JP2011220541A

JP2011220541A - ボイラ設備

Info

Publication number: JP2011220541A
Application number: JP2010086800A
Authority: JP
Inventors: Ryuhei Takashima; 竜平高島; Isao Torii; 鳥居　　功; Tetsuya Sawatsubashi; 徹哉澤津橋; Sadahisa Yamamoto; 禎久山本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-04-05
Filing date: 2010-04-05
Publication date: 2011-11-04

Abstract

【課題】ボイラ設備において、ガス燃料と化石燃料とをボイラ本体内に適正に供給することで有害物質の発生を抑制して安定した燃焼を可能とする。
【解決手段】バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉１０と、ガス化炉で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラ３０とを設け、ボイラ３０のボイラ本体３１に、周方向に沿って設けられると共に化石燃料及び空気を噴射することで所定の形態の火炎を形成する複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３と、化石燃料用の燃焼バーナ３３の下方でボイラ本体３１の壁部に周方向に沿って設けられると共に化石燃料用の燃焼バーナ３３により形成される火炎に向かってガス燃料及び空気を噴射する複数のガス燃料用の燃焼バーナ３４を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマスを燃焼・ガス化させることで一酸化炭素や水素などを発生させ、これをガス燃料として生成するガス化炉、バイオマスを用いて生成したガス燃料と石炭や油などの化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、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設備に関するものである。

バイオマスを燃料としてガス化させることで一酸化炭素や水素などを発生させ、これをガス燃料として生成するガス化炉が各種提案されている。また、石炭や油などの化石燃料を燃料として燃焼させることで熱を発生させ、この発生した熱を回収するボイラが各種提案されている。そして、ガス化炉で生成したガス燃料をボイラに供給し、このガス燃料と化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、熱を回収するようにした設備が、例えば、下記特許文献１に記載されている。

米国特許第４６７６１７７号公報

このようなガス化炉とボイラとを組み合わせた設備にあっては、ボイラ本体内に、燃焼バーナによりガス燃料と空気を噴射すると共に、別の燃焼バーナにより化石燃料と空気を噴射し、着火して燃焼させる。この場合、ガス燃料と化石燃料とは、その成分が異なるものであることから、ボイラ本体内に適正に供給して燃焼させる必要がある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、ガス燃料と化石燃料とをボイラ本体内に適正に供給することで有害物質の発生を抑制して安定した燃焼を可能とするボイラ設備を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のボイラ設備は、バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉と、該ガス化炉で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラと、を備え、前記ボイラは、ガス燃料と化石燃料とを燃焼可能な中空形状をなすボイラ本体と、該ボイラ本体に周方向に沿って設けられると共に化石燃料及び空気を噴射することで所定の形態の火炎を形成する複数の化石燃料用の燃焼バーナと、該化石燃料用の燃焼バーナに上方または下方で前記ボイラ本体に周方向に沿って設けられると共に前記化石燃料用の燃焼バーナにより形成される火炎に向かってガス燃料及び空気を噴射する複数のガス燃料用の燃焼バーナと、を有する、ことを特徴とするものである。

従って、化石燃料用の燃焼バーナは、化石燃料及び空気を噴射することで所定の形態の火炎を形成し、ガス燃料用の燃焼バーナは、この化石燃料用の燃焼バーナにより形成される火炎に向かってガス燃料及び空気を噴射することとなり、ガス燃料と化石燃料とをボイラ本体内に適正に供給することで、ガス燃料が化石燃料による火炎を冷却したり、その形態を阻害したりすることはなく、有害物質の発生を抑制して安定した燃焼を可能とすることができる。

本発明のボイラ設備では、前記複数の化石燃料用の燃焼バーナは、前記ボイラ本体の鉛直方向に沿った中心位置を軸心として旋回する形態の火炎を形成可能であり、前記複数のガス燃料用の燃焼バーナは、前記旋回する形態の火炎に対してその接線方向にガス燃料及び空気を噴射することを特徴としている。

従って、ガス燃料用の燃焼バーナは、化石燃料用の燃焼バーナにより旋回形成される火炎の接線方向にガス燃料及び空気を噴射するため、ガス燃料が化石燃料による火炎の旋回流を阻害することはなく、安定した燃焼を可能とすることができる。

本発明のボイラ設備では、前記ボイラ本体は、矩形断面形状をなし、前記複数の化石燃料用の燃焼バーナと前記複数のガス燃料用の燃焼バーナは、前記ボイラ本体の壁部または角部に配置されることを特徴としている。

従って、化石燃料用の燃焼バーナ及びガス燃料用の燃焼バーナは、ボイラ本体内に対して、燃料と空気を安定して供給することができる。

本発明のボイラ設備では、前記複数の化石燃料用の燃焼バーナと前記複数のガス燃料用の燃焼バーナは、前記ボイラ本体内の火炎に向けて同じ方向にそれぞれ燃料及び空気を噴射することを特徴としている。

従って、化石燃料とガス燃料と空気を適正に混合することで、安定した燃焼を確保することができる。

本発明のボイラ設備では、前記ガス燃料用の燃焼バーナは、内筒の外側に外筒が位置することで、内外にガス燃料通路と空気通路が形成されると共に、先端部に前記ガス燃料通路と前記空気通路とが合流してガス燃料及び空気を噴射する噴射口が形成されることを特徴としている。

従って、ガス燃料と空気を適正に混合して噴射することで、安定した燃焼を確保することができる。

本発明のボイラ設備では、前記ガス燃料用の燃焼バーナにて、前記ガス燃料通路を流動するガス燃料の流速と、前記空気通路を流動する空気の流速との間に所定の流速差を設定することを特徴としている。

従って、ガス燃料の流速と空気の流速とが相違することから、ガス燃料と空気とが適正に混合されることとなり、両者の混合を促進して安定した燃焼を可能とすることができる。

本発明のボイラ設備によれば、バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉と、ガス化炉で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラとを設け、ボイラとして、化石燃料及び空気を噴射することで所定の形態の火炎を形成する複数の化石燃料用の燃焼バーナと、化石燃料用の燃焼バーナにより形成される火炎に向かってガス燃料及び空気を噴射する複数のガス燃料用の燃焼バーナとを設けるので、ガス燃料と化石燃料とをボイラ本体内に適正に供給することで有害物質の発生を抑制して安定した燃焼を可能とすることができる。

図１は、本発明の実施例１に係るボイラ設備を表す概略構成図である。図２は、実施例１のボイラ設備を構成するコンベンショナルボイラにおける化石燃料用燃焼バーナの配置図である。図３は、実施例１のボイラ設備を構成するコンベンショナルボイラにおけるガス燃料用燃焼バーナの断面図である。図４は、実施例１のボイラ設備を構成するコンベンショナルボイラにおけるガス燃料用燃焼バーナの配置図である。図５は、本発明の実施例２に係るボイラ設備を構成するコンベンショナルボイラにおける化石燃料用燃焼バーナの配置図である。図６は、実施例２のボイラ設備を構成するコンベンショナルボイラにおけるガス燃料用燃焼バーナの配置図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るボイラ設備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い。

図１は、本発明の実施例１に係るボイラ設備を表す概略構成図、図２は、実施例１のボイラ設備を構成するコンベンショナルボイラにおける化石燃料用燃焼バーナの配置図、図３は、実施例１のボイラ設備を構成するコンベンショナルボイラにおけるガス燃料用燃焼バーナの断面図、図４は、実施例１のボイラ設備を構成するコンベンショナルボイラにおけるガス燃料用燃焼バーナの配置図である。

実施例１のボイラ設備は、バイオマスを用いて生成したガス燃料と石炭や油などの化石燃料とを燃料として併用して燃焼させ、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設備である。

この実施例１のボイラ設備は、図１に示すように、バイオマスを燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉１０と、このガス化炉１０で生成したガス燃料と化石燃料とを燃焼することで発生した熱を回収するボイラ３０を有している。

ここで、バイオマスとは、再生可能な生物由来の有機性資源であって、化石資源を除いたものと定義する。例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを減量としたリサイクル燃料（ペレットやチップ)などペレットなどであり、ここに提示したものに限定されることはない。

ガス化炉１０は、循環流動層形式のガス化炉であって、ガス化炉本体１１を有している。この場合、循環流動層形式に限らず気泡型循環流動層形式であってもよい。このガス化炉本体１１は、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、上下及び周囲の各壁部が全面耐火材料により構成され、外部への放熱が防止可能な構造であり、例えば、５００〜１０００℃で運転可能となっている。このガス化炉本体１１は、流動材としての流動砂と燃料としてのバイオマスを供給可能となっており、内部でバイオマスを燃焼・ガス化することで流動砂を高温化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガスが発生し、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。ここで、流動砂としては、例えば、珪砂（主成分として、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３など）であり、また、ガス化炉本体１１内で発生したガスから硫黄を除去（脱硫）するために、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を投入してもよい。

燃料供給系として、ホッパ１２、スクリューフィーダ１３、コンベア１４、供給配管１５を有している。ホッパ１２は、所定量のバイオマスを貯留可能であり、スクリューフィーダ１３は、このホッパ１２に貯留されたバイオマスを所定量ずつ供給することができる。コンベア１４は、スクリューフィーダ１３から供給されたバイオマスを搬送可能であり、ここで、図示しない磁選機により釘や蝶番など、混入している金属製の異物を除去する。そして、バイオマスは、供給配管１５を通して側部からガス化炉本体１１内に投入される。

なお、燃料供給系にて、ホッパ１２の上方には乾燥装置１６が設けられている。この乾燥装置１６は、バイオマスに含まれる水分を除去する。

また、ガス化炉本体１１は、可燃性ガスと流動砂を分離するサイクロン１７が接続されている。即ち、ガス化炉本体１１は、上側部が排出配管１８を介してサイクロン１７の上側部に連結されており、このサイクロン１７は、下部が循環配管１９を介してガス化炉本体１１の下側部に連結されており、この循環配管１９にシールポッド２０が装着されている。

そして、ガス化炉本体１１に対して、燃焼・ガス化用の空気を供給する空気供給系が設けられている。即ち、空気供給系を構成する空気供給配管２１は、端部がガス化炉本体１１の下部に連結されると共に、この空気供給配管２１から分岐した空気供給分岐配管２２がシールポッド２０に連結されている。この空気供給配管２１は、後述するが、２００〜３５０℃に加熱された高温空気をガス化炉本体１１の下部から内部に供給することができると共に、空気供給分岐配管２２によりシールポッド２０に供給することができる。

ガス化炉本体１１は、下部にバイオマスに混入していた異物を除去する異物排出配管２３が連結されている。

また、サイクロン１７は、上部に生成した可燃性ガス、つまり、ガス燃料を送給するガス燃料配管２４が連結されている。このガス燃料配管２４は、ガス燃料をボイラ３０まで搬送するためのものであり、中途部に除塵装置２５とサイクロン２６が設けられている。この除塵装置２５は、流速を低減することで、比重が重く、ガス燃料の気流に乗りにくい燃料とならない成分、具体的には、珪砂を主成分とする粉体を集塵除去する。そのため、除塵装置２５は、下部に粉体排出配管２７が設けられている。また、サイクロン２６は、セラミックフィルタを有し、サイクロン１７で除去できなかった微細なチャーを除去する。そのため、サイクロン２６は、下部にチャー排出配管２８が設けられている。

なお、ガス化炉１０で生成されるガス燃料は、主成分が一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、窒素（Ｎ）などから構成され、３００〜１１００ｋｃａｌ／Ｎｍ^３程度の低カロリーガスであり、６５０〜８５０℃の範囲でガス化炉１０により生成される。

従って、ガス化炉１０にて、ガス化炉本体１１は、図示しない供給経路から流動砂が供給されており、バイオマスは、乾燥装置１６で乾燥された後にホッパ１２に貯留され、このホッパ１２からスクリューフィーダ１３及びコンベア１４により供給配管１５を通してガス化炉本体１１に投入される。また、ガス化炉本体１１は、空気供給配管２１により下部からガス化用の高温空気が供給される。すると、ガス化炉本体１１内にて、流動砂とバイオマスとが流動混合すると共に、バイオマスが燃焼・ガス化して可燃性ガスが発生する。

この燃焼・ガス化により発生した可燃性ガスは、流動砂と共に排出配管１８を通してサイクロン１７に排出され、このサイクロン１７により可燃性ガスと流動砂とに分離される。そして、分離された可燃性ガスは、ガス燃料としてガス燃料配管２４を通してボイラ３０に供給される。このとき、ガス燃料配管２４を流動するガス燃料は、除塵装置２５により珪砂を主成分とする粉体が集塵除去され、サイクロン２６により微細なチャーが除去される。また、サイクロン１７で分離された高温の流動砂は、シールポッド２０を介して循環配管１９によりガス化炉本体１１に戻される。

一方、ボイラ３０は、コンベンショナルボイラであって、ガス燃料と化石燃料とを燃焼可能なボイラ本体３１を有している。このボイラ本体３１は、中空形状をなして鉛直方向に設置され、このボイラ本体３１を構成するボイラ本体壁の下部に燃焼装置３２が設けられている。この燃焼装置３２は、ボイラ本体壁に装着された複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３と、複数のガス燃料用の燃焼バーナ３４とを有している。本実施例にて、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、周方向に沿って４個配設されたものが上下方向に４段配置されている。一方、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３の下方であって、周方向に沿って４個配設されたものが上下方向に１段配置されている。なお、化石燃料用の燃焼バーナ３３とガス燃料用の燃焼バーナ３４の配置関係は上下逆であってもよい。また、各燃焼バーナ３３,３４にて、周方向の数は４個に限るものではなく、段数も４段や１段に限るものではない。更に、各燃焼バーナ３３，３４に対向するように配置してもよい。

そして、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、微粉炭供給部３５が供給配管３６を介して連結されると共に、燃料油（または、燃料ガス）供給部３７が供給配管３８を介して連結されており、この場合、化石燃料として、微粉炭または燃料油を供給可能となっている。一方、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、ガス化炉１０からのガス燃料配管２４が連結されている。この場合、ガス燃料配管２４からガス燃料用の燃焼バーナ３４に供給されるガス燃料は、４００℃以上に維持することが望ましい。

また、燃焼装置３２は、各燃焼バーナ３３，３４に燃焼用空気を供給可能な空気供給配管３９を有しており、この空気供給配管３９は、基端部に送風機４０が装着され、先端部がボイラ本体３１の外周側に設けられた風箱４１に連結されている。そのため、この風箱４１に供給された空気を各燃焼バーナ３３，３４に供給することができる。

ボイラ本体３１は、上部に煙道４２が連結されており、この煙道４２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４３，４４、再熱器４５，４６、節炭器４７，４８，４９が設けられており、ボイラ本体３１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。

煙道４２は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出される排ガス配管５０が連結されている。この排ガス配管５０は、空気供給配管３９との間にエアヒータ５１が設けられ、空気供給配管３９を流れる空気と、排ガス配管５０を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ３３，３４に供給する燃焼用空気を２００〜３００℃の範囲に昇温することが望ましい。

また、空気供給配管３９は、エアヒータ５１より下流側の位置から分岐して、空気供給配管２１が設けられている。この空気供給配管２１は、塵や埃などの粒子状物質を除去可能な除塵装置５２と、高温空気を昇圧可能なブロア５３が装着されており、エアヒータ５１で２００〜３００℃に加熱した空気をガス化炉１０のガス化炉本体１１内に供給することができる。なお、この場合、エアヒータ５１で２００〜３００℃に加熱した空気を用いずに、外部から空気を吸引してから必要に応じて昇温した後、空気供給配管２１を通してガス化炉１０のガス化炉本体１１内に供給してもよい。空気を昇温する熱源としては、ガス化炉１０で生成したガス燃料、サイクロン１７で分離した流動砂などを用いると効率的である。

なお、排ガス配管５０は、エアヒータ５１より上流側に位置して、選択還元型触媒５４が設けられ、エアヒータ５１より下流側に位置して、電気集塵機５５、誘引送風機５６、脱硫装置５７が設けられ、下流端部に煙突５８が設けられている。

従って、ボイラ３０にて、送風機４０を駆動して空気を吸引すると、この空気は、空気供給配管３９を通してエアヒータ５１で加熱された後に風箱４１を介して各燃焼バーナ３３，３４に供給される。また、化石燃料としての微粉炭または燃料油は、供給配管３６，３８を通して化石燃料用の燃焼バーナ３３に供給されると共に、ガス化炉１０からのガス燃料は、ガス燃料配管２４を通してガス燃料用の燃焼バーナ３４に供給される。

すると、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、燃焼用空気と化石燃料をボイラ本体３１に噴射すると同時に着火し、また、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、燃焼用空気とガス燃料をボイラ本体３１に噴射すると同時に着火する。このボイラ本体３１では、燃焼用空気、化石燃料、ガス燃料が燃焼して火炎が生じる。ボイラ本体３１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガスがこのボイラ本体３１内を上昇し、煙道４２に排出される。

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４７，４８，４９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ボイラ本体壁の各水管（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４３，４４に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４３，４４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４５，４６に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。なお、ボイラ本体３１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。

その後、煙道４２の節炭器４７，４８，４９を通過した排ガスは、排ガス配管５０にて、選択還元型触媒５４でＮＯｘなどの有害物質が除去され、電気集塵機５５で粒子状物質が除去され、脱硫装置５７により硫黄分が除去された後、煙突５８から大気中に排出される。

このように構成された実施例１のボイラ設備のボイラ３０において、上述したように、ボイラ本体３１の下部に燃焼装置３２が設けられ、この燃焼装置３２として、複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３と、複数のガス燃料用の燃焼バーナ３４とが設けられている。図２に示すように、ボイラ本体３１は、矩形断面形状をなし、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、このボイラ本体３１の壁部に周方向に沿って４個配置されている。各化石燃料用の燃焼バーナ３３は、同様の形状をなし、先端部に噴射口が形成されている。

従って、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、化石燃料としての微粉炭または燃料油（または、燃料ガス）が供給配管３６，３８から供給されると共に、高温空気が空気供給配管３９から風箱４１を介して供給されると、噴射口から化石燃料と空気の混合気をボイラ本体３１内に噴射することができる。

この場合、各化石燃料用の燃焼バーナ３３は、化石燃料及び空気を噴射することで、ボイラ本体３１内に所定の形態の火炎を形成することができる。具体的に、各化石燃料用の燃焼バーナ３３は、ボイラ本体３１の鉛直方向に沿った中心位置を軸心として旋回する形態の火炎を形成することができる。そして、化石燃料用の燃焼バーナ３３にて、化石燃料通路６３を流動するガス燃料の流速と、空気通路６４を流動する空気の流速との間に所定の流速差が設定されている。具体的には、化石燃料の流速と空気の流速との間に、２０〜４０ｍ／ｓの流速差を設定することが望ましい。ここで、化石燃料の流速と空気の流速は、一方の流速が速ければよいものであり、化石燃料の流速が速くても、空気の流速が速くてもよい。

一方、図３及び図４に示すように、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、ボイラ本体３１の壁部に周方向に沿って４個配置されている。各ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、内筒７１の外側に外筒７２が位置することで、内筒７１の内側に軸方向に沿ったガス燃料通路７３が形成され、内筒７１と外筒７２との間に軸方向に沿った空気通路７４が形成されている。そして、ガス燃料通路７３は、先端部に燃料噴射口７５が形成され、空気通路７４は、先端部に空気噴射口７６が形成されている。

従って、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、ガス燃料がガス燃料配管２４から供給されると共に、高温空気が空気供給配管３９から風箱４１を介して供給されると、ガス燃料がガス燃料通路７３を通って燃料噴射口７５に至り、空気が空気通路７４を通って空気噴射口７６に至り、このガス燃料と空気との混合気をボイラ本体３１内に噴射することができる。

この場合、各ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、各化石燃料用の燃焼バーナ３３により形成される火炎に向かってガス燃料及び空気を噴射することができる。具体的に、各ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、化石燃料用の燃焼バーナ３３により、ボイラ本体３１内でその鉛直方向に沿った中心位置を軸心として旋回する形態の旋回火炎に対して、その接線方向にガス燃料及び空気を噴射することができる。そして、ガス燃料用の燃焼バーナ３４にて、ガス燃料通路７３を流動するガス燃料の流速と、空気通路７４を流動する空気の流速との間に所定の流速差が設定されている。具体的には、ガス燃料の流速と空気の流速との間に、２０〜４０ｍ／ｓの流速差を設定することが望ましい。ここで、ガス燃料の流速と空気の流速は、一方の流速が速ければよいものであり、ガス燃料の流速が速くても、空気の流速が速くてもよい。

化石燃料用の燃焼バーナ３３とガス燃料用の燃焼バーナ３４は、ほぼ同様の構成をなし、ほぼ同様の配置構成となっており、複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３と複数のガス燃料用の燃焼バーナ３４は、ボイラ本体３１内で旋回火炎が形成された後は、この旋回火炎に向けて同じ方向にそれぞれ化石燃料及び空気、ガス燃料及び空気を噴射する。この場合、各化石燃料用の燃焼バーナ３３と各ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、ボイラ本体３１内で生成された旋回火炎の接線方向に向けて化石燃料及び空気、ガス燃料及び空気を噴射するが、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、化石燃料用の燃焼バーナ３３の下方に位置することから、化石燃料用の燃焼バーナ３３により形成された旋回火炎に対して、上方に向けてガス燃料及び空気を噴射することとなる。

また、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、内部に保炎器が装着されていない。即ち、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、ガス化炉１０で生成されたガス燃料を噴射しており、このガス燃料は、除塵装置２５やサイクロン２６により微粒子を除去しているものの、ｇ／ｎｍ３オーダーの微粒子（粉体）が混入している。そのため、この微粒子が保炎器に悪影響（例えば、微粒子による磨耗、閉塞など）を及ぼす可能性があることから、保炎器の装着をやめている。しかし、上述したように、ガス燃料用の燃焼バーナ３４では、ガス燃料の流速と空気の流速との間に流速差を設定しており、これによりガス燃料と空気との混合が促進されることから、保炎器がなくても、安定した燃焼を確保できる。

このように実施例１のボイラ設備にあっては、バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉１０と、ガス化炉１０で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラ３０とを設け、ボイラ３０に、ガス燃料と化石燃料とを燃焼可能な中空形状をなすボイラ本体３１と、ボイラ本体３１に周方向に沿って設けられると共に化石燃料及び空気を噴射することで所定の形態の火炎を形成する複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３と、化石燃料用の燃焼バーナ３３の下方でボイラ本体３１に周方向に沿って設けられると共に化石燃料用の燃焼バーナ３３により形成される火炎に向かってガス燃料及び空気を噴射する複数のガス燃料用の燃焼バーナ３４を設けている。

従って、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、化石燃料及び空気を噴射することで所定の形態の火炎を形成し、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、この化石燃料用の燃焼バーナ３３により形成される火炎に向かってガス燃料及び空気を噴射することとなる。そのため、ボイラ本体３１内にガス燃料と化石燃料とを適正に供給することで、ガス燃料が化石燃料による火炎を冷却したり、その形態を阻害したりすることはなく、一酸化炭素や未燃の有害物質の発生を抑制することができ、ボイラ３０での安定した燃焼を可能とすることができる。

この場合、各化石燃料用の燃焼バーナ３３は、ボイラ本体３１の鉛直方向に沿った中心位置を軸心として旋回する形態の火炎を形成可能であり、各ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、この旋回する形態の火炎に対してその接線方向にガス燃料及び空気を噴射するようにしている。従って、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、化石燃料用の燃焼バーナ３３により形成される旋回火炎の接線方向にガス燃料及び空気を噴射するため、ガス燃料が化石燃料による火炎の旋回流を阻害することはなく、安定した燃焼を可能とすることができる。

また、実施例１のボイラ設備では、ボイラ本体３１を矩形断面形状とし、各化石燃料用の燃焼バーナ３３と複数のガス燃料用の燃焼バーナ３４をボイラ本体３１の壁部に配置している。従って、化石燃料用の燃焼バーナ３３及びガス燃料用の燃焼バーナ３４は、ボイラ本体３１内に対して、燃料と空気を安定して供給することができる。

また、実施例１のボイラ設備では、各化石燃料用の燃焼バーナ３３と各ガス燃料用の燃焼バーナ３４がボイラ本体３１内の火炎に向けて同じ方向にそれぞれ燃料及び空気を噴射するようにしている。従って、化石燃料とガス燃料と空気を適正に混合することで、安定した燃焼を確保することができる。

また、実施例１のボイラ設備では、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、内筒７１の外側に外筒７２が位置することで、内外にガス燃料通路７３と空気通路７４を形成すると共に、先端部にガス燃料通路７３と空気通路７４とが合流してガス燃料及び空気を噴射する噴射口７７を形成している。従って、ガス燃料と空気を適正に混合して噴射することで、安定した燃焼を確保することができる。

また、実施例１のボイラ設備では、ガス燃料用の燃焼バーナ３４にて、ガス燃料通路７３を流動するガス燃料の流速と、空気通路７４を流動する空気の流速との間に所定の流速差を設定している。従って、ガス燃料の流速と空気の流速とが相違することから、ガス燃料と空気とが適正に混合されることとなり、両者の混合を促進して安定した燃焼を可能とすることができる。

図５は、本発明の実施例２に係るボイラ設備を構成するコンベンショナルボイラにおける化石燃料用燃焼バーナの配置図、図６は、実施例２のボイラ設備を構成するコンベンショナルボイラにおけるガス燃料用燃焼バーナの配置図である。なお、上述した実施例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。

実施例２のボイラ設備のボイラにおいて、図５及び図６に示すように、ボイラ本体３１の下部に燃焼装置として、複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３と、複数のガス燃料用の燃焼バーナ３４とが設けられている。化石燃料用の燃焼バーナ３３は、このボイラ本体３１の角部に周方向に沿って４個配置されると共に、上下に多段に配置されている。この場合、各化石燃料用の燃焼バーナ３３は、化石燃料及び空気を噴射することで、ボイラ本体３１内に所定の形態の火炎を形成することができる。具体的に、各化石燃料用の燃焼バーナ３３は、ボイラ本体３１の鉛直方向に沿った中心位置を軸心として旋回する形態の火炎を形成することができる。

一方、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、ボイラ本体３１の角部に周方向に沿って４個配置されている。この場合、各ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、各化石燃料用の燃焼バーナ３３により形成される火炎に向かってガス燃料及び空気を噴射することができる。具体的に、各ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、化石燃料用の燃焼バーナ３３により、ボイラ本体３１内でその鉛直方向に沿った中心位置を軸心として旋回する形態の旋回火炎に対して、その接線方向にガス燃料及び空気を噴射することができる。

このように実施例２のボイラ設備にあっては、ボイラ本体３１の角部に周方向に沿って化石燃料及び空気を噴射することで所定の形態の火炎を形成する複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３を設けると共に、化石燃料用の燃焼バーナ３３の下方でボイラ本体３１の角部に周方向に沿って化石燃料用の燃焼バーナ３３により形成される火炎に向かってガス燃料及び空気を噴射する複数のガス燃料用の燃焼バーナ３４を設けている。

従って、化石燃料用の燃焼バーナ３３は、化石燃料及び空気を噴射することで旋回火炎を形成し、ガス燃料用の燃焼バーナ３４は、この化石燃料用の燃焼バーナ３３により形成される旋回火炎の接線方向に向かってガス燃料及び空気を噴射することとなる。そのため、ボイラ本体３１内にガス燃料と化石燃料とを適正に供給することで、ガス燃料が化石燃料による火炎を冷却したり、その形態を阻害したりすることはなく、一酸化炭素や未燃の有害物質の発生を抑制することができ、ボイラ３０での安定した燃焼を可能とすることができる。

また、実施例２のボイラ設備では、ボイラ本体３１を矩形断面形状とし、各化石燃料用の燃焼バーナ３３と複数のガス燃料用の燃焼バーナ３４をボイラ本体の角部に配置している。従って、化石燃料用の燃焼バーナ３３及びガス燃料用の燃焼バーナ３４は、ボイラ本体３１内に対して、燃料と空気を安定して供給することができる。

なお、上述した各実施例では、ボイラ３０のボイラ本体３１にて、化石燃料用の燃焼バーナ３３を上方に配置し、ガス燃料用の燃焼バーナ３４を下方に配置したが、化石燃料用の燃焼バーナ３３とガス燃料用の燃焼バーナ３４の配置関係は、この配置に限定されるものではない。例えば、ボイラ３０のボイラ本体３１にて、化石燃料用の燃焼バーナ３３を下方に配置し、ガス燃料用の燃焼バーナ３４を上方に配置したり、化石燃料用の燃焼バーナ３３を上下に多段に配置し、この多段となる化石燃料用の燃焼バーナ３３の間にガス燃料用の燃焼バーナ３４を配置したりしてもよい。

また、上述した各実施例では、各化石燃料用の燃焼バーナ３３が旋回火炎を形成し、各ガス燃料用の燃焼バーナ３４がこの旋回火炎に対してその接線方向にガス燃料及び空気を噴射するようにしたが、各燃焼バーナ３３，３４による燃料及び空気の噴射形態は、これらに限定されるものではない。例えば、ボイラ３０のボイラ本体３１にて、複数の化石燃料用の燃焼バーナ３３を対向して配置し、化石燃料及び空気の噴射が衝突するようにして火炎を形成するような場合、複数のガス燃料用の燃焼バーナ３４も同様に対向して配置し、ガス燃料及び空気の噴射が衝突するように、且つ、各化石燃料用の燃焼バーナ３３が形成した火に向けて噴射するように構成すればよい。

本発明に係るボイラ設備は、化石燃料用の噴射により形成される火炎に向かってガス燃料を噴射するようにしたことで、ガス燃料と化石燃料とをボイラ本体内に適正に供給することで有害物質の発生を抑制して安定した燃焼を可能とするものであり、いずれのボイラ設備にも適用することができる。

１０ガス化炉
１１ガス化炉本体
１２ホッパ
１５供給配管
１６乾燥装置
１７サイクロン
２１空気供給配管
２４ガス燃料配管
２５除塵装置
２６サイクロン
３０ボイラ
３１ボイラ本体
３２燃焼装置
３３化石燃料用の燃焼バーナ
３４ガス燃料用の燃焼バーナ
３９空気供給配管
４２煙道
５１エアヒータ
５２除塵装置
５３ブロア

Claims

バイオマスを燃料として燃焼・ガス化させることでガス燃料を生成するガス化炉と、
該ガス化炉で生成されたガス燃料と化石燃料を燃焼させて発生した熱を回収するボイラと、
を備え、
前記ボイラは、
ガス燃料と化石燃料とを燃焼可能な中空形状をなすボイラ本体と、
該ボイラ本体に周方向に沿って設けられると共に化石燃料及び空気を噴射することで所定の形態の火炎を形成する複数の化石燃料用の燃焼バーナと、
該化石燃料用の燃焼バーナに上方または下方で前記ボイラ本体に周方向に沿って設けられると共に前記化石燃料用の燃焼バーナにより形成される火炎に向かってガス燃料及び空気を噴射する複数のガス燃料用の燃焼バーナと、
を有する、
ことを特徴とするボイラ設備。
前記複数の化石燃料用の燃焼バーナは、前記ボイラ本体の鉛直方向に沿った中心位置を軸心として旋回する形態の火炎を形成可能であり、前記複数のガス燃料用の燃焼バーナは、前記旋回する形態の火炎に対してその接線方向にガス燃料及び空気を噴射することを特徴とする請求項１に記載のボイラ設備。
前記ボイラ本体は、矩形断面形状をなし、前記複数の化石燃料用の燃焼バーナと前記複数のガス燃料用の燃焼バーナは、前記ボイラ本体の壁部または角部に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のボイラ設備。
前記複数の化石燃料用の燃焼バーナと前記複数のガス燃料用の燃焼バーナは、前記ボイラ本体内の火炎に向けて同じ方向にそれぞれ燃料及び空気を噴射することを特徴とする請求項１に記載のボイラ設備。
前記ガス燃料用の燃焼バーナは、内筒の外側に外筒が位置することで、内外にガス燃料通路と空気通路が形成されると共に、先端部に前記ガス燃料通路と前記空気通路とが合流してガス燃料及び空気を噴射する噴射口が形成され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設備。
前記ガス燃料用の燃焼バーナにて、前記ガス燃料通路を流動するガス燃料の流速と、前記空気通路を流動する空気の流速との間に所定の流速差を設定することを特徴とする請求項５に記載のボイラ設備。