(57)【要約】【課題】半無煙炭のように揮発分の含有が少ない微粉炭を用いた場合にも、安定した着火、燃焼を実現することのできるバーナを提供する。【解決手段】搬送ガスと微粉固体燃料とからなる微粉炭混合気２を、微粉炭の濃度の高い濃微粉炭混合気と、濃微粉炭混合気よりも微粉炭の濃度の低い淡微粉炭混合気に分離する分離器３と、分離器３で分離された濃微粉炭混合気が流入する濃微粉炭管５ｂと、濃微粉炭管５ｂに連設された微粉炭噴射ノズル１０と、分離器３で分離された淡微粉炭混合気が流入する淡微粉炭管５ｃと、淡微粉炭管５ｃに連設された微粉炭噴射ノズル１０と、濃微粉炭管５ｂ内に配設され、濃微粉炭混合気中に微粉炭の濃度に濃淡を生成する濃淡形成器１２とを備える微粉炭焚きバーナ２０。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送ガスと微粉固体燃料とからなる微粉固体燃料混合気を、前記微粉固体燃料の濃度の高い濃微粉固体燃料混合気と、前記濃微粉固体燃料混合気よりも前記微粉固体燃料の濃度の低い淡微粉固体燃料混合気に分離する分離器と、
前記分離器で分離された前記濃微粉固体燃料混合気が流入する濃微粉固体燃料管と、
前記濃微粉固体燃料管に連設された噴射ノズルと、
前記分離器で分離された前記淡微粉固体燃料混合気が流入する淡微粉固体燃料管と、
前記淡微粉固体燃料管に連設された噴射ノズルと、
前記濃微粉固体燃料管内に配設され、前記濃微粉固体燃料混合気中に前記微粉固体燃料の濃度に濃淡を形成する濃淡形成器と、
を備えることを特徴とする微粉固体燃料焚きバーナ。
【請求項２】
前記濃淡形成器は、前記濃微粉固体燃料混合気中に含まれる前記微粉固体燃料を前記濃微粉固体燃料管の壁面側へ導く抵抗体であることを特徴とする請求項１に記載の微粉固体燃料焚きバーナ。
【請求項３】
前記濃淡形成器よりも前記濃微粉固体燃料混合気の搬送上流側の前記濃微粉固体燃料管内を仕切り、かつ前記濃微粉固体燃料混合気の流れ方向に沿って捻られた捻り板を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の微粉固体燃料焚きバーナ。
【請求項４】
前記淡微粉固体燃料管内にあって前記淡微粉固体燃料混合気の流入の抵抗となる抵抗体を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の微粉固体燃料焚きバーナ。
【請求項５】
搬送ガスと微粉固体燃料とからなる主微粉固体燃料混合気から、前記微粉固体燃料の濃度が異なる複数の従微粉固体燃料混合気を生成して外部に噴射する微粉固体燃料焚きバーナであって、
前記主微粉固体燃料混合気から、前記微粉固体燃料が所定の濃度を有する第１の微粉固体燃料混合気と前記第１の微粉固体燃料混合気よりも前記微粉固体燃料の濃度の低い第２の微粉固体燃料混合気を生成する第１生成機構と、
前記第１の微粉固体燃料混合気から、前記所定の濃度よりも前記微粉固体燃料の濃度の高い第１の領域と前記第１の領域よりも前記微粉固体燃料の濃度の低い第２の領域を有する第３の微粉固体燃料混合気を生成する第２生成機構と、
を備えることを特徴とする微粉固体燃料焚きバーナ。
【請求項６】
前記第３の微粉固体燃料混合気における前記第２の領域の前記微粉固体燃料の濃度は、前記第２の微粉固体燃料混合気における前記微粉固体燃料の濃度よりも低いことを特徴とする請求項５に記載の微粉固体燃料焚きバーナ。
【請求項７】
前記第２の微粉固体燃料混合気および前記第３の微粉固体燃料混合気が、燃焼の対象として外部に噴射されることを特徴とする請求項５または６に記載の微粉固体燃料焚きバーナ。
【請求項８】
搬送ガスと微粉固体燃料とからなる主微粉固体燃料混合気から生成した、前記微粉固体燃料の濃度が異なる複数の従微粉固体燃料混合気を燃焼する微粉固体燃料の燃焼方法であって、
前記主微粉固体燃料混合気から、前記微粉固体燃料が所定の濃度を有する第１の微粉固体燃料混合気と前記第１の微粉固体燃料混合気よりも前記微粉固体燃料の濃度の低い第２の微粉固体燃料混合気を生成し、
前記第１の微粉固体燃料混合気から、前記所定の濃度よりも前記微粉固体燃料の濃度の高い第１の領域と前記第１の領域よりも前記微粉固体燃料の濃度の低い第２の領域とを有する第３の微粉固体燃料混合気を生成し、
前記第２の微粉固体燃料混合気と前記第３の微粉固体燃料混合気を燃焼することを特徴とする微粉固体燃料の燃焼方法。
【請求項９】
前記微粉固体燃料は半無煙炭（または無煙炭）から構成されることを特徴とする請求項８に記載の微粉固体燃料の燃焼方法。
【請求項１０】
火炉本体と、
前記火炉本体の壁面に設置され、微粉化された固体燃料を前記火炉本体内に搬送ガスと共に噴射する複数のバーナとを備え、
前記バーナは、搬送ガスと微粉固体燃料とからなる微粉固体燃料混合気を、前記微粉固体燃料の濃度の高い濃微粉固体燃料混合気と、前記濃微粉固体燃料混合気よりも前記微粉固体燃料の濃度の低い淡微粉固体燃料混合気に分離する分離器と、
前記分離器で分離された前記濃微粉固体燃料混合気が流入する濃微粉固体燃料管と、
前記濃微粉固体燃料管に連設された噴射ノズルと、
前記分離器で分離された前記淡微粉固体燃料混合気が流入する淡微粉固体燃料管と、
前記淡微粉固体燃料管ら連設された噴射ノズルと、
前記濃微粉固体燃料管内に配設され、前記濃微粉固体燃料混合気中に前記微粉固体燃料の濃度に濃淡を形成する濃淡形成器と、
を備えることを特徴とするボイラ。
【請求項１１】
前記バーナは、
前記濃微粉固体燃料管に連設された噴射ノズルから噴射される前記濃微粉固体燃料混合気の前記微粉固体燃料の濃度の高い部分が、前記火炉本体内に形成される気流の上流側に噴射されるように設置されることを特徴とする請求項１０に記載のボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電用あるいは工場内における蒸気発生を行なう微粉炭ボイラに関し、特に半無煙炭等の揮発分の少ない難燃性微粉固体燃料焚きバーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は特開平８−２００６１６号公報に開示された従来の微粉固体燃料焚きバーナとしての微粉炭焚きバーナの一例を示す縦断側面図である。図１０において、１０１は微粉炭搬送配管、１０２は微粉炭混合気、１０３は分配器、１０５ａは濃微粉炭管、１０５ｂは淡微粉炭管、１０６は濃微粉炭バーナ、１０７は淡微粉炭バーナ、１０８は二次空気、１０９はバーナ風箱、１１０は微粉炭噴射ノズル、１１１は二次空気噴射ノズルをそれぞれ示す。
【０００３】
図１０に示す微粉炭焚きバーナは微粉炭濃度の高い濃微粉炭バーナ１０６と微粉炭濃度の低い淡微粉炭バーナ１０７を一体として構成されている。このバーナは、濃淡分離型のバーナと呼ばれている。また濃微粉炭バーナ１０６と淡微粉炭バーナ１０７は、ともに中央に配置した濃微粉炭管１０５ａ、淡微粉炭管１０５ｂとその周囲を囲んだ角形または円形のバーナ風箱１０９および出口部に連続した角形または円形の微粉炭噴射ノズル１１０、二次空気噴射ノズル１１１で構成される。
微粉炭混合気１０２は微粉炭搬送配管１０１を介して搬送される。微粉炭混合気１０２は、搬送ガスである一次空気と微粉炭との混合物である。微粉炭混合気１０２中の微粉炭は、空気に比べて比重が大きいため分配器１０３に進入した後も直進性を有し、分配器１０３の中で淡微粉炭バーナ接続管１０３ｂよりも濃微粉炭バーナ接続管１０３ａ側へより多く流入する。一方、一次空気は、濃微粉炭バーナ接続管１０３ａと淡微粉炭バーナ接続管１０３ｂへほぼ均等に流入する。したがって、濃微粉炭管１０５ａには微粉炭の濃度の高い微粉炭混合気１０２が流入し、淡微粉炭管１０５ｂには微粉炭の濃度の低い微粉炭混合気１０２が流入する。
【０００４】
濃微粉炭管１０５ａと淡微粉炭管１０５ｂへそれぞれ分配供給された微粉炭混合気１０２は、濃微粉炭管１０５ａおよび淡微粉炭管１０５ｂを介して図示しない火炉内へ噴射後、二次空気噴射ノズル１１１を介して前記火炉内に噴射された二次空気１０８と混合拡散し、燃焼する。
【０００５】
微粉炭の燃焼によるＮＯｘの発生量は微粉炭と一次空気との比率によって変動する。つまり、一次空気／石炭比が３〜４（ｋｇ／ｋｇ  ｃｏａｌ）付近でＮＯｘの発生がピークを示し、その前後ではＮＯｘの発生が低減する。図１０に示す微粉炭焚きバーナは、濃微粉炭バーナ１０６と淡微粉炭バーナ１０７とに各々ＮＯｘ量の発生が少ない一次空気／石炭比となるように微粉炭混合気１０２を調整、分配してＮＯｘの低減を図っている。
また、図１０に示した微粉炭焚きバーナは、濃微粉炭バーナ１０６から微粉炭の濃度の高い微粉炭混合気１０２が噴射されるため、着火安定性に優れているという利点も有している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−２００６１６号公報（第２〜４頁、図１、図１４）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、火炎形成に重要な揮発分の含有が少ない半無煙炭を固体燃料とした場合には、図１０に示した濃淡分離型の微粉炭焚きバーナを用いた場合でも着火安定性に欠けることがある。半無煙炭は低コストであるため、これを微粉炭として安定して着火、燃焼させることが望まれる。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、半無煙炭のように揮発分の含有が少ない微粉炭を用いた場合にも、安定した着火、燃焼を実現することのできるバーナを提供することを目的とする。
また本発明はそのようなバーナの機能を効率よく発揮することのできるボイラを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
従来の濃淡分離型の微粉炭焚きバーナは、濃微粉炭バーナ１０６と淡微粉炭バーナ１０７とに分配される微粉炭の比率は７：３程度が限界であった。ところが、半無煙炭を固体燃料として用いる場合には、濃微粉炭バーナ１０６から噴射される濃微粉炭混合気での微粉炭の濃度では安定した着火を望むことは難しい。
一方で、微粉炭混合気中に局所的に微粉炭濃度の極めて高い領域を形成しさえすれば、当該領域における着火安定性は良好である。
そこで本発明者は、濃微粉炭混合気を用いて局所的に微粉炭濃度の高い領域を形成することに着目し、本発明を完成するに到った。
【０００９】
本発明の微粉固体燃料焚きバーナは、搬送ガスと微粉固体燃料とからなる微粉固体燃料混合気を、微粉固体燃料の濃度の高い濃微粉固体燃料混合気と、濃微粉固体燃料混合気よりも微粉固体燃料の濃度の低い淡微粉固体燃料混合気に分離する分離器を備えている。本発明の微粉固体燃料焚きバーナは、この分離器で分離された濃微粉固体燃料混合気が流入する濃微粉固体燃料管と、この分離器で分離された淡微粉固体燃料混合気が流入する淡微粉固体燃料管を備えている。濃微粉固体燃料管と淡微粉固体燃料管には、各々微粉炭混合気が噴射するノズルが連設されている。さら本発明の微粉固体燃料焚きバーナは、濃微粉固体燃料管内に配設され、濃微粉固体燃料混合気中に微粉固体燃料の濃度に濃淡を形成する濃淡形成器を備えている。
本発明の微粉固体燃料焚きバーナによれば、濃微粉固体燃料管内に濃淡形成器を配設することにより、この濃淡形成器を通過した濃微粉固体燃料混合気中に、微粉固体燃料の濃淡を形成することができる。濃微粉固体燃料混合気中に形成される濃微粉固体燃料の高い領域は、該濃微粉固体燃料混合気中における微粉固体燃料の濃度よりもさらに微粉固体燃料の濃度を高くすることができる。したがって、着火安定性に優れた微粉固体燃料焚きバーナを得ることができる。しかも、基本的には、濃微粉固体燃料混合気と淡微粉固体燃料混合気とに分離しているため、ＮＯｘの低減にも有効であることは言うまでもない。なお、本発明において、微粉固体燃料の典型例として微粉炭が掲げられることは言うまでもない。
【００１０】
本発明の微粉固体燃料焚きバーナにおいて、濃淡形成器は、濃微粉固体燃料混合気中に含まれる微粉固体燃料を濃微粉固体燃料管の壁面側へ導く抵抗体とすることができる。より具体的な形態として、濃微粉固体燃料混合気の気流上流側から断面積が連続的または断続的に増大する円錐または角錐の部分を有する部材を、濃微粉固体燃料管内、望ましくはその軸線に配設することにより、本発明の濃淡形成器を構成する。濃微粉固体燃料混合気は、この濃淡形成器に衝突すると濃微粉固体燃料管の側壁方向へその進行方向を変える。この進行方向の変更に追従して、濃微粉固体燃料混合気も濃微粉固体燃料管の側壁方向へ導かれるため、濃微粉固体燃料管の側壁近傍に微粉固体燃料の濃度の高い領域が形成され、それ以外の領域は微粉固体燃料の濃度が低くなる。
【００１１】
本発明において、濃淡分離器よりも濃微粉固体燃料混合気の搬送上流側の濃微粉固体燃料管内を仕切り、かつ濃微粉固体燃料混合気の流れ方向に沿って捻られた捻り板を備えることが有効である。この捻り板は、濃微粉固体燃料管内に存在する微粉固体燃料を、仕切られたいずれかの領域に集合させることができる。したがって、例えば、濃微粉固体燃料管の左右いずれか、あるいは上下いずれかの領域に微粉固体燃料の濃度のより高い領域を形成することができる。これは、本発明の微粉固体燃料焚きバーナを設けるボイラにおいて、より着火性の高い領域に、微粉固体燃料の濃度のより高い微粉固体燃料混合気を選択的に供給できることを示唆している。
【００１２】
本発明の微粉固体燃料焚きバーナにおいて、淡微粉固体燃料管内にあって淡微粉固体燃料混合気の流入の抵抗となる抵抗体を備えることが望ましい。前述したように、濃淡形成器として微粉固体燃料を濃微粉固体燃料管の壁面側へ導く抵抗体を設ける場合に、濃微粉固体燃料管への流入抵抗が増大する。そこで、気流の流入抵抗のバランスを取るために、淡微粉固体燃料管にも抵抗体を配設しようというものである。この抵抗体としては、オリフィス、キッカブロックを用いることができる。
【００１３】
本発明は、搬送ガスと微粉固体燃料とからなる主微粉固体燃料混合気から、微粉固体燃料の濃度が異なる複数の従微粉固体燃料混合気を生成して外部に噴射する微粉固体燃料焚きバーナを対象としている。この微粉固体燃料焚きバーナは、主微粉固体燃料混合気から微粉固体燃料が所定の濃度を有する第１の微粉固体燃料混合気と第１の微粉固体燃料混合気よりも微粉固体燃料の濃度の低い第２の微粉固体燃料混合気とを生成する第１生成機構を備えている。加えて本発明は、第１の微粉固体燃料混合気から、所定の濃度よりも微粉固体燃料の濃度の高い第１の領域と第１の領域よりも微粉固体燃料の濃度の低い第２の領域を有する第３の微粉固体燃料混合気を生成する第２生成機構とを備えている。第３の微粉固体燃料混合気における第１の領域の微粉固体燃料の濃度は、相当に高い値を得ることができるため、第３の微粉固体燃料混合気は着火安定性に優れている。
【００１４】
本発明の微粉固体燃料焚きバーナにおいて、第３の微粉固体燃料混合気における第２の領域の微粉固体燃料の濃度は、第２の微粉固体燃料混合気における微粉固体燃料の濃度よりも低くすることができる。ここで、局所的にでも微粉固体燃料の濃度が高いところがあれば着火性を確保できる。そこで、第２の領域の微粉固体燃料の濃度を低くしてでも、第３の微粉固体燃料混合気における第１の領域の微粉固体燃料の濃度を高くしようというものである。
【００１５】
本発明の微粉固体燃料焚きバーナは、第１の微粉固体燃料混合気が直接燃焼の対象となるのではなく、第２の微粉固体燃料混合気および第１の微粉固体燃料混合気から生成された第３の微粉固体燃料混合気が、燃焼の対象として外部に噴射される。
【００１６】
以上説明した本発明による微粉固体燃料焚きバーナを用いることにより、以下の新規な微粉固体燃料の燃焼方法が提供される。この方法は、搬送ガスと微粉固体燃料とからなる主微粉固体燃料混合気から生成した、微粉固体燃料の濃度が異なる複数の従微粉固体燃料混合気を燃焼する微粉固体燃料の燃焼方法である。主微粉固体燃料混合気から、微粉固体燃料が所定の濃度を有する第１の微粉固体燃料混合気と第１の微粉固体燃料混合気よりも微粉固体燃料の濃度の低い第２の微粉固体燃料混合気が生成される。ついで、第１の微粉固体燃料混合気から、所定の濃度よりも微粉固体燃料の濃度の高い第１の領域と第１の領域よりも微粉固体燃料の濃度の低い第２の領域とを有する第３の微粉固体燃料混合気を生成する。そして、本発明は、生成された第２の微粉固体燃料混合気と第３の微粉固体燃料混合気を燃焼するというものである。したがって、第１の微粉固体燃料混合気は、直接燃焼の対象とならない。
【００１７】
本発明の微粉固体燃料の燃焼方法は、微粉固体燃料として半無煙炭（または無煙炭）を用いた場合であっても、着火安定性が確保することができる。
【００１８】
本発明の微粉固体燃料焚きバーナは、ボイラに用いられる。このボイラは火炉本体と、火炉本体の壁面に設置され、微粉化された固体燃料を火炉本体内に搬送ガスと共に噴射する複数のバーナとを備える。本発明はこのバーナに特徴があり、搬送ガスと微粉固体燃料とからなる微粉固体燃料混合気を、微粉固体燃料の濃度の高い濃微粉固体燃料混合気と、濃微粉固体燃料混合気よりも微粉固体燃料の濃度の低い淡微粉固体燃料混合気に分離する分離器と、分離器で分離された濃微粉固体燃料混合気が流入する濃微粉固体燃料管と、濃微粉固体燃料管に連設された噴射ノズルと、分離器で分離された淡微粉固体燃料混合気が流入する淡微粉固体燃料管と、淡微粉固体燃料管ら連設された噴射ノズルと、濃微粉固体燃料管内に配設され、濃微粉固体燃料混合気中に微粉固体燃料の濃度に濃淡を形成する濃淡形成器とを備える。
【００１９】
ボイラの火炉本体には、燃焼に伴う気流が発生する。したがって、前述したように、より着火性の高い領域が火炉本体に存在する。そこで、微粉固体燃料の濃度のより高い微粉固体燃料混合気をこの着火性の高い領域に選択的に供給できるように、本発明では濃微粉固体燃料管から噴射される濃微粉固体燃料混合気の微粉固体燃料の濃度の高い部分が、火炉本体内に形成される気流の上流側に噴射されるように濃微粉固体燃料管を設置することが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における微粉炭焚きバーナ２０の構成を示す断面図である。
微粉炭焚きバーナ２０は、搬送ガスである一次空気と微粉炭とからなる微粉炭混合気２が搬送されてくる微粉炭搬送管１を備えている。
微粉炭搬送管１には、分離器３が接続されている。分離器３は、微粉炭混合気２を微粉炭濃度の高い濃微粉炭混合気と濃微粉炭混合気よりも微粉炭の濃度の低い淡微粉炭混合気とに分離する。そのために分離器３は、微粉炭搬送管１から微粉炭混合気２が流入される真直管３ａと、真直管３ａから分岐する濃微粉炭バーナ接続管３ｂおよび淡微粉炭バーナ接続管３ｃとを備えている。淡微粉炭バーナ接続管３ｃは微粉炭混合気２の流れ方向の上流側で真直管３ａから分岐し、濃微粉炭バーナ接続管３ｂは微粉炭混合気２の流れ方向の下流側で真直管３ａから分岐している。また、濃微粉炭バーナ接続管３ｂおよび淡微粉炭バーナ接続管３ｃは、各々所定の角度をもって導入管から分岐している。
【００２１】
分離器３が以上のような構成を有しているため、真直管３ａに流入した微粉炭混合気２の一部は濃微粉炭バーナ接続管３ｂに、また他の部分は淡微粉炭バーナ接続管３ｃに分離される。微粉炭混合気２中に含まれる微粉炭は、一次空気に比べて直進性が勝るため、淡微粉炭バーナ接続管３ｃに比べて濃微粉炭バーナ接続管３ｂに微粉炭はより多く流入する。一方、一次空気は濃微粉炭バーナ接続管３ｂおよび淡微粉炭バーナ接続管３ｃにほぼ均等に流入する。したがって、濃微粉炭バーナ接続管３ｂには淡微粉炭バーナ接続管３ｃに比べて微粉炭の濃度の高い微粉炭混合気２が流入することになる。ここでいう、微粉炭の濃度の濃淡はあくまで、平均的な濃度をいうのであって、局所的な濃度をいうものではない。
【００２２】
分離器３には、濃微粉炭バーナ６および淡微粉炭バーナ７が接続されている。
濃微粉炭バーナ６は、バーナ風箱９を備えており、バーナ風箱９内には濃微粉炭管５ｂが配設されている。同様に、淡微粉炭バーナ７は、バーナ風箱９内には淡微粉炭管５ｃが配設されている。濃微粉炭管５ｂ、淡微粉炭管５ｃの先端には各々微粉炭噴射ノズル１０が接続されている。バーナ風箱９の先端には二次空気噴射ノズル１１が接続されており、バーナ風箱９と濃微粉炭管５ｂとの間、バーナ風箱９と淡微粉炭管５ｃとの間に供給された二次空気８を噴射する。
【００２３】
濃微粉炭管５ｂ内には、濃淡形成器１２が配設されている。この濃淡形成器１２は、図２に示すように、濃微粉炭管５ｂ内を流れる微粉炭混合気２の流れ方向の上流側から連続的に断面積が増大する円錐部分１２ａと、断面積が一定の円柱部分１２ｂとから構成される。この例では、濃淡形成器１２の中心軸を濃微粉炭管５ｂの中心軸上に置いている。この濃淡形成器１２は、濃微粉炭混合気２に対して抵抗体として働く。濃淡形成器１２の存在により、濃淡形成器１２に到達した濃微粉炭混合気２は、濃微粉炭管５ｂの壁面に向かって導かれる。濃微粉炭混合気２中の一次空気は濃淡形成器１２を通過すると濃微粉炭管５ｂの中心軸方向に戻るが、微粉炭は導かれた壁面近傍に留まり易い。したがって、濃淡形成器１２は、濃微粉炭管５ｂの壁面近傍に微粉炭濃度の高い領域を形成するとともに、この領域に取り囲まれる領域に微粉炭濃度の薄い領域を形成する。このように濃淡が形成された微粉炭混合気２は、濃微粉炭管５ｂに接続された微粉炭噴射ノズル１０から外部に向けて噴射される。なお、濃淡形成器１２としては、例えば図３に示す濃淡形成器２２を用いることができるが、濃淡形成器２２については後述する。
一方、淡微粉炭管５ｃに流れ込んだ淡微粉炭混合気は、実質的にその濃度状態を維持したまま、淡微粉炭管５ｃの先端に接続された微粉炭噴射ノズル１０から外部に向けて噴射される。
【００２４】
以上説明したように、本実施の形態による微粉炭焚きバーナ２０によれば、微粉炭搬送管１を搬送されてくる微粉炭混合気２（主微粉炭混合気）から、濃微粉炭混合気（第１の微粉炭混合気）と淡微粉炭混合気（第２の微粉炭混合気）を生成する機構を備えていることが明らかである。加えて微粉炭焚きバーナ２０は、濃微粉炭混合気から、濃微粉炭混合気よりも微粉炭濃度の高い領域（第１の領域）とこの領域よりも微粉炭濃度の低い領域（第２の領域）とを備えた濃微粉炭混合気（第３の微粉炭混合気）を生成する機構を備えている。なお、第１の微粉炭混合気と第３の微粉炭混合気は、微粉炭の平均的な濃度は同等であるが、第３の微粉炭混合気は局所的に微粉炭濃度の高い領域が形成されている点で第１の微粉炭混合気と相違する。
【００２５】
図４は、模式的に示した微粉炭焚きバーナ２０に主微粉炭混合気および第１〜第３の微粉炭混合気を対応して示した図である。
図４に示すように、微粉炭搬送管１および分離器３の真直管３ａに存在する微粉炭混合気２は主微粉炭混合気ａを構成する。
分離器３の濃微粉炭バーナ接続管３ｂから濃微粉炭バーナ６（濃微粉炭管５ｂ）の所定位置までの間に存在する微粉炭混合気２は第１の微粉炭混合気ｂを構成する。この所定位置には、濃淡形成器１２が配置されている。
濃微粉炭バーナ６（濃微粉炭管５ｂ）の前記所定位置から先に存在する微粉炭混合気２は第３の微粉炭混合気ｄを構成する。分離器３の淡微粉炭バーナ接続管３ｃから淡微粉炭バーナ７に存在する微粉炭混合気２は第２の微粉炭混合気ｃを構成する。
図４からも明らかなように、第２の微粉炭混合気ｃおよび第３の微粉炭混合気ｄが燃焼の対象として噴射される。
【００２６】
図５は、第３の微粉炭混合気ｄが存在する微粉炭管５内部を微粉炭噴射ノズル１０側から見た状態を示している。図５に示すように、第３の微粉炭混合気ｄは、微粉炭管５の壁面近傍の第１の領域ｄ１と、第１の領域ｄ１に取り囲まれる第２の領域ｄ２とから構成される。第１の領域ｄ１は第２の領域ｄ２より微粉炭の濃度が高い。第１の領域ｄ１における微粉炭濃度は、第１の微粉炭混合気ｂの平均的な微粉炭の濃度よりも高い。また、第２の領域ｄ２の微粉炭濃度を、第２の微粉炭混合気ｃの微粉炭濃度よりも低くすることが望ましい。第１の領域ｄ１の微粉炭濃度が高ければ第２の領域ｄ２の微粉炭濃度が低くても着火安定性に本質的に影響を与えないことから、第２の領域ｄ２における微粉炭の濃度を低くしてその分第１の領域ｄ１における微粉炭濃度をより高めるためである。なお、第１の領域ｄ１と第２の領域ｄ２の微粉炭濃度は、濃淡形成器１２の仕様を設定することにより変動させることができる。
【００２７】
以上説明したように、微粉炭焚きバーナ２０によれば、一旦濃淡分離された濃微粉炭混合気２を用いてさらに微粉炭の濃度が局所的に高い領域を形成し、その領域を有する微粉炭混合気２を燃焼の対象とする。したがって、ＮＯｘの低減に効果があるのに加えて、例えば半無煙炭のように揮発分の少ない難燃性の微粉固体燃料を用いても着火安定性に優れる。しかも、濃淡分離機能を有する微粉炭焚きノズルに対して濃淡形成器１２を配設するという簡易な構成により、着火安定性を確保できる点で本実施の形態による微粉炭焚きバーナ２０の効果は極めて大きい。
【００２８】
（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態による微粉炭焚きバーナ４０の構成を示す断面図である。なお、第１の実施の形態による微粉炭焚きバーナ２０と同一の部分については同一の符号を付しており、その説明は省略する。
微粉炭焚きバーナ４０は、図３に示す濃淡形成器２２を用いている点、捻り板１３を配設している点で第１の実施の形態と相違している。また、微粉炭焚きバーナ４０は、淡微粉炭管５ｃ内にオリフィス２３およびキッカブロック２４を設けている点で第１の実施の形態と相違している。以下、相違点について説明する。
【００２９】
図３に示すように、濃淡形成器２２は、濃微粉炭混合気の流れ方向の上流側から連続的に断面積が増大する円錐部分２２ａと、断面積が一定の円柱部分２２ｂとから構成される。濃淡形成器１２（図２参照）との相違は、その軸を中心とする貫通孔２２ｈが形成されている点である。この貫通孔２２ｈを微粉炭混合気２の一部が通過する。したがって、濃淡形成器２２の下流側で気流の回り込みにより発生する渦を抑制する効果が期待される。渦の発生が抑制される結果、当該部分への微粉炭の流入を抑制することができる。したがって、微粉炭の濃淡を形成するという濃淡形成器２２の本質的な効果を向上させることができる。
【００３０】
次に、図７に基づいて捻り板１３について説明する。
図７に示すように、捻り板１３は、濃淡形成器２２よりも第１の微粉炭混合気ｂの搬送上流側（以下、単に上流、下流という）の所定長だけ濃微粉炭管５ｂ内を仕切り、かつ第１の微粉炭混合気ｂの流れ方向に沿って捻られ板状の部材である。捻り板１３は、水平位置から垂直位置まで９０°捻っている。
【００３１】
図６において、濃微粉炭管５ｂ内の濃微粉炭混合気中に含まれる微粉炭は均一に分散しているわけではない。図６に示す微粉炭焚きバーナ４０の場合、濃微粉炭管５ｂの図中上部ほど微粉炭の濃度が高い。なお、淡微粉炭管５ｃについても同様のことが言える。分離器３の濃微粉炭バーナ接続管３ｂ部分において微粉炭に遠心力が作用して当該領域に微粉炭が集まるためである。
【００３２】
捻り板１３は、第１に、濃微粉炭管５ｂの中で微粉炭濃度の高い領域と低い領域とを仕切る役割を果たす。そのために、濃微粉炭管５ｂの上流側では捻り板１３は水平である。ここを始点として捻り板１３は濃淡形成器２２に到達するまで半時計周りに９０°捻られている。捻り板１３の始点部分で捻り板１３より上側に流入した微粉炭混合気２は濃微粉炭管５ｂを捻り板１３の捻りに倣って誘導される。そして、本実施の形態では、捻り板１３が半時計回りに捻られているため、微粉炭は図８に示すような分布を示す。図８は濃微粉炭管５ｂを下流側から見た図であるが、最も微粉炭の濃度の高い第１の領域ｄ１が濃微粉炭管５ｂの中心より右側に形成されている。本実施の形態では、第１の領域ｄ１を除く領域が第２の領域ｄ２を構成することになる。
このように、捻り板１３を用いることにより、濃微粉炭管５ｂの任意の箇所に微粉炭濃度の特に高い第１の領域ｄ１を形成することができる。
【００３３】
次に、オリフィス２３およびキッカブロック２４について説明する。
本実施の形態による微粉炭焚きバーナ４０は、濃微粉炭管５ｂおよび淡微粉炭管５ｃに流入する一次空気の量については均等にすることを前提とする。ところが、濃微粉炭管５ｂ内には濃淡形成器２２が配設されている。この濃淡形成器２２は、濃微粉炭管５ｂへ流入とようとする気体に対する抵抗（流入抵抗）となる。したがって、濃微粉炭管５ｂと淡微粉炭管５ｃの流入抵抗をバランスさせるために、淡微粉炭管５ｃに抵抗体となるオリフィス２３、キッカブロック２４を設けるのである。なお、図６ではオリフィス２３およびキッカブロック２４の両者を設けているが、その目的が達成できればいずれか一方であってもよいことは言うまでもない。
【００３４】
以上第２の実施の形態による微粉炭焚きバーナ４０の特徴部分について述べたが、第１の実施の形態による微粉炭焚きバーナ２０と同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００３５】
図９は、微粉炭焚きバーナ４０を備えたボイラ５０を示す概略平面図である。
ボイラ５０は火炉本体５１と、火炉本体５１に配設された微粉炭焚きバーナ４０とを備えている。微粉炭焚きバーナ４０から噴射された濃微粉炭混合気、淡微粉炭混合気に基づく燃焼炎ｆは、図中矢印方向に旋回する気流に沿ってその形態が形成される。微粉炭焚きバーナ４０から噴射される濃微粉炭混合気、淡微粉炭混合気の着火性を考慮すると、図中のハッチングで施してある領域が高い微粉炭濃度であることが望ましい。
微粉炭焚きバーナ４０は、捻り板１３を用いているため、微粉炭濃度が局所的に高い部分を水平方向に偏って形成することができる。そこで、本実施の形態によるボイラ５０は、反時計方向に捻った捻り板１３を用いることにより、微粉炭濃度が特に高い第１の領域ｄ１を、図中のハッチング領域に対応させることができる。そうすることにより、半無煙炭等の難燃性の微粉固体燃料であっても着火性を向上させることができる。
以上本発明による実施の形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【００３６】
【発明の効果】
一旦濃淡分離された濃微粉炭混合気を用いてさらに微粉炭の濃度が局所的に高い領域を形成し、その領域を有する微粉炭混合気を燃焼の対象とする。したがって、ＮＯｘの低減に効果があるのに加えて、例えば半無煙炭のように揮発分の少ない難燃性の微粉固体燃料を用いても着火安定性に優れる。しかも、濃淡分離機能を有する微粉炭焚きバーナに対して濃淡形成器を配設するという簡易な構成により、着火安定性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による微粉炭焚きバーナの断面図を示している。
【図２】第１の実施の形態における濃淡形成器を示す断面図である。
【図３】濃淡形成器の他の例を示す断面図である。
【図４】模式化された第１の実施の形態による微粉炭焚きバーナに微粉炭混合気を対応させて示した図である。
【図５】第１の実施の形態における濃微粉炭管の出口近傍における微粉炭の分布を示す図である。
【図６】第２の実施の形態による微粉炭焚きバーナの断面図を示している。
【図７】第２の実施の形態による微粉炭焚きバーナの濃淡形成器近傍を示す断面図である。
【図８】第２の実施の形態における濃微粉炭管の出口近傍における微粉炭の分布を示す図である。
【図９】本実施の形態によるボイラの平面図である。
【図１０】従来の微粉炭焚きバーナを示す側断面図である。
【符号の説明】
１…微粉炭搬送管、２…微粉炭混合気、３…分離器、３ａ…真直管、３ｂ…濃微粉炭バーナ接続管、３ｃ…淡微粉炭バーナ接続管、５ｂ…濃微粉炭管、５ｃ…淡微粉炭管、６…濃微粉炭バーナ、７…淡微粉炭バーナ、８…二次空気、９…バーナ風箱、１０…微粉炭噴射ノズル、１１…二次空気噴射ノズル、１２，２２…濃淡形成器、１３…捻り板、２０，４０…微粉炭焚きバーナ、２３…オリフィス、２４…キッカブロック、５０…ボイラ、５１…火炉本体、ａ…主微粉炭混合気、ｂ…第１の微粉炭混合気、ｃ…第２の微粉炭混合気、ｄ…第３の微粉炭混合気、ｄ１…第１の領域、ｄ２…第２の領域
【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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