JP2018124011A - 燃焼バーナ、これを備えたボイラ、及び燃焼方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の未燃分の火炉への放出を抑制しつつ燃料に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼を促進してＮＯｘ発生量を低減可能とする。
【解決手段】燃料ガスを火炉１１へ供給する燃料ガス流路１１１を形成する燃料ノズル１１０と、燃料ガスより温度の高い２次空気が流通する２次空気ノズル１２０と、２次空気ノズル１２０と燃料ノズル１１０の間に形成される２次空気流路１２１と、２次空気流路１２１を流通する２次空気の少なくとも一部を燃料ガス流路１１１へ導入する複数の導入部１３３，１３７を有する２次空気導入流路１３０と、を備え、複数の導入部１３３，１３７は、軸線Ｘ１に沿ったガス流通方向と交差する方向に沿って分散して配置されている燃焼バーナ１００Ａを提供する。
【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ボイラに適用される燃焼バーナ、これを備えたボイラ、及び燃焼方法に関するものである。

従来、微粉炭等の炭素含有固体燃料を粉砕したものと搬送気体とを混合した燃料ガスを火炉へ供給する燃料ノズルと、燃料ノズルの外側から火炉へ空気を供給する空気ノズルとを備えた燃焼バーナが知られている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。
特許文献１の燃焼バーナは、燃料ノズルの周方向の速度成分を持つ追加空気を噴出させる追加空気ノズルを設け、低酸素濃度の搬送気体で搬送された燃料と空気との混合を促進するものである。また、特許文献２の燃焼バーナは、燃料ノズルの中心軸付近に発散円錐を配置して中心軸に沿って流れる燃料量を減少させ、加熱ガスを燃料ノズル内に導入して一次流の中央部分における燃料に対する化学量論比を高めることで燃料のガス化を促進するものである。

特開２００５−１４０４８０号公報（段落００８１−００８４） 特表２０１１−５２３０１３号公報（段落００２２）

燃焼バーナにおいては、燃料ノズルの先端部より燃料ガス流れの上流部分で燃料ノズルの中心軸付近に再循環流れを形成する保炎器を設置したものが知られている。保炎器が設置された燃料ノズルにおいては、燃料が隣接火炎からの輻射を受けて着火し、着火により生成された高温ガスが保炎器により再循環流れとなって着火部近傍に保たれて保炎が行われる。この保炎器が、微粉炭と１次空気の混合流の外周に設置される場合を外周着火ないし外部保炎といい、混合流の断面内部に設置されている場合を内部着火ないし内部保炎という。燃焼により発生した窒素酸化物（ＮＯｘ）を空気不足の還元雰囲気において還元することで低ＮＯｘ化を実現することができる。
そして、火炉に隣接した燃料ノズルの先端における燃料の着火性を高めるためには、炭素含有固体燃料とした例えば石炭（微粉炭）の質量に対する空気の質量の割合（以下、「Ａ／Ｃ比」という。）を低くして、周囲の火炎の輻射による着火を促進させるのが望ましい。

しかしながら、Ａ／Ｃ比を低くしすぎると、燃料の未燃分の増加に伴って火炉内の燃料ノズルの先端付近での燃料の酸化燃焼が増加し、高い火炎温度によってＮＯｘの発生量が増大する可能性がある。
一方、燃料ガスにおけるＡ／Ｃ比を高くしすぎると、周囲の火炎の輻射を受けにくくなることにより燃料に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼が遅れ、２次空気との接触部分で遅れて放出された揮発分の酸化燃焼による高い火炎温度によってＮＯｘの発生量が増大する可能性がある。

前述した特許文献１においては、低酸素濃度の搬送気体で搬送された燃料の着火を早めるために、燃料ノズル出口近傍に追加空気を噴出させている。しかしながら、特許文献１では、濃縮器によって燃料粒子の多くが燃料ノズルの外側隔壁に沿って流れるため、外部着火ないし外部保炎が行われる。ノズルの外周に保炎器がある外部着火方式では、Ａ／Ｃ比が増えると微粉炭流の噴流速度が増大するだけで、保炎器周囲の再循環域は変わらないため、結果として、着火は離れてしまう。そのため、特許文献１では、外部着火ないし外部保炎によりＮＯｘの発生量が増大してしまう。

また、特許文献２においては、一次流の中央部分における化学量論比を高めるために、燃料噴射器の出口端の上流部分に二次流を導入している。しかしながら、特許文献２では、燃料噴射器に設けられた発散円錐によって中心軸の外周側に流れる燃料量が増大するため、外部着火ないし外部保炎が行われる。そのため、特許文献２では、外部着火ないし外部保炎によりＮＯｘの発生量が増大してしまう。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、燃料の未燃分の火炉への放出を抑制しつつ燃料に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼を促進してＮＯｘ発生量を低減可能とする燃焼バーナ、これを備えたボイラ、及び燃焼方法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、１次空気と燃料を混合した燃料ガス流路内に設けられた内部保炎器を有し、軸線に沿って筒状に延びるとともに炭素含有固体を粉砕した燃料と１次空気とを混合した燃料ガスを火炉へ供給する燃料ガス流路を形成する燃料ノズルと、前記軸線に沿って筒状に延びるとともに前記燃料ガスより温度の高い２次空気が流通する２次空気ノズルと、前記２次空気ノズルと前記燃料ノズルの間に形成され前記火炉へ前記２次空気を供給する２次空気流路と、前記２次空気流路を流通する前記２次空気の少なくとも一部を前記燃料ガス流路へ導入する複数の導入部を有する２次空気導入流路と、を備え、前記複数の導入部は、前記軸線に沿ったガス流通方向と交差する方向に沿って分散して配置されている。

本発明の燃焼バーナによれば、２次空気流路を流通する燃料ガスより温度の高い２次空気の少なくとも一部が、２次空気導入流路によって２次空気流路から、炭素含有固体燃料を粉砕した燃料と１次空気とを混合した燃料ガスが流通する燃料ガス流路へ導かれる。また、複数の導入部がガス流通方向と交差する方向に沿って間隔を空けて分散して配置されているため、ガス拡散の機会を増加して拡散性向上と均一化ができる。そのため、単一の導入部から燃料ガス流路へ２次空気を導入する場合に比べ、２次空気に接触した領域で着火することなく、２次空気と燃料ガスとが良好に混合される。２次空気と燃料ガスとが均一な濃度分布となって燃料ノズルの先端部へと供給される。

例えば、燃焼バーナの先端部の近傍に保炎器（内部保炎器）を配置した場合、内部保炎器では、１次空気側で保炎するため、上記のように２次空気の少なくとも一部を燃料ガス流路側に導いて、２次空気流路を流通する２次空気の流量が減少しても良好な保炎を実現することができる。また、内部保炎器が構造物である場合には、２次空気が混合されて内部保炎器の周囲の流速が増加することで、内部保炎器の周囲に形成される再循環域も強化され、着火を強く保つことができる。着火が強く保つことができれば、燃料と１次空気の混合流は、空気不足で供給され、微粉炭の揮発分や未燃分はＮＯｘ還元効果を有していることから、発生したＮＯｘを燃料噴流内で十分に還元することができる。一方、２次空気は噴流の外側に供給されるため、空気が過剰な状態であり、ＮＯｘ還元物質も少ないことから、外周で生成されたＮＯｘは還元されにくく、ＮＯｘ発生量の増加につながる。

このため、内部保炎器を有するバーナでＡ／Ｃ比を増加させたことで着火を保つことができれば、燃料ガス流路の出口においては、炭素含有固体燃料を粉砕した燃料の未燃分が減少するとともに、粉砕した燃料に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼が促進されてＮＯｘが一度発生し・その還元が促進される。また、ＮＯｘが還元されにくい燃料噴流外周の２次空気が減少するため、ＮＯｘ発生量を低減することができる。

また、本発明の燃焼バーナにおいては、２次空気の少なくとも一部を燃料ガス流路へ導くため、燃料ガスのＡ／Ｃ比を増加させるために１次空気の流量を増加させる必要がない。そのため、１次空気の流量が増加することによる通風機の動力増加、粉砕機の分級精度の低下、燃料を搬送する搬送管の摩耗量の増加等の不具合を抑制することができる。
このように、本発明の燃焼バーナによれば、１次空気の流量を増加させずに２次空気の少なくとも一部を用いて、燃料の未燃分の火炉への放出を抑制しつつ燃料に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼を促進してＮＯｘ発生量を低減することができる。

本発明の燃焼バーナにおいて、前記２次空気導入流路は、前記ガス流通方向の主成分を持つ流速で前記２次空気の一部を前記燃料ガス流路へ導入する構成であってもよい。
本構成によれば、２次空気は、燃料ガスのガス流通方向の主成分の流速を持って２次空気導入流路から燃料ガス流路へ導入されるため、燃料ガスとの合流時に大きな乱れを生じさせることなく緩やかに拡散しながら混合する。

本発明の燃焼バーナにおいて、前記２次空気導入流路は、前記ガス流通方向の主成分を持つ流速に加えて、前記ガス流通方向に交差しかつ前記燃料ガス流路の中心に向かう方向の成分を持つ流速で、前記２次空気の一部を前記燃料ガス流路へ導入する構成であってもよい。
本構成によれば、２次空気が軸線に沿ったガス流通方向の主成分の流速に加えて、燃料ガス流路の中心に向かう流速を伴って導入されるため、導入された２次空気と燃料ガスとが更に良好に混合される。

上記構成の燃焼バーナにおいて、前記２次空気導入流路は、前記燃料ガス流路に開口する出口面を有し、該出口面が前記軸線に直交する平面に対して傾斜していてもよい。このようにすることで、軸線に直交する平面に対して傾斜した出口面から２次空気が燃料ガス流路の中心に向かう流速を持って導入され、導入された２次空気と燃料ガスとが良好に混合される。

本発明の燃焼バーナにおいて、前記複数の導入部は、第１の前記導入部と第２の前記導入部とが隣接して配置されて形成しており、前記第１の導入部が前記燃料ガス流路へ前記２次空気の少なくとも一部を導入する前記ガス流通方向の第１導入位置と、前記第２の前記導入部が前記燃料ガス流路へ前記２次空気の少なくとも一部を導入する前記流通方向の第２導入位置とが前記軸線に沿った前記ガス流通方向で異なる構成であってもよい。
本構成によれば、隣接する第１の導入部と第２の導入部が燃料ガス流路へ２次空気を導入するガス流通方向の位置が異なっているため、これらを同一の位置とした場合に比べ、２次空気と燃料ガスとが更に良好に混合される。

本発明の燃焼バーナにおいては、前記燃料ノズル内の前記火炉へ開口する先端部の近傍に配置される保炎器を備える構成であってもよい。
本構成によれば、導入された２次空気と燃料ガスとが均一な濃度分布となった状態で保炎器に到達して保炎器により良好に内部着火ないし内部保炎が行われる。そのため、燃料ガス流路の出口における燃料の着火性が向上するとともに燃料に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼が促進されてＮＯｘの還元が促進されるため、ＮＯｘ発生量が低減する。

上記構成の燃焼バーナにおいて、前記導入部が前記燃料ガス流路へ前記２次空気の少なくとも一部を導入する第１位置よりも前記ガス流通方向の下流側の第２位置における前記燃料ガス流路の断面積が、前記第１位置よりも前記ガス流通方向の上流側の第３位置における前記燃料ガス流路の断面積よりも大きい態様であってもよい。
本態様によれば、２次空気の一部を導入部から燃料ガス流路へ導入することにより燃料ガス流路を流通する燃料ガスの流速が上昇することによる不具合を抑制して、内部保炎を安定化することができる。

上記態様の燃焼バーナにおいて、前記第１位置から前記保炎器の上流端の第４位置までの前記ガス流通方向の距離をＬとし、前記燃料ガス流路の前記第２位置における最小幅をＷとした場合、２≦Ｌ／Ｗ≦５を満たすものであってよい。
このようにすることで、２次空気が燃料ガス流路へ導入されてから保炎器の上流端に到達するまでのガス流通方向の距離を十分に確保し、導入された２次空気と燃料ガスとがより均一な濃度分布となった状態で保炎器による着火ないし保炎を行うことができる。

上記構成の燃焼バーナにおいて、前記保炎器は、前記ガス流通方向と交差する方向に沿って延びるように形成されるとともに前記ガス流通方向における下流側に向かって前記ガス流通方向に直交する断面の幅が広くなる拡幅部を有してもよい。保炎器に拡幅部を設けることで、好適に内部保炎を行うことができる。

本発明のボイラは、火炉と、該火炉に対して設置された上記の燃焼バーナと、前記火炉にて前記燃焼バーナから噴出する燃焼ガスのガス流れ下流側で前記燃焼ガスと熱交換する熱交換器とを備えていることを特徴とする。
上記の燃焼バーナを備えているので、排ガス中のＮＯｘが低減されたボイラを提供することができる。
本発明の燃焼方法は、軸線に沿って筒状に延びるとともに炭素含有固体燃料を粉砕した燃料と１次空気とを混合した燃料ガスを火炉へ供給する燃料ガス流路を形成する燃料ノズルと、前記軸線に沿って筒状に延びるとともに前記燃料ガスより温度の高い２次空気を流通する２次空気ノズルと、記２次空気ノズルと前記燃料ノズルの間に形成され前記火炉へ前記２次空気を供給する２次空気流路と、前記燃料ノズル内の前記火炉へ開口する先端部の近傍に配置される保炎器を備える燃焼バーナを用い、前記２次空気流路を流通する前記２次空気の少なくとも一部を、前記軸線に沿ったガス流通方向と交差する方向に沿って分散して配置された複数の導入部から前記燃料ガス流路へ導入する導入工程と、前記導入工程で導入された前記２次空気と前記燃料ガスとを前記燃料ガス流路で混合して前記保炎器を介して前記火炉へ噴出させる噴出工程と、を備える。
本発明の燃焼方法によれば、燃料の未燃分の火炉への放出を抑制しつつ燃料に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼を促進してＮＯｘ発生量を低減することができる。

本発明によれば、燃料の未燃分の火炉への放出を抑制しつつ燃料に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼を促進してＮＯｘ発生量を低減可能とする燃焼バーナ、これを備えたボイラ、及び燃焼方法を提供することができる。

第１実施形態の燃焼バーナが適用された微粉炭焚きボイラを表す概略構成図である。 第１実施形態の微粉炭焚きボイラにおける燃焼バーナを表す平面図である。 第１実施形態の燃焼バーナを示す縦断面図である。 図３に示す燃焼バーナのI-I矢視端面図である。 図３に示す燃焼バーナの一部を示す斜視図である。 図３に示す燃焼バーナの変形例を示す縦断面図である。 第２実施形態の燃焼バーナを示す縦断面図である。 第２実施形態の燃焼バーナを示す縦断面図である。 図７に示す燃焼バーナのIII-III矢視端面図である。 図７に示す燃焼バーナの一部を示す斜視図である。 第１実施形態の燃焼バーナの変形例を示す正面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の燃焼バーナ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。

＜第１実施形態＞
第１実施形態の燃焼バーナが適用された微粉炭焚きボイラは、炭素含有固体燃料として石炭を粉砕した微粉炭を用い、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ボイラである。

図１に示すように、本実施形態の微粉炭焚きボイラ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と煙道１３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１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅを有している。本実施例にて、この燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅは、火炉１１が延びる鉛直方向を中心軸とした周方向に沿って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（５段）配置されている。

そして、各燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ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、搬送用空気（１次空気）により分級された微粉炭が微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０から燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅに供給される。

また、火炉１１は、各燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ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には、他端部に送風機３８が装着されている。更に、火炉１１は、各燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅの装着位置より鉛直方向上方にアディショナル空気ノズル３９が設けられている。このアディショナル空気ノズル３９には、空気ダクト３７から分岐した分岐空気ダクト４０の端部が連結されている。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１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅに供給することができると共に、送風機３８により送られた燃焼用空気（追加空気）を分岐空気ダクト４０からアディショナル空気ノズル３９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１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅは、微粉炭と搬送用空気（１次空気）とを混合した微粉燃料混合気（燃料ガス）を火炉１１内に吹き込み可能であると共に、燃焼用空気を火炉１１内に吹き込み可能となっている。燃焼装置１２は、点火トーチ（図示略）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。

火炉１１は、鉛直方向上部に煙道１３が連結されており、この煙道１３に、対流伝熱部として燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器である過熱器（スーパーヒータ）４１，４２、再熱器４３，４４及び節炭器（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燃焼ガスと水や蒸気との間で熱交換が行われる。

煙道１３は、そのガス流れ下流側に熱交換を行った燃焼ガスが排ガスとして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１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ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（１次空気）と共に微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を通して燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅに供給される。また、加熱された燃焼用空気（２次空気）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に供給される共に、分岐空気ダクト４０からアディショナル空気ノズル３９に供給される。搬送用空気（１次空気）は微粉炭が着火しないよう温度が低く、燃焼用空気（２次空気）はエアヒータ４９で加熱されているので、１次空気および微粉燃料混合気よりも温度が高い。

すると、燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅは、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉燃料混合気（燃料ガス）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。また、アディショナル空気ノズル３９は、追加空気を火炉１１に吹き込み、微粉炭に対する空気の量を適正化させる燃焼制御を行うことができる。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内の鉛直方向下部の領域で火炎が生じると、燃焼ガス（排ガス）がこの火炉１１内を上昇し、煙道１３に排出される。

即ち、燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅは、微粉炭混合気と燃焼用空気（２次空気）を火炉１１における燃焼領域に吹き込み、このときに着火することで燃焼領域に火炎旋回流が形成される。そして、この火炎旋回流は、旋回しながら上昇して還元領域に至る。アディショナル空気ノズル３９は、追加空気を火炉１１における還元領域の鉛直上方に吹き込む。この火炉１１では、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、内部が還元雰囲気に保持される。そして、微粉炭の燃焼により発生したＮＯｘが火炉１１で還元され、その後、追加空気（アディショナルエア）が供給され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。

このとき、給水ポンプ（図示略）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、蒸気ドラム（図示略）に供給され火炉壁の各水管（図示略）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、蒸気ドラムに送り込まれる。更に、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、発電プラントのタービン（図示略）に供給される。また、タービンでの供給した水蒸気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膨張して、タービンが回転駆動する。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１３の節炭器４５，４６，４７を通過した排ガスは、排ガス管４８にて、脱硝装置（図示略）にて、供給したアンモニアと触媒により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１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ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１００Ａについてのみ説明する。

燃焼バーナ１００Ａは、図２に示すように、火炉１１における４つの壁面に設けられる燃焼バーナ１００Ａａ，１００Ａｂ，１００Ａｃ，１００Ａｄから構成されている。各燃焼バーナ１００Ａａ，１００Ａｂ，１００Ａｃ，１００Ａｄ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の各壁面にある各燃焼バーナ１００Ａａ，１００Ａｂ，１００Ａｃ，１００Ａｄは、火炉１１に対して、微粉炭と搬送用空気（１次空気）が混合した微粉燃料混合気を火炉１１中心に対して僅かな偏角を設けて吹き込むと共に、その微粉燃料混合気の外側に燃焼用空気（２次空気）を吹き込む。そして、各燃焼バーナ１００Ａａ，１００Ａｂ，１００Ａｃ，１００Ａｄ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。

次に、燃焼バーナ１００Ａについて詳細に説明する。
図３の縦断面図に示すように、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａは、燃料ノズル１１０と、２次空気ノズル１２０と、２次空気導入流路１３０と、保炎器１４０と、を備える。なお、図３の縦断面図は、後述する図４に示す燃焼バーナ１００ＡのII-II矢視断面図となっている。

燃料ノズル１１０は、軸線Ｘ１に沿って筒状に延びるように形成される部材である。燃料ノズル１１０は、その内部に微粉炭供給管２６から供給される微粉燃料混合気を火炉１１へ供給する燃料ガス流路１１１を形成する。
燃料ノズル１１０は、火炉１１に隣接して配置される先端側ノズル１１０ａと、先端側ノズル１１０ａの上流側に配置される基端側ノズル１１０ｂとを有する。先端側ノズル１１０ａと基端側ノズル１１０ｂとは、２次空気導入流路１３０を間に配置した状態で連結されている。

先端側ノズル１１０ａが火炉１１に面する部分の形状は、微粉燃料混合気のガス流通方向と同方向に直管状に延びる形状となっている。これは、微粉燃料混合気に含まれる微粉炭が燃料ガス流路１１１の中心軸（軸線Ｘ１）に対して外周側へ導かれることを抑制するためである。微粉燃料混合気に含まれた微粉炭が外周側へ導かれると、高温かつ高酸素濃度の火炉１１内の領域において微粉炭が燃焼し、ＮＯｘが還元されない領域でＮＯｘの発生量が増加してしまう。したがって、先端側ノズル１１０ａが火炉１１に面する部分の形状は、外部保炎ないし外部着火を抑制する形状として内部保炎ないし内部着火を行なっている。

図３および図４に示すように、燃料ガス流路１１１の先端側ノズル１１０ａにおける最小幅Ｗ１は、燃料ガス流路１１１の基端側ノズル１１０ｂにおける最小幅Ｗ２よりも大きくなっている。これは、２次空気導入流路１３０から燃料ガス流路１１１へ導入される２次空気で流量が増加することにより、先端側ノズル１１０ａを流通する微粉燃料混合気の流速が基端側ノズル１１０ｂを流通する微粉燃料混合気の流速よりも増加しないようにするためである。そのため、最小幅Ｗ１および最小幅Ｗ２の関係は、第１位置Ｐ１よりもガス流れ下流側の第２位置Ｐ２における先端側ノズル１１０ａの断面積が、第１位置Ｐ１よりもガス流れ上流側の第３位置Ｐ３における基端側ノズル１１０ｂの断面積よりも大きくなるように設定される。２次空気の一部を２次空気導入流路１３０から燃料ガス流路１１１へ導入することにより燃料ガス流路１１１を流通する微粉燃料混合気の流速が上昇することによる不具合を抑制して、内部保炎を安定化することができる。

２次空気ノズル１２０は、軸線Ｘ１に沿って筒状に延びるように形成されるとともに燃料ノズル１１０の軸線Ｘ１に対して外側を取り囲むように配置される部材である。２次空気ノズル１２０は、その内周面と燃料ノズル１１０の外周面との間に火炉１１へ２次空気を供給する環状の２次空気流路１２１を形成する。なお、２次空気ノズル１２０へ流入した燃焼用空気（２次空気）は、その一部が２次空気導入流路１３０から燃料ガス流路１１１へ導入され、その他が２次空気流路１２１の先端から火炉１１へ供給される。

２次空気導入流路１３０は、２次空気流路１２１を流通する２次空気の一部を燃料ガス流路１１１へ導入する流路である。図４（図３に示す燃焼バーナのI-I矢視端面図）および図５に示すように、２次空気導入流路１３０は、燃料ガス流路１１１の鉛直上方に配置された上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４と、燃料ガス流路１１１の鉛直下方に配置された下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８とを有する。

図５は、図３に示す燃焼バーナ１００Ａから２次空気ノズル１２０を除去した一部を示す斜視図である。図５においては、２次空気導入流路１３０のうち燃料ノズル１１０の内部に配置される部分を破線で示している。
図５において、実線で示す矢印は２次空気流路１２１から燃料ガス流路１１１へ導入される２次空気と、燃料ガス流路１１１へ導かれずに２次空気流路１２１を流通する２次空気とを示す。一方、破線で示す矢印は燃料ガス流路１１１を流通する微粉燃料混合気を示す。

上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４は、軸線Ｘ１に沿った微粉燃料混合気のガス流通方向と直交する水平方向に沿って一定の間隔を空けて分散して配置されている。同様に、下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８は、軸線Ｘ１に沿った微粉燃料混合気のガス流通方向と直交する水平方向に沿って一定の間隔を空けて分散して配置されている。ここでは、上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４および下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８を配置する間隔を水平方向に沿って一定としたが、任意の間隔で配置するようにしてもよい。

図４に示すように、上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４が配置される鉛直方向の位置において、上方導入部１３１と上方導入部１３２との間に微粉燃料混合気が流通する空間が設けられ、上方導入部１３２と上方導入部１３３との間に微粉燃料混合気が流通する空間が設けられ、上方導入部１３３と上方導入部１３４との間に微粉燃料混合気が流通する空間が設けられている。

また、下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８が配置される鉛直方向の位置において、下方導入部１３５と下方導入部１３６との間に微粉燃料混合気が流通する空間が設けられ、下方導入部１３６と下方導入部１３７との間に微粉燃料混合気が流通する空間が設けられ、下方導入部１３７と下方導入部１３８との間に微粉燃料混合気が流通する空間が設けられている。
このように、鉛直方向の同位置において微粉燃料混合気と導入する２次空気とが隣接した状態で流通するため、微粉燃料混合気と導入した２次空気とを良好に混合することができる。

なお、図３に示すように、２次空気導入流路１３０を形成する部材の一部（裏側となる背面）は、燃料ガス流路１１１の一部を形成している。特に、第３位置Ｐ３から第１位置Ｐ１へ至る燃料ガス流路１１１において、上方導入部１３３の下面１３３ａと下方導入部１３７の上面１３７ａが配置される部分は、燃料ガス流路１１１の断面積が漸次縮小する形状となっている。そのため、下面１３３ａと上面１３７ａは、微粉燃料混合気の微粉炭の流れが直接接触することにより摩耗しやすい。そこで、下面１３３ａと上面１３７ａの燃料ガス流路１１１に面する部分には、摩耗を抑制するために摩耗防止用の部材（例えば、セラミックス製の板状部材）を設置するのが好ましい。

保炎器１４０は、火炉１１に近接する燃料ノズル１１０の先端側ノズル１１０ａに対して微粉燃料混合気の噴出し方向のガス流れ上流側に配置され、微粉燃料混合気の着火用及び保炎用として機能するものである。保炎器１４０は、水平方向に沿って延びるように形成される長尺状の拡幅部１４１，１４２，１４３を有する。図３に示すように、拡幅部１４１，１４２，１４３は、燃料ノズル１１０が火炉１１に面する先端部１１０ｃの近傍に、鉛直方向に沿って間隔を空けて配置される。

本実施形態では、図３に示すように、拡幅部１４１，１４２，１４３は、断面が二等辺三角形状をなし、微粉燃料混合気のガス流通方向のガス流れ下流側に向ってガス流通方向に直交する断面の幅が広くなり、前端がこの微粉燃料混合気の流通方向に直交する平面上に配置される。なお、拡幅部１４１，１４２，１４３は、二等辺三角形状の断面に限定されるものではなく、微粉燃料混合気の流れを分離してガス流れ下流側に再循環領域を形成するスプリット形状であれば良く、例えば断面がＹ字形状とされていても良い。

ここで、燃料ガス流路１１１を流通する微粉燃料混合気と２次空気流路１２１から導入される２次空気とが緩やかに拡散混合し、均一な濃度分布となって火炉１１へ供給されることについて説明する。なお、以下の説明においては、２次空気導入流路１３０が有する上方導入部１３３について説明するが、上方導入部１３１，１３２，１３４についても同様であるため説明を省略する。同様に、２次空気導入流路１３０が有する下方導入部１３７について説明するが、下方導入部１３５，１３６，１３８についても同様であるため説明を省略する。

微粉炭供給管２６から燃料ガス流路１１１へ供給される微粉燃料混合気は、図３の矢印２０１に示す方向に沿って基端側ノズル１１０ｂから先端側ノズル１１０ａへ流入し、軸線Ｘ１に沿ったガス流通方向の位置Ｐ３から位置Ｐ１へ向けて流通する。
一方、空気ダクト３７から２次空気ノズル１２０へ供給される燃焼用空気（２次空気）は、図３の矢印３０１，３０２に示す方向に沿って２次空気流路１２１へ流入する。

２次空気流路１２１へ流入した２次空気の一部は、矢印３０３に示す方向に沿って上方導入部１３３へ流入し、燃料ノズル１１０の中心軸である軸線Ｘ１に向けて鉛直下方へ導入され、矢印３０５に示す方向に沿って燃料ガス流路１１１へ流入する。また、２次空気流路１２１へ流入した２次空気の一部は、矢印３０４に示す方向に沿って下方導入部１３７へ流入し、燃料ノズル１１０の中心軸である軸線Ｘ１に向けて鉛直上方へ導入され、矢印３０６に示す方向に沿って燃料ガス流路１１１へ流入する。

ここで、矢印３０５に示す軸線Ｘ２に沿った方向は軸線Ｘ１と同方向であり、矢印３０６に示す軸線Ｘ３に沿った方向は軸線Ｘ１と同方向である。そのため、上方導入部１３３および下方導入部１３７は、軸線Ｘ１に沿った微粉燃料混合気のガス流通方向の主成分を持つ流速で２次空気の一部を燃料ガス流路１１１へ導入する。導入された２次空気は、微粉燃料混合気のガス流通方向の主成分を持つ流速で２次空気導入流路１３０から燃料ガス流路１１１へ導入されるため、微粉燃料混合気との合流時に大きな乱れを生じさせることなく緩やかに拡散しながら混合する。

また、上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４が微粉燃料混合気のガス流通方向と直交する水平方向に沿って間隔を空けて分散して配置されているため、導入された２次空気と微粉燃料混合気とが、燃料ガス流路１１１において隣接した状態で混合される。同様に、下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８が微粉燃料混合気のガス流通方向と直交する水平方向に沿って間隔を空けて離散して配置されているため、導入された２次空気と微粉燃料混合気とが、燃料ガス流路１１１において隣接した状態で混合される。導入された２次空気と微粉燃料混合気とが、燃料ガス流路１１１において隣接した状態で混合され、さらに２次空気導入流路１３０を複数の導入部へ分散したためガス拡散の機会を増加して拡散性向上と均一化ができる。これにより、単一の導入部から燃料ガス流路１１１へ２次空気を導入する場合に比べ、２次空気に接触した領域で着火することなく、２次空気と微粉燃料混合気とが良好に混合される。

微粉燃料混合気と各々の導入された２次空気とのガス拡散で混合されて均一化させるためには、２次空気導入流路１３０の上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４、および下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８は、少なくとも軸線Ｘ１に対して対称になるよう同じ流量と同じ流速で２次空気を導入することが好ましい。このため上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４、および下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８の流路断面積は、少なくとも軸線Ｘ１に対して対称になることが好ましい。
また、燃焼バーナ１００Ａの運用にあたり、微粉燃料混合気と各々の導入された２次空気とのガス拡散で混合されて均一化でないことが保炎器１４０での保炎状況などから想定された場合は、上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４、および下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８の流路断面積を図示しないダンバなどで調整することで、軸線Ｘ１に対して対称にすることが可能である。

また、図３および図４に示すように、軸線Ｘ１において２次空気導入流路１３０が燃料ガス流路１１１へ２次空気の一部を導入する第１位置Ｐ１から保炎器１４０の上流端の第４位置Ｐ４までのガス流通方向の距離をＬとし、燃料ガス流路１１１の先端側ノズル１１０ａにおける最小幅をＷ１（Ｗ）とした場合、以下の式（１）を満たす。
２≦Ｌ／Ｗ１≦５ （１）

式（１）に示すように第１位置Ｐ１から第４位置Ｐ４までの距離Ｌを先端側ノズル１１０ａにおける最小幅Ｗ１よりも十分に大きくすることで、第１位置Ｐ１で燃料ガス流路１１１に導入された２次空気と微粉燃料混合気とを均一な濃度分布となるように十分に混合する。
また、導入された２次空気と微粉燃料混合気との混合には、２次空気導入流路１３０の形状や大きさを調整し適正化することで選定する。２≦Ｌ／Ｗ１としているのは、保炎器１４０を通過する微粉燃料混合気を、導入された２次空気と均一に混合された微粉燃料混合気とするためである。また、２次空気導入流路１３０の形状や大きさを大きくするように選定することで、導入された２次空気との混合が促進されるが、混合にあたり流れが乱されて、微粉燃料混合気より温度が高い２次空気との間で着火する場合があることから、２次空気導入流路１３０の形状や大きさの上限が存在する。２次空気導入流路１３０の形状や大きさの上限と、燃焼バーナ１００Ａの大型化を防止するために、Ｌ／Ｗ１≦５としている。
第１位置Ｐ１で２次空気と混合した微粉燃料混合気は、第１位置Ｐ１から第４位置Ｐ４へ向けて濃度分布を均一化しながら矢印２０２，２０３，２０４で示す方向に流通し、保炎器１４０の上流端へ到達する。

微粉燃料混合気は、保炎器１４０の拡幅部１４１，１４２，１４３により鉛直方向の上方と下方に流れが分離し、拡幅部１４１，１４２，１４３のガス流通方向の下流側の直後に再循環領域を形成しながら火炉１１へ流入する。保炎器１４０により分離してから再循環する微粉燃料混合気が燃焼し保炎される。この際に２次空気の一部を燃料ガス流路１１１へ導くことで、Ａ／Ｃ比を増加させたことにより微粉燃料混合気中の微粉炭の燃焼が促進されて未燃分が減少する。この時にＮＯｘが発生するが、微粉炭に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼が促進されて保炎器１４０の下流側が空気不足の還元雰囲気となっているため、発生したＮＯｘが早期に還元されるため、ＮＯｘ発生量を低減する。

以上説明した本実施形態の燃焼バーナ１００Ａが奏する作用および効果について説明する。

本実施形態の燃焼バーナ１００Ａによれば、２次空気流路１２１を流通する２次空気の一部が、２次空気導入流路１３０によって２次空気流路１２１から燃料ガス流路１１１へ導かれる。導入された２次空気は、微粉燃料混合気（燃料ガス）のガス流通方向の主成分を持つ流速で２次空気導入流路１３０から燃料ガス流路１１１へ導入されるため、微粉燃料混合気との合流時に大きな乱れを生じさせることなく緩やかに拡散しながら混合する。そのため、微粉燃料混合気より高温の２次空気（例えば、２００℃〜３５０℃）と微粉燃料混合気（例えば６０℃〜９５℃）とが大きな乱れによるエネルギーを伴って混合することが無いので、燃焼バーナ１００Ａの内部での燃料の着火の危険を抑制することができる。

また、上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４および下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８がガス流通方向と交差する水平方向に沿って間隔を空けて分散して配置されているため、導入された２次空気と微粉燃料混合気とが、燃料ガス流路１１１において隣接した状態でさらに導入部を複数へ分散したためガス拡散の機会を増加して拡散性が向上して混合されて均一化される。そのため、単一の導入部から燃料ガス流路１１１へ２次空気を導入する場合に比べ、２次空気と微粉燃料混合気とが良好に混合される。導入された２次空気と微粉燃料混合気とが均一な濃度分布となって保炎器１４０および火炉１１へ供給されるため、Ａ／Ｃ比を増加させたことで燃料ガス流路１１１の出口における微粉炭の着火性が向上して未燃分が減少するとともに、微粉炭に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼が促進されてＮＯｘの還元が促進されるため、ＮＯｘ発生量が低減する。

また、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａにおいては、２次空気の一部を燃料ガス流路１１１へ導くため、Ａ／Ｃ比を増加させるために搬送用空気（１次空気）の流量を増加させる必要がない。そのため、搬送用空気の流量が増加することによる通風機の動力増加、微粉炭機（粉砕機）の分級精度の低下、微粉炭を搬送する微粉炭供給管の摩耗量の増加等の不具合を抑制することができる。
このように、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａによれば、１次空気の流量を増加させずに２次空気の少なくとも一部を用いて、微粉炭の未燃分の火炉１１への放出を抑制しつつ微粉炭に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼を促進してＮＯｘ発生量を低減することができる。

また、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａは、燃料ノズル１１０が火炉１１へ開口する先端部１１０ｃの近傍に配置される保炎器１４０を備える。
本実施形態によれば、導入された２次空気と微粉燃料混合気とが均一な濃度分布となった状態で保炎器１４０に到達して保炎器１４０により良好に内部着火ないし内部保炎が行われる。そのため、外部保炎ないし外部着火となることを防止して、先端側ノズル１１０ａが火炉１１に面する部分で、微粉燃料混合気に含まれた微粉炭が先端側ノズル１１０ａの外周側へ導かれて、高温かつ高酸素濃度の火炉１１内の領域において微粉炭が燃焼し、ＮＯｘが還元されない領域でのＮＯｘの発生が増加してしまうことがない。保炎器１４０により、燃料ガス流路１１１の出口における微粉炭の着火性が向上するとともに微粉炭に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼が促進される。

また、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａにおいては、上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４および下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８が燃料ガス流路１１１へ２次空気の一部を導入する第１位置Ｐ１よりも流れ方向下流側の第２位置Ｐ２における燃料ガス流路１１１の断面積が、第１位置Ｐ１よりも流れ方向上流側の第３位置Ｐ３における燃料ガス流路１１１の断面積よりも大きい。
本実施形態によれば、２次空気の一部を導入部から燃料ガス流路１１１へ導入することにより燃料ガス流路１１１を流通する微粉燃料混合気の流速が上昇することによる不具合を抑制して、内部保炎を安定化することができる。

また、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａにおいて、第１位置Ｐ１から保炎器１４０の上流端の第４位置Ｐ４までのガス流通方向の距離をＬとし、燃料ガス流路１１１の第２位置Ｐ２における最小幅をＷ１とした場合、２≦Ｌ／Ｗ１≦５を満たす。
このようにすることで、導入された２次空気が燃料ガス流路１１１へ導入されてから保炎器１４０の上流端に到達するまでのガス流通方向の距離を十分に確保し、導入された２次空気と微粉燃料混合気とがより均一な濃度分布となった状態で保炎器１４０による着火ないし保炎を行うことができる。

また、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａにおいて、保炎器１４０は、水平方向に沿って延びるように形成されるとともにガス流通方向における下流側に向かって幅が広くなる拡幅部１４１，１４２，１４３を有する。保炎器１４０に拡幅部１４１，１４２，１４３を設けることで、好適に内部保炎を行うことができる。

＜第１実施形態の変形例＞
なお、本実施形態において、２次空気導入流路１３０は、微粉燃料混合気のガス流通方向である軸線Ｘに沿って２次空気を燃料ガス流路１１１へ流入させるものであったが、他の変形例としてもよい。
例えば、２次空気導入流路１３０を、軸線Ｘ１に沿ったガス流通方向の主成分を持ち、かつ燃料ガス流路１１１の中心に向かう方向の成分を持つ流速で導入された２次空気を燃料ガス流路１１１へ導入する変形例としてもよい。

図６は、図３に示す燃焼バーナ１００Ａの変形例である燃焼バーナ１００Ａｅを示す縦断面図である。図６に示す燃焼バーナ１００Ａｅにおいて、上方導入部１３３へ流入した２次空気は、燃料ノズル１１０の中心軸である軸線Ｘ１に向けて鉛直下方への速度成分を伴って導入され、矢印３０７に示す方向に沿って燃料ガス流路１１１へ流入する。また、下方導入部１３７へ流入した２次空気は、燃料ノズル１１０の中心軸である軸線Ｘ１に向けて鉛直上方への速度成分を伴って導入され、矢印３０８に示す方向に沿って燃料ガス流路１１１へ流入する。
図６に示すように、上方導入部１３３は、燃料ガス流路１１１に開口する出口面１３３ｂを有する。また、下方導入部１３７は、燃料ガス流路１１１に開口する出口面１３７ｂを有する。図６に示すように、出口面１３３ｂは軸線Ｘ１に直交する平面に対して傾斜しており、出口面１３７ｂは軸線Ｘ１に直交する平面に対して傾斜している。

ここで、矢印３０７に示す軸線Ｘ４に沿った方向は軸線Ｘ１と交差しかつ燃料ガス流路１１１の中心に向かう方向であり、矢印３０８に示す軸線Ｘ５に沿った方向は軸線Ｘ１と交差しかつ燃料ガス流路１１１の中心に向かう方向である。そのため、上方導入部１３３および下方導入部１３７は、軸線Ｘ１に沿った微粉燃料混合気のガス流通方向の主成分を持ち、かつ燃料ガス流路１１１の中心に向かう方向の成分を持つ流速で２次空気の一部を燃料ガス流路１１１へ導入する。導入された２次空気は、微粉燃料混合気のガス流通方向の主成分を持つ流速で２次空気導入流路１３０から燃料ガス流路１１１へ導入されるため、微粉燃料混合気との合流時に大きな乱れを生じさせることなく緩やかに拡散しながら混合する。また、導入された２次空気が燃料ガス流路１１１の中心に向かって導入されるため、２次空気と微粉燃料混合気とが更に良好に混合される。

なお、以上の説明においては、上方導入部１３３について説明したが、上方導入部１３１，１３２，１３４の構造も上方導入部１３３と同様である。また、以上の説明においては、下方導入部１３７について説明したが、下方導入部１３５，１３６，１３８の構造も下方導入部１３７と同様である。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態の燃焼バーナについて説明する。第１実施形態と同様に、本実施形態の燃焼バーナは、微粉炭焚きボイラに適用可能である。第２実施形態は第１実施形態の２次空気導入流路１３０に係わる変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

第１実施形態の燃焼バーナ１００Ａは、２次空気導入流路１３０が有する上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４および下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８が燃料ガス流路１１１へ２次空気を導入する位置が第１位置Ｐ１ですべて一致しているものであった。
それに対して第２実施形態の燃焼バーナ１００Ａｆは、隣接する導入部が燃料ガス流路１１１へ２次空気を導入する位置が異なっている。

図７および図８は、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａｆを示す縦断面図である。図９は、図７に示す燃焼バーナ１００ＡｆのIII-III矢視端面図である。図７の縦断面図は、図９に示す燃焼バーナ１００ＡｆのIV-IV矢視断面図となっている。図８の縦断面図は、図９に示す燃焼バーナ１００ＡｆのV-V矢視断面図となっている。

図７に示すように、上方導入部１３３および下方導入部１３７が燃料ガス流路１１１へ２次空気を導入する位置は第１位置Ｐ１（第１導入位置）となっている。一方、図８，図９に示すように、上方導入部１３３に隣接する上方導入部１３２Ａ，１３４Ａが燃料ガス流路１１１へ２次空気を導入する位置は第５位置Ｐ５（第２導入位置）となっている。同様に、下方導入部１３７に隣接する下方導入部１３６Ａ，１３８Ａが燃料ガス流路１１１へ２次空気を導入する位置は第５位置Ｐ５となっている。第５位置Ｐ５は、軸線Ｘに沿った微粉燃料混合気のガス流通方向において第１位置Ｐ１よりも上流側となっている。

また、図１０の斜視図に示すように、上方導入部１３１，１３３および下方導入部１３５，１３７が燃料ガス流路１１１へ２次空気を導入する位置は第１位置Ｐ１（第１導入位置）となっている。また、上方導入部１３２Ａ，１３４Ａおよび下方導入部１３６Ａ，１３８Ａが燃料ガス流路１１１へ２次空気を導入する位置は第５位置Ｐ５（第２導入位置）となっている。
このように、本実施形態においては、水平方向に隣接する一対の上方導入部が燃料ガス流路１１１へ導入された２次空気の一部を導入するガス流通方向の位置が異なっており、水平方向に隣接する一対の下方導入部が燃料ガス流路１１１へ導入された２次空気の一部を導入するガス流通方向の位置が異なっている。

そして、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａｆによれば、所定の導入部とそれに隣接する他の導入部が燃料ガス流路１１１へ導入された２次空気を導入するガス流通方向の位置が異なっているため、これらを同一の位置とした場合に比べ、２次空気と微粉燃料混合気とが更に良好に混合される。そのため、導入された２次空気と微粉燃料混合気とが均一な濃度分布となって保炎器１４０および火炉１１へ供給され、燃料ガス流路１１１の出口における微粉炭の着火性が向上するとともに微粉炭に含まれる可燃性の揮発分の放出が促進される。よって、微粉炭の未燃分の火炉１１への放出を抑制しつつ微粉炭に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼を促進してＮＯｘの還元が促進されるため、ＮＯｘ発生量を低減することができる。また、導入された２次空気と微粉燃料混合気とが均一性が向上するので、燃焼バーナ１００Ａｂの、Ｌ／Ｗ１≦５の関係において、Ｌさらに小さく選択することができるので、燃焼バーナ１００Ａｂの小型化が可能となる。

＜他の実施形態＞
上述した各実施形態では、燃焼装置１２として、火炉１１の壁面に設けられる４つの各燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅを鉛直方向に沿って５段配置して構成したが、この構成に限定されるものではない。即ち、燃焼バーナを壁面に配置せずにコーナーに配置してもよい。また、燃焼装置は、旋回燃焼方式に限らず、燃焼バーナを一つの壁面に配置したフロント燃焼方式、燃焼バーナを二つの壁面に対向配置した対向燃焼方式としてもよい。
また燃焼装置１２の燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅは、図３から図１０に示す角筒状のものに限定されず、例えば、図１１に示す円筒状のものであってもよい。
図１１は、図３に示す燃焼バーナのI-I矢視端面図であり、第１実施形態の角筒状の燃料ノズル１１０及び２次空気ノズル１２０を円筒状の燃料ノズル１１０Ａ及び２次空気ノズル１２０Ａに変形した例である。
燃料ノズル１１０Ａは、軸線Ｘ１に沿って円筒状に延びるように形成される部材である。２次空気ノズル１２０Ａは、軸線Ｘ１に沿って円筒状に延びるように形成される部材である。燃料ノズル１１０Ａの内周に燃料ガス流路１１１Ａが形成され、燃料ノズル１１０Ａと２次空気ノズル１２０Ａとの間に２次空気流路１２１Ａが形成される。
２次空気導入流路１３０Ａは、２次空気流路１２１Ａを流通する２次空気の一部を燃料ガス流路１１１Ａへ導入する流路である。図１１に示すように、２次空気導入流路１３０Ａは、円筒状に形成される燃料ノズル１１０Ａの内周面の周方向に沿って一定の間隔を空けて分散して配置されている。

１０ 微粉炭焚きボイラ
１１ 火炉
１２ 燃焼装置
１００Ａ，１００Ａａ，１００Ａｂ，１００Ａｃ，１００Ａｄ，１００Ａｅ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ 燃焼バーナ
１１０ 燃料ノズル
１１０ａ 先端側ノズル
１１０ｂ 基端側ノズル
１１０ｃ 先端部
１１１ 燃料ガス流路
１２０ ２次空気ノズル
１２１ ２次空気流路
１３０ ２次空気導入流路
１３１，１３２，１３３，１３４ 上方導入部
１３５，１３６，１３７，１３８ 下方導入部
１４０ 保炎器
１４１，１４２，１４３ 拡幅部

Claims (11)

1. 軸線に沿って筒状に延びるとともに炭素含有固体燃料を粉砕した燃料と１次空気とを混合した燃料ガスを火炉へ供給する燃料ガス流路を形成する燃料ノズルと、
   前記軸線に沿って筒状に延びるとともに前記燃料ガスより温度の高い２次空気が流通する２次空気ノズルと、
   前記２次空気ノズルと前記燃料ノズルの間に形成され前記火炉へ前記２次空気を供給する２次空気流路と、
   前記２次空気流路を流通する前記２次空気の少なくとも一部を前記燃料ガス流路へ導入する複数の導入部を有する２次空気導入流路と、を備え、
   前記複数の導入部は、前記軸線に沿ったガス流通方向と交差する方向に沿って分散して配置されている燃焼バーナ。
2. 前記２次空気導入流路は、前記ガス流通方向の主成分を持つ流速で前記２次空気の一部を前記燃料ガス流路へ導入する請求項１に記載の燃焼バーナ。
3. 前記２次空気導入流路は、前記ガス流通方向の主成分を持つ流速に加えて、前記ガス流通方向に交差しかつ前記燃料ガス流路の中心に向かう方向の成分を持つ流速で、前記２次空気の一部を前記燃料ガス流路へ導入する請求項１または請求項２に記載の燃焼バーナ。
4. 前記２次空気導入流路は、前記燃料ガス流路に開口する出口面を有し、
   該出口面が前記軸線に直交する平面に対して傾斜している請求項３に記載の燃焼バーナ。
5. 前記複数の導入部は、第１の前記導入部と第２の前記導入部とが隣接して配置されて形成しており、
   前記第１の導入部が前記燃料ガス流路へ前記２次空気の少なくとも一部を導入する前記ガス流通方向の第１導入位置と、前記第２の前記導入部が前記燃料ガス流路へ前記２次空気の少なくとも一部を導入する前記ガス流通方向の第２導入位置とが前記軸線に沿った前記ガス流通方向で異なる請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
6. 前記燃料ノズル内の前記火炉へ開口する先端部の近傍に配置される保炎器を備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
7. 前記導入部が前記燃料ガス流路へ前記２次空気の少なくとも一部を導入する第１位置よりも前記ガス流通方向の下流側の第２位置における前記燃料ガス流路の断面積が、前記第１位置よりも前記ガス流通方向の上流側の第３位置における前記燃料ガス流路の断面積よりも大きい請求項６に記載の燃焼バーナ。
8. 前記第１位置から前記保炎器の上流端の第４位置までの前記ガス流通方向の距離をＬとし、前記燃料ガス流路の前記第２位置における最小幅をＷとした場合、２≦Ｌ／Ｗ≦５を満たす請求項７に記載の燃焼バーナ。
9. 前記保炎器は、前記ガス流通方向と交差する方向に沿って延びるように形成されるとともに前記ガス流通方向における下流側に向かって前記ガス流通方向に直交する断面の幅が広くなる拡幅部を有する請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
10. 火炉と、
    該火炉に対して設置された請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の燃焼バーナと、
    前記火炉にて前記燃焼バーナからの噴出する燃焼ガスのガス流れ下流側で前記燃焼ガスと熱交換する熱交換器と、
    を備えていることを特徴とするボイラ。
11. 軸線に沿って筒状に延びるとともに炭素含有固体燃料を粉砕した燃料と１次空気とを混合した燃料ガスを火炉へ供給する燃料ガス流路を形成する燃料ノズルと、前記軸線に沿って筒状に延びるとともに前記燃料ガスより温度の高い２次空気を流通する２次空気ノズルと、前記２次空気ノズルと前記燃料ノズルの間に形成され前記火炉へ前記２次空気を供給する２次空気流路と、前記燃料ノズル内の前記火炉へ開口する先端部の近傍に配置される保炎器を備える燃焼バーナを用いた燃焼方法であって、
    前記２次空気流路を流通する前記２次空気の少なくとも一部を、前記軸線に沿ったガス流通方向と交差する方向に沿って分散して配置された複数の導入部から前記燃料ガス流路へ導入する導入工程と、
    前記導入工程で導入された前記２次空気と前記燃料ガスとを前記燃料ガス流路で混合して前記保炎器を介して前記火炉へ噴出させる噴出工程と、を備える燃焼方法。
    

Images