(57)【要約】      （修正有）【課題】熱効率に影響しないで燃焼調整を行える液体燃料を燃焼する液体燃料用バーナおよび舶用ボイラを提供する。【解決手段】油・ガス焚きバーナ３は、燃焼用の空気を供給する空気通路６７の略中央部に、下流側に向かって油を噴射する噴射口を複数備えたチップ３７を有する油・ガス焚きバーナ３において、空気通路６７に、炉内下流側に空気の薄い領域を形成するガスノズル管６１を、軸線回りに複数設け、噴射口と、ガスノズル管６１と、の相対位置を調節するバーナガン３５を設けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼用の空気を供給する空気通路の略中央部に、下流側に向かって液体燃料を噴射する噴射口を複数備えたチップを有する液体燃料バーナにおいて、
前記空気通路に、炉内下流側に空気の薄い領域を形成する空気薄領域形成手段を、軸線回りに複数設け、
前記噴射口と、前記空気薄領域形成手段と、の相対位置を調節する調整手段を設けたことを特徴とする液体燃料用バーナ。
【請求項２】
前記調整手段が、本体に対し空気の流通方向に沿う軸線回りに回動可能に支持され、先端に前記チップを取り付けたバーナガンで構成されたことを特徴とする請求項１に記載された液体燃料用バーナ。
【請求項３】
前記チップは、前記軸線回りで前記バーナガンの一定位置に取り付けられ、
前記本体側に、前記バーナガンの軸線回りの位置を指示する指示手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載された液体燃料用バーナ。
【請求項４】
前記バーナガンの外側端部分に、前記本体との間にシールリングを装着し、同シールリングの内側にシールエアを投入したことを特徴とする請求項２または３に記載された液体燃料用バーナ。
【請求項５】
前記バーナガンを前記本体固定する固定手段を設けたことを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載された液体燃料用バーナ。
【請求項６】
前記空気薄領域形成手段が、前記チップの周囲に間隔をおいて前記空気通路中に配置されたガスノズルで構成されたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載された液体燃料用バーナ。
【請求項７】
前記空気薄領域形成手段が、前記チップの周囲に間隔をおいて、前記空気通路中に配置されたバッフルプレートで構成されたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載された液体燃料用バーナ。
【請求項８】
前記噴射口と、前記空気薄形成手段と、を同一数としたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載された液体燃料用バーナ。
【請求項９】
周方向に隣あう前記噴射口が異なる噴射角度を有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載された液体燃料用バーナ。
【請求項１０】
噴射角度の異なる前記噴射口が、相互に異なる口径を有することを特徴とする請求項９に記載の液体燃料用バーナ。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載された液体燃料用バーナを備えたことを特徴とする舶用ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼調整が可能な液体燃料を燃焼する液体燃料用バーナおよび舶用ボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
舶用ボイラでは、重油等の液体燃料を専焼する液体燃料バーナならびに重油および天然ガス等を同時にあるいは切り替えて燃焼させる油・ガス焚きバーナ等の液体燃料用バーナが利用されている。この液体燃料用バーナでは、通常Ｃ重油と呼ばれる低質の液体燃料が使用されているため、ＮＯｘの排出レベルが高い。これは、舶用ボイラでは、火炎のコンパクト性と大きな負荷変動に耐える燃焼安定性が重視され、規制のない排ガス性状（ＮＯｘ、ばいじん）についてはあまり配慮されていなかったためである。しかし、最近の環境問題に対する意識の向上に伴い、液体燃料を使用している時の排ガス性能、特に低ＮＯｘ化に対する要求が高まりつつある。
【０００３】
舶用ボイラに適用した低ＮＯｘ化技術として、特許文献１に示すものがある。これは、噴射口の口径を大小２種類とし、それらを交互に均等間隔で同一円周上に配置したものである。すなわち、液体燃料の供給量が噴射口の面積に比例することを利用して、空気過剰の火炎域と燃料過剰の火炎域を形成するものである。これにより、ＮＯｘのピーク生成領域を避けていわゆる濃淡燃焼により低ＮＯｘ化をはかっている。
また、厳しい排ガス規制のある陸用ボイラでは、低ＮＯｘバーナは種々の実績がある。これらは、主として燃料配分や空気配分を工夫したものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−６１６０９号公報（段落［０００４］〜［０００９］，及び図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記した低ＮＯｘバーナでは、低ＮＯｘ化される反面、火炎長やばいじんの増加を伴う場合が多い。この低ＮＯｘバーナをコンパクトな舶用ボイラに適用した場合には、火炎長の大幅増加によるボイラチューブの損傷や発煙等のリスクを伴う。このリスクを回避する燃焼調整機構が従来のバーナには備えられていない。
そのため、従来のバーナで、燃焼調整しようとすると、供給する空気量を調整する、いわゆる余剰空気調整がある。これは、供給する空気量が多い、すなわち排出される酸素濃度が高いほど、ばいじんは低減し、火炎は短くなる反面ＮＯｘ発生量は増加する関係を使って調整するものである。しかし、余剰空気の増加はボイラ効率（熱効率）の低下を招くため、ボイラ性能面からの制限を受ける。そのため、余剰空気による調整では、大幅な変更が困難である。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、熱効率に影響しないで燃焼調整を行える液体燃料を燃焼する液体燃料用バーナおよび舶用ボイラ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、本発明の液体燃料用バーナは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる液体燃料用バーナは、燃焼用の空気を供給する空気通路の略中央部に、下流側に向かって液体燃料を噴射する噴射口を複数備えたチップを有する液体燃料バーナにおいて、前記空気通路に、炉内下流側に空気の薄い領域を形成する空気薄領域形成手段を、軸線回りに複数設け、前記噴射口と、前記空気薄領域形成手段と、の相対位置を調節する調整手段を設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明にかかる液体燃料用バーナによれば、空気薄領域形成手段により炉内に複数の空気の薄い領域が形成されている。チップの噴射口から液体燃料が、この空気の薄い領域に噴射されると、空気が少ないので、ゆっくり燃焼する。このように、ゆっくり燃焼すると、ＮＯｘの発生は少なくなる。しかし、一方で、火炎長は長くなり、かつ、ばいじんの発生量は増加する。また、火炎長が長くなり、例えば前方に設置されたボイラチューブまで延びると、チューブが損傷する事態になるので、避ける必要がある。
本発明にかかる液体燃料用バーナでは、火炎長が長すぎる場合には、調整手段により、噴射口と、空気薄領域形成手段との相対位置を調整して、噴射口からの液体燃料が空気の豊富な領域にも噴射されるようにする。このように、噴射口からの液体燃料が空気の豊富な領域にも噴射されると、早く燃焼する部分ができるので、全体として燃焼が促進される。燃焼が促進されると、ＮＯｘの発生は増えるが、一方で火炎長は短くなるので、例えばボイラチューブが損傷することがなくなる。
このように、本発明によれば、調整手段により噴射口と、空気薄領域形成手段との相対位置を調整して、ボイラサイズ等の燃焼空間サイズと要求排ガス性能に合わせた燃焼調整ができる。したがって、燃焼調整のために供給する空気量を調整する必要がないので、燃焼調整をしても熱効率すなわち例えばボイラ用バーナとして用いた場合、ボイラ効率は変わらない。
【０００９】
また、本発明にかかる液体燃料用バーナは、前記調整手段が、本体に対し空気の流通方向に沿う軸線回りに回動可能に支持され、先端に前記チップを取り付けたバーナガンで構成されたことを特徴とする。
【００１０】
このように、先端に前記チップを取り付けたバーナガンが、空気の流通方向に沿う軸線回りに回動可能に支持されているので、バーナガンを軸線回りに回動すると、噴射口の軸線回りの位置が移動する。したがって、噴射口と、軸線回りに配置された空気薄領域形成手段との相対位置すなわち相対角度が変更でき、燃焼調整を行うことができる。
このように、バーナガンを回動するだけで燃焼調整が行えるので、調整が簡単である。
【００１１】
また、本発明にかかる液体燃料用バーナは、前記チップは、前記軸線回りで前記バーナガンの一定位置に取り付けられ、前記本体側に、前記バーナガンの軸線回りの位置を指示する指示手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
このように、チップは、軸線回りでバーナガンの一定位置に取り付けられているので、チップの噴射口はバーナガンに対して軸線回りで一定の位置関係を維持されることとなる。そして、液体燃料用バーナを保守点検時に、バーナガンとチップとを分解して再度組み立てる際、指示手段で指示された角度位置にバーナガンを取り付ける。これにより、チップの噴射口は、空気薄領域形成手段に対して分解前と同じ相対位置となる。したがって、再度調整することなく、調整した燃焼状態を再現することができる。
【００１３】
また、本発明にかかる液体燃料用バーナは、前記バーナガンの外側端部分に、前記本体との間にシールリングを装着し、同シールリングの内側にシールエアを投入したことを特徴とする。
【００１４】
このように、バーナガンの外側端部分に、本体との間にシールリングを装着したので、炉内が正圧になった際に、燃焼ガス等が炉外に漏洩するのを防止できる。また、シールリングの内側に炉内圧力以上の圧力にてシールエアを投入したので、シール効果を増強することができる。これにより、たとえ炉内圧が大きくてシールリングによる漏洩防止が不十分であっても、漏洩するのはシールエアで投入された空気であるので、炉内の燃焼状態および外部への影響等には問題とならない。
【００１５】
また、本発明にかかる液体燃料用バーナは、前記バーナガンを前記本体に固定する固定手段を設けたことを特徴とする。
【００１６】
このように、バーナガンを本体に固定する固定手段を設けたので、燃焼調整を行った後、固定手段によりバーナガンを本体に固定する。こうすると、バーナガンが燃焼中等に振動等により回動することを防止できる。したがって、調整した状態を常時維持できる。
【００１７】
また、本発明にかかる液体燃料用バーナは、前記空気薄領域形成手段が、前記チップの周囲に間隔をおいて前記空気通路中に配置されたガスノズルで構成されたことを特徴とする。
【００１８】
このように、空気通路中にガスノズルが配置されているので、ガスノズルの部分では、空気はガスノズルの周囲に沿って流れる。そのため、空気流は、ガスノズルの下流端ではく離するので、ガスノズルの下流側に空気の薄い領域が形成される。
なお、スワラ等により空気流が旋回している場合には、この空気薄領域は、ガスノズルから下流に軸線から傾斜した状態で形成される。
このように、ガスノズルにより空気薄領域が形成されるので、これと噴射口からの液体燃料の噴射位置との相対位置を調整して、燃焼調整を行うことができる。
したがって、ガスノズルが装着される液体燃料用バーナでは、空気薄領域形成手段のための余分な構成が不要となるので、製造が容易で、安価となる。また、既存のガスノズルが装着される液体燃料用バーナでは、調整手段を装着するだけであるので、特にバーナガンを回動可能にするものであれば、簡単に改造することができる。
【００１９】
また、本発明にかかる液体燃料用バーナは、前記空気薄領域形成手段が、前記チップの周囲に間隔をおいて、前記空気通路中に配置されたバッフルプレートで構成されたことを特徴とする。
【００２０】
このように、空気通路中にバッフルプレートが配置されているので、バッフルプレートにより空気流が阻害される。そのため、バッフルプレートの下流側に空気の薄い領域が形成される。
なお、スワラ等により空気流が旋回している場合には、この空気薄領域は、バッフルプレートから下流に軸線から傾斜した状態で形成される。
このように、バッフルプレートにより空気薄領域が形成されるので、これと噴射口からの液体燃料の噴射位置との相対位置を調整して、燃焼調整を行うことができる。
なお、バッフルプレートとしては、板状のものあるいは棒状のものがある。
【００２１】
また、本発明にかかる液体燃料用バーナは、前記噴射口と、前記空気薄形成手段と、を同一数としたことを特徴とする。
【００２２】
このように、噴射口と、前記空気薄形成手段と、を同一数としているので、調整に関係する各噴射口と、各空気薄領域形成手段との相対位置関係が一致する。したがって、全ての関係する噴射口と空気薄領域形成手段との相対位置関係が同じになる、すなわち、全ての関係する噴射口と空気薄領域形成手段とにおいて調整周期が同じになるので、全てを最適に調整できる。そのため、燃焼調整の効果がより大きくなる。
【００２３】
また、本発明にかかる液体燃料用バーナは、周方向に隣あう前記噴射口が異なる噴射角度を有することを特徴とする。
【００２４】
このように、周方向に隣あう噴射口が、異なる噴射角度を有するので、チップから供給される液体燃料は、噴射口の噴射角度に沿って種々の方向に噴射される。種々の方向に噴射された液体燃料が、単一の空気通路から供給された空気とともに燃焼するので、火炎が広い空間に分散される。このように、火炎が広い範囲に分散されると、一定空間内での燃焼量が低下して、火炎温度が低下することになる。この火炎温度の低下により、火炎冷却効果が促進されＮＯｘ発生量が低減される。
このＮＯｘ低減チップを使うことにより、特に要求排ガス性能に合わせた燃焼調整が広範に実施できる。
【００２５】
また、本発明にかかる液体燃料用バーナは、噴射角度の異なる前記噴射口が、相互に異なる口径を有することを特徴とする。
【００２６】
このように、噴射角度の異なる前記噴射口が、相互に異なる口径を有しているので、大きな径を持つ噴射口からは燃料が多く噴射され、小さな径を持つ噴射口からは、燃料が少なく噴射される。また、この燃料の噴射量の相違する範囲は、相互に噴射角度が相違しているので、特に半径方向で明確に分離される。これにより、チップから噴射される燃料の分布に、粗密が形成されるので、濃淡燃焼が行われることになる。したがって、前記火炎冷却効果に加えて、濃淡燃焼により、さらにＮＯｘ発生量が低減される。
このＮＯｘ低減チップを使うことにより、特に要求排ガス性能に合わせた燃焼調整が広範に実施できる。
【００２７】
また、本発明にかかる舶用ボイラは、請求項１ないし１０のいずれかに記載された液体燃料用バーナを備えたことを特徴とする。
【００２８】
供給する空気量を調整しないで燃焼調整ができる液体燃料用バーナを採用しているので、ボイラ効率を変動させずに、ボイラサイズと要求排ガス性能に合わせた燃焼調整ができる。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１の発明によれば、調整手段により噴射口と、空気薄領域形成手段との相対位置を調整して、ボイラサイズ等の燃焼空間サイズと要求排ガス性能に合わせた燃焼調整ができる。したがって、燃焼調整のために供給する空気量を調整する必要がないので、燃焼調整をしても熱効率すなわち例えばボイラ用バーナとして用いた場合、ボイラ効率は変わらない。
【００３０】
請求項２に記載の発明によれば、先端にチップを取り付けたバーナガンを回動するだけで燃焼調整が行えるので、調整が簡単である。
【００３１】
請求項３に記載の発明によれば、チップは、軸線回りでバーナガンの一定位置に取り付けられ、本体側にバーナガンの軸線回りの位置を表示する表示手段を備えているので、液体燃料用バーナを保守点検時に、再度調整することなく、調整した燃焼状態を再現することができる。
【００３２】
請求項４に記載の発明によれば、バーナガンの外側端部分に、本体との間にシールリングを装着したので、炉内が正圧になった際に、燃焼ガス等が炉外に漏洩するのを防止できる。また、シールリングの内側に炉内圧力以上の圧力にてシールエアを投入したので、シール効果を増強することができる。これにより、たとえ炉内圧が大きくてシールリングによる漏洩防止が不十分であっても、漏洩するのはシールエアで投入された空気であるので、炉内の燃焼状態および外部への影響等は問題とならない。
【００３３】
請求項５に記載の発明によれば、バーナガンを本体に固定する固定手段を設けたので、稼動中に調整した状態を常時維持できる。
【００３４】
請求項６に記載された発明によれば、ガスノズルにより空気薄領域が形成されるので、これと噴射口からの液体燃料の噴射位置との相対位置を調整して、燃焼調整を行うことができる。
したがって、ガスノズルが装着される液体燃料用バーナでは、空気薄領域形成手段のための余分な構成が不要となるので、製造が容易で、安価となる。また、既存のガスノズルが装着される液体燃料用バーナでは、調整手段を装着するだけであるので、特にバーナガンを回動可能にするものであれば、簡単に改造することができる。
【００３５】
請求項７に記載された発明によれば、バッフルプレートにより空気薄領域が形成されるので、これと噴射口からの液体燃料の噴射位置との相対位置を調整して、燃焼調整を行うことができる。
【００３６】
請求項８に記載された発明によれば、噴射口と、前記空気薄形成手段と、を同一数としているので、調整に関係する各噴射口と、各空気薄領域形成手段との相対位置関係が一致する。したがって、全てを最適に調整できるので、燃焼調整の効果がより大きくなる。
【００３７】
請求項９に記載された発明によれば、周方向に隣あう噴射口が、異なる噴射角度を有するので、火炎冷却効果が促進されＮＯｘ発生量が低減される。
このＮＯｘ低減チップを使うことにより、特に要求排ガス性能に合わせた燃焼調整が広範に実施できる。
【００３８】
請求項１０に記載された発明によれば、噴射角度の異なる前記噴射口が、相互に異なる口径を有しているので、前記火炎冷却効果に加えて、濃淡燃焼により、さらにＮＯｘ発生量が低減される。
このＮＯｘ低減チップを使うことにより、特に要求排ガス性能に合わせた燃焼調整が広範に実施できる。
【００３９】
請求項１１に記載された発明によれば、供給する空気量を調整しないで燃焼調整できる液体燃料用バーナを採用しているので、ボイラ効率を変動させずに、ボイラサイズと要求排ガス性能に合わせた燃焼調整ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図７を用いて説明する。
図１は、本実施形態にかかる舶用ボイラ１の内部構造を示す縦断面図である。舶用ボイラ１には、油・ガス焚きバーナ（液体燃料用バーナ）３と、略箱形形状をした火炉５と、火炉５を形成する炉壁７と、フロントバンクチューブ９と、過熱器１１と、蒸発管群（リアバンクチューブ）１３と、出口側ガスダクト１５と、ガス出口１７とが設けられている。
油・ガス焚きバーナ３は、図１の紙面に垂直な方向に２個設けられている。
蒸発管群１３の上方には、蒸気ドラム１９が、下方には水ドラム２１がそれぞれ設けられている。また、出口側ガスダクト１５の内部空間には、過熱器１１や蒸発管群１３が設けられている。
【００４１】
次に、図２および図３に示す油・ガス焚きバーナ３について説明する。
図２は、油・ガス焚きバーナ３の全体構造を示す縦断面図である。図３は、炉内側から見た油・ガス焚きバーナ３を示す正面図である。
油・ガス焚きバーナ３は、油を噴出する油供給部２３と、ガスを供給するガス供給部２５と、燃焼用空気を供給する空気通路２７と、を備えている。
基部支持板２９と先端支持板３１は、油・ガス焚きバーナ３を構成する各部材を支持するものである。基部支持板２９と先端支持板３１を舶用ボイラ１へ固定することで、油・ガス焚きバーナ３は舶用ボイラ１に取り付けられる。
【００４２】
油供給部２３は、油・ガス焚きバーナ３の中心部に、長手方向に延設されている。油供給部２３には、基部支持板２９と先端支持板３１とを貫通して設けられた円筒形状のハウジングチューブ３３と、ハウジングチューブ３３に貫通して設けられたバーナガン３５と、バーナガン３５の先端に取り付けられたチップ３７と、バーナガン３５の他端部に連結された油供給口３９と、蒸気供給口（図示省略）とが設けられている。
【００４３】
バーナガン３５の基部支持板２９から突出した部分には、バーナガン３５を覆うようにコネクタ４１が設けられている。コネクタ４１は下流側端部にフランジ部を有する略円筒形状をしている。コネクタ４１のフランジ部は、パッキン４３を介して基部支持板２９に固定されている。
【００４４】
コネクタ４１には、軸線に直交するように円筒周面を貫通し、螺合している位置決めボルト（固定手段）４５が、円周方向に等間隔に３個設けられている。なお、位置決めボルト４５の個数は、必要に応じて１ないし５個の範囲で選択するとよい。
バーナガン３５の所定位置には、位置決めボルト４５の径より大きい幅を有する溝３６が、全周に亘り設けられている。
コネクタ４１の外側端部には、コネクタ４１とバーナガン３５との間に、シールリング４７が２本設けられている。また、コネクタ４１には、シールリング４７より基部支持板２９側に、コネクタ４１とバーナガン３５との間にある間隙に空気を投入する穴４９が設けられている。この穴４９から投入される空気がシールエアとして機能する。
【００４５】
バーナガン３５の油供給口３９と油タンク５１との間は、長さの変更を許容するフレキシブル油配管５３で連結されている。
なお、図示していないが、バーナガン３５の蒸気供給口と蒸気源との間も、長さの変更を許容するフレキシブル配管で連結されている。
【００４６】
コネクタ４１の外側端面４２には、図４に示すように、５度ピッチで目盛（表示手段）４４が設けられている。そして、バーナガン３５の周面に矢印３４が設けられている。
【００４７】
ガス供給部２５には、基部支持板２９の内側に、ハウジングチューブ３３の周囲を覆うように取り付けられた円筒形状のガス供給室５５と、基部支持板２９を貫通してガス供給室５５と連通するガス供給管５７と、ハウジングチューブ３３の周囲に間隔をおいて、同軸線の円周上に等間隔に配置された５本のガスノズル管（空気薄領域形成手段）６１と、が備えられている。
ガスノズル管６１の基部支持板２９側端部は、ガス供給室５５に連通して取り付けられている。ガスノズル管６１の先端支持板３１側端部には、ガスを噴出するガスノズル６３が取り付けられている。
【００４８】
空気通路２７は、ガスノズル管６１の周囲を覆うように設けられており、基部支持板２９に取り付けられた大きな径を有する円環状の風箱６５と、風箱６５と先端支持板３１とに取り付けられた小さな径を有する円環状の空気通路部６７と、風箱６５に設けられた空気遮断空気遮断ダンパ６９とを備えている。空気遮断ダンパ６９から流入した空気は、風箱６５を経由して空気通路部６７を通って火炉５内へ供給される。
【００４９】
先端支持板３１には、バーナガン３５の先端部分を覆うようにスワラ７１が取り付けられている。スワラ７１は、通過する空気に旋回流を発生させて、そのときに生じる負圧によってできる循環流で火炎を安定させる。
【００５０】
略円筒状のスロート７３は、先端支持板３１に取り付けられている。スロート７３の内側には、火炉側に進むにつれて径が拡大する円錐台形状の中空部６４が設けられている。ガスノズル６３およびチップ３７は、スロート７３の中空部７４の内側で、長手方向の中間部に位置している。スロート７３は、耐火材で構成され、燃焼用空気のフローパターンを決定するうえで重要な役目を有している。また、スロート７３は、火炎の輻射熱からチップ３７およびガスノズル６３を保護している。
【００５１】
次に、図５および図６により、チップ３７部分について説明する。図５は、火炉５側から見た正面図で、図６は断面図である。
バーナガン３５およびチップ３７には、それぞれ同じ位置に蒸気通路８１と油通路８３が設けられている。蒸気通路８１は、略円管状をし、中心部に設けられている。また、油通路８３は、蒸気通路８１の外側に略全長に亘り、蒸気通路８１と同軸線を持つドーナツ状の空間である。バーナガン３５の基部支持板２９側端部において、蒸気通路８１は蒸気供給口に、油通路８３は油供給口３９に連通されている。
【００５２】
チップ３７には、噴射ノズル８５が円周方向に５個設けられている。噴射ノズル８５は、蒸気通路８１からその軸心を基点として放射線状に斜め前方に延設され、チップ３７の表面にそれぞれ噴射口８７を形成している。噴射口８７は、同軸線の円周上に等間隔に配置されている
【００５３】
噴射ノズル８５と蒸気通路８１を蒸気注入口８９が連結している。また、噴射ノズル８５と油通路８３を燃料油注入口９１が連結している。
蒸気注入口８９と燃料油注入口９１とが途中でＹ字型に出会っているので、Ｙジェットとも呼ばれる。
【００５４】
チップ３７の下端周縁部と、バーナガン３５の先端周縁部には、それぞれ切欠９３，９５が設けられている。この切欠９３，９５にピン９７を挿入すると、バーナガン３５とチップ３７との回転方向の位置を一定位置に設定することができる。
【００５５】
チップ３７は、キャップ９９によりバーナガン３５に取り付けられる。キャップ９９は、略円筒形をしている。キャップ９９の上端部には、チップ３７と係合すべく内側に突出した突出部１０１が設けられている。また、キャップ９９の下端部の内周面には、ねじ１０３が設けられている。キャップ９９を回転させて、ねじ１０１がバーナガン３５の外周に設けられたねじ１０５と螺合されることにより、チップ３７はバーナガン３５に強固に取り付けられる。
【００５６】
以下、本実施形態にかかる油・ガス焚きバーナ３および舶用ボイラ１の動作について説明する。
舶用ボイラ１においては、油・ガス焚きバーナ３の燃焼で発生した燃焼ガスは、火炉５からフロントバンクチューブ９、過熱器１１、蒸発管群１３と熱交換を行いながら流れ、出口側ガスダクト１５を経てガス出口１７へと流出する。このとき、蒸気ドラム１９に集められた蒸気が駆動源として所要な機器に供給される。
【００５７】
次に、油・ガス焚きバーナ３について説明する。ガス焚きの場合には、ガス供給管５７からガス供給室５５およびガスノズル管６１を経由して、ガスノズル６３からガスを火炉５内に噴射する。同時に、空気遮断ダンパ５９を開いて流入する空気は、風箱６５を経由して単一の空気通路部６７を通って火炉５内に供給される。このとき、スワラ７１を通過する空気は、旋回流となり、供給され、かつ、スロート７３により流れが調整される。
火炉５内でガスと空気が混合したら点火して、火炎を生成する。
【００５８】
油焚きの場合には、空気は上記ガス焚きの時と同様にして供給する。一方、油は、油タンク５１からフレキシブル油配管５３を経由して油供給口３９に供給される。油供給口３９からバーナガン３５の油通路８３へ供給されて、チップ３７へ送られる。同時に、蒸気が、図示していない蒸気源からフレキシブル配管を経由して蒸気供給口に供給され、そこからバーナガン３５の蒸気通路８１へ供給されて、チップ３７へ送られる。
【００５９】
油通路８３から噴射ノズル８５へ送られる油は、蒸気注入口８９から噴射ノズル８５へ送られる高圧蒸気によるせん断または混合気流の膨張により微粒化されて、噴射口８７から火炉５内へ霧状に噴出される。
この状態で点火すると火炎が生成される。
【００６０】
ハウジングチューブ３３とバーナガン３５との間の間隙が、炉内と連通しているが、この間隙をシールするシールリング４７により、炉内の燃焼ガス等が炉外へ漏出するのを防止している。また、シールリング４７の機能を穴４９から投入されるシールエアが補強している。
【００６１】
次に、本実施形態にかかる油・ガス焚きバーナ３で油焚きする場合における燃焼調整について、図７を参照して説明する。
燃焼性が、燃焼する時の油と空気の割合で決まることを利用している。
すなわち、油に対して空気量が比較的少ないと、ゆっくりと燃焼するので、ＮＯｘの発生量は減少する。その反面、ばいじんは増加し、火炎長は長くなる。
一方、油に対して空気量が比較的多いと、すばやく燃焼するので、ＮＯｘの発生量は増加するが、ばいじんは減少し、火炎長は短くなる。
【００６２】
空気通路部６７を通って供給される空気は、ガスノズル管６１の部分では、ガスノズル管６１の周面に沿って流れる。ガスノズル管６１の先端部形状は、空気の流れから急激に離れる方向になっているので、空気流はガスノズル管６１からはく離される。これにより、ガスノズル管６１の下流側に空気の薄い領域が形成される。
中央部を通る空気は、スワラ７１により旋回流となっている。そのため、この旋回力を受けて空気の薄い領域は、ガスノズル管６１の軸線から傾斜した形で形成される。
【００６３】
一方、位置固定ボルト４５を緩めると、バーナガン３５は回動可能となる。バーナガン３５を回動すると、キャップ９９により強固に取り付けられたチップ３７が回動する。チップ３７が回動すると、噴射口８７の軸線回りの位置が、変化する。
このように、噴射口８７の軸線回りの位置が変化すると、ガスノズル管６１との軸線回りの位置関係が変化する。したがって、噴射口８７から噴射される油の微粒子が、ガスノズル管６１の下流側に形成される空気の薄い領域と接触する割合が変化することになる。
すなわち、バーナガン３５を回動することにより、油と空気の比率を変化させることができることになる。
【００６４】
このとき、バーナガン３５の回動により、油供給口３９と油タンク５１との距離が変わるが、この変動は、フレキシブル油配管５３が吸収する。
また、蒸気供給口と蒸気源の間の距離変動も、同様にフレキシブル配管が吸収する。
【００６５】
一つの噴射口８７に着目して燃焼特性を見ると、ガスノズル管６１が７２度間隔で設置されているので、この間隔で周期的に変動することになる。この状態を定性的に図７に示している。
図７は、噴射口８７と、ガスノズル管６１との相対角度を横軸に、各種性能値を縦軸にして、各種性能値の変化を示している。図７において、曲線Ｎは、ＮＯｘ排出量の変化を示し、曲線Ｂはばいじん、火炎長の変化を示し、線Ｋは各相対角度におけるボイラ効率を示している。
曲線Ｎと曲線Ｂとは、上述したように、一方が良くなれば、他方が悪くなるという、いわゆるトレードオフの関係にあることを示している。
【００６６】
図７において、Ｘの領域は、線Ｎおよび線Ｂにおいて急激な変化を見せている。これは、火炎がボイラチューブのところまで到達し、火炎が冷やされるため、ばいじんが急激に増し、ＮＯｘが急激に減少したものである。したがって、ボイラチューブの損傷を招くので、燃焼調整にあたっては、回避する必要がある。
したがって、要求ＮＯｘ量を示す線Ｙより、ＮＯｘの性能値のよい領域Ｚのなかで、領域Ｘを避けた相対角度を選択することになる。
なお、ボイラ効率は、線Ｋをみればわかるように相対角度を変化させても供給する空気量が一定なので、変化しない。
【００６７】
なお、火炎がボイラチューブのところまで到達しているかについては、炉壁にのぞき窓を設けて目視する、あるいは、排ガス中が発煙しているかを見ることにより判断できる。
【００６８】
本実施形態では、噴射口８７も、ガスノズル管６１も、ともに５個、それぞれ軸線回りに等間隔に設けているので、全ての隣り合う噴射口８７とガスノズル管６１とで、それらの相対位置関係が同じになる。
したがって、全ての噴射口８７について、領域Ｚの中で最適の相対角度に設定できるので、ＮＯｘの低減効果は向上する。
【００６９】
なお、本発明は、噴射口８７とガスノズル管６１とが同じ数のものに限定されるものではない。異なる数の場合には、ある噴射口８７は最適な相対角度位置にあるとしても、別の噴射口８７はそれほどでもないという状態になる。したがって、火炎がボイラチューブに到達しない範囲で、ＮＯｘが要求値以下になるようにバーナガン３５を回動して調整する。
種々なチップで試験してみたが、バーナガン３５を回動して調整することにより、ＮＯｘは最大３０％、ばいじんは最大５０％程度低減することができた。
【００７０】
以上のように、バーナガン３５を回動して燃焼調整した後、位置決めボルト４５を締めて、バーナガン３５が回動しないように固定する。
このように、調整後、バーナガンを固定しているので、稼動中、振動等により回動しない。そのため、一端設定すれば、長期に亘り要求された燃焼性能を維持できる。
【００７１】
次に、バーナガン３５、チップ３７等の保守、点検について、説明する。
まず、位置決めボルト４５を緩め、フレキシブル油配管５１等を取り外して、バーナガン３５を引き抜く。このとき、矢印３４が目盛４４のどこを指しているか記録して置く。引き抜いたバーナガン３５からキャップ９９を外してチップ３７を分離する。
点検をした後の組立ては次のとおり行う。バーナガン３５の切欠９５と、チップ３７の切欠９３とを合わせ、ピン９７を挿入する。この状態でキャップ９９を被せてバーナガン３５のねじ１０５へねじ１０３を螺合させる。
このように、バーナガン３５とチップ３７はピン９７により分解前と同じ位置関係に組立てられる。
【００７２】
次いで、バーナガン３５をハウジングチューブ３３に挿入する。そして、バーナガン３５の矢印３４を、先に記録した目盛４４に一致させる。この状態で位置決めボルト４５を締めてバーナガン３５を固定する。
このように、矢印３４を分解前の目盛４４位置に合わせるので、組立後においても、バーナガン３５の回転方向位置は変化しない。したがって、組立後でも、噴射口８７とガスノズル管６１との相対位置関係が変化しないので、再度燃焼調整する必要がない。
【００７３】
以下、本実施形態の作用・効果を説明する。
本実施形態によれば、先端にチップ３７を取り付けたバーナガン３５が、空気の流通方向に沿う軸線回りに回動可能に支持されているので、バーナガン３５を軸線回りに回動すると、噴射口８７の軸線回りの位置が移動する。したがって、噴射口８７と、軸線回りに配置されたガスノズル管６１との相対位置すなわち相対角度が変更でき、燃焼調整を行うことができる。
このように、バーナガン３５を回動するだけで燃焼調整が行えるので、調整が簡単である。
【００７４】
本実施形態によれば、チップ３７は、ピン９７により軸線回りでバーナガン３５の一定位置に取り付けられているので、チップ３７の噴射口８７はバーナガン３５に対して軸線回りで一定の位置関係を維持されることとなる。そして、油・ガス焚きバーナ３を保守点検時に、バーナガン３５とチップ３７とを分解して再度組み立てる際、バーナガン３５の矢印３４が分解前に指していた目盛４４位置に来るようにバーナガン３５を取り付ける。これにより、チップ３７の噴射口８７は、ガスノズル管６１に対して分解前と同じ相対位置となる。したがって、再度調整することなく、調整した燃焼状態を再現することができる。
【００７５】
本実施形態によれば、バーナガン３５の外側端部分に、コネクタ４１との間にシールリング４７を装着したので、炉内が正圧になった際に、燃焼ガス等が炉外に漏洩するのを防止できる。また、シールリング４７の内側に穴４９から炉内圧力以上の圧力にてシールエアを投入したので、シール効果を増強することができる。これにより、たとえ炉内圧が大きくてシールリング４７による漏洩防止が不十分であっても、漏洩するのはシールエアで投入された空気であるので、炉内の燃焼状態および外部への影響等には問題とならない。
【００７６】
本実施形態によれば、バーナガン３５をコネクタ４１に固定する位置決めボルト４５を設けたので、燃焼調整を行った後、位置決めボルト４５によりバーナガン３５をコネクタ４１に固定する。こうすると、バーナガン３５が燃焼中等に振動等により回動することを防止できる。したがって、調整した状態を常時維持できる。
【００７７】
本実施形態によれば、空気通路中にガスノズル管６１が配置されているので、ガスノズル管６１の部分では、空気はガスノズル管６１の周囲に沿って流れる。そのため、空気流は、ガスノズル管６１の下流端ではく離するので、ガスノズル管６１の下流側に空気の薄い領域が形成される。
なお、スワラ７１等により空気流が旋回している場合には、この空気薄領域は、ガスノズル管６１から下流に軸線から傾斜した状態で形成される。
このように、ガスノズル管６１により空気薄領域が形成されるので、これと噴射口８７からの液体燃料の噴射位置との相対位置を調整して、燃焼調整を行うことができる。
したがって、空気の薄い領域を形成するための余分な構成が不要となるので、製造が容易で、安価となる。また、既存の油・ガス焚きバーナ３では、バーナガン３５を回動可能にするだけであるので、簡単に改造することができる。
【００７８】
本実施形態によれば、噴射口８７と、ガスノズル管６１と、を同一数としているので、調整に関係する各噴射口８７と、ガスノズル管６１との相対位置関係が一致する。したがって、全ての関係する噴射口８７とガスノズル管６１との相対位置関係が同じになる、すなわち、全ての関係する噴射口８７とガスノズル管６１とにおいて調整周期が同じになるので、全てを最適に調整できる。そのため、燃焼調整の効果がより大きくなる。
【００７９】
なお、本実施形態では、チップ３７が、同一噴射角を持つ同じ径の噴射口８７となっているが、周方向に隣あう噴射口が異なる噴射角度を有するチップ３７としてもよい。
このようなチップ３７とすると、チップ３７から供給される油は、噴射口８７の噴射角度に沿って種々の方向に噴射される。種々の方向に噴射された油が、単一の空気通路６７から供給された空気とともに燃焼するので、火炎が広い空間に分散される。このように、火炎が広い範囲に分散されると、一定空間内での燃焼量が低下して、火炎温度が低下することになる。この火炎温度の低下により、火炎冷却効果が促進されＮＯｘ発生量が低減される。
このＮＯｘ低減チップを使うことにより、特に要求排ガス性能に合わせた燃焼調整が広範に実施できる。
【００８０】
また、噴射角度の異なる噴射口が、相互に異なる口径を有するチップ３７としてもよい。
このようチップ３７とすると、噴射角度の異なる噴射口８７が、相互に異なる口径を有しているので、大きな径を持つ噴射口８７からは燃料が多く噴射され、小さな径を持つ噴射口からは、燃料が少なく噴射される。また、この燃料の噴射量の相違する範囲は、相互に噴射角度が相違しているので、特に半径方向で明確に分離される。これにより、チップ３７から噴射される油の分布に、粗密が形成されるので、濃淡燃焼が行われることになる。したがって、前記火炎冷却効果に加えて、濃淡燃焼により、さらにＮＯｘ発生量が低減される。
このＮＯｘ低減チップを使うことにより、特に要求排ガス性能に合わせた燃焼調整が広範に実施できる。
【００８１】
また、本実施形態では、空気薄領域形成手段として、ガスノズル管６１を利用しているが、油専焼ボイラ等で、ガスノズル管６１の代わりに図８および図９に示すようなバッフルプレート１０６を取り付けてもよい。
図８のバッフルプレート１０６は、中空の円筒棒１０７である。円筒棒１０７をガスノズル管６１と同様に、一端部をガス供給室５５に取り付けて、空気通路６７の長手方向を延在させて配設する。中空部１０９には、空気を流通させて、特に先端部を冷却する。空気は、側面に設けられた穴１１１から排出する。
【００８２】
図９のバッフルプレート１０６は、棒状の支持部材１１５の先端に円盤状のプレート１１３を取り付けたもので、支持部材の多端は、ガス供給室５５に取り付けられている。
【００８３】
図８および図９に示すようなバッフルプレート１０６を採用すると、空気通路中にバッフルプレート１０６が配置されているので、バッフルプレートにより空気流が阻害される。そのため、バッフルプレート１０６の下流側に空気の薄い領域が形成される。
このように、バッフルプレート１０６により空気の薄い領域が形成されるので、これと噴射口からの液体燃料の噴射位置との相対位置を調整して、燃焼調整を行うことができる。したがって、油専焼ボイラでも、ボイラ効率を低下させずに燃焼調整が行える。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる舶用ボイラ１の内部構造を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる油・ガス焚きバーナ３の全体構造を示す縦断面図である。
【図３】図２の炉内側から見た油・ガス焚きバーナ３を示す正面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる油・ガス焚きバーナ３のバーナガン端部を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる油・ガス焚きバーナ３のチップの正面図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる油・ガス焚きバーナ３のチップの縦断面図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる油・ガス焚きバーナ３の機能を示す説明図である。
【図８】本発明の空気薄領域形成手段の別の実施形態を示す斜視図である。
【図９】本発明の空気薄領域形成手段のさらに別の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  舶用ボイラ
３  油・ガス焚きバーナ
６７  空気通路
３７  チップ
８７  噴射口
６８  噴射口
【図１】
2005226867.tif 000003
【図２】
2005226867.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005226867.tif 000006
【図５】
2005226867.tif 000007
【図６】
2005226867.tif 000008
【図７】
2005226867.tif 000009
【図８】
2005226867.tif 000010
【図９】
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