JP5187615B2 - バーナー - Google Patents

Description

この発明は、工業用ボイラー、温水ボイラー、加熱炉、乾燥装置等に接続して使用されるバーナーに関するものである。

製材工場で発生する、のこくずや、その他粉砕した木質バイオマスを燃料とするバーナー類としては、特許文献１に記載のようなものがある。しかし、この従来のものは、燃焼室内面全部を耐火物で覆っているため、燃焼により発生した灰分が熔融してクリンカーとして燃焼室内面に付着する。そのため、一定期間ごとにクリンカーの除去や燃焼室の補修が必要であるという問題を有していた。
特開２００４−１３２５６７号公報

そこで、この発明は、クリンカーの除去や燃焼室の補修といった手間があまりかからないバーナーを提供することを課題とする。

この発明のバーナーは、内面を耐火物で覆った初期燃焼部と、金属製で内面に耐火物を有さない外周部および水蒸気により冷却可能な冷却部を外周に有する後期燃焼部とからなる燃焼室と、前記初期燃焼部に近い前記後期燃焼部の内周面の接線方向に設けられ、空気を流入可能な噴射筒と、前記初期燃焼部より遠い前記後期燃焼部の下部に設けられた灰出し部とを具備し、前記冷却部が、その内部において前記後期燃焼部の熱で発生した水蒸気によって、前記初期燃焼部の内面ではない前記後期燃焼部の内周面を冷却するものである。

また、前記初期燃焼部と前記後期燃焼部の内面が段差を有さず水平方向に接合されてなる前記燃焼室と、前記灰出し部に灰を排出可能に設けられた灰出スクリューと、前記冷却部の上部に連通して設けられた排気管を具備する前段落に記載のバーナーである。

この発明のバーナーは、後期燃焼部が冷却され、発生した灰が熔融せず、クリンカーとして燃焼室内面に付着しないため、クリンカーの除去や燃焼室の補修といった手間があまりかからない

この発明のバーナーは、内面を耐火物で覆った初期燃焼部と、クリンカーが付着しないように冷却される後期燃焼部とからなる燃焼室を備えたものとしている。

図１は、このバーナーの実施形態の正面図（初期燃焼部側）と、縦断面図を模式的に示したものである。

この種のバーナーにおいて発生する灰は、炉壁温度が８００℃以上になると、熔融してクリンカーとなり、炉壁（内周面）に付着する。クリンカーの発生を防ぐためには、炉温を低温に保つように耐火物の使用面積を減らせばよいが、再点火と初期燃焼のためには蓄熱が必要であるため、耐火物を使用しないわけにはいかない。

そのため、このバーナーは、燃焼室が、内側が耐火物張りの初期燃焼部と、耐熱鋼製で外周に冷却部を設けた後期燃焼部に分かれた構成としている。初期燃焼部と後期燃焼部とはフランジにより結合されている。

初期燃焼部は、のこくずや、その他粉砕した木質バイオマス等の紛体燃料を送る紛体ノズルと、有蓋の点火孔と覗き窓を配した耐火物張りの開閉可能なカバーを配しており、前記燃料を初期燃焼させるスペースを有する。

後期燃焼部は、前記燃料を完全燃焼させるスペースを有する耐熱鋼製で、中心後部に噴炎孔を有し、その下部に灰出し部を有する。後期燃焼部の外周には、冷却部が設けられている。冷却部は、後期燃焼部の全周を覆い、底部に水位が自動調節されるようにした貯水部を有しており、この貯水部の水が燃焼室の内部の熱で蒸発して発生した水蒸気によって、後期燃焼部を冷却して灰の熔融を防ぐ。

発生した灰は、灰出し部に設けたスクリューとロータリーバルブで灰を回収する。また、後期燃焼部の前寄りには、燃焼空気が接線渦流入する空気孔を設け、この空気孔を燃焼空気ファンに接続することができる。

このバーナーは、例えば、丸めた新聞紙に火をつけて点火孔から燃焼室内に入れ、スイッチをオンにすると、紛体ノズルから燃料と空気が混合渦流噴射されて燃料に点火し、燃焼空気ファンの圧力で旋回しながら後期燃焼部に移動し、完全燃焼炎が噴炎孔から噴射される。この噴炎孔には、ボイラーや乾燥機、加熱炉等を接続して使用することができる。

燃焼室内は、常に旋回流が生じるようになっており、外周部から重量の重い順に燃料が燃焼し、軽い燃料は中心部で燃焼してその炎が噴炎孔から出る。灰は、周辺部を旋回するが、高温になる後期燃焼部の壁が水蒸気で冷却されているため、灰は熔融することなく、灰出しスクリューとロータリーバルブによって排出される。

なお、後期燃焼部は、その内部において粉体燃料は１２００℃程度にまで達するが、周囲の耐熱鋼製の壁は８００℃以下となるようにしている。

さらに、この発明のバーナーは、図２〜４に示したような構成とすることができる。図２はこのバーナーの正面図、図３は背面図、図４は右側から見た断面図である。

このバーナーは、炉蓋１、初期燃焼部２、及び後期燃焼部３とで構成され、それぞれの周囲にはフランジ４が設けられており、炉蓋１と初期燃焼部２、初期燃焼部２と後期燃焼部を、それぞれ相互にフランジ４同士を接合させて１つの炉体（燃焼室）を構成したものとしている。

炉蓋１は、鋼板の円形枠１ａとその内側の円板状の耐火物１ｂとで構成され、中央下部にノズル口５、その上部に点火口６、点火口６の付近に覗き窓７を配している。また、円形枠１ａの後方（初期燃焼部２側）の周囲に、外方（上下方向）に突出する円形のフランジ４を設けている。

初期燃焼部２は、耐熱性のある金属製の円筒状の外周部２ａの内側に耐火物２ｂを張り、耐火物２ｂの内側の空間で燃焼が行われるようにしたものであり、外周部２ａの前後（図４において左右）両端の周囲に、外方に突出する円形のフランジ４を設けている。

後期燃焼部３は、耐熱性のある金属製の略円筒状の外周部３ａと外周部３ａの後端を塞ぐ後端壁３ｂからなり、これらの内側の空間で燃焼が行われるようにしたものである。外周部３ａと後端壁３ｂはともに中空で連通しており、冷却部８を構成している。また、後端壁３ｂの中心には後端壁３ｂの前後両側に突出する噴炎筒９が配されている。さらに、外周部３ａの前端の周囲に、外方に突出する円形のフランジ４を設けている。

前記冷却部８の下部は方形に突出して貯水槽８ａが形成され、パイプ１０を介して水槽１１に接続されており、内部の水は水槽１１のフロートスイッチ（図示せず）により、水位が上昇して後期燃焼部３に達しないように保たれる。水は、後期燃焼部３から発せられる熱によって蒸発し、その蒸気が冷却部８内に充満して後期燃焼部３の温度上昇を防ぐ。余分な蒸気は、冷却部８の上部に連通して設けられた排気管１２から排出されるようにしており、冷却部８に過大な圧力がかからず、無圧蒸気温度１００℃を超えないようにしている。このように、後期燃焼部３の周囲は常時１００℃付近に冷却されるため、後期燃焼部３の材質としては、ＳＵＳ３０３，３０４（オーステナイト系ステンレス鋼）でこと足りる。

なお、冷却部８は、このように後期燃焼部３と一体となったものとするほか、後期燃焼部３の外側に接するように設けられた別体のものとしてもよい。

後期燃焼部３の初期燃焼部２寄りの適宜の位置には、主燃焼用二次空気を渦流入させるための噴射筒１３が設けられており、その外側の開口部１３ａは空気流入用ファン（図示せず）に接続される。空気流入用ファンは、空気圧（静圧）を２５０ｍｍＡＱ以上、空気量を粉体１Ｋｇ／ｈあたり６．５ｍ³／分以上とすれば、初期燃焼部２及び後期燃焼部３の内周面付近にエヤーカーテン作用が生じ、初期燃焼部２及び後期燃焼部３の内周面が冷却されてクリンカーが発生しにくくなる。

〔粉体燃料の流れ〕
粉体燃料は、燃料サイロから定量切り出され、燃料空送ファンにより空送管を経て（図示せず）、炉蓋１の前方に設けられた円筒形のノズル１４の中心に可動貫通した燃料噴射管１５から、ノズル１４に入る。ノズル１４には底部に点火二次空気口１６が開口しており、その他端がパイプ及びホースを介して点火用二次空気ファンに接続している（図示せず）ため、ノズル１４内に入った粉体燃料は、前記点火用二次空気ファンによって、ノズル１４内及びその後方の炉蓋１に設けられたノズル口５内で渦流となり、初期燃焼部２内に入って着火し、さらに主燃焼用二次空気によって旋回流となって燃焼する。

〔点火と燃焼〕
炉蓋１に設けられた点火口６から、火をつけた紙や布切れをノズル１４付近に先に入れて粉体燃料を送ると、燃料粉体は容易に点火する。この点火を覗き窓７からの目視又はフレームアイで確認して、手動又は自動で、点火口６を閉じて主燃焼用二次空気ファンを起動すると、まず初期燃焼部２、続いて後期燃焼部３へと燃焼が広がり、炉内は旋回する火の海のような状態となり、噴炎筒９から黄白炎が噴出する。黄白炎は１２００℃以上と考えられるので、そのまま加熱炉やボイラーに吹き込んだり、空気で希釈して乾燥機や加温機に加えて利用することができる。

〔点火消火制御と温度制御〕
一般に、ボイラーでは圧力又は湯温、乾燥機では排気温度や製品温度、加熱炉では炉内温度等をセンサーで感知して、バーナーの燃焼制御をするが、この実施形態のバーナーも同様に、センサーが予め設定された温度等の上限値を感知すれば、燃料系統と主燃焼二次空気ファンが自動停止して燃焼が止まるようにしている。燃焼停止後にセンサーが下限値を感知すると、点火時と同様に、燃料系統と主燃焼二次空気ファンが起動する（再起動）が、初期燃焼部２の内側の耐火物２ｂは赤熱又は暗赤熱状態を維持しており、加えてノズル１４の前方から炉蓋１付近には未燃のオキが堆積しているので、これが点火源となって、再起動とほぼ同時に主燃焼が始まる。

このように、この実施形態のバーナーが重油バーナーと同様に点火と消火ができるのは、粉体燃料の粒子がおがくずのように細かいものであるからであり、温度制御も重油バーナーと同様に粉体燃料の量と燃焼空気の量の増減により行うことができる。

点火装置については、乾燥機や加熱炉のような再点火までの時間の短い装置に使用する場合は、上述のように余熱で点火するため、点火バーナーは不要であるが、オキも残らないほど再点火までの時間が長い場合は、ノズル口５近くのオキが堆積する位置付近に点火バーナーを設ければよい。

〔燃焼状態〕
初期燃焼部２及び後期燃焼部３の内部では、上記のように粉体燃料の流れが渦流になるため、遠心力により渦流の周辺部には、未燃又は燃焼中の質量の大きな粒子や灰が旋回し、渦流の中心部に近くなるほど燃焼末期の質量の小さな粒子が旋回している。そして、中心部の炎は黄白色であり、１２００℃以上であるのに対し、周辺部の炎は赤色であり、８００℃以下となる。

〔灰回収構造〕
後期燃焼部３の噴炎筒９は内部にも突出しているので、炎は初期燃焼部２及び後期燃焼部３の中心部を旋回しながら後方に噴出されるが、灰は質量があるので旋回流の外周から落下し、後期燃焼部３の下方に設けられた灰出スクリュー１７によって出口に送られる。出口には、図示しないがロータリーバルブが設けられ、灰は、前記灰出スクリュー１７側に入らないように排出され、回収される。

〔クリンカー対策〕
上述の通り、冷却部８による後期燃焼部３の冷却、及び後期燃焼部３の初期燃焼部２寄りの位置に設けられた噴射筒１３を通して流入する空気によって生じるエヤーカーテンにより、初期燃焼部２及び後期燃焼部３の内周面にはクリンカーは付着しないが、後期燃焼部３内の噴炎筒９の入り口付近は８００℃以上となるため、クリンカーが発生し得る。しかし、このクリンカーは手で簡単に除去できるものであり、バーナーに車輪をつけて可動式にして、接続された乾燥機や加熱炉等から噴炎筒９を離間させられるようにすれば、クリンカーの除去は容易である。

以上がこの発明の実施形態であるが、この発明のバーナーの構成は、上述の例に限定されず、材質、構造、寸法等を適宜変更して実施することができる。また、この発明のバーナーによれば、木質ペレットのような、粉体をわざわざ固形化して製造した高コストで効率の悪い燃料を使用する必要がなくなり、低コストで環境面でも優れた効果を得ることができる。

この発明の実施形態のバーナーの正面図（初期燃焼部側）と、縦断面図を模式的に示した図である。 この発明の他の実施形態のバーナーの正面図である。 この発明の他の実施形態のバーナーの背面図である。 この発明の他の実施形態のバーナーの縦断面図である。

符号の説明

２ 初期燃焼部
３ 後期燃焼部
８ 冷却部

Claims (2)

1. 内面を耐火物で覆った初期燃焼部と、金属製で内面に耐火物を有さない外周部および水蒸気により冷却可能な冷却部を外周に有する後期燃焼部とからなる燃焼室と、前記初期燃焼部に近い前記後期燃焼部の内周面の接線方向に設けられ、空気を流入可能な噴射筒と、前記初期燃焼部より遠い前記後期燃焼部の下部に設けられた灰出し部とを具備し、
   前記冷却部が、その内部において前記後期燃焼部の熱で発生した水蒸気によって、前記初期燃焼部の内面ではない前記後期燃焼部の内周面を冷却するものであることを特徴とするバーナー。
2. 前記初期燃焼部と前記後期燃焼部の内面が段差を有さず水平方向に接合されてなる前記燃焼室と、前記灰出し部に灰を排出可能に設けられた灰出スクリューと、前記冷却部の上部に連通して設けられた排気管を具備することを特徴とする請求項１記載のバーナー。

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