(57)【要約】【課題】簡易な構成でバーナノズルが受ける熱負荷の影響を低減することが可能な微粉炭バーナ及びボイラを提供することを目的とする。【解決手段】微粉炭バーナ１０は、微粉炭と１次空気の微粉炭混合気が流通する微粉炭混合気供給路２３と、微粉炭混合気供給路２３の外側に設けられ、２次空気が流通する２次空気供給路２４とを有し、微粉炭混合気と２次空気を火炉２に対して噴出するバーナノズル１４と、バーナノズル１４の上方又は下方に設けられ、補助空気を火炉２に対して噴出する補助空気ノズル１５と、バーナノズル１４と補助空気ノズル１５の間でバーナノズル１４に沿って設置され、保護用空気を火炉２に対して噴出する保護用空気ノズル２０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭と１次空気の微粉炭混合気が流通する微粉炭混合気供給路と、前記微粉炭混合気供給路の外側に設けられ、２次空気が流通する２次空気供給路とを有し、前記微粉炭混合気と前記２次空気を火炉に対して噴出するバーナノズルと、
前記バーナノズルの上方又は下方に設けられ、補助空気を前記火炉に対して噴出する補助空気ノズルと、
前記バーナノズルと前記補助空気ノズルの間で前記バーナノズルに沿って設置され、保護用空気を前記火炉に対して噴出する保護用空気ノズルと、
を備える微粉炭バーナ。
【請求項２】
前記バーナノズル、前記補助空気ノズル及び前記保護用空気ノズルは、それぞれ別部材であり、互いに離隔して設置されている請求項１に記載の微粉炭バーナ。
【請求項３】
前記保護用空気ノズルの先端位置は、前記バーナノズルの先端位置と同じ位置、又は、前記バーナノズルの先端位置よりも前記火炉側に位置している請求項１又は２に記載の微粉炭バーナ。
【請求項４】
前記保護用空気ノズルの幅は、前記バーナノズルの幅よりも広い請求項１から３のいずれか１項に記載の微粉炭バーナ。
【請求項５】
前記保護用空気ノズルは、前記バーナノズルの側方において前記バーナノズルに沿って更に設置される請求項１から４のいずれか１項に記載の微粉炭バーナ。
【請求項６】
微粉炭と１次空気の微粉炭混合気が流通する微粉炭混合気供給路と、前記微粉炭混合気供給路の外側に設けられ、２次空気が流通する２次空気供給路とを有し、前記微粉炭混合気と前記２次空気を火炉に対して噴出するバーナノズルと、
前記バーナノズルの上方又は下方に設けられ、補助空気を前記火炉に対して噴出する補助空気ノズルと、
前記バーナノズルと前記補助空気ノズルの間で前記バーナノズルに沿って設置された板状の保護用板材と、
を備える微粉炭バーナ。
【請求項７】
火炉と、
前記火炉の側壁を貫通して設けられる請求項１から６のいずれか１項に記載の微粉炭バーナと、
を備えるボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粉炭バーナ及びボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電用又は工場用等のために蒸気発生を行う微粉炭焚きボイラには、固体微粉状燃料を燃焼させる微粉炭バーナが設置される。例えば、微粉炭バーナは、微粉炭と搬送空気（１次空気）との微粉炭混合気が流通する微粉炭管と、微粉炭管の流れ方向下流側端部に、微粉炭混合気を噴出するバーナノズルと、補助空気（２次空気）を噴出する補助空気ノズルを備える。
【０００３】
バーナノズルは、微粉炭バーナの先端に設けられ、二重構造の流路が形成されている。二重構造の流路の中心側には、微粉炭と１次空気が流通する微粉炭混合気供給路が形成され、外側には、２次空気が流通する２次空気供給路が形成される。
【０００４】
また、補助空気ノズルは、バーナノズルの上方及び下方にそれぞれ設置され、補助空気（２次空気）が、補助空気ノズルから火炉内へ吹き込まれる。
【０００５】
下記の特許文献１では、燃焼用補助空気である２次空気と２次補助空気それぞれについて、風量調整羽根によって風量調整が行われることや、各風量調整羽根が調整されることによって流れの状態が変化し、燃料の燃焼状態が変化することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４９８３４１６号公報（特開２００８−３０９３５５号公報）
【特許文献２】特開平１１−２８１０１０号公報
【特許文献３】特開平１０−１８５１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
微粉炭バーナは、要求されるボイラ性能に応じて、バーナノズルと補助空気ノズルの設置間隔が設定される。バーナノズルと補助空気ノズルの設置間隔が広く設定された場合、設置間隔が狭い場合と異なり、バーナノズルは、火炉の上方又は下方からの輻射が補助空気ノズルによって遮蔽されない表面積が大きくなる。その結果、バーナノズルは、火炉及びバーナ火炎からの輻射を受けやすくなる。また、バーナノズルと補助空気ノズルの間隔が広い場合、バーナノズルは、火炉及びバーナ火炎の高温ガスをバーナノズル周囲へ巻き込みやすくなる。したがって、補助空気ノズルがバーナノズルから離れている場合、バーナノズルが受ける熱負荷が増加し、バーナノズルの製品寿命が短くなるおそれがある。また、バーナノズルの形状変化により、排ガス性状が悪化するおそれがあり、状況によってはボイラを停止しなければならない可能性もある。なお、補助空気ノズルも熱負荷を受けているが、バーナノズルのほうが複雑な構造を有し、交換が困難であるため、熱負荷に対処する要求が高い。
【０００８】
さらに、上記特許文献２では、断熱性耐火材又は輻射熱防止板を設けて、バーナの２次流路と３次流路の間に設けられたダミー空間構成部材が、輻射熱によって熱変形されないようにすることが開示されている。しかし、断熱性耐火材又は輻射熱防止板は、火炉で生じた燃焼灰が付着しやすく、バーナノズルを閉塞するおそれがある。また、上記特許文献３では、ノズルの最外周に形成したガスノズルから、燃焼用空気とは別系統からの再循環ガスを投入して、ノズル部の冷却を行い、ノズル損傷を防止することが開示されている。しかし、通常の構成とは別系統が必要になり、設備が複雑になると共に、バーナ周囲に空気が投入されて燃焼性能に影響を与えるという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でバーナノズルが受ける熱負荷の影響を低減することが可能な微粉炭バーナ及びボイラ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】
【００１０】
本発明の第１態様に係る微粉炭バーナは、微粉炭と１次空気の微粉炭混合気が流通する微粉炭混合気供給路と、前記微粉炭混合気供給路の外側に設けられ、２次空気が流通する２次空気供給路とを有し、前記微粉炭混合気と前記２次空気を火炉に対して噴出するバーナノズルと、前記バーナノズルの上方又は下方に設けられ、補助空気を前記火炉に対して噴出する補助空気ノズルと、前記バーナノズルと前記補助空気ノズルの間で前記バーナノズルに沿って設置され、保護用空気を前記火炉に対して噴出する保護用空気ノズルとを備える。
【００１１】
この構成によれば、バーナノズルと補助空気ノズルの間に保護用空気ノズルが設置されており、保護用空気ノズルは、保護用空気を火炉に対して噴出し、バーナノズルと補助空気ノズルの間に空気流れを形成する。また、保護用空気ノズルは、バーナノズルと補助空気ノズルの間でバーナノズルに沿って設けられることから、バーナノズルは、保護用空気ノズルによって、火炉の上方又は下方からの輻射が遮蔽される。その結果、バーナノズルが受ける熱負荷が低減される。
【００１２】
上記第１態様において、前記バーナノズル、前記補助空気ノズル及び前記保護用空気ノズルは、それぞれ別部材であり、互いに離隔して設置されてもよい。
【００１３】
この構成によれば、保護用空気ノズルから噴出する保護用空気が、バーナノズルから噴出する微粉炭混合気及び２次空気や、補助空気ノズルから噴出する補助空気に対して影響を与えにくい。また、火炉及びバーナ火炎からの輻射によって温度上昇した保護用空気ノズルの熱が、バーナノズルに対して熱伝達されにくくなる。さらに、保護用空気ノズルから噴出する保護用空気が最小限に設定されることによって、保護用空気ノズルから噴出する保護用空気は、バーナノズルから噴出する微粉炭混合気及び２次空気や、補助空気ノズルから噴出する補助空気に対して影響を与えにくい。
【００１４】
上記第１態様において、前記保護用空気ノズルの先端位置は、前記バーナノズルの先端位置と同じ位置、又は、前記バーナノズルの先端位置よりも前記火炉側に位置してもよい。
【００１５】
この構成によれば、バーナノズルが、保護用空気ノズルによって遮蔽される表面積が増加するため、火炉及びバーナ火炎からの輻射がより多く遮蔽される。
【００１６】
上記第１態様において、前記保護用空気ノズルの幅は、前記バーナノズルの幅よりも広くてもよい。
【００１７】
この構成によれば、バーナノズルが、保護用空気ノズルによって遮蔽される表面積が増加するため、火炉及びバーナ火炎からの輻射がより多く遮蔽される。
【００１８】
上記第１態様において、前記保護用空気ノズルは、前記バーナノズルの側方において前記バーナノズルに沿って更に設置されてもよい。
【００１９】
この構成によれば、保護用空気ノズルは、バーナノズルの側方においてバーナノズルに沿って更に設けられることから、バーナノズルは、保護用空気ノズルによって、前記火炉の側方からの輻射が遮蔽される。
【００２０】
本発明の第２態様に係る微粉炭バーナは、微粉炭と１次空気の微粉炭混合気が流通する微粉炭混合気供給路と、前記微粉炭混合気供給路の外側に設けられ、２次空気が流通する２次空気供給路とを有し、前記微粉炭混合気と前記２次空気を火炉に対して噴出するバーナノズルと、前記バーナノズルの上方又は下方に設けられ、補助空気を前記火炉に対して噴出する補助空気ノズルと、前記バーナノズルと前記補助空気ノズルの間で前記バーナノズルに沿って設置された板状の保護用板材とを備える。
【００２１】
この構成によれば、バーナノズルと補助空気ノズルの間に保護用板材が設置されており、保護用板材は、バーナノズルと補助空気ノズルの間でバーナノズルに沿って設けられることから、バーナノズルは、保護用板材によって、バーナノズルの上方又は下方から受ける火炉及びバーナ火炎からの輻射が遮蔽される。その結果、バーナノズルが受ける熱負荷が低減される。
【００２２】
本発明の第３態様に係るボイラは、火炉と、前記火炉の側壁を貫通して設けられる上記第１態様又は第２態様の微粉炭バーナとを備える。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、簡易な構成でバーナノズルが受ける熱負荷の影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る微粉炭焚きボイラを示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る微粉炭焚きボイラの微粉炭バーナを示す縦断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る微粉炭焚きボイラの微粉炭バーナを示す正面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る微粉炭焚きボイラの微粉炭バーナを示す横断面図であり、図３のIV−IV線で切断した図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る微粉炭焚きボイラの微粉炭バーナの変形例を示す正面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る微粉炭焚きボイラの微粉炭バーナを示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る微粉炭焚きボイラについて、図面を用いて説明する。
図１に示すように、微粉炭焚きボイラ１は、その内部に火炉２が形成されている。火炉２の側壁３には、微粉炭バーナ１０のバーナノズル１４、補助空気ノズル１５及び保護用空気ノズル２０が側壁３を貫通して設けられている。火炉２の鉛直方向上部には少なくとも１つの伝熱管群１９が設置され、火炉２で生じた高温燃焼ガスと熱交換を行い、高温の蒸気を生成している。
【００２６】
微粉炭バーナ１０は、バーナ風箱１１と、バーナノズル１４と、補助空気ノズル１５と、保護用空気ノズル２０などを備える。バーナノズル１４には微粉炭管１６が連結されている。
【００２７】
微粉炭管１６には、微粉炭混合気輸送管１７が連結され、微粉炭混合気輸送管１７は、微粉炭と、微粉炭を搬送する１次空気（搬送用空気）との混合気体である微粉炭混合気を微粉炭管１６に供給する。燃焼用空気コンパートメント１２には、燃焼用空気ダクト１８が連結され、燃焼用空気ダクト１８は、燃焼用空気を燃焼用空気コンパートメント１２に供給する。
【００２８】
微粉炭バーナ１０は、バーナノズル１４と補助空気ノズル１５などを有している。バーナノズル１４と補助空気ノズル１５には、ノズル操作桿（図示せず。）が接続されている。
【００２９】
微粉炭焚きボイラ１の火炉２には、石炭粉砕設備（図示せず。）で石炭が微粉化されて生成された微粉炭が、１次空気（搬送用空気）と混合された微粉炭混合気として微粉炭バーナ１０から供給される。すなわち、微粉炭混合気は、微粉炭混合気輸送管１７を流れて、バーナ風箱１１に装着された微粉炭管１６へ供給され、その後、バーナノズル１４から火炉２内へ吹き込まれる。
【００３０】
燃焼用空気は、送風設備（図示せず。）から燃焼用空気ダクト１８を流れて、バーナ風箱１１へ送り込まれる。バーナ風箱１１内は例えば鉛直方向に３段に仕切られ、中段となる中心部が燃焼用空気コンパートメント１２であり、上段と下段が補助空気コンパートメント１３である。
【００３１】
バーナ風箱１１へ供給された燃焼用空気は、バーナ風箱１１の内部で２次空気（主燃焼用空気）と補助空気に分流される。バーナ風箱１１内で分流された２次空気は、燃焼用空気コンパートメント１２に供給され、補助空気は、補助空気コンパートメント１３に供給される。
【００３２】
燃焼用空気コンパートメント１２の出口部には、バーナノズル１４と保護用空気ノズル２０が装着されている。バーナノズル１４には、その中心部、かつ、微粉炭管１６の延長上の下流側に微粉炭混合気供給路２３が形成される。また、微粉炭混合気供給路２３には、微粉炭管１６から供給された微粉炭混合気が火炉２へ噴き出す噴出孔２１が設けられる。したがって、微粉炭混合気は、バーナ風箱１１外部に接続された微粉炭混合気輸送管１７、微粉炭混合気輸送管１７と連結された微粉炭管１６を流れた後、噴出孔２１から火炉２へ噴き出される。
【００３３】
燃焼用空気コンパートメント１２には、燃焼用空気コンパートメント１２内に配置された微粉炭管１６の外側において、２次空気が流通する２次空気供給路２５が形成される。２次空気供給路２５は、燃焼用空気コンパートメント１２の壁部２７と微粉炭管１６の管壁１６ａとの間の空間である。
【００３４】
また、バーナノズル１４には、微粉炭混合気供給路２３の外側に設けられ、燃焼用空気コンパートメント１２の２次空気供給路２５から供給された２次空気が流通する２次空気供給路２４が形成される。また、２次空気供給路２４には、当該噴出孔２１の外周囲において２次空気が火炉２へ噴き出す噴出孔２２が設けられている。したがって、燃焼用空気コンパートメント１２に供給された２次空気は、バーナノズル１４の２次空気供給路２４を流れた後、微粉炭管１６から供給される微粉炭混合気を取り囲むように、バーナノズル１４の噴出孔２２から火炉２内へ吹き込まれる。
【００３５】
バーナノズル１４における仕切板２８は、板状部材であり、バーナノズル１４の上流側端部から下流側端部にかけて設置されている。仕切板２８は、微粉炭混合気が内部に流通する微粉炭混合気供給路２３と、２次空気が内部に流通する２次空気供給路２４を区画し、微粉炭混合気の流通と２次空気の流通を分離している。
【００３６】
図１に示すように、補助空気コンパートメント１３には、その出口部に補助空気ノズル１５が装着されており、補助空気コンパートメント１３に供給された補助空気は、補助空気ノズル１５から火炉２内へ吹き込まれる。補助空気ノズル１５は、バーナノズル１４に対して上方及び下方に設置される。
【００３７】
火炉２内へ吹き込まれた微粉炭混合気は、着火源（図示せず。）によって着火し、図１に示すように、火炉２の内部に微粉炭火炎を形成する。微粉炭火炎は、２次空気（主燃焼用空気）及び補助空気によって燃焼を継続し、微粉炭の燃焼によって発生した燃焼ガスが火炉２内を上昇する。伝熱管群１９の入口付近では、ほぼ燃焼が完結している。
【００３８】
微粉炭混合気の微粉炭が燃焼した高温の燃焼ガスは、熱交換器の伝熱面を構成する火炉２の側壁３との熱交換で吸熱され、火炉２内を上昇するに伴って温度が低下する。
【００３９】
図２に示すように、バーナノズル１４は、燃焼用空気コンパートメント１２の壁面に対して、ノズル駆動用軸２６の軸中心回りに回動可能に支持され、鉛直上下方向に揺動可能としている。バーナノズル１４には、ノズル操作桿（図示せず。）が取り付けられている。バーナ風箱１１の外部からノズル操作桿を微粉炭管１６の軸方向に沿う方向へ移動操作することによって、バーナノズル１４は、ノズル駆動用軸２６を支点として、鉛直上方向又は下方向を向くように揺動されて噴出し方向が調節される。
【００４０】
また、補助空気ノズル１５は、補助空気コンパートメント１３の壁面に支持されている。補助空気ノズル１５は、燃焼用の補助空気が流通する。保護用空気ノズル２０は、噴出孔３１を有し、噴出孔３１から補助空気を火炉２に対して噴出する。
【００４１】
保護用空気ノズル２０は、燃焼用空気コンパートメント１２に配置され、燃焼用空気が保護用空気として流通する。保護用空気ノズル２０は、噴出孔２９を有し、噴出孔２９から保護用空気を火炉２に対して噴出する。
【００４２】
保護用空気ノズル２０は、図２及び図３に示すように、バーナノズル１４と補助空気ノズル１５の間に設置される。補助空気ノズル１５は、バーナノズル１４に対して上方及び下方に設置される。
【００４３】
本実施形態では、バーナノズル１４、補助空気ノズル１５及び保護用空気ノズル２０は、それぞれ別部材であり、互いに離隔して設置されている。これにより、保護用空気ノズル２０から噴出する保護用空気が、バーナノズル１４から噴出する微粉炭混合気及び２次空気や、補助空気ノズル１５から噴出する補助空気に対して影響を与えにくい。また、火炉２及びバーナ火炎からの輻射によって温度上昇した保護用空気ノズル２０の熱が、バーナノズル１４に対して熱伝達されにくくなる。
【００４４】
保護用空気ノズル２０は、例えば扁平状の部材である。バーナノズル１４の上方に設けられた保護用空気ノズル２０は、下面２０ａが、バーナノズル１４の上面１４ｂに対向しつつ、上面１４ｂに沿って設置される。また、バーナノズル１４の下方に設けられた保護用空気ノズル２０は、上面２０ｂが、バーナノズル１４の下面１４ａに対向しつつ、下面１４ａに沿って設置される。これにより、バーナノズル１４は、保護用空気ノズル２０によって、火炉２及びバーナ火炎からの輻射が遮蔽される。その結果、バーナノズル１４が受ける熱負荷が低減される。
【００４５】
発明者らは、あるボイラの微粉炭バーナ１０について伝熱解析を実施し、その結果をもとに、比較的小型のボイラの微粉炭バーナ１０（バーナノズル１４の高さが４００ｍｍ）における、バーナノズル１４の中心と保護用空気ノズル２０の中心との間の中心間距離と、バーナノズル１４の表面温度との関係を検証した。
【００４６】
その結果、バーナノズル１４の中心と保護用空気ノズル２０の中心との間の中心間距離が４００ｍｍ以上となったとき、バーナノズル１４の表面温度が２０℃以上上昇し、中心間距離が６００ｍｍ以上となったとき、バーナノズル１４の表面温度が３０℃以上上昇し、中心間距離が８００ｍｍ以上となったとき、バーナノズル１４の表面温度が４０℃以上上昇する。したがって、バーナノズル１４の中心と保護用空気ノズル２０の中心との間の中心間距離が遠くなるほど、バーナノズル１４の表面温度の上昇幅が大きくなる傾向にある。よって、許容できるバーナノズル１４の表面温度の上昇範囲に基づいて、バーナノズル１４の中心と保護用空気ノズル２０の中心との間の中心間距離を設定できる。
【００４７】
また、バーナノズル１４の中心と保護用空気ノズル２０の中心との間の中心間距離が近いほど、バーナノズル１４の表面温度の上昇幅が小さくなる傾向にある。したがって、バーナノズル１４の中心と保護用空気ノズル２０を近づけると、表面温度の上昇幅を小さくできることが推測される。一方、バーナノズル１４の中心と保護用空気ノズル２０が近接している場合、保護用空気ノズル２０から噴出する保護用空気が、バーナノズル１４から噴出する微粉炭混合気及び２次空気の流れを乱す可能性がある。また、バーナノズル１４の中心と保護用空気ノズル２０が近接している場合、火炉２及びバーナ火炎からの輻射によって温度上昇した保護用空気ノズル２０の熱が、輻射又は熱伝導によって、バーナノズル１４に対して熱伝達される可能性がある。よって、保護用空気ノズル２０から噴出される保護用空気の流れや、保護用空気ノズル２０自体の温度などを考慮して、バーナノズル１４の中心と保護用空気ノズル２０の中心との間の中心間距離を設定することが望ましい。
【００４８】
保護用空気ノズル２０の火炉２側の先端位置は、図２に示すように、バーナノズル１４の先端位置と同じ位置、又は、バーナノズル１４の先端位置よりも火炉２側に位置している。保護用空気ノズル２０が、バーナノズル１４の先端位置よりも火炉２側に突出して設けられることによって、バーナノズル１４の焼損をより確実に防止できる。但し、保護用空気ノズル２０が焼損する可能性が高くなるため、両者の焼損の可能性を考慮することが望ましい。
【００４９】
保護用空気ノズル２０の幅方向長さは、図３に示すように、バーナノズル１４の幅方向長さと同じ、又は、バーナノズル１４の幅方向長さよりも広い幅である。保護用空気ノズル２０が、バーナノズル１４の幅方向長さよりも広い幅を有することによって、バーナノズル１４の焼損をより確実に防止できる。
【００５０】
１つの保護用空気ノズル２０（図示の例では２つの保護用空気ノズル２０の片方）から噴出する保護用空気の１段の合計流量は、例えば、ボイラ全体に供給される燃焼用空気流量の全体量のうち０．５％〜３．０％程度である。１つの保護用空気ノズル２０の１段の合計流量は、例えば要求されるボイラの性能に基づく燃焼用空気流量の全体量から決定される。１つの保護用空気ノズル２０の１段の合計流量が、燃焼用空気流量の全体量のうち０．５％未満であると、冷却性能が低下し焼損したり、燃焼灰が付着する可能性が高まる。また、１つの保護用空気ノズル２０の１段の合計流量が、燃焼用空気流量の全体量のうち３．０％を超えると、他のバーナノズル１４の２次空気の流量や、補助空気ノズル１５から補助空気の流量が低下し、微粉炭バーナ１０の燃焼性能が低下する。
【００５１】
保護用空気ノズル２０は、噴出孔２９を細く形成することによって、少ない流量で流速を確保することができる。
【００５２】
また、図３及び図４に示すように、微粉炭バーナ１０のバーナノズル１４や補助空気ノズル１５は、火炉２の側壁３に形成された凹部３Ａ内に設置されることが一般的である。本実施形態でも、バーナノズル１４、補助空気ノズル１５及び保護用空気ノズル２０が、側壁３の凹部３Ａ内に設置される場合は、側壁３によって火炉２及びバーナ火炎からの輻射が遮蔽されるため、側方からの輻射の影響を受けにくい。したがって、上述した実施形態では、保護用空気ノズル２０は、バーナノズル１４に対して上方及び下方に設置される構成について説明した。
【００５３】
なお、バーナノズル１４が、側壁３の凹部３Ａ内に設置されず、図５に示すように、側壁３の表面から突出した位置に設けられる場合は、バーナノズル１４の側方においても保護用空気ノズル２０が、バーナノズル１４の側面１４ｃに沿って設置されてもよい。この場合、バーナノズル１４の側方に設けられた保護用空気ノズル２０は、側面２０ｃが、バーナノズル１４の側面１４ｃに対向しつつ、側面１４ｃに沿って設置される。これにより、バーナノズル１４が、保護用空気ノズル２０によって、火炉２及びバーナ火炎からの輻射から遮蔽される表面積が増加するため、火炉２及びバーナ火炎からの輻射がより多く遮蔽される。
【００５４】
また、本実施形態では、図１において、火炉２の一つの面において、バーナノズル１４が２つ、補助空気ノズル１５が４つ設置される場合を図示したが、本発明は、この例に限定されない。例えば、ボイラ出力等により、バーナノズル１４や補助空気ノズル１５の設置数は変化し、本実施形態に係る保護用空気ノズル２０は、バーナノズル１４や補助空気ノズル１５の設置数に関わらず適用可能である。
【００５５】
さらに、微粉炭焚きボイラ１の燃焼方式（バーナ配置方式）として、バーナ風箱１１を火炉２の４隅に配置する旋回燃焼方式と、バーナ風箱１１を火炉２の壁面に設置する対向燃焼の場合等があるが、本発明は、いずれの燃焼方式にも適用可能である。
【００５６】
以上、本実施形態によれば、バーナノズル１４の上方及び下方に保護用空気ノズル２０が設置されることで、火炉２の輻射からバーナノズル１４を保護することができる。また、保護用空気ノズル２０がバーナノズル１４から適切な距離を隔てて設置されることによって、バーナノズル１４から噴出される２次空気が乱されたり拡散されたりすることなく、燃焼性能を妨げることがない。そして、火炉２及びバーナ火炎からの輻射によって温度上昇した保護用空気ノズル２０自体の熱が、輻射又は熱伝導によって、バーナノズル１４に対して熱伝達される可能性も少ない。
【００５７】
さらに、保護用空気ノズル２０から保護用空気が噴出されるため、火炉２の高温ガスがバーナノズル１４の周囲へ巻き込まれることや燃焼灰がバーナノズル１４近傍に付着することも防ぐ。したがって、バーナノズル１４が受ける熱負荷が小さくなり、バーナノズル１４の耐久性を向上させることができる。
【００５８】
またさらに、保護用空気ノズル２０は、噴出孔２９を細く形成することによって、少ない流量で流速を確保することができる。その結果、保護用空気ノズル２０から投入される空気流量を最小限にして燃焼性能に与える影響を小さくできる。また、流速を確保しているため、燃焼灰の付着によるバーナノズル１４の閉塞も回避することができる。
【００５９】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る微粉炭焚きボイラについて、図面を用いて説明する。なお、第１実施形態と重複する構成要素及び作用については、詳細な説明を省略する。
上述した第１実施形態では、バーナノズル１４の上方及び下方、又は側方において、バーナノズル１４に沿って、保護用空気ノズル２０が設置される場合について説明したが、本発明はこの例に限定されず、保護用空気ノズル２０の代わりに板状部材が設置されてもよい。
【００６０】
例えば、図６に示すように、バーナノズル１４の上方及び下方において、バーナノズル１４に沿って、保護用板材３０が設置される。保護用板材３０は、例えば、パンチングメタル（多孔板）又は耐熱性耐火材などである。
【００６１】
保護用板材３０は、バーナノズル１４と補助空気ノズル１５の間に設置される。補助空気ノズル１５は、バーナノズル１４に対して上方及び下方に設置されていることから、保護用板材３０も、補助空気ノズル１５に対応して、バーナノズル１４に対して上方及び下方に設置される。
【００６２】
本実施形態では、バーナノズル１４、補助空気ノズル１５及び保護用板材３０は、それぞれ別部材であり、互いに離隔して設置されている。これにより、火炉２及びバーナ火炎からの輻射によって温度上昇した保護用板材３０の熱が、バーナノズル１４に対して熱伝達されにくくなる。
【００６３】
保護用板材３０は、板状部材である。バーナノズル１４の上方に設けられた保護用板材３０は、下面３０ａが、バーナノズル１４の上面１４ｂに対向しつつ、上面１４ｂに沿って設置される。バーナノズル１４の下方に設けられた保護用板材３０は、上面３０ｂが、バーナノズル１４の下面１４ａに対向しつつ、下面１４ａに沿って設置される。これにより、バーナノズル１４は、保護用板材３０によって、火炉２及びバーナ火炎からの輻射が遮蔽される。その結果、バーナノズル１４が受ける熱負荷が低減される。
【００６４】
比較的小型のボイラの微粉炭バーナ１０（バーナノズル１４の高さが４００ｍｍ）について、バーナノズル１４の中心と保護用板材３０の中心との間の中心間距離と、バーナノズル１４の表面温度との関係は、第１実施形態において上述したバーナノズル１４の中心と保護用空気ノズル２０の中心との間の中心間距離と、バーナノズル１４の表面温度との関係と同等である。
【００６５】
したがって、バーナノズル１４の中心と保護用板材３０の中心との間の中心間距離が４００ｍｍ以上となったとき、バーナノズル１４の表面温度が２０℃以上上昇し、中心間距離が６００ｍｍ以上となったとき、バーナノズル１４の表面温度が３０℃以上上昇し、中心間距離が８００ｍｍ以上となったとき、バーナノズル１４の表面温度が４０℃以上上昇する。したがって、バーナノズル１４の中心と保護用板材３０の中心との間の中心間距離が遠くなるほど、バーナノズル１４の表面温度の上昇幅が大きくなる傾向にある。よって、許容できるバーナノズル１４の表面温度の上昇範囲に基づいて、バーナノズル１４の中心と保護用板材３０の中心との間の中心間距離を設定できる。
【００６６】
また、バーナノズル１４の中心と保護用板材３０の中心との間の中心間距離が近いほど、バーナノズル１４の表面温度の上昇幅が小さくなる傾向にある。したがって、バーナノズル１４の中心と保護用板材３０を近づけると、表面温度の上昇幅を小さくできることが推測される。一方、バーナノズル１４の中心と保護用板材３０が近接している場合、火炉２及びバーナ火炎からの輻射によって温度上昇した保護用板材３０の熱が、輻射又は熱伝導によって、バーナノズル１４に対して熱伝達される可能性がある。よって、保護用板材３０自体の温度などを考慮して、バーナノズル１４の中心と保護用板材３０の中心との間の中心間距離を設定することが望ましい。
【００６７】
保護用板材３０の火炉２側の先端位置は、バーナノズル１４の先端位置と同じ位置、又は、バーナノズル１４の先端位置よりも火炉２側に位置している。保護用板材３０が、バーナノズル１４の先端位置よりも火炉２側に突出して設けられることによって、バーナノズル１４の焼損をより確実に防止できる。但し、保護用板材３０が焼損する可能性が高くなるため、両者の焼損の可能性を考慮することが望ましい。
【００６８】
保護用板材３０の幅方向長さは、バーナノズル１４の幅方向長さと同じ、又は、バーナノズル１４の幅方向長さよりも広い幅である。保護用板材３０が、バーナノズル１４の幅方向長さよりも広い幅を有することによって、バーナノズル１４の焼損をより確実に防止できる。
【００６９】
また、バーナノズル１４が、側壁３の凹部内に設置されず、表面から突出した位置に設けられる場合は、バーナノズル１４の側方においても保護用板材３０が、バーナノズル１４の側面に沿って設置されてもよい。これにより、バーナノズル１４が、保護用板材３０によって、火炉２及びバーナ火炎からの輻射から遮蔽される表面積が増加するため、火炉２及びバーナ火炎からの輻射がより多く遮蔽される。
【００７０】
以上、本実施形態によれば、バーナノズル１４の上方及び下方に保護用板材３０を設置することで、火炉２の輻射からバーナノズル１４を保護することができる。また、保護用板材３０がバーナノズル１４から適切な距離を隔てて設置されることによって、火炉２及びバーナ火炎からの輻射によって温度上昇した保護用板材３０自体の熱が、輻射又は熱伝導によって、バーナノズル１４に対して熱伝達される可能性が少ない。したがって、バーナノズル１４が受ける熱負荷が小さくなり、バーナノズル１４の耐久性を向上させることができる。
【００７１】
なお、上述した第１及び第２実施形態では、燃料として石炭を使用したが、高品位炭や低品位炭であっても適用可能であり、また、石炭に限らず、油やガス、再生可能な生物由来の有機性資源として使用されるバイオマスであってもよく、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ）などを使用することも可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１      ：微粉炭焚きボイラ
２      ：火炉
３      ：側壁
３Ａ    ：凹部
１０    ：微粉炭バーナ
１１    ：バーナ風箱
１２    ：燃焼用空気コンパートメント
１３    ：補助空気コンパートメント
１４    ：バーナノズル
１４ａ  ：下面
１４ｂ  ：上面
１４ｃ  ：側面
１５    ：補助空気ノズル
１６    ：微粉炭管
１６ａ  ：管壁
１７    ：微粉炭混合気輸送管
１８    ：燃焼用空気ダクト
１９    ：伝熱管群
２０    ：保護用空気ノズル
２０ａ  ：下面
２０ｂ  ：上面
２０ｃ  ：側面
２１    ：噴出孔
２２    ：噴出孔
２３    ：微粉炭混合気供給路
２４    ：２次空気供給路
２５    ：２次空気供給路
２６    ：ノズル駆動用軸
２７    ：壁部
２８    ：仕切板
２９    ：噴出孔
３０    ：保護用板材
３０ａ  ：下面
３０ｂ  ：上面
３１    ：噴出孔
【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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