(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼バーナの燃料噴霧器に重質油燃料及び微粒化流体を導入して混合し、微粒化された重質油噴霧粒子を含む混合流体を燃焼用空気とともに火炉内へ噴射投入して燃焼させる重質油焚きボイラの燃焼方法であって、
前記重質油燃料として残留炭素分が１０％以上となる燃料油を含む複数の油種を同時に燃焼させ、
前記火炉の上下方向に複数段配置されている前記燃焼バーナから各々噴射投入される前記重質油噴霧粒子について、上段側に配置した１または複数段の前記燃焼バーナから噴射投入される前記重質油噴霧粒子の燃焼性が、下段側に配置した１または複数段の前記燃焼バーナから噴射投入される前記重質油噴霧粒子の燃焼性より高く設定され、
前記燃焼性の高低は、揮発分の割合に基づいて判断されることを特徴とする重質油焚きボイラの燃焼方法。
【請求項２】
前記燃焼性の高低は、
【数１】
0006466157.tif 000005
により算出される燃焼性評価指標の大小により判断されることを特徴とする請求項１に記載の重質油焚きボイラの燃焼方法。
【請求項３】
燃焼バーナの燃料噴霧器に重質油燃料及び微粒化流体を導入して混合し、微粒化された重質油噴霧粒子を含む混合流体を燃焼用空気とともに火炉内へ噴射投入して燃焼させる重質油焚きボイラであって、
前記重質油燃料として残留炭素分が１０％以上となる燃料油を含む複数の油種を同時に燃焼させ、
前記火炉の上下方向に複数段配置されて各々前記重質油噴霧粒子を噴射投入する前記燃焼バーナは、上段側に配置された１または複数段の上段バーナと下段側に配置された１または複数段の下段バーナとを備え、前記上段バーナから噴射投入される前記重質油噴霧粒子の燃焼性が、前記下段バーナから噴射投入される前記重質油噴霧粒子の燃焼性より高く設定され、
前記燃焼性の高低は、揮発分の割合に基づいて判断されていることを特徴とする重質油焚きボイラ。
【請求項４】
前記燃焼性の高低は、
【数２】
0006466157.tif 000006
により算出される燃焼性評価指標の大小により判断されることを特徴とする請求項３に記載の重質油焚きボイラ。
【請求項５】
燃焼バーナの燃料噴霧器に重質油燃料及び微粒化流体を導入して混合し、微粒化された重質油噴霧粒子を含む混合流体を燃焼用空気とともに火炉内へ噴射投入して燃焼させる重質油焚きボイラの燃焼方法であって、
前記重質油燃料として残留炭素分が１０％以上となる燃料油を含む複数の油種を同時に燃焼させ、
前記火炉の上下方向に複数段配置されている前記燃焼バーナから各々噴射投入される前記重質油噴霧粒子について、上段側に配置した１または複数段の前記燃焼バーナから噴射投入される前記重質油噴霧粒子の燃焼性が、下段側に配置した１または複数段の前記燃焼バーナから噴射投入される前記重質油噴霧粒子の燃焼性より高く設定され、
前記燃焼性の高低は、
【数３】
0006466157.tif 000007
により算出される燃焼性評価指標の大小により判断されることを特徴とする重質油焚きボイラの燃焼方法。
【請求項６】
燃焼バーナの燃料噴霧器に重質油燃料及び微粒化流体を導入して混合し、微粒化された重質油噴霧粒子を含む混合流体を燃焼用空気とともに火炉内へ噴射投入して燃焼させる重質油焚きボイラであって、
前記重質油燃料として残留炭素分が１０％以上となる燃料油を含む複数の油種を同時に燃焼させ、
前記火炉の上下方向に複数段配置されて各々前記重質油噴霧粒子を噴射投入する前記燃焼バーナは、上段側に配置された１または複数段の上段バーナと下段側に配置された１または複数段の下段バーナとを備え、前記上段バーナから噴射投入される前記重質油噴霧粒子の燃焼性が、前記下段バーナから噴射投入される前記重質油噴霧粒子の燃焼性より高く設定され、
前記燃焼性の高低は、
【数４】
0006466157.tif 000008
により算出される燃焼性評価指標の大小により判断されることを特徴とする重質油焚きボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アスファルト等の重質油を燃料とする重質油焚きボイラに係り、特に、複数種の燃料油を同時に燃焼させるボイラから排出される煤塵量を低減する重質油焚きボイラの燃焼方法及び重質油焚きボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の油焚きボイラは、液体燃料を蒸気等の噴霧媒体により微粒化（霧化）させた状態で火炉内に吹き込み、火炎を形成して燃焼させている。このような油焚きバーナで使用される燃焼バーナは、液体燃料及び噴霧媒体の供給配管先端部に設けたバーナチップを備えている。このバーナチップは、液体燃料及び噴霧媒体を混合して微粒化した後、先端に形成された複数の噴出孔から微粒化燃料を噴射可能となっている。
【０００３】
図５に示す従来の重質油焚きボイラ１０Ａは、アスファルト等の重質油を燃焼させるものであり、火炉１１と燃焼装置１２Ａとを有している。
燃焼装置１２Ａは、火炉壁の上下方向に複数段（図示の例では５段）が装着された燃焼バーナ２０Ａを有している。なお、各段には、例えば周方向に沿って４個が均等間隔で配設されており、各段の燃焼バーナ２０Ａは全て同じ仕様である。
【０００４】
各燃焼バーナ２０Ａは、燃料の重質油及び噴霧用蒸気を導入し、重質油と噴霧用蒸気とを混合する。この結果、重質油を微粒化して重質油噴霧粒子を含む混合流体が燃焼バーナ２０Ａから火炉１１内に噴射され、これを燃焼させて火炎を形成する。こうして火炉１１内の下部に火炎が生じると、燃焼ガス（排ガス）が火炉１１内を上昇し、煙道３１を通って排ガス管３７に導かれる。
なお、図中の符号１３は燃料供給配管、１４は蒸気供給配管、３２は二次過熱器、３３は一次過熱器、３４，３５は蒸発器、３６は節炭器で、４０は二次空気（OFA；Over Fire Air）、５０は追加空気投入部より供給される二段燃焼空気（AA；Additional Air）である。
【０００５】
従来の油焚きボイラでは、例えば下記の特許文献１に開示されているように、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び煤煙を抑制するため、内部混合形高圧気流噴霧式燃焼方法及び油バーナのバーナチップを改善することが行われている。
また、下記の特許文献２に開示されているように、微粉固体を含有するスラリ状燃料の高効率、低公害燃焼を図るため、内部混合式アトマイザの空気投入方法を改善する技術も知られている。
さらに、下記の特許文献３には、同一燃料油を対象として、油焚きボイラ全体における燃料の投入方法改善に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１７２５０５号公報
【特許文献２】特公平８−１２８８号公報
【特許文献３】特開２０１４−３５１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、アスファルト等の重質油を燃料とする重質油焚きボイラでは、重質油の燃料特性から、燃焼後にボイラから排出される煤塵量（未燃分）が多いという問題を有している。このような煤塵対策として、従来は微粒化に用いる蒸気（噴霧媒体）の消費率をアップさせた低煤塵アトマイザを使用している。しかし、この蒸気は、ボイラで発生させた蒸気の一部を利用するものであるから、消費蒸気量が多いことはボイラ効率の悪化に繋がるため好ましくない。
【０００８】
また、従来の重質油焚きバーナ１０Ａは、同仕様の燃焼バーナ２０Ａが上下方向に複数段配置されている。このため、図５に示すように、下段側の燃焼バーナ２０Ａから投入された重質油噴霧粒子の粒子軌跡（実線表示）と、上段側の燃焼バーナ２０Ａから投入された重質油噴霧粒子の粒子軌跡（破線表示）とを比較すると、下段側の燃焼バーナ２０Ａから投入された重質油噴霧粒子の粒子軌跡が長くなり、この結果、重質油噴霧粒子が火炉１１内にある滞留時間も長くなる。
なお、ボイラによっては、複数種の燃料油を同時に燃焼させることもあるが、燃料油の投入方法に関する明確な指針は見当たらない。
【０００９】
このような背景から、異なる複数種の燃料油を同時に燃焼させる重質油焚きボイラにおいては、排出される煤塵量を増加させることがなく、しかも、重質油の微粒化に消費される噴霧媒体の消費率を抑制できる燃焼方法及び重質油焚きボイラが望まれる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、複数種の燃料油を同時に燃焼させるボイラに適用され、煤塵排出量を増加させることなく噴霧媒体の消費率抑制を可能にする重質油焚きボイラの燃焼方法及び重質油焚きボイラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る重質油焚きボイラの燃焼方法は、燃焼バーナの燃料噴霧器に重質油燃料及び微粒化流体を導入して混合し、微粒化された重質油噴霧粒子を含む混合流体を燃焼用空気とともに火炉内へ噴射投入して燃焼させる重質油焚きボイラの燃焼方法であって、前記重質油燃料として残留炭素分が１０％以上となる燃料油を含む複数の油種を同時に燃焼させ、前記火炉の上下方向に複数段配置されている前記燃焼バーナから各々噴射投入される前記重質油噴霧粒子について、上段側に配置した１または複数段の前記燃焼バーナから噴射投入される前記重質油噴霧粒子の燃焼性が、下段側に配置した１または複数段の前記燃焼バーナから噴射投入される前記重質油噴霧粒子の燃焼性より高く設定されることを特徴とするものである。
【００１１】
このような重質油焚きボイラの燃焼方法によれば、火炉の上下方向に複数段配置されている燃焼バーナから各々噴射投入される重質油噴霧粒子は、上段側に配置した１または複数段の燃焼バーナから噴射投入される重質油噴霧粒子の燃焼性が、下段側に配置した１または複数段の燃焼バーナから噴射投入される重質油噴霧粒子の燃焼性より高く設定されている。このため、下段側の燃焼バーナから噴射投入された燃焼性の低い（悪い）重質油噴霧粒子は、上段側の燃焼バーナから噴射投入された燃焼性の高い（良い）重質油噴霧粒子と比較して、火炉内における重質油噴霧粒子の粒子軌跡が長くなるとともに、火炉内の滞留時間も長くなる。
【００１２】
すなわち、火炉内の滞留時間が短い（重質油噴霧粒子の燃焼時間が短い）上段側の燃焼バーナには燃焼性の高い重質油噴霧粒子が噴霧投入され、かつ、火炉内の滞留時間が長い（重質油噴霧粒子の燃焼時間が長い）下段側の燃焼バーナには燃焼性の低い重質油噴霧粒子が噴霧投入される。このため、ボイラ出口に到達するまでの間に燃焼しないで未燃分となりやすい燃焼性の低い重質油噴霧粒子に対して、長い火炉内滞留時間及び燃焼時間が確保されているので、ボイラ出口における煤塵量の増加を抑制することができ、また、微粒化流体の消費率についても同様に抑制することができる。
【００１３】
上記の発明において、前記燃焼性の高低は、
【数１】
0006466157.tif 000002
により算出される燃焼性評価指標の大小により判断するとよい。このように、重質油噴霧粒子の燃焼性について、算出した燃焼性評価指標の値から燃焼性の高低（良し悪し）を判断すれば、すなわち、チャー収率（残留炭素成分量）及びチャーの燃焼速度から燃焼性評価指標を算出して燃焼性を判断すれば、各重質油噴霧粒子の燃焼性に関する評価精度を向上させることができる。
【００１４】
本発明に係る重質油焚きボイラは、燃焼バーナの燃料噴霧器に重質油燃料及び微粒化流体を導入して混合し、微粒化された重質油噴霧粒子を含む混合流体を燃焼用空気とともに火炉内へ噴射投入して燃焼させる重質油焚きボイラであって、前記重質油燃料として残留炭素分が１０％以上となる燃料油を含む複数の油種を同時に燃焼させ、火炉の上下方向に複数段配置されて各々前記重質油噴霧粒子を噴射投入する前記燃焼バーナは、上段側に配置された１または複数段の上段バーナと下段側に配置された１または複数段の下段バーナとを備え、前記上段バーナから噴射投入される前記重質油噴霧粒子の燃焼性が、前記下段バーナから噴射投入される前記重質油噴霧粒子の燃焼性より高く設定されていることを特徴とするものである。
【００１５】
このような重質油焚きボイラによれば、火炉の上下方向に複数段配置されて各々重質油噴霧粒子を噴射投入する燃焼バーナは、上段側に配置された１または複数段の上段バーナと下段側に配置された１または複数段の下段バーナとを備えており、上段バーナから噴射投入される重質油噴霧粒子の燃焼性が、下段バーナから噴射投入される重質油噴霧粒子の燃焼性より高く設定されている。このため、下段バーナから噴射投入される燃焼性の低い（悪い）重質油噴霧粒子は、上段バーナから噴射投入された燃焼性の高い（良い）重質油噴霧粒子と比較して、火炉内における重質油噴霧粒子の粒子軌跡が長くなるとともに、火炉内の滞留時間も長くなる。
【００１６】
すなわち、火炉内の滞留時間が短い（重質油噴霧粒子の燃焼時間が短い）上段バーナには燃焼性の高い重質油噴霧粒子が噴霧投入され、かつ、火炉内の滞留時間が長い（重質油噴霧粒子の燃焼時間が長い）下段バーナには燃焼性の低い重質油噴霧粒子が噴霧投入されるので、ボイラ出口に到達するまでの間に燃焼しないで未燃分となりやすい燃焼性の低い重質油噴霧粒子に対して、長い火炉内滞留時間及び燃焼時間が確保されている。従って、ボイラ出口における煤塵量の増加を抑制することができ、また、微粒化流体の消費率についても同様に抑制することができる。
【００１７】
上記の発明において、前記燃焼性の高低は、
【数２】
0006466157.tif 000003
により算出される燃焼性評価指標の大小により判断するとよい。このように、重質油噴霧粒子の燃焼性について、算出した燃焼性評価指標の値から燃焼性の高低（良し悪し）を判断すれば、すなわち、チャー収率及びチャーの燃焼速度から燃焼性評価指標を算出して燃焼性を判断すれば、各重質油噴霧粒子の燃焼性に関する評価精度を向上させることができる。なお、チャーとは、燃料油を熱分解させた後の固体残存物質のことである。
【発明の効果】
【００１８】
上述した本発明によれば、重質油燃料として残留炭素分が１０％以上となる燃料油を含む複数の油種を同時に燃焼させる重質油焚きボイラにおいて、火炉内の粒子軌跡（滞留時間）を有効利用して燃焼性の低い燃料を可能な限り長く燃焼させることにより、蒸気等の微粒化流体消費率を増加させることなく、ボイラ出口から排出される煤塵量を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る重質油焚きボイラの燃焼方法及び重質油焚きボイラの一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】重質油噴霧粒子の燃焼プロセスを示す説明図である。
【図３】本発明に係る重質油焚きボイラの燃焼バーナを火炉内から見た正面図である。
【図４】図３に示す燃焼バーナの断面図である。
【図５】重質油焚きボイラの燃焼方法及び重質油焚きボイラの従来例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る重質油焚きボイラの燃焼方法及び重質油焚きボイラの一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す実施形態の重質油焚きボイラ１０は、例えば流体燃料としてアスファルト等の重質油を複数種用いて同時に燃焼させるコンベンショナルボイラである。この重質油焚きボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置１２とを有している。火炉１１は、例えば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を構成する火炉壁の下部に燃焼装置１２が設けられている。
【００２１】
本実施形態における重質油は、残留炭素成分が１０％以上の重油と定義される。すなわち、本実施形態における重質油は、工業分析の分析項目である残留炭素の値を用いて重油を限定したものであり、具体的にはＣ重油以上の重質油を意味している。
【００２２】
燃焼装置１２は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ２０を有している。本実施形態の燃焼バーナ２０は、周方向に沿って、例えば、４個が均等間隔で配設されたものを１セットとして、例えば、５セット、すなわち上下方向に５段配置されている。なお、燃焼バーナ２０の配置場所や個数については、図示の構成に限定されるものではない。
各燃焼バーナ２０は、燃料の重質油を導入するため、燃料供給配管１３を介して燃料供給源（不図示）に連結されており、燃料供給配管１３には燃料供給量の調整を行う流量調整弁（不図示）が設けられている。また、各燃焼バーナ２０は、微粒化流体の噴霧用蒸気を導入するため、各蒸気供給配管１４を介して蒸気供給源（不図示）に連結されており、蒸気供給配管１４には蒸気供給量の調整を行う流量調整弁（不図示）が設けられている。
【００２３】
従って、各燃焼バーナ２０は、燃料供給源から燃料供給配管１３を通して燃料の重質油が供給されるとともに、蒸気供給源から蒸気供給配管１４を通して噴霧用蒸気が供給されることとなる。このため、各燃焼バーナ２０は、重質油と噴霧用蒸気とを混合することにより、重質油を微粒化して重質油噴霧粒子を含む混合流体として火炉１１内に噴射し、これを燃焼させて火炎を形成することができる。
【００２４】
火炉１１は、上部に煙道３１が連結されている。この煙道３１には、対流伝熱部（熱回収部）として排ガスの熱を回収するため、例えばバーナ側から順に二次過熱器３２，一次過熱器３３，蒸発器３４，３５及び節炭器（エコノマイザ）３６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。なお、これらの熱交換器類については、その配置や数等を例示したものであり、特に限定されるものではない。
煙道３１は、その下流側に熱交換を行った排ガスを排出する排ガス管３７が連結されている。この排ガス管３７には、図示しない脱硝装置、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。
【００２５】
従って、燃焼装置１２において、各燃焼バーナ２０が重質油と噴霧用蒸気との混合流体を火炉１１内に噴射すると、火炉１１では、混合流体と空気とが燃焼して火炎を生じる。こうして火炉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３１に排出される。なお、下段側の燃焼バーナ２０から投入された重質油噴霧粒子の粒子軌跡（実線表示）は、上段側の燃焼バーナ２０から投入された重質油噴霧粒子の粒子軌跡（破線表示）より長くなり、従って、重質油噴霧粒子が火炉１１内に滞留する時間も長くなる。
【００２６】
このとき、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器３６によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムを介して火炉壁の各水管（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。
さらに、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は二次過熱器３２及び一次過熱器３３に導入され、燃焼ガスによって過熱される。二次過熱器３２及び一次過熱器３３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。なお、本実施形態では、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。
【００２７】
次に、燃焼装置１２の構成例について詳細に説明する。
本実施形態の燃焼バーナ２０は、例えば図３及び図４に示すように構成されている。図中の符号２１は、燃料の重質油を微粒化して火炉１１内へ噴射投入する重質油噴霧器（燃料噴霧器）である。この重質油噴霧器２１の先端部には、微粒化流体として導入する噴霧用蒸気の圧力によって重質油燃料を微粒化して噴出するため、複数の噴出孔２２ａを有するオイルアトマイザ２２が設けられている。
【００２８】
また、重質油噴霧器２１の外周には、空気取入孔２３ａを有するハウジングチューブ２３が設けられ、その先端部外面には、すなわちオイルアトマイザ２２の近傍には、一次空気（図中の矢印Ａ１）を旋回させて供給するためのスワラー２４が円周方向に複数設けられている。
ハウジングチューブ２３及びスワラー２４の周囲は、二次空気（図中の矢印Ａ２）の空気通路２５を形成するため、筒状のバーナスロート２６で覆われている。さらに、バーナスロート２６の外周には、三次空気（図中の矢印Ａ３）を供給する空気通路２７が設けられており、この空気通路２７内には可変式空気ダンパ２８を装備している。
【００２９】
このような構成の燃焼バーナ２０において、燃料の重質油及び噴霧用蒸気は、重質油噴霧器２１の内部を通って先端部のオイルアトマイザ２２に至り、例えば径の異なる大小複数の噴出孔２２ａから重質油を微粒化した混合流体が所定の方向（例えば斜め前方）へ噴出される。この混合流体は、ハウジングチューブ２３内を通ってくる燃焼用空気及びスワラー２４によって旋回しながら供給される一次空気と最初に接触し、互いに混合しつつ火炎域を形成する。
【００３０】
一方、スワラー２４とバーナスロート２６との隙間を通過してくる二次空気、及びバーナスロート２６の外側より供給される三次空気は、一次空気による火炎領域より逸脱した未燃分と混合しつつ、主火炎下流部に安定した火炎域を形成する。
このとき、火炎の状態と、排ガス中のＮＯｘ濃度及び酸素濃度とに応じて、可変式空気ダンパ２８の開度操作をして、三次空気の供給量を調節する。なお、ＮＯｘ濃度及び酸素濃度は、煙道３１の後部適所に設けられた図示しないＮＯｘ濃度計及び酸素濃度計の計測値である。
【００３１】
さて、上述した構成の燃焼バーナ２０を備えた重質油焚きボイラ１０において、本実施形態では、以下に説明する燃焼方法を採用する。
すなわち、本実施形態では、燃焼バーナ２０の重質油噴霧器２１に重質油燃料及び微粒化流体の蒸気を導入して混合し、微粒化された重質油噴霧粒子を含む混合流体を燃焼用空気とともに火炉１１内へ噴射投入して燃焼させる重質油焚きボイラ１０において、重質油燃料として残留炭素分が１０％以上となる燃料油を含む複数の油種を同時に燃焼させる。なお、以下に説明する本実施形態では、２種類の重質油燃料（燃料油Ａ，燃料油Ｂ）を使用するものとし、一方が相対的に燃料油Ｂより燃焼性の悪い（低い）燃料油Ａであり、他方が相対的に燃料油Ａより燃焼性の良い（高い）燃料油Ｂである。
【００３２】
そして、火炉１１の上下方向に複数段が配置されている燃焼バーナ２０から各々噴射投入される重質油噴霧粒子は、上段側の燃焼バーナ２０から燃料油Ｂの重質油噴霧粒子が噴射投入され、かつ、下段側の燃焼バーナ２０から燃料油Ａの重質油噴霧粒子が噴射投入されるようになっている。この結果、上段側の燃焼バーナ２０から噴射投入される重質油噴霧粒子の燃焼性は、下段側の燃焼バーナ２０から噴射投入される重質油噴霧粒子の燃焼性より高くなる。
【００３３】
図示の構成例では、上下方向に５段の燃焼バーナ２０が配置され、各段には、例えば周方向に沿って４個が均等間隔で配設されている。さらに、図示の構成例では、下段側２段の燃焼バーナ２０（以下、「下段バーナ２０Ｎ」と呼ぶ）に燃料油Ａが供給され、かつ、上段側３段の燃焼バーナ（以下、「上段バーナ２０Ｐ」と呼ぶ）２０に燃料油Ｂが供給されている。従って、上下方向に５段配置された燃焼バーナ２０は、下側２段の下段バーナ２０Ｎから燃焼性の低い重質油噴霧粒子が噴射投入され、かつ、上側３段の上段バーナ２０Ｐから燃焼性の高い重質油噴霧粒子が噴射投入されるが、例えば下側３段の下段バーナ２０Ｎから燃焼性の低い重質油噴霧粒子が噴射投入し、かつ、上側２段の上段バーナ２０Ｐから燃焼性の高い重質油噴霧粒子を噴射投入するなど、特に限定されることはない。
【００３４】
この結果、下段側２段の下段バーナ２０Ｎから噴射投入された燃焼性の低い燃料油Ａの重質油噴霧粒子は、上段側３段の上段バーナ２０Ｐから噴射投入された燃焼性の高い燃料油Ｂの重質油噴霧粒子と比較して、火炉１１内における重質油噴霧粒子の粒子軌跡が長くなるので、火炉内の滞留時間も長くなる。具体的には、下段バーナ２０Ｎから噴射投入された燃料油Ａの重質油噴霧粒子は、図１に実線で示すような粒子軌跡を経て燃焼する。このため、燃料油Ａの重質油噴霧粒子は、図１に破線で示すような粒子軌跡を経て燃焼する燃料油Ｂの重質油粒子と比較して、粒子軌跡が長い分だけ火炉１１内の滞留時間も長くなる。こうして火炉１１内の滞留時間が延長された燃料油Ａの重質油粒子は、その燃焼時間も長くなる。
【００３５】
従って、燃焼性の異なる２種類の燃料油Ａ及び燃料油Ｂを火炉１１内で同時に燃焼させる場合には、滞留時間及び燃焼時間の長い下段バーナ２０Ｎから燃焼性の低い燃料油Ａの重質油噴霧粒子を噴霧投入し、かつ、滞留時間及び燃焼時間の短い上段バーナ２０Ｐから燃焼性の高い燃料油Ｂの重質油噴霧粒子を噴霧投入することにより、ボイラ出口に到達するまでの間に燃焼しないで未燃分となりやすい燃焼性の低い燃料油Ａの重質油噴霧粒子に対して、長い火炉内滞留時間及び燃焼時間が確保されるため、ボイラ出口における煤塵量の増加を抑制することができる。
【００３６】
図２は、重質油噴霧粒子の燃焼プロセスを示す説明図であり、横軸を炉内滞留時間として、縦軸に燃料重量を示している。すなわち、図２は、上述した２種類の燃料油Ａ及び燃料油Ｂについて、同じ炉内滞留時間の経過に伴う燃料重量の変化を示している。
同じ燃料重量の燃料油Ａ及び燃料油Ｂは、火炉１１内へ噴射投入された炉内滞留時間の初期段階において、高温の火炉１１内で噴霧液滴が蒸発及び熱分解する。こうして発生した揮発分が燃焼し、チャーが残ることとなる。このような揮発分の燃焼は、燃焼性の高い燃料油Ｂで顕著（燃料重量の減少変化が大）となるため、換言すれば、燃焼性の高い燃料油Ｂが揮発分を多く含んでいるため、チャー収率は燃料油Ｂのβが燃料油Ａのαより低くなる。
【００３７】
このチャー収率は、投入された燃料重量に対するチャーの重量割合である。このようなチャー収率は、従来から重質油燃焼性の一次評価に用いられており、燃焼性の高い燃料油ほど揮発分の割合が多いため、小さな値となる傾向にある。
【００３８】
揮発分の発生・燃焼後には、残ったチャーの燃焼が進行する。このようなチャーの燃焼は、炉内滞留時間においてボイラ出口に到達するまで進行する。
図示の例では、燃料油Ａの場合、チャー収率αの状態からチャーの燃焼が進行し、投入された燃料重量に対するボイラ出口の未燃分重量割合がαｍの状態で排出される。一方、燃料油Ｂの場合、チャー収率βの状態からチャーの燃焼が進行し、投入された燃料重量に対するボイラ出口の未燃分重量割合がβｍの状態で排出される。なお、チャー収率α，βから未燃分重量割合αｍ，βｍに至るまでの炉内滞留時間内において、燃料重量が変化する傾きを燃料油毎に異なるチャー燃焼特性と呼ぶ。
【００３９】
ところで、上述した重質油の燃焼性は、すなわち、重質油噴霧粒子の燃焼性は、チャー収率及びチャーの燃焼速度から下記の数式に基づいて算出される燃焼性評価指標の大小から高低（良し悪し）を判断するとよい。この場合、燃焼評価指標が大きいと、重質油噴霧粒子の燃焼性は低いと評価される。
【数３】
0006466157.tif 000004
【００４０】
この数式では、上述したチャー収率に加えて、チャーの燃焼速度を加味して燃焼性評価指標を算出する。ここで使用するチャー収率は、工業分析における残留炭素の収率を用いることもできるが、例えばキュリーポイントパイロラーザーのような急速熱分解装置により値を得ることができれば、より精度を上げることができる。また、燃焼速度は、例えば示差熱重量測定装置によるチャー燃焼特性試験により得られる値である。すなわち、この燃焼速度は、図２に基づいて説明した燃料油毎に異なるチャー燃焼特性であり、炉内滞留時間内においてチャー収率α，βから未燃分重量割合αｍ，βｍに至る燃料重量の変化（傾き）である。
なお、この場合の燃焼速度は、平均燃焼速度を用いているが、チャーの燃え残り（燃焼率が１に近い領域）の燃焼速度を用いてもよい。
【００４１】
従って、図２に示す燃焼プロセスにおいて、燃焼性の低い燃料油Ａの炉内滞留時間を長くすれば、未燃分重量割合を低下させて燃料油Ｂに近づけることができる。すなわち、燃料油Ａの炉内滞留時間を長くすることは、図２におけるボイラ出口を右側に移動させることを意味するので、炉内滞留時間の延長に応じて、未燃分重量割合αｍをαｎまで低下させることが可能になる。
【００４２】
また、チャー燃焼速度（燃焼特性）を考慮した燃焼評価指標を採用すれば、チャーの残留量だけでなく、チャーの質を意味する燃焼性（炉内滞留時間内で燃焼するチャーの量）も反映させた評価が可能になるので、各重質油噴霧粒子の燃焼性に関する評価精度はより一層向上したものとなる。
なお、炉内滞留時間延長後における燃料油Ａの未燃分割合αｎは、燃料油Ａ及び燃料油Ｂのチャー燃焼特性や延長時間等に応じて、燃料油Ｂの未燃分割合βｎと同じになる場合だけでなく、諸条件によっては逆転して未燃分割合βｎより低下する場合もある。
【００４３】
また、こうしてボイラ出口における煤塵量の増加を抑制できれば、煤塵対策を目的として燃料油の微粒化に用いる蒸気等の微粒化流体（噴霧媒体）を増量する必要がなくなり、この結果、煤塵対策を目的とする微粒化流体の消費率増加を抑制できる。
そして、燃焼性の異なる重質油を３種類以上同時に燃焼させる場合には、最も燃焼性の低い重質油の重質油噴霧粒子を下段側に位置する１または複数段の燃焼バーナ２０から噴射投入し、最も燃焼性の高い重質油の重質油噴霧粒子を上段側に位置する１または複数段の燃焼バーナ２０から噴射投入するように、下段側にある１または複数段の燃焼バーナ２０から上段側にある１または複数段の燃焼バーナ２０へ向けて、噴射投入される重質油噴霧粒子の燃焼性を順次高くすればよい。すなわち、３種類の重質油を同時に燃焼させる場合には、下段領域、中段領域及び上段領域の順に、燃焼バーナ２０から噴射投入する重質油噴霧粒子の燃焼性を高くしていけばよい。
【００４４】
このように、上述した本実施形態によれば、重質油燃料として残留炭素分が１０％以上となる燃料油を含む複数の油種を同時に燃焼させる重質油焚きボイラ１０においては、火炉１１内の粒子軌跡（滞留時間）を有効利用して燃焼性の低い燃料を可能な限り長く燃焼させることにより、すなわち、燃焼性の低い重質油燃料の重質油噴霧粒子を下段側の燃焼バーナ２０から噴射投入して長い炉内滞留時間を確保することにより、蒸気等の微粒化流体消費率を増加させることなく、ボイラ出口から排出される煤塵量を抑制することが可能になる。このような本実施形態の重質油焚きボイラ１０及びその燃焼方法は、旋回燃焼方式や対向燃焼方式のボイラに適用可能である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、たとえば微粒化流体として空気の利用が可能であるなど、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０    重質油焚きボイラ
１１    火炉
１２    燃焼装置
１３    燃料供給配管
１４    蒸気供給配管
２０    燃焼バーナ
２０Ｎ    下段バーナ
２０Ｐ    上段バーナ
２１    重質油噴霧器（燃料噴霧器）
２２    オイルアトマイザ
２４    スワラー
３１    煙道
【図１】
0006466157.tif 000009
【図２】
0006466157.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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