(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前壁と後壁とこれらの前壁と後壁との間に配設された側壁とから構成される直方体部と、この直方体部の下部に設けられたホッパ部とを備えた火炉と、火炉の前壁及び後壁にそれぞれ設置されて燃料と燃焼用空気を火炉内に供給して燃焼させる複数のバーナと、前記バーナの上部となる火炉の前壁及び後壁にそれぞれ設置されて燃焼用空気を火炉内に供給する複数のアフタエアポートとを備えたボイラ装置において、前記火炉の前壁と後壁に設置された前記バーナのうちで最も下方に配置されたバーナと同一高さ或いはそのバーナよりも下方の位置となる前記直方体部の火炉の側壁、又はこのバーナよりも下方の位置となるホッパ部の側壁に燃料を噴出して燃焼させるサイドバーナを設置したことを特徴とするボイラ装置。
【請求項２】
前壁と後壁とこれらの前壁と後壁との間に配設された側壁とから構成される直方体部と、この直方体部の下部に設けられたホッパ部とを備えた火炉と、火炉の前壁及び後壁にそれぞれ設置されて燃料と燃焼用空気を火炉内に供給して燃焼させる複数のバーナとを備えたボイラ装置において、前記火炉の前壁と後壁に設置された前記バーナのうちで最も下方に配置されたバーナと同一高さ或いはそのバーナよりも下方の位置となる前記直方体部下部の火炉の側壁、又はこのバーナよりも下方の位置となるホッパ部の側壁に燃料を噴出して燃焼させるサイドバーナを設置したことを特徴とするボイラ装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載したボイラ装置において、前記サイドバーナは前記直方体部下部の火炉の両側の側壁、又はホッパ部の両側の側壁にそれぞれ複数設置されていることを特徴とするボイラ装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載したボイラ装置において、火炉の前壁及び後壁にそれぞれ設置された複数のバーナは、前壁に設置したバーナと後壁に設置したバーナとを対向するように配置させて対向燃焼方式のボイラ装置を構成したことを特徴とするボイラ装置。
【請求項５】
請求項４に記載したボイラ装置において、前記サイドバーナは前記直方体部下部の火炉の側壁、又はホッパ部の側壁にそれぞれ複数設置したことを特徴とするボイラ装置。
【請求項６】
請求項３又は請求項５に記載したボイラ装置において、複数設置された前記サイドバーナは前記直方体部下部の火炉の側壁、又はホッパ部の側壁に水平方向に沿って配置したことを特徴とするボイラ装置。
【請求項７】
請求項３又は請求項５に記載したボイラ装置において、複数設置された前記サイドバーナは前記直方体部下部の火炉の側壁、又はホッパ部の側壁に垂直方向に沿って配置されていることを特徴とするボイラ装置。
【請求項８】
請求項１又は請求項２に記載されたボイラ装置において、前記火炉の前壁と後壁に設置された前記バーナのうちで最も下方に配置されたバーナよりも下方の位置となるホッパ部の側壁の下部に水、燃焼排ガス、又は空気を火炉内に噴出するスートブローを設置したことを特徴とするボイラ装置。
【請求項９】
請求項１又は請求項２に記載されたボイラ装置において、前記ホッパ部を形成する前壁及び後壁に流体を内部に噴出して灰を剥離させる複数の穴部を設けたことを特徴とするボイラ装置。
【請求項１０】
請求項１又は請求項２に記載されたボイラ装置において、前記サイドバーナは燃料を火炉内に噴出する噴出方向が水平方向よりも上向きとなるように設定したことを特徴とするボイラ装置。
【請求項１１】
請求項１又は請求項２に記載されたボイラ装置において、前記サイドバーナは該サイドバーナから火炉内に噴出する燃料の噴出方向を制御する機構を備えたことを特徴とするボイラ装置。
【請求項１２】
請求項３又は請求項５に記載したボイラ装置において、前記サイドバーナは該サイドバーナから噴出する燃料の噴出方向を火炉内に形成される火炎が互いに衝突するように配設したことを特徴とするボイラ装置。
【請求項１３】
請求項１又は請求項２に記載されたボイラ装置において、火炉下部の側壁又はホッパ部の側壁に設置した前記サイドバーナから噴出する燃料である固体燃料の粒径は、火炉の前壁及び後壁に設置したバーナから噴出する燃料である固体燃料の粒径よりも粗い粒径の固体燃料を使用することを特徴とするボイラ装置。
【請求項１４】
請求項１又は請求項２に記載されたボイラ装置において、前記直方体部下部の火炉の側壁、又はホッパ部の側壁に設置した前記サイドバーナから噴出する燃料は、火炉の前壁及び後壁に設置したバーナから噴出する燃料と異なる種類の燃料を使用することを特徴とするボイラ装置。
【請求項１５】
請求項３又は請求項５に記載されたボイラ装置において、前記直方体部下部の火炉の側壁、又はホッパ部の側壁に設置した複数のサイドバーナは上下方向にそれぞれ配置されており、これらのサイドバーナから噴出する燃料である固体燃料は、下部に配置されたサイドバーナから細かい粒径の固体燃料を、上部に配置されたサイドバーナから粗い粒径の固体燃料をそれぞれ火炉内又はホッパ部内に噴出していることを特徴とするボイラ装置。
【請求項１６】
前壁と後壁とこれらの前壁と後壁との間に配設された側壁とから構成される直方体部と、この直方体部の下部に設けられたホッパ部とを備えた火炉と、火炉の前壁及び後壁にそれぞれ３段以上設置されて燃料と燃焼用空気を火炉内に供給して燃焼させる複数のバーナと、前記バーナの上部となる火炉の前壁及び後壁にそれぞれ設置されて燃焼用空気を火炉内に供給する複数のアフタエアポートとを備えたボイラ装置の改造方法において、前記火炉の前壁又は後壁に設置された既設の前記バーナのうちで最上段のバーナを取り外し、前記火炉の前壁と後壁に設置された前記バーナのうちで最も下方に配置されたバーナと同一高さ或いはそのバーナよりも下方の位置となる前記直方体部の火炉の側壁、又はこのバーナよりも下方の位置となるホッパ部の側壁に燃料を噴出して燃焼させるサイドバーナを設置するように改造することを特徴とするボイラ装置の改造方法。
【請求項１７】
前壁と後壁とこれらの前壁と後壁との間に配設された側壁とから構成される直方体部と、この直方体部の下部に設けられたホッパ部とを備えた火炉と、火炉の前壁及び後壁にそれぞれ３段以上設置されて燃料と燃焼用空気を火炉内に供給して燃焼させる複数のバーナとを備えたボイラ装置の改造方法において、前記火炉の前壁又は後壁に設置された既設の前記バーナのうちで最上段のバーナを取り外し、前記火炉の前壁と後壁に設置された前記バーナのうちで最も下方に配置されたバーナと同一高さ或いはそのバーナよりも下方の位置となる前記直方体部の火炉の側壁、又はこのバーナよりも下方の位置となるホッパ部の側壁に燃料を噴出して燃焼させるサイドバーナを設置するように改造することを特徴とするボイラ装置の改造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃焼ガス中のＮＯｘ濃度及び未燃分を低減するボイラ装置及びボイラ装置の改造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料の石炭、油、又はガスを燃焼させて燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスを用いて高温の蒸気を得るボイラ装置では、燃料を燃焼した際に発生する燃焼ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度の低減、及び未燃分の低減が求められている。
【０００３】
低ＮＯｘ濃度化及び未燃分の低減要求に応えるためにボイラ装置では、火炉に設置したバーナから燃料と空気を火炉内に投入して燃焼して還元性の燃焼ガスを生成させる一段目の燃焼の後に、バーナよりも上方位置の火炉に設置したアフタエアポートから燃焼用空気を投入して還元性の燃焼ガスを完全燃焼させる二段燃焼方式が適用されている。
【０００４】
前記した二段燃焼方式では、一段目の燃焼時間が長くなるように火炉の高さを高く構成すると燃焼ガス中のＮＯｘの濃度を低減できるが、このためにはボイラ装置のサイズが大きくなるのでボイラ装置の建設コストを増加させていた。
【０００５】
そこでこの改善策として、二段燃焼用の空気ポートの構成を工夫する方法が提案されている。
【０００６】
特開２００６−１３２８１１号公報には、ボイラで発生する未燃分を低減させるために、２段燃焼方式の不完全燃焼領域に応じてアフタエアポートから噴出する空気の方向性や態様を変えて不完全燃焼領域と空気の混合効率を高めるノズル機構をアフタエアポートに設置した構造のボイラに関する技術が開示されている。
【０００７】
また特開平９−１２６４１６号公報には、低ＮＯｘ化を図る二段燃焼方式のボイラで火炉底部に落下する灰中に含まれる未燃分の発生を抑制するために、最下段のバーナよりも低い位置にこのバーナからの噴流に直交する方向に燃焼用空気を投入する補助空気噴出口を設置して空気不足の炉底部の未燃分を減少させる構造のボイラに関する技術が開示されている。
【０００８】
また特開平１０−２１３３０９号公報には、ボイラの大容量化に対応させてバーナ容量を増大した場合の微粉炭火炎の着火安定性を確保するために、微粉炭バーナの微粉炭混合気ノズル内に濃淡分離体を配置、又は空気ノズルに対して微粉炭混合気ノズルを返信して配置した構造のボイラに関する技術が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１３２８１１号公報
【特許文献２】特開平９−１２６４１６号公報
【特許文献３】特開平１０−２１３３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記特開２００６−１３２８１１号公報、特開平９−１２６４１６号公報、及び特開平１０−２１３３０９号公報に記載されたボイラに関するそれぞれの技術では、ボイラの火炉内で燃料が燃焼した際に発生する燃焼ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度の低減、並びに燃焼ガスに含まれる未燃分を低減させようとすると、火炉の高さが高くならざるを得ないのでボイラが大型化して建設コストが増加するという課題があった。
【００１１】
また、前記したボイラに関するそれぞれの技術では、火炉のホッパ部に付着する灰を除去し灰の付着を抑制する簡単で効果的な装置がないという課題があった。
【００１２】
本発明の目的は、火炉のホッパ部を有効利用することによって火炉内で燃料が燃焼して発生する燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物と未燃分をそれぞれ低減させるコンパクトな構造のボイラ装置及びボイラ装置の改造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のボイラ装置は、前壁と後壁とこれらの前壁と後壁との間に配設された側壁とから構成される直方体部と、この直方体部の下部に設けられたホッパ部とを備えた火炉と、火炉の前壁及び後壁にそれぞれ設置されて燃料と燃焼用空気を火炉内に供給して燃焼させる複数のバーナと、前記バーナの上部となる火炉の前壁及び後壁にそれぞれ設置されて燃焼用空気を火炉内に供給する複数のアフタエアポートとを備えたボイラ装置において、前記火炉の前壁と後壁に設置された前記バーナのうちで最も下方に配置されたバーナと同一高さ或いはそのバーナよりも下方の位置となる前記直方体部の火炉の側壁、又はこのバーナよりも下方の位置となるホッパ部の側壁に燃料を噴出して燃焼させるサイドバーナを設置したことを特徴とする。
【００１４】
また本発明のボイラ装置は、前壁と後壁とこれらの前壁と後壁との間に配設された側壁とから構成される直方体部と、この直方体部の下部に設けられたホッパ部とを備えた火炉と、火炉の前壁及び後壁にそれぞれ設置されて燃料と燃焼用空気を火炉内に供給して燃焼させる複数のバーナとを備えたボイラ装置において、前記火炉の前壁と後壁に設置された前記バーナのうちで最も下方に配置されたバーナと同一高さ或いはそのバーナよりも下方の位置となる前記直方体部下部の火炉の側壁、又はこのバーナよりも下方の位置となるホッパ部の側壁に燃料を噴出して燃焼させるサイドバーナを設置したことを特徴とする。
【００１５】
また本発明のボイラ装置の改造方法は、前壁と後壁とこれらの前壁と後壁との間に配設された側壁とから構成される直方体部と、この直方体部の下部に設けられたホッパ部とを備えた火炉と、火炉の前壁及び後壁にそれぞれ３段以上設置されて燃料と燃焼用空気を火炉内に供給して燃焼させる複数のバーナと、前記バーナの上部となる火炉の前壁及び後壁にそれぞれ設置されて燃焼用空気を火炉内に供給する複数のアフタエアポートとを備えたボイラ装置の改造方法において、前記火炉の前壁又は後壁に設置された既設の前記バーナのうちで最上段のバーナを取り外し、前記火炉の前壁と後壁に設置された前記バーナのうちで最も下方に配置されたバーナと同一高さ或いはそのバーナよりも下方の位置となる前記直方体部の火炉の側壁、又はこのバーナよりも下方の位置となるホッパ部の側壁に燃料を噴出して燃焼させるサイドバーナを設置するように改造することを特徴とする。
【００１６】
また本発明のボイラ装置の改造方法は、前壁と後壁とこれらの前壁と後壁との間に配設された側壁とから構成される直方体部と、この直方体部の下部に設けられたホッパ部とを備えた火炉と、火炉の前壁及び後壁にそれぞれ３段以上設置されて燃料と燃焼用空気を火炉内に供給して燃焼させる複数のバーナとを備えたボイラ装置の改造方法において、前記火炉の前壁又は後壁に設置された既設の前記バーナのうちで最上段のバーナを取り外し、前記火炉の前壁と後壁に設置された前記バーナのうちで最も下方に配置されたバーナと同一高さ或いはそのバーナよりも下方の位置となる前記直方体部の火炉の側壁、又はこのバーナよりも下方の位置となるホッパ部の側壁に燃料を噴出して燃焼させるサイドバーナを設置するように改造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、火炉のホッパ部を有効利用することによって火炉内で燃料が燃焼して発生する燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物と未燃分をそれぞれ低減させるコンパクトな構造のボイラ装置及びボイラ装置の改造方法が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に本発明の実施例であるボイラ装置及びボイラ装置の改造方法について図面を参照して以下に説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の実施例である第１実施例のボイラ装置の全体構成を図１に示す。
【００２０】
図１のボイラ装置は、石炭を粉砕した微粉炭等の固体燃料をボイラ１の火炉１１の前壁及び後壁に対向して設置したバーナから供給し、火炉内で浮遊燃焼させる対向燃焼方式のボイラの構成例である。
【００２１】
第１実施例である本実施例のボイラ装置では、固体燃料である石炭を燃料としているが、固体燃料に替えて重油や天然ガスなどを燃料として燃焼させても良い。
【００２２】
図１において、本実施例のボイラ装置であるボイラ１０を構成する火炉１１は、前壁１２と、この前壁に対向する後壁１３と、前記前壁１２と後壁１３との間に配設された左右の側壁１４から構成され、その水平断面が矩形状の直方体部となる火炉１１の上部を形成している。
【００２３】
また、前記火炉１１の直方体部の下部には、火炉１１で生じた灰を集めるホッパ部１５を備えて、火炉の下部を形成している。
【００２４】
火炉１１の前壁１２及び後壁１３には石炭と燃焼用空気とを火炉１１内に噴出させて燃焼させる複数のバーナ２を対向して配置すると共に、これらのバーナ２を前壁１２及び後壁１３の上下方向に複数段に亘って設置している。
【００２５】
また、前記バーナ２の設置箇所よりも上方に位置する前記前壁１２と後壁１３には複数のアフタエアポート３が該バーナ２と同様に対向して配置されている。
【００２６】
前記バーナ２は理論空気比以下（例えば０．８）で石炭と燃焼用空気との混合物を火炉１１の内部に噴射して燃焼させ、火炉１１内に燃焼ガスの不完全燃焼領域を形成させる。
【００２７】
前記アフタエアポート３は前記バーナ２によって形成された火炉１１内の不完全燃焼領域の燃焼ガスに燃焼用空気であるアフタエア２２を噴射して前記領域の燃焼ガスを完全燃焼させ、未燃分をほぼ完全に燃焼させる。
【００２８】
ところで、上記した燃焼を行う二段燃焼方式のボイラでは、ＮＯｘを低減するためにバーナ２から火炉１１内に石炭と燃焼用空気を供給して不完全燃焼領域を形成するように燃焼させる一段目の燃焼時間を長くなるように、バーナ２とアフタエアポート３の設置位置の間隔を大きくするように設計される。
【００２９】
このバーナ２とアフタエアポート３との設置位置の間隔を大きくするにはアフタエアポート３の設置位置をバーナ２の設置位置よりも上方の位置に上げる方法と、バーナ２の設置位置をアフタエアポート３の設置位置よりも下方の位置に下げる方法とがある。
【００３０】
しかしながら前者の方法は、ボイラ１０の高さ方向のサイズが大きくなる。
【００３１】
また後者の方法については、ホッパ１５と火炉１１の前壁１２あるいは後壁１３との折れ曲がり部からの距離を一定の大きさ以下にできないことから、バーナ２の最下段の設置位置をあまり下げることができない。
【００３２】
バーナ２の最下段の設置位置は、ボイラの大きさ、燃焼する燃料にあわせて、ボイラの強度不足やホッパ部１５のスラッギング（灰付着）を考慮して設計している。
【００３３】
一方、ホッパ部１５の内部空間は燃焼時間を大きくする上ではそれほど寄与しない。
【００３４】
これは燃焼によって発生する高温の燃焼ガスは火炉１１内を下方から上方に向かって流れるため、ホッパ部１５は止水域となりやすいからである。
【００３５】
また、ホッパ部１５では内部の温度が低く、ホッパ部１５の炉壁での熱吸収は少ない。
【００３６】
よってボイラの燃焼および熱吸収の面からは、ホッパ部１５のサイズは小さい方が有利である。
【００３７】
このホッパ部１５を構成するホッパ部の前壁あるいは後壁面の傾斜角は、火炉１１の天井壁１７付近から落下してくる灰を効率よく炉底１６に集積して回収できるように、ホッパ部１５の壁面の傾斜角を所望の角度範囲に設定している。
【００３８】
火炉１１の前壁１２と後壁１３との距離が大きく離間したボイラでは、ホッパ部１５のサイズは必然的に大きくなる。
【００３９】
そこで、火炉１１の前壁１２および後壁１３に設置した複数段のバーナ２のうちで最も下方の段に設置したバーナ２よりも下方の位置となる火炉１１の下部に設けたホッパ部１５の側壁１４に石炭と燃焼用空気とを火炉１１内に噴出させて燃焼させるサイドバーナ１が配置されている。
【００４０】
このサイドバーナ１は理論空気比以下（例えば０．８）の石炭と燃焼用空気の混合物を火炉１１の内部に噴射して燃焼させ、火炉１１内に不完全燃焼領域を形成する。
【００４１】
ホッパ部１５の側壁１４にサイドバーナ１を設置することで、火炉１１の前壁１２及び後壁１３に設けた最下段のバーナ２の位置よりもさらに低い位置となるホッパ部１５の側壁１４に石炭と燃焼用空気とを火炉１１内に噴出させて燃焼させるサイドバーナ１を設置できるので、このサイドバーナ１とアフタエアポート３との距離は最下段のバーナ２とアフタエアポート３との距離よりも大きく設定できる。
【００４２】
この結果、火炉１１内の不完全燃焼領域で燃焼ガスが燃焼する燃焼時間が長くなり、燃焼ガス中のＮＯｘの発生を抑制できる。
【００４３】
また、燃焼ガスが燃焼する燃焼時間が長くなることで、アフタエアポート３に至るまでに不完全燃焼領域の燃焼ガスの燃焼は十分に進み、アフタエアポート３の下流側の完全燃焼領域では燃焼ガス中の未燃分を十分に燃焼できるために、灰中未燃分が大幅に低下する。
【００４４】
さらに、ホッパ部１５の近傍でもサイドバーナ１から供給された燃料の燃焼によって炉内の温度が上昇し、ホッパ部１５の炉壁の熱吸収が向上する。
【００４５】
このように、アフタエアポート３よりも下側となる火炉１１内の不完全燃焼領域で熱吸収量が増加することで、アフタエアポート３の付近の炉内温度は低下する。
【００４６】
したがって、火炉１１内の完全燃焼領域の温度も低下することになり、高温酸化領域でのＮＯｘの発生が減少し、燃焼ガス中のＮＯｘの濃度をさらに抑制できる。
【００４７】
火炉１１の前壁１２及び後壁１３に設けたバーナ２に供給する石炭２７は石炭バンカー２８に一旦貯蔵し、給炭機２９によって石炭バンカー２８に貯蔵された石炭２７を石炭粉砕器３０に供給して粉砕して微粉炭を製造する。
【００４８】
この石炭粉砕器３０で粉砕した石炭２７は該石炭粉砕器３０に供給される搬送空気２４によるバーナ用石炭搬送気２５によってバーナ２に搬送される。
【００４９】
また、サイドバーナ１に供給する石炭３１は石炭バンカー３２に一旦貯蔵し、給炭機３３によって石炭バンカー３２に貯蔵された石炭３１を石炭粉砕器３４に供給して粉砕して微粉炭を製造する。
【００５０】
この石炭粉砕器３４で粉砕した石炭は該石炭粉砕器３４に供給される搬送空気２４によるサイドバーナ用石炭搬送気２６によってサイドバーナ１に搬送される。
【００５１】
本実施例では、前壁１２及び後壁１３に設けたバーナ２と、火炉１１の下部のホッパ部１５の側壁１４に設けたサイドバーナ１とにそれぞれ異なる石炭供給系を通じて石炭を供給しているが、両者に同じ石炭供給系を通じて石炭を供給しても良い。
【００５２】
また、固体燃料は本実施例で説明した石炭のほか、ペットコークス、バイオマス燃料でもよい。
【００５３】
火炉１１の前壁１２及び後壁１３に設けたバーナ２と、火炉１１の下部のホッパ部１５の側壁１４に設けたサイドバーナ１との石炭供給系を別々に設ける場合には、前壁１２及び後壁１３のバーナ２と、ホッパ部１５の側壁１４のサイドバーナ１とで、それぞれ供給する燃料の種類や、燃料粉砕時の粒度分布を変えて供給することが可能となる。
【００５４】
サイドバーナ１から火炉１１内に供給して燃焼させる燃料３１は燃焼時間が長くなるので、粗い粒子の燃料でも十分燃焼する。
【００５５】
そこでサイドバーナ１から火炉１１内に供給される燃料３１の粒度を前壁１２及び後壁１３に設置したバーナ２から火炉１１内に供給する燃料２７の粒度よりも大径となるように粗く粉砕することで、石炭粉砕器３４における燃料の粉砕動力を小さくできる。
【００５６】
また、ペットコークなど固定炭素分が多く燃えにくい燃料をサイドバーナ１から火炉１１内に投入して燃焼させるようにすれば、火炉１１内における燃焼ガスの滞留時間を更に長く取れるので燃焼率を向上できる。
【００５７】
前壁１２及び後壁１３に複数段のバーナ２を設置し、それぞれの段ごとに石炭供給系が個別に配設されている場合には、前壁１２及び後壁１３に設置された最も低いバーナ段のバーナ２に供給される燃料の粒径を、その上段のバーナ２に供給される燃料の粒径よりも粗くしてもよい。
【００５８】
但し、本実施例のように最も下方に配置された前記バーナ２よりも下方の位置となるホッパ部１５の側壁１４にサイドバーナ１を設置している場合は問題ないが、仮にこのサイドバーナ１が設置されていない場合には、前壁１２及び後壁１３の最下段に設置されたバーナ２に供給される燃料の粒径を粗くすると、供給された燃料が火炉１１内で燃焼する前に火炉１１の炉底１６に落下する可能性がある。
【００５９】
そこで、本実施例のように火炉１１のホッパ部１５の側壁１４にサイドバーナ１を設置することで、サイドバーナ１から噴出する燃料が火炉１１内で燃焼して生じた高温の燃焼ガスの上昇流によって、最下段のバーナ２から供給される粒径の粗い燃料が火炉１１の炉底１６に落下することが抑制できる。
【００６０】
火炉１１内で燃料の石炭を燃焼して発生した高温の燃焼ガスは、火炉１１内を流下する過程で火炉１１に設置された図示していない蒸気発生器と熱交換して温度が低下した後に、火炉１１から燃焼排ガス２３として外部に排出される。
【００６１】
火炉１１の下流にはこの燃焼排ガス２３を加熱源とする熱交換器７及びガス浄化装置８が順次配設されている。
【００６２】
前壁１２及び後壁１３にそれぞれ設置したバーナ２及びアフタエアポート３、並びにホッパ部１５の側壁１４に設置したサイドバーナ１から火炉１１内に供給する燃焼用空気１９は、押し込み通風機９から供給された空気１８を火炉１１から排出される燃焼排ガス２３を熱源とする熱交換器７によって加熱して生成する。
【００６３】
そして、この加熱された燃焼用空気１９は、前記サイドバーナ１、バーナ２、及びアフタエアポート３にそれぞれに設置したウインドボックス４〜６に供給された後に、個々のサイドバーナ１、バーナ２、及びアフタエアポート３に分配されて火炉１１内に供給される。
【００６４】
即ち、前記熱交換器７によって燃焼排ガス２３で加熱された燃焼用空気１９の一部は、前壁バーナウィンドボックス５及び後壁バーナウィンドボックス３６の内部に該燃焼用空気１９から分岐したバーナ用燃焼用空気２１としてそれぞれ供給され、前壁バーナウィンドボックス５及び後壁バーナウィンドボックス３６の内部に設置された前後壁１２、１３のバーナ２から火炉１１内に噴出させている。
【００６５】
同様に前記燃焼用空気１９の一部は、前壁アフタエアポートウィンドボックス６及び後壁アフタエアポートウィンドボックス３７の内部に該燃焼用空気１９から分岐したアフタエア２２としてそれぞれ供給され、前壁アフタエアポートウィンドボックス６及び後壁アフタエアポートウィンドボックス３７の内部に設置された前後壁１２、１３のアフタエアポート３から火炉１１内に噴出させている。
【００６６】
同様に前記燃焼用空気１９の一部は、右サイドバーナウィンドボックス４及び左サイドバーナウィンドボックス３５の内部に該燃焼用空気１９から分岐したサイドバーナ用燃焼用空気２０としてそれぞれ供給され、右サイドバーナウィンドボックス４及び左サイドバーナウィンドボックス３５の内部に設置された側壁１４の下部のサイドバーナ１から火炉１１内に噴出させている。
次に図９を用いて図１に示した本実施例のボイラ装置を発電機出力１０００ＭＷの微粉炭焚きボイラ装置に適用した場合の数値解析結果を説明する。
【００６７】
ここで数値解析に使用した数値解析プログラムは、３次元で石炭の燃焼、ガスの燃焼、輻射・対流伝熱、流動を計算可能なものである。
【００６８】
大きさの異なるボイラの火炉、燃料流量、石炭の種類を変えた条件で検証して、高い精度でＮＯｘ、未燃分、ガス温度を計算できることを確認した。
【００６９】
ここでは、ボイラ装置の改造方法として従来のボイラ装置である火炉１１の前壁１２及び後壁１３に多段に設置したバーナ２のうち最上段のバーナ２を取り外し、最下段のバーナ２と同一高さとなる前記火炉１１下部の側壁１４又はこのバーナよりも下方の位置となるホッパ部１５の側壁１４に新たにサイドバーナ１１を設置してボイラ装置を改造できるようにボイラ装置を設計した。
【００７０】
図９に示したガス温度、燃焼率、ＮＯｘ濃度相対値をそれぞれ示した特性カーブの値は、火炉の高さ位置における前記ガス温度、燃焼率、ＮＯｘ濃度相対値の物理量を平均化したものであり、図９の横軸は左端が火炉の炉底側で右端が火炉の天井側である。
【００７１】
図９において、細線の特性カーブは従来のボイラ装置の場合の特性カーブを参考までに示したものであり、太線の特性カーブは本発明の実施例のボイラ装置における特性カーブを示したものである。
【００７２】
この図９に示した特性カーブから理解できるように、火炉内のガス温度に関しては、本実施例のボイラ装置では火炉１１の炉底１６におけるガス温度が従来のボイラ装置に比べて高くなっている。
【００７３】
これは、火炉１１の前壁１２及び後壁１３に設置した最下段のバーナ２よりも下方の位置となるホッパ部１５の側壁にサイドバーナ１を配設したことで、火炉１１内のガス温度が上昇したためである。
【００７４】
また、燃焼率に関しては、本実施例のボイラ装置では、火炉１１の炉底１６で燃焼率が従来のものに比較して低くなるのは、従来のボイラ装置では火炉内は燃焼後の粒子のみが流れてくるのに対して、本実施例のボイラ装置では、火炉１１の側壁１４に設置したサイドバーナ１から燃えていない石炭を投入するためである。
【００７５】
しかしながらバーナ２よりも下流側では、本実施例のボイラ装置の燃焼率が従来のボイラ装置に比べて高くなっている。
【００７６】
これは、本実施例のボイラ装置では火炉１１の側壁１４にサイドバーナ１を配設したことで、火炉１１内の燃焼の滞留時間が長くなったためである。
【００７７】
また、ＮＯｘ濃度に関しては、本実施例のボイラ装置ではＮＯｘ濃度が従来のボイラ装置に比べて火炉１１の炉底１６では高くなっている。
【００７８】
これは、熱分解反応によって燃料中の窒素分が燃焼したときに酸化するためである。
【００７９】
しかしながらバーナ２からアフタエアポート３までの間では、ＮＯｘの還元反応によりＮＯｘ濃度が従来ボイラ装置のものに比べて低下する。
【００８０】
さらに、本実施例のボイラ装置ではアフタエアポート３の下流でも従来のボイラ装置に比べてＮＯｘ濃度が低くなった。
【００８１】
これは、アフタエアポート３の下流で温度が低くなり、高温酸化領域でのＮＯｘの再生成が抑制されたからである。
【００８２】
本実施例のボイラ装置の例では、従来のボイラ装置に比べてＮＯｘ濃度を１７％、灰中未燃分を９％低減させることができた。
【００８３】
以上の説明から明らかなように図１に示した本発明の実施例によれば、火炉のホッパ部を有効利用することによって火炉内で燃料が燃焼して発生する燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物と未燃分をそれぞれ低減させるコンパクトな構造のボイラ装置が実現できる。
【実施例２】
【００８４】
次に本発明の第２実施例であるボイラ装置について図４を用いて説明する。
【００８５】
本実施例では、図１に示した先の第１実施例であるボイラ装置とは基本構成と動作が共通しているので、共通の構成と動作についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。
【００８６】
図４に示した第２実施例のボイラ装置は、図１に示した第1実施例のボイラ装置の構成から、アフタエアポート３およびアフタエアポートウィンドボックス６を削減し、アフタエア２２を火炉内に供給せずにバーナ２およびサイドバーナ１から供給する燃焼用空気２１、２０だけで投入した燃料を燃焼する単段燃焼方式のボイラの構成例である。
【００８７】
この単段燃焼方式のボイラに設置された前記バーナ２は理論空気比以上（例えば１．２）で石炭と燃焼用空気との混合物を火炉１１の内部に噴射して燃焼させる。
【００８８】
上記した単段燃焼方式のボイラでは、図１に示した２段燃焼方式のボイラと異なり、明確な不完全燃焼領域が形成されないために火炉内の温度が高くなるとＮＯｘが発生する。
【００８９】
そこでバーナ２の付近の火炉壁の熱負荷およびＮＯｘ濃度を低減するためには、バーナ２の容量を小さくしたり、各バーナ２の配置間隔を大きくすることが有効である。
【００９０】
一方で、火炉内で未燃分を低減するため、バーナ２から火炉１１の出口までの滞留時間を十分確保する必要があるので、バーナ設置部の高さを大きくすると火炉全体のサイズが大型化してしまう。
【００９１】
そこでその対策として本実施例の単段燃焼方式のボイラにおいては、サイドバーナ１を前記火炉１１の前壁１２と後壁１３に設置された前記バーナ２のうちで最も下方に配置されたバーナと同一高さ或いはそのバーナよりも下方の位置となる前記直方体部の火炉１１の側壁、又はこのバーナよりも下方の位置となるホッパ部１５の側壁に設置して燃料を噴出して燃焼させることで、バーナ２の容量を小さくできるだけでなく、火炉１１の高さを大きくしたり未燃分を増加させたりせずにボイラの未燃分、局所的な熱負荷およびＮＯｘを低減するものである。
【００９２】
次に図５を用いて図１及び図４に示した各実施例のボイラ装置における火炉１１の下部のホッパ部１５の側壁１４に設けたサイドバーナ１の設置位置について説明する。
【００９３】
図５において、サイドバーナ１の設置位置の領域５９を網掛けで示す。サイドバーナ１の設置位置の領域５９とホッパ部１５の炉壁との距離ａは、石炭性状やスラッギング性、炉壁の熱負荷により決まる。
【００９４】
また、火炉１１の前壁１２及び後壁１３に設置したバーナ２の最下段の設置高さとサイドバーナ１の設置高さの上限との距離ｂは、前壁１２と後壁１３との間の距離、すなわち火炉１１の奥行き、バーナ２の内で最も側壁１４に近いバーナ２との距離、バーナの容量によって決まる。距離ｂは、ｂ＝０であり、大きいほうがよい。
また、設置されるサイドバーナ１の本数および容量は、設置位置の大きさ、熱負荷を考慮して決めると良い。
【００９５】
図５に示したボイラは、図１及び図４に示した実施例のボイラ装置において、火炉１１の前壁１２及び後壁１３にそれぞれ設置したバーナ２が対向して配置されると共に、これらのバーナ２が前壁１２及び後壁１３の上下方向に複数段に亘って設置した構成の対向燃焼方式のボイラ装置である。
【００９６】
尚、図５ではアフタエアポート３を記載してあるが、図４の実施例のボイラ装置ではこのアフタエアポート３を備えていない単段燃焼方式のボイラ装置となる。
【００９７】
次に図２を用いて、図１及び図４に示した各実施例のボイラ装置における火炉１１のホッパ部１５の側壁１４に設けたサイドバーナ１、並びに火炉１１下部の側壁１４の下部に設けたサイドバーナ１を複数個設置する場合の配置例について説明する。
【００９８】
尚、図２ではアフタエアポート３を記載してあるが、図４の実施例のボイラ装置ではこのアフタエアポート３を備えていないシングル燃焼方式のボイラ装置となる。
【００９９】
図２において、図２（ａ）はサイドバーナ１を複数個配置した一例であり、破線で囲んだ領域について別の配置例を図２（ｂ）から図２（ｇ）にそれぞれ示す。
【０１００】
図２（ａ）は火炉１１の各側壁１４に配置するサイドバーナ１を水平方向に２本並べた例である。
【０１０１】
２つのサイドバーナ１の間隔ｃは、燃料性状やバーナ間にある炉壁部分の熱負荷によって決める。
【０１０２】
図２（ａ）に示したサイドバーナ１の配置例によれば、火炉１１の炉壁の奥行き方向の熱負荷の偏りを小さくでき、炉壁の損傷を抑制できる。
【０１０３】
図２（ｂ）は炉１１の各側壁１４に配置する２本のサイドバーナ１を高さ方向に並べた例である。
【０１０４】
ホッパ部１５は下方ほど狭くなる構造なので、下側ほど狭くなり十分なバーナ間隔を取りにくくなる。
【０１０５】
そこで図２（ｂ）に示したサイドバーナ１の配置例によれば、サイドバーナ１を高さ方向に並べることでバーナ間の熱負荷は高くなるが、水平に並べるよりもさらに下方にサイドバーナ１を配置できるので、燃焼ガス中のＮＯｘおよび未燃分の低減を重視する場合に適している。
【０１０６】
図２（ｃ）は火炉１１の各側壁１４に配置する２つのサイドバーナ１を図２（ａ）および図２（ｂ）に示した配置を組み合わせて斜めに配置したハイブリッド型である。
【０１０７】
側壁１４に斜めに水管が通っている場合には、サイドバーナ１を水管の配設角度に合わせて斜めに配置することで、サイドバーナ１を設置することによる水管の配設方向の変更を少なくできる。
【０１０８】
図２（ｄ）から図２（ｇ）は火炉１１の各側壁１４に配置するサイドバーナ１を３本配置する場合の例である。
【０１０９】
このうち図２（ｄ）は３本のサイドバーナ１を水平方向に並べた例であり、熱負荷の偏りを小さくする場合に適している。
【０１１０】
図２（ｅ）は炉１１の各側壁１４に配置する合計３個のサイドバーナ１を２段に配置した場合の例であり、下段に１本、上段に２本設置している。
【０１１１】
各サイドバーナ１の設置間隔ｃ、ｃ'を大きくとりながら、サイドバーナ１の設置位置を低く配設できる。
【０１１２】
上記以外に、図２（ｆ）に示すように３個のサイドバーナ１を高さ方向に並べても、図２（ｇ）に示すように３本のサイドバーナ１を２段配置して上段に１本、下段に２本配置しても良い。
【０１１３】
上記した本実施例のボイラ装置における火炉１１の側壁１４に設けたサイドバーナ１を４本以上配置する場合も図２の各図に示した場合と同様であり、熱負荷の分布の偏りを小さくする場合には水平方向に、燃焼時間を大きくする場合には段数を増やして高さ方向に並べるようにするとよい。
【０１１４】
次に図３を用いて、図１及び図４に示した本実施例のボイラ装置における火炉１１下部の側壁１４に設けたサイドバーナ１を高さ方向に沿って上下に２本設置した場合において、前記サイドバーナ１から火炉１１内に燃料を噴出する燃料噴出方向５８を水平方向に対して上方又は下方に調整することで燃焼性を向上させた例を示す。
【０１１５】
尚、図３ではアフタエアポート３を記載してあるが、図４の実施例のボイラ装置ではこのアフタエアポート３を備えていないシングル燃焼方式のボイラ装置となる。
【０１１６】
図３（ａ）及び図３（ａ）のＡ−Ａ断面である図３（ｂ）に示すように、複数のサイドバーナ１から火炉１１内に噴出した燃料が側壁１４の近傍で相互に衝突するように複数のサイドバーナ１を高さ方向に沿って上下に２本設置する。
【０１１７】
側壁１４に設置したサイドバーナ１は火炉１１の下方からの加熱が無く、燃焼性の悪い燃料を燃焼させる場合に燃焼状態が不安定になり易いので失火する可能性がある。
【０１１８】
そこで、高さ方向に沿って上下に設置した複数のサイドバーナ１から噴出した燃料の噴流を側壁１４の近傍で相互に衝突させるようにサイドバーナ１を配設すると、燃料と燃焼用空気との混合が促進されて着火および保炎性が良くなる。
【０１１９】
また、前壁１２及び後壁１３のバーナ２に供給する石炭２７及び側壁１４のサイドバーナ１に供給する石炭３１は、前述したように石炭バンカー２８、３２に一旦貯蔵し、給炭機２９、３３で石炭粉砕器３０、３４に供給して粉砕して微粉炭を製造した後に搬送空気２４を石炭粉砕器３０、３４に供給することで、前記各石炭粉砕器３０、３４からバーナ用石炭搬送気２５及びサイドバーナ用石炭搬送気２６によって微粉炭をバーナ２及びサイドバーナ１に夫々搬送する。
【０１２０】
次に図６〜図８を用いて、図１及び図４に示した本実施例のボイラ装置で燃料の石炭を火炉１１に設置したバーナ２及びサイドバーナ１に供給する石炭供給系統、および燃焼用空気を火炉１１に設置したバーナ２、サイドバーナ１及びアフタエアポート３に燃焼用空気を供給する空気供給系統の各系統図の例を示す。
【０１２１】
尚、図６〜図８ではアフタエアポート３を記載してあるが、図４の実施例のボイラ装置に関しては燃料の石炭をバーナ２及びサイドバーナ１に供給する石炭供給系統、および燃焼用空気を火炉１１に設置したバーナ２、サイドバーナ１に供給する空気供給系統の各系統は共通しているが、アフタエアポート３及びこのアフタエアポート３に燃焼用空気を供給する空気供給系統を備えていない構成となる。
【０１２２】
図６において、本実施例のボイラ装置では火炉１１下部の側壁１４に設置した左右のサイドバーナ１、前壁１２及び後壁１３に設置したバーナ２にそれぞれひとつずつ、合計４つの石炭供給系統がある。
【０１２３】
また、燃焼用空気１９は、押し込み通風機９から供給された空気１８を熱交換器７で加熱される。
【０１２４】
そして熱交換器７から加熱された燃焼用空気１９を供給する流路を通じて供給された燃焼用空気１９の一部は、前壁バーナウィンドボックス５及び後壁バーナウィンドボックス３６の内部に該燃焼用空気１９から分岐したバーナ燃焼用空気２１として分岐流路を通じてそれぞれ供給され、前壁バーナウィンドボックス５及び後壁バーナウィンドボックス３６の内部に設置された前壁１２及び後壁１３のバーナ２から火炉１１内に噴出する。
【０１２５】
同様に前記燃焼用空気１９の一部は、前壁アフタエアポートウィンドボックス６及び後壁アフタエアポートウィンドボックス３７の内部に該燃焼用空気１９から分岐したアフタエア２２として分岐流路を通じてそれぞれ供給され、前壁アフタエアポートウィンドボックス６及び後壁アフタエアポートウィンドボックス３７の内部に設置された前壁１２及び後壁１３のアフタエアポート３から火炉１１内に噴出する。
【０１２６】
同様に前記燃焼用空気１９の一部は、右サイドバーナウィンドボックス４及び左サイドバーナウィンドボックス３５の内部に該燃焼用空気１９から分岐したサイドバーナ燃焼用空気２０として分岐流路を通じてそれぞれ供給され、右サイドバーナウィンドボックス４及び左サイドバーナウィンドボックス３５の内部に設置された側壁１４の下部のサイドバーナ１から火炉１１内に噴出する。
【０１２７】
また、サイドバーナ燃焼用空気２０の流量を調節するダンパ４２及び４５は、右サイドバーナウィンドボックス４及び左サイドバーナウィンドボックス３５の手前の分岐流路に設置されている。
【０１２８】
バーナ用燃焼用空気２１の流量を調節するダンパ４３及び４６は、前壁バーナウィンドボックス５及び後壁バーナウィンドボックス３６の手前の分岐流路に設置されている。
【０１２９】
同様にアフタエア２２の流量を調節するダンパ４４及び４７は、前壁アフタエアポートウィンドボックス６及び後壁アフタエアポートウィンドボックス３７の手前の分岐流路に設置されている。
【０１３０】
更に、サイドバーナ用燃焼用空気２０、バーナ用燃焼用空気２１、及びアフタエア２２の流量を計算して、これらの空気量が計算した流量と一致するように前記ダンパ４２〜４７の開度を制御する制御装置４１が設置されている。
【０１３１】
そして前記制御装置４１で演算して出力される開度指令信号に基づいて前記ダンパ４２〜４７の開度を制御して、火炉１１内に供給されるバーナ燃焼用空気２１、アフタエア２２、及びサイドバーナ燃焼用空気２０の燃焼用空気の流量をそれぞれ調整する。
【０１３２】
図７に示した本実施例のボイラ装置における燃焼用空気を供給する空気供給系統では、前壁アフタエアポートウィンドボックス６及び後壁アフタエアポートウィンドボックス３７の手前の分岐流路に設置したダンパ４４、４７と、前壁バーナ用ウインドボックス５及び後壁バーナ用ウインドボックス３６の手前の分岐流路に設置したダンパ４３、４６との開度をそれぞれ調節して、バーナ２から火炉１１内に供給されるバーナ燃焼用空気２１の流量、及びアフタエアポート３から火炉１１内に供給されるアフタエア２２の流量をそれぞれ制御している。
【０１３３】
また、右サイドバーナウィンドボックス４及び左サイドバーナウィンドボックス３５の手前の分岐流路に設置したダンパ４４、４７の開度を調節して、サイドバーナ１から火炉１１内に供給されるサイドバーナ用燃焼用空気２０の流量を制御している。
【０１３４】
前記したようにバーナ燃焼用空気２１の流量とサイドバーナ燃焼用空気２０の流量は、制御装置４１からの流量指令に基づいてダンパ４３、４６の開度とダンパ４２、４５の開度をそれぞれ調節することにより制御される。
【０１３５】
前記ダンパ４２、４５は、図７に示したように右サイドバーナウィンドボックス４、左サイドバーナウィンドボックス３５の手前の分岐流路ではなく、前壁バーナウィンドボックス５、後壁バーナウィンドボックス３６の手前の前記ダンパ４３、４６の更に上流側となる分岐流路に設置しても良い。
【０１３６】
また、図８に示した本実施例のボイラ装置における燃焼用空気を供給する空気供給系統では、熱交換器７から加熱した燃焼用空気１９を導く流路を流下した燃焼用空気１９の一部が、前壁アフタエアポートウィンドボックス６及び後壁アフタエアポートウィンドボックス３７と、前壁バーナウィンドボックス５及び後壁バーナウィンドボックス３６の系統とは独立して構成された、右サイドバーナウィンドボックス４及び左サイドバーナウィンドボックス３５の系統から成る合計６つの分岐系統に分岐した分岐流路を通じて供給されている。
【０１３７】
よって、右サイドバーナウィンドボックス４及び左サイドバーナウィンドボックス３５の手前の独立した分岐流路に設置したダンパ４２、４５の開度を制御装置４１からの流量指令に基づいて調節することによって、サイドバーナ１から火炉１１内に供給されるサイドバーナ用燃焼用空気２０の流量を制御している。
【０１３８】
なお、図６〜図８に示した各実施例のボイラ装置ではウインドボックス方式の燃焼用空気供給系統を備えたボイラ装置の例を示したが、スクロールバーナ方式の燃焼用空気供給系統を備えたボイラ装置においても同様である。
【０１３９】
以上の説明から明らかなように図４に示した本発明の実施例によれば、火炉のホッパ部を有効利用することによって火炉内で燃料が燃焼して発生する燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物と未燃分をそれぞれ低減させるコンパクトな構造のボイラ装置が実現できる。
【実施例３】
【０１４０】
本発明の第３実施例であるボイラ装置について図１０を用いて説明する。
【０１４１】
本実施例では、図１に示した先の第１実施例であるボイラ装置とは基本構成と動作が共通しているので、共通の構成と動作についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。
【０１４２】
図１０に示した第３実施例のボイラ装置では、図１及び図４に示した実施例のボイラ装置に、更に火炉１１の側壁１４に設置したサイドバーナ１の近傍の灰付着を防止する装置を備えた例を示している。
【０１４３】
説明を簡略にするため、本実施例のボイラ装置においてサイドバーナ１は手前側のみしか記載していないが、図の奥側にも設置されている。
【０１４４】
また、サイドバーナ１は壁面１４あたり１台だけではなく複数台設置されていても良い。
【０１４５】
図１０に示すように、サイドバーナ１が設置されている火炉１１の下部のホッパ部１５は炉底１６の下方向に向かって徐々に狭くなる構造となっている。
【０１４６】
従って、運用条件やサイドバーナ１の取り付け位置によっては、火炉１１の前壁１２、後壁１３のバーナ２を設置した部分よりもサイドバーナ１の近傍のほうが単位体積当たりの熱負荷が高くなる可能性がある。
【０１４７】
また、サイドバーナ１から噴出した燃料が燃焼して形成される火炎とホッパ部１５の壁面との距離も近いので、ホッパ部１５の壁内表面の熱負荷は高くなりやすい。
【０１４８】
ホッパ部１５の壁内表面の熱負荷が高くなると、ホッパ壁内表面に付着した灰が軟化したり、溶融したりする現象が起きる。
【０１４９】
このような溶融あるいは軟化した灰が壁面に付着する現象をスラッギング現象と呼ぶが、スラッギング現象が起きるとボイラ火炉１１の水壁への伝熱が阻害され、熱効率が低下する問題が起きる。
【０１５０】
また、ホッパ部１５は火炉１１の上方の天井壁１７から落下する灰を受ける場所であり、火炉１１内で最も灰負荷の大きい場所である。
【０１５１】
このため前記したスラッギング現象が起きると、ホッパ部１５で灰が溶けて塊となったりする可能性がある。
【０１５２】
塊となった灰は火炉１１の外部に排出されないとボイラの運転停止につながるため、灰の排出を行うことは重要である。
【０１５３】
そこで、本実施例のボイラ装置では、まず、側壁１４に設置したサイドバーナ１の周囲となる火炉１１の側壁１４の下部に、水、排ガス、又は空気、のいずれかの流体を火炉１１内に噴出するスートブロー４８を設置する。
【０１５４】
スートブロー４８は火炉１１内に挿入する機構をもつ配管（図示せず）から、高圧の流体を火炉１１内に高速で噴出してこのホッパ部１５の壁面に付着した灰を除去する装置である。
【０１５５】
スートブロー４８を用いて流体を火炉内に噴出させることにより、仮にスラッギング現象が起きてホッパ部１５に灰が付着しても除去が可能である。
【０１５６】
また、サイドバーナ１の周囲の熱負荷が高くなるため、スートブロー４８も火炉１１の側壁１４の下部のサイドバーナ１の周囲に複数配置されていることが望ましい。
【０１５７】
本実施例では、サイドバーナ１の周りにスートブロー４８を４箇所設置した場合を示しているが、その限りではない。
【０１５８】
スートブロー４８から噴出する流体のうち最も灰の除去能力が高いのは水である。
【０１５９】
水は気体に比べ運動量が大きいことや、温度が低いことで灰に熱衝撃を与えやすく、この点で除去能力が高くなる。
【０１６０】
また、噴出する流体として排ガスを用いると、還元域の空気比を上げることなく灰を除去できる利点がある。還元域の空気比を上げることがなければ、スートブロー４８を起動しても火炉内の燃焼に影響がない。
【０１６１】
更に、本実施例のボイラ装置では、ホッパ部１５の前壁１２及び後壁１３の壁面に多数の穴４９を設けて、この穴４９から排ガス、又は空気のいずれかの流体を火炉１１内に噴出するように構成している。
【０１６２】
ホッパ部１５の前壁１２及び後壁１３の壁面は斜めに配設されており、スラッギング現象が起きる様な環境では灰は付着力が大きく、すべり落ちずに壁面上に滞留する可能性がある。
【０１６３】
そこで、本実施例のボイラ装置では、ホッパ部１５の前壁１２及び後壁１３の壁面に設けた多数の穴４９から流体を噴出させるので、壁面に滞留した灰が浮き上がって壁面から灰が剥離しやすくなる。
【０１６４】
また、多数設けた前記穴４９から火炉内に噴出する流体によってホッパ部１５の前壁１２及び後壁１３の壁面近傍が冷却されるので、灰が付着しにくくなる効果も期待される。
【０１６５】
ここで、流体として排ガスを用いれば前述と同様に還元域の空気比を上げることがなく、火炉内の燃焼に影響がない。
【０１６６】
尚、本実施例で示した灰付着を防止する前記スートブロー４８と前記穴４９とは両方組み合わせて設置しても良いし、一方のみを設置するようにしても良い。
【０１６７】
本実施例によれば、火炉のホッパ部を有効利用することによって火炉内で燃料が燃焼して発生する燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物と未燃分をそれぞれ低減させるコンパクトな構造のボイラ装置及びボイラ装置の改造方法が実現できる。
【実施例４】
【０１６８】
本発明の第４実施例であるボイラ装置について図１１を用いて説明する。
【０１６９】
本実施例では、図１に示した先の第１実施例であるボイラ装置とは基本構成と動作が共通しているので、共通の構成と動作についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。
【０１７０】
図１１に示した第４実施例のボイラ装置では、図１及び図４に示した実施例のボイラ装置で火炉１１の側壁１４に設置したサイドバーナ１に、更に該サイドバーナ１から燃料を火炉１１内に噴出させる噴出方向５８を制御する機構を備えた例を示している。
【０１７１】
前記サイドバーナ１は側壁１４の壁面あたり１台だけではなく複数台あっても良く、このサイドバーナ１の設置方向は上下方向に偏向可能に構成して燃料を噴出する噴出方向５８を制御可能にしている。
【０１７２】
まず、サイドバーナ１から噴出する燃料の噴出方向５８を水平方向よりも下方に向ける場合は、噴射された燃料が燃焼して発生する燃焼ガスの進行方向は一旦火炉の下方に向かう。その後、火炉１１の中央付近で下方に進行したこの燃焼ガスは火炉の上方に方向を転じる。
【０１７３】
このようにサイドバーナ１の配設方向を下方に向けた場合は、サイドバーナ１から噴射されて燃焼した燃焼ガスは水平方向と平行に噴出される場合に比べて、火炉内での滞留時間を長くすることができる。
【０１７４】
火炉内での燃焼ガスの滞留時間が長くなれば、ボイラ装置の出口において灰中未燃分を低下できるし、還元域でのＮＯｘの還元が進み、ボイラ出口における燃焼ガス中のＮＯｘ濃度を低下させることができる。
【０１７５】
上記のようにサイドバーナ１の配設方向を調節するだけで、火炉１１の側壁１４の下部に設置するサイドバーナ１の設置位置を変えることなく、燃焼ガス中の灰中未燃分とＮＯｘの発生量を低下することが可能となるので、サイドバーナ１の設置上の制約がある場合は有効な手段となる。
【０１７６】
一方、サイドバーナ１から噴出する燃料の噴出方向５８を水平方向よりも上方に向ける場合は、発生する燃焼ガスの進行方向は上方に向かうので、火炉１１の下部のホッパ部１５の熱負荷が小さくなる。
【０１７７】
炭種や運転状況によってホッパ部１５にスラッギング現象がおきやすい状況にあるときは有効な手段となる。
【０１７８】
特にスラッギング現象がおきやすい性状の石炭を燃焼する場合や、粉砕性が悪く、粗い粒子が多い燃料を燃焼する場合には、サイドバーナ１の配設方向を上向きに設置して固定すれば、サイドバーナ１から噴出する燃料の噴出方向５８を調節する機構を省くことが可能となる。
【０１７９】
また、サイドバーナ１から噴出する燃料の噴出方向５８を上下に制御できるようにすれば、より運転状態に適した燃焼状態を選択できるので運用上の効果が大きくなる。
【０１８０】
本実施例によれば、火炉のホッパ部を有効利用することによって火炉内で燃料が燃焼して発生する燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物と未燃分をそれぞれ低減させるコンパクトな構造のボイラ装置及びボイラ装置の改造方法が実現できる。
【実施例５】
【０１８１】
本発明の第５実施例であるボイラ装置について図１２を用いて説明する。
【０１８２】
本実施例では、図１に示した先の第１実施例であるボイラ装置とは基本構成と動作が共通しているので、共通の構成と動作についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。
【０１８３】
図１２に示した第５実施例のボイラ装置では、図１及び図４に示した実施例のボイラ装置に、更に火炉１１の側壁１４に設置したサイドバーナ１にサイドバーナ燃焼用空気２０を供給する接続ダクト５３を配設した例を示している。
【０１８４】
熱交換器７で熱交換されて加熱された燃焼用空気１９は、燃焼空気用ダクト５０で導かれて火炉１１の近くまで供給される。
【０１８５】
燃焼空気用ダクト５０から缶後分岐ダクト５１を通じて後壁１３のバーナ２のウインドボックス３６、及びアフタエアポート３のウインドボックス３７に空気が供給される。
【０１８６】
缶後分岐ダクト５１に供給する空気量を調整するダンパは、この缶後分岐ダクト５１の内部に設置すると構造が簡単になる。
【０１８７】
同様に前壁１２のバーナ２ウインドボックス５と、アフタエアポート３のウインドボックス６には、燃焼空気用ダクト５０から缶前分岐ダクト５２を通じて空気を供給する。
【０１８８】
図１２では、燃焼空気用ダクト５０、缶後分岐ダクト５１、缶前分岐ダクト５２が火炉１１の１つの側壁にのみ設置した場合しか示していないが、左右の側壁１４にこれらのものをそれぞれ設定しても良い。
【０１８９】
サイドバーナ１は火炉１１下部の側壁１４に設置されているので、保炎することが難しい場合がある。
【０１９０】
このような場合には、サイドバーナ燃焼用空気２０をサイドバーナ１に安定して供給する必要があるが、安定供給のためには圧力の高い場所から空気を供給することが有効である。
【０１９１】
そこで本実施例のボイラ装置では、空気は缶前分岐ダクト５２の途中から接続ダクト５３を分岐して、サイドバーナ１のウインドボックス４にサイドバーナ燃焼用空気２０として供給するように構成している。
【０１９２】
この分岐場所は接続ダクト５３内に設置したダンパ５４の上流に位置するために、圧力が高くサイドバーナ１にサイドバーナ燃焼用空気２０として空気を分岐する場所として適する。
【０１９３】
また、サイドバーナ１に供給するサイドバーナ燃焼用空気２０の空気量を調整するダンパ５４を接続ダクト５３の中に設置すると構造が簡単になる。
【０１９４】
また接続ダクト５３を図１２に示すように垂直に配設すると、接続ダクト５３内に灰が堆積することが無くなりメンテナンスが容易になる。
【０１９５】
火炉１１は熱により膨張するので、垂直方向に接続ダクト５３の位置が移動できるように構成する必要があるが、そのような場合には接続ダクト５３の途中に伸び縮みする機構（エクスパンジョン）を設置すると良い。
【０１９６】
アフタエアポートを持たない単段燃焼方式のボイラ装置をアフタエアポートを備えた２段燃焼方式にボイラ装置に改造する場合には、火炉１１の前壁１２、後壁１３に設置するバーナ２の位置を変更、又はアフタエアポート３を増設することによってボイラの性能向上を図ることが多い。
【０１９７】
そこで、まず、火炉１１の前壁１２及び後壁１３に複数段に亘って設置したバーナ２のなかで最も高い段に設置されていたバーナ２を取り外す。
【０１９８】
次に、火炉１１下部の側壁１４又はホッパ部１５の側壁１４にサイドバーナ１を設置すれば、側壁１４の付近のダクトからサイドバーナ１に供給するサイドバーナ燃焼用空気２０を取り込むように接続ダクト５３を配置することで、改造箇所が少なく低コストでボイラ装置を改造することができる。
【０１９９】
本実施例によれば、火炉のホッパ部を有効利用することによって火炉内で燃料が燃焼して発生する燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物と未燃分をそれぞれ低減させるコンパクトな構造のボイラ装置及びボイラ装置の改造方法が実現できる。
【実施例６】
【０２００】
本発明の第６実施例であるボイラ装置について図１３を用いて説明する。
【０２０１】
本実施例では、図１に示した先の第１実施例であるボイラ装置とは基本構成と動作が共通しているので、共通の構成と動作についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。
【０２０２】
図１３に示した第６実施例のボイラ装置では、図１及び図４に示した実施例のボイラ装置に、更に火炉１１の側壁１４の下部に設置したサイドバーナ５６、５７の上流側に粒子分離装置５３を備えた例を示している。
【０２０３】
本実施例ではこの粒子分離装置５５として、固体燃料の粒径により分離する装置を設置した場合について説明する。
【０２０４】
石炭粉砕器３３からサイドバーナ５６、５７に供給される固体燃料の粒子には粒径分布がある。
【０２０５】
固体燃料の粒子の密度や、サイドバーナ５６、５７の構造にも依存するが、固体燃料の粒子が１００μｍ以上の粗い粒子の場合は、サイドバーナ５６、５７から火炉１１内に噴射させた固体燃料は火炉１１の炉底１６に落下しやすい。
【０２０６】
そこで粒子分離装置５５によって固体燃料の粒子を分離して、細かい粒子の固体燃料は下側に配置したサイドバーナ５６に供給し、粗い粒子の固体燃料は上側に配置したサイドバーナ５７に供給する。
【０２０７】
そうすると、下側のサイドバーナ５６から噴出される細かい粒子の燃料が燃焼して発生する燃焼ガスは火炉１１内で上昇流となって進行するので、上側のサイドバーナ５７から供給される粗い粒子の固体燃料がこの上昇流の燃焼ガスによって上昇するので炉底１６に落下することを防ぐことができる。
【０２０８】
また、下側のサイドバーナ５６から噴射した燃料が燃焼して生じた火炎は、ホッパ部１５により冷却されるので失火しやすいが、本実施例では下側のサイドバーナ５６から噴射させる固体燃料は細かい粒子の固体燃料を使用しているので燃焼状態が維持させて失火する状況が防止される。
【０２０９】
次に粒子分離装置５５として、燃料の固体燃料と灰とを分離する装置を設置した場合について説明すると、固体燃料中に灰などの燃焼しない物質が入っていると保炎性が悪くなることがある。
【０２１０】
このような場合に、粒子分離装置５５によって比重、反発係数、粒径などにより物質を分離することが可能であるので、例えば、燃料中に固体燃料と灰が入っている場合には比重によって両者を分離することができる。
【０２１１】
この結果、サイドバーナ５６、５７から火炉１１内に噴射される燃料中の灰の割合が低下するので、保炎性が改善される。
【０２１２】
尚、上記した図１０〜図１３に示した各実施例のボイラ装置ではアフタエアポート３を記載してあるが、図４の実施例に対応するボイラ装置ではこのアフタエアポート３を備えていない単段燃焼方式のボイラ装置となる。
【０２１３】
本実施例によれば、火炉のホッパ部を有効利用することによって火炉内で燃料が燃焼して発生する燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物と未燃分をそれぞれ低減させるコンパクトな構造のボイラ装置及びボイラ装置の改造方法が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０２１４】
本発明は燃焼ガス中のＮＯｘ濃度及び未燃分を低減するボイラ装置及びボイラ装置の改造方法に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２１５】
【図１】本発明の第１実施例であるボイラ装置を示す全体構成図。
【図２】図１の実施例であるボイラ装置に設置されるサイドバーナの配置例を示す図。
【図３】図１の実施例であるボイラ装置に設置されるサイドバーナの配置例を示す図。
【図４】本発明の第２実施例であるボイラ装置を示す概略構成図。
【図５】図１及び図４の各実施例であるボイラ装置に設置されるサイドバーナの設置位置を示す図。
【図６】図１及び図４の各実施例であるボイラ装置における燃焼用空気と燃料の供給系を示す系統図。
【図７】図１及び図４の各実施例であるボイラ装置における燃焼用空気と燃料の供給系を示す他の系統図。
【図８】図１及び図４の各実施例であるボイラ装置における燃焼用空気と燃料の供給系を示す更に他の系統図。
【図９】図１の実施例である微粉炭焚きボイラを対象とした数値解析結果を示す特性図。
【図１０】本発明の第３実施例であるボイラ装置を示す概略構成図。
【図１１】本発明の第４実施例であるボイラ装置を示す概略構成図。
【図１２】本発明の第５実施例であるボイラ装置を示す概略構成図。
【図１３】本発明の第６実施例であるボイラ装置を示す概略構成図。
【符号の説明】
【０２１６】
１：サイドバーナ、２：バーナ、３：アフタエアポート、４：サイドバーナウィンドボックス、５：バーナウィンドボックス、６：アフタエアポートウィンドボックス、７：熱交換器、８：ガス浄化装置、９：押込通風機、１０：ボイラ、１１：火炉、１２：前壁、１３：後壁、１４：側壁、１５：ホッパ、１６：炉底、１７：天井壁、１８：空気、１９：燃焼用空気、２０：サイドバーナ燃焼用空気、２１：バーナ燃焼用空気、２２：アフタエア、２３：燃焼ガス、２４：搬送空気、２５：バーナ用石炭搬送気、２６：サイドバーナ用搬送気、２７：石炭、２８：石炭バンカー、２９：給炭機、３０：石炭粉砕機、３１：石炭、３２：石炭バンカー、３３：給炭機、３４：石炭粉砕機、３５：左サイドバーナウィンドボックス、３６：後壁バーナウィンドボックス、３７：後壁アフタエアウィンドボックス、３８：左サイドバーナ搬送空気、３９：後壁バーナ燃焼用空気、４０：後壁アフタエア燃焼用空気、４１：制御装置、４２：空気調節ダンパ、４３：空気調節ダンパ、４４：空気調節ダンパ、４５：空気調節ダンパ、４６：空気調節ダンパ、４７：空気調節ダンパ、４８：スートブロー、４９：灰付着、腐食防止ポート、５０：燃焼用空気用ダクト、５１：缶後分岐ダクト、５２：缶前分岐ダクト、５３：接続ダクト、５４：ダンパ、５５：粒子分離装置、５６：下段サイドバーナ、５７：上段サイドバーナ、５８：バーナの噴出方向、５９：サイドバーナ設置領域。
【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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