(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス燃料用一次空気に搬送されたバイオマス燃料を噴出するバイオマス燃料噴出口を有するバイオマス燃料噴出ノズルと、前記バイオマス燃料噴出口の開口を囲繞し微粉炭燃料用一次空気に搬送された微粉炭燃料を噴出する微粉炭燃料噴出口を有する微粉炭燃料噴出ノズルと、前記微粉炭燃料噴出口の開口を囲繞し二次空気を噴出する二次空気噴出口を有する二次空気ノズルと、前記二次空気噴出口を囲繞して三次空気の旋回流を噴出する三次空気噴出口を有する三次空気ノズルとを設けた微粉炭バイオマス混焼バーナであって、
前記バイオマス燃料噴出ノズルが、前記バイオマス燃料流を軸周りに旋回する旋回流に変成して燃料濃度を管軸側に薄く外周壁側に濃く分布させるバイオマス燃料旋回羽根部を備え、前記バイオマス燃料噴出口の管端が管軸に平行になっていて管端の上流の管内壁に該バイオマス燃料噴出口から噴出するバイオマス燃料流の旋回を抑制するバイオマス燃料整流板とを備え、
前記微粉炭燃料噴出ノズルが、前記微粉炭燃料流を前記バイオマス燃料噴出ノズルの外周を旋回する旋回流に変成して燃料濃度を外周壁側に濃く分布させる微粉炭燃料旋回羽根部と、前記微粉炭燃料噴出口の管端にロート状に開口しかつ段を設けた保炎器とを備えると共に、該保炎器の上流の管内壁に該微粉炭燃料噴出口から噴出する微粉炭燃料流の旋回を抑制する微粉炭燃料整流板とを備え、
該保炎器と微粉炭燃料整流板により微粉炭燃料流の噴出後の放散角を抑えると共に、前記二次空気噴出口から供給する前記二次空気が前記微粉炭燃料流と前記三次空気流の間に緩衝流を形成させ、前記バイオマス燃料噴出口から噴出したバイオマス燃料流が前記微粉炭燃料噴出口から噴出した微粉炭燃料流に包み込まれるように供給されることを特徴とする微粉炭バイオマス混焼バーナ。
【請求項２】
前記バイオマス燃料噴出ノズルが前記バイオマス燃料旋回羽根部の上流にバイオマス燃料ベント部を有し、前記微粉炭燃料噴出ノズルが前記微粉炭燃料旋回羽根部の上流に微粉炭燃料ベント部を有することを特徴とする請求項１記載の微粉炭バイオマス混焼バーナ。
【請求項３】
前記バイオマス燃料用一次空気は、前記バイオマス燃料噴出ノズルの管内で燃料搬送流の速度を１４．５ｍ／ｓから３０ｍ／ｓの範囲内に収める量が供給されることを特徴とする請求項１または２記載の微粉炭バイオマス混焼バーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス燃料を微粉炭と一緒に燃焼させる微粉炭バイオマス混焼バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化対策の計画的な推進実行が望まれている中、最近でも、我が国において排出される温室効果ガスのうちエネルギー起源のＣＯ２が約９割を占め、さらに全発電における石炭火力発電が５０％のＣＯ２を排出する状況であり、石炭焚き火力発電設備についても環境負荷の低い新エネルギーの利用促進が求められる。
【０００３】
有機物は、地球上で自然に分解・吸収・放出を繰り返して循環しているため、有機物を燃焼するときに排出されるＣＯ２は、同量のＣＯ２吸収源を確保することで、収支を均衡させることができる。このように、バイオマスはカーボンニュートラルな燃料であるので、バイオマス発電は化石燃料の節約とＣＯ２排出量の削減が可能な新エネルギーとして大きな期待を担っている。収集が容易なバイオマスとして、木質ペレット、木質チップなどがある。
また、バイオマス燃料は窒素成分の含有量が少ないため、石炭焚きボイラにおいてバイオマスを補助燃料として使用すれば、燃焼排ガスの低ＮＯｘ化を図ることができる。
【０００４】
このような状況の下、新エネルギー等の利用を推進するため、石炭焚き火力発電用ボイラにおいて、バイオマスを補助燃料として利用したバイオマス混焼方式の導入が求められている。
バイオマスを使用するボイラとして、微粉炭とバイオマス燃料を混合した粉体燃料を燃焼させる混焼ボイラがある。代表的な方式は、従来の微粉炭焚きボイラを利用して、たとえばローラミルなど石炭を微粉砕するミルにバイオマス原料を加えて微粉炭とバイオマスの混合燃料を製造し、これを搬送空気に載せて微粉炭バーナで燃焼させるものである。
【０００５】
ローラミルでは、バーナの燃焼効率を上げるため、石炭を通常２００μｍ以下、好ましくは７０μｍ程度の微粉炭にするが、ここでは、石炭とバイオマス原料を一緒に処理してバイオマス燃料も微細に粉砕する。製造された混合燃料は、製品粒度が悪化して１００μｍ以上の粗い成分が増加し、製品燃料の粒度分布が粗い方と細かい方の両方に広がる。また、バイオマス原料を微粉砕するためには大きな動力が必要となり原単位を悪化させる。
【０００６】
さらに、バイオマス燃料と石炭では、たとえば揮発分が石炭の２倍で、発熱量が木質ペレットでは石炭の２／３、木質チップでは１／２、また灰分は木質ペレットや木質チップで石炭の１／１０以下であるなど、燃焼特性が異なる。一方、バイオマス燃料と微粉炭では燃焼に必要な空気量が異なるが、一定の空気量で両者を混焼するときは、燃焼可能な微粉炭とバイオマスの混合比によって必ずしも適正な状態ではなくなる。微粉炭バーナを使ったボイラにおけるバイオマス燃料混合比（熱量比）の工業的実績値は３％であり、限界は５％程度と推定される。
【０００７】
バイオマス燃料の高い混焼率を得るため、バイオマス専焼バーナを併設して微粉炭とバイオマス燃料をそれぞれ燃焼させるようにすることが考えられる。
バイオマス燃料は、細かく粉砕するほど粉砕に要する動力が増大し、原単位を増加させる。また、バイオマス燃料は、同じ粒径であれば石炭より燃えやすいため、粉砕粒を小さくする必要がない。
微粉炭専焼バーナとバイオマス専焼バーナを併用する場合は、微粉炭と独立して、バイオマス燃料に適した条件で粉砕機を運転し、微粉炭燃料に対して適宜な混焼割合を選んでボイラを運転することができる。
【０００８】
特許文献１には、微粉炭とバイオマス燃料を別系統でそれぞれ火炉に投入して燃焼させる混焼ボイラに適用するバイオマス専焼バーナが開示されている。開示されたバイオマス専焼バーナのバイオマス燃料噴出ノズルは、ノズル内の中心部中央にバイオマス燃料の偏流を防止する分散装置を設け、ノズル内の上流部に燃料の流速を上昇させ分散装置にバイオマス燃料粒子を衝突させるためのベンチュリーを備え、ノズルの先端にバイオマス燃料の流れを急拡大させる階段状拡大構造の保炎器を設け、ノズルの外側に二次空気の旋回流を供給する燃焼用空気ノズルを設けたものである。
バイオマス専焼バーナは、所定量のバイオマス燃料を燃焼させるために最適化したもので、適用する火炉において求められるバイオマス燃料処理量に応じて設置数を決めることができる。特許文献１には、混焼率１５％を実現した実施例が記載されている。
【０００９】
また、特許文献２には、微粉炭とバイオマス燃料の混焼バーナを使用したボイラと、起動用または補助用バーナを流用してバイオマス燃料を間欠供給して燃焼させるバイオマス燃料燃焼用バーナとして使用したボイラが開示されている。ただし、特許文献２には、バイオマス専焼バーナの具体的形態、使用上の問題点、解決方法などが記載されていない。
なお、特許文献３は、微粉炭専焼バーナを開示したものである。開示されたバーナは、バイオマス燃料と比較して発熱量が大きく、燃焼に必要な空気量が大きく、比重が大きく、最適な粒度が小さい微粉炭に適合するもので、そのままバイオマス燃料用に転用することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２９１５３４号公報
【特許文献２】特開２００５−２９１５２４号公報
【特許文献３】特開平９−２６１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
微粉炭バイオマス混焼ボイラなどで補助燃料として使用するバイオマスは、燃焼量が大きいほど望ましい。しかし、バイオマス原料の供給は、現状では必ずしも安定していない。
そこで本発明が解決しようとする課題は、補助燃料としてバイオマス燃料を大量に燃焼させるだけでなく、バイオマス燃料が十分でない場合は微粉炭のみでも燃焼させることができる微粉炭バイオマス混焼バーナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の微粉炭バイオマス混焼バーナは、バイオマス燃料用一次空気に搬送されたバイオマス燃料を噴出するバイオマス燃料噴出口を有するバイオマス燃料噴出ノズルと、バイオマス燃料噴出口の開口を囲繞し微粉炭燃料用一次空気に搬送された微粉炭燃料を噴出する微粉炭燃料噴出口を有する微粉炭燃料噴出ノズルと、微粉炭燃料噴出口の開口を囲繞し二次空気を噴出する二次空気噴出口を有する二次空気ノズルと、二次空気噴出口を囲繞し三次空気の旋回流を噴出する三次空気噴出口を有する三次空気ノズルとを設けた微粉炭バイオマス混焼バーナである。
【００１３】
バイオマス燃料噴出ノズルは、バイオマス燃料流を軸周りに旋回する旋回流に変成して燃料濃度を外周壁側に濃く分布させるバイオマス燃料旋回羽根部を備え、バイオマス燃料噴出口の管端が管軸に平行になっていて管端の上流の管内壁に該バイオマス燃料噴出口から噴出する燃料流の旋回を抑制するバイオマス燃料整流板とを備える。
【００１４】
また、微粉炭燃料噴出ノズルは、微粉炭燃料流をバイオマス燃料噴出ノズルの外周を旋回する旋回流に変成して燃料濃度を管軸側に薄く外周壁側に濃く分布させる微粉炭燃料旋回羽根部と、微粉炭燃料噴出口の管端にロート状に開口する保炎器を備えると共に保炎器の上流の管内壁に微粉炭燃料噴出口から噴出する燃料流の旋回を抑制する微粉炭燃料整流板とを備える。
【００１５】
さらに、二次空気噴出口から供給する二次空気が微粉炭燃料流と三次空気流の間に緩衝流を形成させ、バイオマス燃料噴出口から噴出するバイオマス燃料流が微粉炭燃料噴出口から噴出する微粉炭燃料流に包み込まれるように供給されることを特徴とする微粉炭バイオマス混焼バーナである。
【００１６】
本発明の微粉炭バイオマス混焼バーナでは、空気搬送されたバイオマス燃料流をバイオマス燃料噴出ノズルの内部で旋回流化してノズルの管壁側で燃料成分が濃くなった燃料流となった後、旋回度を抑制して、バーナ軸側に設けられるバイオマス燃料噴出口の直管状の開口部から比較的径が拡がらない燃料流となって炉内に噴出する。
さらに、空気搬送された微粉炭燃料流が、微粉炭燃料噴出ノズルの内部で旋回流化してノズルの管壁側で燃料成分が濃くなった燃料流となった後、旋回度を抑制して、バイオマス燃料流の外周部からバイオマス燃料の噴出流を包むようにして炉内に噴出される。
微粉炭燃料流の外周には二次空気、さらに二次空気の外周に三次空気が供給される。
【００１７】
微粉炭燃料噴出口の管端に保炎器を備えるため、炉内に微粉炭を分散させかつ比較的大きな逆流域を発生させてバーナの着火を容易にし火炎を保持し易くさせている。
また、微粉炭燃料流は、ロート状に開口する保炎器に導かれ炉内に噴出されて拡散するが、燃焼用空気の噴出口から噴出する二次空気や三次空気の燃焼用空気を外側にそらせて流すことにより微粉炭と空気の混合を遅らせ、還元雰囲気で燃焼させてＮＯｘの低減を図ることができる。
【００１８】
バイオマス燃料は、保炎性の良い微粉炭の火炎中に噴出されて、着火し保炎するので、バイオマス燃料は微粉炭燃料に対して低い混合率から高い混合率まで広い範囲で安定した燃焼が可能である。本発明の微粉炭バイオマス混焼バーナは、バイオマス混焼率６０％（重量比）でも良好な燃焼ができ、かつ、微粉炭のみを燃焼させることもできる。
【００１９】
本発明の微粉炭バイオマス混焼バーナでは、微粉炭の供給路とバイオマスの供給路は独立しているので、バイオマスと微粉炭はそれぞれ別の粉砕機によりそれぞれに適した粒度まで粉砕することができる。たとえば、バイオマス燃料を、過剰な動力を掛けない約２ｍｍ以下の粒度分布を持つように調整することにより、エネルギー効率が向上する。また、バイオマス燃料と微粉炭について、それぞれ独立に最適な搬送用一次空気量を選択することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の微粉炭バイオマス混焼バーナは、微粉炭に対する補助燃料としてバイオマス燃料を大量に燃焼させることができる。また、バイオマス燃料を還元雰囲気中で燃焼させるためＮＯｘの生成を抑制することができ、バイオマス燃料のカーボンニュートラル性により化石燃料の燃焼と比較し大気中のＣＯ２増加を実質的に抑制することができる。
さらに、本発明の微粉炭バイオマス混焼バーナを適用した微粉炭バイオマス混焼ボイラは、バイオマス燃料を補助燃料として使用することにより石炭消費量を削減すると共に、排ガス中のＮＯｘを低減しかつ化石燃料起源のＣＯ２排出量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の１実施例に係る微粉炭バイオマス混焼バーナの概略断面図である。
【図２】本実施例に係る微粉炭バイオマス混焼バーナの噴出口部分の拡大断面図である。
【図３】本実施例の微粉炭バイオマス混焼バーナの運転範囲を示すバーナ負荷・Ａ／Ｃ関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の１実施例に係る微粉炭バイオマス混焼バーナの概略断面図、図２はバーナの噴出口部分の拡大断面図である。
【００２３】
本実施例の微粉炭バイオマス混焼バーナ１は、図１に示すように、バイオマス燃料噴出ノズル２０を中心に備え、その外側に同軸に順次、微粉炭燃料噴出ノズル３０と二次空気ノズル４０と三次空気ノズル５０を備える。なお、バイオマス燃料噴出ノズル２０の管軸に、補助用あるいは起動用の液体燃料やガス燃料を供給する補助燃料ノズル１０を設けても良い。
【００２４】
バイオマス燃料噴出ノズル２０は、バイオマス燃料用一次空気に搬送されたバイオマス燃料を微粉炭バイオマス混焼バーナ１の中心から炉内に供給するもので、バイオマス燃料導入管２１、バイオマス燃料反射板２２、バイオマス燃料搬送管２３、バイオマス燃料噴出口２４で構成される。
【００２５】
バイオマス燃料搬送管２３内のバイオマス燃料噴出口２４の上流にバイオマス燃料旋回羽根２５を備える。バイオマス燃料旋回羽根２５は、バイオマス燃料搬送管２３内のバイオマス燃料流の流路中に設けられ、補助燃料ノズル１０の外壁に固定することができる。
さらに、バイオマス燃料噴出口２４の端部における管内壁にバイオマス燃料整流板２６を備える。バイオマス燃料整流板２６は、管軸に対してほぼ平行に並べた複数の障壁板で構成されるもので、バイオマス燃料流の旋回速度を緩め遠心力を弱めて、管口におけるバイオマス燃料の放出角度を抑制する働きを有する。
【００２６】
微粉炭燃料噴出ノズル３０は、微粉炭用一次空気に搬送された微粉炭燃料をバイオマス燃料噴出口２４の周囲から炉内に供給するもので、微粉炭燃料導入管３１、微粉炭燃料反射板３２、微粉炭燃料搬送管３３、微粉炭燃料噴出口３４で構成される。
微粉炭燃料搬送管３３の中間部に微粉炭燃料旋回羽根３５を備える。また、微粉炭燃料搬送管３３の先端部の管内壁に微粉炭燃料整流板３６を備える。さらに微粉炭燃料噴出口３４には微粉炭燃料保炎器３７が設けられる。微粉炭燃料保炎器３７は噴出流を外側に拡大させるロート状の拡幅リングを有し、拡幅リングの中間には噴出流に停滞や逆流を形成させて着火性や保炎性を向上させるために微小な段差が設けられている。
微粉炭燃料噴出口３４から炉内に噴出される微粉炭燃料流は、バイオマス燃料噴出口２４から噴出されるバイオマス燃料流を包み込むように形成される。
【００２７】
微粉炭燃料噴出ノズル３０を囲繞するように二次空気ノズル４０が設けられる。二次空気ノズル４０は、二次空気導入管４１、二次空気搬送管４２、二次空気拡幅リング４３を備えて、図示しない渦巻き形状の風箱から旋回する二次空気を取り込んで、微粉炭燃料噴出口３４の周囲に形成した二次空気供給口から炉内に供給する。二次空気は、二次空気供給口に設けられた二次空気拡幅リング４３により、微粉炭燃料流の外側に供給される。
【００２８】
さらに、二次空気ノズル４０を囲繞するように三次空気ノズル５０が設けられる。三次空気ノズル５０は、三次空気導入管５１、三次空気スロート５２、三次空気拡幅リング５３を備えて、図示しない渦巻き形状の風箱から旋回する三次空気を取り込み、二次空気供給口を囲むように形成した三次空気供給口から、微粉炭燃料流の外側に供給する。なお、三次空気の旋回強度は、取り込み口に設けた三次空気旋回ベーン５４で調整することができる。
【００２９】
補助燃料ノズル１０は、微粉炭バイオマス混焼バーナ１の軸位置に設けられた補助燃料搬送管１１と補助燃料噴出口１２で構成され、微粉炭系統のトラブル時などに使用する補助用あるいは起動用の液体燃料やガス燃料を供給する燃料供給管であり、付加することにより安定した運転に有効である。
また、図示しないが、本実施例の微粉炭バイオマス混焼バーナ１にも、パイロットバーナや火炎検知器が設置されている。
【００３０】
本実施例におけるバイオマス燃料噴出ノズル２０では、水平に設置した配管中にバイオマス燃料が滞留しない流速１４．５ｍ／ｓ程度以上になる量の一次空気が用いられる。なお、バイオマス燃料流の流速は、速すぎても着火・保炎性が劣化するので、３０ｍ／ｓ程度までに抑えることが好ましい。
バイオマス燃料噴出ノズル２０では、水平方向に配置されたバイオマス燃料搬送管２３に対してバイオマス燃料導入管２１をベンド部の位置でほぼ垂直の方向に会合させてあって、バイオマス燃料導入管２１から流入するバイオマス燃料流をベンド部に設けた平らなバイオマス反射板２２に衝突させてほぼ９０°曲げさせる。
【００３１】
ベンド部が曲管で形成されている場合は、導入されたバイオマス燃料流が曲管によって滑らかに曲げられて流れ中の重い燃料粒子が遠心力で曲管の外周側に偏在し、曲管出口では配管内の燃料分布が周方向に不均等になるが、本実施例のノズルでは平板のバイオマス反射板２２に燃料流を衝突させて流れを乱すため、配管内の燃料分布を周方向により均等化することができる。
【００３２】
一次空気で搬送されたバイオマス燃料流は、バイオマス反射板２２を設けたベンド部を通過することにより周方向の偏りは緩和するが、流れの断面におけるバイオマス燃料の濃度分布は乱れているので、その下流にバイオマス燃料旋回羽根２５を設けて、バイオマス燃料流の燃料濃度分布を調整する。
バイオマス燃料旋回羽根２５は、バイオマス燃料搬送管２３におけるベンド部下流の流路中に旋回羽根を複数設けることで構成される。旋回羽根は羽根が管軸に対して傾いていて、流入するバイオマス燃料流を軸周りに旋回させ、遠心力を使って燃料濃度を中心側に薄く外周側に濃く分布させると共に、濃度分布が周方向にほぼ同一になるように整える。
【００３３】
さらに、炉内に燃料を噴出させるバイオマス燃料噴出口２４の直ぐ上流の管内壁に、バイオマス燃料整流板２６を備えて、バイオマス燃料旋回羽根２５で与えられたバイオマス燃料流の旋回力を殺ぎ、噴出後の燃料流の放散角を抑えるようにしている。バイオマス燃料整流板２６は周方向にほぼ等間隔に配置された、管軸に沿って設けた複数の平板で構成される。バイオマス燃料整流板２６における平板の数、大きさ、管軸に対する傾きなどは、バイオマス燃料流の旋回力と噴出後の放散角に応じて適宜に決めることができる。
なお、バイオマス燃料噴出口２４の先端には、微粉炭燃料噴出口３４などに見られるロート状の開口は設けられておらず、ほぼ直管の状態になっていてバイオマス燃料流を余り拡げずに、外側に形成される微粉炭燃料流の芯の部分に放出するようになっている。
【００３４】
また、本実施例における微粉炭燃料噴出ノズル３０も、水平方向に配置された微粉炭燃料搬送管３３に対して微粉炭燃料導入管３１をベンド部の位置でほぼ垂直の方向に会合させてあって、微粉炭燃料導入管３１から流入する一次空気に搬送された微粉炭燃料流をベンド部に設けた平らな微粉炭燃料反射板３２に衝突させてほぼ９０°曲げさせる。本実施例における微粉炭燃料流は、平板の微粉炭燃料反射板３２に衝突させて配管内の燃料分布を周方向により均等化することができる。
【００３５】
さらに、ベンド部下流の微粉炭燃料搬送の流路中に設けられた微粉炭燃料旋回羽根３５により、微粉炭燃料搬送管３３内の微粉炭燃料流の燃料濃度分布を調整する。
微粉炭燃料旋回羽根３５は、バイオマス燃料搬送管２３の外壁と微粉炭燃料搬送管３３の内壁の間に旋回羽根を複数設けることで構成される。旋回羽根は羽根が管軸に対して傾いていて、流入する微粉炭燃料流を軸周りに旋回する旋回流にすることにより、燃料濃度を中心側に薄く外周側に濃く分布させると共に、濃度分布が周方向にほぼ同一になるように整える。
【００３６】
微粉炭燃料旋回羽根３５で旋回流となった微粉炭燃料流は、バイオマス燃料噴出口２４を囲繞して設けられた微粉炭燃料噴出口３４から炉内に噴出される。
炉内に噴出される微粉炭燃料流は、微粉炭燃料噴出口３４の直ぐ上流の管内壁に備えた微粉炭燃料整流板３６により、燃料流の旋回力を殺いで、噴出後の燃料流の放散角を抑えるようにしている。また、微粉炭燃料保炎器３７をロート状にしかつ段を設けることで逆流渦を形成し、保炎性を向上させている。
【００３７】
微粉炭燃料整流板３６は、バイオマス燃料噴出口２４に設けられたものと同様に、周方向にほぼ等間隔に配置された、管軸にほぼ平行な複数の平板で構成される。微粉炭燃料整流板３６における平板の数、大きさ、向きなどは、微粉炭燃料流の旋回力と噴出後の放散角に応じて適宜に決めることができる。
バイオマス燃料流があるときは、これを包み込むように微粉炭燃料流が形成される。
バイオマス燃料流は微粉炭燃料流より放出角が小さいため、炉内に放出された直後も微粉炭燃料がバイオマス燃料を鞘のように覆った状態を維持して、バイオマス燃料が微粉炭火炎に包まれて燃焼するので、バイオマス燃料の着火および保炎を確実にすることができる。
【００３８】
二次空気と三次空気は、微粉炭燃料噴出口３４から炉内に拡がる微粉炭燃料流に混ざって、燃焼用空気の一部として微粉炭燃料を燃焼させる。
二次空気は、大量に供給される三次空気流の内側に緩衝流として供給され、微粉炭燃料流と初めに接触してこれを内側に屈曲させて、微粉炭燃料流が三次空気の旋回流と会合するの遅らせ、燃料濃度が高い状態を持続させることにより安定した着火性能を確保し保炎性を向上させる作用を有する。また、低酸素での燃焼時間を確保して、より効果的にＮＯｘを低減させることができる。
【００３９】
図１および図２に示す微粉炭バイオマス混焼バーナ１においては、微粉炭燃料噴出口３４の周囲に三次空気の旋回流を形成するために渦巻き形状の風箱から空気を取り入れ、三次空気ノズル５０の三次空気導入管５１の風箱からの取り入れ口近傍に三次空気旋回ベーン５４を設けて旋回強度を調整できるようにしている。なお、二次空気も、三次空気と同様に渦巻き形状の風箱から導入することで旋回流になる。図に示したバーナには旋回ベーンを設けていないが、必要に応じて設置することもできる。
【００４０】
バイオマス燃料流は、燃焼している微粉炭燃料流の芯側から供給されるので、微粉炭火炎中で容易に着火され安定に火炎が保持される。したがって、バイオマス燃料と微粉炭燃料の混合率に対する制約が小さく、大量のバイオマス燃料を燃焼させることができる。また、バイオマス燃料が不足する場合には、微粉炭バイオマス混焼バーナ１を微粉炭燃料のみを燃焼させる専焼バーナとして利用することもできる。なお、微粉炭を専焼させるときには、バイオマス燃料噴出ノズル２０にコアエアとして微粉炭およびバイオマス燃料の搬送空気より低速の空気を供給することにより、微粉炭を良好に燃焼させることができる。
【００４１】
従来の微粉炭バーナでは、通常、燃焼効率を上げるため石炭を微粉砕する必要があり、通常２００μｍ以下、好ましくは７０μｍ程度の微粉炭にして使用している。
本実施例のバイオマス混焼バーナにおいても、たとえば、燃料の粒子径が７４μｍ以下で８０％を占めるように処理された微粉炭燃料を専焼するとき、Ａ／Ｃ（燃料（ｋｇ／ｈ）に対する燃料搬送空気量（Ｎｍ３／ｈ）：単位Ｎｍ３／ｋｇ）を１．７〜３．０の範囲に調整することにより、定格値に対する負荷率が４０％〜１００％の範囲で微粉炭を燃焼させることができることが確かめられている。
【００４２】
一方、バイオマス燃料では、原料を粉砕するときは粒度が小さくなるにつれて粉砕電力が急激に増大し経済性が悪くなる。また、バイオマス燃料は、同じ粒径であれば石炭よりも燃えやすいので粉砕粒を大きくすることができる。このため、バイオマス燃料では、ほぼ２ｍｍアンダーの粒度分布まで粉砕したものを使用することが好ましい。
【００４３】
本実施例の微粉炭バイオマス混焼バーナ１では、微粉炭燃料を微粉炭燃料噴出ノズル３０で燃焼させ、バイオマス燃料をバイオマス燃料噴出ノズル２０から微粉炭火炎の中に供給して着火・保炎させる。バイオマス燃料は、微粉炭と異なる専用の粉砕機により微粉炭と異なる粒度を持つ粒体に加工されて、微粉炭と独立した空気流に搬送されて、バイオマス燃料噴出ノズル２０に供給される。
このように、微粉炭燃料とバイオマス燃料は混焼率に余り縛られず、それぞれ最適な燃焼条件に合わせて高い効率で燃焼させることができる。
【００４４】
図３は、本実施例の微粉炭バイオマス混焼バーナ１において燃料中のバイオマス燃料の割合が６０重量％（微粉炭は４０重量％）であるときのバーナ負荷とＡ／Ｃ（搬送空気量を燃料投入量で割った値）の関係図である。図は、横軸に定格に対する割合としてバーナ負荷率（％）を表し、縦軸にバイオマス燃料に係るＡ／Ｃ（Ｎｍ３／ｋｇ）を表す。図中の○印は燃焼実験において着火性と保炎性が良好で火炎が安定していたケース、×印は保炎性等が悪く燃焼が不良であったケースを示す。図に示した影の領域が、運転推奨領域である。
【００４５】
本実施例の微粉炭バイオマス混焼バーナ１は、図３に示すように、バイオマス混焼率６０重量％においては、負荷率１００％でバイオＡ／Ｃ０．５から１．６まで、負荷率約５０％では、燃焼不良のプロット位置に鑑みて、バイオＡ／Ｃ０．５から２．４までの直線で挟まれ、上辺が上記負荷率５０％と１００％における仕切り線の上側端点同士を結び燃焼が不良な×印を避けて引かれた保炎性が保証できる上限界線で仕切られ、下辺が直線で仕切られた運転推奨領域で工業的に使用ができることが分かった。
なお、負荷率５０％以下では、バイオマス燃料流中の燃料濃度が小さくなり安定した着火や保炎が得られ難くなるので、勧められない。
【００４６】
図中に太い実線で表したグラフは、水平に設置したバイオマス燃料噴出ノズル２０において管内に燃料が滞留しない搬送限界流速１４．５ｍ／ｓを表したもので、実地の装置ではこの曲線より上の濃い影の領域で運転することが望ましい。なお、搬送限界流速は、バイオマス燃料噴出ノズル２０の取付姿勢により変化する。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の微粉炭バイオマス混焼バーナを新設のあるいは既存のボイラに適用して微粉炭バイオマス混焼ボイラを構成すると、高いバイオマス混焼率で燃焼させることができる。本実施例の微粉炭バイオマス混焼バーナを使用した微粉炭バイオマス混焼では、大量のバイオマス燃料を燃焼させることにより、石炭消費量の節減ができ、化石燃料起源のＣＯ２放散を抑制することができる。また、微粉炭バイオマス混焼ボイラでは、バイオマス燃料を還元雰囲気中で燃焼させるため、燃焼排ガスの低ＮＯｘ化を図ることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１  微粉炭バイオマス混焼バーナ
１０  補助燃料ノズル
１１  補助燃料搬送管
１２  補助燃料噴出口
２０  バイオマス燃料噴出ノズル
２１  バイオマス燃料導入管
２２  バイオマス反射板
２３  バイオマス燃料搬送管
２４  バイオマス燃料噴出口
２５  バイオマス燃料旋回羽根
２６  バイオマス燃料整流板
３０  微粉炭燃料噴出ノズル
３１  微粉炭燃料導入管
３２  微粉炭燃料反射板
３３  微粉炭燃料搬送管
３４  微粉炭燃料噴出口
３５  微粉炭燃料旋回羽根
３６  微粉炭燃料整流板
３７  微粉炭燃料保炎器
４０  二次空気ノズル
４１  二次空気導入管
４２  二次空気搬送管
４３  二次空気拡幅リング
５０  三次空気ノズル
５１  三次空気導入管
５２  三次空気スロート
５３  三次空気拡幅リング
５４  三次空気旋回ベーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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