(57)【要約】【課題】ボイラを大型化することなく還元燃焼ゾーンの火炎滞留時間を長くしてＮＯx発生量を低減するため、バーナ火炎の干渉防止に有効なバーナ配置にした旋回燃焼ボイラを提供する。【解決手段】バーナ１３を各段の各コーナ部に配置するコーナファイアリング方式のバーナ部１２とされ、各段にそれぞれ１または複数のファイヤーボールが形成されるとともに、空気を多段投入してバーナ部１２から追加空気投入部までの領域を還元雰囲気とする旋回燃焼ボイラ１０Ａにおいて、火炉１１内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置されるバーナ１３が、上下段方向及び周方向の両方向に対し、水平方向からの角度θが異なる第１及び第２の角度へ向けて交互に配置されている。【選択図】図１
2010096452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナを各段の各コーナ部に配置するコーナファイアリング方式のバーナ部とされ、各段にそれぞれ１または複数のファイヤーボールが形成されるとともに、空気を多段投入して前記バーナ部から追加空気投入部までの領域を還元雰囲気とする旋回燃焼ボイラにおいて、
炉内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置される前記バーナが、前記上下段方向及び前記周方向の両方向に対し、水平方向からの角度が異なる第１及び第２の角度へ向けて交互に配置されていることを特徴とする旋回燃焼ボイラ。
【請求項２】
前記バーナは、水平方向へ向けた第１の角度と、水平方向から下向きとした第２の角度とに向けて交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の旋回燃焼ボイラ。
【請求項３】
前記第２の角度は、水平方向から下向きに１０度〜３０度の範囲に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の旋回燃焼ボイラ。
【請求項４】
前記バーナ毎の燃料供給量は、前記第１の角度で取り付けたバーナを減少させ、前記第２の角度で取り付けたバーナを増加させることを特徴とする請求項２または３に記載の旋回燃焼ボイラ。
【請求項５】
バーナを各段の各コーナ部に配置するコーナファイアリング方式のバーナ部とされ、各段にそれぞれ１または複数のファイヤーボールが形成されるとともに、空気を多段投入して前記バーナ部から追加空気投入部までの領域を還元雰囲気とする旋回燃焼ボイラにおいて、
炉内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置される前記バーナの各段水平角度は、ファイヤーボール仮想円が下段ほど小さくなるように設定されていることを特徴とする旋回燃焼ボイラ。
【請求項６】
前記バーナへの燃料供給量は、下段ほど多くなるように設定されていることを特徴とする請求項５に記載の旋回燃焼ボイラ。
【請求項７】
前記バーナは、上下段方向及び前記周方向の両方向に対し、水平方向へ向けた第１の角度と、水平方向から下向きとした第２の角度とに向けて交互に配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の旋回燃焼ボイラ。
【請求項８】
前記バーナ毎の燃料供給量は、前記第１の角度で取り付けたバーナを減少させ、前記第２の角度で取り付けたバーナを増加させることを特徴とする請求項７に記載の旋回燃焼ボイラ。
【請求項９】
炉内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置される前記バーナの水平方向角度は、各段が楕円形状のファイヤーボール仮想円を形成するとともに、前記楕円形状仮想円の長軸及び短軸が各段で交互に異なることを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の旋回燃焼ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種燃料に対応した旋回燃焼ボイラに係り、特に、窒素酸化物（ＮＯx）の発生量低減に有効な旋回燃焼ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の旋回燃焼方式を採用した陸用ボイラは、たとえば図７に示す旋回燃焼ボイラ１０のように、火炉１１内へ空気を多段で投入することにより、バーナ部１２から追加空気投入部（以下、「ＡＡ部」と呼ぶ）１４までの領域を還元雰囲気にして低ＮＯx化を図っている。還元雰囲気となるバーナ部１２からＡＡ部１４までの距離については、すなわち、還元燃焼ゾーンについては、図８の試験結果に示すように、長くなるほど燃焼ガスの滞留時間が長くなってＮＯx発生量は小さくなる。
【０００３】
従来の旋回燃焼ボイラ１０においては、ＮＯx発生量の低減を目的として、上下段方向にバーナ１３を近接化して配置し、ボイラ全体の大きさを変えずにバーナ部１２からＡＡ部１４までの距離を長くする方法が知られている。
【０００４】
従来の旋回燃焼ボイラ１０においては、上述したバーナ近接化の他にも、火炉１１内のコーナや上下段毎にバーナ１３からの火炎を調整し、各火炎の干渉を防止する技術が知られている。この従来技術は、各火炎の旋回を変化させることにより、すなわち、バーナの燃焼用空気について、流量配分や旋回力を調整して燃焼を改善するものである。（たとえば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００２−２２８１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、現状の旋回燃焼方式を採用した旋回燃焼ボイラ（たとえば石炭炊きボイラ）においては、火炎の干渉（結合）による燃焼悪化が問題となるため、これ以上のバーナ近接化は困難である。すなわち、上述した従来技術におけるバーナ近接化や火炎干渉は、各バーナ段の水平角度を調整して行われているため、火炎干渉の解消には限界があった。
このため、ボイラ全体の大きさを増すことなくＮＯx発生量を低減するためには、すなわち、ボイラを大型化することなく還元燃焼ゾーンの燃焼ガスの滞留時間を長くするためには、バーナの水平角度を調整する以外に、バーナ火炎の干渉防止に有効なバーナ配置等の対策が望まれる。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ボイラを大型化することなく還元燃焼ゾーンの燃焼ガスの滞留時間を長くしてＮＯx発生量を低減するため、バーナ火炎の干渉防止に有効なバーナ配置にした旋回燃焼ボイラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る旋回燃焼ボイラは、バーナを各段の各コーナ部に配置するコーナファイアリング方式のバーナ部とされ、各段にそれぞれ１または複数のファイヤーボールが形成されるとともに、空気を多段投入して前記バーナ部から追加空気投入部までの領域を還元雰囲気とする旋回燃焼ボイラにおいて、炉内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置される前記バーナが、前記上下段方向及び前記周方向の両方向に対し、水平方向からの角度が異なる第１及び第２の角度へ向けて交互に配置されていることを特徴とするものである。
【０００８】
このような本発明の旋回燃焼ボイラによれば、炉内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置される前記バーナが、前記上下段方向及び前記周方向の両方向に対し、水平方向からの角度が異なる第１及び第２の角度へ向けて交互に配置されているので、各段バーナの火炎が上下で干渉することを防止してバーナ火炎の結合を回避することができる。
【０００９】
上記の旋回燃焼ボイラにおいて、前記バーナは、水平方向へ向けた第１の角度と、水平方向から下向きとした第２の角度とに向けて交互に配置されていることが好ましく、これにより、還元雰囲気となる還元燃焼ゾーンを長くすることができる。
この場合、前記第２の角度は、水平方向から下向きに１０度〜３０度の範囲に設定されていることが好ましく、より好ましくは２０度程度に設定すればよい。
【００１０】
上記の旋回燃焼ボイラにおいて、前記バーナ毎の燃料供給量は、前記第１の角度で取り付けたバーナを減少させ、前記第２の角度で取り付けたバーナを増加させることが好ましく、これにより、燃焼ガスの滞留時間の長い下向きのバーナ火炎による還元燃焼を有効に活用することができる。すなわち、下向きのバーナへの燃料供給割合を増すことにより、還元燃焼を確実に達成することができる。
【００１１】
本発明に係る旋回燃焼ボイラは、バーナを各段の各コーナ部に配置するコーナファイアリング方式のバーナ部とされ、各段にそれぞれ１または複数のファイヤーボールが形成されるとともに、空気を多段投入して前記バーナ部から追加空気投入部までの領域を還元雰囲気とする旋回燃焼ボイラにおいて、炉内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置される前記バーナの各段水平角度は、ファイヤーボールの仮想円が下段ほど小さくなるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
このような本発明の旋回燃焼ボイラによれば、炉内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置される前記バーナの各段水平角度を、ファイヤーボールの仮想円が下段ほど小さくなるように設定したので、各段バーナの火炎が上下で干渉することを防止してバーナ火炎の結合を回避することができる。
【００１３】
上記の発明において、前記バーナへの燃料供給量は、下段ほど多くなるように設定されていることが好ましく、これにより、燃焼ガスの滞留時間の長い下段のバーナ火炎による還元燃焼を有効に活用することができる。すなわち、下段のバーナへの燃料供給割合を増すことにより、還元燃焼を確実に達成することができる。
【００１４】
上記の発明において、前記バーナは、上下段方向及び前記周方向の両方向に対し、水平方向へ向けた第１の角度と、水平方向から下向きとした第２の角度とに向けて交互に配置されていることが好ましく、これにより、各段バーナの火炎が上下で干渉することをより確実に防止してバーナ火炎の結合を回避することができる。
この場合、前記バーナ毎の燃料供給量は、前記第１の角度で取り付けたバーナを減少させ、前記第２の角度で取り付けたバーナを増加させることが好ましく、これにより、火炎滞留時間の長い下向きのバーナ火炎による還元燃焼を有効に活用することができる。すなわち、下段のバーナへの燃料供給割合を増すことにより、還元燃焼を確実に達成することができる。
【００１５】
上記の発明において、炉内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置される前記バーナの水平方向角度は、各段が楕円形状のファイヤーボール仮想円を形成するとともに、前記楕円形状仮想円の長軸及び短軸が各段で交互に異なることが好ましく、これにより、各段バーナの火炎が上下で干渉することをより確実に防止してバーナ火炎の結合を回避することができる。
この場合、楕円形状のファイヤーボール仮想円については、下段ほど小さくすることが望ましい。
また、各バーナへの燃料供給割合は、下段ほど大きくなるように設定されていることが好ましい。
また、各バーナは、上下段方向及び周方向の両方向に対し、水平方向へ向けた第１の角度と、水平方向から下向きとした第２の角度とを交互に配置したものが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上述した本発明によれば、各段バーナの火炎が上下で干渉することを防止し、バーナ火炎の結合を回避することができる。この結果、上下段のバーナ間隔を縮めて配置する近接化が可能になり、ボイラを大型化しなくても燃焼ガスの滞留時間を長くして十分な還元域を確保できるようになるので、窒素酸化物の発生量を低減することができる。
また、下向きや下段のバーナへの燃料供給割合を増すようにしたので、燃焼ガスの滞留時間が長いバーナ火炎による還元燃焼を有効に活用して窒素酸化物の発生量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る旋回燃焼ボイラの一実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態に係る旋回燃焼ボイラの火炉について、バーナ部の横断面及びその展開図（２面）を示している。
図示の旋回燃焼ボイラ１０Ａは、略正方形の断面形状を有する火炉１１のバーナ部１２に、炉内の上下段方向に５段のバーナ１３が設置されている。各段のバーナ１３は、炉内の周方向において略正方形断面の各コーナ部に配置されている。すなわち、図示の旋回燃焼ボイラ１０Ａは、バーナ１３を各段の各コーナ部に配置するコーナファイアリング方式のバーナ部１２を備えている。換言すれば、上下段方向の各段においては、バーナ１３が各コーナ部に１個ずつ設置された合計４個の周方向配置となり、同様の周方向配置として上下段方向に５段配置されている。この結果、バーナ部１２に配置されたバーナ１３は、各段を４個にした５段配置であり、従って合計のバーナ個数は２０個となる。
【００１８】
このように構成された旋回燃焼ボイラ１０Ａは、各段に配置された４個のバーナ１３が協働し、火炉１１の断面中心部に各段１つのファイヤーボールを形成する。
また、本実施形態の旋回燃焼ボイラ１０Ａは、たとえば図６に示すように、上述したバーナ部１２の上方に追加空気等入部（ＡＡ部）１４が設けられており、このＡＡ部１４から燃焼用の空気を多段投入することにより、バーナ部１２からＡＡ部１４までの領域が還元雰囲気とされる。
【００１９】
そして、本発明の旋回燃焼ボイラ１０Ａでは、火炉１１内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置されるバーナ１３が、上下段方向及び周方向の両方向に対し、水平方向からの角度が異なる第１及び第２の角度へ向けて交互に配置されている。
具体的に説明すると、最上段のバーナ１３は、各コーナ部に配置された４個について、水平方向（水平角度０°）に向けた第１の角度（以下、「水平方向」と呼ぶ）と、水平方向から下向き（水平角度θ°）とした第２の角度（以下、「下方向」と呼ぶ）とが、周方向へ交互に配置されている。この場合の下方向角度（第２の角度）θは、水平方向から下向きに１０度〜３０度の範囲に設定されていることが好ましく、より好ましい下向きの角度θは２０度程度である。
なお、図１において、Ａ矢視の展開図における水平方向のバーナ１３と、Ｂ矢視の展開図における水平方向のバーナ１３とは、同一のバーナである。
【００２０】
次に、上から２段目のバーナ１３は、最上段で水平方向としたバーナ１３の下段が下方向となり、最上段で下方向としたバーナ１３の下段が水平方向となるように、４個のバーナ１３が周方向へ交互に配置されている。以下同様にして、バーナ１３は、上下段方向においても最上段から最下段へ向けて、下方向と水平方向とが交互に配置されている。
すなわち、上下段方向及び各段の周方向に複数配置されたバーナ１３は、上下段方向及び周方向の両方向において水平方向及び下方向が交互となるように配置されている。
【００２１】
このように構成された旋回燃焼ボイラ１０Ａによれば、火炉１１内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置されるバーナ１３が、上下段方向及び周方向の両方向に対し、水平方向からの角度が異なる水平方向及び下方向へ向けて交互に配置されているので、各段のバーナ１３が形成する段毎の火炎は、隣接する上下の火炎と干渉することが防止または抑制される。このため、旋回燃焼ボイラ１０Ａの火炉１１内においては、上下段方向に隣接して形成されるバーナ火炎の結合を回避することができる。
【００２２】
すなわち、バーナ１３の水平方向角度が、上下段方向及び各段の周方向において交互に配置されているので、たとえば図２に示すように、上下方向に隣接する各段の火炎は、仮想円の径が異なるものとなる。換言すれば、下方向に向けられたバーナ１３の位置が上下に隣接する段で異なるため、ファイヤーボールの傾斜方向など立体的な形状も異なるものとなる。従って、各段に形成される火炎のファイヤーボールは互いに干渉しにくくなるので、上下に隣接するバーナ段の間隔を縮めて接近させた配置が可能となる。
この結果、バーナ１３の水平方向の角度（各段平面上における取付方向角度）を調整する従来構造と比較して、上下左右の両方向で隣接するバーナ１３の水平方向に対する角度（各段の平面に対する上下方向の角度）が異なる本発明のバーナ配置は、上下段方向のバーナ間隔を密にできるので、旋回燃焼ボイラ１０の火炉１１を大型化しなくても、バーナ部１２からＡＡ部１４までの距離を長くすることができる。従って、ボイラを大型化しなくても火炎の滞留時間を長くして十分な還元領域を確保できるので、窒素酸化物の発生量を低減することができる。
また、下方向のバーナ１３から投入された微粉炭及び二次空気は、火炉１１内を上昇する燃焼ガスと逆向きの速度成分を有しているので、この速度成分も火炎が還元領域に滞留する時間を長くする方向に作用する。
【００２３】
ところで、上述した実施形態において、バーナ１３の段数を５段として説明したが、これに限定されることはない。
また、火炉１１の内部に形成されるファイヤーボールの数についても、上述したひとつに限定されることはなく、たとえば図３に示す旋回燃焼ボイラ２０のように、火炉２１内の各段に８個のバーナ２２を設置し、同一レベルで隣接するふたつのファイヤーボールが形成されるようにしたボイラ等にも適用可能である。
なお、以下に説明する各実施形態においても、バーナ段数やファイやボールの数が限定されることはない。
【００２４】
＜第２の実施形態＞
次に、本実施形態に係る旋回燃焼ボイラについて、第２の実施形態を図４に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図４は、旋回燃焼ボイラのバーナ部について、各バーナ段の火炉断面を示している。なお、この実施形態では、最上段から最下段まで５段とされるが、これに限定されることはない。また、火炉１１内の各段に形成されるファイヤーボール数についても、図示の例に限定されることはない。
【００２５】
この実施形態では、バーナ１３のバーナ配置について、上下段方向及び各段周方向の両方向で水平方向角度を交互に配置するとともに、各バーナ１３の燃料供給量を変化させる運用がなされている。具体的に説明すると、各バーナの燃料供給量は、水平方向（第１の角度）の取り付けたバーナ１３を減少させ、下方向（第２の角度）に取り付けたバーナ１３を増加させている。すなわち、図４において太線矢印で示す下方向のバーナ１３で燃料供給量を増し、細線矢印で示す水平方向のバーナ１３で燃料供給量を減少させている。この場合、全てのバーナ１３から供給される燃料供給量の総量については、上述した燃料供給量の増減による変化はない。
【００２６】
このような構成とすれば、火炉１１内を上昇する燃焼ガスとは逆向きの速度成分を有する下方向のバーナ１３で燃料供給量が増加されているので、燃焼ガスの滞留時間の長い下向きのバーナ火炎による還元燃焼を有効に活用することができる。すなわち、下方向のバーナ１３に対する燃料供給割合を増して水平方向のバーナ１３より大きくすることにより、火炉１１内における還元燃焼を確実に達成することができる。この結果、ボイラを大型化しなくても、燃焼ガスの滞留時間を長くして十分な還元領域を確保できるので、窒素酸化物の発生量を低減することができる。
【００２７】
＜第３の実施形態＞
次に、本実施形態に係る旋回燃焼ボイラについて、第３の実施形態を図５に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図５は、旋回燃焼ボイラのバーナ部について、各バーナ段の火炉断面を示している。なお、この実施形態では、最上段から最下段まで５段とされるが、これに限定されることはない。また、火炉１１内の各段に形成されるファイヤーボール数についても、図示の例に限定されることはない。
【００２８】
この実施形態では、バーナ１３のバーナ配置において、火炉１１内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置されるバーナ１３は、ファイヤーボールの仮想円が下段ほど、各段水平角度が小さくなるように、すなわち、下段ほど火炉１１の中心部を向くように設定されている。具体的に説明すると、火炉１１の炉壁１１ａに対するバーナ１３の角度αは、最上段（第１段）のバーナ１３が最も小さく設定され、第２段、第３段、第４段の順に徐々に大きくなり、最下段（第５段）が最も大きくなっている。
【００２９】
このような構成とすれば、火炉１１内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置されるバーナ１３の各段水平角度は、ファイヤーボールの仮想円が下段ほど小さくなるようなバーナ配置となる。このため、各段でバーナ１３が形成する火炎は、隣接する上下段の火炎と干渉することを防止できるので、バーナ火炎の結合を回避することができる。
このようなバーナ火炎の結合回避は、上下に隣接するバーナ１３の間隔を狭めて密接に配置することを可能にするので、滞留時間の長い下段のバーナ火炎が還元燃焼することを有効に活用することができる。
【００３０】
ところで、本実施形態の第１変形例においては、バーナ１３への燃料供給量について、下段ほど多くなるように設定することが望ましい。すなわち、仮想円が最も小さい最下段（第５段）のバーナ１３の燃料供給量を最も多くし、第４段、第３段、第２段の順に徐々に減少させて、最上段（第１段）が最も少なくなっている。
このような燃料供給量の運用を採用することにより、燃焼ガスの滞留時間の長い下段のバーナ火炎による還元燃焼をより一層有効に活用することができる。すなわち、下段のバーナ１３への燃料供給割合を増すことにより、還元燃焼を確実に達成することができる。
【００３１】
また、本実施形態の第２変形例において、バーナ１３の配置は、上下段方向及び前記周方向の両方向に対し、水平方向（第１の角度）と下方向（第２の角度）とに向けて交互に配置されている。すなわち、上述した第１の実施形態のバーナ配置を組み合わせることにより、各段のバーナ火炎が上下で干渉することをより確実に防止してバーナ火炎の結合を回避することができる。
また、本実施形態の第３変形例において、各バーナ１３の燃料供給量は、水平方向に取り付けたバーナ１３を減少させ、下方向に取り付けたバーナ１３を増加させることが好ましい。すなわち、第２の実施形態で説明した燃料供給量を組み合わせることにより、燃焼ガスの滞留時間の長い下向きのバーナ火炎による還元燃焼を有効に活用することができる。換言すれば、下段のバーナ１３に対する燃料供給割合を増すことにより、還元燃焼を確実に達成することができる。
【００３２】
＜第４の実施形態＞
次に、本実施形態に係る旋回燃焼ボイラについて、第４の実施形態を図６に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図６は、旋回燃焼ボイラのバーナ部について、各バーナ段の火炉断面を示している。なお、この実施形態では、最上段から最下段まで５段とされるが、これに限定されることはない。また、火炉１１内の各段に形成されるファイヤーボール数についても、図示の例に限定されることはない。
【００３３】
この実施形態において、火炉１１内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置されるバーナ１３の水平方向角度は、各段が楕円形状のファイヤーボール仮想円を形成するとともに、楕円形状仮想円の長軸及び短軸が各段で交互に異なるように設定されている。
具体的に説明すると、最上段（第１段）のバーナ１３は、炉壁１１ａに対する角度が周方向へβ，γ（β＞γ）の順に交互に設定されているので、ファイヤーボール仮想円は楕円形状となる。
【００３４】
第２段のバーナ１３は、炉壁１１ａに対する角度が周方向へβ，γ（β＞γ）の順に交互に設定されていることは第１段と同様である。しかし、第２段の角度は、第１段でβとしたバーナ１３の下段がγとなり、第１段でγとしたバーナ１３の下段がβとなるため、ファイヤーボール仮想円は、楕円の長軸及び短軸が略９０度ずれた楕円形状となる。
以下同様にして、バーナ１３の角度β、γは、第３段から最終段（第５段）まで上下段方向において交互に設定されているので、ファイヤーボール仮想円の楕円形状は、長軸及び短軸が各段で交互に異なるものとなる。
【００３５】
このようなバーナ配置とすれば、各段バーナの火炎は、その仮想円が交互に方向の異なる楕円形状となるので、隣接する上下段の火炎が干渉することをより確実に防止してバーナ火炎の結合を回避することができる。
この場合、上述した楕円形状のファイヤーボール仮想円は、上述した第３の実施形態と同様にして、下段ほど小さくすることが望ましい。
また、各バーナ１３への燃料供給割合は、上述した実施形態と同様に、下段ほど大きくなるように設定されていることが望ましい。
また、各バーナ１３は、上述した第１の実施形態と同様に、上下段方向及び周方向の両方向に対し、水平方向（第１の角度）と下方向（第２の角度）とを交互に配置したものが望ましい。
すなわち、各バーナ１３の水平方向からの角度θや各段におけるファイヤーボール仮想円の大小等のバーナ配置や、各バーナ１３の燃料供給量については、旋回燃焼ボイラの諸条件を考慮して適宜組み合わせればよい。
【００３６】
このように、上述した本発明によれば、従来は各バーナ段のバーナ水平角度のみを調整し、かつ、同一の燃料供給量で運用していたものとは異なり、各バーナ１３の水平方向に対する角度θ、上下段方向におけるファイヤーボール仮想円の大きさ、及び各バーナ１３の燃料供給量を変化させるなどして適宜調整しているので、各段バーナの火炎が上下で干渉することを防止し、バーナ火炎の結合を回避することができる。この結果、上下段のバーナ間隔を縮めて配置する近接化が可能になり、ボイラを大型化しなくても燃焼ガスの滞留時間を長くして十分な還元域を確保できるようになるので、窒素酸化物の発生量を低減することができる。
また、下向きや下段のバーナへの燃料供給割合を増すようにしたので、火炎滞留時間の長いバーナ火炎による還元燃焼を有効に活用して窒素酸化物の発生量を低減することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、たとえばバーナ段の数やファイヤーボール形成数など、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る旋回燃焼ボイラの第１の実施形態を示す説明図であり、火炉のバーナ部横断面及びその展開図（２面）が示されている。
【図２】図１に示すバーナ部について、各バーナ段のバーナ配置を示す図である。
【図３】図１の変形例として、ふたつのファイヤーボールが形成される構成例を示すバーナ部の横断面図である。
【図４】本発明に係る旋回燃焼ボイラの第２の実施形態を示す図で、各バーナ段のバーナ配置が示されている。
【図５】本発明に係る旋回燃焼ボイラの第３の実施形態を示す図で、各バーナ段のバーナ配置が示されている。
【図６】本発明に係る旋回燃焼ボイラの第４の実施形態を示す図で、各バーナ段のバーナ配置が示されているである。
【図７】旋回燃焼ボイラの概要を示す断面図である。
【図８】１次反応器内滞留時間と窒素酸化物（ＮＯx）濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１０Ａ，２０    旋回燃焼ボイラ
１１，２１    火炉
１２    バーナ部
１３，２２    バーナ
【図１】
2010096452.tif 000003
【図２】
2010096452.tif 000004
【図３】
2010096452.tif 000005
【図４】
2010096452.tif 000006
【図５】
2010096452.tif 000007
【図６】
2010096452.tif 000008
【図７】
2010096452.tif 000009
【図８】
2010096452.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月14日(2009.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナを各段の各コーナ部に配置する旋回燃焼方式のバーナ部とされ、各段にそれぞれ１または複数の旋回火炎が形成されるとともに、空気を多段投入して前記バーナ部から追加空気投入部までの領域を還元雰囲気とする旋回燃焼ボイラにおいて、
炉内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置される前記バーナが、前記上下段方向及び前記周方向の両方向に対し、水平方向からの角度が異なる第１及び第２の角度へ向けて交互に配置されていることを特徴とする旋回燃焼ボイラ。
【請求項２】
前記バーナは、水平方向へ向けた第１の角度と、水平方向から下向きとした第２の角度とに向けて交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の旋回燃焼ボイラ。
【請求項３】
前記第２の角度は、水平方向から下向きに１０度〜３０度の範囲に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の旋回燃焼ボイラ。
【請求項４】
前記バーナ毎の燃料供給量は、前記第１の角度で取り付けたバーナを減少させ、前記第２の角度で取り付けたバーナを増加させることを特徴とする請求項２または３に記載の旋回燃焼ボイラ。
【請求項５】
バーナを各段の各コーナ部に配置する旋回燃焼方式のバーナ部とされ、各段にそれぞれ１または複数の旋回火炎が形成されるとともに、空気を多段投入して前記バーナ部から追加空気投入部までの領域を還元雰囲気とする旋回燃焼ボイラにおいて、
炉内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置される前記バーナの各段水平角度は、旋回火炎の仮想円が下段ほど小さくなるように設定されていることを特徴とする旋回燃焼ボイラ。
【請求項６】
前記バーナへの燃料供給量は、下段ほど多くなるように設定されていることを特徴とする請求項５に記載の旋回燃焼ボイラ。
【請求項７】
前記バーナは、上下段方向及び前記周方向の両方向に対し、水平方向へ向けた第１の角度と、水平方向から下向きとした第２の角度とに向けて交互に配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の旋回燃焼ボイラ。
【請求項８】
前記バーナ毎の燃料供給量は、前記第１の角度で取り付けたバーナを減少させ、前記第２の角度で取り付けたバーナを増加させることを特徴とする請求項７に記載の旋回燃焼ボイラ。
【請求項９】
炉内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置される前記バーナの水平方向角度は、各段が楕円形状である旋回火炎の仮想円を形成するとともに、前記楕円形状仮想円の長軸及び短軸が各段で交互に異なることを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の旋回燃焼ボイラ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種燃料に対応した旋回燃焼ボイラに係り、特に、窒素酸化物（ＮＯx）の発生量低減に有効な旋回燃焼ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の旋回燃焼方式を採用した陸用ボイラは、たとえば図７に示す旋回燃焼ボイラ１０のように、火炉１１内へ空気を多段で投入することにより、バーナ部１２から追加空気投入部（以下、「ＡＡ部」と呼ぶ）１４までの領域を還元雰囲気にして低ＮＯx化を図っている。還元雰囲気となるバーナ部１２からＡＡ部１４までの距離については、すなわち、還元燃焼ゾーンについては、図８の試験結果に示すように、長くなるほど燃焼ガスの滞留時間が長くなってＮＯx発生量は小さくなる。
【０００３】
従来の旋回燃焼ボイラ１０においては、ＮＯx発生量の低減を目的として、上下段方向にバーナ１３を近接化して配置し、ボイラ全体の大きさを変えずにバーナ部１２からＡＡ部１４までの距離を長くする方法が知られている。
【０００４】
従来の旋回燃焼ボイラ１０においては、上述したバーナ近接化の他にも、火炉１１内のコーナや上下段毎にバーナ１３からの火炎を調整し、各火炎の干渉を防止する技術が知られている。この従来技術は、各火炎の旋回を変化させることにより、すなわち、バーナの燃焼用空気について、流量配分や旋回力を調整して燃焼を改善するものである。（たとえば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００２−２２８１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、現状の旋回燃焼方式を採用した旋回燃焼ボイラ（たとえば石炭焚きボイラ）においては、火炎の干渉（結合）による燃焼悪化が問題となるため、これ以上のバーナ近接化は困難である。すなわち、上述した従来技術におけるバーナ近接化や火炎干渉は、各バーナ段の水平角度を調整して行われているため、火炎干渉の解消には限界があった。
このため、ボイラ全体の大きさを増すことなくＮＯx発生量を低減するためには、すなわち、ボイラを大型化することなく還元燃焼ゾーンの燃焼ガスの滞留時間を長くするためには、バーナの水平角度を調整する以外に、バーナ火炎の干渉防止に有効なバーナ配置等の対策が望まれる。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ボイラを大型化することなく還元燃焼ゾーンの燃焼ガスの滞留時間を長くしてＮＯx発生量を低減するため、バーナ火炎の干渉防止に有効なバーナ配置にした旋回燃焼ボイラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る旋回燃焼ボイラは、バーナを各段の各コーナ部に配置する旋回燃焼方式のバーナ部とされ、各段にそれぞれ１または複数の旋回火炎が形成されるとともに、空気を多段投入して前記バーナ部から追加空気投入部までの領域を還元雰囲気とする旋回燃焼ボイラにおいて、炉内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置される前記バーナが、前記上下段方向及び前記周方向の両方向に対し、水平方向からの角度が異なる第１及び第２の角度へ向けて交互に配置されていることを特徴とするものである。
【０００８】
このような本発明の旋回燃焼ボイラによれば、炉内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置される前記バーナが、前記上下段方向及び前記周方向の両方向に対し、水平方向からの角度が異なる第１及び第２の角度へ向けて交互に配置されているので、各段バーナの火炎が上下で干渉することを防止してバーナ火炎の結合を回避することができる。
【０００９】
上記の旋回燃焼ボイラにおいて、前記バーナは、水平方向へ向けた第１の角度と、水平方向から下向きとした第２の角度とに向けて交互に配置されていることが好ましく、これにより、還元雰囲気となる還元燃焼ゾーンを長くすることができる。
この場合、前記第２の角度は、水平方向から下向きに１０度〜３０度の範囲に設定されていることが好ましい。
【００１０】
上記の旋回燃焼ボイラにおいて、前記バーナ毎の燃料供給量は、前記第１の角度で取り付けたバーナを減少させ、前記第２の角度で取り付けたバーナを増加させることが好ましく、これにより、燃焼ガスの滞留時間の長い下向きのバーナ火炎による還元燃焼を有効に活用することができる。すなわち、下向きのバーナへの燃料供給割合を増すことにより、還元燃焼を確実に達成することができる。
【００１１】
本発明に係る旋回燃焼ボイラは、バーナを各段の各コーナ部に配置する旋回燃焼方式のバーナ部とされ、各段にそれぞれ１または複数の旋回火炎が形成されるとともに、空気を多段投入して前記バーナ部から追加空気投入部までの領域を還元雰囲気とする旋回燃焼ボイラにおいて、炉内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置される前記バーナの各段水平角度は、旋回火炎の仮想円が下段ほど小さくなるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
このような本発明の旋回燃焼ボイラによれば、炉内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置される前記バーナの各段水平角度を、旋回火炎の仮想円が下段ほど小さくなるように設定したので、各段バーナの火炎が上下で干渉することを防止してバーナ火炎の結合を回避することができる。
【００１３】
上記の発明において、前記バーナへの燃料供給量は、下段ほど多くなるように設定されていることが好ましく、これにより、燃焼ガスの滞留時間の長い下段のバーナ火炎による還元燃焼を有効に活用することができる。すなわち、下段のバーナへの燃料供給割合を増すことにより、還元燃焼を確実に達成することができる。
【００１４】
上記の発明において、前記バーナは、上下段方向及び前記周方向の両方向に対し、水平方向へ向けた第１の角度と、水平方向から下向きとした第２の角度とに向けて交互に配置されていることが好ましく、これにより、各段バーナの火炎が上下で干渉することをより確実に防止してバーナ火炎の結合を回避することができる。
この場合、前記バーナ毎の燃料供給量は、前記第１の角度で取り付けたバーナを減少させ、前記第２の角度で取り付けたバーナを増加させることが好ましく、これにより、火炎滞留時間の長い下向きのバーナ火炎による還元燃焼を有効に活用することができる。すなわち、下段のバーナへの燃料供給割合を増すことにより、還元燃焼を確実に達成することができる。
【００１５】
上記の発明において、炉内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置される前記バーナの水平方向角度は、各段が楕円形状である旋回火炎の仮想円を形成するとともに、前記楕円形状仮想円の長軸及び短軸が各段で交互に異なることが好ましく、これにより、各段バーナの火炎が上下で干渉することをより確実に防止してバーナ火炎の結合を回避することができる。
この場合、楕円形状である旋回火炎の仮想円については、下段ほど小さくすることが望ましい。
また、各バーナへの燃料供給割合は、下段ほど大きくなるように設定されていることが好ましい。
また、各バーナは、上下段方向及び周方向の両方向に対し、水平方向へ向けた第１の角度と、水平方向から下向きとした第２の角度とを交互に配置したものが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上述した本発明によれば、各段バーナの火炎が上下で干渉することを防止し、バーナ火炎の結合を回避することができる。この結果、上下段のバーナ間隔を縮めて配置する近接化が可能になり、ボイラを大型化しなくても燃焼ガスの滞留時間を長くして十分な還元域を確保できるようになるので、窒素酸化物の発生量を低減することができる。
また、下向きや下段のバーナへの燃料供給割合を増すようにしたので、燃焼ガスの滞留時間が長いバーナ火炎による還元燃焼を有効に活用して窒素酸化物の発生量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る旋回燃焼ボイラの一実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態に係る旋回燃焼ボイラの火炉について、バーナ部の横断面及びその展開図（２面）を示している。
図示の旋回燃焼ボイラ１０Ａは、略正方形の断面形状を有する火炉１１のバーナ部１２に、炉内の上下段方向に５段のバーナ１３が設置されている。各段のバーナ１３は、炉内の周方向において略正方形断面の各コーナ部に配置されている。すなわち、図示の旋回燃焼ボイラ１０Ａは、バーナ１３を各段の各コーナ部に配置する旋回燃焼方式のバーナ部１２を備えている。換言すれば、上下段方向の各段においては、バーナ１３が各コーナ部に１個ずつ設置された合計４個の周方向配置となり、同様の周方向配置として上下段方向に５段配置されている。この結果、バーナ部１２に配置されたバーナ１３は、各段を４個にした５段配置であり、従って合計のバーナ個数は２０個となる。
【００１８】
このように構成された旋回燃焼ボイラ１０Ａは、各段に配置された４個のバーナ１３が協働し、火炉１１の断面中心部に各段１つの旋回火炎を形成する。
また、本実施形態の旋回燃焼ボイラ１０Ａは、たとえば図６に示すように、上述したバーナ部１２の上方に追加空気等入部（ＡＡ部）１４が設けられており、このＡＡ部１４から燃焼用の空気を多段投入することにより、バーナ部１２からＡＡ部１４までの領域が還元雰囲気とされる。
【００１９】
そして、本発明の旋回燃焼ボイラ１０Ａでは、火炉１１内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置されるバーナ１３が、上下段方向及び周方向の両方向に対し、水平方向からの角度が異なる第１及び第２の角度へ向けて交互に配置されている。
具体的に説明すると、最上段のバーナ１３は、各コーナ部に配置された４個について、水平方向（水平角度０°）に向けた第１の角度（以下、「水平方向」と呼ぶ）と、水平方向から下向き（水平角度θ°）とした第２の角度（以下、「下方向」と呼ぶ）とが、周方向へ交互に配置されている。この場合の下方向角度（第２の角度）θは、水平方向から下向きに１０度〜３０度の範囲に設定されていることが好ましい。
なお、図１において、Ａ矢視の展開図における水平方向のバーナ１３と、Ｂ矢視の展開図における水平方向のバーナ１３とは、同一のバーナである。
【００２０】
次に、上から２段目のバーナ１３は、最上段で水平方向としたバーナ１３の下段が下方向となり、最上段で下方向としたバーナ１３の下段が水平方向となるように、４個のバーナ１３が周方向へ交互に配置されている。以下同様にして、バーナ１３は、上下段方向においても最上段から最下段へ向けて、下方向と水平方向とが交互に配置されている。
すなわち、上下段方向及び各段の周方向に複数配置されたバーナ１３は、上下段方向及び周方向の両方向において水平方向及び下方向が交互となるように配置されている。
【００２１】
このように構成された旋回燃焼ボイラ１０Ａによれば、火炉１１内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置されるバーナ１３が、上下段方向及び周方向の両方向に対し、水平方向からの角度が異なる水平方向及び下方向へ向けて交互に配置されているので、各段のバーナ１３が形成する段毎の火炎は、隣接する上下の火炎と干渉することが防止または抑制される。このため、旋回燃焼ボイラ１０Ａの火炉１１内においては、上下段方向に隣接して形成されるバーナ火炎の結合を回避することができる。
【００２２】
すなわち、バーナ１３の水平方向角度が、上下段方向及び各段の周方向において交互に配置されているので、たとえば図２に示すように、上下方向に隣接する各段の火炎は、仮想円の径が異なるものとなる。換言すれば、下方向に向けられたバーナ１３の位置が上下に隣接する段で異なるため、旋回火炎の傾斜方向など立体的な形状も異なるものとなる。従って、各段に形成される火炎の旋回火炎は互いに干渉しにくくなるので、上下に隣接するバーナ段の間隔を縮めて接近させた配置が可能となる。
この結果、バーナ１３の水平方向の角度（各段平面上における取付方向角度）を調整する従来構造と比較して、上下左右の両方向で隣接するバーナ１３の水平方向に対する角度（各段の平面に対する上下方向の角度）が異なる本発明のバーナ配置は、上下段方向のバーナ間隔を密にできるので、旋回燃焼ボイラ１０の火炉１１を大型化しなくても、バーナ部１２からＡＡ部１４までの距離を長くすることができる。従って、ボイラを大型化しなくても火炎の滞留時間を長くして十分な還元領域を確保できるので、窒素酸化物の発生量を低減することができる。
また、下方向のバーナ１３から投入された微粉炭及び二次空気は、火炉１１内を上昇する燃焼ガスと逆向きの速度成分を有しているので、この速度成分も火炎が還元領域に滞留する時間を長くする方向に作用する。
【００２３】
ところで、上述した実施形態において、バーナ１３の段数を５段として説明したが、これに限定されることはない。
また、火炉１１の内部に形成される旋回火炎の数についても、上述したひとつに限定されることはなく、たとえば図３に示す旋回燃焼ボイラ２０のように、火炉２１内の各段に８個のバーナ２２を設置し、同一レベルで隣接するふたつの旋回火炎が形成されるようにしたボイラ等にも適用可能である。
なお、以下に説明する各実施形態においても、バーナ段数や旋回火炎の数が限定されることはない。
【００２４】
＜第２の実施形態＞
次に、本実施形態に係る旋回燃焼ボイラについて、第２の実施形態を図４に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図４は、旋回燃焼ボイラのバーナ部について、各バーナ段の火炉断面を示している。なお、この実施形態では、最上段から最下段まで５段とされるが、これに限定されることはない。また、火炉１１内の各段に形成される旋回火炎の数についても、図示の例に限定されることはない。
【００２５】
この実施形態では、バーナ１３のバーナ配置について、上下段方向及び各段周方向の両方向で水平方向角度を交互に配置するとともに、各バーナ１３の燃料供給量を変化させる運用がなされている。具体的に説明すると、各バーナの燃料供給量は、水平方向（第１の角度）の取り付けたバーナ１３を減少させ、下方向（第２の角度）に取り付けたバーナ１３を増加させている。すなわち、図４において太線矢印で示す下方向のバーナ１３で燃料供給量を増し、細線矢印で示す水平方向のバーナ１３で燃料供給量を減少させている。この場合、全てのバーナ１３から供給される燃料供給量の総量については、上述した燃料供給量の増減による変化はない。
【００２６】
このような構成とすれば、火炉１１内を上昇する燃焼ガスとは逆向きの速度成分を有する下方向のバーナ１３で燃料供給量が増加されているので、燃焼ガスの滞留時間の長い下向きのバーナ火炎による還元燃焼を有効に活用することができる。すなわち、下方向のバーナ１３に対する燃料供給割合を増して水平方向のバーナ１３より大きくすることにより、火炉１１内における還元燃焼を確実に達成することができる。この結果、ボイラを大型化しなくても、燃焼ガスの滞留時間を長くして十分な還元領域を確保できるので、窒素酸化物の発生量を低減することができる。
【００２７】
＜第３の実施形態＞
次に、本実施形態に係る旋回燃焼ボイラについて、第３の実施形態を図５に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図５は、旋回燃焼ボイラのバーナ部について、各バーナ段の火炉断面を示している。なお、この実施形態では、最上段から最下段まで５段とされるが、これに限定されることはない。また、火炉１１内の各段に形成される旋回火炎の数についても、図示の例に限定されることはない。
【００２８】
この実施形態では、バーナ１３のバーナ配置において、火炉１１内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置されるバーナ１３は、旋回火炎の仮想円が下段ほど、各段水平角度が小さくなるように、すなわち、下段ほど火炉１１の中心部を向くように設定されている。具体的に説明すると、火炉１１の炉壁１１ａに対するバーナ１３の角度αは、最上段（第１段）のバーナ１３が最も小さく設定され、第２段、第３段、第４段の順に徐々に大きくなり、最下段（第５段）が最も大きくなっている。
【００２９】
このような構成とすれば、火炉１１内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置されるバーナ１３の各段水平角度は、旋回火炎の仮想円が下段ほど小さくなるようなバーナ配置となる。このため、各段でバーナ１３が形成する火炎は、隣接する上下段の火炎と干渉することを防止できるので、バーナ火炎の結合を回避することができる。
このようなバーナ火炎の結合回避は、上下に隣接するバーナ１３の間隔を狭めて密接に配置することを可能にするので、滞留時間の長い下段のバーナ火炎が還元燃焼することを有効に活用することができる。
【００３０】
ところで、本実施形態の第１変形例においては、バーナ１３への燃料供給量について、下段ほど多くなるように設定することが望ましい。すなわち、仮想円が最も小さい最下段（第５段）のバーナ１３の燃料供給量を最も多くし、第４段、第３段、第２段の順に徐々に減少させて、最上段（第１段）が最も少なくなっている。
このような燃料供給量の運用を採用することにより、燃焼ガスの滞留時間の長い下段のバーナ火炎による還元燃焼をより一層有効に活用することができる。すなわち、下段のバーナ１３への燃料供給割合を増すことにより、還元燃焼を確実に達成することができる。
【００３１】
また、本実施形態の第２変形例において、バーナ１３の配置は、上下段方向及び前記周方向の両方向に対し、水平方向（第１の角度）と下方向（第２の角度）とに向けて交互に配置されている。すなわち、上述した第１の実施形態のバーナ配置を組み合わせることにより、各段のバーナ火炎が上下で干渉することをより確実に防止してバーナ火炎の結合を回避することができる。
また、本実施形態の第３変形例において、各バーナ１３の燃料供給量は、水平方向に取り付けたバーナ１３を減少させ、下方向に取り付けたバーナ１３を増加させることが好ましい。すなわち、第２の実施形態で説明した燃料供給量を組み合わせることにより、燃焼ガスの滞留時間の長い下向きのバーナ火炎による還元燃焼を有効に活用することができる。換言すれば、下段のバーナ１３に対する燃料供給割合を増すことにより、還元燃焼を確実に達成することができる。
【００３２】
＜第４の実施形態＞
次に、本実施形態に係る旋回燃焼ボイラについて、第４の実施形態を図６に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図６は、旋回燃焼ボイラのバーナ部について、各バーナ段の火炉断面を示している。なお、この実施形態では、最上段から最下段まで５段とされるが、これに限定されることはない。また、火炉１１内の各段に形成される旋回火炎の数についても、図示の例に限定されることはない。
【００３３】
この実施形態において、火炉１１内の上下段方向及び各段の周方向に複数設置されるバーナ１３の水平方向角度は、各段が楕円形状である旋回火炎の仮想円を形成するとともに、楕円形状仮想円の長軸及び短軸が各段で交互に異なるように設定されている。
具体的に説明すると、最上段（第１段）のバーナ１３は、炉壁１１ａに対する角度が周方向へβ，γ（β＞γ）の順に交互に設定されているので、旋回火炎の仮想円は楕円形状となる。
【００３４】
第２段のバーナ１３は、炉壁１１ａに対する角度が周方向へβ，γ（β＞γ）の順に交互に設定されていることは第１段と同様である。しかし、第２段の角度は、第１段でβとしたバーナ１３の下段がγとなり、第１段でγとしたバーナ１３の下段がβとなるため、旋回火炎の仮想円は、楕円の長軸及び短軸が略９０度ずれた楕円形状となる。
以下同様にして、バーナ１３の角度β、γは、第３段から最終段（第５段）まで上下段方向において交互に設定されているので、旋回火炎の仮想円における楕円形状は、長軸及び短軸が各段で交互に異なるものとなる。
【００３５】
このようなバーナ配置とすれば、各段バーナの火炎は、その仮想円が交互に方向の異なる楕円形状となるので、隣接する上下段の火炎が干渉することをより確実に防止してバーナ火炎の結合を回避することができる。
この場合、上述した楕円形状である旋回火炎の仮想円は、上述した第３の実施形態と同様にして、下段ほど小さくすることが望ましい。
また、各バーナ１３への燃料供給割合は、上述した実施形態と同様に、下段ほど大きくなるように設定されていることが望ましい。
また、各バーナ１３は、上述した第１の実施形態と同様に、上下段方向及び周方向の両方向に対し、水平方向（第１の角度）と下方向（第２の角度）とを交互に配置したものが望ましい。
すなわち、各バーナ１３の水平方向からの角度θや各段における旋回火炎の仮想円における大小等のバーナ配置や、各バーナ１３の燃料供給量については、旋回燃焼ボイラの諸条件を考慮して適宜組み合わせればよい。
【００３６】
このように、上述した本発明によれば、従来は各バーナ段のバーナ水平角度のみを調整し、かつ、同一の燃料供給量で運用していたものとは異なり、各バーナ１３の水平方向に対する角度θ、上下段方向における旋回火炎の仮想円における大きさ、及び各バーナ１３の燃料供給量を変化させるなどして適宜調整しているので、各段バーナの火炎が上下で干渉することを防止し、バーナ火炎の結合を回避することができる。この結果、上下段のバーナ間隔を縮めて配置する近接化が可能になり、ボイラを大型化しなくても燃焼ガスの滞留時間を長くして十分な還元域を確保できるようになるので、窒素酸化物の発生量を低減することができる。
また、下向きや下段のバーナへの燃料供給割合を増すようにしたので、火炎滞留時間の長いバーナ火炎による還元燃焼を有効に活用して窒素酸化物の発生量を低減することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、たとえばバーナ段の数や旋回火炎の形成数など、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る旋回燃焼ボイラの第１の実施形態を示す説明図であり、火炉のバーナ部横断面及びその展開図（２面）が示されている。
【図２】図１に示すバーナ部について、各バーナ段のバーナ配置を示す図である。
【図３】図１の変形例として、ふたつの旋回火炎が形成される構成例を示すバーナ部の横断面図である。
【図４】本発明に係る旋回燃焼ボイラの第２の実施形態を示す図で、各バーナ段のバーナ配置が示されている。
【図５】本発明に係る旋回燃焼ボイラの第３の実施形態を示す図で、各バーナ段のバーナ配置が示されている。
【図６】本発明に係る旋回燃焼ボイラの第４の実施形態を示す図で、各バーナ段のバーナ配置が示されているである。
【図７】旋回燃焼ボイラの概要を示す断面図である。
【図８】１次反応器内滞留時間と窒素酸化物（ＮＯx）濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１０Ａ，２０    旋回燃焼ボイラ
１１，２１    火炉
１２    バーナ部
１３，２２    バーナ
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2010096452.tif 000011