(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換手段を備えた燃焼炉内に燃料と空気を供給して燃焼させる燃料バーナと、この燃料バーナの下流側に設けられ直進する空気を前記燃焼炉内に供給する直進空気ノズルと旋回流として空気を前記燃焼炉内に供給する旋回流空気ノズルと縮流として空気を前記燃焼炉内に供給する縮流空気ノズルとを有するアフタエアノズルとを備えたボイラ設備において、前記燃焼炉内の窒素酸化物濃度及び一酸化炭素濃度を測定する濃度測定手段と、この濃度測定手段の測定結果に基づいて前記旋回流空気ノズルと前記縮流空気ノズルからの空気供給量を調整する流量調整手段とを設けたことを特徴とするボイラ設備。
【請求項２】
前記濃度測定手段は、前記燃焼炉の出口近傍に設置されていることを特徴とする請求項１記載の燃焼用ボイラ設備。
【請求項３】
熱交換手段を備えた燃焼炉内に燃料と空気を供給して燃焼させる燃料バーナと、この燃料バーナの下流側に設けられ直進する空気を前記燃焼炉内に供給する直進空気ノズルと旋回流として空気を前記燃焼炉内に供給する旋回流空気ノズルと縮流として空気を前記燃焼炉内に供給する縮流空気ノズルとを有するアフタエアノズルとを備えたボイラ設備において、前記燃焼炉内の窒素酸化物濃度及び一酸化炭素濃度を測定する第１の濃度測定手段を前記燃焼炉の出口近傍に設けると共に、この第１の濃度測定手段の上流側で前記アフタエアノズルの下流側に一酸化炭素濃度を測定する第２の濃度測定手段を設け、これら第１及び第２の濃度測定手段の測定結果に基づいて前記旋回流空気ノズルと前記縮流空気ノズルの流量を調整する流量調整手段を設けたことを特徴とするボイラ設備。
【請求項４】
熱交換手段を設けた燃焼炉内に燃料バーナから燃料と空気を供給して燃焼させると共に、この燃料バーナによる燃焼ガスに、旋回流による空気と縮流による空気とを供給して燃焼させるようにしたボイラ設備の運転方法において、前記燃焼炉の窒素酸化物濃度及び一酸化炭素濃度によって、前記旋回流による空気と縮流による空気との空気供給量を調整するようにしたことを特徴とするボイラ設備の運転方法。
【請求項５】
前記燃焼炉の窒素酸化物濃度が高い場合、前記旋回流による空気の空気供給量を多くするようにしたことを特徴とする請求項４記載のボイラ設備の運転方法。
【請求項６】
前記燃焼炉の一酸化炭素濃度が高い場合、前記縮流による空気の空気供給量を多くするようにしたことを特徴とする請求項４記載のボイラ設備の運転方法。
【請求項７】
熱交換手段を設けた燃焼炉内に燃料バーナから燃料と空気を供給して燃焼させると共に、この燃料バーナによる不完全燃焼ガスに、アフタエアノズルからの旋回流による空気と縮流による空気とを供給して燃焼させるようにしたボイラ設備の運転方法において、前記燃焼炉の出口の窒素酸化物濃度と一酸化炭素濃度及び前記燃焼炉の出口よりも上流側で前記アフタエアノズルの下流側の一酸化炭素濃度によって、前記旋回流による空気と縮流による空気の空気供給量を調整するようにしたことを特徴とするボイラ設備の運転方法。
【請求項８】
熱交換手段を設けた燃焼炉内に燃料バーナから燃料と空気を供給して燃焼させ、かつ、この燃料バーナによる不完全燃焼ガスの流出方向に対して直交する方向に複数並設され前記不完全燃焼ガスに旋回流の空気と縮流の空気とを供給して燃焼させるようにしたアフタエアノズルを備えたボイラ設備の運転方法において、前記燃焼炉の窒素酸化物濃度が高いときは、前記アフタエアノズルの並設方向中心部から端部に向かって順番に旋回流の空気供給量を増加させると共に縮流の空気供給量を減少させ、前記燃焼炉の一酸化炭素濃度が高いときは、前記アフタエアノズルの並設方向端部から中心部に向かって順番に縮流の空気供給量を増加させると共に旋回流の空気供給量を減少させるように調整するようにしたことを特徴とするボイラ設備の運転方法。
【請求項９】
熱交換手段を備えた燃焼炉内に燃料と空気を供給して燃焼させる燃料バーナと、この燃料バーナの下流側に設けられ旋回流として空気を供給する旋回流空気ノズルと縮流として空気を供給する縮流空気ノズルとを有するアフタエアノズルを備え、前記旋回流空気ノズルと縮流空気ノズルからの空気供給量を調整するボイラ設備において、前記燃焼炉内の窒素酸化物濃度及び一酸化炭素濃度を測定する濃度測定手段と、前記旋回流空気ノズルと前記縮流空気ノズルに設けられ夫々の空気供給量を調整する空気流量調整機構と、これら空気調整機構を駆動する調整機構駆動手段と、前記濃度測定手段の測定結果に基づいて前記調整機構駆動手段に駆動指令を付与する制御手段とを設けたことを特徴とするボイラ設備。
【請求項１０】
熱交換手段を備えた燃焼炉内に燃料と空気を供給して燃焼させる燃料バーナと、この燃料バーナの下流側に前記燃料バーナによる不完全燃焼ガスを燃焼させるアフタエアノズルを備えたボイラ設備において、前記アフタエアノズルに、軸方向に直進する空気を噴射する第１の空気ノズルと、この第１の空気ノズルから噴射された空気と前記不完全燃焼ガスとを緩慢に混合させる第１の手段と、前記第１の空気ノズルから噴射された空気と前記不完全燃焼ガスとの混合を促進させる第２の手段とを設け、前記燃焼炉内の窒素酸化物濃度及び一酸化炭素濃度を測定する濃度測定手段を設け、この濃度測定手段の測定結果に基づいて前記第１の手段と第２の手段による空気供給量を調整する手段を設けたことを特徴とするボイラ設備。
【請求項１１】
前記第１の手段は、旋回流として空気を供給する第２の空気ノズルであり、前記第２の手段は、縮流として空気を供給する第３の空気ノズルであることを特徴とする請求項１０記載のボイラ設備。
【請求項１２】
熱交換手段を設けた燃焼炉内に燃料と空気を供給して燃焼させる燃料バーナと、この燃料バーナによる不完全燃焼ガスの流出方向に対して直交する方向に複数並設され前記不完全燃焼ガスに旋回流の空気を供給して燃焼させるようにした旋回流空気ノズルを有するアフタエアノズルとを備えたボイラ設備の改修方法において、前記並設された複数のアフタエアノズルのうち端部に位置するアフタエアノズルに、前記旋回流空気ノズルと同心に、縮流による空気を供給する旋回流空気ノズルを追加し、かつ旋回流空気ノズルよりも縮流空気ノズルからの空気供給量を多くなるように設定したことを特徴とするボイラ設備の改修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボイラ設備及びボイラ設備の運転方法並びにボイラ設備の改修方法に係り、特に、燃料を燃焼させる燃料バーナの下流側に、この燃料バーナからの不完全燃焼ガスを燃焼させる空気量を供給するアフタエアノズルを備えたボイラ設備及びボイラ設備の運転方法並びにボイラ設備の改修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料バーナによる不完全燃焼ガスを燃焼させるために、燃料バーナの下流側にアフタエアノズルを備えたボイラ設備は、例えば特許文献１に開示されているように、既に提案されている。この種ボイラ設備は、燃料が持つ窒素成分が酸化されて生成される燃料窒素酸化物（以下、燃料ＮＯｘと称する）の濃度増加を抑えるために、燃料である例えば微粉炭を空気不足の状態で不完全燃焼させ、その後、下流側に設けたアフタエアノズルから空気を供給して不完全燃焼ガスを完全燃焼させるものである。このようなアフタエアノズルを備えたボイラ設備において、空気の供給により不完全燃焼ガスが燃焼して燃焼温度が高くなると、燃焼ガス中の窒素成分が酸化されて生成される熱窒素酸化物（以下、熱ＮＯｘと称する）の濃度が増加するので、前記アフタエアノズルに、熱ＮＯｘの濃度を低減するために、旋回流で空気を供給する空気ノズルを備えたものが、特許文献２等によって提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２０１１０５号公報
【特許文献２】特開２００１−３５５８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１，２に記載のボイラ設備によれば、燃料ＮＯｘ及び熱ＮＯｘの濃度を低減させることはできる。しかし、燃料の種類によっては、燃焼ガス中の一酸化炭素（以下、ＣＯと称する）の濃度が増加することがあり、上記特許文献１，２は、このＣＯ濃度の低減は勿論のこと、ＮＯｘ濃度とＣＯ濃度をバランスよく低減させることについての配慮がなされていなかった。
【０００５】
本発明の目的は、ＮＯｘ濃度とＣＯ濃度をバランスよく低減させることができるボイラ設備及びボイラ設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために、熱交換手段を備えた燃焼炉内に燃料と空気を供給して燃焼させる燃料バーナと、この燃料バーナの下流側に設けられ直進する空気を前記燃焼炉内に供給する直進空気ノズルと旋回流として空気を前記燃焼炉内に供給する旋回流空気ノズルと縮流として空気を前記燃焼炉内に供給する縮流空気ノズルとを有するアフタエアノズルとを備えたボイラ設備において、前記燃焼炉内のＮＯｘ濃度及びＣＯ濃度を測定する濃度測定手段と、この濃度測定手段の測定結果に基づいて前記旋回流空気ノズルと前記縮流空気ノズルからの空気供給量を調整する流量調整手段とを設けたのである。
【０００７】
このように、燃焼炉内のＮＯｘ濃度及びＣＯ濃度の測定結果によって旋回流による空気と縮流による空気の供給量を調整することで、的確にＮＯｘあるいはＣＯの濃度を低減させることができるのである。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように本発明によれば、ＮＯｘ濃度とＣＯ濃度をバランスよく低減させることができるボイラ設備を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
一般に、燃料バーナを空気不足の状態で運用すると、燃焼ガス中のＮＯｘの生成を抑えることができるが、逆にＣＯが生成される。アフタエアノズルは、燃料の不完全燃焼ガスと、生成された可燃性ガスであるＣＯガスとに対し、空気を効率良く混合させて燃焼させることで、ＣＯの生成を抑制している。しかし、不完全燃焼ガスに対しアフタエアノズルからの空気を急速に混合すると、不完全燃焼ガスは急激に燃焼し、燃焼ガス温度を上昇させて熱ＮＯｘを生成させることになる。この熱ＮＯｘの生成を抑制するためには、不完全燃焼ガスに対しアフタエアノズルからの空気を緩慢に混合させる必要がある。
【００１０】
そこで、ＮＯｘとＣＯの生成をバランスよく抑制してＮＯｘとＣＯの濃度の増加を低減させるには、不完全燃焼ガスに対してアフタエアノズルからの空気を緩慢に混合しつつ、完全に混合する必要があり、そのために、緩慢な混合は旋回流で空気を供給し、完全な混合は縮流で空気を供給するようにした。
【００１１】
さらに、ＮＯｘとＣＯの生成は、燃料の種類によって異なる。例えば、褐炭や亜瀝青炭による微粉炭においては、揮発成分が多いのでＣＯを生成しやすいが、発熱量が小さいので燃焼ガス温度が低くＮＯｘが生成し難く、他方、瀝青炭や無煙炭による微粉炭においては、揮発成分が少なくＣＯが生成し難いが、発熱量が高いので燃焼ガス温度が高くＮＯｘが生成し易い。
【００１２】
したがって、アフタエアノズルから旋回流と縮流による空気の供給量を調整してバランスよく供給することで、多種類の燃料に対してＮＯｘとＣＯの生成をバランスよく抑制するようにした。
【００１３】
ところで、前記アフタエアノズルは、ＮＯｘ濃度が高い場合には、旋回流による空気の供給量を多くし、ＣＯ濃度が高い場合には、縮流による空気の供給量を多くする運用となるが、これら空気の供給量を、燃焼炉の出口におけるＮＯｘ濃度とＣＯ濃度、さらには燃焼炉の出口よりも上流側でアフタエアノズルの下流側におけるＣＯ濃度を測定することで、自動的に調整するようにした。
【００１４】
また、前記アフタエアノズルが燃焼ガス流出方向に対して直交するように燃焼炉の対向する壁面に複数配列した場合、同一壁面に配列した隣接するアフタエアノズル間、及び配列したアフタエアノズルの端部に隣接する空間部には、不完全燃焼ガスとアフタエアノズルからの空気とが十分に混合されない領域が生じる。そこで、燃焼炉出口におけるＣＯ濃度を測定してＣＯ濃度が高い場合には、配列したアフタエアノズルの端部から中央部に向かって順番に縮流による空気の供給量を多くして行くことで、ＣＯ濃度を抑制し、ＮＯｘ濃度が高い場合には、配列したアフタエアノズルの中央部から端部に向かって順番に旋回流による空気の供給量を多くして行くことで、ＮＯｘ濃度を抑制するようにした。同様に、燃焼炉出口よりも上流側で配列したアフタエアノズルの端部近傍のＣＯ濃度を測定することで、縮流による空気供給量を調整してＣＯ濃度を効果的に抑制するようにした。
【００１５】
この外、既存のボイラ設備には旋回流で空気を供給する旋回流空気ノズルを備えたアフタエアノズルが燃焼炉壁面に複数配列されている。このようなボイラ設備においては、配列された複数のアフタエアノズルの少なくとも端部に位置するアフタエアノズルに、旋回流空気ノズルと同心に、縮流による空気を供給できる縮流空気ノズルを追加装着し、旋回流空気ノズルよりも縮流空気ノズルからの空気供給量を多く設定することで、最小限の改造費用でＣＯ濃度を低減することができる。
【００１６】
尚、近年、ボイラ設備の解析によって旋回流や縮流の空気供給量を高精度で決めることができるので、ボイラ設備の運用計画時、即ち、燃料の切替えや熱負荷変化計画に沿って決められた時点での解析による空気供給量を実用運転時の基準条件とし、その後は、実用運転時に発生するＮＯｘ濃度とＣＯ濃度の実測値に基づいて各空気供給量を微調整することで、ＮＯｘ濃度とＣＯ濃度の変化に迅速に対応させることができる。
【００１７】
以下本発明によるボイラ設備の一実施の形態を図１〜図３に示す微粉炭焚きボイラ設備に基づいて説明する。
【００１８】
微粉炭焚きボイラ設備１は、縦方向に設置され矩形断面を有する燃焼炉２と、この燃焼炉２の矩形断面の対向する壁面２Ａ，２Ｂの夫々に上下方向に複数段で上下方向と直交する横方向に並設配列した複数の燃焼バーナ３と、これら燃焼バーナ３の下流側における前記対向する壁面２Ａ，２Ｂの上下方向（燃焼ガス流出方向）に直交する横方向に並設配列した複数のアフタエアノズル４と、燃焼炉出口２Ｃ近傍に設けた濃度測定手段である第１の濃度測定手段５と、燃焼炉出口２Ｃより上流側でアフタエアノズル４よりも下流側に設けた第２の濃度測定手段６と、これら第１及び第２の濃度測定手段５，６からの測定値を演算して指令を発する制御手段７と、前記アフタエアノズル４からの旋回流と縮流による空気の供給量を調整する空気流量調整機構８と、この空気流量調整機構８を前記制御手段７からの指令によって駆動する調整機構駆動手段９とを備えている。そして、これら制御手段７と空気流量調整機構８と調整機構駆動手段９とが、本発明による濃度測定手段の測定結果に基づいてアフタエアノズル４からの旋回流と縮流による空気供給量を調整する流量調整手段を構成する。
【００１９】
前記燃焼炉２には、燃焼ガスと熱交換する熱交換手段（図示せず）として蒸気発生装置（図示せず）が設けられており、この蒸気発生装置で得られた蒸気を図示しない例えば蒸気タービンに供給して回転駆動させている。
【００２０】
前記燃料バーナ３は、微粉炭と空気を噴出して燃焼させるものであり、前記アフタエアノズル４と共に図１に示すような共通の通風箱１０で囲まれて燃焼炉２の外壁側に位置している。
【００２１】
前記アフタエアノズル４は、詳細を図１に示すように、中心部に前記燃焼炉２の対向する壁面２Ａ，２Ｂに直交して開口し直進する空気ａを噴出させる第１の空気ノズルである直進空気ノズル１１を設けており、この直進空気ノズル１１の外周に同心状に配置され旋回流の空気ｂを噴出させる第２の空気ノズルである旋回流空気ノズル１２と、この旋回流空気ノズル１２の開口部近傍の外周に同心状に配置され縮流の空気ｃを噴出する第３のノズルである縮流空気ノズル１３と、この縮流空気ノズル１３の開口と壁面２Ａ，２Ｂ間に設けられた水管１４とを備えている。尚、第２の空気ノズルは、本発明による空気を旋回流として供給する第１の手段であり、第３の空気ノズルは、本発明による空気を縮流として供給する第２の手段となる。
【００２２】
前記直進空気ノズル１１，旋回流空気ノズル１２，縮流空気ノズル１３の夫々は、ノズル先端とは反対側に空気量調整機構である開閉弁１５，１７，１９で空気流量を調節される空気取入口１６，１８，２０が設けられている。そして、開閉弁１７，１９は調整機構駆動手段である例えば電磁駆動機構２１，２２によって開閉駆動される。また、前記旋回流空気ノズル１２の空気取入口１６の近傍には空気レジスタ２３が軸２４を介して支持されており、空気レジスタ２３を空気取入方向に対して角度を持たせることで取入れられた空気に旋回力が付与されるのである。
【００２３】
ところで、通風箱１０内に供給される空気は、燃焼バーナ３で消費される空気量とアフタエアノズル４で消費される空気量とに分配され、さらに、アフタエアノズル４の取入れられる空気は、開閉弁１５，１７，１９によって直進空気ノズル１１，旋回流空気ノズル１２，縮流空気ノズル１３で消費される空気量に分配される。
【００２４】
前記燃焼炉出口２Ｃ近傍に設けた第１の濃度測定手段５は、ＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘ濃度測定器２５とＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度測定器２６とからなり、測定された各濃度は制御手段７に出力される。また、前記燃焼炉出口２Ｃより上流側でアフタエアノズル４よりも下流側に設けた第２の濃度測定手段６は、ＣＯ濃度測定器であり、同様に測定されたＣＯ濃度は制御手段７に出力される。
【００２５】
上記構成の微粉炭焚きボイラ設備１を運転する場合、燃焼バーナ３から微粉炭とそれを燃焼させるために必要な空気を混合した燃料を噴出させて燃焼する。空気の混合量は、微粉炭を不完全燃焼させて燃焼温度を低くしてＮＯｘの生成を抑えるために、微粉炭を完全燃焼させるのに必要な空気量（理論空気量）に対して少なくし、空気比（供給する空気量／理論空気量）０．７〜０．９で運用する。燃焼バーナ３から噴出して燃焼した不完全燃焼ガスＧ１は、ＮＯｘが生成されてもＮＨ３やＣＮなどの還元ガスによりＮ２に還元されるために、ＮＯｘ濃度が抑えられる。一方、燃焼バーナ３からの不完全燃焼ガスＧ１により、ＣＯが生成され易くなる。
【００２６】
そこで、アフタエアノズル４から、不完全燃焼ガスＧ１（未燃焼分と燃焼分）中のＣＯなどの可燃成分を燃焼させてＣＯの生成を抑制するために、燃焼空気ｄを供給する。このとき、燃焼炉２全体の空気比は、例えば１．１〜１．２で運用する。ここで、空気比が１を超える空気過剰状態で燃焼炉内温度が約１５００℃を超える場合には、熱ＮＯｘが生成されやすくなる。特に、燃焼空気ｄと不完全燃焼ガスＧ１とを急激に混合して燃焼させると、熱ＮＯｘが生成されるので、その場合には、直進空気ノズル１１から直進する空気ａと旋回流空気ノズル１２から旋回流の空気ｂとを供給してアフタエアノズル４からは、旋回流とした燃焼空気ｄを供給し、この旋回流による燃焼空気ｄと不完全燃焼ガスＧ１との混合を緩慢にして完全燃焼させ、燃焼ガスＧ２内の熱ＮＯｘの生成を抑制するのである。勿論、その時、旋回流空気ノズル１２は、開閉弁１７開いて空気取入口１８からの空気導入量を多くし、縮流空気ノズル１３は、開閉弁１９を閉じて空気取入口２０からの空気導入量を制限する。これらは、燃焼炉２内のＣＯ濃度をＣＯ濃度測定器６，２６で測定し、それを制御手段７に出力し、制御手段７からの指令により測定されたＣＯ濃度に応じて開閉弁１７,１９の開度を調整する。開閉弁１７,１９の開度調整によって、旋回流の空気供給量を調整し、旋回流による燃焼空気ｄと不完全燃焼ガスＧ１との緩慢混合の度合いを最適なものとしている。
【００２７】
ところで、上述のように、燃焼バーナ３とアフタエアノズル４とは、矩形断面の対向する壁面２Ａ，２Ｂに横方向に複数並設配列している。このような配列において、特に、燃焼バーナ３からの不完全燃焼ガスＧ１は、図３に示すように、隣接するアフタエアノズル４の間や端部に配置されたアフタエアノズル４の端をすり抜けて上昇する流れが存在し、これがアフタエアノズル４からの旋回流による燃焼空気ｄと十分に混合せず、燃焼炉出口２Ｃに至る。このような場合には、燃焼炉出口２Ｃにおいて燃焼ガスＧ２中のＣＯ濃度をＣＯ濃度測定器２６で検出し、ＣＯ濃度が高い場合には、制御手段７によって旋回流空気ノズル１２からの空気供給量を開閉弁１７で絞り、縮流空気ノズル１３の空気供給量を開閉弁１９を開いて多くすることで、アフタエアノズル４からの燃焼空気ｄを縮流として不完全燃焼ガスＧ１との混合を促進させ、完全燃焼に近づけてＣＯ濃度を低減するのである。
【００２８】
具体的に図４を用いて説明する。図４は、図２のＡ−Ａ線に沿うアフタエアノズル４の配置を示すもので、燃焼バーナからの不完全燃焼ガスは、２点鎖線で示すように、配列されたアフタエアノズル４の隣接間の領域Ｓ１やアフタエアノズル４の端部の領域Ｓ２を通過することがある。そして、アフタエアノズル４の隣接間の領域Ｓ１よりもアフタエアノズル４の端部の領域Ｓ２が広い。
【００２９】
そこで、アフタエアノズル４の直ぐ下流側で燃焼炉２の４隅の前記領域Ｓ２にＣＯ濃度測定器６を設け、このＣＯ濃度測定器６によって高濃度のＣＯが検出された場合、縮流空気ノズル１３から縮流の空気ｃを供給してアフタエアノズル４からの燃焼空気ｄを縮流とする。縮流の燃焼空気ｄを噴出させることで、アフタエアノズル４の先端近傍に、縮流に伴う副流ｅが発生し、これが前記領域Ｓ１，Ｓ２を通過する不完全燃焼ガスＧ１を巻き込んで撹拌混合するので、通過する不完全燃焼ガスＧ１の領域をＳ３，Ｓ４のように縮小できる。その結果、不完全燃焼ガスＧ１を効果的に燃焼させＣＯの生成を抑制することができる。また、図２において、燃焼炉出口２Ｃに設置したＣＯ濃度測定器２６とＮＯｘ濃度測定器２５も、ＣＯ濃度測定器６に対向する燃焼炉出口２Ｃの４隅に設けることが望ましい。
【００３０】
ところで、配列された隣接アフタエアノズル４間はそもそも狭く、領域Ｓ１も狭いので、領域Ｓ２のみのＣＯの生成を抑制したい場合がある。そのような場合には、図５に示すように、配列された端部のアフタエアノズル４からのみ縮流による燃焼空気ｄを噴出し、それ以外のアフタエアノズル４からは旋回流による燃焼空気ｄを噴出させることで、燃焼炉２の４隅における領域Ｓ４を縮小することができる。
【００３１】
図６は、微粉炭の種類によって変化するＮＯｘ濃度とＣＯ濃度との関係を示すものである。揮発分が多い石炭、例えば燃料比（固定炭素／揮発分）１．１以下の褐炭や亜瀝青炭では、ＣＯ濃度は高いがＮＯｘ濃度は低い。これは、石炭燃焼の初期時にガス中に放出される揮発分が多く、燃焼バーナ３での燃焼時にＣＯが生成し易いためである。一方、固定炭素の多い石炭、例えば燃料比２以上の一部の瀝青炭や無煙炭では、ＣＯ濃度は低いがＮＯｘ濃度は高い。これは固体炭素が多く、発熱量が高いためにアフタエアノズル４からの燃焼空気ｄとの混合で燃焼温度が上昇することで熱ＮＯｘが生成されるためである。
【００３２】
したがって、ＣＯ濃度が高い石炭を燃料とする場合には、アフタエアノズル４から縮流による燃焼空気ｄを供給し、熱ＮＯｘ濃度が高くなる石炭を燃料とする場合には、旋回流による燃焼空気ｄを供給することで、各濃度を低減させる必要がある。図６から明らかなように、石炭の燃料比１．６を基準としてＮＯｘ濃度とＣＯ濃度とが共に低くなるので、微粉炭焚きボイラ設備１においては、アフタエアノズル４から噴出する燃焼空気ｄを旋回流と縮流に切替える指令を、石炭の燃料比１．６を規準として判断するように前記制御手段７に記憶させておくことが望ましい。
【００３３】
このように、ＣＯ濃度とＮＯｘ濃度とは、相反する事象であり、ＣＯ濃度を抑制してもＮＯｘ濃度が増加する傾向がある。そこで、ＣＯ濃度が高い場合には、まず、燃焼炉４の配列した端部に位置するアフタエアノズル４から中間部に向かって順番に旋回流による燃焼空気ｄを縮流に切替えてゆき、ＣＯ濃度とＮＯｘ濃度とが共に低くなったところで燃焼空気ｄの旋回流と縮流との割合を固定することが望ましい。反対に、ＮＯｘ濃度が高い場合には、その逆操作を行って配列の中間部から端部に向かって順番に縮流から旋回流に切替えることで、ＣＯ濃度とＮＯｘ濃度とをバランスよく低減することができる。
【００３４】
尚、図４及び図５において、配列した端部に位置するアフタエアノズル４近傍、云い代えれば燃焼炉２の４隅にガス流のすり抜けの広い領域Ｓ２が存在するので、その４隅のＣＯ濃度を低減させることが重要となり、それらの領域Ｓ２に優先的に縮流による燃焼空気ｄを供給することが重要である。
【００３５】
そこで、直進空気ノズル１１と旋回流空気ノズル１２とを備えた既存のボイラ設備においては、図６に示すように、燃焼炉２の４隅に近いアフタエアノズル４にのみ、縮流空気ノズル１３を追加させることで、最小限の改造作業と改造費用でＣＯ濃度を低減させることができる。
【００３６】
図７は、微粉炭の種類によって変化するＮＯｘ濃度とＣＯ濃度との関係を示すものである。揮発分が多い石炭、例えば燃料比（固定炭素／揮発分）１．１以下の褐炭や亜瀝青炭では、ＣＯ濃度は高いがＮＯｘ濃度は低い。これは、石炭燃焼の初期時にガス中に放出される揮発分が多く、燃焼バーナ３での燃焼時にＣＯが生成し易いためである。一方、固定炭素の多い石炭、例えば燃料比２以上の一部の瀝青炭や無煙炭では、ＣＯ濃度は低いがＮＯｘ濃度は高い。これは固定炭素が多く、発熱量が高いためにアフタエアノズル４からの燃焼空気ｄとの混合で燃焼温度が上昇することで熱ＮＯｘが生成されるためである。
【００３７】
したがって、ＣＯ濃度が高い石炭を燃料とする場合には、アフタエアノズル４から宿流による燃焼空気ｄを供給し、熱ＮＯｘ濃度が高くなる石炭を燃料とする場合には、旋回流による燃焼空気ｄを供給することで、各濃度を低減させる必要がある。図７から明らかなように、石炭の燃料比１.６を基準としてＮＯｘ濃度とＣＯ濃度とは共に低くなるので、微粉炭焚きボイラ設備１においては、アフタエアノズル４から噴出する燃焼空気ｄを旋回流と縮流に切替える指令を、石炭の燃料比１．６を基準として判断するように前記制御手段７に記憶させておくことが望ましい。
【００３８】
また、図７に示すように、ＮＯｘ濃度とＣＯ濃度とは、相反する事象であり、ＣＯ濃度を抑制してもＮＯｘ濃度が増加する傾向にある。そこで、ＣＯ濃度が高い場合には、まず、燃焼炉４の壁面２Ａ，２Ｂに横方向に配列した複数のアフタエアノズル４の端部から中間部に向かって順番に旋回流による燃焼空気ｄを縮流による燃焼空気ｄに切替えて行き、ＣＯ濃度とＮＯｘ濃度が共に低くなったところで燃焼空気ｄの旋回流と縮流との割合を固定することが望ましい。反対に、ＮＯｘ濃度が高い場合には、その逆の操作を行って配列の中間部から端部に向かって順番に縮流から旋回流に切替えることで、ＮＯｘ濃度とＣＯ濃度とをバランスよく低減することができる。
【００３９】
図８は、本発明の実施の形態によるＣＯ濃度とＮＯｘ濃度の低減工程を示す。ここで、ＣＯ濃度とＮＯｘ濃度の測定は、燃焼炉出口２Ｃに設けたＣＯ濃度測定器２６とＮＯｘ濃度測定器２５に基づき、さらに一例として、ＣＯ濃度の上限値を２００ｐｐｍ、ＮＯｘ濃度の上限値を１５０ｐｐｍとしている。
【００４０】
微粉炭焚きボイラ設備１の運転開始と共に、監視を開始させ、燃焼炉出口２ＣのＣＯ濃度とＮＯｘ濃度を測定する。測定の結果、通常はあり得ないが、ＣＯ濃度とＮＯｘ濃度とが共に上限値を超えている場合には、アフタエアノズル４の調整だけでは両濃度の低減は困難なので運転を中止し、微粉炭焚きボイラ設備１の仕様全体等の見直しを行う必要がある。次に、ＣＯ濃度が上限値を超え、ＮＯｘ濃度が上限値以下の場合には、ＣＯ濃度低減策に進み、ＣＯ濃度が上限値以下で、ＮＯｘ濃度が上限値を超える場合には、ＮＯｘ濃度低減策に進む。そして、ＣＯ濃度とＮＯｘ濃度とが共に上限値以下の場合には、監視開始に戻り、ＣＯ濃度とＮＯｘ濃度の測定を継続する。
【００４１】
前記ＣＯ濃度低減策は、図９に示すように、旋回流空気ノズル１２の開閉弁１７を電磁駆動機構２１によって絞り、縮流空気ノズル１３の開閉弁１９を電磁駆動機構２２で開いて行く。旋回流空気ノズル１２からの空気供給量の減少分が縮流空気ノズル１３からの空気供給量の増加分となり、アフタエアノズル４からの総空気供給量は一定に保たれる。
【００４２】
工程(１)は、配列した複数のアフタエアノズル４の端部に位置するアフタエアノズル４を対象に縮流による空気供給量を増加させ、その状態で図８の監視開始に戻り、ＣＯ濃度とＮＯｘ濃度の測定を行う。それでもなおＣＯ濃度が上限値を超えＮＯｘ濃度が上限値以下の場合には、工程（２）に進み、端から２番目のアフタエアノズル４からの縮流による空気供給量を増加させる。このように、端から中間部に向かってアフタエアノズル４からの縮流による空気供給量を増加させてゆき、ＣＯ濃度とＮＯｘ濃度とが上限値以下になったところで、旋回流と縮流による空気供給量を固定する。
【００４３】
また、前記ＮＯｘ濃度低減策は、図１０に示すように、旋回流空気ノズル１２の開閉弁１７を電磁駆動機構２１によって開き、縮流空気ノズル１３の開閉弁１９を電磁駆動機構２２で絞ってゆく。旋回流空気ノズル１２からの空気供給量の増加分が縮流空気ノズル１３からの空気供給量の減少分となり、アフタエアノズル４からの総空気供給量は一定に保たれる。
【００４４】
工程(１)は、配列した複数のアフタエアノズル４の中間部に位置するアフタエアノズル４を対象に旋回流による空気供給量を増加させ、その状態で図８の監視開始に戻り、ＣＯ濃度とＮＯｘ濃度の測定を行う。それでもなおＮＯｘ濃度が上限値を超えＣＯ濃度が上限値以下の場合には、工程（２）に進み、中間部から外側に２番目のアフタエアノズル４からの旋回流による空気供給量を増加させる。このように、中間部から端部に向かってアフタエアノズル４からの旋回流による空気供給量を増加させてゆき、ＣＯ濃度とＮＯｘ濃度とが上限値以下になったところで、旋回流と縮流による空気供給量を固定する。
【００４５】
以上説明したように本発明による実施の形態によれば、ＣＯ濃度とＮＯｘ濃度とを測定し、それに基づいて旋回流と縮流による空気供給量を調整することで、ＮＯｘ濃度とＣＯ濃度をバランスよく低減させることができる微粉炭焚きボイラ設備を得ることができる。
【００４６】
ところで、本発明によるボイラ設備は、微粉炭焚きボイラ設備に特定されるものではなく、ＣＯとＮＯｘとが生成される燃料を使用したボイラ設備にも適用できることは云うまでもない。
【００４７】
さらに、前記実施の形態によれば、燃焼炉２の断面は矩形断面であり、その対向する壁面２Ａ，２Ｂに夫々燃焼バーナ３とアフタエアノズル４を設けたが、断面が円形あるいは楕円、さらには矩形断面の角部を曲面にした燃焼炉にも適用できる。また、燃焼炉２は縦方向に設置したものであるが、横方向に設置したものについても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明によるボイラ設備の一実施の形態である微粉炭焚きボイラ設備におけるアフタエアノズルを示す縦断側面図。
【図２】本発明によるボイラ設備の一実施の形態である微粉炭焚きボイラ設備を示すブロック図。
【図３】本発明によるボイラ設備の一実施の形態である微粉炭焚きボイラ設備における燃焼炉を示す縦断正面図。
【図４】図２のＡ−Ａ線に沿う横断面図。
【図５】図４における空気の噴出状態の別の例を示す横断面図。
【図６】既存のボイラ設備を改造して本発明によるボイラ設備としたアフタエアノズルの横断面図。
【図７】微粉炭の種類（燃料比）によって変化するＮＯｘ濃度とＣＯ濃度との関係を示す線図。
【図８】本発明による微粉炭焚きボイラ設備におけるＮＯｘ濃度とＣＯ濃度との測定と低減策の手順を示すフローチャート図。
【図９】図８に示すフローによるＣＯ濃度の低減手順を示す説明図。
【図１０】図８に示すフローによるＮＯｘ濃度の低減手順を示す説明図。
【符号の説明】
【００４９】
１…微粉炭焚きボイラ設備、２…燃焼炉、２Ａ，２Ｂ…壁面、２Ｃ…燃焼炉出口、３…燃焼バーナ、４…アフタエアノズル、５…第１の濃度測定手段、６…第２の濃度測定手段（ＣＯ濃度測定器）、７…制御手段、８…空気流量調整機構、９…調整機構駆動手段、１０…通風箱、１１…直進空気ノズル、１２…旋回流空気ノズル、１３…縮流空気ノズル、１４…水管、１５，１７，１９…開閉弁、１６，１８，２０…空気取入口、２１，２２…電磁駆動機構、２３…空気レジスタ、２５…ＮＯｘ濃度測定器、２６…ＣＯ濃度測定器。
【図１】
0004664179.tif 000002
【図２】
0004664179.tif 000003
【図３】
0004664179.tif 000004
【図４】
0004664179.tif 000005
【図５】
0004664179.tif 000006
【図６】
0004664179.tif 000007
【図７】
0004664179.tif 000008
【図８】
0004664179.tif 000009
【図９】
0004664179.tif 000010
【図１０】
0004664179.tif 000011