固体燃料バーナ
【課題】バーナ出口部にある部材が炉内からの輻射によって焼損することがなく、また灰付着を防止し、さらにバーナ出口部における高温循環流の形成を乱すことなく、固体燃料の着火や火炎の安定性を維持すること。
【解決手段】燃料ノズル１１の外周壁である隔壁２９上のノズル１１の出口端部に設二次空気流１７の第一の案内部材３４とその後方側の第二の案内部材３５を設け、第二の案内部材３５はノズル隔壁２９の全周にわたって均等に配置される複数の冷却フィン３６に保持され、第一の案内部材３４は二次空気流１７ａ、第二の案内部材３５と隔壁２９との隙間から第二の案内部材３５の正面側へ導かれた二次空気流れ１７ｂをバーナ中心軸から外向きの流れとして第二の案内部材３５の正面側の冷却と燃焼灰の付着防止し、バーナ出口部での燃料の着火や火炎の安定性を維持する。
【解決手段】燃料ノズル１１の外周壁である隔壁２９上のノズル１１の出口端部に設二次空気流１７の第一の案内部材３４とその後方側の第二の案内部材３５を設け、第二の案内部材３５はノズル隔壁２９の全周にわたって均等に配置される複数の冷却フィン３６に保持され、第一の案内部材３４は二次空気流１７ａ、第二の案内部材３５と隔壁２９との隙間から第二の案内部材３５の正面側へ導かれた二次空気流れ１７ｂをバーナ中心軸から外向きの流れとして第二の案内部材３５の正面側の冷却と燃焼灰の付着防止し、バーナ出口部での燃料の着火や火炎の安定性を維持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は石炭等の固体燃料を燃焼させる固体燃料バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所等で用いられるボイラ火炉において、石炭等の固体燃料を燃焼させるバーナ構造は、火炎の安定性や燃料の未燃カーボンの低減、燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物の低減等を目的として、様々な構造が提案されている。
【０００３】
特許第３３４４６９４号公報で開示されているバーナ構造においては、三次空気流を微粉炭と搬送気体の混合流の外側に噴出させ、二次空気流は三次空気流よりもさらに外向きに噴出させるようにすることで、微粉炭と搬送気体の混合流と二次、三次空気流（燃焼用空気流）の間に大きな循環流を形成し、バーナ出口近傍の火炉内での微粉炭と燃焼用空気の混合が抑制され、ＮＯｘ発生量及び燃焼灰中の未燃分を効果的に減少させることができ、微粉炭の着火や火炎の安定性を維持させている。
【０００４】
また、特開昭６１−７２９０６号公報記載のバーナでは、微粉炭と搬送気体の混合流が流れる一次スリーブの出口に設けられた保炎リングの冷却のために保炎リングと保炎リングに接続する一次スリーブ部分を共に二重構造から成る冷却スリーブとし、該冷却スリーブ内にはフィンを設け、この冷却スリーブ内に空気を流して保炎リングを冷却する構成が開示されている。
【０００５】
さらに、特開２００４−１０１０７１号公報記載のバーナは燃焼器の本体中心部に有るパイロットノズルと該パイロットノズルの周囲に間隔をあけて複数のメインノズルを配置し、パイロットノズルから噴出する炎をメインノズルから噴出する燃料の点火に利用する構成において、パイロットノズル出口からメインノズルに向けて放射状に広がったテーパ部の先端に鍔部を設け、該鍔部の下流側に保炎用の火炎低速域（循環流）を形成させる構成が開示されている。前記火炎低速域に対向する鍔部内部にはテーパ部に接続する空気の通過部があるので、鍔部の冷却が可能となり、またテーパ部からメインノズルに向けて空気が噴出されるので、火炎のフラッシュバックを防ぐことができると記載されている。
【０００６】
また、特開平１１−１４８６１１号公報記載のバーナのガスノズルの先端部は、火炉からの輻射により高温になるのを防ぐために、空冷ができるフィンを備えた冷却構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３３４４６９４号公報
【特許文献２】特開昭６１−７２９０６号公報
【特許文献３】特開２００４−１０１０７１号公報
【特許文献４】特開平１１−１４８６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１の固体燃焼バーナは、二次空気流の噴出方向制御手段として、微粉炭ノズルと二次空気ノズルの隔壁の先端が、二次空気流の噴出角度を三次空気流の噴出角度よりも外側になる案内板を設けている。しかし、前記案内板は火炉内からの輻射を直接に受けるため、焼損の可能性がある。
【０００９】
また、上記特許文献２の固体燃焼バーナの冷却スリーブ内に空気を流して保炎リングを冷却する構成は、冷却スリーブ内にはフィンもあるので保炎リングが良く冷却される。しかし保炎リングから火炉内に向けて噴出する冷却空気は、保炎リングの近傍であり、保炎リングの下流側における高温の空気と微粉炭から成る循環流の形成の妨げになると考えられる。
【００１０】
さらに、特許文献３記載のバーナは、ガスタービンの燃焼器を対象にしたものではあるが、パイロットノズル出口からメインノズルに向けて放射状に広がったテーパ部の先端に設けた鍔部の下流側に保炎用の火炎低減域（循環流）を形成させ、しかも鍔部内部にテーパ部に接続する空気の通過部を設け、鍔部の冷却を行っている。しかし、対象がガス燃焼であるため、灰付着については考慮されておらず、鍔部後流での循環域を大きくしていることから、提案構造を石炭等の固体燃料に適用した場合は鍔部で灰が付着されやすくなると考えられる。また、固体燃料の着火はガス燃料よりも遅いため、提案構造を用いることは着火を悪くすることが考えられる。
【００１１】
また、上記特許文献４記載の固体燃焼バーナは、二次空気と三次空気の間にある冷却器において、冷却器先端をスリット構造にし、冷却空気を流すことと、スリットの内側と外側の部材の材質を変えることで熱衝撃によりスラグにクラックを生じさせて脱落させている。この構造ではスリットから噴出する冷却空気は、中心軸（燃料噴流側）へ噴出しており、二次空気流に流れを阻害されるため、冷却に必要な十分な量は流れないと推測される。そのため、異なる材質を用いることにより、付着したスラグにクラックを生じさせていると考えられる。また、当該バーナのような大きな冷却器を有しないバーナには、スリットによる流れと、二次空気流（もしくは燃料噴流）が干渉し、バーナの着火保炎が不安定になるおそれがある。
【００１２】
本発明の課題は、バーナ出口部にある部材が炉内からの輻射によって焼損することがなく、また灰付着を防止し、さらにバーナ出口部における高温循環流の形成を乱すことなく、固体燃料の着火や火炎の安定性を維持させる固体燃料バーナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記目的を達成するために、次の解決手段を採用する。
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（１１）と、前記燃料ノズル（１１）の外周側の同心軸上に二次燃焼用ガスが流れる二次燃焼用ガスノズル（１３）と、該二次燃焼用ガスノズル（１３）の外周側の同心軸上に三次燃焼用ガスが流れる三次燃焼用ガスノズル（１４）と、前記二次燃焼用ガスノズル（１３）の出口端部に三次燃焼用ガスの流れ（１８）をバーナ中心軸側から外周側へと導くガイドスリーブ（２５）とを設けた固体燃料バーナであって、二次燃焼用ガスノズル（１３）の内周壁（２９）の外側先端部に設けられて、二次燃焼用ガスの流れ（１７）を前記二次燃焼用ガスノズル（１３）の外周側に導く保炎器（２３）と、該保炎器（２３）の外周面に保持されて、二次燃焼用ガス流れ（１７）によって冷却される複数のフィン部材（３６）と、前記保炎器（２３）の先端部に保持されて、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）をバーナ中心軸側から外向きに導く第一の案内部材（３４）と、前記フィン部材（３６）の先端部に保持されて、第一の案内部材（３４）と間隔をあけて第一の案内部材（３４）より二次燃焼用ガス流れ（１７）の上流側に、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）をバーナ中心軸側から外向きに導く第二の案内部材（３５）を設け、前記第一の案内部材（３４）に至る保炎器（２３）の外周面と前記第二の案内部材（３５）の間には、前記二次燃焼用ガス流れ（１７）の一部が流れる空隙を設け、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）が前記第二の案内部材（３５）の火炉正面側と背面側とに分かれるように構成されており、第一の案内部材（３４）および第二の案内部材（３５）のバーナ中心軸に対する外向きの角度が前記ガイドスリーブ（２５）のバーナ中心軸に対する外向きの角度よりも大きいことを特徴とする固体燃料バーナである。
【００１４】
請求項２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（１１）と、該燃料ノズル（１１）の外周側の同心軸上に二次燃焼用ガスが流れる二次燃焼用ガスノズル（１３）と、該二次燃焼用ガスノズル（１３）の外周側の同心軸上に三次燃焼用ガスが流れる三次燃焼用ガスノズル（１４）と、前記二次燃焼用ガスノズル（１３）の出口端部に三次燃焼用ガスの流れ（１８）をバーナ中心軸側から外周側へと導くガイドスリーブ（２５）とを設けた固体燃料バーナであって、前記二次燃焼用ガスノズル（１３）の内周壁（２９）の外側先端部に設けられて、二次燃焼用ガスの流れ（１７）をバーナ中心軸側から外向きに導く第一の案内部材（３４）と、該二次燃焼用ガスノズル（１３）の内周壁（２９）の外側に保持されて、二次燃焼用ガス流れ（１７）によって冷却される複数のフィン部材（３６）と、前記フィン部材（３６）の先端部に保持されて、第一の案内部材（３４）と間隔をあけて第一の案内部材（３４）より二次燃焼用ガス流れ（１７）の上流側に、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）をバーナ中心軸側から外向きに導く第二の案内部材（３５）を設け、前記第一の案内部材（３４）に至る二次燃焼用ガスノズル（１３）の内周壁（２９）と前記第二の案内部材（３５）の間には、前記二次燃焼用ガス流れ（１７）の一部が流れる空隙を設け、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）が前記第二の案内部材（３５）の火炉正面側と背面側とに分かれるように構成されており、第一の案内部材（３４）および第二の案内部材（３５）のバーナ中心軸に対する外向きの角度が前記ガイドスリーブ（２５）のバーナ中心軸に対する外向きの角度よりも大きいことを特徴とする固体燃料バーナである。
【００１５】
請求項３記載の発明は、前記第二の案内部材（３５）は、その内径が前記第一の案内部材（３４）の外径よりも小さく、外径が前記第一の案内部材（３４）の外径よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし２のいずれかに記載の固体燃料バーナである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明によれば、フィン部材３６で整流された二次空気流１７の一部である二次空気の流れ１７の内で第二の案内部材３５の火炉正面側の噴流１７ｂは保炎器スリーブ２３ｂに沿って噴出し、保炎器スリーブ２３ｂの先端には第一の案内部材３４が設置されているため、フィン部材３６で整流され、第二の案内部材３５と保炎器２３の間の空隙から第二の案内部材３５の正面側（火炉側）に流れる二次空気噴流１７ｂにより、第二の案内部材３５の正面側が冷却されると共に第二の案内部材３５への灰付着等が防げる。
【００１７】
また第二の案内部材３５の下流側には、比較的小さな循環流１９ｂが形成され、炉内の高温ガスを巻き込む可能性があり、第一と第二の案内部材３４，３５に正面側（火炉側）には比較的大きな循環流１９ａが形成され、これら循環流１９ａ，１９ｂは炉内の高温ガスを巻き込む可能性があるので、安定した火炎の着火と火炎の安定性が維持され、ＮＯｘ濃度の低減や、燃焼灰中の未燃分低減に効果がある。
【００１８】
さらに、第一の案内部材３４および第二の案内部材３５のバーナ中心軸に対する外向きの角度が前記ガイドスリーブ２５のバーナ中心軸に対する外向きの角度よりも大きいため、バーナ出口で二次空気の流れ１７と三次空気の流れ１８とが交差することで前記循環流１９ａ，１９ｂが形成され易くなる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の保炎器による効果を除き、請求項１記載の発明と同じ効果が得られる。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、第二の案内部材３５の内径は、第一の案内部材３４の外径よりもよりも小さく、第二の案内部材３５の外径は、第一の案内部材３４の外径よりもよりも大きくすると、二次空気噴流１７ａと二次空気噴流１７ｂが火炉４１内でバーナ中心軸に対して垂直方向に噴出して、第二の案内部材３５の背面側の二次燃焼用ガスの流路が十分長くなり、二次空気噴流１７ａと二次空気噴流１７ｂで第一の案内部材３４自体の正面側に灰付着が生じたり、火炉４１からの輻射熱で損傷したりすることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１による固体燃料バーナ構造のうち、案内部材の設置を示す図である。
【図２】実施例１による固体燃料バーナ構造を示す断面図である。
【図３】実施例１の第一と第二の案内部材の外径が同じ場合のガス流れを示す図である。
【図４】実施例１の比較例として第一の案内部材がない場合のガス流れを示す図である。
【図５】本発明の実施例２による固体燃料バーナ構造の示す断面図である。
【図６】実施例２による固体燃料バーナ構造のうち、案内部材の設置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面とともに説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、図２で説明する固体燃料バーナの案内部材の設置部を拡大した図であり、図２は本実施例の固体燃料バーナの断面図である。
固体燃料バーナは水管３１を備えた火炉壁のバーナスロート３０に挿入されるように配置され、その中心軸部に助燃用のオイルガン２４を備え、助燃用のオイルガン２４の周囲に燃料噴流用のノズル、すなわち燃料およびその搬送気体の混合流１６を噴出する燃料ノズル１１を備えている。燃料ノズル１１の中心軸部を貫通して設けられた助燃用のオイルガン２４は固体燃料バーナの起動時に燃料着火に使用する。
【００２４】
また燃料ノズル１１内において、オイルガン２４の外周には濃縮器（障害物）３３を配置し、該濃縮器３３の上流側には流路縮小部材（ベンチュリ）３２を配置している。これらの障害物３２，３３により前記混合流１６を矢印の方向に偏流させて燃料ノズル１１の内周壁２９の内側で密度が高くすることにより、固体燃料が燃料ノズル１１の出口で着火し易くなる。
【００２５】
火炉壁の燃料ノズル１１の外側には燃焼用の空気を導入した風箱２６が設けられ、該風箱２６内には燃料ノズル１１と同心円状の空気噴出用の外側空気ノズル、すなわち二次空気ノズル１３と三次空気ノズル１４を設けている。三次空気ノズル１４には空気に旋回力を与えるために旋回器２８が設置されている。前記旋回器２８が三次空気ノズル１４から噴出する三次空気に旋回力を与えるため、バーナ出口では、燃料ノズル１１からの燃料噴流、すなわち燃料およびその搬送気体の混合流１６と二次空気ノズル１３から噴出される二次空気の流れ１７と、三次空気ノズル１４から噴出される三次空気の流れ１８などの燃焼用空気流との間に、前記混合流１６や三次空気の流れ１８とは、逆方向の流れが誘起される。
【００２６】
この逆方向の流れを循環流１９と呼ぶ。循環流１９は保炎器２３の下流側にできる循環流１９ａと第一の案内部材３４の下流側にできる循環流１９ｂからなる。上記２つの循環流１９ａ，１９ｂ内には、火炉４１内の下流側から燃料の燃焼で生じた高温ガスが流れ込み、滞留する。この高温ガスと混合流１６中の燃料粒子が固体燃料バーナ出口で混合し、更に火炉４１内からの輻射熱により燃料粒子の温度が上昇して着火する。
【００２７】
三次空気ノズル１４の内周壁３８の先端部（火炉側出口部）には、固体燃料噴流よりも外側に三次空気を噴出するガイドスリーブ２５が設けられている。
【００２８】
燃料ノズル１１と二次空気ノズル１３の隔壁（二次空気ノズル１３の内周壁）２９の外側には、燃料ノズル１１から噴出する固体燃料とその搬送気体の混合流１６および二次ノズル１３から噴出する二次空気の流れ１７を外周側へ縮小させながら集めるために保炎器母材２３ａと保炎器スリーブ２３ｂからなる保炎器２３を設けており、二次空気の流れ１７は三次空気の流れ１８よりも外側に向けて火炉４１内に噴出させるように前記２つの案内部材３４，３５を設けている。
【００２９】
第一の案内部材３４と第二の案内部材３５は互いに燃焼用空気の流れ方向に間隔を設けて配置されている。第一の案内部材３４は保炎器スリーブ２３ｂの先端に設けられ、第一の案内部材３４により偏向されて火炉４１内へ噴出される二次空気流れ１７のバーナ中心軸に対する噴出角度は、三次空気の流れ１８のバーナ中心軸に対する噴出角度より外側に広がるように設置されている。
【００３０】
即ち、図１の上側にある丸枠内の略図に示したように、第１の案内部材３４、第２の案内部材３５及びガイドスリーブ２５がバーナ中心軸に相当するオイルガン２４と成す外向きの角度をそれぞれθA1 、θA2 、θB としたとき、
θA1 ＞θB ，θA2 ＞θB
が成り立つようにする。
【００３１】
第一の案内部材３４および第二の案内部材３５のバーナ中心軸に対する外向きの角度がガイドスリーブ２５のバーナ中心軸に対する外向きの角度よりも大きいため、バーナ出口で二次空気の流れ１７と三次空気の流れ１８とが交差することで前記循環流１９ａ，１９ｂが形成され易くなる。
【００３２】
第二の案内部材３５は、バーナ中心軸に対して第一の案内部材３４と同じ向きに設置されているが、第一の案内部材３４よりもバーナ内部の上流側に設置されている。また、第二の案内部材３５と保炎器スリーブ２３ｂとの間には隙間が生じている。
【００３３】
第一の案内部材３４と第二の案内部材３５の距離は、第二の案内部材３５と保炎器２３の距離と同等である。二次空気流１７はガイドスリーブ２５と第二の案内部材３５の間を通って火炉４１内に噴出する二次空気噴流１７ａと、第二の案内部材３５と第一の案内部材３４の間を通って火炉４１内に噴出する二次空気噴流１７ｂからなり、二次空気噴流１７ａ及び１７ｂは三次空気の流れ１８よりもバーナ中心軸に対して外側に向けて噴射される。
【００３４】
フィン部材３６が第二の案内部材３５の先端に接続され、該フィン部材３６はガス流れ方向に沿って起立状に保炎器２３の外周壁上に取り付けられている。またフィン部材３６は３０〜５０ｍｍのピッチで保炎器２３の円周方向に均等かつ放射状に複数個設置されている。フィン部材３６を狭い間隔で複数個設置することにより、二次空気噴流１７ａ，１７ｂを整流することができる。
【００３５】
また、フィン部材３６の先端には第二の案内部材３５が設けられているため、フィン部材３６により整流された二次空気噴流１７ａは、第二の案内部材３５に沿ってバーナ中心軸に対し垂直方向外側に向けて火炉４１内に噴出する。この流れにより保炎器２３及び第二の案内部材３５は冷却され、火炉４１内からの輻射によるバーナの焼損を防止することができる。
【００３６】
第二の案内部材３５と保炎器スリーブ２３ｂの間には空隙があるため、フィン部材３６で整流された二次空気流１７の一部である二次空気噴流１７ｂは保炎器スリーブ２３ｂに沿って噴出する。
【００３７】
また、保炎器スリーブ２３ｂの先端には第一の案内部材３４が設置されているため、フィン部材３６で整流された二次空気噴流１７ｂは、第一の案内部材３４に沿ってバーナ中心軸に対して垂直方向に噴出する。この噴流１７ｂは第一の案内部材３４と第二の案内部材３５の間を流れることになり、第二の案内部材３５の火炉４１側の表面側に沿って流れを形成する。
【００３８】
第二の案内部材３５の下流側には、比較的小さな循環流１９ｂが形成され、炉内の高温ガスを巻き込む可能性がある。そのため、第二の案内部材３５の焼損、第二の案内部材３５への灰付着等の可能性が生じるが、第一と第二の案内部材３４，３５の空隙に生じる二次空気噴流１７ｂにより、第二の案内部材３５への灰付着等の防止を図ることが可能となる。
【００３９】
第二の案内部材３５の内径は、第一の案内部材３４の外径よりもよりも小さく、第二の案内部材３５の外径は、第一の案内部材３４の外径よりも大きくすることで、二次空気噴流１７ｂが、バーナ中心軸に対して垂直方向に噴出し、第二の案内部材３５の表面への灰付着を防止する。
【００４０】
図３に第一の案内部材３４と第二の案内部材３５の外径がほぼ等しい場合の、二次空気噴流１７ａ，１７ｂと循環流１９ａ，１９ｂを示す。第一の案内部材３４と第二の案内部材３５の間を通る二次空気噴流１７ｂにより第二の案内部材３５の冷却効果はある。しかし、小さな循環流１９ｂが第二の案内部材３５の後流側にできるため、第二の案内部材３５の焼損や灰付着が懸念される。
【００４１】
図４には本発明の比較例として、第一の案内部材３４が実質的に無い場合の二次空気の噴流１７ａ，１７ｂを示す。
【００４２】
第一の案内部材３４がない場合、二次空気流１７の一部である二次空気流１７ｂは、バーナ中心軸方向に沿って噴出する。そのため、第二の案内部材３５の正面側（火炉側）には冷却空気は流れず、第二の案内部材３５により生じる小さな循環流１９ｂは、第二の案内部材３５の表面側に形成される。この場合は、火炉４１内の灰を含んだ高温ガスが第二の案内部材３５の表面に触れることにより、焼損や灰付着が懸念される。従って、第一の案内部材３４は第二の案内部材３５よりも短い方が、灰付着防止や焼損に有効である。
【００４３】
図１に示す固体燃料バーナにおいては、二次空気流１７は、第一及び第二の案内部材３４，３５によって三次空気流１８よりも外側で火炉４１内に噴出するため、保炎器２３で形成される循環流１９の領域を乱すことなく、三次空気流１８の噴流に同伴される。また、２つの案内部材３４，３５への灰付着も抑制されるため、２つの案内部材３４，３５への灰付着による循環流１９ａ，１９ｂの領域の乱れも抑制する。そのため、固体燃料の着火、火炎の安定性は維持され、安定した燃焼が可能となり、ＮＯｘ濃度の低減や、燃焼灰中の未燃分低減に効果がある。
【００４４】
なお、特開昭６１−０７２９０６号公報記載の発明では、保炎器にフィン部材を設置する例が示されているが、本実施例では、フィン部材３６の先端に第二の案内部材３５を設置することで、前記公報記載のフィン部材の効果と大きく異なる効果を得られる。フィン部材３６の先端に備え付けた第二の案内部材３５と保炎器スリーブ２３ｂの間には隙間を形成するため、二次空気流１７は、第二の案内部材３５の内側を沿って流れる噴流１７ａと、第二の案内部材３５と保炎器スリーブ２３ｂの隙間を流れる噴流１７ｂに分かれる。噴流１７ａは、第二の案内部材３５を内側から冷却し、噴流１７ｂは第一の案内部材３４により、第二の案内部材３５に沿って三次空気ノズル１４の方へ向かって流れるため、第二の案内部材３５の表面への灰付着を防止することが可能となる。
【００４５】
このように、二次空気噴流１７ｂは保炎器２３及び第二の案内部材３５の冷却による焼損防止だけではなく、保炎器２３及び第二の案内部材３５への灰付着を防止でき、固体燃料の着火や火炎の安定性が従来より向上する。
【００４６】
本実施例で第１案内部材３４と第２案内部材３５を二つ設けた理由は、フィン部材３６上に主たる第二の案内部材３５を設けることにより、単一の案内部材を用いる場合より温度が２５０℃下がり、第一、第二の案内部材３４，３５の焼損が防止できる。
【実施例２】
【００４７】
本発明の第２の実施例による固体燃料バーナの構造を示す断面図を図５に示し、その要部拡大図を図６に示す。本実施例では、燃料ノズル１１と二次空気ノズル１３の隔壁（二次空気ノズル１３の内周壁２９の外側先端部において、実施例１における保炎器２３に相当する部分を取り除いた構成からなるものである。
【００４８】
すなわち、二次空気ガスノズル１３の内周壁２９の外側先端部に二次空気流１７をバーナ中心軸側から外向きに導く第一の案内部材３４を設け、該二次空気ノズル１３の内周壁２９の外側に二次空気流１７によって冷却される複数のフィン部材３６を取り付け、さらにフィン部材３６の先端部に第一の案内部材３４と間隔をあけて第一の案内部材３４より二次空気流１７の上流側に、該二次空気流１７をバーナ中心軸側から外向きに導く第二の案内部材３５を設けている。そして前記第一の案内部材３４に至る二次空気ノズル１３の内周壁２９と第二の案内部材３５の間には、二次空気流１７の一部が流れる空隙を設け、二次空気流１７が第二の案内部材３５の火炉正面側（噴流１７ｂ）と背面側（噴流１７ａ）とに分かれるように構成されている。
【００４９】
本実施例でも、第二の案内部材３５の下流側には、比較的小さな循環流１９ｂが形成され、炉内の高温ガスを巻き込む可能性がある。そのため、第二の案内部材３５の焼損、第二の案内部材３５への灰付着等の可能性が生じるが、第一と第二の案内部材３４，３５の空隙に生じる二次空気噴流１７ｂにより、第二の案内部材３５への灰付着等の防止を図ることが可能となる。
【００５０】
また、第二の案内部材３５の内径は、第一の案内部材３４の外径よりもよりも小さく、第二の案内部材３５の外径は、第一の案内部材３４の外径よりも大きくすることで、二次空気噴流１７ｂが、バーナ中心軸に対して垂直方向に噴出し、第二の案内部材３５の表面への灰付着を防止する。
【００５１】
さらに、第一の案内部材３４および第二の案内部材３５のバーナ中心軸に対する外向きの角度が前記ガイドスリーブ２５のバーナ中心軸に対する外向きの角度よりも大きいため、バーナ出口で二次空気の流れ１７と三次空気の流れ１８とが交差することで前記循環流１９ａ，１９ｂが形成され易くなる。
【００５２】
なお、以上の説明において、フィン部材３６は、バーナ出口端側の位置が第二の案内部材３５の背面側（ボイラ内部側を正面とする）までとなっている例を示したが、例えば、第一の案内部材３４の背面側まで伸びていても良く、バーナ径方向の高さや軸方向の長さ、図１等のバーナ側面図に表される形状を問わない。
【００５３】
ここで、フィン部材３６は二次空気流１７によって冷却され、第二の案内部材３５を保持するものであって、二次空気流１７が第二の案内部材３５によって、その正面側と背面側とに分けられるように、第二の案内部材３５と燃料ノズル１１から第一の案内部材３４まで連続する二次空気ノズル内周壁２９との間に空隙が形成されるようになっていれば良い。
【００５４】
また、固体燃料バーナとして、燃料には石炭を粉砕した微粉炭を用い、燃焼用気体として空気を用いるバーナについて説明したが、本発明は、燃料種や燃焼用ガスの組成により制限されるものではない。
【００５５】
固体燃料としては、石炭のほか、褐炭や各種バイオマス等、固体燃料全般に適用でき、燃焼用気体としては、再循環した燃焼排ガスや、空気又は酸素と燃焼排ガスとの混合ガスなどを用いることもできる。
【００５６】
また、説明の便宜上、第一の案内部材３４、第二の案内部材３５、フィン部材３６及び燃料ノズル１１をそれぞれ独立した部材として表現したが、それらの一部または全部が鋳造等によって製作され、一体的、連続的に形成されているものも本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１１ 燃料ノズル １３ 二次空気ノズル
１４ 三次空気ノズル １６ 燃料とその搬送気体の混合流
１７ 二次空気流 １７ａ 二次空気流れ（主流）
１７ｂ 二次空気流れ（副流） １８ 三次空気流
１９ａ 循環流 １９ｂ 案内部材による循環流
２３ 保炎器 ２３ａ 保炎器母材
２３ｂ 保炎器スリーブ ２４ オイルガン
２５ ガイドスリーブ ２６ 風箱
２８ 旋回器 ２９ 二次空気ノズルの内周壁
３０ バーナスロート ３１ 水管
３２ 流路縮小部材（ベンチュリ）
３３ 障害物（濃縮器） ３４ 第一の案内部材
３５ 第二の案内部材 ３６ フィン部材
３８ 三次空気ノズルの内周壁 ４１ 火炉
【技術分野】
【０００１】
本発明は石炭等の固体燃料を燃焼させる固体燃料バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所等で用いられるボイラ火炉において、石炭等の固体燃料を燃焼させるバーナ構造は、火炎の安定性や燃料の未燃カーボンの低減、燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物の低減等を目的として、様々な構造が提案されている。
【０００３】
特許第３３４４６９４号公報で開示されているバーナ構造においては、三次空気流を微粉炭と搬送気体の混合流の外側に噴出させ、二次空気流は三次空気流よりもさらに外向きに噴出させるようにすることで、微粉炭と搬送気体の混合流と二次、三次空気流（燃焼用空気流）の間に大きな循環流を形成し、バーナ出口近傍の火炉内での微粉炭と燃焼用空気の混合が抑制され、ＮＯｘ発生量及び燃焼灰中の未燃分を効果的に減少させることができ、微粉炭の着火や火炎の安定性を維持させている。
【０００４】
また、特開昭６１−７２９０６号公報記載のバーナでは、微粉炭と搬送気体の混合流が流れる一次スリーブの出口に設けられた保炎リングの冷却のために保炎リングと保炎リングに接続する一次スリーブ部分を共に二重構造から成る冷却スリーブとし、該冷却スリーブ内にはフィンを設け、この冷却スリーブ内に空気を流して保炎リングを冷却する構成が開示されている。
【０００５】
さらに、特開２００４−１０１０７１号公報記載のバーナは燃焼器の本体中心部に有るパイロットノズルと該パイロットノズルの周囲に間隔をあけて複数のメインノズルを配置し、パイロットノズルから噴出する炎をメインノズルから噴出する燃料の点火に利用する構成において、パイロットノズル出口からメインノズルに向けて放射状に広がったテーパ部の先端に鍔部を設け、該鍔部の下流側に保炎用の火炎低速域（循環流）を形成させる構成が開示されている。前記火炎低速域に対向する鍔部内部にはテーパ部に接続する空気の通過部があるので、鍔部の冷却が可能となり、またテーパ部からメインノズルに向けて空気が噴出されるので、火炎のフラッシュバックを防ぐことができると記載されている。
【０００６】
また、特開平１１−１４８６１１号公報記載のバーナのガスノズルの先端部は、火炉からの輻射により高温になるのを防ぐために、空冷ができるフィンを備えた冷却構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３３４４６９４号公報
【特許文献２】特開昭６１−７２９０６号公報
【特許文献３】特開２００４−１０１０７１号公報
【特許文献４】特開平１１−１４８６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１の固体燃焼バーナは、二次空気流の噴出方向制御手段として、微粉炭ノズルと二次空気ノズルの隔壁の先端が、二次空気流の噴出角度を三次空気流の噴出角度よりも外側になる案内板を設けている。しかし、前記案内板は火炉内からの輻射を直接に受けるため、焼損の可能性がある。
【０００９】
また、上記特許文献２の固体燃焼バーナの冷却スリーブ内に空気を流して保炎リングを冷却する構成は、冷却スリーブ内にはフィンもあるので保炎リングが良く冷却される。しかし保炎リングから火炉内に向けて噴出する冷却空気は、保炎リングの近傍であり、保炎リングの下流側における高温の空気と微粉炭から成る循環流の形成の妨げになると考えられる。
【００１０】
さらに、特許文献３記載のバーナは、ガスタービンの燃焼器を対象にしたものではあるが、パイロットノズル出口からメインノズルに向けて放射状に広がったテーパ部の先端に設けた鍔部の下流側に保炎用の火炎低減域（循環流）を形成させ、しかも鍔部内部にテーパ部に接続する空気の通過部を設け、鍔部の冷却を行っている。しかし、対象がガス燃焼であるため、灰付着については考慮されておらず、鍔部後流での循環域を大きくしていることから、提案構造を石炭等の固体燃料に適用した場合は鍔部で灰が付着されやすくなると考えられる。また、固体燃料の着火はガス燃料よりも遅いため、提案構造を用いることは着火を悪くすることが考えられる。
【００１１】
また、上記特許文献４記載の固体燃焼バーナは、二次空気と三次空気の間にある冷却器において、冷却器先端をスリット構造にし、冷却空気を流すことと、スリットの内側と外側の部材の材質を変えることで熱衝撃によりスラグにクラックを生じさせて脱落させている。この構造ではスリットから噴出する冷却空気は、中心軸（燃料噴流側）へ噴出しており、二次空気流に流れを阻害されるため、冷却に必要な十分な量は流れないと推測される。そのため、異なる材質を用いることにより、付着したスラグにクラックを生じさせていると考えられる。また、当該バーナのような大きな冷却器を有しないバーナには、スリットによる流れと、二次空気流（もしくは燃料噴流）が干渉し、バーナの着火保炎が不安定になるおそれがある。
【００１２】
本発明の課題は、バーナ出口部にある部材が炉内からの輻射によって焼損することがなく、また灰付着を防止し、さらにバーナ出口部における高温循環流の形成を乱すことなく、固体燃料の着火や火炎の安定性を維持させる固体燃料バーナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記目的を達成するために、次の解決手段を採用する。
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（１１）と、前記燃料ノズル（１１）の外周側の同心軸上に二次燃焼用ガスが流れる二次燃焼用ガスノズル（１３）と、該二次燃焼用ガスノズル（１３）の外周側の同心軸上に三次燃焼用ガスが流れる三次燃焼用ガスノズル（１４）と、前記二次燃焼用ガスノズル（１３）の出口端部に三次燃焼用ガスの流れ（１８）をバーナ中心軸側から外周側へと導くガイドスリーブ（２５）とを設けた固体燃料バーナであって、二次燃焼用ガスノズル（１３）の内周壁（２９）の外側先端部に設けられて、二次燃焼用ガスの流れ（１７）を前記二次燃焼用ガスノズル（１３）の外周側に導く保炎器（２３）と、該保炎器（２３）の外周面に保持されて、二次燃焼用ガス流れ（１７）によって冷却される複数のフィン部材（３６）と、前記保炎器（２３）の先端部に保持されて、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）をバーナ中心軸側から外向きに導く第一の案内部材（３４）と、前記フィン部材（３６）の先端部に保持されて、第一の案内部材（３４）と間隔をあけて第一の案内部材（３４）より二次燃焼用ガス流れ（１７）の上流側に、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）をバーナ中心軸側から外向きに導く第二の案内部材（３５）を設け、前記第一の案内部材（３４）に至る保炎器（２３）の外周面と前記第二の案内部材（３５）の間には、前記二次燃焼用ガス流れ（１７）の一部が流れる空隙を設け、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）が前記第二の案内部材（３５）の火炉正面側と背面側とに分かれるように構成されており、第一の案内部材（３４）および第二の案内部材（３５）のバーナ中心軸に対する外向きの角度が前記ガイドスリーブ（２５）のバーナ中心軸に対する外向きの角度よりも大きいことを特徴とする固体燃料バーナである。
【００１４】
請求項２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（１１）と、該燃料ノズル（１１）の外周側の同心軸上に二次燃焼用ガスが流れる二次燃焼用ガスノズル（１３）と、該二次燃焼用ガスノズル（１３）の外周側の同心軸上に三次燃焼用ガスが流れる三次燃焼用ガスノズル（１４）と、前記二次燃焼用ガスノズル（１３）の出口端部に三次燃焼用ガスの流れ（１８）をバーナ中心軸側から外周側へと導くガイドスリーブ（２５）とを設けた固体燃料バーナであって、前記二次燃焼用ガスノズル（１３）の内周壁（２９）の外側先端部に設けられて、二次燃焼用ガスの流れ（１７）をバーナ中心軸側から外向きに導く第一の案内部材（３４）と、該二次燃焼用ガスノズル（１３）の内周壁（２９）の外側に保持されて、二次燃焼用ガス流れ（１７）によって冷却される複数のフィン部材（３６）と、前記フィン部材（３６）の先端部に保持されて、第一の案内部材（３４）と間隔をあけて第一の案内部材（３４）より二次燃焼用ガス流れ（１７）の上流側に、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）をバーナ中心軸側から外向きに導く第二の案内部材（３５）を設け、前記第一の案内部材（３４）に至る二次燃焼用ガスノズル（１３）の内周壁（２９）と前記第二の案内部材（３５）の間には、前記二次燃焼用ガス流れ（１７）の一部が流れる空隙を設け、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）が前記第二の案内部材（３５）の火炉正面側と背面側とに分かれるように構成されており、第一の案内部材（３４）および第二の案内部材（３５）のバーナ中心軸に対する外向きの角度が前記ガイドスリーブ（２５）のバーナ中心軸に対する外向きの角度よりも大きいことを特徴とする固体燃料バーナである。
【００１５】
請求項３記載の発明は、前記第二の案内部材（３５）は、その内径が前記第一の案内部材（３４）の外径よりも小さく、外径が前記第一の案内部材（３４）の外径よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし２のいずれかに記載の固体燃料バーナである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明によれば、フィン部材３６で整流された二次空気流１７の一部である二次空気の流れ１７の内で第二の案内部材３５の火炉正面側の噴流１７ｂは保炎器スリーブ２３ｂに沿って噴出し、保炎器スリーブ２３ｂの先端には第一の案内部材３４が設置されているため、フィン部材３６で整流され、第二の案内部材３５と保炎器２３の間の空隙から第二の案内部材３５の正面側（火炉側）に流れる二次空気噴流１７ｂにより、第二の案内部材３５の正面側が冷却されると共に第二の案内部材３５への灰付着等が防げる。
【００１７】
また第二の案内部材３５の下流側には、比較的小さな循環流１９ｂが形成され、炉内の高温ガスを巻き込む可能性があり、第一と第二の案内部材３４，３５に正面側（火炉側）には比較的大きな循環流１９ａが形成され、これら循環流１９ａ，１９ｂは炉内の高温ガスを巻き込む可能性があるので、安定した火炎の着火と火炎の安定性が維持され、ＮＯｘ濃度の低減や、燃焼灰中の未燃分低減に効果がある。
【００１８】
さらに、第一の案内部材３４および第二の案内部材３５のバーナ中心軸に対する外向きの角度が前記ガイドスリーブ２５のバーナ中心軸に対する外向きの角度よりも大きいため、バーナ出口で二次空気の流れ１７と三次空気の流れ１８とが交差することで前記循環流１９ａ，１９ｂが形成され易くなる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の保炎器による効果を除き、請求項１記載の発明と同じ効果が得られる。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、第二の案内部材３５の内径は、第一の案内部材３４の外径よりもよりも小さく、第二の案内部材３５の外径は、第一の案内部材３４の外径よりもよりも大きくすると、二次空気噴流１７ａと二次空気噴流１７ｂが火炉４１内でバーナ中心軸に対して垂直方向に噴出して、第二の案内部材３５の背面側の二次燃焼用ガスの流路が十分長くなり、二次空気噴流１７ａと二次空気噴流１７ｂで第一の案内部材３４自体の正面側に灰付着が生じたり、火炉４１からの輻射熱で損傷したりすることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１による固体燃料バーナ構造のうち、案内部材の設置を示す図である。
【図２】実施例１による固体燃料バーナ構造を示す断面図である。
【図３】実施例１の第一と第二の案内部材の外径が同じ場合のガス流れを示す図である。
【図４】実施例１の比較例として第一の案内部材がない場合のガス流れを示す図である。
【図５】本発明の実施例２による固体燃料バーナ構造の示す断面図である。
【図６】実施例２による固体燃料バーナ構造のうち、案内部材の設置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面とともに説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、図２で説明する固体燃料バーナの案内部材の設置部を拡大した図であり、図２は本実施例の固体燃料バーナの断面図である。
固体燃料バーナは水管３１を備えた火炉壁のバーナスロート３０に挿入されるように配置され、その中心軸部に助燃用のオイルガン２４を備え、助燃用のオイルガン２４の周囲に燃料噴流用のノズル、すなわち燃料およびその搬送気体の混合流１６を噴出する燃料ノズル１１を備えている。燃料ノズル１１の中心軸部を貫通して設けられた助燃用のオイルガン２４は固体燃料バーナの起動時に燃料着火に使用する。
【００２４】
また燃料ノズル１１内において、オイルガン２４の外周には濃縮器（障害物）３３を配置し、該濃縮器３３の上流側には流路縮小部材（ベンチュリ）３２を配置している。これらの障害物３２，３３により前記混合流１６を矢印の方向に偏流させて燃料ノズル１１の内周壁２９の内側で密度が高くすることにより、固体燃料が燃料ノズル１１の出口で着火し易くなる。
【００２５】
火炉壁の燃料ノズル１１の外側には燃焼用の空気を導入した風箱２６が設けられ、該風箱２６内には燃料ノズル１１と同心円状の空気噴出用の外側空気ノズル、すなわち二次空気ノズル１３と三次空気ノズル１４を設けている。三次空気ノズル１４には空気に旋回力を与えるために旋回器２８が設置されている。前記旋回器２８が三次空気ノズル１４から噴出する三次空気に旋回力を与えるため、バーナ出口では、燃料ノズル１１からの燃料噴流、すなわち燃料およびその搬送気体の混合流１６と二次空気ノズル１３から噴出される二次空気の流れ１７と、三次空気ノズル１４から噴出される三次空気の流れ１８などの燃焼用空気流との間に、前記混合流１６や三次空気の流れ１８とは、逆方向の流れが誘起される。
【００２６】
この逆方向の流れを循環流１９と呼ぶ。循環流１９は保炎器２３の下流側にできる循環流１９ａと第一の案内部材３４の下流側にできる循環流１９ｂからなる。上記２つの循環流１９ａ，１９ｂ内には、火炉４１内の下流側から燃料の燃焼で生じた高温ガスが流れ込み、滞留する。この高温ガスと混合流１６中の燃料粒子が固体燃料バーナ出口で混合し、更に火炉４１内からの輻射熱により燃料粒子の温度が上昇して着火する。
【００２７】
三次空気ノズル１４の内周壁３８の先端部（火炉側出口部）には、固体燃料噴流よりも外側に三次空気を噴出するガイドスリーブ２５が設けられている。
【００２８】
燃料ノズル１１と二次空気ノズル１３の隔壁（二次空気ノズル１３の内周壁）２９の外側には、燃料ノズル１１から噴出する固体燃料とその搬送気体の混合流１６および二次ノズル１３から噴出する二次空気の流れ１７を外周側へ縮小させながら集めるために保炎器母材２３ａと保炎器スリーブ２３ｂからなる保炎器２３を設けており、二次空気の流れ１７は三次空気の流れ１８よりも外側に向けて火炉４１内に噴出させるように前記２つの案内部材３４，３５を設けている。
【００２９】
第一の案内部材３４と第二の案内部材３５は互いに燃焼用空気の流れ方向に間隔を設けて配置されている。第一の案内部材３４は保炎器スリーブ２３ｂの先端に設けられ、第一の案内部材３４により偏向されて火炉４１内へ噴出される二次空気流れ１７のバーナ中心軸に対する噴出角度は、三次空気の流れ１８のバーナ中心軸に対する噴出角度より外側に広がるように設置されている。
【００３０】
即ち、図１の上側にある丸枠内の略図に示したように、第１の案内部材３４、第２の案内部材３５及びガイドスリーブ２５がバーナ中心軸に相当するオイルガン２４と成す外向きの角度をそれぞれθA1 、θA2 、θB としたとき、
θA1 ＞θB ，θA2 ＞θB
が成り立つようにする。
【００３１】
第一の案内部材３４および第二の案内部材３５のバーナ中心軸に対する外向きの角度がガイドスリーブ２５のバーナ中心軸に対する外向きの角度よりも大きいため、バーナ出口で二次空気の流れ１７と三次空気の流れ１８とが交差することで前記循環流１９ａ，１９ｂが形成され易くなる。
【００３２】
第二の案内部材３５は、バーナ中心軸に対して第一の案内部材３４と同じ向きに設置されているが、第一の案内部材３４よりもバーナ内部の上流側に設置されている。また、第二の案内部材３５と保炎器スリーブ２３ｂとの間には隙間が生じている。
【００３３】
第一の案内部材３４と第二の案内部材３５の距離は、第二の案内部材３５と保炎器２３の距離と同等である。二次空気流１７はガイドスリーブ２５と第二の案内部材３５の間を通って火炉４１内に噴出する二次空気噴流１７ａと、第二の案内部材３５と第一の案内部材３４の間を通って火炉４１内に噴出する二次空気噴流１７ｂからなり、二次空気噴流１７ａ及び１７ｂは三次空気の流れ１８よりもバーナ中心軸に対して外側に向けて噴射される。
【００３４】
フィン部材３６が第二の案内部材３５の先端に接続され、該フィン部材３６はガス流れ方向に沿って起立状に保炎器２３の外周壁上に取り付けられている。またフィン部材３６は３０〜５０ｍｍのピッチで保炎器２３の円周方向に均等かつ放射状に複数個設置されている。フィン部材３６を狭い間隔で複数個設置することにより、二次空気噴流１７ａ，１７ｂを整流することができる。
【００３５】
また、フィン部材３６の先端には第二の案内部材３５が設けられているため、フィン部材３６により整流された二次空気噴流１７ａは、第二の案内部材３５に沿ってバーナ中心軸に対し垂直方向外側に向けて火炉４１内に噴出する。この流れにより保炎器２３及び第二の案内部材３５は冷却され、火炉４１内からの輻射によるバーナの焼損を防止することができる。
【００３６】
第二の案内部材３５と保炎器スリーブ２３ｂの間には空隙があるため、フィン部材３６で整流された二次空気流１７の一部である二次空気噴流１７ｂは保炎器スリーブ２３ｂに沿って噴出する。
【００３７】
また、保炎器スリーブ２３ｂの先端には第一の案内部材３４が設置されているため、フィン部材３６で整流された二次空気噴流１７ｂは、第一の案内部材３４に沿ってバーナ中心軸に対して垂直方向に噴出する。この噴流１７ｂは第一の案内部材３４と第二の案内部材３５の間を流れることになり、第二の案内部材３５の火炉４１側の表面側に沿って流れを形成する。
【００３８】
第二の案内部材３５の下流側には、比較的小さな循環流１９ｂが形成され、炉内の高温ガスを巻き込む可能性がある。そのため、第二の案内部材３５の焼損、第二の案内部材３５への灰付着等の可能性が生じるが、第一と第二の案内部材３４，３５の空隙に生じる二次空気噴流１７ｂにより、第二の案内部材３５への灰付着等の防止を図ることが可能となる。
【００３９】
第二の案内部材３５の内径は、第一の案内部材３４の外径よりもよりも小さく、第二の案内部材３５の外径は、第一の案内部材３４の外径よりも大きくすることで、二次空気噴流１７ｂが、バーナ中心軸に対して垂直方向に噴出し、第二の案内部材３５の表面への灰付着を防止する。
【００４０】
図３に第一の案内部材３４と第二の案内部材３５の外径がほぼ等しい場合の、二次空気噴流１７ａ，１７ｂと循環流１９ａ，１９ｂを示す。第一の案内部材３４と第二の案内部材３５の間を通る二次空気噴流１７ｂにより第二の案内部材３５の冷却効果はある。しかし、小さな循環流１９ｂが第二の案内部材３５の後流側にできるため、第二の案内部材３５の焼損や灰付着が懸念される。
【００４１】
図４には本発明の比較例として、第一の案内部材３４が実質的に無い場合の二次空気の噴流１７ａ，１７ｂを示す。
【００４２】
第一の案内部材３４がない場合、二次空気流１７の一部である二次空気流１７ｂは、バーナ中心軸方向に沿って噴出する。そのため、第二の案内部材３５の正面側（火炉側）には冷却空気は流れず、第二の案内部材３５により生じる小さな循環流１９ｂは、第二の案内部材３５の表面側に形成される。この場合は、火炉４１内の灰を含んだ高温ガスが第二の案内部材３５の表面に触れることにより、焼損や灰付着が懸念される。従って、第一の案内部材３４は第二の案内部材３５よりも短い方が、灰付着防止や焼損に有効である。
【００４３】
図１に示す固体燃料バーナにおいては、二次空気流１７は、第一及び第二の案内部材３４，３５によって三次空気流１８よりも外側で火炉４１内に噴出するため、保炎器２３で形成される循環流１９の領域を乱すことなく、三次空気流１８の噴流に同伴される。また、２つの案内部材３４，３５への灰付着も抑制されるため、２つの案内部材３４，３５への灰付着による循環流１９ａ，１９ｂの領域の乱れも抑制する。そのため、固体燃料の着火、火炎の安定性は維持され、安定した燃焼が可能となり、ＮＯｘ濃度の低減や、燃焼灰中の未燃分低減に効果がある。
【００４４】
なお、特開昭６１−０７２９０６号公報記載の発明では、保炎器にフィン部材を設置する例が示されているが、本実施例では、フィン部材３６の先端に第二の案内部材３５を設置することで、前記公報記載のフィン部材の効果と大きく異なる効果を得られる。フィン部材３６の先端に備え付けた第二の案内部材３５と保炎器スリーブ２３ｂの間には隙間を形成するため、二次空気流１７は、第二の案内部材３５の内側を沿って流れる噴流１７ａと、第二の案内部材３５と保炎器スリーブ２３ｂの隙間を流れる噴流１７ｂに分かれる。噴流１７ａは、第二の案内部材３５を内側から冷却し、噴流１７ｂは第一の案内部材３４により、第二の案内部材３５に沿って三次空気ノズル１４の方へ向かって流れるため、第二の案内部材３５の表面への灰付着を防止することが可能となる。
【００４５】
このように、二次空気噴流１７ｂは保炎器２３及び第二の案内部材３５の冷却による焼損防止だけではなく、保炎器２３及び第二の案内部材３５への灰付着を防止でき、固体燃料の着火や火炎の安定性が従来より向上する。
【００４６】
本実施例で第１案内部材３４と第２案内部材３５を二つ設けた理由は、フィン部材３６上に主たる第二の案内部材３５を設けることにより、単一の案内部材を用いる場合より温度が２５０℃下がり、第一、第二の案内部材３４，３５の焼損が防止できる。
【実施例２】
【００４７】
本発明の第２の実施例による固体燃料バーナの構造を示す断面図を図５に示し、その要部拡大図を図６に示す。本実施例では、燃料ノズル１１と二次空気ノズル１３の隔壁（二次空気ノズル１３の内周壁２９の外側先端部において、実施例１における保炎器２３に相当する部分を取り除いた構成からなるものである。
【００４８】
すなわち、二次空気ガスノズル１３の内周壁２９の外側先端部に二次空気流１７をバーナ中心軸側から外向きに導く第一の案内部材３４を設け、該二次空気ノズル１３の内周壁２９の外側に二次空気流１７によって冷却される複数のフィン部材３６を取り付け、さらにフィン部材３６の先端部に第一の案内部材３４と間隔をあけて第一の案内部材３４より二次空気流１７の上流側に、該二次空気流１７をバーナ中心軸側から外向きに導く第二の案内部材３５を設けている。そして前記第一の案内部材３４に至る二次空気ノズル１３の内周壁２９と第二の案内部材３５の間には、二次空気流１７の一部が流れる空隙を設け、二次空気流１７が第二の案内部材３５の火炉正面側（噴流１７ｂ）と背面側（噴流１７ａ）とに分かれるように構成されている。
【００４９】
本実施例でも、第二の案内部材３５の下流側には、比較的小さな循環流１９ｂが形成され、炉内の高温ガスを巻き込む可能性がある。そのため、第二の案内部材３５の焼損、第二の案内部材３５への灰付着等の可能性が生じるが、第一と第二の案内部材３４，３５の空隙に生じる二次空気噴流１７ｂにより、第二の案内部材３５への灰付着等の防止を図ることが可能となる。
【００５０】
また、第二の案内部材３５の内径は、第一の案内部材３４の外径よりもよりも小さく、第二の案内部材３５の外径は、第一の案内部材３４の外径よりも大きくすることで、二次空気噴流１７ｂが、バーナ中心軸に対して垂直方向に噴出し、第二の案内部材３５の表面への灰付着を防止する。
【００５１】
さらに、第一の案内部材３４および第二の案内部材３５のバーナ中心軸に対する外向きの角度が前記ガイドスリーブ２５のバーナ中心軸に対する外向きの角度よりも大きいため、バーナ出口で二次空気の流れ１７と三次空気の流れ１８とが交差することで前記循環流１９ａ，１９ｂが形成され易くなる。
【００５２】
なお、以上の説明において、フィン部材３６は、バーナ出口端側の位置が第二の案内部材３５の背面側（ボイラ内部側を正面とする）までとなっている例を示したが、例えば、第一の案内部材３４の背面側まで伸びていても良く、バーナ径方向の高さや軸方向の長さ、図１等のバーナ側面図に表される形状を問わない。
【００５３】
ここで、フィン部材３６は二次空気流１７によって冷却され、第二の案内部材３５を保持するものであって、二次空気流１７が第二の案内部材３５によって、その正面側と背面側とに分けられるように、第二の案内部材３５と燃料ノズル１１から第一の案内部材３４まで連続する二次空気ノズル内周壁２９との間に空隙が形成されるようになっていれば良い。
【００５４】
また、固体燃料バーナとして、燃料には石炭を粉砕した微粉炭を用い、燃焼用気体として空気を用いるバーナについて説明したが、本発明は、燃料種や燃焼用ガスの組成により制限されるものではない。
【００５５】
固体燃料としては、石炭のほか、褐炭や各種バイオマス等、固体燃料全般に適用でき、燃焼用気体としては、再循環した燃焼排ガスや、空気又は酸素と燃焼排ガスとの混合ガスなどを用いることもできる。
【００５６】
また、説明の便宜上、第一の案内部材３４、第二の案内部材３５、フィン部材３６及び燃料ノズル１１をそれぞれ独立した部材として表現したが、それらの一部または全部が鋳造等によって製作され、一体的、連続的に形成されているものも本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１１ 燃料ノズル １３ 二次空気ノズル
１４ 三次空気ノズル １６ 燃料とその搬送気体の混合流
１７ 二次空気流 １７ａ 二次空気流れ（主流）
１７ｂ 二次空気流れ（副流） １８ 三次空気流
１９ａ 循環流 １９ｂ 案内部材による循環流
２３ 保炎器 ２３ａ 保炎器母材
２３ｂ 保炎器スリーブ ２４ オイルガン
２５ ガイドスリーブ ２６ 風箱
２８ 旋回器 ２９ 二次空気ノズルの内周壁
３０ バーナスロート ３１ 水管
３２ 流路縮小部材（ベンチュリ）
３３ 障害物（濃縮器） ３４ 第一の案内部材
３５ 第二の案内部材 ３６ フィン部材
３８ 三次空気ノズルの内周壁 ４１ 火炉
【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（１１）と、前記燃料ノズル（１１）の外周側の同心軸上に二次燃焼用ガスが流れる二次燃焼用ガスノズル（１３）と、該二次燃焼用ガスノズル（１３）の外周側の同心軸上に三次燃焼用ガスが流れる三次燃焼用ガスノズル（１４）と、前記二次燃焼用ガスノズル（１３）の出口端部に三次燃焼用ガスの流れ（１８）をバーナ中心軸側から外周側へと導くガイドスリーブ（２５）とを設けた固体燃料バーナであって、
二次燃焼用ガスノズル（１３）の内周壁（２９）の外側先端部に設けられて、二次燃焼用ガスの流れ（１７）を前記二次燃焼用ガスノズル（１３）の外周側に導く保炎器（２３）と、
該保炎器（２３）の外周面に保持されて、二次燃焼用ガス流れ（１７）によって冷却される複数のフィン部材（３６）と、
前記保炎器（２３）の先端部に保持されて、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）をバーナ中心軸側から外向きに導く第一の案内部材（３４）と、
前記フィン部材（３６）の先端部に保持されて、第一の案内部材（３４）と間隔をあけて第一の案内部材（３４）より二次燃焼用ガス流れ（１７）の上流側に、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）をバーナ中心軸側から外向きに導く第二の案内部材（３５）を設け、
前記第一の案内部材（３４）に至る保炎器（２３）の外周面と前記第二の案内部材（３５）の間には、前記二次燃焼用ガス流れ（１７）の一部が流れる空隙を設け、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）が前記第二の案内部材（３５）の火炉正面側と背面側とに分かれるように構成されており、
第一の案内部材（３４）および第二の案内部材（３５）のバーナ中心軸に対する外向きの角度が前記ガイドスリーブ（２５）のバーナ中心軸に対する外向きの角度よりも大きいことを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項２】
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（１１）と、該燃料ノズル（１１）の外周側の同心軸上に二次燃焼用ガスが流れる二次燃焼用ガスノズル（１３）と、該二次燃焼用ガスノズル（１３）の外周側の同心軸上に三次燃焼用ガスが流れる三次燃焼用ガスノズル（１４）と、前記二次燃焼用ガスノズル（１３）の出口端部に三次燃焼用ガスの流れ（１８）をバーナ中心軸側から外周側へと導くガイドスリーブ（２５）とを設けた固体燃料バーナであって、
前記二次燃焼用ガスノズル（１３）の内周壁（２９）の外側先端部に設けられて、二次燃焼用ガスの流れ（１７）をバーナ中心軸側から外向きに導く第一の案内部材（３４）と、
該二次燃焼用ガスノズル（１３）の内周壁（２９）の外側に保持されて、二次燃焼用ガス流れ（１７）によって冷却される複数のフィン部材（３６）と、
前記フィン部材（３６）の先端部に保持されて、第一の案内部材（３４）と間隔をあけて第一の案内部材（３４）より二次燃焼用ガス流れ（１７）の上流側に、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）をバーナ中心軸側から外向きに導く第二の案内部材（３５）を設け、
前記第一の案内部材（３４）に至る二次燃焼用ガスノズル（１３）の内周壁（２９）と前記第二の案内部材（３５）の間には、前記二次燃焼用ガス流れ（１７）の一部が流れる空隙を設け、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）が前記第二の案内部材（３５）の火炉正面側と背面側とに分かれるように構成されており、
第一の案内部材（３４）および第二の案内部材（３５）のバーナ中心軸に対する外向きの角度が前記ガイドスリーブ（２５）のバーナ中心軸に対する外向きの角度よりも大きいことを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項３】
前記第二の案内部材（３５）は、その内径が前記第一の案内部材（３４）の外径よりも小さく、外径が前記第一の案内部材（３４）の外径よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし２のいずれかに記載の固体燃料バーナ。
【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（１１）と、前記燃料ノズル（１１）の外周側の同心軸上に二次燃焼用ガスが流れる二次燃焼用ガスノズル（１３）と、該二次燃焼用ガスノズル（１３）の外周側の同心軸上に三次燃焼用ガスが流れる三次燃焼用ガスノズル（１４）と、前記二次燃焼用ガスノズル（１３）の出口端部に三次燃焼用ガスの流れ（１８）をバーナ中心軸側から外周側へと導くガイドスリーブ（２５）とを設けた固体燃料バーナであって、
二次燃焼用ガスノズル（１３）の内周壁（２９）の外側先端部に設けられて、二次燃焼用ガスの流れ（１７）を前記二次燃焼用ガスノズル（１３）の外周側に導く保炎器（２３）と、
該保炎器（２３）の外周面に保持されて、二次燃焼用ガス流れ（１７）によって冷却される複数のフィン部材（３６）と、
前記保炎器（２３）の先端部に保持されて、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）をバーナ中心軸側から外向きに導く第一の案内部材（３４）と、
前記フィン部材（３６）の先端部に保持されて、第一の案内部材（３４）と間隔をあけて第一の案内部材（３４）より二次燃焼用ガス流れ（１７）の上流側に、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）をバーナ中心軸側から外向きに導く第二の案内部材（３５）を設け、
前記第一の案内部材（３４）に至る保炎器（２３）の外周面と前記第二の案内部材（３５）の間には、前記二次燃焼用ガス流れ（１７）の一部が流れる空隙を設け、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）が前記第二の案内部材（３５）の火炉正面側と背面側とに分かれるように構成されており、
第一の案内部材（３４）および第二の案内部材（３５）のバーナ中心軸に対する外向きの角度が前記ガイドスリーブ（２５）のバーナ中心軸に対する外向きの角度よりも大きいことを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項２】
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（１１）と、該燃料ノズル（１１）の外周側の同心軸上に二次燃焼用ガスが流れる二次燃焼用ガスノズル（１３）と、該二次燃焼用ガスノズル（１３）の外周側の同心軸上に三次燃焼用ガスが流れる三次燃焼用ガスノズル（１４）と、前記二次燃焼用ガスノズル（１３）の出口端部に三次燃焼用ガスの流れ（１８）をバーナ中心軸側から外周側へと導くガイドスリーブ（２５）とを設けた固体燃料バーナであって、
前記二次燃焼用ガスノズル（１３）の内周壁（２９）の外側先端部に設けられて、二次燃焼用ガスの流れ（１７）をバーナ中心軸側から外向きに導く第一の案内部材（３４）と、
該二次燃焼用ガスノズル（１３）の内周壁（２９）の外側に保持されて、二次燃焼用ガス流れ（１７）によって冷却される複数のフィン部材（３６）と、
前記フィン部材（３６）の先端部に保持されて、第一の案内部材（３４）と間隔をあけて第一の案内部材（３４）より二次燃焼用ガス流れ（１７）の上流側に、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）をバーナ中心軸側から外向きに導く第二の案内部材（３５）を設け、
前記第一の案内部材（３４）に至る二次燃焼用ガスノズル（１３）の内周壁（２９）と前記第二の案内部材（３５）の間には、前記二次燃焼用ガス流れ（１７）の一部が流れる空隙を設け、前記二次燃焼用ガスの流れ（１７）が前記第二の案内部材（３５）の火炉正面側と背面側とに分かれるように構成されており、
第一の案内部材（３４）および第二の案内部材（３５）のバーナ中心軸に対する外向きの角度が前記ガイドスリーブ（２５）のバーナ中心軸に対する外向きの角度よりも大きいことを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項３】
前記第二の案内部材（３５）は、その内径が前記第一の案内部材（３４）の外径よりも小さく、外径が前記第一の案内部材（３４）の外径よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし２のいずれかに記載の固体燃料バーナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−２９２７０（Ｐ２０１３−２９２７０Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６６３６６（Ｐ２０１１−１６６３６６）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
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