JP6640592B2 - 燃焼バーナ及び燃焼装置並びにボイラ - Google Patents

Description

燃料と空気を混合して燃焼させる燃焼バーナ、この燃焼バーナにより火炎流を形成する燃焼装置、この燃焼装置により発生した燃焼ガスにより蒸気を生成するボイラに関するものである。

従来のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉を有し、この火炉壁に複数の燃焼バーナが周方向及び上下方向に複数配置されている。そして、この火炉は、上部に煙道が連結され、この煙道に排ガスの熱を回収して蒸気を生成するための熱交換器が配置されている。燃焼バーナは、石炭などの燃料が粉砕された微粉燃料と１次空気との混合気が供給されると共に、高温の２次空気が供給され、この混合気と２次空気を火炉内に吹き込むことで火炎を形成する。

このようなボイラに適用された燃焼バーナとしては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。

特開平１０−２１３３０９号公報

燃焼バーナは、炉壁に周方向に沿って所定間隔を空けて複数配置されている。複数の燃焼バーナは、火炉内に向けて燃料と空気の混合気を噴出すると共に、その外側に２次空気を噴出する。このとき、各燃焼バーナから噴出された混合気に着火することで火炎旋回流が形成され、燃焼ガスが旋回しながら上昇する。そのため、燃焼バーナは、混合気や２次空気の吹き出し口の周辺に複雑な火炎流の流れが発生する。すると、燃焼バーナから噴出された混合気に対して火炎旋回流の上流側で早期に着火し、火炎旋回流の下流側で遅れて着火する。そのため、火炎旋回流の上流側で有害物質（ＮＯｘ）が発生しやすく、下流側で未燃分の発生を助長しやすくなる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、燃料ガスに対する着火を適正なタイミングにすることで有害物質と未燃分の発生を抑制する燃焼バーナ及び燃焼装置並びにボイラを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の燃焼バーナは、燃料と空気とを混合した燃料ガスを水平方向に沿って噴出する燃料ノズルと、前記燃料ノズルの外側から空気を水平方向に沿って噴出する燃焼用空気ノズルと、前記燃料ノズルの先端部に設けられる保炎器と、を備え、前記保炎器は、重心位置が前記燃料ノズルの中心より燃料ガスの噴出方向に交差する水平方向に流れる火炎流の下流側に位置する、ことを特徴とするものである。

従って、燃料ノズルは、燃料ガスを水平方向に沿って噴出し、燃焼用空気ノズルは、空気を燃料ガスの外側に噴出すると、保炎器の下流側に燃料ガスの再循環領域が形成されることで燃料ガスの燃焼が維持される。ここで、保炎器の重心位置が火炎流の下流側に位置すると、火炎流の上流側で保炎性能が抑えられ、火炎流の下流側で保炎性能が向上する。そのため、火炎流の上流側では、この火炎流による燃料ガスの早期着火が抑制され、火炎流の下流側では、この火炎流による燃料ガスの着火が促進される。その結果、保炎器による内部着火を適正なタイミングにすることで有害物質の発生を抑制することができると共に、未燃分の発生を抑制することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記保炎器は、複数の保炎部を有し、前記複数の保炎部が火炎流の上流領域に対して下流領域に密に配置されることを特徴としている。

従って、複数の保炎部を火炎流の上流領域に対して下流領域に密に配置することで、簡単な構成で容易に火炎流の上流側での保炎性能を抑えて早期着火を抑制することができ、火炎流の下流側での保炎性能を維持して内部着火性能を向上することができる。

本発明の燃焼バーナでは、火炎流の上流側に配置される前記保炎部と前記燃料ノズルの内壁面との隙間が、火炎流の下流側に配置される前記保炎部と前記燃料ノズルの内壁面との隙間より大きく設定されることを特徴としている。

従って、火炎流の上流側にて、保炎部と燃料ノズルの内壁面との隙間を大きくすることで、火炎流から保炎部を遠ざけて保炎性能を容易に抑えることができ、また、火炎流の下流側にて、保炎部と燃料ノズルの内壁面との隙間を小さくすることで、火炎流に保炎部を近づけて保炎性能を維持することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記複数の保炎部は、鉛直方向に沿うと共に水平方向に所定間隔を空けて配置され、前記燃料ノズルの中心側に配置されて水平方向の両側に拡幅する第１保炎部と、前記燃料ノズルの内壁面側に配置されて前記燃料ノズルの中心側だけに拡幅する第２保炎部を有することを特徴としている。

従って、第１保炎部により燃料ノズルの中心側で内部保炎性能を向上することができ、第２保炎部により外部着火を抑制して有害物質の発生を抑制することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記複数の保炎部は、鉛直方向に沿って配置される鉛直保炎部と、水平方向に沿って配置される水平保炎部を有し、前記鉛直保炎部の重心位置が火炎流の下流側に位置することを特徴としている。

従って、クロススプリット構造をなす保炎部にて、鉛直保炎部の重心位置を火炎流の下流側に位置させることで、簡単な構成で容易に火炎流の上流側での保炎性能を抑えることができ、火炎流の下流側での保炎性能を向上することができる。

本発明の燃焼バーナでは、火炎流の上流領域で前記保炎部と前記燃料ノズルの内壁面との間に抵抗部材が配置されることを特徴としている。

従って、火炎流の上流領域にて、保炎部と燃料ノズルの内壁面との間に抵抗部材を配置することで、複数の保炎部と抵抗部材により燃料ノズル内の水平方向における流動抵抗の分布が均一に近づくこととなり、燃料ガスの偏りを抑制して安定した火炎を形成することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記抵抗部材は、前記保炎部より燃料ガスの噴出方向の上流側に配置されることを特徴としている。

従って、抵抗部材を保炎部より上流側に配置することで、抵抗部材により燃料ガスの再循環領域が形成されることはなく、保炎による燃料ガスの早期着火を防止することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記抵抗部材は、燃料ガスを前記保炎部側に導く傾斜面を有することを特徴としている。

従って、燃料ガスは、抵抗部材の傾斜面により保炎部側に導かれることとなり、火炎流により燃料ガスの早期着火を防止することができると共に、保炎部による内部着火性能を向上することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記燃焼用空気ノズルは、火炎流の上流側における前記燃料ノズルの外壁面と燃焼用空気ノズルの内壁面との隙間である噴出開口の幅が、火炎流の下流側における前記燃料ノズルの外壁面と燃焼用空気ノズルの内壁面との隙間である噴出開口の幅より大きく設定されることを特徴としている。

従って、火炎流の上流側における噴出開口の幅が火炎流の下流側における噴出開口の幅より大きく設定されることで、火炎流の上流側で噴出開口から噴出される空気量が多くなり、火炎流の影響を受けにくくなってこの空気により火炎流が燃料ガスから離され、燃料ガスと共に燃焼する空気量が減少して有害物質の発生を抑制することができる。

本発明の燃焼バーナでは、前記燃焼用空気ノズルは、火炎流の上流側における前記燃料ノズルの外壁面と燃焼用空気ノズルの内壁面との隙間である噴出開口の幅が、火炎流の下流側における前記燃料ノズルの外壁面と燃焼用空気ノズルの内壁面との隙間である噴出開口の幅より小さく設定されることを特徴としている。

従って、火炎流の下流側における噴出開口の幅が火炎流の上流側における噴出開口の幅より大きき設定されることで、火炎流の下流側で噴出開口から噴出される空気量が多くなり、この空気により炉壁が冷却されて温度が低下し、空気不足による硫化水素の発生が抑制され、硫化水素による炉壁の腐食を抑制することができる。

本発明の燃焼バーナは、燃料と空気とを混合した燃料ガスを水平方向に沿って噴出する燃料ノズルと、前記燃料ノズルの外側から空気を水平方向に沿って噴出する燃焼用空気ノズルと、前記燃料ノズルの先端部に設けられる保炎器と、を備え、前記燃焼用空気ノズルは、火炎流の上流側における前記燃料ノズルの外壁面と燃焼用空気ノズルの内壁面との隙間である噴出開口の幅が、火炎流の下流側における前記燃料ノズルの外壁面と燃焼用空気ノズルの内壁面との隙間である噴出開口の幅より大きく設定される、ことを特徴とするものである。

従って、燃料ノズルは、燃料ガスを水平方向に沿って噴出し、燃焼用空気ノズルは、空気を燃料ガスの外側に噴出すると、保炎器の下流側に再循環領域が形成されることで燃料の燃焼が維持される。ここで、火炎流の上流側における噴出開口の幅が火炎流の下流側における噴出開口の幅より大きく設定されることで、火炎流の上流側で噴出開口から噴出される空気量が多くなり、この空気により火炎流が燃料ガスから離され、燃料ガスと共に燃焼する空気が減少する。その結果、保炎器による内部着火を適正なタイミングにすることで有害物質の発生を抑制することができると共に、未燃分の発生を抑制することができる。

本発明の燃焼バーナは、燃料と空気とを混合した燃料ガスを水平方向に沿って噴出する燃料ノズルと、前記燃料ノズルの外側から空気を水平方向に沿って噴出する燃焼用空気ノズルと、前記燃料ノズルの先端部に設けられる保炎器と、を備え、前記燃焼用空気ノズルは、火炎流の上流側における前記燃料ノズルの外壁面と燃焼用空気ノズルの内壁面との隙間である噴出開口の幅が、火炎流の下流側における前記燃料ノズルの外壁面と燃焼用空気ノズルの内壁面との隙間である噴出開口の幅より小さく設定される、ことを特徴とするものである。

従って、燃料ノズルは、燃料ガスを水平方向に沿って噴出し、燃焼用空気ノズルは、空気を燃料ガスの外側に噴出すると、保炎器の下流側に再循環領域が形成されることで燃料の燃焼が維持される。ここで、火炎流の上流側における噴出開口の幅が火炎流の下流側における噴出開口の幅より小さく設定されることで、火炎流の上流側で噴出開口から噴出される空気量が少なくなり、燃焼する空気量が減少して有害物質の発生を抑制することができる。また、火炎流の下流側で噴出開口から噴出される空気量が多くなり、この空気により炉壁が冷却されて温度が低下し、空気不足による硫化水素の発生が抑制され、硫化水素による炉壁の腐食を抑制することができる。その結果、保炎器による内部着火を適正なタイミングにすることで有害物質の発生を抑制することができると共に、未燃分の発生を抑制することができる。

また、本発明の燃焼装置は、前記燃焼バーナが周方向に所定間隔を空けて複数配置されて火炎旋回流を形成する、ことを特徴とするものである。

従って、複数の燃焼バーナから燃料ガスと空気が噴出されることで、火炎旋回流が形成され、保炎器により燃料ガスの燃焼が維持される。ここで、保炎器の重心位置が火炎流の下流側に位置すると、火炎流の上流側で保炎性能が抑えられ、火炎流の下流側で保炎性能が向上する。そのため、火炎流の上流側では、この火炎流による燃料ガスの早期着火が抑制され、火炎流の下流側では、この火炎流による燃料ガスの着火が促進される。その結果、保炎器による内部着火を適正なタイミングにすることで有害物質の発生を抑制することができると共に、未燃分の発生を抑制することができる。

また、本発明のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、前記燃焼装置と、を備えることを特徴とするものである。

従って、火炉壁に周方向に沿って複数の燃焼バーナが配置され、各燃焼バーナから噴出される燃料ガスと空気により火炉内に火炎旋回流が形成され、保炎器により燃料ガスの燃焼が維持される。ここで、保炎器の重心位置が火炎流の下流側に位置すると、火炎流の上流側で保炎性能が抑えられ、火炎流の下流側で保炎性能が向上する。そのため、火炎流の上流側では、この火炎流による燃料ガスの早期着火が抑制され、火炎流の下流側では、この火炎流による燃料ガスの着火が促進される。その結果、保炎器による内部着火を適正なタイミングにすることで有害物質の発生を抑制することができると共に、未燃分の発生を抑制することができ、火炉の下流側に配置される脱硝装置の小型化を図ることができると共に、燃焼効率を向上することができる。

本発明の燃焼バーナ及び燃焼装置並びにボイラによれば、燃焼バーナにおける保炎器の重心位置を燃料ノズルの中心より燃料ガスの噴出方向に交差する水平方向に流れる火炎流の下流側に位置させるので、保炎器による内部着火を適正なタイミングにすることで有害物質の発生を抑制することができると共に、未燃分の発生を抑制することができる。

図１は、第１実施形態の燃焼バーナを表す正面図である。 図２は、燃焼バーナの水平断面図である。 図３は、第１実施形態のボイラを表す概略構成図である。 図４は、燃焼バーナの配置構成を表す平面図である。 図５は、第２実施形態の燃焼バーナを表す正面図である。 図６は、燃焼バーナの水平断面図である。 図７は、第３実施形態の燃焼バーナを表す正面図である。 図８は、燃焼バーナの水平断面図である。 図９は、第４実施形態の燃焼バーナを表す正面図である。 図１０は、燃焼バーナの水平断面図である。 図１１は、第５実施形態の燃焼バーナを表す正面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る燃焼バーナ及び燃焼装置並びにボイラの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

［第１実施形態］
図３は、第１実施形態のボイラを表す概略構成図、図４は、燃焼バーナの配置構成を表す平面図である。

第１実施形態のボイラは、石炭を粉砕した微粉炭を微粉燃料（固体燃料）として用い、この微粉燃料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。

第１実施形態において、図３に示すように、ボイラ１０は、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を構成する火炉壁が伝熱管により構成されている。

燃焼装置１２は、この火炉１１を構成する火炉壁（伝熱管）の下部に設けられている。この燃焼装置１２は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を有している。本実施形態にて、この燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、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、つまり、５段配置されている。但し、火炉の形状や一つの段における燃焼バーナの数、段数はこの実施形態に限定されるものではない。

この各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉燃料供給管２６，２７，２８，２９，３０を介して粉砕機（ミル）３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５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３７の一端部が連結されており、この空気ダクト３７の他端部に送風機３８が連結されている。また、火炉１１は、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置より上方に位置して追加空気ノズル３９が設けられており、空気ダクト３７から分岐した追加空気ダクト４０が連結されている。

煙道１３は、火炉１１の上部に連結され、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器としての過熱器４１，４２，４３、再熱器４４，４５、節炭器４６，４７が設けられている。また、煙道１３のガスダクト４８は、エアヒータ４９が設けられ、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給する燃焼用空気を昇温することができる。

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を構成する燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、それぞれほぼ同様の構成をなしていることから、燃焼バーナ２１を代表してその配置構成について説明する。

燃焼バーナ２１は、図４に示すように、火炉１１における４つの壁部にそれぞれ設けられる燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから構成されている。各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、微粉燃料供給管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。

そのため、各燃焼バーナ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、火炉１１に対して、微粉燃料と搬送用空気が混合した微粉燃料混合気を吹き込むと共に、その微粉燃料混合気の周囲外側に燃焼用空気を吹き込む。そして、こ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の鉛直上方から見て（図４にて）反時計周り方向に旋回する火炎旋回流Ｃとなる。

また、以下に、各燃焼バーナ２１の具体的な構成について詳細に説明する。図１は、第１実施形態の燃焼バーナを表す正面図、図２は、燃焼バーナの水平断面図である。

燃焼バーナ２１は、図１及び図２に示すように、中心Ｏ側から燃料ノズル５１、燃焼用空気ノズル５２、２次空気ノズル５３が順に設けられると共に、燃料ノズル５１内に保炎器５４が設けられて構成されている。

燃料ノズル５１は、微粉燃料（固体燃料）と搬送用空気（１次空気）とを混合した微粉燃料混合気（以下、燃料ガスと称する。）Ｆを水平方向に沿って噴出することができる。燃焼用空気ノズル５２は、燃料ノズル５１の外側に配置され、燃料ノズル５１から噴出された燃料ガスＦの外周側に燃焼用空気の一部（以下、燃料ガス燃焼用空気）Ａ１を水平方向に沿って噴出することができる。２次空気ノズル５３は、燃焼用空気ノズル５２の外側に配置され、燃焼用空気ノズル５２から噴出された燃料ガス燃焼用空気Ａ１の外周側に燃焼用空気の一部（以下、２次空気）を水平方向に沿って噴出することができる。本実施形態にて、２次空気ノズル５３は、燃焼用空気ノズル５２の鉛直方向における上方側に配置される２次空気ノズル５３Ａと、燃焼用空気ノズル５２の鉛直方向における下方側に配置される２次空気ノズル５３Ｂとから構成されている。

ここで、燃料ノズル５１は、四角い管形状をなし、その外側に同心をなして四角いリング状の燃焼用空気ノズル５２が配置され、燃焼用空気ノズル５２の上方側及び下方側にそれぞれ略矩形状をなす２次空気ノズル５３（５３Ａ，５３Ｂ）が配置される。そして、燃料ノズル５１からの燃料ガスＦと、燃焼用空気ノズル５２からの燃料ガス燃焼用空気Ａ１と、２次空気ノズル５３からの２次空気は、水平方向に沿って平行に噴出される。

なお、上述した鉛直方向とは、鉛直な方向に対して微小角度だけずれた方向も含むものである。また、２次空気ノズル５３は、燃焼用空気ノズル５２の外側で、且つ、鉛直方向に隣接する位置に配置したが、水平方向に隣接する位置に配置してもよく、全周に設けてもよい。更に、２次空気ノズル５３は、ダンパ開度調整機構などを設けることで、２次空気の噴出量を調整可能としてもよい。

燃料ノズル５１は、基端部が微粉燃料供給管２６の先端部に連結されており、先端部が火炉１１内に露出している。燃焼用空気ノズル５２と２次空気ノズル５３は、基端部が連結部７１を介して風箱３６（図３参照）に連結されており、先端部が火炉１１内に露出している。燃焼バーナ２１は、燃料ノズル５１と燃焼用空気ノズル５２と２次空気ノズル５３からなるノズル部７５と、微粉燃料供給管２６と連結部７１からなる管路部７６とを有している。ノズル部７５は、管路部７６及び風箱３６に対して水平方向に沿う支持軸（図示略）により上下方向に沿って角度調整可能となっている。即ち、燃料ノズル５１と燃焼用空気ノズル５２と２次空気ノズル５３は、噴出方向が鉛直方向に沿って調整可能となっている。なお、ノズル部７５を管路部７６及び風箱３６に対して鉛直方向に沿う支持軸により水平方向に移動自在としてもよい。

燃料ノズル５１は、直管であり、燃料ガスＦを噴出する方向に直交する断面（通路）の面積（通路面積）が一定となっている。燃焼用空気ノズル５２は、先端側、つまり、燃料ガス燃焼用空気Ａ１の流れ方向の下流端部端に向かうにしたがって絞られた形状である。そのため、燃焼用空気ノズル５２は、燃料ガス燃焼用空気Ａ１を噴出する方向に直交する断面（通路）の面積（通路面積）が、先端に向かうにしたがって小さくなる。２次空気ノズル５３は、先端側、つまり、２次空気の流れ方向の下流端部端に向かうにしたがって絞られた形状である。そのため、２次空気ノズル５３は、２次空気を噴出する方向に直交する断面（通路）の面積（通路面積）が、先端に向かうにしたがって小さくなる。

なお、燃料ノズル５１、燃焼用空気ノズル５２の開口の形状は、長方形に限らず、正方形、円形、楕円形としてもよい。また、燃焼用空気ノズル５２を長方形とした場合、角部に曲率をつけた形状としてもよい。角部に曲率をつけた管状構造とすることで、ノズルの強度を向上することができる。

また、燃料ノズル５１及び燃焼用空気ノズル５２は、長尺な管状構造をなし、燃料ノズル５１と燃焼用空気ノズル５２は、二重管構造となっている。燃料ノズル５１は、鉛直方向に沿う一対の平坦な内壁面５１ａ，５１ｂと、水平方向に沿う一対の平坦な内壁面５１ｃ，５１ｄとにより区画されて構成される。そして、燃料ノズル５１は、燃料ガスＦが流れる燃料通路５１ｅと、燃料通路５１ｅにおける燃料ガスＦの流れ方向の下流端部に設けられて矩形状をなす噴出開口５１ｆを有する。燃焼用空気ノズル５２は、同様に、燃料ノズル５１の外側に設けられる燃料ガス燃焼用空気Ａ１が流れる空気通路５２ａと、空気通路５２ａの流れ方向の下流側に設けられて矩形リング状をなす噴出開口５２ｂを有する。燃料ノズル５１及び燃焼用空気ノズル５２は、その外側の上方側に２次空気ノズル５３Ａが配置され、下方側に２次空気ノズル５３Ｂが配置されている。各２次空気ノズル５３Ａ，５３Ｂは、長尺な管状構造をなし、図示しないが、２次空気が流れる空気通路と、空気通路の流れ方向の下流側に設けられる噴出開口を有する。

保炎器５４は、燃料ノズル５１内であって、燃料ノズル５１の先端部、つまり、燃料ガスＦの噴出方向の下流側に配置されており、燃料ガスＦの着火用及び保炎用として機能するものである。この保炎器５４は、３個の第１保炎部材６１と２個の第２保炎部材６２，６３とから構成されている。この第１保炎部材６１と第２保炎部材６２，６３は、鉛直方向に沿って配置されると共に、水平方向に所定間隔を空けて配置されている。この場合、鉛直方向とは、鉛直な方向に対して微小角度だけずれた方向も含むものである。

第１保炎部材６１は、燃料ノズル５１の先端部であって、燃料ノズル５１の中心Ｏ側に所定間隔（隙間）を空けて配置されており、鉛直方向に沿うと共に燃料ガスＦの噴出方向に沿う板形状をなしている。第２保炎部材６２，６３は、燃料ノズル６１の先端部であって、各第１保炎部材６１に対して水平方向の外側の両側に所定間隔（隙間）を空けて配置されており、鉛直方向に沿うと共に燃料ガスＦの噴出方向に沿う板形状をなしている。

これらのノズル５１，５２，５３は、噴出開口５１ｆ，５２ｂが同一面上に揃えられて配置されている。そして、保炎器５４は、第１保炎部材６１と第２保炎部材６２，６３の先端部が噴出開口５１ｆと同一面上に揃えられている。

保炎器５４は、上述したように、複数の第１保炎部材６１及び複数の第２保炎部材６２，６３を有しており、重心位置が燃料ノズル５１の中心Ｏより燃料ガスの噴出方向に交差する水平方向に流れる火炎旋回流Ｃの下流側に位置している。即ち、複数の保炎部材６１，６２，６３は、火炎旋回流Ｃの下流領域側に密に配置されている。ここで、保炎器５４の重心位置とは、保炎器５４の中心であり、質量（重量）を考慮したときにその点を支えると全体を支えることができる点である。本実施形態では、燃料ノズル５１内の空間にて、保炎器５４を構成する複数の第１保炎部材６１及び複数の第２保炎部材６２，６３が火炎旋回流Ｃの下流側にずれて位置している。つまり、燃料ノズル５１を炉内側（図１正面）から見たとき、燃料ノズル５１の中心Ｏから火炎旋回流Ｃの下流側（図１左側）における各保炎部材６１，６３（拡幅部８２，８６）の投影面積の合計面積が、燃料ノズル５１の中心Ｏから右側（火炎旋回流Ｃの上流側）における各保炎部材６１，６３（拡幅部８２，８４）の投影面積の合計面積より大きくなっている。

第１保炎部材６１は、水平方向に沿って破断した断面形状（図２）にて、幅が一定な平坦部８１と、この平坦部８１の先端部（燃料ガスＦの流れ方向の下流端部）に一体に設けられた拡幅部（第１保炎部）８２とから構成されている。平坦部８１は、燃料ガスＦの流れ方向に沿って幅が一定である。拡幅部８２は、燃料ガスＦの流れ方向に向かって幅が大きくなる。この拡幅部８２は、水平断面が略二等辺三角形状をなし、基端部が平坦部８１に連結され、先端部が燃料ガスＦの流れ方向の下流側に向って両側の幅が広くなり、先端がこの燃料ガスＦの流れ方向に直交する平面となっている。

第２保炎部材６２は、水平方向に沿って破断した断面形状（図２）にて、幅が一定な平坦部８３と、この平坦部８３の先端部（燃料ガスＦの流れ方向の下流端部）に一体に設けられた拡幅部（第２保炎部）８４とから構成されている。平坦部８３は、燃料ガスＦの流れ方向に沿って幅が一定である。拡幅部８４は、燃料ガスＦの流れ方向に向かって幅が大きくなる。この拡幅部８４は、水平断面が直角三角形状をなし、基端部が平坦部８３に連結され、先端部が燃料ガスＦの流れ方向の下流側に向って一方側の幅が広くなり、先端がこの燃料ガスＦの流れ方向に直交する平面となっている。即ち、第２保炎部材６２の拡幅部８４は、燃料ノズル５１の中心Ｏ側（第１保炎部材６１側）だけに拡幅し、燃料ノズル５１の内壁面５１ａ側には拡幅しない平面となっている。

また、第２保炎部材６３は、水平方向に沿って破断した断面形状（図２）にて、幅が一定な平坦部８５と、この平坦部８５の先端部（燃料ガスＦの流れ方向の下流端部）に一体に設けられた拡幅部（第２保炎部）８６とから構成されている。平坦部８５は、燃料ガスＦの流れ方向に沿って幅が一定である。拡幅部８６は、燃料ガスＦの流れ方向に向かって幅が大きくなる。この拡幅部８６は、水平断面が直角三角形状をなし、基端部が平坦部８５に連結され、先端部が燃料ガスＦの流れ方向の下流側に向って一方側の幅が広くなり、先端がこの燃料ガスＦの流れ方向に直交する平面となっている。即ち、第２保炎部材６３の拡幅部８６は、燃料ノズル５１の中心Ｏ側（第１保炎部材６１側）だけに拡幅し、燃料ノズル５１の内壁面５１ｂ側には拡幅しない平面となっている。

なお、各拡幅部８２，８４，８６は、その長手方向（鉛直方向）に沿って幅が一定となっているが、幅を異ならせてもよい。拡幅部８４，８６を拡幅部８２より小さくすることで外部着火を抑制して内部着火を強くすることもできる。各拡幅部８２，８４，８６の傾斜面と端面は、平面であることが望ましいが、凹状または凸状に屈曲または湾曲した面であってもよい。

そして、３個の第１保炎部材６１は、燃料ノズル５１の中心Ｏに対して、火炎旋回流Ｃの上流側に１つ、下流側に２つ配置されている。第２保炎部材６２は、３つの第１保炎部材６１より火炎旋回流Ｃの上流側に配置され、第２保炎部材６３は、３つの第１保炎部材６１より火炎旋回流Ｃの下流側に配置されている。また、火炎旋回流Ｃの上流側に配置される第２保炎部材６２と燃料ノズル５１の内壁面５１ａとの隙間Ｓ１が、火炎旋回流Ｃの下流側に配置される第２保炎部材６３と燃料ノズル５１の内壁面５１ｂとの隙間Ｓ２より大きく設定される。

この場合、第１保炎部材６１と第２保炎部材６２，６３と燃料ノズル５１の内壁面５１ａ，５１ｂとは、前述したように、所定間隔の隙間を空けて配置されているが、この所定間隔とは、少なくとも保炎部材６１，６２，６３における拡幅部８２，８４，８６の幅以上の隙間、または、少なくとも保炎部材６１，６２，６３における拡幅部８２，８４，８６が熱延びにより互いにまたは燃料ノズル５１の内壁面５１ａ，５１ｂに干渉（接触）しない程度の隙間である。

燃料ノズル５１は、内部にこの保炎器５４として第１、第２保炎部材６１，６２，６３が幅方向（水平方向）に所定間隔を空けて配置されている。そして、各保炎部材６１，６２，６３は、先端部に拡幅部８２，８４，８６がそれぞれ設けられており、この拡幅部８２，８４，８６は、先端の端面がそれぞれ燃料ノズル５１の噴出開口５１ｆと燃料ガスＦの流れ方向における同位置に同一面上に揃えられて配置されている。

なお、本実施形態では、保炎器５４として第１、第２保炎部材６１，６２，６３の先端部（拡幅部８２，８４，８６）をそれぞれ燃料ノズル５１の噴出開口５１ｆと同一面上に揃えられて配置したが、この構成に限定されるものではない。例えば、保炎器５４において、保炎部材６２の先端部を燃料ノズル５１の噴出開口５１ａと同一面上に配置し、保炎器の保炎部材６１，６３の先端部を燃料ノズル５１の噴出開口５１ａから燃料ノズル５１の上流側に配置した段違い構造としもよい。また、必要に応じて、保炎部材６１，６２，６３のいずれかを燃料ノズル５１の上流側に配置した段違い構造としもよい。

なお、第１、第２保炎部材６１，６２，６３は、図示しないが、平坦部８１，８３，８５または拡幅部８２，８４，８６の上端部と下端部が支持部材を介して燃料ノズル５１の内壁面５１ｃ，５１ｄに支持されている。但し、この構成に限定されるものではない。例えば、各保炎部材６１，６２，６３を燃料ガスＦの噴出方向に沿って位置調整自在に支持し、燃料の種類や噴出量などに応じて拡幅部８２，８４，８６の位置を調整自在としてもよい。また、この支持部材は、各保炎部材６１，６２，６３を支持するものであるが、燃料ガスＦの流れに影響を与えるものではない。

燃料ノズル５１は、保炎器５４として第１、第２保炎部材６１，６２、６３が所定間隔を空けて配置されていることから、燃料通路５１ｅが６個の領域に分割されることとなり、第２保炎部材６２と内壁面５１ａとの領域がその他の領域より大きなものとなっている。

このように構成された燃焼バーナ２１にて、図１及び図２に示すように、燃料ガスＦは、微粉燃料供給管２６から燃料ノズル５１の燃料通路５１ｅに流れ、噴出開口５１ｆから炉内に噴出される。燃料ガス燃焼用空気Ａ１は、風箱３６から連結部７１を通して燃焼用空気ノズル５２の空気通路５２ａに流れ、噴出開口５２ｂから燃料ガスＦの外側に噴出される。２次空気は、風箱３６から連結部を通して２次空気ノズル５３Ａ，５３Ｂの各空気通路に流れ、噴出開口５３Ａｂ，５３Ｂｂから燃料ガス燃焼用空気Ａ１の外側に噴出される。このとき、燃料ガスＦと燃料ガス燃焼用空気Ａ１と２次空気は、旋回させずにバーナ軸線方向（中心Ｏ）に沿った直進流として噴出させることが望ましい。

このとき、保炎器５４は、第１保炎部材６１及び第２保炎部材６２，６３がスプリット形状をなしているため、燃料ガスＦが拡幅部８２，８４，８６に沿って流れて先端面側に回り込むことで、前方に再循環領域が形成される。そのため、燃料ガスＦは、この再循環領域で着火と保炎が行われることとなり、燃焼火炎の内部保炎（燃料ノズル５１における中心Ｏ側の中央領域における保炎）が実現される。すると、燃焼火炎の外周部が低温となり、２次空気により高酸素雰囲気下にある燃焼火炎の外周部の温度を低くすることができ、燃焼火炎の外周部におけるＮＯｘ発生量が低減される。

燃焼バーナ２１の外周側から噴出された２次空気は、水平方向からの火炎旋回流Ｃ（図６参照）の流れの影響を受けやすい。ところが、本実施形態では、複数の第１保炎部材６１及び複数の第２保炎部材６２，６３の重心位置が燃料ノズル５１の中心Ｏより火炎旋回流Ｃの下流側に位置している。そのため、火炎旋回流Ｃの上流側では、第２保炎部材６２と燃料ノズル５１の内壁面５１ａとの隙間Ｓ１が大きいことから保炎性能が抑えられ、火炎旋回流Ｃの下流側では、第２保炎部材６３と燃料ノズル５１の内壁面５１ｂとの隙間Ｓ２が小さいことから保炎性能が向上する。すると、火炎旋回流Ｃの上流側では、この火炎旋回流Ｃによる燃料ガスＦの早期着火が抑制され、火炎旋回流Ｃの下流側では、この火炎旋回流Ｃによる燃料ガスＦの着火が促進される。その結果、保炎器５４による内部着火を適正なタイミングにすることで有害物質としてのＮＯｘの発生と未燃分の発生が抑制される。

このように第１実施形態の燃焼バーナにあっては、燃料ガスを水平方向に沿って噴出する燃料ノズル５１と、燃料ノズル５１の外側から空気を水平方向に沿って噴出する燃焼用空気ノズル５２と、燃料ノズル５１の先端部に設けられる保炎器５４とを設け、保炎器５４の重心位置を燃料ノズル５１の中心Ｏより燃料ガスの噴出方向に交差する水平方向に流れる火炎旋回流Ｃの下流側に位置させている。

従って、火炎旋回流Ｃの上流側で保炎性能が抑えられ、火炎旋回流Ｃの下流側で保炎性能が向上するため、火炎旋回流Ｃの上流側で燃料ガスの早期着火が抑制され、火炎旋回流Ｃの下流側で燃料ガスの着火が促進される。その結果、保炎器５４による内部着火を適正なタイミングにすることで有害物質（ＮＯｘ）の発生を抑制することができると共に、未燃分の発生を抑制することができる。

第１実施形態の燃焼バーナでは、保炎器５４として複数の保炎部材６１，６２，６３を設け、複数の保炎部材６１，６２，６３を火炎旋回流Ｃの下流領域側に密に配置している。従って、簡単な構成で容易に火炎旋回流Ｃの上流側での保炎性能を抑えて早期着火を抑制することができ、火炎旋回流Ｃの下流側での保炎性能を維持して内部着火性を向上することができる。

第１実施形態の燃焼バーナでは、火炎旋回流Ｃの上流側に配置される第２保炎部材６２と燃料ノズル５１の内壁面５１ａとの隙間Ｓ１が、火炎旋回流Ｃの下流側に配置される第２保炎部器本体６３と燃料ノズル５１の内壁面５１ｂとの隙間Ｓ２より大きく設定されている。従って、火炎旋回流Ｃから第２保炎部材６２を遠ざけて保炎性能を容易に抑えることができ、火炎旋回流Ｃから第２保炎部材６３を近づけて保炎性能を維持することができる。

第１実施形態の燃焼バーナでは、燃料ノズル５１の中心Ｏ側に配置されて水平方向の両側に拡幅する第１保炎部材６１と、燃料ノズル５１の内壁面５１ａ，５１ｂ側に配置されて燃料ノズル５１の中心Ｏ側だけに拡幅する第２保炎部材６２，６３を設けている。従って、第１保炎部材６１により燃料ノズル５１の中心Ｏ側で内部保炎性能を向上することができ、第２保炎部材６２，６３により外部着火を抑制してＮＯｘの発生を抑制することができる。

また、第１実施形態の燃焼装置にあっては、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を火炉１１の周方向に所定間隔を空けて複数配置することで、火炎旋回流を形成可能としている。従って、火炎旋回流Ｃの上流側で保炎性能が抑えられ、火炎旋回流Ｃの下流側で保炎性能が向上するため、火炎旋回流Ｃの上流側で燃料ガスの早期着火が抑制され、火炎旋回流Ｃの下流側で燃料ガスの着火が促進される。その結果、保炎器５４による内部着火を適正なタイミングにすることで有害物質（ＮＯｘ）の発生を抑制することができると共に、未燃分の発生を抑制することができる。

また、第１実施形態のボイラにあっては、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉１１と、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５から構成される燃焼装置１２とを備えている。従って、保炎器５４による内部着火を適正なタイミングにすることで有害物質（ＮＯｘ）の発生を抑制することができると共に、未燃分の発生を抑制することができる。その結果、火炉１１の下流側に配置される脱硝装置の小型化を図ることができると共に、ボイラ燃焼効率を向上することができる。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態の燃焼バーナを表す正面図、図６は、燃焼バーナの水平断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態において、図５及び図６に示すように、燃焼バーナ２１は、中心Ｏ側から燃料ノズル５１、燃焼用空気ノズル５２、２次空気ノズル５３が順に設けられると共に、燃料ノズル５１内に保炎器５４が設けられて構成されている。

燃料ノズル５１は、燃料ガスを水平方向に沿って噴出することができる。燃焼用空気ノズル５２は、燃料ノズル５１の外側に配置され、燃料ガスの外周側に燃料ガス燃焼用空気を水平方向に沿って噴出することができる。２次空気ノズル５３は、燃焼用空気ノズル５２の外側で、燃料ガス燃焼用空気の上方と下方に２次空気を水平方向に沿って噴出することができる。本実施形態にて、２次空気ノズル５３は、燃焼用空気ノズル５２の鉛直方向における上方側に配置される２次空気ノズル５３Ａと、燃焼用空気ノズル５２の鉛直方向における下方側に配置される２次空気ノズル５３Ｂとから構成されている。

保炎器５４は、燃料ノズル５１内であって、燃料ノズル５１の先端部に配置されており、３個の第１保炎部材６１と２個の第２保炎部材６２，６３とから構成されている。第１保炎部材６１は、燃料ノズル５１の中心Ｏ側に所定間隔を空けて配置され、第２保炎部材６２，６３は、各第１保炎部材６１の両側に所定間隔を空けて配置されている。燃料ノズル５１と燃焼用空気ノズル５２と２次空気ノズル５３は、噴出開口５１ｆ，５２ｂが同一面上に揃えられて配置され、保炎器５４は、各保炎部材６１，６２，６３の先端部が噴出開口５１ｆと同一面上に揃えられている。

この保炎器５４は、重心位置が燃料ノズル５１の中心Ｏより燃料ガスの噴出方向に交差する水平方向に流れる火炎旋回流Ｃの下流側に位置している。即ち、複数の保炎部材６１，６２，６３は、火炎旋回流Ｃの下流領域側に密に配置されている。

３つの第１保炎部材６１は、燃料ノズル５１の中心Ｏに対して、火炎旋回流Ｃの上流側に１つ、下流側に２つ配置されている。第２保炎部材６２は、３つの第１保炎部材６１より火炎旋回流Ｃの上流側に配置され、第２保炎部材６３は、３つの第１保炎部材６１より火炎旋回流Ｃの下流側に配置されている。また、火炎旋回流Ｃの上流側に配置される第２保炎部材６２と燃料ノズル５１の内壁面５１ａとの隙間Ｓ１が、火炎旋回流Ｃの下流側に配置される第２保炎部材６３と燃料ノズル５１の内壁面５１ｂとの隙間Ｓ２より大きく設定される。

また、本実施形態では、火炎旋回流Ｃの上流領域で第２保炎部材６２と燃料ノズル５１の内壁面５１ａとの間に抵抗部材としてのベーン９１を配置している。このベーン９１は、鉛直方向に沿うと共に燃料ガスの噴出方向に長い平板形状をなし、燃料ガスの噴出方向に沿って同じ厚さに形成されている。即ち、ベーン９１における水平方向の厚さは、各保炎部材６１，６２，６３の拡幅部８２，８４，８６における水平方向の厚さより薄いものとなっている。そして、ベーン９１は、燃料ガスを第２保炎部材６２側に導くように傾斜する傾斜面を有しており、拡幅部８２，８４，８６より燃料ガスの噴出方向の上流側に配置されている。なお、このベーン９１は、図示しないが、各保炎部材６１，６２，６３と同様に、上端部と下端部が支持部材を介して燃料ノズル５１の内壁面５１ｃ，５１ｄに支持されている。

そのため、燃料ガスは、燃料ノズル５１の噴出開口５１ｆから炉内に噴出され、燃料ガス燃焼用空気は、燃焼用空気ノズル５２の噴出開口５２ｂから燃料ガスの外側に噴出される。すると、燃料ガスＦは、各保炎部材６１，６２，６３の拡幅部８２，８４，８６により先端面側に回り込むことで、前方に再循環領域が形成される。燃料ガスは、この再循環領域で着火と保炎が行われることとなり、燃焼火炎の内部保炎が実現される。そして、火炎旋回流Ｃの上流側では、隙間Ｓ１が大きいことから火炎旋回流Ｃによる燃料ガスの早期着火が抑制され、火炎旋回流Ｃの下流側では、隙間Ｓ２が小さいことから火炎旋回流Ｃによる燃料ガスの着火が促進される。

また、燃料ノズル５１は、内壁面５１ａ側の隙間Ｓ１が内壁面５１ｂ側の隙間Ｓ２より大きいことで、燃料ガスは、隙間Ｓ１側に流れやすくなり、水平方向における燃料の濃度分布がばらついてしまう。ところが、本実施形態では、隙間Ｓ１にベーン９１が配置されていることで、このベーン９１が燃料ガスの流動抵抗となり、水平方向における燃料の濃度分布のばらつきが抑制される。その結果、燃料ノズル５１は、各保炎部材６１，６２，６３及びベーン９１により水平方向に均一に燃料ガスを流すことができ、保炎器５４による内部着火が適正なタイミングとなる。

このように第２実施形態の燃焼バーナにあっては、火炎旋回流Ｃの上流領域で第２保炎部材６２と燃料ノズル５１の内壁面５１ａとの間にベーン９１を配置している。従って、複数の保炎部材６１，６２，６３とベーン９１により燃料ノズル５１内の水平方向における流動抵抗の分布が均一に近づくこととなり、燃料ガスの偏りを抑制して安定した火炎を形成することができる。

第２実施形態の燃焼バーナでは、ベーン９１を各保炎部材６１，６２，６３の拡幅部８２，８４．８６より燃料ガスの噴出方向の上流側に配置している。従って、ベーン９１により燃料ガスの再循環領域が形成されることはなく、保炎による燃料ガスの早期着火を防止することができる。

第２実施形態の燃焼バーナでは、ベーン９１により燃料ガスを第２保炎部材６２側に導くようにベーン９１を傾斜させている。従って、ベーン９１により燃料ガスが火炎旋回流Ｃから遠ざかる方向に導かれることとなり、火炎旋回流Ｃによる燃料ガスの早期着火を防止することができると共に、各保炎部材６１，６２，６３による内部着火性能を向上することができる。

［第３実施形態］
図７は、第３実施形態の燃焼バーナを表す正面図、図８は、燃焼バーナの水平断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第３実施形態において、図７及び図８に示すように、燃焼バーナ２１は、中心Ｏ側から燃料ノズル５１、燃焼用空気ノズル５２、２次空気ノズル５３が順に設けられると共に、燃料ノズル５１内に保炎器５４が設けられて構成されている。

燃料ノズル５１は、燃料ガスを水平方向に沿って噴出することができる。燃焼用空気ノズル５２は、燃料ノズル５１の外側に配置され、燃料ガスの外周側に燃料ガス燃焼用空気を水平方向に沿って噴出することができる。２次空気ノズル５３は、燃焼用空気ノズル５２の外側で、燃料ガス燃焼用空気の上方と下方に２次空気を水平方向に沿って噴出することができる。本実施形態にて、２次空気ノズル５３は、燃焼用空気ノズル５２の鉛直方向における上方側に配置される２次空気ノズル５３Ａと、燃焼用空気ノズル５２の鉛直方向における下方側に配置される２次空気ノズル５３Ｂとから構成されている。

保炎器５４は、燃料ノズル５１内であって、燃料ノズル５１の先端部に配置されており、３個の第１保炎部材６１と２個の第２保炎部材６２，６３とから構成されている。この保炎器５４は、重心位置が燃料ノズル５１の中心Ｏより燃料ガスの噴出方向に交差する水平方向に流れる火炎旋回流Ｃの下流側に位置している。即ち、複数の保炎部材６１，６２，６３は、火炎旋回流Ｃの下流領域側に密に配置されている。第２保炎部材６２は、３つの第１保炎部材６１より火炎旋回流Ｃの上流側に配置され、第２保炎部材６３は、３つの第１保炎部材６１より火炎旋回流Ｃの下流側に配置されている。そして、火炎旋回流Ｃの上流側に配置される第２保炎部材６２と燃料ノズル５１の内壁面５１ａとの隙間Ｓ１が、火炎旋回流Ｃの下流側に配置される第２保炎部材６３と燃料ノズル５１の内壁面５１ｂとの隙間Ｓ２より大きく設定される。

そして、本実施形態にて、燃焼用空気ノズル５２は、火炎旋回流Ｃの上流側における燃料ノズル５１の外壁面と燃焼用空気ノズル５２の内壁面との隙間である噴出開口５２ｂの幅が、火炎旋回流Ｃの下流側における燃料ノズル５１の外壁面と燃焼用空気ノズル５２の内壁面との隙間である噴出開口５２ｂの幅より大きく設定されている。即ち、燃焼用空気ノズル５２の噴出開口５２ｂは、火炎旋回流Ｃの上流側（内壁面５１ａ側）に位置する第１開口５２ｃと、火炎旋回流Ｃの下流側（内壁面５１ｂ側）に位置する第２開口５２ｄと、鉛直方向の上方側（内壁面５１ｃ側）に位置する第３開口５２ｅと、鉛直方向の下方側（内壁面５１ｄ側）に位置する第４開口５２ｆとから構成されている。そして、第１開口５２ｃの噴出開口幅Ｓ１１は、第２開口５２ｄの噴出開口幅Ｓ１２より大きく設定されている。なお、第１開口５２ｃの噴出開口幅Ｓ１１は、第３開口５２ｅと第４開口５２ｆの噴出開口幅と同等、または、大きく設定されている。

そのため、燃料ガスは、燃料ノズル５１の噴出開口５１ｆから炉内に噴出され、燃料ガス燃焼用空気は、燃焼用空気ノズル５２の噴出開口５１ｂから燃料ガスの外側に噴出される。すると、燃料ガスＦは、各保炎部材６１，６２，６３の拡幅部８２，８４，８６により先端面側に回り込むことで、前方に再循環領域が形成される。燃料ガスは、この再循環領域で着火と保炎が行われることとなり、燃焼火炎の内部保炎が実現される。そして、火炎旋回流Ｃの上流側では、隙間Ｓ１が大きいことから火炎旋回流Ｃによる燃料ガスの早期着火が抑制され、火炎旋回流Ｃの下流側では、隙間Ｓ２が小さいことから火炎旋回流Ｃによる燃料ガスの着火が促進される。

また、第１開口５２ｃの噴出開口幅Ｓ１１が第２開口５２ｄの噴出開口幅Ｓ１２より大きいことから、第１開口５２ｃから噴出される燃料ガス燃焼用空気の流量が多くなる。そのため、燃料ノズル５１の先端部に近づく火炎旋回流Ｃがこの燃料ガス燃焼用空気により吹き飛ばされると共に、火炎旋回流Ｃによる燃焼で消費される燃料ガス燃焼用空気の量が補充される。その結果、保炎器５４による内部着火を適正なタイミングにすることで有害物質としてのＮＯｘの発生と未燃分の発生が抑制される。

このように第３実施形態の燃焼バーナにあっては、燃焼用空気ノズル５２における火炎旋回流Ｃの上流側に位置する第１開口５２ｃの噴出開口幅Ｓ１１を、火炎旋回流Ｃの下流側に位置する第２開口５２ｄの噴出開口幅Ｓ１２より大きく設定している。

従って、第１開口５２ｃから噴出される多量の燃料ガス燃焼用空気により火炎旋回流Ｃが、燃料ノズル５１から噴出される燃料ガスから離され、燃料ガスと共に燃焼する空気を減少してＮＯｘの発生を抑制することができる。また、第１開口５２ｃから噴出される燃料ガス燃焼用空気が火炎旋回流Ｃにより燃焼することで消費されるが、燃料ガス燃焼用空気が多量であることから、燃料ガスと混合して燃焼する空気が減少することはなく、適正な内部保炎を維持することができる。

［第４実施形態］
図９は、第４実施形態の燃焼バーナを表す正面図、図１０は、燃焼バーナの水平断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第４実施形態において、図９及び図１０に示すように、燃焼バーナ２１は、中心Ｏ側から燃料ノズル５１、燃焼用空気ノズル５２、２次空気ノズル５３が順に設けられると共に、燃料ノズル５１内に保炎器５４が設けられて構成されている。

燃料ノズル５１は、燃料ガスを水平方向に沿って噴出することができる。燃焼用空気ノズル５２は、燃料ノズル５１の外側に配置され、燃料ガスの外周側に燃料ガス燃焼用空気を水平方向に沿って噴出することができる。２次空気ノズル５３は、燃焼用空気ノズル５２の外側で、燃料ガス燃焼用空気の上方と下方に２次空気を水平方向に沿って噴出することができる。本実施形態にて、２次空気ノズル５３は、燃焼用空気ノズル５２の鉛直方向における上方側に配置される２次空気ノズル５３Ａと、燃焼用空気ノズル５２の鉛直方向における下方側に配置される２次空気ノズル５３Ｂとから構成されている。

保炎器５４は、燃料ノズル５１内であって、燃料ノズル５１の先端部に配置されており、３個の第１保炎部材６１と２個の第２保炎部材６２，６３とから構成されている。この保炎器５４は、重心位置が燃料ノズル５１の中心Ｏより燃料ガスの噴出方向に交差する水平方向に流れる火炎旋回流Ｃの下流側に位置している。即ち、複数の保炎部材６１，６２，６３は、火炎旋回流Ｃの下流領域側に密に配置されている。第２保炎部材６２は、３つの第１保炎部材６１より火炎旋回流Ｃの上流側に配置され、第２保炎部材６３は、３つの第１保炎部材６１より火炎旋回流Ｃの下流側に配置されている。そして、火炎旋回流Ｃの上流側に配置される第２保炎部材６２と燃料ノズル５１の内壁面５１ａとの隙間Ｓ１が、火炎旋回流Ｃの下流側に配置される第２保炎部材６３と燃料ノズル５１の内壁面５１ｂとの隙間Ｓ２より大きく設定される。

そして、本実施形態にて、燃焼用空気ノズル５２は、火炎旋回流Ｃの上流側における燃料ノズル５１の外壁面と燃焼用空気ノズル５２の内壁面との隙間である噴出開口５２ｂの幅が、火炎旋回流Ｃの下流側における燃料ノズル５１の外壁面と燃焼用空気ノズル５２の内壁面との隙間である噴出開口５２ｂの幅より小さく設定されている。即ち、燃焼用空気ノズル５２の噴出開口５２ｂは、火炎旋回流Ｃの上流側に位置する第１開口５２ｃと、火炎旋回流Ｃの下流側に位置する第２開口５２ｄと、鉛直方向の上方側に位置する第３開口５２ｅと、鉛直方向の下方側に位置する第４開口５２ｆとから構成されている。そして、第１開口５２ｃの噴出開口幅Ｓ１１は、第２開口５２ｄの噴出開口幅Ｓ１２より小さく設定されている。なお、第２開口５２ｄの噴出開口幅Ｓ１２は、第３開口５２ｅと第４開口５２ｆの噴出開口幅と同等に設定されている。

そのため、燃料ガスは、燃料ノズル５１の噴出開口５１ｆから炉内に噴出され、燃料ガス燃焼用空気は、燃焼用空気ノズル５２の噴出開口５２ｂから燃料ガスの外側に噴出される。すると、燃料ガスＦは、各保炎部材６１，６２，６３の拡幅部８２，８４，８６により先端面側に回り込むことで、前方に再循環領域が形成される。燃料ガスは、この再循環領域で着火と保炎が行われることとなり、燃焼火炎の内部保炎が実現される。そして、火炎旋回流Ｃの上流側では、隙間Ｓ１が大きいことから火炎旋回流Ｃによる燃料ガスの早期着火が抑制され、火炎旋回流Ｃの下流側では、隙間Ｓ２が小さいことから火炎旋回流Ｃによる燃料ガスの着火が促進される。

また、第１開口５２ｃの噴出開口幅Ｓ１１が第２開口５２ｄの噴出開口幅Ｓ１２より小さいことから、第１開口５２ｃから噴出される燃料ガス燃焼用空気の流量が少なくなる。そのため、燃料ノズル５１の先端部に近づく火炎旋回流Ｃが衝突する燃料ガス燃焼用空気の量が減少することとなる。その結果、外部着火や空気過剰による有害物質としてのＮＯｘの発生が抑制される。一方、第２開口５２ｄの噴出開口幅Ｓ１２が大きいことから、第２開口５２ｄから噴出される燃料ガス燃焼用空気の流量が多くなる。この第２開口５２ｄからの燃料ガス燃焼用空気は、火炉１１（図４参照）の炉壁に沿って流れるため、空気不足による硫化水素の発生が抑制される。

このように第４実施形態の燃焼バーナにあっては、燃焼用空気ノズル５２における火炎旋回流Ｃの上流側に位置する第１開口５２ｃの噴出開口幅Ｓ１１を、火炎旋回流Ｃの下流側に位置する第２開口５２ｄの噴出開口幅Ｓ１２より小さく設定している。

従って、第１開口５２ｃから噴出される少量の燃料ガス燃焼用空気が火炎旋回流Ｃや燃料ガスと共に燃焼する空気量が減少し、ＮＯｘの発生を抑制することができる。また、第２開口５２ｄから噴出される燃料ガス燃焼用空気の流量が多くなり、この空気が火炉１１の炉壁側に流れて冷却されて温度が低下するため、空気不足による硫化水素の発生が抑制されることとなり、硫化水素による炉壁の腐食を抑制することができる。

［第５実施形態］
図１１は、第５実施形態の燃焼バーナを表す正面図である。

第５実施形態において、図１１に示すように、燃焼バーナ１０１は、中心Ｏ側から燃料ノズル１１１、燃焼用空気ノズル１１２、２次空気ノズル１１３が順に設けられると共に、燃料ノズル１１１内に保炎器１１４が設けられて構成されている。

燃料ノズル１１１は、燃料ガスを水平方向に沿って噴出することができる。燃焼用空気ノズル１１２は、燃料ノズル１１１の外側に配置され、燃料ガスの外周側に燃料ガス燃焼用空気を水平方向に沿って噴出することができる。２次空気ノズル１１３は、燃焼用空気ノズル１１２の外側で、燃料ガス燃焼用空気の上方と下方に２次空気を水平方向に沿って噴出することができる。本実施形態にて、２次空気ノズル１１３は、燃焼用空気ノズル１１２の鉛直方向における上方側に配置される２次空気ノズル１１３Ａと、燃焼用空気ノズル１１２の鉛直方向における下方側に配置される２次空気ノズル１１３Ｂとから構成されている。

保炎器１１４は、燃料ガスの噴出方向の下流側に配置されており、燃料ガスの着火用及び保炎用として機能するものである。この保炎器１１４は、水平方向に沿う第１保炎部材（水平保炎部）１２１，１２２と、鉛直方向に沿う第２保炎部材（鉛直保炎部）１２３とが十字形状に交差するように配置された、所謂、クロススプリット構造をなすものである。そして、図示しないが、各第１保炎部材１２１，１２２、１２３は、その厚さが一定な平板形状をなす平坦部と、この平坦部の先端部（燃料ガスの流れ方向の下流端部）に一体に設けられた拡幅部を有している。なお、第１保炎部材１２１，１２２と第２保炎部材１１３の個数は、上述したものに限定されるものではなく、適宜設定すればよいものである。

この保炎器１１４は、重心位置が燃料ノズル１１１の中心Ｏより燃料ガスの噴出方向に交差する水平方向に流れる火炎旋回流Ｃの下流側に位置している、即ち、第２保炎部材１１３は、燃料ノズル１１１の中心Ｏより火炎旋回流Ｃの下流領域側、つまり、図１１にて左側に配置されている。そのため、火炎旋回流Ｃの上流側に配置される第２保炎部材１２３の一方の側面と燃料ノズル１１１の内壁面１１１ａとの隙間Ｓ１が、火炎旋回流Ｃの下流側に配置される第２保炎部材１２３の一方の側面と燃料ノズル１１１の内壁面１１１ｂとの隙間Ｓ２より大きく設定される。

そのため、火炎旋回流Ｃの上流側では、第２保炎部材１２３と燃料ノズル５１の内壁面１１１ａとの隙間Ｓ１が大きいことから保炎性能が抑えられ、火炎旋回流Ｃの下流側では、第２保炎部材１２３と燃料ノズル１１１の内壁面１１１ｂとの隙間Ｓ２が小さいことから保炎性能が向上する。すると、火炎旋回流Ｃの上流側では、この火炎旋回流Ｃによる燃料ガスの早期着火が抑制され、火炎旋回流Ｃの下流側では、この火炎旋回流Ｃによる燃料ガスの着火が促進される。その結果、保炎器１１４による内部着火を適正なタイミングにすることで有害物質としてのＮＯｘの発生と未燃分の発生が抑制される。

このように第５実施形態の燃焼バーナにあっては、水平方向に沿って配置される第１保炎部材１２１，１２２と、鉛直方向に沿って配置される第２保炎部材１２３とを設け、第２保炎部材１２３の重心位置を火炎旋回流Ｃの下流側に位置している。

従って、クロススプリット構造をなす保炎器１１４にて、火炎旋回流Ｃの上流側で保炎性能が抑えられ、火炎旋回流Ｃの下流側で保炎性能が向上するため、火炎旋回流Ｃの上流側で燃料ガスの早期着火が抑制され、火炎旋回流Ｃの下流側で燃料ガスの着火が促進される。そのため、簡単な構成で容易に保炎器１１４による内部着火を適正なタイミングとし、有害物質（ＮＯｘ）の発生を抑制することができると共に、未燃分の発生を抑制することができる。

また、上述した実施形態では、本発明のボイラを石炭焚きボイラとしたが、固体燃料としては、石炭の他に、バイオマス、石油コークス、石油残渣などを使用するボイラであってもよい。また、燃料として固体燃料に限らず、重質油などの油焚きボイラにも使用することができる。更には、これら燃料の混焼焚きにも適用することができる。

１０ ボイラ
１１ 火炉
１２ 燃焼装置
１３ 煙道
２１，２２，２３，２４，２５，１０１ 燃焼バーナ
２６，２７，２８，２９，３０ 微粉燃料供給管
３１，３２，３３，３４，３５ 粉砕機
３６ 風箱
３９ 追加空気ノズル
４１，４２，４３ 過熱器（熱交換器）
４４，４５ 再熱器（熱交換器）
４６，４７ 節炭器（熱交換器）
５１，１１１ 燃料ノズル
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ 内壁面
５１ｆ 噴出開口
５２，１１２ 燃焼用空気ノズル
５２ｂ 噴出開口
５３，５３Ａ，５３Ｂ，１１３，１１３Ａ，１１３Ｂ ２次空気ノズル
５４，１１４ 保炎器
６１ 第１保炎部材
６２，６３ 第２保炎部材
８１，８３，８５ 平坦部
８２ 拡幅部（第１保炎部）
８４，８６ 拡幅部（第２保炎部）
９１ ベーン（抵抗部材）
１２１，１２２ 第１保炎部材（水平保炎部）
１２３ 第２保炎部材（鉛直保炎部）
Ｆ 燃料ガス
Ａ１ 燃料ガス燃焼用空気
Ｃ 火炎旋回流
Ｏ 中心
Ｓ１，Ｓ２ 隙間
Ｓ１１，Ｓ１２ 噴出開口幅

Claims (12)

1. 燃料と空気とを混合した燃料ガスを水平方向に沿って噴出する燃料ノズルと、
   前記燃料ノズルの外側から空気を水平方向に沿って噴出する燃焼用空気ノズルと、
   前記燃料ノズルの先端部で燃料通路に設けられる保炎器と、
   を備え、
   前記保炎器は、重心位置が前記燃料ノズルの中心より燃料ガスの噴出方向に交差する水平方向に流れる火炎流の下流側に位置する、
   ことを特徴とする燃焼バーナ。
2. 前記保炎器は、複数の保炎部を有し、前記複数の保炎部が火炎流の上流領域に対して下流領域に密に配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃焼バーナ。
3. 火炎流の上流側に配置される前記保炎部と前記燃料ノズルの内壁面との隙間が、火炎流の下流側に配置される前記保炎部と前記燃料ノズルの内壁面との隙間より大きく設定されることを特徴とする請求項２に記載の燃焼バーナ。
4. 前記複数の保炎部は、鉛直方向に沿うと共に水平方向に所定間隔を空けて配置され、前記燃料ノズルの中心側に配置されて水平方向の両側に拡幅する第１保炎部と、前記燃料ノズルの内壁面側に配置されて前記燃料ノズルの中心側だけに拡幅する第２保炎部を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃焼バーナ。
5. 前記複数の保炎部は、鉛直方向に沿って配置される鉛直保炎部と、水平方向に沿って配置される水平保炎部を有し、前記鉛直保炎部の重心位置が火炎流の下流側に位置することを特徴とする請求項２に記載の燃焼バーナ。
6. 火炎流の上流領域で前記保炎部と前記燃料ノズルの内壁面との間に抵抗部材が配置されることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
7. 前記抵抗部材は、前記保炎部より燃料ガスの噴出方向の上流側に配置されることを特徴とする請求項６に記載の燃焼バーナ。
8. 前記抵抗部材は、燃料ガスを前記保炎部側に導く傾斜面を有することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の燃焼バーナ。
9. 前記燃焼用空気ノズルは、火炎流の上流側における前記燃料ノズルの外壁面と燃焼用空気ノズルの内壁面との隙間である噴出開口の幅が、火炎流の下流側における前記燃料ノズルの外壁面と燃焼用空気ノズルの内壁面との隙間である噴出開口の幅より大きく設定されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
10. 前記燃焼用空気ノズルは、火炎流の上流側における前記燃料ノズルの外壁面と燃焼用空気ノズルの内壁面との隙間である噴出開口の幅が、火炎流の下流側における前記燃料ノズルの外壁面と燃焼用空気ノズルの内壁面との隙間である噴出開口の幅より小さく設定されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の燃焼バーナ。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の燃焼バーナが周方向に所定間隔を空けて複数配置されて火炎旋回流を形成する、
    ことを特徴とする燃焼装置。
12. 中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、
    請求項１１に記載の燃焼装置と、
    を備えることを特徴とするボイラ。

Images