JP2008138901A - 低揮発分燃料用バーナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】火炎の高温ガスをチャンバ内に誘引して内部再循環流の温度を高め、これにより低揮発分燃料の温度を高めて揮発成分の放出を促進させることにより、低揮発分燃料であっても自立燃焼できるようにする。
【解決手段】低揮発分燃料Ｗと共に１次燃焼用空気Ａ１を噴出する第１噴出部４がチャンバ２の基端部に偏心配置され、第１噴出部４から噴出する１次燃焼用空気Ａ１によってチャンバ２内に内部再循環流Ｒ１が形成され、チャンバ２の周囲には２次燃焼用空気Ａ２を噴出する第２噴出部６が配置されて、チャンバ２の先端前方に火炎Ｘを形成するようにした低揮発分燃料用バーナ装置であって、チャンバ２の先端に、先端前方へ向けて拡径し、２次燃焼用空気Ａ２の噴出によって生じる圧力低下部Ｙにより火炎Ｘの高温ガスをチャンバ２内の内部再循環流Ｒ１に誘引させるようにしたスカート８を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、低揮発分燃料用バーナ装置に関するものである。

微粉炭焚ボイラ等に用いられる微粉炭燃焼用バーナ装置は、１次燃焼用空気と共に微粉炭を噴出し、且つ１次燃焼用空気の周囲に旋回するように２次燃焼用空気を噴出して微粉炭に着火することにより火炎を形成し、旋回する２次燃焼用空気によって火炎の中心に低速あるいは逆流領域をもつ外部再循環流を形成することにより火炎を安定化して燃焼するようにしている。

ところで、微粉炭燃焼用バーナ装置においては、通常、燃料として瀝青炭が用いられている。そして、この瀝青炭を微粉化した微粉炭は、加熱されることによって揮発成分が放出され、まずこの揮発成分に着火が行われ、その後低揮発分の微粉炭そのものに着火して燃焼が行われる。

しかしながら、近年では、無煙炭、半無煙炭あるいはオイルコークス等の低揮発分燃料をバーナ装置で燃焼させる要求が高まってきており、このような低揮発分燃料を、従来の微粉炭燃焼用バーナ装置で燃焼しようとしても、自立燃焼させることは困難であった。これは、低揮発分燃料は瀝青炭と比較して放出される揮発成分の量が少なく、高い温度でないと揮発成分を放出せず、着火に十分な濃度の可燃性混合気を形成できないことに起因していた。

このように、揮発成分の十分な放出が行われないと、噴出口から低揮発分燃料が噴出されてから着火するまでに時間がかかることになり、火炎の根元が噴出口から離れたブラックスカートを生じることになる。このブラックスカートは、ボイラの炉内温度よりも低い温度の２次燃焼用空気が低揮発分燃料を含む１次燃焼用空気と早期に混合されてしまい、このために、低揮発分燃料の温度が低下されると共に低揮発分燃料濃度が希釈されることによって生じ、このブラックスカートが発生すると燃焼安定性が悪化し、失火する場合も生じていた。

従って、噴出口から噴出された直後の低揮発分燃料を早期に加熱して高温に保持することができれば、噴出直後の低揮発分燃料の温度を高めて揮発分の放出を促進させることが可能であるために、安定燃焼させる効果が期待できる。このために、低揮発分燃料を１次燃焼用空気と共にチャンバ内に偏心して噴出することによってチャンバ内に内部再循環流を形成し、この内部再循環流により火炎の高温ガスをチャンバ内に引き込むようにした燃焼器が特許文献１に示されている。

又、燃料及び酸化剤を吐出するミキサ吐出口をチャンバ内に偏心配置して、燃料・酸化剤をチャンバ内で再循環させて高温の燃焼ガスをミキサ吐出口に引き戻すことは特許文献２に示されている。
中国実用新案出願特許付与公報２２７３３７３号 公表特許公報１０−５０１０５６号公報

上記特許文献１及び２に示される燃焼器では、バーナの前方に外部再循環流を形成させて、この外部再循環流の高温ガスをチャンバ内に効果的に引き込んで内部再循環流の温度を高めることが重要となるが、特許文献１及び２に示すように、低揮発分燃料を含む１次燃焼用空気を噴出する噴出口をチャンバに対して偏心して設けたのみの構成では、外側の２次燃焼用空気の直進流によってチャンバ内の内部再循環流がチャンバ出口で壊されてしまうことがあり、しかもチャンバ外の外部再循環流も安定して形成されなくなる問題があるため、外部再循環流の高温ガスをチャンバ内に効果的に誘引することが困難となり、よって噴出口から噴出された直後の低揮発分燃料を早期に加熱して揮発成分を十分に放出させることはできず、低揮発分燃料を良好に安定燃焼させることができないという問題を有していた。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなしたもので、火炎の高温ガスをチャンバ内に誘引して内部再循環流の温度を高め、これにより低揮発分燃料の温度を高めて揮発成分の放出を促進させることにより、低揮発分燃料であっても自立燃焼できるようにした低揮発分燃料用バーナ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の低揮発分燃料用バーナ装置では、低揮発分燃料と共に１次燃焼用空気を噴出する第１噴出部がチャンバの基端部に偏心して配置され、前記第１噴出部から噴出する１次燃焼用空気によってチャンバ内に内部再循環流が形成され、前記チャンバの周囲には２次燃焼用空気を噴出する第２噴出部が配置されて、チャンバの先端前方に火炎を形成するようにした低揮発分燃料用バーナ装置であって、前記チャンバの先端に、先端前方へ向けて拡径し、２次燃焼用空気の噴出によって生じる圧力低下部により火炎の高温ガスをチャンバ内の内部再循環流に誘引させるようにしたスカートを設けたことを特徴とする。

上記構成を有する本発明の低揮発分燃料用バーナ装置によれば、チャンバの先端に、噴出方向前方へ向けて拡径したスカートを設けたことにより、チャンバ内に内部再循環流が安定して形成されると共に、チャンバ外に外部再循環流が安定して形成されるようになる。更に、拡径したスカートに案内されて噴出する２次燃焼用空気によってスカート内近傍に圧力低下部が形成されるため、外部再循環流による火炎の高温ガスがチャンバ内の内部再循環流に効果的に誘引され、よってチャンバ内の内部再循環流が高温化されるため、第１噴出部から噴出された直後の低揮発分燃料は高温の内部再循環流により早期に加熱されて揮発成分を十分に放出するので、低揮発分燃料であっても良好な可燃性混合気を生じさせて自立燃焼が達成できるようになる。

上記低揮発分燃料用バーナ装置において、前記第２噴出部から噴出する２次燃焼用空気に旋回を与えるための可変旋回羽根を備えることは好ましい。

又、上記低揮発分燃料用バーナ装置において、前記第２噴出部に、前記チャンバの先端に備えたスカートと同等角度で拡径するスロートテーパ部を形成することは好ましい。

本発明の低揮発分燃料用バーナ装置によれば、チャンバの先端に、噴出方向前方へ向けて拡径したスカートを設けたので、チャンバ内に安定した内部再循環流が形成されると共に、チャンバ外に安定した外部再循環流が形成されるようになり、更に、２次燃焼用空気が周方向外方へ噴出されることにより、スカート内近傍に圧力低下部が形成されて外部再循環流による火炎の高温ガスがチャンバ内の内部再循環流に効果的に誘引され、これによりチャンバ内の内部再循環流が高温化されるため、第１噴出部から噴出された直後の低揮発分燃料は高温の内部再循環流により早期に加熱されて揮発成分を十分に放出するので、低揮発分燃料であっても良好な可燃性混合気を生じさせて自立燃焼が達成できるようになる優れた効果を奏し得る。

以下、図面を参照して、本発明に係る低揮発分燃料用バーナ装置の一実施形態について説明する。

図１は本発明の低揮発分燃料用バーナ装置の概略構成を模式的に示した断面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ方向矢視図である。

本発明の低揮発分燃料用バーナ装置１は、例えば、微粉炭焚ボイラ等の火炉に複数設置されるものであり、基端が閉塞されて先端が開口したチャンバ２をバーナスロート３と同芯に設けている。チャンバ２の閉塞された一端の底部には、低揮発分燃料Ｗと共に１次燃焼用空気Ａ１を噴出する第１噴出部４を、チャンバ２の断面中心から偏心した位置に接続している。チャンバ２は、第１噴出部４から１次燃焼用空気Ａ１と共に噴出される低揮発分燃料Ｗが着火可能な温度にまで加温されるようにするための部屋であり、前記第１噴出部４からの１次燃焼用空気Ａ１を、チャンバ２内に偏心して高速で噴出すると、チャンバ２内に噴出方向とは逆のガスを引戻す力Ｆが発生することによって内部再循環流Ｒ１が形成される。そして、前記第１噴出部４からチャンバ２内に噴出され、更にチャンバ２の先端から噴出される低揮発分燃料Ｗは噴出される間に着火されて火炎Ｘ（図３参照）を形成するようになっている。低揮発分燃料用バーナ装置１では、例えばオイル焚によってボイラ内部温度を所定温度に高めた後、低揮発分燃料Ｗの供給に切り替えることによって火炎Ｘを保持するようにしている。

又、前記チャンバ２に配置した第１噴出部４が偏心した方向（図１では下側）に対して反対方向（図１では上側）に偏心した位置には温度調整用空気Ａ３を噴出する温度調整用空気噴出部５を配置している。この温度調整用空気噴出部５は温度調整用空気Ａ３をチャンバ２内に供給することによって、チャンバ２内の温度が過熱されるのを防止している。

更に、前記チャンバ２の周囲とバーナスロート３との間には２次燃焼用空気Ａ２を供給するための第２噴出部６を形成している。この第２噴出部６の上流には可変旋回羽根７（エアレジスタベーン）が設けてあり、該可変旋回羽根７で旋回させた２次燃焼用空気Ａ２は前記チャンバ２を包囲するように噴出させている。そして、前記可変旋回羽根７は羽根の回動量（角度）を変化させることによって、旋回流の強さを調節できるようにしている。尚、２次燃焼用空気Ａ２に旋回流を与えて供給することは従来から実施されているので、可変旋回羽根７の構成及び配置位置等には従来の種々の技術が適用できる。

上記低揮発分燃料用バーナ装置１において、前記チャンバ２の先端（噴出側端）に、噴出方向前方へ向けて拡径したスカート８を固定する。

スカート８は、２次燃焼用空気Ａ２の吹き出しによって内部再循環流Ｒ１が壊される問題を防止し、且つ低揮発分燃料Ｗが着火される以前に１次燃焼用空気Ａ１と２次燃焼用空気Ａ２が混合されるのを防止し、更に、２次燃焼用空気Ａ２の憤出を外側に向かわせることで外部再循環流Ｒ２が安定して形成されるようにするためのものであり、従って、スカート８は所定の拡がり角度と長さとを有している必要があり、スカート８の拡径の角度α１は１０°〜４５゜であることが好ましく、又、スカート８の長さＬはバーナスロート３の厚さＴの５％以上、即ち、例えば厚さＴが６００ｍｍのバーナスロート３の場合では拡径したスカート８の長さＬは３０ｍｍ以上であることが好ましい。

更に、前記第２噴出部６には、前記スカート８の拡径した角度α１と同等角度α２で拡径したスロートテーパ部９を形成している。

次に、上記構成とした本発明の低揮発分燃料用バーナ装置１の動作について説明する。

まず、第１噴出部４から１次燃焼用空気Ａ１と共に低揮発分燃料Ｗを噴出すると、噴出された１次燃焼用空気Ａ１と低揮発分燃料Ｗは、チャンバ２内を図１の紙面右側から左側に向かって移動するが、ここで、第１噴出部４はチャンバ２の中心に対して偏心した位置に配置しているため、第１噴出部４から噴出した１次燃焼用空気Ａ１がチャンバ２内を直線状に流れることによって、図１に示すように、チャンバ２内にガスを引戻す力Ｆが発生し、これによって内部再循環流Ｒ１が形成される。

この時、例えば円筒状のチャンバ２を設けたのみの構成では、チャンバ２の外側を流れる２次燃焼用空気Ａ２の直進流によってチャンバ２内の内部再循環流Ｒ１が壊されてしまうことがあり、しかもチャンバ２前方の外部再循環流Ｒ２も安定して形成されなくなる問題があり、従ってチャンバ２出口に圧力が低下する部分を安定して形成することができないために、外部再循環流Ｒ２の高温ガスをチャンバ２内の内部再循環流Ｒ１に誘引して内部再循環流Ｒ１を高温化させることはできない。

尚、低揮発分燃料用バーナ装置１にて燃焼することによって形成される火炎Ｘの挙動は非常に微妙であり、僅かな形状の変化等によりその挙動は大きく変化することが知られている。

そこで、前記したように、チャンバ２の先端（噴出側端部）に噴出方向前方へ向けて拡径したスカート８を設けたことにより、図３に示す如く、２次燃焼用空気Ａ２が周方向外側へ向かうために２次燃焼用空気Ａ２の直線状の流れによってチャンバ２内の内部再循環流Ｒ１が壊される問題が防止され、内部再循環流Ｒ１が安定して形成されると共に、旋回しながら外側に拡径する２次燃焼用空気Ａ２の流れによって外部再循環流Ｒ２も安定して形成されるようになる。しかも、２次燃焼用空気Ａ２の拡径した流れによってスカート８内近傍に圧力低下部Ｙが形成されるようになるため、この圧力低下部Ｙにより外部再循環流Ｒ２による火炎Ｘの高温ガスがチャンバ２内の内部再循環流Ｒ１の引戻す力Ｆによって効果的に誘引されるようになる。

これにより、高温ガスによって内部再循環流Ｒ１の１次燃焼用空気Ａ１が高温化されるため、第１噴出部４から噴出された直後の低揮発分燃料Ｗは高温の内部再循環流Ｒ１により早期に加熱され、これによって揮発成分が十分に放出されるので、低揮発分燃料であっても良好な可燃性混合気を生じるようになって自立燃焼が達成されるようになる。

なお、上記において、火炎Ｘ内部の高温ガスを効率的にチャンバ２内に引き込むためには、火炎Ｘの高温ガスが循環する外部再循環流Ｒ２の領域と内部再循環流Ｒ１の領域とは一部で重なり合った状態となっている。

なお、上記においてチャンバ２内の温度が過熱された場合には、温度調整用空気噴出部５から温度調整用空気Ａ３をチャンバ２内に供給することによって、チャンバ２内の過熱を防止することができる。

上記したように、チャンバ２内において高温ガスによって加熱された低揮発分燃料Ｗからは十分な量の揮発成分が放出されるようになるため、チャンバ２内に噴出された低揮発分燃料Ｗは、噴出後直ちに着火して燃焼安定性が向上するために、無煙炭、半無煙炭あるいはオイルコークス等の低揮発分燃料Ｗであっても自立燃焼することが可能となる。

上記したように、火炎Ｘの高温ガスがチャンバ２内の内部再循環流Ｒ１の引戻す力Ｆによって良好に誘引されて低揮発分燃料Ｗからより多くの揮発成分を放出させると共に、多くの窒素成分を放出させることができ、しかも外部再循環流Ｒ２により火炎Ｘの強い還元領域を形成できるので、発生するＮＯｘの低減化を図ることが可能となる。

なお、本発明の低揮発分燃料用バーナ装置は、低揮発分燃料及び１次燃焼用空気を噴出する噴出口をチャンバに対して偏心させる偏心方法には限定されないこと、２次燃焼用空気に旋回流を与える方法には限定されないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の低揮発分燃料用バーナ装置の概略構成を模式的に示した断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ方向矢視図である。 本発明の低揮発分燃料用バーナ装置の作動を示す断面図である。

符号の説明

１ 低揮発分燃料用バーナ装置
２ チャンバ
３ バーナスロート
４ 第１噴出部
６ 第２噴出部
７ 可変旋回羽根
８ スカート
９ スロートテーパ部
Ａ１ １次燃焼用空気
Ａ２ ２次燃焼用空気
Ｗ 低揮発分燃料
Ｒ１ 内部再循環流
Ｒ２ 外部再循環流
Ｘ 火炎
Ｙ 圧力低下部
α１ 角度
α２ 同等角度

Claims (3)

1. 低揮発分燃料と共に１次燃焼用空気を噴出する第１噴出部がチャンバの基端部に偏心して配置され、前記第１噴出部から噴出する１次燃焼用空気によってチャンバ内に内部再循環流が形成され、前記チャンバの周囲には２次燃焼用空気を噴出する第２噴出部が配置されて、チャンバの先端前方に火炎を形成するようにした低揮発分燃料用バーナ装置であって、前記チャンバの先端に、先端前方へ向けて拡径し、２次燃焼用空気の噴出によって生じる圧力低下部により火炎の高温ガスをチャンバ内の内部再循環流に誘引させるようにしたスカートを設けたことを特徴とする低揮発分燃料用バーナ装置。
2. 前記第２噴出部から噴出する２次燃焼用空気に旋回を与えるための可変旋回羽根を備えたことを特徴とする請求項１に記載の低揮発分燃料用バーナ装置。
3. 前記第２噴出部に、前記チャンバの先端に備えたスカートと同等角度で拡径するスロートテーパ部を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の低揮発分燃料用バーナ装置。

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