JP2014206346A - バーナー装置及び燃焼炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 粉体状バイオマスなどの粉体を燃料として使用し、着火及び／又は保炎ができるバーナー装置を提供する。
【解決手段】 混合室３１及び混合室３１の燃料Ｔと空気Ａ１を放出する放出口３３が形成されたノズル３０を有するバーナー装置２０において、燃料／空気供給手段４０，５０から混合室３１に燃料Ｔと空気Ａ１を供給することにより、混合室３１において燃料濃度の低い低濃度混相流と、低濃度混相流よりも燃料濃度の高い高濃度混相流を形成するとともに、放出口３３の高濃度混相流の流路上の位置に保炎板６０を配置する。
【選択図】 図３

Description

本願は、燃料を燃焼させるためのバーナー装置及び燃焼炉に係り、特に、粉体状のバイオマス、例えばおが粉や廃菌床、コーヒー滓その他の食品残渣等、空気等による気流搬送が可能な小さい形状の燃料を良好に燃焼させることができるバーナー装置及び燃焼炉に関する。

従来、バイオマスの燃焼という場合は、主として、チップ状、ペレット状と言った固形状のバイオマスを燃焼させていたのであり、粉体状バイオマスは、わざわざペレット状に成型する等の労力を掛けていた。従来の燃焼炉はこうした固形状燃料用に開発されたものであり、粉体状のバイオマスを燃焼室に直接投入しても、そのままでは、均一かつ良好に燃焼させることは困難である。一方、粉体燃焼技術としては、大型微粉炭ボイラーが実用化されており、最近では、微粉炭に数％の粉体状木質バイオマスを混ぜた混焼焚技術も実施されているが、粉体状バイオマスの単独燃焼は実施されていない。その一つの理由は、バイオマスは、理論燃焼空気量が石炭等の化石燃料の１／２程度であるなど、バイオマスと化石燃料の燃焼特性が大きく相違することであり、粉体状バイオマスの燃焼に微粉炭燃焼技術を適用することが困難であった。

最近の、再生可能エネルギー利用拡充のニーズに対応するためには、固体状、粉体状などの形状に関係無く効率的にバイオマスを燃焼利用できる技術が求められる。特許文献１，２には、粉体状バイオマスを直接燃焼させる装置が開発、提案されている。しかし、これらはいずれも、粉体状バイオマスを均一に拡散燃焼させるために、着火バーナーとは別に保炎目的の燃焼室が必要であり、構造が複雑である。また、固形状燃料用の燃焼炉と燃焼室の構造が相違することから、固形状燃料用の燃焼炉に粉体状バイオマスの燃焼機能を付加するには、燃料形状別に２つの燃焼室が必要になるなど、実際的ではない。ここで、「燃焼室」は、燃料を燃焼させる場所又は空間、或いは、そのような場所又は空間を形成する構造（壁、容器等）を言う。さらに、前者においては、化石燃料による着火バーナーを常時使用する必要がある。特許文献１，２がこのような欠点を有する理由を図１，２において説明する。

図１は、バイオマスと石炭の空気比と固気比の関係を示す。図１の横軸は、空気比（λ：完全燃焼に必要な理論上の空気量に対する実際に供給される燃焼空気量の比）であり、λ＜１のときは空気不足、λ＞１のときは空気過剰で、一般燃焼では、λ＝１．２〜３．０である。図１の縦軸は、固気比（燃料質量に対する燃焼空気供給質量の比）である。

図１のＢ１〜Ｂ３は、含有水分量と炭素（Ｃ）量の異なるバイオマスについての空気比と固気比の相関である。バイオマスは一般的に、水素を基準としてＣ_ｎＨ_２０_ｍで示され、ｎ＝１〜１．５、ｍ＝０．５〜１．０程度である。Ｂ１〜Ｂ３の含有水分量及び炭素量は、下記の通りである。なお、ｍ＝０．９とした。
Ｂ１：含有水分量＝０％，ｎ＝１．５
Ｂ２：含有水分量＝０％，ｎ＝１．０又は含有水分量＝１５％，ｎ＝１．５
Ｂ１：含有水分量＝１５％，ｎ＝１．０

図１のＣ１，Ｃ２は、微粉炭燃焼バーナー等の技術で参考となる石炭の例で、代表的な燃料として一般的に使われている無煙炭（Ｃ１）と一般炭（Ｃ２）の例を示している。

粉体状燃料の空気輸送性は固気比で概ね決まる。通常、図１に示すように、固気比が２．５以下では円滑な空気輸送が難しく（粉体空気輸送不可範囲）、固気比が２．５〜５は空気輸送の可能限界であり（粉体空気輸送可能限界）、安定的な搬送には固気比が５以上であることが望ましい（粉体空気輸送安定範囲）。

着火（燃焼の開始）及び保炎（燃焼の維持）に適する空気比の範囲を、本願では、「着火保炎範囲」と呼ぶ。石炭やバイオマスなどの固体系燃料では、着火、保炎に最も適する空気比は、０．５〜０．８程度である。バイオマスの性状は多岐に及ぶことから、バーナー装置の性能としては、０．２〜１．０の範囲で着火、保炎できることが望ましい。

図２は、バイオマスにおける空気比と理論断熱温度（理論燃焼温度）の関係を示す。上記のように、バイオマスの着火保炎範囲は、一般的に０．５〜０．８程度であり、この範囲では、理論断熱温度は、１０００〜１８００℃である。着火後の燃焼（主燃焼）の空気比は、通常１．５以上とされている。

図１のハッチングに示すように、石炭の場合は、着火保炎範囲と粉体空気輸送安定範囲が重なっており、粉体バーナー装置としての機能を充分に果たす（空気搬送した粉体にそのまま着火、保炎することができる）が、バイオマスでは両者が重なっていない。このことが、特許文献１，２に関して上記した欠点の原因となっている。

すなわち、特許文献１では、燃焼空気の旋回流による燃焼室での燃料の均一攪拌と燃焼が難しいため、化石燃料を用いた着火バーナーを常時使用することが必要である。

特許文献２では、燃料と燃焼空気の攪拌を促進し、燃焼室における燃料の滞留時間を延長するために、燃焼室Ｓ内での燃料と燃焼空気の旋回を工夫し、燃焼室Ｓの予熱による燃料の自己着火を行っているが、構造が複雑であり、燃焼を継続させるには、燃焼室Ｓの全体が継続燃焼可能な温度以上になるまで点火用バーナーで加熱する必要があるなどの欠点がある。また、特許文献２は、燃焼室Ｓの構造又は燃焼室Ｓ内での燃焼のさせ方に関する発明であり、バーナー装置（引用文献２のノズル９）に関する発明ではない点で、本願とは技術分野が異なる。

特許文献３には、水蒸気改質反応によりバイオマスをガス化して燃料ガスを生成するガス化設備が示されている。このガス化設備の燃焼炉（熱ガス発生炉１０３）は、固形状燃料を燃焼させてガス化に必要な高温燃焼ガスを発生させているが、固形状燃料だけでなく粉体状燃料も利用出来れば、その利用範囲と有用性は更に高まる。

特開２００４−１３２５６７号公報 特開２０１０−１８５６３１号公報 特開２００９−００１８２６号公報

粉体を燃料とするバーナー装置としては、例えば発電用微粉炭ボイラー等で実用されている石炭用バーナー装置があるが、これをバイオマス等の粉体状燃料に利用することは難しい。石炭用バーナー装置にバイオマス等の粉体状燃料を使用した場合、燃料の性状の違いから、バーナー装置としての必須条件である着火や保炎の安定性を得ることが困難なためである。また、発電用微粉炭ボイラーなどでは、１０^７〜１０^８ｋｃａｌ／ｈの石炭用バーナー装置を複数本装備し、石炭用バーナー装置の使用本数を変化させることで負荷変化に対応しているが、バイオマスはその原料分布および入手コストの点からいわゆる小規模分散型の設備となる場合が多く、発電用微粉炭ボイラーと同様の方式で負荷変化に対応することは現実的ではなく、１０^４〜１０^６ｋｃａｌ／ｈ程度の能力の１本のバーナー装置で広い負荷範囲に対応できることが求められる。

本願では、粉体状のバイオマスを燃料として使用することが可能なバーナー装置及び燃焼炉が開示される。本願のバーナー装置及び燃焼炉は、以下の一以上の特性を得ることを目的とする。
１）安定に着火及び／又は保炎ができること、
２）必要な燃焼量（時間当たりの発熱量）が得られること、
３）燃焼が安定して維持され、未燃分発生を抑制すること、
４）必要な燃焼ガス温度が得られること、
５）必要な負荷変化、すなわち燃焼量の変化に対応できること、具体的には少なくとも１／２負荷以下に対応出来ること、
６）固形状燃料用燃焼炉に追加・変更設置が可能なバーナー装置であること

本願では、空気流によって燃料が流動している（空気中に燃料が分散している）ときの燃料と空気の流れを「燃料／空気混相流」又は「混相流」と呼ぶ。混相流に、相対的に燃料濃度の高い部分と低い部分が形成されている場合、その燃料濃度が高い部分を「高濃度混相流」と呼び、燃料濃度が低い部分を「低濃度混相流」と呼ぶ。

本願において「燃焼室」は、燃料を燃焼させる場所又は空間、或いは、そのような場所又は空間を形成する構造（壁、容器等）を言う。「バーナー装置」は、燃料と空気を混合して燃料を燃焼させる装置、及び／又は、着火、保炎ができるように燃料と空気を供給する装置を言う。「混合室」は、燃料と空気を混合する（或いは、空気流によって燃料を流動させる）ための場所又は空間、或いは、そのような場所又は空間を形成する構造（壁、容器等）を言う。「燃焼炉」は、バーナー装置を含む燃焼設備全体を意味する。「燃焼炉」は、燃焼室を含み得る。

本願では、以下の発明が開示される。

（１）混合室と、
前記混合室において燃料濃度の低い低濃度混相流と、前記低濃度混相流よりも燃料濃度の高い高濃度混相流が形成されるように、前記混合室に燃料と空気を供給する燃料／空気供給手段と、
前記混合室の前記燃料と空気を放出する放出口と、
前記放出口の前記高濃度混相流の流路上の位置に配置された保炎板を備えることを特徴とするバーナー装置。

（２）前記保炎板の近傍又はその下流側に２次空気を供給する２次空気供手段を更に備えることを特徴とする（１）のバーナー装置。

（３）前記保炎板の下流側に第２保炎板を更に備えることを特徴とする（１）又は（２）のバーナー装置。

（４）前記保炎板が断熱構造を有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかのバーナー装置。

（５）前記保炎板の近傍又はその下流側に空気比が０．２〜１の着火保炎域が形成されることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかのバーナー装置。

（６）前記着火保炎域の下流側に空気比が１．５以上の燃焼域が形成されることを特徴とする（５）のバーナー装置。

（７）前記燃料が、粒径３ｍｍ以下の粉体であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかのバーナー装置。

（８）周壁で囲われた混合室と、
前記混合室において燃料と空気の混相流が旋回するように、前記混合室に前記燃料と空気を供給する燃料／空気供給手段と、
前記混合室の前記燃料と空気を放出する放出口と、
前記放出口の前記周壁付近に配置された保炎板を備えることを特徴とするバーナー装置。

（９）（１）〜（８）のいずれかのバーナー装置と、
前記放出口の下流側に配置された燃焼室を有することを特徴とする燃焼炉。

（１０）前記燃料に着火するための着火バーナーと、
炉内温度を測定する温度測定手段と、
前記炉内温度が所定の判定温度以上になったときに前記着火バーナーを消火する着火バーナー制御手段を更に有することを特徴とする（９）の燃焼炉。

（１）の発明では、混合室において高濃度混相流が形成され、これが放出口から放出されるため、放出口付近又はその下流側に、着火、保炎に好適な空気比の着火保炎域を形成することが可能である。また、放出口の高濃度混相流の流路上の位置に保炎板を有するため、着火、保炎をより安定に、及び／又は、容易に行うことが可能である。（１）の発明では、高濃度混相流を保炎板で高温燃焼させることにより、燃焼効率の向上、及び／又は、未燃分が少ない燃焼を達成し得る。

（２）の発明では、第２空気供手段を有することで、保炎板付近又はその下流側における空気比の調整が容易になり、及び／又は、着火保炎域の形成が容易になり、及び／又は、より広い負荷範囲での安定な着火、保炎が可能になる。

（３）の発明では、第２保炎板において着火、保炎を行うことが可能となり、より広い負荷範囲での安定な着火、保炎が可能になる。

（４）の発明では、保炎板の冷却を防止することが可能であり、着火、保炎の安定性を一層向上させることが可能である。

（５）の発明では、０．２〜１の着火保炎域の形成により、保炎板での安定な着火、保炎を図り得る。

（６）の発明では、空気比が１．５以上の燃焼域の形成により、燃料の完全燃焼（理論断熱温度１５００℃）が可能である。なお、実燃焼温度は、燃料／空気供給手段（及び／又は２次空気供手段）から供給する空気量を調整することで、（１２００℃を上限として）任意に設定することが可能である。

（７）の発明では、混合室内で、燃料を空気中で良好に混合（浮遊分散）させることが可能である。

（８）の発明では、混合室で旋回する混相流が放出口から放出されるため、放出口付近又はその下流側に、着火、保炎に好適な空気比の着火保炎域を形成することが可能である。さらに、放出口の周壁付近に保炎板を有するため、着火、保炎をより安定に、及び／又は、容易に行うことが可能である。（８）の発明では、混相流を保炎板で高温燃焼させることにより、燃焼効率の向上、及び／又は、未燃分が少ない燃焼を達成し得る。

（９）の発明では、着火、保炎性に優れるバーナー装置を有する燃焼炉が提供される。

（１０）の発明では、着火バーナーにおける燃料（石化燃料等）の無駄な使用を防止することが可能である。

各種粉体状燃料について空気比と固気比の相関を示すグラフ バイオマス燃料における空気比と理論断熱温度の相関の例を示すグラフ 好ましい実施形態に従う燃焼炉及びバーナー装置を示す説明図 バーナー装置の放出口付近に形成される例示的な空気比の分布を示す説明図 他の好ましい実施形態に係るバーナー装置を示す説明図 燃焼炉の例示的な構造を示す説明図 他の好ましい実施形態に従うバーナー装置を示す説明図

図３は、好ましい実施形態に係る燃焼炉１０及びバーナー装置２０を示す説明図である。

図３（Ａ）に示すように、本実施形態のバーナー装置２０は、１次ノズル３０を有する。１次ノズル３０は、混合室３１及び放出口３３を有する。混合室３１は、燃料Ｔと１次空気Ａ１を混合するための空間である。混合室３１の形状は任意である。好ましい実施形態では、混合室３１は、円筒状の形状を有する。１次ノズル３０は、ステンレス等で形成し得る。

１次ノズル３０は、混合室３１に１次空気Ａ１を供給するための１次空気供給口４０を有する。１次空気供給口４０は、混合室３１の上部に配置され得る。図３（Ｂ）は、混合室３１を上方から見たときの１次空気Ａ１の混合室３１内での流れを示す。図３（Ｂ）に示す通り、１次空気供給口４０からの１次空気Ａ１は、混合室３１内で１次空気Ａ１による旋回流が形成されるような方向に供給される。好ましい実施形態では、１次空気Ａ１は、混合室３１の周壁３２の接線方向に向けて供給される。バーナー装置２０は、１次空気供給口４０に１次空気Ａ１を供給するための配管４１やブロア（不図示）等を有し得る。

バーナー装置２０は、混合室３１に燃料Ｔを供給するための燃料供給部５０を有する。燃料供給部５０は、混合室３１の天井３４に配置され得る。燃料供給部５０は、混合室３１に通じる燃料供給口５１を有する。好ましい実施形態では、燃料供給口５１は、図３（Ｂ）に示されるように、１次ノズル３０に対して偏心した位置（１次空気供給口４０から吹き込まれた１次空気Ａ１の上方位置）に配置される。燃料Ｔとしては、粉体状燃料、特に、粉体状バイオマス燃料を使用し得る。燃料Ｔは、好ましくは、燃料供給口５１から自重で落下させる方式で供給される。燃料供給口５１への燃料搬送の方式は任意である。例えば、機械的な搬送（例えば、スクリューフィーダー等）、空気搬送、両者の併用等が可能である。

燃料供給口５１から供給された燃料Ｔは、１次空気供給口４０から吹き込まれる１次空気Ａ１によって流動し、混合室３１内で燃料Ｔと１次空気Ａ１の混相流が旋回する。この混相流の旋回による遠心力により、混合室３１の中心から遠い部分（周壁３２の近く）に燃料Ｔの濃度が高い（空気比λが低い）高濃度混相流が形成され、混合室３１の中心に近い部分に高濃度混相流よりも燃料Ｔの濃度が低い（空気比λが大きい）低濃度混相流が形成される。燃料Ｔを１次空気Ａ１中で良好に混合（浮遊分散）させるには、燃料Ｔの粒径はできるだけ小さいほうが望ましい。燃料Ｔの粒径は、好ましくは、３ｍｍ以下であり、より好ましくは、１ｍｍ以下であり、特に好ましくは、０．５ｍｍ以下である。

高濃度混相流は、旋回しつつ混合室３１内を下方に移動し、やがて、放出口３３から下流側に放出される。

図４は、放出口３３付近に形成される例示的な空気比の分布（等高線）を示す。放出口３３から放出された高濃度混相流は、放出口３３において最も空気比λが高く、低濃度混相流や２次空気Ａ２との混合等により、放出口３３から離れる程（下流側に向かう程）、空気比λは大きくなる。したがって、１次空気供給口４０、燃料供給口５１からの燃料Ｔ及び／又は１次空気Ａ１の供給条件を適切に調整し、放出口３３における高濃度混相流の空気比λを着火保炎範囲（例えば、０．５〜０．８）よりも小さくすることで、放出口３３の下流側に、空気比λが着火保炎範囲となる領域（着火保炎域Ｒ１）を形成することができる。

着火保炎域Ｒ１より下流側では、空気比λは更に大きくなり、燃料Ｔの完全燃焼に適する空気比（例えば、１．５以上）の燃焼域Ｒ２が形成され得る。

放出口３３（放出口３３付近又はその下流側）には、保炎板６０が配置されている。保炎板６０は、高濃度混相流の流路上（周壁３２付近）に配置される。放出口３３の保炎板６０が高濃度混相流と干渉することで、着火保炎域Ｒ１がより安定に形成され、及び／又は、着火保炎域Ｒ１での着火、保炎の安定性が向上する。着火保炎域Ｒ１は、保炎板６０付近又はその下流側に形成され得る。

保炎板６０は、任意の形状を有し得る。好ましい実施形態では、保炎板６０は、中央に開口が形成された円盤形状を有する。図３，４の保炎板６０は、周壁３２との間に隙間が形成されないように取り付けられているが、保炎板６０と周壁３２の間に隙間を形成することも可能である。

１次空気Ａ１及び／又は燃料Ｔの温度や供給速度により保炎板６０が冷却されると、保炎板６０での着火、保炎が不安定になる場合があることが実験的に確認された。これを防止するため、保炎板６０は、断熱材６１等による断熱構造を有することが好ましい。断熱材６１により、高温着火温度が保持され得る。図では、断熱材６１を保炎板６０の上面にのみ設けた場合が示されている。保炎板６０の全周に断熱材６１を設けることも可能である。断熱材６１は、セラミックス等の低熱伝導率材料で構成し得る。

バーナー装置２０は、保炎板６０付近又はその下流側に２次空気Ａ２を供給するための２次ノズル７０を更に有し得る。２次ノズル７０を有することにより、着火保炎域Ｒ１の安定形成がより容易になり、及び／又は、保炎板６０付近又はその下流側における空気比λの調整が容易になる。２次ノズル７０は、ステンレス等で形成し得る。

図３の実施形態では、２次ノズル７０は、１次ノズル３０を同心状に取り囲む円筒形状の通風路７１と、通風路７１に２次空気Ａ２を供給する２次空気供給口７２を有する。通風路７１からの２次空気Ａ２は、全周方向から保炎板６０又はその下流側に向けて均一に放出され得る。２次ノズル７０は、通風路７１に２次空気Ａ２を供給するための配管７３やブロア（不図示）等を有し得る。

図３（Ｃ）は、通風路７１を上方から見たときの２次空気Ａ２の通風路７１内での流れを示す。好ましくは、２次空気Ａ２は、図３（Ｃ）に示すように、通風路７１内で２次空気Ａ２による旋回流が形成されるような方向で通風路７１に供給される。２次空気Ａ２は、通風路７１の周壁７４の接線方向に向けて供給することができる。好ましくは、混合室３１内の１次空気Ａ１と通風路７１内の２次空気Ａ２の旋回方向を同一の方向とする。これにより、混合室３１内の１次空気Ａ１の旋回流が乱されることが防止される。

燃焼炉１０又はバーナー装置２０は、着火バーナー（パイロットバーナー）８０を有し得る。着火バーナー８０は、保炎板６０付近又はその下流側の燃料Ｔ（高濃度混相流）に着火できる位置に取り付けられる。着火バーナー８０は初期着火のために使用されるものであり、着火、保炎が確認された時点（火炎が安定した時点）で、着火バーナー８０は消火して良い。保炎の確認は、保炎板６０付近に炎検出器を設置して確認するか、炉内温度（例えば、燃焼室９０の適宜の場所の温度）が予め設定した温度（判定温度）を超えたところで保炎確認と見なすことが出来る。判定温度は、燃料の成分や水分率にもよるが、３５０℃程度以上が好ましく、４００℃以上がより好ましい。判定温度の上限は、例えば、６００℃、或いは、５００℃とすることが考えられる。

燃焼炉１０は、燃焼室９０を有し得る。用途（例えば、高温燃焼ガスの発生、高温高圧蒸気の発生等）に応じた適切な構成の燃焼室９０を有することで、バーナー装置２０による火炎や燃焼熱の有効利用を図り得る。

図５は、他の実施形態に係るバーナー装置１２０を示す。

バーナー装置１２０は、バーナー装置２０と同様の構成に加え、保炎板６０の下流側に、第２保炎板６２を有する。

燃料Ｔを均一に供給するには、燃料供給口５１のサイズ（大きさ）にある程度制限があり（余り大きくすると、均一に燃料Ｔを供給できない）、燃料供給口５１の大きさや燃料Ｔの供給速度に応じて１次空気供給口４０の適正サイズや１次空気Ａ１の適正風量もある程度決まってくる。このため、負荷（燃料Ｔの供給速度）の変化に対して、１次ノズル３０内の高濃度混相流の濃度を一定に保つことは困難であり、負荷を上げると、通常、１次ノズル３０内の高濃度混相流の濃度は上昇する。そして、高濃度混相流の濃度が上がり過ぎると、保炎板６０の近傍又はその下流側の空気比が着火保炎域範囲より小さくなり、着火が不安定となり、結果として未燃分の排出等の問題を生じ得る。

バーナー装置１２０は、このような問題に対処したものであり、１次ノズル３０内の高濃度混相流の濃度が高くなり、そのために、保炎板６０の近くに着火保炎域Ｒ１が形成されなくなっても、第２保炎板６２の下流側に空気比λが着火保炎範囲となる着火保炎域Ｒ３が形成され得る。このように、負荷が小さいときには、保炎板６０（着火保炎域Ｒ１）で保炎し、負荷が大きいときには、第２保炎板６２（着火保炎域Ｒ３）で保炎することが可能であり、負荷変化に対する許容範囲の大きいバーナー装置１２０が実現できる。図５は、第２ノズル７０の周壁と第２保炎板６２の間の隙間が形成された場合を示すが、このような隙間は無くても良い。

バーナー装置１２０は、第２保炎板６２付近又はその下流側に３次空気Ａ３を供給する３次空気供給手段を更に有し得る。これにより、着火保炎域Ｒ３における空気比の調整を容易化することが可能である。

３次空気供給手段は、２次ノズル７０と同様の構成の３次ノズルを有し得る。すなわち、３次ノズルは、２次ノズル７０の外周を取り囲む第２通風路を有し、第２通風路の下流端から第２保炎板６２又はその下流側に向けて全周方向から均一に３次空気Ａ３を供給し得る。第２通風路において、３次空気Ａ３を、混合室３１及び通風路７１の空気Ａ１，Ａ２と同一方向に旋回させることが可能である。

従来の粉体バーナーでは、負荷変化比が１／２程度であったものが、図５のバーナー装置１２０では、１／４程度まで可能となり、石油バーナーの１／３〜１／５程度に匹敵する性能が得られる。なお、負荷変化比は、燃料Ｔを良好に燃焼（又は完全燃焼）させることができる最大負荷と最小負荷の比である。

第２保炎板６２の下流側に、更に、第３保炎板、第４保炎板・・・等を設置しても良く、第３保炎板、第４保炎板・・・等の付近又はその下流側に空気を供給する第４空気供給手段、第５空気供給手段・・・を有しても良い。

特許文献１，２の燃焼炉は、粉体状燃料を良好に燃焼（又は完全燃焼）させるために別個の（２つの）燃焼室を必要とする。これに対し、本願のバーナー装置２０，１２０では、そのような別個の燃焼室を必要としない。そのため、ノズル方向の変更や保炎板の追加変更、空気供給の追加変更等が容易である。これにより、固形状燃料用の燃焼炉にバーナー装置を増設するときに、燃焼炉の構造に合わせて柔軟な配置が可能となる。

例えば、特許文献３のガス化設備は、バイオマス原料の水蒸気改質反応により燃料ガスを生成するものであるが、水蒸気改質反応の熱源として必要な高温燃焼ガスを発生させるために固形状燃料用の燃焼炉（熱ガス発生炉）が使用されている。

図６は、特許文献３の燃焼炉として使用可能な固形状燃料用の燃焼炉２０１の構造例を示す。

図６の燃焼炉２０１では、バイオマスなどの固形状（チップ状、ペレット状等）の燃料Ｔ１を燃料供給装置２１０から火格子２１２上に供給、堆積させて燃焼させる。燃焼用の空気Ａ４，Ａ５は、火格子２１２の上部（燃焼室２１１）や下部（炉底部２１３）から供給され、燃焼で生じた高温燃焼ガスＧは、排気管２１４から別所に送られて、種々の目的（例えば、バイオマス原料の水蒸気改質反応）に使用される。

このような燃焼炉２０１では、燃料Ｔ１の供給の便から、火格子２１２の上部（燃焼室２１１の天井部）から燃料Ｔ１を自重で落下させる方式が一般的である。そのため、縦型のバーナー装置を燃焼室２１１の天井部に増設できない場合がある。

しかし、バーナー装置２０，１２０は、上記のような（別個の燃焼室を必要としない）シンプルな構造であるため、図６に破線で示すように、横向き（横置き）にして燃焼室２１１の側面に増設するなどが容易である。これにより、固形燃料Ｔ１での運転と、粉体状燃料Ｔでの運転の両方が可能な燃焼炉２０１が実現できる。このように、本願のバーナー装置は、様々な型式の燃焼炉に増設する際の配置の柔軟性に優れている。

図７（Ａ）は、図６のような横向きでの使用に適する実施形態のバーナー装置３２０であり、図７（Ｂ）は、そのＸ−Ｘ断面図である。

バーナー装置３２０では、燃料Ｔを供給する燃料供給口３５１が１次ノズル３０の側面に設けられており、バーナー装置３２０を横置きにした状態でも、自重により（空気搬送を用いないで）燃料Ｔを混合室３１に供給することが可能である。そのため、空気搬送の場合の固気比の制約を受けないで済む。

図７（Ｃ）は、更なる変形例に係るバーナー装置４２０であり、燃料供給口４５１が１次空気Ａ１を供給する配管４１上に設けられている点を除いてバーナー装置３２０と同様の構成を有しており、バーナー装置３２０と同様、自重による燃料Ｔの供給が可能である。

以上、好ましい実施形態のバーナー装置及び燃焼炉を説明したが、実施形態における構造、形状、寸法、材質、動作、機能、用途等は好ましい例として記載したものであり、これらは特許請求の範囲の発明を限定するものでない。

本願により、バイオマス等の燃焼によるエネルギー利用において、その形状が固形状だけでなく粉体状でも可能となり、粉体状燃料の利活用範囲が大幅に拡大するともに、種々の燃焼炉や負荷条件に柔軟に対応が可能なバーナー装置、有用性の高い燃焼炉が提供される。

高温燃焼ガス生成等のための固形状燃料用の燃焼炉、例えば、火格子型の燃焼炉に本願のバーナー装置を適用すれば、固形状燃料と粉体状燃料の両方の使用が可能な燃焼炉が実現され、或いは、バーナー装置による固形状燃料の燃焼補助が可能になる。

さらに、電力あるいはプラント（ガス化設備、或いは、ガス化設備で生成したガス燃料を用いた液体燃料生成設備等）全体の熱効率の向上が実現できるので、再生可能エネルギーであるバイマスの利活用に大きく資するものであり、産業上の効果が大きい。

１０・・・燃焼炉
２０・・・バーナー装置
３０・・・１次ノズル
３１・・・混合室
３２・・・周壁
３３・・・放出口
３４・・・天井
４０・・・１次空気供給口
４１・・・配管
５０・・・燃料供給部
５１・・・燃料供給口
６０・・・保炎板
６１・・・断熱材
６２・・・２次ノズルの保炎板
７０・・・２次ノズル
７１・・・通風路
７２・・・２次空気供給口
７３・・・配管
７４・・・周壁
８０・・・着火バーナー
９０・・・燃焼室
１２０・・・バーナー装置
２０１・・・燃焼炉
２１０・・・燃料供給装置
２１１・・・燃焼室
２１２・・・火格子
２１３・・・炉底部
２１４・・・排気管
３２０・・・バーナー装置
３５１・・・燃料供給口
４２０・・・バーナー装置
４５１・・・燃料供給口
Ａ１〜Ａ５・・・空気
Ｇ・・・高温燃焼ガス
Ｒ１・・・着火保炎域
Ｒ２・・・燃焼域
Ｒ３・・・着火保炎域
Ｔ，Ｔ１・・・燃料

Claims (10)

1. 混合室と、
   前記混合室において燃料濃度の低い低濃度混相流と、前記低濃度混相流よりも燃料濃度の高い高濃度混相流が形成されるように、前記混合室に燃料と空気を供給する燃料／空気供給手段と、
   前記混合室の前記燃料と空気を放出する放出口と、
   前記放出口の前記高濃度混相流の流路上の位置に配置された保炎板を備えることを特徴とするバーナー装置。
2. 前記保炎板の近傍又はその下流側に２次空気を供給する２次空気供手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のバーナー装置。
3. 前記保炎板の下流側に第２保炎板を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のバーナー装置。
4. 前記保炎板が断熱構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバーナー装置。
5. 前記保炎板の近傍又はその下流側に空気比が０．２〜１の着火保炎域が形成されることを特徴とする請求項請求項１〜４のいずれか一項のバーナー装置。
6. 前記着火保炎域の下流側に空気比が１．５以上の燃焼域が形成されることを特徴とする請求項５のバーナー装置。
7. 前記燃料が、粒径３ｍｍ以下の粉体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項のバーナー装置。
8. 周壁で囲われた混合室と、
   前記混合室において燃料と空気の混相流が旋回するように、前記混合室に前記燃料と空気を供給する燃料／空気供給手段と、
   前記混合室の前記燃料と空気を放出する放出口と、
   前記放出口の前記周壁付近に配置された保炎板を備えることを特徴とするバーナー装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のバーナー装置と、
   前記放出口の下流側に配置された燃焼室を有することを特徴とする燃焼炉。
10. 前記燃料に着火するための着火バーナーと、
    炉内温度を測定する温度測定手段と、
    前記炉内温度が所定の判定温度以上になったときに前記着火バーナーを消火する着火バーナー制御手段を更に有することを特徴とする請求項９の燃焼炉。

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