(57)【要約】燃料と空気とを混合した燃料ガスを噴出する燃料ノズル（６１）と、燃料ノズル（６１）の外側から空気を噴出する燃焼用空気ノズル（６２）と、燃料ノズル（６１）内に配置され、燃料ガス流れに対して傾斜する第１傾斜面（８２ａ）および第１傾斜面（８２ａ）の傾斜が終了する第１傾斜終了端を有する第１部材（７１）と、第１傾斜終了端よりも燃料ガス流れの下流側に配置され、燃料ガス流れに対して第１部材（７１）側に傾斜する第２傾斜面（８４ａ）および第２傾斜面（８４ａ）の傾斜が終了する第２傾斜終了端を有する第２部材（７２）とを備えている。
2016158079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気とを混合した燃料ガスを噴出する燃料ノズルと、
前記燃料ノズルの外側から空気を噴出する燃焼用空気ノズルと、
前記燃料ノズル内に配置され、燃料ガス流れに対して傾斜する第１傾斜面および該第１傾斜面の傾斜が終了する第１傾斜終了端を有する第１部材と、
前記第１傾斜終了端よりも燃料ガス流れの下流側に配置され、燃料ガス流れに対して前記第１部材側に傾斜する第２傾斜面および該第２傾斜面の傾斜が終了する第２傾斜終了端を有する第２部材と、
を備えている燃焼バーナ。
【請求項２】
前記第２部材は、前記第１部材の両側に配置される請求項１に記載の燃焼バーナ。
【請求項３】
前記第２部材は、前記燃料ノズルの内壁面から所定間隔を空けて前記燃料ノズルの開口部の近傍に配置される請求項１または請求項２に記載の燃焼バーナ。
【請求項４】
前記第１部材は、前記燃料ガスの噴出方向を少なくとも２方向に拡幅する複数の前記第１傾斜面が設けられ、
前記第２部材は、前記第１部材側だけに前記第２傾斜面が設けられる請求項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】
複数の前記第１部材の間で、前記第１傾斜終了端よりも燃料ガス流れの下流側に配置され、燃料ガス流れに対して前記第１部材側に傾斜する第３傾斜面および該第３傾斜面の傾斜が終了する第３傾斜終了端を有する第３部材が配置される請求項４に記載の燃焼バーナ。
【請求項６】
前記第１部材は、燃料ガス流れ方向に沿って位置調整自在に設けられる請求項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】
前記第１部材及び前記第２部材は、鉛直方向に沿って配置されると共に、水平方向に所定間隔を空けて配置される請求項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】
前記第１部材及び前記第２部材は、水平方向に沿って配置されると共に、鉛直方向に所定間隔を空けて配置される請求項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９】
前記燃焼用空気ノズルの外側から空気を噴出する２次空気ノズルを有し、前記２次空気ノズルは、少なくとも前記燃料ノズルにおける前記第１部材の前記第１傾斜面が傾斜する方向の両端に配置される請求項７または請求項８に記載の燃焼バーナ。
【請求項１０】
前記燃料ノズルの一端部から他端部にわたって設けられた整流板を備えている請求項７または請求項８に記載の燃焼バーナ。
【請求項１１】
前記整流板は、前記第１部材及び前記第２部材の燃料ガス流れに沿う両端部のそれぞれに向かい合うように設けられている請求項１０に記載の燃焼バーナ。
【請求項１２】
向かい合う前記整流板の間隔は、燃料ガス流れ下流側方向に向かって漸次拡大されている請求項１１に記載の燃焼バーナ。
【請求項１３】
前記燃焼用空気ノズルの上流端に接続される微粉炭管を有し、該微粉炭管の先端部が燃料ガス流れ下流側方向に向かって流路断面積が拡大するように形成され、
前記微粉炭管の先端部には、複数の板部材が設けられている請求項１０に記載の燃焼バーナ。
【請求項１４】
中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、
前記火炉に配置される請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の燃焼バーナと、
前記火炉の上部に配置される煙道と、
を有するボイラ。
【請求項１５】
前記火炉の前記燃焼バーナの上部に追加空気供給部を有する請求項１４に記載のボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料と空気を混合して燃焼させる燃焼バーナ、この燃焼バーナにより発生した燃焼ガスにより蒸気を生成するボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の石炭焚きボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉を有し、この火炉壁に複数の燃焼バーナが周方向に沿って配設されると共に、上下方向に複数段にわたって配置されている。この燃焼バーナは、石炭が粉砕された微粉炭（燃料）と１次空気との混合気が供給されると共に、高温の２次空気が供給され、この混合気と２次空気を火炉内に吹き込むことで火炎を形成し、この火炉内で燃焼可能となっている。そして、この火炉は、上部に煙道が連結され、この煙道に排ガスの熱を回収するための過熱器、再熱器、節炭器などの熱交換器が設けられており、火炉での燃焼により発生した排ガスと水との間で熱交換が行われ、蒸気を生成することができる。【０００３】
このような石炭焚きボイラの燃焼バーナとしては、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。特許文献に記載された燃焼バーナは、微粉炭と１次空気とを混合した燃料ガスを吹き込み可能な燃料ノズルと、この燃料ノズルの外側から２次空気を吹き込み可能な２次空気ノズルとを設けると共に、燃料ノズルの先端部における軸中心側に保炎器を設けることで、この保炎器に微粉炭濃縮流を衝突させ、広い負荷範囲において安定して低ＮＯｘ燃焼を可能とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２１５３６２号公報
【特許文献２】特開２０１２−２１５３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の燃焼バーナでは、保炎器をスプリッタ形状とし、燃料ノズルの先端部に配置することで、保炎器の下流側に再循環領域を形成し、微粉炭の燃焼を維持している。このスプリッタを内部に設置することでより空気量が少ない火炎内部から着火させ、火炎外周で形成される高温高酸素領域を低減し、ＮＯｘの低減を図っている。ところが、保炎器の前端面が燃料ノズルの開口部と燃料ガスの流れ方向における同位置に配置されているため、燃料ノズルの開口部における燃料ガスの流速が高くなり、着火性や保炎性が低下してしまうおそれがある。例えば、特許文献１では、燃料ノズルの内壁面と保炎器との間に整流部材を設けることで、流速を低減させており、特許文献２では、燃料ノズル内を流れる燃料ガスを軸心側に導く案内部材を設けることで、流速を低減させている。しかし、燃料ノズル内に新たな部材としての案内部材をノズル外周に設けることで、燃料ノズルが大型化して製造コストが増加してしまうという問題がある。また、特許文献２では、外周側に着火が起こることで、内部保炎を阻害してしまう可能性がある。なお、特許文献１にて、整流部材を保炎器としての機能を持たせ、短くして上流側へ引いたものが記載されているが、保炎器の外側の整流部材を短くして上流側へ引くため、燃料ノズルの外側での保炎性が向上してしまい、２次空気により高酸素雰囲気下にある燃焼火炎の外周部の温度が高くなり、ＮＯｘの発生量が増加してしまう。【０００６】
本発明は上述した課題を解決するものであり、内部保炎性能の向上を図る燃焼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】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明の一態様に係る燃焼バーナは、燃料と空気とを混合した燃料ガスを噴出する燃料ノズルと、前記燃料ノズルの外側から空気を噴出する燃焼用空気ノズルと、前記燃料ノズル内に配置され、燃料ガス流れに対して傾斜する第１傾斜面および該第１傾斜面の傾斜が終了する第１傾斜終了端を有する第１部材と、前記第１傾斜終了端よりも燃料ガス流れの下流側に配置され、燃料ガス流れに対して前記第１部材側に傾斜する第２傾斜面および該第２傾斜面の傾斜が終了する第２傾斜終了端を有する第２部材とを備えている。【０００８】
燃料ガス流れに対して傾斜する第１部材の第１傾斜面によって燃料ガスが偏向された上で、第１傾斜面の傾斜が終了する第１傾斜終了端で燃料ガス流れが剥離するので、第１部材の下流側に燃料ガスの再循環領域が形成される。この再循環領域で着火されて火炎が形成されることで、保炎が行われる。そして、第１傾斜終了端よりも燃料ガス流れの下流側に配置された第２部材の第２傾斜面によって、燃料ガス流れが第１部材側に偏向されて第１部材によって形成された再循環領域に燃料ガスを導くことができる。この場合、第１部材が保炎器として機能し、第２部材が燃料ガスを案内する案内部材として機能する。これにより、第１部材による保炎が強化される。
または、燃料ガス流れに対して傾斜する第２部材の第２傾斜面によって燃料ガスが偏向された上で、第２傾斜面の傾斜が終了する第２傾斜終了端で燃料ガス流れが剥離するので、第２部材の下流側に燃料ガスの再循環領域が形成される。この再循環領域で着火されて火炎が形成されることで、保炎が行われる。そして、第２傾斜終了端よりも燃料ガス流れの上流側に配置された第１部材の第１傾斜面によって、燃料ガス流れが第２部材側に偏向されて第２部材によって形成された再循環領域に燃料ガスを導くことができる。この場合、第１部材が燃料ガスを案内する案内部材として機能し、第２部材が保炎器として機能する。これにより、第２部材による保炎が強化される。
または、第１部材および第２部材が、保炎器および案内部材の両方の機能を有する場合もある。これらの機能の使い分けは、第１部材と第２部材との位置関係等によって決まる。例えば、第２部材の第２傾斜面の延長線上に第１部材によって形成された再循環領域が存在していれば、第２部材は案内部材の機能を有することになる。
さらに、第１傾斜面と第２傾斜面とを燃料ガスの流れ方向で異なる位置に配置することで、第１傾斜面および第２傾斜面によって流路を占有する面積を燃料ガス流れ方向にずらすことができるので、流路断面積の減少を可及的に防ぐことができ、燃料ノズルを大型化することなく燃料ガスの流速の増大を抑えることができる。これにより、燃料ガスの流速を燃焼速度に近づけることで、火炎の吹き飛びを抑制できるので、より安定した保炎が可能となる。
以上により、燃料ノズル内で第２部材よりも上流側に配置された第１部材によって燃料ノズルの内側で行われる内部保炎が強化されるので、酸素不足下での還元燃焼が促進され、ＮＯｘの低減を図ることができる。
なお、第１傾斜面の傾斜が終了する第１傾斜終了端および第２傾斜面の傾斜が終了する第２傾斜終了端とは、傾斜面に沿って流れる燃料ガスの剥離の起点となる端部を意味し、例えば三角形断面の斜面が終了する端部となる角部や、板状体を折り曲げて形成された傾斜面が終了する板状体の端部を意味する。
また、燃焼用空気ノズルから噴出される空気を、燃料ガスの噴出方向に沿う直進流としても良い。これにより、空気が燃料ノズルの噴出開口部側に流れにくくなり、燃料ノズルにおける外部保炎を抑制し、ＮＯｘ発生量を減少することができる。【０００９】
さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナによれば、前記第２部材は、前記第１部材の両側に配置される。【００１０】
第１部材の両側に第２部材を配置することで、第１部材の下流側に形成された再循環領域に第２部材から燃料ガスが導かれ、着火及び保炎を強化することができる。【００１１】
さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナによれば、前記第２部材は、前記燃料ノズルの内壁面から所定間隔を空けて前記燃料ノズルの開口部の近傍に配置される。【００１２】
第２部材が燃料ノズルの内壁面から所定間隔を空けて噴出開口部の近傍に配置されることで、燃料ノズルの内壁面に沿って流れる燃料ガスが燃料ノズルの外側を流れる燃焼用空気と着火する外部着火を抑制でき、ＮＯｘ発生量を減少することができる。【００１３】
さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナによれば、前記第１部材は、前記燃料ガスの噴出方向を少なくとも２方向に拡幅する複数の前記第１傾斜面が設けられ、前記第２部材は、前記第１部材側だけに前記第２傾斜面が設けられる。【００１４】
燃料ガスは、第１部材の複数の第１傾斜面により少なくとも２方向に広がって再循環領域を形成し、第２部材の第２傾斜面により第１部材側だけに広がって再循環領域を形成することとなり、燃料ノズルにおける外部保炎を抑制し、ＮＯｘ発生量を減少することができる。
なお、第１部材は、所定間隔をおいて並列的に複数設けられても良いし、燃料ノズルの中心軸線に沿って１つ設けられていても良い。【００１５】
さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナによれば、複数の前記第１部材の間で、前記第１傾斜終了端よりも燃料ガス流れの下流側に配置され、燃料ガス流れに対して前記第１部材側に傾斜する第３傾斜面および該第３傾斜面の傾斜が終了する第３傾斜終了端を有する第３部材が配置される。【００１６】
第１部材の間でかつ燃料ガス流れ下流側に第３部材を設けることで、第３部材から第１部材が形成する再循環領域へ燃料ガスが供給されることで、内部保炎性能を向上することができる。【００１７】
さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナによれば、前記第１部材は、燃料ガス流れ方向に沿って位置調整自在に設けられる。【００１８】
第１部材を燃料ガス流れ方向に沿って位置調整自在とすることで、例えば、燃料の種類に応じて第１部材を燃料ガス流れ方向の上流側または下流側に変更することで、良好な内部保炎性能を確保することができる。【００１９】
さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナによれば、前記第１部材及び前記第２部材は、鉛直方向に沿って配置されると共に、水平方向に所定間隔を空けて配置される。【００２０】
第１部材及び第２部材を鉛直方向に沿って配置することで、燃料ノズル内を流れる燃料ガスに含まれる燃料が各部材上に堆積することが抑制され、保炎性能の低下を防止することができる。【００２１】
さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナによれば、前記第１部材及び前記第２部材は、水平方向に沿って配置されると共に、鉛直方向に所定間隔を空けて配置される。【００２２】
第１部材及び第２部材を水平方向に沿って配置することで、上下方向の外部着火を相対的に弱めることができ、上下に２次空気ノズルが配置されている場合には、２次空気ノズルからの空気による高温高酸素領域を軽減することができる。【００２３】
さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナによれば、前記燃焼用空気ノズルの外側から空気を噴出する２次空気ノズルを有し、前記２次空気ノズルは、少なくとも前記燃料ノズルにおける前記第１部材の前記第１傾斜面が傾斜する方向の両端に配置される。【００２４】
外部保炎をしない燃料ノズルの外側に向けて２次空気が噴出されることで、この領域が酸素過剰状態となっても、ＮＯｘの発生量が増加することはなく、火炎外周にも空気を供給することができる。微粉炭等の石炭燃料の場合には空気不足になると硫化水素が発生して炉壁を腐食するおそれがあるが、２次空気ノズルによって十分な空気を火炎外周に供給することができるので、硫化水素の発生を抑制することができる。【００２５】
さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナによれば、前記燃料ノズルの一端部から他端部にわたって設けられた整流板を備えている。【００２６】
燃料ノズルの一端部から他端部にわたって整流板が設けられているので、燃焼バーナの角度調整機能によって燃料ノズルが角度調整された場合に、整流板に沿って燃料ガスを導くことができ、所望の流れを得ることができる。
なお、整流板は、燃料ノズルが角度調整される方向に対して交差する方向に延在するように設けることが好ましい。【００２７】
さらに、本発明の一態様に係る燃焼バーナによれば、前記整流板は、前記第１部材及び前記第２部材の燃料ガス流れに沿う両端部に設けられている。【００２８】
第１部材及び第２部材の燃料ガス流れに沿う両端部に設けられているので、両整流板で挟まれた流路に燃料ガスを導くことができ、第１部材及び第２部材による保炎性能を向上させることができる。【００２９】
さらに、本発明の一態様に係る燃料バーナによれば、向かい合う前記整流板の間隔は、燃料ガス流れ下流側方向に向かって漸次拡大されている。【００３０】
燃料ガス流れ下流側方向に向かって向かい合う整流板の間隔を漸次拡大することとしたので、第１部材及び第２部材を流れる燃料ガスの流速を小さくして、保炎機能をさらに向上させることができる。【００３１】
さらに、本発明の一態様に係る燃料バーナによれば、前記燃焼用空気ノズルの上流端に接続される微粉炭管を有し、該微粉炭管の先端部が燃料ガス流れ下流側方向に向かって流路断面積が拡大するように形成され、前記微粉炭管の先端部には、複数の板部材が設けられている。【００３２】
微粉炭管の先端部に複数の板部材を設けることにより、各板部材が微粉炭管の先端部における流路を占有することによって、微粉炭管の先端部の流路断面積を小さくすることができる。これにより、微粉炭管の先端部を流れる流速の低減を抑制することができ、燃料ガス中の固体燃料（微粉炭）が微粉炭管の先端部、または燃料ノズルの燃料ガス流れ上流側内部に堆積することを防止することができる。【００３３】
また、本発明の一態様に係るボイラは、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、前記火炉に配置される上記のいずれかに記載の燃焼バーナと、前記火炉の上部に配置される煙道とを有する。【００３４】
さらに、本発明の一態様に係るボイラは、前記火炉の前記燃焼バーナ上部に追加空気供給部を有する。
【発明の効果】
【００３５】
燃料ノズル内の流路断面積の減少を可及的に防ぐことができ、燃料ノズルを大型化することなく燃料ガスの流速の増大を抑えることができる。これにより、燃料ガスの流速を燃焼速度に近づけることで、火炎の吹き飛びを抑制できるので、より安定した保炎が可能となる。そして、燃料ノズル内で内部保炎が強化されるので、酸素不足下での還元燃焼が促進され、ＮＯｘの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１実施形態の燃焼バーナの正面図である。
【図２】燃焼バーナの縦断面（図１のII−II断面）図である。
【図３】第１実施形態の石炭焚きボイラを表す概略構成図である。
【図４】燃焼バーナの配置構成を表す平面図である。
【図５】第２実施形態の燃焼バーナの正面図である。
【図６】燃焼バーナの縦断面（図５のVI−VI断面）図である。
【図７】燃焼バーナの第１変形例を表す正面図である。
【図８】燃焼バーナの第２変形例を表す正面図である。
【図９】燃焼バーナの第３変形例を表す水平方向に切断した断面図である。
【図１０】図９の燃焼バーナの正面図である。
【図１１】図９の整流板の配置の変形例を示した正面図である。
【図１２】図９の整流板の配置の変形例を示した正面図である。
【図１３】図１２の変形例となる燃焼バーナを示した縦断面図である。
【図１４】図１３の燃焼バーナのＡ−Ａ断面を示した横断面図である。
【図１５】図１３の燃焼バーナの正面図である。
【図１６】図１３の燃焼バーナを鉛直断面で切断した縦断面図である。
【図１７】図１３の燃焼バーナの変形例を示した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る燃焼バーナ及びボイラの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
【００３８】
［第１実施形態］
図３は、第１実施形態の石炭焚きボイラを表す概略構成図、図４は、燃焼バーナの配置構成を表す平面図である。
【００３９】
第１実施形態のボイラは、石炭を粉砕した微粉炭を微粉燃料（固体燃料）として用い、この微粉炭を燃焼バーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能な微粉炭焚きボイラである。
【００４０】
第１実施形態において、図３に示すように、石炭焚きボイラ１０は、コンベンショナルボイラであって、火炉１１と燃焼装置１２と煙道１３を有している。火炉１１は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉１１を構成する火炉壁が伝熱管により構成されている。
【００４１】
燃焼装置１２は、この火炉１１を構成する火炉壁（伝熱管）の下部に設けられている。この燃焼装置１２は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を有している。本実施形態にて、この燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、周方向に沿って４個均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って５セット、つまり、５段配置されている。但し、火炉の形状や一つの段における燃焼バーナの数、段数はこの実施形態に限定されるものではない。
【００４２】
この各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を介して粉砕機（微粉炭機／ミル）３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。この粉砕機３１，３２，３３，３４，３５は、図示しないが、ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって粉砕テーブルが駆動回転可能に支持され、この粉砕テーブルの上方に複数の粉砕ローラが粉砕テーブルの回転に連動して回転可能に支持されて構成されている。従って、石炭が複数の粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に投入されると、ここで所定の大きさまで粉砕され、搬送用空気（１次空気）により分級された微粉炭を微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０から第１燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができる。
【００４３】
また、火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置に風箱３６が設けられており、この風箱３６に空気ダクト３７の一端部が連結されており、この空気ダクト３７は、他端部に送風機３８が装着されている。更に、火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置より上方に追加空気供給部（以下、アディショナル空気ノズルと称する。）３９が設けられており、このアディショナル空気ノズル３９に空気ダクト３７から分岐した分岐空気ダクト４０の端部が連結されている。従って、送風機３８により送られた燃焼用空気（燃料ガス燃焼用空気／２次空気）を空気ダクト３７から風箱３６に供給し、この風箱３６から各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができると共に、送風機３８により送られた燃焼用空気（追加空気）を分岐空気ダクト４０からアディショナル空気ノズル３９に供給することができる。
【００４４】
煙道１３は、火炉１１の上部に連結されている。この煙道１３は、排ガスの熱を回収するための過熱器（スーパーヒータ）５１，５２，５３、再熱器（リヒータ）５４，５５、節炭器（エコノマイザ）５６，５７が設けられており、火炉１１での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。
【００４５】
煙道１３は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出されるガスダクト５８が連結されている。このガスダクト５８は、空気ダクト３７との間にエアヒータ５９が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、ガスダクト５８を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給する燃焼用空気を昇温することができる。
【００４６】
なお、ガスダクト５８は、図示しないが、脱硝装置、電気集塵機、誘引送風機、脱硫装置が設けられ、下流端部に煙突が設けられている。
【００４７】
ここで、燃焼装置１２について詳細に説明するが、この燃焼装置１２を構成する燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、それぞれほぼ同様の構成をなしていることから、燃焼バーナ２１を代表して説明する。
【００４８】
燃焼バーナ２１は、図４に示すように、火炉１１における４つの壁部にそれぞれ設けられる燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから構成されている。各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、微粉炭供給管２６から分岐した各分岐管２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが連結されると共に、空気ダクト３７から分岐した各分岐管３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが連結されている。
【００４９】
そのため、各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、火炉１１に対して、微粉炭と搬送用空気が混合した微粉炭混合気（燃料ガス）を吹き込むと共に、その微粉炭混合気の外側に燃焼用空気（燃料ガス燃焼用空気／２次空気）を吹き込む。そして、この微粉炭混合気に着火することで、４つの火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を形成することができ、この火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４は、火炉１１の上方から見て（図４にて）反時計回り方向に旋回する火炎旋回流Ｃとなる。
【００５０】
このように構成された石炭焚きボイラ１０にて、図３及び図４に示すように、微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５が駆動すると、固体燃料が粉砕され、微粉炭が搬送用空気と共に微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を通して各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給される。一方、加熱された燃焼用空気は、空気ダクト３７から風箱３６を介して各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給されると共に、分岐空気ダクト４０からアディショナル空気ノズル３９に供給される。すると、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉炭混合気を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込み、このときに着火することで火炎を形成することができる。また、アディショナル空気ノズル３９は、追加空気を火炉１１に吹き込み、燃焼制御を行うことができる。この火炉１１では、微粉炭混合気と燃焼用空気とが燃焼して火炎が生じ、この火炉１１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガス（排ガス）がこの火炉１１内を上昇し、煙道１３に排出される。
【００５１】
即ち、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭混合気と燃焼用空気（２次空気の一部）を火炉１１における燃焼領域Ａに吹き込み、このときに着火することで燃焼領域Ａに火炎旋回流Ｃが形成される。そして、この火炎旋回流Ｃは、旋回しながら上昇して還元領域Ｂに至る。アディショナル空気ノズル３９は、追加空気を火炉１１における還元領域Ｂの上方に吹き込む。この火炉１１では、空気の供給量が微粉炭の供給量に対して理論空気量未満となるように設定されることで、内部が還元雰囲気に保持される。そして、微粉炭の燃焼により発生したＮＯｘが火炉１１で還元され、その後、追加空気（アディショナルエア）が供給されることで微粉炭の酸化燃焼が完結され、微粉炭の燃焼によるＮＯｘの発生量が低減される。
【００５２】
そして、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器５６，５７によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給され火炉壁の各水管（図示せず）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。更に、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器５１，５２，５３に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器５１，５２，５３で生成された過熱蒸気は、図示しない発電プラント（例えば、タービン等）に供給される。また、タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気は、再熱器５４，５５に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。なお、火炉１１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。
【００５３】
その後、煙道１３の節炭器５６，５７を通過した排ガスは、ガスダクト５８にて、図示しない脱硝装置にて、触媒によりＮＯｘなどの有害物質が除去され、電気集塵機で粒子状物質が除去され、脱硫装置により硫黄分が除去された後、煙突から大気中に排出される。
【００５４】
ここで、このように構成された燃焼バーナ２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）について詳細に説明する。図１は、第１実施形態の燃焼バーナの正面図、図２は、燃焼バーナの縦断面（図１のII−II断面）図である。
【００５５】
燃焼バーナ２１は、図１及び図２に示すように、中心側から燃料ノズル６１と、燃焼用空気ノズル６２と、２次空気ノズル６３が設けられると共に、燃料ノズル６１内に内部部材６４が設けられている。
【００５６】
燃料ノズル６１は、微粉炭（固体燃料）と搬送用空気（１次空気）とを混合した微粉燃料混合気（以下、燃料ガス）３０１を噴出可能なものである。燃焼用空気ノズル６２は、燃料ノズル６１の外側に配置され、燃料ノズル６１から噴出された燃料ガス３０１の外周側に燃焼用空気の一部（燃料ガス燃焼用空気）３０２を噴出可能なものである。２次空気ノズル６３は、燃焼用空気ノズル６２の外側に配置され、燃焼用空気ノズル６２から噴出された燃料ガス燃焼用空気３０２の外周側に燃焼用空気の一部（以下、２次空気）３０３を噴出可能なものである。
【００５７】
内部部材６４は、燃料ノズル６１内であって、燃料ノズル６１の先端部、つまり、燃料ガス３０１の流動方向の下流側に配置されることで、燃料ガス３０１の着火用及び保炎用又は燃料案内用の部材として機能するものである。この内部部材６４は、２個の第１部材７１と、２個の第２部材７２と、１個の第３部材７３とから構成されている。この第１部材７１と第２部材７２と第３部材７３は、鉛直方向に沿って配置されると共に、水平方向に所定間隔を空けて配置されている。この場合、鉛直方向とは、鉛直な方向に対して微小角度だけずれた方向も含むものである。
【００５８】
第１部材７１は、燃料ノズル６１の先端部であって、燃料ガス３０１の噴出方向に沿う軸線（燃料ノズル６１の中心線）Ｏに対して径方向の両側（燃料ノズル６１の内壁面６１ａ側）で、且つ、燃料ノズル６１の内壁面６１ａから所定間隔（隙間）を空けて配置されており、鉛直方向に沿うと共に燃料ガス３０１の噴出方向に沿う板形状をなしている。第２部材７２は、燃料ノズル６１の先端部であって、各第１部材７１に対して水平方向の外側の両側（燃料ノズル６１の内壁面６１ａ側）に所定間隔（隙間）を空けて配置されると共に、燃料ノズル６１の内壁面６１ａから所定間隔（隙間）を空けて配置されており、鉛直方向に沿うと共に燃料ガス３０１の噴出方向に沿う板形状をなしている。第３部材７３は、燃料ノズル６１の先端部であって、燃料ガス３０１の噴出方向に沿う軸線（燃料ノズル６１の中心線）Ｏ上で、且つ、各第１部材７１から所定間隔（隙間）を空けて配置されており、鉛直方向に沿うと共に燃料ガス３０１の噴出方向に沿う板形状をなしている。
【００５９】
燃料ノズル６１及び燃焼用空気ノズル６２は、長尺な管状構造をなす。燃料ノズル６１は、４個の平坦な内壁面６１ａにより、長手方向に延びて同一の流路断面形状となる燃料ガス流路Ｐ１を形成しており、先端部（下流側端部）に矩形状の開口部６１ｂが設けられている。燃焼用空気ノズル６２は、燃料ノズル６１の４個の平坦な外壁面６１ｃと、４個の平坦な内壁面６２ａにより、長手方向に延びて同一の流路断面形状となる燃焼用空気流路Ｐ２を形成しており、先端部（下流側端部）に矩形リング形状の開口部６２ｂが設けられている。そのため、燃料ノズル６１と燃焼用空気ノズル６２は、二重管状構造となっている。
【００６０】
２次空気ノズル６３は、燃料ノズル６１及び燃焼用空気ノズル６２の外側に配置される長尺な管状構造をなす。２次空気ノズル６３は、４本の矩形断面形状をなす管状構造をなし、燃焼用空気ノズル６２の上方、下方、左方、右方に単独で配置された２次空気ノズル本体６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄからなり、燃焼用空気ノズル６２の外側に所定隙間を空けて配置されている。２次空気ノズル６３は、４本の２次空気ノズル本体６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄにより、長手方向に延びて同一の流路断面形状となる４個の２次空気流路Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３３，Ｐ３４を形成しており、先端部（下流側端部）に矩形リング形状の開口部６３ｅが設けられている。
【００６１】
なお、燃料ノズル６１、燃焼用空気ノズル６２の形状は真四角に限らず、矩形でもよく、この場合、角部に曲率をつけた形状としてもよい。角部に曲率をつけた管状構造とすることで、ノズルの強度を向上することができる。更に、円筒としてもよい。
【００６２】
そのため、燃料ノズル６１（燃料ガス流路Ｐ１）の開口部６１ｂの外側に燃焼用空気ノズル６２（燃焼用空気流路Ｐ２）の開口部６２ｂが配設され、この燃焼用空気ノズル６２（燃焼用空気流路Ｐ２）の開口部６２ｂの外側に所定間隔を空けて２次空気ノズル６３（２次空気流路Ｐ３）の開口部６３ｅが配設されることとなる。燃料ノズル６１と燃焼用空気ノズル６２と２次空気ノズル６３は、各開口部６１ｂ，６２ｂ，６３ｅが燃料ガス３０１や空気の流れ方向における同位置に同一面上に揃えられて配置されている。
【００６３】
なお、２次空気ノズル６３は、４本の２次空気ノズル本体６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄにより構成せずに、燃焼用空気ノズル６２の外側に二重管状構造として矩形状に配置してもよい。また、２次空気ノズル６３は、２次空気ノズル本体６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄにより構成したが、上下の２次空気ノズル本体６３ａ，６３ｂだけとしたり、左右の２次空気ノズル本体６３ｃ，６３ｄだけとしたりしてもよい。更に、２次空気ノズル６３は、各２次空気ノズル本体６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄにダンパ開度調整機構などを設けることで、２次空気３０３の噴出量を調整可能としてもよい。
【００６４】
第１部材７１は、水平方向における断面形状（図２）にて、幅が一定な平坦部８１と、この平坦部８１の前端部（燃料ガス３０１の流れ方向の下流端部）に一体に設けられた拡幅部８２とから構成されている。平坦部８１は、燃料ガス３０１の流れ方向に沿って幅が一定である。拡幅部８２は、燃料ガス３０１の流れ方向に向かって幅が大きくなる。この拡幅部８２は、水平断面が略二等辺三角形状をなし、基端部が平坦部８１に連結され、先端部が燃料ガス３０１の流れ方向の下流側に向かって幅が広くなり、前端がこの燃料ガス３０１の流れ方向に直交する平面となっている。即ち、拡幅部８２は、幅方向の内側（燃料ノズル６１の中心線Ｏ側）に傾斜する第１ガイド面（第１傾斜面）８２ａと、幅方向の外側（燃料ノズル６１の内壁面６１ａ側）に傾斜する第２ガイド面（第１傾斜面）８２ｂと、前端側の端面８２ｃとを有している。第１ガイド面８２ａと端面８２ｃによって形成される角部、及び、第２ガイド面８２ｂと端面８２ｃによって形成される角部が、傾斜するガイド面８２ａ，８２ｂの傾斜が終了する傾斜終了端（第１傾斜終了端）となる。これら角部である傾斜終了端にて、燃料ガス流れが剥離する。
拡幅部８２は、その長手方向（鉛直方向）に沿って幅が一定となっているが、幅を異ならせてもよい。また、第１ガイド面８２ａと第２ガイド面８２ｂと端面８２ｃは、平面であることが望ましいが、凹状または凸状に屈曲または湾曲した面であってもよい。また、拡幅部８２の水平断面が略二等辺三角形としているが、これに限定されるものではなく、端面８２ｃが凹んだ形状や、Ｙ字形状でもよい。
【００６５】
第２部材７２は、水平方向に沿って切断した断面形状（図２）にて、幅が一定な平坦部８３と、この平坦部８３の前端部（燃料ガス３０１の流れ方向の下流端部）に一体に設けられた拡幅部８４とから構成されている。平坦部８３は、燃料ガス３０１の流れ方向に沿って幅が一定である。拡幅部８４は、燃料ガス３０１の流れ方向に向かって幅が大きくなる。この拡幅部８４は、水平断面が略直角三角形状をなし、基端部が平坦部８３に連結され、先端部が燃料ガス３０１の流れ方向の下流側に向かって幅が広くなり、前端がこの燃料ガス３０１の流れ方向に直交する平面となっている。即ち、拡幅部８４は、幅方向の内側（燃料ノズル６１の中心線Ｏ側）に傾斜する第１ガイド面（第２傾斜面）８４ａと、前端側の端面８４ｃとを有しており、幅方向の外側（燃料ノズル６１の内壁面６１ａ側）にはガイド面がなく、平坦部８３の端面が継続する平面となっている。第１ガイド面８４ａと端面８４ｃによって形成される角部が、傾斜するガイド面８４ａの傾斜が終了する傾斜終了端（第２傾斜終了端）となる。この角部である傾斜終了端にて、燃料ガス流れが剥離する。
拡幅部８４は、その長手方向（鉛直方向）に沿って幅が一定となっているが、幅を異ならせてもよい。拡幅部８４をより小さくすることで相対的に内部着火を強くすることもできる。また、第１ガイド面８４ａと端面８４ｃは、平面であることが望ましいが、凹状または凸状に屈曲または湾曲した面であってもよい。また、拡幅部８４の水平断面が略直角三角形としているが、これに限定されるものではなく、端面８４ｃが凹んだ形状や、板状体を折り曲げた形状でもよい。
【００６６】
第３部材７３は、水平方向における断面形状（図２）にて、幅が一定な平坦部８５と、この平坦部８５の前端部（燃料ガス３０１の流れ方向の下流端部）に一体に設けられた拡幅部８６とから構成されている。平坦部８５は、燃料ガス３０１の流れ方向に沿って幅が一定である。拡幅部８６は、燃料ガス３０１の流れ方向に向かって幅が大きくなる。この拡幅部８６は、水平断面が略二等辺三角形状をなし、基端部が平坦部８５に連結され、先端部が燃料ガス３０１の流れ方向の下流側に向かって幅が広くなり、前端がこの燃料ガス３０１の流れ方向に直交する平面となっている。即ち、拡幅部８６は、一方の第１部材７１側に傾斜する第１ガイド面（第３傾斜面）８６ａと、他方の第１部材７１側に傾斜する第２ガイド面（第３傾斜面）８６ｂと、前端側の端面８６ｃとを有している。第１ガイド面８６ａと端面８６ｃによって形成される角部、及び、第２ガイド面８６ｂと端面８６ｃによって形成される角部が、傾斜するガイド面８６ａ，８６ｂの傾斜が終了する傾斜終了端（第３傾斜終了端）となる。これら角部である傾斜終了端にて、燃料ガス流れが剥離する。
拡幅部８６は、その長手方向（鉛直方向）に沿って幅が一定となっているが、幅を異ならせてもよい。また、第１ガイド面８６ａと第２ガイド面８６ｂと端面８６ｃは、平面であることが望ましいが、凹状または凸状に屈曲または湾曲した面であってもよい。また、拡幅部８２の水平断面が略二等辺三角形としているが、これに限定されるものではなく、端面８２ｃが凹んだ形状や、Ｙ字形状でもよい。
【００６７】
この場合、第１部材７１と第２部材７２と第３部材７３と燃料ノズル６１の内壁面とは、前述したように、所定間隔の隙間を空けて配置されているが、この所定間隔とは、少なくとも各部材７１，７２，７３における拡幅部８２，８４，８６の幅以上の隙間、または、少なくとも各部材７１，７２，７３における拡幅部８２，８４，８６が熱延びにより互いにまたは燃料ノズル６１の内壁面６１ａに干渉（接触）しない程度の隙間である。
【００６８】
燃料ノズル６１は、内部にこの内部部材６４として第１、第２、第３部材７１，７２，７３が幅方向（水平方向）に所定間隔を空けて配置されている。そして、第２、第３部材７２，７３は、先端部に拡幅部８４，８６がそれぞれ設けられており、この拡幅部８４，８６は、各端面８４ｃ，８６ｃが燃料ノズル６１の開口部６１ｂと燃料ガス３０１の流れ方向における同位置に同一面上に揃えられて配置されている。一方、第１部材７１は、先端部に拡幅部８２が設けられており、この拡幅部８２は、端面８２ｃが燃料ノズル６１の開口部６１ｂより燃料ガス３０１の噴出方向の上流側に配置されている。即ち、第２、第３部材７２，７３は、燃料ガス３０１の噴出方向にて、拡幅部８４，８６の端面８４ｃ，８６ｃと燃料ノズル６１の開口部６１ｂが同位置となっている。第１部材７１は、拡幅部８２の端面８２ｃが燃料ノズル６１の開口部６１ｂ（拡幅部８４，８６の端面８４ｃ，８６ｃ）に対して燃料ガス３０１の噴出方向の上流側に所定距離Ｌだけ離間した位置に配置されている。
【００６９】
ここで、所定距離Ｌは、燃料ノズル６１の開口における等価円径をＤとすると、０．００１Ｄ以上１．０Ｄ以下、好ましくは０．０３Ｄ以上０．５Ｄ以下、さらに好ましくは０．０５Ｄ以上０．３Ｄ以下とされる。
上記の下限値および上限値は、次の観点から決定される。下限値を下回ると、第１部材７１と、第２部材７２及び第３部材７３との距離が近くなりすぎて、これら部材をずらして流路断面積を確保した利点が得られない。一方、上限値を上回ると、第１部材７１によって形成された再循環領域が第２部材７２及び第３部材７３の手前で消滅してしまい、第１部材７１の再循環領域に第２部材７２及び第３部材７３から燃料（微粉炭）を案内するという利点が得られない。
【００７０】
第１、第２、第３部材７１，７２，７３は、後部の上端部と下端部が支持部材８７，８８を介して燃料ノズル６１の内壁面６１ａに支持されている。各支持部材８７，８８は、燃料ノズル６１の内壁面６１ａにおける上部と下部に固定されており、第１、第２、第３部材７１，７２，７３の上端部と下端部がこの支持部材８７，８８に支持されている。
【００７１】
この場合、第１、第２、第３部材７１，７２，７３は、燃料ノズル６１の内壁面６１ａに固定された支持部材８７，８８に対して固定されている。但し、この構成に限定されるものではない。例えば、第１部材７１は、拡幅部８２の端面８２ｃが燃料ノズル６１の開口部６１ｂより所定距離Ｌだけ後退した位置に配置されている。拡幅部８２の位置は、燃料の種類や噴出量などに応じて所定距離Ｌを変更することが考えられる。そのため、第１部材７１を燃料ガス３０１の噴出方向に沿って位置調整自在に設けることが望ましい。具体的な構成としては、例えば、燃料ノズル６１の内壁面６１ａの支持部材８７，８８に燃料ガス３０１の噴出方向に沿ったガイドレール８９を固定し、第１部材７１（平坦部８１）を移動自在に支持すればよい。この場合、ガイドレール８９に対して第１部材７１を移動調整した後、ボルトなどの治具により拘束すればよい。また、ガイドレール８９に対して第１部材７１を移動調整する駆動装置（油圧シリンダ、モータなど）を設けてもよい。
【００７２】
燃料ノズル６１は、内部部材６４として第１、第２、第３部材７１，７２、７３が支持部材８７，８８に支持されていることから、燃料ガス流路Ｐ１が６個の領域に分割されることとなる。即ち、燃料ガス流路Ｐ１は、第３部材７３と各第１部材７１との間の第１燃料ガス流路Ｐ１１と、第１部材７１と第２部材７２の間の第２燃料ガス流路Ｐ１２と、第２部材７２と燃料ノズル６１の内壁面６１ａとの間の第３燃料ガス流路Ｐ１３とに分割される。
【００７３】
なお、各支持部材８７，８８は、各部材７１，７２，７３を支持するものであることから、燃料ガス３０１の流れに影響を与えるものではなく、各部材７１，７２，７３（平坦部８１，８３，８５、拡幅部８２，８４，８６）の幅（厚さ）よりも極力小さい幅（薄い厚さ）に設定されている。また、この実施形態では、支持部材８７，８８により各部材７１，７２，７３の平坦部８１，８３，８５を支持するようにしたが、拡幅部８２，８４，８６を支持してもよいし、平坦部８１，８３，８５と拡幅部８２，８４，８６の両方を支持してもよい。また、支持部材８７，８８により各部材７１，７２，７３を支持する周方向の支持位置は、実施形態に限るものではない。
【００７４】
このように構成された燃料バーナ２１にて、燃料ガス（微粉炭と１次空気）３０１は、燃料ノズル６１の燃料ガス流路Ｐ１を流れ、開口部６１ｂから火炉１１（図３参照）内に噴出される。燃料ガス燃焼用空気３０２は、燃焼用空気ノズル６２の燃焼用空気流路Ｐ２を流れ、開口部６１ｂから燃料ガス３０１の外側に噴出される。２次空気３０３は、２次空気ノズル６３の２次空気流路Ｐ３を流れ、開口部６３ｅから燃料ガス３０１燃焼用空気の外側に噴出される。このとき、燃料ガス（微粉炭と１次空気）３０１、燃料ガス燃焼用空気３０２、２次空気３０３は、旋回させずにバーナ軸線方向（中心線Ｏ）に沿った直進流として噴出させている。
【００７５】
このとき、燃料ガス３０１は、燃料ノズル６１の開口部６１ｂにて、第１部材７１と第２部材７２と第３部材７３により分岐して流れ、ここで着火されて燃焼し、燃焼ガスとなる。また、この燃料ガス３０１の外周に燃料ガス燃焼用空気３０２が噴出されることで、燃料ガス３０１の燃焼が促進される。更に、燃焼火炎の外周に２次空気３０３が噴出されることで、燃料ガス燃焼用空気３０２と２次空気３０３の割合を調整し、最適な燃焼を得ることができる。
【００７６】
そして、内部部材６４は、第１部材７１と第２部材７２と第３部材７３の各拡幅部８２，８４，８６がスプリット形状をなしているため、燃料ガス３０１が拡幅部８２，８４，８６の各ガイド面８２ａ，８２ｂ，８４ａ，８６ａ，８６ｂに沿って流れ、端面８２ｃ，８４ｃ，８６ｃ側に回り込むことで、この端面８２ｃ，８４ｃ，８６ｃの前方に再循環領域が形成される。そのため、燃料ガス３０１は、この再循環領域で着火と保炎が行われることとなり、燃焼火炎の内部保炎（燃料ノズル６１における中心線Ｏ側の中央領域における保炎）が実現される。すると、燃焼火炎の外周部が低温となり、２次空気３０３により高酸素雰囲気下にある燃焼火炎の外周部の温度を低くすることができ、燃焼火炎の外周部におけるＮＯｘ発生量が低減される。
【００７７】
また、第１部材７１の拡幅部８２は、第２、第３部材７２，７３の拡幅部８４，８６より燃料ガス３０１の噴出方向の上流側に配置されている。そのため、燃料ノズル６１の燃料ガス流路Ｐ１を閉塞する位置が燃料ガス３０１の噴出方向にずれることとなり、流路が急激に狭くなる領域が減少し、拡幅部８２，８４，８６の位置での燃料ガス３０１の流速が低減される。そのため、燃料ノズル６１を大型化することなく内部着火及び内部保炎を強化できる。
【００７８】
また、燃料ガス３０１は、まず、第１部材７１の拡幅部８２における各ガイド面８２ａ，８２ｂにより再循環領域が形成される。この再循環領域は、燃料ノズル６１内で形成されることから、炉内での隣接火炎からの輻射熱を受けにくくなり、内部着火及び内部保炎が良好に実施され、燃料ノズル６１の内部から空気を効率良く消費させ、外部着火の発生が抑制される。そして、燃料ガス３０１は、第１部材７１の拡幅部８２における各ガイド面８２ａ，８２ｂにより再循環領域が形成された後、次に、第２部材７２及び第３部材７３の拡幅部８４，８６における各ガイド面８４ａ，８６ａ，８６ｂにより再循環領域が形成される。このように、各部材７１，７２，７３の拡幅部８２，８４，８６は燃料ガス流れ方向に異なる位置に配置されているので、各部材７１，７２，７３の拡幅部８２，８４，８６における燃料ガス３０１の流速を、各部材の拡幅部を同じ燃料ガス流れ方向位置に配置した場合に比べて低下させることができる。また、ガイド面８２ａ，８２ｂによって案内された微粉炭が下流側の各端面８４ｃ，８６ｃに流れ込むことで微粉炭量が増量され、この点でも内部着火及び内部保炎を強化できる。この場合、第１部材７１は、保炎器としての機能だけでなく、微粉炭を下流側の第２部材７２及び第３部材７３側へ案内する案内部材としての機能も有している。
【００７９】
更に、第２部材７２の拡幅部８４は、第１部材７１側だけにガイド面８４ａがあり、燃料ノズル６１の内壁面６１ａ側はフラット形状となっている。そのため、燃料ノズル６１の内壁面６１ａと第２部材７２との間の第３燃料ガス流路Ｐ１３では保炎機能がないことから再循環領域が形成されず、外部着火の発生が抑制される。
【００８０】
また、２次空気ノズル６３は、燃料ノズル６１の上下だけでなく左右からも、全周から取り囲むように２次空気３０３を噴出している。そのため、周方向で部分的な高温高酸素領域が形成されにくくなり、周方向で酸素濃度が均一化されることとなり、燃焼火炎の外周部におけるＮＯｘ発生量が低減される。
【００８１】
このように第１実施形態の燃焼バーナにあっては、微粉炭と空気とを混合した燃料ガス３０１を噴出する燃料ノズル６１と、燃料ノズル６１の外側から空気を噴出する燃焼用空気ノズル６２と、燃料ガス３０１の噴出方向を拡幅する保炎部ないし案内部材としての機能を有する内部部材６４とを設け、燃料ノズル６１の開口部６１ｂより燃料ガス３０１の噴出方向上流側に配置される第１部材７１と、第１部材７１より燃料ガス３０１の噴出方向下流側で且つ第１部材７１の拡幅方向の両側に配置される第２部材７２とを設けている。
【００８２】
従って、燃料ノズル６１内を流れる燃料ガス３０１は、各部材７１，７２の下流側に再循環領域が形成されることで燃料ガス３０１の燃焼を維持することができる。このとき、第１部材７１と第２部材７２が燃料ガス３０１の噴出方向にずれて配置されているため、燃料ノズル６１の開口部６１ｂでの流速が低下し、燃料ノズル６１を大型化することなく、保炎性を向上することができる。また、第２部材７２から第１部材７１が形成する再循環領域へ燃料ガス３０１が供給されることで、保炎性を向上することができる。また、燃料ガス３０１は、第１部材７１、第２部材７２の順に着火、保炎されることとなり、相対的に燃料ガス流断面の中央部から着火が起こるため、微粉炭を効率良く集めて内部保炎を強化することができる。その結果、内部保炎性能の向上を図ることができる。
【００８３】
第１実施形態の燃焼バーナでは、第１部材７１は、燃料ノズル６１における軸線中心Ｏ側及び燃料ノズル６１の内壁面６１ａ側に拡幅部８２のガイド面８２ａ，８２ｂが設けられ、第２部材７２は、燃料ノズル６１における軸線中心Ｏ側だけに拡幅部８４のガイド面８４ａが設けられている。従って、燃料ガス３０１は、第１部材７１の各ガイド面８２ａ，８２ｂにより両側に広がって再循環領域を形成し、第２部材７２のガイド面８４ａにより第１部材７１側だけに広がって再循環領域を形成することとなり、燃料ノズル６１における外部保炎を抑制し、ＮＯｘ発生量を減少することができる。
【００８４】
第１実施形態の燃焼バーナでは、第１部材７１を所定間隔を空けて複数設け、第２部材７２を第１部材７１より燃料ノズル６１の内壁面６１ａ側の両側に所定間隔を空けて設けている。従って、第１部材７１と第２部材７２を対向して効率良く配置することで、再循環領域を適正に形成することができる。
【００８５】
第１実施形態の燃焼バーナでは、第１部材７１の間に第３部材７３を配置している。従って、燃料ノズル６１の開口部６１ｂに配置される第２部材７２と第３部材７３との間に燃料ガス３０１の噴出方向の上流側に位置する第１部材７１が配置されることで、各部材７１，７２，７３は、燃料ノズル６１内で燃料ガス３０１の噴出方向の位置が互い違いになる。そのため、燃料ガス３０１の噴出方向にずれた組み合わせの部材７１，７２，７３を増やすことで、噴出流速を低下し、第３部材７３から第１部材７１が形成する再循環領域へ微粉炭を供給することで、内部保炎性能を向上することができる。この場合、第３部材７３は、第１部材７１へ微粉炭を案内する案内部材としても機能する。
【００８６】
第１実施形態の燃焼バーナでは、第１部材７１を燃料ガス３０１の噴出方向に沿って位置調整自在に設けている。従って、例えば、微粉炭の種類に応じて第１部材７１を燃料ガス３０１の噴出方向の上流側または下流側に変更することで、微粉炭の種類が変更されても、良好な内部保炎性能を確保することができる。即ち、燃焼しにくい微粉炭（石炭）を用いる場合、第１部材７１を燃料ガス３０１の噴出方向の上流側に移動調整し、燃焼しやすい微粉炭（石炭）を用いる場合、第１部材７１を燃料ガス３０１の噴出方向の下流側に移動調整することが望ましい。
【００８７】
第１実施形態の燃焼バーナでは、第１部材７１と第２部材７２と第３部材７３を鉛直方向に沿って配置すると共に、水平方向に所定間隔を空けて配置している。従って、燃料ノズル６１内を流れる燃料ガス３０１に含まれる微粉炭が各部材７１，７２，７３上に堆積することが抑制され、保炎性能の低下を防止することができる。
【００８８】
第１実施形態の燃焼バーナでは、２次空気ノズル６３を燃料ノズル６１の上方、下方、左方、右方に配置している。従って、外側に保炎機能がない第２部材７２の外側に向けて２次空気が噴出されることで、この領域が酸素過剰状態となっても、ＮＯｘの発生量が増加することはなく、火炎外周にも空気を供給することができる。微粉炭等の石炭燃料の場合には空気不足になると硫化水素が発生して炉壁を腐食するおそれがあるが、２次空気ノズル６３によって十分な空気を火炎外周に供給することができるので、硫化水素の発生を抑制することができる。
【００８９】
第１実施形態のボイラにあっては、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉１１と、火炉１１に配置される燃焼バーナ２１と、火炉１１の上部に配置される煙道１３とを設けている。従って、燃焼バーナ２１は、内部保炎性能の向上を図ることができ、ボイラ効率を向上することができる。本実施形態では、燃焼バーナ２１を火炉１１のコーナ部に配置した旋回燃焼型を示しているが、燃焼バーナ２１を火炉１１に対向配置した、対向燃焼型にも適用することができる。
【００９０】
なお、本実施形態では、第１部材７１、第２部材７２、第３部材７３の全てが保炎器として機能する場合について説明したが、それぞれが保炎器として機能せずに微粉炭を他の部材に案内する案内部材として機能する場合もある。例えば、第１部材７１から第２部材７２及び第３部材７３側へと微粉炭を案内する場合は第１部材７１が案内部材とされる。この場合、第１部材７１は保炎器として機能しない場合もある。また、第２部材７２又は第３部材７３から第１部材７１の再循環領域へ微粉炭を供給する場合は、第２部材７２又は第３部材７３が案内部材とされる。この場合、第２部材７２又は第３部材７３は保炎器として機能しない場合もある。
【００９１】
［第２実施形態］
図５は、第２実施形態の燃焼バーナの正面図、図６は、燃焼バーナの縦断面（図５のVI−VI断面）図である。
【００９２】
第２実施形態において、図５及び図６に示すように、燃焼バーナ２１Ａは、中心側から燃料ノズル１０１と、燃焼用空気ノズル１０２と、２次空気ノズル１０３が設けられると共に、燃料ノズル１０１内に内部部材１０４が設けられている。
【００９３】
燃料ノズル１０１は、微粉炭と１次空気とを混合した燃料ガスを噴出可能なものである。燃焼用空気ノズル１０２は、燃料ノズル１０１の外側に配置され、燃料ノズル１０１から噴出された燃料ガスの外周側に燃料ガス燃焼用空気を噴出可能なものである。２次空気ノズル１０３は、燃焼用空気ノズル１０２の外側に配置され、燃焼用空気ノズル１０２から噴出された燃料ガス燃焼用空気の外周側に２次空気を噴出可能なものである。
【００９４】
内部部材１０４は、燃料ノズル１０１内であって、燃料ノズル１０１の先端部、つまり、燃料ガスの流動方向の下流側に配置されることで、燃料ガスの着火用及び保炎用又は燃料案内用の部材として機能するものである。この内部部材１０４は、１個の第１部材１１１と、２個の第２部材１１２とから構成されている。この第１部材１１１と第２部材１１２は、水平方向に沿って配置されると共に、鉛直方向に所定間隔を空けて配置されている。この場合、水平方向とは、水平な方向に対して微小角度だけずれた方向も含むものである。
【００９５】
第１部材１１１は、燃料ノズル１０１の先端部であって、燃料ガスの噴出方向に沿う軸線（燃料ノズル１０１の中心線）Ｏ上で、且つ、燃料ノズル１０１の内壁面１０１ａから所定間隔（隙間）を空けて配置されており、水平方向に沿うと共に燃料ガスの噴出方向に沿う板形状をなしている。第２部材１１２は、燃料ノズル１０１の先端部であって、第１部材１１１に対して鉛直方向の外側の両側（燃料ノズル１０１の内壁面１０１ａ側）に所定間隔（隙間）を空けて配置されると共に、燃料ノズル１０１の内壁面１０１ａから所定間隔（隙間）を空けて配置されており、水平方向に沿うと共に燃料ガスの噴出方向に沿う板形状をなしている。
【００９６】
燃料ノズル１０１及び燃焼用空気ノズル１０２は、長尺な管状構造をなす。燃料ノズル１０１は、４個の平坦な内壁面１０１ａにより、長手方向に延びて同一の流路断面形状となる燃料ガス流路Ｐ１を形成しており、先端部（下流側端部）に矩形状の開口部１０１ｂが設けられている。燃焼用空気ノズル１０２は、燃料ノズル１０１の４個の平坦な外壁面１０１ｃと、４個の平坦な内壁面１０２ａにより、長手方向に延びて同一の流路断面形状となる燃焼用空気流路Ｐ２を形成しており、先端部（下流側端部）に矩形リング形状の開口部１０２ｂが設けられている。そのため、燃料ノズル１０１と燃焼用空気ノズル１０２は、二重管状構造となっている。
【００９７】
２次空気ノズル１０３は、燃料ノズル１０１及び燃焼用空気ノズル１０２の外側に配置される長尺な管状構造をなす。２次空気ノズル１０３は、４本の矩形断面形状をなす管状構造をなし、燃焼用空気ノズル１０２の上方、下方、左方、右方に単独で配置された２次空気ノズル本体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄからなり、燃焼用空気ノズル１０２の外側に所定隙間を空けて配置されている。２次空気ノズル１０３は、４本の２次空気ノズル本体１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄにより、長手方向に延びて同一の流路断面形状となる４個の２次空気流路Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３３，Ｐ３４を形成しており、先端部（下流側端部）に矩形リング形状の開口部１０３ｅが設けられている。
【００９８】
そのため、燃料ノズル１０１（燃料ガス流路Ｐ１）の開口部１０１ｂの外側に燃焼用空気ノズル１０２（燃焼用空気流路Ｐ２）の開口部１０２ｂが配設され、この燃焼用空気ノズル１０２（燃焼用空気流路Ｐ２）の開口部１０２ｂの外側に所定間隔を空けて２次空気ノズル１０３（２次空気流路Ｐ３）の開口部１０３ｅが配設されることとなる。燃料ノズル１０１と燃焼用空気ノズル１０２と２次空気ノズル１０３は、各開口部１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｅが燃料ガスや空気の流れ方向における同位置に同一面上に揃えられて配置されている。
【００９９】
第１部材１１１は、鉛直方向における断面形状（図６）にて、幅が一定な平坦部１２１と、この平坦部１２１の前端部（燃料ガスの流れ方向の下流端部）に一体に設けられた拡幅部１２２とから構成されている。平坦部１２１は、燃料ガスの流れ方向に沿って幅が一定である。拡幅部１２２は、燃料ガスの流れ方向に向かって幅が大きくなる。この拡幅部１２２は、水平断面が略二等辺三角形状をなし、基端部が平坦部１２１に連結され、先端部が燃料ガスの流れ方向の下流側に向かって幅が広くなり、前端がこの燃料ガスの流れ方向に直交する平面となっている。即ち、拡幅部１２２は、幅方向（図５では、高さ方向）の内側（燃料ノズル１０１の中心線Ｏ側）に傾斜する第１ガイド面（第１傾斜面）１２２ａと、幅方向（図５では、高さ方向）の外側（燃料ノズル１０１の内壁面１０１ａ側）に傾斜する第２ガイド面（第１傾斜面）１２２ｂと、前端側の端面１２２ｃとを有している。第１ガイド面１２２ａと端面１２２ｃによって形成される角部、及び、第２ガイド面１２２ｂと端面１２２ｃによって形成される角部が、傾斜するガイド面１２２ａ，１２２ｂの傾斜が終了する傾斜終了端（第１傾斜終了端）となる。これら角部である傾斜終了端にて、燃料ガス流れが剥離する。
なお、拡幅部１２２の鉛直断面が略二等辺三角形としているが、これに限定されるものではなく、端面１２２ｃが凹んだ形状や、Ｙ字形状でもよい。
【０１００】
第２部材１１２は、鉛直方向における断面形状（図６）にて、幅が一定な平坦部１２３と、この平坦部１２３の前端部（燃料ガスの流れ方向の下流端部）に一体に設けられた拡幅部１２４とから構成されている。平坦部１２３は、燃料ガスの流れ方向に沿って幅が一定である。拡幅部１２４は、燃料ガスの流れ方向に向かって幅が大きくなる。この拡幅部１２４は、水平断面が略直角三角形状をなし、基端部が平坦部１２３に連結され、先端部が燃料ガスの流れ方向の下流側に向かって幅が広くなり、前端がこの燃料ガスの流れ方向に直交する平面となっている。即ち、拡幅部１２４は、幅方向の内側（燃料ノズル１０１の中心線Ｏ側）に傾斜する第１ガイド面（第２傾斜面）１２４ａと、前端側の端面１２４ｃとを有しており、幅方向の外側（燃料ノズル１０１の内壁面１０１ａ側）にはガイド面がなく、平坦部１２３の端面が継続する平面となっている。第１ガイド面１２４ａと端面１２４ｃによって形成される角部が、傾斜するガイド面１２４ａの傾斜が終了する傾斜終了端（第２傾斜終了端）となる。この角部である傾斜終了端にて、燃料ガス流れが剥離する。
なお、拡幅部１２４の水平断面が略直角三角形としているが、これに限定されるものではなく、端面１２４ｃが凹んだ形状や、板状体を折り曲げた形状でもよい。
【０１０１】
燃料ノズル１０１は、内部にこの内部部材１０４として第１、第２部材１１１，１１２が高さ方向（鉛直方向）に所定間隔を空けて配置されている。そして、第２部材１１２は、先端部に拡幅部１２４が設けられており、この拡幅部１２４は、端面１２４ｃが燃料ノズル１０１の開口部１０１ｂと燃料ガスの流れ方向における同位置に同一面上に揃えられて配置されている。一方、第１部材１１１は、先端部に拡幅部１２２が設けられており、この拡幅部１２２は、端面１２２ｃが燃料ノズル１０１の開口部１０１ｂより燃料ガスの噴出方向の上流側に配置されている。即ち、第２部材１１２は、燃料ガスの噴出方向にて、拡幅部１２４の端面１２４ｃと燃料ノズル１０１の開口部１０１ｂが同位置となっている。第１部材１１１は、拡幅部１２２の端面１２２ｃが燃料ノズル１０１の開口部１０１ｂ（拡幅部１２４の端面１２４ｃ）に対して燃料ガスの噴出方向の上流側に所定距離Ｌだけ離間した位置に配置されている。
【０１０２】
ここで、所定距離Ｌは、燃料ノズル１０１の開口における等価円径をＤとすると、０．００１Ｄ以上１．０Ｄ以下、好ましくは０．０３Ｄ以上０．５Ｄ以下、さらに好ましくは０．０５Ｄ以上０．３Ｄ以下とされる。
上記の下限値および上限値は、次の観点から決定される。下限値を下回ると、第１部材１１１と、第２部材１１２との距離が近くなりすぎて、これら部材をずらして流路断面性を確保した利点が得られない。一方、上限値を上回ると、第１部材１１１によって形成された再循環領域が第２部材１１２の手前で消滅してしまい、第１部材１１１の再循環領域に第２部材１１２から燃料（微粉炭）を案内するという利点が得られない。
【０１０３】
第１、第２部材１１１，１１２は、後部の左右端部が支持部材１２５，１２６を介して燃料ノズル１０１の内壁面１０１ａに支持されている。各支持部材１２５，１２６は、燃料ノズル１０１の内壁面１０１ａにおける左部と右部に固定されており、第１、第２部材１１１，１１２の左端部と右端部がこの支持部材１２５，１２６に支持されている。
【０１０４】
燃料ノズル１０１は、内部部材１０４として第１、第２部材１１１，１１２が支持部材１２５，１２６に支持されていることから、燃料ガス流路Ｐ１が４個の領域に分割されることとなる。即ち、燃料ガス流路Ｐ１は、第１部材１１１と第２部材１１２の間の第１燃料ガス流路Ｐ１１と、第２部材１１２と燃料ノズル１０１の内壁面１０１ａとの間の第２燃料ガス流路Ｐ１２とに分割される。
【０１０５】
このように構成された燃料バーナ２１Ａにて、燃料ガスは、燃料ノズル１０１の燃料ガス流路Ｐ１を流れ、開口部１０１ｂから火炉１１（図３参照）内に噴出される。燃料ガス燃焼用空気は、燃焼用空気ノズル１０２の燃焼用空気流路Ｐ２を流れ、開口部１０２ｂから燃料ガスの外側に噴出される。２次空気は、２次空気ノズル１０３の２次空気流路Ｐ３を流れ、開口部１０３ｅから燃料ガス燃焼用空気の外側に噴出される。このとき、燃料ガス（微粉炭と１次空気）、燃料ガス燃焼用空気、２次空気は、旋回させずにバーナ軸線方向（中心線Ｏ）に沿った直進流として噴出させている。
【０１０６】
このとき、燃料ガスは、燃料ノズル１０１の開口部１０１ｂにて、第１部材１１１と第２部材１１２により分岐して流れ、ここで着火されて燃焼し、燃焼ガスとなる。また、この燃料ガスの外周に燃料ガス燃焼用空気が噴出されることで、燃料ガスの燃焼が促進される。更に、燃焼火炎の外周に２次空気が噴出されることで、燃料ガス燃焼用空気と２次空気の割合を調整し、最適な燃焼を得ることができる。
【０１０７】
そして、内部部材１０４は、第１部材１１１と第２部材１１２の各拡幅部１２２，１２４がスプリット形状をなしているため、燃料ガスが拡幅部１２２，１２４の各ガイド面１２２ａ，１２２ｂ，１２４ａに沿って流れ、端面１２２ｃ，１２４ｃ側に回り込むことで、この端面１２２ｃ，１２４ｃの前方に再循環領域が形成される。そのため、燃料ガスは、この再循環領域で着火と保炎が行われることとなり、燃焼火炎の内部保炎が実現される。すると、燃焼火炎の外周部が低温となり、２次空気により高酸素雰囲気下にある燃焼火炎の外周部の温度を低くすることができ、燃焼火炎の外周部におけるＮＯｘ発生量が低減される。
【０１０８】
また、第１部材１１１の拡幅部１２２は、第２部材１１２の拡幅部１２４より燃料ガスの噴出方向の上流側に配置されている。そのため、燃料ノズル１０１の燃料ガス流路Ｐ１を閉塞する位置が燃料ガスの噴出方向にずれることとなり、拡幅部１２２，１２４の位置での燃料ガスの流速が低減される。そのため、燃料ノズル１０１を大型化することなく内部着火及び内部保炎を強化できる。また、燃料ガスは、まず、第１部材１１１の拡幅部１２２における各ガイド面１２２ａ，１２２ｂにより再循環領域が形成される。この再循環領域は、燃料ノズル１０１内で形成されることから、炉内での隣接火炎からの輻射熱を受けにくくなり、内部着火及び内部保炎が良好に実施され、燃料ノズル１０１の内部から空気を効率良く消費させ、外部着火の発生が抑制される。そして、燃料ガスは、第１部材１１１の拡幅部１２２における各ガイド面１２２ａ，１２２ｂにより再循環領域が形成された後、次に、第２部材１１２の拡幅部１２４における各ガイド面１２４ａにより再循環領域が形成される。そのため、各部材１１１，１１２の拡幅部１２２，１２４間での燃料ガスの流速が低下し、各端面１２２ｃ，１２４ｃに流れ込む微粉炭量が増量され、この点でも内部着火及び内部保炎を強化できる。
【０１０９】
更に、第２部材１１２の拡幅部１２４は、第１部材１１１側だけにガイド面１２４ａがあり、燃料ノズル１０１の内壁面１０１ａ側はフラット形状となっている。そのため、燃料ノズル１０１の内壁面１０１ａと第２部材１１２との間の第２燃料ガス流路Ｐ１２では保炎機能がないことから再循環領域が形成されず、外部着火の発生が抑制される。また、２次空気ノズル１０３は、燃料ノズル１０１の上下だけでなく左右からも、全周から取り囲むように２次空気を噴出している。そのため、周方向で部分的な高温高酸素領域が形成されにくくなり、周方向で酸素濃度が均一化されることとなり、燃焼火炎の外周部におけるＮＯｘ発生量が低減される。
【０１１０】
このように第２実施形態の燃焼バーナにあっては、微粉炭と空気とを混合した燃料ガスを噴出する燃料ノズル１０１と、燃料ノズル１０１の外側から空気を噴出する燃焼用空気ノズル１０２と、燃料ノズル１０１における軸線中心Ｏ側で燃料ノズル１０１の開口部１０１ｂより燃料ガスの噴出方向の上流側に配置される第１部材１１１と第１部材１１１より燃料ノズル１０１の内壁面１０１ａ側の両側で内壁面１０１ａから所定間隔を空けて開口部１０１ｂに配置される第２部材１１２とを有する内部部材１０４とを設けている。
【０１１１】
従って、燃料ノズル１０１内を流れる燃料ガスは、各部材１１１，１１２の下流側に再循環領域が形成されることで燃料ガス（微粉炭）の燃焼を維持することができる。このとき、第１部材１１１と第２部材１１２が燃料ガスの噴出方向にずれて配置されているため、燃料ノズル１０１の開口部１０１ｂでの流速が低下し、燃料ノズル１０１を大型化することなく、保炎性を向上することができる。また、燃料ガスは、第１部材１１１、第２部材１１２の順に着火、保炎されることとなり、微粉炭を効率良く集めて内部保炎を強化することができる。その結果、内部保炎性能の向上を図ることができる。
【０１１２】
第２実施形態の燃焼バーナでは、第１部材１１１及び第２部材１１２を水平方向に沿って配置すると共に、鉛直方向に所定間隔を空けて配置している。従って、第１部材１１１及び第２部材１１２を水平方向に沿って配置することで、上下方向の外周着火を相対的に弱めることができ、通常、上下に配置される２次空気ノズル１０３からの空気による高温高酸素領域を軽減することができる。第１部材１１１及び第２部材１１２を水平方向に沿って配置することで、旋回燃焼では、通常、上下に配置される２次空気ノズル本体１０３ａ，１０３ｂを燃料ノズル１０１から離間させて配置することができ、燃焼火炎の外周部におけるＮＯｘ発生量を低減することができる。
【０１１３】
第２実施形態の燃焼バーナでは、２次空気ノズル１０３を燃料ノズル１０１の上方及び下方に配置している。従って、外側に保炎機能がない第２部材１１２の外側に向けて２次空気が噴出されることで、この領域が酸素過剰状態となっても、ＮＯｘの発生量が増加することはなく、火炎外周にも空気を供給することができる。微粉炭等の石炭燃料の場合には空気不足になると硫化水素が発生して炉壁を腐食するおそれがあるが、２次空気ノズル１０３によって十分な空気を火炎外周に供給することができるので、硫化水素の発生を抑制することができる。なお、この場合、２次空気ノズル１０３を燃料ノズル１０１の上方及び下方だけに設け、左方及び右方をなくしてもよい。
【０１１４】
なお、本実施形態では、第１部材１１１及び第２部材１１２の両方が保炎器として機能する場合について説明したが、それぞれが保炎器として機能せずに微粉炭を他の部材に案内する案内部材として機能する場合もある。例えば、第１部材１１１から第２部材１１２側へと微粉炭を案内する場合は第１部材１１１が案内部材とされる。この場合、第１部材１１１は保炎器として機能しない場合もある。また、第２部材１１２から第１部材１１１の再循環領域へ微粉炭を供給する場合は、第２部材１１２が案内部材とされる。この場合、第２部材１１２は保炎器として機能しない場合もある。
【０１１５】
［変形例］
図７は、燃焼バーナの第１変形例を表す正面図、図８は、燃焼バーナの第２変形例を表す正面図である。
【０１１６】
上述した第１、第２実施形態では、内部部材６４，１０４を正面視が棒状をなす形状としたが、この形状に限定されるものではない。以下に説明するようなリング形状や井桁形状などとしてもよい。また、内部部材を、鉛直方向や水平方向のみでなく、相対的に内側が上流側に設置されていることが望ましい。
【０１１７】
図７に示すように、燃料ノズル１５１は、矩形状をなし、先端部、つまり、燃料ガスの流動方向の下流側に内部部材１５２が配置されている。この内部部材１５２は、燃料ノズル１５１の燃料ガスの着火用及び保炎用又は燃料案内用の部材として機能するものである。この内部部材１５２は、第１部材１６１と、第２部材１６２と、第３部材１６３とから構成されている。第２部材１６２は、燃料ノズル１５１の先端部にこの燃料ノズル１５１の内壁面から所定間隔（隙間）を空けて配置されており、燃料ガスの噴出方向に沿う軸線（燃料ノズル１５１の中心線）Ｏを中心とする円形のリング形状をなしている。第１部材１６１は、第２部材１６２の内側に所定間隔（隙間）を空けて配置されており、燃料ガスの噴出方向に沿う軸線Ｏを中心とする円形のリング形状をなしている。第３部材１６３は、第１部材１６１の内側に所定間隔（隙間）を空けて配置されており、燃料ガスの噴出方向に沿う軸線Ｏ上に位置する円柱形状をなしている。
【０１１８】
第２部材１６２は、外周部が複数（本変形例では、４個）の支持部材１７１を介して燃料ノズル１５１の内壁面に支持されている。第１部材１６１は、外周部が複数（本変形例では、４個）の支持部材１７２を介して第２部材１６２に支持されている。第３部材１６３は、外周部が複数（本変形例では、４個）の支持部材１７３を介して第１部材１６１に支持されている。
【０１１９】
第１、第２、第３部材１６１，１６２、１６３は、図示しないが、先端部に拡幅部がそれぞれ設けられている。そして、第１、第２実施形態と同様に、第２、第３部材１６２，１６３は、拡幅部の各端面が燃料ノズル１５１の開口部と燃料ガスの流れ方向における同位置に同一面上に揃えられて配置されている。一方、第１部材１６１は、拡幅部の端面が燃料ノズル１５１の開口部より燃料ガスの噴出方向の上流側に所定距離だけ離間した位置に配置されている。
【０１２０】
第１変形例にあっては、上下方向と左右方向を同様に、燃料バーナの内部から外部に向かって内部着火を広げる（伝播）ことができ、内部保炎を効率的に行うことができる。
【０１２１】
なお、内部部材の形状は、円形リング形状に限定されるものではなく、四角リング形状などの多角形リング形状や楕円リング形状などであってもよい。また、各部材の組み合わせは、同形状の組み合わせに限定されるものではなく、四角リング形状と円形リング形状との異形の組み合わせであってもよい。更に、内部部材は３個の組み合わせに限らず、１個または２個、４個以上組み合わせてもよいものである。
【０１２２】
また、図８に示すように、燃料ノズル２０１は、矩形状をなし、先端部、つまり、燃料ガスの流動方向の下流側に内部部材２０２が配置されている。この内部部材２０２は、燃料ノズル２０１の燃料ガスの着火用及び保炎用又は燃料案内用の部材として機能するものである。この内部部材２０２は、第１部材２１１と、第２部材２１２とから構成されている。第２部材２１２は、正面視が燃料ガスの噴出方向に沿う軸線（燃料ノズル２０１の中心線）Ｏを中心とする矩形のリング形状をなす枠体２１３と、この枠体２１３の内側に一体に設けられて正面視が十字形状をなす連結体２１４とから構成される。枠体２１３は、燃料ノズル２０１の先端部にこの燃料ノズル２０１の内壁面から所定間隔（隙間）を空けて配置されている。第１部材２１１は、第２部材２１２における枠体２１３の内側に所定間隔（隙間）を空けて配置された枠体２１５を有し、枠体２１５は、燃料ガスの噴出方向に沿う軸線Ｏを中心とする矩形のリング形状をなしている。この場合、第１部材２１１と第２部材２１２の連結体２１４が交差することとなる。
【０１２３】
第２部材２１２は、外周部が複数（本変形例では、８個）の支持部材２２１を介して燃料ノズル２０１の内壁面に支持されている。第１部材２１１は、外周部が複数（本変形例では、８個）の支持部材２２２を介して第２部材２１２の枠体２１３に支持されている。
【０１２４】
第１、第２部材２１１，２１２は、図示しないが、先端部に拡幅部がそれぞれ設けられている。そして、第１、第２実施形態と同様に、第２部材２１２は、拡幅部の各端面が燃料ノズル２０１の開口部と燃料ガスの流れ方向における同位置に同一面上に揃えられて配置されている。一方、第１部材２１１は、拡幅部の端面が燃料ノズル２０１の開口部より燃料ガスの噴出方向の上流側に所定距離だけ離間した位置に配置されている。
【０１２５】
第２変形例にあっては、上下方向と左右方向を同様に、燃料バーナの内部から外部に向かって内部着火を広げる（伝播）ことができ、内部保炎を効率的に行うことができる。
【０１２６】
このように本発明の燃焼バーナは、内部部材の形状に左右されるものではなく、複数の部材が燃料ノズル内の幅方向または高さ方向、更に、中心軸に対して径方向に配列されていてもよいものである。
【０１２７】
次に、第３変形例について説明する。本変形例では、図９及び図１０に示すように、燃料ノズル６１内に整流板１２０が設けられている。本変形例において、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
図９及び図１０に示されているように、整流板１２０は、燃料ノズル６１の高さ方向における中央位置にて水平方向にわたって、燃料ノズル６１の燃料ガス流れ上流側である左側部（一端部）から下流側である右側部（他端部）にわたって設けられた板状体である。これにより、整流板１２０は、燃料ノズル６１内の流路を上下方向に２分割している。また、図９に示すように、整流板１２０の燃料ガス流れ方向における下流端（同図において右端）は、第１部材７１の下流端と同一位置とされている。
このように整流板１２０を配置することで、燃料ノズル６１が鉛直方向（図１０において上下方向）に角度調整された場合でも、燃料ガスの流れも整流板１２０に沿って角度調整することができ、所望の流れを得ることができる。
なお、整流板１２０の下流端位置は、さらに燃料ガス流れの下流側（図９において右側）に移動させても良い。これにより、燃料ガス流れを下流側までガイドでき、さらに所望の流れを得ることができる。ただし、整流板１２０の下流端位置が下流側に位置すると、着火位置に近くなり焼損するおそれがあるので、焼損が生じない位置に整流板１２０の下流端位置を決定する必要がある。
【０１２８】
なお、整流板１２０は、燃料ノズル６１の高さ方向における中央位置における１箇所に限定されるものではなく、図１１に示すように燃料ノズル６１の高さ方向における中央位置から上下に振り分けて２つ設けることとしても良く、また、図１２に示すように各部材７１，７２，７３の上下端の位置に揃えて２つ設けても良く、また図示しないが、３つ以上であっても良い。
【０１２９】
なお、上述した第１実施形態では、内部部材として、２個の第１部材と２個の第２部材と１個の第３部材を設け、第２実施形態では、内部部材として、１個の第１部材と２個の第２部材を設けたが、この構成に限定されるものではない。第１部材の数は、１個または２個に限らず、３個以上設けてもよい。第２部材は、燃料ノズル内で、内部部材の中でも最も外側に設けることが望ましく、２個以上設けてもよい。第３部材は、あってもなくてもよく、燃料ノズル内で、内部部材の中で最も内側に設けることが望ましく、２個以上設けてもよい。また、第３部材は、燃料ガスの噴出方向にて、第１部材と同じ位置に設けてもよく、この場合、内部保炎効果を高めることができる。
【０１３０】
また、上述した実施形態では、内部部材のそれぞれの部材を平坦部と拡幅部とから構成したが、この構成に限定されるものではなく、拡幅部だけで構成してもよい。
【０１３１】
また、上述した実施形態では、燃料ノズルと燃焼用空気ノズルと２次空気ノズルを矩形状としたが、この形状に限るものではなく、円形状としてもよい。
【０１３２】
また、図１２に示すように各部材７１，７２，７３の上下端の位置に揃えて整流板１２０を２つ設けた場合、図１３乃至図１６のような構造に変形にしてもよい。
図１３に示すように、燃料ノズル６１の燃料ガス流れ方向の上流側には、微粉炭管９０の下流端となる先端部が接続されている。燃料ノズル６１は、図１６に示すように、水平軸線Ｈ周りに揺動可能となっている。
微粉炭管９０の先端部には、図１３に示すように、複数の板部材９１が設けられている。複数の板部材９１は、図１４及び図１５に示すよう、各部材７１，７２，７３と同様に鉛直方向に沿って水平方向に所定の間隔を有して配置されている。各板部材９１は、微粉炭管９０の鉛直方向の流路幅の略全体にわたって設けられている。このように複数の板部材９１を微粉炭管９０の先端部に配置することによって、燃料ガス流れを整流するだけでなく、各板部材９１が微粉炭管９０の先端部における流路を占有することによって、微粉炭管９０の流路断面積を小さくすることができる。これにより、微粉炭管９０を大型化しても微粉炭管９０の先端部を流れる流速の低減を抑制することができ、燃料ガス中の固体燃料（微粉炭）が微粉炭管９０の先端部、または燃料ノズルの燃料ガス流れ上流側内部に堆積することを防止することができる。
【０１３３】
特に、燃料ノズル６１の流路断面積を拡大する場合には、図１６に示すように、微粉炭管９０の先端部を下流側に向かって拡大する構造を採用することがある。このように微粉炭管９０の先端部を拡大した場合であっても、上述のように複数の板部材９１を設置することによって流路断面積を調整し、燃料ガスの流速を所望値に設定することができる。
【０１３４】
また、図１７に示すように、燃料ノズル６１内に配置された各部材７１，７２，７３を燃料ガス流れの下流側に向かって拡大するようにしてもよい。これに伴い、上下の整流板１２０も燃料ガス流れの下流側に向かって拡大するように配置する。これにより、各部材７１，７２，７３を流れる燃料ガス流速が小さくなるため、保炎機能をさらに向上させることができる。
【０１３５】
なお、図１３乃至図１７に示した板部材９１及び各部材７１，７２，７３は、鉛直方向に向けて設置することとしたが、これらを水平方向に向けて設置することとしても良い。この場合、整流板１２０は、鉛直方向に向けて設置することになる。
【０１３６】
また、上述した実施形態では、本発明のボイラを石炭焚きボイラとしたが、固体燃料としては、バイオマスや石油コークス、石油残渣などを使用するボイラであってもよい。また、燃料として固体燃料に限らず、重質油などの油焚きボイラにも使用することができる。さらには、これら燃料の混焼焚きにも適用することができる。
【０１３７】
また、本発明の燃焼バーナは、燃料ノズルと燃焼用空気ノズルと２次空気ノズルは、必ずしも平行に配置する必要はなく、燃焼バーナの先端部に向かって燃料ノズルと２次空気ノズルとが次第に離間するように２次空気ノズルを斜めに配置してもよい。この場合、燃料ノズルと２次空気ノズルとの燃料ノズルの噴出開口部の近傍での距離は、燃料ガスの流れを乱さない程度に距離が保たれていればよい。２次空気ノズルを斜めに配置することで、着火部の外周における空気量を減らして燃料ノズルにおける外部保炎を抑制することで、より低ＮＯｘを実現することが可能となる。
【符号の説明】
【０１３８】
１０  石炭焚きボイラ
１１  火炉
１２  燃焼装置
１３  煙道
２１，２１Ａ，２２，２３，２４，２５  燃焼バーナ
２６，２７，２８，２９，３０  微粉炭供給管
３１，３２，３３，３４，３５  微粉炭機
３６  風箱
３７  空気ダクト
３９  アディショナル空気ノズル
４０  分岐空気ダクト
５１，５２，５３  過熱器
５４，５５  再熱器
５６，５７  節炭器
６１，１０１，１５１，２０１  燃料ノズル
６１ａ，１０１ａ  内壁面
６１ｂ，６２ｂ，６３ｅ，１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｅ  開口部（噴口開口部）
６２，１０２  燃焼用空気ノズル
６３，１０３  ２次空気ノズル
６４，１０４，１５２，２０２  内部部材
７１，１１１，１６１，２１１  第１部材
７２，１１２，１６２，２１２  第２部材
７３，１６３  第３部材
８１，８３，８５，１２１，１２３  平坦部
８２，８４，８６，１２２，１２４  拡幅部（保炎部）
８２ａ，８４ａ，８６ａ，１２２ａ，１２４ａ  第１ガイド面
８２ｂ，８６ｂ，１２２ｂ  第２ガイド面
８２ｃ，８４ｃ，８６ｃ，１２２ｃ，１２４ｃ  端面
８７，８８，１２５，１２６，１７１，１７２，１７３，２２１，２２２  支持部材
１２０  整流板
Ｐ１  燃料ガス流路
Ｐ１１  第１燃料ガス流路
Ｐ１２  第２燃料ガス流路
Ｐ１３  第３燃料ガス流路
Ｐ２  燃焼用空気流路
Ｐ３  ２次空気流路
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年7月1日(2016.7.1)
【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】
燃料と空気とを混合した燃料ガスを噴出する燃料ノズルと、
前記燃料ノズルの外側から空気を噴出する燃焼用空気ノズルと、
前記燃料ノズル内に配置され、燃料ガス流れに対して傾斜する第１傾斜面および該第１傾斜面の傾斜が終了する第１傾斜終了端を有する第１部材と、
前記第１傾斜終了端よりも燃料ガス流れの下流側に配置され、燃料ガス流れに対して前記第１部材側に傾斜する第２傾斜面および該第２傾斜面の傾斜が終了する第２傾斜終了端を有する第２部材と、
を備え、
前記第２部材は、前記第１部材の両側に配置される燃焼バーナ。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記第２部材は、前記燃料ノズルの内壁面から所定間隔を空けて前記燃料ノズルの開口部の近傍に配置される請求項１に記載の燃焼バーナ。
【請求項４】
前記第１部材は、前記燃料ガスの噴出方向を少なくとも２方向に拡幅する複数の前記第１傾斜面が設けられ、
前記第２部材は、前記第１部材側だけに前記第２傾斜面が設けられる請求項１又は請求項３に記載の燃焼バーナ。
【請求項５】
複数の前記第１部材の間で、前記第１傾斜終了端よりも燃料ガス流れの下流側に配置され、燃料ガス流れに対して前記第１部材側に傾斜する第３傾斜面および該第３傾斜面の傾斜が終了する第３傾斜終了端を有する第３部材が配置される請求項４に記載の燃焼バーナ。
【請求項６】
前記第１部材は、燃料ガス流れ方向に沿って位置調整自在に設けられる請求項１、請求項３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】
前記第１部材及び前記第２部材は、鉛直方向に沿って配置されると共に、水平方向に所定間隔を空けて配置される請求項１、請求項３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】
前記第１部材及び前記第２部材は、水平方向に沿って配置されると共に、鉛直方向に所定間隔を空けて配置される請求項１、請求項３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９】
前記燃焼用空気ノズルの外側から空気を噴出する２次空気ノズルを有し、前記２次空気ノズルは、少なくとも前記燃料ノズルにおける前記第１部材の前記第１傾斜面が傾斜する方向の両端に配置される請求項７または請求項８に記載の燃焼バーナ。
【請求項１０】
前記燃料ノズルの一端部から他端部にわたって設けられた整流板を備えている請求項７または請求項８に記載の燃焼バーナ。
【請求項１１】
前記整流板は、前記第１部材及び前記第２部材の燃料ガス流れに沿う両端部のそれぞれに向かい合うように設けられている請求項１０に記載の燃焼バーナ。
【請求項１２】
向かい合う前記整流板の間隔は、燃料ガス流れ下流側方向に向かって漸次拡大されている請求項１１に記載の燃焼バーナ。
【請求項１３】
前記燃焼用空気ノズルの上流端に接続される微粉炭管を有し、該微粉炭管の先端部が燃料ガス流れ下流側方向に向かって流路断面積が拡大するように形成され、
前記微粉炭管の先端部には、複数の板部材が設けられている請求項１０に記載の燃焼バーナ。
【請求項１４】
中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、
前記火炉に配置される請求項１、請求項３から請求項１３のいずれか一項に記載の燃焼バーナと、
前記火炉の上部に配置される煙道と、
を有するボイラ。
【請求項１５】
前記火炉の前記燃焼バーナの上部に追加空気供給部を有する請求項１４に記載のボイラ。
【請求項１６】
燃料と空気とを混合した燃料ガスを噴出する燃料ノズルと、
前記燃料ノズルの外側から空気を噴出する燃焼用空気ノズルと、
前記燃料ノズル内に配置され、燃料ガス流れに対して傾斜する第１傾斜面および該第１傾斜面の傾斜が終了する第１傾斜終了端を有する第１部材と、
前記第１傾斜終了端よりも燃料ガス流れの下流側に配置され、燃料ガス流れに対して前記第１部材側に傾斜する第２傾斜面および該第２傾斜面の傾斜が終了する第２傾斜終了端を有する第２部材と、
を備え、
前記第１部材及び前記第２部材は、鉛直方向に沿って配置されると共に、水平方向に所定間隔を空けて配置され、
前記燃料ノズルの一端部から他端部にわたって設けられた整流板を備え、
前記整流板は、前記第１部材及び前記第２部材の燃料ガス流れに沿う両端部のそれぞれに向かい合うように設けられ、
向かい合う前記整流板の間隔は、燃料ガス流れ下流側方向に向かって漸次拡大されている燃焼バーナ。
【国際調査報告】
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