JP6314637B2 - バーナ - Google Patents

Description

本発明は、揮発分の少ない燃料を燃焼させるバーナに関するものである。

近年、ボイラに使用される燃料として、揮発分の少ない燃料、例えば無煙炭、半無煙炭或はオイルコークス等が供されており、バーナにも低揮発分の燃料を燃焼させる能力が要求されている。

このうち、特に揮発分の少ない無煙炭を燃料とする場合には、無煙炭の専焼が困難である。この為、揮発分の多い石炭、例えば亜瀝青炭を無煙炭と混合させた混合微粉炭を燃料とし、該混合微粉炭と搬送媒体及び燃焼用空気を兼ねる１次空気とを混合させて利用することが行なわれている。

然し乍ら、無煙炭と亜瀝青炭を混合利用した場合、燃焼性の良好な亜瀝青炭が先に燃焼されることで酸素が消費され、１次空気中の酸素濃度が低下する。この為、無煙炭を燃焼させる為の酸素が充分に供給されず、かえって無煙炭の燃焼性が悪化する場合があり、無煙炭と亜瀝青炭とを混合利用することによる燃焼性改善の効果が得られなくなる虞れがあった。

尚、特許文献１には、バーナに準備チャンバを設け、偏心した位置から準備チャンバ内に１次燃焼用空気の流れに乗せて微粉炭を噴出することで、１次燃焼用空気と準備チャンバの壁部との間に火炎内部の高温ガスが流入して循環流を形成し、循環流により微粉炭を着火可能な温度まで加温することで、低揮発分炭の微粉炭であっても自立燃焼可能とする微粉炭燃焼用バーナ装置が開示されている。

又、特許文献２には、バーナにチャンバを設け、チャンバ内に微粉炭と１次燃焼用空気の混合流を噴出すると共に、炉内の高温ガスをチャンバ内に誘引する内部循環流を発生させ、内部循環流によって微粉炭を早期に加熱して揮発成分を放出させる様にし、低揮発分微粉炭であっても自立燃焼を可能とする低揮発分燃料用バーナ装置が開示されている。

特開２００７−３０９６０７号公報 特開２００８−１３８９０１号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、微粉炭流と燃焼用空気との混合を促進し、着火安定性及び燃焼性の向上を図るバーナを提供するものである。

本発明は、炉壁に形成された凹孔と、前記炉壁の外周面に対向して設けられたバーナカバーにより前記凹孔と同心に支持され炉心側先端が開口された有底筒状のバーナチャンバと、該バーナチャンバの底部の偏心した位置に開口し微粉炭混合流を噴出する微粉炭混合流噴出管と、前記バーナチャンバの底部に前記微粉炭混合流噴出管と前記バーナチャンバの軸心に関して反対側に偏心した位置に開口し温度調節用空気を噴出する空気噴出管と、前記バーナチャンバと前記凹孔との間に形成され燃焼用空気を噴出するリング状の噴出部とを具備し、前記バーナチャンバの底部が前記バーナカバーよりも炉心側に位置するバーナに係るものである。

又本発明は、前記バーナチャンバと、該バーナチャンバの底部とが別体であり、該底部を軸心方向に移動可能としたバーナに係るものである。

又本発明は、前記バーナチャンバの少なくとも１箇所にスリットを形成し、前記燃焼用空気の一部を前記バーナチャンバ内に導入する様構成されたバーナに係るものである。

更に又本発明は、前記バーナチャンバの基端部に設けられた駆動手段を更に具備し、該駆動手段により前記微粉炭混合流噴出管を軸心方向に移動可能としたバーナに係るものである。

本発明によれば、炉壁に形成された凹孔と、前記炉壁の外周面に対向して設けられたバーナカバーにより前記凹孔と同心に支持され炉心側先端が開口された有底筒状のバーナチャンバと、該バーナチャンバの底部の偏心した位置に開口し微粉炭混合流を噴出する微粉炭混合流噴出管と、前記バーナチャンバの底部に前記微粉炭混合流噴出管と前記バーナチャンバの軸心に関して反対側に偏心した位置に開口し温度調節用空気を噴出する空気噴出管と、前記バーナチャンバと前記凹孔との間に形成され燃焼用空気を噴出するリング状の噴出部とを具備し、前記バーナチャンバの底部が前記バーナカバーよりも炉心側に位置するので、前記微粉炭混合流と前記燃焼用空気との混合を促進でき、前記微粉炭混合流の着火の安定性、燃焼性を向上させることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例に係るバーナの概略断面図である。 本発明の第２の実施例に係るバーナの概略断面図である。 （Ａ）は本発明の第３の実施例に係るバーナの概略断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 本発明の第４の実施例に係るバーナの概略断面図である。

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、本発明の第１の実施例に係るバーナについて説明する。

図１中、１はバーナを示し、２は微粉炭焚きボイラの炉壁を示している。該炉壁２は、耐火煉瓦又は水冷壁管等の耐熱材料により構成され、前記炉壁２の所要箇所に、所要数の低揮発分燃料バーナである前記バーナ１が設けられている。

前記炉壁２には、該炉壁２を貫通する凹孔３が設けられ、該凹孔３の炉内側周縁部は炉心に向って拡径するテーパ部４が形成されている。

前記炉壁２の外周側には、該炉壁２の外周面と所要の間隔を隔ててバーナカバー５が設けられている。該バーナカバー５に前記凹孔３と同心に設けられたバーナチャンバ６が支持されており、該バーナチャンバ６は交換可能となっている。

該バーナチャンバ６は水平な軸心を有する概略円筒形状であり、基端部側（炉心から離反する側）で前記バーナカバー５に固着され、基端部の一部が該バーナカバー５よりも基端部側に突出している。前記バーナチャンバ６の先端部は、炉心に向って拡径するテーパ形状のスカート部７となっており、前記バーナチャンバ６の中途部は底部８によって閉塞されている。

尚、該底部８が設けられる位置は、例えば前記バーナカバー５よりも炉心側であり、前記炉壁２の外周面より、前記凹孔３内に入込んだ位置となっている。前記底部８の深さ、即ち該底部８から前記スカート部７先端迄の長さは、前記バーナチャンバ６の直径に対して０．５倍〜１．５倍程度となっている。

該バーナチャンバ６の軸心と平行な微粉炭混合流噴出管９が前記底部８に開口され、前記微粉炭混合流噴出管９からは、例えば燃焼性の悪い低揮発分燃料の無煙炭及び燃焼性のよい亜瀝青炭が混合された混合微粉炭と、所要温度に加熱された、搬送媒体と燃焼用空気を兼ねる１次空気との微粉炭混合流１１が噴出される。又、前記底部８には前記バーナチャンバ６の軸心と平行な３次空気噴出管１２が開口し、該３次空気噴出管１２からは３次空気として温度調節用空気１３が噴出される。

前記微粉炭混合流噴出管９の開口位置、及び前記３次空気噴出管１２の開口位置は、前記バーナチャンバ６の軸心に対して偏心している。又、前記微粉炭混合流噴出管９の開口位置（図１中紙面に対して下側）は、前記３次空気噴出管１２の開口位置（図１中紙面に対して上側）と、前記バーナチャンバ６の軸心に関して反対側に偏心している。

前記スカート部７と前記テーパ部４との間には、テーパリング状の噴出部である２次空気噴出部１４が形成される。又、前記炉壁２と前記バーナカバー５との間に形成される空間１５、前記バーナチャンバ６と前記凹孔３との間に形成される空間１６によって２次空気導通路１７が構成される。該２次空気導通路１７は前記２次空気噴出部１４に連通し、該２次空気噴出部１４より２次空気としての燃焼用空気１８が噴出される。

前記空間１５には、前記凹孔３の周囲に所要間隔で可変旋回羽根１９が配設されている。該可変旋回羽根１９は前記凹孔３の中心線と平行な回転軸を有し、該回転軸を中心として全ての前記可変旋回羽根１９が同期して回転する様になっている。該可変旋回羽根１９には旋回羽根駆動装置２１が連結され、該旋回羽根駆動装置２１によって前記可変旋回羽根１９の角度が調整される様になっており、前記旋回羽根駆動装置２１は制御部２２によって駆動が制御される。

前記微粉炭混合流噴出管９は微粉炭ミル２３に接続されている。該微粉炭ミル２３は、粉砕した混合微粉炭を１次空気と共に前記微粉炭混合流１１として前記微粉炭混合流噴出管９に供給する。前記制御部２２によって前記微粉炭ミル２３の稼働状態が制御されることで、前記微粉炭混合流１１の供給停止が制御される。

尚、混合微粉炭は、微粉炭ビンに貯留して、定量を供給器等にて切出し、搬送する様にしてもよい。この場合、供給器からの微粉炭搬送管（図示せず）は前記微粉炭混合流噴出管９に接続される。

前記３次空気噴出管１２は、空気流量調整部２４を介して燃焼用空気供給源（図示せず）に接続されている。前記制御部２２は前記空気流量調整部２４を制御し、前記３次空気噴出管１２から噴出される前記温度調節用空気１３の流量を制御している。

以下、前記バーナ１の作動について説明する。

先ず、前記旋回羽根駆動装置２１により前記可変旋回羽根１９の角度が調整され、所定の旋回流が与えられた前記燃焼用空気１８が前記２次空気噴出部１４より噴出されると共に、混合微粉炭と１次空気が混合された前記微粉炭混合流１１が前記微粉炭混合流噴出管９より噴出される。尚、混合微粉炭の一例として、無煙炭と亜瀝青炭の混合が挙げられる。

この時、前記微粉炭混合流１１は、前記バーナチャンバ６内部の偏心した部分より噴出されることから、該バーナチャンバ６内は前記微粉炭混合流噴出管９が設けられた前記バーナチャンバ６の略下半分（図１中紙面に対して下側）が正圧、前記３次空気噴出管１２が設けられた前記バーナチャンバ６の略上半分（図１中紙面に対して上側）が負圧となる。従って、前記バーナチャンバ６内には前記微粉炭混合流１１に沿って正圧領域が形成され、該微粉炭混合流１１の反対側に負圧領域が形成される。

前記バーナチャンバ６内に負圧領域が形成されることで、炉内の高温の排ガスが前記バーナチャンバ６の内部に誘引され、内部循環流２５が発生する。尚、該内部循環流２５の前記バーナチャンバ６内での滞留時間は、前記バーナチャンバ６の深さ、即ち前記スカート部７の先端から前記底部８迄の距離に比例して増減する様になっている。

該内部循環流２５により、前記微粉炭混合流１１中の混合微粉炭が加熱され、揮発分の発生が促進されて火炎が形成され、混合微粉炭が自立燃焼（定常燃焼）する。

この時、前記底部８迄の深さは、前記バーナチャンバ６の径の０．５倍〜１．５倍程度であり、従来のものよりも浅くなっている。従って、前記微粉炭混合流噴出管９の開口位置がボイラの炉心に近くなるので、前記微粉炭混合流１１と前記燃焼用空気１８との混合を早めることができる。又、先に燃焼する亜瀝青炭により前記バーナチャンバ６内の酸素が消費され、酸素不足となることを防止できる。

又、前記バーナ１の燃焼中、前記バーナチャンバ６内の温度が高くなりすぎた場合には、前記３次空気噴出管１２から前記温度調節用空気１３を前記バーナチャンバ６内に供給する。該バーナチャンバ６内に前記温度調節用空気１３が供給されることで、前記バーナチャンバ６の内部が冷却されると共に、前記内部循環流２５を炉内側に押出す作用が発生し、炉内の排ガスの誘引量が減少して前記バーナチャンバ６内の温度を低下させることができる。

上述の様に、第１の実施例に於いては、前記バーナチャンバ６を設け、前記底部８の軸心に対して偏心した位置から前記微粉炭混合流１１を噴出させることで前記バーナチャンバ６内に負圧領域を形成し、前記循環流２５を発生させるので、燃焼性の悪い無煙炭等の低揮発分燃料を充分に加熱することができ、着火の安定性を向上させることができる。

又、前記バーナチャンバ６が浅くなり、前記微粉炭混合流噴出管９の開口位置が炉心に近づくことで、前記微粉炭混合流１１の前記バーナチャンバ６内に於ける滞留時間が短くなるので、前記微粉炭混合流１１が前記燃焼用空気１８と混合する迄の時間が早まり混合を促進することができると共に、無煙炭よりも先に燃焼する亜瀝青炭により前記バーナチャンバ６内の酸素が消費され、酸素不足となることを防止することができる。

従って、亜瀝青炭よりも遅れて燃焼される無煙炭に対しても充分な酸素を供給することができ、無煙炭等の低揮発分燃料が混合された混合微粉炭の着火の安定性、燃焼性を向上させることができる。

又、前記バーナチャンバ６をユニット化し、前記底部８迄の深さが異なる複数の前記バーナチャンバ６を用意し、無煙炭と亜瀝青炭の混合比率、前記微粉炭混合流１１中の酸素濃度等、種々の燃焼条件に応じて前記バーナチャンバ６を交換することで、前記微粉炭混合流１１の最適な燃焼状態を得ることができる。

次に、図２に於いて、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図２中、図１中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、バーナチャンバ６と底部８とが別体となっており、前記バーナチャンバ６は先端部にスカート部７を有する概略円筒形状となっている。

前記底部８は、底板２７と円筒部２８から構成され、基端部側に開口する有底筒状となっている。前記バーナチャンバ６の内径と前記円筒部２８の外径は一致又は略一致している。

前記底部８は前記円筒部２８を介して前記バーナチャンバ６内を軸心方向に移動可能であり、所定の位置で前記バーナチャンバ６に固着されている。又、前記底板２７に、微粉炭混合流噴出管９及び３次空気噴出管１２が開口し、前記微粉炭混合流噴出管９、前記３次空気噴出管１２は前記底部８と一体に移動する。

第２の実施例に於いては、前記バーナチャンバ６と前記底部８とが別体となっており、該底部８が前記バーナチャンバ６内を移動可能となっているので、前記底部８の移動により前記底板２７迄の深さ、即ち前記微粉炭混合流噴出管９の開口位置を軸心方向に変更することができる。前記底部８の位置の変更により、内部循環流２５の滞留時間を変更することができる。

従って、無煙炭と亜瀝青炭の混合比率、着火の安定性、微粉炭混合流１１中の酸素濃度等、種々の燃焼条件に応じて前記内部循環流２５の滞留時間を調整することで、前記微粉炭混合流１１の最適な燃焼状態を得ることができる。

又、前記内部循環流２５の滞留時間を変更する為に、前記底部８の位置が異なる複数の前記バーナチャンバ６を準備する必要がなく、コストの低減を図ることができる。

次に、図３（Ａ）（Ｂ）に於いて、本発明の第３の実施例について説明する。尚、図３（Ａ）（Ｂ）中、図１中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、バーナチャンバ６の周面に、該バーナチャンバ６の内部と２次空気導通路１７とを連通させるスリット３１が形成されており、それ以外の構成は第１の実施例と同様である。

該スリット３１は前記バーナチャンバ６の軸心と平行に穿設され、例えば図３（Ａ）（Ｂ）に示される様に、前記バーナチャンバ６の微粉炭混合流噴出管９が開口した箇所から、時計回り方向及び反時計回り方向にそれぞれ９０°回転した２箇所に形成されている。前記２次空気導通路１７を流通する燃焼用空気１８の一部が前記スリット３１より前記バーナチャンバ６内に導入される。

第３の実施例に於いては、前記スリット３１より前記燃焼用空気１８の一部が前記バーナチャンバ６内に導入されるので、無煙炭等の低揮発分燃料に先立って亜瀝青炭が燃焼し、前記バーナチャンバ６内の酸素が消費され酸素不足となることを防止することができ、無煙炭に対しても充分な酸素が供給され、着火の安定性、燃焼性を向上させることができる。

尚、第３の実施例では、前記スリット３１を前記バーナチャンバ６の２箇所に形成しているが、前記スリット３１は１箇所に形成してもよく、３箇所以上に形成してもよいのは言う迄もない。

又、第３の実施例では、前記バーナチャンバ６と底部８とが一体となっているが、第３の実施例を第２の実施例と組合わせ、前記スリット３１を形成すると共に、前記バーナチャンバ６と前記底部８を別体とし、該底部８の取付け位置を前記バーナチャンバ６内で変更可能とする。前記微粉炭混合流噴出管９の開口位置の軸心方向の位置を変更し、内部循環流２５の滞留時間を調整できる様にしてもよい。

次に、図４に於いて、本発明の第４の実施例について説明する。尚、図４中、図１中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第４の実施例では、底部８から基端部側に突出する円筒状のスライドガイド３２が設けられ、該スライドガイド３２にガイドされて微粉炭混合流噴出管９が軸心方向に移動可能となっている。

前記微粉炭混合流噴出管９の基端部には、径方向に突出する連結片３３が形成され、前記バーナチャンバ６の基端部の外周面に駆動手段であるシリンダ３４が設けられ、前記連結片３３は前記シリンダ３４と連結されている。

該シリンダ３４は、制御部２２により駆動が制御される様になっており、前記シリンダ３４を駆動させることで、前記連結片３３を介して前記微粉炭混合流噴出管９が軸心方向に移動する様になっている。

前記バーナチャンバ６内の正圧領域は、微粉炭混合流１１に沿って、即ち前記微粉炭混合流噴出管９の開口位置よりも前方に形成され、同様に負圧領域も該微粉炭混合流噴出管９よりも前方に形成される。

内部循環流２５は前記微粉炭混合流噴出管９の開口位置よりも前方に形成されることとなるので、前記シリンダ３４を駆動させ、前記微粉炭混合流噴出管９の軸心方向の位置を制御することで、前記内部循環流２５の前記バーナチャンバ６内での滞留時間を調整することができる。

従って、無煙炭と亜瀝青炭の混合比率、着火の安定性、前記微粉炭混合流１１中の酸素濃度等、種々の燃焼条件に応じて前記内部循環流２５の滞留時間を調整することで、前記微粉炭混合流１１の最適な燃焼状態を得ることができる。

１ バーナ ２ 炉壁
３ 凹孔 ５ バーナカバー
６ バーナチャンバ ８ 底部
９ 微粉炭混合流噴出管 １１ 微粉炭混合流
１２ ３次空気噴出管 １３ 温度調節用空気
１４ ２次空気噴出部 １７ ２次空気導通路
１８ 燃焼用空気 ２２ 制御部
２５ 内部循環流 ３１ スリット
３３ 連結片 ３４ シリンダ

Claims (4)

1. 燃焼性の異なる複数種類の石炭を混合燃焼させるバーナであって、炉壁に形成された凹孔と、前記炉壁の外周面に対向して設けられたバーナカバーにより前記凹孔と同心に、基端部の一部が前記バーナカバーよりも基端部側に突出する様貫通して支持され炉心側先端が開口された有底筒状のバーナチャンバと、該バーナチャンバの底部の偏心した位置に開口し微粉炭混合流を噴出する微粉炭混合流噴出管と、前記バーナチャンバの底部に前記微粉炭混合流噴出管と前記バーナチャンバの軸心に関して反対側に偏心した位置に開口し温度調節用空気を噴出する空気噴出管と、前記バーナチャンバと前記凹孔との間に形成され燃焼用空気を噴出するリング状の噴出部とを具備し、前記バーナチャンバの底部が前記バーナチャンバの中途部且つ前記バーナカバーよりも炉心側に位置し、燃焼条件に応じて前記底部迄の距離を決定する様構成したことを特徴とするバーナ。
2. 前記バーナチャンバと、該バーナチャンバの底部とが別体であり、該底部を軸心方向に移動可能とした請求項１のバーナ。
3. 前記バーナチャンバの少なくとも１箇所にスリットを形成し、前記燃焼用空気の一部を前記バーナチャンバ内に導入する様構成された請求項１又は請求項２のバーナ。
4. 前記バーナチャンバの基端部に設けられた駆動手段を更に具備し、該駆動手段により前記微粉炭混合流噴出管を軸心方向に移動可能とした請求項２又は請求項３のバーナ。

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