JP5786516B2 - バーナ - Google Patents

Description

本発明は、ボイラ火炉の壁面に設けられ、微粉炭、木質系バイオマス等の燃料を燃焼させるバーナに関するものである。

現在、ボイラの固形燃料として使用されているのは、主に石炭であるが、ＣＯ2 の削減対策として、環境負荷の低い木質系バイオマスを燃料とする等の燃料の多様化が検討されている。

従来は、木質系バイオマスを燃料とする場合、ミルにて石炭と木質系バイオマスとを混合粉砕し、石炭と木質系バイオマスを混合させた粉砕物をバーナに送給し燃料としている。更に、近年では再生可能な木質系バイオマス燃料の混合比率を増大させることが要請されている。

然し乍ら、混合粉砕の場合、木質系バイオマスを大量に粉砕することができないことから、木質系バイオマスをバーナの燃料として充分に供給できず、更に石炭と木質系バイオマスとでは燃焼特性が異なる為、木質系バイオマスの比率を増大させると燃焼が不安定となる虞れがあった。

尚、特許文献１には、ローラミルによりバイオマスを単独で粉砕し、粉砕したバイオマスを別途ローラミルを用いて粉砕した微粉炭と混合させ、或は微粉炭とは別個のバーナにバイオマスを単独で供給し、燃焼させるバーナが開示されている。

特開２０１０−２４２９９９号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、微粉炭を単独で、或は木質系バイオマスを単独で燃焼可能なバーナを提供するものである。

本発明は、炉壁に設けられるバーナスロートの中心軸心上に設けられるノズル本体と、該ノズル本体を収納するウインドボックスと、該ウインドボックスに収納されると共に前記ノズル本体部の先端部に設けられる２次空気調整装置とを有するバーナであって、前記ノズル本体は微粉炭流を噴出する微粉炭ノズルと、該微粉炭ノズルと同心で外側に設けられバイオマス流を噴出するバイオマスノズルを具備するバーナに係るものである。

本発明によれば、炉壁に設けられるバーナスロートの中心軸心上に設けられるノズル本体と、該ノズル本体を収納するウインドボックスと、該ウインドボックスに収納されると共に前記ノズル本体部の先端部に設けられる２次空気調整装置とを有するバーナであって、前記ノズル本体は微粉炭流を噴出する微粉炭ノズルと、該微粉炭ノズルと同心で外側に設けられバイオマス流を噴出するバイオマスノズルを具備するので、微粉炭と木質系バイオマスとを選択的に専焼可能であり、又前記バイオマスノズルを前記微粉炭ノズルの外側に設け、バイオマス流の流路面積を確保することで大量のバイオマス流を噴出可能となる為、木質系バイオマスの専焼にて微粉炭の専焼と同等の入熱量を得ることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係るバーナを示す概略立断面図である。 該バーナが適用されるボイラ装置の一例を示す概略構成図である。

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に於いて、本発明に係るバーナについて説明する。

図１中、１は火炉、２は該火炉の炉壁、３はバーナを示している。該バーナ３はボイラの火炉１下部の壁面に沿って水平方向に所要数配設される様になっている。

前記炉壁２にスロート４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５が取付けられ、該ウインドボックス５の内部に前記バーナ３が前記スロート４と同心に設けられている。又、前記ウインドボックス５には燃焼用空気供給路６が接続されている。

前記バーナ３は、ノズル本体７と該ノズル本体７の先端部（炉内側の端部）を囲む様に設けられた２次空気調整装置８とを具備している。

前記ノズル本体７は、同心に設けられた微粉炭ノズル９、該微粉炭ノズル９の同心且つ外側に設けられたバイオマスノズル１１、前記微粉炭ノズル９の同心且つ内側に設けられた補助燃焼ノズル１２、及び該補助燃焼ノズル１２の中心線上に配設され進退可能に設けられた補助燃焼バーナ（例えばオイルバーナやガスバーナ）１３を具備している。

前記微粉炭ノズル９、前記バイオマスノズル１１、前記補助燃焼ノズル１２の断面形状はそれぞれ円形であり、前記微粉炭ノズル９と前記バイオマスノズル１１間には、中空筒状の空間で前記火炉１側端が開放されたバイオマス流導通空間１４が形成される。又、前記微粉炭ノズル９と前記補助燃焼ノズル１２間には、中空筒状の空間で前記火炉１側端が開放された微粉炭流導通空間１５が形成される。

前記微粉炭ノズル９の基部（前記反火炉１側の端部）には、微粉炭流導入管１６が前記微粉炭ノズル９に接線方向から連通され、前記微粉炭流導入管１６は石炭のみを粉砕する微粉炭ミル２６（後述）に接続されている。該微粉炭ミル２６で粉砕された微粉炭と、搬送媒体である１次空気との混合流である微粉炭流１７が、前記微粉炭流導入管１６を介して前記微粉炭流導通空間１５に接線方向から流入し、該微粉炭流導通空間１５内部を旋回しながら該微粉炭流導通空間１５を流通し、該微粉炭流導通空間１５の先端から前記スロート４に向って噴出される。

前記バイオマスノズル１１の基部には、バイオマス流導入管１８が前記バイオマスノズル１１に接線方向から又は半径方向から連通され、前記バイオマス流導入管１８は木質系バイオマスのみを粉砕するバイオマスミル２７（後述）に接続されている。該バイオマスミル２７で粉砕された木質系バイオマスと、搬送媒体である１次空気との混合流であるバイオマス流１９が、前記バイオマス流導通空間１４に接線方向から又は半径方向から流入し、該バイオマス流導通空間１４内部を流通し、該バイオマス流導通空間１４の先端から前記スロート４に向って噴出される。

又、前記補助燃焼ノズル１２の基部には３次空気導入管２１の一端が開口し、該３次空気導入管２１の他端は前記ウインドボックス５に開口しているか大気に開放している。前記ウインドボックス５に開口している場合は、前記３次空気導入管２１は、前記ウインドボックス５に供給される燃焼用空気である２次空気２２を取入れ、２次空気２２を燃焼用補助空気、即ち３次空気２３として前記補助燃焼ノズル１２に導いている。

前記２次空気調整装置８は、先端に向って縮径する空気ガイドダクト２４と、円周等間隔で回転自在に多数設けられた空気ベーン２５とを有し、該空気ベーン２５はリンク機構（図示せず）を介して同期回動可能であり、空気流れに対する傾斜角を変更可能となっている。

前記空気ガイドダクト２４は前記スロート４と同心であり、前記空気ガイドダクト２４の先端は前記スロート４に連続している。前記バイオマスノズル１１、前記微粉炭ノズル９、前記補助燃焼ノズル１２の先端は前記炉壁２の内壁面から後退した位置となっている。

次に、図２に於いて、前記バーナ３が適用されるボイラ装置２０の一例について説明する。

該ボイラ装置２０は、前記微粉炭ミル２６、前記バイオマスミル２７及び制御装置２８を有し、前記微粉炭ミル２６は、前記微粉炭流導入管１６を介して前記バーナ３に接続され、前記微粉炭流導入管１６には微粉炭流１７の供給、停止を行う第１カットダンパ２９が設けられている。又、前記微粉炭ミル２６は微粉炭搬送１次空気供給管３１を介して図示しない１次空気供給源に接続され、前記微粉炭搬送１次空気供給管３１には微粉炭を搬送する１次空気の流量を調整する第１調整ダンパ３２が設けられている。

前記バイオマスミル２７は、前記バイオマス流導入管１８を介して前記バーナ３に接続され、前記バイオマス流導入管１８にはバイオマス流１９の供給、停止を行う第２カットダンパ３３が設けられている。又、前記バイオマスミル２７はバイオマス搬送１次空気供給管３４を介して図示しない１次空気供給源に接続され、前記バイオマス搬送１次空気供給管３４には木質系バイオマスを搬送する１次空気の流量を調整する第２調整ダンパ３５が設けられている。

又、前記バーナ３は前記燃焼用空気供給路６を介して図示しない２次空気供給源に接続されており、前記燃焼用空気供給路６には２次空気２２の流量を調整する第３調整ダンパ３６が設けられている。

前記第１カットダンパ２９、前記第１調整ダンパ３２、前記第２カットダンパ３３、前記第２調整ダンパ３５、前記第３調整ダンパ３６は、それぞれ前記制御装置２８に電気的に接続されている。該制御装置２８は記憶部（図示せず）を有し、該記憶部には前記バーナ３による微粉炭の専焼、木質系バイオマスの専焼、微粉炭と木質系バイオマスとの混焼等種々の燃焼状態に於ける前記第１カットダンパ２９、前記第１調整ダンパ３２、前記第２カットダンパ３３、前記第２調整ダンパ３５、前記第３調整ダンパ３６の開度をパターン化した燃焼パターンが記憶されており、前記制御装置２８は前記燃焼パターンに基づき前記第１カットダンパ２９、前記第１調整ダンパ３２、前記第２カットダンパ３３、前記第２調整ダンパ３５、前記第３調整ダンパ３６の開度を制御する様になっている。

次に、上記した前記バーナ３で木質系バイオマスを専焼させる場合について説明する。この時、前記制御装置２８により、木質系バイオマス専焼パターンが選択される。

ボイラを起動した段階では前記火炉１内の温度が低く、該火炉１内からの輻射熱により木質系バイオマスを加熱することができない為、前記補助燃焼バーナ１３により前記火炉１内の温度を充分に上げる必要がある。図示しない燃料油供給手段や燃料ガス供給手段により前記補助燃焼バーナ１３に重油や天然ガス等の燃料油や燃料ガスが供給され、供給された燃料油や燃料ガスは前記補助燃焼バーナ１３の先端より噴出される。噴出された燃料油や燃料ガスは、前記３次空気導入管２１より導入された３次空気２３と共に前記補助燃焼ノズル１２の先端より前記火炉１内に噴出され、プラズマトーチ等の図示しない点火手段により点火され、前記火炉１内に火炎が形成される。

前記補助燃焼ノズル１２より噴出される燃料油や燃料ガスの燃焼により前記火炉１内が充分に加熱された後、前記補助燃焼ノズル１２による燃焼を停止し、１次空気と前記バイオマスミル２７にて粉砕された木質系バイオマスとの混合流であるバイオマス流１９が、前記バイオマス流導入管１８より前記バイオマス流導通空間１４の基部に供給される。この時、前記微粉炭流導入管１６に接続された前記微粉炭ミル２６は停止され、更に前記微粉炭流導入管１６に設けられた前記第１カットダンパ２９が閉塞される様、前記制御装置２８に制御され、前記微粉炭流導通空間１５に微粉炭流１７が流入しない様になっている。

尚、前記火炉１内の加熱は、前記バイオマスノズル１１より噴出される木質系バイオマスと前記補助燃焼ノズル１２より噴出される燃料油や燃料ガスとの混焼により行ってもよい。

バイオマス流１９は、前記バイオマス流導通空間１４を前記火炉１に向って流動し、又前記バイオマス流導通空間１４を通過する過程で縮流され、前記バイオマスノズル１１の先端より噴出される。前記ウインドボックス５には燃焼用空気である２次空気２２が所要温度に昇温されて供給される。２次空気２２は前記空気ベーン２５により旋回が与えられ、前記空気ガイドダクト２４を介してバイオマス流１９と共に前記火炉１に噴出される。

木質系バイオマスは、前記火炉１に噴出される過程で、前記バイオマス流導通空間１４を流動することで均一化され、２次空気２２により昇温され、更に前記火炉１内からの輻射熱を受けて加熱される。加熱によって木質系バイオマスから揮発分が放出され、該揮発分が点火し、木質系バイオマスにより火炎が形成される。形成された火炎が安定した後、図示しない燃料油供給手段や燃料ガス供給手段による燃料油や燃料ガスの供給が停止され、木質系バイオマスのみにより火炎が連続的に維持される。

木質系バイオマスの燃焼中、前記空気ベーン２５の開度が調整されることで、２次空気２２の風量が調整され、又２次空気２２の供給量が変化し、更にバイオマス流１９の供給量が調整されることで、木質系バイオマスの燃焼状態が制御される。

又、２次空気２２の一部は３次空気２３として前記３次空気導入管２１を介して前記補助燃焼ノズル１２に導かれ、該補助燃焼ノズル１２より噴出され、３次空気２３が噴出されることで、木質系バイオマスの燃焼状態が調整される。従って、バイオマス流１９の調整、２次空気２２の調整、３次空気２３の調整等により木質系バイオマスの燃焼状態が最適となる様に制御される。

次に、前記バーナ３により微粉炭を専焼させる場合について説明する。この時、前記制御装置２８により、微粉炭専焼パターンが選択される。

微粉炭を専焼させる場合も、先ず、図示しない燃料油供給手段や燃料ガス供給手段により供給された重油や天然ガス等の燃料油や燃料ガスが前記補助燃焼バーナ１３の先端より噴出される。噴出された燃料油や燃料ガスは前記３次空気導入管２１より導入された３次空気２３と共に前記補助燃焼ノズル１２の先端より前記火炉１内に噴出され、プラズマトーチ等の図示しない点火手段により点火され、前記火炉１内に火炎が形成される。

前記補助燃焼ノズル１２より噴出される燃料油や燃料ガスの燃焼による前記火炉１内の加熱後、前記補助燃焼ノズル１２による燃焼が停止し、１次空気と前記微粉炭ミル２６にて粉砕された微粉炭の混合流である微粉炭流１７が、前記微粉炭流導入管１６より微粉炭流導通空間１５の基部に供給される。この時、前記バイオマス流導入管１８に接続された前記バイオマスミル２７は停止され、更に前記バイオマス流導入管１８に設けられた前記第２カットダンパ３３が閉塞する様、前記制御装置２８に制御され、前記バイオマス流導通空間１４にバイオマス流１９が流通しない様になっている。

尚、前記火炉１内の加熱は、前記微粉炭ノズル９より噴出される微粉炭と前記補助燃焼ノズル１２より噴出される燃料油や燃料ガスとの混焼により行ってもよい。

微粉炭流１７は、前記微粉炭流導通空間１５を旋回しながら前記火炉１に向って流動し、又前記微粉炭流導通空間１５を通過する過程で縮流され、前記微粉炭ノズル９の先端より噴出される。前記ウインドボックス５には所要温度に昇温された２次空気２２が供給され、２次空気２２は前記空気ベーン２５により旋回が与えられ、前記空気ガイドダクト２４を介して微粉炭流１７と共に前記火炉１内に噴出される。

微粉炭は、前記火炉１内に噴出される過程で、前記微粉炭流導通空間１５で旋回することで均一化され、２次空気２２により昇温され、更に前記火炉１内からの輻射熱を受けて加熱される。加熱によって微粉炭から揮発分が放出され、該揮発分が点火し、微粉炭により火炎が形成される。形成された火炎が安定した後、図示しない燃料油供給手段や燃料ガス供給手段による燃料油や燃料ガスの供給が停止され、微粉炭のみにより火炎が連続的に維持される。

微粉炭の場合も木質系バイオマスの場合と同様、前記空気ベーン２５の開度調整により調整される２次空気２２と、前記３次空気導入管２１より導入され前記補助燃焼ノズル１２より噴出される３次空気２３と、微粉炭流１７の調整等により、微粉炭の燃焼状態が最適となる様に制御される。

尚、上記では、前記バーナ３により木質系バイオマスを専焼させる場合、又前記バーナ３により微粉炭を専焼させる場合について説明したが、前記微粉炭ミル２６及び前記バイオマスミル２７を共に作動させ、前記制御装置２８にて混焼パターンを選択し、前記第１カットダンパ２９及び前記第２カットダンパ３３をそれぞれ開放し、前記バイオマス流導通空間１４に供給されるバイオマス流１９及び前記微粉炭流導通空間１５に供給される微粉炭流１７の流量を調整することで、前記バーナ３にて木質系バイオマスと微粉炭との混焼を行ってもよいのは言う迄もない。

上述の様に、本実施例のバーナ３は、前記バイオマス流導通空間１４と前記微粉炭流導通空間１５とが分離され、又前記バイオマス流導通空間１４と前記微粉炭流導通空間１５とが、前記バイオマス流導入管１８と前記微粉炭流導入管１６を介して前記バイオマスミル２７と前記微粉炭ミル２６とにそれぞれ独立して接続されているので、１つの前記バーナ３にて木質系バイオマスと微粉炭とを選択的に専焼させることができる。

又、前記バーナ３は、前記微粉炭ノズル９の外側に前記バイオマスノズル１１が設けられることで該バイオマスノズル１１の流路断面の中心径を大きく取ることができるので、該バイオマスノズル１１の内径と前記微粉炭ノズル９の外径間の幅が小さくてもバイオマス流１９の流路面積を確保でき、前記バイオマスノズル１１よりバイオマス流１９を大量に噴出することができる。更に、バイオマス流１９を大量に噴出可能としたことで、微粉炭を専焼させる場合の入熱量と同等の入熱量を木質系バイオマスのみで実現可能となり、木質系バイオマス専焼時のボイラの性能を確保することができる。

又、前記バーナ３は、前記バイオマスノズル１１が前記微粉炭ノズル９の外側に設けられ、前記２次空気調整装置８、前記微粉炭ノズル９、前記補助燃焼ノズル１２等の形状及び配置は従来と同様、即ち従来のバーナに前記バイオマスノズル１１を追加した形状となっているので、微粉炭を専焼させる場合は従来のバーナと同等の性能を維持することができると共に、既設のバーナを本実施例の前記バーナ３に容易に転用することができ、コストの低減を図ることができる。

更に、前記補助燃焼バーナ１３が前記補助燃焼ノズル１２の内部に位置し、前記微粉炭ノズル９、前記バイオマスノズル１１、前記補助燃焼ノズル１２がそれぞれ前記火炉１に向って漸次縮径しているので、前記補助燃焼バーナ１３に対する前記火炉１からの輻射熱を軽減することができる。

１ 火炉
３ バーナ
５ ウインドボックス
７ ノズル本体
８ ２次空気調整装置
９ 微粉炭ノズル
１１ バイオマスノズル
１２ 補助燃焼ノズル
１４ バイオマス流導通空間
１５ 微粉炭流導通空間
１７ 微粉炭流
１９ バイオマス流
２０ ボイラ装置

Claims (1)

1. 炉壁に設けられるバーナスロートの中心軸心上に設けられるノズル本体と、該ノズル本体を収納するウインドボックスと、該ウインドボックスに収納されると共に前記ノズル本体部の先端部に設けられる２次空気調整装置と、制御装置とを有するバーナであって、前記ノズル本体は微粉炭流を噴出する微粉炭ノズルと、該微粉炭ノズルと同心で外側に設けられバイオマス流を噴出するバイオマスノズルと、前記微粉炭ノズルに対する微粉炭流の供給停止を行う第１カットダンパと、前記微粉炭ノズルに対する微粉炭流の流量を調整する第１調整ダンパと、前記バイオマスノズルに対するバイオマス流の供給停止を行う第２カットダンパと、前記バイオマスノズルに対するバイオマス流の流量を調整する第２調整ダンパを具備し、前記制御装置には微粉炭専焼パターン、バイオマス専焼パターン、混焼パターンを含む燃焼パターンが記憶され、前記制御装置は前記燃焼パターンに従って前記第１カットダンパ、前記第１調整ダンパ及び前記第２カットダンパ、前記第２調整ダンパを制御し、前記微粉炭ノズルに対する微粉炭流の供給停止と流量及び前記バイオマスノズルに対するバイオマス流の供給停止と流量を制御し、微粉炭と木質系バイオマスとを選択的に専焼させる又は同時に複合燃焼させることを特徴とするバーナ。

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