(57)【要約】【課題】  バーナの燃焼状態を良好に調整可能で、様々な運転条件でバーナ構成部材の温度を低減できるようにする。【解決手段】  １次ノズルと２次ノズルおよび３次ノズルを有する構造のバーナにおいて、２次ノズルと３次ノズルを隔てている隔壁に３次空気を外向きに噴出させる流路変更部材を設置し、前記隔壁をバーナ軸に対して平行に移動できるように構成する。隔壁を移動させることにより、２次空気および３次空気の噴出し流速、流量を制御することができる。この結果、ＮＯｘ低減を図りつつ、バーナの構成部材を冷却することができるようになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と１次空気を供給する１次ノズルと、前記１次ノズルの外側に設けられた２次空気供給用の２次ノズルと、前記２次ノズルの外側に接するように設けられた３次空気供給用の３次ノズルとを有し、前記２次ノズルと前記３次ノズルとが隔壁によって仕切られているバーナにおいて、前記隔壁に３次空気をバーナ軸方向に沿った流れから外向きに流れを変えて噴出させる流路変更部材を設け、かつ、前記隔壁をバーナ軸方向へ移動できるように構成したことを特徴とする燃料燃焼用バーナ。
【請求項２】
請求項１において、前記隔壁の先端に前記流路変更部材としてガイドスリーブを有することを特徴とする燃料燃焼用バーナ。
【請求項３】
請求項１において、前記１次ノズルが微粉炭を１次空気により気流搬送するノズルよりなることを特徴とする燃料燃焼用バーナ。
【請求項４】
請求項１において、前記隔壁が所定の位置に移動したときに、３次空気が他のノズルにバイパスするように、前記隔壁に３次空気の一部をバイパスする機構が設けられていることを特徴とする燃料燃焼用バーナ。
【請求項５】
請求項１において、前記隔壁が固定壁と可動壁とから構成され、前記可動壁に前記流路変更部材が設けられていることを特徴とする燃料燃焼用バーナ。
【請求項６】
請求項５において、前記可動壁と前記固定壁にそれぞれ３次空気がバイパスする孔が設けられ、両者の孔は前記可動壁が所定の位置に移動したときに連通することを特徴とする燃料燃焼用バーナ。
【請求項７】
請求項６において、前記１次ノズルの外壁に孔が設けられ、前記可動壁と前記固定壁に形成された前記孔を通った３次空気が前記１次ノズルに流れるように、前記固定壁の孔と前記１次ノズルの孔との間にバイパス管が設けられていることを特徴とする燃料燃焼用バーナ。
【請求項８】
請求項７において、前記１次ノズルに流入した３次空気が前記１次ノズルの内壁に沿って流れるように、前記バイパス管の噴出口が形成されていることを特徴とする燃料燃焼用バーナ。
【請求項９】
請求項７において、前記１次ノズルが微粉炭を供給するノズルであり、前記１次ノズルの内部に流路断面積を縮小して微粉炭を濃縮する微粉炭濃縮器が設けられ、前記１次ノズルに流れた３次空気が前記微粉炭濃縮器の表面に沿って流れるように前記バイパス管が前記微粉炭濃縮器まで延長されていることを特徴とする燃料燃焼用バーナ。
【請求項１０】
請求項１において、前記流路変更部材およびその近傍の隔壁を冷却するためのフィンが前記流路変更部材およびその近傍の隔壁に設けられていることを特徴とする燃料燃焼用バーナ。
【請求項１１】
請求項５において、前記固定壁の表面を前記可動壁がスライドするように構成され、前記固定壁に前記可動壁を案内するためのガイドローラが設けられていることを特徴とする燃料燃焼用バーナ。
【請求項１２】
請求項５において、前記可動壁および前記固定壁の少なくとも一方に前記可動壁の移動を停止するためのストッパーが設けられていることを特徴とする燃料燃焼用バーナ。
【請求項１３】
請求項１において、更に２次空気と３次空気を供給するウインドボックスを備え、前記隔壁を移動させる機構を該ウインドボックスの外に設置したことを特徴とする燃料燃焼用バーナ。
【請求項１４】
燃料と１次空気を供給する１次ノズルの外側に２次空気供給用の２次ノズルを有し、前記２次ノズルの外側に前記２次ノズルに接するように３次空気供給用の３次ノズルを有し、前記２次ノズルと前記３次ノズルを隔壁によって仕切り、前記隔壁に３次空気の流れをバーナ軸に沿った流れから外向きに変える流路変更部材を有し、前記隔壁をバーナの軸方向へ移動可能に構成したバーナによる燃料燃焼方法であって、負荷の変動、バーナ先端部の温度、燃料の性状、窒素酸化物濃度、未燃分の濃度および燃料供給停止のいずれかの状態に応じて前記隔壁を移動し、前記３次ノズルから供給される３次空気の流量を調整することを特徴とする燃料燃焼方法。
【請求項１５】
請求項１４において、前記バーナへの燃料供給停止時に、前記３次ノズルの３次空気噴出断面積が小さくなるように前記隔壁を移動し、前記２次ノズルの２次空気流速を増加させることを特徴とする燃料燃焼方法。
【請求項１６】
請求項１４において、前記バーナによる燃料燃焼時に前記流路変更部材の温度が設定温度よりも高くなったならば、前記隔壁を３次空気の噴出断面積が減少するように移動して３次空気の流速を増加させることを特徴とする燃料燃焼方法。
【請求項１７】
請求項１４において、前記バーナへの燃料供給停止時に、前記３次ノズルに供給される３次空気の一部をバイパスさせて前記２次ノズルに流すことを特徴とする燃料燃焼方法。
【請求項１８】
請求項１４において、前記バーナへの燃料供給を停止している時に、前記３次ノズルに供給される３次空気の一部をバイパスさせて前記１次ノズルの内壁に沿って流すことを特徴とする燃料燃焼方法。
【請求項１９】
燃料と１次空気を供給する１次ノズルの外側に前記１次ノズルを包囲するように管状の２次空気供給用の２次ノズルを有し、さらにその外側に３次空気を供給する管状の３次ノズルを有し、前記２次ノズルと前記３次ノズルの間に管状の隔壁を有し前記隔壁が固定されているバーナを炉壁に備えたボイラの改造方法であって、前記隔壁の少なくとも先端部分を取り除き、そこへ３次空気の流れをバーナ軸に沿った流れから外向きに変える流路変更部材を備えた管状の隔壁を、バーナ軸方向に移動できるように設置したことを特徴とするボイラの改造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナとそのバーナによる燃料燃焼方法に関する。また、既存のバーナを備えたボイラを本発明のバーナを備えたボイラに改造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラなどで使用されるバーナには、負荷変化対応、多炭種対応、窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度低減、未燃分低減などが求められており、こうした要求に応えるために、燃焼状態を制御する種々の方法が開発されている。例えば、エアレジスタによる２次、３次空気の流量配分、スワール数変化などである。
【０００３】
燃焼状態を制御する方法の１つとして、２次空気と３次空気を隔てる隔壁を移動可能にして２次空気流量を調整し、空気の噴出方向を調整する方法が提案されている（例えば、参考文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特公昭６０−２６９２２号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、隔壁を進退させることにより、２次空気の流れをコントロールすることができるので、２次火炎の燃焼を、低ＮＯｘと燃焼効率の面から最良の条件で行うことができると記載されている。
【０００６】
本発明の目的は、低ＮＯｘ化を図りながら、更にバーナを冷却できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、燃料と１次空気を供給する１次ノズルの外側に前記１次ノズルを取り囲むように、または１次ノズルと接するように管状の２次ノズルを有し、前記２次ノズルの外側に前記２次ノズルを取り囲むように、または２次ノズルと接するように管状の３次ノズルを有し、前記２次ノズルと前記３次ノズルの間に両ノズルを仕切る管状の隔壁を有するバーナにおいて、前記隔壁に前記３次ノズルを流れる流体が外向きに噴出するようにした流路変更部材を設け、かつ、前記隔壁をバーナ軸に対して平行に移動可能にしたものである。前記２次ノズルには２次空気が供給され、３次ノズルには３次空気が供給される。なお、本発明において、バーナ軸とは、管状の１次ノズルの中心軸を意味する。
【０００８】
流路変更部材を備えた隔壁をバーナ軸に対して平行な方向に移動することによって、３次ノズルの３次空気噴出断面積が変化し、３次空気の流量、流速が変化する。３次空気の流量が変われば、それに伴って２次空気の流量、流速が変わる。３次空気の流量或いは２次空気の流量が変わることによって燃焼状態が変化し、これに伴ってバーナ先端部の加熱温度も変化する。この結果、バーナ構成部品の温度を下げることが可能になる。
【０００９】
本発明が対象としている３重管構造のバーナは、１次空気で燃料を着火し還元炎を形成して低ＮＯｘ化を図り、この還元炎に２次空気と３次空気を混合して還元炎に含まれる未燃分を燃焼するようにしたものであり、火炎内２段燃焼式バーナとして知られている。このバーナにおいて、３次空気の混合を遅らせると還元炎の領域が大きくなり、低ＮＯｘ化が促進される。この構造のバーナは、特許文献１にも見られるように、管状の１次ノズルの出口に保炎器を設けたものが多く、本発明でも１次ノズルの出口に保炎器を設けることができる。保炎器には、管状１次ノズルの出口内側にリング状の突起を形成した内部保炎器と、管状１次ノズルの出口外側にバーナ軸方向に張り出すように筒状の突起を設けた外部保炎器とがあり、これらの両方を備えることが望ましい。保炎器を設けると、その後流に乱流渦による循環流領域が形成され、燃料例えば微粉炭粒子を巻き込んで高温ガスの火種となって微粉炭の着火が促進される。ここで２次空気は、保炎器の冷却および燃料と空気の混合割合を調整する役割を担う。
【００１０】
流路変更部材としては、３次空気がバーナ軸に対して平行な流れから次第に外側に向きを変えて流れるようにテーパ状の斜面を有するものが望ましい。また、流路変更部材の裏面側すなわち２次空気に接する側は、３次ノズル側の斜面に沿って傾斜するように形成されていることが望ましい。このようにすれば、３次空気の噴出断面積が小さくなるように流路変更部材を移動したときに、それにつれて２次空気の噴出断面積が増加するようになる。
【００１１】
バーナの構造を複雑にすることなく前記隔壁を容易に移動できるようにするために、隔壁を固定壁と可動壁とから構成し、固定壁の表面を可動壁がスライドして移動するように構成することが望ましい。具体的には、３次空気がバーナ軸に対して平行に流れる部分は固定壁にし、バーナ軸に対して平行な流れから外側に向きを変える部分、すなわち流路変更部材が設けられている部分は、可動壁にすることが望ましい。固定壁には、可動壁の移動を助けるためにガイドローラを備えることが望ましい。また、固定壁と可動壁の一方或いは両方に、可動壁の移動を停止するためのストッパーを設けることが望ましい。さらに流路変更部材およびその近傍の隔壁は高温に加熱されやすいので、そこには冷却用のフィンを設けておくことが望ましい。さらに、可動壁を移動させる手段として、可動壁に棒状の部材を取り付け、これを手動または自動で前後に移動させると良い。この時に棒状の部材の先端をバーナのウインドボックスの外に出るように長くすると、メンテナンスがし易く、故障しにくい。棒状の部材の先端を手動で引いたり、押したりして移動させることができる。さらに、棒状の部材の先に歯車を設置し、この歯車に合うようなギアとギアに取り付けたハンドルを用いて、前後に移動させると容易に移動できる。さらに、ハンドルの代わりにモータを備えると移動を省力化でき、制御による自動化が可能になる。
【００１２】
本発明のバーナは、燃料として油、ガス、微粉炭などを使用するものに使用できるが、特に微粉炭を使用するものに適する。なお、微粉炭バーナでは、１次ノズル内に助燃用の油バーナを設けて、負荷が低いときに助燃することがあるが、本発明のバーナでもこのように油バーナを備えることができる。
【００１３】
本発明のバーナには、３次空気の一部が他のノズルにバイパスするようにした３次空気バイパス機構を付加することができる。この３次空気バイパス機構は、２次ノズルと３次ノズルを仕切る隔壁が所定の位置に移動したときに、３次空気が他のノズルにバイパスして流れるように形成される。前記可動壁に孔をあけ、一方、この可動壁が所定の位置に移動したときに前記孔と連通するように固定壁に孔をあければ、３次空気の一部がバイパスして２次ノズルに流れるようになる。可動壁或いは固定壁にあける孔は、１個でもよいが、３次空気の流量を多くするために、円周方向に沿って複数個の孔を設けることが望ましい。
【００１４】
１次ノズルに孔をあけ、この孔と前記固定壁に設けられた孔との間をバイパス管で接続すれば、３次空気を１次ノズルに流すことができる。３次空気が１次ノズルの内壁を燃料の流れ方向に沿って噴出するように前記バイパス管を構成すれば、１次ノズル内を流れる３次空気によって保炎器を冷却することができる。
【００１５】
本発明は、前記バーナを使用して燃料を燃焼する際に、流路変更部材の温度が設定温度よりも高くなったならば、２次ノズルと３次ノズルを仕切る隔壁を移動して３次ノズルの３次空気噴出断面積を小さくし、３次空気の流速を増加させる燃焼方法を提供する。また、燃焼時にバーナに灰が付着するようになったら、前記隔壁を移動し３次ノズルの３次空気噴出断面積を大きくして３次空気の流速を遅くする燃焼方法を提供する。さらにバーナに燃料を供給しない休止時には、前記隔壁を移動して３次ノズルの３次空気噴出断面積を小さくし、２次空気の流量を増加させる方法を提供する。また、バーナへの燃料供給を停止しているときに、３次ノズルに供給される３次空気の一部をバイパスさせて２次ノズル或いは１次ノズルへ流す方法を提供する。また、ＮＯｘ濃度が高い場合や燃焼性の悪い燃料を使用する場合は、３次空気の運動量を増加するために３次空気の噴出断面積を小さくし、３次空気量を増加する操作を行う方法を提供する。
【００１６】
さらに、本発明は、２次ノズルと３次ノズルを隔てる管状の隔壁が固定された状態になっている既存のバーナを備えたボイラにおいて、前記隔壁の一部ないしは全部を取り除き、そこへ流路変更部材が設けられた管状の隔壁を移動可能に設置するようにしたボイラ改造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のバーナは、火炎内２段燃焼方式であり、ＮＯｘを低減するのに優れている。本発明によれば、低ＮＯｘ化を図りつつ、バーナを冷却でき、バーナへの灰付着或いは熱によるバーナの損傷を抑制することが可能になる。本発明において、３次空気の噴出方向を外向きに一定とし、３次空気の運動量を変化させることで、循環流の大きさを、小さくならない範囲で最適化することができ、燃焼状態を良好に保つことが可能になる。また、３次空気流量を一定としても、ガイドスリーブ先端の流速を高くすることができるのでガイドスリーブを冷却できる。更に、３次空気の運動量と流量を独立に制御することで、主に運動量により決まる火炎の大きさと循環流の大きさ、および流量により決まる還元域の大きさを独立に制御でき、良好な燃焼状態を保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を用いて、本発明のバーナおよびその使用方法について説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１、２、３、４は、本発明によるバーナの一実施形態を示す断面図である。本バーナは、１次ノズル４と２次ノズル８と３次ノズル９よりなる３重管構造を有する。１次ノズル４から、１次空気と微粉炭が矢印１１のように流れる。本実施例では、燃料として微粉炭を用いた場合を示しているが、油、ガスなどでも同じである。１次ノズル４は管状であり、断面が円や四角の形をしている。２次ノズル８と３次ノズル９との間には隔壁があり、この隔壁は固定壁１と可動壁２とから構成されている。可動壁２の先端には、ガイドスリーブ３が取り付けられている。このガイドスリーブ３は、３次空気の流れを外向きに変える働きをする。２次ノズル８から２次空気が矢印１２のように流れる。また、３次ノズル９から３次空気が矢印１３のように流れる。可動壁２は、移動制御棒５と接続部１４にて接続されており、ウインドボックスの壁２８の外に操作をするためのハンドル３３がついている。
【００２０】
１次ノズル４の先端には、筒形状をした保炎器１０が設けられている。また、３次ノズル９の上流にはエアレジスタ７が設けられている。さらに、3次ノズルの上流には３次ダンパー３５と、２次ノズルの上流には２次ダンパー３４が取り付けられている。
【００２１】
可動壁２とこの先端に設置したガイドスリーブ３が、前後すなわちバーナ軸に対して平行な方向に移動することで、３次空気の流量と流速、２次空気の流量と流速、３次空気流量と２次空気流量の割合を変化させ、燃焼状態を制御することが可能になる。このことは、３次空気と２次空気の運動量の比率を変化させることと同じである。本発明では、３次空気の噴出角度を一定に保ち、３次空気の出口断面積を変化させることで、３次空気の流速と運動量を変化できる。３次空気を常に外側に向けることで、保炎器１０、ガイドスリーブ３の下流に形成される循環流の大きさを常に大きくすることができるので、燃焼状態を良好に保つことができる。３次空気の運動量は、火炎の大きさや循環流の大きさを決める主な要因であり、３次空気の流量は還元域の大きさを決める主な要因である。３次空気の運動量と流量を独立に制御できることで、保炎性向上、ＮＯｘ低減などに好適な燃焼状態にすることができる。さらに、３次空気の運動量と２次空気流量を独立して変更できる。これにより２次空気は保炎器１０の冷却や、１次ノズル４を流れる燃料への空気供給などの別の目的に使用できる。
【００２２】
図３は図１のＡ−Ａ断面図を示す。図４は図１のＢ−Ｂ断面図を示す。可動壁２がスムーズに移動するようにタイヤ２３が取り付けられている。この例では、移動制御棒５は４つ備えられており、バーナの軸に対して並行に移動させるのに好適である。タイヤ２３は、固定壁１に設置しているが、可動壁２に設置しても良い。
【００２３】
可動壁２は、３次空気の流量が少ないと、温度が上昇する可能性がある。部材の温度が、材料の耐熱温度以上になると焼損や変形が生じやすくなる。そこで、可動壁には耐熱温度の高い材料を用いると良い。
【００２４】
以下では、初めに、バーナの試運転時の調整方法について説明する。ボイラにバーナを設置した直後には、思った流量が流れないことがある。これには、バーナの製作誤差、上流ダクトの非対称性、バーナに設置したレジスタ、ダンパーなどの設定誤差などが原因として考えられる。また、バーナ毎の燃料の偏りに応じた空気流量の設定も必要となる場合がある。そこで、３次ノズルのエアレジスタ７、３次ダンパー３５、２次ダンパー３４、可動壁２を調整して、ＮＯｘ，ＣＯ，未燃分，煤及び腐食の低減、バーナ部のメタル温度低減に適した燃焼状態にする。以下では調整方法の例を示す。
（例１）保炎性が悪い場合には、保炎性を向上させるために以下のような操作をする。
（１・１）３次空気の運動量が低い場合：可動壁２を手前側（図１の左側方向）に移動させ、３次ノズルの流路面積を狭くする。このままでは、３次空気の圧力損失が大きくなるので３次空気流量が低下し、２次空気流量が増加する。流量を変化させないために、３次ノズルのエアレジスタ７または、３次ダンパー３５を開く。もしくは、２次ダンパー３４を閉じて２次空気が流れないようにする。３次空気の運動量増加により、保炎器１０の後流の循環領域が大きくなり保炎性が高められる。
（１・２）２次空気運動量が低い場合：２次空気量が増加しても良い場合は、３次ノズルのエアレジスタ７を閉めて旋回を強くするか、可動壁２を手前に移動させて３次空気流速を高くすると良い。２次空気の流量と運動量が増加することで、保炎器１０の下流の循環領域が大きくなり保炎性が高められる。しかし、２次空気を多くしすぎると、逆に循環流を小さくする場合がある。２次空気には最適な流量が存在する。図２では、可動壁２を移動したことで、保炎器１０とガイドスリーブ３の間の最小流路面積が広がっている。このために、２次空気の噴出流速が低くなる可能性がある。流速が低いと保炎器１０の冷却効果が低下するので、可動壁２が移動しても、この最小流路面積が変わらないように、保炎器１０を可動壁２の移動方向に長くしておくと良い。
（例２）ＮＯｘ濃度が高い場合には、以下の方法で調整する。
（２・１）保炎性を高くするとＮＯｘ濃度は低下するので、上記の保炎性を向上する設定にする。
（２・２）十分、保炎しているが、さらにＮＯｘ濃度を低下させたい場合は、空気の混合を遅らせることが有効である。混合を遅らせるには、２次空気を低下して、３次空気の流量を増加することが有効である。そのためには、２次ダンパー３４を閉める、または、可動壁２を開けることが考えられる。また、３次空気の運動量を増加しても良い。３次ノズルのエアレジスタ７を閉めて３次空気の旋回を強くすることでも、混合を遅らせることができる。この場合、３次空気の流量が低下しないように、２次ダンパー３４を閉じる必要がある。
（例３）未燃分が高い場合には、以下の方法で調整する。
（３・１）保炎していないと未燃分が高くなる可能性がある。そこで、保炎性の向上と同様の設定をすることが有効である。
（３・２）十分保炎しているが、さらに未燃分を低減したい場合は、２次空気を増加することが有効である。この場合、２次ダンパー３４を開けると、３次空気の運動量が低下し保炎性が低下する可能性がある。そこで、可動壁２を手前に移動させて３次空気流速を上げるか、3次ノズルのエアレジスタ７を閉めて旋回を強くすることが有効である。
（３・３）未燃分の低減には、バーナ空気比を上昇させることが有効である。バーナ空気比を上げると空気流量が増加し、燃料と空気の混合が良くなり、ＮＯｘ濃度が高くなる。ＮＯｘ濃度を低くするために、例２に示した方法を適用する。
（例４）腐食の低減を図るためには、以下の方法で調整する。
（４・１）壁付近の空気が不足していると還元性ガスの濃度が高くなり、腐食速度が高くなる。壁付近に空気を供給するために、３次空気流量を増加することが有効である。そこで、可動壁２を開けて３次ノズルの流路面積を広くし、３次空気流量を多くすることが有効である。さらに３次空気の運動量を増加して、壁付近まで空気を到達させるために、２次ダンパー３４を閉じても良い。
（４・２）保炎を悪くして、還元性ガスを低減しても良いので、例１と逆の操作をしても良い。
（４・３）腐食しやすい壁に近いバーナの空気量を増やしても還元性ガスを低減でき、腐食を低減できる。そこで、バーナ毎に可動壁２、レジスタ、ダンパーを調整し、空気を増やした方が良いバーナの圧力損失を低減する運用状態にし、空気配分を調整することが有効である。
（例５）燃料の種類を大幅に変化させたい場合は、以下の方法で調整する。
（５・１）燃料の種類が大幅に変わると、粉砕性や燃料中の揮発成分の量が変わるので、保炎性維持やＮＯｘ低減のためにダンパー開度、可動壁２の位置、エアレジスタ７の設定を変えると良い。燃料を、燃焼性の良い燃料から燃焼性の悪い燃料に変えた場合は、保炎性が低下する可能性がある。この場合、保炎性を良くする操作をすると良い。
（５・２）燃焼性の悪い燃料では、ＮＯｘ濃度が高くなる可能性が高いので、ＮＯｘを低減する操作をするとよい。
（例６）燃料中の灰が付着する場合は、以下の方法で操作する。
（６・１）保炎性は良好であり、燃料中の灰分が溶融してバーナ付近に付着する場合は、可動壁２を前に移動させ、３次空気の出口断面積を大きくして３次空気の流速を低下させ、保炎性を低下させる。このようにすると、燃焼温度が低下するので、灰の付着は低減される。同時に、２次空気も増加し、保炎器近傍の温度が低下し、灰が溶融することを防止できる。
（６・２）溶融灰がボイラの壁に付着する場合は、壁付近に空気を供給するようにすると良い。このために、可動壁２を手前に移動させ、３次空気の噴出方向を外向きに変え、壁付近に空気が供給されるようにすると良い。
（例７）保炎器の温度が高い場合は、以下の操作をする。
【００２５】
保炎器１０の温度が高い場合は、２次空気の流速を高めることが有効である。２次空気の流量を増加するために、３次ダンパー３５もしくはエアレジスタ７を閉じる。この場合、３次空気の運動量が低下し、保炎性が低下する可能性がある。そこで、３次ダンパー３５とエアレジスタ７を閉じる代わりに、可動壁２を手前に移動させる。これにより、保炎性と保炎器温度の低下を両立できる。
（例８）ボイラ最低負荷の低減は、以下のようにする。
【００２６】
ボイラの負荷は常に１００％ではなく、電力の需要に合わせて変化させる。非常に低い負荷で運転できれば、ボイラの運用性は向上する。通常のバーナは１００％負荷で性能が良くなるように設計されている。負荷が低い場合は、バーナから入る燃料流量、空気流量が低下することで、運動量のバランスが崩れ、保炎性の低下を生じる可能性がある。例えば、３次空気の運動量が低い場合には、可動壁２を手前に移動させて３次空気の運動量を増加させることが有効である。この操作は例１に示した保炎性向上の方法と同様である。しかし、低い負荷で保炎性を向上させた場合には、逆に高い負荷で燃焼性が悪くなることがある。高い負荷でも燃焼状態が悪化しないような範囲で設定すると良い。
【実施例２】
【００２７】
図５は、本発明によるバーナの実施形態の一例を示した断面図である。実施例１との違いは、モータボックス６を設置し、可動壁２の移動を電動にした点である。また、この図５では、モータボックスをウインドボックス内に設置しているが、ウインドボックスの外でも良い。また、２次ノズル８にエアレジスタ１５を設置した。エアレジスタ１５と２次ダンパー３４を組み合わせることで、流量と旋回力を制御可能である。
【００２８】
電動により可動壁２を移動させるメリットは、実施例１で示した燃焼調整のアルゴリズムに従い、可動壁２を制御し、常に最適な燃焼状態に保つことができる点である。その他にも、以下に示すように、流量条件を変化することで好適な運用状態にすることができる。
【００２９】
バーナは燃料が供給されない休止の状態になることがある。このような状態では、他の点火バーナからの輻射熱で休止バーナが加熱されて、ガイドスリーブ３や保炎器１０等の温度が上昇する可能性がある。これを防ぐために、バーナには、休止でも空気を供給する必要がある。この休止時にバーナに供給する空気流量が多いと、他の点火バーナへの空気調整量が少なくなる。そこで、休止バーナの空気流量を少なくする必要がある。可動壁２を固定したまま流量を低減すると、２次空気、３次空気の流速が低下し、ガイドスリーブ３と保炎器１０を十分に冷却できない。
【００３０】
そこで、本発明では、バーナが休止状態のときに図６に示すような状態にする。すなわち、可動壁２を手前に移動し、３次空気の噴出部の面積をほとんどゼロにする。ガイドスリーブ３の先端の流速は速いので、３次空気が少量でもガイドスリーブを冷却できる。また、２次空気の流量を増加することで、２次空気の流速を高め、保炎器１０を効率的に冷却できる。２次空気は３次空気に比べて流量が少ないので、２次空気を増加しても全体の流量を低減できる。
【００３１】
今までの例では、３次ノズルにエアレジスタ７を備えているが、エアレジスタ７は無くても良い。エアレジスタ７は、３次空気を旋回させて燃焼場を制御するためのものである。本発明では、可動壁２が前後に移動することで、同じ効果を得ることができるためである。さらに、２次ノズルのエアレジスタ１５も必須ではない。この場合、２次空気の流量調整方法がなくなるので、２次ダンパー３４が必要である。
【００３２】
実施例２の場合に使用する制御装置の構造を図７に示す。制御装置１０１には、計測装置からの信号を受け取り、バーナ１０２の可動部を移動させる信号を送信する。例えば可動壁移動モータ１１１、エアレジスタ７の可動モータ１１２、３次ダンパー可動モータ１１３、２次ダンパー可動モータ１１４、或いはエアレジスタ１５の可動モータ１１５等を駆動する信号である。制御装置１０１には、実施例１に示したアルゴリズムを実現するソフトウェアが組み込まれている。バーナ１０２に設置した計測装置には、フレームディテクタ１０７、バーナのメタル温度計１０８、燃焼用空気の圧力計１０９、バーナ空気の流量計１１０などがある。ボイラ１１６に設置した計測装置には、蒸気温度計１０３、灰付着センサー１０４、ＮＯｘセンサー１０５、ＣＯ濃度や固体の燃え残りを測定する未燃分センサー１０６などがある。例えば、保炎性を調べるために、フレームディテクタ１０７を使用するとよい。フレームディテクタの中でも、火炎の発光強度を測定できるものが良い。発光の強度で保炎性の良さを評価し、保炎性が低下したならば保炎性を良くする運用条件に変化できる。ＮＯｘセンサー１０５は反応の終了したボイラ１１６の下流側に設置すると良い。複数個のＮＯｘセンサー１０５を設置し、濃度分布を調べながらバーナ毎の可動壁２やレジスタ、ダンパーを調整すると良い。未燃分センサー１０５もＮＯｘセンサーと同様に、ボイラ１１６の下流に設置すると良い。
【実施例３】
【００３３】
図８，９，１０、１１は、本発明によるバーナの他の実施形態を示す断面図である。図８の例は、２次ノズルと３次ノズルを仕切る隔壁の固定壁１と可動壁２に、それぞれ３次空気バイパス用の孔１６，３２が設けられており、これらの孔を通って３次空気が矢印１７で示すように流れて２次ノズル８にバイパスするようになっている。この場合、常に３次空気がバイパスするのではなく、図８に示すように可動壁２が、手前側に来ている燃料供給休止の状態で流れるようにすると良い。このようにすると、可動壁２を手前に引き、かつ、２次空気を絞ってしまった場合でも、自動的に２次ノズル８に空気が供給され、保炎器１０の温度が上昇するのを防ぐことができる。３次空気バイパス用の孔１６，３２は１個ではなく、複数個設けた方が流量を多くすることができる。
【００３４】
図９は、バイパスした３次空気が１次ノズルに供給される例を示す。この例では、１次ノズル４の管壁に孔を設け、固定壁に設けた孔と１次ノズルに設けた孔との間をバイパス管１８で接続している。バーナが休止の場合は、１次ノズル内にはほとんど空気が供給されない。そのために、保炎器の内側を冷却することができない。そこで、図９に示すように休止状態で、１次ノズルの壁に沿って３次空気を供給する。
【００３５】
燃料を搬送している１次空気の酸素濃度が低い場合は、可動壁２が手前に来て、３次ノズルの３次空気噴出断面積が小さいときほど、バイパス空気流量が増加する構造にすると良い。褐炭などでは、燃料が発火しやすいために、排ガスで燃料を搬送する。バーナの負荷が高い場合は、１次空気の酸素濃度が低くても、燃焼装置例えばボイラ内のガス温度が高いので安定的に燃焼できる。しかし、負荷が低下すると、燃焼装置内のガス温度が低下し、１次空気の酸素濃度が高くないと未燃分の上昇や失火が生じる。このような負荷の低い場合に、３次空気が１次ノズルへ流れることで、安定的に燃焼させることができる。常に、３次空気が１次ノズル４にバイパスする構造も考えられるが、負荷が高い場合に燃焼が促進され、爆発や灰付着の可能性が高くなるので、負荷が低下するほど空気流量を増加させる仕組みの方が良い。
【００３６】
図１０は、バイパスした２次空気が１次ノズルに供給される例を示す。この例では、１次ノズル４の管壁に孔を設け、バイパス管１８で、２次ノズルから１次ノズルに空気を供給可能にしている。バーナが休止の場合は、可動壁２を手前に移動させるとともに、エアレジスタ１５を閉めることで、１次ノズルの壁に沿って２次空気を供給する。
【００３７】
また、図９の例と同様に、１次空気の酸素濃度が低い場合には、バイパスする空気量を増加することで安定的に燃焼させることができる。燃焼速度を低下させたい場合は、バイパス空気の取り入れ口における圧力を低下させるとよい。例えば、可動壁２を移動して３次空気の噴出面積を広くするか、エアレジスタ１５を開くとよい。
【００３８】
図１１は、１次ノズル４内に設けた微粉炭濃縮器２０の冷却にバイパス３次空気を使用した例である。微粉炭濃縮器２０は、１次ノズルの流路を一時的に狭めた後に、再び流路を広げるように構成されており、１次ノズルの壁面側の微粉炭濃度を高める作用をする。休止状態では、１次空気流量が少ないので、微粉炭濃縮器２０を冷却することが難しい。そこで、休止状態では３次空気が微粉炭濃縮器２０に流れるようにする。このために、図１１では固定壁１の孔と１次ノズルの孔とを連結し、さらに微粉炭濃縮器２０まで延びているバイパス管１９を設けている。微粉炭濃縮器の冷却に使った空気は、微粉炭濃縮器２０の先端から火炉に投入する。
【００３９】
微粉炭バーナには、助燃用の油２１をアトマイザ３１から噴霧するようにした油バーナ３０が設置されている場合がある。図１１は、そのような例を示す。可動壁２を移動させることで、外側を流れる空気流量とバーナの中心部を流れる空気流量の割合を変化できる。これにより、ＮＯｘ、煤の発生を制御できるようになる。
【実施例４】
【００４０】
図１２は、他の実施形態に関するバーナの断面図を示している。この例では、モータボックス６をウインドボックスの壁２８の外に設置している。２次空気および３次空気は３００℃以上の高温で、灰を含んでいる場合がある。このようなところに、モータボックス６を設置すると故障する可能性があり、また故障した場合に修理が困難である。また、本実施例では、固定壁１が図５の場合よりも短くしてある。このようにすれば、熱により可動壁２の先頭に近い部分が変形しても、固定壁１と接する部分がバーナの奥にあるので移動を妨げる可能性が低くなる。
【００４１】
さらに、可動壁２にはストッパー２４を設けると良い。センサーの故障などで、可動壁２が前に出すぎることを防ぐことができる。図１２には示さないが、同様の方法で、可動壁２を引き過ぎないようにストッパーを設けることも有効である。
【００４２】
さらに、図１２では、可動壁２およびガイドスリーブ３に冷却フィン２２を設置することで、冷却効率を高めている。この冷却フィンは、強度を増す働きもある。
【００４３】
図１２には、ガイドスリーブ３と保炎器１０に温度センサー２９が取り付けられている。この温度センサーの値に基づいて、可動壁２の位置を制御できる。この場合、ガイドスリーブの先端の温度が制限値よりも高い場合は、３次空気の流速が低いので、２次空気を絞って３次空気の流速を上げる操作をするとよい。また、保炎器の温度が制限値よりも高い場合は、実施例１の例７の運転状態にするとよい。ガイドスリーブおよび保炎器の温度がいずれも制限値よりも高い場合は、空気流量全体を増加させるとよい。
【００４４】
図１３、１４、１５は図１２のＣ−Ｃ断面における各種の形態例を示したものである。図１３〜１５の構造は、図１２のバーナに限らず、図１の構造のバーナにも適用できる。図１３は、モータ２５が１つで、ギア２６と動力伝達シャフト２７により、４個の移動制御棒５を移動させた例である。モータの数を少なくでき、かつ常に移動制御棒５の移動量を同じにできるというメリットがある。図１４は、図１３で示したモータ２５を使用しないで、手回しハンドル３７で移動制御棒５を移動させた例である。図１５はモータ２５を４個使用し、１つのモータが故障しても残りのモータで運用可能にした例である。
【実施例５】
【００４５】
図１６，１７，１８は、本発明によるバーナの他の実施形態を示す断面図である。図１７は図１６のＤ−Ｄ断面図であり、図１８は図１６のＥ−Ｅ断面図である。図１との違いは、バーナが３重管ではなく、１次ノズル４、２次ノズル８が四角形の管になっており、３次ノズル９がバーナの上下２箇所に分かれて設置されていることである。この場合でも、実施例１と同様に、ガイドスリーブ３を有する可動壁２を前後に移動することで、最適な運用状態にすることができる。本実施例では、可動壁２は上下に分かれているので、連動して前後に移動しない可能性がある。そこで、図１７に示すように、連結板３６で可動壁２を連結すると良い。本実施例では、図１８に示すように、ハンドル３３を４箇所に設置し、手動で可動壁２を移動させたが、実施例２のように電動で移動させても良い。
【実施例６】
【００４６】
本発明によるバーナの他の使用例について説明する。図１９の横軸は、バーナの負荷を示している。バーナ負荷が０％でも冷却用の空気を流すが、この場合、保炎器を冷却するために可動壁２を３次空気出口が全閉に近い状態にしている。石炭焚きバーナでは、負荷が低いときに油で助燃し、油と石炭を投入する。石炭だけで燃焼できる負荷に達すると、油の流量をゼロにする。油を燃焼している場合は、油を投入している中心部に近い場所の空気を増やした方が良いので、可動壁２を手前に移動させ、３次空気出口を全閉に近い状態にしている。石炭の流量の増加と共に、供給する空気流量は増加する。３次空気の運動量が低くても安定して燃焼できるので、可動壁２を手前に移動し、３次空気出口を大きくして全開に近づける。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明により、燃焼状態を最適な状態に制御してＮＯｘ低減を図りつつ、バーナを冷却することが可能になった。バーナの熱損傷を少なくする上で、本発明のバーナの利用可能性は大である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施例によるバーナの断面図である。
【図２】本発明によるバーナの一使用例を示す断面図である。
【図３】図１のバーナのＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１のバーナのＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明によるバーナの他の使用例を示す断面図である。
【図６】本発明によるバーナの更に他の使用例を示す断面図である。
【図７】本発明によるバーナの制御装置の構成を示す図である。
【図８】本発明によるバーナの他の例を示す断面図である。
【図９】本発明によるバーナの他の例を示す断面図である。
【図１０】本発明によるバーナの他の例を示す断面図である。
【図１１】本発明によるバーナの他の例を示す断面図である。
【図１２】本発明によるバーナの他の例を示す断面図である。
【図１３】図１２のバーナのＣ−Ｃ断面における一形態を示す図である。
【図１４】図１２のバーナのＣ−Ｃ断面における他の形態を示す図である。
【図１５】図１２のバーナのＣ−Ｃ断面における更に他の形態を示す図である。
【図１６】本発明によるバーナの他の例を示す断面図である。
【図１７】図１６のバーナのＤ−Ｄ断面図である。
【図１８】図１６のバーナのＥ−Ｅ断面図である。
【図１９】バーナから供給される燃料および空気流量がバーナ負荷によって変化する様子を示す線グラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１…固定壁、２…可動壁、３…ガイドスリーブ、４…１次ノズル、５…移動制御棒、６…モータボックス、７…エアレジスタ、８…２次ノズル、９…３次ノズル、１０…保炎器、１５…エアレジスタ、１６…孔、１８…バイパス管、１９…バイパス管、２０…微粉炭濃縮器、２２…冷却フィン、２３…タイヤ、２４…ストッパー、２５…モータ、２６…ギア、２９…温度センサー、３０…油バーナ、３１…アトマイザ、３２…孔、３３…ハンドル、３４…２次ダンパー、３５…３次ダンパー、１０１…制御装置、１０２…バーナ、１１６…ボイラ。
【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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【図１８】
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【図１９】
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