(57)【要約】火炉３４内への気体噴出ポート３１の三次ノズル３は、気体流れがポート３１の外周側から中心軸Ｃに向かう速度成分と中心軸Ｃ沿いに火炉内に向かう速度成分を持つように気体流れの上流側から中心軸Ｃに向かって斜めに形成された縮流生成用流路と該縮流生成用流路の出口部に設けた火炉壁開口部で気体流路が拡大する拡管状のスロート壁２６の壁面に沿って気体が流れるように導くために設けられたルーバ３２とを有する。こうして、ポートから噴出させる気体の流量等の条件によらず、装置構成の複雑化や、コストの増加を招くことなく、火炉のスロート拡管部の壁面に灰が付着溶融してクリンカが塊状に成長するのを防止可能な気体噴出ポートを提供することができる。
2007105335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炉の炉壁に設けられ、該炉壁に垂直な気体流れの中心軸に向って流れる速度成分と前記中心軸に沿って流れる速度成分を有し、気体流れの上流側から前記中心軸に向かって斜めに形成された縮流生成用流路と、
前記縮流生成用流路の後流側の火炉壁開口部に形成された気体流路が気体流れ方向に順次に拡大するスロート拡管部と、
前記縮流生成用流路を流れる気体を前記スロート拡管部の壁面に沿って流れるように誘導するために縮流生成用流路に設けられたルーバと
を備えたことを特徴とする火炉内への気体噴出ポート。
【請求項２】
前記ルーバの気体流れ上流側の先端部は、縮流生成用流路の外周側壁面を前記中心軸方向へ延長した面または該延長した面よりも気体流れ上流側に位置し、前記ルーバの気体流れ下流側部分には、前記スロート拡管部の壁面に沿うように気体流れ方向に順次拡大した拡管部を有することを特徴とする請求項１記載の火炉内への気体噴出ポート
【請求項３】
前記縮流生成用流路を流れる空気流の前記中心軸方向に沿って流れる速度成分と前記中心軸方向に向かって流れる速度成分の比率を変える機構を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の火炉内への気体噴出ポート。
【請求項４】
前記縮流生成用流路の外周側壁面に沿って気体が流れるように前記外周壁面側から開き始める前記縮流生成用流路の開度を調整可能なダンパを設けたことを特徴とする請求項３に記載の火炉内への気体噴出ポート。
【請求項５】
前記ルーバと前記スロート拡管部の壁面との間に気体を旋回させる旋回部材を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の火炉内への気体噴出ポート。
【請求項６】
前記ルーバの下流側端部に形成されるスロート拡管部の気体流れ方向の長さが、前記スロート拡管部の気体流れ方向の壁面長さの１／２以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の火炉内への気体噴出ポート
【請求項７】
前記縮流生成用流路は三次ノズルとし、該三次ノズルより内側に、前記中心軸に沿ってそれぞれ気体が流れる一次ノズル及び該一次ノズルの外側に二次ノズルを設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の火炉内への気体噴出ポート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラなどの火炉内へ気体を噴出させるポートに係わり、特に火炉開口部の灰付着を防止するのに好適なボイラなどの火炉内への気体噴出ポートに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラなどの火炉壁には、空気や燃焼排ガス等の気体を炉内に噴出させる各種のポートが設けられている。例えば、燃焼装置として燃料と燃焼用空気とを噴出させるバーナや、二段燃焼用空気を投入するためのアフターエアポート（ＡＡＰ、オーバーエアポー卜、またはＯＦＡとも称される。）等が該当する。このように本明細書でいう気体噴出ポートは、気体を火炉内に噴出させるポートであれば、アフターエアポートに限らず、燃焼排ガスの投入用ポート、燃料を燃焼させるためのバーナ用のポートなどをいう。また、該ポートが設けられる火炉に開口した拡管状の壁面をスロート壁又はスロート拡管部（火炉出口側に向けて開口部の径が順次大きくなる火炉壁面部分）ということにする。
このようなポートにおいて、気体噴流を火炉中央部まで到達させつつ、火炉壁近傍の気体混合を促進するように、ポートの外周側から中心軸方向に向けた気体噴流の流れを強めてスロート壁を通過させ、該噴流がポートの中心軸に集中しつつスロート壁の周辺の気体を巻き込むような流れ、いわゆる縮流を形成するのに適した構造を採用したものがある。
下記特許文献１及び２には、前記縮流を伴う二段燃焼用空気を火炉に投入するためのアフターエアポートの発明が開示されている。
このような気体噴流の縮流をポート開口部付近に形成するのに適した気体噴出ポートの構造において、火炉のスロート壁には灰が付着溶融してクリンカが塊状に成長し、また塊状クリンカが該壁面から剥離脱落することにより、ポートの機能・性能を阻害する可能性がある。
また、火炉に開口したスロート壁に灰が付着溶融してクリンカが塊状に成長することを防止する技術として、スロート壁におけるクリンカの付着を防止する微粉炭バーナ（特許文献３）、バーナスロート壁（特許文献４）、オーバエアポート（特許文献５）等の発明がある。
また、従来の燃焼排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を低く抑える低ＮＯｘ燃焼技術として、二段燃焼技法が用いられているが、本発明者らはバーナで還元燃焼された燃焼ガスを完全燃焼させるための不足分の燃焼用空気を供給するアフターエアポート（ＡＡＰ）の開発を実施してきた。
従来のＡＡＰの開発は、火炉内におけるバーナ燃焼域からの未燃焼ガスのすり抜けを防止することができる構造にすることを主目的にするものであった。図１３に従来型の旋回型ＡＡＰの構造図を示す。
図１３に示すＡＡＰは、一次空気９が一次ノズル１を通って火炉３４に供給される。一次ノズル１の外周には二次ノズル２を設けて二次空気１０が供給される。
上記構造のＡＡＰを火炉３４へ適正に配置することが必要であるが、ＡＡＰの設置台数に限界があることからＡＡＰの近傍と火炉３４の中央部分における空気と未燃焼ガスとの混合を強化する目的で、前記二次ノズル２には旋回器７を設けた構造を採用し、ＡＡＰ近傍の火炉３４での空気と未燃焼ガスとの混合用には前記旋回器７によって得られる旋回二次空気流を使用し、さらに一次ノズル１から火炉３４の中央部に達する強い空気噴流により空気と未燃焼ガスとを混合させる構造を採用している（特許文献６）。
また、旋回器７を用いる旋回二次空気流では旋回空気流の拡がりが十分でなく、火炉３４の内壁３４ａに沿った領域では未燃焼ガスと燃焼用空気との混合が十分でない場合がある。このような問題点に対処する方法として、旋回器７を有する二次ノズル２の外周部に火炉３４の内壁３４ａに沿った方向に燃焼用空気を供給できる偏流器を有する三次空気用の三次ノズルを備えたＡＡＰを本出願人は提案している（特許文献７）。
【特許文献１】特開２００６−１３２８１１号公報
【特許文献２】特開２００６−１３２７９８号公報
【特許文献３】実開平６−６９０９号公報
【特許文献４】特許第３６６８９８９号号公報
【特許文献５】特開平１０−１２２５４６号公報
【特許文献６】特開昭６２−１３８６０７号公報
【特許文献７】特開平９−１１２８１６号公報
【発明の開示】
【０００３】
前記したポートの外周側から中心軸方向に向けて集中させる空気などの気体噴流、いわゆる縮流の効果を強めていくと、該ポートの開口部近傍の火炉内において縮流は周囲の気体を強力に巻き込むため、特に石炭焚ボイラでは気体に同伴された燃焼灰がスロート拡管部の壁面に接触する機会が増大する。従来技術では、前記気体噴流の縮流の効果を強めた場合に、特にバーナ用ポートの火炉スロート壁で灰付着・クリンカの成長を防止する効果が十分ではなかった。
特許文献４に記載の発明では、経時的なスロート部の壁面への灰の部分付着の抑制などのための高圧のアスピレート用の噴出空気を用いるため、装置構成が複雑化したり、コストや重量の増加につながる可能性がある。また、特許文献３に記載の発明では、バーナ用ポートの火炉スロート壁の外周側から中心軸方向へ向かう気体流れを強めて縮流効果を強くすると、スロート拡管部の壁面での灰付着防止効果が弱まる可能性がある。
さらに、特許文献５に記載の発明においても、エアポートの外周側からポート中心軸方向へ向けた気体流れを強めて縮流効果を強くすると、火炉のスロート壁での灰付着防止効果が弱まる可能性がある。
また、所定の空気比を保つために、火炉のスロート壁での灰付着防止用の空気などの気体流量を絞らなければならない場合にも同様に灰付着防止効果が十分に得られない可能性がある。
また、前記特許文献６等に開示された従来型ＡＡＰでは、強い空気噴流で貫通力を維持したまま、旋回空気流でＡＡＰ周囲の未燃焼ガスを同伴することが難しかった。
また、前記特許文献７等に開示された旋回型ＡＡＰに替わる簡易構造を有するＡＡＰでは火炉３４の内壁３４ａに沿った領域の未燃焼ガスのすり抜けの防止と炉壁面への灰付着を防止できるが、火炉３４の中央部分へ到達する燃焼用空気噴流が不足気味になり、未燃焼ガスと空気との急速な混合が行われないおそれがある。
本発明の課題は、噴出気体の流量等の条件によらず、装置構成の複雑化やコストの増加を招くことなく、火炉スロート拡管部の壁面に灰が付着溶融してクリンカが塊状に成長することを防止し、気体として空気を用いる場合には、火炉壁近傍における燃焼用空気と未燃焼ガスとが安定的に混合し、炉内中央部へ燃焼用空気が確実に到達し、燃焼ガス中のＮＯｘ濃度の低減を図ることができる気体噴出ポートを提供することである。
上記課題は次の解決手段により解決される。
請求項１記載の発明は、火炉の炉壁に設けられ、該炉壁に垂直な気体流れの中心軸に向って流れる速度成分と前記中心軸に沿って流れる速度成分を有し、気体流れの上流側から前記中心軸に向かって斜めに形成された縮流生成用流路と、前記縮流生成用流路の後流側の火炉壁開口部に形成された気体流路が気体流れ方向に順次に拡大するスロート拡管部と、前記縮流生成用流路を流れる気体を前記スロート拡管部の壁面に沿って流れるように誘導するために縮流生成用流路に設けられたルーバ（案内板）とを備えた火炉内への気体噴出ポートである。
請求項１記載の発明の構成からなるルーバに誘導された気体がスロート拡管部の壁面近傍に効果的に流れ、前記拡管部の壁面近傍の負圧を除去できることから、前記縮流生成用流路の外周側壁面（該流路を構成するノズル隔壁）に沿って流れてきた気体を効果的にスロート拡管部の壁面側へ誘導できるため、灰の巻き込みによるスロート拡管部及びその近傍の壁面における灰付着が生じ難くなる。さらに、従来はルーバを用いる代わりに空気等の冷却体を噴出する噴出口を気体噴出ポートに別途に設けていたが、これに比べて、請求項１記載の発明では、ルーバを用いることで気体噴出流の圧力損失を低減できるとともに構造が簡素化され、灰付着抑制シール空気用調整器を設置する必要もなく、重量低減および鉄鋼材の削減ができる。
また、請求項１記載の発明の縮流生成用流路から噴出する気体の流れは、火炉内の中央部まで到達する気体の流れと火炉壁の近傍の気体混合を加速する気体の流れとなるので、該気体噴出ポートを二段燃焼用バーナのＡＡＰとして使用すると、信頼性の高い、低ＮＯｘ、低ＣＯ燃焼が可能な燃料の燃焼ができる。
請求項２記載の発明は、前記ルーバの気体流れ上流側の先端部は、前記縮流生成用流路の外周側壁面を前記中心軸方向へ延長した面または該延長した面よりも気体流れ上流側に位置し、前記ルーバの気体流れ下流側部分には、前記スロート拡管部の壁面に沿うように気体流れ方向に順次拡大した拡管部を有する請求項１記載の火炉内への気体噴出ポートである。
ところで、本発明の縮流生成用流路を流れる気体噴流が気体噴出ポートの中心軸に向かって流れる、いわゆる縮流を比較的強めた場合、該ポートが設置される火炉のポート開口部に設けられるスロート拡管部の壁面近傍は負圧となって、前記スロート拡管部の壁面に灰が付着しやすくなる。ここで、気体の前記縮流を強めた場合とは、例えば、火炉壁面に設置される前記ポートの気体流れの上流側における気体流路が縮流生成用流路のみからなる場合、あるいは、他の流路がある場合に縮流生成用流路の流量比が３０％以上であるような場合、火炉壁のスロート部の半径（図１０の長さＤｓ）が縮流生成用流路の内周側下流端（図１０の部位ｂ）における半径（図１０の長さＤｂ）の１．１倍以下である場合、又は縮流生成用流路のポート中心軸に対する傾斜角度が３０°〜７０°である場合等をいう。
請求項２記載の発明によれば、ルーバの気体流れ上流側の先端部は、縮流生成用流路の外周側壁面を前記中心軸方向へ延長した面または該延長した面よりも気体流れ上流側に位置しているので、ルーバに誘導された気体がスロート拡管部の壁面近傍に効果的に流れ、前記拡管部の壁面近傍の負圧を除去できる。そのため、前記縮流生成用流路の外周側壁面（該流路を構成するノズル隔壁）に沿って流れてきた気体を効果的にスロート拡管部の壁面側へ誘導できるため、灰の巻き込みによるスロート拡管部の近傍の壁面における灰付着が生じにくくなる。
このように請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、ルーバに気体が誘導され、スロート拡管部への灰付着をさらに防止することができる。
請求項３記載の発明は、前記縮流生成用流路を流れる空気流の前記中心軸方向に沿って流れる速度成分と前記中心軸方向に向かって流れる速度成分の比率を変える機構を備えた請求項１または２記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項３記載の発明によれば、中心軸方向に沿って流れる速度成分と前記中心軸方向に向かって流れる速度成分の比率を変えることで、火炉内での各速度成分の合流後の気体噴出流の方向を調整することができ、気体が空気である場合は、火炉内に偏在する空気不足の未燃ガス領域と燃焼用空気とが好適に混合して燃料の未燃分を低減できる。さらに、前記二つの速度成分の旋回強さを調整することで合流後の気体の混合状態を調整可能である。
請求項４記載の発明は、前記縮流生成用流路の外周側壁面に沿って気体が流れるように前記外周壁面側から開き始める前記縮流生成用流路の開度を調整可能なダンパを設けた請求項３に記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項４記載の発明によれば、ダンパで縮流生成用流路を閉じた状態から開く方向に動かして該流路の開度を調整する場合に縮流生成用流路の外周壁面側からダンパを開き始めると、縮流生成用流路を流れる気体流量を絞った状態（ダンパが閉に近い状態）でも縮流生成用流路のうちで、前記スロート拡管部に近い部分に空気が流れるため、ルーバに気体が誘導され、前記スロート拡管部への灰付着を防止することができる。
請求項５記載の発明は、前記ルーバと前記スロート拡管部の壁面との間に気体を旋回させる旋回部材を設けた請求項１ないし４のいずれかに記載の火炉内への気体噴出ポートである。なお、熱伸び差を吸収するためにルーバを気体噴出ポートの周方向に複数個に分割して設けても良い。
請求項５記載の発明によれば、ルーバとスロート拡管部の壁面との間を流れる気体を旋回部材で旋回させながら火炉内へ噴出できるので、ルーバとスロート拡管部の壁面との間に縮流生成用流路から縮流の一部が流れ込み易くなり、火炉の内壁面をシールする気体流がスロート拡管部の壁面近傍に効果的に流れ、前記スロート拡管部の壁面近傍の負圧を除去できるため灰の巻き込みによるスロート拡管部の火炉壁面近傍における灰付着を防ぐことができる。
請求項６記載の発明は、前記ルーバの下流側端部に形成されるスロート拡管部の気体流れ方向の長さが、前記スロート拡管部の気体流れ方向の壁面長さの１／２以下である請求項１ないし５のいずれかに記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項６記載の発明によれば、前記ルーバの下流側端部に形成されるスロート拡管部の気体流れ方向の長さが、該拡管部の気体流れ方向の壁面長さの１／２以下であると、前記ルーバの拡管部の内側への露出面（図１２のｅ部とｆ部の間の面）に灰が付着しにくくなる。
請求項７記載の発明は、前記縮流生成用流路は三次ノズルとし、該三次ノズルより内側に、前記中心軸に沿ってそれぞれ気体が流れる一次ノズル及び該一次ノズルの外側に二次ノズルを設けた請求項１〜６のいずれかに記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項７記載の発明によれば、気体噴出ポートを二段燃焼用バーナの下流部の火炉壁に設置するＡＡＰとして使用すれば火炉壁に灰付着がなく、信頼性の高い、低ＮＯｘ、低ＣＯ燃焼が可能な燃料の燃焼に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、本発明のアフターエアポートまたはバーナが使用されるボイラの概略図である。
図２は、本発明の実施例１のアフターエアポートの概略断面図である。
図３は、実施例１のアフターエアポートの一部を省略した斜視図である。
図４は、実施例１の火炉内からエアポートを見た図である。
図５は、図２のＡＡＰモデルを使用して行ったＡＡＰ出口部分における空気流の流速分布図である。
図６は、図２のＡＡＰモデルを使用して行ったＡＡＰ出口部分における空気流の流速分布図である。
図７は、図２のＡＡＰモデルを使用して行ったＡＡＰ出口部分における空気流の流速分布図である。
図８は、本発明の実施例２のアフターエアポートの概略断面図である。
図９は、本発明の実施例２と対比させるための比較例のルーバを火炉スロート拡管部に沿って配置したアフターエアポートの概略断面図である。
図１０は、本発明の実施例２と対比させるための比較例のルーバを三次ノズルに配置したアフターエアポートの概略断面図である。
図１１は、本発明の実施例３のアフターエアポートの概略断面図である。
図１２は、本発明の実施例３のルーバとスロート拡管部とをアフターエアポート内に配置した場合の寸法関係を説明する一部アフターエアポートの概略断面図である。
図１３は、本発明の実施例４のアフターエアポートの概略断面図である。
図１４は、従来技術のＡＡＰ構造の縦断面図である。
図１５は、従来技術のＡＡＰ構造の縦断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、図面を用いて、本発明のエアポート及びその使用方法について説明する。
まず、本発明のアフターエアポートを用いる二段燃焼方式のボイラについて図１のボイラの全体構造を用いて説明する。
ボイラの火炉３４の一対の対向する炉壁に複数のバーナ３０が対向配置され、バーナ設置場所の上方にアフターエアポート３１が対向配置される。バーナ３０から理論空気比以下（例えば０．８）の混合気を火炉３４の内部の火炎領域に噴射し、炉内に不完全燃焼領域（図示せず）を形成する。アフターエアポート３１は不完全燃焼領域の可燃ガスに燃焼不足分の空気を供給し、燃焼を促進する。
本実施例ではバーナ３０に供給される燃料は、バンカ２９内の石炭をミル３５で粉砕して微粉として微粉炭供給ライン３３からバーナ３０に供給される。また、石炭燃焼用の全空気量は、空気供給系により管理され、その空気量はバーナ３０とアフターエアポート３１に分配される。具体的にはブロア３６から供給された空気は、バーナ３０側の空気供給ライン３７ａとアフターエアポート３１側の空気供給ライン３７ｂとに分岐し、それぞれ風箱３９ａ、３９ｂからバーナ３０とアフターエアポート３１に導かれる。ライン３７ａとライン３７ｂへの空気流量の配分はバーナ３０側のダンパ４０ａとアフターエアポート３１側のダンパ４０ｂにより調整される。ブロア３６の出力は全空気流量が排ガスの酸素濃度を指定した値となるように制御される。
バーナ３０には空気供給ライン３７ａから理論空気比以下の空気が供給され、かつ微粉炭供給ライン３３から微粉炭が気流搬送される。バーナ３０から火炉３４の内部に噴出する混合気は完全燃焼に必要な空気量よりも少ないために不完全燃焼となり、この時にＮＯｘを還元することができる。燃料が不完全燃焼するので、バーナ３０の下流に可燃ガスの流れが形成される。
空気供給ライン３７ｂを経てアフターエアポート３１の風箱３９ｂに入った空気は、後述するエアポート３１の一次ノズル１、二次ノズル２及び三次ノズル３に分配されて炉内の可燃ガスの流れ（不完全燃焼領域）に供給される。この空気は可燃ガスの流れと混合して完全燃焼して燃焼ガスとなり火炉３４内に設置された過熱器、蒸発器、節炭器、再熱器などの熱交換器４２で水・蒸気を加熱して蒸気を生成させた後、火炉３４の出口に流れる。また、ボイラ火炉壁面にはボイラ水管（図示せず）が配置され、火炉３４内の燃料の燃焼により熱せられて蒸気を生成する。
【実施例１】
【０００６】
次に上記ボイラ火炉３４に適用されるアフターエアポート（以下、「ポート」又は「ＡＡＰ」という。）３１の態様を以下の実施例により説明する。
図２は本実施例によるポート３１の断面図（図４のＡ−Ａ’線断面図）、図３はその一部を省略した斜視図、図４は火炉３４側からポート３１を見た図をそれぞれ示す。
ポート３１は風箱３９ｂ内に配置され、その空気ノズル機構は一次ノズル１と、一次ノズル１の外周に沿った旋回流の空気を二次空気１０として噴き出す二次ノズル２と、一次ノズル１の外側からポート３１の中心軸Ｃに向けた流れの空気を三次空気１１として吹き出す三次ノズル３とを有する。
一次ノズル１、二次ノズル２及び三次ノズル３は同軸のノズル構造であり、中心部に一次ノズル１、その外側に二次ノズル２、さらにその外側に三次ノズル３を配置している。一次ノズル１はストレートな管状をなし、前端に空気噴き出し口１Ａ（図３）を有し、後端に空気取り入れ口１Ｂを有する。一次ダンパ５は空気取り入れ口１Ｂの開口面積を調整することで一次空気流量を調整する。一次ノズル１はポート３１の中心軸Ｃに平行な直進流の空気を一次空気９として噴き出す。空気取り入れ口１Ｂの開口面積は、一次ダンパ５に連結して風箱３９ｂの外側に取っ手を備えた調整レバー１５により、一次ダンパ５を一次ノズル１の外周上でスライドさせることにより変えられる。
二次ノズル２は、その後端側に環状の空気取り入れ口２Ｂ（図３）を有し、二次ノズル２の内周と一次ノズル１の外周との間に管状の二次空気通路が形成される。空気取り入れ口２Ｂから流入する二次空気１０は、二次空気レジスタ（偏向板）７により旋回力が与えられ、一次ノズル１の外周に沿った旋回流を伴って二次ノズル出口（前端）２Ａから噴き出す。二次ノズル２の空気取り入れ口２Ｂの開口面積は、円筒状の二次ダンパ６に連結して風箱３９ｂの外側に取っ手を備えた調整レバー１６により二次ダンパ６をポート３１の中心軸Ｃ方向にスライドさせることにより変えることができ、それによって二次空気流量が調整される。複数の二次空気レジスタ７は、レジスタドライブ１３を操作して図示しない連携機構により支軸７ａを介してその偏向角を同じように変えることができるように二次空気取り入れ口２Ｂに取付けられ、二次空気取り入れ口２Ｂの円周方向に複数配置される。二次空気レジスタ７の偏向角を変えることによって、二次空気１０に付与される旋回力を変えることができる。
三次ノズル３は、円錐形の前壁３０１と該前壁３０１に対向配置される円錐形の後壁３０２とを有し、この前壁３０１と後壁３０２との間に三次ノズル３の円錐形の空気流路が形成される。三次ノズル３の空気取り入れ口３Ｂ（図３）は環状をなし、その開口面積は、円筒状の三次ダンパ８に連結して風箱３９ｂの外側に取っ手を備えた調整レバー１７により三次ダンパ８をポート３１の中心軸Ｃ方向に沿ってスライドさせることにより変えることができ、それによって三次空気流量が調整される。前壁３０１と後壁３０２は、空気取り入れ口３Ｂに配置した複数の連結板４を介して接合される。三次ノズル３の出口３Ａは、二次ノズル２の先端に接続され、三次空気１１と二次空気１０が合流して空気流１２として火炉３４の内部に噴出するように形成されている。
ここで、二次ノズル２に流入した二次空気１０は、ポート３１の中心軸Ｃに平行な方向に火炉３４内に向かって流れ、さらに二次空気レジスタ７により旋回力を与えられて火炉３４内に噴出する。一方、三次ノズル３はポート３１の中心軸Ｃ方向に向かって内向きの傾きを持っているため、三次ノズル３に流入する三次空気１１はポート３１の中心軸Ｃ方向に集中する縮流を形成するのに好適な構造である。二次空気１０と三次空気１１の流量比を変化させることで、二次空気１０と三次空気１１の合流後の空気流１２の噴出方向を調整することができる。
たとえば、三次空気１１の流量を０とすれば、二次空気１０と三次空気１１の合流後の空気流１２の内向きの速度成分（空気流１２の中心に向かう速度成分）は０となる。また、二次空気１０の流量を０とすれば、空気流１２は三次空気１１が占めるため内向きの速度成分が増して三次ノズル３の傾斜方向（斜め内向き）に噴出する。空気流１２の噴出方向を調整することにより、火炉３４内に偏在する空気不足の未燃ガス領域と燃焼用空気とが好適に混合して燃料の未燃分を低減できる。さらに、二次空気１０の旋回の強さによっても、混合状態を調整可能である。
ポート３１の一次空気９、二次空気１０及び三次空気１１の空気流量比を調整するために、一次ダンパ５、二次ダンパ６及び三次ダンパ８が使用される。
石炭、重油などのように燃料中に灰を含むものがあるが、このような燃料を用いる場合には、三次空気１１の流量を増加し、空気流１２をポート３１の中心軸Ｃ方向に集中させ、いわゆる縮流にすると、該縮流の周囲の乱れが大きくなり、周囲の燃焼ガスを縮流が同伴し易くなるため、火炉３４内を上昇する高温の燃焼ガス２５中で溶融した灰も同伴され、ポート３１の出口の水管２３付近に付着して灰付着層１８を生成することがある。この状態を図１４のポート３１の断面図に模式的に示す。
前記灰付着層１８が成長してクリンカを形成すると、空気流動を妨げたり、クリンカの落下による水管２３の損傷を生じたりする可能性がある。このような場合は、ポート３１の出口部分における、灰付着ポテンシャルの低減が必要である。
前記灰付着のメカニズムと防止策を、それぞれ図５〜図７に示す。
図５〜図７には、ポート３１の出口の流速分布（実計測データ）を示す。縦軸にＡＡＰの中心軸Ｃからの距離をＣを原点として−１００〜２３００ｍｍの範囲で示し、横軸に火炉３４内のＡＡＰからの距離を０〜５０００ｍｍの範囲で示している。流速分布図の色は、茶色は２５〜３０ｍ／ｓ、赤色は２０〜２５ｍ／ｓ、桃色は１５〜２０ｍ／ｓ、黄色は１０〜１５ｍ／ｓ、緑色は５〜１０ｍ／ｓ、青色は０〜５ｍ／ｓ、紺色は−５〜０ｍ／ｓ、濃紺色は−１０〜−５ｍ／ｓを示している。なお、紺色と濃紺色のマイナス符号は逆流域を表す。また、使用したＡＡＰモデルは、実機大（１０００ＭＷボイラへ適用するサイズのＡＡＰ）であり、空気流量も実機相当で試験を実施した。ただし、空気温度は常温であることから、流速の絶対値は低くなっている。設定条件は、三次空気１１の縮流流量は一定として二次空気１０の旋回空気と一次空気９の流量を変えて流れ計測を実施した。
図５は、旋回が無い直進一次空気９が全体の１４％で流入し、二次空気１０が６２％、三次空気１１が２４％でそれぞれ流入した場合の火炉３４の流速分布図であり、火炉３４の中心部分には逆流領域の形成が少ないことが分かる。
図６は、一次空気９が０％で、二次空気１０の弱い旋回流が７０％で、三次空気１１が３０％の場合である。また、図７は、一次空気９が０％で、二次空気１０が強い旋回流の６３％で、三次空気１１が３７％の場合である。図６と図７には火炉３４内での空気噴流の広がりには差異が少なく、火炉３４内の中央部分の流速分布に差が見られる。なお、図５〜図７の下辺はＡＡＰの中心軸Ｃに対応している。
図５〜図７の高速空気噴流の広がりに着目してみると、計測位置がＡＡＰの先端部分から少し離れているため分かりづらいが、火炉スロート壁２６の出口の広がり部分に沿っておらず、いずれの噴流も縮流の影響が見られる。すなわち、空気噴流は、図２に示す火炉スロート壁２６から剥離しているため、微小な領域ではあるが、逆流が発生し、この流れに同伴される灰の粒子が壁に付着成長するポテンシャルを有している。
こうして図１４に示す従来技術のＡＡＰのように、空気流１２（二次空気１０＋三次空気１１の合流）が火炉スロート壁２６から剥離して縮流化した状況を示している。このため、図１４に示す灰付着層１８が火炉スロート壁２６に形成される。
そこで、本実施例では図２に示すように、三次ノズル３の出口から火炉スロート壁２６に沿うルーバ３２を設置して、該ルーバ３２と三次ノズル３の出口から火炉スロート壁２６との間に三次空気１１の一部の流れ１１’が流れる間隔を設けた。この構造によって、三次空気１１の一部の流れ１１’がスロート壁２６の表面をシールするように流れるため、三次空気１１の縮流に同伴される燃焼灰がスロート壁２６の表面に付着するのを最小限度に抑えることができる。
図２には灰付着層１８が火炉スロート壁２６の傾斜部分に形成された状況を図示しているが、この領域の灰除去は本実施例では不可能である。しかしながら、この領域の灰付着は、ＡＡＰの性能に影響せず、またボイラ性能にも影響しないので、無視してかまわない。しかし、図１４に示す灰付着層１８は、ボイラ停止時にＡＡＰ内部へ剥離脱落するので、ＡＡＰ性能に影響があるので除去しなければならない。
【実施例２】
【０００７】
図８は実施例２のポート３１の断面図を示す。また、図９、図１０は図８に示す実施例２のポート３１と対比するために示した比較例のポート３１の概略図である。
図８に示すポート３１として、同心状に一次空気、二次空気、三次空気をそれぞれ流す一次ノズル１、二次ノズル２及び三次ノズル３を示しているが、少なくとも本実施例における三次ノズル３の外周側からポート中心軸Ｃの方向に向けた流れを強めて火炉３４のポート開口部（スロート壁２６）を通過させ、空気噴流が、いわゆる縮流を形成するのに適した構造を採るものであれば良い。即ち、いわゆる縮流の形成には、一次ノズル１及び二次ノズル２は必須ではない。
ポート３１の中心空気ノズルである一次ノズル１を流れる空気は直進流を形成し、二次ノズル２の入口部には旋回機能を有する二次空気レジスタ７を備え、二次ノズル２の火炉３４側の端部（二次ノズル出口）を含めて主要部はポート中心軸Ｃを中心とする直管である。従って、図８で二次ノズル２の管入口端部の半径Ｄａは該管出口端部の半径Ｄｂと等しい。
さらに三次ノズル３は一次ノズル１及び二次ノズル２と異なり、ポート中心軸Ｃに対して３０°〜７０°の傾斜角度を有する噴出流を形成し、縮流効果が得られる構成としている。
前記縮流効果とは、火炉壁のポート開口部に形成された気体流路が拡大するスロート壁２６の近傍において火炉３４内の周囲ガスの強い同伴ガス２０が発生する効果である。
一次ノズル１の空気流量の調整は一次ノズル１の空気取り入れ口１Ｂに設けたダンパ５を風箱３９ｂの外側から調整レバー１５を操作して一次ノズル１の空気取り入れ口１Ｂの開度を調整して行い、二次ノズル２の空気流量の調整は二次ノズル２の空気取り入れ口２Ｂに設けたダンパ６を風箱３９ｂの外側から調整レバー１６を操作して二次ノズル２の空気取り入れ口２Ｂの開度を調整して行い、同時に二次ノズル２の空気取り入れ口２Ｂに設けたレジスタ７を二次空気レジスタドライブ１３で回転させることにより、空気旋回強度の調整を行う。また、三次ノズル３の空気流量の調整は三次ノズル３の空気取り入れ口３Ｂに設けたダンパ８を風箱３９ｂの外側から調整レバー１７を操作して三次ノズル３の空気取り入れ口３Ｂの開度を調整して行う。
三次ノズル３の出口部側（火炉３４内へ向かう側）の火炉壁のスロート部２６は、気体流れ下流側に向けて順次ポート３１の中心軸Ｃに対して径が下流側ほど拡大している。また、三次ダンパ８の全閉時には拡管状のスロート壁２６と二次ノズル２からの旋回流がポート中心軸Ｃの半径方向に拡がる空気流を形成する。
また、三次ノズル３の出口部側の拡管状のスロート壁２６への灰付着を防止するために、三次空気１１の一部の流れ１１’をスロート壁２６の外周方向に誘導する、断面積が火炉３４側に行くに従って拡大するリング状のルーバ３２を設けている。ルーバ３２の気体流れ上流側（空気ノズル３の入口側）の先端は三次ノズル３の外周側隔壁の延長線Ｅ上または該延長線Ｅ上よりも気体流れ上流側（空気ノズル入口側；炉内から離れた方向）に位置するように設けている。
本実施例の特徴について、図９、図１０との対比で説明する。
図８に示す本実施例のポート３１は三次ノズル３の出口部側（火炉３４内へ向かう側）の拡管状のスロート壁２６の火炉壁面と平行になるように該スロート壁２６の火炉３４の内部に近い側に向けて断面積が拡大するリング状のルーバ３２を設けている。
一方、図９及び図１０には図８とほぼ同一の構成からなるポート３１の断面図を示すが、図８のポート３１と異なる構成は、図９ではルーバ３２’の気体流れ上流側の先端が三次ノズル３の外周側隔壁の延長線Ｅより気体流れ下流側に位置するように設けられ、図１０ではルーバ３２”が全て三次ノズル３からの気体流れのポート中心軸Ｃに向かう縮流内に位置するように設けられていることである。
上記図８に示す本実施例のルーバ３２の気体流れ上流側端部は三次ノズル３の一部を塞ぐように突き出して設けられているので、三次ノズル３を流れる三次空気１１の縮流に対してルーバ３２の上流側先端部が障害物となり、ルーバ３２の外周側（スロート壁２６側）には三次空気１１により動圧が発生し、ルーバ３２と拡管状のスロート壁２６の間を三次空気１１の一部の流れ１１’が流れる。このルーバ３２とスロート壁２６の間を流れるシール空気となる流れ１１’は、ルーバ３２により誘導されることで、火炉３４内でスロート壁２６の近傍を流れる火炉壁面内側の同伴ガス流（壁面シール空気流れ）２０がポート３１のスロート壁２６の近傍の火炉３４の内側壁面に沿って効果的に流れ、スロート壁２６の壁面近傍の負圧を除去できる。
一方、図９、図１０で示す構成では、ルーバ３２’、３２”と三次ノズル３との配置関係から火炉開口部であるスロート壁２６付近に生じる三次空気１１の一部の流れ１１’の影響を受けて火炉３４の側壁面付近の同伴ガス流２０が循環流となるために、火炉３４のスロート壁２６に灰付着層１８ができる。
このように、図８に示す本実施例の構成では、図９、図１０で示す構成で懸念される灰の巻き込みによる三次ノズル３の出口の拡管状のスロート壁２６を構成する壁面への灰付着が生じにくくなる。
また、前記ルーバ３２の気体流れ下流側（火炉側）の先端の半径（Ｄｇ）は三次ノズル３の拡管状のスロート壁２６の最小半径（Ｄｓ）（以下、「スロート径」ということがある。図１２参照）の１倍未満、特に望ましくは０．９５倍未満とする。
ルーバ３２の気体流れ下流側（火炉側）の先端の半径を前記拡管状のスロート壁２６の半径の１倍未満とすることで、ルーバ３２が一体物（分割出来ない構成）であっても、火炉３４の外側からルーバ３２を設置すること又は火炉３４の外側に引き抜くことが容易になる。また、製作公差を考慮し０．９５倍未満とした方が、さらに容易となる。なお、ルーバ３２は一体物としないで火炉３４の外側に取り出し易くなるように周方向に分割可能な構成にしても良い。
但し、ルーバ３２の気体流れ下流側に向かうほど径が拡大する平面の長さ（図１２のｅ部（周方向）とｆ部（周方向）を結ぶ線の長さ）は、該平面に灰が付着しにくいように、拡管状のスロート壁２６の気体流れ方向の壁面長さ（図１２のｈ部（周方向）とｉ部（周方向）を結ぶ線の長さ）の１／２以下とすることが望ましい。このことは、本実施例に限らず、本発明全般において該当する。
また、前記ルーバ３２の気体流れ方向の広がり角度がポート３１の拡管状のスロート壁２６の広がり角度と同じ角度以上になれば、灰付着防止に効果的な空気量を誘導することが可能である。
さらに三次ノズル３の入口部のダンパ８は、前記ノズル３の入口部の火炉３４から離れた側に配置しておき、ダンパ８で三次ノズル３の空気取り入れ口３Ｂを閉じるときに、ダンパ８を火炉３４に近づける方向にスライドさせることが望ましい。これは前記ノズル３の入口部を閉じたときの空気流量を絞った状態（ダンパ８が閉に近い状態）でも、三次ノズル３内のポート３１の拡管状のスロート壁２６に近い部分に空気が流れるため、ルーバ３２に空気が誘導され、拡管状のスロート壁２６への灰付着を防止することができるからである。
なお、ダンパ８は、円筒状の部材がポート中心軸Ｃと略平行にスライドする形式のものを図示したが、複数のバタフライ状のバルブまたはフラップをその回転軸がポート３１の中心軸Ｃに平行な位置にある周方向に並ぶように配置してもよい。このことは本実施例に限らず、以下の各実施例にも適用できる構成例である。
図８に示す本実施例では、ポート３１は３重構造としたが、一次ノズル１や二次ノズル２を持たず、縮流構造である三次ノズル３のみで構成されるポート３１であっても上記の効果を得られる。なお、他の実施例においても三次ノズル３のみで構成されるポート３１としても良い。
図８に示す三次ノズル３の内側に二次ノズル２などの空気ノズルを設ける場合には、二次ノズル２を構成する隔壁の気体流れ下流側の端部（図１２（ａ）の点ｂ）を含む仮想の気体直進用の円筒のなす線Ｆ（図１２（ａ）の点ｂを含むポート中心軸Ｃに平行な線）に対して、前記端部（図１２（ａ）の点ｂ）とルーバ３２の気体流れ上流側端部（図１２（ａ）の点ｃ）とを結ぶ線Ｇのなす角度θが１５度より小さい角度の範囲内に前記ルーバ３２の上流側端部（図１２（ａ）の点ｃ）が配置されるように設けることが望ましい（図１２（ａ）参照）。
これは、三次ノズル３の入口部にあるダンパ８を全閉とし、前記二次ノズル２から空気を流した場合、二次ノズル２から噴出する空気はポート３１の内部で広がりながら噴出するが、該噴出流の広がり角が、通常１５度程度であるためである。このため、ルーバ３２の上流側端部を前記線Ｆと線Ｇで挟まれる領域内に設置することで、二次空気に旋回がかかってない場合にも、ルーバ３２の外周側流路を気体が流れ、スロート壁２６の壁面近傍において気体流れを外周方向に誘導することができる。すなわち、従来の空気等の冷却体を噴出する噴出口を別途に設けたことを特徴とするものに比べて、本実施例の構成ではポート３１のいかなる運転条件においてもスロート壁２６又はその近傍の壁面に灰が付着することを防止できるとともにポート３１から火炉３４に供給する気体の供給時の圧力損失を低減でき、ポート３１の構造が簡素化され、灰付着抑制シール空気用調整器を設置する必要もなくなり、全体として火炉３４の付属物の重量低減および鉄鋼材の削減ができる。
また、前記ルーバ３２は前記縮流を構成する三次ノズル３の外側流路壁により固定用リブ２７（図１１参照）で支持した構造とする。通常、ボイラ火炉３４では熱膨張が火炉３４の各部位で相違することにより、最外周空気ノズル（図８の場合は三次ノズル３）の外周部を形成する火炉３４の壁面とポート中心軸Ｃとの距離が運転負荷により変化する。ルーバ３２などをポート３１の内部から固定することで、ポート３１の拡管状のスロート壁２６とルーバ３２の間隔を−定に保つことができる。
【実施例３】
【０００８】
図１１は本実施例３を示すポート３１の概略図である。図１１に示す構成で図８に示す構成と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。
本実施例では、ポート３１の拡管状のスロート壁２６に流路断面積が一定の中心軸Ｃに平行な平行部２６ａを有している。さらにルーバ３２にも平行部２６ａに沿った円筒部３２ａを設けている。また、ルーバ３２と拡管状のスロート壁２６の間に三次ノズル３からの縮流の一部が流れ込み、火炉３４のスロート壁２６の表面をシールする三次空気１１の一部の流れ１１’がスロート壁２６の壁面近傍に効果的に流れ、スロート壁２６の壁面近傍の負圧を除去できることから、灰の巻き込みによるスロート壁２６の近傍における灰付着が生じにくくなる。
図１２（ａ）は図１１のポート３１の出口部の拡大図であり、ルーバ３２の気体流れ上流側の先端部（点ｃ）は前記縮流を形成する三次ノズル３の外周側壁面（前壁）３０１の延長線Ｅ上または延長線Ｅ上よりも気体流れ上流側（炉内から離れた方向）に位置するように設けている。また、風箱３９ｂ側からルーバ３２を挿入できるようにルーバ３２の火炉３４側先端の半径Ｄｇはスロート壁２６の半径Ｄｓの１倍未満とする。より詳細には、ルーバ３２の最大径部分の半径Ｄｇより拡管状のスロート壁２６の平行部２６ａの半径Ｄｓを大きくする（半径Ｄｇ＜半径Ｄｓ）。実際には製作公差を考慮してルーバ３２の最大径部分の半径Ｄｇより拡管状のスロート壁２６の平行部２６ａの半径Ｄｓを０．９５倍未満（Ｄｓ＜０．９５Ｄｇ）とすることが望ましい。
前記ルーバ３２の平行部３２ａの半径Ｄｐがスロート壁２６の平行部２６ａの半径Ｄｓの２０％以下（１．０Ｄｓ＞Ｄｐ≧０．８Ｄｓ；ただし長さＤｐはルーバ３２の円筒部３２ａ（ポート中心軸Ｃに平行な部分）の半径である）になり、また前記ルーバ３２の広がり角度をポート３１のスロート壁２６の広がり角度と同じ角度以上にすれば、スロート壁２６への灰付着防止に効果的な空気量を誘導することが可能である。しかし、三次ノズル３を流れる気体による縮流効果の持続性を考えると、半径Ｄｓに対する半径Ｄｐは１０％程度（１．０Ｄｓ＞Ｄｐ≧０．９Ｄｓ）小さくすることが望ましい。即ち、火炉３４のスロート壁２６への灰付着防止のためにあまり大量の空気を割り当てると、本来の燃焼制御用の空気噴流を火炉３４内の中央部まで到達させつつ、火炉壁近傍の気体混合を促進するという縮流形成の目的が阻害されるためである。ポート３１の外周側から中心軸Ｃの方向に向けた空気噴流の流れを強めてスロート部２６を通過させ、空気噴流がポート３１の中心軸Ｃに集中しつつスロート部２６の周辺の火炉３４内の気体を巻き込むような流れが維持できなくなるのは望ましくない。
なお、図１２（ａ）は、ポートの半径Ｄａ（点ａ；二次ノズル２の導入部における半径）及びＤｂ（点ｂ；二次ノズル２を構成する隔壁の気体流れ下流側の端部）とスロート壁２６の半径（スロート壁２６の平行部の半径）Ｄｓとがほぼ同一である例を示しているが、二次ノズル２の半径Ｄａ及び半径Ｄｂよりスロート壁２６の半径Ｄｓが大きい場合又は小さい場合も同様である。
例えば、図１２（ｂ）に示すように、二次ノズル２の半径Ｄａ及び半径Ｄｂよりスロート壁２６の半径Ｄｓが大きい場合も、二次ノズル２を構成する隔壁の気体流れ下流側の端部（図１２（ｂ）の点ｂ）を含む仮想の気体直進用の円筒のなす線Ｆ（図１２（ｂ）の点ｂを含むポート中心軸Ｃに平行な線）に対して、前記端部（図１２（ｂ）の点ｂ）とルーバ３２の上流側端部（図１２の点ｃ）とを結ぶ線Ｇのなす角度θの絶対値が１５度より小さい角度の範囲内に前記ルーバ３２の気体流れ上流側端部が配置されるように設けることが望ましい。
但し、ルーバ３２は、気体流れ下流側に向かうほど径が拡大する平面の長さ（図１２のｅ部（周方向）とｆ部（周方向）を結ぶ線の長さ）は、該平面に灰が付着しにくいように、スロート壁２６の気体流れ方向の壁面長さ（図１２のｈ部（周方向）とｉ部（周方向）で囲まれる面の気体流れ方向の長さ）の１／２以下とすることが望ましい。
なお、図１２（ｂ）ではスロート壁２６の半径Ｄｓはルーバ３２の半径Ｄｇより大きくしているので、ルーバ３２を火炉壁外部に抜き取り易い。
【実施例４】
【０００９】
図１３は本実施例４を示すポート３１の概略図である。図１３に示す構成で図２に示す構成と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。
本実施例では、図１１に示す構成と同様にスロート壁２６に流路断面積が一定の中心軸Ｃと平行な平行部２６ａを設け、さらにルーバ３２に円筒部３２ａを設けている。前記平行部２６ａとルーバ３２の円筒部３２ａの間にスロート壁２６の周方向の流速成分を誘起させる旋回器２２を設けた。
これにより、ルーバ３２とスロート壁２６の間に三次ノズル３からの縮流の一部が流れ込み、火炉３４のスロート壁２６の表面をシールする空気流１１’が拡管状のスロート壁２６の壁面近傍に効果的に流れ、スロート壁２６の壁面近傍の負圧を除去できることから、灰の巻き込みによるスロート壁２６近傍における灰付着が生じにくくなる。
また、ルーバ３２の火炉側から見たポート中心軸Ｃに直交する面の投影面積が低減でき、火炎から受ける放射受熱量を低減できる。このため、ルーバ３２の温度が低減でき、熱変形や高温場における腐食などの熱損失が生じにくくなる。
また、前記旋回器２２の気体流れ下流側の先端に気体流れをスロート壁２６の方向に誘導する断面積の拡大するリング状の前記ルーバ３２を設けた場合も灰の巻き込みによるノズル近傍における灰付着を防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
本発明はボイラの火炉に限らず、石炭などの燃焼で生成する灰が付着し易い燃焼装置の火炉壁面に適用可能である。
【図１】
2007105335.tif 000003
【図２】
2007105335.tif 000004
【図３】
2007105335.tif 000005
【図４】
2007105335.tif 000006
【図５】
2007105335.tif 000007
【図６】
2007105335.tif 000008
【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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【手続補正書】
【提出日】平成20年1月11日(2008.1.11)
【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】
火炉の炉壁に設けられ、該炉壁に垂直な気体流れの中心軸に向って流れる速度成分と前記中心軸に沿って流れる速度成分を有し、気体、流れの上流側から前記中心軸に向かって斜めに形成された縮流生成用流路と、
前記縮流生成用流路の後流側の火炉壁開口部に形成された気体流路が気体流れ方向に順次に拡大するスロート拡管部と、
前記縮流生成用流路を流れる気体を前記スロート拡管部の壁面に沿って流れるように誘導するために縮流生成用流路に設けられ、気体流れ上流側の先端部は、縮流生成用流路の外周側壁面を前記中心軸方向へ延長した面または該延長した面よりも気体流れ上流側に位置し、気体流れ下流側部分には、前記スロート拡管部の壁面に沿うように気体流れ方向に順次拡大した拡管部を有するルーバと
を備えた火炉内への気体噴出ポート。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記縮流生成用流路を流れる空気流の前記中心軸方向に沿って流れる速度成分と前記中心軸方向に向かって流れる速度成分の比率を変える機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の火炉内への気体噴出ポート。
【請求項４】
前記縮流生成用流路の外周側壁面に沿って気体が流れるように前記外周壁面側から開き始める前記縮流生成用流路の開度を調整可能なダンパを設けたことを特徴とする請求項３に記載の火炉内への気体噴出ポート。
【請求項５】
前記ルーバと前記スロート拡管部の壁面との間に気体を旋回させる旋回部材を設けたことを特徴とする請求項１、３または４に記載の火炉内への気体噴出ポート。
【請求項６】
前記ルーバの下流側端部に形成される拡管部の気体流れ方向の長さが、前記スロート拡管部の気体流れ方向の壁面長さの１／２以下であることを特徴とする請求項１、３、４または５に記載の火炉内への気体噴出ポート。
【請求項７】
前記縮流生成用流路は三次ノズルとし、該三次ノズルより内側に、前記中心軸に沿ってそれぞれ気体が流れる一次ノズル及び該一次ノズルの外側に二次ノズルを設けたことを特徴とする請求項１、３、４、５または６に記載の火炉内への気体噴出ポート。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
また、前記特許文献７等に開示された旋回型ＡＡＰに替わる簡易構造を有するＡＡＰでは火炉３４の内壁３４ａに沿った領域の未燃焼ガスのすり抜けの防止と炉壁面への灰付着を防止できるが、火炉３４の中央部分へ到達する燃焼用空気噴流が不足気味になり、未燃焼ガスと空気との急速な混合が行われないおそれがある。
本発明の課題は、噴出気体の流量等の条件によらず、装置構成の複雑化やコストの増加を招くことなく、火炉スロート拡管部の壁面に灰が付着溶融してクリンカが塊状に成長することを防止し、気体として空気を用いる場合には、火炉壁近傍における燃焼用空気と未燃焼ガスとが安定的に混合し、炉内中央部へ燃焼用空気が確実に到達し、燃焼ガス中のＮＯｘ濃度の低減を図ることができる気体噴出ポートを提供することである。
上記課題は次の解決手段により解決される。
請求項１記載の発明は、火炉の炉壁に設けられ、該炉壁に垂直な気体流れの中心軸に向って流れる速度成分と前記中心軸に沿って流れる速度成分を有し、気体流れの上流側から前記中心軸に向かって斜めに形成された縮流生成用流路と、前記縮流生成用流路の後流側の火炉壁開口部に形成された気体流路が気体流れ方向に順次に拡大するスロート拡管部と、前記縮流生成用流路を流れる気体を前記スロート拡管部の壁面に沿って流れるように誘導するために縮流生成用流路に設けられ、気体流れ上流側の先端部は、前記縮流生成用流路の外周側壁面を前記中心軸方向へ延長した面または該延長した面よりも気体流れ上流側に位置し、気体流れ下流側部分には、前記スロート拡管部の壁面に沿うように気体流れ方向に順次拡大した拡管部を有するルーバ（案内板）とを備えた火炉内への気体噴出ポートである。
請求項１記載の発明の構成からなるルーバに誘導された気体がスロート拡管部の壁面近傍に効果的に流れ、前記拡管部の壁面近傍の負圧を除去できることから、前記縮流生成用流路の外周側壁面（該流路を構成するノズル隔壁）に沿って流れてきた気体を効果的にスロート拡管部の壁面側へ誘導できるため、灰の巻き込みによるスロート拡管部及びその近傍の壁面における灰付着が生じ難くなる。さらに、従来はルーバを用いる代わりに空気等の冷却体を噴出する噴出口を気体噴出ポートに別途に設けていたが、これに比べて、請求項１記載の発明では、ルーバを用いることで気体噴出流の圧力損失を低減できるとともに構造が簡素化され、灰付着抑制シール空気用調整器を設置する必要もなく、重量低減および鉄鋼材の
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
削減ができる。
また、請求項１記載の発明の縮流生成用流路から噴出する気体の流れは、火炉内の中央部まで到達する気体の流れと火炉壁の近傍の気体混合を加速する気体の流れとなるので、該気体噴出ポートを二段燃焼用バーナのＡＡＰとして使用すると、信頼性の高い、低ＮＯｘ、低ＣＯ燃焼が可能な燃料の燃焼ができる。
ところで、本発明の縮流生成用流路を流れる気体噴流が気体噴出ポートの中心軸に向かって流れる、いわゆる縮流を比較的強めた場合、該ポートが設置される火炉のポート開口部に設けられるスロート拡管部の壁面近傍は負圧となって、前記スロート拡管部の壁面に灰が付着しやすくなる。ここで、気体の前記縮流を強めた場合とは、例えば、火炉壁面に設置される前記ポートの気体流れの上流側における気体流路が縮流生成用流路のみからなる場合、あるいは、他の流路がある場合に縮流生成用流路の流量比が３０％以上であるような場合、火炉壁のスロート部の半径（図１２の長さＤｓ）が縮流生成用流路の内周側下流端（図１２の部位ｂ）における半径（図１２の長さＤｂ）の１．１倍以下である場合、又は縮流生成用流路のポート中心軸に対する傾斜角度が３０°〜７０°である場合等をいう。
請求項１記載の発明によれば、ルーバの気体流れ上流側の先端部は、縮流生成用流路の外周側壁面を前記中心軸方向へ延長した面または該延長した面よりも気体流れ上流側に位置しているので、ルーバに誘導された気体がスロート拡管部の壁面近傍に効果的に流れ、前記拡管部の壁面近傍の負圧を除去できる。そのため、前記縮流生成用流路の外周側壁面（該流路を構成するノズル隔壁）に沿って流れてきた気体を効果的にスロート拡管部の壁面側へ誘導できるため、灰の巻き込みによるスロート拡管部の近傍の壁面における灰付着が生じにくくなる。
このように請求項１記載の発明によれば、
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
ルーバに気体が誘導され、スロート拡管部への灰付着をさらに防止することができる。
請求項３記載の発明は、前記縮流生成用流路を流れる空気流の前記中心軸方向に沿って流れる速度成分と前記中心軸方向に向かって流れる速度成分の比率を変える機構を備えた請求項１記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項３記載の発明によれば、中心軸方向に沿って流れる速度成分と前記中心軸方向に向かって流れる速度成分の比率を変えることで、火炉内での各速度成分の合流後の気体噴出流の方向を調整することができ、気体が空気である場合は、火炉内に偏在する空気不足の未燃ガス領域と燃焼用空気とが好適に混合して燃料の未燃分を低減できる。さらに、前記二つの速度成分の旋回強さを調整することで合流後の気体の混合状態を調整可能である。
請求項４記載の発明は、前記縮流生成用流路の外周側壁面に沿って気体が流れるように前記外周壁面側から開き始める前記縮流生成用流路の開度を調整可能なダンパを設けた請求項３に記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項４記載の発明によれば、ダンパで縮流生成用流路を閉じた状態から開く方向に動かして該流路の開度を調整する場合に縮流生成用流路の外周壁面側からダンパを開き始めると、縮流生成用流路を流れる気体流量を絞った状態（ダンパが閉に近い状態）でも縮流生成用流路のうちで、前記スロート拡管部に近い部分に空気が流れるため、ルーバに気体が誘導され、前記スロート拡管部への灰付着を防止することができる。
請求項５記載の発明は、前記ルーバと前記スロート拡管部の壁面との間に気体を旋回させる旋回部材を設けた請求項１、３または４に記載の火炉内への気体噴出ポートである。なお、熱伸び差を吸収するためにルーバを気体噴出ポートの周方向に複数個に分割して設けても良い。
請求項５記載の発明によれば、ルーバとスロート拡管部の壁面との間を流れる気体を旋回部材で旋回させながら火炉内へ噴出できるので、ルーバとスロート拡管部の壁面との間に縮流生成用流路から縮流の一部が流れ込み易くなり、火炉の内壁面をシールする気体流がスロート拡管部の壁面近傍に効果的に流れ、前記スロート拡管部の壁面近傍の負圧を除去できるため灰の巻き込みによるスロート拡
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
管部の火炉壁面近傍における灰付着を防ぐことができる。
請求項６記載の発明は、前記ルーバの下流側端部に形成される拡管部の気体流れ方向の長さが、前記スロート拡管部の気体流れ方向の壁面長さの１／２以下である請求項１、３、４または５に記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項６記載の発明によれば、前記ルーバの下流側端部に形成されるスロート拡管部の気体流れ方向の長さが、該拡管部の気体流れ方向の壁面長さの１／２以下であると、前記ルーバの拡管部の内側への露出面（図１２のｅ部とｆ部の間の面）に灰が付着しにくくなる。
請求項７記載の発明は、前記縮流生成用流路は三次ノズルとし、該三次ノズルより内側に、前記中心軸に沿ってそれぞれ気体が流れる一次ノズル及び該一次ノズルの外側に二次ノズルを設けた請求項１、３、４、５または６に記載の火炉内への気体噴出ポートである。
請求項７記載の発明によれば、気体噴出ポートを二段燃焼用バーナの下流部の火炉壁に設置するＡＡＰとして使用すれば火炉壁に灰付着がなく、信頼性の高い、低ＮＯｘ、低ＣＯ燃焼が可能な燃料の燃焼に利用できる。
図面の簡単な説明
図１は、本発明のアフターエアポートまたはバーナが使用されるボイラの概略図である。
図２は、本発明の実施例１のアフターエアポートの概略断面図である。
図３は、実施例１のアフターエアポートの一部を省略した斜視図である。
図４は、実施例１の火炉内からエアポートを見た図である。
図５は、図２のＡＡＰモデルを使用して行ったＡＡＰ出口部分における空気流の流速分布図である。
図６は、図２のＡＡＰモデルを使用して行ったＡＡＰ出口部分における空気流の流速分布図である。
図７は、図２のＡＡＰモデルを使用して行ったＡＡＰ出口部分における空気流の流速分布図である。
【国際調査報告】
2007105335.tif 000018
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