(57)【要約】【課題】大容量の燃焼用バーナであっても、低ＮＯｘ燃焼が可能となる燃焼用バーナを提供すること。【解決手段】燃焼用バーナは、微粉炭と搬送用空気とを含む混合流体１が火炉４に向って流れる混合流体流路を画定している混合気ノズル２と、混合気ノズル２を取囲んで設けられた、燃焼用二次空気６が流れる二次空気流路と、混合気ノズル２の先端部に設けた保炎リング３と、混合気ノズル２の先端外周部の分離プレート１１６とを備える。分離プレート１１６は、燃焼用二次空気６の流れ方向に直交するように設けられ、二次空気とバーナ火炎を分離するとともに、保炎リング３の後流側に循環する高温ガスを混合流体１内に流入させる。【選択図】図２１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼用バーナであって、粉末固体燃料と該固体燃料の搬送用気体とを含む混合流体が火炉に向かって流れる混合流体流路を画定している混合気ノズルと、該混合気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、前記混合気ノズルの先端部に設けられた保炎器と、該保炎器の後流側に循環する高温ガスを前記混合流体内に流入させる手段とを設け、この高温ガスを混合流体内に流入させる手段が、前記保炎器の気体流路側の先端部に、該気体流路の燃焼用酸素含有気体の流れ方向に直交するように設けられることを特徴とする燃焼用バーナ。
【請求項２】
請求項１に記載のバーナにおいて、前記高温ガスを混合流体内に流入させる手段が、記気体流路を前記混合気ノズルの外周部の円周方向に複数の流路部分に分割する分割プレートを含む、燃焼用バーナ。
【請求項３】
請求項１に記載のバーナにおいて、前記高温ガスを混合流体内に流入させる手段が、前記気体流路を前記混合気ノズルの外周部の半径方向に分離するリング状の分離プレートを含む、燃焼用バーナ。
【請求項４】
請求項２または３に記載のバーナにおいて、前記高温ガスを混合流体内に流入させる手段がさらに、前記混合気ノズル先端部の外周近傍に設けて、該混合気ノズルの内側に向かって気体を噴出する気体噴出開口部を含む、燃焼用バーナ。
【請求項５】
請求項４に記載のバーナにおいて、前記気体噴出開口部は前記混合気ノズルの混合流体の流れに直交する方向へ或いはこの流れの上流側へ気体を噴出する、燃焼用バーナ。
【請求項６】
請求項４または５に記載のバーナにおいて、前記気体流路内に、その流れを半径方向外向きに変える案内部を設けた、燃焼用バーナ。
【請求項７】
請求項２または３に記載のバーナにおいて、前記気体流路内に、その流れを半径方向外向きに変える案内部を設け、該案内部は、その気体流路に対して上流側先端部が、前記分割プレートまたは分離プレートの設置位置よりバーナ上流側に配置されている、燃焼用バーナ。
【請求項８】
請求項４または５に記載のバーナにおいて、前記燃焼用酸素含有気体の流れを半径方向外向きに変える案内部と、前記燃焼用酸素含有気体に旋回を与える旋回部とを前記気体流路の少なくとも一部に設けた、燃焼用バーナ。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか一項に記載のバーナにおいて、前記混合気ノズルの先端部の流路面積は、先端に行くに従って次第に小さくなり、さらに前記燃焼用酸素含有気体に旋回を与える旋回部が設けられている、燃焼用バーナ。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載のバーナにおいて、前記混合気ノズルの内部に前記混合流体の濃度を調整する調整器を設けた、燃焼用バーナ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のバーナにおいて、前記濃度調整器が、両端の傾斜部と、これら傾斜部間に配設され前記混合気ノズル内壁面に対して平行な平行部とを有し、前記混合気ノズルの上流側の前記濃度調整器の前記傾斜部のバーナ中心軸線に対する傾斜角度ａが１５°〜２５°であり、かつ混合気ノズルの下流側の前記濃度調整器の前記傾斜部のバーナ中心軸線に対する傾斜角度ｂが６°〜１８°であり、さらに前記平行部の外径ｄと該平行部のガス流れ方向の長さｃとの寸法比ｒ１（ｒ１＝Ｃ／ｄ）が１≦ｒ１≦２である、燃焼用バーナ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のバーナにおいて、前記濃度調整器より上流側の混合気ノズル内壁面に、混合流体の縮流用のベンチュリ部を設けた、燃焼用バーナ。
【請求項１３】
請求項６に記載のバーナにおいて、火炉の壁面に設けられたバーナスロート部を有し、前記案内部のバーナ中心軸線に対する傾斜角度が３５°〜５５°である、燃焼用バーナ。
【請求項１４】
請求項６に記載のバーナにおいて、火炉の壁面に設けられたバーナスロート部を有し、該バーナスロートの傾斜面のバーナ中心軸線に対する傾斜角度が３５°〜５５°である、燃焼用バーナ。
【請求項１５】
請求項６に記載のバーナにおいて、火炉の壁面に設けられたバーナスロート部を有し、バーナ中心軸線に直交する方向の前記案内部の傾斜幅ｆと、前記バーナスロートの傾斜面の始端部のバーナ中心軸線に平行な部分との間隔ｇとの寸法比ｒ２（ｒ２＝ｆ／ｇ）が０．５≦ｒ２≦１である、燃焼用バーナ。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載のバーナにおいて、前記気体流路は流線形である、燃焼用バーナ。
【請求項１７】
請求項４に記載のバーナにおいて、前記気体噴出開口部から噴出される気体の噴出速度が混合気ノズル内の混合流体の流速の３倍以上である、燃焼用バーナ。
【請求項１８】
請求項４に記載のバーナにおいて、前記気体噴出開口部から噴出される気体の噴出幅の合計が前記混合気ノズルの先端部の周長の１０％から５０％までの長さとほぼ等しい、燃焼用バーナ。
【請求項１９】
請求項４に記載のバーナにおいて、前記気体噴出開口部はその噴出方向を前記混合気ノズルの内側の上流側に向けられている、燃焼用バーナ。
【請求項２０】
請求項４に記載のバーナにおいて、前記気体噴出開口部から噴出される気体の流量と気体噴出位置と気体噴出方向とが、バーナ負荷、固体燃料の性状に応じてまたは火炉内に複数段配置されたバーナの配置段に応じて、可変である、燃焼用バーナ。
【請求項２１】
請求項４に記載のバーナにおいて、前記気体噴出開口部から噴出される気体が粉末固体燃料の搬送用気体の供給系統の低温部もしくは高温部から導入されている、燃焼用バーナ。
【請求項２２】
請求項２１に記載のバーナにおいて、前記気体噴出開口部から噴出される気体がバーナ運転中は粉末固体燃料の搬送用気体の供給系統の高温部から導入され、バーナ休止中は低温部から導入される、燃焼用バーナ。
【請求項２３】
請求項４に記載のバーナにおいて、前記気体噴出開口部から噴出される気体の供給系統にフアンまたはコンプレッサが設けられており、該気体が冷やされた空気もしくは空気予熱用に設けられた予熱器出口の温められた空気である、燃焼用バーナ。
【請求項２４】
請求項４に記載のバーナにおいて、前記気体噴出開口部から噴出される気体は、酸素濃度が２１％以上に高められた酸素富化空気である、燃焼用バーナ。
【請求項２５】
請求項４に記載のバーナにおいて、前記気体噴出開口部から噴出させる気体の供給系統にさらに流量調整装置が設けられている、燃焼用バーナ。
【請求項２６】
請求項４に記載のバーナにおいて、前記気体噴射開口部から噴出される気体の流量がバーナ運転条件に応じて可変である、燃焼用バーナ。
【請求項２７】
請求項４に記載のバーナにおいて、前記気体噴出開口部の噴射開口の軸線方向長さ（長径ａ）と径方向の長さ（短径ｂ）との寸法比ｒ３（ｒ３＝ａ／ｂ）がｒ３≧１となるような気体噴出孔が前記気体噴出ノズルの軸線方向に１個以上設けられている、燃焼用バーナ。
【請求項２８】
請求項２７に記載のバーナにおいて、前記気体噴出開口部の噴射開口の形状が丸形もしくは楕円形である、燃焼用バーナ。
【請求項２９】
請求項２７または２８に記載のバーナにおいて、前記気体噴射開口部の噴射開口が２個以上設けられており、これら気体噴射開口の中心間距離が該気体噴射開口の直径の２．５倍以下である、燃焼用バーナ。
【請求項３０】
請求項２７から２９のいずれか一項に記載のバーナにおいて、前記気体噴射開口部の噴射開口の位置が前記混合気ノズルの軸線方向に可変であり、かつ／または前記気体噴射開口の向きが前記混合気ノズルの軸線と平行か軸緑回りに可動自在である、燃焼用バーナ。
【請求項３１】
請求項１から３０のいずれか一項に記載の燃焼用バーナを備えたことを特徴とする燃焼装置。
【請求項３２】
請求項１から３０までのいずれか一項に記載の燃焼用バーナを備えたことを特徴とするボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼用バーナに関するものである。さらに、本発明は、燃焼用バーナを備えた燃焼装置、例えばボイラ、加熱炉または熱風発生炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の燃焼用バーナは、固体燃料と搬送用一次気体とを含む混合流体が火炉に向って流れる混合流体流路を画定している混合気ノズルと、二次気体または二次および三次気体が流れる気体流路を画定している気体供給ノズルとを備えている。二次および三次気体は、混合気体を取囲んで流れている。また、混合気ノズル内には、着火用のオイルバーナが設けられている。
【０００３】
従来の燃焼用バーナにあっては、混合気ノズルの出口先端に保炎リングが設けられており、二次および三次気体は旋回発生器により旋回され気体供給ノズルから吹出される。
燃焼用バーナの運転中、混合気ノズルの出口付近には、着火域とその内側の未着火域とを含む還元域が形成され、さらに還元域を取囲む酸素の多いエアーリッチ域が形成される。還元域での燃焼率を高めることにより、低ＮＯｘ燃焼が可能となる。
【０００４】
近年、燃焼用バーナにおける低ＮＯｘ燃焼が要求されるとともに、大容量の燃焼用バーナが要求されている。これにより、燃焼用バーナの混合気ノズルの径が大きくなってきている。
混合気ノズルの径が大きくなると、これに応じて還元域での着火域が相対的に減少する。その結果、還元域での低ＮＯｘ燃焼が抑えられることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
よって、本発明は大容量の燃焼用バーナであっても、低ＮＯｘ燃焼が可能となる燃焼用バーナを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するため、本発明にあっては、粉末固体燃料とこの固体燃料の搬送用気体とを含む混合流体が火炉に向って流れる混合流体流路を画定している混合気ノズルと、この混合気ノズルを取囲んで設けられ、燃焼用酸素含有気体が流れる気体流路と、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を設けたことを特徴とする燃焼用バーナが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１に示された燃焼用バーナにあっては、燃料の微粉炭と搬送用空気の混合流体１は混合気ノズル２によって画定される混合流体流路を通して火炉４に供給される。混合気ノズル２の先端部には外周部がＬ字形断面形状を有する保炎リング３が設置されている。
混合気ノズル２の外周には風箱５より燃焼用空気（二次空気６及び三次空気９）が供給される。二次空気６及び三次空気９はそれぞれの旋回発生器７及び旋回発生器１０によって適正な旋回が与えられ、低ＮＯｘ燃焼に最適な条件が得られる。
三次空気９は更に案内板１１によって外側に広げられ、火炎中心部を空気不足の状態に、いわゆる燃料過剰な状態にする。外周空気と混合流体１が混合する前に還元領域で燃料の燃焼率を高めて低ＮＯｘ燃焼が可能となる。
【０００８】
ここでは内部保炎用気体として空気２１が用いられており、内部保炎用気体供給管２２を通して風箱５内に設置されたヘッダ２３に導かれる。内部保炎用空気２１はさらに４本のノズル２４を通して混合気ノズル２の先端部まで導かれる。空気２１は保炎リング３に隣接して設置された４個の噴出口２５から混合気ノズル２の中心部に向けて噴出されて、４筋の保炎用空気噴流２６が形成される。
図５に示されるように、空気噴流２６は、あたかも剛体の保炎器のように作用し、その後流側に循環流１４を形成し、着火保炎を可能とする。
図６に示されるように保炎リング３の後流には再循環高温ガス１５が存在し、保炎リング３の近傍における着火保炎を促している。内部保炎用空気ノズル２４の噴射口から混合気ノズル２の中心部に向けて噴出される空気噴流２６には同伴作用があるため、再循環高温ガス１５の一部１６は空気噴流２６に沿って混合流体１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２６により混合流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。
【０００９】
空気噴流２６は、その流速が低い場合には混合流体１の流れに曲げられて混合気ノズル２の中央部への到達が遅れる。着火領域拡大のためには、空気噴流２６の流速は混合流体１の流速の３倍以上であることが望ましい。
空気噴流２６の周方向幅の合計の混合気ノズル２の出口部周長に対する比率が大きいと、着火されるべき微粉炭の多くが混合気ノズル２の中央部に押しやられるため、着火保炎性能が低下する。混合気ノズル２の内径をｄ（図１）、保炎用空気噴流２６の幅をｂ（図２）とすると、混合気ノズル２の出口周長はπｄ、空気噴流の周方向幅の合計は４ｂであるから、
πｄ／４０≦ｂ≦πｄ／８
であることが望ましい。
【００１０】
空気噴流２６により混合流体１の流れに負圧部を形成させることができ、この負圧部の混合流体の流れに乱れを生じさせ、さらに空気噴流による高温ガスの同伴作用により、混合気ノズル先端の混合流体の未着火領域Ｃ（図７）の内部からの着火保炎を促進させる。
混合流体の流れに形成される負圧部は、混合気ノズルの先端部外周部近傍に設けられた４つの空気ノズル２４から混合気ノズルの内側に向かって空気を噴出することにより行う。
空気ノズル２４からの空気の噴出流速を混合流体の流速の３倍以上にすることにより空気噴流は混合流体の流れの中央部への到達が遅れることなく、未着火領域Ｃ（図７）における着火領域が拡大する。また、空気ノズル２４の噴出幅の合計を混合気ノズル先端部の周長の１０％から５０％の間にすると、着火されるべき混合流体が必要以上に一次ノズルの中央部に押しやられることがなく、気体噴流による未着火領域Ｃ（図７）での着火保炎性能が確保できる。
【００１１】
空気ノズル２４の噴出方向を混合気体１の流れに直交する方向とすると、混合流体１の流れにより空気ノズル２５からの空気は実際には図８に示されるような空気噴流２６を形成するが、この気体噴流２６と混合気体１の流れとの境界領域（混合気ノズル出口より少し下流側）に着火保炎領域が形成される。
また、図９に示すように、空気ノズル２４の噴出方向を混合気ノズル２の内側の上流側に向けると、混合流体１の流れにより空気ノズル２４から噴出する空気噴流２６が混合気ノズルの出口に押し戻され、混合気ノズル出口に着火保炎領域が形成される。
また、空気ノズル２４の噴出口２５の向きを空気ノズル２４の軸線まわりおよび／または軸線と直交する軸線まわりに揺動可能にすること、あるいは空気ノズル２４をその軸線方向に移動可能にすることで、バーナ形状、燃料性状またはボイラ負荷などにより最適な位置から最適な方向に向けて空気を噴出することができる。また、空気ノズル２４の個数および配置は上述のものに限定されるものではなく、図１０−１２に示されるように変更が可能である。
【００１２】
図１３に示される、この実施例による燃焼用バーナを用いたボイラにおいて、一次空気ファン３１から供給された空気の一部は空気予熱機３４を通過し、残りは空気予熱機３４をバイパスする。それぞれは、一次冷空気ダクト３２と一次熱空気ダクト３５を通してバーナに供給される。それぞれの流量調整ダンパ３３、３６によって石炭粉砕機（ミル）３８の出口温度が所定の値になるように流量が調整され、ミル入口一次空気ダクト３７を経てミル３８に導かれる。
粉砕と乾燥を施された石炭（微粉炭）は搬送用空気とともに、送炭管３９を通してバーナに導かれ、混合気ノズル２を通して火炉４に供給される。その他の必要空気（燃焼用空気）は燃焼用空気ファン４１から供給され、空気予熱機３４で加熱された後、燃焼用空気ダクト４２を通して風箱５に導かれ、バーナを通して火炉４内へ供給される。
【００１３】
内部保炎用空気２１は、空気予熱機３４出口の一次空気の供給ラインから分岐して、内部保炎用空気供給管２２を通して内部保炎用空気ヘッダ２３に導かれる。その後の供給系統は図１に示す通りである。燃焼用空気に比べ搬送用空気は供給圧力が高く、内部保炎用空気として適している。また、空気予熱機３４からの高温空気を内部保炎用空気として用いることにより混合流体が加熱され燃焼効率が高められる効果がある。
内部保炎用空気を、バーナが運転されている期間のみ混合気ノズル２に供給すれば本発明の目的は達成される。従って、複数のバーナを有する燃焼設備において、バーナの運転中に内部保炎用空気を供給し、バーナ休止中には供給停止することにより、高圧空気の供給動力が低減でき、効率面で有利となる。
【００１４】
また、バーナ負荷が低い場合には、混合流体１の流速が低下するため、内部保炎用空気の流速は低くてもよい。バーナ負荷あるいはこれと同義のボイラ負荷などによって内部保炎用空気量を調整することによって、内部保炎用空気の供給動力を必要最低限に抑えた高効率な運転が可能になる。
内部保炎用空気は専用のファンで供給してもよい。この場合は、内部保炎用空気に最適な供給圧力を設定できるため、動力面で効率的な運転が可能となる。この場合にも空気予熱機３４（図１３）の上流の低温空気または下流の高温空気のいずれを供給してもよい。この場合、バーナが運転しているときには、空気予熱機３４の下流の高温空気を供給することで、内部保炎用気体噴出後に微粉炭および混合気流体１を加熱して燃焼効率を高め、停止しているときには、空気予熱機３４の上流の低温空気を供給することで、バーナ出口部を冷却し、火炉内からの輻射熱の影響を抑えることができる。
内部保炎用気体として、酸素濃度を２１％より高めた酸素富化空気を用いてもよい。この場合には、混合流体１の着火保炎性能がさらに高められて、高効率な低ＮＯｘ燃焼がさらに促進される。
【００１５】
本発明は、その他のバーナ構造に対しても適用可能である。
図１４に示されたバーナでは三次空気用案内板１１を貫通してノズル２４、が延在しており、４筋の保炎用空気噴流２６（図１５）を形成するものである。
図１６に示されたバーナでは、混合気ノズル２の外周に単一の燃焼用空気供給流路４６を有する。本バーナ構造において、特に、燃焼用空気に旋回を与えた場合に混合流体１の流れと燃焼用空気４４の流れとの間に高温ガスの再循環流１５が形成されるため、本発明の効果が促進される。
図１８に示されたバーナには、図１に示されたバーナに比して、二次空気６と三次空気９とを隔てる分離器２７が設けられている。混合流体１の流れの拡がりに対応して混合流体と外周空気との混合を遅らせ、バーナ近傍でのＮＯｘ低減を維持するのに好適な適用例である。
図１９に示されたバーナでは、混合気ノズル２の先端部の流路面積を出口に行くほど小さくなっている。空気ノズル２４は混合気ノズル２に沿って延在している。混合流体１の流れが中心部に向かい、二次空気および三次空気６、９が外方に向けて旋回されているので、高温ガスの再循環流１５が混合流体１の流れと燃焼用空気６、９の流れとの間に形成されるため、本発明の効果が促進される。
【００１６】
図２１に示されたバーナは、燃料の微粉炭と搬送用気体（一次空気）からなる混合気体（微粉炭流）１が流れる混合気ノズル２と、混合気ノズル２の内周壁面に設けられ微粉炭流１を絞ることにより逆火防止をするベンチュリー１１２と、混合気ノズル２内を火炉４に向かって延在する油バーナ１１０の先端部に設けられ微粉炭流１中の微粉炭粒子の濃縮分布を調整する微粉炭濃度調整器１１４と、微粉炭流１中の微粉炭粒子の着火及び保炎を行うため混合気ノズル２の先端に設けられた保炎リング３と、着火保炎を強化し、さらにバーナ火炎と二次空気６との分離効果を有する二次空気分離環状ディスク１１６と、気体供給管２２からの気体２１を火炉４内に噴出し、保炎リング３の近傍に形成された高温ガスをバーナ中心部に同伴する機能を有する気体噴出ノズル２４と、混合気ノズル２の外周部に燃焼用二次空気６が流れる流路を形成する二次スリーブ１１８と、二次スリーブ１１８の先端に末広がり状に設けられたガイド１１と、二次スリーブ１１８との間に燃焼用三次空気９用流路を形成する三次スリーブ１２０と、二次空気供給量を制御する二次空気ダンパ１２２と、三次空気供給量及びバーナ火炎の外周に供給される三次空気９の旋回力を制御する三次空気レジスタ１０とから構成されている。二次空気と三次空気は風箱５から供給されるが、これらのバーナ構成部材は火炉４に設けられたバーナスロート１２４に臨むように設置されている。
【００１７】
このバーナにおいては、微粉炭と一次空気との混合気体（微粉炭流）１は混合気ノズル２に供給されてベンチュリー１１２で縮流された後、微粉炭濃度調整器１１４により保炎リング３近傍で微粉炭流１の微粉炭粒子濃度を高められて微粉炭粒子の着火及び保炎が行われる。このとき保炎リング３の後流側に微粉炭流１の負圧部が形成され、この負圧部に二次空気６の流れの一部と混合気ノズル２内の微粉炭流１とが巻き込まれ、微粉炭流１の着火領域が形成される。着火領域では高温ガスが生じており、これを気体噴出ノズル２４から混合気ノズル２の中心部に向けて噴出する気体（ここでは空気）噴流２６により、微粉炭流１の中に流入させて、燃焼ガスの未着火領域を減少させて、着火領域としてバーナの保炎性能を高める。
また、保炎リング３近傍での燃料の着火及び保炎性能を強化する手段の一つとして、微粉炭濃度調整器１１４を混合気ノズル２内の中央部に設置している。微粉炭濃度調整器１１４はバーナ起動時に用いる油バーナ１１０の先端部の外周部に設けられる。油バーナ１１０は起動時から低負荷時に使用するために設けられており、油バーナ１１０が設置されていないバーナにおいては、油バーナ１１０の設置箇所にサポート（図示せず）を設け、このサポートに微粉炭濃度調整器１１４を設けてもよい。
【００１８】
図２３に詳しく示されたように、微粉炭濃度調整器１１４はバーナ中心軸線を通るその断面が油バーナ１１０の外周部に台形状になるように取り付けられたものであり、油バーナ１１０を軸を中心として回転させて得られる形状をしている。微粉炭濃度調整器１１４の上流側の傾斜部の傾斜角度ａを２０°、下流側の傾斜部の傾斜角度ｂを１５°、混合気ノズル２の内壁面及びバーナ中心軸線に平行な平行部の外径ｄと平行部のガス流れ方向の長さｃとの寸法比ｒ１を１（ｒ１＝ｃ／ｄ＝１）としている。
なお、微粉炭濃度調整器１１４の平行部の長さｃが長すぎるとウインドボックス５を大きくする必要があり、コスト的に不利である。また平行部の外径ｄは混合気ノズル２の径によりその大きさは制約され、その大きさは通常、混合気ノズル２の径の約０．７程度である。また、微粉炭濃度調整器１１４の上流側の傾斜面により濃縮させた微粉炭流１を整流させるためには微粉炭濃度調整器１１４の平行部の外径ｄに対する平行部の長さｃの比ｒ１（＝ｃ／ｄ）は１≦ｒ１≦２が好ましい。
【００１９】
また、微粉炭濃度調整器１１４より上流側の混合気ノズル２の内壁面に設けられたベンチュリー１１２の下流側の傾斜部のバーナ中心軸線に対する傾斜角度ｉは微粉炭濃度調整器１１４の上流傾斜面の傾斜角度ａより小さい（ｉ＜ａ）ことが必要である。
本実施例では傾斜角度ａが約２０°で、傾斜角度ｉは約１０°である。
微粉炭濃度調整器１１４は混合気ノズル２の上流側の傾斜面により混合気ノズル２内壁面近傍を流れる混合流体中の微粉炭粒子濃度を高める機能を有している。微粉炭濃度調整器１１４の上流側の傾斜面の傾斜角度ａは１５°〜２５°であることが好ましい。傾斜角度ａが１５°未満であると混合気ノズル２の内壁面側に微粉炭粒子を引き寄せる作用が小さくなり、また、傾斜角度ａが２５°を超えると混合気ノズル２の内壁面により多くの微粉炭粒子が衝突して壁は摩耗し易くなる。
【００２０】
また、バーナ出口で高温の火炎を形成するためには、保炎リング３近傍の微粉炭濃度を高めると同時に、微粉炭流１の流速を徐々に遅くして微粉炭流１が微粉炭濃度調整器１１４の下流側の終端部壁面から剥離しないようにすることが重要である。これらの機能を達成させるために微粉炭濃度調整器１１４の下流側の傾斜面の傾斜角度ｂを６°〜１８°に設定して、微粉炭流１の流速を徐々に下げることが好ましい。傾斜角度ｂが６°未満でも同等の濃縮効果が得られるが、微粉炭濃度調整器１１４及び風箱５の奥行きがむやみに長くなり、火炉の大型化を招くおそれがある。また、傾斜角度ｂが１８°を超えると剥離が生じ易くなる。
傾斜角度ａと傾斜角度ｂはそれぞれ個別に設定することができる。
また、微粉炭濃度調整器１１４の平行部の機能は、その上流側の傾斜面で微粉炭流１を偏流させ、混合気ノズル２の内壁面側に微粉炭粒子濃度を高めた微粉炭流１をしばらくの間、混合気ノズル２の内壁面に平行な方向の安定した流れにするものであり、この平行部があることで燃料の微粉炭濃度及び石炭性状の違い、燃焼負荷の急変などがあっても、微粉炭濃度調整器１１４による安定した微粉炭流の整流作用が得られる。
【００２１】
図２３に示された微粉炭の濃度分布から明らかなように、保炎リング３近傍では微粉炭の濃度が比較的高くなり、バーナ中心部では比較的低くなっていることが分かる。
微粉炭濃度調整器１１４の各傾斜面の傾斜角度及び平行部の寸法の適正化により、また、ベンチュリー１１２の下流側の傾斜部の傾斜角度ｉを適切に設定することにより、保炎リング３近傍において混合流体中の微粉炭濃度を高め、かつ低流速で混合流体をバーナ出口に供給することが可能となり、バーナ出口での燃料の着火及び保炎が確実に、安定的に行われる。
【００２２】
本実施例においては、二次空気６の流れを混合気ノズル出口先端部外周部に二次空気分離用環状ディスク１１６が設けられている（図２２および２４）。ディスク１１６は、二次空気６とバーナ火炎とを分離する作用と、二次空気６の流れを保炎リング３の直ぐ下流で高温ガスと混合させ、保炎リング３における着火保炎性を強化する作用とを奏する。図２１および２２に示されるように、二次空気６の半径方向内方の部分はディスク１１６によりさえぎられ、かつ気体噴出ノズル２４の噴出口２５がディスク１１６の下流で開口している。これにより、気体噴出ノズル２４からの噴流が直接二次空気６の影響を受けることはなくなり、微粉炭流の同伴作用が促進される。
【００２３】
また、分離ディスク１１６の代りに、複数の分離プレート１１６を用いた別の実施例が図２５に示されている。この実施例においては、二次空気６の流れを混合気ノズル出口先端部外周部で円周方向に４分割する二次空気分離プレート１１６が設置されている（図２６および２７）。二次空気分離プレート１１６で二次空気６の流れを分割することにより、二次空気分離プレート１１６の下流側の領域では二次空気６の流れと保炎リング３の直後の領域で発生した高温ガスとが混合され、保炎リング３における燃料の着火保炎性能が強化される。図２６に示されるように、二次空気分離プレート１１６間の二次空気６が障害なく流れる領域では、二次空気６のモーメンタムが比較的大きいので、二次空気６の流れとバーナ火炎との分離を促進する効果を有している。二次空気６の流れと混合流体１とがバーナ出口直後の火炉４内の領域であまりに早く混合すると低ＮＯｘ燃焼（還元燃焼）ができなくなるので、バーナ火炎と二次空気６の流れの分離を図ることも効果的である。
【００２４】
また、図２８に示されるように、二次空気分離プレート１１６を混合気ノズル２の軸線と所定の角度で交差するように、かつ円周方向に互いに一部分重ね合わさるように配置してもよい。これによりプレート１１６間にはスリット状の隙間ができる。この隙間から二次空気６の流れが炉内に向かって吹き出す。この場合は、隙間から吹き出す二次空気６のモーメンタムは図２７のプレート１１６間から炉内に供給される二次空気流６のそれと比べて小さいが、二次空気をフィルム状に炉内に供給することにより、二次空気分離プレート１１６の冷却と灰付着防止ができる。
【００２５】
また、本実施例の気体噴出ノズル２４は、図２９に示すように、先端が密封されたノズルの先端部に長手方向に隣接して設けられた２つの丸い形の開口２５を備えている。開口２５からの気体噴出の流量は一次空気量の２％である。
図３０−３２に開口２５の変形例が示されている。折り曲げられたノズルの先端に開口２５が設けられている（図３０）。また先端が密封されたノズルの先端部に長径がノズル軸線と平行にまたは直交するように延びている楕円形の開口２５が設けられている（図３１−３２）。図３３に示されるように開口２５にガイド２８を設けることにより気体噴流の噴出力を大きくすることができる。
気体噴射ノズル２４の噴出口２５とバーナ出口部との間のバーナ軸線方向の距離、すなわち、噴出口２５の保炎リング３からの距離を燃料性状、バーナ負荷燃焼条件、または燃焼炉内に複数段配置されたバーナの配置段数などに応じて変えるために、気体噴射ノズル２４を、バーナ軸線方向Ａ（図３４）に可動とすることができる。また、気体噴射ノズル２４をその軸線まわりに周方向Ｂ（図３４）に回転可能とし、気体の噴射方向を変えることもできる。例えば、着火保炎があまり良くない高燃料比炭や粗粉炭を用いる場合には気体噴射ノズル２４からの噴射方面を混合気ノズル２の上流側に向けることが効果的である。
【００２６】
気体噴流による保炎方式特有の効果を図３５−３６を参照して説明する。
混合気ノズル２の出口部に設けられた保炎リング３の下流側には、高温ガスの循環流Ａが存在し、保炎リング３の近傍に於ける燃料の着火保炎を促進している。図３５に示す気体噴出ノズル２４を設けない従来例の場合には、着火領域Ｂの内側には大きな未着火領域Ｃが形成される。これに対して、図３６に示す実施例の場合には、気体噴出ノズル２４から混合気ノズル２の中心部に向けて噴出される空気噴流２６には高温ガスの同伴作用があるため、高温ガスの循環流Ａの一部は空気噴流２６に沿って混合流体（微粉炭流）１の流れの中に流入し、その内部の着火保炎性が高まる。
そのため、本実施例の場合には、未着火領域Ｃが従来例の場合に比べて減少し、還元領域の火炎の温度が比較的上昇するため、ＮＯｘ低減率が向上する。また、空気噴流２６により混合気体１の乱れが増加するため、着火後の燃焼効率向上にも有効である。
【００２７】
低ＮＯｘを強化するためには、高温の還元炎内でＮＯｘをＮ２ に十分還元した後に、不足分の燃焼空気を投入し、燃焼を完結させることが有効である。したがって、三次空気９を火炎と分離することが要求される。
これに関しては、図２３に示されるガイド１１の傾斜角度ｅ及び寸法比ｒ２＝ｆ／ｇが重要となる。ここで、ｆはバーナ中心軸線に直交する方向のガイド１１の傾斜幅、ｇはバーナスロート１２４の傾斜面の始端部のバーナ中心軸線に平行な開口部と二次スリーブ１１８のバーナ中心軸線に平行な部分との間隔を示す。ガイド１１の傾斜角度ｅはガイド１１の出口側の末広がり部のバーナ中心軸線に対する傾斜角度である。
【００２８】
ガイド１１の傾斜角度ｅを大きくし過ぎると混合気ノズル２内の微粉炭流１と二次空気６の流れとの混合が悪くなるため、傾斜角度ｅは３５°〜５５°が好適である。また、バーナスロート１１８の傾斜部のバーナ出口部のバーナ中心軸線に対する傾斜角度ｈも約３５〜５５°が好適である。
また、傾斜角度ｅ、ｈが共に大きすぎると、微粉炭の燃焼により得られるバーナ火炎と三次空気９の流れが離れすぎて混合が悪くなるので、安定な燃焼炎が得られなくなる。また傾斜角度ｅ、ｈが共に小さ過ぎるとバーナ火炎と三次空気９の流れとの分離効果が悪くなり、バーナ火炎内部に三次空気９の流れが過剰に供給され、微粉炭燃料の低ＮＯｘ燃焼を達成することができない。
【００２９】
また寸法比ｒ２（＝ｆ／ｇ）は０．５≦ｒ２≦１が望ましい。ｆ／ｇが０．５未満であるとバーナ火炎と三次空気流９の分離効果が少なすぎ、また、ｆ／ｇが１を超えると三次空気流９がガイド１１に衝突して火炉４内に効果的に流入出来なくなる。
したがって、本実施例ではガイド１１の傾斜角度ｅは４５°とし、バーナスロート１２４の傾斜部のバーナ出口部のバーナ中心軸線に対する傾斜角度ｈも４５°とし、寸法比ｒ２（＝ｆ／ｇ）を０．８とした。
【００３０】
また、気体噴射開口２５に関しては、噴射ノズル２４の軸線方向の長さａと気体噴射ノズル２４の径方向の長さｂの比ｒ３（＝ａ／ｂ）（図３７）が１以上になるものであれば、どのような形のものでも良い。例えば、図３８に示されるように、矩形の開口２５とすることもできる、噴射開口２５をｒ３≧１を満足するように設けることにより噴流２６が混合流体１の流れからあまり影響を受けないでバーナ中心部まで入ることができるという利点がある。
また、噴射開口が２個以上設けられている場合（図３９）は、噴射開口２５の中心間距離Ｘを開口２５の直径Ｒの２．５倍以下とすることが望ましい。２つの気体噴射開口が大きく離れていては全く別の２つの噴流となる。これに対して、Ｘ／Ｒ≦２．５の場合、近接した２つの噴流が噴射開口の出口ですぐに１つの噴流になることになり、噴出用気体流量を増やすことなく、しかも見かけ上大きな噴出孔から噴出され、貫通力の大きな噴流を生じさせることができる。
【００３１】
２個以上の噴射開口を用いて、各噴射開口からの出口流速を変えないで、見かけ上の噴射開口の口径を大きくすることにより、気体噴流の貫通力を高めることができる。見かけ上の口径を大きくするため、噴射開口のトータルの面積を一定に保ちながら、開口数を増やす場合には、噴射開口の数に制限はない。この際の複数の噴射開口は、混合流体の流れかつあまり抵抗を受けないよう気体噴射ノズルの長手方向（ノズルの管軸方向）に沿って配列されることが望ましい。
また、気体噴射開口から噴出される気体の流速を混合流体の流速の３倍以上にすることでバーナ中心部に向けて十分な貫通力により混合流体の流れの中に噴射気体が入り込み、火炎の未着火領域の低減化に効果的に作用する。
【００３２】
図４０に示された本発明の他の実施例のバーナにおいては、
二次スリーブ１１８と三次スリーブ１２０は断面形状において角部が丸められている。これにより、二次空気６の流れと三次空気９の流れがこれらスリーブ１１８とスリーブ１２０により圧力損失を受けることなく、火炉内に供給され、燃焼用空気流に必要な流速が必要最小限の差圧で得られる。
このバーナでは、二次スリーブ１１８に設けられるダンパ１２２（図２５）は不要であり、三次空気レジスタ１０により二次空気６と三次空気９の供給量の比を調整する。
図４０のバーナでは、燃焼用空気が高速で微粉炭流の周囲に供給され、また、微粉炭粒子が入口ノズル２の内壁面側に集められるので、バーナの着火と保炎機能がより効果的に行われる。
【００３３】
図４１に示されたバーナは、混合気ノズル２と混合気ノズル２内に延在する棒状体とを備えており、棒状体はここでは内管２０２としている。微粉炭と搬送用空気とを含む混合流体１が、混合気ノズル２と内管２０２とで画定される流路内を流れる。燃焼用空気が内管２０２内を流れている。オイルバーナ１１０が内管２０２内を火炉４に向って延在している。外側保炎器２０４が混合気ノズル２の先端にそして内側保炎器２０６が内管２０２の先端にそれぞれ設けられている。
濃縮器２０８が内管２０２の外壁面に設けられており、混合流体１を半径方向外方を流れる微粉炭濃度の高い混合流体部分と、半径方向内方を流れる微粉炭濃度の低い混合流体部分とに分けている。
【００３４】
４個の橋渡し部３００が周方向等間隔に設けられており、外側保炎器２０４と内側保炎器２０６との間を繋いで半径方向に延在している（図４２）。橋渡し部３００は、図４３に示されるように、上流に向って先細りになったＶ字断面形状を有している。これにより、橋渡し部３００は混合流体１の流れを部分的に遮断するが、混合流体１により磨耗されることはない。橋渡し部３００は、上流に向って収束するＵ字断面形状または半円形断面形状を有してもよいし、その個数も４個に限定されるものではない。
混合流体の流れを部分的に遮断する手段としては、前述の実施例のように、気体噴出ノズル２４の開口２５から空気噴射２６を混合気ノズル２の中心部に向けて噴射させてもよい。
また、図４１に示されるように、橋渡し部と空気噴射とを整合させて併存させてもよい。
【００３５】
図４４に示されるように、外側保炎器２０４と内側保炎器２０６の下流には乱流渦による循環流が流れる領域Ａが形成される。粒径２０μｍ以下の比較的小さい微粉炭が領域Ａに巻込まれ、燃焼して高温の燃焼ガスとなる。この高温の燃焼ガスが橋渡し部３００に沿って外側保炎器２０４から内側保炎器２０６に流れ込み、内側保炎器２０６表面での混合流体の着火を促進させる。
図４５に示されるように、橋渡し部３００および空気噴流２６を内側保炎器２０６の接線方向に延すことにより、内側保炎器２０６の表面全体での着火促進が得られる。
なお、以上の説明においては、同一部材または同様の作用をなす部材等には同一の符号を付し、説明を省略している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例による燃焼用バーナを示す縦断面図
【図２】図１のII−II線から見た正面図
【図３】図２のIII−III線から見た破断断面図
【図４】図２のIV−IV線から見た破断断面図
【図５】図１のＶ−Ｖ線から見た断面図
【図６】図１に示された保炎リングの外周部を示す破断断面図
【図７】図１に示されたバーナの火炎状態を示す断面図
【図８】図１に示された噴射ノズル近傍の混合流体の流れを示す図
【図９】変更された噴射ノズル近傍の混合流体の流れを示す図
【図１０】噴射ノズルの変更された配置を示す図
【図１１】噴射ノズルの別の変更された配置を示す図
【図１２】噴射ノズルのさらに別の変更された配置を示す図
【図１３】図１に示されたバーナを用いたボイラの系統図
【図１４】別の実施例に基づいた燃焼用バーナを示す縦断面図
【図１５】図１４のXV−XV線から見た正面図、
【図１６】さらに別の実施例に基づいた燃焼用バーナを示す縦断面図
【図１７】図１６のXVII−XVII線から見た正面図
【図１８】別の実施例に基づいた燃焼用バーナを示す断面図
【図１９】また別の実施例に基づいた燃焼用バーナを示す縦断面図
【図２０】図１９のXX−XX線から見た正面図
【図２１】別の実施例に基づいた燃焼用バーナを示す縦断面図
【図２２】図２１のXXII−XXII線から見た正面図
【図２３】さらに別の実施例に基づいた燃焼用バーナを示す縦断面図
【図２４】図２１に示された二次空気分離ディスクを示す斜視図
【図２５】別の実施例に基づいて燃焼用バーナを示す縦断面図
【図２６】図２５のXXVI−XXVI線から見た正面図
【図２７】二次空気分離プレートを示す斜視図
【図２８】別の二次空気分離プレートを示す斜視図
【図２９】噴射ノズルを示す斜視図
【図３０】別の噴射ノズルを示す斜視図
【図３１】さらに別の噴射ノズルを示す斜視図
【図３２】さらに別の噴射ノズルを示す斜視図
【図３３】さらに別の噴射ノズルを示す斜視図
【図３４】さらに別の噴射ノズルを示す斜視図
【図３５】火炎の状態を示す図
【図３６】別の火炎の状態を示す図
【図３７】噴射開口を示す底面図
【図３８】別の噴射開口を示す底面図
【図３９】さらに別の噴射開口を示す底面図
【図４０】また別の実施例に基づいた燃焼用バーナを示す縦断面図
【図４１】さらに別の実施例に基づいた燃焼用バーナを示す縦断面図
【図４２】図４１のXXXXII−XXXXII線から見た正面図
【図４３】図４１のXXXXIII−XXXXIII線から見た断面図
【図４４】橋渡し部近傍のガスの流れを示す破断断面図
【図４５】図４５は、別の実施例の橋渡し部を示す正面図
【符号の説明】
【００３７】
１  混合流体
２  混合気ノズル
３  保炎リング
４  火炉
６  二次空気（燃焼用空気）
９  三時空気（燃焼用空気）
１１  案内板
１４  循環流
１５  再循環高温ガス
２４  ノズル
２５  噴出口（ノズル）
２６  空気噴流
１１４  微粉炭濃度調整器
１１６  分離プレート
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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