CN114450519A - 无机质球状化粒子制造用燃烧器、无机质球状化粒子制造装置及无机质球状化粒子制造方法 - Google Patents

无机质球状化粒子制造用燃烧器、无机质球状化粒子制造装置及无机质球状化粒子制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供无机质球状化粒子制造用燃烧器，即便是具有较大的粒度分布的无机质粉体，也能够高效地熔融该无机质粉体并使之成为球状。本发明提供无机质球状化粒子制造用燃烧器(1)，包括：将无机质粉体作为原料粉体供给的原料粉体供给路；供给第一燃料气体的第一燃料气体供给路(3A)；以及供给第一助燃性气体的第一助燃性气体供给路(4A)，原料粉体供给路具有：在燃烧器(1)的轴向上延伸的第一供给路(2A)；位于第一供给路(2A)的前端的第一碰撞壁(2D)；从第一供给路(2A)的前端分支且从燃烧器(1)的中心向半径方向延伸的多个第二供给路(2B)；位于第二供给路(2B)的前端且具有比第二供给路更宽的空间的一个以上的分散室(2C)；以及与分散室(2C)连通的一个以上的原料粉体喷出孔(2a)。

Description

无机质球状化粒子制造用燃烧器、无机质球状化粒子制造装 置及无机质球状化粒子制造方法
技术领域
本发明涉及无机质球状化粒子制造用燃烧器、无机质球状化粒子制造装置及无机质球状化粒子制造方法。
背景技术
一直以来，已知通过将无机质的粉体原料穿过火焰中来制造无机质球状化粒子(以下，有时简称为“球状化粒子”)的方法(专利文献1～3)。
例如，在专利文献2所公开的无机质球状化粒子制造装置中，如图12所示，原料粉体从原料供给机(进料器)A供给，与从载气供给装置A’供给的载气一起运送到燃烧器B。向该燃烧器B供给来自氧供给设备C的氧和来自LPG供给设备D的燃料气体(液化石油气：LPG)。然后，包括立式炉E内的火焰中球状化的粒子在内的排气通过从路径F导入立式炉E的底部的空气冷却(温度稀释)，由后段的旋风分离器G和袋滤器H捕集球状化粒子。
这里，为了使原料粉体在燃烧器形成的火焰中进行球状化，需要高温的火焰，因此，作为图12中所示的燃烧器B，通常使用采用燃料气体和纯氧的氧燃烧燃烧器(以下，有时简称为“氧燃烧器”)。
作为这样的氧燃烧器，例如，在专利文献1中公开了一种扩散型燃烧器，其为同心圆状的双重管，具有在其内管与外管之间设置有多个小管的结构。
另外，在专利文献2、3中公开了一种具有同心四重管结构的扩散型氧燃烧器。具体而言，专利文献2、3所公开的扩散型燃烧器被形成为如下结构：从包括燃烧器的中心轴的中央部附近向燃烧室将氧气或富氧气体作为载气来供给原料粉体，从该中央部附近的外周供给燃料气体，再从该外周的外周供给一次氧和二次氧，在最外周设置有用于冷却燃烧器的冷却水通道。
这样，在专利文献1～3所公开的氧燃烧器中，由于使燃料气体和助燃性气体(氧气)在燃烧室混合燃烧，因此能够得到高温的氧燃烧火焰。
专利文献1：日本专利公开昭58-145613号公报
专利文献2：日本专利第3331491号公报
专利文件3：日本专利第3312228号公报
但是，在打算将无机质粉体作为原料粉体投入到燃烧器火焰中，高效地得到球状粒子的情况下，有必要通过氧燃烧器形成所投入的无机质粉体的熔点以上的火焰温度，并且对无机质粉体给予充分的加热时间。为此，有必要在燃烧器火焰中适当地分散原料粉体，并且给予原料粉体在燃烧器火焰中足够的滞留时间(加热时间)。
一般而言，作为原料的粉体具有粒度分布。例如，有时平均粒径d50为20μm的粉体包含粒径为亚微米的粒子到粒径为几十μm～几百μm的粒子。
在通过气流来运送具有粒度分布的粉体时，还依赖于粉体的物理性质和比重，但粒径为几μm左右的粒子容易引起静电凝聚。因此，在通过载气来运送包括粒径为几μm左右的粒子的粉体，并且喷出到燃烧器火焰中时，增加载气的喷出速度，并且利用载气的剪切力来在燃烧器火焰中分散粉体。在该情况下，虽然粉体在燃烧器火焰中的滞留时间(加热时间)较短，但能够充分加热熔融粒径小的粒子。
与此相对，粒径为几十μm～几百μm的粒子在气流中容易进行单分散，因此无需增加载气的喷出速度。反而，如果增加载气的喷出速度，则无法充分确保燃烧器火焰中的滞留时间(加热时间)，从而无法给予用于熔融粒径大的粒子的充分的热量。
在上述专利文献1～3所公开的、从燃烧器的中央部附近将原料粉体与载气一起供给到燃烧器火焰的现有的扩散型燃烧器难以将如下的无机质粉体高效地熔融并球状化，该无机质粉体具有包含粒径为几μm左右的粒子(微粒子)到粒径为几十μm～几百μm的粒子(粗大粒子)的较大的粒度分布。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其课题是提供一种即便是具有较大的粒度分布的无机质粉体也能够使之高效地熔融并球状化的无机质球状化粒子制造用燃烧器、无机质球状化粒子制造装置及无机质球状化粒子制造方法。
为了实现上述课题，本发明提供以下燃烧器。
[1]一种无机质球状化粒子制造用燃烧器，使用燃料气体和含有氧的助燃性气体，包括：
将作为原料粉体的无机质粉体与运送气体一起供给的原料粉体供给路；
供给第一燃料气体的第一燃料气体供给路；以及
供给第一助燃性气体的第一助燃性气体供给路，
所述原料粉体供给路具有：
第一供给路，位于所述燃烧器的中央，并且在所述燃烧器的轴向上延伸；
第一碰撞壁，位于所述第一供给路的前端，并且与所述轴向交叉；
多个第二供给路，从所述第一供给路的前端分支，当对所述燃烧器进行剖视观察时，所述第二供给路从所述燃烧器的中心向半径方向延伸；
一个以上的分散室，位于所述第二供给路的前端且与所述第二供给路连通，所述分散室具有在与所述第二供给路所延伸的方向垂直的方向的截面积大于所述第二供给路在该方向的截面积的空间；以及
一个以上的原料粉体喷出孔，与所述分散室连通，并且在所述轴向上延伸。
[2]根据前项[1]所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，包括分散机构，所述分散机构位于所述第一碰撞壁的壁面，并且用于将所述原料粉体的运送矢量的方向从所述燃烧器的轴向朝向半径方向变换一次以上。
[3]根据前项[2]所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，所述分散机构是具有相对于所述壁面突出的一个顶部的凸部。
[4]根据前项[3]所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，所述顶部位于所述燃烧器的中心轴上。
[5]根据前项[1]至[4]中任一项所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，所述分散室具有与所述第二供给路所延伸的方向交叉的第二碰撞壁。
[6]根据前项[5]所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，当俯视所述燃烧器时，所述原料粉体喷出孔位于比所述第二碰撞壁更靠近中心处。
[7]根据前项[1]至[6]中任一项所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，当俯视该燃烧器的前端时，
多个所述原料粉体喷出孔的开口以该燃烧器的中心轴为中心，配置在直径大于所述第一供给路的直径的圆的圆周上。
[8]根据前项[1]至[7]中任一项所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，进一步包括：位于该燃烧器的轴向的前端附近且用于混合所述第一燃料气体和所述第一助燃性气体的多个第一预混合室，
所述第一燃料气体供给路在该燃烧器的轴向的前端附近分支为多个第一燃料供给分支流路，
所述第一助燃性气体供给路在该燃烧器的轴向的前端附近分支为多个第一助燃性气体供给分支流路，
所述第一预混合室与所述第一燃料供给分支流路中的一个以及所述第一助燃性气体供给分支流路中的一个分别连通。
[9]根据前项[8]所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，多个所述第一预混合室在该燃烧器的轴向的前端分别具有开口。
[10]根据前项[8]或[9]所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，所述第一燃料供给分支流路位于所述第一助燃性气体供给分支流路的内侧。
[11]根据前项[10]所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，所述第一燃料供给分支流路的前端位于所述第一助燃性气体供给分支流路的内侧，
从所述第一燃料供给分支流路的前端到所述第一助燃性气体供给分支流路的前端的空间是所述第一预混合室，
所述第一助燃性气体供给分支流路的前端的开口是所述第一预混合室的开口。
[12]根据前项[11]所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，当俯视该燃烧器的前端时，
在被配置为圆环状的所述原料粉体喷出孔的开口的内侧和外侧中的一个或两个上，多个所述第一预混合室的开口被配置为以该燃烧器的中心轴为中心的圆环状。
[13]根据前项[11]所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，进一步包括：
供给第二燃料气体的第二燃料气体供给路；
供给第二助燃性气体的第二助燃性气体供给路；以及
位于该燃烧器的轴向的前端附近且用于混合所述第二燃料气体和所述第二助燃性气体的多个第二预混合室，
所述第二燃料气体供给路在该燃烧器的轴向的前端附近分支为多个第二燃料供给分支流路，
所述第二助燃性气体供给路在该燃烧器的轴向的前端附近分支为多个第二助燃性气体供给分支流路，
所述第二燃料供给分支流路的前端位于所述第二助燃性气体供给分支流路的内侧，从所述第二燃料供给分支流路的前端到所述第二助燃性气体供给分支流路的前端的空间是所述第二预混合室，
所述第二助燃性气体供给分支流路的前端的开口是所述第二预混合室的开口。
[14]根据前项[13]所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，当俯视该燃烧器的前端时，
在被配置为圆环状的所述原料粉体喷出孔的开口的内侧和外侧中的一个上，多个所述第一预混合室的开口被配置为以该燃烧器的中心轴为中心的圆环状，在另一个上，多个所述第二预混合室的开口被配置为以该燃烧器的中心轴为中心的圆环状。
[15]一种无机质球状化粒子制造装置，包括：
前项[1]至[14]中任一项所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器；
立式的球状化炉，所述无机质球状化粒子制造用燃烧器垂直向下连接于所述球状化炉的炉顶部；以及
设置在所述球状化炉的下游的旋风分离器和袋滤器。
[16]一种无机质球状化粒子制造方法，通过由燃料气体和含有氧的助燃性气体的燃烧而形成的燃烧器火焰来熔融作为原料粉体的无机质粉体并使之成为球状，其中，
当与运送气体一起将原料粉体供给到所述燃烧器火焰中时，将所述原料粉体的运送矢量的方向从该燃烧器的轴向朝向半径方向变换一次以上。
[17]根据前项[16]所述的无机质球状化粒子制造方法，其中，向多个预混合室供给所述燃料气体和所述助燃性气体并预先混合后使之燃烧形成火焰，向所述火焰中投入所述原料粉体。
对于本发明的无机质球状化粒子制造用燃烧器而言，即便是具有较大的粒度分布的无机质粉体，也能够高效地熔融该无机质粉体并使之成为球状。
对于本发明的无机质球状化粒子制造装置而言，由于具备上述无机质球状化粒子制造用燃烧器，因此即便是具有较大的粒度分布的无机质粉体，也能够高效地熔融该无机质粉体并使之成为球状。
对于本发明的无机质球状化粒子制造方法而言，即便是具有较大的粒度分布的无机质粉体，也能够高效地熔融该无机质粉体并使之成为球状。
附图说明
图1是表示作为应用本发明的第一实施方式的燃烧器的俯视图。
图2是沿图1中所示的A-A’线的剖视图。
图3是图2所示的燃烧器的放大剖视图。
图4是原料粉体供给管的沿图3中所示的B-B’线的剖视图。
图5是表示作为应用本发明的第二实施方式的燃烧器的俯视图。
图6是沿图5中所示的C-C’线的剖视图。
图7是图6所示的燃烧器的放大剖视图。
图8是表示构成本发明的燃烧器的原料粉体供给路的变形例的剖视图。
图9是表示构成本发明的燃烧器的原料粉体供给路的变形例的剖视图。
图10是表示构成本发明的燃烧器的分散机构的变形例的剖视图。
图11是表示构成本发明的燃烧器的分散机构的变形例的剖视图。
图12是表示现有的无机质球状化粒子制造装置的结构的系统图。
具体实施方式
<第一实施方式>
下面，使用附图对作为应用本发明的第一实施方式的无机质球状化粒子制造用燃烧器和使用它的无机质球状化粒子制造装置及制造方法一起进行详细说明。此外，在以下的说明中使用的附图中，为了便于理解特征，也为了方便，有时会放大表示特征部分，各结构要素的尺寸比率等不一定与实际相同。
(无机质球状化粒子制造用燃烧器)
首先，对第一实施方式的无机质球状化粒子制造用燃烧器的结构进行说明。图1～图4表示作为应用本发明的第一实施方式的无机质球状化粒子制造用燃烧器(以下，有时简称为“燃烧器”)。图1是从燃烧器的前端侧观察燃烧器的俯视图。图2是沿着通过图1中所示的燃烧器的中心轴C的A-A’线切割的剖视图。图3是燃烧器的前端侧的放大剖视图。图4是原料粉体供给管的沿图3中所示的B-B’线的剖视图。
如图1～图3所示，本实施方式的燃烧器1具有从该燃烧器1的中心轴C向圆周方向外侧由原料粉体供给管2、第一燃料供给管3、第一助燃性气体供给管4以及水冷夹套5构成的同心多重管结构。另外，本实施方式的燃烧器1是使用燃料气体和含有氧的助燃性气体的氧燃烧燃烧器。
如图2所示，原料粉体供给管2在燃烧器1的同心多重管结构的最内侧沿着该燃烧器1的轴向延伸。该原料粉体供给管2的内侧空间为原料粉体供给路，可以将作为原料粉体的无机质粉体与载气(运送气体)的混合物供给到燃烧器火焰中。
此外，原料粉体供给管2可以由多个部件的组合被构造为能够分割，也可以由单个部件构造。
如图2～图4所示，原料粉体供给路由第一供给路2A、第二供给路2B、分散室2C、原料粉体喷出孔2a及第一碰撞壁2D构成。
第一供给路2A位于燃烧器1的中央，并且从燃烧器1的基端向前端沿轴向延伸。第一供给路2A的基端与原料粉体供给源(省略图示)及载气供给源(省略图示)连接。第一供给路2A的前端分支为多个第二供给路2B。
第一碰撞壁2D位于第一供给路2A的前端。第一碰撞壁2D具有与燃烧器1的轴向垂直交叉的第一壁面2d。第一壁面2d是平坦面。
在本实施方式的燃烧器1中，由于第一碰撞壁2D位于第一供给路2A的前端，因此通过载气运送的原料气体与第一壁面2d碰撞。由此，包括在原料粉体中的粒径为几μm左右的粒子(微粒子)被分散，粒径为几十μm～几百μm的粒子(粗大粒子)被减速。
在第一碰撞壁2D的第一壁面2d上设置有分散机构2E，该分散机构2E用于将原料粉体的运送矢量的方向从燃烧器1的轴向朝向半径方向变换一次以上。
分散机构2E是具有相对于第一壁面2d突出的一个顶部2e的凸部(凸体)。
如图2及图3所示，分散机构2E以顶部2e位于燃烧器1的中心轴C上的方式配置在第一壁面2d的中央。
分散机构2E的大小不特别限定，优选分散机构2E的基端侧的面积与第一供给路2A的截面积相等或其以下。由此，能够在第一供给路2A的前端，使通过载气运送的原料粉体与分散机构2E及第一壁面2d切实地碰撞。
分散机构2E的形状不特别限定，从将与分散机构2E或第一壁面2d碰撞后的原料粉体与载气的混合物均匀地供给到后述的多个第二供给路2B中的观点来看，优选为具有顶部2e的圆锥体或多边锥体，更优选为圆锥体。
设置于第一壁面2d的分散机构2E的数量只有一个。
分散机构2E可以作为与第一壁面2d为同一个部件来一体形成，也可以是与第一壁面2d独立的部件。
分散机构2E的材质不特别限定，但在与第一壁面2d为独立部件的情况下，分散机构2E的材质可以与第一壁面2d的材质相同，也可以与第一壁面2d的材质不同。
如图2～图4所示，第二供给路2B从第一供给路2A的前端分支。如图4所示，当在与燃烧器1的轴向垂直的方向上剖视观察原料粉体供给管2时，第二供给路2B从燃烧器1的的中心向半径方向延伸。具体而言，在本实施方式的燃烧器1中，以将第一供给路2A的前端在圆周方向上进行八等分的方式，分支为八条第二供给路2B。第二供给路2B的基端与第一供给路2A连通，第二供给路2B的前端与分散室2C连通。
如图2及图3所示，当在与燃烧器1的轴向平行的方向上进行剖视观察时，第一供给路2A所延伸的方向与第二供给路2B所延伸的方向正交。
即，在本实施方式的燃烧器1中，当通过载气运送的原料粉体的运送矢量的方向从第一供给路2A与第一碰撞壁2D碰撞后向第二供给路2B转移时，从燃烧器1的轴向变换为垂直方向。
另外，通过设置于第一碰撞壁2D的分散机构2E，原料粉体的运送矢量的方向从燃烧器1的轴向朝向半径方向变换一次，因此能够将原料粉体与载气的混合物顺畅地运送到第二供给路2B。
如图2～图4所示，分散室2C位于第二供给路2B的前端，并且与第二供给路2B连通。在本实施方式的燃烧器1中，如图4所示，一个分散室2C与一个第二供给路2B连通，在第一供给路2A的外侧具有八个分散室2C。因此，原料粉体与载气的混合物从第二供给路2B分别导入到分散室2C内。
分散室2C具有比第二供给路2B更宽的空间，即具有在与第二供给路2B所延伸的方向垂直的方向的截面积大于第二供给路2B在该方向的截面积的空间。因此，当原料粉体与载气的混合物从第二供给路2B导入到分散室2C内时，运送速度被减速。特别是，包括在原料粉体中的粒径为几十μm～几百μm的粒子(粗大粒子)被大幅减速。
分散室2C具有与第二供给路2B所延伸的方向交叉的第二碰撞壁2F。第二碰撞壁2F具有第二壁面2f，该第二壁面2f面对分散室2C并且与第二供给路2B所延伸的方向垂直交叉。第二壁面2f为碗形曲面。
在本实施方式的燃烧器1中，分散室2C的第二碰撞壁2F位于第二供给路2B所延伸的方向的前方，因此从第二供给路2B向分散室2C导入时被减速的原料粉体进一步与第二壁面2f碰撞。由此，在分散室2C内进一步分散包括在原料粉体中的粒径为几μm左右的粒子(微粒子)，粒径为几十μm～几百μm的粒子(粗大粒子)被进一步减速。即，分散室2C为微粒子的分散部且为粗大粒子的减速部。
如图2及图3所示，原料粉体喷出孔2a在燃烧器1的轴向上延伸。如图2～图4所示，原料粉体喷出孔2a的基端与分散室2C连通。如图1～图3所示，原料粉体喷出孔2a的前端在燃烧器1的前端开口。在本实施方式的燃烧器1中，如图4所示，一个原料粉体喷出孔2a与一个分散室2C连通，在第二碰撞壁2F的内侧具有八个原料粉体喷出孔2a。另外，在本实施方式的燃烧器1中，从原料粉体喷出孔2a喷出的原料粉体的运送矢量的方向从燃烧器1的半径方向朝向轴向变换。
另外，在本实施方式的燃烧器1中，当对该燃烧器1进行剖视观察时，原料粉体喷出孔2a位于比第二碰撞壁2F靠近中心处，因此能够将在分散室2C内处于适当的分散状态而未与第二壁面2f刚碰撞后的原料粉末从原料粉体喷出孔2a以适当的喷出速度供给到燃烧器火焰中。
如图1所示，当俯视燃烧器1的前端时，原料粉体喷出孔2a的开口以该燃烧器1的中心轴C为中心，在直径大于第一供给路2A的直径的圆的圆周上等间隔配置。由此，能够高效地使原料粉体受到在原料粉体喷出孔2a的内侧或外侧形成的火焰所产生的热量。
原料粉体只要是想要得到球状粒子的化合物(无机质粉体)，则不特别限定。作为这种化合物，具体而言，例如可以举出SiO2、Al2O3、MgO或Fe2O3等无机氧化物。
另外，原料粉体的粒子形态并不特别限定，可以是具有棱角的非球形粒子，也可以是不具有棱角的球形粒子。
另外，作为原料粉体的粒径，优选为1～500μm的范围，优选为1～100μm的范围。这里，原料粉体的粒径小于1μm时，粒子彼此会因静电凝集，超过500μm时，在燃烧器火焰中不能充分加热，因此不优选。与此相对，如果在上述范围内，则可在火焰中适当分散，并且充分进行加热并成为球状，因此优选。
在本实施方式的燃烧器1中，原料粉体也可以具有较大的粒度分布。具体而言，原料粉体也可以同时包括粒径为几μm左右的粒子(微粒子)和粒径为几十μm～几百μm的粒子(粗大粒子)。另外，原料粉体可以只包括微粒子，也可以只包括粗大粒子。根据本实施方式的燃烧器1，能够将包括在原料粉体中的粒径小的粒子群设为适当的分散状态，并且使包括在原料粉体中的粒径大的粒子群减速设为适当的喷出速度。
载气(运送气体)只要是可运送原料粉体的气体，则不特别限定。作为载气，具体而言，例如在考虑安全性的情况下，可以使用氮气、氩气等惰性气体。另一方面，在作为载气使用氧或富氧空气等的情况下，可以作为原料粉体的助燃剂来使用。在该情况下，当形成后述的火焰时，能够形成更高温的火焰。
载气的流量不特别限定，可以以从原料粉体喷出孔2a喷出的原料粉体的喷出速度成为适当的范围的方式进行适宜调节。
如图2所示，第一燃料供给管3被设置为覆盖原料粉体供给管2的外侧。第一燃料供给管3的中心轴与原料粉体供给管2的中心轴一致，第一燃料供给管3与原料粉体供给管2同轴设置。
设置在第一燃料供给管3与原料粉体供给管2之间的环状空间是用于供给第一燃料气体的第一燃料气体供给路3A。换言之，第一燃料气体供给路3A被设置为覆盖第一粉体供给路2A的外周。
第一燃料气体供给路3A的基端侧与第一燃料气体的供给源(省略图示)连接。
第一燃料气体不特别限定，可以是含碳源的物质，也可以是不含碳源的物质。
作为含碳源的物质，例如可以举出甲烷(CH4)和丙烷(C3H8)等气体燃料。另外，如果是燃烧器1具有液体雾化机构的情况，则也可以使用煤油、酒精等液体燃料。
作为不含碳源的物质，可以举出氨(NH3)、氢(H2)等。
第一燃料气体也可以根据需要，使用由氮气、氩气等惰性气体稀释后的气体。
第一燃料气体供给路3A的前端的位置在燃烧器1的轴向上比原料粉体供给路2A分支为多个原料粉体供给分支流路2B的位置更靠近基端侧。因此，在第一粉体供给路2A的前端附近的部分的外周未设置第一燃料气体供给路3A。
第一燃料气体供给路3A的前端附近的环状空间与基端部分和中央部分相比外径更大。第一燃料气体供给路3A的前端附近的环状空间的外径的位置优选在原料粉体喷出孔2a的位置的更外侧。由此，如图1所示，当俯视燃烧器1的前端时，能够向比多个原料粉体喷出孔2a更外侧的位置供给用于形成火焰的第一燃料气体。
如图2及图3所示，在从燃烧器1的中心轴C向圆周方向扩径的第一燃料气体供给路3A的前端部分连接有在与燃烧器1的轴向平行的方向上延伸的多个第一燃料气体喷射喷嘴(第一燃料供给分支流路)3a。第一燃料气体供给路3A与多个第一燃料气体喷射喷嘴3a的内侧的空间分别连通。由此，能够从第一燃料气体供给路3A向多个第一燃料气体喷射喷嘴3a分别供给燃料气体。换言之，第一燃料气体供给路3A在燃烧器1的前端附近的部分分支为多个第一燃料气体喷射喷嘴3a。
如图2所示，第一助燃性气体供给管4被设置为覆盖第一燃料供给管3的外侧。第一助燃性气体供给管4的中心轴与第一燃料供给管3的中心轴一致，第一助燃性气体供给管4与第一燃料供给管3以及原料粉体供给管2同轴设置。
设置在第一助燃性气体供给管4与第一燃料供给管3之间的环状空间是用于供给第一助燃性气体的第一助燃性气体供给路4A。换言之，第一助燃性气体供给路4A被设置为覆盖第一燃料气体供给路3A的前端和外周。
第一助燃性气体供给路4A的基端侧与第一助燃性气体的供给源(省略图示)连接。
第一助燃性气体只要是可与第一燃料气体反应形成火焰气氛的气体，则不特别限定。作为第一助燃性气体，可以举出氧、富氧空气等。
第一助燃性气体供给路4A的前端的位置在燃烧器1的轴向上比原料粉体供给路2A分支为多个原料粉体供给分支流路2B的位置更靠近前端侧。因此，第一助燃性气体供给路4A被设置为覆盖第一粉体供给路2A的前端附近的部分的外周。
第一助燃性气体供给路4A的前端附近的环状空间与基端部分和中央部分相比内径更小。第一助燃性气体供给路4A的前端附近的环状空间的内径的位置优选在原料粉体喷出孔2a的位置的更内侧。由此，如图1所示，当俯视燃烧器1的前端时，能够向比多个原料粉体喷出孔2a更内侧的位置供给用于形成火焰的第一助燃性气体。
如图2及图3所示，在从燃烧器1的圆周方向的外侧向中心轴C扩径的第一助燃性气体供给路4A的前端部分连接有在与燃烧器1的轴向平行的方向上延伸的多个第一助燃性气体供给孔(第一助燃性气体供给分支流路)4a。第一助燃性气体供给路4A与多个第一助燃性气体供给孔4a的内侧空间分别连通。由此，能够从第一助燃性气体供给路4A向多个第一助燃性气体供给孔4a分别供给第一助燃性气体。换言之，第一助燃性气体供给路4A在燃烧器1的前端附近的部分分支为多个第一助燃性气体供给孔4a。
如图2所示，水冷夹套5被设置为覆盖第一助燃性气体供给管4的外侧。在水冷夹套5上设有冷却水的导入口5A和导出口5B。由此，从导入口5A向水冷夹套5内的流路供给的冷却水在冷却燃烧器1的特别是前端附近的部分之后，从导出口5B排出。
如图3所示，在本实施方式的燃烧器1中，第一燃料气体喷射喷嘴3a分别位于第一助燃性气体供给孔4a的内侧。另外，第一燃料气体喷射喷嘴3a的前端3b分别位于第一助燃性气体供给孔4a的内侧。即，第一燃料气体喷射喷嘴3a在第一助燃性气体供给孔4a的内侧开口。
这里，当从第一燃料气体喷射喷嘴3a的前端3b向第一助燃性气体供给孔4a的内侧喷射第一燃料气体，从第一助燃性气体供给路4A向第一助燃性气体供给孔4a的内侧供给助燃性气体时，在比第一燃料气体喷射喷嘴3a的前端3b更前方的第一助燃性气体供给孔4a的内侧，第一燃料气体和第一助燃性气体混合。
这样，从第一燃料气体喷射喷嘴3a的前端3b到第一助燃性气体供给孔4a的前端4b的空间成为混合第一燃料气体和第一助燃性气体的第一预混合室6。另外，第一助燃性气体供给孔4a的前端4b的开口成为第一预混合室6的开口6a。
换言之，本实施方式的燃烧器1具备多个第一预混合室6。这些第一预混合室6位于燃烧器1的轴向的前端附近。第一预混合室6与第一燃料气体喷射喷嘴3a中的一个和第一助燃性气体供给孔4a中的一个分别连通。第一预混合室6分别在燃烧器1的轴向前端开口。
第一预混合室6的容积v1只要能够充分混合第一燃料气体和第一助燃性气体，且没有逆火的危险，则不特别限定。
作为这样的容积v1[m3]，例如，在将第一燃料气体和第一助燃性气体的合计流量Q1设为25～50[Nm3/h]的情况下，设为3.0×10-5～1.0×10-3[m3]即可，更优选为1.0×10-4～1.0×10-3[m3]。如果将容积v1设为1.0×10-4～1.0×10-3[m3]的范围，则能够充分混合第一燃料气体和第一助燃性气体。
另外，作为从第一燃料气体喷射喷嘴3a的前端3b到第一助燃性气体供给孔4a的前端4b的偏移距离L1，设为1.0×10-3～1.0×10-1[m]即可，更优选为2.0×10-3～5.0×10-2[m]。
另外，第一预混合室6的数量可根据第一燃料气体和第一助燃性气体的混合气体的供给量、原料粉体喷出孔2a的数量和布局(配置)适当地选择。
在第一预混合室6中，第一燃料气体和第一助燃性气体预先混合，并作为混合气体从开口6a向与燃烧器1的轴向平行的方向喷射。
本实施方式的燃烧器1具备多个小容积的第一预混合室6，在这些第一预混合室6中预先混合第一燃料气体和第一助燃性气体。由此，在使用不含碳源的物质作为第一燃料气体的情况下，也能够充分混合第一燃料气体和第一助燃性气体，提高燃烧效率，没有逆火的危险。
如图1所示，当俯视燃烧器1的前端时，多个第一预混合室6的开口6a分别在以燃烧器1的中心轴C为中心的圆环状配设的原料粉体喷出孔2a的内侧和外侧以成为同心圆的方式等间隔地分别配设。即，由第一预混合室6的开口6a包围原料粉体喷出孔2a的内侧和外侧。
本实施方式的燃烧器1为了在燃烧器1的中心部(中央部)形成由第一燃料气体和第一助燃性气体的混合气体引起的火焰(以下也称为“第一火焰”)，将多个第一预混合室6的开口6a配置为圆环状，并且以包围第一火焰的外周的方式将多个原料粉体喷出孔2a配置为圆环状。进而，为了在多个原料粉体喷出孔2a的外侧以包围这些原料粉体喷出孔2a的外周的方式形成由第一燃料气体和第一助燃性气体的混合气体引起的火焰(以下也称为“第二火焰”)，将多个第一预混合室6的开口6a配置为圆环状。由此，能够对从原料粉体喷出孔2a喷出的原料粉体高效地传递火焰的热量，能够高效地熔融原料粉体。
另外，通过形成第二火焰以包围原料粉体喷出孔2a的外周，从而能够遮断来自燃烧器1的周围的卷入空气或炉内燃烧排气，因此能够提高无机质粉体的熔融及球状化的效率。
(无机质球状化粒子制造装置)
接着，对使用上述燃烧器1的无机质球状化粒子制造装置的结构的一例进行说明。
应用本发明的无机质球状化粒子制造装置10在图12所示的现有的无机质球状化粒子制造装置100的结构之中使用上述燃烧器1来代替燃烧器B。
图12中的附图标记E表示球状化炉。该球状化炉E是圆筒形的立式炉，上述燃烧器1以其前端侧面向炉内的方式垂直向下安装于所述球状化炉E的顶棚部(炉顶部)。
在球状化炉E的底部附近连接有空气导入路径F，从这里可以将冷却用空气导入内部，并降低被排出的燃烧气体的温度。
从球状化炉E的底部附近，通过燃烧气体运送生成的球状化粒子，并且送到旋风分离器G的入口。
另外，在旋风分离器G的出口设置有管道，该管道连接到袋滤器H的入口。
原料粉体从原料供给机(进料器)A供给，并且与从载气供给装置A’供给的载气一起被运送到燃烧器1。来自第一助燃性气体供给设备C的第一助燃性气体和来自第一燃料气体供给设备D的第一燃料气体(不含碳源的物质)被供给到该燃烧器1。而且，包括球状化炉E内的火焰中球状化的粒子在内的排气，通过从空气导入路径F导入球状化炉E的底部的空气冷却(温度稀释)，由后段的旋风分离器G和袋滤器H捕集球状化粒子。
(无机质球状化粒子制造方法)
接着，对使用具有上述燃烧器1的制造装置10的球状化粒子制造方法进行说明。本实施方式的无机质球状化粒子制造方法通过由燃料气体和含有氧的助燃性气体的燃烧而形成的燃烧器火焰来熔融无机质粉体熔融并使之成为球状。
如图1～图4和图12所示，首先，将从原料供给机A供给的原料粉体使用从载气供给装置A’供给的载气送至燃烧器1的原料粉体供给路2A，并且从多个原料粉体喷出孔2a向球状化炉E喷出。
同时，将规定量的第一燃料气体从第一燃料气体供给设备D送入燃烧器1的第一燃料气体供给路3A，将规定量的第一助燃性气体从第一助燃性气体供给设备C送入燃烧器1的第一助燃性气体供给路4A。然后，从燃烧器1的多个第一预混合室6的开口6a向球状化炉E喷出第一燃料气体和第一助燃性气体的混合气体。此时，通过从第一预混合室6的开口6a喷出的混合气体的燃烧形成的第一火焰和第二火焰包围原料粉体。由此，熔融作为原料粉体的无机质粉体并使之成为球状。
球状化的粒子在从燃烧器1生成的燃烧气体和从空气导入路径F导入的空气的气体中飘浮并从球状化炉E的燃烧气体排出口被送至旋风分离器G。通过将空气混合到燃烧气体中，从而旋风分离器G中导入的气体的温度降低，成为适于在旋风分离器G中捕集粒子的温度。
在旋风分离器G中，在气体中飘浮的球状化粒子之中的粗粒的球状化粒子被捕集。从旋风分离器G导出的气体被送至袋滤器H，并且在这里，球状化粒子之中的细粒的球状化粒子被捕集。
但是，在本实施方式的无机质球状化粒子制造方法中，当使用燃烧器1将原料粉体与运送气体一起供给到燃烧器火焰中时，将原料粉体的运送矢量的方向从该燃烧器1的轴向朝向半径方向变换一次以上。根据该燃烧器1，在原料粉体具有较大的粒度分布的情况下，也能够将包括在原料粉体中的粒径小的粒子群设为适当的分散状态，并且使包括在原料粉体中的粒径大的粒子群减速来设为适当的喷出速度，因此能够高效地熔融作为原料粉体的无机质粉体并使之成为球状。
如以上的说明，在本实施方式的燃烧器(无机质球状化粒子制造用燃烧器)中，用于将作为原料粉体的无机质粉体与运送气体一起供给到燃烧器火焰的原料粉体供给路包括：第一供给路2A，位于燃烧器1的中央，并且在燃烧器1的轴向上延伸；第一碰撞壁2D，位于第一供给路2A的前端，并且与燃烧器1的轴向交叉；多个第二供给路2B，从第一供给路2A的前端分支，并且当对燃烧器1进行剖视观察时，从燃烧器1的中心向半径方向延伸；多个分散室2C，位于第二供给路2B的前端，并且与第二供给路2B连通，所述分散室2C具有在与第二供给路2B所延伸的方向垂直的方向的截面积大于第二供给路2B在该方向的截面积的空间；以及多个原料粉体喷出孔2a，与分散室2C连通，并且在燃烧器1的轴向上延伸。
根据该燃烧器1，在位于第一供给路2A的前端的第一碰撞壁2D中分散原料粉体之后，将原料粉体的流路从燃烧器1的轴向变更为沿半径方向延伸的第二供给路2B，并且在分散室2C及第二碰撞壁2F中再次分散原料粉体之后向原料粉体喷出孔2a供给，通过将原料粉体的喷出方向变更为燃烧器1的轴向，从而能够将具有适当的喷出速度和分散性的原料粉体从多个原料粉体喷出孔2a均匀地喷出到燃烧器火焰中。
因此，在原料粉体具有较大的粒度分布的情况下，也能够使包括在原料粉体中的粒径小的粒子群分散来设为适当的分散状态，并且使包括在原料粉体中的粒径大的粒子群减速来设为适当的喷出速度，因此能够使作为原料粉体的无机质粉体在燃烧器火焰中适当分散，使之高效地进行熔融并球状化。
另外，根据本实施方式的无机质球状化粒子制造装置10以及无机质球状化粒子制造方法，由于使用上述燃烧器1，因此能够高效地熔融作为原料粉体的无机质粉体并使之成为球状。
<第二实施方式>
接着，对应用本发明的第二实施方式进行说明。在本实施方式中，用于形成第一火焰和第二火焰的上述燃料气体及助燃性气体的供给路径独立，在这一点上与第一实施方式的燃烧器1不同。因此，使用图4～图6对本实施方式的燃烧器21进行说明。因此，对于本实施方式的燃烧器21，对与第一实施方式相同的结构部分标注相同的附图标记，并且省略说明。
(无机质球状化粒子制造用燃烧器)
图5～图7表示作为应用本发明的第二实施方式的无机质球状化粒子制造用燃烧器(以下，有时简称为“燃烧器”)，图5是从燃烧器的前端侧观察燃烧器的俯视图，图6是沿穿过图5中所示的燃烧器的中心轴C的C-C’线切割的剖视图，图7是燃烧器的前端侧的放大剖视图。
如图5～图7所示，本实施方式的燃烧器21具有同心多重管结构，该同心多重管结构从该燃烧器21的中心轴C向圆周方向外侧由原料粉体供给管2、第一燃料供给管23、第一助燃性气体供给管24、第二燃料供给管7、第二助燃性气体供给管8以及水冷夹套5构造。另外，本实施方式的燃烧器21是使用燃料气体和含有氧的助燃性气体的氧燃烧燃烧器。
如图6所示，第一燃料供给管23被设置为覆盖原料粉体供给管2的外侧。第一燃料供给管23的中心轴与原料粉体供给管2的中心轴一致，第一燃料供给管23与原料粉体供给管2同轴设置。
设置在第一燃料供给管23与原料粉体供给管2之间的环状空间是用于供给第一燃料气体的第一燃料气体供给路23A。换言之，第一燃料气体供给路23A被设置为覆盖第一粉体供给路2A的外周。
第一燃料气体供给路23A的基端侧与第一燃料气体的供给源(省略图示)连接。
与第一实施方式同样，第一燃料气体可以使用含碳源的物质，也可以使用不含碳源的物质。
第一燃料气体也可以根据需要，使用由氮气、氩气等惰性气体稀释后的气体。
第一燃料气体供给路23A的前端的位置在燃烧器21的轴向上比原料粉体供给路2A分支为多个原料粉体供给分支流路2B的位置更靠近基端侧。因此，在第一粉体供给路2A的前端附近的部分的外周未设置第一燃料气体供给路23A。
第一燃料气体供给路23A的前端附近的环状空间与基端部分和中央部分相比外径相同或稍大。第一燃料气体供给路23A的前端附近的环状空间的外径的位置优选在原料粉体喷出孔2a的位置的更内侧。由此，如图5所示，当俯视燃烧器21的前端时，能够将用于形成火焰(第一火焰)的第一燃料气体供给到比多个原料粉体喷出孔2a更内侧。
如图6和图7所示，在第一燃料气体供给路23A的前端部分连接有在与燃烧器21的轴向平行的方向上延伸的多个第一燃料气体喷射喷嘴(第一燃料供给分支流路)3a。第一燃料气体供给路23A与多个第一燃料气体喷射喷嘴3a的内侧的空间分别连通。由此，能够从第一燃料气体供给路23A向多个第一燃料气体喷射喷嘴3a分别供给燃料气体。换言之，第一燃料气体供给路23A在燃烧器21的前端附近的部分分支为多个第一燃料气体喷射喷嘴3a。
如图6所示，第一助燃性气体供给管24被设置为覆盖第一燃料供给管23的外侧。第一助燃性气体供给管24的中心轴与第一燃料供给管23的中心轴一致，第一助燃性气体供给管24与第一燃料供给管23以及原料粉体供给管2同轴设置。
设置在第一助燃性气体供给管24与第一燃料供给管23之间的环状空间是用于供给第一助燃性气体的第一助燃性气体供给路24A。换言之，第一助燃性气体供给路24A被设置为覆盖第一燃料气体供给路23A的前端和外周。
第一助燃性气体供给路24A的基端侧与第一助燃性气体的供给源(省略图示)连接。
与第一实施方式同样，第一助燃性气体只要是可与第一燃料气体反应形成火焰气氛的气体，则不特别限定。作为第一助燃性气体，可以举出氧、富氧空气等。
第一助燃性气体供给路24A的前端的位置在燃烧器21的轴向上比原料粉体供给路2A分支为多个原料粉体供给分支流路2B的位置更靠近前端侧。因此，第一助燃性气体供给路24A被设置为覆盖第一粉体供给路2A的前端附近的部分的外周。
第一助燃性气体供给路24A的前端附近的环状空间与基端部分和中央部分相比内径更小。第一助燃性气体供给路24A的前端附近的环状空间的内径的位置优选在原料粉体喷出孔2a的位置的更内侧。由此，如图5所示，当俯视燃烧器21的前端时，能够将用于形成第一火焰的第一助燃性气体供给到比多个原料粉体喷出孔2a更内侧的位置。
如图6和图7所示，在从燃烧器21的圆周方向朝向中心轴C扩径的第一助燃性气体供给路24A的前端部分连接有在与燃烧器21的轴向平行的方向上延伸的多个第一助燃性气体供给孔(第一助燃性气体供给分支流路)4a。第一助燃性气体供给路24A与多个第一助燃性气体供给孔4a的内侧的空间分别连通。由此，能够从第一助燃性气体供给路24A向多个第一助燃性气体供给孔4a分别供给第一助燃性气体。换言之，第一助燃性气体供给路24A在燃烧器21的前端附近的部分分支为多个第一助燃性气体供给孔4a。
如图6所示，第二燃料供给管7被设置为覆盖第一助燃性气体供给管24的外侧。第一燃料供给管23的中心轴与第一助燃性气体供给管24的中心轴一致，第二燃料供给管7与第一助燃性气体供给管24同轴设置。
设置在第二燃料供给管7与第一助燃性气体供给管24之间的环状空间是用于供给第二燃料气体的第二燃料气体供给路7A。换言之，第二燃料气体供给路7A被设置为覆盖第一助燃性气体供给路24A的外周。
第二燃料气体供给路7A的基端侧与第二燃料气体的供给源(省略图示)连接。
第二燃烧气体可以使用与第一燃料气体同样的气体。第二燃料气体可以使用与第一燃料气体相同的气体，也可以使用不同的气体。
第二燃料气体也可以根据需要，使用由氮气、氩气等惰性气体稀释后的气体。
第二燃料气体供给路7A的前端的位置在燃烧器21的轴向上为与第一燃料气体供给路23A同等程度的位置。因此，在第一粉体供给路2A的前端附近的部分的外周未设置第二燃料气体供给路7A。
第二燃料气体供给路7A的前端附近的环状空间与基端部分和中央部分相比外径相同或稍大。第二燃料气体供给路7A的前端附近的环状空间的外径的位置优选在原料粉体喷出孔2a的位置的更外侧。由此，如图5所示，当俯视燃烧器21的前端时，能够将用于形成火焰(第二火焰)的第二燃料气体供给到比多个原料粉体喷出孔2a更外侧。
如图6及图7所示，在第二燃料气体供给路7A的前端部分连接有在与燃烧器21的轴向平行的方向上延伸的多个第二燃料气体喷射喷嘴(第二燃料供给分支流路)7a。第二燃料气体供给路7A与多个第二燃料气体喷射喷嘴7a的内侧的空间分别连通。由此，能够从第二燃料气体供给路7A向多个第二燃料气体喷射喷嘴7a分别供给第二燃料气体。换言之，第二燃料气体供给路7A在燃烧器21的前端附近的部分分支为多个第二燃料气体喷射喷嘴7a。
如图6所示，第二助燃性气体供给管8被设置为覆盖第二燃料供给管7的外侧。第二助燃性气体供给管8的中心轴与第二燃料供给管7的中心轴一致，第二助燃性气体供给管8与第二燃料供给管7以及原料粉体供给管2同轴设置。
设置在第二助燃性气体供给管8与第二燃料供给管7之间的环状空间是用于供给第二助燃性气体的第二助燃性气体供给路8A。换言之，第二助燃性气体供给路8A被设置为覆盖第二燃料气体供给路7A的前端和外周。
第二助燃性气体供给路8A的基端侧与第二助燃性气体的供给源(省略图示)连接。
与第一助燃性气体同样，第二助燃性气体只要是可与第二燃料气体反应形成火焰气氛的气体，则不特别限定。作为第二助燃性气体，可以举出氧、富氧空气等。作为第二助燃性气体，可以是与第一助燃性气体相同的成分，也可以是不同的成分。
第二助燃性气体供给路8A的前端的位置在燃烧器21的轴向上比原料粉体供给路2A分支为多个原料粉体供给分支流路2B的位置更靠近前端侧。因此，第二助燃性气体供给路8A被设置为覆盖第一助燃性气体供给路24A的前端附近的部分的外周。
第二助燃性气体供给路8A的前端附近的环状空间与基端部分和中央部分相比内径更小。第二助燃性气体供给路8A的前端附近的环状空间的内径的位置优选在原料粉体喷出孔2a的位置的更外侧。由此，如图5所示，当俯视燃烧器21的前端时，能够将用于形成火焰(第二火焰)的第二助燃性气体供给到比多个原料粉体喷出孔2a更外侧的位置。
如图6及图7所示，在从燃烧器21的圆周方向朝向中心轴C扩径的第二助燃性气体供给路8A的前端部分连接有在与燃烧器21的轴向平行的方向上延伸的多个第二助燃性气体供给孔(第二助燃性气体供给分支流路)8a。第二助燃性气体供给路8A与多个第二助燃性气体供给孔8a的内侧的空间分别连通。由此，能够从第二助燃性气体供给路8A向多个第二助燃性气体供给孔8a分别供给第二助燃性气体。换言之，第二助燃性气体供给路8A在燃烧器21的前端附近的部分分支为多个第二助燃性气体供给孔8a。
如图7所示，本实施方式的燃烧器21的第二燃料气体喷射喷嘴7a分别位于第二助燃性气体供给孔8a的内侧。另外，第二燃料气体喷射喷嘴7a的前端7b分别位于第二助燃性气体供给孔8a的内侧。即，第二燃料气体喷射喷嘴7a在第二助燃性气体供给孔8a的内侧开口。
这里，当从第二燃料气体喷射喷嘴7a的前端7b向第二助燃性气体供给孔8a的内侧喷射第二燃料气体时，从第二助燃性气体供给路8A向第二助燃性气体供给孔8a的内侧供给第二助燃性气体。然后，在比第二燃料气体喷射喷嘴7a的前端7b更前方的第二助燃性气体供给孔8a的内侧，第二燃料气体和第二助燃性气体混合。
这样，从第二燃料气体喷射喷嘴7a的前端7b到第二助燃性气体供给孔8a的前端8b的空间成为混合第二燃料气体和第二助燃性气体的第二预混合室9。另外，第二助燃性气体供给孔8a的前端8b的开口成为第二预混合室9的开口9a。
换言之，本实施方式的燃烧器21具备多个第二预混合室9。这些第二预混合室9位于燃烧器21的轴向的前端附近。第二预混合室9与第二燃料气体喷射喷嘴7a中的一个以及第二助燃性气体供给孔8a中的一个分别连接。第二预混合室9在燃烧器21的轴向的前端分别开口。
第二预混合室9的容积v2只要能够充分混合第一燃料气体和第一助燃性气体且没有逆火的危险，则不特别限定。
这样的容积v2[m3]可以与上述第一预混合室6的容积v1同样。即，在将第一燃料气体和第一助燃性气体的合计流量Q1设为25～50[Nm3/h]的情况下，容积v2设为3.0×10-5～1.0×10-3[m3]即可，更优选为1.0×10-4～1.0×10-3[m3]。如果将容积v2设为1.0×10-4～1.0×10-3[m3]的范围，能够在第二预混合室9内充分混合第一燃料气体和第一助燃性气体。
另外，从第二燃料气体喷射喷嘴7a的前端7b到第二助燃性气体供给孔8a的前端8b的偏移距离L2可以与上述偏移距离L1同样，设为1.0×10-3～1.0×10-4[m]，更优选为2.0×10-3～5.0×10-2[m]。
另外，第二预混合室9的数量可以根据第一燃料气体和第一助燃性气体的混合气体的供给量、原料粉体喷出孔2a的数量和布局(配置)适当地选择。
在第二预混合室9中，第二燃料气体和第二助燃性气体预先混合，并作为混合气体从开口9a向与燃烧器21的轴向平行的方向喷射。
本实施方式的燃烧器21具备多个小容积的第一预混合室6和第二预混合室9，在第一预混合室6中预先混合第一燃料气体和第一助燃性气体，在第二预混合室9中预先混合第二燃料气体和第二助燃性气体。由此，在使用不含碳源的物质作为第一及第二燃料气体的情况下，也能够充分混合燃料气体和助燃性气体来提高燃烧效率，也没有逆火的危险。
根据本实施方式的燃烧器21，如图5所示，当俯视燃烧器21的前端时，在以燃烧器21的中心轴C为中心的圆环状配设的原料粉体喷出孔2a的内侧，多个第一预混合室6的开口6a以成为同心圆的方式等间隔地配设，在原料粉体喷出孔2a的外侧，多个第二预混合室9的开口9a以成为同心圆的方式等间隔地配设。即，由第一预混合室6的开口6a包围原料粉体喷出孔2a的内侧，由第二预混合室9的开口9a包围原料粉体喷出孔2a的外侧。
换言之，本实施方式的燃烧器21为了在燃烧器21的中心部(中央部)形成由第一燃料气体和第一助燃性气体的混合气体引起的火焰(以下，也称为“第一火焰”)，将多个第一预混合室6的开口6a配置为圆环状，将多个原料粉体喷出孔2a配置为圆环状以包围第一火焰的外周。进而，为了在多个原料粉体喷出孔2a的外侧以包围这些原料粉体喷出孔2a的外围的方式形成由第二燃料气体和第二助燃性气体的混合气体引起的火焰(以下，也称为“第二火焰”)，将多个第二预混合室9的开口9a配置为圆环状。由此，能够对从原料粉体喷出孔2a喷出的原料粉体高效地传递火焰的热量，能够高效地熔融原料粉体。
另外，通过形成第二火焰以包围原料粉体喷出孔2a的外周，从而能够遮断来自燃烧器21的周围的卷入空气或炉内燃烧排气，因此能够提高无机质粉体的熔融及球状化的效率。
另外，根据本实施方式的燃烧器21，能够分别独立地控制用于形成第一火焰的第一燃料气体的流量和用于形成第二火焰的第二燃料气体的流量，能够分别独立地控制用于形成第一火焰的第一助燃性气体的流量和用于形成第二火焰的第二助燃性气体的流量。由此，能够对从燃烧器21的前端喷射的原料粉体产生适当的燃烧状态。
(无机质球状化粒子制造装置)
应用本发明的无机质球状化粒子制造装置20是在图12所示的现有的无机质球状化粒子制造装置100之中使用上述燃烧器21来代替燃烧器B的装置。
(无机质球状化粒子制造方法)
接着，对使用具备上述燃烧器21的制造装置20的球状化粒子制造方法进行说明。
本实施方式的无机质球状化粒子制造方法通过由燃料气体和含有氧的助燃性气体的燃烧而形成的燃烧器火焰来熔融无机质粉体并使之成为球状。
在本实施方式的无机质球状化粒子制造方法中，与上述第一实施方式同样，在使用燃烧器21将原料粉体与运送气体一起供给到燃烧器火焰中时，将原料粉体的运送矢量的方向从该燃烧器21的轴向朝向半径方向变换一次以上。根据该燃烧器21，在原料粉体具有较大的粒度分布的情况下，也能够将包括在原料粉体中的粒径小的粒子群设为适当的分散状态，并且使包括在原料粉体中的粒径大的粒子群减速设为适当的喷出速度，因此能够高效地熔融作为原料粉体的无机质粉体并使之成为球状。
另外，根据本实施方式的无机质球状化粒子制造方法，燃料气体向燃烧器21的第一燃料气体喷射喷嘴3a的供给和燃料气体向第二燃料气体喷射喷嘴7a的供给分别独立地完成，因此能够分别独立地控制用于形成第一火焰的第一燃料气体及第一助燃性气体的流量和用于形成第二火焰的第二燃料气体及第二助燃性气体的流量。由此，能够对从燃烧器21的前端喷射的原料粉体产生适当的燃烧状态。
另外，根据本实施方式的无机质球状化粒子制造方法，燃料气体及助燃性气体向燃烧器21的第一及第二燃料气体喷射喷嘴的供给分别独立地完成，因此既可以向双方的燃烧喷嘴供给氨(NH3)或氢(H2)等不含碳源的物质作为燃料气体，也可以向其中一个的燃料气体喷射喷嘴供给不含碳源的物质作为燃料，向另一个燃料气体喷射喷嘴供给含碳源的物质作为助燃用燃料。
这里，作为助燃用燃料，例如可以使用甲烷(CH4)或丙烷(C3H8)等气体燃料。另外，如果具有液体雾化机构，则也可以使用煤油、酒精等液体燃料。
特别是，由于氨与现有的含碳源的气体燃料和氢相比燃烧性低，因此当使用氨作为燃料气体时，可通过向第一燃料气体喷射喷嘴3a或第二燃料气体喷射喷嘴7a供给助燃用燃料，来能够在削减燃烧时产生的二氧化碳的同时，较高地维持燃烧器的火焰温度，因此能够高效地熔融原料粉体。另外，还可以仅在点火时使用助燃用燃料，在燃烧器21的燃烧稳定后，停止助燃用燃料的供给。
此外，本发明的技术范围不限于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内可进行各种变更。例如，在上述第一及第二实施方式的燃烧器1、21中，如图4所示，以原料粉体供给路由一条第一供给路2A分支为八条第二供给路2B，并且在一条第二供给路2B的前端各具有一个分散室2C及原料粉体喷出孔2a的方式为一例进行了说明，但不限定于此。
这里，图8及图9是表示原料粉体供给路的变形例的剖视图，是与沿图3中所示的B-B’线的剖视图对应的原料粉体供给路的前端附近的部分的剖视图。
如图8所示的第一变形例那样，本发明的燃烧器也可以是原料粉体供给路具有一条第一供给路2A、四条第二供给路22B、四个分散室22C及四个原料粉体喷出孔2a的结构。
具体而言，当在与燃烧器1的轴向垂直的方向上对原料粉体供给管2进行剖视观察时，第一供给路2A从燃烧器1的中心向半径方向延伸，并且以将第一供给路2A的前端在圆周方向上进行四等分的方式分支为四条第二供给路22B。另外，四条第二供给路22B的基端与第一供给路2A分别连通，四条第二供给路22B的前端与四个分散室22C分别连通。进而，分散室22C分别与一个原料粉体喷出孔2a连通。
即，在本发明的燃烧器1中，原料粉体供给路可以是由第一供给路分支为多个第二供给路的结构，第二供给路的条数(分支数量)不受特别限定。
另外，如图9所示的第二变形例那样，本发明的燃烧器也可以是原料粉体供给路具有一条第一供给路2A、四条第二供给路32B、一个分散室22C及24个原料粉体喷出孔2a的结构。
具体而言，与第一变形例同样，第一供给路2A的一条第一供给路2A分支为四条第二供给路32B。另外，四条第二供给路32B的基端与第一供给路2A分别连通，四条第二供给路32B各自的前端与一个分散室32C连通。
此外，当在与燃烧器1的轴向垂直的方向上进行剖视观察时，分散室32C与第一供给路2A同样呈以燃烧器1的中心轴C为中心的圆环形状，并且位于第一供给路2A的外侧，当在与燃烧器1的轴向垂直的方向上进行剖视观察时，分散室32C具有圆筒状的第二碰撞壁32F。另外，第二碰撞壁32F的内周的壁面为第二壁面32f。
此外，当在与燃烧器1的轴向垂直的方向上进行剖视观察时，一个分散室32C与在以燃烧器1的中心轴C为中心的圆的圆周上均匀地配置的24个原料粉体喷出孔2a分别连通。
即，本发明的燃烧器1也可以是原料粉体供给路具有一个以上分散室的结构，与分散室连通的第二供给路的条数及原料粉体喷出孔2a的个数不受特别限定。
另外，在上述第一及第二实施方式的燃烧器1、21中，如图2及图3所示，以位于第一碰撞壁2D的第一壁面2d上的分散机构2E为圆锥体的方案为一例进行了说明，但不限定于此。
在此，图10及图11是表示分散机构的变形例的剖视图，是与沿图1中所示的A-A’线的剖视图对应的原料粉体供给路的前端附近的部分的剖视图。
如图10所示的第一变形例那样，本发明的燃烧器也可以是分散机构22E为具有相对于第一壁面2d突出的一个顶部22e的凸部(凸体)且从顶部22e到第一壁面2d的侧面弯曲的结构。根据这种结构的分散机构22E，能够将原料粉体的运送矢量的方向从燃烧器1的轴向朝向半径方向连续变换一次以上。
另外，如图11所示的第二变形例那样，本发明的燃烧器也可以是分散机构32E为具有相对于第一壁面2d突出的一个顶部32e的凸部(凸体)且从顶部32e到第一壁面2d的侧面具有倾斜度不同的两个斜面的结构。根据这种结构的分散机构32E，能够将原料粉体的运送矢量的方向从燃烧器1的轴向朝向半径方向变换两次。
另外，在上述第一及第二实施方式的燃烧器1、21中，如图2及图3所示，以第一碰撞壁2D的与燃烧器1的轴向垂直交叉的第一壁面2d为平坦面的方案为一例进行了说明，但不限定于此。第一壁面2d也可以是碗形曲面。
另外，在上述第一及第二实施方式的燃烧器1、21中，如图2及图3所示，以在与燃烧器1的轴向平行的方向上进行剖视观察时，第一供给路2A所延伸的方向与第二供给路2B所延伸的方向正交的方案为一例进行了说明，但不限定于此。如果是当对燃烧器1进行剖视观察时，通过载气运送的原料粉体的运送矢量的方向变换为以燃烧器1的中心轴C为中心的圆的半径方向的方案，则第二供给路2B也可以与第一供给路2A不垂直。
另外，在上述第一及第二实施方式的燃烧器1、21中，如图4所示，以第二壁面2f为碗形曲面的方案为一例进行了说明，但不限定于此。第二壁面2f也可以是平坦面。
另外，在上述第二实施方式的无机质球状化粒子制造方法中，例示了当使用氨作为燃料气体时，在燃烧器21的点火时使用助燃用燃料的情况，但也可以应用到第一实施方式。
用于向第一实施方式的燃烧器1及第二实施方式的燃烧器21供给助燃用燃料的方案不受特别限定。
例如，第一燃料气体供给路3A或第二燃料气体供给路7A与省略图示的助燃用燃料的供给源连接，可向第一燃料气体喷射喷嘴3a或第二燃料气体喷射喷嘴7a供给助燃用燃料即可。
另外，也可以在被供给助燃用燃料的第一预混合室6或第二预混合室9中，从氨和助燃用燃料的混合燃烧切换到100％氨的燃烧。
产业上的可应用性
根据本发明，能够提供一种即便是具有较大的粒度分布的无机质粉体也能够高效地熔融该无机质粉体并使之成为球状的无机质球状化粒子制造用燃烧器、无机质球状化粒子制造装置及无机质球状化粒子制造方法。
附图标记说明
1、21 燃烧器(无机质球状化粒子制造用燃烧器)
2A 第一供给路(原料粉体供给路)
2B、22B、32B 第二供给路(原料粉体供给路)
2C、22C、32C 分散室(原料粉体供给路)
2D 第一碰撞壁
2E、22E，32E 分散机构
2F 第二碰撞壁
2a 原料粉体喷出孔(原料粉体供给路)
2d 第一壁面
2e 顶部
2f 第二壁面
3A、23A 第一燃料气体供给路
3a 第一燃料气体喷射喷嘴(第一燃料供给分支流路)
3b 第一燃料供给分支流路的前端
4A、24A 第一助燃性气体供给路
4a 第一助燃性气体供给孔(第一助燃性气体供给分支流路)
4b 第一助燃性气体供给分支流路的前端
6 第一预混合室
6a 第一预混合室的开口
7 第二燃料气体供给路
7a 第二燃料气体喷射喷嘴(第二燃料供给分支流路)
7b 第二燃料供给分支流路的前端
8 第二助燃性气体供给路
8a 第二助燃性气体供给孔(第二助燃性气体供给分支流路)
8b 第二助燃性气体供给分支流路的前端
9 第二预混合室
9a 第二预混合室的开口
10、20 无机质球状化粒子制造装置
C 燃烧器的中心轴
E 球状化炉
G 旋风分离器
H 袋滤器

Claims (17)

1.一种无机质球状化粒子制造用燃烧器，使用燃料气体和含有氧的助燃性气体，包括：
将作为原料粉体的无机质粉体与运送气体一起供给的原料粉体供给路；
供给第一燃料气体的第一燃料气体供给路；以及
供给第一助燃性气体的第一助燃性气体供给路，
所述原料粉体供给路具有：
第一供给路，位于所述燃烧器的中央，并且在所述燃烧器的轴向上延伸；
第一碰撞壁，位于所述第一供给路的前端，并且与所述轴向交叉；
多个第二供给路，从所述第一供给路的前端分支，当对所述燃烧器进行剖视观察时，所述第二供给路从所述燃烧器的中心向半径方向延伸；
一个以上的分散室，位于所述第二供给路的前端且与所述第二供给路连通，所述分散室具有在与所述第二供给路所延伸的方向垂直的方向的截面积大于所述第二供给路在该方向的截面积的空间；以及
一个以上的原料粉体喷出孔，与所述分散室连通，并且在所述轴向上延伸。
2.根据权利要求1所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，包括分散机构，所述分散机构位于所述第一碰撞壁的壁面，并且用于将所述原料粉体的运送矢量的方向从所述燃烧器的轴向朝向半径方向变换一次以上。
3.根据权利要求2所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，
所述分散机构是具有相对于所述壁面突出的一个顶部的凸部。
4.根据权利要求3所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，
所述顶部位于所述燃烧器的中心轴上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，
所述分散室具有与所述第二供给路所延伸的方向交叉的第二碰撞壁。
6.根据权利要求5所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，
当俯视所述燃烧器时，所述原料粉体喷出孔位于比所述第二碰撞壁更靠近中心处。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，
当俯视该燃烧器的前端时，
多个所述原料粉体喷出孔的开口以该燃烧器的中心轴为中心，配置在直径大于所述第一供给路的直径的圆的圆周上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，进一步包括：位于该燃烧器的轴向的前端附近且用于混合所述第一燃料气体和所述第一助燃性气体的多个第一预混合室，
所述第一燃料气体供给路在该燃烧器的轴向的前端附近分支为多个第一燃料供给分支流路，
所述第一助燃性气体供给路在该燃烧器的轴向的前端附近分支为多个第一助燃性气体供给分支流路，
所述第一预混合室与所述第一燃料供给分支流路中的一个以及所述第一助燃性气体供给分支流路中的一个分别连通。
9.根据权利要求8所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，
多个所述第一预混合室在该燃烧器的轴向的前端分别具有开口。
10.根据权利要求8或9所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，
所述第一燃料供给分支流路位于所述第一助燃性气体供给分支流路的内侧。
11.根据权利要求10所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，
所述第一燃料供给分支流路的前端位于所述第一助燃性气体供给分支流路的内侧，从所述第一燃料供给分支流路的前端到所述第一助燃性气体供给分支流路的前端的空间是所述第一预混合室，
所述第一助燃性气体供给分支流路的前端的开口是所述第一预混合室的开口。
12.根据权利要求11所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，
当俯视该燃烧器的前端时，
在被配置为圆环状的所述原料粉体喷出孔的开口的内侧和外侧中的一个或两个上，多个所述第一预混合室的开口被配置为以该燃烧器的中心轴为中心的圆环状。
13.根据权利要求11所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，进一步包括：
供给第二燃料气体的第二燃料气体供给路；
供给第二助燃性气体的第二助燃性气体供给路；以及
位于该燃烧器的轴向的前端附近且用于混合所述第二燃料气体和所述第二助燃性气体的多个第二预混合室，
所述第二燃料气体供给路在该燃烧器的轴向的前端附近分支为多个第二燃料供给分支流路，
所述第二助燃性气体供给路在该燃烧器的轴向的前端附近分支为多个第二助燃性气体供给分支流路，
所述第二燃料供给分支流路的前端位于所述第二助燃性气体供给分支流路的内侧，从所述第二燃料供给分支流路的前端到所述第二助燃性气体供给分支流路的前端的空间是所述第二预混合室，
所述第二助燃性气体供给分支流路的前端的开口是所述第二预混合室的开口。
14.根据权利要求13所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器，其中，
当俯视该燃烧器的前端时，
在被配置为圆环状的所述原料粉体喷出孔的开口的内侧和外侧中的一个上，多个所述第一预混合室的开口被配置为以该燃烧器的中心轴为中心的圆环状，在另一个上，多个所述第二预混合室的开口被配置为以该燃烧器的中心轴为中心的圆环状。
15.一种无机质球状化粒子制造装置，包括：
权利要求1至14中任一项所述的无机质球状化粒子制造用燃烧器；
立式的球状化炉，所述无机质球状化粒子制造用燃烧器垂直向下连接于所述球状化炉的炉顶部；以及
设置在所述球状化炉的下游的旋风分离器和袋滤器。
16.一种无机质球状化粒子制造方法，通过由燃料气体和含有氧的助燃性气体的燃烧而形成的燃烧器火焰来熔融作为原料粉体的无机质粉体并使之成为球状，其中，
当与运送气体一起将原料粉体供给到所述燃烧器火焰中时，将所述原料粉体的运送矢量的方向从该燃烧器的轴向朝向半径方向变换一次以上。
17.根据权利要求16所述的无机质球状化粒子制造方法，其中，
向多个预混合室供给所述燃料气体和所述助燃性气体并预先混合后使之燃烧形成火焰，向所述火焰中投入所述原料粉体。
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