JP2010091244A - 微粉炭バーナ及び該微粉炭バーナを備えた微粉炭焚きボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】着火を向上させるとともに、更なる低ＮＯｘ化を実現する微粉炭バーナ及び該微粉炭バーナを備えた微粉炭焚きボイラを提供する。
【解決手段】火炉の側面に設けられた微粉炭と空気の混合流を噴出して火炎を形成する複数本のバーナノズルと、該バーナノズルを具備して前記微粉炭と搬送空気を供給する微粉炭供給路とが貫通して配置され、前記微粉炭供給路の周囲に二次空気供給路が形成された風箱とからなる微粉炭燃焼バーナにおいて、前記微粉炭と搬送空気が混合された微粉炭流を供給する微粉炭供給路の上下に間隙を設けて二次空気供給路を配設させ、該二次空気に前記微粉炭流よりも高速の空気流を供給し、前記微粉炭供給路の噴出端側周囲に該微粉炭流が高温ガスを滞留して循環される循環渦を形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、火炉の側面に設けられた微粉炭と空気の混合流を噴出して火炎を形成する複数本のバーナノズルと、該バーナノズルを具備して前記微粉炭と搬送空気を供給する微粉炭供給路とが貫通して配置され、前記微粉炭供給路の周囲に二次空気供給路が形成された風箱とからなる微粉炭バーナ及び該微粉炭バーナを備えた微粉炭焚きボイラに関する。

微粉炭焚きボイラでは、特にＮＯｘ及びＳＯｘ、煤塵の排出について環境保全上の要求が強く、従来種々の対策が取られている。これらは、発生したものを処理する方向の対策が主体であるが、ＮＯｘについては、発生自体を抑制する対策が併せて取られている。
ＮＯｘの発生を抑制するものとして、例えば、特許文献１（特開２００５−２４１３６号公報）に示されるものがある。

かかる特許文献１には、微粉状固体燃料と搬送用気体との混合流体が導入される燃料流路の先端に保炎機構を有し、前記燃料流路の外側に１つ以上の燃焼用空気流路を有するバーナを有する燃焼装置において、前記バーナはその燃焼流路内に該燃料流路を径方向に２つ以上の流路に分割した複数の燃料流路を設け、該複数の燃料流路のうち、最も外側に設けた燃料流路を除く他の燃料流路のいずれかの流路からの前記混合流体の噴出速度が最も速くなるような構成にした技術が示されている。
これにより、バーナの最も外側に設けた燃料流路出口では還元性物質を多量に生成させるに必要な保炎のための比較的低速流の燃料が噴出する。また、バーナの内側を通る混合流体は燃料流路出口では比較的高速流となり、多量に発生する還元性物質を燃焼装置内のバーナ火炎の主流まで到達させるに必要な流速を確保しようとしている。

一方、ＮＯｘの発生を抑制する微粉炭バーナとして、従来より図１１に示すバーナが知られている。図１１は従来の微粉炭バーナの一例を示す縦断側面図であり、例えば特許文献１や本出願人による特許文献２（特許第３０２１３０５号公報）、特許文献３（特許第３６８６２５０号公報）などに記載されている。
この図１１における微粉炭バーナは、微粉炭と搬送空気が混合された微粉炭混合気６４を供給する微粉炭供給路６１と、微粉炭供給路６１の外周に設けられ二次空気６５を供給する二次空気供給路６２と、二次空気供給路の外周に設けられ三次空気６６を供給する三次空気供給路６３とが備えられている。また、前記夫々の供給路の先端（火炉３側）には、火炉３に向けて流体を噴出するノズル６７，６８，６９が形成されている。

また、７２は微粉炭供給路６１内に設けられた濃淡分離器であり、微粉炭供給路６１の内壁に接するように幅方向に広いブロック形状である。濃淡分離器７２は着火安定燃焼、ＮＯｘ発生量の低減などのために微粉炭ノズル６７へ供給される微粉炭混合気６４に濃淡分離を与えるために用いられている。
さらに、濃淡分離器７２の下流には整流器７３が設けられており、整流器７３の内部を微粉炭濃度が低い淡混合気が通過し、整流器７３の外周部を微粉炭濃度が高い濃混合気が通過するように配設されている。このようにして、微粉炭ノズル６７の周囲に濃混合気が高温ガスを滞留して循環される循環渦７０を形成して着火を行わせている。

特開２００５−２４１３６号公報 特許第３０２１３０５号公報 特許第３６８６２５０号公報

しかしながら、特許文献１によれば、バーナの最も外側の燃料流路では低速流の燃料を噴出させてバーナの内側に位置する微粉炭供給路を通る混合流体を高速流とし、噴出流速を変化させているが、微粉炭を含む混合流体の流速を変化させると、微粉炭供給路内に設けられた濃淡分離器や整流器等が磨耗してしまうという問題がある。さらに、濃淡分離器や整流器等は着火を向上させるために配設されるものであるので、安定した着火を得るためにこれらの着火向上手段は使わざるを得なかった。
また、図１１に示すような微粉炭バーナにおいて、微粉炭混合気の上下に流れる二次空気を減少することによりＮＯｘは低減することが知られているものの、冷却用の空気でもある二次空気を絞りすぎると微粉炭ノズル先端や供給路壁面等が焼損してしまうという問題があり、極端に低減することができず低ＮＯｘ化には限界があった。微粉炭混合気の上下に流れる二次空気は、着火の火種として機能すればよいのでＮＯｘ低減のためには可能な限り絞ったほうが好適である。

従って、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、着火を向上させるとともに、更なる低ＮＯｘ化を実現する微粉炭バーナ及び該微粉炭バーナを備えた微粉炭焚きボイラを提供することを課題とする。

本発明は、かかる目的を達成するため、火炉の側面に設けられた微粉炭と空気の混合流を噴出して火炎を形成する複数本のバーナノズルと、該バーナノズルを具備して前記微粉炭と搬送空気を供給する微粉炭供給路とが貫通して配置され、前記微粉炭供給路の周囲に二次空気供給路が形成された風箱とからなる微粉炭バーナにおいて、
前記微粉炭と搬送空気が混合された微粉炭流を供給する微粉炭供給路の上下に間隙を設けて二次空気供給路を配設させ、該二次空気供給路に前記微粉炭流よりも高速の空気流を供給し、前記微粉炭供給路の噴出端側周囲に該微粉炭流が高温ガスを滞留して循環される循環渦が形成されることを特徴とする。

本発明によれば、微粉炭流を供給する微粉炭供給路に隣接して上下に流れる二次空気を廃止するとともに、廃止された二次空気が流れる間隙を維持し該間隙を介在させて微粉炭供給路の外周に新たに二次空気供給路を配設して前記微粉炭流よりも高速の空気流を積極的に供給しているので、前記微粉炭供給路の噴出端側周囲に形成される循環渦が大きく形成される。この大きく形成される循環渦は、微粉炭が高温ガスを滞留して形成される渦流であり着火源となるので、従来よりも着火範囲が広がって着火が格段に向上し、空気不足の領域が増大してＮＯｘが低減される。また、未燃分も減少し効率が良くなる。
さらに、高速の空気流は間隙を設けて供給されているので、着火が吹き飛ぶことなく、循環渦を大きく形成して着火が向上する。

また、前記二次空気供給路の先端に位置するバーナノズルを傾動若しくは該二次空気供給路に流れる高速空気流の噴出流速を変化させ、前記微粉炭供給路の先端に位置されるバーナノズルを設けることなく前記循環渦が形成されることを特徴とする。
このように、前記二次空気供給路の先端に位置するバーナノズルを傾動若しくは該二次空気供給路に流れる高速空気流の噴出流速を変化させることにより、微粉炭供給路の先端に位置されるバーナノズルを設けることなく微粉炭流の角度調整を行うことができるので、微粉炭供給路の先端に位置するバーナノズル（微粉炭ノズル）を廃止することができる。よって、微粉炭ノズルが焼損するような高温状態になった場合でも微粉炭ノズルを除去して運転することができ、循環渦を大きく形成して低ＮＯｘ化を実現することができる。

さらに、前記微粉炭供給路と二次空気供給路の間隙に耐火材を介在させたことを特徴とする。
このように、微粉炭供給路と二次空気供給路の間隙に耐火材を介在させることにより、微粉炭供給路や間隙を焼損させることなく微粉炭供給路に隣接して上下に流れる二次空気を廃止することができる。

また、前記微粉炭供給路と二次空気供給路の間隙の流れ方向断面に微少空気を連通させる複数の孔を形成し、前記間隙に微少空気流を供給させたことを特徴とする。
このように、微粉炭供給路と二次空気供給路の間隙に孔を通過する程度の微少空気を流入させることにより、微粉炭供給路や間隙を焼損させることなく微粉炭供給路の上下に間隙を介して流れる二次空気空気量を絞ることができる。

また、前記二次空気供給路の上流側に、該二次空気供給路と前記微粉炭供給路の間隙に開口する開口部を設けるとともに、前記開口部より上流側に、前記二次空気供給路内を流れる高速空気流が前記開口部から漏出せず該二次空気供給路の噴出端に向かうように整流する整流手段を設けたことを特徴とする。
このように、二次空気供給路の上流側に開口部を設けることにより、二次空気供給路内を流れる高速空気流によってエジェクタ効果が発生し、微粉炭供給路と二次空気供給路の間隙のガスが二次空気供給路内に吸引される。これにより、微粉炭供給路の周囲に形成される循環流が強化され着火が安定するとともに、燃焼ガスで火炎が覆われることによりＯ_２濃度が低減し、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

また、前記微粉炭供給路と二次空気供給路の間隙から前記微粉炭供給路内に貫通して配設された負圧発生管を備え、該負圧発生管は、一方の端部が前記微粉炭供給路と二次空気供給路の間隙に開口し、他方の端部が前記微粉炭供給路の噴出端に開口していることを特徴とする。
本構成によれば、前記負圧発生管の微粉炭供給路噴出端側の開口は、周囲に微粉炭流が噴出しており負圧となるため、微粉炭供給路と二次空気供給路の間隙にある開口からガスが吸引されることとなる。これにより、微粉炭供給路の周囲に形成される循環流が強化され着火が安定するとともに、燃焼ガスで火炎が覆われることによりＯ_２濃度が低減し、ＮＯｘの発生を抑制することができる。さらに、微粉炭供給路と二次空気供給路の間隙にある開口から吸引されたガスは、負圧発生管を通って微粉炭供給路噴出端側の開口から噴出されるため、ガス中に存在するＮＯｘが再度微粉炭流に混入されて還元され、ＮＯｘの低減が可能となる。

また、前記二次空気供給路に近接して前記微粉炭供給路とは反対側に、燃焼補助空気を供給する燃焼補助空気供給路を備え、該燃焼補助空気供給路の先端に、前記二次空気供給路側に向けて傾斜した燃焼補助空気ノズルを設けたことを特徴とする。
本構成によれば、燃焼補助空気ノズルから噴出される燃焼補助空気が、ノズルの傾斜により下方斜め方向に噴出され、火炎に燃焼補助空気が供給されやすくなり、燃焼を促進することができる。

さらに、前記燃焼補助空気ノズルの少なくとも先端側に、該燃焼補助空気ノズルから噴出される燃焼補助空気を中央直進方向と左右斜め方向とに分割する縦ガイド板を設けたことを特徴とする。
この縦ガイド板により分岐された燃焼補助空気のうち、中央直進方向（且つノズル傾斜により下方斜め方向）に噴出される空気は、高速空気の着火維持機能を損なわないようにある程度の距離で該高速空気に混合し、火炎方向の速度を保ったまま速やかに微粉炭流に混合、拡散して、燃焼を促進する。一方、左右斜め方向（且つノズル傾斜により下方斜め方向）に噴出される空気は、高速空気供給路から噴出される高速空気の影響を受けずに火炎に近づき、その後微粉炭供給路から噴出される微粉炭流に引き寄せられ、速やかに微粉炭流左右部に流入し、燃焼に寄与する。従って、これらの分岐された燃焼補助空気により燃焼を促進することができる。

さらにまた、前記燃焼補助空気ノズルの少なくとも先端側に、該燃焼補助空気ノズルから噴出される燃焼補助空気を下方斜め方向に案内する横ガイド板を設けたことを特徴とする。
このように、燃焼補助空気ノズルを傾斜させることに加えて、横ガイド板を設けることにより、燃焼補助空気を確実に下方斜め方向に噴出させることが可能となる。

また、本発明の微粉炭焚きボイラは、上記した微粉炭バーナを備えた微粉炭焚きボイラであることが好ましい。
即ち、火炉と、該火炉の側面に設けられた微粉炭と空気の混合流を噴出して火炎を形成する複数本のバーナノズル、該バーナノズルを具備して前記微粉炭と搬送空気を供給する微粉炭供給路、該微粉炭供給路の周囲に二次空気供給路が形成された風箱とからなる微粉炭燃焼バーナと、を備えた微粉炭焚きボイラにおいて、
前記微粉炭と搬送空気が混合された微粉炭流を供給する微粉炭供給路の上下に間隙を設けて二次空気供給路を配設させ、該二次空気供給路に前記微粉炭流よりも高速の空気流を供給し、前記微粉炭供給路の噴出端側周囲に該微粉炭流が高温ガスを滞留して循環される循環渦が形成される微粉炭バーナを備えたことを特徴とする。
これにより、着火を向上させるとともに、更なる低ＮＯｘ化を実現する該微粉炭バーナを備えた微粉炭焚きボイラを提供することが可能である。

以上記載のごとく本発明によれば、微粉炭流を供給する微粉炭供給路に隣接して上下に流れる二次空気を廃止するとともに、廃止された二次空気が流れる間隙を維持し該間隙を介在させて微粉炭供給路の外周に二次空気供給路を配設して前記微粉炭流よりも高速の空気流を積極的に供給しているので、前記微粉炭供給路の噴出端側周囲に形成される循環渦が大きく形成される。よって、従来よりも着火範囲が広がって着火が格段に向上し、空気不足の領域が増大してＮＯｘが低減される。また、未燃分も減少し効率が良くなる。
また、前記二次空気供給路の先端に位置するバーナノズルを傾動若しくは該二次空気供給路に流れる高速空気流の噴出流速を変化させることにより、微粉炭供給路の先端に位置されるバーナノズル（微粉炭ノズル）を設けることなく微粉炭流の角度調整を行うことができるので、微粉炭ノズルを除去しても運転可能であり、循環渦を大きく形成して低ＮＯｘ化を実現することができる。
さらに、微粉炭供給路と二次空気供給路の間隙に耐火材を介在させたり、微少空気を流入させたりすることにより、微粉炭供給路や間隙を焼損させることなく微粉炭供給路の上下に流れる二次空気を減少させることができる。
さらにまた、二次空気供給路の上流側に開口部を設ける構成、あるいは微粉炭供給路に負圧発生管を設ける構成とすることにより、微粉炭供給路の周囲に形成される循環流が強化され着火が安定するとともに、燃焼ガスで火炎が覆われることによりＯ_２濃度が低減し、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の一実施形態に係るボイラの全体概略構成を示すブロック図、図２は本発明の一実施形態に係る（ａ）微粉炭バーナの全体配置を示す正面図、（ｂ）バーナ先端部側面図、図３は実施形態１に係る微粉炭バーナを示す縦断側面図、図４は実施形態２に係る微粉炭バーナを示す縦断側面図、図５は実施形態３に係る微粉炭バーナを示す縦断側面図、図６は実施形態４に係る微粉炭バーナを示す縦断側面図、図７は実施形態５に係る微粉炭バーナを示す縦断側面図、図８は図７のＡ矢視図、図９は実施形態６に係る微粉炭バーナを示す縦断側面図、図１０は実施形態６に係る（ａ）微粉炭バーナの正面図、（ｂ）Ｂ−Ｂ線断面図である。

まず、後述する本発明の実施形態１〜５における本発明の微粉炭焚きボイラについて図１を用いて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るボイラの全体概略構成を示すブロック図であり、ボイラ１には、鉛直方向に設置された火炉３と、火炉３の火炉壁５の下部に設置された燃焼装置７と、火炉３の出口に連結された煙道９と、火炉３の上部から煙道９にかけて設けられた過熱器１１、再熱器１３および節炭器１５と、火炉３の上部に設けられた蒸気ドラム１７とが備えられている。

火炉壁５の内側には、多数の水管（図示せず）がそれぞれ上下方向に延設されている。各水管は、上下各端部が蒸気ドラム１７に接続されている。燃焼装置７には、火炉壁５の下部に取り付けられた複数の微粉炭バーナ１０（図３参照）と、火炉５出口部近傍に取り付けられたアディショナルエアノズル２０と、微粉炭バーナ１０に微粉炭を供給する微粉炭供給手段２１と、微粉炭バーナ１０に高温ガスを供給する高温ガス供給手段２３と、微粉炭バーナ１０およびアディショナルエアノズル２０に燃焼用空気を供給する空気供給手段２５と、が備えられている。

微粉炭供給手段２１には、図示しない給炭機および計量器を経て供給された石炭を燃焼に適した大きさ（例えば、数μｍ〜数百μｍ）まで粉砕する微粉炭機２７と、微粉炭機２７で生成された微粉炭を図示しない空気源から供給される加圧された搬送空気によって微粉炭混合気として微粉炭バーナ１０へ気流搬送する給炭管２９とが備えられている。
搬送空気は微粉炭機２７の安全面から微粉炭機２７の出口温度が約８０℃になるように設定されている。

空気供給手段２５には、空気を加圧して供給する図示しない押込通風機と、火炉３の外壁に設けられた風箱３１と、押込通風機と風箱３１およびアディショナルエアノズル２０とを接続する空気管３３とが備えられている。
空気管３３を通過する燃焼補助空気（三次空気）は、回転再生式熱交換器３５により煙道９を通過する例えば約３６０℃の燃焼排ガスと熱交換され、３００〜３５０℃まで加温されて風箱３１に供給される。
高温ガス供給手段２３には、煙道９と微粉炭バーナ１０とを接続する排ガス管３７が備えられている。排ガス管３７は、例えば定格運転時に燃焼排ガスの温度が８００℃、酸素含有率が４％以下になる煙道９位置に接続されている。

また、本発明の一実施形態においては、図２（ａ）に示されるように、バーナを複数組上下方向に組み合わせ、火炉高さ方向に連続した一体型として使用されている。つまり、微粉炭火炎に供給される燃焼補助空気のダクトおよびバーナ風箱３１が、上下方向に連続した一体型とした。また、図２（ｂ）のように、火炉内に微粉炭と搬送空気の混合気を供給する微粉炭供給路が、微粉炭濃度の異なる複数個の管に分岐されて、混合気を炉内に噴出させている。
なお、図２ではバーナ風箱が上下方向に連続した一体型を示しているが、本発明の実施形態においては、バーナ風箱が上下方向に複数の単位風箱に分割、即ち不連続な複数個に分割された形状も好適に用いられる。

（実施形態１）
実施形態１に係る微粉炭バーナについて図３を用いて説明する。
この図３における微粉炭バーナ１０は、微粉炭と搬送空気が混合された微粉炭混合気１８を供給する微粉炭供給路１２と、微粉炭供給路１２の外周に設けられ高速空気（二次空気）１９を供給する二次空気供給路１４と、二次空気供給路１４に近接して前記微粉炭供給路１２とは反対側に設けられ燃焼補助空気（三次空気）２２を供給する燃焼補助空気供給路１６とが備えられている。高速空気１９は微粉炭混合気１８及び燃焼補助空気２２よりも高速であり、例えば微粉炭混合気１８の流速が２５ｍ／ｓであるのに対し、８０〜１５０ｍ／ｓと高速流である。
また、微粉炭供給路１２と二次空気供給路１４との間には間隙が形成されており、この間隙に耐火材２４を設ける。この間隙は、図１１で示す二次空気供給路６２のスペースを維持するものである。なお、耐火材としては例えばキャスタブルが挙げられる。

前記微粉炭供給路１２の先端（火炉３側）には、火炉３に向けて流体を噴出する微粉炭ノズル２６が設けられている。二次空気供給路１４及び燃焼補助空気供給路１６の先端も同様に、高速空気ノズル２８、燃焼補助空気ノズル３２が設けられている。これら各ノズルは上下に傾動して噴流の角度を調整することができる。
符号３４は微粉炭供給路１２の配管曲がり部に設けられる磨耗防止部材であり、微粉炭混合気１８に含まれる微粉炭による磨耗を防止する。この磨耗防止部材３４はブロック形状若しくは板状形状であり、配管の曲がり部や狭まった部分に形成すされる。

図３における微粉炭バーナ１０において、微粉炭供給路１２に供給される微粉炭混合気１８は、その上下に間隙を介在させて高速空気１９が積極的に供給されているので、微粉炭ノズル２６の周囲に微粉炭混合気が高温ガスを滞留して循環される循環渦３０が図３のように大きく形成される。この循環渦３０は、従来の微粉炭供給路に隣接して上下に流れる二次空気を廃止することに加え、積極的な高速空気の供給のために大きく形成される。
この循環渦３０が着火源となるため、着火が格段に向上し、空気不足の領域が増大してＮＯｘが低減される。また、未燃分も減少し効率が良くなる。

（実施形態２）
次に、実施形態２に係る微粉炭バーナについて図４を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、図３に示した実施形態１と同じ構成の部分には説明を省略するため同じ符号を示している。
実施形態１と同様に、図４における微粉炭バーナ１０は、微粉炭と搬送空気が混合された微粉炭混合気１８を供給する微粉炭供給路１２と、微粉炭供給路１２の外周に設けられ高速空気１９を供給する二次空気供給路１４と、二次空気供給路１４に近接して前記微粉炭供給路１２とは反対側に設けられ燃焼補助空気（三次空気）２２を供給する燃焼補助空気供給路１６とが備えられている。
また、微粉炭供給路１２と二次空気供給路１４との間には間隙が形成されており、間隙の流れ方向断面に微少空気を連通させる複数の孔３６を形成し、前記間隙に微少空気流３７を供給させている。この間隙は、図１１で示す二次空気供給路６２のスペースを維持するものである。なお、複数の孔を形成するものとしては例えばパンチングメタルによるものが挙げられる。

前記微粉炭供給路１２の先端（火炉３側）には、火炉３に向けて流体を噴出する微粉炭ノズル２６が設けられている。二次空気供給路１４及び燃焼補助空気供給路１６の先端も同様に、高速空気ノズル２８、燃焼補助空気ノズル３２が設けられている。これら各ノズルは上下に傾動して噴流の角度を調整することができる。
符号３４は微粉炭供給路１２の配管曲がり部に設けられる磨耗防止部材であり、微粉炭混合気１８に含まれる微粉炭による磨耗を防止する。

図４における微粉炭バーナ１０においても実施形態１と同様に、微粉炭供給路１２に供給される微粉炭混合気１８は、その上下に間隙を介在させて高速空気１９が積極的に供給されているので、微粉炭ノズル２６の周囲に微粉炭混合気が高温ガスを滞留して循環される循環渦３０が大きく形成される。
よって、この循環渦３０が着火源となるため、着火が格段に向上し、空気不足の領域が増大してＮＯｘが低減される。また、未燃分も減少し効率が良くなる。

（実施形態３）
次に、実施形態３に係る微粉炭バーナについて図５を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、図３に示した実施形態１と同じ構成の部分には説明を省略するため同じ符号を示している。
実施形態１と同様に、図５における微粉炭バーナ１０は、微粉炭と搬送空気が混合された微粉炭混合気１８を供給する微粉炭供給路１２と、微粉炭供給路１２の外周に設けられ高速空気１９を供給する二次空気供給路１４と、二次空気供給路１４に近接して前記微粉炭供給路１２とは反対側に設けられ燃焼補助空気（三次空気）２２を供給する燃焼補助空気供給路１６とが備えられている。

また、微粉炭供給路１２と高速空気供給路１４との間には間隙が形成されており、この間隙に耐火材２４を設ける。なお、図示しないが、図４と同様に間隙の流れ方向断面に微少空気を連通させる複数の孔を形成し、前記間隙に微少空気流を供給させてもよい。

また、二次空気供給路１４及び燃焼補助空気供給路１６の先端（火炉３側）には、高速空気ノズル２８、燃焼補助空気ノズル３２が設けられている。これら各ノズルは上下に傾動して噴流の角度を調整することができる。
符号３４は微粉炭供給路１２の配管曲がり部に設けられる磨耗防止部材であり、微粉炭混合気１８に含まれる微粉炭による磨耗を防止する。

図５では、前記微粉炭供給路１２の先端に火炉３に向けて流体を噴出する微粉炭ノズル２６（図３，４参照）を設けておらず、その点が図３，４で示した微粉炭バーナと異なる。
高速空気ノズル２８及び燃焼補助空気ノズル３２を傾動させて高速空気１９と燃焼補助空気２２の噴出し流の角度を調整することにより、微粉炭ノズルを設けることなく微粉炭混合気１８の角度調整を行うことができる。
また、微粉炭混合気１８の角度調整の手段として、高速空気１９と燃焼補助空気２２の噴出し流の噴出流速を変化させることも効果的である。

これにより、微粉炭バーナ１０は微粉炭ノズルを除去して運転することができ、微粉炭供給路１２の噴出端側周囲に微粉炭混合気１８が高温ガスを滞留して循環される循環渦３０が大きく形成される。
よって、本実施形態においても着火が格段に向上し、空気不足の領域が増大してＮＯｘが低減される。また、未燃分も減少し効率が良くなる。
さらに、微粉炭ノズルが不要となり部品点数が減少しコストを抑えることも可能となる。

（実施形態４）
次に、実施形態４に係る微粉炭バーナについて図６を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、図３に示した実施形態１と同じ構成の部分には説明を省略するため同じ符号を示している。
実施形態１と同様に、図６における微粉炭バーナ１０は、微粉炭と搬送空気が混合された微粉炭混合気１８を供給する微粉炭供給路１２と、微粉炭供給路１２の外周に設けられ高速空気１９を供給する二次空気供給路１４と、二次空気供給路１４に近接して前記微粉炭供給路１２とは反対側に設けられ燃焼補助空気（三次空気）２２を供給する燃焼補助空気供給路１６とが備えられている。

また、微粉炭供給路１２と二次空気供給路１４との間には間隙が形成されている。なお、図示しないが、図３と同様に間隙に耐火材を設けてもよいし、図４と同様に間隙の流れ方向断面に微少空気を連通させる複数の孔を形成し、前記間隙に微少空気流を供給させてもよい。

微粉炭供給路１２と二次空気供給路１４と燃焼補助空気供給路１６の長さについては特に限定されないが、図６では二次空気供給路１４及び燃焼補助空気供給路１６に比べて微粉炭供給路１２を短くしている。これにより微粉炭供給路１２の周囲に循環渦３０が形成されやすくなる。
また、図示しないが、図３乃至図５と同様に、微粉炭供給路１２、二次空気供給路１４及び燃焼補助空気供給路１６の先端に、微粉炭ノズル２６、高速空気ノズル２８、燃焼補助空気ノズル３２を設けてもよい。さらに、図示しないが、図３乃至図５と同様に、微粉炭供給路１２の配管曲がり部に磨耗防止部材３４を設けてもよい。

さらに、実施形態４では、二次空気供給路１４の上流側に、微粉炭供給路１２と二次空気供給路１４の間隙に開口する開口部４０を設けている。該開口部４０は、二次空気供給路１４の幅方向にスリット状に設けられることが好ましい。
また、開口部４０の上流側には、二次空気供給路１４内を流れる高速空気流が開口部４０から漏出せず該二次空気供給路１４の噴出端に向かうように整流する整流板４１を設けている。該整流板４１は、一側の縁部が開口部４０の上流側に取り付けられ、他側の縁部が噴出端側に位置して二次空気供給路１４に対して内側に傾斜して配置される。好適には、整流板４１が開口部４０の少なくとも一部を覆うごとく配置される。
開口部４０は、二次空気供給路１４の高速空気流流れ方向に複数設けるようにしてもよい。

このように、二次空気供給路１４の上流側に開口部４０を設けることにより、二次空気供給路１４内を流れる高速空気流によってエジェクタ効果が発生し、微粉炭供給路１２と二次空気供給路１４の間隙のガスが二次空気供給路１４内に吸引される。これにより、微粉炭供給路１２の周囲に形成される循環流３０が強化され着火が安定するとともに、燃焼ガスで火炎が覆われることによりＯ_２濃度が低減し、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

（実施形態５）
次に、実施形態５に係る微粉炭バーナについて図７及び図８を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、図３に示した実施形態１と同じ構成の部分には説明を省略するため同じ符号を示している。
実施形態１と同様に、図７における微粉炭バーナ１０は、微粉炭と搬送空気が混合された微粉炭混合気１８を供給する微粉炭供給路１２と、微粉炭供給路１２の外周に設けられ高速空気１９を供給する二次空気供給路１４と、二次空気供給路１４に近接して前記微粉炭供給路１２とは反対側に設けられ燃焼補助空気（三次空気）２２を供給する燃焼補助空気供給路１６とが備えられている。

また、微粉炭供給路１２と二次空気供給路１４との間には間隙が形成されている。なお、図示しないが、図３と同様に間隙に耐火材を設けてもよいし、図４と同様に間隙の流れ方向断面に微少空気を連通させる複数の孔を形成し、前記間隙に微少空気流を供給させてもよい。
また、図示しないが、図３乃至図５と同様に、微粉炭供給路１２、二次空気供給路１４及び燃焼補助空気供給路１６の先端に、微粉炭ノズル２６、高速空気ノズル２８、燃焼補助空気ノズル３２を設けてもよい。さらに、図示しないが、図３乃至図５と同様に、微粉炭供給路１２の配管曲がり部に磨耗防止部材３４を設けてもよい。

さらに、実施形態５では、微粉炭供給路１２と二次空気供給路１４の間隙から微粉炭供給路１２内に貫通して配設された負圧発生管４２を設けた構成としている。該負圧発生管４２は、一方の端部が微粉炭供給路１２と二次空気供給路１４の間隙に開口した開口部４３で、他方の端部が微粉炭供給路１２内に位置するとともに該微粉炭供給路１２の噴出端に開口した開口部４４となっている。間隙に開口した開口部４３は火炉３側に向けて形成される。該開口部４３は、微粉炭供給路１２の上下に対称的に設けられる。噴出端側の開口部４４から微粉炭供給路１２内に延設される配管４５が上下に分岐し、分岐した配管４６が該微粉炭供給路１２を貫通して、上方の微粉炭供給路１２と二次空気供給路１４の間隙、下方の微粉炭供給路１２と二次空気供給路１４の間隙に夫々突出し、開口４３、４３に繋がっている。

図８は、図７のＡ矢視図である。間隙側の開口４３は微粉炭供給路１２の幅方向にスリット状に形成される。これは、間隙のガスを均等に吸引するためである。
また、上下方向に延びる配管４６は、微粉炭供給路１２内の微粉炭流の流れを阻害しないように開口部４３、４４の幅に比べて細く形成し、微粉炭供給路１２内の微粉炭流の流路面積を十分に確保することが好ましい。

上記構成を備えることにより、負圧発生管４２の微粉炭供給路噴出端側の開口４４は、周囲に微粉炭流が噴出しているため負圧となるため、微粉炭供給路１２と二次空気供給路１４の間隙にある開口４３からガスが吸引されることとなる。これにより、微粉炭供給路１２の周囲に形成される循環流３０が強化され着火が安定するとともに、燃焼ガスで火炎が覆われることによりＯ_２濃度が低減し、ＮＯｘの発生を抑制することができる。さらに、微粉炭供給路１２と二次空気供給路１４の間隙にある開口４３から吸引されたガスは、負圧発生管４２を通って微粉炭供給路噴出端側の開口４４から噴出されるため、ガス中に存在するＮＯｘが再度微粉炭流に混入されて還元され、ＮＯｘの低減が可能となる。

（実施形態６）
次に、実施形態６に係る微粉炭バーナについて図９及び１０を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、図３に示した実施形態１と同じ構成の部分には説明を省略するため同じ符号を示している。
以下に説明する実施形態６は、上記した実施形態１乃至５の構成に併せて用いることができる。
実施形態１と同様に、図９における微粉炭バーナ１０は、微粉炭と搬送空気が混合された微粉炭混合気１８を供給する微粉炭供給路１２と、微粉炭供給路１２の外周に設けられ高速空気（二次空気）１９を供給する二次空気供給路１４と、二次空気供給路１４に近接して前記微粉炭供給路１２とは反対側に設けられ燃焼補助空気（三次空気）２２を供給する燃焼補助空気供給路１６とが備えられている。

また、微粉炭供給路１２と二次空気供給路１４との間には間隙が形成され、この間に耐火材２４が設けられている。さらに、図示しないが、図３乃至図５と同様に、微粉炭供給路１２の配管曲がり部に磨耗防止部材３４を設けてもよい。
微粉炭供給路１２、二次空気供給路１４の先端は、ノズルを設けた構成、或いはノズルを設けない構成の何れを採用してもよい。図９及び図１０では一例として、二次空気供給路１４に高速空気ノズル２８を設けた構成としている。

燃焼補助空気供給路１６の先端には、燃焼補助空気ノズル３２が設けられている。この燃焼補助空気ノズル３２は、燃焼補助空気２２の噴出方向が火炎側となるように、ノズル先端が高速空気ノズル２８側に向いて傾斜して配設される。
また、図１０に示すように、燃焼補助空気ノズル３２の少なくとも先端側に、燃焼補助空気２２を中央直進方向と左右斜め方向とに分割する縦ガイド板５３、５３を設けている。縦ガイド板５３は、燃焼補助空気ノズル３２内に少なくとも２つ設けられる。この縦ガイド板５３により、燃焼補助空気供給路１６は、中央分岐通路１６ａと、その両側の左右分岐通路１６ｂ、１６ｂとに分岐される。縦ガイド板５３は、中央分岐通路１６ａのノズル先端側が拡開するように配設されている。このとき、燃焼補助空気供給路１６上にも前記縦ガイド板５３から延設して分岐板５２を設けてもよく、これは燃焼補助空気供給路１６に平行して設けられる。
さらにまた、図９及び図１０（ａ）に示すように、燃焼補助空気ノズル３２内に、燃焼補助空気２２が火炎側に噴出されるように案内する横ガイド板５１を設けてもよい。横ガイド板５１は、燃焼補助空気ノズル３２内に横設されるとともに、そのノズル先端側が高速空気ノズル２８側に傾斜して配設される。横ガイド板５１を設ける場合には、縦ガイド板５３は上下２段に分けて夫々設置する。

上記構成を備えることにより、燃焼補助空気２２のうち中央分岐通路１６ａを通る空気は、ノズル３２の傾斜と横ガイド板５１とにより下方斜め方向で且つ真っ直ぐに噴出され、高速空気１９に混合される。この燃焼補助空気２２は、高速空気１９の着火維持機能を損なわないようにある程度の距離で該高速空気１９に混合し、火炎方向の速度を保ったまま速やかに微粉炭流に混合、拡散して、燃焼を促進する。
一方、燃焼補助空気２２のうち左右分岐通路１６ｂ、１６ｂを通る空気は、ノズル３２の傾斜と横ガイド板５１により下方斜め方向で、且つ縦ガイド板５１により左右斜め方向に噴出される。この下方斜め方向且つ左右斜め方向に噴出された燃焼補助空気２２は、高速空気ノズル１４から噴出される高速空気１９の影響を受けずに火炎に近づき、その後微粉炭バーナ１０から噴出される微粉炭流に引き寄せられ、速やかに微粉炭流左右部に流入し、燃焼に寄与する。尚、左右分岐通路１６ｂ、１６ｂは縦ガイド板５１により噴出部側が縮径しているため、噴出速度が速くなり、微粉炭流まで確実に到達することができる。

このように、燃焼補助空気ノズル３２から噴出される燃焼補助空気２２を、ノズル３２の傾斜と横ガイド板５１とにより下方斜め方向に噴出するように構成することにより、火炎に燃焼補助空気２２が供給されやすくし、且つ、縦ガイド板５３にて真っ直ぐに噴出される空気と左右斜め方向に噴出される空気とに分岐することにより、真っ直ぐに噴出される空気は高速空気１９に混合して着火に寄与し、左右斜め方向に噴出される空気は高速空気１９をかわして微粉炭流左右側から流入して燃焼に寄与し、夫々の空気により燃焼を促進することが可能となる。

最後に、上述した本発明の実施形態における微粉炭バーナについて、図２（ａ）を用いて説明する。微粉炭供給路の上下に設けられる間隙は、従来の図１１で示す二次空気供給路６２のスペースを維持するものであるが、前記間隙の幅（符号Ｓ）は、微粉炭供給路の幅（符号Ｂ）を１とした場合、０．５〜２まで広げることも可能である。これは、循環渦が小さくなりすぎず未燃分が増大しない値でもある。

また、図３〜７に示した高速空気供給路１４と二次空気供給路１６は、図１１で示す二次空気供給路の外周に配設される三次空気供給路６３のスペースを利用して形成することができるので、微粉炭バーナのコンパクト化が図れる。また、従来の三次空気供給路に供給される三次空気の流速よりも本発明の流速のほうが全体的に高くなるので、空気混合拡散が向上してバーナ近傍の火炎長が短くなり、空気不足の領域が増大してＮＯｘを更に低減することができる。

さらに、本発明では、従来より着火向上のために設けられていた濃淡分離器、整流器や保炎器、また濃淡分離器により配管の外側に寄せられた微粉炭による壁面の磨耗を防ぐセラミック等を配することができ、最低限の流量バランス調整のみとなることからコスト低減や磨耗トラブルの防止が可能となる。

本発明によれば、着火を向上させるとともに、更なる低ＮＯｘ化を実現するので、微粉炭バーナ及び該微粉炭バーナを備えた微粉炭焚きボイラへの適用に際して有益である。

本発明の一実施形態に係るボイラの全体概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る（ａ）微粉炭バーナの全体配置を示す正面図、（ｂ）バーナ先端部側面図である。 実施形態１に係る微粉炭バーナを示す縦断側面図である。 実施形態２に係る微粉炭バーナを示す縦断側面図である。 実施形態３に係る微粉炭バーナを示す縦断側面図である。 実施形態４に係る微粉炭バーナを示す縦断側面図である。 実施形態５に係る微粉炭バーナを示す縦断側面図である。 図７のＡ矢視図である。 実施形態６に係る微粉炭バーナを示す縦断側面図である。 実施形態６に係る（ａ）微粉炭バーナの正面図、（ｂ）Ｂ−Ｂ線断面図である。 従来の微粉炭バーナを示す縦断側面図である。

符号の説明

１ ボイラ
３ 火炉
１０ 微粉炭バーナ
１２ 微粉炭供給路
１４ 二次空気供給路
１６ 燃焼補助空気供給路
１８ 微粉炭混合気
１９ 高速空気
２２ 燃焼補助空気（三次空気）
２６ 微粉炭ノズル
３０ 循環渦

Claims (10)

1. 火炉の側面に設けられた微粉炭と空気の混合流を噴出して火炎を形成する複数本のバーナノズルと、該バーナノズルを具備して前記微粉炭と搬送空気を供給する微粉炭供給路とが貫通して配置され、前記微粉炭供給路の周囲に二次空気供給路が形成された風箱とからなる微粉炭バーナにおいて、
   前記微粉炭と搬送空気が混合された微粉炭流を供給する微粉炭供給路の上下に間隙を設けて二次空気供給路を配設させ、該二次空気供給路に前記微粉炭流よりも高速の空気流を供給し、前記微粉炭供給路の噴出端側周囲に該微粉炭流が高温ガスを滞留して循環される循環渦が形成されることを特徴とする微粉炭バーナ。
2. 前記二次空気供給路の先端に位置するバーナノズルを傾動若しくは該二次空気供給路に流れる高速空気流の噴出流速を変化させ、前記微粉炭供給路の先端に位置されるバーナノズルを設けることなく前記循環渦が形成されることを特徴とする請求項１記載の微粉炭バーナ。
3. 前記微粉炭供給路と二次空気供給路の間隙に耐火材を介在させたことを特徴とする請求項１若しくは２記載の微粉炭バーナ。
4. 前記微粉炭供給路と二次空気供給路の間隙の流れ方向断面に微少空気を連通させる複数の孔を形成し、前記間隙に微少空気流を供給させたことを特徴とする請求項１若しくは２記載の微粉炭バーナ。
5. 前記二次空気供給路の上流側に、該二次空気供給路と前記微粉炭供給路の間隙に開口する開口部を設けるとともに、前記開口部より上流側に、前記二次空気供給路内を流れる高速空気流が前記開口部から漏出せず該二次空気供給路の噴出端に向かうように整流する整流手段を設けたことを特徴とする請求項１若しくは２記載の微粉炭バーナ。
6. 前記微粉炭供給路と二次空気供給路の間隙から前記微粉炭供給路内に貫通して配設された負圧発生管を備え、該負圧発生管は、一方の端部が前記微粉炭供給路と二次空気供給路の間隙に開口し、他方の端部が前記微粉炭供給路の噴出端に開口していることを特徴とする請求項１若しくは２記載の微粉炭バーナ。
7. 前記二次空気供給路に近接して前記微粉炭供給路とは反対側に、燃焼補助空気を供給する燃焼補助空気供給路を備え、該燃焼補助空気供給路の先端に、前記二次空気供給路側に向けて傾斜した燃焼補助空気ノズルを設けたことを特徴とする請求項１若しくは２記載の微粉炭バーナ。
8. 前記燃焼補助空気ノズルの少なくとも先端側に、該燃焼補助空気ノズルから噴出される燃焼補助空気を中央直進方向と左右斜め方向とに分割する縦ガイド板を設けたことを特徴とする請求項７記載の微粉炭バーナ。
9. 前記燃焼補助空気ノズルの少なくとも先端側に、該燃焼補助空気ノズルから噴出される燃焼補助空気を下方斜め方向に案内する横ガイド板を設けたことを特徴とする請求項７記載の微粉炭バーナ。
10. 火炉と、該火炉の側面に設けられた微粉炭と空気の混合流を噴出して火炎を形成する複数本のバーナノズル、該バーナノズルを具備して前記微粉炭と搬送空気を供給する微粉炭供給路、該微粉炭供給路の周囲に二次空気供給路が形成された風箱とからなる微粉炭燃焼バーナと、を備えた微粉炭焚きボイラにおいて、
    前記微粉炭と搬送空気が混合された微粉炭流を供給する微粉炭供給路の上下に間隙を設けて二次空気供給路を配設させ、該二次空気供給路に前記微粉炭流よりも高速の空気流を供給し、前記微粉炭供給路の噴出端側周囲に該微粉炭流が高温ガスを滞留して循環される循環渦が形成される微粉炭バーナを備えたことを特徴とする微粉炭焚きボイラ。

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