(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を囲みながら該軸線に沿って延在し、内側燃焼用酸素含有ガスを火炉に供給可能な内側ガスノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記内側ガスノズルを囲み、固体粉末燃料と搬送用ガスの混合流体を前記火炉に供給可能な燃料供給ノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記燃料供給ノズルを囲み、外側燃焼用酸素含有ガスを前記火炉に供給可能な外側ガスノズルと、
前記内側ガスノズルの出口部に配置され、前記内側ガスノズルの出口部の周縁から内側に向かって延びる板形状の部材によって構成されるとともに前記内側燃焼用酸素含有ガスの流れを絞るように構成された内部保炎器と、
前記外側ガスノズルの出口部に配置され、前記外側燃焼用酸素含有ガスの流れが前記軸線から逸れるように構成された外部保炎器と、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速の相対的な流速比を調節可能な流速比調節機構と、
前記燃料供給ノズルの出口部を横切るように前記内側ガスノズルの出口部と前記外側ガスノズルの出口部との間をそれぞれ延びる複数の中間保炎器と
を備え、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速が前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速より速くなるように構成されていることを特徴とするバーナ。
【請求項２】
軸線を囲みながら該軸線に沿って延在し、内側燃焼用酸素含有ガスを火炉に供給可能な内側ガスノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記内側ガスノズルを囲み、固体粉末燃料と搬送用ガスの混合流体を前記火炉に供給可能な燃料供給ノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記燃料供給ノズルを囲み、外側燃焼用酸素含有ガスを前記火炉に供給可能な外側ガスノズルと、
前記内側ガスノズルの出口部に配置され、前記内側ガスノズルの出口部の周縁から内側に向かって延びる板形状の部材によって構成されるとともに前記内側燃焼用酸素含有ガスの流れを絞るように構成された内部保炎器と、
前記外側ガスノズルの出口部に配置され、前記外側燃焼用酸素含有ガスの流れが前記軸線から逸れるように構成された外部保炎器と、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速の相対的な流速比を調節可能な流速比調節機構と、
前記流速比調節機構を自動的に制御可能な制御装置と、
前記内側ガスノズルの出口部又は前記外側ガスノズルの出口部に設けられた圧力センサと
を備え、
前記制御装置は、前記圧力センサの出力に基づいて前記流速比調節機構を制御可能であることを特徴とするバーナ。
【請求項３】
軸線を囲みながら該軸線に沿って延在し、内側燃焼用酸素含有ガスを火炉に供給可能な内側ガスノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記内側ガスノズルを囲み、固体粉末燃料と搬送用ガスの混合流体を前記火炉に供給可能な燃料供給ノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記燃料供給ノズルを囲み、外側燃焼用酸素含有ガスを前記火炉に供給可能な外側ガスノズルと、
前記内側ガスノズルの出口部に配置され、前記内側ガスノズルの出口部の周縁から内側に向かって延びる板形状の部材によって構成されるとともに前記内側燃焼用酸素含有ガスの流れを絞るように構成された内部保炎器と、
前記外側ガスノズルの出口部に配置され、前記外側燃焼用酸素含有ガスの流れが前記軸線から逸れるように構成された外部保炎器と、
前記燃料供給ノズルの出口部を横切るように前記内側ガスノズルの出口部と前記外側ガスノズルの出口部との間をそれぞれ延びる複数の中間保炎器のうち少なくとも１つの保炎器と、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速の相対的な流速比を調節可能な流速比調節機構と、
前記内側燃焼用酸素含有ガスのうち少なくとも一部を前記内部保炎器の前記火炉側の表面に沿って流れるように案内するように構成された第１案内部材、前記外側燃焼用酸素含有ガスのうち少なくとも一部を前記外部保炎器の前記火炉側の表面に沿って流れるように案内するように構成された第２案内部材、又は前記混合流体のうち少なくとも一部を前記中間保炎器の前記火炉側の表面に沿って流れるように案内するように構成された第３案内部材のうちの少なくとも１つと
を備え、
前記第１案内部材は、前記内側ガスノズルの出口部の開口縁から内側に向かって突出する環形状の鍔部によって構成され、前記内部保炎器は、前記第１案内部材よりも内側に突出し、前記内部保炎器と前記内側ガスノズルの内壁との間、及び、前記内部保炎器と前記第１案内部材との間のそれぞれには隙間が確保され、
前記第２案内部材は、前記外側ガスノズルの出口部にて、前記外側ガスノズルの内壁の端縁から外側に向かって突出する鍔部によって構成され、前記外部保炎器は、前記第２案内部材よりも外側に突出し、前記外部保炎器と前記外側ガスノズルの内壁との間、及び、前記外部保炎器と前記第２案内部材との間のそれぞれには隙間が確保され、
前記第３案内部材は、前記中間保炎器の前記火炉側の表面の一部を覆うように前記燃料供給ノズルを横切って延びる板によって形成されていることを特徴とするバーナ。
【請求項４】
前記燃料供給ノズルの出口部を横切るように前記内側ガスノズルの出口部と前記外側ガスノズルの出口部との間をそれぞれ延びる複数の中間保炎器を更に備える
ことを特徴とする請求項２または３に記載のバーナ。
【請求項５】
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速が前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速より速くなるように構成されている
ことを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のバーナ。
【請求項６】
前記外側ガスノズルは、前記軸線に沿う方向でみて前記燃料供給ノズルをそれぞれ囲む２つ以上の外側ガス流路を有し、
前記外側燃焼用酸素含有ガスは、前記２つ以上の外側ガス流路を通じて前記火炉に供給可能である
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のバーナ。
【請求項７】
前記２つ以上の外側ガス流路の少なくとも１つに配置された外側ガス流量調節器を更に備える
ことを特徴とする請求項６に記載のバーナ。
【請求項８】
前記内側ガスノズルは、前記軸線に沿う方向でみて前記軸線をそれぞれ囲む２つ以上の内側ガス流路を有し、
前記２つ以上の内側ガス流路のうち前記軸線に沿う方向でみて最も内側に位置する最内燃焼用ガス供給流路を流れる前記内側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節可能な流量調節器を更に備える
ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のバーナ。
【請求項９】
前記流速比調節機構を自動的に制御可能な制御装置を更に備える
ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のバーナ。
【請求項１０】
前記内側ガスノズルの出口部又は前記外側ガスノズルの出口部に設けられた圧力センサを更に備え、
前記制御装置は、前記圧力センサの出力に基づいて前記流速比調節機構を制御可能である
ことを特徴とする請求項９に記載のバーナ。
【請求項１１】
前記内側ガスノズルの出口部に配置されて前記内側燃焼用酸素含有ガスの流れを絞るように構成された内部保炎器、前記外側ガスノズルの出口部に配置されて前記外側燃焼用酸素含有ガスの流れが前記軸線から逸れるように構成された外部保炎器、及び、前記燃料供給ノズルの出口部を横切るように前記内側ガスノズルの出口部と前記外側ガスノズルの出口部との間をそれぞれ延びる複数の中間保炎器のうち少なくとも１つの保炎器と、
前記内側燃焼用酸素含有ガス、前記外側燃焼用酸素含有ガス又は前記混合流体のうち少なくとも一部を、前記少なくとも１つの保炎器の前記火炉側表面に沿って流れるように案内可能な案内部材と、を備える
ことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載のバーナ。
【請求項１２】
風箱と、
前記風箱によって覆われた請求項１乃至１１の何れか１項に記載のバーナと
を備えることを特徴とする燃焼装置。
【請求項１３】
火炉と、
前記火炉に取り付けられた風箱と、
前記火炉に取り付けられ且つ前記風箱によって覆われた請求項１乃至１１の何れか１項に記載のバーナと
を備えることを特徴とするボイラ。
【請求項１４】
軸線を囲みながら該軸線に沿って延在し、内側燃焼用酸素含有ガスを火炉に供給可能な内側ガスノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記内側ガスノズルを囲み、固体粉末燃料と搬送用ガスの混合流体を前記火炉に供給可能な燃料供給ノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記燃料供給ノズルを囲み、外側燃焼用酸素含有ガスを前記火炉に供給可能な外側ガスノズルと、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速の相対的な流速比を調節可能な流速比調節機構と、を備え、
前記燃料供給ノズルの出口よりも下流にて、前記混合流体の噴出流の前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流側と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流側に保炎域がそれぞれ形成されるように構成され、
前記内側ガスノズルは、前記軸線に沿う方向でみて前記軸線をそれぞれ囲む２つ以上の内側ガス流路を有し、
前記２つ以上の内側ガス流路のうち前記軸線に沿う方向でみて最も内側に位置する最内燃焼用ガス供給流路を流れる前記内側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節可能な流量調節器を更に備える、バーナの制御方法において、
前記固体粉末燃料の燃料比が閾値を超えている場合に、前記固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合よりも、前記流量調節器の開度を小さく設定する
ことを特徴とするバーナの制御方法。
【請求項１５】
前記外側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節可能な外側ガス流量調節器を更に備え、
前記固体粉末燃料の燃料比が閾値を超えている場合に、前記固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合よりも、前記外側ガス流量調節器の開度を大きく設定する
ことを特徴とする請求項１４に記載のバーナの制御方法。
【請求項１６】
前記外側ガスノズルは、前記軸線に沿う方向でみて前記燃料供給ノズルをそれぞれ囲む２つ以上の外側ガス流路を有し、
前記外側燃焼用酸素含有ガスは、前記２つ以上の外側ガス流路を通じて前記火炉に供給可能であり、
前記外側ガス流量調節器は、最も外側の外側ガス流路における前記外側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節可能であり、
前記固体粉末燃料の燃料比が閾値を超えている場合に、前記固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合よりも、前記外側ガス流量調節器の開度を大きく設定する
ことを特徴とする請求項１５に記載のバーナの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はバーナ、燃焼装置、ボイラ及びバーナの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体粉末燃料を燃焼させるためのバーナは、一般的に、固体粉末燃料と搬送用気体とを含む混合気が流れる燃料供給ノズルと、燃料供給ノズルを取り囲んで設けられ、燃焼用酸素含有気体が流れる気体流路とを有している。
この種のバーナとして、特許文献１が開示する燃焼用バーナでは、燃料供給ノズルの先端外周部近傍の高温ガスを混合流体内に流入させる手段として、内部保炎用空気ノズルが設けられている。内部保炎用空気ノズルの噴出口からは、混合気ノズルの中心部に向けて空気噴流が噴出する。空気噴流には同伴作用があり、再循環高温ガスの一部が空気噴流に沿って混合気体の流れの中に流入し、その内部の着火保炎性能が高まる。また、空気噴流により混合気体の流れの乱れが増加するため、着火後の燃焼効率向上にも効果がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第９８／０３８１９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１が開示する燃焼用バーナでは、混合気ノズルの先端外周部近傍の高温ガスを混合流体内に流入させる手段として、内部保炎用空気ノズルが採用されているが、内部保炎用空気ノズルを設けた場合、燃焼用バーナの構成が複雑になるとともに内部保炎用空気供給系統の追加が必要となる。
上記事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、簡単な構成にて、内部保炎域における着火及び保炎の安定化を図れるバーナ、燃焼装置、ボイラ及びバーナの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るバーナは、
軸線を囲みながら該軸線に沿って延在し、内側燃焼用酸素含有ガスを火炉に供給可能な内側ガスノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記内側ガスノズルを囲み、固体粉末燃料と搬送用ガスの混合流体を前記火炉に供給可能な燃料供給ノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記燃料供給ノズルを囲み、外側燃焼用酸素含有ガスを前記火炉に供給可能な外側ガスノズルと、
前記内側ガスノズルの出口部に配置され、前記内側ガスノズルの出口部の周縁から内側に向かって延びる板形状の部材によって構成されるとともに前記内側燃焼用酸素含有ガスの流れを絞るように構成された内部保炎器と、
前記外側ガスノズルの出口部に配置され、前記外側燃焼用酸素含有ガスの流れが前記軸線から逸れるように構成された外部保炎器と、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速の相対的な流速比を調節可能な流速比調節機構と、
前記燃料供給ノズルの出口部を横切るように前記内側ガスノズルの出口部と前記外側ガスノズルの出口部との間をそれぞれ延びる複数の中間保炎器と
を備え、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速が前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速より速くなるように構成されている。
上記構成（１）では、内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速が、外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速よりも速いことにより、内部保炎域の圧力を外部保炎域の圧力より低くすることができ、外部保炎域から内部保炎域に向かって流れる高温ガスが流れ易くなり、内部保炎域の着火及び保炎の安定化を確実に図れる。
【０００６】
（２）本発明の少なくとも一実施形態に係るバーナは、
軸線を囲みながら該軸線に沿って延在し、内側燃焼用酸素含有ガスを火炉に供給可能な内側ガスノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記内側ガスノズルを囲み、固体粉末燃料と搬送用ガスの混合流体を前記火炉に供給可能な燃料供給ノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記燃料供給ノズルを囲み、外側燃焼用酸素含有ガスを前記火炉に供給可能な外側ガスノズルと、
前記内側ガスノズルの出口部に配置され、前記内側ガスノズルの出口部の周縁から内側に向かって延びる板形状の部材によって構成されるとともに前記内側燃焼用酸素含有ガスの流れを絞るように構成された内部保炎器と、
前記外側ガスノズルの出口部に配置され、前記外側燃焼用酸素含有ガスの流れが前記軸線から逸れるように構成された外部保炎器と、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速の相対的な流速比を調節可能な流速比調節機構と、
前記流速比調節機構を自動的に制御可能な制御装置と、
前記内側ガスノズルの出口部又は前記外側ガスノズルの出口部に設けられた圧力センサと
を備え、
前記制御装置は、前記圧力センサの出力に基づいて前記流速比調節機構を制御可能である。
上記構成（２）では、制御装置が圧力センサの出力基づいて流速比調節機構を制御することによって、内部保炎域及び外部保炎域の各々の着火及び保炎の安定化を容易且つ確実に図れる。
【０００７】
（３）本発明の少なくとも一実施形態に係るバーナは、
軸線を囲みながら該軸線に沿って延在し、内側燃焼用酸素含有ガスを火炉に供給可能な内側ガスノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記内側ガスノズルを囲み、固体粉末燃料と搬送用ガスの混合流体を前記火炉に供給可能な燃料供給ノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記燃料供給ノズルを囲み、外側燃焼用酸素含有ガスを前記火炉に供給可能な外側ガスノズルと、
前記内側ガスノズルの出口部に配置され、前記内側ガスノズルの出口部の周縁から内側に向かって延びる板形状の部材によって構成されるとともに前記内側燃焼用酸素含有ガスの流れを絞るように構成された内部保炎器と、
前記外側ガスノズルの出口部に配置され、前記外側燃焼用酸素含有ガスの流れが前記軸線から逸れるように構成された外部保炎器と、
前記燃料供給ノズルの出口部を横切るように前記内側ガスノズルの出口部と前記外側ガスノズルの出口部との間をそれぞれ延びる複数の中間保炎器のうち少なくとも１つの保炎器と、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速の相対的な流速比を調節可能な流速比調節機構と、
前記内側燃焼用酸素含有ガスのうち少なくとも一部を前記内部保炎器の前記火炉側の表面に沿って流れるように案内するように構成された第１案内部材、前記外側燃焼用酸素含有ガスのうち少なくとも一部を前記外部保炎器の前記火炉側の表面に沿って流れるように案内するように構成された第２案内部材、又は前記混合流体のうち少なくとも一部を前記中間保炎器の前記火炉側の表面に沿って流れるように案内するように構成された第３案内部材のうちの少なくとも１つと
を備え、
前記第１案内部材は、前記内側ガスノズルの出口部の開口縁から内側に向かって突出する環形状の鍔部によって構成され、前記内部保炎器は、前記第１案内部材よりも内側に突出し、前記内部保炎器と前記内側ガスノズルの内壁との間、及び、前記内部保炎器と前記第１案内部材との間のそれぞれには隙間が確保され、
前記第２案内部材は、前記外側ガスノズルの出口部にて、前記外側ガスノズルの内壁の端縁から外側に向かって突出する鍔部によって構成され、前記外部保炎器は、前記第２案内部材よりも外側に突出し、前記外部保炎器と前記外側ガスノズルの内壁との間、及び、前記外部保炎器と前記第２案内部材との間のそれぞれには隙間が確保され、
前記第３案内部材は、前記中間保炎器の前記火炉側の表面の一部を覆うように前記燃料供給ノズルを横切って延びる板によって形成されている。
【０００８】
上記構成（３）では、案内部材によって、内部保炎器、外部保炎器及び中間保炎器のうち少なくとも１つの保炎器の火炉側表面に沿って、内側燃焼用酸素含有ガス、外側燃焼用酸素含有ガス又は混合流体の一部を流すことで、少なくとも１つの保炎器を冷却することができるとともに、保炎器への灰付着の抑制が可能となる。
【０００９】
（４）幾つかの実施形態では、上記構成（２）又は（３）において、
前記燃料供給ノズルの出口部を横切るように前記内側ガスノズルの出口部と前記外側ガスノズルの出口部との間をそれぞれ延びる複数の中間保炎器を更に備える。
上記構成（４）では、中間保炎器が燃料供給ノズルの出口部を横切るように延びており、外部保炎域から内部保炎域に向かって、中間保炎器に沿って高温ガスが流れることができる。これにより、内部保炎域の温度を上昇させることができ、内部保炎域の着火及び保炎の安定化をより一層図れる。
【００１０】
（５）幾つかの実施形態では、上記構成（２）乃至（４）の何れか１つにおいて、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速が前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速より速くなるように構成されている。
上記構成（５）では、内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速が、外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速よりも速いことにより、内部保炎域の圧力を外部保炎域の圧力より低くすることができ、外部保炎域から内部保炎域に向かって流れる高温ガスが流れ易くなり、内部保炎域の着火及び保炎の安定化を確実に図れる。
【００１１】
（６）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（５）の何れか１つにおいて、
前記外側ガスノズルは、前記軸線に沿う方向でみて前記燃料供給ノズルをそれぞれ囲む２つ以上の外側ガス流路を有し、
前記外側燃焼用酸素含有ガスは、前記２つ以上の外側ガス流路を通じて前記火炉に供給可能である。
上記構成（６）では、２つ以上の外側ガス流路を通じて外側燃焼用酸素含有ガスを供給することで、外側燃焼用酸素含有ガスの流速や方向に分布をもたせることができ、内部保炎域及び外部保炎域の各々の着火及び保炎の安定化をより一層図れる。
【００１２】
（７）幾つかの実施形態では、上記構成（６）において、
前記２つ以上の外側ガス流路の少なくとも１つに配置された外側ガス流量調節器を更に備える。
上記構成（７）では、外側ガス流量調節器によって、外側ガス流量調節器が配置された外側ガス流路から流出する外側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節することができ、内部保炎域及び外部保炎域の各々の着火及び保炎の安定化をより一層図れる。
【００１３】
（８）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（７）の何れか１つにおいて、
前記内側ガスノズルは、前記軸線に沿う方向でみて前記軸線をそれぞれ囲む２つ以上の内側ガス流路を有し、
前記２つ以上の内側ガス流路のうち前記軸線に沿う方向でみて最も内側に位置する最内燃焼用ガス供給流路を流れる前記内側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節可能な流量調節器を更に備える。
【００１４】
上記構成（８）では、最内燃焼用ガス供給流路を流れる内側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節することによって、固体粉末燃料の性状にかかわらずに内部保炎域において還元状態を維持することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００１５】
（９）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（８）の何れか１つにおいて、
前記流速比調節機構を自動的に制御可能な制御装置を更に備える。
上記構成（９）では、制御装置によって流速比調節機構を自動的に制御することで、内部保炎域及び外部保炎域の各々の着火及び保炎の安定化を容易且つ確実に図れる。
【００１６】
（１０）幾つかの実施形態では、上記構成（９）において、
前記内側ガスノズルの出口部又は前記外側ガスノズルの出口部に設けられた圧力センサを更に備え、
前記制御装置は、前記圧力センサの出力に基づいて前記流速比調節機構を制御可能である。
上記構成（１０）では、制御装置が圧力センサの出力基づいて流速比調節機構を制御することによって、内部保炎域及び外部保炎域の各々の着火及び保炎の安定化を容易且つ確実に図れる。
【００１７】
（１１）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（１０）の何れか１つにおいて、
前記内側ガスノズルの出口部に配置されて前記内側燃焼用酸素含有ガスの流れを絞るように構成された内部保炎器、前記外側ガスノズルの出口部に配置されて前記外側燃焼用酸素含有ガスの流れが前記軸線から逸れるように構成された外部保炎器、及び、前記燃料供給ノズルの出口部を横切るように前記内側ガスノズルの出口部と前記外側ガスノズルの出口部との間をそれぞれ延びる複数の中間保炎器のうち少なくとも１つの保炎器と、
前記内側燃焼用酸素含有ガス、前記外側燃焼用酸素含有ガス又は前記混合流体のうち少なくとも一部を、前記少なくとも１つの保炎器の前記火炉側表面に沿って流れるように案内可能な案内部材と、を備える。
【００１８】
上記構成（１１）では、案内部材によって、内部保炎器、外部保炎器及び中間保炎器のうち少なくとも１つの保炎器の火炉側表面に沿って、内側燃焼用酸素含有ガス、外側燃焼用酸素含有ガス又は混合流体の一部を流すことで、少なくとも１つの保炎器を冷却することができるとともに、保炎器への灰付着の抑制が可能となる。
【００１９】
（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼装置は、
風箱と、
前記風箱によって覆われた上記構成（１）乃至（１１）の何れか１項に記載のバーナと
を備える。
上記構成（１２）の燃焼装置は、上記構成（１）乃至（１１）の何れか１つのバーナを採用することによって、内部保炎域及び外部保炎域の各々の着火及び保炎の安定化を図れる。
【００２０】
（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係るボイラは、
火炉と、
前記火炉に取り付けられた風箱と、
前記火炉に取り付けられ且つ前記風箱によって覆われた上記構成（１）乃至（１１）の何れか１項に記載のバーナと
を備える。
上記構成（１３）のボイラは、上記構成（１）乃至（１１）の何れか１つのバーナを採用することによって、内部保炎域及び外部保炎域の各々の着火及び保炎の安定化を図れる。
【００２１】
（１４）本発明の少なくとも一実施形態に係るバーナの制御方法は、
軸線を囲みながら該軸線に沿って延在し、内側燃焼用酸素含有ガスを火炉に供給可能な内側ガスノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記内側ガスノズルを囲み、固体粉末燃料と搬送用ガスの混合流体を前記火炉に供給可能な燃料供給ノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記燃料供給ノズルを囲み、外側燃焼用酸素含有ガスを前記火炉に供給可能な外側ガスノズルと、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速の相対的な流速比を調節可能な流速比調節機構と、を備え、
前記燃料供給ノズルの出口よりも下流にて、前記混合流体の前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流側と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流側に保炎域がそれぞれ形成されるように構成され、
前記内側ガスノズルは、前記軸線に沿う方向でみて前記軸線をそれぞれ囲む２つ以上の内側ガス流路を有し、
前記２つ以上の内側ガス流路のうち前記軸線に沿う方向でみて最も内側に位置する最内燃焼用ガス供給流路を流れる前記内側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節可能な流量調節器を更に備える、バーナの制御方法において、
前記固体粉末燃料の燃料比が閾値を超えている場合に、前記固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合よりも、前記流量調節器の開度を小さく設定する。
【００２２】
上記構成（１４）のバーナの制御方法によれば、燃料比が閾値を超えている場合に、固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合よりも、流量調節器の開度を小さく設定することによって、内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速を維持しながら、内側燃焼用酸素含有ガスの流量（総流量）を減らすことができる。この結果として、内部保炎域を維持してＮＯｘ生成を抑制することができる。
【００２３】
（１５）幾つかの実施形態では、上記構成（１４）において、
前記外側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節可能な外側ガス流量調節器を更に備え、
前記固体粉末燃料の燃料比が閾値を超えている場合に、前記固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合よりも、前記外側ガス流量調節器の開度を大きく設定する。
【００２４】
上記構成（１５）では、燃料比が閾値を超えている場合に、固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合よりも、外側ガス流量調節器の開度を大きく設定することによって、外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速の増大を抑制することができる。この結果として、外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速と内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速との差が確保され、内部保炎域をより確実に維持してＮＯｘ生成を抑制することができる。
【００２５】
（１６）幾つかの実施形態では、上記構成（１５）において、
前記外側ガスノズルは、前記軸線に沿う方向でみて前記燃料供給ノズルをそれぞれ囲む２つ以上の外側ガス流路を有し、
前記外側燃焼用酸素含有ガスは、前記２つ以上の外側ガス流路を通じて前記火炉に供給可能であり、
前記外側ガス流量調節器は、最も外側の外側ガス流路における前記外側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節可能であり、
前記固体粉末燃料の燃料比が閾値を超えている場合に、前記固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合よりも、前記外側ガス流量調節器の開度を大きく設定する。
【００２６】
上記構成（１６）では、外側ガス流量調節器が、最も外側の外側ガス流路における外側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節可能であって、固体粉末燃料の燃料比が閾値を超えている場合に、固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合よりも、外側ガス流量調節器の開度を大きく設定され、これとは逆に、固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合に、固体粉末燃料の燃料比が閾値を超えている場合よりも、外側ガス流量調節器の開度が小さく設定される。このように、固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合に、外側ガス流量調節器の開度が小さく設定されることで、外側燃焼用酸素含有ガスの総流量が減少しても、外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速を維持することができる。この結果として、外側循環渦が弱くなることが防止され、外部保炎域における着火及び保炎の安定性が確保される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、簡単な構成にて、内部保炎域における着火及び保炎の安定化を図れるバーナ、燃焼装置、ボイラ及びバーナの制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るボイラの構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るバーナを、火炉に取り付けられた状態にて概略的に示す断面図及び正面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るバーナの機能を説明するための図である。
【図４】本発明の他の一実施形態に係るバーナを、火炉に取り付けられた状態にて概略的に示す断面図及び正面図である。
【図５】本発明の他の一実施形態に係るバーナを、火炉に取り付けられた状態にて概略的に示す断面図及び正面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るバーナの機能を説明するための図である。
【図７】本発明の他の一実施形態に係るバーナを、火炉に取り付けられた状態にて概略的に示す断面図である。
【図８】本発明の他の一実施形態に係るバーナを、火炉に取り付けられた状態にて概略的に示す断面図である。
【図９】本発明の他の一実施形態に係るバーナを、火炉に取り付けられた状態にて概略的に示す断面図及び正面図である。
【図１０】バーナに制御装置を適用した他の一実施形態を説明するための図である。
【図１１】バーナに適用可能な案内部材の構成を説明するための図である。
【図１２】バーナに適用可能な案内部材の構成を説明するための図である。
【図１３】バーナに適用可能な案内部材の構成を説明するための図である。
【図１４】図１３中のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う概略的な断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係るバーナの制御方法の概略的な手順を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の他の一実施形態に係るバーナの制御方法の概略的な手順を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の他の一実施形態に係るバーナの制御方法の概略的な手順を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の他の一実施形態に係るバーナの制御方法の概略的な手順を示すフローチャートである。
【図１９】バーナに制御装置を適用した他の一実施形態を説明するための図である。
【図２０】バーナに制御装置を適用した他の一実施形態を説明するための図である。
【図２１】図５のバーナの変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３０】
図１は、本発明の一実施形態に係るボイラ１の構成を概略的に示す図である。図１に示すように、ボイラ１は、火炉５と、火炉５に取り付けられた燃焼装置１０とを備える。燃焼装置１０は、固体粉末燃料及び酸素含有ガスを火炉５に供給可能であり、固体粉末燃料が火炉５の内部で燃焼することによって高温ガス（燃焼ガス）が生成される。高温ガスは、図示しない節炭器、過熱器及び再熱器等の熱交換器を介して、熱媒体としての水を加熱し、これにより得られた蒸気を利用して、例えば図示しないタービン発電機を作動させることができる。
ここで、固体粉末燃料とは、石炭、オイルコークス、固体状バイオマスなどの単体或いは混合物を粉砕した微粉状の燃料をいう。
【００３１】
燃焼装置１０は、火炉５に取り付け可能な少なくとも１つのバーナ２０と、バーナ２０を囲むように火炉５に取り付け可能な風箱２２とを備える。
【００３２】
図２は、本発明の一実施形態に係るバーナ２０（２０ａ）を、火炉５に取り付けられた状態にて概略的に示す断面図及び正面図である。図３は、バーナ２０ａの機能を説明するための図である。図４及び図５は、本発明の他の一実施形態に係るバーナ２０（２０ｂ,２０ｃ）を、火炉５に取り付けられた状態にて概略的に示す断面図及び正面図である。図６は、バーナ２０ｃの機能を説明するための図である。図７及び図８は、本発明の他の一実施形態に係るバーナ２０（２０ｄ,２０ｅ）を、火炉５に取り付けられた状態にて概略的に示す断面図である。図９は、本発明の他の一実施形態に係るバーナ２０（２０ｆ）を、火炉５に取り付けられた状態にて概略的に示す断面図及び正面図である。
【００３３】
図２、図４、図５、及び、図７〜図９にそれぞれ示したように、バーナ２０（２０ａ〜２０ｆ）は、内側ガスノズル２４と、燃料供給ノズル２６と、外側ガスノズル２８と、流速比調節機構３０とを備える。
内側ガスノズル２４は、軸線３２を囲みながら該軸線３２に沿って延在し、内側燃焼用酸素含有ガス３４を火炉５に供給可能である。軸線３２は、火炉５の外壁に対し直交していても傾斜していてもよい。内側燃焼用酸素含有ガス３４は例えば空気である。また、例えば、排ガスを再循環させて、これに酸素を混合させて燃焼用ガスとして用いる酸素燃焼を適用する場合には、燃焼用酸素含有ガスは二酸化炭素と酸素が主体の混合ガスとなる。
燃料供給ノズル２６は、軸線３２に沿う方向でみたときに内側ガスノズル２４を囲み、固体粉末燃料と搬送用ガスの混合流体３６を火炉５に供給可能である。固体粉末燃料は例えば微粉炭であり、搬送用ガスは例えば空気である。
【００３４】
外側ガスノズル２８は、軸線３２に沿う方向でみたときに燃料供給ノズル２６を囲み、外側燃焼用酸素含有ガス３８を火炉５に供給可能である。外側燃焼用酸素含有ガス３８は例えば空気である。
流速比調節機構３０は、内側燃焼用酸素含有ガス３４の噴出流速Ｆｃと外側燃焼用酸素含有ガス３８の噴出流速Ｆｏの相対的な流速比を調節可能である。
そして、バーナ２０は、燃料供給ノズル２６の出口よりも下流にて、混合流体３６の噴出流の内側燃焼用酸素含有ガス３４側及び外側燃焼用酸素含有ガス３８側に、内部保炎域４０ａ及び外部保炎域４０ｂがそれぞれ形成されるように構成されている。なお、内部保炎域４０ａ及び外部保炎域４０ｂとは、固体粉末燃料が着火して燃焼する領域である。内部保炎域４０ａ及び外部保炎域４０ｂは、燃料供給ノズル２６の出口の直下流に形成される。
【００３５】
上記したバーナ２０を用いた場合、図３又は図６に示したように、燃料供給ノズル２６から噴出した混合流体３６と内側ガスノズル２４から噴出した内側燃焼用酸素含有ガス３４との間には内側循環渦４２ａが形成される。内側循環渦４２ａを強くすれば、内側循環渦４２ａによって、燃料供給ノズル２６に向かう高温ガスの流れ（内側高温ガス循環流４４ａ）の流量が増加し、内側高温ガス循環流４４ａの熱によって、内側燃焼用酸素含有ガス３４側の内部保炎域４０ａにおける着火及び保炎の安定化を図れる。
一方、燃料供給ノズル２６から噴出した混合流体３６と外側ガスノズル２８から噴出した外側燃焼用酸素含有ガス３８との間には外側循環渦４２ｂが形成される。外側循環渦４２ｂを強くすれば、外側循環渦４２ｂによって、燃料供給ノズル２６に向かう高温ガスの流れ（外側高温ガス循環流４４ｂ）の流量が増加し、外側高温ガス循環流４４ｂの熱によって、外側燃焼用酸素含有ガス３８側の外部保炎域４０ｂにおける着火及び保炎の安定化を図れる。
【００３６】
ここで、外部保炎域４０ｂは、内部保炎域４０ａよりも、周囲からの輻射等により着火や保炎が安定し易く、内部保炎域４０ａ及び外部保炎域４０ｂの各々における着火及び保炎の安定化に必要な内側燃焼用酸素含有ガス３４の噴出流速Ｆｃ及び外側燃焼用酸素含有ガス３８の噴出流速Ｆｏが必ずしも相互に一致しない。この点、上記したバーナ２０によれば、流速比調節機構３０によって、内側燃焼用酸素含有ガス３４の噴出流速Ｆｃと外側燃焼用酸素含有ガス３８の噴出流速Ｆｏの相対的な流速比を調節することによって、内部保炎域４０ａ及び外部保炎域４０ｂの各々の着火及び保炎の安定化を図れる。
なお、内側燃焼用酸素含有ガス３４の噴出流速Ｆｃと外側燃焼用酸素含有ガス３８の噴出流速Ｆｏの相対的な流速比を調節可能であれば、国際公開第９８／０３８１９号に記載された内部保炎用空気ノズルを設けなくても、内部保炎域４０ａ及び外部保炎域４０ｂの各々の着火及び保炎の安定化を図れる。
【００３７】
幾つかの実施形態では、内側ガスノズル２４、燃料供給ノズル２６、及び、外側ガスノズル２８は多重管構造を有している。内側ガスノズル２４は、筒形状の部材によって構成され、当該筒形状の部材の内部を内側燃焼用酸素含有ガス３４が流動可能である。燃料供給ノズル２６は、内側ガスノズル２４を囲む２つの筒形状の部材によって構成され、当該２つの筒形状の部材の間を混合流体３６が流動可能である。外側ガスノズル２８は、燃料供給ノズル２６を囲む２つの筒形状の部材によって構成され、当該２つの筒形状の部材の間を外側燃焼用酸素含有ガス３８が流動可能である。
【００３８】
内側ガスノズル２４の筒形状の部材（外壁）と燃料供給ノズル２６の内側の筒形状の部材（内壁）は、共通であっても、相互に接合されたものであってもよい。同様に、燃料供給ノズル２６の外側の筒形状の部材（外壁）と外側ガスノズル２８の内側の筒形状の部材（内壁）とは、共通であっても、相互に接合されたものであってもよい。
なお、本明細書において、筒形状とは、図２、図４及び図５に示したような円筒形状に限定されず、図９に示したような多角形筒形状も含むものとする。
【００３９】
幾つかの実施形態では、バーナ２０（２０ａ〜２０ｆ）は、図２、図４、図５、及び、図７〜図９にそれぞれ示したように、内部保炎器４６及び外部保炎器４８を更に備える。
内部保炎器４６は、内側ガスノズル２４の出口部に配置され、内側燃焼用酸素含有ガス３４の流れを絞るように構成されている。
外部保炎器４８は、外側ガスノズル２８の出口部に配置され、外側燃焼用酸素含有ガス３８の流れが軸線３２から逸れるように構成されている。
【００４０】
上記したバーナ２０では、内部保炎器４６によって内側燃焼用酸素含有ガス３４が絞られることで内側燃焼用酸素含有ガス３４の噴出流と混合流体３６の噴出流の間に、内側循環渦４２ａが形成され易くなる一方、外部保炎器４８によって外側燃焼用酸素含有ガス３８が軸線３２から逸れることで外側燃焼用酸素含有ガス３８が拡がり、外側燃焼用酸素含有ガス３８の噴出流と前記混合流体３６の噴出流の間に外側循環渦４２ｂが形成され易くなる。これにより、内部保炎域４０ａ及び外部保炎域４０ｂの各々の着火及び保炎の安定化を図れる。
なお、バーナ２０が内部保炎器４６及び外部保炎器４８を更に備えている場合には、バーナ２０にとって、内部保炎域４０ａ及び外部保炎域４０ｂをそれぞれ形成するための他の構成は必須ではない。
【００４１】
幾つかの実施形態では、内部保炎器４６は、内側ガスノズル２４の出口部の周縁から内側に向かって延びる板形状の部材によって構成される。
幾つかの実施形態では、外部保炎器４８は、外側ガスノズル２８の出口部の周縁から外側に向かって延びる板形状の部材によって構成される。
なお本明細書においては、特に断らない限り、内側とは、軸線３２に対し交差する方向（径方向）にて軸線３２に近い側をさし、外側とは、軸線３２から遠い側をさすものとする。
【００４２】
幾つかの実施形態では、流速比調節機構３０は、内側燃焼用酸素含有ガス３４の流路に配置されたダンパによって構成される。内側燃焼用酸素含有ガス３４の流路の入口は風箱２２の内部に開口し、内側燃焼用酸素含有ガス３４の流路の出口は、内側ガスノズル２４の出口によって構成されている。一方、外側燃焼用酸素含有ガス３８の流路の入口は風箱２２の内部に開口し、外側燃焼用酸素含有ガス３８の流路の出口は外側ガスノズル２８の出口によって構成されている。
この構成によれば、内側燃焼用酸素含有ガス３４の流路及び外側燃焼用酸素含有ガス３８の流路の入口が同一のガス供給源である風箱２２に接続されているので、内側燃焼用酸素含有ガス３４の流路に配置されたダンパによって、簡単な構成にて確実に、内側燃焼用酸素含有ガス３４の噴出流速Ｆｃと外側燃焼用酸素含有ガス３８の噴出流速Ｆｏの相対的な流速比を調節可能である。
【００４３】
幾つかの実施形態では、図４、図５、図７及び図８に示したように、バーナ２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅは複数の中間保炎器５０を更に備える。複数の中間保炎器５０は、燃料供給ノズル２６の出口部を横切るように内側ガスノズル２４の出口部と外側ガスノズル２８の出口部との間をそれぞれ延びている。複数の中間保炎器５０は、軸線３２に沿う方向でみて相互に離間しており、中間保炎器５０同士の間を通じて、混合流体３６は燃料供給ノズル２６から噴出可能である。
【００４４】
上記したバーナ２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅでは、中間保炎器５０が燃料供給ノズル２６の出口部を横切るように延びており、外部保炎域４０ｂから内部保炎域４０ａに向かって、中間保炎器５０に沿って高温ガスが流れることができる。これにより、内部保炎域４０ａの温度を上昇させることができ、内部保炎域４０ａの着火及び保炎の安定化をより一層図れる。
幾つかの実施形態では、中間保炎器５０は、燃料供給ノズル２６の出口部を横切るように配置された板形状の部材によって構成される。
【００４５】
幾つかの実施形態では、バーナ２０は、内側燃焼用酸素含有ガス３４の噴出流速Ｆｃが外側燃焼用酸素含有ガス３８の噴出流速Ｆｏより速くなるように構成されている。
上記したバーナ２０では、内側燃焼用酸素含有ガス３４の噴出流速Ｆｃが、外側燃焼用酸素含有ガス３８の噴出流速Ｆｏよりも速いことにより、外部保炎域４０ｂから内部保炎域４０ａに向かって流れる高温ガスの流量が増加し、内部保炎域４０ａの着火及び保炎の安定化を確実に図れる。
【００４６】
幾つかの実施形態では、図５、図７及び図８に示したように、外側ガスノズル２８は、軸線３２に沿う方向でみて燃料供給ノズル２６をそれぞれ囲む２つ以上の外側ガス流路２８ａ，２８ｂ，２８ｃを有する。この場合、外側燃焼用酸素含有ガス３８は、２つ以上の外側ガス流路２８ａ，２８ｂ，２８ｃを通じて火炉５に供給される。
【００４７】
上記したバーナ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅでは、２つ以上の外側ガス流路２８ａ，２８ｂ，２８ｃを通じて外側燃焼用酸素含有ガス３８を供給することで、外側燃焼用酸素含有ガス３８の流速や方向に分布をもたせることができ、内部保炎域４０ａ及び外部保炎域４０ｂの各々の着火及び保炎の安定化をより一層図れる。
なお、例えば、２つ以上の外側ガス流路２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、外側ガスノズル２８の内部に１つ以上の筒形状の部材を配置することにより形成可能である。
【００４８】
幾つかの実施形態では、バーナ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅは、２つ以上の外側ガス流路２８ａ，２８ｂ，２８ｃの少なくとも１つに配置された外側ガス流量調節器５２を更に備える。
上記したバーナ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅでは、外側ガス流量調節器５２によって、外側ガス流路２８ａ，２８ｂ，２８ｃのうち外側ガス流量調節器５２が配置された外側ガス流路から流出する外側燃焼用酸素含有ガス３８の流量を調節することができる。これによって、内部保炎域４０ａ及び外部保炎域４０ｂの各々の着火及び保炎の安定化をより一層図れる。
なお例えば、外側ガス流量調節器５２は、可動ベーンやダンパによって構成される。
【００４９】
幾つかの実施形態では、図５、図７及び図８に示したように、２つ以上の外側ガス流路２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、軸線３２に沿う方向でみて燃料供給ノズル２６側に位置する第１外側ガス流路２８ａと、第１外側ガス流路２８ａを介して燃料供給ノズル２６を囲む第２外側ガス流路２８ｂとを含む。そして、バーナ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅは、第２外側ガス流路２８ｂの出口部に設置され、外側燃焼用酸素含有ガス３８のうち第２外側ガス流路２８ｂを通過した流れを軸線３２から徐々に逸らすように構成された第２外側ガス案内板５４を更に備える。
上記したバーナ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅでは、第２外側ガス流路２８ｂを流れる外側燃焼用酸素含有ガス３８によって、外側循環渦４２ｂが大きくなり、外部保炎域４０ｂの着火及び保炎の安定化をより一層図れる。外側燃焼用酸素含有ガス３８の流れが広がることで、内部保炎域４０ａ及び外部保炎域４０ｂに亘る還元域が大きくなり、ＮＯｘ生成が抑制される。
幾つかの実施形態では、第２外側ガス案内板５４は、円錐台形状の部材によって構成されている。
【００５０】
幾つかの実施形態では、図５、図７及び図８に示したように、バーナ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅは、第２外側ガス流路２８ｂに配置された旋回付与機構５６を更に備える。
上記したバーナ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅによれば、第２外側ガス流路２８ｂを流れる外側燃焼用酸素含有ガス３８に旋回成分を付与することによって、外側循環渦４２ｂが大きくなり、外部保炎域４０ｂの着火及び保炎の安定化をより一層図れる。また、第２外側ガス流路２８ｂを流れる外側燃焼用酸素含有ガス３８に旋回成分を付与することによって、外側循環渦４２ｂがさらに拡大され外部保炎域４０ｂの着火及び保炎の安定化がさらに促進されるとともに、内部保炎域４０ａ及び外部保炎域４０ｂに亘る還元域がさらに大きくなり、ＮＯｘ生成がさらに抑制される。
なお、旋回付与機構５６は、固定されていても可動であってもよい。例えば旋回付与機構５６は、固定ベーンや可動ベーンによって構成される。
幾つかの実施形態では、図８に示したように、バーナ２０ｅは、第３外側ガス流路２８ｃに配置された旋回付与機構５６を更に備える。
【００５１】
図１０は、バーナ２０に制御装置６０を適用した他の一実施形態を説明するための図である。幾つかの実施形態では、図１０に示したように、バーナ２０は制御装置６０を更に備える。制御装置６０は、流速比調節機構３０を自動的に制御可能である。
上記したバーナ２０では、制御装置６０によって流速比調節機構３０を自動的に制御することで、内部保炎域４０ａ及び外部保炎域４０ｂの各々の着火及び保炎の安定化を容易且つ確実に図れる。
【００５２】
幾つかの実施形態では、バーナ２０は、図１０に示したように、内側ガスノズル２４の出口部又は外側ガスノズル２８の出口部に設けられた圧力センサ６２ａ，６２ｂを更に備える。そして、制御装置６０は、圧力センサ６２ａ，６２ｂの出力に基づいて流速比調節機構３０を制御可能である。
上記したバーナ２０では、制御装置６０が圧力センサ６２ａ，６２ｂの出力基づいて流速比調節機構３０を制御することによって、内部保炎域４０ａ及び外部保炎域４０ｂの各々の着火及び保炎の安定化を容易且つ確実に図れる。
【００５３】
幾つかの実施形態では、制御装置６０はコンピュータによって構成される。制御装置６０は図示しない駆動装置を介して、流速比調節機構３０を制御可能である。駆動装置は、例えば、電磁アクチュエータ又は油圧アクチュエータによって構成される。
【００５４】
幾つかの実施形態では、図５、図７及び図８に示したように、バーナ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅは、濃縮器６６を更に備える。濃縮器６６は、燃料供給ノズル２６内に配置され、燃料供給ノズル２６の出口部にて混合流体３６の流れの内側燃焼用酸素含有ガス３４側及び外側燃焼用酸素含有ガス３８側に固体粉末燃料の濃度が相対的に高い領域を形成するように構成されている。つまり、濃縮器６６は、混合流体３６の流れの内側及び外側に、内側と外側の中間よりも、固体粉末燃料の濃度が相対的に高い領域を形成するように構成されている。
【００５５】
上記したバーナ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅでは、濃縮器６６によって、内側燃焼用酸素含有ガス３４側及び外側燃焼用酸素含有ガス３８側に固体粉末燃料の濃度が高い領域を形成することができ、内部保炎域４０ａ及び外部保炎域４０ｂの各々の着火及び保炎の安定化をより一層図れる。
幾つかの実施形態では、濃縮器６６は、燃料供給ノズル２６の内壁を囲むように配置された部材であって、燃料供給ノズル２６の内壁と外壁との間に、これら内壁及び外壁の各々と隙間を存して配置された部材によって構成される。当該部材によれば、混合流体３６を内壁側と外壁側とに分離することができ、搬送用ガスに比べて比重が大である固体粉末燃料を、内壁側と外壁側に偏らせることができる。
例えば、濃縮器６６は、環形状の部材によって構成され、図示しない支持部材によって支持される。
【００５６】
図１１は、バーナ２０に適用可能な案内部材７０の構成を説明するための図である。図１１に示したように、案内部材７０は、内側燃焼用酸素含有ガス３４のうち少なくとも一部を、内部保炎器４６の火炉５側表面に沿って流れるように案内するように構成される。
上記した案内部材７０によれば、内部保炎器４６の火炉５側表面に沿って内側燃焼用酸素含有ガス３４の一部を流すことで、内部保炎器４６を冷却することができるとともに内部保炎器４６への灰付着の抑制を可能とする。
【００５７】
例えば、案内部材７０は、燃料供給ノズル２６の出口部の開口縁から内側に向かって突出する環形状の鍔部によって構成される。内部保炎器４６は、環形状の板によって構成され、燃料供給ノズル２６の出口部の内部に配置されている。内部保炎器４６は、案内部材７０よりも内側に突出した状態で、例えば支持部材７１によって支持されている。そして、内部保炎器４６と燃料供給ノズル２６の内壁との間には隙間７２が確保され、内部保炎器４６と案内部材７０との間には隙間７３が確保されている。内側燃焼用酸素含有ガス３４の一部は、これら隙間７２，７３を通じて流れ、内部保炎器４６の火炉５側表面に沿って流れることができる。
なお、本明細書において、環形状という表現には、円形状の外に、多角形状等も含まれるものとする。
【００５８】
図１２は、バーナ２０に適用可能な案内部材７６の構成を説明するための図である。図１２に示したように、案内部材７６は、外側燃焼用酸素含有ガス３８のうち少なくとも一部を、外部保炎器４８の火炉５側表面に沿って流れるように案内するように構成される。
上記した案内部材７６によれば、外部保炎器４８の火炉５側表面に沿って外側燃焼用酸素含有ガス３８の一部を流すことで、外部保炎器４８を冷却することができるとともに外部保炎器４８への灰付着の抑制を可能とする。
【００５９】
例えば、図１２に示したように、案内部材７６は、外側ガスノズル２８の出口部にて、外側ガスノズル２８の内壁の端縁から外側に向かって突出する鍔部によって構成される。外部保炎器４８は、環形状の板によって構成され、外側ガスノズル２８の出口部の内部に配置されている。外部保炎器４８は、案内部材７６よりも外側に突出した状態で、例えば支持部材７７によって支持されている。そして、外部保炎器４８と外側ガスノズル２８の内壁との間には隙間７８が確保され、外部保炎器４８と案内部材７６との間には隙間７９が確保されている。外側燃焼用酸素含有ガス３８の一部は、これら隙間７８，７９を通じて流れ、外部保炎器４８の火炉５側表面に沿って流れることができる。
【００６０】
図１３及び図１４は、バーナ２０に適用可能な案内部材８２の構成を説明するための図であり、図１３は、案内部材８２が適用されたバーナ２０の概略的な正面図であり、図１４は、図１３中のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う概略的な断面図である。
図１４に示したように、案内部材８２は、混合流体３６のうち少なくとも一部を、中間保炎器５０の火炉５側表面に沿って流れるように案内するように構成される。
上記した案内部材８２によれば、中間保炎器５０の火炉５側表面に沿って混合流体３６の一部を流すことで、中間保炎器５０を冷却することができるとともに中間保炎器５０への灰付着の抑制を可能とする。
【００６１】
例えば、図１３及び図１４に示したように、案内部材８２は、中間保炎器５０の火炉５側の表面の一部を覆うように、燃料供給ノズル２６を横切って延びる板によって形成される。中間保炎器５０は、案内部材８２によって覆われる位置にスリット８４を有し、混合流体３６の一部は、スリット８４を通過することができる。そして、スリット８４を通過した混合流体３６は、案内部材８２に衝突して曲がり、中間保炎器５０の火炉５側の表面に沿って流れ、中間保炎器５０を冷却することができるとともに中間保炎器５０への灰付着の抑制を可能とする。
また、図１３及び図１４に示したように、案内部材８２が中間保炎器５０の中央部を覆っている場合、外側高温ガス循環流４４ｂの両側に外側循環渦４２ｃが形成され、外部保炎域４０ｂにおける着火及び保炎をより一層安定させることができる。
【００６２】
幾つかの実施形態では、図７及び図８に示したように、内側ガスノズル２４は、軸線３２に沿う方向でみて軸線３２をそれぞれ囲む２つ以上の内側ガス流路２４ａ，２４ｂを有する。そして、バーナ２０ｄ，２０ｅは、２つ以上の内側ガス流路２４ａ，２４ｂのうち軸線３２に沿う方向でみて軸線３２に最も近い最内ガス流路２４ａを流れる内側燃焼用酸素含有ガス３４の流量を調節可能な流量調節器８８を更に備える。
例えば、２つ以上の内側ガス流路２４ａ，２４ｂは、内側ガスノズル２４の内部に１つ以上の筒形状の部材を配置することにより形成可能である。また、流量調節器８８は、最内ガス流路２４ａを形成する壁の開口を開閉可能な扉によって構成可能である。
【００６３】
上記したバーナ２０ｄ，２０ｅでは、最内ガス流路２４ａを流れる内側燃焼用酸素含有ガス３４の流量を調節することによって、固体粉末燃料の性状にかかわらずに内部保炎域４０ａにおいて還元状態を維持することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
ここで、固体粉末燃料の性状としては、例えば、石炭の燃料比をあげることができる。石炭の燃料比は、石炭にそれぞれ含まれる固定炭素と揮発分の比であり、燃料比が高いほど、揮発分が少ない。高燃料比の石炭を用いた場合、揮発分が少ないため、内側燃焼用酸素含有ガス３４の流量が多いと、還元が弱くなり、ＮＯｘ生成量が増加してしまう。しかしながら、内側燃焼用酸素含有ガス３４の流量を単に減少させた場合、内側燃焼用酸素含有ガス３４の噴出流速Ｆｃが低下し、内部保炎域４０ａの形成が困難になるおそれがある。
【００６４】
そこで、バーナ２０ｄ，２０ｅでは、石炭の燃料比が高い場合（高燃料比の場合）には、石炭の燃料比が低い場合（中低燃料比の場合）に比べ、最内ガス流路２４ａを流れる内側燃焼用酸素含有ガス３４の流量を減らすように流量調節器８８が制御される。これにより、内側燃焼用酸素含有ガス３４の噴出流速Ｆｃを維持しながら、内側燃焼用酸素含有ガス３４の流量（総流量）を減らすことができ、結果として、内部保炎域４０ａを維持してＮＯｘ生成を抑制することができる。
【００６５】
図１５は、上述した流量調節器８８を備えるバーナ２０ｄ，２０ｅに適用可能な制御方法の概略的な手順を示すフローチャートである。図１５に示したように、バーナ２０ｄ，２０ｅの制御方法は、燃料比を取得するステップＳ１０と、燃料比が高いか否かを判定するステップＳ１２と、高燃料比である場合に流量調節器８８の開度を小さく設定するステップＳ１４と、中低燃料比である場合に流量調節器８８の開度を大きく設定するステップＳ１６とを備えている。
燃料比が高いか否かは、燃料比が閾値を超えているか否かで判定することができる。例えば、石炭の燃料比が高い（高燃料比）とは、燃料比がおよそ２以上であることをさし、石炭の燃料比が低い（中低燃料比）とは、燃料比がおよそ２未満であることをさすものとする。この閾値は、燃料の種類や粉末燃料の粒度にも依存し、燃焼試験炉での試験結果などに基づき決定してよい。
【００６６】
ここで、内側燃焼用酸素含有ガス３４と外側燃焼用酸素含有ガス３８の供給源が同じであるときに、高燃料比の場合に内側燃焼用酸素含有ガス３４の流量を減らすと、相対的に、外側燃焼用酸素含有ガス３８の流量が増大することになる。そして、外側燃焼用酸素含有ガス３８の流量が増大した場合、外側燃焼用酸素含有ガス３８の噴出流速Ｆｏが速くなり、外側燃焼用酸素含有ガス３８の噴出流速Ｆｏと内側燃焼用酸素含有ガス３４の噴出流速Ｆｃとの間の差が小さくなり、内部保炎域４０ａにおける着火及び保炎の安定性が低下する虞がある。特に、中間保炎器５０を採用し、外部保炎域４０ｂと内部保炎域４０ａの圧力差を利用して、外部保炎域４０ｂから内部保炎域４０ａに向かう高温ガスの流れを形成している場合、この虞が強くなる。
このような点を考慮し、幾つかの実施形態では、高燃料比の場合に外側燃焼用酸素含有ガス３８の噴出流速Ｆｏが最適になるよう、外側ガスノズル２８の流路面積に十分な大きさが予め与えられる。そして、中低燃料比の場合には、外側ガス流量調節器５２によって、外側燃焼用酸素含有ガス３８の流量（総流量）が減少させられ、この減少分に対応する量にて、内側燃焼用酸素含有ガス３４の流量（総流量）が増加させられる。
【００６７】
図１６は、上述した流量調節器８８を備えるバーナ２０ｄ，２０ｅに適用可能な制御方法の概略的な手順を示すフローチャートである。図１６に示した制御方法は、高燃料比である場合に、外側ガスノズル２８の流路面積を大きくするステップ、すなわち、外側ガス流量調節器５２の開度を大きくするステップＳ１８と、中低燃料比である場合に、外側ガスノズル２８の流路面積を小さくするステップ、すなわち外側ガス流量調節器５２の開度を小さくするステップＳ２０と、を更に備えている。
【００６８】
幾つかの実施形態では、図７に示したように外側ガスノズル２８が第１外側ガス流路２８ａ及び第２外側ガス流路２８ｂを有するバーナ２０ｄにおいて、中低燃料比の場合に外側燃焼用酸素含有ガス３８の流量を減らす際に、第２外側ガス流路２８ｂにおける外側燃焼用酸素含有ガス３８の流量の減少率が、第１外側ガス流路２８ａにおける外側燃焼用酸素含有ガス３８の流量の減少率よりも大きくなるように、外側ガス流量調節器５２が操作される。
【００６９】
図１７は、上述した流量調節器８８を備えるバーナ２０ｄに適用可能な制御方法の概略的な手順を示すフローチャートである。図１７に示した制御方法では、外側ガス流量調節器５２の開度を大きくするステップＳ１８において、第２外側ガス流路２８ｂのための外側ガス流量調節器５２の開度が大きくされ、外側ガス流量調節器５２の開度を小さくするステップＳ２０において、第２外側ガス流路２８ｂのための外側ガス流量調節器５２の開度が小さくされる。
【００７０】
またここで、内側燃焼用酸素含有ガス３４と外側燃焼用酸素含有ガス３８の供給源が同じであるときに、中低燃料比の場合に外側燃焼用酸素含有ガス３８の流量（総流量）を減少させると、外側燃焼用酸素含有ガス３８の噴出流速Ｆｏが低下し、外側循環渦４２ｂが弱くなる虞がある。そしてこの結果として、外部保炎域４０ｂにおける着火及び保炎の安定性が低下する虞がある。
このような点を考慮し、幾つかの実施形態では、図８に示したように外側ガスノズル２８が第１外側ガス流路２８ａ、第２外側ガス流路２８ｂ、及び、第３外側ガス流路２８ｃを有するバーナ２０ｅにおいて、中低燃料比の場合に外側燃焼用酸素含有ガス３８の流量（総流量）を減らす際に、第２外側ガス流路２８ｂにおける外側燃焼用酸素含有ガス３８の流量の減少率に比べ、第３外側ガス流路２８ｃにおける外側燃焼用酸素含有ガス３８の流量の減少率が大きくなるよう、外側ガス流量調節器５２が操作される。換言すれば、外側ガスノズル２８が複数の外側ガス流路を有する場合に、最外の外側ガス流路における外側燃焼用酸素含有ガス３８の流量の減少率が最も大きくなるように、外側ガス流量調節器５２が操作される。これにより、中低燃料比の場合に、外側燃焼用酸素含有ガス３８の噴出流速Ｆｏの減少を抑制することができ、外側循環渦４２ｂが弱くなることを抑制することができる。
【００７１】
図１８は、上述した流量調節器８８を備えるバーナ２０ｅに適用可能な制御方法の概略的な手順を示すフローチャートである。図１８に示した制御方法では、外側ガス流量調節器５２の開度を大きくするステップＳ１８において、第３外側ガス流路２８ｃのための外側ガス流量調節器５２の開度が大きくされ、外側ガス流量調節器５２の開度を小さくするステップＳ２０において、第３外側ガス流路２８ｃのための外側ガス流量調節器５２の開度が小さくされる。
【００７２】
幾つかの実施形態では、制御装置６０は、図１９及び図２０に示したように、図示しない駆動装置を介して、流速比調節機構３０、流量調節器８８及び外側ガス流量調節器５２を制御可能であり、図１５〜図１８に示した制御方法を自動的に実行可能である。制御装置６０には、固体粉末燃料の燃料比が自動又は手動により入力可能である。
なお、流速比調節機構３０、流量調節器８８及び外側ガス流量調節器５２は、手動で操作するものであってもよい。
【００７３】
幾つかの実施形態では、図５、図７及び図８に示したように、バーナ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅは、軸線３２に沿って配置される油ノズル９０を更に備える。油ノズル９０は、バーナ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの起動時に用いられる。
【００７４】
幾つかの実施形態では、固体粉末燃料は微粉炭であり、図１に示したように、ボイラ１に併設されたミル９２が石炭を粉砕することによって、微粉炭が得られる。微粉炭は、送風機９４から送られてきた搬送用ガスによって運ばれ、バーナ２０の燃料供給ノズル２６に供給される。一方、風箱２２には、送風機９６から酸素含有ガスが送られる。搬送用ガス及び酸素含有ガスは例えば空気である。なお、搬送用ガスの一部及び酸素含有ガスは、加熱器９８によって適当な温度まで加熱可能である。加熱器９８はボイラ１に組み込まれていてもよい。
幾つかの実施形態では、火炉５に対し、バーナ２０の上方に、酸素含有ガスを供給可能な追加燃焼用ガスノズル１００が取り付けられる。
【００７５】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。
例えば、内部保炎器４６は内側燃焼用酸素含有ガス３４の流れを絞るように構成されていればよく、内部保炎器４６の大きさ、形状及び配置等は図２等に例示したものに限定されることはない。ここで、図２１は、バーナ２０ｃの変形例であるバーナ２０ｇの構成を概略的に示している。バーナ２０ｇでは、内部保炎器４６を構成する板状部材が、内側ガスノズル２４の出口部の周縁に対し、直角以外の角度、例えば９０度超の鈍角をもって連なっている。この外、内部保炎器４６を構成する板状部材は、外部保炎器４８を構成する板状部材に対し一体に連なっていてもよい。
一方、外部保炎器４８は、外側ガスノズル２８の出口部に配置され、外側燃焼用酸素含有ガス３８の流れが軸線３２から逸れるように構成されていればよく、外部保炎器４８の大きさ、形状及び配置等は図２等に例示したものに限定されることはない。例えば、前述したように外部保炎器４８を構成する板状部材は内部保炎器４６を構成する板状部材に対し一体に連なっていてもよく、又、外側ガスノズル２８の出口部の周縁に対し、直角以外の角度、例えば９０度超の鈍角をもって連なっていてもよい。更に、外部保炎器４８は、図２１に示したように、断面Ｌ字形状の板状部材によって構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１        ボイラ
５        火炉
１０      燃焼装置
２０      バーナ
２２      風箱
２４      内側ガスノズル
２４ａ，２４ｂ    内側ガス流路
２６      燃料供給ノズル
２８      外側ガスノズル
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ    外側ガス流路
３０      流速比調節機構
３２      軸線
３４      内側燃焼用酸素含有ガス
３６      混合流体
３８      外側燃焼用酸素含有ガス
４０ａ    内部保炎域
４０ｂ    外部保炎域
４２ａ    内側循環渦
４２ｂ    外側循環渦
４４ａ    内側高温ガス循環流
４４ｂ    外側高温ガス循環流
４６      内部保炎器
４８      外部保炎器
５０      中間保炎器
５２      外側ガス流量調節器
５４      第２外側ガス案内板
５６      旋回付与機構
６０      制御装置
６２ａ，６２ｂ      圧力センサ
６４      駆動装置
６６      濃縮器
７０      案内部材
７１      支持部材
７２      隙間
７３      隙間
７６      案内部材
７７      支持部材
７８      隙間
７９      隙間
８２      案内部材
８３      支持部材
８４      隙間
８５      隙間
８８      流量調節器
９０      油ノズル
９２      ミル
９４      送風機
９６      送風機
９８      加熱器
１００    追加燃焼用ガスノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
0006632226.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0006632226.tif 000007
【図７】
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【図８】
0006632226.tif 000009
【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】
0006632226.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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