ボイラ装置
【課題】簡単かつ小規模な改造により、蒸気噴霧と同程度なＮＯｘ生成の抑制効果を有するボイラ装置を提供する。
【解決手段】液体燃料１１の燃焼により蒸気を発生させるボイラ１４と、ボイラ１４の入口に注入ノズル１２を備えて接続され，この注入ノズル１２から液体燃料１１を供給する燃料供給管９と、外部より吸気口３を介して燃焼用空気を吸入し、ボイラ１４の入口に給気ノズル８を備えて接続され，この給気ノズル８から燃焼用空気を供給する燃焼用空気ダクト２と、噴霧器５を，燃焼用空気ダクト２に接続し，噴霧水７を生成して、燃焼用空気ダクト２へ噴霧水７を供給する噴霧水供給管６と、を備え、燃焼用空気ダクト２において燃焼用空気と噴霧水７との混合体を送給し、給気ノズル８からボイラ１４内へ燃焼用空気と噴霧水混合体を噴射して、液体燃料１１と混合して燃焼させる。
【解決手段】液体燃料１１の燃焼により蒸気を発生させるボイラ１４と、ボイラ１４の入口に注入ノズル１２を備えて接続され，この注入ノズル１２から液体燃料１１を供給する燃料供給管９と、外部より吸気口３を介して燃焼用空気を吸入し、ボイラ１４の入口に給気ノズル８を備えて接続され，この給気ノズル８から燃焼用空気を供給する燃焼用空気ダクト２と、噴霧器５を，燃焼用空気ダクト２に接続し，噴霧水７を生成して、燃焼用空気ダクト２へ噴霧水７を供給する噴霧水供給管６と、を備え、燃焼用空気ダクト２において燃焼用空気と噴霧水７との混合体を送給し、給気ノズル８からボイラ１４内へ燃焼用空気と噴霧水混合体を噴射して、液体燃料１１と混合して燃焼させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気ボイラの燃焼用空気に噴霧水を混合し、この混合物を蒸気ボイラ内へ噴射して燃焼用空気の酸素濃度及び燃焼温度を低下させ、ＮＯｘ生成を抑制するボイラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
重油等の化石燃料を使用するボイラ装置においては、燃焼によって窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）が発生する。そこで従来よりＮＯｘ生成を抑制するために、濃淡燃焼、二段燃焼、炉内脱硝、蒸気噴霧等の技術が開発され、これらの技術を単独あるいは組み合わせることによってその実用化がなされてきた。
しかし、濃淡燃焼、二段燃焼、炉内脱硝等の技術では改造が大規模となるため、既設ボイラにおけるＮＯｘ生成を抑制する場合は技術的、経済的に実現させにくいという課題や、蒸気噴霧の場合は改造が小規模であっても発生蒸気を使用することにより実質のボイラ能力が低下するといった課題があった。
このような課題を解決する目的で、ボイラ内に水を噴霧する技術が開発されており、それに関して既にいくつかの発明が開示されている。
【０００３】
特許文献１には、「燃焼装置およびボイラ」という名称で、水又は蒸気を用いて燃焼温度を低下させる燃焼装置およびボイラに関する発明が開示されている。
特許文献１に開示された発明は、燃料供給手段と、ＮＯｘ低減流体供給手段とを備え、燃料供給手段から供給された燃料にて火炎が形成され、ＮＯｘ低減流体供給手段から供給されたＮＯｘ低減流体がこの火炎の内側に噴射されることを特徴とする。なお、ＮＯｘ低減流体は、水又は蒸気の少なくともどちらか一方を有する流体である。
このような特徴の燃焼装置およびボイラにおいては、ＮＯｘ低減流体がこの火炎の内側に噴射されるため、火炎の安定的な燃焼状態を阻害することなく、火炎の温度を低下させてＮＯｘを効果的に低減させることができる。
【０００４】
次に、特許文献２には、「燃料二段供給式低ＮＯｘバーナー」という名称で、二次燃料と水噴霧または水蒸気噴霧とを混合させるバーナーに関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された発明は、一次バーナーと二次バーナーとを有し、この二次バーナーの周囲より水噴霧または水蒸気噴霧を行う構造としたことを特徴とする。
このような特徴の燃料二段供給式低ＮＯｘバーナーにおいては、二次バーナーに供給される二次燃料は、水噴霧または水蒸気噴霧と混合されて直ちに冷却され、二次燃料の着火時期が遅れて比較的低温中で緩慢な燃焼をすることになり、ＮＯｘ生成を抑制しうる。
【０００５】
特許文献３には、「バーナとその運転方法」という名称で、噴霧水をバーナの火炎に注入させＮＯｘを抑制するバーナとその運転方法に関する発明が開示されている。
特許文献３に開示された発明は、バーナに燃焼用空気と水と燃料を供給し、その際水を噴霧する、特にガスタービンにおける少なくとも１つのバーナとその運転方法において、第１段階で噴霧水を燃焼用空気と水―燃焼用空気混合気の形に混合し、第２段階で、水―燃焼用空気混合気を燃料と水―燃焼用空気―燃料混合気の形に混合することを特徴とする。
このような特徴のバーナとその運転方法においては、噴霧水がバーナの火炎中心に直接注入されることを防止できるので、安定した燃焼過程が保障され、ひいてはＮＯｘを減少させることができる。
【０００６】
さらに、特許文献４には「ボイラ装置とその運転方法」という名称で、火炉内に水や水蒸気を噴霧して燃焼ガス温度を制御するボイラ装置とその運転方法に関する発明が開示されている。
特許文献４に開示された発明は、ボイラ火炉の炉壁に設けられ、理論空気比以下で固体燃料を燃焼させるバーナと、バーナの後流側の炉壁に設けられ、バーナでの不足分の燃焼用空気を火炉内に噴出するエアポートを備えたボイラ装置において、エアポート内に水又は水蒸気を噴霧する噴霧ノズルを設けたことを特徴とする。
このような特徴のボイラ装置においては、バーナ設置部でのガス温度を低下させることなくエアポート後流側の火炉内でのガス温度を低下させるため、フューエルＮＯｘ及びサーマルＮＯｘの濃度を低減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２０７８９０号公報
【特許文献２】特開平９−１０１００６号公報
【特許文献３】特表２００５−５２６２０５号公報
【特許文献４】特開２００７−１３９２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された発明においては、火炎の安定的な燃焼状態を阻害することなく、火炎の温度を低下させてＮＯｘを効果的に低減させることができる。
しかし、ＮＯｘ低減流体が蒸気の場合、その供給源についての具体的記載はないが、発生蒸気を使用するものであれば前述のボイラ能力の低下が懸念される。
【０００９】
次に、特許文献２に開示された発明においては、二次燃料の着火時期が遅れて比較的低温中で緩慢な燃焼をすることになり、ＮＯｘ生成を抑制しうる。
しかしながら、既設のボイラを改造する場合には少なくとも水噴霧又は水蒸気噴霧ノズルを炉壁に貫通させ、さらに二次バーナーからの火炎と適切に混合されるよう水量等の調整を行うことが必要であり、稼働するまでの作業が煩雑となる可能性がある。新設のボイラであっても特殊なバーナを別途製作して備えなければならず、設備費が高額となるおそれがある。
【００１０】
特許文献３に開示された発明においては、安定した燃焼過程が保障され、ＮＯｘを減少させることができる。
しかし、水−燃焼用空気−燃料混合気は、油性燃料中に水を分散させていることからエマルジョンに該当する。エマルジョンでは乳化剤を添加して油性燃料と水との混合物を安定化させることが一般的であり、この発明には乳化剤の記載がないことから、燃焼が部分的及び時間的に不均一となるおそれがある。したがって、安定した燃焼過程とならず、ＮＯｘを減少させるとは限らない場合も考えられる。
【００１１】
また、特許文献４に開示された発明においては、フューエルＮＯｘ及びサーマルＮＯｘの濃度を低減させることができる。
しかし、既設のボイラを改造する場合は少なくとも噴霧ノズルを火炉壁に貫通させる必要があり、工事が大規模となる可能性があり、その場合工期や費用がかさむ。
また、水蒸気を噴霧する場合は、ボイラで発生させた水蒸気の一部を使っているが、一般的に水蒸気の供給源は高度な水処理を施したボイラ水である。水蒸気を噴霧することは、このボイラ水を排ガスとして排出することになるので、原材料の利用効率及び経済的効率という点で損失となる。
【００１２】
本発明は、このような従来の事情に対処してなされたものであり、蒸気噴霧よりも簡単かつ小規模な改造により、蒸気噴霧と同程度なＮＯｘ生成の抑制効果を有するボイラ装置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】
【００１３】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、液体燃料の燃焼により蒸気を発生させるボイラと、ボイラの入口に注入ノズルを備えて接続され，この注入ノズルから液体燃料を供給する燃料供給手段と、外部より吸気口を介して燃焼用空気を吸入し、ボイラの入口に給気ノズルを備えて接続され，この給気ノズルから燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給手段と、噴霧器を，ダクトを介して燃焼用空気供給手段に接続し，噴霧水を生成して、燃焼用空気供給手段へ噴霧水を供給する水噴霧手段と、を備え、燃焼用空気供給手段において燃焼用空気と噴霧水との混合体（以下、空気・噴霧水混合体という）を送給し、給気ノズルからボイラ内へ空気・噴霧水混合体を噴射して、液体燃料と混合して燃焼させることを特徴とする。
上記構成のボイラ装置においては、ボイラの入口に備えられた注入ノズルから液体燃料を供給する燃料供給手段を備えることから、液体燃料がボイラ内に噴射される。
また、ボイラの入口に備えられた給気ノズルから燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給手段を備え、さらに、噴霧器を，ダクトを介して燃焼用空気供給手段に接続し，噴霧水を生成して、燃焼用空気供給手段へ噴霧水を供給する水噴霧手段と、を備えることから、噴霧器が接続されたダクトより下流の燃焼用空気供給手段での燃焼用空気に噴霧水が混合し、空気・噴霧水混合体がボイラ内に噴射される。なお、噴霧水は蒸気発生用のボイラ水ではなく、工業用水でよい。
そして、空気・噴霧水混合体と液体燃料とを混合して燃焼させるため、燃焼熱が必要とされ燃焼の温度が低下する。さらに、燃焼用空気に噴霧水が混合することから空気・噴霧水混合体中の酸素濃度も低下する。したがって、液体燃料中に含有される窒素の酸化が抑制されてＮＯｘの生成量が減少する。
【００１４】
次に、請求項２記載の発明は、請求項１に記載のボイラ装置において、噴霧器は、ダクトを介して燃焼用空気供給手段に接続されることに代えて、吸気口に直接接続されて噴霧水を燃焼用空気供給手段に供給することを特徴とする。
上記構成のボイラ装置においては、噴霧器は吸気口に直接接続されることから、吸気口より下流の燃焼用空気供給手段において燃焼用空気に噴霧水が混合し、空気・噴霧水混合体がボイラ内に噴射される。
この他、請求項１に記載のボイラ装置と同様の作用を有する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１記載のボイラ装置においては、噴霧水を供給する水噴霧手段を燃焼用空気供給手段のダクトに接続することから、直接ボイラに水噴霧手段を貫通させる必要がなく、既設のボイラ装置を容易に取り付け可能である。したがって、改造が小規模で済むため改造費用が高額とならない上に、工期も短期で完了する。また、改造に伴って、ボイラ装置を停止させる必要がないので、稼働効率的にも良好である。
また、空気・噴霧水混合体と液体燃料とを混合して燃焼させると、液体燃料中に含有される窒素の酸化が抑制されてＮＯｘの生成量が減少することから、小規模の改造でありながら、ＮＯｘ生成の抑制効果を有する。
他にも、噴霧器に供給される水は高価なボイラ水ではなく、安価な工業用水であるため経済的であり、ボイラ水を材料として発生させた水蒸気の一部をボイラ内部に再び注入して利用しないことから、実質的なボイラ効率の低下がない。
【００１６】
本発明の請求項２記載のボイラ装置においては、噴霧器は吸気口に直接接続されるため、請求項１においてダクトを介して燃焼用空気供給手段に接続されるよりも簡便に噴霧器を設置することができる。また、このように、噴霧器の接続位置が一ヶ所に制限されないので、既設のボイラ装置の配管構造に最も適した位置に噴霧器を設置することができる。
この他、請求項１記載のボイラ装置と同様の有利な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１に係るボイラ装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例１に係るボイラ装置の、ボイラ入口付近の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１８】
本発明に係る実施例１のボイラ装置について、図１及び図２を用いて詳細に説明する。図１は、実施例１に係るボイラ装置の構成図である。図２は、実施例１に係るボイラ装置の、ボイラ入口付近の縦断面図である。なお、図１で示した構成要素については図２においても同一の符号を付して、その説明を省略する。
図１に示すように、ボイラ装置１は、燃焼用空気ダクト２及び燃料供給管９がボイラ入口１３においてボイラ１４に接続され、ボイラ入口１３と反対側のボイラ壁１５に煙道２０が設けられ、煙道２０は煙突２１へ接続される。
燃焼用空気ダクト２の上流端は吸気口３が開口し、燃焼用空気の取入口となっている。吸気口３の下流側にはファン４が取り付けられ、吸気口３から外部の空気を吸入して燃焼用空気ダクト２内へ送出する。燃焼用空気ダクト２の下流端は、給気ノズル８を備えてボイラ入口１３に挿入される。なお、ファン４は吸気口３の下流側のみならず、吸気口３に直接接続してもよい。ファン４を吸気口３に接続することで、吸い込み圧の低下を考慮する必要もなく、また、メンテナンスが容易であるという効果を発揮することができる。
また、吸気口３より下流側でファン４よりも上流側の燃焼用空気ダクト２には、ミスト状の噴霧水７を生成する噴霧器５が接続され、その上流には噴霧水７の原料である水を供給する噴霧水供給管６が接続される。なお、噴霧器５は燃焼用空気ダクト２の他、吸気口３に直接接続されてもよい。さらに、噴霧器５と噴霧水供給管６との接続部に水量調節弁２７を設けることもできる。噴霧器５を吸気口３に直接接続する場合には、ファン４と直列あるいは並列に直接接続させることも可能である。噴霧器５とファン４を直列に吸気口３に接続する場合には、いずれが上流側でもよいが、噴霧器５を上流側にする方が、発生する噴霧水７の影響をファン４に及ばせないという観点から望ましいと考えられる。
ここで、噴霧水７は、ボイラ水１８のように薬品処理等は特に必要とされないため、噴霧水供給管６は専用の水配管を設置する他、既設の何らかの利用可能な水配管を利用してもよい。また、燃焼用空気ダクト２に直接噴霧器５を接続することなく、噴霧器５を備えた噴霧水供給管６を接続して噴霧器５からの噴霧水７を燃焼用空気ダクト２に供給してもよい。
さらに、燃料供給管９の上流端は燃料タンク１０が備えられ、液体燃料１１の供給源となっている。燃料供給管９の下流端は、注入ノズル１２を備えてボイラ入口１３に挿入される。
そして、ボイラ１４内部には、ドラム１６が設置されて、蒸気用給水管１７から供給されたボイラ水１８が貯留される。ボイラ水１８は液体燃料１１の燃焼熱で熱せられ蒸気となって蒸気取出管１９から取り出される。
続いて煙道２０は、液体燃料１１の燃焼による排ガスを煙突２１に誘導するが、この途中に、脱硝、脱硫等の排煙処理装置（図示せず）を適宜設置することもできる。
【００１９】
次に、図２に示すように、ボイラ装置１におけるボイラ壁１５の一部は、ボイラ入口１３を形成する。ボイラ入口１３にはボイラ１４外部から給気ノズル８及び注入ノズル１２がそれぞれ１本ずつ貫通して備えられ、これらはわずかに離隔しつつ並走して設置される。ここで、給気ノズル８及び注入ノズル１２は必ずしも１本ずつである必要はなく、例えば１本あるいは複数の注入ノズル１２の周囲を複数の給気ノズル８が取り巻く構造であってもよいし、逆に１本あるいは複数の給気ノズル８の周囲を複数の注入ノズル１２が取り巻く構造であってもよい。
給気ノズル８は、その先端に空気・噴霧水噴射口２３を備え、後述の空気・噴霧水混合体２２を噴射する。空気・噴霧水噴射口２３では、単位時間当たりの気体の噴射容量、すなわち流量は一定である。
注入ノズル１２は、その先端に燃料噴射口２４を備え、液体燃料１１を噴射する。さらに、液体燃料１１はイグナイター（図示せず）により点火されて火炎２５を形成し、燃焼ガス２６を発生させる。
【００２０】
次に、実施例１に係るボイラ装置１の作用について説明する。
ボイラ装置１の燃焼用空気ダクト２の上流端は吸気口３が開口し、下流端はボイラ入口１３に挿入され、さらに吸気口３の下流側にはファン４が取り付けられることから、吸気口３周辺の空気は燃焼用空気ダクト２へ強制的に押し込まれ、流速や圧力が増加されてボイラ１４方向へ送給される。
また、吸気口３より下流側でファン４よりも上流側の燃焼用空気ダクト２または吸気口３に、噴霧水７を生成する噴霧器５が接続されることから、ファン４の吸引によって噴霧器５の接続位置で吸気口３から取り込まれた燃焼用空気に噴霧水７が添加される。さらに噴霧水７は燃焼用空気と混合され空気・噴霧水混合体２２が形成される。噴霧水７はミスト状であることと、燃焼用空気は燃焼用空気ダクト２へ強制的に押し込まれて流速を増加させていることから、噴霧水７と燃焼用空気の各分子は充分均一に混合される。そして、ファン４により空気・噴霧水混合体２２は、燃焼用空気ダクト２内をボイラ１４内部へと送給される。
さらに、燃料供給管９の上流端は液体燃料１１の供給源である燃料タンク１０が備えられ、下流端はボイラ入口１３に挿入されるため、液体燃料１１は燃料供給管９を通じボイラ１４内部へ送給される。
そして、燃焼用空気ダクト２の下流端は、先端が空気・噴霧水噴射口２３である給気ノズル８がボイラ入口１３に挿入されるとともに、燃料供給管９の下流端は、先端が燃料噴射口２４である注入ノズル１２を備えてボイラ入口１３に挿入され、給気ノズル８及び注入ノズル１２はわずかに離隔しつつ並走して設置されるため、それぞれの噴射口２３，２４は互いに隣接する。
続いて、空気・噴霧水噴射口２３から空気・噴霧水混合体２２が噴射され、燃料噴射口２４から火炎２５が形成され、これら噴射口２３，２４は互いに隣接することから、空気・噴霧水混合体２２は、その一部が火炎２５の側面の一部に接触しながらボイラ１４へと噴射される。
なお、空気・噴霧水混合体２２は必ずしも火炎２５に接触する必要はなく、空気・噴霧水噴射口２３と燃料噴射口２４間の距離に依存して火炎２５との位置関係が決定される。また、前述のように、１本の注入ノズル１２の周囲を複数の給気ノズル８が取り巻く構造にあっては、空気・噴霧水混合体２２が火炎２５の側面のほぼ全周に接触する状態も考えられる。
さらに、本実施例では、燃焼用空気ダクト２上、ファン４よりも上流側に噴霧器５あるいは噴霧器５を備えた噴霧水供給配管６を接続して噴霧水７をファン４によって燃焼用空気ダクト２内に吸引したが、噴霧器５から噴霧水７を吐出させるポンプ等を備える場合には、噴霧水７に吐出圧を加えることができるので、ファン４による吐出圧に抗して燃焼空気ダクト２内に噴霧水７を送出可能であり、ファン４よりも下流側に噴霧器５あるいは噴霧器５が備えられた噴霧水供給管６を接続してもよい。この場合には、噴霧水７がファン４のモータ等にかかることがなく、よって悪影響を及ぼすことがないため、ファン４の寿命期間を延ばす効果があると考えられる。
【００２１】
そして、空気・噴霧水混合体２２が、その一部が火炎２５の側面の一部に接触しながらボイラ１４へと噴射されることから、火炎２５周辺においては、空気・噴霧水混合体２２中に含有される酸素が火炎２５の燃焼を持続可能とし、その結果空気・噴霧水混合体２２及び液体燃料１１は燃焼反応により高温の燃焼ガス２６を発生させる。この燃焼ガス２６は、空気・噴霧水混合体２２中の窒素が酸化されたサーマルＮＯｘ及び液体燃料１１中の窒素化合物が酸化されたフューエルＮＯｘを含む。
さらに詳細に述べると、空気・噴霧水混合体２２中の噴霧水７分子は、火炎２５による加熱により瞬時に蒸発する。このとき蒸発熱を必要とすることから、火炎２５の燃焼熱の一部が使われて燃焼ガス２６の燃焼温度がその分低下する。燃焼温度が低下するとＮＯｘ生成の反応速度が低下するため、サーマルＮＯｘ及びフューエルＮＯｘはともに生成濃度が減少する。なお、燃焼温度が低下すると、液体燃料１１に含まれる未燃焼の窒素が増加するが、その量は無視しうる程度に少ない。
加えて、空気・噴霧水噴射口２３における気体の流量は一定であり、空気・噴霧水混合体２２は、燃料用空気に噴霧水７が混合されるので、空気・噴霧水噴射口２３から噴射される空気・噴霧水混合体２２中の酸素濃度は、噴霧水７が混合されていない場合と比較して低下している。したがって、空気・噴霧水混合体２２及び液体燃料１１中の窒素の酸化が抑制され、サーマルＮＯｘの生成濃度が減少する。
上記より、空気・噴霧水混合体２２を火炎２５と同時に噴射することで、サーマルＮＯｘ及びフューエルＮＯｘの生成濃度が減少する。また、空気・噴霧水混合体２２が火炎２５の側面のほぼ全周に接触する場合のように、火炎２５に対して空気・噴霧水混合体２２がより多く噴射されると上記のＮＯｘの生成濃度はより減少するが、水量調節弁２７を調節して噴霧水７の注入量に留意することで火炎２５が不安定となることは回避される。
【００２２】
さらに、ボイラ１４内部にはドラム１６が設置されているため、高温の燃焼ガス２６はその周囲を循環しながら１４内部に充満する。ドラム１６にはボイラ水１８が貯留されることから、燃焼ガス２６とボイラ水１８との熱交換が行われる。
熱交換後に温度が低下した燃焼ガス２６は、排ガスとして煙道２０により煙突２１に誘導され、ここから排出される。
また、煙道２０の途中に、脱硝装置を設置すると、液体燃料１１中の未燃焼窒素を起因として発生したＮＯｘが窒素分子に還元されるので、さらなるＮＯｘの減少となる。
【００２３】
次に、実施例１に係るボイラ装置１の効果について説明する。
噴霧器５が吸気口３より下流側の燃焼用空気ダクト２に、接続されることから、直接ボイラ１４に別途配管を穿通させる必要がないので改造工事が極めて容易であるうえに、これに伴ってボイラ１４を停止させる必要がない。よって、経済的及び稼働効率的に優れている。
また、噴霧器５の接続位置は燃焼用空気ダクト２に限られず吸気口３にも直接接続可能であることから、既設のボイラの配管構造に適した任意位置に噴霧器５を設けることができる。さらに、噴霧器５の上流に噴霧水供給管６として専用の水配管を設置する場合でもわずかなスペースで敷設可能である。したがって、噴霧器５及び噴霧水供給管６を新設することに起因する作業空間の狭小化の問題はほぼ発生しない。噴霧器５を吸気口３に直接接続する場合には、空気の取り込みと同時に噴霧水が取り込まれるため、早期に空気・噴霧水混合体２２が形成され、撹拌が十分されるという効果がある。
さらに、噴霧水７は、ボイラ水１８のように薬品処理等は特に必要とされないので工業用水等の安価な水供給が可能である。
次に、燃焼用空気ダクト２においてこの噴霧水７と燃焼用空気の各分子は充分均一に混合される空気・噴霧水混合体２２を形成することから、火炎２５と接触した際に噴霧水７分子の分布の偏りによって火炎２５が部分的・時間的に不安定になることがない。したがってボイラ能力は噴霧水７の混合を原因として低下しない。
続いて、空気・噴霧水混合体２２は、その一部が火炎２５の側面の一部に接触しながらボイラ１４へと噴射されるが、空気・噴霧水噴射口２３と燃料噴射口２４間の距離に依存して火炎２５との位置関係が決定される。すなわち、既設の位置関係をそのまま維持したままで足り、噴射口２３，２４について新たな改造が不要である。
そして、この空気・噴霧水混合体２２中に含有される酸素は火炎２５の燃焼を持続可能とし、他方噴霧水７は燃焼ガス２６の燃焼温度及び空気・噴霧水混合体２２の酸素濃度を低下させるため、火炎２５が不安定となってボイラ能力が低下することを回避しつつサーマルＮＯｘ及びフューエルＮＯｘの生成を抑制することができる。このボイラ能力低下の回避は、水量調節弁２７を調節して噴霧水７注入量の調整をすることによって可能であるから、操作が容易であり火炎２５の燃焼度に迅速に対応することができる。
なお、燃焼ガス２６の燃焼温度が低下すると液体燃料１１に含まれる未燃焼の窒素が増加するが、その量は無視しうる程度に少ないことと、脱硝装置を設置するとこれを起因として発生したＮＯｘが窒素分子に還元されることから、燃焼温度低下による不利益も回避することができる。
次に、ボイラ水１８は液体燃料１１の燃焼熱で熱せられ蒸気となって蒸気取出管１９から取り出されるが、噴霧水７は工業用水等であることから、取り出されたボイラ水１８の蒸気を再びボイラ１４で再利用する必要はない。したがって、水蒸気を噴霧してＮＯｘ生成抑制を行う装置のように実質のボイラ能力が低下することがない。
さらに、ボイラ水１８との熱交換後に温度が低下した燃焼ガス２６は、排ガスとして煙突２１から排出されることと、噴霧水７は工業用水等であることから、高価なボイラ水１８ではなく安価な噴霧水７を排出するので、原材料の利用効率及び経済的効率という点で有利である。
以上をまとめると、ボイラ装置１は、従来装置よりも簡単かつ小規模な改造を既設のボイラ装置を加えることで済むにもかかわらず、ＮＯｘ生成の抑制効果を有し、経済的及び稼働効率的にも優れている。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
請求項１及び請求項２に記載された発明は、重油等の化石液体燃料を燃焼させるボイラ装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１…ボイラ装置 ２…燃焼用空気ダクト ３…吸気口 ４…ファン ５…噴霧器 ６…噴霧水供給管 ７…噴霧水 ８…給気ノズル ９…燃料供給管 １０…燃料タンク １１…液体燃料 １２…注入ノズル １３…ボイラ入口 １４…ボイラ １５…ボイラ壁 １６…ドラム １７…蒸気用給水管 １８…ボイラ水 １９…蒸気取出管 ２０…煙道 ２１…煙突 ２２…空気・噴霧水混合体 ２３…空気・噴霧水噴射口 ２４…燃料噴射口 ２５…火炎 ２６…燃焼ガス ２７…水量調節弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気ボイラの燃焼用空気に噴霧水を混合し、この混合物を蒸気ボイラ内へ噴射して燃焼用空気の酸素濃度及び燃焼温度を低下させ、ＮＯｘ生成を抑制するボイラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
重油等の化石燃料を使用するボイラ装置においては、燃焼によって窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）が発生する。そこで従来よりＮＯｘ生成を抑制するために、濃淡燃焼、二段燃焼、炉内脱硝、蒸気噴霧等の技術が開発され、これらの技術を単独あるいは組み合わせることによってその実用化がなされてきた。
しかし、濃淡燃焼、二段燃焼、炉内脱硝等の技術では改造が大規模となるため、既設ボイラにおけるＮＯｘ生成を抑制する場合は技術的、経済的に実現させにくいという課題や、蒸気噴霧の場合は改造が小規模であっても発生蒸気を使用することにより実質のボイラ能力が低下するといった課題があった。
このような課題を解決する目的で、ボイラ内に水を噴霧する技術が開発されており、それに関して既にいくつかの発明が開示されている。
【０００３】
特許文献１には、「燃焼装置およびボイラ」という名称で、水又は蒸気を用いて燃焼温度を低下させる燃焼装置およびボイラに関する発明が開示されている。
特許文献１に開示された発明は、燃料供給手段と、ＮＯｘ低減流体供給手段とを備え、燃料供給手段から供給された燃料にて火炎が形成され、ＮＯｘ低減流体供給手段から供給されたＮＯｘ低減流体がこの火炎の内側に噴射されることを特徴とする。なお、ＮＯｘ低減流体は、水又は蒸気の少なくともどちらか一方を有する流体である。
このような特徴の燃焼装置およびボイラにおいては、ＮＯｘ低減流体がこの火炎の内側に噴射されるため、火炎の安定的な燃焼状態を阻害することなく、火炎の温度を低下させてＮＯｘを効果的に低減させることができる。
【０００４】
次に、特許文献２には、「燃料二段供給式低ＮＯｘバーナー」という名称で、二次燃料と水噴霧または水蒸気噴霧とを混合させるバーナーに関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された発明は、一次バーナーと二次バーナーとを有し、この二次バーナーの周囲より水噴霧または水蒸気噴霧を行う構造としたことを特徴とする。
このような特徴の燃料二段供給式低ＮＯｘバーナーにおいては、二次バーナーに供給される二次燃料は、水噴霧または水蒸気噴霧と混合されて直ちに冷却され、二次燃料の着火時期が遅れて比較的低温中で緩慢な燃焼をすることになり、ＮＯｘ生成を抑制しうる。
【０００５】
特許文献３には、「バーナとその運転方法」という名称で、噴霧水をバーナの火炎に注入させＮＯｘを抑制するバーナとその運転方法に関する発明が開示されている。
特許文献３に開示された発明は、バーナに燃焼用空気と水と燃料を供給し、その際水を噴霧する、特にガスタービンにおける少なくとも１つのバーナとその運転方法において、第１段階で噴霧水を燃焼用空気と水―燃焼用空気混合気の形に混合し、第２段階で、水―燃焼用空気混合気を燃料と水―燃焼用空気―燃料混合気の形に混合することを特徴とする。
このような特徴のバーナとその運転方法においては、噴霧水がバーナの火炎中心に直接注入されることを防止できるので、安定した燃焼過程が保障され、ひいてはＮＯｘを減少させることができる。
【０００６】
さらに、特許文献４には「ボイラ装置とその運転方法」という名称で、火炉内に水や水蒸気を噴霧して燃焼ガス温度を制御するボイラ装置とその運転方法に関する発明が開示されている。
特許文献４に開示された発明は、ボイラ火炉の炉壁に設けられ、理論空気比以下で固体燃料を燃焼させるバーナと、バーナの後流側の炉壁に設けられ、バーナでの不足分の燃焼用空気を火炉内に噴出するエアポートを備えたボイラ装置において、エアポート内に水又は水蒸気を噴霧する噴霧ノズルを設けたことを特徴とする。
このような特徴のボイラ装置においては、バーナ設置部でのガス温度を低下させることなくエアポート後流側の火炉内でのガス温度を低下させるため、フューエルＮＯｘ及びサーマルＮＯｘの濃度を低減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２０７８９０号公報
【特許文献２】特開平９−１０１００６号公報
【特許文献３】特表２００５−５２６２０５号公報
【特許文献４】特開２００７−１３９２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された発明においては、火炎の安定的な燃焼状態を阻害することなく、火炎の温度を低下させてＮＯｘを効果的に低減させることができる。
しかし、ＮＯｘ低減流体が蒸気の場合、その供給源についての具体的記載はないが、発生蒸気を使用するものであれば前述のボイラ能力の低下が懸念される。
【０００９】
次に、特許文献２に開示された発明においては、二次燃料の着火時期が遅れて比較的低温中で緩慢な燃焼をすることになり、ＮＯｘ生成を抑制しうる。
しかしながら、既設のボイラを改造する場合には少なくとも水噴霧又は水蒸気噴霧ノズルを炉壁に貫通させ、さらに二次バーナーからの火炎と適切に混合されるよう水量等の調整を行うことが必要であり、稼働するまでの作業が煩雑となる可能性がある。新設のボイラであっても特殊なバーナを別途製作して備えなければならず、設備費が高額となるおそれがある。
【００１０】
特許文献３に開示された発明においては、安定した燃焼過程が保障され、ＮＯｘを減少させることができる。
しかし、水−燃焼用空気−燃料混合気は、油性燃料中に水を分散させていることからエマルジョンに該当する。エマルジョンでは乳化剤を添加して油性燃料と水との混合物を安定化させることが一般的であり、この発明には乳化剤の記載がないことから、燃焼が部分的及び時間的に不均一となるおそれがある。したがって、安定した燃焼過程とならず、ＮＯｘを減少させるとは限らない場合も考えられる。
【００１１】
また、特許文献４に開示された発明においては、フューエルＮＯｘ及びサーマルＮＯｘの濃度を低減させることができる。
しかし、既設のボイラを改造する場合は少なくとも噴霧ノズルを火炉壁に貫通させる必要があり、工事が大規模となる可能性があり、その場合工期や費用がかさむ。
また、水蒸気を噴霧する場合は、ボイラで発生させた水蒸気の一部を使っているが、一般的に水蒸気の供給源は高度な水処理を施したボイラ水である。水蒸気を噴霧することは、このボイラ水を排ガスとして排出することになるので、原材料の利用効率及び経済的効率という点で損失となる。
【００１２】
本発明は、このような従来の事情に対処してなされたものであり、蒸気噴霧よりも簡単かつ小規模な改造により、蒸気噴霧と同程度なＮＯｘ生成の抑制効果を有するボイラ装置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】
【００１３】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、液体燃料の燃焼により蒸気を発生させるボイラと、ボイラの入口に注入ノズルを備えて接続され，この注入ノズルから液体燃料を供給する燃料供給手段と、外部より吸気口を介して燃焼用空気を吸入し、ボイラの入口に給気ノズルを備えて接続され，この給気ノズルから燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給手段と、噴霧器を，ダクトを介して燃焼用空気供給手段に接続し，噴霧水を生成して、燃焼用空気供給手段へ噴霧水を供給する水噴霧手段と、を備え、燃焼用空気供給手段において燃焼用空気と噴霧水との混合体（以下、空気・噴霧水混合体という）を送給し、給気ノズルからボイラ内へ空気・噴霧水混合体を噴射して、液体燃料と混合して燃焼させることを特徴とする。
上記構成のボイラ装置においては、ボイラの入口に備えられた注入ノズルから液体燃料を供給する燃料供給手段を備えることから、液体燃料がボイラ内に噴射される。
また、ボイラの入口に備えられた給気ノズルから燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給手段を備え、さらに、噴霧器を，ダクトを介して燃焼用空気供給手段に接続し，噴霧水を生成して、燃焼用空気供給手段へ噴霧水を供給する水噴霧手段と、を備えることから、噴霧器が接続されたダクトより下流の燃焼用空気供給手段での燃焼用空気に噴霧水が混合し、空気・噴霧水混合体がボイラ内に噴射される。なお、噴霧水は蒸気発生用のボイラ水ではなく、工業用水でよい。
そして、空気・噴霧水混合体と液体燃料とを混合して燃焼させるため、燃焼熱が必要とされ燃焼の温度が低下する。さらに、燃焼用空気に噴霧水が混合することから空気・噴霧水混合体中の酸素濃度も低下する。したがって、液体燃料中に含有される窒素の酸化が抑制されてＮＯｘの生成量が減少する。
【００１４】
次に、請求項２記載の発明は、請求項１に記載のボイラ装置において、噴霧器は、ダクトを介して燃焼用空気供給手段に接続されることに代えて、吸気口に直接接続されて噴霧水を燃焼用空気供給手段に供給することを特徴とする。
上記構成のボイラ装置においては、噴霧器は吸気口に直接接続されることから、吸気口より下流の燃焼用空気供給手段において燃焼用空気に噴霧水が混合し、空気・噴霧水混合体がボイラ内に噴射される。
この他、請求項１に記載のボイラ装置と同様の作用を有する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１記載のボイラ装置においては、噴霧水を供給する水噴霧手段を燃焼用空気供給手段のダクトに接続することから、直接ボイラに水噴霧手段を貫通させる必要がなく、既設のボイラ装置を容易に取り付け可能である。したがって、改造が小規模で済むため改造費用が高額とならない上に、工期も短期で完了する。また、改造に伴って、ボイラ装置を停止させる必要がないので、稼働効率的にも良好である。
また、空気・噴霧水混合体と液体燃料とを混合して燃焼させると、液体燃料中に含有される窒素の酸化が抑制されてＮＯｘの生成量が減少することから、小規模の改造でありながら、ＮＯｘ生成の抑制効果を有する。
他にも、噴霧器に供給される水は高価なボイラ水ではなく、安価な工業用水であるため経済的であり、ボイラ水を材料として発生させた水蒸気の一部をボイラ内部に再び注入して利用しないことから、実質的なボイラ効率の低下がない。
【００１６】
本発明の請求項２記載のボイラ装置においては、噴霧器は吸気口に直接接続されるため、請求項１においてダクトを介して燃焼用空気供給手段に接続されるよりも簡便に噴霧器を設置することができる。また、このように、噴霧器の接続位置が一ヶ所に制限されないので、既設のボイラ装置の配管構造に最も適した位置に噴霧器を設置することができる。
この他、請求項１記載のボイラ装置と同様の有利な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１に係るボイラ装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例１に係るボイラ装置の、ボイラ入口付近の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１８】
本発明に係る実施例１のボイラ装置について、図１及び図２を用いて詳細に説明する。図１は、実施例１に係るボイラ装置の構成図である。図２は、実施例１に係るボイラ装置の、ボイラ入口付近の縦断面図である。なお、図１で示した構成要素については図２においても同一の符号を付して、その説明を省略する。
図１に示すように、ボイラ装置１は、燃焼用空気ダクト２及び燃料供給管９がボイラ入口１３においてボイラ１４に接続され、ボイラ入口１３と反対側のボイラ壁１５に煙道２０が設けられ、煙道２０は煙突２１へ接続される。
燃焼用空気ダクト２の上流端は吸気口３が開口し、燃焼用空気の取入口となっている。吸気口３の下流側にはファン４が取り付けられ、吸気口３から外部の空気を吸入して燃焼用空気ダクト２内へ送出する。燃焼用空気ダクト２の下流端は、給気ノズル８を備えてボイラ入口１３に挿入される。なお、ファン４は吸気口３の下流側のみならず、吸気口３に直接接続してもよい。ファン４を吸気口３に接続することで、吸い込み圧の低下を考慮する必要もなく、また、メンテナンスが容易であるという効果を発揮することができる。
また、吸気口３より下流側でファン４よりも上流側の燃焼用空気ダクト２には、ミスト状の噴霧水７を生成する噴霧器５が接続され、その上流には噴霧水７の原料である水を供給する噴霧水供給管６が接続される。なお、噴霧器５は燃焼用空気ダクト２の他、吸気口３に直接接続されてもよい。さらに、噴霧器５と噴霧水供給管６との接続部に水量調節弁２７を設けることもできる。噴霧器５を吸気口３に直接接続する場合には、ファン４と直列あるいは並列に直接接続させることも可能である。噴霧器５とファン４を直列に吸気口３に接続する場合には、いずれが上流側でもよいが、噴霧器５を上流側にする方が、発生する噴霧水７の影響をファン４に及ばせないという観点から望ましいと考えられる。
ここで、噴霧水７は、ボイラ水１８のように薬品処理等は特に必要とされないため、噴霧水供給管６は専用の水配管を設置する他、既設の何らかの利用可能な水配管を利用してもよい。また、燃焼用空気ダクト２に直接噴霧器５を接続することなく、噴霧器５を備えた噴霧水供給管６を接続して噴霧器５からの噴霧水７を燃焼用空気ダクト２に供給してもよい。
さらに、燃料供給管９の上流端は燃料タンク１０が備えられ、液体燃料１１の供給源となっている。燃料供給管９の下流端は、注入ノズル１２を備えてボイラ入口１３に挿入される。
そして、ボイラ１４内部には、ドラム１６が設置されて、蒸気用給水管１７から供給されたボイラ水１８が貯留される。ボイラ水１８は液体燃料１１の燃焼熱で熱せられ蒸気となって蒸気取出管１９から取り出される。
続いて煙道２０は、液体燃料１１の燃焼による排ガスを煙突２１に誘導するが、この途中に、脱硝、脱硫等の排煙処理装置（図示せず）を適宜設置することもできる。
【００１９】
次に、図２に示すように、ボイラ装置１におけるボイラ壁１５の一部は、ボイラ入口１３を形成する。ボイラ入口１３にはボイラ１４外部から給気ノズル８及び注入ノズル１２がそれぞれ１本ずつ貫通して備えられ、これらはわずかに離隔しつつ並走して設置される。ここで、給気ノズル８及び注入ノズル１２は必ずしも１本ずつである必要はなく、例えば１本あるいは複数の注入ノズル１２の周囲を複数の給気ノズル８が取り巻く構造であってもよいし、逆に１本あるいは複数の給気ノズル８の周囲を複数の注入ノズル１２が取り巻く構造であってもよい。
給気ノズル８は、その先端に空気・噴霧水噴射口２３を備え、後述の空気・噴霧水混合体２２を噴射する。空気・噴霧水噴射口２３では、単位時間当たりの気体の噴射容量、すなわち流量は一定である。
注入ノズル１２は、その先端に燃料噴射口２４を備え、液体燃料１１を噴射する。さらに、液体燃料１１はイグナイター（図示せず）により点火されて火炎２５を形成し、燃焼ガス２６を発生させる。
【００２０】
次に、実施例１に係るボイラ装置１の作用について説明する。
ボイラ装置１の燃焼用空気ダクト２の上流端は吸気口３が開口し、下流端はボイラ入口１３に挿入され、さらに吸気口３の下流側にはファン４が取り付けられることから、吸気口３周辺の空気は燃焼用空気ダクト２へ強制的に押し込まれ、流速や圧力が増加されてボイラ１４方向へ送給される。
また、吸気口３より下流側でファン４よりも上流側の燃焼用空気ダクト２または吸気口３に、噴霧水７を生成する噴霧器５が接続されることから、ファン４の吸引によって噴霧器５の接続位置で吸気口３から取り込まれた燃焼用空気に噴霧水７が添加される。さらに噴霧水７は燃焼用空気と混合され空気・噴霧水混合体２２が形成される。噴霧水７はミスト状であることと、燃焼用空気は燃焼用空気ダクト２へ強制的に押し込まれて流速を増加させていることから、噴霧水７と燃焼用空気の各分子は充分均一に混合される。そして、ファン４により空気・噴霧水混合体２２は、燃焼用空気ダクト２内をボイラ１４内部へと送給される。
さらに、燃料供給管９の上流端は液体燃料１１の供給源である燃料タンク１０が備えられ、下流端はボイラ入口１３に挿入されるため、液体燃料１１は燃料供給管９を通じボイラ１４内部へ送給される。
そして、燃焼用空気ダクト２の下流端は、先端が空気・噴霧水噴射口２３である給気ノズル８がボイラ入口１３に挿入されるとともに、燃料供給管９の下流端は、先端が燃料噴射口２４である注入ノズル１２を備えてボイラ入口１３に挿入され、給気ノズル８及び注入ノズル１２はわずかに離隔しつつ並走して設置されるため、それぞれの噴射口２３，２４は互いに隣接する。
続いて、空気・噴霧水噴射口２３から空気・噴霧水混合体２２が噴射され、燃料噴射口２４から火炎２５が形成され、これら噴射口２３，２４は互いに隣接することから、空気・噴霧水混合体２２は、その一部が火炎２５の側面の一部に接触しながらボイラ１４へと噴射される。
なお、空気・噴霧水混合体２２は必ずしも火炎２５に接触する必要はなく、空気・噴霧水噴射口２３と燃料噴射口２４間の距離に依存して火炎２５との位置関係が決定される。また、前述のように、１本の注入ノズル１２の周囲を複数の給気ノズル８が取り巻く構造にあっては、空気・噴霧水混合体２２が火炎２５の側面のほぼ全周に接触する状態も考えられる。
さらに、本実施例では、燃焼用空気ダクト２上、ファン４よりも上流側に噴霧器５あるいは噴霧器５を備えた噴霧水供給配管６を接続して噴霧水７をファン４によって燃焼用空気ダクト２内に吸引したが、噴霧器５から噴霧水７を吐出させるポンプ等を備える場合には、噴霧水７に吐出圧を加えることができるので、ファン４による吐出圧に抗して燃焼空気ダクト２内に噴霧水７を送出可能であり、ファン４よりも下流側に噴霧器５あるいは噴霧器５が備えられた噴霧水供給管６を接続してもよい。この場合には、噴霧水７がファン４のモータ等にかかることがなく、よって悪影響を及ぼすことがないため、ファン４の寿命期間を延ばす効果があると考えられる。
【００２１】
そして、空気・噴霧水混合体２２が、その一部が火炎２５の側面の一部に接触しながらボイラ１４へと噴射されることから、火炎２５周辺においては、空気・噴霧水混合体２２中に含有される酸素が火炎２５の燃焼を持続可能とし、その結果空気・噴霧水混合体２２及び液体燃料１１は燃焼反応により高温の燃焼ガス２６を発生させる。この燃焼ガス２６は、空気・噴霧水混合体２２中の窒素が酸化されたサーマルＮＯｘ及び液体燃料１１中の窒素化合物が酸化されたフューエルＮＯｘを含む。
さらに詳細に述べると、空気・噴霧水混合体２２中の噴霧水７分子は、火炎２５による加熱により瞬時に蒸発する。このとき蒸発熱を必要とすることから、火炎２５の燃焼熱の一部が使われて燃焼ガス２６の燃焼温度がその分低下する。燃焼温度が低下するとＮＯｘ生成の反応速度が低下するため、サーマルＮＯｘ及びフューエルＮＯｘはともに生成濃度が減少する。なお、燃焼温度が低下すると、液体燃料１１に含まれる未燃焼の窒素が増加するが、その量は無視しうる程度に少ない。
加えて、空気・噴霧水噴射口２３における気体の流量は一定であり、空気・噴霧水混合体２２は、燃料用空気に噴霧水７が混合されるので、空気・噴霧水噴射口２３から噴射される空気・噴霧水混合体２２中の酸素濃度は、噴霧水７が混合されていない場合と比較して低下している。したがって、空気・噴霧水混合体２２及び液体燃料１１中の窒素の酸化が抑制され、サーマルＮＯｘの生成濃度が減少する。
上記より、空気・噴霧水混合体２２を火炎２５と同時に噴射することで、サーマルＮＯｘ及びフューエルＮＯｘの生成濃度が減少する。また、空気・噴霧水混合体２２が火炎２５の側面のほぼ全周に接触する場合のように、火炎２５に対して空気・噴霧水混合体２２がより多く噴射されると上記のＮＯｘの生成濃度はより減少するが、水量調節弁２７を調節して噴霧水７の注入量に留意することで火炎２５が不安定となることは回避される。
【００２２】
さらに、ボイラ１４内部にはドラム１６が設置されているため、高温の燃焼ガス２６はその周囲を循環しながら１４内部に充満する。ドラム１６にはボイラ水１８が貯留されることから、燃焼ガス２６とボイラ水１８との熱交換が行われる。
熱交換後に温度が低下した燃焼ガス２６は、排ガスとして煙道２０により煙突２１に誘導され、ここから排出される。
また、煙道２０の途中に、脱硝装置を設置すると、液体燃料１１中の未燃焼窒素を起因として発生したＮＯｘが窒素分子に還元されるので、さらなるＮＯｘの減少となる。
【００２３】
次に、実施例１に係るボイラ装置１の効果について説明する。
噴霧器５が吸気口３より下流側の燃焼用空気ダクト２に、接続されることから、直接ボイラ１４に別途配管を穿通させる必要がないので改造工事が極めて容易であるうえに、これに伴ってボイラ１４を停止させる必要がない。よって、経済的及び稼働効率的に優れている。
また、噴霧器５の接続位置は燃焼用空気ダクト２に限られず吸気口３にも直接接続可能であることから、既設のボイラの配管構造に適した任意位置に噴霧器５を設けることができる。さらに、噴霧器５の上流に噴霧水供給管６として専用の水配管を設置する場合でもわずかなスペースで敷設可能である。したがって、噴霧器５及び噴霧水供給管６を新設することに起因する作業空間の狭小化の問題はほぼ発生しない。噴霧器５を吸気口３に直接接続する場合には、空気の取り込みと同時に噴霧水が取り込まれるため、早期に空気・噴霧水混合体２２が形成され、撹拌が十分されるという効果がある。
さらに、噴霧水７は、ボイラ水１８のように薬品処理等は特に必要とされないので工業用水等の安価な水供給が可能である。
次に、燃焼用空気ダクト２においてこの噴霧水７と燃焼用空気の各分子は充分均一に混合される空気・噴霧水混合体２２を形成することから、火炎２５と接触した際に噴霧水７分子の分布の偏りによって火炎２５が部分的・時間的に不安定になることがない。したがってボイラ能力は噴霧水７の混合を原因として低下しない。
続いて、空気・噴霧水混合体２２は、その一部が火炎２５の側面の一部に接触しながらボイラ１４へと噴射されるが、空気・噴霧水噴射口２３と燃料噴射口２４間の距離に依存して火炎２５との位置関係が決定される。すなわち、既設の位置関係をそのまま維持したままで足り、噴射口２３，２４について新たな改造が不要である。
そして、この空気・噴霧水混合体２２中に含有される酸素は火炎２５の燃焼を持続可能とし、他方噴霧水７は燃焼ガス２６の燃焼温度及び空気・噴霧水混合体２２の酸素濃度を低下させるため、火炎２５が不安定となってボイラ能力が低下することを回避しつつサーマルＮＯｘ及びフューエルＮＯｘの生成を抑制することができる。このボイラ能力低下の回避は、水量調節弁２７を調節して噴霧水７注入量の調整をすることによって可能であるから、操作が容易であり火炎２５の燃焼度に迅速に対応することができる。
なお、燃焼ガス２６の燃焼温度が低下すると液体燃料１１に含まれる未燃焼の窒素が増加するが、その量は無視しうる程度に少ないことと、脱硝装置を設置するとこれを起因として発生したＮＯｘが窒素分子に還元されることから、燃焼温度低下による不利益も回避することができる。
次に、ボイラ水１８は液体燃料１１の燃焼熱で熱せられ蒸気となって蒸気取出管１９から取り出されるが、噴霧水７は工業用水等であることから、取り出されたボイラ水１８の蒸気を再びボイラ１４で再利用する必要はない。したがって、水蒸気を噴霧してＮＯｘ生成抑制を行う装置のように実質のボイラ能力が低下することがない。
さらに、ボイラ水１８との熱交換後に温度が低下した燃焼ガス２６は、排ガスとして煙突２１から排出されることと、噴霧水７は工業用水等であることから、高価なボイラ水１８ではなく安価な噴霧水７を排出するので、原材料の利用効率及び経済的効率という点で有利である。
以上をまとめると、ボイラ装置１は、従来装置よりも簡単かつ小規模な改造を既設のボイラ装置を加えることで済むにもかかわらず、ＮＯｘ生成の抑制効果を有し、経済的及び稼働効率的にも優れている。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
請求項１及び請求項２に記載された発明は、重油等の化石液体燃料を燃焼させるボイラ装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１…ボイラ装置 ２…燃焼用空気ダクト ３…吸気口 ４…ファン ５…噴霧器 ６…噴霧水供給管 ７…噴霧水 ８…給気ノズル ９…燃料供給管 １０…燃料タンク １１…液体燃料 １２…注入ノズル １３…ボイラ入口 １４…ボイラ １５…ボイラ壁 １６…ドラム １７…蒸気用給水管 １８…ボイラ水 １９…蒸気取出管 ２０…煙道 ２１…煙突 ２２…空気・噴霧水混合体 ２３…空気・噴霧水噴射口 ２４…燃料噴射口 ２５…火炎 ２６…燃焼ガス ２７…水量調節弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料の燃焼により蒸気を発生させるボイラと、
前記ボイラの入口に注入ノズルを備えて接続され，この注入ノズルから前記液体燃料を供給する燃料供給手段と、
外部より吸気口を介して燃焼用空気を吸入し、前記ボイラの入口に給気ノズルを備えて接続され，この給気ノズルから前記燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給手段と、
噴霧器を，ダクトを介して前記燃焼用空気供給手段に接続し，噴霧水を生成して、前記燃焼用空気供給手段へ前記噴霧水を供給する水噴霧手段と、を備え、
前記燃焼用空気供給手段において前記燃焼用空気と前記噴霧水との混合体（以下、空気・噴霧水混合体という）を送給し、前記給気ノズルから前記ボイラ内へ空気・噴霧水混合体を噴射して、前記液体燃料と混合して燃焼させることを特徴とするボイラ装置。
【請求項２】
前記噴霧器は、前記ダクトを介して前記燃焼用空気供給手段に接続されることに代えて、前記吸気口に直接接続されて噴霧水を燃焼用空気供給手段に供給することを特徴とする請求項１記載のボイラ装置。
【請求項１】
液体燃料の燃焼により蒸気を発生させるボイラと、
前記ボイラの入口に注入ノズルを備えて接続され，この注入ノズルから前記液体燃料を供給する燃料供給手段と、
外部より吸気口を介して燃焼用空気を吸入し、前記ボイラの入口に給気ノズルを備えて接続され，この給気ノズルから前記燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給手段と、
噴霧器を，ダクトを介して前記燃焼用空気供給手段に接続し，噴霧水を生成して、前記燃焼用空気供給手段へ前記噴霧水を供給する水噴霧手段と、を備え、
前記燃焼用空気供給手段において前記燃焼用空気と前記噴霧水との混合体（以下、空気・噴霧水混合体という）を送給し、前記給気ノズルから前記ボイラ内へ空気・噴霧水混合体を噴射して、前記液体燃料と混合して燃焼させることを特徴とするボイラ装置。
【請求項２】
前記噴霧器は、前記ダクトを介して前記燃焼用空気供給手段に接続されることに代えて、前記吸気口に直接接続されて噴霧水を燃焼用空気供給手段に供給することを特徴とする請求項１記載のボイラ装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１５４５６６（Ｐ２０１２−１５４５６６Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３５１（Ｐ２０１１−１４３５１）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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