(57)【要約】【課題】ガス流れの偏流、ガス流れの乱れを抑制するような燃焼用空気流量の調整が可能なバーナ及び該バーナを備えたボイラを提供すること。【解決手段】微粉炭と空気の混合流体を噴出する第１ノズル７の外周側に空気が噴出する第２ノズル６を設け、該第２ノズル６に接続する燃焼用空気を供給する燃焼空気ダクト２は、その空気流入部２ｆからほぼ直角に折れ曲がって第２ノズル６の燃焼用空気の火炉２３への噴出方向に空気を流す流路からなり、該ダクト２を上下に２分する仕切り４により分け、２分された各燃焼空気ダクト２内のガス流量計８ａ、８ｂの測定値により空気流入部２ｆの内側にある複数の孔１ｈを有する２以上の開口部材１ａ〜１ｄを重ね合わせてできる開口面積を調節する燃焼用ガス流量調節装置３１〜３４とを設けたバーナからなる。【選択図】図１
2011202841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ火炉（２３）に開口し、燃料とその搬送用媒体が噴出する第１ノズル（７）と、該第１ノズル（７）に接続して燃料とその搬送用媒体が流れる第１の流路（２０）と、前記第１ノズル（７）の外周側に設けた燃焼用ガスが噴出する第２ノズル（６）と、第１の流路（２０）の外周側に設けられ、前記第２ノズル（６）に接続して、該第２ノズル（６）に燃焼用ガスを供給する第２の流路（２）を備えたバーナにおいて、
前記第２の流路（２）は、該第２の流路（２）の燃焼用ガス流入部（２ｆ）のガス流入方向をバーナが設置された火炉壁面に平行な向きに設け、該ガス流入部（２ｆ）からほぼ直角に折れ曲がって第２ノズル（６）の燃焼用ガス噴出方向に燃焼用ガスを流す燃焼用ガス流路からなり、
前記燃焼用ガス流入部（２ｆ）の内側には複数の孔（１ｈ）を有する２以上の開口部材（１ａ、１ｂ及び１ｃ、１ｄ）を重ね合わせて開口面積を調節できる開口部を設け、
前記第２の流路（２）を上下に２分して区画する仕切り（４）を設け、
前記仕切り（４）により上下に区画された第２の流路（２）内の燃焼用ガスの流量をそれぞれに独立して計測する流量計測手段（８ａ、８ｂ）と前記２以上の開口部材（１ａ、１ｂ及び１ｃ、１ｄ）を重ね合わせてできる開口面積を調節する燃焼用ガス流量調節装置（３１〜３４）とを設け
たことを特徴とするバーナ。
【請求項２】
前記流量計測手段（８ａ、８ｂ）は、前記開口部材（１ａ、１ｂ及び１ｃ、１ｄ）の上流側と下流側の第２の流路（２）内の圧力差に基づいて流量を計測する手段であることを特徴とする請求項１に記載のバーナ。
【請求項３】
ボイラ火炉（２３）の外側に設けられる風箱（２１）と、
該風箱（２１）内に前記第２の流路（２）の燃焼用ガス流入部（２ａ）を設けることを特徴とするに請求項１または２に記載したバーナを複数設けたことを特徴とするボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量調整装置と流量計測装置を有するバーナ及び該バーナを備えたボイラに係わる。
【背景技術】
【０００２】
火力発電用ボイラプラントにおけるバーナとして、微粉炭燃料と該燃料搬送用気体の混合流体を火炉出口部に向けて供給する燃料含有流体供給ノズルの出口の横断面が円形または正方形に近い形状をしたものがある。前記燃料含有流体供給ノズル出口の横断面形状が円形または正方形では、バーナ容量が増加すると燃料含有流体供給ノズルの出口の直径または外径部の長さが長くなり、窒素酸化物（ＮＯx）の増加と燃焼効率の低下の原因となる問題点があるが、燃料含有流体供給ノズル出口の横断面を長径部と短径部を有する矩形状、楕円状または略楕円形状にすることで、上記問題が解決できるとする発明がある（特許文献１）。
【０００３】
また、ボイラプラントにおいて、複数の伝熱管内を流れる流体を加熱して得た蒸気を利用するための流体経路、さらに得られた蒸気を再利用するための複雑な流体経路を流体が通る場合に、各伝熱管が設置される伝熱部において流体への規定の伝熱量を得ることが重要であり、そのために各伝熱部に対して燃焼ガスの温度及び流体流量を制御する必要がある。そのため、火炉内での燃料の燃焼位置を変えることで各伝熱管内の流体への伝熱量を制御することができる発明がある（特許文献２）。特許文献２に記載された例では、バーナの気体噴出ノズル出口を上下の２つ分割し、それぞれの空気流量を独立して調整することで燃料の燃焼位置を上下に変更することを可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００８−０３８４２６号公報
【特許文献２】ＷＯ２００９−０４１０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ボイラのバーナ容量の増加が可能で、伝熱管の流体への伝熱量制御のための燃料の燃焼位置を変えることのできるバーナの一例を図６及び図８に示し、バーナが設置されるボイラ火炉の概略図を図２に示す。図２（ａ）にはボイラ火炉内部の正面図、図２（ｂ）にはボイラ内部の側面図を示し、図８は火炉内から見たバーナの出口部と該出口に通じる流体流路のボイラ内から見た透視図である。
【０００６】
燃料とその搬送用空気（１次空気）の混合流体は、火炉２３の側壁部に接続された送炭管２０からバーナ中心軸沿いに流路が形成された１次ノズル７を経由して火炉２３内に向かって噴出する。この１次ノズル７の開口部の形状は、バーナ容量の増加に対応できるようにするために略楕円形状となっている。
【０００７】
燃焼用空気（２次空気）は、ボイラ火炉２３の側壁の外側に設けられる風箱２１（図２参照）よりそれぞれのバーナの燃焼用空気ダクト２へ流入し、該燃焼用空気ダクト２を通り、１次ノズル７の外周に形成された２次ノズル６から火炉２３に噴出する。
【０００８】
バーナが設置されるボイラ火炉２３の壁面は広く、火炉２３の上下方向（上下段）及び炉幅方向（左右列）に複数のバーナを配列させるため、燃焼用空気は複数のバーナに対して火炉壁外面に設けられる１以上の風箱２１から共通して分配されるよう、各バーナの燃焼用空気ダクト２が風箱２１内で開口するような構成となっている。  
すなわち、２次ノズル６に繋がる燃焼用空気ダクト２は、該ダクト２内の流路が火炉２３の壁面に平行な向きから、ほぼ直角に折れ曲がって２次ノズル６に通じている。
【０００９】
ここで、火炉２３内に設置される伝熱管の流体への伝熱量制御を火炉内の火炎形成部位、すなわち燃料の燃焼位置（火炉上下方向）を変えることで行うため、燃焼用空気流量にバーナの上下で偏差を与える構成を採る例を図６、図８に示している。
【００１０】
具体的には、燃焼用空気ダクト２内を上下に２分する中央仕切り４を設け、該中央仕切り４により２分された燃焼用空気ダクト２に流入した燃焼用空気は、２次ノズル６から火炉２３へ流出する。  
図６に示すように燃焼用空気ダクト２への燃焼用空気量の調整は、燃焼用空気ダクト２の空気流入部２ｆに設けられたバタフライダンパ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄにより行う。例えば、中央仕切り４により上下に２分された燃焼用空気ダクト２の上側には２段のダンパ１２ａ、１２ｂを設け、下側にも２段のダンパ１２ｃ、１２ｄを設けておき、この４つのダンパ１２ａ〜１２ｄを使い分けることで燃焼用空気ダクト２に流入する燃焼用空気量の調整ができる。
【００１１】
例えば、燃焼用空気ダクト２の上側の２段のダンパ１２ａ、１２ｂを開けて、下側の２段のダンパ１２ｃ、１２ｄを閉じることで燃焼用空気ダクト２内の燃焼用空気量を上側で大きくすることができる。この場合、燃焼用空気量が燃焼用空気ダクト２の上側で多いので、１次ノズル７から火炉２３へ流出した燃料はバーナ上側で多く燃焼するため、燃料の燃焼による生じる火炉２３内の高温域はバーナ上側に偏る。この場合には火炉２３内の温度分布がバーナの上側に偏るため、火炉２３での熱吸収量が減少、火炉２３の下流側の煙道部内の伝熱部（火炉２３の天井部から吊り下げた蒸発器や過熱器などの伝熱管または火炉２３の後部伝熱部の過熱器、再熱器、蒸発器など）に設けた伝熱管での熱吸収量が増加する。
【００１２】
図９はバーナ出口における燃焼用空気量の大小を火炉２３内のバーナ正面から見た状態で模式的に示している。バタフライダンパ１２を流量調整に用いると流れの乱れが大きいため、図９のように、バーナの上側の２次ノズル６イ、６ロと下側の２次ノズル６ハ、６ニで、それぞれの左右方向にも流量の大小（偏流）が生じる。
【００１３】
このため、火炉２３の内部における火炎の形成部位を上下方向で精密に制御することが困難となる。また、バタフライダンパ１２のガス流れ直前と直後では流路横断面方向の流量偏差が大きくなるため、燃焼用空気流量を簡易かつ正確に計測することが困難である。上述のガス流れの乱れと偏流により個々のバーナで燃焼用空気流量を計測しようとした場合、高精度な計測は非常に困難である。
【００１４】
固体燃料などの燃焼時には空気過剰率１．１でＣＯ排出を１００ｐｐｍ以下に抑えることが要請されているが、全てのバーナに供給する燃焼用空気を単一の風箱から供給する場合に、個々のバーナでの空気比を誤差７．７％以下で調整する必要がある。そのため、これまでバーナ段でしか空気流量を計測していなかったが、個別のバーナで空気流量を計測する必要性がある。バーナ空気比は微粉炭流量計の誤差で４．０％、制御追従誤差で０．５％程度ずれる可能性がある。したがって、空気流量計測の誤差を３％以内に抑える必要がある。そのために全てのバーナに単一の風箱から高精度に燃焼用空気量を供給することが必要になる。
【００１５】
本発明の課題は、比較的簡単な方法で、ガス流れの偏流とガス流れの乱れを抑制するような燃焼用空気流量の調整が可能なバーナ及び該バーナを備えたボイラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の課題は以下の手段によって解決できる。  
請求項１記載の発明は、ボイラ火炉（２３）に開口し、燃料とその搬送用媒体が噴出する第１ノズル（７）と、該第１ノズル（７）に接続して燃料とその搬送用媒体が流れる第１の流路（２０）と、前記第１ノズル（７）の外周側に設けた燃焼用ガスが噴出する第２ノズル（６）と、第１の流路（２０）の外周側に設けられ、前記第２ノズル（６）に接続して、該第２ノズル（６）に燃焼用ガスを供給する第２の流路（２）を備えたバーナにおいて、前記第２の流路（２）は、該第２の流路（２）の燃焼用ガス流入部（２ｆ）のガス流入方向をバーナが設置された火炉壁面に平行な向きに設け、該ガス流入部（２ｆ）からほぼ直角に折れ曲がって第２ノズル（６）の燃焼用ガス噴出方向に燃焼用ガスを流す燃焼用ガス流路からなり、前記燃焼用ガス流入部（２ｆ）の内側には複数の孔（１ｈ）を有する２以上の開口部材（１ａ、１ｂ及び１ｃ、１ｄ）を重ね合わせて開口面積を調節できる開口部を設け、前記第２の流路（２）を上下に２分して区画する仕切り（４）を設け、
前記仕切り（４）により上下に区画された第２の流路（２）内の燃焼用ガスの流量をそれぞれに独立して計測する流量計測手段（８ａ、８ｂ）と前記２以上の開口部材（１ａ、１ｂ及び１ｃ、１ｄ）を重ね合わせてできる開口面積を調節する燃焼用ガス流量調節装置（３１〜３４）とを設けたことを特徴とするバーナである。
【００１７】
請求項２記載の発明は、前記流量計測手段（８ａ、８ｂ）は、前記開口部材（１ａ、１ｂ及び１ｃ、１ｄ）の上流側と下流側の第２の流路（２）内の圧力差に基づいて流量を計測する手段であることを特徴とする請求項１に記載のバーナである。
【００１８】
請求項３記載の発明は、ボイラ火炉（２３）の外側に設けられる風箱（２１）と、
該風箱（２１）内に前記第２の流路（２）の燃焼用ガス流入部（２ａ）を設けることを特徴とするに請求項１または２に記載したバーナを複数設けたことを特徴とするボイラである。
【００１９】
上記本発明によれば，以下のような作用が得られる。  
すなわち、２以上の開口部材１ａ〜１ｄを用いることで整流効果があるのでガス流れの乱れが抑制され、バーナ出口での燃焼用ガス量の大小（偏流）は、抑制される。
【００２０】
燃焼用ガス流量調節装置３１〜３４は、例えば、駆動装置によって可動式の開口部材の開口部と固定された開口部材（１ａ、１ｂ及び１ｃ、１ｄ）の開口部が重なっている面積を大きくすると第２の流路（燃焼用空気ダクト）２に流れる燃焼用ガス量は多くなり、可動式の開口部材（１ａ、１ｂ及び１ｃ、１ｄ）の開口部を上下または左右に動かし、開口部材（１ａ、１ｂ及び１ｃ、１ｄ）間の開口部の重なっている面積を小さくすることで、前記第２の流路（燃焼用空気ダクト）２に流れる燃焼用ガス量を少なくすることができる。
【００２１】
また、バーナの第２の流路（燃焼用空気ダクト）２は、該流路２の上下で少なくとも２つに分割されているので、上下の第２の流路（燃焼用空気ダクト）２内の燃焼用空気量をそれぞれ増減させることで火炉２３内での燃料の燃焼位置を上下に変更可能である。
【００２２】
様々な開口部形状、開口部の大きさ、開口部の間隔の開口部材（１ａ、１ｂ及び１ｃ、１ｄ）を用いることで、同一の開度であっても上記パラメータを調整することで流量を調整できる。
【００２３】
オリフィスや絞りといった流量計測装置において一般に気体の流量は、２つの気体流れの圧力の計測座の差圧の１／２乗に比例するという関係があり、本発明の前記開口部材（１ａ、１ｂ及び１ｃ、１ｄ）は、オリフィスや絞りといった流量計測装置で用いられる開口部材（１ａ、１ｂ及び１ｃ、１ｄ）を挟んで上流側と下流側の気体流れの差圧を計測し、気体の流量に換算する装置と同じ原理が適用できるため、高精度に気体の流量を計測することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、燃焼用ガスの流れの乱れを抑制できるため、バーナ出口での燃焼用ガス量の偏流を抑制することができる。また、燃焼用空気の乱れが少ないことより、単一の風箱２１内に配置される個々のバーナで燃焼用ガス量を計測する際も高精度に流量を計測ですることができる。  
また、個々のバーナでガス流れの偏流やガス流れの乱れを抑制するような燃焼用ガス流量の調整が可能であるので蒸気発生量の制御が容易なボイラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例を示す固体燃料バーナの概略斜視図である。
【図２】本発明を適用した固体燃料バーナを火炉に組み込んだ場合の概略正面図（２（ａ））と側面図（２（ｂ））である。
【図３】図１に示す本発明の実施例のバーナにおける燃焼用空気の流れの様子を示す図である。
【図４】本発明の図１に示す本発明の実施例の第２ノズル（燃焼用空気用のノズル）の出口流量の大小を模式的に示すバーナ正面図である。
【図５】パンチングプレートの駆動装置の一例を示す図である。
【図６】本発明の比較例であるバタフライダンパを用いるバーナ構造の斜視図である。
【図７】図６の第１ノズルと第２ノズル部分の縦断面図である。
【図８】図６、図７に示すバーナ構造における燃焼用空気の流れ図である。
【図９】図６、図７に示すバーナ構造の第２ノズル（燃焼用空気用のノズル）の出口流量の大小を模式的に示すバーナ正面図である。
【図１０】燃焼用空気ダクトの空気流入部に取り付ける各種のダンパ構造を示す斜視図である。
【図１１】バタフライダンパによるガス流量調整の模式図である。
【図１２】図１１のバタフライダンパに代えてパンチングプレートによる燃焼用空気ダクト内の中央仕切りで仕切られるガス流路内のガス流量調整の模式図である。
【図１３】同一ガス流量に対するパンチングプレートまたはバタフライダンパの設置部の上流側と下流側のガス流路内の差圧とガス流路の開度の関係を示す図である。
【図１４】ファンなどによる押し出し（吸い込み）圧力が同一の場合のバタフライダンパ及びパンチングプレートのガス流量と開度の関係を示す図である。
【図１５】エアフォイルによるガス流量計測の模式図である。
【図１６】バタフライダンパ、パンチングプレート、エアフォイルを用いてガス流量を求めた際の真値に対する精度の違いを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施の形態を図面と共に説明する。  
なお、以下の説明では、主燃料として固体燃料、特に微粉炭や木質バイオマスまたは微粉炭や木質バイオマスの混合物を固体燃料バーナで燃焼させることを想定しているが、必ずしも燃料種は限定されるものでなく、液体または気体を主燃料とするものでも良い。また、燃焼用ガスとしては空気を用いるものとしているが、必ずしも空気のみに限定されるものでなく、燃焼排ガスの再循環ガスや高酸素濃度ガス、前記各種ガスの混合ガス等を用いるものでも良い。
【００２７】
本発明の実施例を示す固体燃料バーナの概略斜視図を図１に示す。図２に本発明を適用した固体燃料バーナを火炉に組み込んだ場合の概略正面図（図２（ａ））と側面図（図２（ｂ））を示す。  
図１において燃焼用空気は図２に示すボイラ火炉２３の側壁の外側に設けられる風箱２１から燃焼用空気ダクト２を経由してバーナ内に入り、燃焼用空気ノズル６から火炉２３内に流出するものである。また、微粉炭とその搬送用空気は図２に示す送炭管２０から図１の第１ノズル７を経由して火炉２３内に噴出する。
【００２８】
第１ノズル７の外周側に燃焼用空気を火炉２３内に噴出する第２ノズル６が設けられており、該第２ノズル６には燃焼用空気ダクト２から燃焼用空気が供給される。燃焼用空気ダクト２には風箱２１内からの燃焼用空気を導く空気流入部２ｆが設けられており、該空気流入部２ｆの矢印Ａで示す空気流入方向を火炉壁面に平行な向きに設け、該空気流入部２ｆからほぼ直角に折れ曲がって火炉壁面に向けて矢印Ｂで示す方向に燃焼用空気を噴出する第２ノズル６を設けている。したがって燃焼用空気ダクト２は第１ノズル７の外周部に設けられ、その空気流入部２ｆから流入された空気は第１ノズル７の外周部を囲むようにほぼ直角に曲げられて第２ノズル６に供給される。
【００２９】
第１ノズル７の出口部は、火炉２３の内側から見て流路が楕円型の構造になっているが、第２ノズル６の出口形状は火炉内側から見てガス流路が円型の構造になっている。そのため第２ノズル６の火炉出口は第１ノズル７の出口の周囲で上下に大きな開口部が開いた形状となっている。
【００３０】
また、第２ノズル６に燃焼用空気を供給する燃焼用空気ダクト２は第１ノズル７の外周部で中央仕切り４により上下に２分割されている。さらに風箱２１内から燃焼用空気を導く燃焼用空気ダクト２への空気流入部２ｆには火炉壁面に垂直な方向に平面を配置したパンチングプレートや網状の格子などの多数のダクト開口部を持った開口部材が設けられ、該開口部材は２分割された燃焼用空気ダクト２にそれぞれ設置されている。
【００３１】
本実施例では前記開口部材にパンチングプレート１ａ〜１ｄを用いる場合を例にして以下に説明する。上段と下段の燃焼用空気ダクト２には２枚のパンチングプレート１ａ、１ｂと２枚のパンチングプレート１ｃ、１ｄがそれぞれ重なり合って設置されており、これら２枚のパンチングプレート１ａ、１ｂまたは２枚のパンチングプレート１ｃ、１ｄにより、上下段の燃焼用空気ダクト２に流入する燃焼用空気量をそれぞれ調整できる。
【００３２】
中央仕切り４により燃焼用空気ダクト２を上下に仕切ることで、それぞれ上下段の燃焼用空気ダクト２内を流れる燃焼用空気流量を調整し、燃焼用空気量をバーナ出口での上下段において変えることができ、これにより火炉２３内での火炎の偏向が比較的容易に可能である。
【００３３】
パンチングプレート１ａは燃焼用空気ダクト２の入口、パンチングプレート１ｃは燃焼用空気ダクト２の出口に設けられ、図５に示すようにパンチングプレート１ｂ、１ｄは燃焼用空気ダクト２内を流れる空気流を横断する方向に設けられた回動軸を中心に可動する構成であり、パンチングプレート１ｂ、１ｄを左右または上下にもう１方のパンチングプレート１ａ、１ｃの回動軸に沿って稼動し、パンチングプレート１ａ〜１ｄの空孔１ｈの隙間の断面積を変化させる。これより、空気流入部２ｆの開口率を小さくすることができ、流量を調整できる
パンチングプレート１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの上流側と下流側の燃焼用空気ダクト２内に圧力計測座８ａ、８ｂを設置し、該圧力計測座８ａ、８ｂからの計測圧に基づき差圧計９により差圧を計測し、空気流量を計測することができる。  
パンチングプレート１ａ〜１ｄに設けられる孔１ｈの形状は、丸、楕円、四角形などが考えられる。特に四角形の場合は、燃焼用空気ダクト２の空気流入部２ｆの開口形状が常に四角形なので、流れの乱れが少なくなる。またパンチングプレート１ａ〜１ｄに設けられる孔１ｈの配列の例としては、千鳥配列や並列配列などがある。  
なお、パンチングプレート１ａ〜１ｄに設けられる孔１ｈは必ずしもプレート１ａ〜１ｄ全体に均一に分布している必要はなく、単位面積当たりの開口面積である開口率が各プレート１ａ〜１ｄで互いに異なるようにしても良い。
【００３４】
特に前述のとおり、第２ノズル６に接続する燃焼用空気ダクト２は、その空気流路が火炉壁面に平行な向きから、ほぼ直角に折れ曲がって第２ノズル６に通じているため、第２ノズル６から噴出する空気流量が該ノズル６の幅方向で偏差を持ちやすい。  
このため、実際のボイラ火炉２３において当該バーナを使用したときの燃焼用空気の第２ノズル６からの噴流の分布等の状態に応じて、燃焼用空気ダクト２を流れる燃焼用空気について、該ダクト２のガス流れを横断する方向に分布を持たせ、これを最適となるように調整したい場合しても良い。
【００３５】
従来技術のバタフライ式のダンパ１２（図６）ではこのような要望に対応し難いが、図１に示すパンチングプレート１ａ〜１ｄを用いることにより、その開口率に分布を持たせることで対応が可能という利点がある。  
パンチングプレート１ａ〜１ｄの駆動方法についてその一例を図５に示す。ウォームギヤ３１とラック３２がかみ合い、ウォームギヤ３１が駆動装置３３に接続され、ウォームギヤ３１を回転させ、ラック３２を例えばパンチングプレート１ｂの側面部に取り付ける。パンチングプレート１ｂはその上下にガイドレール３５の溝上スライドできる構成としているので制御装置３４においてウォームギヤ３１の回転角度を検出し、パンチングプレート１ｂの移動距離を制御する。図５に示す機構によりパンチングプレート１ｂが移動し、パンチングプレート１ａとの重なり合う開口部の面積が変化することでガス流量を調整することができる。
【００３６】
図１、図２で説明した本発明の上記実施例のパンチングプレート１ａ〜１ｄを用いるバーナ構造と比較するために図６にバタフライダンパ１２を用いる従来のバーナ構造の斜視図と図７に示す図６の第１ノズル７と第２ノズル６の縦断面図により従来のバーナ構造について説明する。
【００３７】
さらに図６、図７に示す従来のバーナ構造における燃焼用空気の流れ図を図８に示し、さらに、図９に図６、図７に示すバーナ構造の第２ノズル６の出口流量の大小を示す。なお、図６〜図９に示すバーナの構成部材で図１、図２に示すバーナの構成部材と同一機能を奏する部材には同一符号を付して、その説明は省略する。
【００３８】
図６に示すバーナでは第２ノズル６に接続する燃焼用空気ダクト２の空気流入部２ｆにはバタフライダンパ１２を配置し、該バタフライダンパ１２で燃焼用空気ダクト２に流入する空気量を調節する。また、偏流抑制のため中央仕切り板４を挟んで上部仕切り３、下部仕切り５により燃焼用空気ダクト２は４つに分割されている。  
図６に示すバーナで燃焼用空気ダクト２により、一方向からのみ空気が流入するような構造となっている。これにより、バタフライダンパ１２、上部仕切り３、下部仕切り５などの部品点数を少なくし、コストを抑えることが可能である。
【００３９】
図６及び図７に示すように燃焼用空気ダクト２の空気流入部２ｆから流入した空気は矢印Ａの方向から燃焼用空気ダクト２内に入り、第２ノズル６から火炉２３に向けて矢印Ｂ方向に噴出する。
【００４０】
図８に示す燃焼用空気ダクト２は、中央仕切り板４、上部仕切り３及び下部仕切り５によりガス流路２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの４つの流路に分かれ、それぞれの流路内にはダンパ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを設置することで偏流を抑制し、各ダンパ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの開度を調整することで火炎偏向可能な構造である。  
ダンパ１２ａ〜１２ｄが取り付けられている上段仕切り３と下段仕切り５のガス流路の長さは、各ダンパ１２ａ〜１２ｄの長さ以上になっており、外にはみ出さないような構造となっている。  
ダンパ１２ａ〜１２ｄは、それぞれダクト壁面１３ａと上部仕切り３により構成された流路２ａ、上部仕切り３と中央仕切り４により構成された流路２ｂ、中央仕切り４と下部仕切り５により構成された流路２ｃ及び下部仕切り５とダクト壁面１３ｂにより構成された流路２ｄに取り付けられており、各流路に流れる燃焼用空気の流量を調整する。
【００４１】
流路２ａと流路２ｂから流入した燃焼用空気は、図９中の領域６イ及び６ロから火炉２３内部に向けて流出する。流路２ｃ、流路２ｄから流入した流体は、領域６ハ及び６ニから流出する。
【００４２】
図８に示すダンパ開度の場合（θ＝６０°：空気流入部２ｆの成す平面に対する角度）では、流路２ａと流路２ｂより流入した燃焼用空気は、ダンパ１２ａ〜１２ｄの傾きにより流れが下方向に向くため、領域６ロに流れる流量が多くなり、領域６イに流れる流量が少なくなる。  
流路２ｃ、２ｄより流入した流体は、バタフライダンパ１２ａ〜１２ｄの傾きにより流れが下方向を向くため、領域６ニに流れる流量が多くなり、領域６ハに流れる流量は少なくなる。すなわち、図８に示す構成では領域６イ、６ロ、６ハ、６ニの流量に大小があり、これを本明細書では偏流があるということにする。
【００４３】
図３には図１に示す本発明の実施例のバーナにおける燃焼用空気の流れの様子を示す。また、パンチングプレート１ａ〜１ｄの中でパンチングプレート１ａ、１ｃは燃焼用空気ダクト２に固定し、パンチングプレート１ｂ、１ｄは可動式とする。燃焼用空気ダクト２より流入した流体は、パンチングプレート１ａ〜１ｄにより整流され、図４の模式図にバーナ正面から見た領域６イ、６ロ、６ハ、６ニにおける偏流は、低減される。
【００４４】
図８に示す実施例では偏流防止のためバタフライダンパ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを複数搭載する必要があったが、パンチングプレート１ａ〜１ｄでは偏流は発生しない。また、パンチングプレート１ａ、１ｃをそれぞれ中央仕切り４の上段と下段にそれぞれ配置し、パンチングプレート１ｂ、１ｄをそれぞれパンチングプレート１ａ、１ｃに重なるように燃焼用空気ダクト２内に配置することで、燃焼用空気ダクト２の流路の長さが図６に示すバタフライダンパ１２ａ〜１２ｄの長さ以上でなければならないという制約がなくなるため、燃焼用空気ダクト２を短くすることができる。
【００４５】
さらに、燃焼用空気ダクト２の空気流入部２ｆに取り付ける各種のダンパ構造を図１０（ａ）から図１０（ｃ）に示す。  
図１０（ａ）スライド式ダンパ：バタフライダンパと同じくガス流れの乱れが生じる。
【００４６】
図１０（ｂ）ルーバー式ダンパ：小さなバタフライダンパを多数使用することで、ガス流れの乱れを避けることができる。しかし、個々を制御するためにシステム構築に手間が掛かる。  
図１０（ｃ）パンチングプレート：流路に満遍なく孔１ｈが開いているため、ガス流れの乱れを抑制でき、整流効果がある。  
図１０（ｃ）に示すパンチングプレート燃焼用空気ダクト２の空気流入部２ｆに取り付けたときの第２ノズル６の出口部の流体分布模式図（図４）に示すように、第２ノズル６における流体は第２ノズル６の横断面全体に均一に分布していることが分かる。
【００４７】
図８に示すようにバタフライダンパ１２により起こっていたガス流れの乱れが、パンチングプレート１を用いることで解消される。また、ガス流れの乱れを抑制できるパンチングプレート１は構造が単純で、かつ流れの乱れを抑制できるのでパンチングプレートを流量調整装置として本発明に用いた。
【００４８】
図１１にバタフライダンパ１２によるガス流量調整の模式図を示す。なお、ガス流路横断面積とバタフライダンパ１２の上流側と下流側のガス流路内の圧力をそれぞれ圧力計測座８ａ、８ｂで計測し、その差を差圧計９で計測する。また圧力計測座８ａ、８ｂの計測点間の距離Ｌとガス流路横断面積Ａを予め求めておき、バタフライダンパ１２を用いる燃焼用空気ダクト２の上段と下段のガス流路のガス流量の調整を行う。
【００４９】
バタフライダンパ１２を用いて、図１１のように燃焼用空気ダクト２の上段と下段のガス流路を塞ぐことでガス流量の調整をする場合に、バタフライダンパ１２と燃焼用空気ダクト２の上壁面または下壁面と中央仕切り４の間にできるガス流路のわずかな隙間のみにガス流れが集中し、バタフライダンパ１２の下流域では、ガス流れの流量がバタフライダンパ１２の上下にできる隙間に近い燃焼用空気ダクト２の壁面付近では多く、中心付近は少なくなりガス流れが乱れた状態となる。
【００５０】
一方、図１２には図１１のバタフライダンパ１２に代えて２枚のパンチングプレート１ａ、１ｂによるガス流路内のガス流量調整の模式図を示す。なお、ガス流路横断面積とパンチングプレート１の上流側と下流側のガス流路内の差圧計測のための構成は図１１の場合と同一である。パンチングプレート１ａ、１ｂの場合、ガス流路内にくまなく小孔１ｈが開いており、ガス流体はパンチングプレート１ａ、１ｂの孔１ｈを流れることでパンチングプレート１ａ、１ｂの下流では、ガス流路内にくまなくガス流体が流れ、該ガス流れが乱れることはない。  
パンチングプレート１ａ、１ｂの孔径や、孔数の変更により開孔率（各プレート１ａ、１ｂの全面積に対する孔１ｈの合計面積の比）を変化させることでガス流量の調整及び計測が可能となる。
【００５１】
図１３は、同一ガス流量に対するパンチングプレート１またはバタフライダンパ１２（図１１）の設置部の上流側と下流側のガス流路内の差圧とガス流路の開度の関係を示す一例である。  
図１３から分かるようにパンチングプレート１（図１２）は、その開孔率（開度に準じる）を増減させることで前記差圧を調整することができる。また、開度１００％の場合、バタフライダンパ１２を用いる場合はほとんど前記差圧が得られず、差圧を用いた流量計測に不向きであるのに対し、パンチングプレート１を用いる場合は、開孔率が大きくても小さくても、共に前記差圧がある程度得られるので差圧流量計測が可能である。
【００５２】
図１４は、ファンなどによる押し出し（吸い込み）圧力が同一の場合のバタフライダンパ１２及びパンチングプレート１を用いる場合の同一ガス流路内のガス流量とガス流路の開度の関係の一例である。パンチングプレートの場合、その開孔率を変更することで、同一流量に対する圧力損失を自由に調整でき、前記ダンパ開度に対するガス流量の増減量の調整も可能である。
【００５３】
本発明ではガス流れの乱れがないため、パンチングプレート１の上流と下流のガス流路内の差圧を用いてガス流量の計測に使用可能である。
【００５４】
図１１、図１２で示したようにガス流量の計測は、バタフライダンパ１２、パンチングプレート１を用いる場合に共に、それの上流及び下流側の静圧を圧力計測座８ａ、８ｂを設け、差圧計９にて圧力計測座８ａ、８ｂの間の差圧を計測し、所定の係数を乗じてガス流量へと変換する。
【００５５】
図１５によりエアフォイル３６を用いた流量計測法を説明する。エアフォイル３６は流線形状をした部材に全圧計測用の圧力計測座８（ａ）と静圧計測用の圧力計測座８（ｂ）の差圧を計測して流量に換算する装置であり、圧力計測座８（ａ）が流れに平行となるように設置される。
【００５６】
図１６にバタフライダンパ１２、パンチングプレート１、エアフォイル３６を用いてガス流量を求めた際の真値に対する精度を示す。  
ガス流量を測る際、圧力取り出し口は、同一流線上にあるほうが精度よく測ることができる。  
バタフライダンパ１２では、上述したガス流れの乱れのため、同一流線上に圧力取り出し口を取り付けるのは困難である。これに対して、パンチングプレート１は、整流効果があるため、精度よく計測することができる。  
エアフォイル３６は同様に精度よく流量を計測できるが、流量調整機構を別途設ける必要があるため、流量調整及び調整機構が複雑化する。
【符号の説明】
【００５７】
１ａ〜１ｄ  パンチングプレート
１ｈ  孔
２  燃焼用空気ダクト      ２ｆ  空気流入部
２ｆ  空気流入部          ３  上部仕切り
４  中央仕切り            ５  下部仕切り
６  燃焼用空気ノズル（第２ノズル）
７  第１ノズル            ８ａ、８ｂ  圧力計測座
９  差圧計              １２  バタフライダンパ
１３ａ、１３ｂ  ダクト壁面
２０  送炭管            ２１  風箱
２３  ボイラ火炉        ３１  ウォームギヤ
３２  ラック            ３３  駆動装置
３４  制御装置          ３５  ガイドレール
３６  エアフォイル
【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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【手続補正書】
【提出日】平成23年1月7日(2011.1.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2011202841.tif 000019
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
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