JP6271365B2

JP6271365B2 - 粉体燃焼用バーナ

Info

Publication number: JP6271365B2
Application number: JP2014154634A
Authority: JP
Inventors: 道則成澤; 典之岩本; 広大市川
Original assignee: IHI Enviro Corp
Current assignee: IHI Enviro Corp
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2034-07-30
Also published as: JP2016031204A

Description

本発明は、粉体、特に、比較的大きな粒径の固体燃料を含む粉体燃料の燃焼に用いる粉体燃焼用バーナに関するものである。

粉体燃料のうち、化石燃料は、燃焼に伴いＣＯ_２を排出させる。このＣＯ_２の低減対策の１つとしては、化石燃料以外でＣＯ_２の排出量が少なく地球温暖化対策としての効果が期待されている植物資源等により製造されるバイオマス燃料の利用である。

バイオマス燃料は、家庭の小型の薪ストーブから大型の発電設備での燃料として様々な分野で利用されてはいるが、一次エネルギーに占める利用率は数％程度と僅かである。

バイオマス燃料は、木材を例にすると、木材を破砕して、１０〜１００ｍｍ程度のチップ状の燃料として利用されることが多い。その場合、このようなチップ状の燃料は、燃焼空間に供給されても燃焼されることなく落下するため、炉床を有する燃焼装置でなければ利用できず、又、チップ状の燃料は、燃焼時間も長いため、燃焼制御性が悪いことが、課題として挙げられている。

一方、生産工程等で熱を必要とする産業分野では、ＣＯ_２対策だけでなく、燃料費削減も重要な課題となっている。

かかる産業分野では、化石燃料だけでなく、安価な燃料として廃プラスチックから製造されたＲＰＦ等の固形の廃棄物系燃料、石炭あるいはオイルコークス等が利用されている。

石炭やオイルコークスは、専用の粉砕機で微粉砕されて微粉炭バーナ等の燃料として利用されているが、ＲＰＦ等の固形の廃棄物系燃料は、炉床を有する燃焼装置で利用されている。

そこで、今後は、バイオマス燃料だけでなく、燃料費削減のために、ますます様々な固体燃料の効率的な利用が必要になると考えられる。

前記のような１０〜１００ｍｍ程度のチップ状の燃料のような固体燃料の燃焼制御性を向上させるためには、燃料を微粉化することが有効である。微粉炭のように、１００μｍ程度に微粉化された燃料は、気体に近い挙動を示すため、バーナでの燃焼が可能となる。

しかし、前記のような固体燃料を微粉化するためには、特別な粉砕装置が必要となり、設備費、運転費もかかることから、大型の燃焼装置での利用に限られているのが実状である。

そのため、固体燃料を、微粉炭のように微粉にするのではなく、粒径が数ｍｍ程度の粉体燃料の状態で利用することができれば、かかる粉体燃料の生産性は大幅に向上し、燃料製造コストの大幅な低減が図れる。

又、このような粒径が数ｍｍ程度の粉体燃料で利用できれば、より小型の燃焼装置で利用できることになり、粉体燃料の用途拡大によってＣＯ_２対策や燃料費削減に貢献することができる。

このような観点から、従来、粒径が数ｍｍ程度の粉体燃料を利用するようにしたものが提案されている。

一例を示すと、一端に火災噴出口が形成された円筒型の燃焼室には、燃焼室内に一次空気と粉体燃料を供給する燃料供給管と、二次空気を供給する二次空気供給管がともに接線方向に接続され、燃焼室内では、旋回流を利用して粉体燃料を燃焼させるようにした粉体燃焼バーナ装置がある（たとえば、特許文献１参照）。

別の例として、バーナの本体を過熱させることなく産業廃棄物焼却炉内を加熱することができるように、廃プラスチック分を産業廃棄物焼却炉内に噴射して産業廃棄物焼却炉で燃焼させるとした粉体燃焼用バーナがある（たとえば、特許文献２参照）。

又、他の例として、平均粒径が比較的大きな可燃粉体でも良好に燃焼させるようにしたもので、ケーシングで画定された副燃焼室の内周面は、バーナ本体側から拡径し、火炉側には縮径し、可燃粉体は拡大した流路を進行するようにした粉体燃焼用バーナがある（たとえば、特許文献３参照）。

ところが、特許文献１に記載されたものは、粒径が大きい粉体燃料を対象として旋回流を利用して燃焼させるものであるが、粒径が数ｍｍ程度の固体燃料は、旋回流中では燃焼できず、燃焼室の底部に堆積して燃焼することになる。そのため、クリンカや炭化のおそれがある。

特許文献２に記載されたものは、粒径が１〜２ｍｍの廃プラスチック燃料を対象としているが、バーナとして燃焼させるというよりは産業廃棄物焼却炉内を安定して加熱することができるようにするものである。

特許文献３に記載されたものは、平均粒径が比較的大きな可燃粉体を対象としているが、副燃焼室内に進行させるときに、流路が拡大しているため、流速が低減した領域で燃焼させることになる。そのため、粉体燃料は副燃焼室の底部で堆積する問題がある。

特開平８−２７０９０６号公報特開平１０−１８５１１５号公報特開２００４−１００９６７号公報

そこで、本発明は、１〜３ｍｍの如き粒径の大きい粉体を含む粉体燃料を対象にして、燃焼空間で燃焼させることができない粉体燃料中の粉径の大きい粉体はガス化燃焼させることができるようにした粉体燃焼用バーナを提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に記載されているように、粉体燃料を燃焼するバーナであって、上部にガス化燃焼空間が形成されている燃焼室と、前記燃焼室に接続されて、該燃焼室の上部から該燃焼室内に粉体燃料を供給する粉体燃料供給管と、前記燃焼室の底部に設けられた流動層と、ガス通路と、火炎噴出口と、主燃焼空気供給管と、を備え、前記ガス通路は、前記火炎噴出口が端部にあり、前記火炎噴出口がある端部側とは反対側が前記燃焼室に接続され、且つ前記主燃焼空気供給管が接続されて、該主燃焼空気供給管から供給される主燃焼空気による主燃焼が行われるガス通路であることを特徴とする粉体燃焼用バーナとしてある。

又、上記構成において、前記燃焼室は、縦長の形状として、該燃焼室の頂部に前記ガス通路が接続され、且つ該燃焼室の上部に前記粉体燃料供給管が接続された構成としてあり、また、前記燃焼室は、横長の形状として、該燃焼室の一方の端部側に前記ガス通路が接続され、該燃焼室の前記ガス通路接続側とは反対側の頂部に前記粉体燃料供給管が接続され、且つ該燃焼室の前記ガス通路接続側とは反対側の底部に前記流動層が設けられた構成としてある。

本発明の粉体燃焼用バーナによれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
（１）粉体燃料中の細かい粒径の粉末は、ガス化燃焼空間で燃焼させ、ガス化燃焼空間で燃焼できない粉径の大きい燃料は、流動層でガス化燃焼させることができる。
（２）発熱量の高い廃プラスチックのような燃料でもガス化燃焼させることができて、炉内でクリンカや炭化物を形成することはない。
（３）流動層では、燃料のガス化の応答性が良いため、油焚きのバーナと同様に粉体燃料でも応答性が良く、燃焼させることができる。
（４）粉体燃料のうち、小粒径の粉体は上部のガス化燃焼空間で燃焼できることから、流動層は小さくすることができ、流動層の層高も浅くすることができるため、送風機の動力を低減することができる。
（５）数ｍｍ程度の粒径の粉体燃料を利用できることから、粉体燃料の生産の大幅向上と製造コストの大幅低減が図れる。

本発明の粉体燃焼用バーナの実施の一形態を示す概略側面図である。図１のＡ−Ａ方向からの概略切断平面図である。本発明の粉体燃焼用バーナの実施の他の形態を示す概略側面図である。図３のＢ−Ｂ方向からの概略切断正面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１及び図２は本発明の粉体燃焼用バーナの実施の一形態の概要を示すものである。なお、図１及び図２は説明の便宜上わかり易く示したものであり、各部の大きさは一例であり、これに限定されるものでない。

図１及び図２に示す本発明の粉体燃焼用バーナは、側壁１の内側に、上部をガス化燃焼空間３とした円筒状の燃焼室２を形成し、燃焼室２の底部を流動層４とする。更に、燃焼室２の上部には、空気にて輸送される粉体燃料６を供給する粉体燃料供給管５を設けて、粉体燃料６の粒度分布に適した燃焼ができる縦型の流動層式バーナ構造としてある。

燃焼室２の上部に形成されたガス化燃焼空間３は、粉体燃料６中の小粒径粉体をガス化燃焼させる部分である。

又、燃焼室２の頂部には、ガス通路７が接続されている。

ガス通路７の端部は、火炎噴出口８になっている。ガス通路７の途中には、主燃焼空気供給管９が接続され、主燃焼空気１０がガス通路７に供給されて主燃焼が行われるようになっている。

燃焼室２のガス化燃焼空間３の下部位置には、複数（図１及び図２では２本）の二次空気供給管１１が水平方向に配置されて接線方向に接続されている。これにより、二次空気供給管１１から供給された二次空気１２は、燃焼室２内で矢印の如く旋回しながらガス通路７に向う上昇流となり、粉体燃料供給管５から供給された粉体燃料６と接触し、粉体燃料６中の小粒径粉体のガス化燃焼が行われるようにしてある。

燃焼室２底部の流動層４は、下部から導入されて上向きに噴出される流動化空気１３により流動化される砂等の熱媒体により粉体燃料６中の大粒径粉体をガス化燃焼させる。

流動層４による燃焼部１４に対応する側壁１には、起動用（着火用）バーナ（図示せず）が備えてある。図１において、１５は空気ボックス、１６は散気管、１７は多孔質板又は多孔板である。

なお、粉体燃料６は、たとえば、０．１ｍｍから３ｍｍまでの粒度分布を有するものとする。バイオマス燃料で、木材から製造した粉体燃料の場合は、木材を粉砕機で粉砕し、３ｍｍ以下のメッシュの篩を利用すると、約０．１ｍｍから３ｍｍまでの粒度分布を有している粉体燃料が得られる。

本発明の粉体燃焼用バーナは、粒径が約０．５ｍｍから３ｍｍまでの粒度分布を有している粉体燃料６を対象として、粉体燃料６のすべてをガス化燃焼させる。

本発明の粉体燃焼用バーナにおける起動用バーナが起動させられて、燃焼室２底部の流動層４による燃焼部１４の温度が上昇させられると、二次空気供給管１１からは、二次空気１２を燃焼室２内に旋回させながら供給する。又、粉体燃料供給管５からは、小粒径から大粒径までの粒度分布を有している粉体燃料６を供給する。この際、粉体燃料６は、僅かな空気を伴って輸送されるので、燃焼室２内に供給されるときには、輸送用とした空気も導入される。

粉体燃料６中の小粒径粉体は、燃焼室２内は１１００℃位の高温になっていることと相俟って、二次空気１２と接触するガス化燃焼空間３で着火してガス化燃焼させられる。

ガス化燃焼空間３で燃焼することができなかった粉体燃料６中の比較的大粒径の粉体は、そのままガス化燃焼空間３を上昇気流に逆らって落下する。

落下した粉体燃料６中の比較的大粒径の粉体は、流動層４による燃焼でガス化燃焼させられる。

このように、本発明の粉体燃焼用バーナでは、燃焼室２上部のガス化燃焼空間３に供給された粉体燃料６は、ガス化燃焼空間３のガスの流れ、温度条件に応じて、粉体燃料６中の比較的細かい粒径の燃料はガス化燃焼空間３でガス化燃焼することができる。同じ条件でガス化燃焼空間３でガス化燃焼できない比較的粒径の大きい燃料は、底部の流動層４でガス化燃焼することができる。これにより、本発明では、たとえば、粒径が３ｍｍ程度の粉体燃料でも容易にガス化燃焼させることができる。この際、流動層４では、粉体燃料６のガス化燃焼を応答性良く燃焼させることができる。

本発明においては、発熱量の高い廃プラスチックのような燃料でも、粉体燃料の粒度分布に適した燃焼ができる。これにより、このような燃料の場合にも、堆積して燃焼することはなく、クリンカや炭化物を形成するおそれはなくすことができる。

次に、図３及び図４は、本発明の粉体燃焼用バーナの実施の他の形態の概要を示すものである。図３及び図４も説明の便宜上わかり易く示したものであり、各部の大きさは一例であり、これに限定されるものではない。

本実施の形態の粉体燃焼用バーナは、側壁１の内側に円筒状の燃焼室２ａを横長となるように形成して、燃焼室２ａの一端側の底部に開口１８を設けて流動層４を備える。更に、燃焼室２ａの一端側の頂部には、粉体燃料供給管５を設けて、粉体燃料６の粒度分布に適した燃焼ができる横型の流動層式バーナ構造としてある。

燃焼室２ａの上部には、流動層４の直上方の位置から燃焼室２ａの他端側に至る範囲に亘りガス化燃焼空間３が形成されている。このガス化燃焼空間３は、図３に二点鎖線の位置より燃焼室２ａの他端側の領域とする。

燃焼室２ａの一端側の頂部に設けられた、粉体燃料供給管５は、燃焼室２ａのガス化燃焼空間３に開口するように接線方向に接続され、粉体燃料６は、旋回するように燃焼室２ａに供給されるようにしてある。

又、燃焼室２ａには、側壁１に設けられた二次空気供給管１１が接線方向に接続されて開口させられている。これにより、二次空気供給管１１から供給された二次空気１２は、燃焼室２ａに供給されると旋回させられるようになる。これにより、二次空気１２と粉体燃料６は、ともに燃焼室２ａ内に供給されて旋回させられ、ガス化燃焼空間３で接触させられる。

燃焼室２ａの他端側には、ガス通路７が接続され、ガス通路７の端部は、火炎噴出口８とされている。

ガス通路７の火炎噴出口８に近い位置には、主燃焼空気供給管９が側壁斜め方向より火炎噴出口８に向けて開口されており、主燃焼空気１０が火炎噴出口８の方向へ供給されるようになっている。

その他の構成は図１に示したものと同じであり、同一のものには同一符号が付してある。

この実施形態の粉体燃焼用バーナで粉体燃料６を燃焼させるときは、起動用バーナの作動で昇温させられた燃焼室２ａ内に粉体燃料６を粉体燃料供給管５より供給すると共に、二次空気１２を二次空気供給管１１より旋回させながら供給する。

粉体燃料６は、燃焼室２ａ内に接線方向より円周方向に供給されて旋回しながら落下する。

一方、二次空気１２は、燃焼室２ａ内に接線方向より円周方向に供給されて旋回しながら矢印に示す如くガス通路７の方向へ流される。

燃焼室２ａ内に供給された粉体燃料６中の小粒径の粉体は、燃焼室２ａ上部に形成されるガス化燃焼空間３で着火してガス化燃焼させられる。

ガス化燃焼空間３で燃焼されなかった粉体燃料６中の大粒径の粉体は、そのまま落下する。

本発明では、燃焼室２ａの底部に流動層４があるので、ガス化燃焼空間３で燃焼させることができなかった大粒径の粉体燃料は、流動層４による燃焼部１４でガス化燃焼される。

これにより、本実施形態の粉体燃焼用バーナによっても、粉体燃料６の粒度分布に適した燃焼を行わせることができ、粒径が３ｍｍ程度の燃料でも燃焼させることができ、図１及び図２に示す実施の形態の場合と同様の効果を有する。

図１及び図２に示す第１実施形態と、図３及び図４に示す第２実施形態において、廃プラスチックから製造された粉体燃料６を用いる場合は、発熱量が大きいため、粉体燃料供給管５の供給口付近を水冷できるようにすることが好ましい。水冷構造としては、粉体燃料供給管５の供給口付近を高温から保護できるものであれば、どのような構造のものであってもよい。

１側壁
２，２ａ燃焼室
３ガス化燃焼空間
４流動層
５粉体燃料供給管
６粉体燃料
９主燃焼空気
１２二次空気

Claims

粉体燃料を燃焼するバーナであって、
上部にガス化燃焼空間が形成されている燃焼室と、
前記燃焼室に接続されて、該燃焼室の上部から該燃焼室内に粉体燃料を供給する粉体燃料供給管と、
前記燃焼室の底部に設けられた流動層と、
ガス通路と、
火炎噴出口と、
主燃焼空気供給管と、を備え、
前記ガス通路は、前記火炎噴出口が端部にあり、前記火炎噴出口がある端部側とは反対側が前記燃焼室に接続され、且つ前記主燃焼空気供給管が接続されて、該主燃焼空気供給管から供給される主燃焼空気による主燃焼が行われるガス通路であること
を特徴とする粉体燃焼用バーナ。
前記燃焼室は、縦長の形状として、該燃焼室の頂部に前記ガス通路が接続され、且つ該燃焼室の上部に前記粉体燃料供給管が接続された構成としてある
請求項１記載の粉体燃焼用バーナ。
前記燃焼室は、横長の形状として、該燃焼室の一方の端部側に前記ガス通路が接続され、該燃焼室の前記ガス通路接続側とは反対側の頂部に前記粉体燃料供給管が接続され、且つ該燃焼室の前記ガス通路接続側とは反対側の底部に前記流動層が設けられた構成としてある
請求項１記載の粉体燃焼用バーナ。