(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と燃焼用空気を供給して燃焼を行う燃焼装置、燃焼装置へ燃焼用空気を供給する送風機、燃焼装置へ供給する燃焼用空気の供給量を調節する燃焼用空気量調節装置、燃焼後の排ガスを燃焼装置へ循環させる排ガス循環路を設け、排ガス再循環燃焼を可能としているボイラであって、燃料供給量に対応した酸素量を供給するように燃焼用空気供給量を調節しているボイラにおいて、燃焼装置へ循環する排ガス量を調節する排ガス循環量調節装置を設け、排ガス循環量調節装置によって排ガス再循環の実施と停止の切り換えを可能とし、前記の燃焼用空気量調節装置には、排ガス再循環を実施しない場合での燃焼用空気供給量であるＥＧＲ停止時用風量と、排ガス再循環を実施する場合での燃焼用空気供給量であるＥＧＲ実施時用風量を設定しておき、排ガス再循環停止時にはＥＧＲ停止時用風量に基づいて燃焼用空気量の調節を行い、排ガス再循環実施時にはＥＧＲ実施時用風量に基づいて燃焼用空気量の調節を行うようにしておき、燃焼用空気供給量調節装置は、ＥＧＲ停止時用風量を設定した第１ダンパと、ＥＧＲ実施時用風量を設定した第２ダンパからなり、排ガス再循環停止時には、第２ダンパを開いた状態で固定して燃焼量に応じて第１ダンパの開度を調節することで燃焼用空気供給量を調節し、排ガス再循環実施時には、第１ダンパを開いた状態で固定して燃焼量に応じて第２ダンパの開度を調節することで燃焼用空気供給量の調節を行うことを特徴とする排ガス再循環燃焼を行うボイラ。
【請求項２】
燃料と燃焼用空気を供給して燃焼を行う燃焼装置、燃焼装置へ燃焼用空気を供給する送風機、燃焼装置へ供給する燃焼用空気の供給量を調節する燃焼用空気量調節装置、燃焼後の排ガスを燃焼装置へ循環させる排ガス循環路を設け、排ガス再循環燃焼を可能としているボイラであって、燃料供給量に対応した酸素量を供給するように燃焼用空気供給量を調節しているボイラにおいて、燃焼装置へ循環する排ガス量を調節する排ガス循環量調節装置を設け、排ガス循環量調節装置によって排ガス再循環の実施と停止の切り換えを可能とし、前記の燃焼用空気量調節装置には、排ガス再循環を実施しない場合での燃焼用空気供給量であるＥＧＲ停止時用風量と、排ガス再循環を実施する場合での燃焼用空気供給量であるＥＧＲ実施時用風量を設定しておき、排ガス再循環停止時にはＥＧＲ停止時用風量に基づいて燃焼用空気量の調節を行い、排ガス再循環実施時にはＥＧＲ実施時用風量に基づいて燃焼用空気量の調節を行うようにしておき、光化学スモッグが発生する気象条件下では排ガス再循環を実施し、光化学スモッグの発生しない気象条件下では排ガス再循環を実施しないことを特徴とする排ガス再循環燃焼を行うボイラの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は必要に応じて排ガス再循環燃焼を行うボイラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
火炎の燃焼を行うと、光化学スモッグの原因となるＮＯｘ（窒素酸化物）が発生し、ＮＯｘは太陽の強い紫外線を受けると光化学反応を起こしてオゾンなどの光化学オキシダントになる。日差しが強く、気温が高く、風の弱い日の日中には、光化学オキシダントの濃度が高まり、光化学オキシダントがたまって白くもやがかかったようになったものが光化学スモッグであり、光化学スモッグは健康被害を引き起こすことがある。大気の汚染が著しくなった場合、都道府県知事はその事態を周知するとともに、ばい煙排出者や自動車使用者に対し、ばい煙排出量の減少や自動車運行を制限することの協力を求めることになっている（大気汚染防止法第２３条）。参考として東京都における注意報発令基準と緊急時協力工場・事業場への措置を図３に示す。
【０００３】
火炎を燃焼するボイラは、運転を行えばＮＯｘが発生するが、上記の通りＮＯｘは環境に悪影響を与えるため、ＮＯｘ発生量を低減する努力が行われている。ＮＯｘ発生量を削減する手段の１つとして排ガス再循環燃焼がある。ＮＯｘは高温で燃焼すると多量に発生し、燃焼温度が低いと発生量は少なくなる。燃焼用空気に排ガスを混合すると、排ガスは酸素量が少ないために燃焼用空気の酸素濃度が低下し、酸素濃度の低い燃焼用空気で燃焼を行うと火炎の局所的な高温域がなくなり、火炎温度の低下によってＮＯｘ発生量は減少する。ただし、燃焼に必要な酸素量は変わらないため、排ガス再循環燃焼時には酸素濃度が低くなっている分だけ燃焼用空気供給量を増やす必要があり、燃焼用空気量を多くすれば排ガスとともに排出される熱量が多くなるため、ボイラの効率は低下することになる。
【０００４】
ＮＯｘ発生量を抑制する手段がないボイラの場合、光化学オキシダント濃度上昇によってＮＯｘ発生量の削減が必要になったとしても、ボイラの運転をカットすることでしかＮＯｘの発生量を減らすことができない。しかしボイラの運転をカットするということは、蒸気を使用するシステム全体の操業をカットすることになるため、ＮＯｘ発生量を削減するために運転をカットすることは容易ではなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、光化学スモッグの発生を防ぐこととボイラの効率を高く保つことを両立することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、燃料と燃焼用空気を供給して燃焼を行う燃焼装置、燃焼装置へ燃焼用空気を供給する送風機、燃焼装置へ供給する燃焼用空気の供給量を調節する燃焼用空気量調節装置、燃焼後の排ガスを燃焼装置へ循環させる排ガス循環路を設け、排ガス再循環燃焼を可能としているボイラであって、燃料供給量に対応した酸素量を供給するように燃焼用空気供給量を調節しているボイラにおいて、燃焼装置へ循環する排ガス量を調節する排ガス循環量調節装置を設け、排ガス循環量調節装置によって排ガス再循環の実施と停止の切り換えを可能とし、前記の燃焼用空気量調節装置には、排ガス再循環を実施しない場合での燃焼用空気供給量であるＥＧＲ停止時用風量と、排ガス再循環を実施する場合での燃焼用空気供給量であるＥＧＲ実施時用風量を設定しておき、排ガス再循環停止時にはＥＧＲ停止時用風量に基づいて燃焼用空気量の調節を行い、排ガス再循環実施時にはＥＧＲ実施時用風量に基づいて燃焼用空気量の調節を行うようにしておき、燃焼用空気供給量調節装置は、ＥＧＲ停止時用風量を設定した第１ダンパと、ＥＧＲ実施時用風量を設定した第２ダンパからなり、排ガス再循環停止時には、第２ダンパを開いた状態で固定して燃焼量に応じて第１ダンパの開度を調節することで燃焼用空気供給量を調節し、排ガス再循環実施時には、第１ダンパを開いた状態で固定して燃焼量に応じて第２ダンパの開度を調節することで燃焼用空気供給量の調節を行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に載の発明は、燃料と燃焼用空気を供給して燃焼を行う燃焼装置、燃焼装置へ燃焼用空気を供給する送風機、燃焼装置へ供給する燃焼用空気の供給量を調節する燃焼用空気量調節装置、燃焼後の排ガスを燃焼装置へ循環させる排ガス循環路を設け、排ガス再循環燃焼を可能としているボイラであって、燃料供給量に対応した酸素量を供給するように燃焼用空気供給量を調節しているボイラにおいて、燃焼装置へ循環する排ガス量を調節する排ガス循環量調節装置を設け、排ガス循環量調節装置によって排ガス再循環の実施と停止の切り換えを可能とし、前記の燃焼用空気量調節装置には、排ガス再循環を実施しない場合での燃焼用空気供給量であるＥＧＲ停止時用風量と、排ガス再循環を実施する場合での燃焼用空気供給量であるＥＧＲ実施時用風量を設定しておき、排ガス再循環停止時にはＥＧＲ停止時用風量に基づいて燃焼用空気量の調節を行い、排ガス再循環実施時にはＥＧＲ実施時用風量に基づいて燃焼用空気量の調節を行うようにしておき、光化学スモッグが発生する気象条件下では排ガス再循環を実施し、光化学スモッグの発生しない気象条件下では排ガス再循環を実施しないことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は一実施例におけるボイラ１のフロー図、図２はそのタイムチャートである。ボイラ１は内部に燃焼室（図示せず）を設けており、燃焼室上部に燃焼装置３を設ける。燃焼装置３には燃焼用空気供給路７を接続し、燃焼用空気供給路７の他端には送風機１０を接続する。送風機１０は取り込んだ空気を加圧し、燃焼用空気供給路７を通して燃焼装置３へ送り込む。ボイラ１の下部には、燃焼室内から燃焼後の排ガスを取り出す排気通路４を設け、排気通路４の途中に排気通路４から分岐させた排ガス循環路５を接続し、排ガス循環路５の他端は、送風機１０が空気の取り込みを行っている管に接続する。排ガス循環路５の途中に排ガス循環量調節装置としてＥＧＲダンパ６、燃焼用空気供給路７の途中には燃焼用空気量調節装置として第１ダンパ８及び第２ダンパ９を設ける。送風機１０、ＥＧＲダンパ６、第１ダンパ８、第２ダンパ９の作動を制御する給気制御装置２を設け、給気制御装置２は各装置と信号線で接続しておく。
【００１１】
ボイラ１の燃焼装置３は、燃料と燃焼用空気の供給を受けて燃焼を行う。ボイラ燃焼時の燃焼量は、高燃焼と低燃焼の２段階で制御するものであれば、高燃焼用燃料及び高燃焼用空気の供給量と、低燃焼用燃料及び低燃焼用空気の供給量を設定しておき、燃料及び燃焼用空気の供給量を制御することで燃焼量を制御する。燃焼用空気量の調節は、燃焼用空気供給路７の流路面積を調節する第１ダンパ８及び第２ダンパ９によって行う。第１ダンパ８には排ガス再循環を実施していない場合において、高燃焼用風量となる開度と、低燃焼用風量となる開度を設定しておき、第２ダンパ９には排ガス再循環を実施している場合において、高燃焼用風量となる開度と、低燃焼用風量となる開度を設定しておく。
【００１２】
排ガス再循環燃焼の実施は、排ガス循環路５の流路面積を全開と全閉の２点で制御するＥＧＲダンパ６を開くことで行う。ＥＧＲダンパ６を全閉にしている場合、排ガスが送風機１０へ流れることはないため、送風機１０が供給する空気はボイラ外部から取り込んだ通常空気のみとなる。ＥＧＲダンパ６を全開にすると、排気通路４の排ガスが排ガス循環路５を通過することができるようになるため、送風機１０へ向かう排ガスの流れが生じ、送風機１０が供給する空気は、外部から取り込んだ通常空気と排気通路４から取り込んだ排ガスを混合した酸素濃度の低い空気となる。ＥＧＲダンパ６を全開にしている場合が排ガス再循環実施時であり、ＥＧＲダンパ６を全閉としている場合が排ガス再循環停止時となる。
【００１３】
ＥＧＲダンパ６の操作は給気制御装置２によって行い、給気制御装置２は、排ガス再循環停止時には第１ダンパ８によって燃焼用空気供給量の調節を行い、排ガス再循環実施時には第２ダンパ９によって燃焼用空気供給量の調節を行う。排ガス再循環を実施するか否かは、給気制御装置２への入力によって切り換えることができるようにしておく。
【００１４】
第１ダンパ８に設定しているダンパ開度は、排ガス再循環を行っていない通常の酸素濃度をもった空気で燃焼を行う場合での、低燃焼用風量と高燃焼用風量分の開度に設定し、第２ダンパ９に設定しているダンパ開度は、排ガス再循環を行うことで酸素濃度の低下している空気で燃焼を行う場合での、低燃焼用風量と高燃焼用風量分の開度に設定する。燃焼量が大きければ燃焼に必要な酸素量は大きくなり、燃焼量が小さければ燃焼に必要な酸素量は小さくなるため、低燃焼用風量と高燃焼用風量では高燃焼用風量の方が大きくなるように開度を大きくする。燃焼量が同じ場合には燃焼に必要な酸素量は同じであるが、酸素濃度が低ければ一定量の燃焼用空気に含まれている酸素量が少なくなるため、燃焼用空気供給量は多くする必要となる。そのため、第１ダンパ８に設定している低燃焼用開度及び高燃焼用開度より、第２ダンパ９に設定している低燃焼用開度及び高燃焼用開度の方が燃焼用空気供給量が多くなるようにしておく。
【００１５】
図２はＥＧＲダンパ６、第１ダンパ８、第２ダンパ９による風量調節の例を示したタイムチャートである。最初は給気制御装置２には排ガス再循環を行わないとの設定を行っており、排ガス再循環停止時の状態から始まっている。排ガス再循環を行わずに燃焼を行う場合、ＥＧＲダンパ６は全閉、第２ダンパ９は全開に固定しておき、燃焼量に応じて第１ダンパ８の開度を変更することで燃焼用空気供給量の調節を行う。この場合、ＥＧＲダンパ６を閉じているために排気通路４の排ガスが送風機１０内に入ることはなく、送風機１０からは通常の酸素濃度を持った燃焼用空気が送られる。第２ダンパ９は全開で固定しておき、第１ダンパ８は燃焼量によって開度を調節するため、第１ダンパ８で調節した風量が燃焼装置３へ送られる燃焼用空気供給量となる。
【００１６】
給気制御装置２へ排ガス再循環燃焼実施の入力を行うと、給気制御装置２はＥＧＲダンパ６を全閉から全開に移動させ、第１ダンパ８は全開とし、第２ダンパ９は燃焼量に合った開度に変更する。ＥＧＲダンパ６を開くと、送風機１０が排気通路４の排ガスを吸引することになるため、送風機１０から燃焼装置３へ送る燃焼用空気の酸素濃度は低下する。排ガス再循環燃焼を実施している場合、第１ダンパ８は全開で固定しておき、第２ダンパ９は燃焼量によって開度を調節する。そのため、第２ダンパ９で調節した風量が燃焼装置３へ送られる燃焼用空気供給量となり、第２ダンパ９の設定開度は第１ダンパ８の設定開度よりも、酸素濃度が低下している分だけ大きくしているため、排ガス再循環停止時より燃焼用空気供給量が多くなる。
【００１７】
排ガス再循環燃焼を行う目的は、光化学スモッグの原因となるＮＯｘ発生量を削減することにあり、ＮＯｘ発生量を削減することで光化学オキシダント濃度の上昇を防止することができる。ところが光化学オキシダントは、太陽の強い紫外線を受けることによる光化学反応によって発生するものであるため、特定の気象条件下でなければ光化学オキシダント濃度が上昇して光化学スモッグが発生することはなく、ＮＯｘ発生量の増加がそのまま光化学オキシダント濃度の増加に結びつくものではない。つまり、ボイラの効率を犠牲にしてもＮＯｘ発生量を削減することは、光化学スモッグの発生する気象条件の場合には有効であるが、光化学スモッグの発生しにく気象条件の場合には効果がない。
【００１８】
排ガス再循環燃焼の場合、燃焼用空気供給量を多くする必要があるために排気量が増加し、排気とともに排出される熱量が増加するためボイラの効率は低下する。排ガス再循環燃焼はＮＯｘ発生量を削減する効果を得ることができるが、燃料の有効利用の観点からは排ガス再循環燃焼を実施しない方がよい。また、効率が低下すれば燃焼量を多くする必要があるために二酸化炭素の発生量が増加することになる。二酸化炭素は直接の公害物質ではないが、地球温暖化の原因となる温室効果ガスであり、削減すべき対象であるため、二酸化炭素削減の観点からも排ガス再循環燃焼は実施しない方がよいことになる。
【００１９】
燃焼量に合わせて行う燃焼用空気量の調節を、排ガス再循実施時と排ガス再循環停止時のそれぞれに応じた風量に調節できるようにしておけば、排ガス再循環燃焼を行う場合も行わない場合にも適正な燃焼を行うことができ、必要な場合にのみ排ガス再循環燃焼を行うことができる。光化学オキシダント濃度上昇時には排ガス再循環燃焼を行うようにすれば、ボイラの運転を削減しなくともＮＯｘ発生量を削減することができ、光化学スモッグの発生を抑えることができる。逆に、光化学オキシダント濃度の上昇しない場合には排ガス再循環を実施しないことで、ボイラの効率を高く保つことができ、常時排ガス再循環燃焼を行っているボイラに比べて燃料消費量が少なくなり、二酸化炭素の発生量も削減することができる。
【００２０】
なお、送風機にインバータ回路などを設けておき、送風機の回転速度を変更することで燃焼用空気供給量を調節することも行われており、燃焼用空気量調節装置は送風機の回転速度を変更するものであっても良い。この場合には回転速度を、排ガス再循環を実施しない場合でのＥＧＲ停止時用風量と、排ガス再循環を実施する場合でのＥＧＲ実施時用風量で設定しておき、回転速度はＥＧＲ停止時用の方が低くなるように設定しておく。実施例のように燃焼量を高燃焼と低燃焼の２段階で制御する場合には、排ガス再循環実施時での高燃焼用回転数及び低燃焼用回転数と、排ガス再循環実施時での高燃焼用回転数及び低燃焼用回転数を設定する。
【００２１】
【発明の効果】
本発明を実施することによって、光化学オキシダント濃度の高い場合におけるＮＯｘ発生量削減と、光化学オキシダント濃度の低い場合におけるボイラの効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例のフロー図
【図２】  本発明の一実施例のタイムチャート
【図３】  東京都における注意報発令基準と措置
【符号の説明】
１  ボイラ
２  給気制御装置
３  燃焼装置
４  排気通路
５  排ガス循環路
６  ＥＧＲダンパ
７  燃焼用空気供給路
８  第１ダンパ
９  第２ダンパ
１０  送風機
【図１】
0004672932.tif 000002
【図２】
0004672932.tif 000003
【図３】
0004672932.tif 000004