JP3322887B2 - 燃料燃焼装置及び方法 - Google Patents

燃料燃焼装置及び方法

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JP3322887B2
JP3322887B2 JP52985698A JP52985698A JP3322887B2 JP 3322887 B2 JP3322887 B2 JP 3322887B2 JP 52985698 A JP52985698 A JP 52985698A JP 52985698 A JP52985698 A JP 52985698A JP 3322887 B2 JP3322887 B2 JP 3322887B2
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port
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克治 向井
佳彦 住谷
俊幸 石鉢
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Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、粉末燃料、液状燃料又は粉末燃料と液状燃
料との燃焼装置および燃焼方法に関するものである。更
に詳しく述べるならば、本発明は、例えばセメントクリ
ンカ、マグネシアクリンカ、石灰などの製造に使用され
るロータリーキルンにおいて、粉末燃料、例えば微粉
炭、コークス粉などの固形粉末燃料およびプラスチック
粉、ゴミ屑、木屑、籾殻などのような可燃性廃棄物を利
用する粉末燃料、又は液状燃料、例えば、重油、廃油な
どのような液体燃料、および石炭粉末、コークス粉末な
どのような可燃性粉末を含有するスラリー燃料などの液
状燃料、或は、前記粉末燃料及び液状燃料を燃焼する装
置及び方法に関するものである。
背景技術 微粉炭などのような粉末燃料を燃焼する場合、その燃
焼装置として、特公昭57/35368号公報に開示されている
円筒状微粉炭燃焼装置は、その中心部に多数の内側一次
空気噴出孔が配置され、その周囲に微粉炭およびその搬
送用空気との混合物を噴出するための、間仕切により仕
切られた複数個（４〜８個）の微粉炭噴出孔が配置さ
れ、さらにその周囲に環状断面形状を有する外周一次空
気噴出スリットが設けられているものである。この装置
において、微粉炭は、互に間仕切られた噴出孔から４〜
８個の噴流として噴出され、この微粉炭噴流群をはさむ
ように多数の内側一次空気直進流と、環状一次空気直進
流とが噴出される。微粉炭噴流群の流速は、内外側一次
空気直進流の流速より小さいから、それは内外側一次空
気直進流により加速され、遠くまで吹き飛ばされる。こ
の噴出の間に、燃焼室中に、その後段の製品冷却装置か
ら還流された高温の二次空気が、外側一次空気直進流の
間隙を通って、その内側に入り、微粉炭噴流内に吸引さ
れ、拡散して、微粉炭を燃焼させる。
また、特公平２−22289号公報に開示されている固体
微粉燃料の燃焼用バーナーは、その中心部に環状に配置
され、互に間仕切られた複数の内側一次空気噴射孔と、
その周囲に環状に配置され、互に間仕切られた複数の固
体微粉燃料／搬送用空気噴出孔と、さらにその外側に環
状に形成された外側一次空気噴出孔とを有するもので、
固体微粉燃料の噴射端面の流動抵抗に差を設け、固体微
粉燃料の分布密度を不均斉化し、それによって、燃焼速
度を高め短炎を形成するものである。
粉末燃料と、一次空気とを噴射し、これに高温二次空
気を巻き込んで、粉末燃料を燃焼する場合、一般に粉末
燃料の燃焼は、一次空気の合計量と、理論燃焼空気量と
一次空気合計量との差に対応する量の二次空気とによっ
て行われる。この場合、一次空気の温度は60〜80℃であ
るが、二次空気の温度は800〜1000℃であるから、燃焼
の良否は、一次空気比（一次空気の合計量の、理論燃焼
空気量に対する比）によって左右され、一次空気比が小
さい程良好な燃焼が得られる。
しかしながら、燃焼状況を良好にするために、一次空
気比を低下させると、その分噴流速度が低下し、このた
め二次空気の巻き込みが不良になり、従って粉末燃料の
燃焼速度が低下し、焼点温度の低下、微粉炭の燃え残り
の発生などの不都合を生ずる。このため、従来の粉末燃
料燃焼装置および方法においては一次空気比は20〜25％
程度であって、それより低くすることは実用上困難であ
った。
また、従来の粉末燃料の燃焼装置および方法において
は、内側一次空気直進流および、それと併用される内側
一次空気旋回流との流速比を調整することにより焼点位
置を調整することが、ある程度可能であるが、実際に
は、一本のバーナーによるこの調整の実況は困難であっ
て、ロータリーキルンの特性に応じ、内側一次空気直進
流噴出孔および内側一次空気旋回流噴出孔の設計を変更
する必要があった。また、このとき、内側一次空気直進
流が強くなくなり過ぎると、得られる燃焼フレームは、
「狭角長炎型」となり、焼点温度が不十分になり、また
内側一次空気旋回流が適度に強くなると、燃焼フレーム
は「広角短炎型」になり、焼点温度は高くなるが、フレ
ームが広がりすぎて炉壁に大きなダメージを与え、最悪
の場合には、炉壁を焼損することになる。
また、液状燃料を使用する場合、燃焼炉中に、液状燃
料を噴霧し、これに一次空気を混合し、さらに高温二次
空気を巻き込んで、噴霧された液状燃料を燃焼させる装
置及び方法が知られている。この場合、一般に液状燃料
中の可燃性物質の燃焼は、それに混合される一次空気の
合計量、及び、理論燃焼空気量と一次空気合計量との差
に対応する二次空気量に応じて行われる。この場合、一
次空気の温度は一般に60〜80℃であるが、二次空気の温
度は800〜1000℃であるから、燃焼の良否は、一次空気
比（一次空気の合計量の理論燃焼空気量に対する比）に
よって左右され、一次空気比が小さい程、燃焼に使用さ
れる空気温度が上がり、その結果燃焼速度も上がり、焼
点温度も高い良好な燃焼が得られる。
しかしながら、燃焼状況を良好にするために、一次空
気量を低下させると、その分噴流速度が低下し、このた
め二次空気の巻き込みが不良になり、従って液状燃料の
燃焼速度が低下し、焼点温度の低下、液状燃料の燃え残
りの発生などの不都合を生ずる。このため、従来の液状
燃料燃焼装置および方法においてＣ重油を燃料とした場
合は一次空気比は12〜15％程度であり、更に一次空気比
を低下させ良好な燃焼を得ることは実用上困難であっ
た。
従来の液状燃料の燃焼装置および方法においては、燃
焼炉中に噴霧された液状燃料の噴霧流と、それと併用さ
れる一次空気の噴射流との流速比を調整して焼点位置を
調整することが困難であり、このため、燃焼炉中で形成
される燃焼フレームが「狭角長炎型」になり、従って、
焼点温度が十分に高くならないことがあり、或は「広角
短炎型」になり、従って、焼点温度は高いがフレームが
広がり過ぎて炉壁に大きなダメージを与え、最悪の場合
には、炉壁を焼損するなどの不都合を生ずる。
さらに、燃料として、粉末燃料と液状燃料とを併用す
る場合、粉末燃料および液状燃料と、一次空気とを噴射
し、これに高温二次空気を巻き込んで、粉末燃料及び液
状燃料を燃焼する装置及び方法が知られている。この場
合、一般に、これら燃料の燃焼は、一次空気の合計量
と、理論燃焼空気量と一次空気合計量との差に対応する
量の二次空気とに応じて行われる。この場合、一次空気
の温度は60〜80℃であるが、二次空気の温度は800〜100
0℃であるから、燃焼の良否は、一次空気比（一次空気
の合計量の、理論燃焼空気量に対する比）によって左右
され、一次空気比が小さい程燃焼に使用される空気温度
が上がり、その結果燃焼速度が上がり、焼点温度も高い
良好な燃焼が得られる。
しかしながら、上記混焼状況を良好にするために、一
次空気比を低下させると、その分噴流速度が低下し、こ
のため二次空気の巻き込みが不良になり、従って粉末燃
料及び液状燃料の燃焼速度が低下し、焼点温度の低下、
燃料の燃え残りの発生などの不都合を生ずる。このた
め、従来の混焼装置および方法においては一次空気比は
20〜25％程度であり更に一次空気比を下げて燃焼速度を
上げ焼点温度を高くすることは実用上困難であった。
また、従来の混焼装置および方法においては、内側一
次空気直進流および、それと併用される内側一次空気旋
回流との流速比を調整することにより焼点位置を調整す
ることが、ある程度可能であるが、実際には、一本のバ
ーナーによるこの調整の実況は困難であって、ロータリ
ーキルンの特性に応じ、内側一次空気直進流噴出孔およ
び内側一次空気旋回流噴出孔の設計を変更する必要があ
った。また、このとき、内側一次空気直進流が強くなく
なり過ぎると、得られる燃焼フレームは、「狭角長炎
型」となり、焼点温度が上がらず、また内側一次空気旋
回流が適度に強くなると、燃焼フレームは「広角短炎
型」になり、焼点温度は高くなるが、フレームが広がり
すぎて炉壁に大きなダメージを与え、最悪の場合には、
炉壁を焼損することになる。
上述のような従来の燃焼装置及び方法に対して、粉末
燃焼又は液状燃料を用い、或は粉末燃料及び液状燃料を
併用して、「狭角短炎型」の燃焼フレームを形成し、焼
点温度を十分に高くすることができ、しかも、炉壁ダメ
ージを与えることがないような良好な燃焼を得ることが
できる装置および方法の開発が強く望まれていた。
発明の開示 本発明は、粉末燃料又は液状燃料を用い、或は粉末燃
料と液状燃料とを併用して、焼点温度が十分に高く、し
かも炉壁にダメージを与えることがない、又は少ない
「狭角短炎型」燃焼フレームを形成することができる燃
料の燃焼装置および方法を提供しようとするものであ
る。
また、本発明は、粉末燃料又は液状燃料、或は粉末燃
料と液状燃料とを効率よく速かに燃焼することができ、
かつ炉壁を過度に加熱することがない燃料の燃焼装置お
よび方法を提供しようとするものである。
本発明の粉末燃料燃焼装置及び方法は、従来の粉末燃
料燃焼装置および方法においては、使用不可能とされて
いた揮発分のきわめて少ない石灰粉およびコークス粉な
どの安価な燃料の使用を可能にするものである。
また、本発明の液状燃料燃焼装置及び方法は、重油の
ような液状燃料のみならず、石灰粉およびコークス粉な
どの安価な燃料のスラリーの使用を可能にし、かつ燃料
原価の削減を可能にするものである。
本発明の燃料燃焼装置（１）は、粉末燃料を噴射する
手段と、この燃料噴射手段の外側に配置され、かつ前記
燃料噴射手段の燃料噴射方向と平行に一次空気を噴射す
る複数個の外側一次空気噴射口（24）を有する外側一次
空気噴射管（23）と、前記燃料噴射手段の内側に配置さ
れ、前記燃料噴射手段の燃料噴射方向と平行に一次空気
を噴射する複数個の内側一次空気噴射口（28）とを有す
る内側一次空気噴射管（27）とを有し、 前記燃料噴射手段が、粉末燃料を粉末燃料搬送用空気
とともに噴射する環状噴射口（26）を有する粉末燃料噴
射管（25）からなり、 前記複数個の外側一次空気噴射口（24）と、前記複数
個の内側一次空気噴射口（28）とが、前記粉末燃料噴射
管の環状噴射口を挟んでその外側及び内側に位置し、前
記環状燃料噴射口（26）と共通の中心点（31）を有する
同心円周上に配置されており、かつ 前記内側一次空気噴射口（28）の各々が、それに最も近
接している前記外側一次空気噴射口（24）の中心点と前
記同心円の中心（31）とを結ぶ直線から離れて配置され
ていることを特徴とする粉末燃料燃焼装置である。
本発明の燃料燃焼装置（２）は、液状燃料を噴射する
手段と、この燃料噴射手段の外側に配置され、かつ前記
燃料噴射手段の燃料噴射方向と平行に一次空気を噴射す
る複数個の外側一次空気噴射口（24）を有する外側一次
空気噴射管（23）と、前記燃料噴射手段の内側配置さ
れ、前記燃料噴射手段の燃料噴射方向と平行に一次空気
を噴射する複数個の内側一次空気噴射口（28）を有する
内側一次空気噴射管（27）とを有し、 前記燃料噴射手段が、同一円周上に配置され、かつ液
状燃料を放射状に噴霧する液状燃料噴霧口（26a）を有
する複数個の液状燃料噴霧管（25a）からなり、前記複
数個の内側一次空気噴射口（28）及び前記複数個の外側
一次空気噴射口（24）が、それぞれ前記液状燃料噴霧口
（26a）が配置されている前記円周の中心点（31）を中
心とし、かつ前記円周の内側及び外側に位置する同心円
周上に配置されており、 前記内側一次空気噴射口（28）の各々は、それに最も
近接している外側一次空気噴射口（24）の中心点と、前
記中心点（31）とを結ぶ直線から離れて配置されてい
る、 ことを特徴とする液状燃料燃焼装置である。
本発明の燃焼装置（２）において、前記液状燃料噴霧
口（26a）の各々は、それに最も近接している外側およ
び内側一次空気噴射口（24,28）のそれぞれの中心点を
結ぶ直線から離れて位置していることが好ましい。
本発明の燃料燃焼装置（３）は、粉末燃料を噴射する
手段と、液状燃料を噴射する手段と、前記粉末燃料噴射
手段の外側に配置され、かつ前記燃料噴射手段の燃料噴
射方向と平行に一次空気を噴射する複数個の外側一次空
気噴射口（24）を有する外側一次空気噴射管（23）と、
前記燃料噴射手段の内側に配置され、前記燃料噴射手段
の燃料噴射方向と平行に一次空気を噴射する複数個の内
側一次空気噴射口（28）を有する内側一次空気噴射管
（27）とを有し、 前記粉末燃料噴射手段が、粉末燃料を粉末燃料搬送用
空気とともに噴射する環状噴射口（26）を有する粉末燃
料噴射管（25）からなり、 前記液状燃料噴射手段が前記内側一次空気噴射管（2
7）の内側に配置され、液状燃料を放射状に噴霧する液
状燃料噴霧口（38）を有する１個以上の液状燃料噴霧管
（39）からなり、 前記複数個の外側一次空気噴射口（24）と、前記複数
個の内側一次空気噴射口（28）とが、前記粉末燃料噴射
管（25）の環状噴射口（26）を挟んでその外側および内
側に位置し、前記環状粉末燃料噴射口（26）と共通の中
心点を有する同心円周上に配置されており、かつ 前記内側一次空気噴射口（28）の各々が、それに最も
近接している前記外側一次空気噴射口（24）の中心点と
前記同心円の中心芯（31）とを結ぶ直線から離れて位置
していることを特徴とする粉末燃料及び液状燃料の燃料
燃焼装置である。
本発明の燃料燃焼方法（１）は、前記本発明の燃料燃
焼装置（１）を使用して、粉末燃料を搬送用空気ととも
に前記環状噴射口から噴射し、一次空気を前記一群の外
側及び内側一次空気噴射口から、前記粉末燃料噴射流と
同一方向に噴射して、前記粉末燃料噴射流を挟む外側お
よび内側直進一次空気流を形成することを含む粉末燃料
の燃焼方法である。
本発明の燃焼方法（１）において、前記粉末燃料を、
前記環状噴射口において、30〜50m/秒の噴射速度で噴射
し、前記外側および内側一次空気直進流を、それぞれの
噴射口において、200〜300m/秒の噴射速度で噴射するこ
とが好ましい。
本発明の燃焼方法（１）において、粉末燃料環状噴射
口並びに外側および内側一次空気噴射口から噴射される
空気の合計噴射量を、理論燃料空気量の８〜15％にコン
トロールすることが好ましい。
本発明の燃料燃焼方法（２）は、前記本発明の燃料燃
焼装置（２）を用い、液状燃料を前記液状燃料噴霧口に
より放射状に噴霧し、かつ一次空気を、前記外側一次空
気噴射口及び内側一次空気噴射口により、前記液状燃料
噴霧口の中心軸方向に平行に噴射し、それによって前記
液状燃料の噴霧流を前記外側および内側直進一次空気流
と混合して燃焼することを含む液状燃料の燃焼方法であ
る。
本発明の燃焼方法（２）において、前記液状燃料が液
体燃料および可燃性粉末を含むスラリー燃料から選ばれ
ることが好ましい。
本発明の燃焼方法（２）において、前記外側および内
側一次空気直進流を、それぞれの噴射口において、200
〜300m/秒の噴射速度で噴射し、かつ前記液状燃料噴霧
口から噴霧された液状燃料の霧滴径を10〜300μｍにコ
ントロールすることが好ましい。
本発明の燃焼方法（２）において、液状燃料噴霧口並
びに外側および内側一次空気噴射口から噴射される空気
の合計噴射量を、理論燃焼空気量の５〜10％にコントロ
ールすることが好ましい。
本発明の燃料燃焼方法（３）は、前記本発明の燃料燃
焼装置（３）を使用して、粉末燃料を搬送用空気ととも
に前記環状噴射口から噴射し、一次空気を前記複数個の
外側及び内側一次空気噴射口から、前記粉末燃料噴射流
と同一方向に噴射して、前記粉末燃料噴射流を挟む外側
および内側直進一次空気流を形成し、さらに液状燃料
を、前記液状燃料噴霧口から放射状に噴霧して前記一次
空気流と混合し、前記粉末燃料及び液状燃料を混焼する
ことを含む粉末燃料及び液状燃料の燃焼方法である。
本発明の燃焼方法（３）において、前記液状燃料が液
体燃料および可燃性粉末を含むスラリー燃料から選ばれ
ることが好ましい。
本発明の燃焼方法（３）において、前記粉末燃料を、
前記環状噴射口において、30〜50m/秒の噴射速度で噴射
し、前記外側および内側一次空気直進流を、それぞれの
噴射口において、200〜300m/秒の噴射速度で噴射し、か
つ前記液状燃料噴霧口から噴霧された液状燃料の霧滴径
10〜300μｍにコントロールすることが好ましい。
本発明の燃焼方法（３）において、粉末燃料環状噴射
口並びに外側および内側一次空気噴射口から噴射される
空気の合計噴射量を、理論燃焼空気量の８〜15％にコン
トロールすることが好ましい。
図面の簡単な説明 図１は、本発明の燃焼装置をロータリーキルンに用い
る場合の配置説明図であり、 図２は、本発明の粉末燃料燃焼装置の一実施態様を含
む加熱炉の側面説明図であり、 図３において、図３（Ａ）は、本発明に係る粉末燃料
燃焼装置の一例の構成を示す側断面説明図であり、か
つ、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の装置の正面説明図であ
り、 図４は本発明の液状燃料燃焼装置の一実施態様を含む
加熱炉の側面説明図であり、 図５において、図５（Ａ）は、本発明に係る液状燃料
燃焼装置の一例の構成を示す側断面説明図であり、かつ 図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の装置の正面説明図であ
り、 図６は、本発明の粉末燃料及び液状燃料の混燃装置の
一実施態様を含む加熱炉の側面説明図であり、 図７において、図７（Ａ）は、本発明に係る粉末燃料
及び液状燃料の混燃装置の一例の構成を示す側面断面説
明図であり、かつ 図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の装置の正面説明図であ
る。
発明を実施するための最良の形態 本発明の燃焼装置および燃焼方法は、セメントクリン
カ、マグネシアクリンカ又は石灰などの製造に用いられ
るロータリーキルンに好適に使用されるものである。本
発明において、燃料として、粉末燃料、液状燃料、又は
粉末燃料及び液状燃料が用いられる。
図１に示されているように、ロータリーキルン１の出
口部は、製品冷却装置２の入口部に連結されており、燃
料燃焼装置３はロータリーキルン１の出口部に、その入
口部に指向して挿入されている。ロータリーキルン１内
において製造された製品は製品冷却装置２に送入され、
冷却装置２内に送入された冷却空気４により冷却され、
このときに熱交換により生成した高温の空気５は二次空
気として冷却装置２の入口部から、ロータリーキルン１
内に還流され、燃料の燃焼に使用される。
本発明において、燃料として粉末燃料が用いられる場
合、本発明の粉末燃料燃焼装置を含む加熱炉の一実施態
様の側面説明図が図２に示されている。図２において、
円筒状粉末燃料燃焼装置11が、加熱炉例えばロータリー
キルンの炉壁12を通って加熱炉内に挿入されている。こ
の燃焼装置11は、後に詳しく説明するように、粉末燃料
を、それを搬送する空気とともに噴射する環状噴射口を
有する粉末燃料噴射管と、この粉末燃料噴射管の内側面
および外周面に沿って配置された。一次空気を噴射する
複数個の内側一次空気噴射口を有する内側一次空気噴射
管と、一次空気を噴射するための複数個の外側一次空気
噴射口を有する外側一次空気噴射管とを有するものであ
る。
図２において、粉末燃料燃焼装置11の、加熱炉外に位
置する端部13には、粉末燃料と搬送用空気との混合流を
供給する粉末燃料送入管14が配置され、この送入管14
は、前記粉末燃料噴射管に連結されている。また端部13
には、一次空気送入管15が設けられ、この送入管15は、
外側一次空気送入管16および内側一次空気送入管17に分
岐し、外側一次空気送入管16は前記外側一次空気噴射管
に連結され、内側一次空気送入管17は、前記内側一次空
気噴射管に連結されている。図２の燃焼装置11におい
て、その中心部には、２本の点火用重油又はガスバーナ
ー18が配置されている。
図２の燃焼装置11において、粉末燃料流19が環状噴射
口から噴射され、その内側に一群の内側一次空気直進流
20が噴射されまた外側に一群の外側一次空気直進流21が
噴射され、これらにより形成される複合流中に高温二次
空気流５が巻き込まれ、粉末燃料を燃焼させる。
本発明の粉末燃料の燃焼装置（１）は、粉末燃料を粉
末燃料搬送用空気とともに噴射する環状噴射口を有する
粉末燃料噴射管と、前記粉末燃料噴射管の外周面に沿っ
て配置され、前記環状噴射口の粉末燃料噴射方向と同一
方向に一次空気を噴射する複数個の噴射口を有する外側
一次空気噴射管と、前記粉末燃料噴射管の内側面の沿っ
て配置され、前記環状噴射口の粉末燃料噴射方向と同一
方向に一次空気を噴射する複数個の噴射口を有する内側
一次空気噴射管とを有する。
また、上記粉末燃料燃焼装置（１）を用いて行われる
本発明の燃焼方法（１）は、粉末燃料を搬送用空気とと
もに前記環状噴射口から噴射し、一次空気を前記一群の
外側および内側一次空気噴射口から、前記粉末燃料噴射
流と同一方向に噴射して、前記粉末燃料噴射流を挟む外
側および内側直進一次空気流を形成することを特徴とす
るものである。
本発明の粉末燃料燃焼装置（１）の一例の側断面説明
図および正面図が、図３−（Ａ）および（Ｂ）に示され
ている。図３−（Ａ）は、図３−（Ｂ）の折れ線Ｘ−
Ｘ′に沿う側断面説明図である。
図３において、円筒状燃焼装置11の外周壁22の内側に
外側一次空気燃焼管23が形成され、その噴射端には、複
数個の、例えば６〜16個の、好ましくは８〜14個、の外
側一次空気噴射口24が形成されている。外側一次空気噴
射管23の内側には、それと同心円状に粉末燃料と搬送用
空気との混合物を噴射するための粉末燃料噴射管25が形
成されていて、その端末は環状の粉末燃料噴射口26を形
成している。さらに粉末燃料噴射管25の内側に、内側一
次空気噴射管27が形成されており、その噴射端には、複
数個の、例えば６〜16個の、好ましくは８〜14個、の内
側一次空気噴射口28が形成されている。
上記環状の粉末燃料噴射口26、外側一次空気噴射口24
および内側一次空気噴射口28は、その噴射方向が同一
（互に平行）になるように形成されている。従って、環
状粉末燃料噴射口26から、粉末燃料が、環状断面形状を
有する粉末燃料流19を形成するように噴射され、複数個
の外側一次空気噴射口24から、一次空気が複数個の外側
一次空気直進流を形成するように噴射され、これらは粉
末燃料流19の外側に沿って、進行する。また、複数個の
内側一次空気噴射口28から、一次空気が複数個の内側一
次空気直進流を形成するように噴射され、これらは環状
断面の粉末燃料流19の内側に沿って進行する。従って、
粉末燃料流は、外側および内側一次空気直進流の間に挟
まれ、それによって加速拡散され、外側一次空気直進流
の間を通って巻き込まれる高温二次空気と混合して燃焼
する。このとき外側一次空気流は複数の直進流に分けら
れて高速をもって噴射させるため、高温二次空気は、こ
れら複数の外側一次空気直進流の間を容易に通って粉末
燃料流に効率よく混合され、狭角短炎型の燃料フレーム
を形成して高い焼点温度を示すことができる。また、こ
のとき、複数個の内側一次空気直進流は、粉末燃料流の
拡散を促進し、それとともに燃焼フレーム内に高温の内
部循環流を形成し、火炎が安定するという効果を発揮す
る。
本発明の粉末燃料の燃焼装置（１）において、内側一
次空気噴射口28および外側一次空気噴射口24の形状、及
び寸法に格別の制限はないが、前記外側及び内側一次空
気噴射口24及び28のピッチ円直径（P.C.D）は、300〜80
0mmであることが好ましい。
また図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されているように外側
一次空気噴射管23の複数個の噴射口24と、内側一次空気
噴射管27の複数個の噴射口28とが、粉末燃料噴射管25の
環状噴射口26を挟んで同心円上に配置され、かつ内側一
次空気噴射口28が、外側一次空気噴射口24の中心と前記
同心円の中心とを結ぶ直線から離れて配置されている。
また、互いに隣り合う１対の外側一次空気噴射口24の中
心点の各々と、前記同心円の中心点31を通る１対の直線
32,33の中間に、内側一次空気噴射口28の各々が配置さ
れることが好ましい。このような一次空気噴射口の配置
は環状粉末燃料流の内外両面に積極的に渦流を形成する
ことができる。また内側および外側両一次空気流が多数
の直進流により構成されているため、渦流表面積がきわ
めて大きくなり、粉末燃料を活発に、かつ効率よく燃焼
させることができるという優れた効果を有する。このよ
うな、本発明の燃焼装置（１）においては、従来装置に
おいて必要とされていた内側一次空気旋回流を形成する
手段は不要である。勿論必要に応じて、このような内側
一次空気旋回流形成手段を本発明の燃焼装置に設けても
よい。
本発明に係る粉末燃料の燃焼方法（１）において、上
記本発明の粉末燃料燃焼装置を用いるものであって、粉
末燃料を搬送用空気ととみに環状噴射口から噴射し、一
次空気を前記外側及び内側一次空気噴射口から、前記粉
末燃料噴射流と同一の方向に噴射して、前記粉末燃料噴
射流を挟む外側及び内側直進一次空気流を形成する。
本発明方法（１）においては、粉末燃料を搬送用空気
ととみに環状噴射口から噴射し、一次空気を前記一群の
外側および内側一次空気噴射口から、前記粉末燃料噴射
流と同一方向に噴射して、前記粉末燃料噴射流を挟む外
側および内側直進一次空気流を形成する。
本発明方法において使用される粉末燃料に格別の制限
はなく、一般に石灰粉末、コークス粉末などの固形粉末
燃料が用いられるが、その他に可燃性プラスチック粉、
ゴミ屑、木屑（木粉）、籾殻のような廃棄物を用いても
よい。
また、本発明方法（１）は、セメントクリンカ、マグ
ネシアクリンカ又は石灰などの製造に用いられるロータ
リーキルンにおいて、きわめて有効に利用されるもので
ある。この場合ロータリーキルンの後段に配置された製
品冷却装置から高温二次空気がロータリーキルン内に送
入され、この高温二次空気が、本発明方法（１）におけ
る外側一次空気直進流／断面環状粉末燃料流／内側一次
空気直進流からなる複合流中に巻き込まれる、粉末燃料
を効率よく燃焼させることができる。
粉末燃料を使用する本発明方法（１）において、粉末
燃料は、環状噴射口26において、30〜50m/秒、好ましく
は35〜45m/秒の噴射速度で噴射され、それと同時に、外
側および内側一次空気を、それぞれの噴射口において20
0〜300m/秒、好ましくは250〜300m/秒（従来は100m/秒
程度）の噴射速度で噴射することが好ましい。このよう
にすると、一次空気比（粉末燃料環状噴射口並びに外側
および内側一次空気噴射口から噴出される空気の合計噴
射量の理論燃焼空気量に対する比）を、従来の値20〜25
％から、８〜15％、好ましくは８〜12％に低下させるこ
とができる。すなわち、本発明の燃焼装置（１）を用い
る燃焼方法（１）においては、噴流運動量を、従来のも
のよりも25〜35％強化することができ、しかも二次空気
の同伴運動量および同伴時間を、従来方法と同程度に維
持することができるのである。
噴流運動量および二次空気の同伴運動量は下記式
（１）および（２）により算出することができる。
Go＝moUo （１） Ge＝Ｋ・（mo（X/2R）0.5−１）・Ve （２） 但し、式（１）及び（２）において、 Go:噴流運動量 Ge:二次空気同伴運動量 mo:噴流質量流量（kg/秒） Uo:噴流速度（m/秒） X :噴流軸距離（ｍ） R :噴流径（ｍ） Ve:噴流誘引速度（m/秒） K :定数 本発明方法（１）において、一次空気の噴射速度
（Uo）を従来方法値の100m/秒程度から、200〜300m/秒
に増強して、噴流運動量（Go）を増大させると、それに
伴って、二次空気同伴運動量（Ge）は、噴流運動量
（Go）に比例して増大する。しかし、二次空気の同伴運
動量（Ge）および同伴時間を、従来方法と同程度に維持
する場合、火炎噴流の空気混合及び初期の燃焼は、従来
方法と同様になるから、一次空気量を低減することがで
きる。この場合、一次空気の低減量は、高温二次空気に
より置き換えられるから、燃焼速度は向上し、燃焼効率
も向上する。
本発明の粉末燃料の燃焼装置（１）および燃焼方法
（１）を用いることにより、粉末燃料を用いて狭角短炎
型の燃焼フレームを発生させることができ、このため、
スワール数（下記式（３）により定義される旋回強度を
表す無次元量）を０とし、自然噴流にすることができ
る。また、従来の装置および方法においては、使用し得
る石灰の揮発分は、18％以上のものであったが、本発明
装置および方法を用いることにより、使用可能な石灰の
揮発分の下限値を、10％程度にまで低下させることが可
能になる。
SW＝Ｇφ/GxR （３） 但し、式（３）において、 SW:スワール数、Ｇφ：角運動量の軸方向フラック
ス、 Gx:軸方向推力、R:バーナーノズルの直径 本発明において、燃料として液状燃料が用いられる場
合、本発明の液状燃料用燃焼装置（２）を含む加熱炉の
一例の側面説明図が、図４に示されている。
図４において、円筒状液状燃料燃焼装置11aが、加熱
炉例えばロータリーキルン１の加熱炉壁12を通って加熱
炉内の挿入されている。この燃焼装置11aにおいて、後
に図５により詳しく説明するように、液状燃料を放射状
に噴霧する液状燃料噴霧口26aを有する複数個の液状燃
料噴霧管25aが、同一円周上に配置されており、この液
状燃料噴霧管25a配列円周の内側面および外周面に沿っ
て、一次空気を噴射する１個以上の内側一次空気噴射口
28を有する内側一次空気噴射管27と、一次空気を噴射す
るための複数個の外側一次空気噴射口24を有する外側一
次空気噴射管23とが配置されている。
図４において、液状燃料燃焼装置11aの、加熱炉外に
位置する端部13には、液状燃料を供給する液状燃料送入
管14aが配置され、この送入管14aは、前記液状燃料噴霧
管に連結されている。また端部13には、一次空気送入管
15が設けられ、この一次空気送入管15は、外側一次空気
送入管16および内側一次空気送入管17に分岐し、外側一
次空気送入管16は前記外側一次空気噴射管に連結され、
内側一次空気送入管17は、前記内側一次空気噴射管に連
結されている。図４の燃焼装置11aにおいて、その中心
部には、１本以上の点火用重油バーナー又はガスバーナ
ー（図示されていない）が配置されていてもよい。
図４の燃焼装置11aにおいて、液状燃料流19aが噴霧口
から放射状に噴霧され、その内側に内側一次空気直進流
20が噴射され、また外側に外側一次空気直進流21が噴射
され、これにより形成される複合流中に高温二次空気５
が巻き込まれ、液状燃料を燃焼させる。
本発明の液状燃料の燃焼装置（２）は、同一円周上に
配置され、液状燃料を放射状に噴霧する液状燃料噴霧口
を有する複数個の液状燃料噴霧管と、前記液状燃料噴霧
口の外側に配置され、前記液状燃料噴霧口の中心軸方向
に平行に一次空気を噴射する複数個の外側一次空気噴射
口を有する外側一次空気噴射管と、前記液状燃料噴霧口
の内側に配置され、前記液状燃料噴霧口の中心軸方向に
平行に一次空気を噴射する少なくとも１個の内側一次空
気噴射口を有する内側一次空気噴射管とを有する。
また、本発明に係る液状燃料の燃焼方法（２）は、上
記本発明の液状燃料の燃焼装置（２）を用い、液状燃料
を前記液状燃料噴霧口より放射状に噴霧し、かつ一次空
気を、前記外側一次空気噴射口および内側一次空気噴射
口より、前記液状燃料噴霧口の中心軸方向に平行に噴射
し、それによって前記液状燃料の噴霧流を前記外側およ
び内側直進一次空気流と混合して燃焼する。
本発明の液状燃料燃焼装置の一例の側断面説明図およ
び正面図が、図５−（Ａ）および（Ｂ）に示されてい
る。図５−（Ａ）は、５−（Ｂ）の折れ線Ｙ−Ｙ′に沿
う側断面説明図である。
図５において、円筒状の液状燃料燃焼装置３の燃焼装
置外周壁22の内側に外側一次空気噴射管23が配置され、
その噴射端には、複数個の、例えば５〜20個の、好まし
くは８〜18個、の外側一次空気噴射口24が形成されてい
る。外側一次空気噴射管23の内側には、液状燃料を噴霧
するための複数個の、例えば２〜６個、好ましくは２〜
４個の液状燃料噴霧管25aが配置されていて、各噴霧管
の端末には液状燃料を放射状に噴霧する液状燃料噴霧口
26aが形成されている。複数個の液状燃料噴霧口26aは、
中心点31を有する同一円周上に配置されていて、液状燃
料噴霧口26aの中心軸は互に平行である。さらに液状燃
料噴霧管25aの内側に、内側一次空気噴射管27が配置さ
れており、その噴射端には、複数個の、例えば２〜12個
の、好ましくは２〜８個、の内側一次空気噴射口28が形
成されている。
上記外側一次空気噴射口24および内側一次空気噴射口
28は、その噴射方向が上記液状燃料噴霧口26aの中心軸
方向と同一（互に平行）になるように形成されている。
液状燃料噴霧口26aの各々から、液状燃料が、放射状の
噴霧流を形成するように噴霧され、その外側の外側一次
空気噴射口24から、一次空気が外側一次空気直進流を形
成するように噴射され、これらは液状燃料流の外側を直
進してこれと混合する。また、複数個の内側一次空気噴
射口28から、一次空気が内側一次空気直進流20を形成す
るよう噴射され、これらは液状燃料流の内側を進行して
これと混合する。従って、液状燃料流は、その外側およ
び内側から外側および内側一次空気直進流と混合してそ
れによって加速拡散され、外側一次空気直進流の間を通
って巻き込まれる高温二次空気と混合して燃焼する。こ
のとき外側一次空気流は直進流として、好ましくは複数
の直進流に分けられて高速をもって噴射させるため、高
温二次空気は、これら複数の外側一次空気直進流の間を
容易に通って液状燃料流に効率よく混合され、狭角短炎
型の燃焼フレームを形成して高い焼点温度を示すことが
できる。また、内側一次空気噴射口24が複数個であるか
ら、内側一次空気直進流は、液状燃料流の拡散を促進
し、それとともに燃焼フレーム内に高温の内部循環流を
形成し、火炎が安定するという効果を発揮する。
本発明の液状燃料燃焼装置（２）において、内側一次
空気噴射口28および外側一次空気噴射口24の形状、寸法
に格別制限はないが、前記外側および内側一次空気噴射
口24、及び28のP.C.D.（ピッチ円直径）は、300〜800mm
であることが好ましい。
また、液状燃料噴霧口26aを有する液状燃料噴霧管25a
は、外に向かって拡大する円錐形状の噴霧ノズルを形成
しており、例えば液状燃料としてＣ重油が用いられた場
合、Ｃ重油を80〜100℃に加熱することにより粘性抵抗
を20〜30cstまで低減させ、30〜40kg/cm2Gまで加圧する
ことが好ましい。
また、図５−（Ａ）及び（Ｂ）に示されているよう
に、内側一次空気噴射管27が、複数個の内側一次空気噴
射口28を有しており、この複数個の内側一次空気噴射口
28、および複数個の外側一次空気噴射口24とが、それぞ
れ前記複数個の液状燃料噴霧口26aが配置されている円
周の中心点31を中心とする同心円周上に配置されてい
る。
また、内側一次空気噴射口28の各々は、それに最も近
接している外側一次空気噴射口24の中心点と、前記中心
点31とを結ぶ直線から離れて配置されている。このよう
な一次空気噴射口24,28の配置は液状燃料流の内外両側
に積極的に渦流を形成し、これと均一に混合することが
できる。また内側および外側両一次空気流は多数の直進
流により構成されていることが好ましく、その場合、渦
流表面積がきわめて大きくなり、更に液状燃料を活発
に、かつ効率よく燃焼させることができるという優れた
効果を有する。このような本発明の液状燃料燃焼装置
（２）においては、従来装置において必要とされていた
内側一次空気旋回流を形成する手段は不要である。しか
しながら、必要に応じて、このような内側一次空気旋回
流形成手段を本発明の燃焼装置にさらに設けてもよい。
本発明に係る液状燃料燃焼方法（２）は、上記本発明
の液状燃料燃焼装置（２）を用いるものであって、この
方法においては、液状燃料を液状燃料噴霧口から放射状
に噴射し、一次空気を前記外側および内側一次空気噴射
口から、前記液状燃料噴霧管の中心軸方向に平行に噴射
し、それによって前記液状燃料の噴霧流を前記外側およ
び内側直進一次空気流と混合して燃焼する。
本発明方法（２）において使用される液状燃料の格別
の制限はなく、一般に重油、廃油、再生油などの液状燃
料、および可燃性粉末、例えば石灰粉末、コークス粉
末、或は可燃性プラスチック粉、ゴミ屑、木屑（木
粉）、籾殻のような廃棄物粉末を含むスラリー燃料から
選ぶことができる。スラリー媒体は、液体燃料（例えば
重油、廃油、再生油など）又は水であってもよい。
また、本発明方法（２）は、セメントクリンカ、マグ
ネシアクリンカ又は石灰などの製造に用いられるロータ
リーキルンにおいて、きわめて有効に利用されるもので
ある。この場合ロータリーキルンの後方に配置された製
品冷却装置から高温二次空気がロータリーキルン内に送
入され、この高温二次空気が、本発明における外側一次
空気直進流と、液状燃料噴霧流と、内側一次空気直進流
と、からなる複合流中に巻き込まれ、液状燃料を効率よ
く燃焼させることができる。
本発明方法（２）において、液状燃料は、液状燃料噴
霧口26aにおいて、その霧滴径が好ましくは10〜300μ
ｍ、より好ましくは10〜150μｍになるようにコントロ
ールされる。このような霧滴径は、液状燃料の種類、粘
度、噴霧口の形状、寸法などに応じて設定され、液状燃
料に付加する圧力、噴霧口の形状寸法を調節することに
より所望の霧滴径を得ることができる。
また、外側および内側一次空気を、それぞれの噴射口
において好ましくは200〜300m/秒、より好ましくは250
〜300m/秒（従来100m/秒程度）の噴射速度で噴射する。
このようにすると、一次空気比（液状燃料噴霧口並びに
外側および内側一次空気噴射口から噴出される空気の合
計噴射量の理論燃焼空気量に対する比）を、従来の値12
〜15％から、５〜10％、好ましくは６〜９％に低下させ
ることができる。すなわち、本発明の燃焼装置（２）を
用いる燃焼方法（２）においては、液状燃料の噴流運動
量を、従来のものよりも25〜35％強化することができ、
しかも二次空気の同伴運動量および同伴時間を、従来方
法と同程度に維持することができるのである。
液状燃料の噴流運動量および二次空気の同伴運動量は
前記粉末燃料と同様に、前記式（１）および（２）によ
り算出することができる。
本発明方法（２）において、一次空気の噴射速度
（Uo）を従来方法値の100m/秒程度から、200〜300m/秒
に増強して、噴流運動量（Go）を増大させると、それに
伴って、二次空気同伴運動量（Ge）は、噴流運動量
（Go）に比例して増大する。しかし、二次空気の同伴運
動量（Ge）および同伴時間を、従来方法と同程度に維持
する場合、火炎噴流の空気混合及び初期の燃焼は、従来
方法と同様になるから、一次空気量を低減することがで
きる。この場合、一次空気の低減量は、高温二次空気に
より置き換えられるから、燃焼速度は向上し、燃焼効率
も向上する。
本発明の液状燃料燃焼装置（２）および燃焼方法
（２）を用いることにより、前記粉末燃料を用いる場合
と同様に、狭角短炎型の燃焼フレームを発生させること
ができ、このため、スワール数（前記式（３）により定
義される旋回強度を表す無地元量）を０とし、自然噴流
にすることができる。また、従来の装置および方法にお
いては、使用し得る液状燃料の種類に制限があったが、
本発明装置および方法に用いることにより、使用可能な
液状燃料の範囲が拡大する。
本発明において、燃料として、粉末燃料及び液状燃料
を、併用することができる。この場合の本方法の混焼装
置（３）を含む加熱炉の一例の側面説明図が、図６に示
されている。
図６において、円筒状粉末燃料および液状燃料の混焼
装置11bが、加熱炉例えばロータリーキルンの加熱炉壁1
2を通って加熱炉内に挿入されている。この混焼装置11b
は、後に図７により詳しく説明するように、粉末燃料
を、それを搬送する空気とともに噴射する環状噴射口26
を有する粉末燃料噴射管25と、この粉末燃料噴射管25の
内側面および外周面に沿って配置された一次空気を噴射
する複数個の内側一次空気噴射口28を有する内側一次空
気噴射管27と、一次空気を噴射するための複数個の外側
一次空気噴射口24を有する外側一次空気噴射管23と、前
記内側一次空気噴射管24の内側に配置された液状燃料を
放射状に噴霧する液状燃料噴霧口38を有する液状燃料噴
霧管39と、を有するものである。
図６において、混焼装置11bの、加熱炉外に位置する
端部13には、粉末燃料と搬送用空気との混合流を供給す
る粉末燃料送入管14が配置され、この粉末燃料送入管14
は、前記粉末燃料噴射管に連結されている。また端部13
には、一次空気送入管15が設けられ、この送入管15は、
外側一次空気送入管16および内側一次空気送入管17に分
岐し、外側一次空気送入管16は前記外側一次空気噴射管
に連結され、内側一次空気送入管17は、前記内側一次空
気噴射管に連結されている。図６の混焼装置11bにおい
て、その中心部には、１個以上の液状燃料供給管18aが
配置されている。さらにこの中心部付近には１個以上の
点火用重油バーナー又はガスバーナー（図示されていな
い）が配置されていてもよい。
図６の混焼装置11bにおいて、粉末燃料流19が環状噴
射口から噴射され、その内側に内側一次空気直進流20が
噴射されまた外側に外側一次空気直進流21が噴射され、
さらに内側一次空気直進流20の内側に、放射状の液状燃
料噴霧流37が噴射され、これらにより形成される複合流
中に高温二次空気５が巻き込まれ、粉末燃料及び液状燃
料を混焼させる。
本発明の粉末燃料及び液状燃料の混焼装置（３）は、
粉末燃料を粉末燃料搬送用空気とともに噴射する環状噴
射口を有する粉末燃料噴射管と、前記粉末燃料噴射管の
外周面に沿って配置され、前記環状噴射口の粉末燃料噴
射方向と同一方向に一次空気を噴射する複数個の外側一
次空気噴射口を有する外側一次空気噴射管と、前記粉末
燃料噴射管の内周面に沿って配置され、前記環状噴射口
の粉末燃料噴射方向と同一方向に一次空気を噴射する複
数個の内側一次空気噴射口を有する内側一次空気噴射管
と、前記内側一次空気噴射管の内側に配置され、液状燃
料を放射状に噴霧する液状燃料噴霧口を有する液状燃料
噴霧管とを有する。
また、本発明の粉末燃料および液状燃料の混焼方法
（３）においては、前記本発明に係る粉末燃料および液
状燃料の混焼装置を使用して、粉末燃料を搬送用空気と
ともに前記環状噴射口から噴射し、一次空気を前記複数
個の外側および内側一次空気噴射口から、前記粉末燃料
噴射流と同一方向に噴射して、前記粉末燃料噴射流を挟
む外側および内側直進一次空気流を形成し、さらに液状
燃料を、前記液状燃料噴霧口から放射状に噴霧して、前
記一次空気流と混合して前記粉末燃料および液状燃料を
混焼する。
本発明の粉末燃料及び液状燃料混焼装置の一例の側断
面説明図および正面図が、図７−（Ａ）および（Ｂ）に
示されている。図７−（Ａ）は、図７−（Ｂ）に示され
た折れ線Ｚ−Ｚ′に沿う側断面説明図である。
図７において、円筒状の混焼装置外周壁22の内側に外
側一次空気噴射管23が配置され、その噴射端には、複数
個の、例えば５〜20個の、好ましくは８〜18個、の外側
一次空気噴射口24が形成されている。外側一次空気噴射
管23の内側には、それと同心円状に粉末燃料と搬送用空
気との混合物を噴射するための粉末燃料噴射管25が配置
されていて、その端末には環状噴射口26が形成されてい
る。さらに粉末燃料噴射管25の内側に、内側一次空気噴
射管27が配置されており、その噴射端には、複数個の、
例えば６〜16個の、好ましくは８〜14個、の内側一次空
気噴射口28が形成されている。
内側一次空気噴射管27の内側には１個以上（図７−
（Ａ）および（Ｂ）においては２個）の液状燃料噴射管
39が配置されていて、その端末には、液状燃料を放射状
に噴霧するための液状燃料噴霧口38が形成されている。
この液状燃料噴霧口38には、例えば図７−（Ａ）に示さ
れているように、外側に向かって次第に拡大する円錐形
状噴霧ノズル空間が形成されていて、液状燃料は液状燃
料噴霧口38を通り、放射状に噴霧され一次空気と混合さ
れる。
上記環状噴射口26、外側一次空気噴霧口24および内側
一次空気噴射口28は、その噴射方向が同一（互に平行）
になるように形成されている。従って、環状噴射口26か
ら、粉末燃料が、環状断面形状を有する粉末燃料流19を
形成するように噴射され、また、液状燃料噴霧管39によ
り送入された液体燃料は、その液状燃料噴霧口38を経
て、放射状に噴霧される。さらに複数の外側一次空気噴
射口24から、一次空気が外側一次空気直進流を形成する
ように噴射され、これらは粉末燃料流19の外側に沿って
進行する。また、複数の内側一次空気噴射口28から、一
次空気が内側一次空気直進流を形成するように噴射さ
れ、これらは環状断面の粉末燃料流19の内側に沿って進
行する。従って、粉末燃料流19は、外側および内側一次
空気直進流の間に挟まれ、それによって加速拡散され、
外側一次空気直進流の間を通って巻き込まれる高温二次
空気と混合して燃焼する。さらに、液状燃料噴霧口38か
ら噴霧された液状燃料噴霧流は、放射状に拡散して、内
側一次空気直進流および粉末燃料流と混合され、さらに
高温二次空気とも混合して燃焼する。このとき外側一次
空気流は直進流として、好ましくは複数の直進流に分け
られて高速をもって噴射されるため、高温二次空気は、
これら複数の外側一次空気直進流の間を容易に通って粉
末燃料流19および液状燃料噴霧流に効率よく混合され、
狭角短炎型の燃焼フレームを形成して高い焼点温度を示
すことができる。また、このとき、内側一次空気直進流
は、粉末燃料流19および液状燃料噴霧流37の拡散を促進
し、それとともに燃焼フレーム内に高温の内部環境流を
形成し、火炎が安定するという効果を発揮する。
本発明の混焼装置において、内側一次空気噴射口28お
よび外側一次空気噴射口24の形状、寸法に格別制限はな
いが、前記外側および内側一次空気噴射口24及び28のP.
C.D.（ピッチ円直径）は、300〜800mmであることが好ま
しい。また液状燃料噴霧口38を有する液状燃料噴霧管39
は、外に向かって拡大する円錐形状の噴霧ノズルを形成
しており、例えば液状燃料としてＣ重油を用いた場合、
Ｃ重油を80〜100℃に加熱することにより粘性抵抗を20
〜30cstまで低減させ、30〜40kg/cm2Gまで加圧すること
が好ましい。
また、図７−（Ａ）及び（Ｂ）に示されているように
外側一次空気噴射管23の複数の外側一次空気噴射口24
と、内側一次空気噴射管27の複数の内側一次空気噴射口
28とが、粉末燃料噴射管25の環状噴射口26を挟んでその
外側および内側の同心円周上に配置されており、かつ内
側一次空気噴射口28が、外側一次空気噴射口24の中心点
と前記同心円の中心点とを結ぶ直線から離れて配置され
ている。また互に隣り合う１対の外側一次空気噴射口24
の中心点の各々と、前記同心円の中心点31を通る１対の
直線32,33の中間に、内側一次空気噴射口28の各々が配
置されることが好ましい。このような一次空気噴射口の
配置は環状粉末燃料流の内外両面に積極的に渦流を形成
することができる。また内側および外側両一次空気流は
多数の直進流により構成されているから、渦流表面積が
きわめて大きくなり、更に粉末燃料および液状燃料を活
発に、かつ効率よく燃焼させることができるという優れ
た効果を有する。このような、本発明の混焼装置（３）
においては、従来装置において必要とされていた内側一
次空気旋回流を形成する手段は不要である。しかし、必
要に応じて、このような内側一次空気旋回流形成手段を
本発明の混焼装置に設けてもよい。また、本発明の混焼
装置の中心部分付近に必要に応じて、１個以上の点火
（重油又はガス）バーナーが配置されていてもよい。
本発明に係る粉末燃料及び液状燃料混焼方法（３）
は、上記本発明の粉末燃料及び液状燃料混焼装置（３）
を用いるものであって、この方法においては、粉末燃料
を搬送用空気とともに環状噴射口から噴射し、一次空気
を前記複数の外側および内側一次空気噴射口から、前記
粉末燃料噴射流と同一方向に噴射して、前記粉末燃料噴
射流を挟む外側および内側直進一次空気流を形成し、さ
らに、液状燃料を、前記液状燃料噴霧口から放射状に噴
霧して前記一次空気と混合し、それによって、前記粉末
燃料及び液状燃料を混焼する。
本発明の混焼方法（３）において使用される粉末燃料
に格別の制限はなく、一般に石炭粉末、コークス粉末な
どの固形粉末燃料が用いられるが、その他に可燃性プラ
スチック粉、ゴミ屑、木屑（木粉）、籾殻のような廃棄
物を用いてもよい。
本発明の混焼方法（３）に用いられる液状燃料の種類
には格別の制限はなく、一般に、液体燃料、例えば重
油、廃油、再生油もしくは、可燃性粉末含有スラリー燃
料、例えば、石炭粉末、コークス粉末、可燃性プラスチ
ック粉末、可燃性ゴム粉末などを含むスラリー、などか
ら選ばれることが好ましい。また、スラリー媒体として
は、水及び液体燃料（重油、廃油、再生油など）を用い
ることができる。
また、本発明の混焼方法（３）は、セメントクリン
カ、マグネシアクリンカ又は石灰などの製造に用いられ
るロータリーキルンにおいて、きわめて有効に利用され
るものである。この場合ロータリーキルンの後方に配置
された製品冷却装置から高温二次空気がロータリーキル
ン内に送入され、この高温二次空気が、本発明における
外側一次空気直進流と、断面環状形状の粉末燃料流と、
内側一次空気直進流と、放射状に広がる液体燃料噴霧
と、からなる複合流中に巻き込まれ、粉末燃料及び液状
燃料を効率よく燃焼させることができる。
本発明の混焼方法（３）において粉末燃料は、環状噴
射口26において、30〜50m/秒、好ましくは35〜45m/秒の
噴射速度で噴射され、それと同時に、外側および内側一
次空気を、それぞれの噴射口において200〜300m/秒、好
ましくは250〜300m/秒（従来は100m/秒程度）の噴射速
度で噴射することが好ましい。また、本発明の混焼方法
（３）において、噴霧口を通って噴霧される液状燃料の
霧滴径は、10〜300μｍにコントロールされることが好
ましく、より好ましくは10〜150μｍにコントロールさ
れることが好ましい。このように粉末燃料噴射、一次空
気噴射および液状燃料噴霧を行うと、一次空気比（粉末
燃料環状噴射口並びに外側および内側一次空気噴射口か
ら噴出される空気の合計噴射量の理論燃焼空気量に対す
る比）を、従来の値20〜25％から、８〜15％に、好まし
くは８〜12％に低下させることができ、その分高温二次
空気量が増加するため、燃焼速度が増加し、狭角短炎型
の燃焼フレームを形成し、焼点温度を十分に高くするこ
とができ、しかも炉壁にダメージを与えることがないよ
うな良好な燃焼を得ることができる。すなわち、本発明
の混焼装置（３）を用いる燃焼方法（３）においては、
噴流運動量を、従来のものよりも25〜35％強化すること
ができ、しかも二次空気の同伴運動量および同伴時間
を、従来方法と同程度に維持することができるのであ
る。
本発明方法（３）において、液状燃料の霧滴径を10〜
300μｍにコントロールするには、液状燃料の種類、粒
度、噴霧流量、温度などに応じて、液状燃料に付加する
噴霧圧力、噴霧口の形状、寸法などを適宜に調節すれば
よい。液状燃料の霧滴径は式により算出することができ
る。
dmax＝（２〜2.5） d :平均滴径［ｍ］ Ve :燃料噴射速度［m/s］ δg :周囲気体密度［kg/m3］ δe :燃料密度［kg/m3］ σe :燃料の表面強力［N/m］ D :噴孔直径［ｍ］ dmax:最大滴径［ｍ］ μe :燃料の粘度［Pa・Ｓ］ 噴流運動量および二次空気の同伴運動量は前記式
（１）および（２）により算出することができる。
本発明混焼方法（３）において、一次空気の噴射速度
（Uo）を従来方法値の100m/秒程度から、200〜300m/秒
に増強して、噴流運動量（Go）を増大させると、それに
伴って、二次空気同伴運動量（Ge）は、噴流運動量
（Go）に比例して増大する。しかし、二次空気の同伴運
動用（Ge）および同伴時間を、従来方法と同程度に維持
する場合、火炎噴流の空気混合及び初期の燃焼は、従来
方法と同様に行われるから、一次空気量を低減すること
ができる。この場合、一次空気の低減量は、高温二次空
気により置き換えられるから、燃焼速度は向上し、燃焼
効率も向上する。
本発明の混焼装置（３）および混焼方法（３）を用い
ることにより、狭角短炎型の燃焼フレームを発生させる
ことができ、このため、スワール数（前記式（３）によ
り定義される旋回強度を表す無次元量）を０とし、自然
噴流にすることができる。
実施例 実施例１及び比較例１ 実施例１において、図２、並びに図３（Ａ）および３
（Ｂ）に示す本発明の粉末燃料用燃焼装置を、セメント
焼成用ロータリーキルンに用い、表１に記載の条件でセ
メントを製造した。その成績を表１に示す。また、比較
例１において、従来の粉末石炭用燃焼装置を用い、表１
に示した条件で、セメントを製造したときの成績を表１
に示す。
表１から明らかなように、実施例において、比較例に
比し、二次空気同伴運動量および同伴時間を同一レベル
に維持したときでも、噴流運動量を25〜35％増強するこ
とができ、スワール数SWを低下させ、焼出量を増大さ
せ、燃比を低下させ、窯尻温度を低下させることができ
た。
実施例２及び比較例２ 実施例２において、図４、並びに図５（Ａ）および５
（Ｂ）に示す本発明の液状燃料用燃焼装置を、セメント
焼成用ロータリーキルンに用い、表２に記載の条件でセ
メントを製造した。その成績を表２に示す。また、比較
例２において、従来の重油用燃焼装置を用い、表２に示
した条件で、セメントを製造したときの成績を表２に示
す。
表２から明らかなように、実施例２において、比較例
２に比し、二次空気同伴運動量および同伴時間を同一レ
ベルに維持したときでも、噴流運動量を25〜35％増強す
ることができ、スワール数SWを低下させ、焼出量を増大
させ、燃比を低下させ、窯尻温度を低下させることがで
きた。
実施例３及び比較例３ 実施例３において図６、並びに図７（Ａ）および７
（Ｂ）に示す本発明の混焼装置を、セメント焼成用ロー
タリーキルンに用い、表３に記載の条件でセメントを製
造した。その成績を表３に示す。また、比較例３におい
て、従来の粉末石炭−液状燃料混焼装置を用い、表３に
示した条件で、セメントを製造したときの成績を表３に
示す。
表３から明らかなように、実施例３において、比較例
３に比し、二次空気同伴運動量および同伴時間を同一レ
ベルに維持したときでも、噴流運動量を25〜35％増強す
ることができ、スワール数SWを低下させ、焼出量を増大
させ、燃比を低下させ、窯尻温度を低下させることがで
きた。
産業上の利用可能性 本発明の燃焼装置（１）〜（３）及び方法（１）〜
（３）により、粉末燃料又は液状燃料、或は、粉末燃料
及び液状燃料を燃焼して、狭角短炎型燃焼フレームを形
成し、焼点高度を十分高くすることができ、しかも炉壁
を焼損することない。従って本発明装置及び方法の実用
的な効果はきわめて大である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−83592（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−170729（ＪＰ，Ｕ) 特公 平５−18010（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭57−35367（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭52−23697（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23D 1/00 F23D 11/24 F23D 17/00 102

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】粉末燃料を噴射する手段と、この燃料噴射
    手段の外側に配置され、かつ前記燃料噴射手段の燃料噴
    射方向と平行に一次空気を噴射する複数個の外側一次空
    気噴射口（24）を有する外側一次空気噴射管（23）と、
    前記燃料噴射手段の内側に配置され、前記燃料噴射手段
    の燃料噴射方向と平行に一次空気を噴射する複数個の内
    側一次空気噴射口（28）とを有する内側一次空気噴射管
    （27）とを有し、 前記燃料噴射手段が、粉末燃料を粉末燃料搬送用空気と
    ともに噴射する環状噴射口（26）を有する粉末燃料噴射
    管（25）からなり、 前記複数個の外側一次空気噴射口（24）と、前記複数個
    の内側一次空気噴射口（28）とが、前記粉末燃料噴射管
    の環状噴射口を挟んでその外側及び内側に位置し、前記
    環状燃料噴射口（26）と共通の中心点（31）を有する同
    心円周上に配置されており、かつ 前記内側一次空気噴射口（28）の各々が、それに最も近
    接している前記外側一次空気噴射口（24）の中心点と前
    記同心円の中心（31）とを結ぶ直線から離れて配置され
    ていることを特徴とする燃料燃焼装置。
  2. 【請求項２】液状燃料を噴射する手段と、この燃料噴射
    手段の外側に配置され、かつ前記燃料噴射手段の燃料噴
    射方向と平行に一次空気を噴射する複数個の外側一次空
    気噴射口（24）を有する外側一次空気噴射管（23）と、
    前記燃料噴射手段の内側に配置され、前記燃料噴射手段
    の燃料噴射方向と平行に一次空気を噴射する複数個の内
    側一次空気噴射口（28）を有する内側一次空気噴射管
    （27）とを有し、 前記燃料噴射手段が、同一円周上に配置され、かつ液状
    燃料を放射状に噴霧する液状燃料噴霧口（26a）を有す
    る複数個の液状燃料噴霧管（25a）からなり、 前記複数個の内側一次空気噴射口（28）及び前記複数個
    の外側一次空気噴射口（24）が、それぞれ前記液状燃料
    噴霧口（26a）が配置されている前記円周の中心点（3
    1）を中心とし、かつ前記円周の内側及び外側に位置す
    る同心円周上に配置されており、 前記内側一次空気噴射口（28）の各々は、それに最も近
    接している外側一次空気噴射口（24）の中心点と、前記
    中心点（31）とを結ぶ直線から離れて配置されている、 ことを特徴とする燃料燃焼装置。
  3. 【請求項３】前記液状燃料噴霧口（26a）の各々は、そ
    れに最も近接している外側および内側一次空気噴射口
    （24,28）のそれぞれの中心点を結ぶ直線から離れて位
    置している、請求項２に記載の燃焼装置。
  4. 【請求項４】粉末燃料を噴射する手段と、液状燃料を噴
    射する手段と、前記粉末燃料噴射手段の外側に配置さ
    れ、かつ前記燃料噴射手段の燃料噴射方向と平行に一次
    空気を噴射する複数個の外側一次空気噴射口（24）を有
    する外側一次空気噴射管（23）と、前記燃料噴射手段の
    内側に配置され、前記燃料噴射手段の燃料噴射方向と平
    行に一次空気を噴射する複数個の内側一次空気噴射口
    （28）を有する内側一次空気噴射管（27）とを有し、 前記粉末燃料噴射手段が、粉末燃料を粉末燃料搬送用空
    気とともに噴射する環状噴射口（26）を有する粉末燃料
    噴射管（25）からなり、 前記液状燃料噴射手段が前記内側一次空気噴射管（27）
    の内側に配置され、液状燃料を放射状に噴霧する液状燃
    料噴霧口（38）を有する１個以上の液状燃料噴霧管（3
    9）からなり、 前記複数個の外側一次空気噴霧口（24）と、前記複数個
    の内側一次空気噴射口（28）とが、前記粉末燃料噴射管
    （25）の環状噴射口（26）を挟んでその外側および内側
    に位置し、前記環状粉末燃料噴射口（26）と共通の中心
    点を有する同心円周上に配置されており、かつ 前記内側一次空気噴射口（28）の各々が、それに最も近
    接している前記外側一次空気噴射口（24）の中心点と前
    記同心円の中心点（31）とを結ぶ直線から離れて位置し
    ていることを特徴とする燃料燃焼装置。
  5. 【請求項５】請求項１に記載の燃料燃焼装置を使用し
    て、粉末燃料を搬送用空気とともに前記環状噴射口から
    噴射し、一次空気を前記一群の外側及び内側一次空気噴
    射口から、前記粉末燃料噴射流と同一方向に噴射して、
    前記粉末燃料噴射流を挟む外側および内側直進一次空気
    流を形成することを含む粉末燃料を燃焼する方法。
  6. 【請求項６】前記粉末燃料を、前記環状噴射口におい
    て、30〜50m/秒の噴射速度で噴射し、前記外側および内
    側一次空気直進流を、それぞれの噴射口において、200
    〜300m/秒の噴射速度で噴射する、請求項５に記載の燃
    焼方法。
  7. 【請求項７】粉末燃料環状噴射口並びに外側および内側
    一次空気噴射口から噴射される空気の合計噴射量を、理
    論燃料空気量の８〜15％にコントロールする、請求項５
    に記載の燃焼方法。
  8. 【請求項８】請求項２又は３に記載の燃料燃焼装置を用
    い、液状燃料を前記液状燃料噴霧口により放射状に噴霧
    し、かつ一次空気を、前記外側一次空気噴射口及び内側
    一次空気噴射口により、前記液状燃料噴霧口の中心軸方
    向に平行に噴射し、それによって前記液状燃料の噴霧流
    を前記外側および内側直進一次空気流と混合して燃焼す
    ることを含む液状燃料を燃焼する方法。
  9. 【請求項９】前記液状燃料が液体燃料および可燃性粉末
    を含むスラリー燃料から選ばれる、請求項８に記載の燃
    焼方法。
  10. 【請求項１０】前記外側および内側一次空気直進流を、
    それぞれの噴射口において、200〜300m/秒の噴射速度で
    噴射し、かつ前記液状燃料噴霧口から噴霧された液状燃
    料の霧滴径を10〜300μｍにコントロールする、請求項
    ８に記載の燃焼方法。
  11. 【請求項１１】液状燃料噴霧口並びに外側および内側一
    次空気噴射口から噴射される空気の合計噴射量を、理論
    燃焼空気量の５〜10％にコントロールする、請求項８に
    記載の燃焼方法。
  12. 【請求項１２】請求項４に記載の燃料燃焼装置を使用し
    て、粉末燃料を搬送用空気とともに前記環状噴射口から
    噴射し、一次空気を前記複数個の外側及び内側一次空気
    噴射口から、前記粉末燃料噴射流と同一方向に噴射し
    て、前記粉末燃料噴射流を挟む外側および内側直進一次
    空気流を形成し、さらに液状燃料を、前記液状燃料噴霧
    口から放射状に噴霧して前記一次空気流と混合し、前記
    粉末燃料及び液状燃料を混焼することを含む粉末燃料及
    び液状燃料を燃焼する方法。
  13. 【請求項１３】前記液状燃料が液体燃料および可燃性粉
    末を含むスラリー燃料から選ばれる、請求項12に記載の
    燃焼方法。
  14. 【請求項１４】前記粉末燃料を、前記環状噴射口におい
    て、30〜50m/秒の噴射速度で噴射し、前記外側および内
    側一次空気直進流を、それぞれの噴射口において、200
    〜300m/秒の噴射速度で噴射し、かつ前記液状燃料噴霧
    口から噴霧された液状燃料の霧滴径を10〜300μｍにコ
    ントロールする、請求項12に記載の燃焼方法。
  15. 【請求項１５】粉末燃料環状噴射口並びに外側および内
    側一次空気噴射口から噴射される空気の合計噴射量を、
    理論燃料空気量の８〜15％にコントロールする、請求項
    12に記載の燃焼方法。
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