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(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】6263492
(24)【登録日】2017年12月22日
(45)【発行日】2018年1月17日
(54)【発明の名称】ボイラ及びボイラの燃焼制御方法
(51)【国際特許分類】
F23N 5/00 20060101AFI20180104BHJP
F23C 99/00 20060101ALI20180104BHJP
【ＦＩ】
F23N5/00 J
F23C99/00 305
F23N5/00 T
【請求項の数】10
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2015-56972(P2015-56972)
(22)【出願日】2015年3月19日
(65)【公開番号】特開2016-176640(P2016-176640A)
(43)【公開日】2016年10月6日
【審査請求日】2017年1月31日
(73)【特許権者】
【識別番号】514030104
【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100089118
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 宏明
(74)【代理人】
【識別番号】100118762
【弁理士】
【氏名又は名称】高村 順
(72)【発明者】
【氏名】今田 潤司
(72)【発明者】
【氏名】西宮 立享
(72)【発明者】
【氏名】武居 功一
【審査官】
宮崎 賢司
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１１−０７５１５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭５１−１２０４３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００１−２４９０７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−１８０４８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０００−２４９３３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
実開平０２−１２２９０９（ＪＰ，Ｕ）
【文献】
実開昭６２−０３９１１２（ＪＰ，Ｕ）
【文献】
特開２００９−１６２４０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１１／００４５４２０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開昭６３−１８３３１５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ２３Ｎ ５／００
Ｆ２３Ｃ ９９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、
固体燃料と燃焼用空気とを混合した燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成可能な燃焼バーナと、
前記燃焼バーナより上方に設けられ、追加空気を前記火炉内に向けて吹き込む追加空気ノズルと、
前記燃焼バーナより上方の領域に設けられ、レーザにより前記火炉内の酸素濃度及び一酸化炭素濃度を検出するレーザ分析部と、
前記レーザ分析部で検出された酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記燃焼バーナからの前記燃焼ガスの供給量及び前記追加空気ノズルからの前記追加空気の供給量の少なくとも一方を制御する制御部とを具備することを特徴とする、ボイラ。
固体燃料と燃焼用空気とを混合した燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成可能な燃焼バーナと、
前記燃焼バーナより上方に設けられ、追加空気を前記火炉内に向けて吹き込む追加空気ノズルと、
前記燃焼バーナより上方の領域に設けられ、レーザにより前記火炉内の酸素濃度及び一酸化炭素濃度を検出するレーザ分析部と、
前記レーザ分析部で検出された酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記燃焼バーナからの前記燃焼ガスの供給量及び前記追加空気ノズルからの前記追加空気の供給量の少なくとも一方を制御する制御部とを具備することを特徴とする、ボイラ。
【請求項2】
前記制御部は、前記固体燃料の燃焼条件の変更時に、酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記燃焼バーナからの前記燃焼ガスの供給量及び前記追加空気ノズルからの前記追加空気の供給量の少なくとも一方を制御する、請求項１に記載のボイラ。
【請求項3】
前記燃焼バーナと前記追加空気ノズルとの間で前記火炉の内壁面に沿って水平に保護ガスを吹き込む保護ガスノズルを備え、前記制御部は、前記レーザ分析部で検出された酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記保護ガスノズルからの前記保護ガスの供給量を制御する、請求項１又は請求項２に記載のボイラ。
【請求項4】
前記制御部は、前記固体燃料の燃焼条件の変更時に、酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記保護ガスノズルからの前記保護ガスの供給量を制御する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のボイラ。
【請求項5】
前記保護ガスノズルから吹き込む保護ガス量は、追加空気量の一部が用いられる、請求項３又は請求項４に記載のボイラ。
【請求項6】
前記保護ガスは、前記火炉から排出された排ガスの少なくとも一部が用いられる、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のボイラ。
【請求項7】
固体燃料と燃焼用空気とを混合した燃料ガスを火炉内に向けて吹き込む燃焼バーナより上方の領域の酸素濃度及び一酸化炭素濃度をレーザにより検出する第１ステップと、
検出された前記酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記燃焼バーナからの前記燃焼ガスの供給量及び前記燃焼ガスノズルより上方に設けられた追加空気ノズルからの追加空気の供給量の少なくとも一方を制御する第２ステップとを含むことを特徴とする、ボイラの燃焼制御方法。
検出された前記酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記燃焼バーナからの前記燃焼ガスの供給量及び前記燃焼ガスノズルより上方に設けられた追加空気ノズルからの追加空気の供給量の少なくとも一方を制御する第２ステップとを含むことを特徴とする、ボイラの燃焼制御方法。
【請求項8】
固体燃料の燃焼条件の変更時に、酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記燃焼バーナからの前記燃焼ガスの供給量及び前記追加空気ノズルからの前記追加空気の供給量の少なくとも一方を制御する、請求項７に記載のボイラの燃焼制御方法。
【請求項9】
前記第２ステップにおいて、レーザにより検出された酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記燃焼バーナと当該燃焼バーナより上方に設けられた追加空気ノズルとの間で前記火炉の内壁面に沿って水平に吹き込まれる保護ガスの供給量を制御する、請求項７又は請求項８に記載のボイラの燃焼制御方法。
【請求項10】
固体燃料の燃焼条件の変更時に、酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記保護ガスの供給量を制御する、請求項９に記載のボイラの燃焼制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ボイラ及びボイラの燃焼制御方法に関し、例えば、固体燃料と空気とを混合して燃焼させるボイラ及びボイラの燃焼制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、重油などの硫黄含有燃料を燃焼させるボイラの硫黄含有燃料の燃焼方法が提案されている。この硫黄含有燃料の燃焼方法では、火炉の左右側壁のバーナからアフターエアポートに亘る範囲にＣＯ濃度を測定するＣＯセンサを配置し、このＣＯセンサによって測定されたＣＯ濃度に基づいて、バーナに供給する燃焼用空気及び燃料量を制御することにより、排ガス中のＮＯｘを低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０００−２４９３３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、硫黄含有燃料を燃焼させるボイラの火炉では、火炉のバーナ部の最上段の追加燃焼用空気ノズル（ＯＦＡ：Ｏｖｅｒ Ｆｉｒｅ Ａｉｒ）と追加空気ノズル（ＡＡ：Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ Ａｉｒ）との間の領域などでは、火炉内の空気が不足して炉壁付近の空気が不足して酸素濃度が低下する場合があり、また炉壁の中央部付近では火炎と炉壁までの距離が近く、高温領域となる場合がある。このような場合には、炉壁の中央部付近に低酸素、かつ、高温となる還元雰囲気にある領域が形成されるので、腐食成分である硫化水素（Ｈ２Ｓ）が発生しやすくなり、炉壁の内面に腐食が発生する場合がある。
【0005】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、硫化水素による炉壁の腐食を防ぐことができ、耐久性の向上を図ることが可能なボイラ及びボイラの燃焼制御方法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】
【0006】
本発明のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、固体燃料と燃焼用空気とを混合した燃料ガスを前記火炉内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成可能な燃焼バーナと、前記燃焼バーナより上方に設けられ、追加空気を前記火炉内に向けて吹き込む追加空気ノズルと、前記燃焼バーナより上方の領域に設けられ、レーザにより前記火炉内の酸素濃度及び一酸化炭素濃度を検出するレーザ分析部と、前記レーザ分析部で検出された酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記燃焼バーナからの前記燃焼ガスの供給量及び前記追加空気ノズルからの前記追加空気の供給量の少なくとも一方を制御する制御部とを具備することを特徴とする。
【0007】
このボイラによれば、レーザによって火炉内の酸素濃度及び一酸化炭素濃度を検出し、検出された酸素濃度及び一酸化炭素濃度と固体燃料中の硫黄分含有率との関係に基づいて燃焼ガスの供給量を制御するので、火炉内に発生する硫化水素濃度を間接的に高い精度で検出することが可能となり、火炉内を硫化水素の発生を低減できる適切な酸素濃度に制御することが可能となる。これにより、ボイラは、硫化水素の発生量を低減してボイラの長期間の運転が可能になるだけでなく、酸素の供給量を適切に制御できるので、ＮＯｘ及び固体燃料の未燃分の発生を低減することが可能となると共に、火炉の炉壁近傍の還元性雰囲気が軽減されるので、スラッギングを防止することも可能となる。
【0008】
本発明のボイラおいては、前記制御部は、前記固体燃料の燃焼条件の変更時に、酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記燃焼バーナからの前記燃焼ガスの供給量及び前記追加空気ノズルからの前記追加空気の供給量の少なくとも一方を制御することが好ましい。この構成により、ボイラは、燃焼条件の変更時に対応した適切な時期に燃焼条件を制御することができる。
【0009】
本発明のボイラおいては、前記燃焼バーナと前記追加空気ノズルとの間で前記火炉の内壁面に沿って水平に保護ガスを吹き込む保護ガスノズルを備え、前記制御部は、前記レーザ分析部で検出された酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記保護ガスノズルからの前記保護ガスの供給量を制御することが好ましい。この構成により、ボイラは、保護ガスによっても燃焼条件を制御することができるので、燃焼条件の制御が容易となる。
【0010】
本発明のボイラおいては、前記制御部は、前記固体燃料の燃焼条件の変更時に、酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記保護ガスノズルからの前記保護ガスの供給量を制御することが好ましい。この構成により、ボイラは、燃焼条件の変更時に対応した適切な時期に燃焼条件を制御することができる。
【0011】
本発明のボイラおいては、前記保護ガスノズルから吹き込む保護ガス量は、追加空気量の一部が用いられることが好ましい。この構成により、ボイラは、保護ガスを追加空気の一部から確保することで、火炉に供給する空気量を変更することがなく、安定したボイラ効率を維持することができる。
【0012】
本発明のボイラおいては、前記保護ガスは、前記火炉から排出された排ガスの少なくとも一部が用いられることが好ましい。この構成により、ボイラは、保護ガスとして排ガスを火炉に供給することで、火炉の内壁面の高温化を抑制することができる。
【0013】
ボイラの燃焼制御方法は、固体燃料と燃焼用空気とを混合した燃料ガスを火炉内に向けて吹き込む燃焼バーナより上方の領域の酸素濃度及び一酸化炭素濃度をレーザにより検出する第１ステップと、検出された前記酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記燃焼バーナからの前記燃焼ガスの供給量及び前記燃焼ガスノズルより上方に設けられた追加空気ノズルからの追加空気の供給量の少なくとも一方を制御する第２ステップとを含むことを特徴とする。
【0014】
このボイラの燃焼制御方法によれば、レーザによって火炉内の酸素濃度及び一酸化炭素濃度を検出し、検出された酸素濃度及び一酸化炭素濃度と固体燃料中の硫黄分含有率との関係に基づいて燃焼ガスの供給量を制御するので、火炉内に発生する硫化水素濃度を間接的に高い精度で検出することが可能となり、火炉内を硫化水素の発生を低減できる適切な酸素濃度に制御することが可能となる。これにより、ボイラの燃焼制御方法は、硫化水素の発生量を低減してボイラの長期間の運転が可能になるだけでなく、酸素の供給量を適切に制御できるので、ＮＯｘ及び固体燃料の未燃分の発生を低減することが可能となると共に、火炉の炉壁近傍の還元性雰囲気が軽減されるので、スラッギングを防止することも可能となる。
【0015】
ボイラの燃焼制御方法においては、固体燃料の燃焼条件の変更時に、酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記燃焼バーナからの前記燃焼ガスの供給量及び前記追加空気ノズルからの前記追加空気の供給量の少なくとも一方を制御することが好ましい。この構成により、ボイラの燃焼制御方法は、燃焼条件の変更時に対応した適切な時期に燃焼条件を制御することができる。
【0016】
ボイラの燃焼制御方法においては、前記第２ステップにおいて、レーザにより検出された酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記燃焼バーナと当該燃焼バーナより上方に設けられた追加空気ノズルとの間で前記火炉の内壁面に沿って水平に吹き込まれる保護ガスの供給量を制御する。この方法により、ボイラは、保護ガスによっても燃焼条件を制御することができるので、燃焼条件の制御が容易となる。
【0017】
本発明のボイラの燃焼制御方法においては、前記制御部は、前記固体燃料の燃焼条件の変更時に、酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記保護ガスノズルからの前記保護ガスの供給量を制御することが好ましい。
【0018】
本発明のボイラの燃焼制御方法においては、固体燃料の燃焼条件の変更時に、酸素濃度、一酸化炭素濃度及び前記固体燃料中の硫黄分含有率に基づいて、前記保護ガスの供給量を制御することが好ましい。この方法により、ボイラは、燃焼条件の変更時に対応した適切な時期に燃焼条件を制御することができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、硫化水素による炉壁の腐食を防ぐことができ、耐久性の向上を図ることが可能なボイラ及びボイラの燃焼制御方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態により何ら限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、適宜変更して実施可能である。
【0022】
図１は、本発明の実施の形態に係る石炭焚きボイラ１０の模式図であり、図２は、石炭焚きボイラにおける燃焼バーナの平面図であり、図３は、燃焼バーナの断面を示す図２のIII−III断面図であり、図４は、石炭焚きボイラにおける燃焼領域の平面図である。
【0023】
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を構成する火炉壁が伝熱管により構成されている。本実施の形態に係るボイラ１０は、石炭（瀝青炭、亜瀝青炭など）を粉砕した微粉炭を微粉燃料（固体燃料）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。
【0024】
燃焼装置１２は、この火炉１１を構成する火炉壁（伝熱管）の下部に設けられている。この燃焼装置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。そして、燃焼装置１２は、周方向に沿って４個の燃焼バーナが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。なお、この燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、ＣＣＦ（Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｃｏｒｎｅｒ Ｆｉｒｉｎｇ）燃焼方式であり、火炉１１の形状や一つの段における燃焼バーナの数、段数はこの実施の形態に限定されるものではない。
【0025】
各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を介して微粉炭機（ミル）３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。この微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５は、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（不図示）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。これにより、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、搬送用空気（１次空気）により分級された微粉炭を微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０から燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができる。
【0026】
火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置に風箱３６が設けられており、この風箱３６に空気ダクト３７の一端部が連結されており、この空気ダクト３７は、他端部に送風機３８が装着されている。これにより、送風機３８により送られた燃焼用空気（２次空気）を空気ダクト３７から風箱３６に供給し、この風箱３６から各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができる。
【0027】
ここで、燃焼装置１２について詳細に説明するが、この燃焼装置１２を構成する各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、ほぼ同様の構成をなしていることから、最上段に位置する燃焼バーナ２１についてのみ説明する。
【0028】
燃焼バーナ２１は、図２に示すように、火炉１１における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、微粉炭供給管２６から分岐した各分岐管２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが連結されると共に、空気ダクト３７から分岐した各分岐管３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが連結されている。
【0029】
火炉１１の各角部にある各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、火炉１１に対して、微粉炭と搬送用空気が混合した微粉燃料混合気を吹き込むと共に、その微粉燃料混合気の外側に燃焼用空気を吹き込む。そして、各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄからの微粉燃料混合気に着火することで、４つの火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を形成することができ、この火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４は、火炉１１の上方から見て（図２参照）反時計周り方向に旋回する火炎旋回流となる。
【0030】
また、図１に示すように、火炉１１は、燃焼装置１２の上段部に追加燃焼用空気供給装置４１が設けられている。この追加燃焼用空気供給装置４１は、火炉壁に装着された複数の追加燃焼用空気ノズル４２，４３を有している。この追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、周方向に沿って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２セット、つまり、２段配置されている。追加燃焼用空気供給装置４１（追加燃焼用空気ノズル４２，４３）は、火炉１１における燃焼バーナ２１の装着位置より上方に配置されている。この追加燃焼用空気供給装置４１は、火炉１１に対して追加燃焼用空気（Ｏｖｅｒ Ｆｉｒｅ Ａｉｒ）を吹き込むものである。追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と同様に、火炉１１における４つの角部に設けられる複数の追加燃焼用空気ノズルから構成されており、火炎旋回流と同様の追加燃焼用空気旋回流を形成する。そして、この追加空気ノズル４２，４３は、空気ダクト３７から分岐した第１分岐空気ダクト４４の端部が連結されている。
【0031】
このボイラ１０においては、送風機３８により送られた燃焼用空気を第１分岐空気ダクト４４から追加燃焼用空気供給装置４１に供給することができる。そして、各追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が吹き込んだ微粉燃料混合気の上方に追加燃焼用空気を吹き込むことができる。
【0032】
火炉１１は、燃焼装置１２より上方に追加空気供給装置５１が設けられている。この追加空気供給装置５１は、火炉壁に装着された複数の追加空気ノズル５２を有している。この追加空気ノズル５２は、周方向に沿って４個均等間隔で配設されたものが１セット、つまり、１段配置されている。追加空気供給装置５１（追加空気ノズル５２）は、火炉１１における燃焼バーナ２１の装着位置より所定距離だけ上方に配置されている。この追加空気供給装置５１は、火炉１１に対して追加空気（Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ Ａｉｒ）を吹き込むものである。追加空気ノズル５２は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と同様に、火炉１１における４つの角部に設けられる複数の追加空気ノズルから構成されており、火炎旋回流と同様の追加空気旋回流を形成する。そして、この追加空気ノズル５２は、空気ダクト３７から分岐した第２分岐空気ダクト５３の端部が連結されている。
【0033】
このボイラ１０においては、送風機３８により送られた燃焼用空気を第２分岐空気ダクト５３から追加空気供給装置５１に供給することができる。そして、追加空気ノズル５２は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が吹き込んだ微粉燃料混合気及び追加燃焼用空気ノズル４２，４３が吹き込んだ追加燃焼用空気の所定距離だけ上方に追加空気を吹き込むことができる。
【0034】
火炉１１は、燃焼装置１２に保護ガス供給装置６１が設けられている。この保護ガス供給装置６１は、火炉壁に装着された複数の保護ガスノズル６２，６３，６４を有している。この保護ガスノズル６２，６３，６４は、周方向に沿って４個均等間隔で配設されたものが３セット、つまり、３段配置されている。保護ガス供給装置６１（保護ガスノズル６２，６３，６４）は、火炉１１における燃焼バーナ２１と同位置に配置されている。この保護ガス供給装置６１は、火炉１１に対して保護ガス（Ｗａｌｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｉｒ）としての空気を吹き込むものである。この保護ガスノズル６２，６３，６４は、空気ダクト３７から分岐した第３分岐空気ダクト６５の端部が連結されている。
【0035】
本実施の形態において、燃焼装置１２と保護ガス供給装置６１は、一体に構成されている。燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉燃料混合気を火炉１１内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成する。保護ガスノズル６２，６３，６４は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５による微粉燃料混合気の吹き込み方向より炉壁側に空気（保護ガス）を吹き込む。なお、保護ガスノズル６２，６３，６４は、ほぼ同様の構成となっている。
【0036】
また、火炉１１は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上方に、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と追加空気ノズル５２との間の領域の酸素濃度及び一酸化炭素濃度をレーザで検出するレーザ分析部１００が設けられている。このレーザ分析部１００で検出された酸素濃度及び一酸化炭素濃度は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５からの燃料ガスの供給量、追加空気ノズル５２からの追加空気の供給量及び保護ガスノズル６２，６３，６４からの保護ガスの供給量を制御する制御部２００に送信される。制御部２００は、レーザ分析部１００で検出した酸素濃度及び一酸化炭素濃度に基づいて、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５からの燃料ガスの供給量、追加空気ノズル５２からの追加空気の供給量及び保護ガスノズル６２，６３，６４からの保護ガスの供給量を制御して火炉１１内の炉壁近傍の酸素濃度を１体積％以上に調整して火炉１１内の硫化水素及びＮＯｘを低減すると共に、未燃焼の燃料ガスを低減する。
【0037】
図２及び図３に示すように、燃焼バーナ２１は、火炉１１における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。保護ガスノズル６２も、同様に、火炉１１における４つの角部に設けられる保護ガスノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄから構成されている。ここで、燃焼バーナ２１ａは、微紛燃料混合気を噴射する燃料ノズル８１と、断面リング形状をなして燃料ノズル８１の外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズル８２とを有し、保護ガスノズル６２ａは、２次空気ノズル８２における一側部のみに配置される。
【0038】
そして、各保護ガスノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、第３分岐空気ダクト６５から分岐した各分岐管６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄが連結されている。そして、各保護ガスノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、火炉１１の内壁面に沿って水平に空気を吹き込むことができる。これにより、送風機３８により送られた燃焼用空気を第３分岐空気ダクト６５から保護ガス供給装置６１に供給することができる。そして、保護ガスノズル６２，６３,６４（６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ）は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が吹き込んだ微粉燃料混合気の外側に空気を吹き込むことができる。この場合、保護ガスノズル６２（６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ），６３，６４が吹き込む空気量は、全空気量比で１％〜５％程度であり、ノズル流速は、２０ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓである。
【0039】
本実施の形態において、保護ガス供給装置６１は、保護ガスノズル６２，６３，６４が火炉１１の内壁面と各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５からの火炎との間に空気を吹き込むものである。そのため、図２に示すように、燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、火炉１１内に微粉燃料混合気を吹き込んで火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を形成し、火炎旋回流を形成可能である。一方、保護ガスノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、この火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の外側に空気を吹き込んで空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を形成可能である。
【0040】
本実施の形態では、燃焼装置１２と保護ガス供給装置６１とが一体に構成されることで、燃焼バーナ２１，２２，２３に保護ガスノズル６２，６３，６４が装着されることで、燃焼バーナ２１，２２，２３及び保護ガスノズル６２，６３，６４が燃焼バーナとして構成される。ここで、上方の３段の燃焼バーナ２１，２２，２３に保護ガスノズル６２，６３，６４を設けたが、この構成に限定されるものではない。ボイラ１０の形態に応じて上方の１段の燃焼バーナ２１にのみ保護ガスノズル６２を設けてもよく、また、全ての燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に保護ガスノズルを設けてもよい。
【0041】
そして、火炉１１に供給する１次空気量（搬送用空気量）、２次空気量、追加燃料用空気量、追加空気量、保護ガス量としての空気量は、ボイラの形態に応じて設定されている。ボイラの形態に応じて燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が吹き込む１次空気量及び２次空気量、追加燃焼用空気ノズル４２，４３が吹き込む追加燃料用空気量、追加空気ノズル５２が吹き込む追加空気量が設定され、保護ガスノズル６２が吹き込む保護ガス量は、追加空気量の一部が用いられる。
【0042】
上述したように、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭と搬送用空気が混合した微粉燃料混合気（燃料ガス）及び２次空気を火炉１１内に向けて吹き込むことで火炎旋回流を形成することができる。また、追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上段で、追加燃焼用空気を火炉１１内に向けて吹き込むことができる。また、追加空気ノズル５２は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の上方で、追加空気を火炉１１内に向けて吹き込むことができる。
【0043】
また、保護ガスノズル６２，６３，６４は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５と同位置で、保護ガスとしての空気を火炉１１の内壁面に沿って水平に吹き込むことができる。すると、図４に示すように、保護ガスノズル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄは、燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１Ｃ，２１ｄからの火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４と、各炉壁１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄの内壁面との間に空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を形成する。そのため、空気流Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４により火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４が火炉１１の内壁面に直接接触することが抑制され、特に、内壁面における水平方向中間部領域１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの加熱が防止される。
【0044】
なお、本実施の形態の燃焼装置１２を構成する各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、中心部に油燃料を噴射可能な油ノズルと、この油ノズルの外側に微粉燃料混合気を噴射可能な燃料ノズルと、この燃料ノズルの外側に２次空気を噴射可能な２次空気ノズルを有している。これにより、ボイラ起動時に、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、油燃料を火炉１１内に噴射して火炎を形成し、その後、微粉燃料混合気と２次空気を火炉１１内に噴射して火炎を形成している。
【0045】
そして、図１に示すように、火炉１１は、上部に煙道７０が連結されており、この煙道７０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（スーパーヒータ）７１，７２、再熱器（リヒータ）７３，７４、節炭器（エコノマイザ）７５，７６，７７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。
【0046】
煙道７０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管７８が連結されている。この排ガス管７８は、空気ダクト３７との間にエアヒータ７９が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、排ガス管７８を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給する燃焼用空気を昇温することができる。
【0047】
そして、排ガス管７８は、図示しないが、脱硝装置、電気集塵機、誘引送風機、脱硫装置が設けられ、下流端部に煙突が設けられている。
【0048】
次に、本実施の形態に係る石炭焚きボイラ１０の全体動作について説明する。石炭焚きボイラ１０は、微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５が駆動すると、生成された微粉炭が搬送用空気と共に微粉炭供給管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。また、加熱された燃焼用空気が空気ダクト３７から風箱３６を介して各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給される。また、加熱された燃焼用空気が空気ダクト３７から分岐した各分岐空気ダクト４４，５３，６５により追加燃焼用空気ノズル４２，４３、追加空気ノズル５２、保護ガスノズル６２に供給される。
【0049】
燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉燃料混合気と２次空気を火炉１１に吹き込み、このときに着火することで燃焼領域Ａに火炎旋回流を形成することができる。また、このとき、追加燃焼用空気ノズル４２，４３は、追加燃焼用空気を火炉１１に吹き込むことで、燃焼領域Ａを適正に形成することができる。この火炉１１では、微粉燃料混合気と２次空気及び追加燃焼用空気が燃焼して火炎旋回流が生じ、燃焼領域Ａで火炎旋回流が生じると、火炉１１内を燃焼ガス（排ガス）が旋回しながら上昇して還元領域Ｂに至る。
【0050】
このとき、火炉１１にて、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、空気の供給量が微粉炭の供給量に対して理論空気量未満となるように設定されることで、燃焼領域Ａの上方の還元領域Ｂが還元雰囲気に保持される。そのため、微粉炭の燃焼により発生したＮＯｘがこの還元領域Ｂで還元される。
【0051】
そして、追加空気ノズル５２は、追加空気を火炉１１の還元領域Ｂの上方に吹き込む。すると、燃焼完結領域Ｃにて、排ガスと追加空気が反応することで微粉炭の酸化燃焼が完結され、微粉炭の燃焼によるＮＯｘの発生量が低減される。
【0052】
火炉１１の燃焼領域Ａや還元領域Ｂでは、低酸素雰囲気で、且つ、高温雰囲気となることから、腐食成分である硫化水素（Ｈ２Ｓ）が発生しやすく、炉壁の内面に腐食が発生するおそれがある。そこで、本実施の形態では、火炉１１にて、保護ガスノズル６２，６３，６４が燃焼領域Ａにある内壁面に沿って空気を吹き込む。この空気は、炉壁に沿って火炎旋回流より外側に吹き込まれることから、火炎が火炉１１の内壁面に直接接触することがなく、炉壁の低温化により腐食の発生が抑制される。
【0053】
また、保護ガスノズル６２，６３，６４から火炉１１の内壁面と火炎旋回流との間に空気が吹き込まれることで、この領域が高酸素領域となり、硫化水素の発生が抑制されることから、炉壁の腐食が抑制される。更に、火炉１１は、燃焼領域Ａや還元領域Ｂの壁面近傍が高酸素雰囲気で、且つ、低温雰囲気に抑制されることから、フライアッシュの溶融を抑制することができ、スラッギングを防止することができる。
【0054】
なお、保護ガスノズル６２，６３，６４は、還元領域Ｂに空気が上昇することで、この還元領域Ｂを乱すことが考えられるが、保護ガスノズル６２，６３，６４から空気は、火炎旋回流の外側であることから、この空気がＮＯｘ還元作用に悪影響を及ぼすことはほとんどない。
【0055】
そして、給水ポンプ（不図示）から供給された水は、節炭器７５，７６，７７によって予熱された後、蒸気ドラム（不図示）に供給され火炉壁の各水管（不図示）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、蒸気ドラム（不図示）の飽和蒸気は過熱器７１，７２に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器７１，７２で生成された過熱蒸気は、タービンなどの発電プラント（不図示）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７３，７４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。
【0056】
その後、煙道７０の節炭器７５，７６，７７を通過した排ガスは、排ガス管７８にて、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。
【0057】
次に、本実施の形態に係るボイラ１０のレーザ分析部１００の構成について詳細に説明する。図５は、本実施の形態に係るレーザ分析部１００の模式図である。図５に示すように、本実施の形態に係るレーザ分析部１００は、レーザ光を火炉内に向けて送光する送光素子１０１を備える。この送光素子１０１は、例えば、レーザダイオードなどによって構成され、Ｏ２の分析用の送光素子１０１ａ、ＣＯの分析用の送光素子１０１ｂ及びＨ２Ｏ用の送光素子１０１ｃなど分析対象となる排ガスＧ中のガス成分の波長に応じて複数設けられる。送光素子１０１は、光ファイバ１０２を介してマルチプレクサ１０３に接続される。このマルチプレクサ１０３は、複数波長のレーザ光を１つの経路に伝送する。これにより、ボイラ１０の周囲を簡素化することが可能となる。
【0058】
マルチプレクサ１０３は、光ファイバ１０２を介して複数の送光素子１０１からの信号を切替える光スイッチ１０４に接続されている。この光スイッチ１０４には、コリメータなどの複数の送光光学系１０５が接続されている。この複数の送光光学系１０５には、断面視における火炉１１の縦方向及び横方向に複数並設されている。また、火炉１１には、複数の送光光学系１０５からの光を受光するフィルタ及びレンズなどの複数の受光光学系１０６が配置されている。この受光光学系１０６は、複数の受光光学系１０６によって受光されたレーザ光を切替える光スイッチ１０７を介してマルチプレクサ１０８に接続されている。このマルチプレクサ１０８には、フォトダイオードなどによって構成される複数の受光素子１０９が接続される。この複数の受光素子１０９は、例えば、Ｏ２の分析用の受光素子１０９ａ、ＣＯの分析用の受光素子１０９ｂ及びＨ２Ｏ用の受光素子１０９ｃなど分析対象となる排ガスＧ中のガス成分の波長に応じて複数設けられる。これらの複数の受光素子１０９は、パーソナルコンピュータなどの演算装置１１０に接続される。このレーザ分析部１００においては、光スイッチ１０４、送光素子１０５、受光素子１０６及び光スイッチ１０７がボイラ１０の近傍に配置される。このように配置することにより、ボイラ１０の周囲の簡素化及び送光素子１０１及び受光素子１０９などの精密機器のボイラ１０からの隔離が可能となる。
【0059】
次に、図６Ａから図６Ｄを参照して、火炉１１内のガス成分の濃度算出方法について説明する。図６から図６Ｄは、火炉１１内のガス成分の濃度算出方法の説明図である。なお、図６Ａから図６Ｄにおいては、説明の便宜上、レーザ分析部１００の一部の構成要素のみを示している。図６Ａに示すように、複数の送光素子１０１から送光されたレーザ光Ｌは、火炉１１内を格子状に照射されて排ガスＧを透過して複数の受光素子１０９にそれぞれ受光される。この受光素子１０９で受光されるレーザ光Ｌは、透過経路でのガス濃度及びガス温度の平均値に対応した排ガス中のガス成分の平均吸収スペクトルを有する。
【0060】
次に、図６Ｂに示すように、送光素子１０１から送光されるレーザ光の交点部Ｐのみにガスが存在すると仮定して演算装置１１０がＣＴ処理を実行する。これにより、各交点部Ｐにおけるガス濃度及びガス温度の組み合わせに応じた測定データの吸収スペクトルが得られるかを逆算により求めることが可能となる。演算装置１１０は、例えば、各交点部Ｐにおける初期値と各受光素子１０９によって得られた吸収スペクトルの測定値とをそれぞれ計算する。各交点部Ｐにおける初期値と各受光素子１０９における吸収スペクトルの測定値とをそれぞれ比較し、比較した結果が合致した場合には、計算値に基づいて各交点部Ｐにおけるガス濃度及びガス温度を算出してＣＴ処理を終了する。また、比較した結果が合致しない場合には、初期値を補正して再度各受光素子１０９によって得られた吸収スペクトルと補正した初期値とを比較する。このようにして、図６Ｃに示すように、レーザ光Ｌの交点部Ｐ毎のガス濃度及びガス温度を算出する。最後に、図６Ｄに示すように、各交点部Ｐのガス濃度及びガス温度に基づいてＢスプライン補間処理により火炉１１内のガス濃度の２次元分布を算出する。この結果、ガス濃度の高濃度領域Ａ１、中濃度領域Ａ２及び低濃度領域Ａ３などの分布を測定することが可能となる。
【0061】
図７は、一般的な火炉内１１内の酸素濃度分布を示す図である。なお、図７においては、火炉１１の排ガスのガス流れ方向に対する垂直断面を模式的に示している。図７に示すように、一般的な火炉１１では、火炉１１内の壁面近傍に酸素濃度の高濃度領域Ａ１及び中濃度領域Ａ２だけでなく、酸素濃度が低い低濃度領域Ａ３が形成される場合がある。このような火炉１１の壁面近傍に形成された低濃度領域Ａ３では、硫化水素が発生して火炉１１の壁面が腐食する場合がある。
【0062】
本発明者らは、火炉１１内のガス成分の相関関係及び微粉炭燃料中の硫黄分含有率に着目した。そして、本発明者らは、レーザ分析部１００を用いた酸素濃度及び一酸化炭素濃度の検出及び微粉炭燃料中の硫黄分含有率に基づく硫化水素指標を求めることにより、火炉１１内の硫化水素濃度を間接的に正確に分析して燃焼条件を制御して硫化水素の発生を効果的に防ぐことができることを見出し、本発明を完成させるに至った。以下、本発明者らが調べた内容について説明する。
【0063】
図８Ａは、火炉１１内の酸素濃度と硫化水素濃度との関係を示す図である。図８Ａに示すように、火炉１１で発生した硫化水素は、酸素によって分解されるので、火炉１１内の硫化水素濃度は、酸素濃度が増大するにつれて急激に低下する。また、火炉１１内の硫化水素濃度は、酸素濃度が１％未満になると急増する。この結果から、火炉１１内の酸素濃度を所定値以上に保つことにより硫化水素濃度の発生を防ぐことができることが分かる。
【0064】
図８Ｂは、火炉１１内の一酸化炭素濃度と硫化水素濃度との関係を示す図である。図８Ｂに示すように、火炉１１内の硫化水素濃度は、還元性雰囲気で生成する一酸化炭素濃度が増大するにつれて急増する。この結果から、火炉１１内の酸素濃度を低下させて還元性雰囲気にすることにより、硫化水素が発生しやすくなることが分かる。
【0065】
図８Ｃは、微粉炭燃料中の硫黄分含有量と火炉１１内の硫化水素濃度との関係を示す図である。図８Ｃに示すように、火炉１１内の硫化水素濃度は、用いる微粉炭燃料中の硫黄分含有量が増大するにつれて増大することが分かる。なお、微粉炭燃料中の硫黄分は、硫化水素の他にＳＯｘ成分となるので、微粉炭燃料中の硫黄分含有量と硫化水素濃度とは必ずしも一致しない。
【0066】
本発明者らは、これらの火炉１１内の酸素濃度、一酸化炭素濃度及び微粉炭燃料中の硫黄分含有量と火炉１１の硫化水素濃度に基づく相関関係である下記式に示す硫化水素指標値（ｆＨ２Ｓ）を見出した。【数1】
【0067】
図８Ｄは、硫化水素指標値（ｆＨ２Ｓ）と火炉１１内の硫化水素濃度との関係を示す図である。図８Ｄに示すように、上記式に基づいて求めた硫化水素指標値（ｆＨ２Ｓ）と火炉１１内の硫化水素濃度とは略正比例の関係となる。したがって、上記式に基づいて求めた硫化水素指標値（ｆＨ２Ｓ）に基づいて、制御部２００が、火炉１１の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５による燃焼ガスの供給量、追加空気ノズル５２からの追加空気の供給量及び保護ガスノズル６２，６３，６４からの保護ガスの供給量を制御して、火炉１１内の酸素濃度を所定値（例えば、１体積％以上）に保つことにより、火炉１１内の硫化水素濃度の発生を低減することが可能となる。
【0068】
図９は、本実施の形態に係る硫化水素指標値を用いた燃焼制御を実施した火炉１１内の酸素濃度を示す図である。図９に示すように、硫化水素指標値を用いて燃焼制御を行うことにより、火炉１１壁面近傍では、酸素濃度の低濃度領域がなくなり、酸素濃度が所定値（例えば、１体積％以上）の中濃度領域及び高濃度領域となっていることが分かる。これらの結果から、本実施の形態では、レーザ分析部１００によって測定された火炉１１内の酸素濃度及び一酸化炭素濃度と微粉炭燃料中に含まれる硫黄分含有率に基づいて、制御部２００が燃焼条件を制御することにより、火炉１１壁面近傍に生じる酸素濃度の低濃度領域を低減できることが分かる。
【0069】
以上説明したように、上記実施の形態によれば、レーザ分析部１００でレーザによって火炉１１内の酸素濃度及び一酸化炭素濃度を検出し、検出された酸素濃度及び一酸化炭素濃度と固体燃料中の硫黄分含有率との関係に基づいて、制御部２００が燃焼ガスの供給量を制御するので、火炉１１内の硫化水素を間接的に高い精度で検出することが可能となり、火炉１１内を硫化水素の低減できる適切な酸素濃度に制御することが可能となる。これにより、ボイラ１０は、硫化水素の発生量を低減してボイラ１０の長期間の運転が可能になるだけでなく、酸素の供給量を適切に制御できるので、ＮＯｘ及び固体燃料の未燃分の発生を低減することが可能となると共に、火炉１１の炉壁近傍の還元性雰囲気が軽減されるので、スラッギングを防止することも可能となる。
【0070】
なお、上述した実施の形態においては、追加燃焼用空気ノズル４２と追加空気ノズル５２との間にレーザ分析部１００を設けた例について説明したが、レーザ分析部１００は、追加燃焼用空気ノズル４２の上方に設けるものであれば特に制限はない。例えば、図１０Ａに示すように、追加燃焼用空気ノズル４２と追加空気ノズル５２との間に第１レーザ分析部１００Ａを設けると共に、追加空気ノズル５２の上方に第２レーザ分析部１００Ｂを設けてもよい。このように火炉１１内の異なる箇所に複数のレーザ分析部１００を設け、それぞれの検出結果に応じて制御部２００が燃焼条件を制御することにより、より一層正確に硫化水素濃度を低減することが可能となる。また、図１０Ｂに示すように、レーザ分析部１００を追加燃焼用空気ノズル４２と追加空気ノズル５２との間に設けずに、追加空気ノズル５２の上方に設けてもよい。
【0071】
また、本実施の形態では、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５が火炉１１内に微粉燃料混合気を吹き込んで着火することで火炎旋回流が形成され、発生した燃焼ガスが燃焼領域Ａから旋回しながら上昇する。微粉燃料混合気は、空気量が微粉炭燃料に対して理論空気量未満となるように設定されることで、燃焼領域Ａの上方に還元領域Ｂが形成され、ここで、微粉炭燃料の燃焼により発生したＮＯｘが還元される。その後、追加空気ノズル５２が火炉１１内に向けて追加空気を吹き込むことで、微粉炭の酸化燃焼が完結される。このとき、保護ガスノズル６２から燃焼領域Ａで、火炉１１の内壁面に沿って水平方向に空気を吹き込むことで、燃焼ガスと火炉１１の内壁面との直接的な接触が抑制され、炉壁の腐食を防止して耐久性を向上することができる。
【0072】
さらに、本実施の形態では、燃焼バーナ２１，２２，２３として、燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズル８１と、燃料ノズル８１の外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズル８２とを設け、保護ガスノズル６２，６３，６４を２次空気ノズル８２における一側部のみに配置し、火炎旋回流の外側に向けて空気を吹き込み可能としている。これにより、燃焼バーナ２１，２２，２３と保護ガスノズル６２，６３，６４を一体に構成することで、装置の小型化及び低コスト化を可能とすることができる。
【0073】
また、本実施の形態では、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を火炉１１の角部に配置し、保護ガスノズル６２，６３，６４を燃焼バーナ２１，２２，２３と同位置に配置し、一方の内壁面に沿って空気を噴射する。これにより、燃焼バーナ２１，２２，２３と保護ガスノズル６２，６３，６４を火炉１１の角部に配置したとき、保護ガスノズル６２，６３，６４は、一方の内壁面に沿って空気を噴射するため、火炎旋回流と火炉１１の内壁面との間に適正に空気を供給することができる。
【0074】
さらに、本実施の形態では、ボイラの形態に応じて燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５から吹き込む燃焼用空気量と追加空気ノズル５２から吹き込む追加空気量とが設定され、保護ガスノズル６２，６３，６４から吹き込む空気量を追加空気量の一部から用いている。これにより、空気を追加空気の一部から確保することで、火炉１１に供給する空気量を変更することがなく、安定したボイラ効率を維持することができる。
【0075】
また、本実施の形態では、燃料ノズル８１と２次空気ノズル８２と保護ガスノズル６２を一体にして構成している。これにより、装置の小型化及び低コスト化を可能とすることができる。
【0076】
なお、上述した実施の形態では、微粉炭燃料を用いる石炭焚きボイラについて説明したが、ボイラとしては、固体燃料がバイオマス又は石油コークスであるボイラであってもよく、油焚きボイラであってもよい。
【符号の説明】
【0077】
１０ 石炭焚きボイラ１１ 火炉
１２ 燃焼装置
２１，２２，２３，２４，２５ 燃焼バーナ
２６，２７，２８，２９，３０ 微粉炭供給管
３１，３２，３３，３４，３５ 微粉炭機
３６ 風箱
３７ 空気ダクト
４１ 追加燃焼用空気供給装置
４２，４３ 追加燃焼用空気ノズル
４４ 第１分岐空気ダクト
５１ 追加空気供給装置
５２ 追加空気ノズル
５３ 第２分岐空気ダクト
６１ 保護ガス供給装置
６２，６３，６４ 保護ガスノズル
６５，６６ 第３分岐空気ダクト
１００，１００Ａ，１００Ｂ レーザ分析部
１０１ 送光素子
１０２ 光ファイバ
１０３ マルチプレクサ
１０４，１０７ 光スイッチ
１０５ 送光光学系
１０６ 受光光学系
１０８ マルチプレクサ
１０９ 受光素子
１１０ 演算装置
２００ 制御部
Ｇ 排ガス