JP7349308B2 - 固体燃料バーナ及びボイラ - Google Patents

Description

本開示は、固体燃料バーナ及びボイラに関する。

発電用又は工場用等のために蒸気発生を行うボイラには、固体燃料を燃焼させる固体燃料バーナが設置されることがある。固体燃料バーナとしては、例えば微粉炭を燃焼させるための微粉炭バーナが知られている（特許文献１参照）。

特開２０１８－１３２２０８号公報

固体燃料バーナでは、微粉炭の他、バイオマス粒子や石油コークスを燃料として用いることができる。しかし、石油コークスや大粒径のバイオマス粒子は、石炭に比べると着火し難い。そのため、着火し難い条件となる低負荷時等には、着火不良となるおそれがある。

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態は、比較的着火し難い固体燃料を燃料として用いる固体燃料バーナにおいて着火性を向上することを目的とする。

（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る固体燃料バーナは、
固体燃料と前記固体燃料を搬送する１次空気とが流通可能な第１流路と、
前記第１流路の外側に形成されていて、風箱からの２次空気が流通可能な第２流路と、
を備える固体燃料バーナであって、
前記固体燃料バーナの下流端よりも上流側で前記２次空気に前記固体燃料の少なくとも一部を混入させるように構成されている。

（２）本開示の少なくとも一実施形態に係る固体燃料バーナは、
固体燃料と前記固体燃料を搬送する１次空気とが流通可能な第１流路と、
前記第１流路の外側に形成されていて、風箱からの２次空気が流通可能な第２流路と、
前記第１流路と前記第２流路とを仕切る仕切壁と、
を備える固体燃料バーナであって、
前記仕切壁の下流側の端部は、前記固体燃料バーナの下流端よりも上流側に位置しており、
前記仕切壁の下流側、かつ、前記固体燃料バーナの下流端よりも上流側で前記２次空気と前記固体燃料とを混合させるように構成されている。

（３）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラは、上記（１）又は（２）の構成の固体燃料バーナを備える。

本開示の少なくとも一実施形態によれば、比較的着火し難い固体燃料を燃料として用いる固体燃料バーナにおいて着火性を向上できる。

幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナを備えるボイラの概略構成を示す図である。 幾つかの実施形態に係る燃焼装置を火炉の内部から見た模式的な図である。 一実施形態に係る固体燃料バーナについて、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ矢視における断面を模式的に示す図である。 他の実施形態に係る固体燃料バーナについて、内部の流路に沿った断面の模式的な側断面図と模式的な正面図とを併記した図である。 さらに他の実施形態に係る固体燃料バーナについて、内部の流路に沿った断面の模式的な側断面図と模式的な正面図とを併記した図である。 図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナの各部におけるバイオマス粒子の濃度を示したグラフを説明するための図である。

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

（ボイラの全体構成）
図１は、幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナを備えるボイラの概略構成を示す図である。
図１に示すように、一実施形態のボイラ１０は、内部に火炉１１が形成される火炉壁１２と、燃焼装置１３と、過熱器１５と、再熱器１６と、節炭器１７と、を備えている。

火炉１１の出口には、煙道１４が連結されている。過熱器１５は、火炉１１の上部に設けられている。再熱器１６、節炭器１７は、煙道１４に設けられている。これら再熱器１６、節炭器１７は、火炉１１の出口側から煙道１４の流れ方向に沿って順次設けられている。また、火炉１１の上部に、蒸気ドラム（図示せず）が設けられている。

火炉１１は、水平面内での断面形状が、例えば矩形状とされ、鉛直方向に延在している。

一実施形態のボイラ１０では、燃焼装置１３は、火炉１１の火炉壁１２に挿通して設置されている。幾つかの実施形態における燃焼装置１３は、矩形状の断面形状を有した火炉１１の四隅の近傍にそれぞれ設けられている。
このように、一実施形態のボイラ１０では、火炉１１の四隅の近傍に燃焼装置１３がそれぞれ設けられており、火炉１１を上方から見たときに火炎が火炉１１内で旋回する旋回燃焼を行うように構成されている。
なお、燃焼装置１３は火炉１１の天井面及び炉底面を除くいずれか一面、又は、対向する二面にそれぞれ設けられてもよい。また、ボイラ１０は、旋回燃焼ではなく対向燃焼を行うように構成されていてもよい。

図２は、幾つかの実施形態に係る燃焼装置１３を火炉１１の内部から見た模式的な図である。幾つかの実施形態に係る燃焼装置１３は、鉛直方向に沿って並んで配置される複数のコンパートメント１３ａを有する。各コンパートメント１３ａには、固体燃料バーナ１や空気ノズル２２、フレームディテクタ２３等が配置されている。幾つかの実施形態に係る燃焼装置１３では、固体燃料バーナ１が鉛直方向に沿って並んで複数配置されている。

図３は、一実施形態に係る固体燃料バーナ１について、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ矢視における断面を模式的に示す図である。すなわち図３は、一実施形態に係る固体燃料バーナ１の内部の流路に沿った断面を模式的に示す側断面図である。
図４は、他の実施形態に係る固体燃料バーナ１について、内部の流路に沿った断面の模式的な側断面図と模式的な正面図とを併記した図である。
図５は、さらに他の実施形態に係る固体燃料バーナ１について、内部の流路に沿った断面の模式的な側断面図と模式的な正面図とを併記した図である。
図６は、図３に示した一実施形態に係る固体燃料バーナ１の各部におけるバイオマス粒子の濃度について説明するための図である。

幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１は、例えばバイオマス粒子を固体燃料として燃焼させるためのバーナである。幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１は、図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１のように、いわゆる角型バーナであってもよく、図４に示す他の実施形態に係る固体燃料バーナ１及び図５に示すさらに他の実施形態に係る固体燃料バーナ１のように、いわゆる丸型バーナであってもよい。

図３から図５に示すように、幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１は、固体燃料としてのバイオマス粒子とバイオマス粒子を搬送する１次空気とが流通可能な第１流路１０１と、第１流路１０１の外側に形成されていて、風箱１８（図１参照）からの２次空気が流通可能な第２流路１０２とを備える。
図４及び図５に示すように、幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１は、第２流路１０２の外側に形成されていて、風箱１８からの３次空気が流通可能な第３流路１０３をさらに備える。

幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１に供給されるバイオマス粒子の粒度は、例えば平均径で０．８ｍｍ程度である。
幾つかの実施形態では、１次空気の流速は、第１流路１０１における後述する濃度調節部１４０よりも上流側の領域において、２０ｍ／秒から３０ｍ／秒程度である。
幾つかの実施形態では、１次空気の温度は、例えば６０℃から９０℃程度であり、２次空気及び３次空気の温度は、例えば２５０℃から３５０℃程度である。

図３から図５に示すように、幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１では、第１流路１０１には、不図示のバイオマス粉砕装置から固体燃料供給管３１（図１参照）を介してバイオマス粒子が１次空気によって搬送されて供給されるように構成されている。
図１に示すように、幾つかの実施形態に係る燃焼装置１３では、風箱１８には、不図示のエアヒータで加熱された燃焼用空気が空気供給管３３を介して供給されるように構成されている。
図３から図５に示すように、幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１では、第２流路１０２には、風箱１８からの燃焼用空気が２次空気として供給されるように構成されている。
図４及び図５に示すように、幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１では、第３流路１０３には、風箱１８からの燃焼用空気が３次空気として供給されるように構成されている。

図３から図５に示すように、幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１では、第１流路１０１と第２流路１０２とは、固体燃料バーナ１の下流端１ａから上流側を見たときに、すなわち固体燃料バーナ１を火炉１１の内側から見たときに、同心状に配置されているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば水平方向にずらした配置も許容される。また、図４及び図５に示すように、幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１では、第１流路１０１と第２流路１０２と第３流路１０３とは、固体燃料バーナ１の下流端１ａから上流側を見たときに同心状に配置されている。

図３から図５に示すように、幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１では、第１流路１０１と第２流路１０２とは、仕切壁１５０によって仕切られている。図４及び図５に示すように、幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１では、第２流路１０２と第３流路１０３とは、仕切壁１６０によって仕切られている。

（図３に示す固体燃料バーナ１について）
図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１は、上記仕切壁１５０に設けられていて第１流路１０１と第２流路１０２とを連通する連通路１０５を備える。連通路１０５については、後で詳述する。

図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１は、火炉壁１２に対して不動である固定部３と、固定部３に対して回動可能（揺動可能）な回動部５とを備える。
固定部３は、回動部５に対して上流側に位置している。固定部３は、第１流路１０１の上流側部分を形成する上流側壁部１５１と、第２流路１０２の上流側部分における外周壁を構成する上流側外壁部１６１とを有する。なお、上流側壁部１５１は、第２流路１０２の上流側部分における内周壁を構成する。

上流側壁部１５１における下流側の端部近傍には、湾曲面１５３が形成されている。湾曲面１５３は、該湾曲面１５３から見て回動部５の回動中心側に曲率中心を有する。湾曲面１５３における第１流路１０１の中心線ＡＸ１側を向いた面は、第１流路１０１の中心線ＡＸ１に対して下流側に向かうにつれて中心線ＡＸ１から離れるように構成された傾斜面１５４ａを有する平板１５４覆われている。

また、固定部３には、傾斜面１５４ａよりも第１流路１０１の中心線ＡＸ１側に配置された分流部材１７０が設けられている。分流部材１７０は、該分流部材１７０からみて回動部５の回動中心側に曲率中心を有する湾曲面１７１を有する。分流部材１７０では、湾曲面１７１における第１流路１０１の中心線ＡＸ１側を向いた面は、例えば平板１７３で覆われている。
なお、分流部材１７０については、後で再び説明する。

図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１は、固定部３における第１流路内において連通路１０５の上流側に設けられる濃度調節部１４０を備える。濃度調節部１４０は、第１流路１０１に沿って下流側に向かうにつれて第１流路１０１の中心側から外周側に向かうように形成された第１傾斜面１４１を有する。
また、濃度調節部１４０は、図３に示すように第１流路１０１に沿った断面内において、第１流路１０１の中心線ＡＸ１に沿って１次空気及びバイオマス粒子の少なくとも一部が流通可能な中央流路１４３を備える。図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１では、上記断面内において、第１傾斜面１４１は、中央流路１４３を挟んで１対設けられている。
なお、図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１では、中心線ＡＸ１に沿った濃度調節部１４０の位置を調節可能に構成してもよい。

回動部５は、第１流路１０１の下流側部分を形成する下流側壁部１５２と、第２流路１０２の下流側部分における外周壁を構成する下流側外壁部１６２とを有する。なお、下流側壁部１５２は、第２流路１０２の下流側部分における内周壁を構成する。
下流側壁部１５２における上流側の領域（上流領域）１５２１には、連通路１０５の下流側の開口に対応する開口部１５２３が形成されている。

上流領域１５２１において開口部１５２３よりも上流側には、上流側壁部１５１の湾曲面１５３に対して中心線ＡＸ１とは反対側で湾曲面１５３に対向する湾曲面１５２５が形成されている。湾曲面１５２５は、回動部５が固定部３に対して回動されると、上流側壁部１５１の湾曲面１５３に沿って移動するように構成されている。

上流領域１５２１において開口部１５２３よりも下流側には、分流部材１７０の湾曲面１７１に対して中心線ＡＸ１とは反対側で湾曲面１７１に対向する対向面１５２７が形成されている。対向面１５２７は、回動部５が固定部３に対して回動されると、分流部材１７０の湾曲面１７１に沿って移動するように構成されている。

下流側外壁部１６２における上流側の領域（上流領域）１６２１には、上流側外壁部１６１の内周面のうち、下流側の領域と対向する湾曲面１６２３が形成されている。湾曲面１６２３は、該湾曲面１６２３から見て回動部５の回動中心側に曲率中心を有する。湾曲面１６２３は、回動部５が固定部３に対して回動されると、上流側外壁部１６１の下流端近傍の内周面に沿って移動するように構成されている。

図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１では、回動部５に形成されている第２流路１０２のうち、上流側の領域であって、第２流路１０２における連通路１０５よりも下流側の領域において２次空気の流れを第２流路１０２の中心線ＡＸ２側に変向させるための変向板１６２５が設けられている。変向板１６２５には、第２流路１０２における連通路１０５よりも下流側の領域において下流側に向かうにつれて第２流路１０２の中心側に向かう第２傾斜面１６２５ａが形成されている。変向板１６２５は、第２流路１０２の内部壁である下流側外壁部１６２及び下流側壁部１５２とは別に設けられている。すなわち、第２傾斜面１６２５ａは、第２流路１０２の内部壁面である下流側外壁部１６２の内周面及び下流側壁部１５２の外周面とは別に設けられている。

（図４及び図５に示す固体燃料バーナ１について）
図４及び図５に示す幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１では、第１流路１０１と第２流路１０２とを仕切る仕切壁１５０の下流側の端部１５０ａは、固体燃料バーナ１の下流端１ａよりも上流側に位置している。
図４及び図５に示す幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１では、第１流路１０１の内部に点火用の油バーナ１８０が配置されている。図４及び図５に示す幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１では、油バーナ１８０の外表面１８１に第１傾斜面１８３が形成されている。該第１傾斜面１８３は、第１流路１０１に沿って下流側に向かうにつれて第１流路１０１の中心側から外周側に向かうように形成されている。第１傾斜面１８３は、下流側に向かうにつれて径が大きくなる円錐面であってもよい。
これにより、点火用の油バーナ１８０を利用して第１傾斜面１８３を設けることができる。

図４に示す他の実施形態に係る固体燃料バーナ１では、第１傾斜面１８３の少なくとも一部は、仕切壁１５０の下流側、すなわち仕切壁１５０の下流側の端部１５０ａよりも下流側に設けられる。
図５に示すさらに他の実施形態に係る固体燃料バーナ１では、第１傾斜面１８３は、仕切壁１５０の下流側の端部１５０ａよりも上流側に設けられる。

図５に示すさらに他の実施形態に係る固体燃料バーナ１は、第１流路１０１と第２流路１０２とを仕切る仕切壁１５０の下流側に位置し、第２流路１０２から流出した２次空気を第１流路１０１の中心側に向けるための第２傾斜面１６５を備えている。

図４及び図５に示す幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１では、油バーナ１８０における下流側の領域において、下流側に向かうにつれて径が小さくなる円錐面１８５を有する。

（固体燃料バーナ１における着火性の向上について）
上述したように、幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１では、バイオマス粒子を固体燃料として燃焼させるように構成されている。しかし、バイオマス粒子は、石炭（微粉炭）に比べると着火し難い。そのため、着火し難い条件となる低負荷時等には、着火不良となるおそれがある。
従来の固体燃料バーナでは、１次空気の流速が２０ｍ／秒から３０ｍ／秒程度と比較的速いため、石炭（微粉炭）に比べて着火し難い固体燃料を用いた場合、着火位置が固体燃料バーナから離れてしまう。また、着火のためには、固体燃料を早期に昇温させる必要があるが、受熱面が固体燃料噴流の外周面に限られているため、固体燃料の昇温に時間を要してしまう。
バイオマス粒子を燃焼させる場合、バイオマスが石炭と比べて微粉砕し難いため、粉砕後のバイオマス粒子の粒径が微粉炭に比べて大きくなる傾向にあり、微粉炭に比べて着火し難い。また、石油コークスを燃焼させる場合、石油コークスにおける揮発分が比較的少ないため、石炭に比べると着火し難い。

そこで、幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１では、図３及び図４に示すように、固体燃料バーナ１の下流端１ａよりも上流側で２次空気に固体燃料の少なくとも一部を混入させるように構成している。

一般的に、ボイラ１０に用いられる固体燃料バーナ１では、風箱１８からの２次空気の温度は、固体燃料であるバイオマス粒子を搬送する１次空気の温度より高い。具体的には、上述したように、１次空気の温度は、例えば６０℃から９０℃程度であり、２次空気及び３次空気の温度は、例えば２５０℃から３５０℃程度である。
したがって、幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１では、固体燃料バーナ１の下流端１ａよりも上流側で２次空気にバイオマス粒子の少なくとも一部を混入させるように構成されているので、バイオマス粒子を第２流路１０２内で２次空気によって加熱できる。これにより、バイオマス粒子の温度を上昇させることができるので、比較的着火し難いバイオマス粒子を燃料として用いる固体燃料バーナ１において着火性を向上できる。

また、幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１では、図４及び図５に示すように、仕切壁１５０の下流側、かつ、固体燃料バーナ１の下流端１ａよりも上流側で２次空気とバイオマス粒子とを混合させるように構成している。
これにより、仕切壁１５０の下流側、かつ、固体燃料バーナ１の下流端１ａよりも上流側で２次空気とバイオマス粒子とを混合させることができ、バイオマス粒子を２次空気によって加熱できる。これにより、バイオマス粒子の温度を上昇させることができるので、比較的着火し難いバイオマス粒子を燃料として用いる固体燃料バーナ１において着火性を向上できる。

図３から図５に示すように、幾つかの実施形態では、第１流路１０１に沿って下流側に向かうにつれて第１流路１０１の中心側から外周側に向かうように形成された第１傾斜面１４１、１８３を備える。
これにより、第１傾斜面１４１、１８３によってバイオマス粒子が第１流路１０１の中心側から外周側に向かって流れ易くなるので、第１流路１０１の外側に形成されている第２流路１０２に向かってバイオマス粒子が流れ易くなる。これにより、２次空気にバイオマス粒子が混入し易くなり、着火性を向上できる。

図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１では、第１流路１０１に沿った断面内において、上述した中央流路１４３を備える。図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１では、上記断面内において、第１傾斜面１４１は、中央流路１４３を挟んで１対設けられている。
これにより、中央流路１４３よりも下流側の第１流路１０１に１次空気及びバイオマス粒子の少なくとも一部が流通可能となる。したがって、固体燃料バーナ１の下流端１ａから流出した混合気におけるバイオマス粒子の濃度が、第１流路１０１の中心側に近い領域で低下してしまうことを抑制して、燃焼状態を良好に保つことができる。

図６は、図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１の各部におけるバイオマス粒子の濃度を示したグラフを説明するための図である。
図６では、一実施形態に係る固体燃料バーナ１における中心線ＡＸ１、ＡＸ２に沿った位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれ位置における、バイオマス粒子の鉛直方向の濃度分布を示している。位置Ｐ１は、濃度調節部１４０よりも上流側の位置である。位置Ｐ２は、連通路１０５が存在する位置である。位置Ｐ３は、固体燃料バーナ１の下流端１ａの位置である。

図６において、細い実線で示した濃度分布曲線Ｃ１は、位置Ｐ１におけるバイオマス粒子の濃度分布を示す曲線である。
図６において、太い破線で示した濃度分布曲線Ｃ２は、位置Ｐ２におけるバイオマス粒子の濃度分布を示す曲線である。
図６において、太い実線で示した濃度分布曲線Ｃ３は、位置Ｐ３におけるバイオマス粒子の濃度分布を示す曲線である。

図６に示すように、位置Ｐ１におけるバイオマス粒子の濃度分布は、第１流路内で略一様である。位置Ｐ２におけるバイオマス粒子の濃度分布は、濃度調節部１４０の作用によって、連通路１０５内のバイオマス粒子の濃度が第１流路内のバイオマス粒子の濃度よりも高い。
このように、位置Ｐ２において、連通路１０５内のバイオマス粒子の濃度を第１流路内のバイオマス粒子の濃度よりも高くすることで、位置Ｐ３におけるバイオマス粒子の濃度分布は、固体燃料バーナ１の下流端１ａにおいて、鉛直方向の位置によらず略一様にすることができる。

また、図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１では、上記断面内において、第１傾斜面１４１が中央流路１４３を挟んで１対設けられているので、中央流路１４３を挟んだ一方側と他方側とにおいて、第１流路１０１の外側に形成されている第２流路１０２に向かってバイオマス粒子が流れ易くなる。これにより、中央流路１４３を挟んだ一方側と他方側との第２流路１０２内で２次空気にバイオマス粒子が混入し易くなり、着火性を向上できる。

図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１は、上記仕切壁１５０に設けられていて第１流路１０１と第２流路１０２とを連通する連通路１０５を備える。該連通路１０５は、上流端が第１流路１０１に連通し、下流端が第２流路１０２に連通している。
これにより、連通路１０５を介して２次空気にバイオマス粒子の少なくとも一部を混入させることができる。

図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１では、連通路１０５における流路断面積が下流側に向かうにつれて減少する絞り部１０７を備える。
これにより、連通路１０５における１次空気の流速低下を絞り部１０７において抑制できるので、連通路１０５においてバイオマス粒子が沈降することを抑制できる。

図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１は、上記濃度調節部１４０を備える。濃度調節部１４０は、第１流路１０１に沿って下流側に向かうにつれて第１流路１０１の中心側から外周側に向かうように形成された第１傾斜面１４１を有する。
連通路１０５の上流側に設けられる濃度調節部１４０が第１傾斜面１４１を有するので、第１傾斜面１４１によってバイオマス粒子が連通路１０５に向かって流れ易くなるので、連通路１０５を介して第１流路１０１から第２流路１０２に向かってバイオマス粒子が流れ易くなる。これにより、２次空気にバイオマス粒子が混入し易くなり、着火性を向上できる。
なお、図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１において、上述したように、中心線ＡＸ１に沿った濃度調節部１４０の位置を調節可能に構成してもよい。これにより、中心線ＡＸ１に沿った濃度調節部１４０の位置を調節することで、連通路１０５を介して第１流路１０１から第２流路１０２に向かうバイオマス粒子の流量を調節できる。

図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１では、濃度調節部１４０の下流端１４０ａは、連通路１０５の上流端１０５ａよりも上流側に位置する。
これにより、１次空気及びバイオマス粒子の一部が連通路１０５ではなく、濃度調節部１４０の下流端１４０ａよりも下流側の第１流路１０１に流通可能となる。したがって、固体燃料バーナ１の下流端１ａから流出した混合気におけるバイオマス粒子の濃度が、第１流路１０１の中心側に近い領域で低下してしまうことを抑制して、燃焼状態を良好に保つことができる。

図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１では、固定部３は、上流側壁部１５１と、分流部材１７０とを含む。分流部材１７０は、第２流路１０２と第１流路１０１とを連通させる連通路１０５を挟んで上流側壁１５１部の内側に位置して、第１流路１０１の上流側部分における流れを連通路１０５および第１流路１０１の下流側部分に分流するための部材である。そして、図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１では、連通路１０５は、上流側壁部１５１の内側面（傾斜面１５４ａ）と分流部材１７０の湾曲面１７１との間に形成されている。
このような構成によれば、固定部３と回動部５とのオーバーラップ部分に連通路１０５を設けることができるので、回動部５における上流側の領域で２次空気にバイオマス粒子を混入できる。これにより、バイオマス粒子が２次空気に混入してから固体燃料バーナ１の下流端１ａから吹き出されるまで回動部５の内部でバイオマス粒子を２次空気で加熱できるので、バイオマス粒子の加熱が不十分になることを抑制できる。

図３に示す一実施形態に係る固体燃料バーナ１では、第２傾斜面１６２５ａによって２次空気の流れに第２流路１０２の中心側に向かう速度成分を与えることができるので、バイオマス粒子と２次空気との混合が促進され、バイオマス粒子を２次空気で効率的に加熱できる。

図４及び図５に示す幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１では、仕切壁１５０の下流側の端部１５０ａは、固体燃料バーナ１の下流端１ａよりも上流側に位置している。そして、図４及び図５に示す幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１では、仕切壁１５０よりも下流側の領域において、第１流路１０１から流出したバイオマス粒子が第２流路１０２から流出した２次空気に混入されるように構成されている。
このような構成によれば、仕切壁１５０の下流側において、固体燃料バーナ１の内部でバイオマス粒子を２次空気で加熱できる。これにより、バイオマス粒子の温度を上昇させることができるので、比較的着火し難い固体燃料であるバイオマス粒子を燃料として用いる固体燃料バーナ１において着火性を向上できる。

図４に示す他の実施形態に係る固体燃料バーナ１では、第１傾斜面１８３の少なくとも一部は、仕切壁１５０の下流側に設けられる。
これにより、第１傾斜面１８３によってバイオマス粒子が第１流路１０１の中心側から外周側に向かって流れ易くなるので、第１流路１０１の外側の第２流路１０２を流れていた２次空気にバイオマス粒子が混入し易くなり、着火性を向上できる。

図５に示すさらに他の実施形態に係る固体燃料バーナ１は、上述した第２傾斜面１６５を備えている。
これにより、該第２傾斜面１６５によって２次空気の流れに第１流路１０１の中心側に向かう速度成分を与えることができるので、バイオマス粒子と２次空気との混合が促進され、バイオマス粒子を２次空気で効率的に加熱できる。

本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０は、図３から図５に示した何れかの構成の固体燃料バーナ１を備えることで、固体燃料バーナ１の内部でバイオマス粒子の温度を上昇させることができる。これにより、比較的着火し難い固体燃料を燃料として用いる固体燃料バーナ１を備えるボイラ１０であっても、固体燃料バーナ１における着火性を向上できる。

本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した幾つかの実施形態に係る固体燃料バーナ１では、固体燃料としてバイオマス粒子を例に挙げて説明したが、固体燃料として石油コークスや、いわゆる高燃料比炭を用いてもよい。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る固体燃料バーナ１は、固体燃料と固体燃料を搬送する１次空気とが流通可能な第１流路１０１と、第１流路１０１の外側に形成されていて、風箱１８からの２次空気が流通可能な第２流路１０２と、を備える固体燃料バーナ１である。本開示の少なくとも一実施形態に係る固体燃料バーナ１は、固体燃料バーナ１の下流端１ａよりも上流側で２次空気に固体燃料の少なくとも一部を混入させるように構成されている。

上述したように、一般的に、ボイラ１０に用いられる固体燃料バーナ１では、風箱１８からの２次空気の温度は、固体燃料を搬送する１次空気の温度より高い。したがって、上記（１）の構成によれば、固体燃料バーナ１の下流端１ａよりも上流側で２次空気に固体燃料の少なくとも一部を混入させるように構成されているので、固体燃料を第２流路１０２内で２次空気によって加熱できる。これにより、固体燃料の温度を上昇させることができるので、比較的着火し難い固体燃料を燃料として用いる固体燃料バーナ１において着火性を向上できる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、第１流路１０１に沿って下流側に向かうにつれて第１流路１０１の中心側から外周側に向かうように形成された第１傾斜面１４１、１８３をさらに備える。

上記（２）の構成によれば、第１傾斜面１４１、１８３によって固体燃料が第１流路１０１の中心側から外周側に向かって流れ易くなるので、第１流路１０１の外側に形成されている第２流路１０２に向かって固体燃料が流れ易くなる。これにより、２次空気に固体燃料が混入し易くなり、着火性を向上できる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、第１流路１０１に沿った断面内において、第１流路１０１の中心線ＡＸ１に沿って１次空気及び固体燃料の少なくとも一部が流通可能な中央流路１４３をさらに備える。幾つかの実施形態では、上記断面内において、第１傾斜面１４１は、中央流路１４３を挟んで１対設けられている。

上記（３）の構成によれば、中央流路１４３よりも下流側の第１流路１０１に１次空気及び固体燃料の少なくとも一部が流通可能となる。これにより、固体燃料バーナ１の下流端１ａから流出した混合気における固体燃料の濃度が、第１流路１０１の中心側に近い領域で低下してしまうことを抑制して、燃焼状態を良好に保つことができる。
また、上記（３）の構成によれば、上記断面内において、第１傾斜面１４１が中央流路１４３を挟んで１対設けられているので、中央流路１４３を挟んだ一方側と他方側とにおいて、第１流路１０１の外側に形成されている第２流路１０２に向かって固体燃料が流れ易くなる。これにより、中央流路１４３を挟んだ一方側と他方側との第２流路１０２内で２次空気に固体燃料が混入し易くなり、着火性を向上できる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）の構成において、第１傾斜面１８３は、点火用の油バーナ１８０の外表面１８１に形成されている。

上記（４）の構成によれば、点火用の油バーナ１８０を利用して第１傾斜面１８３を設けることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、第１流路１０１と第２流路１０２とを仕切る仕切壁１５０と、仕切壁１５０に設けられていて第１流路１０１と第２流路１０２とを連通する連通路１０５と、をさらに備える。

上記（５）の構成によれば、連通路１０５を介して２次空気に固体燃料の少なくとも一部を混入させることができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、連通路１０５における流路断面積が下流側に向かうにつれて減少する絞り部１０７をさらに備える。

上記（６）の構成によれば、連通路１０５における１次空気の流速低下を絞り部１０７において抑制できるので、連通路１０５において固体燃料が沈降することを抑制できる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（５）又は（６）の構成において、第１流路１０１内において連通路１０５の上流側に設けられる濃度調節部１４０を備える。この濃度調節部１４０は、第１流路１０１に沿って下流側に向かうにつれて第１流路１０１の中心側から外周側に向かうように形成された第１傾斜面１４１を有する。

上記（７）の構成によれば、連通路１０５の上流側に設けられる濃度調節部１４０が第１傾斜面１４１を有するので、第１傾斜面１４１によって固体燃料が連通路１０５に向かって流れ易くなるので、連通路１０５を介して第１流路１０１から第２流路１０２に向かって固体燃料が流れ易くなる。これにより、２次空気に固体燃料が混入し易くなり、着火性を向上できる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、濃度調節部１４０の下流端１４０ａは、連通路１０５の上流端１０５ａよりも上流側に位置する。

上記（８）の構成によれば、１次空気及び固体燃料の一部が連通路１０５ではなく、濃度調節部１４０の下流端１４０ａよりも下流側の第１流路１０１に流通可能となる。これにより、固体燃料バーナ１の下流端１ａから流出した混合気における固体燃料の濃度が、第１流路１０１の中心側に近い領域で低下してしまうことを抑制して、燃焼状態を良好に保つことができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（５）乃至（８）の何れかの構成において、第１流路１０１の下流側部分を形成する下流側壁部１５２を含む回動部５と、回動部５に対して上流側に位置する固定部３と、を備える。幾つかの実施形態では、回動部５は、固定部３に対して回動可能である。幾つかの実施形態では、固定部３は、第１流路１０１の上流側部分を形成する上流側壁部１５１と、第２流路１０２と第１流路１０１とを連通させる連通路１０５を挟んで上流側壁部１５１の内側に位置して、第１流路１０１の上流側部分における流れを連通路１０５および第１流路１０１の下流側部分に分流するための分流部材１７０と、を含む。幾つかの実施形態では、分流部材１７０は、該分流部材１７０からみて回動部５の回動中心側に曲率中心を有する湾曲面１７１を有する。幾つかの実施形態では、連通路１０５は、上流側壁部１５１の内側面（傾斜面１５４ａ）と分流部材１７０の湾曲面１７１との間に形成されている。

上記（９）の構成によれば、固定部３と回動部５とのオーバーラップ部分に連通路１０５を設けることができるので、回動部５における上流側の領域で２次空気に固体燃料を混入できる。これにより、固体燃料が２次空気に混入してから固体燃料バーナ１の下流端１ａから吹き出されるまで回動部５の内部で固体燃料を２次空気で加熱できるので、固体燃料の加熱が不十分になることを抑制できる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（５）乃至（９）の何れかの構成において、第２流路１０２における連通路１０５よりも下流側の領域において第２流路１０２の内部壁面とは別に設けられていて、下流側に向かうにつれて第２流路１０２の中心側に向かう第２傾斜面１６２５ａをさらに備える。

上記（１０）の構成によれば、第２傾斜面１６２５ａによって２次空気の流れに第２流路１０２の中心側に向かう速度成分を与えることができるので、固体燃料との混合が促進され、固体燃料を２次空気で効率的に加熱できる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、第１流路１０１と第２流路１０２とを仕切る仕切壁１５０を備える。幾つかの実施形態では、仕切壁１５０の下流側の端部１５０ａは、固体燃料バーナ１の下流端１ａよりも上流側に位置している。幾つかの実施形態では、仕切壁１５０の下流側において、第１流路１０１から流出した固体燃料が第２流路１０２から流出した２次空気に混入されるように構成されている。

上記（１１）の構成によれば、仕切壁１５０の下流側において、固体燃料バーナ１の内部で固体燃料を２次空気で加熱できる。これにより、固体燃料の温度を上昇させることができるので、比較的着火し難い固体燃料を燃料として用いる固体燃料バーナ１において着火性を向上できる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）の構成において、第１流路１０１に沿って下流側に向かうにつれて第１流路１０１の中心側から外周側に向かうように形成された第１傾斜面１８３を備える。幾つかの実施形態では、第１傾斜面１８３の少なくとも一部は、仕切壁１５０の下流側に設けられる。

上記（１２）の構成によれば、第１傾斜面１８３によって固体燃料が第１流路１０１の中心側から外周側に向かって流れ易くなるので、第１流路１０１の外側の第２流路１０２を流れていた２次空気に固体燃料が混入し易くなり、着火性を向上できる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成において、固体燃料バーナ１は、固体燃料バーナ１の下流端から上流側を見たときの形状が矩形形状を有する角型バーナである。

上記（１３）の構成によれば、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成を角型バーナに適用できる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１２）の何れかの構成において、固体燃料バーナ１は、固体燃料バーナ１の下流端から上流側を見たときの形状が円形状を有する丸型バーナである。

上記（１４）の構成によれば、上記（１）乃至（１２）の何れかの構成を丸型バーナに適用できる。

（１５）本開示の少なくとも一実施形態に係る固体燃料バーナ１は、固体燃料と固体燃料を搬送する１次空気とが流通可能な第１流路１０１と、第１流路１０１の外側に形成されていて、風箱１８からの２次空気が流通可能な第２流路１０２と、第１流路１０１と第２流路１０２とを仕切る仕切壁１５０と、を備える固体燃料バーナ１である。本開示の少なくとも一実施形態に係る固体燃料バーナ１では、仕切壁１５０の下流側の端部１５０ａは、固体燃料バーナ１の下流端１ａよりも上流側に位置している。本開示の少なくとも一実施形態に係る固体燃料バーナ１は、仕切壁１５０の下流側、かつ、固体燃料バーナ１の下流端１ａよりも上流側で２次空気と固体燃料とを混合させるように構成されている。

上述したように、一般的に、ボイラ１０に用いられる固体燃料バーナ１では、風箱１８からの２次空気の温度は、固体燃料を搬送する１次空気の温度より高い。したがって、上記（１５）の構成によれば、仕切壁１５０の下流側、かつ、固体燃料バーナ１の下流端１ａよりも上流側で２次空気と固体燃料とを混合させるように構成されているので、固体燃料を２次空気によって加熱できる。これにより、固体燃料の温度を上昇させることができるので、比較的着火し難い固体燃料を燃料として用いる固体燃料バーナ１において着火性を向上できる。

（１６）幾つかの実施形態では、上記（１５）の構成において、仕切壁１５０の下流側に位置し、第２流路１０２から流出した２次空気を第１流路１０１の中心側に向けるための第２傾斜面１６５をさらに備える。

上記（１６）の構成によれば、第２傾斜面１６５によって２次空気の流れに第１流路１０１の中心側に向かう速度成分を与えることができるので、固体燃料との混合が促進され、固体燃料を２次空気で効率的に加熱できる。

（１７）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラ１０は、上記（１）乃至（１６）の何れかの構成の固体燃料バーナ１を備える。

上記（１７）の構成によれば、固体燃料バーナ１によって固体燃料バーナ１の内部で固体燃料の温度を上昇させることができる。これにより、比較的着火し難い固体燃料を燃料として用いる固体燃料バーナ１を備えるボイラ１０であっても、固体燃料バーナ１における着火性を向上できる。

１ 固体燃料バーナ
３ 固定部
５ 回動部
１０ ボイラ
１８ 風箱
１０１ 第１流路
１０２ 第２流路
１０３ 第３流路
１０５ 連通路
１０７ 絞り部
１４０ 濃度調節部
１４１、１８３ 第１傾斜面
１４３ 中央流路
１５０ 仕切壁
１５１ 上流側壁部
１５２ 下流側壁部
１６５、１６２５ａ 第２傾斜面
１７０ 分流部材
１７１ 湾曲面
１８０ 油バーナ
１８１ 外表面

Claims (11)

1. 固体燃料と前記固体燃料を搬送する１次空気とが流通可能な第１流路と、
   前記第１流路の外側に形成されていて、風箱からの２次空気が流通可能な第２流路と、
   を備える固体燃料バーナであって、
   前記固体燃料バーナの下流端よりも上流側で前記２次空気に前記固体燃料の少なくとも一部を混入させるように構成されていて、
   前記第１流路と前記第２流路とを仕切る仕切壁と、
   前記仕切壁に設けられていて前記第１流路と前記第２流路とを連通する連通路と、
   前記第１流路の下流側部分を形成する下流側壁部を含む回動部と、
   前記回動部に対して上流側に位置する固定部と、
   を備え、
   前記回動部は、前記固定部に対して回動可能であり、
   前記固定部は、
   前記第１流路の上流側部分を形成する上流側壁部と、
   前記第２流路と前記第１流路とを連通させる連通路を挟んで前記上流側壁部の内側に位置して、前記第１流路の前記上流側部分における流れを前記連通路および前記第１流路の前記下流側部分に分流するための分流部材と、
   を含み、
   前記分流部材は、該分流部材からみて前記回動部の回動中心側に曲率中心を有する湾曲面を有し、
   前記連通路は、前記上流側壁部の内側面と前記分流部材の前記湾曲面との間に形成された
   固体燃料バーナ。
2. 前記第１流路に沿って下流側に向かうにつれて前記第１流路の中心側から外周側に向かうように形成された第１傾斜面
   をさらに備える
   請求項１に記載の固体燃料バーナ。
3. 前記第１流路に沿った断面内において、前記第１流路の中心線に沿って前記１次空気及び前記固体燃料の少なくとも一部が流通可能な中央流路
   をさらに備え、
   前記断面内において、前記第１傾斜面は、前記中央流路を挟んで１対設けられている
   請求項２に記載の固体燃料バーナ。
4. 固体燃料と前記固体燃料を搬送する１次空気とが流通可能な第１流路と、
   前記第１流路の外側に形成されていて、風箱からの２次空気が流通可能な第２流路と、
   を備える固体燃料バーナであって、
   前記固体燃料バーナの下流端よりも上流側で前記２次空気に前記固体燃料の少なくとも一部を混入させるように構成されていて、
   前記第１流路に沿って下流側に向かうにつれて前記第１流路の中心側から外周側に向かうように形成された第１傾斜面と、
   前記第１流路に沿った断面内において、前記第１流路の中心線に沿って前記１次空気及び前記固体燃料の少なくとも一部が流通可能な中央流路と、
   前記第１流路と前記第２流路とを仕切る仕切壁と、
   前記仕切壁に設けられていて前記第１流路と前記第２流路とを連通する連通路と、
   を備え、
   前記断面内において、前記第１傾斜面は、前記連通路の上流端よりも上流側において前記中央流路を挟んで１対設けられていて、
   前記固体燃料の少なくとも一部は、前記連通路を介して前記第１流路から前記第２流路に流入可能である、
   固体燃料バーナ。
5. 前記連通路における流路断面積が下流側に向かうにつれて減少する絞り部
   をさらに備える
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の固体燃料バーナ。
6. 前記第１流路内において前記連通路の上流側に設けられる濃度調節部を備え、
   前記濃度調節部は、前記第１流路に沿って下流側に向かうにつれて前記第１流路の中心側から外周側に向かうように形成された第１傾斜面を有する
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の固体燃料バーナ。
7. 前記濃度調節部の下流端は、前記連通路の上流端よりも上流側に位置する
   請求項６に記載の固体燃料バーナ。
8. 前記第２流路における前記連通路よりも下流側の領域において前記第２流路の内部壁面とは別に設けられていて、下流側に向かうにつれて前記第２流路の中心側に向かう第２傾斜面
   をさらに備える
   請求項１乃至７の何れか一項に記載の固体燃料バーナ。
9. 前記固体燃料バーナは、前記固体燃料バーナの下流端から上流側を見たときの形状が矩形形状を有する角型バーナである
   請求項１乃至８の何れか一項に記載の固体燃料バーナ。
10. 前記固体燃料バーナは、前記固体燃料バーナの下流端から上流側を見たときの形状が円形状を有する丸型バーナである
    請求項１乃至８の何れか一項に記載の固体燃料バーナ。
11. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の固体燃料バーナ
    を備える
    ボイラ。

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