JP2009216281A - 微粉燃料用バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】
揮発分の少ない微粉燃料で、着火性を改善し、連続的に安定して火炎が維持される微粉燃料用バーナを提供する。
【解決手段】
火炉１に向って開口し、微粉燃料を燃焼用１次空気と共に噴出するノズル本体６と、該ノズル本体の周囲に同心に形成された燃焼用２次空気用流路とを具備し、該燃焼用２次空気用流路の円周方向に沿って所定間隔で遮断部を設け、該遮断部により前記燃焼用２次空気用流路に不流通部分を形成し、炉内高温ガスの逆流現象が発生する様構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は石炭焚きボイラ等、微粉物を燃料とする火炉に設けられる微粉燃料用バーナに関するものである。

微粉物を燃料とする火炉、例えば石炭を燃料とする火炉の１つに、微粉炭機により塊状の石炭を粉砕して微粉炭とし、微粉炭を１次空気と混合し、１次空気と共に微粉炭バーナに供給し、該微粉炭バーナより火炉に噴出して微粉炭を浮遊燃焼させるものがある。

１次空気と微粉炭の混合流に、所要温度（例えば２５０℃〜３００℃）に加熱された燃焼用の２次空気が更に供給される。混合流中の微粉炭は、２次空気及び炉内からの輻射熱で加熱され、揮発分を放出して着火し、火炎を生成する。

図５に於いて、従来の微粉炭バーナについて説明する。

図５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。

該微粉炭バーナ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２次空気調整装置７とを具備している。

前記ノズル本体６は、外筒ノズル８、該外筒ノズル８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オイルバーナ１１を具備している。

前記外筒ノズル８の外筒基部（前記反火炉１側の端部）８ａは、断面径が変化しない円筒形状であり、該外筒基部８ａに連続する外筒中間部８ｂは前記火炉１に向って断面径が縮径するテーパ筒形状であり、前記外筒中間部８ｂに連続する外筒先端部８ｃは前記火炉１に向って断面径が縮径するテーパ筒形状であり、前記外筒先端部８ｃのテーパ角度は前記外筒中間部８ｂより大きく、該外筒中間部８ｂより急激に縮径している。

前記内筒ノズル９の内筒円筒部９ａは、前記外筒中間部８ｂの先端近傍迄、断面径が変化しない円筒形状であり、前記内筒円筒部９ａに連続する先端部の内筒先端部９ｃは、前記外筒先端部８ｃと同等のテーパ角度を有するテーパ筒形状をしている。前記外筒ノズル８と前記内筒ノズル９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が形成される。

前記外筒ノズル８の基部（前記反火炉１側の端部）には１次空気導入管１２が連通し、該１次空気導入管１２を介して１次空気１４及び該１次空気１４に運搬された微粉炭が、前記燃料導通空間１０に接線方向から流入し、該燃料導通空間１０内部を旋回しながら先端から噴出される。又、前記内筒ノズル９の基部には３次空気導入管１３の一端が開口し、該３次空気導入管１３の他端は前記ウインドボックス４に開口し、該ウインドボックス４に送給される燃焼用空気を取入れ、燃焼用補助空気即ち３次燃焼用空気として前記内筒ノズル９に導いている。

前記２次空気調整装置７は、前記ノズル本体６先端部を収納する補助空気調整機構１５と、該補助空気調整機構１５の外側に同心多重に設けられた主空気調整機構１６から構成されている。

前記補助空気調整機構１５は、先端に向って縮径する第１空気ガイドダクト１８と該第１空気ガイドダクト１８の基部に円周等間隔で設けられた風量調整羽根１９を有し、該風量調整羽根１９は回転軸２１を中心に同期回転可能となっている。

又、前記主空気調整機構１６は先端に向って縮径する第２空気ガイドダクト２２と、該第２空気ガイドダクト２２の基部に円周等間隔で設けられた風量調整羽根２３を有し、該風量調整羽根２３は回転軸２４を中心に同期回転可能となっている。

尚、前記第２空気ガイドダクト２２の先端は、前記スロート３に連続し、前記第１空気ガイドダクト１８の先端は前記炉壁２の内壁面から後退した位置にあり、前記外筒ノズル８、前記内筒ノズル９の先端は前記第１空気ガイドダクト１８の先端より更に後退した位置となっている。

上記微粉炭バーナ５での燃焼について略述すると、前記１次空気１４と共に微粉炭が前記１次空気導入管１２より前記燃料導通空間１０の基部に供給される。前記１次空気１４は、前記燃料導通空間１０を旋回しながら前記火炉１に向って流動し、又前記燃料導通空間１０を通過する過程で縮流され、前記外筒ノズル８の先端より噴出される。前記ウインドボックス４には燃焼用補助空気である２次空気２６が所要温度に昇温されて送給され、該２次空気２６は前記風量調整羽根２３により風量調整され、前記第２空気ガイドダクト２２を介して前記１次空気１４、前記微粉炭と共に前記火炉１に噴出される。

前記微粉炭は、前記火炉１に噴出される過程で、前記２次空気２６により、加熱され、又前記火炉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、該揮発分に着火して、火炎が連続的に維持される。

尚、前記第２空気ガイドダクト２２に取込まれた前記２次空気２６の一部は前記風量調整羽根１９を介して前記第１空気ガイドダクト１８内部に取込まれ、２次補助空気として噴出される。前記風量調整羽根２３の風量調整、前記風量調整羽根１９の風量調整で前記２次空気２６の供給量流れの状態が変化し、微粉炭の燃焼状態が調整される。

又、前記２次空気２６の一部は３次空気２７として前記３次空気導入管１３を介して前記内筒ノズル９に導かれ、該内筒ノズル９より噴出される。前記３次空気２７が噴出されることで、微粉炭の燃焼状態が調整される。従って、前記２次空気２６の調整、前記３次空気２７の調整等により微粉炭の燃焼状態が最適となる様に調整される。

尚、前記オイルバーナ１１は、微粉炭を着火する際に使用される。

上記した従来の微粉炭バーナ５には、所定量、例えば２０％程度の揮発成分が含まれる石炭の微粉炭、例えば瀝青炭等の微粉炭が用いられる。

ところが、近年ではより劣悪な燃料を用いることが要請され、例えば、石油精製後の残渣であるオイルコークスが燃料として用いられる。オイルコークスは、揮発分が１０％程度と低く、上記した従来の微粉炭バーナ５では、該微粉炭バーナ５から噴出される際の微粉燃料の温度が低く、充分な揮発分が放出されず火炎が維持できないという問題がある。又、火炎が維持されない場合は、ＮＯx が増大するという問題がある。

特開平８−１４５３２０号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、揮発分の少ない微粉燃料で、着火性を改善し、連続的に安定して火炎が維持される微粉燃料用バーナを提供するものである。

本発明は、火炉に向って開口し、微粉燃料を燃焼用１次空気と共に噴出するノズル本体と、該ノズル本体の周囲に同心に形成された燃焼用２次空気用流路とを具備し、該燃焼用２次空気用流路の円周方向に沿って所定間隔で遮断部を設け、該遮断部により前記燃焼用２次空気用流路に不流通部分を形成し、炉内高温ガスの逆流現象が発生する様構成した微粉燃料用バーナに係るものである。

又本発明は、前記遮断部の前記燃焼用２次空気用流路を占める範囲を可変とした微粉燃料用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に対して同心に、回転可能に可動リングを設け、該可動リングに可動案内羽根を設け、前記ノズル本体の先端部に固定案内羽根を設け、前記可動案内羽根、前記固定案内羽根がそれぞれノズル軸心に対して直交する遮断部を有し、前記可動リングを回転させることで、前記２つの遮断部の重なり状態が変化する様構成した微粉燃料用バーナに係るものである。

又本発明は、前記ノズル本体は、ウインドボックスに収納され、該ウインドボックスに前記ノズル本体の先端部と同心に空気ガイドダクトが設けられ、前記ノズル本体の先端部に可動リングが回転可能に設けられ、該可動リングに可動案内羽根を設け、前記空気ガイドダクトに固定案内羽根を設け、前記可動案内羽根、前記固定案内羽根がそれぞれノズル軸心に対して直交する遮断部を有し、前記可動リングを回転させることで、前記２つの遮断部の重なり状態が変化する様構成した微粉燃料用バーナに係るものである。

本発明によれば、火炉に向って開口し、微粉燃料を燃焼用１次空気と共に噴出するノズル本体と、該ノズル本体の周囲に同心に形成された燃焼用２次空気用流路とを具備し、該燃焼用２次空気用流路の円周方向に沿って所定間隔で遮断部を設け、該遮断部により前記燃焼用２次空気用流路に不流通部分を形成し、炉内高温ガスの逆流現象が発生する様構成したので、炉内の高温の排ガスが呼込まれ、排ガスにより微粉燃料が加熱され、揮発分の少ない微粉燃料であっても、着火性が改善され、安定確実に着火し、又火炎が維持される。

又本発明によれば、前記遮断部の前記燃焼用２次空気用流路を占める範囲を可変としたので、炉内高温ガスの逆流現象の強さが調整でき、揮発分成分の種々の異なる微粉燃料を適正な条件で燃焼させることができる。

又本発明によれば、前記ノズル本体の先端部に対して同心に、回転可能に可動リングを設け、該可動リングに可動案内羽根を設け、前記ノズル本体の先端部に固定案内羽根を設け、前記可動案内羽根、前記固定案内羽根がそれぞれノズル軸心に対して直交する遮断部を有し、前記可動リングを回転させることで、前記２つの遮断部の重なり状態が変化する様構成したので、遮断部の燃焼用２次空気用流路を占める範囲が変化し、炉内高温ガスの逆流現象の強さが調整でき、揮発分成分が種々に異なる微粉燃料を適正な条件で燃焼させることができる。

又本発明によれば、前記ノズル本体は、ウインドボックスに収納され、該ウインドボックスに前記ノズル本体の先端部と同心に空気ガイドダクトが設けられ、前記ノズル本体の先端部に可動リングが回転可能に設けられ、該可動リングに可動案内羽根を設け、前記空気ガイドダクトに固定案内羽根を設け、前記可動案内羽根、前記固定案内羽根がそれぞれノズル軸心に対して直交する遮断部を有し、前記可動リングを回転させることで、前記２つの遮断部の重なり状態が変化する様構成したので、遮断部の燃焼用２次空気用流路を占める範囲が変化し、炉内高温ガスの逆流現象の強さが調整でき、揮発分成分が種々に異なる微粉燃料を適正な条件で燃焼させることができるという優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１、図２は本発明が実施される微粉炭バーナの一例を示している。尚、図１中、図５中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。

微粉炭バーナ５はノズル本体６、２次空気調整装置３１を具備し、前記微粉炭バーナ５は炉壁２に開口されたスロート３と同心に設けられ、前記微粉炭バーナ５はウインドボックス４に収納されている。

該ウインドボックス４には図示しない押込み通風機からの２次空気２６が送風され、該２次空気２６の風量は、前記押込み通風機によって、制御され、燃焼に必要な風量となる様に送風圧力が制御されている。

前記ノズル本体６は、外筒ノズル８、該外筒ノズル８と同心に設けられた内筒ノズル９を有し、前記外筒ノズル８と前記内筒ノズル９との間には、中空筒状の燃料導通空間１０が形成される。

前記ノズル本体６の基部は、前記ウインドボックス４から突出し、外筒基部８ａに１次空気導入管１２が連通されている。前記内筒ノズル９の端部に３次空気導入管１３の下流端が連通され、上流端は前記ウインドボックス４に連通されている。前記１次空気導入管１２は微粉炭機（図示せず）を介して前記押込み通風機（図示せず）に接続され、前記１次空気導入管１２より微粉炭を含む１次空気１４が前記燃料導通空間１０に導入され、前記３次空気導入管１３は前記２次空気２６の一部を取込み、前記内筒ノズル９内部に導入する様になっている。

前記ウインドボックス４の火炉１側には、前記２次空気調整装置３１が前記微粉炭バーナ５の先端部と同心に設けられている。

該２次空気調整装置３１について説明する。

前記ウインドボックス４の前記火炉１に対向する面に空気ガイドダクト３２が前記外筒ノズル８と同心に設けられ、前記空気ガイドダクト３２は前記火炉１側に向って縮径する略テーパ形状であり、先端部は前記スロート３に接続される。

前記空気ガイドダクト３２の内部に、該空気ガイドダクト３２と同心に可動リング３３が回転可能に設けられ、該可動リング３３の内面には可動案内羽根３４が所要数等角度間隔、例えば９０度間隔で設けられている。

該可動案内羽根３４は、前記微粉炭バーナ５の中心に向って延出し、前記２次空気２６の流れ方向に沿って設けられた流れ案内部３５（図３（Ａ）参照）と該流れ案内部３５の上流端に設けられ、該流れ案内部３５と直交する（前記微粉炭バーナ５の軸心と直交する）流れ遮断部３６から構成され、前記可動リング３３と一体に回転する様になっている。

前記流れ案内部３５は、前記微粉炭バーナ５の軸心と平行な第１整流部３５ａ（図３（Ａ）参照）と、軸心に対して傾斜し、前記２次空気２６に旋回流れを形成する第２整流部３５ｂ（図３（Ａ）参照）によって形成されている。

前記外筒ノズル８の先端部には、固定案内羽根３７が等角度間隔、例えば９０度間隔で前記可動案内羽根３４と同数設けられている。

前記固定案内羽根３７は前記可動案内羽根３４と略同形状であり、前記固定案内羽根３７は、前記微粉炭バーナ５の中心から放射状に延出し、前記２次空気２６の流れ方向に沿う流れ案内部３８（図３（Ａ）参照）と該流れ案内部３８の上流端に設けられ、前記流れ案内部３８と直交する（前記微粉炭バーナ５の軸心と直交する）流れ遮断部３９から構成され、前記可動リング３３の回転と干渉しない様、前記固定案内羽根３７の外周端と前記可動リング３３の内面とは隙間が形成され、又前記流れ遮断部３９は前記流れ遮断部３６に対して軸心方向にずれている。

又、前記流れ案内部３８は、前記可動案内羽根３４と同様、前記第１整流部３５ａと前記第２整流部３５ｂによって形成されている。

前記可動案内羽根３４と前記固定案内羽根３７は対で、可変遮断部４１（図３、図４参照）を構成し、前記可動案内羽根３４と隣接する前記可変遮断部４１の固定案内羽根３７とで流路４２（図３、図４参照）が形成される。

前記可動リング３３の上流端にはリングギア４３が設けられ、該リングギア４３には駆動ギア４４が噛合され、該駆動ギア４４には駆動軸４５が連結され、該駆動軸４５は前記駆動ギア４４の正面板４６に設けられたモータ４７に連結されている。

該モータ４７を回転することで、前記駆動軸４５、前記駆動ギア４４を介して前記リングギア４３が回転され、該リングギア４３と一体に前記可動リング３３が回転する。

前記可動案内羽根３４と前記固定案内羽根３７とが相対的に正逆回転し、近接離反する。

図３、図４は、前記可動案内羽根３４と前記固定案内羽根３７との関係を示すものであり、図３（Ａ）、図４（Ａ）は前記可動案内羽根３４と前記固定案内羽根３７とが最も近接した状態、図３（Ｂ）、図４（Ｂ）は、前記可動案内羽根３４と前記固定案内羽根３７とが最も離反した状態を示している。

最も近接した状態では、前記流路４２の流路断面は最大であり、又前記可変遮断部４１が前記流路４２を遮る大きさは最小となっている。又最も離反した状態では、該流路４２の流路断面は最小であり、又前記可変遮断部４１が前記流路４２を遮る大きさは最大となっている。

供給する２次空気量を同じとすれば、最も近接した状態では、前記２次空気２６の流速は小さく、又最も離反した状態では、該２次空気２６の流速は大きくなる。

次に、前記２次空気調整装置３１の作用について説明する。

微粉燃料、例えば、揮発分の比較的少ない微粉炭が供給される場合は、前記モータ４７により前記可動リング３３を回転させ、前記可動案内羽根３４と前記固定案内羽根３７とを近接させる。

前記流路４２の流路断面は大きくなり、前記流路４２を通過する前記２次空気２６の流速は小さくなる。又、前記可変遮断部４１による流路遮断範囲は小さくなる。前記可変遮断部４１の下流部分で、該可変遮断部４１の両側を流れる前記２次空気２６間には、該２次空気２６の不流通部分が生じ、渦が発生する。渦の発生により炉内高温ガスの逆流現象が発生し、前記火炉１から炉内ガスが呼込まれる。

炉内ガスは、高温であり、前記１次空気１４と共に噴出される微粉炭を加熱し、揮発分の少ない燃料であっても、確実に着火する。従って、揮発分の少ない微粉燃料であっても、確実に着火し、火炎が安定して維持される。尚、前記可変遮断部４１の遮断範囲は小さいので、渦は小さく、前記火炉１から炉内ガスの呼込み量は少ない。

次に、揮発分が、著しく少ない微粉燃料が供給される場合は、前記モータ４７により前記リングギア４３を介して前記可動リング３３を回転し、前記可動案内羽根３４と前記固定案内羽根３７とを最大に離反する。

前記流路４２の流路が狭められ、又前記可変遮断部４１による流路遮断範囲が大きくなる。前記流路４２を通過する前記２次空気２６の流速は大きくなり、該可変遮断部４１の両側を流れる前記２次空気２６間に発生する渦は大きくなり、炉内高温ガスの逆流現象も顕著となる。この為、前記火炉１から炉内ガスの呼込み量も大きくなり、炉内ガスにより、微粉燃料はより高温に加熱され、揮発分の少ない微粉燃料の着火、着火後の火炎維持が可能となる。

而して、前記可変遮断部４１に於ける前記可動案内羽根３４と前記固定案内羽根３７の離反量を調整することで、揮発分の少ない種々の微粉燃料に対して最適な燃焼状態が得られる。

尚、供給される微粉燃料が含む揮発分に変化がない場合は、所要面積を有する、流れ遮断板（前記流れ遮断部３６、前記流れ遮断部３９に相当）を前記外筒ノズル８と前記空気ガイドダクト３２との間に円周所要間隔で設けてもよい。

又、前記可動リング３３或は前記可動案内羽根３４を回転させる手段としては、種々考えられ、例えばシリンダ等が用いられ、或は手動で位置を変更してもよい。

又、前記可動リング３３は、前記空気ガイドダクト３２に回転可能に設けたが、前記外筒ノズル８の先端部に回転可能に設け、前記空気ガイドダクト３２に前記固定案内羽根３７を設けてもよい。

本発明に係る微粉炭バーナの一例を示す断面図である。 図１のＡ矢視図である。 （Ａ）（Ｂ）は、本発明の微粉炭バーナに用いられる可変遮断部の作動説明図である。 （Ａ）（Ｂ）は、本発明の微粉炭バーナに用いられる可変遮断部の作動説明図である。 従来の微粉炭バーナを示す断面図である。

符号の説明

１ 火炉
４ ウインドボックス
５ 微粉炭バーナ
６ ノズル本体
８ 外筒ノズル
１４ １次空気
２６ ２次空気
３２ 空気ガイドダクト
３３ 可動リング
３４ 可動案内羽根
３６ 流れ遮断部
３７ 固定案内羽根
３９ 流れ遮断部
４３ リングギア
４４ 駆動ギア
４７ モータ

Claims (4)

1. 火炉に向って開口し、微粉燃料を燃焼用１次空気と共に噴出するノズル本体と、該ノズル本体の周囲に同心に形成された燃焼用２次空気用流路とを具備し、該燃焼用２次空気用流路の円周方向に沿って所定間隔で遮断部を設け、該遮断部により前記燃焼用２次空気用流路に不流通部分を形成し、炉内高温ガスの逆流現象が発生する様構成したことを特徴とする微粉燃料用バーナ。
2. 前記遮断部の前記燃焼用２次空気用流路を占める範囲を可変とした請求項１の微粉燃料用バーナ。
3. 前記ノズル本体の先端部に対して同心に、回転可能に可動リングを設け、該可動リングに可動案内羽根を設け、前記ノズル本体の先端部に固定案内羽根を設け、前記可動案内羽根、前記固定案内羽根がそれぞれノズル軸心に対して直交する遮断部を有し、前記可動リングを回転させることで、前記２つの遮断部の重なり状態が変化する様構成した請求項１の微粉燃料用バーナ。
4. 前記ノズル本体は、ウインドボックスに収納され、該ウインドボックスに前記ノズル本体の先端部と同心に空気ガイドダクトが設けられ、前記ノズル本体の先端部に可動リングが回転可能に設けられ、該可動リングに可動案内羽根を設け、前記空気ガイドダクトに固定案内羽根を設け、前記可動案内羽根、前記固定案内羽根がそれぞれノズル軸心に対して直交する遮断部を有し、前記可動リングを回転させることで、前記２つの遮断部の重なり状態が変化する様構成した請求項１の微粉燃料用バーナ。

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