JP5440897B2

JP5440897B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP5440897B2
Application number: JP2009039072A
Authority: JP
Inventors: 雅夫蔵野
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2029-02-23
Also published as: JP2010196907A

Description

本発明は、燃料を燃焼させて得た熱を水に伝え、水蒸気や温水に換える熱源機器であるボイラの燃焼装置に関し、特に、油焚きボイラの燃焼装置に関する。

従来から、ガスを燃料とするガス焚きボイラにおいて、メインバーナへの着火を補助するためのパイロットバーナを備えた燃焼装置が数多く提供されている。また、液体燃料を用いる油焚きボイラにおいても、例えば、下記特許文献１にパイロットバーナを備えた燃焼装置が開示されている。

下記特許文献１には、油を燃料とするパイロットバーナを備え、負荷変動に素早く追随できるようにすることで、有害燃焼廃棄物であるＮＯｘを低減させるように構成した油焚きボイラの燃焼装置が開示されている。

特開２００２−２４３１１７号公報

ところで、上記油焚きボイラにおいては、パイロットバーナとして圧力噴霧ノズルを使用しており、オイルポンプによって加圧した液体燃料を圧力噴霧ノズルに供給し、ノズルから液体燃料を噴霧するように構成されている。しかし、圧力噴霧ノズルは低圧では微粒化特性が悪く、またパイロットバーナの容量はオリフィス径と圧力により決定されるため、小型化するとオリフィス詰まり等の問題が発生するなど圧力噴霧ノズルを用いた小容量のパイロットバーナの実現は困難である。

このように、従来の油焚きボイラにおいては、パイロットバーナの小型化が困難であったため、小型貫流ボイラ等の小型ボイラでは、パイロットバーナを備えた燃焼装置はほとんど提供されていない。一方、近年の環境意識の向上により、負荷追従性を向上させ、燃料効率に優れたボイラ用燃焼装置が望まれている。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、小型の油焚きボイラに対しても適用可能な構成であって、パイロットバーナを備えることで負荷追従性を向上させた燃焼装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る燃焼装置は、メインバーナとパイロットバーナとを備える油焚きボイラの燃焼装置において、前記メインバーナは、燃料ポンプの加圧により液体燃料を先端ノズルから噴霧し、前記パイロットバーナは二流体噴霧ノズルを有し、前記二流体噴霧ノズルに液体燃料を供給するパイロット用液体燃料供給部と、当該燃焼装置が設置された油焚きボイラの自己蒸気を前記二流体噴霧ノズルに圧縮気体として供給するパイロット用圧縮気体供給部と、前記メインバーナの待機時に前記パイロットバーナを燃焼させておくように前記パイロット用液体燃料供給部及び前記パイロット用圧縮気体供給部を制御する制御器と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、パイロットバーナを備えることで負荷追従性を向上させると共に、小型化も可能な油焚きボイラの燃焼装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るボイラの構成を概略的に示す模式断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る燃焼装置のバーナ部の拡大断面図である。図３は、本発明の実施形態に係るパイロットバーナの拡大図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る燃焼装置について説明する。図１は、本実施形態に係るボイラの構成を概略的に示す模式断面図である。図２は、本実施形態に係る燃焼装置のバーナ部の拡大断面図である。図３は、本実施形態に係るパイロットバーナの拡大図である。

図１に示すように、本実施形態に係るボイラ１は、燃焼装置２、気水分離器４、缶体３０を備えている。缶体３０には、上下に延びる多数の水管３１が環状に配置され、これら水管３１によって囲まれた空間である燃焼室３２が形成されている。燃焼装置２は、この燃焼室３２内で燃焼を行わせる装置である。この燃焼室３２内での燃焼により、水管３１内の水が加熱され、ボイラ１において、気水分離器４から蒸気や温水が得られることになる。

燃焼装置２は、燃料ポンプ３、制御器５、第一電磁弁６、第二電磁弁７、第三電磁弁８、第四電磁弁９、バーナ部１０を有している。燃料ポンプ３は、液体燃料をバーナに供給するためのポンプであり、第一及び第二電磁弁６，７は、後述する二つのメインバーナに液体燃料を供給するか否かを制御するための弁であり、第三電磁弁８は、後述するパイロットバーナに液体燃料を供給するか否かを制御する弁である。なお、本実施形態では、液体燃料としては、重油を使用している。

第四電磁弁９は、気水分離器４で生成された蒸気をパイロットバーナに供給するか否かを制御する弁である。制御器５は、燃料ポンプ３、第一〜第四電磁弁６〜９、後述するスパークロッドに接続されており、これらの動作を制御する。

バーナ部１０は、図２に示すように、パイロットバーナ１１、パイロット供給管１２、メインバーナ２１、メイン供給管２２、スパークロッド２５を備えている。メインバーナ２１は、メイン供給管２２を介して供給される液体燃料を先端ノズルから噴霧する。メインバーナ２１としては、二つのバーナが設置されており、制御器５による第一及び第二電磁弁６，７の開閉制御によって、低燃焼ステージの場合には、一つのバーナのみを燃焼させ、高燃焼ステージの場合には二つのバーナを燃焼させるように制御される。

スパークロッド２５は点火用の火花を発する点火手段であり、制御器５によって制御される。メインバーナ２１から噴霧された液体燃料にスパークロッド２５で着火することで、燃焼室３２内で燃焼が行われる。

図３に示すように、パイロットバーナ１１は、二流体噴霧ノズル１５及び保炎板１６を備えている。パイロット供給管１２は、外管１７、二流体噴霧ノズル１５に蒸気を供給する蒸気供給管１８、二流体噴霧ノズル１５に液体燃料を供給する液体燃料供給管１９を備えている。蒸気供給管１８及び液体燃料供給管１９は、外管１７内を延在しており、外管１７内の下方先端部分に位置しているパイロットバーナ１１に接続されている。なお、図３においては、見易いように、保炎板１６及び外管１７のみ断面図で示している。

蒸気供給管１８は、第四電磁弁９を介して気水分離器４に接続されており、ボイラ１において生成された自己蒸気を二流体噴霧ノズル１５に供給する。液体燃料供給管１９は、第三電磁弁８を介して燃料ポンプ３に接続されており、液体燃料（重油）を二流体噴霧ノズル１５に供給する。

ここで、本実施形態では、燃料ポンプ３、第三電磁弁８及び液体燃料供給管１９が、パイロット用液体燃料供給部に該当し、第四電磁弁９及び蒸気供給管１８が、パイロット用圧縮気体供給部に該当する。

二流体噴霧ノズル１５は、内部で気体と液体とを混合させることによって液体を粉砕して微粒化し、先端のノズル孔１５ａから微細な霧を噴霧するノズルであり、本実施形態では、ボイラ１において生成された自己蒸気と油とを混合させることで、油を噴霧している。このように圧縮気体である蒸気を霧化媒体として使用する二流体噴霧ノズル１５を用いれば、小容量や低流量であっても確実に油を霧化することができる。

また、本実施形態では、二流体噴霧ノズルに供給する圧縮気体としてボイラ１の余剰蒸気を用いているので、圧縮気体を供給するためのコンプレッサを別途用意しなくても良く、小型化が可能でコストも低減させることができる。また、従来のオイルポンプ等のみを使って油を噴射する圧力噴霧ノズルであれば、霧化のために油圧を10〜20kg/cm²程度に高める必要があるが、二流体噴霧ノズル１５を使用する場合には、油圧が1〜3kg/cm²程度でも十分に霧化することが可能であり、オリフィス詰まりに対する耐力も向上する。

また、従来の圧力噴霧ノズルであれば、霧化された油の油滴径は50μm程度であるが、二流体噴霧ノズルを使用する本実施形態によれば、10μm以下のより小径の油滴径を実現でき、着火性を向上させることができる。また、二流体噴霧ノズルを用いることで、ノズルの口径を大きくすることも可能となり、詰まりの防止にもつながる。

外管１７は、図示しない送風機へとつながっており、燃焼用の空気をパイロットバーナ１１へと供給する。なお、本実施形態では、パイロットバーナ１１にとって望ましい流量を確保するために、パイロットバーナ１１へ供給する燃焼空気の経路を、メインバーナ２１の燃焼空気の経路とは別系統に構成しているが、同じ系統で構成しても良い。保炎板１６は、この外管１７内の燃焼空気の流れを遮ることで、その下流部に着火可能な低速の高温循環域を形成するものである。

以上、本実施形態に係る燃焼装置２の構成について詳細に説明したが、続いて、本実施形態に係るパイロットバーナ１１を用いたアフターバーナ処理の流れについて説明する。なお、以下の処理は、制御器５の制御によって実現される。

まず、燃焼装置２の初期着火においては、プレパージを行った後に、スパークロッド２５を作動させ、メインバーナ２１への着火を行う。最初は低燃焼着火による低燃焼ステージであり、第一電磁弁６のみを開とし、その後、高燃焼ステージに移ると、第一電磁弁６及び第二電磁弁７の双方を開とし、二つのメインバーナ２１の両方を燃焼させる。その後、低燃焼ステージに移動する場合には、第二電磁弁７を閉じて、一方の低燃焼用のメインバーナ２１のみを燃焼させる。

そして、燃焼装置２に対して短い待機要求が来ると、第三電磁弁８を開いて、パイロットバーナ１１の二流体噴霧ノズル１５に液体燃料を供給すると共に、第四電磁弁９を開いて、自己蒸気を圧縮気体として二流体噴霧ノズル１５に供給する。そうすると、二流体噴霧ノズル１５のノズル孔１５ａから油が噴霧され、低燃焼用のメインバーナ２１の炎によって、パイロットバーナ１１に着火される。

パイロットバーナ１１に点火した後に第一電磁弁６を閉じることで、メインバーナ２１は消化され、パイロットバーナ１１のみが燃焼する待機モードとなり、ボイラ１の保圧制御が行われる。

その後、燃焼装置２に対して燃焼要求が来た場合には、第一電磁弁６を開いてメインバーナ２１から油を噴霧すれば、パイロットバーナ１１の炎によってメインバーナ２１への着火が行われる。このように、パイロットバーナ１１の炎を利用してメインバーナ２１への着火を行えば、上述した初期着火のようにプレパージを行う必要もなく、短時間で低燃焼ステージに移行することができるので、負荷追従性に優れる。

以上、本実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施形態は上述した形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、液体燃料として重油を使用しているが、軽油、灯油等の他の液体燃料を使用しても良い。

また、上記実施形態では、二流体噴霧ノズルにおいて、噴霧される液体燃料と混合する圧縮気体として、ボイラにおいて生成される自己蒸気を用いたが、外部で生成された外部蒸気を用いても良いし、空気をエアポンプで圧縮した圧縮空気を用いるようにしても良い。

また、上記実施形態では、パイロットバーナをボイラへの初期着火には使用せず、ボイラ待機時のアフターバーナとしてのみ用いているが、着火手段をパイロットバーナの側に設置し、パイロットバーナを初期着火に用いるように構成しても良い。

１ボイラ
２燃焼装置
３燃料ポンプ
４気水分離器
５制御器
６，７，８，９第一〜第四電磁弁
１０バーナ部
１１パイロットバーナ
１２パイロット供給管
１５二流体噴霧ノズル
１６保炎板
１７外管
１８蒸気供給管
１９液体燃料供給管
２１メインバーナ
２２メイン供給管
２５スパークロッド

Claims

メインバーナとパイロットバーナとを備える油焚きボイラの燃焼装置において、
前記メインバーナは、燃料ポンプの加圧により液体燃料を先端ノズルから噴霧し、
前記パイロットバーナは二流体噴霧ノズルを有し、
前記二流体噴霧ノズルに液体燃料を供給するパイロット用液体燃料供給部と、
当該燃焼装置が設置された油焚きボイラの自己蒸気を前記二流体噴霧ノズルに圧縮気体として供給するパイロット用圧縮気体供給部と、
前記メインバーナの待機時に前記パイロットバーナを燃焼させておくように前記パイロット用液体燃料供給部及び前記パイロット用圧縮気体供給部を制御する制御器と、を備えることを特徴とする燃焼装置。