倒立形低ＮＯＸボイラ
【課題】低ＮＯＸボイラにおいて、ＮＯＸ排出量を削減すると共に、炉を停止することなく灰を排出することを可能とし、含有窒素分および含有灰分が多い劣質燃料を用いても無停止連続稼働しうる低ＮＯＸボイラを提供する。
【解決手段】筒型の燃焼室１の上端部に高温還元燃焼ゾーン２、中段部に２段燃焼ゾーン３を形成し、２段燃焼ゾーン３の下部を燃焼室壁が鉛直線に対して３５°程度のテーパ状に狭搾して、テーパ底部に灰排出口８を設けるとともに、２段燃焼ゾーン３の下側面にガス導通路１２に通じるガス流出口１１を備え、ガス導通路１２は、蒸気過熱器管１３、エコノマイザ１４を通った後、後処理工程に接続させる。
【解決手段】筒型の燃焼室１の上端部に高温還元燃焼ゾーン２、中段部に２段燃焼ゾーン３を形成し、２段燃焼ゾーン３の下部を燃焼室壁が鉛直線に対して３５°程度のテーパ状に狭搾して、テーパ底部に灰排出口８を設けるとともに、２段燃焼ゾーン３の下側面にガス導通路１２に通じるガス流出口１１を備え、ガス導通路１２は、蒸気過熱器管１３、エコノマイザ１４を通った後、後処理工程に接続させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化石燃料等を燃焼させてエネルギーを得る火力ボイラに関し、特に脱硝装置を用いずにもＮＯＸ排出量を低減することができる低ＮＯＸボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料等の燃焼に伴って排出されるＮＯＸは、通常ＮＯとＮＯ２の両者を合わせた総称として用いられ、環境保全のためその排出を厳しく削減することが求められている。また、石油燃料枯渇の鈍化や燃料コストの節約の観点から、窒素分や残留炭素分が多い劣質燃料や灰分を多量に発生する劣質燃料、例えばアスファルト、オイルコークス、炭化下水汚泥などをボイラ燃料として用いることがある。このような劣質燃料を用いる場合、低ＮＯＸ燃焼や低煤塵燃焼など燃焼排ガスの環境負荷低減と、燃焼灰によるダストトラブルを抑制するなどボイラの安定連続運転とが求められる。特に、窒素含有率と残留炭素分が高い劣質燃料では、従来以上に厳格なＮＯＸ排出量低減と煤塵量低減が求められる。
【０００３】
ボイラにおけるＮＯＸ排出量の低減策として、ＮＯＸの発生量が燃焼領域におけるＯ２分圧や燃焼温度に強く依存することに着目した２段燃焼や燃焼ガス再循環等の技術が供されている。２段燃焼は、バーナゾーンに供給される燃焼用空気を理論燃焼空気比以下の還元状態に保って高温で燃焼させることによりＮＯＸの生成量を抑制し、さらに未燃焼分を別途供給する過剰空気によって酸化雰囲気中で比較的低温で完全燃焼させるようにしてＮＯＸ排出量を低下させるものである。また、燃焼ガス再循環は、燃焼用空気に燃焼ガスの一部を再循環によって混入させ、Ｏ２分圧を下げた高温空気を導入し、緩慢燃焼によって火炎温度を下げることによりＮＯＸ排出量を低下させるものである。
【０００４】
２段燃焼の技術を用いた従来発明として、本願発明者が先に考案し、特許文献１に記載された低ＮＯＸボイラの構造がある。この低ＮＯＸボイラは、図１０に示すとおり、内周壁に耐火物を貼設し、側壁にバーナを取り付けた高温還元燃焼ゾーンを燃焼室の底部に形成し、その上方に燃焼ガス流路の絞り部を介して内周壁を水冷壁構造とし側壁に２段燃焼用空気ノズルを取り付けた２段燃焼ゾーンを形成した構成になっている。
高温還元燃焼ゾーンにおいて燃料過濃の状態で平均約１５００℃の高温を維持して燃焼を行わせ、絞り部を通って２段燃焼ゾーンに上昇してきた燃焼ガスに２段燃焼用空気ノズルから新たに燃焼用空気を供給して比較的低温の酸化雰囲気で燃焼を完結させるものである。
【０００５】
燃焼におけるＮＯを含むＮ系生成物の総量は、図３に実験結果を示すように、空気比＜１となる還元雰囲気下では高温であるほど少なく、空気比＞１となる酸化雰囲気では低温であるほど少ない。特許文献１に記載の発明は、この現象を利用したもので、多量の窒素を含む燃料の低低ＮＯＸ化に顕著な効果を呈する。特許文献１に記載された低ＮＯＸボイラにおいては、高温還元燃焼ゾーンでは還元雰囲気下で比較的高温で燃料を燃焼させ、２段燃焼ゾーンに流入した部分燃焼ガスに比較的低温の空気を供給して、低温酸化雰囲気で残存燃料を燃焼させて燃焼を完結させることで、各ゾーンでのＮＯＸ排出量を低減している。
【０００６】
このような低ＮＯＸボイラの構成は、たとえばＣ重油、アスファルト焚きで実機に適用され効果的に稼働している。しかしながら、たとえばオイルコークス、炭化下水汚泥などの劣質燃料をボイラ燃料として使用した場合、ＮＯＸ低下効果は十分発揮するものの、バナジウムなどのメタル成分等で生成された灰分を多く含むために発生する燃焼灰が炉底に蓄積する問題が新たな懸案になっている。
【０００７】
上記従来発明の低ＮＯＸボイラでは、例えば数ヶ月〜半年の連続運転を行うと、燃料から発生する灰が炉内に蓄積するため、定期的に炉を停止して灰の除去作業を行う必要がある。灰が蓄積する炉底の高温還元燃焼ゾーンは、一酸化炭素や硫化水素などの有毒成分を含む高温部分燃焼ガスが充満しているため、高温で溶融している炉底灰を安定して排出することは難しい。
【０００８】
たとえば、炉の底部に灰の排出口を設けることも考えられるが、底部にあたる高温還元燃焼ゾーンは高温の有害ガス雰囲気になるため、万一のガス漏洩の危険性を考慮すると排出口の開設は困難である。また、炉底に灰排出口を設けると、開口部からの漏れ込み空気により高温還元燃焼雰囲気が阻害され、超低ＮＯＸ・低煤塵燃焼性能が低下するおそれがある。
なお、燃焼中は炉底雰囲気が高温になっているため灰が溶融するが、炉の冷却後は灰が固化するため、灰を排出するには、炉の冷却後に削岩機等で粉砕除去する必要があり、炉を停止・起動する必要があることと相まって保守作業に非常なコストがかかっている。
【特許文献１】特許２６６７６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、低ＮＯＸボイラにおいて、ＮＯＸ排出量を削減すると共に、炉を停止することなく灰を排出することを可能とし、含有窒素分および含有灰分が多い劣質燃料を用いても無停止連続稼働しうる低ＮＯＸボイラを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の倒立形低ＮＯＸボイラは、窒素分および灰分を含む液体、気体もしくは微粉体の炭素燃料を燃焼して熱エネルギーを得るボイラであって、縦型で一体型の燃焼室を有し、燃焼室の上端部に耐火材で囲繞されバーナを備えた高温還元燃焼ゾーンを形成し、燃焼室の高温還元燃焼ゾーンより下部に２段燃焼用空気ノズルを備えた２段燃焼ゾーンを形成し、２段燃焼ゾーンより下部に燃焼ガス流出口を形成し、燃焼室の炉底に灰排出装置を配設した構成であって、高温還元燃焼ゾーンに炭素燃料を投入してバーナにより高温還元雰囲気で燃焼させ、下方に位置する２段燃焼ゾーンに流下する燃焼ガスに２段燃焼空気用ノズルから燃焼ガスより低温の２段燃焼用空気を供給して低温酸化雰囲気で燃焼を完結させ、さらに下方に位置する燃焼ガス流出口から燃焼ガスを流出させると共に、炉底に蓄積する燃焼灰を固形で灰排出機構により炉の運転中に排出し得るようにしたものである。
【００１１】
高温還元燃焼ゾーンと２段燃焼ゾーンは、燃焼室水平断面積を２０〜５０％減少させる絞り部で区切ることができる。燃焼室の炉底を鉛直線に対して４５°以下、望ましくは３５°程度のテーパ状に形成し、テーパの下端に灰排出機構を配設すると、簡素な構造で効率的に灰を炉外に排出する形態とすることができる。
高温還元燃焼ゾーンに設置するバーナは、複数のバーナが対向する２側面に水平に並列しかつ火炎軸が交差しないように配置してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の倒立形低ＮＯＸボイラは、燃料を高温還元燃焼ゾーンにおいて高温還元雰囲気で燃焼し、残燃料を含む燃焼ガスをさらに２段燃焼ゾーンにおいて低温酸化雰囲気で完全に燃焼させるため、効果的にＮＯＸ発生を抑制している。特に、燃焼ガスが天側から地側に流下する構造になっているため、浮力が上方に働いてガス流れに逆行するので、燃焼ガス密度が増加する。このため、従来の低ＮＯＸボイラよりさらに燃焼が促進され、炉上部に配された還元燃焼室における温度がさらに上昇し、温度分布の均一化が達成され、低ＮＯＸ・低煤塵燃焼性能が向上する。
【００１３】
本発明によれば、超高温の高温還元燃焼部を上部に配し、低温になった燃焼ガスが下部から流出する構成とすることで、炉底部に燃焼灰が堆積するようになり、また炉底部に灰排出機構を安全に設置することができるようになった。燃焼灰は高温還元燃焼部では溶融して液化するが、燃焼ガスと一緒に２段燃焼ゾーンに流下してくると凝固点以下に冷却されて固化し、炉底部に沈降して固形のまま堆積する。
【００１４】
また、灰排出装置の周辺は低温酸化雰囲気になっているため、灰排出機構を設置して炉底部を大気に開放しても燃焼の維持に影響を与えない。したがって、炉の稼働中に安全に灰を排出することができるため、従来の低ＮＯＸボイラでは成し得なかった長期間連続運転が可能となり、保守コストが削減される。また、灰分を多く含む劣質燃料を使用することができるため、燃料コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。図１は本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラの概略機能図であり、図２は概略斜視透視図である。
【００１６】
本発明の倒立形低ＮＯＸボイラは、縦型の燃焼室１の上端部に高温還元燃焼ゾーン２、中段部に２段燃焼ゾーン３が形成されており、高温還元燃焼ゾーン２と２段燃焼ゾーン３は絞り部４で区切られている。高温還元燃焼ゾーン２には、側壁にバーナ５が設けられており、側壁と上壁は１６５０℃以上の炉内温度に対応する程度の耐火材６で覆われている。
【００１７】
絞り部４は、燃焼室１の内面全周囲に鍔状の突起が突出し、燃焼室１に対してガス通過断面積が２０〜５０％程度絞られている。また、絞り部４の高温還元燃焼ゾーン２に面する側は高温還元燃焼ゾーン２と同様に耐火材で覆われている。バーナ５は、燃焼室１の高温還元燃焼ゾーン２における対向する２側面に水平方向に並列して備わり、火炎軸が正対しないよう軸平行かつ間隔を開けて配されている。
【００１８】
絞り部４の下方には２段燃焼用空気ノズル７が開口し、２段燃焼ゾーン３となっている。２段燃焼ゾーン３の下部は燃焼室壁が鉛直線に対して３５°程度のテーパ状に狭搾しており、テーパ底部に灰排出口８が設けられている。テーパの角度は、堆積する物質と壁との間の臨界接触角により最適値が異なるが、崩れやすい物体を扱うときは４５°程度でも使用できる。２段燃焼ゾーン３は、側壁に図中境界として示された冷却管が配された水冷壁構造となっていて、水冷されている。冷却管は燃焼室１の底部で非加熱降水管１０に接続され、燃焼室１より高い位置に設けられた汽水胴９により非加熱降水管１０を介して高温還元燃焼ゾーン１に十分高圧な冷却水を確実に供給できるように構成されている。
【００１９】
２段燃焼ゾーン３の下側面にガス流出口１１が設けられ、ガス導通路１２に通じている。ガス導通路１２は、蒸気過熱器管１３、エコノマイザ１４を通った後、後処理工程に燃焼ガスを搬送する。蒸気過熱器管１３、エコノマイザ１４部の底部に灰排出口１５が備わっている。
【００２０】
本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラは、液状、ガス状、微粉状の炭素燃料を燃焼させ、燃焼ガスから熱エネルギを回収する火力ボイラである。本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラは、燃焼室１の上端部に燃料を供給して還元雰囲気で燃焼させ、燃焼を上端部から下方に向かって進行させ酸化雰囲気中で燃焼を完結させ、燃焼ガスを下部から取り出すことに特徴がある。
【００２１】
まず、高温還元ゾーン２におけるバーナ５に燃料と空気を導入して燃焼を開始する。高温還元燃焼ゾーン２では、空気の導入を抑制し、空気比を１以下の、たとえば０．６〜０．８程度の還元雰囲気に維持して、燃料に応じて選択される約１５００℃程度の高温度で燃料を燃焼させる。高温還元燃焼ゾーン２では、水平に軸をずらせて配されたバーナ５からの火炎により、燃焼ガスが水平方向に渦を巻いて対流する。さらに、高温還元燃焼ゾーン２が高温のため燃焼ガスの密度が低いことと相俟って、燃焼ガスは高温還元燃焼ゾーン２に長時間留まり、耐火材６に保温されて安定的に燃焼が行き渡る。
【００２２】
高温還元燃焼ゾーン２での燃焼を経て十分に熱せられた燃焼ガスは、新たに投入される燃料により燃焼ガスが増加するため高温還元燃焼ゾーン２から押し出されて絞り部４を通って２段燃焼ゾーン３に流下する。２段燃焼ゾーン３では、２段燃焼用空気ノズル７から比較的低温の２段燃焼用空気が十分に供給され、燃焼ガスの未燃分が酸化雰囲気で完全に燃焼される。
【００２３】
燃焼ガスは、燃焼が完結したのち、燃焼室内を降下してガス流出口１１からガス導通路１２に流出する。ガス導通路１２では、蒸気過熱器管１３およびエコノマイザ１４においてボイラ給水と熱交換を行い、後処理工程に流出する。
【００２４】
燃料中に含まれるメタル分や未燃炭素により発生する燃焼灰は、オイルコークスの場合、融点がほぼ１２００〜１４００℃程度であるので、１５００〜１６００℃になる高温還元燃焼ゾーン２で液化し炉壁に付着して壁を伝って流下したり、液滴として燃焼ガス中を落下したり燃焼ガスに流されて降下したりする。高温還元燃焼ゾーン２の壁を伝って流下する燃焼灰の溶融物も、絞り部４の縁から滴下したり２段燃焼ゾーン３の壁を伝って流下したりする。２段燃焼ゾーン３の下部は１１００℃程度になっているので、燃焼灰の溶融物は、２段燃焼ゾーン３を通過する間に冷却されて融点以下になって固化する。
【００２５】
燃焼ガスと一緒に２段燃焼ゾーン３を流下する燃焼灰の溶融物は、粉体となって燃焼室１の炉底に向かって落下する。また、燃焼室１壁に付着した燃焼灰溶融物も、２段燃焼ゾーン３の低温により固化し壁から剥離して壁面を滑落し、同様に燃焼室１底に落下する。燃焼室１の下部は急勾配のテーパ状になっているため、炉底に向かって落下する固体の燃焼灰は燃焼室１の底部に集まり、燃焼室１底に堆積した燃焼灰は燃焼室用の灰排出口８から炉外に排出される。灰排出口８は、常時開口する形態としても良いし、例えば蓋状の底板を備えて開閉可能とし、必要時に底板を開いて灰を排出、回収するようにしても良い。なお、燃焼灰を炉底の灰排出口８から固形で排出できるよう、ガス流出口１１における燃焼ガスの温度を、使用燃料と灰性状に適した温度まで低下させることが好ましい。
また、水封式のチェンコンベアを使って、連続的に排出することも可能である。
【００２６】
燃焼ガス中に同伴された残留灰分は、蒸気過熱器管１３およびエコノマイザ１４のあるガス導通路１２で燃焼ガスが低速になるとガスから分離して落下し、ガス導通路１２に設けられたガス導通路用の灰排出口１５で回収される。
【００２７】
本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラでは、高温還元燃焼ゾーン２において高温還元雰囲気で炭素燃料が初期燃焼され、さらに２段燃焼ゾーン３において低温酸化雰囲気で２段燃焼される。
図３に示すとおり、炭素燃料の燃焼におけるＮＯＸの発生量は、燃焼温度と空気比に強く依存している。空気比１未満すなわち還元雰囲気下では高温になるほどＮＯＸ発生量が少なく、空気比１以上の酸化雰囲気下では低温になるほどＮＯＸ発生量が少ない。
この特性を利用し、本実施形態のボイラでは、炭素燃料を高温還元燃焼と低温酸化燃焼の２段階に燃焼させることで、効果的にＮＯＸ発生量を削減している。
【００２８】
一般に炉内では、炉内の高温燃焼により燃料に含まれる窒素を急速にシアン化窒素、アンモニア、酸化窒素などの窒素系中間生成物に変換させ、中間生成物の一部が酸化されて酸化窒素となる。
しかし、本実施形態の燃焼室では、高温還元燃焼ゾーン２の高温還元雰囲気下で中間生成物と反応して窒素に還元されることでＮＯＸの生成を抑制し、２段燃焼ゾーン３においてガス温度が下がった段階で２段燃焼用の空気を投入して未燃分を完全に燃焼させることで、サーマルＮＯＸの生成を抑制するから、ＮＯＸの発生を効果的に抑制することができる。
【００２９】
図４〜９は本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラと従来の低ＮＯＸボイラについてシミュレーションにより２段燃焼ボイラの圧力分布および温度分布を求めて得た分布図である。図４，５はそれぞれ従来型ボイラと本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラの縦断面における圧力分布図、図６，７は高温還元燃焼ゾーンの横断面における温度分布図、図８，９は縦断面における温度分布図である。
【００３０】
図４および図５によりボイラ内部の圧力分布状況を比較して明らかなように、図５に示す本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラでは、高温還元燃焼ゾーン２が上部にあり、より低温の２段燃焼ゾーン３が下方に位置するため、高温還元燃焼ゾーン２中の燃焼ガスの流下が妨げられて、高温還元燃焼ゾーン２の圧力が高くなっている。また、燃焼室１全体のガス圧も高くなっている。特に高温還元燃焼ゾーン２を中心として燃焼室１内のガス密度がより高く、また、燃焼ガスの流れ方向に逆行する方向に浮力が働くため、路壁近傍における燃焼ガスのすり抜けなどが少なくなるので、高温還元燃焼ゾーン２、２段燃焼ゾーン３共に十分に均等な燃焼を行き渡らせることができる。
【００３１】
また、図６および図７により高温還元燃焼ゾーン２における断面温度分布を比較すると、高温還元燃焼ゾーン２において、図７に示す本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラの方がより高温の燃焼ガスが広く行き渡っている。このことから、本実施形態のボイラの方が従来型ボイラと比較して、高温還元燃焼ゾーン２での燃焼がより均等かつ安定していることが明らかである。
【００３２】
図８および図９により燃焼室縦断面の温度分布を比較すると、従来型ボイラより、図９に示す本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラの方が、高温還元燃焼ゾーン２における高温領域が広く、炉底近くのガス流出口１１付近における温度が低くなっている。また、炉内の全域に亘って温度均一化傾向が観察される。高温還元燃焼ゾーン２での還元雰囲気での高温燃焼、および、２段燃焼ゾーン３での酸化雰囲気での低温燃焼によるＮＯＸ発生量削減効果が大きいことが推定される。
さらに、炉内の燃焼ガスの速度ベクトルを求めると、従来型低ＮＯＸボイラと同様、本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラにおいても、還元燃焼室絞り部の高さからバーナ方向に燃焼ガスが逆流する動きが観察されるが、絞り部より下流から戻る流れは観察されなかった。
【００３３】
なお、本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラでは、高温還元燃焼ゾーン２の温度が従来型のボイラより高くなる。したがって、冷却性能を向上させるため、汽水胴９を燃焼室１の上端より高い位置に設置して非加熱降水管１０を燃焼室１高より長くし、非加熱降水管１０内の冷却水圧を大きくして冷却水の循環を促進している。
【００３４】
一方、従来の低ＮＯＸボイラでは、灰が堆積するべき炉底が高温還元燃焼ゾーンに位置していたため、炉底に灰排出口を設けると、灰排出口から流入する空気が高温還元燃焼ゾーンの還元雰囲気を破ることや、高温還元燃焼ゾーンに充満する燃焼ガスは不完全燃焼の状態であるため、危険な一酸化炭素や硫化物を含んでおり、万一の際に人体に対する危険があること、また、高温還元燃焼ゾーンに溜まる溶融状態の炉底灰を安定して排出させることは技術的に難しいため、炉底に灰排出口を設けることができなかった。そのため、数ヶ月から半年に一度、ボイラを停止して灰の回収を行う必要があった。特に灰分を多く含む劣質燃料を用いた場合は、さらに頻繁に炉の清掃を行う必要があり非常に不経済であるため、結局、劣質燃料を用いることができなかった。
【００３５】
しかし、本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラでは、従来の低ＮＯＸボイラを倒立させ、高温還元燃焼ゾーン２を上部に、より低温の２段燃焼ゾーン３を下方に配したため、灰が降下し堆積する底部に灰排出口８を設けることが可能になった。
【００３６】
本実施形態のボイラでは、灰排出口８付近を流通する燃焼ガスは、２段燃焼ゾーン３を経て完全に燃焼しているため、不完全燃焼により生じる一酸化炭素や硫化物等の有害物質が少なく有毒性が低い。また、灰排出口８が燃焼ゾーンに位置していないため、開口部から大気が流入しても冷却による燃焼の阻害や、空気比が崩れることによる脱硝効果の低下の恐れが少ない。
【００３７】
ボイラに灰排出口８を設けたことにより、炉を停止させずに灰の回収ができるようになったため、炉の連続運転が可能になり、灰分を多く含む劣質燃料を使用できるようになった。したがって、本実施形態のボイラを用いれば、運転コストを著しく節約することができる。また、灰排出口８で大部分の灰を回収できるため、後処理工程に備える集塵機等にかかる負荷が小さくなる。
【００３８】
したがって、例えばＣ重油、アスファルト、オイルコークス、炭化下水汚泥などの、窒素分、灰分を多く含み従来はボイラ燃料として使用し難かった劣質燃料を用いて運転することができるため、燃料費を節約することができ、非常に経済的である。また、従来は燃料として十分に活用されなかった劣質化石燃料や、非化石燃料である炭化下水汚泥などを積極的に利用できるため、化石燃料の枯渇を鈍化させる意味でも本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラが非常な効果を持つ。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、炭素燃料を燃焼させて熱エネルギーを回収するボイラにおいて利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の１実施形態における倒立形低ＮＯＸボイラの概略機能図である。
【図２】本発明の１実施形態における倒立形低ＮＯＸボイラの概略斜視透視図である。
【図３】燃焼領域における空気比や燃焼温度に対するＮＯＸの発生量を示すグラフである。
【図４】従来型の２段燃焼ボイラの圧力分布を表す分布図である。
【図５】本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラの圧力分布を表す分布図である。
【図６】従来型の２段燃焼ボイラにかかる高温還元燃焼ゾーンの横断面における温度分布を表す分布図である。
【図７】本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラにかかる高温還元燃焼ゾーンの横断面における温度分布を表す分布図である。
【図８】従来型の２段燃焼ボイラの縦断面における温度分布を表す分布図である。
【図９】本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラの縦断面における温度分布を表す分布図である。
【図１０】従来型のボイラを示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 燃焼室
２ 高温還元燃焼ゾーン
３ ２段燃焼ゾーン
４ 絞り部
５ バーナ
６ 耐火材
７ ２段燃焼用空気ノズル
８ 灰排出口
９ 汽水胴
１０ 非加熱降水管
１１ ガス流出口
１２ ガス導通路
１３ 蒸気過熱器管
１４ エコノマイザ
１５ 灰排出口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化石燃料等を燃焼させてエネルギーを得る火力ボイラに関し、特に脱硝装置を用いずにもＮＯＸ排出量を低減することができる低ＮＯＸボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料等の燃焼に伴って排出されるＮＯＸは、通常ＮＯとＮＯ２の両者を合わせた総称として用いられ、環境保全のためその排出を厳しく削減することが求められている。また、石油燃料枯渇の鈍化や燃料コストの節約の観点から、窒素分や残留炭素分が多い劣質燃料や灰分を多量に発生する劣質燃料、例えばアスファルト、オイルコークス、炭化下水汚泥などをボイラ燃料として用いることがある。このような劣質燃料を用いる場合、低ＮＯＸ燃焼や低煤塵燃焼など燃焼排ガスの環境負荷低減と、燃焼灰によるダストトラブルを抑制するなどボイラの安定連続運転とが求められる。特に、窒素含有率と残留炭素分が高い劣質燃料では、従来以上に厳格なＮＯＸ排出量低減と煤塵量低減が求められる。
【０００３】
ボイラにおけるＮＯＸ排出量の低減策として、ＮＯＸの発生量が燃焼領域におけるＯ２分圧や燃焼温度に強く依存することに着目した２段燃焼や燃焼ガス再循環等の技術が供されている。２段燃焼は、バーナゾーンに供給される燃焼用空気を理論燃焼空気比以下の還元状態に保って高温で燃焼させることによりＮＯＸの生成量を抑制し、さらに未燃焼分を別途供給する過剰空気によって酸化雰囲気中で比較的低温で完全燃焼させるようにしてＮＯＸ排出量を低下させるものである。また、燃焼ガス再循環は、燃焼用空気に燃焼ガスの一部を再循環によって混入させ、Ｏ２分圧を下げた高温空気を導入し、緩慢燃焼によって火炎温度を下げることによりＮＯＸ排出量を低下させるものである。
【０００４】
２段燃焼の技術を用いた従来発明として、本願発明者が先に考案し、特許文献１に記載された低ＮＯＸボイラの構造がある。この低ＮＯＸボイラは、図１０に示すとおり、内周壁に耐火物を貼設し、側壁にバーナを取り付けた高温還元燃焼ゾーンを燃焼室の底部に形成し、その上方に燃焼ガス流路の絞り部を介して内周壁を水冷壁構造とし側壁に２段燃焼用空気ノズルを取り付けた２段燃焼ゾーンを形成した構成になっている。
高温還元燃焼ゾーンにおいて燃料過濃の状態で平均約１５００℃の高温を維持して燃焼を行わせ、絞り部を通って２段燃焼ゾーンに上昇してきた燃焼ガスに２段燃焼用空気ノズルから新たに燃焼用空気を供給して比較的低温の酸化雰囲気で燃焼を完結させるものである。
【０００５】
燃焼におけるＮＯを含むＮ系生成物の総量は、図３に実験結果を示すように、空気比＜１となる還元雰囲気下では高温であるほど少なく、空気比＞１となる酸化雰囲気では低温であるほど少ない。特許文献１に記載の発明は、この現象を利用したもので、多量の窒素を含む燃料の低低ＮＯＸ化に顕著な効果を呈する。特許文献１に記載された低ＮＯＸボイラにおいては、高温還元燃焼ゾーンでは還元雰囲気下で比較的高温で燃料を燃焼させ、２段燃焼ゾーンに流入した部分燃焼ガスに比較的低温の空気を供給して、低温酸化雰囲気で残存燃料を燃焼させて燃焼を完結させることで、各ゾーンでのＮＯＸ排出量を低減している。
【０００６】
このような低ＮＯＸボイラの構成は、たとえばＣ重油、アスファルト焚きで実機に適用され効果的に稼働している。しかしながら、たとえばオイルコークス、炭化下水汚泥などの劣質燃料をボイラ燃料として使用した場合、ＮＯＸ低下効果は十分発揮するものの、バナジウムなどのメタル成分等で生成された灰分を多く含むために発生する燃焼灰が炉底に蓄積する問題が新たな懸案になっている。
【０００７】
上記従来発明の低ＮＯＸボイラでは、例えば数ヶ月〜半年の連続運転を行うと、燃料から発生する灰が炉内に蓄積するため、定期的に炉を停止して灰の除去作業を行う必要がある。灰が蓄積する炉底の高温還元燃焼ゾーンは、一酸化炭素や硫化水素などの有毒成分を含む高温部分燃焼ガスが充満しているため、高温で溶融している炉底灰を安定して排出することは難しい。
【０００８】
たとえば、炉の底部に灰の排出口を設けることも考えられるが、底部にあたる高温還元燃焼ゾーンは高温の有害ガス雰囲気になるため、万一のガス漏洩の危険性を考慮すると排出口の開設は困難である。また、炉底に灰排出口を設けると、開口部からの漏れ込み空気により高温還元燃焼雰囲気が阻害され、超低ＮＯＸ・低煤塵燃焼性能が低下するおそれがある。
なお、燃焼中は炉底雰囲気が高温になっているため灰が溶融するが、炉の冷却後は灰が固化するため、灰を排出するには、炉の冷却後に削岩機等で粉砕除去する必要があり、炉を停止・起動する必要があることと相まって保守作業に非常なコストがかかっている。
【特許文献１】特許２６６７６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、低ＮＯＸボイラにおいて、ＮＯＸ排出量を削減すると共に、炉を停止することなく灰を排出することを可能とし、含有窒素分および含有灰分が多い劣質燃料を用いても無停止連続稼働しうる低ＮＯＸボイラを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の倒立形低ＮＯＸボイラは、窒素分および灰分を含む液体、気体もしくは微粉体の炭素燃料を燃焼して熱エネルギーを得るボイラであって、縦型で一体型の燃焼室を有し、燃焼室の上端部に耐火材で囲繞されバーナを備えた高温還元燃焼ゾーンを形成し、燃焼室の高温還元燃焼ゾーンより下部に２段燃焼用空気ノズルを備えた２段燃焼ゾーンを形成し、２段燃焼ゾーンより下部に燃焼ガス流出口を形成し、燃焼室の炉底に灰排出装置を配設した構成であって、高温還元燃焼ゾーンに炭素燃料を投入してバーナにより高温還元雰囲気で燃焼させ、下方に位置する２段燃焼ゾーンに流下する燃焼ガスに２段燃焼空気用ノズルから燃焼ガスより低温の２段燃焼用空気を供給して低温酸化雰囲気で燃焼を完結させ、さらに下方に位置する燃焼ガス流出口から燃焼ガスを流出させると共に、炉底に蓄積する燃焼灰を固形で灰排出機構により炉の運転中に排出し得るようにしたものである。
【００１１】
高温還元燃焼ゾーンと２段燃焼ゾーンは、燃焼室水平断面積を２０〜５０％減少させる絞り部で区切ることができる。燃焼室の炉底を鉛直線に対して４５°以下、望ましくは３５°程度のテーパ状に形成し、テーパの下端に灰排出機構を配設すると、簡素な構造で効率的に灰を炉外に排出する形態とすることができる。
高温還元燃焼ゾーンに設置するバーナは、複数のバーナが対向する２側面に水平に並列しかつ火炎軸が交差しないように配置してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の倒立形低ＮＯＸボイラは、燃料を高温還元燃焼ゾーンにおいて高温還元雰囲気で燃焼し、残燃料を含む燃焼ガスをさらに２段燃焼ゾーンにおいて低温酸化雰囲気で完全に燃焼させるため、効果的にＮＯＸ発生を抑制している。特に、燃焼ガスが天側から地側に流下する構造になっているため、浮力が上方に働いてガス流れに逆行するので、燃焼ガス密度が増加する。このため、従来の低ＮＯＸボイラよりさらに燃焼が促進され、炉上部に配された還元燃焼室における温度がさらに上昇し、温度分布の均一化が達成され、低ＮＯＸ・低煤塵燃焼性能が向上する。
【００１３】
本発明によれば、超高温の高温還元燃焼部を上部に配し、低温になった燃焼ガスが下部から流出する構成とすることで、炉底部に燃焼灰が堆積するようになり、また炉底部に灰排出機構を安全に設置することができるようになった。燃焼灰は高温還元燃焼部では溶融して液化するが、燃焼ガスと一緒に２段燃焼ゾーンに流下してくると凝固点以下に冷却されて固化し、炉底部に沈降して固形のまま堆積する。
【００１４】
また、灰排出装置の周辺は低温酸化雰囲気になっているため、灰排出機構を設置して炉底部を大気に開放しても燃焼の維持に影響を与えない。したがって、炉の稼働中に安全に灰を排出することができるため、従来の低ＮＯＸボイラでは成し得なかった長期間連続運転が可能となり、保守コストが削減される。また、灰分を多く含む劣質燃料を使用することができるため、燃料コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。図１は本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラの概略機能図であり、図２は概略斜視透視図である。
【００１６】
本発明の倒立形低ＮＯＸボイラは、縦型の燃焼室１の上端部に高温還元燃焼ゾーン２、中段部に２段燃焼ゾーン３が形成されており、高温還元燃焼ゾーン２と２段燃焼ゾーン３は絞り部４で区切られている。高温還元燃焼ゾーン２には、側壁にバーナ５が設けられており、側壁と上壁は１６５０℃以上の炉内温度に対応する程度の耐火材６で覆われている。
【００１７】
絞り部４は、燃焼室１の内面全周囲に鍔状の突起が突出し、燃焼室１に対してガス通過断面積が２０〜５０％程度絞られている。また、絞り部４の高温還元燃焼ゾーン２に面する側は高温還元燃焼ゾーン２と同様に耐火材で覆われている。バーナ５は、燃焼室１の高温還元燃焼ゾーン２における対向する２側面に水平方向に並列して備わり、火炎軸が正対しないよう軸平行かつ間隔を開けて配されている。
【００１８】
絞り部４の下方には２段燃焼用空気ノズル７が開口し、２段燃焼ゾーン３となっている。２段燃焼ゾーン３の下部は燃焼室壁が鉛直線に対して３５°程度のテーパ状に狭搾しており、テーパ底部に灰排出口８が設けられている。テーパの角度は、堆積する物質と壁との間の臨界接触角により最適値が異なるが、崩れやすい物体を扱うときは４５°程度でも使用できる。２段燃焼ゾーン３は、側壁に図中境界として示された冷却管が配された水冷壁構造となっていて、水冷されている。冷却管は燃焼室１の底部で非加熱降水管１０に接続され、燃焼室１より高い位置に設けられた汽水胴９により非加熱降水管１０を介して高温還元燃焼ゾーン１に十分高圧な冷却水を確実に供給できるように構成されている。
【００１９】
２段燃焼ゾーン３の下側面にガス流出口１１が設けられ、ガス導通路１２に通じている。ガス導通路１２は、蒸気過熱器管１３、エコノマイザ１４を通った後、後処理工程に燃焼ガスを搬送する。蒸気過熱器管１３、エコノマイザ１４部の底部に灰排出口１５が備わっている。
【００２０】
本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラは、液状、ガス状、微粉状の炭素燃料を燃焼させ、燃焼ガスから熱エネルギを回収する火力ボイラである。本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラは、燃焼室１の上端部に燃料を供給して還元雰囲気で燃焼させ、燃焼を上端部から下方に向かって進行させ酸化雰囲気中で燃焼を完結させ、燃焼ガスを下部から取り出すことに特徴がある。
【００２１】
まず、高温還元ゾーン２におけるバーナ５に燃料と空気を導入して燃焼を開始する。高温還元燃焼ゾーン２では、空気の導入を抑制し、空気比を１以下の、たとえば０．６〜０．８程度の還元雰囲気に維持して、燃料に応じて選択される約１５００℃程度の高温度で燃料を燃焼させる。高温還元燃焼ゾーン２では、水平に軸をずらせて配されたバーナ５からの火炎により、燃焼ガスが水平方向に渦を巻いて対流する。さらに、高温還元燃焼ゾーン２が高温のため燃焼ガスの密度が低いことと相俟って、燃焼ガスは高温還元燃焼ゾーン２に長時間留まり、耐火材６に保温されて安定的に燃焼が行き渡る。
【００２２】
高温還元燃焼ゾーン２での燃焼を経て十分に熱せられた燃焼ガスは、新たに投入される燃料により燃焼ガスが増加するため高温還元燃焼ゾーン２から押し出されて絞り部４を通って２段燃焼ゾーン３に流下する。２段燃焼ゾーン３では、２段燃焼用空気ノズル７から比較的低温の２段燃焼用空気が十分に供給され、燃焼ガスの未燃分が酸化雰囲気で完全に燃焼される。
【００２３】
燃焼ガスは、燃焼が完結したのち、燃焼室内を降下してガス流出口１１からガス導通路１２に流出する。ガス導通路１２では、蒸気過熱器管１３およびエコノマイザ１４においてボイラ給水と熱交換を行い、後処理工程に流出する。
【００２４】
燃料中に含まれるメタル分や未燃炭素により発生する燃焼灰は、オイルコークスの場合、融点がほぼ１２００〜１４００℃程度であるので、１５００〜１６００℃になる高温還元燃焼ゾーン２で液化し炉壁に付着して壁を伝って流下したり、液滴として燃焼ガス中を落下したり燃焼ガスに流されて降下したりする。高温還元燃焼ゾーン２の壁を伝って流下する燃焼灰の溶融物も、絞り部４の縁から滴下したり２段燃焼ゾーン３の壁を伝って流下したりする。２段燃焼ゾーン３の下部は１１００℃程度になっているので、燃焼灰の溶融物は、２段燃焼ゾーン３を通過する間に冷却されて融点以下になって固化する。
【００２５】
燃焼ガスと一緒に２段燃焼ゾーン３を流下する燃焼灰の溶融物は、粉体となって燃焼室１の炉底に向かって落下する。また、燃焼室１壁に付着した燃焼灰溶融物も、２段燃焼ゾーン３の低温により固化し壁から剥離して壁面を滑落し、同様に燃焼室１底に落下する。燃焼室１の下部は急勾配のテーパ状になっているため、炉底に向かって落下する固体の燃焼灰は燃焼室１の底部に集まり、燃焼室１底に堆積した燃焼灰は燃焼室用の灰排出口８から炉外に排出される。灰排出口８は、常時開口する形態としても良いし、例えば蓋状の底板を備えて開閉可能とし、必要時に底板を開いて灰を排出、回収するようにしても良い。なお、燃焼灰を炉底の灰排出口８から固形で排出できるよう、ガス流出口１１における燃焼ガスの温度を、使用燃料と灰性状に適した温度まで低下させることが好ましい。
また、水封式のチェンコンベアを使って、連続的に排出することも可能である。
【００２６】
燃焼ガス中に同伴された残留灰分は、蒸気過熱器管１３およびエコノマイザ１４のあるガス導通路１２で燃焼ガスが低速になるとガスから分離して落下し、ガス導通路１２に設けられたガス導通路用の灰排出口１５で回収される。
【００２７】
本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラでは、高温還元燃焼ゾーン２において高温還元雰囲気で炭素燃料が初期燃焼され、さらに２段燃焼ゾーン３において低温酸化雰囲気で２段燃焼される。
図３に示すとおり、炭素燃料の燃焼におけるＮＯＸの発生量は、燃焼温度と空気比に強く依存している。空気比１未満すなわち還元雰囲気下では高温になるほどＮＯＸ発生量が少なく、空気比１以上の酸化雰囲気下では低温になるほどＮＯＸ発生量が少ない。
この特性を利用し、本実施形態のボイラでは、炭素燃料を高温還元燃焼と低温酸化燃焼の２段階に燃焼させることで、効果的にＮＯＸ発生量を削減している。
【００２８】
一般に炉内では、炉内の高温燃焼により燃料に含まれる窒素を急速にシアン化窒素、アンモニア、酸化窒素などの窒素系中間生成物に変換させ、中間生成物の一部が酸化されて酸化窒素となる。
しかし、本実施形態の燃焼室では、高温還元燃焼ゾーン２の高温還元雰囲気下で中間生成物と反応して窒素に還元されることでＮＯＸの生成を抑制し、２段燃焼ゾーン３においてガス温度が下がった段階で２段燃焼用の空気を投入して未燃分を完全に燃焼させることで、サーマルＮＯＸの生成を抑制するから、ＮＯＸの発生を効果的に抑制することができる。
【００２９】
図４〜９は本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラと従来の低ＮＯＸボイラについてシミュレーションにより２段燃焼ボイラの圧力分布および温度分布を求めて得た分布図である。図４，５はそれぞれ従来型ボイラと本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラの縦断面における圧力分布図、図６，７は高温還元燃焼ゾーンの横断面における温度分布図、図８，９は縦断面における温度分布図である。
【００３０】
図４および図５によりボイラ内部の圧力分布状況を比較して明らかなように、図５に示す本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラでは、高温還元燃焼ゾーン２が上部にあり、より低温の２段燃焼ゾーン３が下方に位置するため、高温還元燃焼ゾーン２中の燃焼ガスの流下が妨げられて、高温還元燃焼ゾーン２の圧力が高くなっている。また、燃焼室１全体のガス圧も高くなっている。特に高温還元燃焼ゾーン２を中心として燃焼室１内のガス密度がより高く、また、燃焼ガスの流れ方向に逆行する方向に浮力が働くため、路壁近傍における燃焼ガスのすり抜けなどが少なくなるので、高温還元燃焼ゾーン２、２段燃焼ゾーン３共に十分に均等な燃焼を行き渡らせることができる。
【００３１】
また、図６および図７により高温還元燃焼ゾーン２における断面温度分布を比較すると、高温還元燃焼ゾーン２において、図７に示す本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラの方がより高温の燃焼ガスが広く行き渡っている。このことから、本実施形態のボイラの方が従来型ボイラと比較して、高温還元燃焼ゾーン２での燃焼がより均等かつ安定していることが明らかである。
【００３２】
図８および図９により燃焼室縦断面の温度分布を比較すると、従来型ボイラより、図９に示す本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラの方が、高温還元燃焼ゾーン２における高温領域が広く、炉底近くのガス流出口１１付近における温度が低くなっている。また、炉内の全域に亘って温度均一化傾向が観察される。高温還元燃焼ゾーン２での還元雰囲気での高温燃焼、および、２段燃焼ゾーン３での酸化雰囲気での低温燃焼によるＮＯＸ発生量削減効果が大きいことが推定される。
さらに、炉内の燃焼ガスの速度ベクトルを求めると、従来型低ＮＯＸボイラと同様、本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラにおいても、還元燃焼室絞り部の高さからバーナ方向に燃焼ガスが逆流する動きが観察されるが、絞り部より下流から戻る流れは観察されなかった。
【００３３】
なお、本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラでは、高温還元燃焼ゾーン２の温度が従来型のボイラより高くなる。したがって、冷却性能を向上させるため、汽水胴９を燃焼室１の上端より高い位置に設置して非加熱降水管１０を燃焼室１高より長くし、非加熱降水管１０内の冷却水圧を大きくして冷却水の循環を促進している。
【００３４】
一方、従来の低ＮＯＸボイラでは、灰が堆積するべき炉底が高温還元燃焼ゾーンに位置していたため、炉底に灰排出口を設けると、灰排出口から流入する空気が高温還元燃焼ゾーンの還元雰囲気を破ることや、高温還元燃焼ゾーンに充満する燃焼ガスは不完全燃焼の状態であるため、危険な一酸化炭素や硫化物を含んでおり、万一の際に人体に対する危険があること、また、高温還元燃焼ゾーンに溜まる溶融状態の炉底灰を安定して排出させることは技術的に難しいため、炉底に灰排出口を設けることができなかった。そのため、数ヶ月から半年に一度、ボイラを停止して灰の回収を行う必要があった。特に灰分を多く含む劣質燃料を用いた場合は、さらに頻繁に炉の清掃を行う必要があり非常に不経済であるため、結局、劣質燃料を用いることができなかった。
【００３５】
しかし、本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラでは、従来の低ＮＯＸボイラを倒立させ、高温還元燃焼ゾーン２を上部に、より低温の２段燃焼ゾーン３を下方に配したため、灰が降下し堆積する底部に灰排出口８を設けることが可能になった。
【００３６】
本実施形態のボイラでは、灰排出口８付近を流通する燃焼ガスは、２段燃焼ゾーン３を経て完全に燃焼しているため、不完全燃焼により生じる一酸化炭素や硫化物等の有害物質が少なく有毒性が低い。また、灰排出口８が燃焼ゾーンに位置していないため、開口部から大気が流入しても冷却による燃焼の阻害や、空気比が崩れることによる脱硝効果の低下の恐れが少ない。
【００３７】
ボイラに灰排出口８を設けたことにより、炉を停止させずに灰の回収ができるようになったため、炉の連続運転が可能になり、灰分を多く含む劣質燃料を使用できるようになった。したがって、本実施形態のボイラを用いれば、運転コストを著しく節約することができる。また、灰排出口８で大部分の灰を回収できるため、後処理工程に備える集塵機等にかかる負荷が小さくなる。
【００３８】
したがって、例えばＣ重油、アスファルト、オイルコークス、炭化下水汚泥などの、窒素分、灰分を多く含み従来はボイラ燃料として使用し難かった劣質燃料を用いて運転することができるため、燃料費を節約することができ、非常に経済的である。また、従来は燃料として十分に活用されなかった劣質化石燃料や、非化石燃料である炭化下水汚泥などを積極的に利用できるため、化石燃料の枯渇を鈍化させる意味でも本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラが非常な効果を持つ。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、炭素燃料を燃焼させて熱エネルギーを回収するボイラにおいて利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の１実施形態における倒立形低ＮＯＸボイラの概略機能図である。
【図２】本発明の１実施形態における倒立形低ＮＯＸボイラの概略斜視透視図である。
【図３】燃焼領域における空気比や燃焼温度に対するＮＯＸの発生量を示すグラフである。
【図４】従来型の２段燃焼ボイラの圧力分布を表す分布図である。
【図５】本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラの圧力分布を表す分布図である。
【図６】従来型の２段燃焼ボイラにかかる高温還元燃焼ゾーンの横断面における温度分布を表す分布図である。
【図７】本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラにかかる高温還元燃焼ゾーンの横断面における温度分布を表す分布図である。
【図８】従来型の２段燃焼ボイラの縦断面における温度分布を表す分布図である。
【図９】本実施形態の倒立形低ＮＯＸボイラの縦断面における温度分布を表す分布図である。
【図１０】従来型のボイラを示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 燃焼室
２ 高温還元燃焼ゾーン
３ ２段燃焼ゾーン
４ 絞り部
５ バーナ
６ 耐火材
７ ２段燃焼用空気ノズル
８ 灰排出口
９ 汽水胴
１０ 非加熱降水管
１１ ガス流出口
１２ ガス導通路
１３ 蒸気過熱器管
１４ エコノマイザ
１５ 灰排出口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端部に耐火材で囲繞されバーナを備えた高温還元燃焼ゾーンが形成され、
該高温還元燃焼ゾーンより下部に２段燃焼用空気ノズルを備え水冷壁で囲繞した低温酸化燃焼ゾーンが形成され、
該低温酸化燃焼ゾーンより下部に燃焼ガス流出口が形成され、
底部に灰排出機構が配設され、該灰排出機構には前記低温酸化燃焼ゾーンの冷却を行うため汽水胴と非加熱降水管が接続された、
縦型の燃焼室を備え、
前記バーナが劣質燃料を処理して該燃料を前記高温還元燃焼ゾーンにおいて高温還元雰囲気で燃焼させ、
前記２段燃焼用空気ノズルが該燃焼ガスより低温の２段燃焼用空気を供給して前記低温酸化燃焼ゾーンにおいて前記高温還元燃焼ゾーンから流下する部分燃焼ガスを低温酸化雰囲気で燃焼させ、
前記燃焼ガス流出口から前記燃焼ガスを流出させると共に、
該燃焼室の炉底に堆積する灰を前記灰排出機構で炉の運転中に排出するようにした、
倒立形低ＮＯＸボイラ。
【請求項２】
前記高温還元燃焼ゾーンと前記低温酸化燃焼ゾーンが、燃焼室水平断面積を２０〜５０％減少させる絞り部で区切られている、請求項１に記載の倒立形低ＮＯＸボイラ。
【請求項３】
前記燃焼室の炉底がテーパ状になっており、テーパの下端に前記灰排出機構が配設されている、請求項１または２に記載の倒立形低ＮＯＸボイラ。
【請求項４】
前記テーパの角度が鉛直線に対して４５°以下である、請求項３に記載の倒立形低ＮＯＸボイラ。
【請求項５】
前記灰排出機構が、炉底面に蓋部を有し該蓋部を開閉して該蓋部上面に堆積した灰を排出する、請求項１から４のいずれか１項に記載の倒立形低ＮＯＸボイラ。
【請求項６】
前記高温還元燃焼ゾーンに複数の前記バーナが対向する２側面に水平に並列しかつ火炎軸が交差しないように配されて燃焼ガスが渦流を形成する、請求項１から５のいずれか１項に記載の倒立形低ＮＯＸボイラ。
【請求項１】
上端部に耐火材で囲繞されバーナを備えた高温還元燃焼ゾーンが形成され、
該高温還元燃焼ゾーンより下部に２段燃焼用空気ノズルを備え水冷壁で囲繞した低温酸化燃焼ゾーンが形成され、
該低温酸化燃焼ゾーンより下部に燃焼ガス流出口が形成され、
底部に灰排出機構が配設され、該灰排出機構には前記低温酸化燃焼ゾーンの冷却を行うため汽水胴と非加熱降水管が接続された、
縦型の燃焼室を備え、
前記バーナが劣質燃料を処理して該燃料を前記高温還元燃焼ゾーンにおいて高温還元雰囲気で燃焼させ、
前記２段燃焼用空気ノズルが該燃焼ガスより低温の２段燃焼用空気を供給して前記低温酸化燃焼ゾーンにおいて前記高温還元燃焼ゾーンから流下する部分燃焼ガスを低温酸化雰囲気で燃焼させ、
前記燃焼ガス流出口から前記燃焼ガスを流出させると共に、
該燃焼室の炉底に堆積する灰を前記灰排出機構で炉の運転中に排出するようにした、
倒立形低ＮＯＸボイラ。
【請求項２】
前記高温還元燃焼ゾーンと前記低温酸化燃焼ゾーンが、燃焼室水平断面積を２０〜５０％減少させる絞り部で区切られている、請求項１に記載の倒立形低ＮＯＸボイラ。
【請求項３】
前記燃焼室の炉底がテーパ状になっており、テーパの下端に前記灰排出機構が配設されている、請求項１または２に記載の倒立形低ＮＯＸボイラ。
【請求項４】
前記テーパの角度が鉛直線に対して４５°以下である、請求項３に記載の倒立形低ＮＯＸボイラ。
【請求項５】
前記灰排出機構が、炉底面に蓋部を有し該蓋部を開閉して該蓋部上面に堆積した灰を排出する、請求項１から４のいずれか１項に記載の倒立形低ＮＯＸボイラ。
【請求項６】
前記高温還元燃焼ゾーンに複数の前記バーナが対向する２側面に水平に並列しかつ火炎軸が交差しないように配されて燃焼ガスが渦流を形成する、請求項１から５のいずれか１項に記載の倒立形低ＮＯＸ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２０１０−１３９１７６（Ｐ２０１０−１３９１７６Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１６７２１（Ｐ２００８−３１６７２１）
【出願日】平成２０年１２月１２日（２００８．１２．１２）
【出願人】（３０８００７５０５）カワサキプラントシステムズ株式会社 (51)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１２日（２００８．１２．１２）
【出願人】（３０８００７５０５）カワサキプラントシステムズ株式会社 (51)
【Ｆターム（参考）】
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