WO2018034286A1 - 固体燃料バーナ - Google Patents

Abstract

固体燃料と搬送ガスとの混合流体が流れ、開口形状が扁平の燃料ノズル２と、燃料ノズル２の外周側で、先端外周にガイドスリーブ１３を設け、開口形状が扁平の二次空気ノズル４と、二次空気ノズル４の外周側で、水平部７ａと傾斜部７ｂとからなり開口形状が円筒形の三次空気ノズル７とを備えた固体燃料バーナの、三次空気ノズル７内の出口側に、三次空気を外周側に案内するガイドベーン１４を、三次空気ノズル７内壁の支持部材１５により支持する。この支持構成により、バーナのメンテナンス時における引き抜き部分が二次空気ノズル４までの部分で済み、メンテナンス性も良好になると共に、ガイドベーン１４と三次空気ノズル７間の隙間を小さくできる。よって、燃料含有流体噴流の外周から噴出する燃焼用ガスを径方向外向きに広げる構成のバーナに関し、更なるＮＯｘ濃度の増加防止を図り、メンテナンス性にも優れる固体燃料バーナを提供できる。

Description

固体燃料バーナ

　本発明は固体燃料バーナに係り、特に燃焼により発生する窒素酸化物量を低減可能で、メンテナンス性にも優れた固体燃料バーナの構造に関する。

　石炭等の固体燃料（以下、微粉炭と言うことがある。）を燃焼させるボイラ等の燃焼装置では、環境保全のために燃料の燃焼によって発生する窒素酸化物（以下、ＮＯｘと言う）の濃度の低減が求められている。　

　火炎内で脱硝反応を行う低ＮＯｘバーナとして、燃料ノズルから噴出する燃料（燃料含有流体噴流）に対して、その外周から噴出する空気（燃焼用ガス）を径方向外向きに広げる構成のバーナが知られている。

　図９には、従来の微粉炭バーナの側面図（一部断面）を示す。　
　燃料ノズル２２は基部側が図示されていない搬送管に接続されており、固体燃料を搬送用の一次空気とともに噴出する。燃料ノズル２２の外周には二次空気（燃焼用空気）の流路２５を形成する二次空気ノズル２４が設けられ、二次空気ノズル２４の外周には三次空気（燃焼用空気）の流路２６を形成する三次空気ノズル２７が設けられている。二次空気流路２５及び三次空気流路２６はウインドボックス２３に連通している。

　燃料ノズル２２と二次空気ノズル２４と三次空気ノズル２７をバーナ出口側の正面から見ると、燃料ノズル２２を中心にしてその外側に環状の二次空気ノズル２４が同心円状に配置され、二次空気ノズル２４の外側に環状の三次空気ノズル２７が同心円状に配置されている。三次空気ノズル２７は最外周空気ノズルを構成している。

　燃料ノズル２２の内部には、燃料ノズル２２を貫通する点火バーナ２１が設けられ、バーナ起動時あるいは低負荷燃焼時に助燃のために使用される。燃料ノズル２２の出口先端には、一次空気と二次空気の間の循環流４０を拡大するための保炎器３２が設けられている。三次空気ノズル２７の隔壁は火炉１０の壁９で構成されるバーナスロートの隔壁である。二次空気ノズル２４の出口先端には、バーナ中心軸Ｃに対して径方向に拡管するガイド部材３３が設けられている。二次空気ノズル２４は燃料ノズル２２の外壁に固着した支持板３５により固定されている。

　二次空気ノズル２４先端のガイド部材３３によって、主として三次空気がバーナ中心軸Ｃから離れるように外向きに噴出される。また、三次空気流路２６には更にガイド部材３４が設けられている。このガイド部材３４は支持板３６により固定されており、支持板３６の他端は二次空気ノズル２４の外壁に固着している。

　二次空気ノズル２４や三次空気ノズル２７内のガイド部材３３、３４によって、二次空気流及び三次空気流がバーナ中心軸Ｃ側から離れるようになることで、その下流側に循環流４０が形成される。また、燃料ノズル２２の出口先端の保炎器３２によっても循環流４０が拡大される。この循環流４０内には高温のガスが滞留するため、燃料粒子の着火が進み、火炎の安定性が向上する。燃料を高温で酸素不足の火炎内に滞留させ、燃料中に含まれる窒素分をアンモニア或いはシアンのような還元剤として放出し、ＮＯｘを窒素に還元させている。上記構造のバーナとしては、下記特許文献１に記載の固体燃料バーナがある。

　複数の固体燃料バーナを備えたボイラ等の燃焼装置においては、バーナの容量の増加はコスト削減とバーナ本数削減による運用性向上のために有効な手法であるが、バーナ容量の拡大に伴って火炎が大きくなると、未着火領域が拡大する。未着火領域の拡大は、着火後の燃焼時間が短くなることを意味し、ＮＯｘの抑制が不十分だったり、燃焼効率が低下する要因ともなる。

　そこで、燃料ノズル形状を扁平として、バーナ容量を大きくしながら燃料含有流体の噴出流の断面積を拡大させることで流速を低下させ、燃料の未着火距離を縮小させたバーナの発明がある（下記特許文献２）。　

　また、上記特許文献２のバーナ構造に改良を加え、燃料ノズルの断面形状をベンチュリーの流路絞り部まで円形とし、ベンチュリーの流路絞り部からノズル開口部までは徐々に扁平度合いを増大させて、開口部で扁平度合いを最大としたバーナの発明がある（下記特許文献３）。　

　更に、上記特許文献２のバーナ構造に改良を加え、燃料ノズル外周の二次燃焼用ガス（二次空気）ノズルの断面形状を出口部において扁平形状とし、二次燃焼用ガスノズル外周の三次燃焼用ガス（三次空気）ノズルの断面形状を火炉壁面の開口部で円形としたバーナの発明がある（下記特許文献４）。この文献では、三次燃焼用ガスノズル内であって二次燃焼用ガスノズルの外周のうち、上部と下部に三次燃焼用ガスの案内板を設けた構成が開示されている。

　前記特許文献２に記載の発明によれば、燃料の未着火距離を縮小させることで、着火後の燃焼時間を確保することができる。また、前記特許文献３に記載の発明によれば、ベンチュリーの流路絞り部で縮流となった後、流路が拡げられるため、ノズル内壁近傍の燃料含有流体の燃料濃度分布が均一化される。

　燃焼用ガスを径方向外向きに広げることで、燃料ノズル出口で形成された火炎と三次空気などの燃焼用ガスはすぐには混合せずに、燃料噴流と外周空気噴流の間に循環流が発生する循環域を形成し、炉内のガスがバーナ近傍まで逆流する現象が生じる。この領域では、燃焼ガスが滞留しているため、酸素濃度が低く、燃料ノズル出口で形成された火炎で生じるＮＯｘはこの領域で還元される。以後、この領域を還元域と称す。

　低ＮＯｘバーナでは、ＮＯｘから窒素への還元を促進するために、バーナ近くに高温で空気不足の還元域を形成させる必要がある。前記特許文献４に記載の発明によれば、三次燃焼用ガス流路を上下に分割し、それぞれの流路を流れる空気に火炉への上下方向の速度成分を与えることで、火炎を偏向させてＮＯｘの還元域を拡大させて、バーナの低負荷時においても低ＮＯｘ燃焼の達成を図っている。

特開２００６－１８９１８８号公報 国際公開第２００８／０３８４２６号パンフレット 特許第５８６７７４２号公報 特許第５９０８０９１号公報

　上記特許文献等に記載の発明によれば、燃料ノズル形状を扁平として、燃料含有流体の噴流表面の着火領域から同噴流の中心部までの距離を縮めることで、未着火領域を縮小できる。従って、ＮＯｘ濃度の低減効果も高い。

　特に、燃料ノズルの一番外側に位置する三次燃焼用ガスノズル内の出口外周に、燃焼用ガスを径方向外向きに広げるためのガイド部材（例えば、図９のガイド部材３４）を設け、前記還元域を形成させることで、ＮＯｘ濃度の低減効果は高くなる。特許文献４に記載のバーナには、三次空気案内板を二次空気ノズルの外周部に設けることで燃焼用ガス（空気）を外周側に導く構成が開示されている。

　前記三次空気案内板等のガイド部材は、その内側の二次燃焼用ガスノズルの外壁、即ち燃料ノズル側（バーナ中心軸側）から固定、支持されている。バーナのメンテナンス時には、燃料ノズルを火炉から取り外すが、その際バーナ中心軸からガイド部材までのバーナ部分を炉外に引き抜く必要がある。引き抜く部分が大きいと、メンテナンス時の作業にも負担が掛かる。

　また、バーナ構造体の製作公差や火炎の輻射熱による変形等を考慮して、一般的にガイド部材の外径は、火炉開口部の壁面の径よりも小さめに製作されている。
　ガイド部材の外径を火炉開口部の壁面の径よりも小さくした場合は、ガイド部材と壁面との隙間が広くなるため、バーナ軸方向の直進流の割合が増加して循環流を壊してしまう。従って、循環流が小さくなることから、前記還元域が縮小してＮＯｘ濃度の増加が懸念される。

　本発明の課題は、燃料含有流体噴流の外周から噴出する燃焼用ガスを径方向外向きに広げる構成の固体燃料バーナに関し、更なるＮＯｘ濃度の増加防止を図ると共に、メンテナンス性にも優れる固体燃料バーナを提供することにある。

　上記本発明の課題は、下記の構成を採用することにより達成できる。　
　請求項１記載の発明は、固体燃料と該固体燃料の搬送ガスとの混合流体が流れる筒状の流路を有し、火炉壁面に向かう開口形状が扁平形状である第一のガスノズル（２）と、前記固体燃料の燃焼用ガスが流れるウインドボックス（３）から連通し、前記第一のガスノズル（２）の外周側に形成される第一の燃焼用ガス流路（５）を構成し、開口形状が扁平形状であると共に、先端外周に、燃焼用ガスをバーナ中心軸側から外周側に案内する第一の案内部材（１３）を設けた第二のガスノズル（４）と、前記固体燃料の燃焼用ガスが流れるウインドボックス（３）から連通し、前記第二のガスノズル（４）の外周側に形成される第二の燃焼用ガス流路（６）を構成し、開口形状が円筒状であると共に、バーナ中心軸を通る断面がバーナ中心軸方向に沿う水平部（７ａ）と該水平部（７ａ）から火炉に向かって径が拡大する傾斜部（７ｂ）とからなる第三のガスノズル（７）とを備えた固体燃料バーナであって、前記第二の燃焼用ガス流路（６）の出口側に、燃焼用ガスをバーナ中心軸側から外周側に案内する第二の案内部材（１４）を設け、該第二の案内部材（１４）を固定、支持する支持部材（１５）を、第三のガスノズル（７）の内壁に設けた固体燃料バーナである。

　請求項２記載の発明は、前記第二の案内部材（１４）は、第二のガスノズル（４）の上側と下側にそれぞれ設けられている請求項１記載の固体燃料バーナである。　
　請求項３記載の発明は、前記ウインドボックス（３）の隔壁（１８）の一部は、該隔壁（１８）と分離可能に設置される板状部材（１７）であり、前記第一のガスノズル（２）と第二のガスノズル（４）は、前記板状部材（１７）と一体的な構造である請求項１又は請求項２に記載の固体燃料バーナである。

　請求項４記載の発明は、前記第一のガスノズル（２）の先端外周に、第一のガスノズル（２）を取り囲んで形成される保炎器（１２）を設け、火炉側からノズル側への保炎器（１２）の投影面が第二のガスノズル（４）の投影面と少なくとも一部において重複する請求項１又は請求項２に記載の固体燃料バーナである。

　ここで、上記「扁平形状」とは、図５（Ａ）の長方形、図５（Ｂ）の楕円形、図５（Ｃ）の半円形と長方形を組み合わせた形状、図５（Ｄ）の幅が広い多角形などの形状であり、長径や長辺Ｗと短径や短辺Ｈを有する平べったい形状と定義する。図５（Ａ）において、４つの角部の一部又は全部は曲線状であっても良い。同様に、図５（Ｄ）において、多角形の角部の一部又は全部が曲線状であっても良い。また、上記の各形状において、曲線部の曲率は一定の曲率であることに限定されない。

（作用）
　第一のガスノズルの一番外側に位置する第三のガスノズル内の出口側に、燃焼用ガスのガイド部材である第二の案内部材を、その内周側の第二のガスノズルの壁面から支持する場合は、第二のガスノズルの外壁に第二の案内部材が固定されていることから、バーナのメンテナンス時には、バーナ中心軸から第二の案内部材までの大きさの構造体を炉外に引き抜く必要がある。

　しかし、第二の案内部材を、その外周側の第三のガスノズルの内壁から支持することで、引き抜く部分がバーナ中心軸から第二の案内部材の内側の第二のガスノズルまでの部分までに縮小される。

　従って、請求項１記載の発明によれば、第二の案内部材を外周側から支持することで、バーナのメンテナンス時に第二の案内部材を引き抜く必要がなくなることから、引き抜く部分が小さくて済み、メンテナンスがし易くなる。また、第二の案内部材が内周側から支持されている場合は、前記変形等を考慮して、第二の案内部材の外径を小さめに製作して、第二の案内部材と火炉開口の壁面との隙間を広くする必要がある。しかし、ガイド部材をその外周側から支持することで、第二の案内部材と壁面との隙間を比較的小さく又は第二の案内部材の径を壁面の開口径よりも大きくすることも可能になる。

　また、扁平形状である第一のガスノズルの外周に円筒状の第三のガスノズルを設けることで、第二の燃焼用ガス流路が主に第一のガスノズルの長径又は長辺を挟んで上下に配置されるため、第三のガスノズルも第一のガスノズル及び第二のガスノズルと同様に扁平形状とした場合に比べて、燃焼用ガスと燃料との混合が抑制され、バーナ中心部の還元域が拡大する。

　そして、第三のガスノズルと第二のガスノズル間の比較的広い上側と下側の流路を流れる燃焼用ガスは、左右側に比べて直進性が高くなる。そこで、請求項２記載の発明によれば、上記請求項１に記載の発明の作用に加えて、第二の案内部材を第二のガスノズルの上側と下側にそれぞれ設けることで、直進性の高い燃焼用ガスも外向きにできる。

　また、ウインドボックスの隔壁には、メンテナンス時にバーナの取り外し及び取り付けがし易いように、一部を隔壁本体から分離可能な板状部材としている。
　請求項３記載の発明によれば、上記請求項１又は請求項２に記載の発明の作用に加えて、ウインドボックス隔壁の板状部材とバーナの引き抜き部分を一体構造とすることで、それらを別々に取り外す必要がなくなり、同時に取り外すことが可能となる。

　また、請求項４記載の発明によれば、上記請求項１又は請求項２に記載の発明の作用に加えて、第一のガスノズルの先端外周に設けた保炎器によって、その下流側に循環流が形成されることで、還元域が拡大する作用をもたらす。

　更に、火炉側からノズル側を見た場合に、保炎器と第二のガスノズルの出口隔壁が一部でも重複する場合は、第二のガスノズル内のバーナ軸方向の燃焼用ガスの流れが火炉へ直進してすり抜けてしまうことを防止でき、保炎器の下流側に燃焼用ガスの滞留域（還元域）を効果的に形成して確実に着火できる作用をもたらす。

　本発明の固体燃料バーナによって、低ＮＯｘ燃焼が可能となり、メンテナンス性も向上する。具体的には、以下の効果を奏する。　
　請求項１記載の発明によれば、第二の案内部材をその外周側の第三のガスノズルの内壁側から支持することで、第二の案内部材と第三のガスノズルの内壁との隙間を比較的小さくでき、この隙間をすり抜ける燃焼用ガスのバーナ軸方向の直進流を抑制できる。従って、バーナ出口下流に形成される循環流の大きさを確保でき、十分な還元域を形成できることで、低ＮＯｘ燃焼が可能となる。そして、バーナのメンテナンス時には、第二の案内部材の内周側の部材のみ引き抜けば良くなることから、引き抜く部分が小さくて済み、メンテナンス性も良好となる。

　また、扁平形状である第一のガスノズルの外周に円筒状の第三のガスノズルを設けることで、燃焼用ガスと燃料との混合が抑制され、バーナ中心部の還元域が拡大し、低ＮＯｘ燃焼が促進される。

　更に、請求項２記載の発明によれば、上記請求項１に記載の発明の効果に加えて、第二の燃焼用ガス流路を流れる比較的直進性の高い燃焼用ガスが外向きに流れることで更なる低ＮＯｘ燃焼が可能となる。

　また、請求項３記載の発明によれば、上記請求項１又は請求項２に記載の発明の効果に加えて、ウインドボックス隔壁から分離可能な板状部材とバーナの引き抜き部分を一体構造とすることで、一度に取り外しや取り付けができることから、より一層メンテナンス性が良好となる。特に、第二の案内部材を第三のガスノズルの内壁側から支持することで、引き抜き時の可動部分が小さくて済むことから、板状部材の小型化、軽量化が図れ、メンテナンス性も向上する。

　また、請求項４記載の発明によれば、上記請求項１又は請求項２に記載の発明の効果に加えて、第一のガスノズルの先端外周に設けた保炎器によって還元域が拡大すると共に、保炎器の下流側に燃焼用ガスの還元域が効果的に形成されることで、着火性も良好となる。従って、更なるＮＯｘ濃度の低減が図れる。

本発明の一実施例である固体燃料バーナの一部断面を示す側面図（概略図）である。 図１の固体燃料バーナの一部断面を示す平面図（概略図）である。 図３（Ａ）は、図１の固体燃料バーナの正面図であり、図３（Ｂ）は、図１の固体燃料バーナのＹ－Ｙ線矢視図である。 フロントプレートと隔壁との接続構造の一例を示した側面図（一部断面）である。 図１の燃料ノズルの開口部の各種断面形状を示した図である。 図６（Ａ）は、図１の固体燃料バーナの一部拡大図であり、図６（Ｂ）は、ガイドベーンの支持構造の一例を示した図である。 ガイドベーンの例を示した斜視図である。 炉外から見た場合の固体燃料バーナの燃料ノズルとフロントプレートとの関係を示した図である。 従来の微粉炭バーナの側面図（一部断面）である。

　以下に、本発明の実施の形態を示す。

　図１には、本発明の一実施例である固体燃料バーナの側面図（一部断面）を示し、図２には、図１の固体燃料バーナの平面図（一部断面）を示し、図３（Ａ）には、図１の固体燃料バーナの火炉側から見た正面図を示し、図３（Ｂ）には、図１の固体燃料バーナのＹ－Ｙ線矢視図を示す。

　燃料ノズル（第一のガスノズル）２は基部側が燃料含有流体配管１９に接続された筒状部材であり、その内部は固体燃料と搬送用のガス（本実施例では空気を用いる）の固気二相流（混合流体）の流路となる。そして、固体燃料を搬送用のガスとともに噴出する。固体燃料としては、石炭（微粉炭）やバイオマスなどの固体や粉体、又はこれらの混合物であっても良い。本実施例では、固体燃料として微粉炭を、搬送ガスとして空気を用いた例を示しており、燃料ノズル２内を流れる搬送ガスを一次空気、また燃料ノズル２を一次空気ノズル２とも言う。

　燃料ノズル２の外周には二次空気流路５を形成する二次空気ノズル（第二のガスノズル）４が設けられ、二次空気ノズル４の外周には三次空気流路６を形成する三次空気ノズル（第三のガスノズル）７が設けられている。これら二次空気及び三次空気は燃焼用ガスであり、上記搬送ガスと同様に通常は空気が使用されるが、燃焼排ガスや富酸素ガス、又はこれらのガスや空気との二以上の混合気体等も適用できる。また、二次空気及び三次空気の二次及び三次とは前記一次空気と区別するために用いられているにすぎない。

　燃料ノズル２と二次空気ノズル４と三次空気ノズル７をバーナ出口側（火炉１０側）の正面から見ると、燃料ノズル２を中心にしてその外側に環状の二次空気ノズル４が同心円状に配置され、二次空気ノズル４の外側に環状の三次空気ノズル７が同心円状に配置されている。三次空気ノズル７は最外周空気ノズルを構成している。

　燃料ノズル２の内部には、燃料ノズル２を貫通する点火バーナ（オイルガン）１が設けられ、バーナ起動時あるいは低負荷燃焼時に助燃のために使用される。燃料ノズル２の出口先端には、一次空気と二次空気の間の循環流を拡大するための保炎器１２が設けられている。この保炎器１２は、該保炎器１２の下流側に循環流を形成して着火性と保炎効果を高めるように燃料ノズル２の先端部にリング状に設けられる。また、燃料ノズル２側には、さめ歯状の突起を形成したものを用いても良い。尚、保炎器１２を設置しないバーナも本実施形態に含まれる。

　前記点火バーナ１、燃料ノズル２、二次空気ノズル４及び三次空気ノズル７は、火炉１０の壁（図示しない水管により形成されている）９に設けられた火炉開口部８から火炉１０内に向けてそれぞれの噴出物を噴出する。また、これら点火バーナ１、燃料ノズル２、二次空気ノズル４及び三次空気ノズル７は火炉開口部８を囲んで微粉炭又は燃焼用空気を燃焼用空気流路（図示せず）から供給するウインドボックス３内に配置されている。隔壁１８は、ウインドボックス３の内部空間と炉外２０とを隔てる壁状部材であり、隔壁１８のうち、燃料ノズル２が設置されているフロントプレート１７はバーナのメンテナンス時に燃料ノズル２と一体的に抜き出せるように隔壁１８から分離可能で、隔壁１８に着脱自在の構成である。

　図４には、フロントプレート１７と隔壁１８との接続構造の一例（側面図）を示す。　
　フロントプレート１７と一体の板材４２と隔壁１８にそれぞれ設けた穴に、ボルト４４を差し込んで埋め込み、ナット４６により締め付けることで、フロントプレート１７を隔壁１８に取り付けることができる。尚、図示例に限定されず、ネジ止め、フックなど他の固定、係止手段を用いても良い。

　また、燃料ノズル２内の微粉炭流路上に微粉炭粒子を燃料ノズル２の内壁側に濃縮させながら火炉１０内に噴出させるための燃料の濃縮器１１を備えている。濃縮器１１は、点火バーナ１の外周に設けられ、微粉炭流路の軸方向に直交する断面が燃料ノズル２の内壁に向かって縮小する領域と拡大する領域とを形成することで、燃料をノズル内壁側（中心軸の径方向外側）に濃縮する作用をもたらす。尚、濃縮器１１を設置しないバーナも本実施形態に含まれる。

　二次空気ノズル４は燃料ノズル２の外壁に固着した平板状の支持部材１６に固定（固着）、支持されている。尚、支持部材１６の形状は特に問わず、また燃料ノズル２の外壁から支持される場合に限らず、燃料ノズル２と一体的な構造、結合関係にあれば良い。

　そして、二次空気ノズル４の出口先端にはバーナ中心軸Ｃに対して径方向に拡管する（末広がり形状の）ガイドスリーブ（第一の案内部材）１３が設けられており、二次空気ノズル４とガイドスリーブ１３は一体構造である。ガイドスリーブ１３によって、空気流がバーナ中心軸Ｃから離れるように外向きに案内されて噴出する。また、三次空気流路６のうち、二次空気ノズル４の上側と下側の流路幅が広い領域に、それぞれ三次空気を案内するガイドベーン（第二の案内部材）１４が設けられている。尚、ガイドスリーブ１３とガイドベーン１４との関係は、ガイドスリーブ１３の火炉１０から隔壁１８側への投影面とガイドベーン１４の投影面が重複しない大きさ又は配置となる関係である。

　図３に示すように、燃料ノズル２及び二次空気ノズル４は、火炉開口部８で扁平形状の開口形状を有する。燃料ノズル形状を扁平として、燃料含有流体の噴流表面の着火領域から同噴流の中心部までの距離を縮めることで、未着火領域を縮小できるため、ＮＯｘ濃度の低減が図れる。尚、扁平形状とは、図５（Ａ）の長方形、図５（Ｂ）の楕円、図５（Ｃ）の半円と長方形を組み合わせた形状、図５（Ｄ）の幅が広い多角形などの形状であり、長径や長辺Ｗと短径や短辺Ｈを有する平べったい形状をいう。

　燃料ノズル２のバーナ中心軸Ｃに対して垂直な断面形状は、燃料含有流体配管１９からフロントプレート１７付近（流路の狭まる部分）までは円形であり、そこから火炉開口部８までの間は、バーナ中心軸Ｃから外側へ水平方向に単調に拡がることで扁平度合いが徐々に増加し、火炉開口部８では扁平度合いが最大となる形状としている。

　ここで、前記扁平度合いとは、長辺Ｗと短辺Ｈの比（Ｗ／Ｈ）と定義する。従って、徐々に扁平度合いが増加するとは、燃料ノズル２の中心軸に直交する断面の長辺Ｗと短辺Ｈの比（Ｗ／Ｈ）が少しずつ増加していくことを意味し、最大の扁平形状とは、燃料ノズル２内で長辺Ｗと短辺Ｈの比（Ｗ／Ｈ）が最も大きな部分の形状を指す。
　このバーナによる燃焼では、二次空気ノズル４の出口先端のガイドスリーブ１３や三次空気ノズル７内のガイドベーン１４によって、二次空気流及び三次空気流がバーナ中心軸Ｃ側から離れるようになり、バーナのごく近傍では燃料含有流体噴流と燃焼用ガスが混合しないような流れが形成される。このように燃料を高温で酸素不足の火炎内に滞留させることで、ＮＯｘを窒素に還元させている。

　また、燃料ノズル２の出口先端の保炎器１２によって、その下流側の領域の圧力が低下し、下流から上流に向かう流れである循環流の形成が促進される。この循環流内には高温のガスが滞留するため、燃料粒子の着火が進み、火炎の安定性が向上する。

　三次空気ノズル７は火炉壁９の一部でもあり、バーナ中心軸Ｃを通る断面がバーナ中心軸方向に沿う水平部（径が均一な部位）７ａと火炉１０側の傾斜部（径が拡大する部位）７ｂからなり、火炉１０側から見ると、円筒状である。また、三次空気流路６は、二次空気ノズル４の外壁と三次空気ノズル７との間の流路であり、左右の流路幅が狭く、上下の流路幅が広くなっている。従って、三次空気と燃料との混合は抑制され、低ＮＯｘ燃焼が促進される。

　図６（Ａ）には、図１の固体燃料バーナの一部拡大図を示し、図６（Ｂ）には、支持部材１５によるガイドベーン１４の支持構造の一例を示す。また、図７には、ガイドベーン１４の例を示した斜視図を示す。

　ガイドベーン１４は、三次空気ノズル７の内壁に固着した支持部材１５により、固定、支持されている。図示例では、支持部材１５は三次空気ノズル７の内壁に固着する上側支持部材１５ａとガイドベーン１４の外面に固着する下側支持部材１５ｂからなり、上側支持部材１５ａと下側支持部材１５ｂをボルト５０とナット５２により接合することで、ガイドベーン１４が固定される。

　ガイドベーン１４は、図７（Ａ）に示すように、三次空気流の流れ方向に対して平行な面を有する平板状の部材からなる導入部１４ａと三次空気流をバーナ中心軸Ｃから径方向外側（上側又は下側）に拡げるように、火炉１０側に延びる半月板状の拡大部１４ｂから形成されている。

　尚、ガイドベーン１４の形状や、二次空気ノズル４の外壁及び三次空気ノズル７との位置関係、個数、支持部材１５による支持形態は、図示のものに限定されない。例えば、拡大部１４ｂは図７（Ｂ）や（Ｃ）に示すような三角形または四角形であっても良く、その形状は限定されない。また、導入部１４ａを省略したものでも本実施形態に含まれる。支持部材１５についても、外周側の三次空気ノズル７の内壁からガイドベーン１４を固定、支持できるものであれば良い。また、ガイドベーン１４を二次空気ノズル４の外周全体に設けても良い。

　燃料ノズル形状を扁平としたバーナ構造において、低ＮＯｘ燃焼のためのノズル外周の燃焼用空気の流れを外向きに拡げる作用について、以下のような特徴がある。
　外周側の円筒状の三次空気ノズル７の水平部７ａに対して内周側の燃料ノズル２は幅広の形状である。即ち、燃料ノズル２及び二次空気ノズル４の火炉開口部８における形状は、左右間の幅が上下間の幅よりも広いため、その外周側の三次空気ノズル７で囲まれた三次空気流路６は、左右の流路幅が必然的に狭くなる。このため、この領域では空気流量が少なく、外向きに広がる流れが弱い。一方、三次空気ノズル７の上下の流路幅は左右の流路幅に比べて広いため、流量は多くなるが、火炉開口部８の導入部となる水平部７ａを通過した流れは直進性が高まるので外向きに拡がりにくい。

　従って、三次空気流路６を流れる上下の三次空気を外向きに拡げる作用を十分に高めることが必要となるため、ガイドベーン１４は三次空気流路６の上下に設けると効果的である。また、ガイドベーン１４の拡大部１４ｂが大きいものが望ましい。

　バーナのメンテナンス等で燃料ノズル２を火炉１０から取り外す際に、ガイドベーン１４がその内周側の二次空気ノズル４の外壁から支持されていると、引き抜く部分がバーナ中心軸Ｃからガイドベーン１４までの広範囲となる。また、この場合は、バーナ構造体の製作公差や火炎の輻射熱による変形等を考慮して、ガイドベーン１４の外径を小さめに製作し、ガイドベーン１４と三次空気ノズル７の内壁間を広くする必要がある。

　しかし、ガイドベーン１４は、二次空気ノズル４の外壁ではなく、三次空気ノズル７の内壁から支持部材１５により固定、支持されている。従って、引き抜く部分がバーナ中心軸Ｃから二次空気ノズル４までの狭い範囲で済むため、メンテナンス時の作業にも負担が掛かることはない。また上記変形等を考慮する必要もないため、ガイドベーン１４と三次空気ノズル７との隙間Ｓ（図３（Ａ））を比較的小さくできる。即ち、ガイドベーン１４の拡大部１４ｂを大きくすることができる。ガイドベーン１４の拡大部１４ｂを大きくすることで、三次空気流を外向きに拡げる作用を強化できる。

　また、拡大部１４ｂの、バーナ中心軸Ｃから径方向に最も離れた端部の位置が水平部７ａよりも外側に位置するようにガイドベーン１４を設置したり、このような形状のガイドベーン１４を設置することで、隙間Ｓをマイナス側に設定することも可能となる。本構成により、隙間Ｓをすり抜ける三次空気の直進流を抑制する効果が大きくなる。　

　以上のことから、バーナ出口下流に形成される循環流の大きさを確保でき、十分な還元域を形成できることで、低ＮＯｘ燃焼が可能となる。
　また、ガイドベーン１４の支持部材１５の形状や個数、設置位置は特に問わない。例えば、図３に示すように平板状の支持部材１５を上下それぞれに二つずつ設けても良いし、上下それぞれに一つずつ設けても良い。複数の支持部材１５によりガイドベーン１４を支持することで支持構造が強固となるが、個数が多いと空気流の抵抗となるため、平面が空気流と平行になるように上下それぞれに二個程度配置するのが望ましい。ガイドベーン１４によって三次空気に火炉１０への上下方向の速度成分を与え、火炎を偏向させてＮＯｘの還元域を拡大させることで、バーナの低負荷時においても低ＮＯｘ燃焼が可能となる。

　そして、フロントプレート１７には燃料ノズル２が嵌合しており、フロントプレート１７は隔壁１８に着脱自在の板状部材であることから、フロントプレート１７を隔壁１８から取り外すことで、点火バーナ１、燃料ノズル２、二次空気ノズル４等の構造体（濃縮器１１や保炎器１２、ガイドスリーブ１３も含めて）を一体的に抜き出すことが可能である。

　尚、フロントプレート１７と燃料ノズル２との結合は、嵌め合わせでも、フランジを介してボルト及びナットによる結合でも、直に溶接による接合でも、結合様式に限定はない。
　フロントプレート１７を固定しているナット４６（図４）を取り外して、炉外２０側へフロントプレート１７を引き抜けば、これと一体となった部材が取り外せる。

　図８には、炉外２０から見た場合の固体燃料バーナの燃料ノズル２とフロントプレート１７との関係を示す。図８（Ａ）には、ガイドベーン１４がその外周側の三次空気ノズル７の内壁に支持されている場合を示し、図８（Ｂ）には、ガイドベーン１４がその内周側の二次空気ノズル４の外壁に支持されている場合を示している。

　バーナのメンテナンス時には、燃料ノズル２を火炉１０から取り外すが、その際ガイドベーン１４がその内周側の二次空気ノズル４の外壁に支持されている場合、引き抜く部分がバーナ中心軸Ｃからガイドベーン１４までの広範囲となり、その分フロントプレート１７も大きめに取る必要がある（図８（Ｂ））。また、メンテナンス時の作業にも負担が掛かる。しかし、ガイドベーン１４がその外周側の三次空気ノズル７の内壁に支持されている場合、引き抜く部分がバーナ中心軸Ｃから二次空気ノズル４までの狭い範囲で済むため、フロントプレート１７は小さくて済む（図８（Ａ））。従って、フロントプレート１７の軽量化にも繋がり、メンテナンス性も向上する。

　そして、一体で引き抜く最も径の大きい部材、本実施例では図６に示すように、二次空気ノズル４出口のガイドスリーブ１３まで（ガイドベーン１４の下端部を示す破線Ｌより下（内側）の部分）を隔壁１８から一体で引き抜けるように、フロントプレート１７の大きさは、ガイドスリーブ１３の火炉１０から隔壁１８側への投影面積以上の大きさを必要とする。

　炉外２０には、図示しない配管類や配線類が多数配置されており、バーナの保守・点検等において、フロントプレート１７と一体で燃料ノズル２等を引き抜く際、それらとのクリアランスを確保する必要がある。特に、クリアランスの確保は、単機の容量が拡大した大口径のバーナでは、一層顕著となる。

　仮に、バーナ中心軸Ｃからガイドベーン１４までが、その内周側（燃料ノズル２側）から支持されて一体的に引き抜かれる構造である場合は、フロントプレート１７が大きくなり、図示しない配管類や配線類と干渉する可能性が高くなる。また、前記干渉を回避するために配管類や配線類の取り回しが複雑になったり、取り外しや再接続の作業等が発生したりすることで、作業性に劣ってしまうことも考えられる。

　しかし、ガイドベーン１４は引き抜かず、その内周側の二次空気ノズル４及びガイドスリーブ１３までを引き抜くことで、フロントプレート１７をその分、小さくできる。従って、上記フロントプレート１７と配管類や配線類との干渉は殆ど起こらない。　

　また、バーナのメンテナンス時に、引き抜く部分が小さくて済むので、メンテナンス性も良好となる。
　図８（Ａ）には、フロントプレート１７を楕円形とした場合を示したが、径が均一な円や四角形などの多角形等、他の形状でも良く、ノズルや最も径の大きい部材の形状に合わせると良い。　

　なお、図示しないが、三次空気ノズル７の入り口側には三次空気に旋回流速を与えるための旋回流を発生させる空気旋回羽根を設けたり、二次空気ノズル４の入り口側に二次空気量を調整するダンパを設けたりしても良い。

　また、実施例では、三次空気ノズル７が火炉壁９の一部である場合を示し、この場合はバーナ構成が簡素となるが、三次空気ノズル７が火炉壁９とは別の円筒状の部材であっても良い。　

　更に、火炉１０側から燃料ノズル２側への保炎器１２の投影面がガイドスリーブ１３の投影面と少なくとも一部において重複する関係にある場合は、二次空気ノズル４内のバーナ軸方向の二次空気の流れが火炉１０へ直進してすり抜けてしまうことを防止でき、保炎器１２の下流側に還元域を形成して確実に着火できる。

　固体燃料を用いたバーナ装置として、利用可能性がある。

１、２１　点火バーナ　　　　　２、２２　燃料ノズル
３、２３　ウインドボックス　　４、２４　二次空気ノズル
５、２５　二次空気流路　　　　６、２６　三次空気流路
７、２７　三次空気ノズル　　　８　火炉開口部
９　火炉壁　　　　　　　　　　１０　火炉（内部）
１１　燃料濃縮器　　　　　　　１２、３２　保炎器
１３　ガイドスリーブ　　　　　１４　ガイドベーン
１５　ガイドベーン用支持部材
１６　ガイドスリーブ用支持部材
１７　フロントプレート　　　　１８　隔壁
１９　燃料含有流体配管　　　　２０　炉外（側）
３３、３４　ガイド部材　　　　３５、３６　支持板
４０　循環流　　　　　　　　　４２　板材
４４、５０　ボルト　　　　　　４６、５２　ナット

Claims (4)

1. 　固体燃料と該固体燃料の搬送ガスとの混合流体が流れる筒状の流路を有し、火炉壁面に向かう開口形状が扁平形状である第一のガスノズルと、
   　前記固体燃料の燃焼用ガスが流れるウインドボックスから連通し、前記第一のガスノズルの外周側に形成される第一の燃焼用ガス流路を構成し、開口形状が扁平形状であると共に、先端外周に、燃焼用ガスをバーナ中心軸側から外周側に案内する第一の案内部材を設けた第二のガスノズルと、
   　前記固体燃料の燃焼用ガスが流れるウインドボックスから連通し、前記第二のガスノズルの外周側に形成される第二の燃焼用ガス流路を構成し、開口形状が円筒状であると共に、バーナ中心軸を通る断面がバーナ中心軸方向に沿う水平部と該水平部から火炉に向かって径が拡大する傾斜部とからなる第三のガスノズルと
   を備えた固体燃料バーナであって、
   　前記第二の燃焼用ガス流路の出口側に、燃焼用ガスをバーナ中心軸側から外周側に案内する第二の案内部材を設け、
   　該第二の案内部材を固定、支持する支持部材を、第三のガスノズルの内壁に設けたことを特徴とする固体燃料バーナ。
2. 　前記第二の案内部材は、第二のガスノズルの上側と下側にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１記載の固体燃料バーナ。
3. 　前記ウインドボックスの隔壁の一部は、該隔壁と分離可能に設置される板状部材であり、
   　前記第一のガスノズルと第二のガスノズルは、前記板状部材と一体的な構造であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体燃料バーナ。
4. 　前記第一のガスノズルの先端外周に、第一のガスノズルを取り囲んで形成される保炎器を設け、火炉側からノズル側への保炎器の投影面が第二のガスノズルの投影面と少なくとも一部において重複することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体燃料バーナ。

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