(57)【要約】【課題】産業用ボイラ等において、石炭代替燃料廉価燃料であるバイオマスをスラッギングの発生がなく効率よく燃焼させることができる燃焼装置及び方法を提供する。【解決手段】バイオマス１１を炉本体１２内に供給して燃焼させる燃焼装置であって、バイオマス１１とフライアッシュ２１とを炉内に供給するバーナ２２を具備するものであり、フライアッシュを供給することで、バイオマスの低融点灰の比率を低下させ、平均的な灰性状を改善し、高融点灰とすることで、低融点粒子によるスラッギングを防止する。またフライアッシュや砂を炉壁近傍に吹き込むことにより、壁付近を高融点灰雰囲気とし、摩擦効果や衝突効果等により、付着した低融点灰を脱落させることもできる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを炉本体内に供給して燃焼させる燃焼装置であって、
バイオマスとフライアッシュとを炉内に供給するバーナを具備することを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
バイオマスを炉本体内に供給して燃焼させる燃焼装置であって、
バイオマスを炉内に供給するバーナと、フライアッシュを炉内に供給する噴出部とを具備することを特徴とする燃焼装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記バーナ及び噴出部の吹き込みを旋回させつつ行い、
バーナの仮想円径比が、噴出部の仮想円径比よりも小さいことを特徴とする燃焼装置。
【請求項４】
バイオマスを炉本体内に供給して燃焼させる燃焼装置であって、
バイオマスを中心にし、その周囲をフライアッシュで包むように炉内に供給するバーナを具備することを特徴とする燃焼装置。
【請求項５】
バイオマスを炉本体内に供給して燃焼させる燃焼方法であって、
バイオマスとフライアッシュとを炉内に供給しつつ燃焼させることを特徴とする燃焼方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記バイオマスとフライアッシュとを旋回させつつ炉内に供給すると共に、
バイオマスの噴出し仮想円径比が、フライアッシュの噴出し仮想円径比よりも小さいことを特徴とする燃焼方法。
【請求項７】
請求項６において、
バイオマスを中心にし、その周囲をフライアッシュで包むように炉内に供給しつつ燃料させることを特徴とする燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用ボイラ等において、石炭代替燃料廉価燃料であるバイオマスをスラッギングの発生がなく効率よく燃焼させることができる燃焼装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭とバイオマスの混焼は、産業用ボイラ、事業用ボイラ更には各種タービンにおいて、廉価燃料使用による燃料費削減、更には化石燃料起源のＣＯ２発生量の抑制、ひいてはＣＯ２排出権取引に活用可能であるために、近年その利用促進が叫ばれており、米国では再生可能利用政策に加えて規制緩和を実施している。
【０００３】
図５に石炭を微粉にして燃焼させる石炭燃焼設備の一例を示す。
図５に示すように、ボイラの炉本体２０１には微粉炭ノズル及び空気ノズルと共働するバーナ２０２が配設されており、炉内２０３には加熱器、蒸発器、節炭器等に当たる伝熱管群２０４が設置されている。そして、炉内２０３での微粉炭の燃焼により発生する燃焼排ガス２０５は該伝熱管群２０４を加熱して煙道２０６へと送られる。前記煙道２０６の途中には空気加熱器（ＡＨ）２０７が配置され、煙道２０６内の燃焼排ガス２０５は誘引通風機（ＩＤＦ）２０８で引かれて空気加熱器（ＡＨ）２０７、灰捕集装置２０９を経て煙突２１０から大気に放出される。
【０００４】
そして、石炭を燃焼させるには、図示省略の外部設備から石炭供給ライン２１１で供給される石炭２１２を石炭バンカ２１３から石炭粉砕機２１４へ供給し、この石炭粉砕機２１４にて石炭を微粉炭に粉砕し、空気加熱器２０７で加熱された熱空気２１５により乾燥されている。その後、粉砕された微粉炭は該熱空気２１５によって石炭粉砕機２１４から搬送され、該微粉炭混合気２１６として微粉炭供給ライン２１７から前記バーナ２０２内の微粉炭ノズルへ供給され、炉内２０３で燃焼される（特許文献１）。
【０００５】
なお、２１８は炉底用の再循環ガスラインで、煙道２０６から分岐し、燃焼排ガス２０５の一部を炉底用再循環ガス（ＧＲ）２１９として炉底用再循環ガス送風機（ＧＲＦ）２２０で送り、ボイラ本体２０１の底部に供給している。
【０００６】
また、２２１は燃焼用空気で、押込み通風機（ＦＤＦ）２２２により引かれて、燃焼用空気ライン２２３から主バーナ空気ライン２２４を経由し、前記空気加熱器（ＡＨ）２０７で加熱されて主バーナ燃焼用空気として前記バーナ２０２内の空気ノズルから炉内２０３内へ供給される。
【０００７】
また、燃焼用空気ライン２２３から分岐して送風機２２５により石炭粉砕用熱空気ライン２２６へ送られ、途中前記空気加熱器（ＡＨ）２０７で加熱されて石炭粉砕用熱空気２１５として温調用冷空気２２６と混合され、石炭粉砕機２１４へ供給されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２８１２９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、バイオマスの種類は多岐に亙り、灰の軟化点が６００〜１１００℃と石炭より低めであり、特に草系のバイオマスは低融点側で軟化してしまうものもあるので、上述した石炭燃焼設備を用い、単に石炭に代えて、または石炭と混合して燃焼させようとすると、スラッギングが発生するという問題がある。
このため、バイオマスの炉内でスラッギングを防止する技術の出現が切望されている。
【００１１】
本発明は、前記問題に鑑み、バイオマスを燃焼設備にてスラッギングの発生がなく効率よく燃焼させることができる燃焼装置及び方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する第１の発明は、バイオマスを炉本体内に供給して燃焼させる燃焼装置であって、バイオマスとフライアッシュとを炉内に供給するバーナを具備することを特徴とする燃焼装置にある。
【００１３】
第２の発明は、バイオマスを炉本体内に供給して燃焼させる燃焼装置であって、バイオマスを炉内に供給するバーナと、フライアッシュを炉内に供給する噴出部とを具備することを特徴とする燃焼装置にある。
【００１４】
第３の発明は、第２の発明において、前記バーナ及び噴出部の吹き込みを旋回させつつ行い、バーナの仮想円径比が、噴出部の仮想円径比よりも小さいことを特徴とする燃焼装置にある。
【００１５】
第４の発明は、バイオマスを炉本体内に供給して燃焼させる燃焼装置であって、バイオマスを中心にし、その周囲をフライアッシュで包むように炉内に供給するバーナを具備することを特徴とする燃焼装置にある。
【００１６】
第５の発明は、バイオマスを炉本体内に供給して燃焼させる燃焼方法であって、バイオマスとフライアッシュとを炉内に供給しつつ燃焼させることを特徴とする燃焼方法にある。
【００１７】
第６の発明は、第５の発明において、前記バイオマスとフライアッシュとを旋回させつつ炉内に供給すると共に、バイオマスの噴出し仮想円径比が、フライアッシュの噴出し仮想円径比よりも小さいことを特徴とする燃焼方法にある。
【００１８】
第７の発明は、第６の発明において、バイオマスを中心にし、その周囲をフライアッシュで包むように炉内に供給しつつ燃料させることを特徴とする燃焼方法にある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００２０】
［第１の実施の形態］
図１を参照して本実施の形態にかかる燃焼装置について説明する。
図１に示すように、本実施の形態にかかる燃焼装置は、バイオマス１１を炉本体１２内に供給して燃焼させる燃焼装置であって、バイオマス１１とフライアッシュ２１とを炉本体１２内に供給するバーナ２２を具備するものである。
【００２１】
本発明において、バイオマスとは生物資源のことをいう。バイオマスとしては、例えば農業生産物又は副産物、木材、植物等が例示される。バイオマスの変換目的などにもよるが、燃料・原料の供給面という観点から、大量入手が容易なものや、生育・成長速度が速いものなど、燃料・原料としての供給が安定しているものが好ましい。草本類・木本類の植物性バイオマスの一例を示すと、トウモロコシ類、イネ類、スイートソルガムなどのサトウキビ類、ネピアグラスなどの牧草類、木材類などが例示される。また、本発明においてはバイオマスの代替原料として使用可能な有機性廃棄物等を用いてもよい。
【００２２】
本実施の形態では、バイオマス１１とフライアッシュ２１とは混合手段２３を用いてバーナ２２に供給する前に混合しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、別々に供給するようにしてもよい。
【００２３】
また、フライアッシュの代わりに砂（ケイ砂等）を用いるようにしてもよい。
このように、フライアッシュを供給することで、バイオマスの低融点灰の比率を低下させ、平均的な灰性状を改善し、高融点灰とすることで、低融点粒子によるスラッギングを防止することができる。
【００２４】
また、フライアッシュや砂を炉壁近傍に吹き込むようにすることにより、壁付近を高融点灰雰囲気とし、摩擦効果や衝突効果等により、付着した低融点灰を脱落させることができる。
【００２５】
また、フライアッシュ２１は、図５に示すような上述した石炭燃焼設備の灰捕集装置からの回収フライアッシュを用いるようにすればよい。
【００２６】
ここで、供給するフライアッシュの量は特に限定されるものではないが、全燃焼量の２〜３０重量％程度とすればよい。
【００２７】
また、図１に示すように、前記炉底部には火格子５１を設け、落下するバイオマス１１を燃焼させるようにしてもよい。
【００２８】
また、火格子５１とバーナとの間に、炉内に熱空気４２を供給する熱空気供給口５２を設け、沈降途中のバイオマスを燃焼させるようにしてもよい。
【００２９】
［第２の実施の形態］
図２は本実施の形態にかかるバーナの斜視図である。
図２に示すように、本実施の形態では、上述した第１の実施の形態のような混合手段２３を設けることなく、バイオマスを供給するバイオマス供給用の第１噴出部３１とフライアッシュ２１を供給する第２噴出部３２とを隣接させたバーナ３３を用いるようにしたものである。
この一体型のバーナ３３を用いることにより炉内にバイオマスとフライアッシュ等を共に吹き込むようにしてもよい。
また、フライアッシュや砂を炉壁近傍に吹き込むようにバーナの吹き込み角度を調整することにより、壁付近を高融点灰雰囲気とし、摩擦効果や衝突効果等により、付着した低融点灰を脱落させることができる。
【００３０】
［第３の実施の形態］
図３は本実施の形態にかかる燃焼炉の断面模式図である。
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態では、炉本体１２のコーナ部にバーナ３６を設けてなり、バイオマスとフライアッシュの吹き込み角度を異なるようにしている。
すなわち、図３（ａ）に示すように、炉本体１２のコーナ部に設けたバーナ３６からはバイオマスの吹き込みを小さい円をかくように旋回させつつ行うと共に、図３（ｂ）に示すように、コーナ部に設けた噴出部３７からはフライアッシュ２１の吹き込みを大きい円をかくように旋回させつつ行うようにしている。
【００３１】
そして、図３（ｃ）に示すように、前記バーナ３６からのバイオマス吹き込みによる仮想円径比Ｋ１が、フライアッシュ噴出部３７からのフライアッシュの吹き込みによる仮想円径比Ｋ２よりも小さくなるようにし、炉壁方向へ偏芯させ、バイオマス火炎３８をフライアッシュ２１で包み込むようにしている。
【００３２】
この結果、壁面近傍を高融点粒子が多い雰囲気とすることで、スラッギングを回避させるようにしている。
【００３３】
［第４の実施の形態］
図４は本実施の形態にかかるバーナの概略式図である。
また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態では、バイオマス１１を中心にし、その周囲をフライアッシュ２１で包むように炉本体１２内に供給するバーナ４１を備えるようにしている。
【００３４】
前記バーナ４１はその中心にバイオマス１１を炉内に噴出するバイオマス噴出部４１ａと、その外側に設けられ、フライアッシュを炉内に噴出するフライアッシュ噴出部４１ｂと、最外周に位置し、炉内に熱空気４２を送給する熱空気噴出部４１ｃから構成されている。
【００３５】
この結果、バイオマス火炎３４をフライアッシュ２１で包み込むようにし、バイオマス火炎の周囲を高融点粒子が多い雰囲気とすることができる。
また、バイオマス火炎の周囲がフライアッシュの多い雰囲気となるので、スラッギングを回避させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、バイオマスを炉本体内に供給して燃焼させる燃焼装置であって、バイオマスとフライアッシュとを炉内に供給するバーナを具備するので、前記フライアッシュを供給することで、バイオマスの低融点灰の比率を低下させ、平均的な灰性状を改善し、高融点灰とすることで、低融点粒子によるスラッギングを防止することができる。
【００３７】
また、フライアッシュや砂を炉壁近傍に吹き込むことにより、壁付近を高融点灰雰囲気とし、摩擦効果や衝突効果等により、付着した低融点灰を脱落させる、という効果を奏する。
このように、バイオマスにフライアッシュを供給することによる灰性状の改善とは別に、両者の吹き込み方法を改善することで、炉壁に低融点粒子が付着しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる燃焼装置の概略図である。
【図２】一体型バーナの実施の形態の斜視図である。
【図３】フライアッシュとバイオマスとの吹き込み状態を示す模式図である。
【図４】一体型バーナの他の実施の形態の斜視図である。
【図５】石炭燃焼装置の概略図である。
【符号の説明】
１１  バイオマス
１２  炉本体
２１  フライアッシュ
２２  バーナ
２３  混合手段
３３  バーナ
３４  火炎
４１  バーナ
【図１】
2004354031.tif 000003
【図２】
2004354031.tif 000004
【図３】
2004354031.tif 000005
【図４】
2004354031.tif 000006
【図５】
2004354031.tif 000007