JP6408135B2 - 燃焼バーナ及びこれを備えたボイラ - 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及びこれを備えたボイラ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（空気）との混合気が供給されると共に、高温の燃焼バーナ用空気（Ｃｏａｌ２次空気）が供給され、この混合気と燃焼バーナ用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、節炭器などの熱交換器が設けられており、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には、固体燃料と１次空気とを混合した燃料ガスを噴射する燃料ノズルと、燃料ノズルの外周から燃焼バーナ用空気を噴射する燃焼バーナ用空気ノズルと、燃料ノズルの開口部に配置される保炎器とを備える燃焼バーナが記載されている。特許文献１に記載の燃焼バーナの保炎器は、燃料ノズルの開口部を略横断する構造を有すると共に、燃料ガスの流れ方向に燃料ガスを分岐するスプリット形状を有し、燃料ノズルおよび燃焼バーナ用空気ノズルが燃料ガスおよび燃焼バーナ用空気を直進流として噴射する構造を有し、且つ、複数の保炎器が、交差して連結されると共に、交差部を燃料ノズルの開口部の中央領域に位置させて配置している。

特開２０１１−１４９６７６号公報

燃焼バーナは、特許文献１に記載の装置のように、燃焼ノズルの内側に保炎器を設けることで、固体燃料と空気とが混合した燃料ガスの内部着火を実現してＮＯｘ発生量を低減可能とすることができる。しかし、特許文献１に記載の燃焼バーナは、燃料ガスと燃焼バーナ用空気とが着火（いわゆる外部着火）して高温高酸素領域を形成するため、ＮＯｘが多く発生してしまうという問題がある。
また、特許文献１のように燃焼ノズルの内側に保炎器を設けたとしても、微粉炭のような固体燃料の場合にはガス燃料に比べれば燃焼速度が遅く、火炎の吹き飛び等が生じるおそれがあり、保炎器での安定した着火が比較的困難となる。そこで、燃料ガスの流速を下げて燃焼速度に近づけて安定な着火を得ることが望まれる。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、燃料と空気とが混合した燃料ガスの流速を燃焼速度に近づけるように下げて安定的な着火を実現してＮＯｘ発生量を低減可能とする燃焼バーナ及びこれを備えたボイラ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一態様に係る燃焼バーナは、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、該燃料ノズルの先端近傍における軸心側に設けられた少なくとも１つの保炎器と、前記燃料ノズル内にて、前記保炎器が配置された内側流路と該内側流路の外側の外側流路とを仕切る仕切部材とを備え、前記仕切部材によって仕切られた前記内側流路の流路断面積が燃料ガスの流れ方向に拡大する。

燃料ノズル内に、保炎器が配置された内側流路と該内側流路の外側の外側流路とを仕切る仕切部材を設け、仕切部材によって、内側流路の流路断面積が燃料ガスの流れ方向に拡大することとしたので、内側流路の燃料ガスの流速を低減することができる。これにより、燃料ガスの流速を燃焼速度に近づけることで、火炎の吹き飛びを抑制できるので、より安定した保炎が可能となる。したがって、燃焼バーナの中心軸側である内側で保炎する内部保炎を強化することで、燃料ノズルの外周側で生じ得る高温高酸素領域を抑制し、ＮＯｘを低減することができる。

さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナでは、前記仕切部材は、筒部材とされている。

筒部材によって、内側流路と外側流路とが仕切られている。筒部材の燃料ガス流れに直交する横断面形状は、任意であるが、例えは四角形等の多角形や円形、楕円形、長円形が用いられる。

さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナでは、前記仕切部材は、前記保炎器を挟んで互いに間隔を有して延在する２つの板状体を有し、各前記板状体が燃料ノズルの外周を区画する壁面に対して接続されている。

仕切部材は、２つの板状体を有し、これら板状体が燃料ノズルの外周を区画する壁面に対して接続されている。これにより、２つの板状体と燃料ノズルの壁面とによって囲まれた内側流路が形成される。

さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナでは、前記燃料ノズルの外側から空気を供給する燃焼バーナ用空気ノズルを備え、前記仕切部材によって仕切られた前記外側流路の流路断面積が燃料ガスの流れ方向に減少し、前記燃料ノズルの先端側の流路断面積は、燃料ガスの流れ方向に一定とされている。

仕切部材の外側に位置する外側流路の流路断面積は燃料ガスの流れ方向に減少するので、外側流路を流れる燃料ガスの流速が大きくなる。これにより、燃焼バーナ用空気ノズルから供給される空気と外側流路を流れる燃料ガスとの流速差を小さくすることができ、燃焼バーナ用空気ノズルから供給される空気と外側流路を流れる燃料ガスとの混合及び着火が抑制され、高温高酸素領域を形成することを可及的に回避することができる。
なお、外側流路としては、典型的には、仕切部材と燃料ノズルの内壁部（場合によっては燃焼バーナ用空気ノズルの内壁部が燃料ノズルの内壁部を兼ねる）との間の流路を意味する。

さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナでは、前記仕切部材は、先端側に向かうにしたがって、燃料ガスの流れ方向と平行な方向とのなす角である傾斜角が燃料ガスの流れ方向上流端部に対して小さくなるこことを特徴としている。

先端側に向かうにしたがって、燃料ガスの流れ方向と平行な方向とのなす角である傾斜角が燃料ガスの流れ方向上流端部に対して小さくなるので、内側流路を流れる燃料ガスの剥離を抑えることができ、効果的に燃料ガスの流速を減少させることができる。

さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナでは、前記仕切部材の内壁面には、燃料ガスの流れ方向に行くにしたがい前記燃料ノズルの軸心側に傾斜する案内面が設けられている。

仕切部材の内壁面に、燃料ガスの流れ方向に行くにしたがい燃料ノズルの軸心側に傾斜する案内面を設けることによって、仕切部材の内壁面に沿って流れてきた燃料ガスを燃料ノズルの軸心側に向けることができ、より内部着火を強化させることができる。

さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナでは、前記燃焼バーナ用空気ノズルは、先端に向かうにしたがって、外側の面で囲われた面の面積が、燃料ガスの流れ方向上流端部に対して小さくなることを特徴としている。このように、燃焼バーナ用空気ノズルを絞った形状としても、仕切部材を設けることで、燃焼バーナ用空気と燃料ガスとの境界での流速差を小さくすることができ、高温高酸素領域での発火を抑制することができる。また、保炎器周囲の流速を下げることができ、燃料ガス流内部での着火を促進することができる。

さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナでは、前記燃料ノズルの前記仕切部材よりも上流側に配置され、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をさらに有することを特徴としている。従って、案内部材により、燃料ノズルを流れる固体燃料をノズルの軸心側に移動させることができ、筒部材の内部に固形燃料の濃度の高い燃料ガスを供給することができ、内部保炎の性能を高くすることができる。

さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナでは、前記燃焼バーナ用空気ノズルの外側から空気を吹き込み可能な２次空気ノズルをさらに有し、前記２次空気ノズルは、軸心側の面が先端側に向かうにしたがって、軸心から離れる傾斜を有し、前記２次空気ノズル内を流れる２次空気を前記燃焼バーナ用空気ノズルにより吹き込まれる空気から離間して軸の外側に導く方向に排出することを特徴としている。従って、２次空気ノズルにより燃焼バーナ用空気を軸心から離れる方向に吸引することができ、燃焼バーナ用空気と燃料ガスとの境界で発火することを抑制することができる。

さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナでは、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ていることを特徴としている。保炎器を上記形状とすることで、好適に内部保炎を発生させることができる。

さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナでは、前記保炎器は、燃料ガス流れの上流側に設けた上流側保炎部材と、該上流側保炎部材に対して燃料ガスの下流側に設けた下流側保炎部材とを備えている。

保炎部材を燃料ガス流れ方向に振り分けて段違いに配置することで、保炎部材が占有することによって狭められる流路断面積を可及的に小さくすることができる。これにより、内側流路を流れる燃料ガスの増速を抑えることができ、内側流路を流れる燃料ガスの流速を燃焼速度に近づけて内部着火を強化することができる。

さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナでは、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することを特徴としている。保炎器を上記形状とすることで、好適に内部保炎を発生させることができる。

また、本発明の一態様に係るボイラは、火炉と、該火炉に対して設置された上記の燃焼バーナと、前記火炉の下流側にて前記燃焼バーナからの燃焼ガスと熱交換する熱交換器とを備えている。

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。

仕切部材によって内側流路の流路断面積を燃料ガスの流れ方向に拡大することとしたので、内側流路を流れる燃料ガスの流速を低減して、燃焼ガスの流速を燃焼速度に近づけることで、火炎の吹き飛び等を抑制して保炎器での安定した着火を実現できる。これにより、燃焼バーナの内側で保炎する内部保炎が強化されて酸素不足下での燃焼による還元が有効に行われるので、ＮＯｘを低減することができる。

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。 実施例１の燃焼バーナを表す縦断面図である。 実施例１の燃焼バーナが適用された微粉炭焚きボイラを表す概略構成図である。 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。 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。 実施例２の変形例を示した断面図である。 本発明の実施例３に係る燃焼バーナを表す断面図である。 本発明の実施例４に係る燃焼バーナを表す断面図である。 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。 実施例５の燃焼バーナの正面図である。 変形例の燃焼バーナの正面図である。 本発明の実施例６に係る燃焼バーナの燃料ノズルを平面視した断面図である。 実施例６の燃焼ノズルの正面図である。 実施例６の変形例としての円形燃焼バーナの燃料ノズルを平面視した断面図である。 図１４の燃料ノズルの正面図である。 本発明の実施例７の燃料ノズルを平面視した断面図である。 図１６の燃料ノズルの正面図である。 図１６の燃料ノズルの側断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の一態様に係る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縦断面図、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（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２１，２２，２３，２４，２５に供給される。

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２１，２２，２３，２４，２５の装着位置より上方にアディショナル空気ノズル３９が設けられており、このアディショナル空気ノズル３９に空気ダクト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（燃焼バーナ用空気（燃料ガス燃焼用空気），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２１，２２，２３，２４，２５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２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭と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、燃焼バーナ用空気，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。或いは、起動用の油焚きバーナにより火炎を形成したのち、通常運転時には該油焚きバーナから燃焼バーナ用空気を供給する。

火炉１１は、上部に煙道１３が連結されており、この煙道１３に、対流伝熱部として排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排ガスと水との間で熱交換が行われる。

煙道１３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。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。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、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１３に排出される。

即ち、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭混合気と燃焼用空気（燃焼バーナ用空気／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、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１３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、燃焼バーナ用空気ノズル５２と、２次空気ノズル５３とが設けられると共に、保炎器５４及び筒部材（仕切部材）５５が設けられている。燃料ノズル５１は、矢印２０２に示すように、微粉炭（固体燃料）と搬送用空気（空気、１次空気）とを混合した燃料ガス（微粉燃料混合気、空気）を吹き込み可能なものである。燃焼バーナ用空気ノズル（燃焼用空気ノズル）５２は、燃料ノズル５１の外側に配置され、矢印２０４に示すように、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（燃焼バーナ用空気、燃料ガス燃焼用空気、Ｃｏａｌ２次空気）を吹き込み可能なものである。２次空気ノズル５３は、燃焼バーナ用空気ノズル５２の外側でかつ、燃焼バーナ用空気ノズル５２の鉛直方向上側となる位置と、燃焼バーナ用空気ノズル５２の外側でかつ、燃焼バーナ用空気ノズル５２の鉛直方向下側となる位置に配置されている。この場合、鉛直方向とは、鉛直な方向に対して微小角度だけずれた方向も含むものである。２次空気ノズル５３は、燃焼バーナ用空気ノズル５２の外側でかつ、水平方向に隣接する位置には配置されていない。２次空気ノズル５３は、矢印２０６に示すように、燃焼バーナ用空気ノズル５２から噴射された燃焼バーナ用空気の外周側に２次空気（ＡＵＸ）を吹き込み可能なものである。また、２次空気ノズル５３は、燃焼バーナ用空気ノズル５２の外側でかつ、水平方向に隣接する位置に配置してもよい。また、２次空気ノズル５３は、燃焼バーナ用空気ノズル５２の外側でかつ、水平方向に隣接する位置に配置し、鉛直方向に隣接する位置には配置しなくてもよい。２次空気ノズル５３は、燃焼バーナ用空気ノズル５２の外側の全周に設けてもよい。２次空気ノズル５３は、ダンパ開度調整機構などを設けることで、２次空気の噴出量を調整可能としてもよい。

燃焼バーナ２１の燃料ノズル５１と、燃焼バーナ用空気ノズル５２と、２次空気ノズル５３は、バーナ角度調整部８０と、バーナ角度調整部８０に摺動自在の状態で接続されている管路部８２とを有する。バーナ角度調整部８０は、燃焼バーナ２１の燃料ノズル５１と、燃焼バーナ用空気ノズル５２と、２次空気ノズル５３の先端であり、管路部８２に対して設定された方向に移動可能な状態で支持されている。バーナ角度調整部８０が移動可能な方向は、特に限定されず、火炉１１の軸方向（鉛直方向）に移動可能でも、火炉１１の断面方向（水平方向）に移動可能でもよい。燃焼バーナ２１は、バーナ角度調整部８０の向きを調整することで、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方向を調整する。管路部８２は、バーナ角度調整部８０と接続されており、燃料ノズル５１と、燃焼バーナ用空気ノズル５２と、２次空気ノズル５３のそれぞれに対応した管路が形成され、バーナ角度調整部８０の各部に微粉炭と空気を混合した燃料ガス、燃焼バーナ用空気、２次空気を供給する。管路部８２は、長尺な管状構造をなす。

燃料ノズル５１は、先端側の部分、つまりバーナ角度調整部８０に対応する部分が、直管であり、微粉燃料混合気を吹き込む方向に直交する断面（開口）の面積（流路断面積）が一定となる。燃焼バーナ用空気ノズル５２は、先端側の部分、つまりバーナ角度調整部８０に対応する部分が、先端に向かうにしたがって絞られた形状であり、微粉燃料混合気を吹き込む方向に直交する断面（開口）の面積（流路断面積）が先端に向かうにしたがって小さくなる。つまり、燃焼バーナ用空気ノズル５２は、先端に向かうにしたがって、外側の面で囲われた面の面積が、燃料ガスの流れ方向上流端部に対して小さくなる形状である。２次空気ノズル５３は、先端側の部分、つまりバーナ角度調整部８０に対応する部分が、先端に向かうにしたがって絞られた形状であり、微粉燃料混合気を吹き込む方向に直交する断面（開口）の面積（流路断面積）が先端に向かうにしたがって小さくなる。

なお、燃料ノズル５１、燃焼バーナ用空気ノズル５２の開口の形状は、真四角に限らず、矩形でもよく、この場合、角部に曲率をつけた形状としてもよい。角部に曲率をつけた管状構造とすることで、ノズルの強度を向上することができる。更に、円筒としてもよい。

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、拡幅部６１ｂ，６２ｂは、二等辺三角形状の断面に限定されるものではなく、燃料ガスの流れを分離して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。また、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及び燃焼バーナ用空気ノズル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、燃焼バーナ用空気ノズル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と燃焼バーナ用空気ノズル５２とは、二重管構造となっている。燃料ノズル５１及び燃焼バーナ用空気ノズル５２の外側に、２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の外側に燃焼バーナ用空気ノズル５２の開口部５２ａが配設され、この燃焼バーナ用空気ノズル５２の開口部５２ａの外側に２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、２次空気ノズル５３は、二重管構造として配置せずに、燃焼バーナ用空気ノズル５２の外周側に別途複数のノズルを配置して２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がダブルスプリット構造で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のうち軸心側を流れる燃料ガスの流速を低減する筒部材５５は、燃料ノズル５１の内部、より正確には、燃料ノズル５１の先端を含む位置であり、バーナ角度調整部８０に相当する部分に配置されている。筒部材５５によって、保炎器５４が配置された内側流路と、内側流路の外側の外側流路とが仕切られるようになっている。筒部材５５は、図１及び図２に示すように燃料ガスの流れ方向の上流側から下流側に向かうにしたがって、つまり先端の開口に向かうにしたがって、筒部材５５で囲われた内側流路の流路断面積が大きくなる形状である。

この筒部材５５は、断面が四角形となる角筒であり、燃料ノズル５１の内部に配置されている。筒部材５５は、保炎部材６１と燃焼バーナ用空気ノズル５２の上壁面との間に配置された板部材６５と、保炎部材６２と燃焼バーナ用空気ノズル５２の下壁面との間に配置された板部材６６と、保炎部材６３と燃焼バーナ用空気ノズル５２の側壁面との間に配置された板部材６７と、保炎部材６４と燃焼バーナ用空気ノズル５２の側壁面との間に配置された板部材６８と、を有する。筒部材５５は、燃料ガスの流れ方向の直交する断面において、板部材６５，６６，６７，６８のそれぞれの端部が接合され、四角筒を形成する。筒部材５５は、保炎器５４の燃料ノズル５１の軸心側の一部、本実施例では保炎部材６１，６２，６３，６４で四角形を形成している部分を囲っている。板部材６５，６６，６７，６８は、燃料ガスの流れ方向の上流側の端部が、保炎器５４よりも上流側であり、燃料ガスの流れ方向の下流側の端部が、保炎器５４の下流側の端部と同じ位置である。また、筒部材５５は、燃料ガスの流れ方向の上流から下流に向かうにしたがって、つまり先端の開口（燃料ガスの噴射する開口）に向かうにしたがって、板部材６５，６６，６７，６８が燃料ノズル５１の軸心から離れる方向に傾斜している。また、板部材６５，６６，６７，６８は、保炎部材６１，６２，６３，６４と重なる位置において、保炎部材６１，６２，６３，６４と接合している。これにより、保炎部材６１，６２，６３，６４は、重なる位置の板部材６５，６６，６７，６８を貫通している。これにより、筒部材５５は、燃料ガスの流れ方向において先端の開口に向かうにしたがって、筒部材５５で囲われた内部の面積が大きくなる形状である。筒部材５５は、燃料ガスの流れ方向上流側の端部の開口６９の面積をＡ１とし、燃料ガスの流れ方向下流側の端部の開口７０の面積をＡ２とした場合、面積Ａ１が面積Ａ２よりも小さくなる。

従って、この燃焼バーナ２１では、微粉炭と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、その外側にて燃焼バーナ用空気が燃焼バーナ用空気ノズル５２の開口部５２ａから炉内に吹き込まれ、その外側にて２次空気が２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、筒部材５５で仕切られた内側流路と外側流路の両方に吹き込まれる。燃焼ガスのうち、筒部材５５の内側に吹き込まれた燃焼ガスは、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。燃焼ガスのうち、筒部材５５の外側に吹き込まれた燃焼ガスは、保炎器５４で着火された火炎により燃焼される。また、この燃料ガスの外周に燃焼バーナ用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、２次空気が吹き込まれることで、燃焼バーナ用空気と２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、また、火炎内部から酸素が消費されるために低酸素となることから、燃焼バーナ用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。

ここで、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（燃焼バーナ用空気及び２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、燃焼バーナ用空気ノズル５２、２次空気ノズル５３が、燃料ガス、燃焼バーナ用空気、２次空気を旋回させることなくバーナ軸心方向に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、燃焼バーナ用空気、２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、燃焼バーナ用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の先端の開口に向かうにしたがって内側流路の流路断面積が大きくなる筒部材５５を設けることで、内側流路を流れる燃料ガスの流速を遅くすることができる。これにより、燃料ガスの流速を燃焼速度に近づけることで、火炎の吹き飛びを抑制できるので、より安定した保炎が可能となる。したがって、内部保炎を強化することで、燃料ノズル５１の外周側で生じ得る高温高酸素領域を抑制し、ＮＯｘを低減することができる。

また、燃焼バーナ２１は、筒部材５５によって仕切られた外側流路の流路断面積が燃料ガスの流れ方向に減少するので、燃料ノズル５１により炉内に吹き込まれる燃料ガスのうち、燃焼バーナ用空気ノズル５２により吹き込まれる燃焼バーナ用空気の近傍を流れる外側流路の燃料ガスの流速をより速くすることができる。これにより、外側流路を流れる燃料ガスと燃焼バーナ用空気との流速差を小さくすることができ、外側流路を流れる燃料ガスと燃焼バーナ用空気の境界での着火、いわゆる外部着火を抑制することができる。

一例として、保炎器５４の保炎部材６１と保炎部材６２との間を通過した燃焼ガス９０は、低い流速、例えば１０ｍ／ｓで燃焼バーナ２１から噴射され、内部着火される。保炎器５４の保炎部材６１と保炎部材６２との間よりも外側で、かつ、筒部材５５に囲われた空間を通過した燃焼ガス９０は、低い流速、例えば１０ｍ／ｓで燃焼バーナ２１から噴射され、内部着火される。筒部材５５に囲われた空間よりも外側で、かつ、燃料ノズル５１に囲われた空間を通過した燃焼ガス９０は、内側の燃料ガスよりも速い流速、例えば３０ｍ／ｓで燃焼バーナ２１から噴射される。燃料ノズル５１に囲われた空間よりも外側で、かつ、燃焼バーナ用空気ノズル５２に囲われた空間を通過した燃焼バーナ用空気は、内側の燃料ガスよりも速い流速、例えば４０ｍ／ｓで燃焼バーナ２１から噴射される。燃焼バーナ用空気ノズル５２に囲われた空間よりも外側で、かつ、２次空気ノズル５３に囲われた空間を通過した２次空気は、内側の燃料ガスよりも速い流速、例えば６０ｍ／ｓで燃焼バーナ２１から噴射される。

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の外側から燃焼バーナ用空気を吹き込み可能な燃焼バーナ用空気ノズル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内の軸心側を流れる燃料ガスの流速を遅くし、燃焼バーナ用空気ノズル５２側を流れる燃料ガスの流速を速くする筒部材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のうち筒部材５５より燃料ノズル５１の軸心側、つまり、保炎器５４側の内側流路を流れる燃料ガスの流速を遅くできることで、燃焼速度に近づけて着火しやすい状態とすることができ、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。このように内部保炎を強化することができるので、酸素不足となる還元雰囲気下での燃焼を促進することで更にＮＯｘ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、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスのうち筒部材５５より燃焼バーナ用空気ノズル５２側の外側流路を流れる燃料ガスの流速を速くできることで、外側流路を流れる燃料ガスと燃焼バーナ用空気との境界での流速差を小さくすることができ、燃焼バーナ用空気が流れている領域での着火である外部着火を抑制することができる。

ここで、実施例１の燃焼バーナ２１は、燃料ガスの流れ方向において、保炎器５４の下流側の端部を燃料ノズル５１の下流側の端部、つまり開口部５１ａと重なる位置としたが、これに限定されない。燃焼バーナ２１は、保炎器５４が燃料ノズル５１の先端近傍に配置されていればよい。ここで、先端近傍は、燃料バーナ２１のノズル内部である。燃焼バーナ２１は、本実施例のように、バーナ角度調整部８０を備える場合、保炎器５４をバーナ角度調整部８０の内部に配置することが好ましい。

燃焼用燃料として微粉炭を例に説明してきたが、本発明は微粉炭（固体燃料）に限定されるものではなく、バイオマス（バイオマスチップ、バイオマスペレット）、残渣物、石油コークス、ＬＮＧ、シェールガス等の燃料、或いはこれら燃料の２種以上の混焼でもよい。

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の図５に示す燃焼バーナ２１ａは、中心側から燃料ノズル５１と、燃焼バーナ用空気ノズル５２と、２次空気ノズル５３とが設けられると共に、保炎器５４と筒部材５５ａが設けられている。

筒部材５５ａは、板部材６５ａ，６６ｂと、を有する。筒部材５５ａは、筒部材５５の板部材６７，６８に対応する板部も備えている。板部材６５ａは、燃料ガスの流れ方向に対した傾斜部８４と、燃料ガスの流れ方向に対して水平の水平部８５と、を有する。傾斜部８４は、水平部８５の燃料ガスの流れ方向の上流側に配置され、水平部８５と連結している。板部材６６ｂは、燃料ガスの流れ方向に対した傾斜部８６と、燃料ガスの流れ方向に対して水平の水平部８７と、を有する。傾斜部８６は、水平部８７の燃料ガスの流れ方向の上流側に配置され、水平部８７と連結している。

筒部材５５ａは、燃料ガスの流れ方向の上流側の傾斜部８４，８６が配置されている領域で、内側流路の流路断面積が大きくなり、水平部８５，８７が配置されている領域で内側流路の流路断面積が一定となる。

燃焼バーナ２１ａのように、筒部材５５ａを、燃料ガスの流れ方向の一部の領域で内側流路の流路断面積を変化させ、残りの領域で内側流路の流路断面積を一定としても上記と同様の効果を得ることができる。また、燃焼バーナ２１ａは、燃料ノズル５１の先端側の筒部材５５ａの流路断面積を一定とすることで、燃料ガスが外側に流れて外周着火の要因とならないように、直進方向に整流された状態で燃料ガスをノズルから噴射させることができる。

燃焼バーナの筒部材の形状は、筒部材５５，５５ａの形状に限定されず種々の形状とすることができる。例えば、筒部材は、内側の面積が異なる複数の筒を燃料ガスの流れ方向に繋げて、接続部の形状を変化させる構成としてもよい。また、筒部材は、軸に平行な断面の形状が直線となる形状に限定されず、曲線としてもよい。ここで、筒部材は、燃料ガスの流れ方向において、先端側に向かうにしたがって、燃料ガスの流れ方向と平行な方向とのなす角である傾斜角が小さくなる、つまり角度が０に近づく形状であることが好ましい。これにより、筒部材の内部である内側流路を流れる燃料ガスの剥離を抑えることができ、効果的に燃料ガスの流速を減少させることができる。

また、図６に示すように、筒部材５５ａの下流端の内側に、燃料ガスの流れの下流側に向かうにしたがい燃料ノズル５１の軸心側に傾斜する案内面８８が設けられていてもよい。この案内面８８は、筒部材５５ａの全周囲にわたって設けられていることが好ましいが、部分的に設けられていても構わない。案内面８８は、同図に示すように直線状の傾斜面としても良いし、曲面で形成しても良い。案内面８８を設けることにより、筒部材５５ａの内壁面に沿って流れてきた燃料ガスを燃料ノズル５１の軸心側に向けて、保炎器５４の下流側に形成される再循環領域に微粉炭を案内することができ、より内部着火を強化させることができる。
ただし、筒部材５５ａの下流端の外側には、外側に突出する案内面を設けずに、筒部材５５ａの外形状が下流側にそのまま直線状に延長された形状が採用されている。筒部材５５ａの下流端に外側へ案内する面を設けると、燃焼バーナ用空気との混合による外部着火のおそれがあるからである。
なお、案内面８８は、上述した実施例１の構成に対しても適用可能である。

図７は、本発明の実施例３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３の図７に示す燃焼バーナ２１ｂは、中心側から燃料ノズル５１と、燃焼バーナ用空気ノズル５２と、２次空気ノズル５３とが設けられると共に、保炎器５４と筒部材５５と案内部材１０２，１０４が設けられている。

この案内部材１０２，１０４は、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、矢印２０８に示すように、燃焼バーナ用空気ノズル５２により吹き込まれる燃焼バーナ用空気から離間する方向に燃料ガスを導く。案内部材１０２，１０４は、燃料ノズル５１の管路部８２に設けられている。つまり、案内部材１０２，１０４は、燃料ノズル５１内に配置された保炎器５４及び筒部材５５に対向しない位置であり、保炎器５４及び筒部材５５より燃料ガスの流れ方向の上流側に配置されている。また、案内部材１０２，１０４は、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。案内部材１０２は、燃料ノズル５１の上壁面に配置され、案内部材１０４は、燃料ノズル５１の下壁面に配置されている。なお、案内部材は、燃料ノズル５１の側壁面にも設けてもよい。案内部材１０２，１０４は、燃料ノズル５１の内壁面から保炎器５４側に突出する形状であり、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）が形成されている。

燃焼バーナ２１ｂは、燃料ノズル５１の管路部８２に案内部材１０２，１０４を配置することで、燃料ノズル５１内を流れる燃料ガスは、案内部材１０２，１０４により軸心側、つまり、保炎器５４側となる筒部材５５の内部の内側流路に導かれる。これにより、燃料ガスに含まれる固形燃料は、軸心側に移動され、燃料ノズル５１の断面において、軸心側の微粉炭の濃度が、燃焼バーナ用空気ノズル５２側よりも高くなる。なお、搬送ガスである１次空気は、微粉炭よりも流動性が高いため、微粉炭よりも短い距離で、燃料ノズル５１内の分布が均一化する。燃焼バーナ２１ｂは、案内部材１０２，１０４を設け、筒部材５５よりも上流側で微粉炭を軸心側に移動させることで、筒部材５５の内側流路に流入する燃料ガスの微粉炭の濃度を高くすることができる。これにより、保炎器５４の近傍の燃料の濃度を高くすることができ、燃焼速度を高め、内部保炎性能を高くすることができる。また、筒部材５５の外部の外側流路を通過する燃料を少なくすることができるため、外側流路を流れる燃料ガスと燃焼バーナ用空気との境界での着火をより抑制することができる。

なお、本実施例の筒部材５５の下流端の内側に、図６に示したような案内面８８を設けるようにしても良い。

図８は、本発明の実施例４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４の図８に示す燃焼バーナ２１ｃは、中心側から燃料ノズル５１と、燃焼バーナ用空気ノズル５２と、２次空気ノズル５３とが設けられると共に、保炎器５４と筒部材５５と案内部材１０２、１０４が設けられている。

燃焼バーナ２１ｃは、２次空気ノズル５３の先端側の一部であるバーナ角度調整部８０に対応する部分の、内側面１１２及び外側面１１４が、燃料ノズル５１の軸心から離れる方向に傾斜している。つまり、２次空気ノズル５３は、内側面１１２及び外側面１１４が筒部材５５と同様の向きに傾斜している。２次空気ノズル５３は、内側面１１２及び外側面１１４が燃料ノズル５１の軸心から離れる方向に傾斜していることで、２次空気９８ａを燃料ノズル５１の軸心から離れる方向に傾斜して噴射する。このように、２次空気９８ａを燃料ノズル５１の軸心から離れる方向に傾斜して噴射することで、燃焼バーナ用空気９６を軸心から離れる方向に広がりやすくすることができる。これにより、燃料ガス９４との境界側の燃焼バーナ用空気９６を少なくすることができ、火炎外周での高温高酸素領域でのＮＯｘ低減を促進することができる。

燃焼バーナ２１ｃは、２次空気ノズル５３の内側面１１２及び外側面１１４の向きを調整することで、ノズルの向きを調整したが、２次空気ノズル５３の位置を燃焼バーナ用空気ノズル５２から離してもよい。

図９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１０は、実施例５の燃焼バーナの正面図である。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５の図９に示す燃焼バーナ２１ｄは、中心側から燃料ノズル５１と、燃焼バーナ用空気ノズル５２と、２次空気ノズル５３とが設けられると共に、保炎器５４ｄが設けられている。

保炎器５４ｄ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５４ｄは、水平方向に沿う第１保炎部材１６１，１６２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１６１，１６２は、その厚さが一定な平板形状をなす平坦部１６１ａ，１６２ａと、この平坦部１６１ａ，１６２ａ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１６１ｂ，１６２ｂを有している。この拡幅部１６１ｂ，１６２ｂ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かって幅が広くなり、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。また、平坦部１６１ａ，１６２ａは、燃料ガスの流れ方向に対して傾斜している。具体的は、平坦部１６１ａ，１６２ａは、燃料ガスの流れ方向の下流側に向かうにしたがって、燃焼バーナ用空気ノズル５２の壁面に近づく方向、つまり、互いに離れる方向に傾斜している。このように、各第１保炎部材１６１，１６２は、内側流路と外側流路を仕切る仕切部材となっている。すなわち、両第１保炎部材１６１，１６２で挟まれた流路が内側流路となり、各第１保炎部材１６１，１６２と燃焼バーナ用空気ノズル５２の内壁面との間が外側流路となる。
第２保炎部材６３，６４は、実施例１の保炎器５４と同様の形状であり、平坦部が燃料ガスの流れ方向と平行な方向に延在している。

さらに具体的には、内側流路は、平坦部１６１ａ、１６２ａと、燃焼バーナ用空気ノズル５２の側壁面の平坦部１６１ａ、１６２ａとの間の部分とで構成される。つまり、保炎器５４ｄの一部と燃焼バーナ用空気ノズル５２の一部で筒形状とされた内側流路が構成される。内側流路は、平坦部１６１ａ、１６２ａが、燃料ガスの流れ方向の下流側に向かうにしたがって、燃焼バーナ用空気ノズル５２の壁面に近づく方向に傾斜していることで、内側流路の流路断面積が燃料ガスの流れ方向の下流側に向かうにしたがって、大きくなる。

このように、平坦部１６１ａ、１６２ａによって仕切られた内側流路の流路断面積が燃料ガスの流れ方向に拡大しているので、上述した実施例１等と同様の効果を得ることができる。

また、保炎器５４ｄは、拡幅部１６１ｂ，１６２ｂのうち、平坦部１６１ａ，１６２ａよりも燃焼バーナ用空気ノズル５２の側壁面側の部分は設けなくてもよい。つまり、保炎器５４ｄは、筒部材５５ｄよりも外側となる部分に保炎機能を備える拡幅部を設けなくてもよい。これにより、外部着火の可能性をより低減することができる。

ここで、燃焼バーナの保炎器の形状は上記に限定されない。図１１は、変形例の燃焼バーナの正面図である。図１１に示す燃焼バーナ２１ｅは、中心側から燃料ノズル５１と、燃焼バーナ用空気ノズル５２と、２次空気ノズル５３とが設けられると共に、保炎器５４ｅと筒部材５５とが設けられている。

保炎器５４ｅ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５４ｅは、水平方向に沿う第１保炎部材６１ｅ，６２ｅと、鉛直方向（上下方向）に沿う第２保炎部材６３ｅ，６４ｅを配置し、第１保炎部材６１ｅ，６２ｅと第２保炎部材６３ｅ，６４ｅとが四角形となる構造をなすものである。つまり、第１保炎部材６１ｅ，６２ｅは、第２保炎部材６３ｅと燃焼バーナ用空気ノズル５２の側壁面との間と、第２保炎部材６４ｅと燃焼バーナ用空気ノズル５２の側壁面との間とに配置されていない。また、第２保炎部材６３ｅ，６４ｅは、第１保炎部材６１ｅと燃焼バーナ用空気ノズル５２の上壁面との間と、第１保炎部材６２ｅと燃焼バーナ用空気ノズル５２の下壁面との間とに配置されていない。保炎部材６１ｅ，６２ｅ，６３ｅ，６４ｅは、配置される位置が異なるのみで、上述した実施例１の保炎部材６１，６２，６３，６４と同様である。筒部材５５は、保炎部材６１ｅ，６２ｅ，６３ｅ，６４ｅで形成される四角を囲う位置に配置されている。

燃焼バーナ２１ｅは、保炎器５４ｅの保炎部材６１ｅ，６２ｅ，６３ｅ，６４ｅで形成される四角形とし、燃焼バーナ用空気ノズル５２と接する位置まで配置しないことで、筒部材５５の内部に保炎器５４ｅが配置された構造とすることができる。これにより、保炎器５４ｅの周囲を通過する全ての燃料ガスの流速を遅くすることができる。

また、本実施例の保炎器は、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、上記実施例では、燃焼バーナ２１の断面形状を四角としたが、円形でもよいし、他の多角形でもよい。

図１２及び図１３には、実施例６に係る燃焼バーナの燃焼ノズルが示されている。本実施例の燃焼バーナは、仕切部材によって燃料ガス流れ方向に流路断面積が拡大する内側流路を形成する点で上述した各実施例と共通する。しかし、複数の保炎器が燃料ガスの流れ方向に異なる位置で配置されている点で相違する。なお、上述した各実施例と共通する事項については、その説明を省略する。
また、図１２及び図１３には、燃焼バーナ用空気ノズル及び２次空気ノズルが省略されており、燃料ノズル５１のみが示されている。

本実施例の燃焼バーナは、燃料ノズル５１の中央部にて鉛直方向に延在する１つの中央保炎部材７１と、この中央保炎部材７１を挟むように両側に配置されるとともに鉛直方向に延在する２つの側部保炎部材７２と、これら側部保炎部材７２を挟むように両側に配置されるとともに鉛直方向に延在する２つの仕切部材７３とを備えている。このように、本実施例の保炎部材７１，７２は、上述した実施例のように保炎部材同士が交差（クロス）せずに鉛直方向に延在した、いわゆる縦スプリッタとなっている。

中央保炎部材７１は、燃料ガス流れ上流側に位置する板状部７１ａと、この板状部７１ａの下流端に接続された拡幅部７１ｂとを備えている。中央保炎部材７１の上下端は、図１３に示すように、燃料ノズル５１の内壁部すなわち燃焼バーナ用空気ノズルの内壁部に接続されている。中央保炎部材７１は、図１２に示すように、燃料ガス流れ方向に沿って設けられている。なお、図１３には、板状部７１ａの上流端の位置が破線にて示されている。

２つの側部保炎部材７２は、それぞれ、燃料ガス流れ上流側に位置する板状部７２ａと、この板状部７２ａの下流端に接続された拡幅部７２ｂとを備えている。各側部保炎部材７２の上下端は、図１３に示すように、燃料ノズル５１の内壁部すなわち燃焼バーナ用空気ノズルの内壁部に接続されている。側部保炎部材７２は、図１２に示すように、燃料ガス流れ方向に行くにしたがい互いの側部保炎部材７２間の間隔が広がるように設けられている。なお、図１３には、板状部７２ａの上流端の位置が破線にて示されている。

２つの仕切部材７３は、それぞれ、燃料ガス流れ上流側に位置する板状部７３ａと、この板状部７３ａの下流側に設けられた案内面７３ｂとを備えている。案内面７３ｂは、図６に示した案内面８８と同様に、燃料ノズル５１の中央側に向かって燃料ガスを導くように傾斜している。なお、各仕切部材７３の下流端の外側には、外側に突出する案内面を設けずに、板状部７３ａの外側形状が下流側に直線状に延長された形状が採用されている。
各仕切部材７３の上下端は、図１３に示すように、燃料ノズル５１の内壁部すなわち燃焼バーナ用空気ノズルの内壁部に接続されている。仕切部材７３は、図１２に示すように、燃料ガス流れ方向に行くにしたがい互いの仕切部材７３間の間隔が広がるように設けられている。なお、図１３には、板状部７３ａの上流端の位置が破線にて示されている。

仕切部材７３で囲まれた流路が内側流路とされ、仕切部材７３と燃料ノズル５１の内壁部すなわち燃焼バーナ用空気ノズルを形成する内壁部とで囲まれた流路が外側流路とされる。したがって、内側流路は、燃料ガス流れにしたがって流路断面積が拡大するようになっているため、燃料ガスの流速が減少する。外側流路は、燃料ガス流れにしたがって流路断面積が減少するようになっているため、燃料ガスの流速が増大する。内側流路の燃料ガス速度が減少する場合の作用効果や、外側流路の燃料ガス速度が増大する場合の作用効果は、上述した各実施形態と同様なので、その説明は省略する。

図１２に示すように、中央保炎部材７１の下流端（拡幅部７１ｂの下流端）と各仕切部材７３の下流端（案内面７３ｂの下流端）は、燃料ノズル５１の下流端の位置（開口位置）に揃えられている。一方、各側部保炎部材７２の下流端（拡幅部７２ｂの下流端）は、中央部保炎部材７１の下流端および各仕切部材７３の下流端よりも上流側に位置している。すなわち、中央保炎部材７１が下流保炎部材となり、各側部保炎部材７２が上流保炎部材となる。
このように、保炎部材７１，７２の下流端を燃料ガス流れ方向に振り分けて段違いに配置することで、保炎部材７１，７２の下流端に位置する拡幅部７１ｂ，７２ｂが占有することによって狭められる流路断面積を可及的に小さくすることができる。これにより、内側流路を流れる燃料ガスの増速を抑えることができ、内側流路を流れる燃料ガスの流速を燃焼速度に近づけて内部着火を更に強化することができる。
なお、本実施例では、中央保炎部材７１の下流端と各仕切部材７３の下流端は、燃料ノズル５１の下流端の位置に揃えられているが、これに限定されるものではなく、燃料ノズル５１の下流端よりも上流側に揃えて配置されていても良い。

また、本実施例のような保炎部材７１，７２及び仕切部材７３が鉛直方向に延在する縦スプリッタの場合、縦方向に角度調整するバーナ角度調整部（例えば図２の符号８０を参照）が設けられていても、流れに影響が出にくいので有利である。

なお、本実施例では縦スプリッタについて説明したが、保炎部材及び仕切部材が水平方向に延在する横スプリッタに対しても、上述したように保炎部材の下流端を燃料ガス流れ方向に振り分けて配置するようにしても良い。

また、本実施例では、矩形状の横断面を有する燃料ノズルを備えた燃焼バーナについて説明したが、図１４及び図１５に示すような、円形状の横断面を有する燃料ノズルを備えた円形燃焼バーナに対しても、上述したように保炎部材の下流端を燃料ガス流れ方向に振り分けて配置するようにしても良い。

本変形例の円形燃焼バーナは、燃料ガス流れ方向に流路断面積が広がる円錐形状の中央円形保炎部材７５と、中央円形保炎部材７５の外周側に位置するとともに燃料ガス流れ方向に流路断面積が広がる側部円形保炎部材７６と、側部円形保炎部材７６の外周側に位置するとともに燃料ガス流れ方向に流路断面積が広がる円形仕切部材７７とを備えている。そして、中央円形保炎部材７５の下流端が、側部円形保炎部材７６の下流端よりも下流側に位置されている。

中央円形保炎部材７５は、燃料ガス流れ上流側に位置する一定厚とされた定厚部７５ａと、この定厚部７５ａの下流端に接続された拡幅部７５ｂとを備えている。
側部円形保炎部材７６は、燃料ガス流れ上流側に位置する一定厚とされた定厚部７６ａと、この定厚部７６ａの下流端に接続された拡幅部７６ｂとを備えている。
円形仕切部材７７は、燃料ガス流れ上流側に位置する一定厚とされた定厚部７７ａと、この定厚部７７ａの下流端に接続された案内面７７ｂとを備えている。なお、円形仕切部材７７の下流端の外周には、外周側に突出する面を、定厚部７７ａの外周形状がそのまま下流側に延長された形状が採用されている。

このような円形燃焼バーナに対しても、保炎部材７５，７６の下流端を燃料ガス流れ方向に振り分けて段違いに配置することで、保炎部材７５，７６の下流端に位置する拡幅部が占有することによって狭められる流路断面積を可及的に小さくすることができる。

図１６乃至図１８には、実施例７に係る燃料ノズルが示されている。本実施例の燃焼バーナは、仕切部材によって燃料ガス流れ方向に流路断面積が拡大する内側流路を形成する点で上述した各実施例と共通する。したがって、上述した各実施例と共通する事項については、その説明を省略する。
また、図１６乃至図１８には、燃焼バーナ用空気ノズル及び２次空気ノズルが省略されており、燃料ノズル５１のみが示されている。

本実施例の燃焼バーナは、燃料ノズル５１の鉛直方向に延在するとともに水平方向に所定間隔を隔てて設けられた複数（本実施例では５本）の保炎部材８１と、これら保炎部材８１を挟むように上下の両端に置されるとともに水平方向に延在する２つの仕切部材７３とを備えている。このように、本実施例の保炎部材８１は、上述した実施例６のように保炎部材同士が交差（クロス）せずに鉛直方向に延在した、いわゆる縦スプリッタとなっている。ただし、実施例６とは異なり、各保炎部材８１は互いに平行に傾斜して配置されているが、図１８に示すように、仕切部材７３の間隔は、燃料ガスの下流側に向かって漸次拡大するようになっている。すなわち、仕切部材７３によって仕切られた内側流路の流路断面積が燃料ガスの流れ方向に拡大するようになっている。このように、本実施例によれば、仕切部材７３によって、内側流路の燃料ガスの流速を低減することができるので、より安定した保炎が可能となる。

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 燃焼バーナ用空気ノズル
５３ ２次空気ノズル
５４ 保炎器
５５ 筒部材
６１，６２，６３，６４ 保炎部材
６５，６６，６７，６８ 板部材
６９，７０ 開口
７１ 中央保炎部材
７２ 側部保炎部材
７３ 仕切部材
８０ バーナ角度調整部
８２ 管路部
１０２，１０４ 案内部材

Claims (12)

1. 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、
   該燃料ノズルの先端近傍における軸心側に設けられた少なくとも１つの保炎器と、
   前記燃料ノズル内にて、前記保炎器が配置された内側流路と該内側流路の外側の外側流路とを仕切る仕切部材と、
   を備え、
   前記仕切部材によって仕切られた前記内側流路の流路断面積が燃料ガスの流れ方向に拡大する燃焼バーナであって、
   前記燃料ノズルの外側から空気を供給する燃焼バーナ用空気ノズルを備え、
   前記仕切部材によって仕切られた前記外側流路の流路断面積が燃料ガスの流れ方向に減少し、
   前記燃料ノズルの先端側の流路断面積は、燃料ガスの流れ方向に一定とされている燃焼バーナ。
2. 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、
   該燃料ノズルの先端近傍における軸心側に設けられた少なくとも１つの保炎器と、
   前記燃料ノズル内にて、前記保炎器が配置された内側流路と該内側流路の外側の外側流路とを仕切る仕切部材と、
   を備え、
   前記仕切部材によって仕切られた前記内側流路の流路断面積が燃料ガスの流れ方向に拡大する燃焼バーナであって、
   前記仕切部材は、先端側に向かうにしたがって、燃料ガスの流れ方向と平行な方向とのなす角である傾斜角が燃料ガスの流れ方向上流端部に対して小さくなる燃焼バーナ。
3. 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、
   該燃料ノズルの先端近傍における軸心側に設けられた少なくとも１つの保炎器と、
   前記燃料ノズル内にて、前記保炎器が配置された内側流路と該内側流路の外側の外側流路とを仕切る仕切部材と、
   を備え、
   前記仕切部材によって仕切られた前記内側流路の流路断面積が燃料ガスの流れ方向に拡大する燃焼バーナであって、
   前記仕切部材の内壁面には、燃料ガスの流れ方向に行くにしたがい前記燃料ノズルの軸心側に傾斜する案内面が設けられている燃焼バーナ。
4. 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、
   該燃料ノズルの先端近傍における軸心側に設けられた少なくとも１つの保炎器と、
   前記燃料ノズル内にて、前記保炎器が配置された内側流路と該内側流路の外側の外側流路とを仕切る仕切部材と、
   を備え、
   前記仕切部材によって仕切られた前記内側流路の流路断面積が燃料ガスの流れ方向に拡大する燃焼バーナであって、
   前記燃料ノズルの外側から空気を供給する燃焼バーナ用空気ノズルを備え、
   前記燃焼バーナ用空気ノズルの外側から空気を吹き込み可能な２次空気ノズルをさらに有し、
   前記２次空気ノズルは、軸心側の面が先端側に向かうにしたがって、軸心から離れる傾斜を有し、前記２次空気ノズル内を流れる空気を前記燃焼バーナ用空気ノズルにより吹き込まれる空気から離間して軸の外側に導く方向に噴出する燃焼バーナ。
5. 前記仕切部材は、筒部材とされている請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
6. 前記仕切部材は、前記保炎器を挟んで互いに間隔を有して延在する２つの板状体を有し、
   各前記板状体が燃料ノズルの外周を区画する壁面に対して接続されている請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
7. 前記燃料ノズルの外側から空気を供給する燃焼バーナ用空気ノズルを備え、
   前記燃焼バーナ用空気ノズルは、先端に向かうにしたがって、外側の面で囲われた面の面積が、燃料ガスの流れ方向上流端部に対して小さくなる請求項１から６のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
8. 前記仕切部材よりも上流側に配置され、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をさらに有する請求項１から７のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
9. 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ている請求項１から８のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
10. 前記保炎器は、燃料ガス流れの上流側に設けた上流側保炎部材と、該上流側保炎部材に対して燃料ガスの下流側に設けた下流側保炎部材とを備えている請求項１から９のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
11. 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する請求項１から１０のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
12. 火炉と、
    該火炉に対して設置された請求項１から１１のいずれか一項に記載の燃焼バーナと、
    前記火炉の下流側にて前記燃焼バーナからの燃焼ガスと熱交換する熱交換器と、
    を備えているボイラ。

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