(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記調整部は、前記2次空気流路の上流側から下流側に向けて前記内側流路の流路断面積を漸次増加させ、かつ前記外側流路の流路断面積を漸次減少させるように配置される板状部材である請求項2に記載の燃焼バーナ。
前記燃料ガス流路の上方および下方に位置する前記2次空気流路を流通する2次空気の流速を低下させる減速機構を備える請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1の固体燃料焚きバーナでは、燃料バーナにより形成される火炎の右方および左方が燃料に対する空気量が比較的少ない還元雰囲気の領域となった場合、隣接する火炉壁に腐食が生じやすいという問題がある。これは、還元雰囲気の領域において、微粉炭中の硫黄分(S分)が硫化水素(H
2S)へ転換して火炉壁へ接触するからである。
【0006】
また、特許文献1の固体燃料焚きバーナを備えるボイラは、固体燃料焚きバーナが4箇所のコーナー部に配置される旋回燃焼方式を採用している。そのため、旋回方向の上流側の固体燃料焚きバーナの火炎が下流側の固体燃料焚きバーナの火炎に干渉し、燃焼が阻害されて燃焼特性が悪化してしまう可能性がある。
【0007】
また、特許文献1の固体燃料焚きバーナにおいて、燃料バーナ用2次ポートへ供給する2次空気の流量を増加させると硫化水素の発生を抑制することができる。しかしながら、2次空気の流量の増加に伴って燃料バーナ用2次ポートからから火炉へ投入される2次空気の流速が増加すると、燃料バーナから投入される微粉炭及び一次空気の混合流の流速と2次空気との流速差が増大する。この流速差の増大に伴って2次空気と混合気とが接触する際に渦が発生し、混合流の外周側の高酸素領域で着火ないし保炎が行われると、NOxの発生量が増大してしまう。
【0008】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、硫化水素の発生による火炉壁の腐食および隣接する他の燃焼バーナの火炎による干渉を抑制しつつNOx発生量を低減可能な燃焼バーナ及びこれを備えたボイラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記の目的を達成するための本発明の燃焼バーナは、軸線に沿って筒状に延びるとともに炭素含有固体燃料を粉砕した燃料と1次空気とを混合した燃料ガスを火炉へ供給する燃料ガス流路を形成する燃料ノズルと、前記軸線に沿って筒状に延びるとともに前記燃料ノズルの外側から前記火炉へ2次空気を供給する2次空気流路を形成する2次空気ノズルと、前記2次空気ノズルの上方および下方に配置され、前記火炉へ2次空気を供給する一対の2次空気供給ポートと、前記燃料ガス流路の右方および左方に位置する前記2次空気流路を前記燃料ガス流路に隣接した内側流路と該内側流路の外側に配置される外側流路に分割し、前記内側流路を流通する2次空気の流速が前記外側流路を流通する2次空気の流速よりも低くなるように調整
して前記2次空気流路を流通する2次空気と前記燃料ガス流路を流通する燃料ガスとの流速差を減少させる一対の調整機構と、を備える。
【0010】
本発明の燃焼バーナによれば、燃料ガス流路の右方および左方に位置する2次空気流路が燃料ガス流路に隣接した内側流路とその外側に配置される外側流路に分割され、内側流路を流通する2次空気の流速が外側流路を流通する2次空気の流速よりも低くなるように調整される。内側流路を流通する2次空気の流速が外側流路を流通する2次空気の流速よりも低いため、内側流路と外側流路を分割しない場合に比べて、燃料ガス流路を流通する燃料ガスと2次空気流路を流通する2次空気との流速差を減少させることができる。そのため、燃料ガスと2次空気とが接触する際に渦が発生し、燃料ガスの外周側の高酸素領域でNOxの発生量が増大する不具合を抑制することができる。
【0011】
また、本発明の燃焼バーナによれば、外側流路を流通する2次空気の流速が内側流路を流通する2次空気の流速よりも高いため、内側流路と外側流路を分割しない場合と同量の2次空気を火炉へ供給することができる。また、2次空気を高い速度で火炉へ供給することにより、燃焼バーナの右方または左方の火炉壁に隣接する領域で生成される硫化水素(H
2S)を適切に減少させることができる。これにより、硫化水素の発生による火炉壁の腐食が抑制される。また、2次空気を高い速度で火炉へ供給することにより、隣接する他の燃焼バーナの火炎による干渉を抑制することができる。
このように、本発明によれば、硫化水素の発生による火炉壁の腐食および隣接する他の燃焼バーナの火炎による干渉を抑制しつつNOx発生量を低減可能な燃焼バーナを提供することができる。
【0012】
本発明の燃焼バーナにおいて、前記調整機構は、前記軸線に沿って延びるように前記燃料ガス流路の右方および左方に位置する前記2次空気流路の先端側に配置されて前記2次空気流路を前記内側流路と前記外側流路に分割する一対の隔壁と、前記2次空気流路の基端側に配置されるとともに前記一対の隔壁に接続される一対の調整部と、を有し、前記隔壁は、前記内側流路の前記火炉への開口面積が前記外側流路の前記火炉への開口面積よりも大きくなるように配置され、前記調整部は、前記内側流路へ流入する2次空気の流量が前記外側流路へ流入する2次空気の流量よりも少なくなるように調整する構成としてもよい。
【0013】
本構成の燃焼バーナによれば、内側流路へ流入する2次空気の流量が外側流路へ流入する2次空気の流量よりも少なくなるように調整される一方で、内側流路の火炉への開口面積が外側流路の火炉への開口面積よりも大きくなるように隔壁が配置されている。そのため、外側流路よりも少ない流量で内側流路に流入した2次空気は、外側流路を流通する2次空気よりも低い速度で火炉へ供給される。また、本構成の燃焼バーナによれば、隔壁が、軸線に沿って延びるように2次空気流路の先端側に配置されているため、燃料ガスと2次空気とが同じ軸線に沿って火炉へ供給される。そのため、燃料ガスと2次空気とが接触する際に渦が発生し、燃料ガスの外周側の高酸素領域でNOxの発生量が増大する不具合をより確実に抑制することができる。
【0014】
上記構成の燃焼バーナにおいて、前記調整部は、前記2次空気流路の上流側から下流側に向けて前記内側流路の流路断面積を漸次増加させ、かつ前記外側流路の流路断面積を漸次減少させるように配置される板状部材であってもよい。
このようにすることで、内側流路および外側流路へ流入する2次空気に乱れが生じることを抑制し、燃料ガスと2次空気とが接触する際に渦が発生する不具合を抑制することができる。
【0015】
上記構成の燃焼バーナにおいて、前記調整部は、前記内側流路への流入部の一部を塞ぐように形成される板状部材であってもよい。
このようにすることで、板状部材で内側流路への流入部の一部を塞ぐという比較的簡易な構成で、内側流路を流通する2次空気の流速が外側流路を流通する2次空気の流速よりも低くなるように調整することができる。
【0016】
本発明の燃焼バーナにおいて、前記調整機構は、前記軸線に沿って延びるように前記燃料ガス流路の右方および左方に位置する前記2次空気流路の先端側に配置される一対の隔壁を有し、前記隔壁は、前記内側流路の前記火炉への開口面積が前記外側流路の前記火炉への開口面積よりも大きくなり、かつ前記内側流路へ流入する2次空気の流量が前記外側流路へ流入する2次空気の流量よりも少なくなるように配置される構成としてもよい。
【0017】
本構成の燃焼バーナによれば、内側流路へ流入する2次空気の流量が外側流路へ流入する2次空気の流量よりも少なくなるように調整される一方で、内側流路の火炉への開口面積が外側流路の火炉への開口面積よりも大きくなるように隔壁が配置されている。そのため、外側流路よりも少ない流量で内側流路に流入した2次空気は、外側流路を流通する2次空気よりも低い速度で火炉へ供給される。そのため、燃料ガスと2次空気とが接触する際に渦が発生し、燃料ガスの外周側の高酸素領域でNOxの発生量が増大する不具合をより確実に抑制することができる。
【0018】
本発明の燃焼バーナにおいては、前記燃料ガス流路の上方および下方に位置する前記2次空気流路を流通する2次空気の流速を低下させる減速機構を備えるものであってよい。
減速機構を設けることにより、一対の調整機構の存在によって燃料ガス流路の右方および左方の2次空気流路へ導かれない2次空気が、燃料ガス流路の上方および下方に位置する2次空気流路へ集中的に導入されて2次空気の流速が過度に上昇してしまう不具合を抑制することができる。
【0019】
本発明のボイラは、鉛直方向に沿って設置されるとともに4つの壁面により形成される火炉と、該火炉の前記4つの壁面のそれぞれに対して設置された上記のいずれかの燃焼バーナと、を備え、前記燃焼バーナが、前記火炉の中心に対して偏角を設けて前記燃料ガスを吹き込み、前記火炉の中心回りに旋回する旋回流を形成する。
本発明のボイラによれば、旋回流を形成するように火炉の4つの壁面のそれぞれに対して設置される燃焼バーナのそれぞれにおいて、燃料ガス流路の右方および左方に位置する2次空気流路が燃料ガス流路に隣接した内側流路とその外側に配置される外側流路に分割され、内側流路を流通する2次空気の流速が外側流路を流通する2次空気の流速よりも低くなるように調整される。内側流路を流通する2次空気の流速が外側流路を流通する2次空気の流速よりも低いため、内側流路と外側流路を分割しない場合に比べて、燃料ガス流路を流通する燃料ガスと2次空気流路を流通する2次空気との流速差を減少させることができる。そのため、燃料ガスと2次空気とが接触する際に渦が発生し、燃料ガスの外周側の高酸素領域でNOxの発生量が増大する不具合を抑制することができる。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、硫化水素の発生による火炉壁の腐食および隣接する他の燃焼バーナの火炎による干渉を抑制しつつNOx発生量を低減可能な燃焼バーナ及びこれを備えたボイラを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下に添付図面を参照して、本発明の燃焼バーナの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【0023】
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態の燃焼バーナが適用された微粉炭焚きボイラは、炭素含有固体燃料として石炭を粉砕した微粉炭を用い、この微粉炭を燃焼バーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラである。
【0024】
図1に示すように、本実施形態の微粉炭焚きボイラ10は、コンベンショナルボイラであって、火炉11と燃焼装置12と煙道13を有している。火炉11は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉11を構成する火炉壁の下部に燃焼装置12が設けられている。
【0025】
燃焼装置12は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ100A,100B,100C,100D,100Eを有している。本実施例にて、この燃焼バーナ100A,100B,100C,100D,100Eは、火炉11が延びる鉛直方向を中心軸とした周方向に沿って4個均等間隔で配設されたものが1セットとして、鉛直方向に沿って5セット(5段)配置されている。なお、ここでは5セットとしたが、6セットあるいはその他の任意のセット数とすることができる。
【0026】
そして、各燃焼バーナ100A,100B,100C,100D,100Eは、微粉炭供給管26,27,28,29,30を介して微粉炭機(ミル;粉砕機)31,32,33,34,35に連結されている。この微粉炭機31,32,33,34,35は、図示しないが、ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって粉砕テーブルが駆動回転可能に支持され、この粉砕テーブルの上方に対向して複数の粉砕ローラが粉砕テーブルの回転に連動して回転可能に支持されて構成されている。従って、石炭が複数の粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に投入されると、ここで所定の大きさまで粉砕され、搬送用空気(1次空気)により分級された微粉炭が微粉炭供給管26,27,28,29,30から燃焼バーナ100A,100B,100C,100D,100Eに供給される。
【0027】
また、火炉11は、各燃焼バーナ100A,100B,100C,100D,100Eの装着位置に風箱36が設けられており、この風箱36に空気ダクト(2次空気供給管)37の一端部が連結されており、この空気ダクト37には、他端部に送風機38が装着されている。更に、火炉11は、各燃焼バーナ100A,100B,100C,100D,100Eの装着位置より鉛直方向上方にアディショナル空気ノズル39が設けられている。このアディショナル空気ノズル39には、空気ダクト37から分岐した分岐空気ダクト40の端部が連結されている。従って、送風機38により送られた燃焼用空気(2次空気)を、空気ダクト37から風箱36に供給し、この風箱36から各燃焼バーナ100A,100B,100C,100D,100Eに供給することができると共に、送風機38により送られた燃焼用空気(追加空気)を分岐空気ダクト40からアディショナル空気ノズル39に供給することができる。
【0028】
そのため、燃焼装置12にて、各燃焼バーナ100A,100B,100C,100D,100Eは、微粉炭と搬送用空気(1次空気)とを混合した微粉燃料混合気(燃料ガス)を火炉11内に吹き込み可能であると共に、燃焼用空気を火炉11内に吹き込み可能となっている。燃焼装置12は、点火トーチ(図示略)により微粉燃料混合気に点火することで、火炎を形成することができる。
【0029】
火炉11は、鉛直方向上部に煙道13が連結されており、この煙道13に、対流伝熱部として燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器である過熱器(スーパーヒータ)41,42、再熱器43,44及び節炭器(エコノマイザ)45,46,47が設けられており、火炉11での燃焼で発生した燃焼ガスと水や蒸気との間で熱交換が行われる。
【0030】
煙道13は、そのガス流れ下流側に熱交換を行った燃焼ガスが排ガスとして排出される排ガス管48が連結されている。この排ガス管48は、空気ダクト37との間にエアヒータ49が設けられ、空気ダクト37を流れる空気と、排ガス管48を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ100A,100B,100C,100D,100Eに供給する燃焼用空気を昇温することができる。なお、排ガス管48は、図示しないが、脱硝装置、電気集塵機、誘引送風機、脱硫装置が設けられ、下流端部に煙突が設けられている。
【0031】
従って、微粉炭機31,32,33,34,35が駆動すると、生成された微粉炭が搬送用空気(1次空気)と共に微粉炭供給管(燃料供給管)26,27,28,29,30を通して燃焼バーナ100A,100B,100C,100D,100Eに供給される。また、加熱された燃焼用空気(2次空気)が空気ダクト37から風箱36を介して各燃焼バーナ100A,100B,100C,100D,100Eに供給される共に、分岐空気ダクト40からアディショナル空気ノズル39に供給される。搬送用空気(1次空気)は微粉炭が着火しないよう温度が低く、燃焼用空気(2次空気)はエアヒータ49で加熱されているので、1次空気および微粉燃料混合気よりも温度が高い。
【0032】
すると、燃焼バーナ100A,100B,100C,100D,100Eは、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉燃料混合気(燃料ガス)を火炉11に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉11に吹き込み、このときに着火することで火炎を形成することができる。また、アディショナル空気ノズル39は、追加空気を火炉11に吹き込み、微粉炭に対する空気の量を適正化させる燃焼制御を行うことができる。この火炉11では、微粉燃料混合気と燃焼用空気とが燃焼して火炎が生じ、この火炉11内の鉛直方向下部の領域で火炎が生じると、燃焼ガス(排ガス)がこの火炉11内を上昇し、煙道13に排出される。
【0033】
即ち、燃焼バーナ100A,100B,100C,100D,100Eは、微粉炭混合気と燃焼用空気(2次空気)を火炉11における燃焼領域に吹き込み、このときに着火することで燃焼領域に火炎旋回流が形成される。そして、この火炎旋回流は、旋回しながら上昇して還元領域に至る。アディショナル空気ノズル39は、追加空気を火炉11における還元領域の鉛直上方に吹き込む。この火炉11では、空気の供給量が微粉炭の供給量に対して理論空気量未満となるように設定されることで、内部が還元雰囲気に保持される。そして、微粉炭の燃焼により発生したNOxが火炉11で還元され、その後、追加空気(アディショナルエア)が供給されることで微粉炭の酸化燃焼が完結され、微粉炭の燃焼によるNOxの発生量が低減される。
【0034】
このとき、給水ポンプ(図示略)から供給された水は、節炭器45,46,47によって予熱された後、蒸気ドラム(図示略)に供給され火炉壁の各水管(図示略)に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、蒸気ドラムに送り込まれる。更に、蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器41,42に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器41,42で生成された過熱蒸気は、発電プラントのタービン(図示略)に供給される。また、タービンでの供給した水蒸気の膨張過程の中途で取り出した蒸気は、再熱器43,44に導入され、再度過熱されてタービンに戻され膨張して、タービンが回転駆動する。なお、火炉11をドラム型(蒸気ドラム)として説明したが、この構造に限定されるものではない。
【0035】
その後、煙道13の節炭器45,46,47を通過した排ガスは、排ガス管48にて、脱硝装置(図示略)にて、供給したアンモニアと触媒によりNOxなどの有害物質が除去され、電気集塵機で粒子状物質が除去され、脱硫装置により硫黄分が除去された後、煙突から大気中に排出される。
【0036】
ここで、燃焼装置12について詳細に説明するが、この燃焼装置12を構成する各燃焼バーナ100A,100B,100C,100D,100Eは、ほぼ同様の構成をなしていることから、最上段に位置する燃焼バーナ100Aについてのみ説明する。
【0037】
燃焼バーナ100Aは、
図2に示すように、火炉11を形成する4つの壁面に設けられる燃焼バーナ100Aa,100Ab,100Ac,100Adから構成されている。各燃焼バーナ100Aa,100Ab,100Ac,100Adは、微粉炭供給管26から分岐した各分岐管26a,26b,26c,26dが連結されると共に、空気ダクト37から分岐した各分岐管37a,37b,37c,37dが連結されている。
【0038】
従って、火炉11の各壁面にある各燃焼バーナ100Aa,100Ab,100Ac,100Adは、火炉11に対して、微粉炭と搬送用空気(1次空気)が混合した微粉燃料混合気を火炉11中心に対して僅かな偏角を設けて吹き込むと共に、その微粉燃料混合気の外側に燃焼用空気(2次空気)を吹き込む。そして、各燃焼バーナ100Aa,100Ab,100Ac,100Adからの微粉燃料混合気に着火することで、4つの火炎F1,F2,F3,F4を形成することができ、この火炎F1,F2,F3,F4は、火炉11の上方から見て(
図2にて)反時計回り方向に旋回する火炎旋回流となる。ここでは、反時計回り方向に旋回するものとしたが、時計回りに旋回する火炎旋回流となるように各燃焼バーナ100Aa,100Ab,100Ac,100Adを配置してもよい。
【0039】
次に、燃焼バーナ100Aについて詳細に説明する。
図3の部分縦断面図および
図4に正面図に示すように、本実施形態の燃焼バーナ100Aは、燃料ノズル110と、2次空気ノズル120と、一対の2次空気供給ポート130A,130Bと、一対の調整機構140A,140Bと、を備える。なお、
図3の縦断面図は、
図4に示す燃焼バーナ100AのI-I矢視断面図となっている。
【0040】
燃料ノズル110は、軸線X1に沿って筒状に延びるように形成される部材である。燃料ノズル110は、その内部に微粉炭供給管26から供給される微粉燃料混合気を火炉11へ供給する燃料ガス流路111を形成する。燃料ガス流路111は、軸線X1に直交する断面が矩形状の流路となっている。
【0041】
燃料ノズル110が火炉11に面する開口部分の形状は、微粉燃料混合気のガス流通方向と同方向に直管状に延びる形状となっている。
図3に示すように、燃料ノズル110の鉛直方向の高さは、H1で一定となっている。これは、微粉燃料混合気に含まれる微粉炭が燃料ガス流路111の中心軸(軸線X1)に対して外周側へ導かれることを抑制するためである。
【0042】
2次空気ノズル120は、軸線X1に沿って筒状に延びるように形成されるとともに燃料ノズル110の軸線X1に対して外側を取り囲むように配置される部材である。2次空気ノズル120は、その内周面と燃料ノズル110の外周面との間に火炉11へ2次空気を供給する環状の2次空気流路121を形成する。2次空気流路121は、軸線X1に直交する断面が矩形状の流路となっている。
【0043】
2次空気ノズル120は、風箱36から供給される2次空気を、2次空気流路121を介して火炉11へ供給する。2次空気ノズル120の鉛直方向の高さは、基端側がH2で一定であり、先端側でH2からH3まで低くなる形状となっている。
【0044】
2次空気供給ポート130Aは、2次空気ノズル120の鉛直方向の上方に配置され、火炉11へ2次空気を供給するものである。2次空気供給ポート130Bは、2次空気ノズル120の鉛直方向の下方に配置され、火炉11へ2次空気を供給するものである。2次空気供給ポート130A,130Bは、風箱36から供給される2次空気を火炉11へ供給する。2次空気供給ポート130A,130Bの高さは、基端側がH4で一定であり、先端側でH4からH5まで低くなる形状となっている。
【0045】
次に、2次空気流路121の火炉11への開口部の流路幅について説明する。
図5は、
図4に示す燃焼バーナ100Aの2次空気流路121の火炉11への開口部の流路幅を示す正面図である。
ここで、W1は燃料ノズル110の開口部の水平方向の幅であり、W2は2次空気ノズル120の開口部の水平方向の幅である。
【0046】
ここで、燃料ガス流路111の右方に位置する2次空気流路121の火炉11への開口部の流路幅をWrとし、燃料ガス流路111の左方に位置する2次空気流路121の火炉11への開口部の流路幅をWlとする。また、燃料ガス流路111の上方に位置する2次空気流路121の火炉11への開口部の流路幅をHuとし、燃料ガス流路111の下方に位置する2次空気流路121の火炉11への開口部の流路幅をHdとする。
【0047】
そして、本実施形態においては、Wr,Wl,Hu,Hdの間に以下の条件式(1)が成り立つように燃料ガス流路111および2次空気流路121を形成する。
Hu+Hd<Wr+Wl (1)
この条件は、燃料ガス流路111の右方および左方に位置する2次空気流路121の火炉11への開口部の流路幅の合計が、燃料ガス流路111の上方および下方に位置する2次空気流路121の火炉11への開口部の流路幅の合計よりも大きいという条件である。条件式(1)が成り立つようにすることで、2次空気供給ポート130A,130Bが配置されない燃料ガス流路111の右方および左方から火炉へ供給される2次空気の流量が増加する。
【0048】
ここで、WrとWlとが同じ流路幅となるように燃料ガス流路111および2次空気流路121を形成してもよい。燃料ガス流路111の右方に位置する2次空気流路121の開口部の流路幅Wrと燃料ガス流路111の左方に位置する2次空気流路121の開口部の流路幅Wlとを一致させることにより、火炉壁に隣接する領域での硫化水素の発生による火炉壁の腐食と、隣接する他の燃焼バーナの火炎による干渉とをそれぞれ適切に抑制することができる。
【0049】
また、WrとWlとが異なる流路幅となるように燃料ガス流路111および2次空気流路121を形成してもよい。
図2に示すように、本実施形態の燃焼バーナ100Aは、燃焼バーナ100Aを火炉11からみた場合、燃料ガス流路111の左方に火炉壁が配置され、燃料ガス流路111の右方から旋回流の上流側の他の燃焼バーナ100Aの火炎による干渉を受ける。
【0050】
そのため、火炎の干渉よりも硫化水素の発生による火炉壁の腐食の影響が大きい場合には、WlをWrよりも広くするのが望ましい。燃料ガス流路111の左方に位置する2次空気流路121から供給される2次空気を増加することで、硫化水素の発生による火炉壁の腐食を抑制することができる。
【0051】
また、硫化水素の発生による火炉壁の腐食よりも火炎の干渉の影響が大きい場合には、WrをWlよりも広くするのが望ましい。燃料ガス流路111の右方に位置する2次空気流路121から供給される2次空気を増加することで、旋回流の上流側の他の燃焼バーナ100Aの火炎による干渉を抑制することができる。
【0052】
また、本実施形態においては、更に以下の条件式(2)が成り立つように燃料ガス流路111および2次空気流路121を形成するのが望ましい。
1.5≦(Wr+Wl)/(Hu+Hd)≦6 (2)
この条件は、燃料ガス流路111の右方および左方に位置する2次空気流路121の火炉11への開口部の流路幅が、燃料ガス流路111の上方および下方に位置する2次空気流路121の火炉11への開口部の流路幅の1.5倍以上かつ6倍以下であるという条件である。条件式(2)が成り立つようにすることで、燃料ガス流路111の右方および左方に位置する2次空気流路121の開口部の流路幅を燃料ガス流路111の上方および下方に位置する2次空気流路121の開口部の流路幅よりも十分に大きくすることができる。
【0053】
次に、2次空気流路121を流通する2次空気と燃料ガス流路111を流通する微粉燃料混合気との流速差を減少させるための調整機構140A,140Bについて説明する。
【0054】
図6に示すように、本実施形態の燃焼バーナ100Aは、燃料ガス流路111の右方に位置する2次空気流路121を燃料ガス流路111に隣接した内側流路121Aと内側流路121Aの外側に配置される外側流路121Bに分割する調整機構140Aを備える。また、本実施形態の燃焼バーナ100Aは、燃料ガス流路111の左方に位置する2次空気流路121を燃料ガス流路111に隣接した内側流路121Cと内側流路121Cの外側に配置される外側流路121Dに分割する調整機構140Bを備える。
【0055】
調整機構140Aは、内側流路121Aを流通する2次空気の流速が外側流路121Bを流通する2次空気の流速よりも低くなるように調整する機構である。同様に、調整機構140Bは、内側流路121Cを流通する2次空気の流速が外側流路121Dを流通する2次空気の流速よりも低くなるように調整する機構である。
図6に示すように、調整機構140Aは、隔壁140Aaと隔壁(調整部)140Abとを有する機構である。また、調整機構140Bは、隔壁140Baと隔壁(調整部)140Bbとを有する機構である。
【0056】
隔壁140Aaは、軸線X1に沿って延びるように燃料ガス流路111の右方に位置する2次空気流路121の先端側(火炉11側)に配置されて2次空気流路121を内側流路121Aと外側流路121Bに分割する板状部材である。また、隔壁140Baは、軸線X1に沿って延びるように燃料ガス流路111の左方に位置する2次空気流路121の先端側(火炉11側)に配置されて2次空気流路121を内側流路121Cと外側流路121Dに分割する板状部材である。
図4に示すように、隔壁140Aa,140Baは、燃料ガス流路111の下端から上端に至るまで鉛直方向に沿って延びるように形成されている。
【0057】
隔壁140Abは、2次空気流路121の基端側に配置されるとともに隔壁140Aaに接続される板状部材である。また、隔壁140Bbは、2次空気流路121の基端側に配置されるとともに隔壁140Baに接続される板状部材である。隔壁140Ab,140Bbは、燃料ガス流路111の下端から上端に至るまで鉛直方向に沿って延びるように形成されている。
【0058】
図6に示すように、隔壁140Aaは、内側流路121Aの火炉11への開口面積が外側流路121Bの火炉11への開口面積よりも大きくなるように配置されている。また、隔壁140Baは、内側流路121Cの火炉11への開口面積が外側流路121Dの火炉11への開口面積よりも大きくなるように配置されている。
また、隔壁140Abは、内側流路121Aへ流入する2次空気の流量が外側流路121Bへ流入する2次空気の流量よりも少なくなるように配置されている。また、隔壁140Bbは、内側流路121Cへ流入する2次空気の流量が外側流路121Dへ流入する2次空気の流量よりも少なくなるように配置されている。
【0059】
隔壁140Abは、2次空気流路121の上流側から下流側に向けて内側流路121Aの流路断面積を漸次増加させ、かつ外側流路121Bの流路断面積を漸次減少させるように配置されている。また、隔壁140Bbは、2次空気流路121の上流側から下流側に向けて内側流路121Cの流路断面積を漸次増加させ、かつ外側流路121Dの流路断面積を漸次減少させるように配置されている。
【0060】
以上説明した本実施形態の燃焼バーナ100Aが奏する作用および効果について説明する。
【0061】
本実施形態の燃焼バーナ100Aによれば、燃料ガス流路111の右方および左方に位置する2次空気流路121が燃料ガス流路111に隣接した内側流路121A,121Cとその外側に配置される外側流路121B,121Dに分割され、内側流路121A,121Cを流通する2次空気の流速が外側流路121B,121Dを流通する2次空気の流速よりも低くなるように調整される。内側流路121A,121Cを流通する2次空気の流速が外側流路121B,121Dを流通する2次空気の流速よりも低いため、内側流路121A,121Cと外側流路121B,121Dを分割しない場合に比べて、燃料ガス流路111を流通する燃料ガスと2次空気流路121を流通する2次空気との流速差を減少させることができる。そのため、燃料ガスと2次空気とが接触する際に渦が発生し、燃料ガスの外周側の高酸素領域でNOxの発生量が増大する不具合を抑制することができる。
【0062】
また、本実施形態の燃焼バーナ100Aによれば、外側流路121B,121Dを流通する2次空気の流速が内側流路121A,121Cを流通する2次空気の流速よりも高いため、内側流路121A,121Cと外側流路121B,121Dを分割しない場合と同量の2次空気を火炉11へ供給することができる。また、2次空気を高い速度で火炉11へ供給することにより、燃焼バーナ100Aの右方または左方の火炉壁に隣接する領域で生成される硫化水素(H
2S)を適切に減少させることができる。これにより、硫化水素の発生による火炉壁の腐食が抑制される。また、2次空気を高い速度で火炉11へ供給することにより、隣接する他の燃焼バーナの火炎による干渉を抑制することができる。
このように、本実施形態によれば、硫化水素の発生による火炉壁の腐食および隣接する他の燃焼バーナの火炎による干渉を抑制しつつNOx発生量を低減可能な燃焼バーナ100Aを提供することができる。
【0063】
また、本実施形態の燃焼バーナ100Aにおいて、調整機構140A,140Bは、軸線X1に沿って延びるように燃料ガス流路111の右方および左方に位置する2次空気流路121の先端側に配置される一対の隔壁140Aa,140Baと、2次空気流路121の基端側に配置されるとともに一対の隔壁140Aa,140Baに接続される一対の隔壁(調整部)140Ab,140Bbと、を有する。ここで、隔壁140Aa,140Baは、内側流路121A,121Cの火炉11への開口面積が外側流路121B,121Dの火炉11への開口面積よりも大きくなるように配置されている。また、隔壁(調整部)140Ab,140Bbは、内側流路121A,121Cへ流入する2次空気の流量が外側流路121B,121Dへ流入する2次空気の流量よりも少なくなるように調整している。
【0064】
本実施形態の燃焼バーナ100Aによれば、内側流路121A,121Cへ流入する2次空気の流量が外側流路121B,121Dへ流入する2次空気の流量よりも少なくなるように調整される一方で、内側流路121A,121Cの火炉11への開口面積が外側流路121B,121Dの火炉11への開口面積よりも大きくなるように隔壁140Aa,140Baが配置されている。
【0065】
そのため、外側流路121B,121Dよりも少ない流量で内側流路121A、121Cに流入した2次空気は、外側流路121B,121Dを流通する2次空気よりも低い速度で火炉11へ供給される。また、本実施形態の燃焼バーナ100Aによれば、隔壁140Aa,140Baが、軸線X1に沿って延びるように2次空気流路121の先端側に配置されているため、微粉燃料混合気と2次空気とが同じ軸線X1に沿って火炉11へ供給される。そのため、微粉燃料混合気と2次空気とが接触する際に渦が発生し、微粉燃料混合気の外周側の高酸素領域でNOxの発生量が増大する不具合をより確実に抑制することができる。
【0066】
本実施形態の燃焼バーナ100Aにおいて、隔壁(調整部)140Ab,140Bbは、2次空気流路121の上流側から下流側に向けて内側流路121A,121Cの流路断面積を漸次増加させ、かつ外側流路121B、121Dの流路断面積を漸次減少させるように配置される板状部材である。
このようにすることで、内側流路121A,121Cおよび外側流路121B、121Dへ流入する2次空気に乱れが生じることを抑制し、微粉燃料混合気と2次空気とが接触する際に渦が発生する不具合を抑制することができる。
【0067】
本実施形態の調整機構140A,140Bは、内側流路121A,121Cへ流入する2次空気の流量が外側流路121B,121Dへ流入する2次空気の流量よりも少なくなるように配置される隔壁140Ab,140Bbを有するものであったが、他の態様であってもよい。
例えば、
図7に示すように、隔壁140Ab,140Bbに替えて、隔壁140Ac,140Bcを設ける変形例としてもよい。
【0068】
図7は、燃焼バーナ100Aの変形例を示す断面図であり、
図4に示す燃焼バーナのII-II矢視断面図である。
本変形例の隔壁140Ac,140Bcは、鉛直方向に沿って燃料ガス流路111の下端から上端に至るまで鉛直方向に沿って延びるように形成される板状部材である。隔壁140Ac,140Bcには、鉛直方向に沿って燃料ガス流路111の下端から上端に至るまで鉛直方向に沿って延びるように形成されるスリットが形成されている。2次空気流路121を流通する2次空気は、スリットを介して内側流路121A,121Cへ流入する。
【0069】
このように、隔壁140Ac,140Bcは、内側流路121A,121Cへ2次空気が流入する流入部の一部を塞ぐように形成される部材である。なお、スリットを形成する位置は、
図7に示すように隔壁140Aa,140Baと燃料ノズル110の外周面との間の位置には限られない。例えば、隔壁140Aa,140Ba側にスリットを設けても良いし、燃料ノズル110の外周面側にスリットを設けてもよい。
また、例えば、スリットに替えて、隔壁140Ac,140Bcを2次空気の流通方向に対して開口する開口孔が全面に形成されたパンチングメタルとしてもよい。
【0070】
また、本実施形態の調整機構140A,140Bとして、
図8に示す隔壁140Ad,140Bdを採用してもよい。
図8は、燃焼バーナ100Aの変形例を示す断面図であり、
図4に示す燃焼バーナのII-II矢視断面図である。
図8に示す隔壁140Ad,140Bdは、内側流路121A,121Cの火炉11への開口面積が外側流路121B,121Dの火炉11への開口面積よりも大きくなり、かつ内側流路121A,121Cへ流入する2次空気の流量が外側流路121B,121Dへ流入する2次空気の流量よりも少なくなるように配置される板状部材である。
【0071】
図8に示す燃焼バーナによれば、内側流路121A,121Cへ流入する2次空気の流量が外側流路121B,121Dへ流入する2次空気の流量よりも少なくなるように調整される一方で、内側流路121A,121Cの火炉11への開口面積が外側流路121B,121Dの火炉11への開口面積よりも大きくなるように隔壁140Ad,140Bdが配置されている。そのため、外側流路121B,121Dよりも少ない流量で内側流路121A,121Cに流入した2次空気は、外側流路121B,121Dを流通する2次空気よりも低い速度で火炉11へ供給される。そのため、微粉燃料混合気と2次空気とが接触する際に渦が発生し、微粉燃料混合気の外周側の高酸素領域でNOxの発生量が増大する不具合をより確実に抑制することができる。
【0072】
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
第2実施形態は第1実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第1実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。
本実施形態の燃焼バーナは、第1実施形態の燃焼バーナ100Aに対して更に減速機構を設けた点が異なる。
【0073】
図9に示すように、本実施形態の2次空気ノズル120は、火炉11に面する先端部の近傍に、2次空気流路121の流路断面積を局部的に減少させる絞り部150を備えている。この絞り部150は、燃料ガス流路111の上方および下方に位置する2次空気流路121を流通する2次空気の流速を低下させる減速機構となっている。
【0074】
絞り部150(減速機構)を設けることにより、燃料ガス流路111の上方および下方に位置する2次空気流路121を2次空気が通過する際の圧力損失が増大する。これにより、一対の調整機構140A、140Bの存在によって燃料ガス流路111の右方および左方の2次空気流路121へ導かれない2次空気が、燃料ガス流路111の上方および下方に位置する2次空気流路121へ集中的に導入されて2次空気の流速が過度に上昇してしまう不具合を抑制することができる。
【0075】
燃料ガス流路111の上方および下方に位置する2次空気流路121を流通する2次空気の流速を低下させる減速機構として、絞り部150の替わりに板状部材を設けてもよい。
例えば、
図10に示すように、
図9において絞り部150が設けられる位置に2次空気流路121の右端から左端に至るまで延びる板状部材(減速機構)160を設けてもよい。2次空気流路121を流通する2次空気の流れを部分的に滞留させる板状部材160を設けることにより、2次空気流路121を流通する2次空気の流速を低下させることができる。
【0076】
なお、板状部材を配置する位置は、
図9において絞り部150が設けられる位置に限られない。例えば、
図10に破線で示すように、
図9において絞り部150が設けられる位置よりも上流側に2次空気流路121の右端から左端に至るまで延びる板状部材170を配置してもよい。
【0077】
<他の実施形態>
以上で説明した燃焼バーナ100Aにおいては、火炉11に面する燃料ノズル110の先端の内部に保炎器を配置してもよい。保炎器は、例えば、鉛直方向に沿って延びる単数または複数の板状部材により形成される。保炎器を配置することにより、微粉燃料混合気の着火性能及び保炎性能を高めることができる。