(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料とその搬送気体の混合流体を噴出する燃料ノズルと、該燃料ノズルの外側に配置され酸素含有気体を噴出する酸素含有気体ノズルと、前記燃料ノズルの周方向の速度成分を持つ酸素含有気体を噴出させ、該燃料ノズル内に突出させて設けられた少なくとも１つの酸素含有気体追加ノズルとを備え、前記酸素含有気体追加ノズルは、前記燃料ノズルの周方向にノズル出口を有している固体燃料バーナにおいて、
前記酸素含有気体追加ノズルは、バーナ径方向側の隔壁とバーナ中心軸側の隔壁及び前記燃料ノズル側の隔壁から構成されると共に、前記燃料ノズル内部の外周隔壁近くに設けられ、かつ、前記バーナ径方向側の隔壁はバーナ中心軸に向かって形成されていることを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項２】
請求項１に記載の固体燃料バーナにおいて、
前記酸素含有気体追加ノズルは、前記燃料ノズルの出口に近い位置に設けられていることを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項３】
請求項１に記載の固体燃料バーナにおいて、
前記バーナ径方向側の隔壁の面積が、前記バーナ中心軸側の隔壁の面積に比べて大きいことを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の固体燃料バーナにおいて、
前記酸素含有気体追加ノズルの下流部隔壁の側面に、前記燃料ノズルの周方向に追加酸素含有気体を噴出する複数の出口が形成されていることを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項５】
請求項４に記載の固体燃料バーナにおいて、
前記酸素含有気体追加ノズルの最後部に、前記燃料ノズルの周方向に追加酸素含有気体を噴出する複数の出口から逆流した燃料粒子を排出するための出口が形成されていることを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれかに記載の固体燃料バーナにおいて、
前記酸素含有気体追加ノズルの上流端のバーナ中心軸側に突起を設け、該突起を上流方向に突出させると共に、前記突起のバーナ軸方向の投影断面が、バーナ中心方向に向かい拡大する形状になっていることを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項７】
請求項６に記載の固体燃料バーナにおいて、
前記酸素含有気体追加ノズルの上流端のバーナ中心軸側に、バーナ軸方向の投影断面が楕円となる突起を設け、該楕円の突起を上流方向に突出させたことを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の固体燃料バーナにおいて、
前記酸素含有気体追加ノズルは、前記燃料ノズルを流れる混合流体に対して平行方向の速度成分を有する酸素含有気体を噴出する噴出口が最下流部に形成されていることを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれかに記載の固体燃料バーナにおいて、
前記酸素含有気体追加ノズルの上流には、前記燃料ノズルの流路断面積を外周側から滑らかに縮小し拡大する形状のベンチュリと、前記燃料ノズルの流路断面積を内周側から滑らかに縮小し拡大する形状の濃縮器とを備えていることを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれかに記載の固体燃料バーナにおいて、
前記燃料ノズル内に流路を分割する分配器を有し、かつ、バーナ軸に対して垂直方向から見たときに、前記酸素含有気体追加ノズルの出口が前記分配器と重なる位置にあることを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項１１】
請求項１乃至７のいずれかに記載の固体燃料バーナにおいて、
前記酸素含有気体追加ノズルの上流には、前記燃料ノズルの流路断面積を内側から滑らかに縮小し拡大する形状の濃縮器を、前記燃料ノズル内には、流路を分割する分配器をそれぞれ備え、かつ、バーナ軸に対して垂直方向から見たときに、前記酸素含有気体追加ノズルの出口が前記分配器と重なる位置にあることを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項１２】
請求項１乃至７のいずれかに記載の固体燃料バーナにおいて、
前記燃料ノズルと前記酸素含有気体追加ノズルとを隔てる隔壁の先端に、前記燃料ノズルから噴出する固体燃料とその搬送気体との流れ、及び前記酸素含有気体追加ノズルから噴出する酸素含有気体の流れを妨げる保炎器を設けたことを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の固体燃料バーナにおいて、
前記保炎器は、前記燃料ノズルの出口に突出した歯付き保炎器であることを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項１４】
請求項１乃至７のいずれかに記載の固体燃料バーナにおいて、
前記酸素含有気体ノズルの流路出口に、酸素含有気体の噴出方向をバーナ中心軸から離れる方向に誘導するガイドを設けたことを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項１５】
請求項１乃至７のいずれかに記載の固体燃料バーナにおいて、
前記酸素含有気体ノズルに、酸素含有気体に旋回力を与える旋回器を設けたことを特徴とする固体燃料バーナ。
【請求項１６】
請求項１に記載の固体燃料バーナにおいて、
前記燃料ノズル内に内側酸素含有気体ノズルを設け、この内側酸素含有気体ノズルと風箱を配管で接続し、バーナに供給される酸素含有気体の一部を、前記内側酸素含有気体ノズルから噴出するようにしたことを特徴とする固体燃料バーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体燃料を気流搬送して燃焼する固体燃料バーナに係り、特に、木材、ピート、石炭等の水分及び揮発分の多い燃料を粉砕して気流搬送し、浮遊燃焼させるものに好適な固体燃料バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、木材、ピート、褐炭や亜炭に代表される石炭化度の低い石炭などの燃料は、揮発分が多いので、空気雰囲気では、貯蔵、粉砕、搬送過程において自然発火しやすく、瀝青炭などと比べて扱いにくいことが知られている。
【０００３】
自然発火を防止するために、上記した燃料を粉砕して燃焼する場合は、燃料の搬送気体として、酸素濃度を低下させた燃焼排ガスと酸素含有気体との混合気体が使われることがある。燃焼排ガスは、燃料周囲の酸素濃度を低下させ、燃料の酸化反応(燃焼)を抑制し、自然発火を防ぐ。また、燃焼排ガスは、その保有熱により、燃料中の水分を乾燥させる機能も持っている。
【０００４】
しかし、低酸素濃度の搬送気体で搬送された燃料は、固体燃料バーナから噴出する際の酸化反応が燃料周囲の酸素濃度により制限され、空気で搬送した場合と比べて、燃焼速度が低く、火炎の安定性に乏しい嫌いがあった。
【０００５】
上記した自然発火の防止と火炎の安定を両立する方法として、燃料ノズルの周方向にノズル出口を有する酸素含有気体追加ノズルが燃料ノズル内に突出して設置され、その酸素含有気体追加ノズルが、燃料ノズルを流れる混合流体の流路断面積を滑らかに縮小し拡大する形状を成し、かつ、燃料ノズルを流れる混合流体に対して垂直方向の速度成分を有する空気を噴出する噴出口が側面に形成された構造が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１４０４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されているように、燃料ノズルの周方向にノズル出口を有する酸素含有気体追加ノズルが燃料ノズル内に突出して設置され、その酸素含有気体追加ノズルが、燃料ノズルを流れる混合流体の流路断面積を滑らかに縮小し拡大する形状を成している場合、酸素含有気体追加ノズルの上流部は、バーナ径方向側の隔壁（側壁）と燃料ノズル内壁がなす角が直角に満たない鋭角となる。
【０００８】
このため、酸素含有気体追加ノズルのバーナ上流部に燃料粒子が衝突すると、バーナの径方向側の隔壁により、燃料ノズルの内壁に向かう速度成分が誘起され、燃料ノズルの内壁に燃料が衝突しやすくなる。
【０００９】
その結果、燃料ノズル内壁の摩耗が促進される可能性があり、また、燃料ノズルの内壁に誘導した燃料が再分散する可能性がある。更に、燃料の再分散により、燃料ノズル内の流れが乱れ、燃料ノズル出口部分の酸素濃度分布が不均一となる可能性がある。
【００１０】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、燃料ノズルの内壁への燃料の衝突を抑え、燃料ノズルの摩耗を軽減しながら燃料ノズル内の外周部分の燃料濃度と酸素濃度を高くして安定燃焼させることができる固体燃料バーナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の固体燃料バーナは、上記目的を達成するために、固体燃料とその搬送気体の混合流体を噴出する燃料ノズルと、該燃料ノズルの外側に配置され酸素含有気体を噴出する酸素含有気体ノズルと、前記燃料ノズルの周方向の速度成分を持つ酸素含有気体を噴出させ、該燃料ノズル内に突出させて設けられた少なくとも１つの酸素含有気体追加ノズルとを備え、前記酸素含有気体追加ノズルは、前記燃料ノズルの周方向にノズル出口を有している固体燃料バーナにおいて、前記酸素含有気体追加ノズルは、バーナ径方向側の隔壁とバーナ中心軸側の隔壁及び前記燃料ノズル側の隔壁から構成されると共に、前記燃料ノズル内部の外周隔壁近くに設けられ、かつ、前記バーナ径方向側の隔壁はバーナ中心軸に向かって形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃料粒子は酸素含有気体追加ノズルに衝突後、バーナ軸方向のみに速度成分が誘起されるため、燃料ノズルの内壁への燃料の衝突を抑えることができ、燃料の再分散が抑えられ、燃料ノズル外周部分の出口部分の酸素濃度と燃料濃度を高めて安定燃焼させることができる固体燃料バーナを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による固体燃料バーナの実施例１の構造及び固体燃料バーナの火炎を保炎器の下流側の循環流近くから形成させた状態を示す断面図である。
【図２】実施例１の固体燃料バーナを火炉側から見た概略構造を示す図である。
【図３】実施例１の固体燃料バーナの酸素含有気体ノズルの構造と燃料ノズル内での燃料噴流、即ち燃料及びその搬送気体の流れを説明する斜視図である。
【図４】実施例１の固体燃料バーナを、バーナ上流側から見た概略構造を示す図である。
【図５】本発明による固体燃料バーナの実施例２を火炉側から見た概略構造を示す図である。
【図６】本発明による固体燃料バーナの実施例３の構造及び固体燃料バーナの火炎を保炎器の下流側の循環流近くから形成させた状態を示す断面図である。
【図７】本発明による固体燃料バーナの実施例４を火炉側から見た概略構造を示す図である。
【図８】実施例５の固体燃料バーナの酸素含有気体ノズルの構造と燃料ノズル内での燃料噴流、即ち燃料及びその搬送気体の流れとを説明する斜視図である。
【図９】実施例５の固体燃料バーナを、バーナ上流側から見た概略構造を示す図である。
【図１０】本発明による固体燃料バーナの実施例５の構造及び固体燃料バーナの火炎を保炎器の下流側の循環流近くから形成させた状態を示す断面図である。
【図１１】実施例６の固体燃料バーナの酸素含有気体ノズルの構造と燃料ノズル内での燃料噴流、即ち燃料及びその搬送気体の流れとを説明する斜視図である。
【図１２】実施例６の固体燃料バーナを、バーナ上流側から見た概略構造を示す図である。
【図１３】本発明による固体燃料バーナにおける酸素含有気体追加ノズルの変形例であり、固体燃料バーナを火炉側から見た概略構造を示す図である。
【図１４】本発明による固体燃料バーナにおける酸素含有気体追加ノズルの他の変形例であり、固体燃料バーナを火炉側から見た概略構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の固体燃料バーナを図示した実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明による固体燃料バーナの実施例１の構造を示すもので、固体燃料バーナ４２の火炎２０を、保炎器２３の下流側の循環流１９の近くから形成させた状態を、図２は、実施例１の固体燃料バーナを火炉４１側から見た概略構造をそれぞれ示すものである。
【００１６】
図１及び２に示す如く、実施例１における固体燃料バーナ４２は、円柱状の燃料ノズル１１、二次酸素含有気体ノズル１３、三次酸素含有気体ノズル１４が、同心円状に配置された円形状と成っており、更に、中心部には助燃用のオイルガン２４を備え、この助燃用のオイルガン２４の周囲に燃料噴流１６、即ち燃料及びその搬送気体を噴出する燃料ノズル１１を備えている。燃料ノズル１１の中心部を貫通して設けられた助燃用のオイルガン２４は、固体燃料バーナ４２の起動時に燃料着火に使用される。
【００１７】
一方、燃料ノズル１１内には、上流側から流路縮小部材(ベンチュリ)３２、障害物(濃縮器)３３が設置されており、ベンチュリ３２は、燃料ノズル１１の流路断面積を外周側から滑らかに縮小し拡大する形状を持ち、濃縮器３３は、燃料ノズル１１の流路断面積を内側から滑らかに縮小し拡大する形状を持っている。また、燃料ノズル１１の外側には、燃料ノズル１１と同心円状の酸素含有気体噴出用の外側酸素含有気体ノズル、即ち二次酸素含有気体ノズル１３、三次酸素含有気体ノズル１４などが設置されている。
【００１８】
更に、風箱２６と連通し、燃料ノズル１１の周方向の速度成分を持つ酸素含有気体を噴出させる酸素含有気体追加ノズル１２が、燃料ノズル１１内に突出し、かつ、ベンチュリ３２、濃縮器３３の下流側に位置して周方向に複数個設けられている。この酸素含有気体追加ノズル１２には、燃料ノズル１１の周方向に出口１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが形成されている。
【００１９】
また、燃料ノズル１１の外側の先端部、即ち火炉４１の出口側には、保炎器２３と呼ばれる障害物が設けられている。この保炎器２３は、燃料ノズル１１から燃料噴流１６、即ち燃料及びその搬送気体や二次酸素含有気体ノズル１３を流れる二次酸素含有気体１７の流れに対して、障害物として働くものである。
【００２０】
従って、保炎器２３の下流側(火炉４１側)の圧力が低下し、この部分には、燃料噴流１６や二次酸素含有気体１７の流れとは、逆方向の流れが誘起される。この逆方向の流れを循環流１９と呼ぶ。循環流１９内には、下流から燃料の燃焼で生じた高温ガスが流れ込み滞留し、高温ガスと燃料噴流１６中の燃料とが、固体燃料バーナ４２の出口で混合し、更に、火炉４１内からの輻射熱により、燃料粒子の温度が上昇して着火する。
【００２１】
二次酸素含有気体ノズル１３と三次酸素含有気体ノズル１４とは、隔壁２９で隔てられ、隔壁２９の先端部分は、燃料噴流１６に対して三次酸素含有気体１８の流れが角度を持つように噴出させるガイド２５が形成されている。このガイド２５は、外周酸素含有気体ノズル(二次酸素含有気体ノズル１３、三次酸素含有気体ノズル１４など)の流路出口に、酸素含有気体の噴出方向をバーナ中心軸から離れる方向に誘導するように形成され、保炎器２３と共に循環流１９を形成するのに役立つ利点がある。
【００２２】
実施例１では、二次酸素含有気体ノズル１３及び三次酸素含有気体ノズル１４から噴出する酸素含有気体に旋回力を与えるために、二次酸素含有気体ノズル１３、三次酸素含有気体ノズル１４に、旋回器２７及び２８が設けられている。また、火炉壁を構成するバーナスロート３０は、三次酸素含有気体ノズル１４の外周壁を兼ねており、更に、火炉壁には、火炉壁を冷却するための冷媒を流す水管３１が設けられている。
【００２３】
図３は、実施例１における固体燃料バーナ４２の酸素含有気体追加ノズル１２の構造と燃料ノズル１１内での燃料噴流１６、即ち、燃料及びその搬送気体の流れを説明する図であり、また、図４は、実施例１における固体燃料バーナ４２の酸素含有気体追加ノズル１２の構造と燃料ノズル１１内での燃料噴流１６、即ち、燃料及びその搬送気体の流れをバーナ上流側から見た図である。
【００２４】
図３及び４に示す如く、本実施例の固体燃料バーナ４２には、複数本の酸素含有気体追加ノズル１２が、ノズル入口が燃料ノズル１１の外側隔壁２２から固体燃料バーナ４２の中心軸に向かう方向に配置されている。この酸素含有気体追加ノズル１２は、燃料噴流１６の流れに対し、濃縮器３３の下流側、燃料ノズル１１の外側隔壁２２の近くに設けられている。
【００２５】
従来方式は、酸素含有気体追加ノズル１２の上流部において、バーナ径方向側の隔壁（側壁）と燃料ノズル１１の内壁がなす角が直角に満たない鋭角であったため、酸素含有気体追加ノズル１２のバーナ上流部に燃料粒子が衝突すると、バーナ径方向側の隔壁により径方向（燃料ノズル１１の内壁方向）の速度成分が誘起され、燃料粒子の進行方向が変わり、燃料ノズル１１の内壁に燃料が衝突しやすくなっていた。
【００２６】
これに対して、本実施例では、酸素含有気体追加ノズル１２は、バーナ径方向側の隔壁（側壁）６０とバーナ中心軸方向の隔壁６１と周方向側の隔壁６２から構成され、前記バーナ径方向の隔壁６０がバーナ中心軸に向かっている。また、酸素含有気体追加ノズル１２のバーナ軸方向の投影断面が、バーナ中心方向に向かい縮小する形状であり、周方向側の隔壁６２の面積が、バーナ中心軸方向の隔壁６１の面積に比べて大きくなっている。
【００２７】
このため、酸素含有気体追加ノズル１２の上流部において、バーナ径方向側の隔壁６０と燃料ノズル内壁６３がなす角が直角を超える鈍角となり、酸素含有気体追加ノズル１２のバーナ上流部に燃料粒子が衝突すると、バーナ径方向側の隔壁６０によりバーナ周方向にのみ速度成分が誘起される。
【００２８】
その結果、燃料粒子の燃料ノズル内壁６３への衝突位置が減り、燃料ノズル内壁６３の摩耗が軽減され、燃料粒子の衝突が減るため、燃料の再分散が抑えられる。燃料の再分散を抑えられることで、燃料ノズル１１の外側隔壁２２または保炎器２３近くの燃料ノズル１１の外周部分の酸素濃度と燃料濃度を高くできる。
【００２９】
このように、燃料の誘導方向を制御することで、燃料ノズル内壁６３への燃料の衝突を抑え、燃料ノズル１１の摩耗を軽減しながら、燃料ノズル１１の外側隔壁２２または保炎器２３近くの燃料ノズル１１の外周部分の酸素濃度と燃料濃度を高くできる。
【００３０】
一方、酸素含有気体追加ノズル１２の下流部隔壁の側面には、燃料ノズル１１の周方向に追加酸素含有気体２１を噴出する酸素含有気体追加ノズル１２の出口１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが形成されており、この出口１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃから噴出された追加酸素含有気体２１の噴流は、燃料噴流１６とほぼ垂直に交差して混合される。また、酸素含有気体追加ノズル１２の最後部には、運転モードの切替時などに、酸素含有気体追加ノズル１２の出口１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃなどから逆流した燃料粒子を排出するための出口１２Ｚを形成してもよい。
【００３１】
図３には、酸素含有気体追加ノズル１２を２本のみ記載し、その周囲の燃料噴流１６と追加酸素含有気体２１との関係を示している。図３において、左上から右下方向が燃料ノズル１１の軸方向、右上から左下方向が燃料ノズル１１の周方向、上下方向が燃料ノズル１１の径方向をそれぞれ示している。
【００３２】
本実施例の酸素含有気体追加ノズル１２は、図示しない隔壁の二次酸素含有気体ノズル１３側が円筒形、燃料ノズル１１側が燃料ノズル１１の上流と下流側にそれぞれ狭まる六面体の形状であり、図示しない隔壁は、円筒形と六面体との接合部分にある。
【００３３】
図３において、燃料噴流１６は、燃料ノズル１１の軸方向に左上から右下方向に流れる。また、追加酸素含有気体２１の噴流は、酸素含有気体追加ノズル１２の円筒形の上部からノズル内に入り、バーナ軸方向の投影断面が中心方向に向かい縮小する形状の酸素含有気体追加ノズル１２の下流部隔壁の側面に位置する出口１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃから燃料ノズル１１内に噴出する。
【００３４】
酸素含有気体追加ノズル１２から噴出する追加酸素含有気体２１の噴流は、燃料ノズル１１の周方向(図３の右上−左下方向)への速度成分を持つ。このため、軸方向に噴出する燃料噴流１６とほぼ直角に交差することになり、燃料粒子と酸素含有気体との速度差が、平行に噴出する場合よりも大きくなり、混合が進むことになる。特に、燃料粒子は、気体と比べて密度が高いので、慣性力により追加酸素含有気体２１の噴流中に混合し易くなる。
【００３５】
更に、実施例１では、酸素含有気体追加ノズル１２の隔壁は、燃料ノズル１１の流路断面積を滑らかに縮小から拡大する形状である。即ち、図３を右方向から見て、酸素含有気体追加ノズル１２の隔壁が、中心部分が最も厚くなっているので、酸素含有気体追加ノズル１２の隔壁が縮小から拡大する形状となっている。
【００３６】
酸素含有気体追加ノズル１２の出口１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、燃料粒子を排出する出口１２Ｚを、酸素含有気体追加ノズル１２の隔壁の側面や下流側の縮小部に設けると、燃料ノズル１１を流れる燃料粒子が酸素含有気体追加ノズル１２内に流れることを抑制できるため、酸素含有気体追加ノズル１２の出口部分の磨耗を抑えることができる。
【００３７】
また、酸素含有気体追加ノズル１２の隔壁の断面積を滑らかに変え、即ち、隔壁を中心に向かって縮小から拡大する形状にすることで、燃料噴流１６の乱れの発生を抑え、燃料粒子の分散を抑制できる。図３のように、酸素含有気体追加ノズル１２の隔壁を、燃料ノズル１１の周方向に拡大、縮小すると、隔壁に衝突する燃料粒子が燃料ノズル１１の径方向に分散することを防止し、燃料ノズル１１の外周部の燃料濃度の低下を抑制できる。
【００３８】
追加酸素含有気体２１の流量を増やすと、追加酸素含有気体２１の噴流と燃料噴流１６とが混合するので、酸素含有気体追加ノズル１２が設置された燃料ノズル１１の外周部は、流動抵抗が大きくなる。このため、追加酸素含有気体２１の流量を増やすと、燃料ノズル１１の外周部を流れる搬送気体が減る。一方、燃料粒子は、慣性力が気体と比べて大きいので流動抵抗に関わらず外周部を流れるから、燃料粒子量はほとんど変わらない。
【００３９】
従って、追加酸素含有気体２１の流量を増やすと、燃料粒子とともに燃料ノズル１１の外周部を流れる搬送気体が減る。搬送気体が減ると、追加酸素含有気体２１に置き換わるので、搬送気体と追加酸素含有気体２１とが単純に混合する場合と比べて、酸素濃度の希釈が少なく、酸素濃度が高くなる。
【００４０】
更に、図３では、酸素含有気体追加ノズル１２を形成する隔壁の最下流部分にも、１つの燃料粒子を排出する出口１２Ｚを設けてある。酸素含有気体追加ノズル１２を形成する隔壁の最下流部に燃料粒子を排出する出口１２Ｚを設けると、酸素含有気体追加ノズル１２内に入り込んだ燃料粒子を容易に排出でき、燃料粒子の堆積を防止できる。また、燃料粒子の堆積を防止できれば、酸素含有気体追加ノズル１２の閉塞やバーナの焼損を防止できる。
【００４１】
実施例１によれば、燃料ノズル１１から噴出した燃料噴流１６においては、高い酸素濃度と燃料濃度とにより、燃焼反応が進みやすく、火炎２０が燃料ノズル１１の出口に安定して形成される。
【００４２】
酸素含有気体追加ノズル１２の出口から燃料ノズル１１の出口までの距離は、酸素濃度が高い場合に生じやすくなる燃料ノズル１１内での燃料の着火による燃料ノズル１１の焼損や逆火を防ぐように決められる。燃料ノズル１１の焼損や逆火を防ぐには、燃料ノズル１１内での追加酸素含有気体２１の噴流との混合後の燃料の滞留時間が、燃料の着火遅れ時間よりも短いことが望ましい。
【００４３】
通常は、微粉炭などよりも着火遅れ時間の短いガス燃料の着火遅れ時間(約０.１秒)を目安にする。例えば、燃料搬送気体は、流速１２〜２０ｍ／sで燃料ノズル１１内を流れるので、酸素含有気体追加ノズル１２の出口から燃料ノズル１１の出口までの距離は、１ｍ以下となる。
【００４４】
更に、実施例１では、燃料ノズル１１内に設けられた流路を縮小するベンチュリ３２が、燃料ノズル１１の上流側の外側隔壁２２に設けられている。また、燃料ノズル１１内で流路を一旦縮小した後に拡大するための濃縮器３３が、燃料ノズル１１の中心部のオイルガン２４の外側部で、かつ、ベンチュリ３２よりもバーナ下流側(火炉４１側)に設けられている。
【００４５】
ベンチュリ３２は、燃料搬送気体及び燃料粒子に、燃料ノズル１１の中心方向の速度成分を誘起させる。更に、濃縮器３３をベンチュリ３２よりも下流側に設けると、燃料搬送気体と燃料粒子は、燃料ノズル１１の外側隔壁２２方向への速度成分を誘起される。燃料粒子は、燃料搬送気体と比べて慣性力が大きいので、燃料搬送気体の流れに追随できない。このため、燃料粒子は、流路の変更方向と反対側壁面近くに高濃度の領域を形成する。ベンチュリ３２と濃縮器３３とにより、燃料ノズル１１の外側隔壁２２方向への速度成分を誘起されるので、燃料粒子の多くが燃料ノズル１１の外側隔壁２２に沿って流れる。
【００４６】
酸素含有気体追加ノズル１２から噴出する酸素含有気体は、燃料ノズル１１の外周部を流れるので、燃料濃度が高く、かつ、酸素濃度の高い領域が、燃料ノズル１１の外側隔壁２２の内側壁面に片寄って形成される。その結果、燃料ノズル１１から噴出した燃料粒子は、高い燃料濃度と酸素濃度とにより燃焼反応が進みやすく、火炎２０が燃料ノズル１１の出口に安定して形成される。
【００４７】
このとき、燃料ノズル１１の外側隔壁２２の内側壁面を流れる燃料噴流１６は、燃料ノズル１１の出口付近で、外側酸素含有気体ノズルから噴出する酸素含有気体と混合し易くなる。更に、保炎器２３の後流側にできる循環流の高温ガスと混合すると、燃料粒子の温度が上がり、着火し易くなる。その結果、火炎２０が燃料ノズル１１の出口に安定して形成される。
【００４８】
酸素含有気体追加ノズル１２から燃料ノズル１１の周方向に酸素含有気体が噴出し、燃料噴流１６に対して酸素含有気体をほぼ垂直に交差させると、燃料ノズル１１の外側隔壁２２近傍の酸素濃度が高くなる。この状態で燃料粒子と酸素含有気体との混合が進み、火炎２０が燃料ノズル１１の出口に安定して形成される。従って、従来よりも低い負荷で安定した燃焼を継続できる。 
尚、実施例１では、燃料の搬送気体に燃焼排ガスを利用し、燃料ノズル１１を流れる燃料噴流１６中の酸素濃度を低くしている。このような燃焼方法を適用する事例としては、褐炭や亜炭に代表される石炭化度の低い石炭、ピート、木材の燃焼がある。
【実施例２】
【００４９】
図５は、本発明による固体燃料バーナの実施例２であり、図１の火炉４１側から見た概略構造を示すものである。
【００５０】
該図に示す本実施例は、実施例１では設置されていた濃縮器３３が設置されておらず、かつ、図２の構成に比較すると、二次酸素含有気体ノズル１３、三次酸素含有気体ノズル１４などの外側酸素含有気体ノズルの少なくとも一部が、燃料ノズル１１を挟むように設置されている構成を特徴とする。即ち、本実施例は、二次酸素含有気体ノズル１３及び三次酸素含有気体ノズル１４を角型に形成し、この二次酸素含有気体ノズル１３及び三次酸素含有気体ノズル１４が、図５の上下方向から燃料ノズル１１を挟むように配置したものである。
【００５１】
尚、本実施例では、上記の他、燃料ノズル１１を角型にした構造、二次酸素含有気体ノズル１３、又は三次酸素含有気体ノズル１４などの外側酸素含有気体ノズルを１つのノズルとする構造、外側酸素含有気体ノズルを３つ以上に分割する構造を採用してもよい。
【実施例３】
【００５２】
図６は、本発明による固体燃料バーナの実施例３であり、本発明の固体燃料バーナ４２を低負荷条件で使用する場合に、固体燃料バーナ４２の火炎２０を保炎器２３の下流側の循環流１９の近くから形成させた状態を示すものである。
【００５３】
該図に示す本実施例は、固体燃料バーナ４２の燃料ノズル１１内に内側酸素含有気体ノズル３８を設け、この内側酸素含有気体ノズル３８と風箱２６を配管で接続したもので、固体燃料バーナ４２に供給される酸素含有気体の一部を、内側酸素含有気体ノズル３８から噴出するようにしたものである。
【００５４】
本実施例のように、内側酸素含有気体ノズル３８で酸素含有気体を燃料ノズル１１内から混合すると、二次酸素含有気体ノズル１３、三次酸素含有気体ノズル１４のみから混合する場合に比べて、燃料と酸素含有気体との混合が早まる利点がある。また、内側酸素含有気体ノズル３８から多量の酸素含有気体を噴出すると、側を流れる燃料噴流１６の流速が早まり、燃料の着火位置を固体燃料バーナ４２から離すことができる。
【００５５】
従って、高負荷条件において、固体燃料バーナ４２から離れた位置に火炎を形成する場合、酸素含有気体追加ノズル１２から噴出する酸素含有気体流量を減らし、内側酸素含有気体ノズル３８から噴出する酸素含有気体流量を増やせば良い。
【００５６】
また、本実施例では、燃料ノズル１１の濃縮器３３の下流側に、流路を分割する分配器３５を備えている。この分配器３５により流路を隔てると、燃料粒子や搬送気体、追加酸素含有気体２１の混合が抑制されるので、酸素含有気体追加ノズル１２への燃料粒子の衝突による燃料の分散や追加酸素含有気体２１の中心軸近傍への拡散を抑制できる。
【実施例４】
【００５７】
図７は、本発明による固体燃料バーナの実施例４であり、歯付き(toothed)保炎器を採用した固体燃料バーナを火炉側から見た概略構造を示すものである。
【００５８】
該図に示す実施例は、燃料ノズル１１の出口に、板形状のエッジが周方向に所定間隔をもって複数突出している歯付き保炎器５４を設けたものである。他の構成は、実施例１と同様である。
【００５９】
このような本実施例の構成とすることにより、燃料は、歯付き保炎器５４を回りこんで着火しやすくなる。即ち、燃料は、歯付き保炎器５４の下流側で着火することになる。
【実施例５】
【００６０】
図８及び図９は、本発明による固体燃料バーナの実施例５であり、図８は、固体燃料バーナ４２の酸素含有気体追加ノズル１２の構造と燃料ノズル１１内での燃料噴流１６、即ち、燃料及びその搬送気体の流れとを説明するものであり、図９は、実施例１の固体燃料バーナ４２の酸素含有気体追加ノズル１２の構造と燃料ノズル１１内での燃料噴流１６、即ち、燃料及びその搬送気体の流れをバーナ上流側から見たものである。
【００６１】
該図に示す実施例の固体燃料バーナ４２には、複数本の酸素含有気体追加ノズル１２において、ノズル入口のある面が燃料ノズル１１の外側隔壁２２から固体燃料バーナ４２の中心軸に向かう方向に配置されている。また、酸素含有気体追加ノズル１２は、燃料噴流１６の流れに対し濃縮器３３の下流側で、かつ、燃料ノズル１１の外側隔壁２２近くに設けられている。
【００６２】
従来方式では、酸素含有気体追加ノズル１２の上流部において、バーナ径方向側の隔壁（側壁）と燃料ノズル１１の内壁がなす角が直角に満たない鋭角であったため、酸素含有気体追加ノズル１２のバーナ上流部に燃料粒子が衝突すると、バーナ径方向側の隔壁により径方向（燃料ノズル１１の内壁方向）の速度成分が誘起され、燃料粒子の進行方向が変わり、燃料ノズル１１の内壁に燃料が衝突し易かった。
【００６３】
これに対して、本実施例では、酸素含有気体追加ノズル１２は、バーナ径方向側の隔壁（側壁）６０とバーナ中心軸方向の隔壁６１と周方向側の隔壁６２から構成され、前記バーナ径方向の隔壁６０がバーナ中心軸に向かっている。また、酸素含有気体追加ノズル１２のバーナ軸方向の投影断面が、バーナ中心方向に向かい縮小する形状であり、周方向側の隔壁６２の面積がバーナ中心軸方向の隔壁６１の面積に比べて大きい。
【００６４】
このため、酸素含有気体追加ノズル１２の上流部において、バーナ径方向側の隔壁６０と燃料ノズル内壁６３がなす角が直角を超える鈍角となり、酸素含有気体追加ノズル１２のバーナ上流部に燃料粒子が衝突すると、バーナ径方向側の隔壁６０によりバーナ周方向にのみ速度成分が誘起される。
【００６５】
その結果、燃料粒子が燃料ノズル内壁６３へ衝突しにくくなり、燃料ノズル内壁６３の摩耗が軽減される。また、燃料の再分散が抑えられることで流れの乱れが減り、燃料ノズル１１の出口部分の酸素濃度分布を外周部分で高くできる。
【００６６】
更に、本実施例では、酸素含有気体追加ノズル１２の上流端のバーナ中心軸側に突起１２Ｙを設け、この突起１２Ｙを上流方向に突出させ、突起１２Ｙのバーナ軸方向の投影断面がバーナ中心方向に向かい拡大する形状としている。
【００６７】
このように突起１２Ｙを設けると、突起１２Ｙの側面が燃料ノズル内壁６３を向くため、突起１２Ｙの側面に燃料粒子が衝突すると、径方向の速度成分が誘起され、燃料粒子の一部は、燃料ノズル内壁６３面に寄る可能性があるが、酸素含有気体追加ノズル１２から燃料ノズル内壁６３までの距離が長く、燃料ノズル内壁６３への衝突速度が低下するため、燃料ノズル１１の摩耗が軽減され、燃料の再分散も抑制される。
【００６８】
これにより、燃料ノズル１１の火炉４１の出口内周部に燃料が濃縮されるため、燃料の濃縮に用いていたベンチュリや濃縮器、分配器などが必要なくなり、コストの低減が図れる。
【００６９】
図１０は、保炎器及び濃縮器が設置されていない実施例５の固体燃料バーナ４２の構造と、低負荷条件にある固体燃料バーナ４２から噴出される燃料が燃焼装置で燃焼している状態とを示すものである。
【００７０】
該図に示す実施例５の固体燃料バーナ４２は、上述した如く、燃料ノズル１１内に濃縮器が設置されていないし、また、燃料ノズル１１と外側酸素含有気体ノズル１３とを隔てる隔壁２２の先端に保炎器２３が設置されていない構造である。
【００７１】
図１に示す実施例１の固体燃料バーナ４２では、燃料ノズル１１内に濃縮器３３が設置されているが、実施例５のように、濃縮器３３が設置されていない場合でも、突起１２Ｙを設けると、燃料ノズル１１の火炉４１の出口内周部に燃料が濃縮される。また、燃料ノズル１１の周方向に追加酸素含有気体２１の噴流を噴出させると、燃料ノズル１１内を流れる燃料噴流１６にほぼ垂直に交差するので、燃料粒子と酸素含有気体との速度差が、平行に噴出する場合よりも大きくなる。従って、実施例１と同様に、燃料粒子と酸素含有気体との混合が進む。
【００７２】
更に、保炎器２３が設置されていない場合も、保炎器２３が設置されている場合に比べて、効果は小さくなるが、隔壁２２の下流側には循環流１９が形成される。この循環流１９に滞留する高温ガスと燃料粒子とが混合すると、燃料粒子の温度が上がり着火しやすくなる。その結果、火炎２０が燃料ノズル１１の出口に安定して形成される。
【００７３】
実施例５の構成とすることにより、燃料の誘導方向を制御することが可能となり、燃料ノズル内壁６３への燃料の衝突を抑え、燃料ノズル１１の摩耗を軽減しながら燃料ノズル１１内の燃料濃度と酸素濃度を均一化し、安定燃焼させることができる。
【００７４】
尚、実施例５では、酸素含有気体追加ノズル１２の上流端のバーナ中心軸側に突起１２Ｙを設けても、酸素含有気体追加ノズル１２のバーナ軸方向の投影断面積の変化はないが、突起１２Ｙのバーナ中心軸方向の隔壁６１を径方向に伸ばした形状とし、突起１２Ｙを設けることで、酸素含有気体追加ノズル１２のバーナ軸方向の投影断面積を拡大することができる。
【００７５】
また、酸素含有気体追加ノズル１２は、鋳物で製作しても良い。この例を図１１及び図１２に示す。
【実施例６】
【００７６】
図１１及び図１２は、本発明による固体燃料バーナの実施例６であり、図８及び図９の変形例である。
【００７７】
該図に示す本実施例は、酸素含有気体追加ノズル１２を鋳物で流線形状に製作したものである。この鋳物で流線形状に製作された酸素含有気体追加ノズル１２は、その上流側のバーナ中心側に、バーナ軸方向断面が楕円となる突起１２Ｙが形成され（図１２参照）、この楕円の突起１２Ｙを上流方向に突出した形状となっている。
【００７８】
このように形成しても、上述した各実施例と同様な効果を得ることができる。
【００７９】
尚、上述した各実施例では、燃料ノズル１１内に配置される酸素含有気体追加ノズル１２は、周方向に等間隔で８個配置されているが、図１３に示す如く、燃料ノズル１１内に、酸素含有気体追加ノズル１２が相対向して２個配置しても良いし、図１４に示す如く、燃料ノズル１１内に、酸素含有気体追加ノズル１２を等間隔に３個配置しても良いことは言うまでもない。
【００８０】
結局、本発明の要旨を逸脱することのない範囲で酸素含有気体追加ノズル１２の数を決めれば良く、本発明の効果を達成するためには、酸素含有気体追加ノズル１２を少なくとも１個配置すれば良い。
【符号の説明】
【００８１】
１１…燃料ノズル、１２…酸素含有気体追加ノズル、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ…酸素含有気体追加ノズルの出口、１２Ｚ…燃料粒子を排出する出口、１２Ｙ…突起、１３…二次酸素含有気体ノズル、１４…三次酸素含有気体ノズル、１６、１６Ｂ、１６Ｃ…燃料噴流、１７…二次酸素含有気体、１８…三次酸素含有気体、１９…循環流、２０…火炎、２１…追加酸素含有気体、２２…燃料ノズルの外側隔壁、２３…保炎器、２４…オイルガン、２５…ガイド、２６…風箱、２７、２８…旋回器、２９…隔壁、３０…バーナスロート、３１…水管、３２…ベンチュリ、３３…濃縮器、３４…流量調節弁、３５…分配器、３６…反対側流路、３７…酸素含有気体ノズル側流路、３８…内側酸素含有気体ノズル、４１…火炉、４２…固体燃料バーナ、５４…歯付き保炎器、６０…バーナ径方向側の隔壁（側壁）、６１…バーナ中心軸方向の隔壁、６２…周方向側の隔壁、６３…燃料ノズル内壁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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