JP6871422B2 - 固体燃料バーナおよび固体燃料バーナ用保炎器 - Google Patents

Description

本発明は固体燃料バーナおよび固体燃料バーナ用保炎器に係り、特に、メンテナンス性に優れた固体燃料バーナおよび固体燃料バーナ用保炎器の構造に関する。

ボイラ等の火炉壁面に設けられ、石炭を粉砕して得られる微粉炭等の固体燃料粒子を燃焼させる固体燃料バーナにおいて、火炉に向けて開口する筒状の燃料ノズルから固体燃料粒子とその搬送用ガスとの固気二相流を噴出させ、その燃料ノズルの外周側に同軸円筒状に形成されている燃焼用ガスノズルから燃焼用ガスを火炉に向けて噴出させる構造を採るバーナが知られている。
このようなバーナにおいて、燃料ノズルの火炉開口側の先端部には、着火を促進し、火炎の安定化を図る部材として保炎器が設けられることが多い。そして当該保炎器は燃料流れ方向に対して径方向へ階段状もしくは、角度をもって広がる構造が採用される場合が多い。（下記の特許文献１〜５に記載の技術が公知である。）

なお、上述の搬送用ガスとの語には、１次空気：Primary Air、燃焼用ガスとの語には、２次空気：Secondary Air の語が慣用され、以下、そのように称すこともあるが、実際には必ずしも空気のみではなく、空気と他の気体、例えば燃焼排ガスとの混合気体が用いられることもある。
また、保炎器：flame stabilizer の語に関して、環状の保炎器を保炎リング：Flame Stabilization Ring, Ring Stabilizer と称したり、保炎器の一部としての環状部材をリング、リング部材のように記すこともある。

燃料ノズルの内部には、固気二相流の流速を高めて逆火を防止する絞り（ベンチュリ）や、特に低負荷時でも燃料の着火性、火炎の安定性が保たれるように固体燃料粒子を燃料ノズルの内壁側に濃縮させる手段として、径方向外向きにノズル内流路を狭める燃料濃縮器あるいは旋回器等の内装物が設置されることが多い。
またノズル先端部の保炎器には、外周側から噴出させる燃焼用ガス（２次空気）の流れをノズル中心軸側から外向きに拡げるような案内部材（案内板）を形成することが多い。案内板はバッフルプレートという名称が使われる場合がある。
これは、固気二相流と燃焼用ガスの流れを分離して、保炎器の火炉側に大きな循環流を形成することにより、燃料粒子の着火促進、火炎の安定性向上や還元炎領域の拡大に伴うＮＯｘの発生量低減、未燃分の低減等を図る目的がある。

典型的な例は、特許文献１（第９の実施形態、図１０、肉厚部（３０３））、特許文献２（図１；保炎器母材（２３ａ）、保炎器スリーブ（２３ｂ））に記されているように、保炎器の始端部で燃焼用ガス（２次空気）の流れを外周側へ縮小させるように燃焼用ガスノズル（２次空気ノズル）の流路が形成されているものである。
このような流路構成により、保炎器およびその案内部材付近を流れる燃焼用ガスの流速を高めることで保炎器およびその案内部材の冷却を促進してその焼損抑制が図られているとともに、前述の循環流を拡大することで着火の安定化を図っている。

特許第３３４４６９４号公報（「００１９」、「００６４」−「００６５」、図１、図１１） 特開２０１３−２９２７０号公報（図１、図３、図４） 特開昭６２−８０４０９号公報（図１） 実開平２−１１５６１８号公報（図１、図３） 特許第３６４３４６１号公報（図１）

ところで、燃料ノズル内に設けられる上述の内装物や保炎器等の各部材は、使用に伴う損耗が避けられず、定期的に点検し、補修や交換などの保守を行う必要がある。
特に保炎器やその案内部材は、火炉からの輻射を受け、著しい高温に曝されるので保守の必要性が高い。

一方、保炎器やその案内部材が上述の機能、目的を十分に果たすためには、狭まった流路を通過することでノズル軸方向の速度成分が高まった燃焼用ガス（２次空気）の流れ方向を確実に径方向外側向きに偏向させ、固気二相流（１次空気）の流れと分離して、保炎器の火炉側に大きな循環流を発達させることが重要である。
このため、案内部材をその火炉開口側から見た投影面が十分に大きなものとして、燃焼用ガス（２次空気）の流れがノズル上流側から火炉側に向けて直進・貫通しないようにその流路を構成する必要があった。

そうすると、保炎器およびその案内部材の最外径は、燃焼用ガスノズル（２次空気ノズル）の内径よりも大きくなる。
保炎器およびその案内部材は一体的に鋳造品で構成され、燃料ノズルの開口端部に取り付け部材を介して取り付けられることが多い。
このとき、特許文献１，２に記載の構成のように、保炎器や案内部材の外径が、２次空気ノズルの外周壁の内径よりも大きい場合、保炎器等を含む燃料ノズルの部分を、軸方向に沿って炉外の側にそのまま引き抜くことはできない。したがって、ボイラ火炉内側に足場を設置するなどして、保炎器およびその案内部材を取り外す必要があり、メンテナンス性の向上が求められていた。

本発明は、以下の１）〜３）を同時に達成できるような、固体燃料バーナ用の保炎器およびこれを備えた固体燃料バーナを実現することを技術的課題とする。
１）性能面：保炎器の火炉側に大きな循環流を形成することにより、燃料粒子の着火促進、火炎の安定性向上、還元炎領域の拡大に伴うＮＯｘの発生量低減、未燃分の低減等を図ること。
２）信頼性：保炎器およびその案内部材の冷却を促進してその焼損抑制を図ること。
３）メンテナンス性：保炎器およびその案内部材を燃料ノズルから取り外さずに燃料ノズルと一体的に炉外側へ引き抜くこと。

上記本発明の課題は、下記の構成を採用することにより達成できる。
請求項１に記載の発明は、固体燃料と該固体燃料の搬送ガスとの混合流体が流れる筒状の流路を有する第１のガスノズルと、前記固体燃料の燃焼用ガスが流れ、前記第１のガスノズルの外周側に形成される第２の流路を構成する第２のガスノズルと、前記第１のガスノズルの先端外周部に配置され、前記第２の流路を流れる流体を径方向の外側に案内する案内部材と、前記第２の流路の流れ方向に対して、前記案内部材の上流側に配置され、前記第２の流路の断面積を狭くする縮流形成部材と、を備え、前記第２のガスノズルの外周壁の内径に対して、前記案内部材の外径の方が小さく形成され、前記第１のガスノズル、前記案内部材および前記縮流形成部材が、前記第１のガスノズルの軸方向に沿って炉外に向けて、一体的に着脱可能に構成されたことを特徴とする固体燃料バーナである。

請求項２に記載の発明は、前記第２のガスノズルの外周壁の内径をＬ１とし、前記案内部材の外径をＬ２とし、前記縮流形成部材の内径をＬ４とした場合に、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ４の関係に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である。

請求項３に記載の発明は、前記縮流形成部材と前記案内部材との間に配置され、前記第２の流路を流れる２次空気を整流するフィン部材を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の固体燃料バーナである。

請求項４に記載の発明は、前記フィン部材に支持された前記縮流形成部材を備えたことを特徴とする請求項３に記載の固体燃料バーナである。

請求項５に記載の発明は、固体燃料と搬送ガスとの混合流体が流れる筒状の第１のガスノズルと前記第１のガスノズルの外周側に配置された第２のガスノズルとを有する固体燃料バーナの燃料ノズル開口端部に設けられた保炎器であって、当該保炎器の外周側を流れる燃焼用ガスの流路を外側から内側へと縮小させる環状の縮流形成部材と、前記燃焼用ガスの流れに沿った方向に延びる複数のフィン部材を当該保炎器の周方向に備え、前記環状の縮流形成部材を通過した燃焼用ガスの流れを外向きに偏向させる案内部材が設けられており、前記案内部材の外径は、前記環状の縮流形成部材の内径よりも大きく、前記第１のガスノズル、前記案内部材、前記フィン部材および前記縮流形成部材が、前記第１のガスノズルの軸方向に沿って炉外に向けて一体的に着脱可能に構成されたことを特徴とする固体燃料バーナ用保炎器である。

請求項１記載の発明によれば、前記第２のガスノズルの外周壁の内径に対して、前記案内部材の外径の方が小さく形成されており、案内部材が第２のガスノズルに引っ掛かることなく、第１のガスノズルを炉外に向けて引き抜くことができる。よって、炉内に足場を組む必要が無くなり、メンテナンス性を向上させることができる。また、第２の流路において縮流形成部材を通過した流体の流速が高速になった状態で案内部材に到達して径方向の外側に案内されるため、縮流形成部材を有しない場合に比べて、径方向の偏向が強くなり、案内部材の外径が第２のガスノズルの外周壁の内径より小さくても循環流が小さくなることが低減される。よって、火炎の安定性を確保でき、十分な循環流を確保することができ、低ＮＯｘ性を確保することができる。さらに、流体が高速で案内部材に到達するので、案内部材および保炎器の冷却が促進され、焼損抑制が図られる。よって、信頼性を向上させることができる。したがって、請求項１に記載の発明によれば、性能面、信頼性、メンテナンス性を同時に達成することができる。

請求項２記載の発明によれば、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ４の関係を満たしており、第１のガスノズルを引き抜くことができると共に、十分な循環流も確保できる。

請求項３記載の発明によれば、上記請求項１または２に記載の発明の効果に加えて、フィン部材で、縮流時に乱れた流体が整流されることで、径方向の偏向を強くすることができ、火炎の安定性や循環流を確保することができる。

請求項４記載の発明によれば、上記請求項３に記載の発明の効果に加えて、縮流形成部材をフィン部材に支持することで、縮流形成部材を支持する別個の支持部材を設ける必要が無く、部品点数を削減することができる。

請求項５記載の発明によれば、保炎器に設けられた縮流形成部材に、燃焼用ガスの流れに沿った方向に延びる複数のフィン部材が保炎器の周方向に備えられているとともに、環状の縮流形成部材を通過した燃焼用ガスの流れを外向きに偏向させる案内部材が設けられており、案内部材の外径は、環状の縮流形成部材の内径よりも大きく、案内部材とフィン部材と縮流形成部材と第１のガスノズルとが一体的に着脱可能であるため、保炎器が支持された第１のノズルごと炉外に向けて引き抜くことが可能となる。よって、炉内に足場を組む必要がなくなり、メンテナンス性を向上させることができる。また、縮流形成部材を通過した流体の流速が高速になった状態で案内部材に到達して径方向の外側に案内されるため、縮流形成部材を有しない場合に比べて、径方向の偏向が強くなる。よって、火炎の安定性を確保でき、十分な循環流を確保することができ、低ＮＯｘ性を確保することができる。さらに、流体が高速で案内部材に到達するので、案内部材および保炎器の冷却が促進され、焼損抑制が図られる。よって、信頼性を向上させることができる。したがって、請求項５に記載の発明によれば、性能面、信頼性、メンテナンス性を同時に達成することができる。

図１は本発明の一実施例である固体燃料バーナの側面図（一部断面）であり、図１（Ａ）は全体図、図１（Ｂ）は先端部分の拡大図、図１（Ｃ）は先端部分の各部の位置関係を説明する図である。 図２は図１（Ｂ）の固体燃料バーナのＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３は実施例の縮流形成部材の説明図であり、図３（Ａ）は実施例１の縮流形成部材の説明図、図３（Ｂ）は縮流形成部材の他の形態の説明図である。 図４は実施例１の固体燃料バーナにおいて、第１のガスノズルの部分が引き出された状態の説明図である。 図５は固体燃料バーナにおける循環流の領域の説明図であり、図５（Ａ）は実施例１の構成の説明図、図５（Ｂ）は比較例１（特許文献３〜５）の構成の説明図、図５（Ｃ）は比較例２の構成の説明図、図５（Ｄ）は比較例３（特許文献１，２）の構成の説明図、図５（Ｅ）は保炎器の基端部の断面における二次空気の流速の説明図、図５（Ｆ）は循環流の領域の大きさの説明図である。 図６は縮流形成部材の変更例の説明図であり、図６（Ａ）は変更例１の説明図、図６（Ｂ）は変更例２の説明図、図６（Ｃ）は変更例３の説明図、図６（Ｄ）は変更例４の説明図、図６（Ｅ）は変更例５の説明図、図６（Ｆ）は変更例６の説明図である。

以下に、本発明の実施の形態を示す。

図１は本発明の一実施例である固体燃料バーナの側面図（一部断面）であり、図１（Ａ）は全体図、図１（Ｂ）は先端部分の拡大図、図１（Ｃ）は先端部分の各部の位置関係を説明する図である。
図２は図１（Ｂ）の固体燃料バーナのＩＩ−ＩＩ線断面図である。

図１において、本発明の実施例１の固体燃料バーナ１は、燃料ノズル（第１のガスノズル）１０を有する。燃料ノズル１０は基部側が燃料含有流体配管（図示せず）に接続された筒状部材であり、その内部は固体燃料と搬送用のガス（本実施例では空気を用いる）の固気二相流（混合流体１３）の流路１０ａとなる。そして、固体燃料を搬送用のガスとともに噴出する。固体燃料としては、石炭（微粉炭）やバイオマスなどの固体や粉体、又はこれらの混合物であっても良い。本実施例では、固体燃料として微粉炭を、搬送ガスとして空気を用いた例を示しており、燃料ノズル１０内を流れる搬送ガスを一次空気１３、また燃料ノズル１０を一次空気ノズル１０とも言う。

燃料ノズル１０の外周には二次空気流路（第２の流路）１１ａを形成する二次空気ノズル（第２のガスノズル）１１が設けられ、二次空気ノズル１１の外周には三次空気流路１２を形成する三次空気ノズル（バーナスロート、第３のガスノズル）１９が設けられている。これら二次空気１４及び三次空気１５は燃焼用ガスであり、上記搬送ガスと同様に通常は空気が使用されるが、燃焼排ガスや富酸素ガス、又はこれらのガスや空気との二以上の混合気体等も適用できる。また、二次空気１４及び三次空気１５の二次及び三次とは前記一次空気１３と区別するために用いられているにすぎない。

燃料ノズル１０と二次空気ノズル１１と三次空気ノズル１９をバーナ出口側（火炉１７側）の正面から見ると、燃料ノズル１０を中心にしてその外側に環状の二次空気ノズル１１が同心円状に配置され、二次空気ノズル１１の外側に環状の三次空気ノズル１９が同心円状に配置されている。三次空気ノズル１９は最外周空気ノズルを構成している。
なお、実施例１では、三次空気流路１２の入口部分に、流体に旋回を付与する旋回器２２が配置されているが、旋回器２２を設けない構成とすることも可能である。

燃料ノズル１０の内部には、燃料ノズル１０を貫通する点火バーナ（オイルガン）１６が設けられ、バーナ起動時あるいは低負荷燃焼時に助燃のために使用される。なお、固体燃料バーナ１の構成によっては、点火バーナ１６は設置しない場合もある。
燃料ノズル１０の開口端部（＝火炉１７側出口）には、一次空気１３と二次空気１４の間の循環流３１を拡大するための保炎器２３が設けられている。この保炎器２３は、該保炎器２３の下流側に循環流３１を形成して着火性と保炎効果を高めるように燃料ノズル１０の先端部にリング状に設けられる。また、燃料ノズル１０側には、さめ歯状の突起を形成したものを用いても良い。

前記点火バーナ１６、燃料ノズル１０、二次空気ノズル１１及び三次空気ノズル１９は、火炉１７の壁（図示しない水管により形成されている）１７ａに設けられた火炉開口部１７ｂから火炉１７内に向けてそれぞれの噴出物を噴出する。また、これら点火バーナ１６、燃料ノズル１０、二次空気ノズル１１及び三次空気ノズル１９は火炉開口部１７ｂを囲んで微粉炭又は燃焼用空気を燃焼用空気流路（図示せず）から供給するウインドボックス（風箱）２５内に配置されている。隔壁１８は、ウインドボックス２５の内部空間と炉外２６とを隔てる壁状部材であり、隔壁１８のうち、燃料ノズル１０が設置されているフロントプレート２７はバーナのメンテナンス時に燃料ノズル１０と一体的に抜き出せるように、隔壁１８に対して、ボルトやネジ、フック等で着脱可能に支持されている。

そして、二次空気ノズル１１の出口先端にはバーナ中心軸Ｃに対して径方向に拡管する（末広がり形状の）ガイドスリーブ（第２の案内部材）２０が設けられている。実施例１では、二次空気ノズル１１とガイドスリーブ２０は一体構造で構成されている。ガイドスリーブ２０によって、空気流がバーナ中心軸Ｃから離れるように外向きに案内されて噴出する。

前記保炎器２３は、火炉１７の内側に行くにつれて、点火バーナ１６の中心軸Ｃに対して径方向の外側に傾斜する錐壁状に形成されている。保炎器２３の先端外周部には、径方向の外側に延びるリング状の案内リング（案内部材）３４が配置されている。案内リング３４は、二次空気１４を径方向の外側に偏向させて噴出させる。
図１、図２において、実施例１の保炎器２３には、二次空気流路１１ａ内に、二次空気１４の流れ方向に沿って延びる板状のフィン部材３６が支持されている。フィン部材は、保炎器２３の周方向に沿って間隔をあけて複数配置されており、放射状の板材により構成されている。フィン部材３６は、保炎器２３の上流端に衝突して乱れた二次空気を整流する。

フィン部材３６の上流側には、縮流形成部材５０が配置されている。縮流形成部材５０は、バーナ中心軸Ｃに対して径方向に延びる上流壁部５０ａと、上流壁部５０ａの径方向の内端から二次空気１４の流れ方向下流側に延びる筒壁部５０ｂとを有する。よって、実施例１の縮流形成部材５０は、軸方向に沿った断面形状がＬ字状に形成され環状ガス流路を形成している。
なお、実施例１の縮流形成部材５０は、筒壁部５０ｂがフィン部材３６に固定支持されている。よって、縮流形成部材５０は、フィン部材３６と一体的に移動可能な構成となっている。なお、縮流形成部材５０と、二次空気ノズル１１の間には、移動可能な程度の微少な隙間、遊びが形成されている。なお、この微少な隙間には、二次空気１４が漏れないように耐火材を充填する構成とすることも可能である。また、固体燃料バーナ１の使用時の熱膨張で隙間が埋まると共に、メンテナンス前の冷却に伴う熱収縮で隙間が形成されるように、隙間の大きさを調整することも可能である。

図３は実施例の縮流形成部材の説明図であり、図３（Ａ）は実施例１の縮流形成部材の説明図、図３（Ｂ）は縮流形成部材の他の形態の説明図である。
特に、実施例１では、縮流形成部材５０は、二次空気ノズル１１の流路の外周側に設置されていることで、流れの向きを一旦、径方向中心軸向きに絞り（すなわち、第２の流路の断面積を狭くし）、その後、反転して外向きに拡がる流れを形成している。なお、実施例１の縮流形成部材５０は、二次空気ノズル１１とは分離した部材で保炎器２３側から支持されている。
図３（Ａ）において、実施例１の縮流形成部材５０は、周方向全体に一様な円環状（リング状）の一体の（ひとまとまりの）部材で構成されている。なお、図３（Ｂ）に示す形態とすることも可能である。
図３に示すように、縮流形成部材５０は、周方向に区切られていない１つの部材で構成することが望ましいが、周方向に複数に分割可能な構成とすることも可能である。なお、縮流形成部材５０は、保炎器２３と一体形成されることが望ましい。保炎器２３は、一般的に鋳造品であり、縮流形成部材５０を保炎器２３と一体物として製作することが可能である。

なお、図１（Ｃ）において、ノズル中心軸方向において、縮流形成部材５０の上流壁部５０ａの始端部（上流端部）の位置をＸ１とし、保炎器２３の燃料ノズルへの取付部分の始端部（上流端部）の位置をＸ２とし、縮流形成部材５０の筒壁部５０ｂの終端部（下流端部）の位置をＸ３とした場合に、同図では、上流側からＸ２，Ｘ１，Ｘ３の順に配置されている。なお、位置Ｘ１が位置Ｘ２よりも上流側（炉外側）に配置することも可能であるが、この場合であっても位置Ｘ３は位置Ｘ２より下流側（炉内側）に配置することが妥当である。

また、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３の位置関係に関して、Ｘ１は、できるだけ二次空気流れの上流側に設定され、上流側からＸ１，Ｘ２，Ｘ３の順に並ぶように構成されることが望ましい。
すなわち、前述したように、縮流形成部材５０と二次空気ノズル１１の間に、縮流形成部材５０が二次空気ノズル１１に対して移動可能な程度の微少な隙間、遊びを形成した場合、少量ではあるが二次空気が隙間をショートパスするような流れが発生し得る。この流れは、ノズル軸方向に沿って直進するような流れである。この流れは、保炎器２３の先端部に配置された案内リング３４により、外側に偏向させて噴出した二次空気の流れを阻害するおそれがある。
ここで、Ｘ１が二次空気流れ（二次空気ノズル１１）の下流側、ノズル開口端に近い部位に設定されているとそのような作用が強く働く。一方、上流側に設定すれば、ショートパスする流れは減衰し、その作用を弱めることができる。

実施例１では、二次空気ノズル１１の内径Ｌ１に対して、案内リング３４および縮流形成部材５０の外径の大きい側の長さＬ２の方が小さく設定されている（Ｌ２＜Ｌ１）。なお、実施例１では、案内リング３４の外径と縮流形成部材５０の外径は同じ外径Ｌ２に設定されている。また、実施例１では、フロントプレート２７の外径（隔壁１８の内径）Ｌ３に対して、前記長さＬ２が小さく設定されている（Ｌ２＜Ｌ３）。また、実施例１では、案内リング３４の外径（Ｌ２）に対して、縮流形成部材５０の内径（中心軸から筒壁部５０ｂ間での距離）Ｌ４が小さく設定されている（Ｌ２＞Ｌ４）。すなわち、実施例１では、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ４に設定されている。

したがって、フロントプレート２７を隔壁１８から外して、燃料ノズル１０が引き出される場合に、燃料ノズル１０と保炎器２３、案内リング３４、フィン部材３６、縮流形成部材５０が一体的に、炉外２６に向けて引出可能に構成されている。なお、燃料ノズル１０等を完全に引き出さず、縮流形成部材５０が隔壁１８よりも炉内側（ウインドボックス２５内）にある程度まで引き出せればよい場合は、フロントプレート２７の外径Ｌ３を、長さＬ２よりも小さく設定することも可能であり、フロントプレート２７を設けずに隔壁１８に対して燃料ノズル１０が移動可能な構成とすることも可能である。

（実施例１の作用）
図４は実施例１の固体燃料バーナにおいて、第１のガスノズルの部分が引き出された状態の説明図である。
前記構成を備えた実施例１の固体燃料バーナ１では、前述のように、二次空気ノズル１１の内径Ｌ１に対して、案内リング３４および縮流形成部材５０の外径Ｌ２の方が小さく設定されている。ボイラの定期検査に、固体燃料バーナ１を分解する工程において、案内リング３４が二次空気ノズル１１に引っ掛からずに、燃料ノズル１０等と共に引き抜くことが可能である。したがって、特許文献１，２に記載の構成のように、火炉１７の内部に足場を設置する等の工程が不要となり、メンテナンス性が向上する。

なお、単純に二次空気ノズル１１の内径Ｌ１よりも案内リング３４の外径Ｌ２を小さくして、案内リング３４が二次空気ノズル１１に引っ掛からずに、燃料ノズル１０等と共に引き抜くことを可能としても、二次空気の径方向への偏向が弱く、循環流３１が縮小し、火炎の安定性も損なわれる。これに対して、実施例１では、案内リング３４の上流側に縮流形成部材５０が配置されている。したがって、二次空気１４は、縮流形成部材５０を通過する際に、流速が高速になり、案内リング３４に高速で衝突して、径方向外向きに偏向する。よって、実施例１の構成では、案内リング３４の外径Ｌ２が小さくても、噴き出される二次空気１４の径方向への偏向は強くなり、循環流３１が確保される。これにより、火炎が安定すると共に、保炎器２３の焼損を防止できる。

図５は固体燃料バーナにおける循環流の領域の説明図であり、図５（Ａ）は実施例１の構成の説明図、図５（Ｂ）は比較例１の構成の説明図、図５（Ｃ）は比較例２の構成の説明図、図５（Ｄ）は比較例３の構成の説明図、図５（Ｅ）は保炎器の基端部の断面における二次空気の流速の説明図、図５（Ｆ）は循環流の領域の大きさの説明図である。

図５（Ａ）、図５（Ｄ）において、実施例１の固体燃料バーナ１では、案内リング３４の上流側に縮流形成部材５０を配置することで、案内リング３４の外径Ｌ２が、比較例３よりも小さくても、比較例３と同等の循環流３１の領域（ＮＯｘ還元域）を確保することが可能である。
図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｅ）、図５（Ｆ）において、比較例１では、実施例１と同様に、二次空気ノズル１１の流路構成は、燃焼用ガス（二次空気）の流れが二次空気ノズル１１上流側から火炉側に向けて直進・貫通しない構成となっている。しかし、比較例１では、実施例１とは異なり、縮流形成部材５０が設けられないことで、二次空気の流速が、実施例１や比較例３よりも低速になり、循環流３１の領域が小さくなる問題がある。

また、図５（Ｃ）、図５（Ｅ）、図５（Ｆ）において、比較例２では、縮流形成部材５０が設けられているが、案内リング３４の外径が小さい（Ｌ４＞Ｌ２）。よって、実施例１と異なり、二次空気ノズル１１の流路構成は、燃焼用ガス（二次空気）の流れが二次空気ノズル１１上流側から火炉側に向けて直進・貫通しやすいため、二次空気の流速が高速でも、循環流３１の領域が小さくなる問題がある。
さらに、図５（Ａ）、図５（Ｄ）において、比較例３では、縮流形成部材５０が設けられていないが、実施例１と異なり、案内リング３４の外径Ｌ２が二次空気ノズル１１の内径Ｌ１よりも大きい（Ｌ２＞Ｌ１）。したがって、二次空気ノズル１１の流路構成は、燃焼用ガス（二次空気）の流れが二次空気ノズル１１上流側から火炉側に向けて直進・貫通しにくい。しかしながら、Ｌ２＞Ｌ１であるため、案内リング３４が二次空気ノズル１１に引っ掛からずに、燃料ノズル１０を引き抜くことができない。

（特許文献１との相違点の説明）
なお、特許文献１の図１１（第１０の実施形態）には、狭隘部（６５）を形成することが記されている。しかし、特許文献１の明細書段落番号「００６４」には、「二次空気ノズル１１内にガイドスリーブ１２に、空気流の流れ方向に対し流路を狭める狭隘部６５を周方向に複数個設ける」と記載され、本発明の実施例１のような円環状の部材、即ち、周方向全体に一様なひとまとまりの部材であるかどうか、明確ではない。
また、実施例１では縮流形成部材５０を燃料ノズル１０側から支持・固定し、二次空気ノズル１１からは分離可能であるが、特許文献１において、狭隘部（６５）を周方向に複数個設けるための部材に関する図面及び関連の記載からは、分離可能とは読み取れない。
従って、特許文献１に記載の構成において、実施例１の長さＬ４に相当する狭隘部（６５）の内径と、長さＬ２に相当する案内板・リング（３０）の外径の関係がＬ４＜Ｌ２であった場合、案内板・リング（３０）を燃料ノズルと一体で炉外側に引き抜こうとしたとき、狭隘部（６５）を通すことができない。

さらに、実施例１では、錐壁状に形成された部分を有する保炎器２３の先端部に、二次空気１４を径方向の外側に偏向させて噴出させるための偏向部材として、径方向の外側に延びるリング状の案内リング（案内部材）３４が配置されているが、特許文献５には記載されていない。特許文献５の図１，３，５，６，９において、実施例１の保炎器２３に相当する部材には、錐壁状に形成された部分は見られるものの、その先端部には、本発明の案内リングに相当する偏向部材は示されていない。

（特許文献５との相違点の説明）
特許文献５の図１，３，５，６，９におけるベンチュリ（２１）は、ノズル中心軸側に二次空気ノズル（１１）の流路が狭まるようになっている点で、実施例１における縮流形成部材５０に類似している。
しかし、少なくとも以下の２点で両者は異なる。
１）（縮流形成）部材と二次空気ノズルの関係（部材の支持形態）
実施例１では縮流形成部材５０を燃料ノズル１０側から支持・固定し、二次空気ノズル１１からは分離可能である点について、特許文献５のベンチュリ（２１）は、図面及び関連記載において、そのような記載がない。
２）一旦縮流を形成した後流側の流路形態（二次空気の流れ）
特許文献５のベンチュリ（２１）は、徐々に流路が外周側に拡張していくような錐壁部分が設けられている。
即ち、ベンチュリ（２１）の後流側では二次空気の流れがノズルの径方向で一様となるようにされている。

これらに対して、実施例１では、一旦縮流した流れが二次空気ノズル１１の径方向の外側に拡がらないうちに前方に設けた案内リング（案内部材）３４に衝突させ、これにより二次空気を径方向の外側に偏向させて噴出させるようにしている点が相違する。
このため、縮流形成部材５０の内径Ｌ４と、案内リング３４の外径Ｌ２との関係がＬ４＜Ｌ２となっている。
特許文献５では長さＬ４に相当するベンチュリ（２１）の内径と、長さＬ２に相当する部分の長さの関係がＬ４＜Ｌ２となっているかどうかが明確ではない。仮にＬ４＜Ｌ２であるとすると（ベンチュリ（２１）が二次空気ノズルから分離可能で燃料ノズル側から支持・固定されているか明らかでないことから）、保炎器に相当する部材を燃料ノズルと一体で炉外側に引き抜こうとしたとき、ベンチュリ（２１）と干渉してしまう。

これらに対して、上述の特徴を有する実施例１の固体燃料バーナ１では、循環流３１の領域に関連するＮＯｘ還元域も、特許文献１，２の場合と同等に形成されるため、メンテナンス性を向上させつつ、従来と同等の低ＮＯｘ性能を達成することも可能である。

特に、実施例１では、縮流形成部材５０の下流側にフィン部材３６が配置されており、二次空気１４は整流された状態で案内リング３４に衝突する。したがって、縮流形成部材５０や保炎器２３に衝突して乱れた二次空気１４が整流された状態で案内リング３４に衝突するため、整流されない場合に比べて、径方向への偏向が強くなり、循環流３１の形成が促進されやすい。よって、フィン部材３６を有しない場合に比べて、さらに火炎が安定しやすく、保炎器２３の焼損が防止される。

図６は縮流形成部材の変更例の説明図であり、図６（Ａ）は変更例１の説明図、図６（Ｂ）は変更例２の説明図、図６（Ｃ）は変更例３の説明図、図６（Ｄ）は変更例４の説明図、図６（Ｅ）は変更例５の説明図、図６（Ｆ）は変更例６の説明図である。
図６において、縮流形成部材５０の形状は、図１に示す断面Ｌ字状に限定されず、図６（Ａ）に示す断面三角形状や、図６（Ｂ）に示すように断面四角形状、図６（Ｃ）に示すように断面Ｕ字形状、図６（Ｄ）に示すように断面９０度円弧状とすることが可能である。また、図６（Ｅ）に示すように左右反転したＬ字状としたり、図６（Ｆ）に示すように上下反転したＴ字状とする等、縮流を形成可能な任意の形状とすることが可能である。

図６（Ｂ）、（Ｃ）に示すように縮流形成部材５０と二次空気ノズル１１の間の隙間、遊びの部分が長く形成されるようなもしくは二重に形成されるような形態であれば、当該隙間の圧力損失が大きく、（前述した）ここを流れる二次空気のショートパス流れを抑制するのに好適である。
一方、縮流形成部材５０と、二次空気ノズル１１の間の隙間が狭く調整可能な場合はこの限りではない。たとえばバーナ容量が小さく、すなわちバーナ寸法が小さい場合、相対的に上記隙間は小さく精度よく製作することが可能である。したがって、上述した隙間をショートパスする流れは抑えられ、外側に偏向させて噴出した二次空気の流れ１４への影響も抑制される。そのような場合においては、図６（Ｅ）や（Ｆ）に例示した縮流形成部材５０も選択し得る。これらは、（Ａ）〜（Ｄ）の例に比べて、簡素な構造であることから、製作が容易で装置コストの低減につながる。

（その他の変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）〜（Ｈ03）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例において、縮流形成部材５０をフィン部材３６に支持する構成とする方が、部品点数が増加しない点で好ましいが、これに限定されない。例えば、フィン部材３６とは別個に、縮流形成部材５０を支持する部材（サポート、ステー）を設けて、縮流形成部材５０を支持する構成とすることが可能である。よって、フィン部材３６を設ける構成とすることが望ましいが、フィン部材を有しない構成とすることも可能である。

（Ｈ02）前記実施例において、特許文献２に記載の構成のように、燃料ノズル１０に燃料濃縮器を設ける構成とすることも可能である。
（Ｈ03）前記実施例において、燃料ノズルの流路断面形状が真円状のバーナの構成を例示したが、これに限定されない。例えば、流路断面形状が扁平な形状（特許第５８３２６５３号公報等参照）のバーナにも適用可能である。

固体燃料を用いたバーナ装置として、利用可能性がある。

１…固体燃料バーナ、
１０…第１のガスノズル、
１０ａ…混合流体が流れる流路、
１１…第２のガスノズル、
１１ａ…第２の流路、
１４…２次空気、
２５…ウインドボックス、
３４…案内部材、
３６…フィン部材、
５０…縮流形成部材、
５０ａ…縮流形成部材、上壁部、
５０ｂ…縮流形成部材、下壁部、
Ｌ１…第２のガスノズルの外周壁の内径、
Ｌ２…案内部材および縮流形成部材の外径、
Ｌ３…フロントプレート、１次ノズル引き抜き部径、
Ｌ４…縮流形成部位の内径。

Claims (5)

1. 固体燃料と該固体燃料の搬送ガスとの混合流体が流れる筒状の流路を有する第１のガスノズルと、
   前記固体燃料の燃焼用ガスが流れ、前記第１のガスノズルの外周側に形成される第２の流路を構成する第２のガスノズルと、
   前記第１のガスノズルの先端外周部に配置され、前記第２の流路を流れる流体を径方向の外側に案内する案内部材と、
   前記第２の流路の流れ方向に対して、前記案内部材の上流側に配置され、前記第２の流路の断面積を狭くする縮流形成部材と、
   を備え、
   前記第２のガスノズルの外周壁の内径に対して、前記案内部材の外径の方が小さく形成され、
   前記第１のガスノズル、前記案内部材および前記縮流形成部材が、前記第１のガスノズルの軸方向に沿って炉外に向けて、一体的に着脱可能に構成された
   ことを特徴とする固体燃料バーナ。
2. 前記第２のガスノズルの外周壁の内径をＬ１とし、前記案内部材の外径をＬ２とし、前記縮流形成部材の内径をＬ４とした場合に、
   Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ４
   の関係に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。
3. 前記縮流形成部材と前記案内部材との間に配置され、前記第２の流路を流れる２次空気を整流するフィン部材、
   を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の固体燃料バーナ。
4. 前記フィン部材に支持された前記縮流形成部材、
   を備えたことを特徴とする請求項３に記載の固体燃料バーナ。
5. 固体燃料と搬送ガスとの混合流体が流れる筒状の第１のガスノズルと前記第１のガスノズルの外周側に配置された第２のガスノズルとを有する固体燃料バーナの燃料ノズル開口端部に設けられた保炎器であって、
   当該保炎器の外周側を流れる燃焼用ガスの流路を外側から内側へと縮小させる環状の縮流形成部材と、
   前記燃焼用ガスの流れに沿った方向に延びる複数のフィン部材を当該保炎器の周方向に備え、
   前記環状の縮流形成部材を通過した燃焼用ガスの流れを外向きに偏向させる案内部材が設けられており、
   前記案内部材の外径は、前記環状の縮流形成部材の内径よりも大きく、
   前記第１のガスノズル、前記案内部材、前記フィン部材および前記縮流形成部材が、前記第１のガスノズルの軸方向に沿って炉外に向けて一体的に着脱可能に構成された
   ことを特徴とする固体燃料バーナ用保炎器。

Images