(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭と一次空気との混合物を噴出する微粉炭ノズルの外周に二次空気を噴出する二次空気ノズルが同心円状に設けられるとともに、該二次空気ノズルの外周に三次空気を噴出する三次空気ノズルが同心円状に設けられ、前記二次空気ノズルの外周壁の先端に拡管部が設けられている微粉炭燃焼バーナにおいて、
前記微粉炭ノズルと前記二次空気ノズルを隔てる隔壁先端部に一次空気の流れに対し略垂直な平面を有する障害物と二次空気の流れに対し略垂直な平面を有する案内板を設け、
前記障害物の平面は、前記案内板の平面より前記微粉炭ノズルの軸方向の上流側に位置し、
前記案内板の平面は、前記拡管部の先端よりも前記微粉炭ノズルの軸方向の下流側に突出させて設けたことを特徴とする微粉炭燃焼バーナ。
【請求項２】
請求項１に記載の微粉炭燃焼バーナにおいて、前記案内板にスリットが設けられていることを特徴とする微粉炭燃焼バーナ。
【請求項３】
請求項１に記載の微粉炭燃焼バーナにおいて、前記障害物と案内板の少なくとも一方の先端に周方向に沿って切り欠きを設けたことを特徴とする微粉炭燃焼バーナ。
【請求項４】
微粉炭燃焼バーナを備えた燃焼装置において、前記微粉炭燃焼バーナが請求項１ないし３のいずれか１項記載の微粉炭燃焼バーナであることを特徴とする燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粉炭を気流搬送して燃焼させるバーナに係わり、特に、窒素酸化物（以下ＮＯｘと記す）濃度を低減するのに好適な微粉炭燃焼バーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に燃焼バーナにおいて、燃焼時に発生するＮＯｘの抑制が課題となる。特に石炭は窒素含有量が気体燃料や液体燃料に比べて多い。このため、微粉炭燃焼バーナの燃焼時に発生するＮＯｘを減少させることは、気体燃料や液体燃料の場合以上に重要である。
【０００３】
微粉炭の燃焼時に発生するＮＯｘはほとんどが石炭中に含まれる窒素が酸化されて発生するＮＯｘ、いわゆるフューエルＮＯｘである。このＮＯｘを減らすため、従来より種々のバーナ構造や燃焼方法が検討されてきた。
【０００４】
その燃焼方法の１つとして、火炎内に酸素濃度の低い領域を形成して、ＮＯｘを還元する方法がある。例えば、特開平１−３０５３０６号公報（ＵＳＰ４９３０４３０）、特開平３−２１１３０４号公報、特開平３−１１０３０８号公報、ＵＳＰ５２３１９３７、ＵＳＰ５６８０８２３等には、低酸素濃度雰囲気の火炎を形成し、かつ石炭を完全燃焼させる方法、さらには、微粉炭を気流搬送する燃料ノズルを中心とし、その外側に空気を噴出する空気ノズルを備える構造が開示されている。これらの従来技術によれば、火炎の内部に酸素濃度の低い還元炎領域を形成しており、還元炎領域でＮＯｘの還元反応を進行させ、火炎内で発生するＮＯｘ量を少なくしている。また、特開平３−２１１３０４号公報および特開平３−１１０３０８号公報、ＵＳＰ５２３１９３７には、微粉炭ノズルの先端に保炎リングを設けて火炎を安定化させることが記載されている。これらの従来技術によれば、微粉炭ノズルの先端部に保炎リングあるいは障害物を設けることにより、微粉炭ノズルの先端部下流側に循環流が形成され、この循環流内には高温のガスが滞留するため、微粉炭の着火が進み、火炎の安定性を高めることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術では、未だ、ＮＯｘ発生の抑制に対しては未だ十分ではない。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を改善して、ＮＯｘ発生量をより一層低減できる微粉炭燃焼バーナを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
【０００８】
微粉炭と一次空気との混合物を噴出する微粉炭ノズルの外周に二次空気を噴出する二次空気ノズルが同心円状に設けられるとともに、該二次空気ノズルの外周に三次空気を噴出する三次空気ノズルが同心円状に設けられ、前記二次空気ノズルの外周壁の先端に拡管部が設けられている微粉炭燃焼バーナにおいて、
前記微粉炭ノズルと前記二次空気ノズルを隔てる隔壁先端部に一次空気の流れに対し略垂直な平面を有する障害物と二次空気の流れに対し略垂直な平面を有する案内板を設け、
前記障害物の平面は、前記案内板の平面より前記微粉炭ノズルの軸方向の上流側に位置し、
前記案内板の平面は、前記拡管部の先端よりも前記微粉炭ノズルの軸方向の下流側に突出させて設けたことを特徴とする。
【０００９】
このように、微粉炭ノズルの外周に二次空気ノズルおよび三次空気ノズルを同心円状に配置したので、一次空気によって酸素濃度の低い還元炎領域を形成してＮＯｘ発生を抑制し、二次空気および三次空気を還元炎領域の後流側で混合して酸化炎を形成し、完全燃焼が図られ、二次空気および三次空気の混合を遅くして還元炎領域を大きく形成し、ＮＯｘの発生を抑制する効果を高めることができる。
【００１０】
また、微粉炭はそれ自体の着火性は悪く、火炎を安定して形成するためには、火炎の下流側の高温の燃焼ガスを微粉炭ノズルの噴出口近くまで引き寄せることが望ましいが、微粉炭ノズルと二次空気ノズルとを隔てる隔壁の先端下流側に低圧部が形成されて循環流が形成されるので、高温の燃焼ガスが引き戻されるようになる。
【００１１】
また、二次空気が二次空気ノズルの外周側先端の拡管部に沿って外周に流れるようになるので、微粉炭ノズルと二次空気ノズルを隔てる隔壁の下流側に形成される循環流は大きくなり、このため、二次空気と微粉炭との混合を遅らせることができる。さらに、循環流が大きくなるので、循環流内に高温の燃焼ガスが流入し、微粉炭の着火性が向上する。
【００１２】
また、二次空気の流れを外周側に寄せる案内板を設けたので、二次空気と三次空気と微粉炭との混合を遅らせて、還元炎領域を大きくすることが可能となり、さらに、微粉炭ノズルと二次空気ノズルを隔てる隔壁下流の循環流は大きくなるので、微粉炭の着火性が良くなり、酸素の消費が早まることで還元炎領域が大きくすることができる。
【００１３】
また、案内板に二次空気の流れに対し略垂直な平面を設けることにより、二次空気を外側に向ける効果が大きくなり、二次空気と微粉炭との混合を遅らせるのに有効である。
また、微粉炭ノズルと二次空気ノズルを隔てる隔壁先端部に一次空気の流れに対し略垂直な平面を有する障害物と二次空気の流れに対し略垂直な平面を有する案内板を設け、前記障害物の平面を前記案内板の平面より微粉炭ノズルの軸方向の上流側に配置することにより、障害物と案内板の後にそれぞれ循環流が形成され、この循環流はバーナ軸方向へ伸びる。このため下流側から高温の燃焼ガスが流入するので、循環流の温度は上昇し、微粉炭の着火性は向上する。
【００１７】
また、請求項１に記載の微粉炭燃焼バーナにおいて、前記案内板にスリットが設けられていることを特徴とする。
【００１８】
このように案内板にスリットを設けることにより、案内板の熱変形を抑制することができる。
【００２１】
また、請求項１に記載の微粉炭燃焼バーナにおいて、前記障害物と案内板の少なくとも一方の先端に周方向に沿って切り欠きを設けたことを特徴とする。
【００２２】
このように障害物、案内板の先端に周方向に沿って切り欠きを設けることにより、障害物、案内板の熱変形を緩和できる。また、障害物、案内板の下流側の乱れが増大し、循環流が発達しやすくなる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施形態を図１および図２を用いて説明する。
【００３６】
図１（ａ）は本実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナの概略図、図１（ｂ）、（ｃ）は、図１（ａ）に示すノズル先端域の空気流を説明するための拡大図である。
【００３７】
これらの図において、１０は、上流側で図示されていない搬送管に接続され、１次空気と共に微粉炭を供給搬送する微粉炭ノズル、１１は二次空気を噴出する二次空気ノズルであり、微粉炭ノズル１０の外周に同心円状に流路が形成されている。１２は三次空気を噴出する三次空気ノズルであり、二次空気ノズル１１の外周に同心円状に流路が形成されている。一次空気と二次空気と三次空気の流量配分比は、例えば、１〜２：１：３〜７である。１３は流入する微粉炭および一次空気、１４は流入する二次空気、１５は流入する三次空気を示している。１６は微粉炭ノズル１０を貫通して設けられたオイルガンであり、バーナ起動時または低負荷燃焼時に助燃のために使用される。１７は微粉炭の逆火を防止するための微粉炭ノズル１０のノズル内径を狭める絞り部、１８は微粉炭ノズルと二次空気ノズルを隔てる隔壁２８先端に設けられ一次空気と二次空気とを分離し循環流３１を拡大するための保炎リング、１９は火炉壁を構成するバーナスロートであり、三次空気ノズルの外周壁を兼ねる。２０は二次空気ノズルと三次空気ノズルを隔てる隔壁２１の先端に設けられたガイドスリーブであり、本発明でいう拡管部である。２２は三次空気を二次空気ノズルの円周に沿って旋回させるための旋回器であり、この実施形態では通常レジスタ羽根と呼ばれる空気旋回羽根が用いられる。２３は二次空気を流入する側板、２４は火炉壁１９に設けられる水管、２５は二次空気が導入されるウインドボックス、２６は二次空気を調節するダンパ、２７は二次空気を微粉炭ノズルの円周に沿って旋回させるための旋回器であり、本実施例では通常ベーンと呼ばれる空気旋回羽根を用いている。２８は微粉炭ノズル１０と二次空気ノズル１１の間の隔壁、３０は二次空気ノズル１１の内周壁先端部に設けられ、二次空気を外周側方向に噴出するための案内板、３１は一次空気ノズル１０と二次空気ノズル１１の噴出域間に形成される循環流、３２は一次空気ノズル１０内に設けられる障害物である。５２は二次空気ノズル１１から噴出される二次空気流、５３は三次空気ノズル１２から噴出される三次空気流である。６５ａは保炎リング１８に付属して、二次空気ノズルの内周部に設けられる障害物である。
【００３８】
図２は、図１（ｂ）に示す微粉炭燃焼バーナと対比するために示した従来の微粉炭燃焼バーナのノズル先端域の空気流を説明するための拡大図である。
【００３９】
なお、図２に示す構成は、図１（ａ）に示すものと、案内板３０が設けられていない点で相違する。
【００４０】
次に本実施形態の燃焼動作を図１（ａ）と図１（ｂ）に基いて説明する。
【００４１】
微粉炭燃焼バーナの燃焼が始まると、微粉炭ノズル１０と二次空気ノズル１１を隔てる隔壁２８の下流の空気はそれぞれのノズルから噴出する空気に巻き込まれるために、隔壁２８の下流は圧力が低下し、下流から上流に向かって流れる循環流が形成される。隔壁２８の先端部には保炎リング１８を設けているので、一次空気と二次空気は分離され、循環流は拡大する。この循環流内には高温のガスが滞留するため、微粉炭の着火は進み、火炎の安定性は高まる。障害物３２の下流では微粉炭は慣性力により、隔壁２８近くに集まる。このため、循環流近くは微粉炭の濃度が高まり、微粉炭ノズルの出口近傍に微粉炭と一次空気による火炎が安定して形成される。さらにこの火炎内で酸素の消費が進むため、火炎内には酸素濃度の低い還元炎領域が広がり、ＮＯｘ発生量を少なくすることがきる。また、着火が早まるため石炭の燃焼は進み、燃焼灰中の未燃焼分（以下、未燃分と記す）も減少する。さらに空気旋回羽根２２、２７を設けているので、二次空気と三次空気が旋回流として噴出し、その遠心力により保炎リング１８下流の負圧は高まり、循環流はさらに拡大する。これによりバーナ近傍での二次空気や三次空気と微粉炭との混合が遅れ、火炎内の酸素濃度が減少するため、還元炎領域は広がる。
【００４２】
本実施形態では、さらに、二次空気ノズル１１から噴出する二次空気流５２を二次空気ノズル１１の外周側に偏向させる手段として、二次空気ノズル１１の内周壁の先端部に案内板３０を設けるようにした。二次空気は外周側方向に噴出し、二次空気や三次空気と微粉炭流との混合はいっそう遅れ、保炎リング１８下流の循環流３１は拡大する。この循環流域には下流から戻る高温ガス量が増えるので、微粉炭の着火が促進されて還元炎領域が広がる。このため、ＮＯｘや未燃分の発生をさらに減少させることができる。
【００４３】
このときの燃焼状態の様子を、案内板３０が設けられていない図２と対比して説明する。図２において、三次空気５３は、テーパ状の円筒に形成されたガイドスリーブ２０によって流路が曲げられ、外周側に噴出される。一方、二次空気ノズル１１はガイドスリーブ２０によりノズル出口部で流路が外周側に広がっている。空気は慣性により直進するため、二次空気５２はバーナ軸方向に沿って流されやすい。このとき、ガイドスリーブ２０に沿う領域の空気は二次空気５２の流れに巻き込まれるため、二次空気の噴出方向とは逆方向に圧力の低下（以下、逆圧勾配と記す）が生じ、ガイドスリーブ２０の下流には循環流５４が形成される。この循環流５４により三次空気５３に中心に向かう流れが誘起され、三次空気５３と微粉炭との混合が早まるので、還元炎領域が狭まる。
【００４４】
それに対して、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、案内板３０により二次空気５２は外周方向へ噴出する。このため、二次空気ノズル１１と三次空気ノズル１２を隔てるガイドスリーブ２０の下流での循環流５４の形成が阻止あるいは抑制される。また、外周方向へ噴出する二次空気５２の運動量により、特に、二次空気５２は三次空気５３より外周側に向けて噴出するように構成したので、三次空気５３はよりいっそう外周へ向かって流れる。このため、バーナ近傍での二次空気や三次空気と微粉炭との混合が遅れ、火炎内の還元炎領域が広がり、火炎内で発生するＮＯｘを低減することができる。また、案内板３０の先端はガイドスリーブ２０の先端よりもバーナ軸方向に対し下流側に位置しているため、二次空気の流れは外周に流れやすくなり、ガイドスリーブ２０の下流に循環流５４ができにくい。
【００４５】
なお、本実施形態では保炎リング１８に付属する障害物６５ａによって二次空気ノズルの噴出口近傍の流路が狭められている。二次空気の噴出速度は高められるため、三次空気５３と微粉炭との混合は遅らせることができる。
【００４６】
このように、本実施形態によれば、二次空気ノズルに設けた案内板３０によりに二次空気５２は外周方向へ噴出する。また、二次空気ノズルと三次空気ノズルの間の隔壁下流での逆圧勾配が小さくなるため、二次空気ノズルの外周側にある三次空気ノズルから噴出する三次空気５３も外周方向へ噴出する。このため、バーナ近傍での微粉炭と燃焼用空気との混合が抑制され、微粉炭はバーナ近傍では低酸素濃度雰囲気の状態で燃焼し、ＮＯｘの発生量を減少させることができる。一例として、図１に示すバーナ（ガイドスリーブ２０と案内板３０の先端とのバーナ軸方向の間隔１０ｍｍ）と図２に示すバーナにおいて石炭供給量５００ｋｇ／ｈで燃焼試験した結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
0003986182.tif 000002
【００４８】
このとき、図１に示すバーナの燃焼炉出口でのＮＯｘ濃度は１０３ｐｐｍ（６％酸素濃度換算）であったのに対し、図２に示すバーナのＮＯｘ濃度は未燃分同一ベースで１１１ｐｐｍ（６％酸素濃度換算）となり、本発明によるＮＯｘ発生量の低減効果が認められた。
【００４９】
また、図１（ｃ）は、図１（ｃ）の案内板３０を図１（ｂ）のものより上流側に移動した場合の空気流を説明するノズル先端域の拡大図である。図１（ｃ）に示すバーナのように、案内板３０をガイドスリーブ２０の先端よりもバーナ軸方向の上流側に移動した場合、二次空気５２は図１（ｃ）に示すように流れる。すなわち、二次空気５２は案内板３０により流れの向きを外周方向に変えられるが、外周方向への流れはガイドスリーブ２０により妨げられる。このため、バーナから噴出する二次空気は図１（ｂ）に示すように案内板３０をガイドスリーブ２０の先端よりもバーナ軸方向に下流側に設置した場合よりも軸方向に向かって流れる。このため、図１（ｃ）に示すように、ガイドスリーブ２０の下流には循環流５４が形成されやすい。そのため、この循環流５４により、三次空気５３には中心軸方向への流れが誘起されるため、三次空気５３と微粉炭との混合が早まり、還元炎領域が狭まる。一例として、図１（ｃ）に示すバーナ（案内板３０の先端がガイドスリーブ２０の先端よりもバーナ軸方向に１０ｍｍ上流に位置する）において石炭供給量５００ｋｇ／ｈで燃焼試験した結果を表１に示す。このとき、図１（ｂ）に示すバーナの燃焼炉出口でのＮＯｘ濃度は１０３ｐｐｍ（６％酸素濃度換算）であったのに対し、図１（ｃ）に示すバーナのＮＯｘ濃度は未燃分同一ベースで１０７ｐｐｍ（６％酸素濃度換算）となり、案内板３０をガイドスリーブ先端よりもバーナ軸方向に下流側に位置させた場合よりもＮＯｘ発生量が高まる。
【００５０】
次に、本発明の第２の実施形態を図３を用いて説明する。
【００５１】
図３は、本実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナのノズル先端部の概略図である。
【００５２】
本実施形態は、図１（ａ）と図１（ｂ）に示す第１の実施形態と比べて、案内板３０の角度５５とガイドスリーブ２０の角度５６とを調整可能とした点が相違し、その他の構成は同一である。
【００５３】
本実施形態によれば、案内板３０の角度５５とガイドスリーブ２０の角度５６とを調整することにより、供給される微粉炭、一次空気量や燃焼用空気量に応じて、第１の実施形態に比べてさらに最適な循環流域を形成し、効果的にＮＯｘや未燃分を減少させることができる。
【００５４】
このとき、案内板３０の角度５５は６０度〜９０度、より好ましくは８０度〜９０度にすることが望ましい。案内板３０により二次空気５２を外周方向へ噴出する。このため、二次空気ノズル１１と三次空気ノズル１２を隔てるガイドスリーブ２０の下流での循環流５４の形成が阻止あるいは抑制される。また、外周方向へ噴出する二次空気５２の運動量により、特に、二次空気５２は三次空気５３より外周側に向けて噴出するように構成したので、三次空気５３はよりいっそう外周へ向かって流れる。このため、バーナ近傍での二次空気や三次空気と微粉炭との混合が遅れ、火炎内の還元炎領域が広がることにより、火炎内で発生するＮＯｘを低減することができる。
【００５５】
次に、本発明の第３の実施形態を図４を用いて説明する。
【００５６】
図４は、本実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナのノズル先端部の概略図である。
【００５７】
本実施形態は、同図に示すように、二次空気ノズル１１から噴出する二次空気流を二次空気ノズルの外周側に誘導させる誘導部材として、二次空気ノズル１１の出口域にテーパ状のリング６１を設けたことを特徴とする。その他の構成は第１の実施形態と略同一構成である。
【００５８】
本実施形態によれば、リング６１はバーナ軸方向へ流れる二次空気５２に対して障害物となる。リング６１のテーパ部に沿って二次空気５２が流れることにより、二次空気５２に外周方向への流れが誘起され、一部はガイドスリーブ２０に沿って流れる。このため、二次空気ノズル１１と三次空気ノズル１２を隔てるガイドスリーブ２０の下流には二次空気５２が流れる。ガイドスリーブ２０の下流での逆圧勾配は生じにくくなるので、先に説明した循環流５４の形成が阻止あるいは抑制される。また、外周方向へ噴出する二次空気５２の運動量により、三次空気５３はよりいっそう外周へ向かって流れる。このため、バーナ近傍での二次空気や三次空気と微粉炭との混合が遅れ、火炎内の酸素濃度が減少する。還元炎領域が広がることにより、火炎内で発生するＮＯｘを低減することができる。
【００５９】
次に、本発明の第４の実施形態を図５を用いて説明する。
【００６０】
図５は、本実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナのノズル先端部の概略図である。
【００６１】
本実施形態は、同図に示すように、二次空気ノズル１１から噴出する二次空気流を二次空気ノズルの外周側に誘導させる誘導部材として、二次空気ノズル１１内またはノズル出口域に気体を外周に向かって噴出する気体噴出ノズル６３を設けたことを特徴とする。気体には空気、燃焼排ガス、窒素などの不活性ガス、および水蒸気などを用いることができる。その他の構成は第１の実施形態と略同一構成である。
【００６２】
本実施形態によれば、気体噴出ノズル６３から噴出する気体の持つ運動量により、二次空気ノズル１１から噴出する二次空気流に外周方向への流れが誘起され、一部はガイドスリーブ２０に沿って流れる。運動量を高めるために、気体噴出ノズル６３から噴出する気体の流速は二次空気ノズルから噴出する空気の流速よりも速いことが望ましい。この構成のバーナにおいて、二次空気５２がガイドスリーブ２０に沿って流れることにより、ガイドスリーブ２０の下流での逆圧勾配は生じにくくなる。このため、ガイドスリーブ２０の下流での先に説明した循環流５４の形成が阻止あるいは抑制される。また、外周方向へ噴出する二次空気５２の運動量により、三次空気５３はよりいっそう外周へ向かって流れる。このため、バーナ近傍での二次空気や三次空気と微粉炭との混合が遅れ、火炎内の酸素濃度が減少する。還元炎領域が広がることにより、火炎内で発生するＮＯｘを低減することができる。
【００６３】
次に、本発明の第５の実施形態を図６を用いて説明する。
【００６４】
図６は、本実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナのノズル先端部の概略図である。
【００６５】
本実施形態は、同図に示すように、二次空気ノズル１１から噴出する二次空気流を二次空気ノズルの外周側に誘導させる手段として、二次空気ノズルの噴出口に二次空気旋回器としての旋回羽根６４を設けたことを特徴とする。その他の構成は第１の実施形態と略同一構成である。
【００６６】
本実施形態によれば、二次空気５２は旋回羽根６４により旋回流となり、遠心力により外周側に偏って流れる。このため、二次空気５２はガイドスリーブ２０に沿って流れることにより、ガイドスリーブ２０の下流での逆圧勾配は生じにくくなる。このため、ガイドスリーブ２０の下流での先に説明した循環流５４の形成が阻止あるいは抑制される。また、外周方向へ噴出する二次空気５２の運動量により、三次空気５３はよりいっそう外周へ向かって流れる。このため、バーナ近傍での二次空気や三次空気と微粉炭との混合が遅れ、火炎内の酸素濃度が減少する。還元炎領域が広がることにより、火炎内で発生するＮＯｘを低減することができる。
【００６７】
以上のごとく、上記の各実施形態の微粉炭燃焼バーナによれば、二次空気ノズルから噴出する二次空気流を二次空気ノズルの外周側へ偏向させる手段を設けたので、二次空気ノズルとその外周側に位置する三次空気ノズルとの隔壁の下流側には循環流が形成されにくくなる。循環流の領域では流れの噴出方向とは逆方向の圧力降下（逆圧勾配）があり、循環流に沿って流れる空気は逆圧勾配により流れの方向が変わる。微粉炭燃焼バーナの流れでは、二次空気ノズルと三次空気ノズルとの隔壁下流に循環流が形成されると、三次空気の流れは循環流により微粉炭流側へと流れやすくなる。ところが、上記各実施形態のものでは、二次空気を外周方向へ噴出することで、二次空気ノズルと三次空気ノズルとの隔壁下流に循環流が形成しにくくしているため、バーナ近くでは三次空気は微粉炭流と離れて流れる。
【００６８】
また、二次空気を外周に噴出することにより、一次空気と二次空気がバーナ近くで離れて流れる。このため、微粉炭ノズルと二次空気ノズルの隔壁下流に二次空気ノズルから噴出する二次空気が流入しにくくなるので逆圧勾配が強まり、循環流は広がる。この一次空気と二次空気流との間に形成される循環流内には高温の気体が滞留し、微粉炭の着火や火炎の安定化に寄与する。循環流が広がることにより、二次空気による循環流内の冷却が弱まり、温度は上昇する。このため、微粉炭の着火は促進される。着火により酸素の消費が進むため、火炎内に形成される酸素濃度の低い領域は拡大し、ＮＯｘの発生量は減少すると共に、燃焼灰中の未燃分は減少する。
【００６９】
さらにまた、微粉炭の着火や火炎の安定性が向上することで、燃焼に必要な距離は短くなり、燃焼装置本体を小型化できる効果も得られる。さらに、低負荷での燃焼時のように微粉炭の濃度が減少する場合でも火炎が安定なため、微粉炭燃焼バーナでの微粉炭専焼の可能範囲は広がる。
【００７０】
次に、本発明の第６の実施形態を図７を用いて説明する。
【００７１】
図７は、本実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナの概略図である。
【００７２】
本実施形態は、同図に示すように、二次空気ノズル１１から噴出する二次空気流を二次空気ノズル１１の外周側に偏向させると共に、隔壁２８の先端部に、一次空気と二次空気の流れに対し垂直な平面を有するリング３０を設けることを特徴とする。その他の構成は第１の実施形態と略同一構成である。
【００７３】
同図において、リング３０は、微粉炭ノズル１０側に形成される内部リング３０１と二次空気ノズル１１側に形成される外部リング３０２から形成される。リング３０により一次空気と二次空気には乱れが生じ、リング３０の下流に形成される循環流は発達する。本実施形態では、内部リング３０１と外部リング３０２の位置をバーナ軸方向に離して設ける。その結果、リング３０の下流に形成される循環流は微粉炭流側と二次空気流側でバーナ軸方向にずれて形成される。軸方向に同位置に循環流が２つ形成される場合に比べ、循環流は軸方向へ長くなる。このため、循環流３１には下流側から気体が環流する。
【００７４】
また、外部リング３０２により二次空気を外周に噴出する。このため、一次空気と二次空気がバーナ近くで離れて流れる。このため、微粉炭ノズルと二次空気ノズルの隔壁下流に二次空気ノズルから噴出する二次空気が流入しにくくなるので逆圧勾配が強まり、循環流は広がる。この一次空気と二次空気流との間に形成される循環流内には高温の気体が滞留し、微粉炭の着火や火炎の安定化に寄与する。循環流が広がることで、二次空気による循環流内の冷却が弱まり、温度は上昇する。このため、微粉炭の着火は促進される。着火により酸素の消費が進むため、火炎内に形成される酸素濃度の低い領域は拡大し、ＮＯｘの発生量は減少すると共に、燃焼灰中の未燃分は減少する。また、微粉炭の着火や火炎の安定性が向上することで、燃焼に必要な距離は短くなり、燃焼装置本体を小型化できる効果も得られる。さらに、低負荷での燃焼時のように微粉炭の濃度が減少する場合でも火炎が安定なため、微粉炭燃焼バーナでの微粉炭専焼の可能範囲は広がる。
【００７５】
さらに、外部リング３０２により二次空気を外周に噴出することで、二次空気ノズルとその外周側に位置する三次空気ノズルとの隔壁の下流側には循環流が形成されにくくなる。循環流の領域では流れの噴出方向とは逆方向の圧力降下（逆圧勾配）があり、循環流に沿って流れる空気は逆圧勾配により流れの方向が変わる。微粉炭燃焼バーナの流れでは、二次空気ノズルと三次空気ノズルとの隔壁下流に循環流が形成されると、三次空気の流れは循環流により微粉炭流側へと流れやすくなる。ところが、本発明では二次空気を外周方向へ噴出することで、二次空気ノズルと三次空気ノズルとの隔壁下流に循環流が形成しにくくしているため、バーナ近くでは三次空気は微粉炭流と離れて流れる。
【００７６】
次に、本発明の第７の実施形態を図８を用いて説明する。
【００７７】
図８は、本実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナの概略図である。
【００７８】
本実施形態は、同図に示すように、二次空気ノズル１１から噴出する二次空気流を二次空気ノズル１１の外周側に偏向させると共に、隔壁２８の下流に循環流を形成する手段として、隔壁２８の先端部に設けられ、リング３０の二次空気ノズル１１内周壁側にリング３０の肉厚部（例えば１０ｍｍ厚）３０３を設けることを特徴とする。また、一次空気ノズル１０内に障害物３２を有さない。微粉炭の着火性が良好な場合は、図８に示すように障害物３２を有さなくても良い。その他の構成は第６の実施形態と略同一構成である。
【００７９】
本実施形態によれば、肉厚部３０３によって二次空気ノズルの流路が狭められ、二次空気はこの肉厚部３０３を通過するときに流速を速められる。流速が高まった状態で二次空気は外部リング３０２に衝突するため、衝突により二次空気に誘起される外周方向への流速は高い。その結果、第６の実施形態のときよりも二次空気の外周方向の流速は強まる。このため、微粉炭ノズルと二次空気ノズルの隔壁下流の循環流は広がり、この循環流内の温度上昇により微粉炭の着火は促進される。また、二次空気を外周方向へ噴出することで、二次空気ノズルと三次空気ノズルとの隔壁下流に循環流が形成しにくくしているため、バーナ近くでは三次空気は微粉炭流と離れて流れる。このため、火炎内に形成される酸素濃度の低い領域は拡大し、ＮＯｘの発生量は減少すると共に、燃焼灰中の未燃分は減少する。
【００８０】
なお、第６および第７の各実施形態において、リング３０の外部リング３０２をバーナの周方向に一様なリングとしたが、必要に応じて、外部リング３０２の先端を周方向に沿って凹凸状に切り欠きを形成してもよい。切り欠きをつけることにより、リングの熱変形を緩和できる。また、外部リング３０２の下流側の乱れが増大し、循環流が発達しやすくなる。また、この凹凸状の切り欠きは外部リング３０２だけでなく、内部リング３０１に設けてもよい。
【００８１】
次に本発明の第８の実施形態を図９を用いて説明する。
【００８２】
図９は、本実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナの概略図である。
【００８３】
本実施形態は、同図に示すように、二次空気ノズル１１から噴出する二次空気流を二次空気ノズル１１の外周側に偏向させると共に、隔壁２８の下流に循環流を形成する手段としてリング３０を設ける。また、二次空気ノズル１１の出口近傍の流路を狭める手段として、障害物６５ｂを二次空気ノズルの外周壁の周方向に設けることを特徴とする。また、一次空気ノズル１０内の障害物３２は絞り部１７近くに設けられる。図１に対し図９に示すように、障害物３２を上流側に設けても隔壁２８近くに集められる。その他の構成は第６の実施形態と略同一構成である。
【００８４】
本実施形態によれば、二次空気は障害物６５ｂで流速が速められると共に障害物６５ｂの下流側の流路拡大部で空気流が乱され、一定の乱れを発生させることができる。このため、微粉炭ノズルと二次空気ノズルの隔壁下流の循環流は広がり、この循環流内の温度上昇により微粉炭の着火は促進される。また、障害物６５ｂで流速の増した二次空気は外部リング３０２に衝突し、外周方向へ噴出することで、二次空気ノズルと三次空気ノズルとの隔壁下流に循環流が形成しにくくなる。このため、三次空気は循環流により流れの方向が変えられることがなくなり、バーナ近くでは三次空気は微粉炭流と離れて流れる。このため、火炎内に形成される酸素濃度の低い領域は拡大し、ＮＯｘの発生量は減少すると共に、燃焼灰中の未燃分は減少する。
【００８５】
【発明の効果】
上記のごとく、本発明によれば、二次空気ノズルから噴出する二次空気流を二次空気ノズルの外周側に偏向させる手段を設けたので、二次空気は外周方向へ流れる。二次空気ノズルと三次空気ノズルとの隔壁下流に循環流が形成しにくくなる。このため、三次空気は循環流により流れの方向が変えられることがなくなり、バーナ近くでは三次空気は微粉炭流と離れて流れる。また、二次空気が外周方向へ流れることで、微粉炭ノズルと二次空気ノズルの隔壁の下流側に形成される循環流に二次空気ノズルから直接二次空気が流入しにくくなるので、逆圧勾配は強まり、この循環流は広がる。その結果、バーナ近傍では微粉炭と三次空気との混合が抑制され、また、微粉炭の着火が促進される。このため、微粉炭はバーナ近傍で低い酸素濃度の状態で燃焼し、ＮＯｘの発生量を低減できる。また、微粉炭の着火が促進されるので、燃焼灰中の未燃分が低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナの概略図である。
【図２】第１の実施形態と対比するために示した従来技術に係わる微粉炭燃焼バーナのノズル先端部の概略図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナの概略図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナのノズル先端部の概略図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナのノズル先端部の概略図である。
【図６】本発明の第５の実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナのノズル先端部の概略図である。
【図７】本発明の第６の実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナの概略図である。
【図８】本発明の第７の実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナの概略図である。
【図９】本発明の第８の実施形態に係わる微粉炭燃焼バーナの概略図である。
【符号の説明】
１０    微粉炭ノズル
１１    二次空気ノズル
１２    三次空気ノズル
３０    案内板
３０１  内部リング
３０２  外部リング
３０３  肉厚部
３１    循環流
６１    リング
６３    気体放出ノズル
６４    旋回羽根
６５ａ，６５ｂ  障害物
【図１】
0003986182.tif 000003
【図２】
0003986182.tif 000004
【図３】
0003986182.tif 000005
【図４】
0003986182.tif 000006
【図５】
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【図６】
0003986182.tif 000008
【図７】
0003986182.tif 000009
【図８】
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【図９】
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