JP2012122653A - 燃焼バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼バーナにおいて、ノズル先端部への灰の付着を抑制可能とする。
【解決手段】微粉炭と空気とを混合した微粉燃料混合気を吹き込み可能な第１ノズル５１と、この第１ノズル５１の外側から空気を吹き込み可能な第２ノズル５２と、第１ノズル５１及び第２ノズル５２の先端部に設けられる保炎部５３，５４と、この保炎部５３，５４への微粉燃料混合気中の微粉炭の流れを抑制する微粉燃料流動制御部とを設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、発電用または工場用などのために蒸気を生成するための微粉燃料燃焼ボイラに適用される燃焼バーナに関するものである。

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、この火炉壁に複数の燃焼バーナが周方向に沿って配設されると共に、上下方向に複数段にわたって配置されている。この燃焼バーナは、石炭が粉砕された微粉炭（燃料）と１次空気との混合気が供給されると共に、高温の２次空気が供給され、この混合気と２次空気を火炉内に吹き込むことで火炎を形成し、この火炉内で燃焼可能となっている。そして、この火炉は、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、節炭器などが設けられており、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、蒸気を生成することができる。

このような石炭焚きボイラの燃焼バーナとしては、例えば、下記特許文献１、２に記載されたものがある。特許文献１に記載された微粉炭バーナは、微粉炭混合気ノズル内に濃淡分離体を配設することで、燃焼させる微粉炭混合気を仮想円の中心側で濃くなるようにしたものである。また、特許文献２に記載された微粉炭バーナは、火炉に向って開口して微粉炭を燃焼用空気と共に噴出するノズル本体を、外筒ノズルと、外筒ノズルの内部に外筒ノズルと同心に設けられた内筒ノズルとで構成したものである。

特許第３６６４８３７号公報 特開２００８−２０２８３６号公報

従来の燃焼バーナは、一般的に、微粉炭と１次空気との混合気を噴出可能な第１ノズルと、この第１ノズルの外側にリング形状をなして２次空気を噴出可能な第２ノズルとを有している。そして、火炉内に第１ノズルから混合気を噴出すると共に第２ノズルから２次空気を噴出することで火炎を形成している。この場合、各ノズルは、先端部に外側へ広がる広角部が形成されており、この広角部の内側に負圧領域を形成することで、保炎機能を確保している。

ところが、燃料として微粉炭などの微粉燃料を使用する燃焼バーナにて、特に、低灰融点や高付着性を有する高スラッギング燃料を使用したとき、溶融灰がノズル先端部に形成された広角部（保炎部）に付着する。溶融灰がこの広角部（保炎部）に付着すると、保炎機能を低下させるばかりでなく、ノズル自体を閉塞してしまうおそれもある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、ノズル先端部への灰の付着を抑制可能とする燃焼バーナ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燃焼バーナは、微粉燃料と空気とを混合した微粉燃料混合気を吹き込むことが可能な第１ノズルと、該第１ノズルの外側から空気を吹き込むことが可能な第２ノズルと、前記第１ノズルの先端部に設けられる保炎部と、該保炎部への前記微粉燃料混合気中の前記微粉燃料の流れを抑制する微粉燃料流動制御部と、を備えることを特徴とするものである。

従って、微粉燃料流動制御部により微粉燃料混合気中の微粉燃料が保炎部へ流れにくくなることから、保炎部への灰の付着が抑制されることとなり、保炎機能の低下やノズルの閉塞を抑制することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記微粉燃料流動制御部は、前記第１ノズルから前記保炎部に向けて空気を吹き込み可能な第３ノズルを有することを特徴としている。

従って、第３ノズルから吹き込まれる空気により第１ノズルを流れる微粉燃料混合気中の微粉燃料が保炎部へ流れにくくなり、保炎部への灰の付着を抑制することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記保炎部は、前記第１ノズル及び前記第２ノズルの先端部が外側に広角して形成され、前記第３ノズルは、前記第１ノズルの内側に配置されて前記保炎部に向けて空気を吹き込むことが可能であることを特徴としている。

従って、第３ノズルを第１ノズルの内側に配置し、保炎部に向けて空気を吹き込み可能とすることで、ノズルを追加するという簡単な構成で保炎部への灰の付着を抑制することができ、構成の複雑化を抑制することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記保炎部は、前記第１ノズル及び前記第２ノズルの先端部が外側に広角して形成され、前記第３ノズルは、前記第２ノズルから分岐して前記第１ノズル内に侵入し、前記保炎部に向けて空気を吹き込み可能であることを特徴としている。

従って、第２ノズルから分岐して第１ノズル内に侵入する第３ノズルを設け、保炎部に向けて空気を吹き込み可能とすることで、第１ノズルと第２ノズルとの間に貫通部を形成するという簡単な構成で保炎部への灰の付着を抑制することができ、構成の複雑化を抑制することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記第３ノズルは、前記保炎部から前記微粉燃料混合気の流れ方向における上流側へ予め設定された所定距離だけ離れた位置から空気を吹き込み可能であることを特徴としている。

従って、保炎部から適正距離だけ離れた位置から空気を吹き込み可能とすることで、第１ノズルを流れる微粉燃料の保炎部への流れを減少させることとなり、保炎部への灰の付着を抑制することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記微粉燃料流動制御部は、前記第１ノズルを流れる前記微粉燃料混合気の流れを前記保炎部以外の方向に向くように偏向可能な偏向部材を有することを特徴としている。

従って、偏向部材により第１ノズルを流れる微粉燃料混合気中の微粉燃料が保炎部へ流れにくくなり、保炎部への灰の付着を抑制することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記偏向部材は、前記第１ノズルにおける軸中心位置に配置され、前記微粉燃料混合気の流れ方向における下流側より上流側で大きく開口する漏斗形状をなすことを特徴としている。

従って、第１ノズルを流れる微粉燃料混合気中の微粉燃料は、漏斗形状をなす偏向部材により第１ノズルの中心側に集められることとなり、微粉燃料を保炎部へ流れにくくすることができる。

本発明の燃焼バーナによれば、保炎部への微粉燃料混合気中の微粉燃料の流れを抑制する微粉燃料流動制御部を設けるので、ノズル先端部への灰の付着を抑制することができる。

図１は、本発明の実施例１に係る燃焼バーナが適用された石炭焚きボイラを表す概略構成図である。 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は、実施例１の燃焼バーナの構成を表す概略図である。 図４は、実施例１の燃焼バーナの断面を表す概略図である。 図５は、本発明の実施例２に係る燃焼バーナの構成を表す概略図である。 図６は、本発明の実施例３に係る燃焼バーナの構成を表す概略図である。 図７は、実施例３の燃焼バーナの断面を表す概略図である。 図８は、本発明の実施例４に係る燃焼バーナの構成を表す概略図である。

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。

図１は、本発明の実施例１に係る燃焼バーナが適用された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の燃焼バーナの構成を表す概略図、図４は、実施例１の燃焼バーナの断面を表す概略図である。

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。

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。

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５セット、つまり、５段配置されている。

そして、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、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（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。

また、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。従って、送風機３８により送られた燃焼用空気（２次空気）を、空気供給配管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。

そのため、燃焼装置１２にて、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭と１次空気とを混合した微粉燃料混合気を火炉１１内に吹き込み可能であると共に、２次空気を火炉１１内に吹き込み可能となっており、図示しない点火トーチにより微粉燃料混合気に点火することで、火炎を形成することができる。

なお、一般的に、ボイラの起動時には、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ている。

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（スーパーヒータ）４１，４２、再熱器４３，４４、節炭器（エコノマイザ）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。

煙道（排ガス通路）４０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４８が連結されている。この排ガス管４８は、空気ダクト３７との間にエアヒータ４９が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、排ガス管４８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。

なお、排ガス管４８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。

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。すると、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を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込み、このときに着火することで火炎を形成することができる。この火炉１１では、微粉燃料混合気と燃焼用空気とが燃焼して火炎が生じ、この火炉１１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガス（排ガス）がこの火炉１１内を上昇し、煙道４０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。

その後、煙道４０の節炭器４５，４６，４７を通過した排ガスは、排ガス管４８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。

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。

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。

従って、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にて）反時計周り方向に旋回する火炎旋回流となる。

このように構成された燃焼バーナ２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）は、図３及び図４に示すように、微粉炭（微粉燃料）と搬送用空気（空気）とを混合した微粉燃料混合気を吹き込み可能な第１ノズル５１と、この第１ノズル５１の外側から燃焼用空気（空気）を吹き込み可能な第２ノズル５２と、第１ノズル５１及び第２ノズル５２の各先端部に設けられる保炎部５３，５４と、この保炎部５３，５４への微粉燃料混合気中の微粉炭の流れを抑制する微粉燃料流動制御部として第１ノズル５１から保炎部５３に向けて空気を吹き込み可能な第３ノズル５５とを有している。

そして、この保炎部５３，５４は、第１ノズル５１及び第２ノズル５２の先端部が外側に広角して形成され、第３ノズル５５は、第１ノズル５１の内側に配置されて保炎部５３に向けて空気を吹き込み可能である。

また、第３ノズル５５は、保炎部５３から微粉燃料混合気の流れ方向における上流側へ予め設定された所定距離だけ離れた位置から空気を吹き込み可能である。

即ち、第１噴射筒６１は、所定長さを有し、長手方向に対して直交する断面にて矩形状をなしている。第２噴射筒６２は、第１噴射筒６１と同様に、所定長さを有し、長手方向に対して直交する断面にて矩形状をなしている。そして、この第２噴射筒６２は、第１噴射筒６１より大きい断面形状を有し、この第１噴射筒６１の外側に所定隙間をもって配置されている。第３噴射筒６３は、第１噴射筒６１及び第２噴射筒６２と同様に、所定長さを有し、長手方向に対して直交する断面にて矩形状をなしている。そして、この第３噴射筒６３は、第１噴射筒６１より小さい断面形状を有し、この第１噴射筒６１の内側に所定隙間をもって配置されている。

そのため、第１噴射筒６１の内側、実際には、第３噴射筒６３の内側に第１ノズル５１が形成され、第１噴射筒６１と第２噴射筒６２との間に第２ノズル５２が形成され、第１噴射筒６１と第３噴射筒６３の間に第３ノズル５５が形成されることとなる。そして、第１ノズル５１は、微粉炭供給管２６（図１、図２参照）が連結され、第２ノズル５２は、空気ダクト３７（図１、図２参照）が連結される。また、第３ノズル５５は、図示しない空気ダクトが連結されるものであるが、空気ダクト３７から分岐した分岐管を連結してもよい。

また、第１ノズル５１及び第２ノズル５２は、各先端位置がほぼ同じ位置に設定され、第１噴射筒６１及び第２噴射筒６２の各先端部に保炎部５３，５４が形成されている。この保炎部５３，５４は、第１噴射筒６１及び第２噴射筒６２の先端部が外側に広がるように屈曲して広角するように形成されている。この場合、保炎部５３，５４は、その広角する角度は同様のものとなっている。

また、第３ノズル５５は、先端位置が第１ノズル５１及び第２ノズル５２の先端位置より微粉燃料混合気の流れ方向の上流側に位置している。つまり、第３ノズル５５を構成する第３噴射筒６３は、先端位置が第１噴射筒６１及び第２噴射筒６２の先端位置より予め設定された所定距離Ｌ１だけ離れて後退した位置に配置されている。

従って、燃焼バーナ２１にて、第１ノズル５１は、微粉炭供給管２６から供給された微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉燃料混合気を吹き込む一方、第２ノズル５２は、空気ダクト３７から供給された燃焼用空気を吹き込む。そして、各ノズル５１，５２の出口付近で火炎となる。このとき、吹き込まれた微粉燃料混合気に対して、その外側に空気が囲繞するように吹き込まれることから、失火のおそれがない適正な火炎を形成することが可能となる。

また、第１ノズル５１及び第２ノズル５２の先端部に広角する保炎部５３，５４が設けられていることから、第１ノズル５１における保炎部５３の内側に負圧領域が形成される。第１ノズル５１から吹き込まれる微粉燃料混合気は、その一部がこの負圧領域により外側に流れて循環するような渦Ｖとなる。ここで、循環する渦Ｖは火炎であることから、第１ノズル５１の出口付近で形成された火炎が、この保炎部５３，５４で保持されることとなり、第１ノズル５１から吹き込まれた微粉燃料混合気に対して適正に着火することが可能となり、失火が抑制される。

また、このとき、第３ノズル５５は、例えば、空気ダクト３７から供給された燃焼用空気を吹き込む。この第３ノズル５５から吹き込まれた空気は、第１ノズル５１の内壁面に沿って流れ、保炎部５３の内側に流れ込む。そのため、第１ノズル５１内を流動する微粉燃料混合気中の微粉炭は、この空気により第１ノズル５１の内壁面から吹き飛ばされて中心側に移動するため、保炎部５３，５４に流れる微粉燃料混合気中の微粉炭濃度が低下する。微粉燃料混合気は、微粉炭を含んでいることから、燃焼すると溶融灰が生成される。しかし、保炎部５３，５４に流れる微粉燃料混合気中の微粉炭濃度が低いことから、ここで生成される溶融灰も微量となる。その結果、溶融灰が第１ノズル５１の保炎部５３で循環する渦Ｖに混入するおそれは少なく、保炎部５３，５４への溶融灰の付着が防止される。

このように実施例１の燃焼バーナにあっては、微粉炭と空気とを混合した微粉燃料混合気を吹き込み可能な第１ノズル５１と、この第１ノズル５１の外側から空気を吹き込み可能な第２ノズル５２と、第１ノズル５１及び第２ノズル５２の先端部に設けられる保炎部５３，５４と、この保炎部５３，５４への微粉燃料混合気中の微粉炭の流れを抑制する微粉燃料流動制御部とを設けている。

従って、微粉燃料流動制御部により微粉燃料混合気中の微粉燃料が保炎部５３，５４へ流れにくくなることから、保炎部５３，５４の近傍にて、微粉燃料混合気中の微粉炭の燃焼による溶融灰の発生が抑制され、この保炎部５３，５４への灰の付着を抑制することができ、保炎機能の低下や各ノズル５１，５２の閉塞を抑制することができる。

また、実施例１の燃焼バーナでは、微粉燃料流動制御部を、第１ノズル５１から保炎部５３に向けて空気を吹き込み可能な第３ノズル５５としている。従って、第３ノズル５５から吹き込まれる空気により第１ノズル５１の内壁面に沿って流れる微粉燃料混合気中の微粉炭が第１ノズル５１の中心部側に吹き飛ばされることとなり、微粉炭が保炎部５３，５４へ流れにくくなり、この保炎部５３，５４への溶融灰の付着を抑制することができる。

また、実施例１の燃焼バーナでは、保炎部５３，５４は、第１ノズル５１及び第２ノズル５２の先端部が外側に広角して形成され、第３ノズル５５は、第１ノズル５１の内側に配置されて保炎部５３に向けて空気を吹き込み可能としている。従って、第３ノズル５５を第１ノズル５１の内側に配置して保炎部５３に向けて空気を吹き込み可能とすることで、ノズルを追加するという簡単な構成で保炎部５３，５４への灰の付着を抑制することができ、構成の複雑化を抑制することができると共に、大型化を抑制することができる。

また、実施例１の燃焼バーナでは、第３ノズル５５は、保炎部５３から微粉燃料混合気の流れ方向における上流側へ予め設定された所定距離Ｌ１だけ離れた位置から空気を吹き込み可能としている。従って、保炎部５３から所定距離Ｌだけ離れた位置から空気を吹き込むことで、第１ノズル５１を流れる微粉炭の保炎部５３への流れを減少させることとなり、保炎部５３，５４への灰の付着を抑制することができる。

図５は、本発明の実施例２に係る燃焼バーナの構成を表す概略図である。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において、図５に示すように、燃焼バーナ７１は、微粉炭と搬送用空気とを混合した微粉燃料混合気を吹き込み可能な第１ノズル５１と、この第１ノズル５１の外側から燃焼用空気を吹き込み可能な第２ノズル５２と、第１ノズル５１及び第２ノズル５２の各先端部に設けられる保炎部５３，５４と、この保炎部５３，５４への微粉燃料混合気中の微粉炭の流れを抑制する微粉燃料流動制御部として第１ノズル５１から保炎部５３に向けて空気を吹き込み可能な第３ノズル７２とを有している。

そして、この保炎部５３，５４は、第１ノズル５１及び第２ノズル５２の先端部が外側に広角して形成され、第３ノズル７２は、第２ノズル５２から分岐して第１ノズル５１内に侵入し、保炎部５３に向けて空気を吹き込み可能である。また、第３ノズル７２は、保炎部５３から微粉燃料混合気の流れ方向における上流側へ予め設定された所定距離Ｌ１だけ離れた位置から空気を吹き込み可能である。

即ち、第１噴射筒６１は、所定長さを有し、長手方向に対して直交する断面にて矩形状をなしている。第２噴射筒６２は、所定長さを有し、長手方向に対して直交する断面にて矩形状をなしており、第１噴射筒６１より大きい断面形状を有し、この第１噴射筒６１の外側に所定隙間をもって配置されている。また、第１噴射筒６１は、その長手方向における中途部に貫通孔７３が形成されており、この貫通孔７３は、第１噴射筒６１の周方向に所定間隔（できれば、均等間隔）で複数設けられている。そして、第１噴射筒６１は、各貫通孔７３における保炎部５３から遠い側の端部から軸中心側に突出してから保炎部５３側に延出するガイド７４が設けられている。このガイド７４は、第１噴射筒６１の内側に所定隙間をもって配置されている。

そのため、第１噴射筒６１の内側に第１ノズル５１が形成され、第１噴射筒６１と第２噴射筒６２との間に第２ノズル５２が形成され、第１噴射筒６１とガイド７４の間に第３ノズル７２が形成されることとなる。そして、第１ノズル５１は、微粉炭供給管２６（図１、図２参照）が連結され、第２ノズル５２は、空気ダクト３７（図１、図２参照）が連結される。また、第３ノズル７２は、図示しない空気ダクト空気供給かんが連結されるものであるが、空気ダクト３７から分岐した分岐管を連結してもよい。

また、第３ノズル７２は、先端位置が第１ノズル５１及び第２ノズル５２の先端位置より微粉燃料混合気の流れ方向の上流側に位置している。つまり、第３ノズル７２を構成するガイド７４は、先端位置が第１噴射筒６１及び第２噴射筒６２の先端位置より予め設定された所定距離Ｌ１だけ離れて後退した位置に配置されている。

従って、燃焼バーナ７１にて、第１ノズル５１は、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉燃料混合気を吹き込む一方、第２ノズル５２は、燃焼用空気を吹き込む。そして、各ノズル５１，５２の出口付近で火炎となる。このとき、吹き込まれた微粉燃料混合気に対して、その外側に空気が囲繞するように吹き込まれることから、失火のおそれがない適正な火炎を形成することが可能となる。

また、第１ノズル５１及び第２ノズル５２の先端部に広角する保炎部５３，５４が設けられていることから、第１ノズル５１における保炎部５３の内側に負圧領域が形成される。第１ノズル５１から吹き込まれる微粉燃料混合気は、その一部がこの負圧領域により外側に流れて循環するような渦Ｖとなる。ここで、循環する渦Ｖは火炎であることから、第１ノズル５１の出口付近で形成された火炎が、この保炎部５３，５４で保持されることとなり、第１ノズル５１から吹き込まれた微粉燃料混合気に対して適正に着火することが可能となり、失火が抑制される。

また、このとき、第３ノズル７２は、第２ノズル５２から分岐した燃焼用空気を吹き込む。この第３ノズル７２から吹き込まれた空気は、第１ノズル５１の内壁面に沿って流れ、保炎部５３の内側に流れ込む。そのため、第１ノズル５１内を流動する微粉燃料混合気中の微粉炭は、この空気により第１ノズル５１の内壁面から吹き飛ばされて中心側に移動するため、保炎部５３，５４に流れる微粉燃料混合気中の微粉炭濃度が低下する。微粉燃料混合気は、微粉炭を含んでいることから、燃焼すると溶融灰が生成される。しかし、保炎部５３，５４に流れる微粉燃料混合気中の微粉炭濃度が低いことから、ここで生成される溶融灰も微量となる。その結果、溶融灰が第１ノズル５１の保炎部５３で循環する渦Ｖに混入するおそれは少なく、保炎部５３，５４への溶融灰の付着が防止される。

このように実施例２の燃焼バーナにあっては、微粉炭と空気とを混合した微粉燃料混合気を吹き込み可能な第１ノズル５１と、この第１ノズル５１の外側から空気を吹き込み可能な第２ノズル５２と、第１ノズル５１及び第２ノズル５２の先端部に設けられる保炎部５３，５４と、この保炎部５３，５４への微粉燃料混合気中の微粉炭の流れを抑制する微粉燃料流動制御部としての第３ノズル７２とを設けている。

従って、第３ノズル７２からの空気により微粉燃料混合気中の微粉炭が保炎部５３，５４へ流れにくくなることから、保炎部５３，５４の近傍にて、微粉燃料混合気中の微粉炭の燃焼による溶融灰の発生が抑制され、この保炎部５３，５４への灰の付着を抑制することができ、保炎機能の低下や各ノズル５１，５２の閉塞を抑制することができる。

また、実施例２の燃焼バーナでは、第３ノズル７２は、第２ノズル５２から分岐して第１ノズル５１内に侵入し、保炎部５３に向けて空気を吹き込み可能としている。従って、第２ノズル５２から分岐して第１ノズル５１内に侵入する第３ノズル７２を設け、保炎部５３に向けて空気を吹き込み可能とすることで、第１ノズル５１と第２ノズル５２との間に貫通孔７３を形成するという簡単な構成で保炎部５３，５４への灰の付着を抑制することができ、構成の複雑化を抑制することができると共に、大型化を抑制することができる。

この場合、貫通孔７３にガイド７４を設けることで、第２ノズル５２内の空気を第３ノズル７２内に効率良く導入することができると共に、第１ノズル５１内の微粉燃料混合気の第２ノズル５２側への漏洩を防止することができる。

なお、第１噴射筒６１に形成された貫通孔７３は、周方向に連続して形成してもよく、周方向に所定間隔で並設してもよい。また、ガイド７４は、貫通孔７３に対応して設けられるものであるが、貫通孔７３が複数あるとき、ガイド７４は周方向に連続して形成してもよい。

図６は、本発明の実施例３に係る燃焼バーナの構成を表す概略図、図７は、実施例３の燃焼バーナの断面を表す概略図である。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３において、図６及び図７に示すように、燃焼バーナ８１は、微粉炭と搬送用空気とを混合した微粉燃料混合気を吹き込み可能な第１ノズル５１と、この第１ノズル５１の外側から燃焼用空気を吹き込み可能な第２ノズル５２と、第１ノズル５１及び第２ノズル５２の各先端部に設けられる保炎部５３，５４と、この保炎部５３，５４への微粉燃料混合気中の微粉炭の流れを抑制する微粉燃料流動制御部として第１ノズル５１を流れる微粉燃料混合気の流れを保炎部５３以外の方向に向くように偏向可能な偏向部材８２とを有している。

そして、この偏向部材８２は、第１ノズル５１における軸中心位置に配置され、微粉燃料混合気の流れ方向における下流側より上流側で大きく開口する漏斗形状をなし、４つの支持部材８３により第１ノズル５１に支持されている。即ち、この偏向部材８２は、第１ノズル５１における微粉燃料混合気の流れ方向に沿って開口し、その下流側の開口部８２ａより上流側の開口部８２ｂの方が大きな開口面積となっている。そして、偏向部材８２は、先端位置、つまり、開口部８２ａが第１ノズル５１及び第２ノズル５２の先端位置より微粉燃料混合気の流れ方向の上流側に位置している。つまり、偏向部材８２は、先端位置が第１噴射筒６１及び第２噴射筒６２の先端位置より予め設定された所定距離Ｌ２だけ離れて後退した位置に配置されている。

従って、燃焼バーナ８１にて、第１ノズル５１は、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉燃料混合気を吹き込む一方、第２ノズル５２は、燃焼用空気を吹き込む。そして、各ノズル５１，５２の出口付近で火炎となる。このとき、吹き込まれた微粉燃料混合気に対して、その外側に空気が囲繞するように吹き込まれることから、失火のおそれがない適正な火炎を形成することが可能となる。

また、第１ノズル５１及び第２ノズル５２の先端部に広角する保炎部５３，５４が設けられていることから、第１ノズル５１における保炎部５３の内側に負圧領域が形成される。第１ノズル５１から吹き込まれる微粉燃料混合気は、その一部がこの負圧領域により外側に流れて循環するような渦Ｖとなる。ここで、循環する渦Ｖは火炎であることから、第１ノズル５１の出口付近で形成された火炎が、この保炎部５３，５４で保持されることとなり、第１ノズル５１から吹き込まれた微粉燃料混合気に対して適正に着火することが可能となり、失火が抑制される。

また、このとき、第１ノズル５１内を流れる微粉燃料混合気は、偏向部材８２の開口部８２ｂから侵入して開口部８２ａから抜け出る。即ち、第１ノズル５１内の微粉燃料混合気中の微粉炭は、偏向部材８２によりその中心側に集められるため、保炎部５３，５４に流れる微粉燃料混合気中の微粉炭濃度が低下する。また、偏向部材８２の開口部８２ｂから侵入して開口部８２ａから抜け出る微粉燃料混合気は、この開口部８２ｂ，８２ａの面積比により流速が早められ、高速化されて第１ノズル５１の出口に向う。そのため、第１ノズル５１の出口近傍では、中心位置の流速が速くなり、周辺の微粒炭を巻き込んで吹き込まれるため、保炎部５３，５４に流れる微粉燃料混合気中の微粉炭濃度が低下する。

微粉燃料混合気は、微粉炭を含んでいることから、燃焼すると溶融灰が生成される。しかし、保炎部５３，５４に流れる微粉燃料混合気中の微粉炭濃度が低いことから、ここで生成される溶融灰も微量となる。その結果、溶融灰が第１ノズル５１の保炎部５３で循環する渦Ｖに混入するおそれは少なく、保炎部５３，５４への溶融灰の付着が防止される。

このように実施例３の燃焼バーナにあっては、微粉炭と空気とを混合した微粉燃料混合気を吹き込み可能な第１ノズル５１と、この第１ノズル５１の外側から空気を吹き込み可能な第２ノズル５２と、第１ノズル５１及び第２ノズル５２の先端部に設けられる保炎部５３，５４と、この保炎部５３，５４への微粉燃料混合気中の微粉炭の流れを抑制する微粉燃料流動制御部としての偏向部材８２とを設けている。

従って、偏向部材８２により微粉燃料混合気中の微粉炭が保炎部５３，５４へ流れにくくなることから、保炎部５３，５４の近傍にて、微粉燃料混合気中の微粉炭の燃焼による溶融灰の発生が抑制され、この保炎部５３．５４への灰の付着を抑制することができ、保炎機能の低下や各ノズル５１，５２の閉塞を抑制することができる。

また、実施例３の燃焼バーナでは、偏向部材８２は、第１ノズル５１における軸中心位置に配置され、微粉燃料混合気の流れ方向における下流側より上流側で大きく開口する漏斗形状をなしている。第１ノズル５１を流れる微粉燃料混合気中の微粉炭は、漏斗形状をなす偏向部材８２により第１ノズル５１の中心側に集められることとなり、微粉炭を保炎部５３，５４へ流れにくくすることができる。また、漏斗形状をなす偏向部材８２により第１ノズル５１の出口付近の中心部では、微粉炭の濃度が高く流速も速いことから、着火性や保炎性を向上することができる。

図８は、本発明の実施例４に係る燃焼バーナの構成を表す概略図である。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４において、図８に示すように、燃焼バーナ９１は、微粉炭と搬送用空気とを混合した微粉燃料混合気を吹き込み可能な第１ノズル５１と、この第１ノズル５１の外側から燃焼用空気を吹き込み可能な第２ノズル５２と、第１ノズル５１及び第２ノズル５２の各先端部に設けられる保炎部５３，５４と、第１ノズル５１から保炎部５３に向けて空気を吹き込み可能な第３ノズル５５と、第１ノズル５１を流れる微粉燃料混合気の流れを保炎部５３以外の方向に向くように偏向可能な偏向部材８２とを有している。

この場合、第３ノズル５５は、先端位置が第１、第２ノズル５１，５２の先端位置より所定距離Ｌ１だけ離れて後退した位置に配置されている。また、偏向部材８２は、先端位置が第１、第２ノズル５１，５２の先端位置より予め設定された所定距離Ｌ２だけ離れて後退した位置に配置されている。この場合、Ｌ１≦Ｌ２となることが望ましい。

従って、燃焼バーナ９１にて、第１ノズル５１は、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉燃料混合気を吹き込む一方、第２ノズル５２は、燃焼用空気を吹き込む。そして、各ノズル５１，５２の出口付近で火炎となる。このとき、吹き込まれた微粉燃料混合気に対して、その外側に空気が囲繞するように吹き込まれることから、失火のおそれがない適正な火炎を形成することが可能となる。

このとき、第３ノズル５５は、空気を吹き込むことで、第１ノズル５１内を流動する微粉燃料混合気中の微粉炭が中心側に移動するため、保炎部５３，５４に流れる微粉燃料混合気中の微粉炭濃度が低下する。また、第１ノズル５１内を流れる微粉燃料混合気は、偏向部材８２を通過することで、微粉炭が中心側に集められるため、この点でも保炎部５３，５４に流れる微粉燃料混合気中の微粉炭濃度が低下する。即ち、保炎部５３，５４に流れる微粉燃料混合気中の微粉炭濃度が低いことから、ここで生成される溶融灰も微量となり、溶融灰が第１ノズル５１の保炎部５３で循環する渦Ｖに混入するおそれは少なく、保炎部５３，５４への溶融灰の付着が防止される。

このように実施例４の燃焼バーナにあっては、微粉炭と空気とを混合した微粉燃料混合気を吹き込み可能な第１ノズル５１と、この第１ノズル５１の外側から空気を吹き込み可能な第２ノズル５２と、第１ノズル５１及び第２ノズル５２の先端部に設けられる保炎部５３，５４と、第１ノズル５１から保炎部５３に向けて空気を吹き込み可能な第３ノズル５５と、第１ノズル５１を流れる微粉燃料混合気の流れを保炎部５３以外の方向に向くように偏向可能な偏向部材８２とを設けている。

従って、第３ノズル５５及び偏向部材８２により微粉燃料混合気中の微粉燃料が保炎部５３，５４へ流れにくくなることから、保炎部５３，５４の近傍にて、微粉燃料混合気中の微粉炭の燃焼による溶融灰の発生が抑制され、この保炎部５３，５４への灰の付着を抑制することができ、保炎機能の低下や各ノズル５１，５２の閉塞を抑制することができる。

なお、実施例３、４では、本発明の偏向部材を漏斗形状の偏向部材８２としたが、この形状に限定されるものではない。例えば、偏向部材を１つまたは複数の整流板により形成してもよく、また、偏向部材を旋回羽根としてもよい。

また、上述した各実施例では、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５における各ノズル５１，５２，５５の形状を矩形状断面としたが、この形状に限定されるものではなく、円形断面、楕円形断面、長円形断面、正方形断面などとしてもよい。

また、上述した各実施例では、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５における各ノズル５１，５２に形成された保炎部５３，５４を、第１ノズル５１及び第２ノズル５２の先端部に形成したが、この位置に限定されるものではなく、例えば、第１ノズルの先端部であって、その軸中心部に配置してもよい。この場合、微粉燃料流動制御部としての第３ノズルは、第１ノズルの軸中心部であって、保炎部より上流側に配置すればよい。

本発明の燃焼バーナが適用される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とを混合した微粉燃料混合気としたが、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。

本発明に係る燃焼バーナは、保炎部への微粉燃料混合気中の微粉燃料の流れを抑制する微粉燃料流動制御部を設けることで、ノズル先端部への灰の付着を抑制可能とするものであり、いずれの微粉燃料用の燃焼バーナにも適用することができる。

１０ 石炭焚きボイラ
１１ 火炉
１２ 燃焼装置
２１，２２，２３，２４，２５，７１，８１，９１ 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
４０ 煙道
５１ 第１ノズル
５２ 第２ノズル
５３，５４ 保炎部
５５，７２ 第３ノズル（微粉燃料流動制御部）
８２ 偏向部材

Claims (7)

1. 微粉燃料と空気とを混合した微粉燃料混合気を吹き込み可能な第１ノズルと、
   該第１ノズルの外側から空気を吹き込み可能な第２ノズルと、
   前記第１ノズルの先端部に設けられる保炎部と、
   該保炎部への前記微粉燃料混合気中の前記微粉燃料の流れを抑制する微粉燃料流動制御部と、
   を備えることを特徴とする燃焼バーナ。
2. 前記微粉燃料流動制御部は、前記第１ノズルから前記保炎部に向けて空気を吹き込み可能な第３ノズルを有することを特徴とする燃焼バーナ。
3. 前記保炎部は、前記第１ノズル及び前記第２ノズルの先端部が外側に広角して形成され、前記第３ノズルは、前記第１ノズルの内側に配置されて前記保炎部に向けて空気を吹き込み可能であることを特徴とする請求項２に記載の燃焼バーナ。
4. 前記保炎部は、前記第１ノズル及び前記第２ノズルの先端部が外側に広角して形成され、前記第３ノズルは、前記第２ノズルから分岐して前記第１ノズル内に侵入し、前記保炎部に向けて空気を吹き込み可能であることを特徴とする請求項２に記載の燃焼バーナ。
5. 前記第３ノズルは、前記保炎部から微粉燃料混合気の流れ方向における上流側へ予め設定された所定距離だけ離れた位置から空気を吹き込み可能であることを特徴とする請求項３または４に記載の燃焼バーナ。
6. 前記微粉燃料流動制御部は、前記第１ノズルを流れる前記微粉燃料混合気の流れを前記保炎部以外の方向に向くように偏向可能な偏向部材を有することを特徴とする請求項１に記載の燃焼バーナ。
7. 前記偏向部材は、前記第１ノズルにおける軸中心位置に配置され、前記微粉燃料混合気の流れ方向における下流側より上流側で大きく開口する漏斗形状をなすことを特徴とする請求項６に記載の燃焼バーナ。

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