ボイラ
【課題】ボイラにおいて、ボイラの運転状態に拘わらず燃焼バーナの安定した着火を可能とすることでボイラの安定した運転を可能とする。
【解決手段】中空形状をなして鉛直方向に火炉１１を設置し、この火炉１１に水平方向及び鉛直方向に沿って配置されて微粉炭と空気との混合気を吹き込むことで所定の形態の火炎を形成可能な複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を有する燃焼装置１２を設けると共に、隣接する火炎を形成する燃焼バーナ２１，２２に異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置として、微粉炭機３１，３２、微粉炭搬送管２６，２７、ダンパ５１，５２を設ける。
【解決手段】中空形状をなして鉛直方向に火炉１１を設置し、この火炉１１に水平方向及び鉛直方向に沿って配置されて微粉炭と空気との混合気を吹き込むことで所定の形態の火炎を形成可能な複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を有する燃焼装置１２を設けると共に、隣接する火炎を形成する燃焼バーナ２１，２２に異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置として、微粉炭機３１，３２、微粉炭搬送管２６，２７、ダンパ５１，５２を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粉炭などの微粉燃料を用い、炉壁に設けられた多数の燃焼バーナによりこの微粉燃料を燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の石炭焚きボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉を有し、この火炉壁に燃焼バーナが周方向に沿って４個配設され、且つ、この４個のセットが上下方向に５段にわたって配置されている。この燃焼バーナは、微粉炭機（ミル）により石炭が粉砕された微粉炭（燃料）が搬送空気により搬送された混合気を火炉内で燃焼可能となっている。そして、火炉は、上部に煙道が連結され、この煙道に排ガスの熱を回収するための過熱器、再熱器、節炭器等が設けられており、火炉での燃焼により発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。
【０００３】
このような石炭焚きボイラとしては、例えば、下記特許文献１、２に記載されている。この特許文献１に記載された石炭焚ボイラの燃焼装置は、微粉炭濃度の高い濃混合気を火炉内に投入するバーナを火炉壁の中央部に配置し、微粉炭濃度の低い淡混合気を火炉内に投入するバーナを火炉壁のコーナ部に配置するものである。また、特許文献２に記載された褐炭燃焼ボイラは、燃料供給ダクトを複数の分岐ダクトに分岐し、各分岐ダクトの先端にバーナを設け、上流側の燃料供給ダクト内に燃料濃度偏差を任意に調整可能な旋回羽根を設け、火炉のより上流側に設けられるバーナほど燃料濃度を高めるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０４−０８４００３号公報
【特許文献２】特開２００４−３０１４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
石炭焚きボイラは、微粉炭機により石炭を粉砕した後、この微粉炭を搬送空気により各燃焼バーナに供給し、この燃焼バーナが微粉炭と空気との混合気を火炉内に投入して燃焼させている。この場合、燃焼バーナは、４個が１つのセットとして上下に５段にわたって配置されており、ボイラ運転状態に応じて制御している。例えば、ボイラの高負荷運転では、全ての燃焼バーナを使用する一方、低負荷運転では、上２段燃焼バーナだけを使用すると共に、微粉炭濃度を低下させている。
【０００６】
ところが、低負荷運転では、燃焼バーナに使用する混合気における微粉炭濃度が低いことから、燃焼バーナの火炎（着火）が不安定になってしまう。即ち、微粉炭濃度が低いと、燃焼バーナによる火炎が短くなり、且つ、隣接する火炎との距離も長くなり、熱輻射が小さくなる。また、周囲の空気の熱容量が大きくなり、昇温しにくくなる。その結果、燃焼バーナの着火が不安定となり、形成される火炎も不安定となってしまう。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するものであり、ボイラの運転状態に拘わらず燃焼バーナの安定した着火を可能とすることでボイラの安定した運転を可能とするボイラ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】
上記の目的を達成するための本発明のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉と、該火炉壁に水平方向及び鉛直方向に沿って配置されて微粉燃料と空気との混合気を吹き込むことで所定の形態の火炎を形成可能な複数の燃焼バーナと、隣接する火炎を形成する前記燃焼バーナに異なる微粉燃料量を供給する微粉燃料供給装置と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
従って、異なる微粉燃料量が供給された各燃焼バーナは、隣接する火炎の大きさが相違することとなり、小さい火炎は大きい火炎により失火することが抑制され、ボイラの低負荷運転などボイラの運転状態に拘わらず、燃焼バーナの安定した着火を可能とすることで、ボイラの安定した運転を可能とすることができる。
【００１０】
本発明のボイラでは、前記火炉は、四角筒形状をなし、火炎が水平旋回するように４つの角部に水平方向に沿って前記燃焼バーナを配置し、前記微粉燃料供給装置は、水平方向に隣接する前記燃焼バーナに異なる微粉燃料量を供給することを特徴としている。
【００１１】
従って、燃焼バーナを火炉の各角部に配置し、水平方向に隣接する各燃焼バーナに異なる微粉燃料量を供給することで、隣接する火炎の大きさが相違することとなり、小さい火炎は大きい火炎により失火することが抑制され、燃焼バーナの安定した着火を可能とすることができる。
【００１２】
本発明のボイラでは、前記火炉は、四角筒形状をなし、火炎が水平旋回するように４つの角部に水平方向に沿って前記燃焼バーナを配置すると共に、４つの角部に鉛直方向に沿って前記燃焼バーナを配置し、前記微粉燃料供給装置は、鉛直方向に隣接する前記燃焼バーナに異なる微粉燃料量を供給することを特徴としている。
【００１３】
従って、燃焼バーナを火炉の各角部に鉛直方向に沿って配置し、鉛直方向に隣接する各燃焼バーナに異なる微粉燃料量を供給することで、隣接する火炎の大きさが相違することとなり、小さい火炎は大きい火炎により失火することが抑制され、燃焼バーナの安定した着火を可能とすることができる。
【００１４】
本発明のボイラでは、前記微粉燃料供給装置は、ボイラ運転状態に応じて設定された微粉燃料量に対して、隣接する前記燃焼バーナに供給する微粉燃料量の割合を異ならせることを特徴としている。
【００１５】
従って、容易に隣接する火炎の大きさを相違させることができる。
【００１６】
本発明のボイラでは、前記微粉燃料供給装置は、微粉燃料粉砕機から空気により前記複数の燃焼バーナに微粉燃料を搬送する複数の微粉燃料搬送ラインと、該複数の微粉燃料搬送ラインに設けられて微粉燃料と空気との混合気量を調整する混合気量調整装置とを有することを特徴としている。
【００１７】
従って、混合気量調整装置により燃焼バーナに供給する微粉燃料と空気との混合気量を調整することで、容易に隣接する火炎の大きさを相違させることができる。
【００１８】
本発明のボイラでは、前記微粉燃料供給装置は、微粉燃料搬送ラインにおけるコーナ部と、該コーナ部より上流側から分岐した分岐ラインとを有することを特徴としている。
【００１９】
従って、コーナ部に流れる混合気量に対して、その手前の分岐ラインに流れる混合気量が減少することから、容易に各燃焼バーナに供給する微粉燃料量を調整することができる。
【００２０】
本発明のボイラでは、前記微粉燃料供給装置は、微粉燃料搬送ラインに設けられる障害物と、微粉燃料搬送ラインにおける前記障害物の下流側に対向する位置から分岐した分岐ラインと、微粉燃料搬送ラインにおける前記障害物の下流側に対向しない位置に連結される連結ラインとを有することを特徴としている。
【００２１】
従って、微粉燃料搬送ラインを流れる微粉燃料は、障害物に衝突すると障害物の下流側に対向しない連結ラインに流れることとなり、分岐ラインに流れる微粉燃料量に対して連結ラインに流れる微粉燃料量を多くすることができ、容易に各燃焼バーナに供給する微粉燃料量を調整することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のボイラによれば、隣接する火炎を形成する複数の燃焼バーナに異なる微粉燃料量を供給する微粉燃料供給装置を設けるので、ボイラの運転状態に拘わらず燃焼バーナの安定した着火を可能とすることでボイラの安定した運転を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る石炭焚きボイラを表す概略構成図である。
【図２】図２は、実施例１の石炭焚きボイラにおける第１段燃焼バーナの平面図である。
【図３】図３は、実施例１の石炭焚きボイラにおける第２段燃焼バーナの平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施例２に係る石炭焚きボイラにおける第１段燃焼バーナの平面図である。
【図５】図５は、実施例２の石炭焚きボイラにおける第２段燃焼バーナの平面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例３に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図である。
【図７】図７は、実施例３の段燃焼バーナに使用されるセパレータの概略図である。
【図８】図８は、本発明の実施例４に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナに使用されるセパレータの概略図である。
【図９】図９は、本発明の実施例５に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例６に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るボイラの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明の実施例１に係る石炭焚きボイラを表す概略構成図、図２は、実施例１の石炭焚きボイラにおける第１段燃焼バーナの平面図、図３は、実施例１の石炭焚きボイラにおける第２段燃焼バーナの平面図である。
【００２６】
実施例１の石炭焚きボイラは、石炭を粉砕した微粉炭を微粉燃料として用い、この微粉炭を燃焼バーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能な微粉炭焚きボイラである。
【００２７】
この実施例１において、図１に示すように、石炭焚きボイラ１０は、コンベンショナルボイラであって、火炉１１と燃焼装置１２とを有している。火炉１１は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉１１を構成する火炉壁の下部に燃焼装置１２が設けられている。
【００２８】
燃焼装置１２は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を有している。本実施例にて、この燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、周方向に沿って５個均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って５セット、つまり、５段配置されている。
【００２９】
そして、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭供給管（微粉炭供給ライン）２６，２７，２８，２９，３０を介して微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。この微粉炭機（微粉燃料粉砕機）３１，３２，３３，３４，３５は、図示しないが、ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって粉砕テーブルが駆動回転可能に支持され、この粉砕テーブルの上方に対向して複数の粉砕ローラが粉砕テーブルの回転に連動して回転可能に支持されて構成されている。従って、石炭が複数の粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に投入されると、ここで所定の大きさまで粉砕され、搬送空気により分級された微粉炭を微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を通して燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができる。
【００３０】
火炉１１は、上部に煙道４０が連結されており、この煙道４０に、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための、過熱器４１，４２、再熱器４３，４４、節炭器４５，４６，４７が設けられており、火炉１１での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。
【００３１】
従って、微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５が駆動すると、生成された微粉炭が微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を通して燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給される。すると、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、搬送空気と共に微粉炭を火炉１１に吹き込むことで着火する。この火炉１１では、搬送空気および二次空気と微粉炭が燃焼して、火炉１１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガスが火炉１１内を上昇し、煙道４０に排出される。
【００３２】
このとき、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器４５，４６，４７によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給され火炉壁の各水管（図示せず）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。更に、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器４１，４２に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４１，４２で生成された過熱蒸気は、図示しない発電プラント（例えば、タービン等）に供給される。また、タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気は、再熱器４３，４４に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。なお、火炉１１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。
【００３３】
その後、煙道４０の節炭器４５，４６，４７を通過した排ガスは、図示しない脱硝装置にて、触媒によりＮＯｘなどの有害物質が除去され、電気集塵機で粒子状物質が除去され、脱硫装置により硫黄分が除去された後、煙突から大気中に排出される。
【００３４】
このように構成された実施例１の石炭焚きボイラ１０において、燃焼装置１２は、隣接する火炎を形成する燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置が設けられている。具体的に、火炉１１は、火炎が水平旋回するように４つの角部に水平方向に沿って燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を配置し、微粉燃料供給装置は、水平方向に隣接する燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に異なる微粉炭量を供給する。
【００３５】
この場合、微粉燃料供給装置は、ボイラ運転状態に応じて設定された微粉炭量に対して、隣接する燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給する微粉炭量の割合を異ならせる。そして、微粉燃料供給装置は、石炭を粉砕する微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５から空気により複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に微粉炭を搬送する複数の微粉炭搬送管２６，２７，２８，２９，３０と、複数の微粉炭搬送管２６，２７，２８，２９，３０に設けられて微粉炭機と空気との混合気量を調整する混合気量調整装置とを有している。
【００３６】
即ち、実施例１の石炭焚きボイラ１０は、発電プラントに最大量の蒸気を供給する高負荷運転時、全ての燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を作動させる。一方、石炭焚きボイラ１０は、発電プラントに最小量の蒸気を供給する低負荷運転時、上部にある２段の燃焼バーナ２１，２２のみを作動させると共に、各燃焼バーナ２１，２２に供給する微粉炭量を、例えば、５０％に低減する。
【００３７】
第１段燃焼バーナ２１は、図２に示すように、火炉１１に設けられる燃焼装置１２の最上段に位置し、４つの角部に設けられる燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから構成されている。各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、火炉１１内に微粉炭と空気との混合気を吹き込んで着火することで、火炎Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４を形成し、図２にて反時計周り方向に旋回する火炎旋回流を形成することができる。
【００３８】
微粉炭搬送管２６は、基端部が微粉炭機３１に連結される一方、先端部は４つの分岐管２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄに分岐し、各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに連結されている。そして、各分岐管２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄは、上述した微粉炭供給装置及び混合気量調整装置を構成するダンパ５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ）が装着されている。このダンパ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄは、図示しない制御装置がその開度を調整することで、燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに供給する混合気量、つまり、微粉炭供給量を調整することができる。
【００３９】
また、第２段燃焼バーナ２２は、図３に示すように、火炉１１に設けられる燃焼装置１２の第１段燃焼バーナ２１の下段に位置し、４つの角部に設けられる燃焼バーナ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄから構成されている。各燃焼バーナ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄは、火炉１１内に微粉炭と空気との混合気を吹き込んで着火することで、火炎Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３，Ｆ２４を形成し、図３にて反時計周り方向に旋回する火炎旋回流を形成することができる。
【００４０】
微粉炭搬送管２７は、基端部が微粉炭機３２に連結される一方、先端部は４つの分岐管２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄに分岐し、各燃焼バーナ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに連結されている。そして、各分岐管２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄは、上述した微粉炭供給装置及び混合気量調整装置を構成するダンパ５２（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ）が装着されている。このダンパ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄは、図示しない制御装置がその開度を調整することで、燃焼バーナ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに供給する混合気量、つまり、微粉炭供給量を調整することができる。
【００４１】
なお、図示しないが、火炉１１に設けられる燃焼装置１２の第２段燃焼バーナ２２の下段に位置する第３段燃焼バーナ２３、第４段燃焼バーナ２４、第５段燃焼バーナ２５も同様の構成となっている。
【００４２】
従って、石炭焚きボイラ１０を低負荷運転するとき、上述したように、上部にある２段の燃焼バーナ２１，２２のみを作動させると共に、微粉炭量を減少させる。この微粉炭量の減少は、微粉炭機３１，３２に投入する石炭量を減少させるものであるが、搬送空気量は一定とする。
【００４３】
このとき、制御装置は、第１段燃焼バーナ２１にて、図２に示すように、分岐管２６ａ，２６ｃのダンパ５１ａ，５１ｃを全開とする一方、分岐管２６ｂ，２６ｄのダンパ５１ｂ，５１ｄの開度を、例えば、半開とする。すると、燃焼バーナ２１ａ，２１ｃに供給する混合気量（微粉炭供給量）に対して、燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄに供給する混合気量（微粉炭供給量）を減少させる。具体的に、微粉炭機３１が微粉炭搬送管２６に供給する微粉炭量を１００％とするとき、従来は、全ての燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに均等割合である２５％の微粉炭量を供給している。しかし、本実施例では、例えば、燃焼バーナ２１ａ，２１ｃに３０％の微粉炭量を供給し、燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄに２０％の微粉炭量を供給する。
【００４４】
すると、燃焼バーナ２１ａ，２１ｃは、長い火炎Ｆ１１，Ｆ１３を形成し、燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄは、短い火炎Ｆ１２，Ｆ１４を形成することとなる。この場合、多量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２１ａ，２１ｃは、長くて安定した火炎Ｆ１１，Ｆ１３を形成することとなり、少量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄが形成した短い不安定な火炎Ｆ１２，Ｆ１４を補うこととなり、第１段燃焼バーナ２１は、全体として安定した火炎の旋回流を形成することができる。
【００４５】
一方、制御装置は、第２段燃焼バーナ２２にて、図３に示すように、分岐管２７ａ，２７ｃのダンパ５２ａ，５２ｃを全開とする一方、分岐管２７ｂ，２７ｄのダンパ５２ｂ，５２ｄの開度を、例えば、半開とする。すると、燃焼バーナ２２ａ，２２ｃに供給する混合気量（微粉炭供給量）に対して、燃焼バーナ２２ｂ，２２ｄに供給する混合気量（微粉炭供給量）を減少させる。具体的に、微粉炭機３２が微粉炭搬送管２７に供給する微粉炭量を１００％とするとき、従来は、全ての燃焼バーナ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに均等割合である２５％の微粉炭量を供給している。しかし、本実施例では、例えば、燃焼バーナ２２ａ，２２ｃに３０％の微粉炭量を供給し、燃焼バーナ２２ｂ，２２ｄに２０％の微粉炭量を供給する。
【００４６】
すると、燃焼バーナ２２ａ，２２ｃは、長い火炎Ｆ２１，Ｆ２３を形成し、燃焼バーナ２２ｂ，２２ｄは、短い火炎Ｆ２２，Ｆ２４を形成することとなる。この場合、多量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２２ａ，２２ｃは、長くて安定した火炎Ｆ２１，Ｆ２３を形成することとなり、少量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２２ｂ，２２ｄが形成した短い不安定な火炎Ｆ２２，Ｆ２４を補うこととなり、第２段燃焼バーナ２２は、全体として安定した火炎の旋回流を形成することができる。
【００４７】
即ち、実施例１では、上部に位置する２段の燃焼バーナ２１，２２にて、それぞれ水平方向に隣接する燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ、燃焼バーナ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ同士で隣接する火炎の大きさが異なるように、微粉炭の供給量（供給割合）を異ならせている。
【００４８】
このように実施例１の石炭焚きボイラにあっては、中空形状をなして鉛直方向に火炉１１を設置し、この火炉１１に水平方向及び鉛直方向に沿って配置されて微粉炭と空気との混合気を吹き込むことで所定の形態の火炎を形成可能な複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を有する燃焼装置１２を設けると共に、隣接する火炎を形成する燃焼バーナ２１，２２に異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置として、微粉炭機３１，３２、微粉炭搬送管２６，２７、ダンパ５１，５２を設けている。
【００４９】
従って、異なる微粉炭量が供給された各燃焼バーナ２１，２２は、隣接する火炎の大きさが相違することとなり、小さい火炎は大きい火炎により失火することが抑制され、ボイラ１０の低負荷運転などボイラ１０の運転状態に拘わらず、燃焼バーナ２１，２２の安定した着火を可能とすることで、ボイラ１０の安定した運転を可能とすることができる。
【００５０】
また、実施例１の石炭焚きボイラでは、火炉１１を四角筒形状とし、火炎が水平旋回するように４つの角部に水平方向に沿って燃焼バーナ２１，２２を配置し、ダンパ５１，５２は、水平方向に隣接する燃焼バーナ２１，２２に異なる微粉炭量を供給する。従って、燃焼バーナ２１，２２を火炉１１の各角部に配置し、水平方向に隣接する各燃焼バーナ２１，２２に異なる微粉炭量を供給することで、隣接する火炎の大きさが相違することとなり、小さい火炎は大きい火炎により失火することが抑制され、燃焼バーナ２１，２２の安定した着火を可能とすることができる。
【００５１】
また、実施例１の石炭焚きボイラでは、ダンパ５１，５２は、ボイラ１０の運転状態に応じて設定された微粉炭量に対して、隣接する燃焼バーナ２１，２２に供給する微粉炭量の割合を異ならせるようにしている。従って、容易に隣接する火炎の大きさを相違させることができる。
【００５２】
また、実施例１の石炭焚きボイラでは、石炭を粉砕する微粉炭機３１，３２から空気により複数の燃焼バーナ２１，２２に微粉炭を搬送する複数の微粉炭搬送管２６，２７と、複数の微粉炭搬送管２６，２７に設けられて微粉炭機と空気との混合気量を調整するダンパ５１，５２とを設けている。従って、ダンパ５１，５２により燃焼バーナ２１，２２に供給する微粉炭機と空気との混合気量を調整することで、容易に隣接する火炎の大きさを相違させることができる。
【実施例２】
【００５３】
図４は、本発明の実施例２に係る石炭焚きボイラにおける第１段燃焼バーナの平面図、図５は、実施例２の石炭焚きボイラにおける第２段燃焼バーナの平面図である。なお、本実施例の石炭焚きボイラの基本的な構成は、上述した実施例１とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、上述した実施例１と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５４】
実施例２の石炭焚きボイラの構成は、実施例１と同様であることから、詳細な説明は省略する。
【００５５】
この実施例２の石炭焚きボイラでは、図１に示すように、低負荷運転時に、実施例１と同様に、上部にある２段の燃焼バーナ２１，２２のみを作動させると共に、微粉炭量を減少させる。この微粉炭量の減少は、微粉炭機３１，３２に投入する石炭量を減少させるものであるが、搬送空気量は一定とする。
【００５６】
このとき、制御装置は、第１段燃焼バーナ２１にて、図４に示すように、分岐管２６ａ，２６ｃのダンパ５１ａ，５１ｃを全開とする一方、分岐管２６ｂ，２６ｄのダンパ５１ｂ，５１ｄの開度を、例えば、半開とする。すると、燃焼バーナ２１ａ，２１ｃに供給する混合気量（微粉炭供給量）に対して、燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄに供給する混合気量（微粉炭供給量）を減少させる。具体的に、微粉炭機３１が微粉炭搬送管２６に供給する微粉炭量を１００％とするとき、例えば、燃焼バーナ２１ａ，２１ｃに３０％の微粉炭量を供給し、燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄに２０％の微粉炭量を供給する。
【００５７】
すると、燃焼バーナ２１ａ，２１ｃは、長い火炎Ｆ１１，Ｆ１３を形成し、燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄは、短い火炎Ｆ１２，Ｆ１４を形成することとなる。この場合、多量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２１ａ，２１ｃは、長くて安定した火炎Ｆ１１，Ｆ１３を形成することとなり、少量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄが形成した短い不安定な火炎Ｆ１２，Ｆ１４を補うこととなり、第１段燃焼バーナ２１は、全体として安定した火炎の旋回流を形成することができる。
【００５８】
一方、制御装置は、第２段燃焼バーナ２２にて、図５に示すように、分岐管２７ａ，２７ｃのダンパ５２ａ，５２ｃを半開とする一方、分岐管２７ｂ，２７ｄのダンパ５２ｂ，５２ｄの開度を全開とする。すると、燃焼バーナ２２ｂ，２２ｄに供給する混合気量（微粉炭供給量）に対して、燃焼バーナ２２ａ，２２ｃに供給する混合気量（微粉炭供給量）を減少させる。具体的に、微粉炭機３２が微粉炭搬送管２７に供給する微粉炭量を１００％とするとき、燃焼バーナ２２ｂ，２２ｄに３０％の微粉炭量を供給し、燃焼バーナ２２ａ，２２ｃに２０％の微粉炭量を供給する。
【００５９】
すると、燃焼バーナ２２ａ，２２ｃは、短い火炎Ｆ２１，Ｆ２３を形成し、燃焼バーナ２２ｂ，２２ｄは、長い火炎Ｆ２２，Ｆ２４を形成することとなる。この場合、多量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２２ｂ，２２ｄは、長くて安定した火炎Ｆ２２，Ｆ２４を形成することとなり、少量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２２ａ，２２ｃが形成した短い不安定な火炎Ｆ２１，Ｆ２３を補うこととなり、第２段燃焼バーナ２２は、全体として安定した火炎の旋回流を形成することができる。
【００６０】
また、第１段燃焼バーナ２１と第２段燃焼バーナ２２とを鉛直方向にみたところ、この鉛直方向に隣接する燃焼バーナ２１ａ，２２ａ、燃焼バーナ２１ｂ，２２ｂ、燃焼バーナ２１ｃ，２２ｃ、燃焼バーナ２１ｄ，２２ｄは、それぞれその火炎Ｆ１１，Ｆ２１、火炎Ｆ１２，Ｆ２２、火炎Ｆ１３，Ｆ２３、火炎Ｆ１４，Ｆ２４同士が長短関係となっている。そのため、この場合であっても、多量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２１ａ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｄは、長くて安定した火炎Ｆ１１，Ｆ１３，Ｆ２２，Ｆ２４を形成することとなり、少量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄ，２２ａ，２２ｃが形成した短い不安定な火炎Ｆ１２，Ｆ１４，Ｆ２１，Ｆ２３を補うこととなり、各段燃焼バーナ２１，２２は、全体として安定した火炎の旋回流を形成することができる。
【００６１】
即ち、実施例２では、上部に位置する２段の燃焼バーナ２１，２２にて、それぞれ水平方向及び鉛直方向に隣接する燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ、燃焼バーナ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ同士で隣接する火炎の大きさが異なるように、微粉炭の供給量（供給割合）を異ならせている。
【００６２】
このように実施例２の石炭焚きボイラにあっては、水平方向及び鉛直方向に隣接する火炎を形成する燃焼バーナ２１，２２に異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置として、微粉炭機３１，３２、微粉炭搬送管２６，２７、ダンパ５１，５２を設けている。
【００６３】
従って、異なる微粉炭量が供給された各燃焼バーナ２１，２２は、水平方向及び鉛直方向に隣接する火炎の大きさが相違することとなり、小さい火炎は大きい火炎により失火することが抑制され、ボイラ１０の低負荷運転などボイラ１０の運転状態に拘わらず、燃焼バーナ２１，２２の安定した着火を可能とすることで、ボイラ１０の安定した運転を可能とすることができる。
【実施例３】
【００６４】
図６は、本発明の実施例３に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図、図７は、実施例３の燃焼バーナに使用されるセパレータの概略図である。なお、本実施例の石炭焚きボイラの基本的な構成は、上述した実施例１とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、上述した実施例１と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６５】
実施例３の石炭焚きボイラにおいて、図１及び図６に示すように、最上段に位置する第１燃焼バーナ２１は、４つの角部に設けられる燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから構成されている。微粉炭搬送管６１，６２は、各基端部が微粉炭機３１に連結される一方、先端部はそれぞれ２つの分岐管（分岐ライン）６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂに分岐し、各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに連結されている。そして、微粉炭搬送管６１と各分岐管６１ａ，６１ｂとの分岐部に、微粉燃料供給装置及び混合気量調整装置を構成するセパレータ６３が装着されている。また、微粉炭搬送管６２と各分岐管６２ａ，６２ｂとの分岐部に、微粉燃料供給装置及び混合気量調整装置を構成するセパレータ６４が装着されている。
【００６６】
このセパレータ６３，６４は、ほぼ同様の構成となっていることから、一方のセパレータ６３についてのみ詳細に説明する。セパレータ６３は、微粉炭搬送管６１から通路面積が小さくなる絞り部６３ａと、各分岐管６１ａ，６１ｂにつながるコーナ部６３ｂとを有している。即ち、微粉炭搬送管６１は、途中で絞り部６３ａが連結され、この絞り部６３ａは、ほぼ直角（９０度）に屈曲するコーナ部６３ｂに連結されている。そして、このコーナ部６３ｂに一方の分岐管６１ａが連結される一方、コーナ部６３ｂより微粉炭の流動方向の上流側からほぼ直角（９０度）に分岐する他方の分岐管６１ｂが連結されている。
【００６７】
なお、第２段燃焼バーナも同様の構成となっている。また、第３段、第４段、第５段燃焼バーナの配置は同様であるが、セパレータが装着されていない。
【００６８】
従って、微粉炭機３１の微粉炭と空気との混合気が微粉炭搬送管６１，６２に供給されると、この混合気がセパレータ６３，６４に至ると、このセパレータ６３，６４により一方の分岐管６１ａ，６２ａへの混合気量（微粉炭供給量）に対して、他方の分岐管６１ｂ，６２ｂへの混合気量（微粉炭供給量）が減少する。具体的に、微粉炭と空気の混合気は、微粉炭搬送管６１，６２を流動するときに所定の慣性力を有していることから、コーナ部６３ｂに連続する分岐管６１ａ，６２ａへの混合気量が多くなり、コーナ部６３ｂの手前で分岐する分岐管６１ｂ，６２ｂへの混合気量が少なくなる。すると、例えば、微粉炭機３１が微粉炭搬送管６１，６２に供給する微粉炭量を１００％とするとき、燃焼バーナ２１ａ，２１ｃに３０％の微粉炭量が供給され、燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄに２０％の微粉炭量が供給される。
【００６９】
そのため、燃焼バーナ２１ａ，２１ｃは、長い火炎Ｆ１１，Ｆ１３を形成し、燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄは、短い火炎Ｆ１２，Ｆ１４を形成することとなる。この場合、多量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２１ａ，２１ｃは、長くて安定した火炎Ｆ１１，Ｆ１３を形成することとなり、少量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄが形成した短い不安定な火炎Ｆ１２，Ｆ１４を補うこととなり、第１段燃焼バーナ２１は、全体として安定した火炎の旋回流を形成することができる。
【００７０】
このように実施例３の石炭焚きボイラにあっては、水平方向に隣接する火炎を形成する燃焼バーナ２１に異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置として、微粉炭機３１，３２、微粉炭搬送管６１，６２、セパレータ６３，６４を設け、このセパレータ６３，６４を、微粉炭搬送管６１に連続するコーナ部６３ｂと、このコーナ部６３ｂに連続する分岐管６１ａ、コーナ部６３ｂの手前で分岐する分岐管６１ｂとで構成している。
【００７１】
従って、異なる微粉炭量が供給された第１燃焼バーナ２１は、水平方向に隣接する火炎の大きさが相違することとなり、小さい火炎は大きい火炎により失火することが抑制され、ボイラ１０の低負荷運転などボイラ１０の運転状態に拘わらず、燃焼バーナ２１の安定した着火を可能とすることで、ボイラ１０の安定した運転を可能とすることができる。また、微粉燃料供給装置として、セパレータ６３，６４を設けたことで、制御などを不要として構造の簡素化、低コスト化を可能とすることができる。
【実施例４】
【００７２】
図８は、本発明の実施例４に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナに使用されるセパレータの概略図である。
【００７３】
実施例４は、上述した実施例３における微粉燃料供給装置の改良である。即ち、微粉炭搬送管７１は、基端部が微粉炭機（図示略）に連結される一方、先端部はそれぞれ２つの分岐管（分岐ライン）７１ａ，７１ｂに分岐し、それぞれ燃焼バーナ（図示略）に連結されている。そして、この微粉炭搬送管７１と各分岐管７１ａ，７１ｂとの分岐部に、微粉燃料供給装置を構成するセパレータ７２が装着されている。
【００７４】
このセパレータ７２は、微粉炭搬送管７１内の径方向中心位置に設けられる障害物７３を有している。即ち、微粉炭搬送管７１は、途中でほぼ直角（９０度）に屈曲しており、この屈曲部（コーナ部）の手前に障害物７３が複数のステイ７４により支持されている。そして、微粉炭搬送管７１における障害物７３の下流側に対向する位置から分岐して分岐管（分岐ライン）７１ｂが設けられると共に、微粉炭搬送管７１における障害物７３の下流側に対向しない位置に分岐管（連結ライン）７１ａが設けられている。この場合、微粉炭搬送管７１から分岐管７１ａに至っては、同じ通路面積で屈曲しており、分岐管７１ｂは、基端部がこの微粉炭搬送管７１の屈曲部からその中心に挿通して設けられている。
【００７５】
従って、微粉炭と空気との混合気が微粉炭搬送管７１に供給されると、この混合気がセパレータ７２に至ると、このセパレータ７２により一方の分岐管７１ａへの混合気量（微粉炭供給量）に対して、他方の分岐管７１ｂへの混合気量（微粉炭供給量）が減少する。具体的に、微粉炭と空気の混合気は、微粉炭搬送管７１を通過するときに、微粉炭が障害物に衝突することで、その外側に移行することから、分岐管７１ｂに入りにくくなる。そのため、分岐管７１ａに流れる混合気の微粉炭濃度が高くなり、分岐管７１ｂへ流れる混合気の微粉炭濃度が低くなる。すると、例えば、微粉炭機が微粉炭搬送管に供給する微粉炭量を１００％とするとき、分岐管７１ａに連結される燃焼バーナに３０％の微粉炭量が供給され、分岐管７１ｂに連結される燃焼バーナに２０％の微粉炭量が供給される。
【００７６】
そのため、隣接する燃焼バーナの火炎の長さが異なることとなり、全体として安定した火炎の旋回流を形成することができる。
【００７７】
このように実施例４の石炭焚きボイラにあっては、水平方向に隣接する火炎を形成する燃焼バーナに異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置として、微粉炭搬送管７１にセパレータ７２を設け、このセパレータ７２を、微粉炭搬送管７１に設けられる障害物７３と、微粉炭搬送管７１における障害物７３の下流側に対向する位置から分岐した分岐管７１ｂと、微粉炭搬送管７１における障害物７３の下流側に対向しない位置に連結される分岐管７１ａとで構成している。
【００７８】
従って、異なる微粉炭量が供給された燃焼バーナは、水平方向に隣接する火炎の大きさが相違することとなり、小さい火炎は大きい火炎により失火することが抑制され、ボイラの低負荷運転などボイラの運転状態に拘わらず、燃焼バーナの安定した着火を可能とすることで、ボイラの安定した運転を可能とすることができる。また、微粉燃料供給装置として、セパレータ７２を設けたことで、制御などを不要として構造の簡素化、低コスト化を可能とすることができる。
【実施例５】
【００７９】
図９は、本発明の実施例５に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図である。
【００８０】
実施例５において、図９に示すように、石炭焚きボイラは、火炉８１と燃焼装置としての燃焼バーナ８２（８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，８２ｆ，８２ｇ，８２ｈ）を有している。火炉８１は、矩形の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉８１を構成する火炉壁の下部に燃焼バーナ８２が設けられている。
【００８１】
本実施例にて、この燃焼バーナ８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，８２ｆ，８２ｇ，８２ｈは、周方向に沿って８個均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って複数セット、つまり、複数段配置されている。
【００８２】
そして、各燃焼バーナ８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，８２ｆ，８２ｇ，８２ｈは、図示しない微粉炭供給管を介して微粉炭機に連結されており、隣接する火炎Ｆ３１，Ｆ３２，Ｆ３３，Ｆ３４，Ｆ３５，Ｆ３６，Ｆ３７，Ｆ３８を形成する燃焼バーナ８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，８２ｆ，８２ｇ，８２ｈに異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置が設けられている。なお、この微粉燃料供給装置は、図示しないが、上述した各実施例で説明した形式のいずれかを適用することができる。
【００８３】
このように実施例５の石炭焚きボイラにあっては、火炉８１を矩形の中空形状とし、この火炉８１に複数の燃焼バーナ８２（８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，８２ｆ，８２ｇ，８２ｈ）を等間隔に配置しているものであっても、隣接する火炎を形成する燃焼バーナ８２に異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置を設けることで、ボイラの運転状態に拘わらず燃焼バーナ８２の安定した着火を可能とすることでボイラの安定した運転を可能とすることができる。
【実施例６】
【００８４】
図１０は、本発明の実施例６に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図である。
【００８５】
実施例６において、図１０に示すように、石炭焚きボイラは、火炉９１と燃焼装置としての燃焼バーナ９２（９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄ，９２ｅ，９２ｆ，９２ｇ，９２ｈ）を有している。火炉９１は、四角形の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉９１を構成する火炉壁の下部に燃焼バーナ９２が設けられている。
【００８６】
本実施例にて、この燃焼バーナ９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄ，９２ｅ，９２ｆ，９２ｇ，９２ｈは、対向する一対の火炉壁に対向すると共に、それぞれ４個均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って複数セット、つまり、複数段配置されている。
【００８７】
そして、各燃焼バーナ９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄ，９２ｅ，９２ｆ，９２ｇ，９２ｈは、図示しない微粉炭供給管を介して微粉炭機に連結されており、隣接する火炎Ｆ４１，Ｆ４２，Ｆ４３，Ｆ４４，Ｆ４５，Ｆ４６，Ｆ４７，Ｆ４８を形成する燃焼バーナ９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄ，９２ｅ，９２ｆ，９２ｇ，９２ｈに異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置が設けられている。なお、この微粉燃料供給装置は、図示しないが、上述した各実施例で説明した形式のいずれかを適用することができる。
【００８８】
このように実施例６の石炭焚きボイラにあっては、火炉９１を四角形の中空形状とし、複数の燃焼バーナ９２（９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄ，９２ｅ，９２ｆ，９２ｇ，９２ｈ）を対向して配置しているものであっても、隣接する火炎を形成する燃焼バーナ９２に異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置を設けることで、ボイラの運転状態に拘わらず燃焼バーナ９２の安定した着火を可能とすることでボイラの安定した運転を可能とすることができる。
【００８９】
なお、本発明のボイラは、火炉の形式や形状、燃焼バーナの配置や段数などが上述した各実施例に限定されるものではない。また、燃料を微粉炭と空気の混合気としたが、これに限定されるものではなく、微粉燃料であればよく、例えば、微粉炭に代えてバイオマスや炭化物などを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明に係るボイラは、隣接する火炎を形成する燃焼バーナに異なる微粉炭量を供給することで、ボイラの運転状態に拘わらず燃焼バーナの安定した着火を可能とすることでボイラの安定した運転を可能とするものであり、いずれの微粉燃料用のボイラにも適用することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１０ 石炭焚きボイラ
１１，８１，９１ 火炉
１２ 燃焼装置
２１，２２，２３，２４，２５，８２，９２ 燃焼バーナ
２６，２７，２８，２９，３０ 微粉炭搬送管（微粉炭搬送ライン）
３１，３２，３３，３４，３５ 微粉炭機
４０ 煙道
５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５２，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ ダンパ（微粉燃料供給装置、混合気量調整装置）
６３，６４，７２ セパレータ（微粉燃料供給装置、混合気量調整装置）
６３ｂ コーナ部
７３ 障害物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粉炭などの微粉燃料を用い、炉壁に設けられた多数の燃焼バーナによりこの微粉燃料を燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の石炭焚きボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉を有し、この火炉壁に燃焼バーナが周方向に沿って４個配設され、且つ、この４個のセットが上下方向に５段にわたって配置されている。この燃焼バーナは、微粉炭機（ミル）により石炭が粉砕された微粉炭（燃料）が搬送空気により搬送された混合気を火炉内で燃焼可能となっている。そして、火炉は、上部に煙道が連結され、この煙道に排ガスの熱を回収するための過熱器、再熱器、節炭器等が設けられており、火炉での燃焼により発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。
【０００３】
このような石炭焚きボイラとしては、例えば、下記特許文献１、２に記載されている。この特許文献１に記載された石炭焚ボイラの燃焼装置は、微粉炭濃度の高い濃混合気を火炉内に投入するバーナを火炉壁の中央部に配置し、微粉炭濃度の低い淡混合気を火炉内に投入するバーナを火炉壁のコーナ部に配置するものである。また、特許文献２に記載された褐炭燃焼ボイラは、燃料供給ダクトを複数の分岐ダクトに分岐し、各分岐ダクトの先端にバーナを設け、上流側の燃料供給ダクト内に燃料濃度偏差を任意に調整可能な旋回羽根を設け、火炉のより上流側に設けられるバーナほど燃料濃度を高めるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０４−０８４００３号公報
【特許文献２】特開２００４−３０１４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
石炭焚きボイラは、微粉炭機により石炭を粉砕した後、この微粉炭を搬送空気により各燃焼バーナに供給し、この燃焼バーナが微粉炭と空気との混合気を火炉内に投入して燃焼させている。この場合、燃焼バーナは、４個が１つのセットとして上下に５段にわたって配置されており、ボイラ運転状態に応じて制御している。例えば、ボイラの高負荷運転では、全ての燃焼バーナを使用する一方、低負荷運転では、上２段燃焼バーナだけを使用すると共に、微粉炭濃度を低下させている。
【０００６】
ところが、低負荷運転では、燃焼バーナに使用する混合気における微粉炭濃度が低いことから、燃焼バーナの火炎（着火）が不安定になってしまう。即ち、微粉炭濃度が低いと、燃焼バーナによる火炎が短くなり、且つ、隣接する火炎との距離も長くなり、熱輻射が小さくなる。また、周囲の空気の熱容量が大きくなり、昇温しにくくなる。その結果、燃焼バーナの着火が不安定となり、形成される火炎も不安定となってしまう。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するものであり、ボイラの運転状態に拘わらず燃焼バーナの安定した着火を可能とすることでボイラの安定した運転を可能とするボイラ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】
上記の目的を達成するための本発明のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉と、該火炉壁に水平方向及び鉛直方向に沿って配置されて微粉燃料と空気との混合気を吹き込むことで所定の形態の火炎を形成可能な複数の燃焼バーナと、隣接する火炎を形成する前記燃焼バーナに異なる微粉燃料量を供給する微粉燃料供給装置と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
従って、異なる微粉燃料量が供給された各燃焼バーナは、隣接する火炎の大きさが相違することとなり、小さい火炎は大きい火炎により失火することが抑制され、ボイラの低負荷運転などボイラの運転状態に拘わらず、燃焼バーナの安定した着火を可能とすることで、ボイラの安定した運転を可能とすることができる。
【００１０】
本発明のボイラでは、前記火炉は、四角筒形状をなし、火炎が水平旋回するように４つの角部に水平方向に沿って前記燃焼バーナを配置し、前記微粉燃料供給装置は、水平方向に隣接する前記燃焼バーナに異なる微粉燃料量を供給することを特徴としている。
【００１１】
従って、燃焼バーナを火炉の各角部に配置し、水平方向に隣接する各燃焼バーナに異なる微粉燃料量を供給することで、隣接する火炎の大きさが相違することとなり、小さい火炎は大きい火炎により失火することが抑制され、燃焼バーナの安定した着火を可能とすることができる。
【００１２】
本発明のボイラでは、前記火炉は、四角筒形状をなし、火炎が水平旋回するように４つの角部に水平方向に沿って前記燃焼バーナを配置すると共に、４つの角部に鉛直方向に沿って前記燃焼バーナを配置し、前記微粉燃料供給装置は、鉛直方向に隣接する前記燃焼バーナに異なる微粉燃料量を供給することを特徴としている。
【００１３】
従って、燃焼バーナを火炉の各角部に鉛直方向に沿って配置し、鉛直方向に隣接する各燃焼バーナに異なる微粉燃料量を供給することで、隣接する火炎の大きさが相違することとなり、小さい火炎は大きい火炎により失火することが抑制され、燃焼バーナの安定した着火を可能とすることができる。
【００１４】
本発明のボイラでは、前記微粉燃料供給装置は、ボイラ運転状態に応じて設定された微粉燃料量に対して、隣接する前記燃焼バーナに供給する微粉燃料量の割合を異ならせることを特徴としている。
【００１５】
従って、容易に隣接する火炎の大きさを相違させることができる。
【００１６】
本発明のボイラでは、前記微粉燃料供給装置は、微粉燃料粉砕機から空気により前記複数の燃焼バーナに微粉燃料を搬送する複数の微粉燃料搬送ラインと、該複数の微粉燃料搬送ラインに設けられて微粉燃料と空気との混合気量を調整する混合気量調整装置とを有することを特徴としている。
【００１７】
従って、混合気量調整装置により燃焼バーナに供給する微粉燃料と空気との混合気量を調整することで、容易に隣接する火炎の大きさを相違させることができる。
【００１８】
本発明のボイラでは、前記微粉燃料供給装置は、微粉燃料搬送ラインにおけるコーナ部と、該コーナ部より上流側から分岐した分岐ラインとを有することを特徴としている。
【００１９】
従って、コーナ部に流れる混合気量に対して、その手前の分岐ラインに流れる混合気量が減少することから、容易に各燃焼バーナに供給する微粉燃料量を調整することができる。
【００２０】
本発明のボイラでは、前記微粉燃料供給装置は、微粉燃料搬送ラインに設けられる障害物と、微粉燃料搬送ラインにおける前記障害物の下流側に対向する位置から分岐した分岐ラインと、微粉燃料搬送ラインにおける前記障害物の下流側に対向しない位置に連結される連結ラインとを有することを特徴としている。
【００２１】
従って、微粉燃料搬送ラインを流れる微粉燃料は、障害物に衝突すると障害物の下流側に対向しない連結ラインに流れることとなり、分岐ラインに流れる微粉燃料量に対して連結ラインに流れる微粉燃料量を多くすることができ、容易に各燃焼バーナに供給する微粉燃料量を調整することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のボイラによれば、隣接する火炎を形成する複数の燃焼バーナに異なる微粉燃料量を供給する微粉燃料供給装置を設けるので、ボイラの運転状態に拘わらず燃焼バーナの安定した着火を可能とすることでボイラの安定した運転を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る石炭焚きボイラを表す概略構成図である。
【図２】図２は、実施例１の石炭焚きボイラにおける第１段燃焼バーナの平面図である。
【図３】図３は、実施例１の石炭焚きボイラにおける第２段燃焼バーナの平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施例２に係る石炭焚きボイラにおける第１段燃焼バーナの平面図である。
【図５】図５は、実施例２の石炭焚きボイラにおける第２段燃焼バーナの平面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例３に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図である。
【図７】図７は、実施例３の段燃焼バーナに使用されるセパレータの概略図である。
【図８】図８は、本発明の実施例４に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナに使用されるセパレータの概略図である。
【図９】図９は、本発明の実施例５に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例６に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るボイラの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明の実施例１に係る石炭焚きボイラを表す概略構成図、図２は、実施例１の石炭焚きボイラにおける第１段燃焼バーナの平面図、図３は、実施例１の石炭焚きボイラにおける第２段燃焼バーナの平面図である。
【００２６】
実施例１の石炭焚きボイラは、石炭を粉砕した微粉炭を微粉燃料として用い、この微粉炭を燃焼バーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能な微粉炭焚きボイラである。
【００２７】
この実施例１において、図１に示すように、石炭焚きボイラ１０は、コンベンショナルボイラであって、火炉１１と燃焼装置１２とを有している。火炉１１は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉１１を構成する火炉壁の下部に燃焼装置１２が設けられている。
【００２８】
燃焼装置１２は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を有している。本実施例にて、この燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、周方向に沿って５個均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って５セット、つまり、５段配置されている。
【００２９】
そして、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭供給管（微粉炭供給ライン）２６，２７，２８，２９，３０を介して微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。この微粉炭機（微粉燃料粉砕機）３１，３２，３３，３４，３５は、図示しないが、ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって粉砕テーブルが駆動回転可能に支持され、この粉砕テーブルの上方に対向して複数の粉砕ローラが粉砕テーブルの回転に連動して回転可能に支持されて構成されている。従って、石炭が複数の粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に投入されると、ここで所定の大きさまで粉砕され、搬送空気により分級された微粉炭を微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を通して燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができる。
【００３０】
火炉１１は、上部に煙道４０が連結されており、この煙道４０に、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための、過熱器４１，４２、再熱器４３，４４、節炭器４５，４６，４７が設けられており、火炉１１での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。
【００３１】
従って、微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５が駆動すると、生成された微粉炭が微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を通して燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給される。すると、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、搬送空気と共に微粉炭を火炉１１に吹き込むことで着火する。この火炉１１では、搬送空気および二次空気と微粉炭が燃焼して、火炉１１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガスが火炉１１内を上昇し、煙道４０に排出される。
【００３２】
このとき、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器４５，４６，４７によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給され火炉壁の各水管（図示せず）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。更に、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器４１，４２に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４１，４２で生成された過熱蒸気は、図示しない発電プラント（例えば、タービン等）に供給される。また、タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気は、再熱器４３，４４に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。なお、火炉１１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。
【００３３】
その後、煙道４０の節炭器４５，４６，４７を通過した排ガスは、図示しない脱硝装置にて、触媒によりＮＯｘなどの有害物質が除去され、電気集塵機で粒子状物質が除去され、脱硫装置により硫黄分が除去された後、煙突から大気中に排出される。
【００３４】
このように構成された実施例１の石炭焚きボイラ１０において、燃焼装置１２は、隣接する火炎を形成する燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置が設けられている。具体的に、火炉１１は、火炎が水平旋回するように４つの角部に水平方向に沿って燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を配置し、微粉燃料供給装置は、水平方向に隣接する燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に異なる微粉炭量を供給する。
【００３５】
この場合、微粉燃料供給装置は、ボイラ運転状態に応じて設定された微粉炭量に対して、隣接する燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給する微粉炭量の割合を異ならせる。そして、微粉燃料供給装置は、石炭を粉砕する微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５から空気により複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に微粉炭を搬送する複数の微粉炭搬送管２６，２７，２８，２９，３０と、複数の微粉炭搬送管２６，２７，２８，２９，３０に設けられて微粉炭機と空気との混合気量を調整する混合気量調整装置とを有している。
【００３６】
即ち、実施例１の石炭焚きボイラ１０は、発電プラントに最大量の蒸気を供給する高負荷運転時、全ての燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を作動させる。一方、石炭焚きボイラ１０は、発電プラントに最小量の蒸気を供給する低負荷運転時、上部にある２段の燃焼バーナ２１，２２のみを作動させると共に、各燃焼バーナ２１，２２に供給する微粉炭量を、例えば、５０％に低減する。
【００３７】
第１段燃焼バーナ２１は、図２に示すように、火炉１１に設けられる燃焼装置１２の最上段に位置し、４つの角部に設けられる燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから構成されている。各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、火炉１１内に微粉炭と空気との混合気を吹き込んで着火することで、火炎Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４を形成し、図２にて反時計周り方向に旋回する火炎旋回流を形成することができる。
【００３８】
微粉炭搬送管２６は、基端部が微粉炭機３１に連結される一方、先端部は４つの分岐管２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄに分岐し、各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに連結されている。そして、各分岐管２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄは、上述した微粉炭供給装置及び混合気量調整装置を構成するダンパ５１（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ）が装着されている。このダンパ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄは、図示しない制御装置がその開度を調整することで、燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに供給する混合気量、つまり、微粉炭供給量を調整することができる。
【００３９】
また、第２段燃焼バーナ２２は、図３に示すように、火炉１１に設けられる燃焼装置１２の第１段燃焼バーナ２１の下段に位置し、４つの角部に設けられる燃焼バーナ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄから構成されている。各燃焼バーナ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄは、火炉１１内に微粉炭と空気との混合気を吹き込んで着火することで、火炎Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３，Ｆ２４を形成し、図３にて反時計周り方向に旋回する火炎旋回流を形成することができる。
【００４０】
微粉炭搬送管２７は、基端部が微粉炭機３２に連結される一方、先端部は４つの分岐管２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄに分岐し、各燃焼バーナ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに連結されている。そして、各分岐管２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄは、上述した微粉炭供給装置及び混合気量調整装置を構成するダンパ５２（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ）が装着されている。このダンパ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄは、図示しない制御装置がその開度を調整することで、燃焼バーナ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに供給する混合気量、つまり、微粉炭供給量を調整することができる。
【００４１】
なお、図示しないが、火炉１１に設けられる燃焼装置１２の第２段燃焼バーナ２２の下段に位置する第３段燃焼バーナ２３、第４段燃焼バーナ２４、第５段燃焼バーナ２５も同様の構成となっている。
【００４２】
従って、石炭焚きボイラ１０を低負荷運転するとき、上述したように、上部にある２段の燃焼バーナ２１，２２のみを作動させると共に、微粉炭量を減少させる。この微粉炭量の減少は、微粉炭機３１，３２に投入する石炭量を減少させるものであるが、搬送空気量は一定とする。
【００４３】
このとき、制御装置は、第１段燃焼バーナ２１にて、図２に示すように、分岐管２６ａ，２６ｃのダンパ５１ａ，５１ｃを全開とする一方、分岐管２６ｂ，２６ｄのダンパ５１ｂ，５１ｄの開度を、例えば、半開とする。すると、燃焼バーナ２１ａ，２１ｃに供給する混合気量（微粉炭供給量）に対して、燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄに供給する混合気量（微粉炭供給量）を減少させる。具体的に、微粉炭機３１が微粉炭搬送管２６に供給する微粉炭量を１００％とするとき、従来は、全ての燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに均等割合である２５％の微粉炭量を供給している。しかし、本実施例では、例えば、燃焼バーナ２１ａ，２１ｃに３０％の微粉炭量を供給し、燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄに２０％の微粉炭量を供給する。
【００４４】
すると、燃焼バーナ２１ａ，２１ｃは、長い火炎Ｆ１１，Ｆ１３を形成し、燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄは、短い火炎Ｆ１２，Ｆ１４を形成することとなる。この場合、多量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２１ａ，２１ｃは、長くて安定した火炎Ｆ１１，Ｆ１３を形成することとなり、少量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄが形成した短い不安定な火炎Ｆ１２，Ｆ１４を補うこととなり、第１段燃焼バーナ２１は、全体として安定した火炎の旋回流を形成することができる。
【００４５】
一方、制御装置は、第２段燃焼バーナ２２にて、図３に示すように、分岐管２７ａ，２７ｃのダンパ５２ａ，５２ｃを全開とする一方、分岐管２７ｂ，２７ｄのダンパ５２ｂ，５２ｄの開度を、例えば、半開とする。すると、燃焼バーナ２２ａ，２２ｃに供給する混合気量（微粉炭供給量）に対して、燃焼バーナ２２ｂ，２２ｄに供給する混合気量（微粉炭供給量）を減少させる。具体的に、微粉炭機３２が微粉炭搬送管２７に供給する微粉炭量を１００％とするとき、従来は、全ての燃焼バーナ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに均等割合である２５％の微粉炭量を供給している。しかし、本実施例では、例えば、燃焼バーナ２２ａ，２２ｃに３０％の微粉炭量を供給し、燃焼バーナ２２ｂ，２２ｄに２０％の微粉炭量を供給する。
【００４６】
すると、燃焼バーナ２２ａ，２２ｃは、長い火炎Ｆ２１，Ｆ２３を形成し、燃焼バーナ２２ｂ，２２ｄは、短い火炎Ｆ２２，Ｆ２４を形成することとなる。この場合、多量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２２ａ，２２ｃは、長くて安定した火炎Ｆ２１，Ｆ２３を形成することとなり、少量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２２ｂ，２２ｄが形成した短い不安定な火炎Ｆ２２，Ｆ２４を補うこととなり、第２段燃焼バーナ２２は、全体として安定した火炎の旋回流を形成することができる。
【００４７】
即ち、実施例１では、上部に位置する２段の燃焼バーナ２１，２２にて、それぞれ水平方向に隣接する燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ、燃焼バーナ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ同士で隣接する火炎の大きさが異なるように、微粉炭の供給量（供給割合）を異ならせている。
【００４８】
このように実施例１の石炭焚きボイラにあっては、中空形状をなして鉛直方向に火炉１１を設置し、この火炉１１に水平方向及び鉛直方向に沿って配置されて微粉炭と空気との混合気を吹き込むことで所定の形態の火炎を形成可能な複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を有する燃焼装置１２を設けると共に、隣接する火炎を形成する燃焼バーナ２１，２２に異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置として、微粉炭機３１，３２、微粉炭搬送管２６，２７、ダンパ５１，５２を設けている。
【００４９】
従って、異なる微粉炭量が供給された各燃焼バーナ２１，２２は、隣接する火炎の大きさが相違することとなり、小さい火炎は大きい火炎により失火することが抑制され、ボイラ１０の低負荷運転などボイラ１０の運転状態に拘わらず、燃焼バーナ２１，２２の安定した着火を可能とすることで、ボイラ１０の安定した運転を可能とすることができる。
【００５０】
また、実施例１の石炭焚きボイラでは、火炉１１を四角筒形状とし、火炎が水平旋回するように４つの角部に水平方向に沿って燃焼バーナ２１，２２を配置し、ダンパ５１，５２は、水平方向に隣接する燃焼バーナ２１，２２に異なる微粉炭量を供給する。従って、燃焼バーナ２１，２２を火炉１１の各角部に配置し、水平方向に隣接する各燃焼バーナ２１，２２に異なる微粉炭量を供給することで、隣接する火炎の大きさが相違することとなり、小さい火炎は大きい火炎により失火することが抑制され、燃焼バーナ２１，２２の安定した着火を可能とすることができる。
【００５１】
また、実施例１の石炭焚きボイラでは、ダンパ５１，５２は、ボイラ１０の運転状態に応じて設定された微粉炭量に対して、隣接する燃焼バーナ２１，２２に供給する微粉炭量の割合を異ならせるようにしている。従って、容易に隣接する火炎の大きさを相違させることができる。
【００５２】
また、実施例１の石炭焚きボイラでは、石炭を粉砕する微粉炭機３１，３２から空気により複数の燃焼バーナ２１，２２に微粉炭を搬送する複数の微粉炭搬送管２６，２７と、複数の微粉炭搬送管２６，２７に設けられて微粉炭機と空気との混合気量を調整するダンパ５１，５２とを設けている。従って、ダンパ５１，５２により燃焼バーナ２１，２２に供給する微粉炭機と空気との混合気量を調整することで、容易に隣接する火炎の大きさを相違させることができる。
【実施例２】
【００５３】
図４は、本発明の実施例２に係る石炭焚きボイラにおける第１段燃焼バーナの平面図、図５は、実施例２の石炭焚きボイラにおける第２段燃焼バーナの平面図である。なお、本実施例の石炭焚きボイラの基本的な構成は、上述した実施例１とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、上述した実施例１と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５４】
実施例２の石炭焚きボイラの構成は、実施例１と同様であることから、詳細な説明は省略する。
【００５５】
この実施例２の石炭焚きボイラでは、図１に示すように、低負荷運転時に、実施例１と同様に、上部にある２段の燃焼バーナ２１，２２のみを作動させると共に、微粉炭量を減少させる。この微粉炭量の減少は、微粉炭機３１，３２に投入する石炭量を減少させるものであるが、搬送空気量は一定とする。
【００５６】
このとき、制御装置は、第１段燃焼バーナ２１にて、図４に示すように、分岐管２６ａ，２６ｃのダンパ５１ａ，５１ｃを全開とする一方、分岐管２６ｂ，２６ｄのダンパ５１ｂ，５１ｄの開度を、例えば、半開とする。すると、燃焼バーナ２１ａ，２１ｃに供給する混合気量（微粉炭供給量）に対して、燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄに供給する混合気量（微粉炭供給量）を減少させる。具体的に、微粉炭機３１が微粉炭搬送管２６に供給する微粉炭量を１００％とするとき、例えば、燃焼バーナ２１ａ，２１ｃに３０％の微粉炭量を供給し、燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄに２０％の微粉炭量を供給する。
【００５７】
すると、燃焼バーナ２１ａ，２１ｃは、長い火炎Ｆ１１，Ｆ１３を形成し、燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄは、短い火炎Ｆ１２，Ｆ１４を形成することとなる。この場合、多量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２１ａ，２１ｃは、長くて安定した火炎Ｆ１１，Ｆ１３を形成することとなり、少量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄが形成した短い不安定な火炎Ｆ１２，Ｆ１４を補うこととなり、第１段燃焼バーナ２１は、全体として安定した火炎の旋回流を形成することができる。
【００５８】
一方、制御装置は、第２段燃焼バーナ２２にて、図５に示すように、分岐管２７ａ，２７ｃのダンパ５２ａ，５２ｃを半開とする一方、分岐管２７ｂ，２７ｄのダンパ５２ｂ，５２ｄの開度を全開とする。すると、燃焼バーナ２２ｂ，２２ｄに供給する混合気量（微粉炭供給量）に対して、燃焼バーナ２２ａ，２２ｃに供給する混合気量（微粉炭供給量）を減少させる。具体的に、微粉炭機３２が微粉炭搬送管２７に供給する微粉炭量を１００％とするとき、燃焼バーナ２２ｂ，２２ｄに３０％の微粉炭量を供給し、燃焼バーナ２２ａ，２２ｃに２０％の微粉炭量を供給する。
【００５９】
すると、燃焼バーナ２２ａ，２２ｃは、短い火炎Ｆ２１，Ｆ２３を形成し、燃焼バーナ２２ｂ，２２ｄは、長い火炎Ｆ２２，Ｆ２４を形成することとなる。この場合、多量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２２ｂ，２２ｄは、長くて安定した火炎Ｆ２２，Ｆ２４を形成することとなり、少量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２２ａ，２２ｃが形成した短い不安定な火炎Ｆ２１，Ｆ２３を補うこととなり、第２段燃焼バーナ２２は、全体として安定した火炎の旋回流を形成することができる。
【００６０】
また、第１段燃焼バーナ２１と第２段燃焼バーナ２２とを鉛直方向にみたところ、この鉛直方向に隣接する燃焼バーナ２１ａ，２２ａ、燃焼バーナ２１ｂ，２２ｂ、燃焼バーナ２１ｃ，２２ｃ、燃焼バーナ２１ｄ，２２ｄは、それぞれその火炎Ｆ１１，Ｆ２１、火炎Ｆ１２，Ｆ２２、火炎Ｆ１３，Ｆ２３、火炎Ｆ１４，Ｆ２４同士が長短関係となっている。そのため、この場合であっても、多量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２１ａ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｄは、長くて安定した火炎Ｆ１１，Ｆ１３，Ｆ２２，Ｆ２４を形成することとなり、少量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄ，２２ａ，２２ｃが形成した短い不安定な火炎Ｆ１２，Ｆ１４，Ｆ２１，Ｆ２３を補うこととなり、各段燃焼バーナ２１，２２は、全体として安定した火炎の旋回流を形成することができる。
【００６１】
即ち、実施例２では、上部に位置する２段の燃焼バーナ２１，２２にて、それぞれ水平方向及び鉛直方向に隣接する燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ、燃焼バーナ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ同士で隣接する火炎の大きさが異なるように、微粉炭の供給量（供給割合）を異ならせている。
【００６２】
このように実施例２の石炭焚きボイラにあっては、水平方向及び鉛直方向に隣接する火炎を形成する燃焼バーナ２１，２２に異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置として、微粉炭機３１，３２、微粉炭搬送管２６，２７、ダンパ５１，５２を設けている。
【００６３】
従って、異なる微粉炭量が供給された各燃焼バーナ２１，２２は、水平方向及び鉛直方向に隣接する火炎の大きさが相違することとなり、小さい火炎は大きい火炎により失火することが抑制され、ボイラ１０の低負荷運転などボイラ１０の運転状態に拘わらず、燃焼バーナ２１，２２の安定した着火を可能とすることで、ボイラ１０の安定した運転を可能とすることができる。
【実施例３】
【００６４】
図６は、本発明の実施例３に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図、図７は、実施例３の燃焼バーナに使用されるセパレータの概略図である。なお、本実施例の石炭焚きボイラの基本的な構成は、上述した実施例１とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、上述した実施例１と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６５】
実施例３の石炭焚きボイラにおいて、図１及び図６に示すように、最上段に位置する第１燃焼バーナ２１は、４つの角部に設けられる燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから構成されている。微粉炭搬送管６１，６２は、各基端部が微粉炭機３１に連結される一方、先端部はそれぞれ２つの分岐管（分岐ライン）６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂに分岐し、各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに連結されている。そして、微粉炭搬送管６１と各分岐管６１ａ，６１ｂとの分岐部に、微粉燃料供給装置及び混合気量調整装置を構成するセパレータ６３が装着されている。また、微粉炭搬送管６２と各分岐管６２ａ，６２ｂとの分岐部に、微粉燃料供給装置及び混合気量調整装置を構成するセパレータ６４が装着されている。
【００６６】
このセパレータ６３，６４は、ほぼ同様の構成となっていることから、一方のセパレータ６３についてのみ詳細に説明する。セパレータ６３は、微粉炭搬送管６１から通路面積が小さくなる絞り部６３ａと、各分岐管６１ａ，６１ｂにつながるコーナ部６３ｂとを有している。即ち、微粉炭搬送管６１は、途中で絞り部６３ａが連結され、この絞り部６３ａは、ほぼ直角（９０度）に屈曲するコーナ部６３ｂに連結されている。そして、このコーナ部６３ｂに一方の分岐管６１ａが連結される一方、コーナ部６３ｂより微粉炭の流動方向の上流側からほぼ直角（９０度）に分岐する他方の分岐管６１ｂが連結されている。
【００６７】
なお、第２段燃焼バーナも同様の構成となっている。また、第３段、第４段、第５段燃焼バーナの配置は同様であるが、セパレータが装着されていない。
【００６８】
従って、微粉炭機３１の微粉炭と空気との混合気が微粉炭搬送管６１，６２に供給されると、この混合気がセパレータ６３，６４に至ると、このセパレータ６３，６４により一方の分岐管６１ａ，６２ａへの混合気量（微粉炭供給量）に対して、他方の分岐管６１ｂ，６２ｂへの混合気量（微粉炭供給量）が減少する。具体的に、微粉炭と空気の混合気は、微粉炭搬送管６１，６２を流動するときに所定の慣性力を有していることから、コーナ部６３ｂに連続する分岐管６１ａ，６２ａへの混合気量が多くなり、コーナ部６３ｂの手前で分岐する分岐管６１ｂ，６２ｂへの混合気量が少なくなる。すると、例えば、微粉炭機３１が微粉炭搬送管６１，６２に供給する微粉炭量を１００％とするとき、燃焼バーナ２１ａ，２１ｃに３０％の微粉炭量が供給され、燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄに２０％の微粉炭量が供給される。
【００６９】
そのため、燃焼バーナ２１ａ，２１ｃは、長い火炎Ｆ１１，Ｆ１３を形成し、燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄは、短い火炎Ｆ１２，Ｆ１４を形成することとなる。この場合、多量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２１ａ，２１ｃは、長くて安定した火炎Ｆ１１，Ｆ１３を形成することとなり、少量の微粉炭量を含む混合気を吹き込む燃焼バーナ２１ｂ，２１ｄが形成した短い不安定な火炎Ｆ１２，Ｆ１４を補うこととなり、第１段燃焼バーナ２１は、全体として安定した火炎の旋回流を形成することができる。
【００７０】
このように実施例３の石炭焚きボイラにあっては、水平方向に隣接する火炎を形成する燃焼バーナ２１に異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置として、微粉炭機３１，３２、微粉炭搬送管６１，６２、セパレータ６３，６４を設け、このセパレータ６３，６４を、微粉炭搬送管６１に連続するコーナ部６３ｂと、このコーナ部６３ｂに連続する分岐管６１ａ、コーナ部６３ｂの手前で分岐する分岐管６１ｂとで構成している。
【００７１】
従って、異なる微粉炭量が供給された第１燃焼バーナ２１は、水平方向に隣接する火炎の大きさが相違することとなり、小さい火炎は大きい火炎により失火することが抑制され、ボイラ１０の低負荷運転などボイラ１０の運転状態に拘わらず、燃焼バーナ２１の安定した着火を可能とすることで、ボイラ１０の安定した運転を可能とすることができる。また、微粉燃料供給装置として、セパレータ６３，６４を設けたことで、制御などを不要として構造の簡素化、低コスト化を可能とすることができる。
【実施例４】
【００７２】
図８は、本発明の実施例４に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナに使用されるセパレータの概略図である。
【００７３】
実施例４は、上述した実施例３における微粉燃料供給装置の改良である。即ち、微粉炭搬送管７１は、基端部が微粉炭機（図示略）に連結される一方、先端部はそれぞれ２つの分岐管（分岐ライン）７１ａ，７１ｂに分岐し、それぞれ燃焼バーナ（図示略）に連結されている。そして、この微粉炭搬送管７１と各分岐管７１ａ，７１ｂとの分岐部に、微粉燃料供給装置を構成するセパレータ７２が装着されている。
【００７４】
このセパレータ７２は、微粉炭搬送管７１内の径方向中心位置に設けられる障害物７３を有している。即ち、微粉炭搬送管７１は、途中でほぼ直角（９０度）に屈曲しており、この屈曲部（コーナ部）の手前に障害物７３が複数のステイ７４により支持されている。そして、微粉炭搬送管７１における障害物７３の下流側に対向する位置から分岐して分岐管（分岐ライン）７１ｂが設けられると共に、微粉炭搬送管７１における障害物７３の下流側に対向しない位置に分岐管（連結ライン）７１ａが設けられている。この場合、微粉炭搬送管７１から分岐管７１ａに至っては、同じ通路面積で屈曲しており、分岐管７１ｂは、基端部がこの微粉炭搬送管７１の屈曲部からその中心に挿通して設けられている。
【００７５】
従って、微粉炭と空気との混合気が微粉炭搬送管７１に供給されると、この混合気がセパレータ７２に至ると、このセパレータ７２により一方の分岐管７１ａへの混合気量（微粉炭供給量）に対して、他方の分岐管７１ｂへの混合気量（微粉炭供給量）が減少する。具体的に、微粉炭と空気の混合気は、微粉炭搬送管７１を通過するときに、微粉炭が障害物に衝突することで、その外側に移行することから、分岐管７１ｂに入りにくくなる。そのため、分岐管７１ａに流れる混合気の微粉炭濃度が高くなり、分岐管７１ｂへ流れる混合気の微粉炭濃度が低くなる。すると、例えば、微粉炭機が微粉炭搬送管に供給する微粉炭量を１００％とするとき、分岐管７１ａに連結される燃焼バーナに３０％の微粉炭量が供給され、分岐管７１ｂに連結される燃焼バーナに２０％の微粉炭量が供給される。
【００７６】
そのため、隣接する燃焼バーナの火炎の長さが異なることとなり、全体として安定した火炎の旋回流を形成することができる。
【００７７】
このように実施例４の石炭焚きボイラにあっては、水平方向に隣接する火炎を形成する燃焼バーナに異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置として、微粉炭搬送管７１にセパレータ７２を設け、このセパレータ７２を、微粉炭搬送管７１に設けられる障害物７３と、微粉炭搬送管７１における障害物７３の下流側に対向する位置から分岐した分岐管７１ｂと、微粉炭搬送管７１における障害物７３の下流側に対向しない位置に連結される分岐管７１ａとで構成している。
【００７８】
従って、異なる微粉炭量が供給された燃焼バーナは、水平方向に隣接する火炎の大きさが相違することとなり、小さい火炎は大きい火炎により失火することが抑制され、ボイラの低負荷運転などボイラの運転状態に拘わらず、燃焼バーナの安定した着火を可能とすることで、ボイラの安定した運転を可能とすることができる。また、微粉燃料供給装置として、セパレータ７２を設けたことで、制御などを不要として構造の簡素化、低コスト化を可能とすることができる。
【実施例５】
【００７９】
図９は、本発明の実施例５に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図である。
【００８０】
実施例５において、図９に示すように、石炭焚きボイラは、火炉８１と燃焼装置としての燃焼バーナ８２（８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，８２ｆ，８２ｇ，８２ｈ）を有している。火炉８１は、矩形の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉８１を構成する火炉壁の下部に燃焼バーナ８２が設けられている。
【００８１】
本実施例にて、この燃焼バーナ８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，８２ｆ，８２ｇ，８２ｈは、周方向に沿って８個均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って複数セット、つまり、複数段配置されている。
【００８２】
そして、各燃焼バーナ８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，８２ｆ，８２ｇ，８２ｈは、図示しない微粉炭供給管を介して微粉炭機に連結されており、隣接する火炎Ｆ３１，Ｆ３２，Ｆ３３，Ｆ３４，Ｆ３５，Ｆ３６，Ｆ３７，Ｆ３８を形成する燃焼バーナ８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，８２ｆ，８２ｇ，８２ｈに異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置が設けられている。なお、この微粉燃料供給装置は、図示しないが、上述した各実施例で説明した形式のいずれかを適用することができる。
【００８３】
このように実施例５の石炭焚きボイラにあっては、火炉８１を矩形の中空形状とし、この火炉８１に複数の燃焼バーナ８２（８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，８２ｆ，８２ｇ，８２ｈ）を等間隔に配置しているものであっても、隣接する火炎を形成する燃焼バーナ８２に異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置を設けることで、ボイラの運転状態に拘わらず燃焼バーナ８２の安定した着火を可能とすることでボイラの安定した運転を可能とすることができる。
【実施例６】
【００８４】
図１０は、本発明の実施例６に係る石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図である。
【００８５】
実施例６において、図１０に示すように、石炭焚きボイラは、火炉９１と燃焼装置としての燃焼バーナ９２（９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄ，９２ｅ，９２ｆ，９２ｇ，９２ｈ）を有している。火炉９１は、四角形の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉９１を構成する火炉壁の下部に燃焼バーナ９２が設けられている。
【００８６】
本実施例にて、この燃焼バーナ９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄ，９２ｅ，９２ｆ，９２ｇ，９２ｈは、対向する一対の火炉壁に対向すると共に、それぞれ４個均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って複数セット、つまり、複数段配置されている。
【００８７】
そして、各燃焼バーナ９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄ，９２ｅ，９２ｆ，９２ｇ，９２ｈは、図示しない微粉炭供給管を介して微粉炭機に連結されており、隣接する火炎Ｆ４１，Ｆ４２，Ｆ４３，Ｆ４４，Ｆ４５，Ｆ４６，Ｆ４７，Ｆ４８を形成する燃焼バーナ９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄ，９２ｅ，９２ｆ，９２ｇ，９２ｈに異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置が設けられている。なお、この微粉燃料供給装置は、図示しないが、上述した各実施例で説明した形式のいずれかを適用することができる。
【００８８】
このように実施例６の石炭焚きボイラにあっては、火炉９１を四角形の中空形状とし、複数の燃焼バーナ９２（９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄ，９２ｅ，９２ｆ，９２ｇ，９２ｈ）を対向して配置しているものであっても、隣接する火炎を形成する燃焼バーナ９２に異なる微粉炭量を供給する微粉燃料供給装置を設けることで、ボイラの運転状態に拘わらず燃焼バーナ９２の安定した着火を可能とすることでボイラの安定した運転を可能とすることができる。
【００８９】
なお、本発明のボイラは、火炉の形式や形状、燃焼バーナの配置や段数などが上述した各実施例に限定されるものではない。また、燃料を微粉炭と空気の混合気としたが、これに限定されるものではなく、微粉燃料であればよく、例えば、微粉炭に代えてバイオマスや炭化物などを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明に係るボイラは、隣接する火炎を形成する燃焼バーナに異なる微粉炭量を供給することで、ボイラの運転状態に拘わらず燃焼バーナの安定した着火を可能とすることでボイラの安定した運転を可能とするものであり、いずれの微粉燃料用のボイラにも適用することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１０ 石炭焚きボイラ
１１，８１，９１ 火炉
１２ 燃焼装置
２１，２２，２３，２４，２５，８２，９２ 燃焼バーナ
２６，２７，２８，２９，３０ 微粉炭搬送管（微粉炭搬送ライン）
３１，３２，３３，３４，３５ 微粉炭機
４０ 煙道
５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５２，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ ダンパ（微粉燃料供給装置、混合気量調整装置）
６３，６４，７２ セパレータ（微粉燃料供給装置、混合気量調整装置）
６３ｂ コーナ部
７３ 障害物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉と、
該火炉壁に水平方向及び鉛直方向に沿って配置されて微粉燃料と空気との混合気を吹き込むことで所定の形態の火炎を形成可能な複数の燃焼バーナと、
隣接する火炎を形成する前記燃焼バーナに異なる微粉燃料量を供給する微粉燃料供給装置と、
を備えることを特徴とするボイラ。
【請求項２】
前記火炉は、四角筒形状をなし、火炎が水平旋回するように４つの角部に水平方向に沿って前記燃焼バーナを配置し、前記微粉燃料供給装置は、水平方向に隣接する前記燃焼バーナに異なる微粉燃料量を供給することを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
【請求項３】
前記火炉は、四角筒形状をなし、火炎が水平旋回するように４つの角部に水平方向に沿って前記燃焼バーナを配置すると共に、４つの角部に鉛直方向に沿って前記燃焼バーナを配置し、前記微粉燃料供給装置は、鉛直方向に隣接する前記燃焼バーナに異なる微粉燃料量を供給することを特徴とする請求項１または２に記載のボイラ。
【請求項４】
前記微粉燃料供給装置は、ボイラ運転状態に応じて設定された微粉燃料量に対して、隣接する前記燃焼バーナに供給する微粉燃料量の割合を異ならせることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のボイラ。
【請求項５】
前記微粉燃料供給装置は、微粉燃料粉砕機から空気により前記複数の燃焼バーナに微粉燃料を搬送する複数の微粉燃料搬送ラインと、該複数の微粉燃料搬送ラインに設けられて微粉燃料と空気との混合気量を調整する混合気量調整装置とを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のボイラ。
【請求項６】
前記微粉燃料供給装置は、微粉燃料搬送ラインにおけるコーナ部と、該コーナ部より上流側から分岐した分岐ラインとを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のボイラ。
【請求項７】
前記微粉燃料供給装置は、微粉燃料搬送ラインに設けられる障害物と、微粉燃料搬送ラインにおける前記障害物の下流側に対向する位置から分岐した分岐ラインと、微粉燃料搬送ラインにおける前記障害物の下流側に対向しない位置に連結される連結ラインとを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のボイラ。
【請求項１】
中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉と、
該火炉壁に水平方向及び鉛直方向に沿って配置されて微粉燃料と空気との混合気を吹き込むことで所定の形態の火炎を形成可能な複数の燃焼バーナと、
隣接する火炎を形成する前記燃焼バーナに異なる微粉燃料量を供給する微粉燃料供給装置と、
を備えることを特徴とするボイラ。
【請求項２】
前記火炉は、四角筒形状をなし、火炎が水平旋回するように４つの角部に水平方向に沿って前記燃焼バーナを配置し、前記微粉燃料供給装置は、水平方向に隣接する前記燃焼バーナに異なる微粉燃料量を供給することを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
【請求項３】
前記火炉は、四角筒形状をなし、火炎が水平旋回するように４つの角部に水平方向に沿って前記燃焼バーナを配置すると共に、４つの角部に鉛直方向に沿って前記燃焼バーナを配置し、前記微粉燃料供給装置は、鉛直方向に隣接する前記燃焼バーナに異なる微粉燃料量を供給することを特徴とする請求項１または２に記載のボイラ。
【請求項４】
前記微粉燃料供給装置は、ボイラ運転状態に応じて設定された微粉燃料量に対して、隣接する前記燃焼バーナに供給する微粉燃料量の割合を異ならせることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のボイラ。
【請求項５】
前記微粉燃料供給装置は、微粉燃料粉砕機から空気により前記複数の燃焼バーナに微粉燃料を搬送する複数の微粉燃料搬送ラインと、該複数の微粉燃料搬送ラインに設けられて微粉燃料と空気との混合気量を調整する混合気量調整装置とを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のボイラ。
【請求項６】
前記微粉燃料供給装置は、微粉燃料搬送ラインにおけるコーナ部と、該コーナ部より上流側から分岐した分岐ラインとを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のボイラ。
【請求項７】
前記微粉燃料供給装置は、微粉燃料搬送ラインに設けられる障害物と、微粉燃料搬送ラインにおける前記障害物の下流側に対向する位置から分岐した分岐ラインと、微粉燃料搬送ラインにおける前記障害物の下流側に対向しない位置に連結される連結ラインとを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のボイラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１０２９３１（Ｐ２０１２−１０２９３１Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５１３１０（Ｐ２０１０−２５１３１０）
【出願日】平成２２年１１月９日（２０１０．１１．９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月９日（２０１０．１１．９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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