JP2011112347A - 燃焼空気調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単一のバーナで液体とガス等異種の燃料、或は組成の大きく異なる複数の燃料ガスを同時に燃焼させることができる様にする。
【解決手段】多重円筒構造を有するバーナ５に設けられる燃焼空気調整装置６であって、該燃焼空気調整装置はバーナ５の周囲に燃焼空気分配用のダクト空間１１を形成するウインドボックス７と、ダクト空間１１の内周面に臨接する第１空気調整部８と、ダクト空間１１のバーナ５先端側に位置し、ダクト空間１１との境界に背面板７４を有する第２空気調整部９とを具備し、第１空気調整部８はウインドボックス７とバーナ５の中心中空部とを連通する３次空気導入ダクト２６を有し、３次空気導入ダクト２６を介し燃焼空気を３次空気１０７としてバーナ中心から供給し、第２空気調整部９はウインドボックス７から背面板７４を介して燃焼空気を２次空気１０６としてバーナ５の外周から供給する様構成した。
【選択図】図２

Description

本発明はバーナに燃焼用空気を供給する燃焼空気調整装置に関するものである。

近年では、資源の有効利用を図る為、石油、石炭等の高カロリ燃料以外の、化学プラント或は製鉄所等、各種プラントから排出される副生ガスが燃料として使用される様になっている。又、副生ガスは、生成の過程の相違から、組成が大きく異なっており、更に、低カロリから高カロリ迄発熱量も大きく異なっており、これらガスの燃焼用のバーナも供給される燃料に適合したバーナが要求されている。

従来は、組成の大きく異なる燃料を１つのバーナで燃焼させることは困難である為、組成の異なる燃料が供給される状況では、燃料に適合する複数種のバーナがボイラに設置され、供給される燃料に合わせてバーナが使い分けられるか、或は異なるバーナ毎にボイラが複数設置され、燃料に対応させて使用するボイラを使い分ける等している。

この為、設備が複雑となり設備費が高価となると共に使用されないバーナ、ボイラが存在することとなり、不経済であった。

特開平９−１１９６０６号公報 特開２０００−３５６３０７号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、燃焼に必要とされる燃焼用空気が充分に供給され、又燃焼用ガスと充分に混合される様にして、単一のバーナで液体とガス等異種の燃料、或は組成の大きく異なる複数の燃料ガスを同時に燃焼させることができる様にしたものである。

本発明は、多重円筒構造を有するバーナに設けられる燃焼空気調整装置であって、該燃焼空気調整装置は前記バーナの周囲に燃焼空気分配用のダクト空間を形成するウインドボックスと、前記ダクト空間の内周面に臨接する第１空気調整部と、前記ダクト空間のバーナ先端側に位置し、バーナ先端部周囲に設けられると共に前記ダクト空間との境界に背面板を有する第２空気調整部とを具備し、前記第１空気調整部は前記ウインドボックスと前記バーナの中心中空部とを連通する３次空気導入ダクトを有し、該３次空気導入ダクトを介し燃焼空気を３次空気として取入れ、該３次空気をバーナ中心から供給し、前記第２空気調整部は前記ウインドボックスから前記背面板を介して燃焼空気を２次空気として取入れ、該２次空気を前記バーナの外周から供給する様構成した燃焼空気調整装置に係るものである。

又本発明は、前記第１空気調整部は、前記バーナに外嵌し、該バーナの軸心方向にスライド可能な円筒状スライドダンパを有し、該スライドダンパのスライドにより、前記３次空気導入ダクトの開口部の開度を調整可能とした燃焼空気調整装置に係るものである。

又本発明は、前記第２空気調整部は、前記バーナの軸心を中心に回転するリングダンパを有し、前記背面板には円周方向に所定間隔で背面板開口部が設けられ、前記リングダンパには前記背面板開口部と同間隔で開口部が設けられ、前記リングダンパの回転により前記背面板開口部の開度を調整可能とした燃焼空気調整装置に係るものである。

又本発明は、前記第１空気調整部は、前記中心中空部にスワラが設けられ、該スワラにより３次空気に旋回が与えられる燃焼空気調整装置に係るものである。

又本発明は、前記第２空気調整部は、円周方向に所定間隔で配設されたべーンを有し、前記背面板から取入れられた２次空気は前記ベーンを通って旋回流として供給される燃焼空気調整装置に係るものである。

又本発明は、前記第２空気調整部の背面板は、前記ダクト空間に突出する環状の凸部を有し、該凸部の背面に前記リングダンパが設けられ、前記凸部の内周面、外周面の少なくとも一方に多孔が形成され、該多孔を介して２次空気を取入れ可能とした燃焼空気調整装置に係るものである。

又本発明は、前記バーナには、外周から中心に向って傾斜する凹溝が形成され、該凹溝によって２次空気に分流が形成される様構成した燃焼空気調整装置に係るものである。

更に又本発明は、前記バーナは、外筒ノズルと内筒ノズルを有し、前記外筒ノズルと前記内筒ノズルとの間には導入流路が形成され、前記内筒ノズル内部から第２燃料ガスが供給され、前記導入流路から第２燃料ガスより低カロリの第１燃料ガスが供給される燃焼空気調整装置に係るものである。

本発明によれば、多重円筒構造を有するバーナに設けられる燃焼空気調整装置であって、該燃焼空気調整装置は前記バーナの周囲に燃焼空気分配用のダクト空間を形成するウインドボックスと、前記ダクト空間の内周面に臨接する第１空気調整部と、前記ダクト空間のバーナ先端側に位置し、バーナ先端部周囲に設けられると共に前記ダクト空間との境界に背面板を有する第２空気調整部とを具備し、前記第１空気調整部は前記ウインドボックスと前記バーナの中心中空部とを連通する３次空気導入ダクトを有し、該３次空気導入ダクトを介し燃焼空気を３次空気として取入れ、該３次空気をバーナ中心から供給し、前記第２空気調整部は前記ウインドボックスから前記背面板を介して燃焼空気を２次空気として取入れ、該２次空気を前記バーナの外周から供給する様構成したので、ボイラ全体の燃焼空気の制御系に外乱を与えることなく、バーナ単体での燃焼空気の調整が可能となる。

又本発明によれば、前記第１空気調整部は、前記バーナに外嵌し、該バーナの軸心方向にスライド可能な円筒状スライドダンパを有し、該スライドダンパのスライドにより、前記３次空気導入ダクトの開口部の開度を調整可能としたので、３次空気のみを独立して流量調整が可能となる。

又本発明によれば、前記第２空気調整部は、前記バーナの軸心を中心に回転するリングダンパを有し、前記背面板には円周方向に所定間隔で背面板開口部が設けられ、前記リングダンパには前記背面板開口部と同間隔で開口部が設けられ、前記リングダンパの回転により前記背面板開口部の開度を調整可能としたので、３次空気のみを独立して流量調整が可能となる。

又本発明によれば、前記第１空気調整部は、前記中心中空部にスワラが設けられ、該スワラにより３次空気に旋回が与えられるので、燃料との混合が促進され、燃焼が安定する。

又本発明によれば、前記第２空気調整部は、円周方向に所定間隔で配設されたべーンを有し、前記背面板から取入れられた２次空気は前記ベーンを通って旋回流として供給されるので、燃料との混合が促進され、燃焼が安定する。

又本発明によれば、前記第２空気調整部の背面板は、前記ダクト空間に突出する環状の凸部を有し、該凸部の背面に前記リングダンパが設けられ、前記凸部の内周面、外周面の少なくとも一方に多孔が形成され、該多孔を介して２次空気を取入れ可能としたので、第２空気調整部での２次空気の取込み量を増大でき、又多孔とすることで、適宜な流路抵抗が与えられ、前記リングダンパでの流量調整機能が損われることがない。

又本発明によれば、前記バーナには、外周から中心に向って傾斜する凹溝が形成され、該凹溝によって２次空気に分流が形成される様構成したので、中心側を流れ、燃料を分割して流出し、燃料と２次空気との混合が促進され、燃焼が安定する。

又本発明によれば、前記バーナは、外筒ノズルと内筒ノズルを有し、前記外筒ノズルと前記内筒ノズルとの間には導入流路が形成され、前記内筒ノズル内部から第２燃料ガスが供給され、前記導入流路から第２燃料ガスより低カロリの第１燃料ガスが供給されるので、第１燃料ガスの外乱が第２燃料ガスの燃焼に与える影響を抑制でき、第２燃料ガスの安定燃焼が図れ、第１燃料ガスの助燃作用が安定し、第１燃料ガスと第２燃料ガスとを安定して同時燃焼させることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る多燃料用バーナ装置の一部を破断した正面図である。 同前正断面図である。 同前平断面図である。 同前背面図である。 第２ガスバーナノズル先端部の断面図である。 前記多燃料用バーナ装置の第２空気調整部のベーン連結部の説明図である。 前記多燃料用バーナ装置に用いられるノズル前端部の断面図である。 該ノズル前端部の右側面図である。 前記第２空気調整部の回転ダンパ案内部の部分図である。 前記第２空気調整部の回転ダンパ駆動部の部分図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

図１〜図４は、本発明が実施される多燃料用バーナ装置の一例を示し、低カロリガスと高カロリガスの２種のガスを燃焼させる多燃料用バーナ装置１を示している。又、図中、２はボイラ炉壁、３はボイラ炉壁に設けられた伝熱管を示している。尚、図１〜図３に於いて、図中右側が炉心側であり、以下の説明では、炉心側を前端、反炉心側を後端とする。

前記ボイラ炉壁２にスロート４が設けられ、該スロート４と同心に前記多燃料用バーナ装置１が設けられる。該多燃料用バーナ装置１は主にバーナ５と該バーナ５の先端部を囲む様に設けられた燃焼空気調整装置６から構成されている。

該燃焼空気調整装置６は、後述する様に、前記スロート４と同心に設けられたウインドボックス７、第１空気調整部８、第２空気調整部９を具備し、ダクトフランジ１０を介して図示しない燃焼用空気供給源に接続されている。又、前記燃焼空気調整装置６は他の燃焼空気調整装置６と前記ダクトフランジ１０を介して接続可能であり、前記多燃料用バーナ装置１は前記ダクトフランジ１０を介して連設可能となっている。

前記ウインドボックス７は前記バーナ５の周囲にダクト空間１１を形成し、前記第１空気調整部８は前記バーナ５の先端部に同心円状に設けられ、前記第２空気調整部９は前記第１空気調整部８より先端側に、前記バーナ５の先端の周囲を囲繞する様に設けられている。

前記ウインドボックス７の前記スロート４と対向する面は正面板１２となっており、該正面板１２には前記スロート４からの輻射熱を遮断し、前記ウインドボックス７の高温空気からの断熱の目的で断熱材１３が設けられている。又、前記正面板１２の中心部には円筒状のバーナ固定フランジ１４が設けられ、該バーナ固定フランジ１４に前記バーナ５が固定されている。

先ず、該バーナ５について説明する。

該バーナ５は多重円筒構造を有し、前記スロート４に向け開口する外筒ノズル１５と前記スロート４に向け開口する内筒ノズル１６との２重筒構造となっている。

前記外筒ノズル１５はノズル前端部１７と外筒ノズル本体１８の２分割構造であり、前記ノズル前端部１７は耐腐食性金属製となっている。又、該ノズル前端部１７と前記外筒ノズル本体１８とはフランジ部１９によって締結されているが、前記外筒ノズル本体１８の前端部はテーパ形状となっており、前記フランジ部１９の外径は前記バーナ固定フランジ１４の内径よりも小さくなっている。前記外筒ノズル１５及び前記内筒ノズル１６は第１ガスバーナノズル２０を構成している。

前記外筒ノズル本体１８の後端を閉塞する端板２１は、軸心に対して傾斜しており、前記外筒ノズル本体１８の後端部の前記端板２１が前記正面板１２から離反する部分に第１燃料ガス導入口２２が設けられている。該第１燃料ガス導入口２２は図示しない第１ガス供給源に接続され、該第１燃料ガス導入口２２より第１燃料ガス２３が供給される。該第１燃料ガス２３は、例えば５００ｋｃａｌ／ｍ³ 〜６００ｋｃａｌ／ｍ³ 程度の自燃できない低カロリガスとなっている。尚、前記第１燃料ガス２３には燃焼安定化の為の蒸気を注入可能となっており、例えば、前記第１燃料ガス導入口２２に蒸気噴出ノズル（図示せず）が設けられる。

前記外筒ノズル１５の中途部、即ち前記正面板１２より後端側の位置に固定フランジ２４が設けられ、該固定フランジ２４は前記バーナ固定フランジ１４に締結され、前記外筒ノズル本体１８及び前記ノズル前端部１７が一体に固定される様になっている。

前記内筒ノズル１６は、前記外筒ノズル１５の内部に該外筒ノズル１５と同心に配置され、後端部が前記端板２１に固着される。前記内筒ノズル１６の先端は前記ノズル前端部１７に内嵌し、先端の半径方向は該ノズル前端部１７によって位置決めされるが、先端は軸心方向について変位が自在となっている。前記内筒ノズル１６と前記外筒ノズル１５との間には筒状の空間が形成され、該空間は前記第１燃料ガス２３の導入流路２５となっている。

前記内筒ノズル１６と前記外筒ノズル１５との間に円筒管である３次空気導入ダクト２６が半径方向に設けられる。該３次空気導入ダクト２６は、前記ダクト空間１１の内周面に開口する３次空気導入口３０を形成し、前記正面板１２より前端側の、更に円周所要等分した位置、図示では４等分した位置に設けられ、前記内筒ノズル１６の内部と前記ダクト空間１１とを連通する。

又、前記内筒ノズル１６の前記外筒ノズル本体１８先端部のテーパ部と対向する部分は同様にテーパ部となっており、又該テーパ部より前端側に位置する内筒前端部２７は直円筒形状となっている。

前記内筒ノズル１６は前記端板２１と前記３次空気導入ダクト２６によって前記外筒ノズル本体１８に支持される。前記内筒ノズル１６の前記端板２１と前記３次空気導入ダクト２６との間には伸縮可能なエキスパンション２８が設けられ、前記外筒ノズル１５と前記内筒ノズル１６間の熱膨張差は前記エキスパンション２８によって吸収される様になっている。

前記内筒ノズル１６の後端は、端板を兼ねるバーナ支持部２９によって閉塞されている。該バーナ支持部２９は軸心方向に沿って３層構造となっており、前端層は断熱層３１、又中間層は中間室３２、後端層は後端室３３であり、前記中間室３２、前記後端室３３は中空となっている。

前記内筒ノズル１６の内部には該内筒ノズル１６の軸心と平行な棒状の第２ガスバーナノズル３４が複数、例えば４本、スパットバーナとして設けられている。該第２ガスバーナノズル３４は、前記バーナ支持部２９を水平方向に貫通し、又同一円周上に左右対称に配設され、ノズルホルダ３５を介して前記バーナ支持部２９に気密に取付けられている。又、前記内筒ノズル１６の内面からノズルサポート４０が中心に向けて突設され、該ノズルサポート４０に前記第２ガスバーナノズル３４が抜差し可能に挿通し、該第２ガスバーナノズル３４の中途部が前記ノズルサポート４０によって支持されている。又、前記ノズルサポート４０のノズル支持部は筒体であり、又両端部が拡大した形状となっている。

前記第２ガスバーナノズル３４は２重管構造であり、該第２ガスバーナノズル３４の内部に収納されるノズル内管３６は連結管３７を介してリングヘッダ３８に連結されている。前記連結管３７はＵ字状に屈曲され、後端側から着脱作業が可能であると共に後端側に取外しが可能となっている。

又、図５に示される様に、前記第２ガスバーナノズル３４の先端は前記スロート４迄達し、先端部は所要の角度θで斜に切断された形状をしており、先端の斜面には所要数、例えば５〜８のガス噴出孔５６が前記斜面に対して垂直に穿設されている。更に、先端の斜面は前記スロート４の中心に向う様に、更に半径線に対して所定角度傾斜しており、後述する様に、前記第２ガスバーナノズル３４からの噴出ガスの噴出方向、即ち噴出ガスによって形成される火炎が互いに交差する様に、前記斜面の向きが設定されている。

又、前記斜面の角度θ、更に斜面の向きを調整することで、燃焼振動を抑制することができ、燃焼振動が発生しない斜面の角度、斜面の向きが選択される。

前記リングヘッダ３８は前記バーナ支持部２９に設けられ、前記リングヘッダ３８には第２燃料ガス供給管３９が連通し（図４参照）、前記リングヘッダ３８は前記第２燃料ガス供給管３９を介して図示しない第２燃料ガス源に接続され、該第２燃料ガス源から前記リングヘッダ３８に第２燃料ガス４１が供給され、更に前記リングヘッダ３８から複数の前記ノズル内管３６に第２燃料ガス４１が分配して供給される。前記ノズル内管３６に前記リングヘッダ３８を介して第２燃料ガス４１を供給することで、特に流量調整弁等を用いることなく、複数の前記ノズル内管３６に均等に前記第２燃料ガス４１が供給される。

ここで、該第２燃料ガス４１としては、例えば２５００ｋｃａｌ／ｍ³ 程度若しくはそれ以上の自燃可能な高カロリガスとなっている。

前記第２ガスバーナノズル３４は前記ノズル内管３６の周囲に、又全長に亘って間隙（図示せず）が形成される構造となっており、該間隙は前記ノズルホルダ３５に穿設された連絡孔４２を介して前記後端室３３に連通している。又、該後端室３３には冷却空気供給管４３が連通され、該冷却空気供給管４３は図示しない冷却空気供給源に接続され、前記後端室３３には前記冷却空気供給管４３を介して冷却空気４４が供給される。該冷却空気４４は前記連絡孔４２を通って前記第２ガスバーナノズル３４内部の間隙を流れ、該第２ガスバーナノズル３４を冷却しつつ、該第２ガスバーナノズル３４の先端から流出する様になっている。

前記バーナ支持部２９の中心部を貫通し、前記内筒ノズル１６の軸心に沿って延出する低カロリガス助燃バーナ（油バーナ）４５が設けられている。該油バーナ４５は油バーナサポート４６を介して前記バーナ支持部２９に取付けられており、前記油バーナ４５は前記油バーナサポート４６を摺動自在に貫通し、又前記油バーナ４５と前記油バーナサポート４６との間はシールされていると共に前記油バーナ４５と前記油バーナサポート４６との間には間隙が形成され、該間隙には後述する様にシールガス５０が供給される。

前記中間室３２にはシール空気供給管４７が連通され、該シール空気供給管４７は図示しないシールガス供給源（図示せず）に接続され、前記中間室３２と前記油バーナサポート４６とは連絡管４８によって接続されている。前記中間室３２から前記連絡管４８を通って前記油バーナサポート４６に供給されたシールガス５０によって該油バーナサポート４６と前記油バーナ４５との間がガスシールドされる。

該油バーナ４５の先端には円板形状のスワラ４９が固着され、該スワラ４９は前記内筒前端部２７に摺動自在に嵌合している。従って、前記油バーナ４５は、前記油バーナサポート４６によって支持され、又前記スワラ４９を介して前記内筒前端部２７に支持されている。前記スワラ４９は放射状に設けられた所要数枚の旋回羽根を有しており、該スワラ４９を通過するガスに旋回流を与える様になっている。

尚、前記第２ガスバーナノズル３４の先端部が前記スワラ４９を貫通して、前記スロート４迄突出しており、前記スワラ４９は前記第２ガスバーナノズル３４と干渉しない様に逃げ部５１が形成されている。

前記油バーナ４５の後端部は連結部５２を介して直動アクチュエータ、例えばエアシリンダ５３に連結され、該エアシリンダ５３の伸長で前記油バーナ４５が前記油バーナサポート４６に案内されて後退し、前記エアシリンダ５３の短縮で前記油バーナ４５が前進する。又、該油バーナ４５の進退と一体に前記スワラ４９が前記内筒前端部２７に案内されて進退する。又、リミットスイッチ５４等の位置検出器により前記連結部５２の動きを介して前記油バーナ４５の位置又は設置状態が検出される様になっており、前記油バーナ４５が燃焼作動位置にセットされた時に前記リミットスイッチ５４により検出信号が発せられる様になっている。図中、２点鎖線で示すスワラ４９は後退した位置を示している。

前記油バーナ４５の後端には、切替弁を兼ねる流体接続用のコネクタ５５が設けられ、該コネクタ５５を介して油供給源及び蒸気供給源（いずれも図示せず）と接続されており、該コネクタ５５を介して前記油バーナ４５に油、又は蒸気、或は油と蒸気が選択供給可能となっている。尚、前記油バーナ４５で、燃焼する液体燃料としては、重油、軽油、或はピッチ等であってもよい。

図１中、５８はクリンカ監視用窓であり、前記外筒ノズル１５の外方から該外筒ノズル１５の軸心に対して傾斜して設けられ、前記スロート４の少なくとも一部が監視可能となっている。前記クリンカ監視用窓５８によって前記スロート４にクリンカが付着したかどうかを確認することで、クリンカ付着によるバーナ焼損等のトラブルを未然に防ぐことができる。又、火炎の有無及び状況を現場にて目視で確認することができる。

又、図３中、５９は火炎方向に向けられ、赤外線によって火炎の状態を検出、或は監視する火炎検出器であり、第１ガスバーナノズル２０の火炎、油火炎又は前記第２ガスバーナノズル３４の少なくとも１つの火炎を監視可能となっている。尚、前記火炎検出器５９が監視するのは、１つの火炎であるが、噴出ガスによって形成される火炎は互いに交差しており、相互の第２ガスバーナノズル３４間で保炎作用があるので、１つの火炎について監視しておれば、全体の火炎の燃焼状態を把握することができる。

又６０は始動時に燃料を着火させる為の点火トーチであり、該点火トーチ６０にはＬＰＧ等の点火用燃料ガス又は油等の液体燃料及び燃焼用空気が供給され、又点火用燃料にスパーク等を発する着火電極が設けられ、着火時には火炎を前記スロート４に向け噴出する様になっている。

前記燃焼空気調整装置６について説明する。該燃焼空気調整装置６は、第１空気調整部８と第２空気調整部９を具備しており、先ず第１空気調整部８について説明する。

上記した様に、前記外筒ノズル１５と前記内筒ノズル１６との間には３次空気導入ダクト２６が設けられ、該３次空気導入ダクト２６が形成する３次空気導入口３０によって前記ダクト空間１１と前記内筒ノズル１６内部とが連通している。

前記外筒ノズル本体１８の先端部に円筒状のスライドダンパ６３が摺動自在に外嵌する。該スライドダンパ６３は前記３次空気導入口３０の直径より大きい軸心方向の寸法を有し、前記スライドダンパ６３の後端部はテーパ状に拡大している。又該スライドダンパ６３は前記３次空気導入口３０を完全に開口できると共に完全に閉塞できるだけのスライド量を有している。

前記スライドダンパ６３の周囲には円環状のフランジ６４が設けられており、該フランジ６４に複数、本実施例では２つのスライド駆動部６５が連結されている。

該スライド駆動部６５は前記正面板１２、前記断熱材１３を軸心方向に貫通している。前記正面板１２、前記断熱材１３の貫通部にはロッド支持部６６が設けられ、又該ロッド支持部６６に支持され、摺動自在に貫通する様にロッド６７が設けられている。該ロッド６７の前端は前記フランジ６４に連結され、前記ロッド６７の後端には取手６８が設けられている。

該取手６８を持って前記スライド駆動部６５を前後することで、前記スライドダンパ６３が軸心方向に移動し、該スライドダンパ６３の位置によって、該スライドダンパ６３と前記３次空気導入口３０の重なり量、即ち該３次空気導入口３０の開口量が決定される。又、前記スライドダンパ６３の位置確認できる様、前記スライド駆動部６５の１つに開口量確認計６９が設けられる。該開口量確認計６９は前記ロッド支持部６６に設けられ、メモリ指示針７０及び前記ロッド６７に刻設された開口メモリ（図示せず）を有し、該開口メモリは前記スライドダンパ６３の位置、或は前記３次空気導入口３０の開口度に対応しており、前記メモリ指示針７０が目盛を指すことで、指した目盛から前記３次空気導入口３０の開口量が多燃料用バーナ装置１の外部から簡単に確認できる様になっている。前記ロッド６７を固定する場合は、ナット６６ａを締込み、シール部材を圧縮し、該シール部材を介して前記ロッド６７を固定し、或は／又、押しボルトを押付けて前記ロッド６７を固定する。

尚、該ロッド６７はシリンダ等のアクチュエータにより移動させる様にしてもよい。或は、前記ロッド６７にラックギアを設け、該ラックギアに噛合されたピニオンギアを介してモータにより前記ロッド６７を進退させる様にしてもよい。

次に、前記第２空気調整部９について、図６〜図１０を参照して説明する。

前記ノズル前端部１７の周囲にドーナッツ形状の２次空気導入空間７２を形成する様に、内部ウインドボックス７３が設けられる。該内部ウインドボックス７３は、概略の外形形状が円であり、反炉心（後面側）側に設けられた背面板７４の中心部にドーナッツ状凹部が形成され、更に該凹部の外周を囲む環状の凸部７５が形成されている。

前記内部ウインドボックス７３の前面には前記スロート４と同心で同径のバーナ開口７６が形成され、該バーナ開口７６の周囲に前記スロート４に連続する曲面を有するスロート案内部７７が設けられ、該スロート案内部７７と前記背面板７４の凹部周縁部に掛渡ってベーン軸７８が設けられている。該ベーン軸７８は前記スロート４の軸心と平行であり、円周方向所要角度ピッチで設けられ、各ベーン軸７８にベーン７９が回転自在に設けられ、該ベーン７９相互はリンク８１によって連結されている。

前記ベーン軸７８の１つベーン軸７８ａはベーン７９ａと固着され、前記ベーン軸７８ａを回転することで、前記ベーン７９ａが回転し、前記リンク８１を介して全てのベーン７９が一体的に回転する様になっている。

前記正面板１２にはベーン駆動モータ８２が設けられ、該ベーン駆動モータ８２の出力軸は前記正面板１２、前記断熱材１３を気密に貫通し、回転継手８３を介して前記ベーン軸７８ａに連結されている。前記ベーン駆動モータ８２は図示しない制御部に接続され、該制御部により、前記ベーン駆動モータ８２が駆動され、前記ベーン軸７８ａが回転され、前記ベーン７９の角度が変更される様になっている。図２中、８４は前記ベーン軸７８ａを手動で回転する場合のハンドルである。前記ベーン駆動モータ８２、前記回転継手８３等は、ベーン回転駆動部を構成する。

図７、図８に示される様に、前記ノズル前端部１７は前記第２ガスバーナノズル３４と対応する位置に外周面から軸心側に傾斜する凹溝８５が形成され、該凹溝８５と前記スロート案内部７７との間で前記スロート４中心部に向う流路８６が形成される。又、前記ノズル前端部１７と前記内筒前端部２７との間で前記第１燃料ガス２３が噴出する吐出口８７が形成されるが、該吐出口８７は前記凹溝８５によって周方向に分割された状態となる。

尚、図中、８８は前記点火トーチ６０との干渉を避ける為に形成した凹部である。

図９、図１０に示される様に、前記凸部７５の背面７５ａにリング状の回転ダンパ８９が前記凸部７５に摺接しつつ所要角度範囲で回転可能に設けられている。前記回転ダンパ８９は、前記背面７５ａに座金を介してボルト９０で取付けられ、該ボルト９０が挿通する孔９１は円周方向に長孔となっている。又、前記凸部７５の外周面には所要位置、少なくとも２箇所に、ガイドローラ９２が回転自在に設けられ、該ガイドローラ９２は前記回転ダンパ８９の外周面に転動自在に当接している。従って、前記回転ダンパ８９は前記ガイドローラ９２に案内され、前記長孔９１の範囲で前記回転ダンパ８９が回転可能となっている。

前記背面７５ａには、所定角度ピッチで略短冊状の開口部Ａ９３が穿設され、又前記回転ダンパ８９には前記開口部Ａ９３と同一ピッチで同一形状の開口部Ｂ９４が穿設され、前記回転ダンパ８９の回転範囲で、前記開口部Ａ９３が全開、全閉の状態が得られる様になっている。尚、図示では、前記開口部Ａ９３が半開状態となっている。

前記回転ダンパ８９の内周面には中心に向って突設する一対のブラケット９５が対峙して立設され、該ブラケット９５間に偏心カム９６が嵌合されている。該偏心カム９６の回転軸９７は前記凸部７５内周面に回転自在に支持され、前記回転軸９７は回転継手９８を介して回転ダンパ回転軸９９に連結されている。該回転ダンパ回転軸９９は前記正面板１２、前記断熱材１３を気密に貫通し、前記正面板１２に支持されている回転ダンパ回転入力部１０１に連結されている。

該回転入力部１０１は、例えばウォーム減速機であり、図示してないがハンドルにより入力軸１０２を回転させることで、前記回転ダンパ回転軸９９が回転し、前記回転継手９８を介して前記偏心カム９６を回転し、更に前記ブラケット９５を介して前記回転ダンパ８９が回転する様になっている。前記回転入力部１０１、前記回転継手９８、前記偏心カム９６等は、回転ダンパ駆動部を構成する。

尚、前記回転入力部１０１をモータ等のアクチュエータを具備する構成とし、前記回転ダンパ８９の外周或は内周にギアを設け、又前記回転軸９７に駆動ギアを設け、該駆動ギア、前記ギアを介して前記回転ダンパ８９を自動で回転させる様にしてもよい。

又、前記回転入力部１０１の回転ダンパ回転軸９９突出位置に、回転目盛１０３を設け、前記回転ダンパ回転軸９９の突出端に角度指示針１０４を設け、前記回転ダンパ８９の回転位置、即ち前記開口部Ａ９３の開度を示す様にしてもよい。又、該開口部Ａ９３は多燃料用バーナ装置１の外部に露出しており、前記開口部Ａ９３の開度は簡単に確認することができる。

更に、前記凸部７５の外周面、内周面にパンチングメタル等の多孔穿設板を用い、前記２次空気導入空間７２に前記凸部７５の背面、外周面、内周面の３面から燃焼用空気を取入れる様にしてもよい。前記多孔穿設板は、前記回転ダンパ８９を通過する空気の圧損と前記凸部７５の外周面、内周面を通過する空気の圧損とのバランス調整をして、前記回転ダンパ８９による流量調整を有効にするものである。尚、前記凸部７５の外周面、内周面の多孔部分は、別途設けた閉塞板（図示せず）により、閉塞可能としてもよい。

以下、上記多燃料用バーナ装置１の作用について説明する。

使用される燃料ガスに対応して、前記スライド駆動部６５により前記スライドダンパ６３の位置を調整して前記３次空気導入口３０の開口度を設定し、前記回転入力部１０１を介して前記回転ダンパ８９の回転を調整して前記開口部Ａ９３の開口度を設定し、更にベーン駆動モータ８２を駆動して前記ベーン７９の角度を設定する。尚、前記３次空気導入口３０の開口度、前記開口部Ａ９３の開口度、前記ベーン７９の角度については、予め燃焼試験等でデータを取得しておく。

前記ダクトフランジ１０から前記ダクト空間１１に燃焼用空気が供給される。

前記ダクト空間１１に流入した燃焼用空気の一部は、前記スライドダンパ６３により流量が調整され、前記３次空気導入口３０より前記内筒ノズル１６の内部に流入し、軸心方向の流れとなって前記スワラ４９に至り、該スワラ４９を通過することで、旋回が与えられて油バーナ４５の周囲から、又前記第２ガスバーナノズル３４の中心から３次空気１０７として噴出する。

前記点火トーチ６０が点火される。

前記エアシリンダ５３を短縮し、前記油バーナ４５を点火位置迄前進させる。所定位置に到達したかどうかは、前記リミットスイッチ５４からの信号によって確認される。

前記油バーナ４５が所定位置に設定されると前記油バーナ４５から油が噴出され、前記点火トーチ６０によって油が点火され、前記点火トーチ６０が消火される。

前記第１燃料ガス導入口２２から低カロリの前記第１燃料ガス２３が供給され、前記第２燃料ガス供給管３９から高カロリの前記第２燃料ガス４１が供給される。

前記点火トーチ６０によって、前記第２ガスバーナノズル３４から噴出される第２燃料ガス４１が着火される。前記第２ガスバーナノズル３４によって形成される火炎は、第２ガスバーナノズル３４相互で交差する様に設定されているので、１つの第２ガスバーナノズル３４に着火し、燃焼が行われることで、他の第２ガスバーナノズル３４についても着火を誘引し、燃焼状態に至る。又、１つが失火したとしても、他の第２ガスバーナノズル３４の火炎が火種となって、再び燃焼状態に至る。

前記第１燃料ガス導入口２２からは前記第１燃料ガス２３が供給され、該第１燃料ガス２３は前記端板２１に沿って軸方向の流れとなり、前記内筒ノズル１６と前記外筒ノズル１５間の前記導入流路２５を通って、前記凹溝８５によって分流され、前記吐出口８７より噴出する。

前記ダクト空間１１に流入した燃焼用空気の残りは、前記回転ダンパ８９により流量が調整され、前記２次空気導入空間７２に流入し、前記ベーン７９によって旋回が与えられ、前記スロート４に向って２次空気１０６として流出する。該スロート４の流出の過程で、前記ノズル前端部１７には前記凹溝８５が形成されているので、より多くの燃焼用空気が前記凹溝８５より流出する。従って、該凹溝８５は分流作用があり、又該凹溝８５は前記第２ガスバーナノズル３４と対応した位置に設けられているので、前記第２ガスバーナノズル３４へ積極的に２次空気１０６が供給され、前記第２燃料ガス４１の燃焼を促進する。

又、前記凹溝８５を流出する２次空気１０６は、分流された低カロリの前記第１燃料ガス２３の流れに割込む様に流出するので、前記第１燃料ガス２３と２次空気１０６との混合が促進される。更に、分流した前記第１燃料ガス２３の流れに隣接して前記第２ガスバーナノズル３４による火炎がそれぞれ形成される為、前記第１燃料ガス２３に対する前記第２ガスバーナノズル３４の火炎による助燃作用が増大し、前記第１燃料ガス２３の良好な燃焼状態が得られる。

上記した様に、２次空気１０６、３次空気１０７は同一のウインドボックス７を介して供給され、更に２次空気１０６、３次空気１０７はここで流量調整可能としたので、ボイラ全体の燃焼空気の制御系に外乱を与えることなく多燃料用バーナ装置１単体でそれぞれ最適な燃焼用空気の供給が可能となる。

燃焼が開始されることで、前記外筒ノズル１５と前記内筒ノズル１６間で温度差が生じ、温度差に基づく熱膨張差が発生する。又、前記内筒ノズル１６は前記端板２１と前記３次空気導入ダクト２６によって前記外筒ノズル１５に拘束されているが、この熱膨張差は前記エキスパンション２８の伸縮によって吸収される。

燃焼状態は、前記火炎検出器５９によって確認され、前記第１燃料ガス２３が安定燃焼状態となると、前記油バーナ４５による燃焼を停止することも可能である。前記エアシリンダ５３が駆動され、前記油バーナ４５が前記スワラ４９と共に後退され、該スワラ４９、前記油バーナ４５の熱損傷が防止される。

又、前記第２ガスバーナノズル３４は上記した様に２重管構造となっており、前記連絡孔４２を介して冷却空気４４が内部を前端に向って流れ、更に前端から流出する。前記冷却空気４４によって、前記第２ガスバーナノズル３４、特に先端部が冷却され、該第２ガスバーナノズル３４の焼損を防止して延命化が図れる。

而して、自燃ができない低カロリの燃料ガスの燃焼が可能となり、副生ガスの有効利用が図れる。

尚、燃焼状態の改善、安定に蒸気を供給することが有効であり、燃焼状態に応じて前記
油バーナ４５より適宜蒸気を供給する。

又、上記説明では、前記第１燃料ガス２３（低カロリガス）の助燃として、前記第２ガスバーナノズル３４により前記第２燃料ガス４１（高カロリガス）を燃焼させたが、前記第２ガスバーナノズル３４による燃焼に代え、前記油バーナ４５により油を燃焼させてもよい。

次に、上記多燃料用バーナ装置１の保守について説明する。

先ず、前記第２ガスバーナノズル３４の保守を行う場合は、対象となる第２ガスバーナノズル３４に連結されている連結管３７を取外す。該連結管３７を取外すことで、前記第２ガスバーナノズル３４を固定するものはなくなり、該第２ガスバーナノズル３４は後端方向に引抜くことができる。又、該第２ガスバーナノズル３４は個々に引抜くことも可能である。

保守の完了した第２ガスバーナノズル３４を装着する場合は、上記手順の逆を行えばよく、作業は極めて簡単である。

更に、大規模な保守を行う場合、多燃料用バーナ装置１に対して接続された配管系を切離せば、前記バーナ５を固定するものは、前記固定フランジ２４部分のみであり、又、前記外筒ノズル１５は前端側に向って外径が漸次減少しているので、前記固定フランジ２４を前記バーナ固定フランジ１４から取外せば、前記バーナ５は後端側に引出すことができる。

１ 多燃料用バーナ装置
２ ボイラ炉壁
３ 伝熱管
４ スロート
５ バーナ
６ 燃焼空気調整装置
７ ウインドボックス
８ 第１空気調整部
９ 第２空気調整部
１２ 正面板
１５ 外筒ノズル
１６ 内筒ノズル
１７ ノズル前端部
１８ 外筒ノズル本体
２０ 第１ガスバーナノズル
２１ 端板
２３ 第１燃料ガス
２５ 導入流路
２６ ３次空気導入ダクト
２７ 内筒前端部
２８ エキスパンション
２９ バーナ支持部
３０ ３次空気導入口
３４ 第２ガスバーナノズル
３７ 連結管
３８ リングヘッダ
４１ 第２燃料ガス
４２ 連絡孔
４４ 冷却空気
４５ 油バーナ
４８ 連絡管
４９ スワラ
５０ シールガス
５３ エアシリンダ
５６ ガス噴出孔
６３ スライドダンパ
６５ スライド駆動部
７２ ２次空気導入空間
７３ 内部ウインドボックス
７５ 凸部
７５ａ 背面
７９ ベーン
８２ ベーン駆動モータ
８５ 凹溝
８７ 吐出口
９３ 開口部Ａ
９４ 開口部Ｂ
１０１ 回転入力部
１０６ ２次空気
１０７ ３次空気

Claims (8)

1. 多重円筒構造を有するバーナに設けられる燃焼空気調整装置であって、該燃焼空気調整装置は前記バーナの周囲に燃焼空気分配用のダクト空間を形成するウインドボックスと、前記ダクト空間の内周面に臨接する第１空気調整部と、前記ダクト空間のバーナ先端側に位置し、バーナ先端部周囲に設けられると共に前記ダクト空間との境界に背面板を有する第２空気調整部とを具備し、前記第１空気調整部は前記ウインドボックスと前記バーナの中心中空部とを連通する３次空気導入ダクトを有し、該３次空気導入ダクトを介し燃焼空気を３次空気として取入れ、該３次空気をバーナ中心から供給し、前記第２空気調整部は前記ウインドボックスから前記背面板を介して燃焼空気を２次空気として取入れ、該２次空気を前記バーナの外周から供給する様構成したことを特徴とする燃焼空気調整装置。
2. 前記第１空気調整部は、前記バーナに外嵌し、該バーナの軸心方向にスライド可能な円筒状スライドダンパを有し、該スライドダンパのスライドにより、前記３次空気導入ダクトの開口部の開度を調整可能とした請求項１の燃焼空気調整装置。
3. 前記第２空気調整部は、前記バーナの軸心を中心に回転するリングダンパを有し、前記背面板には円周方向に所定間隔で背面板開口部が設けられ、前記リングダンパには前記背面板開口部と同間隔で開口部が設けられ、前記リングダンパの回転により前記背面板開口部の開度を調整可能とした請求項１の燃焼空気調整装置。
4. 前記第１空気調整部は、前記中心中空部にスワラが設けられ、該スワラにより３次空気に旋回が与えられる請求項１の燃焼空気調整装置。
5. 前記第２空気調整部は、円周方向に所定間隔で配設されたべーンを有し、前記背面板から取入れられた２次空気は前記ベーンを通って旋回流として供給される請求項１の燃焼空気調整装置。
6. 前記第２空気調整部の背面板は、前記ダクト空間に突出する環状の凸部を有し、該凸部の背面に前記リングダンパが設けられ、前記凸部の内周面、外周面の少なくとも一方に多孔が形成され、該多孔を介して２次空気を取入れ可能とした請求項３の燃焼空気調整装置。
7. 前記バーナには、外周から中心に向って傾斜する凹溝が形成され、該凹溝によって２次空気に分流が形成される様構成した請求項１の燃焼空気調整装置。
8. 前記バーナは、外筒ノズルと内筒ノズルを有し、前記外筒ノズルと前記内筒ノズルとの間には導入流路が形成され、前記内筒ノズル内部から第２燃料ガスが供給され、前記導入流路から第２燃料ガスより低カロリの第１燃料ガスが供給される請求項１〜請求項７のいずれか１つの燃焼空気調整装置。

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