JP4078026B2 - 重質液体燃料燃焼装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電用あるいは工場用等の蒸気発生を行うボイラに適用される重質液体燃料燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、たとえばアスファルトのように固い重質液体燃料を燃焼させることにより、発電用の蒸気や工場で使用する蒸気などを発生させるボイラが運転されている。そこで、このような重質液体燃料を燃焼させる従来の重質液体燃料燃焼装置について、その概要の一例を図１１ないし図１３に示して説明する。
図１１ないし図１３において、図中の符号１はボイラ火炉本体、２はバーナ風箱、２ａはコンパートメント、３はバーナガン、３ａはアトマイザ、３ｂは連結金物、４は液体燃料流路、５はアトマイズ流体流路、６は空気ノズル、７は液体燃料供給ライン、８はアトマイズ流体供給ライン、９は液体燃料弁、１０はアトマイズ流体弁、１１は燃焼ガス、１２は蒸気加熱管群、１３は排ガスライン、１４は空気予熱器、１５は燃焼用空気ライン、１６は重質液体燃料、１７はアトマイズ流体、１８は燃焼用空気、１９は火炉内、２０は仮想円、２１は火炎、２２は旋回燃焼火炎（ファイアボルテックス）を示す。
【０００３】
図１１において、燃焼用空気１８は、図示されてない送風設備から燃焼用空気ライン１５を通して空気予熱器１４へ送り込まれ、排ガスライン１３を通して別途送り込まれてくる燃焼ガス１１との熱交換により所定の温度に加熱された後、ボイラ火炉本体１に設置されたバーナ風箱２へ送り込まれる。
バーナ風箱２は、通常四角筒状としたボイラ火炉本体１中心の高さよりも下方側火炉断面上のコーナ部、あるいは壁面に複数個設置されている。また、バーナ風箱２は、図１２に示すように、ボイラ火炉本体１の水平断面上中心部に仮想円２０を設定し、燃焼用空気１８及び重質液体燃料１６を当該仮想円２０に対して接線方向に吹き込むよう設置されている。
【０００４】
バーナ風箱２内は、高さ方向に複数段（図示の例では３段）のコンパートメント２ａに区切られ、各コンパーメント２ａには火炉内１９へ燃焼用空気１８を吹き込むための空気ノズル６が装着され、各空気ノズル６の中心部にはそれぞれバーナガン３が装着されている。また、バーナ風箱２については、前述したように複数段のコンパートメント２ａを有するものの他にも、１個のバーナ風箱２に対して１個のコンパートメント２ａからなるもの（図示省略）もある。
バーナガン３は、図１３に示すように、入口部に重質液体燃料１６とアトマイズ流体１７とを導入するために取り付けられた連結金物３ｂ、先端部に送り込まれてきた重質液体燃料１６を火炉内１９へ噴霧するために取り付けられたアトマイザ３ａ、さらに、これらアトマイザ３ａ，連結金物３ｂを連絡して液体燃料通路４及びアトマイズ流体通路５を構成するために取付けられた外管３ｃ及び内管３ｄを具備してなる。
【０００５】
アトマイザ３ａには、複数の噴孔３ｅが放射状に貫通して設けられている。この噴孔３ｅは、アトマイズ流体通路５と連絡して同心で放射状にアトマイザ３ａを貫通して設けられたアトマイズ孔３ｆとミキシング孔３ｇ、さらに、液体燃料通路４と連絡してミキシング孔３ｇに合流するように設けられた液体燃料孔３ｈに連通している。
重質液体燃料１６は、図示されてない液体燃料供給装置において噴霧燃焼に適した粘度と圧力に調整され、液体燃料供給ライン７を通してバーナガン３へ圧送される。また、蒸気あるいは圧縮空気からなるアトマイズ流体１７は、図示されてないアトマイズ流体供給装置からアトマイズ流体供給ライン８を通してバーナガン３へ圧送される。
【０００６】
バーナ風箱２へ送り込まれてきた燃焼用空気１８は、図示されてない流量調整用ダンパによって各コンパートメント２ａへ分流された後、空気ノズル６から火炉内１９の中心部に設定した仮想円２０に対して接線方向に吹込まれる（図１２参照）。
バーナガン３の液体燃料通路４からアトマイザ３ａへ送り込まれた重質液体燃料１６は、アトマイズ流体通路５を通してアトマイザ３ａへ送り込まれてきたアトマイズ流体１７によって、アトマイザ３ａに設けられた複数の噴孔３ｅから火炉内１９の中心部に設定された仮想円２０に対して接線方向に吹込まれた燃焼用空気１８中へ噴霧される。
【０００７】
火炉内１９の同一平面上に設けられた複数のバーナガン３から噴霧された重質液体燃料１６は、図示されてない着火源によって着火し、それぞれが火炎２１を形成して仮想円２０を基準として旋回燃焼し、旋回燃焼火炎２２を形成する。こうして形成された旋回燃焼火炎２２の外周直径は仮想円２０より大きく、普通は火炉内１９の壁面近くにまで広がる。
重質液体燃料１６の燃焼は、ボイラ化炉本体１の下方から蒸気加熱管群１２の入口近傍までの間で完了させ、発生した燃焼ガス１１は、蒸気加熱管群１２を通過する際に同管群１２の管内を通って送り込まれてくる蒸気を加熱し、さらに、図示されてない節炭器等と熱交換した後、排ガスライン１３に送り込まれる。さらに、この燃焼ガス１１は、排ガスライン１３に設置された空気予熱器１４において別途送り込まれてくる燃焼用空気１８と熱交換した後、図示されてない脱硝装置、脱硫装置、電気集塵器等で浄化され、大気放出される。
【０００８】
上述した従来の重質液体燃料燃焼装置においては、重質液体燃料１６の燃焼を行う場合、燃焼に適した噴霧が得られるよう高い温度に加熱して燃料の粘度を下げてからバーナガン３へ送り込み、アトマイザ３ａから火炉内１９へ噴霧して旋回燃焼させ、旋回燃焼火炎２２を形成するが、このような燃焼方法は、旋回燃焼することによって燃焼ガス１１の火炉内１９への滞留時間が長くなるので、（１）燃焼効率が向上して未燃分の発生を防止できること、そして、（２）旋回燃焼火炎２２の形成により火炉内１９全体の火炎２１の安定燃焼が確保される、といった利点を有している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の重質液体燃料燃焼装置においては、複数の火炎２１の旋回燃焼により形成される旋回燃焼火炎２２の外周部直径が大きいため、時には火炎２１が火炉内１９の壁面に接触することがある。アスファルトのような重質液体燃料１６は、所定温度に加熱されてあっても残留炭素分や不溶成分が多いので、燃焼完結に要する時間が長くなる。このため、火炎２１の燃焼反応が進行中に火炉内１９の壁面に接触すると、この火炎２１が急冷されて燃焼反応を停止する部分が生じるので、多量の未燃分を発生するという問題がある。
また、火炉内１９の壁面への接触が起らない場合であっても、旋回燃焼火炎２２の外周部に位置する火炎２１は火炉内１９の壁面によって冷却されるので、燃焼劣化が生じる原因となる。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、燃焼劣化を防止し、未燃分を残すことなく重質液体燃料を燃焼させるようにした重質液体燃料燃焼装置の提供を目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の重質液体燃料燃焼装置は、筒状としたボイラ火炉の側壁面またはコーナ部にほぼ横向きに設けられ、前記ボイラ火炉と同軸の仮想円筒面に中心軸の延長線が接する複数のバーナ風箱と、該バーナ風箱内に装着された複数の空気ノズルと、該空気ノズルを貫通して同心に装着されアトマイズ流体と共に液体燃料を噴霧するバーナガンとを具え、前記空気ノズル及び前記バーナガンから前記仮想円筒面に接して吹込まれる燃焼用空気及び液体燃料噴霧の燃焼によって生じる複数の火炎を互いに旋回燃焼させて前記ボイラ火炉内に旋回燃焼火炎を形成する重質液体燃料燃焼装置において、
液体燃料供給ラインに送り込まれてきた重質液体燃料を比重差により複数の液体燃料に分離させる重質液体燃料分離手段を設け、前記バーナガンにアトマイズ流体流路及び前記重質液体燃料分離手段で分離した複数の液体燃料毎に専用の液体燃料流路を形成すると共に前記複数の液体燃料毎にそれぞれ専用の噴霧ノズルを設けたアトマイザを取り付け、前記噴霧ノズルが比重の高い液体燃料を噴霧するもの程ボイラ火炉の中央寄りを向くように配列したことを特徴とするものである。
【００１２】
上述した請求項１に記載の重質液体燃料燃焼装置によれば、重質液体燃料分離手段において重質液体燃料を比重差により複数の液体燃料に分離し、比重の大きい高重質液体燃料程ボイラ火炉の中心寄りに向けて噴霧するように噴霧ノズルを配列する構成としたので、高粘度で難燃性の傾向にある高重質液体燃料を旋回燃焼火炎の内側近傍に吹き込み、低粘度で比較的燃焼しやすい軽質液体燃料が旋回燃焼火炎の外側近傍へ吹き込むことができる。このため、未燃分の生じやすい高重質液体燃料を常に高温下で燃焼させることができるようになり、未燃分の大幅な低減が可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の重質液体燃料燃焼装置は、筒状としたボイラ火炉の側壁面またはコーナ部にほぼ横向きに設けられ、前記ボイラ火炉と同軸の仮想円筒面に中心軸の延長線が接する複数のバーナ風箱と、該バーナ風箱内に装着された複数の空気ノズルと、該空気ノズルを貫通して同心に装着されアトマイズ流体と共に液体燃料を噴霧するバーナガンとを具え、前記空気ノズル及び前記バーナガンから前記仮想円筒面に接して吹込まれる燃焼用空気及び液体燃料噴霧の燃焼によって生じる複数の火炎を互いに旋回燃焼させて前記ボイラ火炉内に旋回燃焼火炎を形成する重質液体燃料燃焼装置において、
重質液体燃料流路及びアトマイザ流体流路を具えたバーナガンに、液体燃料供給ラインから前記重質液体燃料流路に送り込まれた重質液体燃料を旋回させる環状の旋回室と、該旋回室に対し接線方向に連通して複数設けられた旋回溝と、前記旋回室の後流側に前記旋回溝と連通して設けられた複数の同心環状溝とを具備してなる重質液体燃料分離手段を組み込んで設けると共に、分離した複数の液体燃料毎にそれぞれ専用の噴霧ノズルを設けたアトマイザを取り付け、前記噴霧ノズルが比重の高い液体燃料を噴霧するもの程ボイラ火炉の中央寄りを向くように配列したことを特徴とするものである。
【００１４】
上述した請求項２に記載の重質液体燃料燃焼装置によれば、重質液体燃料分離手段において重質液体燃料を比重差により複数の液体燃料に分離し、比重の大きい高重質液体燃料程ボイラ火炉の中心寄りに向けて噴霧するように噴霧ノズルを配列する構成としたので、高粘度で難燃性の傾向にある高重質液体燃料を旋回燃焼火炎の内側近傍に吹き込み、低粘度で比較的燃焼しやすい軽質液体燃料が旋回燃焼火炎の外側近傍へ吹き込むことができる。このため、未燃分の生じやすい高重質液体燃料を常に高温下で燃焼させることができるようになり、未燃分の大幅な低減が可能となる。
【００１５】
請求項３に記載の重質液体燃料燃焼装置は、筒状のボイラ火炉の側壁面またはコーナ部にほぼ横向きに設けられ、前記ボイラ火炉と同軸の仮想円筒面に中心軸の延長線が接する複数のバーナ風箱と、該バーナ風箱内に装着された複数の空気ノズルと、該空気ノズルを貫通して同心に装着されアトマイズ流体と共に液体燃料を噴霧するバーナガンとを具え、前記空気ノズル及び前記バーナガンから前記仮想円筒面に接して吹込まれる燃焼用空気及び液体燃料噴霧の燃焼によって生じる複数の火炎を互いに旋回燃焼させて前記ボイラ火炉内に旋回燃焼火炎を形成する重質液体燃料燃焼装置において、
液体燃料供給ラインに送り込まれてきた重質液体燃料を比重差により複数の液体燃料に分離する重質液体燃料分離手段を設け、該重質液体燃料分離手段で分離した液体燃料毎にそれぞれ専用のバーナガンを設けると共に、比重の高い液体燃料を噴霧するバーナガン程ボイラ火炉の中央寄りを向くように配列したことを特徴とするものである。
【００１６】
上述した請求項３に記載の重質液体燃料燃焼装置によれば、重質液体燃料分離手段において重質液体燃料を比重差により複数の液体燃料に分離し、比重の大きい高重質液体燃料を噴霧するバーナガン程ボイラ火炉の中心寄りに向けて配列する構成としたので、高粘度で難燃性の傾向にある高重質液体燃料を旋回燃焼火炎の内側近傍に吹き込み、低粘度で比較的燃焼しやすい軽質液体燃料が旋回燃焼火炎の外側近傍へ吹き込むことができる。このため、未燃分の生じやすい高重質液体燃料を常に高温下で燃焼させることができるようになり、未燃分の大幅な低減が可能となる。
【００１７】
上述した請求項１から３に記載の重質液体燃料燃焼装置においては、前記重質液体燃料分離手段が、高重質液体燃料及び軽質液体燃料よりなる二種類の液体燃料に分離することが好ましく、シンプルな装置構成で未燃分の発生を低減した重質液体燃料の燃焼が可能となる。
そして、上述した請求項１から４に記載の重質液体燃料燃焼装置においては、前記アトマイズ流体の流量を比重の高い液体燃料ほど大きく設定するのが好ましく、これにより、高粘度で霧化が困難となる高重質液体燃料の微粒化特性を向上させることができるので、未燃分の低減に有効である。
【００１８】
上述した請求項３または４に記載の重質液体燃料燃焼装置においては、前記バーナガンの配置は、比重の小さい液体燃料を噴霧するものを上段側に纏め、比重の大きい液体燃料を噴霧するものを下段側に纏めるのが好ましく、これにより、燃焼しにくい高重質液体燃料のボイラ火炉内での滞留時間が長くなるので、未燃分を低減させることができる。
また、上述した請求項３または４に記載の重質液体燃料燃焼装置においては、前記バーナガンの配置を、比重の小さい液体燃料を噴霧するものから比重の大きい液体燃料を噴霧するものへ順次上段側から下段側へ並べる配置を１サイクルとして繰り返してもよく、このようにしても燃焼しにくい高重質液体燃料のボイラ火炉内での滞留時間が長くなるので、未燃分を低減させることができる。
【００１９】
上述した請求項１，３から７のいずれかに記載の重質液体燃料燃焼装置においては、前記重質液体燃料分離手段として遠心分離器を用いることが好ましく、この場合、前記旋回燃焼の燃焼状態または前記重質液体燃料の粘度の少なくとも一方を監視し、前記遠心分離器による重質液体燃料の分離をフィードバック制御することで、未燃分の低減を図ることができる。すなわち、一酸化炭素（ＣＯ）の排出量などから燃焼状態を判断したり、あるいは重質液体燃料の粘度から燃焼状態を予測して、好ましい燃焼状態が得られないと判断した場合には、遠心分離器に送出する重質液体燃料の入口流速を増したり、遠心分離器の回転速度を増すなどして、より一層の分離促進を図ればよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る重質液体燃料燃焼装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１の実施形態］
本発明に係る重質液体燃料装置の第１の実施形態を図１、図２、図３及び図４に示す。なお、図１ないし図４において、上述した従来例と同一部分には同じ符号を付してある。
【００２１】
図１ないし図４において、四角筒状としたボイラ火炉本体１に設置されたバーナ風箱２は、その内部が高さ方向に複数段（図示の例では３段）のコンパートメント２ａに区切られ、各コンパートメント２ａには燃焼用空気１８を火炉内１９へ吹き込むための空気ノズル６が装着されている。
燃焼用空気１８は、図示されてない送風設備から燃焼用空気ライン１５を通して空気予熱器１４へ送り込まれ、排ガスライン１３を通して別途送り込まれてくる燃焼ガス１１との熱交換により所定の温度に加熱されてから空気ノズル６に送り込まれる。
なお、バーナ風箱２は、ボイラ火炉本体１の中心高さよりも下方側火炉断面上のコーナ部、あるいは壁面に複数個設置されている。
【００２２】
符号の１０１は重質液体燃料１６を比重差により分離する重質液体燃料分離手段として液体燃料供給ライン７に設けた重質液体燃料分離器であり、該重質液体燃料分離器１０１を通過した重質液体燃料１６は、比重の異なる２種類の液体燃料、すなわち図中に矢印で示した高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３とに分離する。一方の高重質液体燃料１０２は、高重質液体燃料供給ライン１０２ａを通り、他方の軽質液体燃料１０３は軽質液体燃料供給ライン１０３ａを通って３流路型バーナガン１０４に導かれる。この３流路型バーナガン１０４は、各空気ノズル６の中心部にそれぞれ装着されている。
【００２３】
また、図中の符号１０５は高重質液体燃料供給ライン１０２ａに設けられた高重質液体燃料弁、１０６は軽質液体燃料供給ライン１０３ａに設けられた軽質液体燃料弁であり、３流路型バーナガン１０４の先端部には３ノズル型アトマイザ１０７が取り付けられている。この３ノズル型アトマイザ１０７には、高重質液体燃料ミキシングノズル１０７ａ、軽質液体燃料ミキシングノズル１０７ｂ、高重質液体燃料用アトマイズ流体ノズル１０７ｃ、軽質液体燃料用アトマイズ流体ノズル１０７ｄ、高重質液体燃料ノズル１０７ｅ、軽質液体燃料ノズル１０７ｆが設けられている。
なお、図中の符号１０８は連結金物であり、３流路型バーナガン１０４の軸中心に設けられたアトマイズ流体流路５の外周側には、高重質液体燃料流路１０９及び軽質液体燃料流路１１０がそれぞれ環状に設けられている。
【００２４】
図示した構成の重質液体燃料燃焼装置において、図示省略の液体燃料供給装置から液体燃料供給ライン７を通して送り込まれてきた重質液体燃料１６は、当該液体燃料供給ライン７内に設けられた重質液体燃料分離器１０１に入り、高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３とに分離される。この重質液体燃料分離器１０１としては、たとえば比重差を利用して液／液分離を行うサイクロン型の遠心分離器（第１実施例）があり、以下その構成例を図２及び図３に示して簡単に説明する。
【００２５】
重質液体燃料分離器１０１では、円筒内上部の接線方向から所定値以上の流速で重質液体燃料１６を流入させることにより、円筒内周面に沿った旋回流となって円筒内を流れる重質液体燃料１６は、遠心力の作用を受けて比重差により分離するので、比重の大きい高重質液体燃料１０２が外側に集まり、そして比重の小さい軽質液体燃料１０３が内側に集まることで、比重差のある２種類の液体燃料に分離される。遠心力で分離した２種類の液体燃料は、底面の外周部及び中央部に分かれて落下し、外周部側から高重質液体燃料供給ライン１０２ａに高重質液体燃料１０２が流出し、中央部側から軽質液体燃料供給ライン１０３ａに軽質液体燃料１３０が流出する。
【００２６】
こうして分離された高重質液体燃料１０２及び軽質液体燃料１０３は、３流路型バーナガン１０４へ送り込まれる。３流路型バーナガン１０４は、図４に示すように、１本のバーナガンに高重質液体燃料流路１０９、軽質液体燃料流路１１０、アトマイズ流体流路５の３流路を有するものである。この３流路型バーナガン１０４は、一端に連結金物１０８が接続され、他端に３ノズル型アトマイザ１０７が取り付けられている。
連結金物１０８は、その入口側にアトマイズ流体供給ライン８、高重質液体燃料供給ライン１０２ａ及び軽質液体燃料供給ライン１０３ａを接続する接続口を具えており、各ラインから供給されるアトマイズ流体及び液体燃料をそれぞれアトマイズ流体流路５、高重質液体燃料流路１０９及び軽質液体燃料流路１１０に導くようになっている。
【００２７】
一方、燃焼用空気１８は、バーナ風箱２に設けられた空気ノズル６から火炉内１９の中心部に設定した仮想円２０（図１２参照）に対して接線方向に吹込まれる。３流路型バーナガン１０４は、上述した空気ノズル６内の中心部に装着され、かつ、その吹込み方向中心軸は空気ノズル６と同一の仮想円２０に向かって設定されている。
【００２８】
３ノズル型アトマイザ１０７は、図４及び図５に示すように、１個のアトマイザから高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３とを同時に噴霧するために、それぞれが独立した２組の噴孔を設けたものである。
一方の高重質液体燃料１０２を噴霧する噴孔は、高重質液体燃料ミキシングノズル１０７ａ、高重質液体燃料用アトマイズ流体ノズル１０７ｃ及び高重質液体燃料ノズル１０７ｅからなり、他方の軽質液体燃料１０３を噴霧する噴孔は、軽質液体燃料ミキシングノズル１０７ｂ、軽質液体燃料用アトマイズ流体ノズル１０７ｄ及び軽質液体燃料ノズル１０７ｆからなっている。
【００２９】
そして、図５（ｂ）に示すように、高重質液体燃料ミキシングノズル１０７ａ及び軽質液体燃料用ミキシングノズル１０７ｂは、３ノズル型アトマイザ１０７の噴孔を正面から見た場合、縦中心軸線Ｃの左右に分割して配置されている。
なお、図示の例では同一円周上に合計８個の噴孔が等ピッチで配列され、右側の４個がいずれも高重質液体燃料ミキシングノズル１０７ａであり、左側の４個がいずれも軽質液体燃料用ミキシングノズル１０７ｂとなる。
【００３０】
上述した構成の３流路型バーナガン１０４へ送り込まれてきた高重質液体燃料１０２及び軽質液体燃料１０３は、それぞれ高重質液体燃料流路１０９及び軽質液体燃料流路１１０を通って３ノズル型アトマイザ１０７へ導かれる。同様にして、蒸気あるいは圧縮空気からなるアトマイズ流体１７が図示省略のアトマイズ流体供給装置からアトマイズ流体供給ライン８を通って３流路型バーナガン１０４へ送り込まれ、同バーナガン１０４内のアトマイズ流体流路５を通って３ノズル型アトマイザ１０７へ導かれる。
【００３１】
高重質液体燃料１０２は、高重質液体燃料ノズル１０７ｅから高重質液体燃料ミキシングノズル１０７ａへ吹き込まれ、別途高重質液体燃料用アトマイズ流体ノズル１０７ｃから高重質液体燃料ミキシングノズル１０７ａに吹き込まれるアトマイズ流体１７によって火炉内１９へ噴霧される。
軽質液体燃料１０３もまた同様に、軽質液体燃料ノズル１０７ｆから軽質液体燃料ミキシングノズル１０７ｂへ吹き込まれ、別途軽質液体燃料用アトマイズ流体ノズル１０７ｄから軽質液体燃料ミキシングノズル１０７ｂに吹込まれる軽質液体燃料用アトマイズ流体１７によって火炉内１９へ噴霧される。
【００３２】
高重質液体燃料用アトマイズ流体ノズル１０７ｃは、高粘度で霧化が難しい高重質液体燃料１０２の噴霧の微粒化特性を高めるため、その直径を軽質液体燃料用アトマイズ流体ノズル１０７ｄの直径よりも大きくして、「アトマイズ流体１７量／高重質液体燃料１０２量」比が大きくなるようにしてある。すなわち、高重質液体燃料１０２側に吹き込まれるアトマイズ流体１７の分配量を多くして、高重質液体燃料１０２の微粒化を促進している。
【００３３】
こうして３ノズル型アトマイザ１０７から火炉内１９へ噴霧された両液体燃料１０２，１０３は、図示省略の着火源によって着火して火炎２１を形成し、複数の火炎２１の旋回燃焼により旋回燃焼火炎２２が形成される。
この時、３ノズル型アトマイザ１０７の取り付けに当って、高重質液体燃料ミキシングノズル１０７ａを旋回燃焼によって形成される旋回燃焼火炎２２の上流側へ位置するよう取り付けることにより、高重質液体燃料１０２の噴霧側の火炎２１は火炉内１９の中心部側へ、軽質液体燃料１０３噴霧側の火炎２１は火炉内１９の壁面側へ形成されることになる。
【００３４】
上述した構成の重質液体燃料燃焼装置としたことにより、重質液体燃料１６を比重差により高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３とに分割し、粘度が高く燃焼しにくい高重質液体燃料１０２を旋回燃焼火炎２２の内側へ向けて噴霧すると共に、当初の重質液体燃料１６より高重質成分が分離除去されて軽質化した軽質液体燃料１０３を旋回燃焼火炎２２の外側近傍へ向けて噴霧することが可能になる。
このため、難燃性の高重質液体燃料１０２は、火炉内１９の壁面に接触して温度低下するようなことはなく、常に旋回燃焼火炎２２の内側において高温の雰囲気下で燃焼することができるので、良好な燃焼条件が維持されて未燃分の発生が大幅に低減する。また、軽質液体燃料１０３については、旋回燃焼火炎２２の外側近傍へ向けて噴霧されるため火炎２１が火炉内１９の壁面に近づき気味になっても、燃料自体が軽質化して燃焼性が向上しているので、充分に良好な燃焼を維持することができる。従って、重質液体燃料１６全体としての燃焼性が向上することになり、未燃分として残る燃料を大幅に低減してクリーンで効率のよい燃焼が可能な重質液体燃料燃焼装置となる。
【００３５】
ところで、上述した第１の実施形態においては、重質液体燃料分離手段の第１実施例としてサイクロン型の重質液体燃料分離器１０１を採用したが、重質液体燃料１６を比重差により液／液分離する重質液体燃料分離手段としては、他の型式の遠心分離器を適用することも可能である。
そこで、重質液体燃料分離手段の第２実施例として、分離板型の遠心分離器を図６に示して簡単に説明する。この重質液体分離器１０１Ａは、図示省略の駆動源で旋回する分離板１０１ａに重質液体燃料１６を投入し、遠心力で外側に移動する高重質液体燃料１０２と内側の軽質液体燃料１０３とを分離させて、それぞれ異なる流路から回収するものである。
このような分離板型の遠心分離器の他にも、たとえばノズル排出型の遠心分離器などを適用することも可能である。
【００３６】
また、上述したようなサイクロン型や分離板型などの遠心分離器を用いた場合には、たとえば一酸化炭素の排出量や重質液体燃料１６の粘度などを適宜検出することで旋回燃焼の燃焼状態を監視または予測し、燃焼状態に応じて重質液体燃料１６の分離をフィードバック制御することで、未燃分の低減を図ることができる。すなわち、排出される一酸化炭素の排出量が増加すれば燃焼温度が低下するなど燃焼状態に問題があると判断でき、また、重質液体燃料１６の粘度が大きくなれば難燃性の燃料となって未燃分が発生しやすくなると予測できるので、燃焼状態が好ましくないと判断または予測される場合には、遠心分離器における高重質／軽質の分離を促進する方向にフィードバック制御すればよい。
【００３７】
具体的には、サイクロン型の遠心分離器では、重質液体燃料１６の入口流速を増すことでより一層の分離促進を図ることができ、駆動源を具えた分離板型の遠心分離器などでは、遠心分離器の回転速度を上げるなどして容易に分離促進を図ることができる。
なお、サイクロン型の遠心分離器等における重質液体燃料１６の入口流速の調整は、たとえばバタフライ弁等のように開度調整可能な弁を重質液体燃料供給ライン７に配設することで容易に可能となり、燃焼状態が好ましくないと判断または予測される場合に弁の開度を絞り、流路を狭めることで重質液体燃料１６の入口流速を上げればよい。
【００３８】
［第２の実施形態］
続いて、本発明の第２の実施形態を図７及び図８に示して説明する。なお、ここでは上述した第１の実施形態及び従来技術と同一の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図７及び図８において、符号の１１１は高重質液体燃料用バーナガン（以下、高重質バーナガンと呼ぶ）、１１１ａは高重質液体燃料用アトマイザ（以下、高重質アトマイザと呼ぶ）、１１１ｂは連結金物、１１２は軽質液体燃料用バーナガン（以下、軽質バーナガンと呼ぶ）、１１２ａは軽質液体燃料用アトマイザ（以下、軽質アトマイザと呼ぶ）、１１２ｂは連結金物、１１３は高重質液体燃料用コンパートメント（以下、高重質コンパートメントと呼ぶ）、１１４は軽質液体燃料用コンパートメント（以下、軽質コンパートメントと呼ぶ）、１１５は仮想円Ａ、１１６は仮想円Ｂ、１１７は高重質液体燃料火炎の中心（以下、高重質火炎と呼ぶ）、１１８は軽質液体燃料火炎の中心（以下、軽質火炎と呼ぶ）を示す。
【００３９】
この実施形態では、上述した第１の実施形態とは異なり、重質液体燃料分離器１０１で分離された高重質液体燃料１０２及び軽質液体燃料１０３のそれぞれに独立した専用のバーナガンを設けてある。すなわち、ここで使用するバーナガンは、基本的に従来技術のものと同様であり、高重質液体燃料１０２及び軽質液体燃料１０３に分離した分だけ数が増している。
【００４０】
バーナ風箱２内は、図７に示すように、上段側の軽質コンパートメント１１４と下段側の高重質コンパートメント１１３とを１セット（サイクル）として、複数セット（２セット）配設したものである。すなわち、上段側から順に軽質コンパートメント１１４、高重質コンパートメント１１３、軽質コンパートメント１１４、高重質コンパートメント１１３というように４段のコンパートメントを交互に配置したものである。
なお、上段側に軽質コンパートメント１１４のみを複数段纏めて配置し、下段側に高重質コンパートメント１１３のみを複数段纏めて配置することも可能である。
【００４１】
各高重質コンパートメント１１３には、それぞれ空気ノズル６と高重質バーナガン１１１とが装着されている。また、各軽質コンパートメント１１４には、それぞれ空気ノズル６と軽質バーナガン１１２とが装着されている。高重質バーナガン１１１及び軽質バーナガン１１２は、図１３に示した従来型バーナガン３と同構造であり、液体燃料流路４及びアトマイズ流体流路５を具えている。
両コンパートメント１１３，１１４からの燃焼用空気１８及び両液体燃料１０２，１０３噴霧の火炉内１９への吹き込みは、ボイラ火炉本体１の水平断面上の中心部に同心で大小２種類の仮想円を設定して行う。
【００４２】
高重質コンパートメント１１３からの燃焼用空気１８及び高重質液体燃料１０２噴霧は、図８に示すように、小直径の仮想円Ａ１１５に対して接線方向に吹き込むように空気ノズル６及び高重質バーナガン１１１を装着し、軽質コンパートメント１１４からの燃焼用空気１８及び軽質液体燃料１０３噴霧は、大直径の仮想円Ｂ１１６に対して接線方向に吹き込むように設定してある。すなわち、高重質液体燃料１０２噴霧の中心は高重質液体燃料火炎の中心１１７と一致し、そして、軽質液体燃料１０３噴霧の中心は軽質液体燃料火炎の中心１１８と一致することとなる。
【００４３】
重質液体燃料分離器１０１へ送り込まれてきた重質液体燃料１６は、高重質液体燃料１０２及び軽質液体燃料１０３の二つの液体燃料に分離され、それぞれ高重質液体燃料供給ライン１０２ａ及び軽質液体燃料供給ライン１０３ａを通って高重質バーナガン１１１及び軽質バーナガン１１２へ送り込まれる。この後、高重質液体燃料１０２及び軽質液体燃料１０３は、高重質バーナガン１１１及び軽質バーナガン１１２の先端にそれぞれ装着された高重質アトマイザ１１１ａ及び軽質アトマイザ１１２ａから、別途空気ノズル６より吹き込まれる燃焼用空気１８中へ噴霧される。
この時、難燃性の高重質液体燃料１０２噴霧は、火炉内１９水平断面上の中心部へ同心に設定された大小２種類の仮想円のうち小直径仮想円Ａ１１５に対して接線方向に吹き込まれる燃焼用空気１８中へ吹き込み、燃焼容易な軽質液体燃料１０３噴霧は、大直径の仮想円Ｂ１１６に対して接線方向に吹き込まれる燃焼用空気１８へ吹き込んで旋回燃焼を行い、旋回燃焼火炎２２を形成する。
【００４４】
このような構成としても、重質液体燃料１６を比重差により高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３とに分割し、粘度が高く燃焼しにくい高重質液体燃料１０２を旋回燃焼火炎２２の内側へ向けて噴霧すると共に、当初の重質液体燃料１６より高重質成分が分離除去されて軽質化した軽質液体燃料１０３を旋回燃焼火炎２２の外側近傍へ向けて噴霧することが可能になる。
このため、難燃性の高重質液体燃料１０２は、火炉内１９の壁面に接触して温度低下するようなことはなく、常に旋回燃焼火炎２２の内側において高温の雰囲気下で燃焼することができるので、良好な燃焼条件が維持されて未燃分の発生が大幅に低減する。また、軽質液体燃料１０３については、旋回燃焼火炎２２の外側近傍へ向けて噴霧されるため火炎２１が火炉内１９の壁面に近づき気味になっても、燃料自体が軽質化して燃焼性が向上しているので、充分に良好な燃焼を維持することができる。従って、重質液体燃料１６全体としての燃焼性が向上することになり、未燃分として残る燃料を大幅に低減してクリーンで効率のよい燃焼が可能な重質液体燃料燃焼装置となる。
【００４５】
また、燃焼しやすい軽質液体燃料１０３を火炉内１９の上部に噴霧し、難燃性の高重質液体燃料１０２を火炉内１９の下部に噴霧するようにしたので、難燃性の燃料分が下部から上部へ上昇して燃焼することにより火炉内１９への滞留時間が長くなり、結果として未燃分を低減することができる。
なお、上述した第１の実施形態で説明したように高重質液体燃料１０２側のアトマイズ流体量を増して微粒化を促進したり、あるいは、燃焼状態を監視して重質液体燃料分離器１０１における分離を制御するといったことは、ここで説明した第２の実施形態にも適宜適用可能なことはいうまでもない。
【００４６】
［第３の実施形態］
続いて、本発明の第３の実施形態を図９及び図１０に示して説明す。なお、この実施形態が上述した従来技術及び第１の実施形態と異なるのは重質液体燃料分離手段を組み込んだバーナガンの構造であり、以下ではこの構成について詳細に説明する。
図９及び図１０において、図中の符号１１９は重質液体燃料分離機構、１２０は分離プレート、１２０ａは旋回溝、１２０ｂは旋回室、１２１はバックプレートを示す。
【００４７】
この実施形態では、重質液体燃料流路４及びアトマイズ流体流路５を具えたバーナガン３Ａに重質液体燃料分離手段となる重質液体燃料分離機構１１９を内蔵させている。この重質液体燃料分離機構１１９は、バーナガン３Ａに組み込まれた分離プレート１２０の内部に形成されており、液体燃料供給ライン７から重質液体燃料流路４に送り込まれた重質液体燃料を比重差により分離させる機能を有している。なお、重質液体燃料分離機構１１９を具えた分離プレート１２０の下流側には、第１の実施形態で説明したものと同様に構成された３ノズル型アトマイザ１０７を取り付けてある。
【００４８】
上述した分離プレート１２０は、中央にアトマイズ流体流路５となる円形断面通路が形成された円筒状の部材であり、バーナガン３Ａに形成された重質液体燃料流路４と連結される円筒の厚肉部分に、重質液体燃料分離機構１１９が形成されている。
この重質液体燃料分離機構１１９は、重質液体燃料通路４に連結される環状液体燃料室１２０ａと、該環状液体燃料室１２０ａの後流側に形成された環状の旋回室１２０ｂと、環状液体燃料室１２０ａと旋回室１２０ｂとの間を連結し一端が旋回室１２０ｂに対し接線方向に連通するよう複数（図示の例では４本）設けられた旋回溝１２０ｃと、旋回室１２０ｂの後流側に旋回溝１２０ｃと連通して設けられた内外２段の同心環状溝１２０ｄ，１２０ｅとを具備して構成される。そして、上述した内外２段の同心環状溝１２０ｄ，１２０ｅは、分離した液体燃料毎の通路が形成されたバックプレート１２１を介して、３ノズル型アトマイザ１０７に接続される。
なお、この場合の３ノズル型アトマイザ１０７についても、上述した第１の実施形態と同様に、比重の高い液体燃料を噴霧するもの程火炉内１９の中央寄りを向くように配列してある。
【００４９】
上述した構成のバーナガン３Ａは、従来例として示した図１１の全体構成の系統において、バーナガン３に代えて用いられる。
バーナガン３Ａに送り込まれてきた重質液体燃料１６は、分離プレート１２０に形成された重質液体燃料分離機構１１９を通過することにより、比重差のある高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３とに分離される。
【００５０】
以下、この分離について詳細に説明する。
重質液体燃料流路４を流れる重質液体燃料１６は、分離プレート１２０に到達して環状液体燃料室１２０ａから４本の旋回溝１２０ｃへ流れ込む。この旋回溝１２０ｃは、旋回室１２０ｂに対し接線方向に連通しているため、旋回室１２０ｂ内では重質液体燃料１６が旋回流となって流れる。このため、重質液体燃料１６の旋回流には遠心力が作用し、比重の大きい高重質液体燃料１０２は外側に、そして比重の小さい軽質液体燃料１０３は内側に分離される。
【００５１】
こうして分離された高重質液体燃料１０２は、外側の同心環状溝１２０ｅを通って３ノズル型アトマイザ１０７の高重質液体燃料ノズル１０７ｅに導かれる。また、軽質液体燃料１０３は、内側の同心環状溝１２０ｄを通って３ノズル型アトマイザ１０７の軽質液体燃料ノズル１０７ｆに導かれる。
なお、高重質液体燃料１０２及び軽質液体燃料１０３の以後の流れは、上述した第１の実施形態と同様である。すなわち、第１の実施形態では重質液体燃料分離器１０１で分離たものを３流路型バーナガン１０４及び３ノズル型アトマイザ１０７へ供給していたが、本実施例では、重質液体燃料分離器１０１の機能をバーナガン３Ａ内の重質液体燃料分離機構１１９にもたせたものである。換言すれば、サイクロン型の遠心分離器をバーナガン３Ａに内蔵して重質液体燃料１６を分離させる構成となっている。
【００５２】
このような構成としても、上述した第１の実施形態と同様に、重質液体燃料１６を比重差により高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３とに分割し、粘度が高く燃焼しにくい高重質液体燃料１０２を旋回燃焼火炎２２の内側へ向けて噴霧すると共に、当初の重質液体燃料１６より高重質成分が分離除去されて軽質化した軽質液体燃料１０３を旋回燃焼火炎２２の外側近傍へ向けて噴霧することが可能になる。
このため、難燃性の高重質液体燃料１０２は、火炉内１９の壁面に接触して温度低下するようなことはなく、常に旋回燃焼火炎２２の内側において高温の雰囲気下で燃焼することができるので、良好な燃焼条件が維持されて未燃分の発生が大幅に低減する。また、軽質液体燃料１０３については、旋回燃焼火炎２２の外側近傍へ向けて噴霧されるため火炎２１が火炉内１９の壁面に近づき気味になっても、燃料自体が軽質化して燃焼性が向上しているので、充分に良好な燃焼を維持することができる。従って、重質液体燃料１６全体としての燃焼性が向上することになり、未燃分として残る燃料を大幅に低減してクリーンで効率のよい燃焼が可能な重質液体燃料燃焼装置となる。
【００５３】
上述したように、本発明の重質液体燃料燃焼装置においては、（１）バーナガン上流の液体燃料供給ライン７に遠心分離器等の重質液体燃料分離手段を設け、重質液体燃料１６を高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３との二つに分離させるようにしたこと、（２）バーナガン内に重質液体燃料分離手段を設け、重質液体燃料１６を高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３との二つに分離させるようにしたこと、（３）一つのアトマイザから高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３とを別々に噴霧できるようにしたしたこと、（４）高重質液体燃料１０２については、そのアトマイズ流体１７量を多くして噴霧粒子の微粒化を図り、しかも、噴霧粒子群を常に旋回燃焼火炎２２の中心部側へ噴霧するようにして、火炉内１９の壁面からの影響を受けないようにしたことにより、高重質液体燃料１６の良好な燃焼を促進し、未燃分の発生を大幅に低減することが可能になった。
【００５４】
また、上記各実施形態において、ボイラ化炉本体１の形状、コンパートメント２ａの配置や段数及び重質液体燃料１６を分離させる数等については何ら限定するものではなく、たとえば重質液体燃料１６を高重質液体燃料、中軽質液体燃料及び軽質液体燃料の３種類に分離させてそれぞれに対応する噴出ルートを形成するなど適宜他の構成とすることが可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば、いかなる構成を採用してもよく、また上記したような構成を適宜選択的に組み合わせたものとしてもよいのは言うまでもない。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の重質液体燃料燃焼装置によれば、重質液体燃料を、たとえば高重質液体燃料及び軽質液体燃料というように複数に分離し、高粘度で難燃性の傾向にある高重質液体燃料を旋回燃焼火炎の内側近傍へ吹き込んで、常に高温雰囲気下で燃焼を行わせることにより、未燃分の発生を激減させることができる。
また、軽質液体燃料は、分離前の重質液体燃料と比較して軽質化しているため燃焼性が向上しており、従って、軽質液体燃料噴霧を旋回燃焼火炎の外側近傍へ吹込んで火炎が火炉内の壁面へ近寄り気味となっても、充分に良好な燃焼を維持できる。
特に、重質液体燃料を高重質液体燃料及び軽質液体燃料の両極端に分離して燃焼させる行う本発明の燃焼方法は、従来の重質液体燃料単味の燃焼方法に比べ、未燃分の発生を防止するのに格段な効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による重質液体燃料燃焼装置の第１の実施形態に係る全体系統を示す図である。
【図２】 図１の重質液体燃料燃焼装置における重質液体燃料分離手段の第１実施例として、サイクロン型の遠心分離器の構成例を示す縦断面図である。
【図３】 図２に示した重質液体燃料分離器のＡ−Ａ断面図である。
【図４】 図１の重質液体燃料燃焼装置における３流路型バーナガンの構成例を示す断面図である。
【図５】 図４に示した３流路型バーナガンに取り付けられる３ノズル型アトマイザ構成例を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は噴霧方向から見た正面図である。
【図６】 図１の重質液体燃料燃焼装置における重質液体燃料分離手段の第２実施例として、分離板型遠心分離器の構成例を示す縦断面図である。
【図７】 本発明による重質液体燃料燃焼装置の第２の実施形態に係る全体系統を示す図である。
【図８】 図７に示した本発明の第２の実施形態において、ボイラ火炉内への噴霧方向を説明する水平断面図である。
【図９】 本発明による重質液体燃料燃焼装置の第３の実施形態に係る分離機構内蔵ノズルの構成例を示す断面図である。
【図１０】 図９に示した分離器高内蔵ノズルにおける分離プレートの構成例を示す図で、（ａ）は入口側を示す図９のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は出口側を示す図９のＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】 従来の重質液体燃料燃焼装置に係る全体系統を示す図である。
【図１２】 図１１に示した従来装置におけるボイラ火炉内の燃焼状態を示す水平断面図である。
【図１３】 図１１に示した従来装置におけるバーナガンの構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ボイラ火炉本体
２ バーナ風箱
３，３Ａ バーナガン
６ 空気ノズル
１６ 重質液体燃料
１７ アトマイズ流体
１８ 燃焼用空気
１９ 火炉内
２２ 旋回燃焼火炎
１０１ 重質液体燃料分離器（重質液体燃料分離手段）
１０２ 高重質液体燃料
１０３ 軽質液体燃料
１０４ ３流路型バーナガン
１０７ ３ノズル型アトマイザ
１１１ 高重質液体燃料用バーナガン（高重質バーナガン）
１１２ 軽質液体燃料用バーナガン（軽質バーナガン）
１１９ 重質液体燃料分離機構（重質液体燃料分離手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電用あるいは工場用等の蒸気発生を行うボイラに適用される重質液体燃料燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、たとえばアスファルトのように固い重質液体燃料を燃焼させることにより、発電用の蒸気や工場で使用する蒸気などを発生させるボイラが運転されている。そこで、このような重質液体燃料を燃焼させる従来の重質液体燃料燃焼装置について、その概要の一例を図１１ないし図１３に示して説明する。
図１１ないし図１３において、図中の符号１はボイラ火炉本体、２はバーナ風箱、２ａはコンパートメント、３はバーナガン、３ａはアトマイザ、３ｂは連結金物、４は液体燃料流路、５はアトマイズ流体流路、６は空気ノズル、７は液体燃料供給ライン、８はアトマイズ流体供給ライン、９は液体燃料弁、１０はアトマイズ流体弁、１１は燃焼ガス、１２は蒸気加熱管群、１３は排ガスライン、１４は空気予熱器、１５は燃焼用空気ライン、１６は重質液体燃料、１７はアトマイズ流体、１８は燃焼用空気、１９は火炉内、２０は仮想円、２１は火炎、２２は旋回燃焼火炎（ファイアボルテックス）を示す。
【０００３】
図１１において、燃焼用空気１８は、図示されてない送風設備から燃焼用空気ライン１５を通して空気予熱器１４へ送り込まれ、排ガスライン１３を通して別途送り込まれてくる燃焼ガス１１との熱交換により所定の温度に加熱された後、ボイラ火炉本体１に設置されたバーナ風箱２へ送り込まれる。
バーナ風箱２は、通常四角筒状としたボイラ火炉本体１中心の高さよりも下方側火炉断面上のコーナ部、あるいは壁面に複数個設置されている。また、バーナ風箱２は、図１２に示すように、ボイラ火炉本体１の水平断面上中心部に仮想円２０を設定し、燃焼用空気１８及び重質液体燃料１６を当該仮想円２０に対して接線方向に吹き込むよう設置されている。
【０００４】
バーナ風箱２内は、高さ方向に複数段（図示の例では３段）のコンパートメント２ａに区切られ、各コンパーメント２ａには火炉内１９へ燃焼用空気１８を吹き込むための空気ノズル６が装着され、各空気ノズル６の中心部にはそれぞれバーナガン３が装着されている。また、バーナ風箱２については、前述したように複数段のコンパートメント２ａを有するものの他にも、１個のバーナ風箱２に対して１個のコンパートメント２ａからなるもの（図示省略）もある。
バーナガン３は、図１３に示すように、入口部に重質液体燃料１６とアトマイズ流体１７とを導入するために取り付けられた連結金物３ｂ、先端部に送り込まれてきた重質液体燃料１６を火炉内１９へ噴霧するために取り付けられたアトマイザ３ａ、さらに、これらアトマイザ３ａ，連結金物３ｂを連絡して液体燃料通路４及びアトマイズ流体通路５を構成するために取付けられた外管３ｃ及び内管３ｄを具備してなる。
【０００５】
アトマイザ３ａには、複数の噴孔３ｅが放射状に貫通して設けられている。この噴孔３ｅは、アトマイズ流体通路５と連絡して同心で放射状にアトマイザ３ａを貫通して設けられたアトマイズ孔３ｆとミキシング孔３ｇ、さらに、液体燃料通路４と連絡してミキシング孔３ｇに合流するように設けられた液体燃料孔３ｈに連通している。
重質液体燃料１６は、図示されてない液体燃料供給装置において噴霧燃焼に適した粘度と圧力に調整され、液体燃料供給ライン７を通してバーナガン３へ圧送される。また、蒸気あるいは圧縮空気からなるアトマイズ流体１７は、図示されてないアトマイズ流体供給装置からアトマイズ流体供給ライン８を通してバーナガン３へ圧送される。
【０００６】
バーナ風箱２へ送り込まれてきた燃焼用空気１８は、図示されてない流量調整用ダンパによって各コンパートメント２ａへ分流された後、空気ノズル６から火炉内１９の中心部に設定した仮想円２０に対して接線方向に吹込まれる（図１２参照）。
バーナガン３の液体燃料通路４からアトマイザ３ａへ送り込まれた重質液体燃料１６は、アトマイズ流体通路５を通してアトマイザ３ａへ送り込まれてきたアトマイズ流体１７によって、アトマイザ３ａに設けられた複数の噴孔３ｅから火炉内１９の中心部に設定された仮想円２０に対して接線方向に吹込まれた燃焼用空気１８中へ噴霧される。
【０００７】
火炉内１９の同一平面上に設けられた複数のバーナガン３から噴霧された重質液体燃料１６は、図示されてない着火源によって着火し、それぞれが火炎２１を形成して仮想円２０を基準として旋回燃焼し、旋回燃焼火炎２２を形成する。こうして形成された旋回燃焼火炎２２の外周直径は仮想円２０より大きく、普通は火炉内１９の壁面近くにまで広がる。
重質液体燃料１６の燃焼は、ボイラ化炉本体１の下方から蒸気加熱管群１２の入口近傍までの間で完了させ、発生した燃焼ガス１１は、蒸気加熱管群１２を通過する際に同管群１２の管内を通って送り込まれてくる蒸気を加熱し、さらに、図示されてない節炭器等と熱交換した後、排ガスライン１３に送り込まれる。さらに、この燃焼ガス１１は、排ガスライン１３に設置された空気予熱器１４において別途送り込まれてくる燃焼用空気１８と熱交換した後、図示されてない脱硝装置、脱硫装置、電気集塵器等で浄化され、大気放出される。
【０００８】
上述した従来の重質液体燃料燃焼装置においては、重質液体燃料１６の燃焼を行う場合、燃焼に適した噴霧が得られるよう高い温度に加熱して燃料の粘度を下げてからバーナガン３へ送り込み、アトマイザ３ａから火炉内１９へ噴霧して旋回燃焼させ、旋回燃焼火炎２２を形成するが、このような燃焼方法は、旋回燃焼することによって燃焼ガス１１の火炉内１９への滞留時間が長くなるので、（１）燃焼効率が向上して未燃分の発生を防止できること、そして、（２）旋回燃焼火炎２２の形成により火炉内１９全体の火炎２１の安定燃焼が確保される、といった利点を有している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の重質液体燃料燃焼装置においては、複数の火炎２１の旋回燃焼により形成される旋回燃焼火炎２２の外周部直径が大きいため、時には火炎２１が火炉内１９の壁面に接触することがある。アスファルトのような重質液体燃料１６は、所定温度に加熱されてあっても残留炭素分や不溶成分が多いので、燃焼完結に要する時間が長くなる。このため、火炎２１の燃焼反応が進行中に火炉内１９の壁面に接触すると、この火炎２１が急冷されて燃焼反応を停止する部分が生じるので、多量の未燃分を発生するという問題がある。
また、火炉内１９の壁面への接触が起らない場合であっても、旋回燃焼火炎２２の外周部に位置する火炎２１は火炉内１９の壁面によって冷却されるので、燃焼劣化が生じる原因となる。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、燃焼劣化を防止し、未燃分を残すことなく重質液体燃料を燃焼させるようにした重質液体燃料燃焼装置の提供を目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の重質液体燃料燃焼装置は、筒状としたボイラ火炉の側壁面またはコーナ部にほぼ横向きに設けられ、前記ボイラ火炉と同軸の仮想円筒面に中心軸の延長線が接する複数のバーナ風箱と、該バーナ風箱内に装着された複数の空気ノズルと、該空気ノズルを貫通して同心に装着されアトマイズ流体と共に液体燃料を噴霧するバーナガンとを具え、前記空気ノズル及び前記バーナガンから前記仮想円筒面に接して吹込まれる燃焼用空気及び液体燃料噴霧の燃焼によって生じる複数の火炎を互いに旋回燃焼させて前記ボイラ火炉内に旋回燃焼火炎を形成する重質液体燃料燃焼装置において、
液体燃料供給ラインに送り込まれてきた重質液体燃料を比重差により複数の液体燃料に分離させる重質液体燃料分離手段を設け、前記バーナガンにアトマイズ流体流路及び前記重質液体燃料分離手段で分離した複数の液体燃料毎に専用の液体燃料流路を形成すると共に前記複数の液体燃料毎にそれぞれ専用の噴霧ノズルを設けたアトマイザを取り付け、前記噴霧ノズルが比重の高い液体燃料を噴霧するもの程ボイラ火炉の中央寄りを向くように配列したことを特徴とするものである。
【００１２】
上述した請求項１に記載の重質液体燃料燃焼装置によれば、重質液体燃料分離手段において重質液体燃料を比重差により複数の液体燃料に分離し、比重の大きい高重質液体燃料程ボイラ火炉の中心寄りに向けて噴霧するように噴霧ノズルを配列する構成としたので、高粘度で難燃性の傾向にある高重質液体燃料を旋回燃焼火炎の内側近傍に吹き込み、低粘度で比較的燃焼しやすい軽質液体燃料が旋回燃焼火炎の外側近傍へ吹き込むことができる。このため、未燃分の生じやすい高重質液体燃料を常に高温下で燃焼させることができるようになり、未燃分の大幅な低減が可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の重質液体燃料燃焼装置は、筒状としたボイラ火炉の側壁面またはコーナ部にほぼ横向きに設けられ、前記ボイラ火炉と同軸の仮想円筒面に中心軸の延長線が接する複数のバーナ風箱と、該バーナ風箱内に装着された複数の空気ノズルと、該空気ノズルを貫通して同心に装着されアトマイズ流体と共に液体燃料を噴霧するバーナガンとを具え、前記空気ノズル及び前記バーナガンから前記仮想円筒面に接して吹込まれる燃焼用空気及び液体燃料噴霧の燃焼によって生じる複数の火炎を互いに旋回燃焼させて前記ボイラ火炉内に旋回燃焼火炎を形成する重質液体燃料燃焼装置において、
重質液体燃料流路及びアトマイザ流体流路を具えたバーナガンに、液体燃料供給ラインから前記重質液体燃料流路に送り込まれた重質液体燃料を旋回させる環状の旋回室と、該旋回室に対し接線方向に連通して複数設けられた旋回溝と、前記旋回室の後流側に前記旋回溝と連通して設けられた複数の同心環状溝とを具備してなる重質液体燃料分離手段を組み込んで設けると共に、分離した複数の液体燃料毎にそれぞれ専用の噴霧ノズルを設けたアトマイザを取り付け、前記噴霧ノズルが比重の高い液体燃料を噴霧するもの程ボイラ火炉の中央寄りを向くように配列したことを特徴とするものである。
【００１４】
上述した請求項２に記載の重質液体燃料燃焼装置によれば、重質液体燃料分離手段において重質液体燃料を比重差により複数の液体燃料に分離し、比重の大きい高重質液体燃料程ボイラ火炉の中心寄りに向けて噴霧するように噴霧ノズルを配列する構成としたので、高粘度で難燃性の傾向にある高重質液体燃料を旋回燃焼火炎の内側近傍に吹き込み、低粘度で比較的燃焼しやすい軽質液体燃料が旋回燃焼火炎の外側近傍へ吹き込むことができる。このため、未燃分の生じやすい高重質液体燃料を常に高温下で燃焼させることができるようになり、未燃分の大幅な低減が可能となる。
【００１５】
請求項３に記載の重質液体燃料燃焼装置は、筒状のボイラ火炉の側壁面またはコーナ部にほぼ横向きに設けられ、前記ボイラ火炉と同軸の仮想円筒面に中心軸の延長線が接する複数のバーナ風箱と、該バーナ風箱内に装着された複数の空気ノズルと、該空気ノズルを貫通して同心に装着されアトマイズ流体と共に液体燃料を噴霧するバーナガンとを具え、前記空気ノズル及び前記バーナガンから前記仮想円筒面に接して吹込まれる燃焼用空気及び液体燃料噴霧の燃焼によって生じる複数の火炎を互いに旋回燃焼させて前記ボイラ火炉内に旋回燃焼火炎を形成する重質液体燃料燃焼装置において、
液体燃料供給ラインに送り込まれてきた重質液体燃料を比重差により複数の液体燃料に分離する重質液体燃料分離手段を設け、該重質液体燃料分離手段で分離した液体燃料毎にそれぞれ専用のバーナガンを設けると共に、比重の高い液体燃料を噴霧するバーナガン程ボイラ火炉の中央寄りを向くように配列したことを特徴とするものである。
【００１６】
上述した請求項３に記載の重質液体燃料燃焼装置によれば、重質液体燃料分離手段において重質液体燃料を比重差により複数の液体燃料に分離し、比重の大きい高重質液体燃料を噴霧するバーナガン程ボイラ火炉の中心寄りに向けて配列する構成としたので、高粘度で難燃性の傾向にある高重質液体燃料を旋回燃焼火炎の内側近傍に吹き込み、低粘度で比較的燃焼しやすい軽質液体燃料が旋回燃焼火炎の外側近傍へ吹き込むことができる。このため、未燃分の生じやすい高重質液体燃料を常に高温下で燃焼させることができるようになり、未燃分の大幅な低減が可能となる。
【００１７】
上述した請求項１から３に記載の重質液体燃料燃焼装置においては、前記重質液体燃料分離手段が、高重質液体燃料及び軽質液体燃料よりなる二種類の液体燃料に分離することが好ましく、シンプルな装置構成で未燃分の発生を低減した重質液体燃料の燃焼が可能となる。
そして、上述した請求項１から４に記載の重質液体燃料燃焼装置においては、前記アトマイズ流体の流量を比重の高い液体燃料ほど大きく設定するのが好ましく、これにより、高粘度で霧化が困難となる高重質液体燃料の微粒化特性を向上させることができるので、未燃分の低減に有効である。
【００１８】
上述した請求項３または４に記載の重質液体燃料燃焼装置においては、前記バーナガンの配置は、比重の小さい液体燃料を噴霧するものを上段側に纏め、比重の大きい液体燃料を噴霧するものを下段側に纏めるのが好ましく、これにより、燃焼しにくい高重質液体燃料のボイラ火炉内での滞留時間が長くなるので、未燃分を低減させることができる。
また、上述した請求項３または４に記載の重質液体燃料燃焼装置においては、前記バーナガンの配置を、比重の小さい液体燃料を噴霧するものから比重の大きい液体燃料を噴霧するものへ順次上段側から下段側へ並べる配置を１サイクルとして繰り返してもよく、このようにしても燃焼しにくい高重質液体燃料のボイラ火炉内での滞留時間が長くなるので、未燃分を低減させることができる。
【００１９】
上述した請求項１，３から７のいずれかに記載の重質液体燃料燃焼装置においては、前記重質液体燃料分離手段として遠心分離器を用いることが好ましく、この場合、前記旋回燃焼の燃焼状態または前記重質液体燃料の粘度の少なくとも一方を監視し、前記遠心分離器による重質液体燃料の分離をフィードバック制御することで、未燃分の低減を図ることができる。すなわち、一酸化炭素（ＣＯ）の排出量などから燃焼状態を判断したり、あるいは重質液体燃料の粘度から燃焼状態を予測して、好ましい燃焼状態が得られないと判断した場合には、遠心分離器に送出する重質液体燃料の入口流速を増したり、遠心分離器の回転速度を増すなどして、より一層の分離促進を図ればよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る重質液体燃料燃焼装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１の実施形態］
本発明に係る重質液体燃料装置の第１の実施形態を図１、図２、図３及び図４に示す。なお、図１ないし図４において、上述した従来例と同一部分には同じ符号を付してある。
【００２１】
図１ないし図４において、四角筒状としたボイラ火炉本体１に設置されたバーナ風箱２は、その内部が高さ方向に複数段（図示の例では３段）のコンパートメント２ａに区切られ、各コンパートメント２ａには燃焼用空気１８を火炉内１９へ吹き込むための空気ノズル６が装着されている。
燃焼用空気１８は、図示されてない送風設備から燃焼用空気ライン１５を通して空気予熱器１４へ送り込まれ、排ガスライン１３を通して別途送り込まれてくる燃焼ガス１１との熱交換により所定の温度に加熱されてから空気ノズル６に送り込まれる。
なお、バーナ風箱２は、ボイラ火炉本体１の中心高さよりも下方側火炉断面上のコーナ部、あるいは壁面に複数個設置されている。
【００２２】
符号の１０１は重質液体燃料１６を比重差により分離する重質液体燃料分離手段として液体燃料供給ライン７に設けた重質液体燃料分離器であり、該重質液体燃料分離器１０１を通過した重質液体燃料１６は、比重の異なる２種類の液体燃料、すなわち図中に矢印で示した高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３とに分離する。一方の高重質液体燃料１０２は、高重質液体燃料供給ライン１０２ａを通り、他方の軽質液体燃料１０３は軽質液体燃料供給ライン１０３ａを通って３流路型バーナガン１０４に導かれる。この３流路型バーナガン１０４は、各空気ノズル６の中心部にそれぞれ装着されている。
【００２３】
また、図中の符号１０５は高重質液体燃料供給ライン１０２ａに設けられた高重質液体燃料弁、１０６は軽質液体燃料供給ライン１０３ａに設けられた軽質液体燃料弁であり、３流路型バーナガン１０４の先端部には３ノズル型アトマイザ１０７が取り付けられている。この３ノズル型アトマイザ１０７には、高重質液体燃料ミキシングノズル１０７ａ、軽質液体燃料ミキシングノズル１０７ｂ、高重質液体燃料用アトマイズ流体ノズル１０７ｃ、軽質液体燃料用アトマイズ流体ノズル１０７ｄ、高重質液体燃料ノズル１０７ｅ、軽質液体燃料ノズル１０７ｆが設けられている。
なお、図中の符号１０８は連結金物であり、３流路型バーナガン１０４の軸中心に設けられたアトマイズ流体流路５の外周側には、高重質液体燃料流路１０９及び軽質液体燃料流路１１０がそれぞれ環状に設けられている。
【００２４】
図示した構成の重質液体燃料燃焼装置において、図示省略の液体燃料供給装置から液体燃料供給ライン７を通して送り込まれてきた重質液体燃料１６は、当該液体燃料供給ライン７内に設けられた重質液体燃料分離器１０１に入り、高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３とに分離される。この重質液体燃料分離器１０１としては、たとえば比重差を利用して液／液分離を行うサイクロン型の遠心分離器（第１実施例）があり、以下その構成例を図２及び図３に示して簡単に説明する。
【００２５】
重質液体燃料分離器１０１では、円筒内上部の接線方向から所定値以上の流速で重質液体燃料１６を流入させることにより、円筒内周面に沿った旋回流となって円筒内を流れる重質液体燃料１６は、遠心力の作用を受けて比重差により分離するので、比重の大きい高重質液体燃料１０２が外側に集まり、そして比重の小さい軽質液体燃料１０３が内側に集まることで、比重差のある２種類の液体燃料に分離される。遠心力で分離した２種類の液体燃料は、底面の外周部及び中央部に分かれて落下し、外周部側から高重質液体燃料供給ライン１０２ａに高重質液体燃料１０２が流出し、中央部側から軽質液体燃料供給ライン１０３ａに軽質液体燃料１３０が流出する。
【００２６】
こうして分離された高重質液体燃料１０２及び軽質液体燃料１０３は、３流路型バーナガン１０４へ送り込まれる。３流路型バーナガン１０４は、図４に示すように、１本のバーナガンに高重質液体燃料流路１０９、軽質液体燃料流路１１０、アトマイズ流体流路５の３流路を有するものである。この３流路型バーナガン１０４は、一端に連結金物１０８が接続され、他端に３ノズル型アトマイザ１０７が取り付けられている。
連結金物１０８は、その入口側にアトマイズ流体供給ライン８、高重質液体燃料供給ライン１０２ａ及び軽質液体燃料供給ライン１０３ａを接続する接続口を具えており、各ラインから供給されるアトマイズ流体及び液体燃料をそれぞれアトマイズ流体流路５、高重質液体燃料流路１０９及び軽質液体燃料流路１１０に導くようになっている。
【００２７】
一方、燃焼用空気１８は、バーナ風箱２に設けられた空気ノズル６から火炉内１９の中心部に設定した仮想円２０（図１２参照）に対して接線方向に吹込まれる。３流路型バーナガン１０４は、上述した空気ノズル６内の中心部に装着され、かつ、その吹込み方向中心軸は空気ノズル６と同一の仮想円２０に向かって設定されている。
【００２８】
３ノズル型アトマイザ１０７は、図４及び図５に示すように、１個のアトマイザから高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３とを同時に噴霧するために、それぞれが独立した２組の噴孔を設けたものである。
一方の高重質液体燃料１０２を噴霧する噴孔は、高重質液体燃料ミキシングノズル１０７ａ、高重質液体燃料用アトマイズ流体ノズル１０７ｃ及び高重質液体燃料ノズル１０７ｅからなり、他方の軽質液体燃料１０３を噴霧する噴孔は、軽質液体燃料ミキシングノズル１０７ｂ、軽質液体燃料用アトマイズ流体ノズル１０７ｄ及び軽質液体燃料ノズル１０７ｆからなっている。
【００２９】
そして、図５（ｂ）に示すように、高重質液体燃料ミキシングノズル１０７ａ及び軽質液体燃料用ミキシングノズル１０７ｂは、３ノズル型アトマイザ１０７の噴孔を正面から見た場合、縦中心軸線Ｃの左右に分割して配置されている。
なお、図示の例では同一円周上に合計８個の噴孔が等ピッチで配列され、右側の４個がいずれも高重質液体燃料ミキシングノズル１０７ａであり、左側の４個がいずれも軽質液体燃料用ミキシングノズル１０７ｂとなる。
【００３０】
上述した構成の３流路型バーナガン１０４へ送り込まれてきた高重質液体燃料１０２及び軽質液体燃料１０３は、それぞれ高重質液体燃料流路１０９及び軽質液体燃料流路１１０を通って３ノズル型アトマイザ１０７へ導かれる。同様にして、蒸気あるいは圧縮空気からなるアトマイズ流体１７が図示省略のアトマイズ流体供給装置からアトマイズ流体供給ライン８を通って３流路型バーナガン１０４へ送り込まれ、同バーナガン１０４内のアトマイズ流体流路５を通って３ノズル型アトマイザ１０７へ導かれる。
【００３１】
高重質液体燃料１０２は、高重質液体燃料ノズル１０７ｅから高重質液体燃料ミキシングノズル１０７ａへ吹き込まれ、別途高重質液体燃料用アトマイズ流体ノズル１０７ｃから高重質液体燃料ミキシングノズル１０７ａに吹き込まれるアトマイズ流体１７によって火炉内１９へ噴霧される。
軽質液体燃料１０３もまた同様に、軽質液体燃料ノズル１０７ｆから軽質液体燃料ミキシングノズル１０７ｂへ吹き込まれ、別途軽質液体燃料用アトマイズ流体ノズル１０７ｄから軽質液体燃料ミキシングノズル１０７ｂに吹込まれる軽質液体燃料用アトマイズ流体１７によって火炉内１９へ噴霧される。
【００３２】
高重質液体燃料用アトマイズ流体ノズル１０７ｃは、高粘度で霧化が難しい高重質液体燃料１０２の噴霧の微粒化特性を高めるため、その直径を軽質液体燃料用アトマイズ流体ノズル１０７ｄの直径よりも大きくして、「アトマイズ流体１７量／高重質液体燃料１０２量」比が大きくなるようにしてある。すなわち、高重質液体燃料１０２側に吹き込まれるアトマイズ流体１７の分配量を多くして、高重質液体燃料１０２の微粒化を促進している。
【００３３】
こうして３ノズル型アトマイザ１０７から火炉内１９へ噴霧された両液体燃料１０２，１０３は、図示省略の着火源によって着火して火炎２１を形成し、複数の火炎２１の旋回燃焼により旋回燃焼火炎２２が形成される。
この時、３ノズル型アトマイザ１０７の取り付けに当って、高重質液体燃料ミキシングノズル１０７ａを旋回燃焼によって形成される旋回燃焼火炎２２の上流側へ位置するよう取り付けることにより、高重質液体燃料１０２の噴霧側の火炎２１は火炉内１９の中心部側へ、軽質液体燃料１０３噴霧側の火炎２１は火炉内１９の壁面側へ形成されることになる。
【００３４】
上述した構成の重質液体燃料燃焼装置としたことにより、重質液体燃料１６を比重差により高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３とに分割し、粘度が高く燃焼しにくい高重質液体燃料１０２を旋回燃焼火炎２２の内側へ向けて噴霧すると共に、当初の重質液体燃料１６より高重質成分が分離除去されて軽質化した軽質液体燃料１０３を旋回燃焼火炎２２の外側近傍へ向けて噴霧することが可能になる。
このため、難燃性の高重質液体燃料１０２は、火炉内１９の壁面に接触して温度低下するようなことはなく、常に旋回燃焼火炎２２の内側において高温の雰囲気下で燃焼することができるので、良好な燃焼条件が維持されて未燃分の発生が大幅に低減する。また、軽質液体燃料１０３については、旋回燃焼火炎２２の外側近傍へ向けて噴霧されるため火炎２１が火炉内１９の壁面に近づき気味になっても、燃料自体が軽質化して燃焼性が向上しているので、充分に良好な燃焼を維持することができる。従って、重質液体燃料１６全体としての燃焼性が向上することになり、未燃分として残る燃料を大幅に低減してクリーンで効率のよい燃焼が可能な重質液体燃料燃焼装置となる。
【００３５】
ところで、上述した第１の実施形態においては、重質液体燃料分離手段の第１実施例としてサイクロン型の重質液体燃料分離器１０１を採用したが、重質液体燃料１６を比重差により液／液分離する重質液体燃料分離手段としては、他の型式の遠心分離器を適用することも可能である。
そこで、重質液体燃料分離手段の第２実施例として、分離板型の遠心分離器を図６に示して簡単に説明する。この重質液体分離器１０１Ａは、図示省略の駆動源で旋回する分離板１０１ａに重質液体燃料１６を投入し、遠心力で外側に移動する高重質液体燃料１０２と内側の軽質液体燃料１０３とを分離させて、それぞれ異なる流路から回収するものである。
このような分離板型の遠心分離器の他にも、たとえばノズル排出型の遠心分離器などを適用することも可能である。
【００３６】
また、上述したようなサイクロン型や分離板型などの遠心分離器を用いた場合には、たとえば一酸化炭素の排出量や重質液体燃料１６の粘度などを適宜検出することで旋回燃焼の燃焼状態を監視または予測し、燃焼状態に応じて重質液体燃料１６の分離をフィードバック制御することで、未燃分の低減を図ることができる。すなわち、排出される一酸化炭素の排出量が増加すれば燃焼温度が低下するなど燃焼状態に問題があると判断でき、また、重質液体燃料１６の粘度が大きくなれば難燃性の燃料となって未燃分が発生しやすくなると予測できるので、燃焼状態が好ましくないと判断または予測される場合には、遠心分離器における高重質／軽質の分離を促進する方向にフィードバック制御すればよい。
【００３７】
具体的には、サイクロン型の遠心分離器では、重質液体燃料１６の入口流速を増すことでより一層の分離促進を図ることができ、駆動源を具えた分離板型の遠心分離器などでは、遠心分離器の回転速度を上げるなどして容易に分離促進を図ることができる。
なお、サイクロン型の遠心分離器等における重質液体燃料１６の入口流速の調整は、たとえばバタフライ弁等のように開度調整可能な弁を重質液体燃料供給ライン７に配設することで容易に可能となり、燃焼状態が好ましくないと判断または予測される場合に弁の開度を絞り、流路を狭めることで重質液体燃料１６の入口流速を上げればよい。
【００３８】
［第２の実施形態］
続いて、本発明の第２の実施形態を図７及び図８に示して説明する。なお、ここでは上述した第１の実施形態及び従来技術と同一の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図７及び図８において、符号の１１１は高重質液体燃料用バーナガン（以下、高重質バーナガンと呼ぶ）、１１１ａは高重質液体燃料用アトマイザ（以下、高重質アトマイザと呼ぶ）、１１１ｂは連結金物、１１２は軽質液体燃料用バーナガン（以下、軽質バーナガンと呼ぶ）、１１２ａは軽質液体燃料用アトマイザ（以下、軽質アトマイザと呼ぶ）、１１２ｂは連結金物、１１３は高重質液体燃料用コンパートメント（以下、高重質コンパートメントと呼ぶ）、１１４は軽質液体燃料用コンパートメント（以下、軽質コンパートメントと呼ぶ）、１１５は仮想円Ａ、１１６は仮想円Ｂ、１１７は高重質液体燃料火炎の中心（以下、高重質火炎と呼ぶ）、１１８は軽質液体燃料火炎の中心（以下、軽質火炎と呼ぶ）を示す。
【００３９】
この実施形態では、上述した第１の実施形態とは異なり、重質液体燃料分離器１０１で分離された高重質液体燃料１０２及び軽質液体燃料１０３のそれぞれに独立した専用のバーナガンを設けてある。すなわち、ここで使用するバーナガンは、基本的に従来技術のものと同様であり、高重質液体燃料１０２及び軽質液体燃料１０３に分離した分だけ数が増している。
【００４０】
バーナ風箱２内は、図７に示すように、上段側の軽質コンパートメント１１４と下段側の高重質コンパートメント１１３とを１セット（サイクル）として、複数セット（２セット）配設したものである。すなわち、上段側から順に軽質コンパートメント１１４、高重質コンパートメント１１３、軽質コンパートメント１１４、高重質コンパートメント１１３というように４段のコンパートメントを交互に配置したものである。
なお、上段側に軽質コンパートメント１１４のみを複数段纏めて配置し、下段側に高重質コンパートメント１１３のみを複数段纏めて配置することも可能である。
【００４１】
各高重質コンパートメント１１３には、それぞれ空気ノズル６と高重質バーナガン１１１とが装着されている。また、各軽質コンパートメント１１４には、それぞれ空気ノズル６と軽質バーナガン１１２とが装着されている。高重質バーナガン１１１及び軽質バーナガン１１２は、図１３に示した従来型バーナガン３と同構造であり、液体燃料流路４及びアトマイズ流体流路５を具えている。
両コンパートメント１１３，１１４からの燃焼用空気１８及び両液体燃料１０２，１０３噴霧の火炉内１９への吹き込みは、ボイラ火炉本体１の水平断面上の中心部に同心で大小２種類の仮想円を設定して行う。
【００４２】
高重質コンパートメント１１３からの燃焼用空気１８及び高重質液体燃料１０２噴霧は、図８に示すように、小直径の仮想円Ａ１１５に対して接線方向に吹き込むように空気ノズル６及び高重質バーナガン１１１を装着し、軽質コンパートメント１１４からの燃焼用空気１８及び軽質液体燃料１０３噴霧は、大直径の仮想円Ｂ１１６に対して接線方向に吹き込むように設定してある。すなわち、高重質液体燃料１０２噴霧の中心は高重質液体燃料火炎の中心１１７と一致し、そして、軽質液体燃料１０３噴霧の中心は軽質液体燃料火炎の中心１１８と一致することとなる。
【００４３】
重質液体燃料分離器１０１へ送り込まれてきた重質液体燃料１６は、高重質液体燃料１０２及び軽質液体燃料１０３の二つの液体燃料に分離され、それぞれ高重質液体燃料供給ライン１０２ａ及び軽質液体燃料供給ライン１０３ａを通って高重質バーナガン１１１及び軽質バーナガン１１２へ送り込まれる。この後、高重質液体燃料１０２及び軽質液体燃料１０３は、高重質バーナガン１１１及び軽質バーナガン１１２の先端にそれぞれ装着された高重質アトマイザ１１１ａ及び軽質アトマイザ１１２ａから、別途空気ノズル６より吹き込まれる燃焼用空気１８中へ噴霧される。
この時、難燃性の高重質液体燃料１０２噴霧は、火炉内１９水平断面上の中心部へ同心に設定された大小２種類の仮想円のうち小直径仮想円Ａ１１５に対して接線方向に吹き込まれる燃焼用空気１８中へ吹き込み、燃焼容易な軽質液体燃料１０３噴霧は、大直径の仮想円Ｂ１１６に対して接線方向に吹き込まれる燃焼用空気１８へ吹き込んで旋回燃焼を行い、旋回燃焼火炎２２を形成する。
【００４４】
このような構成としても、重質液体燃料１６を比重差により高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３とに分割し、粘度が高く燃焼しにくい高重質液体燃料１０２を旋回燃焼火炎２２の内側へ向けて噴霧すると共に、当初の重質液体燃料１６より高重質成分が分離除去されて軽質化した軽質液体燃料１０３を旋回燃焼火炎２２の外側近傍へ向けて噴霧することが可能になる。
このため、難燃性の高重質液体燃料１０２は、火炉内１９の壁面に接触して温度低下するようなことはなく、常に旋回燃焼火炎２２の内側において高温の雰囲気下で燃焼することができるので、良好な燃焼条件が維持されて未燃分の発生が大幅に低減する。また、軽質液体燃料１０３については、旋回燃焼火炎２２の外側近傍へ向けて噴霧されるため火炎２１が火炉内１９の壁面に近づき気味になっても、燃料自体が軽質化して燃焼性が向上しているので、充分に良好な燃焼を維持することができる。従って、重質液体燃料１６全体としての燃焼性が向上することになり、未燃分として残る燃料を大幅に低減してクリーンで効率のよい燃焼が可能な重質液体燃料燃焼装置となる。
【００４５】
また、燃焼しやすい軽質液体燃料１０３を火炉内１９の上部に噴霧し、難燃性の高重質液体燃料１０２を火炉内１９の下部に噴霧するようにしたので、難燃性の燃料分が下部から上部へ上昇して燃焼することにより火炉内１９への滞留時間が長くなり、結果として未燃分を低減することができる。
なお、上述した第１の実施形態で説明したように高重質液体燃料１０２側のアトマイズ流体量を増して微粒化を促進したり、あるいは、燃焼状態を監視して重質液体燃料分離器１０１における分離を制御するといったことは、ここで説明した第２の実施形態にも適宜適用可能なことはいうまでもない。
【００４６】
［第３の実施形態］
続いて、本発明の第３の実施形態を図９及び図１０に示して説明す。なお、この実施形態が上述した従来技術及び第１の実施形態と異なるのは重質液体燃料分離手段を組み込んだバーナガンの構造であり、以下ではこの構成について詳細に説明する。
図９及び図１０において、図中の符号１１９は重質液体燃料分離機構、１２０は分離プレート、１２０ａは旋回溝、１２０ｂは旋回室、１２１はバックプレートを示す。
【００４７】
この実施形態では、重質液体燃料流路４及びアトマイズ流体流路５を具えたバーナガン３Ａに重質液体燃料分離手段となる重質液体燃料分離機構１１９を内蔵させている。この重質液体燃料分離機構１１９は、バーナガン３Ａに組み込まれた分離プレート１２０の内部に形成されており、液体燃料供給ライン７から重質液体燃料流路４に送り込まれた重質液体燃料を比重差により分離させる機能を有している。なお、重質液体燃料分離機構１１９を具えた分離プレート１２０の下流側には、第１の実施形態で説明したものと同様に構成された３ノズル型アトマイザ１０７を取り付けてある。
【００４８】
上述した分離プレート１２０は、中央にアトマイズ流体流路５となる円形断面通路が形成された円筒状の部材であり、バーナガン３Ａに形成された重質液体燃料流路４と連結される円筒の厚肉部分に、重質液体燃料分離機構１１９が形成されている。
この重質液体燃料分離機構１１９は、重質液体燃料通路４に連結される環状液体燃料室１２０ａと、該環状液体燃料室１２０ａの後流側に形成された環状の旋回室１２０ｂと、環状液体燃料室１２０ａと旋回室１２０ｂとの間を連結し一端が旋回室１２０ｂに対し接線方向に連通するよう複数（図示の例では４本）設けられた旋回溝１２０ｃと、旋回室１２０ｂの後流側に旋回溝１２０ｃと連通して設けられた内外２段の同心環状溝１２０ｄ，１２０ｅとを具備して構成される。そして、上述した内外２段の同心環状溝１２０ｄ，１２０ｅは、分離した液体燃料毎の通路が形成されたバックプレート１２１を介して、３ノズル型アトマイザ１０７に接続される。
なお、この場合の３ノズル型アトマイザ１０７についても、上述した第１の実施形態と同様に、比重の高い液体燃料を噴霧するもの程火炉内１９の中央寄りを向くように配列してある。
【００４９】
上述した構成のバーナガン３Ａは、従来例として示した図１１の全体構成の系統において、バーナガン３に代えて用いられる。
バーナガン３Ａに送り込まれてきた重質液体燃料１６は、分離プレート１２０に形成された重質液体燃料分離機構１１９を通過することにより、比重差のある高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３とに分離される。
【００５０】
以下、この分離について詳細に説明する。
重質液体燃料流路４を流れる重質液体燃料１６は、分離プレート１２０に到達して環状液体燃料室１２０ａから４本の旋回溝１２０ｃへ流れ込む。この旋回溝１２０ｃは、旋回室１２０ｂに対し接線方向に連通しているため、旋回室１２０ｂ内では重質液体燃料１６が旋回流となって流れる。このため、重質液体燃料１６の旋回流には遠心力が作用し、比重の大きい高重質液体燃料１０２は外側に、そして比重の小さい軽質液体燃料１０３は内側に分離される。
【００５１】
こうして分離された高重質液体燃料１０２は、外側の同心環状溝１２０ｅを通って３ノズル型アトマイザ１０７の高重質液体燃料ノズル１０７ｅに導かれる。また、軽質液体燃料１０３は、内側の同心環状溝１２０ｄを通って３ノズル型アトマイザ１０７の軽質液体燃料ノズル１０７ｆに導かれる。
なお、高重質液体燃料１０２及び軽質液体燃料１０３の以後の流れは、上述した第１の実施形態と同様である。すなわち、第１の実施形態では重質液体燃料分離器１０１で分離たものを３流路型バーナガン１０４及び３ノズル型アトマイザ１０７へ供給していたが、本実施例では、重質液体燃料分離器１０１の機能をバーナガン３Ａ内の重質液体燃料分離機構１１９にもたせたものである。換言すれば、サイクロン型の遠心分離器をバーナガン３Ａに内蔵して重質液体燃料１６を分離させる構成となっている。
【００５２】
このような構成としても、上述した第１の実施形態と同様に、重質液体燃料１６を比重差により高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３とに分割し、粘度が高く燃焼しにくい高重質液体燃料１０２を旋回燃焼火炎２２の内側へ向けて噴霧すると共に、当初の重質液体燃料１６より高重質成分が分離除去されて軽質化した軽質液体燃料１０３を旋回燃焼火炎２２の外側近傍へ向けて噴霧することが可能になる。
このため、難燃性の高重質液体燃料１０２は、火炉内１９の壁面に接触して温度低下するようなことはなく、常に旋回燃焼火炎２２の内側において高温の雰囲気下で燃焼することができるので、良好な燃焼条件が維持されて未燃分の発生が大幅に低減する。また、軽質液体燃料１０３については、旋回燃焼火炎２２の外側近傍へ向けて噴霧されるため火炎２１が火炉内１９の壁面に近づき気味になっても、燃料自体が軽質化して燃焼性が向上しているので、充分に良好な燃焼を維持することができる。従って、重質液体燃料１６全体としての燃焼性が向上することになり、未燃分として残る燃料を大幅に低減してクリーンで効率のよい燃焼が可能な重質液体燃料燃焼装置となる。
【００５３】
上述したように、本発明の重質液体燃料燃焼装置においては、（１）バーナガン上流の液体燃料供給ライン７に遠心分離器等の重質液体燃料分離手段を設け、重質液体燃料１６を高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３との二つに分離させるようにしたこと、（２）バーナガン内に重質液体燃料分離手段を設け、重質液体燃料１６を高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３との二つに分離させるようにしたこと、（３）一つのアトマイザから高重質液体燃料１０２と軽質液体燃料１０３とを別々に噴霧できるようにしたしたこと、（４）高重質液体燃料１０２については、そのアトマイズ流体１７量を多くして噴霧粒子の微粒化を図り、しかも、噴霧粒子群を常に旋回燃焼火炎２２の中心部側へ噴霧するようにして、火炉内１９の壁面からの影響を受けないようにしたことにより、高重質液体燃料１６の良好な燃焼を促進し、未燃分の発生を大幅に低減することが可能になった。
【００５４】
また、上記各実施形態において、ボイラ化炉本体１の形状、コンパートメント２ａの配置や段数及び重質液体燃料１６を分離させる数等については何ら限定するものではなく、たとえば重質液体燃料１６を高重質液体燃料、中軽質液体燃料及び軽質液体燃料の３種類に分離させてそれぞれに対応する噴出ルートを形成するなど適宜他の構成とすることが可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば、いかなる構成を採用してもよく、また上記したような構成を適宜選択的に組み合わせたものとしてもよいのは言うまでもない。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の重質液体燃料燃焼装置によれば、重質液体燃料を、たとえば高重質液体燃料及び軽質液体燃料というように複数に分離し、高粘度で難燃性の傾向にある高重質液体燃料を旋回燃焼火炎の内側近傍へ吹き込んで、常に高温雰囲気下で燃焼を行わせることにより、未燃分の発生を激減させることができる。
また、軽質液体燃料は、分離前の重質液体燃料と比較して軽質化しているため燃焼性が向上しており、従って、軽質液体燃料噴霧を旋回燃焼火炎の外側近傍へ吹込んで火炎が火炉内の壁面へ近寄り気味となっても、充分に良好な燃焼を維持できる。
特に、重質液体燃料を高重質液体燃料及び軽質液体燃料の両極端に分離して燃焼させる行う本発明の燃焼方法は、従来の重質液体燃料単味の燃焼方法に比べ、未燃分の発生を防止するのに格段な効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による重質液体燃料燃焼装置の第１の実施形態に係る全体系統を示す図である。
【図２】 図１の重質液体燃料燃焼装置における重質液体燃料分離手段の第１実施例として、サイクロン型の遠心分離器の構成例を示す縦断面図である。
【図３】 図２に示した重質液体燃料分離器のＡ−Ａ断面図である。
【図４】 図１の重質液体燃料燃焼装置における３流路型バーナガンの構成例を示す断面図である。
【図５】 図４に示した３流路型バーナガンに取り付けられる３ノズル型アトマイザ構成例を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は噴霧方向から見た正面図である。
【図６】 図１の重質液体燃料燃焼装置における重質液体燃料分離手段の第２実施例として、分離板型遠心分離器の構成例を示す縦断面図である。
【図７】 本発明による重質液体燃料燃焼装置の第２の実施形態に係る全体系統を示す図である。
【図８】 図７に示した本発明の第２の実施形態において、ボイラ火炉内への噴霧方向を説明する水平断面図である。
【図９】 本発明による重質液体燃料燃焼装置の第３の実施形態に係る分離機構内蔵ノズルの構成例を示す断面図である。
【図１０】 図９に示した分離器高内蔵ノズルにおける分離プレートの構成例を示す図で、（ａ）は入口側を示す図９のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は出口側を示す図９のＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】 従来の重質液体燃料燃焼装置に係る全体系統を示す図である。
【図１２】 図１１に示した従来装置におけるボイラ火炉内の燃焼状態を示す水平断面図である。
【図１３】 図１１に示した従来装置におけるバーナガンの構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ボイラ火炉本体
２ バーナ風箱
３，３Ａ バーナガン
６ 空気ノズル
１６ 重質液体燃料
１７ アトマイズ流体
１８ 燃焼用空気
１９ 火炉内
２２ 旋回燃焼火炎
１０１ 重質液体燃料分離器（重質液体燃料分離手段）
１０２ 高重質液体燃料
１０３ 軽質液体燃料
１０４ ３流路型バーナガン
１０７ ３ノズル型アトマイザ
１１１ 高重質液体燃料用バーナガン（高重質バーナガン）
１１２ 軽質液体燃料用バーナガン（軽質バーナガン）
１１９ 重質液体燃料分離機構（重質液体燃料分離手段）
Claims (9)
- 筒状としたボイラ火炉の側壁面またはコーナ部にほぼ横向きに設けられ、前記ボイラ火炉と同軸の仮想円筒面に中心軸の延長線が接する複数のバーナ風箱と、該バーナ風箱内に装着された複数の空気ノズルと、該空気ノズルを貫通して同心に装着されアトマイズ流体と共に液体燃料を噴霧するバーナガンとを具え、前記空気ノズル及び前記バーナガンから前記仮想円筒面に接して吹込まれる燃焼用空気及び液体燃料噴霧の燃焼によって生じる複数の火炎を互いに旋回燃焼させて前記ボイラ火炉内に旋回燃焼火炎を形成する重質液体燃料燃焼装置において、
液体燃料供給ラインに送り込まれてきた重質液体燃料を比重差により複数の液体燃料に分離させる重質液体燃料分離手段を設け、前記バーナガンにアトマイズ流体流路及び前記重質液体燃料分離手段で分離した複数の液体燃料毎に専用の液体燃料流路を形成すると共に前記複数の液体燃料毎にそれぞれ専用の噴霧ノズルを設けたアトマイザを取り付け、前記噴霧ノズルが比重の高い液体燃料を噴霧するもの程ボイラ火炉の中央寄りを向くように配列したことを特徴とする重質液体燃料燃焼装置。 - 筒状としたボイラ火炉の側壁面またはコーナ部にほぼ横向きに設けられ、前記ボイラ火炉と同軸の仮想円筒面に中心軸の延長線が接する複数のバーナ風箱と、該バーナ風箱内に装着された複数の空気ノズルと、該空気ノズルを貫通して同心に装着されアトマイズ流体と共に液体燃料を噴霧するバーナガンとを具え、前記空気ノズル及び前記バーナガンから前記仮想円筒面に接して吹込まれる燃焼用空気及び液体燃料噴霧の燃焼によって生じる複数の火炎を互いに旋回燃焼させて前記ボイラ火炉内に旋回燃焼火炎を形成する重質液体燃料燃焼装置において、
重質液体燃料流路及びアトマイザ流体流路を具えたバーナガンに、液体燃料供給ラインから前記重質液体燃料流路に送り込まれた重質液体燃料を旋回させる環状の旋回室と、該旋回室に対し接線方向に連通して複数設けられた旋回溝と、前記旋回室の後流側に前記旋回溝と連通して設けられた複数の同心環状溝とを具備してなる重質液体燃料分離手段を組み込んで設けると共に、分離した複数の液体燃料毎にそれぞれ専用の噴霧ノズルを設けたアトマイザを取り付け、前記噴霧ノズルが比重の高い液体燃料を噴霧するもの程ボイラ火炉の中央寄りを向くように配列したことを特徴とする重質液体燃料燃焼装置。 - 筒状のボイラ火炉の側壁面またはコーナ部にほぼ横向きに設けられ、前記ボイラ火炉と同軸の仮想円筒面に中心軸の延長線が接する複数のバーナ風箱と、該バーナ風箱内に装着された複数の空気ノズルと、該空気ノズルを貫通して同心に装着されアトマイズ流体と共に液体燃料を噴霧するバーナガンとを具え、前記空気ノズル及び前記バーナガンから前記仮想円筒面に接して吹込まれる燃焼用空気及び液体燃料噴霧の燃焼によって生じる複数の火炎を互いに旋回燃焼させて前記ボイラ火炉内に旋回燃焼火炎を形成する重質液体燃料燃焼装置において、
液体燃料供給ラインに送り込まれてきた重質液体燃料を比重差により複数の液体燃料に分離する重質液体燃料分離手段を設け、該重質液体燃料分離手段で分離した液体燃料毎にそれぞれ専用のバーナガンを設けると共に、比重の高い液体燃料を噴霧するバーナガン程ボイラ火炉の中央寄りを向くように配列したことを特徴とする重質液体燃料燃焼装置。 - 前記重質液体燃料分離手段が、高重質液体燃料及び軽質液体燃料よりなる二種類の液体燃料に分離することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の重質液体燃料燃焼装置。
- 前記アトマイズ流体の流量を、比重の高い液体燃料ほど大きくしたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の重質液体燃料燃焼装置。
- 前記バーナガンは、比重の小さい液体燃料を噴霧するものを上段側に纏め、比重の大きい液体燃料を噴霧するものを下段側に纏めて配置したことを特徴とする請求項３または４に記載の重質液体燃料燃焼装置。
- 前記バーナガンは、比重の小さい液体燃料を噴霧するものから比重の大きい液体燃料を噴霧するものへ順次上段側から下段側へ並べる配置を１サイクルとして繰り返したことを特徴とする請求項３または４に記載の重質液体燃料燃焼装置。
- 前記重質液体燃料分離手段が遠心分離器であることを特徴とする請求項１，３から７のいずれかに記載の重質液体燃料燃焼装置。
- 前記旋回燃焼の燃焼状態または前記重質液体燃料の粘度の少なくとも一方を監視し、前記遠心分離器による重質液体燃料の分離をフィードバック制御することを特徴とする請求項８に記載の重質液体燃料燃焼装置。
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