JP2015152193A - バーナ、およびそれを用いたボイラ、バーナの燃焼方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で安定して高い保炎性を発揮する。
【解決手段】バーナ２０は、粉体燃料１００と搬送ガス１０１とが混合された混合気１０５が供給されるバーナ本体２１と、前記バーナ本体２１の先端部に設けられ、前記混合気１０５を噴出させ、火炎を生成するノズル２２と、前記ノズル２２の外周側に設けられて、前記火炎に二次空気１０２を供給する二次空気供給流路２３と、を備え、前記二次空気供給流路２３には、前記二次空気１０２と、前記ノズル２２から噴出される前記混合気１０５との撹拌を促進させる撹拌促進手段２５が設けられている。
【選択図】図２

Description

この発明は、炭素質燃料等の粉体燃料を燃焼させるバーナ、およびそれを用いたボイラ、バーナの燃焼方法に関する。

発電用や工場用の蒸気を発生させるボイラとして、石炭など炭化質燃料を粉砕して粉体化した微粉炭を焚くボイラがある。このようなボイラは、微粉炭を燃焼させてボイラの火炉内に火炎を生成する微粉炭バーナを備えている。

微粉炭バーナは、微粉炭を燃焼させたときに生じるＮＯｘ（窒素酸化物）の量を抑えることが望まれる。
特許文献１〜３には、一次空気と微粉炭との混合気を搬送する主流路と、主流路の外周側に設けられて二次空気を搬送する二次空気通路と、を備えた微粉炭バーナが開示されている。

微粉炭バーナは、トーチにより点火して微粉炭を燃焼させる。トーチは、常時点火し続けるのではなく、微粉炭への着火時のみ使用することが望まれる。したがって、微粉炭バーナは、トーチを消した後も火炎が継続して生成されるよう、いわゆる保炎性が要求される。
特許文献３には、保炎性を高めるため、二次空気の流れを外周側へ縮小させながら集めるとともに、下流側に循環流を形成する保炎器を備えた構成が開示されている。さらに、特許文献３に開示された構成では、二次空気の流れを外周側に案内する第一および第二案内部材が二次空気の流路に設けられている。この案内部材によって外周側に案内された二次空気の流れは、その外周側に供給されて旋回流を生じる三次空気に交差し、循環流の形成を促進している。このような構成により、特許文献３に開示された構成では、保炎性を高めている。

特開平１０−２１３３０９号公報 特開２００８−１２１９２４号公報 特開２０１３−２９２７０号公報

しかしながら、特許文献３に開示された構成では、第一、第二案内部材、三次空気供給路、三次空気を旋回させる旋回器等が必要であり、構造が複雑である。
また、第一案内部材と第二案内部材との隙間に微粉炭が詰まってしまい、保炎性が低下する可能性もある。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で高い保炎性を安定して発揮することができるバーナ、およびそれを用いたボイラ、バーナの燃焼方法を提供することを目的とする。

この発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
この発明に係るバーナは、粉体燃料と一次空気とが混合された混合気が供給されるバーナ本体と、前記バーナ本体の先端部に設けられ、前記混合気を噴出させ、火炎を生成するノズルと、前記ノズルの外周側に設けられて、前記火炎に二次空気を供給する二次空気供給流路と、を備え、前記二次空気供給流路の少なくとも一部には、前記二次空気と、前記ノズルから噴出される前記混合気との撹拌を促進させる複数の撹拌促進手段が設けられている。

このように、ノズルから噴出する混合気と、ノズルの外周側の二次空気流路から供給される二次空気とが合流することで、二次空気と混合気とが撹拌される。さらに撹拌促進手段により、二次空気と混合気との撹拌が促進される。これにより、混合気の粉体燃料がノズルの先端部から直線的に飛散するのを抑え、ノズル近傍に長く留まる。また、混合気の粉体燃料に着火することで生成される火炎が短くなる。そして、二次空気供給流路に撹拌促進手段を設けるだけでよいので、構造も簡易にすることができる。

また、この発明に係るバーナは、上記バーナにおいて、前記撹拌促進手段は、前記二次空気供給流路から吹きだす前記二次空気の流れに複数の微小渦を形成するようにしてもよい。
このように構成することで、二次空気の流れに生じた微小渦により、混合気との撹拌を促進することができる。

また、この発明に係るバーナは、上記バーナにおいて、前記撹拌促進手段は、前記二次空気供給流路に対する内周側と、前記二次空気供給流路に対する外周側とに、周方向で頂点位置が重ならないように形成、または、周方向で千鳥状に形成された、前記二次空気の流れ方向に延在する複数の突起であるようにしてもよい。
このように構成することで、周方向において互いに近接する複数の突起間で、二次空気の流れに微小渦を生じさせることができる。

また、この発明に係るバーナは、上記バーナの前記突起において、前記二次空気の流れ方向の下流側端部に、前記二次空気の流れ方向に交差するエッジ部が形成されているようにしてもよい。
このように構成することで、突起の表面に沿って流れてきた二次空気の流れが、下流側端部のエッジ部で剥離し、微小渦を効率良く生成することができる。

また、この発明に係るバーナは、上記バーナにおいて、前記バーナ本体は、内方に前記バーナ本体の流路断面積を増加または減少させる付加物を備えないようにしてもよい。
付加物を備えた場合、付加物や、その下流側のバーナ本体の内周面が、粉体燃料の衝突により摩耗する。このような付加物を備えなくとも、上記撹拌促進手段によって保炎性が高められるため、付加物やバーナ本体の内周面の摩耗を防ぐことができる。

この発明に係るボイラは、上記バーナと、前記バーナによって生成される火炎により燃焼が行われる火炉と、を備える。
このように構成することで、高い保炎性を有したバーナを備えたボイラを実現できる。

この発明に係るバーナの燃焼方法は、上記バーナの燃焼方法であって、前記ノズルから前記混合気を噴出させ、火炎を生成するとともに、前記撹拌促進手段により、前記二次空気供給流路から前記火炎に供給する前記二次空気と、前記ノズルから噴出される前記混合気との撹拌を促進させる。
このように構成することで、高い保炎性を有したバーナの燃焼方法を実現できる。

この発明に係るバーナ、およびそれを用いたボイラ、バーナの燃焼方法によれば、簡易な構成で安定して高い保炎性を発揮することができる。

この発明の一実施形態に係るバーナを備えたボイラの概略構成を示す図である。 上記ボイラの第一実施形態におけるバーナの構成を示す側断面図である。 上記ボイラのノズルの先端部を、ノズルの中心軸に沿った方向から見た図である。 上記ノズルの先端部における撹拌促進部の構成を示す斜視図である。 上記ボイラの第二実施形態におけるバーナの構成を示す側断面図である。

以下、この発明の一実施形態に係るバーナ、およびそれを用いたボイラ、バーナの燃焼方法を図面に基づき説明する。
（第一実施形態）
図１は、この実施形態のバーナを備えたボイラの概略構成を示す図である。この実施形態では、炭化質燃料として石炭を用い、石炭を粉砕して粉体化した微粉炭をバーナで燃焼させる。
図１に示すように、この実施形態のボイラ１０は、火炉１１と、燃焼装置１３と、過熱器１５と、再熱器１６と、節炭器１７と、を備えている。

火炉１１は、水平面内での断面形状が、例えば矩形状とされ、鉛直方向に延びるよう設けられている。火炉１１の内周面を形成する火炉壁１２の内側には、多数の水管（図示せず）が、それぞれ鉛直方向で上下方向に延びるよう設けられている。それぞれの水管は、蒸気ドラム（図示せず）から水が供給される。また以下の説明では、上と下とは、鉛直方向の上下方向に対しての位置関係を示す。
火炉１１の出口には、煙道１４が連結されている。過熱器１５は、火炉１１の上部に設けられている。再熱器１６、節炭器１７は、煙道１４に設けられている。これら再熱器１６、節炭器１７は、火炉１１の出口側から煙道１４の流れ方向下流側に向かって順次設けられている。また、火炉１１の上部に、蒸気ドラム（図示せず）が設けられている。

燃焼装置１３は、火炉１１の火炉壁１２の下部に設置されている。燃焼装置１３は、矩形状の断面形状を有した火炉１１の四隅にそれぞれ設けられている。
それぞれの燃焼装置１３は、複数のバーナ２０と、微粉炭供給手段３０と、二次空気供給手段４０とを備えている。

複数のバーナ２０は、火炉１１の内外を貫通するようにして火炉壁１２に取り付けられている。

微粉炭供給手段３０は、微粉炭（粉体燃料）１００と一次空気（燃焼用空気）１０１とが混合した混合気１０５をバーナ２０に供給する。微粉炭供給手段３０は、粉砕機５０と、給炭管３１とを有している。
粉砕機５０は、給炭機（図示せず）から供給された石炭を、燃焼に適した粒径に粉砕する。給炭管３１は、一次空気１０１を搬送空気として、粉砕機５０で生成された微粉炭１００をバーナ２０に空気搬送する。一次空気１０１は、空気供給源（図示せず）から、加圧されて給炭管３１に供給される。

二次空気供給手段４０は、バーナ２０に二次空気１０２を供給する。二次空気供給手段４０は、風箱４１と、二次空気供給管４２と、を備えている。
風箱４１は、火炉１１外壁に設けられている。風箱４１は、二次空気供給源（図示せず）から、二次空気供給管４２を介して二次空気１０２が加圧されて供給される。風箱４１は、供給された二次空気１０２を、各バーナ２０に送り込む。

二次空気供給管４２と煙道１４との間には、熱交換器４３が設けられている。熱交換器は、煙道１４を流れる燃焼排ガス１０４と、二次空気供給管４２を流れる二次空気１０２との間で熱交換を行う。これにより、燃焼排ガス１０４の排ガス温度を低下させることができるとともに、二次空気１０２の温度を上昇させることができる。

このようなボイラ１０においては、バーナ２０から火炉１１内に、微粉炭１００と一次空気１０１との混合気１０５が供給される。この混合気１０５にトーチ（図示せず）で着火すると、火炉１１内の下部領域付近で火炎が生成される。
火炎が生成されると、微粉炭１００の燃焼ガス１０３が火炉１１内を下から上に流れる。火炉１１の火炉壁１２の内側に設けられた水管には、蒸気ドラム（図示せず）から水が供給される。供給された水は、水管を下から上に流れる間に、火炉１１内の燃焼ガス１０３で加熱されて飽和蒸気となる。

この飽和蒸気は、蒸気ドラム（図示せず）を経て過熱器１５に導入される。過熱器１５では、飽和蒸気が火炉１１内の燃焼ガス１０３によって加熱され、過熱蒸気となる。過熱器１５で生成された過熱蒸気は、発電用等、所用の目的のタービン等に供給される。

過熱器１５を経た燃焼ガス１０３は、煙道１４から燃焼排ガス１０４として排出される。
煙道１４に設けられた再熱器１６においては、タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気を、燃焼排ガス１０４によって再度加熱し、タービンに戻すことも行われる。
節炭器１７は、蒸気ドラム（図示せず）に供給する水を、燃焼排ガス１０４と熱交換することで予熱する。節炭器１７を経た燃焼排ガス１０４は、熱交換器４３にて二次空気供給管４２を通過する二次空気１０２に熱エネルギを供給し、脱硫、脱硝、除塵等の処理を施されて、煙突から大気中に排出される。

図２は、上記バーナ２０の概略構成を示す断面図である。
この図２に示すように、バーナ２０は、バーナ本体２１と、ノズル２２と、二次空気供給流路２３と、を備えている。
バーナ本体２１は、微粉炭１００と一次空気１０１とが混合された混合気１０５が微粉炭供給手段３０の給炭管３１から供給される。バーナ本体２１は、断面円形、断面楕円形、断面長円形等からなり、長手方向（図２では紙面上の左右方向）の先端部２１ａに向かうにしたがいその流路断面積が漸次縮小するテーパ形状とされている。このバーナ本体２１の内部には、バーナ本体２１の流路断面積を増加または減少させるための付加物を備えない構成とされている。
バーナ本体２１の先端部２１ａには、ノズル２２に向けてその流路断面積が拡径する拡径ジョイント部２１ｂが形成されている。

ノズル２２は、バーナ本体２１の先端部２１ａの拡径ジョイント部２１ｂに接続されている。ノズル２２は、バーナ本体２１から送り込まれた混合気１０５を噴出させ、トーチ（図示せず）によって混合気１０５の微粉炭１００が着火されることで火炎を生成する。

このノズル２２は、断面長円形状の筒状で、バーナ本体２１側から、ノズル２２の中心軸Ｃに沿って、基部２２ａ、コーン部２２１、ディフューザ部２２２を順に備えている。基部２２ａは、その内周面にバーナ本体２１の拡径ジョイント部２１ｂが接続されている。コーン部２２１は、基部２２ａに連続して形成され、基部２２ａから長手方向に延びる中心軸Ｃに沿った方向に離間するに従ってその内周側の断面積が漸次縮小するテーパ状とされている。
ディフューザ部２２２は、コーン部２２１に連続して形成され、コーン部２２１から中心軸Ｃに沿った方向に離間するに従って、その内周面積が漸次拡大する形状をなしている。

図３は、ノズル２２の先端部を、ノズル２２の中心軸Ｃに沿って離れた方向から見たノズル２２の正面図である。
図２、図３に示すように、ノズル２２のコーン部２２１の内側には、整流部材２６が設けられている。整流部材２６は、コーン部２２１の長径方向に延びる第一整流板２６ａと、第一整流板２６ａに直交して短径方向に延びる第二整流板２６ｂ，２６ｂとから形成されている。この整流部材２６は、コーン部２２１の内周面に形成されたガイドレール２７に沿って、基部２２ａ側からコーン部２２１内に挿入されて、その位置が管理されている。

ノズル２２は、その外周側に、ノズル２２の外周面２２ｄとは所定の間隔をあけて筒状のケーシング２４を備えている。このケーシング２４の内周面２４ｅと、ノズル２２の外周面２２ｄとの間には、断面環状をなした二次空気供給流路２３が形成されている。

ケーシング２４は、バーナ本体２１側から、コーン部２４１と、ディフューザ部２４２とを順に備えている。
コーン部２４１は、その内周面２４１ａが、ノズル２２のコーン部２２１の外周面２２１ａと平行に形成され、中心軸Ｃに沿ってその内周面積が漸次縮小するテーパ状とされている。コーン部２４１の内周面２４１ａとノズル２２の基部２２ａとの間は開口しており、この開口がノズル２２の後方から二次空気１０２を取り入れる二次空気取入口２３ａとされている。

ディフューザ部２４２は、コーン部２４１に連続して形成されている。ディフューザ部２４２の内周面２４２ａは、ノズル２２のディフューザ部２２２の外周面２２２ａと平行に形成され、コーン部２４１から中心軸Ｃに沿って離間するに従って、その内径が漸次拡大する形状をなしている。ケーシング２４のディフューザ部２４２の内周面２４２ａとノズル２２のディフューザ部２２２の外周面２２２ａとの間は開口しており、この開口がノズル２２の前方に二次空気１０２を吹き出す二次空気吹出口２３ｂとされている。

二次空気供給流路２３には、二次空気１０２とノズル２２から噴出される混合気１０５との撹拌を促進させる撹拌促進部２５が設けられている。撹拌促進部２５は、二次空気供給流路２３において、内周側のノズル２２のディフューザ部２２２の外周面２２２ａに形成された突起２８Ａと、外周側のケーシング２４のディフューザ部２４２の内周面２４２ａに形成された突起２８Ｂとから形成されている。

内周側の突起２８Ａは、ディフューザ部２２２の外周面２２２ａに、周方向に間隔をあけて複数個が形成されている。外周側の突起２８Ｂは、ディフューザ部２４２の内周面２４２ａに、周方向に間隔をあけて複数個が形成されている。さらに、内周側の突起２８Ａと外周側の突起２８Ｂとは、ノズル２２の中心軸Ｃに直交する平断面で見て、互いに頂部が重ならないように、凹凸或いは千鳥状に配置されている。これにより、内周側の突起２８Ａと外周側の突起２８Ｂは、周方向において内周側と外周側に交互に配置されている。

突起２８Ａ，２８Ｂは、二次空気供給流路２３における二次空気１０２の流れ方向Ｆに連続して形成され、中心軸Ｃに沿った方向において、ディフューザ部２２２、２４２の略全長にわたり形成されている。突起２８Ａ，２８Ｂは、二次空気の流れ方向Ｆに直交する断面形状が、略半円形状とされている。

突起２８Ａ，２８Ｂは、二次空気供給流路２３の二次空気吹出口２３ｂ側に配置されている。詳しくは、突起２８Ａ，２８Ｂは、二次空気１０２の流れ方向Ｆにおける各上流側端部２８ｃが、コーン部２２１に接するディフューザ部２２２の基端、および、コーン部２４１に接するディフューザ部２４２の基端と、中心軸Ｃに沿った方向の位置が同一となるように形成されている。さらに、突起２８Ａ、２８Ｂは、二次空気１０２の流れ方向Ｆにおける各下流側端部２８ｄが、それぞれディフューザ部２２２先端、および、ディフューザ部２４２の先端と、中心軸Ｃに沿った方向の位置が同一となるよう形成されている。

図４は、ノズル２２の先端部のディフューザ部２２２，２４２における撹拌促進部２５の構成を示す斜視図である。
図４に示すように、突起２８Ａ，２８Ｂにおいて、二次空気１０２の流れ方向Ｆの下流側端部２８ｄに、二次空気１０２の流れ方向Ｆに対して直交する先端面２９ｆが形成されている。先端面２９ｆの外周縁部が、突起２８Ａ，２８Ｂにおいて、二次空気１０２の流れ方向Ｆに対して直交するエッジ部２９とされている。

図２、図４に示すように、このような突起２８Ａ，２８Ｂのそれぞれにおいては、二次空気取入口２３ａから二次空気供給流路２３に流れ込んだ二次空気１０２の流れＦが、上流側端部２８ｃ（図２参照）に衝突することで乱れが発生する。また、突起２８Ａ，２８Ｂの下流側端部２８ｄの下流側で、二次空気供給流路２３の流路断面積が急激に拡大することで、二次空気１０２の流れＦの乱れが発生する。
さらに、それぞれの突起２８Ａ，２８Ｂにおいては、二次空気供給流路２３の流路断面積の局所領域の差があるために、その表面２８ｓの近傍における二次空気１０２の流速が、周方向に隣接する突起２８Ｂ，２８Ａとの中間部の空間Ｓにおける流速よりも遅い。これにより、各突起２８Ａ，２８Ｂの下流側端部２８ｄにおいては、先端面２９ｆの内側に向けて巻き込む方向の微小渦Ｗが形成される。このようにして形成される微小渦Ｗは、突起２８Ａ，２８Ｂの断面積よりも小さなものとなる。また、微小渦Ｗは、ノズル２２の周方向に向かって多数形成された突起２８Ａ，２８Ｂのそれぞれの後流側（バーナ２０の出口側）に生じる。つまり、微小渦Ｗは、ノズル２２の周方向に沿って後流側（バーナ２０の出口側）に向かうらせん状の渦として多数形成されることになる。
加えて、突起２８Ａ，２８Ｂの下流側端部２８ｄにおいては、先端面２９ｆの外周縁部に形成されたエッジ部２９において、突起２８Ａ，２８Ｂの表面に沿って流れてきた二次空気１０２の流れＦが剥離する。これにより、上記微小渦Ｗの形成が促進される。

上記のバーナ２０は、ノズル２２およびケーシング２４の先端部が、火炉１１内に臨むよう設けられている。

次に、上記バーナ２０における燃焼方法について説明する。
上記バーナ２０においては、バーナ本体２１に、微粉炭１００と一次空気１０１とが混合された混合気１０５が、微粉炭供給手段３０の給炭管３１から供給される。混合気１０５は、ノズル２２から火炉１１内に噴出され、トーチ（図示せず）によって混合気１０５の微粉炭１００が着火されることで火炎を生成する。
二次空気１０２は、二次空気供給管４２から風箱４１を経て二次空気供給流路２３の二次空気取入口２３ａに送り込まれる。この二次空気１０２は、二次空気供給流路２３を通り、二次空気吹出口２３ｂから火炉１１内に噴出される。二次空気吹出口２３ｂは、ノズル２２の外周部を囲むように環状に形成されているので、二次空気は、ノズル２２から噴出される混合気１０５（火炎）の外周側に噴出される。

すると、ノズル２２から噴出する混合気１０５と、ノズル２２の外周側の二次空気流路から供給される二次空気１０２とが合流する。ノズル２２から噴出する混合気１０５の外周部領域においては、二次空気１０２が合流することで、二次空気１０２と混合気１０５とが撹拌される。
さらに、撹拌促進部２５において、各突起２８Ａ，２８Ｂの下流側端部２８ｄに形成される微小渦Ｗにより、二次空気１０２と混合気１０５との撹拌が促進される。

微粉炭１００は、火炎中で加熱されることにより、ガス成分が発生する。このガス成分に着火することによって、微粉炭１００が燃焼する。そして、ガス成分の発生が終わると、微粉炭１００の固体成分（チャー）の燃焼に移行する。このように、微粉炭１００は、固体成分に着火するまで、時間がかかる。このため、混合気１０５がノズル２２から噴出され、微粉炭１００が直線的に飛んでしまうと、火炎が長くなる。また、微粉炭１００の固体分の燃焼が始まる前に微粉炭１００が火炎の外側まで飛散してしまうと、火炎が維持されず、トーチを消すと火炎が消失してしまうこともある。
そこで、上述したようにして、撹拌促進部２５に形成される微小渦Ｗと流れの乱れにより、二次空気１０２と混合気１０５との撹拌を促進することによって、微粉炭１００は、微小渦Ｗと流れの乱れのなかでノズル２２の近傍に長く留めることになり、固体成分に着火するまでに必要な時間を確保することができる。このため、混合気１０５の微粉炭１００がノズル２２の先端部から直線的に飛散（拡散）するのを抑え、ノズル２２の近傍に長く留めることができる。その結果、火炎の保炎性が高まる。

また、微粉炭１００をノズル２２の近傍に長く留めることによって、微粉炭１００に着火して生成される火炎が短くなる。
水分の多い原炭を粉砕して微粉炭１００を生成する場合、ボイラ１０の排ガス等を導入して微粉炭１００を高温で乾燥させている。このような微粉炭１００を用いた混合気１０５は、酸素濃度が、理想的な燃焼状態に必要な理論酸素濃度よりも低い状態とされている。酸素濃度の低い混合気１０５がノズル２２から噴出されて生成された火炎の下流側で、外周側から二次空気１０２により酸素が供給されると、ＮＯｘ分が還元される。
このようなＮＯｘ還元の過程を経るにあたり、火炎を短くすることで、火炎の下流側においてＮＯｘ還元が行われる還元領域を長く確保することができる。その結果、ＮＯｘ発生量を抑えることが可能となる。

したがって、上述した第一実施形態のバーナ２０、及びボイラ１０、バーナ２０の燃焼方法によれば、撹拌促進部２５により、二次空気１０２と混合気１０５との撹拌を促進させるようにした。これにより、高い保炎性を発揮するとともに、ＮＯｘ発生量を抑えることができる。しかも、二次空気供給流路２３に撹拌促進部２５を設けるだけでよいので、構造も簡易である。

また、撹拌促進部２５は、二次空気１０２の流れに微小渦Ｗを生じさせるようにしたので、混合気１０５との撹拌を効率良くかつ確実に促進させることができる。

また、撹拌促進部２５は、二次空気供給流路２３の内周側と外周側とに、周方向に互い違いに形成された複数の突起２８Ａ，２８Ｂであるようにした。そのため、周方向において互いに近接する複数の突起２８Ａ，２８Ｂ間で、二次空気１０２の流れに微小渦Ｗを効率良く発生させることができる。

また、突起２８Ａ，２８Ｂは、二次空気供給流路２３における二次空気１０２の流れ方向Ｆに連続して形成した。これにより、二次空気１０２は、突起２８Ａ，２８Ｂの表面に沿って流れつつ、上流側端部２８ｃと下流側端部２８ｄとで、それぞれその流れ方向Ｆに直交する方向に変位して流れが乱れる。その結果、二次空気１０２による混合気１０５の撹拌性が高まる。

さらに、突起２８Ａ，２８Ｂの下流側端部２８ｄに、二次空気１０２の流れ方向に直交するエッジ部２９が形成されている。これにより、二次空気１０２の流れがエッジ部２９で剥離し、微小渦Ｗが良好に効率良く生成され、混合気１０５の撹拌性が高まる。

また、バーナ本体２１は、内方にバーナ本体２１の流路断面積を増加または減少させる付加物を備えないようにした。付加物を備えた場合、付加物や、その下流側のバーナ本体２１の内周面が、微粉炭１００の衝突により摩耗する。このような付加物を備えなくとも、上記撹拌促進部２５によって保炎性が高められる。その結果、バーナ本体２１の内周面の摩耗を防ぐことができる。

（第二実施形態）
次に、この発明にかかるバーナ、およびそれを用いたボイラ、バーナの燃焼方法の第二実施形態について説明する。以下に説明する第二実施形態においては、第一実施形態とバーナ本体２１内の構成のみが異なるので、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。

図５は、第二実施形態におけるバーナ２０の構成を示す側断面図である。
図５に示すように、この実施形態におけるバーナ２０は、バーナ本体２１内に、流路面積縮小部材（付加物）９１，９２を備えている。
流路面積縮小部材９１は、バーナ本体２１の内周面に、バーナ本体２１の中央に向けて突出するよう設けられている。また、流路面積縮小部材９２は、バーナ本体２１の中央部に、外周側に向けて膨出するよう設けられている。これら流路面積縮小部材９１，９２は、いずれも、バーナ本体２１内における混合気１０５の流路の断面積が、流れ方向Ｆの上流側から漸次縮小した後、漸次拡大するような湾曲面９１ｆ、９２ｆを有している。
これら流路面積縮小部材９１，９２により、混合気１０５はバーナ本体２１内で偏流され、外周側で密度が高くなるようにしている。

このような流路面積縮小部材９１，９２を備えたバーナ２０においても、上記第一実施形態と同様に二次空気供給流路２３に撹拌促進部２５を備えることで、二次空気１０２と混合気１０５との撹拌が促進される。

したがって、上述した第二実施形態のバーナ２０およびボイラ１０によれば、高い保炎性を発揮するとともに、ＮＯｘ発生量を抑えることができる。しかも、二次空気供給流路２３に撹拌促進部２５を設けるだけでよいので、構造も簡易である。

（その他の変形例）
なお、この発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
例えば、バーナ２０やボイラ１０の各部の構成は、撹拌促進部２５を備えているのであれば、他のいかなる構成であってもよい。

また、撹拌促進部２５として、突起２８Ａ，２８Ｂを示したが、その断面形状は、半円形に限らず、三角形状、矩形断面形状や角を丸めた矩形断面形状等、他のいかなる形状としてもよく、二次空気の流れに対して抵抗を与える形状であればよい。さらに、突起２８Ａ，２８Ｂの流れ方向Ｆに直交する断面積を、上流側から下流側に向けて変化させるような構成としてもよい。
また、突起２８Ａ，２８Ｂは、ディフューザ部２２２、２４２の流れ方向Ｆの全長にわたって連続的に形成されていなくてもよい。撹拌促進部２５として、流れ方向Ｆに連続する線状の突起２８Ａ，２８Ｂではなく、点状の突起を設けるようにしてもよい。その場合、点状の突起の設置数や配置はいかなるものとしてもよい。例えば、流れ方向Ｆ及び周方向に半球状（ピラミッド状）の突起２８Ａ、突起２８Ｂが千鳥状に配置されていてもよい。
また、突起２８Ａ，突起２８Ｂは、いずれか一方のみを形成してもとしてもよい。いずれか一方に攪拌促進手段（突起）を配置する場合は、攪拌作用を促進させるうえで、周方向及び流れ方向Ｆにおいてランダムに配置することが望ましい。

また、上述した実施形態においては、エッジ部２９が、二次空気１０２の流れ方向Ｆに直交する場合について説明した。しかし、エッジ部２９は、二次空気１０２の流れ方向Ｆに直交する形状に限られない。エッジ部２９の形状は、微小渦Ｗを形成可能な形状であればよく、例えば、流れ方向Ｆに対して鋭角又は鈍角に交差するようにしても良い。

１０ ボイラ
１１ 火炉
１２ 火炉壁
１３ 燃焼装置
１４ 煙道
１５ 過熱器
１６ 再熱器
１７ 節炭器
２０ バーナ
２１ バーナ本体
２１ａ 先端部
２１ｂ 拡径ジョイント部
２２ ノズル
２２ａ 基部
２２ｄ 外周面
２３ 二次空気供給流路
２３ａ 二次空気取入口
２３ｂ 二次空気吹出口
２４ ケーシング
２４ｅ 内周面
２５ 撹拌促進部
２６ 整流部材
２６ａ 第一整流板
２６ｂ 第二整流板
２７ ガイドレール
２８Ａ，２８Ｂ 突起
２８ｃ 上流側端部
２８ｄ 下流側端部
２８ｆ 先端部
２８ｓ 表面
２９ エッジ部
２９ｆ 先端面
３０ 微粉炭供給手段
３１ 給炭管
４０ 二次空気供給手段
４１ 風箱
４２ 二次空気供給管
４３ 熱交換器
５０ 粉砕機
９１ 流路面積縮小部材（付加物）
９１ｆ 湾曲面
９２ 流路面積縮小部材（付加物）
１００ 微粉炭（粉体燃料）
１０１ 一次空気
１０２ 二次空気
１０３ 燃焼ガス
１０４ 燃焼排ガス
１０５ 混合気
２２１ コーン部
２２１ａ 外周面
２２２ ディフューザ部
２２２ａ 外周面
２４１ コーン部
２４１ａ 内周面
２４２ ディフューザ部
２４２ａ 内周面
Ｓ 空間
Ｗ 微小渦

Claims (6)

1. 粉体燃料と一次空気とが混合された混合気が供給されるバーナ本体と、
   前記バーナ本体の先端部に設けられ、前記混合気を噴出させ、火炎を生成するノズルと、
   前記ノズルの外周側に設けられて、前記火炎に二次空気を供給する二次空気供給流路と、を備え、
   前記二次空気供給流路の少なくとも一部には、前記二次空気と、前記ノズルから噴出される前記混合気との撹拌を促進させる複数の撹拌促進手段が設けられているバーナ。
2. 前記撹拌促進手段は、前記二次空気供給流路から吹きだす前記二次空気の流れに複数の微小渦を形成する請求項１に記載のバーナ。
3. 前記撹拌促進手段は、前記二次空気供給流路に対する内周側と、前記二次空気供給流路に対する外周側とに、周方向で頂点位置が重ならないように形成、または、周方向で千鳥状に形成された、前記二次空気の流れ方向に延在する複数の突起である請求項１又は２に記載のバーナ。
4. 前記突起において、前記二次空気の流れ方向の下流側端部に、前記二次空気の流れ方向に交差するエッジ部が形成されている請求項３に記載のバーナ。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載のバーナと、
   前記バーナによって生成される火炎により燃焼が行われる火炉と、
   を備えるボイラ。
6. 請求項１から４の何れか一項に記載のバーナの燃焼方法であって、
   前記ノズルから前記混合気を噴出させ、火炎を生成するとともに、前記撹拌促進手段により、前記二次空気供給流路から前記火炎に供給する前記二次空気と、前記ノズルから噴出される前記混合気との撹拌を促進させるバーナの燃焼方法。

Images