(57)【要約】【課題】  ガス焚ボイラにおいては、水管群内で燃料を燃焼させることにより燃焼室を無くした、いわゆる管巣燃焼ボイラがすでに存在するが、油焚きボイラでは達成されていない。油焚きボイラで燃焼室をなくして火炎を直接水管群内に入れると、水管は過熱され、未燃分が発生する。燃焼室をなくすためには噴霧粒径をガスのように分子程度に小さくし燃焼させることが必要である。また、噴霧によって生じる粗粒を水管群内に入る前に完全に燃焼させることが必要である。【解決の手段】  ボイラの排ガスによって空気予熱器またはリジェネレータを通る燃焼用空気を高温に加熱し、これを蒸発室に導き、これによりここで衝突型噴霧器によって微粒化された油滴を蒸発させ、これをブラフボディを設けたバーナに導いて燃焼用空気とともに強く旋回させて燃焼させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスにより加熱される空気予熱器により造られた予熱空気を用いて蒸発室において油の噴霧を蒸発させ、蒸発室出口に設けたブラフボディの後に生じる蒸気と空気の混合物の渦流に点火して火炎を造り、この火炎を直接水管群内に入れることを特徴とする油焚き管巣燃焼ボイラ。
【請求項２】
請求項１のボイラにおいて排ガスにより加熱されるリジェネレータを用いて高温の予熱空気を造る請求項１の油焚き管巣燃焼ボイラ。
【請求項３】
請求項１および請求項２のボイラにおいて噴霧器に衝突型噴霧器を用いることにより噴霧の粒径を極端に小さくし、噴霧の蒸発を容易にすることを特徴とする管巣燃焼ボイラ。
【請求項４】
請求項１および請求項２のボイラにおいてブラフボディを流れる空気に強い旋回を与え、噴霧の粗粒から生じる未蒸発分を燃焼室の前面および側面に沿って流し、ここで燃焼させることを特徴とする管巣燃焼ボイラ。
【請求項５】
請求項１のボイラにおいて蒸発器に入る燃焼用空気の通路にバーナを設け、起動時にはこれを用いて蒸発器内の噴霧油滴を加熱すること、および請求項２のボイラにおいてリジェネレータの燃焼ガス側にバーナを設け、起動時にはこれを用いて空気を予熱することを特徴とする管巣燃焼ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油焚ボイラにおいて、水管群内において燃料を燃焼させることにより、燃焼室が著しく小さく、同時に低ＮＯｘ化も達成できる油焚ボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガス焚ボイラにおいては、特許文献１に示すように、水管群内で燃料を燃焼させることにより燃焼室を無くした、いわゆる管巣燃焼ボイラがすでに存在する。
【特許文献１】特開平２−２７２２０７
【０００３】
油焚きボイラでもこの型式を採用したいが達成できていない。それは、油を効率よく燃焼させるためには噴霧させ、これを燃焼させる空間が必要で、ボイラではこれが燃焼室であるが、油の噴霧粒径が大きい程火炎が大きくなるので大きな燃焼室が必要になるからである。
【０００４】
普通の油圧噴霧器では油の噴霧粒径はＳＭＤ（Sauter Mean Diameter）＝５０〜６０μｍになるので、噴霧と燃焼に必要な空間（燃焼室）は大きくなる。当然のことながら、この燃焼室をなくして火炎を直接水管群内に入れると、水管は過熱され、未燃分が発生する。
【０００５】
本出願人らが発表している衝突型噴霧器（非特許文献１参照）は油の平均噴霧粒径がＳＭＤ＝５〜１０μｍと非常に小さくなる。しかし、この噴霧器でも、わずかな割合であるが３０μｍ程度の粒径の噴霧が生じるので、この噴霧をそのまま水管群内で燃焼させるには問題がある。
【非特許文献１】「衝突噴流型噴霧器の微粒化特性」日本エネルギー学会誌、第７８巻、第４号、１９９９年、ｐ．２７５〜２７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
油焚きボイラで燃焼室をなくすためには噴霧粒径をガスのように分子程度に小さくし燃焼させることが必要である。また、噴霧によって生じる粗粒を水管群内に入る前に完全に燃焼させることが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するためには噴霧を蒸発させることが有効である。油の噴霧は蒸発させれば分子の大きさ程度まで小さくなる。このために燃焼用空気を３００〜４００℃に予熱し、これによって噴霧を蒸発させる。この予熱空気を得るために空気予熱器あるいはリジェネレータを用いる。
【０００８】
また、蒸発を容易かつ速くするためには噴霧粒径が極端に小さい噴霧方法が有効で、これには衝突型噴霧器を用いる。
【０００９】
衝突型噴霧器は油の平均噴霧粒径がＳＭＤ＝５〜１０μｍと非常に小さくなる。この粒径になると蒸発は容易で速く行われるので蒸発室は小さくなる。噴霧は蒸発すると粒径が分子程度に小さくなるので、燃焼速度が大きく、火炎は極めて小さくなってガス燃焼に近くなる。
【００１０】
しかし、衝突型噴霧によっても噴霧を全部この粒径にすることはできず、僅かな割合であるが、３０μｍ程度の粒径の噴霧が生じる。これは小さな蒸発室では完全には蒸発せず、未蒸発分として残る。これが水管群内で燃焼すると水管に付着して燃え、これを過熱したり、未燃分が発生したりする。
【００１１】
そこで、この未蒸発分を水管群内に入る前に燃焼させるために燃焼室入口で燃料蒸気と空気の混合気に強い旋回を与え、未蒸発分を燃焼室の前面および側面に沿って流し、ここで燃焼させると、この燃焼室は非常に小さく、奥行きが小さいものになる。
【００１２】
上述の蒸発によって噴霧の粒径は分子程度に小さくなり、ガスのように燃焼し、また上述の旋回燃焼によって粗い噴霧は水管群内に入る前に燃焼してしまうので、ボイラはガス焚き管巣燃焼ボイラに似た疑似管巣燃焼ボイラになる。
【００１３】
噴霧油滴の蒸発には予熱空気を用いるが、この予熱には空気予熱器を用いるか、リジェネレータを用いる。空気予熱器には例えば鋼管式と再生式とがあるが、空気温度は５００℃程度が上限である。リジェネレータでは１０００℃も可能である。これには２台のバーナを切替えて蓄熱体に燃焼ガスと空気を交互に流して予熱空気を得るか、バーナは１台であるが蓄熱体を回転させ、燃焼ガスと空気の通路を切替えるものがある。
【００１４】
このように予熱空気の温度は５００℃または１０００℃にすることは可能であるが、油の発火温度は４００〜５００℃であるから予熱空気温度もこの温度以下にしないと蒸発室で燃焼が生じる。まだ蒸発していない油滴が燃焼するので、不完全燃焼、ＮＯｘの発生や蒸発器の焼損などの不具合が生じるので、予熱空気温度は３００〜４００℃程度とする。
【００１５】
ボイラの起動時には空気は予熱されていないから油滴の蒸発用熱源として起動バーナが必要である。空気予熱器の場合は、図１に示すように蒸発用空気上流側に設け、リジェネレータの場合は、図２に示すように燃焼ガス上流側に設けると構造が簡単になる。また、起動バーナは空気予熱器の燃焼ガス上流側またはリジェネレータの蒸発用空気上流側に設けて蒸発用空気を加温することもできる。
【発明の効果】
【００１６】
ボイラの排ガスによって空気予熱器またはリジェネレータを通る燃焼用空気を高温に加熱し、これを蒸発室に導き、これによりここで衝突型噴霧器によって微粒化された油滴を蒸発させ、これをブラフボディを設けたバーナに導いて燃焼用空気とともに強く旋回させて燃焼させる。然るときは燃焼室の中心部には蒸発ガスが、燃焼室の前面および側面には蒸発し切れなかった油の粗粒が集り燃焼するが、生じた火炎をボイラの水管群内に貫入させても中心部の火炎はガス燃焼の火炎のように、周辺の火炎は燃焼が終った燃焼ガスになっているので、油滴が水管に付着してこれを過熱したり、未燃分を発生したりすることがない。燃焼室は極めて薄くできるので、非常に小さく、ボイラはガス燃料を燃した場合の管巣燃焼ボイラとほぼ同様な形状となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための形態を、以下の実施例で説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の一実施例で、燃焼用空気を４００℃程度に予熱する空気予熱器を備えるものである。起動用バーナは蒸発用空気の蒸発室入口部に設ける。蒸発室はボイラの前面に設けられ、噴霧器は図の蒸発室の左端にあり、燃焼用空気は蒸発室の左端付近から接線方向に入り、油滴を蒸発しつつ旋回する。円錐形のブラフボディは蒸発室の右端にあり、中央部から燃料蒸気が、周囲から油滴の粗粒が燃焼室に噴出するが、燃料蒸気はガス状に燃え、粗粒は図に示すように燃焼室前面および側面に沿って流れ、ここで燃焼する。この両火炎は水管群内に貫入するが、上述のように、未燃・過熱を生じない。
【実施例２】
【００１９】
図２は本発明の別の実施例で、リジェネレータつきのバーナがボイラの前後に付いている。燃焼ガスにより熱せられた蓄熱器が切替えられ、燃焼用空気が高温に予熱されて、図の左側の蒸発室の左端付近から接線方法に蒸発室に吹込まれ、蒸発室の左端に設けられた衝突型噴霧器によって微粒化された油滴を蒸発しつつ旋回する。蒸発室の右端に設けられた円錐形のブラフボディを通る際に燃料蒸気は中央部から燃焼室に噴出してガス状に燃え、粗粒は図に示すように燃焼室前面および側面に沿って流れここで燃焼する。この両火炎は水管群内に貫入するが、上述のように、未燃・過熱を生じない。起動用バーナは左側バーナの蓄熱器のバーナ側に設けられ、起動バーナにより左側の蓄熱器を加熱し、蓄熱器が高温になれば燃焼用空気を流して予熱し、左側のバーナを稼働させる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】空気予熱器を備える油焚き管巣燃焼ボイラの一実施例である。
【図２】リジェネレータを備える油焚き管巣燃焼ボイラの一実施例である。
【図１】
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【図２】
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