WO2018143036A1 - 燃焼バーナ、これを備えたボイラ、及び燃焼方法 - Google Patents

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WO2018143036A1
WO2018143036A1 PCT/JP2018/002185 JP2018002185W WO2018143036A1 WO 2018143036 A1 WO2018143036 A1 WO 2018143036A1 JP 2018002185 W JP2018002185 W JP 2018002185W WO 2018143036 A1 WO2018143036 A1 WO 2018143036A1
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WO
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secondary air
fuel
gas flow
introduction
fuel gas
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/002185
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English (en)
French (fr)
Inventor
潤 葛西
啓吾 松本
田中　隆一郎
幸洋 冨永
Original Assignee
三菱日立パワーシステムズ株式会社
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L1/00—Passages or apertures for delivering primary air for combustion 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L9/00—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel 

Definitions

  • the present invention relates to a combustion burner applied to a boiler for generating steam for power generation or factory use, a boiler provided with the combustion burner, and a combustion method.
  • a fuel gas which is a mixture of a pulverized carbon-containing solid fuel such as pulverized coal
  • a carrier gas such as pulverized coal
  • an air nozzle for supplying air to the furnace from the outside of the fuel nozzle
  • the combustion burner of Patent Document 1 is provided with an additional air nozzle that ejects additional air having a velocity component in the circumferential direction of the fuel nozzle, and promotes mixing of the fuel and air conveyed by a low oxygen concentration carrier gas. is there.
  • the combustion burner of Patent Document 2 arranges a divergence cone near the center axis of the fuel nozzle to reduce the amount of fuel flowing along the center axis, and introduces heated gas into the fuel nozzle so that the central portion of the primary flow
  • the fuel gasification is promoted by increasing the stoichiometric ratio of the fuel to the fuel.
  • a combustion burner in which a flame holder that forms a recirculation flow in the vicinity of the central axis of the fuel nozzle in the upstream portion of the fuel gas flow from the tip of the fuel nozzle is known.
  • the fuel is ignited by receiving radiation from the adjacent flame, and the high-temperature gas generated by the ignition is kept in the vicinity of the ignition part as a recirculation flow by the flame holder.
  • Flame holding is performed.
  • This flame stabilizer is installed on the outer periphery of the mixed flow of pulverized coal and primary air is called outer periphery ignition or external flame holding, and the case where it is installed inside the cross section of the mixed flow is internal ignition or internal flame holding. That's it.
  • Reduction of NOx can be realized by reducing nitrogen oxide (NOx) generated by combustion in a reducing atmosphere with insufficient air.
  • NOx nitrogen oxide
  • the ratio of the mass of air to the mass of, for example, coal (pulverized coal) as the carbon-containing solid fuel (hereinafter referred to as “A / C ratio”) It is desirable to promote ignition by surrounding flame radiation.
  • Patent Document 1 additional air is jetted in the vicinity of the fuel nozzle outlet in order to accelerate the ignition of the fuel conveyed by the carrier gas having a low oxygen concentration.
  • Patent Document 1 since many of the fuel particles flow along the outer partition wall of the fuel nozzle by the concentrator, external ignition or external flame holding is performed.
  • the external ignition method with a flame holder on the outer periphery of the nozzle if the A / C ratio increases, the jet velocity of the pulverized coal flow only increases and the recirculation zone around the flame holder does not change. Will leave. Therefore, in Patent Document 1, the amount of NOx generated increases due to external ignition or external flame holding.
  • Patent Document 2 a secondary flow is introduced into the upstream portion of the outlet end of the fuel injector in order to increase the stoichiometric ratio in the central portion of the primary flow.
  • the amount of fuel flowing to the outer peripheral side of the central shaft is increased by the diverging cone provided in the fuel injector, so external ignition or external flame holding is performed. Therefore, in Patent Document 2, the amount of NOx generated increases due to external ignition or external flame holding.
  • An object of the present invention is to provide a combustion burner capable of reducing the amount, a boiler including the combustion burner, and a combustion method.
  • a combustion burner has an internal flame holder provided in a fuel gas flow path in which primary air and fuel are mixed, and is cylindrical along an axis.
  • a fuel nozzle for forming a fuel gas flow path for supplying a fuel gas obtained by mixing the fuel containing the pulverized carbon-containing solid and the primary air to the furnace, and extending in a cylindrical shape along the axis and from the fuel gas
  • a secondary air nozzle through which secondary air having a high temperature flows, a secondary air passage formed between the secondary air nozzle and the fuel nozzle and supplying the secondary air to the furnace, and the secondary air
  • a secondary air introduction passage having a plurality of introduction portions for introducing at least part of the secondary air flowing through the passage into the fuel gas passage, wherein the plurality of introduction portions are along the axis.
  • the plurality of introduction portions are along the axis.
  • the combustion burner of this aspect at least a part of the secondary air having a temperature higher than that of the fuel gas flowing through the secondary air flow path is generated from the secondary air flow path by the secondary air introduction flow path.
  • the fuel gas which is a mixture of the pulverized fuel and the primary air, is guided to the fuel gas flow path.
  • the plurality of introduction portions are dispersed and arranged along the direction intersecting with the gas flow direction, it is possible to increase the chance of gas diffusion and improve diffusibility and uniformity. Therefore, compared with the case where the secondary air is introduced from the single introduction portion into the fuel gas flow path, the secondary air and the fuel gas are mixed well without being ignited in the region in contact with the secondary air.
  • the secondary air and the fuel gas are supplied to the tip of the fuel nozzle in a uniform concentration distribution.
  • the internal flame holder when a flame holder (internal flame holder) is disposed in the vicinity of the tip of the combustion burner, the internal flame holder holds the flame on the primary air side, so that at least one of the secondary air as described above. Even if the flow rate of the secondary air flowing through the secondary air flow path is reduced by guiding the portion to the fuel gas flow path side, good flame holding can be realized.
  • the internal flame stabilizer when the internal flame stabilizer is a structure, the recirculation zone formed around the internal flame stabilizer is also increased by increasing the flow velocity around the internal flame stabilizer by mixing the secondary air. Strengthened and can keep ignition strong.
  • the combustion burner according to one aspect of the present invention at least part of the secondary air is guided to the fuel gas flow path, so that the flow rate of the primary air is increased in order to increase the A / C ratio of the fuel gas. There is no need. Therefore, it is possible to suppress problems such as an increase in the power of the ventilator due to an increase in the flow rate of the primary air, a decrease in the classification accuracy of the pulverizer, and an increase in the wear amount of the transport pipe that transports the fuel.
  • at least a part of the secondary air is used without increasing the flow rate of the primary air, and the release of the unburned fuel to the furnace is suppressed. Release of combustible volatiles contained and combustion of fixed carbon can be promoted to reduce NOx generation.
  • the secondary air introduction flow path is configured to introduce a part of the secondary air into the fuel gas flow path at a flow rate having a main component in the gas flow direction. May be.
  • the secondary air is introduced from the secondary air introduction channel to the fuel gas channel with a flow velocity of the main component in the gas flow direction of the fuel gas. Mix gently while diffusing.
  • the secondary air introduction flow path intersects the gas flow direction and is at the center of the fuel gas flow path in addition to the flow velocity having the main component in the gas flow direction.
  • a configuration may be adopted in which a part of the secondary air is introduced into the fuel gas flow path at a flow velocity having a component in the direction of heading. According to this configuration, since the secondary air is introduced with a flow velocity toward the center of the fuel gas flow path in addition to the flow velocity of the main component in the gas flow direction along the axis, the introduced secondary air and Fuel gas is better mixed.
  • the secondary air introduction channel may have an outlet surface that opens to the fuel gas channel, and the outlet surface may be inclined with respect to a plane perpendicular to the axis.
  • the plurality of introduction portions are formed by arranging the first introduction portion and the second introduction portion adjacent to each other, and the first introduction portion. Introduces at least part of the secondary air into the fuel gas flow path in the gas flow direction, and the second introduction section introduces at least one of the secondary air into the fuel gas flow path.
  • the second introduction position in the flow direction in which the portion is introduced may be different in the gas flow direction along the axis. According to this configuration, when the adjacent first introduction part and the second introduction part have different positions in the gas flow direction for introducing the secondary air into the fuel gas flow path, these are the same position. Compared to the above, the secondary air and the fuel gas are further mixed well.
  • the combustion burner according to an aspect of the present invention may be configured to include a flame holder disposed in the vicinity of a tip portion that opens to the furnace in the fuel nozzle. According to this configuration, the introduced secondary air and the fuel gas reach the flame holder in a state where the concentration distribution is uniform and the internal flame or internal flame holding is favorably performed by the flame holder. As a result, the ignitability of the fuel at the outlet of the fuel gas passage is improved, and the release of combustible volatiles contained in the fuel and the combustion of fixed carbon are promoted to promote the reduction of NOx. To reduce.
  • the cross-sectional area may be larger than the cross-sectional area of the fuel gas flow path at the third position upstream of the first position in the gas flow direction.
  • the distance in the gas flow direction from the first position to the fourth position at the upstream end of the flame holder is L, and the minimum width at the second position of the fuel gas flow path is W. In this case, 2 ⁇ L / W ⁇ 5 may be satisfied. In this way, a sufficient distance in the gas flow direction from when the secondary air is introduced into the fuel gas passage until it reaches the upstream end of the flame holder, the introduced secondary air and the fuel are secured. It is possible to perform ignition or flame holding by the flame holder in a state where the gas has a more uniform concentration distribution.
  • the flame stabilizer is formed to extend along a direction intersecting with the gas flow direction and has a cross section orthogonal to the gas flow direction toward the downstream side in the gas flow direction. You may have the wide part which becomes wide. By providing the widening portion in the flame holder, internal flame holding can be suitably performed.
  • a boiler according to an aspect of the present invention includes a furnace, the above-described combustion burner installed with respect to the furnace, and the combustion gas and heat on the downstream side of the gas flow of the combustion gas ejected from the combustion burner in the furnace. And a heat exchanger to be replaced. Since the combustion burner is provided, it is possible to provide a boiler in which NOx in exhaust gas is reduced.
  • a combustion method according to an aspect of the present invention forms a fuel gas flow path that extends in a cylindrical shape along an axis and supplies a fuel gas obtained by mixing a fuel containing pulverized carbon-containing solid fuel and primary air to a furnace.
  • the amount of NOx generated can be reduced by promoting the release of combustible volatiles contained in the fuel and the combustion of fixed carbon while suppressing the release of unburned fuel to the furnace. Can do.
  • a combustion burner capable of reducing the amount of NOx generated by promoting the release of combustible volatile components contained in the fuel and the combustion of fixed carbon while suppressing the release of unburned fuel to the furnace.
  • a boiler equipped with the same and a combustion method can be provided.
  • FIG. 1 It is a schematic structure figure showing the pulverized coal burning boiler to which the combustion burner of a 1st embodiment was applied. It is a top view showing the combustion burner in the pulverized coal burning boiler of 1st Embodiment. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the combustion burner of 1st Embodiment. It is an II arrow end view of the combustion burner shown in FIG. It is a perspective view which shows a part of combustion burner shown in FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the modification of the combustion burner shown in FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the combustion burner of 2nd Embodiment. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the combustion burner of 2nd Embodiment. It is an III-III arrow end view of the combustion burner shown in FIG. It is a perspective view which shows a part of combustion burner shown in FIG. It is a front view which shows the modification of the combustion burner of 1st Embodiment.
  • the pulverized coal fired boiler to which the combustion burner of the first embodiment is applied uses pulverized coal obtained by pulverizing coal as a carbon-containing solid fuel, burns the pulverized coal with a combustion burner, and recovers heat generated by the combustion. It is a possible boiler.
  • the pulverized coal fired boiler 10 of the present embodiment is a conventional boiler, and includes a furnace 11, a combustion device 12, and a flue 13.
  • the furnace 11 has a rectangular hollow shape and is installed along the vertical direction.
  • a combustion device 12 is provided at the lower part of the furnace wall constituting the furnace 11.
  • the combustion apparatus 12 has a plurality of combustion burners 100A, 100B, 100C, 100D, and 100E mounted on the furnace wall.
  • the combustion burners 100A, 100B, 100C, 100D, and 100E are arranged as a set having four equal intervals along the circumferential direction with the vertical direction in which the furnace 11 extends as the central axis. 5 sets (5 stages) are arranged along the vertical direction.
  • Each combustion burner 100A, 100B, 100C, 100D, 100E is connected to a pulverized coal machine (mill) 31, 32, 33, 34, 35 via a pulverized coal supply pipe 26, 27, 28, 29, 30. ing.
  • the pulverized coal machines 31, 32, 33, 34, and 35 are supported in a housing so that the pulverization table can be driven to rotate with a rotation axis along the vertical direction, and face the upper side of the pulverization table.
  • a plurality of crushing rollers are configured to be rotatably supported in conjunction with the rotation of the crushing table.
  • pulverized coal that has been crushed to a predetermined size and classified by air for transportation is supplied to the pulverized coal supply pipe 26, 27, 28, 29, 30 are supplied to the combustion burners 100A, 100B, 100C, 100D, 100E.
  • the furnace 11 is provided with a wind box 36 at a position where each combustion burner 100A, 100B, 100C, 100D, 100E is mounted, and one end of an air duct 37 is connected to the wind box 36.
  • a blower 38 is attached to the duct 37 at the other end.
  • the furnace 11 is provided with an additional air nozzle 39 vertically above the mounting position of each combustion burner 100A, 100B, 100C, 100D, 100E.
  • the additional air nozzle 39 is connected to an end of a branched air duct 40 branched from the air duct 37.
  • combustion air (secondary air) sent by the blower 38 is supplied from the air duct 37 to the wind box 36 and supplied from the wind box 36 to the combustion burners 100A, 100B, 100C, 100D, and 100E.
  • combustion air (additional air) sent by the blower 38 can be supplied from the branch air duct 40 to the additional air nozzle 39.
  • each combustion burner 100 ⁇ / b> A, 100 ⁇ / b> B, 100 ⁇ / b> C, 100 ⁇ / b> D, 100 ⁇ / b> E has a pulverized fuel mixture (fuel gas) obtained by mixing pulverized coal and carrier air (primary air) in the furnace 11.
  • combustion air can be blown into the furnace 11.
  • the combustion device 12 can form a flame by igniting the pulverized fuel mixture with an ignition torch (not shown).
  • a flue 13 is connected to an upper part in the vertical direction, and a superheater (super heater) 41, which is a heat exchanger for recovering heat of combustion gas as a convection heat transfer section, is connected to the flue 13.
  • reheaters 43 and 44, and economizers 45, 46, and 47 are provided, and heat exchange is performed between the combustion gas generated by the combustion in the furnace 11 and water or steam.
  • the flue 13 is connected to an exhaust gas pipe 48 through which the combustion gas subjected to heat exchange is discharged as exhaust gas on the downstream side of the gas flow.
  • the exhaust gas pipe 48 is provided with an air heater 49 between the air duct 37 and performs heat exchange between the air flowing through the air duct 37 and the exhaust gas flowing through the exhaust gas pipe 48, and the combustion burners 100A, 100B, 100C, The temperature of combustion air supplied to 100D and 100E can be raised.
  • the exhaust gas pipe 48 is provided with a denitration device, an electrostatic precipitator, an induction blower, and a desulfurization device, and a chimney is provided at the downstream end.
  • the generated pulverized coal together with the conveying air passes through the pulverized coal supply pipes 26, 27, 28, 29, and 30 and the combustion burner 100A. , 100B, 100C, 100D, 100E.
  • heated combustion air is supplied from the air duct 37 to the combustion burners 21, 22, 23, 24, and 25 via the wind box 36, and from the branch air duct 40 to the additional air nozzle. 39.
  • the temperature of the carrier air (primary air) is low so that the pulverized coal does not ignite, and the combustion air (secondary air) is heated by the air heater 49, so the temperature is higher than the primary air and the pulverized fuel mixture. .
  • the combustion burners 100A, 100B, 100C, 100D, and 100E blow the pulverized fuel mixture (fuel gas), which is a mixture of pulverized coal and carrier air, into the furnace 11 and the combustion air into the furnace 11.
  • fuel gas which is a mixture of pulverized coal and carrier air
  • the additional air nozzle 39 can perform combustion control for blowing additional air into the furnace 11 and optimizing the amount of air with respect to the pulverized coal.
  • the pulverized fuel mixture and the combustion air are burned to generate a flame.
  • the combustion gas exhaust gas
  • the combustion burners 100A, 100B, 100C, 100D, and 100E blow the pulverized coal mixture and the combustion air (secondary air) into the combustion region in the furnace 11, and ignite at this time, so that the flame swirls in the combustion region. Is formed. This flame swirl rises while swirling and reaches the reduction region.
  • the additional air nozzle 39 blows additional air vertically above the reduction region in the furnace 11. In the furnace 11, the interior is maintained in a reducing atmosphere by setting the air supply amount to be less than the theoretical air amount with respect to the pulverized coal supply amount.
  • the NOx generated by the combustion of the pulverized coal is reduced in the furnace 11, and then additional air (additional air) is supplied to complete the oxidation combustion of the pulverized coal, and the amount of NOx generated by the combustion of the pulverized coal is reduced. Reduced.
  • the water supplied from the water supply pump (not shown) is preheated by the economizers 45, 46 and 47, then supplied to the steam drum (not shown) and supplied to each water pipe (not shown) on the furnace wall.
  • the saturated steam of the steam drum is introduced into the superheaters 41 and 42 and is heated by the combustion gas.
  • the superheated steam generated by the superheaters 41 and 42 is supplied to a turbine (not shown) of the power plant.
  • the steam taken out in the middle of the expansion process of the steam supplied by the turbine is introduced into the reheaters 43 and 44, is again superheated, is returned to the turbine and expands, and the turbine is rotationally driven.
  • the furnace 11 was demonstrated as a drum type
  • the exhaust gas that has passed through the economizers 45, 46, and 47 of the flue 13 is subjected to removal of harmful substances such as NOx by the supplied ammonia and catalyst in the denitration device (not shown) in the exhaust gas pipe 48, Particulate matter is removed with an electric dust collector, sulfur content is removed with a desulfurizer, and then discharged from the chimney into the atmosphere.
  • each combustion burner 100A, 100B, 100C, 100D, 100E which comprises this combustion apparatus 12 has comprised the substantially the same structure, it is located in the uppermost stage. Only the combustion burner 100A will be described.
  • the combustion burner 100 ⁇ / b> A includes combustion burners 100 ⁇ / b> Aa, 100 ⁇ / b> Ab, 100 ⁇ / b> Ac, 100 ⁇ / b> Ad provided on four wall surfaces in the furnace 11.
  • Each combustion burner 100Aa, 100Ab, 100Ac, 100Ad is connected to each branch pipe 26a, 26b, 26c, 26d branched from the pulverized coal supply pipe 26, and each branch pipe 37a, 37b, 37c branched from the air duct 37. , 37d are connected.
  • each combustion burner 100Aa, 100Ab, 100Ac, 100Ad on each wall surface of the furnace 11 has a pulverized fuel mixture in which pulverized coal and transport air (primary air) are mixed with the furnace 11 in the center of the furnace 11. In contrast, the air is blown with a slight deviation angle, and combustion air (secondary air) is blown to the outside of the pulverized fuel mixture. Then, by igniting the pulverized fuel mixture from each combustion burner 100Aa, 100Ab, 100Ac, 100Ad, four flames F1, F2, F3, F4 can be formed, and this flame F1, F2, F3, F4 Is a flame swirl flow swirling counterclockwise as viewed from above the furnace 11 (in FIG. 2).
  • the combustion burner 100A As shown in the longitudinal sectional view of FIG. 3, the combustion burner 100 ⁇ / b> A of the present embodiment includes a fuel nozzle 110, a secondary air nozzle 120, a secondary air introduction flow path 130, and a flame holder 140. 3 is a cross-sectional view taken along the line II-II of a combustion burner 100A shown in FIG. 4 to be described later.
  • the fuel nozzle 110 is a member formed to extend in a cylindrical shape along the axis X1.
  • the fuel nozzle 110 forms therein a fuel gas passage 111 for supplying the pulverized fuel mixture supplied from the pulverized coal supply pipe 26 to the furnace 11.
  • the fuel nozzle 110 includes a distal end side nozzle 110a disposed adjacent to the furnace 11, and a proximal end side nozzle 110b disposed upstream of the distal end side nozzle 110a.
  • the distal end side nozzle 110a and the proximal end side nozzle 110b are connected in a state where the secondary air introduction flow path 130 is disposed therebetween.
  • the shape of the portion of the tip side nozzle 110a facing the furnace 11 is a shape extending straight in the same direction as the gas flow direction of the pulverized fuel mixture. This is to prevent the pulverized coal contained in the pulverized fuel mixture from being guided to the outer peripheral side with respect to the central axis (axis line X1) of the fuel gas passage 111.
  • the pulverized coal contained in the pulverized fuel mixture is led to the outer peripheral side, the pulverized coal burns in the region in the high-temperature and high-oxygen concentration furnace 11, and the amount of NOx generated increases in the region where NOx is not reduced. End up. Therefore, the shape of the part where the tip side nozzle 110a faces the furnace 11 performs internal flame holding or internal ignition as a shape that suppresses external flame holding or external ignition.
  • the minimum width W1 of the front end side nozzle 110a of the fuel gas passage 111 is larger than the minimum width W2 of the base end side nozzle 110b of the fuel gas passage 111. This is because the flow rate of secondary air introduced from the secondary air introduction passage 130 to the fuel gas passage 111 increases, so that the flow rate of the pulverized fuel mixture flowing through the front end side nozzle 110a becomes the base end side nozzle 110b. This is so as not to increase more than the flow rate of the pulverized fuel mixture flowing through the fuel cell.
  • the relationship between the minimum width W1 and the minimum width W2 is that the cross-sectional area of the tip nozzle 110a at the second position P2 on the downstream side of the gas flow with respect to the first position P1 is It is set to be larger than the cross-sectional area of the base end side nozzle 110b at the third position P3. Introducing a part of the secondary air from the secondary air introduction flow path 130 to the fuel gas flow path 111 suppresses problems due to an increase in the flow rate of the finely divided fuel mixture flowing through the fuel gas flow path 111, The internal flame holding can be stabilized.
  • the secondary air nozzle 120 is a member that is formed so as to extend in a cylindrical shape along the axis X1 and is disposed so as to surround the outside with respect to the axis X1 of the fuel nozzle 110.
  • the secondary air nozzle 120 forms an annular secondary air flow path 121 that supplies secondary air to the furnace 11 between its inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the fuel nozzle 110.
  • a part of the combustion air (secondary air) flowing into the secondary air nozzle 120 is introduced from the secondary air introduction flow path 130 to the fuel gas flow path 111, and the other is in the secondary air flow path 121. It is supplied to the furnace 11 from the tip.
  • the secondary air introduction flow path 130 is a flow path for introducing a part of the secondary air flowing through the secondary air flow path 121 to the fuel gas flow path 111. 4 (end view of the combustion burner shown in FIG. 3 as viewed in the direction of arrow II) and FIG. 5, the secondary air introduction flow path 130 includes an upper introduction portion 131 disposed vertically above the fuel gas flow path 111. 132, 133, 134 and lower introduction portions 135, 136, 137, 138 disposed vertically below the fuel gas passage 111.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a part of the combustion burner 100A shown in FIG. 3 with the secondary air nozzle 120 removed.
  • positioned inside the fuel nozzle 110 among the secondary air introduction flow paths 130 is shown with the broken line.
  • arrows indicated by solid lines indicate the secondary air introduced from the secondary air passage 121 to the fuel gas passage 111 and the secondary air flowing through the secondary air passage 121 without being guided to the fuel gas passage 111. Indicates air.
  • an arrow indicated by a broken line indicates a pulverized fuel mixture flowing through the fuel gas passage 111.
  • the upper introduction portions 131, 132, 133, and 134 are arranged in a dispersed manner at a certain interval along a horizontal direction perpendicular to the gas flow direction of the pulverized fuel mixture along the axis X1.
  • the lower introduction parts 135, 136, 137, and 138 are dispersed and arranged at a constant interval along a horizontal direction perpendicular to the gas flow direction of the pulverized fuel mixture along the axis X 1.
  • the intervals at which the upper introduction portions 131, 132, 133, and 134 and the lower introduction portions 135, 136, 137, and 138 are arranged are constant along the horizontal direction, but they may be arranged at arbitrary intervals. .
  • a space in which the pulverized fuel mixture flows is provided between the upper introduction portion 131 and the upper introduction portion 132 at the vertical position where the upper introduction portions 131, 132, 133, and 134 are disposed.
  • a space through which the pulverized fuel mixture flows is provided between the upper introduction portion 132 and the upper introduction portion 133, and a space through which the pulverized fuel mixture flows is provided between the upper introduction portion 133 and the upper introduction portion 134. It has been.
  • a space is provided between the lower introduction portion 135 and the lower introduction portion 136 to allow the pulverized fuel mixture to flow therethrough.
  • a space in which the pulverized fuel mixture flows is provided between 136 and the lower introduction portion 137, and a space in which the pulverized fuel mixture flows is provided between the lower introduction portion 137 and the lower introduction portion 138.
  • a part of the member forming the secondary air introduction flow path 130 forms a part of the fuel gas flow path 111.
  • a portion where the lower surface 133a of the upper introduction portion 133 and the upper surface 137a of the lower introduction portion 137 are arranged is a cross-sectional area of the fuel gas flow passage 111.
  • the shape is gradually reduced. Therefore, the lower surface 133a and the upper surface 137a are easily worn by direct contact with the flow of pulverized coal in the pulverized fuel mixture. Therefore, it is preferable to install a wear-preventing member (for example, a ceramic plate-like member) in the portions of the lower surface 133a and the upper surface 137a facing the fuel gas flow path 111 in order to suppress wear.
  • a wear-preventing member for example, a ceramic plate-like member
  • the flame holder 140 is arranged on the upstream side of the gas flow in the ejection direction of the pulverized fuel mixture with respect to the tip side nozzle 110a of the fuel nozzle 110 adjacent to the furnace 11, and is used for ignition and flame holding of the pulverized fuel mixture. It functions as.
  • the flame holder 140 has long widened portions 141, 142, and 143 that are formed to extend along the horizontal direction. As shown in FIG. 3, the widened portions 141, 142, and 143 are disposed in the vicinity of the tip portion 110 c where the fuel nozzle 110 faces the furnace 11, with an interval along the vertical direction.
  • the widened portions 141, 142, and 143 have an isosceles triangular cross section, and in the gas flow direction toward the gas flow downstream side of the gas flow direction of the pulverized fuel mixture.
  • the width of the orthogonal cross section is widened, and the front end is disposed on a plane orthogonal to the flow direction of the pulverized fuel mixture.
  • the widened portions 141, 142, and 143 are not limited to the isosceles triangular cross section, and may have a split shape that separates the flow of the pulverized fuel mixture and forms a recirculation region downstream of the gas flow.
  • the cross section may be Y-shaped.
  • the pulverized fuel mixture flowing through the fuel gas passage 111 and the secondary air introduced from the secondary air passage 121 are gently diffused and mixed to be supplied to the furnace 11 with a uniform concentration distribution.
  • the upper introduction part 133 which the secondary air introduction flow path 130 has is demonstrated, since it is the same also about the upper introduction parts 131,132,134, description is abbreviate
  • the lower introduction part 137 which the secondary air introduction flow path 130 has since it is the same also about the lower introduction parts 135,136,138, description is abbreviate
  • the pulverized fuel mixture supplied from the pulverized coal supply pipe 26 to the fuel gas passage 111 flows from the proximal nozzle 110b to the distal nozzle 110a along the direction indicated by the arrow 201 in FIG.
  • the gas flows from the position P3 in the gas flow direction toward the position P1.
  • combustion air (secondary air) supplied from the air duct 37 to the secondary air nozzle 120 flows into the secondary air flow path 121 along the directions indicated by arrows 301 and 302 in FIG.
  • a portion of the secondary air that has flowed into the secondary air flow path 121 flows into the upper introduction portion 133 along the direction indicated by the arrow 303 and is introduced vertically downward toward the axis X1 that is the central axis of the fuel nozzle 110. Then, it flows into the fuel gas flow path 111 along the direction indicated by the arrow 305. Further, part of the secondary air that has flowed into the secondary air flow path 121 flows into the lower introduction portion 137 along the direction indicated by the arrow 304, and vertically upwards toward the axis X 1 that is the central axis of the fuel nozzle 110. And flows into the fuel gas flow path 111 along the direction indicated by the arrow 306.
  • the direction along the axis X2 indicated by the arrow 305 is the same direction as the axis X1
  • the direction along the axis X3 indicated by the arrow 306 is the same direction as the axis X1. Therefore, the upper introduction part 133 and the lower introduction part 137 introduce a part of the secondary air into the fuel gas flow path 111 at a flow rate having a main component in the gas flow direction of the pulverized fuel mixture along the axis X1.
  • the introduced secondary air is introduced from the secondary air introduction channel 130 to the fuel gas channel 111 at a flow velocity having a main component in the gas flow direction of the pulverized fuel mixture. Mix while gently diffusing without causing large disturbances.
  • the introduced secondary air and the fine powder are arranged.
  • the fuel mixture is mixed in a state adjacent to the fuel gas passage 111.
  • the lower introduction portions 135, 136, 137, and 138 are discretely arranged along the horizontal direction orthogonal to the gas flow direction of the pulverized fuel mixture, the introduced secondary air and The pulverized fuel mixture is mixed in a state adjacent to the fuel gas flow path 111.
  • the introduced secondary air and the pulverized fuel mixture are mixed in a state adjacent to each other in the fuel gas passage 111, and further, the secondary air introduction passage 130 is dispersed to a plurality of introduction portions, thereby increasing the chance of gas diffusion. Can improve diffusibility and make it uniform. Thereby, compared with the case where secondary air is introduced into the fuel gas flow path 111 from a single introduction part, the secondary air and the pulverized fuel mixture are better without being ignited in the region in contact with the secondary air. Mixed.
  • the upper introduction portions 131, 132, 133, and 134 of the secondary air introduction flow path 130, and the lower introduction It is preferable that the portions 135, 136, 137, and 138 introduce secondary air at the same flow rate and the same flow rate so as to be symmetrical with respect to at least the axis X1. For this reason, it is preferable that the flow path cross-sectional areas of the upper introduction parts 131, 132, 133, and 134 and the lower introduction parts 135, 136, 137, and 138 are at least symmetrical with respect to the axis X1.
  • each introduced secondary air can be made symmetric with respect to the axis X1 by adjusting the cross-sectional areas of the upper introduction portions 131, 132, 133, and 134 and the lower introduction portions 135, 136, 137, and 138 with a damper (not shown). Is possible.
  • the distance in the gas flow direction to the fourth position P4 is L, and the minimum width of the tip nozzle 110a of the fuel gas passage 111 is W1 (W)
  • the following expression (1) is satisfied. 2 ⁇ L / W1 ⁇ 5 (1)
  • the distance L from the first position P1 to the fourth position P4 is made sufficiently larger than the minimum width W1 of the tip side nozzle 110a, so that the fuel gas flow path 111 is formed at the first position P1.
  • the introduced secondary air and the pulverized fuel mixture are sufficiently mixed so as to obtain a uniform concentration distribution. Further, the mixing of the introduced secondary air and the pulverized fuel mixture is selected by adjusting and optimizing the shape and size of the secondary air introduction flow path 130. The reason why 2 ⁇ L / W1 is set is that the pulverized fuel mixture passing through the flame holder 140 is a pulverized fuel mixture uniformly mixed with the introduced secondary air.
  • the mixing with the introduced secondary air is promoted. Since there is a case where ignition occurs between secondary air having a temperature higher than that of air, there is an upper limit of the shape and size of the secondary air introduction flow path 130.
  • L / W1 ⁇ 5.
  • the pulverized fuel mixture mixed with the secondary air at the first position P1 circulates in the direction indicated by the arrows 202, 203, 204 from the first position P1 toward the fourth position P4 in the direction indicated by the arrows 202, 203, 204, and holds the flame.
  • the upstream end of the vessel 140 is reached.
  • the pulverized fuel mixture is separated by the widened portions 141, 142, and 143 of the flame stabilizer 140 into the upper and lower parts in the vertical direction and recirculated immediately after the widened portions 141, 142, and 143 are downstream in the gas flow direction. It flows into the furnace 11 while forming a region.
  • the pulverized fuel mixture which is separated and then recirculated by the flame holder 140 is burned and flame-held. At this time, by introducing a part of the secondary air to the fuel gas passage 111, the combustion of the pulverized coal in the pulverized fuel mixture is promoted by increasing the A / C ratio, and the unburned portion decreases. .
  • a part of the secondary air flowing through the secondary air flow path 121 is guided from the secondary air flow path 121 to the fuel gas flow path 111 by the secondary air introduction flow path 130. It is burned.
  • the introduced secondary air is introduced from the secondary air introduction channel 130 to the fuel gas channel 111 at a flow velocity having a main component in the gas flow direction of the pulverized fuel mixture (fuel gas). Mixing while gently diffusing without causing large turbulence when joining with. Therefore, secondary air (for example, 200 ° C. to 350 ° C.) that is higher in temperature than the pulverized fuel mixture and pulverized fuel mixture (for example, 60 ° C. to 95 ° C.) are not mixed with energy due to large turbulence. The risk of ignition of fuel inside the combustion burner 100A can be suppressed.
  • the upper introduction portions 131, 132, 133, and 134 and the lower introduction portions 135, 136, 137, and 138 are arranged at intervals along the horizontal direction intersecting the gas flow direction, they are introduced.
  • the secondary air and the pulverized fuel mixture are further dispersed in the fuel gas passage 111 in a state of being adjacent to each other, so that the opportunities for gas diffusion are increased and the diffusibility is improved and mixed and uniformized. The Therefore, compared with the case where secondary air is introduced into the fuel gas channel 111 from a single introduction portion, the secondary air and the fine fuel mixture are mixed well.
  • the introduced secondary air and the pulverized fuel mixture are supplied to the flame holder 140 and the furnace 11 in a uniform concentration distribution, so that the outlet of the fuel gas passage 111 is increased by increasing the A / C ratio.
  • NOx is generated because the ignitability of pulverized coal is improved and the unburned content is reduced, and the release of combustible volatiles contained in the pulverized coal and the combustion of fixed carbon are promoted to promote the reduction of NOx. The amount is reduced.
  • the combustion burner 100A of the present embodiment a part of the secondary air is guided to the fuel gas passage 111, so that the flow rate of the carrier air (primary air) is increased in order to increase the A / C ratio.
  • the increase in the power of the ventilator due to the increase in the flow rate of the conveying air, the decrease in the classification accuracy of the pulverized coal machine (pulverizer), the increase in the wear amount of the pulverized coal supply pipe that conveys the pulverized coal, etc. can do.
  • the combustion burner 100A of this embodiment at least a part of the secondary air is used without increasing the flow rate of the primary air, and the release of unburned pulverized coal to the furnace 11 is suppressed.
  • NOx generation can be reduced by promoting the release of combustible volatile components contained in pulverized coal and the combustion of fixed carbon.
  • the combustion burner 100 ⁇ / b> A of the present embodiment includes a flame holder 140 disposed in the vicinity of the front end portion 110 c where the fuel nozzle 110 opens to the furnace 11.
  • the introduced secondary air and the pulverized fuel mixture reach the flame holder 140 in a state where the concentration distribution is uniform, and the flame holder 140 performs internal ignition or internal flame holding well. Is done. Therefore, external flame holding or external ignition is prevented, and the pulverized coal contained in the pulverized fuel mixture is guided to the outer peripheral side of the tip side nozzle 110a at the portion where the tip side nozzle 110a faces the furnace 11.
  • the pulverized coal does not burn in the high temperature and high oxygen concentration region of the furnace 11, and the generation of NOx in the region where NOx is not reduced does not increase.
  • the flame holder 140 improves the ignitability of pulverized coal at the outlet of the fuel gas passage 111 and promotes the release of combustible volatile components contained in the pulverized coal and the combustion of fixed carbon.
  • the upper introduction portions 131, 132, 133, and 134 and the lower introduction portions 135, 136, 137, and 138 introduce a part of the secondary air into the fuel gas passage 111.
  • the cross-sectional area of the fuel gas flow path 111 at the second position P2 downstream in the flow direction from the first position P1 is greater than the cross-sectional area of the fuel gas flow path 111 at the third position P3 upstream in the flow direction from the first position P1. Is also big.
  • the present embodiment by introducing a part of the secondary air from the introduction part to the fuel gas passage 111, a problem caused by an increase in the flow velocity of the pulverized fuel mixture flowing through the fuel gas passage 111 is suppressed.
  • the internal flame holding can be stabilized.
  • the distance in the gas flow direction from the first position P1 to the fourth position P4 at the upstream end of the flame holder 140 is L, and the fuel gas flow path 111 is at the second position P2.
  • the minimum width is W1, 2 ⁇ L / W1 ⁇ 5 is satisfied. In this way, a sufficient distance in the gas flow direction from the introduction of the introduced secondary air into the fuel gas flow path 111 to the arrival of the upstream end of the flame holder 140 is ensured and introduced. It is possible to perform ignition or flame holding by the flame holder 140 in a state where the secondary air and the pulverized fuel mixture have a more uniform concentration distribution.
  • the flame holder 140 is formed with the widened portions 141, 142, and 143 that are formed so as to extend along the horizontal direction and become wider toward the downstream side in the gas flow direction. Have. By providing the flame stabilizer 140 with the widened portions 141, 142, and 143, it is possible to suitably perform internal flame holding.
  • the secondary air introduction flow path 130 allows the secondary air to flow into the fuel gas flow path 111 along the axis X that is the gas flow direction of the pulverized fuel mixture. It is good also as a modification of.
  • the secondary air introduction channel 130 is fueled by the secondary air introduced at a flow velocity having a main component in the gas flow direction along the axis X1 and a component in a direction toward the center of the fuel gas channel 111. It is good also as a modification introduced into the gas flow path 111.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a combustion burner 100Ae, which is a modification of the combustion burner 100A shown in FIG.
  • the secondary air that has flowed into the upper introduction portion 133 is introduced with a velocity component vertically downward toward the axis X ⁇ b> 1 that is the central axis of the fuel nozzle 110, and is indicated by an arrow 307. It flows into the fuel gas flow path 111 along the direction.
  • the secondary air that has flowed into the lower introduction portion 137 is introduced with a velocity component vertically upward toward the axis X1 that is the central axis of the fuel nozzle 110, and the fuel gas flows along the direction indicated by the arrow 308.
  • the upper introduction portion 133 has an outlet surface 133 b that opens to the fuel gas channel 111.
  • the lower introduction portion 137 has an exit surface 137 b that opens to the fuel gas flow path 111.
  • the exit surface 133b is inclined with respect to a plane orthogonal to the axis X1
  • the exit surface 137b is inclined with respect to a plane orthogonal to the axis X1.
  • the direction along the axis X4 indicated by the arrow 307 intersects the axis X1 and is directed toward the center of the fuel gas flow path 111
  • the direction along the axis X5 indicated by the arrow 308 intersects the axis X1 and The direction is toward the center of the fuel gas flow path 111. Therefore, the upper introduction portion 133 and the lower introduction portion 137 have a main component in the gas flow direction of the pulverized fuel mixture along the axis X1 and a flow rate of 2 with a component in the direction toward the center of the fuel gas passage 111. Part of the secondary air is introduced into the fuel gas passage 111.
  • the introduced secondary air is introduced from the secondary air introduction channel 130 to the fuel gas channel 111 at a flow velocity having a main component in the gas flow direction of the pulverized fuel mixture. Mix while gently diffusing without causing large disturbances. In addition, since the introduced secondary air is introduced toward the center of the fuel gas flow path 111, the secondary air and the pulverized fuel mixture are further mixed well.
  • the upper introduction part 133 has been described, but the structure of the upper introduction parts 131, 132, and 134 is the same as that of the upper introduction part 133.
  • the lower introduction portion 137 has been described, but the structure of the lower introduction portions 135, 136, and 138 is the same as that of the lower introduction portion 137.
  • the combustion burner of 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. Similar to the first embodiment, the combustion burner of the present embodiment is applicable to a pulverized coal burning boiler.
  • the second embodiment is a modified example related to the secondary air introduction flow path 130 of the first embodiment, and is the same as the first embodiment except for the case described below, and the description below is omitted. To do.
  • the upper introduction parts 131, 132, 133, and 134 and the lower introduction parts 135, 136, 137, and 138 included in the secondary air introduction flow path 130 have secondary air to the fuel gas flow path 111. All of the positions where the first and second positions are introduced coincide with each other at the first position P1. In contrast, the combustion burner 100 ⁇ / b> Af of the second embodiment differs in the position where the adjacent introduction part introduces the secondary air into the fuel gas flow path 111.
  • FIG. 7 and 8 are longitudinal sectional views showing the combustion burner 100Af of the present embodiment.
  • FIG. 9 is an end view taken along the line III-III of the combustion burner 100Af shown in FIG. 7 is a cross-sectional view taken along arrow IV-IV of the combustion burner 100Af shown in FIG.
  • the longitudinal sectional view of FIG. 8 is a sectional view taken along the line V-V of the combustion burner 100Af shown in FIG.
  • the position where the upper introduction part 133 and the lower introduction part 137 introduce the secondary air into the fuel gas flow path 111 is the first position P1 (first introduction position).
  • the position where the upper introduction parts 132A and 134A adjacent to the upper introduction part 133 introduce the secondary air into the fuel gas flow path 111 is the fifth position P5 (second introduction position). It has become.
  • the position where the lower introduction parts 136A and 138A adjacent to the lower introduction part 137 introduce the secondary air into the fuel gas passage 111 is the fifth position P5.
  • the fifth position P5 is upstream of the first position P1 in the gas flow direction of the pulverized fuel mixture along the axis X.
  • the position where the upper introduction portions 131 and 133 and the lower introduction portions 135 and 137 introduce the secondary air into the fuel gas flow path 111 is the first position P1 (first introduction position). It has become.
  • the position where the upper introduction parts 132A and 134A and the lower introduction parts 136A and 138A introduce the secondary air into the fuel gas passage 111 is the fifth position P5 (second introduction position).
  • the pair of upper introduction portions adjacent in the horizontal direction have different positions in the gas flow direction in which a part of the secondary air introduced into the fuel gas flow path 111 is introduced.
  • a pair of lower introduction parts adjacent to each other in the direction is different in the position in the gas flow direction where a part of the secondary air introduced into the fuel gas channel 111 is introduced.
  • the position of the gas distribution direction in which the predetermined introduction part and other introduction parts adjacent to it introduce the secondary air introduced into fuel gas channel 111 is different. Therefore, compared with the case where these are made into the same position, secondary air and pulverized fuel mixture are mixed more favorably. Therefore, the introduced secondary air and the pulverized fuel mixture are supplied to the flame holder 140 and the furnace 11 in a uniform concentration distribution, and the ignitability of pulverized coal at the outlet of the fuel gas passage 111 is improved. The release of combustible volatiles contained in pulverized coal is promoted.
  • the reduction of NOx is promoted by promoting the release of combustible volatiles contained in the pulverized coal and the combustion of fixed carbon while suppressing the release of unburned pulverized coal to the furnace 11.
  • the amount can be reduced.
  • L can be selected even smaller in the relationship of L / W1 ⁇ 5 of the combustion burner 100Ab, so that the combustion burner 100Ab Miniaturization is possible.
  • the combustion device 12 is configured by arranging the four combustion burners 100A, 100B, 100C, 100D, and 100E provided on the wall surface of the furnace 11 along the vertical direction in five stages. It is not limited to. That is, the combustion burner may be arranged at the corner without being arranged on the wall surface.
  • the combustion apparatus is not limited to the swirl combustion method, and may be a front combustion method in which the combustion burner is disposed on one wall surface, or an opposed combustion method in which the combustion burner is disposed opposite to the two wall surfaces. Further, the combustion burners 100A, 100B, 100C, 100D, and 100E of the combustion apparatus 12 are not limited to the rectangular tube shape shown in FIGS.
  • FIG. 11 is an end view of the combustion burner shown in FIG. 3 as viewed in the direction of arrow II.
  • the rectangular tubular fuel nozzle 110 and secondary air nozzle 120 of the first embodiment are replaced with the cylindrical fuel nozzle 110A and secondary air nozzle 120A.
  • the fuel nozzle 110A is a member formed to extend in a cylindrical shape along the axis X1.
  • the secondary air nozzle 120A is a member formed to extend in a cylindrical shape along the axis X1.
  • a fuel gas passage 111A is formed on the inner periphery of the fuel nozzle 110A, and a secondary air passage 121A is formed between the fuel nozzle 110A and the secondary air nozzle 120A.
  • the secondary air introduction flow path 130A is a flow path for introducing a part of the secondary air flowing through the secondary air flow path 121A into the fuel gas flow path 111A.
  • the secondary air introduction flow path 130 ⁇ / b> A is dispersed and arranged at a constant interval along the circumferential direction of the inner peripheral surface of the fuel nozzle 110 ⁇ / b> A formed in a cylindrical shape.
  • Combustion apparatus 100A, 100Aa, 100Ab, 100Ac, 100Ad, 100Ae, 100B, 100C, 100D, 100E Combustion burner 110
  • Fuel nozzle 110a Tip side nozzle 110b
  • Base end side nozzle 110c Tip part 111
  • Fuel gas flow Path 120
  • Secondary air nozzle 121
  • Secondary air flow path 130
  • Secondary air introduction flow path 131, 132, 133, 134
  • Lower introduction part 140 Flame stabilizer 141, 142, 143 Widening part

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Abstract

燃料の未燃分の火炉への放出を抑制しつつ燃料に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼を促進してＮＯｘ発生量を低減可能とする。 燃料ガスを火炉（１１）へ供給する燃料ガス流路（１１１）を形成する燃料ノズル（１１０）と、燃料ガスより温度の高い２次空気が流通する２次空気ノズル（１２０）と、２次空気ノズル（１２０）と燃料ノズル（１１０）の間に形成される２次空気流路（１２１）と、２次空気流路（１２１）を流通する２次空気の少なくとも一部を燃料ガス流路（１１１）へ導入する複数の導入部（１３３，１３７）を有する２次空気導入流路（１３０）と、を備え、複数の導入部（１３３，１３７）は、軸線（Ｘ１）に沿ったガス流通方向と交差する方向に沿って分散して配置されている燃焼バーナ（１００Ａ）を提供する。

Description

燃焼バーナ、これを備えたボイラ、及び燃焼方法
　本発明は、発電用または工場用などのために蒸気を生成するためのボイラに適用される燃焼バーナ、これを備えたボイラ、及び燃焼方法に関するものである。
　従来、微粉炭等の炭素含有固体燃料を粉砕したものと搬送気体とを混合した燃料ガスを火炉へ供給する燃料ノズルと、燃料ノズルの外側から火炉へ空気を供給する空気ノズルとを備えた燃焼バーナが知られている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。
　特許文献１の燃焼バーナは、燃料ノズルの周方向の速度成分を持つ追加空気を噴出させる追加空気ノズルを設け、低酸素濃度の搬送気体で搬送された燃料と空気との混合を促進するものである。また、特許文献２の燃焼バーナは、燃料ノズルの中心軸付近に発散円錐を配置して中心軸に沿って流れる燃料量を減少させ、加熱ガスを燃料ノズル内に導入して一次流の中央部分における燃料に対する化学量論比を高めることで燃料のガス化を促進するものである。
特開２００５－１４０４８０号公報 特表２０１１－５２３０１３号公報
　燃焼バーナにおいては、燃料ノズルの先端部より燃料ガス流れの上流部分で燃料ノズルの中心軸付近に再循環流れを形成する保炎器を設置したものが知られている。保炎器が設置された燃料ノズルにおいては、燃料が隣接火炎からの輻射を受けて着火し、着火により生成された高温ガスが保炎器により再循環流れとなって着火部近傍に保たれて保炎が行われる。この保炎器が、微粉炭と１次空気の混合流の外周に設置される場合を外周着火ないし外部保炎といい、混合流の断面内部に設置されている場合を内部着火ないし内部保炎という。燃焼により発生した窒素酸化物（ＮＯｘ）を空気不足の還元雰囲気において還元することで低ＮＯｘ化を実現することができる。
　そして、火炉に隣接した燃料ノズルの先端における燃料の着火性を高めるためには、炭素含有固体燃料とした例えば石炭（微粉炭）の質量に対する空気の質量の割合（以下、「Ａ／Ｃ比」という。）を低くして、周囲の火炎の輻射による着火を促進させるのが望ましい。
　しかしながら、Ａ／Ｃ比を低くしすぎると、燃料の未燃分の増加に伴って火炉内の燃料ノズルの先端付近での燃料の酸化燃焼が増加し、高い火炎温度によってＮＯｘの発生量が増大する可能性がある。
　一方、燃料ガスにおけるＡ／Ｃ比を高くしすぎると、周囲の火炎の輻射を受けにくくなることにより燃料に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼が遅れ、２次空気との接触部分で遅れて放出された揮発分の酸化燃焼による高い火炎温度によってＮＯｘの発生量が増大する可能性がある。
　前述した特許文献１においては、低酸素濃度の搬送気体で搬送された燃料の着火を早めるために、燃料ノズル出口近傍に追加空気を噴出させている。しかしながら、特許文献１では、濃縮器によって燃料粒子の多くが燃料ノズルの外側隔壁に沿って流れるため、外部着火ないし外部保炎が行われる。ノズルの外周に保炎器がある外部着火方式では、Ａ／Ｃ比が増えると微粉炭流の噴流速度が増大するだけで、保炎器周囲の再循環域は変わらないため、結果として、着火は離れてしまう。そのため、特許文献１では、外部着火ないし外部保炎によりＮＯｘの発生量が増大してしまう。
　また、特許文献２においては、一次流の中央部分における化学量論比を高めるために、燃料噴射器の出口端の上流部分に二次流を導入している。しかしながら、特許文献２では、燃料噴射器に設けられた発散円錐によって中心軸の外周側に流れる燃料量が増大するため、外部着火ないし外部保炎が行われる。そのため、特許文献２では、外部着火ないし外部保炎によりＮＯｘの発生量が増大してしまう。
　本発明は、上述した課題を解決するものであり、燃料の未燃分の火炉への放出を抑制しつつ燃料に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼を促進してＮＯｘ発生量を低減可能とする燃焼バーナ、これを備えたボイラ、及び燃焼方法を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するための本発明の一態様に係る燃焼バーナは、１次空気と燃料を混合した燃料ガス流路内に設けられた内部保炎器を有し、軸線に沿って筒状に延びるとともに炭素含有固体を粉砕した燃料と１次空気とを混合した燃料ガスを火炉へ供給する燃料ガス流路を形成する燃料ノズルと、前記軸線に沿って筒状に延びるとともに前記燃料ガスより温度の高い２次空気が流通する２次空気ノズルと、前記２次空気ノズルと前記燃料ノズルの間に形成され前記火炉へ前記２次空気を供給する２次空気流路と、前記２次空気流路を流通する前記２次空気の少なくとも一部を前記燃料ガス流路へ導入する複数の導入部を有する２次空気導入流路と、を備え、前記複数の導入部は、前記軸線に沿ったガス流通方向と交差する方向に沿って分散して配置されている。
　本態様の燃焼バーナによれば、２次空気流路を流通する燃料ガスより温度の高い２次空気の少なくとも一部が、２次空気導入流路によって２次空気流路から、炭素含有固体燃料を粉砕した燃料と１次空気とを混合した燃料ガスが流通する燃料ガス流路へ導かれる。また、複数の導入部がガス流通方向と交差する方向に沿って間隔を空けて分散して配置されているため、ガス拡散の機会を増加して拡散性向上と均一化ができる。そのため、単一の導入部から燃料ガス流路へ２次空気を導入する場合に比べ、２次空気に接触した領域で着火することなく、２次空気と燃料ガスとが良好に混合される。２次空気と燃料ガスとが均一な濃度分布となって燃料ノズルの先端部へと供給される。
　例えば、燃焼バーナの先端部の近傍に保炎器（内部保炎器）を配置した場合、内部保炎器では、１次空気側で保炎するため、上記のように２次空気の少なくとも一部を燃料ガス流路側に導いて、２次空気流路を流通する２次空気の流量が減少しても良好な保炎を実現することができる。また、内部保炎器が構造物である場合には、２次空気が混合されて内部保炎器の周囲の流速が増加することで、内部保炎器の周囲に形成される再循環域も強化され、着火を強く保つことができる。着火が強く保つことができれば、燃料と１次空気の混合流は、空気不足で供給され、微粉炭の揮発分や未燃分はＮＯｘ還元効果を有していることから、発生したＮＯｘを燃料噴流内で十分に還元することができる。一方、２次空気は噴流の外側に供給されるため、空気が過剰な状態であり、ＮＯｘ還元物質も少ないことから、外周で生成されたＮＯｘは還元されにくく、ＮＯｘ発生量の増加につながる。
　このため、内部保炎器を有するバーナでＡ／Ｃ比を増加させたことで着火を保つことができれば、燃料ガス流路の出口においては、炭素含有固体燃料を粉砕した燃料の未燃分が減少するとともに、粉砕した燃料に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼が促進されてＮＯｘが一度発生し・その還元が促進される。また、ＮＯｘが還元されにくい燃料噴流外周の２次空気が減少するため、ＮＯｘ発生量を低減することができる。
　また、本発明の一態様に係る燃焼バーナにおいては、２次空気の少なくとも一部を燃料ガス流路へ導くため、燃料ガスのＡ／Ｃ比を増加させるために１次空気の流量を増加させる必要がない。そのため、１次空気の流量が増加することによる通風機の動力増加、粉砕機の分級精度の低下、燃料を搬送する搬送管の摩耗量の増加等の不具合を抑制することができる。
　このように、本態様の燃焼バーナによれば、１次空気の流量を増加させずに２次空気の少なくとも一部を用いて、燃料の未燃分の火炉への放出を抑制しつつ燃料に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼を促進してＮＯｘ発生量を低減することができる。
　本発明の一態様に係る燃焼バーナにおいて、前記２次空気導入流路は、前記ガス流通方向の主成分を持つ流速で前記２次空気の一部を前記燃料ガス流路へ導入する構成であってもよい。
　本構成によれば、２次空気は、燃料ガスのガス流通方向の主成分の流速を持って２次空気導入流路から燃料ガス流路へ導入されるため、燃料ガスとの合流時に大きな乱れを生じさせることなく緩やかに拡散しながら混合する。
　本発明の一態様に係る燃焼バーナにおいて、前記２次空気導入流路は、前記ガス流通方向の主成分を持つ流速に加えて、前記ガス流通方向に交差しかつ前記燃料ガス流路の中心に向かう方向の成分を持つ流速で、前記２次空気の一部を前記燃料ガス流路へ導入する構成であってもよい。
　本構成によれば、２次空気が軸線に沿ったガス流通方向の主成分の流速に加えて、燃料ガス流路の中心に向かう流速を伴って導入されるため、導入された２次空気と燃料ガスとが更に良好に混合される。
　上記構成の燃焼バーナにおいて、前記２次空気導入流路は、前記燃料ガス流路に開口する出口面を有し、該出口面が前記軸線に直交する平面に対して傾斜していてもよい。このようにすることで、軸線に直交する平面に対して傾斜した出口面から２次空気が燃料ガス流路の中心に向かう流速を持って導入され、導入された２次空気と燃料ガスとが良好に混合される。
　本発明の一態様に係る燃焼バーナにおいて、前記複数の導入部は、第１の前記導入部と第２の前記導入部とが隣接して配置されて形成しており、前記第１の導入部が前記燃料ガス流路へ前記２次空気の少なくとも一部を導入する前記ガス流通方向の第１導入位置と、前記第２の前記導入部が前記燃料ガス流路へ前記２次空気の少なくとも一部を導入する前記流通方向の第２導入位置とが前記軸線に沿った前記ガス流通方向で異なる構成であってもよい。
　本構成によれば、隣接する第１の導入部と第２の導入部が燃料ガス流路へ２次空気を導入するガス流通方向の位置が異なっているため、これらを同一の位置とした場合に比べ、２次空気と燃料ガスとが更に良好に混合される。
　本発明の一態様に係る燃焼バーナにおいては、前記燃料ノズル内の前記火炉へ開口する先端部の近傍に配置される保炎器を備える構成であってもよい。
　本構成によれば、導入された２次空気と燃料ガスとが均一な濃度分布となった状態で保炎器に到達して保炎器により良好に内部着火ないし内部保炎が行われる。そのため、燃料ガス流路の出口における燃料の着火性が向上するとともに燃料に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼が促進されてＮＯｘの還元が促進されるため、ＮＯｘ発生量が低減する。
　上記構成の燃焼バーナにおいて、前記導入部が前記燃料ガス流路へ前記２次空気の少なくとも一部を導入する第１位置よりも前記ガス流通方向の下流側の第２位置における前記燃料ガス流路の断面積が、前記第１位置よりも前記ガス流通方向の上流側の第３位置における前記燃料ガス流路の断面積よりも大きい態様であってもよい。
　本態様によれば、２次空気の一部を導入部から燃料ガス流路へ導入することにより燃料ガス流路を流通する燃料ガスの流速が上昇することによる不具合を抑制して、内部保炎を安定化することができる。
　上記態様の燃焼バーナにおいて、前記第１位置から前記保炎器の上流端の第４位置までの前記ガス流通方向の距離をＬとし、前記燃料ガス流路の前記第２位置における最小幅をＷとした場合、２≦Ｌ／Ｗ≦５を満たすものであってよい。
　このようにすることで、２次空気が燃料ガス流路へ導入されてから保炎器の上流端に到達するまでのガス流通方向の距離を十分に確保し、導入された２次空気と燃料ガスとがより均一な濃度分布となった状態で保炎器による着火ないし保炎を行うことができる。
　上記構成の燃焼バーナにおいて、前記保炎器は、前記ガス流通方向と交差する方向に沿って延びるように形成されるとともに前記ガス流通方向における下流側に向かって前記ガス流通方向に直交する断面の幅が広くなる拡幅部を有してもよい。保炎器に拡幅部を設けることで、好適に内部保炎を行うことができる。
　本発明の一態様に係るボイラは、火炉と、該火炉に対して設置された上記の燃焼バーナと、前記火炉にて前記燃焼バーナから噴出する燃焼ガスのガス流れ下流側で前記燃焼ガスと熱交換する熱交換器とを備えていることを特徴とする。
　上記の燃焼バーナを備えているので、排ガス中のＮＯｘが低減されたボイラを提供することができる。
　本発明の一態様に係る燃焼方法は、軸線に沿って筒状に延びるとともに炭素含有固体燃料を粉砕した燃料と１次空気とを混合した燃料ガスを火炉へ供給する燃料ガス流路を形成する燃料ノズルと、前記軸線に沿って筒状に延びるとともに前記燃料ガスより温度の高い２次空気を流通する２次空気ノズルと、記２次空気ノズルと前記燃料ノズルの間に形成され前記火炉へ前記２次空気を供給する２次空気流路と、前記燃料ノズル内の前記火炉へ開口する先端部の近傍に配置される保炎器を備える燃焼バーナを用い、前記２次空気流路を流通する前記２次空気の少なくとも一部を、前記軸線に沿ったガス流通方向と交差する方向に沿って分散して配置された複数の導入部から前記燃料ガス流路へ導入する導入工程と、前記導入工程で導入された前記２次空気と前記燃料ガスとを前記燃料ガス流路で混合して前記保炎器を介して前記火炉へ噴出させる噴出工程と、を備える。
　本態様の燃焼方法によれば、燃料の未燃分の火炉への放出を抑制しつつ燃料に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼を促進してＮＯｘ発生量を低減することができる。
　本発明によれば、燃料の未燃分の火炉への放出を抑制しつつ燃料に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼を促進してＮＯｘ発生量を低減可能とする燃焼バーナ、これを備えたボイラ、及び燃焼方法を提供することができる。
第１実施形態の燃焼バーナが適用された微粉炭焚きボイラを表す概略構成図である。 第１実施形態の微粉炭焚きボイラにおける燃焼バーナを表す平面図である。 第１実施形態の燃焼バーナを示す縦断面図である。 図３に示す燃焼バーナのI-I矢視端面図である。 図３に示す燃焼バーナの一部を示す斜視図である。 図３に示す燃焼バーナの変形例を示す縦断面図である。 第２実施形態の燃焼バーナを示す縦断面図である。 第２実施形態の燃焼バーナを示す縦断面図である。 図７に示す燃焼バーナのIII-III矢視端面図である。 図７に示す燃焼バーナの一部を示す斜視図である。 第１実施形態の燃焼バーナの変形例を示す正面図である。
　以下に添付図面を参照して、本発明の燃焼バーナの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
＜第１実施形態＞
　第１実施形態の燃焼バーナが適用された微粉炭焚きボイラは、炭素含有固体燃料として石炭を粉砕した微粉炭を用い、この微粉炭を燃焼バーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラである。
　図１に示すように、本実施形態の微粉炭焚きボイラ１０は、コンベンショナルボイラであって、火炉１１と燃焼装置１２と煙道１３を有している。火炉１１は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉１１を構成する火炉壁の下部に燃焼装置１２が設けられている。
　燃焼装置１２は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅを有している。本実施例にて、この燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅは、火炉１１が延びる鉛直方向を中心軸とした周方向に沿って４個均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って５セット（５段）配置されている。
　そして、各燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅは、微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を介して微粉炭機（ミル）３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。この微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５は、図示しないが、ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって粉砕テーブルが駆動回転可能に支持され、この粉砕テーブルの上方に対向して複数の粉砕ローラが粉砕テーブルの回転に連動して回転可能に支持されて構成されている。従って、石炭が複数の粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に投入されると、ここで所定の大きさまで粉砕され、搬送用空気（１次空気）により分級された微粉炭が微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０から燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅに供給される。
　また、火炉１１は、各燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅの装着位置に風箱３６が設けられており、この風箱３６に空気ダクト３７の一端部が連結されており、この空気ダクト３７には、他端部に送風機３８が装着されている。更に、火炉１１は、各燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅの装着位置より鉛直方向上方にアディショナル空気ノズル３９が設けられている。このアディショナル空気ノズル３９には、空気ダクト３７から分岐した分岐空気ダクト４０の端部が連結されている。従って、送風機３８により送られた燃焼用空気（２次空気）を、空気ダクト３７から風箱３６に供給し、この風箱３６から各燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅに供給することができると共に、送風機３８により送られた燃焼用空気（追加空気）を分岐空気ダクト４０からアディショナル空気ノズル３９に供給することができる。
　そのため、燃焼装置１２にて、各燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅは、微粉炭と搬送用空気（１次空気）とを混合した微粉燃料混合気（燃料ガス）を火炉１１内に吹き込み可能であると共に、燃焼用空気を火炉１１内に吹き込み可能となっている。燃焼装置１２は、点火トーチ（図示略）により微粉燃料混合気に点火することで、火炎を形成することができる。
　火炉１１は、鉛直方向上部に煙道１３が連結されており、この煙道１３に、対流伝熱部として燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器である過熱器（スーパーヒータ）４１，４２、再熱器４３，４４及び節炭器（エコノマイザ）４５，４６，４７が設けられており、火炉１１での燃焼で発生した燃焼ガスと水や蒸気との間で熱交換が行われる。
　煙道１３は、そのガス流れ下流側に熱交換を行った燃焼ガスが排ガスとして排出される排ガス管４８が連結されている。この排ガス管４８は、空気ダクト３７との間にエアヒータ４９が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、排ガス管４８を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅに供給する燃焼用空気を昇温することができる。
　なお、排ガス管４８は、図示しないが、脱硝装置、電気集塵機、誘引送風機、脱硫装置が設けられ、下流端部に煙突が設けられている。
　従って、微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５が駆動すると、生成された微粉炭が搬送用空気（１次空気）と共に微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を通して燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅに供給される。また、加熱された燃焼用空気（２次空気）が空気ダクト３７から風箱３６を介して各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給される共に、分岐空気ダクト４０からアディショナル空気ノズル３９に供給される。搬送用空気（１次空気）は微粉炭が着火しないよう温度が低く、燃焼用空気（２次空気）はエアヒータ４９で加熱されているので、１次空気および微粉燃料混合気よりも温度が高い。
　すると、燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅは、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉燃料混合気（燃料ガス）を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込み、このときに着火することで火炎を形成することができる。また、アディショナル空気ノズル３９は、追加空気を火炉１１に吹き込み、微粉炭に対する空気の量を適正化させる燃焼制御を行うことができる。この火炉１１では、微粉燃料混合気と燃焼用空気とが燃焼して火炎が生じ、この火炉１１内の鉛直方向下部の領域で火炎が生じると、燃焼ガス（排ガス）がこの火炉１１内を上昇し、煙道１３に排出される。
　即ち、燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅは、微粉炭混合気と燃焼用空気（２次空気）を火炉１１における燃焼領域に吹き込み、このときに着火することで燃焼領域に火炎旋回流が形成される。そして、この火炎旋回流は、旋回しながら上昇して還元領域に至る。アディショナル空気ノズル３９は、追加空気を火炉１１における還元領域の鉛直上方に吹き込む。この火炉１１では、空気の供給量が微粉炭の供給量に対して理論空気量未満となるように設定されることで、内部が還元雰囲気に保持される。そして、微粉炭の燃焼により発生したＮＯｘが火炉１１で還元され、その後、追加空気（アディショナルエア）が供給されることで微粉炭の酸化燃焼が完結され、微粉炭の燃焼によるＮＯｘの発生量が低減される。
　このとき、給水ポンプ（図示略）から供給された水は、節炭器４５，４６，４７によって予熱された後、蒸気ドラム（図示略）に供給され火炉壁の各水管（図示略）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、蒸気ドラムに送り込まれる。更に、蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器４１，４２に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４１，４２で生成された過熱蒸気は、発電プラントのタービン（図示略）に供給される。また、タービンでの供給した水蒸気の膨張過程の中途で取り出した蒸気は、再熱器４３，４４に導入され、再度過熱されてタービンに戻され膨張して、タービンが回転駆動する。なお、火炉１１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。
　その後、煙道１３の節炭器４５，４６，４７を通過した排ガスは、排ガス管４８にて、脱硝装置（図示略）にて、供給したアンモニアと触媒によりＮＯｘなどの有害物質が除去され、電気集塵機で粒子状物質が除去され、脱硫装置により硫黄分が除去された後、煙突から大気中に排出される。
　ここで、燃焼装置１２について詳細に説明するが、この燃焼装置１２を構成する各燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅは、ほぼ同様の構成をなしていることから、最上段に位置する燃焼バーナ１００Ａについてのみ説明する。
　燃焼バーナ１００Ａは、図２に示すように、火炉１１における４つの壁面に設けられる燃焼バーナ１００Ａａ，１００Ａｂ，１００Ａｃ，１００Ａｄから構成されている。各燃焼バーナ１００Ａａ，１００Ａｂ，１００Ａｃ，１００Ａｄは、微粉炭供給管２６から分岐した各分岐管２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが連結されると共に、空気ダクト３７から分岐した各分岐管３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが連結されている。
　従って、火炉１１の各壁面にある各燃焼バーナ１００Ａａ，１００Ａｂ，１００Ａｃ，１００Ａｄは、火炉１１に対して、微粉炭と搬送用空気（１次空気）が混合した微粉燃料混合気を火炉１１中心に対して僅かな偏角を設けて吹き込むと共に、その微粉燃料混合気の外側に燃焼用空気（２次空気）を吹き込む。そして、各燃焼バーナ１００Ａａ，１００Ａｂ，１００Ａｃ，１００Ａｄからの微粉燃料混合気に着火することで、４つの火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を形成することができ、この火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４は、火炉１１の上方から見て（図２にて）反時計周り方向に旋回する火炎旋回流となる。
　次に、燃焼バーナ１００Ａについて詳細に説明する。
　図３の縦断面図に示すように、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａは、燃料ノズル１１０と、２次空気ノズル１２０と、２次空気導入流路１３０と、保炎器１４０と、を備える。なお、図３の縦断面図は、後述する図４に示す燃焼バーナ１００ＡのII-II矢視断面図となっている。
　燃料ノズル１１０は、軸線Ｘ１に沿って筒状に延びるように形成される部材である。燃料ノズル１１０は、その内部に微粉炭供給管２６から供給される微粉燃料混合気を火炉１１へ供給する燃料ガス流路１１１を形成する。
　燃料ノズル１１０は、火炉１１に隣接して配置される先端側ノズル１１０ａと、先端側ノズル１１０ａの上流側に配置される基端側ノズル１１０ｂとを有する。先端側ノズル１１０ａと基端側ノズル１１０ｂとは、２次空気導入流路１３０を間に配置した状態で連結されている。
　先端側ノズル１１０ａが火炉１１に面する部分の形状は、微粉燃料混合気のガス流通方向と同方向に直管状に延びる形状となっている。これは、微粉燃料混合気に含まれる微粉炭が燃料ガス流路１１１の中心軸（軸線Ｘ１）に対して外周側へ導かれることを抑制するためである。微粉燃料混合気に含まれた微粉炭が外周側へ導かれると、高温かつ高酸素濃度の火炉１１内の領域において微粉炭が燃焼し、ＮＯｘが還元されない領域でＮＯｘの発生量が増加してしまう。したがって、先端側ノズル１１０ａが火炉１１に面する部分の形状は、外部保炎ないし外部着火を抑制する形状として内部保炎ないし内部着火を行なっている。
　図３および図４に示すように、燃料ガス流路１１１の先端側ノズル１１０ａにおける最小幅Ｗ１は、燃料ガス流路１１１の基端側ノズル１１０ｂにおける最小幅Ｗ２よりも大きくなっている。これは、２次空気導入流路１３０から燃料ガス流路１１１へ導入される２次空気で流量が増加することにより、先端側ノズル１１０ａを流通する微粉燃料混合気の流速が基端側ノズル１１０ｂを流通する微粉燃料混合気の流速よりも増加しないようにするためである。そのため、最小幅Ｗ１および最小幅Ｗ２の関係は、第１位置Ｐ１よりもガス流れ下流側の第２位置Ｐ２における先端側ノズル１１０ａの断面積が、第１位置Ｐ１よりもガス流れ上流側の第３位置Ｐ３における基端側ノズル１１０ｂの断面積よりも大きくなるように設定される。２次空気の一部を２次空気導入流路１３０から燃料ガス流路１１１へ導入することにより燃料ガス流路１１１を流通する微粉燃料混合気の流速が上昇することによる不具合を抑制して、内部保炎を安定化することができる。
　２次空気ノズル１２０は、軸線Ｘ１に沿って筒状に延びるように形成されるとともに燃料ノズル１１０の軸線Ｘ１に対して外側を取り囲むように配置される部材である。２次空気ノズル１２０は、その内周面と燃料ノズル１１０の外周面との間に火炉１１へ２次空気を供給する環状の２次空気流路１２１を形成する。なお、２次空気ノズル１２０へ流入した燃焼用空気（２次空気）は、その一部が２次空気導入流路１３０から燃料ガス流路１１１へ導入され、その他が２次空気流路１２１の先端から火炉１１へ供給される。
　２次空気導入流路１３０は、２次空気流路１２１を流通する２次空気の一部を燃料ガス流路１１１へ導入する流路である。図４（図３に示す燃焼バーナのI-I矢視端面図）および図５に示すように、２次空気導入流路１３０は、燃料ガス流路１１１の鉛直上方に配置された上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４と、燃料ガス流路１１１の鉛直下方に配置された下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８とを有する。
　図５は、図３に示す燃焼バーナ１００Ａから２次空気ノズル１２０を除去した一部を示す斜視図である。図５においては、２次空気導入流路１３０のうち燃料ノズル１１０の内部に配置される部分を破線で示している。
　図５において、実線で示す矢印は２次空気流路１２１から燃料ガス流路１１１へ導入される２次空気と、燃料ガス流路１１１へ導かれずに２次空気流路１２１を流通する２次空気とを示す。一方、破線で示す矢印は燃料ガス流路１１１を流通する微粉燃料混合気を示す。
　上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４は、軸線Ｘ１に沿った微粉燃料混合気のガス流通方向と直交する水平方向に沿って一定の間隔を空けて分散して配置されている。同様に、下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８は、軸線Ｘ１に沿った微粉燃料混合気のガス流通方向と直交する水平方向に沿って一定の間隔を空けて分散して配置されている。ここでは、上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４および下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８を配置する間隔を水平方向に沿って一定としたが、任意の間隔で配置するようにしてもよい。
　図４に示すように、上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４が配置される鉛直方向の位置において、上方導入部１３１と上方導入部１３２との間に微粉燃料混合気が流通する空間が設けられ、上方導入部１３２と上方導入部１３３との間に微粉燃料混合気が流通する空間が設けられ、上方導入部１３３と上方導入部１３４との間に微粉燃料混合気が流通する空間が設けられている。
　また、下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８が配置される鉛直方向の位置において、下方導入部１３５と下方導入部１３６との間に微粉燃料混合気が流通する空間が設けられ、下方導入部１３６と下方導入部１３７との間に微粉燃料混合気が流通する空間が設けられ、下方導入部１３７と下方導入部１３８との間に微粉燃料混合気が流通する空間が設けられている。
　このように、鉛直方向の同位置において微粉燃料混合気と導入する２次空気とが隣接した状態で流通するため、微粉燃料混合気と導入した２次空気とを良好に混合することができる。
　なお、図３に示すように、２次空気導入流路１３０を形成する部材の一部（裏側となる背面）は、燃料ガス流路１１１の一部を形成している。特に、第３位置Ｐ３から第１位置Ｐ１へ至る燃料ガス流路１１１において、上方導入部１３３の下面１３３ａと下方導入部１３７の上面１３７ａが配置される部分は、燃料ガス流路１１１の断面積が漸次縮小する形状となっている。そのため、下面１３３ａと上面１３７ａは、微粉燃料混合気の微粉炭の流れが直接接触することにより摩耗しやすい。そこで、下面１３３ａと上面１３７ａの燃料ガス流路１１１に面する部分には、摩耗を抑制するために摩耗防止用の部材（例えば、セラミックス製の板状部材）を設置するのが好ましい。
　保炎器１４０は、火炉１１に近接する燃料ノズル１１０の先端側ノズル１１０ａに対して微粉燃料混合気の噴出し方向のガス流れ上流側に配置され、微粉燃料混合気の着火用及び保炎用として機能するものである。保炎器１４０は、水平方向に沿って延びるように形成される長尺状の拡幅部１４１，１４２，１４３を有する。図３に示すように、拡幅部１４１，１４２，１４３は、燃料ノズル１１０が火炉１１に面する先端部１１０ｃの近傍に、鉛直方向に沿って間隔を空けて配置される。
　本実施形態では、図３に示すように、拡幅部１４１，１４２，１４３は、断面が二等辺三角形状をなし、微粉燃料混合気のガス流通方向のガス流れ下流側に向ってガス流通方向に直交する断面の幅が広くなり、前端がこの微粉燃料混合気の流通方向に直交する平面上に配置される。なお、拡幅部１４１，１４２，１４３は、二等辺三角形状の断面に限定されるものではなく、微粉燃料混合気の流れを分離してガス流れ下流側に再循環領域を形成するスプリット形状であれば良く、例えば断面がＹ字形状とされていても良い。
　ここで、燃料ガス流路１１１を流通する微粉燃料混合気と２次空気流路１２１から導入される２次空気とが緩やかに拡散混合し、均一な濃度分布となって火炉１１へ供給されることについて説明する。なお、以下の説明においては、２次空気導入流路１３０が有する上方導入部１３３について説明するが、上方導入部１３１，１３２，１３４についても同様であるため説明を省略する。同様に、２次空気導入流路１３０が有する下方導入部１３７について説明するが、下方導入部１３５，１３６，１３８についても同様であるため説明を省略する。
　微粉炭供給管２６から燃料ガス流路１１１へ供給される微粉燃料混合気は、図３の矢印２０１に示す方向に沿って基端側ノズル１１０ｂから先端側ノズル１１０ａへ流入し、軸線Ｘ１に沿ったガス流通方向の位置Ｐ３から位置Ｐ１へ向けて流通する。
　一方、空気ダクト３７から２次空気ノズル１２０へ供給される燃焼用空気（２次空気）は、図３の矢印３０１，３０２に示す方向に沿って２次空気流路１２１へ流入する。
　２次空気流路１２１へ流入した２次空気の一部は、矢印３０３に示す方向に沿って上方導入部１３３へ流入し、燃料ノズル１１０の中心軸である軸線Ｘ１に向けて鉛直下方へ導入され、矢印３０５に示す方向に沿って燃料ガス流路１１１へ流入する。また、２次空気流路１２１へ流入した２次空気の一部は、矢印３０４に示す方向に沿って下方導入部１３７へ流入し、燃料ノズル１１０の中心軸である軸線Ｘ１に向けて鉛直上方へ導入され、矢印３０６に示す方向に沿って燃料ガス流路１１１へ流入する。
　ここで、矢印３０５に示す軸線Ｘ２に沿った方向は軸線Ｘ１と同方向であり、矢印３０６に示す軸線Ｘ３に沿った方向は軸線Ｘ１と同方向である。そのため、上方導入部１３３および下方導入部１３７は、軸線Ｘ１に沿った微粉燃料混合気のガス流通方向の主成分を持つ流速で２次空気の一部を燃料ガス流路１１１へ導入する。導入された２次空気は、微粉燃料混合気のガス流通方向の主成分を持つ流速で２次空気導入流路１３０から燃料ガス流路１１１へ導入されるため、微粉燃料混合気との合流時に大きな乱れを生じさせることなく緩やかに拡散しながら混合する。
　また、上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４が微粉燃料混合気のガス流通方向と直交する水平方向に沿って間隔を空けて分散して配置されているため、導入された２次空気と微粉燃料混合気とが、燃料ガス流路１１１において隣接した状態で混合される。同様に、下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８が微粉燃料混合気のガス流通方向と直交する水平方向に沿って間隔を空けて離散して配置されているため、導入された２次空気と微粉燃料混合気とが、燃料ガス流路１１１において隣接した状態で混合される。導入された２次空気と微粉燃料混合気とが、燃料ガス流路１１１において隣接した状態で混合され、さらに２次空気導入流路１３０を複数の導入部へ分散したためガス拡散の機会を増加して拡散性向上と均一化ができる。これにより、単一の導入部から燃料ガス流路１１１へ２次空気を導入する場合に比べ、２次空気に接触した領域で着火することなく、２次空気と微粉燃料混合気とが良好に混合される。
　微粉燃料混合気と各々の導入された２次空気とのガス拡散で混合されて均一化させるためには、２次空気導入流路１３０の上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４、および下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８は、少なくとも軸線Ｘ１に対して対称になるよう同じ流量と同じ流速で２次空気を導入することが好ましい。このため上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４、および下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８の流路断面積は、少なくとも軸線Ｘ１に対して対称になることが好ましい。
　また、燃焼バーナ１００Ａの運用にあたり、微粉燃料混合気と各々の導入された２次空気とのガス拡散で混合されて均一化でないことが保炎器１４０での保炎状況などから想定された場合は、上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４、および下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８の流路断面積を図示しないダンバなどで調整することで、軸線Ｘ１に対して対称にすることが可能である。
　また、図３および図４に示すように、軸線Ｘ１において２次空気導入流路１３０が燃料ガス流路１１１へ２次空気の一部を導入する第１位置Ｐ１から保炎器１４０の上流端の第４位置Ｐ４までのガス流通方向の距離をＬとし、燃料ガス流路１１１の先端側ノズル１１０ａにおける最小幅をＷ１（Ｗ）とした場合、以下の式（１）を満たす。
　　２≦Ｌ／Ｗ１≦５　　　（１）
　式（１）に示すように第１位置Ｐ１から第４位置Ｐ４までの距離Ｌを先端側ノズル１１０ａにおける最小幅Ｗ１よりも十分に大きくすることで、第１位置Ｐ１で燃料ガス流路１１１に導入された２次空気と微粉燃料混合気とを均一な濃度分布となるように十分に混合する。
　また、導入された２次空気と微粉燃料混合気との混合には、２次空気導入流路１３０の形状や大きさを調整し適正化することで選定する。２≦Ｌ／Ｗ１としているのは、保炎器１４０を通過する微粉燃料混合気を、導入された２次空気と均一に混合された微粉燃料混合気とするためである。また、２次空気導入流路１３０の形状や大きさを大きくするように選定することで、導入された２次空気との混合が促進されるが、混合にあたり流れが乱されて、微粉燃料混合気より温度が高い２次空気との間で着火する場合があることから、２次空気導入流路１３０の形状や大きさの上限が存在する。２次空気導入流路１３０の形状や大きさの上限と、燃焼バーナ１００Ａの大型化を防止するために、Ｌ／Ｗ１≦５としている。
　第１位置Ｐ１で２次空気と混合した微粉燃料混合気は、第１位置Ｐ１から第４位置Ｐ４へ向けて濃度分布を均一化しながら矢印２０２，２０３，２０４で示す方向に流通し、保炎器１４０の上流端へ到達する。
　微粉燃料混合気は、保炎器１４０の拡幅部１４１，１４２，１４３により鉛直方向の上方と下方に流れが分離し、拡幅部１４１，１４２，１４３のガス流通方向の下流側の直後に再循環領域を形成しながら火炉１１へ流入する。保炎器１４０により分離してから再循環する微粉燃料混合気が燃焼し保炎される。この際に２次空気の一部を燃料ガス流路１１１へ導くことで、Ａ／Ｃ比を増加させたことにより微粉燃料混合気中の微粉炭の燃焼が促進されて未燃分が減少する。この時にＮＯｘが発生するが、微粉炭に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼が促進されて保炎器１４０の下流側が空気不足の還元雰囲気となっているため、発生したＮＯｘが早期に還元されるため、ＮＯｘ発生量を低減する。
　以上説明した本実施形態の燃焼バーナ１００Ａが奏する作用および効果について説明する。
　本実施形態の燃焼バーナ１００Ａによれば、２次空気流路１２１を流通する２次空気の一部が、２次空気導入流路１３０によって２次空気流路１２１から燃料ガス流路１１１へ導かれる。導入された２次空気は、微粉燃料混合気（燃料ガス）のガス流通方向の主成分を持つ流速で２次空気導入流路１３０から燃料ガス流路１１１へ導入されるため、微粉燃料混合気との合流時に大きな乱れを生じさせることなく緩やかに拡散しながら混合する。そのため、微粉燃料混合気より高温の２次空気（例えば、２００℃～３５０℃）と微粉燃料混合気（例えば６０℃～９５℃）とが大きな乱れによるエネルギーを伴って混合することが無いので、燃焼バーナ１００Ａの内部での燃料の着火の危険を抑制することができる。
　また、上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４および下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８がガス流通方向と交差する水平方向に沿って間隔を空けて分散して配置されているため、導入された２次空気と微粉燃料混合気とが、燃料ガス流路１１１において隣接した状態でさらに導入部を複数へ分散したためガス拡散の機会を増加して拡散性が向上して混合されて均一化される。そのため、単一の導入部から燃料ガス流路１１１へ２次空気を導入する場合に比べ、２次空気と微粉燃料混合気とが良好に混合される。導入された２次空気と微粉燃料混合気とが均一な濃度分布となって保炎器１４０および火炉１１へ供給されるため、Ａ／Ｃ比を増加させたことで燃料ガス流路１１１の出口における微粉炭の着火性が向上して未燃分が減少するとともに、微粉炭に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼が促進されてＮＯｘの還元が促進されるため、ＮＯｘ発生量が低減する。
　また、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａにおいては、２次空気の一部を燃料ガス流路１１１へ導くため、Ａ／Ｃ比を増加させるために搬送用空気（１次空気）の流量を増加させる必要がない。そのため、搬送用空気の流量が増加することによる通風機の動力増加、微粉炭機（粉砕機）の分級精度の低下、微粉炭を搬送する微粉炭供給管の摩耗量の増加等の不具合を抑制することができる。
　このように、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａによれば、１次空気の流量を増加させずに２次空気の少なくとも一部を用いて、微粉炭の未燃分の火炉１１への放出を抑制しつつ微粉炭に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼を促進してＮＯｘ発生量を低減することができる。
　また、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａは、燃料ノズル１１０が火炉１１へ開口する先端部１１０ｃの近傍に配置される保炎器１４０を備える。
　本実施形態によれば、導入された２次空気と微粉燃料混合気とが均一な濃度分布となった状態で保炎器１４０に到達して保炎器１４０により良好に内部着火ないし内部保炎が行われる。そのため、外部保炎ないし外部着火となることを防止して、先端側ノズル１１０ａが火炉１１に面する部分で、微粉燃料混合気に含まれた微粉炭が先端側ノズル１１０ａの外周側へ導かれて、高温かつ高酸素濃度の火炉１１内の領域において微粉炭が燃焼し、ＮＯｘが還元されない領域でのＮＯｘの発生が増加してしまうことがない。保炎器１４０により、燃料ガス流路１１１の出口における微粉炭の着火性が向上するとともに微粉炭に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼が促進される。
　また、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａにおいては、上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４および下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８が燃料ガス流路１１１へ２次空気の一部を導入する第１位置Ｐ１よりも流れ方向下流側の第２位置Ｐ２における燃料ガス流路１１１の断面積が、第１位置Ｐ１よりも流れ方向上流側の第３位置Ｐ３における燃料ガス流路１１１の断面積よりも大きい。
　本実施形態によれば、２次空気の一部を導入部から燃料ガス流路１１１へ導入することにより燃料ガス流路１１１を流通する微粉燃料混合気の流速が上昇することによる不具合を抑制して、内部保炎を安定化することができる。
　また、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａにおいて、第１位置Ｐ１から保炎器１４０の上流端の第４位置Ｐ４までのガス流通方向の距離をＬとし、燃料ガス流路１１１の第２位置Ｐ２における最小幅をＷ１とした場合、２≦Ｌ／Ｗ１≦５を満たす。
　このようにすることで、導入された２次空気が燃料ガス流路１１１へ導入されてから保炎器１４０の上流端に到達するまでのガス流通方向の距離を十分に確保し、導入された２次空気と微粉燃料混合気とがより均一な濃度分布となった状態で保炎器１４０による着火ないし保炎を行うことができる。
　また、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａにおいて、保炎器１４０は、水平方向に沿って延びるように形成されるとともにガス流通方向における下流側に向かって幅が広くなる拡幅部１４１，１４２，１４３を有する。保炎器１４０に拡幅部１４１，１４２，１４３を設けることで、好適に内部保炎を行うことができる。
＜第１実施形態の変形例＞
　なお、本実施形態において、２次空気導入流路１３０は、微粉燃料混合気のガス流通方向である軸線Ｘに沿って２次空気を燃料ガス流路１１１へ流入させるものであったが、他の変形例としてもよい。
　例えば、２次空気導入流路１３０を、軸線Ｘ１に沿ったガス流通方向の主成分を持ち、かつ燃料ガス流路１１１の中心に向かう方向の成分を持つ流速で導入された２次空気を燃料ガス流路１１１へ導入する変形例としてもよい。
　図６は、図３に示す燃焼バーナ１００Ａの変形例である燃焼バーナ１００Ａｅを示す縦断面図である。図６に示す燃焼バーナ１００Ａｅにおいて、上方導入部１３３へ流入した２次空気は、燃料ノズル１１０の中心軸である軸線Ｘ１に向けて鉛直下方への速度成分を伴って導入され、矢印３０７に示す方向に沿って燃料ガス流路１１１へ流入する。また、下方導入部１３７へ流入した２次空気は、燃料ノズル１１０の中心軸である軸線Ｘ１に向けて鉛直上方への速度成分を伴って導入され、矢印３０８に示す方向に沿って燃料ガス流路１１１へ流入する。
　図６に示すように、上方導入部１３３は、燃料ガス流路１１１に開口する出口面１３３ｂを有する。また、下方導入部１３７は、燃料ガス流路１１１に開口する出口面１３７ｂを有する。図６に示すように、出口面１３３ｂは軸線Ｘ１に直交する平面に対して傾斜しており、出口面１３７ｂは軸線Ｘ１に直交する平面に対して傾斜している。
　ここで、矢印３０７に示す軸線Ｘ４に沿った方向は軸線Ｘ１と交差しかつ燃料ガス流路１１１の中心に向かう方向であり、矢印３０８に示す軸線Ｘ５に沿った方向は軸線Ｘ１と交差しかつ燃料ガス流路１１１の中心に向かう方向である。そのため、上方導入部１３３および下方導入部１３７は、軸線Ｘ１に沿った微粉燃料混合気のガス流通方向の主成分を持ち、かつ燃料ガス流路１１１の中心に向かう方向の成分を持つ流速で２次空気の一部を燃料ガス流路１１１へ導入する。導入された２次空気は、微粉燃料混合気のガス流通方向の主成分を持つ流速で２次空気導入流路１３０から燃料ガス流路１１１へ導入されるため、微粉燃料混合気との合流時に大きな乱れを生じさせることなく緩やかに拡散しながら混合する。また、導入された２次空気が燃料ガス流路１１１の中心に向かって導入されるため、２次空気と微粉燃料混合気とが更に良好に混合される。
　なお、以上の説明においては、上方導入部１３３について説明したが、上方導入部１３１，１３２，１３４の構造も上方導入部１３３と同様である。また、以上の説明においては、下方導入部１３７について説明したが、下方導入部１３５，１３６，１３８の構造も下方導入部１３７と同様である。
＜第２実施形態＞
　次に、本発明の第２実施形態の燃焼バーナについて説明する。第１実施形態と同様に、本実施形態の燃焼バーナは、微粉炭焚きボイラに適用可能である。第２実施形態は第１実施形態の２次空気導入流路１３０に係わる変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。
　第１実施形態の燃焼バーナ１００Ａは、２次空気導入流路１３０が有する上方導入部１３１，１３２，１３３，１３４および下方導入部１３５，１３６，１３７，１３８が燃料ガス流路１１１へ２次空気を導入する位置が第１位置Ｐ１ですべて一致しているものであった。
　それに対して第２実施形態の燃焼バーナ１００Ａｆは、隣接する導入部が燃料ガス流路１１１へ２次空気を導入する位置が異なっている。
　図７および図８は、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａｆを示す縦断面図である。図９は、図７に示す燃焼バーナ１００ＡｆのIII-III矢視端面図である。図７の縦断面図は、図９に示す燃焼バーナ１００ＡｆのIV-IV矢視断面図となっている。図８の縦断面図は、図９に示す燃焼バーナ１００ＡｆのV-V矢視断面図となっている。
　図７に示すように、上方導入部１３３および下方導入部１３７が燃料ガス流路１１１へ２次空気を導入する位置は第１位置Ｐ１（第１導入位置）となっている。一方、図８，図９に示すように、上方導入部１３３に隣接する上方導入部１３２Ａ，１３４Ａが燃料ガス流路１１１へ２次空気を導入する位置は第５位置Ｐ５（第２導入位置）となっている。同様に、下方導入部１３７に隣接する下方導入部１３６Ａ，１３８Ａが燃料ガス流路１１１へ２次空気を導入する位置は第５位置Ｐ５となっている。第５位置Ｐ５は、軸線Ｘに沿った微粉燃料混合気のガス流通方向において第１位置Ｐ１よりも上流側となっている。
　また、図１０の斜視図に示すように、上方導入部１３１，１３３および下方導入部１３５，１３７が燃料ガス流路１１１へ２次空気を導入する位置は第１位置Ｐ１（第１導入位置）となっている。また、上方導入部１３２Ａ，１３４Ａおよび下方導入部１３６Ａ，１３８Ａが燃料ガス流路１１１へ２次空気を導入する位置は第５位置Ｐ５（第２導入位置）となっている。
　このように、本実施形態においては、水平方向に隣接する一対の上方導入部が燃料ガス流路１１１へ導入された２次空気の一部を導入するガス流通方向の位置が異なっており、水平方向に隣接する一対の下方導入部が燃料ガス流路１１１へ導入された２次空気の一部を導入するガス流通方向の位置が異なっている。
　そして、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａｆによれば、所定の導入部とそれに隣接する他の導入部が燃料ガス流路１１１へ導入された２次空気を導入するガス流通方向の位置が異なっているため、これらを同一の位置とした場合に比べ、２次空気と微粉燃料混合気とが更に良好に混合される。そのため、導入された２次空気と微粉燃料混合気とが均一な濃度分布となって保炎器１４０および火炉１１へ供給され、燃料ガス流路１１１の出口における微粉炭の着火性が向上するとともに微粉炭に含まれる可燃性の揮発分の放出が促進される。よって、微粉炭の未燃分の火炉１１への放出を抑制しつつ微粉炭に含まれる可燃性の揮発分の放出と固定炭素の燃焼を促進してＮＯｘの還元が促進されるため、ＮＯｘ発生量を低減することができる。また、導入された２次空気と微粉燃料混合気とが均一性が向上するので、燃焼バーナ１００Ａｂの、Ｌ／Ｗ１≦５の関係において、Ｌさらに小さく選択することができるので、燃焼バーナ１００Ａｂの小型化が可能となる。
＜他の実施形態＞
　上述した各実施形態では、燃焼装置１２として、火炉１１の壁面に設けられる４つの各燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅを鉛直方向に沿って５段配置して構成したが、この構成に限定されるものではない。即ち、燃焼バーナを壁面に配置せずにコーナーに配置してもよい。また、燃焼装置は、旋回燃焼方式に限らず、燃焼バーナを一つの壁面に配置したフロント燃焼方式、燃焼バーナを二つの壁面に対向配置した対向燃焼方式としてもよい。
　また燃焼装置１２の燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅは、図３から図１０に示す角筒状のものに限定されず、例えば、図１１に示す円筒状のものであってもよい。
　図１１は、図３に示す燃焼バーナのI-I矢視端面図であり、第１実施形態の角筒状の燃料ノズル１１０及び２次空気ノズル１２０を円筒状の燃料ノズル１１０Ａ及び２次空気ノズル１２０Ａに変形した例である。
　燃料ノズル１１０Ａは、軸線Ｘ１に沿って円筒状に延びるように形成される部材である。２次空気ノズル１２０Ａは、軸線Ｘ１に沿って円筒状に延びるように形成される部材である。燃料ノズル１１０Ａの内周に燃料ガス流路１１１Ａが形成され、燃料ノズル１１０Ａと２次空気ノズル１２０Ａとの間に２次空気流路１２１Ａが形成される。
　２次空気導入流路１３０Ａは、２次空気流路１２１Ａを流通する２次空気の一部を燃料ガス流路１１１Ａへ導入する流路である。図１１に示すように、２次空気導入流路１３０Ａは、円筒状に形成される燃料ノズル１１０Ａの内周面の周方向に沿って一定の間隔を空けて分散して配置されている。
１０　　　微粉炭焚きボイラ
１１　　　火炉
１２　　　燃焼装置
１００Ａ，１００Ａａ，１００Ａｂ，１００Ａｃ，１００Ａｄ，１００Ａｅ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ　燃焼バーナ
１１０　　燃料ノズル
１１０ａ　先端側ノズル
１１０ｂ　基端側ノズル
１１０ｃ　先端部
１１１　　燃料ガス流路
１２０　　２次空気ノズル
１２１　　２次空気流路
１３０　　２次空気導入流路
１３１，１３２，１３３，１３４　上方導入部
１３５，１３６，１３７，１３８　下方導入部
１４０　　保炎器
１４１，１４２，１４３　拡幅部

Claims (11)

  1. 　軸線に沿って筒状に延びるとともに炭素含有固体燃料を粉砕した燃料と１次空気とを混合した燃料ガスを火炉へ供給する燃料ガス流路を形成する燃料ノズルと、
    　前記軸線に沿って筒状に延びるとともに前記燃料ガスより温度の高い２次空気が流通する２次空気ノズルと、
    　前記２次空気ノズルと前記燃料ノズルの間に形成され前記火炉へ前記２次空気を供給する２次空気流路と、
    　前記２次空気流路を流通する前記２次空気の少なくとも一部を前記燃料ガス流路へ導入する複数の導入部を有する２次空気導入流路と、を備え、
    　前記複数の導入部は、前記軸線に沿ったガス流通方向と交差する方向に沿って分散して配置されている燃焼バーナ。
  2. 　前記２次空気導入流路は、前記ガス流通方向の主成分を持つ流速で前記２次空気の一部を前記燃料ガス流路へ導入する請求項１に記載の燃焼バーナ。
  3. 　前記２次空気導入流路は、前記ガス流通方向の主成分を持つ流速に加えて、前記ガス流通方向に交差しかつ前記燃料ガス流路の中心に向かう方向の成分を持つ流速で、前記２次空気の一部を前記燃料ガス流路へ導入する請求項１または請求項２に記載の燃焼バーナ。
  4. 　前記２次空気導入流路は、前記燃料ガス流路に開口する出口面を有し、
    　該出口面が前記軸線に直交する平面に対して傾斜している請求項３に記載の燃焼バーナ。
  5. 　前記複数の導入部は、第１の前記導入部と第２の前記導入部とが隣接して配置されて形成しており、
    　前記第１の導入部が前記燃料ガス流路へ前記２次空気の少なくとも一部を導入する前記ガス流通方向の第１導入位置と、前記第２の前記導入部が前記燃料ガス流路へ前記２次空気の少なくとも一部を導入する前記ガス流通方向の第２導入位置とが前記軸線に沿った前記ガス流通方向で異なる請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
  6. 　前記燃料ノズル内の前記火炉へ開口する先端部の近傍に配置される保炎器を備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
  7. 　前記導入部が前記燃料ガス流路へ前記２次空気の少なくとも一部を導入する第１位置よりも前記ガス流通方向の下流側の第２位置における前記燃料ガス流路の断面積が、前記第１位置よりも前記ガス流通方向の上流側の第３位置における前記燃料ガス流路の断面積よりも大きい請求項６に記載の燃焼バーナ。
  8. 　前記第１位置から前記保炎器の上流端の第４位置までの前記ガス流通方向の距離をＬとし、前記燃料ガス流路の前記第２位置における最小幅をＷとした場合、２≦Ｌ／Ｗ≦５を満たす請求項７に記載の燃焼バーナ。
  9. 　前記保炎器は、前記ガス流通方向と交差する方向に沿って延びるように形成されるとともに前記ガス流通方向における下流側に向かって前記ガス流通方向に直交する断面の幅が広くなる拡幅部を有する請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
  10. 　火炉と、
    　該火炉に対して設置された請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の燃焼バーナと、
    　前記火炉にて前記燃焼バーナからの噴出する燃焼ガスのガス流れ下流側で前記燃焼ガスと熱交換する熱交換器と、
    を備えていることを特徴とするボイラ。
  11. 　軸線に沿って筒状に延びるとともに炭素含有固体燃料を粉砕した燃料と１次空気とを混合した燃料ガスを火炉へ供給する燃料ガス流路を形成する燃料ノズルと、前記軸線に沿って筒状に延びるとともに前記燃料ガスより温度の高い２次空気を流通する２次空気ノズルと、前記２次空気ノズルと前記燃料ノズルの間に形成され前記火炉へ前記２次空気を供給する２次空気流路と、前記燃料ノズル内の前記火炉へ開口する先端部の近傍に配置される保炎器を備える燃焼バーナを用いた燃焼方法であって、
    　前記２次空気流路を流通する前記２次空気の少なくとも一部を、前記軸線に沿ったガス流通方向と交差する方向に沿って分散して配置された複数の導入部から前記燃料ガス流路へ導入する導入工程と、
    　前記導入工程で導入された前記２次空気と前記燃料ガスとを前記燃料ガス流路で混合して前記保炎器を介して前記火炉へ噴出させる噴出工程と、を備える燃焼方法。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW202334583A (zh) * 2021-12-24 2023-09-01 日商三菱重工業股份有限公司 噴燃器及具備此之鍋爐以及噴燃器的運作方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001082706A (ja) * 1999-09-08 2001-03-30 Babcock Hitachi Kk 低ＮＯｘ及び燃焼促進器を設けた固体燃料燃焼バーナ
JP2002228107A (ja) * 2001-01-31 2002-08-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 微粉炭バーナ
JP2003240227A (ja) * 2002-02-14 2003-08-27 Hitachi Ltd 固体燃料バーナと固体燃料バーナの燃焼方法
JP2005140480A (ja) * 2003-11-10 2005-06-02 Hitachi Ltd 固体燃料バーナと固体燃料バーナの燃焼方法
JP2007333232A (ja) * 2006-06-12 2007-12-27 Babcock Hitachi Kk 固体燃料バーナ、固体燃料バーナを備えた燃焼装置、及び固体燃料バーナを備えた燃焼装置の燃料供給方法
JP2012122720A (ja) * 2006-01-11 2012-06-28 Babcock Hitachi Kk 微粉炭焚きボイラ及び微粉炭燃焼方法
JP2016156529A (ja) * 2015-02-23 2016-09-01 三菱日立パワーシステムズ株式会社 燃焼バーナ、ボイラ、及び燃料ガスの燃焼方法
JP2016156530A (ja) * 2015-02-23 2016-09-01 三菱日立パワーシステムズ株式会社 燃焼バーナ、ボイラ、及び燃料ガスの燃焼方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090297996A1 (en) * 2008-05-28 2009-12-03 Advanced Burner Technologies Corporation Fuel injector for low NOx furnace
CN204141575U (zh) * 2014-09-25 2015-02-04 武汉理工大学 适用于带涡流室水泥分解炉燃料分级燃烧的煤粉燃烧器喷嘴
JP2017227345A (ja) * 2016-06-20 2017-12-28 株式会社Ihi 微粉炭バーナ

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001082706A (ja) * 1999-09-08 2001-03-30 Babcock Hitachi Kk 低ＮＯｘ及び燃焼促進器を設けた固体燃料燃焼バーナ
JP2002228107A (ja) * 2001-01-31 2002-08-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 微粉炭バーナ
JP2003240227A (ja) * 2002-02-14 2003-08-27 Hitachi Ltd 固体燃料バーナと固体燃料バーナの燃焼方法
JP2005140480A (ja) * 2003-11-10 2005-06-02 Hitachi Ltd 固体燃料バーナと固体燃料バーナの燃焼方法
JP2012122720A (ja) * 2006-01-11 2012-06-28 Babcock Hitachi Kk 微粉炭焚きボイラ及び微粉炭燃焼方法
JP2007333232A (ja) * 2006-06-12 2007-12-27 Babcock Hitachi Kk 固体燃料バーナ、固体燃料バーナを備えた燃焼装置、及び固体燃料バーナを備えた燃焼装置の燃料供給方法
JP2016156529A (ja) * 2015-02-23 2016-09-01 三菱日立パワーシステムズ株式会社 燃焼バーナ、ボイラ、及び燃料ガスの燃焼方法
JP2016156530A (ja) * 2015-02-23 2016-09-01 三菱日立パワーシステムズ株式会社 燃焼バーナ、ボイラ、及び燃料ガスの燃焼方法

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