JP3643461B2 - 微粉炭燃焼バーナおよびその燃焼方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微粉炭燃焼バーナおよびその燃焼方法の改良に係わり、特に窒素酸化物（以下ＮＯｘと記す）濃度を低減するに好適な微粉炭燃焼バーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼においては、燃焼時に発生する窒素酸化物（以下ＮＯｘと記す）の抑制が課題となる。特に、石炭は気体燃料や液体燃料に比べて窒素含有量が多い。このため、微粉炭の燃焼時に発生するＮＯｘは、気体燃料や液体燃料の燃焼時に発生するＮＯｘより多く、このＮＯｘを減らすことが求められる。
【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いわゆるフーエルＮＯｘである。このＮＯｘを減らすために、従来よりバーナの構造や燃焼方法が検討されてきた。ＮＯｘを抑制する方法の１つとして、火炎内に酸素濃度が高く、空気比が１以上の酸化炎領域と、酸素濃度が低く、空気比が１以下の還元炎領域を形成するいわゆる火炎内二段燃焼方法がある。
【０００４】
石炭中の窒素分は燃焼初期の熱分解反応時にシアン化水素（以下ＨＣＮと記す）やアンモニア（以下ＮＨ３と記す）として気相中に放出される。これらの窒素化合物は酸化されてＮＯｘになる一方で、酸素濃度に低い条件ではＮＯｘを還元する効果を持つ。火炎内二段燃焼方法はこの窒素化合物によるＮＯｘの還元反応を利用したものである。
【０００５】
燃焼のような高温条件下では、この窒素化合物によるＮＯｘの還元反応は雰囲気が低酸素濃度になるほど進行しやすい。したがって、微粉炭燃焼において発生するＮＯｘを低減するには、低酸素濃度の雰囲気の形成が課題となる。また、石炭を完全燃焼させるため、火炎の下流側で酸素濃度の高い領域を設ける必要がある。
【０００６】
火炎内にこのような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として、例えば特開昭６０−２２６６０９号公報、特開昭６１−２２１０５号公報、特開昭６１−２８０３０２号公報、および特開平１−５７００４号公報等がある。これらに開示されている燃焼バーナは、微粉炭を気流搬送する燃料ノズルを中心とし、その外周に燃焼用空気を旋回流で噴出させる空気ノズルを備えた構成をなしている。
【０００７】
このように形成されている燃焼器バーナでは、燃焼用の空気を２次空気ノズルおよび３次空気ノズルと分割して供給することにより、火炎内の酸素濃度を調節することができる。また、燃焼用の空気を旋回流として供給することにより、燃焼用の空気は旋回の中心部を流れる微粉炭との混合が遅れる。このため、バーナ近傍では空気量の不足した燃料過剰状態となり、還元炎が形成される。また、旋回流により旋回の中心近くは負圧となるため、火炎の下流側では燃焼用の空気は旋回の中心に向かって流れる。このため、火炎の下流側では燃焼用の空気と微粉炭が迅速に混合し、酸化炎が形成され火炎の長炎化や燃焼率の低下が防げる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の燃焼器バーナは、燃焼用空気を旋回流として供給することで、ＮＯｘの抑制と燃焼率の向上を図るものである。この燃焼用空気に旋回を与える方法として、通常２つの方法が考えられる。一つは空気を径方向に導入し、旋回に対し接線方向に傾けた案内羽根により旋回力を与える旋回流発生器（レジスタ）を用いる方法である。もう一つは、空気を軸方向に導入し、軸方向に対し傾けて取り付けた案内羽根により旋回力を与える旋回流発生器（ベーン）を用いる方法である。どちらも案内羽根を可動にすることで任意に旋回力を変えることができる。レジスタ方式は旋回流を発生させる効率（旋回効率）がベーン方式より一般に高いが、設置体積は大きくなる傾向がある。
【０００９】
このため、流路の狭い場合はベーン方式が用いられる。しかし、ベーン方式では案内羽根の角度を大きくすると旋回効率が悪い。特に、案内羽根を流れる空気流速が低い場合には強い旋回を与えることは困難となる。
【００１０】
また、微粉炭ボイラにおいて、負荷を変動させる場合、微粉炭バーナに供給する微粉炭と空気の量を変化させ、微粉炭バーンの運用範囲を低負荷に広げる方法とバーナを停止させる方法がある。このうち微粉炭バーナの運用範囲を広げる方法は迅速に負荷を変えられる。
【００１１】
しかし、微粉炭バーナにおいては、微粉炭粒子の堆積防止のため微粉炭搬送管内を流れる微粉炭粒子の流速をある一定流速以下にさげることはできない。このため、微粉炭バーナの運用範囲を低負荷まで広げる方法では、空気の流量を低下させる際、ある程度の負荷以下では微粉炭搬送空気の流量を一定にし、空気ノズルに供給する空気の流量を減少させることで対応しなくてはならない。
【００１２】
空気ノズルに供給する空気の流量が減少すると、空気に与える旋回力が弱まる。このため、空気はバーナ近傍で微粉炭と混ざることになり、微粉炭火炎内に空気量の不足した還元炎が形成されにくくなる。したがってこの状態では微粉炭火炎内で生成されるＮＯｘ量が多くなる恐れがある。
【００１３】
本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的とするところは、低負荷燃焼時であっても空気に与える旋回力を維持し、微粉炭火炎内に空気量の不足した還元炎を形成することで、ＮＯｘや未燃分の排出量を抑制することができるこの種の微粉炭燃焼バーナを提供することにある。またもう一つの目的は、以下の何れかの要件を満たす微粉炭バーナの燃焼方法を提供することにある。すなわち、（１）低負荷燃焼時に空気に与える旋回力を維持し、微粉炭火炎内に空気量の不足した還元炎を形成すること、（２）油による助燃時に燃焼用空気と燃料との混合を促進すること、（３）バーナカット時に目的部の冷却を促進し、冷却用空気流量を減少することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、微粉炭とその搬送用空気との混合物を噴出する微粉炭ノズルと、この微粉炭ノズルの外周に配置された燃焼用空気ノズルと、この燃焼用空気ノズルの内部に設けられ、流通する空気に旋回を与える旋回流発生器とを備え、前記燃焼用空気ノズルから噴射される空気に旋回が与られ燃焼するように形成されている微粉炭燃焼バーナにおいて、前記燃焼用空気ノズルの空気流路内部に、空気ノズルの出口部流路断面積よりも小さい流路断面積となる部分を設けるとともに、この小さい断面積の流路部分若しくはその上流側近傍流路部分に、前記旋回流発生器を設けるようにし所期の目的を達成するようにしたものである。
【００１５】
またこの場合、前記旋回流発生器を周方向に並設された案内羽根群にて形成するとともに、この案内羽根群を前記燃焼用空気の流れ方向に移動可能に形成するようにしたものである。また、燃焼用空気に旋回を与える前記旋回流発生器を、その旋回流強度の変更が可能なように形成するとともに、その強度の変更を、前記燃焼用空気の流れ方向への流路の投影面積に対する旋回流発生器の占める投影面積との比を変えるか、又は前記小さい流路断面積となる部分と前記旋回流発生器との距離を変える若しくは前記旋回流発生器を案内羽根にて形成し、かつ案内羽根の角度を変えるのいずれか若しくはこれらの組合せとしたものである。
【００１６】
また、前記小さい断面積の流路部分を形成するに際し、空気流路の外周もしくは内周部に流れ方向に緩やかに流路が変化するテーパ状の構造物を設ける又は流路の外周もしくは内周部から挿入される仕切り板（ゲート）を前記旋回流発生器の上流部に設ける或いは前記旋回流発生器を案内羽根にて形成し、かつ案内羽根の内いづれかの羽根を他の羽根とは別個の角度とするのいずれか若しくはこれらの組合せとしたものである。
【００１７】
また、前記燃焼用空気流路内に設けられた案内羽根の燃焼用空気の流れ方向への投影面積を、前記燃焼用空気流路の小さい断面積の流路部分での投影面積より小さく形成するようにしたものである。また、前記燃焼用空気流路内に設けられた案内羽根の上流側に円筒型の仕切り板を設けるようにしたものである。
【００１８】
また、微粉炭とその搬送用空気との混合物を噴出する微粉炭ノズルと、この微粉炭ノズルの外周に配置された燃焼用空気ノズルと、この燃焼用空気ノズルの内部に設けられ、流通する空気に旋回を与える旋回流発生器とを備え、前記燃焼用空気ノズルから噴射される空気に旋回を与えつつ噴出させ燃焼するようにした微粉炭燃焼バーナの燃焼方法において、前記燃焼用空気ノズルの空気流路内部に、空気ノズルの出口部流路断面積よりも小さい流路断面積となる部分を設けるとともに、この小さい断面積の流路部分若しくはその上流側近傍流路部分に、前記旋回流発生器を空気の流通方向に移動可能に設け、かつ前記微粉炭バーナを低負荷で運用する際、前記燃焼用空気の流れ方向への流路の投影面積に対する旋回流発生器の占める投影面積との比を大きくするか若しくは前記燃焼用空気流路内に設けた流路縮小部と旋回流発生器との距離を小さくし燃焼するようにしたものである。
【００１９】
また、微粉炭とその搬送用空気との混合物を噴出する微粉炭ノズルと、この微粉炭ノズルの外周に配置された燃焼用空気ノズルと、この燃焼用空気ノズルの内部に設けられ、流通する空気に旋回を与える旋回流発生器とを備え、前記燃焼用空気ノズルから噴射される空気に旋回を与えつつ噴出させ燃焼するようにした微粉炭燃焼バーナの燃焼方法において、前記燃焼用空気ノズルの空気流路内部に、空気ノズルの出口部流路断面積よりも小さい流路断面積となる部分を設けるとともに、この小さい断面積の流路部分若しくはその上流側近傍流路部分に、前記旋回流発生器を空気の流通方向に移動可能に設け、かつ前記微粉炭バーナを油で助燃する際、前記燃焼用空気の流れ方向への流路の投影面積に対する旋回流発生器の占める投影面積との比を小さくするか若しくは前記燃焼用空気流路内に設けた流路縮小部と旋回流発生器との距離を大きくし燃焼するようにしたものである。
【００２０】
すなわちこのように形成された微粉炭燃焼バーナおよび微粉炭燃焼バーナの燃焼方法であると、流路内にノズルの出口部流路断面積よりも小さい流路断面積となる部分，すなわち流路縮小部を設けることで空気の軸方向流速を変えられる。旋回流発生器としてベーンを流路内に設け、ベーンの設置位置を流路断面積に対し変えることでベーン部を通過する空気の軸方向流速を変えることができる。通常、燃焼用空気の旋回強度を変える際、ベーンの角度を変動させるが、本発明によれば、ベーン部を通過する空気の軸方向流速を変えることで発生する旋回流速を変えることができる。
【００２１】
また、バーナの負荷に対し変動する燃焼用空気の供給量に対応し、適切な旋回流速を発生できる軸方向流速が存在する位置にベーンを設置することで、微粉炭火炎内に空気量の不足した還元炎を形成することで、ＮＯｘの発生量を少なくすることができる。
【００２２】
さらに本発明では、ベーンの案内羽根角度を固定とすることも可能である。この場合、角度可動のベーンが可動のためのすき間を有するため旋回効率が低下するのに対し、ベーンの案内羽根が固定のため、ベーン部のすき間をなくすことが可能となる。また、角度可動のベーンで旋回強度を強めようと角度を大きくすると、旋回効率は悪化するのに対し、本発明では旋回強度を強める際には、ベーン部を通過する空気流速が増すので、旋回効率は変わらない。このため、空気ノズルでの圧力損失は低減できる。
【００２３】
さらに本発明では、前記燃焼用空気流路内の外周側に流れ方向に緩やかに流路が変化するテーパ状の構造物，すなわちベンチュリ状の流路縮小部を設け、バーナカット時や油などによる助燃時にベーンを流路縮小部から遠ざけることで、空気ノズルの内周の空気流速を高めることができる。バーナカット時は微粉炭ボイラの運用上、停止バーナに供給する冷却用空気を少なくすることが望ましい。本発明では、ベンチュリにより空気ノズル内周の空気流速を高められるので、冷却用空気量を低減できる。
【００２４】
また、微粉炭焚きボイラにおいて、油による助燃を行う際に、煤の発生を防止するには、燃料と燃焼用空気のバーナノズル近傍での混合を促進させる必要がある。本発明によると燃焼用空気流路の外周側にベンチュリなどの障害物を設け、さらにベーンを離すことで、空気ノズル内周の空気流速を高められ、ノズル噴出後の燃料とのバーナノズル近傍での混合を促進させることができるのである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１にはその微粉炭燃焼バーナが断面で示されている。１０が微粉炭ノズルであり、１１が２次空気ノズル、１３が３次空気ノズルである。すなわち、本実施例のバーナは微粉炭と一次空気との混合流を噴出する微粉炭ノズルをバーナ中心に有する。さらに燃焼用空気の噴出口として微粉炭ノズルの外周に同心円状に２次空気を噴出する２次空気ノズルおよび３次空気を噴出する３次空気ノズルを有する。
【００２６】
また、この実施例では、微粉炭ノズルを貫通してオイルガンが設けられており、バーナ起動時あるいは低負荷燃焼時に助燃できるようにしている。微粉炭ノズルは上流側で微粉炭の搬送管（図示せず）に接続される。微粉炭ノズルの内部にはノズルの内径を狭める絞り部がある。絞り部を設け、一時的に流速を高めることで、微粉炭の逆火を防げる。２次空気と３次空気からなる燃焼用空気はブロア（図示せず）により風箱に導入され、旋回器により旋回流となりそれぞれ２次空気ノズルおよび３次空気ノズルより噴出される。
【００２７】
３次空気流路は、隔壁と火炉壁により構成された環状の流路である。２次空気流路は、微粉炭ノズルと隔壁により構成された環状の流路である。３次空気流路には旋回器として、径方向に空気を導入する際にレジスタ羽根と呼ばれる案内羽根により接線方向に流速を誘起し、旋回流を発生されるレジスタが用いられる。
【００２８】
本実施例では２次空気流路に案内羽根を固定したベーンを設け、流路の外周にはなだらかに流路断面積を変えるベンチュリ状の障害物を設ける。このときベーンは流れ方向（軸方向）に移動可能である。また、ベーンに設けた案内羽根の径方向の長さは流路の径方向長さに比べて短い。
【００２９】
保炎板は１次空気と２次空気の流れに対し障害物として存在するため保炎板の下流は負圧となり循環流が形成される。この循環流には高温の燃焼ガスが滞留し、そばを流れる微粉炭を着火する働きを持つ。さらに２次空気や３次空気を旋回流として噴出すると、遠心力により保炎板の下流の負圧はさらに高くなり、循環流は大きくなり、安定に存在する。また、２次空気や３次空気を旋回流として噴出することで、燃焼用空気と微粉炭とのバーナ近傍での混合が遅れる。このため、着火が促進され、燃焼用空気の消費が進み還元炎を迅速に形成し、ＮＯｘの生成量を抑制できる。
【００３０】
従来の方法では、２次空気に与える旋回流の強さは案内羽根の角度により変える。このとき、図２に示される案内羽根により誘起される旋回流速は理想的には案内羽根の角度と軸方向流速の大きさから決まる。
【００３１】
しかし、案内羽根の角度を変えられる従来方法では、案内羽根を動かすために内，外壁に接する部分は図２の（ｂ）に示されるようにベーンの案内羽根と流路のあいだにすき間をあける必要がある。旋回を加える際は案内羽根は空気の流れに対し障害となるため、このすき間を通過する空気は多くなる。特に強旋回流速を得ようとするとすき間部は大きくなり、この部分を流れる空気が多くなる。
【００３２】
また、角度がある値より大きいと案内羽根の下流側面に沿って生じる逆流が大きくなり、下流側の乱れが強まる。このため、強旋回の条件では旋回効率は落ち、また圧力損失も増加する。特に、バーナの負荷を下げ、燃焼用空気量を減らした場合、空気量に比例して軸流速が低下するため、強旋回流速を得ることは困難となることがある。
【００３３】
それに対し、図１に示す本発明の実施例では、ベーンを通過する空気の流速が高いため、効率良く旋回を与えられる。この図では、ベーンの位置を軸方向に移動し、流路に設けたベンチュリ状の障害物との距離を変更できる。ベーンを障害物に近づけると、障害物により流路は狭まるため、軸方向の流速は高まる。また、軸方向の流路の投影面積に占めるベーン部の面積は増し、ベーンを流れる空気の割合は増える。
【００３４】
このため、流路を流れる２次空気に加わる旋回力は強まる。特に、流路を狭めることで軸流速の高い部分を作るため、バーナ負荷が低く、燃焼用空気流量が低下する場合でも、この高流速部にベーンを設置することで、強い旋回流速を得られる。また、本実施例では旋回強度を変えるのに本実施例ではベーンの位置を軸方向に移動するため、機械的に構造が簡単である。このため、保守性や耐久性が高まる。
【００３５】
本実施例によると低負荷時でも燃焼用の２次空気に適切な旋回流速を発生できる。このため、微粉炭火炎内に空気量の不足した還元炎を形成することができる。また、２次空気の旋回により保炎板の下流に形成される循環流は大きくなる。この循環流内には、火炎でのＮＯｘの発生量を少なくすることができる。
【００３６】
さらに本実施例では、前記２次空気流路内の外周側にベンチュリ状の流路縮小部を設けている。このため、図３に示されるようにベーンを流路縮小部から遠ざけることで、２次空気に旋回を与えず、ベンチュリにより内周に空気を寄せることで、２次空気ノズルの内周の空気流速を高めることができる。
【００３７】
バーナカット時は微粉炭ボイラの運用上、停止バーナに供給する冷却用空気を少なくすることが望ましい。本実施例によると、ベンチュリにより２次空気ノズル内周の空気流速を高められる。このため、２次空気ノズル内周に設けた保炎板に２次空気を衝突できるので、効果的に冷却し、冷却用空気量を低減できる。
【００３８】
また、微粉炭焚きボイラにおいて、油による助燃を行う際に、煤の発生を防止するには、燃料と燃焼用空気のバーナノズル近傍での混合を促進させる必要がある。本発明によると燃焼用空気流路の外周側にベンチュリなどの障害物を設け、さらにベーンを離すことで、空気ノズル内周の空気流速を高められ、ノズル噴出後の燃料とのバーナノズル近傍での混合を促進させることができる。
【００３９】
本実施例では燃焼用空気を２次、３次と分割して供給する微粉炭バーナを適用例としているが、燃焼用空気を１つのノズルから噴出させるバーナや、燃焼用空気をさらに多段に分割して供給するバーナに適用することが可能である。
【００４０】
図４に本発明の他の実施例が示されている。この実施例では、２次空気流路にベーンを設け、流路の内周にはなだらかに流路断面積を変える紡錘体状の障害物を設ける。このときベーンは流路の外周に沿って設けられ、流れ方向（軸方向）に移動可能である。また、ベーンに設けた案内羽根の径方向の長さは流路の径方向長さに比べて短い。
【００４１】
本実施例においても図１に示す実施例と同様に、ベーンを通過する空気の流速は高いため効率良く旋回を与えられる。ベーンの位置は軸方向に移動し、流路に設けた紡錘体状の障害物との距離を変更できる。ベーンを障害物に近づけると、障害物により流路は狭まるため、軸方向の流速は高まる。また、軸方向の流路の投影面積に占めるベーン部の面積は増し、ベーンを流れる空気の割合は増える。このため、流路を流れる２次空気に加わる旋回力は強まる。
【００４２】
特に、流路を狭めることで軸流速の高い部分を作るため、バーナ負荷が低く、燃焼用空気流量が低下する場合でも、この高流速部にベーンを設置することで、強い旋回流速を得られる。
【００４３】
本実施例によると低負荷時でも燃焼用の２次空気に適切な旋回流速を発生できる。このため、微粉炭火炎内に空気量の不足した還元炎を形成することができる。また、２次空気の旋回により保炎板の下流に形成される循環流は大きくなる。この循環流内には、火炎でのＮＯｘの発生量を少なくすることができる。
【００４４】
図５は本発明のさらに他の実施例を示す微粉炭燃焼バーナの概略図である。本実施例では２次空気流路に案内羽根の流れ方向に対する角度を可変となるベーンを設け、流路の外周にはなだらかに流路断面積を変えるベンチュリ状の障害物を設ける。本実施例のように、角度可変のベーンを設けると、旋回流発生器において発生する旋回流の強度を変えるに際し、前記燃焼用空気流路内に設けた流路縮小部と旋回流発生器との距離を変え、旋回流発生器での軸方向の空気流速を変える方法の他に、前記旋回流発生器に設けた案内羽根の角度を変える方法を併用できる。
【００４５】
図６はさらに本発明の別の実施例を示す微粉炭燃焼バーナの概略図である。本実施例では２次空気流路にベーンを設け、流路の外周には流路断面積を変えるベンチュリ状の障害物を設ける。このときベーンと障害物は、流れ方向（軸方向）に移動可能である。
【００４６】
本実施例ではベーンの位置もしくは障害物の何れかを軸方向に移動することで障害物により流路は狭まるため、軸方向の流速は高まる。また、軸方向の流路の投影面積に占めるベーン部の面積は増し、ベーンを流れる空気の割合は増える。このため、流路を流れる２次空気に加わる旋回力は強まる。
【００４７】
さらに本実施例において、角度可変のベーンを設けると、旋回流発生器において発生する旋回流の強度を変えるに際し、前記燃焼用空気流路内に設けた流路縮小部と旋回流発生器との距離を変え、旋回流発生器での軸方向の空気流速を変える方法の他に、前記旋回流発生器に設けた案内羽根の角度を変える方法を併用できる。
【００４８】
図７は本発明の別の実施例を示す微粉炭燃焼バーナの概略図である。この実施例では２次空気流路にベーンを設け、ベーンの上流側にゲートを設け流路断面積を変えられる。本実施例ではゲートにより流路は狭まるため、軸方向の流速は高まる。また、軸方向の流路の投影面積に占めるベーン部の面積は増し、ベーンを流れる空気の割合は増える。このため、流路を流れる２次空気に加わる旋回力は強まる。
【００４９】
さらに本実施例において、角度可変のベーンを設けると、旋回流発生器において発生する旋回流の強度を変えるに際し、旋回流発生器での軸方向の空気流速を変える方法の他に、前記旋回流発生器に設けた案内羽根の角度を変える方法を併用できる。
【００５０】
図８は本発明の別の実施例を示す微粉炭燃焼バーナのベーン部の概略図である。本実施例では２次空気流路に設けたベーンの案内羽根のうち、いくつかの羽根につき他の羽根とは別個に角度を変えることで、ベーン部の流路を狭め、ベーン部の軸方向の流速を変えられる。軸方向の流速を高めると流路を流れる２次空気に加わる旋回力は強まる。
【００５１】
図９は本発明の別の実施例を示す微粉炭燃焼バーナの概略図である。本実施例では２次空気流路にベーンを設け、流路の外周には流路断面積を変えるベンチュリ状の障害物を設ける。このとき、ベーンは流れ方向（軸方向）に移動可能である。さらに、本実施例ではベーンの上流側に円筒型の仕切り板を設けている。
【００５２】
この実施例のように、ベーンの上流側で流路を分割することで、ベーンを流れる空気の割合を増減できる。図９のように上流側に向かって仕切り板をテーパ状に広げている場合、ベーン部を流れる流量は増して、流路全体での空気の旋回力は強くなる。
【００５３】
図１０は本発明の別の実施例を示す微粉炭燃焼バーナの概略図である。本実施例では２次空気流路にベーンを設け、ベーンに設けた案内羽根は流れ方向（軸方向）に対する角度を変更可能である。さらに、ベーンの下流では流路を拡大する構造となる。
【００５４】
本実施例のように、ベーンの下流側で流路を拡大すると、ベーン部では軸流速が高いため、案内羽根により誘起される旋回流速も高まる。また、下流側で流路を拡大することで、軸流速は低下する。軸流速が低下するため、旋回力を示す指標である空気の旋回方向と軸方向の運動量の比であるスワール数は高まる。また、遠心力により流路外周により多くの空気が流れる。このため、ノズルから噴出する空気は外周ほど多くなり、バーナノズル近傍での燃料との混合は遅れる。このため、バーナノズルの近傍では空気量の少ない還元炎が形成され、ＮＯｘの排出量を低減することができるのである。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、低負荷燃焼時であっても空気に与える旋回力を維持し、微粉炭火炎内に空気量の不足した還元炎を形成することができ、ＮＯｘや未燃分の排出量を抑制することができるこの種の微粉炭燃焼バーナを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の微粉炭燃焼バーナの一実施例を示す縦断側面図である。
【図２】旋回流発生装置の要部部を示す斜視図である。
【図３】本発明の微粉炭燃焼バーナの他の実施例を示す縦断側面図である。
【図４】本発明の微粉炭燃焼バーナの他の実施例を示す縦断側面図である。
【図５】本発明の微粉炭燃焼バーナの他の実施例を示す縦断側面図である。
【図６】本発明の微粉炭燃焼バーナの他の実施例を示す縦断側面図である。
【図７】本発明の微粉炭燃焼バーナの他の実施例を示す縦断側面図である。
【図８】本発明の微粉炭燃焼バーナの旋回流発生部の要部を示す断面図である。
【図９】本発明の微粉炭燃焼バーナの他の実施例を示す縦断側面図である。
【図１０】本発明の微粉炭燃焼バーナの他の実施例を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１０…微粉炭ノズル、１１…２次空気ノズル、１２…３次空気ノズル、１３…１次空気と微粉炭の混合気、１４…２次空気、１５…３次空気、１６…オイルガン、１７…ベンチュリ、１８…１次スロート、１９…保炎板、２０…２次スロート。
【発明の属する技術分野】
本発明は微粉炭燃焼バーナおよびその燃焼方法の改良に係わり、特に窒素酸化物（以下ＮＯｘと記す）濃度を低減するに好適な微粉炭燃焼バーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼においては、燃焼時に発生する窒素酸化物（以下ＮＯｘと記す）の抑制が課題となる。特に、石炭は気体燃料や液体燃料に比べて窒素含有量が多い。このため、微粉炭の燃焼時に発生するＮＯｘは、気体燃料や液体燃料の燃焼時に発生するＮＯｘより多く、このＮＯｘを減らすことが求められる。
【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いわゆるフーエルＮＯｘである。このＮＯｘを減らすために、従来よりバーナの構造や燃焼方法が検討されてきた。ＮＯｘを抑制する方法の１つとして、火炎内に酸素濃度が高く、空気比が１以上の酸化炎領域と、酸素濃度が低く、空気比が１以下の還元炎領域を形成するいわゆる火炎内二段燃焼方法がある。
【０００４】
石炭中の窒素分は燃焼初期の熱分解反応時にシアン化水素（以下ＨＣＮと記す）やアンモニア（以下ＮＨ３と記す）として気相中に放出される。これらの窒素化合物は酸化されてＮＯｘになる一方で、酸素濃度に低い条件ではＮＯｘを還元する効果を持つ。火炎内二段燃焼方法はこの窒素化合物によるＮＯｘの還元反応を利用したものである。
【０００５】
燃焼のような高温条件下では、この窒素化合物によるＮＯｘの還元反応は雰囲気が低酸素濃度になるほど進行しやすい。したがって、微粉炭燃焼において発生するＮＯｘを低減するには、低酸素濃度の雰囲気の形成が課題となる。また、石炭を完全燃焼させるため、火炎の下流側で酸素濃度の高い領域を設ける必要がある。
【０００６】
火炎内にこのような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として、例えば特開昭６０−２２６６０９号公報、特開昭６１−２２１０５号公報、特開昭６１−２８０３０２号公報、および特開平１−５７００４号公報等がある。これらに開示されている燃焼バーナは、微粉炭を気流搬送する燃料ノズルを中心とし、その外周に燃焼用空気を旋回流で噴出させる空気ノズルを備えた構成をなしている。
【０００７】
このように形成されている燃焼器バーナでは、燃焼用の空気を２次空気ノズルおよび３次空気ノズルと分割して供給することにより、火炎内の酸素濃度を調節することができる。また、燃焼用の空気を旋回流として供給することにより、燃焼用の空気は旋回の中心部を流れる微粉炭との混合が遅れる。このため、バーナ近傍では空気量の不足した燃料過剰状態となり、還元炎が形成される。また、旋回流により旋回の中心近くは負圧となるため、火炎の下流側では燃焼用の空気は旋回の中心に向かって流れる。このため、火炎の下流側では燃焼用の空気と微粉炭が迅速に混合し、酸化炎が形成され火炎の長炎化や燃焼率の低下が防げる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の燃焼器バーナは、燃焼用空気を旋回流として供給することで、ＮＯｘの抑制と燃焼率の向上を図るものである。この燃焼用空気に旋回を与える方法として、通常２つの方法が考えられる。一つは空気を径方向に導入し、旋回に対し接線方向に傾けた案内羽根により旋回力を与える旋回流発生器（レジスタ）を用いる方法である。もう一つは、空気を軸方向に導入し、軸方向に対し傾けて取り付けた案内羽根により旋回力を与える旋回流発生器（ベーン）を用いる方法である。どちらも案内羽根を可動にすることで任意に旋回力を変えることができる。レジスタ方式は旋回流を発生させる効率（旋回効率）がベーン方式より一般に高いが、設置体積は大きくなる傾向がある。
【０００９】
このため、流路の狭い場合はベーン方式が用いられる。しかし、ベーン方式では案内羽根の角度を大きくすると旋回効率が悪い。特に、案内羽根を流れる空気流速が低い場合には強い旋回を与えることは困難となる。
【００１０】
また、微粉炭ボイラにおいて、負荷を変動させる場合、微粉炭バーナに供給する微粉炭と空気の量を変化させ、微粉炭バーンの運用範囲を低負荷に広げる方法とバーナを停止させる方法がある。このうち微粉炭バーナの運用範囲を広げる方法は迅速に負荷を変えられる。
【００１１】
しかし、微粉炭バーナにおいては、微粉炭粒子の堆積防止のため微粉炭搬送管内を流れる微粉炭粒子の流速をある一定流速以下にさげることはできない。このため、微粉炭バーナの運用範囲を低負荷まで広げる方法では、空気の流量を低下させる際、ある程度の負荷以下では微粉炭搬送空気の流量を一定にし、空気ノズルに供給する空気の流量を減少させることで対応しなくてはならない。
【００１２】
空気ノズルに供給する空気の流量が減少すると、空気に与える旋回力が弱まる。このため、空気はバーナ近傍で微粉炭と混ざることになり、微粉炭火炎内に空気量の不足した還元炎が形成されにくくなる。したがってこの状態では微粉炭火炎内で生成されるＮＯｘ量が多くなる恐れがある。
【００１３】
本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的とするところは、低負荷燃焼時であっても空気に与える旋回力を維持し、微粉炭火炎内に空気量の不足した還元炎を形成することで、ＮＯｘや未燃分の排出量を抑制することができるこの種の微粉炭燃焼バーナを提供することにある。またもう一つの目的は、以下の何れかの要件を満たす微粉炭バーナの燃焼方法を提供することにある。すなわち、（１）低負荷燃焼時に空気に与える旋回力を維持し、微粉炭火炎内に空気量の不足した還元炎を形成すること、（２）油による助燃時に燃焼用空気と燃料との混合を促進すること、（３）バーナカット時に目的部の冷却を促進し、冷却用空気流量を減少することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、微粉炭とその搬送用空気との混合物を噴出する微粉炭ノズルと、この微粉炭ノズルの外周に配置された燃焼用空気ノズルと、この燃焼用空気ノズルの内部に設けられ、流通する空気に旋回を与える旋回流発生器とを備え、前記燃焼用空気ノズルから噴射される空気に旋回が与られ燃焼するように形成されている微粉炭燃焼バーナにおいて、前記燃焼用空気ノズルの空気流路内部に、空気ノズルの出口部流路断面積よりも小さい流路断面積となる部分を設けるとともに、この小さい断面積の流路部分若しくはその上流側近傍流路部分に、前記旋回流発生器を設けるようにし所期の目的を達成するようにしたものである。
【００１５】
またこの場合、前記旋回流発生器を周方向に並設された案内羽根群にて形成するとともに、この案内羽根群を前記燃焼用空気の流れ方向に移動可能に形成するようにしたものである。また、燃焼用空気に旋回を与える前記旋回流発生器を、その旋回流強度の変更が可能なように形成するとともに、その強度の変更を、前記燃焼用空気の流れ方向への流路の投影面積に対する旋回流発生器の占める投影面積との比を変えるか、又は前記小さい流路断面積となる部分と前記旋回流発生器との距離を変える若しくは前記旋回流発生器を案内羽根にて形成し、かつ案内羽根の角度を変えるのいずれか若しくはこれらの組合せとしたものである。
【００１６】
また、前記小さい断面積の流路部分を形成するに際し、空気流路の外周もしくは内周部に流れ方向に緩やかに流路が変化するテーパ状の構造物を設ける又は流路の外周もしくは内周部から挿入される仕切り板（ゲート）を前記旋回流発生器の上流部に設ける或いは前記旋回流発生器を案内羽根にて形成し、かつ案内羽根の内いづれかの羽根を他の羽根とは別個の角度とするのいずれか若しくはこれらの組合せとしたものである。
【００１７】
また、前記燃焼用空気流路内に設けられた案内羽根の燃焼用空気の流れ方向への投影面積を、前記燃焼用空気流路の小さい断面積の流路部分での投影面積より小さく形成するようにしたものである。また、前記燃焼用空気流路内に設けられた案内羽根の上流側に円筒型の仕切り板を設けるようにしたものである。
【００１８】
また、微粉炭とその搬送用空気との混合物を噴出する微粉炭ノズルと、この微粉炭ノズルの外周に配置された燃焼用空気ノズルと、この燃焼用空気ノズルの内部に設けられ、流通する空気に旋回を与える旋回流発生器とを備え、前記燃焼用空気ノズルから噴射される空気に旋回を与えつつ噴出させ燃焼するようにした微粉炭燃焼バーナの燃焼方法において、前記燃焼用空気ノズルの空気流路内部に、空気ノズルの出口部流路断面積よりも小さい流路断面積となる部分を設けるとともに、この小さい断面積の流路部分若しくはその上流側近傍流路部分に、前記旋回流発生器を空気の流通方向に移動可能に設け、かつ前記微粉炭バーナを低負荷で運用する際、前記燃焼用空気の流れ方向への流路の投影面積に対する旋回流発生器の占める投影面積との比を大きくするか若しくは前記燃焼用空気流路内に設けた流路縮小部と旋回流発生器との距離を小さくし燃焼するようにしたものである。
【００１９】
また、微粉炭とその搬送用空気との混合物を噴出する微粉炭ノズルと、この微粉炭ノズルの外周に配置された燃焼用空気ノズルと、この燃焼用空気ノズルの内部に設けられ、流通する空気に旋回を与える旋回流発生器とを備え、前記燃焼用空気ノズルから噴射される空気に旋回を与えつつ噴出させ燃焼するようにした微粉炭燃焼バーナの燃焼方法において、前記燃焼用空気ノズルの空気流路内部に、空気ノズルの出口部流路断面積よりも小さい流路断面積となる部分を設けるとともに、この小さい断面積の流路部分若しくはその上流側近傍流路部分に、前記旋回流発生器を空気の流通方向に移動可能に設け、かつ前記微粉炭バーナを油で助燃する際、前記燃焼用空気の流れ方向への流路の投影面積に対する旋回流発生器の占める投影面積との比を小さくするか若しくは前記燃焼用空気流路内に設けた流路縮小部と旋回流発生器との距離を大きくし燃焼するようにしたものである。
【００２０】
すなわちこのように形成された微粉炭燃焼バーナおよび微粉炭燃焼バーナの燃焼方法であると、流路内にノズルの出口部流路断面積よりも小さい流路断面積となる部分，すなわち流路縮小部を設けることで空気の軸方向流速を変えられる。旋回流発生器としてベーンを流路内に設け、ベーンの設置位置を流路断面積に対し変えることでベーン部を通過する空気の軸方向流速を変えることができる。通常、燃焼用空気の旋回強度を変える際、ベーンの角度を変動させるが、本発明によれば、ベーン部を通過する空気の軸方向流速を変えることで発生する旋回流速を変えることができる。
【００２１】
また、バーナの負荷に対し変動する燃焼用空気の供給量に対応し、適切な旋回流速を発生できる軸方向流速が存在する位置にベーンを設置することで、微粉炭火炎内に空気量の不足した還元炎を形成することで、ＮＯｘの発生量を少なくすることができる。
【００２２】
さらに本発明では、ベーンの案内羽根角度を固定とすることも可能である。この場合、角度可動のベーンが可動のためのすき間を有するため旋回効率が低下するのに対し、ベーンの案内羽根が固定のため、ベーン部のすき間をなくすことが可能となる。また、角度可動のベーンで旋回強度を強めようと角度を大きくすると、旋回効率は悪化するのに対し、本発明では旋回強度を強める際には、ベーン部を通過する空気流速が増すので、旋回効率は変わらない。このため、空気ノズルでの圧力損失は低減できる。
【００２３】
さらに本発明では、前記燃焼用空気流路内の外周側に流れ方向に緩やかに流路が変化するテーパ状の構造物，すなわちベンチュリ状の流路縮小部を設け、バーナカット時や油などによる助燃時にベーンを流路縮小部から遠ざけることで、空気ノズルの内周の空気流速を高めることができる。バーナカット時は微粉炭ボイラの運用上、停止バーナに供給する冷却用空気を少なくすることが望ましい。本発明では、ベンチュリにより空気ノズル内周の空気流速を高められるので、冷却用空気量を低減できる。
【００２４】
また、微粉炭焚きボイラにおいて、油による助燃を行う際に、煤の発生を防止するには、燃料と燃焼用空気のバーナノズル近傍での混合を促進させる必要がある。本発明によると燃焼用空気流路の外周側にベンチュリなどの障害物を設け、さらにベーンを離すことで、空気ノズル内周の空気流速を高められ、ノズル噴出後の燃料とのバーナノズル近傍での混合を促進させることができるのである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１にはその微粉炭燃焼バーナが断面で示されている。１０が微粉炭ノズルであり、１１が２次空気ノズル、１３が３次空気ノズルである。すなわち、本実施例のバーナは微粉炭と一次空気との混合流を噴出する微粉炭ノズルをバーナ中心に有する。さらに燃焼用空気の噴出口として微粉炭ノズルの外周に同心円状に２次空気を噴出する２次空気ノズルおよび３次空気を噴出する３次空気ノズルを有する。
【００２６】
また、この実施例では、微粉炭ノズルを貫通してオイルガンが設けられており、バーナ起動時あるいは低負荷燃焼時に助燃できるようにしている。微粉炭ノズルは上流側で微粉炭の搬送管（図示せず）に接続される。微粉炭ノズルの内部にはノズルの内径を狭める絞り部がある。絞り部を設け、一時的に流速を高めることで、微粉炭の逆火を防げる。２次空気と３次空気からなる燃焼用空気はブロア（図示せず）により風箱に導入され、旋回器により旋回流となりそれぞれ２次空気ノズルおよび３次空気ノズルより噴出される。
【００２７】
３次空気流路は、隔壁と火炉壁により構成された環状の流路である。２次空気流路は、微粉炭ノズルと隔壁により構成された環状の流路である。３次空気流路には旋回器として、径方向に空気を導入する際にレジスタ羽根と呼ばれる案内羽根により接線方向に流速を誘起し、旋回流を発生されるレジスタが用いられる。
【００２８】
本実施例では２次空気流路に案内羽根を固定したベーンを設け、流路の外周にはなだらかに流路断面積を変えるベンチュリ状の障害物を設ける。このときベーンは流れ方向（軸方向）に移動可能である。また、ベーンに設けた案内羽根の径方向の長さは流路の径方向長さに比べて短い。
【００２９】
保炎板は１次空気と２次空気の流れに対し障害物として存在するため保炎板の下流は負圧となり循環流が形成される。この循環流には高温の燃焼ガスが滞留し、そばを流れる微粉炭を着火する働きを持つ。さらに２次空気や３次空気を旋回流として噴出すると、遠心力により保炎板の下流の負圧はさらに高くなり、循環流は大きくなり、安定に存在する。また、２次空気や３次空気を旋回流として噴出することで、燃焼用空気と微粉炭とのバーナ近傍での混合が遅れる。このため、着火が促進され、燃焼用空気の消費が進み還元炎を迅速に形成し、ＮＯｘの生成量を抑制できる。
【００３０】
従来の方法では、２次空気に与える旋回流の強さは案内羽根の角度により変える。このとき、図２に示される案内羽根により誘起される旋回流速は理想的には案内羽根の角度と軸方向流速の大きさから決まる。
【００３１】
しかし、案内羽根の角度を変えられる従来方法では、案内羽根を動かすために内，外壁に接する部分は図２の（ｂ）に示されるようにベーンの案内羽根と流路のあいだにすき間をあける必要がある。旋回を加える際は案内羽根は空気の流れに対し障害となるため、このすき間を通過する空気は多くなる。特に強旋回流速を得ようとするとすき間部は大きくなり、この部分を流れる空気が多くなる。
【００３２】
また、角度がある値より大きいと案内羽根の下流側面に沿って生じる逆流が大きくなり、下流側の乱れが強まる。このため、強旋回の条件では旋回効率は落ち、また圧力損失も増加する。特に、バーナの負荷を下げ、燃焼用空気量を減らした場合、空気量に比例して軸流速が低下するため、強旋回流速を得ることは困難となることがある。
【００３３】
それに対し、図１に示す本発明の実施例では、ベーンを通過する空気の流速が高いため、効率良く旋回を与えられる。この図では、ベーンの位置を軸方向に移動し、流路に設けたベンチュリ状の障害物との距離を変更できる。ベーンを障害物に近づけると、障害物により流路は狭まるため、軸方向の流速は高まる。また、軸方向の流路の投影面積に占めるベーン部の面積は増し、ベーンを流れる空気の割合は増える。
【００３４】
このため、流路を流れる２次空気に加わる旋回力は強まる。特に、流路を狭めることで軸流速の高い部分を作るため、バーナ負荷が低く、燃焼用空気流量が低下する場合でも、この高流速部にベーンを設置することで、強い旋回流速を得られる。また、本実施例では旋回強度を変えるのに本実施例ではベーンの位置を軸方向に移動するため、機械的に構造が簡単である。このため、保守性や耐久性が高まる。
【００３５】
本実施例によると低負荷時でも燃焼用の２次空気に適切な旋回流速を発生できる。このため、微粉炭火炎内に空気量の不足した還元炎を形成することができる。また、２次空気の旋回により保炎板の下流に形成される循環流は大きくなる。この循環流内には、火炎でのＮＯｘの発生量を少なくすることができる。
【００３６】
さらに本実施例では、前記２次空気流路内の外周側にベンチュリ状の流路縮小部を設けている。このため、図３に示されるようにベーンを流路縮小部から遠ざけることで、２次空気に旋回を与えず、ベンチュリにより内周に空気を寄せることで、２次空気ノズルの内周の空気流速を高めることができる。
【００３７】
バーナカット時は微粉炭ボイラの運用上、停止バーナに供給する冷却用空気を少なくすることが望ましい。本実施例によると、ベンチュリにより２次空気ノズル内周の空気流速を高められる。このため、２次空気ノズル内周に設けた保炎板に２次空気を衝突できるので、効果的に冷却し、冷却用空気量を低減できる。
【００３８】
また、微粉炭焚きボイラにおいて、油による助燃を行う際に、煤の発生を防止するには、燃料と燃焼用空気のバーナノズル近傍での混合を促進させる必要がある。本発明によると燃焼用空気流路の外周側にベンチュリなどの障害物を設け、さらにベーンを離すことで、空気ノズル内周の空気流速を高められ、ノズル噴出後の燃料とのバーナノズル近傍での混合を促進させることができる。
【００３９】
本実施例では燃焼用空気を２次、３次と分割して供給する微粉炭バーナを適用例としているが、燃焼用空気を１つのノズルから噴出させるバーナや、燃焼用空気をさらに多段に分割して供給するバーナに適用することが可能である。
【００４０】
図４に本発明の他の実施例が示されている。この実施例では、２次空気流路にベーンを設け、流路の内周にはなだらかに流路断面積を変える紡錘体状の障害物を設ける。このときベーンは流路の外周に沿って設けられ、流れ方向（軸方向）に移動可能である。また、ベーンに設けた案内羽根の径方向の長さは流路の径方向長さに比べて短い。
【００４１】
本実施例においても図１に示す実施例と同様に、ベーンを通過する空気の流速は高いため効率良く旋回を与えられる。ベーンの位置は軸方向に移動し、流路に設けた紡錘体状の障害物との距離を変更できる。ベーンを障害物に近づけると、障害物により流路は狭まるため、軸方向の流速は高まる。また、軸方向の流路の投影面積に占めるベーン部の面積は増し、ベーンを流れる空気の割合は増える。このため、流路を流れる２次空気に加わる旋回力は強まる。
【００４２】
特に、流路を狭めることで軸流速の高い部分を作るため、バーナ負荷が低く、燃焼用空気流量が低下する場合でも、この高流速部にベーンを設置することで、強い旋回流速を得られる。
【００４３】
本実施例によると低負荷時でも燃焼用の２次空気に適切な旋回流速を発生できる。このため、微粉炭火炎内に空気量の不足した還元炎を形成することができる。また、２次空気の旋回により保炎板の下流に形成される循環流は大きくなる。この循環流内には、火炎でのＮＯｘの発生量を少なくすることができる。
【００４４】
図５は本発明のさらに他の実施例を示す微粉炭燃焼バーナの概略図である。本実施例では２次空気流路に案内羽根の流れ方向に対する角度を可変となるベーンを設け、流路の外周にはなだらかに流路断面積を変えるベンチュリ状の障害物を設ける。本実施例のように、角度可変のベーンを設けると、旋回流発生器において発生する旋回流の強度を変えるに際し、前記燃焼用空気流路内に設けた流路縮小部と旋回流発生器との距離を変え、旋回流発生器での軸方向の空気流速を変える方法の他に、前記旋回流発生器に設けた案内羽根の角度を変える方法を併用できる。
【００４５】
図６はさらに本発明の別の実施例を示す微粉炭燃焼バーナの概略図である。本実施例では２次空気流路にベーンを設け、流路の外周には流路断面積を変えるベンチュリ状の障害物を設ける。このときベーンと障害物は、流れ方向（軸方向）に移動可能である。
【００４６】
本実施例ではベーンの位置もしくは障害物の何れかを軸方向に移動することで障害物により流路は狭まるため、軸方向の流速は高まる。また、軸方向の流路の投影面積に占めるベーン部の面積は増し、ベーンを流れる空気の割合は増える。このため、流路を流れる２次空気に加わる旋回力は強まる。
【００４７】
さらに本実施例において、角度可変のベーンを設けると、旋回流発生器において発生する旋回流の強度を変えるに際し、前記燃焼用空気流路内に設けた流路縮小部と旋回流発生器との距離を変え、旋回流発生器での軸方向の空気流速を変える方法の他に、前記旋回流発生器に設けた案内羽根の角度を変える方法を併用できる。
【００４８】
図７は本発明の別の実施例を示す微粉炭燃焼バーナの概略図である。この実施例では２次空気流路にベーンを設け、ベーンの上流側にゲートを設け流路断面積を変えられる。本実施例ではゲートにより流路は狭まるため、軸方向の流速は高まる。また、軸方向の流路の投影面積に占めるベーン部の面積は増し、ベーンを流れる空気の割合は増える。このため、流路を流れる２次空気に加わる旋回力は強まる。
【００４９】
さらに本実施例において、角度可変のベーンを設けると、旋回流発生器において発生する旋回流の強度を変えるに際し、旋回流発生器での軸方向の空気流速を変える方法の他に、前記旋回流発生器に設けた案内羽根の角度を変える方法を併用できる。
【００５０】
図８は本発明の別の実施例を示す微粉炭燃焼バーナのベーン部の概略図である。本実施例では２次空気流路に設けたベーンの案内羽根のうち、いくつかの羽根につき他の羽根とは別個に角度を変えることで、ベーン部の流路を狭め、ベーン部の軸方向の流速を変えられる。軸方向の流速を高めると流路を流れる２次空気に加わる旋回力は強まる。
【００５１】
図９は本発明の別の実施例を示す微粉炭燃焼バーナの概略図である。本実施例では２次空気流路にベーンを設け、流路の外周には流路断面積を変えるベンチュリ状の障害物を設ける。このとき、ベーンは流れ方向（軸方向）に移動可能である。さらに、本実施例ではベーンの上流側に円筒型の仕切り板を設けている。
【００５２】
この実施例のように、ベーンの上流側で流路を分割することで、ベーンを流れる空気の割合を増減できる。図９のように上流側に向かって仕切り板をテーパ状に広げている場合、ベーン部を流れる流量は増して、流路全体での空気の旋回力は強くなる。
【００５３】
図１０は本発明の別の実施例を示す微粉炭燃焼バーナの概略図である。本実施例では２次空気流路にベーンを設け、ベーンに設けた案内羽根は流れ方向（軸方向）に対する角度を変更可能である。さらに、ベーンの下流では流路を拡大する構造となる。
【００５４】
本実施例のように、ベーンの下流側で流路を拡大すると、ベーン部では軸流速が高いため、案内羽根により誘起される旋回流速も高まる。また、下流側で流路を拡大することで、軸流速は低下する。軸流速が低下するため、旋回力を示す指標である空気の旋回方向と軸方向の運動量の比であるスワール数は高まる。また、遠心力により流路外周により多くの空気が流れる。このため、ノズルから噴出する空気は外周ほど多くなり、バーナノズル近傍での燃料との混合は遅れる。このため、バーナノズルの近傍では空気量の少ない還元炎が形成され、ＮＯｘの排出量を低減することができるのである。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、低負荷燃焼時であっても空気に与える旋回力を維持し、微粉炭火炎内に空気量の不足した還元炎を形成することができ、ＮＯｘや未燃分の排出量を抑制することができるこの種の微粉炭燃焼バーナを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の微粉炭燃焼バーナの一実施例を示す縦断側面図である。
【図２】旋回流発生装置の要部部を示す斜視図である。
【図３】本発明の微粉炭燃焼バーナの他の実施例を示す縦断側面図である。
【図４】本発明の微粉炭燃焼バーナの他の実施例を示す縦断側面図である。
【図５】本発明の微粉炭燃焼バーナの他の実施例を示す縦断側面図である。
【図６】本発明の微粉炭燃焼バーナの他の実施例を示す縦断側面図である。
【図７】本発明の微粉炭燃焼バーナの他の実施例を示す縦断側面図である。
【図８】本発明の微粉炭燃焼バーナの旋回流発生部の要部を示す断面図である。
【図９】本発明の微粉炭燃焼バーナの他の実施例を示す縦断側面図である。
【図１０】本発明の微粉炭燃焼バーナの他の実施例を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１０…微粉炭ノズル、１１…２次空気ノズル、１２…３次空気ノズル、１３…１次空気と微粉炭の混合気、１４…２次空気、１５…３次空気、１６…オイルガン、１７…ベンチュリ、１８…１次スロート、１９…保炎板、２０…２次スロート。
Claims (8)
- 微粉炭とその搬送用空気との混合物を噴出する微粉炭ノズルと、この微粉炭ノズルの外周に配置された燃焼用空気ノズルと、この燃焼用空気ノズルの内部に設けられ、流通する空気に旋回を与える旋回流発生器とを備え、前記空気ノズルから噴射される空気に旋回が与られる微粉炭燃焼バーナにおいて、
前記燃焼用空気ノズルの空気流路内部に、空気ノズルの出口部流路断面積よりも小さい流路断面積となる部分を設けるとともに、この小さい断面積の流路部分若しくはその上流側近傍流路部分に、前記旋回流発生器を設けるようにしたことを特徴とする微粉炭燃焼バーナ。 - 前記旋回流発生器を周方向に並設された案内羽根群にて形成するとともに、この案内羽根群が前記燃焼用空気の流れ方向に移動可能に形成されてなる請求項１記載の微粉炭燃焼バーナ。
- 燃焼用空気に旋回を与える前記旋回流発生器を、その旋回流強度の変更が可能なように形成するとともに、その強度の変更を、前記燃焼用空気の流れ方向への流路の投影面積に対する旋回流発生器の占める投影面積との比を変える又は前記小さい流路断面積となる部分と前記旋回流発生器との距離を変える若しくは前記旋回流発生器を案内羽根にて形成し、かつ案内羽根の角度を変えるのいずれか若しくはこれらの組合せである請求項１記載の微粉炭燃焼バーナ。
- 前記小さい断面積の流路部分を形成するに際し、空気流路の外周もしくは内周部に流れ方向に緩やかに流路が変化するテーパ状の構造物を設ける又は流路の外周もしくは内周部から挿入される仕切り板（ゲート）を前記旋回流発生器の上流部に設ける或いは前記旋回流発生器を案内羽根にて形成し、かつ案内羽根の内いづれかの羽根を他の羽根とは別個の角度とするのいずれか若しくはこれらの組合せである請求項１記載の微粉炭燃焼バーナ。
- 前記燃焼用空気流路内に設けられた案内羽根の燃焼用空気の流れ方向への投影面積が、前記燃焼用空気流路の小さい断面積の流路部分での投影面積より小さく形成されてなる請求項２，３又は４記載の微粉炭燃焼バーナ。
- 前記燃焼用空気流路内に設けられた案内羽根の上流側に円筒型の仕切り板を設けてなる請求項２，３又は４記載の微粉炭燃焼バーナ。
- 微粉炭とその搬送用空気との混合物を噴出する微粉炭ノズルと、この微粉炭ノズルの外周に配置された燃焼用空気ノズルと、この燃焼用空気ノズルの内部に設けられ、流通する空気に旋回を与える旋回流発生器とを備え、前記燃焼用空気ノズルから噴射される空気に旋回を与えつつ噴出させ燃焼するようにした微粉炭燃焼バーナの燃焼方法において、
前記燃焼用空気ノズルの空気流路内部に、空気ノズルの出口部流路断面積よりも小さい流路断面積となる部分を設けるとともに、この小さい断面積の流路部分若しくはその上流側近傍流路部分に、前記旋回流発生器を空気の流通方向に移動可能に設け、かつ前記微粉炭バーナを低負荷で運用する際、前記燃焼用空気の流れ方向への流路の投影面積に対する旋回流発生器の占める投影面積との比を大きくするか若しくは前記燃焼用空気流路内に設けた流路縮小部と旋回流発生器との距離を小さくし燃焼するようにしたことを特徴とする微粉炭燃焼バーナの燃焼方法。 - 微粉炭とその搬送用空気との混合物を噴出する微粉炭ノズルと、この微粉炭ノズルの外周に配置され、かつこの微粉炭ノズルと同心円状に形成された燃焼用空気ノズルと、この燃焼用空気ノズルの内部に設けられ、流通する空気に旋回を与える旋回流発生器とを備え、前記燃焼用空気ノズルから噴射される空気に旋回を与えつつ噴出させ燃焼するようにした微粉炭燃焼バーナの燃焼方法において、
前記燃焼用空気ノズルの空気流路内部に、空気ノズルの出口部流路断面積よりも小さい流路断面積となる部分を設けるとともに、この小さい断面積の流路部分若しくはその上流側近傍流路部分に、前記旋回流発生器を空気の流通方向に移動可能に設け、かつ前記微粉炭バーナを油で助燃する際、前記燃焼用空気の流れ方向への流路の投影面積に対する旋回流発生器の占める投影面積との比を小さくするか若しくは前記燃焼用空気流路内に設けた流路縮小部と旋回流発生器との距離を大きくし燃焼するようにしたことを特徴とする微粉炭燃焼バーナの燃焼方法。
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