WO2011074281A1 - 固体燃料焚きバーナ及び固体燃料焚きボイラ - Google Patents

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皓太郎 藤村
和宏 堂本
一ノ瀬　利光
直文 阿部
潤 葛西
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    • F23C2201/00—Staged combustion
    • F23C2201/20—Burner staging

Definitions

  • the present invention relates to a solid fuel-fired burner and a solid fuel-fired boiler for burning a solid fuel (powder fuel) such as pulverized coal.
  • a solid fuel such as pulverized coal.
  • solid fuel-fired boilers include, for example, pulverized coal-fired boilers that burn pulverized coal (coal) as solid fuel.
  • pulverized coal fired boiler two types of combustion systems are known: a swirl combustion boiler and an opposed combustion boiler.
  • a swirl combustion boiler two types of combustion systems are known: a swirl combustion boiler and an opposed combustion boiler.
  • secondary air input ports for supplying secondary air are installed above and below the primary air supplied from the coal-fired burner (solid fuel-fired burner) together with the pulverized coal of fuel. The flow rate of the secondary air around the coal burning burner is adjusted.
  • the primary air described above is an amount of air necessary for conveying the pulverized coal of fuel, and therefore, the amount of air is defined in a roller mill device that pulverizes coal into pulverized coal.
  • the secondary air mentioned above blows in the air quantity required in order to form the whole flame in a swirl combustion boiler. Therefore, the secondary air amount of the swirl combustion boiler is approximately the total air amount necessary for the combustion of the pulverized coal minus the primary air amount.
  • conventional coal-fired burners have a flame holding mechanism (adjustment of tip angle, swivel, etc.) on the outer periphery of the burner, and a secondary air (or tertiary air) input port immediately adjacent to the outer periphery. It is common to do. For this reason, ignition occurs at the outer periphery of the flame, and a large amount of air is mixed at the outer periphery of the flame. As a result, the combustion around the flame proceeds in a high temperature state where the oxygen concentration is high in the high temperature oxygen remaining region around the flame, and therefore NOx is generated around the flame.
  • the counter-fired boiler is also ignited on the outer periphery of the flame by turning, which is a factor that NOx is similarly generated on the outer periphery of the flame.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to suppress (weaken) the high-temperature oxygen residual region formed on the outer periphery of the flame, thereby exhausting it from the additional air input unit.
  • Another object of the present invention is to provide a solid fuel-fired burner and a solid fuel-fired boiler that can reduce the final NOx generation amount.
  • the solid fuel-burning burner according to the first aspect of the present invention is used in the burner portion of the solid fuel-fired boiler that performs low-NOx combustion separately in the burner portion and the additional air input portion, and is used for the solid fuel and air in the form of powder.
  • the fuel burner having the internal flame holding and the secondary air input port not holding the flame are provided, and the air ratio of the fuel burner is 0.85. Since it is set above, the air amount (additional air input amount) of the additional air input unit is reduced as compared with, for example, an air ratio of 0.8. As a result, in the additional air input portion where the additional air input amount has decreased, the final NOx generation amount decreases.
  • the reduction of the additional air input amount described above is due to the fact that the ignition of the fuel burner is strengthened by the internal flame holding by adopting the fuel burner having the internal flame holding and the secondary air charging port that does not hold the flame, and the air inside the flame. This is possible because the diffusion becomes good and the remaining oxygen region formed on the outer periphery of the flame is suppressed. That is, the high-temperature oxygen remaining region formed on the outer periphery of the flame is suppressed, and further, NOx is generated in the flame by the enhancement of ignition, so that effective NOx reduction is performed, so that the additional air introduction unit is reached. The amount of NOx to be reduced decreases.
  • the additional air input amount is decreased in the additional air input unit, the NOx amount generated in the additional air input unit is also decreased, and as a result, the NOx amount finally discharged can be reduced.
  • the use of a secondary air input port that does not hold the flame is also effective in reducing the amount of NOx generated on the outer periphery of the flame.
  • a more preferable air ratio of the fuel burner is 0.9 or more.
  • the fuel burner inputs the pulverized fuel and air into the furnace, and the secondary air input port is located above and / or below the fuel burner. It is preferable that each of them is provided with air flow rate adjusting means, and one or a plurality of split members are disposed in the front part of the flow path of the fuel burner.
  • the solid fuel-burning burner for charging pulverized fuel and air into the furnace includes one or a plurality of split members disposed in the front part of the flow path of the fuel burner. Therefore, the split member functions as an internal flame holding mechanism near the center of the outlet opening of the fuel burner. This split member makes it possible to hold the internal flame, so that the central portion becomes more air deficient and NOx reduction proceeds.
  • the fuel burner inputs the pulverized fuel and air into the furnace, and the secondary air input port is located above and / or below the fuel burner. It is preferable that each of them is provided with air flow rate adjusting means, and a split member in a plurality of directions is arranged in the front portion of the flow path of the fuel burner.
  • the solid fuel-fired burner for charging pulverized fuel and air into the furnace includes a multi-directional split member disposed in the front part of the flow path of the fuel burner. An intersection of split members that function as an internal flame holding mechanism can be easily provided near the center of the outlet opening of the fuel burner.
  • the ignition surface length (Lf) formed by the split member is larger than the outlet opening circumferential length (L) of the fuel burner (Lf> L). It is preferable to set so that When the length of the split member is set in this way, the ignition surface given by the ignition surface length (Lf) becomes wider than that at the flame outer periphery, so that the internal ignition is enhanced compared to the flame outer periphery ignition, Rapid reduction inside the flame is promoted. Furthermore, since the flame is subdivided inside by the split member, rapid combustion inside the flame becomes possible.
  • the split member is disposed with the center of the outlet opening of the fuel burner being dense.
  • the split member which is an internal flame holding mechanism
  • the split member is concentrated in the central portion of the fuel burner, so that the ignition at the central portion of the flame is further improved. Further promoted, NOx is generated within the flame and reduced rapidly.
  • the split member arranged at the center is dense, the free area at the center of the fuel burner is reduced, so that the pressure loss of the split member is relatively increased. Accordingly, the flow rates of the pulverized fuel and air flowing inside the fuel burner are reduced, and quicker ignition can be caused.
  • the secondary air input port is preferably divided into a plurality of independent flow paths each having an air flow rate adjusting means.
  • the solid fuel-burning burner configured in this manner distributes the flow rate so that the secondary air amount introduced into the outer periphery of the flame becomes a desired value by operating the air flow rate adjusting means for each of the divided flow paths. It becomes possible to do. Therefore, the formation of the high temperature oxygen remaining region can be suppressed or prevented by optimizing the amount of secondary air supplied to the flame periphery.
  • the fuel burner inputs the pulverized fuel and air into the furnace, and the secondary air input port is located above and / or below the fuel burner. It is preferable that each of them is divided into a plurality of independent flow paths each having an air flow rate adjusting means, and a split member is disposed at the front of the flow path of the fuel burner.
  • a secondary burner having a fuel burner for feeding pulverized fuel and air into the furnace, and an air flow rate adjusting means arranged above and / or on the left and right of the fuel burner.
  • the secondary air input port is divided into a plurality of independent flow paths each having an air flow rate adjusting means, and includes a split member disposed at the front of the flow path of the fuel burner.
  • the split member at the front portion of the flow path of the fuel burner, it becomes possible to cause turbulence in the flow of the pulverized fuel and air, and to ignite inside the flame.
  • NOx is generated inside the flame, and the generated NOx contains a large amount of hydrocarbons having a reducing action, and is quickly reduced in the flame that is short of air. That is, the internal flame can be strengthened by the split member, and the formation of the high temperature oxygen remaining region can be prevented or suppressed. Therefore, in such a solid fuel-fired burner, it is desirable that there is no flame holder that has been conventionally installed on the outer periphery of the burner.
  • the secondary air input port includes an angle adjusting mechanism.
  • the secondary air input port is provided with an angle adjusting mechanism, the optimum secondary air can be supplied from the secondary air input port further outward of the flame.
  • the swirl is not used, the formation of the high temperature oxygen remaining region can be prevented or suppressed while preventing the flame from spreading excessively.
  • the distribution of the amount of air input from the secondary air input port is feedback controlled based on the unburned component and the nitrogen oxide (NOx) discharge amount.
  • the distribution of secondary air can be automatically optimized.
  • the distribution of secondary air to the inside near the outer peripheral surface of the flame is increased.
  • the amount of nitrogen oxide is high, the outer side far from the outer peripheral surface of the flame is increased.
  • Increase secondary air distribution to For measurement of unburned matter for example, collected ash may be analyzed each time, or a meter that measures carbon concentration from scattering of laser light may be employed.
  • the amount of air input from the secondary air input port is distributed between the multistage input of air having a reducing atmosphere in the region from the burner section to the additional air input section. Is desirable.
  • the amount of air is distributed in this way, due to the synergistic effect of reducing nitrogen oxides by suppressing the high temperature oxygen remaining region formed on the flame periphery and reducing nitrogen oxides in the combustion exhaust gas in a reducing atmosphere, The amount of nitrogen oxides generated can be further reduced.
  • the plurality of independent flow paths of the secondary air input port are provided in multiple stages concentrically in the outer circumferential direction with the fuel burner being circular.
  • the solid fuel-burning burner configured in this way is particularly applicable as a burner for an opposed combustion boiler. Moreover, since air is uniformly introduced from the circumference, the high-temperature and high-oxygen region can be reduced more precisely.
  • a solid fuel burning boiler according to the second aspect of the present invention has the above-described solid fuel burning burner arranged at a corner portion or a wall surface portion in the furnace.
  • the solid fuel-fired burner is provided to feed the pulverized fuel and air into the furnace, so that it is arranged near the center of the outlet opening of the fuel burner.
  • the split member functioning as an internal flame holding mechanism divides the flow path of the pulverized fuel and air to disturb the flow.
  • the mixing and diffusion of air is promoted to the inside of the flame, and the ignition surface is subdivided, so that the ignition position approaches the center of the flame and the unburned portion of the fuel is reduced. That is, oxygen easily enters the center of the flame, so that internal ignition is effectively performed, and therefore, rapid reduction is performed inside the flame and the amount of NOx generated is reduced.
  • the method for operating a solid fuel burning burner according to the third aspect of the present invention is used in the burner section of a solid fuel burning boiler that performs low NOx combustion separately into a burner section and an additional air input section, and is a solid powder.
  • the fuel burner having the internal flame holding and the secondary air input port not holding the flame are provided, and the air ratio of the fuel burner is set to 0.85 or more. Therefore, the amount of air in the additional air input portion (additional air input amount) is reduced as compared with, for example, an air ratio of 0.8. As a result, in the additional air input portion where the additional air input amount has decreased, the final NOx generation amount decreases.
  • the fuel burner having the internal flame holding and the secondary air input port not holding the flame are provided, and the air ratio of the fuel burner is 0.85 or more, Since it is preferably set to 0.9 or more, the amount of NOx generated in the additional air input portion is also reduced by reducing the additional air input amount.
  • the amount of NOx that reaches the additional air input portion decreases due to the decrease in the amount of NOx and the decrease in the amount of NOx generated by the additional air input.
  • the fuel burner outlet opening is provided with a multi-directional split member that functions as an internal flame holding mechanism, the powder fuel and air flow paths are divided near the center of the fuel burner outlet opening where the split member intersects. Disturb the flow.
  • the split member subdivides the ignition surface, so that the ignition position is moved closer to the center of the flame, and the unburned portion of the fuel is reduced.
  • oxygen tends to enter the center of the flame, and internal ignition is effectively performed by this oxygen, so that rapid reduction is performed inside the flame, and a solid fuel-fired boiler The amount of NOx finally discharged from the fuel is reduced.
  • the amount of additional air input can be reduced because the amount of additional air input (additional air input) can be reduced by the operation method of the solid fuel burning burner that operates with the fuel burner air ratio set to 0.85 or more. In the reduced additional air input portion, the final NOx generation amount decreases.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the solid fuel burning burner shown in FIG. 1A along AA (vertical sectional view of the solid fuel burning burner). It is a figure which shows the air supply system which supplies air to the solid fuel burning burner of FIG. 1A and FIG. 1B. It is a longitudinal section showing an example of composition of a solid fuel burning boiler (coal burning boiler) concerning the present invention.
  • FIG. 4 is a horizontal (horizontal) cross-sectional view of FIG. 3.
  • FIG. 1A and FIG. 1B It is a front view which shows the 1st modification from which the arrangement
  • FIG. 10A is a longitudinal cross-sectional view which shows the structural example which provided the rectification
  • FIG. 10B shows the air supply system which is supplying air to the solid fuel burning burner of FIG. 10A and 10B.
  • FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a solid fuel burning burner provided with a split member as a first modification of the solid fuel burning burner shown in FIGS. 10A to 10C.
  • FIG. 11 is a front view of a solid fuel burning burner having a side secondary air port as viewed from the furnace as a second modification of the solid fuel burning burner shown in FIGS. 10A to 10C. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structural example in which the secondary air injection port of the solid fuel burning burner shown to FIG. 10A is provided with the angle adjustment mechanism. It is a figure which shows the modification of the air supply system shown to FIG. 10C.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a solid fuel burning burner showing a configuration example in which the third modification of the first embodiment shown in FIG. 9 and the second embodiment shown in FIGS.
  • Reference numeral 20 in the figure denotes a solid fuel-fired burner that inputs pulverized coal (powdered solid fuel) and air
  • reference numeral 15 denotes an additional air injection nozzle that inputs additional air
  • the solid fuel-burning burner 20 is connected to a pulverized coal mixture transport pipe 16 that transports pulverized coal by primary air and an air supply duct 17 that supplies secondary air.
  • An air supply duct 17 that supplies secondary air is connected to the nozzle 15.
  • the above-described swirl combustion boiler 10 is of the swirl combustion type in which the solid fuel-burning burner 20 for charging the pulverized coal (coal) and air of the pulverized fuel into the furnace 11 is arranged at each corner portion of each stage.
  • the burner unit 12 is adopted, and a swirl combustion method is employed in which one or more swirl flames are formed in each stage.
  • a solid fuel burning burner 20 shown in FIGS. 1A and 1B includes a pulverized coal burner (fuel burner) 21 that inputs pulverized coal and air, and secondary air input ports 30 that are respectively disposed above and below the pulverized coal burner 21. I have.
  • the secondary air input port 30 is opened as an air flow rate adjusting means for each secondary air supply line branched from the air supply duct 17 as shown in FIG.
  • a damper 40 capable of adjusting the degree is provided.
  • the pulverized coal burner 21 described above is provided so as to surround the rectangular coal primary port 22 into which the pulverized coal conveyed by the primary air is introduced and the coal primary port 22, and a part of the secondary air.
  • a call secondary port 23 As shown in FIG. 2, the call secondary port 23 also includes a damper 40 capable of adjusting the opening degree as air flow rate adjusting means.
  • the call primary port 22 may be circular or elliptical.
  • a split member 24 in a plurality of directions is disposed in the front portion of the flow path of the pulverized coal burner 21, that is, in the front portion of the flow path of the primary coal port 22.
  • two split members 24 are arranged in a lattice shape with two in the vertical direction and two in the horizontal direction at the outlet opening portion of the call primary port 22, for a total of four. ing. That is, the four split members 24 are arranged in a lattice shape in two different directions, the vertical direction and the horizontal direction, thereby subdividing the outlet opening of the coal primary port 22 in the pulverized coal burner 21 ( 9 divisions).
  • the above-described split member 24 employs a cross-sectional shape as shown in FIGS. 6A to 6D, for example, so that the flow of pulverized coal and air can be smoothly separated and disturbed.
  • the split member 24 shown in FIG. 6A has a triangular cross-sectional shape.
  • the illustrated triangle is an equilateral triangle or an isosceles triangle, and is arranged so that one side of the outlet side toward the furnace 11 is substantially orthogonal to the flow direction of pulverized coal and air.
  • an arrangement is adopted in which one of the corners forming the triangular cross section is oriented in the direction of flow of pulverized coal and air.
  • the split member 24A shown in FIG. 6B has a substantially T-shaped cross-sectional shape, and a surface substantially orthogonal to the flow direction of pulverized coal and air is disposed on the outlet side facing the furnace 11.
  • a split member 24A ′ having a trapezoidal cross-sectional shape may be used.
  • the split member 24B shown in FIG. 6D has a substantially L-shaped cross-sectional shape. That is, it is a cross-sectional shape obtained by cutting out a part of the above-described substantially T-shape, and in particular, when arranged in the left-right (horizontal) direction, if the L-shape is formed by removing the upper convex portion, It is possible to prevent pulverized coal from being deposited on the split member 24B. Note that the separation performance necessary for the split member 24B can be ensured by enlarging the lower protrusion by the amount corresponding to the removal of the upper protrusion.
  • the above-described cross-sectional shape of the split member 24 or the like is not limited to the illustrated example, for example, a substantially Y shape.
  • the split member 24 installed near the center of the outlet opening of the pulverized coal burner 21 divides the flow path of the pulverized coal and air to disturb the flow inside and Since a recirculation zone is formed in the front, it functions as an internal flame holding mechanism.
  • a conventional solid fuel-burning burner ignites fuel pulverized coal by receiving radiation around the flame periphery.
  • NOx is generated in the high-temperature oxygen remaining region H (see FIG. 1B) on the outer periphery of the flame where high-temperature oxygen remains, and remains without being fully reduced to increase NOx emissions. .
  • the split member 24 functioning as an internal flame holding mechanism since the split member 24 functioning as an internal flame holding mechanism is provided, the pulverized coal comes to ignite inside the flame. For this reason, NOx is generated inside the flame, and the NOx generated inside the flame contains a large amount of hydrocarbons having a reducing action, so that it is rapidly reduced in the flame in the air-deficient state. Accordingly, it is possible to stop flame holding by installing a flame holder on the outer periphery of the flame, that is, to obtain a solid fuel-burning burner 20 having a structure in which no flame holding mechanism is installed on the outer periphery of the burner, thereby suppressing NOx generation on the outer periphery of the flame. .
  • the split members 24 in a plurality of directions, it is possible to easily provide an intersection where the split members 24 in different directions intersect with each other near the center of the outlet opening of the pulverized coal burner 21.
  • the pulverized coal and air flow paths are divided into a plurality of portions near the center at the outlet opening of the pulverized coal burner 21, The flow is disturbed when diverting to multiple. That is, when the split member 24 is in one left-right direction, air diffusion and ignition in the central portion are delayed, causing an increase in the unburned amount.
  • the split member 24 is arranged in a plurality of directions to form an intersection. Then, the mixing of air is promoted and the ignition surface is subdivided, so that air (oxygen) can easily enter the center of the flame, and as a result, unburned content can be reduced.
  • the split member 24 is disposed so as to form an intersection, air mixing / diffusion is promoted to the inside of the flame, and the ignition surface is subdivided, so that the ignition position is at the center of the flame.
  • it is much easier to stop the flame holding by the flame holder installed on the flame periphery and to suppress the generation of NOx on the flame periphery using the solid fuel burning burner 20 having no flame holder on the flame periphery.
  • FIGS. 7A and 7B for the call primary port 22 of the solid fuel burning burner 20 shown in FIG. 1A.
  • two split members 24 disposed in the vertical direction of the outlet opening and one split member 24 disposed in the left-right direction of the outlet opening are provided in the channel front portion of the primary call port 22. It has.
  • the ignition surface length (Lf) formed by the split member 24 is larger than the outlet opening circumferential length (L) of the primary coal port 22 constituting the pulverized coal burner 21 (Lf> L ).
  • the ignition surface length (Lf) of the split member 24 is formed on both sides of the split member 24 having a width, if the length of the split member 24 is S, there are three split members.
  • the length S in this case is the length of the short split member 24 arranged in the vertical direction, so that the calculated ignition surface length (Lf) is safe even when the existence of the intersection is taken into consideration. Estimated side.
  • the ignition surface length (Lf) for example, as shown in FIG. 7B, in the case of the split member 24 'having the thin portions 24a at both ends by the split manufacturing method, the thin portions 24a at both ends are also ignited. Think as a face.
  • the ignition surface given by the ignition surface length (Lf) becomes wider than the ignition at the flame outer periphery. Therefore, as compared with the flame outer periphery ignition determined by the outlet opening peripheral length (L), the internal ignition determined by the ignition surface length (Lf) is enhanced, so that the NOx generated in the flame can be quickly reduced. . Further, since the flame is subdivided inside by the split member 24, air (oxygen) can easily enter the center of the flame, and unburned content can be reduced by rapid combustion inside the flame.
  • the split member 24 which is an internal flame holding mechanism, is densely arranged at the center of the primary coal port 22, the split member 24 is concentrated on the central portion of the pulverized coal burner 21, Ignition in the center of the flame is further promoted, and NOx is rapidly generated and reduced inside the flame.
  • the split member 24 arranged in the center is dense, the free area becomes smaller in the center of the pulverized coal burner 21. That is, since the ratio of the pulverized coal and air flowing through the coal primary port 22 of the pulverized coal burner 21 passes through a substantially straight channel cross-sectional area without an obstacle is small, the pressure loss of the split member 24 is relatively large. Become. Therefore, in the fuel burner 21, the flow speeds of the pulverized coal and air flowing through the inside of the primary coal port 22 are lowered due to the influence of the increase in pressure loss, so that quicker ignition can be caused.
  • a rectifying mechanism 25 is provided on the upstream side of the split member 24A in order to impart pressure loss to the flow of pulverized coal and air.
  • This rectifying mechanism 25 prevents a flow rate deviation in the port cross-sectional direction. For example, it is effective to install an orifice or a venturi that can restrict the flow path cross-sectional area to about 2/3, preferably about 1/2. is there.
  • Such a rectifying mechanism 25 may have any configuration as long as it can give a constant pressure loss to the flow of powder transport for conveying the pulverized coal of fuel by primary air, and is thus limited to the orifice. None happen. Further, the rectifying mechanism 25 described above does not have to be integrated with the solid fuel burning burner 20, and the final straight pipe portion (vent or vent) of the flow path through which the pulverized coal and the primary air flow is upstream of the split member 24A. It suffices if it is installed in a straight flow path portion without a damper or the like.
  • the rectifying mechanism 25 is an orifice, in order to prevent the influence of the orifice from remaining, from the outlet end of the orifice to the outlet of the primary call port 22, specifically, the inlet side end of the split member 24A. It is desirable to provide a straight pipe part (Lo) extending to the part. As the straight pipe portion (Lo), if the height of the call primary port 22 is h, it is necessary to secure a length of at least 2 h, and a more preferable straight pipe portion (Lo) is 10 h or more. The length is secured.
  • the pulverized coal of the pulverized fuel is affected by the centrifugal force by passing through the bend provided in the flow path for supplying the pulverized coal and primary air to the primary port 22 of the coal.
  • the flow rate deviation that causes the distribution on the cross section of the flow path to be biased can be eliminated. That is, the pulverized coal conveyed by the primary air has a distribution that is biased to the outside (bent large-diameter side) by passing through the vent, but by passing through the rectifying mechanism 25, the distribution on the cross section of the flow path is eliminated. It flows into the split member 24A in a substantially uniform state.
  • the pulverized coal burner 21 provided with the rectifying mechanism 25 can effectively utilize the internal flame holding mechanism by the split member 24A.
  • the split member 24 in a plurality of directions (vertical and horizontal) is disposed in the flow path front portion of the primary call port 22, but for example in the horizontal direction or the vertical direction
  • One or more split members 24 may be provided.
  • a split member 24 When such a split member 24 is provided, it functions as an internal flame holding mechanism in the vicinity of the center of the outlet opening of the pulverized coal burner 21, so that the internal flame holding by the split member 24 becomes possible, and the central portion becomes more air-deficient and NOx. Reduction proceeds.
  • a solid fuel burning burner according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10A to 10C.
  • symbol is attached
  • a pulverized coal burner 21 is provided so as to surround a rectangular coal primary port 22 into which pulverized coal conveyed by primary air is introduced and a periphery of the coal primary port 22. And a call secondary port 23 through which a part of the secondary air is introduced.
  • a secondary air input port 30A is provided above and below the solid fuel burning burner 21 for supplying secondary air.
  • the secondary air input port 30A is divided into a plurality of independent flow paths and ports, and each flow path is provided with a damper 40 capable of adjusting the opening degree as secondary air flow rate adjusting means.
  • the secondary air input ports 30A arranged above and below the pulverized coal burner 21 are all divided into three in the vertical direction, and the internal secondary is directed from the inside close to the pulverized coal burner 21 to the outside.
  • the air ports 31a and 31b, the intermediate secondary air ports 32a and 32b, and the external secondary air ports 33a and 33b are arranged in this order.
  • throwing-in port 30 is not limited to 3 division
  • the above-described call secondary port 23, internal secondary air ports 31a and 31b, intermediate secondary air ports 32a and 32b, and external secondary air ports 33a and 33b are, for example, as shown in FIG. 10C. It is connected to an air supply line 50 having an air supply source (not shown). A damper 40 is provided for each flow path in the flow path that branches from the air supply line 50 and communicates with each port. Therefore, the secondary air supply amount can be adjusted independently for each port by adjusting the opening degree of each damper 40.
  • the respective solid fuel burning burners 20A are arranged above and below the pulverized coal burner 21 and the pulverized coal burner 21 into which pulverized coal and air are introduced. Since the secondary air input port 30A is divided into three parts, the secondary air introduced into the outer periphery of the flame F is adjusted by adjusting the opening degree of the damper 40 for each of the three divided secondary air input ports 30A. The amount of air can be distributed to a desired value.
  • the distribution ratio is reduced for the secondary air input amount of the internal secondary air ports 31a and 31b closest to the outer periphery of the flame F, and the intermediate secondary air ports 32a and 32b and the external secondary air ports 33a and 33b are correspondingly reduced.
  • the injection rate of the secondary air amount with respect to the outer side away from the flame F is increased and the injection rate of the secondary air amount injected near the outer periphery of the flame F is set small, the diffusion of the secondary air is delayed. be able to.
  • the amount of NOx generated in the swirl combustion boiler 10 Can be reduced.
  • the amount of secondary air introduced into the outer periphery of the flame F the formation of the high temperature oxygen residual region H can be suppressed or prevented, and the NOx reduction of the swirl combustion boiler 10 can be achieved.
  • the flow rate distribution of the secondary air input port 30A is reversed inside and outside to increase the distribution ratio of the internal secondary air ports 31a and 31b. do it. That is, even when using pulverized coal obtained by pulverizing coal having a different fuel ratio such as a large amount of volatile matter, the flow distribution of the secondary air input from each of the divided secondary air input ports 30A is appropriately adjusted. By doing so, it is possible to select appropriate combustion with reduced NOx or unburned content.
  • Such a multi-stage secondary air input port 30A can also be applied to the solid fuel burning burner 20 described in the first embodiment.
  • the above-mentioned solid fuel burning burner 20A is installed so as to divide the opening area vertically into the nozzle tip of the pulverized coal burner 21, as in the first modification of the present embodiment shown in FIGS. 11A and 11B, for example.
  • What provided the split member 24 was desirable.
  • the split member 24 shown in the figure has a triangular cross section.
  • the split member 24 by passing through the split member 24, a flow having a high pulverized coal concentration is formed on the outer periphery of the split member 24, which is effective for strengthening flame holding. Further, the flow having a high pulverized coal concentration that has passed through the split member 24 flows into a negative pressure region formed on the downstream side of the split member 24 as indicated by a broken line arrow fa in the drawing. As a result, the flame F is also drawn into the negative pressure region by this air flow, so that the flame holding is further strengthened. As a result, combustion is promoted and oxygen can be consumed quickly.
  • the number of the split members 24 is not limited to one.
  • the split members 24 may be formed of a plurality of members in the same direction or a plurality of members in different directions as described in the first embodiment. The shape of the 24 cross-sectional shapes may be appropriately devised.
  • the above-described solid fuel burning burner 20A includes one or a plurality of side secondary air ports 34L and 34R on the left and right of the pulverized coal burner 21, as in a second modification of the present embodiment shown in FIG. It is preferable.
  • one side secondary air port 34L, 34R each provided with a damper (not shown) is provided on the left and right sides of the pulverized coal burner 21, but each is divided into a plurality of parts. You may enable it to implement flow control.
  • the secondary air can be distributed to the left and right sides of the flame F, so that the secondary air can be prevented from becoming excessive above and below the flame F. That is, with respect to the amount of secondary air introduced into the outer periphery of the flame F, the vertical and horizontal distribution can be adjusted as appropriate, so that more precise flow rate distribution is possible.
  • Such side secondary air ports 34L and 34R are also applicable to the first embodiment described above.
  • the secondary air input port 30A is provided with an angle adjustment mechanism that changes the input direction of the secondary air into the furnace 11 up and down as shown in FIG. It is desirable.
  • This angle adjustment mechanism changes the tilt angle ⁇ of the secondary air input port 30A up and down with respect to the horizontal, and promotes the diffusion of the secondary air to prevent or suppress the formation of the high-temperature oxygen residual region H. can do.
  • a suitable tilt angle ⁇ is about ⁇ 30 degrees, and a more desirable tilt angle ⁇ is ⁇ 15 degrees.
  • the distribution of the air amount input from the secondary air input port 30A is adjusted by feedback control of the opening degree of the damper 40 based on the unburned amount and the NOx discharge amount. Is desirable. That is, when there is a large amount of unburned in the swirl combustion boiler 10, the secondary air distribution to the internal secondary air ports 31a and 31b close to the outer peripheral surface of the flame F is increased, and when the NOx emission amount is high, The secondary air distribution to the external secondary air ports 33a and 33b far from the outer peripheral surface of the flame F is increased.
  • the swirl combustion boiler 10 can automatically optimize the distribution of secondary air according to the combustion state.
  • the amount of secondary air input from the secondary air input port 30A is distributed between the multistage input of air having a reducing atmosphere in the region from the burner unit 12 to the AA unit 14. It is desirable that That is, the amount of secondary air that is input from the divided secondary air input port 30A is input from the secondary air input port 30A by the combined use with the two-stage combustion in which air is input in multiple stages from the AA section 14. The amount of secondary air can be reduced. Therefore, the amount of NOx generated is further reduced by the synergistic effect of reducing NOx by suppressing the high temperature oxygen residual region H formed on the outer periphery of the flame F and reducing NOx of the combustion exhaust gas in a reducing atmosphere. can do.
  • the swirl combustion boiler 10 of the present invention by adjusting the amount of secondary air supplied from the divided secondary air input port 30A for each port, the secondary to the outer periphery of the flame F is adjusted. As a result, the concentration of air can be prevented or suppressed, and as a result, the high-temperature oxygen remaining region H formed on the outer periphery of the flame F can be suppressed and the amount of NOx generated can be reduced. Further, in the above-described embodiment, the swirl combustion boiler 10 in which the region from the burner unit 12 to the AA unit 14 is used as the reducing atmosphere is described as a swirl combustion boiler 10, but the present invention is not limited to this.
  • the solid fuel burning burner 20A described above includes, for example, as shown in FIG. 14, a system for supplying air to the coal secondary port 23 of the pulverized coal burner 21, and a system for supplying air to the secondary air input port 30A. It is desirable to separate.
  • the air supply line 50 is branched into a call secondary port supply line 51 and a secondary air input port supply line 52, and a damper 41 is provided in each of the supply lines 51 and 52.
  • the opening of the damper 41 is adjusted for each of the call secondary port supply line 51 and the secondary air input port supply line 52 to distribute the air amount. It is possible to adjust the amount of air for each port by adjusting the opening degree of. As a result, even when the secondary air input port 30A is divided into a plurality of stages, the air amount of each port can be adjusted reliably.
  • the first embodiment and the second embodiment described above are not only applied independently, but may be configured by combining two.
  • the secondary air input ports 30A arranged above and below the pulverized coal burner 21 shown in FIG. 9 are all divided into three in the vertical direction. That is, the illustrated solid fuel burning burner 20B is a configuration example in which the internal flame holding achieved by the split member 24 and the rectifying mechanism 25 is combined with the multistage secondary air input port 30A.
  • the solid fuel-burning burner 20B configured in this way can adjust the diffusion speed of the secondary air and optimize the air diffusion in the flame in addition to the NOx reduction by the internal flame holding, so that the combustion of volatile matter and char Can be supplied at an appropriate timing. That is, by performing internal flame holding and secondary air diffusion rate adjustment, it is possible to further reduce NOx by the synergistic effect of both.
  • the cross-sectional shape and arrangement of the split member 24, the presence / absence of the rectifying mechanism 25, the number of divisions of the secondary air input port 30A, the presence / absence of the side secondary air ports 34L and 34R, and the like are limited to the illustrated configuration. However, it is possible to select and combine them appropriately.
  • a part of the secondary air input port 30A can be used as an oil port. That is, in a solid fuel-fired boiler such as the swirl combustion boiler 10, it is necessary to use gas or oil as fuel when starting up the boiler operation. Therefore, an oil burner for supplying oil into the furnace 11 is required. Become. Therefore, when the oil burner is started up, if the external secondary air ports 33a and 33b are temporarily used as the oil ports among the multi-staged secondary air input ports 30A, for example, the number of ports of the solid fuel burning burner It is possible to reduce the boiler height.
  • the illustrated solid fuel burning burner 20C is provided with a secondary air input port 30B including a plurality of concentric ports on the outer periphery of the primary call port 22A having a circular cross section.
  • the illustrated secondary air input port 30B includes two stages of an internal secondary air input port 31 and an external secondary air input port 33, but is not limited thereto.
  • a total of four split members 24 in two different directions are arranged in a lattice pattern at the center of the outlet of the primary call port 22A. Note that the number, arrangement, cross-sectional shape, and the like described in the first embodiment can be applied to the split member 24 in this case.
  • the solid fuel-burning burner 20C configured in this way does not have an extreme reducing atmosphere because the secondary air is gradually supplied, but generally has a short flame and a strong reducing atmosphere. Can also be reduced.
  • the solid fuel burning burner according to the embodiment and the modification described above is provided with a fuel burner in which the split members intersect by providing a multi-directional split member functioning as an internal flame holding mechanism at the outlet opening of the pulverized coal burner.
  • the flow path of the pulverized fuel and air is divided to disturb the flow. Due to this disturbance, the mixing and diffusion of air is promoted to the inside of the flame, and further, the split member subdivides the ignition surface, so that oxygen can easily enter the center of the flame, so that the ignition position is at the center of the flame.
  • the unburned fuel content is reduced.
  • since internal ignition is effectively performed by oxygen in the center of the flame, rapid reduction is performed inside the flame, and as a result, it is finally discharged from a solid fuel fired boiler equipped with a solid fuel fired burner. The amount of NOx generated is reduced.
  • the concentration of the secondary air on the flame outer periphery can be prevented or suppressed, so the high temperature oxygen remaining region formed on the flame outer periphery. And the amount of nitrogen oxide (NOx) generated can be reduced.
  • the solid fuel-fired burner of the present invention and the solid fuel-fired boiler equipped with the burner can ignite strongly inside the flame and increase the air ratio of the burner part, the excess air ratio of the entire boiler is set to 1.0 to It can be reduced to about 1.1, and therefore has the effect of improving boiler efficiency. Since the conventional solid fuel-fired burner and the solid fuel-fired boiler are usually operated at an excess air ratio of about 1.15, the air ratio can be reduced by about 0.05 to 0.15.
  • FIG. 17 to FIG. 22 are graphs of experimental results showing the effects of the present invention.
  • FIG. 17 is a graph of experimental results showing the relationship between the flame holder position of internal flame holding and the NOx generation amount (relative value).
  • the flame holder position in this case is the width (height) of the split member 24A that functions as a flame holder in the comparative example shown in FIG. It is the graph which showed the relative value of NOx generation amount on the vertical axis
  • the split member 24A shown in FIG. 6B is adopted, but the present invention is not limited to this.
  • the pulverized coal has a width b substantially equal to the inner wall width of the reverse core 26. It will flow out as it is.
  • the call primary port 22 of the comparative example 2 flows out with the substantially same width b along the flow path inner wall without an obstacle. For this reason, even in the primary coal port 22 having the same flame holder position a and the same inner diameter, a difference occurs in the denominator substantial pulverized coal flow width b depending on the presence or absence of an obstacle, and as a result, the amount of NOx generated is also different. ing.
  • the experimental results shown in FIG. 17 show that the amount of NOx generated is approximately 75% or less with respect to the ratio (a / b) of the split member width a to the substantial pulverized coal flow width b. It shows that it reduces. That is, according to this experimental result, the relative value of the amount of NOx generated by reducing the ratio (a / b) of the split member width a to the substantial pulverized coal flow width b from 0.77 to 0.4. It can be seen that the value decreases to 0.75, a decrease of about 25%.
  • the split member functioning as the internal flame holding mechanism is effective in reducing NOx of the solid fuel burning burner and the solid fuel burning boiler by optimizing the width a of the split member. At this time, if a drift occurs without providing the rectifying mechanism 25, the split member may be positioned outside the flow of the pulverized coal. As a result, NOx increases. is important.
  • FIG. 19 is a graph of experimental results showing the relationship between the split occupancy ratio and the NOx generation amount (relative value). That is, it is an experimental graph showing how the amount of NOx generated changes according to the ratio of the width a of the split member described above to the height (width) of the primary call port 22. According to this experimental result, it can be seen that the NOx generation amount decreases as the split occupancy increases, and therefore, the installation of the split member is effective in reducing NOx. On the other hand, according to the experimental result of FIG.
  • FIG. 20 is a comparison of the amount of unburned matter generated between the same-direction split in which the split members are arranged in the same direction and the cross split in which the split members are arranged in a plurality of directions.
  • the same conditions as in the experiment of FIG. 17 are used, and the unburned matter generation amount is compared for the same direction split and cross split.
  • the relative value of the unburned amount generated in the cross split is 0.75, which is about 25% lower than the unburned amount generated in the same direction split. That is, it can be seen that the cross split in which the split members are arranged in a plurality of directions is effective in reducing the unburned portion of the solid fuel burning burner and the solid fuel burning boiler.
  • the ignition inside the flame is further enhanced, and the air diffusion into the flame is improved, so that the unburned portion is reduced. it is conceivable that.
  • the unburned portion increases because air is supplied to the outer flame and air diffusion to the flame formed inside is delayed.
  • the experimental results shown in FIG. 21 are comparisons of NOx generation amounts in the burner part, the burner part to AA part, and the AA part for the conventional solid fuel burning burner and the solid fuel burning burner according to the present invention. There is shown a relative value in which the NOx generation amount in the conventional AA portion is set to 1 as a reference value. In this experimental result, for example, a split member in a plurality of directions as shown in FIG. 1A is used.
  • this experimental result is a comparison with the same unburned amount, and the air ratio between the burner part and the AA part (the air input amount obtained by subtracting the additional air input amount from the total air input amount on the basis of the total air input amount).
  • the ratio indicating the ratio was 0.8 in the prior art and 0.9 in the present invention.
  • the final amount of NOx generated from the AA part was reduced to 0.6, which is 40% lower than the conventional amount.
  • the present invention adopts an internal flame holding type in which split members in multiple directions are arranged, and further, ignition is enhanced by the split members, so that NOx is generated in the flame and NOx reduction is effectively performed. It is thought that it is because.
  • the combustion is close to premixed combustion, and it is burned more uniformly, so it can be confirmed that it has sufficient reducing power even at an air ratio of 0.9. It was.
  • the horizontal axis indicates “the air ratio between the burner part and the AA part”, and the vertical axis indicates “the relative value of the NOx generation amount”.
  • the “air ratio between burner part and AA part” which is the ratio of “total air input amount considering excess air ratio” and “air input amount obtained by subtracting additional air input amount from total air input amount”, is From FIG. 22, it is preferable to set it to 0.85 or more that can reduce about 30% of NOx, and it is more preferable to set the optimal value to 0.9 or more.
  • the NOx generation amount increased to 1 or more at an air ratio of about 0.8 because of the generation of NOx due to the addition of additional air.
  • the upper limit of the air ratio varies depending on the fuel ratio, and is 0.95 when the fuel ratio is 1.5 or more, and 1.0 when the fuel ratio is less than 1.5.
  • the fuel ratio in this case is a ratio of fixed carbon and volatile matter in the fuel (fixed carbon / volatile matter).
  • the pulverized coal burner 21 having an internal flame holding and the secondary air input port 30 that does not hold the flame are provided, and the air ratio of the pulverized coal burner 21 is 0.85 or more, Since it is preferably set to 0.9 or more, the amount of NOx generated in the AA portion 14 is reduced by reducing the additional air input amount in the AA portion 14. Further, the high temperature oxygen remaining region H formed on the outer periphery of the flame is suppressed, and NOx generated inside the combustion flame close to premixed combustion is effectively reduced, so that the amount of NOx reaching the AA portion 14 is reduced. Due to the decrease and the decrease in the amount of NOx generated by the addition of additional air in the AA unit 14, the amount of NOx finally discharged from the AA unit 14 decreases.
  • the solid fuel-burning burner 20 and the swirl combustion boiler 10 with reduced final NOx generation amount discharged from the AA unit 14 are obtained.
  • the air amount (additional air input amount) of the AA section 14 is, for example, an air ratio of 0.8. Since the amount is reduced as compared with the case, the final NOx generation amount decreases in the AA portion 14 in which the additional air input amount is reduced.
  • this invention is not limited to embodiment mentioned above,
  • powder solid fuel is not limited to pulverized coal, For example, it can change suitably in the range which does not deviate from the summary.

Landscapes

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Abstract

　火炎の外周に形成される高温酸素残存領域を抑制し、最終的なＮＯｘ発生量の低減を可能にした固体燃料焚きバーナを提供する。バーナ部と追加空気投入部とに分けて低ＮＯｘ燃焼を行う固体燃料焚きボイラのバーナ部に用いられ、粉体の固体燃料及び空気を炉内へ投入する固体燃料焚きバーナ（２０）は、内部保炎を有する燃料バーナ（２１）と、保炎しない２次空気投入ポート（３０）とを備え、燃料バーナ（２１）の空気比が０．８５以上に設定されている。

Description

固体燃料焚きバーナ及び固体燃料焚きボイラ
　本発明は、たとえば微粉炭等の固体燃料（粉体燃料）を焚く固体燃料焚きバーナ及び固体燃料焚きボイラに関する。
　従来、固体燃料焚きのボイラには、たとえば固体燃料として微粉炭（石炭）を焚く微粉炭焚きボイラがある。このような微粉炭焚きボイラにおいては、旋回燃焼ボイラ及び対向燃焼ボイラという二種類の燃焼方式が知られている。
　このうち、微粉炭焚きの旋回燃焼ボイラにおいては、燃料の微粉炭とともに石炭焚きバーナ（固体燃料焚きバーナ）から投入される１次空気の上下に２次空気投入用の２次空気投入ポートを設置して、石炭焚きバーナ周囲の２次空気について流量調整を行っている。（たとえば、特許文献１参照）
　上述した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から、石炭を粉砕して微粉炭とするローラミル装置において空気量が規定される。
　上述した２次空気は、旋回燃焼ボイラ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、旋回燃焼ボイラの２次空気量は、概ね微粉炭の燃焼に必要な全空気量から１次空気量を差し引いたものとなる。
　一方、対向燃焼ボイラのバーナにおいては、１次空気（微粉炭供給）の外側に２次空気及び３次空気を導入して空気導入量の微調整を行うことが提案されている。（たとえば、特許文献２参照）
特許第３６７９９９８号公報 特開２００６－１８９１８８号公報
　ところで、上述した従来の旋回燃焼ボイラにおいては、石炭焚きバーナの上下に設けられる２次空気投入用の２次空気投入ポートが各々１本とされ、２次空気投入ポートから投入される２次空気量の微調整はできない構成となっている。このため、火炎の外周には高温酸素残存領域が形成されることとなり、特に２次空気が集中する領域では、高温酸素残存領域が強くなってＮＯｘ発生量を増加させる要因となるため好ましくない。
　また、従来の石炭焚きバーナは、バーナ外周に保炎機構（先端角度の調整、旋回等）を設置し、さらに、すぐ外周に近接して２次空気（あるいは３次空気）の投入ポートを設置することが一般的である。このため、火炎の外周で着火が起こり、火炎の外周において大量の空気が混合されることとなる。この結果、火炎外周の燃焼は、火炎外周の高温酸素残存領域において酸素濃度が高い高温状態で進行することになり、従って、ＮＯｘは火炎外周で発生していた。
　このようにして、火炎外周の高温酸素残存領域で発生したＮＯｘは、火炎の外周を通過するので、火炎内部と比較して還元が遅れることとなり、これが石炭焚きボイラからＮＯｘを発生させる要因となっていた。
　一方、対向燃焼ボイラにおいても、旋回により、火炎外周で着火するため、火炎の外周で同様にＮＯｘが発生する要因となっていた。
　このような背景から、上述した従来の石炭焚きバーナ及び石炭焚きボイラのように、粉体の固体燃料を焚く固体燃料焚きバーナ及び固体燃料焚きボイラにおいては、火炎の外周に形成される高温酸素残存領域を抑制し、追加空気投入部から排出される最終的なＮＯｘ発生量を低減することが望まれる。
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、火炎の外周に形成される高温酸素残存領域を抑制（弱く）することにより、追加空気投入部から排出される最終的なＮＯｘ発生量の低減を可能にした固体燃料焚きバーナ及び固体燃料焚きボイラを提供することにある。
　本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
　本発明の第１の態様に係る固体燃料焚きバーナは、バーナ部と追加空気投入部とに分けて低ＮＯｘ燃焼を行う固体燃料焚きボイラの前記バーナ部に用いられ、粉体の固体燃料及び空気を炉内へ投入する固体燃料焚きバーナであって、内部保炎を有する燃料バーナと、保炎しない２次空気投入ポートとを備え、前記燃料バーナの空気比を０．８５以上に設定したものである。
　このような本発明の第１の態様に係る固体燃料焚きバーナによれば、内部保炎を有する燃料バーナと、保炎しない２次空気投入ポートとを備え、燃料バーナの空気比が０．８５以上に設定されているので、追加空気投入部の空気量（追加空気投入量）は、たとえば空気比０．８の場合と比較して低減する。この結果、追加空気投入量が減少した追加空気投入部においては、最終的なＮＯｘ発生量が減少する。
　上述した追加空気投入量の低減は、内部保炎を有する燃料バーナ及び保炎しない２次空気投入ポートの採用により、燃料バーナの着火が内部保炎により強化されることと、火炎内部への空気拡散が良好になり、火炎外周に形成される酸素残存領域が抑制されることとによって可能になる。すなわち、火炎の外周に形成される高温酸素残存領域が抑制され、しかも、着火の強化により火炎内でＮＯｘを発生させて効果的なＮＯｘ還元が行われるようになるので、追加空気投入部に到達するＮＯｘ量は減少する。さらに、追加空気投入部においては、追加空気投入量が減少しているので、追加空気投入部で発生するＮＯｘ量も減少し、この結果、最終的に排出されるＮＯｘ量を低減することができる。
　また、保炎しない２次空気投入ポートの採用は、火炎外周で発生するＮＯｘ量の低減にも有効である。
　上述した固体燃料焚きバーナにおいて、前記燃料バーナのより好適な空気比は０．９以上である。
　本発明の第１の態様に係る固体燃料焚きバーナにおいては、前記燃料バーナは前記粉体燃料及び空気を炉内へ投入し、前記２次空気投入ポートは前記燃料バーナの上下及び／または左右に各々配置されて空気流量調整手段を有し、前記燃料バーナの流路前方部に１または複数のスプリット部材を配設することが好ましい。
　このような固体燃料焚きバーナによれば、粉体燃料及び空気を炉内へ投入する固体燃料焚きバーナが、燃料バーナの流路前方部に配設された１または複数のスプリット部材を備えているので、スプリット部材は燃料バーナの出口開口中央付近で内部保炎機構として機能する。このスプリット部材により、内部保炎が可能となるため、中央部がより空気不足となってＮＯｘ還元が進行する。
　本発明の第１の態様に係る固体燃料焚きバーナにおいては、前記燃料バーナは前記粉体燃料及び空気を炉内へ投入し、前記２次空気投入ポートは前記燃料バーナの上下及び／または左右に各々配置されて空気流量調整手段を有し、前記燃料バーナの流路前方部に複数方向のスプリット部材を配設することが好ましい。
　このような固体燃料焚きバーナによれば、粉体燃料及び空気を炉内へ投入する固体燃料焚きバーナが、燃料バーナの流路前方部に配設された複数方向のスプリット部材を備えているので、燃料バーナの出口開口中央付近に対し、内部保炎機構として機能するスプリット部材の交差部を容易に設けることができる。
　このため、スプリット部材が交差する燃料バーナの出口開口中央付近においては、粉体燃料及び空気の流れが流路を分割するスプリット部材の存在により乱される。この結果、空気の混合・拡散が火炎の内部まで促進され、さらに着火面が細分化されることになるため、着火位置が火炎の中央に寄り、燃料の未燃分が低減される。すなわち、スリット部材に沿って火炎の中心部まで酸素が入り込みやすくなるので、火炎外周の高温酸素残存領域の形成を抑制して内部着火が効果的に行われるようになる。こうして火炎内部の着火が促進されることにより、火炎外周の高温酸素残存領域で着火する場合と比較すれば、火炎内部で迅速な還元が行われるようになるため、ＮＯｘの発生量は低減する。
　なお、このような固体燃料焚きバーナでは、従来バーナ外周に設置していた保炎器をなくしたほうが望ましく、これにより、火炎外周でのＮＯｘ発生をより抑制することができる。
　本発明の第１の態様に係る固体燃料焚きバーナにおいては、前記スプリット部材により形成される着火面長さ（Ｌｆ）を前記燃料バーナの出口開口周長（Ｌ）よりも大きく（Ｌｆ＞Ｌ）なるように設定することが好ましい。
　このようにしてスプリット部材の長さを設定すると、火炎外周で着火させるよりも着火面長さ（Ｌｆ）によって与えられる着火面が広くなるので、火炎外周着火と比較して内部着火が強化され、火炎内部における迅速な還元が促進される。
　さらに、スプリット部材により火炎が内部で細分化されるため、火炎内部における迅速な燃焼が可能になる。
　上記の固体燃料焚きバーナにおいては、前記スプリット部材が、前記燃料バーナの出口開口中央を密にして配置されていることが好ましい。
　このようにして、内部保炎機構であるスプリット部材の配置が出口開口の中央で密になると、スプリット部材は燃料バーナの中央部に集中して配置されているので、火炎中央部の着火がより一層促進され、ＮＯｘは火炎内部で発生して迅速に還元される。
　また、中央に配置するスプリット部材を密にすると、燃料バーナ中央部のフリーエリアが小さくなるので、スプリット部材の圧力損失は相対的に大きくなる。従って、燃料バーナ内部を流れる粉体燃料及び空気の流速が低下し、より迅速な着火を生じさせることができる。
　上記の固体燃料焚きバーナにおいて、前記２次空気投入ポートは、各々に空気流量調整手段を有する独立した複数の流路に分割されていることが好ましい。
　このように構成した固体燃料焚きバーナは、火炎の外周に投入される２次空気量について、複数に分割された流路毎に空気流量調整手段を操作して所望の値となるよう流量配分を行うことが可能になる。従って、火炎外周に投入される２次空気量の適正化により、高温酸素残存領域の形成を抑制または防止することができる。
　本発明の第１の態様に係る固体燃料焚きバーナにおいては、前記燃料バーナは前記粉体燃料及び空気を炉内へ投入し、前記２次空気投入ポートは前記燃料バーナの上下及び／または左右に各々配置されているとともに各々空気流量調整手段を有する独立した複数の流路に分割され、かつ、前記燃料バーナの流路前方部にスプリット部材を配設することが好ましい。
　このような固体燃料焚きバーナによれば、粉体燃料及び空気を炉内へ投入する燃料バーナと、該燃料バーナの上下及び／または左右に各々配置されて空気流量調整手段を有する２次空気投入ポートとを備え、２次空気投入ポートは、各々空気流量調整手段を有する独立した複数の流路に分割され、かつ、燃料バーナの流路前方部に配設したスプリット部材を備えているので、火炎の外周に投入される２次空気量について、複数に分割された流路毎に空気流量調整手段を操作して所望の値となるよう流量配分を行うことができる。従って、火炎外周に投入される２次空気量を適正化することにより、高温酸素残存領域の形成を抑制または防止することができる。
　また、燃料バーナの流路前方部にスプリット部材を設けたことにより、粉体燃料及び空気の流れに乱れを生じさせて火炎内部で着火させることが可能になる。この結果、ＮＯｘは火炎内部で発生し、発生したＮＯｘは還元作用がある炭化水素類を多く含み、空気不足である火炎内で迅速に還元される。すなわち、スプリット部材により内部保炎を強化し、高温酸素残存領域の形成を防止または抑制することができる。
　従って、このような固体燃料焚きバーナでは、従来バーナ外周に設置していた保炎器はないほうが望ましい。
　上記の固体燃料焚きバーナにおいては、前記粉体燃料及び空気の流れに圧力損失を付与する整流機構を前記スプリット部材の上流側に設けておくことが望ましい。
　このような整流機構は、流路に設けられたベンドを通過することにより生じた粉体燃料の流量偏差を解消するので、スプリット部材による内部保炎機構を有効に活用することができる。
　上記の固体燃料焚きバーナにおいて、前記２次空気投入ポートは、角度調整機構を備えていることが望ましい。
　このように、２次空気投入ポートが角度調整機構を備えていれば、２次空気投入ポートから火炎のさらに外側へ向けて、最適な２次空気の供給が可能となる。さらに、旋回を利用しないため、火炎の過剰な拡がりを防止しながら、高温酸素残存領域の形成を防止または抑制することができる。
　上記の固体燃料焚きバーナにおいては、前記２次空気投入ポートから投入される空気量の配分を、未燃分及び窒素酸化物（ＮＯｘ）排出量に基づいてフィードバック制御することが望ましい。
　このようなフィードバック制御を実施することにより、２次空気の配分を自動的に最適化することができる。この制御において、たとえば未燃分が多い場合には、火炎の外周面に近い内側への２次空気配分を増加させ、窒素酸化物の排出量が高い場合には、火炎の外周面から遠い外側への２次空気配分を増加させる。
　なお、未燃分の計測については、たとえば採取した灰を都度分析してもよいし、あるいは、レーザー光の散乱から炭素濃度を測定する計器を採用してもよい。
　上記の固体燃料焚きバーナにおいて、前記２次空気投入ポートから投入される空気量は、前記バーナ部から追加空気投入部までの領域を還元雰囲気とする空気の多段投入との間で分配されることが望ましい。
　このようして空気量を分配すると、火炎外周に形成される高温酸素残存領域の抑制による窒素酸化物低減と、還元雰囲気にして燃焼排ガス中の窒素酸化物を低減することとの相乗効果により、窒素酸化物の発生量をより一層低減することができる。
　上記の固体燃料焚きバーナにおいては、前記燃料バーナのコール２次ポートへ空気を供給する系統と、前記２次空気投入ポートへ空気を供給する系統とを分離することが望ましい。
　このような空気供給系統にすれば、２次空気投入ポートが複数に分割された多段になっても、空気量の調整を確実に実施することができる。
　上記の固体燃料焚きバーナにおいて、前記２次空気投入ポートの前記独立した複数の流路は、前記燃料バーナを円形として外周方向へ同心円状の多段に設けられていることが望ましい。
　このように構成された固体燃料焚きバーナは、特に、対向燃焼ボイラ用のバーナとして適用可能である。また、円周から均一に空気が導入されることから、より精密に高温高酸素領域を低減できる。
　また、本発明の第２の態様に係る固体燃料焚きボイラは、前記炉内のコーナ部あるいは壁面部に配置された上記の固体燃料焚きバーナを有するものである。
　本発明の第２の態様に係る固体燃料焚きボイラによれば、粉体燃料及び空気を炉内へ投入する上記の固体燃料焚きバーナを備えているので、燃料バーナの出口開口中央付近に配置されて内部保炎機構として機能するスプリット部材が粉体燃料及び空気の流路を分割して流れを乱す。この結果、空気の混合及び拡散が火炎の内部まで促進され、さらに着火面が細分化されることにより、着火位置が火炎の中央に寄って燃料の未燃分を低減する。すなわち、火炎の中心部まで酸素が入り込みやすくなるので、内部着火が効果的に行われるようになり、従って、火炎内部で迅速な還元が行われてＮＯｘの発生量は低減される。
　本発明の第３の態様に係る固体燃料焚きバーナの運転方法は、バーナ部と追加空気投入部とに分けて低ＮＯｘ燃焼を行う固体燃料焚きボイラの前記バーナ部に用いられ、粉体の固体燃料及び空気を炉内へ投入する固体燃料焚きバーナの運転方法であって、内部保炎を有する燃料バーナと、保炎しない２次空気投入ポートとを備え、前記燃料バーナの空気比を０．８５以上に設定して運転するものである。
　このような固体燃料焚きバーナの運転方法によれば、内部保炎を有する燃料バーナと、保炎しない２次空気投入ポートとを備え、燃料バーナの空気比が０．８５以上に設定して運転されるので、追加空気投入部の空気量（追加空気投入量）は、たとえば空気比０．８の場合と比較して低減する。この結果、追加空気投入量が減少した追加空気投入部においては、最終的なＮＯｘ発生量が減少する。
　上述した本発明の固体燃料焚きバーナ及び固体燃料焚きボイラによれば、内部保炎を有する燃料バーナと、保炎しない２次空気投入ポートとを備え、燃料バーナの空気比が０．８５以上、好適には０．９以上に設定されているので、追加空気投入量の低減により追加空気投入部のＮＯｘ発生量も低減する。
　また、火炎の外周に形成される高温酸素残存領域が抑制され、予混合燃焼に近い燃焼をする火炎内部で発生したＮＯｘが効果的に還元されることから、追加空気投入部に到達するＮＯｘ量の減少及び追加空気投入により発生するＮＯｘ量の減少により、追加空気投入部から最終的に排出されるＮＯｘ量が減少する。
　そして、燃料バーナの出口開口に内部保炎機構として機能する複数方向のスプリット部材を設けたので、スプリット部材が交差する燃料バーナの出口開口中央付近では、粉体燃料及び空気の流路を分割して流れを乱す。この結果、空気の混合及び拡散が火炎の内部まで促進され、さらに、スプリット部材が着火面を細分化するので、着火位置が火炎の中央に寄り、燃料の未燃分は低減される。これは、火炎の中心部まで酸素が入り込みやすくなるためであり、この酸素によって内部着火が効果的に行われるようになるので、火炎内部で迅速な還元が行われるようになり、固体燃料焚きボイラから最終的に排出されるＮＯｘの発生量は低減される。
　また、２次空気の投入を調整することにより、火炎外周に対する２次空気の集中を防止または抑制できるようになり、この結果、火炎の外周に形成される高温酸素残存領域を抑制して窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量を低減することが可能になる。
　また、燃料バーナの空気比を０．８５以上に設定して運転する固体燃料焚きバーナの運転方法により、追加空気投入部の空気量（追加空気投入量）を低減できるので、追加空気投入量が減少した追加空気投入部においては、最終的なＮＯｘ発生量が減少する。
本発明に係る固体燃料焚きバーナ（石炭焚きバーナ）の第１の実施形態において、固体燃料焚きバーナを火炉内から見た正面図である。 図１Ａに示す固体燃料焚きバーナのＡ－Ａ断面図（固体燃料焚きバーナの縦断面図）である。 図１Ａ、図１Ｂの固体燃料焚きバーナに空気を供給している空気供給系統を示す図である。 本発明に係る固体燃料焚きボイラ（石炭焚きボイラ）の構成例を示す縦断面図である。 図３の横（水平）断面図である。 追加空気投入部を備えて空気を多段投入する固体燃料焚きボイラの概要を示す説明図である。 図１Ａ、図１Ｂに示した固体燃料焚きバーナのスプリット部材の断面形状の一例を示す図である。 図６Ａに示す断面形状の第１変形例を示す図である。 図６Ａに示す断面形状の第２変形例を示す図である。 図６Ａに示す断面形状の第３変形例を示す図である。 図１Ａ、図１Ｂに示す固体燃料焚きバーナのコール１次ポートについて、スプリット部材の配置が異なる第１変形例を示す正面図である。 図１Ａ、図１Ｂに示す固体燃料焚きバーナのコール１次ポートについて、着火面長さ（Ｌｆ）の定義を補足する説明図である。 図１Ａ、図１Ｂに示す固体燃料焚きバーナのコール１次ポートについて、スプリット部材の配置が異なる第２変形例を示す正面図である。 第１の実施形態に係る固体燃料焚きバーナの第３変形例として、バーナ根元に整流機構を設けた構成例を示す縦断面図である。 本発明に係る固体燃料焚きバーナの第２の実施形態を示す縦断面図である。 図１０Ａに示す固体燃料焚きバーナを火炉内から見た正面図である。 図１０Ａ及び図１０Ｂの固体燃料焚きバーナに空気を供給している空気供給系統を示す図である。 図１０Ａ～図１０Ｃに示した固体燃料焚きバーナの第１変形例として、スプリット部材を備えた固体燃料焚きバーナの構成例を示す縦断面図である。 図１０Ａに示す固体燃料焚きバーナを火炉内から見た正面図である。 図１０Ａ～図１０Ｃに示した固体燃料焚きバーナの第２変形例として、側部２次空気ポートを備えた固体燃料焚きバーナを火炉内から見た正面図である。 図１０Ａに示す固体燃料焚きバーナの２次空気投入ポートが角度調整機構を備えている構成例を示す縦断面図である。 図１０Ｃに示す空気供給系統の変形例を示す図である。 図９に示した第１の実施形態の第３変形例と、図１０Ａ～図１０Ｃに示した第２の実施形態とを組み合わせた構成例を示す固体燃料焚きバーナの縦断面図である。 対向燃焼ボイラに好適な固体燃料焚きバーナを火炉内から見た正面図である。 内部保炎の保炎器位置（保炎器位置／実質微粉炭流幅）と、ＮＯｘ発生量（相対値）との関係を示す実験結果のグラフである。 図１７に示したグラフの保炎器位置について、燃料バーナの比較例を示す図である。 スプリット占有率とＮＯｘ発生量（相対値）との関係を示す実験結果のグラフである。 同一方向スプリット及びクロススプリットについて、未燃分発生量の相対値を示す実験結果のグラフである。 従来及び本発明について、バーナ部、バーナ部～ＡＡ部間及びＡＡ部におけるＮＯｘ発生量の相対値を示す実験結果のグラフである。 従来及び本発明について、バーナ部～ＡＡ部間の空気比とＮＯｘ発生量（相対値）との関係を示す実験結果のグラフである。
　以下、本発明に係る固体燃料焚きバーナ及び固体燃料焚きボイラの一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、固体燃料焚きバーナ及び固体燃料焚きボイラの一例として、微粉炭（粉体の固体燃料である石炭）を燃料とする固体燃料焚きバーナを備えた旋回燃焼ボイラについて説明するが、これに限定されることはない。
　図３～図５に示す旋回燃焼ボイラ１０は、火炉１１内へ空気を多段で投入することにより、バーナ部１２から追加空気投入部（以下、「ＡＡ部」と呼ぶ）１４までの領域を還元雰囲気にして燃焼排ガスの低ＮＯｘ化を図っている。
　図中の符号２０は微粉炭（粉体の固体燃料）及び空気を投入する固体燃料焚きバーナ、１５は追加空気を投入する追加空気投入ノズルである。固体燃料焚きバーナ２０には、たとえば図３に示すように、微粉炭を１次空気で搬送する微粉炭混合気輸送管１６及び２次空気を供給する送気ダクト１７が接続され、追加空気投入ノズル１５には、２次空気を供給する送気ダクト１７が接続されている。
　このように、上述した旋回燃焼ボイラ１０は、粉体燃料の微粉炭（石炭）及び空気を火炉１１内へ投入する固体燃料焚きバーナ２０が各段の各コーナ部に配置される旋回燃焼方式のバーナ部１２とされ、各段にそれぞれ１または複数の旋回火炎が形成される旋回燃焼方式を採用している。
＜第１の実施形態＞
　図１Ａ、図１Ｂに示す固体燃料焚きバーナ２０は、微粉炭及び空気を投入する微粉炭バーナ（燃料バーナ）２１と、微粉炭バーナ２１の上下に各々配置された２次空気投入ポート３０とを備えている。
　２次空気投入ポート３０は、ポート毎の空気流量調整を可能にするため、たとえば図２に示すように、送気ダクト１７から分岐した２次空気の供給ライン毎に、空気流量調整手段として開度調整可能なダンパ４０を備えている。
　上述した微粉炭バーナ２１は、１次空気により搬送された微粉炭を投入する矩形状のコール１次ポート２２と、コール１次ポート２２の周囲を取り囲むように設けられて２次空気の一部を投入するコール２次ポート２３とを備えている。なお、コール２次ポート２３についても、図２に示すように、空気流量調整手段として開度調整可能なダンパ４０を備えている。なお、コール１次ポート２２は、円形や楕円でもよい。
　微粉炭バーナ２１の流路前方部には、すなわち、コール１次ポート２２の流路前方部には、複数方向のスプリット部材２４が配設されている。このスプリット部材２４は、たとえば図１Ａに示すように、コール１次ポート２２の出口開口部において上下方向及び左右方向に各々２本ずつ、合計４本が所定の間隔を有する格子状に配設されている。
　すなわち、４本のスプリット部材２４は、上下方向及び左右方向の異なる２方向に向けて格子状に配設されることで、微粉炭バーナ２１におけるコール１次ポート２２の出口開口部を細分化（９分割）している。
　上述したスプリット部材２４は、たとえば図６Ａ～図６Ｄに示すような断面形状を採用することにより、微粉炭及び空気の流れをスムーズに分離させて乱すことができる。
　図６Ａに示すスプリット部材２４は、三角形の断面形状を有している。図示の三角形は正三角形や二等辺三角形であり、火炉１１内に向けた出口側の一辺が微粉炭及び空気の流れ方向と略直交するように配置されている。換言すれば、三角形断面を形成する角部の１つを、微粉炭及び空気の流れ方向に向けた配置が採用されている。
　図６Ｂに示すスプリット部材２４Ａは、略Ｔ字状の断面形状を有し、火炉１１内に向けた出口側に微粉炭及び空気の流れ方向と略直交する面が配置されている。なお、このような略Ｔ字状断面形状を変形させることにより、たとえば図６Ｃに示すように、台形状の断面形状を有するスプリット部材２４Ａ′としてもよい。
　また、図６Ｄに示すスプリット部材２４Ｂは、略Ｌ字状の断面形状を有している。すなわち、上述した略Ｔ字状の一部を切り取ったような断面形状であり、特に、左右（水平）方向に配置する場合においては、上方の凸部を除去した略Ｌ字形状にすれば、スプリット部材２４Ｂに微粉炭が堆積することを防止できる。なお、上方の凸部を除去した分、下方の凸部を大きくすることで、スプリット部材２４Ｂに必要な分離性能を確保することができる。
　しかし、上述したスプリット部材２４等の断面形状については、たとえば略Ｙ字形状等のように、図示の例に限定されることはない。
　このように構成した固体燃料焚きバーナ２０において、微粉炭バーナ２１の出口開口中央付近に設置したスプリット部材２４は、微粉炭及び空気の流路を分割して流れを内部で乱すとともにスプリット部材２４の前方に再循環域が形成されるため、内部保炎機構として機能する。
　一般に、従来の固体燃料焚きバーナは、火炎外周で輻射を受けて燃料の微粉炭に着火する。火炎外周で微粉炭に着火すると、ＮＯｘは高温の酸素が残存する火炎外周の高温酸素残存領域Ｈ（図１Ｂ参照）で発生し、十分に還元されないまま残存してＮＯｘ排出量を増加させている。
　しかし、内部保炎機構として機能するスプリット部材２４が設けられたことにより、微粉炭は火炎内部で着火するようになる。このため、ＮＯｘは火炎内部で発生し、火炎内部で発生したＮＯｘは還元作用を有する炭化水素類を多く含んでいることから、空気不足の状態にある火炎内で迅速に還元される。従って、火炎外周に保炎器を設置する保炎をやめて、すなわち、バーナ外周に保炎機構を設置しない構造の固体燃料焚きバーナ２０とし、火炎外周でのＮＯｘ発生を抑制することも可能になる。
　特に、複数方向のスプリット部材２４を配設することにより、微粉炭バーナ２１の出口開口中央付近に対し、異なる方向のスプリット部材２４を交差させた交差部を容易に設けることができる。このような交差部が微粉炭バーナ２１の出口開口中央付近に存在していると、微粉炭バーナ２１の出口開口においては、中央付近で微粉炭及び空気の流路が複数に分割されるので、複数に分流する際に流れが乱される。
　すなわち、スプリット部材２４が左右一方向の場合、中央部における空気の拡散や着火が遅れて未燃分増加の原因になるが、スプリット部材２４を複数方向に配設して交差部が形成されると、空気の混合が促進されるとともに着火面が細分化されるので、火炎の中心部まで空気（酸素）が入り込みやすくなり、結果として未燃分の低減が可能になる。
　換言すれば、交差部を形成するようにスプリット部材２４を配設すれば、空気の混合・拡散が火炎の内部まで促進され、さらに着火面が細分化されることにより、着火位置が火炎の中央部（軸中心部）に寄って微粉炭の未燃分を低減する。すなわち、火炎の中心部まで酸素が入り込みやすくなるので、内部着火が効果的に行われるようになり、従って、火炎内部で迅速な還元が行われてＮＯｘの発生量は低減される。
　この結果、火炎外周に設置した保炎器による保炎をやめ、火炎外周に保炎器のない固体燃料焚きバーナ２０を用いて火炎外周でのＮＯｘ発生を抑制することは、より一層容易になる。
　続いて、図１Ａに示した固体燃料焚きバーナ２０のコール１次ポート２２について、スプリット部材２４の配置が異なる第１変形例を図７Ａ及び図７Ｂに基づいて説明する。
　この変形例では、コール１次ポート２２の流路前方部に、出口開口の上下方向に配設した２本のスプリット部材２４と、出口開口の左右方向に配設した１本のスプリット部材２４とを備えている。
　図示のスプリット部材２４においては、スプリット部材２４により形成される着火面長さ（Ｌｆ）が、微粉炭バーナ２１を構成するコール１次ポート２２の出口開口周長（Ｌ）より大きく（Ｌｆ＞Ｌ）なるように設定されている。
　ここで、コール１次ポート２２の出口周長（Ｌ）は、矩形を構成する４辺の長さを合計したものであるから、縦寸法Ｈ及び横寸法Ｗにより、Ｌ＝２Ｈ＋２Ｗで表される。
　一方、スプリット部材２４の着火面長さ（Ｌｆ）は、幅を有するスプリット部材２４の両側に着火面が形成されることから、スプリット部材２４の長さをＳとすれば、３本あるスプリット部材２４の両側の合計長さは、Ｌｆ＝６Ｓで表される。この場合の長さＳは、上下方向に配設した短いスプリット部材２４の長さを採用しているので、交差部の存在を考慮しても、算出される着火面長さ（Ｌｆ）は安全サイドの概算値となる。
　なお、着火面長さ（Ｌｆ）については、たとえば図７Ｂに示すように、スプリット製作の方法等により両端部に細い部分２４ａを有する構造のスプリット部材２４′の場合、両端の細い部分２４ａも着火面として考える。
　このようにしてスプリット部材２４の長さを設定すると、火炎外周で着火させるよりも着火面長さ（Ｌｆ）によって与えられる着火面が広くなる。従って、出口開口周長（Ｌ）により定まる火炎外周着火と比較すれば、着火面長さ（Ｌｆ）により定まる内部着火が強化されるので、火炎内で発生したＮＯｘの迅速な還元が可能となる。
　さらに、スプリット部材２４により火炎が内部で細分化されるため、火炎の中心部まで空気（酸素）が入り込みやすくなり、火炎内部における迅速な燃焼により未燃分の低減が可能になる。
　続いて、図１Ａに示した固体燃料焚きバーナ２０のコール１次ポート２２について、スプリット部材２４の配置が異なる第２変形例を図８に基づいて説明する。
　この変形例では、５本のスプリット部材２４が、燃料バーナ２１のコール１次ポート２２において、出口開口中央を密にして格子状に配置されている。すなわち、上下方向に３本及び左右方向に２本を配設したスプリット部材２４は、コール１次ポート２２の中央部において互いの間隔を狭めた状態で配置されている。このため、スプリット部材２４により格子状に細分化された出口開口面積は、コール１次ポート２２の中央部が外周側よりも小さくなっている。
　このようにして、内部保炎機構であるスプリット部材２４の配置がコール１次ポート２２の中央で密になると、スプリット部材２４は微粉炭バーナ２１の中央部に集中して配置されているので、火炎中央部の着火がより一層促進され、ＮＯｘは火炎内部で迅速に発生して還元される。
　また、中央に配置するスプリット部材２４を密にすると、微粉炭バーナ２１の中央部においてはフリーエリアが小さくなる。すなわち、微粉炭バーナ２１のコール１次ポート２２を流れる微粉炭及び空気は、障害のない略真っ直ぐな流路断面積を通過する割合が小さくなるので、スプリット部材２４の圧力損失は相対的に大きくなる。従って、燃料バーナ２１においては、コール１次ポート２２の内部を流れる微粉炭及び空気の流速が圧力損失増加の影響を受けて低下するので、より迅速な着火を生じさせることができる。
　続いて、図１Ａに示した固体燃料焚きバーナ２０のコール１次ポート２２について、バーナ根元に整流機構を設けた第３変形例の構成例を図９に基づいて説明する。なお、図示の構成例では略Ｔ字状の断面形状を有するスプリット部材２４Ａを採用しているが、これに限定されることはない。
　この構成例では、微粉炭及び空気の流れに圧力損失を付与するため、スプリット部材２４Ａの上流側に整流機構２５が設けられている。この整流機構２５は、ポート断面方向における流量偏差を防止するものであり、たとえば流路断面積を２／３程度まで、望ましくは１／２程度まで絞ることができるオリフィスやベンチュリの設置が有効である。
　このような整流機構２５は、燃料の微粉炭を１次空気により搬送する粉体輸送の流れに対して、一定の圧力損失を与えることができればどのような構成でもよく、従って、オリフィスに限定されることはない。
　また、上述した整流機構２５は、固体燃料焚きバーナ２０と一体である必要はなく、スプリット部材２４Ａの上流側において、微粉炭及び１次空気が流れる流路の最終的な直管部（ベントやダンパ等がないストレートな流路部分）に設置されていればよい。
　ところで、整流機構２５がオリフィスである場合には、オリフィスによる影響が残らないようにするため、オリフィスの出口先端からコール１次ポート２２の出口まで、具体的には、スプリット部材２４Ａの入口側端部まで延在する直管部（Ｌｏ）を設けることが望ましい。この直管部（Ｌｏ）としては、コール１次ポート２２の高さをｈとすれば、少なくとも２ｈ以上の長さを確保する必要があり、より好ましい直管部（Ｌｏ）は、１０ｈ以上の長さを確保したものである。
　このような整流機構２５を設けると、コール１次ポート２２に微粉炭及び１次空気を供給する流路に設けられているベンドを通過することにより、粉体燃料の微粉炭が遠心力の影響を受けて流路断面上の分布に偏りを生じる流量偏差を解消することができる。
　すなわち、１次空気で搬送される微粉炭は、ベント通過により外側（ベント大径側）へ偏った分布となるが、整流機構２５を通過することにより、流路断面上の分布が解消されて略均一な状態でスプリット部材２４Ａに流入する。この結果、整流機構２５を備えた微粉炭バーナ２１は、スプリット部材２４Ａよる内部保炎機構を有効に活用することができる。
　また、上述した実施形態及びその変形例では、コール１次ポート２２の流路前方部に、複数方向（縦及び横）のスプリット部材２４が配設されているが、たとえば横方向または縦方向に１または複数のスプリット部材２４を設けてもよい。このようなスプリット部材２４を設けると、微粉炭バーナ２１の出口開口中央付近で内部保炎機構として機能するので、スプリット部材２４による内部保炎が可能となり、中央部がより空気不足となってＮＯｘ還元が進行する。
＜第２の実施形態＞
　次に、本発明の第２の実施形態に係る固体燃料焚きバーナを図１０Ａ～図１０Ｃに基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　図示の固体燃料焚きバーナ２０Ａにおいて、微粉炭バーナ２１は、１次空気により搬送された微粉炭を投入する矩形状のコール１次ポート２２と、コール１次ポート２２の周囲を取り囲むように設けられて２次空気の一部を投入するコール２次ポート２３とを備えている。
　固体燃料焚きバーナ２１の上下には、２次空気投入用として２次空気投入ポート３０Ａが設けられている。この２次空気投入ポート３０Ａは、各々が独立した複数の流路及びポートに分割されており、各流路には、２次空気の流量調整手段として開度調整可能なダンパ４０が設けられている。
　図示の構成例では、微粉炭バーナ２１の上下に配置された２次空気投入ポート３０Ａがいずれも上下方向に３分割されており、微粉炭バーナ２１に近い内側から外側へ向けて、内部２次空気ポート３１ａ，３１ｂ、中間２次空気ポート３２ａ，３２ｂ及び外部２次空気ポート３３ａ，３３ｂの順に配置されている。なお、このような２次空気投入ポート３０の分割数は３分割に限定されることはなく、諸条件に応じて適宜変更可能である。
　上述したコール２次ポート２３、内部２次空気ポート３１ａ，３１ｂ、中間２次空気ポート３２ａ，３２ｂ及び外部２次空気ポート３３ａ，３３ｂの各ポートは、たとえば図１０Ｃに示すように、各ポートが図示しない空気供給源を有する空気供給ライン５０に接続されている。空気供給ライン５０から分岐して各ポートに連通する流路には、流路毎にダンパ４０が設けられている。従って、各ダンパ４０の開度を調整することにより、ポート毎に独立した２次空気供給量の調整が可能となっている。
　このような固体燃料焚きバーナ２０Ａ及びこれを備えた旋回燃焼ボイラ１０によれば、各固体燃料焚きバーナ２０Ａが、微粉炭及び空気を投入する微粉炭バーナ２１及び微粉炭バーナ２１の上下に配置された３分割の２次空気投入ポート３０Ａを備えているので、３分割した２次空気投入ポート３０Ａのポート毎にダンパ４０の開度を調整することにより、火炎Ｆの外周に投入される２次空気量を所望の値に流量配分することができる。
　従って、たとえば火炎Ｆの外周に最も近い内部２次空気ポート３１ａ，３１ｂの２次空気投入量について配分割合を小さくし、その分中間２次空気ポート３２ａ，３２ｂ及び外部２次空気ポート３３ａ，３３ｂへ投入する２次空気量の投入割合を順次大きくすれば、火炎Ｆの外周に形成されていた局所的な高温酸素残存領域（図中のハッチング部）Ｈを抑制することができる。
　すなわち、火炎Ｆから離間した外側に対する２次空気量の投入割合を増すとともに、火炎Ｆの外周近傍に投入される２次空気量の投入割合を小さく設定すれば、２次空気の拡散を遅くすることができる。この結果、火炎Ｆの周辺に２次空気が集中することを防止または抑制できるようになり、従って、局所的な高温酸素残存領域Ｈは弱く小さなものとなるため、旋回燃焼ボイラ１０のＮＯｘ発生量を低減することができる。換言すれば、火炎Ｆの外周に投入される２次空気量の適正化により、高温酸素残存領域Ｈの形成を抑制または防止し、旋回燃焼ボイラ１０の低ＮＯｘ化を達成することができる。
　一方、微粉炭の性状等により２次空気の拡散が必要となる場合には、２次空気投入ポート３０Ａの流量配分について、内外を逆転させて内部２次空気ポート３１ａ，３１ｂの配分割合を大きくすればよい。
　すなわち、たとえば揮発分が多いなど燃料比が異なる石炭を粉砕した微粉炭を使用する場合でも、複数に分割された２次空気投入ポート３０Ａの各ポートから投入する２次空気の流量配分を適宜調整することにより、ＮＯｘまたは未燃分を低減した適正な燃焼を選択することができる。
　このような２次空気投入ポート３０Ａの多段化は、上述した第１の実施形態で説明した固体燃料焚きバーナ２０にも適用することができる。
　ところで、上述した固体燃料焚きバーナ２０Ａは、たとえば図１１Ａ及び図１１Ｂに示す本実施形態の第１変形例のように、微粉炭バーナ２１のノズル先端部に開口面積を上下に分割するように設置したスプリット部材２４を備えたものが望ましい。
　図示のスプリット部材２４は三角形断面を有しており、ノズル内部を流れる微粉炭及び１次空気を上下方向に分離して拡散させるような配置とすることにより、保炎が強化されるとともに、高温酸素残存領域Ｈの形成を抑制または防止することができる。
　すなわち、スプリット部材２４を通過することにより、微粉炭濃度の高い流れがスプリット部材２４の外周で形成され、保炎の強化に有効となる。また、スプリット部材２４を通過した微粉炭濃度の高い流れは、図中に破線矢印ｆａで示すように、スプリット部材２４の下流側に形成される負圧領域に流れ込む。この結果、この空気の流れにより火炎Ｆも負圧領域に引き込まれるので、保炎がさらに強化される結果、燃焼が促進されて酸素を早く消費することができる。
　なお、スプリット部材２４については１本に限定されることはなく、たとえば同方向の複数本や、第１の実施形態で説明したように異なる方向の複数本で形成されてもよく、また、スプリット部材２４の断面形状についても、適宜形状を工夫してもよい。
　また、上述した固体燃料焚きバーナ２０Ａは、たとえば図１２に示す本実施形態の第２変形例のように、微粉炭バーナ２１の左右に１または複数の側部２次空気ポート３４Ｌ、３４Ｒを備えていることが好ましい。図示の構成例では、微粉炭バーナ２１の左右に対して、各々がダンパ（不図示）を備えた１つの側部２次空気ポート３４Ｌ，３４Ｒを設けてあるが、複数に分割してそれぞれの流量制御を実施できるようにしてもよい。
　このような構成とすれば、２次空気を火炎Ｆの左右にも分配可能となるので、２次空気が火炎Ｆの上下で過剰になることを防止することができる。すなわち、火炎Ｆの外周に投入される２次空気量について、上下及び左右の分配を適宜調整することができるので、より精密な流量配分が可能になる。
　このような側部２次空気ポート３４Ｌ，３４Ｒは、上述した第１の実施形態においても適用可能である。
　また、上述した旋回燃焼ボイラ１０において、２次空気投入ポート３０Ａは、たとえば図１３に示すように、火炉１１内へ向けた２次空気の投入方向を上下に変化させる角度調整機構を備えていることが望ましい。この角度調整機構は、水平を基準とした２次空気投入ポート３０Ａのチルト角度θを上下に変化させるものであり、２次空気の拡散を促進して高温酸素残存領域Ｈの形成を防止または抑制することができる。なお、この場合に好適なチルト角度θは±３０度程度となり、より望ましいチルト角度θは±１５度となる。
　このような角度調整機構を備えることにより、２次空気投入ポート３０Ａから火炉１１内の火炎Ｆに向けて投入される２次空気の角度調整が可能になるので、火炉１１内における空気拡散をより精密にコントロールすることができる。特に、微粉炭燃料の炭種が極端に変わった場合など、２次空気の投入角度を適宜変化させれば、低ＮＯｘ化の効果をより一層向上させることができる。
　このような角度調整機構は、上述した第１の実施形態においても適用可能である。
　また、上述した旋回燃焼ボイラ１０において、２次空気投入ポート３０Ａから投入される空気量の配分は、未燃分及びＮＯｘ排出量に基づいてダンパ４０の開度をフィードバック制御して調整されることが望ましい。
　すなわち、旋回燃焼ボイラ１０において未燃分が多い場合には、火炎Ｆの外周面に近い内部２次空気ポート３１ａ，３１ｂへの２次空気配分を増加させ、ＮＯｘ排出量が高い場合には、火炎Ｆの外周面から遠い外部２次空気ポート３３ａ，３３ｂへの２次空気配分を増加させる。
　この場合、未燃分の計測については、たとえばレーザー光の散乱から炭素濃度を測定する計器を採用し、ＮＯｘ排出量については、公知の測定機器を採用すればよい。
　このようなフィードバック制御を行うことにより、２次空気の配分を燃焼状況に応じて自動的に最適化することができる旋回燃焼ボイラ１０となる。
　また、上述した旋回燃焼ボイラ１０において、２次空気投入ポート３０Ａから投入される２次空気量は、バーナ部１２からＡＡ部１４までの領域を還元雰囲気とする空気の多段投入との間で分配されることが望ましい。
　すなわち、複数に分割された２次空気投入ポート３０Ａから投入する２次空気量については、ＡＡ部１４から空気を多段投入する二段燃焼との併用により、２次空気投入ポート３０Ａから投入される２次空気量を低減できる。従って、火炎Ｆの外周に形成される高温酸素残存領域Ｈの抑制による低ＮＯｘ化と、還元雰囲気にして燃焼排ガスの低ＮＯｘ化を図ることとの相乗効果により、ＮＯｘの発生量をより一層低減することができる。
　このように、上述した本発明の旋回燃焼ボイラ１０によれば、複数に分割した２次空気投入ポート３０Ａから投入する２次空気量をポート毎に調整することにより、火炎Ｆの外周に対する２次空気の集中を防止または抑制できるようになり、この結果、火炎Ｆの外周に形成される高温酸素残存領域Ｈを抑制してＮＯｘの発生量を低減することができる。
　また、上述した実施形態では、バーナ部１２からＡＡ部１４までの領域を還元雰囲気とする空気の多段投入の旋回燃焼ボイラ１０として説明したが、本発明はこれに限定されることはない。
　また、上述した固体燃料焚きバーナ２０Ａは、たとえば図１４に示すように、微粉炭バーナ２１のコール２次ポート２３へ空気を供給する系統と、２次空気投入ポート３０Ａへ空気を供給する系統とを分離することが望ましい。図示の構成例では、空気供給ライン５０がコール２次ポート供給ライン５１及び２次空気投入ポート供給ライン５２に分岐され、それぞれの供給ライン５１，５２にダンパ４１を備えている。
　このような空気供給系統を採用することにより、コール２次ポート供給ライン５１及び２次空気投入ポート供給ライン５２毎にダンパ４１の開度調整を行って空気量の分配を行い、さらに各ダンパ４０の開度調整によってポート毎の空気量を調整することが可能になる。この結果、２次空気投入ポート３０Ａが複数に分割された多段になっても、各ポートの空気量を確実に調整することができる。
　上述した第１の実施形態及び第２の実施形態は、それぞれ単独で適用するだけでなく、二つを組み合わせた構成としてもよい。
　図１５に示す固体燃料焚きバーナ２０Ｂは、図９に示した微粉炭バーナ２１の上下に配置された２次空気投入ポート３０Ａがいずれも上下方向に３分割されている。すなわち、図示の固体燃料焚きバーナ２０Ｂは、スプリット部材２４及び整流機構２５により達成される内部保炎と、多段２次空気投入ポート３０Ａとを組み合わせた構成例である。
　このように構成された固体燃料焚きバーナ２０Ｂは、内部保炎によるＮＯｘ低減に加えて、２次空気の拡散速度を調整して火炎内の空気拡散を適正化できるので、揮発分やチャーの燃焼に必要な空気量を適正なタイミングで供給することができる。すなわち、内部保炎及び２次空気の拡散速度調整を実施することにより、両者の相乗効果によってさらなる低ＮＯｘ化が可能となる。
　なお、スプリット部材２４の断面形状や配置、整流機構２５の有無、２次空気投入ポート３０Ａの分割数や側部２次空気ポート３４Ｌ，３４Ｒの有無等については、図示の構成に限定されることはなく、適宜選択して組み合わせた構成が可能である。
　また、２次空気投入ポート３０Ａを多段にした実施形態及び変形例においては、２次空気投入ポート３０Ａの一部をオイルポートとして使用することも可能である。
　すなわち、旋回燃焼ボイラ１０のような固体燃料焚きボイラにおいては、ボイラ運転の立ち上げ時にガスまたはオイルを燃料とする運用が必要であり、従って、火炉１１内へオイルを投入するオイルバーナが必要となる。そこで、オイルバーナが必要な立ち上げ時に、多段とした２次空気投入ポート３０Ａのうち、たとえば外部２次空気ポート３３ａ，３３ｂを一時的にオイルポートとして使用すれば、固体燃料焚きバーナのポート数を低減してボイラ高さを抑制することができる。
　続いて、対向燃焼ボイラに好適な固体燃料焚きバーナについて、図１６を参照して説明する。
　図示の固体燃料焚きバーナ２０Ｃには、円形断面としたコール１次ポート２２Ａの外周に、複数の同心円のポートを含む２次空気投入ポート３０Ｂが設けられている。図示の２次空気投入ポート３０Ｂは、内部２次空気投入ポート３１及び外部２次空気投入ポート３３の２段で構成されるが、これに限定されることはない。
　また、コール１次ポート２２Ａの出口中心部には、異なる２方向（縦及び横）のスプリット部材２４が格子状に合計４本配設されている。なお、この場合のスプリット部材２４については、第１の実施形態で説明した数、配置及び断面形状等を適用可能である。
　このように構成された固体燃料焚きバーナ２０Ｃは、２次空気を徐々に供給するため極端な還元雰囲気にはならず、一般的に短炎で還元雰囲気が強く、発生した硫化水素による硫化腐食等も軽減することができる。
　このように、上述した実施形態及び変形例の固体燃料焚きバーナは、微粉炭バーナの出口開口に内部保炎機構として機能する複数方向のスプリット部材を設けたことにより、スプリット部材が交差する燃料バーナの出口開口中央付近において、粉体燃料及び空気の流路を分割して流れを乱している。この乱れにより、空気の混合及び拡散は火炎の内部まで促進され、さらに、スプリット部材が着火面を細分化することにより、火炎の中心部まで酸素が入り込みやすくなるので、着火位置が火炎の中央に寄って燃料の未燃分は低減することとなる。すなわち、火炎中心部の酸素によって内部着火が効果的に行われるため、火炎内部で迅速な還元が行われるようになり、この結果、固体燃料焚きバーナを備えた固体燃料焚きボイラから最終的に排出されるＮＯｘの発生量は低減される。
　また、２次空気投入ポートを多段にして２次空気の投入を調整すれば、火炎外周に対する２次空気の集中を防止または抑制できるようになるので、火炎の外周に形成される高温酸素残存領域を抑制して窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量を低減することができる。
　さらに、本発明の固体燃料焚きバーナ及びこれを備えた固体燃料焚きボイラは、火炎の内部で強力に着火するとともにバーナ部の空気比を増加できるので、ボイラ全体の過剰空気率を１．０～１．１程度まで低減することができ、従って、ボイラ効率を向上させる効果もある。なお、従来の固体燃料焚きバーナ及び固体燃料焚きボイラは、通常１．１５程度の過剰空気率で運用されているので、おおよそ０．０５～０．１５程度の空気比低減が可能になる。
　図１７～図２２は、本発明の作用効果を示す実験結果のグラフである。
　図１７は、内部保炎の保炎器位置と、ＮＯｘ発生量（相対値）との関係を示す実験結果のグラフである。この場合の保炎器位置は、図１８に示す比較例において、保炎器として機能するスプリット部材２４Ａの幅（高さ）を保炎器位置ａとし、実際に微粉炭が流れる流路幅を実質微粉炭流幅ｂとして算出される「ａ／ｂ」を横軸にして、縦軸にＮＯｘ発生量の相対値を示したグラフである。なお、図１８では、図６Ｂに示すスプリット部材２４Ａを採用しているが、これに限定されることはない。
　この実験では、１次空気及び微粉炭の流速、２次空気の流速、及び１次空気／２次空気の空気配分を同一とし、図１８に示す比較例１（ａ／ｂ＝０．７７）及び比較例２（ａ／ｂ＝０．４）で発生したＮＯｘ量を測定した。
　ここで、比較例１のコール１次ポート２２は、流路内部に障害物となる逆中子２６が設置されており、従って、微粉炭は逆中子２６の内壁幅と略一致する幅ｂでそのまま流出することとなる。一方、比較例２のコール１次ポート２２は、障害物のない流路内壁に沿って略そのままの幅ｂで流出する。このため、保炎器位置ａが同じで、かつ、同じ内径のコール１次ポート２２でも、障害物の有無により分母の実質微粉炭流幅ｂに差が生じ、この結果としてＮＯｘ発生量も異なっている。
　換言すれば、図１７に示す実験結果は、スプリット部材の幅ａが実質微粉炭流幅ｂに占める割合（ａ／ｂ）について、概ね７５％以下となるように設定すれば、ＮＯｘ発生量が低減することを示している。
　すなわち、この実験結果によれば、スプリット部材の幅ａが実質微粉炭流幅ｂに占める割合（ａ／ｂ）を０．７７から０．４まで小さくすることにより、発生するＮＯｘ量の相対値が０．７５まで低下して、約２５％の減少をしていることが分かる。換言すれば、内部保炎機構として機能するスプリット部材は、スプリット部材の幅ａを最適化することにより、固体燃料焚きバーナ及び固体燃料焚きボイラのＮＯｘ低減に有効であることが分かる。
　このとき、整流機構２５を設けずに偏流が生じた場合には、微粉炭の流れに対してスプリット部材が外側の位置となる可能性もあり、この結果としてＮＯｘが増加するため、整流機構は重要である。
　次の図１９は、スプリット占有率とＮＯｘ発生量（相対値）との関係を示す実験結果のグラフである。すなわち、上述したスプリット部材の幅ａが、コール１次ポート２２の高さ（幅）に占める割合に応じて、ＮＯｘ発生量がどのように変化するかを示す実験グラフである。
　この実験結果によれば、スプリット占有率が大きくなるほどＮＯｘ発生量は減少しており、従って、スプリット部材の設置はＮＯｘ低減に有効であることが分かる。
　一方、上述した図１７の実験結果によれば、スプリット部材の幅ａが実質微粉炭流幅ｂに占める割合（ａ／ｂ）を小さくすると発生するＮＯｘ量の相対値も低下しているので、ＮＯｘ発生量の低減には、適度な幅ａを有するスプリット部材の設置が必要である。すなわち、内部保炎においては、適度なスプリット幅ａを有するスプリット部材を設置して着火を強化し、これによりＮＯｘをより早期に放出して還元することがＮＯｘ発生量の低減に重要である。
　図２０は、未燃分の発生量について、スプリット部材を同一方向に配置した同一方向スプリットと、スプリット部材を複数方向に配設したクロススプリットとを比較したものである。この実験では、図１７の実験と同様に諸条件を同一とし、同一方向スプリット及びクロススプリットについて未燃分発生量を比較している。
　この実験結果によれば、同一方向スプリットで発生した未燃分量を基準にして、クロススプリットで発生した未燃分量の相対値は０．７５であり、約２５％減少していることが分かる。すなわち、スプリット部材を複数方向に配設するクロススプリットは、固体燃料焚きバーナ及び固体燃料焚きボイラの未燃分低減に有効であることが分かる。
　図２０の実験結果により、スプリット部材を異なる方向に配置することで、火炎内部の着火がより強化されるとともに、火炎内部への空気拡散が良好となるため、未燃分が減少しているものと考えられる。
　一方、同一方向スプリットの場合に未燃分が多くなるのは、外側の火炎に空気が供給され、内部に形成される火炎への空気拡散が遅れるためと考えられる。
　図２１に示す実験結果は、従来型の固体燃料焚きバーナ及び本発明による固体燃料焚きバーナについて、バーナ部、バーナ部～ＡＡ部、ＡＡ部について、それぞれの領域におけるＮＯｘ発生量を比較したものであり、従来のＡＡ部におけるＮＯｘ発生量を基準値の１とした相対値が示されている。なお、この実験結果は、たとえば図１Ａに示すような複数方向のスプリット部材を採用している。
　また、この実験結果は同一未燃分での比較であり、バーナ部～ＡＡ部間の空気比（全空気投入量を基準として、全空気投入量から追加空気投入量を引いた空気投入量の割合を示す比）は、従来において０．８とし、本発明において０．９とした。ここでの全空気投入量は、過剰空気率を考慮して定める実際の空気投入量である。なお、追加空気投入率を３０％とし、過剰空気率を１．１５に設定すると、バーナ部～ＡＡ部間の空気比は、略０．８となる。（バーナ部～ＡＡ部間の空気比＝１．１５×（１－０．３）≒０．８）
　この実験結果によれば、ＡＡ部より発生する最終的なＮＯｘ発生量は、従来比で４０％減の０．６まで低減した。これは、本発明は複数方向のスプリット部材を配設した内部保炎型とし、さらに、スプリット部材により着火が強化されることにより、火炎内でＮＯｘを発生させ、効果的にＮＯｘ還元を実施しているためと考えられる。
　また、本発明の場合、火炎内の混合が良好なため、燃焼が予混合燃焼に近くなり、より均一に燃焼されるため、空気比が０．９でも十分に還元力を有することを確認できた。
　すなわち、従来は火炎外周に高温高酸素領域が生じるため、十分なＮＯｘ還元を行うためには３０％程度の追加空気投入（ＡＡ）が必要であるから、バーナ部～ＡＡ部間の空気比は０．８程度まで下げる必要があった。このため、ＡＡ部では、過剰空気率を考慮した全空気投入量の３０％程度の空気が投入されるため、ＮＯｘはＡＡ部でも発生していた。
　しかし、本発明の場合、バーナ部～ＡＡ部間は、０．９程度の空気比でも燃焼可能であるため、追加空気投入量は、過剰空気率を考慮した全空気投入量の０～２０％程度まで低減できるようになり、従って、ＡＡ部でのＮＯｘ発生量も抑制することができるので、最終的には４０％程度のＮＯｘ発生量低減が可能となっている。
　図２２は、横軸を「バーナ部～ＡＡ部間の空気比」とし、縦軸に「ＮＯｘ発生量の相対値」を示したものである。この実験結果によれば、本発明の場合、バーナ付近の空気比が０．９で最適値をとり、約４０％のＮＯｘ低減が確認された。従って、「過剰空気率を考慮した全空気投入量」と「全空気投入量から追加空気投入量を引いた空気投入量」との比である「バーナ部～ＡＡ部間の空気比」は、図２２より、約３０％のＮＯｘを低減できる０．８５以上に設定することが好ましく、より好適には最適値の０．９以上に設定することが望ましい。
　本発明の実験結果において、０．８付近の空気比でＮＯｘ発生量が１以上に増加しているのは、追加空気投入によるＮＯｘ発生のためである。
　また、空気比の上限は燃料比に応じて異なり、燃料比が１．５以上の場合は０．９５となり、燃料比が１．５未満の場合は１．０となる。この場合の燃料比は、燃料中の固定炭素と揮発分との割合（固定炭素／揮発分）である。
　このように、上述した本実施形態によれば、内部保炎を有する微粉炭バーナ２１と、保炎しない２次空気投入ポート３０とを備え、微粉炭バーナ２１の空気比が０．８５以上、好適には０．９以上に設定されているので、ＡＡ部１４における追加空気投入量が低減されたことにより、ＡＡ部１４のＮＯｘ発生量も低減する。また、火炎の外周に形成される高温酸素残存領域Ｈが抑制され、予混合燃焼に近い燃焼の火炎内部で発生したＮＯｘが効果的に還元されることから、ＡＡ部１４に到達するＮＯｘ量の減少と、ＡＡ部１４で追加空気の投入により発生するＮＯｘ量の減少とにより、ＡＡ部１４から最終的に排出されるＮＯｘ量は減少する。
　この結果、ＡＡ部１４から排出される最終的なＮＯｘ発生量を低減した固体燃料焚きバーナ２０及び旋回燃焼ボイラ１０となる。
　また、微粉炭バーナ２１の空気比を０．８５以上に設定して運転する固体燃料焚きバーナの運転方法により、ＡＡ部１４の空気量（追加空気投入量）は、たとえば空気比０．８の場合と比較して低減するので、追加空気投入量が減少したＡＡ部１４においては、最終的なＮＯｘ発生量が減少する。
　なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、たとえば粉体の固体燃料が微粉炭に限定されないなど、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
　１０　　旋回燃焼ボイラ
　１１　　火炉
　１２　　バーナ部
　１４　　追加空気投入部（ＡＡ部）
　２０，２０Ａ～２０Ｃ　　固体燃料焚きバーナ
　２１　　微粉炭バーナ（燃料バーナ）
　２２　　コール１次ポート
　２３　　コール２次ポート
　２４，２４Ａ，２４Ｂ　　スプリット部材
　２５　　整流機構
　３０，３０Ａ　　２次空気投入ポート
　３１，３１ａ，３１ｂ　　内部２次空気ポート
　３２ａ，３２ｂ　　中間２次空気ポート
　３３，３３ａ，３３ｂ　　外部２次空気ポート
　３４Ｌ，３４Ｒ　　側部２次空気ポート
　４０，４１　　ダンパ
　　Ｆ　　火炎
　　Ｈ　　高温酸素残存領域

Claims (16)

  1. 　バーナ部と追加空気投入部とに分けて低ＮＯｘ燃焼を行う固体燃料焚きボイラの前記バーナ部に用いられ、粉体の固体燃料及び空気を炉内へ投入する固体燃料焚きバーナであって、内部保炎を有する燃料バーナと、保炎しない２次空気投入ポートとを備え、前記燃料バーナの空気比を０．８５以上に設定した固体燃料焚きバーナ。
  2. 　前記燃料バーナの空気比が０．９以上に設定されている請求項１に記載の固体燃料焚きバーナ。
  3. 　前記燃料バーナは前記粉体燃料及び空気を炉内へ投入し、前記２次空気投入ポートは前記燃料バーナの上下及び／または左右に各々配置されて空気流量調整手段を有し、前記燃料バーナの流路前方部に１または複数のスプリット部材を配設した請求項１または２に記載の固体燃料焚きバーナ。
  4. 　前記燃料バーナは前記粉体燃料及び空気を炉内へ投入し、前記２次空気投入ポートは前記燃料バーナの上下及び／または左右に各々配置されて空気流量調整手段を有し、前記燃料バーナの流路前方部に複数方向のスプリット部材を配設した請求項１または２に記載の固体燃料焚きバーナ。
  5. 　前記スプリット部材により形成される着火面長さ（Ｌｆ）が前記燃料バーナの出口開口周長（Ｌ）より大きく（Ｌｆ＞Ｌ）なるように設定されている請求項４に記載の固体燃料焚きバーナ。
  6. 　前記スプリット部材は、前記燃料バーナの出口開口中央が密となるように配置されている請求項４または５に記載の固体燃料焚きバーナ。
  7. 　前記２次空気投入ポートは、各々が空気流量調整手段を有する独立した複数の流路に分割されている請求項４から６のいずれかに記載の固体燃料焚きバーナ。
  8. 　前記燃料バーナは前記粉体燃料及び空気を炉内へ投入し、前記２次空気投入ポートは前記燃料バーナの上下及び／または左右に各々配置されているとともに各々空気流量調整手段を有する独立した複数の流路に分割され、かつ、前記燃料バーナの流路前方部にスプリット部材を配設した請求項１または２に記載の固体燃料焚きバーナ。
  9. 　前記粉体燃料及び空気の流れに圧力損失を付与する整流機構を前記スプリット部材の上流側に設けた請求項４から８のいずれかに記載の固体燃料焚きバーナ。
  10. 　前記２次空気投入ポートが、角度調整機構を備えている請求項４から９のいずれかに記載の固体燃料焚きバーナ。
  11. 　前記２次空気投入ポートから投入される空気量の配分が、未燃分及び窒素酸化物（ＮＯｘ）排出量に基づいてフィードバック制御される請求項４から１０のいずれかに記載の固体燃料焚きバーナ。
  12. 　前記２次空気投入ポートから投入される空気量が、前記バーナ部から追加空気投入部までの領域を還元雰囲気とする空気の多段投入との間で分配される請求項４から１１のいずれかに記載の固体燃料焚きバーナ。
  13. 　前記燃料バーナのコール２次ポートへ空気を供給する系統と、前記２次空気投入ポートへ空気を供給する系統とが分離されている請求項４から１２のいずれかに記載の固体燃料焚きバーナ。
  14. 　前記２次空気投入ポートの前記独立した複数の流路は、前記燃料バーナを円形として外周方向へ同心円状の多段に設けられている請求項７に記載の固体燃料焚きバーナ。
  15. 　前記炉内のコーナ部あるいは壁面部に配置された請求項１から１４のいずれかに記載の固体燃料焚きバーナを有する固体燃料焚きボイラ。
  16. 　バーナ部と追加空気投入部とに分けて低ＮＯｘ燃焼を行う固体燃料焚きボイラの前記バーナ部に用いられ、粉体の固体燃料及び空気を炉内へ投入する固体燃料焚きバーナの運転方法であって、内部保炎を有する燃料バーナと、保炎しない２次空気投入ポートとを備え、前記燃料バーナの空気比を０．８５以上に設定して運転する固体燃料焚きバーナの運転方法。
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