JP2013145067A - バイオマス燃焼バーナ及びバイオマス燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バイオマス燃料の燃焼時の着火性の低下を防止して、安定燃焼が可能なバイオマス燃焼バーナの提供である。
【解決手段】
中心軸に設けた液体燃料ノズル２と、液体燃料ノズル２の外周でバイオマス燃料と搬送気体とを噴出するバイオマス燃料ノズル３と、液体燃料ノズル２の外周に設けた燃料濃縮器９と、バイオマス燃料ノズル３の先端に設けた保炎器１３と、バイオマス燃料ノズル３の外周に設けた燃焼ガスノズル５とを備えたバイオマス燃焼バーナ１であって、バイオマス燃料ノズル３の外周且つ燃焼ガスノズル５内周に固体燃料の粒子を搬送する固体燃料ノズル４を設け、固体燃料ノズル４からバイオマス燃料ノズル３内への粒子噴出口１０を燃料濃縮器９と保炎器１３との間で且つ保炎器１３近傍に設ける。噴出口１０からの粒子により、バイオマス燃料ノズル３内壁の保炎器１３近傍で集中した粒子が着火して安定燃焼が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマス燃焼バーナ及びバイオマス燃焼装置に係り、特にバーナの出口近傍における着火性を高めるバーナ装置に関するものである。

近年の二酸化炭素による地球温暖化の問題から、カーボンニュートラルといわれるバイオマス燃料が注目されている。バイオマスは、生物が光合成によって生成した有機物であり、バイオマスを燃焼することによって放出される二酸化炭素は、生物の成長過程で、光合成により大気から吸収した二酸化炭素である。したがって、バイオマスは生物のライフサイクルの中で大気中の二酸化炭素を増加させないニュートラルな燃料である。

そこで、火力発電プラントからの二酸化炭素の排出量削減のため、化石燃料の代わりにバイオマス燃料を用いたバイオマス焚きボイラ、又は化石燃料の一部をバイオマス燃料に代替するバイオマス燃料混焼ボイラの開発が進められている。

バイオマス燃料は化石燃料、例えば石炭と比較すると、密度、含有揮発分量、含有水分量、含有元素の割合等、燃料の性状が大きく異なることから、石炭等の化石燃料と同一のバーナでバイオマス燃料を燃焼させた場合、化石燃料の燃焼時と燃焼状態が大きく異なってくる。そのため、バイオマス燃料を燃焼させるためのバイオマス燃焼バーナの開発が進められている。

バイオマス燃焼バーナの例として下記特許文献１〜４が挙げられる。
特許文献１には、少なくとも４本の異なる径の円筒状部材を同心状（同軸状）に組み合わせ、最も内側から着火用補助燃料を供給し、その外側から順に補助燃料燃焼用空気、バイオマス燃料、バイオマス燃料の燃焼用空気を供給してバイオマス燃料を燃焼させる多管式バイオマス燃焼バーナが開示されている。

特許文献２には、バーナ中心の木材噴出ノズルから微粉木材を噴出すると共に、木材噴出ノズルの外周に設けた石炭噴出ノズルから微粉炭を噴出して燃焼させる混焼バーナが開示されている。

特許文献３には、バイオマス燃料を供給する中心ノズルの先端に設けた保炎器を拡大構造としたり、中心ノズル内に分散装置等を設けたバーナが開示されている。
特許文献４には、石炭燃料噴出ノズルを中心側にバイオマス燃料噴出ノズルをその外周側に設け、バイオマス燃料噴出ノズルの先端に保炎板を設けたバーナが開示されている。

特開２０１１−１２８３６号公報 特開２００７−１０１０８３号公報 特開２００５−２９１５３４号公報 特開２００３−２２２３１０号公報

特許文献１に記載の構成によれば、シンプルな構造で多管式バイオマス燃焼バーナを実現できる。また、特許文献２に記載の構成によれば、木材噴出ノズルから噴出される微粉木材を石炭噴出ノズルから噴出される微粉炭が包み込むことで、燃焼温度を安定させている。更に、特許文献３に記載の構成によれば、保炎器の炉内側でバイオマス燃料のよどみ域を形成し、安定燃焼を図っている。特許文献４に記載の構成によれば、バイオマス燃料噴出ノズルの先端に設けた保炎板により渦流を形成させて着火の安定を図っている。

ここで、バイオマス燃料を燃焼させるためには、例えば同じ固体燃料である石炭と同様に微細な粒子に粉砕し、微粉状にしたバイオマス燃料をバーナに供給する必要がある。しかし、バイオマス燃料の主成分はセルロース等の繊維質であるため、石炭に比べて微粉砕することが難しい。
石炭焚きボイラを例に挙げると、燃焼させるのに好適な石炭粒子の粒子径は、２００メッシュパス（７５μｍ以下のサイズの粒子割合）で７０％〜９０％程度である。

一方、微粉砕機によりバイオマス燃料を、石炭が２００メッシュパスで７０％〜９０％となるのと同じ負荷をかけて粉砕した場合、バイオマス燃料は２００メッシュパスで数％程度に留まる。更に、粒子の中には最大数ｍｍ程度の大きさの粒子も存在し、粉砕後のバイオマス燃料の粒子径は石炭に比べて顕著に大きくなる。バイオマス燃料の粒子径を小さくするためには、微粉砕機の負荷を大きくしなければならないが、それにより動力消費が増大する。しかし、粉砕効率の制約及び動力の上限により、バイオマス燃料を石炭と同程度の微粒子に粉砕することは現実的には難しい。

固体燃料をバーナで燃焼させる際には、まず数１０μｍ以下の微粒子が着火し、この微粒子を起点とした火炎の伝播が起こることでより大きな粒子径の燃料粒子が燃焼する。そのため、固体燃料の安定着火及び安定燃焼には数１０μｍ以下の微粒子の存在が不可欠であるが、粉砕後の燃料粒子中に含まれる微粒子の割合が石炭よりも極めて低下するバイオマス燃料では、燃焼時の着火性が低下するため、バーナにおける安定燃焼が困難であった。

特許文献１に記載の構成では、バーナの構造はシンプルであるものの、一次空気や二次空気のスワール（渦）の強度を変更しないと安定燃焼は難しい。
そして、特許文献２に記載の構成では、微粉木材を微粉炭が包み込むことで、ある程度燃焼温度が安定するが、包み込むのに十分な量の微粉炭が必要である。また、微粉木材の量が多いとその効果も半減するため、微粉炭の量も多くする必要がある。更に、木材を微粉砕するためには上述のように微粉砕機の負荷を大きくしなければならず、動力消費の問題が残る。

更に、特許文献３や特許文献４に記載の構成では、保炎器（保炎板）によってある程度の安定燃焼は可能でも、バイオマス燃料の粒子径が大きい場合は着火性の低下等の問題も残る。また、バイオマス燃料を微粉砕するのに動力が掛かるため、バイオマス燃料は副燃料として使用されるのみであり、バイオマス燃料の有効利用は未だ不十分であるといえる。

本発明の課題は、バイオマス燃料の燃焼時の着火性の低下を防止して、バーナにおける安定燃焼が可能なバイオマス燃焼バーナ及びこのバイオマス燃焼バーナを備えたバイオマス燃焼装置を提供することである。

本発明の上記課題は、以下の手段により解決することができる。
請求項１記載の発明は、中心軸に設けられる液体燃料ノズルと、該液体燃料ノズルの外周に設けられ、バイオマス燃料と搬送気体とを搬送し噴出するバイオマス燃料ノズルと、前記液体燃料ノズルの外周に設けられ、バイオマス燃料ノズル内の燃料の流路をバイオマス燃料ノズルの内壁側に狭める燃料濃縮器と、前記バイオマス燃料ノズルの先端部の内壁に設けた保炎器と、バイオマス燃料ノズルの外周に設けられ、燃料の燃焼ガスを噴出する燃焼ガスノズルとを備えたバイオマス燃焼バーナであって、前記バイオマス燃料ノズルの外周で、且つ燃焼ガスノズルの内周に、固体燃料の粒子を搬送しバイオマス燃料ノズル内に噴出する固体燃料ノズルを設け、該固体燃料搬送ノズルの噴出口を、燃料濃縮器と保炎器との間で、且つ保炎器近傍のバイオマス燃料ノズル壁面に設けたバイオマス燃焼バーナである。

請求項２記載の発明は、前記固体燃料は、半炭化処理されたバイオマス燃料である請求項１記載のバイオマス燃焼バーナである。

請求項３記載の発明は、前記固体燃料の粒子が微粉炭である請求項１に記載のバイオマス燃焼バーナと、前記固体燃料ノズルに供給する固体燃料を粒子状に粉砕する固体燃料粉砕機とを設けたバイオマス燃焼装置である。

請求項４記載の発明は、請求項２に記載のバイオマス燃焼バーナと、前記固体燃料ノズルに供給する半炭化処理されたバイオマス燃料の粒子を貯留する固体燃料貯留器とを設けたバイオマス燃焼装置である。

（作用）
固体燃焼をバーナで燃焼させる際には、まず数１０μｍ以下の微粒子が着火し、この微粒子を起点とした火炎の伝播が起こることでより大きな粒子径の燃料粒子が燃焼する。したがって、固体燃料の安定着火及び安定燃焼には数１０μｍ以下の微粒子の存在が不可欠であるが、粉砕後の燃料粒子中に含まれる微粒子の割合が石炭よりも極めて低下するバイオマス燃料では、燃焼時の着火性が低下するため、バーナにおける安定燃焼が困難であった。

本発明によれば、バイオマス燃料を主燃料、固体燃料を副燃料として使用し、固体燃料ノズルの噴出口からバイオマス燃料ノズル内に固体燃料の粒子を供給することで、バイオマス燃料ノズル内壁の固体燃料の微粒子の割合を増加させることができる。
例えば、固体燃料の粒子として、数１０μｍオーダーの固体燃料の微粒子を使用する。具体的には、固体燃料を７５μｍ以下のサイズの粒子割合で７０％〜９０％に調整すると良い。また、バイオマス燃料は粗粉砕（数ミリ程度、例えば２ｍｍ以下）するだけで良い。

バイオマス燃料ノズル内の濃縮器により、バイオマス燃料ノズルの内壁側に搬送流路が狭められるため、バイオマス燃料はバーナの中心から外側に流れてバイオマス燃料ノズルの径方向の内壁沿いにおけるバイオマス燃料濃度が高まる。このバイオマス燃料濃度が高い領域にバイオマス燃料ノズルの外周から固体燃料の粒子が供給されるため、固体燃料の粒子は効率よくバイオマス燃料と接触、混合する。そして、バイオマス燃料ノズルの径方向の内壁沿いに微粒子濃度（この微粒子とはバイオマス燃料の微粒子と固体燃料の微粒子の両方の微粒子のことである）が高まった固気二相流を形成するため、火炉開口部における燃料の着火性が向上する。更に、バイオマス燃料ノズルの出口内壁には保炎器が設置されているため、この保炎器近傍に固体燃料の粒子が供給されて保炎器に当たると粒子速度が低下して保炎器近傍に粒子が集中する。したがって、この粒子が着火することで、燃料の安定的な着火が可能となる。

すなわち、請求項１記載の発明によれば、固体燃料ノズルから固体燃料の粒子がバイオマス燃料ノズル内のバイオマス燃料濃度が高い領域に噴出してバイオマス燃料と混合し、この粒子を起点とした火炎の伝播が起こることでより大きな粒子径のバイオマス燃料粒子が燃焼する。したがって、バイオマス燃料と固体燃料の粒子が効率よく接触、混合されることで、比較的粒子径が大きく、微粒子の割合が小さいバイオマス燃料でも、燃焼時の着火性が低下しない。また、バイオマス燃料と固体燃料の接触、混合が保炎器近傍で行われるため、保炎器近傍で着火する。したがって、燃料の安定的な着火が可能となる。

また、バイオマス燃料を半炭化処理すると、バイオマス燃料中の繊維質の熱分解が起こり、バイオマス燃料を微粉砕しやすくなる。更に、バイオマス燃料が元来揮発分を多量に含むことにより、着火性に富み、燃料として好適である。なお、半炭化バイオマス燃料とは、バイオマス燃料を還元雰囲気下で２００℃〜３００℃程度で加熱処理し、バイオマス燃料に含まれる揮発分を残しつつ、含有水分率を数パーセント以下にした燃料である。なお、炭化燃料とは、水分だけではなく、揮発分もバイオマス燃料から除去したもので、半炭化バイオマス燃料とは区別される。

したがって、請求項２記載の発明によれば、上記請求項１に記載の発明の作用に加えて、固体燃料として半炭化処理されたバイオマス燃料を使用することで、より一層着火性に優れたものとなる。また、燃料を微粉砕する際にも未処理のバイオマス燃料に比べて動力が軽減される。

そして、請求項３記載の発明によれば、上記請求項１に記載の発明の作用に加えて、固体燃料として微粉炭を使用した場合に、通常の微粉炭燃焼装置に元々備えてある粉砕機を利用することで、固体燃料ノズルに微粉炭燃料をスムーズに供給でき、また燃料供給系統の複雑化を防止できる。

また、請求項４記載の発明によれば、上記請求項２に記載の発明の作用に加えて、半炭化バイオマス燃料の貯留器を設けることで、固体燃料ノズルに半炭化バイオマス燃料をスムーズに供給できる。固体燃料が微粉炭の場合は貯留せずに粉砕機で砕いた微粉をそのまま供給するが、半炭化バイオマス燃料は水分を除去したバイオマスであり、長時間大気中に放置しておくと、大気中の水分を吸収し、粉砕性が低下してしまう。また、新たに半炭化バイオマス燃料の粉砕機を設けると、コストがかかってしまう。
したがって、固体燃料に半炭化バイオマス燃料を使用する場合は、大気中の水分を吸収してしまう前に粉砕して貯留することが望ましい。

本発明によれば、バイオマス燃料の燃焼時の着火性の低下を防止して安定的な着火が可能なバイオマス燃焼バーナを提供することができる。具体的には以下の効果を有する。
請求項１記載の発明によれば、固体燃料ノズルから固体燃料の粒子がバイオマス燃料ノズル内に噴出することで、バイオマス燃料粒子の燃焼が促進される。したがって、比較的粒子径が大きく、微粒子の割合が小さいバイオマス燃料を使用しても、燃焼時の着火性の低下が防止され、バーナにおける安定燃焼が可能となる。また、バイオマス燃料と固体燃料の粒子が効率よく接触、混合することで、固体燃料の粒子の流量を極力少なくしても、着火性の向上を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、上記請求項１に記載の発明の効果に加えて、固体燃料として半炭化処理されたバイオマス燃料を使用することで、微粉砕の手間もそれほど掛からず着火性に優れるバーナを提供できる。更にバイオマス燃料の専焼バーナとしても使用でき、バイオマス燃料の一層の有効利用が図れる。

請求項３記載の発明によれば、上記請求項１に記載の発明の効果に加えて、微粉炭燃焼装置に既存の微粉炭用の粉砕機を利用することで、固体燃料ノズルに微粉炭燃料をスムーズに供給できるため、バイオマス燃焼システムとして構築できる。

請求項４記載の発明によれば、上記請求項２に記載の発明の効果に加えて、半炭化バイオマス燃料の貯留器を設けることで、固体燃料ノズルに半炭化バイオマス燃料をスムーズに供給できる。新たに半炭化バイオマス燃料の粉砕機を設けた場合は、コストがかかったり、粉砕前に大気中の水分を吸収して粉砕性が低下してしまったりするが、このような問題も生じない。また、固体燃料として半炭化処理されたバイオマス燃料を使用することで、バイオマス燃料の有効利用が図れると共に、バイオマス専焼システムとしても構築できる。

本発明の一実施形態のバーナ部の構成を示す断面図である。 図１のバーナの固体燃料ノズルの先端部分の拡大図である。 図１のバーナの保炎器の構造を示した図（火炉側からバーナ方向へ見た図）である。 図１のバーナを備えたバイオマス燃焼装置の系統図である。 図１のバーナを備えたバイオマス燃焼装置の系統図である。

以下に、本発明の実施例について説明する。

図１には、本発明の実施例に係るバイオマス燃焼バーナの構成図を示す。本実施例は、バイオマス燃焼バーナ１の中心軸Ｃ（図２）に沿って設けられる液体燃料ノズル２と、その外周に設けられ、バイオマス燃料の搬送用ガス（一次空気）によってバイオマス燃料を搬送し、火炉１２に供給するバイオマス燃料ノズル３と、バイオマス燃料ノズル３の先端部の内壁に設けられる保炎器１３と、バイオマス燃料ノズル３の外周に設けられ、固体燃料の粒子を搬送ガスとともにバイオマス燃料ノズル３に噴出する噴出口１０を備えた固体燃料ノズル４と、固体燃料ノズル４の外周に設けられ、燃焼用ガスを火炉１２に噴出する燃焼用ガス噴出ノズル(二次空気用)５と、バイオマス燃料ノズル３内の燃料濃縮用の濃縮器９などから構成される。この濃縮器９は、液体燃料ノズル２の外周に設けられているため、バイオマス燃料ノズル３内の燃料の搬送流路をバイオマス燃料ノズル３の内壁側に狭める作用がある。

更に、燃焼用ガス噴出ノズル５の外周にバーナ出口で旋回流を形成するためのエアレジスタ６と、火炉１２に燃焼用ガスを噴出する燃焼用ガス噴出ノズル(三次空気用)７と、バイオマス燃料ノズル３内の流路縮小用のベンチュリ８を備えても良い。

図２には、固体燃料ノズル４の構造を示す。図２は、図１のバイオマス燃焼バーナ１の固体燃料ノズル３の先端部分の拡大図を示している。
固体燃料ノズル４の先端部は、バイオマス燃料ノズル３の壁面に設けられた孔（噴出口）１０に接続されている。固体燃料ノズル４内の固体燃料の粒子は、搬送ガスとともに固体燃料ノズル４内を通ってバイオマス燃料ノズル３内に投入される。

本実施例では、バイオマス燃料を主燃料とし、この固体燃料の粒子を副燃料として使用しており、固体燃料ノズル４から固体燃料の粒子をバイオマス燃料ノズル３内に噴出することで、バイオマス燃料ノズル３の内壁側の固体燃料の粒子の割合が増加する。

バイオマス燃料ノズル３内のバイオマス燃料は、濃縮器９によりバイオマス燃料ノズル３の内壁側に搬送流路が狭められるため、バイオマス燃料ノズル３の径方向の内壁沿いにおけるバイオマス燃料濃度が高まる。このバイオマス燃料濃度が高い領域にバイオマス燃料ノズル３の外壁から固体燃料の粒子が供給されることで、固体燃料の粒子は効率よくバイオマス燃料と接触、混合する。

そして、バイオマス燃料ノズル３の径方向の内壁沿いにバイオマス燃料と固体燃料の粒子濃度が高まった固気二相流を形成するため、火炉１２の開口部における燃料の着火性が向上する。更に、バイオマス燃料ノズル３の出口内壁には保炎器１３が設置されており、固体燃料の粒子が噴出する孔１０を保炎器１３の近傍に設けると、保炎器１３近傍に固体燃料の粒子が供給されるため、保炎器１３近傍に粒子が集中し、この粒子が着火して、燃料の安定的な着火が可能となる。したがって、比較的粒子径が大きく、微粒子の割合が小さいバイオマス燃料を使用しても、燃焼時の着火性の低下が防止され、バイオマス燃焼バーナ１における安定燃焼が可能となる
例えば、固体燃料の粒子は数１０μｍ以下の微粒子とし、具体的には固体燃料を微粉砕して７５μｍ以下のサイズの粒子割合で７０％以上（７０〜９０％程度）になるように調整する。なお、この程度に粉砕することを本明細書では微粉砕という。
これは、石炭焚きボイラにおいて、微粉炭を燃料として使用した場合に好適な微粉炭の粒子径に相当する。また、固体燃料であれば種類を問わないが、着火性向上を目的するため、含有揮発分量が多い固体燃料（例えば、半炭化バイオマス燃料）を用いることが好ましい。

また、運用するボイラが微粉炭とバイオマス燃料の混焼ボイラであれば、固体燃料の粒子として微粉炭を用いることが好ましい。微粉炭とバイオマス燃料の混焼ボイラでは、新たに半炭化バイオマス燃料等の他燃料を準備するよりも、混焼用に使用される微粉炭を固体燃料として使用した方が、燃料供給系統が複雑にならなくて済む。

バイオマス燃料としては、代表的な木質系のバイオマス燃料の他に、植物由来の固体燃料であれば何でも良い。トウモロコシなどの農産物や茶殻、コーヒーかすなどの食品廃棄物を利用しても良い。
なお、バイオマス燃料は微粉砕する必要はなく、粗粉砕（数ミリ以下、２００メッシュパスで１０％程度）するだけで足りる。また、この程度に粉砕することを本明細書では粗粉砕という。

また、固体燃料の噴出口である孔１０は、バイオマス燃料ノズル３内の燃料搬送方向（中心軸Ｃに沿った方向）に対して直交する方向に噴出されるように設置されると良い。固体燃料の微粒子がバイオマス燃料ノズル３内の燃料搬送方向と同じ方向に噴出されると、その流れに沿ってバイオマス燃焼バーナ１の外に出てしまい、固体燃料の微粒子とバイオマス燃料との混合が促進されない。

固体燃焼の燃焼は、数１０μｍ以下の微粒子が着火し、この微粒子を起点とした火炎の伝播が起こることでより大きな粒子径の燃料粒子が燃焼するため、固体燃料の微粒子とバイオマス燃焼との混合が促進される方が良い。

したがって、例えば、図１に示すように、固体燃料の噴出口である孔１０の設置部をバイオマス燃料ノズル３の壁面からバイオマス燃料ノズル３内に突き出すように形成すると、バイオマス燃料の搬送方向に対して直交する方向に固体燃料の微粒子が噴出され、固体燃料の微粒子とバイオマス燃料との混合が促進されるため、より一層燃焼時の着火性の低下が防止され、バイオマス燃焼バーナ１における安定燃焼が可能となる。

また、孔１０から噴出する固体燃料の微粒子は保炎器１３の内側の面（火炉１２側から見て背面）に衝突して、粒子速度が低下した後、バイオマス燃焼バーナ１の近傍で着火する。このように、バイオマス燃料ノズル３の出口内壁に設置された保炎器１３の近傍に微粒子が集中するため、この微粒子が着火して、燃料の安定的な着火が可能となる。

図３には、火炉１２側からバイオマス燃焼バーナ１方向へ見た時の保炎器１３の形状を示す。
この保炎器１３はサメ歯形状をしており、孔１０から噴出する微粒子を効果的に保炎器１３に衝突させるためには、保炎器１３の突出部１３ａの前流側に孔１０を設置することが好ましい。この突出部１３ａに固体燃料の微粒子が集中的に噴出することで、固体燃料の流量を極力少なくしても、着火性の向上を図ることができる。更に、孔１０の形状は図２では円形で示しているが、円形であっても、多角形であってもその形状は問わない。

一方、運用するボイラがバイオマス専焼ボイラであれば、バイオマス燃料の一層の有効利用が図れる。微粉砕したバイオマス燃料を固体燃料ノズル４に供給し、粗粉砕したバイオマス燃料をバイオマス燃料ノズル３に供給する。
この場合、微粉砕したバイオマスの固体燃料は上述のように極力少なくしても、着火性が低下することはないため、微粉砕のための動力消費の増加も抑えられる。

このように、微粉砕したバイオマス燃料を固体燃料の粒子として用いることもできるが、特に半炭化処理した半炭化バイオマス燃料を固体燃料の粒子として用いることが好ましい。固体燃料バイオマス燃料を半炭化処理すると、バイオマス燃料中の繊維質の熱分解が起こり、バイオマス燃料が微粉砕しやすくなる。更に、バイオマス燃料が元来揮発分を多量に含むことにより、着火性に富むため、固体燃料の粒子として好適な燃料である。

また、燃料を微粉砕する際にも未処理のバイオマス燃料に比べて動力が軽減される。固体燃料として半炭化処理されたバイオマス燃料を使用することで、微粉砕の手間もそれほど掛からず着火性に優れるバーナを提供できる。また、半炭化バイオマス燃料の粒度は、石炭の微粉砕時と同様に２００メッシュパスで７０％以上であることが好ましい。

バイオマス燃料ノズル３に供給するバイオマス燃料に何ら炭化処理されていないバイオマス燃料を使用した場合でも、燃焼時の着火性低下の防止、バイオマス燃焼バーナ１における安定燃焼等の効果を奏することは言うまでもない。

図４には図１のバイオマス燃焼バーナ１を備えたバイオマス燃焼装置の系統図を示す。 本実施例のバイオマス燃焼装置は、バイオマス燃料ノズル３に供給するためバイオマス燃料を貯留するバイオマスバンカ１６と、バイオマスバンカ１６内のバイオマス燃料を一定量供給するバイオマス燃料供給機１５と、バイオマス燃料供給機１５により供給されるバイオマス燃料を粉砕するバイオマス燃料粉砕機１４と、バイオマス燃料粉砕機１４により粉砕されたバイオマス燃料をバイオマス燃料ノズル３に供給するバイオマス燃料ライン２７と、固体燃料ノズル４に供給するための固体燃料を貯留する固体燃料バンカ１９と、固体燃料バンカ１９内の固体燃料を一定量供給する固体燃料供給機１８と、固体燃料供給機１８により供給される固体燃料を微粉砕する固体燃料粉砕機２０と、固体燃料粉砕機２０により粉砕された固体燃料を固体燃料ノズル４に供給する固体燃料供給ライン２８と、バイオマス燃焼バーナ１と、このバーナ１が設置された火炉１２などから構成される。

なお、火炉１２を出た燃焼排ガスは排ガスライン２９から排ガス処理装置３０に供給されて浄化処理される。また、二段燃焼用ガス供給ライン２２から二段燃焼用ガス投入口２１に燃焼用ガスを投入して火炉１２に供給する二段燃焼装置としても良い。
固体燃料は固体燃料粉砕機２０により微粉砕された後、固体燃料供給ライン２８から固体燃料ノズル４に供給され、バイオマス燃料はバイオマス燃料粉砕機１４により粗粉砕された後、バイオマス燃料ライン２７からバイオマス燃料ノズル３に供給される。

バイオマス燃料の粉砕機１４と固体燃料の粉砕機２０を設けることで、それぞれの燃料を粉砕後、バイオマス燃料ノズル３及び固体燃料ノズル４にスムーズに供給できる。

特に、既設の石炭焚きボイラを微粉炭とバイオマス燃料との混焼ボイラへ改造したり、適用したりする場合、固体燃料としては微粉砕した石炭を用いることが好ましく、固体燃料の粒子の供給系統には、既設の石炭バンカ、石炭供給機、石炭粉砕機を用いることが好ましい。

したがって、本実施例のバイオマス燃焼装置により、微粉炭燃焼装置として既設の石炭焚きボイラの利用が可能となるため、既設の石炭焚きボイラの汎用性が高まり、また経済的でもある。

また、図５には図１のバイオマス燃焼バーナ１を備えたバイオマス燃焼装置の系統図（他の例）を示す。なお、図４と同じ番号の部材の説明は一部省略する。
本実施例のバイオマス燃焼装置は、バイオマス燃料ノズル３に供給するためバイオマス燃料を貯留するバイオマスバンカ１６と、バイオマスバンカ１６内のバイオマス燃料を一定量供給するバイオマス燃料供給機１５と、バイオマス燃料供給機１５により供給されるバイオマス燃料を粉砕するバイオマス燃料粉砕機１４と、バイオマス燃料粉砕機１４により粉砕されたバイオマス燃料をバイオマス燃料ノズル３に供給するバイオマス燃料ライン２７と、固体燃料ノズル４に供給するための微粉砕された固体燃料を貯留する固体燃料貯留器２５と、固体燃料貯留器２５内の固体燃料を一定量供給する固体燃料供給機２６と、固体燃料供給機２６により供給される固体燃料を固体燃料ノズル４に供給する固体燃料供給ライン２８と、バイオマス燃焼バーナ１と、このバーナ１が設置された火炉１２などから構成される。

固体燃料は、既に微粉砕されており、この状態で固体燃料貯留器２５に貯留される。固体燃料を貯留する固体燃料貯留器２５は、タンクやビンなど簡易的なもので良い。バイオマス燃料の粉砕機１４と固体燃料貯留器２５を設けることで、バイオマス燃料ノズル３及び固体燃料ノズル４にそれぞれの燃料をスムーズに供給できる。

図５に示すバイオマス燃焼装置が図４に示すバイオマス燃焼装置と違うところは、固体燃料供給ライン２８に接続される、バンカ１９、固体燃料供給機１８、固体燃料粉砕機２０で構成される固体燃料供給系統を、微粉砕された固体燃料を貯留する固体燃料貯留器２５及び固体燃料貯留器２５内の固体燃料を固体燃料供給ライン２８に供給する固体燃料供給機２６により構成される点にある。

特に、既設の石炭焚きボイラを利用しないバイオマス専焼ボイラにおいては、固体燃料の供給系統を、固体燃料貯留器２５を用いた供給系統とし、固体燃料としては半炭化バイオマスを用いることが好ましい。半炭化バイオマス燃料は、長時間大気中に放置しておくと大気中の水分を吸収し、粉砕性が低下してしまう。また、新たに半炭化バイオマス燃料の粉砕機を設けると、コストがかかってしまう。しかし、半炭化バイオマス燃料が大気中の水分を吸収してしまう前に粉砕して固体燃料貯留器２５に貯留することで、大型な設備を必要とせず、簡易な燃焼システムを構築できる。

本発明によれば、微粉炭以外の固体燃料の微粒子とバイオマス燃料とを使用する燃焼バーナや燃焼装置においても、利用可能性がある。

１ バイオマス燃焼バーナ ２ 液体燃料ノズル
３ バイオマス燃料ノズル ４ 固体燃料ノズル
５ 燃焼用ガス噴出ノズル ６ エアレジスタ
７ 燃焼用ガス噴出ノズル(３次) ８ ベンチュリ
９ 濃縮器 １０ 孔
１２ 火炉 １３ 保炎器
１４ バイオマス燃料粉砕機 １５ バイオマス燃料供給機
１６ バイオマスバンカ １８ 固体燃料供給機
１９ 固体燃料バンカ ２０ 固体燃料粉砕機
２１ 二段燃焼用ガス投入口 ２２ 二段燃焼用ガス供給ライン
２５ 固体燃料貯留器 ２６ 固体燃料供給機
２７ バイオマス燃料ライン ２８ 固体燃料供給ライン
２９ 排ガスライン ３０ 排ガス処理装置

Claims (4)

1. 中心軸に設けられる液体燃料ノズルと、
   該液体燃料ノズルの外周に設けられ、バイオマス燃料と搬送気体とを搬送し噴出するバイオマス燃料ノズルと、
   前記液体燃料ノズルの外周に設けられ、バイオマス燃料ノズル内の燃料の流路をバイオマス燃料ノズルの内壁側に狭める燃料濃縮器と、
   前記バイオマス燃料ノズルの先端部の内壁に設けた保炎器と、
   バイオマス燃料ノズルの外周に設けられ、燃料の燃焼ガスを噴出する燃焼ガスノズルと
   を備えたバイオマス燃焼バーナであって、
   前記バイオマス燃料ノズルの外周で、且つ燃焼ガスノズルの内周に、固体燃料の粒子を搬送しバイオマス燃料ノズル内に噴出する固体燃料ノズルを設け、
   該固体燃料搬送ノズルの噴出口を、燃料濃縮器と保炎器との間で、且つ保炎器近傍のバイオマス燃料ノズル壁面に設けたことを特徴とするバイオマス燃焼バーナ。
2. 前記固体燃料は、半炭化処理されたバイオマス燃料であることを特徴とする請求項１記載のバイオマス燃焼バーナ。
3. 前記固体燃料の粒子が微粉炭である請求項１に記載のバイオマス燃焼バーナと、
   前記固体燃料ノズルに供給する固体燃料を粒子状に粉砕する固体燃料粉砕機と
   を設けたことを特徴とするバイオマス燃焼装置。
4. 請求項２に記載のバイオマス燃焼バーナと、
   前記固体燃料ノズルに供給する半炭化処理されたバイオマス燃料の粒子を貯留する固体燃料貯留器と
   を設けたことを特徴とするバイオマス燃焼装置。

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