特許 5778499 固体燃料焚きバーナ及び固体燃料焚きボイラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5778499

(24)【登録日】2015年7月17日

(45)【発行日】2015年9月16日

(54)【発明の名称】固体燃料焚きバーナ及び固体燃料焚きボイラ

(51)【国際特許分類】

   F23D 1/00 20060101AFI20150827BHJP

   F23C 99/00 20060101ALI20150827BHJP

【ＦＩ】

   F23D1/00 C

   F23C99/00 309

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2011-138563(P2011-138563)

(22)【出願日】2011年6月22日

(65)【公開番号】特開2013-7497(P2013-7497A)

(43)【公開日】2013年1月10日

【審査請求日】2013年12月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(72)【発明者】

【氏名】松本 啓吾

(72)【発明者】

【氏名】堂本 和宏

(72)【発明者】

【氏名】阿部 直文

(72)【発明者】

【氏名】葛西 潤

【審査官】 黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２２８１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７０９９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１−２１７１０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−３９１１２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１０−１３９１８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｄ １／００

Ｆ２３Ｃ ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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が、粉体燃料及び一次空気を炉内へ投入する燃料バーナと、該燃料バーナの外周から２次空気を噴射する燃料バーナ用２次ポートとを備え、
前記燃料バーナの流路前方部に、内部保炎として複数方向の部材を交差させたクロスタイプのスプリット部材を配設し、該スプリット部材の幅寸法が方向毎に異なり、
前記クロスタイプのスプリット部材は、上下方向が幅広であることを特徴とする固体燃料焚きバーナ。

【請求項2】

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が、粉体燃料及び一次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各々に配置されて２次空気を噴射する２次空気投入ポートとを備え、
前記燃料バーナの流路前方部に、内部保炎として複数方向の部材を交差させたクロスタイプのスプリット部材を配設し、該スプリット部材の幅寸法が方向毎に異なり、
前記クロスタイプのスプリット部材は、左右方向が幅広であり、かつ、該スプリット部材から空気投入されないことを特徴とする固体燃料焚きバーナ。

【請求項3】

前記クロスタイプのスプリット部材は、左右方向、及び／又は、上下方向の少なくとも一方に３本以上配設され、かつ、左右方向、及び／又は、上下方向の少なくとも一方の中央部が幅広であることを特徴とする請求項１に記載の固体燃料焚きバーナ。

【請求項4】

固体燃料焚きボイラのバーナ部に用いられ、内部保炎を有する燃料バーナと、保炎しない燃料バーナ用２次ポートとを備え、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、
前記燃料バーナの流路前方部に複数方向の部材を交差させたクロスタイプのスプリット部材を配設し、前記スプリット部材が交差して形成される交差角部の少なくとも１箇所に流路断面積を低減する遮蔽部材を設けたことを特徴とする固定燃料焚きバーナ。

【請求項5】

前記固体燃料焚きボイラの前記燃料バーナの上部に追加空気投入部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固体燃料焚きバーナ。

【請求項6】

粉体燃料及び空気を炉内へ投入する請求項１から５のいずれか１項に記載の固体燃料焚きバーナが、前記炉内のコーナ部あるいは壁面部に配置されていることを特徴とする固体燃料焚きボイラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。
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。そして、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から、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。
また、旋回燃焼ボイラのバーナにおいては、微粉炭を外周に濃淡分離し、さらに、火炎外周の着火を強化する外部保炎が行われている。

【0004】

これに対して、対向燃焼ボイラのバーナにおいては、たとえば下記の特許文献１に開示されているように、１次空気（微粉炭供給）の外周側に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行われている。すなわち、火炉内から見て円形としたバーナの外周に保炎機構（先端角度の調整、旋回等）を設置するとともに、バーナ外周に近接して２次空気や３次空気の投入口を同心円状に設置する外部保炎構造のバーナが一般的である。

【0005】

また、従来の微粉炭焚きバーナにおいては、たとえば下記の特許文献２に開示されているように、微粉炭を外周に濃淡分離し、さらに火炎外周の着火を強化することが行われている。
また、下記の特許文献３にも、外周保炎器及びスプリットにより構成された保炎器が開示されている。この場合、外周保炎器がメインであり、スプリットは補助的なものとなっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００６−１８９１８８号公報

【特許文献2】特開平８−２９６８１５号公報

【特許文献3】特願平９−２０３５０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【課題を解決するための手段】

【0011】

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が、粉体燃料及び一次空気を炉内へ投入する燃料バーナと、該燃料バーナの外周から２次空気を噴射する燃料バーナ用２次ポートとを備え、前記燃料バーナの流路前方部に、内部保炎として複数方向の部材を交差させたクロスタイプのスプリット部材を配設し、該スプリット部材の幅寸法が方向毎に異なり、前記クロスタイプのスプリット部材は、上下方向が幅広であることを特徴とするものである。

【0012】

このような固体燃料焚きバーナによれば、固体燃料焚きバーナが、粉体燃料及び一次空気を炉内へ投入する燃料バーナと、該燃料バーナの外周から２次空気を噴射する燃料バーナ用２次ポートとを備え、燃料バーナの流路前方部に、内部保炎として複数方向の部材を交差させたクロスタイプのスプリット部材を配設し、該スプリット部材の幅寸法が方向毎に異なるので、出口開口中央付近に設置したスプリット部材は、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、スプリット部材の前方に再循環域を形成するため、内部保炎機構として機能する。この結果、火炎の外周に形成される高温酸素残存領域の抑制が可能となる。

【0013】

しかも、上下方向のスプリット部材が幅広であるため、ノズル角度を上下方向に変化させてもスプリッタ部材との位置関係に変化が生じにくくなる。

【0014】

本発明に係る固体燃料焚きバーナは、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が、粉体燃料及び一次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各々に配置されて２次空気を噴射する２次空気投入ポートとを備え、前記燃料バーナの流路前方部に、内部保炎として複数方向の部材を交差させたクロスタイプのスプリット部材を配設し、該スプリット部材の幅寸法が方向毎に異なり、前記クロスタイプのスプリット部材は、左右方向が幅広であり、かつ、該スプリット部材から空気投入されないことを特徴とする。
これにより、横方向のスプリッタ機能が強くなるので、上下方向から投入される２次空気との直接干渉を抑制できる。

【0015】

上記の発明において、前記クロスタイプのスプリット部材は、左右方向、及び／又は、上下方向の少なくとも一方に３本以上配設され、かつ、左右方向、及び／又は、上下方向の少なくとも一方の中央部が幅広であることが好ましく、これにより、外周着火を防止しながら内部着火を強化することができる。

【0016】

また、本発明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、内部保炎を有する燃料バーナと、保炎しない燃料バーナ用２次ポートとを備え、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、前記燃料バーナの流路前方部に複数方向の部材を交差させたクロスタイプのスプリット部材を配設し、前記スプリット部材が交差して形成される交差角部の少なくとも１箇所に流路断面積を低減する遮蔽部材を設けたことを特徴とするものである。

【0017】

このような固定燃料焚きバーナによれば、固体燃料焚きバーナが、粉体燃料及び一次空気を炉内へ投入する燃料バーナと、該燃料バーナの外周から２次空気を噴射する２次空気投入ポートとを備え、燃料バーナの流路前方部に複数方向の部材を交差させたクロスタイプのスプリット部材を配設し、スプリット部材が交差して形成される交差角部の少なくとも１箇所に流路断面積を低減する遮蔽部材を設けたので、クロスタイプのスプリット部材による内部保炎機能をさらに強化することができる。

【0018】

上記の発明において、前記固体燃料焚きボイラは、前記バーナの上部に追加空気投入部が設けられていることが好ましく、これにより、追加投入空気を分けることでさらに還元を強めることができる。

【0019】

本発明の固体燃料焚きボイラは、粉体燃料及び空気を炉内へ投入する上記のいずれかに記載の固体燃料焚きバーナが、前記炉内のコーナ部あるいは壁面部に配置されていることを特徴とするものである。

【0020】

このような固体燃料焚きボイラによれば、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るようになり、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。

【発明の効果】

【0021】

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、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とができ、さらに、スプリット部材が着火面を細分化する。従って、着火位置が火炎の中央に寄り、中央では相対的に酸素濃度が低いため、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。さらには、複数方向のスプリッタを設けたことで、内部の空気拡散が促進され、火炎が局所的に極端な酸素不足となり、未燃分が発生することを抑制できる。

【0022】

すなわち、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発生量の低減が可能になる。換言すれば、火炎の外周に形成される高温酸素残存領域が抑制されることにより、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ので、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、最終的に排出されるＮＯｘ量が減少するという顕著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明に係る固体燃料焚き（石炭燃料焚き）バーナについて第１の実施形態を示す図で、（ａ）は固体燃料焚きバーナを火炉内から見た正面図、（ｂ）は（ａ）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2】図１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3】本発明に係る固体燃料焚き（石炭焚き）ボイラの構成例を示す縦断面図である。

【図4】図３の横（水平）断面図である。

【図5】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6】図１に示した固体燃料焚きバーナのスプリット部材について、（ａ）は断面形状の一例を示す図、（ｂ）断面形状の第１変形例を示す図、（ｃ）は断面形状の第２変形例を示す図、（ｄ）は断面形状の第３変形例を示す図である。

【図7】本発明に係る固体燃料焚き（石炭燃料焚き）バーナについて第３の実施形態を示す図で、（ａ）は固体燃料焚きバーナを火炉内から見た正面図、（ｂ）は（ａ）に示す固体燃料焚きバーナのＢ−Ｂ断面図（固体燃料焚きバーナの縦断面図）である。

【図8】（ａ）は遮蔽部材の一形状例を示す図７（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｂ）は（ａ）に示した遮蔽部材の他の形状例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

＜第１の実施形態＞
図１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、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。

【0027】

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、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。

【0028】

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、図示省略の支持部材等に固定されている。このスプリット部材２４は、たとえば図１（ａ）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１本ずつ、合計２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、２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クロスタイプとすることで、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（４分割）しているが、スプリット部材２４の数については、上下方向及び左右方向共に複数本としてもよい。
また、スプリット部材２４に挟まれる部分では、圧損が大きく、噴出口での流速が低下し、より内部での着火が促進される。
このような構成のスプリット部材２４は、火炎の外周に形成される高温酸素残存領域Ｈを抑制し、ＡＡ部１４から排出される最終的なＮＯｘ発生量の低減に有効である。

【0029】

上述したスプリット部材２４は、たとえば図６（ａ）〜図６（ｄ）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６（ａ）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。

【0030】

図６（ｂ）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６（ｃ）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。

【0031】

また、図６（ｄ）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。

【0032】

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（下流側）に再循環域を形成するため、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２０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１（ｂ）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。

【0033】

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。

【0034】

特に、複数方向のスプリット部材２４を配設したクロスタイプとすることにより、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局所的に極端な空気不足領域が存在し、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クロスタイプでは、火炎内部での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、結果として未燃分の低減が可能になる。

【0035】

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。

【0036】

このような複数方向のスプリット部材２４において、本実施形態では、スプリット部材２４を炉内側から見た部材幅寸法をスプリッタ幅Ｗとした場合、方向毎にスプリッタ幅Ｗが異なるクロスタイプのものを配設している。
たとえば図１（ａ）に示すクロスタイプの構成例では、コール１次ポート２２の出口開口部に上下方向のスプリット部材（以下、「縦スプリッタ」と呼ぶ）２４Ｖ及び左右方向のスプリット部材（以下、「横スプリッタ」と呼ぶ）２４Ｈが各々１本ずつ配設されている。

【0037】

そして、縦スプリッタ２４Ｖのスプリッタ幅Ｗｖが、横スプリッタ２４Ｈのスプリッタ幅Ｗｈより太く広い幅広（Ｗｖ＞Ｗｈ）となっているが、逆の構成としてもよい。
すなわち、図示のスプリット部材２４は、縦方向のスプリッタ機能を強化することにより、横方向のスプリッタ機能を相対的に低下させるため、縦スプリッタ２４Ｖのスプリッタ幅Ｗｖを横スプリッタ２４Ｈのスプリッタ幅Ｗｈより大きく設定した構造である。
このような構成は、角度調整可能な燃料バーナ２１の角度変化に対応するものである。

【0038】

燃料バーナ２１は、たとえば図１（ｂ）に示すように、旋回燃焼ボイラ１０で生成する蒸気温度を所望の値に調整するため、バーナ角度（ノズル角度）αを上下方向に適宜変化させることができる。
しかしながら、バーナ角度αが変化しても、適所に固定支持されているスプリット部材２４は、燃料バーナ２１と一体に角度変化しない。このため、燃料バーナ２１とスプリット部材２４との位置関係は、バーナ角度αの変化に応じて変動することとなる。

【0039】

上述したバーナ角度αを上下に変化させると、微粉炭及び１次空気を投入する際には、微粉炭流と横スプリッタ２４Ｈとの位置関係が変動する。このような位置関係の変動は、横スプリッタ２４Ｈのスプリッタ幅Ｗｈが幅広になるほど大きな影響を受けるようになるので、結果的にバーナ性能も影響を受けて一定に保つことは困難になる。従って、燃料バーナ２１のバーナ角度αが変化しても、バーナ性能が影響を受けないようにすることが望まれる。
そこで、本実施形態においては、縦スプリッタ２４Ｖのスプリッタ幅Ｗｖを相対的に幅広とし、縦方向のスプリッタ機能を強化したスプリット部材２４は、横スプリッタ２４Ｈのスプリッタ幅Ｗｈが必要最小限まで狭められ、バーナ角度αの変化による位置関係の変動を最小限に抑えたものである。

【0040】

従って、スプリット部材２４は、スプリッタ幅Ｗの小さい横スプリッタ２４Ｈを残し、上下及び左右の両方向にスプリッタが存在するクロスタイプとなるので、空気の混合促進及び着火面の細分化を維持することができる。このため、スプリット部材２４は、火炎の中心部まで空気が入り込みやすくなり、結果として中央部の着火促進により未燃分の低減が可能になるというクロスタイプの利点を維持したまま、バーナ角度αの変化による位置関係の変動を最小限に抑えて、バーナ性能を略一定に保つことができる。

【0041】

また、２次空気投入ポート３０が微粉炭バーナ２１の上下方向に配置される旋回燃焼方式の場合には、横スプリッタ２４Ｈのスプリッタ幅Ｗｈが、縦スプリッタ２４Ｖのスプリッタ幅Ｗｖより太く広い幅広（Ｗｈ＞Ｗｖ）とする。
これは、縦スプリッタ２４Ｖのスプリッタ幅Ｗｖが必要以上に大きいと、スプリッタ機能が強くなって微粉炭の着火源となりやすいためである。

【0042】

しかも、縦スプリッタ２４Ｖの上下両端部付近での着火は、着火源が２次空気投入ポート３０に近い位置にあるため、火炎外周での着火が２次空気と直接干渉しやすい状況にある。この結果、縦スプリッタ２４Ｖを着火源として火炎外周で着火した微粉炭には多量の空気が混合されることとなり、従って、高温の酸素が残存する火炎外周の高温酸素残存領域ＨでＮＯｘを発生する。このＮＯｘは、十分に還元されないまま残存し、最終的なＮＯｘ排出量を増加させる原因となる。

【0043】

しかし、横スプリッタ２４Ｈのスプリッタ幅Ｗｈを幅広とし、横スプリッタ２４Ｈのスプリッタ機能を強化すると、微粉炭バーナ２１の上下に存在する２次空気投入ポート３０の近傍では着火源が縮小されて小さくなる。すなわち、幅広とした横スプリッタ２４Ｈの下流側には、大きな再循環域となる負圧領域が形成され、強いスプリッタ機能が発揮されるため、微粉炭及び１次空気の流れは上下方向の中心部に集中しやすくなる。

【0044】

この結果、縦スプリッタ２４Ｖの両端部付近を着火源とし、火炎外周で着火するとともに大量の空気が混合される微粉炭量は大幅に減少する。一方、微粉炭及び１次空気の混合・拡散は、火炎の内部まで促進されて空気（酸素）が火炎の中心部まで入り込みやすくなる。この結果、内部着火が効果的に行われるようになるので、火炎内部における迅速な還元が行われてＮＯｘの発生量は低減される。
この場合、縦スプリッタ２４Ｖを残すことにより、すなわち、スプリッタ幅Ｗｖの小さい縦スプリッタ２４Ｖを設けて上下及び左右に存在するクロスタイプのスプリット部材２４とすることにより、空気の混合促進及び着火面の細分化がなされる。このため、クロスタイプのスプリット部材２４を備えた固体燃料焚きバーナ２０は、火炎の中心部まで空気が入り込みやすくなり、結果として中央部の着火促進により未燃分の低減が可能になる。

【0045】

＜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説明する。
この実施形態では、固体燃料焚きバーナ２０に設けられたスプリット部材２４が、スプリッタ幅Ｗの異なる複数方向に配置したスプリッタ２４により構成され、かつ、同方向に３本以上配置した中央部のスプリッタ幅Ｗを幅広にして周辺部を相対的に狭めた構成となっている。

【0046】

このように構成されたスプリット部材２４は、固体燃料焚きバーナ２０の中央部に幅広にしたスプリッタが配置されているので、中央部のスプリッタ機能が強化された構造となり、外部着火を防止しながら内部着火を強化できるようになる。
すなわち、本実施形態の固体燃料焚きバーナ２０は、中央部を幅広にしたクロスタイプのスプリット部材２４を備えているので、微粉炭バーナ２１の外周部で着火源となるスプリッタの存在が最小限に抑えられることにより、外部着火の防止または抑制が可能となり、さらに、中央部のスプリッタ機能が強化されたことにより、火炎の中心部まで空気が入り込みやすくなり、結果として中央部の着火促進により未燃分の低減が可能になる。

【0047】

ところで、上述した構成例では、上下及び左右に各々３本のスプリッタを配設し、上下及び左右の中央に配置された１本のみを幅広としているが、スプリッタの数は勿論のこと、幅広とするスプリッタの数や位置等については、これに限定されることはない。
たとえば、上下及び左右に４本のスプリッタを配設し、上下及び左右の中央部となる２本ずつを幅広としてもよい。また、中央部に配置されたスプリッタは、上下及び左右の両方を幅広とする必要はなく、たとえば中央部に配置された上下のみまたは左右のみを幅広としてもよい。従って、複数方向の一方にのみ３本以上のスプリッタを配置して中央部を幅広とし、他の方向については、幅広または幅の狭い１本とする構成や、幅の狭い１本とする構成等も包含される。

【0048】

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態に係る固体燃料焚きバーナを図７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。
この実施形態では、微粉炭及び１次空気の流れを火炎内部の中央部（軸中心側）に導くため、固体燃料焚きバーナ２０Ａに設けられたスプリット部材２４が、複数方向に配置したスプリッタどうしの交差角部に取り付けた遮蔽部材を備えている。すなわち、スプリット部材２４の機能をより一層向上させ、火炎内部の着火面増加や内部保炎強化を図るという目的を達成するため、スプリット部材２４の機能補強部材として、スプリット部材２４が交差して形成される交差角部の少なくとも１箇所に、流路断面積を低減する遮蔽部材を設けたものである。

【0049】

上述した遮蔽部材は、たとえば交差角部の交差中心部側を塞ぐようにしてスプリット部材２４に取り付けられた三角板５０が好適であり、炉内側から見たコール１次ポート２２の開口面積は、すなわち微粉炭及び１次空気の流路断面積は、三角板５０の面積に相当する分だけ減少する。この三角板５０は、微粉炭及び１次空気の流路断面積を低減するだけでなく、火炎内部の着火面を増加するとともに、微粉炭及び１次空気の流れを中央部に導く機能も有している。

【0050】

換言すれば、三角板５０は、スプリット部材２４の下流側に形成されて再循環域となる負圧領域を増大させるように設置する遮蔽部材であり、スプリット部材２４の保炎効果を強化することができる。
従って、上下及び左右に交差するスプリッタ２４Ｈ，２４Ｖの交差部に形成された４箇所の交差角部のうち、少なくとも１箇所に設けられていればよい。

【0051】

また、上述した遮蔽部材は、図８（ａ）に示した三角板（三角形の板状部材）５０に限定されることはなく、たとえば円形や楕円形を１／４にした形状の板材としてもよい。さらに、たとえば図８（ｂ）に示す三角錐５０Ａのように、流れをいったん外向きに導いて再循環域を形成する傾斜面を備えたものでもよい。
このように、スプリッタ２４Ｈ，２４Ｖの交差部に、三角板５０や三角錐５０Ａのような遮蔽部材を設けると、スプリット部材２４の機能はより一層向上し、火炎内部の着火面増加や内部保炎強化を達成できる。

【0052】

上述した本実施形態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、火炎の外周に形成される高温酸素残存領域Ｈを抑制することにより、ＡＡ部１４から排出される最終的なＮＯｘ発生量の低減が可能になる。
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。

【符号の説明】

【0053】

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 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（燃料バーナ用２次ポート）
２４ スプリット部材
２４Ｖ 縦スプリッタ
２４Ｈ 横スプリッタ
３０ ２次空気投入ポート
４０ ダンパ
５０ 三角板（遮蔽部材）
５０Ａ 三角錐（遮蔽部材）
Ｆ 火炎
Ｈ 高温酸素残存領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】