JP2020134069A - ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】大容量の主バーナが動作しているときに小容量の副バーナが非動作とされている場合であっても副バーナを冷却することができるボイラを提供する。【解決手段】燃焼室２４を形成する燃焼容器１１と、燃焼容器１１に設けられた主バーナと、燃焼容器１１に設けられ、主バーナによって形成される火炎の下流側に設けられるとともに主バーナよりも小容量とされた副バーナ１３と、副バーナ１３を収容するとともに燃焼容器１１に取り付けられた副バーナ用風箱４０と、副バーナ用風箱４０に空気を供給する副バーナ用空気ファン４４と、副バーナ用空気ファン４４を制御する制御部とを備えている。制御部は、主バーナの動作時でかつ副バーナ１３の非動作時に、燃焼容器１１内の圧力よりも副バーナ用風箱内４０の圧力が高くなるように副バーナ用空気ファン４４を制御する。【選択図】図４

Description

本発明は、ボイラに関するものである。

バーナによって燃焼室内で火炎を形成し、蒸気を生成するボイラが知られている。下記特許文献１には、船舶に搭載される舶用ボイラが開示されている。同文献に開示されたボイラは、大容量のバーナの他に小容量のバーナを設けることで、大容量から小容量まで対応できるようになっている。

実開昭５７−８１９９９号公報

船舶に搭載されるボイラとしては、推進用プロペラを駆動させるための動力源として用いられる主機ボイラがある。また、主機ボイラよりも容量が小さいボイラとして、船舶に搭載される各種装置を稼動させたり、発雷機を駆動させたりする補助動力源として用いられる補助ボイラがある。

補助ボイラは、高負荷機器用の高圧蒸気を生成するためのものと、低負荷機器用の低圧蒸気を生成するためのものとが、それぞれ必要となる場合がある。その結果、船舶の設備点数の増加を招いてしまう。また、補助ボイラは、昇圧に時間を要するため、蒸気を機器に速やかに供給するためには、暖機運転を継続しておく必要もある。このため、特に高圧蒸気を生成する補助ボイラを暖機運転することによる燃料消費量の増加が間題となる。

そこで、特許文献１のように容量の異なるバーナを設けることで、大容量から小容量まで対応させて高ターンダウン化を図ることが考えられる。

しかし、大容量のバーナの運転時には、小容量のバーナが停止しており、大容量の主バーナの火炎の輻射熱により小容量の副バーナが損傷するおそれがある。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、大容量の主バーナが動作しているときに小容量のバーナを冷却することができるボイラを提供することを目的とする。

本開示の一態様に係るボイラは、燃焼室を形成する燃焼容器と、前記燃焼容器に設けられた主バーナと、前記燃焼容器に設けられ、前記主バーナによって形成される火炎の下流側に設けられるとともに該主バーナよりも小容量とされた副バーナと、前記副バーナを収容するとともに前記燃焼容器に取り付けられた副バーナ用風箱と、前記副バーナ用風箱に空気を供給する空気供給手段と、前記空気供給手段を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記主バーナの動作時でかつ前記副バーナの非動作時に、前記空気供給手段を駆動する。

主バーナによって形成される火炎の下流側に副バーナが設けられている。このため、主バーナの動作時でかつ副バーナの非動作時には、副バーナに燃焼用空気が供給されていないと、主バーナによる火炎による輻射熱で副バーナが損傷するおそれがある。そこで、副バーナの非動作時であっても、副バーナ用空気ファンから空気を供給するようにして副バーナを冷却するようにした。また、燃焼容器内の圧力よりも副バーナ用風箱内の圧力が高くなるように空気を供給することとしたので、加圧状態にある燃焼室に対して副バーナ及び副バーナ用風箱をシールすることができる。

また、前記制御部は、前記主バーナの動作時でかつ前記副バーナの非動作時に、前記燃焼容器内の圧力よりも前記副バーナ用風箱内の圧力が高くなるように前記空気供給手段を制御するようにしても良い。

さらに、本開示の一態様に係るボイラでは、前記副バーナを冷却する冷却蒸気を供給する冷却蒸気供給部を備えている。

さらに冷却蒸気を供給することとしたので、輻射熱による副バーナの損傷を抑えることができる。

さらに、本開示の一態様に係るボイラでは、前記副バーナは、燃焼用燃料として油燃料を前記燃焼室に噴射する油噴射ノズルを備えており、前記油噴射ノズルは、前記冷却蒸気供給部の一部とされている。

副バーナの油噴射ノズルは、非動作時には油が供給されることはないので、油噴射ノズルを冷却蒸気供給部の一部とし、油噴射ノズルから冷却蒸気を供給することとした。油噴射ノズルは、副バーナの先端から燃焼室内に向けて冷却蒸気を噴射するので、副バーナを輻射熱から効果的に保護することができる。

さらに、本開示の一態様に係るボイラでは、前記副バーナ用風箱内に、前記冷却蒸気供給部の一部として蒸気供給ノズルが設けられている。

副バーナ用風箱内に、冷却蒸気供給部の一部として蒸気供給ノズルを設けることとした。これにより、副バーナ用風箱内に収容された副バーナを冷却することができる。また、副バーナの燃料ノズルとは別に冷却蒸気を供給する経路を設けることができるので、副バーナの動作に関係なく冷却蒸気を供給することができる。
蒸気供給ノズルとしては、例えば、副バーナを囲むリング形状のノズルとされた蒸気リングノズルとすることができる。

さらに、本開示の一態様に係るボイラでは、前記副バーナは、燃焼用燃料としてガス燃料を前記燃焼室に噴射するガス噴射ノズルを備えており、前記ガス噴射ノズルは、前記冷却蒸気供給部の一部とされている。

副バーナは、油燃料に加えてガス燃料も使用できるようにガス噴射ノズルを備えている。ガス噴射ノズルを冷却蒸気供給部の一部とし、ガス噴射ノズルから冷却蒸気を供給することとした。ガス噴射ノズルは、副バーナの先端から燃焼室内に向けて冷却蒸気を噴射するので、副バーナを輻射熱から効果的に保護することができる。

さらに、本開示の一態様に係るボイラでは、前記冷却蒸気供給部は、前記主バーナによって形成された火炎の下流側に向けて冷却蒸気を供給する。

主バーナの火炎の下流側に蒸気を供給することで、火炎温度を低下させてサーマルＮＯｘを低減することができる。

さらに、本開示の一態様に係るボイラでは、前記主バーナを収容するとともに前記燃焼容器に取り付けられた主バーナ用風箱と、前記主バーナ用風箱に空気を供給する主バーナ用空気ファンと、前記主バーナ用空気ファンから前記副バーナ用風箱に空気を供給する空気供給管と、を備えている。

主バーナ用空気ファンから副バーナ用風箱に空気を供給することとした。これにより、万が一、副バーナ用空気ファンが故障しても、副バーナ用風箱に冷却空気を供給することができる。
なお、主バーナ用空気ファンから副バーナ用風箱への空気供給は、制御部によって制御される。つまり、副バーナ用空気ファンが故障していない場合は、空気の流れを止めるように制御部が開閉弁等を制御する。副バーナ用空気ファンが故障した場合は、空気が流れるように制御部が開閉弁等を制御する。なお、副バーナ用空気ファンの故障に限らず、副バーナ用空気ファンから供給される空気量が不足した場合に、主バーナ用ファンから副バーナ用風箱に空気を供給するようにしても良い。

さらに、本開示の一態様に係るボイラでは、前記空気供給手段の出口に、流路を開閉するダンパが設けられている。

空気供給手段の出口にダンパを設けることとした。これにより、空気供給手段が停止している場合にダンパを閉じることで、主バーナ用空気ファンから空気供給管を介して導かれた空気が空気供給手段側に逆流することを防止できる。

主バーナが動作しているときに副バーナが非動作とされている場合であっても、空気供給手段から空気を供給するようにしたので、副バーナを冷却することができる。

第１実施形態に係るボイラを示した縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線における横断面図である。 副バーナの概略構成を示した横断面図である。 ボイラに対して空気ファンを接続した状態を示した側面図である。 第２実施形態に係るボイラに適用される副バーナの燃料油経路と蒸気経路を示した概略構成図である。 第３実施形態に係るボイラを示した横断面図である。 図６の蒸気リングノズルを示した正面図である。

以下に、本開示にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本開示の第１実施形態について説明する。
本実施形態のボイラは、船舶に搭載された舶用ボイラとして説朋する。具体的には、ボイラを、例えばカーゴオイルポンプ用の蒸気タービン等を駆動させるための雑用蒸気を生成する補助ボイラとして用いる場合として説朋する。但し、ボイラは、補助ボイラに限定されず、例えば、船舶の場合、航行時の動力源となる主機ボイラや、船舶に搭載されている機械を稼動させる補助ボイラとしても用いることができる。また、ボイラは、舶用に限定されず、種々の用途のボイラに用いることができる。

＜ボイラの全体構成＞
図１に示されているように、ボイラ１０は、燃焼容器１１と、主バーナ１２と、副バーナ１３と、蒸発器１４と、制御部１５とを備えている。

燃焼容器１１は、箱形形状とされており、内部に燃焼室２４を形成している。燃焼室２４は、主バーナ１２又は副バーナ１３の動作時には加圧状態とされる。なお、バーナ１２，１３の動作時とは火炎を形成している状態を意味し、非動作時とは火炎を形成していない状態を意味する。

燃焼容器１１は、天井部１１ａと、底部１１ｂと、前壁部１１ｃ（図２参照）と、後壁部１１ｄ（図２参照）と、一対の側壁部１１ｅ，１１ｆとを有する。天井部１１ａには、ガス出口２２が形成されている。底部１１ｂは、天井部１１ａと対向して設けられている。前壁部１１ｃ、後壁部１１ｄおよび一対の側壁部１１ｅ，１１ｆは、天井部１１ａと底部１１ｂとの間を接続するように延在している。天井部１１ａと底部１１ｂと前壁部１１ｃと後壁部１１ｄと側壁部１１ｅとは、燃焼室２４を形成する。燃焼室２４は、天井部１１ａと底部１１ｂと前壁部１１ｃと後壁部１１ｄと側壁部１１ｅと後述するフロントバンクチューブ２８とにより区画されて構成されている。燃焼室２４に向けて主バーナ１２および副バーナ１３が臨んでいる。

燃焼容器１１は、天井部１１ａと底部１１ｂと前壁部１１ｃと後壁部１１ｄと側壁部１１ｆと後述する蒸発管２５とにより区画された排気室３３が設けられている。排気室３３には、ガス出口２２が連通している。また、燃焼容器１１は、蒸発器１４およびフロントバンクチューブ２８の高さ方向（図１の上下方向）の中央部近辺に、仕切り板２９が設けられている。仕切り板２９は、蒸発器１４及びフロントバンクチューブ２８が配置された領域において、底部１１ｂとの間でガス出口側通路２３を形成する。ガス出口側通路２３は、燃焼室２４から排気室３３へと主として流れる燃焼ガスＧの通路である。

主バーナ１２は、天井部１１ａの側壁部１１ｅ側で、ガス出口２２から離間した位置に１つ設けられている。なお、本実施形態において主バーナ１２は１つとされているが、複数であっても良い。主バーナ１２は、燃料供給ラインおよび空気供給ラインに接続されている。また、主バーナ１２は、図示しないイグナイタを有する。主バーナ１２は、天井部１１ａと底部１１ｂと側壁部１１ｅとに囲まれた燃焼室２４内で燃料ガスを燃焼させ、底部１１ｂ側に向かう火炎Ｆ１を形成する。

副バーナ１３は、図２に示すように、前壁部１１ｃに１つ設けられている。なお、本実施形態において副バーナ１３は１つとされているが、複数であっても良い。副バーナ１３は、主バーナ１２とは異なる燃料供給ラインおよび空気供給ラインに接続されている。また、副バーナ１３は、主バーナ１２とは異なる図示しないイグナイタを有する。副バーナ１３は、燃焼室２４内で燃料油及び／又は燃料ガスを燃焼させ、図２に示すように、前壁部１１ｃから後壁部１１ｄに向かう火炎Ｆ２を形成する。副バーナ１３は、主バーナ１２よりも小容量とされている。本実施形態において、副バーナ１３の容量は、例えば、主バーナ１２の容量の１／５倍以上１／３倍以下とされている。

副バーナ１３は、図２に示すように、副バーナ用風箱４０内に収容されている。副バーナ用風箱４０は、前壁部１１ｃから外方に突出するように設けられている。副バーナ用風箱４０内には、副バーナ用空気ＡＲ１が供給されるようになっている。副バーナ用空気ＡＲ１は、副バーナ１３の燃焼用空気として用いられるとともに、後述するように、シール空気や冷却空気としても用いられる。

副バーナ１３は、図３に示されているように、油燃料を噴射する油噴射ノズル１３ａと、ガス燃料を噴射するガス噴射ノズル１３ｂとを備えている。油噴射ノズル１３ａは、副バーナ１３の横断面における中心に位置している。ガス噴射ノズル１３ｂは、油噴射ノズル１３ａを中心として所定角度間隔をおいて複数設けられている。油噴射ノズル１３ａ及びガス噴射ノズル１３ｂの周囲は、副バーナ用空気ＡＲ１（図２参照）が流れる流路となっている。なお、油噴射ノズル１３ａとガス噴射ノズル１３ｂの個数は、図３に限定されるものではなく、油噴射ノズル１３ａが複数であっても良いし、ガス噴射ノズル１３ｂをさらに多く設けても良い。

副バーナ１３は、図１および図２に示すように、主バーナ１２よりも燃焼容器１１の底部１１ｂ側で、前壁部１１ｃに設けられている。副バーナ１３は、図１に示すように、主バーナ１２が形成する火炎Ｆ１の下流側である下端近傍の位置に設けられ、火炎Ｆ１の下端に空気を供給可能とされている。より詳細には、副バーナ１３は、一例として、燃焼室２４の幅方向（図１の左右方向）において、側壁部１１ｅに設けられた図示しないウォールチューブとフロントバンクチューブ２８との中央部に設けられている。また、副バーナ１３は、一例として、燃焼室２４の高さ方向（図１の上下方向）において、ガス出口側通路２３の中央部に設けられている。なお、副バーナ１３は、側壁部１１ｅに設けられた図示しないウォールチューブとフロントバンクチューブ２８との中央部近傍に設けられてもよく、ガス出口側通路２３の中央部近傍に設けられてもよい。

蒸発器１４は、複数の蒸発管２５が束状になった蒸発管群により横成されている。複数の蒸発管２５は、燃焼容器１１内で主バーナ１２の燃料ガス噴出方向に沿って配置される。複数の蒸発管２５は、下端部が底部１１ｂに支持された水ドラム２６に連結され、上端部が天井部１１ａに支持された蒸気ドラム２７に連結されている。また、蒸発器１４は、一部の蒸発管２５が前壁部１１ｃ側に屈曲して配置されることで、フロントバンクチューブ２８として配置される。

ボイラ１０は、主バーナ１２および副バーナ１３からガス出口２２に向けて、燃焼室２４、フロントバンクチューブ２８、蒸発器１４、排気室３３がこの順で配置されている。なお、燃焼容器１１の各壁面には、熱交換器としての図示しないウォールチューブ（炉壁管）が複数設けられている。また、蒸発器１４とフロントバンクチューブ２８との間に、蒸気ドラム２７内の蒸気を過熱して過熱蒸気を生成するための過熱器が設けられても良い。

ボイラ１０は、主バーナ１２または副バーナ１３が燃焼室２４に燃料を噴射して燃焼させることで火炎Ｆ１または火炎Ｆ２が形成され、燃焼ガスＧが生成される。生成された燃焼ガスＧは、燃焼容器１１の側壁部１１ｅ側から側壁部１１ｆ側に流動する。このとき、燃焼ガスＧは、燃焼室２４からフロントバンクチューブ２８が配置された領域、蒸発器１４が配置された領域を順次通過して排気室３３に至る。燃焼ガスＧは、主として仕切り板２９により区切られた図１における下側の領域、すなわちガス出口側通路２３を介してフロントバンクチューブ２８、蒸発器１４を通過する。そして、燃焼ガスＧは、主として、排気室３３において仕切り板２９により区切られた図１における上側の領域へと向きを変えて流れ、再び蒸発器１４を通過し、ガス出口２２へと至る。フロントバンクチューブ２８と、蒸発器１４は、それぞれ熱交換器であり、燃焼ガスＧが通過する際に燃焼ガスＧとの間で熱交換を行い、この燃焼ガスＧの熱を回収して内部に流通する水や蒸気（熱媒）の温度を上昇させる。

フロントバンクチューブ２８は、燃焼容器１１における主バーナ１２および副バーナ１３側、つまり、燃焼容器１１内の温度が高い領域に配置されている。フロントバンクチューブ２８は、水ドラム２６及び蒸気ドラム２７に連結されており、内部に水や蒸気が流通している。フロントバンクチューブ２８は、燃焼ガスＧと水や蒸気との熱交換で燃焼ガスＧの熱を回収することで、水や蒸気の温度を上昇させ、燃焼ガスＧの温度を低下させる。

蒸発器１４は、複数の蒸発管２５を有し、燃焼容器１１におけるフロントバンクチューブ２８よりもガス出口２２側に配置されている。蒸発器１４は、フロントバンクチューブ２８が配置された頷域を通過した燃焼ガスＧが通過する。蒸発器１４は、複数の蒸発管２５の各端部に水ドラム２６と蒸気ドラム２７がそれぞれ連結されており、各蒸発管２５内に水や蒸気が流通している。蒸発器１４は、水ドラム２６から各蒸発管２５を通過して蒸気ドラム２７に流動するとき、燃焼ガスＧと水や蒸気との熱交換で燃焼ガスＧの熱を回収することで、水や蒸気の温度を上昇させ、燃焼ガスＧの温度を低下させる。即ち、燃焼ガスＧにより各蒸発管２５内の水や蒸気が加熱されることで、蒸気だけが上昇して蒸気ドラム２７に至る。

蒸発器１４を通過した燃焼ガスＧは、熱が回収されて温度が低下して排気室３３に至り、排ガス（燃焼ガスＧ）となってガス出口２２から外部に排出される。

燃焼容器１１と風箱４０には、それぞれ、図示しない圧力センサが設けられている。各圧力センサの出力は、制御部１５へ送信される。

制御部１５は、上述した主バーナ１２や副バーナ１３など、ボイラの動作を制御する。制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

＜副バーナ１３の冷却構造＞
次に、図４を用いて、副バーナ１３の冷却構造について説明する。
副バーナ用風箱４０には、副バーナ用空気ダクト４２を介して、副バーナ用空気ファン４４が接続されている。副バーナ用空気ファン４４によって、副バーナ用空気ＡＲ１（図２参照）が副バーナ用風箱４０内に供給される。副バーナ用空気ファン４４の起動及び停止は、制御部１５（図１参照）によって制御される。また、制御部１５によって副バーナ用空気ファン４４の回転数を制御して空気流量を調整するようにしても良い。

副バーナ用空気ファン４４の出口には、流路を開閉するダンパ４６が設けられている。ダンパ４６の開閉は、制御部１５の指令によって制御される。ダンパ４６の下流側でかつ副バーナ用空気ダクト４２の途中位置には、空気供給管４８の一端が接続されている。空気供給管４８の他端は、主バーナ用空気ダクト５０の途中位置に接続されている。空気供給管４８には、開閉弁４９が設けられている。開閉弁４９は、制御部１５によって制御される。

主バーナ用空気ダクト５０の上流端には、主バーナ用空気ファン５２が接続されている。主バーナ用空気ファン５２の起動及び停止は、制御部１５（図１参照）によって制御される。また、制御部１５によって主バーナ用空気ファン５２の回転数を制御して空気流量を調整するようにしても良い。
主バーナ用空気ダクト５０の下流端には、主バーナ用風箱５４が接続されている。主バーナ用風箱５４内に、主バーナ１２（図１参照）が収容されている。主バーナ用風箱５４に供給された空気が、主バーナ１２の燃焼用空気として用いられる。

＜ボイラ１０の運転方法＞
次に、ボイラ１０の運転方法について説朋する。制御部１５は、ボイラ１０で生成された蒸気の利用先の負荷に応じて、主バーナ１２および副バーナ１３による燃焼を詞整し、ボイラ１０の運転負荷を調整する。

制御部１５は、例えばカーゴオイルポンプ用の蒸気タービンを駆動しない場合のように所定値未満の低負荷が要求された場合、主バーナ１２を動作させずに非動作とする。すなわち主バーナ１２による燃焼は行われない。このとき、ボイラ１０は、副バーナ１３によって暖機運転される。制御部１５は、副バーナ１３のみを動作させて燃料油及び／又は燃料ガスを燃焼させる。これにより、高容量の主バーナ１２を用いることなく小容量の副バーナ１３でボイラ１０を暖機運転させて燃料消費を抑制しつつ、例えば蒸気タービンの駆動が必要となった場合などには主バーナ１２を動作させて速やかにボイラ１０から蒸気を供給することができる。

制御部１５は、例えばカーゴオイルポンプ用の蒸気タービンの駆動が必要となった場合のように所定値以上の高負荷が要求された場合、蒸気タービンの負荷の増加（ボイラ１０に要求される運転負荷の増加）に応じて、主バーナ１２ヘの燃料油及び／又は燃料ガスの供給量を徐々に増加させる。このように、制御部１５は、主バーナ１２のみを用いて燃焼を行うとき、副バーナ１３を冷却するように副バーナ用空気ファン４４から空気を供給させる。このとき、副バーナ１３へは燃料油及び燃料ガスは供給されない。制御部１５は、燃焼容器１１内の圧力よりも副バーナ用風箱４０内の圧力が高くなるように副バーナ用空気ファン４４を制御する。

副バーナ用風箱４０に供給された空気は、副バーナ１３を冷却した後、主バーナ１２により形成される火炎Ｆ１の下端近傍へと供給される。その結果、火炎Ｆ１の下端近傍において火炎が冷却されることで、主バーナ１２による燃焼のＮＯｘ生成量が低減される。

＜副バーナ用空気ファン４４の故障時の動作＞
副バーナ用空気ファン４４が故障して副バーナ用風箱４０へ空気を供給できない場合には、以下の動作を行う。
制御部１５が副バーナ用空気ファン４４の故障を検出すると、制御部１５は、空気供給管４８に設けた開閉弁４９を全閉から全開へと動作させる。これにより、主バーナ用空気ファン５２から供給される空気の一部が、空気供給管４８及び副バーナ用空気ダクト４２を介して、副バーナ用風箱４０へと供給される。このとき、制御部１５は、ダンパ４６を全開から全閉へと動作させる。これにより、空気が副バーナ用空気ファン４４へ逆流することが防止される。なお、副バーナ用空気ファン４４の故障は、ファン回転数をモニタすること等によって検知することができる。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
主バーナ１２によって形成される火炎Ｆ１の下流側に副バーナ１３が設けられている。このため、主バーナ１２の動作時でかつ副バーナ１３の非動作時には、副バーナ１３に燃焼用空気が供給されていないと、主バーナ１２による火炎Ｆ１による輻射熱で副バーナ１３が損傷するおそれがある。そこで、副バーナ１３の非動作時であっても、副バーナ用空気ファン４４から空気を供給するようにして副バーナ１３を冷却するようにした。また、燃焼容器１１内の圧力よりも副バーナ用風箱４０内の圧力が高くなるように空気を供給することとしたので、加圧状態にある燃焼室２４に対して副バーナ１３及び副バーナ用風箱４０をシールすることができる。これにより、副バーナ用風箱４０内の圧力が燃焼容器１１内の圧力より低い場合、主バーナ１２の燃焼ガスが副バーナ１３に侵入（逆流）するおそれを回避することができる。

空気供給管４８を用いて、主バーナ用空気ファン５２から副バーナ用風箱４０に空気を供給することとした。これにより、万が一、副バーナ用空気ファン４４が故障しても、副バーナ用風箱４０に冷却空気を供給することができる。
なお、副バーナ用空気ファン４４の故障に限らず、副バーナ用空気ファン４４から供給される空気量が不足した場合に、主バーナ用空気ファン５２から副バーナ用風箱４０に空気を供給するようにしても良い。

副バーナ用空気ファン４４の出口にダンパ４６を設けることとした。これにより、副バーナ用空気ファン４４が停止している場合にダンパ４６を閉じることで、主バーナ用空気ファン５２から空気供給管４８を介して導かれた空気が副バーナ用空気ファン４４側に逆流することを防止できる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に加えて、蒸気を用いて副バーナ１３を冷却する構成を備えている点で相違する。したがって、以下では、第１実施形態に対して相違する構成について説明する。

図５には、副バーナ１３に設けた油噴射ノズル１３ａ（図３参照）に燃料油を供給する系統が示されている。油噴射ノズル１３ａには、燃料油供給経路６０と、蒸気供給経路（冷却蒸気供給部）６２とが接続されている。

燃料油供給経路６０の上流側には、図示しない油タンク及び油供給ポンプが接続されている。燃料油供給経路６０には、制御弁６４が設けられている。制御弁６４は、制御部１５によって制御される。

蒸気供給経路６２の上流側には、図示しない蒸気源が接続されている。蒸気供給経路６２は、アトマイズ蒸気供給経路６２ａと、パージ蒸気供給経路６２ｂとに分岐されている。

アトマイズ蒸気供給経路６２ａは、油噴射ノズル１３ａに接続されている。アトマイズ蒸気供給経路６２ａには、制御部１５によって制御される制御弁６６及び逆止弁６７が設けられている。アトマイズ蒸気供給経路６２ａから供給される蒸気は、本来的には、燃料油をアトマイズするために用いられる。ただし、本実施形態では、冷却蒸気として用いることができるようになっている。

パージ蒸気供給経路６２ｂの下流端は、燃料油供給経路６０に接続されている。パージ蒸気供給経路６２ｂには、制御部１５によって制御される制御弁６８及び逆止弁６９が設けられている。パージ蒸気供給経路６２ｂから供給される蒸気は、本来的には、燃料油が流れる経路を蒸気でパージするために用いられる。ただし、本実施形態では、冷却蒸気として用いることができるようになっている。

本実施形態による副バーナ１３の蒸気冷却は、以下のように行われる。
燃料油供給経路６０の制御弁６４が閉とされて燃料油の供給が停止されると、副バーナ１３が非動作となる。このとき、主バーナ１２が動作時とされている場合、制御部１５は、蒸気供給経路６２を用いて油噴射ノズル１３ａから蒸気を噴射させる。具体的には、アトマイズ蒸気供給経路６２ａの制御弁６６を開とするとともに、パージ蒸気供給経路６２ｂの制御弁６８を開として、蒸気を油噴射ノズル１３ａへと導く。油噴射ノズル１３ａから蒸気が噴霧されることによって、燃焼室２４内で形成された火炎Ｆ１から放射される輻射熱から副バーナ１３を保護する。
油噴射ノズル１３ａの先端部から放射状（笠状）に冷却蒸気を噴霧することで、油噴射ノズル１３ａに取り付けられたスワラーやガスノズルなどの、主バーナ１２の火炎の輻射熱により損傷しやすい箇所を冷却蒸気で遮ることができ、より効果的に副バーナ１３を保護できる。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
副バーナ１３の油噴射ノズル１３ａは、非動作時には油が供給されることはないので、油噴射ノズル１３ａを冷却蒸気供給部の一部とし、油噴射ノズル１３ａから冷却蒸気を供給することとした。油噴射ノズル１３ａは、副バーナ１３の先端から燃焼室２４内に向けて冷却蒸気を噴射するので、副バーナ１３を輻射熱から効果的に保護することができる。

副バーナ１３の油噴射ノズル１３ａから蒸気を噴射することで、主バーナ１２の火炎Ｆ１の後流側に蒸気を供給することができる。これにより、火炎Ｆ１の温度を低下させてサーマルＮＯｘを低減することができる。また、仮に火炎Ｆ１の根元に蒸気を供給すると燃料と空気との混合が阻害されて燃焼が不安定になる。火炎Ｆ１の後流側（火炎Ｆ１の先端部）でれば燃焼反応は終わりに近く、多くの空気も必要無いので、燃焼が不安定となるおそれがない。

なお、油噴射ノズル１３ａから蒸気を噴射することに代えて、又は油噴射ノズル１３ａから蒸気を噴射することに加えて、副バーナ１３のガス噴射ノズル１３ｂ（図３参照）から蒸気を供給するようにしても良い。これにより、ガス噴射ノズル１３ｂを冷却蒸気供給部の一部とし、ガス噴射ノズル１３ｂから冷却蒸気を供給することができる。ガス噴射ノズル１３ｂは、副バーナ１３の先端から燃焼室２４内に向けて冷却蒸気を噴射するので、副バーナ１３を輻射熱から効果的に保護することができる。また、燃焼室２４内に突出したガス噴射ノズル１３ｂを効果的に冷却できる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に加えて、蒸気を用いて副バーナ１３を冷却する構成を備えている点で相違する。したがって、以下では、第１実施形態に対して相違する構成について説明する。

図６に示すように、副バーナ用風箱４０内に、蒸気リングノズル（蒸気供給ノズル）７２が設けられている。蒸気リングノズル７２は、図示しない蒸気源に接続されており、蒸気を副バーナ用風箱４０から燃焼室２４内に向けて蒸気を噴射する。蒸気リングノズル７２は、図７に示されているように、リング状のパイプを有しており、このパイプに対して複数の噴射孔７２ａが所定間隔を空けて形成されている。蒸気リングノズル７２は、副バーナ１３の基端部を包囲するように設置されている。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
副バーナ用風箱４０内に、冷却蒸気供給部の一部として蒸気リングノズル７２を設けることとした。これにより、副バーナ用風箱４０内に収容された副バーナ１３を冷却することができる。
また、蒸気リングノズル７２によって、副バーナ１３全体に冷却蒸気を供給できるので、スワラーやガス噴射ノズル１３ｂなどの、主バーナ１２の火炎により損傷しやすい箇所を効果的に冷却できる。また、蒸気吹き込みによる火炎冷却効果も広範囲におよび、ＮＯｘ低減が可能になる。
また、副バーナ１３の油噴射ノズル１３ａやガス噴射ノズル１３ｂとは別に冷却蒸気を供給する経路を設けることができるので、副バーナ１３の動作に関係なく冷却蒸気を供給することができる。副バーナ１３の動作時に蒸気を吹き込むことで、副バーナ１３自身のＮＯｘ低減が可能になる。

また、蒸気リングノズル７２から蒸気を燃焼室２４内に向けて供給することで、主バーナ１２の火炎Ｆ１の下流側に蒸気を供給することができる。これにより、火炎Ｆ１の温度を低下させてサーマルＮＯｘを低減することができる。

１０ ボイラ
１１ 燃焼容器
１２ 主バーナ
１３ 副バーナ
１３ａ 油噴射ノズル
１３ｂ ガス噴射ノズル
１４ 蒸発器
１５ 制御部
２２ ガス出口
２４ 燃焼室
２６ 水ドラム
２７ 蒸気ドラム
２９ 仕切り板
３３ 排気室
４０ 副バーナ用風箱
４２ 副バーナ用空気ダクト
４４ 副バーナ用空気ファン（空気供給手段）
４６ ダンパ
４８ 空気供給管
４９ 開閉弁
５０ 主バーナ用空気ダクト
５２ 主バーナ用空気ファン
５４ 主バーナ用風箱
６０ 燃料油供給経路
６２ 蒸気供給経路
６２ａ アトマイズ蒸気供給経路
６２ｂ パージ蒸気供給経路
６４ 制御弁
６６ 制御弁
６７ 逆止弁
６８ 制御弁
６９ 逆止弁
７２ 蒸気リングノズル（蒸気供給ノズル）
ＡＲ１ 副バーナ用空気
Ｆ１，Ｆ２ 火炎
Ｇ 燃焼ガス

Claims (9)

1. 燃焼室を形成する燃焼容器と、
   前記燃焼容器に設けられた主バーナと、
   前記燃焼容器に設けられ、前記主バーナによって形成される火炎の下流側に設けられるとともに該主バーナよりも小容量とされた副バーナと、
   前記副バーナを収容するとともに前記燃焼容器に取り付けられた副バーナ用風箱と、
   前記副バーナ用風箱に空気を供給する空気供給手段と、
   前記空気供給手段を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記主バーナの動作時でかつ前記副バーナの非動作時に、前記空気供給手段を駆動するボイラ。
2. 前記制御部は、前記燃焼容器内の圧力よりも前記副バーナ用風箱内の圧力が高くなるように前記空気供給手段を制御する請求項１に記載のボイラ。
3. 前記副バーナを冷却する冷却蒸気を供給する冷却蒸気供給部を備えている請求項１に記載のボイラ。
4. 前記副バーナは、燃焼用燃料として油燃料を前記燃焼室に噴射する油噴射ノズルを備えており、
   前記油噴射ノズルは、前記冷却蒸気供給部の一部とされている請求項３に記載のボイラ。
5. 前記副バーナ用風箱内に、前記冷却蒸気供給部の一部として蒸気供給ノズルが設けられている請求項３に記載のボイラ。
6. 前記副バーナは、燃焼用燃料としてガス燃料を前記燃焼室に噴射するガス噴射ノズルを備えており、
   前記ガス噴射ノズルは、前記冷却蒸気供給部の一部とされている請求項３又は４に記載のボイラ。
7. 前記冷却蒸気供給部は、前記主バーナによって形成された火炎の下流側に向けて冷却蒸気を供給する請求項３に記載のボイラ。
8. 前記主バーナを収容するとともに前記燃焼容器に取り付けられた主バーナ用風箱と、
   前記主バーナ用風箱に空気を供給する主バーナ用空気ファンと、
   前記主バーナ用空気ファンから前記副バーナ用風箱に空気を供給する空気供給管と、
   を備えている請求項１又は２に記載のボイラ。
9. 前記空気供給手段の出口に、流路を開閉するダンパが設けられている請求項８に記載のボイラ。
   

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