(57)【要約】【課題】未燃分、ＣＯおよびＮＯｘを低減することができる微粉炭焚きボイラを提供する。【解決手段】ボイラ火炉を囲む炉壁に微粉炭を理論空気比以下で燃焼させるバーナと、前記バーナでの不足分の燃焼用空気を火炉内に供給して完全燃焼させるアフタエアノズルとを備え、アフタエアノズルを直進流の流路となる内管と旋回流の流路となる外管との二重管構造にし、内管の内径を外管の内径の０．６から０．７５の範囲にする。これによって、アフタエア噴流の流速を抑制しつつ燃焼ガスとアフタエアとの混合促進を図ることが可能となり、サーマルＮＯｘの生成を抑制し、ＮＯｘとＣＯの同時低減を実現できる。【選択図】図１
2009250532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ火炉の炉壁に微粉炭を理論空気比以下で燃焼させるバーナと、前記バーナでの不足分の燃焼用空気を火炉内に供給して完全燃焼させるアフタエアノズルとを備え、前記アフタエアノズルが直進流の流路となる内管と旋回流の流路となる外管との二重管構造を有している微粉炭焚きボイラにおいて、前記アフタエアノズルの前記内管の内径が前記外管の内径に対して０．６から０．７５の範囲内にあることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項２】
ボイラ火炉を囲む炉壁に微粉炭を理論空気比以下で燃焼させるバーナと、前記バーナでの不足分の燃焼用空気を火炉内に供給して完全燃焼させるアフタエアノズルとを備え、前記アフタエアノズルが燃焼ガスの流れ方向に沿って複数段に配置されている微粉炭焚きボイラにおいて、前記複数段に配置された前記アフタエアノズルのうち少なくとも燃焼ガス流れ方向の最下流に配置されたアフタエアノズルが内管と外管との二重管構造を有し内管が直進流の流路、外管が旋回流の流路になっており、前記内管の内径が前記外管の内径に対して０．６から０．７５の範囲内にあることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項３】
請求項２において、前記アフタエアノズルが燃焼ガス流れ方向に沿って二段又は三段に配置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項４】
ボイラ火炉を囲む炉壁に微粉炭を理論空気比以下で燃焼させるバーナと、前記バーナでの不足分の燃焼用空気を火炉内に供給して完全燃焼させるアフタエアノズルとを備え、前記アフタエアノズルが燃焼用空気を直進流で流す内管と旋回流で流す外管との二重管構造になっている微粉炭焚きボイラにおいて、前記アフタエアノズルの前記外管のノズル先端部分に外管の外側から外管内に燃焼用空気を斜め方向に供給して旋回流がノズル中心軸方向に向けて噴出されるようにした縮流手段を有し、かつ前記内管の内径が前記外管の内径の０．６から０．７５の範囲内となっていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項５】
ボイラ火炉を囲む炉壁に微粉炭を理論空気比以下で燃焼させるバーナと、前記バーナでの不足分の燃焼用空気を火炉内に供給して完全燃焼させるアフタエアノズルとを備え、前記アフタエアノズルが燃焼ガス流れ方向に沿って複数段に配置されている微粉炭焚きボイラにおいて、前記複数段に配置された前記アフタエアノズルのうち少なくとも燃焼ガス流れ方向の最下流に配置されたアフタエアノズルが二重管構造を有し内管が直進流の流路、外管が旋回流の流路になっており、前記外管のノズル先端部分に外管の外側から外管内に燃焼用空気を斜め方向に供給して旋回流がノズル中心軸方向に向けて噴出されるようにした縮流手段を有し、かつ前記内管の内径が前記外管の内径の０．６から０．７５の範囲内になっていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項６】
請求項５において、前記アフタエアノズルが燃焼ガス流れ方向に沿って二段又は三段に配置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項７】
請求項２において、前記複数段に亘って配置された前記アフタエアノズルのうち、燃焼ガス流れ方向の最下流に配置されたアフタエアノズルを除く残りのアフタエアノズルが内管と外管との二重管構造になっていて前記内管を直進流が流れ、前記外管を旋回流が流れることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項８】
請求項５において、前記複数段に亘って配置された前記アフタエアノズルのうち、燃焼ガス流れ方向の最下流に配置されたアフタエアノズルを除く残りのアフタエアノズルが内管と外管との二重管構造になっていて前記内管を直進流が流れ、前記外管を旋回流が流れることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項９】
請求項５において、前記複数段に亘って配置された前記アフタエアノズルのうち、燃焼ガス流れ方向の最下流に配置されたアフタエアノズルを除く残りのアフタエアノズルが内管と外管との二重管構造を有し内管が直進流の流路、外管が旋回流の流路になっており、前記外管のノズル先端部分に外管の外側から外管内に燃焼用空気を斜め方向に供給して旋回流をノズル中心軸方向に向けて噴出する縮流手段を有することを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項１０】
請求項２または５において、燃焼ガス流れ方向の最下流に配置されたアフタエアノズルには、それよりも上流側に配置されたアフタエアノズルに比べて多量の燃焼用空気が供給されることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項１１】
請求項２または５において、燃焼ガス流れ方向の最下流に配置されたアフタエアノズルから供給される燃焼用空気によって、理論空気比又はそれ以上の空気比が達成されることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項１２】
請求項２または５において、燃焼ガス流れ方向の最下流に配置されたアフタエアノズルには、それよりも上流側に配置されたアフタエアノズルに比べて多量の燃焼用空気が供給され、かつ最下流に配置されたアフタエアノズルから供給される燃焼用空気によって理論空気比又はそれ以上の空気比が達成されることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項１３】
請求項２または５において、燃焼ガス流れ方向の最下流に配置されたアフタエアノズルよりも上流に配置されたアフタエアノズルには、最下流に配置されたアフタエアノズルの噴流よりも低流速、低流量のアフタエアが供給されることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項１４】
請求項１または４において、前記アフタエアノズルはノズル中心軸線が水平あるいはほぼ水平の方向となるようにボイラ火炉の炉壁に設置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項１５】
請求項２又は５において、燃焼ガスの流れ方向に沿って複数段に配置された前記アフタエアノズルはいずれも、ノズル中心軸線が水平あるいはほぼ水平の方向となるようにボイラ火炉の炉壁に設置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれか１項において、前記ボイラ火炉が前壁と後壁及び側壁によって構成され、四角形の断面を有し、前壁と後壁の対向する位置にそれぞれ複数個のアフタエアノズルが設置されていることを特徴とする微粉炭焚きボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微粉炭焚きボイラに係り、特にボイラ火炉の炉壁にバーナとアフタエアノズルを配置して二段燃焼を行うボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
微粉炭焚きボイラでは窒素酸化物（以下、ＮＯｘと記載する）濃度の抑制が求められ、二段燃焼法が主流になっている。
【０００３】
二段燃焼を行うボイラには、微粉炭バーナとアフタエアノズルが備えられ、バーナから微粉炭燃料と燃焼用空気が供給され、火炉内のガス流れ方向から見てバーナよりも下流に位置するアフタエアノズルから空気のみが供給される。
【０００４】
バーナ部での燃焼では、微粉炭燃料を完全燃焼させるために必要な理論空気比よりも少ない量の空気が供給され、空気不足の状態で微粉炭を燃焼させて還元雰囲気とし、バーナから発生するＮＯｘを窒素に還元し、ＮＯｘの生成を抑える。しかしながら、この還元雰囲気では酸素不足により未燃分が残り、一酸化炭素（以下、ＣＯと記載する）が発生する。
【０００５】
そこで、この還元雰囲気で発生した未燃分、ＣＯを完全燃焼させるために、バーナの下流に位置するアフタエアノズルから理論空気比の不足分となる量の空気を供給し、全体の空気量を理論空気比よりも若干多めにして未燃分を燃焼させる。
【０００６】
この二段燃焼法においても、未燃分の更なる低減を図るために、火炉内を上昇してくる不完全燃焼の可燃ガスとアフタエアノズルから供給するアフタエアとの混合促進が求められている。そして、特許文献１に開示されているようにアフタエア噴流の流動様式を調整し、直進流の流路と旋回流の流路とを備えたノズル構造にして、バーナによる不完全燃焼の可燃ガスとアフタエアノズルから供給される空気との混合促進を図ることが行われている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１−１６７５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、直進流と旋回流のアフタエアを供給して燃焼ガスとアフタエアとの混合促進を図ったボイラであっても、そのアフタエアの噴出速度が速すぎるとサーマルＮＯｘが生成しやすくなり、ＮＯｘとＣＯの同時低減を図ることは困難であることがわかった。
【０００９】
本発明の目的は、ボイラ火炉の炉壁にバーナとアフタエアノズルを備え、アフタエアノズルから燃焼用空気を直進流および旋回流にて供給するようにした微粉炭焚きボイラにおいて、サーマルＮＯｘの生成を抑制し、ＣＯとＮＯｘを同時に低減できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ボイラ火炉を囲む炉壁に微粉炭を理論空気比以下で燃焼させるバーナと、前記バーナでの不足分の燃焼用空気を火炉内に供給して完全燃焼させるアフタエアノズルとを備え、前記アフタエアノズルが直進流路となる内管と旋回流路となる外管との二重管構造を有する微粉炭焚きボイラにおいて、前記アフタエアノズルの前記内管の内径を前記外管の内径に対して０．６から０．７５の範囲内となるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
アフタエアノズルの直進流が流れる内管の内径を、旋回流が流れる外管の内径の０．６から０．７５の範囲内にしたことによって、アフタエア噴流の流速を抑制しつつ燃焼ガスとアフタエアとの混合促進を図ることが可能となり、サーマルＮＯｘの生成を抑制して、ＮＯｘとＣＯの同時低減を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を用いて、本発明の微粉炭焚きボイラの好ましい実施形態を説明する。
【実施例１】
【００１３】
図３に本発明の一実施例による微粉炭焚きボイラを側面方向から見た概略断面図を示す。
【００１４】
本実施例のボイラは、ボイラ火炉１が前壁１ａと後壁１ｂ及び両側面の側壁とから構成されており、横断面形状は四角形になっている。前壁１ａと後壁１ｂの長さが長く、側壁の長さが短い長方形断面である。本発明は、このように横断面形状が四角形、特に長方形をしているボイラに好適である。
【００１５】
ボイラ火炉１の前壁と後壁の対向する位置には微粉炭バーナ２が設けられている。図１ではガス流れ方向に沿って三段に微粉炭バーナ２が設けられている。各段の微粉炭バーナは一方の側壁と他方の側壁との間に複数個配置されている。燃焼ガスの流れ方向から見て微粉炭バーナ２よりも下流にはアフタエアノズル３が設けられている。アフタエアノズル３も微粉炭ノズルと同様に前壁と後壁の対向する位置に設けられ、かつ、一方の側壁と他方の側壁との間に複数個配置されている。
【００１６】
図１にアフタエアノズル３の断面図を示し、図２にアフタエアノズル３の出口形状を示す。アフタエアノズル３は、図２から明らかなように内管２１と外管２２が同心状に配置された二重管構造になっている。内管２１は燃焼用空気が直進流３５で流れる直進流路３０であり、外管２２は燃焼用空気が旋回流３６で流れる旋回流路３１である。
【００１７】
アフタエアノズル３は燃焼用空気がボイラ火炉内に水平方向に噴出されるように炉壁に取り付けられている。
【００１８】
アフタエアである燃焼用空気はウインドボックス外壁９内に供給され、ウインドボックス外壁９内に配置された複数のアフタエアノズル３に分配される。旋回流３６はレジスタ３２で羽根角度を調整し、その旋回強度を調整する。また、直進流路３０及び旋回流路３１にそれぞれ設けたダンパ３３、３４の開度で直進流および旋回流の流量配分を調整する。
【００１９】
直進流３５となる流路をアフタエアノズルの中央に配置し、貫通力を高めて炉中央にまで噴流を到達させることで、未燃焼のバーナ部燃焼ガス５が炉内中央をすり抜けてボイラ出口に達するのを阻止し、燃焼排ガス６のＣＯが増大しないようにしている。一方、外周を旋回流路３１とすることで、中央の直進流より貫通力が小さくなり、炉中央まで噴流が到達せず、ボイラ壁近傍でバーナ部燃焼ガス５と混合する流れとなる。これにより、炉中央及び炉壁近傍を流れる燃焼ガスとアフタエアとの混合が促進される。炉壁近傍における燃焼ガスとアフタエアとの混合は、旋回羽根角度を調整して旋回強度を増すことで促進される。
【００２０】
本実施例のボイラは、アフタエアノズルの中央に位置する直進流路３０の内径Ｄ１が、外周部を流れる旋回流路３１の内径Ｄ２の０．６〜０．７５の範囲になっている。このため、噴流の流出速度が抑えられ、ＮＯｘの増大を抑えつつ、アフタエア噴流７とバーナ部燃焼ガス５との混合を促進して、炉内の酸素濃度を均一化し、未燃分、ＣＯを低減することができる。内管２１の内径Ｄ１を外管２２の内径Ｄ２の０．６から０．７５の範囲に設定した理由は別途、実施例５において図１０から図１４を参照して説明する。
【００２１】
図３に示す微粉炭焚きボイラにおいて、燃料である石炭は微粉炭製造装置（図示せず）で微粉に粉砕され、微粉炭バーナ２に供給され、ボイラ火炉１内へ投入される。一方、微粉炭を燃焼させる燃焼用空気は微粉炭バーナ２およびアフタエアノズル３に供給される。微粉炭バーナ２で燃焼したバーナ部燃焼ガス５はボイラ火炉１内を上昇し、アフタエアノズル３から供給される燃焼用空気で完全燃焼され、未燃分を低減した燃焼排ガス６となる。燃焼排ガス６はボイラ火炉１を出て脱硝、脱硫（図示せず）された後、大気へ放出される。
【００２２】
一般にアフタエア噴流７でＣＯ、未燃分を低減するように混合を促進すると、燃焼ガス温度が高温となり、サーマルＮＯｘが生成するため、ＣＯとＮＯｘはトレードオフの関係にある。本発明ではアフタエアノズルの口径比を所定の範囲に設定することで、アフタエア流速を抑えつつ炉内混合が促進する噴流となるため、ＮＯｘが増大することなく、ＣＯ、未燃分を低減でき、燃焼効率が向上する。このため、経済性を高める効果もある。
【００２３】
図４に炉内空気比分布の例を示す。供給する空気量としては、例えば、空気比分布ライン１２に示すように、アフタエアノズル３の上流部でのバーナ空気比を０．８（燃料が完全燃焼するのに必要な理論空気量より２０％少ない）とし、残り０．４分の空気比に相当する空気量をアフタエアノズル３から供給し、ボイラ出口では理論空気量１．０より多い空気比１．２で運用する。ただし、本発明による効果は図４に示した空気比分布ライン１２の数値に限定されたものでない。
【実施例２】
【００２４】
図５に本発明の他の実施例によるアフタエアノズル３の断面図を示す。本実施例のアフタエアノズル３は、縮流路３７が旋回流路３１に下流部で接続されていることを除けば図１と同じ構造をしている。本アフタエアノズルは縮流路３７からも空気が供給できる構造となっており、ダンパ３９の開度で、縮流流れ３８の強度を調整することができる。
【００２５】
本実施例のアフタエアノズルによれば、特に縮流流れ３８の流量を増大することで、直進流３５の外周部で２次流れが発生し、炉内混合を促進し、ＣＯ、未燃分をより一層低減できるというメリットがある。
【実施例３】
【００２６】
本実施例では、アフタエアノズルをボイラ火炉の燃焼ガス流れ方向に沿って二段に配置した場合について、図６および図７を参照して説明する。
【００２７】
図７に示すように、ボイラ火炉１の前壁１ａと後壁１ｂにそれぞれアフタエアノズル３とアフタエアノズル４が備えられている。
【００２８】
ボイラ火炉１のバーナ部燃焼ガス５の流れ方向から見て最下流に位置するアフタエアノズル３を図１あるいは図５に示す構造とし、さらに、その上流側にもアフタエアノズル４を設けて緩慢燃焼させることで、さらにサーマルＮＯｘを低減することができる。
【００２９】
図６は、直進流路と旋回流路を有する図１に示す構造のアフタエアノズル３とアフタエアノズル４を備えたボイラ炉壁部分の構成図およびボイラ内でのアフタエア噴流の流れを示している。
【００３０】
アフタエアノズル３は図１と同じように内管の内径が外管の内径の０．６から０．７５の範囲になるように設定されている。アフタエアノズル４もアフタエアノズル３と同じように直進流路と旋回流路を有するようにするのが好ましいが、アフタエアノズル４からのアフタエア噴流８は低ＮＯｘを実現するための噴流であるので、アフタエアノズル３と同じように直進流路と旋回流路の口径比を設定する必要はない。
【００３１】
図６でのアフタエアノズル４は、中央に直進流路４０、外周に旋回流路４１を備えており、直進流４５と旋回流４６よりなるアフタエア噴流８がボイラ火炉１内に向かって供給される。旋回流４６はレジスタ４２で羽根角度を調整し、その旋回強度を調整することができる。また、各流路に設けたダンパ４３、４４で流量配分を調整することができる。
【００３２】
アフタエアノズル４は、最下流に位置するアフタエアノズル３のアフタエア噴流７より低流量、低流速とし、貫通力の弱い噴流とする。アフタエアノズル４によるアフタエア噴流８は図６に示すように貫通力が弱いため、上流から上昇してくるバーナ部燃焼ガス５によって、壁面近くを流れる噴流となる。アフタエア噴流８は壁面近くでの未燃ガスのすり抜けを抑制し、ＣＯを低減できる。
【００３３】
図８に本実施例によるボイラの炉内空気比分布の例を示す。アフタエアノズル３およびアフタエアノズル４に供給する空気量としては、例えば、空気比分布ライン１３に示すように、アフタエアノズル４の上流部でのバーナ空気比を０．８（燃料が完全燃焼するのに必要な理論空気量より２０％少ない）とし、アフタエアノズル４からの燃焼用空気投入後の空気比が０．９となるように空気比で０．１分の空気をアフタエアノズル４から供給する。アフタエアノズル３の直前まで空気比１．０未満とすることで、還元領域が拡大し、還元時間が確保され、ＮＯｘが還元され低ＮＯｘ化が図れる。
【００３４】
アフタエアノズル３から残りの空気を供給し、ボイラ出口で例えば空気比１．２になるように運用する。以上により、未燃分、ＣＯ、ＮＯｘの低減が図れる。ただし、本発明は、この空気比分布ライン１３の数値に限るものではない。
【００３５】
なお、本実施例では、アフタエアノズル３に図１に示す構造のアフタエアノズルを用いた場合について説明したが、図５に示す構造のアフタエアノズルを用いてもよい。この場合、燃焼ガス流れ方向の上流に位置するアフタエアノズル４には、図１あるいは図５に示す構造のものを用いることが望ましい。ただし、アフタエアノズル４は低ＮＯｘを実現するために設けるので、アフタエアノズル３と同様に直進流路と旋回流路の口径比を設定する必要はない。また、アフタエアノズル３のアフタエア噴流より低流量、低流速とし、貫通力の弱い噴流とすることが望ましい。アフタエアノズル４から直進流のみを噴出することは、貫通力を高めることになるので好ましくない。
【実施例４】
【００３６】
アフタエアノズルは燃焼ガスの流れ方向に三段に配置しても良い。この場合の炉内空気比分布の例を図９に示す。本実施例では、直進流路と旋回流路を有し、それらの流路の口径比をアフタエアノズル３のように設定していないアフタエアノズル４を二段に設けている。ここでも、アフタエアノズル３の直前まで空気比１．０未満とし、還元領域を下流まで維持し、低ＮＯｘ化を図っている。本実施例での空気比分布ライン１４では、アフタエアノズル４へそれぞれ０．０５分の空気比となる空気量を供給しているが、アフタエアノズル３の上流で空気比１．０未満とすればよく、図９の分布ライン１４の数値に限るものではない。
【００３７】
このように、直進流路と旋回流路を有するアフタノズル４をアフタエアノズル３の上流に配置し、燃焼用空気を供給することで、燃焼用空気を投入してからボイラ出口に到達するまでの滞留時間が増大し、ＣＯ、未燃分がより低減するというメリットがある。また、アフタエアノズル４への空気量が少なくなり、バーナ部燃焼ガス５との混合が緩慢となり、アフタエア噴流８でのサーマルＮＯｘの生成がより抑制されるというメリットもある。
【００３８】
さらに上流に設けたアフタエアノズル４による燃焼ガスを下流のアフタエアノズル３が巻き込むことで、バーナ部燃焼ガスとアフタエアノズルの噴流との混合領域（界面）が低酸素濃度となり、火炎温度の上昇が抑制され、ＮＯｘ生成が低減されるため、ＣＯとＮＯｘを同時に低減することができる。
【実施例５】
【００３９】
ボイラ火炉の燃焼ガス流れ方向から見て最下流に位置するアフタエアノズルの中央直進流路と外周旋回流路の口径比を０．６から０．７５にする理由について説明する。
【００４０】
図１０にアフタエアノズル１次、２次の流量配分の違いによる炉内ＣＯ濃度への影響（燃焼実験結果）を示す。ＣＯ濃度は試験用アフタエアノズル設置位置から下流位置で測定し、炉内断面平均値をプロットした。実験は、全燃料流量、全空気流量を一定とし、バーナ空気比、出口空気比、バーナ部、空気温度を一定とし、アフタエアノズルの流量配分の違いによるＣＯへの影響を評価した。
【００４１】
実験でのアフタエアノズル構造は従来の口径比、具体的には外周旋回流路の内径１に対して中央直進流路の内径を０．５にした。横軸はアフタエアノズルの全流量（１次流量Ｑ１＋２次流量Ｑ２）に対する１次流量Ｑ１の割合を示しており、０の場合は２次のみ、１の場合は１次のみに全流量が流れていることを示す。１次流れは直進流、２次流れは旋回流である。縦軸はアフタエアノズル下流での炉内断面平均のＣＯ値を、従来の運用である１次流量０．３でのＣＯ値で規格化した。図からＣＯはアフタエアノズルの流量配分によって変化し、極小値を持つ分布となる。特に０．５から０．７の範囲でＣＯ濃度が低く、この時のアフタエア噴流が炉内の混合を促進する流れとなり、炉内の未燃ガスと素早く反応し、ＣＯが低減していることがわかる。
【００４２】
ところで、ボイラ火炉出口の空気過剰率を従来運用（例えば空気比１．２０）より下げて運用することで、ボイラ出口の排気ガス流量を低減し、脱硫、脱硝で使用するアンモニア、触媒などの使用量を低減し、ランニングコストを削減する運用が望まれている。しかし、火炉空気比の低下はアフタエアノズルから供給する空気量（酸素量）が減るため、炉内でのＣＯ（未燃分）が増大する。炉内で残存するＣＯ濃度を一定にし、火炉出口の空気比を下げるには従来運用より低ＣＯとなるアフタエアノズル噴流が必要となる。図１０に示す規格化したＣＯ値で従来基準１．０より半減する０．５以下とすると、アフタエアノズルでの炉内ミキシングが改善する。そのため、火炉空気過剰率を従来運用より５％下げても、ＣＯ濃度が増大せず、前述したように低コスト運用が可能となる。
【００４３】
よって、アフタエアノズルの噴流で図中に示した範囲Ａ（０．５〜０．７）にＱ１／（Ｑ１＋Ｑ２）の流量配分を設定すれば、火炉空気比を下げない運用の場合はＣＯ、未燃分が低減し、効率が向上すると同時に環境への負荷も低減する。また、空気比を下げて運用した場合は、低コスト運用が可能となる。
【００４４】
図１０の結果を基に、アフタエアノズルの１次（直進流）、２次（旋回流）の流速を求め、図１１に示した。範囲Ａに対する１次流速は範囲Ｂに示すようにＶ１〜Ｖ２となっている。２次の流路面積が１次より大きいため、２次流速は１次流速より低い。
【００４５】
ところで、ＮＯｘは一般にＣＯとトレードオフの関係である。ＣＯを低減するため、アフタエア噴流での混合を促進すると、広範囲で素早く燃焼するため、火炎温度が上昇し、サーマルＮＯｘが生成し、ＮＯｘ濃度が増大する。特にアフタエア流速の増大は、サーマルＮＯｘの増大につながる。特に流速があるしきい値を超えるとＮＯｘの増大が顕著に現れる。図中にはＶ０として点線で示した。
【００４６】
よって、従来のアフタエアノズル１次／２次口径比では、１次流速がＶ０を超えるため、ＣＯは低減しても、ＮＯｘが増大する噴流となる。
【００４７】
図１２にレイノルズ数との関係を示す。レイノルズ数は流動状態を表す無次元数であり、レイノルズ数が同一であれば、噴流が相似であることを示す。特に範囲Ａでの主流流れは１次の直進流であり、レイノルズ数も高く、範囲Ｃに示すようにＲ１〜Ｒ２である。この主流となる１次流れのレイノルズ数と同じであればＣＯが最も低減するアフタエア噴流を模擬できる。
【００４８】
ＣＯが最も低下するのに最低限必要なレイノルズ数はＱ１／（Ｑ１＋Ｑ２）の流量比が０．５の場合のレイノルズ数Ｒ１である。
【００４９】
したがって、アフタエアノズルのＱ１／（Ｑ１＋Ｑ２）流量比０．５から０．７の条件で、流速がＶ０以下で、かつ、１次流れのレイノルズ数Ｒ１以上を満足するＤ１／Ｄ２とすれば、ＮＯｘの増大を抑制しつつ、同時に混合も促進しＣＯも低減できるアフタエア噴流が形成できる。
【００５０】
図１３にアフタエアノズル口径比Ｄ１／Ｄ２と流速の関係を示す。図１３には図１１、図１２のアフタエアノズル流量比０．５と０．７の時の１次、２次流速をそれぞれ示している。ＮＯｘが増大する流速Ｖ０を破線で示す。図１３から流量比０．５の場合は、１次流速がＶ０なるＤ１／Ｄ２＝０．６が下限値で、流量比０．７の場合の２次流速がＶ０となる０．８７が上限値となる。この範囲のアフタエアノズル口径比とすれば、流量比０．５から０．７の条件で流速Ｖ０以下を満足する噴流が得られる。図１３には流速Ｖ０以下を満足するＤ１／Ｄ２を範囲Ｌで示した。
【００５１】
図１４にアフタエアノズル口径比Ｄ１／Ｄ２とレイノルズ数の関係を示す。図１４には図１３と同様に流量比０．５、０．７のレイノルズ数をそれぞれ示す。図中には１次流れに必要なレイノルズ数Ｒ１を破線で示した。破線Ｒ１と各１次Ｒｅの交点がアフタエア噴流を模擬するＤ１／Ｄ２の範囲となる。図１４から、Ｄ１／Ｄ２＝０．５３が下限値で、０．７５が上限値となる。これらレイノルズ数Ｒ１以上となる範囲をＭで表した。上記した流速Ｖ０とレイノルズ数Ｒ１の両方を満足する範囲は、範囲Ｍと範囲Ｌが重なる範囲であり、図中にＮで示した。Ｄ１／Ｄ２の範囲は０．６から０．７５となる。
【００５２】
アフタエアノズル口径比Ｄ１／Ｄ２を０．６から０．７５に設定するとＣＯも低減でき、かつ噴流流速を抑えＮＯｘの発生も抑制するアフタエア噴流となる。
【００５３】
このように本発明でのアフタエアノズルの１次、２次口径比を設定し、さらに好ましくはアフタエアを２段以上設けてアフタエアを供給することで、未燃分、ＣＯおよびＮＯｘを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施例によるアフタエアノズルの断面図。
【図２】図１のアフタエアノズルの開口部形状を示す概略図。
【図３】本発明の実施例によるボイラを側面から見た概略断面図。
【図４】本発明の実施例によるボイラの炉内空気比分布の例を示した図。
【図５】本発明の他の実施例によるアフタエアノズルの断面図。
【図６】アフタエアノズルを二段に設けたボイラの一部断面図。
【図７】アフタエアノズルを二段に設けたボイラを側面から見た断面図。
【図８】アフタエアノズルを二段に設けたボイラの炉内空気比分布の例を示す図。
【図９】アフタエアノズルを三段に設けたボイラの炉内空気比分布の例を示す図。
【図１０】アフタエアノズルの流量配分とＣＯの関係を示す図。
【図１１】アフタエアノズルの流量配分と流速の関係を示す図。
【図１２】アフタエアノズルの流量配分とレイノルズ数の関係を示す図。
【図１３】アフタエアノズルの口径比と流速の関係を示す図。
【図１４】アフタエアノズルの口径比とレイノルズ数の関係を示す図。
【符号の説明】
【００５５】
１…ボイラ火炉、２…微粉炭バーナ、３，４…アフタエアノズル、５…バーナ部燃焼ガス、６…燃焼排ガス、７，８…アフタエア噴流、９…ウインドボックス外壁、１０…外縁部（混合領域）、１２，１３，１４…空気比分布ライン、２１…内管、２２…外管、３０，４０…直進流路、３１，４１…旋回流路、３２，４２…レジスタ、３３，３４，３９，４３，４４…ダンパ、３５，４５…直進流、３６，４６…旋回流、３７…縮流路、３８…縮流流れ。
【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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