(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を燃焼する火炉と、
前記火炉に液体燃料を供給する燃料供給手段と、
前記液体燃料が蒸発する温度以上である高温ガスを供給する高温ガス供給手段とを具備し、
前記液体燃料供給手段は、液体燃料を噴霧により液滴状にする予蒸発器を介して前記火炉に接続され、
前記高温ガス供給手段は、前記火炉から排出される高温ガスである排気ガスを前記予蒸発器に供給するように構成され、
前記予蒸発器に供給された前記排気ガス中に前記液体燃料供給手段からの液体燃料を噴霧することにより該液体燃料の液滴を蒸発させて前記火炉に取り付けられたバーナに供給するとともに、蒸発させた該液体燃料とは別に燃焼用空気と前記排気ガスとの混合気を前記バーナに供給するように構成し、
前記火炉は、前記バーナから噴射された前記液体燃料及び前記混合気をバーナゾーンで混合させて燃焼すると共に、当該バーナゾーンの上方に空気を供給して前記液体燃料の燃焼率を向上させるよう構成され、
前記液体燃料は、前記バーナゾーンにおいて燃料の完全燃焼に必要な空気量よりも供給される空気量が少ない低酸素濃度雰囲気で燃焼される
ことを特徴とするボイラ。
【請求項２】
請求項１に記載するボイラにおいて、
前記火炉の途中部分と前記予蒸発器とを接続する排気ガス配管が設けられている
ことを特徴とするボイラ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載するボイラと、
前記ボイラ内で発生する高温ガスから熱を回収した蒸気タービンにより駆動される発電機と
を具備することを特徴とする発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボイラ及び発電システムに関し、特に、液体燃料を燃焼するボイラを運転させる場合に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所等では、例えば液体燃料を燃焼するボイラを用いて発電を行っているものがある。図３は、従来技術に係る液体燃料焚きボイラの概略構成図である。図示するように、ボイラは火炉１を具備し、この火炉１にはバーナ２が複数個取り付けられている。各バーナ２には、液体燃料供給手段から重油等の液体燃料が供給されている。バーナ２は、火炉１内で液体燃料を燃焼させ、この液体燃料の燃焼時に生じる排気ガスは火炉１の外部に排出される。火炉１には水配管及び水蒸気配管７が備え付けられており、配管中の水及び水蒸気が燃焼ガスからの熱を回収し、蒸気タービンを駆動して発電する。
【０００３】
一般に、火炉１から排出される窒素酸化物は、生成速度の温度依存性が非常に高いサーマルＮＯｘ生成機構（Zeldovich NO 機構とも呼ばれる。）によって生成されるものが大きな割合を占めていることがよく知られている。
【０００４】
このようなボイラでは、環境に対する影響や各種規制に対応するために、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を極力低減するために種々の対策が採られている。
【０００５】
例えば、排気ガスの一部を排気ガス循環ブロワ３を介して燃焼用空気に混合することでバーナ２に供給される空気の酸素濃度を下げ、バーナ２で形成される火炎が局所的に高温にならないようにする運転方法（排ガス再循環）が実用化されている。
【０００６】
また、排ガス再循環とは別に、若しくは排ガス再循環と同時に、２段燃焼法も多くのボイラで採用されている（例えば、特許文献１参照）。２段燃焼法とは、まず、酸素濃度が低く、還元性が強い雰囲気（以下、「低酸素濃度雰囲気」と称する。）中で燃料を燃焼し、その後、空気を追加供給して燃え残った燃料を燃焼するものである。例えば、火炉１内におけるバーナ２の火炎周辺部であるバーナゾーン４では低酸素濃度雰囲気になるように、バーナ２に供給する空気を少なめに供給する。一方、バーナゾーン４の上方では、２段燃焼空気注入ポート５から２段燃焼空気を注入する。これにより、バーナゾーン４では、還元性が強いので排出されるＮＯｘを低減でき、バーナゾーン４上方では２段燃焼空気により燃料の燃え残りを低減できる。
【０００７】
しかしながら、バーナ２に供給する空気を少なくしすぎると、バーナゾーン４での燃料の燃焼率が下がり、煤塵（燃料の燃え残りと灰分）の量が多くなってしまう。このように、排出ＮＯｘの低減を図ると、燃料の無駄が生じてしまうという問題があった。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２０３１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑み、煤塵の量を増やさずに排出ＮＯｘを低減することができるボイラ及び発電システム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】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、液体燃料を燃焼する火炉と、前記火炉に液体燃料を供給する燃料供給手段と、前記液体燃料が蒸発する温度以上である高温ガスを供給する高温ガス供給手段とを具備し、前記液体燃料供給手段は、液体燃料を噴霧により液滴状にする予蒸発器を介して前記火炉に接続され、前記高温ガス供給手段は、前記火炉から排出される高温ガスである排気ガスを前記予蒸発器に供給するように構成され、前記予蒸発器に供給された前記排気ガス中に前記液体燃料供給手段からの液体燃料を噴霧することにより該液体燃料の液滴を蒸発させて前記火炉に取り付けられたバーナに供給するとともに、蒸発させた該液体燃料とは別に燃焼用空気と前記排気ガスとの混合気を前記バーナに供給するように構成し、前記火炉は、前記バーナから噴射された前記液体燃料及び前記混合気をバーナゾーンで混合させて燃焼すると共に、当該バーナゾーンの上方に空気を供給して前記液体燃料の燃焼率を向上させるよう構成され、前記液体燃料は、前記バーナゾーンにおいて燃料の完全燃焼に必要な空気量よりも供給される空気量が少ない低酸素濃度雰囲気で燃焼されることを特徴とするボイラにある。
【００１１】
かかる第１の態様では、燃料供給手段から供給される液体燃料は、火炉に供給される前に高温ガスにより蒸発する。この結果、火炉には蒸発した状態の液体燃料が供給されるため、窒素酸化物の生成を抑制するための低酸素濃度雰囲気下であっても、効率よく燃料を燃焼することができる。また、火炉からの高温の排気ガスを用いて液体燃料を蒸発させることができる。すなわち、加熱器などの特別な熱源を用意する必要はなく、ボイラ全体でエネルギーを効率的に利用することができる。さらに、バーナで燃えきらなかった燃え残りの燃料を、更に空気を供給して燃焼するので、燃料の燃焼率を向上することができる。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載するボイラにおいて、前記火炉の途中部分と前記予蒸発器とを接続する排気ガス配管が設けられていることを特徴とするボイラにある。
【００１３】
かかる第２の態様では、排気ガスは冷却されずに十分高い温度を有したまま予蒸発器に供給され、液体燃料を蒸発させることができる。
【００１６】
本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様に記載するボイラと、前記ボイラ内で発生する高温ガスから熱を回収した蒸気タービンにより駆動される発電機とを具備することを特徴とする発電システムにある。
【００１７】
かかる第３の態様では、煤塵等の液体燃料の燃え残りを低減すると共に、窒素酸化物の
発生を低減することができる発電システムが提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、燃料供給手段から供給される液体燃料は、火炉に供給される前に高温ガスにより蒸発する。この結果、火炉には蒸発した状態の液体燃料が供給されるため、窒素酸化物の生成を抑制するための低酸素濃度雰囲気下であっても、効率よく燃料を燃焼することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。
【００２０】
〈実施形態１〉
図１は、実施形態１に係るボイラの概略構成図である。本実施形態のボイラは、火炉１を備え、火炉１には複数のバーナ２が取り付けられている。各バーナ２は、予蒸発器６を介して、燃料タンクやポンプ等から構成される液体燃料供給手段（図示せず）に接続されている。
【００２１】
また、本実施形態のボイラは、いわゆる排ガス再循環と２段燃焼法を同時に行うものである。すなわち、排ガス再循環を行うために、火炉１から排出される排気ガスが排気ガス循環ブロワ３を介して、各バーナ２に供給されるように構成されている。これにより、バーナ２に供給される燃焼用空気の酸素濃度が低下するので、バーナゾーン４では液体燃料が低酸素濃度雰囲気の下で燃焼される。更に、２段燃焼法を行うために、各バーナ２の上方には、火炉１内に空気を注入する２段燃焼空気注入ポート５が設けられている。
【００２２】
詳言すると、火炉１では、各バーナ２により液体燃料供給手段からの液体燃料が燃焼され、このときの燃え残りは２段燃焼空気注入ポート５からの２段燃焼空気の供給により、更に燃焼される。そして、液体燃料の燃焼により生じた排気ガスは火炉１の外部に排出される。この排気ガスの一部は、排気ガス循環ブロワ３を介してバーナ２及び予蒸発器６に供給されるように構成されている。
【００２３】
予蒸発器６は、火炉１から排気ガス循環ブロワ３を介して排気ガスが内部に供給されるように形成されている。更に、予蒸発器６は、その内部に供給された排気ガス中に液体燃料供給手段からの液体燃料を噴霧して液滴状にすることが可能に形成されている。排気ガスは、液体燃料を蒸発させるのに十分な温度の高温ガスであるので、予蒸発器６で排気ガス中に噴霧された液滴状の液体燃料は蒸発した状態でバーナ２に供給される。もしくは、液滴状の液体燃料は完全に蒸発しきらなくても、大半は蒸発が促進されてバーナ２に供給される。なお、排気ガスは低酸素濃度であるので、予蒸発器６では、液体燃料の蒸発のみが進行し、燃焼反応が起こる虞はない。
【００２４】
バーナ２は、燃焼用空気と火炉１からの排気ガスとが混合されて供給されると共に、該燃焼用空気と該排気ガスとを火炉１内に噴射するように構成されている。また、バーナ２は、予蒸発器６で蒸発した液体燃料と予蒸発用の排気ガスとの混合気も供給されると共に、該混合気を火炉１内に噴射するように構成されている。そして、燃焼用空気と排気ガスとの混合気、及び予蒸発器６で蒸発した液体燃料と排気ガスとの混合気はバーナゾーン４で混合されて燃焼される。
【００２５】
ここで、一般的な液体燃料の燃焼は、まず液体燃料が蒸発し、次いで、気相となって燃焼するという過程を経る。一方、以上に説明した構成のボイラでは、バーナ２に液体燃料を供給する前に、予蒸発器６で排気ガスの熱により液体燃料の蒸発が促進されている。すなわち、液体燃料の蒸発は予蒸発器６で行われるため、バーナ２には気化した液体燃料を供給することになる。したがって、バーナゾーン４では、予め気化した燃料が燃焼するため、燃焼反応の進行が速く、燃え残りが少ない。この結果、本実施形態のボイラは、低酸素濃度雰囲気下で燃焼を行うことで排出ＮＯｘを低減すると共に、煤塵の生成を低減して効率よく燃焼することができる。
【００２６】
また、本実施形態のボイラは、いわゆる２段燃焼法を採用しているので、バーナゾーン４で燃料が燃えきらなくても、２段燃焼空気注入ポート５から注入される空気によって燃え残りの燃料も燃焼が促進される。一般的に、２段燃焼法では、２段燃焼率（火炉１に供給される全空気量に対する２段燃焼空気注入ポート５からの空気の比率。）が高いほど、排出ＮＯｘを低減することができるが、バーナゾーン４の温度が低くなり、燃焼反応の進行度が低下して、燃料の燃え残りが増えるため、煤塵の量が増加するという傾向がある。一方、以上に説明した構成のボイラでは、排出ＮＯｘを低減するための２段燃焼率が高い条件においても、バーナゾーン４において予め気化した燃料を燃焼させることにより、煤塵を増やすことなく運転することができる。
【００２７】
なお、本実施形態のボイラと、火炉１から熱を回収した蒸気タービンにより駆動される発電機とを具備して発電システムを構築してもよい。例えば、熱媒の一例である水を循環させた水蒸気配管７を火炉１に設置し、火炉１から熱を回収した蒸気で蒸気タービンを運転し、該蒸気タービンにより発電機を駆動させる。これによれば、液体燃料を効率よく燃焼すると共に、排出ＮＯｘを低減することができる発電システムが提供される。
【００２８】
また、本実施形態に係るボイラでは、２段燃焼法及び排ガス再循環を行うボイラであったが、必ずしも、これらを行う必要はない。すなわち、本発明のボイラは、液体燃料を燃料とするボイラに広く適用し得るものである。更に、高温ガス供給手段として、火炉１からの排気ガスを予蒸発器６に供給するように構成したが、必ずしも火炉１からの排気ガスを用いる必要はない。要するに、予蒸発器６には液体燃料を蒸発させるのに十分な温度の高温ガスが供給されていればよい。
【００２９】
〈実施形態２〉
実施形態１に説明したボイラでは、排気ガスは、火炉１から排出された後、排気ガス循環ブロワ３を介して予蒸発器６やバーナ２に供給されているが、このような経路に限定されず、火炉１の任意の場所から排気ガスを予蒸発器６やバーナ２に供給させてもよい。
【００３０】
図２は、実施形態２に係るボイラの概略構成図である。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３１】
本実施形態のボイラは、火炉１の途中部分と予蒸発器６とを接続する排気ガス配管８が設けられている。詳言すると、排気ガス配管８は、予蒸発器６で液体燃料を蒸発させるのに十分な温度の排気ガスを取り込める位置で火炉１に接続されている。これにより、排気ガスは冷却されずに十分高い温度を有したまま予蒸発器６に供給され、液体燃料を蒸発させることができる。
【００３２】
このことは、次のような場合に適用して有用である。例えば、ボイラを用いた発電システムでは、通常、発電用の熱源は火炉１で全て回収され、熱を回収しきれない程度まで温度が下がった排気ガスが火炉１から排出される。また、産業用や家庭用などの小型ボイラでは更に低い温度の排気ガスが排出される。このような場合、火炉１から排気ガス循環ブロワ３を介して排ガスを取り込むと、温度が低すぎる排ガスが予蒸発器６に供給されてしまう。そこで、上述したように、火炉１の途中部分から適当なガス温度の排気ガスを取り込んで予蒸発器６に循環させれば、液体燃料を十分に蒸発させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施形態１に係るボイラの概略構成図である。
【図２】実施形態２に係るボイラの概略構成図である。
【図３】従来技術に係るボイラの概略構成図である。
【符号の説明】
【００３４】
１            火炉
２            バーナ
３            排気ガス循環ブロワ
４            バーナゾーン
５            ２段燃焼空気注入ポート
６            予蒸発器
７            水蒸気配管
８            排気ガス配管
【図１】
0005187730.tif 000002
【図２】
0005187730.tif 000003
【図３】
0005187730.tif 000004