JP2018096589A - 微粉炭バーナ、ボイラ及び微粉炭バーナの整流板支持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱の影響による整流板の伸縮に関わらず、整流板の支持を保持しつつ、微粉炭管の破損を防止でき、かつ、微粉炭混合気による摩耗を抑制することを目的とする。【解決手段】微粉炭バーナは、微粉炭と空気の微粉炭混合気が流通する微粉炭管１６と、長手方向が微粉炭混合気の流れ方向に対して直交するように配置され、微粉炭管内部において微粉炭濃度調節体よりも微粉炭混合気流れの下流側に設置された整流板３０とを備え、整流板３０は、長手方向一端部３１が微粉炭管１６の内壁１６ａに対して固着され、長手方向他端部３２が微粉炭管１６の内壁１６ｂに対して固着されず、微粉炭管１６の内壁１６ｂに対して近づいたり離れたりする方向へ移動可能に支持されており、微粉炭管１６の内壁１６ｂと整流板３０との間に形成された隙間を覆うように配置され、微粉炭管１６の内壁１６ｂに対して固着された保護カバー４０を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、微粉炭バーナ、ボイラ及び微粉炭バーナの整流板支持方法に関するものである。

発電用又は工場用等のために蒸気発生を行う微粉炭焚きボイラには、微粉炭バーナが設置される。微粉炭バーナは、微粉炭と搬送空気との微粉炭混合気が流通する微粉炭管と、微粉炭管の流れ方向下流側端部に揺動可能に設置されたバーナノズルを備える。

微粉炭管の内部には、微粉炭濃度調節体が設置される。微粉炭濃度調節体は、環形状部材であり、微粉炭濃度調節体の中央部には微粉炭混合気通路が設けられている。また、微粉炭濃度調節体の外形は、流れ方向上流側端部の高さや幅が小さく、流れ方向の略中間部で高さ及び幅が最大となる。そして、微粉炭濃度調節体の外形は、流れ方向の略中間部からそのまま下流側端部まで平行なもの、流れ方向下流側端部まで細まりながら末端に達するものなどがある。

微粉炭管内に供給された微粉炭混合気は、微粉炭濃度調節体に設けられた微粉炭混合気通路から微粉炭ノズルへ供給されつつ、かつ、微粉炭濃度調節体の外表面と微粉炭管の内壁面との間に形成される縮流通路から微粉炭ノズルへ供給される。その後、微粉炭混合気は、バーナノズルの噴出孔から微粉炭焚きボイラの火炉内へ吹き込まれる。

微粉炭混合気は、縮流通路を通過する際、慣性力によって微粉炭が微粉炭管の外周側となる内壁側へ集中するため、微粉炭混合気の噴出孔出口部では、微粉炭管の軸中心に対して外側における微粉炭濃度が高くなり、中心軸側となる内側における微粉炭濃度が低くなる。その結果、微粉炭管の軸中心に対して外側は火炉内からの輻射熱を受けやすいため、微粉炭中の揮発分が多く発生し、着火しやすくなる。

上述した従来例のように、微粉炭濃度調節体が設けられたとしても、微粉炭ノズルが上下に揺動し傾斜した場合、微粉炭管内で濃微粉炭混合気と淡微粉炭混合気が混合してしまい、濃淡分離した効果が減少することがある。

そこで、下記の特許文献１で示されているように、微粉炭濃度調節体の下流側に更に微粉炭分流板が設置され、また、微粉炭ノズルの内部に微粉炭案内板が設置される場合がある。これにより、濃微粉炭混合気と淡微粉炭混合気が、微粉炭ノズルの出口まで混合することなく、火炉内に微粉炭を噴出させることができる。

下記の特許文献２では、粉体燃料を燃焼させる燃焼設備において、整流板の耐摩耗性向上及び整流板の補修・交換作業の簡略化を可能にするため、ガイドレールが、ノズルの内壁面に設けられ、整流板の一端部を支持することが開示されている。また、下記の特許文献３では、扇型断面形状の整流板に張り付けられているセラミックスタイルの継ぎ目から粉体燃料が流入することを防止する技術が開示されている。

特許第３６５９７６９号公報 特開２０１４−１０５９３１号公報 特開２０１４−１２６２７０号公報

微粉炭バーナは、微粉炭を点火中、常に微粉炭混合気が供給される。そのため、微粉炭濃度調節体の下流側に設置された微粉炭分流板又は整流板（以下、両者を総称して「整流板」という。）は、微粉炭混合気に常に晒され、微粉炭によって摩耗される状態となるため、耐摩耗性が要求される。また、微粉炭バーナは、高温下で点火と消火が繰り返され、その動作に伴って、整流板における温度の上昇と下降の繰り返しが生じる。そのため、整流板は、設置位置を保ちながら、熱伸び差を吸収できる構造を有することが望ましい。

一方、微粉炭バーナの微粉炭管は、鋳物材製（例えばＦＣ２００などのネズミ鋳鉄）であることから、微粉炭管の内部に設置される整流板を、溶接で接合することは困難である。また、微粉炭管を鋳造する際に、整流板を含めて同時に鋳込むことも考えられるが、複雑な形状となる。また、微粉炭管が複雑な形状となった場合、鋳物材は靱性が低いことから、微粉炭管と整流板に温度差がある運用によって熱応力が繰り返し生じることで、微粉炭管が破損するおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、熱の影響による整流板の伸縮に関わらず、整流板の支持を保持しつつ、微粉炭管の破損を防止でき、かつ、微粉炭混合気による摩耗を抑制することが可能な微粉炭バーナ、ボイラ及び微粉炭バーナの整流板支持方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の微粉炭バーナ、ボイラ及び微粉炭バーナの整流板支持方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の第１態様に係る微粉炭バーナは、微粉炭と空気の微粉炭混合気が流通する微粉炭管と、前記微粉炭管の流れ方向下流側に鉛直方向に揺動可能に設置されたバーナノズルと、前記微粉炭管内部に設置され、前記微粉炭混合気の微粉炭濃度を前記微粉炭管の軸中心よりも前記微粉炭管の壁面側を高くするように構成された微粉炭濃度調節体と、長手方向が前記微粉炭混合気の流れ方向に対して直交するように配置され、前記微粉炭管内部において前記微粉炭濃度調節体よりも前記微粉炭混合気流れの下流側に設置された整流板とを備え、前記整流板は、長手方向一端部が前記微粉炭管の内壁に対して固着され、長手方向他端部が前記微粉炭管の内壁に対して固着されず、前記微粉炭管の内壁に対して近づいたり離れたりする方向へ移動可能に支持されており、前記微粉炭管の内壁と前記整流板との間に形成された隙間を覆うように配置され、前記微粉炭管の内壁に対して固着された保護部を有する。

この構成によれば、微粉炭管には、微粉炭と空気の微粉炭混合気が流通し、微粉炭管の流れ方向下流側には、バーナノズルが鉛直上下方向に揺動可能に設置される。また、微粉炭管内部には微粉炭濃度調節体が設置されており、微粉炭濃度調節体によって、微粉炭混合気の微粉炭の濃度は、微粉炭管の軸中心に対して内側よりも外側が濃くなる。そして、微粉炭管内部において、整流板が、長手方向が微粉炭混合気の流れ方向に対して直交するように配置され、微粉炭濃度調節体よりも微粉炭混合気流れの下流側に設置されていることから、バーナノズルが鉛直上下方向に揺動し傾斜した場合でも、濃微粉炭混合気と淡微粉炭混合気が、微粉炭ノズルの出口まで混合することなく、火炉内に微粉炭混合気を噴出させることができる。

また、整流板の長手方向一端部は、微粉炭管の内壁に対して固着され、整流板の長手方向他端部は、微粉炭管の内壁に対して固着されておらず、微粉炭管の内壁面に対して近づいたり離れたりする方向へ移動可能に支持されていることから、整流板における温度の上昇と下降の繰り返しが生じた場合でも、微粉炭管と整流板の熱伸び差を吸収しつつ整流板の支持状態が維持される。さらに、保護部が、微粉炭管の内壁と整流板の他端部との間に形成された隙間を覆うように配置されており、微粉炭管の内壁と整流板との間に微粉炭が流れ込むことを防ぐ。さらに、保護部は、微粉炭管の内壁に対して固着されていることから、微粉炭管の内壁から移動することなく、保護部と整流板との位置関係を維持して干渉を防止するとともに、微粉炭の流れ込みを確実に防ぐことができる。

上記発明の第１態様において、軸方向が前記整流板の長手方向に対して平行に設けられ、前記微粉炭管の内壁に対して固着された支持棒と、前記整流板の前記長手方向他端部に形成され、前記整流板が前記支持棒の軸方向に移動可能に、前記支持棒が挿入される挿入孔とを更に備えてもよい。

この構成によれば、支持棒が、整流板の長手方向に対して平行に設けられ、微粉炭管の内壁に対して固着されており、支持棒は、整流板の長手方向他端部に形成され、挿入孔に挿入される。また、整流板が支持棒の軸方向に移動可能に、支持棒は挿入孔に挿入されている。これにより、整流板は、微粉炭管の内壁に対して、支持棒を介して支持される。また、整流板における温度の上昇と下降の繰り返しが生じて、整流板が伸縮した場合、整流板は、支持棒の軸方向に沿って移動可能であり、かつ、微粉炭管の内壁に対する支持状態が維持される。

上記発明の第１態様において、前記保護部は、前記支持棒を覆うように配置されてもよい。

この構成によれば、支持棒が保護部によって覆うように配置されており、支持棒に微粉炭が衝突し、支持棒が摩耗することを防ぐことができる。

上記発明の第１態様において、前記挿入孔内部にはパッキン材が設置され、前記支持棒は、前記整流板が前記支持棒の軸方向に移動可能に、前記パッキン材の内側に挿入されてもよい。

この構成によれば、整流板が支持棒の軸方向に移動可能に、支持棒が挿入孔に挿入され、また、挿入孔に設置されたパッキン材の内側に支持棒が挿入されており、挿入孔内に微粉炭がより侵入しづらい。

上記発明の第１態様において、前記保護部は、前記整流板の長手方向に対して平行な長さが、前記微粉炭混合気流れに対して下流側部分のほうが上流側部分よりも短くてもよい。

この構成によれば、保護部は、整流板の長手方向に対して平行な長さが、微粉炭混合気流れの下流側部分のほうが微粉炭混合気流れの上流側部分よりも短くなっているため、微粉炭混合気流れの全てにわたって等しい場合に比べて、保護部において、微粉炭の侵入防止に必要な部分が主体に設置され、他部分が縮小して設置される。その結果、微粉炭混合気流れに乱れを生じさせにくくなり、微粉炭混合流の濃微粉炭混合気と淡微粉炭混合気が混合することを一層に抑制できる。

上記発明の第１態様において、前記整流板及び前記保護部の少なくともいずれか一方には、前記微粉炭混合気流れに対向する少なくとも１つの面において耐摩耗性材料が取り付けられてもよい。

この構成によれば、整流板及び保護部の少なくともいずれか一方における微粉炭混合気流れに対向する少なくとも１つの面には、耐摩耗性材料が取り付けられていることから、整流板及び保護部において、微粉炭混合気の流れによって微粉炭が衝突し易い部分の摩耗を防ぐことができる。

上記発明の第１態様において、前記整流板は、前記微粉炭管の中心側に対して前記バーナノズルの外周側を向く面が、前記微粉炭流れ方向に対して平行に切断した断面が円弧状の曲面を有し、前記微粉炭ノズルの中心軸側となる面が、前記微粉炭混合気の流れ方向に対して平行な面と、前記微粉炭混合気の流れ方向下流側で折曲されて傾斜した面とを有してもよい。

この構成によれば、微粉炭管内部において、微粉炭濃度調節体によって生じた濃微粉炭混合気と淡微粉炭混合気が混合することがなく、微粉炭濃度分布が維持される。

本発明の第２態様に係るボイラは、火炉と、前記火炉の側壁を貫通して設けられる上述した微粉炭バーナとを備える。

本発明の第３態様に係る微粉炭バーナの整流板支持方法は、微粉炭と空気の微粉炭混合気が流通する微粉炭管と、前記微粉炭管の流れ方向下流側に鉛直方向に揺動可能に設置されたバーナノズルと、前記微粉炭管内部に設置され、前記微粉炭混合気の微粉炭濃度を前記微粉炭管の軸中心よりも前記微粉炭管の壁面側を高くするように構成された微粉炭濃度調節体と、長手方向が前記微粉炭混合気の流れ方向に対して直交するように配置され、前記微粉炭管内部において前記微粉炭濃度調節体よりも前記微粉炭混合気流れの下流側に設置された整流板とを備える微粉炭バーナの整流板支持方法であって、前記整流板の長手方向一端部を、前記微粉炭管の内壁に対して固着し、前記整流板の長手方向他端部を、前記微粉炭管の内壁に対して固着せず、前記微粉炭管の内壁に対して近づいたり離れたりする方向へ移動可能に支持し、保護部を、前記微粉炭管の内壁と前記整流板との間に形成された隙間を覆うように配置し、前記微粉炭管の内壁に対して設置位置を維持するように固着する。

本発明によれば、熱の影響による整流板の伸縮に関わらず、整流板の支持を保持しつつ、微粉炭管の破損を防止でき、かつ、微粉炭混合気による摩耗を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る微粉炭焚きボイラを示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る微粉炭焚きボイラの微粉炭バーナを示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る微粉炭バーナの微粉炭管と微粉炭ノズルを示す横断面図である。 本発明の一実施形態に係る微粉炭管における整流板と保護カバーを示す横断面図である。 本発明の一実施形態に係る微粉炭管における整流板と保護カバーの変形例を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る微粉炭管における整流板と保護カバーを示す縦断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、微粉炭焚きボイラ１は、その内部に火炉２が形成されている。火炉２の側壁３には、微粉炭バーナ１０のバーナノズル１４が側壁３を貫通して設けられている。

微粉炭バーナ１０は、バーナ風箱１１と、燃焼用空気コンパートメント１２と、補助空気コンパートメント１３と、バーナノズル１４と、バーナノズル１４の近隣に設置された補助空気ノズル１５などを備える。微粉炭ノズル１４には微粉炭管１６が連結されている。

微粉炭管１６には、微粉炭混合気輸送管１７が連結され、微粉炭混合気輸送管１７は、微粉炭と、微粉炭を搬送する一次空気（搬送用空気）との混合気体である微粉炭混合気を微粉炭管１６に供給する。燃焼用空気コンパートメント１２には、燃焼用空気ダクト１８が連結され、燃焼用空気ダクト１８は、燃焼用空気を燃焼用空気コンパートメント１２に供給する。火炉２の鉛直方向上部には少なくとも１つの伝熱管群１９が設置され、火炉２で生じた高温燃焼ガスと熱交換を行い、高温の蒸気を生成している。

図２に示すように、微粉炭バーナ１０は、バーナノズル１４と補助空気ノズル１５などを有している。バーナノズル１４と補助空気ノズル１５には、ノズル操作桿２０が接続されている。また、微粉炭管１６内には、微粉炭濃度調節体２３が配置される。

微粉炭焚きボイラ１の火炉２には、石炭粉砕設備（図示せず。）で石炭が微粉化されて生成された微粉炭が、一次空気（搬送用空気）と混合された微粉炭混合気として微粉炭バーナ１０から供給される。すなわち、微粉炭混合気は、微粉炭混合気輸送管１７を流れて、バーナ風箱１１に装着された微粉炭管１６へ供給され、その後、バーナノズル１４から火炉２内へ吹き込まれる。

燃焼用空気は、送風設備（図示せず。）から燃焼用空気ダクト１８を流れて、バーナ風箱１１へ送り込まれる。バーナ風箱１１内は例えば鉛直方向に３段に仕切られ、中段となる中心部が燃焼用空気コンパートメント１２であり、燃焼用空気コンパートメント１２の上段と下段が補助空気コンパートメント１３である。

バーナ風箱１１へ供給された燃焼用空気は、バーナ風箱１１の内部で二次空気（主燃焼用空気）と補助空気に分流される。バーナ風箱１１内で分流された二次空気は、燃焼用空気コンパートメント１２に供給され、補助空気は、補助空気コンパートメント１３に供給される。

燃焼用空気コンパートメント１２には、その出口部にバーナノズル１４が装着されている。バーナノズル１４は、その中心部に微粉炭管１６からの微粉炭混合気が噴き出す噴出孔２１が設けられ、当該噴出孔２１の外周囲に二次空気が噴き出す噴出孔２２が設けられている。

したがって、微粉炭混合気の噴出孔２１には、バーナ風箱１１外部に接続された微粉炭混合気輸送管１７と連結された微粉炭管１６から、微粉炭混合気が供給される。

微粉炭管１６内には、微粉炭濃度調節体２３が設置されている。微粉炭濃度調節体２３は、環状部材であり、微粉炭濃度調節体２３の中央部には、微粉炭混合気通路２４が設けられている。微粉炭濃度調節体２３の外形は、流れ方向の上流側端部の高さや幅が小さく、流れ方向の略中間部で高さ及び幅が最大となる。微粉炭濃度調節体２３の外形は、流れ方向の略中間部からそのまま下流側端部まで平行なもの、下流側端部まで細まりながら末端に達するものなどがある。

微粉炭管１６内に供給された微粉炭混合気の一部は、微粉炭濃度調節体２３に設けられた微粉炭混合気通路２４から微粉炭ノズル１４へ供給されつつ、かつ、残りの一部は微粉炭濃度調節体２３の外表面と微粉炭管１６の内壁との間に形成される縮流通路２５から微粉炭ノズル１４へ供給される。

微粉炭混合気は、縮流通路２５を通過する際、慣性力によって微粉炭が微粉炭管１６の内壁側へ集中するため、微粉炭混合気の噴出孔２１における出口部では、微粉炭管１６の中心側に対して外側となる微粉炭混合気の微粉炭濃度が高くなり、中心側の内側となる微粉炭濃度が低くなる。すなわち、微粉炭混合気は、微粉炭濃度調節体２３の出口側では、微粉炭混合気の外部側が、微粉炭濃度の高い濃微粉炭混合気となり、微粉炭混合気の内部側が、微粉炭濃度の低い淡微粉炭混合気となる。その結果、微粉炭管１６の中心側に対して微粉炭混合気の外側は火炉２内からの輻射熱を受けやすいため、微粉炭中の揮発分が多く発生し、着火しやすくなる。

燃焼用空気コンパートメント１２に供給された二次空気は、微粉炭管１６から供給される微粉炭混合気を取り囲むように、バーナノズル１４の噴出孔２２から火炉２内へ吹き込まれる。

補助空気コンパートメント１３には、その出口部に補助空気ノズル１５が装着されており、補助空気コンパートメント１３に供給された補助空気は、補助空気ノズル１５から火炉２内へ吹き込まれる。

火炉２内へ吹き込まれた微粉炭混合気は、着火源（図示せず。）によって着火し、図１に示すように、火炉２の内部に微粉炭火炎を形成する。微粉炭火炎は、二次空気（主燃焼用空気）及び補助空気によって燃焼を継続し、微粉炭の燃焼によって発生した燃焼ガスが火炉２内を上昇する。伝熱管群１９の入口付近では、ほぼ燃焼が完結している。

微粉炭混合気の微粉炭が燃焼した高温の燃焼ガスは、熱交換器の伝熱面を構成する火炉２の側壁３との熱交換で吸熱され、火炉２内を上昇するに伴って温度が低下する。

図２に示すように、バーナノズル１４は、燃焼用空気コンパートメント１２の壁面に対して、ノズル駆動用軸２６の軸中心回りに回動可能に支持され、鉛直上下方向に揺動可能としている。また、補助空気ノズル１５は、補助空気コンパートメント１３の壁面に対して、ノズル駆動用軸２７の軸中心回りに回動可能に支持され、鉛直上下方向に揺動可能としている。バーナノズル１４と補助空気ノズル１５には、それぞれノズル操作桿２０が取り付けられている。バーナ風箱１１の外部からノズル操作桿２０を微粉炭管１６の軸方向に沿う方向へ移動操作することによって、バーナノズル１４及び補助空気ノズル１５は、ノズル駆動用軸２６，２７を支点として、鉛直上方向又は下方向を向くように揺動されて噴出し方向が調節される。

例えば、伝熱管群１９の入口における燃焼ガスの温度を上げる必要が生じた場合は、バーナノズル１４と補助空気ノズル１５を鉛直上方に向けて、火炉２内の燃焼領域が鉛直方向の高い位置になるよう設定し、逆に伝熱管群１９の入口における燃焼ガスの温度を下げる必要がある場合は、バーナノズル１４と補助空気ノズル１５を鉛直下方に向けて、火炉２内の燃焼領域が鉛直方向の低い位置になるよう設定する。

ここで、後述する整流板３０が微粉炭管１６内に設置され、微粉炭案内板２８がバーナノズル１４内に設置されていることによって、バーナノズル１４を、鉛直上方向又は下方向に揺動させた場合でも、微粉炭濃度調節体２３の出口に形成された微粉炭濃度分布が変わることなく、微粉炭混合気の噴出孔２１から火炉２内へ吹き込まれることになる。すなわち、微粉炭案内板２８は、微粉炭濃度の高い濃微粉炭混合気と微粉炭濃度の低い淡微粉炭混合気とが混合されることを抑制して、微粉炭濃度分布を維持させる。

その結果、火炉２内へ吹き込まれた微粉炭混合気は、バーナノズル１４を鉛直上方向又は下方向に揺動させた場合でも、微粉炭管１６の中心側に対して微粉炭混合気の外側の微粉炭濃度が高くなる。その結果、火炉２内から輻射熱を受けたとき、微粉炭混合気の微粉炭中の揮発分が多く発生して着火しやすくなる。また、着火安定性に優れ、安定した微粉炭火炎の形成が可能となる。

微粉炭管１６の火炉２側の開口部付近には、整流板３０が設けられている。整流板３０は、微粉炭濃度調節体２３よりも微粉炭混合気の流れ方向の下流側に設置される。整流板３０は、図２に示すように、例えば断面形状が略扇形を有していてもよい。整流板３０は、バーナノズル１４を鉛直上方向又は下方向に揺動させた場合でも、微粉炭濃度分布の変化を抑制する。

整流板３０は、微粉炭混合気の流れ方向と直交するようにして鉛直上下方向に一対配置されており、上方に配置された上方整流板３０ａと、下方に配置された下方整流板３０ｂとを有する。

微粉炭案内板２８は、バーナノズル１４内部に設置される。微粉炭案内板２８は、整流板３０よりも微粉炭混合気の流れ方向の下流側に設置される。微粉炭案内板２８は、図３に示すように、長手方向がバーナノズル１４内の微粉炭混合気の流れ方向に対して直交するように複数配置される。

整流板３０によって微粉炭濃度分布の変化が抑制されて、バーナノズル１４へ送り込まれた濃微粉炭混合気と淡微粉炭混合気は、バーナノズル１４内に設置された微粉炭案内板２８によって、微粉炭管１６出口部での微粉炭濃度分布を保持したまま、バーナノズル１４から火炉２内へ吹き込まれて燃焼に供される。

また、バーナノズル１４を鉛直上方向又は下方向にノズル駆動用軸２６を中心に揺動させた場合でも、整流板３０と微粉炭案内板２８によって、微粉炭ノズル１４出口部における微粉炭濃度分布を、微粉炭管１６出口部のままの濃度分布の状態が変化することを抑制して保持されるので、常に着火安定性に優れた微粉炭火炎を形成できる。

以下、本実施形態に係る整流板３０について詳細に説明する。
整流板３０は、図２に示すように、微粉炭管１６の中心側に対してバーナノズル１４の外周側を向く面（図示の例では、上方整流板３０ａの上面及び下方整流板３０ｂの下面）が、微粉炭流れ方向に対して平行に切断した断面が円弧状の曲面とされ、微粉炭ノズル１４の中心軸側となる面は、微粉炭の流れ方向に対して平行な面と、微粉炭混合気の流れ方向下流側で折曲されて傾斜した面とにより形成された折曲平面となっている。すなわち、整流板３０の断面形状は、円弧状の曲面及び折曲平面よりなる略扇形形状となる。なお、上下一対の整流板３０は、微粉炭管１６の軸中心（又は、バーナノズル１４の軸中心）において上下対称である。

整流板３０は、例えば耐熱性と耐磨耗性を有する金属製板材の母材を成形した略扇型形状の中空部材である。整流板３０の外表面には、セラミックスタイルが張り付けられている。その結果、微粉炭によって比較的薄い母材が摩耗して損傷することを防止している。

整流板３０は、図３と図４に示すように、長手方向が微粉炭管１６内の微粉炭混合気の流れ方向に対して直交するように配置される。整流板３０の長手方向一端部３１は、微粉炭管１６の内壁１６ａに対して固着される。具体的には、微粉炭管１６に貫通孔３３が形成され、整流板３０の長手方向一端部３１に挿入孔３４が形成される。貫通孔３３と挿入孔３４の貫通方向は、整流板３０の長手方向に対して平行である。

貫通孔３３と挿入孔３４には、ボルト３５が挿通される。挿入孔３４の内面には雌ねじが形成されており、ボルト３５の外周面に形成された雄ねじと螺合する。微粉炭管１６を間に挟んで、ボルト３５が整流板３０に締結されることによって、整流板３０が微粉炭管１６に対して固着される。これにより、整流板３０の微粉炭管１６に対する位置が維持される。

整流板３０の長手方向他端部３２は、微粉炭管１６の内壁１６ｂに対して固着されず、内壁１６ｂ側から、後述する熱膨張差を吸収できる若干の間隔で離隔していてもよい。また、整流板３０の長手方向他端部３２は、微粉炭管１６の内壁１６ｂに対して近づいたり離れたりする方向に移動可能に支持されている。これにより、整流板３０における温度の上昇と下降の繰り返しが生じた場合でも、熱伸び差を吸収しつつ支持状態が維持される。

具体的には、微粉炭管１６に貫通孔３６が形成され、整流板３０の長手方向他端部３２に挿入孔３７が形成される。また、後述する保護カバー（保護部）４０には、貫通孔４１が形成される。貫通孔３６，４１と挿入孔３７の貫通方向は、整流板３０の長手方向に対して平行である。

保護カバー４０の貫通孔３６，４１と挿入孔３７には、ボルト３８が挿通される。貫通孔４１の内面には雌ねじが形成されており、ボルト３８の外周面に形成された雄ねじと螺合する。微粉炭管１６を間に挟んで、ボルト３８が保護カバー４０に締結されることによって、保護カバー４０が微粉炭管１６に対して固着される。これにより、保護カバー４０の位置が維持される。

ボルト３８の先端部には、支持棒３９が形成されている。支持棒３９の外周面は雄ねじが形成されておらず、例えば、滑らかな円筒面である。支持棒３９は、整流板３０の長手方向他端部３２に形成された挿入孔３７に挿入される。このとき、整流板３０が支持棒３９の軸方向に移動可能な状態で、支持棒３９が挿入孔３７に挿入されている。このとき、支持棒３９の軸方向は、整流板３０の長手方向に対して平行である。整流板３０の長手方向他端部３２は、微粉炭管１６の内壁１６ｂに対して固着されておらず、内壁１６ｂ側から若干の間隔で離隔し、微粉炭管１６の内壁１６ｂに対して移動可能に支持されていることから、整流板３０は、熱による膨張及び収縮が生じた場合、支持棒３９に沿ってスライド可能である。長手方向他端部３２と内壁１６ｂ側との間の若干の離隔した間隔によって、相互が干渉することなく熱膨張差を吸収することができる。

また、整流板３０の長手方向他端部３２に形成された挿入孔３７の内側には、さらにパッキン材４２が設置されていてもよい。支持棒３９は、挿入孔３７に設置されたパッキン材４２の内側に挿入される。パッキン材４２が設置されていることにより、挿入孔３７内に微粉炭が侵入しづらくなっており、支持棒３９が微粉炭によって摩耗されにくくなる。パッキン材４２は、例えば、高温用膨張黒鉛モールドパッキンである。

保護カバー４０は、保護部の一例であり、微粉炭管１６の内壁１６ｂと、整流板３０の長手方向他端部３２との間に形成された隙間を覆うように配置される。また、保護カバー４０は、支持棒３９も含めて覆うように配置される。保護カバー４０は、上述したとおり、微粉炭管１６の内壁１６ｂに対して固着されている。したがって、微粉炭管１６の内壁１６ｂと整流板３０の微粉炭混合気の流れ方向の位置関係が維持され、保護カバー４０と整流板３０の微粉炭混合気の流れ方向の位置関係も維持される。

保護カバー４０は、微粉炭管１６の内壁１６ｂに対して固着されたとき、内壁１６ｂに対して略垂直方向に立設された壁部４３を有する。壁部４３は、図４及び図６に示すように、整流板３０の長手方向他端部３２近傍の外周面や支持棒３９を囲むように形成される。

これにより、保護カバー４０は、微粉炭管１６の内壁１６ｂと整流板３０との間に微分炭混合気の微粉炭が流れ込むことを防ぐ。また、図４に示すように、支持棒３９が保護カバー４０によって覆うように配置されており、支持棒３９に微分炭混合気の微粉炭が衝突し、支持棒３９が摩耗することを防ぐことができる。さらに、保護カバー４０は、微粉炭管１６の内壁１６ｂに対して固着されていることから、微粉炭管１６の内壁１６ｂから移動することなく、整流板３０との間隔が維持され、かつ、微分炭混合気の微粉炭の流れ込みを確実に防ぐことができる。

整流板３０の長手方向他端部３２は、保護カバー４０の内面４４側から若干の隙間で離隔している。整流板３０の長手方向他端部３２と、保護カバー４０の内面４４の間の隙間は、整流板３０の温度が上昇して整流板３０が伸長したとき、長手方向他端部３２が、保護カバー４０の内面４４に干渉しない距離に設定される。これにより、整流板３０が伸長したとき、微粉炭管１６の内壁１６ｂ側に当接して過剰な応力を発生しないため、整流板３０によって微粉炭管１６が破損されることを防止できる。

図４に示すように、保護カバー４０の壁部４３の幅Ｗは、整流板３０の温度が下降して整流板３０が収縮したとき、長手方向他端部３２が、保護カバー４０から露出しない長さに設定される。保護カバー４０の壁部４３の幅Ｗは、整流板３０の長手方向に対して平行な長さである。これにより微粉炭バーナ１０の燃焼を停止した時など、温度が低下した際に、整流板３０が収縮したときも、整流板３０の長手方向他端部３２と、保護カバー４０の内面４４の間の隙間は、保護カバー４０によって覆われている。このため、微粉炭バーナ１０を再燃焼開始した際においても、微粉炭混合気の微粉炭の流れ込みを確実に防ぐことができる。

整流板３０の長手方向の長さが例えば５００ｍｍ〜１０００ｍｍであるとき、整流板３０の長手方向他端部３２と、保護カバー４０の内面４４の間の隙間の距離δは、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度であり、保護カバー４０の壁部４３の幅Ｗは、例えば２０ｍｍ〜５０ｍｍ程度である。距離δは、組み立て時などの冷態時に、整流板３０の長手方向他端部３２と、保護カバー４０の内面４４の間に形成される隙間の距離である。

また、整流板３０と保護カバー４０には、微粉炭混合気の流れに対向する面、例えば、微粉炭混合気の流れ方向上流側に形成され、かつ、微粉炭混合気の流れに対して交差する少なくとも１つの面には、セラミックスタイル４５が張り付けられる。なお、セラミックスタイル４５は、耐摩耗性材料の一例であり、本発明はこの例に限定されない。微粉炭混合気の流れの最上流側に貼り付けられるセラミックスタイル４５は、例えば断面形状がＬ字形であり、セラミックスタイル４５は、微粉炭混合気の流れに対向する面を覆うように載置される。微粉炭混合気の微粉炭が整流板３０及び保護カバー４０に衝突した結果、整流板３０及び保護カバー４０が摩耗することを防ぐことができる。セラミックスタイル４５は、少なくとも微粉炭混合気の微粉炭が高い流速で衝突する部分に設けることが、摩耗を抑制するうえで更に好ましい。

なお、セラミックスタイル４５は、隣り合うセラミックスタイル４５間に隙間が形成されつつも、微粉炭混合気の流れが、隣り合うセラミックスタイル４５間の隙間に直接入り込まないことが好ましい。これにより、微粉炭がセラミックスタイル４５間の隙間に入り込む可能性があるが、セラミックタイル４５の隙間を千鳥に配置することで整流板３０の構造材料を摩耗させることを防ぐことができる。

上述した実施形態では、保護カバー４０の幅Ｗは、図４に示すように、微粉炭混合気の流れ方向の上流側と下流側の全てにわたって等しい。なお、本発明は、この例に限定されず、保護カバー４０は、微粉炭混合気の流れ方向の上流側と下流側とで幅を変えてもよい。例えば、図５に示すように、保護カバー４０の幅は、微粉炭混合気の流れ方向の上流側から下流側にかけて幅を徐々に狭くなるものでもよい。保護カバー４０における上流側の幅をＡ、下流側の幅をＢとしたとき、Ａ≧Ｂとし、さらにこのましくはＡ＞Ｂとする。これにより、保護カバー４０の幅が、微粉炭混合気の流れ方向の下流側部分のほうが微粉炭混合気の流れ方向の上流側部分よりも短くなっているため、微粉炭混合気の流れの全てにわたって等しい場合や増加する場合に比べて、微粉炭混合気の流れ方向に乱れを生じさせにくい。その結果、微粉炭濃度の高い濃微粉炭混合気と微粉炭濃度の低い淡微粉炭混合気とが混合されることを抑制して、微粉炭混合気の濃淡状態が、微粉炭バーナ１０の出口まで混合することを抑制できる。また、微粉炭混合気の流れに乱れが生じないことから、整流板３０や保護カバー４０の耐摩耗性を向上させることができる。

以上、本実施形態によれば、微粉炭管１６の内部に設置された整流板３０は、整流板３０の長手方向一端部３１が微粉炭管１６に固着されていることから、温度の高い領域と低い領域による熱伸び差の影響に関わらず、所定の位置に整流板３０の位置を維持できる。

また、整流板３０の長手方向他端部３２は、微粉炭管１６の内壁１６ｂに対して固着されておらず、内壁１６ｂ側（本実施形態では、保護カバー４０の内面４４）から若干の間隔で離隔していることから、整流板３０における温度の上昇が生じた場合でも、熱伸びを吸収でき、整流板３０の熱伸びによる微粉炭管１６の破損を防止できる。

さらに、整流板３０の長手方向他端部３２は、微粉炭管１６の内壁１６ｂに対して移動可能に支持されている。すなわち、整流板３０は、支持棒３９によって、内壁１６ｂに対して近づいたり離れたりする方向にスライド移動可能に支持されていることから、整流板３０における温度の上昇と下降の繰り返しが生じた場合でも、支持状態が維持される。

またさらに、保護カバー４０は、微粉炭管１６に対してボルト３８によって固着されている。これにより、保護カバー４０が螺合されておらず固定されていない場合と比べて、保護カバー４０と整流板３０の位置関係が確実に維持され、微粉炭混合気の微粉炭の流れ込みを確実に防ぐことができる。

１ ：微粉炭焚きボイラ
２ ：火炉
３ ：側壁
１０ ：微粉炭バーナ
１１ ：バーナ風箱
１２ ：燃焼用空気コンパートメント
１３ ：補助空気コンパートメント
１４ ：バーナノズル
１５ ：補助空気ノズル
１６ ：微粉炭管
１６ａ ：内壁
１６ｂ ：内壁
１７ ：微粉炭混合気輸送管
１８ ：燃焼用空気ダクト
１９ ：伝熱管群
２０ ：ノズル操作桿
２１ ：噴出孔
２２ ：噴出孔
２３ ：微粉炭濃度調節体
２４ ：微粉炭混合気通路
２５ ：縮流通路
２６ ：ノズル駆動用軸
２７ ：ノズル駆動用軸
２８ ：微粉炭案内板
３０ ：整流板
３０ａ ：上方整流板
３０ｂ ：下方整流板
３１ ：長手方向一端部
３２ ：長手方向他端部
３３ ：貫通孔
３４ ：挿入孔
３５ ：ボルト
３６ ：貫通孔
３７ ：挿入孔
３８ ：ボルト
３９ ：支持棒
４０ ：保護カバー（保持部）
４１ ：貫通孔
４２ ：パッキン材
４３ ：壁部
４４ ：内面
４５ ：セラミックスタイル

Claims (9)

1. 微粉炭と空気の微粉炭混合気が流通する微粉炭管と、
   前記微粉炭管の流れ方向下流側に鉛直方向に揺動可能に設置されたバーナノズルと、
   前記微粉炭管内部に設置され、前記微粉炭混合気の微粉炭濃度を前記微粉炭管の軸中心よりも前記微粉炭管の壁面側を高くするように構成された微粉炭濃度調節体と、
   長手方向が前記微粉炭混合気の流れ方向に対して直交するように配置され、前記微粉炭管内部において前記微粉炭濃度調節体よりも前記微粉炭混合気流れの下流側に設置された整流板と、
   を備え、
   前記整流板は、長手方向一端部が前記微粉炭管の内壁に対して固着され、長手方向他端部が前記微粉炭管の内壁に対して固着されず、前記微粉炭管の内壁に対して近づいたり離れたりする方向へ移動可能に支持されており、
   前記微粉炭管の内壁と前記整流板との間に形成された隙間を覆うように配置され、前記微粉炭管の内壁に対して固着された保護部を有する微粉炭バーナ。
2. 軸方向が前記整流板の長手方向に対して平行に設けられ、前記微粉炭管の内壁に対して固着された支持棒と、
   前記整流板の前記長手方向他端部に形成され、前記整流板が前記支持棒の軸方向に移動可能に、前記支持棒が挿入される挿入孔と、
   を更に備える請求項１に記載の微粉炭バーナ。
3. 前記保護部は、前記支持棒を覆うように配置されている請求項２に記載の微粉炭バーナ。
4. 前記挿入孔内部にはパッキン材が設置され、
   前記支持棒は、前記整流板が前記支持棒の軸方向に移動可能に、前記パッキン材の内側に挿入されている請求項２又は３に記載の微粉炭バーナ。
5. 前記保護部は、前記整流板の長手方向に対して平行な長さが、前記微粉炭混合気流れに対して下流側部分のほうが上流側部分よりも短い請求項１から４のいずれか一項に記載の微粉炭バーナ。
6. 前記整流板及び前記保護部の少なくともいずれか一方には、前記微粉炭混合気流れに対向する少なくとも１つの面において耐摩耗性材料が取り付けられている請求項１から５のいずれか一項に記載の微粉炭バーナ。
7. 前記整流板は、前記微粉炭管の中心側に対して前記バーナノズルの外周側を向く面が、前記微粉炭流れ方向に対して平行に切断した断面が円弧状の曲面を有し、前記微粉炭ノズルの中心軸側となる面が、前記微粉炭混合気の流れ方向に対して平行な面と、前記微粉炭混合気の流れ方向下流側で折曲されて傾斜した面とを有する請求項１から６のいずれか一項に記載の微粉炭バーナ。
8. 火炉と、
   前記火炉の側壁を貫通して設けられる請求項１から７のいずれか一項に記載の微粉炭バーナと、
   を備えるボイラ。
9. 微粉炭と空気の微粉炭混合気が流通する微粉炭管と、前記微粉炭管の流れ方向下流側に鉛直方向に揺動可能に設置されたバーナノズルと、前記微粉炭管内部に設置され、前記微粉炭混合気の微粉炭濃度を前記微粉炭管の軸中心よりも前記微粉炭管の壁面側を高くするように構成された微粉炭濃度調節体と、長手方向が前記微粉炭混合気の流れ方向に対して直交するように配置され、前記微粉炭管内部において前記微粉炭濃度調節体よりも前記微粉炭混合気流れの下流側に設置された整流板とを備える微粉炭バーナの整流板支持方法であって、
   前記整流板の長手方向一端部を、前記微粉炭管の内壁に対して固着し、
   前記整流板の長手方向他端部を、前記微粉炭管の内壁に対して固着せず、前記微粉炭管の内壁に対して近づいたり離れたりする方向へ移動可能に支持し、
   保護部を、前記微粉炭管の内壁と前記整流板との間に形成された隙間を覆うように配置し、前記微粉炭管の内壁に対して設置位置を維持するように固着する微粉炭バーナの整流板支持方法。
   

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