(57)【要約】【課題】低質化した微粉炭を使用する際に発生する煤煙、ＮＯx、ＳＯｘ等の環境汚染ガスの発生量を少なくするとともに、所定の発熱量を供給できる微粉炭と天然ガスの混合燃焼ボイラー及びその燃焼方法を提供する。【解決手段】石炭を微粉炭にしてバーナー２０で燃焼させ、火炉部に配置されている水管で蒸気製造するボイラーにおいて、微粉炭供給管３に天然ガス供給管８を挿入し、前記微粉炭１と天然ガス７との混合物をバーナー２０の出口で燃焼させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭を微粉炭にしてバーナーで燃焼させ、火炉部に配置されている水管で蒸気製造するボイラーにおいて、微粉炭供給管に天然ガス供給管を挿入し、前記微粉炭と天然ガスとの混合物をバーナーの出口で燃焼させることを特徴とする微粉炭と天然ガスの混合燃焼ボイラー。
【請求項２】
石炭を微粉炭にしてバーナーで燃焼させ、火炉部に配置されている水管で蒸気製造するボイラーにおいて、微粉炭供給管に天然ガス供給管を挿入し、天然ガスを前記微粉炭供給管の内部で微粉炭と混合し、前記微粉炭と前記天然ガスとの混合物をバーナーの出口で燃焼させることを特徴とする微粉炭と天然ガスの混合燃焼ボイラー。
【請求項３】
前記天然ガス供給管に回転羽根及び／又は旋回部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の微粉炭と天然ガスの混合燃焼ボイラー。
【請求項４】
石炭を微粉炭にしてバーナーで燃焼させ、火炉部に配置されている水管で蒸気製造するボイラーにおいて、微粉炭供給管に複数の天然ガス供給管を前記微粉炭供給管の中心に対して偏心させて接続したことを特徴とする微粉炭と天然ガスの混合燃焼ボイラー。
【請求項５】
前記複数の天然ガス供給管を前記微粉炭供給管の中心に対して偏心させて接続する際の偏心角度は３０°〜９０°であることを特徴とする請求項４記載の微粉炭と天然ガスの混合燃焼ボイラー。
【請求項６】
前記バーナーの上部に空気と天然ガスを噴出する補助バーナーを設けたことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の微粉炭と天然ガスの混合燃焼ボイラー。
【請求項７】
前記天然ガス供給管の上流に逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の微粉炭と天然ガスの混合燃焼ボイラー。
【請求項８】
石炭を微粉炭にしてバーナーで燃焼させ、火炉部に配置されている水管で蒸気製造するボイラーの燃焼方法において、微粉炭供給管に天然ガス供給管を挿入し、天然ガスを前記微粉炭供給管の内部で微粉炭と混合し、前記微粉炭と前記天然ガスとの混合物をバーナーの出口で燃焼させることを特徴とする微粉炭と天然ガスの混合燃焼ボイラーの燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
従来の火力発電設備のボイラーで使用されるバーナー１７を図６を用いて説明する。図６に図示のバーナー１７は、ボイラーの火炉壁（図示せず）に設けられ、同心状に配置された微粉炭供給管２、一次空気供給管４及び二次空気供給管６から構成される。微粉炭供給管２に供給された微粉炭１、一次空気供給管４に供給された一次空気３、及び二次空気供給管６に供給された二次空気５は、バーナー１７の出口で噴出混合しながら火炉内の燃焼空間部で燃焼する。
【０００２】
火力発電設備のボイラーは、その使用期間中、運転開始当初の石炭とその特質の異なる石炭を使用する場合が多々ある。それは、石炭のコストが高くなったために、当初所用していた石炭よりも発熱量の低い低質の石炭を使用せざるを得ない場合や、計画時の石炭採掘場を掘り進めて行くと石炭性状が異なるものが出てきて、それを使用しなければならない場合である。
【０００３】
多くの場合、当初使用していた石炭よりも良質の石炭を使用することは少なく、低質の石炭、すなわち、灰分・水分が多く、揮発物の少ない石炭を使用することが多い。低質の石炭を使用すると概して発熱量は低下する傾向にあるとともに、未燃率も増加する傾向ある。
【０００４】
この発熱量の低下に対処するために、重油や天然ガスを使用する補助バーナーを火炉壁に追加設置して、低下した発熱量を補うことが行われている。  
一方、ＮＯxの発生量を少なくするために、微粉炭用のバーナーに天然ガス噴射口を併設し、微粉炭と天然ガスを組み合わせて燃焼させることも知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特表２０００−５０４４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
既設の火力発電向けボイラーにおいて、低質の石炭、すなわち灰分・水分が多く、揮発物の割合が少ないような石炭を使用する場合、煤煙や有害なガスが多量に発生することから、総発熱量を低くして蒸気発生量を少なくし、部分負荷で発電しているのが現状である。その際、ＣＯ2の発生量の少ない天然ガスを微粉炭ボイラーとは異なる位置に追加設置して併用すると、天然ガスによる燃焼と微粉炭による燃焼とは、その燃焼形態及び火炎の形成形態が大きく異なるため、上部過熱器やボイラー外面の水管において、局所的な温度上昇が生じ、これにより上部過熱器や水管の劣化が生じていた。また、天然ガスの燃焼自身は不輝炎なので熱放射率は少なく、放射熱の吸収に依存している水管での熱吸収量が維持するのが困難であった。
【０００６】
また、特許文献１に記載の天然ガス噴射口を併設した微粉炭バーナーは、微粉炭供給路の周囲に天然ガスの供給路を設けて火炎炉で両者を燃焼させるものであるが、この燃焼方式では、微粉炭が低質である場合、微粉炭と天然ガスとを火炎炉で均一にかつ効率的に燃焼することができず、低質の微粉炭に適用することはできないものであった。
【０００７】
本発明は、このよう課題を解決するためになされたもので、低質化した微粉炭を使用する際に天然ガスを補助燃料として用い、煤煙、ＮＯx、ＳＯｘ等の環境汚染ガスの発生量を少なくするとともに、所定の発熱量を供給できる微粉炭と天然ガスの混合燃焼ボイラー及びその燃焼方法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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、石炭を微粉炭にしてバーナーで燃焼させ、火炉部に配置されている水管で蒸気製造するボイラーにおいて、微粉炭供給管に天然ガス供給管を挿入し、前記微粉炭と天然ガスとの混合物をバーナーの出口で燃焼させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、石炭を微粉炭にしてバーナーで燃焼させ、火炉部に配置されている水管で蒸気製造するボイラーにおいて、微粉炭供給管に天然ガス供給管を挿入し、天然ガスを前記微粉炭供給管の内部で微粉炭と混合し、前記微粉炭と前記天然ガスとの混合物をバーナーの出口で燃焼させることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、石炭を微粉炭にしてバーナーで燃焼させ、火炉部に配置されている水管で蒸気製造するボイラーの燃焼方法において、微粉炭供給管に天然ガス供給管を挿入し、天然ガスを前記微粉炭供給管の内部で微粉炭と混合し、前記微粉炭と前記天然ガスとの混合物をバーナーの出口で燃焼させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る微粉炭と天然ガスの混合燃焼ボイラー及びその燃焼方法によれば、低質化した微粉炭を使用する際に天然ガスを補助燃料として用い、煤煙、ＮＯx、ＳＯｘ等の環境汚染ガスの発生量を少なくするとともに、所定の発熱量を供給することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る微粉炭と天然ガスの混合燃焼ボイラーの実施形態について、図面を参照して説明する。  
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る微粉炭と天然ガスの混合燃焼ボイラーに用いられる混合燃焼バーナー２０の構成図である。なお、本発明に係るボイラーは火炉部に配置されている水管で蒸気製造するタイプの通常の微粉炭用ボイラーであり、図は省略する。
【００１３】
図１において、バーナー２０は、微粉炭１が空気とともに導入される微粉炭供給管２、一次空気供給管４、二次空気供給管６、天然ガス供給管８、天然ガス供給管８の上流に設けられた逆止弁１２から構成される。天然ガス供給管８は一方が微粉炭供給管２の中心部に所定長さ挿入固定され、天然ガス供給管８の上流部には微粉炭１が天然ガス供給系に混入するのを防ぐために逆止弁１２が設けられている。
【００１４】
本発明の第１の実施形態では、天然ガス供給管８の出口端部から放出された天然ガス７は、微粉炭供給管２内部で微粉炭１と空気の固気混相流と十分に混合し、その混合物９はバーナー出口から噴出されボイラー内で均質に燃焼される。
【００１５】
この第１の実施形態によれば、微粉炭１と空気の固気混相流と天然ガスが十分に混合された状態で燃焼するので、均質な燃焼が可能となり、局所的な温度上昇が生じたり、上部過熱器や水管の劣化が生じることはなく、さらに、煤煙や有害なガスの発生を抑制することが可能となる。
【００１６】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る微粉炭と天然ガスの混合燃焼バーナー２０を図２を用いて説明する。
【００１７】
この第２の実施形態では、微粉炭１と空気の固気混相流と天然ガス７との攪拌混合をさらに良好にするために、天然ガス供給管８の内部に回転羽根１０及び／又は例えばねじりテープからなる旋回部材１１を設けたことを特徴とする。なお、これらの部材は単独で設けてもよいが、さらに攪拌効率を上げるために図２に示すように回転羽根１０と旋回部材１１の両方を天然ガス供給管８に設けてもよいことはもちろんである。
【００１８】
この第２の実施形態によれば、微粉炭１と空気の固気混相流と天然ガス７がさらに良好に攪拌混合されるので、その混合物９はより均質な燃焼が可能となり、局所的な温度上昇が生じたり、上部過熱器や水管の劣化が生じることはなく、さらに、煤煙や有害なガスの発生を抑制することが可能となる。
【００１９】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る微粉炭と天然ガスの混合燃焼バーナー２０を図３を用いて説明する。
【００２０】
この第３の実施形態では、微粉炭供給管２の外周部に複数の天然ガス供給管８ａを微粉炭供給管の中心に対し所定の角度α分一斉に偏心させて接続する（図３（ａ））。その偏心角度αは混合攪拌を促進する上で３０°〜９０°とすることが好ましい（図３（ｂ））。
【００２１】
この第３の実施形態によれば、天然ガス７は天然ガス供給管８ａから微粉炭供給管２内に旋回しながら放出されるので微粉炭１と天然ガス７の混合攪拌が促進される。また、この構成により天然ガス供給管８ａへの微粉炭１の逆流を防止することができ、さらに、バーナー２０出口での燃焼による輻射による発熱量を向上させることができる。
【００２２】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る微粉炭と天然ガスの混合燃焼バーナー２０、２１を図４を用いて説明する。
【００２３】
この第４の実施形態は、混合された天然ガス７と微粉炭１が燃焼する領域を第１次燃焼域１４としたとき、その第１次燃焼域１４に未燃分の微粉炭がある場合又は故意に未燃分を生じさせる場合において、当該未焼分を火炉部中の前記第１次燃焼域１４上部の再燃領域１５で燃焼させるものである。そのために、バーナー２０の上部に再燃焼領域１５に向けて二次天然ガス１６と三次空気を噴出する補助バーナー２１を設ける。
【００２４】
この第４の実施形態によれば、第１次燃焼域１４で生じた未焼分を再燃領域１５で効率的に燃焼させることにより、未焼分を減少させ、さらに煤煙や有害なガスの発生を抑制することが可能となる。  
また、この補助バーナー２１は、上記第１乃至第３の実施形態に係るバーナー２０と併用して用いることができることはもちろんである。
【００２５】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る微粉炭と天然ガスの混合燃焼バーバー２０を図５を用いて説明する。
【００２６】
この第５の実施形態では、第１乃至第３の実施形態のように天然ガス７を微粉炭供給管２内に放出せずに、天然ガス供給管８の出口をバーナー２０の出口まで延在させ、バーナー出口で微粉炭と混合させながら燃焼させる。天然ガス供給管８内には回転羽根１０及び／又は旋回部材１１を挿入し、天然ガス７に旋回流を生起させ、最終的に天然ガス供給管８の出口で微粉炭１と天然ガス７を混合し燃焼させる。
【００２７】
この第５の実施形態によれば、旋回流となった天然ガス７と微粉炭１はバーナー２０の出口でと効率よく混合した上で燃焼し、バーナー出口での燃焼による輻射による発熱量を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る微粉炭と天然ガスの混合燃焼バーナーの構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る微粉炭と天然ガスの混合燃焼バーナーの構成図。
【図３】図３（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る微粉炭と天然ガスの混合燃焼バーナーの構成図、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ部の断面図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る微粉炭と天然ガスの混合燃焼バーナーの構成図。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る微粉炭と天然ガスの混合燃焼バーナーの構成図。
【図６】従来の微粉炭バーナーの構成図。
【符号の説明】
【００２９】
１…微粉炭、２…微粉炭供給管、３…一次空気、４…一次空気供給管、５…二次空気、６…二次空気供給管、７…天然ガス、８，８ａ…天然ガス供給管、９…微粉炭と天然ガスとの混合物、１０…回転羽根、１１…旋回部材、１２…逆止弁、１３…三次空気、１４…第１次燃焼域、１５…再燃焼域、１６…二次天然ガス、１７…バーナー、２０…混合燃焼バーバー、２１…補助バーナー。
【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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