JP6911495B2 - バーナ装置、及びバーナ装置の着火方法 - Google Patents

Description

本発明は、バーナ装置、及びバーナ装置の着火方法に関するものである。

下記特許文献１には、バーナ装置の一形態として、低揮発分燃料バーナ装置が開示されている。低揮発分の燃料として、例えば、微粉炭を燃焼させる微粉炭バーナは、石炭焚ボイラに取り付けられ、バーナノズルの先端から微粉炭（燃料）と空気（一次空気）の混合流を、バーナスロートを通して火炉内に噴出し、ウインドボックスから供給される二次空気と混合させながら微粉炭を燃焼させるようになっている。微粉炭は、火炉内が定常状態（高温状態）のときに燃焼するが、燃焼開始から火炉が所定温度に達するまでは、オイルバーナ等の補助燃焼手段を別途必要とする。

特開２０１２−１０７７８９号公報

従来では、補助燃焼手段の燃料が重油であったため、ランニングコストが高かった。このため、オイルバーナの代わりにガスバーナを使用することが検討されている。しかしながら、市場にあるような小容量のガスバーナだと、微粉炭バーナの着火に必要な熱容量がオイルバーナよりも低いため、微粉炭バーナの着火が困難であった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、低揮発分燃料を噴出するバーナであっても、オイルバーナを使用することなく、バーナを着火させることが可能な低ランニングコストのバーナ装置の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、バーナと、前記バーナを着火させる点火ガスバーナと、前記点火ガスバーナとガス母管とを接続する接続流路と、前記バーナを着火させる際、前記接続流路を複数回開閉するガスバーナ弁と、を有する、バーナ装置を採用する。

また、本発明においては、前記ガスバーナ弁は、前記バーナを着火させる際、前記接続流路を２回開閉する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記ガスバーナ弁は、前記接続流路を開き、前記接続流路の圧力がピークを超えて下がり始めたら、前記接続流路を閉じる、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記接続流路において前記ガスバーナ弁よりも下流側に設けられた圧力計を有し、前記ガスバーナ弁は、前記圧力計の検出結果に基づいて、前記接続流路を複数回開閉する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記バーナは、微粉炭バーナである、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記点火ガスバーナは、２８０Ｎｍ^３／ｈ以上の容量を有する、という構成を採用する。

また、本発明においては、バーナと、前記バーナを着火させる点火ガスバーナと、を有し、前記点火ガスバーナは、２８０Ｎｍ^３／ｈ以上の容量を有する、バーナ装置を採用する。

また、本発明においては、バーナと、前記バーナを着火させる点火ガスバーナと、前記点火ガスバーナとガス母管とを接続する接続流路と、前記接続流路を開閉するガスバーナ弁と、を有する、バーナ装置の着火方法であって、前記バーナを着火させる際、前記接続流路を前記ガスバーナ弁で複数回開閉する、という手法を採用する。

本発明によれば、低揮発分燃料を噴出するバーナであっても、オイルバーナを使用することなく、バーナを着火させることができる。

本発明の実施形態におけるバーナ装置の構成図である。 本発明の実施形態における点火ガスバーナの系統図である。 本発明の実施形態におけるガスバーナ弁の動作チャート図である。

以下、本発明の実施形態のバーナ装置について図面を参照して説明する。図面において、説明の便宜上、いくつかの部分が拡大され又は省略されており、図面に表されている各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。以下の説明では、低揮発分燃料として、微粉炭を燃焼させるバーナ装置を例示する。

図１は、本発明の実施形態におけるバーナ装置Ａの構成図である。
バーナ装置Ａは、微粉炭を噴出する微粉炭バーナ１と、微粉炭バーナ１を着火させる点火ガスバーナ２２と、を有する。
微粉炭バーナ１は、微粉炭（燃料）と空気を火炉１００に噴出し、微粉炭を燃焼させるものである。火炉１００は、開口部１０２が形成された炉壁部１０１を有する。開口部１０２には、微粉炭バーナ１が設置されている。

微粉炭バーナ１は、バーナノズル２と、バーナダクト３（二次空気供給手段）と、を有する。
バーナノズル２は、筒状に形成されており、その先端に微粉炭と空気（一次空気）の混合流Ｆ１を噴出する噴出口１０が形成されている。本実施形態では、バーナノズル２の噴出口１０側がその中心軸Ｃに向かって絞られて混合流Ｆ１を噴出する構成となっている。

バーナノズル２は、同心で設けられた筒状のバーナ内筒１１とバーナ外筒１２とを有する二重筒構造となっている。バーナ内筒１１は、長手方向の略中腹部位から先端側へ向かって直径が漸減し、且つ、先端部において直径が急減する絞り部を有する。バーナ外筒１２は、バーナ内筒１１の外周に同心状に配設され、バーナ内筒１１と略相似形で、且つ、先端部において直径が急減する絞り部を有する。

バーナ外筒１２には、微粉炭入口管１３が接続されている。微粉炭入口管１３は、バーナ外筒１２の内周面の接線方向に混合流Ｆ１を供給し、混合流Ｆ１を旋回させる。旋回した混合流Ｆ１は、バーナ内筒１１とバーナ外筒１２との間を流通し、リング状に開口する噴出口１０から噴出される。

バーナ内筒１１の先端には、三次空気Ｆ３を噴出する噴出口１４が形成されている。三次空気Ｆ３は、三次空気入口管１５を介してバーナ内筒１１に供給される。三次空気入口管１５は、バーナノズル２の中心軸Ｃに沿う軸方向に三次空気Ｆ３を供給する。三次空気Ｆ３は、バーナ内筒１１の内側を軸方向に流通し、円形に開口する噴出口１４から噴出される。

バーナダクト３は、バーナノズル２の周囲から二次空気Ｆ２を供給するものである。バーナダクト３は、バーナノズル２の外側を囲うように設けられ、二次空気Ｆ２をバーナノズル２の周囲に導く環状流路２０を有する。環状流路２０は、バーナ外筒１２と開口部１０２との間に、リング状に形成されている。なお、バーナダクト３の内部は、セパレート板２１によって区画されており、二次空気Ｆ２は、図示しない他の微粉炭バーナ１にも導かれるようになっている。

環状流路２０には、二次空気Ｆ２を旋回させるレジスタベーン１９が設けられている。レジスタベーン１９は、バーナダクト３を貫通して設けられた図示しないベーン駆動装置によって、バーナダクト３の外側から傾きを調整可能な構成となっている。
また、環状流路２０には、点火ガスバーナ２２が中心軸Ｃに対し斜め方向に挿入されている。点火ガスバーナ２２は、点火トーチ挿入筒２３によって進退自在に支持されており、微粉炭バーナ１を着火させる際には、図１に示すように、その先端がバーナノズル２の先端まで近付く。なお、点火ガスバーナ２２の先端近傍には、図示しない点火プラグが配置されている。

図２は、本発明の実施形態における点火ガスバーナ２２の系統図である。
図２に示すように、点火ガスバーナ２２は、ガス母管と接続されている。点火ガスバーナ２２には、ガス母管から高圧（例えば、コンマ数ＭＰａ（メガパスカル））のＬＮＧ（液化天然ガス）が供給されるようになっている。この点火ガスバーナ２２は、２８０Ｎｍ^３／ｈ（ノルマルリューベ）以上の容量を有する大容量のガスバーナである。

点火ガスバーナ２２とガス母管とを接続する接続流路３０には、圧力調整弁３１が設けられている。圧力調整弁３１は、ガス母管から供給されるガス圧を調整するものである。圧力調整弁３１よりも下流側の接続流路３０には、コーク弁３２が設けられている。コーク弁３２は、常時開いているものである。なお、コーク弁３２よりも上流側の接続流路３０にはベントラインが接続されており、コーク弁３２を閉じたときに接続流路３０内のガスを系外に排出できるようになっている。

コーク弁３２よりも下流側の接続流路３０には、ガスバーナ弁３３が設けられている。ガスバーナ弁３３は、微粉炭バーナ１を着火させる際、後述するように接続流路３０を複数回開閉するものである。このガスバーナ弁３３は、自動弁であって、微粉炭バーナ１を着火させる際、タイマー制御により、自動で開閉動作を行う。なお、ガスバーナ弁３３にもベントラインが接続されている。

ガスバーナ弁３３よりも下流側の接続流路３０には、現場圧力計３４（圧力計）が設けられている。現場圧力計３４は、点火ガスバーナ２２に供給されるガス圧を検出するものである。本実施形態では、火炉１００に複数の微粉炭バーナ１が取り付けられており、これらに対応して複数の点火ガスバーナ２２が設けられているため、接続流路３０は現場圧力計３４よりも下流側で分岐し、複数の点火ガスバーナ２２と接続されている。

続いて、上記構成のバーナ装置Ａの動作（バーナ装置の着火方法）について、図３を参照して説明する。
図３は、本発明の実施形態におけるガスバーナ弁３３の動作チャートである。

微粉炭バーナ１の始動時には、点火ガスバーナ２２による補助燃焼が開始される。この点火ガスバーナ２２の点火サイクルは、予め設定した時間（Ｔ秒（数十秒程度））のなかで行うようになっている。この点火サイクルにおいて、ガスバーナ弁３３は、接続流路３０を複数回（本実施形態では２回）開閉する。

ステップＳ１において、ガスバーナ弁３３によって接続流路３０が開かれると、ガス母管からガスバーナ弁３３よりも下流側の接続流路３０にガスが供給され、現場圧力計３４の出力値が０ＭＰａ（ゲージ圧、以下同じ）から上昇する。また、ガスバーナ弁３３によって接続流路３０が開かれ、接続流路３０にガスが供給されると、相対的にガス母管の圧力がＰ_０（初期値）から低下する。

ガスバーナ弁３３は、現場圧力計３４の出力値がピークｐ１を超えて下がり始めたら、接続流路３０を閉じる（ステップＳ２）。すなわち、ガスバーナ弁３３が、一回目に接続流路３０を開く時間ｔ２は、現場圧力計３４の出力値が０ＭＰａからピークｐ１を超えて下がり始める時間ｔ１よりも長く設定されている。この時間ｔ１は、試験等により求めることができ、ガスバーナ弁３３を一回目に開く時間ｔ２は、当該時間ｔ１よりも長くなるようにタイマー設定されている。

次に、ガスバーナ弁３３は、接続流路３０が閉じたら、すぐに接続流路３０を開き始める（ステップＳ３）。ガスバーナ弁３３が閉じてから二回目に開くまでの時間ｔ３は、ガス母管の圧力がＰ_０まで回復しない時間であって、好ましくは、一旦下がったガス母管の圧力が殆ど回復しない短い時間であることが好ましい。接続流路３０を閉じると、現場圧力計３４の出力値が０ＭＰａまで下がる。その後、ガスバーナ弁３３によって接続流路３０が開かれると、現場圧力計３４の出力値が上昇するが、一回目にガス母管の圧力が抜かれているため、そのピークｐ２は、一回目のピークｐ１よりも低くなる。

その後、現場圧力計３４の出力値は、ピークｐ２を超えて下がり始め、ｐ３まで下がる。なお、ガスバーナ弁３３が一回目に接続流路３０を開いたときから、二回目のピークｐ２に至るまでの時間ｔ４は、十秒以内とすることが好ましい。現場圧力計３４の出力値がｐ３まで下がると、今度はガス母管の圧力が回復してくるため、現場圧力計３４の出力値がｐ４まで上がり、その後安定し、ガス母管の圧力もＰ１で安定する。そして、圧力ｐ４により、点火ガスバーナ２２のガス火炎が安定して形成される。
以上により、点火ガスバーナ２２の点火サイクルが終了する。

本実施形態では、点火ガスバーナ２２が、２８０Ｎｍ^３／ｈ以上の大容量のガスバーナであるため、重油を用いなくても、微粉炭バーナ１の着火に必要な熱容量を稼ぐことができる。このため、重油よりも安価なＬＮＧを使用することができ、バーナ装置Ａのランニングコストを低下させることができる。一方で、２８０Ｎｍ^３／ｈ以上の大容量の点火ガスバーナ２２を使用する場合、通常のやり方では、特に、火炉１００内が定常状態でない低温状態のときは、火種が簡単にガスに吹き飛ばされてしまい、ガス火炎を形成することは困難になる。

このため、本実施形態では、微粉炭バーナ１を着火させる際、点火ガスバーナ２２とガス母管とを接続する接続流路３０をガスバーナ弁３３で複数回開閉するようにしている。このように、接続流路３０をガスバーナ弁３３で複数回開閉することで、図３に示すように、ガス母管の圧力を抜くことができる。すなわち、一回目のガスバーナ弁３３の開きで、ガス母管の圧力を抜き、その点火ガスバーナ２２の先端で火種を作る。そして、二回目のガスバーナ弁３３の開きで、ガス火炎を形成させるようにしている。なお、本手法による火炎形成の有効性は、試験により確認されている。

また、本実施形態においては、ガスバーナ弁３３は、微粉炭バーナ１を着火させる際、接続流路３０を２回開閉する。この構成によれば、予め設定したＴ秒が短い場合であっても、その点火サイクルのなかで点火ガスバーナ２２を点火させることができる。
また、本実施形態では、ガスバーナ弁３３は、接続流路３０を開き、接続流路３０の圧力がピークｐ１を超えて下がり始めたら、接続流路３０を閉じるようになっている。この構成によれば、一回目のガスバーナ弁３３の開きで、ガス母管の圧力が抜けたことを確認できるため、二回目のガスバーナ弁３３の開きでガス火炎を安定して形成できる。

このように、上述の本実施形態によれば、微粉炭バーナ１と、微粉炭バーナ１を着火させる点火ガスバーナ２２と、点火ガスバーナ２２とガス母管とを接続する接続流路３０と、微粉炭バーナ１を着火させる際、接続流路３０を２回開閉するガスバーナ弁３３と、を有する、バーナ装置Ａを採用することによって、微粉炭バーナ１であっても、オイルバーナを使用することなく、微粉炭バーナ１を着火させることができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、タイマー制御によりガスバーナ弁３３を開閉させる構成について説明したが、例えば、ガスバーナ弁３３が、現場圧力計３４の検出結果に基づいて、接続流路３０を複数回開閉する構成を採用してもよい。例えば、図３に示すように、接続流路３０の圧力がピークｐ１を超えて下がり始めたら、ガスバーナ弁３３が閉じ、その後、接続流路３０の圧力が０ＭＰａまで下がったら、ガスバーナ弁３３が開くようになっていてもよい。

また、例えば、上記実施形態では、ガスバーナ弁３３が、微粉炭バーナ１を着火させる際、接続流路３０を２回開閉する構成について説明したが、例えば、ガス母管の圧力が上記実施形態より高い場合であって、数回、ガス母管の圧力を抜く必要がある場合には、接続流路３０をガスバーナ弁３３で３回以上開閉してもよい。

また、例えば、上述の本実施形態では、本発明を微粉炭バーナ１に適用した構成について説明したが、微粉炭以外の他の周知の低揮発成分燃料を燃焼させるバーナ装置に限らず、石炭以外の他の化石燃料（石油、天然ガス等）を燃焼させるバーナ装置にも本発明を適用することができる。

Ａ バーナ装置
１ 微粉炭バーナ（バーナ）
２２ 点火ガスバーナ
３０ 接続流路
３３ ガスバーナ弁
３４ 現場圧力計（圧力計）

Claims (5)

1. バーナと、
   前記バーナを着火させる点火ガスバーナと、
   前記点火ガスバーナとガス母管とを接続する接続流路と、
   前記バーナを着火させる際、前記接続流路を複数回開閉するガスバーナ弁と、を有し、
   前記ガスバーナ弁は、前記接続流路を開き、前記接続流路の圧力がピークを超えて下がり始めたら前記接続流路を閉じ、前記接続流路の圧力が初期圧力まで下がったら前記接続流路を開く、ことを特徴とするバーナ装置。
2. 前記接続流路において前記ガスバーナ弁よりも下流側に設けられた圧力計を有し、
   前記ガスバーナ弁は、前記圧力計の検出結果に基づいて、前記接続流路を複数回開閉する、ことを特徴とする請求項１に記載のバーナ装置。
3. 前記バーナは、微粉炭バーナである、ことを特徴とする請求項１または２に記載のバーナ装置。
4. 前記点火ガスバーナは、２８０Ｎｍ^３／ｈ以上の容量を有する、ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバーナ装置。
5. バーナと、
   前記バーナを着火させる点火ガスバーナと、
   前記点火ガスバーナとガス母管とを接続する接続流路と、
   前記接続流路を開閉するガスバーナ弁と、を有する、バーナ装置の着火方法であって、
   前記バーナを着火させる際、前記ガスバーナ弁を用いることにより、前記接続流路を開き、前記接続流路の圧力がピークを超えて下がり始めたら前記接続流路を閉じ、前記接続流路の圧力が初期圧力まで下がったら前記接続流路を開く、ことを特徴とするバーナ装置の着火方法。

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