特許 5886031 バイオマス燃料燃焼方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5886031

(24)【登録日】2016年2月19日

(45)【発行日】2016年3月16日

(54)【発明の名称】バイオマス燃料燃焼方法

(51)【国際特許分類】

   F23C 1/00 20060101AFI20160303BHJP

【ＦＩ】

   F23C1/00 301

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2011-282803(P2011-282803)

(22)【出願日】2011年12月26日

(65)【公開番号】特開2013-133944(P2013-133944A)

(43)【公開日】2013年7月8日

【審査請求日】2014年10月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104341

【弁理士】

【氏名又は名称】関 正治

(74)【代理人】

【識別番号】100110858

【弁理士】

【氏名又は名称】柳瀬 睦肇

(72)【発明者】

【氏名】谷口 孝二

(72)【発明者】

【氏名】加藤 篤徳

(72)【発明者】

【氏名】矢原 俊

(72)【発明者】

【氏名】田部 裕

【審査官】 藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−３３３２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０２６１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４０４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２９１５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０２０７０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｃ ９９／００

Ｆ２３Ｄ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベント部を有し一次空気に搬送されたバイオマス燃料を噴出する燃料噴出口を備えたバイオマス燃料噴出ノズルと、前記燃料噴出口の開口を囲繞する二次空気噴出口を備えて二次空気を噴出する二次空気ノズルと、前記二次空気噴出口を囲繞する三次空気噴出口を備えて三次空気の旋回流を噴出する三次空気ノズルとを設けたバイオマス専焼バーナーであって、前記バイオマス燃料噴出ノズルの内部中央に前記ベント部で偏流したバイオマス燃料流を軸周りに旋回する旋回流に変成して燃料濃度を管軸側に薄く外周部側に濃く分布させる旋回羽根と、前記燃料噴出口の直ぐ上流の管内壁に該燃料噴出口から噴出する燃料流の旋回を抑制する旋回度調整板とを備えて燃料濃度分布を適正化すると共に、前記二次空気噴出口と前記三次空気噴出口の開口を調整して二次空気量を抑制することにより燃料流と三次空気流の間に緩衝流を形成させるバイオマス専焼バーナーに、粒子分布が２ｍｍアンダーになった木質バイオマス燃料を一次空気に搬送させて流速が１５ｍ／ｓから２５ｍ／ｓになるような燃料流を供給し、Ａ／Ｃ０．８以上、かつバーナー定格の燃料量におけるＡ／Ｃ２．５とバーナー定格の６０％の燃料量におけるＡ／Ｃ１．５との間を比例配分したＡ／Ｃの値以下になるように、一次空気と二次空気と三次空気を供給して、バイオマス燃料を燃焼させることを特徴とするバイオマス燃料燃焼方法。

【請求項2】

前記一次空気を、前記バイオマス燃料噴出ノズルの管内で燃料搬送流の速度を１５ｍ／ｓから２５ｍ／ｓの範囲内に収める量だけ供給することを特徴とする請求項１記載のバイオマス燃料燃焼方法。

【請求項3】

前記バイオマス専焼バーナーを設備した微粉炭焚きボイラにおいて、微粉炭と異なる微粉砕機で処理したバイオマス燃料を該バイオマス専焼バーナーに供給することを特徴とする請求項１または２記載のバイオマス燃料燃焼方法。

【請求項4】

前記バイオマス専焼バーナーは、前記微粉炭焚きボイラの炉後であって高い位置に設置された微粉炭バーナーと同じあるいはより高い位置に設けたことを特徴とする請求項３記載のバイオマス燃料燃焼方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バイオマス燃料を補助燃料として石炭焚きボイラに使用するバイオマス専焼バーナーおよびバイオマス専焼バーナーを設備したバイオマス混焼ボイラ、ならびにバイオマス燃料の燃焼方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、地球温暖化対策の計画的な推進実行が望まれている中、我が国において排出される温室効果ガスのうち、最近では、エネルギー起源のＣＯ２が約９割を占め、さらに全発電における石炭火力発電が５０％のＣＯ２を排出する状況であり、石炭焚き火力発電設備についても環境負荷の低い新エネルギーの利用促進が求められる。

【0003】

このような状況の下、我が国では「電気事業者による新エネルギー等の利用に関する特別措置法」（以下、「ＲＰＳ法」という。）が制定され、電気事業者に対して、毎年、その販売電力量に応じた一定割合以上の新エネルギー等を利用して得られる電気を利用することを義務付けることにより、新エネルギー等の利用を推進する施策が採用されている。
ＲＰＳ法により、電気事業者は、石炭焚き火力発電設備において、バイオマスを補助燃料として利用した混焼方式でなければ新設ができず、既設の設備においてもバイオマス混焼方式の導入が求められている。

【0004】

有機物は地球上で自然に分解・吸収・放出を繰り返して循環しているため、バイオマスエネルギーによって排出されるＣＯ２は、同量のＣＯ２吸収源を確保することで、収支を均衡させることができる。したがって、循環資源である木質バイオマスを燃料としたバイオマス発電は大気中のＣＯ２負荷を実質的に増大させるものにならず、新エネルギーとして大きな期待を担っている。収集が容易な木質バイオマスとして、木質ペレット、木質チップなどがある。

【0005】

また、石炭焚きボイラにおいてバイオマス燃料を補助燃料として利用すれば、化石燃料の節約とＣＯ２排出量の削減ばかりでなく、バイオマス燃料は窒素成分の含有量が少ないため燃焼排ガスの低ＮＯｘ化を図ることができる。

【0006】

従来から用いられている混焼式の石炭焚きボイラとして、従来の微粉炭バーナーあるいは石炭とバイオマス燃料を同時に供給する混焼バーナーで、微粉炭とバイオマス燃料を混合した粉体燃料を燃焼させる混焼ボイラがある。代表的な方式は、従来の微粉炭焚きボイラを利用して、たとえばローラミルなど石炭を微粉砕するミルに木質バイオマス原料を加えて微粉炭とバイオマスの混合燃料を製造し、これを搬送空気に載せて微粉炭バーナーで燃焼させるものである。

【0007】

ローラミルでは、バーナーの燃焼効率を上げるため、石炭を通常２００μｍ以下、好ましくは７０μｍ程度の微粉炭にするが、ここでは、バイオマス燃料も一緒に極微細に粉砕する。また、ローラミルに石炭と木質バイオマスを同時に投入して処理すると、製品粒度が悪化して１００μｍ以上の粗い成分が増加する。図７は、ローラミルに対して、木質バイオマスを５％混入したときの粉砕粒度分布を石炭のみを処理したときと比較したものである。グラフは、製品燃料の粒度について、横軸に篩い目を対数目盛で表し、縦軸に篩いの通過重量百分率をとったものである。木質バイオマスの混入により、製品燃料の粒度分布が粗い方と細かい方の両方に広がっていることが分かる。

【0008】

さらに、木質バイオマス燃料と微粉炭では燃焼特性が異なり、たとえば揮発分が石炭の２倍で、発熱量が木質ペレットでは石炭の２／３、木質チップでは１／２、また灰分は木質ペレットや木質チップで石炭の１／１０以下である。したがって、微粉炭バーナーとして設計されたバーナーでバイオマス燃料を混焼するには混合比に限界がある。
微粉炭ボイラにおけるバイオマス燃料混合比の工業的実績値は３％であり、限界は５％程度と推定される。

【0009】

今後の趨勢を勘案すると、微粉炭に木質バイオマス燃料を補助燃料として加えて混焼する混焼ボイラとして、混焼率が重量比で３０％程度になると活用可能性が大きく増大することが期待される。微粉炭バーナーを利用する場合は、バイオマス燃料の高い混焼率を得ることができないので、バイオマス専焼バーナーを導入することが考えられる。

【0010】

木質バイオマス燃料は、細かく粉砕するほど粉砕に要する動力が増大し、原単位を増加させる。また、木質バイオマス燃料は、同じ粒径であれば石炭より燃えやすいため、粉砕粒を小さくする必要がない。さらに、木質バイオマス燃料の燃焼特性が微粉炭と異なるため、木質バイオマス燃料を効率的に燃焼させるには木質バイオマス燃料に特化したバイオマス専焼バーナーを使用することが望ましい。

【0011】

バイオマス専焼バーナーを使用する場合は、微粉炭と独立して、木質バイオマス燃料に適した条件で微粉砕機を運転し、微粉炭バーナーを使う石炭に対して適宜な混焼割合を選んで混焼ボイラを運転することができる。
ボイラとしての混焼率は、微粉炭燃焼バーナーとバイオマス専焼バーナーの設置数と燃焼効率にしたがって決められる。

【0012】

特許文献１には、微粉炭とバイオマス燃料を別系統でそれぞれ火炉に投入して燃焼させる混焼ボイラに適用するバイオマス専焼バーナーが開示されている。開示されたバイオマス専焼バーナーのバイオマス燃料噴出ノズルは、ノズル内の中心部中央にバイオマス燃料の偏流を防止する分散装置を設け、ノズル内の上流部に燃料の流速を上昇させ分散装置にバイオマス燃料粒子を衝突させるためのベンチュリーを備え、ノズルの先端にバイオマス燃料の流れを急拡大させる階段状拡大構造の保炎器を設け、ノズルの外側に二次空気の旋回流を供給する燃焼用空気ノズルを設けたものである。

【0013】

バイオマス専焼バーナーは、所定量のバイオマス燃料を燃焼させるために最適化したもので、適用する火炉において求められるバイオマス燃料処理量に応じて設置数を決めることができる。特許文献１には、混焼率１５％の実施例が記載されている。
なお、バイオマス専焼バーナーは、微粉炭専焼バーナーと二段燃焼用空気噴出口の間に設置することが好ましい。

【0014】

また、特許文献２には、微粉炭とバイオマス燃料の混焼バーナーを使用したボイラと、起動用または補助用バーナーを流用してバイオマス燃料を間欠供給して燃焼させるバイオマス燃料燃焼用バーナーとして使用したボイラが開示されている。ただし、特許文献２には、バイオマス専焼バーナーの具体的形態、使用上の問題点、解決方法などが記載されていない。
特許文献３は、微粉炭専焼バーナーを開示したものである。開示されたバーナーは、バイオマス燃料と比較して発熱量が大きく、燃焼に必要な空気量が大きく、比重が大きく、最適な粒度が小さい微粉炭に適合するもので、木質バイオマス燃料を高い効率で燃焼させるためには木質バイオマス燃料に対応して最適化する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】特開２００５−２９１５３４号公報

【特許文献2】特開２００５−２９１５２４号公報

【特許文献3】特開平９−２６１１２号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

微粉炭焚きボイラでバイオマス燃料を混焼して、大量の木質バイオマス燃焼を可能とするバイオマス専焼バーナーを利用した、化石燃料起源のＣＯ２量を削減することができるバイオマス混焼ボイラに係る、バイオマス燃料燃焼方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0017】

本発明に係るバイオマス専焼バーナーは、ベント部を有し一次空気に搬送されたバイオマス燃料を噴出する燃料噴出口を備えたバイオマス燃料噴出ノズルと、燃料噴出口の開口を囲繞する二次空気噴出口を備えて二次空気を噴出する二次空気ノズルと、二次空気ノズル噴出口の開口を囲繞する三次空気噴出口を備えて三次空気の旋回流を噴出する三次空気ノズルとを設けたバイオマス燃焼バーナーである。

【0018】

本発明のバイオマス燃焼バーナーは、バイオマス燃料噴出ノズルの内部中央にベント部で偏流したバイオマス燃料流を軸周りに旋回する旋回流に変成して燃料濃度を管軸側に薄く外周部側に濃く分布させる旋回羽根を備え、燃料噴出口から噴出する燃料流の旋回を抑制する整流板を燃料噴出口の直ぐ上流側の内壁に備え、二次空気噴出口と三次空気噴出口の開口を調整して二次空気量を抑制することにより燃料流と三次空気流の間に緩衝流を形成させることを特徴とする。

【0019】

本発明のバイオマス専焼バーナーは、バイオマス燃料噴出ノズルのベント部下流の直管部に管軸を貫いて液体燃料を供給するオイル供給配管を備えてもよい。
本発明のバイオマス専焼バーナーには、微粉炭と独立に、衝撃式破砕機（たとえば、株式会社アーステクニカ製ＴＳＸ型シュレッダ）などの二次粉砕機を使って木質バイオマス原料を２ｍｍアンダーの粒子に形成したバイオマス燃料を一次空気に載せた燃料流が供給され、炉内で燃焼させる。

【0020】

バイオマス専焼バーナーを設置した火炉における燃焼ガスのＮＯｘを減少させるため、バイオマス燃料を還元雰囲気中で燃焼させることが好ましい。
本発明のバイオマス専焼バーナーでは、バイオマス燃料搬送のために１５〜２５ｍ／ｓ程度の流速が必要であるため一次空気量に一定の制約がある。さらに、バイオマス燃料を還元雰囲気中で効率よく燃焼させるために、一次空気量がバイオマス燃料の重量に対するＡ／Ｃ値（Ｎｍ^３／ｋｇ）で０．８以上２．５以下になるようにして運転することが好ましい。

【0021】

本発明のバイオマス専焼バーナーは、定格燃料流量においてはＡ／Ｃ値が２．５以下、定格に対して６０％負荷状態ではＡ／Ｃ値が１．５以下で運転することができる。
燃料量が６０％以上の場合は、バーナー定格の燃料量におけるＡ／Ｃ２．５とバーナー定格に対して６０％の燃料量におけるＡ／Ｃ１．５との間を比例配分したＡ／Ｃの値以下になるようにして運転することができる。

【0022】

本発明のバイオマス専焼バーナーでは、三次空気流より小さな二次空気流が炉内に放出されたバイオマス燃料をノズル軸方向に巻き返して噴出口周辺に渦を形成することにより、保炎性を向上させると共に、還元雰囲気中の燃焼をより長時間継続させてＮＯｘ抑制効果を高める作用を有する。

【0023】

また、本発明のバイオマス混焼ボイラは、本発明のバイオマス専焼バーナーを微粉炭焚きボイラに設備し、微粉炭と異なる微粉砕機で処理したバイオマス燃料をバイオマス専焼バーナーに供給するように構成したことを特徴とする。
なお、バイオマス専焼バーナーは、微粉炭焚きボイラの炉後であって、高い位置に設置された微粉炭バーナーと同じあるいはより高い位置に設けることができる。また、バイオマス専焼バーナーは微粉炭ボイラの炉前に設けても良い。
本発明のバイオマス混焼ボイラは、バイオマス燃料を大量に燃焼させて、石炭の節約とＣＯ２の放出抑制とＮＯｘ低減を行うことができる。

【0024】

上記課題を解決するため、本発明のバイオマス燃料燃焼方法は、本発明のバイオマス専焼バーナーに対して、粒子分布が２ｍｍアンダーになった木質バイオマス燃料を一次空気に搬送させて流速が１５ｍ／ｓから２５ｍ／ｓになるような燃料流を供給し、さらに、Ａ／Ｃ０．８以上、かつバーナー定格の燃料量におけるＡ／Ｃ２．５とバーナー定格の６０％の燃料量におけるＡ／Ｃ１．５との間を比例配分したＡ／Ｃの値以下になるように、一次空気と二次空気と三次空気を供給して、バイオマス燃料を燃焼させることを特徴とする。
本発明のバイオマス燃料燃焼方法により、本発明のバイオマス専焼バーナーを適切に稼働させて、効果的に大量のバイオマス燃料を燃焼させることができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明のバイオマス燃料燃焼方法により、微粉炭と独立にバイオマス燃料を大量に燃焼させることができる。
なお、新設及び既設の微粉炭焚きボイラに対してバイオマス専焼バーナーを適当数設置してバイオマス混焼ボイラとすれば、バイオマス燃料を燃焼させ石炭燃焼量を削減し排ガス中のＮＯｘを低減しかつ化石燃料起源のＣＯ２排出量を削減する効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の１実施例に係るバイオマス専焼バーナーの概略断面図である。

【図2】本実施例のバイオマス専焼バーナーに用いる旋回羽根の例を示す図面である。

【図3】本実施例におけるバイオマス燃焼プロセスを説明するプラント系統図である。

【図4】本実施例のバイオマス専焼バーナーのボイラへの設置例を示す概念図である。

【図5】本実施例のバイオマス専焼バーナーに供給するバイオマス燃料の粒度分布図である。

【図6】本実施例のバイオマス専焼バーナーの運転範囲を示すバーナー負荷・Ａ／Ｃ関係図である。

【図7】従来の微粉炭バーナーで燃焼させる石炭とバイオマスの混合燃料の粒度分布図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

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。
図１は、本発明の１実施例に係るバイオマス専焼バーナーの概略断面図、図２はバイオマス専焼バーナーに使う旋回羽根の例を示す図面である。図２（ａ）図は旋回羽根を管軸の方向から見た正面図、図２（ｂ）図は管軸に垂直の方向から見た側面図である。

【0028】

本実施例のバイオマス専焼バーナー１００は、図１に示すように、バイオマス燃料噴出ノズル１０と二次空気ノズル２０と三次空気ノズル２５を備える。バイオマス燃料噴出ノズル１０の管軸に、補助燃料供給管３１を設けても良い。

【0029】

バイオマス燃料噴出ノズル１０は、一次空気に搬送されたバイオマス燃料を炉内に供給するもので、バイオマス燃料が配管中に滞留しない１５〜２５ｍ／ｓ程度の風速になる量の一次空気が用いられる。バイオマス燃料噴出ノズル１０は、水平方向に配置されたバイオマス燃料供給管１１に対して導入管１２をベンド部の位置でほぼ垂直の方向に会合させてあって、導入管１２から流入する燃料流をベンド部に設けた反転板１３に衝突させてほぼ９０°曲げさせる。ベンド部で燃料流を曲管によって滑らかに曲げると遠心力で流れ中の燃料粒子が曲管の外周側に偏在して、曲管出口では配管内の周方向の燃料分布が不均等になるが、本発明のノズルでは平板の反転板１３に燃料流を衝突させることにより流れを乱して配管内の燃料分布を周方向に均等にするようにしている。

【0030】

一次空気で搬送されたバイオマス燃料流は、ベンド部を通過することにより流れの断面におけるバイオマス燃料の濃度分布が偏るので、その下流であるバイオマス燃料噴出ノズル１１の内部中央に、燃料濃度調整部１５を設けて、バイオマス燃料流における燃料濃度を調整する。
燃料濃度調整部１５は、図２に示すように、バイオマス燃料噴出ノズル１１の流路中に旋回羽根１６を複数設けることで構成される。旋回羽根１６は羽根が管軸に対して傾いていて、流入するバイオマス燃料流を軸周りに旋回する旋回流にすることにより、燃料濃度を中心に薄く外周部に濃く分布させると共に、濃度分布が周方向にほぼ同一になるように整える。

【0031】

さらに、炉内に燃料を噴出させる燃料噴出口１９の直ぐ上流の管内壁に、旋回度調整板１７を備えて、旋回羽根１６で与えられた燃料流の旋回力を殺いで、噴出後の燃料流の広がりを抑えるようにしている。旋回度調整板１７は周方向に複数配置された、管軸にほぼ平行な平板で構成される。旋回度調整板１７の大きさや向きは、燃料流の旋回力と噴出後の拡大角に応じて適宜に決めることができる。

【0032】

バイオマス燃料噴出ノズル１０を囲繞するように二次空気ノズル２０が設けられ、さらに二次空気ノズル２０を囲繞するように三次空気ノズル２５が設けられる。
二次空気ノズル２０は、旋回器２１を介して風箱から二次空気を取り込み、燃料噴出口１９の周囲に形成した二次空気供給口２３から炉内に供給する。また、三次空気ノズル２５は、旋回器２６を介して風箱から三次空気を取り込み、二次空気供給口２３の周囲に形成した三次空気供給口２７から炉内に供給する。

【0033】

二次空気と三次空気は燃焼用空気の一部として、燃料噴出口１９から炉内に拡がるバイオマス燃料流に混ざってバイオマス燃料を燃焼させる。
二次空気は、三次空気の内側にあって、バイオマス燃料流と初めに接触してこれを内側に屈曲させて燃料流が三次空気流と会合するの遅らせ、燃料濃度が高い状態を持続させることにより安定した着火性能を確保し保炎性を向上させる作用を有する。また、低酸素での燃焼時間を確保して、より効果的にＮＯｘを低減させることができる。

【0034】

図１に示すバイオマス専焼バーナー１００においては、燃料噴出口１９の周囲を旋回する燃焼用空気の旋回流を形成するために、旋回器２１と旋回器２６が風箱からの取り入れ口近傍に設けられているが、これら旋回器２１，２６は、それぞれ二次空気供給口２３と三次空気供給口２７の直ぐ上流に設けても良い。なお、二次空気は、旋回を強くすると効果が弱くなるので、二次空気用の旋回器２１を設備しない場合もある。

【0035】

補助燃料供給管３１は、バイオマス燃料が不足する場合などに代替して使用する補助用あるいは起動用の液体燃料やガス燃料を供給する燃料供給管である。安定した運転には有効であるが、必須ではない。
また、図示しないが、本実施例のバイオマス専焼バーナー１００にも、パイロットバーナーや火炎検知器が設置されている。

【0036】

図３は、本実施例のバイオマス専焼バーナー１００を適用した微粉炭ボイラにおけるバイオマス燃料供給系統の例を説明するプラント系統図である。
従来型の微粉炭ボイラ６１の側壁にバイオマス専焼バーナー１００が設置されている。バイオマス専焼バーナー１００は、既設の微粉炭バーナーあるいは二段燃焼空気供給ノズルの一部を入れ替えて設置しても良い。
バイオマス燃料は、微粉炭と異なる専用の微粉砕機により微粉炭と異なる粒度を持つ粒体に加工されて、微粉炭と独立した空気流に搬送されて、バイオマス専焼バーナー１００に供給される。

【0037】

バイオマス燃料供給系統は、木質バイオマス原料を受け入れる受入れホッパ５１、受入れホッパ５１の底から所定量の原料を搬出するベルトコンベア５２、コンベア５２から原料を受け入れて所定の大きさの粒子にする微粉砕機５３、微粉砕機５３からバイオマス燃料を搬送する空気を供給する送風ファン５４、バイオマス粒子から極微細な粒子を取り除くサイクロン５５、サイクロン５５から排出される空気から微粉体を除去して清浄な空気を大気に放出するバグフィルタ５７、サイクロン５５の底から木質バイオマス燃料を所定量ずつ取り出して供給する計量供給機５６、所定流量で供給されるバイオマス燃料を搬送するための一次空気を供給する搬送ファン５９を備える。

【0038】

受入れホッパ５１に供給された一次粉砕後の木質バイオマス原料は、微粉砕機５３で所定の粒度分布を持つまで二次粉砕され、サイクロン５５に風送され極微細な成分を除去した状態でサイクロン５５の底に溜まり、計量供給機５６で所定量ずつバイオマス燃料供給管６３に供給される。

【0039】

計量供給機５６からバイオマス燃料供給管６３に供給されたバイオマス燃料は、搬送ファン５９から圧送される一次空気に搬送され、燃料搬送流供給管６５を介して、バイオマス専焼バーナー１００に供給される。
搬送給気量は、燃料搬送流供給管６５とバイオマス専焼バーナー１００の中で燃料粒子の停滞や極度な高速流が生じないように、１５ｍ／ｓから２５ｍ／ｓ程度の流速を持たせるように決められる。

【0040】

図４は、既設の微粉炭焚きボイラに本実施例のバイオマス専焼バーナーを設置したときの配置例を示す図面である。
図４の配置例は、炉前下方（燃焼ガス流の上流側）に４本ずつ４列合わせて１６本の微粉炭バーナー、炉前上方（燃焼ガス流の下流側）に４本ずつ２列合わせて８本のＴＳポートが設けられていた既設の微粉炭焚きボイラに対して、背面側の炉後における、最上列の微粉炭バーナーの高さにほぼ対応する位置に、１列４本のバイオマス専焼バーナーを付設したものである。バイオマス専焼バーナーの数は、バイオマス専焼バーナーの容量とボイラで処理したいバイオマス燃料の量に応じて決めることができる。

【0041】

バイオマス燃料中の粒径が大きく重い燃料粒子が、燃焼ガスの上昇気流により適当時間浮遊させて燃焼させて未燃焼状態で炉底に落下するのを防ぐため、バイオマス専焼バーナーの下に微粉炭バーナーが位置するように配置することが好ましい。
なお、既設のボイラを改装するときには、既設の微粉炭バーナーあるいはＴＳポートの適宜な一部をバイオマス専焼バーナーに交換するようにしても良いことはいうまでもない。

【0042】

従来の微粉炭バーナーでは、通常、燃焼効率を上げるため石炭を微粉砕する必要があり、通常２００μｍ以下、好ましくは７０μｍ程度の微粉体として使用されている。本実施例の微粉炭バーナーにおいては、燃料の粒子径が７４μｍ以下で８０％を占めるように処理された微粉炭燃料が使われ、Ａ／Ｃ（燃料（ｋｇ／ｈ）に対する燃料搬送空気量（Ｎｍ^３／ｈ））が０．８〜３．０の範囲に調整することにより、定格値に対する負荷率が３５％〜１００％の範囲で微粉炭を燃焼させることができる。

【0043】

ところが、木質バイオマス燃料では、原料を粉砕するときは粒度が小さくなるにつれて粉砕電力が急激に増大し経済性が悪くなる。また、木質バイオマス燃料は、同じ粒径であれば石炭よりも燃えやすいので粉砕粒を大きくすることができる。このため、木質バイオマス燃料は、ほぼ２ｍｍアンダーの粒度分布を有するまで粉砕して使用することが好ましい。

【0044】

このように、最適な燃焼条件が異なるため、本実施例においては微粉炭と異なるバイオマス専焼バーナー１００を用いて、バイオマス燃料を微粉炭と異なる条件で燃焼させるので、微粉炭の粉砕機とは独立に選択した、たとえば、株式会社アーステクニカ製ＴＳＸ型シュレッダなど、適宜な微粉砕機５３を使って、一次粉砕された状態で供給される木質バイオマス原料を二次粉砕して専焼に最も適したサイズの粒子に形成する。また、搬送用の一次空気も別途独立した搬送ファン５９を使って、バイオマス専焼バーナー１００に適化した風量や風圧を備えるようにすることが好ましい。

【0045】

図５は、木質ペレット、木質チップの各種木質バイオマス原料について、微粉砕機で処理する前と後の粒度分布を示したグラフである。たとえば、微粉砕機５３で２ｍｍアンダーに粉砕した木質ペレットは、７００μｍ以下が８０％を占めるような粒子分布を示し、本実施例のバイオマス専焼バーナー１００により容易に還元燃焼させることができる。
また、上記粒子分布を示すバイオマス燃料は、バイオマス燃料噴出ノズル１０の燃料噴出口１９から炉内に放出されたときに全ての粒子が炉内の燃焼ガス上昇気流に乗って浮遊燃焼し、未燃成分が炉底に沈降しないことが、実機ボイラに適用した場合における木質バイオマス熱流動解析により確認されている。

【0046】

図６は、本実施例のバイオマス専焼バーナー１００に係るバーナー負荷・Ａ／Ｃ関係図である。図は、横軸に定格に対する割合（％）で燃料量を表し、縦軸にＡ／Ｃ（Ｎｍ^３／ｈ）を表す。図に示した、ハッチングを入れた領域は、運転推奨領域である。
本実施例のバイオマス専焼バーナー１００は、図６に示すように、負荷率１００％でＡ／Ｃ０．８から２．５まで、負荷率６０％でＡ／Ｃ０．８から１．５まで、工業的に使用ができる。

【0047】

負荷率１００％のときに高いＡ／Ｃまで使用できるのに、負荷率６０％では比較的小さなＡ／Ｃで使えなくなるのは、燃料流中の燃料成分が小さくなって着火性や保炎性が低下する上、燃料が減少して燃焼用空気量が減るのに燃料の搬送に必要な一次空気量は余り変わらないため二次空気と三次空気が不足して、本バーナー機構に特有の保炎作用を減退させるためと考えられる。
なお、負荷率６０％以下では、バイオマス燃料流中の燃料成分の割合が小さくなりすぎて、良好な着火や保炎が難しくなるので、勧められない。

【0048】

図６には、定格値３００ｋｇ／ｈの燃料を燃焼させるバイオマス専焼バーナーを使って、運転可能な範囲を確認した結果が記入されている。図中の黒丸印は着火性と保炎性が良好で火炎が安定していたケース、バツ印は保炎性等が悪く燃焼が不良であったケースを示す。図から、運転推奨領域内における運転可能性が確認できる。

【0049】

本実施例のバイオマス専焼バーナーを適用したバイオマス混焼ボイラでは、大量の木質バイオマス燃料を燃焼させることにより、石炭消費量の節減ができ、化石燃料起源のＣＯ２放散を抑制することができる。バイオマス専焼バーナーは、微粉炭と独立にバイオマス燃料を燃焼するので、設置数により燃焼量を調整することができ、所定の容量を有するバーナーを適当数設置することで、大量のバイオマス燃料を安定して混焼させることができる。
また、バイオマス混焼ボイラでは、バイオマス燃料に窒素成分が少ないため、燃焼排ガスの低ＮＯｘ化を図ることができる。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本発明のバイオマス専焼バーナーを新設のあるいは既存の微粉炭焚きボイラに適用することにより、高いバイオマス混焼率で燃焼させるバイオマス混焼ボイラを得ることができる。

【符号の説明】

【0051】

１０ バイオマス燃料噴出ノズル
１１ バイオマス燃料供給管
１２ 導入管
１３ 反転板
１５ 燃料濃度調整部
１６ 旋回羽根
１７ 旋回度調整板
１９ 燃料噴出口
２０ 二次空気ノズル
２１ 旋回器
２３ 二次空気供給口
２５ 三次空気ノズル
２６ 旋回器
２７ 三次空気供給口
３１ 補助燃料供給管
５１ 受入れホッパ
５２ ベルトコンベア
５３ 微粉砕機
５４ 送風ファン
５５ サイクロン
５６ 定量供給機
５７ バグフィルタ
５９ 搬送ファン
６１ 微粉炭ボイラ
６３ バイオマス燃料供給管
６５ 燃料搬送流供給管
１００ バイオマス専焼バーナー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】