JP5763389B2 - 燃焼バーナ - Google Patents

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に関するものである。

例えば、従来の微粉炭焚きボイラは、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。

このような微粉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に記載されたものがある。特許文献１に記載された燃焼装置では、微粉炭噴出孔（１次流路）内部の中心と外周部との間に保炎器を設けることで、この保炎器に微粉炭濃縮流を衝突させ、広い負荷範囲において安定して低ＮＯｘ燃焼を可能としている。

特開平０８−１３５９１９号公報

上述した従来の燃焼装置にあっては、微粉炭と空気との燃焼ガスが保炎器に衝突したとき、この保炎器の後端部で流れが剥離し、保炎器前端部での保炎能力を十分に発揮することが困難となってしまう。すると、保炎器の外側で着火が発生し、ＮＯｘが発生してしまうという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、固体燃料と空気とが混合した燃料ガスの適正な流れを実現してＮＯｘ発生量を低減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、固体燃料と空気とを混合した燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズルと、該燃料ノズルの外側から空気を吹き込み可能な２次空気ノズルと、前記燃料ノズルの先端部における軸心側に設けられる保炎器と、前記燃料ノズル内を流れる燃料ガスを軸心側に導く案内部材と、備えることを特徴とするものである。

従って、燃料ノズル内を流れる燃料ガスを軸心側に導く案内部材が設けられることで、燃料ノズル内を流れる燃料ガスは、この案内部材により燃料ノズルの軸心側に導かれることとなり、燃料ガスの適正な流れを実現することができ、その結果、内部保炎性能を向上することができ、ＮＯｘ発生量を低減することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記案内部材は、前記２次空気ノズルにより吹き込まれる２次空気から離間する方向に燃料ガスを導くことを特徴としている。

従って、案内部材により、燃料ガスが２次空気から離間する方向に導かれることとなり、燃料ガスと２次空気との混合が抑制され、燃焼火炎の外周部が低温のまま維持されるため、燃焼ガスと２次空気との混合によるＮＯｘ発生量を低減することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記案内部材は、前記燃料ノズルの内壁面に沿って配置されることを特徴としている。

従って、案内部材を燃料ノズルの内壁面に沿って配置することで、効果的に燃料ノズル内を流れる燃料ガスを軸心側に導くことで、この燃料ガスを２次空気から離間する方向に導くことができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記案内部材は、前記燃料ノズルの先端部に前記保炎器と対向して配置されることを特徴としている。

従って、案内部材を保炎器と対向して配置することで、内部保炎性能を向上することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記案内部材は、前記保炎器における前記燃料ノズルの内壁面と対向する位置に配置されることを特徴としている。

従って、保炎器に沿って流れる燃料ガスを案内部材により効果的に保炎器の先端部に集めて保炎することが可能となる。

本発明の燃焼バーナでは、前記案内部材は、前記保炎器より燃料ガスの流れ方向の上流側に配置されることを特徴としている。

従って、案内部材と保炎器が離間していることから、案内部材が保炎器における保炎機能を損なわせることがない。

本発明の燃焼バーナでは、前記保炎器は、水平方向に沿って鉛直方向に所定隙間をもって平行をなす２つの第１保炎部材と、鉛直方向に沿って水平方向に所定隙間をもって平行をなす２つの第２保炎部材とが交差するように配置された構造をなし、前記案内部材は、前記第１保炎部材と前記第２保炎部材とが交差する位置の外側に配置されることを特徴としている。

従って、保炎器をダブルクロス構造とすることで、十分な保炎機能を確保することが可能となり、案内部材により燃料ノズル内を流れる燃料ガスを効果的に軸心側に導くことができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記保炎器は、燃料ガスの流れ方向における下流側に拡幅部を有し、前記案内部材は、前記拡幅部に対向して配置されることを特徴としている。

従って、十分な保炎機能を確保することが可能となる。

本発明の燃焼バーナでは、水平方向に沿って鉛直方向に所定隙間をもって平行をなす２つの保炎部材を有し、前記保炎部材の先端部が前記燃料ノズルの軸心側を向くことで前記案内部材を構成することを特徴としている。

従って、保炎部材により案内部材を構成することで、構造の簡素化を可能とすることができる。

本発明の燃焼バーナによれば、固体燃料と空気とを混合した燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズルと、燃料ノズルの外側から空気を吹き込み可能な２次空気ノズルと、燃料ノズルの先端部における軸心側に設けられる保炎器と、燃料ノズル内を流れる燃料ガスを軸心側に導く案内部材とを設けるので、燃料ガスの適正な流れを実現することができ、その結果、内部保炎性能を向上することができる。

図１は、本発明の実施例１に係る燃焼バーナを表す正面図である。 図２は、実施例１の燃焼バーナを表す断面図である。 図３は、実施例１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。 図４は、実施例１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。 図５は、本発明の実施例２に係る燃焼バーナを表す断面図である。 図６は、本発明の実施例３に係る燃焼バーナを表す正面図である。 図７は、本発明の実施例４に係る燃焼バーナを表す正面図である。 図８は、本発明の実施例５に係る燃焼バーナを表す断面図である。 図９は、実施例５の燃焼バーナの変形例を表す断面図である。

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。

図１は、本発明の実施例１に係る燃焼バーナを表す正面図、図２は、実施例１の燃焼バーナを表す断面図、図３は、実施例１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、図４は、実施例１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。

実施例１の燃焼バーナが適用された微粉炭焚きボイラは、石炭を粉砕した微粉炭を固体燃料として用い、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ボイラである。

この実施例１において、図３に示すように、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、３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（燃料ガス）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。

なお、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、アディショナルエアが追加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、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４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の各壁面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４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）にて、図１及び図２に示すように、中心側から燃料ノズル５１と、２次空気ノズル５２と、３次空気ノズル５３とが設けられると共に、保炎器５４が設けられている。燃料ノズル５１は、微粉炭（固体燃料）と搬送用空気（１次空気）とを混合した燃料ガス（微粉燃料混合気）を吹き込み可能なものである。２次空気ノズル５２は、燃料ノズル５１の外側に配置され、燃料ノズル５１から噴射された燃料ガスの外周側に燃焼用空気（２次空気）を吹き込み可能なものである。３次空気ノズル５３は、２次空気ノズル５２の外側に配置され、２次空気ノズル５２から噴射された２次空気の外周側に３次空気を吹き込み可能なものである。

また、保炎器５４は、燃料ノズル５１内であって、燃料ガスの吹き込み方向の下流側で、且つ、軸中心側に配置されることで、燃料ガスの着火用及び保炎用として機能するものである。この保炎器５４は、水平方向に沿う第１保炎部材６１，６２と、鉛直方向（上下方向）に沿う第２保炎部材６３，６４とを十字形状をなすように配置した、所謂、ダブルクロススプリット構造をなすものである。そして、各第１保炎部材６１，６２は、その厚さが一定な平板形状をなす平坦部６１ａ，６２ａと、この平坦部６１ａ，６２ａの前端部（燃料ガスの流れ方向の下流端部）に一体に設けられた拡幅部６１ｂ，６２ｂを有している。この拡幅部６１ｂ，６２ｂは、断面が二等辺三角形状をなし、燃料ガスの流れ方向の下流側に向って幅が広くなり、前端がこの燃料ガスの流れ方向に直交する平面となっている。なお、図示しないが、各第２保炎部材６３，６４についても同様の構造となっている。

そのため、燃料ノズル５１及び２次空気ノズル５２は、長尺な管状構造を有し、燃料ノズル５１は、矩形状の開口部５１ａを有し、２次空気ノズル５２は、矩形リング状の開口部５２ａを有していることから、燃料ノズル５１と２次空気ノズル５２とは、二重管構造となっている。燃料ノズル５１及び２次空気ノズル５２の外側に、３次空気ノズル５３が二重管構造として配置されており、矩形リング状の開口部５３ａを有している。その結果、燃料ノズル５１の開口部５１ａの外側に２次空気ノズル５２の開口部５２ａが配設され、この２次空気ノズル５２の開口部５２ａの外側に３次空気ノズル５３の開口部５３ａが配設されることとなる。なお、３次空気ノズル５３は、二重管構造として配置せずに、２次空気ノズル５２の外周側に別途複数のノズルを配置して３次空気ノズルとしてもよい。

これらのノズル５１，５２，５３は、開口部５１ａ，５２ａ，５３ａが同一面上に揃えられて配置されている。また、保炎器５４は、燃料ノズル５１の内壁面、または、燃料ガスが流れる流路の上流側から図示しない板材により支持されている。また、燃料ノズル５１は、内部にこの保炎器５４としての複数の保炎部材６１，６２，６３，６４が配置されていることから、燃料ガスの流路が９つに分割されることとなる。そして、保炎器５４は、前端部に幅が広がった拡幅部６１ｂ，６２ｂが位置することとなり、この拡幅部６１ｂ，６２ｂは、前端面が開口部５１ａと同一面上に揃えられている。

また、実施例１の燃焼バーナ２１では、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスを軸心側に導く案内部材５５が設けられている。この案内部材５５は、２次空気ノズル５２により吹き込まれる２次空気から離間する方向に燃料ガスを導くものである。

この案内部材５５は、燃料ノズル５１の先端部にその内壁面に周方向に沿って配置されている。即ち、案内部材５５は、燃料ノズル５１の上壁面に沿って配置される上案内部材６５と、燃料ノズル５１の下壁面に沿って配置される下案内部材６６と、燃料ノズル５１の左右壁面に沿って配置される左右案内部材６７，６８とを有している。そして、この案内部材５５は、燃料ノズル５１の先端部に保炎器５４の拡幅部６１ｂ，６２ｂに対向するように配置されている。そして、案内部材５５は、断面が三角形状をなし、燃料ガスの流れ方向の下流側に向ってその幅が広くなるような傾斜面６９が形成されており、前端がこの燃料ガスの流れ方向に直交する平面となり、開口部５１ａ，５２ａと同一面上に揃えられている。なお、この案内部材５５は、各保炎部材６１，６２，６３，６４と交差する位置が切り欠かれて形成されている。

従って、この燃焼バーナ２１では、微粉炭と１次空気とを混合した燃料ガスが燃料ノズル５１の開口部５１ａから炉内に吹き込まれると共に、その外側にて２次空気が２次空気ノズル５２の開口部５２ａから炉内に吹き込まれ、その外側にて３次空気が３次空気ノズル５３の開口部５３ａから炉内に吹き込まれる。このとき、燃料ガスは、燃料ノズル５１の開口部５１ａにて、保炎器５４により分岐されて着火され、燃焼して燃焼ガスとなる。また、この燃料ガスの外周に２次空気が吹き込まれることで、燃料ガスの燃焼が促進される。また、燃焼火炎の外周に、３次空気が吹き込まれることで、２次空気と３次空気の割合を調整し、最適な燃焼を得ることができる。

そして、この燃焼バーナ２１では、保炎器５４がスプリット形状をなすので、燃料ガスが燃料ノズル５１の開口部５１ａにて保炎器５４により分岐され、このとき、保炎器５４が燃料ノズル５１の開口部５１ａの中央領域に配置され、この中央領域にて、燃料ガスの着火及び保炎が行われる。これにより、燃焼火炎の内部保炎（燃料ノズル５１の開口部５１ａの中央領域における保炎）が実現される。

そのため、燃焼火炎の外部保炎が行われる構成と比較して、燃焼火炎の外周部が低温となり、２次空気により高酸素雰囲気下にある燃焼火炎の外周部の温度を低くでき、燃焼火炎の外周部におけるＮＯｘ発生量が低減される。

また、燃焼バーナ２１では、内部保炎する構成が採用されるため、燃料ガス及び燃焼空気（２次空気及び３次空気）が直進流として供給されることが好ましい。即ち、燃料ノズル５１、２次空気ノズル５２、３次空気ノズル５３が、燃料ガス、２次空気、３次空気を旋回させることなく直進流として供給する構造を有することが好ましい。この燃料ガス、２次空気、３次空気が直進流として噴射されて燃焼火炎が形成されるため、燃焼火炎を内部保炎する構成において、燃焼火炎内のガス循環が抑制される。これにより燃焼火炎の外周部が低温のまま維持され、２次空気との混合によるＮＯｘ発生量が低減される。

更に、燃焼バーナ２１では、燃料ノズル５１の前端部に全周に位置して案内部材５５が配置されていることから、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスは、この案内部材５５の傾斜面６９により軸心側、つまり、保炎器５４側に導かれる。すると、燃料ノズル５１により炉内に吹き込まれる燃料ガスは、２次空気ノズル５２により吹き込まれる２次空気から離間する方向に導かれる。そのため、燃料ガスは、この燃料ガスより比較的高速となる２次空気から離れることで、保炎器５４による内部保炎が適正に行われることとなる。また、燃料ガスは、この燃料ガスが２次空気から離れることで、２次空気との混合によるＮＯｘ発生量が低減される。更に、保炎器５４に向けて微粉炭を適正に供給することができる。

このように実施例１の燃焼バーナにあっては、微粉炭と１次空気とを混合した燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズル５１と、この燃料ノズル５１の外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズル５２とを設けると共に、燃料ノズル５１の先端部における軸中心側に保炎器５４を設け、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスを軸心側に導く案内部材５５を設けている。

従って、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスは、この案内部材５５により燃料ノズル５１の軸心側、つまり、保炎器５４側に導かれることとなり、燃料ノズル５１内で燃料ガスの適正な流れを実現することができ、その結果、保炎器５４による内部保炎性能を向上することができる。

また、実施例１の燃焼バーナでは、案内部材５５は、２次空気ノズル５２により吹き込まれる２次空気から離間する方向に燃料ガスを導いている。従って、案内部材５５により、燃料ガスが２次空気から離間する方向に導かれることとなり、燃料ガスと２次空気との混合が抑制され、保炎器５４による内部保炎性能を向上することができると共に、燃焼火炎の外周部が低温のまま維持されるため、燃焼ガスと２次空気との混合によるＮＯｘ発生量を低減することができる。

また、実施例１の燃焼バーナでは、案内部材５５を燃料ノズル５１の内壁面に沿って配置している。従って、燃料ノズル５１の全域にわたって効果的にこの燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスを保炎器５４側に導くことができると共に、この燃料ガスを２次空気から離間する方向に導くことができ、保炎器５４による内部保炎性能を向上することができる。

また、実施例１の燃焼バーナでは、案内部材５５を燃料ノズル５１の先端部に保炎器５４と対向して配置している。この場合、案内部材５５を保炎器５４における拡幅部６１ｂ，６２ｂに対向して配置している。従って、案内部材５５により燃料ガスを保炎器５４における拡幅部６１ｂ，６２ｂに導くことで、十分な保炎機能を確保して内部保炎性能を向上することができる。

図５は、本発明の実施例２に係る燃焼バーナを表す断面図である。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の燃焼バーナにおいて、図５に示すように、燃焼バーナ２１にて、中心側から燃料ノズル５１と、２次空気ノズル５２と、３次空気ノズル５３とが設けられると共に、保炎器５４が設けられている。そして、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスを軸心側に導くことで、２次空気ノズル５２により吹き込まれる２次空気から離間する方向に燃料ガスを導く案内部材７１が設けられている。

この案内部材７１は、燃料ノズル５１内に配置された保炎器５４に対向しない位置、つまり、この保炎器５４より燃料ガスの流れ方向の上流側であって、燃料ノズル５１の内壁面に周方向に沿って配置されている。この案内部材７１は、燃料ノズル５１の内壁面から保炎器５４側に突出するリング状をなし、燃料ノズル５１内の燃料ガスを軸心側に導く案内面（傾斜面または湾曲面）７２が形成されている。

従って、燃焼バーナ２１では、燃料ノズル５１の前端部に全周に位置して案内部材７１が配置されていることから、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスは、この案内部材７１の案内面７２により軸心側、つまり、保炎器５４側に導かれる。すると、燃料ノズル５１により炉内に吹き込まれる燃料ガスは、２次空気ノズル５２により吹き込まれる２次空気から離間する方向に導かれる。そのため、燃料ガスは、この燃料ガスより比較的高速となる２次空気から離れることで、保炎器５４による内部保炎が適正に行われることとなる。また、燃料ガスは、この燃料ガスが２次空気から離れることで、２次空気との混合によるＮＯｘ発生量が低減される。

このように実施例２の燃焼バーナにあっては、微粉炭と１次空気とを混合した燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズル５１と、この燃料ノズル５１の外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズル５２とを設けると共に、燃料ノズル５１の先端部における軸中心側に保炎器５４を設け、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスを軸心側に導く案内部材７１を保炎器５４より燃料ガスの流れ方向の上流側に設けている。

従って、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスは、この案内部材７１により燃料ノズル５１の軸心側、つまり、保炎器５４側に導かれることとなり、燃料ノズル５１内で燃料ガスの適正な流れを実現することができ、その結果、保炎器５４による内部保炎性能を向上することができる。また、案内部材７１が保炎器５４より上流側に設けられていることで、燃料ガスを保炎器５４に効果的に導くことが可能となり、保炎器５４による内部保炎性能を向上することができる。また、案内部材７１が燃料ノズル５１内の先端部側に設けられていないことから、案内部材７１自体が保炎器として機能することがない。

図６は、本発明の実施例３に係る燃焼バーナを表す正面図である。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の燃焼バーナにおいて、図６に示すように、燃焼バーナ２１にて、中心側から燃料ノズル５１と、２次空気ノズル５２と、３次空気ノズル５３とが設けられると共に、保炎器５４が設けられている。そして、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスを軸心側に導くことで、２次空気ノズル５２により吹き込まれる２次空気から離間する方向に燃料ガスを導く案内部材が設けられている。

この案内部材は、保炎器５４における拡幅部６１ｂ，６２ｂにて、燃料ノズル５１の内壁面と対向する位置に配置されている。即ち、保炎器５４は、水平方向に沿う第１保炎部材６１，６２と、鉛直方向に沿う第２保炎部材６３，６４とが交差して配置されており、案内部材は、この各保炎部材６１，６２，６３，６４における拡幅部６１ｂ，６２ｂの端部に形成された切欠面６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ，６４ｃとして構成されている。この各切欠面６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ，６４ｃは、各保炎部材６１，６２，６３，６４を正面から見て、端部の両側に傾斜面が形成されることで先細形状となるように形成されている。

従って、燃焼バーナ２１では、保炎器５４の各保炎部材６１，６２，６３，６４の端部に案内部材としての切欠面６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ，６４ｃが形成されていることから、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスは、この各切欠面６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ，６４ｃにより軸心側、つまり、各保炎部材６１，６２，６３，６４の長手方向の内側に導かれる。つまり、燃料ガスが各保炎部材６１，６２，６３，６４の切欠面６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ，６４ｃの近傍を通過するとき、各保炎部材６１，６２，６３，６４の前面側が負圧となり、燃料ガスがこの負圧領域に引き込まれることで、図６に矢印で表す流れが発生する。

すると、燃料ノズル５１により炉内に吹き込まれる燃料ガスは、２次空気ノズル５２により吹き込まれる２次空気から離間する方向に導かれる。そのため、燃料ガスは、この燃料ガスより比較的高速となる２次空気から離れることで、保炎器５４による内部保炎が適正に行われることとなる。また、燃料ガスは、この燃料ガスが２次空気から離れることで、２次空気との混合によるＮＯｘ発生量が低減される。

このように実施例３の燃焼バーナにあっては、微粉炭と１次空気とを混合した燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズル５１と、この燃料ノズル５１の外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズル５２とを設けると共に、燃料ノズル５１の先端部における軸中心側に保炎器５４を設け、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスを軸心側に導く案内部材として、保炎器５４の各保炎部材６１，６２，６３，６４の端部に切欠面６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ，６４ｃを形成している。

従って、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスは、この切欠面６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ，６４ｃにより燃料ノズル５１の軸心側、つまり、保炎器５４の中心側に導かれることとなり、燃料ノズル５１内で燃料ガスの適正な流れを実現することができ、その結果、保炎器５４による内部保炎性能を向上することができる。また、保炎器５４の端部に切欠面６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ，６４ｃを形成することで案内部材を構成していることから、装置の簡素化を可能とすることができる。

なお、この実施例３にて、案内部材を、保炎部材６１，６２，６３，６４における長手方向の端部に形成された先細形状をなす切欠面６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ，６４ｃとしたが、この形状に限定されるものではない。例えば、保炎部材６１，６２，６３，６４における長手方向の端部を一辺側だけ切り欠いて切欠面を形成したり、保炎部材６１，６２，６３，６４の長手方向に直交する方向で切断することで、燃料ノズル５１の内壁面から離間させるような切欠部としたりしてもよい。また、各切欠面６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ，６４ｃは、拡幅部６１ｂ，６２ｂと同様に、燃料ガスの流れ方向の下流側が拡幅する形状としてもよい。

図７は、本発明の実施例４に係る燃焼バーナを表す正面図である。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の燃焼バーナにおいて、図７に示すように、燃焼バーナ２１にて、中心側から燃料ノズル５１と、２次空気ノズル５２と、３次空気ノズル５３とが設けられると共に、保炎器５４が設けられている。そして、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスを軸心側に導くことで、２次空気ノズル５２により吹き込まれる２次空気から離間する方向に燃料ガスを導く案内部材が設けられている。

この案内部材は、第１保炎部材６１，６２と第２保炎部材６３，６４とが交差する位置の外側に三角板８１，８２，８３，８４として配置されている。具体的には、第１保炎部材６１，６２の拡幅部６１ｂ，６２ｂと第２保炎部材６３，６４の拡幅部（図示略）とが交差する位置の外側、つまり、燃料ノズル５１の軸中心とは反対側に配置されている。この各三角板８１，８２，８３，８４は、各保炎部材６１，６２，６３，６４を正面から見て、交差した角部の外側に傾斜面が形成されることで三角形状をなして形成されている。

従って、燃焼バーナ２１では、保炎器５４の各保炎部材６１，６２，６３，６４が交差する外側に三角板８１，８２，８３，８４が配置されていることから、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスは、この各三角板８１，８２，８３，８４により軸心側、つまり、各保炎部材６１，６２，６３，６４の中央部に導かれる。つまり、燃料ガスが各三角板８１，８２，８３，８４の近傍を通過するとき、各三角板８１，８２，８３，８４の前面側が負圧となり、燃料ガスがこの負圧領域に引き込まれることで、図７に矢印で表す流れが発生する。

すると、燃料ノズル５１により炉内に吹き込まれる燃料ガスは、２次空気ノズル５２により吹き込まれる２次空気から離間する方向に導かれる。そのため、燃料ガスは、この燃料ガスより比較的高速となる２次空気から離れることで、保炎器５４による内部保炎が適正に行われることとなる。また、燃料ガスは、この燃料ガスが２次空気から離れることで、２次空気との混合によるＮＯｘ発生量が低減される。

このように実施例４の燃焼バーナにあっては、微粉炭と１次空気とを混合した燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズル５１と、この燃料ノズル５１の外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズル５２とを設けると共に、燃料ノズル５１の先端部における軸中心側に保炎器５４を設け、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスを軸心側に導く案内部材として、保炎器５４の各保炎部材６１，６２，６３，６４が交差する位置の外側に三角板８１，８２，８３，８４を配置されている。

従って、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスは、この三角板８１，８２，８３，８４により燃料ノズル５１の軸心側、つまり、保炎器５４の中心側に導かれることとなり、燃料ノズル５１内で燃料ガスの適正な流れを実現することができ、その結果、保炎器５４による内部保炎性能を向上することができる。また、保炎器５４を、水平方向に沿って鉛直方向に所定隙間をもって平行をなす２つの第１保炎部材６１，６２と、鉛直方向に沿って水平方向に所定隙間をもって平行をなす２つの第２保炎部材６３，６４とが交差するように配置した構造としている。従って、保炎器５４をダブルクロス構造とすることで、十分な保炎機能を確保することが可能となる。更に、案内部材を三角板８１，８２，８３，８４とすることで、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスを効果的に軸心側に導くことができる。

なお、この実施例４にて、案内部材を、三角板８１，８２，８３，８４としたが、この形状に限定されるものではない。例えば、各三角板８１，８２，８３，８４を、拡幅部６１ｂ，６２ｂと同様に、燃料ガスの流れ方向の下流側が拡幅する形状としてもよい。

図８は、本発明の実施例５に係る燃焼バーナを表す断面図、図９は、実施例５の燃焼バーナの変形例を表す断面図である。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５の燃焼バーナにおいて、図８に示すように、燃焼バーナ２１にて、中心側から燃料ノズル５１と、２次空気ノズル５２と、３次空気ノズル５３とが設けられると共に、保炎器９１が設けられている。そして、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスを軸心側に導くことで、２次空気ノズル５２により吹き込まれる２次空気から離間する方向に燃料ガスを導く案内部材が設けられている。

即ち、保炎器９１は、水平方向に沿う保炎部材９２，９３を有し、この保炎部材９２，９３は、その厚さが一定な平板形状をなす平坦部９２ａ，９３ａと、この平坦部９２ａ，９３ａの前端部（燃料ガスの流れ方向の下流端部）に一体に設けられた拡幅部９２ｂ，９３ｂを有している。この拡幅部９２ｂ，９３ｂは、断面が二等辺三角形状をなし、燃料ガスの流れ方向の下流側に向って幅が広くなり、前端がこの燃料ガスの流れ方向に直交する平面となっている。

そして、この保炎部材９２，９３は、前端部が燃料ノズル５１の軸心側を向くことで案内部材を構成している。つまり、保炎部材９２，９３は、前端部に形成された拡幅部９２ｂ，９３ｂ同士が、平坦部９２ａ，９３ａの後端部同士より接近して配置することで、燃料ノズル５１の軸中心に対して傾斜している。

従って、燃焼バーナ２１では、燃料ノズル５１内の保炎器９１にて、保炎部材９２，９３の前端部が接近するように配置していることから、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスは、この保炎部材９２，９３により軸心側に導かれる。つまり、保炎部材９２，９３の前端部が接近しているため、燃料ガスは、保炎部材９２，９３間で高速になる一方、燃料ノズル５１と保炎部材９２，９３との間で低速となり、全体として燃料ノズル５１の軸中心側に導かれる。

すると、燃料ノズル５１により炉内に吹き込まれる燃料ガスは、２次空気ノズル５２により吹き込まれる２次空気から離間する方向に導かれる。そのため、燃料ガスは、この燃料ガスより比較的高速となる２次空気から離れることで、保炎器９１による内部保炎が適正に行われることとなる。また、燃料ガスは、この燃料ガスが２次空気から離れることで、２次空気との混合によるＮＯｘ発生量が低減される。

この場合、保炎器９１を構成する保炎部材９２，９３の傾斜角度を調整可能としてもよい。即ち、図９に示すように、保炎部材９２，９３は、燃料ノズル５１の燃料ガスの流れ方向に直交する水平方向に沿う支持軸１０１，１０２により上下に回動自在に支持されており、駆動装置１０３により回動可能となっている。即ち、保炎部材９２，９３は、駆動装置１０３によりその傾斜角度を個別に調整可能となっている。

従って、例えば、燃料ガスの性質や速度、２次空気の速度、また、火炉１１内の燃焼状態などに基づいて、駆動装置１０３が保炎部材９２，９３の角度を個別に調整することで、燃料ガスの最適な吹き込み状態を維持することが可能となる。

このように実施例５の燃焼バーナにあっては、微粉炭と１次空気とを混合した燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズル５１と、この燃料ノズル５１の外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズル５２とを設けると共に、燃料ノズル５１の先端部における軸中心側に保炎器９１を設け、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスを軸心側に導く案内部材として、保炎器９１における保炎部材９２，９３を前端部が燃料ノズル５１の軸心側を向くように配置している。

従って、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスは、傾斜した保炎部材９２，９３により燃料ノズル５１の軸心側、つまり、保炎器９１の中央部側に導かれることとなり、燃料ノズル５１内で燃料ガスの適正な流れを実現することができ、その結果、保炎器９１による内部保炎性能を向上することができる。また、案内部材を保炎器９１における保炎部材９２，９３の配置により構成したことで、構造の簡素化を可能とすることができる。

また、実施例５の燃焼バーナでは、駆動装置１０３により保炎部材９２，９３の傾斜角度を個別に調整可能としている。従って、例えば、燃料ガスの性質や速度、２次空気の速度、また、火炉１１内の燃焼状態などに基づいて保炎部材９２，９３の角度が変更されることで、燃料ガスの最適な吹き込み状態を維持することが可能となる。

なお、上述した各実施例にて、保炎器５４，９１の構成を各種挙げて説明したが、この構成は上述したものに限定されるものではない。即ち、本発明のバーナは、内部保炎を実現するものであり、燃料ノズル５１の内壁面ではなくて、燃料ノズル５１の軸心側に保炎器が設けられていればよく、保炎部材の数や位置などは適宜設定すればよいものであり、保炎部材が燃料ノズル５１の内壁面から離間していてもよいものである。また、案内部材の構成も各種挙げて説明したが、この構成も上述したものに限定されるものではない。即ち、案内部材により燃料ノズル内の燃料ガスを軸心側に導くことができればよいものである。

また、本発明の保炎器は、三角形断面形状の拡幅部を設けたが、この形状に限定されるものではなく四角形状でもよく、拡幅部をなくしてもよいものである。

また、上述した各実施例では、本発明の案内部材を燃料ノズルの内壁面や保炎器に設けて構成したが、燃料ノズルの内壁面と保炎器との間に別部材を設けて構成してもよい。例えば、燃料ノズルの内壁面と保炎器との間に保炎器と平行または交差する方向に沿って案内部材を設けることで、この案内部材を四角形状や菱形をなす枠形などとしてもよい。

また、上述した各実施例では、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２１，２２，２３，２４，２５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。

１０ 微粉炭焚きボイラ
１１ 火炉
２１，２２，２３，２４，２５ 燃焼バーナ
５１ 燃料ノズル
５２ ２次空気ノズル
５３ ３次空気ノズル
５４，９１ 保炎器
５５，７１ 案内部材
６１，６２，６３，６４ 保炎部材
６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ，６４ｃ 切欠面（案内部材）
８１，８２，８３，８４ 三角板（案内部材）
１０３ 駆動装置

Claims (9)

1. 固体燃料と空気とを混合した燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズルと、
   該燃料ノズルの外側から空気を吹き込み可能な２次空気ノズルと、
   前記燃料ノズルの先端部における軸心側に設けられる保炎器と、
   前記燃料ノズルの先端部に配置され、前記燃料ノズル内を流れる燃料ガスを前記２次空気ノズルにより吹き込まれる空気から離間して軸心側に導く案内部材と、
   を備えることを特徴とする燃焼バーナ。
2. 前記案内部材は、前記燃料ノズルの内壁面に沿って配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃焼バーナ。
3. 前記案内部材は、前記保炎器と対向して配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼バーナ。
4. 前記案内部材は、前記保炎器における前記燃料ノズルの内壁面と対向する位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃焼バーナ。
5. 前記案内部材は、前記保炎器より燃料ガスの流れ方向の上流側から配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼バーナ。
6. 前記保炎器は、水平方向に沿って鉛直方向に所定隙間をもって平行をなす２つの第１保炎部材と、鉛直方向に沿って水平方向に所定隙間をもって平行をなす２つの第２保炎部材とが交差するように配置された構造をなし、前記案内部材は、前記第１保炎部材と前記第２保炎部材とが交差する位置の外側に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼バーナ。
7. 前記保炎器は、燃料ガスの流れ方向における下流側に拡幅部を有し、前記案内部材は、前記拡幅部に対向して配置されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の燃焼バーナ。
8. 水平方向に沿って鉛直方向に所定隙間をもって平行をなす２つの保炎部材を有し、前記保炎部材の先端部が前記燃料ノズルの軸心側を向くことで前記案内部材を構成することを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼バーナ。
9. 前記案内部材は、前記燃料ノズルの内壁面と前記保炎器との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃焼バーナ。

Images