JP6879771B2 - 燃焼バーナ及びこれを備えたボイラ - Google Patents

Description

本発明は、発電用または工場用などのために蒸気を生成するためのボイラに適用される燃焼バーナ及びこれを備えたボイラに関するものである。

従来、微粉炭及び一次空気を炉内へ投入する燃料バーナと、燃料バーナの外周から２次空気を噴射する燃料バーナ用２次ポートとを備える固体燃料焚きバーナが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の固体燃料焚きバーナは、燃料バーナ用２次ポートの上下に配置された一対の２次空気投入ポートを備えている。

特許文献１の固体燃料焚きバーナでは、燃料バーナ用２次ポートの上下から２次空気が供給される。そのため、燃料バーナにより形成される火炎の上方および下方は、燃料に対する空気量が比較的多い領域となる。
一方、特許文献１の固体燃料焚きバーナは、燃料バーナ用２次ポートの左右に２次空気投入ポートを備えていない。そのため、燃料バーナにより形成される火炎の右方および左方は、燃料に対する空気量が比較的少ない領域となる。

特開２０１５−２００５００号公報

特許文献１の固体燃料焚きバーナでは、燃料バーナにより形成される火炎の右方および左方が燃料に対する空気量が比較的少ない還元雰囲気の領域となった場合、隣接する火炉壁に腐食が生じやすいという問題がある。これは、還元雰囲気の領域において、微粉炭中の硫黄分（Ｓ分）が硫化水素（Ｈ_２Ｓ）へ転換して火炉壁へ接触するからである。

また、特許文献１の固体燃料焚きバーナを備えるボイラは、固体燃料焚きバーナが４箇所のコーナー部に配置される旋回燃焼方式を採用している。そのため、旋回方向の上流側の固体燃料焚きバーナの火炎が下流側の固体燃料焚きバーナの火炎に干渉し、燃焼が阻害されて燃焼特性が悪化してしまう可能性がある。

また、特許文献１の固体燃料焚きバーナにおいて、燃料バーナ用２次ポートへ供給する２次空気の流量を増加させると硫化水素の発生を抑制することができる。しかしながら、２次空気の流量の増加に伴って燃料バーナ用２次ポートからから火炉へ投入される２次空気の流速が増加すると、燃料バーナから投入される微粉炭及び一次空気の混合流の流速と２次空気との流速差が増大する。この流速差の増大に伴って２次空気と混合気とが接触する際に渦が発生し、混合流の外周側の高酸素領域で着火ないし保炎が行われると、ＮＯｘの発生量が増大してしまう。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、硫化水素の発生による火炉壁の腐食および隣接する他の燃焼バーナの火炎による干渉を抑制しつつＮＯｘ発生量を低減可能な燃焼バーナ及びこれを備えたボイラを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の燃焼バーナは、軸線に沿って筒状に延びるとともに炭素含有固体燃料を粉砕した燃料と１次空気とを混合した燃料ガスを火炉へ供給する燃料ガス流路を形成する燃料ノズルと、前記軸線に沿って筒状に延びるとともに前記燃料ノズルの外側から前記火炉へ２次空気を供給する２次空気流路を形成する２次空気ノズルと、前記２次空気ノズルの上方および下方に配置され、前記火炉へ２次空気を供給する一対の２次空気供給ポートと、前記燃料ガス流路の右方および左方に位置する前記２次空気流路を前記燃料ガス流路に隣接した内側流路と該内側流路の外側に配置される外側流路に分割し、前記内側流路を流通する２次空気の流速が前記外側流路を流通する２次空気の流速よりも低くなるように調整して前記２次空気流路を流通する２次空気と前記燃料ガス流路を流通する燃料ガスとの流速差を減少させる一対の調整機構と、を備える。

本発明の燃焼バーナによれば、燃料ガス流路の右方および左方に位置する２次空気流路が燃料ガス流路に隣接した内側流路とその外側に配置される外側流路に分割され、内側流路を流通する２次空気の流速が外側流路を流通する２次空気の流速よりも低くなるように調整される。内側流路を流通する２次空気の流速が外側流路を流通する２次空気の流速よりも低いため、内側流路と外側流路を分割しない場合に比べて、燃料ガス流路を流通する燃料ガスと２次空気流路を流通する２次空気との流速差を減少させることができる。そのため、燃料ガスと２次空気とが接触する際に渦が発生し、燃料ガスの外周側の高酸素領域でＮＯｘの発生量が増大する不具合を抑制することができる。

また、本発明の燃焼バーナによれば、外側流路を流通する２次空気の流速が内側流路を流通する２次空気の流速よりも高いため、内側流路と外側流路を分割しない場合と同量の２次空気を火炉へ供給することができる。また、２次空気を高い速度で火炉へ供給することにより、燃焼バーナの右方または左方の火炉壁に隣接する領域で生成される硫化水素（Ｈ_２Ｓ）を適切に減少させることができる。これにより、硫化水素の発生による火炉壁の腐食が抑制される。また、２次空気を高い速度で火炉へ供給することにより、隣接する他の燃焼バーナの火炎による干渉を抑制することができる。
このように、本発明によれば、硫化水素の発生による火炉壁の腐食および隣接する他の燃焼バーナの火炎による干渉を抑制しつつＮＯｘ発生量を低減可能な燃焼バーナを提供することができる。

本発明の燃焼バーナにおいて、前記調整機構は、前記軸線に沿って延びるように前記燃料ガス流路の右方および左方に位置する前記２次空気流路の先端側に配置されて前記２次空気流路を前記内側流路と前記外側流路に分割する一対の隔壁と、前記２次空気流路の基端側に配置されるとともに前記一対の隔壁に接続される一対の調整部と、を有し、前記隔壁は、前記内側流路の前記火炉への開口面積が前記外側流路の前記火炉への開口面積よりも大きくなるように配置され、前記調整部は、前記内側流路へ流入する２次空気の流量が前記外側流路へ流入する２次空気の流量よりも少なくなるように調整する構成としてもよい。

本構成の燃焼バーナによれば、内側流路へ流入する２次空気の流量が外側流路へ流入する２次空気の流量よりも少なくなるように調整される一方で、内側流路の火炉への開口面積が外側流路の火炉への開口面積よりも大きくなるように隔壁が配置されている。そのため、外側流路よりも少ない流量で内側流路に流入した２次空気は、外側流路を流通する２次空気よりも低い速度で火炉へ供給される。また、本構成の燃焼バーナによれば、隔壁が、軸線に沿って延びるように２次空気流路の先端側に配置されているため、燃料ガスと２次空気とが同じ軸線に沿って火炉へ供給される。そのため、燃料ガスと２次空気とが接触する際に渦が発生し、燃料ガスの外周側の高酸素領域でＮＯｘの発生量が増大する不具合をより確実に抑制することができる。

上記構成の燃焼バーナにおいて、前記調整部は、前記２次空気流路の上流側から下流側に向けて前記内側流路の流路断面積を漸次増加させ、かつ前記外側流路の流路断面積を漸次減少させるように配置される板状部材であってもよい。
このようにすることで、内側流路および外側流路へ流入する２次空気に乱れが生じることを抑制し、燃料ガスと２次空気とが接触する際に渦が発生する不具合を抑制することができる。

上記構成の燃焼バーナにおいて、前記調整部は、前記内側流路への流入部の一部を塞ぐように形成される板状部材であってもよい。
このようにすることで、板状部材で内側流路への流入部の一部を塞ぐという比較的簡易な構成で、内側流路を流通する２次空気の流速が外側流路を流通する２次空気の流速よりも低くなるように調整することができる。

本発明の燃焼バーナにおいて、前記調整機構は、前記軸線に沿って延びるように前記燃料ガス流路の右方および左方に位置する前記２次空気流路の先端側に配置される一対の隔壁を有し、前記隔壁は、前記内側流路の前記火炉への開口面積が前記外側流路の前記火炉への開口面積よりも大きくなり、かつ前記内側流路へ流入する２次空気の流量が前記外側流路へ流入する２次空気の流量よりも少なくなるように配置される構成としてもよい。

本構成の燃焼バーナによれば、内側流路へ流入する２次空気の流量が外側流路へ流入する２次空気の流量よりも少なくなるように調整される一方で、内側流路の火炉への開口面積が外側流路の火炉への開口面積よりも大きくなるように隔壁が配置されている。そのため、外側流路よりも少ない流量で内側流路に流入した２次空気は、外側流路を流通する２次空気よりも低い速度で火炉へ供給される。そのため、燃料ガスと２次空気とが接触する際に渦が発生し、燃料ガスの外周側の高酸素領域でＮＯｘの発生量が増大する不具合をより確実に抑制することができる。

本発明の燃焼バーナにおいては、前記燃料ガス流路の上方および下方に位置する前記２次空気流路を流通する２次空気の流速を低下させる減速機構を備えるものであってよい。
減速機構を設けることにより、一対の調整機構の存在によって燃料ガス流路の右方および左方の２次空気流路へ導かれない２次空気が、燃料ガス流路の上方および下方に位置する２次空気流路へ集中的に導入されて２次空気の流速が過度に上昇してしまう不具合を抑制することができる。

本発明のボイラは、鉛直方向に沿って設置されるとともに４つの壁面により形成される火炉と、該火炉の前記４つの壁面のそれぞれに対して設置された上記のいずれかの燃焼バーナと、を備え、前記燃焼バーナが、前記火炉の中心に対して偏角を設けて前記燃料ガスを吹き込み、前記火炉の中心回りに旋回する旋回流を形成する。
本発明のボイラによれば、旋回流を形成するように火炉の４つの壁面のそれぞれに対して設置される燃焼バーナのそれぞれにおいて、燃料ガス流路の右方および左方に位置する２次空気流路が燃料ガス流路に隣接した内側流路とその外側に配置される外側流路に分割され、内側流路を流通する２次空気の流速が外側流路を流通する２次空気の流速よりも低くなるように調整される。内側流路を流通する２次空気の流速が外側流路を流通する２次空気の流速よりも低いため、内側流路と外側流路を分割しない場合に比べて、燃料ガス流路を流通する燃料ガスと２次空気流路を流通する２次空気との流速差を減少させることができる。そのため、燃料ガスと２次空気とが接触する際に渦が発生し、燃料ガスの外周側の高酸素領域でＮＯｘの発生量が増大する不具合を抑制することができる。

本発明によれば、硫化水素の発生による火炉壁の腐食および隣接する他の燃焼バーナの火炎による干渉を抑制しつつＮＯｘ発生量を低減可能な燃焼バーナ及びこれを備えたボイラを提供することができる。

本発明の第１実施形態の燃焼バーナが適用された微粉炭焚きボイラを表す概略構成図である。 図１に示す微粉炭焚きボイラにおける燃焼バーナを表す平面図である。 図１に示す燃焼バーナの部分縦断面図である。 図２に示す燃焼バーナを火炉からみた正面図である。 図４に示す燃焼バーナの２次空気流路の開口部の流路幅を示す正面図である。 図４に示す燃焼バーナのII-II矢視断面図である。 燃焼バーナの変形例を示す断面図である。 燃焼バーナの変形例を示す断面図である。 第２実施形態の燃焼バーナの部分縦断面図である。 第２実施形態の変形例に係る燃焼バーナの部分縦断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の燃焼バーナの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態の燃焼バーナが適用された微粉炭焚きボイラは、炭素含有固体燃料として石炭を粉砕した微粉炭を用い、この微粉炭を燃焼バーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラである。

図１に示すように、本実施形態の微粉炭焚きボイラ１０は、コンベンショナルボイラであって、火炉１１と燃焼装置１２と煙道１３を有している。火炉１１は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉１１を構成する火炉壁の下部に燃焼装置１２が設けられている。

燃焼装置１２は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅを有している。本実施例にて、この燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅは、火炉１１が延びる鉛直方向を中心軸とした周方向に沿って４個均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って５セット（５段）配置されている。なお、ここでは５セットとしたが、６セットあるいはその他の任意のセット数とすることができる。

そして、各燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅは、微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を介して微粉炭機（ミル；粉砕機）３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。この微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５は、図示しないが、ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって粉砕テーブルが駆動回転可能に支持され、この粉砕テーブルの上方に対向して複数の粉砕ローラが粉砕テーブルの回転に連動して回転可能に支持されて構成されている。従って、石炭が複数の粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に投入されると、ここで所定の大きさまで粉砕され、搬送用空気（１次空気）により分級された微粉炭が微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０から燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅに供給される。

また、火炉１１は、各燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅの装着位置に風箱３６が設けられており、この風箱３６に空気ダクト（２次空気供給管）３７の一端部が連結されており、この空気ダクト３７には、他端部に送風機３８が装着されている。更に、火炉１１は、各燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅの装着位置より鉛直方向上方にアディショナル空気ノズル３９が設けられている。このアディショナル空気ノズル３９には、空気ダクト３７から分岐した分岐空気ダクト４０の端部が連結されている。従って、送風機３８により送られた燃焼用空気（２次空気）を、空気ダクト３７から風箱３６に供給し、この風箱３６から各燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅに供給することができると共に、送風機３８により送られた燃焼用空気（追加空気）を分岐空気ダクト４０からアディショナル空気ノズル３９に供給することができる。

そのため、燃焼装置１２にて、各燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅは、微粉炭と搬送用空気（１次空気）とを混合した微粉燃料混合気（燃料ガス）を火炉１１内に吹き込み可能であると共に、燃焼用空気を火炉１１内に吹き込み可能となっている。燃焼装置１２は、点火トーチ（図示略）により微粉燃料混合気に点火することで、火炎を形成することができる。

火炉１１は、鉛直方向上部に煙道１３が連結されており、この煙道１３に、対流伝熱部として燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器である過熱器（スーパーヒータ）４１，４２、再熱器４３，４４及び節炭器（エコノマイザ）４５，４６，４７が設けられており、火炉１１での燃焼で発生した燃焼ガスと水や蒸気との間で熱交換が行われる。

煙道１３は、そのガス流れ下流側に熱交換を行った燃焼ガスが排ガスとして排出される排ガス管４８が連結されている。この排ガス管４８は、空気ダクト３７との間にエアヒータ４９が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、排ガス管４８を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅに供給する燃焼用空気を昇温することができる。なお、排ガス管４８は、図示しないが、脱硝装置、電気集塵機、誘引送風機、脱硫装置が設けられ、下流端部に煙突が設けられている。

従って、微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５が駆動すると、生成された微粉炭が搬送用空気（１次空気）と共に微粉炭供給管（燃料供給管）２６，２７，２８，２９，３０を通して燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅに供給される。また、加熱された燃焼用空気（２次空気）が空気ダクト３７から風箱３６を介して各燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅに供給される共に、分岐空気ダクト４０からアディショナル空気ノズル３９に供給される。搬送用空気（１次空気）は微粉炭が着火しないよう温度が低く、燃焼用空気（２次空気）はエアヒータ４９で加熱されているので、１次空気および微粉燃料混合気よりも温度が高い。

すると、燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅは、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉燃料混合気（燃料ガス）を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込み、このときに着火することで火炎を形成することができる。また、アディショナル空気ノズル３９は、追加空気を火炉１１に吹き込み、微粉炭に対する空気の量を適正化させる燃焼制御を行うことができる。この火炉１１では、微粉燃料混合気と燃焼用空気とが燃焼して火炎が生じ、この火炉１１内の鉛直方向下部の領域で火炎が生じると、燃焼ガス（排ガス）がこの火炉１１内を上昇し、煙道１３に排出される。

即ち、燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅは、微粉炭混合気と燃焼用空気（２次空気）を火炉１１における燃焼領域に吹き込み、このときに着火することで燃焼領域に火炎旋回流が形成される。そして、この火炎旋回流は、旋回しながら上昇して還元領域に至る。アディショナル空気ノズル３９は、追加空気を火炉１１における還元領域の鉛直上方に吹き込む。この火炉１１では、空気の供給量が微粉炭の供給量に対して理論空気量未満となるように設定されることで、内部が還元雰囲気に保持される。そして、微粉炭の燃焼により発生したＮＯｘが火炉１１で還元され、その後、追加空気（アディショナルエア）が供給されることで微粉炭の酸化燃焼が完結され、微粉炭の燃焼によるＮＯｘの発生量が低減される。

このとき、給水ポンプ（図示略）から供給された水は、節炭器４５，４６，４７によって予熱された後、蒸気ドラム（図示略）に供給され火炉壁の各水管（図示略）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、蒸気ドラムに送り込まれる。更に、蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器４１，４２に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４１，４２で生成された過熱蒸気は、発電プラントのタービン（図示略）に供給される。また、タービンでの供給した水蒸気の膨張過程の中途で取り出した蒸気は、再熱器４３，４４に導入され、再度過熱されてタービンに戻され膨張して、タービンが回転駆動する。なお、火炉１１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。

その後、煙道１３の節炭器４５，４６，４７を通過した排ガスは、排ガス管４８にて、脱硝装置（図示略）にて、供給したアンモニアと触媒によりＮＯｘなどの有害物質が除去され、電気集塵機で粒子状物質が除去され、脱硫装置により硫黄分が除去された後、煙突から大気中に排出される。

ここで、燃焼装置１２について詳細に説明するが、この燃焼装置１２を構成する各燃焼バーナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅは、ほぼ同様の構成をなしていることから、最上段に位置する燃焼バーナ１００Ａについてのみ説明する。

燃焼バーナ１００Ａは、図２に示すように、火炉１１を形成する４つの壁面に設けられる燃焼バーナ１００Ａａ，１００Ａｂ，１００Ａｃ，１００Ａｄから構成されている。各燃焼バーナ１００Ａａ，１００Ａｂ，１００Ａｃ，１００Ａｄは、微粉炭供給管２６から分岐した各分岐管２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが連結されると共に、空気ダクト３７から分岐した各分岐管３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが連結されている。

従って、火炉１１の各壁面にある各燃焼バーナ１００Ａａ，１００Ａｂ，１００Ａｃ，１００Ａｄは、火炉１１に対して、微粉炭と搬送用空気（１次空気）が混合した微粉燃料混合気を火炉１１中心に対して僅かな偏角を設けて吹き込むと共に、その微粉燃料混合気の外側に燃焼用空気（２次空気）を吹き込む。そして、各燃焼バーナ１００Ａａ，１００Ａｂ，１００Ａｃ，１００Ａｄからの微粉燃料混合気に着火することで、４つの火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を形成することができ、この火炎Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４は、火炉１１の上方から見て（図２にて）反時計回り方向に旋回する火炎旋回流となる。ここでは、反時計回り方向に旋回するものとしたが、時計回りに旋回する火炎旋回流となるように各燃焼バーナ１００Ａａ，１００Ａｂ，１００Ａｃ，１００Ａｄを配置してもよい。

次に、燃焼バーナ１００Ａについて詳細に説明する。
図３の部分縦断面図および図４に正面図に示すように、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａは、燃料ノズル１１０と、２次空気ノズル１２０と、一対の２次空気供給ポート１３０Ａ，１３０Ｂと、一対の調整機構１４０Ａ，１４０Ｂと、を備える。なお、図３の縦断面図は、図４に示す燃焼バーナ１００ＡのI-I矢視断面図となっている。

燃料ノズル１１０は、軸線Ｘ１に沿って筒状に延びるように形成される部材である。燃料ノズル１１０は、その内部に微粉炭供給管２６から供給される微粉燃料混合気を火炉１１へ供給する燃料ガス流路１１１を形成する。燃料ガス流路１１１は、軸線Ｘ１に直交する断面が矩形状の流路となっている。

燃料ノズル１１０が火炉１１に面する開口部分の形状は、微粉燃料混合気のガス流通方向と同方向に直管状に延びる形状となっている。図３に示すように、燃料ノズル１１０の鉛直方向の高さは、Ｈ１で一定となっている。これは、微粉燃料混合気に含まれる微粉炭が燃料ガス流路１１１の中心軸（軸線Ｘ１）に対して外周側へ導かれることを抑制するためである。

２次空気ノズル１２０は、軸線Ｘ１に沿って筒状に延びるように形成されるとともに燃料ノズル１１０の軸線Ｘ１に対して外側を取り囲むように配置される部材である。２次空気ノズル１２０は、その内周面と燃料ノズル１１０の外周面との間に火炉１１へ２次空気を供給する環状の２次空気流路１２１を形成する。２次空気流路１２１は、軸線Ｘ１に直交する断面が矩形状の流路となっている。

２次空気ノズル１２０は、風箱３６から供給される２次空気を、２次空気流路１２１を介して火炉１１へ供給する。２次空気ノズル１２０の鉛直方向の高さは、基端側がＨ２で一定であり、先端側でＨ２からＨ３まで低くなる形状となっている。

２次空気供給ポート１３０Ａは、２次空気ノズル１２０の鉛直方向の上方に配置され、火炉１１へ２次空気を供給するものである。２次空気供給ポート１３０Ｂは、２次空気ノズル１２０の鉛直方向の下方に配置され、火炉１１へ２次空気を供給するものである。２次空気供給ポート１３０Ａ，１３０Ｂは、風箱３６から供給される２次空気を火炉１１へ供給する。２次空気供給ポート１３０Ａ，１３０Ｂの高さは、基端側がＨ４で一定であり、先端側でＨ４からＨ５まで低くなる形状となっている。

次に、２次空気流路１２１の火炉１１への開口部の流路幅について説明する。図５は、図４に示す燃焼バーナ１００Ａの２次空気流路１２１の火炉１１への開口部の流路幅を示す正面図である。
ここで、Ｗ１は燃料ノズル１１０の開口部の水平方向の幅であり、Ｗ２は２次空気ノズル１２０の開口部の水平方向の幅である。

ここで、燃料ガス流路１１１の右方に位置する２次空気流路１２１の火炉１１への開口部の流路幅をＷｒとし、燃料ガス流路１１１の左方に位置する２次空気流路１２１の火炉１１への開口部の流路幅をＷｌとする。また、燃料ガス流路１１１の上方に位置する２次空気流路１２１の火炉１１への開口部の流路幅をＨｕとし、燃料ガス流路１１１の下方に位置する２次空気流路１２１の火炉１１への開口部の流路幅をＨｄとする。

そして、本実施形態においては、Ｗｒ，Ｗｌ，Ｈｕ，Ｈｄの間に以下の条件式（１）が成り立つように燃料ガス流路１１１および２次空気流路１２１を形成する。
Ｈｕ＋Ｈｄ＜Ｗｒ＋Ｗｌ （１）
この条件は、燃料ガス流路１１１の右方および左方に位置する２次空気流路１２１の火炉１１への開口部の流路幅の合計が、燃料ガス流路１１１の上方および下方に位置する２次空気流路１２１の火炉１１への開口部の流路幅の合計よりも大きいという条件である。条件式（１）が成り立つようにすることで、２次空気供給ポート１３０Ａ，１３０Ｂが配置されない燃料ガス流路１１１の右方および左方から火炉へ供給される２次空気の流量が増加する。

ここで、ＷｒとＷｌとが同じ流路幅となるように燃料ガス流路１１１および２次空気流路１２１を形成してもよい。燃料ガス流路１１１の右方に位置する２次空気流路１２１の開口部の流路幅Ｗｒと燃料ガス流路１１１の左方に位置する２次空気流路１２１の開口部の流路幅Ｗｌとを一致させることにより、火炉壁に隣接する領域での硫化水素の発生による火炉壁の腐食と、隣接する他の燃焼バーナの火炎による干渉とをそれぞれ適切に抑制することができる。

また、ＷｒとＷｌとが異なる流路幅となるように燃料ガス流路１１１および２次空気流路１２１を形成してもよい。図２に示すように、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａは、燃焼バーナ１００Ａを火炉１１からみた場合、燃料ガス流路１１１の左方に火炉壁が配置され、燃料ガス流路１１１の右方から旋回流の上流側の他の燃焼バーナ１００Ａの火炎による干渉を受ける。

そのため、火炎の干渉よりも硫化水素の発生による火炉壁の腐食の影響が大きい場合には、ＷｌをＷｒよりも広くするのが望ましい。燃料ガス流路１１１の左方に位置する２次空気流路１２１から供給される２次空気を増加することで、硫化水素の発生による火炉壁の腐食を抑制することができる。

また、硫化水素の発生による火炉壁の腐食よりも火炎の干渉の影響が大きい場合には、ＷｒをＷｌよりも広くするのが望ましい。燃料ガス流路１１１の右方に位置する２次空気流路１２１から供給される２次空気を増加することで、旋回流の上流側の他の燃焼バーナ１００Ａの火炎による干渉を抑制することができる。

また、本実施形態においては、更に以下の条件式（２）が成り立つように燃料ガス流路１１１および２次空気流路１２１を形成するのが望ましい。
１．５≦（Ｗｒ＋Ｗｌ）／（Ｈｕ＋Ｈｄ）≦６ （２）
この条件は、燃料ガス流路１１１の右方および左方に位置する２次空気流路１２１の火炉１１への開口部の流路幅が、燃料ガス流路１１１の上方および下方に位置する２次空気流路１２１の火炉１１への開口部の流路幅の１．５倍以上かつ６倍以下であるという条件である。条件式（２）が成り立つようにすることで、燃料ガス流路１１１の右方および左方に位置する２次空気流路１２１の開口部の流路幅を燃料ガス流路１１１の上方および下方に位置する２次空気流路１２１の開口部の流路幅よりも十分に大きくすることができる。

次に、２次空気流路１２１を流通する２次空気と燃料ガス流路１１１を流通する微粉燃料混合気との流速差を減少させるための調整機構１４０Ａ，１４０Ｂについて説明する。

図６に示すように、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａは、燃料ガス流路１１１の右方に位置する２次空気流路１２１を燃料ガス流路１１１に隣接した内側流路１２１Ａと内側流路１２１Ａの外側に配置される外側流路１２１Ｂに分割する調整機構１４０Ａを備える。また、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａは、燃料ガス流路１１１の左方に位置する２次空気流路１２１を燃料ガス流路１１１に隣接した内側流路１２１Ｃと内側流路１２１Ｃの外側に配置される外側流路１２１Ｄに分割する調整機構１４０Ｂを備える。

調整機構１４０Ａは、内側流路１２１Ａを流通する２次空気の流速が外側流路１２１Ｂを流通する２次空気の流速よりも低くなるように調整する機構である。同様に、調整機構１４０Ｂは、内側流路１２１Ｃを流通する２次空気の流速が外側流路１２１Ｄを流通する２次空気の流速よりも低くなるように調整する機構である。
図６に示すように、調整機構１４０Ａは、隔壁１４０Ａａと隔壁（調整部）１４０Ａｂとを有する機構である。また、調整機構１４０Ｂは、隔壁１４０Ｂａと隔壁（調整部）１４０Ｂｂとを有する機構である。

隔壁１４０Ａａは、軸線Ｘ１に沿って延びるように燃料ガス流路１１１の右方に位置する２次空気流路１２１の先端側（火炉１１側）に配置されて２次空気流路１２１を内側流路１２１Ａと外側流路１２１Ｂに分割する板状部材である。また、隔壁１４０Ｂａは、軸線Ｘ１に沿って延びるように燃料ガス流路１１１の左方に位置する２次空気流路１２１の先端側（火炉１１側）に配置されて２次空気流路１２１を内側流路１２１Ｃと外側流路１２１Ｄに分割する板状部材である。図４に示すように、隔壁１４０Ａａ，１４０Ｂａは、燃料ガス流路１１１の下端から上端に至るまで鉛直方向に沿って延びるように形成されている。

隔壁１４０Ａｂは、２次空気流路１２１の基端側に配置されるとともに隔壁１４０Ａａに接続される板状部材である。また、隔壁１４０Ｂｂは、２次空気流路１２１の基端側に配置されるとともに隔壁１４０Ｂａに接続される板状部材である。隔壁１４０Ａｂ，１４０Ｂｂは、燃料ガス流路１１１の下端から上端に至るまで鉛直方向に沿って延びるように形成されている。

図６に示すように、隔壁１４０Ａａは、内側流路１２１Ａの火炉１１への開口面積が外側流路１２１Ｂの火炉１１への開口面積よりも大きくなるように配置されている。また、隔壁１４０Ｂａは、内側流路１２１Ｃの火炉１１への開口面積が外側流路１２１Ｄの火炉１１への開口面積よりも大きくなるように配置されている。
また、隔壁１４０Ａｂは、内側流路１２１Ａへ流入する２次空気の流量が外側流路１２１Ｂへ流入する２次空気の流量よりも少なくなるように配置されている。また、隔壁１４０Ｂｂは、内側流路１２１Ｃへ流入する２次空気の流量が外側流路１２１Ｄへ流入する２次空気の流量よりも少なくなるように配置されている。

隔壁１４０Ａｂは、２次空気流路１２１の上流側から下流側に向けて内側流路１２１Ａの流路断面積を漸次増加させ、かつ外側流路１２１Ｂの流路断面積を漸次減少させるように配置されている。また、隔壁１４０Ｂｂは、２次空気流路１２１の上流側から下流側に向けて内側流路１２１Ｃの流路断面積を漸次増加させ、かつ外側流路１２１Ｄの流路断面積を漸次減少させるように配置されている。

以上説明した本実施形態の燃焼バーナ１００Ａが奏する作用および効果について説明する。

本実施形態の燃焼バーナ１００Ａによれば、燃料ガス流路１１１の右方および左方に位置する２次空気流路１２１が燃料ガス流路１１１に隣接した内側流路１２１Ａ，１２１Ｃとその外側に配置される外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄに分割され、内側流路１２１Ａ，１２１Ｃを流通する２次空気の流速が外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄを流通する２次空気の流速よりも低くなるように調整される。内側流路１２１Ａ，１２１Ｃを流通する２次空気の流速が外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄを流通する２次空気の流速よりも低いため、内側流路１２１Ａ，１２１Ｃと外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄを分割しない場合に比べて、燃料ガス流路１１１を流通する燃料ガスと２次空気流路１２１を流通する２次空気との流速差を減少させることができる。そのため、燃料ガスと２次空気とが接触する際に渦が発生し、燃料ガスの外周側の高酸素領域でＮＯｘの発生量が増大する不具合を抑制することができる。

また、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａによれば、外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄを流通する２次空気の流速が内側流路１２１Ａ，１２１Ｃを流通する２次空気の流速よりも高いため、内側流路１２１Ａ，１２１Ｃと外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄを分割しない場合と同量の２次空気を火炉１１へ供給することができる。また、２次空気を高い速度で火炉１１へ供給することにより、燃焼バーナ１００Ａの右方または左方の火炉壁に隣接する領域で生成される硫化水素（Ｈ_２Ｓ）を適切に減少させることができる。これにより、硫化水素の発生による火炉壁の腐食が抑制される。また、２次空気を高い速度で火炉１１へ供給することにより、隣接する他の燃焼バーナの火炎による干渉を抑制することができる。
このように、本実施形態によれば、硫化水素の発生による火炉壁の腐食および隣接する他の燃焼バーナの火炎による干渉を抑制しつつＮＯｘ発生量を低減可能な燃焼バーナ１００Ａを提供することができる。

また、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａにおいて、調整機構１４０Ａ，１４０Ｂは、軸線Ｘ１に沿って延びるように燃料ガス流路１１１の右方および左方に位置する２次空気流路１２１の先端側に配置される一対の隔壁１４０Ａａ，１４０Ｂａと、２次空気流路１２１の基端側に配置されるとともに一対の隔壁１４０Ａａ，１４０Ｂａに接続される一対の隔壁（調整部）１４０Ａｂ，１４０Ｂｂと、を有する。ここで、隔壁１４０Ａａ，１４０Ｂａは、内側流路１２１Ａ，１２１Ｃの火炉１１への開口面積が外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄの火炉１１への開口面積よりも大きくなるように配置されている。また、隔壁（調整部）１４０Ａｂ，１４０Ｂｂは、内側流路１２１Ａ，１２１Ｃへ流入する２次空気の流量が外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄへ流入する２次空気の流量よりも少なくなるように調整している。

本実施形態の燃焼バーナ１００Ａによれば、内側流路１２１Ａ，１２１Ｃへ流入する２次空気の流量が外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄへ流入する２次空気の流量よりも少なくなるように調整される一方で、内側流路１２１Ａ，１２１Ｃの火炉１１への開口面積が外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄの火炉１１への開口面積よりも大きくなるように隔壁１４０Ａａ，１４０Ｂａが配置されている。

そのため、外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄよりも少ない流量で内側流路１２１Ａ、１２１Ｃに流入した２次空気は、外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄを流通する２次空気よりも低い速度で火炉１１へ供給される。また、本実施形態の燃焼バーナ１００Ａによれば、隔壁１４０Ａａ，１４０Ｂａが、軸線Ｘ１に沿って延びるように２次空気流路１２１の先端側に配置されているため、微粉燃料混合気と２次空気とが同じ軸線Ｘ１に沿って火炉１１へ供給される。そのため、微粉燃料混合気と２次空気とが接触する際に渦が発生し、微粉燃料混合気の外周側の高酸素領域でＮＯｘの発生量が増大する不具合をより確実に抑制することができる。

本実施形態の燃焼バーナ１００Ａにおいて、隔壁（調整部）１４０Ａｂ，１４０Ｂｂは、２次空気流路１２１の上流側から下流側に向けて内側流路１２１Ａ，１２１Ｃの流路断面積を漸次増加させ、かつ外側流路１２１Ｂ、１２１Ｄの流路断面積を漸次減少させるように配置される板状部材である。
このようにすることで、内側流路１２１Ａ，１２１Ｃおよび外側流路１２１Ｂ、１２１Ｄへ流入する２次空気に乱れが生じることを抑制し、微粉燃料混合気と２次空気とが接触する際に渦が発生する不具合を抑制することができる。

本実施形態の調整機構１４０Ａ，１４０Ｂは、内側流路１２１Ａ，１２１Ｃへ流入する２次空気の流量が外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄへ流入する２次空気の流量よりも少なくなるように配置される隔壁１４０Ａｂ，１４０Ｂｂを有するものであったが、他の態様であってもよい。
例えば、図７に示すように、隔壁１４０Ａｂ，１４０Ｂｂに替えて、隔壁１４０Ａｃ，１４０Ｂｃを設ける変形例としてもよい。

図７は、燃焼バーナ１００Ａの変形例を示す断面図であり、図４に示す燃焼バーナのII-II矢視断面図である。
本変形例の隔壁１４０Ａｃ，１４０Ｂｃは、鉛直方向に沿って燃料ガス流路１１１の下端から上端に至るまで鉛直方向に沿って延びるように形成される板状部材である。隔壁１４０Ａｃ，１４０Ｂｃには、鉛直方向に沿って燃料ガス流路１１１の下端から上端に至るまで鉛直方向に沿って延びるように形成されるスリットが形成されている。２次空気流路１２１を流通する２次空気は、スリットを介して内側流路１２１Ａ，１２１Ｃへ流入する。

このように、隔壁１４０Ａｃ，１４０Ｂｃは、内側流路１２１Ａ，１２１Ｃへ２次空気が流入する流入部の一部を塞ぐように形成される部材である。なお、スリットを形成する位置は、図７に示すように隔壁１４０Ａａ，１４０Ｂａと燃料ノズル１１０の外周面との間の位置には限られない。例えば、隔壁１４０Ａａ，１４０Ｂａ側にスリットを設けても良いし、燃料ノズル１１０の外周面側にスリットを設けてもよい。
また、例えば、スリットに替えて、隔壁１４０Ａｃ，１４０Ｂｃを２次空気の流通方向に対して開口する開口孔が全面に形成されたパンチングメタルとしてもよい。

また、本実施形態の調整機構１４０Ａ，１４０Ｂとして、図８に示す隔壁１４０Ａｄ，１４０Ｂｄを採用してもよい。図８は、燃焼バーナ１００Ａの変形例を示す断面図であり、図４に示す燃焼バーナのII-II矢視断面図である。
図８に示す隔壁１４０Ａｄ，１４０Ｂｄは、内側流路１２１Ａ，１２１Ｃの火炉１１への開口面積が外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄの火炉１１への開口面積よりも大きくなり、かつ内側流路１２１Ａ，１２１Ｃへ流入する２次空気の流量が外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄへ流入する２次空気の流量よりも少なくなるように配置される板状部材である。

図８に示す燃焼バーナによれば、内側流路１２１Ａ，１２１Ｃへ流入する２次空気の流量が外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄへ流入する２次空気の流量よりも少なくなるように調整される一方で、内側流路１２１Ａ，１２１Ｃの火炉１１への開口面積が外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄの火炉１１への開口面積よりも大きくなるように隔壁１４０Ａｄ，１４０Ｂｄが配置されている。そのため、外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄよりも少ない流量で内側流路１２１Ａ，１２１Ｃに流入した２次空気は、外側流路１２１Ｂ，１２１Ｄを流通する２次空気よりも低い速度で火炉１１へ供給される。そのため、微粉燃料混合気と２次空気とが接触する際に渦が発生し、微粉燃料混合気の外周側の高酸素領域でＮＯｘの発生量が増大する不具合をより確実に抑制することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態は第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。
本実施形態の燃焼バーナは、第１実施形態の燃焼バーナ１００Ａに対して更に減速機構を設けた点が異なる。

図９に示すように、本実施形態の２次空気ノズル１２０は、火炉１１に面する先端部の近傍に、２次空気流路１２１の流路断面積を局部的に減少させる絞り部１５０を備えている。この絞り部１５０は、燃料ガス流路１１１の上方および下方に位置する２次空気流路１２１を流通する２次空気の流速を低下させる減速機構となっている。

絞り部１５０（減速機構）を設けることにより、燃料ガス流路１１１の上方および下方に位置する２次空気流路１２１を２次空気が通過する際の圧力損失が増大する。これにより、一対の調整機構１４０Ａ、１４０Ｂの存在によって燃料ガス流路１１１の右方および左方の２次空気流路１２１へ導かれない２次空気が、燃料ガス流路１１１の上方および下方に位置する２次空気流路１２１へ集中的に導入されて２次空気の流速が過度に上昇してしまう不具合を抑制することができる。

燃料ガス流路１１１の上方および下方に位置する２次空気流路１２１を流通する２次空気の流速を低下させる減速機構として、絞り部１５０の替わりに板状部材を設けてもよい。
例えば、図１０に示すように、図９において絞り部１５０が設けられる位置に２次空気流路１２１の右端から左端に至るまで延びる板状部材（減速機構）１６０を設けてもよい。２次空気流路１２１を流通する２次空気の流れを部分的に滞留させる板状部材１６０を設けることにより、２次空気流路１２１を流通する２次空気の流速を低下させることができる。

なお、板状部材を配置する位置は、図９において絞り部１５０が設けられる位置に限られない。例えば、図１０に破線で示すように、図９において絞り部１５０が設けられる位置よりも上流側に２次空気流路１２１の右端から左端に至るまで延びる板状部材１７０を配置してもよい。

＜他の実施形態＞
以上で説明した燃焼バーナ１００Ａにおいては、火炉１１に面する燃料ノズル１１０の先端の内部に保炎器を配置してもよい。保炎器は、例えば、鉛直方向に沿って延びる単数または複数の板状部材により形成される。保炎器を配置することにより、微粉燃料混合気の着火性能及び保炎性能を高めることができる。

１０ 微粉炭焚きボイラ
１１ 火炉
１２ 燃焼装置
２６，２７，２８，２９，３０ 微粉炭供給管（燃料供給管）
３１，３２，３３，３４，３５ 微粉炭機（粉砕機）
３６ 風箱
３７ 空気ダクト（２次空気供給管）
３８ 送風機
４９ エアヒータ（熱交換器）
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ 燃焼バーナ
１１０ 燃料ノズル
１１１ 燃料ガス流路
１２０ ２次空気ノズル
１２１ ２次空気流路
１２１Ａ，１２１Ｃ 内側流路
１２１Ｂ、１２１Ｄ 外側流路
１３０Ａ，１３０Ｂ ２次空気供給ポート
１４０Ａ，１４０Ｂ 調整機構
１４０Ａａ，１４０Ｂａ 隔壁
１４０Ａｂ，１４０Ｂｂ 隔壁（調整部）
１４０Ａｃ，１４０Ｂｃ 隔壁
１４０Ａｄ，１４０Ｂｄ 隔壁
１５０ 絞り部（減速機構）
１６０，１７０ 板状部材（減速機構）

Claims (7)

1. 軸線に沿って筒状に延びるとともに炭素含有固体燃料を粉砕した燃料と１次空気とを混合した燃料ガスを火炉へ供給する燃料ガス流路を形成する燃料ノズルと、
   前記軸線に沿って筒状に延びるとともに前記燃料ノズルの外側から前記火炉へ２次空気を供給する２次空気流路を形成する２次空気ノズルと、
   前記２次空気ノズルの上方および下方に配置され、前記火炉へ２次空気を供給する一対の２次空気供給ポートと、
   前記燃料ガス流路の右方および左方に位置する前記２次空気流路を前記燃料ガス流路に隣接した内側流路と該内側流路の外側に配置される外側流路に分割し、前記内側流路を流通する２次空気の流速が前記外側流路を流通する２次空気の流速よりも低くなるように調整して前記２次空気流路を流通する２次空気と前記燃料ガス流路を流通する燃料ガスとの流速差を減少させる一対の調整機構と、を備える燃焼バーナ。
2. 前記調整機構は、
   前記軸線に沿って延びるように前記燃料ガス流路の右方および左方に位置する前記２次空気流路の先端側に配置されて前記２次空気流路を前記内側流路と前記外側流路に分割する一対の隔壁と、
   前記２次空気流路の基端側に配置されるとともに前記一対の隔壁に接続される一対の調整部と、を有し、
   前記隔壁は、前記内側流路の前記火炉への開口面積が前記外側流路の前記火炉への開口面積よりも大きくなるように配置され、
   前記調整部は、前記内側流路へ流入する２次空気の流量が前記外側流路へ流入する２次空気の流量よりも少なくなるように調整する請求項１に記載の燃焼バーナ。
3. 前記調整部は、前記２次空気流路の上流側から下流側に向けて前記内側流路の流路断面積を漸次増加させ、かつ前記外側流路の流路断面積を漸次減少させるように配置される板状部材である請求項２に記載の燃焼バーナ。
4. 前記調整部は、前記内側流路への流入部の一部を塞ぐように形成される板状部材である請求項２に記載の燃焼バーナ。
5. 前記調整機構は、
   前記軸線に沿って延びるように前記燃料ガス流路の右方および左方に位置する前記２次空気流路の先端側に配置される一対の隔壁を有し、
   前記隔壁は、前記内側流路の前記火炉への開口面積が前記外側流路の前記火炉への開口面積よりも大きくなり、かつ前記内側流路へ流入する２次空気の流量が前記外側流路へ流入する２次空気の流量よりも少なくなるように配置される請求項１に記載の燃焼バーナ。
6. 前記燃料ガス流路の上方および下方に位置する前記２次空気流路を流通する２次空気の流速を低下させる減速機構を備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
7. 鉛直方向に沿って設置されるとともに４つの壁面により形成される火炉と、
   該火炉の前記４つの壁面のそれぞれに対して設置された請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の燃焼バーナと、を備え、
   前記燃焼バーナが、前記火炉の中心に対して偏角を設けて前記燃料ガスを吹き込み、前記火炉の中心回りに旋回する旋回流を形成するボイラ。

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