(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリ燃料を噴霧媒体とともに噴霧燃焼するバーナチップと、そのバーナチップにスラリ燃料及び噴霧媒体を供給するアトマイザと、そのアトマイザを駆動するアクチュエータと、燃焼用１次空気を供給する１次空気スリーブと、１次空気量を調整する１次空気ダンパと、スラリ燃料を点火する点火トーチと、前記バーナチップから噴霧される燃料を安定燃焼させ保炎するインペラを備えたバーナ装置において、
前記インペラを複数の独立した羽根を順次重ねた入傘型とし、かつ羽根と羽根とが可動できるように構成されて、前記各羽根にガイド及びスペーサを１箇所あるいは複数箇所設置することにより、熱膨張・熱収縮時に羽根と羽根とがインペラの径方向に相対的に可動でき、かつスリット間隔を一定に保持したことを特徴とするバーナ装置。
【請求項２】
請求項１記載のバーナ装置において、それぞれ接触する２枚の羽根のうち片側の羽根に前記ガイド及びスペーサが固定され、他方の羽根は前記ガイドとスペーサの間で可動できるようになっていることを特徴とするバーナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は燃焼装置に用いるバーナ装置に係り、特に高水分スラリ燃料を燃焼させるのに好適なバーナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、石油火力新設禁止という背景から燃料の多様化が進み、石炭焚きに比較して搬送，貯蔵が容易で、省スペース化が可能な新種燃料としてＣＷＭ等のスラリ燃料が注目されている。
【０００３】
ＣＷＭ焚きは格別の設備変更を伴うことなく、従来の媒体噴霧式バーナを備えた石油焚燃焼設備をそのまま適用できる上、重油等の液体燃料を使用する必要性がない等の利点がある。
【０００４】
ＣＷＭは微細化した石炭に約３０％の水と少量の界面活性剤を添加したスラリであり、比較的粘性が高く、通常２流体アトマイザにより高流速で噴霧微粒化して燃焼させる。
【０００５】
従って、最も流速の速くなるバーナチップの噴出孔では微分炭粒子が高流速で噴出孔内面に衝突するため、磨耗が厳しく通常噴出孔を形成する部材としてセラミックスが用いられている。しかし、セラミックスに於いても耐久時間は２０００〜３０００時間であり、比較的短時間で部品交換しているのが実状である。
【０００６】
磨耗する過程で噴出孔の孔径が拡大するため、微粒化特性が徐々に悪化し、これに伴い未燃分が上昇するという問題がある。また、孔径変化によってＣＷＭ及び噴霧媒体の流量特性が変化するため、燃焼制御が困難という問題もある。
【０００７】
ＣＷＭは水分を３０％程度含んでいるため、保炎性を強化して、燃焼初期に水分を蒸発させると同時に火炎をできる限りバーナ近傍に近づける必要がある。そのため、保炎器であるインペラを大径化し再循環領域を十分確保することが不可欠である。
【０００８】
図１２ならびに図１３にＣＷＭバーナの従来のインペラ構造の一例を示す。インペラ５１は、複数個の羽根５２と、各羽根５２をインペラ５１の先端部で固定する外周リング５３から構成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところでインペラ５１は大径化すると火炎あるいは火炉からの輻射熱を受けやすく、従来の構造では羽根５２が両端で固定されているために熱変形することがある。熱変形すると、保炎を阻害し燃焼性を悪化させる危険性があると同時に、羽根５２と羽根５２の間の隙間が十分確保できなくなり、冷却空気不足に伴う灰付着がある。
【００１０】
このように従来技術は、高水分スラリを安定に燃焼させることに対する配慮が十分にされておらず、スラリ燃焼の信頼性に問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、高性能かつ信頼性の高いバーナ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、スラリ燃料を噴霧媒体とともに噴霧燃焼するバーナチップと、そのバーナチップにスラリ燃料及び噴霧媒体を供給するアトマイザと、そのアトマイザを駆動するアクチュエータと、燃焼用１次空気を供給する１次空気スリーブと、１次空気量を調整する１次空気ダンパと、スラリ燃料を点火する点火トーチと、前記バーナチップから噴霧される燃料を安定燃焼させ保炎するインペラを備えたバーナ装置において、
前記インペラを複数の独立した羽根を順次重ねた入傘型とし、かつ羽根と羽根とが可動できるように構成されて、前記各羽根にガイド及びスペーサを１箇所あるいは複数箇所設置することにより、熱膨張・熱収縮時に羽根と羽根とがインペラの径方向に相対的に可動でき、かつスリット間隔を一定に保持したことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は上述したように、複数の独立した羽根を順次重ねた入傘型とすることにより、熱変形を防止することが可能となる。また、インペラの各羽根にガイド及びスペーサを設置することにより、熱膨張時も一定のスリット間隔を保持することができ、従って常時安定した保炎性及び冷却性能が確保できる。
【００１４】
さらに噴射孔を形成する部材の表面にダイヤモンド膜を設ければ、その膜の硬度は１０であり、ＣＷＭ粒子に含まれる高硬度物質である石英（モース硬度７）より高硬度である。従って、ＣＷＭ粒子の衝突により磨耗減肉量を長期間ほとんど０に保持可能であり、この間流量特性および燃焼特性は一定に保持できる。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は実施の形態に係るＣＷＭバーナの概略構成図である。
【００１６】
本バーナは、ＣＷＭを噴霧媒体と噴霧燃焼するバーナチップ３と、そのバーナチップ３にＣＷＭ及び噴霧媒体を供給するＣＷＭアトマイザ２と、そのＣＷＭアトマイザ２を駆動するアクチュエータ５と、燃焼用１次空気９を供給する１次空気スリーブ７と、１次空気９の供給量を調整する１次空気ダンパ８と、燃焼用２次空気１０に旋回を与える２次空気レジスタ４と、ＣＷＭ燃料を点火する点火トーチ６と、バーナチップ３から噴霧される燃料を安定燃焼させ保炎するインペラ１を備えている。図中の１１はバーナスロートである。
【００１７】
ＣＷＭ及び噴霧蒸気は、ＣＷＭアトマイザ２から図２ないし図４に示すバーナチップ３に供給される。バーナチップ３は内部混合式になっており、ＣＷＭ１８と噴霧蒸気１９はミキシングスロート１４で混合されて１次微粒化された後、ターゲット１６に衝突しさらに微粒化され、噴出孔１７より５０〜８０ｍ／ｓ程度の高流速で噴霧される。
【００１８】
そのため本実施の形態では図５ならびに図６に示すように、噴出孔１７を形成する部材１７ａをＳｉＣセラミックスで構成し、噴出孔１７の内周面ならびに開口部の周囲にダイヤモンド膜２０を１０μｍ程度コーティングしている。また、噴出孔１７の配置は図３ならびに図４に示すように分割型とし、熱衝撃を受けにくい構造にするとともに、燃焼時に空気の供給が容易かつ低ＮＯX 高効率燃焼に適するように上側４個、下側４個の配置となっている。図３において１２はスプレアヘッド、１３はスプレアプレート、１５はＣＷＭノズルである。
【００１９】
ＣＷＭ１８に対する噴霧蒸気１９の比率（気液比）は、一般に高い程噴霧の微粒化特性は良好となる一方、効率は低下するため、本実施例では、１００％負荷に於ける気液比を１０〜１５％に規制した。
【００２０】
図１に於いて、バーナチップ３より噴霧されたＣＷＭは１次空気スリーブ７より供給される１次空気９及び２次空気レジスタ４より供給される２次空気１０と適切に混合され、点火トーチ６の着火エネルギーにより点火後、インペラ１により保炎し、良好な燃焼を継続する。
【００２１】
ＣＷＭ中の含有水分と噴霧媒体である蒸気の水分を合計すると、燃料に対し４０％以上の水分を含有することになり、燃焼の初期に水分を蒸発させることが不可欠である。本実施の形態では、十分大きな再循環領域を確保し、水分を早期に蒸発させ、かつ火炎をバーナ近傍に近づけるため、インペラ１の径をバーナスロート１１の径に対し約７０％とした大径インペラを採用している。
【００２２】
図７にインペラ１の構造の一部を示し、図８に図７のＡ視図、図９に熱膨張時の羽根の動作を、図１０に収縮時の羽根の動作を示す。
【００２３】
このインペラ１は２０枚の独立した羽根２２を順次重ねた入傘型とし、羽根２２ａと羽根２２ｂとの隙間５ｍｍを保持しかつ、フリー可動とするため、インペラ１の各羽根２２ｂにガイド２４及びスペーサ２３を各羽根２２ｂに２組づつ設置した構造としている。ガイド２４及びスペーサ２３はそれぞれ接触する２枚の羽根２２の内片側の羽根２２のみに溶接で固定しているため、それぞれの羽根２２はインペラ１の径方向に可動可能である。ガイド２４及びスペーサ２３は羽根２２ｂに溶接で固定されているが、羽根２２ａはガイド２４とスペーサ２３間を自由に可動可能である。
【００２４】
従ってインペラ１は図９ならびに図１０に示すように、炉内及び火炎からの輻射熱によって熱膨張あるいは停止時に熱収縮するが、インペラ１はそれぞれの羽根２２ａ、２２ｂが熱膨張・収縮時に拘束されないため、熱変形する心配がない。なお図中の２５は熱膨張時の力の作用方向、２６は熱収縮時の力の作用方向である。
【００２５】
また、インペラ１の各羽根２２ｂにガイド２４及びスペーサ２３を設置しているため、熱膨張・収縮時も一定のスリット間隔を保持できるため、図１１に示すように１次空気９を常時適切に供給可能となる。従って灰付着に伴うダイヤモンドコーティング膜２０の劣化あるいは剥離を防止することができる。
【００２６】
図１に於いて、本実施の形態ではＣＷＭバーナの非燃焼時は、バーナチップ３を含むＣＷＭアトマイザ２をアクチュエータ５により５００ｍｍ程度缶前側に引き抜くと同時に冷却用蒸気をバーナチップ３に供給する構成としている。そのため、非燃焼時においても火炉からの輻射熱によるダイヤモンドコーティング膜２０の劣化あるいは剥離を防止可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は前述のように、インペラを複数の独立した羽根を順次重ねた入傘型とし、かつ羽根と羽根とが可動できるように構成しているため、熱変形を防止することができ、従ってバーナの信頼性及び燃焼性能を大幅に向上でき、保守費用も大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るＣＷＭバーナの構造を示す概略構成図である。
【図２】そのＣＷＭバーナに使用するバーナチップの側面図である。
【図３】そのバーナチップの拡大断面図である。
【図４】そのバーナチップの拡大正面図である。
【図５】そのバーナチップに用いる噴出孔形成部材の拡大断面図である。
【図６】その噴出孔形成部材の拡大側面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るＣＷＭバーナに使用するインペラの一部の構造を示す説明図である。
【図８】図７のＡ視図である。
【図９】そのインペラにおける熱膨張時の羽根の動作を示す説明図である。
【図１０】そのインペラにおける収縮時の羽根の動作を示す説明図である。
【図１１】そのインペラ内の１次空気の流れを示す説明図である。
【図１２】従来のインペラの一部側面図である。
【図１３】そのインペラの一部正面図である。
【符号の説明】
１  インペラ
２  ＣＷＭアトマイザ
３  バーナチップ
４  ２次空気レジスタ
５  アクチュエータ
６  点火トーチ
７  １次空気スリーブ
８  １次空気ダンパ
９  １次空気
１０  ２次空気
１７  噴出孔
１７ａ  噴出孔を形成する部材
１８  ＣＷＭ
１９  噴霧蒸気
２０  ダイヤモンド膜
２２  羽根
２３  スペーサ
２４  ガイド
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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