(57)【要約】【課題】火炎が偏っているバーナにおいても燃焼状態の悪化を防止する。【解決手段】バーナ１の中心部には燃料を噴射する燃料ノズル４・５、バーナ１の周縁部には空気を噴射する複数のエアノズル８を設けておき、燃料ノズルから供給する燃料とエアノズル８の燃焼用空気噴出口７から供給する燃焼用空気を混合して燃焼を行うバーナ１において、エアノズル７の燃焼用空気噴出口径に大小の変化を持たせて配置する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナ中心部には燃料を噴射する燃料ノズル、バーナ周縁部には空気を噴射する複数のエアノズルを設けておき、燃料ノズルから供給する燃料とエアノズルの燃焼用空気噴出口から供給する燃焼用空気を混合して燃焼を行うバーナにおいて、エアノズルの燃焼用空気噴出口径に大小の変化を持たせて配置したことを特徴とする火炎の偏りによる燃焼不良を防止するバーナ。
【請求項２】
バーナ中心部には燃料を噴射する燃料ノズル、バーナ周縁部には空気を噴射する複数のエアノズルを設けておき、燃料ノズルから供給する燃料とエアノズルの燃焼用空気噴出口から供給する燃焼用空気を混合して燃焼を行うバーナにおいて、エアノズル設置領域におけるエアノズルの配置に粗密を設けたことを特徴とする火炎の偏りによる燃焼不良を防止するバーナ。
【請求項３】
バーナ中心部に燃料を噴射する複数の燃料ノズル、バーナ周縁部には空気を噴射する複数のエアノズルを設けておき、燃料の供給を行う燃料ノズルの数を増減することで燃料供給量を調節し、各エアノズルへ供給する空気量を調節することでエアノズルの燃焼用空気噴出口から噴射する燃焼用空気供給量を調節して燃焼を行うバーナにおいて、低燃焼時に燃料供給を行う燃料ノズルに近い側のエアノズルは、低燃焼時に燃料供給を停止する燃料ノズルに近い側のエアノズルよりも、燃焼用空気噴出口径を大きくしたことを特徴とする火炎の偏りによる燃焼不良を防止するバーナ。
【請求項４】
バーナ中心部には燃料を噴射する複数の燃料ノズル、バーナ周縁部には空気を噴射する複数のエアノズルを設けておき、燃料の供給を行う燃料ノズルの数を増減することで噴射する燃料供給量を調節し、各エアノズルへ供給する空気量を調節することでエアノズルの燃焼用空気噴出口から噴射する燃焼用空気供給量を調節して燃焼を行うバーナにおいて、エアノズル設置領域の内、低燃焼時に燃料供給を行う燃料ノズルに近い側のエアノズル設置領域にはエアノズルを密に配置し、低燃焼時に燃料供給を停止する燃料ノズルに近い側のエアノズル設置領域にはエアノズルを粗に配置したことを特徴とする火炎の偏りによる燃焼不良を防止するバーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、火炎の偏りによる燃焼不良を防止するバーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラの中央部に設けた燃焼室を、環状に配置した水管で取り囲み、燃焼室の上部中央にバーナを設けておき、蒸気必要量に応じて燃焼量の制御を行っているボイラが広く普及している。該ボイラの概要を図５に示す。該ボイラのバーナは高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼制御を行うものである場合、バーナの中心軸近くに低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５を設けておき、低燃焼時には低燃焼用燃料ノズル４からのみ燃料を噴射し、高燃焼時には低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５の両方から燃料を噴射することで、燃料供給量を調節する。また、燃焼用空気供給量も燃焼量に合わせて調節しており、バーナ１の周縁部に設けたエアノズルの燃焼用空気噴出口から噴射する燃焼用空気量は、低燃焼時には少なくし、高燃焼時には多くする。低燃焼用燃料ノズル４及び高燃焼用燃料ノズル５は、燃焼室６へ向けて末広がりに燃料を噴射するものであり、微粒子の状態になった燃料は、バーナの混合域で燃焼用空気噴出口から直下方向へ噴出している燃焼用空気と混合して燃焼する。
【０００３】
低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５を持つバーナでは、低燃焼用燃料ノズル４及び高燃焼用燃料ノズル５を１つのノズルアダプタに並べて設置しておき、低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５の中点が燃焼室６の中心軸に重なるように配置する。そのため、バーナ１の中心軸が燃焼室の中心軸と重なるように配置した場合には、低燃焼用燃料ノズルと高燃焼用燃料ノズルは燃焼室中心軸からそれぞれ少しずつ外れることになる。
【０００４】
この場合、低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５の両方から燃料を噴射する高燃焼時には、燃焼室の中心軸と火炎の中心軸がほぼ重なる状態で燃焼を行うことができるが、低燃焼用燃料ノズル４からのみ燃料の噴射を行う低燃焼時には、バーナの中心軸から外れた位置で燃料を噴射するため、火炎の中心軸は燃焼室の中心軸から外れることになる。火炎が偏っていると燃焼状態が悪化し、燃焼室壁面にすすが付着したり、ＣＯが発生することになっていた。
【０００５】
そのため、特願２００２−１０４６０９に記載しているように、低燃焼用燃料ノズルを燃焼室の中心軸に近付けることで、火炎の偏りを少なくすることが考えられた。しかしこの場合でも、低燃焼時及び高燃焼時の両方で火炎の偏りを完全になくすということはできなかった。また、バーナの中心に燃料を噴射していたとしても、バーナの混合域への空気供給状態に偏りがあった場合には火炎は偏ることとなり、構造的に火炎の偏りが発生するバーナは手直しを繰り返しても偏りをなくすことはできなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、火炎の偏りはなくすことができないとしても燃焼状態の悪化を放置するわけにはいかないため、火炎が偏っている場合であっても燃焼状態の悪化を防止することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、バーナ中心部には燃料を噴射する燃料ノズル、バーナ周縁部には空気を噴射する複数のエアノズルを設けておき、燃料ノズルから供給する燃料とエアノズルの燃焼用空気噴出口から供給する燃焼用空気を混合して燃焼を行うバーナにおいて、エアノズルの燃焼用空気噴出口径に大小の変化を持たせて配置したことを特徴とするものであり、一部のエアノズルにおける燃焼用空気噴出口径を他のエアノズルにおける燃焼用空気噴出口径よりも大きくしておく。燃焼用空気噴出口径を大きくするエアノズルは、バーナ開発段階でバーナ先端から延びる火炎の長さが長くなる領域をあらかじめ求めておき、火炎の長くなる領域に当たるエアノズルの燃焼用空気噴出口径を、火炎の長くなる領域から外れているエアノズルの燃焼用空気噴出口径よりも大きくなるようするとよい。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、バーナ中心部には燃料を噴射する燃料ノズル、バーナ周縁部には空気を噴射する複数のエアノズルを設けておき、燃料ノズルから供給する燃料とエアノズルの燃焼用空気噴出口から供給する燃焼用空気を混合して燃焼を行うバーナにおいて、エアノズル設置領域におけるエアノズルの配置に粗密を設けたことを特徴とするものであり、エアノズル設置領域の一部には他の部分よりもエアノズルを密に配置しておく。エアノズルを密に配置する領域は、バーナ開発段階でバーナ先端から先の方へ向けて延びる火炎の長さが長くなる領域をあらかじめ求めておき、火炎の長くなる領域にはエアノズルを密に配置し、火炎の長くなる領域から外れている部分にはエアノズルを粗に配置するとよい。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、バーナ中心部に燃料を噴射する複数の燃料ノズル、バーナ周縁部には空気を噴射する複数のエアノズルを設けておき、燃料の供給を行う燃料ノズルの数を増減することで燃料供給量を調節し、各エアノズルへ供給する空気量を調節することでエアノズルの燃焼用空気噴出口から噴射する燃焼用空気供給量を調節して燃焼を行うバーナにおいて、低燃焼時に燃料供給を行う燃料ノズルに近い側のエアノズルは、低燃焼時に燃料供給を停止する燃料ノズルに近い側のエアノズルよりも、燃焼用空気噴出口径を大きくしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、バーナ中心部には燃料を噴射する複数の燃料ノズル、バーナ周縁部には空気を噴射する複数のエアノズルを設けておき、燃料の供給を行う燃料ノズルの数を増減することで噴射する燃料供給量を調節し、各エアノズルへ供給する空気量を調節することでエアノズルの燃焼用空気噴出口から噴射する燃焼用空気供給量を調節して燃焼を行うバーナにおいて、エアノズル設置領域の内、低燃焼時に燃料供給を行う燃料ノズルに近い側のエアノズル設置領域にはエアノズルを密に配置し、低燃焼時に燃料供給を停止する燃料ノズルに近い側のエアノズル設置領域にはエアノズルを粗に配置したことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は第１の実施例におけるバーナの断面斜視図、図２は図１のバーナをボイラに搭載した状態でのボイラの一部断面図、図３は図１のバーナにおける底面図、図４は第２の実施例におけるバーナの底面図である。
【００１２】
まず第１の実施例に基づいて説明する。ボイラは、中央に略円筒状の燃焼室６を持ち、燃焼室６の周囲を多数の水管で囲む。燃焼室６の上部に、燃焼室の中心軸とバーナの中心軸が重なるようにバーナ１を設置し、燃焼室６に向けて下向きに火炎を発生するようにしておく。バーナ１には内筒２及び外筒３からなる２重の円筒を設け、内筒２内に低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５を設けている。内筒２と外筒３は同心の円筒であり、内筒２と外筒３で挟まれる環状領域を燃焼用空気通路９とし、燃焼用空気通路９の先にエアノズル８を設ける。
【００１３】
エアノズル８は環状の燃焼用空気通路９先端側に環状で等間隔に配置しておき、エアノズル８の先端側開口部を燃焼用空気噴出口７とし、燃焼用空気噴出口７から直下方向へ燃焼用空気を噴出するようにしておく。エアノズル８は、エアノズル８の設置場所に応じて燃焼用空気噴出口径を異ならせており、図３においては、低燃焼用燃料ノズル４に近い側である右側３本のエアノズル８の燃焼用空気噴出口径を、他のエアノズル８の燃焼用空気噴出口径よりも大きくしている。
【００１４】
バーナは、高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼を制御するものであり、低燃焼の場合は低燃焼用燃料ノズル４へのみ燃料を供給することで低燃焼用燃料ノズル４からのみ燃料を噴射し、高燃焼の場合は低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５の両方へ燃料を供給することで、低燃焼用燃料ノズル４及び高燃焼用燃料ノズル５の両方から燃料を噴射する。また、燃焼用空気の供給量も燃焼量に合わせて調節しており、低燃焼の場合は燃焼用空気通路９へ送る空気量を少なくすることで各エアノズル８から噴射する空気量を少なくし、高燃焼の場合は燃焼用空気通路９へ送る空気量を多くすることで各エアノズル８から噴射する空気量を多くする。燃料ノズルは燃料を円錐状に噴射するものであるため、燃料ノズルから燃料を噴射し、エアノズルから空気を噴射すると、バーナ先側の混合域１０で燃料と空気が衝突しあい、燃料と空気は急速に混合する。
【００１５】
低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５は、ある程度の間隔をあけて設置する必要があるため、低燃焼用燃料ノズル４及び高燃焼用燃料ノズル５の中間にバーナの中心軸が来るように配置している。そのため、低燃焼用燃料ノズル４及び高燃焼用燃料ノズル５の両方から燃料を噴射する高燃焼時には、バーナの混合域全体に燃料を噴射することになり、燃焼室の中心軸と火炎の中心軸がほぼ重なる状態で燃焼を行うことができる。しかし、低燃焼時であって低燃焼用燃料ノズル４からのみ燃料噴射を行っている場合には、燃料と空気の混合域１０では低燃焼用燃料ノズル設置側と高燃焼用燃料ノズル設置側で燃料噴射状況に濃淡が生じることになる。低燃焼用燃料ノズル設置側では燃料噴射量が多くなり、逆に高燃焼用燃料ノズル設置側では燃料噴射量が少なくなるため、バーナ周縁部の各エアノズル８から噴射する燃焼用空気量が同じであったとすると、燃料噴射量が多い燃焼用燃料ノズル側では空気量が不足し、燃料噴射量が少ない高燃焼用燃料ノズル側では空気量が過剰となる。
【００１６】
本実施例では、低燃焼用燃料ノズル４に近い側の３本のエアノズル８を他のエアノズル８より太くしており、該エアノズル８の燃焼用空気噴出口径は大きくなっている。そのため、低燃焼用燃料ノズル４側のエアノズル８では一本当たりの空気供給量が増加しており、低燃焼用燃料ノズル４側の空気供給量を増加することで部分的な空気量の不足をなくしているため、燃焼状態の悪化を防止することができる。混合域１０の段階で燃料と空気の比率が適正であると、燃焼は短時間で完結することになり、燃焼室６の壁面にすすが付着するなどの不具合は発生しなくなる。
【００１７】
本発明の発明者は、低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５を設置しており、各エアノズル８から均等に空気を噴射しているバーナを用いて研究を行った結果、低燃焼を行った場合、低燃焼用燃料ノズル４側の混合域１０では空気量が不足しているため、燃焼が緩慢となって燃焼を完結していない不完全燃焼状態の燃焼ガスが燃料噴射の方向へと流れ、混合域１０よりも先の領域で周囲から空気を取り込むことで残りの燃焼を行うことになるため、火炎は長くなっているということを見いだした。つまり、燃焼時に火炎の長くなる領域は空気量が不足している領域であり、あらかじめ火炎の形状を調べておくことで、空気量が不足している領域を見いだすことができるという知見を得た。
【００１８】
全体の空気量が適正であった場合、部分的に空気の不足する領域があっても最終的には未燃分と余剰側の空気が結びつくために完全燃焼することができ、全体的には空気量が不足していないこととなる。しかし、燃焼途中の段階で部分的な空気不足が発生し、不完全燃焼状態の燃焼ガスが燃焼室壁面まで達すると、燃焼室壁面にすすが付着することになる。
【００１９】
全体的な空気量は適正であって、部分的に空気量の不足する領域がある場合、部分的な空気量の不足を検出することは難しかった。しかし、上記知見を利用すれば火炎の形状を見るだけで空気量が不足している領域を求めることができるようになる。空気量が不足していた領域にはそれまでよりも多くの空気を供給することで、火炎の燃焼状態を向上させることができる。火炎が偏ることによって燃焼状態が悪化していた原因は、部分的な空気不足領域ができていたことにあり、空気不足領域への空気供給量を増加することで、火炎が偏っていたとしても燃焼状態の悪化を防止することができるようになる。
【００２０】
上記実施例では、エアノズル８は均一に配置しておき、燃焼用空気噴出口径を異ならせることで空気量が不足していた領域に該当するエアノズル８からの空気供給量を増加したが、図４に記載しているようにエアノズル８を密に配置することで空気供給量を増加しても同様の効果を得ることができる。図４の場合、各エアノズル８の燃焼用空気噴出口径は同じとしておき、各燃焼用空気噴出口７から噴射する空気量はそれぞれ等しくしておくが、空気量が不足していた領域に該当する部分にはエアノズル８を密に配置していることで、空気の不足していた領域での空気供給量を増加しており、空気不足領域がなくなるため燃焼状態の悪化を防止することができるようになる。
【００２１】
なお、本実施例のように燃料を噴射する領域が偏っていれば、空気の供給を故意に偏らせることで燃焼状態の悪化を防止できるようになったが、逆に空気の供給が偏っていた場合には燃料を均等に噴射していても燃焼状態が悪化することになる。その場合には火炎の状態を検出することで空気の不足する領域をあらかじめ求めておき、空気不足領域へより多くの空気を供給する設計とすることで、バーナ開発段階において試行錯誤する時間を短縮することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明を実施することで、火炎の中心軸がバーナの中心軸から外れることのあるバーナであっても、火炎の燃焼状態が悪化することを防止でき、ＣＯやすすの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるバーナの断面斜視図
【図２】図１のバーナをボイラに搭載した状態でのボイラの一部断面図
【図３】図１のバーナにおける底面図
【図４】本発明の他の実施例におけるバーナの底面図
【図５】従来のバーナをボイラに搭載した状態でのボイラの一部断面図
【符号の説明】
１  バーナ
２  内筒
３  外筒
４  低燃焼用燃料ノズル
５  高燃焼用燃料ノズル
６  燃焼室
７  燃焼用空気噴出口
８  エアノズル
９  燃焼用空気通路
１０  混合域
【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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