JP5708119B2 - 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。プラズマトーチは空気をプラズマ化させ、高温のプラズマを発生させるので、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、微粉炭の供給系が１系統でよくなり、設備の簡略化を図ることができる。

然し乍ら、プラズマトーチは先端から軸方向にのみプラズマを噴出する構造の為、高温領域が狭く、高温領域と微粉炭との接触範囲が限定されるという問題があった。

尚、微粉炭にプラズマを用いて着火するプラズマトーチとして、特許文献１、特許文献２に示されるものがあり、特許文献１には、陽極形状を作動ガスの流れ方向に対して広がるデイフユーザとし、デイフユーザ部の壁面静圧を大気圧以下としたことで、圧力差により多量の微粉炭をプラズマ部に引込むプラズマ点火トーチが開示されている。

又、特許文献２には、複合陽極を用いることで陽極の内隙のプラズマの流れを変化させ、微粉炭による陽極の汚染を防止すると共に、複合陽極の外側に覆われたアーク輸送用コイルによりプラズマ炎の長さを長くし、微粉炭に対する着火性能を向上させるプラズマ点火装置が開示されている。

特開平１−２４４２１６号公報 特表２００４−５３６２７０号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、微粉炭流とプラズマの高温領域との接触範囲を増加させ、安定した着火性能が得られる微粉炭バーナを提供するものである。

本発明は、微粉炭バーナの軸心上にプラズマトーチを配設し、該プラズマトーチと同心に微粉炭流を噴出させる微粉炭ノズルを配設し、前記プラズマトーチの先端にプラズマチップを設け、該プラズマチップの円周方向に複数の噴出孔を穿設し、該噴出孔より高温空気を噴出させる様に構成した微粉炭バーナに係るものである。

又本発明は、前記プラズマトーチは２重管構造であり、内管としてプラズマ誘導管、外管として冷却ガスノズルが設けられ、該冷却ガスノズルと前記プラズマ誘導管との間に冷却ガス流路が形成され、前記プラズマチップに冷却ガス導入孔が前記噴出孔よりも上流側に設けられ、前記冷却ガス導入孔を介して前記冷却ガス流路と前記プラズマチップ内部とが連通された微粉炭バーナに係るものである。

又本発明は、前記噴出孔は所定のピッチで前記プラズマチップの円周方向に穿設され、前記冷却ガス導入孔は所定のピッチで前記プラズマチップの円周方向に穿設され、前記冷却ガス流路より前記冷却ガス導入孔を介して前記プラズマ誘導管に冷却ガスが流入すると共に、前記噴出孔より高温空気が放射状に噴出される様構成した微粉炭バーナに係り、更に又前記噴出孔は先端が前記プラズマチップの経線に対して傾斜した微粉炭バーナに係るものである。

本発明によれば、微粉炭バーナの軸心上にプラズマトーチを配設し、該プラズマトーチと同心に微粉炭流を噴出させる微粉炭ノズルを配設し、前記プラズマトーチの先端にプラズマチップを設け、該プラズマチップの円周方向に複数の噴出孔を穿設し、該噴出孔より高温空気を噴出させる様に構成したので、前記微粉炭ノズルより噴出される微粉炭流全体に対して均一に高温空気を接触させることができ、安定した着火性能を得ることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例に係る微粉炭バーナの概略断面図である。 （Ａ）は本発明の第１の実施例に係るプラズマトーチの要部拡大断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ矢視図である。 本発明の第２の実施例に係るプラズマトーチの要部拡大断面図である。

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、図２（Ａ）（Ｂ）を参照して本発明の第１の実施例について説明する。

図１中、１は火炉、２は該火炉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と、該内筒ノズル９と同心で２重管構造のプラズマトーチ８が前記内筒ノズル９の内部に設けられる。前記プラズマトーチ８は外管として冷却ガスノズル１１、内管としてプラズマ誘導管１２を有し、前記冷却ガスノズル１１と前記プラズマ誘導管１２との間には内筒状の冷却ガス流路２０が形成され、該冷却ガス流路２０の先端は閉塞されている。前記プラズマ誘導管１２は先端に設けられた、セラミック等の耐熱材料にて成型され、該プラズマ誘導管１２と同心で先端が閉塞された円筒形状のプラズマチップ１３を有しており、該プラズマチップ１３の一部は前記冷却ガスノズル１１より突出している。

又、少なくとも前記冷却ガスノズル１１、前記プラズマ誘導管１２、前記プラズマチップ１３とでプラズマトーチ８が構成され、該プラズマトーチ８の外周面、又は前記冷却ガス流路２０内には別途、水冷式の冷却機構（図示せず）が設けられており、前記プラズマ誘導管１２がプラズマの熱により融解しない様になっている。尚、前記冷却ガス流路２０に流通させる冷却ガス２６（後述）のみで前記プラズマ誘導管１２の充分な冷却を行うことができる場合は、前記冷却機構は省略することができる。

該プラズマチップ１３の周面には、周方向に等角度ピッチで所要数（図２（Ｂ）中では８箇所）高温空気噴出孔１４が軸心に対して垂直に穿設され、又該高温空気噴出孔１４よりも上流側（図２（Ａ）中左側）には、周方向に等角度ピッチで所要数冷却ガス導入孔１５が軸心に対して垂直に穿設されている。前記高温空気噴出孔１４は前記冷却ガスノズル１１より突出した部分に位置し、前記冷却ガス導入孔１５は前記冷却ガスノズル１１に覆われた部分に位置し、前記冷却ガス導入孔１５を介して前記冷却ガス流路２０と前記プラズマチップ１３の内部とが連通している。

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が形成されている。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（反火炉側の端部）には微粉炭混合流導入管１６が連通し、該微粉炭混合流導入管１６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１７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１７は、前記燃料導通空間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、三次空気導入管１８が連通している。該三次空気導入管１８は大気側から燃焼用空気を取入れてもよいし、前記ウインドボックス４の内部に開口して該ウインドボックス４に送給される燃焼用空気（二次空気１９）の一部を取入れ、三次空気２１として前記内筒ノズル９に導いてもよい。

前記プラズマトーチ８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いる。又、前記プラズマ誘導管１２の基部は前記冷却ガスノズル１１より更に延出し、延出した基端部からはプラズマ発生用の空気がプラズマ空気供給ライン２２を介して供給され、又前記プラズマ誘導管１２にはプラズマ用電源２３が接続され、該プラズマ用電源２３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。

前記冷却ガスノズル１１の基端にはガス継手２４が設けられ、該ガス継手２４には冷却ガス供給ライン２５を介して図示しない冷却ガス供給源に接続されており、該冷却ガス供給源より常温空気等の冷却ガス２６が前記ガス継手２４を介して前記冷却ガス流路２０に供給される。

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２７と、該空気ガイドダクト２７の基部に円周等間隔で設けられた風量調整羽根２８を有し、該風量調整羽根２８は回転軸２９を中心に回転自在となっている。該回転軸２９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２８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２８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での燃料について略述する。

先ず、該微粉炭バーナ５の着火について説明する。

先ず、図示しない冷却ガス供給源より、前記冷却ガス供給ライン２５を介して前記冷却ガス流路２０に冷却ガス２６を供給する。次いで前記プラズマ空気供給ライン２２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２３に励起用電力を供給し、前記プラズマ誘導管１２の先端にプラズマ３１を発生させる。

前記プラズマ誘導管１２の先端に発生したプラズマ３１は６０００℃程度であり、該プラズマ３１は前記冷却ガス流路２０より前記冷却ガス導入孔１５を介して導入される冷却ガス２６と混合されることで冷却され、１０００℃程度の高温空気３２として、前記高温空気噴出孔１４より噴出される。

前記高温空気噴出孔１４は、前記プラズマチップ１３の周面に等角度ピッチで複数放射状に穿設されているので、前記高温空気３２は前記ノズル本体６の軸心に対して半径方向に拡散し、高温領域３３を形成する。該高温領域３３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、前記高温領域３３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、前記プラズマ誘導管１２へのプラズマ発生用空気の供給量、前記冷却ガス２６の供給量等を調整する。

前記微粉炭混合流１７が前記微粉炭混合流導入管１６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り二次空気１９が供給され、該二次空気１９は前記風量調整羽根２８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、形成された高温領域３３を横切る。横切る過程で拡散された前記高温空気３２に微粉炭が接触し、又二次空気１９と混合して発火する。前記高温領域３３の温度は微粉炭が着火するのに充分な温度であるので、確実に着火させることができる。更に、前記高温領域３３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８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３１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８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より前記スロート３に噴出される前記三次空気２１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、微粉炭の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を得ることができる。

又、第１の実施例は、セラミックス製の前記プラズマチップ１３を金属製の前記プラズマ誘導管１２の先端に螺着し、更に該プラズマ誘導管１２と同心多重で前記プラズマチップ１３と連通する前記冷却ガスノズル１１を設けることで実施可能であるので、前記プラズマ誘導管１２自体に加える加工は僅かでよく、従来のプラズマトーチに対しても、本発明を容易に適用することができる。

更に、第１の実施例では、高温の前記プラズマ３１に対して前記冷却ガス２６を混合させ、１０００℃程度迄冷却しているので、セラミック等により成型される前記プラズマチップ１３が熱により溶損することが無く、前記プラズマトーチ８の耐久性を向上させることができる。

次に、図３を参照し、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図３中、図２（Ａ）（Ｂ）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１の実施例では、高温空気噴出孔１４はプラズマチップ１３の軸心に対して垂直に穿設されていたが、第２の実施例では、前記高温空気噴出孔１４を先端が下流側に向う様傾斜して穿設されている。即ち、前記高温空気噴出孔１４の先端が前記プラズマチップ１３の軸心に直交する平面内の半径である経線に対して離反して穿設されている。

プラズマ誘導管１２先端から噴出されたプラズマ３１は、前記プラズマチップ１３内で冷却ガス流路２０より導入された冷却ガス２６と混合され、１０００℃程度の高温空気３２として、前記高温空気噴出孔１４より下流側に向って前記プラズマチップ１３の周面より放射状に噴出する。

第２の実施例も第１の実施例と同様、前記高温空気噴出孔１４は前記プラズマチップ１３の周面に等角度ピッチで所要数穿設されているので、前記高温空気３２は前記プラズマチップ１３の軸心に対して半径方向に、又下流側に向って拡散する。半径方向に拡散した高温空気３２を、ノズル本体６（図１参照）の先端から噴出する微粉炭混合流１７（図１参照）が横切り、微粉炭が前記高温空気３２と接触し、又二次空気１９（図１参照）と混合して発火する。

この時、前記高温空気噴出孔１４の先端は前記プラズマ３１噴出方向の下流側に傾斜しているので、前記高温空気３２が前記プラズマチップ１３の先端に衝突した際の圧力損失を軽減することができ、前記高温空気噴出孔１４より噴出される高温空気３２を広範囲に拡散させることができる。

又、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、又前記微粉炭混合流１７全体に対して均一に前記高温空気３２を接触させることができ、安定した着火性能を得ることができる。

尚、第２の実施例では、前記高温空気噴出孔１４の先端が前記プラズマ３１の噴出方向の下流側に傾斜しているが、前記高温空気噴出孔１４の先端が前記プラズマ３１の噴出方向の上流側に傾斜していてもよい。

又、第１の実施例、第２の実施例共に、前記冷却ガス導入孔１５を前記プラズマチップ１３の軸心に対して垂直に穿設しているが、前記冷却ガス導入孔１５は先端が前記プラズマ３１の噴出方向の下流側に傾斜していてもよいし、又先端が前記プラズマ３１の噴出方向の上流側に傾斜していてもよい。

又、第１の実施例、第２の実施例共に、前記高温空気噴出孔１４と前記冷却ガス導入孔１５が前記プラズマチップ１３の周面に等角度ピッチで所要数穿設されているが、等角度でなく異なる角度ピッチで前記高温空気噴出孔１４と前記冷却ガス導入孔１５を穿設してもよい。

更に、該高温空気噴出孔１４と前記冷却ガス導入孔１５を、前記プラズマチップ１３の軸心と直交する平面から離反する方向に傾斜させるだけではなく、該平面の面内で経線に対して傾斜する方向、即ち前記プラズマチップ１３の周方向に傾斜させ、或は前記高温空気噴出孔１４と前記冷却ガス導入孔１５を軸心に対して偏心させ、前記高温空気３２を前記プラズマチップ１３の軸心に対して旋回させながら拡散させてもよい。

即ち、前記高温空気噴出孔１４と前記冷却ガス導入孔１５は、それぞれ前記プラズマチップ１３の軸心に対して直交する平面内で経線に対して傾斜させてもよく、或は該平面から離反させる様に経線に対して傾斜させてもよく、更に前記高温空気噴出孔１４と前記冷却ガス導入孔１５との傾斜角を異ならせてもよく、又前記高温空気噴出孔１４及び前記冷却ガス導入孔１５の各孔毎にそれぞれ異なる傾斜角としてもよい。

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
８ プラズマトーチ
９ 内筒ノズル
１０ 燃料導通空間
１１ 冷却ガスノズル
１２ プラズマ誘導管
１３ プラズマチップ
１４ 高温空気噴出孔
１５ 冷却ガス導入孔
１６ 微粉炭混合流導入管
１７ 微粉炭混合流
１９ 二次空気
２０ 冷却ガス流路
２３ プラズマ用電源
２６ 冷却ガス
３１ プラズマ
３２ 高温空気
３３ 高温領域

Claims (3)

1. 微粉炭バーナの軸心上にプラズマトーチを配設し、該プラズマトーチと同心に微粉炭流を噴出させる微粉炭ノズルを配設し、前記プラズマトーチの先端にプラズマチップを設け、該プラズマチップの円周方向に複数の噴出孔を穿設し、前記噴出孔より高温空気を噴出させる様に構成し、前記プラズマトーチは２重管構造であり、内管としてプラズマ誘導管、外管として冷却ガスノズルが設けられ、該冷却ガスノズルと前記プラズマ誘導管との間に冷却ガス流路が形成され、前記プラズマチップに冷却ガス導入孔が前記噴出孔よりも上流側に設けられ、前記冷却ガス導入孔を介して前記冷却ガス流路と前記プラズマチップ内部とが連通されたことを特徴とする微粉炭バーナ。
2. 前記噴出孔は所定のピッチで前記プラズマチップの円周方向に穿設され、前記冷却ガス導入孔は所定のピッチで前記プラズマチップの円周方向に穿設され、前記冷却ガス流路より前記冷却ガス導入孔を介して前記プラズマ誘導管に冷却ガスが流入すると共に、前記噴出孔より高温空気が放射状に噴出される様構成した請求項１の微粉炭バーナ。
3. 前記噴出孔は先端が前記プラズマチップの経線に対して傾斜した請求項１又は請求項２の微粉炭バーナ。

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