(57)【要約】【課題】燃焼灰中の六価クロムの生成を抑えつつ、バーナの製造コストと運転経費の低減を図る。【解決手段】木質ペレット焚きガンタイプバーナの燃焼室を構成する燃焼筒を空冷式から水冷式に変えることで、使用材料の変更と付帯機器の削減を図るとともに、この燃焼室直下流に耐火性断熱材で内張りした再燃室を設けてバーナ燃焼室から流れてくる未燃黒灰をより完全燃焼することで燃料の使用効率の向上を図り、装置の低コスト化と運転経費の低減が達成できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水ボイラ、蒸気ボイラ、温風機等の熱機器への熱源供給として装着されるガンタイプバーナで、燃料として木質ペレットを使用するバーナにおいて、燃焼室を構成する燃焼筒の冷却に水を使用することを特徴とするガンタイプバーナ。
【請求項２】
冷却水としてボイラ用給水を用い、ボイラ給水タンクへ循環することを特徴とする請求項１のガンタイプバーナ。
【請求項３】
バーナ燃焼筒の直下流に、未燃黒灰を燃焼するための耐火断熱材を内張りした燃焼筒構成した再燃焼室を設け、両室の堺と再燃燃焼室出口を堰により隔てることを特徴とする請求項１のガンタイプバーナ。
【請求項４】
ペレットの着火に火炎の細いガスバーナを使用することを特徴とする請求項１のガンタイプバーナ。
【請求項５】
ボイラや温風機等の缶体下流に設置した誘引送風機のみでペレットの燃焼に必要な燃焼空気を供給することを特徴とする請求項１のガンタイプバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
温水ボイラ、蒸気ボイラ、温風機等の熱機器の熱源供給として装着されるバーナで、燃料として木質ペレットを使用するバーナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
木質ペレット焚きガンタイプバーナではペレットが燃える燃焼室を構成する素材が金属で出来ているものが多く、この金属は高温に晒されるため耐久性を維持するには冷却が必要で、燃焼用空気を利用して冷却されているが、空気冷却では温度が十分下がらないため、ニッケル・クロム合金の耐熱材料が採用されている。（特許文献１）
【０００３】
また、木質ペレットを燃焼して生成する燃焼灰から基準値を超える六価クロムが溶出することが報告されており、（非特許文献１）耐熱材料であるニッケル・クロム系金属を使用した場合、その数値も増加することが知られている。このため、ニッケル・クロム系金属の使用を避け、アルミナイズド加工を加えた金属を使用しているものもあるが、材料費の高騰は避けられない。
【０００４】
熱を温水・蒸気・温風等の形で系外に供給する機器の熱源供給ユニットである木質ペレット焚きガンタイプバーナは機器の構成上、バーナの容積を大きくするには限界がある。このような比較的小さな燃焼室では、燃焼空気を供給する燃焼室内のロストルの上だけでは燃焼が完結せず、下流に流れていくペレットがある程度生じる（以下、この燃焼が十分進んでいないペレットや炭の状態で燃焼が完結していないものを未燃黒灰と呼ぶ）。このようなものが下流のボイラの缶体に入ると、熱交換部をもつ缶体燃焼室では下部の温度が低い為燃焼が進まず、未燃黒灰の状態のまま燃焼の完結した白灰とともに系外に排出される。このため燃料の使用効率が低下することとなる。
【０００５】
また、バーナの燃焼室を大きくしてロストル上で燃焼を完結しようとしても、燃焼完結時にロストル上に堆積した白灰が燃焼ガスの輝炎輻射を受け溶融し、クリンカーとして固着する。クリンカーの堆積はロストルの機能を低下させるので除去する必要がある。それゆえ、機器を停止して清掃する頻度が増え、運転経費が増加することとなる。
【０００６】
更に、空気冷却式においては、冷却効果を上げる為、燃焼室を構成する２重円筒のスキマ狭くし、流速を上げて、熱伝達率をよくするので、ある程度の風圧が必要で、押し込み送風機は不可欠となる。しかし、燃料のペレット貯槽と直結する供給するラインは圧力を高くできない為、高温の燃焼ガスがこのラインに逆流しないよう燃焼室をやや負圧なるようバランスをとりながら運転するための誘引送風機を缶体下流に設置することも避けられない。押し込み送風機と誘引送風機の両方が不可欠なことが空気冷却式バーナのコスト増加の原因の一つであった。
【０００７】
木質ペレット焚きガンタイプバーナではペレットの着火に圧力噴霧式小形灯油バーナが利便性と確実な着火性の観点から使用されているが、この灯油焚きガンタイプ自体にも送風機を持っている。
【０００８】
また、圧力噴霧式バーナでは噴霧ノズルの特性から噴霧角が45〜80度であるため、広い範囲にペレットの着火に必要なエネルギーを供給することになり、それなりの熱発生が必要となる。
【０００９】
灯油バーナでは火炎を検知する為に可視光を用いた火炎検知センサが広く採用されている。また、ペレットの火炎確認にも同様の火炎検知センサが使われるため、火炎検知視野内に着火のための灯油火炎とペレットの火炎とがある場合、ペレットの着火確認は判別が難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】実用新案第３０８８９４２号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】平成17年岩手県林業振興課広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のように、従来の空冷式木質ペレット焚きガンタイプバーナではバーナを構成する材料の高級化、ユニット数の増加、燃料使用効率の悪さ等から、装置全体のコストアップや運転経費の増加につながりやすい。
【００１３】
そこで、本発明は、木質ペレット焚きガンタイプバーナの冷却方法を見直すとともに、いろいろな改良を付加え、装置のコストダウンと運転経費の低下を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成する為に、本発明のまず一つは、ガンタイプバーナの燃焼室を構成する燃焼筒の冷却に水を使用することを特徴とする木質ペレット焚きガンタイプバーナである。
【００１５】
燃焼室が水冷壁となるため、壁温度が空気冷却に比べ大きく低下するので炭素鋼が使用でき、ニッケル・クロム合金に比べ大幅にコスト低下につながるばかりか、有害物質ある六価クロムの燃焼時の生成が大幅に抑えられる。
【００１６】
温水ボイラや蒸気ボイラに採用されるバーナでは、冷却水にボイラ用缶水を使用し、給水タンクを利用した循環系を設けることで、熱回収できるだけでなく、装置全体で見ると伝熱面積を増加する方向となる為、ボイラの熱効率が増加することになる。
【００１７】
二つ目は、バーナの燃焼室を構成する燃焼筒の直下流に未燃黒灰燃焼室を設けること特徴とする木質ペレット焚きガンタイプバーナである。
【００１８】
この未燃黒灰燃焼室の内壁はキャスタブルのような耐火材で構成し、空間の増加に因る燃焼時間の延長と火炎と部屋壁である耐火物からの高温輻射により未燃黒灰の燃焼の継続・促進を図り、未燃黒灰の装置系外排出を減らし、ボイラの熱交換部の汚れによる熱伝達率の低下を抑える。
【００１９】
空冷式木質ペレット焚きガンタイプバーナでは、前述のごとく燃焼空気を供給する押し込み送風機と燃焼排ガスを誘引する誘引送風機の２台は必要不可欠であったが、水冷式にすると、冷却の為の高圧空気が不要となり、燃焼空気は燃焼排ガスを誘引する誘引送風機により吸引供給することも可能となるため、押し込み送風機を無くせる。
【００２０】
ペレットの着火についても、着火ポイントにエネルギーを集中できれば、より小形で発生熱量の小さいバーナでよくなるため、これが可能なガスバーナを採用する。
【００２１】
ブンゼン形バーナを使用すれば、点火装置における送風機すら省略できる。
【００２２】
ガスバーナの採用により、点火バーナの火炎検知に必要なセンサが可視光からフレームロッド方式に変えられるため、ペレット火炎のセンサと手法が異なることで点火バーナの火炎の有無判定が容易にでき、ペレットの着火判定に有利となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の木質ペレット焚きガンタイプバーナは水冷式燃焼筒の採用と直下流に未燃黒灰燃焼室を併設することで、有害な六価クロム生成を抑え、熱効率及び燃料の利用効率を上げることによる運転経費の低減が図れる。
【００２４】
更に、バーナを構成する材料の変更、燃焼空気の押し込み送風機の省略等で、製造コスト低減も図れるばかりか、バーナ周りの送風機がなくなるためコンパクトですっきりした形のバーナとなる。
【００２５】
集中火炎型ガスバーナの採用により、灯油バーナに比べ燃料消費量が格段に抑えられるため、運転経費の更なる節約も出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は本発明の水冷式木質ペレット焚きガンタイプバーナの縦断面と未燃黒灰燃焼室の縦断面を図示したものである。
【図２】図２は本発明の水冷式木質ペレット焚きガンタイプバーナを取り付けた温水ボイラのユニットフローの例を示したで図ある。
【図３】図３は図１におけるバーナ本体のＡ―Ａ，Ｂ―Ｂ，Ｃ―Ｃ断面とＤ―Ｄ視野を示した図である。
【図４】図４は比較例の空冷式木質ペレット焚きガンタイプバーナの縦断面とＥ―Ｅ視野を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。
【００２８】
木質ペレット焚きガンタイプバーナでは図２に示すように、ペレット貯槽７から自動定量搬送装置６によりバーナ１の図１に示す燃焼室１１に投入口１９から一定速度で燃料のペレットが供給される。燃焼室１１の底部にあるロストル１３上に溜まったペレットは点火用ガスバーナ２２により点火され、着火後はロストル１３下部から供給される燃焼空気により燃焼を継続する。
【００２９】
着火したペレットはロストル１３から吹き出る燃焼空気により燃え、軽くなりながら燃焼室下流に運ばれるが、小片の未燃ペレットや燃焼が完了しないペレットが下流の缶体燃焼室に流れるのを避けるため、バーナ内での燃焼時間を出来るだけ確保できるよう堰１４が燃焼室１１の出口に設けられている。
【００３０】
このため、燃焼室はペレットの火炎で高温になり、燃焼室１１を構成する素材は耐熱性に富んだ材料が不可欠となるが、金属材料を使用する場合、たとえ耐熱性の高いニッケル・クロム系金属を用いても耐久性の観点から材料の冷却は必要となる。
【００３１】
これまでの木質ペレット焚きガンタイプバーナでは図４で示すように、燃焼室を２重円筒で構成し、この環状部分を空冷ジャケット２６とし、空気を流して冷却し燃焼用空気として利用することで熱回収を行ってきた。
【００３２】
しかし、背景技術の項で触れたごとく、ニッケル・クロム系金属は価格が高いばかりでなく、燃焼灰中に含まれる有害な六価クロム生成の一因となることがわかり、最近では炭素鋼をアルミナイズド処理して使用されるようになった。このアルミナイズド処理にも多額の費用がかかり、装置の製造コストを上げる要因となっている。
【００３３】
そこで、本発明は図１に示すごとく、これまでの空冷ジャケット２６を水冷ジャケット１２に変え、更に、バーナ燃焼室下流にある堰１４も水冷として一体化した。
【００３４】
図４で示す空冷式では周囲温度の観点からセラミックのような耐火材に頼らざるを得なかったが、割れなどが入りやすく、耐久性に課題があったが、この問題も同時に解決した。
【００３５】
水冷ジャケット１２の採用により、燃焼室内壁温度は大幅に下がり、燃焼室１１を構成する材料に炭素鋼材をアルナイズド処理することなく使用可能となった。
【００３６】
木質ペレット焚きガンタイプバーナでは、ペレット投入口１９を介して、投入ライン２１・自動定量搬送機６・ペレット貯槽７と圧力を隔離することなく大気圧のペレット貯槽につながっているため、高温の燃焼ガスがこのラインに流れると火災発生の原因となる。
【００３７】
そこで、図２に示すように、ユニットの排気ダクト５系に誘引送風機４を設置し、バーナの燃焼室１１が大気圧より少し負圧になるよう運転することが必要なる。
【００３８】
この、燃焼室１１と大気圧との差を利用して、燃焼空気を供給するようにしたのが図１である。これにより燃焼空気を供給する押し込み送風機を省略できる。
【００３９】
しかし、空冷式においては図４に示すごとく、冷却の熱伝達を良くすべく空気の流れを速くするため、空冷ジャケット２６のスキマを狭くした構造になっている。ここに冷却を兼ねて燃焼に十分な空気を流すには燃焼室と大気の差圧だけでは押し込み圧が不足するため、押し込み送風機２５が必要となり、水冷式に比較しコストアップの要因となる。
【００４０】
空冷式では冷却により奪った熱を燃焼空気の予熱という形で熱回収を行っている。水冷式の場合、図２のように温水・蒸気ボイラのような缶体２では、ボイラ用給水タンク３を持っているため、この水を使って冷却する循環系ライン９を備えれば、缶水の予熱という形で熱回収ができる為、熱損失にはならないし、バーナ燃焼室壁温度の制御もし易い。缶体の伝熱面積が増えることともなり、缶体の熱効率は高くなる。
【００４１】
前述した如く、木質ペレットは燃焼室で完全に燃焼し、白くなった燃焼灰のみが下流の熱交換部を持つ缶体燃焼室に移動することが望ましいけれど、容積の限られたバーナの燃焼室１１だけでは燃え尽きない未燃黒灰のある量が缶体２の燃焼室に流れ、ここでも燃え切れないまま装置の系外に排出され、燃料の有効利用率を低下することとなる。
【００４２】
このため、本発明ではバーナの燃焼室１１の直下流に未燃黒灰を燃焼するための未燃黒灰燃焼室１５を設け、その下流で缶体２の燃焼室へと接続するようにする。
【００４３】
図１にその断面図を示す。燃焼室１５は耐火性の高い断熱材壁１６で構成し、この部屋に飛んでくる未燃黒灰を通過する高温の燃焼ガスや壁からの輻射熱を利用し、白灰になるまで燃焼し切ることを目的とする。
【００４４】
未燃黒灰は燃焼するにつれて更に軽くなり、燃焼ガスに乗り下流に流れやすくなる為、図１、図３に示す如く、この部屋１５の出口ある堰１７の高さはバーナ燃焼室１１の堰１４に比べ高くして下流に流れる未燃黒灰の量を抑える。これにより木質ペレットの燃料としての利用効率は上がり、運転経費は低下する。
【００４５】
図４の比較例である空冷式木質ペレット焚きガンタイプバーナでは点火バーナとして灯油焚き小型圧力噴霧バーナを点火バーナ２２として使用している。
【００４６】
しかし、点火バーナ２２として小型圧力噴霧バーナを使用する場合、圧力噴霧ノズルの特性から火炎を細くできないため、着火域を狭く限定できない。着火域が広いとそれだけ加熱するためのエネルギーが必要となるばかりでなく、点火初期の低温ペレットに噴霧油滴があたると凝集して大粒の油滴となり、気化に必要な熱が更に必要になるばかりか、燃焼室壁のヨゴレや着火直後の発煙の原因となる。
【００４７】
その為、本発明では点火バーナ２２としてプロパンや都市ガスを燃料とするガスバーナを選択し、点火火炎を狭い一点に集めるバーナを採用した。
【００４８】
これにより、比較例図４の灯油バーナの熱量が155ＭＪであったものが、15〜36ＭＪ程度まで低下でき、更なる運転経費の低減が図れた。また、ガスのため、灯油のような点火初期のヨゴレも起こらない。
【００４９】
図１、図４では点火用バーナの燃焼空気を供給するために専用の送風機２３をもっているが、図１のガスバーナとして、ブンゼン型バーナを選択すれば、この送風機も不要となる。
【００５０】
火炎検知を市販検知センサで行う場合、ペレット火炎と灯油火炎は同じ可視光検知センサが一般に使われる。点火バーナをガスバーナにすると火炎センサとしてフレームロッドが使用できるようになり、センサの違いにより点火バーナの火炎かペレットの火炎か区別が出来るようになるので着火判定がしやすくなるメリットがある。
【符号の説明】
【００５１】
１  水冷式木質ペレット焚きガンタイプバーナ
２  無圧式温水ボイラ缶体
３  給水タンク
４  誘引送風機
５  排気ダクト
６  自動定量搬送装置
７  ペレット貯槽
８  制御盤
９  ガンタイプバーナ用冷却水循環系ライン
１０  給水タックへの給排水ライン
１１  ペレット燃焼室
１２  水冷ジャケット
１３  ロストル
１４  ペレット燃焼室堰
１５  未燃黒灰燃焼室
１６  断熱耐火材
１７  未燃黒灰燃焼室堰
１８  燃焼空気吸入口
１９  ペレット投入口
２０  点火口
２１  ペレット投入ライン
２２  点火用ガスバーナ
２３  点火バーナ用送風機
２４  冷却水循環ポンプ
２５  燃焼空気用送風機
２６  空冷ジャケット
２７  燃焼空気供給口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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