(57)【要約】【課題】バーナ６０から噴出する燃料の燃焼で形成される火炎、火炉内の温度分布を制御するに好適な固体燃料バーナ６０、固体燃料バーナ６０を用いた燃焼装置とその運転方法を提供する。【解決手段】燃料ノズル１０内に複数の気体噴出ノズル８１、８２とその下流に絞り部（障害物）１９を設け、一部の気体噴出ノズル８１から相対的により多くの気体を噴出することで、燃料濃度に周方向の分布をもたせる。さらに下流側に絞り部（障害物）１９を有することで、燃料濃度偏差が拡大する。周方向に燃料濃度偏差をもたせることで、火炎の形成位置を変更することが可能となる。このため、気体噴出ノズル８１、８２を流れる気体流量の調整により、火炉出口での燃焼ガス温度、火炉壁面に設置した伝熱管の温度、前記伝熱管を流れる流体の温度、または火炉内やその下流側の煙道部に設けた伝熱管の温度や前記伝熱管を流れる流体の温度を一定に制御可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料とその搬送気体の混合流体を噴出する燃料ノズルと、前記燃料ノズルの外周に燃焼用空気を噴出する空気ノズルを燃料ノズルと同心円状に少なくとも１つ有する固体燃料バーナにおいて、
前記燃料ノズル内部の周方向に気体を噴出する気体噴出ノズルを複数設け、各噴出ノズルから噴出する気体の噴出量を個別に変更できる流量調節器を有することを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項２】
前記燃料ノズル内部に設けた気体噴出ノズルは、上下方向に２つ以上設けられていることを特徴とする請求項１に記載の固体燃料バーナ。
【請求項３】
前記気体噴出ノズルの下流側に前記燃料ノズルの流路断面積を一旦縮小させた後に、元の大きさまで拡大させる絞り部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の固体燃料バーナ。
【請求項４】
絞り部は前記燃料ノズルを構成する隔壁に設けられるか、また前記燃料ノズルの中央軸芯部に設けられることを特徴とする請求項３に記載の固体燃料バーナ。
【請求項５】
前記燃料ノズル内に設けられた気体噴出ノズルの下流側の燃料ノズルの流路が複数に分割されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の固体燃料バーナ。
【請求項６】
前記燃料ノズルの外周側隔壁の先端部に、前記燃料ノズルを流れる混合流体の流れと前記空気ノズルを流れる空気の流れのいずれか一方または両方を妨げる障害物を設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の固体燃料バーナ。
【請求項７】
前記空気ノズルの中の最外周の空気ノズルの先端部に空気流れを燃料ノズルから離れた方向に偏向させる拡管部を設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の固体燃料バーナ。
【請求項８】
前記最外周空気ノズルは周方向に２つ以上の分割した流路を有し、前記個々の流路には、空気流量を調整する手段を備えたことを特徴とする請求項７記載の固体燃料バーナ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の固体燃料バーナが配置された火炉の出口での燃焼ガス温度、火炉壁面に設けた伝熱管の表面温度、火炉の下流側の煙道部に設けた伝熱管の表面温度及び／又は前記伝熱管を流れる流体の温度に基づき、前記固体燃料バーナの前記燃料ノズル内に設けた気体噴出ノズルを流れる気体流量をバーナの上下方向に個別に制御する制御装置を有することを特徴とする燃焼装置。
【請求項１０】
前記固体燃料バーナから形成される火炎を上向きに形成する場合は、前記固体燃料バーナの前記燃料ノズル内に設けた気体噴出ノズルを流れる気体流量を上側に比較的少なく、下側に比較的多い流量を与え、
前記固体燃料バーナから形成される火炎を下向きに形成する場合は、前記固体燃料バーナの前記燃料ノズル内に設けた気体噴出ノズルを流れる気体流量をバーナの上側に比較的多く、バーナの下側に比較的少ない流量を与えることを特徴とする請求項９に記載の燃焼装置の運転方法。
【請求項１１】
請求項１から８のいずれかに記載の固体燃料バーナが配置された火炉の出口での燃焼ガス温度、火炉壁面に設けた伝熱管の表面温度、火炉の下流側の煙道部に設けた伝熱管の表面温度及び／又は前記伝熱管を流れる流体の温度に基づき、前記固体燃料バーナの前記燃料ノズル内に設けた気体噴出ノズルを流れる気体流量とともに、前記固体燃料バーナの前記最外周空気ノズルを流れる空気流量をバーナの上下方向に個別に制御する制御装置を有することを特徴とする燃焼装置。
【請求項１２】
前記固体燃料バーナから形成される火炎を上向きに形成する場合は、前記固体燃料バーナの前記燃料ノズル内に設けた気体噴出ノズルを流れる気体流量を上側を少なく、下側に多い流量を与えるとともに、前記固体燃料バーナの前記最外周空気ノズルを流れる空気流量を上側に比較的多く、下側に比較的少ない流量を与え、
前記固体燃料バーナから形成される火炎を下向きに形成する場合は、前記固体燃料バーナの前記燃料ノズル内に設けた気体噴出ノズルを流れる気体流量を上側に比較的多く、下側に比較的少ない流量を与えるとともに、前記固体燃料バーナの前記最外周空気ノズルを流れる空気流量を上側に比較的少なく、下側に比較的多い流量を与えることを特徴とする請求項１１に記載の燃焼装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭などの固体燃料を粉砕し、気流搬送した後に浮遊燃焼させるのに適した固体燃料バーナ、固体燃料バーナを用いた燃焼装置とその運転方法に関し、特に固体燃焼バーナから形成される火炎の形成位置を変えることで、燃焼装置での熱吸収位置を変化させることが可能な固体燃料バーナ、固体燃料バーナを用いた燃焼装置とその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼装置、特にボイラでは蒸気生成の高効率化のために、蒸気温度や蒸気圧力の上昇又は再熱サイクルの利用がなされている。通常、ボイラに供給された水は火炉壁面を構成する水管を通って蒸発し、さらに火炉内に吊り下げられる過熱器の伝熱面で過熱された後、主蒸気として蒸気タービンを駆動させる。蒸気タービンを駆動した後に蒸気は再熱器に送られて再加熱され、さらにその後再び蒸気タービンの駆動に利用され、その後の蒸気は復水器を通り水となり、再び火炉に供給され、蒸気生成に利用される。
【０００３】
このようにボイラプラントにおいて伝熱管内を流れる流体（給水）を加熱して蒸気の生成を行い、また蒸気を再利用するために複雑な流体経路を通る場合、各伝熱部において流体への規定の伝熱量を得ることが重要となる。規定の伝熱量を得るため、各伝熱部に対しては燃焼ガスの温度、流量を制御する必要が生じる。
【０００４】
従来より、流体への伝熱量を変更する手段として、燃焼ガスの流量を変える方法と燃料の燃焼位置を変える方法の２通りがある。前者としては、火炉内やその下流側の伝熱部において、燃焼ガスが流れる流路を分割し、それぞれの流路を流れる燃焼ガス量をダンパなどの手段を用いて制御することで、各流路に設けた伝熱管での伝熱量を制御する方法が知られている。
【０００５】
また、後者としては、バーナから火炉内に噴出する燃料の噴出方向を変更することで、火炉内の温度分布を変更し、火炉内と下流側の伝熱部での伝熱量を制御する方法がある（特許文献１）。さらに、バーナの燃焼空気流路を流れる燃焼用空気の流量に周方向に偏差を与える方法（特許文献２）が提案されている。
【０００６】
また、本出願人は先に褐炭などの低品位である固体燃料を対象に、微粉炭燃料ノズル内壁部に供給する空気量を調整可能な追加空気ノズルを設け、高負荷条件から低負荷条件まで、広範囲にわたって安定燃焼が可能なバーナを提案した（特許文献３）。
【特許文献１】米国特許明細書第６４３９１３６号（図２）
【特許文献２】特開２００２−１４７７１３号公報（図３）
【特許文献３】ＷＯ０２／１２７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献に記載されている従来技術では、流体への伝熱量の変更のために制御機構が大型化する課題があった。燃焼ガスの流量を変える方法により流体への伝熱量を制御する場合、燃焼ガス流路を分割する流路を設ける必要がある。さらに、それぞれの流路に伝熱管を設けるため、流体経路が複雑となる。また、各々の流路を流れる燃焼ガス量をダンパなどの手段を用いて調節する必要がある。このとき、燃料中の固形分（主に燃焼灰）によるダンパの摩耗、燃焼灰の固着、高温部に設置した場合の熱変形などを考慮する必要がある。
【０００８】
火炉内での燃料の燃焼位置を変える方法には燃料ノズルの向きを変える方法と燃焼用空気の流量を変える方法の２通りの方法が挙げられる。前者の方法の場合、燃料ノズルの向きを機械的に変更する必要がある。この場合、燃料ノズルの向きを変更するための駆動機構が大型化する課題がある。また、固体燃料を用いる場合、摩耗、灰の固着に対して充分な考慮が必要となる。また、火炉に面する部分に駆動機構を設ける必要があり、この駆動機構の熱変形に対しても考慮する必要がある。
【０００９】
また、後者の方法の場合、空気ノズルからの空気量の調節のため、空気量調節機構は火炉から離して設けることが出来、また、摩耗、灰の影響も前者に比べて小さい。しかし、燃料の噴出方向は燃焼用空気の流量（運動量）偏差により生じる炉内の圧力分布により変わる。このため、燃焼用空気の流量（運動量）偏差が燃料の噴出方向に与える影響は小さい。このため、前者に比べて火炉内での燃焼位置の変更幅は小さく、伝熱量の制御範囲は狭い。
【００１０】
特許文献３記載の発明は、褐炭などの低品位である固体燃料を負荷変動があっても安定して燃焼させるためのものである。これらの低品位の固体燃料では、粉砕後の燃料の搬送気体として、燃焼排ガスと空気との混合気体が使われることが多い。この場合、燃料の搬送気体中の酸素濃度は２１％より低くなるため、燃料が固体燃料バーナから噴出後の燃焼反応が遅れることがある。特許文献３記載の発明は追加空気ノズルから空気を供給することで燃料の搬送気体中の酸素濃度を部分的に高め、安定燃焼を可能とする。即ち、低負荷時には燃焼ノズル内に設けた追加空気ノズルから供給する空気量を増やし、燃料ノズル出口外側の下流部に形成される循環流の酸素濃度を高め、安定に燃焼させる。高負荷時は追加空気ノズルから供給する空気量を減らして燃料ノズルから離れた位置で火炎が形成されることで固体燃料バーナの構造物や火炉壁の受ける輻射熱を抑制するものであり、流体への伝熱量の変更のための構成に関するものではない。
【００１１】
本発明の課題は、比較的簡単な方法で火炉内での燃料の燃焼位置を変えることにより流体への伝熱量を制御する方法と装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記課題は、次の解決手段により解決される。  
請求項１記載の発明は、固体燃料とその搬送気体の混合流体を噴出する燃料ノズルと、前記燃料ノズルの外周に燃焼用空気を噴出する空気ノズルを燃料ノズルと同心円状に少なくとも１つ有する固体燃料バーナにおいて、前記燃料ノズル内部の周方向に気体を噴出する気体噴出ノズルを複数設け、各噴出ノズルから噴出する気体の噴出量を個別に変更できる流量調節器を有する固体燃料バーナである。
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、燃料ノズル内に気体噴出ノズルを設けて、気体噴出ノズルから気体を燃料ノズル内に噴出することで、気体噴出ノズルの下流側は燃料粒子が流れ込み難くなるため、燃料濃度が減少する。一部の気体噴出ノズルから気体を噴出することで、周方向に燃料濃度の分布を持たせることが出来る。固体燃料バーナから噴出する燃料噴流は燃料濃度の分布を持つため、火炉内での燃料の燃焼位置を変えることができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、前記燃料ノズル内部に設けた気体噴出ノズルは、上下方向に２つ以上設けられている請求項１に記載の固体燃料バーナである。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、燃料ノズルの内部に上下方向に２つ以上の気体噴出ノズルを有し、一部の気体噴出ノズルから気体を噴出することで、上下方向に燃料濃度の分布を持たせることが出来る。固体燃料バーナから噴出する燃料噴流は上下方向に燃料濃度の分布を持つため、火炉内での燃料の燃焼位置を上下方向に変えることができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、前記気体噴出ノズルの下流側に前記燃料ノズルの流路断面積を一旦縮小させた後に、元の大きさまで拡大させる絞り部を設けた請求項１または２に記載の固体燃料バーナである。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、気体噴出ノズルの下流側に絞り部を設けることで、流路縮小部では燃料ノズル内を流れる燃料粒子はその流速が加速される。さらに、一旦加速された燃料粒子は搬送気体に比べて質量が大きいため、流路拡大部においても流速の減少が搬送気体に比べて遅れる。気体噴出ノズルにより気体を噴出すると、気体噴出ノズルの下流側では燃料粒子に気体噴出ノズルから離れる方向の流速成分が誘起される。気体噴出ノズルの下流側に絞り部を設けることで、燃料粒子の流れが加速されるため、燃料粒子の偏流が助長される。このため、絞り部を設けることで、気体噴出ノズルからの気体流量の偏差による燃料ノズル出口での燃料濃度偏差は大きくなる。このため、火炉内での燃料の燃焼位置の偏りは大きくなり、各伝熱部の伝熱量制御範囲が広がる。
【００１８】
請求項４記載の発明は、絞り部は前記燃料ノズルを構成する隔壁に設けられるか、また前記燃料ノズルの中央軸芯部に設けられる請求項３に記載の固体燃料バーナである。
【００１９】
請求項４記載の発明によれば、燃料ノズルの設計時の都合に合わせて絞り部を設けることができる。例えば、着火性の悪い燃料を使用する場合は、燃料ノズルを構成する隔壁に沿って燃料を集めることが望ましい。燃料ノズルの中央軸芯部に絞り部を設けると、燃料粒子に外周方向への流速成分を誘起するため、燃料ノズルを構成する隔壁に沿って燃料を集めることが可能となり、燃料粒子の着火を促進させ、安定に火炎を形成させることができる。
【００２０】
請求項５記載の発明は、前記燃料ノズル内に設けられた気体噴出ノズルの下流側の燃料ノズルの流路が複数に分割されている請求項１から４のいずれかに記載の固体燃料バーナである。
【００２１】
請求項５記載の発明によれば、気体噴出ノズルの下流で、燃料ノズルの流路が複数に分割されていることで、燃料ノズル内の燃料濃度偏差は燃料ノズル出口まで維持できる。
【００２２】
請求項６記載の発明は、前記燃料ノズルの外周側隔壁の先端部に、前記燃料ノズルを流れる混合流体の流れと前記空気ノズルを流れる空気の流れのいずれか一方または両方を妨げる障害物を設けた請求項１から５のいずれかに記載の固体燃料バーナである。
【００２３】
請求項６記載の発明によれば、障害物の下流には周囲を流れる流体の圧力により、負圧の領域が形成される。この負圧の部分には燃料ノズルまたは空気ノズルから噴出する方向に対し逆方向（下流から上流）に向かう流れである循環流が形成される。循環流には燃焼により生じた高温のガスが滞留し、周囲を流れる燃料粒子の着火を早める。火炎の着火を燃料ノズル出口から安定に形成することにより、火炎形成位置が急激に変化することを避け、各伝熱部の伝熱量の制御を安定化できる。
【００２４】
請求項７記載の発明は、前記空気ノズルの中の最外周の空気ノズルの先端部に空気流れを燃料ノズルから離れた方向に偏向させる拡管部を設けた請求項１から６のいずれかに記載の固体燃料バーナである。
【００２５】
請求項７記載の発明によれば、最外周空気ノズル出口が外周方向に拡管されているために、前記最外周空気ノズルから噴出する空気の方向が外周側に固定され、特に流量を減少させた場合にも燃料と空気とのバーナ近傍での混合を抑制することが可能となる。
【００２６】
固体燃料の燃焼時に発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）の抑制方法として、バーナ近傍での燃料と空気との混合を抑制し、燃料をバーナ近くでは空気不足の条件で燃焼させる方法が知られている。この方法を用いたバーナにおいて最外周空気ノズルを流れる空気流量を減少させた場合、空気が燃料噴流に同伴され、中心軸側に向かって流れ、燃料との混合が早まる場合が考えられる。しかし、最外周の空気ノズルの先端部に空気流れを燃料ノズルから離れた方向に偏向させる拡管部を設けることで、前述のように最外周空気ノズルから噴出する空気の方向が外周側に向かい、燃料と空気とのバーナ近傍での混合を抑制することが可能となる。
【００２７】
請求項８記載の発明は、前記最外周空気ノズルは周方向に２つ以上の分割した流路を有し、前記個々の流路には、空気流量を調整する手段を備えた請求項７記載の固体燃料バーナである。
【００２８】
請求項８記載の発明によれば、最外周空気ノズルが周方向に２つ以上の分割した流路を有し、それぞれの流路には空気流量調整手段を有するので、個々の流路を流れる空気流量を変更することで、例えば、個々の流路の空気流の運動量の偏差を生むことができ、そのままバーナ出口での最外周空気ノズルからの空気噴出流の運動量に流路毎に偏差を生むことができる。
【００２９】
例えば、最外周空気ノズルの下側の空気流量を増加させると、該ノズル出口での空気流量と流速が上昇して運動量が増す。燃料ノズルから燃料が水平に噴出する際に、前記最外周の空気ノズルからの空気に誘導され、下向きの力が働く。このため、バーナから空気流の噴出後、燃料も該空気噴流に誘導されて下向きに偏って流れ、火炎が通常よりも下部に形成される。このため、火炉内の温度分布がバーナの下側に偏り、火炉での熱吸収量が増加、火炉の下流側の煙道部（火炉天井部から吊り下げた過熱器などの伝熱管又は後部伝熱部の伝熱管）に設けた伝熱管での熱吸収量を減少させることが可能となる。
【００３０】
また、反対に最外周空気ノズルの上側の空気流量を増加させると、火炎が通常よりも上部に形成され、火炉内の温度分布が上側に偏り、火炉での熱吸収量が減少、火炉の前記下流側の煙道部に設けた伝熱管での熱吸収量を増加させることが可能となる。
【００３１】
請求項９記載の発明は、請求項１から８のいずれかに記載の固体燃料バーナが配置された火炉の出口での燃焼ガス温度、火炉壁面に設けた伝熱管の表面温度、火炉の下流側の煙道部に設けた伝熱管の表面温度及び／又は前記伝熱管を流れる流体の温度に基づき、前記固体燃料バーナの前記燃料ノズル内に設けた気体噴出ノズルを流れる気体流量をバーナの上下方向に個別に制御する制御装置を有する燃焼装置である。
【００３２】
請求項１０記載の発明は、前記固体燃料バーナから形成される火炎を上向きに形成する場合は、前記固体燃料バーナの前記燃料ノズル内に設けた気体噴出ノズルを流れる気体流量を上側に比較的少なく、下側に比較的多い流量を与え、前記固体燃料バーナから形成される火炎を下向きに形成する場合は、前記固体燃料バーナの前記燃料ノズル内に設けた気体噴出ノズルを流れる気体流量をバーナの上側に比較的多く、バーナの下側に比較的少ない流量を与える請求項９に記載の燃焼装置の運転方法である。
【００３３】
請求項９、１０記載の発明によれば、燃料ノズル内に設けた複数の気体噴出ノズルの気体噴出量を互いに調整することにより燃料濃度に周方向の分布を持たせることが出来る。例えば、燃料ノズル内の上下方向に気体噴出ノズルを有し、上側の気体噴出ノズルから気体を噴出することで、燃料ノズル内で燃料粒子は上側で希薄、相対的に下側に濃縮される。このため、燃料ノズルからの前記混合流体の噴出後には、燃料がバーナの下側で多く燃焼するため、燃焼により生じる炉内の高温域は下側に偏る。火炉内の温度分布がバーナの下側に偏るため、火炉での熱吸収量が増加、火炉の下流側の煙道部に設けた伝熱管での熱吸収量が減少する。また、燃料ノズル内の下側の気体噴出ノズルから気体を噴出することで、燃料粒子は相対的に下側で希薄、相対的に上側で濃縮される。このため、燃料ノズルから火炉に混合流体を噴出後、燃料が上側で多く燃焼するため、燃焼により生じる火炉内の高温域は上側に偏る。火炉内の温度分布が上側に偏るため、火炉での熱吸収量が減少、火炉の下流側の煙道部に設けた伝熱管での熱吸収量が増加する。
【００３４】
このように、複数の気体噴出ノズルから噴出させる気体流量を各気体噴出ノズルで互いに偏差を与えることで、火炉やその下流側の煙道部に設けた伝熱管のなどの各伝熱部において規定の伝熱量に調整、制御することが可能となる。
【００３５】
このとき、前記火炉出口での燃焼ガス温度、火炉壁面に設けた伝熱管の表面温度、火炉の下流側の煙道部に設けた伝熱管の表面温度及び／又は前記伝熱管を流れる流体の温度に基づき、前記固体燃料バーナの燃料ノズルに内包した気体噴出ノズルを流れる気体流量を上下方向に個別に制御することができる。
【００３６】
その結果、火炉壁面に設置した伝熱管の温度、前記伝熱管を流れる流体の温度、または火炉内やその下流側の煙道部に設けた伝熱管の温度や前記伝熱管を流れる流体の温度を一定に維持するため、火炎の形成位置を変えることが可能となる。
【００３７】
請求項１１記載の発明は、請求項１から８のいずれかに記載の固体燃料バーナが配置された火炉の出口での燃焼ガス温度、火炉壁面に設けた伝熱管の表面温度、火炉の下流側の煙道部に設けた伝熱管の表面温度及び／又は前記伝熱管を流れる流体の温度に基づき、前記固体燃料バーナの前記燃料ノズル内に設けた気体噴出ノズルを流れる気体流量とともに、前記固体燃料バーナの前記最外周空気ノズルを流れる空気流量をバーナの上下方向に個別に制御する制御装置を有する燃焼装置である。
【００３８】
請求項１２記載の発明は、前記固体燃料バーナから形成される火炎を上向きに形成する場合は、前記固体燃料バーナの前記燃料ノズル内に設けた気体噴出ノズルを流れる気体流量を上側を少なく、下側に多い流量を与えるとともに、前記固体燃料バーナの前記最外周空気ノズルを流れる空気流量を上側に比較的多く、下側に比較的少ない流量を与え、前記固体燃料バーナから形成される火炎を下向きに形成する場合は、前記固体燃料バーナの前記燃料ノズル内に設けた気体噴出ノズルを流れる気体流量を上側に比較的多く、下側に比較的少ない流量を与えるとともに、前記固体燃料バーナの前記最外周空気ノズルを流れる空気流量を上側に比較的少なく、下側に比較的多い流量を与える請求項１１に記載の燃焼装置の運転方法である。
【００３９】
請求項１１、１２記載の発明によれば、燃料ノズルに内包した気体噴出ノズルを流れる気体流量の調整と最外周空気ノズルを流れる空気流量の調整により、固体バーナ出口での火炎の形成位置の上下方向などの制御を請求項９、１０記載の発明に比べてより広範囲に行うことができる。
【００４０】
例えば、上側の気体噴出ノズルの流量を相対的に増加させ、下側の３次空気ノズルの流量を相対的に増加させると、燃料ノズル出口において、上側は空気量が多く、燃料量が比較的少なくなり、下側では燃料量が比較的多くなる。また、下側の３次空気ノズルからの空気流量が多いため、適正な燃料と空気の比率を維持して燃焼を進められる。このため、火炉内の温度分布が下側に偏り、火炉での熱吸収量が増加、火炉の下流側の煙道部に設けた伝熱管の伝熱面（火炉天井部から吊り下げられる過熱器の伝熱面又は後部伝熱部に配置される過熱器の伝熱面）での熱吸収量を減少させると共に、局所的な燃料と空気の比率も適正範囲に維持できるため、窒素酸化物のような燃焼生成物を抑制した燃焼条件を維持できる。
【発明の効果】
【００４１】
請求項１記載の発明によれば、燃料ノズル内に気体噴出ノズルを設けて、気体噴出ノズルから気体を燃料ノズル内に噴出することで、気体噴出ノズルの下流側は燃料粒子が流れ込み難くなるため、燃料濃度が減少する。一部の気体噴出ノズルから気体を噴出することで、周方向に燃料濃度の分布を持たせることが出来る。固体燃料バーナから噴出する燃料噴流は燃料濃度の分布を持つため、火炉内での燃料の燃焼位置を変えることができる。
【００４２】
請求項２記載の発明によれば、燃料ノズルの内部に上下方向に２つ以上の気体噴出ノズルを有し、一部の気体噴出ノズルから気体を噴出することで、上下方向に燃料濃度の分布を持たせることが出来る。固体燃料バーナから噴出する燃料噴流は上下方向に燃料濃度の分布を持つため、火炉内での燃料の燃焼位置を上下方向に変えることができる。
【００４３】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の効果に加えて、気体噴出ノズルの下流側に絞り部を設けることで、流路縮小部では燃料ノズル内を流れる燃料粒子はその流速が加速され、燃料粒子の偏流が助長される。このため、気体噴出ノズルからの気体流量の偏差による燃料ノズル出口での燃料濃度偏差は大きくなる。このため、火炉内での燃料の燃焼位置の偏りは大きくなり、各伝熱部の伝熱量制御範囲が広がる。
【００４４】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明の効果に加えて、例えば、着火性の悪い燃料を使用する場合は、燃料ノズルを構成する隔壁に沿って燃料を集めることが望ましい。燃料ノズルの中央軸芯部に絞り部を設けると、燃料粒子に外周方向への流速成分を誘起するため、燃料ノズルを構成する隔壁に沿って燃料を集めることが可能となり、燃料粒子の着火を促進させ、安定に火炎を形成させることができる。
【００４５】
請求項５記載の発明によれば、請求項１から４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、気体噴出ノズルの下流で、燃料ノズルの流路が複数に分割されていることで、燃料ノズル内の燃料濃度偏差は燃料ノズル出口まで維持できる。
【００４６】
請求項６記載の発明によれば、請求項１から５のいずれかに記載の発明の効果に加えて、障害物の下流部に循環流が形成されるため、火炎の着火を燃料ノズル出口から安定に形成することができ、火炎形成位置が急激に変化することを避け、各伝熱部の伝熱量の制御を安定化できる。
【００４７】
請求項７記載の発明によれば、請求項１から６のいずれかに記載の発明の効果に加えて、最外周の空気ノズルの先端部に空気流れを燃料ノズルから離れた方向に偏向させる拡管部を設けることで、最外周空気ノズルから噴出する空気の方向が外周側に向かい、燃料と空気とのバーナ近傍での混合を抑制することが可能となる。
【００４８】
請求項８記載の発明によれば、請求項１から７のいずれかに記載の発明の効果に加えて、最外周空気ノズルからの空気流量に分布を持たせることができ、火炉および火炉の下流側の煙道部での熱吸収量を調整することができる。
【００４９】
請求項９、１０記載の発明によれば、燃料ノズル内に設けた複数の気体噴出ノズルの気体噴出量を互いに調整することにより燃料濃度に周方向の分布を持たせることが出来る。このように、複数の気体噴出ノズルから噴出させる気体流量を各気体噴出ノズルで互いに偏差を与えることで、火炉やその下流側の煙道部に設けた伝熱管のように各伝熱部において規定の伝熱量に調整、制御することが可能となる。
【００５０】
請求項１１、１２記載の発明によれば、燃料ノズルに内包した気体噴出ノズルを流れる気体流量の調整と最外周空気ノズルを流れる空気流量の調整により、固体バーナ出口での火炎の形成位置の制御を請求項９、１０記載の発明に比べてより広範囲に行うことができ、また、局所的な燃料と空気の比率も適正範囲に維持できるため、窒素酸化物のような燃焼生成物を抑制した燃焼条件を維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
本発明の実施の形態を図面と共に説明する。  
【実施例１】
【００５２】
本発明の実施例１を示す固体燃料バーナの断面概略図を図１に示し、図２には図１の固体燃料バーナの断面における気体噴出ノズルからの気体流量を変えた場合の火炉内での火炎形成状況の概略図を示す。また、図３に図１のＡ−Ａ線断面矢視図を示す。図４は、本発明の実施例１に示す固体燃料バーナを火炉に組み込んだ場合の概略図を示す。さらに、図５、図６は本発明の実施例１の変形例を示す。
【００５３】
図１において、上流側で図示されていない搬送管に接続され、固体燃料（微粉炭）とその搬送用気体の混合流体１４を供給搬送する燃料ノズル１０がバーナ６０の中心部に設けられ、燃料ノズル１０の外周には燃料ノズル１０と同心円状に２次空気１５の噴出用の２空気ノズル１１が設けられる。また、３次空気１６を噴出する３次空気ノズル１２が２次空気ノズル１１の外周に、２次空気ノズル１１と同心円状に設けられ、この場合は該３次空気ノズル１２が最外周空気ノズルとなる。
【００５４】
燃料ノズル１０の中央部を貫通してオイルガン１８が設けられ、バーナ６０起動時や低負荷燃焼時に助燃のための油を先端から噴出する。また、燃料ノズル１０の内壁には絞り部（障害物）１９が設けられ、固体燃料の逆火防止の役割も担う。  
燃料ノズル１０と２次空気ノズル１１を隔てる隔壁２１の外側の先端部（火炉出口側）には保炎リング２０と呼ばれる障害物を設ける。
【００５５】
火炉壁２９に開口しているバーナスロート部２３は３次空気ノズル１２の外周壁を兼ねている。また、２次空気ノズル１１と３次空気ノズル１２を隔てる隔壁２５の先端部には誘導部材（ガイドスリーブ）である拡管部２４が設けられる。また、燃焼用空気はウインドボックス２７から導入され、２次空気１５と３次空気１６として分かれて火炉内に供給される。該ウインドボックス２７内には２次空気ノズル１１へ流入する２次空気１５の流量を調節するダンパ３０と３次空気ノズル１２に流入する３次空気１６の流量を調節するダンパ３１が設けられる。また、ウインドボックス２７の隔壁２６にはダクト７９、８０が設けられ、ダクト７９、８０には燃料ノズル１０の内部に気体噴出ノズル８１、８２がそれぞれ接続する。気体噴出ノズル８１、８２は燃料ノズル１０の内壁側の周方向に複数設けられており、本実施例では気体噴出ノズル８１、８２を流れる気体として燃焼用空気をウインドボックス２７からダクト７９、８０を経由して導入している。
【００５６】
気体噴出ノズル８１、８２は絞り部（障害物）１９の上流側に設置している。また、ダクト７９、８０内にそれぞれ調節ダンパ８３、８４が設けられ、該調節ダンパ８３、８４は気体噴出ノズル８１、８２から噴出する気体流量を調整する。気体噴出ノズル８１、８２は燃料ノズル１０の周方向に複数設けられている。  
さらに火炉壁２９には蒸気生成用の水管２８を設けている。
【００５７】
また、燃料ノズル１０から火炉７４内に噴出される微粉炭とその搬送気体（１次空気）との混合流体（燃料噴流）の流れ４１、４２、２次空気ノズル１１から噴出される２次空気の流れ４３及び３次空気ノズル１２、１３から噴出される３次空気１６の流れ４４により、火炎４６と火炎４６の中の高温域４７が生じる。
【００５８】
次に、図４は本発明の固体燃料バーナ６０を火炉７４の側壁７５に設けた燃焼装置の概略図である。  
固体燃料は燃料ホッパ６８から粉砕機６６に供給され、微粉砕される。微粉砕された固体燃料は燃料搬送管６５を経由して搬送空気ファン６７からの搬送空気により固体燃料バーナ６０の燃料ノズル１０に送られる。燃焼用空気は空気ファン７０から流量調節弁（図示せず）を備えた空気ダクト６１を経由して固体燃料バーナ６０に供給される。
【００５９】
一般に火炉７４には上記固体燃料バーナ６0が複数配置されるが、本実施例では固体燃料バーナ６０が一台接続されている場合を例に説明する。  
火炉７４を構成する側壁７５は水管で構成されており、燃焼熱を吸収する。さらに火炉７４の下流側には火炉７４内に過熱器などの伝熱管の伝熱面７６が配置される。また、火炉７４の側壁７５の水管や伝熱面７６での熱吸収量を測定するため、水や蒸気の温度、もしくは水管や伝熱管を構成する材料の温度を計測する温度計が適宜の箇所に設置される。
【００６０】
図４では火炉７４の水管出口での蒸気温度と伝熱面７６の出口での蒸気温度を基に、固体燃料バーナ６０の気体噴出ノズルの調節ダンパ８３、８４（図１，図２）を制御する制御演算器７３を備えている。
【００６１】
本実施形態での燃焼状況を先ず、図１に基き説明する。  
固体燃料バーナ６０での燃焼では、燃料ノズル１０と２次空気ノズル１１を隔てる隔壁２１の下流側領域の気体は、それぞれのノズル１０、１１から噴出する気体の噴流に誘導される。隔壁２１先端部に設けられた保炎リング２０は燃料ノズル１０から噴出する燃料とその搬送用気体の混合物の流れ（以下、微粉炭噴流と記すことがある）４１、４２や２次空気ノズル１１を流れる二次空気の流れ４３に対して障害物として働く。このため、保炎リング２０の下流側（火炉内側）の圧力が低下し、この部分は微粉炭噴流４１、４２や２次空気１２の流れ４３とは逆方向の流れが誘起される。この逆方向の流れを循環流２２と呼ぶ。循環流２２内には下流から微粉炭の燃焼で生じた高温ガスが流れ込み、滞留する。この高温ガスを燃料噴流４１、４２のそばに形成することで、燃料噴流中の微粉炭の着火を早め、火炎を安定に形成することができる。
【００６２】
燃料ノズル１０の出口近傍に火炎が形成され、酸素の消費が進むことで、火炎内に酸素濃度の低い還元炎領域が広がる。この還元炎内では固体燃料（微粉炭）に含有される窒素分がアンモニアやシアンのような還元物質として放出され、窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素に還元する還元剤として働く。このため、ＮＯｘ発生量を低減できる。また、着火が早まることで固体燃料の燃焼反応が進み、燃料灰中の未燃焼分（以下、未燃分と記す）も減少する。３次空気ノズル１２の出口にはバーナ６０の外周方向へ３次空気を誘導するための拡管部２４を設けることで、燃料混合流体の流れ４１、４２と３次空気の流れ４４が離れて流れるため、バーナ６０近傍での燃料と３次空気との混合が遅れて、還元炎領域が広がる。
【００６３】
次に本実施例の特徴について、図１、図２を用いて説明する。  
図１は、気体噴出ノズル８１、８２から等量の気体（燃焼用空気）を流した場合、図２は下側に設置した気体噴出ノズル８２に比べて上側に設置した気体噴出ノズル８１からより多くの気体を流した場合の火炉７４内での燃焼ガスの分布を模式的に示したものである。
【００６４】
図２のように気体噴出ノズル８１からの気体流量を増加させた場合、気体噴出ノズル８１の下流側は燃料粒子が流れ込みにくくなるため、燃料濃度が減少する。このように一部の気体噴出ノズル８１からより多くの気体を噴出することで、燃料濃度に周方向の分布をもたせることが出来る。
【００６５】
例えば、図２に示す場合、燃料ノズル１０の上下方向に気体噴出ノズル８１、８２を有し、下側の気体噴出ノズル８２に比べて上側の気体噴出ノズル８１からより多くの気体を噴出することで、燃料粒子は上側で希薄、相対的に下側に濃縮される。このため、燃料ノズル１０から燃料混合流体を噴出後、火炉７４内では燃料がバーナ６０の下側で多く燃焼するため、燃焼により生じる炉内の高温域は下側に偏る。火炉７４内の温度分布がバーナ６０の下側に偏るため、火炉７４での熱吸収量がバーナ６０の下側で増加し、火炉７４の下流部（図４に示す火炉７４天井部から吊り下げられる過熱器などの伝熱面７６と後部伝熱部の伝熱管の伝熱面７６）に設けた伝熱管での熱吸収量を減少する。
【００６６】
本実施例においては、気体噴出ノズル８１、８２は絞り部（障害物）１９の上流側に設置したが、絞り部（障害物）１９の設置による燃焼ノズル１０内の流路縮小部では燃料ノズル１０を流れる燃料粒子はその流速が加速される。さらに、一旦加速された燃料粒子は搬送気体に比べて質量が大きいため、絞り部（障害物）１９の設置による燃焼ノズル１０内の流路拡大部においても流速の減少が搬送気体に比べて遅れる。このため、前記流路縮小部の上流側で気体噴出ノズル８１、８２により燃料濃度偏差を与えることで、前記流路縮小部において燃料粒子の偏流が助長される。このため、気体噴出ノズル８１、８２からの気体流量の偏差による燃料ノズル１０の出口での燃料濃度偏差は大きくなる。例えば、燃料ノズル１０内の燃料粒子の流れ４１、４２は図２に示すようにバーナ６０の下側に偏って流れる。このため、火炉７４内の高温部分４７の偏りは大きく、各伝熱部の伝熱量制御範囲が広がる。
【００６７】
また、燃料ノズル１０内に絞り部（障害物）１９を設けることで、流路断面積が狭まるため、燃料混合流体の流速が高く、燃料粒子の燃料ノズル１０内への逆流による逆火を防ぐことができる。特に、気体噴出ノズル８１、８２から空気のような酸素含有気体を噴出する場合、気体噴出ノズル８１、８２の近くでの異常燃焼を絞り部１９を設けることで防止できる。  
前記絞り部（障害物）１９は図６に示すように燃料ノズル１０の中心部に設けられる助燃用のオイルガン１８の外周部に設置してもよい。
【００６８】
また、図５に示すように、燃料ノズル１０内に絞り部（障害物）１９を設けていない構成で、燃料ノズル１０の流路断面積が一定の場合、絞り部（障害物）１９が存在する場合に比べ燃料偏差は小さくなるが、気体噴出ノズル８１，８２から気体を噴出した場合、その下流側は燃料粒子が流れ込みにくくなるため、燃料濃度が減少する効果は得られる。例えば、図５に示す場合、燃料ノズル１０の上下方向に気体噴出ノズル８１、８２を有し、下側の気体噴出ノズル８２に比べて上側の気体噴出ノズル８１からより多くの気体を噴出することで、燃料粒子は上側で希薄、相対的に下側に濃縮され、燃料ノズル１０内の燃料粒子の流れ４１、４２は図２に示すようにバーナ６０の下側に偏って流れ、火炉７４内の高温部分４７の偏りは大きく、各伝熱部の伝熱量制御範囲が広がる。  
なお、気体噴出ノズル８１、８２は燃料粒子の堆積を防ぐため、少量の流量は確保することが望ましい。
【００６９】
次に火炉内での燃焼や伝熱の状況につき図４を用いて説明する。  
火炉７４内での火炎４６、４７の形成位置を前記燃料ノズル１０内に設けた気体噴出ノズル８１、８２を流れる空気流量に与える偏差により、火炉７４内におけるバーナ６０出口の上下方向に制御することが可能となる。このとき、火炎４６、４７の形成位置を高温ガスが充満する炉内で直接計測することは困難である。そこで、前記火炉７４の出口での燃焼ガス温度、火炉７４壁面に設置した伝熱管の温度、前記伝熱管を流れる流体の温度、または火炉７４内やその下流側の煙道部に設けた伝熱管の温度や前記伝熱管を流れる流体の温度に基づき、前記固体燃料バーナ６０の気体噴出ノズル８１、８２を流れる空気流量を個別に制御することが望ましい。
【００７０】
例えば、火炉７４の出口での燃焼ガス温度、火炉壁面に設けた伝熱管やそこを流れる流体の温度は火炉７４内での熱吸収量を表す指標である。火炉７４内での熱吸収量が多い場合、燃焼ガス温度は低下、伝熱管温度や流体温度は上昇する。また、火炉７４の下流側の煙道部に設けた伝熱管の温度や前記伝熱管を流れる流体の温度が低い場合は火炉７４での熱吸収量が相対的に多いことを表す。
【００７１】
火炉７４内での熱吸収量を火炉後部の伝熱面７６に対して相対的に低下させる場合は、火炎４６、４７を上向きに形成させることが望ましい。この場合、気体噴出ノズル８１、８２のうち、下側の気体噴出ノズル８２からの空気量を増やし、燃料ノズル１０内の燃料粒子を上側に集めることで火炎４６を上向きに形成させることができる。
【００７２】
また、火炉７４内での熱吸収量を火炉後部の伝熱面７６に対し相対的に上昇させる場合は、図２に示す火炎４６、４7のように下向きに形成させることが望ましい。この場合、気体噴出ノズル８１、８２のうち、上側の気体噴出ノズル８１からの空気量を増やし、燃料ノズル１０内の燃料粒子を下側に集めることで火炎４６、４７（図２）のように火炎を下向きに形成させることができる。
【００７３】
また、本実施例の固体燃料バーナ６０は、燃料ノズル１０の外周側の隔壁２１の先端に、前記燃料ノズル１０を流れる混合流体１４や前記空気ノズル１１を流れる空気の流れを妨げる保炎リング２０を設けている。また、最外周空気ノズル１２の出口に流れを外周側（燃料ノズルから離れた方向）に偏向させる拡管部２４を設けている。
【００７４】
前記燃料ノズル１０と空気ノズル１１の間の隔壁２１に各ノズル１０、１１から噴出する燃料や空気の流れに対する障害物となる保炎リング２０を設けることで火炉内に循環流２２が形成する。この循環流２２に高温ガスが滞留し、燃料を着火することで、火炎の着火位置を燃料ノズル１０の出口の循環流２２の近傍に固定することが可能となる。このように着火位置を固定することで、燃料濃度に偏差を与えた場合も、火炎の形成開始位置を固定できる。このため、火炉７４内の温度分布や火炉７４での熱吸収量、火炉７４の下流部に設けた伝熱管での熱吸収量を制御しやすくなる。
【００７５】
なお、本実施例では火炉７４内の燃料の燃焼位置を燃料ノズル１０内に内包させた気体噴出ノズルから噴出する空気の流量で制御している。火炉内での燃料の燃焼位置を変える方法には他に燃料ノズルの向きを変える方法と燃焼用空気の流量を変える方法の２通りの方法が挙げられる。本実施例の場合、固体燃料バーナから噴出する燃料濃度に偏差を与えており、燃料ノズルの向きを変えるのと同じ効果を得られる。さらに、燃料濃度の調整に用いる流量調整ダンパ８３，８４は火炉７４内に面する位置から離れた位置に設けることができる。このため、可動部が熱変形を受けにくくなり、信頼性が向上する。また、気体の流量で燃料粒子（濃度）に偏差を与えられるため、粒子と接触することがない。このため、粒子の固着や摩耗による可動部の動作の信頼性を高めることとなる。
【実施例２】
【００７６】
図７は本発明の第２の実施例を示す固体燃料バーナ６０の断面を示す概略図である。本実施例２における図１、図２に示す実施例１と異なる構成は、図７において、燃料ノズル１０内に設けた気体噴出ノズル８１、８２と絞り部（障害物）１９の下流側で燃料ノズル１０を上下に分割する分割板９０を設けていることであり、その他の構成は実施例１と同一であるので、それらの説明は省略する。
【００７７】
本実施例では分割板９０として燃料ノズル１０を上下方向に二分割した分割板９０からなる構成であるが、燃料ノズル１０と同心円状に配置した円筒部材からなる構成であってもよい。
【００７８】
分割板９０により燃料ノズル１０内の流路を分割することで、燃料ノズル１０内の燃料濃度偏差は燃料ノズル１０の出口まで維持できる。図７に示す第２の実施例の場合には、燃料ノズル１０の上下方向に気体噴出ノズル８１、８２を有し、上側の気体噴出ノズル８１から気体を噴出することで、燃料粒子は相対的に上側で希薄、相対的に下側に濃縮される。さらに、気体噴出ノズル８１、８２を絞り部（障害物）１９の上流側に設置することで、燃料粒子の偏流が助長される。このため、気体噴出ノズル８１、８２からの気体流量の偏差による燃料ノズル１０の出口での燃料濃度偏差は大きくなる。絞り部（障害物）１９の下流側で燃料ノズル１０を分割することで、燃料ノズル１０の出口での燃料偏差を維持する。  
ここで、気体噴出ノズル８１、８２の流量調整とその効果は本発明の実施例１で説明した通りである。
【実施例３】
【００７９】
図８と図９は本発明の第３の実施例を示す固体燃料バーナ６０の断面を示す概略図である。また図１０は図８に示す固体燃料バーナ６０を火炉７４側から見た概略図である。さらに図１１は第３の実施例の変形例を示す火炉７４側から見た概略図である。
【００８０】
本実施例における図１に示す実施例１と異なる構成は、図８において、３次空気ノズル１２、１３が上下方向に流路を形成する分割した別々の空気ノズルとなっていることである。
【００８１】
また、絞り部（障害物）１９の下流側で燃料ノズル１０を上下に分割する一対の分割板９０、９０を設けている。図１０に示すように本実施例では燃料ノズル１０を上下方向に分割する一対の分割板９０、９０を設けているが、燃料ノズル１０を同心円状に分割する一つの分割板９０であってもかまわない。
【００８２】
また、本実施例では３次空気ノズル１２、１３にはそれぞれ流量調節ダンパ３１、３２を設けているが、ウインドボックスを用いず、個別に空気流量を調整する構成にして燃焼用空気を３次空気ノズル１２、１３に供給してもよい。  
図９では、上側の３次空気ノズル１２を流れる空気流量を少なくし、下側の３次空気ノズル１３を流れる空気流量を多く設定している場合を示す。  
上下の３次空気ノズル１２、１３を流れる空気流量の違いにより、固体燃料バーナ６０から噴出する３次空気噴流は上下方向に偏る。具体的には、下側の３次空気ノズル１３を流れる空気流量を上側の３次空気ノズル１２を流れる空気流量より増加させて、そこから火炉７４内に噴出する流速も増加する。流量と噴出流速との積で求められる運動量もバーナ６０軸方向の運動量が強まる他、下向きの運動量が増す。
【００８３】
３次空気の噴流により、ノズル１２、１３の出口では周囲のガスが噴流に巻き込まれるため負圧が生じ、その負圧により３次空気噴流の近くを流れる２次空気が下向きに偏って流れることになる。さらに循環流２２も２次空気の流れ４３に従って下側に偏るため、循環流２２の近傍を流れる燃料噴流も下向きに偏る。
【００８４】
燃料ノズル１０内に設けた気体噴出ノズル８１、８２を上下方向に分割し、個々の流路を流れる空気流量に偏差を与えることで、燃料ノズル１０の出口において、上下方向に燃料偏差を与える点は実施例１に示す通りである。さらに本実施例では３次空気の流量偏差を与えることで、火炎の形成位置を上下方向に制御することが可能となるため、相乗効果により制御範囲は広がる。
【００８５】
例えば、上側の気体噴出ノズル８１の流量を相対的に増加させると、燃料ノズル１０出口において、燃料噴流４１，４２は上側は燃料量が相対的に少なくなり、下側では相対的に多くなる。このため、燃料ノズル１０から火炉７４内に噴出する燃料噴流４１，４２は水平方向に向けて噴出するにもかかわらず、バーナ６０出口近傍の火炉７４内では上下方向の燃料濃度の分布が異なり、下側の燃料噴流４２側に偏って燃料が流れる。
【００８６】
さらに、下側の３次空気ノズル１３の流量を相対的に増加させると、前述の空気噴流の運動量偏差によるノズル出口での圧力分布により、そばを流れる燃料噴流４２は下側に偏って流れる。即ち、燃料ノズル１０から噴出する燃料は下側に偏って供給されるため、火炎の形成位置も下側に偏る。
【００８７】
また、燃料が下側に偏って供給されると共に、３次空気も下側に多く流れるため、適正な燃料と空気の比率を維持して燃焼を進められる。このため、火炉７４内の温度分布が下側に偏り、火炉７４での熱吸収量が増加、火炉７４の下流側の煙道部に設けた伝熱管の伝熱面（火炉天井部から吊り下げられる過熱器の伝熱面又は後部伝熱部に配置される過熱器の伝熱面）での熱吸収量を減少させると共に、局所的な燃料と空気の比率も適正範囲に維持できるため、窒素酸化物のような燃焼生成物を抑制した燃焼条件を維持できる。
【００８８】
図１１は実施例３の変形例であり、固体燃料バーナ６０を火炉７４側から見た概略図を示す。図１１に示すバーナ６０は、図１０に示す実施例３のバーナ６０とは３次空気ノズルの構造が異なり、３次空気ノズルを周方向に４分割してノズル１２、１３、９１、９２と形成した例である。
【実施例４】
【００８９】
図１２は本発明の固体燃料バーナ６０を火炉７４の側壁７５に設けた燃焼装置の概略図である。  
固体燃料バーナ６０は、燃料ノズル１０と図示していないが図１などに示す空気ノズル１２、１３と燃料ノズル１０に内包される気体噴出ノズル８１、８２を備えている。燃料ホッパ６８から固体燃料の粉砕機６６に供給された固体燃料は粉砕されて、燃料搬送管６５を経由して搬送空気ファン６７からの搬送空気により燃料ノズル１０に送られる。
【００９０】
空気ノズル１２、１３には空気ファン７０から流量調節弁６９を備えた空気ダクト６１を経由して燃焼用空気が供給される。また、気体噴出ノズル８１、８２には該空気ダクト６１から分岐し、それぞれ流量調節弁７１、７２を備えた空気ダクト６２、６３を経由して空気ファン７０からの空気が供給される。
【００９１】
一般に火炉７４には上記固体燃料バーナ６０が複数配置されるが、本実施例では固体燃料バーナ６０が一台接続されている場合を例に説明する。  
火炉７４を構成する側壁７５は水管で構成されており、燃焼熱を吸収する。さらに火炉７４の下流側には火炉７４内に過熱器などの伝熱管の伝熱面７６が配置される。また、火炉７４の側壁７５の水管や伝熱面７６での熱吸収量を測定するため、水や蒸気の温度、もしくは水管や伝熱管を構成する材料の温度を計測する温度計が適宜の箇所に設置される。
【００９２】
図１２では火炉７４の水管出口での蒸気温度と伝熱面７６の出口での蒸気温度を基に、流量調節弁７１、７２を制御する制御演算器７３を備えている。
【００９３】
また、図１２に示される燃焼装置では、燃料ノズル１０内の上下に設けた気体噴出ノズル８１、８２から燃焼用空気を各々燃料ノズル１０内に噴出する。  
上側の気体噴出ノズル８１から気体を燃料ノズル１０内に噴出することで、燃料粒子は上側で希薄となり、相対的に下側に濃縮される。このため、燃料ノズル１０から火炉７４内への噴出後、燃料がバーナ６０の下側でより多く燃焼するため、燃焼により生じる炉内の高温域は燃料がバーナ６０の下側に偏る。火炉７４内の温度分布が下側に偏るため、火炉７４での熱吸収量が増加し、火炉７４の下流部に設けた伝熱管の伝熱面７６（火炉天井部から吊り下げられる過熱器の伝熱面又は後部伝熱部に配置される過熱器の伝熱面）に設けた伝熱面７６での熱吸収量を減少させることが可能となる。また、反対に燃料がバーナ６０の下側の気体噴出ノズル８２からより多くの気体を噴出させると、火炎が通常よりもバーナ６０の上部側の火炉７４内に形成され、火炉７４内の温度分布がバーナ６０の上側に偏り、火炉７４での熱吸収量が減少し、火炉７４の下流部に設けた前記伝熱管の伝熱面７６での熱吸収量を増加させることができる。
【００９４】
例えば、図１３は本実施例の固体燃料バーナを微粉炭焚きボイラに適用した場合の火炉７４出口のガス温度の計算結果を示す。火炉７４内への入熱量が同じ場合、火炉７４内の熱吸収量が多いと火炉７４出口のガス温度は低下し、火炉７４内の熱吸収量が少ないとガス温度は上昇する。このように、火炉出口のガス温度は火炉７４とその下流に設置した伝熱管の伝熱面７６の熱吸収割合の制御に密接に関連する。特に火炉出口のガス温度が高いと、その下流に設置した伝熱管の伝熱面７６の材料温度が高まるため、ガス温度を指標とし、伝熱面を保護することがある。  
気体噴出ノズル８１、８２から噴出する気体流量比率を変えることで、ガス温度を変化、即ち火炉７４内の熱吸収量を変化することができることを示す。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は燃焼装置内での熱吸収位置を容易に変化させることができる固体燃料用バーナであり、燃焼効率の良いボイラなどの火炉に利用可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施例１の固体燃料バーナの断面概略図である。
【図２】実施例１における運用状態を説明するための、固体燃料バーナの断面概略図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図４】本発明の実施例１の固体燃料バーナを火炉壁に設けた燃焼装置の概略図である。
【図５】本発明の実施例１の固体燃料バーナの変形例を示す。
【図６】本発明の実施例１の固体燃料バーナの変形例を示す。
【図７】本発明の実施例２の固体燃料バーナの断面概略図である。
【図８】本発明の実施例３の固体燃料バーナの断面概略図である。
【図９】実施例３における運用状態を説明するための、固体燃料バーナの断面概略図である。
【図１０】図８の固体燃料バーナを火炉側から見た概略図である。
【図１１】本発明の実施例３の変形例の固体燃料バーナを火炉側から見た概略図である。
【図１２】本発明の実施例４の燃焼装置の概略図である。
【図１３】本発明の実施例４の燃焼装置での運用状態を説明するための、火炉出口温度変化のグラフの一例である。
【符号の説明】
【００９７】
１０  燃料ノズル                １１  ２次空気ノズル
１２，１３  最外周（３次）空気ノズル
１４  混合流体                  １５  ２次空気
１６  ３次空気                  １８  オイルガン
１９  絞り部（障害物）          ２０  障害物（保炎リング）
２１、２５、２６  隔壁          ２２  循環流
２３  バーナスロート            ２４  拡管部（誘導部材）
２７  ウインドボックス          ２８  水管
２９  火炉壁                    ３０、３１、３２  流量調節ダンパ
４１、４２  燃料噴流の流れ      ４３  ２次空気の流れ
４４  ３次空気の流れ            ４６  火炎
４７  火炎の高温域              ６０  バーナ
６１、６２、６３  空気ダクト    ７４  火炉
６６  粉砕機                    ６５  燃料搬送管
６７  搬送空気ファン            ６８  燃料ホッパ
６９、７１、７２  流量調節弁    ７０  空気ファン
７３  制御演算器                ７５  側壁
７６  伝熱面                    ７９，８０  ダクト
８１、８２  気体噴出ノズル      ８３，８４  調節ダンパ
９０  分割板                    ９１，９２  最外周（３次）空気ノズル
【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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