JP2023105860A - バーナ及びボイラ並びにバーナの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】火炉の炉壁部の損傷を抑制することを目的とする。【解決手段】バーナ２１は、炉壁１０１に囲まれた火炉内に噴射した燃料を燃焼させて、火炉内に旋回火炎を形成する。また、バーナ２１は、旋回火炎の中心領域と交差するバーナ軸線Ｃ２に沿って延在している。バーナ２１は、バーナ軸線Ｃ２を基準として、炉壁１０１側よりも中心領域側の方が噴射される燃料の量が多くなるように火炉内に燃料を噴射するバーナチップ５５を備える。【選択図】図３

Description

本開示は、バーナ及びボイラ並びにバーナの運転方法に関するものである。

発電用ボイラなどの大型のボイラは、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バーナが火炉の周方向に沿って配設されている。また、大型のボイラは、火炉の鉛直方向上方に煙道が連結されており、この煙道に蒸気を生成するための熱交換器が配置されている。そして、バーナが火炉内に燃料と空気（酸化性ガス）との混合気を噴射することで火炎が形成され、燃焼ガスが生成されて煙道に流れる。燃焼ガスが流れる領域に熱交換器が設置され、熱交換器を構成する伝熱管内を流れる水や蒸気を加熱して過熱蒸気が生成される。

このようなボイラにおいて、バーナによって形成される火炎によって、炉壁が損傷する場合がある。例えば、硫黄分が多く含まれている燃料を燃焼する場合、還元雰囲気（窒素酸化物（ＮＯｘ）低減のため、バーナ部は還元雰囲気となる場合がある）下では硫化水素が発生する。この硫化水素により、バーナによって形成される火炎に近い炉壁部が硫化腐食する可能性がある。このように、火炎によって炉壁が損傷する可能性があることから、炉壁の損傷を抑制する対策を講じる場合がある（例えば、特許文献１）。

特許文献１には、ボイラ火炉の前壁及び後壁に複数のバーナと、該バーナの後流側に複数の燃焼用空気ノズルが設置されているボイラが記載されている。このボイラでは、左右側壁の中央部を直撃する前後壁の最も外側に配置されたバーナ、すなわち左右側壁に隣接して配置されたバーナの空気比を１より大きくするとともに、それ以外のバーナの空気比を１より小さくすることで、左右側壁近傍の酸素濃度を上げることで水壁管の腐食を緩和している。

特許第４６３６６１１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置は、複数のバーナの組み合わせによって炉壁の損傷（硫化腐食）を抑制するもので、１つのバーナで炉壁の損傷を抑制することを目的としたものではない。
また、特許文献１では、一部のバーナ（前後壁の最も外側に配置されたバーナ）の空気比を上げている。バーナの空気比を上げた場合、バーナで火炎を形成する際に発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）が増大する。このため、特許文献１に記載のバーナは、ＮＯｘの増大を招来する可能性があった。
また、ボイラの負荷を下げて運転する場合、一部のバーナを消火してボイラの負荷を下げる場合がある。この際、特許文献１に記載のバーナにおいて任意のバーナを消火した場合、所望の空気比を得ることができず、ＮＯｘの増加や炉壁損傷の抑制効果が得られない可能性があった。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、火炉の炉壁部の損傷を抑制することができるバーナ及びボイラ並びにバーナの運転方法を提供することを目的とする。
また、本開示は、ＮＯｘの増大を抑制することができるバーナ及びボイラ並びにバーナの運転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、本開示のバーナ及びボイラ並びにバーナの運転方法は以下の手段を採用する。
本開示の一態様に係るバーナは、炉壁に囲まれた火炉内に噴射した燃料を燃焼させて前記火炉内に旋回火炎を形成し、前記旋回火炎の中心領域に向かうバーナ軸線に沿って延在するバーナであって、前記バーナ軸線を基準として、前記炉壁側よりも前記中心領域側の方が噴射される燃料の量が多くなるように前記火炉内に燃料を噴射する噴射部を備える。

本開示の一態様に係るバーナの運転方法は、炉壁に囲まれた火炉内に噴射した燃料を燃焼させて前記火炉内に旋回火炎を形成し、前記旋回火炎の中心領域に向かうバーナ軸線に沿って延在するバーナの運転方法であって、前記バーナ軸線を基準として、前記炉壁側よりも前記中心領域側の方が噴射される燃料の量が多くなるように前記火炉内に燃料を噴射する噴射工程を備える。

本開示によれば、火炉の炉壁部の損傷を抑制することができる。
また、ＮＯｘの増大を抑制することができる。

本開示の第１実施形態に係るボイラを示す概略構成図である。 本開示の第１実施形態に係るボイラの水平断面図であって、火炉内における火炎の状態を示す図である。 図２の要部（ＩＩＩ部分）拡大図である。 本開示の第１実施形態に係るボイラに設けられるバーナの縦断面図である。 図４のＶ－Ｖ矢視断面図である。 本開示の第１実施形態に係るボイラに設けられるバーナの側面図であって、バーナから燃料を噴射している様子を示す図である。 本開示の第１実施形態に係るボイラに設けられるバーナの正面図であって、バーナから燃料を噴射している様子を示す図である。 本開示の第２実施形態に係るボイラに設けられるバーナの正面図である。 図８の変形例を示す図である。 本開示の第３実施形態に係るボイラに設けられるバーナの正面図である。 本開示の第４実施形態に係るボイラに設けられるバーナの正面図である。 本開示の第５実施形態に係るボイラに設けられるバーナの正面図である。 本開示の第６実施形態に係るボイラに設けられるバーナの正面図である。 本開示の第７実施形態に係るボイラに設けられるバーナの模式的な斜視図である。

以下に、本開示に係るバーナ及びボイラ並びにバーナの運転方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図中のＵＰは、鉛直方向の上方を示している。

［第１実施形態］
以下に、本開示に係る第１実施形態について、図面を参照して説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。以降の説明で、上や上方とは鉛直方向上側を示し、下や下方とは鉛直方向下側を示すものであり、鉛直方向は厳密ではなく誤差を含むものである。

図１は、本実施形態の液体燃料を主燃料とするボイラを表す概略構成図である。

本実施形態のボイラ１０は、液体燃料をバーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を給水や蒸気と熱交換して過熱蒸気を生成することが可能なボイラである。液体燃料としては、例えば、原油、軽油、重油、残渣油などの石油類や可燃性物質を含む廃液などが使用される。なお、液体燃料とともに固体燃料や気体燃料を燃焼させてもよい。この場合には、液体燃料を燃焼させるバーナと他の燃料を燃焼させるバーナとを、一体的もしくは別途に設けることとなる。固体燃料としては、バイオマス燃料、石炭、石油コークスなどが使用される。気体燃料としては、天然ガス、石油ガス、合成ガス、副生ガスなどが使用される。

ボイラ１０は、火炉１１と燃焼装置２０と燃焼ガス通路１２を有している。火炉１１は、鉛直上下方向に延びる中心軸線Ｃ１に沿って延在している。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ている。火炉１１の内壁面を構成する炉壁１０１は、複数の伝熱管と、伝熱管同士を接続するフィンとで構成され、燃料の燃焼により発生した熱を、伝熱管の内部を流通する水や蒸気と熱交換して回収すると共に、炉壁１０１の温度上昇を抑制している。

燃焼装置２０は、火炉１１の下部領域に設置されている。本実施形態では、燃焼装置２０は、炉壁１０１に装着された複数のバーナ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆ（以下、一括して「バーナ２１」と記載する場合がある。）と複数の燃焼用空気供給ポート７５を有している。バーナ２１は、火炉１１の周方向に沿って均等間隔で配設されたもの（例えば、四角形の火炉１１の各コーナ部に設置された４個）を１セットとして、鉛直方向に沿って複数段配置されている。燃焼用空気供給ポート７５は、バーナ２１の周囲及び上下に複数段配置されている。なお、図１では、図示の都合上、１セットのバーナのうちの２個のみを記載し、各セットに符合２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆを付している。火炉の形状やバーナの段数、一つの段におけるバーナの数、バーナの配置などは、この実施形態に限定されるものではない。

バーナ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆは、それぞれ、燃料供給管（図示省略）を介して、燃料供給装置（図示省略）に連結されている。

バーナ２１の装着位置における火炉１１の炉外側には、風箱（エアレジスタ）２３が設けられており、この風箱２３には風道（空気ダクト）２４の一端部が連結されている。風道２４の他端部には、押込通風機（ＦＤＦ：Ｆｏｒｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ）３２が連結されている。押込通風機３２から供給された空気は、風道２４に設置された空気予熱器４２で加熱され（詳細は後述する）、風箱２３を介して燃焼用空気供給ポート７５に燃焼用空気（酸化性ガス）として供給され、火炉１１の内部に投入される。

燃焼ガス通路１２は、火炉１１の鉛直方向上部に連結されている。燃焼ガス通路１２には、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器として、過熱器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ（以下、一括して「過熱器１０２」と記載する場合がある。）、再熱器１０３Ａ、１０３Ｂ（以下、一括して「再熱器１０３」と記載する場合がある。）、節炭器１０４が設けられており、火炉１１で発生した燃焼ガスと各熱交換器の内部を流通する給水や蒸気との間で熱交換が行われる。なお、各熱交換器の配置や形状は、図１に記載した形態に限定されない。

燃焼ガス通路１２の下流側には、熱交換器で熱回収された燃焼ガスが排出される煙道１３が連結されている。煙道１３には、風道２４との間に空気予熱器（エアヒータ）４２が設けられており、風道２４を流れる空気と、煙道１３を流れる燃焼ガスとの間で熱交換を行い、火炉１１内に供給される燃焼用空気を加熱することで、水や蒸気との熱交換後の燃焼ガスから、さらに熱回収を行う。

また、煙道１３には、空気予熱器４２よりも上流側の位置に、脱硝装置４３が設けられていてもよい。脱硝装置４３は、アンモニア、尿素水等の窒素酸化物を還元する作用を有する還元剤を、煙道１３内を流通する燃焼ガスに供給し、還元剤が供給された燃焼ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）と還元剤との反応を、脱硝装置４３内に設置された脱硝触媒の触媒作用により促進させることで、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去、低減するものである。
煙道１３の空気予熱器４２より下流側には、ガスダクト４１が連結されている。ガスダクト４１には、燃焼ガス中の灰などを除去する電気集じん機などの集じん装置４４や硫黄酸化物を除去する脱硫装置４６などの環境装置、また、それらの環境装置に排ガスを導くための誘引通風機（ＩＤＦ：Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｒａｆｔ Ｆａｎ）４５が設けられている。ガスダクト４１の下流端部は、煙突４７に連結されており、環境装置で処理された燃焼ガスが、排ガスとして系外に排出される。

ボイラ１０において、バーナ２１を点火する際には、燃料供給装置から燃料供給管を介してバーナ２１に供給される。また、空気予熱器４２で加熱された燃焼用空気が、風道２４から風箱２３を介して燃焼用空気供給ポート７５から火炉１１内に供給される。火炉１１に吹き込まれた液体燃料が着火し、燃焼用空気と反応することで火炎を形成する。火炉１１内の下部領域で火炎が形成され、高温の燃焼ガスが火炉１１内を上昇し、燃焼ガス通路１２に流入する。なお、本実施形態では、酸化性ガス（燃焼用空気）として空気を用いるが、空気よりも酸素割合が多いものや逆に少ないものであってもよく、供給される燃料量に対する酸素量の比率を適正な範囲に調整することで、火炉１１において安定した燃焼が実現される。

燃焼ガス通路１２に流入した燃焼ガスは、燃焼ガス通路１２の内部に配置された過熱器１０２、再熱器１０３、節炭器１０４で水や蒸気と熱交換した後、煙道１３に排出され、脱硝装置４３で窒素酸化物が除去され、空気予熱器４２で一次空気及び二次空気と熱交換した後、さらにガスダクト４１に排出され、集じん装置４４で灰などが除去され、脱硫装置４６で硫黄酸化物が除去された後、煙突４７から系外に排出される。なお、燃焼ガス通路１２における各熱交換器及び煙道１３からガスダクト４１における各装置の配置は、燃焼ガス流れに対して、必ずしも上述の記載順に配置されなくともよい。

次に、本実施形態に係るバーナの詳細について、図２から図７を用いて説明する。
本実施形態に係るボイラ１０は、図２に示すように、略長方形の断面形状を有する火炉１１の水平方向の各コーナ部に、火炉１１内の上下方向に複数段（本実施形態では、一例として６段）のバーナ２１が設置されている。本実施形態に係るボイラ１０は、鉛直上下方向に設けられた各段において、各バーナ２１から液体燃料が火炉１１内へ噴射されるとともに、燃焼用空気は燃焼用空気供給ポート７５から火炉１１内へ供給されることにより、火炉１１内において、らせん状に旋回する火炎が形成される旋回燃焼方式を採用している。

バーナ２１は、図２及び図３に示すように、バーナ軸線Ｃ２に沿って延在している。バーナ軸線Ｃ２は、バーナ２１の中心を通る線である。また、バーナ軸線Ｃ２は、バーナ２１が設置されている高さの水平断面内において、火炉１１の中心軸線Ｃ１を中心とする仮想円（中心領域）ＣＣに外接する線である。中心領域ＣＣの半径は、例えば、火炉１１の１辺の長さの８％程度とされる。バーナ２１は、炉壁１０１を貫通しており、バーナ２１の先端（燃料が噴射される端部）が火炉１１に向けて開口している。

バーナ２１は、図４に示すように、内部を蒸気及び液体燃料が流通するバーナ基部５０と、バーナ基部５０の先端に取り付けられ液体燃料を噴射するバーナチップ（噴射部）５５と、を有する。バーナチップ５５は、蒸気を噴霧媒体とする、いわゆる半内部混合式（中間混合式）の二流体噴射弁である。
バーナ基部５０は、蒸気が流通する第１蒸気流路５１と、液体燃料が流通する第１燃料流路５２と、が内部に形成されている。第１蒸気流路５１は、バーナ２１に蒸気Ｓを供給する蒸気管７０と接続されている。第１燃料流路５２は、バーナ２１に液体燃料Ｆを供給する燃料管７１と接続されている。

バーナチップ５５は、上流側（バーナ基部５０側）に形成された第２蒸気流路５６と、第２蒸気流路５６から放射状外向きに分岐して形成された複数の混合流路５８と、第２蒸気流路５６の外周に形成され、混合流路５８の入口近傍側面に合流するとともに入口開口５７ａが周方向に並んで配置されている複数の第２燃料流路５７と、を備えている。

第２蒸気流路５６の上流端には、第１蒸気流路５１の下流端が接続され、第１蒸気流路５１を流通した蒸気が流入する。第２蒸気流路５６の下流端は、連通路５９に接続されている。第２蒸気流路５６を流通した蒸気は、連通路５９を介して混合流路５８に流入する。
第２燃料流路５７の上流端には、第１燃料流路５２の下流端が接続され、第１燃料流路５２を流通した液体燃料が流入する。第２燃料流路５７の下流端は、混合流路５８に接続されている。第２燃料流路５７を流通した液体燃料は、混合流路５８に流入する。
混合流路５８の下流端には、火炉１１の内部に開口する噴射孔６０が形成されている。

第２蒸気流路５６から噴射孔６０に至る蒸気及び液体燃料は、以下の経過を経て微粒化燃料となる。
第２蒸気流路５６に導入された蒸気は、複数の連通路５９に分流して混合流路５８に流入する。一方、第２燃料流路５７から導入された液体燃料は、混合流路５８の入口側近傍において、すなわち連通路５９から混合流路５８に流入した直後の蒸気の流れに対して、流路側面の斜め後方から流入する。こうして混合流路５８の上流部で蒸気及び液体燃料が合流することにより、合流時の衝突や撹拌により液体燃料が微粒化されて微粒化燃料となる。この微粒化燃料が混合流路５８の下流端に形成されている噴射孔６０から火炉１１の内部へ向けて広角に噴射される。

噴射孔６０は、図５に示すように、バーナ２１のバーナ軸線Ｃ２方向の端部に複数形成されている。複数の噴射孔６０は、図５に示すように、バーナ軸線Ｃ２を中心として周方向に並んで配置されている。
複数の噴射孔６０は、複数（本実施形態では、一例として４つ）の第１噴射孔６０Ａと、複数（本実施形態では、一例として４つ）の第２噴射孔６０Ｂと、を有する。第１噴射孔６０Ａと第２噴射孔６０Ｂは、バーナ軸線Ｃ２に対する角度が異なっている。なお、第１噴射孔６０Ａは、空気量に対して液体燃料の濃度が濃い燃料を噴射してもよい。また、第２噴射孔６０Ｂは、空気量に対して液体燃料の濃度が薄い燃料を噴射してもよい。
第１噴射孔６０Ａから噴射される液体燃料の量と、第２噴射孔６０Ｂから噴射される液体燃料の量との比は、５：５（すなわち、同量）とされている。なお、第１噴射孔６０Ａから噴射される液体燃料の量と、第２噴射孔６０Ｂから噴射される液体燃料の量とが異なっていてもよい。噴射される液体燃料の量が異なる場合については後述の変形例１で詳細に説明する。

複数の第１噴射孔６０Ａは、図５に示すように、バーナ軸線Ｃ２を中心として周方向に並んで配置されている。複数の第１噴射孔６０Ａは、バーナ軸線Ｃ２を通る水平面Ｓ１を基準として上下対称となるように配置されているとともに、バーナ軸線Ｃ２を通る鉛直面Ｓ２を基準として左右対称となるように配置されている。また、各第１噴射孔６０Ａは、周方向において、隣接する鉛直面Ｓ２よりも隣接する水平面Ｓ１の方が近くなるように配置されている。すなわち、各第１噴射孔６０Ａは、水平面Ｓ１側に配置されている。

また、第１噴射孔６０Ａから噴射される液体燃料６０Ａｆは、図６及び図７に示すように、鉛直方向及び水平方向に霧状となって広がるように噴射される。また、各第１噴射孔６０Ａから噴射される液体燃料６０Ａｆは、各々、水平面Ｓ１及び鉛直面Ｓ２から遠ざかるように噴射される。すなわち、水平面Ｓ１よりも上方に配置される第１噴射孔６０Ａからは、斜め上方に向かって液体燃料６０Ａｆが噴射され、水平面Ｓ１よりも下方に配置される第１噴射孔６０Ａからは、斜め下方に向かって液体燃料６０Ａｆが噴射される。水平面Ｓ１よりも上方に配置される第１噴射孔６０Ａから液体燃料６０Ａｆが噴射される方向と、水平面Ｓ１よりも下方に配置される第１噴射孔６０Ａから液体燃料６０Ａｆが噴射される方向とは、水平断面において角度θ２（水平面Ｓ１に対する投影角）を為している。角度θ２の数値は、特に限定されないが、本実施形態では一例として６０度とされている。

複数の第２噴射孔６０Ｂは、図５に示すように、第１噴射孔６０Ａよりも半径方向の外側に配置されている。複数の第２噴射孔６０Ｂは、バーナ軸線Ｃ２を中心として周方向に並んで配置されている。複数の第２噴射孔６０Ｂは、バーナ軸線Ｃ２を通る水平面Ｓ１を基準として上下対称となるように配置されている。また、複数の第２噴射孔６０Ｂは、バーナ軸線Ｃ２を通る鉛直面Ｓ２に対して火炉１１の中心領域ＣＣ側（図５の紙面右側）に所定の角度θ１傾斜した面Ｓ３（傾斜面Ｓ３）を基準として対称となるように配置されている。すなわち、第２噴射孔６０Ｂは、火炉１１の中心領域ＣＣ側（炉壁１０１から遠ざかる側）に角度θ１だけずらすように配置されている。すなわち、第２噴射孔６０Ｂは、中心領域ＣＣ側に偏るように配置されている。なお、θ１の角度は特に限定されないが、角度θ１を大きくしすぎると、バーナ２１が取り付けられる炉壁１０１部分に設けられる燃焼用空気供給ポート７５（図７参照）から燃焼用空気が供給される範囲を外れてしまい、火炎が好適に形成されない可能性がある。このため、角度θ１は、第２噴射孔６０Ｂから噴射される液体燃料６０Ｂｆの大部分が燃焼用空気供給ポート７５から燃焼用空気が供給される範囲内となる角度のうちの最も大きい角度とすることが好ましい。本実施形態では、このような観点から、角度θ１を５度としている。
また、各第２噴射孔６０Ｂは、周方向において、隣接する水平面Ｓ１よりも隣接する鉛直面Ｓ２の方が近くなるように配置されている。すなわち、各第１噴射孔６０Ａは、鉛直面Ｓ２側に配置されている。

また、第２噴射孔６０Ｂから噴射される液体燃料６０Ｂｆは、図６及び図７に示すように、鉛直方向及び水平方向に霧状となって広がるように噴射される。また、各第２噴射孔６０Ｂから噴射される液体燃料６０Ｂｆは、各々、水平面Ｓ１及び鉛直面Ｓ２から遠ざかるように噴射される。すなわち、水平面Ｓ１よりも上方に配置される第２噴射孔６０Ｂからは、斜め上方に向かって液体燃料６０Ｂｆが噴射され、水平面Ｓ１よりも下方に配置される第２噴射孔６０Ｂからは、斜め下方に向かって液体燃料６０Ｂｆが噴射される。水平面Ｓ１よりも上方に配置される第２噴射孔６０Ｂから液体燃料６０Ｂｆが噴射される方向と、水平面Ｓ１よりも下方に配置される第２噴射孔６０Ｂから液体燃料６０Ｂｆが噴射される方向とは、水平断面において角度θ３（水平面Ｓ１に対する投影角）を為している。角度θ３の数値は、１００度以上であって、かつ、１２０度以下とされると好適である。角度θ３の数値は、本実施形態では一例として１００度とされている。

第２噴射孔６０Ｂから噴射される液体燃料６０Ｂｆについて、図３を用いて詳細に説明する。
本実施形態のバーナ２１は、上述のように火炉１１のコーナ部に設けられ、火炉１１内に旋回火炎を形成する。このため、図３に示すように、バーナ２１のバーナ軸線Ｃ２は、バーナ２１の火炉１１側の端部と火炉１１の中心軸線Ｃ１とを接続した線Ｃ３（図２参照。以下、「中心線Ｃ３」と称する）と重ならない。詳細には、バーナ軸線Ｃ２は、中心線Ｃ３よりも炉壁１０１側となる。
本実施形態では、第２噴射孔６０Ｂは、バーナ軸線Ｃ２を基準として、炉壁１０１側よりも中心領域ＣＣ側（換言すれば、中心線Ｃ３側）の方が、噴射される液体燃料の量が多くなるように火炉内に液体燃料を噴射する。すなわち、第２噴射孔６０Ｂから噴射される液体燃料６０Ｂｆのうち、バーナ軸線Ｃ２に対して火炉１１の中心領域ＣＣ側に噴射される液体燃料６０Ｂｆａの方が、バーナ軸線Ｃ２に対して炉壁１０１側に噴射される液体燃料６０Ｂｆｂよりも量が多い。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
図２に示すように、火炉１１内において形成される火炎は、旋回流の影響によって炉壁１０１に近づく場合がある。特に、第２噴射孔６０Ｂから噴射される液体燃料によって形成される火炎Ｂ２は、第１噴射孔６０Ａから噴射される液体燃料によって形成される火炎Ｂ１よりも、炉壁１０１側に形成されるため、旋回火炎の旋回力によって炉壁１０１側に近接し易い。火炎が炉壁１０１に近づきすぎると炉壁１０１に種々の損傷が発生する可能性がある。例えば、炉壁１０１を構成する伝熱管の温度が過度に上昇して、伝熱管の損傷が発生する可能性がある。また、液体燃料に硫黄分が多く含まれている燃料を燃焼する場合には、燃焼反応で発生する硫化水素により、火炎に近い炉壁部（図２の領域Ａ参照）に硫化腐食が発生する可能性がある。

本実施形態では、バーナ軸線Ｃ２を基準として、炉壁１０１側よりも中心領域ＣＣ側の方が噴射される液体燃料の量が多くなるように火炉１１内に液体燃料を噴射するバーナチップ５５を備えている。具体的には、本実施形態では、第２噴射孔６０Ｂが中心領域ＣＣ側に偏るように配置されている。これにより、火炎が中心領域ＣＣ側に寄って形成される。すなわち、火炎が炉壁１０１から離れるように形成される。したがって、バーナ２１で形成される火炎と炉壁１０１との距離を長くすることができるので、火炎による炉壁１０１の損傷を抑制することができる。

また、本実施形態では、各バーナ２１に供給される燃料量と燃焼用空気量の比（各バーナ２１の空気比）は、燃焼により発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）の抑制を考慮した最適な値を設定することができるので、バーナ２１で火炎を形成する際に発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）の増大を抑制することができる。

また、上述したように、第２噴射孔６０Ｂから噴射される液体燃料によって形成される火炎Ｂ２は、第１噴射孔６０Ａから噴射される液体燃料によって形成される火炎Ｂ１よりも、炉壁１０１側に形成されるため、旋回火炎の旋回力によって炉壁１０１側に近接し易い（図２参照）。本実施形態では、火炎が炉壁１０１側に近接し易い第２噴射孔６０Ｂの位置を中心領域ＣＣ側にずらしているので、より炉壁１０１から火炎を遠ざけることができる。したがって、より好適に、火炎による炉壁１０１の損傷を抑制することができる。

［変形例１］
なお、第２噴射孔６０Ｂから噴射される液体燃料を減少させてもよい。上記実施形態では、第１噴射孔６０Ａから噴射される液体燃料の量と、第２噴射孔６０Ｂから噴射される液体燃料の量との比が、５：５（すなわち、同量）である例について説明したが本開示はこれに限定されない。例えば、第２噴射孔６０Ｂから噴射される液体燃料の量を、第１噴射孔６０Ａから噴射される液体燃料の量よりも少なくしてもよい。具体的には、第１噴射孔６０Ａから噴射される液体燃料の量と、第２噴射孔６０Ｂから噴射される液体燃料の量との比を６：４（又は７：３）としてもよい。
第２噴射孔６０Ｂから噴射される液体燃料によって形成される火炎は、炉壁１０１側に近接し易い（図２参照）。したがって、第２噴射孔６０Ｂから噴射される液体燃料の量を少なくし、形成される火炎を小さくすることで、炉壁１０１への影響（損傷）を小さくすることができる。したがって、火炎による炉壁１０１の損傷を抑制することができる。
なお、第１噴射孔６０Ａから噴射される液体燃料の量と、第２噴射孔６０Ｂから噴射される液体燃料の量との比を６：４（又は７：３）とする方法としては、例えば、第１噴射孔６０Ａの開口面積と、第２噴射孔６０Ｂの開口面積との比を６：４（又は７：３）とする方法が挙げられる。

［変形例２］
また、例えば、第２噴射孔６０Ｂは、バーナ軸線Ｃ２を基準として、炉壁１０１側よりも中心領域ＣＣ側の方が、開口面積が大きくなるように形成されていてもよい。具体的には、鉛直面Ｓ２よりも火炉１１中心側に設けられている第２噴射孔６０Ｂの開口面積を、鉛直面Ｓ２よりも炉壁１０１側に設けられている第２噴射孔６０Ｂの開口面積よりも大きくしてもよい。このようにしても、上記第１実施形態と同様の効果を奏する。

［第２実施形態］
次に、本開示の第２実施形態について図８及び図９を用いて説明する。以下では、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付しその説明を省略する。
本実施形態のバーナ２２１は、噴射部２５５からガス燃料を噴射する。ガス燃料としては、例えば、天然ガス、石油ガス、合成ガス、及び、製鉄や化学などの各種プロセスから排出される副生ガスが使用される。
噴射部２５５は、図８に示すように、水平方向に所定の間隔で並ぶ複数の略円形状の噴射孔２６０を有する。各噴射孔２６０の開口面積は等しい。

本実施形態の噴射部２５５は、バーナ軸線Ｃ２を通る鉛直面Ｓ２を基準として、火炉１１の中心領域ＣＣ側に偏在している。すなわち、鉛直面Ｓ２よりも火炉１１の中心領域ＣＣ側の方が、炉壁１０１側よりも噴射孔２６０の数が多い。換言すれば、鉛直面Ｓ２よりも火炉１１の中心領域ＣＣ側の方が、炉壁１０１側よりも噴射孔２６０の合計開口面積が大きい。

本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、火炎が中心領域ＣＣ側に寄って形成される。すなわち、火炎が炉壁１０１から離れるように形成される。したがって、バーナ２１で形成される火炎と炉壁１０１との距離が長くすることができるので、火炎による炉壁１０１の損傷を抑制することができる。

なお、図９に示すように、鉛直面Ｓ２よりも火炉１１の中心領域ＣＣ側に配置される噴射孔２６０の径を大きくしてもよい。このようにすることでも、鉛直面Ｓ２よりも火炉１１の中心領域ＣＣ側において、炉壁１０１側よりも噴射孔２６０の合計開口面積を大きくすることができる。したがって、火炎を中心領域ＣＣ側に寄って形成することができる。

［第３実施形態］
次に、本開示の第３実施形態について図１０を用いて説明する。以下では、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付しその説明を省略する。
本実施形態に係るバーナ３２１も、上記第２実施形態と同様にガス燃料を噴射する。
噴射部３５５は、図１０に示すように、水平方向に延在する略長方形状の複数の噴射孔３６０を有する。複数の噴射部３５５は上下方向に離間して配置されている。なお、噴射孔３６０は、バーナ３２１に一つであってもよい。

本実施形態の噴射部３５５は、バーナ軸線Ｃ２を通る鉛直面Ｓ２を基準として、火炉１１の中心領域ＣＣ側に偏在している。すなわち、鉛直面Ｓ２よりも火炉１１の中心領域ＣＣ側の方が、炉壁１０１側よりも噴射孔３６０の開口面積が大きい。

本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、火炎が中心領域ＣＣ側に寄って形成される。すなわち、火炎が炉壁１０１から離れるように形成される。したがって、バーナ２１で形成される火炎と炉壁１０１との距離が長くすることができるので、火炎による炉壁１０１の損傷を抑制することができる。

［第４実施形態］
次に、本開示の第４実施形態について図１１を用いて説明する。以下では、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付しその説明を省略する。
本実施形態に係るバーナ４２１も、上記第２実施形態及び第３実施形態と同様にガス燃料を噴射する。
噴射部４５５は、図１１に示すように、外殻を為す筐体４５７と、格子状の隔壁４５６と、を有する。筐体４５７及び隔壁４５６によって、複数の開口が区画されている。図１１では、筐体４５７及び隔壁４５６によって区画された開口のうち、網掛けで示した開口はガス燃料を噴射する噴射孔４６０を示し、白抜きで示した開口は燃焼用空気を噴射する空気噴射孔４６１を示している。本実施形態のバーナは、このようにガス燃料と燃焼用空気とを噴射して燃料と空気の混合を促進することで、比較的燃焼し難いガス燃料（例えば、製鉄プロセスから排出される副生ガス）を好適に燃焼することができる。

鉛直面Ｓ２よりも火炉１１の中心領域ＣＣ側において、噴射部４５５の水平方向（紙面左右方向）の長さが長くなっている。これにより、本実施形態の噴射部４５５は、鉛直面Ｓ２よりも火炉１１の中心軸線Ｃ１側の方が、炉壁１０１側よりも噴射孔４６０の合計開口面積が大きい。

本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、火炎が中心領域ＣＣ側に寄って形成される。すなわち、火炎が炉壁１０１から離れるように形成される。したがって、バーナ２１で形成される火炎と炉壁１０１との距離が長くすることができるので、火炎による炉壁１０１の損傷を抑制することができる。

［第５実施形態］
次に、本開示の第５実施形態について図１２を用いて説明する。以下では、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付しその説明を省略する。
本実施形態に係るバーナ５２１は、固体燃料を噴射する。固体燃料としては、例えば、バイオマス燃料、石炭、石油コークスなどを粉砕した微粉燃料が使用される。
噴射部５５５は、図１２に示すように、固体燃料を噴射する略正方形状の噴射孔５６０を有する。

本実施形態の噴射部５５５は、バーナ軸線Ｃ２を通る鉛直面Ｓ２を基準として、火炉１１の中心領域ＣＣ側に偏在している。すなわち、鉛直面Ｓ２よりも火炉１１の中心領域ＣＣ側の方が、炉壁１０１側よりも噴射孔５６０の開口面積が大きい。

本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、火炎が中心領域ＣＣ側に寄って形成される。すなわち、火炎が炉壁１０１から離れるように形成される。したがって、バーナ２１で形成される火炎と炉壁１０１との距離が長くすることができるので、火炎による炉壁１０１の損傷を抑制することができる。

［第６実施形態］
次に、本開示の第６実施形態について図１３を用いて説明する。以下では、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付しその説明を省略する。
本実施形態に係るバーナ６２１も、上記第５実施形態と同様に固体燃料を噴射する。

本実施形態のバーナ６２１は、噴射部６５５内には、保炎器６５６，６５７，６５８が複数本設けられており、本実施形態では５本設けられている。各保炎器６５６，６５７，６５８は、上下方向に延在している。各保炎器６５６、６５７、６５８の上下端及び左右端は、それぞれ支持部材６５９によって、噴射部６５５の壁部に対して固定されている。

本実施形態の噴射部６５５は、各保炎器６５６、６５７、６５８が、バーナ軸線Ｃ２を通る鉛直面Ｓ２を基準として、火炉１１の中心領域ＣＣ側に偏在している。これにより、微粉燃料の火炎が、火炉１１の中心領域ＣＣ側に寄って保炎される。

本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、火炎が中心領域ＣＣ側に寄って形成される。すなわち、火炎が炉壁１０１から離れるように形成される。したがって、バーナ２１で形成される火炎と炉壁１０１との距離が長くすることができるので、火炎による炉壁１０１の損傷を抑制することができる。

［第７実施形態］
次に、本開示の第７実施形態について図１４を用いて説明する。以下では、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付しその説明を省略する。
本実施形態に係るバーナ７２１も、上記第５実施形態及び第６実施形態と同様に固体燃料を噴射する。
本実施形態のバーナ７２１は、固体燃料と搬送用空気が混合した燃料混合気を火炉１１内に噴射する噴射部７５５と、噴射部７５５へ燃料混合気を導く燃料流路７５６と、燃料流路７５６内に設けられ、燃料流路７５６内を流通する混合気中の固体燃料を、噴射部７５５の出口断面において火炉１１の中心領域ＣＣ側へ偏らせる第１偏流部７５７と、を備える。

燃料流路７５６は、上下方向に延びる鉛直部７５６ａと、鉛直部７５６ａの上端から略直角に曲折する曲折部７５６ｃと、曲折部７５６ｃの下流端から水平方向に延びる水平部７５６ｂと、を有する。鉛直部７５６ａの内部には、内部を流通する混合気中の固体燃料を曲折部７５６ｃにおける外側に偏流させる第２偏流部７５８が設けられていてもよい。水平部７５６ｂの下流端は、噴射部７５５に接続されている。

第１偏流部７５７は、板状の部材であって、下流側が水平板となり、上流側が鉛直板となるように捩れている。詳細には、下流側における上面が、上流側における中心領域ＣＣ側の面となるように捩れている。

本実施形態では、図１４の矢印で示すように、鉛直部７５６ａを下方から上方に向かって流通する混合気中の固体燃料は、第２偏流部７５８によって、曲折部７５６ｃにおける外側に偏流させられる。また、混合気中の固体燃料は、曲折部７５６ｃにおいて遠心力により、外周側へ偏る。外周側へ偏った混合気中の固体燃料は、水平部７５６ｂ内で第１偏流部７５７によって、火炉１１の中心領域ＣＣ側へ偏流させられる。これにより、噴射部７５５から噴射される混合気は、火炉１１の中心領域ＣＣ側において固体燃料の濃度が高くなる。

本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、火炎が中心領域ＣＣ側に寄って形成される。すなわち、火炎が炉壁１０１から離れるように形成される。したがって、バーナ２１で形成される火炎と炉壁１０１との距離が長くすることができるので、火炎による炉壁１０１の損傷を抑制することができる。

なお、本開示は、上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。

例えば、上述した実施形態では、本開示のボイラを、燃料に液体燃料、気体燃料、固体燃料のいずれかを使用するボイラとして説明したが、各種燃料を組み合わせて使用する混焼ボイラにも適用することができる。

以上説明した実施形態に記載のバーナ及びボイラ並びにバーナの運転方法は、例えば以下のように把握される。
本開示の一態様に係るバーナは、炉壁（１０１）に囲まれた火炉（１１）内に噴射した燃料を燃焼させて前記火炉（１１）内に旋回火炎を形成し、前記旋回火炎の中心軸領域（ＣＣ）に向かうバーナ軸線（Ｃ２）に沿って延在するバーナ（２１）であって、前記バーナ軸線（Ｃ２）を基準として、前記炉壁（１０１）側よりも前記中心領域（ＣＣ）側の方が噴射される燃料の量が多くなるように前記火炉（１１）内に燃料を噴射する噴射部（５５）を備える。

上記構成では、バーナ軸線を基準として、炉壁側よりも中心領域側の方が噴射される燃料の量が多くなるように火炉内に燃料を噴射する噴射部を備えている。これにより、火炎が中心領域側に寄って形成される。したがって、バーナで形成される火炎と炉壁との距離が長くすることができるので、火炎による炉壁の損傷を抑制することができる。
また、上記構成では、バーナ軸線を基準として、炉壁側よりも中心領域側の方が噴射される燃料の量が多くなるように火炉内に燃料を噴射することで火炉の炉壁の損傷を抑制している。これにより、各バーナの空気比を燃焼に好適な設定にできるので、バーナで火炎を形成する際に発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）の増大を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係るバーナは、前記噴射部（５５）は、前記火炉（１１）内に開口し、前記燃料が通過する噴射孔（６０）を有し、前記噴射孔（６０）は、前記中心領域（ＣＣ）側に偏るように配置されている。

上記構成では、噴射孔が中心領域側に偏るように配置されている。これにより、炉壁側よりも中心領域側の方が噴射される燃料の量が多くなる。したがって、火炎が中心領域側に寄って形成される。よって、バーナで形成される火炎と炉壁との距離が長くすることができるので、火炎による炉壁の損傷を抑制することができる。また、各バーナの空気比を燃焼に好適な設定にできるので、バーナで火炎を形成する際に発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）の増大を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係るバーナは、前記噴射部（５５）は、前記火炉（１１）内に開口し、前記燃料が通過する噴射孔（６０）を有し、前記噴射孔（６０）は、前記バーナ軸線（Ｃ２）を基準として、前記炉壁（１０１）側よりも前記中心領域（ＣＣ）側の方が開口面積が大きい。

上記構成では、噴射孔の開口面積が、炉壁側よりも中心領域側の方が大きい。これにより、炉壁側よりも中心領域側の方が噴射される燃料の量が多くなる。したがって、火炎が中心領域側に寄って形成される。よって、バーナで形成される火炎と炉壁との距離が長くすることができるので、火炎による炉壁の損傷を抑制することができる。また、各バーナの空気比を燃焼に好適な設定にできるので、バーナで火炎を形成する際に発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）の増大を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係るバーナは、前記噴射部（７５５）へ燃料を導く燃料流路（７５６）と、前記燃料流路（７５６）内に設けられ、前記燃料流路（７５６）内を流通する燃料を前記火炉（１１）の前記中心領域（ＣＣ）側へ偏らせる偏流部（７５７）と、を備える。

上記構成では、燃料流路内に設けられ、燃料流路内を流通する燃料を火炉の中心領域側へ偏らせる偏流部を備えている。これにより、炉壁側よりも中心領域側の方が、噴射部から噴射される燃料の量が多くなる。したがって、火炎が中心領域側に寄って形成される。よって、バーナで形成される火炎と炉壁との距離が長くすることができるので、火炎による炉壁の損傷を抑制することができる。また、各バーナの空気比を燃焼に好適な設定にできるので、バーナで火炎を形成する際に発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）の増大を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係るボイラは、上記いずれかに記載のバーナ（２１）を備える。

また、本開示の一態様に係るバーナの運転方法は、炉壁（１０１）に囲まれた火炉（１１）内に噴射した燃料を燃焼させて前記火炉（１１）内に旋回火炎を形成し、前記旋回火炎の中心領域（ＣＣ）に向かうバーナ軸線（Ｃ２）に沿って延在するバーナ（２１）の運転方法であって、前記バーナ軸線（Ｃ２）を基準として、前記炉壁（１０１）側よりも前記中心領域（ＣＣ）側の方が噴射される燃料の量が多くなるように前記火炉（１１）内に燃料を噴射する噴射工程を備える。

１０ ：ボイラ
１１ ：火炉
１２ ：燃焼ガス通路
１３ ：煙道
２０ ：燃焼装置
２１ ：バーナ
２３ ：風箱
２４ ：風道
３２ ：押込通風機（ＦＤＦ）
４１ ：ガスダクト
４２ ：空気予熱器
４３ ：脱硝装置
４４ ：集じん装置
４５ ：誘引通風機（ＩＤＦ）
４６ ：脱硫装置
４７ ：煙突
５０ ：バーナ基部
５１ ：第１蒸気流路
５２ ：第１燃料流路
５５ ：バーナチップ
５６ ：第２蒸気流路
５７ ：第２燃料流路
５７ａ ：入口開口
５８ ：混合流路
５９ ：連通路
６０ ：噴射孔
６０Ａ ：第１噴射孔
６０Ａｆ ：液体燃料
６０Ｂ ：第２噴射孔
６０Ｂｆ ：液体燃料
６０Ｂｆａ ：液体燃料
６０Ｂｆｂ ：液体燃料
７０ ：蒸気管
７１ ：燃料管
７５ ：燃焼用空気供給ポート
１０１ ：炉壁
１０２ ：過熱器
１０２Ａ ：過熱器
１０２Ｂ ：過熱器
１０２Ｃ ：過熱器
１０３ ：再熱器
１０３Ａ ：再熱器
１０３Ｂ ：再熱器
１０４ ：節炭器
２２１ ：バーナ
２５５ ：噴射部
２６０ ：噴射孔
３２１ ：バーナ
３５５ ：噴射部
３６０ ：噴射孔
４２１ ：バーナ
４５５ ：噴射部
４５６ ：隔壁
４５７ ：筐体
４６０ ：噴射孔
４６１ ：空気噴射孔
５２１ ：バーナ
５５５ ：噴射部
５６０ ：噴射孔
６２１ ：バーナ
６５５ ：噴射部
６５６ ：保炎器
６５７ ：保炎器
６５８ ：保炎器
６５９ ：支持部材
７２１ ：バーナ
７５５ ：噴射部
７５６ ：燃料流路
７５６ａ ：鉛直部
７５６ｂ ：水平部
７５６ｃ ：曲折部
７５７ ：第１偏流部
７５８ ：第２偏流部

Claims (6)

1. 炉壁に囲まれた火炉内に噴射した燃料を燃焼させて前記火炉内に旋回火炎を形成し、前記旋回火炎の中心領域に向かうバーナ軸線に沿って延在するバーナであって、
   前記バーナ軸線を基準として、前記炉壁側よりも前記中心領域側の方が噴射される燃料の量が多くなるように前記火炉内に燃料を噴射する噴射部を備えるバーナ。
2. 前記噴射部は、前記火炉内に開口し、前記燃料が通過する噴射孔を有し、
   前記噴射孔は、前記中心領域側に偏るように配置されている請求項１に記載のバーナ。
3. 前記噴射部は、前記火炉内に開口し、前記燃料が通過する噴射孔を有し、
   前記噴射孔は、前記バーナ軸線を基準として、前記炉壁側よりも前記中心領域側の方が開口面積が大きい請求項１または請求項２に記載のバーナ。
4. 前記噴射部へ燃料を導く燃料流路と、
   前記燃料流路内に設けられ、前記燃料流路内を流通する燃料を前記火炉の前記中心領域側へ偏らせる偏流部と、を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載のバーナ。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載されたバーナを備えたボイラ。
6. 炉壁に囲まれた火炉内に噴射した燃料を燃焼させて前記火炉内に旋回火炎を形成し、前記旋回火炎の中心領域に向かうバーナ軸線に沿って延在するバーナの運転方法であって、
   前記バーナ軸線を基準として、前記炉壁側よりも前記中心領域側の方が噴射される燃料の量が多くなるように前記火炉内に燃料を噴射する噴射工程を備えるバーナの運転方法。