JP7492420B2 - 燃焼バーナ及びボイラ - Google Patents

Description

本開示は、燃焼バーナ及び該燃焼バーナを備えるボイラに関する。

石炭焚きボイラは、内部に燃焼ガス流路を形成した火炉を有し、火炉壁に複数の燃焼バーナが上下方向に複数段に亘って配置されている。この燃焼バーナは、石炭が粉砕された微粉炭と１次空気との混合気が供給される燃料ノズルと、燃焼バーナの外側から燃焼用空気を噴出する燃焼用空気ノズルとを備えている。この微粉炭濃度が高い混合気と燃焼用空気を火炉内に吹き込んで火炎を形成し、火炉壁及び煙道に設けられた水管を流れる水を蒸気に変えている。

微粉炭燃料を燃焼させる燃焼バーナとして、スプリッタと呼ばれる保炎器を燃料ノズルの内部に設けたものが知られている。この保炎器は、スプリッタの下流側に混合気の再循環領域を形成することにより、空気量が少ない燃料ノズルの内部で着火位置を保持又は保炎させる（以下、これを「内部着火」又は「内部保炎」とも言う。）ことを目的としている。また、同時に、空気不足下での還元燃焼を行うことで、低ＮＯｘ燃焼を実現している。これによって、火炎外周における酸素濃度が高い高温状態で進行する着火又は保炎（以下、これを「外部着火」又は「外部保炎」とも言う。）によって形成される高温高酸素領域を減少させ、火炎外周部のＮＯｘ低減をも可能にしている。

特許文献１には、石炭焚きボイラに設けられた燃焼バーナにおいて、燃料ノズルの内部にスプリッタ形状の保炎器を複数配置し、隣接配置された保炎器に保炎機能としての役割と、保炎器へ燃料ガスを案内する案内部材としての役割の一方又は両方を持たせることで、内部保炎性能を向上させるようにした構成が開示されている。

特許第６４０８１３４号公報

特許文献１に開示された燃焼バーナは、隣り合う保炎器の互いに対面する面の両方に再循環領域を形成するための傾斜面が形成されているため、隣り合う保炎器で夫々形成される混合気の再循環領域同士が干渉してしまう場合がある。再循環領域同士の干渉が起ると、再循環領域に形成される混合気の低流速領域が縮小し、保炎器の着火性能又は保炎性能が低下するおそれがある。また、上記低流速領域が縮小することで、火炎外周部の高温高酸素領域で生成したＮＯｘは還元物質である燃料未燃分との接触面積が小さくなり、これによって、還元反応が進みにくくなり、火炎外周部のＮＯｘ発生量が増加するという問題も発生する。

本開示は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、隣り合う保炎器で形成される混合気の再循環領域同士の干渉をなくすことで、保炎器の着火性能又は保炎性能の低下を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係る燃焼バーナは、燃料と空気とを混合した燃料ガスを噴出する燃料ノズルと、前記燃料ノズルの外側から燃焼用空気を噴出する燃焼用空気ノズルと、前記燃料ノズルの内部に配置され、前記燃料ガスの流れに対して傾斜する第１傾斜面および該第１傾斜面の傾斜が終了する第１傾斜終了端を有する第１部材と、前記第１傾斜面より前記燃料ガスの流れの下流側に配置された第２傾斜面であって、前記燃料ガスの流れに対して傾斜する第２傾斜面および該第２傾斜面の傾斜が終了する第２傾斜終了端を有する第２部材と、を備え、前記第１部材と前記第２部材とは互いに隣接して配置され、前記第２部材に対面する前記第１部材の面、または、前記第１部材に対面する前記第２部材の面の何れか一方にのみ、前記第１傾斜面または前記第２傾斜面が形成されている。

本明細書で、「第１傾斜終了端」及び「第２傾斜終了端」とは、第１傾斜面又は第２傾斜面に沿って流れる燃料ガスが剥離する起点となる端部を意味する。例えば、三角形断面を形成する傾斜面が終了する端部となる角部や、板状体を折り曲げて形成された傾斜面が終了する板状体の端部を意味する。また、本明細書において、燃料（例えば、微粉炭）と空気とを混合した燃料ガスを「混合気」とも言い、混合気の流れを「混合気流」とも言う。

また、本開示に係るボイラは、内部に燃焼ガス流路を形成した火炉と、前記燃焼ガス流路に面して設けられた伝熱管と、前記火炉に設けられた上述の燃焼バーナと、を備える。

本開示に係る燃焼バーナ及びボイラによれば、第１部材及び第２部材に形成される混合気流の再循環領域同士の干渉を抑制できるため、第１傾斜終了端又は第２傾斜終了端における混合気流の着火性能又は保炎性能の低下を抑制できると共に、火炎外周部のＮＯｘの生成を抑制できる。さらに、つつき棒を第１部材及び第２部材の間に挿入しやすくなるため、燃料ノズルの開口部付近に溜まった灰の除去が容易になる。

一実施形態に係る燃焼バーナの正面図である。 図１中のＡ―Ａ線に沿う断面図である。 一実施形態に係る燃焼バーナの正面図である。 図３中のＢ―Ｂ線に沿う断面図である。 一実施形態に係る燃焼バーナの正面図である。 図５中のＣ―Ｃ線に沿う断面図である。 比較例に係る燃焼バーナの正面図である。 図７中のＤ―Ｄ線に沿う横断面図である。 一実施形態に係る石炭焚きボイラの概略構成図である。 石炭焚きボイラに装着された燃焼バーナの配置構成を示す平面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、これらの実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１～図６は、幾つかの実施形態に係る燃焼バーナ５０（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ）を示す。図１は、燃焼バーナ５０（５０Ａ）の正面図であり、図２は、燃焼バーナ５０（５０Ａ）の断面図（図１中のＡ―Ａ線に沿う断面図）である。図３は、燃焼バーナ５０（５０Ｂ）の正面図であり、図４は、燃焼バーナ５０（５０Ｂ）の断面図（図３中のＢ―Ｂ線に沿う断面図）である。図５は、燃焼バーナ５０（５０Ｃ）の正面図であり、図６は、燃焼バーナ５０（５０Ｃ）の断面図（図５中のＣ―Ｃ線に沿う断面図）である。図９は、一実施形態に係る石炭焚きボイラ１０の概略構成図であり、図１０は、石炭焚きボイラ１０に設けられた燃焼バーナ５０の配置構成を示す平面図である。
燃焼バーナ５０（５０Ａ～５０Ｃ）の各々は、例えば、図９に示す石炭焚きボイラ１０の火炉壁に装着される。

図９に示すように、石炭焚きボイラ１０は、石炭を粉砕した微粉炭を微粉燃料として用い、内部に燃焼ガス流路Ｆｃを形成した火炉１２を備えている。火炉１２は、燃焼ガス流路Ｆｃに面して伝熱管が設けられている。微粉炭は火炉１２に設けられた燃焼バーナ５０によって燃焼し、この燃焼で発生した燃焼ガスによって伝熱管内を流れる水は蒸気に変えられて用途先に供給される。

石炭焚きボイラ１０は、燃焼バーナ５０（５０Ａ～５０Ｃ）のいずれかを有する燃焼装置１４と煙道１６を有し、火炉１２を構成する火炉壁が伝熱管によって構成されている。燃焼装置１４は、火炉壁の下部に設けられ、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ５０を有している。例えば、図１０に示す例示的な構成では、複数の燃焼バーナ５０は、火炉１２の周方向に４個均等間隔で設けられたものが１セットとして、鉛直方向に５段（５セット）配置されている。各燃焼バーナ５０は、微粉炭供給管１８を介して夫々複数のミル（粉砕機）２０に連結され、ミル２０で所定の大きさに粉砕された微粉炭が搬送用空気（１次空気）と共に、各燃焼バーナ５０に供給される。

燃焼バーナ５０の装着位置に風箱２２が設けられる。風箱２２に空気ダクト２４の一端が連結され、空気ダクト２４の他端は送風機２６が装着されている。さらに、燃焼バーナ５０が装着された火炉壁より上方にアディショナル空気ノズル２８が設けられ、空気ダクト２４から分岐した分岐ダクト３０がアディショナル空気ノズル２８に連結されている。送風機２６で送られる燃焼用空気（２次空気）は、空気ダクト２４及び及び風箱２２を介して各燃焼バーナ５０に供給され、かつ分岐ダクト３０を介してアディショナル空気ノズル２８に供給される。図９に示す石炭焚きボイラ１０は、アディショナル空気ノズルを有しているが、燃焼バーナ５０は、アディショナル空気ノズルを有しないボイラであっても適用可能である。

上述した搬送用空気（１次空気）は、燃料の微粉炭を搬送するために必要な空気量であるため、石炭を粉砕して微粉炭とするミル２０で空気量が規定される。上述した２次空気は、火炉１２内において火炎全体を形成するために必要となる空気量を吹き込むものである。従って、２次空気は概ね微粉炭の燃焼に必要な全空気量の１～１．２倍の空気量から１次空気量を差し引いた空気量となる。

煙道１６は火炉１２の上部に連結され、煙道１６には、排ガスの熱を回収するための過熱器３４、３６、３８、再熱器４０、４２、及び節炭器４４、４６が設けられ、燃焼排ガスとこれらの機器を構成する伝熱管を流れる水との間で熱交換が行われる。煙道１６の下流側に熱交換を行った後の排ガスが排出されるガスダクト３２が連結されている。ガスダクト３２には、空気ダクト２４との間にエアヒータ４８が設けられ、空気ダクト２４を流れる燃焼用空気とガスダクト３２を流れる排ガスとの間で熱交換を行うように構成されている。これによって、燃焼バーナ５０に供給される燃焼用空気を予め昇温できる。ガスダクト３２には、図示しないが、脱硝装置、電気集塵機、誘引送風機、脱硫装置等が設けられ、下流端に煙突が設けられている。

以下、燃焼装置１４について、火炉１２に上下方向に複数段に設けられた燃焼バーナセットのうちの一つの燃焼バーナセットを例に取って説明する。図１０に示す例示的な実施形態では、火炉１２の４つの壁部に夫々燃焼バーナ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄが設けられている。これら各燃焼バーナには、微粉炭供給管１８から分岐した分岐管１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄの一つが連結されると共に、空気ダクト２４から分岐した分岐管２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄの一つが連結される。そのため、各燃焼バーナ５０ａ～５０ｄには微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉炭混合気（燃料ガス）が吹き込まれると共に、その微粉炭混合気の外側に燃焼用空気（２次空気）が吹き込まれる。この微粉炭混合気に着火することで、４つの火炎Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３及びＦ４が形成され、これらの火炎によって火炉１２の上方から視て反時計回りに旋回する火炎旋回流Ｃが形成される。

各燃焼バーナ５０ａ～５０ｄによって、微粉炭混合気と燃焼用空気（２次空気）とが図９に示す燃焼領域Ｘに吹き込まれ、燃焼領域Ｘに火炎旋回流Ｃが形成される。この火炎旋回流Ｃは旋回しながら上昇して還元領域Ｙに至る。燃焼領域Ｘでは、空気供給量が微粉炭供給量に対して理論空気量未満に設定されるため還元雰囲気となる。微粉炭の燃焼により発生したＮＯｘはこの還元雰囲気中で還元され、その後、アディショナル空気ノズル２８から追加空気（アディショナル空気）が還元領域Ｙの上方に吹き込まれることで、微粉炭の酸化燃焼が完結し、かつＮＯｘの発生量が低減される。

図１～図６に示すように、幾つかの実施形態に係る燃焼バーナ５０（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ）は、燃料ノズル５２と、燃料ノズル５２の外側に配置された燃焼用空気ノズル５４と、を備えている。図９に示す微粉炭供給管１８が燃料ノズル５２に連結され、微粉炭と搬送用空気（１次空気）とを混合した混合気を燃料ノズル５２の開口部５２ａから燃焼ガス流路Ｆｃに噴出する。燃料ノズル５２の外側では、燃焼用空気ノズル５４の開口部５４ａから燃焼用空気（２次空気）が燃焼ガス流路Ｆｃに噴出する。図２中、矢印ａは混合気流の流れ方向（以下単に「流れ方向」とも言う。）を示し、矢印ｂは燃焼用空気の流れ方向を示す。

図１～図６において、燃料ノズル５２の内部に、混合気流に沿って第１部材５６（５６ａ、５６ｂ、５６ｃ）及び第２部材５８（５８ａ、５８ｂ、５８ｃ）が設けられている。第１部材５６（５６ａ～５６ｃ）は、混合気流に対して傾斜する第１傾斜面６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）及び第１傾斜面６０の傾斜が終了する第１傾斜終了端６２（６２ａ、６２ｂ、６２ｃ）を有する。第２部材５８（５８ａ～５８ｃ）は、混合気流に対して傾斜する第２傾斜面６４（６４ａ、６４ｂ、６４ｃ）及び第２傾斜面６４の傾斜が終了する第２傾斜終了端６６（６６ａ、６６ｂ、６６ｃ）を有する。第２傾斜面６４（６４ａ～６４ｃ）は、第１傾斜面６０（６０ａ～６０ｃ）より混合気流の流れ方向下流側に設けられている。そして、第１部材５６及び第２部材５８のうち互いに隣接して配置された第１部材５６と第２部材５８とは、第２部材５８に対面する第１部材５６の面、又は第１部材５６に対面する第２部材５８の面の何れか一方にのみ、第１傾斜面６０又は第２傾斜面６４が形成されている。

燃料ノズル５２の上流側から燃料ノズル５２に供給された混合気は、第１部材５６及び第２部材５８に沿って流れ、最初に上流側に配置された第１部材５６の第１傾斜面６０に沿って流れが偏向される。そして、第１傾斜面６０の傾斜が終了する第１傾斜終了端６２で混合気流が剥離するため、第１傾斜終了端６２の下流側に混合気の再循環領域を形成する。図２において、再循環領域における混合気流を矢印ｄで示している。この再循環領域では、混合気流は低速となるため、着火して火炎が形成されることで保炎が行われる。第１部材５６より下流側に配置された第２部材５８でも、同様に第２傾斜面６４が終了する第２傾斜終了端６６の下流側に再循環領域が形成され保炎が行われる。

上記構成において、互いに隣接して配置される第１部材５６と第２部材５８とは、互いに対面する第１部材５６の面又は第２部材５８の面の何れか一方にのみ、第１傾斜面６０又は第２傾斜面６４が形成されているため、第１傾斜終了端６２に形成される混合気流の再循環領域と、第２傾斜終了端６６に形成される混合気流の再循環領域とは、混合気流の流れ方向と直交する方向で互いに距離が離れた位置に形成される。従って、これら再循環領域同士の干渉を抑制できる。そのため、第１傾斜終了端６２又は第２傾斜終了端６６の着火性能又は保炎性能の低下を抑制できる。

また、燃焼用空気ノズル５４から噴き出す燃焼用空気によって、火炎外周部に高酸素雰囲気が形成される。この高酸素雰囲気において、外部からの輻射熱によって着火した場合、火炎外周部の温度が高くなり、ＮＯｘの発生量が増加するおそれがある。これに対し、上記実施形態によれば、第１傾斜終了端６２より再循環領域同士の干渉を抑制できるため、再循環領域で形成される火炎を燃料ノズル５２の外側方向へ広げることができる。そのため、火炎中心側の還元物質（未燃分）と火炎外周部で生成したＮＯｘとの接触面積が増加する。これによって、火炎外周部のＮＯｘの還元を促進できる。

また、比較例を図示した後述する図７及び図８に示すように、火炉１２の内部に浮遊する灰ｅが燃料ノズル１５２の開口部付近に付着して堆積する場合がある。上記実施形態によれば、第１傾斜面６０又は第２傾斜面６４が第１部材５６又は第２部材５８の一方の面のみに形成されるため、図２に示すように、燃料ノズル５２の開口部に堆積した灰ｅを掻き落すためのつつき棒７０を混合気流の上流側から第１部材５６及び第２部材５８の間に挿入しやすくなる。そのため、灰除去が容易になる。

さらに、第１傾斜面６０と第２傾斜面６４とを混合気流の流れ方向で異なる位置に配置したため、第１傾斜面６０及び第２傾斜面６４によって混合気流の流路を占有する面積を混合気流の流れ方向にずらすことができる。これによって、混合気流の流速を燃焼速度に近づけることができ、火炎の吹き飛びを抑制できるので、より安定した保炎が可能になる。

一実施形態では、図２に示すように、第２部材５８の第２傾斜面６４は第１部材５６の第１傾斜終了端６２より混合気流の下流側に配置される。これによって、第１傾斜終了端６２及び第２傾斜終了端６６で形成される再循環領域ｄを混合気流の流れ方向でさらに遠ざけることができるので、再循環領域同士の干渉をさらに効果的に抑制できる。

一実施形態では、図２に示すように、第２部材５８の第２傾斜終了端６６は、混合気流の流れ方向において燃料ノズル５２の燃焼ガス流路Ｆｃへの開口部５２ａに合わせて配置される。これによって、再循環領域ｄを燃焼ガス流路Ｆｃに形成できる。また、一実施形態では、第１部材５６の第１傾斜終了端６２は第２傾斜終了端６６より上流側（燃料ノズル５２の内部）に配置されている。別な態様では、第１部材５６の第１傾斜終了端６２は第２傾斜面６４の最上流側端より上流側に配置されている。これによって、第１傾斜終了端６２及び第２傾斜終了端６６で形成される再循環領域ｄを混合気流の流れ方向で遠ざけることができるので、再循環領域同士の干渉を効果的に抑制できる。

一実施形態では、第１部材５６及び第２部材５８は、第１傾斜面６０又は第２傾斜面６４を除き、混合気流の流れ方向に沿って延在する板状体で構成され、該板状体の両側面は混合気流の流れ方向に沿う平坦面を形成している。

一実施形態では、第１部材５６及び第２部材５８の下流側先端部は、混合気流の流れ方向に対して交差する方向に拡幅する拡幅部６８を有し、第１傾斜終了端６２又は第２傾斜終了端６６は拡幅部６８の一端に形成される。拡幅部６８は、第１部材５６又は第２部材５８の延在方向で一定の幅を有してもよく、あるいは異なる幅を有してもよい。また、拡幅部６８は、混合気流の流れ方向に対して直交する方向に延在してもよく、あるいは直交方向に対して傾斜していてもよい。例えば、拡幅部６８は、平面であれば加工が容易であるが、凹状又は凸状に屈曲又は湾曲した面であってもよい。また、図１～図６に示す例示的な実施形態では、拡幅部６８の流れ方向断面は略二等辺三角形であるが、これに限定されるものではなく、凹んだ形状やＹ字形状であってもよい。

一実施形態では、燃焼用空気ノズル５４から噴出される燃焼用空気を混合気流の噴出方向に沿う直進流としてもよい。これによって、燃焼用空気が燃料ノズル５２の噴出開口部側に偏向しにくくなるため、燃料ノズル５２における外部保炎を抑制し、ＮＯｘ発生量を減少できる。

一実施形態では、図１及び図２に示すように、燃焼用空気ノズル５４の外側に２次空気ノズル５５が設けられ、２次空気ノズル５５から追加の２次空気が燃焼ガス流路Ｆｃに噴射される。
図１に示す例示的な実施形態では、燃焼用空気ノズル５４の燃焼ガス流路Ｆｃに面した開口部５４ａ及び２次空気ノズル５５の燃焼ガス流路Ｆｃに面した開口部は、混合気流の流れ方向で燃料ノズル５２の開口部５２ａに一致している。なお、図５及び図６では、燃料ノズル５２の外側の構成は省略されている。

図７は、特許文献１に開示された、石炭焚きボイラに装着される燃焼バーナ１５０の正面図であり、図８は、図７中のＤ―Ｄ線に沿う断面図である。なお、燃焼バーナ１５０において、燃料ノズル１５２の外側に配置される燃焼用空気ノズル及び２次空気ノズル等の構成は、図１に示す燃焼バーナ５０（５０Ａ）と同一の構成を有しているが、図７及び図８では、燃料ノズル１５２の外側の構成は省略されている。

燃料ノズル１５２は、互いに隣接して配置される第１部材１５６（１５６ａ、１５６ｂ）及び第２部材１５８（１５８ａ、１５８ｂ、１５８ｃ）において、互いに対面する面に第１傾斜面１６０（１６０ａ、１６０ｂ）及び第２傾斜面１６４（１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃ）が形成されている。そのため、第１傾斜終了端１６２（１６２ａ、１６２ｂ）及び第２傾斜終了端１６６（１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃ）で夫々形成される再循環領域同士が干渉（図８中のｉで示す。）するおそれがある。再循環領域同士が干渉した場合、再循環領域に形成される着火に必要な低流速領域が縮小してしまい、着火性能が低下する可能性がある。さらに、第１部材１５６及び第２部材１５８の両側の面に傾斜面があるため、燃料ノズル１５２の開口部に堆積した灰ｅを掻き落すためのつつき棒７０を混合気流の上流側から第１部材１５６及び第２部材１５８の間に挿入しにくくなるという問題がある。

一実施形態では、図１～図６に示すように、第２部材５８は、燃料ノズル５２の内壁面５２ｂ及び５２ｃに対面するように配置された外側第２部材５８（５８ａ、５８ｂ）を含む。外側第２部材５８（５８ａ、５８ｂ）は、燃料ノズル５２の内壁面５２ｂ及び５２ｃに対面する面にのみ第２傾斜面６４（６４ａ、６４ｂ）が形成されている。これによって、外側第２部材５８（５８ａ、５８ｂ）の第２傾斜終了端６６（６６ａ、６６ｂ）で形成される混合気流の再循環領域と、該外側第２部材に隣接配置され、内壁面５２ｂ及び５２ｃと反対側に配置された第１部材５６の第１傾斜終了端６２（６２ａ、６２ｂ）に形成される混合気流の再循環領域とが干渉するのを抑制できる。

一実施形態では、図１及び図２に示すように、第２部材５８は、２つの第１部材５６（５６ａ、５６ｂ）の間に配置される中央側第２部材５８（５８ｃ）を含む。中央側第２部材５８（５８ｃ）は、２つの第１部材５６の内の一方側の第１部材５６（５６ａ）に対面する面７２、及び他方側の第１部材５６（５６ｂ）に対面する面７４の何れの面にも第２傾斜面６４（６４ｃ）が形成されている。これによって、中央側第２部材５８（５８ｃ）の第２傾斜終了端６６（６６ｃ）で広い範囲の再循環領域を形成できるため、他の第２部材５８（５８ａ、５８ｂ）と比べて中央側第２部材５８（５８ｃ）の保炎性能を高めることができる。

図１及び図２に示す燃焼バーナ５０（５０Ａ）は、混合気流の流れ方向に沿って、２個の第１部材５６（５６ａ、５６ｂ）と、３個の第２部材５８（５８ａ、５８ｂ）及び中央側第１部材５６（５６ｃ）とが５列に配置されている。これらの第１部材５６と第２部材５８とは互いに対向する面の一方のみに第１傾斜面６０又は第２傾斜面６４が形成されているため、隣り合う第１部材５６及び第２部材５８間においても、第１傾斜終了端６２及び第２傾斜終了端６６に形成される再循環領域同士は干渉しない。従って、各第１部材５６及び各第２部材５８の保炎性能の低下及び火炎外周部のＮＯｘ発生量の増加を抑制できる。

一実施形態では、第１部材５６及び第２部材５８の両端は、燃料ノズル５２の両側内壁面５２ｂ及び５２ｃに架設された支持部材７５ａ及び７５ｂに支持されている。支持部材７５ａ及び７５ｂは、幅広面が混合気流の流れ方向に沿って配置された場合、混合気流を整流する作用も有する。

一実施形態では、図３及び図４に示すように、第１部材５６は、２つの第２部材５８（５８ａ、５８ｂ）の間に配置される中央側第１部材５６（５６ｃ）を含む。中央側第１部材５６（５６ｃ）は、２つの第２部材５８（５８ａ、５８ｂ）の内の一方側の第２部材５８（５８ａ）に対面する面７８、及び２つの第２部材５８の内の他方側の第２部材５８（５８ｂ）に対面する面８０、の何れの面にも第１傾斜面６０（６０ｃ）が形成されている。これによって、中央側第１部材５６（５６ｃ）の第１傾斜終了端６２（６２ｃ）で広い範囲の再循環領域を形成できるため、他の第１部材５６（５６ａ、５６ｂ）と比べて中央側第１部材５６（５６ｃ）の保炎性能を高めることができる。

図３及び図４に示す実施形態では、中央側第１部材５６（５６ｃ）及び第２部材５８（５８ａ、５８ｂ）は、燃料ノズル５２の互いに対向する内壁面５２ｂ及び５２ｃに架設された支持部材７７ａ及び７７ｂによって支持されている。

一実施形態では、図４に示すように、第１部材５６（５６ａ、５６ｂ）は、混合気流の流れ方向に沿って位置調整自在に設けられる。これによって、例えば、燃料の種類に応じて（石炭焚きボイラ１０の場合、微粉炭の種類、又は混合気の微粉炭濃度、等に応じて）、あるいは第１部材５６及び第２部材５８の形状又は配置位置に応じて、第１部材５６（５６ａ、５６ｂ）を燃料ガス流れ方向の上流側又は下流側に変更することで、良好な内部保炎性能を確保できる。

図４に示す例示的な実施形態では、混合気流の流路に支持部材７６が架設され、支持部材７６に第１部材５６（５６ａ、５６ｂ）が混合気流の流れ方向に沿って位置調節自在に取り付けられる。例えば、支持部材７６は燃料ノズル５２の互いに対向する内壁面に架設される。

なお、本実施形態は、図３及び図４に示す実施形態に係る燃焼バーナ５０（５０Ｂ）以外の図１及び図２に示す燃焼バーナ５０（５０Ａ）、及び図５及び図６に示す燃焼バーナ５０（５０Ｃ）においても適用できる。

図５及び図６に示す燃焼バーナ５０（５０Ｃ）は、図１及び図２に示す実施形態の変形例を示す。なお、燃焼バーナ５０（５０Ｃ）において、燃料ノズル５２の外側に配置される燃焼用空気ノズル５４及び２次空気ノズル５５等の構成は、図１に示す燃焼バーナ５０（５０Ａ）と同一の構成を有しているが、図５及び図６では、燃料ノズル５２の外側の構成は省略されている。

この変形例に係る燃焼バーナ５０（５０Ｃ）の構成が燃焼バーナ５０（５０Ａ）の構成と異なる点は、中央側第２部材５８（５８ｃ）は、一方側のみ（混合気流の流れ方向ａから視て上側）に第２傾斜面６４（６４ｃ）が設けられ、他方側（混合気流の流れ方向ａから視て下側）には第２傾斜面６４（６４ｃ）が設けられていない。また、中央側第２部材５８（５８ｃ）の第２傾斜面６４（６４ｃ）が設けられていない側に隣接配置された第１部材５６（５６ｂ）は、両側の面に第１傾斜面６０（６０ｂ）が設けられている。その他の構成は燃焼バーナ５０（５０Ａ）と同一である。
この変形例においても、隣接配置された第１部材５６及び第２部材５８の互いに対面する面の一方側のみに第１傾斜面６０又は第２傾斜面６４が形成されているので、第１傾斜終了端６２及び第２傾斜終了端６６で形成される混合気流の再循環領域同士の干渉を回避できる。従って、着火性能の低下を抑制できると共に、火炎外周部でのＮＯｘ発生量の増加を抑制できる。

一実施形態では、図１～図６に示すように、第１部材５６及び第２部材５８は、鉛直方向に沿って延在すると共に、水平方向に間隔を空けて配置されている。これによって、燃料ノズル５２内を流れる混合気流に含まれる微粉炭が、第１部材５６及び第２部材５８等個々の部材上に堆積することが抑制され、保炎性能の低下を防止できる。また、図１～図６に示す実施形態では、２次空気ノズル５５は燃焼用空気ノズル５４の上下方向位置に設けられ、燃焼用空気ノズル５４の側方には設けられない。燃焼用空気ノズル５４の側方に設けると、火炎部が広がり難くなるためである。

一実施形態では、第１部材５６及び第２部材５８は、水平方向に沿って延在すると共に、鉛直方向に間隔を空けて配置されることもできる。これによって、上下方向の外部着火を相対的に弱めることができ、上下方向位置に２次空気ノズル５５が配置されている場合には、２次空気ノズル５５からの２次空気による高温高酸素領域の形成を軽減できる。

一実施形態では、図１～図６に示すように、第１部材５６及び第２部材５８が縦型スプリッタの場合、２次空気ノズル５５を燃焼用空気ノズル５４の側方に配置すると、火炎部が側方へ広がり難くなる。そのため、通常、２次空気ノズル５５は燃焼用空気ノズル５４の上下方向外側のみに配置される。内壁面５２ｂ及び５２ｃの外側領域は、上記各実施形態で行われる内部保炎によって外周着火が抑制され、ＮＯｘ発生量の増加が抑制される。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

１）一態様に係る燃焼バーナ（５０（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ））は、燃料と空気とを混合した燃料ガスを噴出する燃料ノズル（５２）と、前記燃料ノズルの外側から燃焼用空気を噴出する燃焼用空気ノズル（５４）と、前記燃料ノズルの内部に配置され、前記燃料ガスの流れに対して傾斜する第１傾斜面（６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ））および該第１傾斜面の傾斜が終了する第１傾斜終了端（６２（６２ａ、６２ｂ、６２ｃ））を有する第１部材５６（５６ａ、５６ｂ、５６ｃ）と、前記第１傾斜面より前記燃料ガスの流れの下流側に配置された第２傾斜面であって、前記燃料ガスの流れに対して傾斜する第２傾斜面（６４（６４ａ、６４ｂ、６４ｃ））および該第２傾斜面の傾斜が終了する第２傾斜終了端（６６（６６ａ、６６ｂ、６６ｃ））を有する第２部材（５８（５８ａ、５８ｂ、５８ｃ））と、を備え、前記第１部材と前記第２部材とは互いに隣接して配置され、前記第２部材に対面する前記第１部材の面、または、前記第１部材に対面する前記第２部材の面の何れか一方にのみ、前記第１傾斜面または前記第２傾斜面が形成されている。

このような構成によれば、互いに隣接して配置される第１部材と第２部材とは、第２部材に対面する第１部材の面又は第１部材に対面する第２部材の面の何れか一方にのみ、第１傾斜面又は第２傾斜面が形成されているため、第１傾斜終了端に形成される混合気流の再循環領域と、第２傾斜終了端に形成される混合気流の再循環領域とは、燃料ガスの流れ方向と直交する方向で互いに離れた位置に形成される。従って、両者の干渉を抑制できる。これによって、各再循環領域に形成される低流速領域が縮小されないため、第１傾斜終了端又は第２傾斜終了端の着火性能又は保炎性能の低下を抑制できる。また、第１傾斜面及び第２傾斜面の傾斜方向を外向きに設定することで火炎を燃料ノズルの外側方向へ広げることができるため、火炎中心側の還元物質（未燃分）と火炎外周部で生成したＮＯｘとの接触面積が増加する。これによって、火炎外周部のＮＯｘの還元を促進できる。さらに、第１傾斜面又は第２傾斜面が第１部材又は第２部材の一方の面のみに形成されるため、燃料ノズルの開口部に付着した灰を掻き落すためのつつき棒を第１部材及び第２部材の間に挿入しやすくなり、そのため、燃料ノズルの開口部付近に付着した灰の除去が容易になる。

２）別な態様に係る燃焼バーナは、１）に記載の燃焼バーナであって、前記第２部材（５８）は、前記燃料ノズルの内壁面（５２ｂ、５２ｃ）に対面する前記第２部材の面にのみ前記第２傾斜面が形成されている外側第２部材（５８（５８ａ、５８ｂ））を含む。

このような構成によれば、上記外側第２部材は、燃料ノズルの内壁面に対面する面にのみ第２傾斜面が形成されているため、外側第２部材の第２傾斜終了端で形成される混合気流の再循環領域と、燃料ノズルの内壁面側と反対側に配置された隣り合う第１部材の第１傾斜終了端に形成される混合気流の再循環領域とが干渉するのを抑制できる。

３）さらに別な態様に係る燃焼バーナは、１）又は２）に記載の燃焼バーナであって、前記第２部材（５８）は、２つの前記第１部材の間に配置される中央側第２部材であって、前記２つの第１部材（５６（５６ａ、５６ｂ））の内の一方側の第１部材（５６（５６ａ））に対面する前記第２部材の面（７２）、および、前記２つの第１部材の内の他方側の第１部材（５６（５６ｂ））に対面する前記第２部材の面（７４）、の何れの面にも前記第２傾斜面が形成されている中央側第２部材（５８（５８ｃ））を含む。

このような構成によれば、第２部材は、両側の面に第２傾斜面を有する上記中央側第２部材を含むため、中央側第２部材の第２傾斜終了端で燃料ガスの流れ方向と交差する方向へ広い範囲の再循環領域を形成できる。これによって、他の第２部材と比べて中央側第２部材による保炎性能を高めることができる。

４）さらに別な態様に係る燃焼バーナは、２）に記載の燃焼バーナであって、前記第１部材（５６）は、２つの前記第２部材（５８（５８ａ、５８ｂ））の間に配置される中央側第１部材であって、前記２つの第２部材の内の一方側の第２部材（５８（５８ａ））に対面する前記第１部材の面（７８）、および、前記２つの第２部材の内の他方側の第２部材（５８（５８ｂ））に対面する前記第１部材の面（８０）、の何れの面にも前記第１傾斜面が形成されている中央側第１部材（５６（５６ｃ））を含む。

このような構成によれば、第１部材は、両側面に第１傾斜面を有する上記中央側第１部材を含むため、中央側第１部材の第１傾斜終了端で広い範囲の再循環領域を形成できる。これによって、他の第１部材と比べて中央側第１部材による保炎性能を高めることができる。

５）さらに別な態様に係る燃焼バーナは、１）乃至４）の何れかに記載の燃焼バーナであって、前記第１部材（５６（５６ａ、５６ｂ））は、前記燃料ガスの流れ方向に沿って位置調整自在に設けられる。

このような構成によれば、第１部材を燃料ガスの流れ方向に沿って位置調整自在とすることで、例えば、燃料の種類や第１部材及び第２部材の形状又は配置位置に応じて、第１部材を燃料ガス流れ方向の上流側又は下流側に変更することで、良好な内部保炎性能を確保できる。

６）さらに別な態様に係る燃焼バーナは、１）乃至５）の何れかに記載の燃焼バーナであって、前記第１部材および前記第２部材は、鉛直方向に沿って延在すると共に、水平方向に間隔を空けて配置されている。

このような構成によれば、第１部材及び第１部材が鉛直方向に沿って延在するため、燃料ノズル内を流れる燃料ガスに含まれる燃料が個々の部材上に堆積することが抑制され、これによる保炎性能の低下を防止できる。

７）さらに別な態様に係る燃焼バーナは、１）乃至５）の何れかに記載の燃焼バーナであって、前記第１部材および前記第２部材は、水平方向に沿って延在すると共に、鉛直方向に間隔を空けて配置されている。

このような構成によれば、第１部材及び第２部材が、水平方向に沿って延在するため、上下方向の外部着火を相対的に弱めることができる。従って、上下に燃焼用空気ノズルや追加の２次空気ノズルが配置されている場合には、これらノズルからの空気による高温高酸素領域の形成を軽減できる。

８）さらに別な態様に係る燃焼バーナは、６）に記載の燃焼バーナであって、前記燃焼用空気ノズル（５４）の上下方向外側から追加の２次空気を噴出する２次空気ノズル（５５）を備える。

第１部材及び第２部材が上記６）の構成を有する縦型スプリッタの場合、２次空気ノズル（５５）を燃焼用空気ノズル（５４）の側方に配置すると、火炎部が側方へ広がり難くなるため、２次空気ノズル（５５）を燃焼用空気ノズル（５４）の上下方向外側のみに配置することで、火炎部が側方へ広がりやすくなる。

９）一態様に係るボイラ（１０）は、内部に燃焼ガス流路（Ｆｃ）を形成した火炉（１２）と、前記燃焼ガス流路に面して設けられた伝熱管と、前記火炉に設けられた１）乃至８）の何れかに記載の燃焼バーナと、を備える。

このような構成によれば、上述の燃焼バーナを備えるボイラは、隣接配置された第１部材及び第２部材に形成される混合気流の再循環領域同士の干渉を抑制できるため、第１傾斜終了端又は第２傾斜終了端における混合気流の着火性能又は保炎性能の低下を抑制できる。また、再循環領域同士の干渉を抑制することで、火炎外周部のＮＯｘの還元を促進できると共に、つつき棒を第１部材及び第２部材の間に挿入しやすくなるため、燃料ノズルの開口部付近に堆積した灰の除去が容易になる。

１０ 石炭焚きボイラ
１２ 火炉
１４ 燃焼装置
１６ 煙道
１８ 微粉炭供給管
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ 分岐管
２０ ミル
２２ 風箱
２４ 空気ダクト
２６ 送風機
２８ アディショナル空気ノズル
３０ 分岐ダクト
３２ ガスダクト
３４、３６、３８ 過熱器
４０、４２ 再熱器
４４、４６ 節炭器
４８ エアヒータ
５０（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ）、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、１５０ 燃焼バーナ
５２、１５２ 燃料ノズル
５２ａ、１５２ａ 開口部
５２ｂ、５２ｃ 内壁面
５４ 燃焼用空気ノズル
５４ａ 開口部
５５ ２次空気ノズル
５６（５６ａ、５６ｂ、５６ｃ）、１５６（１５６ａ、１５６ｂ） 第１部材
５８（５８ａ、５８ｂ、５８ｃ）、１５８（１５８ａ、１５８ｂ、１５８ｃ） 第２部材
６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）、１６０（１６０ａ、１６０ｂ） 第１傾斜面
６２（６２ａ、６２ｂ、６２ｃ）、１６２（１６２ａ、１６２ｂ） 第１傾斜終了端
６４（６４ａ、６４ｂ、６４ｃ）、１６４（１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃ） 第２傾斜面
６６（６６ａ、６６ｂ、６６ｃ）、１６６（１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃ） 第２傾斜終了端
６８ 拡幅部
７０ つつき棒
７２、７４、７８、８０ 面
７５ａ、７５ｂ、７６、７７ａ、７７ｂ、１７５ａ、１７５ｂ 支持部材
Ｃ 火炎旋回流
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４ 火炎
Ｆｃ 燃焼ガス流路
Ｘ 燃焼領域
Ｙ 還元領域
ｄ 混合気流の再循環領域
ｅ 灰
ｉ 干渉

Claims (8)

1. 燃料と空気とを混合した燃料ガスを噴出する燃料ノズルと、
   前記燃料ノズルの外側から燃焼用空気を噴出する燃焼用空気ノズルと、
   前記燃料ノズルの内部に配置され、前記燃料ガスの流れに対して傾斜する第１傾斜面および該第１傾斜面の傾斜が終了する第１傾斜終了端を有する第１部材と、
   前記第１傾斜面より前記燃料ガスの流れの下流側に配置された第２傾斜面であって、前記燃料ガスの流れに対して傾斜する第２傾斜面および該第２傾斜面の傾斜が終了する第２傾斜終了端を有する第２部材と、を備え、
   前記第１部材と前記第２部材とは互いに隣接して配置され、
   前記第２部材に対面する前記第１部材の面、または、前記第１部材に対面する前記第２部材の面の何れか一方にのみ、前記第１傾斜面または前記第２傾斜面が形成されており、
   前記第２部材は、前記燃料ノズルの内壁面に対面する前記第２部材の面にのみ前記第２傾斜面が形成されている外側第２部材を含む、
   燃焼バーナ。
2. 燃料と空気とを混合した燃料ガスを噴出する燃料ノズルと、
   前記燃料ノズルの外側から燃焼用空気を噴出する燃焼用空気ノズルと、
   前記燃料ノズルの内部に配置され、前記燃料ガスの流れに対して傾斜する第１傾斜面および該第１傾斜面の傾斜が終了する第１傾斜終了端を有する第１部材と、
   前記第１傾斜面より前記燃料ガスの流れの下流側に配置された第２傾斜面であって、前記燃料ガスの流れに対して傾斜する第２傾斜面および該第２傾斜面の傾斜が終了する第２傾斜終了端を有する第２部材と、を備え、
   前記第１部材と前記第２部材とは互いに隣接して配置され、
   前記第２部材に対面する前記第１部材の面、または、前記第１部材に対面する前記第２部材の面の何れか一方にのみ、前記第１傾斜面または前記第２傾斜面が形成されており、
   前記第２部材は、２つの前記第１部材の間に配置される中央側第２部材であって、前記２つの第１部材の内の一方側の第１部材に対面する前記第２部材の面、および、前記２つの第１部材の内の他方側の第１部材に対面する前記第２部材の面、の何れの面にも前記第２傾斜面が形成されている中央側第２部材を含む、
   燃焼バーナ。
3. 前記第１部材は、２つの前記第２部材の間に配置される中央側第１部材であって、前記２つの第２部材の内の一方側の第２部材に対面する前記第１部材の面、および、前記２つの第２部材の内の他方側の第２部材に対面する前記第１部材の面、の何れの面にも前記第１傾斜面が形成されている中央側第１部材を含む、
   請求項１に記載の燃焼バーナ。
4. 前記第１部材は、前記燃料ガスの流れ方向に沿って位置調整自在に設けられる、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の燃焼バーナ。
5. 前記第１部材および前記第２部材は、鉛直方向に沿って延在すると共に、水平方向に間隔を空けて配置されている、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の燃焼バーナ。
6. 前記第１部材および前記第２部材は、水平方向に沿って延在すると共に、鉛直方向に間隔を空けて配置されている、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の燃焼バーナ。
7. 前記燃焼用空気ノズルの上下方向外側から追加の２次空気を噴出する２次空気ノズルを備える、
   請求項５に記載の燃焼バーナ。
8. 内部に燃焼ガス流路を形成した火炉と、
   前記燃焼ガス流路に面して設けられた伝熱管と、
   前記火炉に設けられた請求項１乃至７の何れか一項に記載の燃焼バーナと、
   を備えるボイラ。

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