(57)【要約】難燃性燃料をロータリーキルンで効率よく燃焼できるようにする。燃料燃焼装置２０１は、吐出口ｇ１において、複数の燃料噴射口部２３５の半径方向内側かつ仮想軸Ｏの周りに間隔をおいてリング状に配置され、噴射方向ｆ１に進むにつれて仮想軸Ｏの周りの旋回方向ｔ１と半径方向ｒ１の外側方向との間の螺旋拡散方向ｓ０１に向けて空気を噴射させる複数の内側空気噴射口部３１０を備える。複数の内側空気噴射口部３１０が形成するリング状の内側かつ噴射方向ｆ１にある空気が複数の内側空気噴射口部３１０からそれぞれ噴射された複数の内側空気流の間に同伴するよう、仮想軸Ｏの周り方向に隣接する２つの内側空気噴射口部３１０の間には、所定の内側噴射口隙間が形成されている。
2014014065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体粉末燃料を空気と共に吐出口から仮想軸に沿って噴射方向に噴射させる燃料燃焼装置であって、
前記吐出口において、前記仮想軸の周りにリング状に配置され、前記噴射方向に前記固体粉末燃料を噴出させる燃料噴射口と、
前記吐出口において、前記燃料噴射口の半径方向の外側かつ前記仮想軸の周りに間隔をおいてリング状に配置され、前記噴射方向に空気を噴射させる外側空気噴射口と、
前記吐出口において、前記燃料噴射口の半径方向内側かつ前記仮想軸の周りに間隔をおいてリング状に配置された内側空気噴射口と、を備え、
さらに、前記内側空気噴射口に、第１拡散流生成部と第２拡散流生成部とで構成される旋回・拡散流路を備え、
前記第１拡散流生成部は、前記仮想軸に平行するように、前記内側空気噴射口の吐出口側の外周部に配置される平坦部と、該平坦部の吐出口側に、該吐出口側に向かうにしたがって大きく開口するように形成される第１傾斜部とを有し、
前記第２拡散流生成部は、前記第１傾斜部に対して平行するように、前記内側空気噴射口の吐出口側の内周部に配置される第２傾斜部を有する、燃料燃焼装置。
【請求項２】
前記外側空気噴射口の吐出口側には、周方向に所定の間隔をおいてピースが配置されてスロット構造である、請求項１に記載の燃料燃焼装置。
【請求項３】
前記内側空気噴射口に空気を供給する第１のファンと、前記外側空気噴射口に空気を供給する第２のファンとを備える請求項１又は２に記載の燃料燃焼装置。
【請求項４】
前記外側空気噴射口の吐出部流速は、１５０〜２５０ｍ／ｓである、請求項１から３のいずれかに記載の燃料燃焼装置。
【請求項５】
前記平坦部は、前記仮想軸に平行する部位の長さが、平行部位高さの１〜２倍、前記第２傾斜部の角度が、３０°〜６０°である、請求項１から４のいずれかに記載の燃料燃焼装置。
【請求項６】
外部再循環のスケールは、下記の式（１）により算出される外部再循環指標ｍ＝１．５〜２．６の範囲である請求項１から５のいずれかに記載の燃料燃焼装置。
ｍ＝−１．５Ｒ2＋Ｒ＋Ｋ・Ｒ2／（ｄ0／ｄ1）2          （１）
但し、
Ｒ＝（ｕ0−ｕ1）ρ0・（ｄ0／２）2／ｕ1ρ1（ｄ1／２−δ）2＋（ｕ0−ｕ1）ρ0（ｄ0／２）2
ｕ0：噴流速度（１次空気）
ｕ1：同伴流流速（２次空気）
ρ0：噴流密度（１次空気）
ρ1：同伴流密度（２次空気）
ｄ0：燃料燃焼装置の吐出口の有効内径
ｄ1：ロータリーキルンの有効内径
Ｋ：ロータリーキルンの噴流形状ファクターで、燃料燃焼装置の吐出口が円形の場合は１
δ：境界層厚さで、ロータリーキルンの有効内径が燃料燃焼装置の吐出口の内径よりも十分に大きい場合はほぼ０
ｍ：外部再循環指標
【請求項７】
前記外側空気噴射口における１次空気のモーメンタムは、６〜８Ｎ／ＭＷである、請求項１から６のいずれかに記載の燃料燃焼装置。
【請求項８】
固体粉末燃料を空気と共に吐出口から仮想軸に沿って噴射方向に噴射させる燃料燃焼装置であって、
前記吐出口において、前記仮想軸の周りに間隔をおいてリング状に配置され、前記噴射方向に前記固体粉末燃料を噴出させる複数の燃料噴射口部と、
前記吐出口において、前記複数の燃料噴射口部の半径方向の外側かつ前記仮想軸の周りに間隔をおいてリング状に配置され、前記噴射方向に空気を噴射させる複数の外側空気噴射口部と、
前記吐出口において、前記複数の燃料噴射口部の半径方向内側かつ前記仮想軸の周りに間隔をおいてリング状に配置され、前記噴射方向に進むにつれて前記仮想軸の周りの旋回方向と半径方向外側方向との間の螺旋拡散方向に向けて空気を噴射させる複数の内側空気噴射口部と、を備え、
前記複数の内側空気噴射口部が形成するリング状の内側かつ前記噴射方向にある空気が前記複数の内側空気噴射口部からそれぞれ噴射された複数の内側空気流の間に同伴するよう、前記複数の内側空気噴射口部のうち前記仮想軸の周り方向に隣接する２つの内側空気噴射口部の間には、所定の内側噴射口隙間が形成されている、燃料燃焼装置。
【請求項９】
各内側空気噴射口部は、前記噴射方向に流れる空気が入流する流入口と、前記流入口から前記噴射方向と前記仮想軸の周り方向との間の旋回方向に伸びる上流側流路と、前記上流側流路に気密的に接続し、前記螺旋拡散方向に伸びる下流側流路とを有する、請求項８に記載の燃料燃焼装置。
【請求項１０】
さらに、前記仮想軸を中心軸とする上流側リングと、
前記仮想軸を中心軸とし、前記上流側リングの前記噴射方向に配置された下流側リングとを有する拡散流リングを備え、
各内側空気噴射口部の前記上流側流路は前記上流側リングに形成され、
各内側空気噴射口部の前記下流側流路は前記下流側リングに形成された、請求項９に記載の燃料燃焼装置。
【請求項１１】
前記複数の外側空気噴射口部の噴射方向の半径方向外側にある空気が前記複数の外側空気噴射口からそれぞれ噴射された複数の空気流の間に同伴するよう、前記複数の外側空気噴射口部のうち、前記仮想軸の周り方向に隣接する２つの外側空気噴射口部の間には、所定の外側噴射口隙間が形成されている、請求項８から１０のいずれかに記載の燃料燃焼装置。
【請求項１２】
さらに、前記複数の内側空気噴射口部及び前記複数の燃料噴射口部に空気を供給する第１のファンと、前記外側空気噴射口部に空気を供給する第２のファンとを備える、請求項８から１１のいずれかに記載の燃料燃焼装置。
【請求項１３】
前記外側空気噴射口部における２次空気の流速は、１５０〜２５０ｍ／ｓである、請求項８から１２のいずれかに記載の燃料燃焼装置。
【請求項１４】
前記仮想軸に対する前記螺旋拡散方向の角度が３０°〜６０°である、請求項８から１３のいずれかに記載の燃料燃焼装置。
【請求項１５】
前記外側空気噴射口部から噴射される外側空気のモーメンタムは、６〜８Ｎ／ＭＷである、請求項８から１４のいずれかに記載の燃料燃焼装置。
【請求項１６】
セメントロータリーキルンと、
前記吐出口が前記セメントロータリーキルンの内部に位置するように、前記セメントロータリーキルンに取り付けられた請求項８から１５のいずれかに記載の燃料燃焼装置と、を備え、
前記吐出口から前記セメントロータリーキルンの内部に噴射される空気の直進する流れとは逆向きの流れを生じさせる外部再循環のスケールは、下記の式（２）により算出される外部再循環指標ｍ＝１．５〜２．６の範囲である、セメントクリンカー焼成装置。
ｍ＝−１．５Ｒ2＋Ｒ＋Ｋ・Ｒ2／（ｄ0／ｄ1）2          （２）
但し、
Ｒ＝（ｕ0−ｕ1）ρ0・（ｄ0／２）2／ｕ1ρ1（ｄ1／２−δ）2＋（ｕ0−ｕ1）ρ0（ｄ0／２）2
ｕ0：噴流速度（１次空気）
ｕ1：同伴流流速（２次空気）
ρ0：噴流密度（１次空気）
ρ1：同伴流密度（２次空気）
ｄ0：燃料燃焼装置の吐出口の有効内径
ｄ1：ロータリーキルンの有効内径
Ｋ：ロータリーキルンの噴流形状ファクターで、燃料燃焼装置の吐出口が円形の場合は１
δ：境界層厚さで、ロータリーキルンの有効内径が燃料燃焼装置の吐出口の内径よりも十分に大きい場合はほぼ０
ｍ：外部再循環指標
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントロータリーキルンに用いる燃料燃焼装置に関する。より詳しくは、本発明は、難燃性の燃料、例えば無煙炭、オイルコークスを使用して燃料コストを低減させ、かつ、セメントを、その品質を損なうことなく製造することができる燃料燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、セメントクリンカー焼成装置に用いられる燃料燃焼装置は、セメントロータリーキルン内にその上流側から投入されたセメント原料を、セメントロータリーキルンの回転によって下流側に移動する途中でセメントクリンカーに焼成し、このセメントクリンカーを、セメントロータリーキルンの下流側の端部を囲む窯前部からクリンカークーラー側に移動させて冷却するようになっている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
そして、図２０に示すように、ロータリーキルンには、原料を焼成する燃料燃焼装置としてのバーナー５６ａが取り付けられている。このバーナー５６ａは、例えば、外周側より１次空気外流、石炭流、１次空気内流、重油ガン挿入筒の順に配置されている（図示せず）。そして、１次空気外流は直進流、１次空気内流は旋回流となっている。１次空気内流・外流は、単独ファン５６０よりヘッダ５６１に供給され、ヘッダ５６１に設置されている一対の弁５６１ａ、５６１ｂの開度により、内流・外流の配分が調整される。なお、図２０の符号Ｆは、風量計を示す。【０００４】
ところで、セメント原料の製造コスト削減により、セメントクリンカー焼成装置のセメントロータリーキルンにおいて、無煙炭やオイルコークスなどの低価格の難燃性燃料の利用が推進されている。
しかし、難燃性の燃料の使用比率を上げると、ロータリーキルンが燃焼遅れとなるため、強い還元雰囲気となり、異常反応が発生して、コーチングと呼ばれる付着物が、サスペンションプレヒータ内に成長して、生産に悪影響を及ぼすことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２０５０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、無煙炭やオイルコークスなどの揮発分の少ない難燃性燃料を、ロータリーキルンで効率よく燃焼することができる燃料燃焼装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る燃料燃焼装置は、固体粉末燃料を空気と共に吐出口から仮想軸に沿って噴射方向に噴射させる燃料燃焼装置である。本発明に係る燃料燃焼装置は、前記吐出口において、前記仮想軸の周りにリング状に配置され、前記噴射方向に前記固体粉末燃料を噴出させる燃料噴射口と、前記吐出口において、前記燃料噴射口の半径方向の外側かつ前記仮想軸の周りに間隔をおいてリング状に配置され、前記噴射方向に空気を噴射させる外側空気噴射口と、前記吐出口において、前記燃料噴射口の半径方向内側かつ前記仮想軸の周りに間隔をおいてリング状に配置された内側空気噴射口と、を備える。本発明に係る燃料燃焼装置は、さらに、前記内側空気噴射口に、第１拡散流生成部と第２拡散流生成部とで構成される旋回・拡散流路を備える。前記第１拡散流生成部は、前記仮想軸に平行するように、前記内側空気噴射口の吐出口側の外周部に配置される平坦部と、該平坦部の吐出口側に、該吐出口側に向かうにしたがって大きく開口するように形成される第１傾斜部とを有し、前記第２拡散流生成部は、前記第１傾斜部に対して平行するように、前記内側空気噴射口の吐出口側の内周部に配置される第２傾斜部を有する。【０００８】
この場合、外側空気噴射口からの１次空気（外流）は、高速流により生じる負圧によって周囲の高温ガスを誘引することにより、２次空気同伴に続いて外部再循環領域が形成されることになる。そして、この外部再循環領域における高温場が、旋回・拡散流路からの第１の１次空気流によって導入される固体粉末燃料流（微粉炭流）の燃焼をさらに促進させる。すなわち、火炎温度が上昇する。一方、旋回・拡散流により高温場への微粉炭導入を促進させることも燃焼速度を上昇させる重要な要素となる。また、外部再循環領域のスケールは、１次空気のモーメンタムに依存することになる。そして、外部再循環領域において、第１の１次空気の流速を上昇させることによりモーメンタムを大きくすることにより２次空気同伴及び外部再循環を促進させ、上述した燃焼速度上昇が実現する。なお、前記１次空気のモーメンタム（Ｎ）は、流路面積（ｍ2）×流速（ｍ／ｓ）×質量流量（ｋｇ／ｓ）で算出され、投入熱量あたりの１次空気のモーメンタム（Ｎ／ＭＷ）で表示する。【０００９】
また、本発明によれば、前記外側空気噴射口の吐出口側には、周方向に所定の間隔をおいてピースが配置されたスロット構造であることが好ましい。【００１０】
この場合、外流のバーナー吐出部をスロット構造にすることで、１次空気外流に隙間が設けられるようになり、高温２次空気同伴を促進することができ、高温２次空気の同伴領域を拡大することができる。【００１１】
また、本発明によれば、前記内側空気噴射口に空気を供給する第１のファンと、前記外側空気噴射口に空気を供給する第２のファンとを備えるような構成を採用することもできる。【００１２】
この場合、１次空気ファン（ブロア）を内流、外流で独立化させることにより、内流及び外流のそれぞれの空気量及び空気量比率を任意に調整することができて、使用する燃料種によって火炎を最適な状態に調整することができる。【００１３】
また、本発明によれば、前記外側空気噴射口の吐出部流速は、１５０〜２５０ｍ／ｓであることが好ましい。【００１４】
この場合、１次空気の流速を上昇させることで、１次空気のモーメンタムを大きくし、１次空気のモーメンタムを大きくすることで、高温２次空気の同伴及び外部再循環を促進することができる。【００１５】
また、本発明によれば、前記平坦部は、同心円筒状部材の軸線に平行する部位の長さが、平行部位高さの１〜２倍で、前記第２傾斜部の角度が、３０°〜６０°であるような構成を採用することもできる。【００１６】
かかる構成によれば、平坦部、及び、３０°〜６０°の傾斜部を有する第１拡散流生成部が、内側空気噴射口の吐出口側の外周部に配置されることで、内流が平坦部によって整流されつつ半径外周方向に軸方向に対して３０°以上６０°以下で放射状に拡散することになる。そして、整流されつつ放射状に拡散された内流は、外周側の石炭流に合流後、速やかに石炭をその外周側の高温２次空気流に拡散させるため、火炎を高温化させて燃焼速度の上昇が可能になる。【００１７】
また、本発明によれば、外部再循環のスケールは、下記の式（１）により算出される外部再循環指標ｍ＝１．５〜２．６の範囲であることが好ましく、さらに２．０〜２．４の範囲であることが好ましい。
ｍ＝−１．５Ｒ2＋Ｒ＋Ｋ・Ｒ2／（ｄ0／ｄ1）2          （１）
但し、
Ｒ＝（ｕ0−ｕ1）ρ0・（ｄ0／２）2／ｕ1ρ1（ｄ1／２−δ）2＋（ｕ0−ｕ1）ρ0（ｄ0／２）2
ｕ0：噴流速度（１次空気）
ｕ1：同伴流流速（２次空気）
ρ0：噴流密度（１次空気）
ρ1：同伴流密度（２次空気）
ｄ0：燃料燃焼装置の吐出口の有効内径
ｄ1：ロータリーキルンの有効内径
Ｋ：ロータリーキルンの噴流形状ファクターで、燃料燃焼装置の吐出口が円形の場合は１
δ：境界層厚さで、ロータリーキルンの有効内径が燃料燃焼装置の吐出口の内径よりも十分に大きい場合はほぼ０
ｍ：外部再循環指標【００１８】
かかる構成によれば、外部再循環指標ｍが過小である場合（ｍ＜１．５）は、高温２次空気の同伴が完結しないため、燃焼速度の低下を起こす。一方、過剰である場合（ｍ＞２．６）も高温だが低酸素濃度の排ガスを過剰に循環させることになるため、燃焼速度の低下を引き起こす。したがって、外部再循環指標ｍ＝１．５〜２．６の範囲であれば、適度な燃焼速度を維持できる。【００１９】
また、本発明によれば、前記外側空気噴射口における１次空気のモーメンタムは、６〜８Ｎ／ＭＷであることが好ましい。【００２０】
かかる構成によれば、適正な外部再循環を確保することができる。【００２１】
本発明に係る別の燃料燃焼装置は、固体粉末燃料を空気と共に吐出口から仮想軸に沿って噴射方向に噴射させる燃料燃焼装置である。本発明に係る別の燃料燃焼装置は、前記吐出口において、前記仮想軸の周りに間隔をおいてリング状に配置され、前記噴射方向に前記固体粉末燃料を噴出させる複数の燃料噴射口部と、前記吐出口において、前記複数の燃料噴射口部の半径方向外側かつ前記仮想軸の周りに間隔をおいてリング状に配置され、前記噴射方向に空気を噴射させる複数の外側空気噴射口部と、前記吐出口において、前記複数の燃料噴射口部の半径方向内側かつ前記仮想軸の周りに間隔をおいてリング状に配置され、前記噴射方向に進むにつれて前記仮想軸の周りの旋回方向と半径方向外側方向との間の螺旋拡散方向に向けて空気を噴射させる複数の内側空気噴射口部と、を備える。前記複数の内側空気噴射口部が形成するリング状の内側かつ前記噴射方向にある空気が前記複数の内側空気噴射口部からそれぞれ噴射された複数の内側空気流の間に同伴するよう、前記複数の内側空気噴射口部のうち前記仮想軸の周り方向に隣接する２つの内側空気噴射口部の間には、所定の内側噴射口隙間が形成されている。【００２２】
本発明によれば、複数の外側空気噴射口部から高速に噴射された外側空気流（１次空気流）は、高速流により生じる負圧によって周囲の高温ガスを誘引することにより、２次空気同伴に続いて外部再循環領域が形成されることになる。そして、この外部再循環における高温場が、複数の内側空気噴射口部からの内側空気流によって導入される固体粉末燃料流（微粉炭流）の燃焼をさらに促進させる。すなわち、火炎温度を上昇させることができる。
さらに、複数の内側空気噴射口部のうち仮想軸の周り方向に隣接する２つの内側空気噴射口部の間には、所定の内側噴射口隙間が形成されているので、複数の内側空気噴射口部が形成するリング状の内側かつ噴射方向にある内部循環領域の空気が誘引され、複数の内側空気噴射口部からそれぞれ噴射された複数の内側空気流の間に同伴しやすくなる。このため、内部循環領域における空気流が強く生じ、内側空気流と相まって固体粉末燃料流（微粉炭流）の燃焼をよりさらに促進させる。すなわち、火炎温度をさらに上昇させることができる。【００２３】
各内側空気噴射口部は、前記噴射方向に流れる空気が入流する流入口と、前記流入口から前記噴射方向と前記仮想軸の周り方向との間の旋回方向に伸びる上流側流路と、前記上流側流路に気密的に接続し、前記螺旋拡散方向に伸びる下流側流路とを有することが好ましい。
上流側流路と下流側流路とは直線状に形成されているが、このようにすることにより、内側空気噴射口部の内部を流れる空気は、直線状の上流側流路と、直線状の下流側流路とを流れることにより、段階的に空気の流れる向きを変えることができるので、内側空気噴射口部の整流化を図ることができる。【００２４】
本発明に係る別の燃料燃焼装置は、さらに、前記仮想軸を中心軸とする上流側リングと、前記仮想軸を中心軸とし、前記上流側リングの前記噴射方向に配置された下流側リングとを有する拡散流リングを備えることが好ましい。この場合、各内側空気噴射口部の前記上流側流路は前記上流側リングに形成され、各内側空気噴射口部の前記下流側流路は前記下流側リングに形成される。
この場合、上流側リングには直線状の上流側流路を形成し、下流側リングにも、直線状の下流側流路を形成するだけでよいので、上流側リングと下流側リングとを安価に製造することができる。【００２５】
前記複数の外側空気噴射口部の噴射方向の半径方向外側にある空気が前記複数の外側空気噴射口部からそれぞれ噴射された複数の空気流の間に同伴するよう、前記複数の外側空気噴射口部のうち、前記仮想軸の周り方向に隣接する２つの外側空気噴射口部の間には、所定の外側噴射口隙間が形成されていてもよい。
この場合、外側空気流（１次空気外流）に隙間が設けられるようになり、高温の２次空気同伴を促進することができ、高温の２次空気同伴の領域を拡大することができる。【００２６】
本発明に係る別の燃料燃焼装置は、さらに、前記複数の内側空気噴射口部及び前記複数の燃料噴射口部に空気を供給する第１のファンと、前記外側空気噴射口部に空気を供給する第２のファンとを備えることが好ましい。
この場合、第１のファンと第２のファンとを互いに独立に制御することにより、使用する燃料種によって火炎を最適な状態に調整することができる。【００２７】
また、本発明によれば、前記外側空気噴射口部における２次空気の流速は、１５０〜２５０ｍ／ｓであることが好ましい。この場合、１次空気の流速を上昇させることで、１次空気のモーメンタムを大きくし、１次空気のモーメンタムを大きくすることで、高温２次空気の同伴及び外部再循環を促進することができる。【００２８】
また、本発明によれば、前記仮想軸に対する前記螺旋拡散方向の角度が３０°〜６０°であるような構成を採用することもできる。【００２９】
かかる構成によれば、仮想軸に対する螺旋拡散方向の角度が３０°〜６０°の内側空気噴射口部が、外側空気噴射口部の吐出口側の外周部に配置されることで、内流が螺旋拡散方向に放射状に拡散することになる。そして、放射状に拡散された内流は、外周側の石炭流に合流後、速やかに石炭をその外周側の高温の２次空気流に拡散させるため、火炎を高温化させて燃焼速度の上昇が可能になる。【００３０】
また、本発明によれば、前記外側空気噴射口部から噴射される外側空気のモーメンタムは、６〜８Ｎ／ＭＷであることが好ましい。かかる構成によれば、適正な外部再循環を確保することができる。【００３１】
また、本発明に係るセメントクリンカー焼成装置は、セメントロータリーキルンと、前記吐出口が前記セメントロータリーキルンの内部に位置するように、前記セメントロータリーキルンに取り付けられた上述のいずれかに記載の別の燃料燃焼装置と、を備える。前記吐出口から前記セメントロータリーキルンの内部に噴射される空気の直進する流れとは逆向きの流れを生じさせる外部再循環のスケールは、下記の式（２）により算出される外部再循環指標ｍ＝１．５〜２．６の範囲であることが好ましく、さらに２．０〜２．４の範囲であることが好ましい。
ｍ＝−１．５Ｒ2＋Ｒ＋Ｋ・Ｒ2／（ｄ0／ｄ1）2          （２）
但し、
Ｒ＝（ｕ0−ｕ1）ρ0・（ｄ0／２）2／ｕ1ρ1（ｄ1／２−δ）2＋（ｕ0−ｕ1）ρ0（ｄ0／２）2
ｕ0：噴流速度（１次空気）
ｕ1：同伴流流速（２次空気）
ρ0：噴流密度（１次空気）
ρ1：同伴流密度（２次空気）
ｄ0：別の燃料燃焼装置の吐出口の有効内径
ｄ1：ロータリーキルンの有効内径
Ｋ：ロータリーキルンの噴流形状ファクターで、別の燃料燃焼装置の吐出口が円形の場合は１
δ：境界層厚さで、ロータリーキルンの有効内径が別の燃料燃焼装置の吐出口の内径よりも十分に大きい場合はほぼ０
ｍ：外部再循環指標【００３２】
かかる構成によれば、外部再循環指標ｍが過小である場合（ｍ＜１．５）は、高温の２次空気の同伴が完結しないため、燃焼速度の低下を起こす。一方、過剰である場合（ｍ＞２．６）も高温だが低酸素濃度の排ガスを過剰に循環させることになるため、燃焼速度の低下を引き起こす。したがって、外部再循環指標ｍ＝１．５〜２．６の範囲であれば、適度な燃焼速度を維持できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、無煙炭やオイルコークスなどの揮発分の少ない難燃性燃料を、ロータリーキルンで効率よく燃焼することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料燃焼装置の構成を示す正面図である。
【図２】図１に示した燃料燃焼装置の側断面図である。
【図３】図１に示した内側空気噴射口の概略側断面図である。
【図４】図３に示した内側空気噴射口の概略正面図である。
【図５】図３に示した内側空気噴射口の展開図である。
【図６】図５のＡ―Ａ線矢視断面図である。
【図７】図１に示した外側空気噴射口に配置されるピースの平面図である。
【図８】図７に示したピースの側面図である。
【図９】図１に示した燃料燃焼装置の第１のファンと第２のファンとの接続概念図である。
【図１０】図１に示した燃料燃焼装置を備えたセメントリンカー焼成装置の構成図である。
【図１１】本発明の別の実施形態に係る燃料燃焼装置の構成を示す正面図である。
【図１２】図１１に示した燃料燃焼装置の側断面図である。
【図１３】図１１に示した燃料燃焼装置の拡散流リングの正面図である。
【図１４】図１３に示した拡散流リングの下流側リングの正面図である。
【図１５】図１４に示した下流側リングのＸＶ−ＸＶ断面図である。
【図１６】図１３に示した拡散流リングの上流側リングの正面図である。
【図１７】図１６に示した上流側リングのＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ断面図である。
【図１８】図１１に示した燃料燃焼装置の作動の状態を示す概略断面図である。
【図１９】図１３に示した拡散流リングの一部を省略した部分斜視図である。
【図２０】従来の燃料燃焼装置に空気を供給する空気供給部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に、本発明の一実施形態に係る燃料燃焼装置について、図１から図９を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、燃料燃焼装置（以下、単にバーナーという場合もある。）１は、複数の同心円筒状部材、具体的には、最内周の第１円筒状部材ａ、その外側の第２円筒状部材ｂ、第３円筒状部材ｃ、最外周の第４円筒状部材ｄにより仕切られた複数の流路を備えている。該複数の流路は、同心円の中心から順に、旋回流を生成すべく螺旋流路Ｓで構成される内側空気噴射口２と、該内側空気噴射口２の外側に配置される燃料噴射口３と、該燃料噴射口３の外側に配置される外側空気噴射口４と、内側空気噴射口２、燃料噴射口３、外側空気噴射口４から空気を吐出する吐出口５とを備えている。
【００３６】
図３、図４、図５及び図６に示すように、内側空気噴射口２には、第１拡散流生成部６と、第２拡散流生成部７とで構成される旋回・拡散流路８を備えている。
【００３７】
第１拡散流生成部６は、平坦部６ａと、第１傾斜部６ｂと、入口側傾斜部６ｃとを有している。平坦部６ａは、円筒状部材ａ〜ｄの仮想軸Ｏに平行するように、バーナー１の吐出口５側の外周部に配置されている。第１傾斜部６ｂは、平坦部６ａの吐出口５側に、該吐出口５側に向かうにしたがって大きく開口するように形成されている。入口側傾斜部６ｃは、平坦部６ａの吐出口５側とは反対側に、該反対側に向かうにしたがって大きく開口するように形成されている。
【００３８】
そして、平坦部６ａは、円筒状部材ａの仮想軸Ｏに平行する部位の長さが、平行部位高さＨの１〜２倍になっている（本実施形態では、平坦部６ａの長さは、５〜１０ｍｍ）。また、第１拡散流生成部６において、平坦部６ａに対する第１傾斜部６ｂの角度θ１は、４５°になっている。また、平坦部６ａに対する入口側傾斜部６ｃの角度θ２は、３０°になっている（図６参照）。
【００３９】
第２拡散流生成部７は、傾斜部（第２傾斜部）７ａを有している。該傾斜部７ａは、第１傾斜部６ｂに対して平行するように、内側空気噴射口２の吐出口５の内周部に配置されている。第２拡散流生成部７において、仮想軸Ｏに対する傾斜部７ａの角度θ３は、４５°になっている（図６参照）。
【００４０】
したがって、第１拡散流生成部６の第１傾斜部６ｂと、第２拡散流生成部７の傾斜部７ａとは、所定の間隔をおいて平行している。そして、円筒状部材ａの外周面と第１拡散流生成部６の平坦部６ａとの間に整流流路８ａが形成されている。また、第１拡散流生成部６の第１傾斜部６ｂと第２拡散流生成部７の傾斜部７ａとの間に拡散流路８ｂが形成されている。そして、整流流路８ａと拡散流路８ｂとで旋回・拡散流路８が形成されている。
この旋回・拡散流路８を通って吐出される第１の１次空気流は、旋回されつつ吐出口５の近傍まで導入され、該吐出口５の近傍で、整流されつつ拡散されて外部に吐出される。
【００４１】
また、内側空気噴射口２は、上述したように、螺旋流路Ｓで構成されており、該螺旋流路Ｓは、図５に示すように、複数の旋回羽根Ｓ１，…が螺旋状に形成されている。該旋回羽根Ｓ１，…の、仮想軸Ｏに対する角度θ４は、４５°になっている。
【００４２】
図１及び図２に示すように、燃料噴射口３は、等脚台形状の整流板３０，…が等間隔に配置されている（図１では、５枚を配置）。この整流板３０は、冷却のため空気抜きの孔が複数形成されている。また、整流板３０は、中心側が幅小に形成され、外周側に向かうにしたがって幅広に形成されている。また、固体粉末燃料としては、例えば、製造コスト低減により推進されている無煙炭やオイルコークスなどの難燃性燃料が使用される。
【００４３】
図１に示すように、外側空気噴射口４は、周方向に所定の間隔をおいて配置（図１では、１０個を配置）されたピース４０，…によって閉塞されたスロット構造になっている。該ピース４０は、図７及び図８に示すように、平面視略正方形状の広角部４０ａと、平面視三角形状の分流部４０ｂとで構成される。そして、広角部４０ａが吐出部５側に配置される。また、ピース４０の大きさは、例えば、幅寸法Ｘが３３ｍｍ、全体の長さ寸法Ｙが７０ｍｍ、厚さ寸法Ｚが１２．５ｍｍとなっており、寸法Ｙ１は幅寸法Ｘとほぼ同じである。また、分流部４０ｂの頂部Ａにおいて、仮想軸Ｏと斜辺とのなす角度θ５は、２４度である。そして、外側空気噴射口４をスロット構造にすることで、１次空気流（内流）に隙間が形成されて、高温２次空気（外流）同伴を促進することができ、高温２次空気の同伴領域を拡大することができる。
【００４４】
また、図９に示すように、内側空気噴射口２及び燃料噴射口３には、内側空気噴射口２及び燃料噴射口３に空気を供給する第１のファン（ブロア）９が設けられている。また、外側空気噴射口４には、外側空気噴射口４に空気を供給する第２のファン（ブロア）１０が設けられており、内側空気噴射口２と、外側空気噴射口４とに独立して空気を供給できるように構成されている。なお、第１のファン（ブロア）９の風量を計測する風量計１１及び第２のファン（ブロア）１０の風量を計測する風量計１１が設けられている。
【００４５】
そして、図３に示すように、外側空気噴射口４からの１次空気（外流）は、高速流により生じる負圧によって周囲の高温ガスを誘引することにより、２次空気同伴Ｅに続いて外部再循環領域Ｂが形成されることになる。そして、この外部再循環領域Ｂにおける高温場が、旋回・拡散流路８からの第１の１次空気流によって導入される固体粉末燃料流（微粉炭流）の燃焼をさらに促進させる。すなわち、火炎温度が上昇する。一方、旋回・拡散流により高温場への微粉炭導入を促進させることも燃焼速度を上昇させる重要な要素となる。また、外部再循環領域Ｂのスケールは、１次空気のモーメンタムに依存することになる。そして、外部再循環領域Ｂにおいて、第１の１次空気の流速を上昇させることにより２次空気同伴及び外部再循環を促進させ、上述した燃焼速度上昇（着火安定）が実現する。なお、前記１次空気のモーメンタム（Ｎ）は、流路面積（ｍ2）×流速（ｍ／ｓ）×質量流量（ｋｇ／ｓ）で算出され、投入熱量あたりの１次空気のモーメンタム（Ｎ／ＭＷ）で表示する。
【００４６】
また、第１の空気ファン（ブロア）９で内流の空気を供給し、第２の空気ファン（ブロア）１０で外流の空気を供給することにより、内流・外流の空気量及び空気量比率を任意に調整することができて、使用する燃料種によって火炎を最適な状態に調整することができる。ＳＯ3循環に対しては、燃焼速度上昇に伴い火炎が狭角・短炎化されることにより、ＳＯ3循環を抑制することができる。
【００４７】
このように、本実施形態によれば、火炎温度及び燃焼速度を上昇させることができる。具体的には、燃焼速度改善により、低揮発炭、例えば、無水無灰基準の石炭の揮発分（ＶＭ）１０％以下の無煙炭、オイルコークスの使用比率を増加させることができる。カロリー比で（従来）１０％以下（改良）３０％まで増量することができる。また、第１の空気ファン（ブロア）９により、内側空気噴射口２に空気を供給すると共に、第２の空気ファン（ブロア）１０により、外側空気噴射口４に空気を供給するようにしたので、内流・外流の空気をそれぞれ独立して供給できて、火炎調整が容易になり、狭角・短炎化によってＳＯ3の循環量を低減することができる。
【００４８】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更することができる。
【００４９】
例えば、前記実施形態の場合、セメントクリンカー焼成装置のバーナーに適用するようにしたが、セメントクリンカー焼成装置に限定されるものではなく、微粉炭を燃料とする種々のバーナーにも適用できる。
【００５０】
図１０に示すように、石灰石、粘土、珪酸原料、酸化鉄原料などのセメント原料を焼成する際に使用されるセメントクリンカー焼成装置５０は、４つのサイクロン５１〜５４と、図１０を正面から見て右側下段のサイクロン５２に連結された仮焼炉５５、左側下段のサイクロン５４及び右側下段のサイクロン５２に連結されたライジングダクト５７及びインレットフッド５８と、インレットフッド５８に連結されるロータリーキルン５６と、ロータリーキルン５６に連結される冷却機６０と、左側最上段のサイクロン５３に配管６１を介して連結されるファン６２とを備える。
【００５１】
そして、ロータリーキルン５６には、原料を焼成する燃料燃焼装置としての上述の燃料燃焼装置１が取り付けられている。
【００５２】
１次空気外流は、冷却機６０からの高温の２次空気を同伴させて火炎を高温化することにより、石炭燃焼は促進される。１次空気内流の出口端付近（吐出口５付近）には旋回・拡散流路８が取り付けられている。この旋回・拡散流路８によって、燃料燃焼装置１の仮想軸Ｏの方向に沿って流れてくる空気流が撹拌旋回する。火炎内部の排ガス循環流（内部循環）が生成されることで、火炎の高温化及び安定化が図られている。１次空気外流を増やすと、火炎は狭角・長炎化し、逆に１次空気内流を増やすと広角・短炎化する。ロータリーキルン５６内におけるセメントクリンカーの焼成状況や、ロータリーキルン５６内の耐火煉瓦の損耗を見ながら、１次空気内流・外流の配分が前述の弁開度により調整される。
【００５３】
つぎにセメントの製造方法について説明する。該製造方法は、原料作製工程と、セメントクリンカーの焼成工程と、仕上げ工程とを備えている。
【００５４】
まず、原料作製工程において、石灰石、粘土、けい石、酸化鉄原料を中心に所要の構成成分になるように粉砕、乾燥、混合して成分が安定した粉体原料（以下、単に原料という）が作製される。
【００５５】
つぎに、セメントクリンカーの焼成工程に移行する。原料作製工程で作製された原料は、上述したセメントクリンカー焼成装置５０のサスペンションプリヒーター（ＳＰ）の右側上段のサイクロン５１に供給される。そして、右側上段のサイクロン５１に供給された原料は、右側上段のサイクロン５１のガス出口から排出されるガスと熱交換をしながら左側下段のサイクロン５４内に導かれ、左側下段のサイクロン５４で固気分離される。固体として分離された原料は、右側下段のサイクロン５２に供給され、各段のサイクロン５１〜５４で、「入口に供給」、「熱交換」、「固気分離」を順次繰り返し、仮焼炉５５に供給される。仮焼炉５５では、燃料を燃焼させて石灰石成分から二酸化炭素を分離して生石灰成分を生成させる。気流に同伴されて仮焼炉５５を出た原料は、右側下段のサイクロン５２内に導かれ、固気分離される。そして、固気分離された原料は、インレットフッド５８を経てロータリーキルン５６へと供給される。ロータリーキルン５６に供給された原料は、ロータリーキルン５６の傾斜に沿って窯尻から窯前へとさらに熱交換をしながら移動して焼成され、（セメント）クリンカとなる。セメントクリンカーは品質上急冷が必要なので、ロータリーキルン５６を出た後直ぐに冷却機６０へと導かれ、ここで、空気などで急冷されて半製品であるセメントクリンカー（中間製品）となる。
【００５６】
そして、仕上げ工程に移行して、セメントクリンカーに石膏が加えられて、セメントが完成する。
【００５７】
以下に、本発明の別の実施形態に係る燃料燃焼装置について、図１１から図１９を参照して説明する。
図１１に示すように、燃料燃焼装置２０１は、固体粉末燃料を空気と共に吐出口ｇ１から仮想軸Ｏに沿って噴射方向ｆ１に噴射させる燃料燃焼装置である。
固体粉末燃料としては、例えば、製造コスト低減により推進されている無煙炭やオイルコークスなどの難燃性燃料が使用される。
【００５８】
燃料燃焼装置２０１は、複数の燃料噴射口部２０３と、複数の外側空気噴射口部２４５と、複数の内側空気噴射口部３１０とを備える。燃料燃焼装置２０１は、さらに、図９に示すような第１のファン９及び第２のファン１０を備える。
【００５９】
複数の燃料噴射口部２０３は、噴射方向ｆ１に固体粉末燃料が噴出するように、吐出口ｇ１（図１２参照）において、仮想軸Ｏの周りに間隔をおいてリング状に配置されている。
【００６０】
複数の外側空気噴射口部２４５は、噴射方向ｆ１に空気が噴射するように、吐出口ｇ１において、複数の燃料噴射口部２０３の半径方向の外側方向ｒ１かつ仮想軸Ｏの周りに間隔をおいてリング状に配置されている。
【００６１】
複数の内側空気噴射口部３１０は、噴射方向ｆ１に進むにつれて仮想軸Ｏの周りの旋回方向ｔ１と半径方向の外側方向ｒ１との間の螺旋拡散方向ｓ０１（図１８及び図１９参照）に向けて空気が噴射するように、吐出口ｇ１において、複数の燃料噴射口部２０３の半径方向の内側かつ仮想軸Ｏの周りに間隔をおいてリング状に配置されている。
【００６２】
図１１及び図１２に示すように、複数の外側空気噴射口部２４５、複数の燃料噴射口部２０３、及び複数の内側空気噴射口部３１０は、それぞれ、仮想軸Ｏの周りに同心円状に配置された、円筒状部材ｄ１と円筒状部材ｃ１との間、円筒状部材ｃ１と円筒状部材ｂ１との間、及び円筒状部材ｂ１と円筒状部材ａ１との間に形成されている。
複数の外側空気噴射口部２４５は、円筒状部材ｄ１と円筒状部材ｃ１との間のリング状の隙間である外側空気流路２０４を、所定の間隔をおいて配置された複数の仕切ピース２４０で仕切って形成したものである。複数の仕切ピース２４０によって、外側空気流路２０４は閉塞されたスロット構造になっている。
各外側空気噴射口部２４５における２次空気の流速は、１５０〜２５０ｍ／ｓであることが好ましい。
【００６３】
複数の燃料噴射口部２０３は、円筒状部材ｃ１と円筒状部材ｂ１との間のリング状の隙間に、等脚台形状の複数の整流板２３０で仕切って形成されている。複数の整流板２３０は、円筒状部材ｃ１と円筒状部材ｂ１との間に、所定の間隔をおいて配置されている。各整流板２３０は、等脚台形状を有する。
【００６４】
図１１及び図１２に示すように、整流板２３０には、冷却のための複数の空気抜き孔２３１が形成されている。また、整流板２３０は、中心側が幅小に形成され、外周側に向かうにしたがって幅広に形成されている。
【００６５】
複数の内側空気噴射口部３１０は、円筒状部材ｂ１と円筒状部材ａ１との間のリング状の隙間である内側空気流路２０２を封止した拡散流リング３００に形成されている。
【００６６】
図１３から図１７に示すように、拡散流リング３００は、仮想軸Ｏを中心軸とする上流側リング３０２と、仮想軸Ｏを中心軸とし、上流側リング３０２の噴射方向ｆ１に配置された下流側リング３０１とを有する。
上流側リング３０２と下流側リング３０１とは、開口３１５と開口３１４とが一致するように、重ねられている（図１９参照）。
上流側リング３０２及び下流側リング３０１は、例えば、ステンレス製金物で形成される。
【００６７】
図１９に示すように、各内側空気噴射口部３１０の上流側流路３１６は上流側リング３０２に形成され、各内側空気噴射口部３１０の下流側流路３１２は下流側リング３０１に形成されている。
【００６８】
図１３に示すように、上流側リング３０２及び下流側リング３０１の外径及び内径は、互いに同じにされている。上流側リング３０２及び下流側リング３０１の内径は、円筒状部材ａ１の外径に挿入可能な径とされ、外径は、円筒状部材ｂ１の内径に挿入可能な径とされている。
内側空気噴射口部３１０は、直線状の下流側流路３１２と、直線状の上流側流路３１６とで構成されている。
【００６９】
図１４に示すように、下流側リング３０１の中心の周りに所定の間隔をおいて、複数の下流側流路３１２が形成されている。各下流側流路３１２の一方は、下流側リング３０１の下流側側面３０１ａに開口３１１を形成しており、他方は、下流側リング３０１の上流側側面３０１ｂに開口３１４を形成している。
図１５に示すように、各下流側流路３１２は、上流側側面３０１ｂから下流側側面３０１ａ（噴射方向ｆ１）に進むにつれて、流路が半径方向ｒ１の外側方向と旋回方向ｔ１との間の螺旋拡散方向ｓ０１に沿うように、断面形状が矩形で直線状に形成されている。
図１３に示すように、複数の内側空気噴射口部３１０のうち仮想軸Ｏの周り方向に隣接する２つの内側空気噴射口部３１０の間には、所定の内側噴射口隙間が形成されている。これにより、図１８及び図１９に示すように、複数の内側空気噴射口部３１０が形成するリング状の内側かつ噴射方向ｆ１にある空気を、複数の内側空気噴射口部３１０からそれぞれ噴射された複数の内側空気流Ｆ１の間に同伴しやすくしている。
また、図１９に示すように、仮想軸Ｏに対する螺旋拡散方向ｓ０１の角度は、３０°〜６０°の範囲に設定されている。
【００７０】
図１６に示すように、上流側リング３０２の中心の周りに所定の間隔をおいて、複数の上流側流路３１６が形成されている。各上流側流路３１６の一方は、上流側リング３０２の下流側側面３０２ａに開口３１５を形成しており、他方は、上流側リング３０２の上流側側面３０２ｂに開口３１８を形成している。
開口３１５は、上流側リング３０２の中心線より離れる方向に平行移動した位置に開口しており、開口３１８は、開口３１５のさらに、中心より離れる方向に平行移動した位置に開口している。つまり、開口３１５と開口３１８とは、互いに旋回方向に平行移動した位置に形成されている。
図１７に示すように、各上流側流路３１６は、下流側側面３０２ａに対して所定の角度に伸びる方向の直線に沿うように、断面形状が矩形で直線状に形成されている。
【００７１】
外側空気流路２０４内に形成された各仕切ピース２４０は、図７及び図８に示すピース４０と同一のものであり、平面視略正方形状の広角部４０ａと、平面視三角形状の分流部４０ｂとで構成される。そして、仕切ピース２４０の広角部が吐出口ｇ１の側に配置される。そして、スロット構造にすることで、外側空気流（内流）に隙間が形成されて、高温２次空気（外流）同伴を促進することができ、高温の２次空気同伴領域Ｂ１を拡大することができる。
【００７２】
内側空気流路２０２及び複数の燃料噴射口部２０３には、内側空気流路２０２及び複数の燃料噴射口部２０３に空気を供給する第１のファン（ブロア）（例えば図９に示す第１のファン９）が設けられている。また、外側空気流路２０４には、外側空気流路２０４に空気を供給する第２のファン（ブロア）（例えば図９に示す第２のファン１０）が設けられており、内側空気流路２０２と、外側空気流路２０４とに独立して空気を供給できるように構成されている。第１のファン及び第２のファンのそれぞれの風量は、風量計（例えば図９に示す風量計１１）によって測定される。
【００７３】
以上の燃料燃焼装置２０１は、以下のように作動する。
第１のファンが作動すると、内側空気流路２０２と複数の燃料噴射口部２０３とに空気を供給する。また、第２のファンが作動すると、外側空気流路２０４に空気を供給する。
図１８に示すように、内側空気流路２０２に供給された空気は、内側空気噴射口部３１０を通って噴射される。
図１９に示すように、内側空気流路２０２に供給された空気は、まず、拡散流リング３００の上流側リング３０２に形成された開口３１８を介して上流側流路３１６を流れ、開口３１５から吐出する。このとき、開口３１５と開口３１８とは、互いに旋回方向ｔ１に平行移動した位置に形成されているので、上流側流路３１６を流れる空気の流れは、噴射方向ｆ１に進むにつれて旋回方向ｔ１に向く。
【００７４】
次に、上流側流路３１６から吐出された空気は、開口３１４を介して下流側流路３１２を流れ、開口３１１から吐出する。このとき、開口３１１と開口３１４とは、互いに旋回方向に平行移動していると共に、半径方向ｒ１の外側に平行移動しているので、噴射方向ｆ１に進むにつれて螺旋拡散方向ｓ０１に向く。
このとき、上流側流路３１６と、下流側流路３１２とは緩やかに接続されているので、内側空気噴射口部３１０の空気は、旋回されつつ吐出口ｇ１の近傍まで導入され、吐出口ｇ１の近傍で、整流されつつ拡散されて外部に吐出される。
【００７５】
そして、図１８に示すように、外側空気流路２０４からの１次空気（外流）は、高速流により生じる負圧によって周囲の高温ガスを誘引することにより、２次空気同伴領域Ｂ１に続いて外部再循環領域Ａ１が形成されることになる。
そして、この外部再循環領域Ａ１における高温場が、内側空気噴射口部３１０からの内側空気流によって導入される固体粉末燃料流Ｄ１（微粉炭流）の燃焼をさらに促進させる。すなわち、火炎温度が上昇する。
【００７６】
さらに、図１９に示すように、仮想軸Ｏの周り方向である旋回方向ｔ１に隣接する２つの内側空気噴射口部３１０の間には、所定の内側噴射口隙間が形成されているので、図１２に示すように、複数の内側空気噴射口部３１０が形成するリング状の内側かつ噴射方向ｆ１にある内部循環領域Ｅ１の空気が誘引され、図１８及び図１９に示すように、複数の内側空気噴射口部３１０からそれぞれ噴射された複数の内側空気流Ｆ１の間に同伴しやすくなる。
そして、内部循環領域Ｅ１の空気は、内側空気流Ｆ１と固体粉末燃料流Ｄ１と共に揮発分燃焼領域Ｍ１の粉炭拡散領域Ｌ１に同伴され、揮発分燃焼領域Ｎ１が拡大する。このとき、外側空気噴射口部２４５から噴射される外側空気流Ｃ１の２次空気の流速は、１５０〜２５０ｍ／ｓであることが好ましい。
このため、内部循環領域Ｅ１における空気流が強く生じ、内側空気流と相まって固体粉末燃料流Ｄ１の燃焼をよりさらに促進させる。すなわち、火炎温度をさらに上昇させることができる。
【００７７】
一方、螺旋拡散方向ｓ０１の旋回・拡散流により高温場への微粉炭導入を促進させることも燃焼速度を上昇させる重要な要素となる。また、外部再循環領域Ａ１のスケールは、１次空気のモーメンタムに依存することになる。そして、外部再循環領域Ａ１において、内側空気の流速を上昇させることにより２次空気同伴及び外部再循環を促進させ、燃焼速度上昇（着火安定）が実現する。
なお、１次空気のモーメンタム（Ｎ）は、流路面積（ｍ2）×流速（ｍ／ｓ）×質量流量（ｋｇ／ｓ）で算出され、投入熱量あたりの１次空気のモーメンタム（Ｎ／ＭＷ）で表示する。
【００７８】
また、第１の空気ファン（ブロア）で内流の空気を供給し、第２の空気ファン（ブロア）で外流の空気を供給することにより、内流・外流の空気量及び空気量比率を任意に調整することができる。このため、使用する燃料種によって火炎を最適な状態に調整することができる。
ＳＯ3循環に対しては、燃焼速度上昇に伴い火炎が狭角・短炎化されることにより、ＳＯ3循環を抑制することができる。
【００７９】
このように、本実施形態によれば、火炎温度及び燃焼速度を上昇させることができる。具体的には、燃焼速度改善により、低揮発炭、例えば、無水無灰基準の石炭の揮発分（ＶＭ）１０％以下の無煙炭、オイルコークスの使用比率を増加させることができる。カロリー比で（従来）１０％以下（改良）３０％まで増量することができる。また、第１の空気ファン（ブロア）により、内側空気流路２０２に空気を供給すると共に、第２の空気ファン（ブロア）により、外側空気流路２０４に空気を供給するようにしたので、内流・外流の空気をそれぞれ独立して供給できて、火炎調整が容易になり、狭角・短炎化によってＳＯ3の循環量を低減することができる。
【００８０】
燃料燃焼装置１は、セメントクリンカー焼成装置のバーナーに適用するようにしたが、セメントクリンカー焼成装置に限定されるものではなく、微粉炭を燃料とする種々のバーナーにも適用できる。
【００８１】
図１０に示すように、石灰石、粘土、珪酸原料、酸化鉄原料などのセメント原料を焼成する際に使用されるセメントクリンカー焼成装置５０は、４つのサイクロン５１〜５４と、図１０を正面から見て右側下段のサイクロン５２に連結された仮焼炉５５、左側下段のサイクロン５４及び右側下段のサイクロン５２に連結されたライジングダクト５７及びインレットフッド５８と、インレットフッド５８に連結されるロータリーキルン５６と、ロータリーキルン５６に連結される冷却機６０と、左側最上段のサイクロン５３に配管６１を介して連結されるファン６２とを備える。
【００８２】
そして、ロータリーキルン５６には、原料を焼成する燃料燃焼装置としての上述の燃料燃焼装置１が取り付けられている。
【００８３】
１次空気外流は、冷却機６０からの高温の２次空気を同伴させて火炎を高温化することにより、石炭燃焼は促進される。１次空気内流の出口端付近には拡散流リング１００が取り付けられている。この拡散流リング１００によって、燃料燃焼装置１の仮想軸Ｏの方向に沿って流れてくる空気流が撹拌旋回する。火炎内部の排ガス循環流（内部循環）が生成されることで、火炎の高温化及び安定化が図られている。１次空気外流を増やすと、火炎は狭角・長炎化し、逆に１次空気内流を増やすと広角・短炎化する。ロータリーキルン５６内におけるセメントクリンカーの焼成状況や、ロータリーキルン５６内の耐火煉瓦の損耗を見ながら、１次空気内流・外流の配分が前述の弁開度により調整される。
【００８４】
つぎにセメントの製造方法について説明する。該製造方法は、原料作製工程と、セメントクリンカーの焼成工程と、仕上げ工程とを備えている。
【００８５】
まず、原料作製工程において、石灰石、粘土、けい石、酸化鉄原料を中心に所要の構成成分になるように粉砕、乾燥、混合して成分が安定した粉体原料（以下、単に原料という）が作製される。
【００８６】
つぎに、セメントクリンカーの焼成工程に移行する。原料作製工程で作製された原料は、上述したセメントクリンカー焼成装置５０のサスペンションプリヒーター（ＳＰ）の右側上段のサイクロン５１に供給される。そして、右側上段のサイクロン５１に供給された原料は、右側上段のサイクロン５１のガス出口から排出されるガスと熱交換をしながら左側下段のサイクロン５４内に導かれ、左側下段のサイクロン５４で固気分離される。固体として分離された原料は、右側下段のサイクロン５２に供給され、各段のサイクロン５１〜５４で、「入口に供給」、「熱交換」、「固気分離」を順次繰り返し、仮焼炉５５に供給される。仮焼炉５５では、燃料を燃焼させて石灰石成分から二酸化炭素を分離して生石灰成分を生成させる。気流に同伴されて仮焼炉５５を出た原料は、右側下段のサイクロン５２内に導かれ、固気分離される。そして、固気分離された原料は、インレットフッド５８を経てロータリーキルン５６へと供給される。ロータリーキルン５６に供給された原料は、ロータリーキルン５６の傾斜に沿って窯尻から窯前へとさらに熱交換をしながら移動して焼成され、（セメント）クリンカとなる。セメントクリンカーは品質上急冷が必要なので、ロータリーキルン５６を出た後直ぐに冷却機６０へと導かれ、ここで、空気などで急冷されて半製品であるセメントクリンカー（中間製品）となる。
【００８７】
つぎに、仕上げ工程に移行して、セメントクリンカーに石膏が加えられて、セメントが完成する。
【実施例】
【００８８】
（実施例１及び比較例１、２）
つぎに実施例１及び比較例１、２について説明する。比較例１では、既設のバーナー（従来のバーナー）を使用して、吐出流速の内流を７０ｍ／ｓとし、外流を９０ｍ／ｓとし、外部再循環指標を１．０とし、１次空気モーメンタムを３．８Ｎ／ＭＷとし、オイルコークス比率を１０％ｃａｌとした。比較例２では、オイルコークス比率を２５％ｃａｌとした以外は比較例１と同じにした。【００８９】
実施例１では、図１に示すバーナー１を使用して、吐出流速の内流を１２６ｍ／ｓとし、外流を２２６ｍ／ｓとし、外部再循環指標を２．５とし、１次空気モーメンタムを６．８Ｎ／ＭＷとし、オイルコークス比率を２５％ｃａｌとした。比較例１、２、実施例１のそれぞれについて、クリンカ生産能力比、最下段のサイクロンＳＯ3濃度を比較評価する試験を行った。その結果を表１に示す。【００９０】
なお、クリンカ生産能力比は、比較例１のクリンカ生産能力（ｔ／ｈ）を基準に相対的な割合で評価した。また、ＳＯ3濃度が７％以上の場合、ＳＯ3循環の抑制が十分でないことを示す。
また、オイルコークス比率は、クリンカ原料に対するオイルコークスの熱割合である。【００９１】
【表１】
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【００９２】
表１に示す結果について説明する。比較例１では、オイルコークス比率が１０％ｃａｌで、クリンカ生産能力比が１００％（比較例１のクリンカ生産能力を１００とした場合）、最下段のサイクロンＳＯ3濃度が５〜６％となった。比較例１の場合、オイルコークス比率が低かったため、高いクリンカ生産能力比、低いＳＯ3濃度が示された。【００９３】
比較例２では、オイルコークスの比率を２５％ｃａｌに上げると、クリンカ生産能力比が９８％まで低下し、最下段のサイクロンＳＯ3濃度は、８〜９％まで上昇した。オイルコークス比率を上げると、ロータリーキルンが燃焼遅れとなるため、強い還元雰囲気となり、異常反応が発生して、コーチングと呼ばれる付着物が、サスペンションプレヒータ内に成長して、生産に悪影響を及ぼすことになるからと考えられる。【００９４】
実施例１では、オイルコークスの比率が２５％ｃａｌ、クリンカ生産能力比が１０２％、最下段のサイクロンＳＯ3濃度が５〜６％となった。実施例１の場合、オイルコークスの比率が高くても、クリンカ生産能力比が比較例１よりも高く、最下段のサイクロンＳＯ3濃度も低かった。【００９５】
（実施例２、比較例３）
つぎに実施例２について説明する。実施例２では、図１１に示す燃料燃焼装置２０１を使用して、吐出流速の内流を１２６ｍ／ｓとし、外流を２２６ｍ／ｓとし、外部再循環指標を２．５とし、１次空気モーメンタムを６．８Ｎ／ＭＷとした。比較例３では、図１１に示す燃料燃焼装置２０１の拡散流リング３００において、所定の内側噴射口隙間が形成されないように、隣接する２つの内側空気噴射口部３１０の間は隙間無く詰め、かつ、旋回・拡散流が生じないタイプのものを用いた以外は実施例２と同じにした。【００９６】
実施例２、比較例３のそれぞれについて、脱硝材（尿素）使用量（ｋｇ／ｔ−クリンカ）、クリンカ生産能力比（％）、Ｆ−ＣａＯの比率（％）、１次空気比（％）を比較評価する試験を行った。その結果を表２に示す。【００９７】
【表２】
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【００９８】
表２に示す結果について説明する。実施例２は、比較例３に比べて、クリンカ生産能力比が改善し、かつ、脱硝材（尿素）使用量が少ないので低ＮＯｘを実現した。
【符号の説明】
【００９９】
１  燃料燃焼装置（バーナー）
２  １次空気流路
３  燃料噴射口
４  ２次空気流路
５  吐出口
６  第１拡散流生成部
６ａ  平坦部
６ｂ  第１傾斜部
７  第２拡散流生成部
７ａ  傾斜部（第２傾斜部）
８  旋回・拡散流路
９  第１のファン（ブロア）
１０  第２のファン（ブロア）
４０  ピース
Ｓ  螺旋流路
ａ〜ｄ  円筒状部材
Ａ１  外部再循環領域
Ｂ１  ２次空気同伴領域
Ｃ１  外側空気流
Ｄ１  固体粉末燃料流
Ｅ１  内部循環領域
Ｆ１  内側空気流
Ｌ１  粉炭拡散領域
Ｍ１  揮発分燃焼領域
Ｏ  仮想軸
ｓ０１  螺旋拡散方向
ａ１  円筒状部材
ｂ１  円筒状部材
ｃ１  円筒状部材
ｄ１  円筒状部材
ｆ１  噴射方向
ｇ１  吐出口
ｒ１  半径方向（外側方向）
ｔ１  旋回方向
２０１  燃料燃焼装置
２０２  内側空気流路
２０３  燃料噴射口部
２０４  外側空気流路
２３０  整流板
２３１  空気抜き孔
２４０  仕切ピース
２４０ａ  広角部
２４０ｂ  分流部
２４５  外側空気噴射口部
３００  拡散流リング
３０１  下流側リング
３０１ａ  下流側側面
３０１ｂ  上流側側面
３０２  上流側リング
３０２ａ  下流側側面
３０２ｂ  上流側側面
３１０  内側空気噴射口部
３１１  開口
３１２  下流側流路
３１４  開口
３１５  開口
３１６  上流側流路
３１８  開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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