(57)【要約】【課題】  簡単な構造で、側壁近傍のＣＯ濃度、未燃分、付着灰などを低減し、燃焼状態を良好に維持できる低コストの手段を備えた貫流型ボイラを提供する。【解決手段】  少なくとも一方に複数段のバーナ２、３、４を設置されて互いに対向する前後壁(バーナ壁)１４ａ、１４ｂと、バーナ壁１４ａ、１４ｂに交わる側壁１ａ、１ｂとにより形成される燃焼室１３を有する貫流型ボイラにおいて、燃焼室１３内で側壁１ａ、１ｂ近傍の気体圧力を燃焼室１３中心部における気体圧力よりも高くする燃料を含まない気体の噴流１８の気体噴出口６をバーナ段２、３、４の高さの範囲内で最外バーナと側壁１ａおよび１ｂとの間に設けた。燃焼ガス１６は、気体の噴流１８により、側壁１ａ、１ｂに近づけなくなる。【選択図】        図１
2007057229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前後壁と当該前後壁に交わる側壁とにより形成される燃焼室と、前記前後壁の少なくとも一方に複数段にわたって設置されたバーナとを有する貫流型ボイラにおいて、
前記バーナ段の高さの範囲内で最外列バーナと前記側壁との間に気体噴出口を設けたことを特徴とする貫流型ボイラ。
【請求項２】
前後壁と当該前後壁に交わる側壁とにより形成される燃焼室と、前記前後壁の少なくとも一方に複数段にわたって設置されたバーナとを有する貫流型ボイラにおいて、
前記燃焼室内における前記側壁近傍の気体の圧力を前記燃焼室中心部における気体の圧力よりも高くする気体の噴流の噴出口を前記バーナ段の高さの範囲内で前記側壁に設けたことを特徴とする貫流型ボイラ。
【請求項３】
前後壁と当該前後壁に交わる側壁とにより形成される燃焼室を有し、前記前後壁の少なくとも一方に複数段のバーナを有し、当該バーナ段の下流に二段燃焼用のアフタエアポートを有する貫流型ボイラにおいて、
前記燃焼室内における前記側壁近傍の気体の圧力を前記燃焼室中心部における気体の圧力よりも高くする気体の噴流の噴出口を前記バーナ段の高さの範囲内で最外列バーナと前記側壁との間に少なくとも１段設け、前記最下段バーナから前記アフタエアポートの間に複数段設けたことを特徴とする貫流型ボイラ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載された貫流型ボイラにおいて、
対向する前記前後壁の同じ高さのところに前記気体噴出口を設け、対向する前記気体噴出口からの気体の噴流が前記前後壁の中間で衝突する速度で前記噴流を噴出させる給気手段を備えたことを特徴とする貫流型ボイラ。
【請求項５】
燃料としての微粉炭および当該微粉炭搬送用空気を前記複数段のバーナに供給する手段と、燃焼用空気を前記複数段のバーナに供給する手段と、前記気体噴出口に噴流用気体を供給する手段とを備え、請求項１ないし４のいずれか一項に記載された貫流型ボイラにおいて、
前記ボイラの負荷指令、炭種情報に基づいて前記気体噴出口からの噴流の流量を制御し、前記ボイラの負荷が低いときは前記気体噴出口からの噴流の流量を少なくし、前記ボイラの負荷が高くなるとともに前記気体噴出口からの噴流の流量を多くする制御手段を備えたことを特徴とする貫流型ボイラ。
【請求項６】
燃料としての微粉炭および当該微粉炭搬送用空気を前記複数段のバーナに供給する手段と、燃焼用空気を前記複数段のバーナに供給する手段と、前記気体噴出口に噴流用気体を供給する手段とを備え、請求項１ないし４のいずれか一項に記載された貫流型ボイラにおいて、
前記側壁近傍の燃焼ガスの一酸化炭素(ＣＯ)濃度を測定する手段を備え、前記ボイラの負荷指令、前記ＣＯ濃度の測定結果に基づいて前記気体噴出口からの噴流の流量を制御し、前記ボイラの負荷が低いときは、前記気体噴出口からの噴流の流量を少なくし、前記ボイラの負荷が高くなるとともに前記気体噴出口からの噴流の流量を多くし、かつ、前記ＣＯ濃度が所定値以下の時には、前記気体噴出口からの噴流の流量を減少させる制御手段を備えたことを特徴とする貫流型ボイラ。
【請求項７】
請求項５または６に記載された貫流型ボイラにおいて、
前記制御手段が、燃料比の低い微粉炭ほど前記噴流の流量を多くする手段であることを特徴とする貫流型ボイラ。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれか一項に記載の貫流型ボイラにおいて、
前記気体噴出口に噴流用気体を供給する手段が、前記バーナの燃焼用空気を分岐させて噴流用空気とする手段であることを特徴とする貫流型ボイラ。
【請求項９】
請求項８に記載の貫流型ボイラにおいて、
燃焼用空気の流路および噴流用空気の流路にそれぞれ流量調整ダンパを備えたことを特徴とする貫流型ボイラ。
【請求項１０】
請求項５ないし７のいずれか一項に記載の貫流型ボイラにおいて、
前記気体噴出口に噴流用気体を供給する手段が、前記微粉炭搬送用空気を分岐させて噴流用空気とする手段であることを特徴とする貫流型ボイラ。
【請求項１１】
前記バーナ段の下流に二段燃焼用のアフタエアポートが設置され、請求項５ないし７のいずれか一項に記載された貫流型ボイラにおいて、
前記気体噴出口に噴流用気体を供給する手段が、アフタエアを分岐させて噴流用空気とする手段であることを特徴とする貫流型ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫流型ボイラに係り、特に、火炉の側壁近傍におけるＣＯ濃度、未燃分、付着灰などを低減するのに好敵な貫流型ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラの熱効率を高めるには、火炉内における一酸化炭素(ＣＯ)濃度や未燃分を低減しなければならない。火炉内におけるＣＯ濃度や未燃分を低減するため、以下の方法が知られている。
【０００３】
第１の方法は、運転条件を調整する方法であって、具体的には、バーナの空気流量や二段燃焼用アフタエアポートの空気流量を調整する方法である。
【０００４】
第２の方法は、未燃分が高くなる空間に空気を供給する方法である。第２の方法の例として、火炉の壁に沿うように空気を流す方法がある(例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照)。
【０００５】
これら従来例のうち、特許文献１〜３においては、空気の噴出口をバーナ段の下方に設けた貫流型ボイラを開示している。
【０００６】
特許文献４においては、空気の噴出口を火炉の四方の壁に設け、かつ、空気の噴出口を複数のバーナ段の上下および中間の高さに設けた貫流型ボイラを開示している。
【０００７】
【特許文献１】実開昭５９−９２３４６号公報(第４〜６頁  第４図、第５図)
【特許文献２】実開平２−１２２９０９号公報(第４〜７頁  第１図)
【特許文献３】特開平３−２８６９１８号公報(第２頁  第１図)
【特許文献４】特開昭６２−１３１１０６号公報(第２頁  第１図、第２図)
【特許文献５】特開平７−９８１０３号公報(第３頁  図１〜図４)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
発明者らは、実際のボイラの測定や数値解析などにより、上記従来の第１の方法および第２の方法の有効性を検証した。その結果、これらのいずれの方法を採用しても、少なくともバーナ段の高さで、バーナを設けた壁と交わる側壁の近傍においては、燃焼ガスのＣＯ濃度や未燃分が依然として高いことが、明らかになった。また、石炭を燃焼させた場合、側壁に灰が付着することも分かった。
【０００９】
その原因は、側壁近傍の圧力が火炉中央の燃焼領域よりも低いために、バーナから生じた燃焼ガスがバーナを設けた壁と交わる側壁近傍に来てしまうことである。
【００１０】
この対応策が、特許文献５に示されている。この例では、複数のバーナとその下流に複数の二段燃焼用空気投入口とを備えた貫流型ボイラにおいて、火炉の側壁とバーナとの間に、酸素分圧が１０％以下の燃焼用ガスを供給する補助燃焼ポートを設け、この補助燃焼ポートから噴出させる燃焼用ガスの噴射量と噴流の方向とを調節してバーナ噴流の火炉側壁への巻き返しを防止する構造を提案している。
【００１１】
しかし、この従来例では、酸素分圧が１０％以下の燃焼用ガスを補助燃焼ポートまで供給する配管が必要となる。数十ｍに及ぶ長さの燃焼用ガス供給配管を引き回さなければならず、大幅なコストアップは避けられない。
【００１２】
本発明の課題は、燃焼ガスが側壁近傍に来ることを、空気、酸素、燃焼排ガスなどを使用して、抑制できるようにした貫流型ボイラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前後壁と当該前後壁に交わる側壁とにより形成される燃焼室と、前記前後壁の少なくとも一方に複数段にわたって設置されたバーナとを有する貫流型ボイラにおいて、前記燃焼室内における気体の圧力を前記燃焼室中心部よりも側壁近傍で高くするために、前記バーナ段の高さの範囲内で最外列バーナと前記側壁との間に気体噴出口を設けた貫流型ボイラを提案する。
【００１４】
本発明は、また、前後壁と当該前後壁に交わる側壁とにより形成される燃焼室と、前記前後壁の少なくとも一方に複数段にわたって設置されたバーナとを有する貫流型ボイラにおいて、前記燃焼室内における前記側壁近傍の気体の圧力を前記燃焼室中心部における気体の圧力よりも高くするために、気体の噴流の噴出口を前記バーナ段の高さの範囲内で前記側壁に設けた貫流型ボイラを提案する。
【００１５】
本発明は、さらに、前後壁と当該前後壁に交わる側壁とにより形成される燃焼室を有し、前記前後壁の少なくとも一方に複数段のバーナを有し、当該バーナ段の下流に二段燃焼用のアフタエアポートを有する貫流型ボイラにおいて、前記燃焼室内における前記側壁近傍の気体の圧力を前記燃焼室中心部における気体の圧力よりも高くする気体の噴流の噴出口を前記バーナ段の高さの範囲内で最外列バーナと前記側壁との間に少なくとも１段設け、前記最下段バーナから前記アフタエアポートの間に複数段設けたことを特徴とする貫流型ボイラを提案する。
【００１６】
上記いずれの貫流型ボイラにおいても、対向する前記前後壁の同じ高さに前記気体噴出口を設け、対向する前記気体噴出口からの気体の噴流が前記前後壁の中間で衝突する速度で前記噴流を噴出させる給気手段を備えることが望ましい。
【００１７】
本発明は、より具体的には、燃料としての微粉炭および当該微粉炭搬送用空気を前記複数段のバーナに供給する手段と、燃焼用空気を前記複数段のバーナに供給する手段と、前記気体噴出口に噴流用気体を供給する手段とを備え、上記いずれかの貫流型ボイラにおいて、前記ボイラの負荷指令、炭種情報に基づいて前記気体噴出口からの噴流の流量を制御し、前記ボイラの負荷が低いときは前記気体噴出口からの噴流の流量を少なくし、前記ボイラの負荷が高くなるとともに前記気体噴出口からの噴流の流量を多くする制御手段を備えた貫流型ボイラを提案する。
【００１８】
本発明は、また、燃料としての微粉炭および当該微粉炭搬送用空気を前記複数段のバーナに供給する手段と、燃焼用空気を前記複数段のバーナに供給する手段と、前記気体噴出口に噴流用気体を供給する手段とを備え、上記いずれかの貫流型ボイラにおいて、前記側壁近傍の燃焼ガスの一酸化炭素(ＣＯ)濃度を測定する手段を備え、前記ボイラの負荷指令、前記ＣＯ濃度の測定結果に基づいて前記気体噴出口からの噴流の流量を制御し、前記ボイラの負荷が低いときは、前記気体噴出口からの噴流の流量を少なくし、前記ボイラの負荷が高くなるとともに前記気体噴出口からの噴流の流量を多くし、かつ、前記ＣＯ濃度が所定値以下の時には、前記気体噴出口からの噴流の流量を減少させる制御手段を備えた貫流型ボイラを提案する。
【００１９】
前記制御手段は、燃料比の低い微粉炭ほど前記噴流の流量を多くする手段とすることができる。
【００２０】
気体噴出口に噴流用気体を供給する手段は、前記バーナの燃焼用空気を分岐させて噴流用空気としてもよい。その場合は、燃焼用空気の流路および噴流用空気の流路にそれぞれ流量調整ダンパを備えることが好ましい。
【００２１】
気体噴出口に噴流用気体を供給する手段は、微粉炭搬送用空気を分岐させて噴流用空気とすることもできる。
【００２２】
前記バーナ段の下流に二段燃焼用のアフタエアポートを設置した場合は、気体噴出口に噴流用気体を供給する手段は、アフタエアを分岐させて噴流用空気とすることが可能である。
【００２３】
本発明においては、前後壁と当該前後壁に交わる側壁とにより形成される燃焼室と、前記前後壁の少なくとも一方に複数段にわたって設置されたバーナとを有する貫流型ボイラにおいて、前記燃焼室内における気体の圧力を前記燃焼室中心部よりも側壁近傍で高くするため、前記バーナ段の高さの範囲内で最外列バーナと前記側壁との間に気体噴出口を設けたので、側壁近傍の気体の圧力を高めて、燃焼ガスが側壁に近寄ることを防止でき、燃焼ガスの衝突による灰の付着、火炉出口におけるＣＯ濃度、未燃分を低減できる。
【００２４】
なお、本発明において、貫流型ボイラとは、燃料の燃焼により発生した燃焼ガスが、燃料投入口から火炉出口に向かって一方向に流れるようなボイラをいう。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、前後壁と当該前後壁に交わる側壁により形成される燃焼室を有し、前記前後壁の少なくとも一方に複数段のバーナが設置された貫流型ボイラにおいて、バーナ段の高さの範囲内で最外列バーナと側壁との間に気体噴出口を設けて燃焼室内に気体を噴出させ、燃焼室中心部における気体の圧力よりも側壁近傍の気体の圧力を高めたので、燃焼ガスが側壁に近寄ることを防止でき、燃焼ガスの衝突による灰の付着、火炉出口におけるＣＯ濃度、未燃分を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、図１〜図２１を参照して、本発明による貫流型ボイラの実施例を説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は、本発明による貫流型ボイラの実施例１における火炉の概略構造を示す斜視図である。火炉は、前壁１４ａおよび後壁１４ｂと、これらの壁１４ａ、１４ｂに交わる左側壁１ａおよび右側壁１ｂとを有する。対向する前壁１４ａおよび後壁１４ｂの少なくとも一方には、バーナが、複数段かつ複数列に取り付けられている。実施例１の場合、下段バーナ２、中段バーナ３、上段バーナ４は、それぞれ４列のバーナからなる。各バーナは、燃料と燃焼用空気とを燃焼室１３に投入する。
【００２８】
本発明により設置された気体噴出口６は、高さ方向では下段バーナ２と上段バーナ４との間で、左右方向では側壁１と最外列のバーナとの間に位置する。実施例１の気体噴出口６は、中段バーナ３と同じ高さに形成されている。前壁１４ａの気体噴出口６と後壁１４ｂの気体噴出口６とは、気体噴出口６の噴流が衝突する位置に対向して形成される。
【００２９】
実施例１においては、燃料を含まない気体が、気体噴出口６から供給される。燃料を含まない気体の成分は、空気、酸素、燃焼排ガスなどである。対向する噴流の流速は、同じである必要はなく、噴流の流速、流量を変えると、噴流同士が衝突する位置やその衝突位置における圧力を調節できる。
【００３０】
図２は、実施例１における気体噴出口６の構造の一例を示す断面図である。図３は、図２の気体噴出口６の構造の一例を示す正面図である。気体噴出口６は、ボイラを構成する水管１７により形状を規定されている。気体噴出口６の周りには、気体噴出口６の中心軸に平行な方向に水管１７が配置されている。水管１７をこのように配置すると、気体噴出口６の噴流１８の減衰が小さくなり、噴流１８が衝突した時の圧力を高くできる。最適な気体噴出口６の形状は、筒形であり、断面が円形である。気体噴出口６の断面が円形であれば、水管１７を曲げ加工して気体噴出口６を形成しやすい。
【００３１】
図４は、気体噴出口６を前壁１４ａおよび後壁１４ｂに設置した実施例１の火炉内における燃焼ガス１６と噴流１８との流動の概略を示す図である。気体噴出口６を設置すると、燃焼ガス１６は、気体噴出口６から噴出された気体の噴流１８により、側壁１ａ、１ｂに近づけなくなる。気体噴出口６から噴出された気体の噴流１８により、側壁１ａ、１ｂ近傍の圧力が上昇するためである。
【００３２】
図５は、気体噴出口６を設置しない従来の火炉における燃焼ガスの流動の概略を示す正面図である。気体噴出口６を設置しない場合は、バーナ段２、３、４で形成された燃焼ガス１６は、側壁１ａ、１ｂの方向に流れる。下段のバーナ２からの燃焼ガス１６は、中段のバーナ３や上段のバーナ４の燃焼ガス１６に妨げられ、直上に上昇できないので、圧力が低い側壁１ａ、１ｂの方向に流れる。
【００３３】
気体噴出口６は、バーナ段２、３、４の真横ではなく、火炉の底から天井までの間に形成しても、一応の効果が得られる。しかし、バーナ段２、３、４から離れた場所に設置すると、効果は小さい。
【００３４】
従来例技術に示したように、バーナ段２、３、４の下側に気体噴出口６を形成すると、形成した高さにおける側壁１の近傍の圧力は高くなるが、バーナ段２、３、４の高さでは圧力は低くなり、バーナ２、３、４により生じる燃焼ガス１６が側壁１ａ、１ｂの方向に流れる。
【００３５】
バーナ段２、３、４の上側に気体噴出口６を形成すると、気体噴出口６を形成しない場合と比べて、側壁１ａ、１ｂ近傍の圧力は上昇する。しかし、バーナ段２、３、４の領域に気体噴出口を形成した場合と比べて、圧力の上昇が小さく、バーナ２、３、４により生じる燃焼ガス１６が、側壁１ａ、１ｂの方向に流れやすい。
【００３６】
気体噴出口６からの噴流１８は、側壁１ａ、１ｂのそれぞれの中央部まで到達すると、本発明の目的を良好に達成できる。噴流１８が側壁１ａ、１ｂのそれぞれの中央部まで到達できない場合、燃焼ガス１６は、側壁１ａ、１ｂの方向に流れやすくなる。したがって、噴流１８は、側壁１ａ、１ｂのそれぞれの中央部で衝突させなければならない。噴流１８の望ましい流速は、３０ｍ／ｓから９０ｍ／ｓの範囲である。また、気体噴出口６が直進流の気体を供給する方式になっている場合は、旋回流の気体を供給する方式にした場合よりも、気体の運動量の減衰を小さくできるので、より高い圧力で側壁１ａ、１ｂの中央部に気体を供給できる。
【００３７】
気体噴出口６の噴流１８は、バーナ壁１４に垂直に供給するだけではなく、任意の角度で供給してもよい。気体噴出口６の噴流１８を燃焼室１３の内部に向くように供給すると、燃焼ガス１６は、側壁１の方向に流れにくくなる。噴流１８を側壁１に向けて噴出すると、噴流１８の気体は、側壁１に沿うように供給できる。燃焼ガス１６が側壁１に近づくと、側壁１の熱吸収が増加し、側壁１を構成する水壁の温度が上昇する。気体噴出口６の噴流１８は、側壁１を冷却する役目も果たす。
【実施例２】
【００３８】
図６は、気体噴出口８を左側壁１ａおよび右側壁１ｂに設置した実施例２の火炉内における燃焼ガス１６と噴流１８との流動の概略を示す図である。バーナ段２、３、４および前壁１４ａ、後壁１４ｂの構成は、実施例１と同様である。気体噴出口８は、バーナ段２、３、４が設置されている前壁１４ａ、後壁１４ｂにのみ設置される必要はない。気体噴出口８が側壁１ａ、１ｂに設置されていても、実施例１と同様の効果が得られる。この場合、実施例１と同様に、側壁１ａ、１ｂ近傍の圧力を高める必要がある。噴流１８の流速は、３０ｍ／ｓから９０ｍ／ｓの範囲が適当である。また、気体噴出口８の噴流１８は、前壁１４ａ、後壁１４ｂに垂直に供給するだけではなく、任意の角度を持って供給されてもよい。図６は、噴流１８を下に向けて供給した例を示している。噴流１８を下に向けると、噴流１８と燃焼ガス１６とが衝突して、圧力が高くなる。この結果、燃焼ガス１６は、側壁１ａ、１ｂ方向に近づけない。
【実施例３】
【００３９】
図７は、本発明による貫流型ボイラの実施例３における火炉の概略構造を示す斜視図である。バーナ段２、３、４および前壁１４ａ、後壁１４ｂの構成は、実施例１と同様である。バーナ段２、３、４の上方には、二段燃焼用のアフタエアポート９が取り付けられている。気体噴出口６は、下段バーナ２から上段バーナ４の間に少なくとも１段設置し、かつ、下段バーナ２からアフタエアポート９の間に複数段設置する。実施例３では、中段バーナ３と同じ高さのところと、上段バーナ４およびアフタエアポート９の間と、アフタエアポート９と同じ高さのところの合計３カ所に取り付けられている。
【００４０】
これらの気体噴出口６からの噴流１８は、実施例１と同様に、側壁１の中心部の圧力を高め、燃焼ガス１６が側壁１に近づくことを防止する。気体噴出口６をバーナ段２、３、４に設置すれば、燃焼ガス１６が側壁１ａ、１ｂに近づきにくくなり、同時に、二段燃焼方法により生じた還元性ガスを酸化し、側壁１ａ、１ｂ近傍のＣＯ濃度や未燃分を低減できる。また、気体噴出口６を図７のように複数段設置することにより、側壁１ａ、１ｂ近傍の圧力が高まり、還元性ガスを含む燃焼ガス１６が側壁１に近づきにくくなる。
【００４１】
図８は、実施例３における左側壁１ａ方向への流線４１を示す正面図である。図９は、実施例３の左側壁１ａから１０ｃｍの位置におけるＣＯ濃度(％)の計算結果を示す図である。数値解析したボイラは、微粉炭焚の最大出力５００ＭＷのボイラであり、１００％負荷の状態である。気体噴出口６から、燃焼用空気の４％の空気を入れた。噴出速度は、４０ｍ／ｓである。
【００４２】
図１０は、従来の貫流型ボイラにおける左側壁１ａ方向への流線４１を示す正面図である。図１１は、図１０の左側壁１ａから１０ｃｍの位置におけるＣＯ濃度(％)の計算結果を示す図である。数値解析したボイラは、微粉炭焚の最大出力５００ＭＷのボイラであり、１００％負荷の状態である。
【００４３】
図１２は、壁に沿う空気の流れを形成するためのバウンダリエア装置４２を火炉の下部に設けた従来の貫流型ボイラにおいて、左側壁１ａ方向への流線４１を示す正面図である。図１３は、図１２の左側壁１ａから１０ｃｍの位置におけるＣＯ濃度(％)の計算結果を示す図である。数値解析したボイラは、微粉炭焚の最大出力５００ＭＷのボイラであり、１００％負荷の状態である。図１２のバウンダリエア装置４２からは、燃焼用空気の８％の空気をバウンダリエア４３として入れた。
【００４４】
図８、図１０、図１２を比較すると、本発明の実施例３により図８に示すように気体噴出口６を設けた場合は、図１０、図１２の従来例と比べて、側壁１ａ、１ｂ方向への燃焼ガス１６の流れが少ない。特に、中段バーナ３と上段バーナ４とから側壁１ａ、１ｂ方向への流れは、ほとんど無い。気体噴出口６からの噴流１８は、燃焼ガス１６が側壁に衝突することを防いでいる。図１２のバウンダリエア装置４２を設けた場合、燃焼ガス１６が側壁１ａ、１ｂに衝突することをほとんど防止できない。
【００４５】
図９の本発明の実施例３における側壁近傍１のＣＯ濃度は、バーナ段の下流で１％以下になる。
【００４６】
図１１の従来型のボイラにおける側壁１近傍のＣＯ濃度は、上段バーナ４とアフタエアポート９との間で、最大１０％に達する。側壁１近傍の一酸化炭素は、酸化されにくく、火炉出口５まで流れている。
【００４７】
図１３のバウンダリエア４２を設置した従来型のボイラにおける側壁１近傍のＣＯ濃度は、最大８％であり、図１１の従来型のボイラとあまり変わらない。このようなＣＯ濃度分布になったのは、側壁１に沿うようにバウンダリエア４２を流しても、バーナ２、３、４から流れてくる燃焼ガス１６が、圧力の低い側壁１方向に流れ、側壁１に衝突するためである。
【００４８】
図１４は、バーナ空気比が０.８近傍で火炉出口５におけるＮＯｘが最低値となるバーナＡと、バーナ空気比が０.７近傍で火炉出口５におけるＮＯｘが最低値となるバーナＢとの特性を比べて示す図である。実施例３に用いるバーナは、バーナ空気比が０.８よりも低い操作条件で火炉出口５におけるＮＯｘが最低になる特性を持つことが望ましい。バーナＢを使用すると、火炉出口５におけるＮＯｘを低減するには、バーナ空気比を０.８よりも０.７に低下させることが有効である。しかし、バーナ空気比を低くすると、バーナ段２、３、４で生成された還元性ガスが、側壁１の近傍に流れ、ＣＯ濃度や未燃分を増加させる。
【００４９】
このために、従来型のボイラは、バーナ空気比０.８程度で運用されることになり、バーナＡとバーナＢとで、火炉出口５におけるＮＯｘは、ほぼ同じになっていた。
【００５０】
これに対して、本発明においては、例えば、実施例３に示すように気体噴出口６を設置すると、側壁１近傍のＣＯ濃度や未燃分を低減できるので、バーナ空気比が０.７近傍で火炉出口５におけるＮＯｘが最低値となるバーナＢを使用することが可能となり、バーナＡを使用する場合に比べて、火炉出口５におけるＮＯｘを低減できる。
【実施例４】
【００５１】
図１５は、本発明による貫流型ボイラの実施例４の構成を示す系統図である。使用する燃料は、石炭２３であり、コールバンカ３７に貯えられる。コールバンカ３７に入っている石炭は、石炭粉砕機３８により粉砕される。石炭搬送用空気３３と石炭とは、バーナ３９に供給される。ブロア３１から供給される空気は、燃焼排ガス３２とエアヒータ３０とにより加熱される。加熱された空気は、石炭搬送用空気３４と燃焼用空気３５と気体噴出口６の噴流用空気３６とに分けられる。石炭搬送用空気３４、燃焼用空気３５、噴流用空気３６の配管には、ダンパ２７と流量計２６とが設置されている。制御装置２０は、負荷指令２１、炭種情報２２、炭種測定結果２４、噴流用空気３６の流量信号２５を入力し、噴流用空気３６のダンパ２７を制御する。気体噴出口６は、実施例１または実施例２のように設置すればよい。
【００５２】
制御装置２０は、炭種情報２２または炭種測定結果２４に基づき、石炭の特性を推定し、推定された石炭の特性、負荷指令２１、噴流用空気３６の流量２５に応じて、ダンパ２７の開度を制御し、気体噴出口６からの噴流１８を調整する。
【００５３】
図１６は、負荷と気体噴出口６からの噴流１８の流量との関係の一例を示す特性図である。負荷が低いときは、火炉内の燃焼領域の圧力が高くないので、側壁１方向に流れる燃焼ガス１６の流量は少ない。したがって、気体噴出口６からの噴流１８の流量は少なくする。負荷が高くなるとともに、気体噴出口６からの噴流１８の流量を多くする。
【００５４】
図１７は、燃料比と気体噴出口６からの噴流１８の流量との関係の一例を示す特性図である。燃料比が低い石炭の場合は、側壁方向１に流れる燃焼ガス１６の還元性ガス量が増加するので、気体噴出口６からの噴流１８の流量を増加させる。逆に、燃料比が高い石炭の場合は、燃料比の低い石炭と比べて、燃焼が進行せず、還元性ガス量が減少するので、気体噴出口６からの噴流１８の流量を減少させる。
【００５５】
図１６または図１７に示した制御方法によって、火炉内に形成される還元領域を壊さずに、気体噴出口６の噴流１８の流量を最小限にすると、火炉出口５におけるＮＯｘ濃度を常に最低に維持できる。
【００５６】
図１８は、ＣＯ濃度と気体噴出口６からの噴流１８の流量との関係の一例を示す特性図である。石炭の情報２２または炭種測定結果２４が無くても、ＣＯ濃度測定装置２８を例えば側壁１に取り付けて、ＣＯ濃度信号２９を取り込み、ＣＯ濃度に応じて気体噴出口６からの噴流１８の流量を制御してもよい。この場合、図１８に示すように、ＣＯ濃度信号２９が４％程度以上の場合は、ダンパ２７を開けて、気体噴出口６の噴流１８の流量を増加させる。ＣＯ濃度２９が４％以下の場合は、ダンパ２７を閉めて、気体噴出口６の噴流１８の流量を減少させる。上記図９のＣＯ濃度の分布から明らかなように、制御を開始すべきＣＯ濃度を４％に限定する必要はない。すなわち、バーナ２、３、４近傍でＣＯ濃度が４％以下であれば、火炎は、側壁１に衝突していないと考えられるので、０から４％の間の任意のＣＯ濃度を選択できる。
【実施例５】
【００５７】
図１９、図２０、図２１は、火炉１５への噴流用空気３６の供給手段のバリエーションを示す火炉の側面図である。
【００５８】
図１９の噴流用空気３６は、バーナ３９の燃焼用空気３５を分岐させて供給される。バーナの燃焼用空気３５の圧力は高いので、噴流１８を高速で噴出でき、側壁１近傍の圧力を高めるのに好適である。
【００５９】
図２０の噴流用空気３６は、バーナ３９の空気流量を調整するダンパ２７の上流から分岐されている。このように噴流用空気３６を分岐させると、バーナ３９への燃焼用空気の流量を変えても、噴流用空気３６の圧力の変化が少なく、さらに高速で噴流用空気３６を噴出できる。また、噴流用空気３６とバーナ３９の燃焼用空気とを独立に制御できる。
【００６０】
図２１は、気体噴出口６がアフタエアポート９に近い場合、アフタエア４５から噴流用空気３６を分岐させ、空気配管をより短くした例を示している。
【００６１】
上記特開平７−９８１０３号公報に開示された従来例では、酸素分圧が１０％以下の燃焼用ガスを補助燃焼ポートまで供給する配管が必要であった。そのために、数十ｍに及ぶ長さの燃焼用ガス供給配管を引き回さなければならず、大幅なコストアップは避けられなかった。
【００６２】
これに対して、図１９、図２０、図２１に示した本発明の火炉１５への噴流用空気３６の供給手段は、ごく近い位置まで配管されている燃焼用空気３５またはアフタエア４５を分岐させて噴流用空気３６を供給するだけでよい。特に、バーナ段２、３、４と同じ高さに気体噴出口６を設ける場合、バーナ３９のウインドボックス４０の左右両端に気体噴出口６を形成できるので、本発明のために追加する設備は、最小限で済む。アフタエアポート９と同じ高さに気体噴出口６を設ける場合も、同様である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明による貫流型ボイラの実施例１における火炉の概略構造を示す斜視図である。
【図２】実施例１における気体噴出口の構造の一例を示す断面図である。
【図３】図２の気体噴出口の構造の一例を示す正面図である。
【図４】気体噴出口を前壁および後壁に設置した実施例１の火炉内における燃焼ガスと気体噴流との流動の概略を示す図である。
【図５】気体噴出口を設置しない従来の火炉における燃焼ガスの流動の概略を示す正面図である。
【図６】気体噴出口を左側壁および右側壁に設置した実施例２の火炉内における燃焼ガスと気体噴流との流動の概略を示す図である。
【図７】本発明による貫流型ボイラの実施例３における火炉の概略構造を示す斜視図である。
【図８】実施例３における左側壁方向への流線を示す正面図である。
【図９】実施例３の左側壁から１０ｃｍの位置におけるＣＯ濃度(％)の計算結果を示す図である。
【図１０】従来の貫流型ボイラにおける左側壁方向への流線を示す正面図である。
【図１１】図１０の左側壁から１０ｃｍの位置におけるＣＯ濃度(％)の計算結果を示す図である。
【図１２】壁に沿う空気の流れを形成するためのバウンダリエア装置を火炉の下部に設けた従来の貫流型ボイラにおける左側壁方向への流線を示す正面図である。
【図１３】図１２の左側壁から１０ｃｍの位置におけるＣＯ濃度(％)の計算結果を示す図である。
【図１４】バーナ空気比が０.８近傍で火炉出口におけるＮＯｘが最低値となるバーナＡと、バーナ空気比が０.７近傍で火炉出口におけるＮＯｘが最低値となるバーナＢとの特性を比べて示す図である。
【図１５】本発明による貫流型ボイラの実施例４の構成を示す系統図である。
【図１６】負荷と気体噴出口からの噴流の流量との関係の一例を示す特性図である。
【図１７】燃料比と気体噴出口からの噴流の流量との関係の一例を示す特性図である。
【図１８】ＣＯ濃度と気体噴出口からの噴流の流量との関係の一例を示す特性図である。
【図１９】バーナの燃焼用空気を分岐させて噴流用空気を供給する手段を示す火炉の側面図である。
【図２０】バーナの空気流量を調整するダンパの上流から分岐させて噴流用空気を供給する手段を示す火炉の側面図である。
【図２１】気体噴出口がアフタエアポートに近い場合、アフタエアから噴流用空気を分岐させ空気配管を短くした例を示す火炉の側面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  火炉側壁
２  下段バーナ
３  中段バーナ
４  上段バーナ
５  火炉出口
６  気体噴出口
８  気体噴出口
９  アフタエアポート
１３  燃焼室
１４  バーナ壁
１５  火炉
１６  燃焼ガス
１７  水管
１８  噴流
２０  制御装置
２１  負荷指令
２２  炭種情報
２３  石炭
２４  炭種測定結果
２５  気体流量信号
２６  流量計
２７  ダンパ
２８  ＣＯ濃度測定装置
２９  ＣＯ濃度信号
３０  エアヒータ
３１  ブロア
３２  燃焼ガス
３３  石炭搬送用空気
３４  石炭搬送用空気
３５  燃焼用空気
３６  噴流用空気
３７  コールバンカ
３８  石炭粉砕機
３９  バーナ
４０  ウインドボックス
４１  流線
４２  バウンダリエアポート
４３  バウンダリエア
４４  側壁方向への流れ
４５  アフタエア
【図１】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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