(57)【要約】【課題】石油ピッチ燃料を用いた場合でも、バーナの内部に石油ピッチが付着・固化してバーナが使用不可となることがなく、ボイラの運転を長時間継続することを可能とすること。【解決手段】石油ピッチ燃料用バーナにおいて、搬送用気体と共に石油ピッチを燃焼炉2に供給するための燃料供給管3と、燃料供給管3の外壁面18に冷却材19を接触させて、燃料供給管3の内壁面5を冷却するための冷却手段20と、を備える。燃料供給管3の先端部4の内側には、石油ピッチ・搬送用気体9の流れを妨げる障害物が存在しない開放空間16が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼炉で用いられ、石油ピッチを燃料とするバーナであって、
搬送用気体と共に前記石油ピッチを前記燃焼炉に供給するための燃料供給管と、
前記燃料供給管の上流側に設けられ、前記燃料を前記燃料供給管の内周壁側に集中的に濃縮させるとともに前記燃料供給管の周方向の前記燃料の濃度分布を均一化させる燃料濃度調整手段と、
前記燃料供給管の先端部を冷却するための冷却手段と、を備え、
前記燃料供給管の先端部の内側には、前記搬送用気体および前記石油ピッチの流れを妨げる障害物が存在しない開放空間が形成されている、石油ピッチ燃料用バーナ。
【請求項２】
前記燃料供給管は、前記先端部の前端を径方向外側に拡開して形成された保炎板を有しており、前記冷却手段は、少なくとも前記保炎板の内壁面を冷却する、請求項１記載の石油ピッチ燃料用バーナ。
【請求項３】
前記冷却手段は、前記燃料供給管の外壁面の周囲に環状に形成された冷却材流路を有する、請求項１または２に記載の石油ピッチ燃料用バーナ。
【請求項４】
前記冷却手段は、冷却材として液体を使用するものである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の石油ピッチ燃料用バーナ。
【請求項５】
前記燃料供給管の少なくとも前記先端部の内壁面が、電解研磨処理されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の石油ピッチ燃料用バーナ。
【請求項６】
前記冷却手段は、前記燃料供給管の前記内壁面近傍での前記石油ピッチの温度が軟化点以下となるように前記燃料供給管を冷却する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の石油ピッチ燃料用バーナ。
【請求項７】
前記冷却手段は、前記燃料供給管の前記内壁面の温度が１００℃以下となるように前記燃料供給管を冷却する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の石油ピッチ燃料用バーナ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の石油ピッチ燃料用バーナの使用方法において、
前記冷却手段によって、前記燃料供給管の前記内壁面近傍での前記石油ピッチの温度が軟化点以下となるように前記燃料供給管を冷却する、石油ピッチ燃料用バーナの使用方法。
【請求項９】
前記燃料供給管に導入する前記搬送用気体の温度を常温とする、請求項８記載の石油ピッチ燃料用バーナの使用方法。
【請求項１０】
前記冷却手段によって、前記燃料供給管の前記内壁面の温度が１００℃以下となるように前記燃料供給管を冷却する、請求項８または９に記載の石油ピッチ燃料用バーナの使用方法。
【請求項１１】
前記燃料供給管の内部の流速を１５ｍ／ｓ以上とする、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の石油ピッチ燃料用バーナの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石油ピッチ（石油残渣）を燃料とする燃焼炉で用いられるバーナおよびその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃焼炉の代表例として、火力発電プラントにおけるボイラがあげられる。そこで用いられるボイラは、大部分が、微粉炭を燃料とする石炭焚きボイラか、石油を燃料とする石油焚きボイラである。
【０００３】
石炭焚きボイラにおいては、石炭を微粉状に粉砕した微粉炭を、搬送用気体を用いて、微粉炭バーナの微粉炭供給管を介して燃焼炉内に投入する。一方、燃焼用空気が、微粉炭供給管の周囲の通路を通って、同じく燃焼炉内に投入される。なお、微粉炭を搬送するための搬送用気体として、通常は圧縮空気が使用されるので、この圧縮空気も燃焼炉内での燃焼に寄与する
微粉炭バーナは通常、その着火・保炎性を向上させるために、微粉炭供給管の先端部の内部に、気流の流れに影響を与えるための気流影響部（後述するスワラやリブ）が設けられている。このように微粉炭供給管の先端内部に気流影響部を設けることにより、燃焼炉内に微粉炭を分散して供給したり、燃焼炉内に比較的大きな逆流領域を発生させることができる。
【０００４】
微粉炭バーナにおける気流影響部の従来例としては、例えば特許文献１には、図１０に示したように、微粉炭バーナ４０の微粉炭供給管４１の先端内部に、旋回度調整羽根（リブ）４２が設けられている。また、この例においては、微粉炭供給管４１内の流路の途中に、旋回羽根４３が設けられている。
【０００５】
図１０に示した従来例においては、微粉炭供給管４１内に流入した微粉炭・搬送空気４４に対して、まずは旋回羽根４３によって旋回成分が付与される。旋回成分が付与された微粉炭・搬送空気４４は、微粉炭供給管４１の先端内部に設けられた旋回度調整羽根（リブ）４２によってその旋回度を減少され、旋回度が調整された後に燃焼炉４５内に投入される。
【０００６】
微粉炭供給管４１から燃焼炉４５内に供給される微粉炭・搬送空気４４の流速が早すぎると、燃焼炉４５内で微粉炭が燃えにくくなる。この点において、図１０に示した従来例においては、燃焼炉４５内に投入される微粉炭・搬送空気４４の旋回度を、旋回度調整羽根４２によって調整するようにしたので、微粉炭・搬送空気４４の速度が減少し、微粉炭の着火・保炎性を向上させることができる。
【０００７】
また、他の従来例として、特許文献２にも、搬送空気によって微粉炭を搬送するための１次スロートの先端内部に、微粉炭旋回用スワラ（旋回羽根）を設けた構成が示されている。
【０００８】
ところで、ボイラなどの燃焼炉の燃料としては、上記の通り微粉炭および石油が代表的であるが、これに代えて、石油ピッチ（石油残渣）を燃料として使用する場合もある。石油ピッチのうち、重質なものは微粉炭と同様に固体燃料であり、固体状の石油ピッチを燃料として使用する場合でも、ボイラの基本的な構造は石炭焚きボイラと大きく変わるところはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２６１１２号公報
【特許文献２】特開平５−２７２７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、石油ピッチ燃料には、その軟化点の温度が比較的低いものが存在し（１５０℃〜３５０℃）、そのような低軟化点の石油ピッチ燃料を従来の石炭焚きボイラで使用すると、その特殊な性状に起因して以下のような問題が生じる。
【００１１】
即ち、ボイラの燃料として石油ピッチ燃料を使用する場合も、微粉炭焚きボイラの場合と同様、石油ピッチ燃料が、圧縮空気により燃料供給管を介して燃焼炉内に投入される。そして、燃料供給管内をその先端出口に向かって流れる石油ピッチ燃料は、先端出口に近付くにつれて、即ち燃焼炉に近付くにつれて、燃焼炉からの輻射熱を受けてその温度が上昇する。
【００１２】
ここで、低軟化点の石油ピッチ燃料の場合、温度が上昇するにつれて軟化してペースト状になり、周囲の構造物に付着し易くなる。特に、燃料供給管の内部に、石油ピッチおよび搬送空気の流れを調節する構造物、例えば従来技術におけるスワラ（旋回羽根）やリブ（旋回度調整羽根）などが存在すると、この構造物に衝突したときにペースト状の石油ピッチ燃料がその表面に付着する傾向がある。
【００１３】
ボイラの運転の経過とともに石油ピッチが燃料供給管の内部などに付着・固化して、その堆積物の厚みが大きくなると、バーナの内部に適切な気流を形成することができなくなり、その使用が不可能となる。
【００１４】
石油ピッチが堆積してバーナが使用できなくなるとボイラは運転できないので、石油ピッチ燃料の堆積によりバーナが使用不可となった場合には、一旦ボイラを停止してバーナを交換する必要があった。
【００１５】
そこで、本発明は、石油ピッチを燃料として用いた場合でも、バーナの内部に石油ピッチが付着・固化してバーナが使用不可となることがなく、ボイラの運転を長時間継続することを可能とする石油ピッチ燃料用バーナおよびその使用方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明は、燃焼炉で用いられ、石油ピッチを燃料とするバーナであって、搬送用気体と共に前記石油ピッチを前記燃焼炉に供給するための燃料供給管と、前記燃料供給管の上流側に設けられ、前記燃料を前記燃料供給管の内周壁側に集中的に濃縮させるとともに前記燃料供給管の周方向の前記燃料の濃度分布を均一化させる燃料濃度調整手段と、前記燃料供給管の先端部を冷却するための冷却手段と、を備え、前記燃料供給管の先端部の内側には、前記搬送用気体および前記石油ピッチの流れを妨げる障害物が存在しない開放空間が形成されている、ことを特徴とする。
【００１７】
また、好ましくは、前記燃料供給管は、前記先端部の前端を径方向外側に拡開して形成された保炎板を有しており、前記冷却手段は、少なくとも前記保炎板の内壁面を冷却する。
【００１８】
また、好ましくは、前記冷却手段は、前記燃料供給管の外壁面の周囲に環状に形成された冷却材流路を有する。
【００１９】
また、好ましくは、前記冷却手段は、冷却材として液体を使用するものである。
【００２０】
また、好ましくは、前記燃料供給管の少なくとも前記先端部の内壁面が、電解研磨処理されている。
【００２１】
また、好ましくは、前記冷却手段は、前記燃料供給管の前記内壁面近傍での前記石油ピッチの温度が軟化点以下となるように前記燃料供給管を冷却する。
【００２２】
また、好ましくは、前記冷却手段は、前記燃料供給管の前記内壁面の温度が１００℃以下となるように前記燃料供給管を冷却する。
【００２３】
上記課題を解決するために、本発明は、上記いずれかの石油ピッチ燃料用バーナの使用方法において、前記冷却手段によって、前記燃料供給管の前記内壁面近傍での前記石油ピッチの温度が軟化点以下となるように前記燃料供給管を冷却する、ことを特徴とする。
【００２４】
また、好ましくは、前記燃料供給管に導入する前記搬送用気体の温度を常温とする。
【００２５】
また、好ましくは、前記冷却手段によって、前記燃料供給管の前記内壁面の温度が１００℃以下となるように前記燃料供給管を冷却する。
【００２６】
また、好ましくは、前記燃料供給管の内部の流速を１５ｍ／ｓ以上とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、石油ピッチを燃料として用いた場合でも、バーナの内部に石油ピッチが付着・固化してバーナが使用不可能となることがなく、ボイラの運転を長時間継続することを可能とする石油ピッチ燃料用バーナおよびその使用方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態による石油ピッチ燃料用バーナの縦断面図。
【図２】図１に記載の石油ピッチ燃料用バーナの燃料供給管の先端部を拡大して示した縦断面図。
【図３】図２の２−２線矢視図。
【図４】図１に示した石油ピッチ燃料用バーナの一変形例を示した部分縦断面図。
【図５】図１に示した石油ピッチ燃料用バーナの他の変形例を示した部分縦断面図。
【図６】図１に示した石油ピッチ燃料用バーナの他の変形例を示した部分縦断面図。
【図７】ユリカピッチの性質に関するコールド試験の結果を示したグラフ。
【図８】ユリカピッチの性質に関するホット試験の第１の結果を示したグラフ。
【図９】ユリカピッチの性質に関するホット試験の第２の結果を示したグラフ。
【図１０】従来の微粉炭焚きボイラ用バーナを示した縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態による石油ピッチ燃料用バーナおよびその使用方法について、図面を参照して説明する。
【００３０】
本実施形態による石油ピッチ燃料用バーナは、石油ピッチ（石油残渣）を燃料とする燃焼炉で用いられるものであり、特に、低軟化点を有する石油ピッチを燃料とする燃焼炉で用いられるものである。
【００３１】
低軟化点石油ピッチの一つとして、ユリカピッチ（「ユリカ」は登録商標である。）があげられる。ユリカピッチは、例えば１８０℃〜２００℃の範囲に軟化点があり、この温度範囲或いはそれ以上の温度になると、その固体状態が軟化する。
【００３２】
上記の通りユリカピッチは、微粉炭とは異なる特有の性質を有するので、本件発明者は、ユリカピッチの軟化と付着のメカニズムを解明すべく試験研究を行った。
【００３３】
まず、ユリカピッチが軟化して付着するメカニズムとしては、下記のいずれかないしそれらの組合せ（重畳）と考えられる。
【００３４】
（１）ユリカピッチが、バーナ内で炉内に向かって搬送・噴出過程において、炉内の燃焼ガスからの輻射熱により加熱され（温度上昇し）軟化する。
【００３５】
（２）ユリカピッチが、炉内の燃焼ガスにより加熱された噴射部（口）の構造物（ノズル先端部、スワラ等）に接触し、加熱され（温度上昇し）軟化する。
【００３６】
（３）前記（１）と（２）の相乗効果により、ユリカピッチが軟化し、軟化したユリカピッチが接触した構造物に付着する。
【００３７】
次に、上記メカニズム（１）〜（３）のうち、ユリカピッチの軟化・付着においていずれが支配的であるかについて検討する。
【００３８】
まず、旋回度調整羽根等の構造物がノズル先端部付近に設置されている場合（特許文献１参照）について考察すると、ノズル上流側においては、ノズルが輻射熱を遮るため、ユリカピッチの温度上昇は少なく、軟化のメカニズムは、主として（２）が支配的と考えられる。
【００３９】
以下、本件発明者が実施した付着性基礎試験（コールド＆ホット）の結果に基づいて検討する。
【００４０】
１）表面粗さの影響（図７：重力の影響を無視して、流速の影響のみで考える）
一般的には、付着量は、表面粗さが大きいほど多いが、実機の流速（19m/s程度）および燃焼試験における流速では、付着量は、表面粗さがその影響に小さいとの結果が得られている（図７）。この理由としては、低流速の場合には、一度付着したユリカピッチがそのまま付着され続けるが、高流速の場合には、ユリカピッチが付着しても容易に剥離する（コールド試験）ためと考えられる。
【００４１】
２）構造物温度の影響（図８、図９）
表面荒さの大小に関わらず温度が高くなるほど、付着量は増加（150℃以上では、全面付着）。
逆に100℃以下では、流速が20m/s以下でも、容易に剥離して（図９）、付着量は減少する。
【００４２】
具体的に説明すると、下記のとおりであった。
【００４３】
プレート温度が150℃を超えた状態でパウダー状のユリカピッチを篩うと、プレート全面にパウダーが付着した。また、この付着したパウダーは流速100m/sの空気を吹き付けてもほとんど剥離しない。
【００４４】
一方、プレート温度が100℃以下の場合は、20m/s程度の空気を吹き付けるだけで、そのほとんどが剥離した。このことから、構造物の温度が非常に大きな要因であると判断できる。
【００４５】
３）結論
付着性基礎試験結果も総合すると、ユリカピッチの軟化と付着のメカニズムは、前記（２）が支配的と考えられる。
【００４６】
従って、ユリカピッチを炉内に投入するまでのバーナ内部において、温度上昇を抑制することにより軟化およびバーナへの付着を防止することが重要となる。
【００４７】
本発明は、上述の新たに得られた知見に基づいてなされたものであり、以下に述べるような特徴を備えている。
【００４８】
図１乃至図３に示したように、本実施形態による石油ピッチ燃料用バーナ１は、搬送用気体と共に石油ピッチを燃焼炉２に供給するための燃料供給管（バーナスロート）３を有する。
【００４９】
搬送用気体として典型的には空気が使用され、空気を使用する場合には、搬送用気体は、石油ピッチの搬送として利用されると共に、燃焼にも寄与する。
【００５０】
搬送用気体は、好ましくは常温で燃料供給管３の内部に導入される。
【００５１】
燃料供給管３の少なくとも先端部４の内壁面５が電解研磨処理されており、これにより、その平滑度が高められている。
【００５２】
燃料供給管３の内部中心には、管軸方向に沿って副燃料噴射管６が設けられている。副燃料噴射管６は、噴射管挿入管７の内部に挿入されており、噴射管挿入管７に沿って前後に移動可能となっている。
【００５３】
燃料供給管３の管軸方向の中央部には、燃料濃度調整手段としての旋回羽根（スワラ）８が設けられており、この旋回羽根８によって石油ピッチ・搬送用気体９に旋回成分が付与される。
【００５４】
燃料供給管３の中央外周部には、燃焼炉２に二次空気１０を供給するための二次空気供給機構１１が設けられている。二次空気供給機構１１は、二次空気１０に旋回成分を付与するための旋回羽根（スワラ）１２を有する。
【００５５】
旋回羽根８で構成される燃料濃度調整手段は、燃料を燃料供給管３の内周壁側に集中的に濃縮させるとともに燃料供給管３の周方向の燃料の濃度分布を均一化させる機能を有する。
【００５６】
燃料供給管３の先端外周部には、燃焼炉２に三次空気１３を供給するための三次空気供給機構１４が設けられている。三次空気供給機構１４は、三次空気１３に旋回成分を付与するための旋回ベーン１５を有する。
【００５７】
図２および図３に示したように石油ピッチ燃料用バーナ１は、燃料供給管３の先端部４の内側に、石油ピッチ・搬送用気体９の流れを妨げる障害物が存在しない開放空間１６が形成されている。
【００５８】
即ち、本実施形態による石油ピッチ燃料用バーナ１は、従来の微粉炭焚きバーナの燃料供給管の先端部に設けられていた気流影響部（スワラやリブ）を備えておらず、石油ピッチ・搬送用気体９の流れが燃料供給管３の先端部４で妨げれることがない。
【００５９】
なお、燃料比2.5程度までの低軟化点石油ピッチであれば燃料供給管の先端部からリブ（旋回度調整羽根）などを除去しても燃焼炉内においてその適切な燃焼を確保できる。
【００６０】
本実施形態による石油ピッチ燃料用バーナ１の燃料供給管３は、その先端部４の前端を径方向外側に拡開して形成された保炎板１７を有している。ラッパ状の保炎板１７は、バーナ１で形成した炎を燃焼炉２内で適切に保持する上で有効である。
【００６１】
石油ピッチ燃料用バーナ１は、燃料供給管３の先端部４の外壁面１８に冷却材１９を接触させて、燃料供給管３の先端部４の内壁面５を冷却するための冷却手段２０を備える。冷却材１９としては、好ましくは液体を使用し、さらに好ましくは水を使用する。
【００６２】
冷却手段２０は、燃料供給管３の外壁面１８の周囲に環状に形成された冷却材流路２１を有する。冷却材流路２１は、燃料供給管３の先端部４の外周に配置された内側管状部材２２によって形成されている。冷却材流路２１の入口側には、冷却材導入口２３が形成されている。
【００６３】
内側管状部材２２の外周面の周囲には外側管状部材２４が配置されており、燃料供給管３の保炎板１７の先端と外側管状部材２４の先端との間隙が、環状封止部材２５によって封止されている。
【００６４】
内側管状部材２２の外周面と外側管状部材２４の内周面とで冷却材の還流流路２６が形成されている。還流流路２６の出口側には、冷却材排出口２７が形成されている。図３に示したように、冷却材導入口２３および冷却材排出口２７は、周方向に９０°間隔でそれぞれ４個ずつ配置されている。
【００６５】
次に、本実施形態による石油ピッチ燃料用バーナ１の運転方法について説明する。
【００６６】
燃料供給管３の先端部４は、燃焼炉２に近いので、火炎からの輻射を受けて高温になりやすく、石油ピッチが付着し易くなっている。
【００６７】
そこで、本実施形態においては、冷却材導入口２３を介して冷却材流路２１内に冷却材１９を供給しながら、還流流路２６および冷却材排出口２７を介して冷却材１９を排出することにより、燃料供給管３の外壁面１８から熱を連続的に除去する。これにより、燃料供給管３の管壁が冷却され、その内壁面５も所定の温度以下に維持される。
【００６８】
ここで、燃料供給管３の内壁面５の上記所定の温度は、燃料供給管３の内壁面５近傍での石油ピッチの温度が軟化点以下となるような温度である。好ましくは、燃料供給管３の内壁面５の温度を、冷却手段２０による冷却によって１００℃以下に維持する。
【００６９】
また、試験により得られた知見に基づいて、石油ピッチが燃料供給管３の先端部４に付着するのを防止するため、或いは（付着しないとしても）接触時間を短くするため、燃料供給管３内の流速を１５ｍ／ｓ以上に維持する。
【００７０】
上記の通り、本実施形態による石油ピッチ燃料用バーナ１においては、燃料供給管２の内壁面５の温度を所定の温度以下に維持することにより、石油ピッチがその軟化点に達してペースト状になることを防止できる。これにより、燃料供給管３の内壁面５にペースト状の石油ピッチが付着して堆積することを防止でき、バーナ１が使用不可になる事態を回避できる。
【００７１】
また、本実施形態による石油ピッチ燃料用バーナ１は、燃料比2.5程度までの低軟化点の石油ピッチの場合、バーナ先端部の旋回度調整機構が燃焼上必ずしも必須ではないという点に着目し、燃料供給管３の先端部４の内側に、石油ピッチ・搬送用気体９の流れを妨げる障害物が存在しない開放空間１６を形成したので、上述した冷却効果と相まって、搬送用気体により搬送中の石油ピッチが燃料供給管３の内部に付着し難い。
【００７２】
特に、燃料供給管３先端の保炎板１７の部分は、燃焼炉２に近いためそこからの輻射熱を多く受け、冷却が無ければ高温になり易く、石油ピッチが付着し易い。
【００７３】
そこで、本実施形態による石油ピッチ燃料用バーナ１においては、保炎板１７を含む燃料供給管３の先端部４を所定の温度以下に冷却するようにして、ペースト状になった石油ピッチの付着を確実に防止するようにしている。
【００７４】
また、本実施形態による石油ピッチ燃料用バーナ１においては、燃料供給管３の少なくとも先端部４の内壁面５が電解研磨処理されているので、石油ピッチがより一層付着し難いものとなっている。
【００７５】
また、燃料供給管３内の流速を１５ｍ／ｓ以上とすることにより、石油ピッチが燃料供給管２の先端部４に付着することをより確実に防止することができる。
【００７６】
なお、濃度調整機構（旋回羽根８）は、簡潔な構成によって，燃料供給管３の上流側の配管ベンド部等で発生した燃料濃度の周方向の片寄りを是正して周方向の濃度分布を均一化するとともに、燃料供給管内における空気／燃料比が中心側が高く周壁側が低くなる分布を形成させることができるものである。
【００７７】
この濃度調整機構は、燃料供給管３の上流部にあり、ボイラの火炎の輻射熱の受けにくい位置に存在するため、温度は比較的低温に維持され、低軟化点の石油ピッチが接触しても石油ピッチが軟化温度になることはない。
【００７８】
これに対して、旋回度調整機構は、燃料供給管３の内周部の気流の通過部分にあるため、燃料が最も衝突ないし接触する構造物である一方、供給管先端部にあるため、温度が高くなっており、低軟化点の石油ピッチが接触すると直ちに軟化温度以上になり、付着する。
【００７９】
一方、燃料比2.5程度までの低軟化点の石油ピッチは、濃度調整機構により適切な濃度を確保できるため、旋回度調整機構が設けられていなくても、ボイラ内で適切な燃焼が確保できる。
【００８０】
本実施形態における冷却手段２０の作用についてさらに説明すると、冷却機構により、燃料供給管３の先端部４の温度が低軟化点石油ピッチの軟化温度以下に維持することができるため、固体（粉体）状の石油ピッチが、燃料供給管３に接触しても軟化せずにそのま高速気流に乗ってボイラ炉内に投入される。また、石油ピッチが接触して多少軟化しても、固着するほどの状態とはならないため、高速気流により燃料供給管内面から簡単に剥離してボイラ炉内に投入される。
【００８１】
さらに、濃度調整機構により、気流が燃料供給管３内で旋回流を形成するため、石油ピッチは、遠心力により外周部に集まるため、燃料供給管外周部で燃料供給管３に接触する。したがって、燃料供給管３の外周部を冷却することは、石油ピッチが燃料供給管３に接触して軟化しかつ付着を防止するために効果的である。すなわち、濃度調整機構と冷却機構との重畳効果により、石油ピッチの供給管付着防止の効果が大きくなる。
【００８２】
なお、上記実施形態に一変形例としては、冷却手段２０の冷却効率を高めるために、図４に示したように、冷却材流路２１に沿って、燃料供給管３の先端部４の保炎板１７の部分および燃料供給管３の本体部分に、冷却フィン２８Ａ、２８Ｂを設けても良い。
【００８３】
なお、保炎板１７の部分の冷却フィン２８Ａは、保炎板１７の内壁面の部分のみならず、環状封止部材２５の部分まで延在させることが好ましい。環状封止部材２５自身が高温になると熱伝導により保炎板１７の内壁面部分の温度も上昇し、石油ピッチが付着し易くなるので、冷却フィン２９Ａにより環状封止部材２５の冷却効果を高めることが有効である。
【００８４】
また、上記実施形態の他の変形例としては、図５に示したように、冷却手段２０の冷却材流路２１の折り返し部の内壁面２１ａの形状を、滑らかに変化する形状とすることで、冷却材の流れによどみが生じないようにすることもできる。冷却材の流れによどみが生じると、その部分で熱伝達が低下するのでホットスポットが生じてしまい、石油ピッチが付着しやすくなる。
【００８５】
そこで、本例においては、冷却材流路２１においてよどみが生じやすい折り返し部の内壁面２１ａを滑らかな形状として、冷却材のよどみによるホットスポットの発生を防止するようにした。
【００８６】
なお、図５に示した本例の構造と、図４に示した冷却フィン２８Ａ、２８Ｂの構造とを組み合わせることで、冷却手段２０による冷却効果をさらに高めることができる。
【００８７】
また、他の変形例としては、図６に示したように、冷却手段２０の冷却材流路２１において、バーナ先端部をラビリンス構造としても良い。ラビリンス構造への冷却材の流入口として、冷却材流路２１の断面積を一定として決定された寸法（径）を有する連絡孔（図示せず）を、バーナ先端部の冷却手段２０の流路壁に形成する。本例においては、冷却材流路２１が、点対称に２つ設けられている。
【００８８】
冷却材流路２１の中で冷却材の流れに偏りが生じると、局所的に熱伝達が低下するが、図６に示したようにラビリンス構造を設けることにより、冷却材の流れが偏らないようして、ホットスポットの発生を防止することができる。
【００８９】
なお、図６に示した本例の構造と、図４に示した冷却フィン２８Ａ、２８Ｂの構造とを組み合わせることで、冷却手段２０による冷却効果をさらに高めることができる。
【００９０】
また、他の変形例としては、冷却媒体として空気を使用して、冷却用空気をそのまま炉内に放出するようにしても良い。例えば、図４に示した冷却フィン２８Ａ、２８Ｂと組み合わせることで、空気を冷却媒体としても十分な冷却効果を維持できるようにして、冷却構造の簡素化を図ることができる。
【００９１】
また、他の変形例としては、バーナ先端部のみを交換できる構造として、冷却手段などの対策を施してもなお石油ピッチが付着した場合には、バーナ先端部ごと交換するようにしても良い。
【符号の説明】
【００９２】
１  石油ピッチ燃料用バーナ
２  燃焼炉
３  燃料供給管
４  燃料供給管の先端部
５  燃料供給管の先端部の内壁面
６  副燃料噴射管
７  噴射管挿入管
８  旋回羽根（スワラ）
９  石油ピッチ・搬送用気体
１０  二次空気
１１  二次空気供給機構
１２  旋回羽根（スワラ）
１３  三次空気
１４  三次空気供給機構
１５  旋回ベーン
１６  開放空間
１７  保炎板
１８  燃料供給管の外壁面
１９  冷却材
２０  冷却手段
２１  冷却材流路
２１ａ  冷却材流路の折り返し部の内壁面
２２  内側管状部材
２３  冷却材導入口
２４  外側環状部材
２５  環状封止部材
２６  冷却材の還流流路
２７  冷却材排出口
２８Ａ、２８Ｂ  冷却フィン
【図１】
2018109513.tif 000003
【図２】
2018109513.tif 000004
【図３】
2018109513.tif 000005
【図４】
2018109513.tif 000006
【図５】
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【図６】
2018109513.tif 000008
【図７】
2018109513.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2018109513.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月2日(2018.4.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼炉で用いられ、石油ピッチを燃料とするバーナであって、
搬送用気体と共に前記石油ピッチを前記燃焼炉に供給するための燃料供給管と、
前記燃料供給管の上流側に設けられ、前記燃料を前記燃料供給管の内周壁側に集中的に濃縮させるとともに前記燃料供給管の周方向の前記燃料の濃度分布を均一化させる燃料濃度調整手段と、
前記燃料供給管の先端部を冷却するための冷却手段と、を備え、
前記燃料供給管の先端部の内側には、前記搬送用気体および前記石油ピッチの流れを妨げる障害物が存在しない開放空間が形成されている、石油ピッチ燃料用バーナ。
【請求項２】
前記燃料供給管は、前記先端部の前端を径方向外側に拡開して形成された保炎板を有しており、前記冷却手段は、少なくとも前記保炎板の内壁面を冷却する、請求項１記載の石油ピッチ燃料用バーナ。
【請求項３】
前記冷却手段は、前記燃料供給管の外壁面の周囲に環状に形成された冷却材流路を有する、請求項１または２に記載の石油ピッチ燃料用バーナ。
【請求項４】
前記冷却手段は、冷却材として液体を使用するものである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の石油ピッチ燃料用バーナ。
【請求項５】
前記冷却手段は、前記燃料供給管の前記内壁面近傍での前記石油ピッチの温度が軟化点以下となるように前記燃料供給管を冷却する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の石油ピッチ燃料用バーナ。
【請求項６】
前記冷却手段は、前記燃料供給管の前記内壁面の温度が１００℃以下となるように前記燃料供給管を冷却する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の石油ピッチ燃料用バーナ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の石油ピッチ燃料用バーナの使用方法において、
前記冷却手段によって、前記燃料供給管の前記内壁面近傍での前記石油ピッチの温度が軟化点以下となるように前記燃料供給管を冷却する、石油ピッチ燃料用バーナの使用方法。
【請求項８】
前記燃料供給管に導入する前記搬送用気体の温度を常温とする、請求項７記載の石油ピッチ燃料用バーナの使用方法。
【請求項９】
前記冷却手段によって、前記燃料供給管の前記内壁面の温度が１００℃以下となるように前記燃料供給管を冷却する、請求項７または８に記載の石油ピッチ燃料用バーナの使用方法。
【請求項１０】
前記燃料供給管の内部の流速を１５ｍ／ｓ以上とする、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の石油ピッチ燃料用バーナの使用方法。