JP2019015463A - バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】バイオマス燃料を用いたバーナにおいて、安定的に燃焼させる。【解決手段】３次燃焼用空気を供給する流路Ｒ１を有する内筒４ａと、内筒の外周との間に、バイオマス燃料と１次空気の混合気を供給路Ｒ２を形成する外筒４ｂを備え、流路Ｒ３及びＲ４から２次空気を供給するバーナにおいて、噴射される３次燃焼用空気を内筒の径方向外側に向けて案内する空気案内部４ｃを備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、バーナに関するものである。

例えば、特許文献１には、一次空気に搬送されたバイオマス燃料を噴出する燃料噴出口を備えたバイオマス燃料噴出ノズルと、燃料噴出口を囲繞する二次空気噴出口を備えた二次空気ノズルと、二次空気ノズル噴出口を囲繞する三次空気噴出口を備えた三次空気ノズルとを設け、バイオマス燃料噴出ノズルにバイオマス燃料流を旋回流に変成して燃料濃度を外周部側に濃く分布させる燃料濃度調整部と、噴出する燃料流の旋回を抑制する旋回度調整板を備え、二次空気量を抑制して燃料流と三次空気流の間に緩衝流を形成させて、着火性と保炎性を向上させるバイオマス専焼バーナーを備えるバイオマス専焼バーナが開示されている。このようなバイオマス専焼バーナーは、燃料として細かく粉砕された木質ペレット等のバイオマス燃料が用いられている。

特開２０１４−７０７７２号公報

しかしながら、バイオマス燃料は、従来用いられている微粉炭と比較して粒径が大きいため、揮発分の放出に時間がかかり、２次空気との混合も遅いことから、安定的に燃焼させることが難しい。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、バイオマス燃料を用いたバーナにおいて、安定的に燃焼させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、第１の手段として、燃焼用空気を供給する内筒と、上記内筒の外周に設けられてバイオマス燃料を噴射する外筒とを備えるバーナであって、噴射される上記燃焼用空気を上記内筒の径方向外側に向けて案内する空気案内部を備える、という手段を採用する。

本発明では、第２の手段として、上記第１の手段において、上記空気案内部は、上記内筒と同軸上に設けられ、上記燃焼用空気の流れ方向下流側に向けて拡径するテーパ部材を備える、という手段を採用する。

本発明では、第３の手段として、上記第１または第２の手段において、上記空気案内部は、上記内筒の開口端に設けられるスワラを備える、という手段を採用する。

本発明では、第４の手段として、上記第３の手段において、上記スワラは、上記内筒の内壁に設けられる、という手段を採用する。

本発明では、第５の手段として、上記第１〜４のいずれかの手段において、上記外筒の外周から加熱された燃焼用空気を吐出する空気調整機構と、上記空気調整機構及び上記内筒に上記燃焼用空気が供給するファンとを備える、という手段を採用する。

本発明では、第６の手段として、上記第１〜５のいずれかの手段において、上記外筒は、開口端に向けて拡径される拡径部を有する、という手段を採用する。

本実施形態におけるバーナによれば、空気案内部により、内筒を通過する燃焼用空気を径方向外側へと案内し、燃焼用空気により、固体燃料をノズル軸線に対して径方向外側へと搬送することができる。これにより、粒径の大きなバイオマス燃料においても、外周側から供給される燃焼用空気と接触することができ、安定的に燃焼させることができる。

本発明の一実施形態に係る微粉炭バーナ及び火炉の一部を含む断面図である。 本発明の一実施形態に係る微粉炭バーナ及び火炉の変形例を示す断面図である。

［第１実施形態］
以下、図面を参照して、本発明に係るバーナの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。図１は、本実施形態に係るバーナ１の構造を示す図であり、（ａ）がバーナ１及び火炉壁１００の一部を含む断面図であり、（ｂ）がバーナ１のオイルガン３及びバーナノズル４と直交する方向における断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るバーナ１が設けられる火炉壁１００には、内側と外側とを連通する火炉開口１１０が形成されている。この火炉開口１１０には、火炉壁１００の内部へと向けて拡径するようにスロートが形成されている。

バーナ１は、木質ペレット等のバイオマス燃料である固体燃料を燃焼させ、火炉壁１００の内部に火炎を形成する装置である。このバーナ１は、火炉壁１００の火炉開口１１０から一部が露出するように設けられており、固体燃料供給配管２と、オイルガン３と、バーナノズル４（ノズル部）と、空気供給部５と、空気分配ファン６とを有している。
固体燃料供給配管２は、図１（ｂ）に示すように、外筒ノズル４ｂに対して直交して接続された配管である。

オイルガン３は、ノズル軸線Ｌと同軸上に配置された円筒形状の管である。このオイルガン３は、重油または軽油等の液体燃料が貯留される不図示のタンクに接続されており、内部に液体燃料が流通する。このようなオイルガン３は、固体燃料の燃焼初期における着火のために、火炉開口１１０から火炉壁１００に向けて霧状の液体燃料を吐出する。
また、このオイルガン３の吐出口の近傍には、不図示の点火装置が設けられており、この点火装置によって、オイルガン３から吐出される液体燃料が点火される。

バーナノズル４は、内筒ノズル４ａと、外筒ノズル４ｂと、テーパ部材４ｃと、スワラ４ｄとを有し、二重管構造となっている。内筒ノズル４ａは、ノズル軸線Ｌと同軸上に、オイルガン３の外周に設けられた円筒形状の管であり、空気供給部５の２次空気の一部を内筒ノズル４ａに供給する配管と接続されている。これにより、この内筒ノズル４ａと、オイルガン３との間に形成された内筒流路Ｒ１には、２次空気の一部が分配され、３次空気として流通する。なお、オイルガン３は、ノズル軸線Ｌ方向に沿って移動可能とされており、通常時は開口端がバーナノズル４の開口端よりも内側となるように配置され、液体燃料を吐出する際に火炉壁１００に向けて突出される。

外筒ノズル４ｂは、ノズル軸線Ｌと同軸上に、内筒ノズル４ａの外周に設けられた円筒形状の管であり、固体燃料供給配管２の管壁と連結されている。これにより、外筒ノズル４ｂと内筒ノズル４ａとの間に形成された外筒流路Ｒ２には、１次空気と燃料とが混合された状態で供給される。また、外筒ノズル４ｂの火炉壁１００側の端部である吐出口の周囲にはテーパが形成されている。すなわち、外筒ノズル４ｂには、固体燃料供給配管２がノズル軸線Ｌに対して偏心した位置に接続されていることにより、接線方向から固体燃料が供給されている。これにより、外筒流路Ｒ２において固体燃料及び１次空気は、外筒ノズル４ｂの管壁に沿って螺旋状にスクロールしながら流れ、吐出口から高速で吐出される。

テーパ部材４ｃは、オイルガン３の外周壁に設けられ、下流側に向かうに連れて径が大きくなるように形成され、オイルガン３と同心状に配置される円柱状の部材であり、中央部にオイルガン３が挿入される貫通孔が形成されている。内筒流路Ｒ１を通過する３次空気を、ノズル軸線Ｌに対して径方向外側に向けて案内する。スワラ４ｄは、ノズル軸線Ｌに対して傾斜されると共に放射状に設けられた複数の羽根を有している。スワラ４ｄは、羽根同士の隙間を３次空気が通過することにより、３次空気を径方向外側に向けて案内する部材である。本実施形態においては、テーパ部材４ｃ及びスワラ４ｄが空気案内部に相当する。

空気供給部５は、火炎に対して加熱された２次空気を供給する装置であり、ウインドボックス５ａと、外側スロート５ｂと、内側スロート５ｃと、主空気調整機構５ｄと、空気調整機構５ｅとを有している。ウインドボックス５ａは、外筒ノズル４ｂの外周であって吐出口の近傍に設けられる箱状の部材である。このウインドボックス５ａには、２次空気が昇温された状態で供給される。外側スロート５ｂは、ウインドボックス５ａと火炉開口１１０とを接続しており、ウインドボックス５ａから火炉開口１１０に向けて縮径されている。

内側スロート５ｃは、外側スロート５ｂと外筒ノズル４ｂの間に設けられた略円環状の部材である。この内側スロート５ｃは火炉開口１１０に向けて縮径されている。外側スロート５ｂと、内側スロート５ｃとの間には、火炉壁１００へと２次空気（燃焼用空気）を供給する空気吐出流路Ｒ３が形成される。また、内側スロート５ｃと外筒ノズル４ｂとの間には、火炉壁１００へと２次空気を供給する補助空気吐出流路Ｒ４が形成される。

主空気調整機構５ｄは、空気吐出流路Ｒ３及び補助空気吐出流路Ｒ４の上流に設けられている。この主空気調整機構５ｄは、ベーンと、該ベーンを回動させるモータ等の駆動装置を有し、ベーンの向きを調整することにより、空気吐出流路Ｒ３及び補助空気吐出流路Ｒ４へと流入する空気の旋回力を調節する機構である。空気調整機構５ｅは、補助空気吐出流路Ｒ４の上流側に設けられており、ベーンにより補助空気吐出流路Ｒ４へと流れる２次空気の旋回力を微調節する機構である。主空気調整機構５ｄ及び空気調整機構５ｅにより、火炉壁１００へと供給される２次空気の旋回力が調整され、炉内において内部循環流を形成し、高温の炉内ガスをバーナポートまで引き込む。なお、空気供給部５に流れる２次空気は、空気供給部５の上流に設けられた不図示の加熱装置によって加熱されており、常温よりも高い温度となっている。

空気分配ファン６は、空気供給部５の上流に設けられた不図示の加熱装置により加熱された２次空気の一部を、内筒ノズル４ａの内筒流路Ｒ１へと送込む送風装置である。空気分配ファン６は、空気供給部５へと流れる２次空気が通過する配管に設けられた分岐配管の分岐点近傍に設けられている。分岐配管は、内筒ノズル４ａの上流側端部と接続されている。

続いて、上記構成のバーナ１の作用について、図１に加えて図２及び図３を参照して説明する。図２は、本実施形態に係るバーナ１の吐出口における固体燃料の濃度分布を示す概念図である。また、図３は、本実施形態に係るバーナ１の外側スロート５ｂ近傍における拡大断面図である。

固体燃料供給配管２を通過した固体燃料及び１次空気は、外筒ノズル４ｂに流入すると、外筒ノズル４ｂの内部において、外筒ノズル４ｂの管壁に沿って、ノズル軸線Ｌを中心として螺旋状に旋回しながら火炉壁１００に向けて移動する。これにより、外筒ノズル４ｂの内部における固体燃料は、１次空気に拡散されると共に、管内部に堆積することなく流れる。さらに、外筒ノズル４ｂの内部の固体燃料は、遠心力により径方向外側へと移動し、ノズル軸線Ｌを中心として旋回しながら火炉壁１００に供給される。外筒ノズル４ｂから火炉壁１００に供給された固体燃料は、空気供給部５から供給される２次空気と混合された状態で着火する。

また、空気供給部５に供給される加熱された２次空気の一部は、空気分配ファン６により分岐配管へと引き込まれ、３次空気として内筒流路Ｒ１へと供給される。内筒流路Ｒ１を開口端に向けて通過する３次空気は、スワラ４ｄの羽根の隙間を通過することでノズル軸線Ｌを中心として旋回しつつ径方向外側に向けて案内される。さらに、スワラ４ｄを通過した３次空気は、テーパ部材４ｃによりノズル軸線Ｌに対して径方向外側に向けて案内され、火炉開口１１０から見て放射状に広がるように流れる。これに伴って、外筒流路Ｒ２を通過する固体燃料及び１次空気は、３次空気によりノズル軸線Ｌに対して径方向外側に向けて案内され、２次空気とよく混合され、火炎における外周の領域において着火する。

本実施形態におけるバーナ１によれば、テーパ部材４ｃに沿って３次空気が流れることにより、３次空気を径方向外側へと案内し、３次空気により、固体燃料をノズル軸線Ｌに対して径方向外側へと搬送することができる。これにより、粒径の大きなバイオマス燃料においても、内部循環による高温の炉内ガスの引き込みに伴って揮発分が放出されると共に、２次空気と素早く接触することによる揮発分の素早い燃焼が可能となり、安定的に燃焼させることができる。このようなテーパ部材４ｃは、既存のバーナ１に対して設けることも可能である。

また、本実施形態におけるバーナ１によれば、スワラ４ｄを設けることにより、３次空気に旋回しながらノズル軸線Ｌに対して径方向外側に向かう流れを形成できるため、固形燃料をより強力に径方向外側に向けて案内することができる。したがって、粒径の大きなバイオマス燃料においても、２次空気と接触することができ、安定的に燃焼させることができる。

また、本実施形態におけるバーナ１によれば、スワラ４ｄが内筒ノズル４ａの内壁に設けられることにより、内筒ノズル４ａの内壁近傍の３次空気を、径方向外側に向けてより確実に案内することができる。また、オイルガン３のノズル軸線Ｌ方向における移動を阻害することがない。

さらに、本実施形態におけるバーナ１によれば、空気分配ファン６により、加熱された２次空気の一部が３次空気として内筒流路Ｒ１に供給される。これにより、常温の外気を３次空気として内筒ノズル４ａに供給していた従来と比較して、固体燃料の周囲の温度を上昇させることができ、着火性を向上させることができる。

［第２実施形態］
続いて、上記第１実施形態の変形例を第２実施形態として、図２を参照して説明する。
本実施形態のバーナ１において、バーナノズル４は、外筒ノズル４ｂが端部に拡径部４ｂ１を有している。拡径部４ｂ１は、開口端に向けて拡径するように形成されている。これにより、外筒流路Ｒ２を通過する固形燃料及び１次空気が旋回しながら径方向外側に向けて吐出される。

このような本実施形態におけるバーナ１によれば、テーパ部材４ｃに沿って３次空気が流れることにより、３次空気を径方向外側へと案内し、３次空気により、固体燃料をノズル軸線Ｌに対して径方向外側へと搬送することができる。これにより、粒径の大きなバイオマス燃料を含む固形燃料においても、２次空気と接触しやすくなり、安定的に燃焼させることができる。

さらに、外筒ノズル４ｂの拡径部４ｂ１により、外筒流路Ｒ２に流れる固形燃料及び１次空気をノズル軸線Ｌに対して径方向外側に案内することができる。したがって、これによっても粒径の大きなバイオマス燃料を含む固形燃料においても、２次空気と接触しやすくなり、安定的に燃焼させることができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

上記実施形態においては、空気案内部としてテーパ部材４ｃ及びスワラ４ｄの双方を設ける構成を採用したが、本発明はこれに限定されない。バーナ１は、空気案内部として、テーパ部材４ｃとスワラ４ｄとのいずれかのみを設ける構成とすることも可能である。この場合、既存のバーナ１に対して空気案内部を設けることが容易となる。
また、同様に、バーナ１は、テーパ部材４ｃとスワラ４ｄとのいずれかを有し、外筒ノズル４ｂが拡径部４ｂ１を有する構成を採用することも可能である。

また、上記実施形態においては、空気分配ファン６を設ける構成としたが、空気分配ファン６を設けない構成とし、内筒流路Ｒ１には、常温の空気が供給される構成を採用することも可能である。

また、バーナ１は、バイオマス燃料と微粉炭とが混合された固体燃料を用いることも可能である。

１ バーナ
２ 固体燃料供給配管
３ オイルガン
４ バーナノズル
４ａ 内筒ノズル
４ｂ 外筒ノズル
４ｂ１ 拡径部
４ｃ テーパ部材
４ｄ スワラ
５ 空気供給部
５ａ ウインドボックス
５ｂ 外側スロート
５ｃ 内側スロート
５ｄ 主空気調整機構
５ｅ 空気調整機構
６ 空気分配ファン
１００ 火炉壁
１１０ 火炉開口

Claims (6)

1. 燃焼用空気を供給する内筒と、前記内筒の外周に設けられてバイオマス燃料を噴射する外筒とを備えるバーナであって、
   噴射される前記燃焼用空気を前記内筒の径方向外側に向けて案内する空気案内部を備えることを特徴とするバーナ。
2. 前記空気案内部は、前記内筒と同軸上に設けられ、前記燃焼用空気の流れ方向下流側に向けて拡径するテーパ部材を備えることを特徴とする請求項１記載のバーナ。
3. 前記空気案内部は、前記内筒の開口端に設けられるスワラを備えることを特徴とする請求項１または２記載のバーナ。
4. 前記スワラは、前記内筒の内壁に設けられることを特徴とする請求項３記載のバーナ。
5. 前記外筒の外周から加熱された燃焼用空気を吐出する空気調整機構と、
   前記空気調整機構及び前記内筒に前記燃焼用空気が供給するファンとを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のバーナ。
6. 前記外筒は、開口端に向けて拡径される拡径部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のバーナ。

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