JP6632226B2 - バーナ、燃焼装置、ボイラ及びバーナの制御方法 - Google Patents
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Description
この種のバーナとして、特許文献1が開示する燃焼用バーナでは、燃料供給ノズルの先端外周部近傍の高温ガスを混合流体内に流入させる手段として、内部保炎用空気ノズルが設けられている。内部保炎用空気ノズルの噴出口からは、混合気ノズルの中心部に向けて空気噴流が噴出する。空気噴流には同伴作用があり、再循環高温ガスの一部が空気噴流に沿って混合気体の流れの中に流入し、その内部の着火保炎性能が高まる。また、空気噴流により混合気体の流れの乱れが増加するため、着火後の燃焼効率向上にも効果がある。
上記事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、簡単な構成にて、内部保炎域における着火及び保炎の安定化を図れるバーナ、燃焼装置、ボイラ及びバーナの制御方法を提供することにある。
軸線を囲みながら該軸線に沿って延在し、内側燃焼用酸素含有ガスを火炉に供給可能な内側ガスノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記内側ガスノズルを囲み、固体粉末燃料と搬送用ガスの混合流体を前記火炉に供給可能な燃料供給ノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記燃料供給ノズルを囲み、外側燃焼用酸素含有ガスを前記火炉に供給可能な外側ガスノズルと、
前記内側ガスノズルの出口部に配置され、前記内側ガスノズルの出口部の周縁から内側に向かって延びる板形状の部材によって構成されるとともに前記内側燃焼用酸素含有ガスの流れを絞るように構成された内部保炎器と、
前記外側ガスノズルの出口部に配置され、前記外側燃焼用酸素含有ガスの流れが前記軸線から逸れるように構成された外部保炎器と、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速の相対的な流速比を調節可能な流速比調節機構と、
前記燃料供給ノズルの出口部を横切るように前記内側ガスノズルの出口部と前記外側ガスノズルの出口部との間をそれぞれ延びる複数の中間保炎器と
を備え、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速が前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速より速くなるように構成されている。
上記構成(1)では、内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速が、外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速よりも速いことにより、内部保炎域の圧力を外部保炎域の圧力より低くすることができ、外部保炎域から内部保炎域に向かって流れる高温ガスが流れ易くなり、内部保炎域の着火及び保炎の安定化を確実に図れる。
軸線を囲みながら該軸線に沿って延在し、内側燃焼用酸素含有ガスを火炉に供給可能な内側ガスノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記内側ガスノズルを囲み、固体粉末燃料と搬送用ガスの混合流体を前記火炉に供給可能な燃料供給ノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記燃料供給ノズルを囲み、外側燃焼用酸素含有ガスを前記火炉に供給可能な外側ガスノズルと、
前記内側ガスノズルの出口部に配置され、前記内側ガスノズルの出口部の周縁から内側に向かって延びる板形状の部材によって構成されるとともに前記内側燃焼用酸素含有ガスの流れを絞るように構成された内部保炎器と、
前記外側ガスノズルの出口部に配置され、前記外側燃焼用酸素含有ガスの流れが前記軸線から逸れるように構成された外部保炎器と、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速の相対的な流速比を調節可能な流速比調節機構と、
前記流速比調節機構を自動的に制御可能な制御装置と、
前記内側ガスノズルの出口部又は前記外側ガスノズルの出口部に設けられた圧力センサと
を備え、
前記制御装置は、前記圧力センサの出力に基づいて前記流速比調節機構を制御可能である。
上記構成(2)では、制御装置が圧力センサの出力基づいて流速比調節機構を制御することによって、内部保炎域及び外部保炎域の各々の着火及び保炎の安定化を容易且つ確実に図れる。
軸線を囲みながら該軸線に沿って延在し、内側燃焼用酸素含有ガスを火炉に供給可能な内側ガスノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記内側ガスノズルを囲み、固体粉末燃料と搬送用ガスの混合流体を前記火炉に供給可能な燃料供給ノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記燃料供給ノズルを囲み、外側燃焼用酸素含有ガスを前記火炉に供給可能な外側ガスノズルと、
前記内側ガスノズルの出口部に配置され、前記内側ガスノズルの出口部の周縁から内側に向かって延びる板形状の部材によって構成されるとともに前記内側燃焼用酸素含有ガスの流れを絞るように構成された内部保炎器と、
前記外側ガスノズルの出口部に配置され、前記外側燃焼用酸素含有ガスの流れが前記軸線から逸れるように構成された外部保炎器と、
前記燃料供給ノズルの出口部を横切るように前記内側ガスノズルの出口部と前記外側ガスノズルの出口部との間をそれぞれ延びる複数の中間保炎器のうち少なくとも1つの保炎器と、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速の相対的な流速比を調節可能な流速比調節機構と、
前記内側燃焼用酸素含有ガスのうち少なくとも一部を前記内部保炎器の前記火炉側の表面に沿って流れるように案内するように構成された第1案内部材、前記外側燃焼用酸素含有ガスのうち少なくとも一部を前記外部保炎器の前記火炉側の表面に沿って流れるように案内するように構成された第2案内部材、又は前記混合流体のうち少なくとも一部を前記中間保炎器の前記火炉側の表面に沿って流れるように案内するように構成された第3案内部材のうちの少なくとも1つと
を備え、
前記第1案内部材は、前記内側ガスノズルの出口部の開口縁から内側に向かって突出する環形状の鍔部によって構成され、前記内部保炎器は、前記第1案内部材よりも内側に突出し、前記内部保炎器と前記内側ガスノズルの内壁との間、及び、前記内部保炎器と前記第1案内部材との間のそれぞれには隙間が確保され、
前記第2案内部材は、前記外側ガスノズルの出口部にて、前記外側ガスノズルの内壁の端縁から外側に向かって突出する鍔部によって構成され、前記外部保炎器は、前記第2案内部材よりも外側に突出し、前記外部保炎器と前記外側ガスノズルの内壁との間、及び、前記外部保炎器と前記第2案内部材との間のそれぞれには隙間が確保され、
前記第3案内部材は、前記中間保炎器の前記火炉側の表面の一部を覆うように前記燃料供給ノズルを横切って延びる板によって形成されている。
前記燃料供給ノズルの出口部を横切るように前記内側ガスノズルの出口部と前記外側ガスノズルの出口部との間をそれぞれ延びる複数の中間保炎器を更に備える。
上記構成(4)では、中間保炎器が燃料供給ノズルの出口部を横切るように延びており、外部保炎域から内部保炎域に向かって、中間保炎器に沿って高温ガスが流れることができる。これにより、内部保炎域の温度を上昇させることができ、内部保炎域の着火及び保炎の安定化をより一層図れる。
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速が前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速より速くなるように構成されている。
上記構成(5)では、内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速が、外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速よりも速いことにより、内部保炎域の圧力を外部保炎域の圧力より低くすることができ、外部保炎域から内部保炎域に向かって流れる高温ガスが流れ易くなり、内部保炎域の着火及び保炎の安定化を確実に図れる。
前記外側ガスノズルは、前記軸線に沿う方向でみて前記燃料供給ノズルをそれぞれ囲む2つ以上の外側ガス流路を有し、
前記外側燃焼用酸素含有ガスは、前記2つ以上の外側ガス流路を通じて前記火炉に供給可能である。
上記構成(6)では、2つ以上の外側ガス流路を通じて外側燃焼用酸素含有ガスを供給することで、外側燃焼用酸素含有ガスの流速や方向に分布をもたせることができ、内部保炎域及び外部保炎域の各々の着火及び保炎の安定化をより一層図れる。
前記2つ以上の外側ガス流路の少なくとも1つに配置された外側ガス流量調節器を更に備える。
上記構成(7)では、外側ガス流量調節器によって、外側ガス流量調節器が配置された外側ガス流路から流出する外側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節することができ、内部保炎域及び外部保炎域の各々の着火及び保炎の安定化をより一層図れる。
前記内側ガスノズルは、前記軸線に沿う方向でみて前記軸線をそれぞれ囲む2つ以上の内側ガス流路を有し、
前記2つ以上の内側ガス流路のうち前記軸線に沿う方向でみて最も内側に位置する最内燃焼用ガス供給流路を流れる前記内側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節可能な流量調節器を更に備える。
前記流速比調節機構を自動的に制御可能な制御装置を更に備える。
上記構成(9)では、制御装置によって流速比調節機構を自動的に制御することで、内部保炎域及び外部保炎域の各々の着火及び保炎の安定化を容易且つ確実に図れる。
前記内側ガスノズルの出口部又は前記外側ガスノズルの出口部に設けられた圧力センサを更に備え、
前記制御装置は、前記圧力センサの出力に基づいて前記流速比調節機構を制御可能である。
上記構成(10)では、制御装置が圧力センサの出力基づいて流速比調節機構を制御することによって、内部保炎域及び外部保炎域の各々の着火及び保炎の安定化を容易且つ確実に図れる。
前記内側ガスノズルの出口部に配置されて前記内側燃焼用酸素含有ガスの流れを絞るように構成された内部保炎器、前記外側ガスノズルの出口部に配置されて前記外側燃焼用酸素含有ガスの流れが前記軸線から逸れるように構成された外部保炎器、及び、前記燃料供給ノズルの出口部を横切るように前記内側ガスノズルの出口部と前記外側ガスノズルの出口部との間をそれぞれ延びる複数の中間保炎器のうち少なくとも1つの保炎器と、
前記内側燃焼用酸素含有ガス、前記外側燃焼用酸素含有ガス又は前記混合流体のうち少なくとも一部を、前記少なくとも1つの保炎器の前記火炉側表面に沿って流れるように案内可能な案内部材と、を備える。
風箱と、
前記風箱によって覆われた上記構成(1)乃至(11)の何れか1項に記載のバーナと
を備える。
上記構成(12)の燃焼装置は、上記構成(1)乃至(11)の何れか1つのバーナを採用することによって、内部保炎域及び外部保炎域の各々の着火及び保炎の安定化を図れる。
火炉と、
前記火炉に取り付けられた風箱と、
前記火炉に取り付けられ且つ前記風箱によって覆われた上記構成(1)乃至(11)の何れか1項に記載のバーナと
を備える。
上記構成(13)のボイラは、上記構成(1)乃至(11)の何れか1つのバーナを採用することによって、内部保炎域及び外部保炎域の各々の着火及び保炎の安定化を図れる。
軸線を囲みながら該軸線に沿って延在し、内側燃焼用酸素含有ガスを火炉に供給可能な内側ガスノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記内側ガスノズルを囲み、固体粉末燃料と搬送用ガスの混合流体を前記火炉に供給可能な燃料供給ノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記燃料供給ノズルを囲み、外側燃焼用酸素含有ガスを前記火炉に供給可能な外側ガスノズルと、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速の相対的な流速比を調節可能な流速比調節機構と、を備え、
前記燃料供給ノズルの出口よりも下流にて、前記混合流体の前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流側と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流側に保炎域がそれぞれ形成されるように構成され、
前記内側ガスノズルは、前記軸線に沿う方向でみて前記軸線をそれぞれ囲む2つ以上の内側ガス流路を有し、
前記2つ以上の内側ガス流路のうち前記軸線に沿う方向でみて最も内側に位置する最内燃焼用ガス供給流路を流れる前記内側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節可能な流量調節器を更に備える、バーナの制御方法において、
前記固体粉末燃料の燃料比が閾値を超えている場合に、前記固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合よりも、前記流量調節器の開度を小さく設定する。
前記外側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節可能な外側ガス流量調節器を更に備え、
前記固体粉末燃料の燃料比が閾値を超えている場合に、前記固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合よりも、前記外側ガス流量調節器の開度を大きく設定する。
前記外側ガスノズルは、前記軸線に沿う方向でみて前記燃料供給ノズルをそれぞれ囲む2つ以上の外側ガス流路を有し、
前記外側燃焼用酸素含有ガスは、前記2つ以上の外側ガス流路を通じて前記火炉に供給可能であり、
前記外側ガス流量調節器は、最も外側の外側ガス流路における前記外側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節可能であり、
前記固体粉末燃料の燃料比が閾値を超えている場合に、前記固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合よりも、前記外側ガス流量調節器の開度を大きく設定する。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
ここで、固体粉末燃料とは、石炭、オイルコークス、固体状バイオマスなどの単体或いは混合物を粉砕した微粉状の燃料をいう。
内側ガスノズル24は、軸線32を囲みながら該軸線32に沿って延在し、内側燃焼用酸素含有ガス34を火炉5に供給可能である。軸線32は、火炉5の外壁に対し直交していても傾斜していてもよい。内側燃焼用酸素含有ガス34は例えば空気である。また、例えば、排ガスを再循環させて、これに酸素を混合させて燃焼用ガスとして用いる酸素燃焼を適用する場合には、燃焼用酸素含有ガスは二酸化炭素と酸素が主体の混合ガスとなる。
燃料供給ノズル26は、軸線32に沿う方向でみたときに内側ガスノズル24を囲み、固体粉末燃料と搬送用ガスの混合流体36を火炉5に供給可能である。固体粉末燃料は例えば微粉炭であり、搬送用ガスは例えば空気である。
流速比調節機構30は、内側燃焼用酸素含有ガス34の噴出流速Fcと外側燃焼用酸素含有ガス38の噴出流速Foの相対的な流速比を調節可能である。
そして、バーナ20は、燃料供給ノズル26の出口よりも下流にて、混合流体36の噴出流の内側燃焼用酸素含有ガス34側及び外側燃焼用酸素含有ガス38側に、内部保炎域40a及び外部保炎域40bがそれぞれ形成されるように構成されている。なお、内部保炎域40a及び外部保炎域40bとは、固体粉末燃料が着火して燃焼する領域である。内部保炎域40a及び外部保炎域40bは、燃料供給ノズル26の出口の直下流に形成される。
一方、燃料供給ノズル26から噴出した混合流体36と外側ガスノズル28から噴出した外側燃焼用酸素含有ガス38との間には外側循環渦42bが形成される。外側循環渦42bを強くすれば、外側循環渦42bによって、燃料供給ノズル26に向かう高温ガスの流れ(外側高温ガス循環流44b)の流量が増加し、外側高温ガス循環流44bの熱によって、外側燃焼用酸素含有ガス38側の外部保炎域40bにおける着火及び保炎の安定化を図れる。
なお、内側燃焼用酸素含有ガス34の噴出流速Fcと外側燃焼用酸素含有ガス38の噴出流速Foの相対的な流速比を調節可能であれば、国際公開第98/03819号に記載された内部保炎用空気ノズルを設けなくても、内部保炎域40a及び外部保炎域40bの各々の着火及び保炎の安定化を図れる。
なお、本明細書において、筒形状とは、図2、図4及び図5に示したような円筒形状に限定されず、図9に示したような多角形筒形状も含むものとする。
内部保炎器46は、内側ガスノズル24の出口部に配置され、内側燃焼用酸素含有ガス34の流れを絞るように構成されている。
外部保炎器48は、外側ガスノズル28の出口部に配置され、外側燃焼用酸素含有ガス38の流れが軸線32から逸れるように構成されている。
なお、バーナ20が内部保炎器46及び外部保炎器48を更に備えている場合には、バーナ20にとって、内部保炎域40a及び外部保炎域40bをそれぞれ形成するための他の構成は必須ではない。
幾つかの実施形態では、外部保炎器48は、外側ガスノズル28の出口部の周縁から外側に向かって延びる板形状の部材によって構成される。
なお本明細書においては、特に断らない限り、内側とは、軸線32に対し交差する方向(径方向)にて軸線32に近い側をさし、外側とは、軸線32から遠い側をさすものとする。
この構成によれば、内側燃焼用酸素含有ガス34の流路及び外側燃焼用酸素含有ガス38の流路の入口が同一のガス供給源である風箱22に接続されているので、内側燃焼用酸素含有ガス34の流路に配置されたダンパによって、簡単な構成にて確実に、内側燃焼用酸素含有ガス34の噴出流速Fcと外側燃焼用酸素含有ガス38の噴出流速Foの相対的な流速比を調節可能である。
幾つかの実施形態では、中間保炎器50は、燃料供給ノズル26の出口部を横切るように配置された板形状の部材によって構成される。
上記したバーナ20では、内側燃焼用酸素含有ガス34の噴出流速Fcが、外側燃焼用酸素含有ガス38の噴出流速Foよりも速いことにより、外部保炎域40bから内部保炎域40aに向かって流れる高温ガスの流量が増加し、内部保炎域40aの着火及び保炎の安定化を確実に図れる。
なお、例えば、2つ以上の外側ガス流路28a,28b,28cは、外側ガスノズル28の内部に1つ以上の筒形状の部材を配置することにより形成可能である。
上記したバーナ20c,20d,20eでは、外側ガス流量調節器52によって、外側ガス流路28a,28b,28cのうち外側ガス流量調節器52が配置された外側ガス流路から流出する外側燃焼用酸素含有ガス38の流量を調節することができる。これによって、内部保炎域40a及び外部保炎域40bの各々の着火及び保炎の安定化をより一層図れる。
なお例えば、外側ガス流量調節器52は、可動ベーンやダンパによって構成される。
上記したバーナ20c,20d,20eでは、第2外側ガス流路28bを流れる外側燃焼用酸素含有ガス38によって、外側循環渦42bが大きくなり、外部保炎域40bの着火及び保炎の安定化をより一層図れる。外側燃焼用酸素含有ガス38の流れが広がることで、内部保炎域40a及び外部保炎域40bに亘る還元域が大きくなり、NOx生成が抑制される。
幾つかの実施形態では、第2外側ガス案内板54は、円錐台形状の部材によって構成されている。
上記したバーナ20c,20d,20eによれば、第2外側ガス流路28bを流れる外側燃焼用酸素含有ガス38に旋回成分を付与することによって、外側循環渦42bが大きくなり、外部保炎域40bの着火及び保炎の安定化をより一層図れる。また、第2外側ガス流路28bを流れる外側燃焼用酸素含有ガス38に旋回成分を付与することによって、外側循環渦42bがさらに拡大され外部保炎域40bの着火及び保炎の安定化がさらに促進されるとともに、内部保炎域40a及び外部保炎域40bに亘る還元域がさらに大きくなり、NOx生成がさらに抑制される。
なお、旋回付与機構56は、固定されていても可動であってもよい。例えば旋回付与機構56は、固定ベーンや可動ベーンによって構成される。
幾つかの実施形態では、図8に示したように、バーナ20eは、第3外側ガス流路28cに配置された旋回付与機構56を更に備える。
上記したバーナ20では、制御装置60によって流速比調節機構30を自動的に制御することで、内部保炎域40a及び外部保炎域40bの各々の着火及び保炎の安定化を容易且つ確実に図れる。
上記したバーナ20では、制御装置60が圧力センサ62a,62bの出力基づいて流速比調節機構30を制御することによって、内部保炎域40a及び外部保炎域40bの各々の着火及び保炎の安定化を容易且つ確実に図れる。
幾つかの実施形態では、濃縮器66は、燃料供給ノズル26の内壁を囲むように配置された部材であって、燃料供給ノズル26の内壁と外壁との間に、これら内壁及び外壁の各々と隙間を存して配置された部材によって構成される。当該部材によれば、混合流体36を内壁側と外壁側とに分離することができ、搬送用ガスに比べて比重が大である固体粉末燃料を、内壁側と外壁側に偏らせることができる。
例えば、濃縮器66は、環形状の部材によって構成され、図示しない支持部材によって支持される。
上記した案内部材70によれば、内部保炎器46の火炉5側表面に沿って内側燃焼用酸素含有ガス34の一部を流すことで、内部保炎器46を冷却することができるとともに内部保炎器46への灰付着の抑制を可能とする。
なお、本明細書において、環形状という表現には、円形状の外に、多角形状等も含まれるものとする。
上記した案内部材76によれば、外部保炎器48の火炉5側表面に沿って外側燃焼用酸素含有ガス38の一部を流すことで、外部保炎器48を冷却することができるとともに外部保炎器48への灰付着の抑制を可能とする。
図14に示したように、案内部材82は、混合流体36のうち少なくとも一部を、中間保炎器50の火炉5側表面に沿って流れるように案内するように構成される。
上記した案内部材82によれば、中間保炎器50の火炉5側表面に沿って混合流体36の一部を流すことで、中間保炎器50を冷却することができるとともに中間保炎器50への灰付着の抑制を可能とする。
また、図13及び図14に示したように、案内部材82が中間保炎器50の中央部を覆っている場合、外側高温ガス循環流44bの両側に外側循環渦42cが形成され、外部保炎域40bにおける着火及び保炎をより一層安定させることができる。
例えば、2つ以上の内側ガス流路24a,24bは、内側ガスノズル24の内部に1つ以上の筒形状の部材を配置することにより形成可能である。また、流量調節器88は、最内ガス流路24aを形成する壁の開口を開閉可能な扉によって構成可能である。
ここで、固体粉末燃料の性状としては、例えば、石炭の燃料比をあげることができる。石炭の燃料比は、石炭にそれぞれ含まれる固定炭素と揮発分の比であり、燃料比が高いほど、揮発分が少ない。高燃料比の石炭を用いた場合、揮発分が少ないため、内側燃焼用酸素含有ガス34の流量が多いと、還元が弱くなり、NOx生成量が増加してしまう。しかしながら、内側燃焼用酸素含有ガス34の流量を単に減少させた場合、内側燃焼用酸素含有ガス34の噴出流速Fcが低下し、内部保炎域40aの形成が困難になるおそれがある。
燃料比が高いか否かは、燃料比が閾値を超えているか否かで判定することができる。例えば、石炭の燃料比が高い(高燃料比)とは、燃料比がおよそ2以上であることをさし、石炭の燃料比が低い(中低燃料比)とは、燃料比がおよそ2未満であることをさすものとする。この閾値は、燃料の種類や粉末燃料の粒度にも依存し、燃焼試験炉での試験結果などに基づき決定してよい。
このような点を考慮し、幾つかの実施形態では、高燃料比の場合に外側燃焼用酸素含有ガス38の噴出流速Foが最適になるよう、外側ガスノズル28の流路面積に十分な大きさが予め与えられる。そして、中低燃料比の場合には、外側ガス流量調節器52によって、外側燃焼用酸素含有ガス38の流量(総流量)が減少させられ、この減少分に対応する量にて、内側燃焼用酸素含有ガス34の流量(総流量)が増加させられる。
このような点を考慮し、幾つかの実施形態では、図8に示したように外側ガスノズル28が第1外側ガス流路28a、第2外側ガス流路28b、及び、第3外側ガス流路28cを有するバーナ20eにおいて、中低燃料比の場合に外側燃焼用酸素含有ガス38の流量(総流量)を減らす際に、第2外側ガス流路28bにおける外側燃焼用酸素含有ガス38の流量の減少率に比べ、第3外側ガス流路28cにおける外側燃焼用酸素含有ガス38の流量の減少率が大きくなるよう、外側ガス流量調節器52が操作される。換言すれば、外側ガスノズル28が複数の外側ガス流路を有する場合に、最外の外側ガス流路における外側燃焼用酸素含有ガス38の流量の減少率が最も大きくなるように、外側ガス流量調節器52が操作される。これにより、中低燃料比の場合に、外側燃焼用酸素含有ガス38の噴出流速Foの減少を抑制することができ、外側循環渦42bが弱くなることを抑制することができる。
なお、流速比調節機構30、流量調節器88及び外側ガス流量調節器52は、手動で操作するものであってもよい。
幾つかの実施形態では、火炉5に対し、バーナ20の上方に、酸素含有ガスを供給可能な追加燃焼用ガスノズル100が取り付けられる。
例えば、内部保炎器46は内側燃焼用酸素含有ガス34の流れを絞るように構成されていればよく、内部保炎器46の大きさ、形状及び配置等は図2等に例示したものに限定されることはない。ここで、図21は、バーナ20cの変形例であるバーナ20gの構成を概略的に示している。バーナ20gでは、内部保炎器46を構成する板状部材が、内側ガスノズル24の出口部の周縁に対し、直角以外の角度、例えば90度超の鈍角をもって連なっている。この外、内部保炎器46を構成する板状部材は、外部保炎器48を構成する板状部材に対し一体に連なっていてもよい。
一方、外部保炎器48は、外側ガスノズル28の出口部に配置され、外側燃焼用酸素含有ガス38の流れが軸線32から逸れるように構成されていればよく、外部保炎器48の大きさ、形状及び配置等は図2等に例示したものに限定されることはない。例えば、前述したように外部保炎器48を構成する板状部材は内部保炎器46を構成する板状部材に対し一体に連なっていてもよく、又、外側ガスノズル28の出口部の周縁に対し、直角以外の角度、例えば90度超の鈍角をもって連なっていてもよい。更に、外部保炎器48は、図21に示したように、断面L字形状の板状部材によって構成されていてもよい。
5 火炉
10 燃焼装置
20 バーナ
22 風箱
24 内側ガスノズル
24a,24b 内側ガス流路
26 燃料供給ノズル
28 外側ガスノズル
28a,28b,28c 外側ガス流路
30 流速比調節機構
32 軸線
34 内側燃焼用酸素含有ガス
36 混合流体
38 外側燃焼用酸素含有ガス
40a 内部保炎域
40b 外部保炎域
42a 内側循環渦
42b 外側循環渦
44a 内側高温ガス循環流
44b 外側高温ガス循環流
46 内部保炎器
48 外部保炎器
50 中間保炎器
52 外側ガス流量調節器
54 第2外側ガス案内板
56 旋回付与機構
60 制御装置
62a,62b 圧力センサ
64 駆動装置
66 濃縮器
70 案内部材
71 支持部材
72 隙間
73 隙間
76 案内部材
77 支持部材
78 隙間
79 隙間
82 案内部材
83 支持部材
84 隙間
85 隙間
88 流量調節器
90 油ノズル
92 ミル
94 送風機
96 送風機
98 加熱器
100 追加燃焼用ガスノズル
Claims (16)
- 軸線を囲みながら該軸線に沿って延在し、内側燃焼用酸素含有ガスを火炉に供給可能な内側ガスノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記内側ガスノズルを囲み、固体粉末燃料と搬送用ガスの混合流体を前記火炉に供給可能な燃料供給ノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記燃料供給ノズルを囲み、外側燃焼用酸素含有ガスを前記火炉に供給可能な外側ガスノズルと、
前記内側ガスノズルの出口部に配置され、前記内側ガスノズルの出口部の周縁から内側に向かって延びる板形状の部材によって構成されるとともに前記内側燃焼用酸素含有ガスの流れを絞るように構成された内部保炎器と、
前記外側ガスノズルの出口部に配置され、前記外側燃焼用酸素含有ガスの流れが前記軸線から逸れるように構成された外部保炎器と、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速の相対的な流速比を調節可能な流速比調節機構と、
前記燃料供給ノズルの出口部を横切るように前記内側ガスノズルの出口部と前記外側ガスノズルの出口部との間をそれぞれ延びる複数の中間保炎器と
を備え、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速が前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速より速くなるように構成されていることを特徴とするバーナ。 - 軸線を囲みながら該軸線に沿って延在し、内側燃焼用酸素含有ガスを火炉に供給可能な内側ガスノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記内側ガスノズルを囲み、固体粉末燃料と搬送用ガスの混合流体を前記火炉に供給可能な燃料供給ノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記燃料供給ノズルを囲み、外側燃焼用酸素含有ガスを前記火炉に供給可能な外側ガスノズルと、
前記内側ガスノズルの出口部に配置され、前記内側ガスノズルの出口部の周縁から内側に向かって延びる板形状の部材によって構成されるとともに前記内側燃焼用酸素含有ガスの流れを絞るように構成された内部保炎器と、
前記外側ガスノズルの出口部に配置され、前記外側燃焼用酸素含有ガスの流れが前記軸線から逸れるように構成された外部保炎器と、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速の相対的な流速比を調節可能な流速比調節機構と、
前記流速比調節機構を自動的に制御可能な制御装置と、
前記内側ガスノズルの出口部又は前記外側ガスノズルの出口部に設けられた圧力センサと
を備え、
前記制御装置は、前記圧力センサの出力に基づいて前記流速比調節機構を制御可能であることを特徴とするバーナ。 - 軸線を囲みながら該軸線に沿って延在し、内側燃焼用酸素含有ガスを火炉に供給可能な内側ガスノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記内側ガスノズルを囲み、固体粉末燃料と搬送用ガスの混合流体を前記火炉に供給可能な燃料供給ノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記燃料供給ノズルを囲み、外側燃焼用酸素含有ガスを前記火炉に供給可能な外側ガスノズルと、
前記内側ガスノズルの出口部に配置され、前記内側ガスノズルの出口部の周縁から内側に向かって延びる板形状の部材によって構成されるとともに前記内側燃焼用酸素含有ガスの流れを絞るように構成された内部保炎器と、
前記外側ガスノズルの出口部に配置され、前記外側燃焼用酸素含有ガスの流れが前記軸線から逸れるように構成された外部保炎器と、
前記燃料供給ノズルの出口部を横切るように前記内側ガスノズルの出口部と前記外側ガスノズルの出口部との間をそれぞれ延びる複数の中間保炎器のうち少なくとも1つの保炎器と、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速の相対的な流速比を調節可能な流速比調節機構と、
前記内側燃焼用酸素含有ガスのうち少なくとも一部を前記内部保炎器の前記火炉側の表面に沿って流れるように案内するように構成された第1案内部材、前記外側燃焼用酸素含有ガスのうち少なくとも一部を前記外部保炎器の前記火炉側の表面に沿って流れるように案内するように構成された第2案内部材、又は前記混合流体のうち少なくとも一部を前記中間保炎器の前記火炉側の表面に沿って流れるように案内するように構成された第3案内部材のうちの少なくとも1つと
を備え、
前記第1案内部材は、前記内側ガスノズルの出口部の開口縁から内側に向かって突出する環形状の鍔部によって構成され、前記内部保炎器は、前記第1案内部材よりも内側に突出し、前記内部保炎器と前記内側ガスノズルの内壁との間、及び、前記内部保炎器と前記第1案内部材との間のそれぞれには隙間が確保され、
前記第2案内部材は、前記外側ガスノズルの出口部にて、前記外側ガスノズルの内壁の端縁から外側に向かって突出する鍔部によって構成され、前記外部保炎器は、前記第2案内部材よりも外側に突出し、前記外部保炎器と前記外側ガスノズルの内壁との間、及び、前記外部保炎器と前記第2案内部材との間のそれぞれには隙間が確保され、
前記第3案内部材は、前記中間保炎器の前記火炉側の表面の一部を覆うように前記燃料供給ノズルを横切って延びる板によって形成されていることを特徴とするバーナ。 - 前記燃料供給ノズルの出口部を横切るように前記内側ガスノズルの出口部と前記外側ガスノズルの出口部との間をそれぞれ延びる複数の中間保炎器を更に備える
ことを特徴とする請求項2または3に記載のバーナ。 - 前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速が前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速より速くなるように構成されている
ことを特徴とする請求項2乃至4の何れか1項に記載のバーナ。 - 前記外側ガスノズルは、前記軸線に沿う方向でみて前記燃料供給ノズルをそれぞれ囲む2つ以上の外側ガス流路を有し、
前記外側燃焼用酸素含有ガスは、前記2つ以上の外側ガス流路を通じて前記火炉に供給可能である
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載のバーナ。 - 前記2つ以上の外側ガス流路の少なくとも1つに配置された外側ガス流量調節器を更に備える
ことを特徴とする請求項6に記載のバーナ。 - 前記内側ガスノズルは、前記軸線に沿う方向でみて前記軸線をそれぞれ囲む2つ以上の内側ガス流路を有し、
前記2つ以上の内側ガス流路のうち前記軸線に沿う方向でみて最も内側に位置する最内燃焼用ガス供給流路を流れる前記内側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節可能な流量調節器を更に備える
ことを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載のバーナ。 - 前記流速比調節機構を自動的に制御可能な制御装置を更に備える
ことを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載のバーナ。 - 前記内側ガスノズルの出口部又は前記外側ガスノズルの出口部に設けられた圧力センサを更に備え、
前記制御装置は、前記圧力センサの出力に基づいて前記流速比調節機構を制御可能である
ことを特徴とする請求項9に記載のバーナ。 - 前記内側ガスノズルの出口部に配置されて前記内側燃焼用酸素含有ガスの流れを絞るように構成された内部保炎器、前記外側ガスノズルの出口部に配置されて前記外側燃焼用酸素含有ガスの流れが前記軸線から逸れるように構成された外部保炎器、及び、前記燃料供給ノズルの出口部を横切るように前記内側ガスノズルの出口部と前記外側ガスノズルの出口部との間をそれぞれ延びる複数の中間保炎器のうち少なくとも1つの保炎器と、
前記内側燃焼用酸素含有ガス、前記外側燃焼用酸素含有ガス又は前記混合流体のうち少なくとも一部を、前記少なくとも1つの保炎器の前記火炉側表面に沿って流れるように案内可能な案内部材と、を備える
ことを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載のバーナ。 - 風箱と、
前記風箱によって覆われた請求項1乃至11の何れか1項に記載のバーナと
を備えることを特徴とする燃焼装置。 - 火炉と、
前記火炉に取り付けられた風箱と、
前記火炉に取り付けられ且つ前記風箱によって覆われた請求項1乃至11の何れか1項に記載のバーナと
を備えることを特徴とするボイラ。 - 軸線を囲みながら該軸線に沿って延在し、内側燃焼用酸素含有ガスを火炉に供給可能な内側ガスノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記内側ガスノズルを囲み、固体粉末燃料と搬送用ガスの混合流体を前記火炉に供給可能な燃料供給ノズルと、
前記軸線に沿う方向でみたときに前記燃料供給ノズルを囲み、外側燃焼用酸素含有ガスを前記火炉に供給可能な外側ガスノズルと、
前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速の相対的な流速比を調節可能な流速比調節機構と、を備え、
前記燃料供給ノズルの出口よりも下流にて、前記混合流体の噴出流の前記内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流側と前記外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流側に保炎域がそれぞれ形成されるように構成され、
前記内側ガスノズルは、前記軸線に沿う方向でみて前記軸線をそれぞれ囲む2つ以上の内側ガス流路を有し、
前記2つ以上の内側ガス流路のうち前記軸線に沿う方向でみて最も内側に位置する最内燃焼用ガス供給流路を流れる前記内側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節可能な流量調節器を更に備える、バーナの制御方法において、
前記固体粉末燃料の燃料比が閾値を超えている場合に、前記固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合よりも、前記流量調節器の開度を小さく設定する
ことを特徴とするバーナの制御方法。 - 前記外側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節可能な外側ガス流量調節器を更に備え、
前記固体粉末燃料の燃料比が閾値を超えている場合に、前記固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合よりも、前記外側ガス流量調節器の開度を大きく設定する
ことを特徴とする請求項14に記載のバーナの制御方法。 - 前記外側ガスノズルは、前記軸線に沿う方向でみて前記燃料供給ノズルをそれぞれ囲む2つ以上の外側ガス流路を有し、
前記外側燃焼用酸素含有ガスは、前記2つ以上の外側ガス流路を通じて前記火炉に供給可能であり、
前記外側ガス流量調節器は、最も外側の外側ガス流路における前記外側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節可能であり、
前記固体粉末燃料の燃料比が閾値を超えている場合に、前記固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合よりも、前記外側ガス流量調節器の開度を大きく設定する
ことを特徴とする請求項15に記載のバーナの制御方法。
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