(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を一次空気と共に燃焼させるバーナと、燃焼用空気を供給するアフタエアポートを有するボイラ燃焼装置において、
予熱された燃焼用空気をバーナとアフタエアポートにそれぞれ区別して供給する燃焼用空気供給路と各燃焼用空気供給路に空気流量調節用ダンパと該ダンパの下流部の燃焼装置壁面にウインドボックスを設け、
各ウインドボックスに設けられるバーナとアフタエアポートの中で、バーナと最下流側のアフタエアポートであるメインエアポートとの間に空気流路面積を可変とし、かつ燃料を還元燃焼させるためのサブエアポートを少なくとも一段設け、
サブエアポートの空気流路は、同心軸上に設けた多重に分割された分割流路からなり、
該多重分割流路の中の外周部側分割流路から内周側分割流路に向けて各分割流路を順次閉じる方向に移動可能なスライド式の流路開閉手段を設けた
ことを特徴とするボイラ燃焼装置。
【請求項２】
請求項１記載のボイラ燃焼装置を用いて燃焼条件に応じてスライド式の流路開閉手段をスライドさせてサブエアポートの多重分割流路の最内周側の分割流路だけを開放する場合から順次最外周部側の分割流路までの全分割流路を開放する場合までサブエアポートの空気流路面積を変更することを特徴とするボイラ燃焼装置の運転方法。
【請求項３】
サブエアポートの空気流路面積を変える燃焼条件として、（ａ）バーナ空気比、（ｂ）バーナ空気比とバーナとアフタエアポートで用いる全空気比、（ｃ）ボイラ負荷及び（ｄ）燃料性状のいずれかをパラメータとしたことを特徴とする請求項２記載のボイラ燃焼装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラ出口部における窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）並びにばいじん（未燃分）の発生レベルをミニマムに抑制するのに好適なボイラ燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラ燃焼装置に用いるバーナはボイラ排ガス中のＮＯｘ濃度低減を目的に、一般的には二段燃焼方式のものが用いられている。二段燃焼方式のバーナは燃焼用空気を二段階に分けてバーナ部に供給し、空気比を１以下（通常は０．７５〜０．９５）で燃料を燃焼させ、その後流側のアフタエアポート部で不足分の空気を投入して完全燃焼させる構成である。
【０００３】
前記二段燃焼方式のバーナは、バーナ部からアフタエアポート部にかけて燃料を低空気比状態で燃焼させることにより、結果としてサーマルＮＯｘとフュエルＮＯｘのいずれに対しても低減効果がある。従って、ガス、油及び微粉炭等の燃料種にかかわらず、燃焼ガスのＮＯｘ濃度を低減することが可能である。
【０００４】
一般に二段燃焼比率を上昇させる程、燃焼ガスのＮＯｘ濃度の低減効果は高くなるが、一定比率以上に二段階燃焼比率を上げると、逆に前記ＮＯｘ濃度が上昇する傾向を示す。これは、二段燃焼比率を上げ過ぎると、バーナ部における燃料に対する空気比率が低くなり過ぎ、バーナ部で燃焼していない未燃の燃料がアフタエアポート部で急激に燃焼し、ＮＯｘが再生成するためである。
【０００５】
前記再生成したＮＯｘを抑制する手法として、アフタエアポートを多段に設け、アフタエアを分割供給する方法がある。図４には微粉炭焚きボイラの火炉に用いられる対向燃焼方式のバーナにおける代表的な二段アフタエアポートの構成を示す。
【０００６】
火炉３１にバーナ３２ａ、３２ｂが２段、対向位置の火炉壁面に設置され、火炉３１の空間の有効活用による燃焼ガスの低ＮＯｘ化を目的に、上段バーナ３２ｂの上方に上下２段のアフタエアポート３３ａ、３３ｂがそれぞれ対向に設置されている。
【０００７】
ＦＤＦ３６からエアヒータ３７を介して予熱された燃焼用空気がダンパ３８で流量調整されながら、ウインドボックス３９でバーナ部とアフタエアポート部にそれぞれ分配されて火炉３１に投入される。バーナ部からアフタエアポート３３ａ、３３ｂまでの二段燃焼ゾーンでは理論空気比以下で運用されるため、火炉３１内には未燃焼ガスが残存する。未燃焼ガスはアフタエアポート部より下流側（火炉上方）でアフタエアと混合し、燃焼を完結する。火炉３１を出た燃焼排ガスは脱硝装置４１及びエアヒータ３７を介して、煙突４２より排出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示す従来の二段燃焼バーナは同一形状のアフタエアポート３３ａ、３３ｂを多段に設置していたため、同一の二段燃焼比率では、上流側エアポート３３ａのエア量を増加させると下流側エアポート３３ｂのエア量が減少し、下流側のアフタエアは充分な貫通力がなくなるので、多段にアフタエアを供給するという効果が発揮できないという問題があった。
【０００９】
このように、上記従来技術の二段燃焼バーナは、バーナ空気比変化に伴うアフタエアポート部でのアフタエアと未燃焼ガス混合適正化の点について配慮がされておらず、燃焼ガス中のＮＯｘ濃度が上昇すること、あるいはＣＯ濃度並びに未燃分が増加するという問題があった。
【００１０】
本発明の課題は、バーナ空気比等の燃焼条件変化にかかわらず、アフタエアポート部での混合を適正に保持することにより、ボイラ出口部における燃焼ガス中のＮＯｘ、ＣＯ並びにばいじん（未燃分）の発生レベルをミニマムに抑制することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の課題は、次の解決手段で解決される。
請求項１記載の発明は、燃料を一次空気と共に燃焼させるバーナと、燃焼用空気を供給するアフタエアポートを有するボイラ燃焼装置において、予熱された燃焼用空気をバーナとアフタエアポートにそれぞれ区別して供給する燃焼用空気供給路と各燃焼用空気供給路に空気流量調節用ダンパと該ダンパの下流部の燃焼装置壁面にウインドボックスを設け、各ウインドボックスに設けられるバーナとアフタエアポートの中で、バーナと最下流側のアフタエアポートであるメインエアポートとの間に空気流路面積を可変とし、かつ燃料を還元燃焼させるためのサブエアポートを少なくとも一段設け、サブエアポートの空気流路は、同心軸上に設けた多重に分割された分割流路からなり、該多重分割流路の中の外周部側分割流路から内周側分割流路に向けて各分割流路を順次閉じる方向に移動可能なスライド式の流路開閉手段を設けたボイラ燃焼装置である。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のボイラ燃焼装置を用いて燃焼条件に応じてスライド式の流路開閉手段をスライドさせてサブエアポートの多重分割流路の最内周側の分割流路だけを開放する場合から順次最外周部側の分割流路までの全分割流路を開放する場合までサブエアポートの空気流路面積を変更するボイラ燃焼装置の運転方法である。
【００１３】
請求項３記載の発明は、サブエアポートの空気流路面積を変える燃焼条件として、（ａ）バーナ空気比、（ｂ）バーナ空気比とバーナとアフタエアポートで用いる全空気比、（ｃ）ボイラ負荷及び（ｄ）燃料性状のいずれかをパラメータとした請求項２記載のボイラ燃焼装置の運転方法である。
【００１４】
【作用】
表１に二段アフタエアポートの上流側アフタエアポートにおいて、上流側アフタエア量変化に対する従来技術と本発明とのアフタエアの挙動の違いを示す。
【００１５】
【表１】
0003915951.tif 000002
【００１６】
本発明のバーナも図４に示す従来技術のバーナも、設定したバーナ空気比をベース値（そのときのアフタエア量もベース値とする）とすると、バーナ空気比が前記ベース値より低い場合はアフタエア量は増加し、前記設定バーナ空気比のベース値よりバーナ空気比が高い場合はアフタエア量は減少する。
【００１７】
しかし、バーナの燃焼条件により、上流側アフタエア量をベース値より上げた場合には、従来技術ではアフタエア量の増加に伴い、貫通力が増加し、火炉中央部で缶前及び缶後から投入されたアフタエア同士が干渉する。こうして、従来技術のバーナではアフタエアポートからの燃焼用空気噴流がバーナゾーン側（火炉下方側）に流れるため、ＮＯｘ還元域の縮小及びＮＯｘ再生現象により、ＮＯｘが上昇傾向を示す。
【００１８】
一方、本発明のバーナにおいては、バーナの燃焼条件により、上流側アフタエア量をベース条件より上げた場合にアフタエア量の増加があってもアフタエアの貫通力がベース条件と同等になるようにアフタエアポート（サブエアポート）の空気流路面積を広げるため、火炉中央部においても良好な混合が行われ、ＮＯｘが上昇することはない。
【００１９】
また、上流側アフタエア量をベース条件より下げた場合、従来技術のバーナではアフタエアの貫通力が減少し、火炉中央部で未燃ガスのすり抜け現象が起こり、ＣＯ及びばいじん（未燃分）レベルが増加傾向を示す。一方、本発明のバーナにおいては、アフタエアポート（サブエアポート）の空気流路面積を狭くして貫通力を確保する操作を行うことにより、ベース条件と同様に良好な混合が行われるため、ＣＯ発生量及びばいじん（未燃分）が増加することはない。
この様に本発明ではサブエアポートの多重分割流路の最内周側の分割流路だけは常に開放して、燃焼条件が変化してもサブエアポートの中心軸に沿って火炉内に噴出するエアーの貫通力を常に確保することでベース条件と同様に良好な燃焼ガスとアフタエアとの混合を可能とする。
【００２０】
また、アフタエアポートを一段にすると、アフタエアポートからの供給空気量を増加させた場合には、局所的に酸素濃度が高い部分が生じ、その高濃度の酸素が拡散するまでに時間が必要であるが、本発明の二段のアフタエアポートを用いて、しかも上流側のアフタエアポート（サブエアポート）からの燃焼用空気量を燃焼条件に応じて可変にすることで、アフタエアの貫通力が適正になるように調整できる。そして下流側のアフタエアポート（メインエアポート）は燃焼用空気の拡散作用を奏する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面とともに説明する。
図１に本発明の実施の形態の構成を示す。本図は微粉炭焚きボイラ燃焼装置の構成を示す。火炉１にバーナ２ａ、２ｂが２段対向に設置され、火炉１の空間の有効活用による燃焼ガスの低ＮＯｘ化を目的に、下段バーナ２ｂの上方にサブエアポート３及びメインエアポート４がそれぞれ対向に設置されている。
【００２２】
ＦＤＦ６からエアヒータ７を介して予熱された燃焼用空気がエアダンパ８とウインドボックス５でバーナ部とアフタエアポート部にそれぞれ分配されて火炉１に投入される。
【００２３】
バーナ部からサブエアポート３までの火炉１内の二段燃焼ゾーンでは理論空気比以下で燃料の燃焼が行われるため、火炉１内には未燃焼ガスが残存する。未燃焼ガスはアフタエアポート部より下流側（火炉上方）でサブアフタエア１１及びメインアフタエア１２と混合し、燃焼を完結する。火炉１を出た燃焼排ガスは脱硝装置１３及びエアヒータ７を介して、煙突１５より排出される。
【００２４】
図２に本発明実施のサブエアポート３の断面図を示す。
サブエアポート３は流路が３ａ、３ｂ、３ｃに３分割されていて、アクチュエータ１７で作動するスライドダンパ１８により前記３分割流路３ａ、３ｂ、３ｃの開閉調整をする構成としている。
【００２５】
図３に本発明の実施の形態のメインエアポート４の断面図を示す。
メインエアポート４は燃焼用空気を２分割して供給できるように、第１分割空気２１が供給される一次スリーブ２２と該一次スリーブ２２の外周に第２分割空気２３が供給される二次スリーブ２４が設けられたデュアル型のアフタエアポート構造である。
【００２６】
メインエアポート４の一次スリーブ２２には、その開口部２２ａからの供給空気量を調整するスライドダンパ２６が設けられている。また、二次スリーブ２４にもその開口部２４ａを開閉するスライドダンパ２７が設けられている。各スライドダンパ２６、２７はそれぞれ駆動装置２８、２９で駆動される。また、二次スリーブ２４には燃焼用空気に旋回力と貫通力を付与するためにエアレジスタ３０が設けられている。このエアレジスタ３０はレジスタドライバ３１により制御されて燃焼用空気の旋回力と貫通力を適正化することにより、アフタエアポート部近傍の火炉１内での未燃焼ガスのすり抜けを最小限度に抑えることが可能となる。
【００２７】
本実施の形態では、基準炭ベースの最適バーナ部の空気比を０．８５、サブエアポート３の空気比を０．１、メインエアポート４の空気比を０．２５、全空気比を１．２（＝０．８５＋０．１＋０．２５）としている。この場合のベース条件では、図２に示すように、スライドダンパ１８によりサブエアポート３の３分割流路３ａ〜３ｃの内の２つの流路を用いる設定としている。バーナ部からサブエアポート３配置部までの火炉１内の二段燃焼ゾーンでは、バーナ空気比０．８５、サブエアポート３からメインエアポート４の配置部までの火炉１内の二段燃焼ゾーンにおいても空気比０．８５〜０．９５の低空気比燃焼を実施しているため、燃焼が緩慢となりサーマルＮＯｘの発生を抑制している。
【００２８】
また上記二段燃焼ゾーンは還元雰囲気となるため、ＮＯｘと同時に発生した中間生成物の作用により、ＮＯｘの還元反応が促進されフュエルＮＯｘの生成量も低減される。
【００２９】
メインエアポート４では空気比に対して０．２５相当の燃焼用空気が投入され、未燃焼ガスと適正に混合することにより、ＣＯ及び未燃分の発生を最小限に抑制している。またアフタエア１１、１２（図１）を上段と下段とで分割供給しているため急激な空気の投入に伴う再生成ＮＯｘの発生を最小限度に抑制できる。
【００３０】
燃料性状等の燃焼条件によってＮＯｘ及び未燃分を低減するのに最適なメインアフタエア投入量との比率は異なるが、表２にサブエアポート３の３つの分割流路３ａ〜３ｃへの空気投入比率を変化させた場合におけるサブエアポート流路の構成を示す。
【００３１】
【表２】
0003915951.tif 000003
【００３２】
表２に示すようにサブエアポート３の空気比を０．１２とした場合はベース（０．１）に対して約２割投入空気量が増加する。このような空気比条件では、スライドダンパ１８によりサブエアポート３の３つの流路３ａ〜３ｃの全てを用いる設定としている。また、ベース条件での空気供給時に対してサブエアポート３の２つの流路だけを用いることにより、空気量が増加したにもかかわらず、サブアフタエア１１の貫通力はベース条件と同等になるため、火炉中央部においても良好な混合が行われる。なお、上記した条件ではメインエアポート４の空気量はベース条件に対して約８％減少するが、設計許容範囲であり問題はない。
【００３３】
一方、サブエアポート３の空気比を０．０８とした場合は、ベースに対して約８割の燃焼空気しか投入されないことになる。このような空気比条件では、スライドダンパ１８によりサブエアポート３の２つの流路を閉塞して１つの流路のみを用いる設定とすることにより、サブアフタエア量が減少してもベース条件と同等の貫通力を確保可能なため、燃焼性能を阻害することは無い。本条件においてもメインエアポート４の空気量はベース条件にして約８％増加するが、設計許容範囲であり問題ない。
【００３４】
【発明の効果】
ａ．火炉空間を有効利用することにより二段燃焼を最大限に効果的に実施することができるため、ＮＯｘ、ＣＯ、ばいじん（未燃分）の発生量を最小限に抑えることができる。
ｂ．１缶のボイラで多種燃料対応あるいは多炭種対応が容易に可能となる。
ｃ．燃焼条件に対して、二段燃焼比率を広範囲のレンジで最適値に設定可能。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態のボイラ燃焼装置の構成図を示す。
【図２】  図１のボイラ燃焼装置のサブエアポートの断面図を示す。
【図３】  図１のボイラ燃焼装置のメインエアポートの断面図を示す。
【図４】  従来技術のボイラ燃焼装置の構成図を示す。
【符号の説明】
１  火炉                            ２ａ、２ｂ  バーナ
３  サブエアポート                  ４  メインエアポート
５  ウインドボックス                ６  ＦＤＦ
７  エアヒータ                      ８  ウインドボックスエアダンパ
１１  サブアフタエア                １２  メインアフタエア
１３  脱硝装置                      １５  煙突
１７  アクチュエータ                １８  スライドダンパ
２１  第１分割空気                  ２２  一次スリーブ
２３  第２分割空気                  ２４  二次スリーブ
２６、２７  スライドダンパ          ２８、２９  駆動装置
３０  エアレジスタ                  ３１  レジスタドライバ
【図１】
0003915951.tif 000004
【図２】
0003915951.tif 000005
【図３】
0003915951.tif 000006
【図４】
0003915951.tif 000007