WO2002012791A1

WO2002012791A1 - Solid fuel burner and combustion method using solid fuel burner

Info

Publication number: WO2002012791A1
Application number: PCT/JP2001/006684
Authority: WO
Inventors: Toshikazu Tsumura; Hirofumi Okazaki; Miki Shimogori; Kenji Kiyama; Kouji Kuramashi; Hitoshi Kikuchi; Yoshitaka Takahashi; Shigeki Morita; Kazuhito Sakai; Masayuki Taniguchi; Hironobu Kobayashi
Original assignee: Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2002-02-14
Also published as: CN100453901C; CN1386180A; AU776725B2; YU23002A; CZ303467B6; AU7672001A; EP1306614A4; US6715432B2; CZ20021480A3; JP4969015B2; US20020144636A1; BG106652A; PL206626B1; EP1306614B1; BG64878B1; HUP0302402A2; RS50092B; SK287642B6; SK5112002A3; PL353461A1

Description

明細書固体燃料ノーナと固体燃料ノ '一ナを用いた燃焼方法技術分野

本発明は固体燃料を気流搬送して燃焼する固体燃料用パーナおよびその燃焼方法に関し、特に水分や揮発分の多い微粉炭、木材又はピートを燃料として燃焼するのに適した幅広い火炉負荷変化に対応でき、しかも燃焼排ガス中の窒素酸化物 (NOx)濃度を低下させる燃焼を可能とする固体燃料用パーナ及び該バ一ナを用いた燃焼方法及び該パーナを備えた火炉、加熱炉または熱風発生炉等の燃焼装置とその運用方法、さらには石炭焚きボイラとそのシステム、石炭火力発電システムに関する。従来の技術

環境保全のための公害防止規制は年々厳しくなつているが、特に前記石炭を燃焼させる微粉炭ボイラでは燃焼ガス中の NOx発生量を極力低減すること（以下、低 NOx化という）が要請されている。燃焼排ガス中の NOx濃度を低下させる燃焼技術（低 NOx化技術）としては二段燃焼法がある。二段燃焼法としては火炉全体で N 0 X発生量を下げるものとパーナ単体で N◦ X濃度を下げるものと 2 通りがある。火炉全体で NOx発生量を下げる場合は火炉のバ一ナゾーンでの空気比（燃料に対する必要空気の割合であり、空気比 1が量論的当量である）を 1 以下の燃料リツチな条件に保つことで生成 NOxを'還元し、低 NOx化を図るというものである。この際の未燃焼燃料についてはバ一ナゾーン後流側に設置した空気挿入口から空気を投入し、燃焼させる。

また、微粉炭パーナ等の固体燃料パーナ（以下、単にパーナと記すことがある）単体で NOx発生量を下げる低 NOx化燃焼法（以下、この種のパーナを低 NOx化パーナという）は二次空気及び三次空気に旋回をかけて一次空気のみで着火している微粉炭流との混合を遅らせることにより大きな還元領域を形成させるというものであり、ある種の低 NOx化微粉炭パーナ（特開昭 60— 1763 1 5号、特開昭 6 2— 1 7 2 1 0 5号）で実用化されている。

これらの技術により排ガス中の N O x濃度を 1 3 O p p m (燃料比 =固定炭素 /揮発分が 2、石炭中の窒素分 1 . 5 %、灰中未然分 5 %以下）まで低減させることができるようになった。しかし、排ガス中の N O x濃度規制値は年々厳しくなる傾向にあり、今後要求される排ガス中の N O x規制値は 1 0 O p p m以下である。

0 発生量1 0 0 p p m以下の低 N O x化バ一ナとして、パーナ部での低 N O x化燃焼法をさらに強化する内部保炎器付きバーナゃ微粉炭と微粉炭搬送用気体の混合流体の流れる燃料ノズルの外周部に設けられた外部保炎器と前記内部保炎器の間に橋渡しをするような保炎器を設置したパーナが開発されている。また、エネルギー需要の増大が見込まれている地域では、今後は水分や灰分が多く、発熱量の低い低品位炭の利用が主体になると考えられる。低品位炭の中でも褐炭や亜れき青炭等の高水分含有炭は埋蔵量が多いものの、れき青炭に比べ火炎温度が低下すること及び燃焼性が良くないこと等、燃料としての性能が劣ることが懸念される。褐炭は東欧を中心に存在する石炭であり、灰分 2 0 %以上、水分 3 0 %以上の比較的若い石炭である。

また、褐炭や亜炭に代表される石炭化度の低い石炭や木材、ビートは加熱時に気体として放出される成分（以下、揮発分と記す）や、燃料中に含まれる水分が多い。また、発熱量が瀝青炭や無煙炭などの石炭化度の高い石炭に比べて低く、一般に粉砕性が悪い。さらに、燃焼灰の溶融温度が低いという特徴がある。揮発分が多いため、空気雰囲気では貯蔵や粉砕過程において自然発火しゃすく、瀝青炭などに比べて扱いにくい。このため、褐炭や亜炭などを微粉砕し、燃焼させる場合は、燃料の搬送用気体として燃焼排ガスと空気との混合気体が使われる。前記混合気体は酸素濃度が低いので、燃料の自然発火を防げる。また、燃焼排ガスの保有熱によつて前記混合気体で搬送する燃料中の水分を蒸発させることができる o

しかし、低酸素濃度雰囲気下で燃料を搬送することにより、パーナから噴出する燃料は空気と混合した後でないと燃焼反応が進まない。燃焼反応は燃料と空気の混合速度に制約され、空気で搬送できる瀝青炭に比べて燃焼速度が低下する。このため、燃料の燃え切り時間が瀝青炭の燃焼に比べて長くなり、火炉出口での未燃焼分が増える。

低酸素濃度の搬送用気体で搬送される燃料の着火を早める方法として、燃料ノズル先端に空気噴出ノズルを設け、燃料搬送用気体の酸素濃度を高める方法がある。たとえば特開平 1 0— 7 3 2 0 8号公報には燃料ノズルの外側に空気ノズルを設けたパーナが示されている。また、燃料ノズルの中心に空気ノズルを設け、燃料ノズル出口での燃料と空気との混合を促進させるバーナも良く用いられている。

また、特開平 4 _ 2 1 4 1 0 2号公報には微粉炭とその搬送用気体の混合物を噴出する燃料ノズルと、該燃料ノズルの外側に配置された二次空気ノズルと三次空気ノズルを有し、さらに前記燃料ノズルから噴出する微粉炭から得られる火炎を保持する保炎器を前記燃料ノズルと二次空気ノズルを隔てる隔壁先端部に設けたパーナが開示されている。以上述べたように、褐炭等は安価な燃料であるが、高灰分、高水分、低発熱量という性状に基因して、その燃焼性や灰付着性に問題がある。その燃焼性に関しては、いかに着火を促進し、安定な火炎を形成するかが高効率燃焼のキーテクノロジ一となる。またパーナ構造体、火炉壁面などへの灰付着性が高い原因は融点が低いことが原因である。褐炭等はカルシウムやナトリウム等の含有量が多い等の灰性状による問題点の他、炉内に多量に供給するため（瀝青炭に比べ、発熱量が少ないため、投入石炭量を増やす必要がある）、灰生成量が多い等、スラツギング ·ファゥリングに対して好ましくない条件が重なる石炭でもある。従って褐炭や亜炭などの低品位炭をパーナで使用するためには、その高効率燃焼性と灰付着性低減の両方を達成することが必要である。

海外で用いられている一般的な褐炭燃焼の方式は夕ンジェンシャルフアイャリング方式とコ一ナフアイャリング方式である。前者は火炉側壁に燃料流路と燃焼用空気流路からなるバーナコンパートメントを設置した方式であり、後者は火炉の四隅に燃料流路と燃焼用空気流路からなるパーナコンパートメントを設置した方式である。これらの燃焼方式が、国内瀝青炭燃焼時によく用いられる対向する火炉壁面に対になるようにバ一ナ群を配置する、いわゆる対向燃焼方式と異なる点を述べる対向燃焼方式は各パーナ（燃料と燃焼用空気の多重管）を自己保炎方式で運用するものであるのに対し、前記褐炭燃焼の方式はパーナ出口近傍で自己保炎させるのではなく燃焼用空気の噴流に運動量を持たせ、火炉中心部又はその近傍で混合燃焼させることにより燃料を安定燃焼させる方式である。

図 3 0はコ一ナフアイャリング方式またはタンジェンシャル方式のバ一ナコンパートメント 3 7の一例を火炉側から見た正面図である。燃焼用空気はその役割により流速が異なり、たとえば中心空気ノズル 1 2 4は排ガスで供給される燃料ノズル 1 2 5からの燃料と速やかに混合し、酸素濃度を高めることにより燃焼を促進するのが目的であり、最外側空気ノズル 1 2 6は 5 O m/ s以上の貫通力のある噴流で火炉中心部からその近傍にかけて燃焼の安定化をはかるのが目的である。従来ほとんど経験のなかった褐炭を主とした低品位炭の燃焼分野において、世界中の市場で優位性を持っために必要不可欠な技術は、電力の需要増減に応じた負荷変化に対応して運用できる微粉炭パーナを開発することである。東欧では電力需要に対して、時に 3 0 %の部分負荷でボイラを運転することが望まれる。これに対し、従来技術には次のような問題点があつた。

先に述べたように、褐炭燃焼に関する従来技術（コ一ナフアイヤリング方式またはタンジェンシャル方式）で重要なのは、燃料と燃焼用空気の混合流体の噴流に貫通力を持たせ、火炉内での安定燃焼を行うことである。火炉の負荷を下げていくとパーナコンパートメント 3 7からの前記噴流の運動量が少なくなるため、火炎が不安定になる。図 3 1はコーナファイヤリング方式における火炉 4 1の負荷が高負荷から低負荷に下がる時の火炎形状の変ィヒを例として示す火炉 4 1内の水平断面図である。図 3 1 ( a ) に示す高負荷時にはバ一ナコンパートメント 3 7からの前記噴流はパーナの根元付近で吹き飛び部 3 8を形成し、火炉 4 1中央部からその近傍にかけて安定した燃焼領域を形成し、効率良い燃焼が行われる。しかし、低負荷時にはパーナコンパ一トメント 3 7からの各噴流の流速が下がり、運動量が減少するため、図 3 1 ( a ) に示す安定した燃焼領域が形成されず、燃焼が不安定になる（図 3 1 ( b ) に示すように火炉 4 1全体が薄暗くなる）。低負荷時におけるパーナ失火防止対策上、火炉 4 1内で安定した燃焼領域が形成されているかどうかを監視するために、図 3 2の火炉 4 1の側断面図に示すように、火炉 4 1の上部のァフ夕エアポート 4 9付近に火炎検知器 4 8が設置されているが、図 3 1 ( b ) に示すように火炉 4 1内の輝度が下がると、失火判定を出す。

このような理由により、火炉 4 1内での安定した燃焼領域の形成が各バーナからの噴流の運動量に左右される従来の方式では、低負荷時での運用は困難であるなお、図 3 1 ( a ) 、図 3 1 ( b ) には火炉 4 1下部にパーナコンパートメント 3 7を設けており、バ一ナコンパ一トメント 3 7からの燃料と燃焼用気体の混合流体の噴流がアフターエアポート 4 9からの燃焼用空気の供給により火炎が形成させる。

また、上述の従来技術のパーナに供給する燃料量が多くなる燃焼装置（火炉）の高負荷運転条件では、火炎からの輻射熱によりバ一ナ構造物が高温となる。褐炭や亜炭などの石炭化度の低い燃料は燃焼灰の溶融温度が低いため、バ一ナ構造物の前記高温部分に燃焼灰が付着すると、次第に溶融し、さらに溶融物が成長する。大きくなつた溶融物は燃料の燃焼に対して障害となることがある。このため、高負荷運転条件での燃焼時は火炎をパーナから離して形成する必要がある。

本発明の課題は、燃焼装置（火炉）の高負荷運転条件から低負荷運転条件まで、広範囲にわたって安定燃焼でき、また褐炭や亜炭などの石炭化度の低い燃料を用いることができる固体燃料パーナ、該バ一ナを用いた燃焼方法及び該バーナを備えた燃焼装置とその運用方法、さらには石炭焚きボイラを提供することである。また、本発明の課題は褐炭など灰性状が劣悪な粉砕炭でもパーナ出口近傍で速やかに高効率で燃焼させて、パーナ周りの灰付着を防止することができる対向燃焼方式のパーナとして使用できるパーナ及び該パーナを備えた燃焼装置を提供することである。

さらに、本発明の課題はコ一ナフアイャリング方式やタンジェンシャル方式のパーナを用いる場合に火炉の燃焼負荷が低下したときにも火炉中心に安定した燃焼領域が形成され、なお、かつ火炉側壁での灰付着も防止することができるバ一ナと該バ一ナを備えた燃焼装置を提供することである。

さらに、本発明の課題は対向燃焼方式又はコーナフアイャリング方式や夕ンジェンシャル方式のバ一ナとして使用できる多重管式のバ一ナ及び該バ一ナを備えた燃焼装置を提供することである。さらに、上記従来技術からなる低 N O X化バ一ナは、通常のれき青炭燃焼における燃焼排ガス中の N O X濃度低減に関して適した構造となっている。しかしながら、褐炭やピート等の発火性の高い燃料を使用する燃焼装置においては、発火 P方止の観点から、搬送用ガスとして一次空気の代りに酸素含有率の低い燃焼排ガスが用いられている。この場合には、パーナ近傍での着火が困難なため、下記 2 つの問題点が存在する。

( 1 ) バ一ナ近傍での保炎が困難なため、油やガスでの助燃を必要としない運転は、燃焼炉内の温度が高い、高負荷域に限られる。

( 2 ) バ一ナ近傍の空気に対して燃料が過剰に存在する領域での燃焼率が低いため、すなわち二次空気、三次空気が混合した後の燃焼率が高いために、低 N O x 化燃焼が得られない。

上記の問題点は酸素濃度の低いガスを石炭の搬送用ガスとして用いていることが原因であり、その対策として、バ一ナ出口近傍の燃料ノズル内に燃焼用空気を供給して酸素濃度を高めることが考えられるが、この場合には、微粉炭濃度が低下して、着火性能は向上しない。

そこで、本発明の課題は褐炭など灰性状が劣悪な粉砕炭でもパーナ出口近傍で速やかに高効率で燃焼させ、低 N 0 X化燃焼が可能な固体燃料燃焼用パーナ及び該パーナを備えた燃焼装置を提供することである。発明の開示

本発明のパーナは、褐炭や亜炭などの石炭化度の低い石炭からなる固体燃料と、酸素濃度が 2 1 %よりも低い搬送用気体の混合流体を用いる場合に特に適したバ —ナである。 ( 1 ) 本発明の第一のパーナは、空気を噴出する中心空気ノズルと、該中心空気ノズルの外側に配置された固体燃料とその搬送用気体の混合流体を噴出する燃料ノズルと、前記燃料ノズルの内側壁面に配置された空気を噴出する追加空気孔または追加空気ノズルと、前記燃料ノズルの外側に配置された燃焼用空気を噴出する一以上の外側空気ノズルとを有する固体燃料ノ一ナである。

上記パーナは、前記燃料ノズルの壁面内側に沿って空気を噴出する追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気量を増やすことができる。追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気により、燃料ノズル壁面内側近傍の酸素濃度が高まる。こうして燃料の燃焼は酸素濃度が低い場合よりも促進されるため、燃料の着火が早まり火炎が燃料ノズル近くから形成できる。

また、上記パーナは、前記中心空気ノズル内に旋回器を備えることで、燃焼負荷に応じて、前記中心空気ノズルから噴出する空気を①直進流として噴出する場合又は弱い旋回流として噴出する場合と②強い旋回流として噴出する場合とのいずれかの噴出方法が可能になる。

このとき、（a ) 前記中心空気ノズル及び/又は（b ) 前記追加空気孔またはノズル出口が前記燃料ノズルの出口よりもノーナ内部の上流側に位置することが望ましい。前記構成により燃料ノズル内部において（a ) 前記中心空気ノズル及び/又は（b ) 追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気が燃料と混合するため、燃料搬送用気体の酸素濃度を部分的に高めることができる。

なお、燃料ノズル出口から前記中心空気ノズルゃ前記追加空気孔または追加空気ノズルの出口までの距離は燃料ノズル内での火炎形成による逆火や焼損がないようにするため、燃料ノズル内での燃料の滞留時間が燃料の着火遅れ時間（約 0 . 1秒）以下となることが望ましい。通常、燃料搬送用気体は流速 1 0 - 2 0 m/ sで燃料ノズル内を流れるので、前記距離は 1〜 2 m以下となる。

また、上記パーナの燃料ノズルの壁面内側に、バ一ナ上流側から順に前記ノズルの断面積を一旦縮小した後、元の大きさまで拡大する流路縮流部材を設けることで燃料搬送用気体（燃焼排ガスなど）より慣性力が大きい燃料粒子（微粉炭）の流れがパーナ中心軸方向に絞られる効果がある。さらに中心空気ノズルの壁面外側に、パーナ上流側から順に断面積が漸増する円錐部と断面積が漸減する円錐部から成る濃縮器を流路縮流部材より下流側に設けることで、パーナ中心軸方向に絞られた燃料粒子（微粉炭）の流れが、濃縮器を通過後、燃料ノズル内の流路に沿って広がって流れる。このとき燃料粒子（微粉炭）は燃料搬送用気体（燃焼排ガス）より慣性力が大きいため、燃料ノズルの壁面側に片寄って流れて出口に向けて直進する。このため、燃料ノズル壁面側に濃縮された微粉炭流が生じて、燃料ノズル出口付近で外側空気（燃焼用空気）と触れる機会が増えて、さらに後述の保炎器の後流側にできる循環流の高温ガスと接触して着火し易くなる。

また、本発明の上記パーナが高負荷条件下で運用される場合には、燃料ノズルから噴出する燃料は火炉内からの高い輻射熱により温度が上昇するため、高い流速で燃料ノズルから噴出しても安定に燃焼できる。このとき、中心空気ノズルから噴出する空気を直進流もしくは弱い旋回流（スワール数で 0 . 3以下）とすることで、火炎をバ一ナ近くから吹き飛ばし、火炎をパーナより離れた位置で形成させ、火炎輻射熱によりパーナ構造物が高温になることを防ぐことができる。さらに、本発明の上記パーナが低負荷条件下で運用される場合には、中心空気ノズルから噴出する空気を強い旋回流（スワール数で 0 . 5以上）とすることで、空気と燃料噴流との混合を促進させる。また、中心空気ノズルから噴出する空気に与える旋回流によりパーナ中心軸上の燃料の噴出流速が減速されるため、燃料ノズル近くでの燃料の滞留時間が長くなる。こうして、燃料ノズル近くで燃料が燃焼するために必要な温度に到達するので、火炎が燃料ノズル近くから形成される。

また、本発明の上記パーナは燃焼負荷に応じて、中心空気ノズルと追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気量の割合を変えることもできる。たとえば、燃焼負荷が低い場合は、中心空気ノズルから噴出する空気量を減らして、同時に追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気量の割合を増やし、燃焼負荷が高い場合は中心空気ノズルから噴出する空気量を増やして、同時に追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気量の割合を減らす燃焼方法を採用する。

本発明の上記バ一ナでは、パーナの燃料ノズル、中心空気ノズルおよび追カロ空気孔またはノズルからそれそれ供給される空気量の合計と燃料中の揮発分を完全燃焼させるのに必要な空気量の比（以下、揮発分に対する空気比と記す）を 0 . 8 5〜0 . 9 5となるように空気量を調整して燃焼させることが望ましい。

また、前記燃料ノズルと外側空気ノズルの隔壁先端部に、前記燃料ノズルから噴出する気体や外側空気ノズルから噴出する空気の流れに対する障害物（保炎器）を設けることが望ましい。

前記保炎器の下流側では圧力が低下し、下流から上流に向かう流れ（以下、循環流と記す）が形成される。循環流内には外側のノズル群から噴出する空気や燃料のほか、下流からの高温の既燃焼ガスが滞留する。このため、循環流内は高温となり、その側を流れる燃料噴流の着火源として作用する。このため、火炎は燃料ノズル出口部分から安定に形成される。

また、燃料ノズル出口内側壁にさめ歯状突起を有する保炎器を設ける構成でも燃料の着火が促進される。

また、本発明の上君 3パーナの中心空気ノズルの下流側の流路断面積を前記中心空気ノズルの上流側の流路断面積に比較して小さくして、例えば前記中心空気ノズル内の旋回器の設置位置を該中心空気ノズル内でバ一ナ中心軸方向に移動可能に配置しても良い。この構成で、燃焼負荷によって旋回器の設置位置を調整して、空気流れの旋回強度を変化させることができる。

燃焼負荷が低い場合には旋回器を中心空気ノズルの下流側の流路断面積が比較的小さい位置に移動させ、中心空気ノズルの空気噴出流に強い旋回をかけてバーナの近傍で火炎を形成させる、また燃焼負荷が高い場合には旋回器を中心空気ノズルの上流側の流路断面積が比較的大きい位置に移動させ中心空気ノズルの空気噴出流に弱い旋回をかけてパーナから離れた火炉内の位置で火炎を形成させることができる。

さらに、バ一ナやその外側の火炉壁の温度が高すぎると燃焼灰がバ一ナ構造物や火炉壁に付着し、付着物が成長するスラッキングと呼ばれる現象が現れる。このスラッキングを抑制するためにパーナやその周囲の火炉壁に設けた温度計もしくは放射強度計などからの信号に基づき、前記中心空気ノズルから噴出する空気量や空気旋回強度を変えるか又は前記追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気量を変えることができる。前記空気量や空気旋回強度を変えることで、 . 火炉内での火炎の形成位置を変えてバ一ナや火炉壁への輻射熱量を調整することができる。

高負荷条件では火炉内の熱負荷が高いため、火炎をパーナから離れた位置に形成させることが望ましい。また、低負荷条件では火炉内の熱負荷は低いので、火炎をパーナに近づけてもパーナやその周囲の火炉壁の温度は高負荷条件の場合よりも低くなる。

前記燃焼装置に本発明のパーナを用いる場合、中心空気ノズルは円筒形状とし、該中心空気ノズルの上流側の部位に空気供給用の配管として一対の空気配管を接続し、該一対の空気配管を中心空気ノズルの円筒断面の対向する位置の接線方向から空気を流入させるようにそれそれ接続した燃焼装置を用いて、該燃焼装置を高い燃焼負荷（例えば 6 0〜7 0 %以上）で運用する場合には一対の空気供給用配管から同じ空気流量を中心空気ノズル内に供給し、燃焼装置を低い燃焼負荷 (例えば 6 0 - 7 0 %以下）で運用する場合には一対の空気供給配管から中心空気ノズル内に供給する空気流量の配分に差異を持たせることにより、それそれの負荷に応じた中心空気流れの旋回強度を調整することができる。

( 2 ) 本発明の第二のパーナは固体燃料とその搬送用気体の混合流体を噴出する燃料ノズルと、前記燃料ノズルの壁面の内側に配置された空気を噴出する追加空気孔または追加空気ノズルと、前記燃料ノズルの壁面の外側に配置された空気を噴出する一つ以上の外側空気ノズルとを有する固体燃料パーナである。第二のバ —ナは第一のパーナが有する空気を噴出する中心空気ノズルを持たないパーナである。

本発明の上記第二のパーナにおいて、燃料ノズルの壁面内側に空気を噴出する追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気量を増やすことができる。追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気により、燃料ノズルの壁面内側近傍の酸素濃度が高まる。このため、燃料の燃焼反応は酸素濃度が低い場合よりも促進されるため、燃料の着火が早まり火炎が燃料ノズル近くから形成できる。また、上記バ一ナは、前記追加空気孔または追加空気ノズル出口（先端部）が前記燃料ノズルの出口（先端部）よりもパーナ内部の上流側に位置することが望ましい。前記構成により燃料ノズル内部において前記追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気が燃料と混合するため、燃料搬送用気体の酸素濃度を部分的に高めることができる。なお、燃料ノズル出口から前記追加空気孔または追加空気ノズルの出口までの距離は燃料ノズル内での火炎形成による逆火や焼損を防く、ため、燃料ノズル内での燃料の滞留時間が燃料の着火遅れ時間（約 0 . 1 秒）以下となることが望ましい。通常、燃料搬送用気体は流速 1 0〜2 O m/s で燃料ノズル内を流れるので、前記距離は 1〜 2 m以下とする。

また、上記パーナの燃料ノズルの壁面内側にバ一ナ上流側から下流側に順に前記ノズルの断面積を一旦縮小した後、元の大きさまで拡大する流路縮小部材を設けることが望ましい。燃料ノズルの流路断面積を縮小することで、燃料ノズル内を流れる燃料搬送用気体の流速が高まる。このため、瞬間的な燃料流速の低下による燃料ノズル内での火炎形成が起きたとしても、火炎は流路縮小部材の流路縮小部分よりも上流側への逆火を防く、ことができる。さらに、燃料ノズルの内部にパーナ上流側から下流側に順に断面積が増加する部分と断面積が減少する部分からなる濃縮器を流路縮小部材ょりも下流側に設けることで、流路縮小部材によりパーナ中心軸方向に絞られた燃料粒子 (微粉炭) の流れが、濃縮器により燃料ノズル内の流路に広がって流れる。このとき、燃料粒子（微粉炭）は燃料搬送用気体より慣性力が大きいため、燃料ノズルの壁面内側に片寄って流れて出口に到達する。このため、燃料ノズル内側壁面側に濃縮された微粉炭流が生じて、燃料ノズル出口付近で外側空気ノズルから噴出する空気と触れる機会が増える。また、後述の保炎器の後流側にできる循環流の高温ガスと接触して着火し易くなる。また、前記燃料ノズルと外側空気ノズルを隔てる壁面の先端部に、前記燃料ノズルから噴出する固体燃料混合物や空気の流れに対抗するように保炎器を設けることが望ましい。

前記保炎器の下流側の火炉内では圧力が低下し、下流から上流に向かう循璟流が形成される。循環流内には燃料ノズルゃ外側空気ノズルなどから噴出する空気や燃料、燃料搬送用気体の他、火炉内のパーナ設置位置より下流側の領域からの高温ガスが滞留する。このため、循環流内は高温となり、燃料噴流の着火源として作用する。このため、火炎は燃料ノズル出口部分から安定に形成される。また、燃料ノズルの壁面先端（出口）部の壁面内側にさめ歯状突起を有する保炎器を設ける構成でも燃料の着火が促進される。固体燃料の搬送用気体として燃焼排ガスを用いても、前記追加空気孔または追加空気ノズル出口を、前記濃縮器の断面積が漸減する円錐部と前記保炎器との間に配置することで燃焼に必要な酸素量を有する混合気体が得られ、これが保炎器に衝突して保炎器での着火が効果的に行える。また火炉の燃焼負荷が小さい時で褐炭等の灰性状が劣悪な粉碎炭でもパーナ出口近傍で速やかに高効率で燃焼させ、燃焼ガスの低 N◦ X化とパーナ周りの火炉壁面への灰付着を防止することができる。

また、上記本発明のパーナは、燃焼装置（火炉）の燃焼負荷に応じて、追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気量を変えることもできる。

本発明の上記固体燃料パーナに限らないが、一般に固体燃料パーナでは、燃焼装置（火炉）の燃焼負荷が高い場合は、固体燃料パーナから離れた火炉内の位置から固体燃料の火炎を形成し、燃焼装置（火炉）の燃焼負荷が低い場合は、固体燃料の燃料ノズル出口直後の火炉壁面付近から固体燃料の火炎を形成させることが望ましい。

例えば、固体燃料パーナに追加空気孔または追加空気ノズルが設けられていると、燃焼装置（火炉）の燃焼負荷が低い場合は、前記追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気量を増やす方法を採用することができる。このとき、追加空気孔または追カ卩空気ノズルから噴出する空気により、燃料ノズル壁面内側近傍の酸素濃度が高まる。このため、燃料の燃焼反応は酸素濃度が低い場合よりも促進され、燃料の着火が早まり火炎が燃料ノズル出口（先端部）近くから形成できる。また、燃焼装置（火炉）の燃焼負荷が高い場合は、前記追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気量を減らすことで、燃料ノズル壁面内側近傍の酸素濃度が比較的に低くなり、燃料の燃焼反応が進まず、燃料の着火が遅れ、燃料ノズルから離れた火炉内の位置で火炎を形成させることができる。燃焼装置（火炉）の燃焼負荷が高い場合には固体燃料パーナやその外側の火炉壁の温度が高くなるので、燃焼灰がパーナ構造物や火炉壁に付着し、付着物が成長するスラッキングと呼ばれる現象が生じやすい。そこで燃焼装置（火炉）の燃焼負荷が高い場合には火炎の形成位置をパーナから離すことで、パーナやその外側の火炉壁の温度を比較的低くし、パーナ構造物や火炉壁にスラッキングができることを抑制する。さらに、燃焼負荷が低い場合は、パーナの燃料ノズルから供給される空気量（追加空気孔または追加空気ノズルがある場合には追加空気孔または追加空気ノズルからの空気量も含めて）と燃料中の揮発分を完全燃焼させるのに必要な空気量の比（揮発分に対する空気比）を 0 . 8 5〜0 . 9 5となるように空気量を調整することが望ましい。燃焼負荷が低い場合は安定燃焼が難しいが、揮発分に対する空気比を 0 . 8 5〜0 . 9 5とすることで火炎温度が高くなり、安定燃焼を維持し易くなる。

また、ノ一ナ構造物や火炉壁にスラッキングが生じることを抑制するために、パーナやその周囲の火炉壁に設けた温度計もしくは放射強度計などからの信号に基づき、前記追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気量を調整することができる。空気量を調整することで、火炉内での火炎の形成位置を変えて、バ —ナゃ火炉壁への輻射熱量を調整することができる。前述のように燃焼装置の高負荷条件では火炉内の熱負荷が高いため、火炎をバーナから離れた火炉内の位置に形成させることが望ましく、低負荷条件では火炉内の熱負荷は低いので、パーナやその周囲の火炉壁の温度は高負荷条件の場合よりも低くなり、火炉内での火炎形成位置をパーナに近づけても良い。また、本発明の前記第一のパーナと第二パーナの燃焼方法によると、燃焼装置の高負荷条件ではパーナから離れた位置で燃料が着火し、火炎は火炉中心部に形成される。パーナから形成される火炎を監視するには、高負荷条件で運用する場合はパーナの火炎が集まる燃焼装置中央部分の火炎を監視することが望ましい。また、燃焼装置の低負荷条件ではバ一ナ近くで燃料が着火して火炎を形成するが、個別のパーナ毎に火炎が形成され、火炉内で前記火炎がそれそれ分かれて形成される場合もある。そのため、低負荷条件では個別のバ一ナ出口に形成される個々の火炎を監視することが望ましい。

また、本発明の第一のパーナと第二のパーナの追加空気孔は追加空気ノズルの代りに用いることができるが、燃料ノズルの壁面の設けた円形、楕円形、長方形、正方形の孔であり、燃料ノズルの径方向に均等に合計 4個、 8個、最高 2 0個程度設けることができる。燃料ノズルの径方向全体に一つのスリットで追カ卩空気孔を形成すると当該スリツトから噴出する追加空気が燃料ノズル内で偏流を生じるので、好ましくない。

また、前記追加空気孔は追加空気ノズルには加熱された空気を供給することが望ましい。該加熱源としては微粉炭生成用にファンミルに供給される加圧空気またはパーナの燃焼用の加熱された風箱に供給される空気を用いることができる。ファンミルに供給される加圧空気が比較的圧力が高いのでより好ましく用いられる。

また、本発明の前記第一のパーナと第二のパーナの追加空気孔または追加空気ノズルへの空気供給部は、前記外側空気ノズルに燃焼用空気（二次空気又は三次空気等の外側空気）を供給するために設けられる風箱に接続して良いが、該空気供給部に燃焼用気体を供給するために専用に設けられた燃焼用気体供給装置に接続することが望ましい。

追加空気孔または追加空気ノズルへの空気供給部に専用の燃焼用空気供給装置に接続することで、微粉炭等の固体燃料の燃焼性に応じて、又は燃焼装置の負荷が低下したときなどに酸素濃度を増した気体（以下酸素富化気体）又は純酸素を容易に供給することができる。また燃焼用空気流量調節機構を専用の燃焼用気体供給装置に設置できるので、その供給量の制御が可能となる。

また、燃料の着火時に有効な燃焼用気体（空気）を専用の燃焼用空気供給装置からパーナに導入すると、風箱で得られる燃焼用気体（空気）圧力とは異なる燃焼用気体（空気）圧力とすることができるため、着火用の燃焼用気体の供給口の大きさを自由に選定できる。また、専用の燃焼用空気供給装置に燃焼用空気流量調節機構を設置できるので、その供給量の制御が簡単に行える。

さらに、本発明の上記第一のパーナと第二のパーナの外側空気ノズルの出口に外側空気の噴出方向を決めるガイドを設けて、外側空気（二次空気、三次空気と称することがある）の広がりをある程度設けて広がり火炎を形成させる。ただし、前記ガイドのパーナ中心軸に対して 4 5度以下の傾斜角度とすることで、排ガスと微粉炭などの混合流体を巻き込む外側空気ノズルからの燃焼用空気の噴流に運動量を持たせることができる。この運動量の大きな空気噴流により火炎が狭まり、火炉内に安定した火炎（燃焼領域）を形成させることができ、高効率な微粉炭燃焼を行える。

また、最も外側の最外側空気ノズルからの噴流を誘導する前記ガイドを外側空気噴流がパーナやその外側の火炉壁に沿うような角度で取り付けると、外側空気噴出流はパーナやその外側の火炉壁を外側空気で冷却することができ、前記スラッキングを抑制する。本発明の前記第一のパーナと第二のパーナを複数本火炉壁面の設けた燃焼装置としては石炭焚きボイラ、ピート焚きボイラ、バイオマス（木材）焚きボイラ等の火炉、加熱炉、及び熱風炉がある。本発明の前記第一のパーナと第二のパーナ又は該パーナの外側の火炉壁面に温度計又は放射強度計を設置し、これらの計測装置の信号に基づき、パーナの中心空気ノズルから噴出する空気量及び/又は空気旋回強度又は追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気量を変えるように燃焼装置を運用することで、負荷変化に応じて火炎が適正な火炉位置で形成されるように制御することができる c また、火炎が適正な位置で形成されているかどうかの目安は、例えば次のように決める。すなわち、燃焼装置が低負荷の場合には火炉内の固体燃料火炎の先端が燃料ノズル出口外側の火炉壁面付近で形成され、燃焼装置が高負荷の場合には燃料ノズル中心軸上で燃料ノズル出口から 0 . 5 m以上離れた火炉内の位置で火炎が形成されるように燃焼装置を運用する。

また、燃焼装置を前記高負荷で運用する場合は本発明のパーナの火炎が集まる火炉内の中央部分又はその近傍の火炎を火炎検知器あるいは目視で監視し、燃焼装置を低負荷で運用する場合は本発明のパーナ出口に形成される個々の火炎を監視して燃焼装置を適正に運用する。また、本発明は以下の石炭焚きボイラシステムと石炭火力発電システムを含む c

( a ) 前記石炭焚きボイラと、該ボイラの排ガスの流路となる煙道と、該煙道に設けられた排ガス浄ィ匕装置と、ボイラに設けた本発明の前記パーナに石炭を微粉炭として搬送する微粉炭搬送装置と、該微粉炭搬送装置からパーナに供給する微粉炭量を調整する微粉炭供給量調整装置と、該パーナから噴出する空気量を調整する空気量調整装置とを備えた石炭焚きボイラシステム。

( b ) 本発明の前記パーナを複数本配置する壁面を設けた火炉と、該バ一ナにより固体燃料を燃焼させて得られる燃焼熱により水を加熱して蒸気を発生させるボイラと、該ボイラで得られた蒸気により駆動する蒸気夕一ビンと、該蒸気タービンより駆動する発電機を備えた石炭火力発電システムにおいて、前記パーナとして本発明の固体燃料パーナを用いる石炭火力発電システム。本発明の前記第一のパーナと第二パーナは、従来火炉の低負荷での運用が困難なコ一ナフアイヤリング方式またはタンジヱンシャル方式のバーナを、高負荷域においては火炉内の中心部からその近傍にかけて安定した火炎の燃焼領域を形成させる方式で運用し、低負荷域では自己保炎型方式で運用するものである。

このとき、本発明の固体燃料バーナをーユニットとして、その複数ユニットを四隅あるいは対向する側壁面にそれそれ対に成るように配置した火炉を用いることができる。

前記燃焼方式を用いることにより、褐炭、亜炭などの低品位炭を燃料として用いる火炉でも電力需要に応じた幅広い火炉の負荷変化（具体的には 3 0 %〜1 0 0 %) に対応できる。

具体的には、高負荷域ではパーナの燃料噴流根元に吹き飛び部を形成させ、低負荷域ではバ一ナの燃料噴流の根元から燃焼させ、自己保炎型とするパーナの運用を行う。使用するパーナの燃焼用空気（外側空気及び最外側空気）の空気の流量配分を調整すること、及び/又はパーナの外側空気ノズルに設けた旋回器を用いて燃焼用空気の旋回力を調整することによって、パーナの燃料噴流根元の吹き飛び、あるいは着火を制御する。本発明のパーナをボイラ火炉に適用することにより、電力需要に対応したボイラ火炉の運用ができるため、ボイラ火炉では電力用蒸気を必要以上に発生させることがなく、効率的なボイラ火炉の運用ができ、運用上大幅なコストダウンが図れる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施例に係わる微粉炭パーナの低負荷運用時の断面図である。

図 2は、図 1の微粉炭パーナの高負荷運用時の断面図である。

図 3は、図 1の微粉炭バ一ナを火炉側から見た正面図である。

図 4は、図 1の微粉炭パーナの変形例の正面図である。

図 5は、図 1の微粉炭パーナの変形例の断面図である。

図 6は、図 1の微粉炭パーナの変形例の断面図である。

図 7は、本発明の第 2の実施例に係わる微粉炭パーナの高負荷運用時の断面図である。

図 8は、図 7の微粉炭パーナの A- A線矢視図である。

図 9は、本発明の第 3の実施例に係わる微粉炭パーナ断面図である。

図 1 0は、図 9の微粉炭パーナを火炉側から見たパーナ正面図

図 1 1は、本発明の第 4の実施例に係わる固体燃料パーナの低負荷運用時の断面図である。

図 1 2は、図 1 1の固体燃料パーナの高負荷運用時の断面図である。

図 1 3は、図 1 1の固体燃料パーナを火炉側から見た正面図である。

図 1 4は、図 1 1の固体燃料パーナの高負荷運用時の変形例の断面図である。図 1 5は、図 1 1の固体燃料パーナの変形例を火炉側から見た正面図である。図 1 6は、図 1 1の固体燃料バーナの変形例の断面図である。

図 1 7は、本発明の第 5の実施例に係わる固体燃料パーナの低負荷運用時の断面図である。

図 1 8は、図 1 7の固体燃料パーナの高負荷運用時の断面図である。

図 1 9は、本発明の第 6の実施例に係わる固体燃料パーナの断面図である。図 20は、図 19の固体燃料パーナを火炉側から見た正面図である。

図 21は、本発明の第 7の実施例のパーナの断面図（図 21 (a) ) と正面図（図 21 (b) ) である。

図 22は、本発明の第 8の実施例のパーナの断面図（図 22 (a) ) と正面図（図 22 (b) ) である。

図 23は、本発明の実施例の火炉内でのパーナ（コーナフアイヤリング方式）配置による火炎の形成状態を示す火炉水平断面図である（図 23 (a) は高負荷時、図 23 (b) は低負荷時）。

図 24は、本発明の実施例のバ一ナを火炉内で（夕ンジェンシャルフアイャリング方式）配置による火炎の形成状態を示す火炉水平断面図である（図 24 (a) は高負荷時、図 24 (b) は低負荷時）。

図 25は、本発明の実施例の火炉内でのバ一ナ（夕ンジェンシャルフアイャリング方式）配置によ火炎の形成状態を示す火炉水平断面図である（図 25 (a) は高負荷時、図 25 (b) は低負荷時）。

図 26は、一般的な褐炭焚きボイラの構成図である（図 26 (a) は側面図、図 26 (b) は火炉水平断面図）。

図 27は、本発明の実施例に係わる燃焼装置の概略図である。

図 28は、図 27の燃焼装置の水平断面図である。

図 29は、本発明の実施例に係わる微粉炭ボイラシステムの概略図である。図 30は、従来技術におけるパーナコンパートメントの一例を示す火炉側から見た正面図である。

図 31は、従来技術におけるパーナのコ一ナフアイヤリング燃焼方式における負荷下げ時の火炉内の燃焼領域の変化を示す火炉水平断面図である（図 31 (a) は高負荷時、図 31 (b) は低負荷時）。

図 32は、従来技術における火炉中心部を監視する炉内用火炎検知器の配置位置を示す火炉縦断面図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の実施の形態を図面と共に説明する。図 2 6に一般的な褐炭焚きボイラ火炉 4 1の構成を示す。図 2 6 ( a ) はタンジヱンシャルフアイャリング方式の褐炭焚きボイラ火炉 4 1の側面図であり、図 2 6 ( b ) は図 2 6 ( a ) の火炉 4 1の水平断面図である。

褐炭焚きボイラでは通常、火炉 4 1上部より排ガスダクト 5 5 (図 2 8、図 2 9 ) を用いて燃焼ガス（約 1 0 0 0 °C) を火炉 4 1内から引き出し、ファンミル 4 5で石炭バン力 4 3から供給された褐炭の乾燥 ·粉砕を同時に行う。火炉 4 1 内部の上部には過熱器 5 0 (図 2 9 ) などの伝熱管 5 9が配置される。コ一ナフアイャリング及び夕ンジェンシャルフアイャリング方式のバ一ナではバ一ナコンパ一トメント 3 7 (図 3 0参照）毎に 1台のファンミル 4 5を設置する。

(第 1の実施例）

図 1と図 2は本発明に係わる第 1の実施例の固体燃料パーナ（以下、単にバ一ナという） 4 2の断面図であり、図 1は低負荷条件下にあるバ一ナ 4 2から噴出される燃料が火炉 4 1で燃焼している状態を示し、図 2は高負荷条件下にあるバ —ナ 4 2から噴出される燃料が火炉 4 1で燃焼している状態を示す。図 3は図 1 に示すパーナ 4 2を火炉 4 1側から見た概略図である。

バ一ナ 4 2の中心部に助燃用のオイルガン 2 4が設けられ、該オイルガン 2 4 の周りに空気を噴出する中心空気ノズル 1 0が設けられ、該中心空気ノズル 1 0 の外側に該中心空気ノズル 1 0と同心状に流路を形成した燃料とその搬送用気体の混合流体を噴出する燃料ノズル 1 1が設けられる。燃料ノズル 1 1の外側隔壁 2 2の内側に追加空気孔（図示せず）または追加空気ノズル 1 2が設けられる。本実施例では図 3に示すように燃料ノズル 1 1の外側隔壁 2 2の内側に沿って複数本の追加空気ノズル 1 2を配置しているか、外側隔壁 2 2に複数個の追加空気孔を配置している。また、燃料ノズル 1 1の外側には該燃料ノズル 1 1と同心円状の空気噴出用の二次空気ノズル 1 3と三次空気ノズル 1 4 (これらを合わせて単に外側空気ノズルということがある）がある。燃料ノズル 1 1外側の先端部 (火炉出口側）には保炎器 2 3と呼ばれる障害物を設ける。保炎器 2 3は燃料ノズル 1 1から噴出する燃料とその搬送用気体の混合物の流れ（以下、微粉炭流と記す） 1 6や二次空気ノズル 1 3を流れる二次空気の流れ 1 7に対して障害物として働く。このため、保炎器 2 3の下流側（火炉側 4 1 ) の圧力が低下し、この部分は微粉炭噴流 1 6や二次空気の流れ 1 Ίとは逆方向の流れが誘起される。この逆方向の流れを循環流 1 9と呼ぶ。循環流 1 9内には下流から微粉炭の燃焼で生じた高温ガスが流れ込み、滞留する。この高温ガスと燃料噴流 1 6中の微粉炭がパーナ 4 2出口の火炉 4 1内で混合することと、火炉 4 1内からの輻射熱で微粉炭粒子の温度が上昇し、着火する。

図 1に示すバ一ナ 4 2では、中心空気ノズル 1 0には風箱 2 6内の燃焼用空気が供給される構成になっており、ダンパ 3とその開閉装置 4が設けられている。そのため中心空気ノズル 1 0を経由してパーナ 4 2に供給する中心空気量を火炉の負荷に応じて調整することができる。

中心空気ノズル 1 0の中心部を貫通して設けられた助燃用のオイルガン 2 4はパーナ起動時に燃料着火用に使用する。また、中心空気ノズル 1 0から噴出する空気に旋回力を与える旋回器 2 5が中心空気ノズル 1 0の先端部に設けられ、空気を供給する風箱 2 6に供給される空気は二次空気ノズル 1 3と三次空気ノズル 1 4から火炉 4 1内に供給される。二次空気ノズル 1 3と三次空気ノズル 1 4から噴出する空気に旋回力を与える旋回器 2 7、 2 8をそれそれのノズル 1 3、 1 4内に設ける。

二次空気ノズル 1 3と三次空気ノズル 1 4は隔壁 2 9で隔てられ、隔壁 2 9の先端部分は微粉炭噴流 1 6に対して三次空気流 1 8が角度を持つように噴出させるガイド（スリーブ）を形成している。火炉壁を構成するバ一ナスロート 3 0は三次空気ノズル 1 4の外側壁を兼ねる。また、火炉壁には水管 3 1が設けられている。

燃料ノズル 1 1内に設けられた流路を縮小する流路縮流部材 3 2が燃料ノズル 1 1の上流側の外側隔壁 2 2内側にあり、また燃料を燃料ノズル 1 1の隔壁 2 2 側に濃縮するための濃縮器 3 3が中心空気ノズル 1 0の外側部に設けられている _c 濃縮器 3 3は流路縮流部材 3 2よりパーナ下流側（火炉側）に設けられている。前記流路縮流部材 3 2を設けたことで燃料搬送用気体である燃焼排ガスより慣性力が大きい燃料粒子（微粉炭）の流れがパーナ中心軸方向に絞られる効果がある。さらに濃縮器 3 3を流路縮流部材 3 2より下流側に設けることで、パーナ中心軸方向に流路縮流部材 3 2で絞られた燃料粒子（微粉炭）の流れが、濃縮器 3 3を通過後、燃料ノズル 1 1内の流路に沿って広がって流れる。

燃料ノズル 1 1内の流路に沿って広がって流れる燃料粒子（微粉炭）は燃料搬送用気体（燃焼排ガス）より慣性力が大きいため、燃料ノズル 1 1内壁面側に片寄って流れて出口に向けて直進する。このため、燃料ノズル 1 1の壁面側に濃縮された微粉炭流が生じて、燃料ノズル 1 1出口付近で外側空気（燃焼用空気）と触れる機会が増えて、されに保炎器 2 3の後流側にできる循璟流 1 9の高温ガスと接触して着火し易くなる。

本実施例では燃料の搬送用気体に燃焼排ガスを利用し、微粉炭流 1 6中の酸素濃度が低い場合のパーナ 4 2の構成と燃焼方法を説明する。このような燃焼方法を適用する事例として、褐炭や亜炭の燃焼が挙げられる。

既に述べたように、褐炭や亜炭に代表される石炭化度の低い石炭の燃焼は揮発分や水分が多く、また、発熱量が石炭化度の高い石炭に比べて低く、一般に粉砕性が悪く、燃焼灰の溶融温度が低いという特徴がある。揮発分が多いため空気雰囲気では貯蔵や粉砕過程において自然発火しやすいので褐炭や亜炭を微粉砕して燃焼する場合は、燃料の搬送用気体として酸素濃度が低い燃焼排ガスと空気との混合気体が使われる。また、燃焼排ガスの保有熱によって微粉炭中の水分を蒸発させることができる。

低い酸素濃度雰囲気下では褐炭や亜炭などの燃焼速度が空気中での燃焼速度に比べて遅い。そして、低い酸素濃度の搬送用気体で褐炭や亜炭などの微粉炭を搬送することにより、その燃焼速度は褐炭や亜炭などと空気の混合速度に制約され、空気で搬送できる瀝青炭に比べて燃焼速度が低下する。このため、燃料の燃焼量が少ないパーナ 4 2の低負荷条件で褐炭や亜炭などを燃焼させると瀝青炭の燃焼の場合よりも火炎の吹き飛びや失火が生じやすい。また、褐炭や亜炭などは、その燃え切り時間が瀝青炭に比べて長くなり、火炉出口での未燃焼分が増える。このため、空気との混合の促進が必要となる。また、燃焼量を増やし、高い熱負荷で褐炭や亜炭等を燃焼させた場合に空気との混合が良い条件では、揮発分が多いためパーナ 4 2近くで燃える燃料量が多くなる。このようにバ一ナ 4 2近くの熱負荷が局所的に高くなり、輻射熱によりパーナ構造物や火炉壁が高温となると、燃焼灰が付着、溶融し、パーナ構造物や火炉壁にスラッキングが生じるおそれがある。特に褐炭や亜炭は燃焼灰の溶融温度が低いため、バ一ナ構造物や火炉壁にスラッキングが生じゃすい。

本実施例では石炭化度の低い石炭を用いる時のパーナ 4 2の高負荷条件と低負荷条件で、燃料の燃焼状態が異なることで生じる前記不具合は、バ一ナ 4 2の負荷に応じて火炎の形成位置を変えることで解決する。すなわち、高負荷条件では火炎をパーナ 4 2から離れた位置に形成させ、低負荷条件では火炎を燃料ノズル 1 1の出口から形成する。低負荷条件では火炎を火炉壁やパーナ 4 2に近づけても火炉 4 1内の熱負荷が低いため、パーナ 4 2やその周囲の火炉壁の温度は高負荷条件の場合よりも低くなる。このため、パーナ構造物や火炉壁にスラッキングが生じない。

低負荷条件では火炎を燃料ノズル 1 1の出口から形成させるため、本実施例では保炎器 2 3の下流側に形成される循環流 1 9に高温ガスを滞留させるほかに、追加空気孔または追加空気ノズル 1 2から空気をパーナ内に供給することで保炎器 2 3近くの微粉炭噴流 1 6中の酸素濃度を高める。そのため燃焼速度が酸素濃度が低い場合に比較して高くなり、燃料粒子の着火が早まり、火炎が燃料ノズル 1 1近くから形成できる。

また、中心空気ノズル 1 0から空気を供給する方法も微粉炭噴流 1 6中の酸素濃度を高め、微粉炭の着火を早めるのに有効である。このとき、図 1に示すように中心空気ノズル 1 0中に旋回器 2 5を設け、中心空気の流れ 1 5に旋回強度を与えて微粉炭噴流 1 6との混合を促すことが有効である。中心空気の流れ 1 5に旋回強度を与えることで中心空気ノズル 1 0から出た空気の流れ 1 5は遠心力で外側に広がるため、火炉中心部に向かう流速が低下する。このため、微粉炭粒子がパーナ出口付近での滞留する時間が長くなり、パーナ 4 2の近くで燃焼が始まる。

また、中心空気ノズル 1 0や追加空気孔または追加空気ノズル 1 2は燃料ノズル 1 1出口よりも上流側に設けることが望ましい。このとき、燃料ノズル 1 1内での微粉炭の着火による燃料ノズル 1 1の焼損や逆火現象を防ぐため、燃料ノズル 1 1内での微粉炭の滞留時間が微粉炭の着火遅れ時間よりも短くなるように中心空気ノズル 1 0や追加空気孔または追加空気ノズル 1 2の燃料ノズル 1 1内での配置位置を決めることが望ましい。通常は微粉炭などよりも着火遅れ時間の短いガス燃料の着火遅れ時間（約 0 . 1秒）と燃料ノズル 1 1内の流速 1 0〜2 0 m/sを目安にする。例えば、燃料ノズル 1 1出口と中心空気ノズル 1 0出口の間の距離や燃料ノズル 1 1出口と追加空気孔または追加空気ノズル 1 2出口の間の距離を l m程度以内とする。

高負荷条件では火炎をパーナ 4 2から離れた位置に形成させることでパーナ近くの熱負荷を低減させる。このため、本実施例では追加空気孔または追加空気ノズル 1 2からの空気供給量を低負荷条件の場合に比べて低減する。また、中心空気ノズル 1 0からの空気供給量を増やし、その空気流速も燃料ノズル 1 1内の微粉炭噴流 1 6の噴出流速より高める。追加空気の供給量が減ることにより、保炎器 2 3近くでの微粉炭噴流 1 6中の酸素濃度は低負荷条件のときより低くなり、燃焼速度も遅くなる。このため、保炎器 2 3下流側にできる循環流 1 9の温度は低くなり、パーナ構造物の受ける輻射熱は抑制される。また、中心空気ノズル 1 0からの空気の流速が高まることで微粉炭噴流 1 6の燃料ノズル 1 1出口での流速は高くなる。このため、バ一ナ近くでの燃料粒子の滞留時間は短くなり、燃料の大部分はパーナ 4 2から離れた位置で着火する。こうして火炎から受ける輻射熱を低減し、パーナ構造物や火炉壁にスラッキングができることを抑制できる。また、本実施例では中心空気ノズル 1 0に旋回器 2 5を設け、中心空気 1 5に旋回強度を与える。このため、中心空気 1 5はパーナ 4 2から離れると、広がつて流れるので流速が低下し、パーナ 4 2から離れた位置では空気流速と火炎伝播の速度がつりあい、安定に微粉炭が燃焼する。さらに、本実施例のように保炎器 2 3の下流側に循環流 1 9を形成させ、燃料の一部を、この循環流 1 9内で燃焼させることで、この領域の火炎がいわゆる袖火（種火）とな ¾。得られた種火からパーナ 4 2より離れた位置で形成される火炎へ高温のガスを安定供給できるため、パーナ 4 2から離れた位置の火炎は安定し、失火の危険は低減される。 + また、微粉炭の燃焼により発生する排ガス中の N O x濃度を低減するには、燃料ノズル 1 1、中心空気ノズル 1 0及び追加空気孔または追加空気ノズル 1 2から供給される空気量の合計と燃料中の揮発分を完全燃焼させるのに必要な空気量の比（揮発分に対する空気比）が 0. 85〜0. 95になるように、空気量を調整することが望ましい。微粉炭の大部分は燃料ノズル 11から供給される空気と混合、燃焼し（第一段階）、その後、二次空気流れ 17や三次空気流れ 18が混合し、燃焼する（第二段階）。さらに、パーナ 42より下流側の火炉 41内に空気を供給するアフターエアポート 49 (図 27参照）が設置されている場合には、このアフターエアポート 49から供給される空気と混合し、微粉炭は完全燃焼する（第三段階）。燃料中の揮発分は固定炭素に比べて燃焼速度が速いため前記第一段階で燃焼する。

このとき、揮発分に対する空気比を 0. 85〜0. 95とすることで酸素不足ではあるが、微粉炭の燃焼は促進され、高い火炎温度で微粉炭の燃焼が行われる前記第一段階での燃焼で微粉炭を酸素が不足する還元燃焼をさせることから、微粉炭中の窒素や空気中の窒素から生じる NOxを無害な窒素に転換し、火炉 41 から排出される NOx量を低減できる。また、高温で反応するため、前記第二段階の反応が促進され、未燃焼分が低減できる。表 1には空気量を変えた場合の火炉出口から排出される NOxの濃度を比較した結果を示す。ここで、燃料には褐炭を用い、燃料比（固定炭素/揮発分の比） 0. 82である。

【表 1】

条件 A 条件 B 燃料供給量（定格負荷に対し） 100% 100% 燃料搬送気体の酸素濃度（％) 10 10 燃料中の揮発分に対する空気比搬送気体 0. 26 0. 26 A 中心空気 0. 48 0. 53 B 追加空気 0. 05 0. 05 C

(搬送気体 +中心空気 +追加空気）の合計 0. 79 0. 84 D ノ Π側Χ'」

屮 ¾ 3J ·ヽ _ζπ メヽノ n R 7 リ, υ

«¾ι +ISI 査 d计すス卜卜パーナ（搬送気体 +中心空気 +追加空気 +外側空

0. 80 0. 82 気）の合計

ァフ夕エア 0. 40 0. 40 火炉出口 NOx濃度（ppm : 6%酸素濃度換算） 165 150 条件 Aに比べて条件 Bは揮発分に対する空気比（表 1の D欄）が 0. 79から 0. 84となることで窒素酸化物の濃度を低減できる。

また、本実施例のパーナ 42は図 3の火炉側から見た正面図に示すように円柱状の空気ノズル 10、燃料ノズル 11、追加空気ノズル 12、二次空気ノズル 1 3及び三次空気ノズル 14が同心円状に配置された円形状であるが、燃料ノズル 11が角型の場合や、図 4のパーナ 42を火炉側から見た正面図に示すように二次空気ノズル 13及び三次空気ノズル 14等の外側空気供給用ノズルの少なくとも一部で燃料ノズル 1 1を挟むように設置した空気ノズル構造としても良い。また、図 5のパーナ断面図に示すように外側空気を 1つのノズル（二次空気ノズル 13) から供給する場合や、三以上に分割したノズル構造（図示せず）としても良い。また、本実施例は図 1、図 2に示されるように燃料ノズル 1 1内に流路を縮小する流路縮流部材 32や燃料粒子を燃料ノズル外側隔壁 22側に濃縮するための濃縮器 33を設けているが、これらの構成物がない場合（図 5) でも良い。また、本実施例では図 1や図 2に示すように燃料ノズル 11の外側隔壁 22の先端に保炎器 23を設けたが、図 5に示すように保炎器 23を設けないで外側空気の流れ（二次空気の流れ 17) に旋回強度を与え、外側隔壁 22の先端の下流に循環流 19を誘起するための拡管部材 50を設けても良い。

また、図 6には図 1に示すバ一ナ 42の変形例を示す。

このパーナ 42の追加空気ノズル 12への空気供給部は、風箱 26から燃焼用空気ではなく、該空気供給部に燃焼用気体を供給するために専用に設けられた燃焼用気体供給装置（図示せず）に接続した例である。追加空気ノズル 12への空気供給部に専用の燃焼用空気供給装置に接続することで、微粉炭等の固体燃料の燃焼性に応じて、又は火炉 4 1の負荷が低下したときなどに酸素濃度を増した気体又は純酸素を追加空気ノズル 1 2へ容易に供給することができる。また燃焼用空気流量調節機構（図示せず）を専用の燃焼用気体供給装置に設置できるので、その供給量の制御が可能となる。

また、燃料の着火時に有効な燃焼用気体（空気）を専用の燃焼用空気供給装置から追加空気ノズル 1 2を絰由してパーナ 4 2に導入すると、風箱 2 6で得られる燃焼用空気圧力とは異なる燃焼用空気圧力とすることができる。また、専用の燃焼用空気供給装置に燃焼用空気流量調節機構を設置できるので、その供給量の制御が簡単に行える。

(第 2の実施例）

図 7には本発明の第 2の実施例のパーナ 4 2の断面図を示す。図 7には火炉 4 1が高負荷条件で運用されている場合のパーナ 4 2の運用状態を示すが、本実施例は第 1の実施例とは中心空気ノズル 1 0内の旋回器 2 5の配置位置を移動可能な構成にしたことが相違している。本実施例のバ一ナ 4 2を低負荷条件で運用する場合は、図 1に示す第 1の実施例の低負荷条件下でのパーナ 4 2の運用状態を示す図と全く同一であり、旋回器 2 5の配置位置を中心空気ノズル 1 0の先端部に移動させる。また、高負荷条件でのパーナ運用状態は図 2に示す場合の高負荷条件での運用状態と比較して中心空気ノズル 1 0に配置した旋回器 2 5の位置を上流側に移動させたことが異なる。また旋回器 2 5を中心空気ノズル 1 0の上流側に移動させた場合には、中心空気ノズル 1 0のノズル断面積を大きくして、該ノズル断面積に対して旋回器 2 5の占める割合を中心空気ノズル 1 0の先端部 (下流側）に旋回器 2 5を配置した場合に比較して小さくしたことが前記第 1の実施例のバ一ナ 4 2とは異なる。

本実施例のパーナ 4 2を用いた場合に、火炉 4 1が高負荷条件下にあるときの中心空気の流れ 1 5の旋回流速を変えた場合について、以下説明する。

高負荷条件下では、第 1の実施例と比較して旋回器 2 5の設置位置を中心空気ノズル 1 0の上流側に移動させ、火炎をパーナ 4 2から離して形成させることでパーナ近くの熱負荷を低減させる。このため、本実施例では、高負荷条件下での追加空気孔（図示せず）または追加空気ノズル 1 2からの空気供給量を低負荷条件下での運用時に比べて低減する。

また、高負荷条件下では中心空気ノズル 1 0の流路幅内での旋回器 2 5の断面積が低負荷条件下に比べて大きくなるので中心空気ノズル 1 0から噴出する空気に与える旋回強度が低減される。このため、旋回強度が高い場合と比べて中心空気の流れ 1 5はノズル 1 0から火炉 4 1内への噴出後に広がらない。従って、 ) —ナ近くでの燃料粒子の滞留時間は短くなり、パーナ近くで燃焼する燃料量が少なくなる。こうして、バ一ナ構造体及び火炉壁が火炎から受ける輻射熱が低減し、パーナ構造物や火炉壁にスラッキングが生成することを抑制できる。また、保炎器 2 3下流の循環流 1 9の温度も火炎からの輻射熱の低減に伴って低くなる。本実施例では中心空気の流れ 1 5の旋回流速を変化させ場合の効果について述ベたが、第 1の実施例のように各空気ノズル 1 0〜1 4に供給する空気量を変える方法を併用しても良い。このときの作用は第 1の実施例に述べたのと同様である。

また、本実施例では、中心空気ノズル 1 0から噴出する空気に旋回強度を与える方法として、空気の流れに対し傾いて設置された羽根により旋回強度を誘起する旋回器 2 5を用いた場合を示す。また旋回強度を変える方法として、本実施例では旋回器 2 5の設置位置を中心空気ノズル 1 0内で変え、ノズル断面積に対し旋回器 2 5の占める割合を変更する方法を用いている。前記旋回強度を変える方法としては、旋回器 2 5の羽根の傾き角度を変える方法を用いてもよい。また、図 8の中心空気ノズル 1 0の断面図に示すように中心空気ノズル 1 0の上流側の配管 5 2を 2つの配管 5 2 a、配管 5 2 bに分け、中心空気ノズル 1 0の断面に対して接線方法に空気を流入させることで前記旋回強度を変える方法でもよい。この場合、高負荷条件下では対向する 2つの配管 5 2 a、配管 5 2 bを用いることで旋回強度は相殺される。また、低負荷条件下では片方の配管 5 2 a又は配管 5 2 bから主に空気を流入させることで、前記旋回強度を強くすることができる。

(第 3の実施例）本発明の実施例の固体燃料として褐炭、亜炭などの石炭を燃料とするパーナ 4 2の断面図を図 9に示し、図 1 0はこのパーナを火炉側から見た正面図である。燃料の微粉炭と燃料排ガスの混合流体は、燃料ノズル 1 1を通して火炉 4 1に供給される。燃料ノズル 1 1の先端には断面 L型のさめ歯保炎器 3 6が設置され、その後流側に形成される循環流 1 9の効果によりパーナ近傍から火炎が形成される。図 9に示すパーナの特徴的な構成はさめ歯状の保炎器 2 3の間に着火用空気が流入するように追加空気孔（図示せず）または追加空気ノズル 1 2を設けている（図 1 0参照）ので、微粉炭はさめ歯状の保炎器 3 6を廻り込んで着火しやすくなる（さめ歯状の保炎器 3 6の後側で着火する）。

(第 4の実施例）

図 1 1と図 1 2は本発明に係わる第 4の実施例を示すパーナ 4 2の断面図であり、図 1 1は低負荷条件にあるパーナ 4 2から噴出される燃料が火炉 4 1で燃焼している状態を示し、図 1 2及び図 1 4は高負荷条件下にあるパーナ 4 2から噴出される燃料が火炉 4 1で燃焼している状態を示す。図 1 3は図 1 1に示すバーナ 4 2を火炉 4 1側から見た概略図である。

第 4の実施例に示すパーナ 4 2は、中心部に助燃用のオイルガン 2 4が設けられ、該オイルガン 2 4の周囲に燃料とその搬送用気体の混合流体を噴出する燃料ノズル 1 1が設けられる。燃料ノズル 1 1の壁面 2 2の内側に沿って複数本の追加空気孔（図示せず）または追加空気ノズル 1 2を配置している。また、燃料ノズル 1 1の外側には該燃料ノズル 1 1と同心円状の空気噴出用の二次空気ノズル 1 3と三次空気ノズル 1 4がある。燃料ノズル 1 1の壁面先端部（火炉 4 1出口側）の外側には保炎器 2 3が設けられている。保炎器 2 3は燃料ノズル 1 1から噴出する微粉炭流 1 6や二次空気ノズル 1 3を流れる二次空気の流れ 1 7に対して障害物として働く。このため、保炎器 2 3の下流側（火炉 4 1内部）の圧力が低下し、この部分は微粉炭流 1 6や二次空気の流れ 1 7とは逆方向の流れが誘起され、循環流 1 9を生じ、該循環流 1 9において火炉 4 1内からの輻射熱で燃料粒子の温度が上昇し、着火する。

また、外側空気ノズル（二次空気ノズル 1 3、三次空気ノズル 1 4など）の出口に外側空気の噴出方向をパーナ 4 2の中心軸から離れる方向に誘導するガイド 2 5を設けると保炎器 2 3と共に循環流 1 9が容易に形成される。

燃料ノズル 1 1の中心部を貫通して設けられた助燃用のオイルガン 2 4はバーナ 4 2起動時に燃料着火用に使用される。また、二次空気ノズル 1 3と三次空気ノズル 1 4から噴出する空気に旋回力を与える旋回器 2 7、 2 8をそれそれのノズル 1 3、 1 4内に設ける。

二次空気ノズル 1 3と三次空気ノズル 1 4は隔壁 2 9で隔てられ、隔壁 2 9の先端部分は微粉炭流 1 6に対して三次空気流 1 8が外側に広がるように噴出させるガイド 2 5を形成している。火炉 4 1壁を構成するバーナスロート 3 0は三次空気ノズル 1 4の外周壁を兼ねる。また、火炉 4 1壁には水管 3 1が設けられている。

燃料ノズル 1 1内に設けられた流路を縮小する流路縮小部材 3 2が燃料ノズル 1 1の上流側の隔壁 2 2内側にあり、また、燃料を燃料ノズル 1 1の隔壁 2 2側に濃縮するための濃縮器 3 3がオイルガン 2 4の外側部に設けられている。濃縮器 3 3は流路縮小部材 3 2よりパーナ 4 2の下流側（火炉 4 1側）に設けられている。

本実施例では、燃料の搬送用気体に火炉 4 1から排出する燃焼排ガスを利用し、微粉炭流 1 6中の酸素濃度が低い場合のパーナ構成と褐炭や亜炭の燃焼方法を説明する。

石炭化度の低い燃料を用いる時のバ一ナ 4 2の高負荷条件と低負荷条件で、燃焼状態が異なることで生じる低負荷で燃焼時の火炎の吹き飛びや失火の不具合や、高負荷燃焼時の燃焼灰がパーナ構造部などへ付着、溶融する不具合は、本実施例ではバ一ナ 4 2の負荷に応じて火炉 4 1内での火炎の形成位置を変えることで解決する。すなわち、高負荷条件では火炎をパーナ 4 2から離れた火炉 4 1内の位置に形成させ、低負荷条件では火炎を燃料ノズル 1 1の出口付近の火炉 4 1内から形成させる。低負荷条件では火炎を火炉 4 1壁やパーナ 4 2に近づけても火炉 4 1内の熱負荷が低いため、パーナ 4 2やその周囲の火炉壁の温度は高負荷条件の場合よりも低くなる。このため、パーナ構造部や火炉壁にスラヅキングが生じない。低負荷条件では火炎を燃料ノズル 1 1の出口付近の火炉 4 1内から形成させるため、本実施例では保炎器 2 3及びガイド 2 5の下流側に形成される循環流 1 9 に高温ガスを滞留させる他に、追加空気孔（図示せず）または追加空気ノズル 1 2から空気を供給することで保炎器 2 3近くの微粉炭流 1 6中の酸素濃度を高めることができる。このため、燃焼速度は酸素濃度が低い場合に比べて高くなるので、燃料粒子の着火が早まり、火炎が燃料ノズル 1 1近くの火炉 4 1内から形成できる。

また、追加空気孔（図示せず）または追加空気ノズル 1 2は燃料ノズル 1 1の先端部（火炉 4 1出口部）よりも上流側に設けることが望ましい。このとき、燃料ノズル 1 1内での燃料の着火による燃料ノズル 1 1の焼損や逆火現象を防ぐため、燃料ノズル 1 1内での燃料の滞留時間が燃料の着火遅れ時間よりも短くなるように追加空気孔または追加空気ノズル 1 2の燃料ノズル 1 1内での配置を決めることが望ましい。通常は微粉炭などよりも着火遅れ時間の短いガス燃料の着火遅れ時間（約 0 . 1秒）と燃料ノズル 1 1内の流速 1 0〜2 O m/ sを目安にする。例えば、燃料ノズル 1 1出口と追加空気孔（図示せず）または追加空気ノズル 1 2出口の距離を l m程度以内とする。

火炉 4 1の高負荷条件では、火炎をパーナ 4 2から離れた火炉 4 1内の位置に形成させることでパーナ 4 2近くの熱負荷を低減させる。このため、本実施例では追加空気孔（図示せず）または追加空気ノズル 1 2からの空気供給量を低負荷条件の場合に比べて低減させる。追加空気の供給量が減ることにより、保炎器 2 3近くでの微粉炭流 1 6中の酸素濃度は低負荷条件のときよりも低くなり、燃焼速度も遅くなる。このため、保炎器 2 3下流側にできる循環流 1 9の温度は低くなり、パーナ構造物の受ける輻射熱を低減し、スラッキングを抑制できる。本実施例のように、保炎器 2 3の下流側に循環流 1 9を形成させ、燃料の一部をこの循環流 1 9内で燃焼させることで、この領域の火炎がいわゆる袖火（種火）となる。得られた袖火からパーナ 4 2より離れた火炉 4 1内の位置で形成される火炎へ高温のガスを安定供給できるため、パーナ 4 2から離れた位置の火炎は安定し、失火の危険は低減される。

また、図 1 4には火炉 4 1の高負荷条件において、パーナ 4 2の火炎を保炎器 2 3の下流側の循環流 1 9から離れて形成させた場合を示す。この場合、失火の危険を低減するため、火炎は図 2 3 ( a ) に示す本発明のパーナ 4 2を用いた燃焼装置（火炉 4 1 ) の水平断面図のように、火炎 2 0同士を火炉 4 1内で混合することで、炉内で安定燃焼させることが望ましい。図 2 3 ( a) ではパーナ 4 2 が火炉 4 1壁の四隅に設置される場合を示すが、対向する火炉 4 1壁にパーナ 4 2が配置される対向燃焼方式の場合も同じである。

また、燃焼により発生する N O x濃度を低減させるには、燃料ノズル 1 1と追加空気孔または追加空気ノズル 1 2から供給される空気量の合計と燃料中の揮発分を完全燃焼させるのに必要な空気量の比（揮発分に対する空気比）を 0 . 8 5 〜0 . 9 5となるように空気量を調整することが望ましい。燃料の大部分は燃料ノズル 1 1内の追加空気孑しまたは追加空気ノズル 1 2から供給される空気と混合、燃焼し（第一段階）、その後、二次空気流れ 1 7や三次空気流れ 1 8と混合され、燃焼する（第二段階）。さらに、バ一ナ 4 2より下流側の火炉 4 1内に空気を供給するァフ夕エア一ポート 4 9 (図 2 7参照）が設置されている場合には、このァフ夕エア一ポート 4 9から供給される空気と混合し、燃料は完全燃焼する（第三段階）。燃料中の揮発分は固定炭素に比べて燃焼速度が速いため上記の第一段階で燃焼する。

このとき、揮発分に対する空気比を 0 . 8 5〜0 . 9 5とすることで、酸素不足ではあるが、燃料の燃焼は促進され、高い火炎温度で燃焼できる。前記第一段階での燃焼で燃料は酸素が不足する還元燃焼をさせることから、燃料中の窒素や空気中の窒素から生じる N O xを無害な窒素に転換し、火炉 4 1から排出される N〇x量を低減でき、前記第二段階の反応が促進され、未燃焼分が低減できる。表 2には空気量を変えた場合の火炉 4 1出口から排出される窒素酸化物の濃度を比較した結果を示す。ここで、燃料には褐炭を用い、燃料比（固定炭素/揮発分の比） 0 . 8 2である。

表 2中の揮発分に対する空気比（表 2の C欄）が条件 Aでは 0 . 7 0であるが、条件 Bでは 0 . 8 5となるため、火炎中の窒素酸化物の濃度を低減できる。【表 2】

また、本実施例のパーナ 4 2は図 1 3の火炉 4 1側から見た正面図に示すように円柱状の燃料ノズル 1 1、二次空気ノズル 1 3及び三次空気ノズル 1 4が同心円状に配置された円形状であるが、燃料ノズル 1 1が角型の場合や濃縮器 3 3が角型の場合、図 1 5 (パーナ 4 2を火炉 4 1側から見た正面図）に示すように二次空気ノズル 1 3及び三次空気ノズル 1 4等の外側空気ノズルの少なくとも一部が燃料ノズル 1 1を挟むように設置した空気ノズル構造としても良い。また、図 1 5のパーナ 4 2に示されるように追加空気ノズル 1 2を燃料ノズル 1 1の壁面 2 2に沿って設けた 1つのノズルとしても良い。

また、図 1 6のバ一ナ 4 2の断面図に示すように外側空気を 1つのノズル（二次空気ノズル 1 3 ) から供給する場合や、三つ以上に分割したノズル構造（図示せず）としても良い。また、本実施例は図 1 1、図 1 2に示されるように燃料ノズル 1 1内に流路を縮小する流路縮小部材 3 2や燃料粒子を燃料ノズル 1 1の壁面 2 2の内側に濃縮するための障害物（濃縮器） 3 3を設けているが、これらの構成物がない場合でも図 1 1〜図 1 5に示すパーナ 4 2と同じ作用が得られる。また、本実施例では図 1 1や図 1 2に示すように燃料ノズル 1 1の先端部壁面

2 2に保炎器 2 3を設けたが、図 1 6に示すように燃料ノズル 1 1から離れる方向に外側空気の流れ（二次空気の流れ 1 7 ) を噴出させるガイド 3 5を設けることで該ガイド 3 5の裏側（火炉 4 1の中心側）近傍に循環流 1 9を形成させる方法でもかまわない。

(第 5の実施例）

図 1 7と図 1 8は本発明に係わる第 5の実施例を示すパーナ 4 2の断面図であり、図 1 7は低負荷条件にあるパーナ 4 2から噴出される燃料が火炉 4 1で燃焼している状態を示し、図 1 8は高負荷条件下にあるパーナ 4 2から噴出される燃料が火炉 4 1で燃焼している状態を示す。

本実施例が第 4の実施例と異なる主なところは、燃料ノズル 1 1の壁面 2 2の先端に保炎器 2 3やガイド 3 5を設けていないことである。保炎器 2 3やガイド

3 5を設けずに火炎形状を変えるため、本実施例では二次空気流路に設けた旋回器 2 7を用いる。

火炉 4 1の低負荷条件では火炎を燃料ノズル 1 1の出口から形成させる。このため、追加空気孔（図示せず）または追加空気ノズル 1 2から空気を供給することで燃料ノズル 1 1の隔壁 2 2近くでは微粉炭流 1 6中の酸素濃度を高める。このため、燃焼速度は酸素濃度が低い場合に比べて高くなるので、燃料粒子の着火が早まり、火炎が燃料ノズル 1 1近くから形成できる。

さらに本実施例では二次空気ノズル 1 3に設けた旋回器 2 7により二次空気に強い旋回流速（通常、スワール数で 1以上）を与える。旋回流速による遠心力で二次空気の流れ 1 7は二次空気ノズル 1 3から噴出後、微粉炭流 1 6から離れる方向に広がる。このとき、微粉炭流 1 6と二次空気の流れ 1 7の間の領域では圧力が低下し、微粉炭流 1 6や二次空気の流れ 1 Ίとは逆方向の流れである循環流 1 9が誘起される。また、二次空気ノズル 1 3に流量を減らすダンパ（図示せず）を取り付け、二次空気の流量をゼロ近くまで減らすことで、三次空気ノズル 1 4内の三次空気の流れ 1 8と微粉炭流 1 6の間に循環流 1 9を誘起できる。火炉 4 1の高負荷条件では、火炎をパーナ 4 2から離れた火炉 4 1内の位置に形成させることでパーナ 4 2近くの熱負荷を低減させる。このため、追加空気孔または追加空気ノズル 1 2からの空気供給量を低負荷条件の場合に比べて低減する。追加空気の供給量が減ることにより、燃料ノズル 1 1の壁面 2 2近くでは微粉炭流 1 6中の酸素濃度は低負荷条件のときよりも低くなり、燃焼速度も遅くなる。さらに本実施例では二次空気ノズル 1 3に設けた旋回器 2 7により二次空気に与える旋回流速を弱める。このため二次空気の流れ 1 7は二次空気ノズル 1 3 から噴出後、微粉炭流 1 6と平行に流れるため、微粉炭流 1 6と二次空気の流れ 1 7の間の領域には逆方向の流れである循環流 1 9が生じない。また、二次空気ノズル 1 3に取り付けたダンパ（図示せず）を開け、二次空気の流量を増やすことで、微粉炭流 1 6と二次空気の流れ 1 7の間の領域に逆方向の流れである循環流 1 9を生じないようにさせることができる。

(第 6の実施例）

図 1 9は本発明の第 6の実施例による固体燃料バ一ナ 4 2の断面図を示し、図 2 0はこのバ一ナ 4 2を火炉 4 1側から見た正面図である。

燃料と燃焼排ガスの混合流体は、燃料ノズル 1 1を通して火炉 4 1に供給される。燃料ノズル 1 1の先端には断面 L型のさめ歯保炎器 3 6が設置され、その後流側（火炉 4 1の内側）に形成される循環流 1 9の効果によりパーナ 4 2近傍から火炎が形成される。図 1 9に示すパーナ 4 2の特徴的な構成はさめ歯状の保炎器 3 6の間に着火用空気が流入するように追加空気孔（図示せず）または追加空気ノズル 1 2 (図 2 0参照）を設けているので、燃料はさめ歯状の保炎器 3 6を回りこんで着火しやすくなる（さめ歯状の保炎器 3 6の後側で着火する）

(第 7の実施例）

本発明の第 7の実施例について説明する。第 7の実施例のパーナの断面図を図 2 1に示す。図 2 1 ( a ) はパーナ断面、図 2 1 ( b ) は火炉側から見たパーナ正面図である。燃料の微粉炭と搬送用気体（一次空気）の混合流体は燃料ノズル 1 1を通して火炉 4 1に供給される。燃料ノズル 1 1の先端には断面 L型のさめ歯保炎器 3 6 が設置され、その後流側に形成される循環流 1 9の効果によりパーナ近傍から火炎が形成される。

燃料ノズル 1 1の内部には濃縮器 3 3が設置されており、保炎器 3 6近傍の微粉炭濃度を高めることにより、着火を促進している。燃料ノズル 1 1外周には風箱 2 6より燃焼用空気（二次空気流れ 1 7及び三次空気流れ 1 8 ) が供給される。三次空気流れ 1 8は旋回器 2 8によって適正な旋回が与えられ、低 N O x燃焼に最適な条件が設定される。三次空気流れ 1 8は更に案内板 2 9によって外側に広げられ、火炎中心部を空気不足とする、いわゆる燃料過剰な条件が形成されて、微粉炭燃焼の低 N◦ X化に適した燃焼が得られる。

図 2 1に示すパーナの特徴的な構成は、濃縮器 3 3と燃料ノズル 1 1の内壁の間に着火用の追加空気孔（図示せず）または追加空気ノズル 1 2を設けていることである。濃縮器 3 3により燃料ノズル 1 1の内壁側に濃縮されて流れる微粉炭流に着火用追加空気が供給されることで、微粉炭濃度が所定濃度以上に維持された条件下で酸素濃度が高まるので、着火性が向上する。またパーナ 4 2の中心軸部にはパーナ起動時に用いられる油バ一ナ 2 4が配置されている。燃料ノズル 1 1先端部の濃縮器 3 3と保炎器 3 6との間に着火用追加空気と混合流体の混合領域 Sを設けている。これにより着火用空気 2 1と燃料ノズル 1 1内の混合流体の混合が充分に行える。さらに、さめ歯状の保炎器 3 6の間に着火用追加空気孔または追カ卩空気ノズル 1 2の出口を設けている（図 2 1 ( b )参照）ので、さめ歯状の保炎器 3 6を廻り込んで着火しやすくなる（さめ歯状の保炎器 3 6の風下で着火）

また、外側空気ノズル（二次空気流れ 1 7、 ≡次空気流れ 1 8 ) の流路出口に外側空気の噴出方向を拡げる方向に誘導するガイド 3 6 ' を設けても良い。ガイド 3 6 ' は保炎器 3 6と共に循環流 1 9がさらに容易に形成される。このガイド 3 6 'は低負荷時に火炉壁近傍で火炎を形成するのに有利である。またガイド 3 6 ⁵ が必ずしも設ける必要はない。 (第 8の実施例）

図 2 2 (図 2 2 ( a ) はパーナ 4 2の断面図、図 2 2 ( b ) は火炉側から見たパーナ正面図である。）に示す第 8の実施例のバ一ナ 4 2の特徴は、着火用追加空気孔または追加空気ノズル専用の供給ライン 6 6から着火用追加空気孔（図示せず）または追加空気ノズル 1 2を介して着火用空気 6 7を、該着火用追加空気 6 7と燃料ノズル 1 1内の混合流体の混合領域 Sに導入する構成である。

図 2 2に示すバ一ナ 4 2では、供給ライン 6 6から導入される着火用追加空気 6 7は風箱 2 6で得られる空気圧力とは異なる空気圧力とすることができるため、追加空気孔（図示せず）または追加空気ノズル 1 2の大きさを自由に選定できる _c また、専用の着火用追加空気ライン 6 6に着火用空気流量調節機構（図示せず）を設置できるので、その供給量の制御が簡単に行える。また着火用空気 6 7として酸素富化気体を用いることで、着火性をさらに向上させることができる。図 2 3に本発明の前記実施例のいずれかのバーナをコ一ナフアイャリング方式のパーナとして用いた火炉 4 1の水平断面図を示す。

コーナファイヤリング方式のバ一ナにおいては通常、火炉 4 1四隅にバーナコンパ一トメント 3 7 (図 3 0参照）を設置するための水平部を設けてある。図 2 3 ( a ) に示す火炉 4 1の高負荷時にはパーナコンパートメント 3 7の各バ一ナからの噴流はバ一ナ根元に吹き飛び部 3 8を形成し、火炉 4 1内に安定した燃焼領域を形成する。

図 2 3に示すコーナファイヤリング方式のパーナの運用の一例として、例えば、火炉内の安定した燃焼領域の形成に寄与する最外側の三次空気ノズル 1 4の三次空気流 1 8の流速は 5 O m/ s以上、排ガスで供給される微粉炭流 1 6の流速は 5 m/ s ~ 3 O m/ s , 燃料の着火を促進する中心空気ノズル 1 0の空気流速は 5 m/ s〜2 O m/ sである。

図 2 3 ( b ) に示す火炉 4 1が低負荷条件下にあるときには後で燃焼用空気の配分や旋回を変化させ、各パーナから自己保炎型火炎 3 6を形成させる。図 2 4 は火炉 4 1の各側壁に設けた 4つのバーナコンパートメント 3 7から燃料を火炉 4 1内に供給した場合の一実施例を示し、図 2 5は火炉 4 1の各側壁に設けた 6 つのパーナコンパートメント 3 7から燃料を火炉 4 1内に投入する場合の一実施例である。図 2 5 ( a ) は高負荷時を示し、図 2 5 ( b ) は低負荷時を示す。以上の設定により、高負荷時にはパーナ 4 2の根元では酸素濃度が低く、高温ガスの循環などの熱源もないため、燃料は着火せず、吹き飛び部 3 8を形成する _c 火炉 4 1の中央部でその他のバ一ナ 4 2から噴流及び最外側の空気ノズル 1 4と混合し、安定した燃焼領域を形成することによって初めて安定燃焼する。高負荷での運用おける最外側の空気ノズル 1 4の役割は従来と同様、火炉内の燃焼領域の形成の安定化であり、例えば流速は 5 O m/ s以上が望ましい。

すなわち、本発明では、従来のコーナファイヤリング及び夕ンジェンシャルフアイヤリング方式の火炉 4 1において、高負荷時には燃料噴流のバ一ナ 4 2の根元に吹き飛び部 3 8を形成し、火炉 4 1内に安定した燃焼領域を形成する方式、低負荷時には燃料噴流のパーナ 4 2の根元から保炎させる自己保炎方式をそれそれ用いることによって、幅広い火炉 4 1の負荷変化までの負荷変化に対応可能とするものである。

具体的な方法として、各火炉壁面の水壁構造を改造せず、パーナコンパ一トメント 3 7の一部を燃料と複数の燃焼用空気流路からなるパーナ構造に改造し、各燃焼用空気の配分、燃料と燃焼用空気の噴流の旋回の有無により、火炉の低負荷及ぴ高負荷での運用を制御するものである。

また、ここでは、水壁を改造せず、バ一ナコンパートメント 3 7の一部を改造する方式のみを示しているが、新設されるボイラにおいて隣接する二つのパーナ 4 2の間に水壁構造を設ける場合にも本発明は適用できる。図 2 7は本発明の褐炭、亜炭などの石炭パーナを用いた燃焼装置の概略図である。また、図 2 8は図 2 7の水平断面図である。以下、図 2 7と図 2 8に従って説明する。

燃焼装置の火炉 4 1にパーナ 4 2を上下方向に二段、水平方向に火炉 4 1の四隅から中央に向かってパーナ 4 2を設置している。石炭等のは燃料ホヅパ 4 3から給炭機 4 4を通してファンミル 4 5に供給される。ファンミル 4 5で粉碎された後、微粉炭は燃料配管 5 4を通じてパーナ 4 2に供給される。このとき、火炉 4 1の上部から抜き出した燃焼排ガスを給炭機 4 4の下流側の排ガスダクト 5 5 内で石炭と混合してファンミル 4 5に導入している。石炭を高温の燃焼ガスと混合することで石炭中に含まれる水分が蒸発する。また、酸素濃度が低下するため、ファンミル 4 5で粉碎の際に高温となっても自然着火や爆発を抑制できる。褐炭の場合、酸素濃度は 8〜1 5 %程度のことが多い。パーナ 4 2とその下流側に設けたァフ夕エアポート 4 9に供給する空気はブロア 4 6から供給される。パーナ 4 2から燃料の完全燃焼に必要な空気量より少ない空気を投入し、ァフタエアポ —ト 4 9から残りの空気を供給する二段燃焼方式を用いるが、ァフ夕エアポート 4 9を設けず、バ一ナ 4 2から必要な空気をすベて投入する単段燃焼方式でもかまわない。

パーナ 4 2では燃焼装置（火炉 4 1 ) の負荷に伴って燃焼方式を変更する。すなわち、高負荷条件では火炎をパーナ 4 2から離れた位置に形成させることでバーナ 4 2近くの熱負荷を低減させる。また、低負荷条件では火炎を燃料ノズル 1 1出口から形成する。このとき、燃焼装置を安全に運用するため、火炎の監視が必要となる。本発明では燃焼方式が負荷に伴って変更するため、火炎の監視方式も変更する方が望ましい。すなわち、低負荷条件ではパーナ 4 2毎に形成される火炎を監視するため、火炎検知機 4 7を個々のパーナ 4 2に設置する必要がある c また、高負荷条件ではパーナ 4 2から離した位置に火炎を形成するため、火炉中心部を監視する火炎検知機 4 8を設置する要がある。それそれの負荷と燃焼方法に応じて、火炎検知機 4 7、 4 8の信号を選択し火炎を監視する。

また、高負荷条件でのパーナ構造物及び火炉壁へのスラッキングを低減するため、図示していな温度計や輻射量測定器を火炉壁ゃ微粉炭パーナ 4 2に設置し、その信号に基づいて追加空気流量や中心空気流量を調整することも可能である。固体燃料として褐炭、亜炭などの石炭を燃料とする本発明の前記実施例記載の各種バーナを微粉炭ボイラシステムに適用した場合の構成図を図 2 9に示す。図 2 9に示す微粉炭ボイラは二段燃焼方法を用いるパーナ 4 2の配列とァフ夕一エアポート 4 9を備えている。パーナ 4 2は複数本設けられ、火炉 4 1の高さ方向に三段配列され、火炉 4 1の水平方向にも五列配列されている。火炉 4 1の水平方向のパーナ配列は図示していないが、パーナ 4 2の本数と配列はパーナ単体の容量（最大微粉炭燃焼量、ボイラ容量など）及びボイラの構造によって決定される。

各パーナ 4 2は各段毎に風箱 2 6に収納される。パーナ 4 2には助燃用のオイルを空気を搬送用気体として噴出するアトマイザを備え、助燃料は分配器 5 8を介して各パーナ 4 2のオイルノズル 2 4に供給される。燃焼用空気 5 1は熱交換器 5 2によって昇温し、約 3 0 0 °C程度の加熱空気としてダンパ 5 6で流量が調整された後、風箱 2 6に導入され、各パーナ 4 2から火炉 4 1内に噴出できるように構成されている。燃焼用空気 5 1はさらにァフ夕エアポート 4 9にダンパ 5 7を介して供給される。

火炉出口の排ガス出口部付近に接続される燃焼排ガスダクト 5 5から燃焼排ガスが取り出され、給炭機 4 4へ供給される。微粉炭は搬送用排ガスと共にファンミル 4 5に供給され、ここで粉砕され、粒径分布が調整された後、パーナ 4 2に供給される。パーナ 4 2へ供給される微粉炭の粒径とその分布はボイラ負荷によつて変化させる。火炉 4 1の壁面は通常水冷却構造に成っており、ここで一次蒸気を生成させ、この一次蒸気を過熱器 5 0で過熱して過熱蒸気として、図示しない蒸気タービンに送る。蒸気夕一ビンは発電機に直結しているので、発電機が作動して電力を得ることができる。

微粉炭ボイラの燃焼排ガスを煙突 6 3から大気中に排出するための煙道には脱硝装置 6 0、電気集麈器 6 1及び脱硫装置 6 2などからなる排ガス浄化装置が設けられている。

各パーナ 4 2に供給される燃焼用空気量は石炭の理論空気量の 8 9〜9 0容量 %とし、アフターエアポート 4 9からのアフターエア量は、石炭の理論空気量の 4 0〜3 0容量％程度にして全空気量として石炭の理論空気量の 1 2 0 %程度になるように設定する。微粉炭バ一ナ 4 2による火炎は理論空気量より少ない空気量で燃焼させ、アフターエアによって燃料の未燃分を少なくする。

また、本発明のパーナ 4 2を使用し、該バ一ナ 4 2を複数本火炉壁面に設け、これらのパーナ 4 2により微粉炭を燃焼させて得られる燃焼熱により水を加熱して蒸気を発生させる石炭焚きボイラと、このボイラで得られた蒸気により駆動する蒸気夕一ビンと、該蒸気夕一ビンより駆動する発電機（図示せず）を備えた石炭火力発電システムを用いることで、褐炭や亜炭などの石炭化度の低い石炭を利用した火力発電が可能になる。産業上の利用可能性

本発明によれば、褐炭や亜炭などの石炭化度の低い石炭など燃焼性が比較的劣る固体燃料であっても、高負荷条件から低負荷条件まで、広範囲にわたって安定燃焼ができる固体燃料パーナ、該パーナを用いた燃焼方法及び該バ一ナを備えた火炉、加熱炉または熱風発生炉等の燃焼装置とその運用方法、さらには石炭焚きボイラとそのシステム、石炭火力発電システムが得られる。

本発明によれば、搬送用気体として酸素濃度の低いガスを用いる場合でも、バーナ近傍からの着火を可能とする。そのため低負荷域でも、褐炭など灰性状が劣悪な粉砕炭でもパーナ出口近傍で速やかに高効率で燃焼させて、燃焼ガスの低 N 〇 X化とバ一ナ周りの灰付着を防止することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 空気を噴出する中心空気ノズルと、

該中心空気ノズルの外側に配置された固体燃料とその搬送用気体の混合流体を噴出する燃料ノズルと、

前記燃料ノズルの内側壁面に設けられた空気を噴出する追加空気孔または追カロ空気ノズルと、

前記燃料ノズルの外側に配置された燃焼用空気を噴出する一以上の外側空気ノズルと

を有することを特徴とする固体燃料パーナ。

2 . 前記中心空気ノズルと前記追加空気孔または追加空気ノズルのいずれか一方、又は両方のノズル出口が前記燃料ノズルの出口よりもパーナ上流側に位置することを特徴とする請求項 1記載の固体燃料パーナ。

3 . 追加空気孔または追加空気ノズルには加熱及び/または加圧された空気を供給導入することを特徴とする請求項 1記載の固体燃料パーナ。

4 . 前記中心空気ノズルの外側壁に、パーナ上流側から順に断面積が漸増する円錐部と断面積が漸減する円錐部から成る濃縮器を設けたことを特徴とする請求項 1記載の固体燃料パーナ。

5 . 前記燃料ノズルの内側壁に、パーナ上流側から順に前記ノズルの流路断面積を一旦縮小した後、元の大きさまで拡大する流路縮流部材を設けたことを特徴とする請求項 1記載の固体燃料パーナ。

6 . 前記中心空気ノズル内に旋回器を設けたことを特徴とする請求項 1記載の固体燃料パーナ。

7 . 前記外側空気ノズル内に旋回器を設けたことを特徴とする請求項 1記載の固体燃料パーナ。

8 . 前記外側空気ノズルの出口に外側空気の噴出方向を決めるガイドを設けたことを特徴とする請求項 1記載の固体燃料ノ ^ーナ。

9 . 前言己外側空気ノズルからの外側空気をパーナ中心軸に対して 4 5度以下の傾斜角度で噴出させるガイドを外側空気ノズル出口に設けたことを特徴とする請求項 1記載の固体燃料パーナ。

1 0 . 前記燃料ノズルと前記外側空気ノズルの間にノズルから噴出する固体燃料混合物や空気の流れに対して障害となる保炎器を設けたことを特徴とする請求項 1記載の固体燃料バ一ナ。

1 1 . 前記燃料ノズル出口内側に向けて突出するさめ歯状突起を有する保炎器を設けたことを特徴とする請求項 1 0記載の固体燃料パーナ。

1 2 . 前記中心空気ノズルの下流側の流路断面積が前記中心空気ノズルの上流側の流路断面積に比較して小さいことを特徴とする請求項 1記載の固体燃料パーナ。

1 3 . 前記中心空気ノズル内の旋回器の設置位置を該中心空気ノズル内でパーナ中心軸方向に移動可能に配置したことを特徴とする請求項 1 2記載の固体燃料パーナ。

1 4 . 燃焼負荷によって空気流れの旋回強度を変化させる旋回器を前記中心空気ノズル内に設けたことを特徴とする請求項 1記載の固体燃料パーナ。

1 5 . 請求項 1記載の固体燃料パーナを用いた燃焼方法であって、燃焼負荷に応じて、中心空気ノズルから噴出する空気を直進流又は弱い旋回流からなる空気噴出方法と強い旋回流の空気噴出方法の二通りの空気噴出方法のいずれかを選択可能な旋回器を設けたことを特徴とする固体燃料バ一ナを用いた燃焼方法。

1 6 . 請求項 1記載の固体燃料パーナを用いた燃焼方法であって、燃焼負荷が低い場合は、前記中心空気ノズルから強い空気旋回流を噴出し、燃焼負荷が高い場合は、前記中心空気ノズルから弱い空気旋回流又は直進流を噴出することを特徴とする固体燃料パーナを用いた燃焼方法。

1 7 . 請求項 1記載の固体燃料パーナを用いた燃焼方法であって、燃焼負荷に応じて、中心空気ノズルと追加空気孔またはノズルから噴出する空気量の割合を変えることを特徴とする固体燃料パーナを用いた燃焼方法。

1 8 . 請求項 1記載の固体燃料パーナを用いた燃焼方法であって、燃焼負荷が低い場合は、中心空気ノズルから噴出する空気を減らして、同時に追加空気孑しまたは追加空気ノズルから噴出する空気の割合を増やし、燃焼負荷が高い場合は中心空気ノズルから噴出する空気量を増やして、同時に追加空気孔または追カロ空気ノズルから噴出する空気量の割合を減らすことを特徴とする固体燃料パーナを用いた燃焼方法。

1 9 . 請求項 1記載の固体燃料パーナを用いた燃焼方法であって、燃料ノズル、中心空気ノズルおよび追加空気孔または追加空気ノズルからそれそれ供給される空気量の合計と燃料中の揮発分を完全燃焼させるのに必要な空気量の比を 0 . 8 5〜0 . 9 5となるように空気量を調整して燃焼させることを特徴とする固体燃料ノ、'一ナを用いた燃焼方法。

2 0 . 請求項 1記載の固体燃料パーナの固体燃料の搬送用気体として燃焼排ガスを用い、該固体燃料パーナを複数本配置した火炉壁面を設けた燃焼装置。

2 1 . 請求項 1記載の固体燃料パーナを一ュニットとして、その複数ュニットを四隅あるいは対向する側壁面にそれそれ対に成るように配置した火炉を備えたことを特徴とする請求項 2 0記載の燃焼装置。

2 2 . 固体燃料パーナの中心空気ノズルは円筒形状であり、該中心空気ノズルの上流側の部位に空気供給用の配管として一対の空気配管を接続し、該一対の空気配管を中心空気ノズルの円筒断面の対向する位置の接線方向から空気を流入させるようにそれそれ接続したことを特徴とする請求項 2 0記載の燃焼装置。

2 3 . 燃焼装置を高い燃焼負荷で運用する場合は、固体燃料パーナの中心空気ノズルから噴出する空気量を増やして、同時に追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気量の割合を減らして固体燃料パーナから離れた位置から固体燃料火炎を形成し、燃焼装置を低い燃焼負荷で運用する場合は、固体燃料バーナの中心空気ノズルから噴出する空気を減らして、同時に追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気の割合を増やして固体燃料バーナの燃料ノズル出口直後から固体燃料火炎を形成することを特徴とする請求項 2 0記載の燃焼装置の運用方法。

2 4 . 固体燃料パーナ又は該固体燃料パーナの外側の火炉壁面に温度計又は放射強度計を設置し、これらの計測装置の信号に基づき、固体燃料パーナの中心空気ノズルから噴出する空気量と空気旋回強度又は追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気量を調整することを特徴とする請求項 2 0記載の燃焼装置の運用方法。

2 5 . 燃焼装置を高い負荷で運用する場合は燃料ノズル中心軸上で燃料ノズル出口から 0 . 5 m以上離れた火炉内の位置で燃焼させ、燃焼装置を低い負荷で運用する場合は火炉内の固体燃料火炎の先端が燃料ノズル出口外側部火炉壁面近傍で燃焼させることを特徴とする請求項 2 0記載の燃焼装置の運用方法。

2 6 . 燃焼装置を高い負荷で運用する場合は固体燃料パーナの火炎が集まる火炉内の中央部分の火炎を火炎検知器あるいは目視で監視し、燃焼装置を低い負荷で運用する場合は固体燃料パーナ出口近傍に形成される個々の火炎を監視することを特徴とする請求項 2 0記載の燃焼装置の運用方法。

2 7 . 燃焼装置を高い負荷で運用する場合には二つの空気供給用配管から同じ空気流量を中心空気ノズル内に供給し、燃焼装置を低い負荷で運用する場合には二つの空気供給配管から中心空気ノズル内に供給する空気流量の配分に差異を持たせることにより、高負荷及び低負荷に応じた中心空気流れの旋回強度を調整することを特徴とする請求項 2 2記載の燃焼装置の運用方法。

2 8 . 請求項 1記載の固体燃料パーナを複数本配置する壁面を備えた火炉と、該火炉内に設けられ、前記火炉内での固体燃料の燃焼によって得られる火炎で水を加熱して蒸気を発生させる熱交換器とを備えたことを特徴とする石炭焚きボイラ。

2 9 . 請求項 2 8記載の石炭焚きボイラと、該ボイラの排ガスの流路となる煙道と、該煙道に設けられた排ガス浄化装置と、ボイラのパーナに石炭を微粉炭として搬送する微粉炭搬送装置と、該微粉炭搬送装置から固体パーナに供給する微粉炭量を調整する微粉炭供給量調整装置と、パーナから噴出する空気量を調整する空気量調整装置とを備えたことを特徴とする石炭焚きボイラシステム。

3 0 . 請求項 1記載の固体燃料バ一ナを複数本配置する火炉壁面を備えた火炉と、該パーナにより固体燃料を燃焼させて得られる燃焼熱により水を加熱して蒸気を発生させるボイラと、該ボイラで得られた蒸気により駆動する蒸気夕一ビンと、該蒸気タービンより駆動する発電機を備えた石炭火力発電システム。

3 1 . 固体燃料とその搬送用気体の混合流体を噴出する燃料ノズルと、前記燃料ノズルの内側壁面に配置された空気を噴出する追加空気孔または追カロ前記燃料ノズルの壁面の外側に配置された空気を噴出する一つ以上の外側空気ノズルと

を有することを特徴とする固体燃料バ一ナ。

3 2 . 追加空気孔または追加空気ノズルには加熱及び/または加圧された空気を供給導入することを特徵とする請求項 3 1記載の固体燃料バ一ナ。

3 3 . 前記追加空気孔または追加空気ノズルの出口が前記燃料ノズルの出口よりもノ一ナ上流側に位置することを特徴とする請求項 3 1記載の固体燃料ノーナ。

3 4 . 前記燃料ノズルの内部に、パーナ上流側から下流側に向けて順に断面積が増加する部分と断面積が減少する部分を有する濃縮器を設けたことを特徴とする請求項 3 1記載の固体燃料パーナ。

3 5 . 前記燃料ノズルの内側壁面に、パーナ上流側から下流側に向けて順に燃料ノズルの流路断面積を一旦縮小した後、元の大きさまで拡大する流路縮流部材を設けたことを特徴とする請求項 3 1記載の固体燃料パーナ。

3 6 . 前記外側空気ノズルに旋回器を設けたことを特徴とする請求項 3 1 記載の固体燃料パーナ。

3 7 . 前記外側空気ノズル出口に外側空気ノズルから噴出される外側空気の流れを方向づけるガイドを設けたことを特徴とする請求項 3 1記載の固体燃料バーナ。

3 8 . 前記燃料ノズルと前記外側空気ノズルを隔てる壁面先端部に前記各ノズルから噴出する固体燃料混合物と空気の流れに対抗するように保炎器を設けたことを特徴とする請求項 3 1記載の固体燃料パーナ。

3 9 . 前記保炎器は前記燃料ノズルの先端部壁面の内側に向けて突出するさめ歯状の突起を有することを特徴とする請求項 3 8記載の固体燃料パーナ。

4 0 . 固体燃料の搬送用気体として燃焼排ガスを用い、前記追加空気孔または追加空気ノズル出口は、前記濃縮器の断面積が漸減する円錐部と前記保炎器との間に設けることを特徴とする請求項 3 1記載の固体燃料燃焼用パーナ。

4 1 . 前記追加空気孔または追加空気ノズルへの空気供給部は、前記外側空気ノズルに燃焼用空気を供給するために設けられる風箱に接続していることを特徴とする請求項 3 1記載の固体燃料燃焼用パーナ。

4 2 . 前記追加空気孔または追加空気ノズルへの空気供給部は、該空気供給部に燃焼用気体を供給するために専用に設けられた燃焼用気体供給装置に接続していることを特徴とする請求項 3 1記載の固体燃料燃焼用パーナ。

4 3 . 前記燃焼用気体供給装置には、酸素濃度を増した気体もしくは純酸素を供給する手段を接続することを特徴とする請求項 4 2記載の固体燃料燃焼用パーナ。

4 4 . 燃焼用気体流量調節機構を前記燃焼用気体供給装置に設けることを特徴とする請求項 4 2記載の固体燃料燃焼用パーナ。

4 5 . 請求項 3 1記載の固体燃料パーナを用いた燃焼方法であって、燃焼負荷が低い場合は前記追加空気孔または追加空気ノズルから供給する空気量を増やし、前記外側空気ノズルのうち、前記燃料ノズルに最も近い外側空気ノズルから供給する空気流量を減らすか又は旋回強度を上げ、また、燃焼負荷が高い場合は前記追加空気孔または追加空気ノズルから供給する空気量を減らし、前記外側空気ノズルのうち、前記燃料ノズルに最も近い外側空気ノズルから供給する空気量を増やすか又は旋回強度を下げることを特徴とする固体燃料パーナの燃焼方法 _c 4 6 . 請求項 3 1記載の固体燃料パーナの複数本を壁面に配置した火炉を設けたことを特徴とする燃焼装置。

4 7 . 請求項 3 1記載の固体燃料パーナをーュニヅトとして、その複数ュニットを四隅あるいは対向する側壁面にそれそれ対に成るように配置した火炉を備えたことを特徴とする燃焼装置。

4 8 . 請求項 3 1記載の固体燃料パーナの複数本を壁面を備えた火炉と、該火炉内に設けられ、前記火炉内での固体燃料の燃焼で生じた燃焼熱で水を加熱し、蒸気を発生させる熱交換器を備えたことを特徴とする石炭焚きボイラ。

4 9 . 請求項 3 1記載の固体燃料パーナを用いた燃焼方法であって、燃焼負荷が低い場合は追加空気孔または追加空気ノズルから供給する空気量を増やし、燃焼負荷が高い場合は追加空気孔または追加空気ノズルから供給する空気量を減らすことを特徴とする固体燃料パーナの燃焼方法。

5 0 . 燃焼装置を高い燃焼負荷で運用する場合は固体燃料パーナから離れた火炉内での位置から固体燃料の火炎を形成し、燃焼装置を低い燃焼負荷で運用する場合は固体燃料パーナの燃料ノズル出口直後の火炉壁面付近から固体燃料の火炎を形成することを特徴とする請求項 4 6記載の燃焼装置の運用方法。

5 1 . 固体燃料パーナ又は該固体燃料パーナ近傍の火炉壁面に温度計又は放射強度計を設置し、これらの計測装置の信号に基づき、固体燃料パーナに設けた追加空気孔または追加空気ノズルから噴出する空気量を調整することを特徴とする請求項 5 0記載の燃焼装置の運用方法。

5 2 . 燃焼装置を高い負荷で運用する場合は燃料ノズル中心軸上で燃料ノズル出口から 0 . 5 m以上離れた火炉内の位置で燃焼させ、燃焼装置を低い負荷で運用する場合は火炉内の固体燃料火炎の先端が燃料ノズル出口外側部火炉壁面近傍で燃焼させることを特徴とする請求項 5 0記載の燃焼装置の運用方法。

5 3 . 燃焼装置を高い燃焼負荷で運用する場合は、固体燃料パーナの火炎が集まる火炉内の中央部分の火炎を火炉内に設けた火炎検出器あるいは目視で監視し、燃焼装置を低い燃焼負荷で運用する場合は、固体燃料パーナの燃料ノズル出口付近の火炉内に形成される個々の火炎を火炉内に設けた火炎検出器あるいは目視で監視することを特徴とする請求項 5 0記載の燃焼装置の運用方法。

5 4 . 燃焼装置を低い燃焼負荷で運用する場合は、固体燃料パーナから供給する空気量の合計と燃料中の揮発分を燃料を完全燃焼させるのに必要な空気量の比を 0 . 8 5 ~ 0 . 9 5となるように固体燃料パーナに供給する空気量を調整することを特徴とする請求項 5 0記載の燃焼装置の運用方法。

5 5 · 請求項 3 1記載の固体燃料パーナを複数本配置する火炉壁面を備えた火炉と、該パーナにより固体燃料を燃焼させて得られる燃焼熱により水を加熱して蒸気を発生させるボイラと、該ボイラで得られた蒸気により駆動する蒸気夕 —ビンと、該蒸気夕一ビンより駆動する発電機を備えた石炭火力発電システム。