JPH04214102A - 微粉炭ボイラ及び微粉炭バーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は微粉炭を燃料とするボイ
ラ、微粉炭ボイラシステムおよび微粉炭の燃焼時に発生
する窒素酸化物（以下ＮＯｘと称する）を低減するのに
好適な微粉炭バーナに関する。

【０００２】

【従来の技術】微粉炭の燃焼時に発生するＮＯｘは、ほ
とんどが石炭中に含まれる窒素が酸化されて発生するＮ
Ｏｘである。石炭中の窒素は燃焼初期の熱分解時にシア
ン化水素（ＨＣＮ）やアンモニア（ＮＨ３　）に分解さ
れて放出され、これらが酸化されてＮＯｘになる。これ
らの窒素化合物は、ＮＯｘの前駆物質であると同時に、
酸素濃度の低い条件では、ＮＯｘを還元する効果を有す
る。

【０００３】微粉炭の代表的な燃焼法としては、バーナ
部において空気不足の燃料過剰燃焼を行なった後、残存
する可燃成分に完全燃焼用の空気を別途に投入して燃焼
する二段燃焼法がある。

【０００４】この方法は、ＮＯｘ低減に有効であるが、
完全燃焼用空気と可燃成分とを混合燃焼させるのに大き
な燃焼炉（火炉）を必要とし、ボイラが大型化する。

【０００５】従って、二段燃焼とせずにバーナ部で完全
燃焼に必要な空気量に近い条件で燃焼し、バーナで形成
される火炎内で燃焼効率の向上とＮＯｘ低減を図ること
が望まれる。このような目的で開発されたバーナとして
、燃焼用空気を一次，二次，三次の空気に分割し、三次
空気の混合を遅らせて火炎中心部にＮＯｘの還元雰囲気
を形成しやすいようにしたバーナがあり、例えば特開昭
６０−２２６６０９号公報、特開昭６２−２７６３１０
号公報に記載されている。また、微粉炭と一次空気の混
合流を旋回させながら噴出させるバーナが特開昭５７−
１２２０９　号公報に記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術に記載し
たように燃焼用空気を一次、二次、三次の空気に分割し
て供給するバーナを使用することにより、火炎内でのＮ
Ｏｘの低減性能を向上することができる。

【０００７】しかし、日々きびしくなる環境規制の下で
はまだまだ不十分であり、さらに性能の高い低ＮＯｘバ
ーナを開発する必要性は大きい。また、微粉炭バーナの
低負荷時の燃焼性能を更に良くして燃料の熱効率を高め
る必要性も大きい。

【０００８】本発明の目的は、燃焼時のＮＯｘの低減性
能がすぐれた微粉炭バーナおよびボイラを提供すること
にある。

【０００９】本発明の他の目的は、低負荷時の燃焼性能
が良く燃料の熱効率を高めることができるボイラシステ
ムを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の微粉炭バーナは
、微粉炭と一次空気の混合流を噴出する微粉炭噴出ノズ
ルと、該微粉炭噴出ノズルから噴出する混合流に着火用
の二次空気を供給する二次空気ノズルとを備え、該微粉
炭噴出ノズル内に前記混合流が流れる領域を変化させる
環状体を備え、該環状体の外径を中央部が大きくノズル
先端部で小さくなるようにしたものである。

【００１１】微粉炭噴出ノズルの外周には二次空気ノズ
ルを同心的に備え、かつ二次空気の旋回手段を設けるこ
とが望ましい。

【００１２】また二次空気ノズルの外周には三次空気ノ
ズルを同心的に備え、微粉炭噴出ノズルから噴出する混
合流の下流側の酸素濃度をバーナ出口近傍の酸素濃度に
比べて相対的に高くすることが望ましい。三次空気を旋
回させる旋回手段を設けることも望ましい。

【００１３】このように燃焼用空気を分割して供給し三
次空気の混合を遅らすことにより、バーナ出口近傍にＮ
Ｏｘ還元領域を形成し、火炎の下流側に酸化領域を形成
することができる。また、微粉炭を噴出ノズルから濃度
分布をもって噴出し外周部の濃度を中心部の濃度に比べ
て相対的に高くすることにより、微粉炭と二次空気との
混合が促進されて着火しやすくなる。このため、低負荷
時に微粉炭の量を減らしても良好な着火性を有すること
ができる。

【００１４】微粉炭噴出ノズルから噴出される微粉炭と
一次空気との混合流を旋回流にして噴出すると、外周方
向に広がって分散してしまうので、直進流として噴出す
ることが望ましい。

【００１５】微粉炭噴出ノズル内に環状体を備え、該環
状体の外径を中央部が大きくノズル先端部で小さくなる
ように構成することによって、該ノズルから噴出する混
合流に微粉炭の濃度分布を生じさせ、混合流の中心部に
比べて外周部の微粉炭濃度を高くすることができる。微
粉炭はあたかも円筒状の如くになって噴出される。これ
によって、二次空気との混合が促進され微粉炭が着火し
やすくなる。

【００１６】本発明のバーナを使用することによって、
バーナ出口近傍の火炎の中心部には低酸素濃度の還元領
域が作られ、この低酸素濃度の領域がバーナ側に近づく
。つまり、還元領域が拡大される。これにより、ＮＯｘ
が窒素に還元される反応が促進され、ＮＯｘが低減され
る。

【００１７】本発明のボイラは、微粉炭を燃焼する火炉
と、該火炉の側壁に設けられ微粉炭と空気の混合流を噴
出して火炎を形成する複数本のバーナと、該火炉内の微
粉炭燃焼熱によって水を加熱し蒸気を発生する熱交換器
とを具備する。そして微粉炭バーナは、微粉炭と一次空
気との混合流を噴出する環状の微粉炭噴出ノズルと該微
粉炭噴出ノズルから噴出する混合流に着火用の二次空気
を供給する二次空気ノズルおよび該微粉炭噴出ノズルか
ら噴出する前記混合流中の微粉炭の濃度を中心部に比べ
て外周部側で相対的に高くする微粉炭濃度調整手段を有
する。

【００１８】前記火炉側壁の前記バーナが設けられた位
置の上段に、バーナによる燃焼時に残存した可燃成分を
燃焼させるためのアフターエアポートを備えることは望
ましい。

【００１９】微粉炭バーナ内に液体好ましくは油を空気
流によって噴霧するアトマイザを備えてもよい。この場
合、該アトマイザの外周に同心的に前記微粉炭噴出ノズ
ルを有し、該微粉炭噴出ノズルの外周に同心的に前記二
次空気ノズル、更には三次空気ノズルを備えることが望
ましい。

【００２０】本発明の微粉炭ボイラシステムは、微粉炭
を中心部の濃度に比べて外周部の濃度が相対的に高くな
るように濃度分布をもって噴出する微粉炭バーナを火炉
の側壁に複数本備えたボイラと、該ボイラの排ガスを煙
突へ導く煙道に設けられた排ガス浄化手段と、該微粉炭
バーナに空気を搬送気体として微粉炭を搬送する微粉炭
搬送手段と、該微粉炭バーナに搬送する微粉炭および空
気の量を調整する微粉炭量調整手段および空気量調整手
段を具備する。

【００２１】微粉炭バーナに搬送する微粉炭の粒径を調
整する微粉炭粒径調整手段を備え、負荷の変動に応じて
微粉炭バーナに搬送する微粉炭の粒径あるいは粒径分布
を変えることが望ましい。

【００２２】

【作用】微粉炭ボイラにおいて火炎を安定に形成し着火
・保炎性を向上するには、バーナ出口近傍において、搬
送空気（一次空気）と共に噴出される微粉炭と、微粉炭
と搬送空気の混合流に対して外周から投入される着火用
二次空気との混合を促進することが効果的である。

【００２３】微粉炭と搬送空気の混合流の外周から燃焼
用の三次空気を旋回流として噴出するようなバーナでは
、火炎内に高温の大きな循環流が形成され、この循環流
内に微粉炭を入りやすくすることが望ましい。このため
に、微粉炭と空気との混合流の噴出速度を低減して、微
粉炭ノズル内の混合流の微粉炭濃度分布を調節し、循環
流付近に微粉炭を集めることが有効になる。

【００２４】しかし、微粉炭と空気の混合流全体の噴出
速度を低減すると、微粉炭ノズル中心部の微粉炭は旋回
流の燃焼用空気によって半径方向外側へ散逸し、この結
果、火炎外周部の燃焼用空気の多い雰囲気で燃焼する微
粉炭の割合が増加し、ＮＯｘ還元域で燃焼する微粉炭は
相対的に少なくなるため、火炉出口のＮＯｘ濃度が増加
してしまう。

【００２５】微粉炭と空気との混合流の噴出速度は、噴
出ノズル内の環状流路出口を急拡大し、微粉炭搬送とこ
れに同伴される微小粒子を半径方向に広げることによっ
ても低下できる。この時に、比較的粒径の大きい固体粒
子は慣性により、空気の流れには追従せずに、空気の流
れほどには広がらない。従って、固体粒子の濃度の高い
領域が微粉炭ノズル内周壁近傍に形成されることになる
。この手法によって、微粉炭を火炉内のノズル外周部に
形成される循環流付近に集めることができる。また、搬
送空気を旋回流として微粉炭の分散を制御する方法に比
べて微粉炭ノズルの中心部の空気速度を高くすることが
でき、ＮＯｘ還元域へ供給する微粉炭量を減少させずに
ＮＯｘ濃度を低減できる。

【００２６】上記手法により搬送空気とその流れに追従
する微小粒子の流速を低減できるが、さらに微粉炭ノズ
ル内周壁に集められた大きな粒子の流速を低減すると更
に着火性は向上する。

【００２７】本発明では、このために、ノズル内周壁付
近に集められた微粉炭を衝突させる衝突板をノズル口縁
に設置することが望ましい。

【００２８】衝突板を混合流の流れに直角に近い角度で
設置すると、衝突した粒子は流速が低下すると同時に、
混合流の噴出方向と直角方向で微粉炭ノズルの中心方向
に向く。このため、微粉炭ノズル外周部に形成された着
火域の高温の粒子と燃焼ガスは、微粉炭ノズルから噴出
される微粉炭噴流の中心部へ混合し、微粉炭ノズル中心
部の微粉炭の着火性は向上する。

【００２９】また本発明では燃焼用空気を着火用の二次
空気と完全燃焼用の三次空気とに分離して噴出する。こ
れは、二次空気と混合流とにより、燃料過剰の燃焼領域
を火炎中心部に形成してＮＯｘの還元を促進するためで
ある。燃料過剰領域の形成を容易にするには、二次空気
と三次空気の混合がバーナ出口で抑制されるのが有効で
あり、本発明では、このための混合を抑制する仕切り板
（隔壁）を二次空気と三次空気の流路の間に設ける。仕
切り板は三次空気の半径方向の混合を抑制するのみなら
ず、三次空気の旋回力でバーナ側へ流入させる高温度の
燃焼ガスを燃料ノズル近傍まで引き寄せることができ、
微粉炭着火性は更に向上する。

【００３０】微粉炭噴出ノズルの中心部からは比較的小
さな微粉炭粒子を噴出し、外周部からは中心部に比較し
て大きな微粉炭粒子が噴出される。この特性を利用して
、微粉炭ノズル出口の中心部と外周部の微粉炭粒子の径
を計測することによって、微粉炭ノズル、すなわち、バ
ーナに供給される微粉炭の粒径分布を推定できる。

【００３１】本発明では上記隔壁の内部に二次空気を流
通させるような流路を設ける。これは、隔壁の温度上昇
による焼損を防止するためである。更に、隔壁のバーナ
出口先端部から上記二次空気の一部を噴出させることに
よって、微粉炭燃焼灰が隔壁に付着することを防止でき
る。

【００３２】バーナへ供給される微粉炭の粒径分布を示
す信号は、当然、燃焼の制御信号として用いることがで
きる。例えば、上記信号の時間変化を利用すると、ボイ
ラの負荷変化で石炭供給量の変動する石炭粉砕機の出口
の粒径分布を一定または希望する粒度分布に制御できる
。

【００３３】また、微粉炭を１台の石炭粉砕機から複数
個のバーナへ分配する際に、各バーナへ供給される微粉
炭の粒度分布を推定でき、バーナ間の粒度分布の関係を
一定または好ましい状態に制御できる。

【００３４】さらに、本発明の微粉炭ボイラは着火、保
炎性に優れているため、微粉炭供給量が少ない低負荷運
転時も安定した火炎を形成できるので、負荷追従性やボ
イラ熱効率についても優れる。

【００３５】

【実施例】次に、本発明による微粉炭ボイラ及び微粉炭
ボイラ運転方法について説明する。

【００３６】 〔実施例１〕 図１に示した微粉炭ボイラシステムの構成について説明
する。

【００３７】本実施例で示す微粉炭ボイラは、一例とし
て前面対向型ボイラを示し、二段燃焼法を採用したバー
ナ配列と二段燃焼用空気投入口（以下、アフターエアポ
ートと称す）５８の配置例を示す。バーナ４３は複数本
設けられ、火炉４２の炉長方向に三段に配列され、火炉
４２の横方向にも５列に配列されている。火炉横方向の
バーナ配列は図示していない。バーナの本数及び配列は
バーナ単体の容量（最大微粉炭燃焼量、ボイラの容量等
）及びボイラの構造に依って決定される。

【００３８】本発明の各バーナは各段毎にウィンドボッ
クス４４内に収納される。バーナには助燃用の油を空気
を搬送気体として噴出するアトマイザを備え、助燃料４
７は分配器４９を介して各バーナへ供給される。燃焼用
空気５１は、熱交換器５２によって昇温し約３００℃程
度の加熱空気としてダンパ５６で流量調整後、ウィンド
ボックス４４に導入され、各バーナから火炉内に噴出で
きるよう構成される。燃焼用空気５１は、更にアフタエ
アポート５８にダンパ５７を介して供給される。

【００３９】微粉炭搬送空気５３は、熱交換器５４で約
３００℃程度に昇温され微粉炭供給機４６へ供給される
。微粉炭は搬送空気５３とともに粉砕機５８へ供給され
、ここで粉砕され粒径分布が調整されてからバーナへ供
給される。バーナへ供給する微粉炭の粒径あるいは粒径
分布は、ボイラ負荷によって変化させる。火炉４２は、
通常、水冷却構造になっており、ここで一次蒸気を作り
、この一次蒸気を蒸気過熱機５４で過熱して過熱蒸気と
する。

【００４０】微粉炭ボイラの排ガスを煙突６３から大気
に放出する煙道には、脱硝装置６０、電気集塵器６１，
脱硫装置６２よりなる排ガス浄化装置を配している。

【００４１】各バーナから供給する燃焼用空気量は、石
炭の理論空気量の８０％〜９０％（ｖｏｌ％）を供給し
、アフターエア量は、石炭の理論空気量の４０％〜３０
％程度にして全空気量としては石炭の理論空気量の１２
０％程度になるように設定する。微粉炭バーナ４３によ
る火炎は理論空気量よりも少ない空気量で燃焼させ、ア
フターエアによって上記火炎で排出される未燃分を少な
くする。

【００４２】微粉炭ボイラシステムの動作と効果につい
て説明する。

【００４３】本発明の微粉炭ボイラは着火、保炎性が優
れ、微粉炭ボイラに備えられたバーナにより形成される
火炎は大幅に短炎化される。

【００４４】微粉炭バーナによってボイラの低負荷から
全負荷に到るまで安定な火炎を形成するため、粉砕機５
８を動かしボイラの負荷に合わせて微粉炭の粒径分布を
変える。従来のように低負荷時に一部のバーナを休止し
、焼損を防止するために空気のみを供給するというよう
なことはしなくてよい。このため、排ガスの廃熱ととも
に大気へ放出される熱エネルギは減少し、ボイラの熱効
率は高くなる。例えば、蒸気発生量１０００ＭＷのボイ
ラで試算すると、低負荷時の熱効率を１〜３％程度高く
することができる。また、従来は低負荷時に火炎の安定
のために助燃用の油を使用していたが、本発明のバーナ
を使用すれば低負荷時の火炎安定性に優れるため、油の
助燃を必要としなくなる。

【００４５】微粉炭供給器４６は石炭から微粉炭を生成
し、粉砕機５８へ供給する。微粉炭とは通常、石炭粒子
径が３０μｍ以下の粒子を意味する。微粉炭供給器４６
へ供給する石炭粒子の粒子径分布は、３０μｍ以下の粒
子の重量割合が４０〜５０％以上、１０μｍ以下の重量
割合が２０〜３０％以上、最大粒子径は４０〜６０μｍ
の特性を示すものがよい。微粉炭供給器４６の微粉炭は
更に粉砕機５８で粒径を調整した後、微粉炭バーナへ微
粉炭を気流搬送する。微粉炭供給器４６で生成された微
粉炭はバーナ４３で着火用の燃料として利用される。

【００４６】微粉炭供給器４６と粉砕機５８を組み合わ
せて微粉炭の粒径を調整してバーナへ供給する方法は、
下記の効果を有する。

【００４７】 （イ）粉砕機５８だけを用いて微粉炭粒子径を小さくす
る方法に比べ、微粉炭生成に必要な動力が少ない。

【００４８】 （ロ）微粉炭バーナ４３の石炭専焼できる最低負荷の低
減により、助燃用の油の使用量が減少する。

【００４９】（イ），（ロ）に関して説明する。微粉炭
ボイラ内における微粉炭粒子の滞留時間は約３秒である
ため、燃焼を完結する微粉炭粒子の最大粒子径は約１０
０μｍになる。一方、約３０μｍ以下の微粒子が最初に
着火するため、バーナの着火性を向上するには微細粒子
を増加する必要がある。一般に粉砕機で効率よく粉砕で
きる粒子径が存在し、ローラ等を円盤状のレース上に押
し付けて微粉炭を生成する粉砕機では３０μｍ以下、特
に２０μｍ以下の粒子を多量に生成するには多大なエネ
ルギを必要とする。微粉炭の粉砕過程を本実施例のよう
に二段階にする方法では、生成させる微粉炭粒子を最も
効率よく生成させる粉砕方式を選択できるため、微粉炭
を生成するのに必要な全体の粉砕動力は従来技術に比べ
て大幅に低減できる。また、微粉炭供給器４６で生成し
た微粉炭粒子を粉砕機５８へ流入させ、粉砕機５８で生
成する微粉炭と粉砕機５８の内部で混合させるために、
粉砕機の外部で混合させる方法に比べて良好に両者を混
合させることができる。また、鋭意研究の結果、微粉炭
の燃料比は３０μｍ以下の微粉炭粒子の着火に影響しな
いことを明かにし、燃料比が高い微粉炭は燃料比の低い
微粉炭に比べ少ない粉砕動力で微細粒子を生成すること
ができる。このため、微粉供給器４６は微粉粒子を生成
し易い燃料比の高い石炭（燃料比は概略１．８　以上）
を微粉炭にして供給し、粉砕機５８は燃焼し易い燃料比
の低い石炭を供給する方法では、微粉炭生成に要する全
体の粉砕動力を一層低減できる。また、微粉供給器４６
へ供給する石炭は、特にハードグローブ指数５０以上で
粉砕に要する動力の小さいことが望ましい。

【００５０】負荷の高い条件では微粉供給器４６と粉砕
機５８を運転させ、低負荷時には微粉供給器４６のみを
運転させることにより、微粉炭バーナ４３の低負荷時の
燃焼性能は更に高まり、油等の助燃用の燃料量は減少す
る。また、微粉炭バーナ４３は助燃用の油の霧化器（ア
トマイザ）を有していたが、低負荷時の燃焼特性が良好
なバーナを使用することにより、一部のバーナは助燃用
の霧化器を必要としなくなる。

【００５１】 〔実施例２〕 図２は、本発明の微粉炭ボイラに用いる微粉炭バーナの
実施例の一つである。バーナは、微粉炭とこれを搬送す
るための一次空気を噴出する一次空気流路３０、その外
周に設置され二次空気を噴出するための円環状の二次空
気流路３１、及び二次空気流路３１の外周上に設置され
る円環状の三次空気流路３３によって構成される。

【００５２】一次空気流路３０中には、火炉４２の予熱
時あるいは助燃時に使用する液体燃料ノズル５が配置さ
れ、予熱時に重油などの液体燃料が噴出される。液体燃
料ノズル５と一次空気流路３０の間には、一次空気流路
３０の内周壁の径を変える円環状の粒子流路調整器３４
が配置されている。粒子流路調整器３４は、円管１０と
火炉側に向かうに連れて外径が大きくなるコーン９と、
コーン９の最大径に等しい円筒状の円管６と、火炉側に
向かうに連れて外径が小さくなるコーン７と、コーン７
の最小径に等しい円筒状の整流管８から構成される。

【００５３】一次空気流路３０は、円管の一次空気供給
管１と上述の粒子流路調整器３４で構成される円環状の
流路であり、上流側で、図に記載していない微粉炭の供
給システムから微粉炭を気流搬送する微粉炭供給管２６
に接続される。微粉炭供給管２６と一次空気供給管１は
、平板状のコーナ板２５を用いて約９０度の角度で接続
される。コーナ板２５は、上述の液体燃料ノズル５及び
粒子流路調整器３４を一次空気供給管１の中心部に保持
するための機能を有する。更に、一次空気供給管１の流
路内部の上述の約９０度の接続部近傍には、一次空気流
路３０内の微粉炭粒子の分散特性を均質にするためにベ
ンチユリ１１を有する。

【００５４】二次空気流路３１は、一次空気供給管１を
内周壁とし、一次空気供給管１の外周に同心円状に配置
された二次空気供給管２を外周壁とする円環状流路であ
る。二次空気流路３１は、下流側に向けて順に、二次レ
ジスタ１８、二次ベーン１５、保炎器３７を有する。二
次ベーン１８は、二次空気流路２の上流側端面に接続さ
れた円環状平板の形状の二次ベーン側板１７と、二次ベ
ーン側板１７に並行で一端を一次空気流路１に接続され
た円環状平板の二次ベーン側板１６との間に配置される
。二次ベーン１８と二次ベーン側板１６，１７とにより
二次レジスタが構成される。二次ベーン１５は、一体的
に形成された支持棒で二次ベーン側板１６と１７に支持
された複数の平板から構成され、図に記載していない制
御装置によって前記平板の角度を変化させて圧力損失を
調節し、所定の空気量を二次空気流路３１へ流入させる
機能を有する。

【００５５】二次ベーン１５は、両端を一次空気供給管
１と二次空気供給管２に支持された複数個の支持棒に一
体的に形成された旋回羽によって形成され、図に記載し
ていない制御装置によって旋回羽の空気流れに対する角
度を変化させ、二次空気流の旋回強度を調節する機能を
有する。

【００５６】二次空気供給管２の火炉側の端面に取り付
けられた保炎器３７は、保炎器３７の火炉側の空間にバ
ーナ側に向う速度の流れを形成させる機能を有する。保
炎器３７の形状は上記機能を満足すれば良いが、特に二
次空気流路３１の上流側で流路内周壁の径を拡大する部
分と、火炉側に向かうに連れて外径が拡大する一次スロ
ート１３と、一次空気流路１の口縁に一次空気を衝突さ
せる機能を有する板状の衝突板１２により構成されるこ
とが望ましい。

【００５７】三次空気流路３３は、二次空気供給管２の
外周に同心円状に配置された三次空気供給管３を内周壁
とし、三次空気供給管３の外周に同心円状に配置された
外管４を外周壁とする円環状の流路断面を有し、上流側
はウィンドボックス４４に連通し、下流側は火炉４２に
連通する。三次空気流路３３の上流側には、二次レジス
タと類似の構造で、二枚の三次ベーン側板１９と２０と
、三次ベーン２１で構成される三次レジスタを有する。 三次レジスタは、図に記載していない制御装置によって
空気流の旋回強度と流量を設定させる機能を有する。

【００５８】二次空気流路３１と三次空気流路３３の間
は隔壁３２を有し、両者の空気流路がバーナの半径方向
の距離を隔てるように配置される。隔壁３２は、三次空
気の混合と二次空気の混合を抑制し、燃料過剰領域の形
成を良好にするのに充分な距離を持つ、火炎の輻射によ
る焼損を考慮した形状である。第一の実施例の隔壁３２
は、外径が火炉側に向かうに連れて拡大する特徴を持つ
二次スロート１４に相当し、火炉側の端面は三次空気供
給管３に接続され、他端は二次空気供給管２に接続され
る。

【００５９】以上の特徴を有するバーナは、火炉内壁２
３とウィンドボックス側板２４で構成されるウィンドボ
ックス４４に収納され、バーナの火炉側開口部は火炉内
壁２３に設けられた三次スロート２２に接続される。

【００６０】尚、微粉炭は粒子流路調整器３４を約３０
ｍ／ｓの速度で通過するため、衝突板１２には摩耗によ
る形状の変形が生じ、長期運転上の信頼性が問題となる
。このため、粒子流路調整器３４を構成するコーン９や
整流管８、及び一次空気流路１の内周壁面の石炭粒子が
衝突する部分はセラミック等による侵食防止用の皮膜を
形成している。

【００６１】次に実施例の動作について説明する。

【００６２】本実施例の粒子流路調整器３４は、一次空
気流路３０内の微粉炭を断面積の小さな環状流路で加速
させ、火炎が一次空気流路内に入るのを防止する。更に
、粒子流路調整器３４の火炉側の急拡大部で、微粉炭搬
送用の一次空気噴流とこれに同伴される微小粒子は半径
方向に広がり、噴出速度が低下する。これに対して比較
的粒径の大きな微粉炭粒子は慣性力により、空気の流れ
に追従せずに、空気の流れほどには広がらない。従って
、粒子流路調整器３４は、微粉炭粒子濃度の高い領域を
一次空気流路３０の外周壁に形成し、粒子濃度の低い領
域は一次空気流路３０の内周壁に形成される。

【００６３】粒子流路調整器３４の最火炉側に位置する
整流管８は、コーン７によりバーナ半径方向の空気の速
度を減衰させ、バーナ中心軸方向の速度を主として示す
ようにし、液体燃料ノズル５で霧化された液体燃料と一
次空気の干渉を低減させ、火炉予熱時の液体燃料火炎の
失火を防止する。

【００６４】保炎器３７を構成する衝突板１２は、上記
粒子流路調整器３４で形成された微粉炭粒子濃度の高い
噴流を衝突させる。衝突した微粉炭粒子は、流速が低下
すると同時に、混合流の噴出方向と直角方向の流速を持
ち、保炎器３７の火炉側に形成される着火領域に入りや
すくなる。

【００６５】一次スロート１３は、保炎器３７の火炉側
に形成されるバーナ側に向かうガス流れを安定に形成す
るように動作する。

【００６６】二次空気流路３１から供給される二次空気
は、二次ベーン１５により旋回流で噴出され、一次空気
流路３０の口縁に濃縮された微粉炭噴流の半径方向の分
散、並びに、火炎中心部の燃料過剰の燃焼領域の空気と
微粉炭の割合を調節する。従って、二次空気流量は、バ
ーナに投入される微粉炭流量、微粉炭の固定炭素と揮発
分の割合（一般に燃料比と称し、燃料比が高いほど固定
炭素の割合は増加する。）、微粉炭粒子の粒径分布に対
応して調節される。即ち、二次空気の流量は、微粉炭流
量の減少、燃料比の増加、大粒径の粒子割合の増加とと
もに、旋回流の強さを保持したまま減少する。

【００６７】三次空気流路３３から供給される三次空気
は、符号１９、２０、２１によって構成された三次レジ
スタから旋回流で火炉内へ噴出する。三次空気の旋回流
は、バーナ近傍の中心部の圧力を火炉内よりも低くする
ので、火炎で生成された温度の高い燃焼ガスをバーナ近
傍に引き寄せ、微粉炭の着火性を向上させる。更に、三
次空気の旋回流は、バーナ近傍の三次空気と微粉炭噴流
の混合を抑制し、上述の燃料過剰の燃焼領域を安定に形
成する。隔壁３２は、三次空気と微粉炭噴流の距離を離
すので、バーナ近傍における三次空気の半径方向の混合
を抑制し、燃料過剰の燃焼領域をより容易に形成させる
。

【００６８】次に実施例の効果について説明する。

【００６９】粒子流路調整器３４は、一次空気流路内３
０の微粉炭を断面積の小さな環状流路で加速させるので
、火炎が一次空気流路内に入るのを防止する効果を有す
る。更に、粒子流路調整器３４で一次空気流路３０の外
周壁近傍に形成された微粉炭粒子濃度の高い噴流は、保
炎器近傍の単位体積流量当たりの発熱量を高くするため
、着火性を向上させ、燃料過剰領域外周部の火炎温度を
高くする効果を有する。

【００７０】一次空気流路３０の内周壁近傍に形成され
た粒子濃度の低い噴流中の粒子は、外周部の高温の火炎
で加熱され燃料過剰領域での熱分解を促進する。酸素濃
度の低い高温の雰囲気におけるシアン化水素やアンモニ
ア等の放出は増加し、燃焼初期に生成されたＮＯｘの還
元反応が促進され、火炉出口の排出ＮＯｘ濃度は低減す
る。

【００７１】また、一般に、火炎中心部を通過する微粉
炭は三次空気との混合が遅くなるため、微粉炭の酸化が
遅くなり、火炉出口の未燃燃料の排出量は増加し易くな
る。本実施例では、一次空気流路３０の内周壁近傍は上
述のように、単位体積当たりの微粉炭流量が低減される
とともに、急拡大部の空気流れに追従可能な微粒子のみ
が供給されるので、火炎中心部の粒子の反応性は向上し
、火炉出口の未燃燃料を増加することがない。

【００７２】整流管８は、コーン７によりバーナ半径方
向の空気の速度を減衰させ、バーナ中心軸方向の速度を
主として示すようにし、液体燃料ノズル５で霧化された
液体燃料と一次空気の干渉を低減させるので、火炉予熱
時の液体燃料火炎の失火を防止する効果を有する。

【００７３】保炎器３７を構成する衝突板１２は、粒子
流路調整器３４で形成された微粉炭粒子濃度の高い噴流
を衝突させ、衝突した微粉炭粒子の流速を低下させると
同時に、混合流の噴出方向と直角方向の流速を発生させ
、微粉炭粒子を保炎器３７の火炉側に形成される循環流
に供給するので、保炎器３７近傍の着火性を向上させる
効果を有する。

【００７４】一次スロート１３は、保炎器３７の火炉側
に形成される循環流を安定に形成するので、保炎器３７
近傍の着火性は更に向上する。

【００７５】二次空気流路３１から供給される二次空気
は、一次空気流路３０の口縁に濃縮された微粉炭噴流の
半径方向の分散、並びに、火炎中心部の燃料過剰の燃焼
領域の空気と微粉炭の割合を調節するので、微粉炭粒子
の酸素や水蒸気による酸化反応と、ＮＯｘの還元反応の
最適な条件を設定する効果を有する。

【００７６】三次空気の旋回流は、バーナ近傍の中心部
の圧力を火炉内よりも低くし、火炎で生成された温度の
高い燃焼ガスをバーナ近傍に引き寄せるので、微粉炭の
着火性を向上させる効果を有する。更に、三次空気の旋
回流は、バーナ近傍の三次空気と微粉炭噴流の混合を抑
制するので、火炎内部に燃料過剰の燃焼領域を安定に形
成させる効果を有する。

【００７７】隔壁３２は、上記効果を有する三次空気の
噴出に要するウィンドボックス４４の内部と火炉４２の
静止圧力の差を約１／２に低減し、燃焼用空気の供給設
備の動力を低減させる効果を有する。

【００７８】図３は、本実施例のバーナで燃焼した際の
火炉中心軸上のＮＯｘ濃度と微粉炭の燃焼率を示し、図
４は酸素，二酸化炭素，一酸化炭素，水素の濃度を示す
。実施例のバーナは、微粉炭を毎時５００ｋｇ燃焼し、
燃料を燃焼するのに必要な理論空気量の約０．８倍の空
気をバーナへ投入し、バーナから火炉内滞留時間約０．
４秒の位置から火炉出口における酸素濃度が約２％とな
るのに要する空気（以下、アフタエアと称する。）を投
入する条件で燃焼した。

【００７９】バーナの操作条件は、微粉炭と空気の単位
時間当りの重量流量比が約０．５、一次空気と二次空気
と三次空気の比率は約２：１：４である。一次空気は、
予熱温度が約８０度で噴出速度は約２０ｍ／ｓである。 二次及び三次空気の予熱温度は約３００度で、二次空気
の噴出速度は約２６ｍ／ｓ、三次空気の噴出速度は約５
０ｍ／ｓである。

【００８０】試験に使用した微粉炭は、粒径７４μｍ以
下の重量割合が８０から８４％を占め、燃料比が約２．
１　、燃料に含まれる窒素成分の重量割合が約１％、灰
分の重量割合が約８％の性状を示す。

【００８１】バーナから１ｍの位置で、約１％の酸素濃
度と約５５％の燃焼率を示し、バーナ近傍の微粉炭の着
火性は良好であり、また、約８％の一酸化炭素と約３％
の水素濃度から燃料過剰の燃焼領域が迅速に形成されて
いることが分かる。これに対応して、燃焼初期にはおよ
そ１０００ｐｐｍ近く生成されるＮＯｘ濃度も約２００
ｐｐｍ　まで低減されており、ＮＯｘの還元反応は１ｍ
の位置ですでに進行していることが分かる。即ち、本実
施例で用いた粒子流路調整器３４と衝突板１２は、着火
促進と燃料過剰領域の形成に好適な微粉炭の分散特性を
実現していることがわかる。

【００８２】酸素濃度はバーナから２ｍの位置で若干上
昇するが、これは三次空気と燃料過剰領域の混合が開始
された結果と考えられ、４ｍのアフターエアの投入位置
までの空間は微粉炭の燃焼反応と共に放出される窒素分
を窒素に転換させる領域に相当する。

【００８３】粒子流路調節器３４と衝突板１２による微
粉炭の着火促進の結果、燃料過剰域のガス温度が上昇し
、微粉炭と水蒸気の反応が促進される。このため、バー
ナの空気投入量は理論空気量の０．８　倍にもかかわら
ず、微粉炭の燃焼率は約４ｍで約９０％に達し、微粉炭
の可燃物と共に放出される窒素分はアフターエア投入ま
でに窒素に転換される。アフターエア投入時に燃焼率は
約９０％に達するため、燃料粒子中に残存する窒素分は
少なく、アフターエア後流で発生するＮＯｘは観察され
ない。

【００８４】本実施例のバーナのＮＯｘ濃度は、バーナ
から約１．４　秒の位置において、約１１０から１２０
ｐｐｍ（但し、６％の酸素濃度の換算値）の濃度を示し
、灰中未燃分は単位重量当り約２％であった。

【００８５】 〔実施例３〕 図５及び図６は、本発明の微粉炭バーナの実施例の一つ
である。図５は微粉炭バーナを斜視図で示し、図６はバ
ーナの中心軸を含む断面で示した図である。

【００８６】バーナは、微粉炭とこれを搬送するための
一次空気を噴出する一次空気流路３０、その外周に設置
され二次空気を噴出するための円環状の二次空気流路３
１、及び二次空気流路３１の外周上に設置される円環状
の三次空気流路３３によって構成される。

【００８７】一次空気流路３０中は、火炉の予熱時に使
用する液体燃料ノズル５を有する。前記液体燃料ノズル
は予熱時に重油などの液体燃料の噴霧を噴出する。液体
燃料ノズル５と一次空気流路３０の間には、粒子流路調
整器３４が配置されている。粒子流路調整器３４の構成
は図２のときと同様であり円管６，コーン７，整流管８
を有する。円管１０と液体燃料ノズル５で構成される環
状の流路は、上流側で図示していない冷却空気の供給シ
ステムに接続されている。粒子流路調整器３４の内部に
は、円管６の相当する位置に取り付けられ、かつ、円管
１０とほぼ等しい外周径を有する円管１１０を有する。 円管１１０の上流側は円管１０並びにコーン９と接続さ
れないし、下流側もコーン７並びに整流管８と接続され
ない。即ち、円管１１０を内周壁とし円管６を外周壁と
する環状流路は、流入孔１１１を介して冷却空気の供給
システムに連通し、流出孔１１２を介して冷却空気噴出
孔１１３に連通する。流入孔１１１は円管１０の火炉側
端面と円管１１０の上流側端面の間に形成された開口部
である。また、流出孔１１２は円管１１０の火炉側端面
と整流管８の上流側端面に形成された開口部である。冷
却空気噴出孔１１３は環状の流路であり、外周壁が整流
管８であり、内周壁は液体燃料ノズル５である。

【００８８】一次空気流路３０は、一次空気供給管１と
上述の粒子流路調整器３４で構成される円環状の流路で
あり、上流側で、図に記載していない微粉炭の供給シス
テムから微粉炭を気流搬送する微粉炭供給管２６に接続
される。微粉炭供給管２６と一次空気供給管１は、平板
状のコーナ板２５を用いて約９０度の角度で接続される
。コーナ板２５は、上述の液体燃料ノズル５及び粒子流
路調整器３４を一次空気供給管の中心部に保持するため
の機能を有する。更に、一次空気供給管１は上述の約９
０度の接続部近傍にベンチュリ１１を流路内部に有する
。

【００８９】二次空気流路３１は、一次空気供給管１を
内周壁とし一次空気供給管１の外周に同心円状に配置さ
れた二次空気供給管２を外周壁とする円環状流路であり
、上流側は流路１０３と流路１０４を介してウィンドボ
ックスに連通し、下流側は火炉に連通する。

【００９０】流路１０３は二次空気供給管を内周壁とし
、案内板１０１を外周壁とする円環状の流路であり、上
流側は流路１０４に接続し、下流側は二次空気供給管２
の壁面を一部開口した流入孔１０５を介して二次空気流
路３１に連通する。

【００９１】流路１０４は案内板１０２を内周壁とし、
三次空気供給管３を外周壁とする円環状の流路であり、
上流側はウィンドボックスに連通し、下流側は案内板１
０１の火炉側の端面に接続された案内板１０２の火炉側
端面に位置した流入孔１１５介して流路１０３に連通す
る。

【００９２】二次空気流路３１は、下流側に向けて順に
、流入孔１１５，ダンパ１０６，二次ベーン１５，保炎
器３７を有する。流入孔１１５は、二次空気供給管２に
接続した二次スロート１４と、三次スロート３と、二次
スロート１４と三次スロート３の火炉側端面に接続した
隔壁１１４，案内板１０２の端面から構成され、二次空
気を隔壁１１４まで導き二次スロート１４と隔壁１１４
を冷却する機能を有する。更に、隔壁１１４はに次空気
の一部を火炉へ噴出することを特徴とするパージ空気供
給孔１０７を複数個有し、隔壁１１４並びに二次スロー
ト１４へ微粉炭の燃焼灰が付着しにくくする機能を有す
る。

【００９３】ダンパ１０６は、二次空気供給管２の外周
径よりもわずかに大きな内周径を有する円筒状の形状を
有し、ダンパ調節器１０８の制御装置によって前記円筒
を前後させて案内孔１０５の開口面積を変えて圧力損失
を調節し、所定の空気量を二次空気流路３１へ流入させ
る機能を有する。

【００９４】二次ベーン１５は、両端を一次空気供給管
１と二次空気供給管２に支持された複数個の支持棒に一
体的に形成された旋回羽によって形成され、図に記載し
ていない制御装置によって旋回羽の空気流れに対する角
度を変化させ、二次空気流の旋回強度を調節する機能を
有する。

【００９５】二次空気供給管２の火炉側の端面に取り付
けられた保炎器３７は、保炎器３７の火炉側の空間にバ
ーナ側に向う速度の流れを形成させる機能を有する。保
炎器３７の形状は上記機能を満足すれば良い。衝突板１
２は図５に示すように、矩形状の板を一次空気供給管１
の口縁に複数枚取り付ける形状が、保炎器３７の性能を
高める機能を有する。

【００９６】三次空気流路３３は、二次空気供給管２の
外周に同心円状に配置された三次空気供給管３を内周壁
とし、三次空気供給管３の外周に同心円状に配置された
外管４を外周壁とする円環状の流路断面を有し、上流側
は三次空気を供給する空気供給設備に接続されたウィン
ドボックスに連通し、下流側は火炉に連通する。三次空
気流路３３の上流側には三次レジスタ３９を有する。三
次レジスタの構成は実施例２で述べたのと同じである。 三次レジスタ調節器１０９の制御装置によって三次ベー
ン２１の位置を一体的に変化させることによって、空気
流の旋回強度を設定させる機能を有する。

【００９７】二次空気流路３１と三次空気流路３３の間
は仕切り板（隔壁）３２を有し、両者の空気流路がバー
ナの半径方向の距離を隔てるように配置される。隔壁３
２は、三次空気と二次空気の混合を抑制し、燃料過剰領
域の形成を良好にするのに充分な距離を持つ、火炎の輻
射による焼損と微粉炭燃焼灰の付着防止を考慮した形状
である。この性能を示す形状の一例は、図７の部分的な
断面図に示す形状である。即ち、隔壁３２は火炉側の先
端部にまで空気を供給する機能の流路１０３と、供給さ
れた空気を空気ノズルに排出する機能の流路１０４を有
する。前記二つの流路で供給される空気は、熱交換によ
って隔壁３２の温度を焼損限界以下の温度に下げる機能
を有する。また、前記流路の境界に設けられたパージ空
気供給孔１０７は、隔壁３２の火炉側の側面を形成する
先端面１１４に複数個開孔している。パージ空気供給孔
１０７は、流路１０３で供給された空気を火炉側へ供給
し、微粉炭燃焼灰が隔壁３２へ付着することを低減する
機能を有する。図７の隔壁３２は外径が火炉側に向かう
に連れて拡大する二次スロート１４を有し、火炉側の先
端面１１４は三次空気供給管３に接続される。

【００９８】本実施例では、冷却空気は、粒子流路調整
器３４の内部を通り、コーン７の内周面に沿うように流
れた後、冷却空気供給孔１１３から火炉へ噴出する。こ
の時、冷却空気はコーン７と整流管８の内周面で熱交換
を行うので、液体燃料や微粉炭火炎の輻射熱による焼損
を未然に防ぐ。

【００９９】本実施例の粒子流路調整器３４は、一次空
気流路３０内の微粉炭を断面積の小さな環状流路で加速
させ、火炎が一次空気流路内に入るのを防止する。更に
、粒子流路調整器３４の火炉側の急拡大部で、微粉炭搬
送用の一次空気噴流とこれに同伴される微小粒子は半径
方向に広がり、噴出速度が低下する。これに対して比較
的粒径の大きな微粉炭粒子は慣性力により、空気の流れ
に追従せずに、空気の流れほどには広がらない。従って
、粒子流路調整器３４は、微粉炭粒子濃度の高い領域を
一次空気流路３０の外周壁に形成し、粒子濃度の低い領
域は一次空気流路３０の内周壁に形成される。粒子流路
調整器３４の最も火炉側に位置する整流管８は、コーン
７によりバーナ半径方向の空気の速度を減衰させ、バー
ナ中心軸方向の速度を主として示すようにし、液体燃料
ノズル５で霧化された液体燃料と一次空気の干渉を低減
させ、火炉予熱時の液体燃料火炎の失火を防止する。

【０１００】保炎器３７を構成する衝突板１２は、上記
粒子流路調整器３４で形成された微粉炭粒子濃度の高い
噴流を衝突させる。衝突した微粉炭粒子は、流速が低下
すると同時に、混合流の噴出方向と直角方向の流速を持
ち、保炎器３７の火炉側に形成される着火領域に入りや
すくなる。

【０１０１】一次スロート１３は、保炎器３７の火炉側
に形成されるバーナ側に向かうガス流れを保炎器３７の
近傍にまで安定に形成するように動作する。

【０１０２】二次空気流路３１から供給される二次空気
は、二次ベーン１５により旋回流で噴出され、一次空気
流路３０の口縁に濃縮された微粉炭噴流の半径方向の分
散、並びに、火炎中心部の燃料過剰の燃焼領域の空気と
微粉炭の割合を調節する。従って、二次空気流量は、バ
ーナに投入される微粉炭流量、微粉炭の固定炭素と揮発
分の割合（一般に燃料比と称し、燃料比が高いほど固定
炭素の割合は増加する。）、微粉炭粒子の粒径分布に対
応して調節される。即ち、二次空気の流量は、微粉炭流
量の減少、燃料比の増加、大粒径の粒子割合の増加とと
もに、旋回流の強さを保持したまま減少する。また二次
空気は隔壁３２の内部を流入し、熱交換によって隔壁３
２を焼損しない温度にする。

【０１０３】ダンパ１０６は、流入孔１０５の圧力損失
を変化させて、二次空気流量を調節する。パージ空気供
給孔１０７の圧力は前記ダンパの上流側にあるため、前
記供給孔の圧力は二次空気量と独立であり、パージ空気
流量は二次空気流量に依存せずに一定量流すように動作
する。

【０１０４】三次空気流路３３から供給される三次空気
は、三次レジスタ３９から旋回流で火炉内へ噴出する。 三次空気の旋回流は、バーナ近傍の中心部の圧力を火炉
内よりも低くするので、火炎で生成された温度の高い燃
焼ガスをバーナ近傍に引き寄せ、微粉炭の着火性を向上
させる。更に、三次空気の旋回流は、バーナ近傍の三次
空気と微粉炭噴流の混合を抑制し、上述の燃料過剰の燃
焼領域を安定に形成する。隔壁３２は、三次空気と微粉
炭噴流の距離を離すので、バーナ近傍における三次空気
の半径方向の混合を抑制し、燃料過剰の燃焼領域をより
容易に形成させる。

【０１０５】図８に粒子流路調整器３４と隔壁３２の効
果の説明図を示す。粒子流路調整器３４は、一次空気流
路内３０の微粉炭を断面積の小さな環状流路で加速させ
るので、火炎が一次空気流路内に入るのを防止する効果
を有する。更に、粒子流路調整器３４は、コーン７と整
流管８の形成する一次空気流路３０の断面積の拡大領域
で、一次空気供給管１の口縁に形成される外周部の微粉
炭流１３１と、前記供給管の内周壁近傍に形成される中
心部の微粉炭噴流１３０を形成する。コーン７の円管６
に近い領域は、空気の半径方向の散逸を微粉炭粒子より
も速くさせるので、一次空気流路３０の外周壁近傍の微
粉炭粒子濃度は、前記流路の内周壁近傍の粒子濃度より
も高くなる。また、コーン７により形成される拡大部は
、一次空気流路３０の外周壁近傍の火炉側に向かう速度
を前記流路の内周壁近傍の速度よりも速くするように作
用する。外周部の微粉炭流１３１の微粉炭量は微粉炭流
１３０よりも多くなるため、保炎器近傍に形成される火
炎１３６へ微粉炭量を多く供給するので、保炎器３７近
傍の着火性を向上させ、燃料過剰領域外周部の火炎温度
を高くする効果を有する。

【０１０６】微粉炭流１３０は、粒子濃度の低い噴流で
あり、外周部の高温の火炎で加熱され燃料過剰領域での
熱分解を促進する。火炎１３６の内部で、かつ、微粉炭
流１３０の酸素濃度の低い高温の雰囲気は、微粉炭粒子
からシアン化水素やアンモニア等をより多く放出し、燃
焼初期に生成されたＮＯｘの還元反応が促進され、火炉
出口の排出ＮＯｘ濃度は低減する。　　保炎器３７は一
次スロート１３の下流側に循環流１３５を形成する。循
環流１３５は、一次スロート１３と衝突板１２の作用で
、二次空気流１３２と外周部の微粉炭流１３１の境界に
安定して存在できる。一方、隔壁３２と三次空気旋回流
１３４とは、大きな循環流１３３を形成し、バーナ近傍
へ高温ガスを供給する。循環流１３５は、前記高温ガス
を保炎器３７の近傍にまで引き寄せるため、微粉炭火炎
を安定して形成させる効果を有する。

【０１０７】また、一般に、火炎中心部を通過する微粉
炭は三次空気との混合が遅くなるため、微粉炭の酸化が
遅くなり、火炉出口の未燃燃料の排出量は増加し易くな
る。本実施例では、一次空気流路３０の内周壁近傍は上
述のように、微粉炭の質量流量が低減され、急拡大部の
空気流れに追従可能な微粒子のみが供給される。このた
め、火炎中心部の粒子の反応性は向上し、火炉出口の未
燃燃料を増加することはない。

【０１０８】整流管８は、コーン７により空気の有する
バーナ半径方向の速度を減衰させ、バーナ中心軸方向の
速度を主として示すようにし、液体燃料ノズル５で霧化
された液体燃料と一次空気の干渉を低減させるので、火
炉予熱時の液体燃料による火炎の失火を防止する効果を
有する。

【０１０９】冷却空気はコーン７と整流管８の内周面で
熱交換を行うので、液体燃料や微粉炭火炎の輻射熱によ
る焼損を未然に防ぐ効果を有する。

【０１１０】保炎器３７を構成する衝突板１２は、粒子
流路調整器３４で形成された微粉炭粒子濃度の高い噴流
を衝突させ、衝突した微粉炭粒子の流速を低下させると
同時に、混合流の噴出方向と直角方向の流れを発生させ
、微粉炭粒子を保炎器３７の火炉側に形成される循環流
１３５に供給するので、保炎器３７近傍の着火性を向上
させる効果を有する。

【０１１１】一次スロート１３は、保炎器３７の火炉側
に形成される循環流を安定に形成するので、保炎器３７
近傍の着火性は更に向上する。

【０１１２】二次空気流路３１から供給される二次空気
は、一次空気流路３０の口縁に濃縮された微粉炭噴流の
半径方向の分散、並びに、火炎中心部の燃料過剰の燃焼
領域の空気と微粉炭の割合を調節するので、微粉炭粒子
の酸素や水蒸気による酸化反応と、ＮＯｘの還元反応の
最適な条件を設定する効果を有する。

【０１１３】更に、上記の二次空気は隔壁３２の内部に
流入した後に二次空気流路３１へ到達する。このため、
隔壁３２の温度は、循環流１３３と火炎１３６による昇
温の影響を小さくし、焼損限界以上の温度にすることは
ない。

【０１１４】隔壁先端面１１４や二次スロート１４の表
面温度はバーナ誤操作ないし液体燃料の燃焼時に上昇し
、微粉炭燃焼灰が溶融し金属との間に固溶相を形成しバ
ーナ寿命を短くすることがある。また、バーナへ付着し
た微粉炭燃焼灰は空気の流れを変え、燃焼状態を変化さ
せる。しかし、パージ空気孔１０７から噴出されるパー
ジ空気は微粉炭燃焼灰の隔壁先端面１１４又は二次スロ
ート１４への付着を抑制するので、バーナ寿命の低下や
燃焼状態の変化などはなくなる。

【０１１５】ダンパ１０６はパージ空気孔１０７の下流
側に位置するので、前記供給孔の圧力を二次空気供給量
によらず一定に保つことができる。これにより、パージ
空気供給孔１０７は一定量のパージ空気を常に供給する
ことが可能になり、上記の微粉炭燃焼灰の付着はバーナ
操作条件によらず確実に防止される。

【０１１６】三次空気の旋回流はバーナ近傍の圧力を火
炉内の圧力よりも低くする。前記の圧力差はバーナへ向
かう流れを形成し、燃焼ガスをバーナ近傍に引き寄せる
ので、微粉炭の着火性を向上させる効果を有する。更に
、三次空気の旋回流は、バーナ近傍の三次空気と微粉炭
噴流の混合を抑制するので、火炎内部に燃料過剰の燃焼
領域を安定に形成させる効果を有する。隔壁３２は、上
記効果を有する三次空気の噴出に要するウィンドボック
スの内部と火炉の静止圧力の差を約１／２に低減し、燃
焼用空気の供給設備の動力を低減させる効果を有する。

【０１１７】図９は、保炎器３７に近い一次空気流路３
０の拡大部における火炉側の空気速度の測定結果を示す
。横軸は一次空気の流れ方向の距離であり、０ｍｍの位
置は円管６とコーン７の接続部になる。縦軸は一次空気
流路３０のある距離における最大流速値と横軸の距離０
ｍｍでの流速との比（以下、流速比と称する。）である
。コーン７とバーナ中心軸のなす角度、即ち図１０に示
した流路角θが７゜，１０゜，２０゜，４５゜，６０゜
，９０゜で測定した。流路角θが９０゜の場合、流速比
は流れ方向の距離によらず１の値を示す。これは、一次
空気がコーン７の外表面で剥離して流れていることを示
している。前記剥離は微粉炭流１３０への微粉炭の散逸
を抑制するため、火炎中心部の還元性雰囲気にはＮＯｘ
の還元性ガスの発生に十分な微粉炭を供給されず、ＮＯ
ｘ還元反応は効果的に進行しなくなる。

【０１１８】流路角θが７゜の流速比は単調に減少する
。この場合、噴出速度並びに微粉炭濃度は一次空気流路
の外周部の微粉炭流１３１と内周部の微粉炭流１３０で
ほぼ等しくなる。これは、保炎器近傍に微粉炭粒子を多
く供給することによって達成できる火炎安定性の向上や
、還元性雰囲気への微細な微粉炭粒子の供給等の粒子分
散の機能を十分に達成させることが困難になる。

【０１１９】従って、粒子流路調整器３４の粒子分散機
能を効果的に実現させるは、流速比がある距離まで減少
した後に一定とならなければならない。この特徴を有す
る流路角は、１０゜から６０゜である。一次空気流路３
０の噴出速度は約１９ｍ／ｓで設計されるため、微粉炭
供給量が増加すると一次空気流路１の内周径も増加し、
コーン７の長さも長くなる。バーナ容量で変化する一次
空気流路１の径と流路角の関係を検討した結果、流路角
は１０゜から４５゜の範囲にあることが特に好ましいこ
とがわかった。６０゜から９０゜よりも小さな流路角で
も、上述のような流速比の特性を得ることはできるが、
微粉炭の噴出速度は数％しか減少しないため、微粉炭供
給量の少ない条件では微粉炭噴出速度が大きくなり、安
定な火炎を形成できない。また、流路角が７゜より大き
く１０゜よりも小さく条件では、コーン７の火炉方向の
長さが長くなり、一次空気供給管１と液体燃料ノズル５
も長くなる。長い一次空気供給管１はウィンドボックス
側板２４から突出し、微粉炭供給管２６の配管に大きな
空間を要求する。これはボイラの建屋の幅が大きくなる
ために好ましくない。また、長い液体燃料ノズルは重い
ので、操作性は低下する。

【０１２０】整流管８は、上記剥離を閉ざすに十分な長
さを有するように定められるので、微粉炭火炎が一次空
気流路へ戻ることはない。

【０１２１】以上の流路角の他に、粒子流路調整器（粒
子分散調節器）３４の最大外径φＡと一次空気流路１の
内周径φＢの関係、即ち、φＢ／φＡは粒子分散調節器
３４の特性に密接に関係する。種々の燃焼実験の結果、
φＢ／φＡが０．３から０．８の範囲で良好であった。 φＢ／φＡが０．３以下では、保炎器３７近傍へ供給す
る微粉炭の流量が低下し、火炎の安定性並びに前記火炎
の高温化による還元雰囲気の迅速な形成は困難であり、
従来の燃焼法との差は小さくなる。また、φＢ／φＡが
０．８以上では、一次空気流路外周部の微粉炭流１３１
の噴出速度が高くなり、中心部の微粉炭流１３０の噴出
速度は低くなる。このため、火炎１３６へ供給される燃
料流量が多くなり、還元雰囲気へ十分な燃料を供給でき
なくなる。このため、ＮＯｘの還元反応を十分に進行さ
せることができなくなり、火炉出口のＮＯｘ濃度は従来
の燃焼法よりも高くなる。また、微粉炭バーナへ供給す
る燃料量が少なくなった条件では、微粉炭の噴出速度を
低減させることが困難になり、低負荷時の火炎の安定性
は非常に悪くなる。

【０１２２】図１０に示すような突板１２を微粉炭供給
管１の内周面に複数枚取り付けると、一次空気流路３０
の周方向の擾乱を生成させることができる。この擾乱は
、微粉炭粒子を衝突板１２の火炉側の循環流１３５へ流
入させるため、循環流１３５に供給される微粉炭粒子は
増加し、保炎性能は向上する。衝突板１２の半径方向の
長さＨと、衝突板１２の周方向の長さＷ、並びに一次空
気供給管１の内周径Ｄの関係と、衝突板１２の枚数を種
々検討した。この結果、Ｈ／Ｄが０．０１　から０．１
５、Ｗ／Ｈが０．２から５、衝突板１２は４から１２枚
が好適であった。

【０１２３】図１１は、本実施例のバーナで燃焼した際
の、火炉内でのＮＯｘ濃度（但し、燃焼炉出口酸素濃度
６％の換算）と灰中未燃分の関係を示す。本実施例のバ
ーナは、微粉炭を毎時２．６ｔ燃焼し、燃焼に必要な理
論空気量の約０．９倍の空気をバーナへ投入し、バーナ
から火炉内滞留時間約０．４秒の位置から火炉出口にお
ける酸素濃度が約３．５％となるに要する空気（以下、
アフタエアと称する。）を投入する条件で燃焼した。火
炉出口までの燃焼ガスの滞留時間は約２．５　秒である
。

【０１２４】微粉炭と空気の単位時間当りの重量流量比
は約０．３５である。また、ＮＯｘと灰中未燃分を最も
低減できる一次と二次と三次の空気流量の比率は、約１
２：４：１９である。

【０１２５】一次空気は、予熱温度約７０度であり、（
一次空気供給量）／（一次空気流路３０の断面積）で示
される一次空気の噴出速度は約１９ｍ／ｓである。二次
及び三次空気の予熱温度は約２６０から３００度であり
、二次空気の噴出速度は１０〜３０ｍ／ｓ、三次空気の
噴出速度は４０〜５０ｍ／ｓである。

【０１２６】供試微粉炭は、７４μｍ以下の重量割合が
８０から８４％の粒子径分布で、燃料比が約２．３、燃
料に含まれる窒素成分の重量割合が約１．８％、灰分の
重量割合が約１５％（ｗｅｉｇｈｔ％）の性状を示す。

【０１２７】本実施例のバーナの燃焼特性１４１は従来
のバーナの燃焼特性１４０に比べてＮＯｘと微粉炭燃焼
灰に含まれる未燃分の割合を低くすることができる。例
えば、灰中未燃分４％の条件でＮＯｘ濃度を比較すると
、従来バーナでは１５０ｐｐｍであるのに対し、本実施
例のバーナでは１００ｐｐｍ　の性能を示す。

【０１２８】また、上記のバーナを用いて微粉炭供給量
を低減する実験を行った結果、微粉炭供給量を約２５％
まで少なくした場合でも安定な火炎を形成することがで
きた。粒子分散調節器３４がない場合、安定燃焼させる
最低の微粉炭供給量は約４０％である。従って、粒子分
散調節器は、ＮＯｘと灰中未燃分の低減と、安定燃焼下
限の微粉炭供給量を低減できる。

【０１２９】パージ空気孔１０７から噴出するパージ空
気は、隔壁３２の最大温度を６００゜以下にすることが
できた。この温度は、前記パージ空気がない場合に比べ
て約３００゜Ｃから４００゜Ｃ低い。また、隔壁３４は
上記パージ空気の効果により微粉炭燃焼灰が付着するこ
ともなかった。

【０１３０】コーン７と整流管８の温度は、冷却空気に
よって６００゜Ｃ以下にすることができ、焼損すること
もなかった。

【０１３１】 〔実施例４〕 本発明の第４実施例を図１２に示す。図１２は実施例２
のバーナと構造の異なる部分とその周辺のみを示し、共
通の部分を省略した。実施例４のバーナの特徴は、二次
ベーンと隔壁を兼用させた構造である。

【０１３２】二次空気流路３１は、一次空気流路３０の
外周管である一次空気供給管１と、三次空気流路３３の
内周管である二次空気供給管２で形成される円環状の流
路である。二次空気流路３１の上流側は、二次レジスタ
３８を介してウィンドボックスに連通し、下流側は二次
空気旋回器４０を介して火炉に連通する。二次空気旋回
器４０は、一端を保炎器３７に接続され、他端を保炎端
３７よりも火炉側に位置した二次空気供給管２の端面に
接続された複数個の矩形状の板で構成される。この矩形
状の板、即ち、旋回羽は、隣接する旋回羽と微粉炭の噴
出方向に重なるように取り付けられ、二次空気がこの重
複部の隙間から、微粉炭の噴出方向に速度を持たず、旋
回方向の速度のみを示すように配置されている。

【０１３３】次に実施例の動作及び効果について説明す
る。

【０１３４】二次空気旋回器４０を構成する旋回羽の隙
間の流路は、二次空気を微粉炭の噴出方向の速度を持た
ず、旋回方向の速度で噴出させる。このため、二次空気
旋回器４０は、実施例２の隔壁と同等の機能を示し、微
粉炭火炎の高温の燃焼ガスをバーナ近傍へ引き寄せ、微
粉炭の着火性を促進する。

【０１３５】二次空気は、二次空気旋回器４０の旋回羽
の表面を旋回流で噴出するので、二次空気の旋回羽を冷
却するように動作する。このため、バーナ近傍に形成さ
れた高温の火炎に起因する焼損が防止され、長期間の運
用に対する信頼性は向上する。

【０１３６】〔実施例５〕 図１３は、本発明の微粉炭ボイラに用いる微粉炭バーナ
であり、実施例２から実施例４とは構造が異なる。実施
例５のバーナの特徴は、粒子分散調節器３４の微粉炭噴
出方向へ移動可能なことである。

【０１３７】第４の実施例の粒子分散調節器３４は、上
流側から順に一体的に形成された円管１０とコーン９と
円管６とコーン７から構成される。液体燃料ノズル５の
上記粒子分散調節器３４の火炉側端面か火炉方向に突出
した部分が、第２の実施例で示した整流器８に相当する
。　　粒子分散調節器３４の位置は、制御信号を受けて
、微粉炭の噴出方向に変化する。前記制御信号は、例え
ば、微粉炭や搬送空気の流量の情報を含む信号、三系統
に分割されてバーナへ供給される燃焼用空気の供給量を
示す信号、火炎の形状等の情報を含む信号、各種の温度
情報の信号等のバーナや火炉の状態を示す信号等である
。

【０１３８】次に実施例の動作及び効果について説明す
る。

【０１３９】粒子分散調節器３４は微粉炭の噴出方向に
移動し、液体燃料ノズル５の火炉側の突出部（即ち、整
流管８に相当する）の長さを変化させ、一次空気流路出
口における微粉炭の分散特性は制御される。即ち、粒子
分散調節器３４で一次空気供給管１の内周壁近傍に濃縮
された微粉炭粒子の流路の半径方向の散逸は、上記整流
管の長さの増加と共に増加し、一次空気流路３０の火炉
側端面における微粉炭粒子の粒子径や粒子濃度の分布は
平滑化される。逆に、上記整流管の長さを短くすると、
一次空気流路３０の口縁における微粉炭濃度を高くする
ことができる。一般に、微粉炭供給量が少ない低負荷運
転時は、微粉炭の粒子濃度は石炭粉砕機の稼働特性のた
め希薄化し、保炎器近傍の着火性は悪化し、安定な火炎
を形成できなくなる。燃焼状態の特徴を示す信号を用い
て粒子分散調節器３４を動作させると、バーナの燃焼特
性は良好になる。例えば、微粉炭供給量の信号を用い、
微粉炭供給量の減少と共に粒子分散調節器３４を火炉方
向に移動させると、一次空気供給管１の口縁の微粉炭濃
度は微粉炭供給量によらずほぼ一定に保持される。従っ
て、バーナ単体の最低負荷は従来の約１／２まで低減さ
れ、約１５から２０％とすることができる。

【０１４０】第５の実施例の粒子分散調節器は円管の微
粉炭ノズル内に取り付けたが、この動作及び効果は任意
の形状の微粉炭ノズルに取り付けても同様に得ることが
できる。例えば、角形のノズルを火炉の高さ方向に複数
個重ね、個々のノズルから微粉炭とその搬送空気、また
は燃焼用空気を噴出させる燃焼方法においても、微粉炭
の搬送ノズル内に粒子分散調節器を取り付けると、微粉
炭のノズル出口の粒子濃度並びに粒子径を調節でき、本
実施例の目的を実現できる。

【０１４１】〔実施例６〕 図１４は第２の実施例、第３の実施例、第４の実施例ま
たは第５の実施例のバーナと構造の異なる部分とその周
辺のみを示し、共通の部分は省略した。実施例６の特徴
は、微粉炭噴流と三次空気の混合を抑制するために第１
の実施例で示した隔壁３２の代わりに二次空気供給管２
の先端にガイドスリーブ４１を設けたことである。

【０１４２】次に実施例の動作及び効果について説明す
る。

【０１４３】本実施例のガイドスリーブ４１は、三次空
気流路３３を先端（火炉側）で縮小するように構成する
ために、三次空気噴流は三次スロート２２に沿って噴出
され、三次空気噴出直後に微粉炭流との混合を抑制し、
第２の実施例で示した隔壁３２と同等の作用をさせるこ
とができる。その結果、バーナ近傍で火炎中心部に低空
気比領域を形成することができ、燃焼初期に発生したＮ
Ｏｘの還元反応を促進できる効果を有する。また、本実
施例についても第１の実施例のごとく粒子分散調節器３
４を負荷量に応じて移動させることにより、低負荷時に
おいても安定な着火、保炎を実現できる効果を有する。

【０１４４】〔実施例７〕 本発明の第７の実施例を図１５に示す。図１５は第２か
ら第５の実施例のバーナと構造の異なる部分とその周辺
のみを示し、共通の部分は省略した。第７の実施例の特
徴は、微粉炭ノズルに取り付けた粒子分散調節器の火炉
側の下流側に、微粉炭ノズルから噴出される微粉炭の粒
径分布を計測する機能を取り付けた点にある。第７の実
施例は、一次空気供給管１の内周壁近傍の粒子径を測定
する大粒径検出器７１と、一次空気供給管１の内心近傍
の粒子径を測定する小粒径検出器７２と、大粒径検出器
７１の出力信号７６（大粒径信号）と小粒径検出器７２
の出力信号７７（小粒径信号）を基に供給される微粉炭
の粒径分布を推定する粒径分布検出器７４と、粒径分布
検出器７４の出力信号７８（粒径分布信号）を基にして
微粉炭の粒径分布を調節する粉砕機７５から構成される
。大粒径検出器７１及び小粒径検出器７２としては、光
の散乱や透過などを利用した非接触型の検出器や、粒子
の衝突による抵抗力の大小等を基にして検出する接触型
の検出器が好適である。

【０１４５】次に実施例の動作及び効果について説明す
る。

【０１４６】粒子分散調節器３４は火炉の下流側で一次
空気流路３０の流路面積を拡大するため、空気の流れに
追随する微小粒子と、空気の流れに追随しない大きな粒
子と、微粉炭粒子の慣性を利用して微粉炭の粒径分布を
一次空気流路３０の半径方向に変化させることができる
。一次空気流路３０に円管６が挿入された位置での搬送
空気速度と下流側のコーン７の形状により搬送空気に追
随しない微粉炭の粒子径は変化する。搬送空気に追随し
ない最小の粒径（以下、分離下限粒子径と称する。）は
、一次空気流路３０に円管６が挿入された位置での搬送
空気速度が２０〜３０ｍ／ｓ、コーン７の頂角が１０〜
６０°で搬送空気の配管内での剥離がない条件で、約２
０〜５０μｍになる。即ち、整流管８の位置で微粉炭の
粒径分布を半径方向に調べると、一次空気流路３０の中
心部に近いところでは分離下限粒子径以下の微小な微粉
炭が観察されるのに対し、一次空気供給管１の内周壁に
近いところでは分離下限粒子径以上の大きな粒子径の微
粉炭の割合が微粉炭供給管２６の微粉炭の粒径分布より
も多くなる。

【０１４７】上述した微粉炭の粒径分布の差を、大粒径
検出器７１と小粒径検出器７２を用いて検出する。この
二つの検出器は、微粉炭の粒径分布を正確に検出する必
要はなく、両方の検出位置における相対値で目的を達成
することができる。また、検出器は、上述した非接触型
や接触型が適用できるが、微粉炭火炎を安定に形成させ
るためには、一次空気流路３０の出口の微粉炭の流量分
布を乱す可能性の少ない非接触型の検出器が望ましい。

【０１４８】二つの検出器７１と７２の出力信号７６と
７７を入力する粒径分布検出器７４は、検出器７１と７
２の検量曲線等を基にして、出力信号の強度比や、出力
信号の強度等を解析し、微粉炭供給管２６の微粉炭の粒
径分布を推定する。粒径分布検出器７４の出力信号７５
は粉砕機７５へ出力され、粉砕機７５から供給される微
粉炭の粒径分布を制御するように動作する。

【０１４９】上記の方法で制御はボイラの負荷を変動す
る時の粉砕機７５の粉砕特性を安定化させるのに有効で
ある。例えば、微粉炭ボイラの負荷変化が大きくなると
、粉砕機７５が処理すべき単位時間当たりの石炭供給量
の時間変化が大きくなる。石炭粉砕機７５の供給量の変
化は粉砕機７５内部に保持していた微粉炭を一時的に排
出させることによって対応できるが、粒径分布は一般に
変化する。第７の実施例を用いて粉砕機７５の粉砕特性
を制御すると、ボイラの負荷変化によらずバーナへ供給
する微粉炭の粒径分布を一定に保てるため、微粉炭火炎
の状態を決定する微粉炭粒子径の影響を負荷に関して一
定に保てるため、ボイラの負荷変化によって火炉出口の
灰中未燃分やＮＯｘ濃度を変化させることはない。

【０１５０】また、第７の実施例を用いると、火炉温度
の低い条件で微粉炭の粒子径を小さくするように粉砕機
７５を動作させることができるので、ボイラの負荷が低
い条件でも微粉炭の燃焼率を低下させることはない。

【０１５１】微粉炭バーナに微粉炭の粒径分布を計測さ
せる方法について記載したが、本実施例の動作を微粉炭
供給管２６に付加させることも可能である。即ち、微粉
炭供給管２６を急拡大させ、搬送空気の流れに追随でき
る微小粒子の流れと、搬送空気の流れに追随しない大粒
子の流れを形成させ、各流れの粒子径を計測させる粒子
径検出器を取り付ければ、同等の効果を達成することが
できる。

【０１５２】この時、急拡大部に石炭粒子の蓄積がない
ように配管の位置を定めることは言うまでもない。

【０１５３】〔実施例８〕 本発明の第８の実施例を図１６に示す。図１６はバーナ
を複数個（図１６ではａ〜ｅの５個）取り付けた状態を
示す。第８の実施例は、第７の実施例に記載した微粉炭
の粒径分布を計測する機能を取り付けたバーナ８３ａ〜
８３ｅと、バーナ８３ａ〜８３ｅへ微粉炭を管７９より
供給する粉砕機７５と、バーナ８３ａ〜８３ｅへ供給さ
れる微粉炭の粒径分布の信号を出力する粒径分布検出器
７４ａ〜７４ｅと、この信号を入力し各バーナ８３ａ〜
８３ｅ間の粒径分布の差を判断し粒径分布を制御する信
号を出力する粒径制御器８１と、粒径制御器８１の出力
信号を基にバーナへ供給する微粉炭の粒径分布を制御し
バーナの上流側の微粉炭供給管に取り付けられた粒径調
節器８２ａ〜８２ｅから構成される。

【０１５４】次に実施例８の動作及び効果について説明
する。

【０１５５】粒径制御器８１は、バーナ８３ａ〜８３ｅ
に供給された微粉炭の粒径分布を判断し、理想とする各
バーナの粒径分布のパターンと比較し、理想とする各バ
ーナの粒径分布のパターンに一致させるように動作させ
る信号を粒径調節器８２へ出力する。粒径調節器８２は
、粒径制御器８１の信号を受けて、バーナ８３ａ〜８３
ｅへ供給する微粉炭の粒径分布を制御する。粒径調節器
８１は、一台の粉砕機７５から複数の微粉炭バーナへ分
岐する際に生ずる粒径分布の不均一さを軽減できるので
、微粉炭バーナの燃焼性もほぼ一様になり、従来のよう
な特定のバーナにのみ大きな粒子が供給されて生ずる未
燃分の増加を抑制できる。

【０１５６】また、一台の粉砕機７５から複数個の微粉
炭バーナへ微粉炭を供給する時、粒径調節器８１は、炉
壁近くに位置するバーナ８２ａ、８２ｅへは比較的細か
い粒子を含む微粉炭を供給させるように動作し、火炉３
６の中心部に位置するバーナ８３ｂ、８３ｄへは残りの
微粉炭を供給するように動作させる。これにより、炉壁
に近い所に位置するバーナは炉壁の温度が低いために、
火炉中心部に取り付けられた微粉炭バーナの火炎に比べ
て十分な輻射を得ることができず燃焼性が悪くなるのを
防止することができ、微粉炭バーナの燃焼率をほぼ均等
にすることができる。

【０１５７】〔実施例９〕 本発明の第９の実施例を図１７を用いて説明する。第２
から第６の実施例で記述したバーナを粉体製造用の釜へ
適用した実施例であり、図１７は特にセメント製造用の
回転窯へ適用した実施例を記載した。第９の実施例は、
送風器９１と、送風器９１で供給された燃焼用空気を保
持し、かつ、製造されたセメント粉体を冷却乾燥させる
製品回収室９２と、製品回収室９２の内部に保持され送
風器９１で供給される空気をセメント粉体を通過させ下
方から上方へ供給する冷却棚９４と、製品回収室９２の
一部に取り付けられセメント粉体を回収する排出管９３
と、製品回収室９２の内部に保持され燃焼空気と微粉炭
を噴出するバーナ９５と、バーナで形成された火炎を内
部に流通させる焼成回転窯９６と、回転窯９６を挾んで
製品回収室の反対側に接した排気室９９と、排気室９９
の内部を流通し回転窯９６へセメント粉体製造用のスラ
リを供給するスラリ注入口９７と、排気室９９の一部に
接続され燃焼排ガスを排出する排気管から構成される。 更に、円筒状の回転窯９６は、バーナに近い大きな内周
径の燃焼室１００と、燃焼室１００の排気室側に一体的
に形成され燃焼室１００の内周径よりも小さな円筒状の
焼成室１０１と、焼成室１０１の排気室側に一体的に形
成され燃焼室１００の内周径とほぼ等しい熱回収室１０
２から構成される。回転窯９６は図１７に記載していな
い定速転送装置によって回転する。

【０１５８】次に実施例９の動作及び効果について説明
する。

【０１５９】粉砕機で粉砕され調合されたスラリ状のセ
メント粉体の原料は、スラリ注入口９７を介してスラリ
予熱器９８へ供給され、燃焼排ガスとの接触によって予
熱される。スラリ予熱器９８からオーバフローした原料
は、熱回収室１０２の内部に懸垂された金属製の鎖の蓄
熱によって更に加熱される。この後、焼成室１０１で焼
成された後に、熱焼室１００に形成された火炎の輻射を
受けてより一層焼成される。この後、冷却棚９４で燃焼
空気を利用して冷却された後、排出管９３を介して製品
タンクへ搬送される。一方、図１７に記載していない粉
砕機で微粉化された石炭は、気流搬送によってバーナ９
５へ供給される。また、燃焼用空気は、送風器９３によ
り供給され、セメント粉体の冷却を行って加熱された後
にバーナ９５へ供給される。

【０１６０】本実施例のバーナは、微粉炭の燃焼による
火炎を短炎化でき、更に排出されるＮＯｘ濃度を低減で
きる。焼成回転窯９６に占める燃焼室１００の割合を高
くできるので、相対的に焼成室１０１は長くなる。従っ
て、同一寸法におけるセメント粉体の原料の処理量を多
くすることができる。また、二段燃焼を用いることので
きない焼成用の燃焼炉においても、排ガスに含まれるＮ
Ｏｘ濃度を低くできるため、脱硝装置による低ＮＯｘへ
の環境対策を大幅に低減できる。

【０１６１】本実施例では、微粉炭ノズルの外周に同心
円状に燃焼用空気のノズルを備えたバーナを例にとって
説明したが、微粉炭ノズル内に設けた粒子分散調節器（
粒子流路調節器）の作用と効果は、微粉炭ノズル断面の
形状あるいは燃焼空気のノズルと微粉炭ノズルの位置に
関係なく発揮される。

【０１６２】

【発明の効果】微粉炭とこれを搬送するための一次空気
との混合流を噴出する微粉炭ノズル内に、混合流の中心
部に比べて外周部の微粉炭の濃度が高くなるように濃度
分布を調整する手段を有するバーナをボイラおよびボイ
ラシステムに備えることによって、微粉炭のバーナ燃焼
によるＮＯｘの発生を抑制することができる。また、負
荷変動時にも高い燃焼効率を保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による微粉炭ボイラシステムを示す概略
図。

【図２】本発明の一実施例による微粉炭バーナの断面図
。

【図３】本発明の一実施例による微粉炭バーナで燃焼し
たときの混合流の流れ方向の燃焼率とＮＯｘ濃度を示す
グラフ。

【図４】本発明の一実施例による微粉炭バーナで燃焼し
たときの混合流の流れ方向のガスの濃度を示すグラフ。

【図５】微粉炭バーナの断面の一部を示す斜視図。

【図６】他の実施例による微粉炭バーナの断面図。

【図７】二次空気流路と三次空気流路との間の隔壁の一
部を示す斜視図。

【図８】微粉炭バーナの微粉炭噴出口近傍の微粉炭の流
れと空気の流れを示した概念図。

【図９】一次空気の流れ方向の距離と一次空気の流速比
との関係を示すグラフ。

【図１０】コーン７とバーナ中心軸のなす角度を示すた
めの微粉炭噴出ノズル部の概略図。

【図１１】灰中未燃分量とＮＯｘ濃度との関係を示すグ
ラフ。

【図１２】他の実施例の微粉炭バーナの概略断面図。

【図１３】他の実施例の微粉炭バーナの概略断面図。

【図１４】他の実施例の微粉炭バーナの断面図。

【図１５】微粉炭粒径分布を計測制御する装置の構成を
示す概略図。

【図１６】微粉炭粒径分布を計測制御する装置を用いて
微粉炭バーナを制御する時のシステム構成を示す概略図
。

【図１７】微粉炭バーナをセメント製造用の回転窯へ適
用したときのシステム構成を示す概略図。１…一次空気
供給管、２…二次空気供給管、３…三次空気供給管、５
…液体燃料ノズル、３０…一次空気流路、３１…二次空
気流路、３２…隔壁、３３…三次空気流路、３４…粒子
分散調節器、３７…保炎器、３８…二次レジスタ、３９
…三次レジスタ、４０…二次空気旋回器、４２…火炉、
４３…微粉炭バーナ。

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】微粉炭を燃焼する火炉と、該火炉の側壁に
   設けられ微粉炭と空気の混合流を噴出して火炎を形成す
   る複数本のバーナと、該火炉内の微粉炭燃焼熱によって
   水を加熱し蒸気を発生する手段とを具備するボイラにお
   いて、前記バーナが微粉炭と一次空気との混合流を噴出
   する微粉炭噴出ノズルと該微粉炭噴出ノズルから噴出さ
   れる混合流に着火用の二次空気を供給する二次空気ノズ
   ルとを有し、該微粉炭噴出ノズルから噴出する前記混合
   流中の微粉炭の濃度を中心部に比べて外周部側で相対的
   に高くする微粉炭濃度調整手段を有することを特徴とす
   る微粉炭ボイラ。
2. 【請求項２】微粉炭を燃焼する火炉と、該火炉の側壁に
   設けられ微粉炭と空気の混合流を噴出して火炎を形成す
   る複数本のバーナと、該火炉内の微粉炭燃焼熱によって
   水を加熱し蒸気を発生する手段とを具備するボイラにお
   いて、前記バーナが微粉炭と一次空気との混合流を直進
   流として噴出する環状の微粉炭噴出ノズルと該微粉炭噴
   出ノズルの外周に同心的に設けられ混合流に着火用の二
   次空気を噴出する二次空気ノズルとを有し、該微粉炭噴
   出ノズル内に混合流をノズル噴出口に至る前に一時的に
   外周部側に寄せる微粉炭流路調整手段を備えたことを特
   徴とする微粉炭ボイラ。
3. 【請求項３】微粉炭を燃焼する火炉と、該火炉の側壁に
   設けられ微粉炭と空気の混合流を噴出して火炎を形成す
   る複数本のバーナと、該火炉内の微粉炭燃焼熱によって
   水を加熱し蒸気を発生する手段とを具備するボイラにお
   いて、前記バーナが微粉炭と一次空気との混合流を微粉
   炭濃度が中心部側よりも外周側が相対的に高くなるよう
   に濃度勾配をつけて噴出する環状の微粉炭噴出ノズルと
   、該微粉炭噴出ノズルによって噴出される混合流に着火
   用の二次空気を混合する二次空気ノズルを備えたことを
   特徴とする微粉炭ボイラ。
4. 【請求項４】前記微粉炭噴出ノズルから噴出される混合
   流の下流側に三次空気を供給して該下流側の酸素濃度を
   バーナ出口近傍の酸素濃度に比べて相対的に高くする三
   次空気ノズルを備えたことを特徴とする請求項１〜３に
   記載の微粉炭ボイラ。
5. 【請求項５】前記微粉炭噴出ノズルの外周に同心的に前
   記二次空気ノズルを備え、該二次空気ノズルの外周に同
   心的に前記三次空気ノズルを備え、該三次空気ノズルの
   噴出口を前記二次空気ノズルの噴出口よりも前方に位置
   させたことを特徴とする請求項１〜４に記載の微粉炭ボ
   イラ。
6. 【請求項６】前記火炉側壁の前記バーナが設けられた位
   置の上段にアフターエアポートを備えたことを特徴とす
   る請求項１〜５に記載の微粉炭ボイラ。
7. 【請求項７】前記バーナが油を空気流によって噴霧する
   アトマイザを備え、該アトマイザの外周に同心的に前記
   微粉炭噴出ノズルを備えたことを特徴とする請求項１〜
   ６に記載の微粉炭ボイラ。
8. 【請求項８】微粉炭と一次空気の混合流を噴出する微粉
   炭噴出ノズルと該微粉炭噴出ノズルの外周に同心的に設
   けられ該混合流に着火用の二次空気を供給する二次空気
   ノズルとを有し、該微粉炭噴出ノズル内に前記混合流が
   流れる領域を変化させる環状体を有し、該環状体の外径
   を中央部が大きくノズル先端部で小さくしたことを特徴
   とする微粉炭バーナ。
9. 【請求項９】油を空気流によって噴霧するアトマイザの
   外周に同心的に微粉炭と一次空気の混合流を噴出する微
   粉炭噴出ノズルを有し、該微粉炭噴出ノズルから噴出す
   る混合流に着火用の二次空気を供給する二次空気ノズル
   を該微粉炭噴出ノズルの外周に同心的に有し、該微粉炭
   噴出ノズル内に前記アトマイザと同心的に外径が中央部
   で大きくノズル先端部で小さい環状体を有することを特
   徴とする微粉炭バーナ。
10. 【請求項１０】油を空気流によって噴霧するアトマイザ
    の外周に同心的に微粉炭と一次空気の混合流を噴出する
    微粉炭噴出ノズルを有し、該微粉炭噴出ノズルから噴出
    する混合流に着火用の二次空気を供給する二次空気ノズ
    ルを該微粉炭噴出ノズルの外周に同心的に有し、該微粉
    炭噴出ノズル内に前記アトマイザと同心的に外径が中央
    部で大きく端部で小さくなった環状体を有し、前記微粉
    炭噴出ノズルから噴出する混合流の下流側に三次空気を
    供給する三次空気ノズルを前記二次空気ノズルの外周に
    同心的に備え、該三次空気ノズルの噴出口を前記二次空
    気ノズルの噴出口よりも前方に位置させたことを特徴と
    する微粉炭バーナ。
11. 【請求項１１】前記二次空気ノズルから噴出される二次
    空気を旋回する旋回手段を備えたことを特徴とする請求
    項８〜１０に記載の微粉炭バーナ。
12. 【請求項１２】前記三次空気ノズルから噴出される三次
    空気を旋回する旋回手段を備えたことを特徴とする請求
    項１０〜１１に記載の微粉炭バーナ。
13. 【請求項１３】微粉炭を中心部の濃度に比べて外周部の
    濃度が相対的に高くなるように噴出して円筒状の火炎を
    形成する微粉炭バーナを火炉の側壁に複数本備えたボイ
    ラと、該ボイラの排ガスを煙突へ導く煙道に設けられた
    排ガス浄化手段と、該微粉炭バーナに空気を搬送気体と
    して微粉炭を搬送する微粉炭搬送手段と、該微粉炭バー
    ナに搬送する微粉炭の量を調整する微粉炭量調整手段お
    よび前記バーナから噴出する空気の量を調整する空気量
    調整手段を具備したことを特徴とする微粉炭ボイラシス
    テム。
14. 【請求項１４】微粉炭と空気の混合流を微粉炭の濃度が
    外側で高く内側で低くなるように濃度分布をもたせて噴
    出する微粉炭噴出ノズルと該噴出ノズルから噴出する混
    合流に着火用の二次空気を供給する二次空気ノズルとを
    有する微粉炭バーナを火炉の側壁に複数本備えたボイラ
    と、該ボイラの排ガスを煙突へ導く煙道に設けられた排
    ガス浄化手段と、該微粉炭バーナに空気を搬送気体とし
    て微粉炭を搬送する微粉炭搬送手段と、該微粉炭バーナ
    に搬送する微粉炭の量を調整する微粉炭量調整手段と、
    該微粉炭バーナに供給する二次空気の量を調整する二次
    空気量調整手段を具備したことを特徴とする微粉炭ボイ
    ラシステム。
15. 【請求項１５】微粉炭と空気の混合流を微粉炭の濃度が
    外側で高く内側で低くなるように濃度分布をもたせて噴
    出する微粉炭噴出ノズルと該噴出ノズルから噴出する混
    合流に着火用の二次空気を供給する二次空気ノズルおよ
    び前記混合流の下流側に三次空気を供給して該下流側の
    酸素濃度をバーナ出口近傍の酸素濃度に比べて相対的に
    高くする三次空気ノズルとを有する微粉炭バーナを火炉
    の側壁に複数本備えたボイラと、該ボイラの排ガスを煙
    突へ導く煙道に設けられた排ガス浄化手段と、該微粉炭
    バーナに空気を搬送気体として微粉炭を搬送する微粉炭
    搬送手段と、該微粉炭バーナに搬送する微粉炭の量を調
    整する微粉炭量調整手段と、該微粉炭バーナに供給する
    二次空気および三次空気の量を調整する空気量調整手段
    を具備したことを特徴とする微粉炭ボイラシステム。
16. 【請求項１６】前記火炉側壁の前記微粉炭バーナの上段
    にアフタエアポートを備えたことを特徴とする請求項１
    ３〜１５に記載の微粉炭ボイラシステム。
17. 【請求項１７】前記微粉炭バーナに搬送する微粉炭の粒
    径を調整する微粉炭粒径調整手段を備えたことを特徴と
    する請求項１３〜１６に記載の微粉炭ボイラシステム。
18. 【請求項１８】油を空気流によって噴霧するアトマイザ
    を備えたことを特徴とする請求項１３〜１７に記載の微
    粉炭ボイラシステム。
19. 【請求項１９】前記排ガス浄化手段として窒素酸化物を
    還元除去する脱硝装置と集塵器および硫黄酸化物を除去
    する脱硫装置を備えたことを特徴とする請求項１３〜１
    ８に記載の微粉炭ボイラシステム。
20. 【請求項２０】二次空気ノズルから噴出される二次空気
    を旋回する旋回手段を備えたことを特徴とする請求項１
    ４〜１９に記載の微粉炭ボイラシステム。
21. 【請求項２１】三次空気ノズルから噴出される三次空気
    を旋回する旋回手段を備えたことを特徴とする請求項１
    ５〜２０に記載の微粉炭ボイラシステム。
22. 【請求項２２】前記微粉炭バーナをボイラ火炉の側壁に
    複数段にわたって備えたことを特徴とする請求項１３〜
    ２１に記載の微粉炭ボイラシステム。
23. 【請求項２３】前記ボイラの火炉側壁の微粉炭バーナの
    上段にアフターエアポートを備えたことを特徴とする請
    求項１３〜２２に記載の微粉炭ボイラシステム。
24. 【請求項２４】前記微粉炭バーナに対して同心的に設け
    られた前記二次空気ノズルと前記三次空気ノズルの間に
    仕切り板を有し、二次空気が該仕切り板内を通ったのち
    前記微粉炭バーナと該仕切り板の間から噴出されるよう
    に該仕切り板内に二次空気流路を備えたことを特徴とす
    る請求項４〜７に記載の微粉炭ボイラ。
25. 【請求項２５】前記仕切り板の先端部に二次空気の一部
    を噴出するための空気噴出孔を有することを特徴とする
    請求項２４に記載の微粉炭ボイラ。
26. 【請求項２６】微粉炭と空気を噴出して火炎を形成する
    微粉炭バーナを火炉側壁に複数本備えたボイラによって
    微粉炭を燃焼し、得られた燃焼熱によって水を加熱して
    蒸気を発生させ蒸気タービンを駆動する石炭火力発電シ
    ステムの運転方法において、前記微粉炭バーナに微粉炭
    と空気の混合流を外周部の微粉炭の濃度が中心部の濃度
    に比べて相対的に高くなるように濃度分布を持って噴出
    する管状微粉炭噴出ノズルと該微粉炭ノズルから噴出す
    る混合流に着火用の二次空気を供給する二次空気ノズル
    と該混合流の下流側に燃焼用の三次空気を噴出する三次
    空気ノズルを具備させて火炎を形成するようにし、前記
    微粉炭バーナに供給する微粉炭の粒径と量および空気の
    量を前記ボイラの負荷に応じて変えるようにしたことを
    特徴とする石炭火力発電システムの運転方法。