(57)【要約】【課題】揺動可能とされたバーナノズルと一次流体の供給路との繋ぎ目におけるシール性を高めて、二次流体の流量がより少ない場合にも一次流体の漏れを防止するとともに、バーナノズルの外側から漏れ出る二次流体の漏れ量を削減して、燃焼の安定化を得て燃焼効率の向上を実現する微粉燃料燃焼バーナ及びこれを備えた微粉燃料燃焼システムを提供することを課題とする。【解決手段】二次流体２２ａの流通方向に直交するコンパートメント１４の各断面における開口面積を下流側に向かうに従い漸次縮小する流路縮小部５０ａを有する仕切板５０を備え、一次流体１９の圧力に対して二次流体２２ａの圧力を高めることでシール性を確保した。さらに、バーナノズル３０の内筒壁後部に鍔３２ａを設けてバーナノズル３０と供給路１４ａとの繋ぎ目付近の圧力を高めてさらなるシール性を確保した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナ風箱を仕切板によって区切った複数のコンパートメント内に、固体燃料を微粉砕したものと空気その他の気体とを混合した一次流体を火炉内に噴出する一次側噴出口、及び、前記コンパートメント内に供給された燃焼を補助する二次流体を一次流体の周囲に噴出する二次側噴出口を有する揺動可能とされたバーナノズルを備えた微粉燃料燃焼バーナにおいて、
前記二次流体の流通方向に直交する前記コンパートメントの各断面における開口面積は、下流側に向かうに従い漸次縮小していることを特徴とする微粉燃料燃焼バーナ。
【請求項２】
請求項１記載の微粉燃料燃焼バーナにおいて、
前記仕切板には、前記二次流体の流通方向に直交する前記コンパートメントの各断面における開口面積を漸次縮小する流路縮小部が備えられてなることを特徴とする微粉燃料燃焼バーナ。
【請求項３】
請求項２記載の微粉燃料燃焼バーナにおいて、
前記流路縮小部は、この少なくとも一部が耐火材によって形成されてなることを特徴とする微粉燃料燃焼バーナ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の微粉燃料燃焼バーナにおいて、
前記バーナノズルの後端部外周面の一部は、該バーナノズルの揺動軸を軸とする円筒面の一部として形成されてなることを特徴とする微粉燃料燃焼バーナ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の微粉燃料燃焼バーナにおいて、
前記バーナノズル内を流通する前記一次流体と前記二次流体との隔壁をなす内筒壁には、該バーナノズルの後端部に位置して二次流体の流通側に突出して形成された鍔が設けられていることを特徴とする微粉燃料燃焼バーナ。
【請求項６】
加熱対象物の近傍に設置された火炉と、該火炉に向けられて微粉化された燃料を噴出し燃焼させる請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の微粉燃料燃焼バーナと、該微粉燃料燃焼バーナに微粉燃料を含む一次流体を送給する微粉燃料供給回路と、該微粉燃料燃焼バーナに二次流体を送給する二次流体供給回路とを備えてなることを特徴とする微粉燃料燃焼システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、発電用あるいは工場用等において蒸気発生などに用いられる石炭等の固体燃料を微粉化して燃料として用いる微粉燃料燃焼バーナ及びこれを備える微粉燃料燃焼システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から揮発分が低い、あるいは燃料比（固定炭素分／揮発分）が高い石炭等の固体燃料を燃焼させる場合は、揮発分が少なく非常に燃焼し難くいことを考慮して燃焼を容易化する理由から、固体燃料を粉砕して空気搬送し、微粉炭量と空気量の重量比率を低めに抑えて燃焼させる方法が用いられている。
【０００３】
このような燃焼を実施する微粉燃料燃焼バーナの一例を図４、図５を用いて説明する。
微粉燃料燃焼バーナは、火炉２３に面する側と反対側に燃焼用の空気が流通するダクトに接続されたバーナ風箱１３を備えており、このバーナ風箱１３は複数の仕切板２４によって複数のコンパートメント１４，１５，１６等に分けられている。複数のコンパートメントのそれぞれをさらに詳しく説明すると、各コンパートメントの中の１つには、この内部に一次空気と石炭を微粉化した濃石炭混合気１９を供給する配管１４ａが挿入されており、この配管１４ａの先端部には濃バーナノズル１４０が揺動可能に設けられている。ここでは、このようなコンパートメントを濃石炭コンパートメント１４と呼ぶ。
【０００４】
また、上述の濃石炭コンパートメント１４に隣接するコンパートメントには、この内部に一次空気と石炭を微粉化した淡石炭混合気２０を供給する配管１５ａが挿入されており、この配管１５ａの先端部には淡バーナノズル１５０が揺動可能に設けられている。ここでは、このようなコンパートメントを淡石炭コンパートメント１５と呼ぶ。
【０００５】
また、これら濃石炭コンパートメント１４及び淡石炭コンパートメント１５の隣には、燃焼に供される補助空気を火炉２３に向かって送出する補助空気コンパートメントや、油を火炉２３に向かって送出する油コンパートメント等もあり、図４では省略して符号１６のコンパートメント、及びそのノズル１６０として示している。
【０００６】
そして、これら濃石炭コンパートメント１４と淡石炭コンパートメント１５との組み合わせによる１つの組が微粉燃料燃焼バーナの１段として規定され、要求性能等に応じてバーナ風箱１３内に複数段設置される。また、火炉２３に面して設置されるバーナ風箱１３は、例えば火炉２３が四角形であれば、四方に設置される。この場合、各バーナ風箱１３の各段は共通する微粉炭機（または石炭微粉砕装置）から微粉炭の供給を受けるように微粉燃料の供給回路が構築されている。
【０００７】
さて、濃石炭コンパートメント１４、及び淡石炭コンパートメント１５の内部にそれぞれ挿入された状態で装着された微粉炭供給用の配管１４ａ，１５ａの外側には、バーナ風箱１３に接続されたダクトからの二次空気２２ａ，２２ｂ（二次流体）が流通している。そして、この二次空気２２ａ，２２ｂは、各石炭コンパートメント１４，１５の断面形状に合わせて箱型の二重管構造とされた各バーナノズル１４０，１５０の外側の流路を通って火炉２３に送出される。一方、濃石炭混合気１９及び淡石炭混合気２０は、各バーナノズル１４０，１５０の内側の流路を通って火炉２３に送出される。濃バーナノズル１４０、及び淡バーナノズル１５０の基本構造は上述したようにほぼ同様であるので、以下に淡バーナノズル１５０を含むこととして濃バーナノズル１４０を用いてその構造を詳しく説明する。
【０００８】
図５は、濃バーナノズル１４０の構成を説明する断面図である。
図に示されるように、濃バーナノズル１４０は、バーナ風箱１３の火炉２３側に位置しており、且つ、バーナ風箱１３を区切る仕切板２４に上下方向にて挟まれた状態で揺動可能に設置されている。
【０００９】
濃バーナノズル１４０の揺動軸１４３は、配管１４ａの側壁に差し込まれることによって濃バーナノズル１４０の本体を揺動可能に支持している。そして、濃バーナノズル１４０が、この揺動軸１４３を中心に揺動することによって、該濃バーナノズル１４０に流入した濃石炭混合気１９、及び二次空気２２ａを火炉２３の上下方向に向けて送出することが可能とされている。
【００１０】
濃バーナノズル１４０は、配管１４ａに繋がる内筒壁１４２と、この外側に位置する外筒壁１４１とを主に備えて構成されている。これら外筒壁１４１と内筒壁１４２とは後端部から火炉２３側の先端部に向かうに従い窄まった形状とされ、この先端部には、内筒壁１４２によって囲まれて形成された濃石炭混合気噴出口１４０ａ（一次側噴出口）と、外筒壁１４１及び内筒壁１４２の間に形成された二次空気噴出口１４０ｂ（二次側噴出口）とが備えられている。また、後端部は上述の各噴出口１４０ａ，１４０ｂが連通する導入口が備わり、濃石炭コンパートメント１４の開口形状に合わせて各噴出口１４０ａ，１４０ｂの開口面積よりも拡大されている。
【００１１】
さらに、内筒壁１４２と配管１４ａとの繋ぎ目の部分には、上述した揺動軸１４３を軸として揺動するシールプレート１４４が備えられている。このシールプレート１４４には、上面及び下面に揺動軸を中心とした曲面を有しており、このシールプレート１４４が配される配管１４ａの端部外周面１４ｂが同様な曲面を有していることで、濃バーナノズル１４０の揺動に追従して繋ぎ目部分に生じる隙間を一定に保つことが可能である。また、このシールプレート１４４の後端部には、折り曲げによるフランジ部１４４ａが形成され、揺動する際の濃バーナノズル１４０との位置決めがなされている。
なお、符号１４６は、濃石炭混合気１９の流れを整流する整流板を示している。
【００１２】
さて、このような構成を用いて微粉燃料による燃焼を実施する従来技術として、仕切板によってバーナ風箱を複数に分割することで上述したような各コンパートメントを形成する構造が既に開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１３】
また、バーナノズルを揺動させた際におけるバーナノズル内での流速の低下を回避すべく、バーナノズル後端側の流路中に凸状の突起部を形成して流路形態の変化を抑える技術が先行技術として開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１４】
また、バーナノズルを揺動させた際に、コンパートメント内を流通する二次空気が火炉内に直接漏れ出ないように、バーナノズルの後端部を、揺動軸を中心とした曲面（一般に「スクープ形状」とも言われる。）に形成する構成が既に開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１５】
【特許文献１】
特開平７−１５８８１８号公報（第１６−１８段落、第４図）
【特許文献２】
特開平９−１３３３２２号公報（第１１−１４段落、第１図）
【特許文献３】
特開平７−３１８０４９号公報（第１９−２１段落、第１図）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
さて、このような微粉燃料燃焼バーナを備えたボイラ等の微粉燃料燃焼システムにおいて、仕切板によって区切られたバーナ風箱に備わる各コンパートメントにおける空間部分の高さ寸法は、燃焼時に生じる窒素酸化物（ＮＯｘ）や、微粉燃料燃焼バーナが発生する熱負荷等の要求性能により決定される。
【００１７】
そして、上記の要求に応じて各コンパートメントの高さ寸法を決定すると、この高さ寸法が拡大し、これに合わせて火炉側の開口部に位置するバーナノズルの形状を決定しようとすると、予め規定された各噴出口を有する先端部に対して後端部をコンパートメントの大きさに合わせて広げる必要がある。つまり、バーナノズルの後端部から先端部に向けて大きく窄めた形状とする必要がある。
【００１８】
この場合、コンパートメント内に流入した二次空気は、バーナノズルの構造部材として設置される内筒壁よりも外側の流路を通ることになるが、バーナノズルに流入する段階ではコンパートメント内における流速とほぼ同じであり、最終的に送出される速度よりも遥かに遅い。したがって、二次空気は、窄まった形状のバーナノズル内を流通することでのみ流速が高められることになる。
【００１９】
このことは、二次空気の流速が遅いことに起因するバーナノズル後端部における圧力の低下を招き、条件によっては、この付近における一次流体である微粉燃料の混合気の圧力と同等あるいはこれより低くなる場合がある。
このような状態では、バーナノズルと一次流体の配管との繋ぎ目部分の隙間から図５の矢印Ｌに示すように、一次流体である濃石炭混合気１９が二次空気２２ａの流通側に漏れ出てしまう可能性があり、濃石炭混合気１９の圧力に対して二次空気２２ａの圧力が大幅に低下すると、燃料となる混合気の漏れ量は多大となり、燃焼に対して多大な影響を与えかねない。また、風箱内部での石炭の燃焼によるバーナや風箱の焼損を引き起こすこととなり、バーナの運転に支障を来たすことにもなりかねない。
【００２０】
また、同じ図５に示すように、濃バーナノズル１４０の高さ寸法が増大すると、この窄まり形状がさらに助長されることになるが、このような形状の濃バーナノズル１４０が揺動すると、揺動を可能とするスペースを確保する必要もあるために、この後端部が仕切板２４から大きく離れてしまう。したがって、濃石炭コンパートメント１４の開口部に多大な隙間が生じ、二次空気２２ａがバーナノズル１４０を介さず火炉に直接漏れ出てしまうことが多々あった。これにより濃バーナノズル１４０と一次空気流体の配管の隙間部付近の二次空気側圧力がさらに著しく低下することとなり、結果的に一次側と二次側の差圧の逆転を招き濃石炭混合気１９の漏れが生じてしまうこととなる。
なお、濃石炭コンパートメント１４について説明したが、淡石炭コンパートメント１５についても同様である。
【００２１】
ここで、バーナノズルの隙間部からの濃石炭混合気１９の漏れる条件について説明する。
濃石炭混合気１９が漏れる条件は、一次流体である濃石炭混合気１９側の圧力が二次空気２２ａ側よりも高いことにより成立するが、一次流体側圧力を一定として考えた場合、この二つの圧力が逆転する二次空気圧力、すなわち二次空気風量が存在する。二次空気２２ａの風量は風箱入口のダンパにより必要量に応じて調節され、このダンパを絞るにつれて二次空気２２ａの風量は減少する。前述の構造の石炭バーナにおいてはどのようなバーナにおいても二次空気２２ａの風量を絞っていけば両圧力が逆転するポイント（限界）の風量は存在するが、前述のようにコンパートメント高さやノズル形状が不適切な場合、この限界風量が高くなり漏れを防止するには本来燃焼に必要な二次空気風量以上の二次空気を必要とする、若しくは条件によってはダンパを全開にしても漏れを防止できないこととなり、漏れを発生しやすいバーナとなる。言い換えれば燃焼に必要な二次空気風量に設定しようとすると、漏れを発生する場合があることとなる。
また、濃バーナノズル１４０が揺動することによっても濃石炭混合気１９が漏れる条件は変わる。配管１４ａの端部外周面１４ｂが曲面形状をしているため、これにより二次空気２２ａの流れは濃バーナノズル１４０の入口付近でよどみ域を形成している。この時、たとえばノズルが上向きになると、濃バーナノズル１４０の隙間部は炉内側方向に移動し、二次空気２２ａの圧力を受けにくいよどみ域の部分に入ることとなり、限界風量も高くなる。
【００２２】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、揺動可能とされたバーナノズルと一次流体の供給路との繋ぎ目におけるシール性を高めて一次流体の漏れを防止するとともに、バーナノズルの外側から直接火炉に漏れ出る二次流体の漏れ量を削減且つ安定させて、燃焼の安定化を得て燃焼効率の向上を実現する微粉燃料燃焼バーナ及びこれを備えた微粉燃料燃焼システムを提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
請求項１に記載の発明は、バーナ風箱を仕切板によって区切った複数のコンパートメント内に、固体燃料を微粉砕したものと空気その他の気体とを混合した一次流体を火炉内に噴出する一次側噴出口、及び、前記コンパートメント内に供給された燃焼を補助する二次流体を一次流体の周囲に噴出する二次側噴出口を有する揺動可能とされたバーナノズルを備えた微粉燃料燃焼バーナにおいて、
前記二次流体の流通方向に直交する前記コンパートメントの各断面における開口面積は、下流側に向かうに従い漸次縮小していることを特徴とする。
【００２４】
このような構成によれば、コンパートメント内を流れる二次流体は、バーナノズルに向かうに従い流速が高められることになり、バーナノズルに流入する段階での二次流体の流速増大に伴ってバーナノズルの後端部における二次流体の圧力が高められる。また、バーナノズルの窄まり形状が低減される。
なお、コンパートメントの各断面における開口面積が下流側に向かうに従い漸次縮小する形状については、必ずしも二次流体の流通方向の全域に渡ってなされる必要はなく、部分的になされる構造であってもよい。
【００２５】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の微粉燃料燃焼バーナにおいて、
前記仕切板に、前記二次流体の流通方向に直交する前記コンパートメントの各断面における開口面積を漸次縮小する流路縮小部が備えられてなることを特徴とする。
【００２６】
このような構成によれば、仕切板は、二次流体の流通方向の下流側に向かうに従い肉厚が増し、この肉厚が増した部分が流路縮小部として機能することになる。そして、この流路縮小部によって、二次流体が流通するコンパートメント内の流路面積がバーナノズルに向かうに従い漸次縮小されることになる。これにより、二次流体は、流路縮小部に誘導される過程で流速、さらには圧力が高められることになり、圧力が高められた状態でバーナノズルに流入することになる。また、バーナノズルの窄まり形状が上記請求項と同様に低減されることになる。
【００２７】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の微粉燃料燃焼バーナにおいて、
前記流路縮小部の少なくとも一部が耐火材によって形成されてなることを特徴とする。
【００２８】
このような構成によれば、バーナノズルが位置するバーナ風箱の火炉側がほぼ耐火材で形成されることになり、熱負荷に対するバーナ風箱の損傷が回避される。なお、耐火材は、流路縮小部を形成する枠組みに充填されることであってもよいし、予め成形された同材料からなる部材を仕切板に設置することであってもよい。
【００２９】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の微粉燃料燃焼バーナにおいて、
前記バーナノズルの後端部外周面の一部は、該バーナノズルの揺動軸を軸とする円筒面の一部として形成されてなることを特徴とする。
【００３０】
このような構成によれば、仕切板に面するバーナノズルの後端部の外周面と、これが相対する仕切板との隙間がバーナノズルの揺動に関わらず一定に保たれる。そして、この隙間を最小限に抑えることによれば、バーナノズルが如何なる位置に揺動しても、コンパートメント内を流通する二次流体がバーナノズルを介さず直接火炉に漏れ出ることはなくなり、ほぼ全量がバーナノズル内に流入することになる。
【００３１】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の微粉燃料燃焼バーナにおいて、
前記バーナノズル内を流通する前記一次流体と前記二次流体との隔壁をなす内筒壁に、該バーナノズルの後端部に位置して二次流体の流通側に突出して形成された鍔が設けられていることを特徴とする。
【００３２】
このような構成によれば、内筒壁の外側を流通する二次流体の一部が、内筒壁の後端部に位置して二次流体の流通側に突出した鍔に衝突することになり、この鍔よりも上流側の領域にて圧力が高まる。すなわち、バーナノズルと一次流体の供給路との繋ぎ目の部分に鍔が設けられることで、鍔付近の圧力を効率的に高く保つことができ、二次流体流量がより少ない場合にも二次流体側圧力と一次流体側圧力の逆転が生じない、すなわち一次流体が内筒壁の外側である二次流体の流通側に漏れ出ることがない。
【００３３】
請求項６に記載の発明に係る微粉燃料燃焼システムは、加熱対象物の近傍に設置された火炉と、該火炉に向けられて微粉化された燃料を噴出し燃焼させる請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の微粉燃料燃焼バーナと、該微粉燃料燃焼バーナに微粉燃料を含む一次流体を送給する微粉燃料供給回路と、該微粉燃料燃焼バーナに二次流体を送給する二次流体供給回路とを備えてなることを特徴とする。
【００３４】
このような構成によれば、微粉燃料燃焼バーナによる安定した燃焼が火炉に対してなされることになり、加熱対象物は効率的に加熱されて例えば動力等に変換されることになる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態における微粉燃料燃焼バーナの部分構成を説明する部分断面図である。図２は、図１の符号Ａの部分を拡大して示した微粉燃料燃焼バーナの要部断面図である。また、図３は、図１のＢ−Ｂ断面における微粉燃料燃焼バーナの平断面図である。
【００３６】
なお、以下に説明する構成は、従来技術にて説明した濃石炭コンパートメント１４の構成に基づくものとし、淡石炭コンパートメント１５を含んで一部その説明を省略するものとする。なお、図３に示される符号４０はバーナノズル３０を揺動させる揺動装置である。
また、本実施形態の微粉燃料燃焼バーナが、微粉炭を生成し空気と混合する微粉燃料供給回路や、ダクトを用いた二次空気の供給回路を含めた微粉燃料燃焼システムに備えられることで、本発明に係る微粉燃料燃焼システムが実現されるものである。
【００３７】
符号５０に示される仕切板は複数の部材から構成されており、熱負荷の要求性能等に合わせて従来と同様な高さ方向における所定の位置に配置された仕切板主材５１と、この仕切板主材５１上に設置されて流路縮小部５０ａの一部を形成する第１仕切板補材５２、及び第２仕切板補材５３とからなる。
【００３８】
第１仕切板補材５２と第２仕切板補材５３とは、コンパートメント１４の長手方向（紙面にて左右方向）にて連設されており、二次空気２２ａの流通における上流側に、傾斜面５２ａを有する第１仕切板補材５２が配され、該第１仕切板補材５２の下流側に、火炉２３側まで達する第２仕切板補材５３が配されている。火炉２３側に位置する第２仕切板補材５３は、この材質がアルミナ等の耐火材とされており、火炉２３に面するバーナ風箱１３の壁面をほぼ耐火材としてバーナ風箱１３の耐久性を向上させている。
【００３９】
これら第１、第２仕切板補材５２，５３は、コンパートメント１４の内部空間に向かって迫り出すことで流路縮小部５０ａを形成しており、コンパートメント１４内を流通する二次空気２２ａの流速を高める役目を担っている。
すなわち、第１仕切板補材５２の傾斜面５２ａによって仕切板５０の肉厚が次第に増すことに反して、二次空気２２ａの流路面積が上流側から下流側に向かって符号Ｓ１，Ｓ２に示すように漸次縮小することになり、流路面積が漸次縮小することによれば、二次空気２２ａの流速が高められることになり、さらに、バーナノズル３０に流入する際の圧力も高められることになる。
【００４０】
なお、本実施形態においては、仕切板５０の肉厚が変化する領域が、図に示すようにコンパートメント１４の長手方向における一部分のみについて実施されており、バーナノズル３０の水平位置における上端又は下端に流路縮小部５０ａの迫り出し高さが達した段階で水平となっている。
勿論、流路縮小部５０ａの形状はこれに限定されるものではなく、流路面積が漸次縮小するような構成であれば如何なる形状であってもよい。
【００４１】
次に、バーナノズル３０の構成について説明する。
図に示されるように、このバーナノズル３０は、バーナ風箱１３の火炉２３側に位置しており、且つ、バーナ風箱１３を区切る流路縮小部５０ａを有する仕切板５０によって上下方向にて挟まれた形態で揺動可能に設置されている。このため、従来技術にて説明した各バーナノズルの形状と若干異なり、その異なる点としては、先端部の形状が同等であることに対して、後端部がコンパートメント１４の火炉２３側の開口面積が縮小されることによって小さくなるので、後端部から先端部に向かって窄まった形状が低減されている。
【００４２】
バーナノズル３０の揺動軸３３は、一次流体である混合気供給用の配管１４ａの側壁に差し込まれることでバーナノズル３０を揺動可能に支持している。そして、バーナノズル３０が、この揺動軸３３を中心に揺動することによって、バーナノズル３０に流入した微粉炭と空気の混合気１９（一次流体）、及び二次空気２２ａ（二次流体）を火炉２３の上下方向に向けて噴出することが可能とされている。
【００４３】
また、このバーナノズル３０は、従来技術にて説明したように箱形の二重管構造とされており、この構造は外観形状を形成する外筒壁３１と、この内側に配された内筒壁３２とによって主たる構成が形成されている。
【００４４】
内筒壁３２は、この後端部で混合気供給用の配管１４ａの端部に繋がれており、外筒壁３１は、この後端部で開口面積が縮小されたコンパートメント１４の開口部に面している。したがって、内筒壁３２に囲まれた空間には一次流体である混合気１９が流通することになり、該混合気１９は、火炉２３側に設けられた一次側噴出口３０ａから火炉２３に噴出されることになる。また、内筒壁３２と外筒壁３１との間に形成される空間にはコンパートメント１４内を流通する二次流体をなす二次空気２２ａが流通することになり、該補助流体２２ａは、火炉２３側に設けられた二次側噴出口３０ｂから上述の混合気１９の周囲を覆うように噴出される。
【００４５】
さらに、内筒壁３２の後端部には、二次空気２２ａの流通側に突出して設けられた鍔３２ａが備えられる。この鍔３２ａは、内筒壁３２の上面、及び下面側に備えられるとともに、図３に示すように側面にも備えられ、全体として内筒壁３２の後端部の全周に形成されている。
【００４６】
図２に示すように、この鍔３２ａの高さｈ１は、二次空気２２ａが流通する流路の高さｈ２の約３５％程度に設定されており、ここを流通する補助流体２２ａの一部を堰き止めて圧力を高める役目を担っている。すなわち、流速が高められた二次空気２２ａは、バーナノズル３０に流入した段階で、この一部が鍔３２ａに衝突することになり、鍔３２ａの上流側で二次空気２２ａの渦が生じて圧力が上昇する。
【００４７】
このことは、シールプレート１４４とバーナノズル３０との隙間から漏れ出ようとする混合気１９が流出しない作用を導く。なぜなら、上述の隙間付近の圧力状態が鍔３２ａの設置によって高まり、二次空気２２ａの流量がより少ない場合においても二次空気２２ａ側圧力と混合気１９側圧力の逆転が生じず、混合気１９が二次空気２２ａ側に漏れ出ることがない。
【００４８】
なお、鍔３２ａの高さｈ１が、この付近の流路高さｈ２の約３５％程度に設定されることによって、バーナノズル３０に流入する補助流体２２ａの流れは阻害されることはなく、混合気１９の漏れを回避する必要最小限の圧力上昇を導く。しかしながら、ここで説明した鍔３２ａの高さｈ１は、必ずしも流路高さｈ２の約３５％程度に設定される必要はなく、鍔３２ａ付近の流路開口面積を二次側噴出口３０ｂの開口面積よりも大きくとりつつ、混合気１９と二次空気２２ａとの圧力差が流路縮小部５０ａ等の作用により予め規定以上ある場合であれば、５％程度に設定することとしてもよい。
【００４９】
一方、外筒壁３１の後端部における外周面の一部をなす上面及び下面には、揺動軸３３を軸とする円筒面の一部をなすスクープ３１ａが形成されている。この曲面とされたスクープ３１ａの外側の半径は、揺動軸から流路縮小部５０ａの平面に降ろした垂線の長さとほぼ同等であり、正確にはバーナノズル３０の揺動における仕切板５０との干渉を回避するために数ミリ程度であるがスクープ３１ａの半径の方が上記垂線の長さよりも小さく設定されている。
【００５０】
これにより、仕切板５０の一部をなす流路縮小部５０ａに面するバーナノズル３０の後端部の外周面と、上記流路縮小部５０ａの平面との隙間がバーナノズル３０の揺動に関わらず一定に保たれ、この隙間が最小限に設定されているので、バーナノズル３０が如何なる位置に揺動しても、コンパートメント１４内を流通する二次空気２２ａが直接火炉２３に漏れ出ることはごく僅かである。
この結果、コンパートメント１４内を流れる二次空気２２ａのほぼ全量がバーナノズル３０内に流入し、二次側噴出口３０ｂから火炉２３に吹き出されて燃焼に供されることになる。また、これによりバーナノズルの揺動時にバーナノズルと一次空気流体の配管の隙間部付近の二次空気側圧力が低下することはなくなり、一次側と二次側の差圧の逆転を防止できる。
【００５１】
以上説明した本実施形態における微粉燃料燃焼バーナ及びこれを備えるボイラ等の微粉燃料燃焼システムによれば、以下の効果を奏することができる。
コンパートメント１４内に流路縮小部５０ａが備えられることにより、バーナノズル３０に流入する二次空気２２ａの流速を高めて、より少ない二次空気２２ａの流量で圧力状態を混合気１９の圧力よりも高めることができるので、この差圧を用いてバーナノズル３０の後端部におけるシール性を高めて混合気１９の漏れを防止することができ、燃焼に関して最適な二次空気２２ａの流量に設定できる。
【００５２】
さらに、バーナノズル３０の窄まり形状を低減することができ、揺動によってコンパートメント１４の開口部に隙間が生じることが抑えられることなり、二次空気２２ａの漏れを低減させて燃焼の安定化を図ることができる。また、流路縮小部５０ａに耐火材を用いることによって、バーナ風箱１３の焼損等を回避できる耐久性の高い微粉燃料燃焼バーナを実現することができる。
【００５３】
また、バーナノズル３０の内筒壁３２の後端部に鍔３２ａを備えることで、バーナノズルの後端部における圧力状態をより確実に高めることができ、二次空気２２ａの流量が少ない場合であっても確実に差圧を導いて混合気１９の漏れを防止することができる。
また、バーナノズル３０の後端部外周面の一部にスクープ３１ａを形成することにより、如何なる揺動角度においても、コンパートメント１４内を流れる二次空気２２ａをバーナノズル３０内に定量で流入させることができる。このことは、バーナノズル３０の窄まり形状の低減とともに二次空気２２ａの漏れの低減を確実なものとする。
【００５４】
そして、これら各効果によって、バーナノズル３０が揺動することに左右されることなく、一次流体である微粉炭の混合気１９を安定且つ規定量で火炉２３に噴出することができ、また、二次流体である二次空気２２ａを安定且つ規定量で混合気１９の周囲に噴出することができる。したがって、微粉燃料燃焼バーナによる微粉燃料の燃焼を、安定且つ高効率に行うことが可能となる。
そして、このような微粉燃料燃焼バーナを備えた微粉燃料燃焼システムによれば、安定した燃焼が行われることによる効率の良い加熱が可能となり、高効率な運用を実施することが可能となる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明した本発明の微粉燃料燃焼バーナ及びこれを備えた微粉燃料燃焼システムにおいては以下の効果を奏する。
請求項１記載の発明によれば、バーナノズルの周囲を流れる二次流体の圧力状態が高められることによってシール性が向上し、バーナノズルが揺動した条件を含め、二次流体の流量が少ない場合においても一次流体がコンパートメント内の二次流体側に漏れ出ることがない。これにより、バーナノズルが揺動することに左右されることなく、一次流体を安定且つ規定量で火炉に噴出することができ、また、二次流体を安定な状態で一次流体の周囲に噴出することができる。したがって、微粉燃料燃焼バーナによる微粉燃料の燃焼を、安定且つ高効率に行うことが可能となる。また、コンパートメントの大きさに左右されることなく、必要能力に適した形状を有するバーナノズルを設定することが可能となり、窄まり形状を低減して揺動におけるバーナノズル外側からの二次流体の漏れを低減することができる。
【００５６】
請求項２記載の発明によれば、二次流体の流通方向に直交するコンパートメントの各断面における開口面積を、仕切板の一部をなす流路縮小部によって漸次縮小することができ、請求項１と同様な効果を的確に得ることができる。また、流路縮小部によって隣り合うバーナノズル同士の間隔を適宜規定することもでき、設計の自由度を高めることができる。また、バーナノズルの窄まり形状を低減して揺動の際におけるバーナノズル外側からの二次流体の漏れを低減することができる。
【００５７】
請求項３記載の発明によれば、耐火材を用いて火炉側に位置する流路縮小部を形成することになるので、バーナ風箱の耐火性が向上し、バーナ風箱の焼損等を回避して微粉燃料燃焼バーナの耐久性を向上させることができる。
【００５８】
請求項４記載の発明によれば、バーナノズルの後端部の外周面がバーナノズルの揺動軸を軸とする円筒面の一部として形成されているので、コンパートメントを流通する二次流体は、バーナノズルの揺動範囲全てで該バーナノズルにほぼ全量が流入する。これによって、一次側噴射口から噴出される一次流体に対して常に規定量の二次流体を供給することができ、且つ、バーナノズルの揺動時にバーナノズルと一次空気流体の配管の隙間部付近の二次空気側圧力が低下することはなくなり、一次側と二次側の差圧の逆転、すなわち一次空気流体の二次空気側への漏れを防止できる。この結果、微粉燃料燃焼バーナによる微粉燃料の燃焼を、バーナノズルの位置に左右されることなく安定且つ高効率に行うことが可能となる。
【００５９】
請求項５記載の発明によれば、二次流体の流量が低下しても、一次流体と二次流体との差圧を十分に確保できるので、少ない流量で微粉燃料燃焼バーナを運用することができ、バーナノズル内に流入する一次流体がバーナノズルの後端部にて二次流体側に漏れ出ることがなくなり、不意な燃焼を起こすことなく一次流体を安定且つ規定量で一次側噴出口から噴出することができる。また、二次流体を一次流体の侵入に左右されることなく安定な状態で二次側噴出口から噴出することができる。
【００６０】
請求項６記載の発明によれば、微粉燃料燃焼バーナによる安定した燃焼により効率の良い加熱が可能となるため、高効率な運用を可能とする微粉燃料燃焼システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における微粉燃料燃焼バーナの部分構成を説明する部分断面図である。
【図２】図１の符号Ａの部分を拡大して示した微粉燃料燃焼バーナの要部断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面における微粉燃料燃焼バーナの平断面図である。
【図４】従来の微粉燃料燃焼バーナの構成を説明するバーナ風箱の断面図である。
【図５】従来の微粉燃料燃焼バーナの部分構成を説明する部分断面図である。
【符号の説明】
１４  コンパートメント
１４ａ  混合気供給用の配管（一次流体の供給路）
１９  混合気（一次流体）
２２ａ  二次空気（二次流体）
３０  バーナノズル
３０ａ  一次側噴出口
３０ｂ  二次側噴出口
３１  外筒壁
３１ａ  スクープ
３２  内筒壁
３２ａ  鍔
３３  揺動軸
５０  仕切板
５０ａ  流路縮小部
【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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