JP7415809B2

JP7415809B2 - バーナ

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Publication number: JP7415809B2
Application number: JP2020096891A
Authority: JP
Inventors: 敏行須古
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2024-01-17
Anticipated expiration: 2040-06-03
Also published as: JP2021188861A

Description

本発明は、バーナに関するものである。

近年においては、二酸化炭素の削減が求められていることから、二酸化炭素の発生が少ない燃料による燃焼が行われている。例えば、特許文献１には、木質系バイオマスを燃焼可能なバーナが開示されている。特許文献１において、木質系バイオマスは、粉砕して微粉状とした状態で供給される。

特開２０１３－２４５００号公報

このようなバイオマス燃料を用いるバーナにおいては、バイオマス燃料が噴射される外筒の外周に燃焼用空気の流路が形成されている。そして、バーナの消火時においては、バイオマス燃料の一部が外筒内に残留し、燃焼用空気の熱を受ける。これにより、外筒内に残留したバイオマス燃料が溶融し、タール状となって壁面に付着したり、外筒内で発火する可能性がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、バイオマス燃料が外筒内で加熱されることを防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、第１の手段として、燃焼用空気を供給する内筒と、前記内筒の外周に設けられてバイオマス燃料を噴射する外筒とを備えるバーナであって、前記外筒の外周に設けられる断熱材を備える、という構成を採用する。

本発明では、第２の手段として、上記第１の手段において、前記外筒の外側であって、前記外筒の吐出口側に設けられる燃焼用空気流路壁を備え、前記断熱材は、前記燃焼用空気流路壁よりも上流側に設けられる、という構成を採用する。

本発明では、第３の手段として、上記第１または第２の手段において、前記断熱材の外周を覆う断熱材カバーを備える、という構成を採用する。

本発明では、第４の手段として、上記第１～３のいずれかの手段において、前記外筒の外周面から径方向に向けて立設されたピンを備え、前記断熱材は、前記ピンが挿し込まれる、という構成を採用する。

本発明によれば、バイオマス燃料が外筒内で加熱されることを防止することができる。

本発明の一実施形態に係るバーナの模式的な全体図である。本発明の一実施形態に係るバーナの外筒の模式的な断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るバーナの一実施形態について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るバーナ１が設けられる火炉壁１００には、内側と外側とを連通する火炉開口１１０が形成されている。この火炉開口１１０には、火炉の内部へと向けて拡径するようにスロートが形成されている。また、燃焼器においては、複数の粉炭バーナ及びバイオマス専焼バーナが対向配置されている。

バーナ１は、木質ペレット等のバイオマス燃料であるバイオマス燃料を燃焼させ、燃焼器に火炎を形成するバイオマス専焼バーナである。このバーナ１は、火炉壁１００の火炉開口１１０から一部が露出するように設けられており、バイオマス燃料供給配管２と、オイルガン３と、バーナノズル４（ノズル部）と、空気供給部５と、断熱材６と、断熱材カバー部７とを有している。

バイオマス燃料供給配管２は、図１（ｂ）に示すように、外筒ノズル４ｂに対して直交して接続された配管である。

オイルガン３は、軸心Ｌと同軸上に配置された円筒形状の管である。このオイルガン３は、重油または軽油等の液体燃料が貯留される不図示のタンクに接続されており、内部に液体燃料が流通する。このようなオイルガン３は、バイオマス燃料の燃焼初期における着火のために、火炉開口１１０から火炉壁１００に向けて霧状の液体燃料を吐出する。
また、このオイルガン３の吐出口の近傍には、不図示の点火装置が設けられており、この点火装置によって、オイルガン３から吐出される液体燃料が点火される。

バーナノズル４は、内筒ノズル４ａと、外筒ノズル４ｂとを有し、二重管構造となっている。内筒ノズル４ａは、軸心Ｌと同軸上に、オイルガン３の外周に設けられた円筒形状の管であり、空気供給部５の二次空気の一部を内筒ノズル４ａに供給する配管と接続されている。これにより、この内筒ノズル４ａと、オイルガン３との間に形成された内筒流路Ｒ１には、二次空気の一部が分配され、三次空気として流通する。なお、オイルガン３は、軸心Ｌ方向に沿って移動可能とされており、通常時は開口端がバーナノズル４の開口端よりも内側となるように配置され、液体燃料を吐出する際に火炉壁１００に向けて突出される。

外筒ノズル４ｂは、軸心Ｌと同軸上に、内筒ノズル４ａの外周に設けられた円筒形状の管であり、バイオマス燃料供給配管２の管壁と連結されている。これにより、外筒ノズル４ｂと内筒ノズル４ａとの間に形成された外筒流路Ｒ２には、一次空気と燃料とが混合された状態で供給される。このような外筒ノズル４ｂは、上流側から下流側に向けて縮径する形状とされている。さらに、外筒ノズル４ｂの火炉壁１００側の端部である吐出口の近傍においては、さらに縮径度の大きなテーパが形成されている。外筒ノズル４ｂには、バイオマス燃料供給配管２が軸心Ｌに対して偏心した位置に接続されていることにより、接線方向からバイオマス燃料が供給されている。これにより、外筒流路Ｒ２においてバイオマス燃料及び一次空気は、外筒ノズル４ｂの管壁に沿って螺旋状にスクロールしながら流れ、吐出口から高速で吐出される。

空気供給部５は、火炎に対して加熱された二次空気を供給する装置であり、二次空気流路部材５ａ（燃焼用空気流路壁）と、外側スロート５ｂと、内側スロート５ｃと、主空気調整機構５ｄと、空気調整機構５ｅとを有している。

二次空気流路部材５ａは、外筒ノズル４ｂの外周であって吐出口の近傍に設けられる流路構成部材である。この二次空気流路部材５ａは、火炉壁１００との間に二次空気の流路を形成する。なお、この二次空気流路部材５ａには、二次空気が昇温された状態で供給される。外側スロート５ｂは、二次空気流路部材５ａと火炉開口１１０とを接続しており、二次空気流路部材５ａから火炉開口１１０に向けて縮径されている。

内側スロート５ｃは、外側スロート５ｂと外筒ノズル４ｂの間に設けられた略円環状の部材である。この内側スロート５ｃは火炉開口１１０に向けて縮径されている。外側スロート５ｂと、内側スロート５ｃとの間には、火炉壁１００へと二次空気（燃焼用空気）を供給する空気吐出流路Ｒ３が形成される。この二次空気は、３００℃以上まで加熱された状態でバーナ１へと供給される。また、内側スロート５ｃと外筒ノズル４ｂとの間には、火炉壁１００へと二次空気を供給する補助空気吐出流路Ｒ４が形成される。

主空気調整機構５ｄは、空気吐出流路Ｒ３及び補助空気吐出流路Ｒ４の上流に設けられている。この主空気調整機構５ｄは、ベーンと、該ベーンを回動させるモータ等の駆動装置を有し、ベーンの向きを調整することにより、空気吐出流路Ｒ３及び補助空気吐出流路Ｒ４へと流入する空気の旋回力を調節する機構である。空気調整機構５ｅは、補助空気吐出流路Ｒ４の上流側に設けられており、ベーンにより補助空気吐出流路Ｒ４へと流れる二次空気の旋回力を微調節する機構である。主空気調整機構５ｄ及び空気調整機構５ｅにより、火炉壁１００へと供給される二次空気の旋回力が調整され、炉内において内部循環流を形成し、高温の炉内ガスをバーナポートまで引き込む。なお、空気供給部５に流れる二次空気は、空気供給部５の上流に設けられた不図示の加熱装置によって加熱されており、常温よりも高い温度となっている。

断熱材６は、外筒ノズル４ｂの外周面において、外筒ノズル４ｂの上流側から、二次空気流路部材５ａが設けられる位置までの部位に巻回される断熱性の高い、例えば、ウレタン等の部材である。この断熱材６は、仮止めピン６ａを有している。仮止めピン６ａは、図２に示すように、細長の金属部材をＬ字状に屈曲して形成された部材とされる。仮止めピン６ａは、外筒ノズル４ｂの周方向及び軸心Ｌ方向において等間隔に複数個所に設けられ、端部が外筒ノズル４ｂの外周面に対して溶接等により固定されている。断熱材６は、この仮止めピン６ａに突き刺された状態とされている。

断熱材カバー部７は、カバー７ａと、端部フランジ７ｂとを有している。カバー７ａは、断熱材６の外周に設けられる金属製の円筒状部材である。このカバー７ａは、端部フランジ７ｂに固定されている。端部フランジ７ｂは、外筒ノズル４ｂの外周から立設されており、カバー７ａを支持している。このような断熱材カバー部７は、断熱材６を外筒ノズル４ｂに対して押し付けた状態で固定している。

続いて、上記構成のバーナ１の動作について、図１を参照して説明する。

バイオマス燃料供給配管２を通過したバイオマス燃料及び一次空気は、外筒ノズル４ｂに流入すると、外筒ノズル４ｂの内部において、外筒ノズル４ｂの管壁に沿って、軸心Ｌを中心として螺旋状に旋回しながら火炉壁１００に向けて移動する。これにより、外筒ノズル４ｂの内部におけるバイオマス燃料は、一次空気に拡散されると共に、管内部に堆積することなく流れる。さらに、外筒ノズル４ｂの内部のバイオマス燃料は、遠心力により径方向外側へと移動し、軸心Ｌを中心として旋回しながら火炉壁１００に供給される。外筒ノズル４ｂから火炉壁１００に供給されたバイオマス燃料は、空気供給部５から供給される二次空気と混合された状態で着火する。

また、バーナ１の消火時においては、バイオマス燃料の噴射停止後に、二次空気の噴射が停止される。すなわち、外筒ノズル４ｂの外側には、二次空気が流れている状態とされている。バイオマス燃料の噴射停止時においては、外筒ノズル４ｂの内部にバイオマス燃料の一部が滞留した状態となる。このような状態において、従来では、３００℃程度の二次空気が隣接して流れていることにより、滞留するバイオマス燃料が二次空気により加熱され、溶融することがあった。

しかしながら、本実施形態におけるバーナ１によれば、二次空気の流れが形成される外筒ノズル４ｂの外周に断熱材６が設けられている。これにより、バーナ１の消火時において、バイオマス燃料が滞留した場合においても、二次空気と断熱された状態となり、バイオマス燃料が加熱されて溶融することがない。したがって、バイオマス燃料が溶融し、さらにバイオマス燃料が付着することによる発火や、外筒ノズル４ｂの詰まりを防止できる。

また、本実施形態に係るバーナ１によれば、断熱材６は、断熱材カバー部７により覆われている。したがって、断熱材６は、灰や燃料等により表面が劣化することがなく、長期的に断熱効果を得ることができる。したがって、バイオマス燃料が付着することによる発火を長期的に防止できる。

また、本実施形態に係るバーナ１によれば、断熱材６は、仮止めピン６ａに挿し込まれた状態で固定されている。したがって、断熱材６の外筒ノズル４ｂへの固定が容易であり取付が容易となる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

上記実施形態においては、バーナ１はバイオマス専焼バーナとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、バーナ１は、バイオマスと微粉炭との混焼バーナ、または微粉炭による燃焼とバイオマスによる燃焼とを交互に行うバーナとしてもよい。

上記実施形態においては、仮止めピン６ａを設けるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、外筒ノズル４ｂと断熱材６との間に、接着剤等を塗布するものとしてもよい。

また、上記実施形態において、バイオマス燃料は燃料の種類および含水率によってタール化および発火温度が変化する。断熱材６は、このようなバイオマス燃料のタール化の生じる温度特性と二次空気の温度に応じてタール化を防止するように選定される。このようなバイオマス燃料のタール化が生じる要因としては酸素濃度の寄与も大きいので、断熱材６の選定、設定には酸素濃度も考慮される。例えば、断熱材６は、このようなバイオマス燃料のタール化を勘案し、材質・厚さが決定される。

１バーナ
２バイオマス燃料供給配管
３オイルガン
４バーナノズル
４ａ内筒ノズル
４ｂ外筒ノズル
５空気供給部
５ａ二次空気流路部材
５ｂ外側スロート
５ｃ内側スロート
５ｄ主空気調整機構
５ｅ空気調整機構
６断熱材
６ａピン
７断熱材カバー部
７ａカバー
７ｂ端部フランジ
１００火炉壁
１１０火炉開口

Claims

燃焼用空気を供給する内筒と、前記内筒の外周に設けられてバイオマス燃料を噴射する外筒とを備えるバーナであって、
前記外筒の外周に設けられる断熱材を備え、
前記外筒の外側であって、前記外筒の吐出口側に設けられる燃焼用空気流路壁を備え、前記断熱材は、前記燃焼用空気流路壁よりも上流側に設けられることを特徴とするバーナ。
前記断熱材の外周を覆う断熱材カバーを備えることを特徴とする請求項１記載のバーナ。
前記外筒の外周面から径方向に向けて立設されたピンを備え、
前記断熱材は、前記ピンが挿し込まれることを特徴とする請求項１または２記載のバーナ。