(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炉壁に設けられ、
１次空気と微粉状燃料の混合気を導入して、該混合気を高濃度混合気と低濃度混合気とに分離するセパレータと、
前記高濃度混合気を噴出する高濃度混合気ポートと、
前記低濃度混合気を噴出する低濃度混合気ポートとを有する微粉状燃料焚きバーナにおいて、
前記低濃度混合気ポートは、前記高濃度混合気ポートから噴出された高濃度混合気によって形成される高濃度混合気燃焼域の上方に、前記低濃度混合気を吹き込み、
前記高濃度混合気ポートから噴出される前記高濃度混合気の噴出角度は、水平に対して下向き約１５°〜４５°に設定され、
前記低濃度混合気ポートから噴出される前記低濃度混合気の噴出角度は、水平に対して上向き約１５°〜下向き約３０°に設定され、
前記高濃度混合気の噴出角度は、前記低濃度混合気の噴出角度に対して、約１５°〜３０°下向きに設定されていることを特徴とする微粉状燃料焚きバーナ。
【請求項２】
請求項１に記載された微粉状燃料焚きバーナを火炉壁に備えたことを特徴とする微粉状燃料燃焼装置。
【請求項３】
前記火炉壁には、前記微粉状燃料炊きバーナが設けられた位置とは異なる位置に、２次空気ノズルが設けられ、
該２次空気ノズルは、前記高濃度混合気および前記低濃度混合気によって形成される燃焼域の下流側に、２次空気を吹き込むことを特徴とする請求項２に記載の微粉状燃料燃焼装置。
【請求項４】
微粉状燃料と１次空気とを混合し混合気を生成する工程と、
前記混合気を高濃度混合気と低濃度混合気に分離する工程と、
前記高濃度混合気と前記低濃度混合気をそれぞれ異なるポートから前記火炉内に吹き込む工程とを備える微粉状燃料燃焼の燃焼方法において、
前記高濃度混合気は、水平に対して下向き約１５°〜４５°に設定されて、火炉内に下向きへ吹き込まれて着火して、浮力により上昇に転じる火炎を形成し、
前記低濃度混合気は、水平に対して上向き約１５°〜下向き約３０°に設定されて、前記高濃度混合気の上方へ吹き込まれて微粉状燃料を燃焼させ、
前記高濃度混合気の噴出角度は、前記低濃度混合気の噴出角度に対して、約１５°〜３０°下向きに設定されていることを特徴とする微粉状燃料の燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ火炉、化学工業炉などに使用される微粉状燃料燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微粉状燃料燃焼装置の微粉状燃料焚きバーナとして、特許文献１、２に開示されたものが知られている。図６には、このようなバーナ６０が示されている。バーナ６０には、微粉状燃料及び１次空気供給ライン６１と、２次空気供給ライン６２とが設けられている。１次空気と微粉状燃料の混合気は、サイクロンセパレータ６７により高濃度混合気および低濃度混合気に分離され、それぞれ、高濃度混合気ポート６４および低濃度混合気ポート６３から噴出される。
【０００３】
このバーナ６０は、火炉６５の火炉壁６６に設けられ、微粉状燃料と１次空気と２次空気を火炉６５に供給する。
【特許文献１】特開平１０−１９２０５号公報（段落［００１４］〜［００１５］，及び図１）
【特許文献２】特開平０９−４２６０８号公報（段落［００１１］〜［００１５］，及び図２、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記微粉状燃料燃焼装置において、無煙炭、低揮発性瀝青炭、石油コークスなどの難燃性の燃料を用いる場合、燃料噴流周囲の空気が燃焼速度に比較して多すぎる傾向にあり、この場合には、燃料が周囲空気によって冷却されることにより、着火不良、燃焼不良にいたる問題がある。
【０００５】
特に、図６のような従来技術では、低濃度混合気と高濃度混合気とを同一方向に炉内に噴出する構成とされているので、低濃度混合気が高濃度混合気燃焼域を希釈したり、冷却したりするため、着火不良や燃焼不良にいたる場合がある。
【０００６】
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、安定した着火と燃焼状態を形成する微粉状燃料焚きバーナ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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の微粉状燃料炊きバーナ、微粉状燃料燃焼装置、および微粉状燃料の燃焼装置は、以下の手段を採用する。
【０００８】
すなわち、本発明にかかる第１の形態は、火炉壁に設けられ、１次空気と微粉状燃料の混合気を導入して、該混合気を高濃度混合気と低濃度混合気とに分離するセパレータと、前記高濃度混合気を噴出する高濃度混合気ポートと、前記低濃度混合気を噴出する低濃度混合気ポートとを有する微粉状燃料焚きバーナにおいて、前記低濃度混合気ポートは、前記高濃度混合気ポートから噴出された高濃度混合気によって形成される高濃度混合気燃焼域の上方に、前記低濃度混合気を吹き込み、前記高濃度混合気ポートから噴出される前記高濃度混合気の噴出角度は、水平に対して下向き約１５°〜４５°に設定され、前記低濃度混合気ポートから噴出される前記低濃度混合気の噴出角度は、水平に対して上向き約１５°〜下向き約３０°に設定され、前記高濃度混合気の噴出角度は、前記低濃度混合気の噴出角度に対して、約１５°〜３０°下向きに設定されていることを特徴とする微粉状燃料焚きバーナを構成とする。
【０００９】
セパレータによって、混合気が高濃度混合気と低濃度混合気に分離される。分離された高濃度混合気は分離前の混合気より着火性がよい。なお、セパレータとしては、例えば、サイクロンセパレータが用いられる。
【００１０】
高濃度混合気燃焼域の上方に、低濃度混合気を吹き込むこととしたので、高濃度混合気燃焼域に着火性の低い低濃度混合気が供給されることがない。これにより、着火性が向上し、燃焼状態を好適に維持することができる。
低濃度混合気は、高濃度混合気の燃焼熱によって加熱され、良好な燃焼状態の火炎が形成される。
【００１１】
難燃性の燃料には、例えば、無煙炭、低揮発性瀝青炭、石油コークスなどがある。本発明による微粉状燃料焚きバーナによれば、これらの難燃性燃料を火炉へ供給しても安定した燃焼状態を保つことができる。
【００１３】
高濃度混合気は、高濃度混合気ポートから、水平に対して約１５〜４５°下向きに火炉内に噴出される。噴出された高濃度混合気は、着火して、浮力により上昇に転じてＵ字状の火炎を形成する。いったん下向きに噴出されＵ字状の火炎となって火炉内を吹き上がることにより、滞留時間が確保されるので、火炉壁の輻射による着火を促進することができる。高濃度混合気の噴出角度は、低濃度混合気の噴出角度に対して約１５°〜３０°下向きに設定される。
【００１４】
本発明にかかる第２の形態は、第１の形態の微粉状燃料焚きバーナを火炉壁に備えたことを特徴とする微粉状燃料燃焼装置を構成とする。
【００１５】
第１の形態又は第２の形態のバーナを備えているので、良好な着火および燃焼状態を実現できる微粉燃料燃焼装置を提供することができる。
ここで、微粉燃料燃焼装置は、微粉状燃料焚きバーナを構成要素として備えた装置である。
【００１６】
本発明にかかる第３の形態は、前記火炉壁には、前記微粉状燃料焚きバーナが設けられた位置とは異なる位置に、２次空気ノズルが設けられ、該２次空気ノズルは、前記高濃度混合気および前記低濃度混合気によって形成される燃焼域の下流側に、２次空気を吹き込むことを特徴とする第３の形態の微粉状燃料燃焼装置を構成とする。
【００１７】
難燃性の燃料は、余分な空気が少ない方が着火性がよい。微粉状燃料炊きバーナとは異なる位置に設けた２次空気ノズルから供給される２次空気を、燃焼域の下流側に吹き込むこととしたので、２次空気が安定着火を確保した後の火炎の後流部に吹き込まれ、２次空気が高濃度混合気や低濃度混合気を冷却することなく、燃焼領域の温度の低下を防止し、微粉状燃料の着火性、燃焼性を向上させることができる。さらに、燃焼域の下流側に吹き込まれた２次空気によって、燃料は完全燃焼させられる。
また、バーナとは異なる位置に２次空気ノズルを設けたので、バーナに２次空気ノズルを設ける必要がなくなる。これにより、簡便な構成のバーナを実現することができる。
【００１８】
本発明にかかる第４の形態は、微粉状燃料と１次空気とを混合し混合気を生成する工程と、前記混合気を高濃度混合気と低濃度混合気に分離する工程と、前記高濃度混合気と前記低濃度混合気をそれぞれ異なるポートから前記火炉内に吹き込む工程とを備える微粉状燃料燃焼の燃焼方法において、前記高濃度混合気は、水平に対して下向き約１５°〜４５°に設定されて、火炉内に下向きへ吹き込まれて着火して、浮力により上昇に転じる火炎を形成し、前記低濃度混合気は、水平に対して上向き約１５°〜下向き約３０°に設定されて、前記高濃度混合気の上方へ吹き込まれて微粉状燃料を燃焼させ、前記高濃度混合気の噴出角度は、前記低濃度混合気の噴出角度に対して、約１５°〜３０°下向きに設定されていることを特徴とする微粉状燃料の燃焼方法。
【００１９】
高濃度混合気と低濃度混合気が直接交わらないで微粉状燃料を吹き込むことにより、高濃度混合気は、低濃度混合気によって濃度を薄められることがない。そのため、低濃度混合気による冷却の影響を回避しつつ、高濃度混合気を安定して着火することができる。微粉状燃料燃焼装置において難燃性の微粉燃料の着火性、燃焼性を改善して燃焼させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、高濃度混合気による燃焼域が低濃度混合気によって希釈ないし冷却されることがないので、無煙炭、低揮発性瀝青炭、石油コークスなどの難燃性の燃料であっても良好な着火や燃焼状態を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について、図１を用いて説明する。
図１には、ボイラ火炉や化学工業炉などに用いられる微粉状燃料燃焼装置の要部が示されている。微粉状燃料燃焼装置は、火炉９を備えており、この火炉６の火炉壁９には、微粉状燃料焚きバーナ（以下、単に「バーナ」という。）２が設けられている。バーナ２は、その中心軸線が水平から約３０°下向きになるように設置されている。
バーナ２の火炉６側の先端には、低濃度混合気を火炉６内に噴出する低濃度混合気ポート４と、高濃度混合気を火炉６内に噴出する高濃度混合気ポート５とが設けられている。
【００２２】
バーナ２には、微粉状燃料及び１次空気供給ライン１と、２次空気供給ライン３が接続されている。微粉状燃料及び１次空気供給ライン１は、バーナ２に接続された微粉状燃料と１次空気を導入する導管である。２次空気供給ライン３は、バーナ２に接続された２次空気を導入する導管である。
【００２３】
微粉状燃料及び１次空気供給ライン１によって供給される微粉状燃料と１次空気供の混合気は、バーナ２内の微粉状燃料及び１次空気供給ライン１に設けられたサイクロンセパレータ７により、高濃度混合気と低濃度混合気に遠心分離される。
高濃度混合気は、高濃度混合気ポート５へと導かれ、この高濃度混合気ポート５によって噴出角度が決定された後、火炉６内へと噴出される。
低濃度混合気は、低濃度混合気ポート４へと導かれ、この低濃度混合気ポート４によって噴出角度が決定された後、火炉６内へと噴出される。
【００２４】
高濃度混合気ポート５の中心軸線Ｈは、水平から約１５〜４５°下向きであればよいが、本実施形態では、高濃度混合気ポート５の中心軸線Ｈは、水平から約３０°下向きに設けられている。
一方、低濃度混合気ポート４の中心軸線Ｌは、ほぼ水平に設けられている。
したがって、高濃度混合気ポート５の中心軸線Ｈは、低濃度混合気ポート４に対して約３０°に設定されている。この高濃度混合気ポート５と低濃度混合気ポート４とがなす角度は、バーナ２の角度すなわち高濃度混合気ポート５の角度が水平から約１５〜４５°の範囲で変化しても、約３０°に維持される。
【００２５】
図４には、バーナ２の風箱８の構成が示されている。風箱８は、火炉壁９に設けられ、火炉６内部に１次空気、２次空気、微粉状燃料を供給する。風箱８の火炉６に向かう開口部には、低濃度混合気ポート４、高濃度混合気ポート５が接続されており、風箱８は、複数のバーナ２の集合体を形成する。
２次空気ポート１２及び混合気のポート（低濃度混合気ポート４と高濃度混合気ポート５）は、相互に上下方向に重なるよう設けられている。
【００２６】
高濃度混合気ポート５と低濃度混合気ポート４は、横方向に隣り合うように設けられている。このように、実際には、高濃度混合気ポート５と低濃度混合気ポート４とは水平方向に並べられた状態となっている。この点で、図１の構成と整合していない。つまり、図１では、高濃度混合気ポート５及び低濃度混合気ポート４が上下方向に並べられた構成となっている。しかし、図１は、高濃度混合気ポート５及び低濃度混合気ポート４の縦断面における向きが容易に理解できるように便宜的に作図されたものであり、実際にはこれらポート４，５は図４のように水平方向に並べられている。ただし、図１のように高濃度混合気ポート５及び低濃度混合気ポート４を上下方向に並べても本発明を実現できるので、この構成を本発明から排除する意味ではない。
【００２７】
風箱８には、２次空気ポート１２の２次空気の流量調整用のダンパ１５ａと、低濃度混合気ポート４及び高濃度混合気ポート５へ導入される１次空気の流量調整用のダンパ１５ｂとが設けられている。
【００２８】
図２には、バーナ２による燃焼状態が示されている。高濃度混合気ポート５から噴出された高濃度混合気は、矢印Ｈに示すように、いったん下方へ向かい、その後上昇に転ずるＵ字形状の火炎を形成する。このような火炎を形成することで、滞留時間が確保され、火炉壁からの輻射により難燃性の微粉燃料を安定して燃焼させることができる。
【００２９】
一方、低濃度混合気ポート４から噴出された低濃度混合気は、矢印Ｌに示すように、ほぼ水平に噴出される。低濃度混合気は、高濃度混合気の燃焼による火炎により加熱されて、安定的に着火する。
【００３０】
図３は、バーナ２から噴出された混合気の燃焼状態を示す横断面図である。バーナ２は、火炉壁９の周囲に複数設けられている。各バーナ２は、火炉６の中心から所定角度ずらした向きに混合気を吹き込むように設置されている。これにより、火炉６内には、旋回流が形成されるようになっている。
【００３１】
高濃度混合気は、その性状から着火し易いため、バーナ２近傍で確実に着火し、高濃度混合気燃焼域１０で燃焼される。低濃度混合気１１は、高濃度混合気燃焼域１０を取り囲むように噴出され、旋回しながら上昇し、高濃度混合気と交じり合いながら燃焼する。このような燃焼状態を形成することで、火炉壁９への溶融灰の付着（スラッキング）が防止できる。
【００３２】
なお、低濃度混合気ポート４の中心軸線Ｌ（図１及び図２参照）と高濃度混合気ポート５の中心軸線Ｈ（図１及び図２参照）とがねじれの位置にある場合には、それぞれの中心軸線を鉛直平面に投影して、投影された軸線のなす角を定めるものとする。
【００３３】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図５を用いて説明する。第二の実施形態のバーナ２のポートは、高濃度混合気ポート５と低濃度混合気ポート４のみからなる。したがって、第一の実施形態のバーナ２に設けられていた２次空気ポート１２が省略されている点で大きく異なる。その他の構成については、第１実施形態と同様であるので同一符号を付して、その説明は省略する。
２次空気ポートは、バーナ２とは別の図示しない位置に設けられている。例えば、２次空気ポートは、火炉６のバーナ２の下流側に設けられる。２次空気は、高濃度混合気および低濃度混合気の燃焼域よりも下流側に吹き込まれ、これにより、微粉状燃料を完全燃焼させる。
【００３４】
本実施形態では、２次空気ポートをバーナ２とは異なる位置に設け、混合気の燃焼域に直接２次空気を吹き込まないようにしたので、高濃度混合気ポート５及び低濃度混合気ポート４から噴出される混合気の着火性が高まる。また、２次空気によって燃焼域が冷却されることがないので、より良好な燃焼状態を得ることができる。
また、２次空気ポートを省略したバーナ２としたので、簡便な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる微粉状燃料燃焼装置の要部を示した縦断面図である。
【図２】図１の火炉内の燃焼状態を示す縦断面図である。
【図３】図１の炉内の燃焼状態を示す横断面図である。
【図４】図１のバーナに用いられる風箱を示した斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態にかかる微粉状燃料燃焼装置の要部を示した縦断面図である。
【図６】従来のバーナを示した縦断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
２  バーナ（微粉状燃料焚きバーナ）
３  ２次空気供給ライン
４  低濃度混合気ポート
５  高濃度混合気ポート
６  火炉
７  サイクロンセパレータ
９  火炉壁
１０  高濃度混合気燃焼領域
１２  ２次空気ポート
１５ａ  ２次空気調整用ダンパ
１５ｂ  低濃度混合気調整用ダンパ
６０  バーナ
６２  ２次空気供給ライン
６３  低濃度混合気ポート
６４  高濃度混合気ポート
６５  火炉
６６  火炉壁
６７  サイクロンセパレータ
【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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