JP2020030037A - 固体燃料バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、燃料ノズルにおける着火性や保炎性を確保した固体燃料バーナを提供する。そして、本発明は、例えば、燃料ノズルの構造を簡素化し、コスト低減を実現すると共に、燃料ノズルにおける着火性や保炎性を確保した固体燃料バーナを提供する。更に、油起動時の煤塵やミストの発生を抑制することを目的とした固体燃料にも油燃焼にも安定燃焼が可能なバーナを提供する。【解決手段】本発明の固体燃料バーナは、固体燃料とその搬送気体との混合気体を流通させる燃料ノズル直管部と、燃料ノズル直管部を流通した混合気体の流路を絞る燃料ノズル絞り部と、燃料ノズル絞り部を流通した混合気体の流路を水平方向に拡大する燃料ノズル拡大部と、燃料ノズル拡大部と接続し、その出口が扁平形状を有する燃料ノズル出口部と、燃料ノズル出口部の外周方向に設置されるリング状の外周保炎器と、燃料ノズル出口部に設置され、燃料ノズル拡大部を流通した混合気体を水平方向に分割する内部保炎器と、を有する。【選択図】 図１Ｂ

Description

本発明は、固体燃料バーナに関する。

本技術分野の背景技術として、特開平１０−２２０７０７号公報（特許文献１）がある。この公報には、バーナ外周部に外部保炎リングを設置し、微粉炭供給管の内部に、バーナ外周部の高温ガスをバーナ中心部へ引き込む保炎板を取り付けた内部保炎器を設置し、さらに内部保炎器のバーナ前流側に分配器を取り付け、バーナ中心部の微粉炭流量を増やし、バーナ外周部への微粉炭流量を減らすことが記載されている。

また、本技術分野の背景技術として、特開２０１４−０５５７５９号公報（特許文献２）がある。この公報には、燃料流路の内部に絞り部を有するベンチュリと濃縮器とを備え、絞り部付近までは横断面が円形であり、それから横断面が左右方向に順次扁平形状になり、火炉壁面の開口部で扁平度合いが最大となる微粉炭ノズルを有する微粉炭バーナを火炉壁面の少なくとも一面に複数段、複数列配置した燃焼装置であって、該バーナの扁平形状のノズルの幅広方向を上下、左右方向など適正に配置することが記載されている。

特開平１０−２２０７０７号公報 特開２０１４−０５５７５９号公報

前記特許文献１には、内部保炎器及び外部保炎リングを有する固体燃料バーナが、前記特許文献２には、その出口が扁平形状の微粉炭ノズルを有する微粉炭バーナが記載されている。しかし、特許文献１に記載の固体燃料バーナや特許文献２に記載の微粉炭バーナは、バーナが大型化した場合、燃料噴射に対する着火面積が相対的に小さくなり、着火、保炎が不安定になる可能性がある。

そこで、本発明は、バーナが大容量化した場合や揮発分が少ない難燃性燃料、例えば、無煙炭やオイルコークスなどの高燃料比固体燃料、または、バーナへ供給される固体燃料の平均粒子径が大きく、微粉炭と比較してボイラ火炉での浮遊燃焼が困難な燃料、例えば、バイオマス燃料を、石炭焚きボイラで燃焼する場合においても、燃料ノズルにおける着火性や保炎性を確保した固体燃料バーナを提供する。そして、本発明は、燃料ノズルの構造を簡素化し、コスト低減を実現すると共に、低ＮＯｘ、低ＣＯに代表される環境負荷低減や、灰中未燃分低減や、排ガス中のＣＯ低減など効率燃焼を可能とする固体燃料バーナを提供する。更に、固体燃料バーナと起動用油バーナを同軸で構成し、油起動バーナ使用時の煤塵や、油ミスト、CO低減を可能とする油起動バーナ具備する固体燃料バーナを供給する。

上記課題を解決するために、本発明の固体燃料バーナは、固体燃料とその搬送気体との混合気体を流通させる燃料ノズル直管部と、燃料ノズル直管部を流通した混合気体の流路を絞る燃料ノズル絞り部と、燃料ノズル絞り部を流通した混合気体の流路を水平方向に拡大する燃料ノズル拡大部と、燃料ノズル拡大部と接続し、その出口が扁平形状を有する燃料ノズル出口部と、燃料ノズル出口部の外周方向に設置されるリング状の外周保炎器と、燃料ノズル出口部に設置され、燃料ノズル拡大部を流通した混合気体を水平方向に分割する内部保炎器と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、将来においても燃料ノズルにおける着火性や保炎性を確保した固体燃料バーナを提供することができる。そして、本発明によれば、燃料ノズルの構造を簡素化し、コスト低減を実現すると共に、燃料ノズルにおける着火性や保炎性を確保した固体燃料バーナを提供することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

実施例１に記載する固体燃料バーナの垂直方向中心断面を示す説明図である。 実施例１に記載する固体燃料バーナの水平方向中心断面を示す説明図である。 実施例２に記載する固体燃料バーナの垂直方向中心断面を示す説明図である。 実施例２に記載する固体燃料バーナの水平方向中心断面を示す説明図である。 実施例３に記載する固体燃料バーナの垂直方向中心断面を示す説明図である。 実施例３に記載する固体燃料バーナの水平方向中心断面を示す説明図である。 実施例４に記載する固体燃料バーナの垂直方向中心断面を示す説明図である。 実施例４に記載する固体燃料バーナの水平方向中心断面を示す説明図である。 実施例５に記載する固体燃料バーナの垂直方向中心断面を示す説明図である。 実施例５に記載する固体燃料バーナの水平方向中心断面を示す説明図である。 実施例６に記載する固体燃料バーナの垂直方向中心断面を示す説明図である。 実施例６に記載する固体燃料バーナの水平方向中心断面を示す説明図である。 実施例１から実施例６に記載する固体燃料バーナいずれにも設置可能とした内部保炎器の実施例を示す説明図である。 実施例１から実施例６に記載する固体燃料バーナいずれにも設置可能とした内部保炎器の実施例を示す説明図である。 実施例１から実施例６に記載する固体燃料バーナいずれにも設置可能とした内部保炎器の実施例を示す説明図である。 実施例１から実施例６に記載する固体燃料バーナいずれにも設置可能とした内部保炎器の実施例を示す説明図である。 実施例１から実施例６に記載する固体燃料バーナいずれにも設置可能とした内部保炎器の実施例を示す説明図である。 実施例１から実施例６に記載する固体燃料バーナいずれにも設置可能とした内部保炎器の実施例を示す説明図である。 実施例１から実施例６に記載する固体燃料バーナいずれにも設置可能とした内部保炎器の実施例を示す説明図である。図７Ｄの内部保炎器詳細、固体燃料の流れ、起動油燃料の噴射方向を示す説明図である。

以下、本発明の実施例を、図を参照しながら説明する。なお、同一の構成には、同一の符号を付し、重複する部分については、その説明を省略する場合がある。

石炭焚きボイラなどの固体燃料を用いた燃焼装置においては、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害排出物の削減や燃焼効率の向上を実現するために、燃焼装置に使用される固体燃料バーナは、安定した着火、保炎を達成することが必要である。安定した着火、保炎を達成するためには、固体燃料バーナの燃料ノズルに保炎器を設置し、ここに十分に濃度の高い燃料流（固体燃料の粒子）を供給することが重要である。特に、固体燃料バーナが大きくなり、大きな着火面積が必要となる場合や、固体燃料バーナの負荷変動における低負荷運転をする場合などにおいても、安定した着火、保炎が必要となる。

図１Ａは、実施例１に記載する固体燃料バーナの垂直方向中心断面を示す説明図である。また、図１Ｂは、実施例１に記載する固体燃料バーナの水平方向中心断面を示す説明図である。

本実施例に記載する固体燃料バーナは、固体燃料とその搬送気体との混合気体１００を流通させる燃料ノズル直管部（以下、単に「直管部」と記載して説明する。）４と、直管部４を流通した混合気体１００の流路を絞り、混合気体１００を加速させる燃料ノズル絞り部（以下、単に「絞り部」と記載して説明する。）５と、絞り部５を流通し、加速した混合気体１００を流通させ、減速させ、混合気体１００の流路を水平方向に拡大する燃料ノズル拡大部（以下、単に「拡大部」と記載して説明する。）６と、拡大部６と接続し、拡大部６を流通した混合気体１００を火炉へ噴出する燃料ノズル出口部（以下、単に「出口部」と記載して説明する。）１６と、を有する。

出口部１６の出口部分は、その幅が水平方向に拡大する扁平形状を有する。また、絞り部５は、全周方向から縮小するベンチュリ型である。

そして、直管部４、絞り部５、拡大部６、及び出口部１６は、燃料ノズルを構成し、混合気体１００の流路を形成する。

燃料ノズル（直管部４、絞り部５、及び拡大部６）の外周方向には、燃焼用空気を導通するウィンドボックス１０が設置される。

また、出口部１６の外周方向には、燃焼用空気を火炉へ噴出させるガイドスリーブ７が設置される。ガイドスリーブ７の上下方向の外側には、燃焼用空気を火炉の上下方向に噴出させる上下ガイドスリーブ８が設置される。そして、左右方向のガイドスリーブ７及びその外周上下方向の上下ガイドスリーブ８のそれぞれの外周方向には、火炉壁９が設置される。

出口部１６の外周方向には、リング状の外周保炎器２が設置される。なお、ガイドスリーブ７は、外周保炎器２の外周方向に設置されることになる。

そして、出口部１６には、断面形状が二等辺三角形の楔形形状を有する内部保炎器１が設置される。内部保炎器１は、水平方向の中央に一つ設置され、拡大部６を流通した混合気体１００を水平方向に分割するものである。

燃料ノズル（直管部４、絞り部５、及び拡大部６）の中心部分には、中心ロッド３が設置される。本実施例では、中心ロッド３には、固体燃料の粒子（以下、単に「粒子」と記載する。）を外周方向へ飛ばして濃縮させる粒子濃縮器は設置されない。

出口部１６から火炉へ噴出される混合気体１００は、燃料噴流１０４を形成する。そして、ガイドスリーブ７及び上下ガイドスリーブ８から外周方向へ広がるように火炉へ噴出される燃焼用空気は、燃焼用空気噴流１０１を形成する。

燃料噴流１０４と燃焼用空気噴流１０１との間には、循環流１０２が形成される。循環流１０２は、外周保炎器２の背後に形成される。循環流１０２では、火炉の内部で燃焼した高温の燃焼ガスが滞留しており、高温の燃焼ガスと燃料噴流１０４とが接触することにより、外周保炎器２の背後で直ちに粒子が着火し、火炎を形成する。

本実施例に記載する固体燃料バーナは、出口部１６が、垂直方向（上下方向）に短く、水平方向（左右方向）に長い、扁平形状を有する。拡大部６は、水平方向に拡大するが、垂直方向には拡大しない。つまり、拡大部６と出口部１６との接続部においても扁平形状を有する。

一般的に、固体燃料バーナの燃料ノズルの開口部（火炉への燃料噴流の噴出口）の形状は、円形であり、固体燃料バーナの出口部が、垂直方向（上下方向）に短く、水平方向（左右方向）に長い、扁平形状を有する場合、出口部の外周方向から噴出される燃焼用空気の流路の面積は、垂直方向で広く、水平方向に狭い。このため、燃焼用空気の流量は、垂直方向に多く、水平方向に少ない。

本実施例に記載する固体燃料バーナは、流量の多い垂直方向の燃焼用空気を外周方向へ導くために、上下方向にのみ、上下ガイドスリーブ８が設置される。燃焼用空気の流量が多い場合には、燃焼用空気は大きい運動量を有して火炉の内部へ噴出されるため、垂直方向の外周保炎器２の背後には大きな循環流１０２が形成される。

循環流１０２の大きさが大きいほど、高温の燃焼ガスを多く滞留させることができ、燃料噴流１０４の混合や輻射熱の供与によって固定燃料の安定した着火と保炎とが可能となる。そのため、出口部１６で水平方向に長い扁平形状を有する燃料ノズルは、垂直方向の上下に大きな循環流１０２が形成でき、安定した着火、保炎が達成できる。

本実施例に記載する固体燃料バーナは、内部保炎器１が出口部１６の流路を水平方向に分割するように設置される。つまり、内部保炎器１は、拡大部６を流通した混合気体１００を水平方向に分割するものである。出口部１６の流路を水平方向に分割するように設置される内部保炎器１は、上下の外周保炎器２をつなぐ、橋渡しの役割を果たす。上下の外周保炎器２では、水平方向に長い扁平形状を有する燃料ノズルの効果により、大きな循環流１０２が形成されており、高温の燃焼ガスが安定して外部保炎器２の近傍に供給される。

本実施例に記載する内部保炎器１を設置することにより、大きな循環流１０２の高温の燃焼ガスを、出口部１６の背後の中央に引き込むようにすることができ、つまり、高温の燃焼ガスを出口部１６の背後の中央に引き込むような高温ガス流れ１０３を形成することができる。このように、高温の燃焼ガスを出口部１６の背後の中央に引き込むことにより、内部保炎器１の背後の小さい循環流（図示せず）であっても、分割された燃料噴射１０４の内側から着火するまで、燃料噴射全体の安定した着火、保炎が実現できる。

ベンチュリ型の絞り部５によって、粒子は、燃料ノズルの中心方向に向かって濃縮される。

本実施例に記載する内部保炎器１が、水平方向の中央に設置されることにより、濃縮された粒子を、内部保炎器１の近傍に流通させることができる。そして、濃度の高い燃料流（粒子）を内部保炎器１の近傍に流通させることができるため、安定した着火、保炎が実現できる。

また、本実施例に記載する内部保炎器１が、断面形状が二等辺三角形の楔形形状を有することにより、燃料噴流１０４を水平方向に広がるようにスプリットし、火炉の内部に火炎が広がるようにすることができ、火炉内部における火炎の局在化を抑制することができる。これは火炉内部における燃料の均一化につながるので、ＮＯｘや未燃分の低減に有効である。

なお、本実施例では、内部保炎器１を水平方向の中央に一つ設置したが、内部保炎器１を水平方向に複数設置してもよい。また、内部保炎器１の断面形状は、二等辺三角形に限定されるものではなく、断面が五角形や内部保炎器の下流側で火炉に面した個所に窪みをつけるなどの形状を採用することもできる。

これらの具体的形状例については、図７Ｂから図７Ｆに記載する。基本的に固体燃料を２方向に分割する機能を有するものであるが、燃料種や燃料粒度によっては、内部保炎器の後流の循環域に取り込まれにくく、着火が困難になることもある。この場合には、上述の窪みを有する構造の方が、循環域を広く形成することができるため、安定着火が可能となる。また、製作コストの視点から、中実の三角柱より、板によるＶ字構造となる７Ｃ−１又は７Ｃ−２の方が、低コスト化が図れるため、着火性能が十分に得られる場合には、Ｖ字構造の内部保炎器の選択肢もある。

（作用１）
外周保炎器を設置した従来の固体燃料バーナは、燃料ノズルの中心ロッドに、粒子濃縮器を設置していた。粒子濃縮器は、粒子を外周方向に飛ばして濃縮し、燃料ノズルの出口部における外周保炎器の周辺の燃料（粒子）濃度を高めるためのものである。

つまり、中心ロッドに粒子濃縮器を設置した燃料ノズルは、燃料ノズルの絞り部により燃料ノズルを絞り、粒子を中心方向に飛ばし、粒子濃縮器にぶつけ、粒子を外周方向に飛ばし、濃縮し、外周保炎器の周辺の燃料（粒子）濃度を高める。

このように外周保炎器の周辺の燃料（粒子）濃度を高めるためには、粒子濃縮器を設置しなければならず、固体燃料バーナの先端部における粒子濃縮器の支持部材の増加や固体燃料バーナの軸長の拡大につながり、コスト増加の原因となる。

また、粒子濃縮器には、濃度の高い燃料流（粒子）が毎秒数十メートルの速度でぶつかり、摩耗量が増加するため、粒子濃縮器の材料には硬度の高い高級材料を使用せざるを得ず、コスト増加の原因となる。

さらに、粒子濃縮器には、大きい衝突角度で粒子を衝突させる必要があるため摩耗量が増加する。そして、粒子濃縮器により外周方向へ飛ばされた粒子は、燃料ノズルの内壁に衝突して濃縮されるため、燃料ノズルの内壁の摩耗量が増加し、また、中心ロッドに粒子濃縮器を設置すると、流路の断面積が縮小し、燃料ノズルにおける粒子の速度が増加するため、燃料ノズルの内壁に衝突する粒子の速度も増加し、燃料ノズルの内壁の摩耗量が増加する。このため、燃料ノズルの材料も硬度の高い高級材料を使用する必要があり、コスト増加の原因となる。

特に、燃料ノズルの出口部が水平方向に扁平形状を有する燃料ノズルを使用する場合、燃料ノズルの中心ロッドに設置される粒子濃縮器によって外周方向へ飛ばされた粒子の粒子濃縮器から燃料ノズルの出口部までの移動距離は、垂直方向に比較して水平方向が長い。したがって、粒子が水平方向には十分到達せず、外周保炎器における水平方向の燃料（粒子）濃度が低下する可能性があり、水平方向における着火不良となりやすい。これを回避するために、扁平形状を有する燃料ノズルを使用する場合は、粒子濃縮器の直径の拡大や固体燃料バーナの軸長の拡大が要求され、コスト増加の原因となる。

このように、コスト増加を抑制するためには、粒子濃縮器を削除することが有効である。

しかし、粒子濃縮器を削除した場合、絞り部５において中央方向に濃縮した濃度の高い燃料流（粒子）が、そのまま火炉の内部に噴出され、高温の燃焼ガスが滞留している循環流１０２が形成された外部保炎器２の付近を流通しないため、燃焼性能（着火性）が著しく低下してしまう。

そこで、本実施例に記載する固体燃料バーナは、粒子濃縮器を設置する代わりに、出口部１６に内部保炎器１を設置し、絞り部５において中央方向に濃縮した濃度の高い燃料流（粒子）を、内部保炎器１にて着火させ、燃焼性能（着火性）を低下させずに、コスト増加を抑制することができる。

本実施例に記載する固体燃料バーナは、出口部１６に設置した内部保炎器１により、絞り部５において中央方向に濃縮した濃度の高い燃料流（粒子）を、高温の燃焼ガスが滞留している循環流１０２が形成された外部保炎器２の付近を流通させ、燃焼性能（着火性）を向上させるものである。

つまり、本実施例に記載する固体燃料バーナは、この粒子濃縮器を中心ロッド３に設置せずに、絞り部５において中央方向に濃縮した濃度の高い燃料流（粒子）を有効に使用し、燃焼性能（着火性）を向上させることができる。

さらに、本実施例に記載する固体燃料バーナは、粒子濃縮器を有する従来の固体燃料バーナに比較して、燃料ノズルの内壁の摩耗量も低減することができる。粒子濃縮器を削除して、粒子を外周方向へ積極的に飛ばさないためである。

（作用２）
また、燃焼装置においては、燃焼装置のコスト削減の要求が強い。コスト削減の対策の一つに、固体燃料バーナの大容量化がある。大容量化により、固体燃料バーナの員数を削減することができ、固体燃料と搬送気体との混合気体を流通させる配管の数、固体燃料を粉砕する粉砕機の台数を削減することができるため、コスト削減ができる。

しかし、固体燃料バーナの大容量化に伴い、固体燃料バーナに使用する燃料ノズルの径が拡大し、燃料ノズルの中心付近の未着火領域が拡大するため、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害排出物の増加や燃焼効率の低下につながる懸念がある。

さらに、固体燃料バーナの員数の削減に伴い、燃焼装置における固体燃料バーナと固体燃料バーナとの間の距離が広がるため、火炎が局在化して火炉全体を有効活用することが困難となる。

しかし、本実施例に記載する固体燃料バーナは、断面形状が二等辺三角形の楔形形状を有する内部保炎器１を使用することにより、高温の燃焼ガスが滞留する循環流１０２と燃料噴流１０４とを接触させることができ、安定した着火、保炎が可能となり、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害排出物の削減や燃焼効率の向上を実現することができると共に、燃料噴流１０４を水平方向に広がるようにスプリットし、火炉の内部に火炎が広がるようにすることができ、火炎の局在化を抑制することができる。

（作用３）
一般的に、リング状の内部保炎器と外周保炎器とを比較した場合、各々の後方に形成される循環流は、外周保炎器による方が大きい。一方、これらの保炎器を同時に設置すると、内部保炎器の後方に形成される火炎の影響で周囲の温度が上昇し、ガスが膨張する影響で外周保炎器後方の循環領域を縮小してしまうため、外周保炎器と内部保炎器とを具備したバーナの方が、外周保炎器のみのバーナより着火保炎性が劣る結果となる。

しかし、本実施例に記載する固体燃料バーナは、断面形状が二等辺三角形の楔形形状を有する内部保炎器１を使用することにより、大きな循環流１０２を形成することができ、高温の燃焼ガスが安定して外部保炎器２の近傍に供給されるため、安定した着火、保炎ができる。

図２Ａは、実施例２に記載する固体燃料バーナの垂直方向中心断面を示す説明図である。また、図２Ｂは、実施例２に記載する固体燃料バーナの水平方向中心断面を示す説明図である。

本実施例に記載する固体燃料バーナは、実施例１に記載する固体燃料バーナとは、絞り部５の形状が異なる。

つまり、実施例１に記載する固体燃料バーナは、絞り部５が全周方向から縮小するベンチュリ型の構造を有するものであったが、本実施例に記載する固体燃料バーナは、絞り部５が垂直（上下）方向に縮小し、水平（左右）方向には縮小しない構造を有するものである。絞り部５は、混合気体１００の流路を垂直（上下）方向のみ縮小する構造である。

本実施例に記載する絞り部５は、水平方向においては粒子を中央方向に向かって濃縮しないため、水平方向の外部保炎器２の付近にも、粒子が流通しやすく、外周保炎器２の水平方向における着火も容易である。

また、混合気体１００の流路を水平方向に縮小しないため、固体燃料バーナの軸長を短縮でき、コスト増加を抑制できる。

さらに、絞り部５における流路の断面積の縮小が（ベンチュリ型の構造と比較して）小さいため、絞り部５における混合気体１００の加速が抑制され、粒子の速度の増加も抑制される。このため、燃料ノズルの内壁の摩耗量も低減できる。

なお、本実施例に記載する固体燃料バーナは、絞り部５の縮流角度（絞り角度）は、内部保炎と外周保炎とのバランスを考慮し、適切に設計する。なお、本実施例に記載する固体燃料バーナは、絞り部５の縮流角度（絞り角度）を実施例１に記載する固体燃料バーナよりも小さくしている。

絞り部５では、粒子が濃縮され、燃料ノズルの中央方向へ向かう濃度の高い燃料流（粒子）が形成されるが、絞り部５の縮流角度（絞り角度）を大きくし過ぎると、外周方向の燃料（粒子）濃度が十分濃くならず、外周保炎器２で着火しにくくなる恐れがある。一方、絞り部５の縮流角度（絞り角度）を小さくし過ぎると、出口部１６において所定の扁平形状まで変形させるために必要な距離が長くなり、固体燃料バーナの軸長が長くなってしまうため、バーナ製作コスト増加につながる。

絞り部５の縮流角度（絞り角度）は、内部保炎と外周保炎とのバランスを考慮し、適切に設計することにより、出口部１６において、上下の外周保炎器２の近傍にも、濃度の高い燃料流（粒子）を流通させることができ、外周保炎器２における着火を確保し、安定した内部保炎と外部保炎とを両立できる。

図３Ａは、実施例３に記載する固体燃料バーナの垂直方向中心断面を示す説明図である。また、図３Ｂは、実施例３に記載する固体燃料バーナの水平方向中心断面を示す説明図である。

本実施例に記載する固体燃料バーナは、実施例２に記載する固体燃料バーナに加えて、拡大部６に粒子を水平方向の外側へ飛ばす水平ベーン１１を設置する。つまり、本実施例に記載する固体燃料バーナは、拡大部６において混合気体１００を水平方向の外側へ分散させる水平ベーン１１を有する。

本実施例に記載する固体燃料バーナは、粒子濃縮器を削除したため、外周保炎器２の近傍における燃料（粒子）濃度が低下する。垂直方向の外周保炎器２においては、大きな循環流１０２が形成されるため、燃料（粒子）濃度が低下しても大きな循環流１０２に粒子が捕獲され、着火、保炎がされる。しかし、水平方向の外周保炎器２においては、循環流１０２が比較的小さいため、着火、保炎がされにくい場合がある。

そこで、本実施例に記載する固体燃料バーナは、水平方向の外側に粒子を濃縮する水平ベーン１１を設置し、水平方向の外周保炎器２の近傍に粒子を濃縮させ、水平方向の外周保炎を容易にする。

本実施例に記載する固体燃料バーナは、水平ベーン１１の設置角度を変えることで、内部保炎器１の近傍の燃料（粒子）濃度および水平方向の外周保炎器２の近傍の燃料（粒子）濃度を調整することができ、燃焼状態を調整できる。水平ベーン１１を可動構造にすることにより、運転状態に応じて適切な燃焼状態の制御が可能となる。

図４Ａは、実施例４に記載する固体燃料バーナの垂直方向中心断面を示す説明図である。また、図４Ｂは、実施例４に記載する固体燃料バーナの水平方向中心断面を示す説明図である。

本実施例に記載する固体燃料バーナは、実施例２に記載する固体燃料バーナに加えて、絞り部５の上流側に粒子を撹拌させる旋回羽１２を設置する。つまり、直管部４に混合気体１００を撹拌させる旋回羽１２を有する。

混合気体１００は、長い配管（図示なし）を流通して、直管部４に供給される。この際、数多くの曲がり部を通過するが、この曲がり部では遠心力により粒子のみが外側に偏り、配管の内部における燃料（粒子）濃度に偏差が生じる。この燃料（粒子）濃度の偏差により、絞り部５の上流側（直管部４）において、予期せぬ箇所に粒子が集まり、内部保炎器１や外周保炎器２において着火、保炎がされにくい場合がある。

そこで、本実施例に記載する固体燃料バーナは、絞り部５の上流側（直管部４）に粒子を撹拌する旋回羽１２を設置し、絞り部５に流通する燃料（粒子）濃度の偏差を抑制し、内部保炎器１や外周保炎器２において着火、保炎を容易にする。

なお、本実施例では、粒子を撹拌する構造物として、旋回羽１２を使用したが、これは邪魔板（外周方向に混合気体１００を拡散するもの。例えば、円錐状の構造物）などの他の形状であってもよい。

図５Ａは、実施例５に記載する固体燃料バーナの垂直方向中心断面を示す説明図である。また、図５Ｂは、実施例５に記載する固体燃料バーナの水平方向中心断面を示す説明図である。

本実施例に記載する固体燃料バーナは、実施例２に記載する固体燃料バーナに加えて、直管部４の上流側に、直管部４に接続された曲がり部１３（本実施例では、平面状の部材であり、メンテナンスのため開閉可能な部材）を有する配管を設置し、その配管の曲がり部１３には、曲がり部１３の内側と外側とに流路を分割するガイド（案内板）１４を設置する。つまり、直管部４の上流側に、直管部４に接続された曲がり部１３を有する配管と、配管の曲がり部１３に、混合気体１００を遠心方向に分割するガイド（案内板）１４と、を有する。

混合気体１００は、曲がり部１３を流通する際、遠心力により粒子のみが外側に偏る。ガイド（案内板）１４を設置することにより、粒子が曲がり部１３の外側のみに偏ることを抑制し、上下方向にバランスよく粒子を供給することができる。

これにより、出口部１６における極度な燃料（粒子）濃度の偏差を抑制し、内部保炎器１や外周保炎器２おいて着火、保炎を容易にする。

なお、配管の曲がり部１３にガイド（案内板）１４のような構造物を設置すれば、直管部４に旋回羽１２のような構造物を設置する必要がなく、固体燃料バーナの軸長を短縮できることから、バーナ製作コスト低減につながる。

図６Ａは、実施例６に記載する固体燃料バーナの垂直方向中心断面を示す説明図である。また、図６Ｂは、実施例６に記載する固体燃料バーナの水平方向中心断面を示す説明図である。

本実施例に記載の固体燃料バーナは、実施例３に記載する固体燃料バーナに加えて、直管部４の上流側に、直管部４に接続された曲がり部１３（本実施例では、平面状の部材であり、メンテナンスのため開閉可能な部材）を有する配管を設置する。

そして、曲がり部１３の出口に、粒子を分散させる粒子分散板１５を設置する。つまり、直管部４に、混合気体１００を分散させる粒子分散板１５を有する。

粒子分散板１５は、曲がり部１３の遠心方向の外側にのみ設置される。粒子は、曲がり部１３の遠心方向の外側に偏るため、遠心方向の外側に偏った粒子を、粒子分散板１５により効果的に分散させるためである。遠心方向の外側にのみ粒子分散板１５を設置することにより、直管部４における流路の断面積の縮小を抑制し、直管部４における粒子の速度の増加も低減できる。このため、燃料ノズルの内壁の摩耗量も低減することができる。

粒子分散板１５により、燃料ノズルにおいて偏りが少ない状態で粒子を流通でき、粒子分散板１５の下流に設置される水平ベーン１１における粒子分配が効率的に実施でき、燃焼状態を調整できる。

図７Ａから図７Ｆは、本発明の図１Ａから図６Ｂに記載した内部保炎器１の詳細構造図である。

図７Ａは、図１Ａから図６Ｂに示すバーナ実施例に記載した内部保炎器の基本構造であり、三角柱の楔型構造である。図７Ｂから図７Ｆは、図７Ａの内部保炎器構造の変形例である。

図７Ｂの構造は、図７Ａに示す内部保炎器の基本構造のうち、燃料噴流１０４の下流側背面に、窪み部１０５を設けている。内部保炎器の背面に窪み部１０５があることで、高温ガス流れ１０３と燃料噴流１０４の混合が促進され、基本構造に比べて着火しやすくなる。

図７Ｃ−１の構造は、図７Ａに示す内部保炎器の背面を設けず、Ｖ字構造になるように板を配置している内部保炎器をＶ字構造とすることにより、図７Ｂの窪み部１０５の効果と同様に、高温ガス流れ１０３と燃料噴流１０４との混合が促進されるとともに、内部保炎器の使用部材が減少し低コスト化が図れる。

図７Ｃ−２の構造は、邪魔板１０６を図７Ｃ−１のＶ字構造の先端に配置している。Ｖ字構造の板状部材の先端に邪魔板１０６を設けて、Ｖ字構造の板の先端の断面積を拡張することで、図７Ｃ−１より燃料噴流１０４と高温ガス流れ１０３との混合が更に促進され、着火しやすくなる。

図７Ｄは、内部保炎器の水平方向断面が五角形の角柱構造である。図７Ｄの内部保炎器は、水平方向断面が二等辺三角形の三角柱と比較して容積が大きく、耐摩耗性に優れているため高価なセラミックス材料を使うことなく安価に製作可能である。また、耐摩耗性に優れていることから、たとえば灰分比率が多い低品位石炭燃焼への適用することができる。

図７Ｅは、図７Ｂの窪み部１０５において、上下の切り欠きが無い構造である。言い換えると、図７Ｅの窪み部の上下を切り欠いた構造が図７Ｂである。この構造を図７Ｂと比較すると、窪み部１０５により強い負圧が形成されるので、高温ガス流れ１０３と燃料噴流１０４の混合が更に促進され、着火性が優れる。強い負圧が必要とされる油起動バーナでの安定着火に対しても、石炭と同様に、有効な構造である。

図７Ｆの構造は、内部保炎器１と窪み部１０５と窪み部１０５内に空気を供給する空気取り入れ孔１０７を設けている。空気取り入れ孔１０７は窪み部の外周個所に設置される。図７Ｆでは窪み部１０５の機能と油起動バーナの着火促進について説明するため、油起動バーナチップ１０９、油起動バーナガン１１０も図示している。

油燃料１１１は火炉に向かって油起動バーナチップ１０９から噴霧され火炎を形成する。油起動時には固体燃料は供給されないが、固体燃料及びもしくは空気流れ１０８が供給され、その一部が空気取り入れ孔１０７から油起動バーナチップ１０９周囲へ流入し、窪み部への空気流れ１１２が生成する。

また、窪み部１０５により強い負圧が形成されるので、高温ガス流れ１０３と燃料噴流１０４が窪み部１０５へ流入する。したがって、窪み部１０５への空気流れ１１２により、油燃料の着火促進と、ばいじん軽減、油起動バーナチップ１０９のコーキング（炭化）が抑制される。

なお、空気取り入れ孔１０７は、少量の空気取込み構造故、孔構造に限らす、スリットなど他の構造体としてもよい。また、図７Ｆで窪み部１０５の全周にわたって空気取り入れ孔１０７を複数設けているが、窪み部のいずれか１辺でもよく、孔の数は１つ以上としてもよい。また、孔ではなくスリットとした場合は、全周に渡って設けてもよく、スリットの数や長さは任意に設定することができる。

なお、本実施例では図７Ｆのみに油起動バーナチップ１０９と油起動バーナガン１１０を図示したが、図７Ａから図７Ｅの内部保炎器についても、油起動バーナチップは必要に応じて内部保炎器を貫通する構成とし、固体燃料燃焼時及び、油燃焼時の安定燃焼を可能とする。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであ
り、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実
施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例
の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

１ 内部保炎器
２ 外周保炎器
３ 中心ロッド
４ 燃料ノズル直管部
５ 燃料ノズル絞り部
６ 燃料ノズル拡大部
７ ガイドスリーブ
８ 上下ガイドスリーブ
９ 火炉壁
１０ ウィンドボックス
１１ 水平ベーン
１２ 旋回羽
１３ 曲がり部
１４ ガイド
１５ 粒子分散板
１６ 燃料ノズル出口部
１００ 混合気体
１０１ 燃焼用空気噴流
１０２ 循環流
１０３ 高温ガス流れ
１０４ 燃料噴流
１０５ 窪み部
１０６ 邪魔板
１０７ 空気取り入れ孔
１０８ 固体燃料及び／又は空気流れ
１０９ 油起動バーナチップ
１１０ 油起動バーナガン
１１１ 油燃料
１１２ 窪み部への空気流れ

Claims (16)

1. 固体燃料とその搬送気体との混合気体を流通させる燃料ノズル直管部と、前記燃料ノズル直管部を流通した混合気体の流路を絞る燃料ノズル絞り部と、前記燃料ノズル絞り部を流通した混合気体の流路を水平方向に拡大する燃料ノズル拡大部と、前記燃料ノズル拡大部と接続し、その出口が扁平形状を有する燃料ノズル出口部と、前記燃料ノズル出口部の外周方向に設置されるリング状の外周保炎器と、前記燃料ノズル出口部に設置され、前記燃料ノズル拡大部を流通した混合気体を水平方向に分割する内部保炎器を有することを特徴とする固体燃料バーナ。
2. 前記外周保炎器の外周方向に設置されるガイドスリーブを有すること特徴とする請求項１に記載の固体燃料バーナ。
3. 前記ガイドスリーブの外周上下方向に、上下ガイドスリーブを有することを特徴とする請求項２に記載の固体燃料バーナ。
4. 前記燃料ノズル絞り部が、全周方向から縮小するベンチュリ型であることを特徴とする請求項３に記載の固体燃料バーナ。
5. 前記燃料ノズル絞り部が、上下方向のみ縮小する構造であることを特徴とする請求項３に記載の固体燃料バーナ。
6. 前記燃料ノズル拡大部に、前記混合気体を水平方向の外側へ分散させる水平ベーンを有することを特徴とする請求項５に記載の固体燃料バーナ。
7. 前記燃料ノズル直管部に、前記混合気体を撹拌させる旋回羽を有することを特徴とする請求項５に記載の固体燃料バーナ。
8. 前記燃料ノズル直管部の上流側に、前記燃料ノズル直管部に接続された曲がり部を有する配管と、前記配管の曲がり部に、前記混合気体を遠心方向に分割するガイドと、を有することを特徴とする請求項５に記載の固体燃料バーナ。
9. 前記燃料ノズル直管部の上流側に、前記燃料ノズル直管部に接続された曲がり部を有する配管と、前記燃料ノズル直管部に、前記混合気体を分散させる粒子分散板と、を有することを特徴とする請求項６に記載の固体燃料バーナ。
10. 前記内部保炎器の形状が、水平方向断面が二等辺三角形の三角柱であることを特徴とする請求項１に記載の固体燃料バーナ。
11. 前記内部保炎器が、燃料及び／又は空気流れ方向の下流側の背面に窪み部を設けていることを特徴とする請求項１に記載の固体燃料バーナ。
12. 前記内部保炎器が、Ｖ字構造の板状部材を配置したことを特徴とする請求項１に記載の固体燃料バーナ。
13. 前記Ｖ字構造の板状部材の先端に、断面積を拡張する邪魔板を設けたことを特徴とする請求項１２に記載の固体燃料バーナ。
14. 前記内部保炎器の形状が、水平方向断面が五角形の角柱構造であることを特徴とする請求項１に記載の固体燃料バーナ。
15. 前記内部保炎器が、燃料及び／又は空気流れ方向の下流側の背面の窪み部の上下に切り欠きを設けていることを特徴とする請求項１１に記載の固体燃料バーナ。
16. 前記内部保炎器が、窪み部に空気を供給する空気取り入れ孔を設けていることを特徴とする請求項１１に記載の固体燃料バーナ。

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