(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、
高灰融点燃料と燃焼用空気を混合した第１燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流を形成する第１燃焼バーナと、
低灰融点燃料と燃焼用空気を混合した第２燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで前記第１火炎旋回流と旋回径の相違する第２火炎旋回流を形成する第２燃焼バーナと、
を有し、
前記第１火炎旋回流の旋回径より前記第２火炎旋回流の旋回径が小さく設定される、
ことを特徴とするボイラ。
【請求項２】
前記第２燃焼バーナは、前記第１燃焼バーナより燃料ガスを前記火炉の中心側に向けて吹き込むことを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
【請求項３】
前記火炉は、四角筒形状をなし、前記第１燃焼バーナは、前記第２燃焼バーナより前記火炉の角部側に配置されることを特徴とする請求項２に記載のボイラ。
【請求項４】
前記第１燃焼バーナが前記第２燃焼バーナより上方側に配置され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】
前記第２燃焼バーナが前記第１燃焼バーナより上方側に配置され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６】
前記第１燃焼バーナと前記第２燃焼バーナの少なくとも一方が複数設けられるとき、前記第１燃焼バーナと前記第２燃焼バーナが上下方向に交互に配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のボイラ。
【請求項７】
前記第１燃焼バーナ及び前記第２燃焼バーナの燃料ガスの吹き込み方向を水平方向に調整する調整装置が設けられることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のボイラ。
【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ボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の石炭焚きボイラは、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に沿って配設されると共に、上下方向に複数段にわたって配置されている。この燃焼バーナは、石炭が粉砕された微粉炭（燃料）と１次空気との混合気が供給されると共に、高温の２次空気が供給され、この混合気と２次空気を火炉内に吹き込むことで火炎を形成し、この火炉内で燃焼可能となっている。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するための過熱器、再熱器、節炭器などが設けられており、火炉での燃焼により発生した排ガスと水との間で熱交換が行われ、蒸気を生成することができる。
【０００３】
このような石炭焚きボイラにて、燃焼バーナは、微粉炭器から供給された微粉炭と空気との混合気を火炉内に吹き込むことで火炎を形成している。この微粉炭は、石炭を粉砕して生成するものであるが、種類によりスラッギング性（灰融点）が異なる。特に、高スラッギング性（低灰融点）を有する石炭を使用した場合、燃焼バーナの先端部や火炉の内壁面に溶融灰が付着し、伝熱性能の低下、大塊クリンカの落下による火炉損傷、燃焼バーナにおけるノズル部の閉塞などの問題が発生してしまう。
【０００４】
このような問題を解決するものとして、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載されたボイラは、火炉内に向けて低スラッギング性の固体燃料と空気を混合した第１燃料ガスを吹き込んで火炎を形成する上段の第１燃焼バーナと、火炉内に向けて高スラッギング性の固体燃料と空気を混合した第２燃料ガスを吹き込んで火炎を形成する下段の第２燃焼バーナを設けたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−０９５５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したボイラは、火炉の上段側に低スラッギング性の第１燃料ガスを吹き込み、火炉の下段側に高スラッギング性の第２燃料ガスを吹き込むため、火炉における熱負荷の高い領域に低スラッギング性の第１燃料ガスが供給され、燃焼バーナの先端部や火炉壁におけるスラッギングの発生を抑制することができる。
【０００７】
ところが、上段で燃焼した低スラッギング性の第１燃料ガスを起因とする溶融灰と、下段側で燃焼した高スラッギング性の第２燃料ガスを起因とする溶融灰は、結果として、火炉内を上昇する。そのため、高スラッギング性の溶融灰が起点となって低スラッギング性の溶融灰を取り込み、燃焼バーナの先端部や火炉壁への灰付着が発生するおそれがある。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するものであり、スラッギング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】
【０００９】
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、高灰融点燃料と燃焼用空気を混合した第１燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流を形成する第１燃焼バーナと、低灰融点燃料と燃焼用空気を混合した第２燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで前記第１火炎旋回流と旋回径の相違する第２火炎旋回流を形成する第２燃焼バーナと、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
従って、第１燃焼バーナは、高灰融点燃料を含む第１燃料ガスを火炉内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流を形成し、第２燃焼バーナは、低灰融点燃料を含む第２燃料ガスを火炉内に向けて吹き込むことで第２火炎旋回流を形成する。このとき、第１火炎旋回流と第２火炎旋回流の旋回径が相違することから、高灰融点燃料の燃焼領域と低灰融点燃料の燃焼領域が火炎旋回流の径方向にずれることとなる。そのため、低灰融点燃料の灰に高灰融点燃料の灰が取り込まれにくくなり、灰の成長を抑制することで、燃焼バーナの先端部や火炉壁におけるスラッギングの発生を抑制することができる。
【００１１】
本発明のボイラでは、前記第１火炎旋回流の旋回径より前記第２火炎旋回流の旋回径が小さく設定されることを特徴としている。
【００１２】
従って、高灰融点燃料の燃焼領域の内側に低灰融点燃料の燃焼領域が形成されることとなり、低灰融点燃料の燃焼によって生成された灰が火炉壁から離間することとなり、火炉壁におけるスラッギングの発生を抑制することができる。
【００１３】
本発明のボイラでは、前記第２燃焼バーナは、前記第１燃焼バーナより燃料ガスを前記火炉の中心側に向けて吹き込むことを特徴としている。
【００１４】
従って、簡単な構成で、容易に高灰融点燃料の燃焼領域の内側に低灰融点燃料の燃焼領域を形成することができ、低灰融点燃料の燃焼によって生成された灰の火炉壁への付着を抑制することができる。
【００１５】
本発明のボイラでは、前記火炉は、四角筒形状をなし、前記第１燃焼バーナは、前記第２燃焼バーナより前記火炉の角部側に配置されることを特徴としている。
【００１６】
従って、第１、第２燃焼バーナの構造を同様とし、配置位置を異ならせることで、容易に高灰融点燃料の燃焼領域の内側に低灰融点燃料の燃焼領域を形成することができる。
【００１７】
本発明のボイラでは、前記第１燃焼バーナが前記第２燃焼バーナより上方側に配置されることを特徴としている。
【００１８】
従って、火炉内における鉛直方向の熱流束分布を考えると、上方側で熱流束が高いものとなっており、スラッギングが発生しやすい。そこで、上方側に高灰融点燃料を吹き込むことで第１火炎流を形成し、下方側に低灰融点燃料を吹き込むことで第２火炎流を形成している。そのため、異なるスラッギング性の燃料をこのスラッギング性に見合った位置で燃焼させることとなり、燃焼バーナの先端部や火炉壁への灰付着を抑制することができる。
【００１９】
本発明のボイラでは、前記第２燃焼バーナが前記第１燃焼バーナより上方側に配置されることを特徴としている。
【００２０】
従って、高灰融点燃料の吹き込み量が低灰融点燃料の吹き込み量より多いとき、上方側に低灰融点燃料を吹き込み、下方側に高灰融点燃料を吹き込むと、吹き込み量が多い高灰融点燃料の燃焼時間を長く確保することができ、燃焼性を向上することができる。
【００２１】
本発明のボイラでは、前記第１燃焼バーナと前記第２燃焼バーナの少なくとも一方が複数設けられるとき、前記第１燃焼バーナと前記第２燃焼バーナが上下方向に交互に配置されることを特徴としている。
【００２２】
従って、高灰融点燃料の燃焼領域と低灰融点燃料の燃焼領域上下方向に交互に形成されることとなり、燃焼しにくい燃料が含まれていたとき、その燃焼性を向上することができる。
【００２３】
本発明のボイラでは、前記第１燃焼バーナ及び前記第２燃焼バーナの燃料ガスの吹き込み方向を水平方向に調整する調整装置が設けられることを特徴としている。
【００２４】
従って、燃料の種類や混合比率に応じて、調整装置により各燃焼バーナによる燃料ガスの吹き込み方向を調整すればよく、第１、第２燃焼バーナの構造を同様とすることで、製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のボイラによれば、高灰融点燃料を含む第１燃料ガスを火炉内に向けて吹き込むことで形成した第１火炎旋回流と、低灰融点燃料を含む第２燃料ガスを火炉内に向けて吹き込むことで形成した第２火炎旋回流との旋回径を相違させるので、低灰融点燃料の灰に高灰融点燃料の灰が取り込まれにくくなり、灰の成長を抑制することで、燃焼バーナの先端部や火炉壁におけるスラッギングの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、第１実施形態の石炭焚きボイラを表す概略構成図である。
【図２】図２は、第１燃焼バーナの平面図である。
【図３】図３は、第２燃焼バーナの平面図である。
【図４】図４は、第２燃焼バーナの変形例を表す平面図である。
【図５】図５は、火炉内での火炎旋回流を表す概略図である。
【図６】図６は、第２実施形態の石炭焚きボイラを表す概略構成図である。
【図７】図７は、火炉内での火炎旋回流を表す概略図である。
【図８】図８は、第３実施形態の石炭焚きボイラを表す概略構成図である。
【図９】図９は、燃焼バーナの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の石炭焚きボイラを表す概略構成図、図２は、第１燃焼バーナの平面図、図３は、第２燃焼バーナの平面図、図４は、第２燃焼バーナの変形例を表す平面図、図５は、火炉内での火炎旋回流を表す概略図である。
【００２９】
第１実施形態のボイラは、石炭（瀝青炭、亜瀝青炭など）を粉砕した微粉炭を微粉燃料（固体燃料）として用い、この微粉炭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微粉炭焚きボイラである。
【００３０】
第１実施形態において、図１に示すように、石炭焚きボイラ１０は、コンベンショナルボイラであって、火炉１１と燃焼装置１２とを有している。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。
【００３１】
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２１，２２，２３，２４，２５を有している。本実施形態にて、この燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５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５セット、つまり、５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。
【００３２】
上段側に配置された第１燃焼バーナ２１，２２は、微粉炭供給管２６，２７を介して微粉炭機（ミル）３１，３２に連結されている。この微粉炭機３１，３２は、図示しないが、ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって粉砕テーブルが駆動回転可能に支持され、この粉砕テーブルの上方に複数の粉砕ローラが粉砕テーブルの回転に連動して回転可能に支持されて構成されている。従って、石炭が複数の粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に投入されると、ここで所定の大きさまで粉砕され、搬送用空気（１次空気）により分級された微粉炭を微粉炭供給管２６，２７から第１燃焼バーナ２１，２２に供給することができる。
【００３３】
また、下段側に配置された第２燃焼バーナ２３，２４，２５は、微粉炭供給管２８，２９，３０を介して微粉炭機（ミル）３３，３４，３５に連結されている。この微粉炭機３３，３４，３５は、図示しないが、ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって粉砕テーブルが駆動回転可能に支持され、この粉砕テーブルの上方に複数の粉砕ローラが粉砕テーブルの回転に連動して回転可能に支持されて構成されている。従って、石炭が複数の粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に投入されると、ここで所定の大きさまで粉砕され、搬送用空気（１次空気）により分級された微粉炭供給管２８，２９，３０から第２燃焼バーナ２３，２４，２５に供給することができる。
【００３４】
そして、火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置に風箱３６が設けられており、この風箱３６に空気ダクト３７の一端部が連結されており、この空気ダクト３７は、他端部に送風機３８が装着されている。更に、火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置より上方にアディショナル空気ノズル３９が設けられており、このアディショナル空気ノズル３９に空気ダクト３７から分岐した分岐空気ダクト４０の端部が連結されている。従って、送風機３８により送られた燃焼用空気（２次空気）を空気ダクト３７から風箱３６に供給し、この風箱３６から各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができると共に、送風機３８により送られた燃焼用空気（追加空気）を分岐空気ダクト４０からアディショナル空気ノズル３９に供給することができる。
【００３５】
火炉１１は、上部に煙道５０が連結されており、この煙道５０に、排ガスの熱を回収するための過熱器（スーパーヒータ）５１，５２，５３、再熱器（リヒータ）５４，５５、節炭器（エコノマイザ）５６，５７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。
【００３６】
煙道５０は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出されるガスダクト５８が連結されている。このガスダクト５８は、空気ダクト３７との間にエアヒータ５９が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、ガスダクト５８を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給する燃焼用空気を昇温することができる。
【００３７】
なお、ガスダクト５８は、図示しないが、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。
【００３８】
ところで、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭と空気とを混合した微粉燃料を火炉１１内に吹き込むことで火炎を形成しているが、使用する石炭の種類によりスラッギング性、つまり、灰の溶融温度（灰融点）が異なり、低灰融点の石炭を使用した場合、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の先端部や火炉１１の内壁面に溶融灰が付着しやすくなる。
【００３９】
そのため、第１実施形態では、第１燃焼バーナ２１，２２が高灰融点微粉炭（高灰融点燃料）と燃焼用空気を混合した第１微粉炭混合気（第１燃料ガス）を火炉１１内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流を形成し、第２燃焼バーナ２３，２４，２５が低灰融点微粉炭（低灰融点燃料）と燃焼用空気を混合した第２微粉炭混合気（第２燃料ガス）を火炉１１内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流と旋回径の相違する第２火炎旋回流を形成するようにしている。具体的には、第１火炎旋回流の旋回径より第２火炎旋回流の旋回径が小さくなるように設定している。
【００４０】
そのため、第２燃焼バーナ２３，２４，２５は、第１燃焼バーナ２１，２２より微粉炭混合気を火炉１１の中心側に向けて吹き込むようにしている。この場合、第１燃焼バーナ２１，２２は、第２燃焼バーナ２３，２４，２５より火炉１１の角部側に配置されることとなる。また、第１燃焼バーナ２１，２２が第２燃焼バーナ２３，２４，２５より上方側に配置されている。
【００４１】
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を構成する第１燃焼バーナ２１，２２と第２燃焼バーナ２３，２４，２５は、それぞれほぼ同様の構成をなしていることから、第１燃焼バーナ２１と第２燃焼バーナ２３を代表して説明する。
【００４２】
第１燃焼バーナ２１（２２）は、図２に示すように、火炉１１における４つの壁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２６から分岐した各分岐管２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが連結されると共に、空気ダクト３７から分岐した各分岐管３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが連結されている。
【００４３】
また、第２燃焼バーナ２３（２４，２５）は、図３に示すように、火炉１１における４つの壁部にそれぞれ設けられる燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄから構成されている。各燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、微粉炭供給管２８から分岐した各分岐管２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄが連結されると共に、空気ダクト３７から分岐した各分岐管３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが連結されている。
【００４４】
ここで、図２及び図３に示すように、第１燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、第２燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄより火炉１１の角部側に配置されている。逆に言えば、第２燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、第１燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄより燃料ガスを火炉１１の中心Ｏ（中心線Ｌ）側に配置されている。
【００４５】
そのため、第１燃焼バーナ２１にて、各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、火炉１１に対して、高灰融点微粉炭と搬送用空気が混合した第１微粉炭混合気を吹き込むと共に、その第１微粉炭混合気の外側に燃焼用空気を吹き込む。そして、この第１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の上方から見て（図２にて）反時計周り方向に旋回する第１火炎旋回流Ｃ１となる。また、第２燃焼バーナ２３にて、各燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、火炉１１に対して、低灰融点微粉炭と搬送用空気が混合した第２微粉炭混合気を吹き込むと共に、その第２微粉炭混合気の外側に燃焼用空気を吹き込む。そして、この第２微粉炭混合気に着火することで、４つの火炎Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４を形成することができ、この火炎Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４は、火炉１１の上方から見て（図３にて）反時計周り方向に旋回する第２火炎旋回流Ｃ２となる。
【００４６】
ここで、第２燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄからの第２微粉炭混合気は、第１燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの第１微粉炭混合気より火炉１１の中心Ｏ側に向けて吹き込む。そのため、第１火炎旋回流Ｃ１の旋回径より、第２火炎旋回流Ｃ２の旋回径が小さくなる。
【００４７】
なお、低スラッギング性を有する高灰融点燃料とは、灰溶融温度（灰融点）が１２００度以上の燃料であると規定され、高スラッギング性を有する低灰融点燃料とは、灰溶融温度（灰融点）が１２００度より低い燃料であると規定される。第１実施形態では、低スラッギング性の固体燃料として瀝青炭の微粉燃料を使用し、高スラッギング性の固体燃料として亜瀝青炭の微粉燃料を使用する。但し、適用される燃料の種類は、この瀝青炭や亜瀝青炭に限定されるものではない。例えば、低スラッギング性を有する高灰融点燃料は、瀝青炭以外に無煙炭や半無煙炭などがある。一方、高スラッギング性を有する低灰融点燃料は亜瀝青炭以外に、水分や酸素の多い褐炭や亜炭、泥炭、コークス、バイオマスなどがある。
【００４８】
また、第１実施形態では、使用する石炭における低スラッギング性を有する高灰融点燃料と高スラッギング性を有する低灰融点燃料との混合割合に応じて第１燃焼バーナと第２燃焼バーナの使用割合が設定される。本実施形態では、使用する石炭における低スラッギング性を有する高灰融点燃料の割合が４０％で、高スラッギング性を有する低灰融点燃料の割合が６０％である。そのため、上段側の第１燃焼バーナ２１，２２を低スラッギング性を有する高灰融点燃料用として使用し、下段の第２燃焼バーナ２３，２４，２５を高スラッギング性を有する低灰融点燃料用として使用する。
【００４９】
なお、この実施形態では、第１燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを第２燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄより火炉１１の角部側に配置することで、第１火炎旋回流Ｃ１の旋回径より第２火炎旋回流Ｃ２の旋回径を小さくしたが、この構成に限定されるものではない。
【００５０】
例えば、図４に示すように、第２燃焼バーナ２３は、第１燃焼バーナ２１と同様の位置に、燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが配置されて構成されている。各燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、微粉炭供給管２８から分岐した各分岐管２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄが連結されると共に、空気ダクト３７から分岐した各分岐管３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが連結されている。そして、燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、第２燃料ガスの吹き込み方向が、燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄによる第１燃料ガスの吹込み方向より、火炉１１の中心Ｏ側に設定されている。即ち、第１燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄによる第１微粉炭混合気の吹込み方向は、火炉１１の隣接する壁部に平行であるが、第２燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄによる第２微粉炭混合気の吹き込み方向は、火炉１１の隣接する壁部に対して、例えば、２０度の角度に設定されている。
【００５１】
従って、各燃焼バーナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、火炉１１に対して、低灰融点微粉炭と搬送用空気が混合した第２微粉炭混合気を吹き込むと共に、その第２微粉炭混合気の外側に燃焼用空気を吹き込む。そして、この第２微粉炭混合気に着火することで、４つの火炎Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４を形成し、第２火炎旋回流Ｃ２を形成することができる。この場合、第２火炎旋回流Ｃ２の旋回径は、第１火炎旋回流Ｃ１の旋回径より小さくなる。
【００５２】
このように構成された本実施形態の石炭焚きボイラ１０において、図１に示すように、微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５が駆動すると、微粉炭機３１，３２は、高灰融点の固体燃料を粉砕し、高灰融点微粉炭を搬送用空気と共に微粉炭供給管２６，２７から第１燃焼バーナ２１，２２に供給する。また、微粉炭機３３，３４，３５は、低灰融点の固体燃料を粉砕し、生成された低灰融点微粉炭を搬送用空気と共に微粉炭供給管２８，２９，３０から第２燃焼バーナ２３，２４，２５に供給する。
【００５３】
また、加熱された燃焼用空気が空気ダクト３７から風箱３６を介して各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給されると共に、分岐空気ダクト４０からアディショナル空気ノズル３９に供給される。すると、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉炭混合気を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込み、このときに着火することで火炎を形成することができる。また、アディショナル空気ノズル３９は、追加空気を火炉１１に吹き込み、燃焼制御を行うことができる。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が生じ、この火炉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５０に排出される。
【００５４】
このとき、図５に示すように、第１燃焼バーナ２１，２２は、高灰融点微粉炭と搬送用空気とが混合した第１微粉炭混合気と燃焼用空気を火炉１１の燃焼領域Ａに吹き込み、このときに着火することでこの燃焼領域Ａに第１火炎旋回流Ｃ１を形成する。一方、第２燃焼バーナ２３，２４，２５は、低灰融点微粉炭と搬送用空気とが混合した第２微粉炭混合気と燃焼用空気を火炉１１の燃焼領域Ａに吹き込み、このときに着火することでこの燃焼領域Ａに第２火炎旋回流Ｃ２を形成する。また、アディショナル空気ノズル３９は、追加空気を火炉１１における還元領域Ｂの上方に吹き込み、燃焼制御を行う。この火炉１１は、第１、第２微粉炭混合気と燃焼用空気とが燃焼して第１、第２火炎旋回流Ｃ１，Ｃ２が生じ、燃焼領域Ａで火炎旋回流が生じると、燃焼ガス（排ガス）が旋回しながら上昇して還元領域Ｂに至る。
【００５５】
また、第１燃焼バーナ２１，２２は、高灰融点微粉炭を含む第１微粉炭混合気を燃焼領域Ａの上方に吹き込むことで、大径の第１火炎旋回流Ｃ１を形成し、第２燃焼バーナ２３，２４，２５は、低灰融点微粉炭を含む第２微粉炭混合気を燃焼領域Ａの下方に吹き込んで、小径の第２火炎旋回流Ｃ２を形成する。すると、第１火炎旋回流Ｃ１の内側に第２火炎旋回流Ｃ２が形成されることから、高灰融点燃料の燃焼領域の内側に低灰融点燃料の燃焼領域が位置することとなる。そのため、低灰融点微粉炭の灰に高灰融点微粉炭の灰が取り込まれにくくなり、低灰融点の灰の成長が抑制されることで、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の先端部や火炉壁における灰付着が抑制される。また、低灰融点微粉炭の燃焼領域が火炉１１の中央部に位置することとなり、低灰融点の灰が火炉１１の中央部を上昇することで、この点でも、火炉壁における灰付着が抑制される。
【００５６】
また、火炉１１では、空気の供給量が微粉炭の供給量に対して理論空気量未満となるように設定されることで、内部が還元雰囲気に保持される。そして、微粉炭の燃焼により発生したＮＯｘが火炉１１で還元され、その後、追加空気（アディショナルエア）が追加供給されることで微粉炭の酸化燃焼が完結され、微粉炭の燃焼によるＮＯｘの発生量が低減される。即ち、火炉１１は、燃焼バーナ２１とアディショナル空気ノズル３９との間にＮＯｘを還元する燃焼領域Ａが形成される。
【００５７】
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５６，５７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５１，５２，５３に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器５１，５２，５３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５４，５５に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。なお、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。
【００５８】
その後、煙道５０の節炭器５６，５７を通過した排ガスは、ガスダクト５８にて、図示しない脱硝装置にて、触媒によりＮＯｘなどの有害物質が除去され、電気集塵機で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。
【００５９】
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、高灰融点微粉炭と燃焼用空気を混合した第１微粉炭混合気を火炉１１内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流Ｃ１を形成する第１燃焼バーナ２１，２２と、低灰融点微粉炭と燃焼用空気を混合した第２微粉炭混合気を火炉１１内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流Ｃ１と旋回径の相違する第２火炎旋回流Ｃ２を形成する第２燃焼バーナ２３，２４，２５とを設けている。
【００６０】
従って、第１火炎旋回流Ｃ１と第２火炎旋回流Ｃ２の旋回径の相違することから、高灰融点微粉炭の燃焼領域と低灰融点微粉炭の燃焼領域が火炎旋回流の径方向にずれることとなる。そのため、低灰融点微粉炭の灰に高灰融点微粉炭の灰が取り込まれにくくなり、灰の成長を抑制することで、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の先端部や火炉壁におけるスラッギングの発生を抑制することができる。
【００６１】
第１実施形態のボイラでは、第１火炎旋回流Ｃ１の旋回径より第２火炎旋回流Ｃ２の旋回径が小さく設定されている。従って、高灰融点微粉炭の燃焼領域の内側に低灰融点微粉炭の燃焼領域が形成されることとなり、低灰融点微粉炭の燃焼によって生成された灰が火炉壁から離間することとなり、火炉壁におけるスラッギングの発生を抑制することができる。
【００６２】
第１実施形態のボイラでは、第２燃焼バーナ２３，２４，２５は、第１燃焼バーナ２１，２２より第２微粉炭混合気を火炉１１の中心側に向けて吹き込むようにしている。従って、簡単な構成で、容易に高灰融点微粉炭の燃焼領域の内側に低灰融点微粉炭の燃焼領域を形成することができ、低灰融点微粉炭の燃焼によって生成された灰の火炉壁への付着を抑制することができる。
【００６３】
第１実施形態のボイラでは、第１燃焼バーナ２１，２２を第２燃焼バーナ２３，２４，２５より火炉１１の角部側に配置している。従って、第１、第２燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の構造を同様とし、配置位置を異ならせるだけで、容易に高灰融点微粉炭の燃焼領域の内側に低灰融点微粉炭の燃焼領域を形成することができる。
【００６４】
第１実施形態のボイラでは、第１燃焼バーナ２１，２２を第２燃焼バーナ２３，２４，２５より上方側に配置している。火炉１１内における鉛直方向の熱流束分布を考えると、上方側で熱流束が高いものとなっており、スラッギングが発生しやすい。そのため、上方側に高灰融点微粉炭を吹き込むことで第１火炎旋回流Ｃ１を形成し、下方側に低灰融点微粉炭を吹き込むことで第２火炎旋回流Ｃ２を形成している。そのため、異なるスラッギング性の燃料をスラッギング性に見合った位置（温度）で燃焼させることとなり、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の先端部や火炉壁への灰付着を抑制することができる。
【００６５】
［第２実施形態］
図６は、第２実施形態の石炭焚きボイラを表す概略構成図、図７は、火炉内での火炎旋回流を表す概略図である。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。
【００６６】
第２実施形態において、図６に示すように、石炭焚きボイラ１００は、コンベンショナルボイラであって、火炉１１と燃焼装置１０１とを有している。燃焼装置１０１は、複数の燃焼バーナ１１１，１１２，１１３，１１４，１１５を有している。上段側に配置された第２燃焼バーナ１１１，１１２は、微粉炭供給管２６，２７を介して微粉炭機３１，３２に連結されている。下段側に配置された第１燃焼バーナ１１３，１１４，１１５は、微粉炭供給管２８，２９，３０を介して微粉炭機３３，３４，３５に連結されている。
【００６７】
第２燃焼バーナ１１１，１１２は、低灰融点微粉炭と燃焼用空気を混合した第２微粉炭混合気を火炉１１内に向けて吹き込むことで第２火炎旋回流を形成する。また、第１燃焼バーナ１１３，１１４，１１５は、高灰融点微粉炭と燃焼用空気を混合した第１微粉炭混合気を火炉１１内に向けて吹き込むことで第２火炎旋回流と旋回径の相違する第１火炎旋回流を形成する。具体的には、第１火炎旋回流の旋回径より第２火炎旋回流の旋回径が小さくなるように設定している。
【００６８】
そのため、第２燃焼バーナ１１１，１１２は、第１燃焼バーナ１１３，１１４，１１５より微粉炭混合気を火炉１１の中心側に向けて吹き込むようにしている。この場合、第１燃焼バーナ１１３，１１４，１１５は、第２燃焼バーナ１１１，１１２より火炉１１の角部側に配置されることとなる。また、第２燃焼バーナ１１１，１１２が第１燃焼バーナ１１３，１１４，１１５より上方側に配置されている。
【００６９】
そのため、微粉炭機３１，３２は、低灰融点の固体燃料を粉砕し、低灰融点微粉炭を搬送用空気と共に微粉炭供給管２６，２７から第２燃焼バーナ１１１，１１２に供給する。また、微粉炭機３３，３４，３５は、高灰融点の固体燃料を粉砕し、生成された高灰融点微粉炭を搬送用空気と共に微粉炭供給管２８，２９，３０から第１燃焼バーナ１１３，１１４，１１５に供給する。
【００７０】
すると、燃焼バーナ１１１，１１２，１１３，１１４，１１５は、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉炭混合気を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込み、このときに着火することで火炎を形成する。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が生じ、この火炉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５０に排出される。
【００７１】
このとき、図７に示すように、第２燃焼バーナ１１１，１１２は、低灰融点微粉炭と搬送用空気とが混合した第２微粉炭混合気と燃焼用空気を火炉１１の燃焼領域Ａに吹き込み、このときに着火することでこの燃焼領域Ａに第２火炎旋回流Ｃ２を形成する。一方、第１燃焼バーナ１１３，１１４，１１５は、高灰融点微粉炭と搬送用空気とが混合した第１微粉炭混合気と燃焼用空気を火炉１１の燃焼領域Ａに吹き込み、このときに着火することでこの燃焼領域Ａに第１火炎旋回流Ｃ１を形成する。また、アディショナル空気ノズル３９は、追加空気を火炉１１における還元領域Ｂの上方に吹き込み、燃焼制御を行う。この火炉１１は、第１、第２微粉炭混合気と燃焼用空気とが燃焼して第１、第２火炎旋回流Ｃ１，Ｃ２が生じ、燃焼領域Ａで火炎旋回流が生じると、燃焼ガス（排ガス）が旋回しながら上昇して還元領域Ｂに至る。
【００７２】
また、第２燃焼バーナ１１１，１１２は、低灰融点微粉炭を含む第２微粉炭混合気を燃焼領域Ａの上方に吹き込むことで、小径の第２火炎旋回流Ｃ２を形成し、第１燃焼バーナ１１３，１１４，１１５は、高灰融点微粉炭を含む第１微粉炭混合気を燃焼領域Ａの下方に吹き込んで、大径の第１火炎旋回流Ｃ１を形成する。すると、第１火炎旋回流Ｃ１の内側に第２火炎旋回流Ｃ２が形成されることから、高灰融点燃料の燃焼領域の内側に低灰融点燃料の燃焼領域が位置することとなる。そのため、低灰融点微粉炭の灰に高灰融点微粉炭の灰が取り込まれにくくなり、低灰融点の灰の成長が抑制されることで、燃焼バーナ１１１，１１２，１１３，１１４，１１５の先端部や火炉壁における灰付着が抑制される。また、低灰融点微粉炭の燃焼領域が火炉１１の中央部に位置することとなり、低灰融点の灰が火炉１１の中央部を上昇することで、この点でも、火炉壁における灰付着が抑制される。
【００７３】
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、高灰融点微粉炭と燃焼用空気を混合した第１微粉炭混合気を火炉１１内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流Ｃ１を形成する第１燃焼バーナ１１３，１１４，１１５と、低灰融点微粉炭と燃焼用空気を混合した第２微粉炭混合気を火炉１１内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流Ｃ１より小径の第２火炎旋回流Ｃ２を形成する第２燃焼バーナ１１１，１１２とを設けている。
【００７４】
従って、第１火炎旋回流Ｃ１と第２火炎旋回流Ｃ２の旋回径が相違することから、高灰融点微粉炭の燃焼領域と低灰融点微粉炭の燃焼領域が火炎旋回流の径方向にずれることとなる。そのため、低灰融点微粉炭の灰に高灰融点微粉炭の灰が取り込まれにくくなり、灰の成長を抑制することで、燃焼バーナ１１１，１１２，１１３，１１４，１１５の先端部や火炉壁におけるスラッギングの発生を抑制することができる。
【００７５】
第２実施形態のボイラでは、第２燃焼バーナ１１１，１１２を第１燃焼バーナ１１３，１１４，１１５より上方側に配置している。従って、異なるスラッギング性の燃料をスラッギング性に見合った位置（温度）で燃焼させることとなり、燃焼バーナ１１１，１１２，１１３，１１４，１１５の先端部や火炉壁への灰付着を抑制することができる。
【００７６】
また、高灰融点微粉炭の吹き込み量が低灰融点微粉炭の吹き込み量より多いとき、上方側に第２燃焼バーナ１１１，１１２を配置して低灰融点微粉炭を吹き込み、下方側に第１燃焼バーナ１１３，１１４，１１５を配置して高灰融点微粉炭を吹き込んでいる。即ち、吹き込み量が多い高灰融点微粉炭を３個の第２燃焼バーナ１１３，１１４，１１５から燃焼領域Ａの下方に吹き込むことで、吹き込み量が多い高灰融点微粉炭の燃焼時間を長く確保することができ、燃焼性を向上することができる。
【００７７】
［第３実施形態］
図８は、第３実施形態の石炭焚きボイラを表す概略構成図、図９は、燃焼バーナの平面図である。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。
【００７８】
第３実施形態において、図８に示すように、石炭焚きボイラ１２０は、コンベンショナルボイラであって、火炉１１と燃焼装置１２１とを有している。燃焼装置１２１は、複数の燃焼バーナ１３１，１３２，１３３，１３４，１３５を有している。ここで、燃焼装置１２１について詳細に説明するが、この燃焼装置１２１を構成する燃焼バーナ１３１，１３２，１３４，１３５は、ほぼ同様の構成をなしていることから、燃焼バーナ１３１を代表して説明する。
【００７９】
燃焼バーナ１３１は、図９に示すように、火炉１１における４つの壁部にそれぞれ設けられる燃焼バーナ１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄから構成されている。各燃焼バーナ１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄは、微粉炭供給管２６から分岐した各分岐管２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが連結されると共に、空気ダクト３７から分岐した各分岐管３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが連結されている。また、各燃焼バーナ１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄは、微粉炭混合気の噴射方向を水平方向に調整可能な噴射方向調整装置（調整装置）１４１（１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄ）が設けられている。この噴射方向調整装置１４１（１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄ）は、例えば、調整用モータ（図示略）により燃焼バーナ１３１ａ，１３３ｂ，１３３ｃ，１３３ｄのノズル部を左右に旋回して微粉炭混合気の噴射角度を調整することができる。
【００８０】
なお、図８に示すように、他の燃焼バーナ１３２，１３３，１３４，１３５は、微粉炭混合気の噴射方向を水平方向に調整可能な噴射方向調整装置（調整装置）１４２，１４３，１４４，１４５が設けられている。
【００８１】
第３実施形態では、図８及び図９に示すように、例えば、第１実施形態と同様に、第１燃焼バーナ１３１，１３２が高灰融点微粉炭と燃焼用空気を混合した第１微粉炭混合気を火炉１１内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流Ｃ１を形成し、第２燃焼バーナ１３３，１３４，１３５が低灰融点微粉炭と燃焼用空気を混合した第２微粉炭混合気を火炉１１内に向けて吹き込むことで第１火炎旋回流Ｃ１より小径の第２火炎旋回流Ｃ２を形成する。
【００８２】
そのため、噴射方向調整装置１４１，１４２，１４３，１４４，１４５は、燃焼バーナ１３１，１３２，１３４，１３５のノズル部の向きを左右に調整することで、微粉炭混合気の噴射角度を調整する。即ち、第１燃焼バーナ１３１，１３２による第１微粉炭混合気の吹込み方向を隣接する壁部と平行とし、第２燃焼バーナ１３３，１３４，１３５による第２微粉炭混合気の吹き込み方向を隣接する壁部に対して所定角度（例えば、２０度）に設定する。そのため、第２燃焼バーナ１３３，１３４，１３５は、第１燃焼バーナ１３１，１３２より微粉炭混合気を火炉１１の中心側に向けて吹き込むようにしている。
【００８３】
なお、本実施形態の石炭焚きボイラ１２０の作動は、第１実施形態とほぼ同様であることから、説明は省略する。
【００８４】
このように第３実施形態のボイラにあっては、燃焼バーナ１３１，１３２，１３４，１３５による微粉炭混合気の吹き込み方向を水平方向に調整する噴射方向調整装置１４１，１４２，１４３，１４４，１４５を設けている。
【００８５】
従って、石炭の種類や微粉炭の混合比率に応じて、噴射方向調整装置１４１，１４２，１４３，１４４，１４５により燃焼バーナ１３１，１３２，１３４，１３５による微粉炭混合気の吹き込み方向を調整すればよい。そのため、全ての燃焼バーナ１３１，１３２，１３４，１３５の構造を同様に設定することで、製造コストを低減することができる。
【００８６】
なお、第３実施形態では、第１実施形態と同様に、第１燃焼バーナ１３１，１３２と第２燃焼バーナ１３３，１３４，１３５を設定したが、第２実施形態のように設定してもよく、また、石炭の種類や微粉炭の混合比率に応じて、第１燃焼バーナと第２燃焼バーナに割り振る割合を設定すればよい。
【００８７】
また、上述した実施形態では、上方側に第１燃焼バーナ（または、第２燃焼バーナ）を配置し、下方側に第２燃焼バーナ（または、第１燃焼バーナ）を配置したが、この配置方法に限定されるものではない。例えば、第１燃焼バーナと第２燃焼バーナを上下方向に交互に配置してもよい。この場合、高灰融点燃料の燃焼領域と低灰融点燃料の燃焼領域上下方向に交互に形成されることとなり、燃焼しにくい燃料が含まれていたとき、その燃焼性を向上することができる。
【００８８】
また、上述した実施形態では、第１燃焼バーナが大径の第１火炎旋回流を形成し、第２燃焼バーナが小径の第２火炎旋回流を形成するように構成したが、第１燃焼バーナが小径の第１火炎旋回流を形成し、第２燃焼バーナが大径の第２火炎旋回流を形成するように構成してもよい。
【００８９】
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、燃料としては、バイオマスや石油コークスなどを使用するボイラであってもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１０，１００，１２０  石炭焚きボイラ
１１  火炉
１２，１０１，１２１  燃焼装置
２１，２２，１１３，１１４，１１５，１３１，１３２  第１燃焼バーナ
２３，２４，２５，１１１，１１２，１３３，１３４，１３５  第２燃焼バーナ
２６，２７，２８，２９，３０  微粉炭供給管
３１，３２，３３，３４，３５  微粉炭機
３６  風箱
３７  空気ダクト
３９  アディショナル空気ノズル
４０  分岐空気ダクト
５０  煙道
５１，５２，５３  過熱器
５４，５５  再熱器
５６，５７  節炭器
１４１，１４２，１４３，１４４，１４５  噴射方向調整装置（調整装置）
【図１】
0006289343.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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