(57)【要約】【課題】十分な二次燃焼を行うことで有効に輻射熱を生成することができる燃焼装置を提供する。【解決手段】燃焼装置１は、バーナ５によって形成された一次火炎Ｆ１による一次火炎領域が内部に形成される燃焼炉３と、一次火炎領域の長手軸線Ｌ１方向における対向位置から二次空気を一次火炎領域側に噴射する対向二次空気ノズル７と、一次火炎領域の外周領域に二次空気を噴射する上方外周二次空気ノズル１６及び下方外周二次空気ノズル１０と、を備えている。外周二次空気ノズル１０，１６は、一次火炎領域の外周領域の円周方向に向けて二次空気を噴射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次火炎領域が内部に形成される燃焼炉と、
前記一次火炎領域の長手軸線方向における対向位置から二次空気を該一次火炎領域側に噴射する対向二次空気ノズルと、
前記一次火炎領域の外周領域に二次空気を噴射する外周二次空気ノズルと、
を備えている燃焼装置。
【請求項２】
前記燃焼炉内に設けられた熱交換器を備えている請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記外周二次空気ノズルは、前記一次火炎領域の前記外周領域の円周方向に向けて二次空気を噴射する請求項１又は２に記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記外周二次空気ノズルは、前記一次火炎領域の前記外周領域に位置する円周部を有している請求項１から３のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項５】
前記外周二次空気ノズルは、前記長手軸線方向に延在する螺旋形状とされている請求項１から３のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項６】
前記対向二次空気ノズルは、前記長手軸線に直交する面内にて円環形状をなす円環部を有している請求項１から５のいずれかに記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一次火炎の長手軸線方向における対向位置に設けられたノズルから二次空気を対向流として噴射して二次燃焼を行う対向流燃焼が知られている（特許文献１乃至３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２９３８５６号公報
【特許文献２】特許第４２２００８３号公報
【特許文献３】特許第５６５０８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１乃至３では、ノズルから二次空気を噴射して良好な二次燃焼を行うことができる。しかし、さらに燃焼効率を上げて火炎から十分に輻射熱を回収することが望まれる。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、十分な二次燃焼を行うことで有効に輻射熱を得ることができる燃焼装置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】
【０００６】
本発明の一態様に係る燃焼装置は、一次火炎領域が内部に形成される燃焼炉と、前記一次火炎領域の長手軸線方向における対向位置から二次空気を該一次火炎領域側に噴射する対向二次空気ノズルと、前記一次火炎領域の外周領域に二次空気を噴射する外周二次空気ノズルと、を備えている。
【０００７】
燃焼炉の内部に形成された一次火炎領域の長手軸線方向における対向位置から対向二次空気ノズルによって一次火炎領域側に二次空気を噴射することで、一次火炎領域の長手軸線方向の先端部近傍にて二次燃焼領域を形成する。これにより、高温下にて気相燃焼が生じて一次火炎領域における未燃分が処理されて輻射熱が生じる。さらに、外周二次空気ノズルによって、一次火炎領域の外周領域に対して二次空気を噴射することで、一次火炎領域の外周領域に二次燃焼領域を形成する。これにより、高温下にて気相燃焼が生じて一次火炎領域における未燃分が処理されて輻射熱が生じる。
このように、一次火炎領域の先端部近傍だけでなく外周領域にも二次燃焼領域を形成することとしたので、一次火炎領域の略全体を覆うように二次燃焼領域を形成することができ、十分な二次燃焼を行うことで有効に輻射熱を生成することができる。
【０００８】
さらに、本発明の一態様に係る燃焼装置では、前記燃焼炉内に設けられた熱交換器を備えている。
【０００９】
燃焼炉内に熱交換器を設けることによって、燃焼炉内に形成された火炎で発生した熱輻射を有効に回収することができる。熱交換器によって回収した熱は、例えば、蒸気を生成することに用いられ、各種の熱源や蒸気タービン発電などに用いることができる。
【００１０】
さらに、本発明の一態様に係る燃焼装置では、前記外周二次空気ノズルは、前記一次火炎領域の前記外周領域の円周方向に向けて二次空気を噴射する。
【００１１】
一次火炎領域の外周領域の円周方向に向けて二次空気を噴射することによって、一次火炎領域の外周領域に略円筒状に厚さの薄い空気層を形成することができる。これにより、一次火炎領域に直接的に二次空気が到達することによって一次火炎領域の火炎温度が低下することを抑制するとともに、一次火炎領域の外周領域に所望の二次燃焼領域を形成することができる。
【００１２】
さらに、本発明の一態様に係る燃焼装置では、前記外周二次空気ノズルは、前記一次火炎領域の前記外周領域に位置する円周部を有している。
【００１３】
外周二次空気ノズルは、一次火炎領域の外周領域に位置する円周部を有しているので、一次火炎領域を包囲するように外周領域に二次空気を好適に供給することができる。
円周部は、円環形状としてもよく、又は、円弧形状としてもよい。
【００１４】
さらに、本発明の一態様に係る燃焼装置では、前記外周二次空気ノズルは、前記長手軸線方向に延在する螺旋形状とされている。
【００１５】
外周二次空気ノズルを長手軸線方向に延在する螺旋形状とすることで、一次火炎領域の外周領域に対して均等に二次空気を供給することができる。また、螺旋形状とすることで、外周二次空気ノズルから噴射した二次空気を旋回させて流すことができ、二次空気の長手軸線方向における直進性を向上させることができる。例えば、軸線方向が水平方向に向くように螺旋形状を位置させた場合には、直進性を向上させることによって二次空気が浮力によって上方向に向くことを抑制することができる。
【００１６】
さらに、本発明の一態様に係る燃焼装置では、前記対向二次空気ノズルは、前記長手軸線に直交する面内にて円環形状をなす円環部を有している。
【００１７】
対向二次空気ノズルは、長手軸線に直交する面内にて円環形状をなす円環部を有しているので、長手軸線上にノズルヘッドを設ける場合に比べて、火炎の輻射を遮る面積を小さくすることができる。これにより、より多くの輻射熱を回収することができる。
円環部は、１重の円環としても良いし、共通の中心を有する二重や三重といった複数重とされた円環部としても良い。
【発明の効果】
【００１８】
一次火炎領域の外周領域に二次空気を噴射する外周二次空気ノズルを設けることによって、十分な二次燃焼を行うことで有効に輻射熱を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃焼装置を示した縦断面図である。
【図２】図１の燃焼装置の横断面図である。
【図３】螺旋状とされた外周二次空気ノズルを示した側面図である。
【図４】対向二次空気ノズルの第１変形例を示した正面図である。
【図５】対向二次空気ノズルの第２変形例を示した正面図である。
【図６】第１変形例に係る燃焼装置を示した縦断面図である。
【図７】第２変形例に係る燃焼装置を示した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、本実施形態に係る燃焼装置１が示されている。燃焼装置１は、床ＢＳ上に設置された筐体１ａ内に燃焼炉３を備えている。燃焼炉３は、水平方向に延在する横型とされている。燃焼炉３は、図２に示されているように、上部に開口を有する略円筒形とされている。燃焼炉３の下端には、排出口３ａが形成されており、溶融した灰分が排出できるようになっている。
【００２１】
燃焼装置１の筐体１ａを構成する側壁には、バーナ５が設けられている。バーナ５には、微粉炭やバイオマス等の燃料と一次空気が供給される。バーナ５は、燃焼炉３の内部に一次火炎Ｆ１を形成する。一次火炎Ｆ１は、水平方向に長手軸線Ｌ１を有するように形成される。
【００２２】
図１に示すように、一次火炎Ｆ１の長手軸線Ｌ１方向における対向位置、すなわち燃焼炉３を挟んだバーナ５の反対側には、二次空気を噴射する対向二次空気ノズル７が設けられている。対向二次空気ノズル７は、半球形状とされた１つのノズルヘッド７ａを備えている。ノズルヘッド７ａには複数の噴射口が形成されており、各噴射口の口径は例えば３ｍｍとされる。対向二次空気ノズル７のノズルヘッド７ａから噴射される二次空気は、一次火炎Ｆ１が形成された一次火炎領域に正対するように噴射するのではなく、図中に矢印Ａ１で示されているように、一次火炎領域の長手軸線Ｌ１における先端部近傍に薄い空気層を形成するように放射状に噴射される。すなわち、一次火炎領域に二次空気が到達することがないように対向二次空気ノズル７から二次空気が噴射される。例えば、噴射口から噴射される二次空気の到達距離は２０ｃｍ以上３０ｃｍ以下とされる。対向二次空気ノズル７には、送風機９から空気が供給されるようになっている。
【００２３】
燃焼炉３の内周に沿って、下方外周二次空気ノズル（外周二次空気ノズル）１０が設けられている。下方外周二次空気ノズル１０は、図２に示されているように、燃焼炉３の横断面において、燃焼炉３の内周に沿って曲成された円弧形状の円弧ノズル（円周部）１０ａを備えている。円弧ノズル１０ａは、図１に示すように、長手軸線Ｌ１方向に所定間隔をおいて複数設けられている。各円弧ノズル１０ａは、共通の空気供給管１２に接続されている。空気供給管１２の上流側には、送風機１４が接続されている。
【００２４】
円弧ノズル１０ａには複数の噴射口が形成されており、各噴射口の口径は例えば３ｍｍとされる。円弧ノズル１０ａから噴射される二次空気は、長手軸線Ｌ１方向に噴射される（図１の矢印Ａ２参照）とともに、円周方向に向けて噴射される（図２の矢印Ａ３参照）。このように噴射された二次空気は、一次火炎Ｆ１によって形成された一次火炎領域の外周領域を包囲するように、厚さが薄い空気層を形成する。また、下方外周二次空気ノズル１０から噴射される二次空気は、一次火炎領域に到達しないように噴射される。例えば、噴射口から噴射される二次空気の到達距離は２０ｃｍ以上３０ｃｍ以下とされる。
【００２５】
燃焼炉３の上方には、燃焼炉３の上方の開口に対向するように、上方外周二次空気ノズル（外周二次空気ノズル）１６が設けられている。上方外周二次空気ノズル１６は、図２に示されているように、燃焼炉３の横断面において、上方に凸とされ下方に凹となるように曲成された円弧ノズル（円周部）１６ａを備えている。円弧ノズル１６ａは、図１に示すように、長手軸線Ｌ１方向に所定間隔をおいて複数設けられている。各円弧ノズル１６ａは、共通の空気供給管１８に接続されている。空気供給管１８の上流側には、送風機９が接続されている。
【００２６】
円弧ノズル１６ａには複数の噴射口が形成されており、各噴射口の口径は例えば３ｍｍとされる。各円弧ノズル１６ａから噴射される二次空気は、斜め下方に噴射される。具体的には、長手軸線Ｌ１方向における両側（図１の矢印Ａ４参照）でかつ、円弧ノズル１６ａの下方（図２の矢印Ａ５参照）に向かって噴射される。このように噴射された二次空気は、一次火炎Ｆ１によって形成された一次火炎領域の外周領域を包囲するように、厚さが薄い空気層を形成する。また、上方外周二次空気ノズル１６から噴射される二次空気は、一次火炎領域に到達することがないように噴射される。例えば、噴射口から噴射される二次空気の到達距離は２０ｃｍ以上３０ｃｍ以下とされる。
【００２７】
図２に示されているように、燃焼炉３の上方には、内部に水が流通する水管２０が設けられている。水管２０は、燃焼装置１の筐体１ａを構成する壁部（側壁など）にも設けられており、燃焼炉３内で発生した火炎の輻射熱を吸収する熱交換器として用いられる。
【００２８】
上述した燃焼装置１は、以下のように用いられる。
バーナ５に燃料と一次空気が供給されることによって、燃焼炉３内に一次火炎Ｆ１が形成される。この一次火炎Ｆ１によって形成された一次火炎領域の長手軸線Ｌ１方向における先端領域に、対向二次空気ノズル７から二次空気が噴射される。二次空気は、一次火炎領域の先端領域を覆うように厚さが薄い空気層を形成する。この薄い空気層で、高温下にて気相燃焼が生じて一次火炎領域における未燃分が処理されて二次燃焼が行われる。
【００２９】
一次火炎領域の外周領域には、下方外周二次空気ノズル１０及び上方外周二次空気ノズル１６から二次空気が噴射される。二次空気は、一次火炎領域の外周領域を覆うように厚さが薄い空気層を形成する。この薄い空気層で、高温下にて気相燃焼が生じて一次火炎領域における未燃分が処理されて二次燃焼が行われる。
【００３０】
上述のように一次燃焼及び二次燃焼によって発生した輻射熱は、水管２０によって構成される熱交換器に回収され、水管２０にて蒸気を生成する。生成された蒸気は、各種の熱源や蒸気タービン発電などに用いられる。
【００３１】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
一次火炎領域の先端部近傍だけでなく、外周二次空気ノズル１０，１６によって外周領域にも二次燃焼領域を形成することとしたので、一次火炎領域の略全体を覆うように二次燃焼領域を形成することができる。これにより、十分な二次燃焼を行うことで有効に輻射熱を生成することができる。
【００３２】
外周二次空気ノズル１０，１６を用いて一次火炎領域の外周領域の円周方向に向けて二次空気を噴射することによって、一次火炎領域の外周領域に略円筒状に厚さの薄い空気層を形成することができる。これにより、一次火炎領域に直接的に二次空気が到達することによって一次火炎領域の火炎温度が低下することを抑制するとともに、一次火炎領域の外周領域に所望の二次燃焼領域を形成することができる。
【００３３】
外周二次空気ノズル１０，１６は、一次火炎領域の外周領域に位置する円弧ノズル１０ａ，１６ａを有しているので、一次火炎領域を包囲するように外周領域に二次空気を好適に供給することができる。
【００３４】
なお、外周二次空気ノズル１０，１６に代えて、あるいは外周二次空気ノズル１０，１６とともに、図３に示すように、螺旋形状とされた外周二次空気ノズル２２を用いても良い。具体的には、燃焼炉３の内周に沿って螺旋状に外周二次空気ノズル２２を配置する。これにより、一次火炎領域の外周領域に対して均等に二次空気を供給することができる。また、螺旋形状とすることで、外周二次空気ノズルから噴射した二次空気を長手軸線Ｌ１回りに旋回させて流すことができ、二次空気の長手軸線Ｌ１方向における直進性を向上させることができる。直進性を向上させることによって二次空気が浮力によって上方向に向くことを抑制することができ、二次燃焼を良好に行うことができる。
【００３５】
また、図４に示すように、対向二次空気ノズル７に代えて、円環形状の円環部２４ａを有する円環ノズル２４を用いても良い。円環部２４ａには、空気を供給するための空気供給管２４ｂが接続されている。円環ノズル２４の円環部２４ａは、長手軸線Ｌ１に直交する面内にて円環形状をなすように配置される。円環ノズル２４は、図１のように中央部にノズルヘッド７ａを設ける場合に比べて、火炎の輻射を遮る面積を小さくすることができる。これにより、より多くの輻射熱を回収することができる。
【００３６】
なお、図５に示すように、円環部２６ａ１，２６ａ２を２つ設けて二重とされた円環ノズル２６としてもよい。両円環部２６ａ１，２６ａ２は、共通の中心を有し、半径が小さい円環部２６ａ１と、半径が大きい大円環部２６ａ２とを備えている。大円環部２６ａ２に対して空気供給管２６ｂが接続されており、かつ、大円環部２６ａ２と小円環部２６ａ１との間に半径方向に延在する複数の接続管２６ｃが接続されている。これにより、空気が両円環部２６ａ１，２６ａ２に供給される。
このように二重の円環部２６ａ１，２６ａ２を有する円環ノズル２６としたので、より大きな面積にわたって二次空気を供給することができる。また、円環部２６ａを３つ以上設けて三重以上の円環ノズルとしても良い。
【００３７】
また、本実施形態では、図１に示したように燃焼炉３が横型とされた燃焼装置１を用いて説明したが、図６に示すように、燃焼炉が縦型とされた燃焼装置１’であっても良い。図６に示した燃焼装置１’では、半球形状のノズルヘッド７ａ’を有する対向二次空気ノズル７’と、螺旋形状とされた外周二次空気ノズル２２’とが設けられている。外周二次空気ノズル２２’は、鉛直軸線回りに形成された螺旋形状となっている。各ノズル７’，２２’は、共通の送風機３０に接続されている。
【００３８】
また、図７に示すように、対向二次空気ノズルと外周二次空気ノズルとを兼用したノズル３２を用いても良い。同図に示した燃焼装置１”は、縦型の燃焼炉とされている。ノズル３２は、上方に位置する上部ノズル３２ａと、上部ノズル３２ａに両側部に接続され、燃焼炉の内壁に沿って下方に延在する側方ノズル３２ｂとを備えている。上部ノズル３２ａと側方ノズル３２ｂとは共通の空気流路を有している。上部ノズル３２ａが対向二次空気ノズルとしての機能を有し、側方ノズル３２ｂが外周二次空気ノズルとしての機能を有する。ノズル３２の上流側には、送風機３４が接続されている。
【００３９】
上述した実施形態では、微粉炭やバイオマスを燃料の一例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、食料廃棄物や、鶏糞、その他の難燃性物質の燃焼に対しても用いることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１，１’，１”  燃焼装置
１ａ  筐体
３  燃焼炉
３ａ  排出口
５  バーナ
７，７’  対向二次空気ノズル
７ａ，７ａ’  ノズルヘッド
９  送風機
１０  下方外周二次空気ノズル（外周二次空気ノズル）
１０ａ  円弧ノズル（円周部）
１２  空気供給管
１４  送風機
１６  上方外周二次空気ノズル（外周二次空気ノズル）
１６ａ  円弧ノズル（円周部）
１８  空気供給管
２０  水管（熱交換器）
２２  外周二次空気ノズル
２４，２６  円環ノズル
２４ａ，２６ａ  円環部
２４ｂ  空気供給管
２６ａ１  小円環部
２６ａ２  大円環部
２６ｂ  空気供給管
２６ｃ  接続管
３０  送風機
３２  ノズル
３４  送風機
ＢＳ  床
Ｆ１  一次火炎
Ｌ１  長手軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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