JP5678603B2 - 微粉炭バーナ - Google Patents

Description

本発明は、微粉炭着火用としてプラズマトーチを具備する微粉炭バーナに関するものである。

微粉炭バーナに於いて、微粉炭の着火用としてプラズマトーチを用いるものがある。プラズマトーチは高温のプラズマを発生するので、揮発分の低い微粉炭に対しても着化性がよく、又プラズマトーチを用いることで燃料供給系が油供給系を必要とせず、微粉炭の供給系、１系統でよくなり、設備の簡略化が図れる。

又、微粉炭バーナとしては、特許文献１に示されるものがある。特許文献１の微粉炭バーナでは微粉炭バーナに対して斜に挿入された着火バーナが設けられ、該着火バーナとしてプラズマトーチが用いられることが示されている。

特許文献１では、リング状に吹出される微粉炭流に対して、プラズマが微粉炭流全体に接触せず、着火が局部的に行われる場合がある為、より安定した着火性が要求される。

特開平１１−３５４２９０号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、微粉炭着火用としてプラズマトーチを具備する微粉炭バーナに於いて、安定した着火性能が得られる様にしたものである。

本発明は、ノズル本体の内部に該ノズル本体と同心に内筒ノズルが設けられ、該内筒ノズルと前記ノズル本体との間に円筒状の燃料導通空間が形成され、該燃料導通空間を介して微粉炭混合流が噴出され、前記ノズル本体の先端部を囲繞する様に二次空気調整装置が設けられ、該二次空気調整装置を介して前記ノズル本体の周囲より二次空気が噴出される微粉炭バーナであり、前記内筒ノズルの中心にプラズマトーチを備え、該プラズマトーチは前記ノズル本体の前方にプラズマを形成し、前記ノズル本体より噴出された微粉炭混合流は前記プラズマと交差する微粉炭バーナに係るものである。

又本発明は、プラズマ拡散手段を更に具備し、該プラズマ拡散手段は前記プラズマを半径方向に拡散させる微粉炭バーナに係るものである。

又本発明は、前記プラズマ拡散手段は、前記内筒ノズルの内部に前記プラズマトーチと平行に設けられた空気噴出ノズルであり、該空気噴出ノズルは前記プラズマと交差し、中心から外側に向って空気を噴出し、プラズマを半径方向に拡散する微粉炭バーナに係るものである。

又本発明は、前記プラズマ拡散手段は、前記プラズマトーチの前方にプラズマを横断する様に設けられたプラズマ拡散板であり、前記プラズマは前記プラズマ拡散板に衝突して半径方向に拡散する微粉炭バーナに係るものである。

又本発明は、前記プラズマ拡散手段は、複数のプラズマトーチからなり、該プラズマトーチはプラズマを外側に向って放射状に形成する微粉炭バーナに係るものである。

又本発明は、前記ノズル本体の先端部及び内筒ノズルの先端部によって、先端に向って縮径する微粉炭混合流吹出し流路が形成され、該微粉炭混合流吹出し流路を流通して縮径された前記微粉炭混合流が前記プラズマに交差する微粉炭バーナに係るものである。

本発明によれば、ノズル本体の内部に該ノズル本体と同心に内筒ノズルが設けられ、該内筒ノズルと前記ノズル本体との間に円筒状の燃料導通空間が形成され、該燃料導通空間を介して微粉炭混合流が噴出され、前記ノズル本体の先端部を囲繞する様に二次空気調整装置が設けられ、該二次空気調整装置を介して前記ノズル本体の周囲より二次空気が噴出される微粉炭バーナであり、前記内筒ノズルの中心にプラズマトーチを備え、該プラズマトーチは前記ノズル本体の前方にプラズマを形成し、前記ノズル本体より噴出された微粉炭混合流は前記プラズマと交差するので、微粉炭は高温のプラズマに接触して確実に着火され、更にプラズマは微粉炭混合流の中心部に形成されるので、着火は微粉炭混合流全体に行われ、安定した着火性能が得られるという優れた効果を発揮する。

（Ａ）は第１の実施例に係る微粉炭バーナの概略断面図、（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ矢視図である。 第２の実施例に係る微粉炭バーナの概略断面図である。 （Ａ）は第３の実施例に係る微粉炭バーナの概略断面図、（Ｂ）は、図３（Ａ）のＢ矢視図である。 第４の実施例に係る微粉炭バーナの概略断面図である。 （Ａ）は第５の実施例に係る微粉炭バーナの概略断面図、（Ｂ）は、図５（Ａ）のＣ矢視図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１（Ａ）を参照して本発明の第１の実施例を説明する。

図１（Ａ）中、１は火炉、２は該火炉１の炉壁を示している。

該炉壁２にスロート３が設けられ、前記炉壁２の反火炉１側にウインドボックス４が取付けられ、該ウインドボックス４の内部に微粉炭バーナ５が前記スロート３と同心に設けられている。

前記微粉炭バーナ５は、ノズル本体６と該ノズル本体６の先端部を囲む様に設けられた二次空気調整装置７を具備している。

前記ノズル本体６の内部には、該ノズル本体６と同心に設けられた内筒ノズル９、該内筒ノズル９の中心線上に配設されたプラズマトーチ１１を具備し、該プラズマトーチ１１の周囲には、該プラズマトーチ１１の中心線を中心とした円周上に等角度ピッチ（図示では９０゜）で所要数（図示では４本、図１（Ｂ）参照）の空気噴出ノズル１２が配設されている。

前記ノズル本体６と前記内筒ノズル９との間には中空筒状の空間で前記火炉１側端が開放された燃料導通空間１０を形成している。前記ノズル本体６は先端部に漸次径が小さくなる縮径部６ａを有している。

前記ノズル本体６の基部（反火炉１側の端部）には微粉炭混合流導入管１３が連通し、該微粉炭混合流導入管１３を介して一次空気及び該一次空気に運搬された微粉炭が微粉炭混合流１４として、前記燃料導通空間１０に接線方向から流入する。前記微粉炭混合流１４は、該燃料導通空間１０内部を旋回しながら流れ、前記ノズル本体６の先端から噴出される。

前記内筒ノズル９の基部には前記ウインドボックス４の内部に開口する三次空気導入管１５が連通し、前記ウインドボックス４に送給される燃焼用空気（二次空気１６）の一部を取入れ、三次空気２８として前記内筒ノズル９に導いている。

前記プラズマトーチ１１の基端部は前記内筒ノズル９の基端面を貫通して突出しており、突出した基端部からはプラズマ発生用の空気が第１空気供給ライン１７を介して供給され、又前記プラズマトーチ１１にはプラズマ用電源１８が接続され、該プラズマ用電源１８によってプラズマ励起に必要な電力が供給される様になっている。

前記空気噴出ノズル１２の基端部は、前記内筒ノズル９の基側端面を貫通して突出しており、マニホールド１９に接続されている。従って、全ての空気噴出ノズル１２は前記マニホールド１９を介して連通している。該マニホールド１９には第２空気供給ライン２１を介して図示しない空気供給源に接続されている。

前記空気噴出ノズル１２の先端は軸心に対して斜に切断した形状となっており、先端面１２ａは楕円で軸心に対して傾斜し、軸心に向う平面となっている。又、先端面１２ａには垂直に空気噴出口孔２２が複数穿設され、前記先端面１２ａに対して垂直、或は略垂直な方向に空気を噴出する様になっている。又、４本の空気噴出ノズル１２の前記先端面１２ａの中心を通る垂線は、図１（Ｂ）に見られる様に９０゜ずつ方向が異なり、且つ内筒ノズル９の軸心から所要距離偏心した位置を通過する。即ち、前記ウインドボックス４から噴出されるプラズマ拡散空気２０は相互に干渉することなく、前記内筒ノズル９の中心近傍を通過した後、放射状に離散する様になっている。尚、図１（Ｂ）で示す先端面１２ａは、先端面の向きを明らかにする為、先端面に限り垂直方向から見た図としている。

前記プラズマトーチ１１の中心線近傍を通過して放射状に空気を噴出する前記空気噴出ノズル１２は、後述する様にプラズマ拡散手段として機能する。

前記二次空気調整装置７は、先端に向って縮径する空気ガイドダクト２３と該空気ガイドダクト２３の基部に円周等間隔で設けられた風量調整羽根２４を有し、該風量調整羽根２４は回転軸２５を中心に回転自在となっている。該回転軸２５は相互にリンク機構（図示せず）によって連結され、前記風量調整羽根２４は同期回転可能であり、前記リンク機構は図示しない風量調整羽根駆動部と連結され、該風量調整羽根駆動部によって前記リンク機構を介して前記風量調整羽根２４の角度が調整される様になっている。

上記微粉炭バーナ５での燃焼について略述する。

先ず前記微粉炭バーナ５の着火について説明する。

前記第１空気供給ライン１７よりプラズマ発生用の空気を供給すると共に前記プラズマ用電源１８に励起用電力を供給し、前記プラズマトーチ１１の先端よりプラズマ２７を発生させる。プラズマ２７はプラズマ発生用の空気の流れによって、前記ノズル本体６の前方、炉心側に向って延在する様に形成される。前記プラズマ２７が安定した状態で、前記第２空気供給ライン２１を介して前記空気噴出ノズル１２に空気を供給し、前記先端面１２ａの空気噴出口孔２２よりプラズマ拡散空気２０を噴出する。

該プラズマ拡散空気２０は前記プラズマ２７を横切って放射状に離散するので、該プラズマ２７は前記プラズマ拡散空気２０の流れに影響され、前記ノズル本体６の軸心に対して半径方向に拡散する（図１（Ａ）中２７ａで示す）。拡散する範囲は、好ましくは、前記ノズル本体６の微粉炭吹出し口全体に広がることが好ましい。従って、前記プラズマ２７ａが、前記ノズル本体６の微粉炭吹出し口全体に広がる様に、前記プラズマトーチ１１へのプラズマ発生用に空気の供給量、前記プラズマトーチ１１からの前記プラズマ拡散空気２０の吹出し量等を調整する。

前記微粉炭混合流１４が前記微粉炭混合流導入管１３より供給され、前記燃料導通空間１０を旋回しながら流動し、又該燃料導通空間１０を通過する過程で縮流され、前記ノズル本体６の先端より噴出される。又、前記ウインドボックス４には燃焼用空気である二次空気２６が送給され、該二次空気２６は前記風量調整羽根２４により、旋回力、或は旋回力と風量が調整され、前記スロート３を経て前記火炉１に噴出される。

前記ノズル本体６の先端より噴出された微粉炭流は、拡散したプラズマ２７ａを横切る。横切る過程で、高温のプラズマ２７ａに微粉炭が接触し、発火する。プラズマは３０００℃という高温であるので、揮発分の少ない微粉炭で、更に二次空気１６が低温（常温）の状態でも、確実に着火される。更に、前記プラズマ２７ａは前記微粉炭吹出し口全体に広がっているので、前記微粉炭流は全体に均等に着火される。

前記火炉１の温度が所定の温度に上昇する迄、前記プラズマトーチ１１による着火は継続され、前記微粉炭バーナ５単体での自立燃焼（定常燃焼）が可能となった場合に、前記プラズマ２７の発生が停止される。尚、定常燃焼状態となった場合、前記プラズマトーチ１１、前記空気噴出ノズル１２を後退させ、炉内からの輻射熱を受けない様にしてもよい。

又、前記内筒ノズル９よりスロート３に噴出される前記三次空気２８により、燃料の燃焼状態が調整される。

而して、上記実施例では、着火に油を使用する必要がないので、燃料供給系が１系列でよく、而も安定した着火性能が得られる。

図２を参照して第２の実施例を説明する。

尚、図２中、図１（Ａ）で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施例では、第１の実施例で用いた空気噴出ノズル１２を省略し、プラズマ拡散手段として、プラズマ拡散板３１を用いたものである。

プラズマトーチ１１は内筒ノズル９の中心線上に設けられ、前記プラズマ拡散板３１は前記プラズマトーチ１１の中心線の延長上で、該プラズマトーチ１１の先端から所要距離離反した位置に支持される。

前記プラズマ拡散板３１は、前記プラズマトーチ１１の中心線に対して直交し、プラズマ２７を横切る様に設けられ、前記プラズマ拡散板３１は３本又は４本の支柱３２によって前記内筒ノズル９の先端に取付けられている。尚、前記プラズマ拡散板３１、前記支柱３２はプラズマの高温に耐えられる部材、例えばセラミック製となっている。

第２の実施例では、前記プラズマトーチ１１先端から噴出されたプラズマ２７は、前記プラズマ拡散板３１に衝突し、半径方向に広がる。ノズル本体６の先端から噴出する微粉炭混合流１４が広がったプラズマ２７を横切り、微粉炭が、前記プラズマ２７に接触して、着火する。

第２の実施例に於いても、着火に油を使用する必要がないので、燃料供給系が１系列でよく、又微粉炭混合流１４の全体にプラズマ２７と接触し、安定した着火性能が得られる。

図３（Ａ）を参照して第３の実施例を説明する。

尚、図３（Ａ）中、図１（Ａ）で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第３の実施例では、第１の実施例で用いた空気噴出ノズル１２を省略し、プラズマトーチ１１を複数設け、プラズマトーチ１１自体にプラズマ拡散手段としての機能を付加したものである。

前記内筒ノズル９の中心線に沿って、複数のプラズマトーチ１１（図示では４本、図３（Ｂ）参照）を配設し、プラズマの発生方向を軸心方向から外側に向って傾斜させ、又傾斜方向が、各プラズマトーチ１１毎に９０゜ずらした状態としている。

前記プラズマトーチ１１からプラズマ２７を外側に向って傾斜させて発生させることで、前記微粉炭混合流１４が前記プラズマ２７を横切って噴出されることになり、微粉炭が前記プラズマ２７に接触して発火する。

尚、前記プラズマトーチ１１の本数については、前記ノズル本体６からリンク状に噴出される微粉炭混合流１４が前記プラズマ２７に均等に接触する様に設定する。

尚、第３の実施例の場合も、微粉炭による定常燃焼が可能となった状態では、前記プラズマトーチ１１を後退させ、炉内からの放射熱に対する保護を行ってもよい。

尚、図３（Ａ）に於いて、プラズマの発生方向を明確にする為、プラズマトーチ１１の先端を軸心に対して斜に切断した形状としたが、先端の形状を限定するものではない。又、図３（Ｂ）に於いては、図１（Ｂ）と同様、先端面１１ａの向きを明らかにする為、先端面に限り垂直方向から見た図としている。

図４により、第４の実施例を説明する。

第４の実施例では、ノズル本体６から噴出される微粉炭混合流１４がプラズマ２７に接触する様に、前記微粉炭混合流１４を中心に向け、縮流させるものである。

内筒ノズル９の先端部に先端側に向って径が減少する縮径部９ａを形成し、又前記ノズル本体６の先端部に先端側に向って径が減少する縮径部６ａを形成する。前記縮径部６ａ及び前記縮径部９ａによって、先端に向って縮径する円錐台形状であり、且つ筒状の微粉炭混合流吹出し流路３４が形成される。

前記微粉炭混合流１４が前記微粉炭混合流吹出し流路３４を流通することで、中心に向って縮流し、前記プラズマトーチ１１の前方に形成されたプラズマと交差する。尚、前記微粉炭混合流１４が最も縮流する位置が、前記プラズマ２７が発生している部分であることが好ましい。

前記微粉炭混合流１４が前記プラズマ２７に交差することで、微粉炭がプラズマ２７に接触して発火する。前記微粉炭混合流１４が縮流した位置で前記プラズマ２７に交差、或は接触するので、噴出された微粉炭は均等に前記プラズマ２７に接触して発火し、安定した着火性能が得られる。

図５（Ａ）により、第５の実施例を説明する。

第５の実施例では、複数本のプラズマトーチ１１を微粉炭バーナ５の外部に設けたものである。

複数本、本実施例では４本のプラズマトーチ１１を微粉炭バーナ５の軸心に対して傾斜させ、前記プラズマトーチ１１の軸心の延長が、前記微粉炭バーナ５の軸心に向う様にしたものであり、前記プラズマトーチ１１の先端がノズル本体６の先端に位置する様に、前記プラズマトーチ１１が設けられている。又、前記プラズマトーチ１１の先端前方に形成されるプラズマ２７の噴出方向は、前記ノズル本体６の先端からリング状に噴出される微粉炭混合流１４の流れに対して交差する様になっており、更に図５（Ｂ）に見られる様に、前記微粉炭混合流１４が形成するリング状流れの周方向の流れに沿う様にする。例えば、リング状流れの中心円３５に接する様に前記プラズマ２７を噴出する。

従って、４つの前記プラズマ２７は、前記微粉炭混合流１４のリング状流れを全円周に亘って横断することになり、前記微粉炭混合流１４は前記プラズマ２７のいずれかに接触し、微粉炭は前記プラズマ２７によって着火される。第５の実施例に於いても、噴出された微粉炭は均等に前記プラズマ２７に接触して発火し、安定した着火性能が得られる。

１ 火炉
２ 炉壁
３ スロート
５ 微粉炭バーナ
６ ノズル本体
７ 二次空気調整装置
９ 内筒ノズル
１０ 燃料導通空間
１１ プラズマトーチ
１２ 空気噴出ノズル
１３ 微粉炭混合流導入管
１４ 微粉炭混合流
１６ 二次空気
１８ プラズマ用電源
２０ プラズマ拡散空気
２７ プラズマ
３１ プラズマ拡散板
３２ 支柱
３４ 微粉炭混合流吹出し流路
３５ 中心円

Claims (3)

1. ノズル本体の内部に該ノズル本体と同心に内筒ノズルが設けられ、該内筒ノズルと前記ノズル本体との間に円筒状の燃料導通空間が形成され、該燃料導通空間を介して微粉炭混合流が噴出され、前記ノズル本体の先端部を囲繞する様に二次空気調整装置が設けられ、該二次空気調整装置を介して前記ノズル本体の周囲より二次空気が噴出される微粉炭バーナであり、前記内筒ノズルの中心にプラズマトーチを備え、前記内筒ノズルの内部に前記プラズマトーチと平行に設けられた空気噴出ノズルを備え、前記プラズマトーチは前記ノズル本体の前方にプラズマを形成し、前記空気噴出ノズルは前記プラズマと交差し、中心から外側に向って空気を噴出し、前記プラズマを半径方向に拡散し、前記ノズル本体より噴出された微粉炭混合流は前記プラズマと交差することを特徴とする微粉炭バーナ。
2. ノズル本体の内部に該ノズル本体と同心に内筒ノズルが設けられ、該内筒ノズルと前記ノズル本体との間に円筒状の燃料導通空間が形成され、該燃料導通空間を介して微粉炭混合流が噴出され、前記ノズル本体の先端部を囲繞する様に二次空気調整装置が設けられ、該二次空気調整装置を介して前記ノズル本体の周囲より二次空気が噴出される微粉炭バーナであり、前記内筒ノズルの中心に前記ノズル本体の前方にプラズマを形成するプラズマトーチを備え、該プラズマトーチの前方に前記プラズマを横断するプラズマ拡散板が設けられ、前記プラズマは前記プラズマ拡散板に衝突して半径方向に拡散し、前記ノズル本体より噴出された微粉炭混合流は前記プラズマと交差することを特徴とする微粉炭バーナ。
3. ノズル本体の内部に該ノズル本体と同心に内筒ノズルが設けられ、該内筒ノズルと前記ノズル本体との間に円筒状の燃料導通空間が形成され、該燃料導通空間を介して微粉炭混合流が噴出され、前記ノズル本体の先端部を囲繞する様に二次空気調整装置が設けられ、該二次空気調整装置を介して前記ノズル本体の周囲より二次空気が噴出される微粉炭バーナであり、前記内筒ノズルの中心に複数のプラズマトーチを備え、該プラズマトーチは前記ノズル本体の前方に外側に向って半径方向に拡散する様放射状にプラズマを形成し、前記ノズル本体より噴出された微粉炭混合流は前記プラズマと交差することを特徴とする微粉炭バーナ。

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