JP2007333232A - 固体燃料バーナ、固体燃料バーナを備えた燃焼装置、及び固体燃料バーナを備えた燃焼装置の燃料供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、希釈空気と固体燃料との混合を促進して燃料流体に濃度の偏差を少なくして異常燃焼の防止及び窒素酸化物の排出を抑制する固体燃料バーナを提供する。
【解決手段】本発明の固体燃料バーナは、固体燃料とその搬送空気とを混合した燃料流体を噴出する燃料搬送管を有する燃料ノズルと、燃料ノズルの外周側に配置された燃焼用の空気ノズルを備え、燃料ノズルから噴出した燃料流体を空気ノズルから噴出された燃焼用の空気と共に火炉に噴出させて燃焼させる固体燃料バーナにおいて、前記燃料ノズルの内側で燃料搬送管の下流側に希釈空気を供給して燃料搬送管から噴出する燃料流体を希釈させる燃料流体と希釈空気との混合部を該燃料ノズルの内側に複数箇形成させ、これらの混合部で順次希釈された燃料流体を空気ノズルから導かれた燃焼用の空気と共に火炉に噴出して燃焼させるように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体燃料を粉砕して微細化した固体燃料を空気で搬送して浮遊燃焼させる固体燃料バーナ、及び微細化した固体燃料を燃焼させる固体燃料バーナを備えた燃焼装置、並びに固体燃料バーナを備えた燃焼装置の燃料供給方法に関する。

石炭やバイオマス等の固体燃料を燃料として燃焼させる場合には、直径数mm〜数十cmの固体燃料を粒径が約１００μm〜１mm程度となるように微細に粉砕し、この微細化された固体燃料を空気と共に搬送して燃焼装置で浮遊燃焼させると、燃焼の際の熱負荷を高めることが出来るため燃焼装置の炉の小型化に寄与して経済的である。

粉砕器から燃焼装置に微細化した前記固体燃料を搬送空気によって供給するには、粉砕機から燃焼装置に微細化した固体燃料を直接供給する直接供給方式と、供給経路の途中にある貯蔵装置に微細化した固体燃料を一旦、保管し、この貯蔵装置から燃焼装置に微細化した固体燃料を供給する間接供給方式とがある。

間接供給方式は直接供給方式に比べて装置の構成が複雑にはなるが、燃焼装置に搬送する搬送空気中の微細化した固体燃料の濃度である燃料濃度を高めることで、配管径や運転費用を低減できる。また、搬送空気中の微細化した固体燃料の燃料濃度を高めることで、搬送中の固体燃料の発火や爆発のポテンシャルを低減することができる。また、燃焼装置への微細化した固体燃料の安定供給も可能となるため、特に粒径を微細化するための粉砕が難しい木材などのバイオマスやピートなどの低品位炭の燃料供給に適している。

前記間接供給方式の場合では、搬送空気中の微細化した固体燃料の燃料濃度は固体と気体との重量比率（固気比）を約２〜１０にして搬送される。一方、直接供給方式の場合では、固体と気体との重量比率（固気比）が０.２〜１.０程度の燃料濃度にして搬送されている。ところで、固体燃料を固気比約２〜１０と濃度が濃い条件で搬送して燃焼させる場合には、搬送空気のみで固体燃料を燃焼させようとすると極度の空気不足の条件となる。このため、固体燃料の燃焼性が悪くなり、窒素酸化物（以下、ＮＯｘと記す）の排出量も多くなってしまう。

そこで、微細化した固体燃料の燃焼性を改善してＮＯｘの排出量を減らすため、固体燃料バーナの内部にて微細な固体燃料と燃料搬送空気とを適正な濃度比に設定した燃料濃度で噴出させることによって火炉で燃焼させ、火炎の形成を早める燃焼技術が提案されている。

特許文献１には、固体燃料バーナの内部に微細化した固体燃料を搬送している搬送空気に燃焼用空気を混合させる混合部と、微細化した固体燃料の濃度を高める燃料濃縮器とを設けて燃焼させる技術が開示されている。

特開平1０-３８２１７号公報

特許文献１では、燃料濃度（固気比）を約２／３に希釈する場合を例に説明している。しかし、上記間接搬送方式の場合のように、固体と気体との重量比率（固気比）が約２〜１０の条件から固気比０．２〜１．０程度の燃料濃度の条件まで燃料濃度（固気比）を約１／１０まで希釈しようとすると、大量の希釈空気を固体燃料の搬送空気に混合することで微細な固体燃料を含む燃料流体の濃度に偏りが生じ易くなる。

本発明の目的は、空気と固体燃料との混合を促進して、固体燃料を含む燃料流体における濃度の偏差を低減した固体燃料バーナ、固体燃料を燃焼させる固体燃料バーナを備えた燃焼装置、並びに固体燃料バーナを備えた燃焼装置の燃料供給方法を提供することにある。

本発明の固体燃焼バーナは、固体燃料とその搬送空気から構成される燃料流体を搬送する燃料搬送管と、前記燃料搬送管と接続する燃料ノズルと、燃料ノズルの外周側に配置されて燃焼用の空気を噴出する燃焼用の空気ノズルを備え、燃料ノズルから噴出した燃料流体を前記燃焼用の空気ノズルから噴出された燃焼用の空気と共に火炉に噴出させて燃焼させる固体燃料バーナにおいて、前記燃料ノズルに空気を供給し、前記燃料ノズル内を流れる燃料流体と混合させる混合部を該燃料ノズルの内側に複数個形成させたことを特徴とする。

本発明によれば、空気と固体燃料との混合を促進することにより、固体燃料を含む燃料流体における燃料の濃度の偏差を低減した固体燃料バーナ、固体燃料バーナを備えた燃焼装置、並びに固体燃料バーナを備えた燃焼装置の燃料供給方法が実現できる。

次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。

本発明の第１の実施例となる固体燃料バーナを用いた燃焼装置を図１及び図２を用いて説明する。

図１は本発明の第１の実施例である固体燃料バーナを用いた燃焼装置を示す概略図であり、固体燃料を粉砕して微細化した後に貯蔵設備に一旦貯蔵し、この貯蔵設備に貯蔵された微細な固体燃料を搬送空気により搬送して固体燃料バーナにて燃焼させる間接供給方式の燃焼装置を示している。図２は図１に示した本発明の実施例として採用した固体燃料バーナ１００の断面を示す概略図である。

図１及び図２において、貯蔵バンカ４０に集められた粉砕前の直径数mm〜数十cmの大きさの石炭或いはバイオマス等の固体燃料１bは、貯蔵バンカ４０から粉砕機４１に送られ、該粉砕機４１によって約１００μm〜１mm程度の粒径となるように微細に粉砕される。粉砕機４１で微細化された固体燃料１aは、ブロア４２から送給される搬送用の空気（搬送空気）５aによって燃料搬送管４３を通じて固体燃料分離装置４４に供給される。

固体燃料分離装置４４では微細化された固体燃料１aと空気６aとを分離して、分離された空気６aは空気搬送管６１を通じて火炉３０を構成する壁面３１に設置された風箱５６に供給され、該風箱５６からアフタエアとして火炉３０内に流入する。そして、このアフタエアは火炉３０内にて燃焼用の空気として利用される。また、固体燃料分離装置４４で分離された微細化された固体燃料１aは、貯蔵設備４５に供給されて一時的に貯蔵される。

本実施例では、固体燃料分離装置４４で分離された空気６aは空気搬送管６１を通じて風箱５６に供給され、該風箱５６から火炉３０内に流入させているが、分離された空気６aを火炉３０に流入させずに、別途、焼却処理などの無害化処理後、大気中に放出させても良い。

前記した貯蔵バンカ４０、ブロア４２、粉砕機４１、燃料搬送管４３、固体燃料分離装置４４、及び貯蔵設備４５によって、固体燃料を搬送する第１の搬送機器を構成している。

次に、前記貯蔵設備４５に一時的に貯蔵された微細化された固体燃料１aを固体燃料バーナ１００の燃料ノズル２００に搬送して燃焼させるために、貯蔵設備４５に貯蔵された微細な固体燃料１aはブロア４７から送給される搬送用の空気（搬送空気）４aと混合し、燃料流体７１aとして燃料搬送管４８と、燃料搬送管４８に接続する燃料搬送管１０を通じて搬送されて固体燃料バーナ１００の燃料ノズル２００に供給される。

この搬送される固体燃料１aを含んだ燃料流体７１aの燃料濃度は、固体燃料と搬送気体との重量比率（固気比＝固体燃料重量／気体重量）が約２〜１０程度に設定されて搬送される。

前記したブロア４７及び燃料搬送管４８、貯蔵設備４５によって、固体燃料１aを含んだ燃料流体７１aを固体燃料バーナ１００の燃料ノズル２００に搬送する第２の搬送機器を構成している。

尚、火炉３０を構成する火炉壁３１に設置された風箱２３には微細な固体燃料１aを燃焼させる燃焼用の空気を供給するために、別設したブロア５０から燃焼用空気３aが空気ダクト５１を通じて風箱２３に送給されている。

前記固体燃料バーナ１００は、燃料搬送管１０と、燃料搬送管１０と接続する燃料ノズル２００と、この燃料ノズル２００の外周側に設けられて燃焼用の２次空気７２aを火炉３０に噴出する２次空気ノズル１１と、該２次空気ノズル１１の外周側に設けられて燃焼用の３次空気７３aを火炉３０に噴出する３次空気ノズル１２とが備えられている。

図２には図示していないが、２次空気ノズル１１及び３次空気ノズル１２、上流側希釈空気ノズル１６、及び下流側希釈空気ノズル１７には流量調節用のダンパが夫々備えられている。ダンパにより圧力と流量を調整することで、各ノズルを流れる流体を火炉に向けて流す。この際、燃料粒子の逆流や堆積を防止するため、最低流速を約１０ｍ／ｓ以上にすることが望ましい。

燃焼用の１次空気と、２次空気７２aと、３次空気７２aとの流量配分比は、一例として、１〜２：１：３〜７、程度に設定されている。図２に示す固体燃料バーナ１００の実施例では、燃料ノズル２００に２次空気ノズル１１及び３次空気ノズル１２を夫々１個備えた構造としているが、夫々２個以上、或いは各１個と２個との組み合わせからなる空気ノズルを備えた構造としても良い。

前記燃料ノズル２００、２次空気ノズル１１及び３次空気ノズル１２を備えた固体燃料バーナ１００の端部は火炉３０に接続されており、火炉３０を構成する火炉壁３１には伝熱管３２が配設されている。前記３次空気ノズル１２の外周隔壁は火炉壁３１によって構成されている。

図２に示した固体燃料バーナ１００の実施例において、燃料ノズル２００について詳細に説明すると、１次空気となる搬送空気４aと微細化された固体燃料１aとが混合した燃料流体７１aは燃料搬送管１０を通じて導かれ、この燃料搬送管１０の先端から燃料ノズル１００の軸心方向に固気比が約２〜１０の燃料濃度を有する燃料流体７１aが噴出される。

燃料搬送管１０の外周側には該燃料搬送管１０を覆うように希釈空気Ａを風箱２３から分岐流路５５を通じて導いて流下させる円筒状の上流側希釈空気ノズル１６が設置される。混合部２０は、燃料ノズル１００の先端部より上流側の軸心近傍となる上流側希釈空気ノズル１６の内側で、燃料搬送管１０の先端に近い空間部に形成される。

混合部２０にて、燃料流体７１aの燃料濃度を固気比約１〜１．５の燃料濃度に希釈する。燃料濃度（固気比）約１〜１．５と設定することにより、燃料を希釈しながらも、燃焼に適した燃料濃度よりも高く設定し、流路内での異常燃焼の発生を抑制することができる。

上流側希釈空気ノズル１６の外周側には該上流側希釈空気ノズル１６を覆うように希釈空気Ｂを風箱２３から分岐して導いて流下させる該上流側希釈空気ノズル１６と同軸の円筒状の下流側希釈空気ノズル１７が設置される。前記燃料流体７１aと希釈空気Ｂとが混合して希釈される下流側の混合部２１は、燃料ノズル１００の先端部より上流側の軸心近傍となる下流側希釈空気ノズル１７の内側で、燃料搬送管１０の先端から離れた空間部の前記上流側の混合部２０の下流側に形成される。

希釈空気Ａによって希釈された燃料流体７１aは、希釈空気Ｂによって更に３倍に希釈されて固気比が約０．２〜０．７の燃料濃度を有する燃料流体７１aにまで希釈してから燃料ノズル２００の先端から火炉３０内に噴出されて燃焼する。

更に好適には固気比が約０．４〜０．６（良好な燃焼条件）の燃料濃度を有する燃料流体７１aにまで希釈してから燃料ノズル２００の先端から火炉３０内に噴出されて燃焼することが望ましい。

希釈空気Ａと希釈空気Ｂにより段階的に希釈することにより、希釈時の燃料濃度の偏りを抑制することができる。このため、燃料濃度の偏りにより生じる流路内や火炉内での異常燃焼の発生を防止することができる。

図２に示す本実施例では、上流側希釈空気ノズル１６の流路１６bに設けられた旋回流発生器１８によって上流側希釈空気ノズル１６から噴出する希釈空気Ａに旋回力を与えて前記燃料搬送管１０から噴出する燃料流体７１aに対して噴出させ、両者を上流側の混合部２０にて混合させる。

また、前記前記希釈空気Ｂは、下流側希釈空気ノズル１７の流路１７bを通じて直線状に噴出するようになっている。さらに、前記下流側希釈空気ノズル１７の流路１７bには流路断面積を途中で狭める縮流部１９を設けるようにしても良い。

旋回流を用いることにより、希釈空気Ａによって約３倍の燃料濃度（固気比）１〜１．５（異常燃焼防止下限値）に希釈しながら、該燃料流体７１aに含まれた微細な固体燃料１aの粒子を旋回流による遠心力の作用で流路１６bの外周側に移動させる働きを行う。

また、希釈空気Ａにより希釈された燃料流体７１aの燃料濃度を更に希釈空気Ｂにより希釈する最下流側に位置する混合部２１においては、固体燃料１aの流れと平行に希釈空気Ｂを供給するようにしている。

即ち、固体燃料１aの燃料粒子に旋回流速を与えたままで固体燃料バーナを構成する燃料ノズル１００から燃料流体７１aを火炉に噴出させると、燃料粒子は旋回流速による遠心力によって外周に飛散するので、燃料ノズル１００に設けられた空気ノズル１１及び１２から噴出する燃焼用の２次空気７２a及び３次空気７３aと混合しやすくなる。

このとき、高い酸素濃度下で燃焼するためにＮＯｘ排出量が高くなる。そこで、最下流側の混合部２１に供給する希釈空気Ｂを直進流として供給することで、上流側の混合部２０に供給される希釈空気Ａに与えた旋回流速を低減し、よって燃料粒子の外周側への飛散を抑えることができる。

尚、本実施例では希釈空気Ｂの供給方向を直進流としたが、この他、旋回流発生器１８によって付与された上流側の希釈空気Ａの旋回流速とは逆方向となる旋回流速を、図示していない旋回流発生器を設けることによって希釈空気Ｂに逆方向の旋回流速を与えることにより、希釈空気Ａの旋回流速を低減することも可能である。

本実施例のように、希釈空気に旋回流を発生させる旋回流発生器を希釈空気の流路側に設けることで、微細化された固体燃料１aの燃料粒子による固体燃料バーナ１００の構成機器（特に旋回流発生器１８）の磨耗や堆積による障害を抑制しながら、燃料粒子を分散、濃縮することが可能となる。

また、流路断面積を途中で狭める縮流部１９を設けることにより、流速を一時的に早め、燃料粒子の逆流を防ぐことができる。本実施例ではノズルを流れる流速を約１０ｍ／ｓ以上にすることが望ましいが、縮流部を設けることで、一時的に流速を高める手法でも良い。

ただし、粒子が混合後は粒子の堆積を防止するため、流路内を流速１０ｍ／ｓ以上に維持することが望ましい。また、本実施例では縮流部１９を下流側希釈空気ノズル１７の流路１７bに設けているが、上流側希釈空気ノズル１６の流路１６bに設けても、その効果は同様である。

２次空気ノズル１１の流路に設けた障害物２２の下流側は周囲を流れる燃料搬送空気や２次空気７２aの流れとは反対方向に流れる循環流が形成される。この循環流には高温気体が滞留するので、燃料ノズル２００から噴出する微細化された固体燃料１aの燃料粒子への着火を促進する。

さらに、図２に示す本実施例では、燃料流体７１aを希釈空気Ａで希釈する１回目の希釈の際にこの希釈空気Ａに旋回流を与えているので、燃料流体７１aに含まれる微細な固体燃料１aの燃料粒子は希釈空気Ａの旋回流による遠心力の作用によって外周側に移動させて固体燃料バーナ１００から火炉３０内に噴出される。

このため、燃料ノズル２００の２次空気ノズル１１の流路に設けられた障害物２２近傍の下流側には微細化された固体燃料１aの燃料粒子が集まりやすくなる。この結果、固体燃料バーナ１００から火炉３０内に噴出される燃料流体７１aが燃焼する際に形成される火炎が安定化して火炎内に空気不足の還元領域を形成しやすくなるため、ＮＯｘを還元してＮＯｘ排出量を低減できることになる。

本実施例の固体燃料バーナ１００では、微細な固体燃料１aを含む燃料流体７１aと混合希釈空気Ａ及び希釈空気Ｂを夫々混合させて燃料流体７１aの燃料濃度を順次希釈する上流側の混合部２０及び下流側の混合部２１を燃料ノズル２００の軸心に沿って複数個所に分けて形成する。

微細な固体燃料１aと搬送空気とが混合した燃料流体７１aが、燃料搬送管１０から燃料ノズル２００内部に噴出する固気比が約２〜１０の燃料濃度の燃料流体７１aである場合に、下流側の混合部２１で固気比を好適な濃度範囲である固気比が約０．４〜０．６の燃料濃度にまで希釈する場合でも、上流側の混合部２０及び下流側の混合部２１における希釈空気Ａ及び希釈空気Ｂによる夫々の希釈１回当りの燃料濃度の希釈の程度を約２〜３倍程度に低く調節できることになる。このため、微細な固体燃料１aを含む燃料流体と希釈空気との重量比率も約２〜３にできる。

このため、希釈空気による一度の希釈だけで燃焼に最適な燃料濃度まで燃料流体７１aを一挙に希釈する場合に比べて複数回に分けて燃料流体７１aを希釈するので、希釈空気による希釈時に生じ易い燃料流体７１aの燃料濃度の偏差を少なく抑制することが出来る。

また、燃料流体７１aは複数回に分けて希釈されるので、上流側の混合部２０における１回目の希釈による燃料流体７１aの燃料濃度は、燃焼し易い低い燃料濃度よりも燃焼しにくい高い燃料濃度に設定出来るため、異常燃焼を起こさずに安定した燃料流体７１aの搬送が可能となる。また、燃料流体７１aの２回目の希釈ではさらに重量で２倍の希釈空気で希釈する。

この場合、燃料流体７１aの燃料濃度は固気比で約０．２〜０．７、好適には０．４〜０．６に調節されており燃焼反応し易いために、最下流の混合部２１から火炉３０までの距離を短くし、この混合部２１で希釈された燃料流体７１aが燃料ノズル２００の先端から噴射されるに至る燃料流体７１aの滞留時間を１秒以内にする必要がある。

このように、２段階で希釈することにより、燃料流体７１aと希釈空気との重量比率を２〜３倍程度に抑えることで、燃料流体７１aの燃料濃度の偏差を抑えることが出来る。

さらに、最下流の混合部２１から流下するまで異常燃焼が生じないように燃料流体７１aの燃料濃度を燃焼しない高い濃度に設定することが可能である。このことから、混合部の必要長さを短くできる。

本実施例では図２に示すように固体燃料バーナ１００の燃料ノズル２００の希釈空気として燃焼用空気を２次空気や３次空気と同じ風箱２３を介して供給する例を示したが、燃料流体７１aを希釈する１回目の希釈空気を別の供給流路から導いた低温の空気や低酸素気体を用いて行っても良い。

本発明の本実施例によれば、希釈空気と微細な固体燃料との混合を促進して供給する固体燃料の濃度の偏差を少なくして異常燃焼の防止及び窒素酸化物の排出量の抑制を可能にした固体燃料バーナ及びこの固体燃料バーナを備えた燃焼装置が実現できるという本発明と同様の効果を奏する。

次に、本発明の他の実施例である第２の実施例の固体燃料バーナを用いた燃焼装置について図３を用いて説明する。図３において、本実施例では、図１及び図２に示した第１の実施例と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。

図３において、本実施例の固体燃料バーナ１００に設けられた燃料ノズル２００は、燃料ノズル２００の内部に形成された上流側の混合部２０に供給される燃料流体７１aの燃料濃度を希釈する希釈空気Ａの供給ルートと希釈空気そのものが相違している。

即ち、本実施例では、燃焼用空気とは別個に低温の空気や低酸素濃度の気体を用いる場合を示している。固体燃料バーナ１００の燃料ノズル２００を流下する燃料流体７１aを希釈する１回目の希釈空気は風箱２３とは連通していない別の空気ダクトとなる上流側希釈空気ノズル１６の流路１６bに連通した流路８６を介して供給される。

この場合、図１のブロア５０から燃焼用空気３aを風箱２３に導く空気ダクト５１の途中に図示していない冷却装置を設けて、この冷却装置で冷却した空気を図２の流路８６を通じて固体燃料バーナ１００の燃料ノズル２００で使用される低温の希釈空気Ａ'として供給し、上流側の混合部２０にて燃料流体７１aと混合する約３０〜５０℃程度の低温の希釈空気Ａ'として利用されている。

希釈空気Ａ'として約３０〜５０℃程度の低温の空気や低酸素濃度の気体を用いることで、燃料ノズル２００内で燃料流体７１aと希釈空気Ａ'等とを混合する時に希釈された燃料流体７１aの温度が低下することから、該燃料流体７１aが搬送中に異常燃焼が発生する可能性は更に低くなる。

本実施例によっても、希釈空気と微細な固体燃料との混合を促進して供給する固体燃料の濃度の偏差を少なくして異常燃焼の防止及び窒素酸化物の排出量の抑制を可能にした固体燃料バーナ及びこの固体燃料バーナを備えた燃焼装置が実現できるという効果を奏する。

次に、本発明の他の実施例である第３の実施例の固体燃料バーナを用いた燃焼装置について図４を用いて説明する。図４において、本実施例では、図１及び図２に示した実施例１と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。

図４において、本実施例の固体燃料バーナ１００に設けられた燃焼用の空気を供給する燃焼用の空気ノズルの個数が、燃焼用の２次空気７２aを供給する空気ノズル１１の１個だけ設けられており、燃焼用の３次空気を供給する空気ノズルを備えていない構造であるところが相違している。

即ち、図４に示す本実施例の固体燃料バーナ１００では、図２の第１の実施例で示した固体燃料バーナ１００に燃焼用の空気ノズルを２個備えた構造ではなく、1個の燃焼用の空気ノズル１１を備えた固体燃料バーナの構造である。

本実施例によっても、前述した本発明と同様の効果を奏することができる。

次に、本発明の他の実施例である第４の実施例の固体燃料バーナを用いた燃焼装置について図５を用いて説明する。図５において、本実施例では図１に示した第１の実施例と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略して相違する部分についてのみ説明する。また、固体燃料バーナの構造は図２に示した第１の実施例と同一構成なので説明を省略する。

図５において、前記貯蔵設備４５に一時的に貯蔵された微細化された固体燃料１aを固体燃料バーナ１００の燃料ノズル２００に搬送して燃焼させるために、貯蔵設備４５に貯蔵された微細な固体燃料１aはブロア４７から送給される燃料の搬送空気４aによって燃料流体７１aとして燃料搬送管４８を通じて搬送されて固体燃料バーナ１００の燃料ノズル２００に供給されている。

前記燃料搬送管４８の途中には該燃料搬送管４８を流下する燃料流体７１aと別設されたブロア５２から希釈空気搬送管５３を通じて供給される希釈空気２aとを混合させる混合部５４が設置されている。そして、この混合部５４によって希釈空気２aと混合して希釈された燃料流体７１aは固体燃料バーナ１００の燃料ノズル２００に供給されている。

本実施例では、燃料流体７１aを希釈する１回目の希釈はブロア５２と希釈空気搬送管５３で供給された希釈空気２aによって行われる。また、燃料流体７１aを希釈する２回目の希釈は、図２に示した固体燃料バーナ１００の燃料ノズル２００の内部に形成した上流側の混合部２０にて燃焼用空気を風箱２３から分岐した希釈空気Ａの供給により行われる。

更に、燃料流体７１aを希釈する３回目の希釈は、図２に示した固体燃料バーナ１００の燃料ノズル２００の内部に形成した下流側の混合部２１にて燃焼用空気を風箱２３から分岐した希釈空気Ｂの供給により行われる。

燃料流体７１aを希釈する１回目の希釈空気は固体燃料バーナ１００から離れた混合部５４で混合している。燃料流体７１aの燃料濃度を段階的に希釈するので、１回目の希釈では異常燃焼の可能性のある燃料濃度の範囲にならない。

さらに、図５のように固体燃料バーナ１００から離れた混合部５４の位置で１回目の希釈を行うことで、混合時間を十分に確保し、均一な混合状態を形成できる利点がある。一方、２回目以降の燃料流体７１aの希釈は出来るだけ火炉３０に近い固体燃料バーナ１００に内包した燃料ノズル２００で行うのが望ましい。

このように、２段階以上で燃料流体７１aを希釈することにより、各希釈時の燃料流体７１aと希釈空気との重量比率を約２〜３倍程度に抑えることができ、希釈された燃料流体７１aの燃料濃度の偏差を抑えることが出来る。

更に、送給される燃料流体７１aは最終の希釈部に至るまで異常燃焼が生じないように燃料濃度を高く設定して供給することが可能である。このため、１回の希釈によって最終の燃料濃度まで希釈する場合に比べ、希釈空気との混合部の必要長さを短くでき、固体燃料バーナ１００自体の構造も小さくできる。

また、図５に示した本実施例では、固体燃料バーナ１００の上流側の燃料搬送管４８に１回目の希釈空気との混合部５４を設けているので、固体燃料バーナ１００に備えられた燃料ノズル２００内部に形成される希釈空気との混合部２０或いは混合部２１は、どちらか一方を省略しても良い。

本実施例によっても、前述した本発明と同様の効果を奏することができる。

次に、本発明の他の実施例である第５の実施例を示す固体燃料バーナを用いた燃焼装置について図６を用いて説明する。図６において、本実施例では図５に示した第４の実施例と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略して相違する部分についてのみ説明する。また、固体燃料バーナの構造は図２に示した第１の実施例と同一構成なので説明を省略する。

図６の本実施例では、図５に示す第４の実施例に対してブロア５２を設置することなく、第一の搬送設備における搬送気体の一部を利用して第二の搬送設備の燃料搬送管４８に設けた混合部５４で燃料流体７１aと混合する希釈空気として用いている。

即ち、ブロア４２から送給される搬送空気５aの一部を粉砕機４１の上流側で分岐して空気搬送管５８を通じて燃料搬送管４８の経路途中に設けた１回目の希釈を行う混合部５４に希釈空気として供給し、搬送される固気比が約２〜１０程度の燃料流体７１aの燃料濃度を前記混合部５４における空気の希釈によって固気比が約１〜１．５程度の燃料流体７１aにまで燃料濃度を下げて固体燃料バーナ１００に供給するようになっている。

本実施例によっても、前述した本発明と同様の効果を奏することができる。

次に、本発明の他の実施例である第６の実施例を示す固体燃料バーナを備えた燃焼装置について図７を用いて説明する。図７において、本実施例では図５に示した第４の実施例と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略して相違する部分についてのみ説明する。また、固体燃料バーナの構造は図２に示した第１の実施例と同一構成なので説明を省略する。

図６の本実施例でも図５に示す第４の実施例に対してブロア５２を設置することなく、第一の搬送設備における搬送気体の一部を利用して第二の搬送設備の燃料搬送管４８に設けた混合部５４で燃料流体７１aと混合する希釈空気として用いている。

即ち、ブロア４２から送給されて固体燃料１aを固体燃料分離装置４４に搬送した搬送空気５aの一部を該固体燃料分離装置４４の下流側に配設してアフタエア用の空気を送給する空気搬送管６１から分岐した空気搬送管５９を通じて燃料搬送管４８の経路途中に設けた１回目の希釈を行う混合部５４に希釈空気として供給する。

そして、搬送される固気比が約２〜１０程度の燃料流体７１aの燃料濃度を前記混合部５４における空気の希釈によって固気比が約１〜１．５程度の燃料流体７１aにまで燃料濃度を下げて固体燃料バーナ１００に供給するようになっている。

本実施例によっても、前述した本発明と同様の効果を奏することができる。

次に、本発明の他の実施例である第７の実施例の固体燃料バーナを用いた燃焼装置について図８を用いて説明する。図８において、本実施例では、図３に示した第２の実施例と基本構成は共通であるので、共通の構成についてはその説明を省略し、相違する部分についてのみ説明する。

図８において、本実施例の固体燃料バーナ１００に設けられた燃料ノズル２００は、燃料ノズル２００のに形成された上流側の混合部５４に供給される燃料流体７１aの燃料濃度を希釈する希釈空気Ａ'の供給ルートと希釈空気そのものが相違している。

即ち、本実施例では、固体燃料バーナ１００の燃料ノズル２００を流下する燃料流体７１aを希釈する１回目の希釈空気Ａ'は、固体燃料バーナ１００の上流側で、ブロア５３から希釈空気２aを導く希釈空気搬送管５３の下流側に位置する領域から、該固体燃料バーナ１００の内部に設置した旋回流発生器１８によって旋回流にして噴出させている。

そして、燃料搬送管１０の下流端部を希釈空気Ａ'の噴出位置に配設させて、この固体燃料バーナ１００と希釈空気搬送管５３とが接続している上記領域の希釈空気Ａ'の噴出位置に１回目の希釈空気Ａ'と燃料搬送管１０を通じて供給される燃料流体７１aとを混合する上流側の混合部２０となる混合部５４を形成している。

そして、この混合部５４によって希釈空気２aと混合して希釈された燃料流体７１aは固体燃料バーナ１００の燃料ノズル２００に供給される。

本実施例では、燃料流体７１aを希釈する１回目の希釈は前記混合部５４で希釈空気Ａ'との混合によって行われる。また、燃料流体７１aを希釈する２回目の希釈は、固体燃料バーナ１００の燃料ノズル２００の内部に形成した下流側の混合部２１にて燃焼用空気を風箱２３から分岐して供給される希釈空気Ｂとの混合によって行われる。

本実施例によっても、希釈空気と微細な固体燃料との混合を促進して供給する固体燃料の濃度の偏差を少なくして異常燃焼の防止及び窒素酸化物の排出量の抑制を可能にした固体燃料バーナ及びこの固体燃料バーナを備えた燃焼装置が実現できるという効果を奏する。

本発明は、固体燃料を空気で搬送して燃焼させる固体燃料バーナ、及び固体燃料を燃焼させる固体燃料バーナを備えた燃焼装置に適用可能である。

本発明の一実施例である固体燃料バーナを備えた燃焼装置の概略系統図。 図１の実施例の固体燃料バーナの詳細構造を示す横断面図。 本発明の他の実施例である固体燃料バーナを示す横断面図。 本発明の別の実施例である固体燃料バーナを示す横断面図。 本発明の更に他の実施例である固体燃料バーナを備えた燃焼装置の概略系統図。 本発明の更に別の実施例である固体燃料バーナを備えた燃焼装置の概略系統図。 本発明の更に異なる実施例である固体燃料バーナを備えた燃焼装置の概略系統図。 本発明の更に別の実施例である固体燃料バーナを示す横断面図。

符号の説明

Ａ：希釈空気、Ｂ：希釈空気、１a：固体燃料、２a：第１の希釈空気、３a：燃焼用空気、５a：搬送空気、１０：燃料供給管、１１：２次空気ノズル、１２：３次空気ノズル、１６：上流側希釈空気ノズル、１６b：流路、１７：下流側希釈空気ノズル、１７b：流路、１８：旋回流発生器、１９：縮流部、２０：上流側の混合部、２１：下流側の混合部、２２：障害物、２３：風箱、３０：火炉、３１：火炉壁、３２：伝熱管、３３：火炎、４０：貯蔵バンカ、４１：粉砕機、４２、４７、５０、５２：ブロア、４３、４８：燃料搬送管、４４：固体燃料分離装置、４５：貯蔵設備、５３，５８、５９、６１：空気搬送管、５４：混合部、５５：分岐流路、７１a：燃料流体、７２a：２次空気、７３a：３次空気、１００：固体燃料バーナ、２００：燃料ノズル。

Claims (12)

1. 固体燃料とその搬送空気から構成される燃料流体を搬送する燃料搬送管と、前記燃料搬送管と接続する燃料ノズルと、燃料ノズルの外周側に配置されて燃焼用の空気を噴出する燃焼用の空気ノズルを備え、燃料ノズルから噴出した燃料流体を前記燃焼用の空気ノズルから噴出された燃焼用の空気と共に火炉に噴出させて燃焼させる固体燃料バーナにおいて、前記燃料ノズルに空気を供給し、前記燃料ノズル内を流れる燃料流体と混合させる混合部を該燃料ノズルの内側に複数個形成させたことを特徴とする固体燃料バーナ。
2. 請求項１に記載の固体燃料バーナにおいて、燃料流体と空気との混合部は前記燃料ノズルの軸方向に沿って燃料搬送管に近い上流側の混合部と、該燃料搬送管から離れた下流側の混合部とに分かれて形成されていることを特徴とする固体燃料バーナ。
3. 固体燃料とその搬送気体とを混合した燃料流体を搬送する燃料搬送管と、前記燃料配管と接続する燃料ノズルと、燃料ノズルの外周側に配置されて燃焼用の空気を噴出する燃焼用の空気ノズルを備え、燃料ノズルから噴出した燃料流体を前記燃焼用の空気ノズルから噴出された燃焼用の空気と共に火炉に噴出させて燃焼させる固体燃料バーナにおいて、前記燃料ノズルの内側で燃料搬送管の下流側に燃料搬送管の外周側を覆い空気を流下させる第１の希釈空気ノズルと第２の希釈空気ノズルを設置し、燃料搬送管から噴出する燃料流体と第１の希釈空気ノズルから噴出する空気とを混合する第１の混合部を前記燃料ノズルの内側に形成させ、さらに前記第１の混合部の下流側に、前記第２の希釈空気ノズルから噴出する空気と、前記第１の混合部で混合した燃料流体とを混合する第２の混合部を前記燃料ノズルの内側に形成させるように構成したことを特徴とする固体燃料バーナ。
4. 請求項３に記載の固体燃料バーナにおいて、前記希釈空気ノズルの流路内に該流路を流れる空気に旋回流を生じさせる旋回流発生器を設置し、燃料搬送管から噴出する燃料流体に対して空気を旋回流にして前記希釈空気ノズルから噴出させて燃料流体と空気とを混合させるように構成したことを特徴とする固体燃料バーナ。
5. 請求項４に記載の固体燃料バーナにおいて、前記第１の希釈空気ノズルの流路内に該流路を流れる空気に旋回流を生じさせる第１の旋回流発生器を設置して第１の混合部で混合させる第１の空気を旋回流として噴出させ、前記第２の希釈空気ノズルの流路内に該流路を流れる空気に旋回流を生じさせる第２の旋回流発生器を設置して第２の混合部で混合させる第２の空気を前記第１の空気とは逆方向の旋回流として噴出させるように構成したことを特徴とする固体燃料バーナ。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の固体燃料バーナにおいて、前記希釈空気ノズルの流路内に流路断面積を狭める縮流部を設置したことを特徴とする固体燃料バーナ。
7. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の固体燃料バーナにおいて、燃料ノズルの外周側に配置された燃焼用の空気ノズルの流路内に該流路を流下する燃焼用の空気の流れに対して障害となる障害物を設置するように構成したことを特徴とする固体燃料バーナ。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の固体燃料バーナにおいて、固体燃料とその搬送空気とが混合した燃料流体を希釈する希釈空気として、約３０〜５０℃の空気を用いるようにしたことを特徴とする固体燃料バーナ。
9. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の固体燃料バーナにおいて、固体燃料とその搬送空気の混合流体を希釈する希釈空気として、外部から燃焼用の空気ノズルに供給される燃焼用の空気を分岐して用いるようにしたことを特徴とする固体燃料バーナ。
10. 固体燃料を粉砕する粉砕機と、粉砕機で粉砕された固体燃料を貯蔵する貯蔵部と、粉砕機から貯蔵部に搬送空気を利用して固体燃料を搬送する第１の搬送装置と、貯蔵部に貯蔵した粉砕された固体燃料を搬送用の空気を利用して固体燃料と空気とが混合した燃料流体として固体燃料バーナに搬送する第２の搬送装置と、固体燃料バーナに燃焼用空気を供給する空気供給装置とを備え、第２の搬送装置を通じて導かれた燃料流体と空気供給装置を通じて導かれた燃焼用空気とをこの固体燃料バーナから火炉に噴出させて燃焼させるように構成した固体燃料バーナを備えた燃焼装置において、前記固体燃料バーナに固体燃料とその搬送空気とを混合した燃料流体を噴出する燃料搬送管を有する燃料ノズルと、該燃料ノズルの外周側に配置されて燃焼用の空気を噴出する燃焼用の空気ノズルとを備えさせて燃料ノズルから噴出した燃料流体をこの燃焼用の空気ノズルから噴出された燃焼用の空気と共に火炉に噴出させ、更に前記燃料ノズルの内側で燃料搬送管の下流側に空気を供給して燃料搬送管から噴出する燃料流体を希釈させる燃料流体と空気との混合部を該燃料ノズルの内側に複数個形成させて、これらの混合部で順次希釈された燃料流体を空気ノズルから導かれた燃焼用の空気と共に火炉に噴出して燃焼させるように構成したことを特徴とする固体燃料バーナを備えた燃焼装置。
11. 請求項１０に記載の固体燃料バーナを備えた燃焼装置において、前記第２の搬送装置において経路の途中に設けた前記別の混合部に供給する空気として、前記第１の搬送装置で固体燃料の搬送に利用した搬送空気の一部を前記第１の搬送装置から分岐した流路を設けて前記別の混合部に供給するように構成したことを特徴とする固体燃料バーナを備えた燃焼装置。
12. 固体燃料を燃焼させる固体燃料バーナを備えた燃焼装置の燃料供給方法において、固体燃料とその搬送気体とが混合した燃料流体を燃料ノズルに備えられた燃料搬送管から該燃料ノズル内に噴出させて供給し、前記燃料ノズルの内側にて該燃料搬送管の下流側に燃料搬送管の外周側に配置された第１の希釈空気ノズルから第１の空気を噴出させて燃料搬送管から噴出した燃料流体と第１の空気とを混合させて該燃料流体の燃料濃度を希釈させて供給し、前記燃料ノズルの内側にて該第１の希釈空気ノズルの外周側に配置された第２の希釈空気ノズルから第２の空気を噴出させて前記第１の空気で希釈された燃料流体と第２の空気とを混合させて該燃料流体の燃料濃度を更に希釈させて供給し、この第１及び第２の空気により順次希釈されて燃料濃度が調節されて供給される燃料流体を燃焼用の空気と共に固体燃料バーナから燃焼炉に噴出させて燃焼させるようにしたことを特徴とする固体燃料バーナを備えた燃焼装置の燃料供給方法。

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