JPH09318014A - 微粉炭燃焼バーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微粉炭ノズルの先端周囲の下流側に発生する
混合ガスの逆流域を下流側に拡張し、微粉炭の着火性や
保炎性を高め、ＮＯｘの発生量を低減する。 【解決手段】 微粉炭ノズル２の軸方向と直角方向に拡
大する拡大部１５と、この拡大部１５に延設して微粉炭
ノズル２の軸方向と平行な平行部１６とを有し、二次空
気ノズル１２の先端は、微粉炭ノズル２の先端よりも下
流側に位置する。更に、平行部１６に延設して微粉炭ノ
ズル２の軸方向と直角方向に縮小する縮小部１７を有す
ると共に、拡大部１５は微粉炭ノズル２の先端から拡大
するものであってもよい。又、二次空気ノズル１２の先
端周囲から二次空気４３の噴出速度より大きい噴出速度
で気体を噴出する補助ノズル２５を有してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微粉炭を気流搬送
して燃焼させる微粉炭燃焼バーナに係わり、特に微粉炭
の着火性や保炎性を高めると共に、窒素酸化物濃度を低
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】従来、微粉炭燃焼バーナの燃焼において
は、微粉炭燃焼時に発生する窒素酸化物（以下、「ＮＯ
ｘ」と記す）の抑制が課題となっている。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
すことが求められている。

【０００３】微粉炭の燃焼時に発生するＮＯｘは、大部
分（約８０％）が石炭中に含まれる窒素が酸化されて発
生する、所謂フーエルＮＯｘである。このＮＯｘを減ら
すために、従来より各種の微粉炭燃焼バーナが検討され
てきた。

【０００４】ＮＯｘを抑制する微粉炭燃焼バーナの一つ
として、火炎内に酸素濃度が高く、空気比が１以上の酸
化領域と、酸素濃度が低く、空気比が１以下の還元領域
とを形成するいわゆる火炎内二段燃焼の微粉炭燃焼バー
ナがある。

【０００５】石炭中の窒素分は、燃焼初期及び酸素不足
の燃焼領域においてシアン化水素（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、酸素濃度の低い条件ではＮＯｘを
還元する効果を持つ。火炎内二段燃焼の微粉炭燃焼バー
ナは、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。

【０００６】火炎内にこのような低酸素濃度雰囲気の還
元領域を形成し、且つ、石炭を完全燃焼させるものとし
て、例えば特開昭６０−２２６６０９号公報、特開昭６
１−２２１０５号公報、特開昭６１−２８０３０２号公
報或いは特開平１−５７００４号公報等に開示されたも
のがある。これらの公知例の燃焼バーナは、微粉炭を気
流搬送する燃料ノズルを中心とし、その外側に同軸状に
燃焼用空気を旋回流で噴出させる空気ノズルを備えたも
のである。

【０００７】図８は、上記の従来の燃焼バーナの一例を
示したものである。この燃焼バーナ１００は、微粉炭と
一次空気との混合気１１５を噴出させる微粉炭ノズル１
０１と、この微粉炭ノズル１０１と同軸状にその外側に
設けられ、二次空気１１６を旋回流として噴出させる二
次空気旋回羽根１０２を有する二次空気ノズル１０３
と、微粉炭ノズル１０１と同軸状に二次空気ノズル１０
３の外側に設けられ、三次空気１１７を旋回流として噴
出させる三次空気旋回羽根１０４を有する三次空気ノズ
ル１０５を備えたものである。微粉炭ノズル１０１の中
心軸の位置にはオイルガン１０６が設けられている。更
に、微粉炭ノズル１０１の上流側にベンチュリ１０７が
設けられ、下流の先端には保炎板１０８が設けられてい
る。尚、参照番号１０９は側板、１１０は水管、１１１
はダンパ、１１２はウィンドボックスを示している。

【０００８】上記の燃焼バーナ１００は、燃焼用空気を
二次空気ノズル１０３及び三次空気ノズル１０５に分割
して供給することにより、火炎内の酸素濃度を調節する
ものである。更に、燃焼用空気を旋回流として供給する
ことにより旋回の中心部を流れる微粉炭との混合が遅
れ、燃焼バーナ１００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。又、旋回流により旋
回の中心近くは負圧となリ、火炎の下流側では燃焼用空
気は旋回の中心に向かって流れる。このため、火炎の下
流側では燃焼用空気と微粉炭が迅速に混合するため、火
炎の長炎化や燃焼効率の低下が防げる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の燃焼バーナ１００は、燃焼用空気を旋回流として供
給することでＮＯｘの抑制と燃焼効率の向上を図ること
が出来るが、二次空気に旋回流速を与えると、遠心力に
より二次空気はノズル先端で径方向に外向きに流れるた
め、二次空気は三次空気と合流し易くなる。このため更
に、微粉炭と二次空気との混合が遅れる。二次空気ノズ
ル先端近傍で微粉炭と二次空気とが混合しない場合、微
粉炭の着火に必要な空気が不足するため燃焼が進まず、
ノズル先端近傍に高温領域が形成されないことがある。
このため、微粉炭の燃焼効率が低下すると共に、酸素の
消費が進まず還元領域が迅速に形成されない。還元領域
が十分に形成されない場合、火炎内二段燃焼によりＮＯ
ｘを抑制することが出来ずＮＯｘの発生量が増加する恐
れがある。

【００１０】更に、燃焼バーナを低負荷で運用する場
合、微粉炭搬送管内を流れる微粉炭の流速をある一定速
度以下に下げることが出来ないという制約がある。これ
は、微粉炭の流速が遅すぎると搬送管の内部に微粉炭が
沈降し管を閉塞させたり、火炎が搬送管内に逆流する恐
れがある。このため、燃焼バーナを低負荷で運用する際
は、ある程度の負荷以下では微粉炭搬送管に供給する空
気の流量を一定とし、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させなくてはならない。

【００１１】空気ノズルに供給する空気量が減少すると
空気の旋回力が弱まり、空気は火炎の後段でなく燃焼バ
ーナ近傍で微粉炭と混ざる。更に、旋回力が弱まると、
微粉炭ノズルの先端に誘起される負圧が弱まり、微粉炭
ノズル先端周囲の下流側に形成される逆流域（循環流）
は小さくなり、微粉炭の着火性や保炎性が弱まる。この
結果、還元領域は形成されにくくなり、ＮＯｘが発生し
易くなる。

【００１２】高温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易い。従って、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。又、石炭を完全燃焼させるため、火
炎の下流側で空気と混合させる必要がある。

【００１３】本発明の目的は、上記課題を解決し、微粉
炭の着火性や保炎性を高めると共に、ＮＯｘの発生量の
少ない微粉炭燃焼バーナを提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、微粉炭と一次空気との混合気を噴出させる微
粉炭ノズルと、該微粉炭ノズルと同軸状にその外側に設
けられ、二次空気を旋回流として噴出させる二次空気旋
回流発生器を有する二次空気ノズルとを備えた微粉炭燃
焼バーナにおいて、前記二次空気ノズルは、前記微粉炭
ノズルの先端周囲の下流側に発生する混合ガスの逆流域
を下流側に拡張する逆流域拡張手段を有するものであ
る。

【００１５】二次空気ノズルが微粉炭ノズルの先端周囲
の下流側に発生する混合ガスの逆流域を下流側に拡張す
る逆流域拡張手段を有することにより、微粉炭ノズルの
先端周囲下流側に形成される逆流域には高温の既燃ガス
が循環し、逆流域のそばを流れる微粉炭を着火する。更
に、二次空気に旋回流を与えることにより旋回流内部に
は負圧の領域が形成される。旋回流内部の負圧の領域で
は下流から上流に向かって流れる逆流域が形成される。
そして、一次空気と共に噴出する微粉炭は一部がこの逆
流域を通るため、微粉炭が火炎内に滞留する時間が増
え、微粉炭の未燃分が減り、微粉炭の着火性や保炎性を
高め燃焼効率が高まると共に、火炎内に存在する低酸素
濃度雰囲気の還元領域の範囲を下流側に向かって大きく
し、ＮＯｘの発生量を少なくする。

【００１６】更に、上記微粉炭燃焼バーナにおいて、前
記逆流域拡張手段は、前記二次空気ノズルの二次空気の
噴出方向を前記微粉炭ノズルの軸方向に保つと共に、該
微粉炭ノズルの軸方向と直角方向に拡大するものであ
る。逆流域拡張手段が二次空気ノズルの二次空気の噴出
方向を微粉炭ノズルの軸方向に保つと共に、微粉炭ノズ
ルの軸方向と直角方向に拡大するものは、上記微粉炭燃
焼バーナの作用に加え、二次空気の軸方向流速を遅く
し、且つ二次空気の旋回流により一層確実に還元領域を
下流側に向かって大きくしＮＯｘの発生量を少なくす
る。

【００１７】更に、先の微粉炭燃焼バーナにおいて、前
記逆流域拡張手段は、前記微粉炭ノズルの軸方向と直角
方向に拡大する拡大部と、該拡大部に延設して前記微粉
炭ノズルの軸方向と平行な平行部とを有するものであ
る。逆流域拡張手段が微粉炭ノズルの軸方向と直角方向
に拡大する拡大部と、この拡大部に延設して微粉炭ノズ
ルの軸方向と平行な平行部とを有するものは、上記先の
微粉炭燃焼バーナの作用に加え、拡大部によって二次空
気の軸方向流速を減速することが出来る。二次空気の旋
回力は変わらないため、旋回流の中心部に働く負圧は強
くなり、二次空気の噴出方向を旋回の中心方向へ向ける
ことが出来る。このため、微粉炭ノズルと二次空気ノズ
ルの間の障壁、即ち保炎板の下流側に形成される逆流域
を大きくし、旋回の中心近くを流れる微粉炭と二次空気
とを速やかに混合させる。逆流域は混合ガスである高温
の燃焼ガスが流れるため微粉炭の着火を促進する働きが
ある。このため、微粉炭の着火位置が微粉炭燃焼バーナ
に近づき、微粉炭の燃焼効率は向上する。そして、微粉
炭燃焼バーナ近くで温度が高くなり、酸素の消費が進む
ため、還元領域が大きくなり、ＮＯｘの発生を抑制す
る。

【００１８】更に、上記いずれかの微粉炭燃焼バーナに
おいて、前記二次空気ノズルの先端は、前記微粉炭ノズ
ルの先端よりも下流側に位置するものである。二次空気
ノズルの先端が微粉炭ノズルの先端よりも下流側に位置
するものは、上記いずれかの微粉炭燃焼バーナの作用に
加え、一層還元領域を大きくする。

【００１９】更に、上記微粉炭燃焼バーナにおいて、前
記逆流域拡張手段は、前記平行部に延設して前記微粉炭
ノズルの軸方向と直角方向に縮小する縮小部を有すると
共に、前記拡大部は前記微粉炭ノズルの先端位置から拡
大するものである。平行部に延設する縮小部と微粉炭ノ
ズルの先端位置から拡大する拡大部とを有するものは、
上記微粉炭燃焼バーナの作用に加え、二次空気の噴出方
向を旋回の中心方向へ容易に確実に向けることが出来
る。

【００２０】更に、上記いずれかの微粉炭燃焼バーナに
おいて、前記逆流域拡張手段は、前記二次空気ノズルの
先端周囲から該二次空気ノズルから噴出する二次空気の
噴出速度より大きい噴出速度で気体を噴出する補助ノズ
ルを有するものである。逆流域拡張手段が二次空気の噴
出速度より大きい噴出速度で気体を噴出する補助ノズル
を有することにより、上記いずれかの微粉炭微粉炭燃焼
バーナの作用に加え、旋回流による遠心力で径方向に外
向きに流れようとする二次空気の外側をより高速の噴流
が軸方向流れることで、二次空気の径方向の流れを抑制
出来る。このため、二次空気は旋回の中心近くを流れる
微粉炭と速やかに混合し、微粉炭の着火位置が微粉炭燃
焼バーナに近づき微粉炭の燃焼効率は向上する。そし
て、微粉炭燃焼バーナ近くで温度が高くなり酸素の消費
が進むため、還元領域が大きくなりＮＯｘの発生が抑制
される。

【００２１】更に、上記いずれかの微粉炭燃焼バーナに
おいて、前記微粉炭ノズルと同軸状に前記二次空気ノズ
ルの外側に設けられ、三次空気を旋回流として噴出させ
る三次空気旋回流発生器を有する三次空気ノズルを備
え、前記二次空気の流路と前記三次空気の流路とを所定
の距離だけ離したものである。二次空気ノズルの外側に
三次空気旋回流発生器を有する三次空気ノズルを備え、
二次空気の流路と三次空気の流路とを所定の距離だけ離
すことにより、上記いずれかの微粉炭燃焼バーナの作用
に加え、二次空気ノズルと三次空気ノズルの間隔を広く
することで、三次空気は二次空気と分離され、火炎の下
流側で微粉炭と混合する。このため、火炎の上流側に形
成される還元領域は広くなりＮＯｘの発生を抑制する。

【００２２】そして、上記いずれかの微粉炭燃焼バーナ
において、前記逆流域拡張手段は、前記二次空気ノズル
の外側を前記微粉炭ノズルの軸方向と直角方向に拡大す
ることによって前記三次空気ノズルの流路を縮小する流
路縮小部を有するものである。逆流域拡張手段が二次空
気ノズルの外側を微粉炭ノズルの軸方向と直角方向に拡
大することによって三次空気ノズルの流路を縮小する流
路縮小部を有するものは、三次空気がノズル流路を流れ
る間に旋回力により流路外周に片寄って流れる。このた
め、三次空気ノズルの出口部ではほとんどの空気がノズ
ル外周を流れており、ノズル出口部で内周側流路を狭め
た場合も圧力損失はほとんど増加せず、三次空気はノズ
ル出口部で径方向に外向きの流れとして噴出する。この
ため、微粉炭燃焼バーナ近くでの三次空気と微粉炭との
混合を遅らすことが出来、微粉炭燃焼バーナ近くの還元
領域を大きくしＮＯｘの発生を抑制する。又、微粉炭燃
焼バーナの径を小さくすることも出来る。

【００２３】又、微粉炭と一次空気との混合気を噴出さ
せる微粉炭ノズルと、該微粉炭ノズルと同軸状にその外
側に設けられ、二次空気を旋回流として噴出させる二次
空気旋回流発生器を有する二次空気ノズルとを備えた微
粉炭燃焼バーナにおいて、前記二次空気ノズルは、該二
次空気ノズルの二次空気の噴出速度を前記二次空気ノズ
ルの先端で減速し、且つ前記二次空気の噴出方向を前記
微粉炭ノズルの軸方向に保つものである。二次空気ノズ
ルが二次空気の噴出速度を二次空気ノズルの先端で減速
し、且つ二次空気の噴出方向を微粉炭ノズルの軸方向に
保つものは、二次空気の旋回力は変わらないため、旋回
流の中心部に働く負圧は強くなる。このため、微粉炭ノ
ズルと二次空気ノズルの間の障壁の下流側に形成される
逆流域は大きくなる。逆流域は高温の燃焼ガスが流れる
ため、微粉炭の着火を促進する働きがある。このため、
微粉炭の着火位置が微粉炭燃焼バーナに近づき、微粉炭
の燃焼効率は向上する。そして、微粉炭燃焼バーナ近く
で温度が高くなり、酸素の消費が進むため還元領域が大
きくなりＮＯｘの発生を抑制する。

【００２４】そして、上記微粉炭燃焼バーナにおいて、
前記二次空気ノズルの先端は、前記微粉炭ノズルの先端
よりも下流側に位置するものである。二次空気ノズルの
先端が微粉炭ノズルの先端よりも下流側に位置するもの
は、上記微粉炭燃焼バーナの作用に加え、一層還元領域
を大きくする。

【００２５】又、本発明では、微粉炭ノズルの先端に、
流れに対し障害となる保炎板を設けることで、微粉炭ノ
ズルと二次空気ノズルの間の障壁（保炎板）の下流側に
形成される逆流域を大きくしている。このため、微粉炭
の着火位置が微粉炭燃焼バーナに近づき、微粉炭の燃焼
効率は向上する。そして、微粉炭燃焼バーナ近くで温度
が高くなり、酸素の消費が進むため、還元領域が大きく
なり、ＮＯｘの発生が抑制される。

【００２６】更に、本発明で、微粉炭ノズルの先端に設
けた保炎板の位置から二次空気ノズルの流路を拡大する
ことで、保炎板の位置から二次空気の軸方向の流速を減
速し、且つ、旋回流速を維持することが出来る。このと
き、保炎板の下流に形成される逆流域の大きさは二次空
気の旋回強度で決まる。このため、燃焼用空気量の少な
い場合も、二次空気の旋回強度を維持すればよいため、
流量の多い三次空気の旋回強度を維持する場合よりも圧
力損失を少なく出来、又、操作も容易となる。

【００２７】このように微粉炭と一次空気の混合気を噴
出する微粉炭ノズルと二次空気ノズル及び三次空気ノズ
ルに燃焼用空気を分割して供給することにより、微粉炭
燃焼バーナ近くの火炎の上流側には還元領域が、火炎の
下流側には酸化領域が形成されＮＯｘを抑制出来る。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る微粉炭燃焼バ
ーナの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
尚、図１〜７において、同じ構造、作用部分には同じ参
照番号を付けて示す。

【００２９】図１は、本発明に係る微粉炭燃焼バーナの
第１実施の形態を示す断面図である。第１実施の形態の
微粉炭燃焼バーナ１は、微粉炭と一次空気との混合気４
１を噴出させる微粉炭ノズル２と、この微粉炭ノズル２
の中心軸３と同軸状にその外側に設けられ、二次空気４
３を旋回流として噴出させる二次空気旋回流発生器であ
る二次空気旋回羽根１３を有する二次空気ノズル１２
と、微粉炭ノズル２の中心軸３と同軸状に二次空気ノズ
ル１２の外側に設けられ、三次空気４４を旋回流として
噴出させる二次空気旋回流発生器である二次空気旋回羽
根２７を有する二次空気ノズル２６とを備えている。

【００３０】二次空気ノズル１２は、微粉炭ノズル２の
先端６周囲の下流側に発生する混合ガス４５の逆流域４
６を下流側に拡張する逆流域拡張手段１４を有する。逆
流域拡張手段１４は、二次空気４３の噴出方向を微粉炭
ノズルの軸方向４に保つと共に、微粉炭ノズルの軸方向
４に対して直角方向５に拡大するものである。

【００３１】更に、逆流域拡張手段１４は、微粉炭ノズ
ルの軸方向４と直角方向５に拡大する円錐面の一部から
なる拡大部１５と、この拡大部１５に延設して微粉炭ノ
ズルの軸方向４と平行な円筒状の平行部１６とを有す
る。第１実施の形態の二次空気ノズルの先端１８は、微
粉炭ノズルの先端６よりも下流側に位置する。又、逆流
域拡張手段１４は、二次空気４３の噴出速度を二次空気
ノズルの先端１８で減速し、且つ二次空気の噴出方向を
微粉炭ノズルの軸方向４に保つ。

【００３２】更に、第１実施の形態の微粉炭燃焼バーナ
１は、微粉炭ノズル２を貫通してその中心軸３に沿って
オイルガン８が設けられており、微粉炭燃焼バーナ１起
動時或いは低負荷燃焼時に助燃出来るようにしている。
微粉炭ノズル２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２の内部は、ノズルの
内径を狭める絞り部であるベンチュリ９が設けられてい
る。

【００３３】二次空気４３と三次空気４４は、ブロア
（図示せず）によりウィンドボックス３６に導入され、
旋回ベーンにより構成される空気旋回羽根１３、２７に
より旋回流となりそれぞれ二次空気ノズル１２及び三次
空気ノズル２６より噴出される。三次空気の流路２９
は、隔壁３３、火炉壁４０及び二次空気ノズル１２の外
側により構成された環状の流路である。二次空気の流路
１９は、微粉炭ノズル２の外側、隔壁３４及び二次空気
ノズル１２の内側により構成された環状の流路である。
空気旋回羽根の羽根角度は図示していない開度調節棒に
より調節することが出来、これにより二次空気及び三次
空気の旋回強度が変えられる。

【００３４】以上の構造を有する第１実施の形態の微粉
炭燃焼バーナは、次のように作用する。即ち、逆流域拡
張手段１４が微粉炭ノズルの軸方向４と直角方向５に拡
大する拡大部１５と、この拡大部１５に延設して微粉炭
ノズルの軸方向４と平行な平行部１６とを有することに
より、二次空気４３は旋回力により流路１９内壁に沿っ
て流れ、二次空気ノズル出口近傍でノズル面積が拡大す
るため、図１の矢印２０に示される方向に噴出し噴出流
速が遅くなり、軸方向４の運動量は弱まる。

【００３５】更に、二次空気４３や三次空気４４を旋回
流として供給することにより、旋回流内部には負圧の領
域が形成される。旋回流の運動量は保存されるため、旋
回の強度を示すスワール数は高くなる。このため、二次
空気４３の旋回によりもたらされる負圧が強まる。旋回
流内部の負圧の領域では下流から上流に向かって流れる
逆流域４６が形成される。このように、二次空気４３の
旋回力は変わらないため、旋回流の中心部に働く負圧は
強くなり、二次空気４３の噴出方向を旋回の中心方向へ
向けることが出来、旋回の中心近くを流れる微粉炭と二
次空気とを速やかに混合させるため、微粉炭ノズル２と
二次空気ノズル１２の間の障壁、即ち保炎板１１の下流
側に形成される逆流域４６は大きくなる。

【００３６】逆流域４６は高温の燃焼ガスが流れるため
微粉炭の着火を促進する働きがある。一次空気と共に噴
出する微粉炭は一部がこの逆流域４６を通るため、火炎
内に逆流域を設けることで、微粉炭が火炎内に滞留する
時間が増える。このため、微粉炭燃焼バーナ１近くで温
度が高くなり酸素の消費が進み、微粉炭の未燃分が減
り、保炎板１１や旋回流と相俟って、微粉炭の着火性や
保炎性を高め燃焼効率を高めると共に、還元領域を下流
側に向かって大きくしＮＯｘの発生量を少なくする。

【００３７】更に、二次空気ノズルの先端１８を微粉炭
ノズルの先端６よりも下流側に位置させることにより保
炎板１１の下流側に形成される逆流域４６は大きくなる
ため一層還元領域を大きくする。

【００３８】又、先にも述べたように、微粉炭ノズル２
の内部にはノズルの内径を狭める絞り部であるベンチュ
リ９が設けられているが、ベンチュリ９を設けることに
より一時的に流速を高め微粉炭の逆火を防止する。

【００３９】又、二次空気流路は、そのノズル出口で面
積を一定としているため、二次空気は軸方向に噴出す
る。このため、二次空気は三次空気と分離され、二次空
気と三次空気との間に形成される渦は大きくなる。この
二次空気と三次空気との間に形成される渦は、三次空気
と微粉炭との混合を遅らせ、火炎の下流側で三次空気を
混合することで還元領域を広げる効果がある。更に、こ
の渦内には既燃ガスが循環するため温度が高まり、微粉
炭の着火性が促進される効果がある。このため、燃焼効
率は向上し、ＮＯｘの排出量は低減される。

【００４０】又、一次空気は、微粉炭を搬送する役割と
燃焼用空気としての役割を担っており、二次空気は、微
粉炭を着火するのに必要な空気を補給する役割を担って
いる。三次空気は、微粉炭を完全燃焼させるのに必要な
空気を補給する役割を担っている。未燃焼分を排出しな
いために一次空気、二次空気及び三次空気を合わせた空
気量は、微粉炭を完全燃焼させるのに必要な空気量（以
下、理論空気量と記す）よりも若干多くする必要があ
る。通常、理論空気量に対し１.２倍程度まで供給し、
空気過剰で燃焼させる。更に、一次空気の比率は、微粉
炭管内での発火を避けるために全空気量の２０〜２５％
であり、二次空気の比率は、全空気量の１５〜３０％と
し、残りを三次空気として供給することが望ましい。

【００４１】図２は、本発明に係る第２実施の形態を示
す断面図である。第２実施の形態の微粉炭燃焼バーナ１
は、微粉炭ノズル２と同軸状に二次空気ノズル１２の外
側に設けられ、三次空気４４を旋回流として噴出させる
三次空気旋回流発生器である三次空気旋回羽根２７を有
する三次空気ノズル２６を備え、二次空気４３の流路１
９と三次空気４４の流路２９とを所定の距離３８だけ離
したものである。所定の距離３８は、二次空気流路１９
と三次空気流路２９の間にスペーサ３９を挿入すること
により形成されている。このように二次空気ノズル１２
と三次空気ノズル２６の間に所定の距離３８を形成する
ことで、三次空気４４は二次空気４３と分離され、火炎
の下流側で微粉炭と混合する。このため、火炎の上流側
に形成される還元領域は広くなりＮＯｘの発生が抑制さ
れる。

【００４２】図３は、本発明に係る第３実施の形態を示
す断面図である。第３実施の形態の微粉炭燃焼バーナ１
は、平行部１６に延設して微粉炭ノズルの軸方向４に対
して直角方向５に縮小する縮小部１７を有すると共に、
拡大部１５は微粉炭ノズル２の先端６位置から拡大する
逆流域拡張手段１４を設けている。平行部１６に延設す
る縮小部１７と微粉炭ノズルの先端から拡大する拡大部
１５とを有するものは、二次空気４３の噴出方向を旋回
の中心方向へ容易に確実に向けることが出来る。このと
き、二次空気４３は旋回流により微粉炭ノズル２と二次
空気ノズル１２の間の障壁の下流側に形成される逆流域
４６を大きくすると共に、旋回の中心近くを流れる微粉
炭と速やかに混合するため、微粉炭の着火位置が微粉炭
燃焼バーナ１に近づき、微粉炭の燃焼効率は向上する。
そして、微粉炭燃焼バーナ１近くで温度が高くなり、酸
素の消費が進む。このため、還元領域が大きくなり、Ｎ
Ｏｘの発生を抑制する。

【００４３】図４は、本発明に係る第４実施の形態を示
す断面図である。第４実施の形態の微粉炭燃焼バーナ１
は、二次空気ノズルの先端１８周囲から二次空気４３の
噴出速度より大きい噴出速度で気体を噴出する補助ノズ
ル２５を有する逆流域拡張手段１４を設けたものであ
る。二次空気流路１９と三次空気流路２９を隔てるスペ
ーサ３９に補助ノズル２５を設け、二次空気４３や三次
空気４４の噴出速度より速い流速で補助ノズル２５より
気体を軸方向４に噴出させると、二次空気４３の噴出方
向は補助ノズル２５からの噴流により制限される。

【００４４】二次空気４３が旋回流による遠心力で径方
向に外向きに流れようとするが、補助ノズル２５からの
噴流は二次空気４３の外側をより高速で軸方向４に流れ
るので二次空気４３は、図中の矢印２３に示される方向
に噴出し、直角方向５の径方向の流れを抑制出来る。こ
のため、二次空気４３は旋回の中心近くを流れる微粉炭
と速やかに混合し、微粉炭の着火位置が微粉炭燃焼バー
ナ１に近づく。

【００４５】補助ノズル２５は断面積が小さいため流量
は少なくノズルから離れると噴流は減衰する。更に、二
次空気４３の旋回により微粉炭燃焼バーナ１近傍は負圧
が強まり、逆流域４６は大きくなり安定する。このた
め、微粉炭の着火や保炎性が高まり、着火が促進される
ことで微粉炭燃焼バーナ１近くで温度が高くなり酸素の
消費が進み、微粉炭の燃焼効率は向上し、還元領域も広
がり、ＮＯｘの抑制効果も高まる。

【００４６】図５は図４の I 矢視図、図６は図５と同
様の他の形態の I 矢視図である。補助ノズル２５の形
状としては、図５に示されるように環状の噴出口２５ａ
や図６に示されるように周方向に分割された複数の噴出
口２５ｂ等に形成される。

【００４７】図７は、本発明に係る第５実施の形態を示
す断面図である。第５実施の形態の微粉炭燃焼バーナ１
は、二次空気ノズル１２の外側を微粉炭ノズル２の軸方
向４に対して直角方向５に拡大することによって三次空
気ノズル２６の流路２９を縮小する流路縮小部２８を有
する逆流域拡張手段１４を設けものである。

【００４８】逆流域拡張手段１４が流路縮小部２８を有
するものは、三次空気４４が流路２９を流れる間に旋回
力により流路外周に片寄って流れるため、三次空気ノズ
ル２６の出口部ではほとんどの空気がノズル外周を流れ
ており、ノズル出口部で二次空気ノズル１２の外側を拡
径することにより流路２９を狭めた場合でも圧力損失は
ほとんど増加しない。内側から三次空気４４の流路を狭
めることで、三次空気４４はノズル出口部で径方向に外
向きの流れとして噴出する。このため、微粉炭燃焼バー
ナ１近くでの三次空気４４と微粉炭との混合を遅らすこ
とが出来、微粉炭燃焼バーナ１近くの還元領域を大きく
し、ＮＯｘの発生を抑制する。更に、二次空気ノズル１
２の外側を拡径する結果として、微粉炭燃焼バーナ１の
径を小さくすることも出来る。

【００４９】以上説明した第１実施の形態〜第５実施の
形態の微粉炭燃焼バーナ１は、微粉炭ノズル２の先端に
保炎板１１が設けられている。保炎板１１は、微粉炭ノ
ズル２の内側に突出し一次空気と二次空気の流れに対し
障害物として存在するため、保炎板１１の下流側は負圧
となり、微粉炭と燃焼用空気の逆流域４６が形成され易
くなる。この逆流域４６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。更に、二次空
気や三次空気が旋回流として噴出されると、遠心力によ
り保炎板１１の下流側の負圧は更に高くなり、逆流域４
６は大きくなり安定に存在する。

【００５０】

【発明の効果】本発明の微粉炭燃焼バーナによれば、微
粉炭の着火性や保炎性を高め燃焼効率を高めると共に、
還元領域を下流側に向かって大きくしＮＯｘの発生量を
少なくする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る微粉炭燃焼バーナの第１実施の形
態を示す断面図である。

【図２】図１と同様の第２実施の形態を示す断面図であ
る。

【図３】図１と同様の第３実施の形態を示す断面図であ
る。

【図４】図１と同様の第４実施の形態を示す断面図であ
る。

【図５】図４の I 矢視図である。

【図６】図５と同様の他の形態の I 矢視図である。

【図７】図１と同様の第５実施の形態を示す断面図であ
る。

【図８】従来技術に係る微粉炭燃焼バーナの断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 微粉炭燃焼バーナ ２ 微粉炭ノズル ４ 軸方向 ５ 直角方向 ６ 先端 １２ 二次空気ノズル １３ 二次空気旋回羽根（二次空気旋回流発生器） １４ 逆流域拡張手段 １５ 拡大部 １６ 平行部 １７ 縮小部 １８ 先端 １９ 流路 ２５ 補助ノズル ２６ 三次空気ノズル ２７ 三次空気旋回羽根（三次空気旋回流発生器） ２８ 流路縮小部 ２９ 流路 ３８ 所定の距離 ４１ 混合気 ４３ 二次空気 ４４ 三次空気 ４５ 混合ガス ４６ 逆流域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 正行 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 北沢 長四郎 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 田村 稔 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 木山 研滋 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微粉炭と一次空気との混合気を噴出させ
   る微粉炭ノズルと、該微粉炭ノズルと同軸状にその外側
   に設けられ、二次空気を旋回流として噴出させる二次空
   気旋回流発生器を有する二次空気ノズルとを備えた微粉
   炭燃焼バーナにおいて、前記二次空気ノズルは、前記微
   粉炭ノズルの先端周囲の下流側に発生する混合ガスの逆
   流域を下流側に拡張する逆流域拡張手段を有するもので
   あることを特徴とする微粉炭燃焼バーナ。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記逆流域拡張手段
   は、前記二次空気ノズルの二次空気の噴出方向を前記微
   粉炭ノズルの軸方向に保つと共に、該微粉炭ノズルの軸
   方向と直角方向に拡大するものであることを特徴とする
   微粉炭燃焼バーナ。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記逆流域拡張手段
   は、前記微粉炭ノズルの軸方向と直角方向に拡大する拡
   大部と、該拡大部に延設して前記微粉炭ノズルの軸方向
   と平行な平行部とを有するものであることを特徴とする
   微粉炭燃焼バーナ。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかにおいて、前
   記二次空気ノズルの先端は、前記微粉炭ノズルの先端位
   置よりも下流側に位置するものであることを特徴とする
   微粉炭燃焼バーナ。
5. 【請求項５】 請求項３において、前記逆流域拡張手段
   は、前記平行部に延設して前記微粉炭ノズルの軸方向と
   直角方向に縮小する縮小部を有すると共に、前記拡大部
   は前記微粉炭ノズルの先端から拡大するものであること
   を特徴とする微粉炭燃焼バーナ。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかにおいて、前
   記逆流域拡張手段は、前記二次空気ノズルの先端周囲か
   ら該二次空気ノズルから噴出する二次空気の噴出速度よ
   り大きい噴出速度で気体を噴出する補助ノズルを有する
   ものであることを特徴とする微粉炭燃焼バーナ。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれかにおいて、前
   記微粉炭ノズルと同軸状に前記二次空気ノズルの外側に
   設けられ、三次空気を旋回流として噴出させる三次空気
   旋回流発生器を有する三次空気ノズルを備え、前記二次
   空気の流路と前記三次空気の流路とを所定の距離だけ離
   したものであることを特徴とする微粉炭燃焼バーナ。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれかにおいて、前
   記逆流域拡張手段は、前記二次空気ノズルの外側を前記
   微粉炭ノズルの軸方向と直角方向に拡大することによっ
   て前記三次空気ノズルの流路を縮小する流路縮小部を有
   するものであることを特徴とする微粉炭燃焼バーナ。
9. 【請求項９】 微粉炭と一次空気との混合気を噴出させ
   る微粉炭ノズルと、該微粉炭ノズルと同軸状にその外側
   に設けられ、二次空気を旋回流として噴出させる二次空
   気旋回流発生器を有する二次空気ノズルとを備えた微粉
   炭燃焼バーナにおいて、前記二次空気ノズルは、該二次
   空気ノズルの二次空気の噴出速度を前記二次空気ノズル
   の先端で減速し、且つ前記二次空気の噴出方向を前記微
   粉炭ノズルの軸方向に保つものであることを特徴とする
   微粉炭燃焼バーナ。
10. 【請求項１０】 請求項９において、前記二次空気ノズ
    ルの先端は、前記微粉炭ノズルの先端よりも下流側に位
    置するものであることを特徴とする微粉炭燃焼バーナ。