(57)【要約】【課題】  バイオマス燃料や廃棄物等から生成される液体燃料を用いた場合であっても、適切な燃焼状態（安定した着火性能、燃焼安定性）を維持して、低ＮＯｘ化を図ることが可能な、混焼バーナを提供することを課題とする。【解決手段】  本発明は、複数種類の燃料を燃焼させ得る混焼バーナ１００であって、一次燃焼燃料である気体燃料Ｆ０を燃焼させる気体燃焼部と、二次燃焼燃料である液体燃料Ｆ２を燃焼させる液体燃焼部とを備え、前記気体燃焼部にて生成された燃焼ガスが、前記液体燃焼部近傍に供給されることを特徴としている。【選択図】  図５
2009109067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種類の燃料を燃焼させ得る混焼バーナであって、
一次燃焼燃料である気体燃料を燃焼させる気体燃焼部と、二次燃焼燃料である液体燃料を燃焼させる液体燃焼部とを備え、
前記気体燃焼部にて生成された燃焼ガスが、前記液体燃焼部近傍に供給される
ことを特徴とする混焼バーナ。
【請求項２】
前記気体燃焼部は、前記気体燃料と一次燃焼燃料用空気とが混合された予混合燃料を燃焼させるべく構成されており、
前記一次燃焼燃料用空気として、理論空気量よりも多くの空気が供給される
請求項１に記載の混焼バーナ。
【請求項３】
前記気体燃焼部は、前記気体燃料と一次燃焼燃料用空気とが混合された予混合燃料を燃焼させるべく構成されており、
前記一次燃焼燃料用空気として、前記気体燃焼部にて生成される燃焼ガスの残存酸素濃度が５％〜１０％となる空気が供給される
請求項１または２に記載の混焼バーナ。
【請求項４】
環状に配列された内側水管群と外側水管群とを有する缶体と、前記内側水管群の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラであって、
前記バーナが、請求項１から３のいずれか１項に記載の混焼バーナである
ことを特徴とするボイラ。
【請求項５】
環状に配列された内側水管群と外側水管群とを有する缶体と、前記内側水管群の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラであって、
前記内側水管群を成す隣接する内側水管間が、ガス流路を設ける部分を除いて閉塞され、前記ガス流路が、前記内側水管群の一端側に環状に設けられており、
前記バーナが、請求項１から３のいずれか１項に記載の混焼バーナである
ことを特徴とするボイラ。
【請求項６】
前記ガス流路近傍における前記内側水管群および前記外側水管群の少なくとも一方に、拡大伝熱面が設けられている
請求項５に記載のボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混焼バーナおよびボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数種類の燃料を燃焼させるバーナについては、種々のものが知られている。一例としては、液体燃料とガス燃料等とを燃料可能に構成されたバーナが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる従来技術においては、液体燃料バーナの周囲にガス燃料バーナが設けられた構成が開示されており、液体燃料としては、圧力噴霧の容易性および煤の発生を抑える等の観点から、沸点が１００℃以上３５０℃以下である「灯油」を用いる構成が開示されている。
【０００４】
さて、近年においては、省エネルギ化等の観点から、バイオマス燃料や廃棄物等から生成される液体燃料を効果的に利用する技術が模索されている。しかしながら、これらの液体燃料は、動粘度、引火点、発熱量等の性状がそれぞれ異なるため、同一のバーナにて燃焼させる場合には、火炎温度の低下、着火時における不具合等が生ずる。したがって、煤、ＣＯ、ＮＯｘが発生しやすくなる。
【０００５】
従来技術にかかるバーナにおいては、上述したように、液体燃料としては「灯油」を用いることが好ましいため、当然のことながら、上記バイオマス燃料や廃棄物等から生成される液体燃料に対応することはできない。仮に、従来技術にかかるバーナにて、上記バイオマス燃料や廃棄物等から生成される液体燃料を燃焼させたとしても、多量の煤、ＣＯ、ＮＯｘが発生するという問題が生ずる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２９４２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであって、バイオマス燃料や廃棄物等から生成される液体燃料を用いた場合であっても、適切な燃焼状態（安定した着火性能、燃焼安定性）を維持して、低ＮＯｘ化を図ることが可能な、混焼バーナを提供することを課題とする。また、本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであって、上述したバーナを用いることにより、バイオマス燃料や廃棄物等から生成される液体燃料を用いた場合であっても、適切な燃焼状態（安定した着火性能、燃焼安定性）を維持して、低ＮＯｘ化を図ることが可能な、ボイラを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、複数種類の燃料を燃焼させ得る混焼バーナであって、一次燃焼燃料である気体燃料を燃焼させる気体燃焼部と、二次燃焼燃料である液体燃料を燃焼させる液体燃焼部とを備え、前記気体燃焼部にて生成された燃焼ガスが、前記液体燃焼部近傍に供給されることを特徴としている。
【０００９】
つまり、本発明においては、気体燃焼部で一段目の燃焼が行われ、液体燃焼部で二段目の燃焼が行われる。加えて、本発明においては、気体燃焼部にて生成された燃焼ガスが、液体燃焼部（およびその近傍）に供給されることとなる。このような構成によれば、気体燃焼部にて生成された燃焼ガスの予熱によって、液体燃焼部（液体燃料）における着火性能および燃焼安定性が高まる。したがって、このような構成によれば、広範な液体燃料（例えば、バイオマス燃料や廃棄物等から生成される液体燃料等）に対応可能な、混焼バーナを得ることができる。
また、このような構成によれば、気体燃焼部にて生成された燃焼ガスが液体燃焼部に供給されることにより、排ガス再循環(ＥＧＲ)と略同様の効果が得られ、低ＮＯｘ化を図ることができる。
さらに、このような構成によれば、気体燃焼部および液体燃焼部にて多段燃焼が行われるため、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００１０】
また、本発明にかかる混焼バーナにおいては、前記気体燃焼部は、前記気体燃料と一次燃焼燃料用空気とが混合された予混合燃料を燃焼させるべく構成されており、前記一次燃焼燃料用空気として、理論空気量よりも多くの空気が供給される構成が好ましい。
【００１１】
この好ましい構成によれば、気体燃焼部においては、予混合希薄燃焼が行われるため、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００１２】
さらに、本発明にかかる混焼バーナにおいては、前記気体燃焼部は、前記気体燃料と一次燃焼燃料用空気とが混合された予混合燃料を燃焼させるべく構成されており、前記一次燃焼燃料用空気として、前記気体燃焼部にて生成される燃焼ガスの残存酸素濃度が５％〜１０％となる空気が供給される構成が好ましい。
【００１３】
この好ましい構成によれば、気体燃焼部においては、予混合希薄燃焼が行われるため、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００１４】
また、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、環状に配列された内側水管群と外側水管群とを有する缶体と、前記内側水管群の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラであって、前記バーナが、上述したいずれかの構成にかかる混焼バーナであることを特徴としている。
【００１５】
このような構成にかかるボイラによれば、上述した種々の効果を発揮し得る混焼バーナが搭載されているため、バイオマス燃料や廃棄物等から生成される液体燃料を用いた場合であっても、適切な燃焼状態（安定した着火性能、燃焼安定性）を維持して、低ＮＯｘ化を図ることが可能な、ボイラを得ることができる。
【００１６】
さらに、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、環状に配列された内側水管群と外側水管群とを有する缶体と、前記内側水管群の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラであって、前記内側水管群を成す隣接する内側水管間が、ガス流路を設ける部分を除いて閉塞され、前記ガス流路が、前記内側水管群の一端側に環状に設けられており、前記バーナが、上述したいずれかの構成にかかる混焼バーナであることを特徴としている。
【００１７】
このような構成によれば、上述した種々の効果を発揮し得る混焼バーナが搭載されているため、バイオマス燃料や廃棄物等から生成される液体燃料を用いた場合であっても、適切な燃焼状態（安定した着火性能、燃焼安定性）を維持して、低ＮＯｘ化を図ることが可能な、ボイラを得ることができる。加えて、このような構成によれば、前記内側水管群を成す隣接する内側水管間が、ガス流路を設ける部分を除いて閉塞され、前記ガス流路が前記内側水管群の一端側に環状に設けられているため、前記内側水管群の一端側（上側あるいは下側）に燃焼ガスが均等に流れることとなる。つまり、このような構成によれば、バーナにて生成されたガスが、前記ガス流路に均等に流れるため、前記缶体内における燃焼状態が安定し、より効果的に燃焼性の向上および有害物質の低減を実現可能なボイラを得ることができる。
【００１８】
また、本発明にかかるボイラにおいては、前記ガス流路近傍における前記内側水管群および前記外側水管群の少なくとも一方に、拡大伝熱面が設けられている構成が好ましい。
【００１９】
この好ましい構成によれば、前記ガス流路近傍に拡大伝熱面を設け、早い段階で燃焼ガスから熱回収が行われ、燃焼ガス温度が早期に低下するため、サーマルＮＯｘの発生を低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、バイオマス燃料や廃棄物等から生成される液体燃料を用いた場合であっても、適切な燃焼状態（安定した着火性能、燃焼安定性）を維持して、低ＮＯｘ化を図ることが可能な、混焼バーナを得ることができる。また、本発明によれば、上述した混焼バーナを用いることにより、バイオマス燃料や廃棄物等から生成される液体燃料を用いた場合であっても、適切な燃焼状態（安定した着火性能、燃焼安定性）を維持して、低ＮＯｘ化を図ることが可能な、ボイラ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】
本発明の実施形態を説明する前に、本明細書において使用する用語について説明する。
【００２２】
本明細書において、単に「ガス」と称する場合、ガスとは、燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスの少なくとも一方を含む概念であり、燃焼ガスと称することもできる。つまり、ガスとは、燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスの両方を有する場合、燃焼反応中のガスのみを有する場合、あるいは燃焼反応が完了したガスのみを有する場合の、いずれをも含む概念である。以下、特に説明しない場合は同様の概念である。
【００２３】
また、排ガスとは、燃焼反応が完了または殆ど完了したガスを意味する。さらに、特に説明しない場合は、排ガスとは、ボイラの缶体内を通過して煙突部に達したガス、および缶体内にて循環するガスの両方あるいはいずれかを意味するものとする。
【００２４】
また、ガス温度は、特に説明しない限り、燃焼反応中のガスの温度を意味し、燃焼温度あるいは燃焼火炎温度と同義である。さらに、ガス温度の抑制とは、ガス（燃焼火炎）温度の最高値を低く抑えることを意味する。なお、通常、燃焼反応は、上述した「燃焼反応が完了したガス」中においても極微量であるが継続しているので、「燃焼反応の完了」とは、燃焼反応の１００％完結を意味するものではない。
【００２５】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２６】
まず、本実施形態の第一態様は、複数種類の燃料を燃焼させ得る混焼バーナであって、一次燃焼燃料である気体燃料を燃焼させる気体燃焼部と、二次燃焼燃料である液体燃料を燃焼させる液体燃焼部とを備え、前記気体燃焼部にて生成された燃焼ガスが、前記液体燃焼部近傍に供給されることを特徴としている。
【００２７】
また、本実施形態の第二態様は、第一態様にかかる混焼バーナにおいて、前記気体燃焼部が、前記気体燃料と一次燃焼燃料用空気とが混合された予混合燃料を燃焼させるべく構成されており、前記一次燃焼燃料用空気として、理論空気量よりも多くの空気が供給されるべく構成されている。
【００２８】
さらに、本実施形態の第三態様は、第一態様または第二態様にかかる混焼バーナにおいて、前記気体燃焼部が、前記気体燃料と一次燃焼燃料用空気とが混合された予混合燃料を燃焼させるべく構成されており、前記一次燃焼燃料用空気として、前記気体燃焼部にて生成される燃焼ガスの残存酸素濃度が５％〜１０％となる空気が供給されるべく構成されている。
【００２９】
また、本実施形態の第四態様は、環状に配列された内側水管群と外側水管群とを有する缶体と、前記内側水管群の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラであって、前記バーナが、第一態様から第三態様のいずれかの構成にかかる混焼バーナであることを特徴としている。
【００３０】
さらに、本実施形態の第五態様は、環状に配列された内側水管群と外側水管群とを有する缶体と、前記内側水管群の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラであって、前記内側水管群を成す隣接する内側水管間が、ガス流路を設ける部分を除いて閉塞され、前記ガス流路が、前記内側水管群の一端側に環状に設けられており、前記バーナが、第一態様から第三態様のいずれかの構成にかかる混焼バーナであることを特徴としている。
【００３１】
また、本実施形態の第六態様は、第五態様にかかるボイラにおいて、前記ガス流路近傍における前記内側水管群および前記外側水管群の少なくとも一方に、拡大伝熱面が設けられていることを特徴としている。
【００３２】
＜第一実施例＞
以下、図面に基づき、本発明の第一実施例にかかるボイラについて説明する。
【００３３】
図１は、本発明の第一実施例にかかるボイラの縦断面の説明図を示している。図２は、図１のII−II線に沿う横断面の簡略説明図を示している。図３は、図１のIII−III線に沿う横断面の簡略説明図を示している。図４は、図１のIV−IV線に沿う横断面の簡略説明図を示している。
【００３４】
図１等に示すように、本実施例にかかるボイラ１は、環状に配列された水管群を有する缶体１０と、これらの水管群の中央部に配設されたバーナ１００とを用いて構成されており、バーナ１００上方位置には、燃焼用空気をバーナ１００に供給する、ウインドボックス７０が設けられている。
【００３５】
缶体１０は、上部ヘッダ１１と下部ヘッダ１２との間に複数の水管群（内側水管群２０、外側水管群３０）を立設して構成されている。それぞれの水管群２０，３０は、略同心円上の環状に配列されており、内側水管群２０から所定間隔を隔てて外側水管群３０が設けられており、内側水管群２０と外側水管群３０との間に環状ガス流路８０が形成されている。
【００３６】
本実施例において、内側水管群２０は、複数の内側水管２１および第一縦ヒレ部２４を用いて構成されている。それぞれの内側水管２１は、略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、各内側水管２１間には、隣接する内側水管２１間の隙間をなくすべく連接された第一縦ヒレ部２４が設けられている。つまり、本実施例においては、この第一縦ヒレ部２４を用いて、内側水管群２０は、密接状態で環状に構成されることとなる。
【００３７】
また、各内側水管２１の下端部２１ａは縮径部となっており、本実施例にかかる内側水管群２０においては、この縮径された下端部２１ａ周辺の空間が、環状に形成された内側ガス流路２５（本発明の「ガス流路」に相当）として機能することとなる。すなわち、この内側ガス流路２５は、内側水管群２０内部で生成されたガスを環状ガス流路８０に導くべく機能する。
【００３８】
本実施例において、外側水管群３０は、複数の外側水管３１および第二縦ヒレ部３４を用いて構成されている。それぞれの外側水管３１は、略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、各外側水管３１間には、隣接する外側水管３１間の隙間をなくすべく連接された第二縦ヒレ部３４が設けられている。つまり、本実施例においては、この第二縦ヒレ部３４を用いて、外側水管群３０は、密接状態で環状に構成されることとなる。
【００３９】
また、各外側水管３１間に連接された第二縦ヒレ部３４は、図１に示すように、缶体１０の内壁上方部に設けられた断熱材との間に所定の空間を有するべく設けられており、本実施例にかかる外側水管群３０においては、この第二縦ヒレ部３４の上方に形成された空間（第二縦ヒレ部３４と上部断熱材との間に形成された空間）が、環状に形成された外側ガス流路３５として機能することとなる。この外側ガス流路３５は、環状ガス流路８０内に導入されたガスを排気筒９０側へ導くべく機能する。つまり、内側水管群２０内部で生成されたガスは、内側ガス流路２５、環状ガス流路８０、および外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。
【００４０】
内側水管群２０を構成する各内側水管２１には、下端部２１ａの上方位置に（内側ガス流路２５近傍に）複数の第一スタッドフィン２２（本発明の「拡大伝熱面」に相当）が設けられている。より具体的には、環状ガス流路８０側に面する各内側水管２１の略中央部から下方位置にかけて（下端部２１ａの下流側（ガス流れの下流側）に）、複数の第一スタッドフィン２２が設けられている。第一スタッドフィン２２が設けられた箇所の下流側（ガス流れの下流側）に位置する内側水管２１には、その環状ガス流路８０側に、複数の平板状の第一フィン２３（平板状のフィン）が設けられている。
【００４１】
また、外側水管群３０を構成する各外側水管３１には、内側ガス流路２５の近傍に複数の第二スタッドフィン３２（本発明の「拡大伝熱面」に相当）が設けられている。より具体的には、環状ガス流路８０側に面する各外側水管３１の略中央部から下方位置にかけて、複数の第二スタッドフィン３２が設けられている。第二スタッドフィン３２が設けられた箇所の下流側（ガス流れの下流側）に位置する外側水管３１には、その環状ガス流路８０側に、複数の平板状の第二フィン３３（平板状のフィン）が設けられている。
【００４２】
すなわち、本実施例においては、内側ガス流路２５の近傍における内側水管群２０（を構成する内側水管２１）および外側水管群３０（を構成する外側水管３１）にスタッドフィン（第一スタッドフィン２２，第二スタッドフィン３２）が設けられており、これらのスタッドフィンの下流側（ガス流れにおける下流側）に平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）が設けられている。本実施例においては、第一フィン２３および第二フィン３３は、ガス流れ（垂直方向の流れ）に対して２０°〜８５°程度の傾斜角度（水平に対して５°〜７０°程度の傾斜角度）を有するように設けられている。
【００４３】
図５および図６は、本実施例にかかるボイラに設けられた混焼バーナの概略図を示したものである。ここで、図５は、本実施例にかかる混焼バーナの縦断面の説明図を示し、図６は、図５に示した混焼バーナの下面図を示している。
【００４４】
本実施例にかかるボイラ１を構成する混焼バーナ１００は、この混焼バーナ１００に対して燃焼用空気を供給する空気供給手段たるウインドボックス７０内の隔壁７１に設置されている（図１、図５参照）。具体的には、混焼バーナ１００を構成する載置板１０１を隔壁７１に上方から載置して、ボルト等の締結手段（図示省略）にて載置板１０１を隔壁７１に締結することによって、混焼バーナ１００をウインドボックス７０内の隔壁７１に設置している。なお、本実施例においては、ウインドボックス７０内に空気を供給する送風機の構成は、周知の技術であるため省略している。
【００４５】
本実施例にかかるバーナは、複数種類の燃料を燃焼させ得る混焼バーナ１００であって、一次燃焼燃料である気体燃料を燃焼させる気体燃焼部と、二次燃焼燃料である液体燃料を燃焼させる液体燃焼部とを備え、この気体燃焼部にて生成された燃焼ガスが、液体燃焼部近傍に供給されるべく構成されている。
【００４６】
本実施例にかかる混焼バーナ１００は、外筒部１１１、この外筒部１１１に連接して設けられたメタルニットバーナ部１１２、このメタルニットバーナ部１１２の下方内側に設けられたガイド部１１３、外筒部１１１およびメタルニットバーナ部１１２の内側に設けられた内筒部１２１、この内筒部１２１の内側に設けられたバーナノズル部１２２、このバーナノズル部１２２の先端部近傍に設けられたバッフル板１２３等を用いて構成されている。
【００４７】
本実施例においては、外筒部１１１と内筒部１２１との間に構成される領域が、第一予混合燃料流路１１５として機能し、メタルニットバーナ部１１２と内筒部１２１との間に構成される領域が、第二予混合燃料流路１１７として機能する。また、内筒部１２１とバーナノズル部１２２との間に構成される領域が、空気流路１２７として機能する。
【００４８】
本実施例にかかる混焼バーナ１００を構成する気体燃焼部は、一次燃焼燃料である気体燃料Ｆ０を燃焼させるべく構成されており、具体的には、気体燃料Ｆ０と一次燃焼燃料用空気Ａ０とを混合させた予混合燃料Ｆ１をメタルニットバーナ部１１２から噴出させて、燃焼（予混合希薄燃焼）させるべく構成されている。図５等に示すように、気体燃焼部は、外筒部１１１、この外筒部１１１に連接して設けられたメタルニットバーナ部１１２、このメタルニットバーナ部１１２の下方内側に設けられたガイド部１１３、第一予混合燃料流路１１５、および第二予混合燃料流路１１７等を用いて構成されている。本実施例においては、気体燃料Ｆ０として、例えば、ＬＰＧ、都市ガス等が用いられる。
【００４９】
メタルニットバーナ部１１２は、円筒の全面に多数の細かい噴出孔部が設けられており、その構成は特に限定されない。例えば、複数の金網を積層して円筒形状に巻回して、メタルニットバーナ部１１２を構成してもよい。また、例えば、その表面に凹凸部を有する円板状部材を縦方向に複数積層して、メタルニットバーナ部１１２を構成してもよい。さらに、例えば、金属製の筒の全面に微小の孔部を穿孔することにより、メタルニットバーナ部１１２を構成してもよい。
【００５０】
ガイド部１１３は、第二予混合燃料流路１１７に流入された予混合燃料Ｆ１が、メタルニットバーナ部１１２から均一に噴出されるべく、所定の角度を有するように設けられている。
【００５１】
本実施例にかかる混焼バーナ１００を構成する液体燃焼部は、二次燃焼燃料である液体燃料Ｆ２を燃焼させるべく構成されており、具体的には、バーナノズル部１２２から噴出される液体燃料Ｆ２と二次燃料燃焼用空気Ａ２とを混合させて、バッフル板１２３近傍にて保炎して燃焼させるべく構成されている。図５等に示すように、液体燃焼部は、内筒部１２１、バーナノズル部１２２、バッフル板１２３、および空気流路１２７等を用いて構成されている。本実施例においては、液体燃料Ｆ２として、例えば、エタノール、バイオマス燃料、廃棄物等から生成される液体燃料、廃油等が用いられる。
【００５２】
バッフル板１２３には、その中心部に、バーナノズル部１２２から噴出された液体燃料Ｆ２を通過させるべく、噴出孔部１２３ａが設けられている。また、この噴出孔部１２３ａからは、放射線状に複数（本実施例においては八つ）のスリット部１２３ｂが設けられている。このように構成されたバッフル板１２３は、空気流路１２７を経由して噴出される二次燃焼燃料用空気Ａ２の流れを乱し、二次燃焼燃料用空気Ａ２と液体燃料Ｆ２との効果的な混合状態を生み出し、適切に燃焼ガス（火炎）を保炎すべく機能する。
【００５３】
本実施例にかかるボイラ１は、以上のように構成されており、その構成に基づき、次のように作用する。以下、上述した図１〜図６を用いて、その作用を具体的に説明する。
【００５４】
本実施例にかかる混焼バーナ１００を作動させる場合には、まず、送風機（図示省略）を駆動させ、ウインドボックス７０を介して、一次燃焼燃料用空気Ａ０と二次燃焼燃料用空気Ａ２とが、第一予混合燃料流路１１５、第二予混合燃料流路１１７、および空気流路１２７に供給される。そして、気体燃焼部においては、着火のタイミングに合わせて、一次燃焼燃料である気体燃料Ｆ０が供給され、その結果、第一予混合燃料流路１１５および第二予混合燃料流路１１７には、一次燃焼燃料用空気Ａ０と気体燃料Ｆ０とが混合された予混合燃料Ｆ１が供給されることとなる。すなわち、本実施例においては、予混合燃料Ｆ１（を構成する気体燃料Ｆ０）の供給時期に合わせて、着火器（図示省略）に通電がなされる。
【００５５】
この際、本実施例にかかる気体燃焼部においては、供給される気体燃料Ｆ０に応じて理論空気量よりも多くの空気が供給される。より具体的には、この気体燃焼部を構成する第一予混合燃料流路１１５および第二予混合燃料流路１１７には、気体燃焼部（を構成するメタルニットバーナ部１１２）にて生成される燃焼ガスの残存酸素濃度が５％〜１０％となるように、空気が供給される。つまり、本実施例においては、気体燃焼部を構成するメタルニットバーナ部１１２において、予混合希薄燃焼が行われることとなる。
【００５６】
次いで、本実施例においては、バーナノズル部１２２からホローコーン状に液体燃料Ｆ２が噴霧され、上述した空気流路１２７を経由して供給された二次燃焼燃料用空気Ａ２と液体燃料Ｆ２とのミキシングが行われる。このようにしてミキシングされた液体燃料Ｆ２は、既に着火している気体燃焼部からの燃焼ガスにより予熱されながら着火して、液体燃焼部においては、バッフル板１２３近傍にて火炎（燃焼ガス）が保炎される。
【００５７】
本実施例にかかる混焼バーナ１００においては、気体燃焼部に供給される気体燃料Ｆ０の供給圧力、および液体燃焼部に供給される液体燃料Ｆ２の供給圧力の少なくとも一方を適宜制御することによって、燃焼量の調整を行うことができる。つまり、例えば、混焼バーナ１００を、停止状態、低燃焼状態、および高燃焼状態のいずれかへ切り換えるべく構成することが可能である。
【００５８】
混焼バーナ１００に対する空気の供給量は、一般にウインドボックス７０と送風機との間のダクト内に設けられたダンパ（図示省略）や、送風機の回転数を制御するインバータ等（図示省略）を用いて調整される。そして、この空気は、気体燃料および液体燃料の供給量に対応して供給される。先にも述べた通り、本実施例においては、気体燃焼部に対して、多くの空気が供給されるため、気体燃焼部においては予混合希薄燃焼が行われ、液体燃焼部においては過濃燃焼が行われることとなる。そして、混焼バーナ１００全体としては、必要に応じた適切な空気量にて燃焼状態が維持されることとなる。
【００５９】
さて、以上のように構成され機能する混焼バーナ１００においては、図５等に示したメタルニットバーナ部１１２近傍、およびバッフル板１２３近傍にて、燃焼ガス（火炎）（図示省略）が形成されることとなる。そして、混焼バーナ１００にて生成された燃焼ガスＧ０は、内側水管群２０に沿って下方向に流動する。内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、缶体１０の下面に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ１（図１および図２参照）の流れとなって、内側ガス流路２５を介して環状ガス流路８０内に導入される。
【００６０】
内側ガス流路２５を介して環状ガス流路８０内に導入されたガスＧ２は、次いで、内側水管群２０と外側水管群３０に沿って、上方向に流動する。この際、内側水管群２０と外側水管群３０とに設けられている平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）の傾斜角度に応じて、ガスＧ２は上方向に流動する。そして、上方向に流動したガスＧ２は、缶体１０の上面に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ３（図１および図４参照）の流れとなって、外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。
【００６１】
上記のようなガスの流れにおいて、混焼バーナ１００にて生成された火炎（燃焼ガス）の熱エネルギは、内側水管群２０および外側水管群３０にて回収される。
【００６２】
より具体的には、まず、内側水管群２０の内表面側（混焼バーナ１００が設けられている側（燃焼室側））において、ガスＧ０，Ｇ１と内側水管群２０の内表面とが接触することによって熱回収が行われる。次いで、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過する際には、内側水管群２０（を成す内側水管２１の下端部２１ａ）と、ガスＧ１とが接触することによって熱回収が行われる。
【００６３】
次いで、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過した後には、ガスが外側水管群３０の下端部に衝突し、加えてこの内側ガス流路２５近傍にはスタッドフィン２２，３２が設けられていることから、この内側ガス流路２５近傍においては乱流状態が促進される。したがって、この内側ガス流路２５近傍においては、第一スタッドフィン２２および第二スタッドフィン３２と、ガスとの接触が効果的に行われて、高効率の熱回収が行われることとなる。
【００６４】
次いで、環状ガス流路８０を上方向に流動するガスＧ２は、内側水管群２０、外側水管群３０、およびそれぞれの水管群２０，３０に設けられた平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）と接触し、これらとの接触を行うことによってガスＧ２からの熱回収が行われる。最後に、環状ガス流路８０を上方向に流動したガスＧ３は、外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められるまでの間、外側水管群３０の外側（排気筒９０側）に接触することによって、熱回収が行われる。
【００６５】
本実施例にかかる混焼バーナ１００およびボイラ１は、以上のように構成され機能するため、次のような効果を得ることができる。
【００６６】
本実施例にかかる混焼バーナ１００は、一次燃焼燃料である気体燃料Ｆ０を燃焼させる気体燃焼部と、二次燃焼燃料である液体燃料Ｆ２を燃焼させる液体燃焼部とを備え、気体燃焼部にて生成された燃焼ガスが、液体燃焼部近傍に供給されるべく構成されている。つまり、本実施例においては、気体燃焼部で一段目の燃焼が行われ、液体燃焼部で二段目の燃焼が行われる。加えて、本実施例においては、気体燃焼部にて生成された燃焼ガスが、液体燃焼部（およびその近傍）に供給されることとなる。
【００６７】
このような構成によれば、気体燃焼部にて生成された燃焼ガスの予熱によって、液体燃焼部（液体燃料Ｆ２）における着火性能および燃焼安定性が高まる。したがって、このような構成によれば、広範な液体燃料Ｆ２（例えば、バイオマス燃料や廃棄物等から生成される液体燃料等）に対応可能な、混焼バーナ１００を得ることができる。また、このような構成によれば、気体燃焼部にて生成された燃焼ガスが液体燃焼部に供給されることにより、排ガス再循環(ＥＧＲ)と略同様の効果が得られ、低ＮＯｘ化を図ることができる。さらに、このような構成によれば、気体燃焼部および液体燃焼部にて多段燃焼が行われるため、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００６８】
また、本実施例にかかる混焼バーナ１００においては、気体燃焼部が、気体燃料Ｆ０と一次燃焼燃料用空気Ａ０とが混合された予混合燃料Ｆ１を燃焼させるべく構成されており、一次燃焼燃料用空気Ａ０として、理論空気量よりも多くの空気が供給されるべく構成されている。
【００６９】
このような構成によれば、気体燃焼部においては、予混合希薄燃焼が行われるため、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００７０】
さらに、本実施例にかかる混焼バーナ１００においては、気体燃焼部が、気体燃料Ｆ０と一次燃焼燃料用空気Ａ０とが混合された予混合燃料Ｆ１を燃焼させるべく構成されており、一次燃焼燃料用空気Ａ０として、気体燃焼部にて生成される燃焼ガスの残存酸素濃度が５％〜１０％となる空気が供給されるべく構成されている。
【００７１】
このような構成によれば、気体燃焼部においては、予混合希薄燃焼が行われるため、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００７２】
また、本実施例にかかるボイラ１は、環状に配列された内側水管群２０と外側水管群３０とを有する缶体１０と、内側水管群２０の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラ１であって、このバーナが、上述したいずれかの構成にかかる混焼バーナ１００であることを特徴としている。
【００７３】
このような構成にかかるボイラ１によれば、上述した種々の効果を発揮し得る混焼バーナ１００が搭載されているため、バイオマス燃料や廃棄物等から生成される液体燃料を用いた場合であっても、適切な燃焼状態（安定した着火性能、燃焼安定性）を維持して、低ＮＯｘ化を図ることが可能な、ボイラ１を得ることができる。
【００７４】
さらに、本実施例にかかるボイラ１は、環状に配列された内側水管群２０と外側水管群３０とを有する缶体１０と、内側水管群２０の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラ１であって、内側水管群２０を成す隣接する内側水管間が、内側ガス流路２５（ガス流路）を設ける部分を除いて閉塞され、内側ガス流路２５が、内側水管群２０の下端側に環状に設けられており、このバーナが、上述したいずれかの構成にかかる混焼バーナ１００であることを特徴としている。
【００７５】
このような構成によれば、上述した種々の効果を発揮し得る混焼バーナ１００が搭載されているため、バイオマス燃料や廃棄物等から生成される液体燃料を用いた場合であっても、適切な燃焼状態（安定した着火性能、燃焼安定性）を維持して、低ＮＯｘ化を図ることが可能な、ボイラを得ることができる。加えて、このような構成によれば、内側水管群２０を成す隣接する内側水管間が、内側ガス流路２５を設ける部分を除いて閉塞され、内側ガス流路２５が内側水管群２０の下端側に環状に設けられているため、内側水管群２０の下端側に燃焼ガスが均等に流れることとなる。つまり、このような構成によれば、混焼バーナ１００にて生成されたガスが、内側ガス流路２５に均等に流れるため、缶体１０内における燃焼状態が安定し、より効果的に燃焼性の向上および有害物質の低減を実現可能なボイラを得ることができる。
【００７６】
また、本実施例にかかるボイラ１においては、内側ガス流路２５近傍における内側水管群２０および外側水管群３０に、スタッドフィン２２，３２（拡大伝熱面）が設けられている。つまり、ボイラ１が以上のように構成され、その缶体１０内にて上述したようにガスが流動するため、熱回収を効果的に行うと共に耐久性の高い拡大伝熱面（フィン等）を有する水管群を備えたボイラ１を得ることができる。
【００７７】
具体的には、本実施例にかかるボイラ１によれば、温度差が大きくなる領域である内側ガス流路２５（ガス流路）近傍に、スタッドフィン２２，３２（拡大伝熱面）が設けられているため、効果的に熱回収を行うことができる。また、この内側ガス流路２５近傍に設けられている拡大伝熱面がスタッドフィン２２，３２であるため、仮に過熱状態となったとしても、亀裂や脱落等が発生しにくい。さらに、このような構成によれば、内側ガス流路２５近傍にスタッドフィン２２，３２を設け、早い段階で燃焼ガスから熱回収を行い、燃焼ガス温度が早期に低下するため、サーマルＮＯｘの発生を低減することが可能となる。
【００７８】
さらに、本実施例にかかるボイラ１においては、内側ガス流路２５近傍に設けられたスタッドフィン２２，３２の下流側に、ガスの流れに対して傾斜させた平板状のフィン２３，３３が設けられている。このような構成によれば、スタッドフィン２２，３２によって回収できなかった熱エネルギを無駄にすることなく、より効果的に回収し、高効率で運転可能なボイラ１を構成することが可能となる。
【００７９】
また、本実施例にかかるボイラ１においては、スタッドフィン２２，３２の下流側に設けられた平板状のフィン２３，３３が、ガス流れに対して所定角度傾斜して設けられており、ガスは、環状ガス流路８０内を上昇する。つまり、本実施例によれば、ガス流れに対して直角にフィンを設ける場合と比較して、フィン２３，３３がガス流れを邪魔しないため、低圧損を実現可能なボイラ１とすることができる。
【００８０】
さらに、本実施例にかかるボイラ１によれば、上述したように、効果的に熱回収を実施することが可能となるため、これに起因して、ボイラの小型化を図ることが可能となる。つまり、熱回収率を高めることによって、ボイラの運転効率を高めることが可能となるため、その分、ボイラの小型化を図ることができる。
【００８１】
＜その他の実施例等＞
なお、本発明は、上記実施形態および実施例（以下「上記実施形態等」という。）に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で必要に応じて種々の変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８２】
例えば、本発明にかかるボイラ１は、図１等にて説明した缶体１０の構造に限定されず、必要に応じて、種々の変更が可能である。したがって、例えば、図７に示すような構成としてもよい。ここで、図７は、本発明の他の実施例にかかるボイラの横断面の簡略説明図を示したものである。
【００８３】
この他の実施例にかかるボイラは、基本的な構成は、先に説明した第一実施例と同様である。そこで、以下においては、第一実施例と同様な部分については、第一実施例と同様の符号を付してその詳細な説明を省略し、主に第一実施例と異なる構成について説明を行う。
【００８４】
図７は、本発明の他の実施例にかかるボイラの横断面の簡略説明図を示したものである。より具体的には、先に説明した第一実施例にかかる図２に相当する簡略説明図である。すなわち、この図７は、本実施例にかかるボイラの内側ガス流路２５（本発明の「ガス流路」に相当）近傍における横断面の簡略説明図を示したものである。
【００８５】
先にも説明した通り、本実施例にかかるボイラ１は、基本的には第一実施例と同様の構成を有しており、第一実施例との違いは、内側ガス流路２５近傍に設けられたスタッドフィンの数である。本実施例においては、第一実施例と比較して、外側水管３１の下端部により多くの第二スタッドフィン３２が設けられている。
【００８６】
第一実施例にて説明した通り、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過した後、そのガスは、外側水管群３０の下端部に衝突する。そして、その後、内側ガス流路２５近傍において、ガスは主に外側水管群３０を沿って上方向に流動する。そうとすれば、内側ガス流路２５近傍においては、外側水管群３０により多くのスタッドフィン（第二スタッドフィン３２）を設けることによって、ガスとの接触回数を高めることが可能となる。
【００８７】
本実施例は、このガス流動に着目して構成されたものであり、より高い効率で熱回収を行うことができるボイラ１を提供することを目的としている。
【００８８】
本実施例にかかるボイラは、上述した通り、内側ガス流路２５近傍における内側水管群２０および外側水管群３０に、スタッドフィン２２，３２が設けられており、外側水管群３０に対してより多くのスタッドフィンが設けられている。
【００８９】
本実施例にかかるボイラ１によれば、内側水管群２０の中央部に設けられたバーナ１００にて生成された燃焼ガスが、内側ガス流路２５を介して外側水管群３０に接触した後、水管群間（内側水管群２０と外側水管群３０との間）（環状ガス流路８０）を流通する。この際、ガスは内側水管群２０から外側水管群３０に向かって連続的に流動するため、環状ガス流路８０内においては、どうしてもガスの接触時間は内側水管群２０よりも外側水管群３０の方が長くなる。そして、本実施例によれば、外側水管群３０の方が、内側水管群２０よりも多くのスタッドフィンを設けているため、より効果的に燃焼ガスからの熱回収を行うことができる。
【００９０】
また、この他の実施例にかかるボイラ１によれば、上記作用効果に加えて、第一実施例にて得られる作用効果も当然のごとく得ることができる。
【００９１】
さらに、上記実施形態等においては、内側ガス流路２５（ガス流路）近傍における内側水管群２０および外側水管群３０の両方にスタッドフィン２２，３２を設ける場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。したがって、例えば、内側ガス流路２５近傍における外側水管群３０にのみスタッドフィンを設ける構成としてもよい。上述したように、ガスは内側水管群２０から外側水管群３０に向かって連続的に流動するため、環状ガス流路８０内において、ガスの接触時間は内側水管群２０よりも外側水管群３０の方が長くなる。よって、このように、内側ガス流路２５近傍における外側水管群３０にのみスタッドフィンを設ける構成としても、比較的効果的に燃焼ガスからの熱回収を行うことができる。
【００９２】
また、上記実施形態等においては、略同心円状に二列の水管群を配設した缶体を用いてボイラを構成する場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、必要に応じて、三列以上の水管群を配設して缶体を構成してもよい。仮に、略同心円状に三列の水管群（例えば、内側水管群、中間水管群、外側水管群）を配設して缶体を構成した場合、内側水管群の一端側（例えば、下端側）に内側ガス流路を設けたら、中間水管群の他端側（例えば、上端側）に中間ガス流路を設け、外側水管群の一端側（例えば、下端側）に外側ガス流を設けるべく構成することが好ましい。
【００９３】
さらに、上記実施形態等においては、略同心円状に二列の水管群を配設した缶体、いわゆる「丸型缶体」を用いてボイラを構成する場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、必要に応じて、「角型缶体」を用いてボイラを構成してもよい。すなわち、この「角型缶体」のボイラに対して、上述した混焼バーナ１００を適用してもよい。ここで、「角型缶体」とは、例えば、平行な複数の水管列から成る缶体を角型のハウジングないしケーシング内に収容して構成されたものであり、これに送風機、給水ポンプ、バーナ等の機器を組み付けて、全体が極めて薄型構造にとなるように工夫された缶体である。
【００９４】
また、上記実施形態等においては、円柱形状のスタッドフィン２２，３２を用いる場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、水管に適切に溶接可能な耐久性の高い突起物であれば如何なる形状であってもよい。したがって、例えば、斜円柱形状、楕円柱形状（斜楕円柱形状も含む）、角柱形状（斜角柱形状も含む）、円錐形状（斜円錐形状も含む）、角錐形状（斜角錐形状も含む）等の形状を有するスタッドフィンを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第一実施例にかかるボイラの縦断面の説明図である。
【図２】図１のII−II線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図４】図１のIV−IV線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図５】本発明の第一実施例にかかる混焼バーナの縦断面の説明図を示したものである。
【図６】図５に示した混焼バーナの下面図を示したものである。
【図７】本発明の他の実施例にかかるボイラの横断面の簡略説明図である。
【符号の説明】
【００９６】
１…ボイラ
１０…缶体
１１…上部ヘッダ
１２…下部ヘッダ
１６…燃焼室
２０…内側水管群
２１…内側水管
２１ａ…下端部
２２…第一スタッドフィン
２３…第一フィン（平板状のフィン）
２４…第一縦ヒレ部
２５…内側ガス流路
３０…外側水管群
３１…外側水管
３２…第二スタッドフィン
３３…第二フィン（平板状のフィン）
３４…第二縦ヒレ部
３５…外側ガス流路
７０…ウインドボックス
７１…隔壁
８０…環状ガス流路
９０…排気筒
１００…バーナ
１０１…載置板
１１１…外筒部
１１２…メタルニットバーナ部
１１３…ガイド部
１１５…第一予混合燃料流路
１１７…第二予混合燃料流路
１２１…内筒部
１２２…バーナノズル部
１２３…バッフル板
１２３ａ…噴出孔部
１２３ｂ…スリット部
１２７…空気流路
【図１】
2009109067.tif 000003
【図２】
2009109067.tif 000004
【図３】
2009109067.tif 000005
【図４】
2009109067.tif 000006
【図５】
2009109067.tif 000007
【図６】
2009109067.tif 000008
【図７】
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