭混合気と燃焼用空気とにより形成される火炎旋回流の下方に、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気により形成される小径の空気旋回流が形成され、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の貫通力が強くなる。そのため、炉底空気ノズル３０から噴出される燃焼用空気が火炉１１の中央部までに届きやすくなり、火炉１１における下部中央部で酸素不足が抑制され、炉底に残存している灰中の未燃分が適正に燃焼し、煙道１３に流れる未燃分が減少する。
【００８１】
また、制御装置６５は、微粉炭の未燃分量が増加すると、鉛直方向調整装置５２により炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を火炉１１の下方側に変更する。すると、燃焼バーナ２１，２２，２３からの微粉炭混合気と燃焼用空気とにより形成される火炎旋回流のより下方に、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴出により形成される空気旋回流が形成され、燃焼用空気が火炉１１の中心部に到達した後に上昇流により上昇させられるまでに時間を要し、このときの移動距離が長くなる。そのため、炉底空気ノズル３０から噴出される燃焼用空気が火炉１１の中央部までに届きやすくなり、火炉１１における下部中央部で酸素不足が抑制され、炉底に残存している灰中の未燃分が適正に燃焼し、煙道１３に流れる未燃分が減少する。
【００８２】
この場合、制御装置６５は、微粉炭の未燃分量が増加したとき、水平方向調整装置５１または鉛直方向調整装置５２を作動するが、水平方向調整装置５１と鉛直方向調整装置５２の両方を作動してもよい。
【００８３】
このように第３実施形態のボイラにあっては、火炉１１の底部に落下した微粉炭の未燃分量を計測する第１未燃分量計測装置６２と、火炉１１から煙道１３に流れる排ガスの未燃分量を計測する第２未燃分量計測装置６３と、各未燃分量計測装置６２，６３の計測結果に応じて水平方向調整装置５１と鉛直方向調整装置５２を作動する制御装置６５とを設けている。
【００８４】
従って、制御装置６５は、火炉１１の底部に落下した微粉炭の未燃分量や煙道１３に流れる排ガスの未燃分量に応じて水平方向調整装置５１や鉛直方向調整装置５２により炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴出方向を調整することとなり、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気を微粉炭混合気の噴出位置より下方で、且つ、火炉１１の中央部に到達させることができ、石炭の未燃分の発生を抑制することができる。
【００８５】
なお、上述した第３実施形態では、制御装置６５が水平方向調整装置５１や鉛直方向調整装置５２を調整可能としたが、この構成に限定されるものではない。例えば、火炉１１の底部に落下した微粉炭の未燃分量や煙道１３に流れる排ガスの未燃分量に応じて、作業者が手動により水平方向調整装置５１や鉛直方向調整装置５２を調整してもよい。
【００８６】
また、上述した実施形態では、燃焼バーナ２１，２２，２３からの微粉炭混合気の噴出方向が下方側に調整されたとき、または、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気の噴出量が減少したとき、炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を変更するように構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、炉底空気ノズル３０からの燃焼用空気が火炉１１の中心部側に到達し難いボイラ１０の運転状態で、炉底空気ノズル３０による燃焼用空気の噴出方向を変更すると有効的である。
【００８７】
また、上述した実施形態では、火炉１１に対して３段の燃焼バーナ２１，２２，２３を設定したが、２段でも、４段以上であってもよい。また、粉砕機２７，２８，２９の個数も実施形態に限定されるものではない。
【００８８】
また、上述した実施形態では、本発明のボイラを石炭焚きボイラとしたが、固体燃料としては、石炭以外に、バイオマスや石油コークス、石油残渣などを使用するボイラであってもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１０  ボイラ
１１  火炉
１２  燃焼装置
１３  煙道
２１，２２，２３  燃焼バーナ
２４，２５，２６  微粉炭供給管
２７，２８，２９  粉砕機
３０  炉底空気ノズル
３１  風箱
３２  空気ダクト
３４  追加空気ノズル
４１，４２，４３  過熱器（熱交換器）
４４，４５  再熱器（熱交換器）
４６，４７  節炭器（熱交換器）
５１  水平方向調整装置
５２  鉛直方向調整装置
６１  ホッパ
６２  第１未燃分量計測装置
６３  第２未燃分量計測装置
６４  未燃分分析装置
６５  制御装置
【図１】
0006596351.tif 000002
【図２】
0006596351.tif 000003
【図３】
0006596351.tif 000004
【図４】
0006596351.tif 000005
【図５】
0006596351.tif 000006
【図６】
0006596351.tif 000007
【図７】
0006596351.tif 000008
【図８】
0006596351.tif 000009
【図９】
0006596351.tif 000010