ボイラ装置及び高温空気燃焼システム
【課題】ボイラが高温空気燃焼を実現可能となる迄の時間を短縮し、ボイラ始動から高温空気燃焼に至る運転をより円滑に行い得る高温空気燃焼用のボイラ装置及び高温空気燃焼システムを提供する。
【解決手段】ボイラ１と、該ボイラの炉壁に設けられ微粉炭を噴出する微粉炭ノズル４と、該微粉炭ノズルに隣接して設けられ、２次空気を噴出する空気ノズル５と、前記ボイラの排ガスとの熱交換により空気ノズル５に送給される２次空気の温度を上昇させる熱交換器２と、２次空気の供給路１８内で燃焼を行い２次空気の温度を上昇させるダクトバーナ２１とを具備し、空気ノズル５から噴出する２次空気と微粉炭ノズル４から噴出する微粉炭により高温空気燃焼させる。
【解決手段】ボイラ１と、該ボイラの炉壁に設けられ微粉炭を噴出する微粉炭ノズル４と、該微粉炭ノズルに隣接して設けられ、２次空気を噴出する空気ノズル５と、前記ボイラの排ガスとの熱交換により空気ノズル５に送給される２次空気の温度を上昇させる熱交換器２と、２次空気の供給路１８内で燃焼を行い２次空気の温度を上昇させるダクトバーナ２１とを具備し、空気ノズル５から噴出する２次空気と微粉炭ノズル４から噴出する微粉炭により高温空気燃焼させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温空気燃焼させるボイラ装置及び高温空気燃焼システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温の燃焼用空気を燃料とは分離した空気ノズルで供給し、高温状態とした炉内に燃料を噴射して燃焼させる高温空気燃焼方式のボイラ装置（以下、高温空気燃焼ボイラ装置）がある。高温空気燃焼ボイラ装置では、炉内を高温にできることから、火炉の小型化が可能であり、又酸素濃度の低い還元雰囲気で燃焼を行わせることができるので、窒素酸化物の発生を抑制することができるという利点がある。
【０００３】
一方、高温空気燃焼ボイラ装置は、ボイラ始動から高温空気燃焼に至る運転を円滑に行うことが望まれる。
【０００４】
尚、高温空気燃焼させるボイラ装置としては、特許文献１に示されるものがあり、特許文献１には、火炉から燃焼排気ガスの一部を抽気し、抽気した燃焼排気ガスにより燃焼用空気を微粉炭の着火温度以上の温度に加熱して高温燃焼用空気を生成するボイラ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６５３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は斯かる実情に鑑み、ボイラが高温空気燃焼を実現可能となる迄の時間を短縮し、ボイラ始動から高温空気燃焼に至る運転をより円滑に行い得る高温空気燃焼用のボイラ装置及び高温空気燃焼システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ボイラと、該ボイラの炉壁に設けられ微粉炭を噴出する微粉炭ノズルと、該微粉炭ノズルに隣接して設けられ、２次空気を噴出する空気ノズルと、前記ボイラの排ガスとの熱交換により前記空気ノズルに送給される２次空気の温度を上昇させる熱交換器と、２次空気の供給路内で燃焼を行い２次空気の温度を上昇させるダクトバーナとを具備し、前記空気ノズルから噴出する２次空気と前記微粉炭ノズルから噴出する微粉炭により高温空気燃焼させるボイラ装置に係るものである。
【０００８】
又本発明は、前記空気ノズルに供給される２次空気の温度を検出する温度検出器と、該温度検出器の検出結果を基に前記ダクトバーナの燃焼量を制御する制御装置とを更に具備するボイラ装置に係るものである。
【０００９】
又本発明は、ボイラと、該ボイラの炉壁に設けられ、微粉炭と高温の２次空気により高温空気燃焼を行うバーナと、前記ボイラの排ガスとの熱交換により燃焼用の２次空気の温度を上昇させる熱交換器と、２次空気の供給路内で燃焼を行い２次空気の温度を上昇させるダクトバーナと、排ガスの一部を抽出し２次空気と混合させる排気循環系と、前記バーナに供給される２次空気の温度を検出する第１の温度検出器と、前記ダクトバーナの燃焼を制御すると共に混合する排ガスの量を制御する制御装置とを具備し、該制御装置は前記第１の温度検出器によって検出される２次空気の温度が所定の値となる様に、前記ダクトバーナの燃焼量及び２次空気への排ガスの混合量を制御する高温空気燃焼システムに係るものである。
【００１０】
更に又本発明は、排ガスの温度を検出する第２の温度検出器と、前記熱交換器により加熱された２次空気の温度を検出する第３の温度検出器を更に具備し、前記制御装置は前記第２の温度検出器及び前記第３の温度検出器による検出結果に基づき、前記ダクトバーナの燃焼量及び２次空気への排ガスの混合量を制御する高温空気燃焼システムに係るものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ボイラと、該ボイラの炉壁に設けられ微粉炭を噴出する微粉炭ノズルと、該微粉炭ノズルに隣接して設けられ、２次空気を噴出する空気ノズルと、前記ボイラの排ガスとの熱交換により前記空気ノズルに送給される２次空気の温度を上昇させる熱交換器と、２次空気の供給路内で燃焼を行い２次空気の温度を上昇させるダクトバーナとを具備し、前記空気ノズルから噴出する２次空気と前記微粉炭ノズルから噴出する微粉炭により高温空気燃焼させるので、排ガスの温度が低く、前記熱交換器により充分に２次空気の温度を上昇させることができない場合であっても高温空気燃焼の実現が可能となり、高温空気燃焼が実現可能となる迄の時間を短縮でき、前記ボイラの始動から高温空気燃焼に至る運転を円滑に行うことができる。
【００１２】
又本発明によれば、ボイラと、該ボイラの炉壁に設けられ、微粉炭と高温の２次空気により高温空気燃焼を行うバーナと、前記ボイラの排ガスとの熱交換により燃焼用の２次空気の温度を上昇させる熱交換器と、２次空気の供給路内で燃焼を行い２次空気の温度を上昇させるダクトバーナと、排ガスの一部を抽出し２次空気と混合させる排気循環系と、前記バーナに供給される２次空気の温度を検出する第１の温度検出器と、前記ダクトバーナの燃焼を制御すると共に混合する排ガスの量を制御する制御装置とを具備し、該制御装置は前記第１の温度検出器によって検出される２次空気の温度が所定の値となる様に、前記ダクトバーナの燃焼量及び２次空気への排ガスの混合量を制御するので、排ガスの温度が低く、前記熱交換器及び排ガスとの混合により充分に２次空気の温度を上昇させることができない場合であっても高温空気燃焼の実現が可能となり、高温空気燃焼が実現可能となる迄の時間を短縮でき、前記ボイラの始動から高温空気燃焼に至る運転を円滑に行うことができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例に係るボイラ装置を示す概略構成図である。
【図２】該ボイラ装置に用いられる微粉炭バーナ及び燃焼空気ノズルの一例を示す概略断面図である。
【図３】該ボイラ装置に於ける高温空気燃焼の段階的制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００１５】
先ず、図１に於いて、本実施例に係るボイラ装置について概略を説明する。
【００１６】
図１中、１は火炉、２は排ガスの余熱を熱源とした熱交換器、３は微粉炭ミル、４は炉壁に設けられた所要数の微粉炭バーナ、５は炉壁に設けられた燃焼空気ノズル、６は１次空気を送出する１次空気送風機、７は２次空気を送出する２次空気送風機、８は排ガスを排出する排ガス送風機、９は制御装置を示している。前記微粉炭バーナ４と前記燃焼空気ノズル５は上下に複数段（図示では３段を例示している）配設されている。尚、前記火炉１の炉壁には炉内からの輻射熱を吸収する伝熱管（図示せず）が設けられ、又前記火炉１の上方には発生した蒸気を過熱する為の図示しないスーパヒータ（過熱蒸気発生器）が設けられている。
【００１７】
前記微粉炭バーナ４と前記燃焼空気ノズル５は上下で隣接する配置となっており、又前記微粉炭バーナ４と前記燃焼空気ノズル５とは水平方向に所定ピッチで交互に配設されている。即ち、前記微粉炭バーナ４と前記燃焼空気ノズル５とは、水平方向、上下方向でそれぞれ隣接する様に配置されている。
【００１８】
尚、水平方向に交互に配設された微粉炭バーナ４と前記燃焼空気ノズル５の列は、上下２列であってもよく、１列或は上下に３列以上であってもよい。
【００１９】
１次空気送風ダクト１１は前記熱交換器２を介して前記微粉炭ミル３に接続され、前記１次空気送風ダクト１１の上流端には前記１次空気送風機６が設けられている。前記１次空気送風ダクト１１は前記熱交換器２で所定温度、例えば２００℃に加熱された１次空気を前記微粉炭ミル３に導くものである。該微粉炭ミル３は、塊状の石炭を微粉炭に粉砕し、１次空気を搬送媒体とし、微粉炭供給管１２を介し微粉炭混合流を前記微粉炭バーナ４に個別に送給する。又、各微粉炭供給管１２にはカットダンパ１３が設けられ、該カットダンパ１３により前記微粉炭供給管１２を個別に遮断、開放が可能となっており、前記微粉炭バーナ４に対して独立して微粉炭の送給停止が行える様になっている。
【００２０】
又、前記１次空気送風ダクト１１の前記熱交換器２の上流側には、１次空気バイパスダクト１４の上流端と補助燃焼用空気ダクト１５の上流端が接続されている。前記１次空気バイパスダクト１４の下流端は前記１次空気送風ダクト１１の前記熱交換器２の下流側と接続されており、加熱前の低温の１次空気を加熱後の１次空気に混合できる様になっている。前記１次空気バイパスダクト１４には流量調整弁１６が設けられ、該流量調整弁１６により低温の１次空気の混合量が調整され、前記微粉炭ミル３に供給する１次空気の温度が調整される。
【００２１】
前記補助燃焼用空気ダクト１５の下流端は前記微粉炭バーナ４の補助燃焼バーナ（後述）に接続され、加熱前の低温の空気が補助燃焼用空気として前記補助燃焼バーナに送給される。又、前記補助燃焼用空気ダクト１５には補助燃焼空気流量調整ダンパ１７が設けられ、該補助燃焼空気流量調整ダンパ１７により前記補助燃焼バーナに送給する低温の空気の流量を調整し、或は低温の空気の供給を遮断する様になっている。
【００２２】
２次空気の供給路である２次空気送風ダクト１８は、上流端が前記熱交換器２を介して前記２次空気送風機７に接続され、下流端が各燃焼空気ノズル５に接続されている。前記２次空気送風機７から送出された２次空気は、燃焼用空気として前記２次空気送風ダクト１８を経て前記熱交換器２で加熱され、更に前記２次空気送風ダクト１８を経て前記燃焼空気ノズル５に送給される。
【００２３】
前記２次空気送風ダクト１８の前記熱交換器２の下流側には、上流側から第３温度検出器１９、ダクトバーナ２１、第１温度検出器２２、燃焼空気流量調整ダンパ２３が設けられている。
【００２４】
前記第３温度検出器１９は、前記熱交換器２により加熱された２次空気の温度を検出し、検出結果を前記制御装置９に送出する機能を有している。前記ダクトバーナ２１は、前記２次空気送風ダクト１８内で油等の燃料を噴霧し着火し、燃焼を行うものであり、燃焼により発生した高温の燃焼ガスと２次空気とを混合させることで、前記熱交換器２により加熱される以上の高温の２次空気の温度を得ることができる。
【００２５】
又、前記第１温度検出器２２は、後述する排ガス導管２５と前記２次空気送風ダクト１８との合流点より下流側に設けられ、前記燃焼空気ノズル５に送給される２次空気の温度を検出し、検出結果を前記制御装置９に送出する機能を有している。前記燃焼空気流量調整ダンパ２３は、複数の前記燃焼空気ノズル５に対して高温燃焼用２次空気の供給停止、更に流量調整を一括して行う。
【００２６】
又、前記火炉１の煙道２４には前記排ガス導管２５の上流端が接続され、該排ガス導管２５の下流端は前記２次空気送風ダクト１８の前記ダクトバーナ２１と前記第１温度検出器２２との間に接続されている。前記排ガス導管２５には上流側から第２温度検出器２６、排ガス流量調整器２７が設けられており、前記排ガス導管２５と前記排ガス流量調整器２７とで排ガス循環系が構成される。前記排ガス導管２５は前記熱交換器２により熱交換される前の高温の排ガスを前記煙道２４から抽出し、前記熱交換器２及び前記ダクトバーナ２１により加熱された高温の２次空気に排ガスを混合できる様になっている。高温の排ガスが２次空気に混合されることで、前記熱交換器２により加熱される以上の高温の２次空気を得ることができる。
【００２７】
前記第２温度検出器２６は前記排ガス導管２５の排ガス導入口の直近に設けられ、該排ガス導管２５を流通する排ガスの温度を検出し、検出結果を前記制御装置９に送出する機能を有している。前記排ガス流量調整器２７は流量調整機能と開閉機能とを有し、後述する高温空気燃焼が行われる場合に開とされ、高温の排ガスが２次空気に混合され、高温となった２次空気は高温空気燃焼用の燃焼用空気として前記燃焼空気ノズル５に送給される。
【００２８】
ここで、排ガスが混合される前の２次空気温度、即ち前記熱交換器２により加熱された２次空気温度は２５０℃〜３００℃であり、炉内から抽出される排ガスの温度は８００℃〜１４００℃であり、混合後の高温空気燃焼用としての２次空気温度は５５０℃〜１３５０℃である。尚、高温空気燃焼の安定性、熱効率等を考慮すると、６００℃〜８５０℃、例えば８００℃程度の温度とするのが好ましい。
【００２９】
前記微粉炭バーナ４は、補助燃焼バーナ（後述）を有しており、該補助燃焼バーナは油、又はガスを燃料とし、低温（例えば室温）で自立燃焼可能となっている。該補助燃焼バーナには前記補助燃焼用空気ダクト１５及び燃料供給管２８が接続され、前記補助燃焼バーナは前記燃料供給管２８を介して図示しない燃料供給源に接続されている。前記燃料供給管２８には、流量調整弁２９が設けられ、該流量調整弁２９により燃料の供給量が調整され、又燃料の供給停止が行われる。
【００３０】
前記制御装置９には、前記第３温度検出器１９、前記第１温度検出器２２、前記第２温度検出器２６により検出された温度信号、及びボイラ装置本体の総合的な制御を行う主制御装置からボイラ負荷状態に応じた燃焼状態を要求する燃焼制御指令が入力され、前記温度信号及び燃焼制御指令に基づき、前記微粉炭ミル３、前記カットダンパ１３、前記流量調整弁１６、前記補助燃焼空気流量調整ダンパ１７、前記燃焼空気流量調整ダンパ２３、前記排ガス流量調整器２７、前記流量調整弁２９を所要のタイミングで駆動、開閉を制御し、又前記ダクトバーナ２１の燃焼量を制御し、前記微粉炭バーナ４の燃焼状態、前記燃焼空気ノズル５からの高温空気の噴出を制御する。
【００３１】
尚、前記２次空気送風ダクト１８の前記第１温度検出器２２の下流側には、図示しない酸素濃度検知器が設けられ、該酸素濃度検知器は前記燃焼空気ノズル５に送給される２次空気の酸素濃度を検出し、検出結果を前記制御装置９に送出する。該制御装置９は前記酸素濃度検知器からの信号に基づき、所定の酸素濃度、例えば酸素濃度が１４％を下回らない様、前記ダクトバーナ２１の燃焼量、及び２次空気に合流する排ガスの合流量、即ち前記排ガス流量調整器２７の開度を制御する。
【００３２】
図２は、本実施例に用いられる前記微粉炭バーナ４及び前記燃焼空気ノズル５の一例を示している。以下、図２を参照して前記微粉炭バーナ４及び前記燃焼空気ノズル５の概略を説明する。
【００３３】
火炉１の炉壁３１の反火炉側にウインドボックス３４が取付けられ、更に該ウインドボックス３４の内部に円筒又は略円筒形状のバーナ支持部３３が取付けられている。又、前記ウインドボックス３４の内部を貫通する様に微粉炭バーナ４が前記バーナ支持部３３と同心に設けられ、前記微粉炭バーナ４の基端部は前記ウインドボックス３４に支持され、前記微粉炭バーナ４の中途部が前記バーナ支持部３３に支持されており、先端は前記火炉１内に開口している。
【００３４】
前記微粉炭バーナ４はノズル本体３６を有し、該ノズル本体３６は該ノズル本体３６と同心に設けられた内筒ノズル３７、該内筒ノズル３７の中心線上に配設された補助燃焼バーナであるオイルバーナ３８を具備している。前記内筒ノズル３７の先端は前記火炉１内に開口しており、前記ノズル本体３６と前記内筒ノズル３７間には中空筒状の空間で、前記火炉１側端が開放された燃料導通空間３９が形成される。
【００３５】
前記ノズル本体３６の基部（反火炉側の端部）には前記微粉炭供給管１２が連通し、該微粉炭供給管１２を介して微粉炭混合流４１が前記燃料導通空間３９に流入し、該燃料導通空間３９内部を先端に向って流れ、先端から噴出される。
【００３６】
又、前記内筒ノズル３７の基部（反火炉側の端部）には前記補助燃焼用空気ダクト１５が連通し、該補助燃焼用空気ダクト１５を介して低温の１次空気が補助燃焼用空気４２として前記内筒ノズル３７内に流入し、前記オイルバーナ３８に沿って流れ、先端から噴出される。
【００３７】
前記ウインドボックス３４には前記２次空気送風ダクト１８が連通しており、該２次空気送風ダクト１８を介して２次空気が燃焼用空気４３として流入する。
【００３８】
前記燃焼空気ノズル５は前記微粉炭バーナ４と平行に設けられ、先端は前記火炉１内に開口し、基端は前記ウインドボックス３４の内部に開口している。前記燃焼空気ノズル５は燃焼空気ノズル支持部３５を介して前記ウインドボックス３４に支持されている。前記各燃焼空気ノズル５の基端部には流量調整ダンパ４４が設けられ、該流量調整ダンパ４４は駆動軸４５を介して回転自在に支持されている。該駆動軸４５は前記ウインドボックス３４より突出し該ウインドボックス３４外に設けられたエアシリンダ等のアクチュエータ４６に連結され、前記流量調整ダンパ４４は前記アクチュエータ４６によって回転される。該アクチュエータ４６は前記制御装置９によって制御され、前記燃焼空気ノズル５内に流入する前記燃焼用空気４３（以下、高温空気４３′）に対し、各燃焼空気ノズル５毎に遮断及び流量の調整を行う様になっている。
【００３９】
尚、図示はしないが、紙面に対して下側の前記流量調整ダンパ４４についても同様に前記アクチュエータ４６が設けられ、前記駆動軸４５を介して前記アクチュエータ４６によって駆動される様になっている。又、前記流量調整ダンパ４４は、前記制御装置９により前記アクチュエータ４６を制御する様にしてもよいし、レバー等を介して各流量調整ダンパ４４毎に手動にて開閉する様にしてもよい。
【００４０】
上記した前記微粉炭バーナ４及び前記燃焼空気ノズル５での燃焼について略述する。前記オイルバーナ３８に燃料として油が供給されると共に、前記補助燃焼用ダクト１５より前記内筒ノズル３７内に前記補助燃焼用空気４２が供給される。又、油が前記内筒ノズル３７の先端に向って噴霧されると共に着火されることで補助燃焼が行われる。補助燃焼は、炉内が高温空気燃焼可能な所定温度（予め設定した第１設定温度）に上昇する迄継続される。又、前記第１温度検出器２２及び前記第３温度検出器１９の検出結果に基づき、前記制御装置９によって前記ダクトバーナ２１の燃焼が制御される。前記燃焼用空気４３が微粉炭を高温空気燃焼させるのに充分な温度、例えば８００℃となった状態で、前記２次空気送風ダクト１８より前記高温空気４３′が前記ウインドボックス３４に供給され、更に前記流量調整ダンパ４４により流量調整された前記高温空気４３′が前記燃焼空気ノズル５より炉内に噴出される。
【００４１】
炉内が高温空気燃焼可能な所定温度に達すると共に前記燃焼空気ノズル５より前記高温空気４３′が噴出され、前記微粉炭供給管１２から微粉炭混合流４１が供給される。該微粉炭混合流４１は、前記燃料導通空間３９を流動し、又該燃料導通空間３９を通過する過程で縮流され、前記ノズル本体３６の先端より噴出される。
【００４２】
前記微粉炭バーナ４から噴出される微粉炭が自立燃焼（高温空気燃焼）可能な状態となると、前記オイルバーナ３８による補助燃焼が停止される。微粉炭混合流４１と前記高温空気４３′とは平行に噴出され、炉内で徐々に混合されることで、低酸素雰囲気で徐々に燃焼する高温空気燃焼に移行する。
【００４３】
該微粉炭混合流４１が前記高温空気４３′と徐々に混合することで、低酸素下、高温下で緩慢燃焼となり、微粉炭の燃焼状態は、燃焼温度のピークのない、なだらかな燃焼となる。又、酸素濃度の低い環境での燃焼となり、窒素酸化物（ＮＯx ）の発生を抑制することができる。
【００４４】
次に、図３のフローチャートを用い、本実施例に係るボイラ装置に於ける高温空気燃焼について説明する。
【００４５】
ボイラが始動され、炉内温度が低い場合には、前記制御装置９により前記流量調整弁２９が開かれ、油の供給が開始されると共に供給量の調整が行われる。又、前記補助燃焼空気流量調整ダンパ１７が開放され、前記微粉炭バーナ４に低温の１次空気が送給され、前記微粉炭バーナ４に設けられた前記オイルバーナ３８による補助燃焼が行われる（ＳＴＥＰ：０１）。
【００４６】
尚、前記オイルバーナ３８による補助燃焼が行われる状態では、前記排ガス流量調整器２７は閉塞され、前記カットダンパ１３も閉塞された状態となっている。
【００４７】
前記オイルバーナ３８による燃焼により炉内の温度が上昇し、前記第２温度検出器２６が検出する温度が予め設定された第１設定温度、例えば５００℃となったところで（ＳＴＥＰ：０２）、前記制御装置９により前記燃焼空気流量調整ダンパ２３が開放されると共に前記ダクトバーナ２１に油が供給され、該ダクトバーナ２１の燃焼が開始される（ＳＴＥＰ：０３）。
【００４８】
該ダクトバーナ２１の燃焼により、前記２次空気送風ダクト１８内の２次空気が予め設定された所定の温度、例えば高温空気燃焼に好適な温度である８００℃となる様、前記第１温度検出器２２の検出結果に基づき前記ダクトバーナ２１の燃焼が制御され、昇温された高温空気４３′が前記ウインドボックス３４に送給される。更に、前記微粉炭ミル３が起動され、又前記カットダンパ１３が開放され、前記微粉炭バーナ４に微粉炭が供給され、該微粉炭バーナ４の先端より微粉炭混合流４１が噴出される。
【００４９】
前記微粉炭バーナ４への微粉炭の供給に伴い前記流量調整弁２９が閉となり、前記オイルバーナ３８による燃焼が停止される（ＳＴＥＰ：０４）。又、前記流量調整ダンパ４４が開となり、前記燃焼空気ノズル５より前記高温空気４３′の噴出が開始される。
【００５０】
前記微粉炭バーナ４から噴出された前記微粉炭混合流４１は、隣接する前記燃焼空気ノズル５から噴出される前記高温空気４３′と炉内部で混合接触し、前記微粉炭混合流４１と前記ダクトバーナ２１のみにより加熱された前記高温空気４３′とによる１次高温空気燃焼が開始される（ＳＴＥＰ：０５）。
【００５１】
尚、前記第２温度検出器２６により検出される排ガスの温度は、スーパヒータにより熱交換した後の温度であるので、実際の炉内温度よりも低くなっている。従って、予め炉内温度と熱交換により低下した排ガス温度との関係を関連付けしておくことで、前記第２温度検出器２６により検出された排ガスの温度に基づき、前記火炉１内の温度を判断することができる。又、第１設定温度は、ボイラの容量、運転状態等により適宜設定されるものであり、５００℃に限定されるものではない。
【００５２】
更に、炉内の温度が上昇し、前記第２温度検出器２６が検出する温度が予め設定された第２設定温度、例えば８００℃を超えたところで（ＳＴＥＰ：０６）、前記排ガス流量調整器２７が所定の開度で開口し、前記煙道２４から排ガスを抽出し、前記排ガス導管２５を経て前記２次空気送風ダクト１８を流れる前記燃焼用空気４３に排ガスを混合させる（ＳＴＥＰ：０７）。尚、前記第２設定温度も、ボイラの容量、運転状態等によって適宜設定されるものであり、８００℃に限定されるものではない。
【００５３】
前記第２温度検出器２６により検出される温度が前記第２設定温度に達した後も、前記煙道２４からの排ガスのみでは前記燃焼用空気４３を予め設定した高温空気燃焼に好適な温度、例えば８００℃迄上昇させることができないので、前記ダクトバーナ２１の燃焼は継続されており、前記ダクトバーナ２１による燃焼及び排ガスとの混合により加熱された前記高温空気４３′が供給され、２次高温空気燃焼に移行する（ＳＴＥＰ：０８）。
【００５４】
前記制御装置９は、前記第２温度検出器２６の検出結果に基づき、前記第１温度検出器２２により検出される前記燃焼用空気４３の温度が８００℃となる様、前記排ガス流量調整器２７の開度を調整し、抽出する排ガスの量を制御すると共に前記ダクトバーナ２１の燃焼を制御する。排ガスの温度が上昇し、更に前記燃焼用空気４３への排ガスの混合量の増加に伴い、前記ダクトバーナ２１の燃焼量は漸次減少する。
【００５５】
又、前記第２温度検出器２６が検出する温度が予め設定された第３設定温度、即ち前記燃焼用空気４３が排ガスとの混合のみで２次空気を８００℃迄上昇可能な温度、例えば抽出する排ガス温度が１０００℃となったところで（ＳＴＥＰ：０９）、前記ダクトバーナ２１の燃焼が停止される（ＳＴＥＰ：１０）。
【００５６】
該ダクトバーナ２１の燃焼が停止した後は、前記排ガス流量調整器２７の開度が制御されることで排ガスの混合量が調整され、前記燃焼用空気４３が８００℃に保たれ、前記排ガスとの混合のみにより加熱された前記高温空気４３′と前記微粉炭混合流４１とによる３次高温空気燃焼に移行する（ＳＴＥＰ：１１）。
【００５７】
上述の様に、本実施例では、２次空気の供給路である前記２次空気送風ダクト１８内に前記ダクトバーナ２１を設け、該ダクトバーナ２１の燃焼により排ガスの温度が低くても燃焼用空気４３を高温空気燃焼に好適な温度迄昇温可能としたので、排ガスが第３設定温度迄昇温するのを待つことなく第１設定温度に到達した段階で高温空気燃焼が可能であり、更に排ガスの温度が第２設定温度に到達した段階で、排ガスの２次空気への混合を開始し、排ガスの温度が第３設定温度に到達した段階で、前記ダクトバーナ２１の燃焼がなくても高温空気燃焼が実現可能となる。従って、高温空気燃焼を実現可能となる時間を短縮することができ、ボイラ始動から高温空気燃焼に至る運転を円滑に行うことができる。
【００５８】
又、本実施例では、予め第１〜第３設定温度を設定し、該第１〜第３設定温度と前記第２温度検出器２６の検出値との比較により段階的に制御を行っているが、第３設定温度を設定せず、前記第２温度検出器２６及び前記第３温度検出器１９の検出結果に基づき、前記制御装置９に前記熱交換器２による加熱と排ガスとの混合のみにより前記燃焼用空気４３を８００℃迄昇温可能であるかどうかを判断させ、前記ダクトバーナ２１の停止及び前記排ガス流量調整器２７の開度制御を行わせてもよい。
【００５９】
又、本実施例では第１設定温度到達後に補助燃焼を停止しているが、第３設定温度に到達する迄補助燃焼を継続し、３次高温空気燃焼に至る迄の時間を短縮する様にしてもよい。
【００６０】
又、本実施例では、前記第１温度検出器２２、前記第２温度検出器２６、前記第３温度検出器１９の３つの温度検出器を設けているが、前記第１温度検出器２２のみとしてもよい。この場合、排ガスの温度が上昇し、前記燃焼用空気４３に排ガスを混合させている状態で、前記第１温度検出器２２により検出された前記燃焼用空気４３の温度が８００℃を超えたと判断されると、先ず前記ダクトバーナ２１の燃焼量を減少させることで前記燃焼用空気４３の温度を低下させる。前記ダクトバーナ２１消火後も８００℃を超えていると判断されると、前記排ガス流量調整器２７の開度を調整し、前記燃焼用空気４３の温度を低下させることで、該燃焼用空気４３の温度を８００℃に保つことができる。又、前記排ガス流量調整器２７の開度を最大としても前記燃焼用空気４３の温度が設定温度に到達しない場合には、前記排ガス流量調整器２７の開度を絞り、再度前記ダクトバーナ２１を着火することで前記燃焼用空気４３の温度を８００℃迄上昇させる。
【００６１】
尚、揮発分の少ない微粉炭、自立燃焼のできない微粉炭を使用する場合は、前記オイルバーナ３８による補助燃焼を併用してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１ 火炉
２ 熱交換器
４ 微粉炭バーナ
９ 制御装置
１８ ２次空気送風ダクト
１９ 第３温度検出器
２１ ダクトバーナ
２２ 第１温度検出器
２５ 排ガス導管
２６ 第２温度検出器
２７ 排ガス流量調整器
４１ 微粉炭混合流
４３ 燃焼用空気
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温空気燃焼させるボイラ装置及び高温空気燃焼システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温の燃焼用空気を燃料とは分離した空気ノズルで供給し、高温状態とした炉内に燃料を噴射して燃焼させる高温空気燃焼方式のボイラ装置（以下、高温空気燃焼ボイラ装置）がある。高温空気燃焼ボイラ装置では、炉内を高温にできることから、火炉の小型化が可能であり、又酸素濃度の低い還元雰囲気で燃焼を行わせることができるので、窒素酸化物の発生を抑制することができるという利点がある。
【０００３】
一方、高温空気燃焼ボイラ装置は、ボイラ始動から高温空気燃焼に至る運転を円滑に行うことが望まれる。
【０００４】
尚、高温空気燃焼させるボイラ装置としては、特許文献１に示されるものがあり、特許文献１には、火炉から燃焼排気ガスの一部を抽気し、抽気した燃焼排気ガスにより燃焼用空気を微粉炭の着火温度以上の温度に加熱して高温燃焼用空気を生成するボイラ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６５３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は斯かる実情に鑑み、ボイラが高温空気燃焼を実現可能となる迄の時間を短縮し、ボイラ始動から高温空気燃焼に至る運転をより円滑に行い得る高温空気燃焼用のボイラ装置及び高温空気燃焼システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ボイラと、該ボイラの炉壁に設けられ微粉炭を噴出する微粉炭ノズルと、該微粉炭ノズルに隣接して設けられ、２次空気を噴出する空気ノズルと、前記ボイラの排ガスとの熱交換により前記空気ノズルに送給される２次空気の温度を上昇させる熱交換器と、２次空気の供給路内で燃焼を行い２次空気の温度を上昇させるダクトバーナとを具備し、前記空気ノズルから噴出する２次空気と前記微粉炭ノズルから噴出する微粉炭により高温空気燃焼させるボイラ装置に係るものである。
【０００８】
又本発明は、前記空気ノズルに供給される２次空気の温度を検出する温度検出器と、該温度検出器の検出結果を基に前記ダクトバーナの燃焼量を制御する制御装置とを更に具備するボイラ装置に係るものである。
【０００９】
又本発明は、ボイラと、該ボイラの炉壁に設けられ、微粉炭と高温の２次空気により高温空気燃焼を行うバーナと、前記ボイラの排ガスとの熱交換により燃焼用の２次空気の温度を上昇させる熱交換器と、２次空気の供給路内で燃焼を行い２次空気の温度を上昇させるダクトバーナと、排ガスの一部を抽出し２次空気と混合させる排気循環系と、前記バーナに供給される２次空気の温度を検出する第１の温度検出器と、前記ダクトバーナの燃焼を制御すると共に混合する排ガスの量を制御する制御装置とを具備し、該制御装置は前記第１の温度検出器によって検出される２次空気の温度が所定の値となる様に、前記ダクトバーナの燃焼量及び２次空気への排ガスの混合量を制御する高温空気燃焼システムに係るものである。
【００１０】
更に又本発明は、排ガスの温度を検出する第２の温度検出器と、前記熱交換器により加熱された２次空気の温度を検出する第３の温度検出器を更に具備し、前記制御装置は前記第２の温度検出器及び前記第３の温度検出器による検出結果に基づき、前記ダクトバーナの燃焼量及び２次空気への排ガスの混合量を制御する高温空気燃焼システムに係るものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ボイラと、該ボイラの炉壁に設けられ微粉炭を噴出する微粉炭ノズルと、該微粉炭ノズルに隣接して設けられ、２次空気を噴出する空気ノズルと、前記ボイラの排ガスとの熱交換により前記空気ノズルに送給される２次空気の温度を上昇させる熱交換器と、２次空気の供給路内で燃焼を行い２次空気の温度を上昇させるダクトバーナとを具備し、前記空気ノズルから噴出する２次空気と前記微粉炭ノズルから噴出する微粉炭により高温空気燃焼させるので、排ガスの温度が低く、前記熱交換器により充分に２次空気の温度を上昇させることができない場合であっても高温空気燃焼の実現が可能となり、高温空気燃焼が実現可能となる迄の時間を短縮でき、前記ボイラの始動から高温空気燃焼に至る運転を円滑に行うことができる。
【００１２】
又本発明によれば、ボイラと、該ボイラの炉壁に設けられ、微粉炭と高温の２次空気により高温空気燃焼を行うバーナと、前記ボイラの排ガスとの熱交換により燃焼用の２次空気の温度を上昇させる熱交換器と、２次空気の供給路内で燃焼を行い２次空気の温度を上昇させるダクトバーナと、排ガスの一部を抽出し２次空気と混合させる排気循環系と、前記バーナに供給される２次空気の温度を検出する第１の温度検出器と、前記ダクトバーナの燃焼を制御すると共に混合する排ガスの量を制御する制御装置とを具備し、該制御装置は前記第１の温度検出器によって検出される２次空気の温度が所定の値となる様に、前記ダクトバーナの燃焼量及び２次空気への排ガスの混合量を制御するので、排ガスの温度が低く、前記熱交換器及び排ガスとの混合により充分に２次空気の温度を上昇させることができない場合であっても高温空気燃焼の実現が可能となり、高温空気燃焼が実現可能となる迄の時間を短縮でき、前記ボイラの始動から高温空気燃焼に至る運転を円滑に行うことができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例に係るボイラ装置を示す概略構成図である。
【図２】該ボイラ装置に用いられる微粉炭バーナ及び燃焼空気ノズルの一例を示す概略断面図である。
【図３】該ボイラ装置に於ける高温空気燃焼の段階的制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００１５】
先ず、図１に於いて、本実施例に係るボイラ装置について概略を説明する。
【００１６】
図１中、１は火炉、２は排ガスの余熱を熱源とした熱交換器、３は微粉炭ミル、４は炉壁に設けられた所要数の微粉炭バーナ、５は炉壁に設けられた燃焼空気ノズル、６は１次空気を送出する１次空気送風機、７は２次空気を送出する２次空気送風機、８は排ガスを排出する排ガス送風機、９は制御装置を示している。前記微粉炭バーナ４と前記燃焼空気ノズル５は上下に複数段（図示では３段を例示している）配設されている。尚、前記火炉１の炉壁には炉内からの輻射熱を吸収する伝熱管（図示せず）が設けられ、又前記火炉１の上方には発生した蒸気を過熱する為の図示しないスーパヒータ（過熱蒸気発生器）が設けられている。
【００１７】
前記微粉炭バーナ４と前記燃焼空気ノズル５は上下で隣接する配置となっており、又前記微粉炭バーナ４と前記燃焼空気ノズル５とは水平方向に所定ピッチで交互に配設されている。即ち、前記微粉炭バーナ４と前記燃焼空気ノズル５とは、水平方向、上下方向でそれぞれ隣接する様に配置されている。
【００１８】
尚、水平方向に交互に配設された微粉炭バーナ４と前記燃焼空気ノズル５の列は、上下２列であってもよく、１列或は上下に３列以上であってもよい。
【００１９】
１次空気送風ダクト１１は前記熱交換器２を介して前記微粉炭ミル３に接続され、前記１次空気送風ダクト１１の上流端には前記１次空気送風機６が設けられている。前記１次空気送風ダクト１１は前記熱交換器２で所定温度、例えば２００℃に加熱された１次空気を前記微粉炭ミル３に導くものである。該微粉炭ミル３は、塊状の石炭を微粉炭に粉砕し、１次空気を搬送媒体とし、微粉炭供給管１２を介し微粉炭混合流を前記微粉炭バーナ４に個別に送給する。又、各微粉炭供給管１２にはカットダンパ１３が設けられ、該カットダンパ１３により前記微粉炭供給管１２を個別に遮断、開放が可能となっており、前記微粉炭バーナ４に対して独立して微粉炭の送給停止が行える様になっている。
【００２０】
又、前記１次空気送風ダクト１１の前記熱交換器２の上流側には、１次空気バイパスダクト１４の上流端と補助燃焼用空気ダクト１５の上流端が接続されている。前記１次空気バイパスダクト１４の下流端は前記１次空気送風ダクト１１の前記熱交換器２の下流側と接続されており、加熱前の低温の１次空気を加熱後の１次空気に混合できる様になっている。前記１次空気バイパスダクト１４には流量調整弁１６が設けられ、該流量調整弁１６により低温の１次空気の混合量が調整され、前記微粉炭ミル３に供給する１次空気の温度が調整される。
【００２１】
前記補助燃焼用空気ダクト１５の下流端は前記微粉炭バーナ４の補助燃焼バーナ（後述）に接続され、加熱前の低温の空気が補助燃焼用空気として前記補助燃焼バーナに送給される。又、前記補助燃焼用空気ダクト１５には補助燃焼空気流量調整ダンパ１７が設けられ、該補助燃焼空気流量調整ダンパ１７により前記補助燃焼バーナに送給する低温の空気の流量を調整し、或は低温の空気の供給を遮断する様になっている。
【００２２】
２次空気の供給路である２次空気送風ダクト１８は、上流端が前記熱交換器２を介して前記２次空気送風機７に接続され、下流端が各燃焼空気ノズル５に接続されている。前記２次空気送風機７から送出された２次空気は、燃焼用空気として前記２次空気送風ダクト１８を経て前記熱交換器２で加熱され、更に前記２次空気送風ダクト１８を経て前記燃焼空気ノズル５に送給される。
【００２３】
前記２次空気送風ダクト１８の前記熱交換器２の下流側には、上流側から第３温度検出器１９、ダクトバーナ２１、第１温度検出器２２、燃焼空気流量調整ダンパ２３が設けられている。
【００２４】
前記第３温度検出器１９は、前記熱交換器２により加熱された２次空気の温度を検出し、検出結果を前記制御装置９に送出する機能を有している。前記ダクトバーナ２１は、前記２次空気送風ダクト１８内で油等の燃料を噴霧し着火し、燃焼を行うものであり、燃焼により発生した高温の燃焼ガスと２次空気とを混合させることで、前記熱交換器２により加熱される以上の高温の２次空気の温度を得ることができる。
【００２５】
又、前記第１温度検出器２２は、後述する排ガス導管２５と前記２次空気送風ダクト１８との合流点より下流側に設けられ、前記燃焼空気ノズル５に送給される２次空気の温度を検出し、検出結果を前記制御装置９に送出する機能を有している。前記燃焼空気流量調整ダンパ２３は、複数の前記燃焼空気ノズル５に対して高温燃焼用２次空気の供給停止、更に流量調整を一括して行う。
【００２６】
又、前記火炉１の煙道２４には前記排ガス導管２５の上流端が接続され、該排ガス導管２５の下流端は前記２次空気送風ダクト１８の前記ダクトバーナ２１と前記第１温度検出器２２との間に接続されている。前記排ガス導管２５には上流側から第２温度検出器２６、排ガス流量調整器２７が設けられており、前記排ガス導管２５と前記排ガス流量調整器２７とで排ガス循環系が構成される。前記排ガス導管２５は前記熱交換器２により熱交換される前の高温の排ガスを前記煙道２４から抽出し、前記熱交換器２及び前記ダクトバーナ２１により加熱された高温の２次空気に排ガスを混合できる様になっている。高温の排ガスが２次空気に混合されることで、前記熱交換器２により加熱される以上の高温の２次空気を得ることができる。
【００２７】
前記第２温度検出器２６は前記排ガス導管２５の排ガス導入口の直近に設けられ、該排ガス導管２５を流通する排ガスの温度を検出し、検出結果を前記制御装置９に送出する機能を有している。前記排ガス流量調整器２７は流量調整機能と開閉機能とを有し、後述する高温空気燃焼が行われる場合に開とされ、高温の排ガスが２次空気に混合され、高温となった２次空気は高温空気燃焼用の燃焼用空気として前記燃焼空気ノズル５に送給される。
【００２８】
ここで、排ガスが混合される前の２次空気温度、即ち前記熱交換器２により加熱された２次空気温度は２５０℃〜３００℃であり、炉内から抽出される排ガスの温度は８００℃〜１４００℃であり、混合後の高温空気燃焼用としての２次空気温度は５５０℃〜１３５０℃である。尚、高温空気燃焼の安定性、熱効率等を考慮すると、６００℃〜８５０℃、例えば８００℃程度の温度とするのが好ましい。
【００２９】
前記微粉炭バーナ４は、補助燃焼バーナ（後述）を有しており、該補助燃焼バーナは油、又はガスを燃料とし、低温（例えば室温）で自立燃焼可能となっている。該補助燃焼バーナには前記補助燃焼用空気ダクト１５及び燃料供給管２８が接続され、前記補助燃焼バーナは前記燃料供給管２８を介して図示しない燃料供給源に接続されている。前記燃料供給管２８には、流量調整弁２９が設けられ、該流量調整弁２９により燃料の供給量が調整され、又燃料の供給停止が行われる。
【００３０】
前記制御装置９には、前記第３温度検出器１９、前記第１温度検出器２２、前記第２温度検出器２６により検出された温度信号、及びボイラ装置本体の総合的な制御を行う主制御装置からボイラ負荷状態に応じた燃焼状態を要求する燃焼制御指令が入力され、前記温度信号及び燃焼制御指令に基づき、前記微粉炭ミル３、前記カットダンパ１３、前記流量調整弁１６、前記補助燃焼空気流量調整ダンパ１７、前記燃焼空気流量調整ダンパ２３、前記排ガス流量調整器２７、前記流量調整弁２９を所要のタイミングで駆動、開閉を制御し、又前記ダクトバーナ２１の燃焼量を制御し、前記微粉炭バーナ４の燃焼状態、前記燃焼空気ノズル５からの高温空気の噴出を制御する。
【００３１】
尚、前記２次空気送風ダクト１８の前記第１温度検出器２２の下流側には、図示しない酸素濃度検知器が設けられ、該酸素濃度検知器は前記燃焼空気ノズル５に送給される２次空気の酸素濃度を検出し、検出結果を前記制御装置９に送出する。該制御装置９は前記酸素濃度検知器からの信号に基づき、所定の酸素濃度、例えば酸素濃度が１４％を下回らない様、前記ダクトバーナ２１の燃焼量、及び２次空気に合流する排ガスの合流量、即ち前記排ガス流量調整器２７の開度を制御する。
【００３２】
図２は、本実施例に用いられる前記微粉炭バーナ４及び前記燃焼空気ノズル５の一例を示している。以下、図２を参照して前記微粉炭バーナ４及び前記燃焼空気ノズル５の概略を説明する。
【００３３】
火炉１の炉壁３１の反火炉側にウインドボックス３４が取付けられ、更に該ウインドボックス３４の内部に円筒又は略円筒形状のバーナ支持部３３が取付けられている。又、前記ウインドボックス３４の内部を貫通する様に微粉炭バーナ４が前記バーナ支持部３３と同心に設けられ、前記微粉炭バーナ４の基端部は前記ウインドボックス３４に支持され、前記微粉炭バーナ４の中途部が前記バーナ支持部３３に支持されており、先端は前記火炉１内に開口している。
【００３４】
前記微粉炭バーナ４はノズル本体３６を有し、該ノズル本体３６は該ノズル本体３６と同心に設けられた内筒ノズル３７、該内筒ノズル３７の中心線上に配設された補助燃焼バーナであるオイルバーナ３８を具備している。前記内筒ノズル３７の先端は前記火炉１内に開口しており、前記ノズル本体３６と前記内筒ノズル３７間には中空筒状の空間で、前記火炉１側端が開放された燃料導通空間３９が形成される。
【００３５】
前記ノズル本体３６の基部（反火炉側の端部）には前記微粉炭供給管１２が連通し、該微粉炭供給管１２を介して微粉炭混合流４１が前記燃料導通空間３９に流入し、該燃料導通空間３９内部を先端に向って流れ、先端から噴出される。
【００３６】
又、前記内筒ノズル３７の基部（反火炉側の端部）には前記補助燃焼用空気ダクト１５が連通し、該補助燃焼用空気ダクト１５を介して低温の１次空気が補助燃焼用空気４２として前記内筒ノズル３７内に流入し、前記オイルバーナ３８に沿って流れ、先端から噴出される。
【００３７】
前記ウインドボックス３４には前記２次空気送風ダクト１８が連通しており、該２次空気送風ダクト１８を介して２次空気が燃焼用空気４３として流入する。
【００３８】
前記燃焼空気ノズル５は前記微粉炭バーナ４と平行に設けられ、先端は前記火炉１内に開口し、基端は前記ウインドボックス３４の内部に開口している。前記燃焼空気ノズル５は燃焼空気ノズル支持部３５を介して前記ウインドボックス３４に支持されている。前記各燃焼空気ノズル５の基端部には流量調整ダンパ４４が設けられ、該流量調整ダンパ４４は駆動軸４５を介して回転自在に支持されている。該駆動軸４５は前記ウインドボックス３４より突出し該ウインドボックス３４外に設けられたエアシリンダ等のアクチュエータ４６に連結され、前記流量調整ダンパ４４は前記アクチュエータ４６によって回転される。該アクチュエータ４６は前記制御装置９によって制御され、前記燃焼空気ノズル５内に流入する前記燃焼用空気４３（以下、高温空気４３′）に対し、各燃焼空気ノズル５毎に遮断及び流量の調整を行う様になっている。
【００３９】
尚、図示はしないが、紙面に対して下側の前記流量調整ダンパ４４についても同様に前記アクチュエータ４６が設けられ、前記駆動軸４５を介して前記アクチュエータ４６によって駆動される様になっている。又、前記流量調整ダンパ４４は、前記制御装置９により前記アクチュエータ４６を制御する様にしてもよいし、レバー等を介して各流量調整ダンパ４４毎に手動にて開閉する様にしてもよい。
【００４０】
上記した前記微粉炭バーナ４及び前記燃焼空気ノズル５での燃焼について略述する。前記オイルバーナ３８に燃料として油が供給されると共に、前記補助燃焼用ダクト１５より前記内筒ノズル３７内に前記補助燃焼用空気４２が供給される。又、油が前記内筒ノズル３７の先端に向って噴霧されると共に着火されることで補助燃焼が行われる。補助燃焼は、炉内が高温空気燃焼可能な所定温度（予め設定した第１設定温度）に上昇する迄継続される。又、前記第１温度検出器２２及び前記第３温度検出器１９の検出結果に基づき、前記制御装置９によって前記ダクトバーナ２１の燃焼が制御される。前記燃焼用空気４３が微粉炭を高温空気燃焼させるのに充分な温度、例えば８００℃となった状態で、前記２次空気送風ダクト１８より前記高温空気４３′が前記ウインドボックス３４に供給され、更に前記流量調整ダンパ４４により流量調整された前記高温空気４３′が前記燃焼空気ノズル５より炉内に噴出される。
【００４１】
炉内が高温空気燃焼可能な所定温度に達すると共に前記燃焼空気ノズル５より前記高温空気４３′が噴出され、前記微粉炭供給管１２から微粉炭混合流４１が供給される。該微粉炭混合流４１は、前記燃料導通空間３９を流動し、又該燃料導通空間３９を通過する過程で縮流され、前記ノズル本体３６の先端より噴出される。
【００４２】
前記微粉炭バーナ４から噴出される微粉炭が自立燃焼（高温空気燃焼）可能な状態となると、前記オイルバーナ３８による補助燃焼が停止される。微粉炭混合流４１と前記高温空気４３′とは平行に噴出され、炉内で徐々に混合されることで、低酸素雰囲気で徐々に燃焼する高温空気燃焼に移行する。
【００４３】
該微粉炭混合流４１が前記高温空気４３′と徐々に混合することで、低酸素下、高温下で緩慢燃焼となり、微粉炭の燃焼状態は、燃焼温度のピークのない、なだらかな燃焼となる。又、酸素濃度の低い環境での燃焼となり、窒素酸化物（ＮＯx ）の発生を抑制することができる。
【００４４】
次に、図３のフローチャートを用い、本実施例に係るボイラ装置に於ける高温空気燃焼について説明する。
【００４５】
ボイラが始動され、炉内温度が低い場合には、前記制御装置９により前記流量調整弁２９が開かれ、油の供給が開始されると共に供給量の調整が行われる。又、前記補助燃焼空気流量調整ダンパ１７が開放され、前記微粉炭バーナ４に低温の１次空気が送給され、前記微粉炭バーナ４に設けられた前記オイルバーナ３８による補助燃焼が行われる（ＳＴＥＰ：０１）。
【００４６】
尚、前記オイルバーナ３８による補助燃焼が行われる状態では、前記排ガス流量調整器２７は閉塞され、前記カットダンパ１３も閉塞された状態となっている。
【００４７】
前記オイルバーナ３８による燃焼により炉内の温度が上昇し、前記第２温度検出器２６が検出する温度が予め設定された第１設定温度、例えば５００℃となったところで（ＳＴＥＰ：０２）、前記制御装置９により前記燃焼空気流量調整ダンパ２３が開放されると共に前記ダクトバーナ２１に油が供給され、該ダクトバーナ２１の燃焼が開始される（ＳＴＥＰ：０３）。
【００４８】
該ダクトバーナ２１の燃焼により、前記２次空気送風ダクト１８内の２次空気が予め設定された所定の温度、例えば高温空気燃焼に好適な温度である８００℃となる様、前記第１温度検出器２２の検出結果に基づき前記ダクトバーナ２１の燃焼が制御され、昇温された高温空気４３′が前記ウインドボックス３４に送給される。更に、前記微粉炭ミル３が起動され、又前記カットダンパ１３が開放され、前記微粉炭バーナ４に微粉炭が供給され、該微粉炭バーナ４の先端より微粉炭混合流４１が噴出される。
【００４９】
前記微粉炭バーナ４への微粉炭の供給に伴い前記流量調整弁２９が閉となり、前記オイルバーナ３８による燃焼が停止される（ＳＴＥＰ：０４）。又、前記流量調整ダンパ４４が開となり、前記燃焼空気ノズル５より前記高温空気４３′の噴出が開始される。
【００５０】
前記微粉炭バーナ４から噴出された前記微粉炭混合流４１は、隣接する前記燃焼空気ノズル５から噴出される前記高温空気４３′と炉内部で混合接触し、前記微粉炭混合流４１と前記ダクトバーナ２１のみにより加熱された前記高温空気４３′とによる１次高温空気燃焼が開始される（ＳＴＥＰ：０５）。
【００５１】
尚、前記第２温度検出器２６により検出される排ガスの温度は、スーパヒータにより熱交換した後の温度であるので、実際の炉内温度よりも低くなっている。従って、予め炉内温度と熱交換により低下した排ガス温度との関係を関連付けしておくことで、前記第２温度検出器２６により検出された排ガスの温度に基づき、前記火炉１内の温度を判断することができる。又、第１設定温度は、ボイラの容量、運転状態等により適宜設定されるものであり、５００℃に限定されるものではない。
【００５２】
更に、炉内の温度が上昇し、前記第２温度検出器２６が検出する温度が予め設定された第２設定温度、例えば８００℃を超えたところで（ＳＴＥＰ：０６）、前記排ガス流量調整器２７が所定の開度で開口し、前記煙道２４から排ガスを抽出し、前記排ガス導管２５を経て前記２次空気送風ダクト１８を流れる前記燃焼用空気４３に排ガスを混合させる（ＳＴＥＰ：０７）。尚、前記第２設定温度も、ボイラの容量、運転状態等によって適宜設定されるものであり、８００℃に限定されるものではない。
【００５３】
前記第２温度検出器２６により検出される温度が前記第２設定温度に達した後も、前記煙道２４からの排ガスのみでは前記燃焼用空気４３を予め設定した高温空気燃焼に好適な温度、例えば８００℃迄上昇させることができないので、前記ダクトバーナ２１の燃焼は継続されており、前記ダクトバーナ２１による燃焼及び排ガスとの混合により加熱された前記高温空気４３′が供給され、２次高温空気燃焼に移行する（ＳＴＥＰ：０８）。
【００５４】
前記制御装置９は、前記第２温度検出器２６の検出結果に基づき、前記第１温度検出器２２により検出される前記燃焼用空気４３の温度が８００℃となる様、前記排ガス流量調整器２７の開度を調整し、抽出する排ガスの量を制御すると共に前記ダクトバーナ２１の燃焼を制御する。排ガスの温度が上昇し、更に前記燃焼用空気４３への排ガスの混合量の増加に伴い、前記ダクトバーナ２１の燃焼量は漸次減少する。
【００５５】
又、前記第２温度検出器２６が検出する温度が予め設定された第３設定温度、即ち前記燃焼用空気４３が排ガスとの混合のみで２次空気を８００℃迄上昇可能な温度、例えば抽出する排ガス温度が１０００℃となったところで（ＳＴＥＰ：０９）、前記ダクトバーナ２１の燃焼が停止される（ＳＴＥＰ：１０）。
【００５６】
該ダクトバーナ２１の燃焼が停止した後は、前記排ガス流量調整器２７の開度が制御されることで排ガスの混合量が調整され、前記燃焼用空気４３が８００℃に保たれ、前記排ガスとの混合のみにより加熱された前記高温空気４３′と前記微粉炭混合流４１とによる３次高温空気燃焼に移行する（ＳＴＥＰ：１１）。
【００５７】
上述の様に、本実施例では、２次空気の供給路である前記２次空気送風ダクト１８内に前記ダクトバーナ２１を設け、該ダクトバーナ２１の燃焼により排ガスの温度が低くても燃焼用空気４３を高温空気燃焼に好適な温度迄昇温可能としたので、排ガスが第３設定温度迄昇温するのを待つことなく第１設定温度に到達した段階で高温空気燃焼が可能であり、更に排ガスの温度が第２設定温度に到達した段階で、排ガスの２次空気への混合を開始し、排ガスの温度が第３設定温度に到達した段階で、前記ダクトバーナ２１の燃焼がなくても高温空気燃焼が実現可能となる。従って、高温空気燃焼を実現可能となる時間を短縮することができ、ボイラ始動から高温空気燃焼に至る運転を円滑に行うことができる。
【００５８】
又、本実施例では、予め第１〜第３設定温度を設定し、該第１〜第３設定温度と前記第２温度検出器２６の検出値との比較により段階的に制御を行っているが、第３設定温度を設定せず、前記第２温度検出器２６及び前記第３温度検出器１９の検出結果に基づき、前記制御装置９に前記熱交換器２による加熱と排ガスとの混合のみにより前記燃焼用空気４３を８００℃迄昇温可能であるかどうかを判断させ、前記ダクトバーナ２１の停止及び前記排ガス流量調整器２７の開度制御を行わせてもよい。
【００５９】
又、本実施例では第１設定温度到達後に補助燃焼を停止しているが、第３設定温度に到達する迄補助燃焼を継続し、３次高温空気燃焼に至る迄の時間を短縮する様にしてもよい。
【００６０】
又、本実施例では、前記第１温度検出器２２、前記第２温度検出器２６、前記第３温度検出器１９の３つの温度検出器を設けているが、前記第１温度検出器２２のみとしてもよい。この場合、排ガスの温度が上昇し、前記燃焼用空気４３に排ガスを混合させている状態で、前記第１温度検出器２２により検出された前記燃焼用空気４３の温度が８００℃を超えたと判断されると、先ず前記ダクトバーナ２１の燃焼量を減少させることで前記燃焼用空気４３の温度を低下させる。前記ダクトバーナ２１消火後も８００℃を超えていると判断されると、前記排ガス流量調整器２７の開度を調整し、前記燃焼用空気４３の温度を低下させることで、該燃焼用空気４３の温度を８００℃に保つことができる。又、前記排ガス流量調整器２７の開度を最大としても前記燃焼用空気４３の温度が設定温度に到達しない場合には、前記排ガス流量調整器２７の開度を絞り、再度前記ダクトバーナ２１を着火することで前記燃焼用空気４３の温度を８００℃迄上昇させる。
【００６１】
尚、揮発分の少ない微粉炭、自立燃焼のできない微粉炭を使用する場合は、前記オイルバーナ３８による補助燃焼を併用してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１ 火炉
２ 熱交換器
４ 微粉炭バーナ
９ 制御装置
１８ ２次空気送風ダクト
１９ 第３温度検出器
２１ ダクトバーナ
２２ 第１温度検出器
２５ 排ガス導管
２６ 第２温度検出器
２７ 排ガス流量調整器
４１ 微粉炭混合流
４３ 燃焼用空気
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラと、該ボイラの炉壁に設けられ微粉炭を噴出する微粉炭ノズルと、該微粉炭ノズルに隣接して設けられ、２次空気を噴出する空気ノズルと、前記ボイラの排ガスとの熱交換により前記空気ノズルに送給される２次空気の温度を上昇させる熱交換器と、２次空気の供給路内で燃焼を行い２次空気の温度を上昇させるダクトバーナとを具備し、前記空気ノズルから噴出する２次空気と前記微粉炭ノズルから噴出する微粉炭により高温空気燃焼させることを特徴とするボイラ装置。
【請求項２】
前記空気ノズルに供給される２次空気の温度を検出する温度検出器と、該温度検出器の検出結果を基に前記ダクトバーナの燃焼量を制御する制御装置とを更に具備する請求項１のボイラ装置。
【請求項３】
ボイラと、該ボイラの炉壁に設けられ、微粉炭と高温の２次空気により高温空気燃焼を行うバーナと、前記ボイラの排ガスとの熱交換により燃焼用の２次空気の温度を上昇させる熱交換器と、２次空気の供給路内で燃焼を行い２次空気の温度を上昇させるダクトバーナと、排ガスの一部を抽出し２次空気と混合させる排気循環系と、前記バーナに供給される２次空気の温度を検出する第１の温度検出器と、前記ダクトバーナの燃焼を制御すると共に混合する排ガスの量を制御する制御装置とを具備し、該制御装置は前記第１の温度検出器によって検出される２次空気の温度が所定の値となる様に、前記ダクトバーナの燃焼量及び２次空気への排ガスの混合量を制御することを特徴とする高温空気燃焼システム。
【請求項４】
排ガスの温度を検出する第２の温度検出器と、前記熱交換器により加熱された２次空気の温度を検出する第３の温度検出器を更に具備し、前記制御装置は前記第２の温度検出器及び前記第３の温度検出器による検出結果に基づき、前記ダクトバーナの燃焼量及び２次空気への排ガスの混合量を制御する請求項３の高温空気燃焼システム。
【請求項１】
ボイラと、該ボイラの炉壁に設けられ微粉炭を噴出する微粉炭ノズルと、該微粉炭ノズルに隣接して設けられ、２次空気を噴出する空気ノズルと、前記ボイラの排ガスとの熱交換により前記空気ノズルに送給される２次空気の温度を上昇させる熱交換器と、２次空気の供給路内で燃焼を行い２次空気の温度を上昇させるダクトバーナとを具備し、前記空気ノズルから噴出する２次空気と前記微粉炭ノズルから噴出する微粉炭により高温空気燃焼させることを特徴とするボイラ装置。
【請求項２】
前記空気ノズルに供給される２次空気の温度を検出する温度検出器と、該温度検出器の検出結果を基に前記ダクトバーナの燃焼量を制御する制御装置とを更に具備する請求項１のボイラ装置。
【請求項３】
ボイラと、該ボイラの炉壁に設けられ、微粉炭と高温の２次空気により高温空気燃焼を行うバーナと、前記ボイラの排ガスとの熱交換により燃焼用の２次空気の温度を上昇させる熱交換器と、２次空気の供給路内で燃焼を行い２次空気の温度を上昇させるダクトバーナと、排ガスの一部を抽出し２次空気と混合させる排気循環系と、前記バーナに供給される２次空気の温度を検出する第１の温度検出器と、前記ダクトバーナの燃焼を制御すると共に混合する排ガスの量を制御する制御装置とを具備し、該制御装置は前記第１の温度検出器によって検出される２次空気の温度が所定の値となる様に、前記ダクトバーナの燃焼量及び２次空気への排ガスの混合量を制御することを特徴とする高温空気燃焼システム。
【請求項４】
排ガスの温度を検出する第２の温度検出器と、前記熱交換器により加熱された２次空気の温度を検出する第３の温度検出器を更に具備し、前記制御装置は前記第２の温度検出器及び前記第３の温度検出器による検出結果に基づき、前記ダクトバーナの燃焼量及び２次空気への排ガスの混合量を制御する請求項３の高温空気燃焼システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１８１００３（Ｐ２０１２−１８１００３Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４６１０４（Ｐ２０１１−４６１０４）
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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