(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素含有固体燃料と一次空気とを混合した燃料ガスを噴射する燃料ガス噴射口と、前記燃料ガス噴射口が設けられた端部を含む燃料ガス流路とを有する燃料ノズルと、
前記燃料ガス噴射口の周囲に配置され二次空気を噴射する二次空気噴射口と、前記二次空気噴射口が設けられた端部を含む二次空気流路とを有する二次空気ノズルと、
前記燃料ガス噴射口より前記燃料ガスの上流側の前記燃料ガス流路内に配置される保炎部材と、
前記燃料ガス流路において前記保炎部材よりも前記燃料ガス流路の上流に配置される加熱部材と、を備え、
前記加熱部材は、前記燃料ガス流路に設置される第１部分と、前記二次空気流路に配置される第２部分とを含み、前記二次空気によって前記加熱部材が加熱され、
前記保炎部材は、前記燃料ガス流路に設置される第３部分と、前記二次空気流路に配置される第４部分とを含み、前記二次空気によって前記保炎部材が加熱される、
燃焼バーナ。
【請求項２】
前記燃料ガス流路の中心軸を含む第１の中心面と、前記第１の中心面に直交し前記中心軸を含む第２の中心面に対して、前記燃料ガス流路は、第１内面と、前記第１の中心面を挟み前記第１内面と対向する第２内面と、前記第１内面に直交する第３内面と、前記第２の中心面を挟み前記第３内面と対向する第４内面とで囲まれ、
前記第１内面と前記第２内面とは、前記第１の中心面との距離が同じであり、
前記第３内面と前記第４内面とは、前記第２の中心面との距離が同じである、
請求項１に記載の燃焼バーナ。
【請求項３】
前記二次空気流路の二次空気ノズル内面と前記第１の中心面とがなす角度は、０°以上で３０°以下である、
請求項２に記載の燃焼バーナ。
【請求項４】
前記加熱部材の前記第１部分は、前記燃料ガス流路の中心軸と直交する方向に所定の間隔で複数配置される、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
【請求項５】
前記加熱部材は、前記燃料ガス流路の中心軸と直交する第１軸方向に間隔をあけて配置される複数の前記第１部分を含む第１群と、前記中心軸と平行な方向に関して、前記第１群とは異なる位置に配置される第２群とを有し、
前記第１軸方向に関して、前記第１群の前記第１部分と前記第２群の前記第１部分とは、異なる位置に配置される、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
【請求項６】
前記加熱部材の前記第２部分の表面積は、前記第１部分の長手方向に直交する断面積よりも大きい、
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。
【請求項７】
少なくとも前記燃料ガス流路の上流側を向く前記加熱部材及び前記保炎部材の少なくとも一方の外表面に設けられ、微粉炭から前記加熱部材及び前記保炎部材の少なくとも一方を保護する保護膜を有する、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
【請求項８】
前記保炎部材の外面は、前記燃料ガス流路の中心軸と平行な仮想線に対して前記燃料ガス流路の下流側を向く方向へ前記仮想線との距離が大きくなるように傾斜する第１傾斜面と、前記燃料ガス流路の下流側を向く方向に向かって前記第１傾斜面との距離が大きくなるように傾斜する第２傾斜面と、を含む、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
【請求項９】
前記第１部分は、棒状であり、
前記第１部分は、前記第１部分の一端部分と他端部分との中間位置にある第１部位と、前記第１部分の前記一端部分及び前記他端部分のそれぞれと前記第２部分とを接続する第２部位と、を含み、
前記第２部分の表面積は、前記第１部分の長手方向に直交する断面積よりも大きく、
前記第１部分の長手方向に直交する断面において、前記第２部位の断面積より前記第１部位の断面積が大きい、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
【請求項１０】
前記第１部分は、棒状であり、前記第１部分の長手方向に直交する断面において、前記第２部位から前記第１部位に向けて徐々に断面積が大きくなる、
請求項９に記載の燃焼バーナ。
【請求項１１】
前記第３部分は、棒状であり、
前記第３部分は、前記第３部分の一端部分と他端部分との中間位置にある第１部位と、前記第３部分の前記一端部分及び前記他端部分のそれぞれと前記第４部分とを接続する第２部位と、を含み、
前記第４部分の表面積は、前記第３部分の長手方向に直交する断面積よりも大きく、
前記第３部分の長手方向に直交する断面において、前記第２部位の断面積より前記第１部位の断面積が大きい、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
【請求項１２】
前記第３部分は、棒状であり、前記第３部分の長手方向に直交する断面において、前記第２部位から前記第１部位に向けて徐々に断面積が大きくなる、
請求項１１に記載の燃焼バーナ。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の燃焼バーナを備えるボイラ。
【請求項１４】
燃料ガス噴射口に向かう燃料ノズルの燃料ガス流路に、炭素含有固体燃料と一次空気とを混合した燃料ガスを供給して、前記燃料ノズルの前記燃料ガス噴射口から前記燃料ガスを噴射することと、
二次空気ノズルの二次空気流路に、二次空気を供給して、前記燃料ガス噴射口の周囲に配置された前記二次空気ノズルの二次空気噴射口から前記二次空気を噴射することと、
前記燃料ガス流路に配置される第１部分と、前記二次空気流路に配置される第２部分とを有し、前記二次空気によって前記第２部分を加熱することで前記第１部分が昇温される加熱部材で、前記燃料ガスを予熱することと、
前記燃料ガス流路において前記第１部分よりも前記燃料ガス流路の下流において前記燃料ガス噴射口より前記燃料ガスの上流側に配置され、前記燃料ガス流路に配置される第３部分と、前記二次空気流路に配置される第４部分とを有し、前記二次空気によって前記第４部分を加熱することで前記第３部分が昇温される保炎部材に、前記加熱部材で予熱された前記燃料ガスを供給することと、
前記保炎部材により、前記燃料ガス流路内で内部保炎状態とすることと、
を含む燃料ガスの燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼バーナ、ボイラ、及び燃料ガスの燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素含有固体燃料の一例として石炭を用いて、微粉炭焚きボイラに使用される燃焼バーナとして、特許文献１及び特許文献２に開示されているような微粉炭バーナが知られている。特許文献１は、燃料バーナの流路前方部に内部保炎機構として機能するスプリット部材を設ける技術を開示する。特許文献１のスプリット部材は、微粉炭バーナの出口開口中央付近に設置されており、微粉炭及び空気の流路を分割して流れを内部で乱すとともにスプリットの前方に再循環域を形成して、内部保炎機構として機能する。特許文献２は、流路にスプリットを設け、微粉炭燃料と空気の混合気体を混合流体供給路から燃料ノズルに供給して、スプリットで混合流体の流路を分岐し、微粉炭燃料濃度を高める技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２７８３６号公報
【特許文献２】特開２００９−２０４２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術は、ノズル出口に循環渦を生成する保炎装置を設置することによって、着火を確保する。この場合、空気と燃料の混合割合や渦の強さを支配する流れの物理量にその作用が大きく影響され、使用条件に制限を受けることが多い。そのため、常に安定した着火を得るためには万全でない。
【０００５】
本発明の態様は、内部保炎を強化して、安定した着火を得ることができる燃焼バーナ、ボイラ、及び燃料ガスの燃焼方法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】
【０００６】
本発明の第１の態様に従えば、炭素含有固体燃料と一次空気とを混合した燃料ガスを噴射する燃料ガス噴射口と、前記燃料ガス噴射口が設けられた端部を含む燃料ガス流路とを有する燃料ノズルと、前記燃料ガス噴射口の周囲に配置され二次空気を噴射する二次空気噴射口と、前記二次空気噴射口が設けられた端部を含む二次空気流路とを有する二次空気ノズルと、前記燃料ガス噴射口より前記燃料ガスの上流側の前記燃料ガス流路内に配置される保炎部材と、前記燃料ガス流路において前記保炎部材よりも前記燃料ガス流路の上流に配置される加熱部材と、を備え、前記加熱部材は、前記燃料ガス流路に設置される第１部分と、前記二次空気流路に配置される第２部分とを含み、前記二次空気によって加熱される、燃焼バーナが提供される。
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、加熱部材で加熱された燃料ガスが、燃料ガス流路に配置される保炎部材に供給されるので、保炎部材における着火が促進される。加熱部材で二次空気と燃料ガスとが熱交換されることで、加熱部材の周辺で燃料ガスが高温となり、内部保炎が促進される。また、燃料ガスを加熱すると、燃料ガスを構成する炭素含有固体燃料も加熱されるため、炭素含有固体燃料に含有される揮発分が蒸発して炭素含有固体燃料から放出されやすくなる。そのため、燃料ガスは保炎部材で、着火が促進され、内部保炎を安定して実現することができる。内部保炎とは、燃料ガス流路内で、火炎が生成される状態をいう。内部保炎においては、外部保炎に比べて、低温低酸素空間で火炎が生成される。そのため、ＮＯｘの発生量を抑制することができる。
【０００８】
本発明の第１の態様において、前記燃料ガス流路の中心軸を含む第１の中心面と、前記第１の中心面に直交し前記中心軸を含む第２の中心面に対して、前記燃料ガス流路は、第１内面と、前記第１の中心面を挟み前記第１内面と対向する第２内面と、前記第１面に直交する第３内面と、前記第２の中心面を挟み前記第３内面と対向する第４内面とで囲まれ、前記第１内面と前記第２内面とは、前記燃料ガス噴射口に向かって、前記第１の中心面との距離が同じであり、前記第３内面と前記第４内面とは、前記燃料ガス噴射口に向かって、前記第２の中心面との距離が同じでもよい。
【０００９】
これにより、内部保炎が安定して実現される。第１内面と前記第２内面とは、燃料ガス噴射口に向かって、第１の中心面との距離が同じであり、第３内面と第４内面とは、燃料ガス噴射口に向かって、第２の面との距離が同じなので、燃料ガスの流れが安定し、安定した内部保炎が実現される。
【００１０】
本発明の第１の態様において、前記二次空気流路（６）の二次空気ノズル内面（７１）と前記第１の中心面とがなす角度（θ）は、０°以上で３０°以下でもよい。
【００１１】
これにより、二次空気が流れる二次空気流路は、入口部よりも出口部である二次空気噴射口が絞られた形になる。このため、二次空気噴射口の上流側より下流側の流速を速くして、加熱部材に二次空気を供給することができる。角度が３０°以上の場合、炉内へ対する角度が大きくなり、受ける輻射熱量が増加する。また、出口流速を一定とすると入口側の流速が遅くなり、熱伝達率が減少する。そのため、ノズルの温度上昇による高温酸化及びこれに伴う変形が懸念される。また、先端部に向かうほど流速が増加するように設計すると、逆火を防ぐ効果もある。このため、概ね３０°以内に制限することが好ましい。
【００１２】
本発明の第１の態様において、前記加熱部材の前記第１部分は、前記燃料ガス流路の中心軸と直交する方向に所定の間隔で複数配置されてもよい。
【００１３】
これにより、中心軸と平行な方向に流れる燃料ガスは、複数の第１部分によって効率良く加熱される。所定の間隔とは相互干渉することなくバーナ内部で燃料ガスの全量を着火できる間隔であり、管径の１．０倍以上３．０倍以下が例示される。さらに所定の間隔を最適値に設定するには、実験によって求めることができるし、燃焼バーナの構造及び寸法などに基づいて、シミュレーションによって求めることができる。
【００１４】
本発明の第１の態様において、前記加熱部材は、前記燃料ガス流路の中心軸と直交する第１軸方向に間隔をあけて配置される複数の前記第１部分を含む第１群と、前記中心軸と平行な方向に関して、前記第１群とは異なる位置に配置される第２群とを有し、前記第１軸方向に関して、前記第１群の前記第１部分と前記第２群の前記第１部分とは、異なる位置に配置されてもよい。
【００１５】
これにより、千鳥状に配置された第１部分によって、燃料ガスは効率良く加熱される。第１部分が千鳥状に配置されることにより、燃料ガスと第１部分との接触面積が大きくなり、燃料ガスは効率良く加熱される。燃料ガスが加熱されると、燃料ガスを構成する炭素含有固体燃料も加熱されるため、炭素含有固体燃料に含有される揮発分が蒸発して、炭素含有固体燃料から放出されやすくなる。そのため、着火が促進され、内部保炎が確実に得られる。
【００１６】
本発明の第１の態様において、前記加熱部材の前記第１部分は、前記燃料ガス流路の中心軸と直交する方向に所定の間隔で複数配置されてもよい。
【００１７】
これにより、内部保炎を安定して実現することができる。燃料ガスの流れが乱れると、外部保炎となる可能性が高くなる。加熱部材が所定の間隔をあけて複数配置されることにより、燃料ガスの流れの乱れが抑制される。そのため、内部保炎が安定して実現される。
【００１８】
本発明の第１の態様にいて、前記保炎部材は、前記燃料ガス流路に設置される第３部分と、前記二次空気流路に配置される第４部分とを含み、前記二次空気によって前記保炎部材が加熱されてもよい。
【００１９】
これにより、保炎部材の第４部分と二次空気との熱交換により、保炎部材の第３部分が効率良く加熱され、安定した内部保炎を実現することができる。
【００２０】
本発明の第１の態様において、前記加熱部材の前記第２部分の表面積は、前記第１部分の長手方向に直交する断面積よりも大きくてもよい。
【００２１】
これにより、二次空気流路において、二次空気と第２部分との接触面積が増大するので、第１部分が効率良く加熱される。
【００２２】
本発明の第１の態様において、少なくとも前記燃料ガス流路の上流側を向く前記加熱部材及び前記保炎部材の少なくとも一方の外表面に設けられ、前記微粉炭から前記加熱部材及び前記保炎部材の少なくとも一方を保護する保護膜を有してもよい。
【００２３】
これにより、微粉炭の衝突による加熱部材及び保炎部材の少なくとも一方の劣化を抑制することができる。
【００２４】
本発明の第１の態様において、前記保炎部材の外面は、前記中心軸と平行な仮想線に対して前記燃料ガス流路の下流側を向く方向へ前記仮想線との距離が大きくなるように傾斜する第１傾斜面と、前記燃料ガス流路の下流側を向く方向に向かって前記第１傾斜面との距離が大きくなるように傾斜する第２傾斜面と、を含んでもよい。
【００２５】
これにより、燃料ガスは、第１傾斜面及び第２傾斜面に沿って流れた後、保炎部材の前面側に巻き込むように流れる。燃料ガスは、保炎部材から離れずに、保炎部材の前面側に流れ込むので、保炎部材の前面において内部保炎を確実に実現することができる。
【００２６】
本発明の第１の態様において、前記加熱部材及び前記保炎部材の少なくとも一方は、前記燃料ガス流路に配置される棒状の第５部分と、前記二次空気流路に配置され、前記二次空気によって加熱される第６部分とを含み、前記第５部分の前記一端部分と前記他端部分との中間位置にある第１部位と、前記第５部分の一端部分及び他端部分と前記第６部分を接続する第２部位と、を含み、前記第６部分の表面積は、前記第５部分の長手方向に直交する断面積よりも大きく、前記第５部分の長手方向に直交する断面において、前記第２部位の断面積より前記第１部位の断面積が大きくてもよい。
【００２７】
これにより、燃料ガスは、第５部分と長い時間接触することができるので、燃料ガスを効率良く加熱することができる。また、第５部分の温度の均一化が図られ、安定した内部保炎が実現される。すなわち、第２部位は、第１部位よりも第６部分に近く、二次空気によって加熱されやすい。第１部位の断面積を第２部位の断面積よりも大きくすることによって、第５部分の温度の均一化を図ることができる。
【００２８】
本発明の第１の態様において、前記第５部分は、棒状であり、前記第５部分の長手方向に直交する断面において、前記第２部位から前記第１部位に向けて徐々に断面積が大きてもよい。
【００２９】
これにより、第５部分の温度の均一化がより一層図られ、安定した内部保炎が実現される。
【００３０】
本発明の第２の態様に従えば、第１の態様の燃焼バーナを備えるボイラが提供される。
【００３１】
本発明の第２の態様によれば、ＮＯｘの発生量を抑制することができる。
【００３２】
本発明の第３の態様に従えば、燃料ガス噴射口に向かう燃料ノズルの燃料ガス流路に、炭素含有固体燃料と一次空気とを混合した燃料ガスを供給して、前記燃料ノズルの前記燃料ガス噴射口から前記燃料ガスを噴射することと、二次空気ノズルの二次空気流路に、二次空気を供給して、前記燃料ガス噴射口の周囲に配置された前記二次空気ノズルの二次空気噴射口から前記二次空気を噴射することと、前記燃料ガス流路に配置される第１部分と、前記二次空気流路に配置される第２部分とを有し、前記二次空気によって前記第２部分を加熱することで前記第１部分が昇温される加熱部材で、前記燃料ガスを予熱することと、前記燃料ガス流路において前記第１部分よりも前記燃料ガス流路の下流において前記燃料ガス噴射口より前記燃料ガスの上流側に配置される保炎部材に、前記加熱部材で予熱された前記燃料ガスを供給することと、前記保炎部材により、前記燃料ガス流路内で内部保炎状態とすることと、を含む燃料ガスの燃焼方法が提供される。
【００３３】
本発明の第３の態様によれば、ＮＯｘの発生量を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の態様によれば、内部保炎を強化して、安定した着火を得ることができる燃焼バーナ、ボイラ、及び燃料ガスの燃焼方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、第１実施形態に係るボイラの一例を示す概略構成図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る燃焼バーナの一例を示す側断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る燃焼バーナの一例を示す図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る燃焼バーナの一例を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る燃料ノズルの内面の一部を拡大した図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る加熱部材の一例を示す断面図である。
【図７】図７は、第１実施形態に係る加熱部材又は保炎部材の一例を示す断面図である。
【図８】図８は、第１実施形態に係る加熱部材又は保炎部材の一例を示す断面図である。
【図９】図９は、第１実施形態に係る保炎部材の周囲の燃料ガスの流れを示す模式図である。
【図１０】図１０は、第１実施形態に係る保炎部材の周囲の燃料ガスの流れを示す模式図である。
【図１１】図１１は、第１実施形態に係る加熱部材の配置例を示す図である。
【図１２】図１２は、第１実施形態に係る燃料ガスの燃焼方法を説明するための模式図である。
【図１３】図１３は、比較例に係る燃料ガスの燃焼方法を説明するための模式図である。
【図１４】図１４は、第２実施形態に係る加熱部材の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、第３実施形態に係る加熱部材の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、第４実施形態に係る加熱部材の一例を示す図である。
【図１７】図１７は、第４実施形態に係る加熱部材の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、第５実施形態に係る保炎部材の一例を示す図である。
【図１９】図１９は、第５実施形態に係る保炎部材の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
【００３７】
＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るボイラ１００の一例を示す概略構成図である。ボイラ１００は、炭素含有固体燃料の一例として、粉砕された石炭である微粉炭を使用する微粉炭焚きボイラである。
【００３８】
図１に示すように、ボイラ１００は、微粉炭を焚いて燃焼ガスを生成する火炉１１０と、微粉炭を燃焼させる燃焼装置１２０と、火炉１１０で生成された燃焼ガスの熱エネルギーを用いて蒸気を生成する蒸気発生装置１４０とを備えている。
【００３９】
火炉１１０は、燃焼室１１１と、燃焼室１１１の上方に配置される煙道１１２とを有する。燃焼室１１１において、微粉炭が燃焼されることにより、燃焼ガスが生成される。
【００４０】
燃焼装置１２０は、燃焼バーナ１と、燃焼バーナ１に微粉炭を供給する微粉炭供給装置１２１と、燃焼バーナ１に二次空気を供給する空気供給装置１２２とを備えている。燃焼バーナ１は、火炉１１０に複数設けられる。
【００４１】
微粉炭供給装置１２１は、微粉炭を生成する微粉炭機１２３と、微粉炭機１２３と燃焼バーナ１とを接続する微粉炭供給管１２４とを含む。微粉炭機１２３は、石炭を粉砕して微粉炭を生成するミルを含む。微粉炭機１２３で生成された微粉炭は、微粉炭供給管１２４を介して、燃焼バーナ１に供給される。
【００４２】
空気供給装置１２２は、送風機１２５と、風箱１２６と、送風機１２５と風箱１２６とを接続する空気供給管１２７とを含む。送風機１２５は、空気供給管１２７を介して、風箱１２６に空気を供給する。風箱１２６は、送風機１２５からの空気を、燃焼バーナ１に供給する。
【００４３】
蒸気発生装置１４０は、火炉１１０で生成された燃焼ガスとボイラへの給水との熱交換を行って、蒸気を生成する。蒸気発生装置１４０は、過熱器１４１と、再熱器１４２と、節炭器１４３とを有する。過熱器１４１、再熱器１４２、及び節炭器１４３は、煙道１１２に配置される。
【００４４】
煙道１１２は、排ガス流路１１３と接続されている。蒸気発生装置１４０において給水との熱交換を行った燃焼ガス（排ガス）は、排ガス流路１１３に送られる。排ガス流路１１３に、エアヒータ１１４が設けられている。エアヒータ１１４は、排ガス流路１１３を流れる燃焼ガスの熱を使って、空気供給管１２７を流れる二次空気を加熱する。これにより、燃焼バーナ１に供給される二次空気の温度が上昇する。
【００４５】
なお、不図示であるが、排ガス流路１１３には、脱硝装置、電気集塵機、及び脱硫装置などが設けられている。排ガス流路１１３は、煙突と接続される。
【００４６】
次に、ボイラ１の動作の一例について説明する。微粉炭機１２３で生成された微粉炭は、一次空気（搬送用空気）と一緒に微粉炭供給管１２４を流れ、燃焼バーナ１に供給される。エアヒータ１１４で加熱された二次空気（燃焼用空気）は、空気供給管１２７を流れた後、風箱１２６を介して、燃焼バーナ１に供給される。図２に示すように、燃焼バーナ１は、微粉炭と一次空気とが混合された燃料ガスＧａを燃焼バーナ１内に噴射する。また、燃焼バーナ１は、二次空気Ｇｂを燃料ノズル４の周囲の二次空気流路６を通気させる際に、加熱された二次空気Ｇｂの熱量の一部を加熱部材９へと伝熱して、加熱部材９の温度を上昇させる。燃料ガスＧａは、加熱部材９で予熱された後に保炎部材８で着火して火炎が生成され、燃焼ガスが生成される。燃焼ガスＧａは火炎となって、火炉１１０の燃焼室１１１へと噴射する。二次空気噴射口５から噴出した二次空気Ｇｂは火炎に供給されて燃焼が完結する。ここで、燃焼バーナ１の鉛直上側と下側に設置した補助空気ノズル２２に二次空気Ｇｂを分けてこの補助空気ノズル２２から噴出する補助空気Ｇｄの供給を受けて燃焼が完結するようにしてもよい。燃焼室１１１で生成された燃焼ガスは、煙道１１２を流れる。
【００４７】
蒸気発生装置１４０は、燃焼室１１１からの燃焼ガスと、図示しない給水ポンプにより供給されたボイラへの給水との熱交換を行って、蒸気を発生する。給水ポンプにより供給された給水は、節炭器１４３で予熱された後、火炉１１０に設けられている水管を流れる間に加熱されて、飽和蒸気となる。飽和蒸気は、蒸気ドラムに供給される。蒸気ドラムの飽和蒸気は、過熱器１４１に供給される。過熱器１４１の飽和蒸気は、燃焼ガスによって過熱されて過熱蒸気となる。過熱器１４１で生成された過熱蒸気は、図示しない発電プラントの蒸気タービンに供給される。また、蒸気タービンで仕事をした蒸気は、図示しない復水器で水凝縮した後に、再び給水ポンプによりボイラへの給水として再熱器１４２に供給され、再度過熱されて蒸気タービンに供給される。
【００４８】
煙道１１２の節炭器１４３を通過した燃焼ガスは、排ガス流路１１３に配置されている図示しない脱硝装置に供給される。脱硝装置は、触媒により、燃焼ガスに含まれるＮＯｘなどの有害物質を除去する。また、燃焼ガスは、排ガス流路１１３に配置されている図示しない電気集塵機及び図示しない脱硫装置に供給される。電気集塵機は、燃焼ガスに含まれる粒子状物質を除去する。脱硫装置は、燃焼ガスに含まれる硫黄分を除去する。脱硝装置、電気集塵機、及び脱硫装置などによりクリーン化された空気は、図示しない煙突から大気中に排出される。
【００４９】
なお、微粉炭と一次空気とが混合された燃料ガスＧａの一次空気の内部で着火させ、火炎が還元雰囲気に保持されることで、ＮＯｘの発生量が抑制される。また、二次空気Gb、補助空気Ｇｄが供給された後においても火炎の還元雰囲気を維持し、燃焼室１１１まで拡大させて微粉炭の燃焼により発生したＮＯｘが燃焼室１１１において還元され、その後アディショナルエアポート１４４からアディショナルエアが追加供給されることによって、微粉炭の酸化燃焼が完結されてもよい。これにより、微粉炭の燃焼によるＮＯｘの発生量が抑制される。
【００５０】
次に、本実施形態に係る燃焼バーナ１について説明する。図２は、本実施形態に係る燃焼バーナ１の一例を示す側断面図である。図３は、本実施形態に係る燃焼バーナ１の一例を示す図である。図４は、本実施形態に係る燃焼バーナ１の一例を示す図である。
【００５１】
図２、図３、及び図４に示すように、燃焼バーナ１は、燃料ガスＧａを噴射する燃料ノズル４と、二次空気Ｇｂを噴射する二次空気ノズル７と、保炎部材８と、加熱部材９とを備えている。図３、燃焼バーナ１の燃料ガス噴射口２と二次空気噴射口５を示すように燃焼室１１１内から見た正面図であり、図４は、さらに保炎部材８と加熱部材９についてのみを示すように燃焼室１１１内から見た正面図である。
【００５２】
燃料ガスＧａとは、炭素含有固体燃料である微粉炭と搬送用空気である一次空気とが混合されたガスである。二次空気Ｇｂは、燃焼用空気である。二次空気Ｇｂはエアヒータ１１４などにより所定の温度にまで加熱昇温され、二次空気Ｇｂの温度は、燃料ガスＧａの温度よりも高い。二次空気Ｇｂの温度は、例えば、３００［℃］以上３５０［℃］以下である。燃料ガスＧａの温度は、微粉炭が着火しないような温度であり、例えば、６０［℃］以上８０［℃］以下である。
【００５３】
燃料ノズル４は、燃料ガスＧａを噴射する燃料ガス噴射口２と、燃料ガス噴射口２から噴射される燃料ガスＧａが流れる燃料ガス流路３とを有する。燃料ガス噴射口２は、燃料ガス流路３の端部に設けられる。燃料ガス流路３の断面積は、燃料ガス噴射口２に向かって同一となる。
【００５４】
二次空気ノズル７は、二次空気Ｇｂを噴射する二次空気噴射口５と、二次空気噴射口５から噴射される二次空気Ｇｂが流れる二次空気流路６とを有する。二次空気噴射口５は、二次空気流路６の端部に設けられる。二次空気噴射口５は、燃料ガス噴射口２の周囲に配置される。
【００５５】
本実施形態において、燃料ガス流路３に供給される一次空気の供給量は、燃料ガスが燃料ガス流路３ですぐに着火することがなく、燃料となる微粉炭を停滞することなく搬送できるような空気量（酸素量）を設定する。このため、燃料ガス流路３に供給された一次空気の供給量と、二次空気流路６に供給された二次空気の供給量との和であるノズル投入空気量を１００［％］とした場合、ノズル投入空気量は燃料である微粉炭との理論燃焼空気量とその過剰量から設定され、燃料ガス流路３に供給される一次空気の供給量は、例えば６０［％］以上９０[％]以下であり、これに伴い二次空気流路６に供給される二次空気の供給量は、１０［％］以上４０［％］以下である。
【００５６】
燃料ガス流路３は、中心軸ＡＸを有する。燃料ノズル４は、中心軸ＡＸの周囲に配置される。二次空気ノズル７は、燃料ノズル４の周囲に配置される。
【００５７】
以下の説明において、中心軸ＡＸと平行な方向を適宜、軸方向と、称する。また、中心軸ＡＸと直交する面内の燃焼バーナ１の幅方向としての第１軸と平行な方向を適宜、横方向、と称し、中心軸ＡＸ及び第１軸の両方と直交する第２軸と平行な方向を適宜、縦方向、と称する。また、中心軸ＡＸを含み横方向に伸びる面を第１の中心面、第１面と直交し中心軸ＡＸを含み縦方向に伸びる面を第２の中心面と称する。
【００５８】
保炎部材８は、燃料ガス流路３に配置される。本実施形態では保炎部材８はその長手方向が横方向になるよう縦方向に間隔を設けて複数本が平行に配置されている。保炎部材８は、燃料ガス流路３の下流に向かって保炎部材８の長手方向に垂直な断面幅が拡がる形状である。図２に示すように、本実施形態において、保炎部材８の断面は、三角形である。保炎部材８の断面は、三角形に限らず、半円形でもよい。
【００５９】
加熱部材９は、燃料ガス流路３に配置される第１部分９１と、二次空気流路６に配置される第２部分９２とを含む。加熱部材９の第１部分９１は、保炎部材８よりも燃料ガス流路３の上流に配置される。加熱部材９は、加熱された二次空気Ｇｂによって、その熱量の一部が伝熱し昇温される。第２部分９２が二次空気流路６内に配置されているので、その第２部分９２が、二次空気流路６を流れる二次空気Ｇｂによって加熱される。加熱された第２部分９２の熱は、第１部分９１に伝達される。そのため、第１部分９１の温度は、燃料ガスＧａの温度よりも高くなる。第１部分９１は、２００［℃］から３５０［℃］程度に加熱される。
【００６０】
加熱部材９は、高い熱伝導率の材料で形成される。本実施形態において、加熱部材９は、銅を含む。
【００６１】
本実施形態においては、保炎部材８も、高い熱伝導率の材料で形成される。本実施形態において、加熱部材９と保炎部材８は、銅を含み、加熱部材９と保炎部材８は微粉炭への耐摩耗性や高温の耐酸化性をもたせるために、表面をクロム系やニッケル系や材料で被覆処理したり、セラミックス材料で被覆を形成することが好ましい。
【００６２】
燃料ガス流路３の内面１３は、縦方向で上側の第１内面１３１と、燃料ガス流路３の間隙を介して第１内面１３１と対向する縦方向で下側の第２内面１３２と、を含む。また、燃料ガス流路３の内面１３は、横方向の一側の第３内面１３３と、燃料ガス流路３の間隙を介して第３内面１３３と対向する横方向で他側の第４内面１３４と、を含む。第１内面１３１と第２内面１３２とは、縦方向に配置される。第３内面１３３と第４内面１３４とは、横方向に配置される。
【００６３】
従い、燃料ガス流路３は、第１内面１３１と第１の中心面を挟み対向する第２内面１３２と、第１面に直交する第３内面１３３と第２の中心面を挟み対向する第４内面１３４とで囲まれ、燃料ガス流路３の断面は矩形形状となっている。
【００６４】
図３は、加熱部材９を正面から見た図である。本実施形態において、加熱部材９は、棒状の部材である。図３に示すように、加熱部材９の第１部分９１は、横方向に関して、間隔をあけて平行に複数配置される。また、加熱部材９の第２部分９２は、縦方向に関して、加熱部材９の第１部分９１からが二次空気流路６に突き出して配置される。すなわち、図３では加熱部材９は縦方向の部材が横方向へ所定の間隔で複数並んで配置されて、加熱部材９は、伝熱面積を増加させるために、設置数を増加させてもよい。加熱部材９の設置数を増加させるあたり、燃料ガス流路３の流れ方向に直交する方向へ複数列配置し、軸方向に上流側列と下流側列を設けて、その配置ピッチをずらして流れの圧力損出が大きくならないように配置されてもよい。さらには、加熱部材９縦方向と横方向に格子状に配置されてもよい。
【００６５】
図４は、保炎部材８を正面から見た図である。図２及び図４に示すように、保炎部材８は、棒状の部材である。保炎部材８は、加熱部材９よりも燃料ガス噴射口２の近くに配置される。図４に示すように、本実施形態では、保炎部材８は、長手方向が横方向にあり、縦方向に関して、所定の間隔をあけて平行に複数配置される。また保炎部材８の長手方向の両端部分は、燃料ガス流路３内で図示しない保持方法により、例えば第３内面１３３と第４内面１３４に設けたスリーブで熱膨張を許容するように支持されている。なお、保炎部材８は、長手方向が縦方向として横方向に関して、所定の間隔をあけて平行に複数配置されてもよいし、格子状に配置されてもよい。
【００６６】
本実施形態において、加熱部材９の数は、保炎部材８の数よりも多い。加熱部材９の第１部分９１全体の表面積は、保炎部材８全体の表面積よりも大きい。
【００６７】
燃料ガス流路３の内面１３は、燃料ガス噴射口２に向かって、燃料ガス流路３の中心軸ＡＸに対して平行である。第１内面１３１及び第２内面１３２のそれぞれは、軸方向に関して、燃料ガス噴射口２に向かって、第１の中心面と第１内面１３１との距離が一定で、また第１の中心面と第２内面１３２との距離が一定である。第３内面１３３及び第４内面１３４のそれぞれは、軸方向に関して、燃料ガス噴射口２に向かって、第２の中心面と第３内面１３３との距離が一定であり、また第２の中心面と第４内面１３４との距離が一定である。すなわち、燃料ガス流路３の断面積は燃料ガス噴射口２に向かって一定である。
【００６８】
図５は、内面１３の一部を拡大した図である。一次空気ノズルと二次空気ノズルの出口部断面積は燃焼炉出口で所定の空気過剰率になるように設定された空気量に対して所定の流速が得られるように選定される。この時、二次空気ノズルは先端部の断面積が入口部よりも小さくなるように絞った形で、選定され中心軸ＡＸに対する角度θが概ね０［°］以上３０［°］以下となるように設計される。二次空気ノズル７の出口部分の断面積が入口部より小さくなるよう絞った形状になることで、二次空気噴射口５の上流側より下流側の流速が速くなり、加熱部材９に高速の二次空気Ｇｂを供給することができる。二次空気流路６は、二次空気噴射口５から噴射される二次空気Ｇｂが乱れて、火炎が不安定にならないように二次空気ノズル第１内面７１から二次空気が剥離しないよう３０°以下が好ましい。また、角度が３０°以上の場合、炉内へ対する角度が大きくなり、受ける輻射熱量が増加する。また、出口流速を一定とすると入口側の流速が遅くなり、熱伝達率が減少する。そのため、ノズルの温度上昇による高温酸化及びこれに伴う変形が懸念される。また、先端部に向かうほど流速が増加するように設計すると、逆火を防ぐ効果もある。このため、概ね３０°以内に制限することが好ましい。
【００６９】
図６は、加熱部材９の第１部分９１の長手方向に直交する断面の一例を示す図である。図６に示すように、加熱部材９の第１部分９１の断面は、円形でもよいし、楕円でもよい。
【００７０】
本実施形態においては、加熱部材９の第１部分９１の外面に、微粉炭から加熱部材９の第１部分９１を保護する保護膜１７が設けられる。保護膜１７は、耐摩耗膜として機能する。
【００７１】
加熱部材９は、伝熱促進を促すため銅を多く含むものが望ましい。。保護膜１７は、微粉炭からの摩耗防止のため、セラミックスを含む。
【００７２】
保護膜１７は、少なくとも燃料ガス流路３の上流側を向く加熱部材９の第１部分９１の外面に設けられる。図６は、加熱部材９の第１部分９１の外面の全域に保護膜１７が設けられた例を示す。
【００７３】
保護膜１７はアルミナ、シリカ、炭化ケイ素、ジルコニアやこれらの混合物などのセラミックスを用いることができる。保護膜１７は供給部材９の外周面を覆うように成形・焼成されて、供給部材９に高温接着剤で接合したり、スリーブ状に形成して挿入することで固定される。また溶射で供給部材９の外周面に直接に形成してもよい。また、保護膜１７はセラミックスに限らず、高クロム系鋳鉄などの高硬度金属を使用することもできる。例えば、金属製スリーブの外側を硬化肉盛り被覆させてもよい。
【００７４】
図７は、加熱部材９の第１部分９１の長手方向に直交する断面の一例を示す図である。図７に示すように、加熱部材９の第１部分９１の外面のうち、燃料ガス流路３の上流側を向く領域が、曲面を含み、燃料ガス流路３の下流側を向く領域が、平面でもよい。図７に示す例においても、少なくとも燃料ガス流路３の上流側を向く加熱部材９の第１部分９１の外面に保護膜１７が設けられる。
【００７５】
図８は、加熱部材９の第１部分９１の長手方向に直交する断面の一例を示す図である。図８に示すように、加熱部材９の第１部分９１が、燃料ガス流路３の下流に向かってに向かって幅が拡がる形状でもよい。図８に示すように、加熱部材９の断面が三角形でもよい。図８に示す例においても、少なくとも燃料ガス流路３の上流側を向く加熱部材９の第１部分９１の外面に保護膜１７が設けられる。保炎部材８が、図８に示す断面を有してもよいし、保護膜１７を有してもよい。
【００７６】
また、保炎部材８の長手方向に直交する断面は、加熱部材９と同様な断面形状を保有してもよいし、保炎部材８が別の断面形状を保有しても良いが、断面形状の下流側が平坦な平面であることがより好ましい。半円状の断面を有する形状でもよく、また図７に示すような断面を有する形状でもよい。また、少なくとも燃料ガス流路３の上流側を向く保炎部材８の外面に、微粉炭から保炎部材８を保護する保護膜１７が設けられてもよい。
【００７７】
保炎部材８は、銅を含む。保護膜１７は、セラミックスを含む。保炎部材８の保護膜１７は加熱部材９の保護膜１７と同様な材質と同様な工法で形成することができる。
【００７８】
図９及び図１０は、燃料ガス流路３に配置された加熱部材９の第１部分９１又は保炎部材８の第３部８１の周囲における燃料ガスＧａの流れを模式的に示す図である。以下、保炎部材８の第３部８１の周囲における燃料ガスＧａの流れについて主に説明するが、第１部分９１の周囲における燃料ガスＧａの流れも同様である。
【００７９】
図９に示すように、保炎部材８は、燃料ガス流路３の上流側を向く領域が曲面１５Ｃを含み、燃料ガス流路３の下流側を向く領域が平面１５Ｄを含む断面を有する。平面１５Ｄは、燃料ガス流路３の下流側を向く保炎部材８の前面である。保炎部材８の外面は、中心軸ＡＸと平行な仮想線Ｌ１に対して、線対称である。
【００８０】
燃料ガス流路３で下流側へと流れる燃料ガスＧａは、保炎部材８の曲面１５Ｃにおいて縦方向で上下方向へと分離され、２つの方向に流れる。燃料ガスＧａの一部は、保炎部材８の一方の側面に沿って流れる。燃料ガスＧａの一部は、保炎部材８の他方の側面に沿って流れる。燃料ガスＧａは、保炎部材８の一方の側面及び他方の側面に沿って流れた後、保炎部材８の平面１５Ｄ側に巻き込むように流れる逆流域が発生する。保炎部材８の曲面１５Ｃに当たった燃料ガスＧａは、保炎部材８から離れずに、保炎部材８の平面１５Ｄ側に大きな逆流域として流れ込む。そのため、後述するように保炎部材８の前面１５Ｄにおいて、保炎状態が確実に実現される。
【００８１】
図１０に示すように、保炎部材８の外面は、中心軸ＡＸと平行な仮想線Ｌ１に対して燃料ガス流路３の下流側を向く方向へ仮想線Ｌ１との距離が大きくなるよう傾斜する第１傾斜面１５Ａと、燃料ガス噴射口２に向かって第１傾斜面１５Ａとの距離が大きくなるように傾斜する第２傾斜面１５Ｂと、燃料ガス流路３の下流側を向く平面１５Ｄとを含む。平面１５Ｄは、燃料ガス流路３の下流側を向く保炎部材８の前面である。保炎部材８の外面は、仮想線Ｌ１に対して、線対称である。
【００８２】
図１０に示す例では、保炎部材８の断面の外形は、三角形（楔形）である。第１傾斜面１５Ａと第２傾斜面１５Ｂとの間のコーナー部（頂点）１５Ｋは、燃料ガス流路３の上流側を向く。また保炎部材８の断面の外形は、三角形（楔形）でなくても、角部分を丸くした疑似三角形や、さらに角部分に曲率を設けた疑似半円状であってもよい。
【００８３】
燃料ガス流路３で下流側へと流れる燃料ガスＧａは、保炎部材８のコーナー部１５Ｋにおいて縦方向で上下方向へと分離され、２つの方向に流れる。燃料ガスＧａの一部は、第１傾斜面１５Ａに沿って流れる。燃料ガスＧａの一部は、第２傾斜面１５Ｂに沿って流れる。燃料ガスＧａは、第１傾斜面１５Ａ及び第２傾斜面１５Ｂに沿って流れた後、保炎部材８の平面１５Ｄ側に巻き込むように流れる逆流域が発生する。保炎部材８のコーナー部１５Ｋに当たった燃料ガスＧａは、保炎部材８から離れずに、保炎部材８の平面１５Ｄ側に大きな逆流として流れ込む。そのため、微粉炭の揮発成分への分解が促進されて、保炎部材８の前面１５Ｄにおいて、保炎状態が確実に実現される。
【００８４】
図１１は、加熱部材９（第１部分９１）の配置例を示す図である。図２では、加熱部材９が軸方向に単数配置される例を示した。図１１に示すように、加熱部材９の第１部分９１は、軸方向に複数配置されてもよい。図１１では、軸方向に２つ配置される例を示す。なお、軸方向に３つ以上の任意の数が配置されてもよい。
【００８５】
また、図１１に示す例では、横方向に間隔をあけて配置される複数の第１部分９１を含む第１群ＧＲ１と、軸方向に関して第１群ＧＲ１とは異なる位置に配置される第２群ＧＲ２とが配置される。横方向に関して、第１群ＧＲ１の第１部分９１と第２群ＧＲ２の第１部分９１とは、異なる位置に配置される。すなわち、第１部分９１は、千鳥状に配置される。
【００８６】
なお、第１群ＧＲ１の第１部分９１は、縦方向に間隔をあけて配置されてもよい。第２群ＧＲ２の第１部分９１は、縦方向に間隔をあけて配置されてもよい。
【００８７】
加熱部材９の設置数を増加させることができて、伝熱面積の増加を行い、燃料ガスＧａを確実に予熱することができる。さらに燃料ガス流路３の流れ方向に直交する方向へ千鳥状に配置ピッチをずらして配置するので、燃料ガスＧａの流れの圧力損出が大きくならないように配置される。
【００８８】
次に、本実施形態に係る燃焼バーナ１を使って燃料ガスＧａを燃焼させる方法について説明する。本実施形態において、燃焼バーナ１は、内部保炎するように、火炎を生成する。
【００８９】
内部保炎とは、燃料ノズル４の燃料ガス流路３の燃料ガス噴射口２よりも燃料ガス流れ方向の上流側の位置となる内部空間で、火炎が生成される状態をいう。燃料ガス流路３の内部空間とは、内面１３によって規定される空間であり、内面１３が面する空間である。内部保炎は、中心軸ＡＸを含む燃料ガス噴射口２の縦方向面または横方向面の中心軸ＡＸを含む面に近い領域である縦方向中央部領域または横方向中央部領域で火炎が生成される状態を含む。
【００９０】
一方、外部保炎とは、燃料ノズル４の燃料ガス噴射口２の周囲で、火炎が生成される状態をいう。外部保炎は、燃料ガス噴射口２近傍の燃料ガス流路３の内面１３近傍で、火炎が生成される状態を含む。
【００９１】
本実施形態においては、加熱部材９は燃料ガスＧａよりも温度が高くなるよう伝熱加熱されており、加熱部材９の第１部分９１により、燃料ガスＧａが加熱（予熱）される。第１部分９１により加熱された燃料ガスＧａが保炎部材８に供給される。保炎部材８は、燃料ガス噴射口２よりも燃料ガス流れ方向の上流側の位置に配置されている。加熱された燃料ガスＧａが保炎部材８に供給されることにより、保炎部材８の燃料ガス流路３の下流側の面へと燃料ガスＧａが巻き込むように流れる逆流が発生し、着火して火炎が生成される。これにより、内部保炎が実現される。また、燃料ガス流路３の断面積が燃料ガス噴射口２に向かって同一になるように、燃料ガス流路３の内面１３は第１の中心面と平行になる。これによっても、内部保炎が安定して実現される。また、保炎部材８は、燃料ガス噴射口２以外の位置に配置され、燃料ガス噴射口２から、燃料ガス流路３の上流側に所定距離Ｄ離れた位置に配置されている。これによっても、内部保炎が安定して実現される。
【００９２】
所定距離Ｄは、本実施形態では例えば、保炎部材８の軸方向の燃料ガス流れ方向断面での長さＥの３．５倍以上５倍以下の間の適値を選定したものである。長さＥは、中心軸ＡＸと平行な方向における保炎部材８の寸法である。所定距離Ｄが３．５倍より短いと燃料ガス噴射口２の二次空気Ｇｂの吹出しにより外部保炎に移行し易い。例えば、保炎部材８が燃料ガス噴射口２付近（出口開口付近）に設けられ、所定距離Ｄが小さい場合、外部保炎に移行し易い。また、所定距離Ｄが５倍より長いと火炎位置が燃料ガス流路３の上流側（燃料ガス流路３の流入口側）になり過ぎて、燃料ガス流路３の内面１３の温度が過度に上昇するため好ましくない。
【００９３】
図１２は、本実施形態に係る燃料ガスＧａの燃焼方法を説明するための模式図である。燃料ガス噴射口２に向かって断面積が小さくなる燃料ノズル４の燃料ガス流路３に、微粉炭と一次空気とを混合した燃料ガスＧａが供給され、燃料ノズル４の燃料ガス噴射口２から燃料ガスＧａが噴射される。
【００９４】
また、二次空気ノズル７の二次空気流路６に、二次空気Ｇｂが供給され、二次空気ノズル７の二次空気噴射口５から二次空気Ｇｂが噴射される。
【００９５】
燃料ガス流路３に供給された燃料ガスＧａは、二次空気Ｇｂによって加熱された加熱部材９の第１部分９１で加熱（予熱）された後、燃料ガス流路３において第１部分９１よりも燃料ガス流路３の下流に配置される保炎部材８に、供給される。
【００９６】
加熱部材９で予熱された燃料ガスＧａが保炎部材８に供給されることにより、燃料ガス流路３の内側に配置されている保炎部材８の近傍において、燃料ガスＧａが逆流域を形成することで着火して火炎が生成される。これにより、内部保炎が実現される。図１２では火炎は燃料ノズル噴射口２付近のみ記載され、火炉１１０の燃焼室１１１へと伸びる炎の記載は省略されている。
【００９７】
燃料ガス流路３の温度は、二次空気流路６の温度よりも低い。また、燃料ガス流路３の内側の酸素量は、燃料ガス流路３の外側の二次空気Ｇｂの酸素量よりも少ない。火炎が燃料ガス流路３の内側で生成される内部保炎の場合、低温低酸素空間で火炎が生成されることとなる。そのため、火炎温度の上昇が抑制されてＮＯｘの発生量を抑制することができる。
【００９８】
また、燃料ガス流路３の温度は低いものの、加熱部材９で加熱された燃料ガスＧａが保炎部材８に供給されることにより、保炎部材８における着火が促進される。
【００９９】
図１３は、比較例に係る燃焼バーナ１による燃料ガスＧａの燃焼方法を説明するための模式図である。図１３に示す燃焼バーナ１は、加熱部材９及び保炎部材８を備えていない。この場合、火炎は、燃料ノズル４の燃料ガス噴射口２の周囲で生成される外部保炎が実現されてしまう。外部保炎の場合、燃料ガスＧａが二次空気Ｇｂの高温高酸素なガスと混合された空間で火炎が生成されるため、ＮＯｘの発生量が増加する可能性が高い。図１３の火炎は図１２と同様に燃料ノズル噴射口２付近のみ記載され、火炉１１０の燃焼室１１１へと伸びる炎の記載は省略されている。
【０１００】
本実施形態においては、内部保炎が実現されるので、火炎温度の上昇が抑えられてＮＯｘの発生量が抑制される。また、内部保炎の場合、ＨＣＮ、ＣＮ、及びＮＨ２のような還元物質が生成される可能性が高くなる。還元物質により、ＮＯｘが生成されても、そのＮＯｘは、Ｎ２に還元される。内部保炎においては、還元物質の生成が期待できるので、これによっても、ＮＯｘの発生が抑制される。
【０１０１】
保炎部材８の位置が、燃料ガス噴射口２に近過ぎたり、保炎部材８が燃料ガス噴射口２の外側に配置されたりすると、内部保炎が安定して実現されない可能性がある。本実施形態においては、燃料ガス流路３の内側で、保炎部材８で内部保炎するように、保炎部材８は、燃料ガス噴射口２から、燃料ガス流路３の上流側に所定距離Ｄ離れた位置に配置される。一方、所定距離Ｄが長過ぎると、燃料ガス流路３の上流側（燃料ガス流路３の流入口側）で火炎が生成されることとなる。その結果、燃料ノズル４の温度が過度に上昇する可能性がある。そのため、燃料ノズル４の過度な温度上昇を抑制しつつ、内部保炎が安定して実現されるように、所定距離Ｄが最適値に設定される。所定距離Ｄの最適値は、実験によって求めることができるし、燃焼バーナ１の構造及び寸法などに基づいて、シミュレーションによって求めることができる。
【０１０２】
また、本実施形態においては、燃料ガス流路３は、燃料ガス噴射口２に向かって、断面積が同じとなる。燃料ガス噴射口２の近傍で、燃料ガス流路３が窄まらせていると、流速が上昇し、内部保炎が出来ずに外部保炎に成り易い。逆に燃料ガス噴射口２の近傍で、燃料ガス流路３が広がっていると、流れが剥離して循環が始まり、この循環による渦で保炎することになり外部保炎に移行する。本実施形態においては、燃料ガス流路３を拡げずに、また窄まらせずにいるので、内部保炎が安定して実現される。
【０１０３】
以上説明したように、本実施形態によれば、内部保炎が実現され、着火が安定し、ＮＯｘの発生量を抑制することができる。
【０１０４】
また、本実施形態において、図９及び図１０を参照して説明したように、加熱部材９で加熱された燃料ガスＧａが、保炎部材８の平面１５Ｄ側に巻き込むように流れ込む逆流域を形成することにより、平面１５Ｄにおける火炎の生成と保炎が促進される。これによっても、内部保炎が安定して実現される。
【０１０５】
加熱部材９の第１部分９１の断面形状は、保炎部材８での第３部分８１の断面形状と同じであっても良いし、異なっていても良い。
【０１０６】
また、加熱部材９の第１部分９１の表面積を、保炎部材８の表面積よりも大きくしたり、図１１を参照して説明したように、第１部分９１を軸方向に複数列に配置したりすることによって伝熱面積を増加させて、燃料ガスＧａを保炎部材８に供給する前に、より高温に加熱して保炎部材８での着火性を向上することができる。また、加熱部材９の第１部分９１の表面積を調整したり、軸方向に配置される第１部分９１の数を調整したりすることによって、燃料ガスＧａの温度を調整することができる。
【０１０７】
また、図１１を参照して説明したように、第１部分９１が千鳥状に配置されることにより、圧力損失を低減しつつ、第１部分９１の周囲において燃料ガスＧａの低速な流れが生成されるので、燃料ガスＧａを効率良く加熱することができる。
【０１０８】
＜第２実施形態＞
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
【０１０９】
図１４は、本実施形態に係る保炎部材８の一例を示す正面図である。保炎部材８の長手方向の両端部分が、加熱部材９と同様に二次空気流路６に設置され、従い、保炎部材８の温度が加熱部材９と同様に二次空気Ｇｂからの伝熱により昇温されている。
【０１１０】
また、本実施形態では、保炎部材８は、加熱部材９と同様に、第３部分８１と第４部分８２を含む。第３部分８１は、燃料ガス流路３の流れに中で、燃料ガス噴射口２よりも上流に配置される。第４部分８２が二次空気流路６に配置されているので、保炎部材８は、加熱された二次空気Ｇｂによって温度が昇温される。
【０１１１】
保炎部材８は、加熱部材９と同様にように伝熱昇温されて、燃料ガスＧａよりも温度が高くなる。燃料ガスＧａは加熱部材９により加熱された後に保炎部材８に供給される。保炎部材８は、燃料ガス流路３の下流側の面へと燃料ガスＧａが巻き込むように流れる逆流が発生する際に、燃料ガスＧａは保炎部材８により更に温度上昇して、微粉炭の揮発成分への分解が促進されて、容易に着火して火炎が生成される。これにより、更に安定して内部保炎が実現される。
【０１１２】
＜第３実施形態＞
第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
【０１１３】
図１５は、本実施形態に係る加熱部材９、もしくは保炎部材８の一部を示す図である。図１５に示すように、軸方向の第２部分９４の寸法が、二次空気Ｇｂの流れを妨げないようにしながら、第１部分９１の寸法よりも大きくてもよい。これにより、第２部分９４の表面積が、第１部分９１の長手方向に直交する断面積より大きい。したがい、第２部分９４から第１部分９１へと伝熱するにあたり、伝熱抵抗が他より極端に大きくなる箇所がなくなり、伝熱が効率的に行われる。また、二次空気流路６において、第２部分９４と二次空気Ｇｂとの伝熱面積が増大するので、第１部分９１をさらに効率良く加熱することができる。なお、横方向（又は縦方向）の第２部分９４の寸法を、二次空気Ｇｂの流れを妨げないようにしながら、第１部分９１の寸法よりも大きくてもよい。
【０１１４】
＜第４実施形態＞
第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
【０１１５】
図１６は、本実施形態に係る加熱部材９の一部を示す図である。図１６に示すように、第１部分９３において、加熱部材９の長手方向と直交する軸方向の寸法が、他方向（図１６で横方向）の寸法よりも大きくてもよい。これにより、燃料ガス流路３において軸方向に流れる燃料ガスＧａは、流路の圧力損失を増加させることなく、第１部分９１と長い時間接触するよう伝熱面積を増加することができる。そのため、燃料ガスＧａは、効率良く加熱される。
【０１１６】
図１７は、本実施形態に係る加熱部材９の一部を示す図である。図１７に示すように、第１部分９３において、加熱部材９の長手方向と直交する軸方向の寸法が他方向（図１７では横方向）の寸法よりも大きく、さらに他方向（図１６では横方向）に複数配置されてもよい。これにより、軸方向に流れる燃料ガスＧａは、流路の圧力損失を増加させることなく、第１部分９３と接触する伝熱面積を増加することができ、燃料ガスＧａは、より効率良く加熱される。
なお、燃料ガス流路３の上流側を向く加熱部材９の端部、及び燃料ガス流路３の下流側を向く加熱部材９の端部の両方に、保護膜１７が設けられてもよい。図１７は複数配置された加熱部材９の第１部分９３で保護膜１７を設けた例を示す。
【０１１７】
＜第５実施形態＞
第５実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
【０１１８】
図１８は、本実施形態に係る加熱部材９または保炎部材８の一例を示す側面図である。図１９は、本実施形態に係る加熱部材または保炎部材の一例を示す斜視図である。以降、加熱部材９として説明を行うが、二次空気Ｇｂにより温度上昇させる保炎部材８としても同様である。
【０１１９】
本実施形態において、加熱部材９は、燃料ガス流路３に配置される第５部分９５と、二次空気流路６に配置される第６部分９６とを含み、二次空気Ｇｂによって加熱される。
【０１２０】
すなわち、本実施形態においては、加熱部材９の第５部分９５の断面形状が長手方向（図１８では縦方向）で異なっている。加熱部材９の第５部分９５の長手方向（図１８では縦方向）の長さが長い場合に、第６部分９６からの伝熱距離が長くなるために、第５部分９５は温度分布が出来易くなることを改善するものである。
二次空気Ｇｂによって加熱された加熱部材９の第５部分９５によって加熱された燃料ガスＧａが、保炎部材８に供給される。これにより、第５部分９５により予熱され、保炎部材８おける着火と火炎の生成が促進される。また、第６部分９６は流線形に成形されていて、二次空気Ｇｂの流れを妨げないので、圧力損失を増加させなくてすむ。
【０１２１】
図１８及び図１９に示す例においては、軸方向に延びる第６部分９６の表面積は、第５部分９５の縦方向に直交する断面積よりも大きい。これにより、二次空気流路６において、第６部分９６と二次空気Ｇｂとの接触する伝熱面積が増大するので、第５部分９５へと伝熱する熱量の入熱を確保できて、第５部分９５を効率良く加熱することができる。なお、加熱部材９の第５部分９５の長手方向と軸方向と直交する他方向（図１９では横方向）において、第６部分９６の横方向寸法を、第５部分９５の横方向寸法よりも大きくして、第６部分９６の表面積をさらに増加させてもよい。
【０１２２】
また、図１８及び図１９に示す例においては、第５部分９５は、長手方向に断面積が異なる棒状である。第５部分９５は、燃料ガス流路３の断面において燃料ガス流路３の第１の中心面付近にある第１部位９Ａと、第１部位９Ａよりも第１の中心面から離れている第２部位９Ｂと、を含む。第１部位９Ａは、第２部位９Ｂよりも縦方向に直交する断面積が大きく、すなわち９Ａが太い形状をなす。第２部位９Ｂより第１部位９Ａへ向かって、縦方向に直交する断面積が徐々に大きくなるとさらに好ましい。
【０１２３】
一方、第２部位９Ｂは、第１部位９Ａよりも第６部分９６に近い位置にあり、第５部分９５においては、第２部位９Ｂが加熱された後、第１部位９Ａが加熱される。ここで、第２部位９Ｂより伝熱距離が遠ざかるにつれて、第１部位９Ａへと縦方向に直交する断面積が増加する。このため、第２部位９Ｂよりも伝熱距離が長くなるために伝熱され難い第１部位９Ａへの伝熱が確保され、第１部位９Ａへの伝熱特性を改善することができる。第１部位９Ａを第２部位９Ｂよりも断面積を段階的に大きくすることによって、第５部分９５の温度の均一化を図ることができる。
【０１２４】
従い、二次空気Ｇｂより第６部分９６を経由して、第２部位９Ｂより第１部位９Ａへと伝熱するにあたり、縦方向断面積が段階的に大きくなるので、第２部位９Ｂより伝熱距離が長い第１部位９Ａの温度は、第２部位９Ｂの温度近くまで高く昇温することが可能となる。
【０１２５】
さらに、燃料ガス流路３の第１の中心面に近い中央部における、燃料ガスＧａと第５部分９５（第１部位９Ａ）との接触伝熱面積が増加するので、燃料ガスＧａと第５部分９５の第１部位９Ａとの伝熱特性が向上し、第１の中心面付近の燃料ガスＧａがより高温へと昇温されて、燃料ガス流路３の第１の中心面に近い中央部で確実に着火する。これにより、内部保炎がさらに安定して実現される。
【符号の説明】
【０１２６】
１  燃焼バーナ
２  燃料ガス噴射口
３  燃料ガス流路
４  燃料ノズル
５  二次空気噴射口
６  二次空気流路
７  二次空気ノズル
８  保炎部材
９  加熱部材
１３  内面
１５Ａ  第１傾斜面
１５Ｂ  第２傾斜面
１５Ｃ  曲面
１５Ｄ  平面
１７  保護膜
２０  補助空気噴射口
２１  補助空気流路
２２  補助空気ノズル
７１  二次空気ノズル第１内面
７２  二次空気ノズル第２内面
８１  第３部分
８２  第４部分
９１  第１部分
９２  第２部分
９３  第１部分
９４  第２部分
９５  第５部分
９６  第６部分
１００  ボイラ
１１０  火炉
１１１  燃焼室
１１２  煙道
１１３  排ガス流路
１１４  エアヒータ
１２０  燃焼装置
１２１  微粉炭供給装置
１２２  空気供給装置
１２３  微粉炭機
１２４  微粉炭供給管
１２５  送風機
１２６  風箱
１２７  空気供給管
１３１  第１内面
１３２  第２内面
１３３  第３内面
１３４  第４内面
１４０  蒸気発生装置
１４１  過熱器
１４２  再熱器
１４３  節炭器
ＡＸ  中心軸
Ｄ  所定距離
Ｇａ  燃料ガス
Ｇｂ  二次空気
Ｇｄ  補助空気
Ｐ１  第１位置
Ｐ２  第２位置
θ  角度
【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】
0006513422.tif 000007
【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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