(57)【要約】【課題】木粉を燃料とした場合であっても、木粉を低速度で、低濃度にかつ均一に燃焼部内に分散させ、木粉と高温空気との混合を速やかに行い、これにより燃焼性を高めることのできる微粉燃料燃焼用バーナを提供する。【解決手段】微粉燃料燃焼用バーナ２０は、燃料としての木粉を格納するサイロ１８から、木粉を燃焼させるボイラ１４へ、ブロア１９から発生される搬送用気流に乗せて搬送された木粉を燃焼させるものである。バーナ２０は、その広径部２０Ｗの断面積が、狭径部２０Ｎの断面積よりも大きくされている。広径部２０Ｗは、その中心軸が水平方向Ｈを向いた筒形状とされている。また、バーナ２０内部の前記中心軸２０ｃ付近には、木粉が中心軸２０ｃ付近に流れることを防止するためスペーサ２２が配置されている。【選択図】  図２
2005048976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料を粉砕・乾燥させて生成された微粉燃料を搬送気流により燃焼部まで搬送するための搬送管の先端部に連接する微粉燃料燃焼用バーナであって、
前記微粉燃料燃焼用バーナは、
前記微粉燃料を搬送するための搬送経路を内部に備え、その搬送経路の出口側の管形状が、中心軸が水平方向を向いていると共にその内径が一定である筒形状とされ、
前記出口側での前記搬送気流が、前記中心軸付近に流れることを防止するため前記出口付近であって前記中心軸を含む位置に配置されるスペーサを備え、かつその出口側の断面積と前記スペーサの断面積との差が、その入口側の断面積よりも大きくされている
ことを特徴とする微粉燃料燃焼用バーナ。
【請求項２】
前記搬送経路を仕切って複数の搬送経路を形成するための仕切り部材を備えた請求項１に記載の微粉燃料燃焼用バーナ。
【請求項３】
前記搬送経路の断面積は、前記入口側から前記出口側に向かうに従って徐々に大きくなることを特徴とする請求項１又は２記載の微粉燃料燃焼用バーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、固体燃料を細かく粉砕しつつ乾燥させて微粉燃料とし、これを燃料として利用する微粉燃料燃焼用バーナに関し、さらに詳しくは、微粉燃料として木粉を使用するのに適した微粉燃料燃焼用バーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年益々エネルギーの需要が増大していることに対応し、瀝青炭のような高品位の石炭に代えて、褐炭のような水分や揮発分を多く含んだ石炭を粉砕・乾燥させて生成した微粉炭や、木材を粉砕・乾燥させて粉末状にした木粉等の微粉燃料を使用した微粉燃料燃焼用バーナの開発が進められている。
【０００３】
この微粉燃料燃焼用バーナは、例えば特許文献１により知られている。図４に示すように、このような微粉燃料燃焼用バーナ２０´は、ミル１１で固体燃料を粉砕・乾燥させることにより生成され搬送気流により搬送される微粉燃料の供給を受ける。そして、この微粉燃料を燃焼させるための燃焼部としてのボイラ１４において、微粉燃料を燃焼させる。また、ミル１１と微粉燃料燃焼用バーナ２０´との間には、固体燃料を粉砕して生成された微粉燃料を分級するためのサイクロン１５、サイクロン１５で捕集されなかった微粉燃料を捕集するための集塵機１６、搬送気流を発生させるブロア１７が配置されている。集塵機１６で捕集された微粉燃料は、サイロ１８に格納される。サイロ１８に格納された微粉燃料は、ブロア１９で発生された搬送気流により、搬送管ＤＰを介してバーナ２０´に搬送され、ボイラ１４で燃焼させられる。このように微粉燃料を直接ミル１１からボイラ１４に供給せず、一旦サイロ１８等に貯蔵する方式を間接燃焼方式という。一方、サイロ１８等を設けず、ミル１１で生成した微粉燃料を直接ボイラ１４に送り込む方式も存在し、このような方式を直接燃焼方式という。この燃焼方式では、ミル１１から排出される気流はそのまま微粉燃料の搬送気流となり全量がボイラ１４に流入する。なお、バーナの燃料搬送用の搬送経路形状についても、燃料と空気（１次空気、２次空気等）との混合が速やかに行なわれるようにするための様々な工夫が提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。
【０００４】
燃料として微粉炭を利用する場合には、いずれの方式でもよいが、直接燃焼方式が一般的である。しかし、木粉を燃料として利用する場合には、直接燃焼方式は採用できず、間接燃焼方式のみが採用できる。その理由としては、２つの理由を挙げることができる。１つめの理由は、木粉を燃料とする場合、直接燃焼方式では、ミル１１の排気がそのまま木粉搬送気流となってボイラ１４に流入するので、搬送気流の量が木材の理論燃焼空気量を大幅に超えてしまい、このような搬送気流をそのままボイラ１４に送り込むと大幅な熱損失が発生することになる、ということであり、２つめの理由は、ミル１１での木材の乾燥に利用する乾燥用気流は、ミル１１内で木粉等の着火又は発火を防止するため、空気ではなく、低酸素濃度の不活性ガスを利用することが多いのでミル１１の排気をボイラ１４に吹き込むことができない、ということである。すなわち、木粉の場合、繊維質であること、水分が多いこと、等の理由により、微粉炭より粉砕や分級に多くのエネルギー（動力等）を必要とし、ミル１１に導入する気流の必要量も大きくなる。具体的には、微粉炭の場合、単位重量当たりのミル導入気流の量はミル１１の出口付近において２．０ｍ３／ｋｇ程度であるが、木粉の場合には、１０〜１２ｍ３／ｋｇと、微粉炭の場合の５倍程度となる。これは、木材の理論燃焼空気量の２倍以上である。仮に木材の粉砕・乾燥用気流として不活性ガスではなく空気を利用したとしても、このような大量の空気をボイラ１４に送り込むこと（直接燃焼方式）は望ましくない。実際には、木材の粉砕・乾燥用の気流としては、低酸素濃度の不活性ガスを利用すべきである。不活性ガスを利用するのは、木材が石炭より遥かに多い揮発分を含んでおり、また着火温度も低いので（２６０℃程度）、ミル１１内での木材の発火を防ぐ必要があるからである。このような不活性ガスを大量にボイラに送り込むこと（直接燃焼方式）は、燃焼効率を維持する観点から望ましくない。
【０００５】
【特許文献１】
特公昭６２−５５０５７号公報（第１頁右欄〜第２頁、図１及び図２）
【特許文献２】
特開２００２−４８３０６号公報（第５頁左欄、図１〜３等）
【特許文献３】
特開２０００−４６３０４号公報（第４〜５頁、図１等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、木粉を燃料として利用する場合には、間接燃焼方式を採用する必要があるが、その場合であっても、搬送用の気流、図４でいえばブロア１９からの常温程度（２０℃前後）の高圧気流は、ボイラ１４内部の温度低下を最小限に抑える観点から、できるだけ少量であるのが好ましい。
しかし、木材は繊維質で弾性体であるため、微粉炭ほど細かい粉末にすることは困難である（微粉炭が平均粒径１０〜５０μｍであるのに対し、木粉は７００〜１０００μｍ）．従って、木粉の粒径は、微粉炭のそれに比べ遥かに大きいため、少量の高圧搬送気流により多量の木粉をボイラ１４内に送り込んだ場合、重力の影響で木粉がバーナ内の下部（円筒断面の中心水平線より下部領域）に偏在し、このためボイラ１４内の高温の空気との混合が効率的に行なわれず、これにより木粉への着火が遅れ、燃焼効率が低下する虞がある。燃焼効率を高めるためには、木粉をボイラ１４内部に最終的には低速度で送り込むと共に、低濃度にかつ均一に分散させることが必要である。
しかし、上記特許文献では、木粉を燃料として利用した場合に、こうした要件を満たすようにされたものはなく、その意味では、木粉を燃料とした場合に燃焼性を十分なものとすることのできるものは、従来には存在していなかった。
この発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、木粉を燃料とした場合であっても、木粉を低速度で、低濃度にかつ均一に燃焼部内に分散させ、木粉と高温空気との混合を速やかに行い、これにより燃焼性を高めることのできる微粉燃料燃焼用バーナを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、本発明に係る微粉燃料燃焼用バーナは固体燃料を粉砕・乾燥させて生成された微粉燃料を搬送気流により燃焼部まで搬送するための搬送管の先端部に連接する微粉燃料燃焼用バーナであって、前記微粉燃料燃焼用バーナは、前記微粉燃料を搬送するための搬送経路を内部に備え、その搬送経路の出口側の管形状が、中心軸が水平方向を向いていると共にその内径が一定である筒形状とされ、前記出口側での前記搬送気流が、前記中心軸付近に流れることを防止するため前記出口付近であって前記中心軸を含む位置に配置されるスペーサを備え、かつその出口側の断面積と前記スペーサの断面積との差が、その入口側の断面積よりも大きくされていることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、搬送経路の出口側の断面積と前記スペーサの断面積との差が、搬送経路の入口側の断面積よりも大さくされているので、入口側で高圧とされた搬送気流は、出口側ではこれに比べて低圧な搬送気流となる。加えて、出口側の管形状が、その中心軸が水平方向を向いていると共にその内径が一定である筒形状とされていると共に、前記出口付近であってバーナの中心軸を含む位置にスペーサが配置されていることにより、出口側では、微粉燃料が低速で、低濃度でしかも水平方向に噴出される。また、中心軸に沿った部分には微粉燃料が分布せず、いわば空白状態になり、高温空気との混合が一層促進される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に沿って詳細に説明する。従来技術（図４）と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る微粉燃料燃焼用バーナを用いた微粉燃料燃焼装置を示す。図２は、この微粉燃料燃焼用バーナ２０の構造を説明しており、同図（ａ）は長手方向の断面図、同図（ｂ）は木粉の出口側、すなわちボイラ１４側の端部の形状を示している。微粉燃料燃焼用バーナ２０は、外壁２１を備えており、この外壁２１により、狭径部２０Ｎ、移行部２０Ｔ、及び広径部２０Ｗとからなる搬送経路が内部に形成されている。狭径部２０Ｎは、管断面の内径がＤ１の円筒形とされており、移行部２０Ｔは、入口側から出口側へ移動するに従って管断面の内径がＤ１からＤ３へと徐々に大きくなる台形円筒形状とされ、広径部２０Ｗは、管断面の内径がＤ３の円筒形とされている。
【００１０】
この実施の形態では、狭径部２０Ｎの断面積よりも、広径部２０Ｗの断面積の方が、後述するスペーサ２２の断面積を差し引いても大きくされている。このため、狭径部２０Ｎで高速かつ幅狭の搬送気流は、広径部２０Ｗではこれよりも低速かつ幅広の搬送気流となる。本実施の形態では、狭径部２０Ｎでの搬送気流の速度Ｖ１が３５ｍ／ｓ程度で、広径部２０Ｗでの搬送気流の速度Ｖ２が７ｍ／ｓ程度にすることを想定する。広径部２０Ｗでの搬送気流の速度Ｖ２＝７ｍ／ｓは、一般的なボイラ１４からの逆火を防止するのに十分な速度である。このためには、広径部２０Ｗの断面積を、狭径部２０Ｎの断面積の４〜７倍とする。
【００１１】
また、バーナ２０の中心軸２０ｃは、重力方向と垂直即ち水平方向Ｈ（図中矢印）に伸びており、広径部２０Ｗも、この中心軸２０ｃを中心軸として水平方向Ｈを向いている。このため、広径部２０Ｗの出口から排出される低速かつ幅広の搬送気流は、中心軸２０ｃ付近、外壁２１付近のいずれにおいても、水平方向Ｈを向いた気流となる。前述したように、木粉は微粉炭に比べ粒径が大きい。このため、搬送気流を放射状にしてボイラ１４内部へ木粉を放出すると、バーナ２０内の下部（中心軸２０ｃより下の領域）を通る木粉は、下向きの速度ベクトルを与えられ、着火する前に或いは着火してもボイラ１４の底部に落下してしまうことになる。また、バーナ２０内の上部（中心軸２０ｃより上の領域）を通る木粉は、上向きの速度ベクトルを与えられ、容易にボイラ１４内の上昇気流に乗ってしまうのでボイラ１４内で十分な滞留時間が得られず、燃焼が完結しないことになる。これに対し、本実施の形態では、バーナ２０の出口側の管形状が、その中心軸が水平方向Ｈを向いた円筒形状とされているため、広径部２０Ｗの出口のいずれの部分を木粉が通過する場合であっても、木粉は水平方向Ｈの速度ベクトルを与えられる。このため、木粉のボイラ１４内での滞空時間が長くなり、これにより木粉のボイラ１４における燃焼効率を向上させることができる。
【００１２】
なお、広径部２０Ｗの軸方向の長さＬｗは、移行部２０Ｔにより速度を遅くされた搬送気流内において木粉が偏流しないような長さとするのがよい。具体的には、移行部２０Ｔにより搬送気流の速度が７ｍ／ｓ程度とされる場合には、ＬｗはＤ３の０．１〜０．３倍程度に設定するのがよい。狭径部２０Ｎの長さは、
バーナ２０がボイラ１４壁面を貫通する部分の長さによって決まる。移行部２０Ｔの長さは、狭径部２０Ｎの内径Ｄ１と広径部２０Ｗの内径Ｄ３の比により決定される。
【００１３】
また、この外壁２１の内部であって、バーナ２０の中心軸２０ｃを含む位置には、スペーサ２２が設けられている。このスペーサ２２は、入口側が円錐形状で、出口側が直径Ｄ２の円筒形状とされている。これにより、バーナ２０の出口側から放出された搬送気流は、中心軸２０ｃに対応する部分が空白部分とされた、断面がドーナツ状の搬送気流となる。これにより、木粉と、ボイラ１４内の高温の空気との混合が早まり、燃焼効率を高めることができる。このような燃焼効率の向上のためには、バーナ２０の出口付近の内径Ｄ３の部分の断面積を、スペーサの直径Ｄ２部分の断面積の７〜１２倍とするのが好ましい。１２倍以上となると、ドーナツの輪の部分の厚みが厚過ぎてボイラ１４内の高温の空気との混合速度が遅くなり、燃焼効率の低下につながる。また、７倍以下であると、ドーナツの中心の空白部分が大きすぎ、搬送経路を無用に狭くし、これにより木粉の滞空時間が短くなり、燃焼効率の低下につながる。
【００１４】
なお、スペーサ２２の入口側の形状は、円錐形状である必要は必ずしもなく、その断面の直径が、入口側から出口側に向かうに従って徐々に大きくなるものであればよく、例えば、半球形、半楕円球形等でもよい。要するに、搬送気流中に渦流、反流等を発生させないようなものであればよい。
【００１５】
また、外壁２１とスペーサ２２との間には、バーナ２０内（特に広径部２０Ｗ内）の搬送経路を複数に仕切り、搬送気流を旋回させるための旋回羽根２３が複数個（８〜１６枚程度）、例えば１２枚設けられている。これにより、バーナ２０内部の搬送気流経路は、複数に区切られる。このように搬送気流経路が複数に区切られることにより、木粉が管の下部に偏在することが防止され、これにより燃焼効率を高いものにすることができる。
【００１６】
次に、本発明の第２の実施の形態を、図３に基づいて説明する。同図（ａ）はバーナ２０の長手方向の断面図、同図（ｂ）は木粉の出口側、すなわちボイラ１４側の端部の形状を示している。この実施の形態では、外壁２１の外側に更に外壁２４が設けられ、この外壁２４と外壁２１との間に形成される断面円輪状の経路に、木粉を搬送する搬送気流と混合させるための外流（速度Ｖ３）を流すようにされている。この外流の経路には、外流を旋回させるための旋回羽根２５が複数枚（８〜１６枚程度）、例えば１２枚設けられ、これにより、木粉を搬送する搬送気流との混合が促進される。
外壁２４が形成する略円筒形状の管は、外壁２１により形成される管と同様に、狭径部２０Ｎ´、移行部２０Ｔ´及び広径部２０Ｗ´を備えており、狭径部２０Ｎ´の内径Ｄ４よりも、広径部２０Ｗ´の内径Ｄ５の方が大きくされている。Ｄ１、Ｄ２及びＤ３の比が上記のようなものである場合、Ｄ５はＤ４の１．２〜１．７倍程度が適当と考えられる。Ｄ５がＤ４の１．７倍以上であると、外流Ｖ３の速度が小さくなり、外流Ｖ３の旋回力が弱まって、ボイラ１４内部の高温の空気との混合が十分になされない可能性がある。逆に、Ｄ５がＤ４の１．２倍以下であると、外流の速度は速くなるものの、その経路が非常に狭くなることにより、外流の厚さが薄くなるため、やはりボイラ１４内部の高温の空気との混合が十分になされない可能性がある。
【００１７】
また、木粉の搬送気流のバーナ２０の出口付近での速度Ｖ２が７ｍ／ｓ程度である場合、外流の速度Ｖ３は、同じくバーナ２０の出口付近においてＶ３＝２０ｍ／ｓ程度とするのが、混合の促進のために好適である。
【００１８】
以上、発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態ではバーナ２０を、断面形状が円形筒状であるとして説明したが、多角形筒状でも構わない。多角形筒状とする場合でも、上記のような断面積比となるように構成することにより、同様の効果を得ることができる。
また、移行部２０Ｔも、内径が連続的に変化する必要は必ずしもなく、木粉を低速度、低密度で且つ均一に搬送できる限りにおいては、例えば数段の階段状の変化を持たせることも可能である。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る微粉燃料燃焼用バーナによれば、木粉を燃料とした場合であっても、木粉を低速度で、低濃度にかつ均一に燃焼部内に分散させ、木粉と高温空気との混合を速やかに行い、これにより燃焼効率を高めることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る微粉燃料燃焼用バーナを用いた燃焼装置の例を示す。
【図２】図１に示す微粉燃料燃焼用バーナ２０の構造を示す。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る微粉燃料燃焼用バーナの構造を示す。
【図４】従来技術に係る微粉燃料燃焼用バーナを用いた燃焼装置の例を示す。
【符号の説明】
１１・・・ミル、    １４・・・ボイラ、  １５・・・サイクロン、  １６・・・集塵機、  １７・・・ブロア、  １８・・・サイロ、  １９・・・ブロア、  ＤＰ・・・搬送管、  ２０、２０´・・・微粉燃料燃焼用バーナ、  ２０Ｎ・・・狭径部、  ２０Ｔ・・・移行部、２０Ｗ・・・広径部、  ２１、２４・・・外壁、  ２２・・・スペーサ、  ２３、２５・・・旋回羽根。
【図１】
2005048976.tif 000003
【図２】
2005048976.tif 000004
【図３】
2005048976.tif 000005
【図４】
2005048976.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成15年8月28日(2003.8.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料を粉砕・乾燥させて生成された微粉燃料を搬送気流により燃焼部まで搬送するための搬送管の先端部に連接する微粉燃料燃焼用バーナであって、
前記微粉燃料を搬送するための搬送経路を内部に形成する管状体からなり、前記搬送経路の出口側の形状が、中心軸が水平方向を向いていると共にその内径が一定である筒形状とされ、
前記出口側での前記搬送気流が、前記中心軸付近に流れることを防止するため前記搬送経路の出口付近であって前記中心軸を含む位置に配置されるスペーサを備え、かつ
前記搬送経路の出口側の断面積と前記スペーサの断面積との差が、前記搬送経路の入口側の断面積よりも大きくされている
ことを特徴とする微粉燃料燃焼用バーナ。
【請求項２】
前記搬送経路を仕切って複数の搬送経路を形成するための仕切り部材を備えた請求項１に記載の微粉燃料燃焼用バーナ。
【請求項３】
前記搬送経路の断面積は、前記入口側から前記出口側に向かうに従って徐々に大きくなることを特徴とする請求項１又は２記載の微粉燃料燃焼用バーナ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、本発明に係る微粉燃料燃焼用バーナは、固体燃料を粉砕・乾燥させて生成された微粉燃料を搬送気流により燃焼部まで搬送するための搬送管の先端部に連接する微粉燃料燃焼用バーナであって、前記微粉燃料を搬送するための搬送経路を内部に形成する管状体からなり、前記搬送経路の出口側の形状が、中心軸が水平方向を向いていると共にその内径が一定である筒形状とされ、前記出口側での前記搬送気流が、前記中心軸付近に流れることを防止するため前記搬送経路の出口付近であって前記中心軸を含む位置に配置されるスペーサを備え、かつ前記搬送経路の出口側の断面積と前記スペーサの断面積との差が、前記搬送経路の入口側の断面積よりも大きくされていることを特徴とする。