(57)【要約】【課題】火炉内で石炭などの固体燃料の燃焼性を損なうこと無く、ＣＯ濃度とＮＯｘ濃度の低減化効果が達成できるボイラ装置とその運転方法を提供すること。【解決手段】還元燃焼させる一段以上のバーナ６とバーナ６で不足する燃焼用空気を噴出する一段以上のアフターエアポート７とバーナ６とアフターエアポート７の間にボイラから排出するボイラ排ガスの一部を供給する混合促進ポート８を一段以上設ける。バーナ６とアフターエアポート７と混合促進ポート８は火炉の対向する一対の壁面にそれぞれ配置し、各段の各混合促進ポート８を対向する火炉壁面でそれぞれ同一水平面上であって、相対向する位置に配置するるか又は前記対向位置からずれた位置に配置し、混合促進ポート８が複数段ある場合は各段の混合促進ポート８は隣接する段の混合促進ポート８の中間位置に配置するボイラ装置である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭を含む固体燃料を火炉で燃焼させるボイラ装置において、
理論空気比以下の空気量で固体燃料を燃焼させるバーナを一段毎に複数個、かつ燃焼ガス流れ方向に一段以上設け、
前記バーナの下流側であって、該バーナでの固体燃料の燃焼に不足する燃焼用空気を火炉内に噴出するアフターエアポートを一段毎に複数個、かつ燃焼ガス流れ方向に一段以上設け、
前記バーナの下流側であって、かつ前記アフターエアポートの上流側にボイラから排出するボイラ排ガスの一部を供給する混合促進ポートを一段毎に複数個、かつ燃焼ガス流れ方向に一段以上設け、バーナとアフターエアポートと混合促進ポートは火炉の対向する一対の壁面にそれぞれ配置し、
各段の各混合促進ポートは対向する火炉壁面でそれぞれ同一水平位置であって、相対向する位置又は前記対向位置からずれた位置に配置され、混合促進ポートがガス流れ方向に複数段ある場合は各段の各混合促進ポートは隣接する段の隣接する２つの混合促進ポートの中間位置に配置されることを特徴とするボイラ装置。
【請求項２】
混合促進ポートは、最上段バーナでの燃料の燃焼が緩慢になった領域に混合促進ガスを吹き込むことができる箇所の火炉壁に設けることを特徴とする請求項１記載のボイラ装置。
【請求項３】
混合促進ポートはバーナとアフターエアポートが配置される火炉の対向する２つの壁面ではなく、前記対向する２つの壁面の両端部同士を接続する対向する２つの側壁面に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のボイラ装置。
【請求項４】
混合促進ポートは混合促進ガスの旋回流を形成して火炉内へ混合促進ガスを供給する旋回部を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項５】
混合促進ポートの出口部には、該混合促進ポートから火炉内に吹き出すガスを水平方向に分割するガス分割部材を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項６】
ガス分割部材は、混合促進ポートから火炉内に吹き出すガスの方向が互いに同一方向にならないような形状を有することを特徴とする請求項５記載のボイラ装置。
【請求項７】
最上段の複数のバーナは、対向する一対の火炉壁面でそれぞれ同一水平面上にあって、相対向する位置からずれた位置にそれぞれ配置され、各段の複数のアフターエアポートは、対向する一対の火炉壁面でそれぞれ同一水平面上にそれぞれ配置され、最上段バーナの下流側の同一壁面に設けられる最下段の各アフターエアポートは前記最上段の複数のバーナの中の隣接する２つのバーナの中間位置の上方に配置されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項８】
少なくとも一段の各アフターエアポートは、その上流側の同一壁面に設けられる最上段の複数のバーナの中の隣接する２つのバーナの中間位置の上方に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のボイラ装置。
【請求項９】
各段の各アフターエアポートは、それぞれ互いに上下段でそれぞれ隣接する２つのアフターエアポートの中間位置に配置されていることを特徴とする請求項７又は８記載のボイラ装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載のボイラ装置の混合促進ポートから火炉内に吹き出すボイラ燃焼ガス量が燃焼用空気量の１０％以下であり、かつ混合後の空気比が理論空気比以下であることを特徴とするボイラ装置の運転方法。
【請求項１１】
混合促進ポートから火炉内に吹き出すガス流速は、５０ｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項１０記載のボイラ装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭焚きボイラなどの燃焼装置とその運転方法に係り、特に排ガス中の窒素酸化物及び一酸化炭素を低減するのに好適な燃焼装置とその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本国内における発電は従来火力発電が主力であり、原子力発電が普及しつつある現在においても依然、火力発電が基盤発電を担っている。火力発電の燃料としては、石油が多いが、オイルショック以降、特に１９８０年代以降は安価な海外石炭焚きボイラの需要が増えている。火力発電所で石炭等の化石固体燃料を燃焼する場合、窒素酸化物等の環境汚染物質低減や、燃焼率向上によるプラント効率増加に関する問題が生じる。これらの問題に対し、１９８０年代以降さまざまな技術が発明されている。
【０００３】
例えば、特許第２９５４６４３号では、火炉内を燃焼域、還元域、再燃焼域に分け、還元域での窒素酸化物（ＮＯｘということがある。）低減効果を示している。  
現在ではこのような燃焼域では量論空気比以下で燃料を燃焼させ、燃料中の窒素分から発生した窒素酸化物を低酸素濃度の還元領域において還元し、炉出口での窒素酸化物量を低減する二段燃焼方式が主流になっている。その他の窒素酸化物低減方法としては、ボイラ下流に脱硝装置を設け、触媒等により物理的に還元する方式がある。
【特許文献１】特開平９−１２６４１２号公報
【特許文献２】特許第２９５４６４３号公報
【特許文献３】実願昭６２−１９４２２９号（実開平０１−１０１０１１号）マイクロフィルム
【特許文献４】特開昭５８−２１９３０８号公報
【特許文献５】特開昭５９−２４１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１〜３には、比較的低温の火炉出口排ガスをバーナとアフターエアポートの間の火炉壁から炉内に供給してサーマルＮＯｘ及びフューエルＮＯｘの発生量を抑えることができることが開示されている。  
しかし、これら特許文献記載の方法でも火炉内での異なる燃焼状態のガス同士が十分均一に混合できなく、燃焼ガス中のＣＯ濃度とＮＯｘ濃度の低減化効果が不十分であった。
【０００５】
本発明の課題は、火炉内で石炭などの固体燃料の燃焼性を損なうこと無く、燃焼ガス中のＣＯ濃度とＮＯｘ濃度の低減化効果が達成できるボイラ装置とその運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記課題は次の構成により解決される。  
請求項１記載の発明は、石炭を含む固体燃料を火炉で燃焼させるボイラ装置において、理論空気比以下の空気量で固体燃料を燃焼させるバーナを一段毎に複数個、かつ燃焼ガス流れ方向に一段以上設け、前記バーナの下流側であって、該バーナでの固体燃料の燃焼に不足する燃焼用空気を火炉内に噴出するアフターエアポートを一段毎に複数個、かつ燃焼ガス流れ方向に一段以上設け、前記バーナの下流側であって、かつ前記アフターエアポートの上流側にボイラから排出するボイラ排ガスの一部を供給する混合促進ポートを一段毎に複数個、かつ燃焼ガス流れ方向に一段以上設け、バーナとアフターエアポートと混合促進ポートは火炉の対向する一対の壁面にそれぞれ配置し、各段の各混合促進ポートは対向する火炉壁面でそれぞれ同一水平位置であって、相対向する位置又は前記対向位置からずれた位置に配置（バーナ、アフターエアポート又は混合促進ポートのこの配置様式を以後、千鳥配列ということがある。）され、混合促進ポートがガス流れ方向に複数段ある場合は各段の各混合促進ポートは隣接する段の隣接する２つの混合促進ポートの中間位置に配置されるボイラ装置である。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、混合促進ポートを複数段設ける場合には、各段の各混合促進ポートは上下方向で隣接する段の隣接する２つの混合促進ポートの中間位置に配置（バーナ、アフターエアポートを含めこれらの配置様式も以後、千鳥配列ということがある。）することにより、火炉内のバーナで形成された燃焼ガス領域とその他の未燃焼ガス領域の混合を促進する効果があり、バーナからの燃焼ガス中の未燃分も完全燃焼し、ボイラの燃焼効率が従来より向上する。
【０００８】
また、バーナ火炎で形成された燃焼ガス領域とその他未燃焼ガス領域が混在する状態のガス中に混合促進ポートから燃焼ガスを高速で吹き込むことにより、炉内のガスの流動状態を変化させ、燃焼ガスと未燃分の混合を促進する効果がある。
【０００９】
また、混合促進ポートから混合促進ガスを吹き込むことで、燃焼ガス領域に残存する一酸化炭素と未燃焼ガスとの混合が促進されることにより、未燃焼ガス領域に存在する残存酸素濃度による酸化作用により一酸化炭素が最終生成物である二酸化炭素に変換される。
【００１０】
請求項２記載の発明は、混合促進ポートを最上段バーナでの燃料の燃焼が緩慢になった領域に混合促進ガスを吹き込むことができる箇所の火炉壁に設ける請求項１記載のボイラ装置である。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、混合促進ポートから、最上段バーナでの燃料の燃焼が緩慢になったあたりで混合促進ガスを吹き込むことで、最上段バーナの火炎を壊すことなくガスを混合することができ、かつ混合促進ポートからアフターエアポートまでの距離を保つことで炉内のガス流れを均一にした後の還元促進効果を充分に得ることが出来る。また、最上段バーナの燃焼が緩慢になった位置で、混合促進ポートから燃焼ガス噴流を吹き込むことにより、炉内の燃焼ガスと未燃焼ガス領域の混合が促進され、混合ガスは均一のＮＯｘ濃度となり、アフターエアポートまでの還元領域で充分な還元作用が得られ、炉出口では低ＮＯｘ濃度となる。火炉内のガス中のＣＯ濃度にも同様の作用がある。すなわち、燃焼ガス領域に残存する一酸化炭素と未燃焼ガスとの混合が促進されることにより、未燃焼ガス領域に存在する残存酸素濃度による酸化作用により一酸化炭素が最終生成物である二酸化炭素に変換される。
【００１２】
請求項３記載の発明は、混合促進ポートを、バーナとアフターエアポートが配置される火炉の対向する２つの壁面ではなく、前記対向する２つの壁面の両端部同士を接続する対向する２つの側壁面に配置した請求項１又は２に記載のボイラ装置である。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、バーナを対向する２つの火炉壁に配置する対向燃焼方式においては、特に前後２つの火炉壁の両端部同士を接続する２つの側壁近傍に不完全燃焼領域が形成されやすいので、混合促進ポートをバーナを配置した火炉壁ではなく、前記側壁に配置することで、火炉内のガスの混合促進を図ることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、混合促進ポートが混合促進ガスの旋回流を形成して火炉内へ混合促進ガスを供給する旋回部を備えている請求項１ないし３のいずれかに記載のボイラ装置である。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、混合促進ポートから投入する混合促進ガスを旋回流で投入することにより、混合促進ポートからの噴流に火炉前後壁近傍の未燃分が同伴され、燃焼ガスと未燃分の混合促進の効果が得られる。  
前記旋回流の旋回力は、旋回速度成分／軸方向速度成分の比が０．２〜０．８の範囲にすることにより、壁面近傍の排ガス同伴量を増やし、かつ火炉中央での上昇流との混合を促進する作用がある。旋回速度成分／軸速度成分比が１．０以上になると、壁面近傍の同伴ガス量は増えるが、火炉中央までの貫通力が低減するため、火炉中央での混合促進が悪くなる。混合促進ガスに旋回力をつけることにより、直進流よりも火炉壁面近傍での排ガス同伴量が増加する。しかし混合促進ガスに旋回力がありすぎると、火炉壁面近傍の同伴量が多すぎ、火炉中央まで排ガスを到達させることができなくなる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、混合促進ポートの出口部には、該混合促進ポートから火炉内に吹き出すガスを水平方向に分割するガス分割部材を設けた請求項１ないし３のいずれかに記載のボイラ装置である。
【００１７】
請求項６記載の発明は、ガス分割部材が、混合促進ポートから火炉内に吹き出すガスの方向が互いに同一方向にならないような形状を有する請求項５記載のボイラ装置である。
【００１８】
請求項５記載の発明と請求項６記載の発明によれば、火炉内に噴出するガスを水平方向に複数個に分割して噴出方向を変えることで、水平断面に幅広く噴流を形成してバーナからの燃焼ガスの混合を促進することができ、排ガス中のＮＯｘ濃度、ＣO濃度の低減効果がある。
【００１９】
請求項７記載の発明は、最上段の複数のバーナは、対向する一対の火炉壁面でそれぞれ同一水平面上にあって、相対向する位置からずれた位置にそれぞれ配置され、各段の複数のアフターエアポートは、対向する一対の火炉壁面でそれぞれ同一水平面上にそれぞれ配置され、最上段バーナの下流側の同一壁面に設けられる最下段の各アフターエアポートは前記最上段の複数のバーナの中の隣接する２つのバーナの中間位置の上方に配置される請求項１ないし６のいずれかに記載のボイラ装置である。
【００２０】
請求項７記載の発明によれば、バーナ部における未燃分を含んだ燃焼ガスが火炉内で良く混合される。
【００２１】
請求項８記載の発明は、少なくとも一段の各アフターエアポートがその上流側の同一壁面に設けられる最上段の複数のバーナの中の隣接する２つのバーナの中間位置の上方に配置されている請求項１ないし６のいずれかに記載のボイラ装置である。
【００２２】
請求項８記載の発明によれば、バーナ部における未燃分を含んだ燃焼ガスがアフターエアポートの噴出口近くに上昇してくるので未燃分の燃焼を促進できる。
【００２３】
請求項９記載の発明は、各段の各アフターエアポートが、それぞれ互いに上下段でそれぞれ隣接する２つのアフターエアポートの中間位置に配置されている請求項７又は８記載のボイラ装置である。
【００２４】
請求項９記載の発明によれば、バーナ部における未燃分を含んだ燃焼ガスが拡散してもアフターエアポートの噴出口近くに上昇してくるので未燃分の燃焼を促進できる。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載のボイラ装置の混合促進ポートから火炉内に吹き出すボイラ燃焼ガス量が全燃焼用空気量の１０％以下であり、かつ混合後の空気比が理論空気比以下であるボイラ装置の運転方法である。
【００２６】
請求項１０記載の発明によれば、混合促進ポートより投入するガスを、投入後の空気比が理論空気比以下になるように投入してバーナからアフターエアポートまでの還元作用を損なうことなく未燃分の燃焼性を維持できる。もし、混合促進ガスとして空気等の高酸素濃度ガスを投入して投入後の空気比を理論空気比以上にすると、火炉内の未燃分と混合することにより燃焼反応が生じ、バーナからアフターエアポートまでの還元作用を損なうことになる。  
また、混合促進ポートから投入するボイラ燃焼ガス量が燃焼用空気量の１０％を超えると、燃焼性が悪くなり、排ガス中の未燃分が増加するという問題が生じる。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、混合促進ポートから火炉内に吹き出すガス流速は、５０ｍ／ｓ以上である請求項１０記載のボイラ装置の運転方法である。
【００２８】
請求項１１記載の発明によれば、混合促進ポートから高速噴流で混合促進ガスを投入することにより、周囲のガスを巻き込み、少量のガス量で混合促進の効果が得られる。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１記載の発明によれば、混合促進ガスにより火炉内のバーナで形成された燃焼ガス流領域とその他の未燃焼ガス領域の混合を促進する効果があり、バーナからの燃焼ガス中の未燃分も完全燃焼し、ボイラの燃焼効率が従来より向上し、火炉出口での排ガス中の一酸化炭素濃度と窒素酸化物濃度を低減するという効果がある。
【００３０】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、炉内のガス流れを均一にした後の還元促進効果を充分に得ることが出来る。
【００３１】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加えて、より一層の燃焼ガスと未燃分の混合促進の効果が得られる。
【００３２】
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、燃焼ガスと未燃分の混合促進の効果が得られる。
【００３３】
請求項５記載の発明と請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、火炉水平断面に幅広く噴流を形成してバーナからの燃焼ガスと未燃分の混合を促進することができ、排ガス中のＮＯｘ濃度、ＣO濃度の低減効果がある。
【００３４】
請求項７記載の発明によれば、請求項１ないし６のいずれかに記載の発明の効果に加えて、バーナ部における未燃分を含んだ燃焼ガスは火炉内で良く混合され、より一層の燃焼ガスと未燃分の混合促進の効果が得られる。
【００３５】
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし６のいずれかに記載の発明の効果に加えて、一層の未燃分の燃焼促進効果がある。
【００３６】
請求項９記載の発明によれば、請求項７又は８に記載の発明の効果に加えて、アフターエアポートの噴出口近くに上昇してくる未燃分のより一層の燃焼促進効果がある。
【００３７】
請求項１０記載の発明によれば、バーナからアフターエアポートまでの還元作用を損なうことなく燃焼性を維持できる。
【００３８】
請求項１１記載の発明によれば、請求項１０記載の発明の効果に加えて、混合促進ポートから高速噴流で混合促進ガスを投入することにより、周囲のガスを巻き込み、少量のガス量で燃焼ガスと未燃分の混合促進の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明の実施の形態を図面とともに説明する。  
図１には本実施例の石炭焚きボイラの系統図を示す。  
バンカ１１から供給する石炭はフィーダ１２で流量調整され微粉炭製造装置（ミル）２へ一次空気によって搬送される。ミル２で微粉に粉砕された石炭（微粉炭）は送炭管１０をＰＡＦ３により搬送されて火炉壁面に設けられたバーナ６に供給されて火炉１内で燃焼される。ＦＤＦ９により導入され微粉炭を燃焼させる燃焼用空気は熱交換器４で３００〜４００℃くらいの高温空気となり、火炉壁面に設けられた風箱５からバーナ６の外周部及びアフターエアポート７から燃焼用空気が火炉１内へ投入される。
【００４０】
ボイラ火炉１内での石炭の燃焼により生成した排ガスは脱硝装置１３に送られ、脱硝装置１３で窒素酸化物を低減された後、熱交換器４でガス温度が下げられて電気集塵機１４で除塵される。除塵された後の排ガスは脱硫装置１５で硫黄酸化物を低減して煙突１６より大気へ放出される。
【００４１】
火炉１の前壁と後壁の下部領域に設けられたバーナ６と火炉の前壁と後壁の上部領域に設けられたアフターエアポート７の間の火炉前壁と後壁には、炉内のガス流動の混合を促進するための混合促進ポート８が設けられている。混合促進ポート８にはＧＲＦ１７で吸引したボイラ排ガスを高速噴流で投入する。
【００４２】
なお、図２にはボイラ火炉から排出した排ガスの一部をＧＲＦ１７で吸引して火炉底部に再循環させる排ガス循環流路に分岐排ガス流路を設け、該分岐排ガス流路の先端を火炉の側壁（火炉前壁と後壁の各両端部を接続した壁面）に設けた複数の混合促進ポート８に接続する構成を示している。
【００４３】
図３に混合促進ポート８を火炉壁に設けたときの炉内のガス流れ方向で、それぞれ異なる部位の水平断面内でのＮＯｘ濃度（平均値）の変化を示す。混合促進ポート８を設けたことにより、還元領域でのＮＯｘ還元速度が促進し、炉出口での窒素酸化物濃度が低減する。
【００４４】
図４に混合促進ポート８から噴出する燃焼ガスの旋回流と直進流とで貫通力を同一にした場合における壁面近傍のガスの同伴量（ＡＡＰ噴流に取り込まれる周囲のガス量）を示す。ここでｘ／Ｙは、混合促進ポート８から火炉内方向への距離ｘを壁面から火炉中央までの距離Ｙで無次元化した値、Ｍｅ／Ｍ０は、ｘ地点での同伴量Ｍｅを火炉中央で直進流によって同伴された周囲のガス量Ｍ０で無次元化した値である。
【００４５】
混合促進ポート８から火炉１内方向へ噴出するガスの貫通力を一定にした場合、旋回流はｘ／Ｙが小さいところ、すなわち壁面近傍での旋回流による周囲ガスの同伴量は直進流による周囲ガスの同伴量に比べて多く、直進流はｘ／Ｙが大きいところ、すなわち火炉中央部に行くほど直進流による周囲ガスの同伴量が多くなる。図４には混合促進ポート８から投入する旋回流の旋回速度成分／軸速度成分（Ｓｗ数）を変化させた場合の前記同伴量変化を併せて示す。
【００４６】
Ｓｗ数が高くなるにつれて、旋回流の壁面近傍での排ガス同伴量は増加するが、火炉中央での前記同伴量は減少する。Ｓｗ数が１．０以上になると、火炉中央での旋回流の前記同伴量が直進流の前記同伴量よりも少なくなる。これは旋回力が強いため、旋回流の貫通力が弱くなるためである。そのため旋回力の強さとしては、Ｓｗ数が０．２〜０．８の範囲が望ましい。
【００４７】
図５に混合促進ポート８の縦断面図の一例を示す。混合促進ポート８の中心からは混合促進用燃焼ガスの直進流、その外周から燃焼ガスの旋回流を火炉内へ投入する構造になっている。前記中心直進流と外周旋回流の割合は外周流路内に設けたレジスタ構造１８により調整することが可能となる。
【００４８】
バーナ６から火炎で形成された燃焼ガス領域と空気を多く含む未燃焼ガス領域が混在する雰囲気に混合促進ポート８から燃焼ガスを高速で吹き込むことにより、炉内の流動状態を変化させ、燃焼ガスと未燃焼ガスの混合を促進する効果がある。最上段バーナ６の燃焼が緩慢になった付近で混合促進ポート８から燃焼ガスを吹き込むのが望ましい。最上段バーナ６の燃焼が緩慢になった位置で、混合促進ポート８から高速な燃焼ガスの旋回噴流を吹き込むことにより、炉内の燃焼ガス領域と未燃焼ガス領域の混合が促進され、排ガス中のＮＯｘ濃度が均一となり、アフターエアポート７までの還元領域で充分な還元作用が得られ、火炉出口では排ガス中のＮＯｘ濃度が低濃度となる。
【００４９】
混合促進ポート８から投入する燃焼ガスは少量の高速噴流であることが望ましい。混合促進ポート８は炉内の流動状態を均一化するためのものであり、酸化反応等の化学反応を伴わないのが望ましいため、少量で吹き込む必要がある。少量での吹き込みでは火炉１内の流動状態の混合を促進することは難しいが、高速の旋回噴流で吹き込むことにより、周囲の排ガスを巻き込み、火炉１内のガスの混合状態をよくする作用が生じる。  
そこで混合促進ポートから投入する燃焼ガスにボイラの前記火炉再循環排ガスを用いることにより、還元領域での化学反応を抑制する作用がある。
【００５０】
さらに、混合促進ポート８から高速な燃焼ガスの旋回噴流を吹き込むことで排ガス中のＣＯ濃度が低減する作用もある。その理由は、炉内の燃焼ガス領域に残存する一酸化炭素が、未燃ガス領域との混合促進により、未燃ガス領域内の残存酸素と反応して最終生成物である二酸化炭素となるためである。
【００５１】
対向燃焼方式の場合、バーナ部上方の側壁（火炉前壁と後壁の両端部同士を接続する一対の火炉側壁）近傍に不完全燃焼しているＣＯ濃度の高い領域が形成される（図１７，図１８参照）。従って、前記ＣＯ濃度の高い領域に混合促進ポート８が設置される。なお、図１７には従来の対向燃焼方式のボイラ装置のバーナ６の対向配列による燃焼排ガス中のＯ2濃度の鉛直方向の分布図（図１７（ａ））と水平断面方向の分布図（図１７（ｂ））を示し、図１８は図１７（ｂ）で示す同じ火炉水平断面内の燃焼排ガス中のＣＯ濃度の分布図である。
【００５２】
図６は、火炉の前壁１ａ又は後壁１ｂに設けられるバーナ６、混合促進ポート８及びアフターエアポート７の配置を示す側面図であり、図７は混合促進ポート８の火炉壁面への設置状態を示す火炉水平断面図である。
【００５３】
バーナ６及びアフターエアポート７は火炉前壁と火炉後壁とで対向位置に配置しているが、図７に示すように混合促進ポート８は火炉前壁１ａと後壁１ｂとで互い違いに千鳥配列する。混合促進ポート８は、それぞれ隣接位置にあるバーナ６とアフターエアポート７の間の中間位置よりもバーナ６側に寄った位置にある。
【００５４】
混合促進ポート８をアフターエアポート７よりバーナ６に近い位置に配置することにより、混合促進ポート８から噴出する燃焼ガスからなる混合促進ガスがアフターエアポート７に至るまでの滞留時間を長くでき、前記混合促進ガスとアフターエアの混合促進によるＮＯｘの還元効果がより大きくなる。
【００５５】
図１９に従来技術の炉内のＮＯｘ濃度分布を、図８に混合促進ポート８を火炉前壁１ａと後壁１ｂの対向位置に配置した場合の炉内のＮＯｘ濃度分布を、図９に混合促進ポート８を火炉前壁１ａと後壁１ｂの対向位置からずれた位置に互いに千鳥配置した場合の炉内のＮＯｘ濃度分布を示す。
【００５６】
最上段バーナ６で形成された高ＮＯｘ濃度領域と低ＮＯｘ濃度領域は混ざらずに燃焼排ガスは炉内を上昇し、従来技術ではアフターエアポート７で混合するまで濃度偏差が存在する。しかし、図８に示すバーナ６とアフターエアポート７の間の対向する火炉前壁１ａと火炉後壁１ｂの対向する位置にそれぞれ混合促進ポート８を配置した場合には、従来よりもＮＯｘ濃度の濃度偏差は解消されるが、高ＮＯｘ濃度領域と低ＮＯｘ濃度領域が混ざらずにアフターエアポート７まで上昇する。
【００５７】
また、図９に示すように対向する壁面に混合促進ポート８を千鳥状に配列した場合、混合促進ポート８の炉壁取付部の近傍の火炉内領域で高ＮＯｘ濃度領域と低ＮＯｘ濃度領域が混ざることにより、炉壁取付部の近傍の火炉内領域でのＮＯｘ濃度は均一化する効果がある。
【００５８】
図１０に混合促進ポート８から混合促進流体として火炉１から排出した燃焼排ガスを投入する場合のＮＯｘ濃度と灰中未燃分の変化を示す。  
混合促進ポート８より投入するボイラ燃焼ガス投入量を変化させたときのボイラ出口の灰中未燃分濃度は、図１０から明らかな通り、燃焼ガス量が燃焼用空気量の２０％を超えると急増する。また前記投入燃焼ガス量の増大により、該当燃焼ガス投入位置での燃焼ガス温度が低下する。さらに、投入する燃焼ガス量が燃焼用空気量の１０％を超えると、燃焼ガス温度は１００℃以上低下し、熱効率の低下を招き、さらにＮＯｘ還元反応が遅延するおそれがあるので、それ以上投入しても燃焼ガスを燃焼用空気に混合促進することによる低ＮＯｘ化の効果は、あまり大きくならない。従って、混合促進ポート８より投入するボイラ燃焼ガス量は燃焼空気量の１０％以下にすることが望ましい。
【００５９】
また、図１１に示すように、混合促進ポート８内の混合促進ガス流路を複数個に区分して火炉内に混合促進ガスを供給できる構造にしてもよい。図１１（ａ）には混合促進ポート８の鉛直方向の断面図を示し、図１１（ｂ）には水平方向の断面図を示す。
【００６０】
混合促進ポート８には該ポート８の中心部に火炉内に向けて２つの仕切板２０，２０を配置して混合促進ガス流路を３個に区分しているので、該ポート８の中心部を火炉内に向けて流れる主流２１とその両側の副流２２，２２が形成される。仕切板２０，２０と混合促進ポート８の内壁の間にできる副流２２用の流路は混合促進ポート８の出口部側に向けて狭い通路となるように仕切り板２０，２０は出口部側に向けて末広がり状であると共に混合促進ポート８の内周側は出口部側に向けて流路縮流部材２９を配置している。また、ポート８の基部には主流流入孔２４と副流流入孔２５が設けられ、該流入孔２４，２５の開口面積を各流量調節器２６，２７のスライドにより調整できる構成である。  
このように混合促進ポート８から火炉内に噴出する噴流を水平方向に分割することにより、バーナ６からの燃焼ガスの炉内での均一混合促進効果がある。
【００６１】
図１２には混合促進ポート８から火炉内に噴出する噴流を水平方向に３分割した場合の炉内ガス中のＮＯｘ濃度とＣＯ濃度が、水平方向に３分割していない混合促進ポート８を用いる場合に比較して低下する様子を示す。
【００６２】
また、複数段あるバーナ部において、火炉前壁１ａ及び後壁１ｂの上下方向に同列に、それぞれバーナ６を対向位置に配置（対向配列という場合がある。）するのではなく、図１３（ａ）の側壁１ｃ側から見た火炉の概略構造図と図１３（ｂ）の火炉前壁面又は後壁面の側面図に示すように、少なくとも最上段バーナ６においては、対向する前壁１ａと後壁１ｂの最上段バーナ６を互いに千鳥配列とすることで、バーナ部における未燃分を含んだ燃焼ガスは良く混合される。  
このとき、混合促進ポート８は炉内の流動状態を均一化するためのものであり、出来るだけ少量で吹き込むことが望ましい。そのためには図１３に示すように混合促進ポート８を火炉側壁１ｃに設置すれば側壁１ｃ近傍の混合を促進することができる。
【００６３】
図１４にバーナ６の千鳥配列と対向配列の違いによる燃焼排ガス中のＮＯｘ低減効果を数値解析により確認した結果を示す。  
また、図１５（ａ）には全バーナ６を対向配列させた場合（図１５（ｂ）参照）、最上段バーナ６を千鳥配列させた場合（図１５（ｃ）参照）及び最上段バーナ６とアフターエアポート７を互いに千鳥配列させた場合の排ガス中の燃焼排ガス中のＮＯｘ低減効果とＣＯ低減効果を数値解析により確認した結果を示す。
【００６４】
ただし、一方の壁面の最上段バーナ６からの微粉炭を含んだ噴流は対向壁からのバーナ噴流と炉内中央で衝突せず中央部から対向壁側に寄った位置で湾曲上昇する。そこで、図１６の火炉の斜視図に示すように、対向する前壁１ａと後壁１ｂに設けられるアフターエアポート７を最上段バーナ６とは逆の千鳥配列（同一壁面のバーナ６の直上にはアフターエアポート７を配置しないで、該バーナ６からの微粉炭噴流と対向壁面のアフターエアポート７からのエア噴流が当たるようにする配列）にして、対向壁面からのアフターエア噴流が上記バーナ６からの湾曲上昇噴流を直撃して混合促進する。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
排ガス中のＮＯｘ濃度とＣＯ濃度を低下させることができるボイラ装置として産業上の利用可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施例になるボイラ装置システムの一実施例を示す系統図である
【図２】本発明の実施例になるボイラ装置システムの一実施例を示す系統図である。
【図３】本発明の実施例になるボイラ装置のボイラ高さ方向の平均ＮＯｘ濃度の推移を示す図である。
【図４】本発明の実施例になるボイラ装置での混合促進ポートの旋回流と直進流の壁面近傍と火炉中央部におけるの周囲ガス同伴量の違いを示した図である
【図５】本発明の実施例になるボイラ装置の混合促進ポートの縦断面図である。
【図６】本発明の実施例になるボイラ装置の火炉壁に配置したバーナ、アフターエアポート、混合促進ポートの配置を示す側面図である。
【図７】本発明の実施例になるボイラ装置の火炉壁の混合促進ポート設置部の水平断面図である。
【図８】本発明の実施例になるボイラ装置で混合促進ポートを対向に配置した場合の炉内のＮＯｘ濃度分布を示す図である。
【図９】本発明の実施例になるボイラ装置で混合促進ポートを千鳥配列にした場合の炉内のＮＯｘ濃度分布を示す図である。
【図１０】本発明の実施例になるボイラ装置の混合促進ポートからの燃焼ガス投入量と、炉出口での燃焼ガス温度と燃焼ガス中のＮＯｘ濃度及び灰中未燃分の関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施例になるボイラ装置の混合促進ポートの鉛直方向の断面図（図１１（ａ））と水平方向の断面図（図１１（ｂ））である。
【図１２】図１１の混合促進ポートを使用した場合の炉内ガス中のＮＯｘ濃度とＣＯ濃度が水平方向に３分割していない混合促進ポートを用いる場合に比較して低下する様子を示す図である。
【図１３】本発明の実施例になるボイラ装置の側壁側から見た火炉の概略構造図（図１３（ａ））と火炉前壁面又は後壁面の側面図（図１３（ｂ））である。
【図１４】本発明の実施例になるボイラ装置のバーナの千鳥配列と対向配列の違いによる燃焼排ガス中のＮＯｘ低減効果を数値解析により確認した結果を示す図である。
【図１５】本発明の実施例になるボイラ装置のバーナの千鳥配列と対向配列による燃焼排ガス中のＮＯｘ低減効果とＣＯ低減効果を数値解析により確認した結果を示す図（図１５（ａ））、全バーナを対向配列にした平面図（図１５（ｂ））及び最上段バーナをちどり配列にした平面図（図１５（ｃ））である。
【図１６】本発明の実施例になるボイラ装置の火炉斜視図である。
【図１７】対向燃焼方式のボイラ装置のバーナの対向配列による燃焼排ガス中のＯ2濃度の鉛直方向の分布図（図１７（ａ））と水平断面方向の分布図（図１７（ｂ））である。
【図１８】図１７（ｂ）で示す同じ火炉水平断面内の燃焼排ガス中のＣＯ濃度の分布図である。
【図１９】従来技術のボイラ装置の火炉内のＮＯｘ濃度分布を示した図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  火炉                  １ａ  前壁
１ｂ  後壁                １ｃ  側壁
２  ミル                  ３  ＰＡＦ
４  熱交換器              ５  風箱
６  バーナ                ７  アフターエアポート
８  混合促進ポート        ９  ＦＤＦ
１０  送炭管              １１  バンカ
１２  フィーダ            １３  脱硝装置
１４  電気集塵機          １５  脱硫装置
１６  煙突                １７  ＧＲＦ
１８  レジスタ            ２０  仕切板
２１  混合促進ガス主流    ２２  混合促進ガス副流
２４  主流流入孔          ２５  副流流入孔
２６，２７  混合促進ガス流量調節器
２９  流路縮流部材
【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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