(57)【要約】【課題】燃焼用バーナにおける二次空気の運動量を増加させることによって、循環渦を大きくして着火を促進し、ＮＯｘの低減と燃焼効率の向上を図ること。【解決手段】固体燃料と第１の搬送用気体の混合流体１を火炉３に供給する混合流体噴出ノズル２と、混合流体噴出ノズルを取り囲んで第２の燃焼用含酸素気体５を火炉に供給する第２気体流路と、第２気体流路の外側で第３の燃焼用含酸素気体４を火炉に供給する第３気体流路と、を備えた燃焼用バーナであって、第２の燃焼用含酸素気体５の噴出用部材は、混合流体噴出ノズル２の先端に取り付けられたリング形状の供給ヘッダ７であり、リング形状供給ヘッダはその外周側に噴出ノズル穴８を設け、噴出ノズル穴から第３の燃焼用含酸素気体４よりも高圧である第２の燃焼用含酸素気体５をリング形状の半径方向外側に向けて噴出９すること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料と第１の搬送用気体の混合流体を火炉に供給する混合流体噴出ノズルと、前記混合流体噴出ノズルを取り囲んで第２の燃焼用含酸素気体を前記火炉に供給する第２気体流路と、前記第２気体流路の外側で第３の燃焼用含酸素気体を前記火炉に供給する第３気体流路と、を備えた燃焼用バーナであって、
前記第２気体流路における第２の燃焼用含酸素気体は、前記第３の燃焼用含酸素気体よりも高圧であり、
さらに、前記第２の燃焼用含酸素気体は、前記混合流体の流れ方向に対して略垂直の外側に向けて噴出する
ことを特徴とする燃焼用バーナ。
【請求項２】
固体燃料と第１の搬送用気体の混合流体を火炉に供給する混合流体噴出ノズルと、前記混合流体噴出ノズルを取り囲んで第２の燃焼用含酸素気体を前記火炉に供給する第２気体流路と、前記第２気体流路の外側で第３の燃焼用含酸素気体を前記火炉に供給する第３気体流路と、を備えた燃焼用バーナであって、
前記第２の燃焼用含酸素気体の噴出用部材は、前記混合流体噴出ノズルの先端に取り付けられたリング形状の供給ヘッダであり、
前記リング形状供給ヘッダはその外周側に噴出ノズル穴を設け、
前記噴出ノズル穴から前記第３の燃焼用含酸素気体よりも高圧である前記第２の燃焼用含酸素気体を前記リング形状の半径方向外側に向けて噴出する
ことを特徴とする燃焼用バーナ。
【請求項３】
固体燃料と第１の搬送用気体の混合流体を火炉に供給する混合流体噴出ノズルと、前記混合流体噴出ノズルを取り囲んで第２の燃焼用含酸素気体を前記火炉に供給する第２気体流路と、前記第２気体流路の外側で第３の燃焼用含酸素気体を前記火炉に供給する第３気体流路と、を備えた燃焼用バーナであって、
前記第２の燃焼用含酸素気体の噴出用部材は、前記混合流体噴出ノズルの先端に取り付けられたリング形状の供給ヘッダであり、
前記リング形状供給ヘッダはその外周側に噴出ノズル穴を設け、
前記噴出ノズル穴から前記第３の燃焼用含酸素気体よりも高圧である前記第２の燃焼用含酸素気体を前記リング形状の半径方向外側に向けて噴出し、
さらに、前記リング形状供給ヘッダは前記噴出ノズル穴を除いたその外周側がテーパー形状を形成し、
前記テーパー形状によって前記第３の燃焼用含酸素気体は前記混合流体の流れ方向軸芯から離れるようにその噴出流が案内される
ことを特徴とする燃焼用バーナ。
【請求項４】
請求項１、２又は３において、
前記第２の燃焼用含酸素気体は、ファンで加圧され前記火炉の排ガスで予熱した空気を用いることを特徴とする燃焼用バーナ。
【請求項５】
請求項１、２、３又は４において、
前記第２の燃焼用含酸素気体と前記第３の燃焼用含酸素気体の流量比率を可変することを特徴とする燃焼用バーナ。
【請求項６】
請求項５において、
前記流量比率は、前記火炉の負荷、又は前記火炉排ガスのＮＯｘ値によって可変することを特徴とする燃焼用バーナ。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１つの請求項に記載の燃焼用バーナを備えた燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＮＯｘ低減及び燃焼効率向上を図る燃焼用バーナに係り、さらに、燃焼用バーナを備えた燃焼装置、例えばボイラ、加熱炉又は熱風発生炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３に従来技術に関する固体燃料用バーナの構成例を示す。図３において、１は固体燃料と搬送用一次気体の混合流体、２は混合流体噴出ノズル、３は火炉、１０１は保炎リング、１０２はバッフル板、１０３は三次気体旋回器、１０４は三次気体案内板、１０５は二次気体、１０６は三次気体、１０７は燃料と搬出用気体の噴出流、１０８は二次気体の噴出流、１０９は三次気体の噴出流、１１０は循環渦、をそれぞれ表す。
【０００３】
図３に示す従来技術においては、固体燃料と搬送用一次気体とを含む混合流体１が火炉３に向かって流れる混合流体流路を画定している混合気ノズル２と、二次気体１０５および三次気体１０６が流れる気体流路を画定している気体供給ノズルと、を備えている。二次気体１０５および三次気体１０６は、混合気体１を取り囲んで流れている。混合気ノズル２の出口先端には保炎リング１０１が設けられており、その先端には二次気体１０５の流れ方向を外側に変化させるバッフル板１０２が設置されている。
【０００４】
バッフル板１０２の後流に形成される循環渦１１０の効果によってバーナ近傍から着火を可能としている。外周の三次空気１０３の流路は案内板１０４によって外側に広げられ、火炎中心部への空気の混合を遅らせ、空気不足の条件下での燃焼により、窒素酸化物くＮＯｘ）の生成を抑制している。バッフル板１０２により二次気体１０５は急激に外側に向きを変えるが、この外側向きの流れに周囲の気体は同伴されるため、循環渦１１０はバーナ近傍にまで近づき、バーナ近傍からの着火を促進している。
【０００５】
図３に示すような従来技術は、例えば特許文献１にその詳細が記載されている。この特許文献１によれば、保炎リングとバッフル板によって保炎性を改善し低ＮＯｘ化を図ることを意図し、すなわち、保炎リングによって微粉炭火炎が根本から安定に着火し、一方、二次空気、三次空気をやや外側に供給することにより、軸芯上の火炎を還元炎として低ＮＯｘ化を図り、その後に燃焼用空気と混合拡散を行い完全燃焼を図っている。換言すると、特許文献１では、保炎リングによって微粉炭が外側へ拡散することを抑制するとともに、保炎リング近傍に渦流を形成して着火性を良くし保炎効果を高め、還元域を確実に発生させているものである。
【特許文献１】特開昭６２−１９６５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術として図３に示す燃焼用バーナや前述の特許文献１に示す燃焼用バーナにおいて、二次気体は燃焼用含酸素気体の一部が用いられており、流速は二次気体の圧力とバッフル板の形状に依存し、二次気体噴出流の高速化には限界がある。一方、循環渦の形成は二次気体の外向きの流速に大きく依存するため、循環渦の大きさにも自ずと限界が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、二次空気の運動量を増加させることによって、循環渦を大きくして着火を促進し、ＮＯｘの低減と燃焼効率の向上を図る燃焼用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】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。  
固体燃料と第１の搬送用気体の混合流体を火炉に供給する混合流体噴出ノズルと、前記混合流体噴出ノズルを取り囲んで第２の燃焼用含酸素気体を前記火炉に供給する第２気体流路と、前記第２気体流路の外側で第３の燃焼用含酸素気体を前記火炉に供給する第３気体流路と、を備えた燃焼用バーナであって、
前記第２気体流路における第２の燃焼用含酸素気体は、前記第３の燃焼用含酸素気体よりも高圧であり、
さらに、前記第２の燃焼用含酸素気体は、前記混合流体の流れ方向に対して略垂直の外側に向けて噴出する構成とする。
【０００９】
また、固体燃料と第１の搬送用気体の混合流体を火炉に供給する混合流体噴出ノズルと、前記混合流体噴出ノズルを取り囲んで第２の燃焼用含酸素気体を前記火炉に供給する第２気体流路と、前記第２気体流路の外側で第３の燃焼用含酸素気体を前記火炉に供給する第３気体流路と、を備えた燃焼用バーナであって、
前記第２の燃焼用含酸素気体の噴出用部材は、前記混合流体噴出ノズルの先端に取り付けられたリング形状の供給ヘッダであり、
前記リング形状供給ヘッダはその外周側に噴出ノズル穴を設け、
前記噴出ノズル穴から前記第３の燃焼用含酸素気体よりも高圧である前記第２の燃焼用含酸素気体を前記リング形状の半径方向外側に向けて噴出する構成とする。
【発明の効果】
【００１０】
高圧の第２の燃焼用含酸素気体を導入することにより、同伴作用の強化で循環渦が大きくなり、着火を促進することができる。また、着火促進により、ＮＯｘの低減及び燃焼効率向上が促進される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施形態に係る燃焼用バーナについて、図１及び図２を参照しながら以下説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る燃焼用バーナの構成と混合気体流及び燃焼用気体流の流れを示す図であり、図２は本発明の第２の実施形態に係る燃焼用バーナの構成と混合気体流及び燃焼用気体流の流れを示す図である。
【００１２】
図１及び図２において、１は固体燃料と第１の搬送用気体の混合流体、２は混合流体噴出ノズル、３は火炉、４は低圧の第３の燃焼用含酸素気体、５は高圧の第２の燃焼用含酸素気体、６は高圧の第２の燃焼用含酸素気体供給管、７は高圧の第２の燃焼用含酸素気体供給ヘッダ、８は高圧の第２の燃焼用含酸素気体噴出ノズル、９は高圧の第２の燃焼用含酸素気体噴出流、１０は循環渦、１１は固体燃料と第１の搬送用気体噴出流、１２は低圧の第３の燃焼用含酸素気体噴出流、をそれぞれ表す。
【００１３】
図１において、本発明の第１の実施形態に係る燃焼用バーナは、固体燃料と第１の搬送用気体とを含む混合流体１が火炉３に向かって流れる混合流体路を画定している混合気ノズル２と、この混合気ノズルの火炉３側先端部に取り付けられていて、相対的又は比較的（後述する第３の燃焼用含酸素気体に対して）に高圧の第２の燃焼用含酸素気体を供給するリング状の供給ヘッダ７と、相対的（前述した第２の燃焼用含酸素気体に対して）に低圧の第３の燃焼用含酸素気体４が流れる気体流路を画定している気体供給ノズルと、を備えている。
【００１４】
本実施形態の特徴を示すリング状供給ヘッダ７は、その外周部に沿って所定間隔を置いて（図１の図示例）、又は外周部の全周に亘って噴出ノズル８を形成し、相対的又は比較的に高圧の第２の燃焼用含酸素気体が供給管６を通して供給されている。そして、高圧の第２の燃焼用含酸素気体５は、噴出ノズル９を通して、リング状供給ヘッダ７の半径方向外向きに噴流９を形成する。
【００１５】
リング状供給ヘッダ７の近傍に形成された混合気体の循環渦１０は、噴流９によって巻き込まれ、いわゆる同伴作用が生じる。ここで、第２の燃焼用含酸素気体による強制的な外向きの噴流形成によって、周囲の気体、すなわち循環渦１０を巻き込むこととなり、その同伴作用の大きさは、噴流の運動量に支配される。流量が大きいほど、或いは、流速が高い程運動量は大きくなり、同伴は大きくなる。
【００１６】
外向きの第２の燃焼用含酸素気体を高速化して運動量を増加させることにより、循環渦は大きくなり、より多くの高温ガスがバーナ近傍まで循環して、着火を促進させることとなり、着火促進によりＮＯｘの低減につながる。すなわち、第２の燃焼用含酸素気体の高圧化に伴って、噴出流速が増加するため、同伴量が増加して循環渦１０８は大きくなるのである。
【００１７】
ここで、相対的に高圧の第２の燃焼用含酸素気体を供給する供給源としては、高圧で空気を送給できるファンからの空気であればよく、バーナの燃焼空気として供給している二次空気１０５（図３参照）のファンからの空気を用いてもよい。また、三次空気（図３参照）を高圧化するファンからの空気でも良い。具体的には、火炉３の排ガスライン中に設けた空気予熱器に押し込み通風機からの空気を通過させることで高温高圧の燃焼用含酸素気体とすることができる。
【００１８】
また、第２と第３の燃焼用含酸素気体の流路中にそれぞれダンパを設け、各ダンパの開度を調節することによって第２と第３の燃焼用含酸素気体の流量比率を可変とすることができる。この際、火炉３の排ガスラインに設けたガス分析器で得られたＮＯｘ値で調節することができる。流量比率を変化させることで循環渦の大きさを変えてＮＯｘ発生値を変えるのである。また、火炉の負荷によって流量比率を可変しても良く、この場合には、燃焼効率を流量比率の可変で変更させるものである。
【００１９】
次に、本発明の第２の実施形態に係る燃焼用バーナは、図２に示すように、リング状供給ヘッダ７が、第３の燃焼用含酸素気体４を外側に導く案内部材７ａの機能を奏する形状となっている。すなわち、第１の実施形態におけるリング状供給ヘッダに比べて、その外周側構造にテーパー形状を採用して第３の燃焼用含酸素気体４がリング軸芯の外側に噴出するように案内するものである。案内部材７ａにより燃焼用含酸素気体４が効果的に広げられるため、循環渦１０８はさらに大きくなり、着火が促進される。図２で案内部材７ａ以外の構成要素は図１のものと同様である。
【００２０】
図３に示す従来技術における二次空気の通路はダクト形状であったのに対して、図１と図２に図示するように、本実施形態においては、高圧の第２の燃焼用含酸素気体をリング状供給ヘッダ７に送給するのに、気体が高圧であることから供給管６を用いており、このために火炉側壁に開けるバーナ挿入径を小さくて済ませることができる。
【００２１】
また、図１の符号７、図２の符号７ａのように、リング状供給ヘッダを採用することにより、円型バーナの放射状に略均等に高圧の第２の燃焼用含酸素気体が噴出されることで、安定した着火及びバーナ火炎を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃焼用バーナの構成と混合気体流及び燃焼用気体流の流れを示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る燃焼用バーナの構成と混合気体流及び燃焼用気体流の流れを示す図である。
【図３】従来技術に関する燃焼用バーナの構成と混合気体流及び燃焼用気体流の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  固体燃料と第１の搬送用気体の混合流体
２  混合流体噴出ノズル
３  火炉
４  低圧の第３の燃焼用含酸素気体
５  高圧の第２の燃焼用含酸素気体
６  高圧の第２の燃焼用含酸素気体供給管
７  高圧の第２の燃焼用含酸素気体供給ヘッダ
８  高圧の第２の燃焼用含酸素気体噴出ノズル
９  高圧の第２の燃焼用含酸素気体噴出流
１０  循環渦
１１  固体燃料と第１の搬送用気体噴出流
１２  低圧の第３の燃焼用含酸素気体噴出流
１０１  保炎リング
１０２  バッフル板
１０３  三次気体旋回器
１０４  三次気体案内板
１０５  二次気体
１０６  三次気体
１０７  燃料と搬出用気体の噴出流
１０８  二次気体の噴出流
１０９  三次気体の噴出流
１１０  循環渦
【図１】
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【図２】
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【図３】
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