JP7075287B2 - 油焚きバーナおよび多管式貫流ボイラ - Google Patents

Description

本発明は、油焚きバーナおよびこれを備えた多管式貫流ボイラに関し、特に、ターンダウン比を向上させることができる油焚きバーナおよびこれを備えた多管式貫流ボイラに関する。

従来、温水機や蒸気ボイラなどに利用される燃焼装置として油焚きバーナが知られている。油焚きバーナには、高燃焼用ノズルと低燃焼用ノズルとを含む複数の燃料噴霧ノズルを備えたものがある。このような油焚きバーナでは、燃料を噴霧するノズルを適宜選択して噴霧量を調整することにより、多段階の燃焼を行うことができる（例えば、特許文献１）。

また、燃焼装置の前方に複数の水管で囲まれた燃焼室を設けて、水管内を流れる流体を燃焼装置によって加熱できるように構成した多管式貫流ボイラが知られている（例えば、特許文献２）。多管式貫流ボイラの燃焼装置として、上記の油焚きバーナを用いることができる。

特開２０１３－１６７３６６号公報 特開２０１５－１３５２１８号公報 特開２００９－４１８１６号公報

油焚きバーナにおいて、低燃焼時における燃料の噴霧量を低減させながらも燃焼を安定させ、ターンダウン比を向上させることが求められている。ここで、ターンダウン比とは、燃焼装置の定格燃料流量または定格燃焼量と制御可能な最低燃料流量または最低燃焼量との比であり、例えばターンダウン比１：３では、定格燃焼量の１／３が最低燃焼量となる。

温水機や蒸気ボイラにおいて、最低燃焼量以下の低負荷域では、バーナが停止と燃焼とを繰り返すことがある。バーナが停止し、再び着火動作に入る前には、掃気動作が必要になり、発停頻度が増える程、運転効率が低下してしまう。これに対して、ターンダウン比が大きく最低燃焼量が低い場合、バーナを停止させることなく連続運転させることができる。また、負荷範囲が広がるため、バーナが停止することが抑制される。このため、バーナの再着火時に必要となる掃気動作が不要となり、運転効率が向上するので、ランニングコストを削減することができる。

しかしながら、従来の油焚きバーナの構成では、低燃焼用ノズルの噴霧位置などによって低燃焼時の燃焼の安定性の確保が困難になり、ターンダウン比を大きくできない場合があった。また、特に低燃焼時において、噴霧燃料と燃焼空気との混合が十分でないと、着火に問題が生じたり燃焼安定性が低下する場合があった。さらに、上記のような油焚きバーナを多管式貫流ボイラの燃焼装置として用いる場合において、噴霧ノズルと水管との配置関係によって燃焼性能が低下するおそれがあることが本発明者によりわかった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、複数の噴霧ノズルを有し高ターンダウン比を実現することができる油焚きバーナおよびこれを用いた多管式貫流ボイラを提供することをその目的とする。

本発明の実施形態による油焚きバーナは、燃料を噴射するための複数の噴霧ノズルであって、２つの低燃焼用ノズルと、中燃焼用ノズルと、高燃焼用ノズルとを含む複数の噴霧ノズルと、前記複数の噴霧ノズルを収容し燃焼空気が流れるように構成された燃焼筒と、前記燃焼筒の内側に設けられた保炎板であって、前記複数の噴霧ノズルの噴霧口を覆わないように設けられた中央開口部および前記中央開口部の外側に設けられた複数のスリットを有する保炎板と、前記燃焼筒の内側において前記複数の噴霧ノズルの手前側で周方向に間隙を開けて配置された複数の旋回羽根であって、前記保炎板に向かう燃焼空気を旋回させるように構成された複数の旋回羽根とを備え、前記２つの低燃焼用ノズルがバーナ中心軸を挟んで対向し、かつ、前記中燃焼用ノズルと前記高燃焼用ノズルとが前記バーナ中心軸を挟んで対向するように設けられている。

ある実施形態において、上記の油焚きバーナは、前記燃焼筒の内側において前記複数の旋回羽根と前記保炎板との間に設けられた整流板をさらに備える。

ある実施形態において、前記整流板の径が、前記保炎板に設けられた前記中央開口部の径の１．４～１．６倍に設定されている。

ある実施形態において、前記バーナ中心軸方向から見たときの前記複数の旋回羽根の羽先円の径と前記保炎板に設けられた前記複数のスリットの先端部が位置する円の径が実質的に同じである。

ある実施形態において、前記保炎板と前記複数の旋回羽根との前記バーナ中心軸方向における距離が、前記複数の旋回羽根の羽先円の径の０．８～０．９倍に設定されている。

ある実施形態において、前記２つの低燃焼用ノズルと、前記中燃焼用ノズルと、前記高燃焼用ノズルとは、前記バーナ中心軸に対して等距離かつ点対称の位置に配置され、前記バーナ中心軸の周りで周方向に等間隔に設けられている。

ある実施形態において、低燃焼は、前記２つの低燃焼用ノズルから同時に燃料を噴霧させることによって行われ、中燃焼は、前記２つの低燃焼用ノズルおよび前記中燃焼用ノズルから同時に燃料を噴霧させることによって行われ、高燃焼は、前記２つの低燃焼用ノズル、前記中燃焼用ノズルおよび前記高燃焼用ノズルから同時に燃料を噴霧させることによって行われ、前記２つの低燃焼用ノズルのそれぞれの噴霧量は定格の１０％であり、前記中燃焼用ノズルの噴霧量は定格の３０％であり、前記高燃焼用ノズルの噴霧量は定格の５０％であり、ターンダウン比が１：５である。

本発明の実施形態による多管式貫流ボイラは、上記のいずれかの油焚きバーナと、前記油焚きバーナの燃焼室を囲むように配置された内側水管列であって、多数の水管を環状に配列し隣接する水管同士を連結して内方に円形の前記燃焼室を形成する内側水管列と、前記内側水管列の外側に配置され、隣接する水管同士を連結して前記内側水管列との間に環状の排ガス通路を形成する外側水管列とを備え、前記内側水管列には、前記燃焼室と前記排ガス通路を連通させる排ガス燃焼室出口が形成されており、前記外側水管列には、バーナ中心軸方向からみたときに前記排ガス燃焼室出口と１８０°反対側の位置に前記排ガス通路と煙道とを連通させる排ガス本体出口が形成されており、前記バーナ中心軸方向から見たときに、前記排ガス燃焼室出口と前記排ガス本体出口とを結ぶ直線によって規定される排ガス出口方向と、前記油焚きバーナの前記２つの低燃焼ノズルの対向配置方向とが４０～５０°の角度で交わっている。

ある実施形態において、前記バーナ中心軸方向から見たときに、前記油焚きバーナの前記中燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルとの対向配置方向と、前記排ガス出口方向とが４０～５０°の角度で交わる。

ある実施形態において、前記排ガス出口方向と、前記油焚きバーナの前記２つの低燃焼ノズルの対向配置方向とが略４５°の角度で交わる。

本発明の実施形態にかかる油焚きバーナによれば、特に低燃焼時の安定性を向上させてターンダウン比を向上させることができ、本発明の実施形態にかかる多管式貫流ボイラでは燃焼性能を向上させることができる。

本発明の実施形態による油焚きバーナの全体構成を示す図である。 本発明の実施形態による油焚きバーナの燃焼部を示す模式的な断面図である。 本発明の実施形態による油焚きバーナの燃焼部の構成を拡大して示す図であり、（ａ）はバーナ中心軸方向から見たときの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態による油焚きバーナの燃焼部の近傍を示す模式的な図であり、（ａ）はバーナ内部の側面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の実施形態による油焚きバーナを備えた多管式貫流ボイラを示す模式的な図である。 図５に示す多管式貫流ボイラにおける内側水管列および外側水管列の配置および油焚きバーナの噴霧ノズルの配置を示す平図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態による油焚きバーナ１００を示す模式図である。本実施形態の油焚きバーナ１００は、高圧の燃料油をノズルから噴射することにより、空気や蒸気などの霧化媒体を用いずに微粒化した燃料油を噴霧する、圧力噴霧式の油焚きバーナ（油圧噴霧式燃焼装置）１００である。

図１に示すように、油焚きバーナ１００は、複数の燃料噴霧ノズル１４を含む燃焼部１０と、燃焼部１０に燃料を供給するための燃料供給ライン２０と、燃焼部１０に燃焼空気を供給するための燃焼空気供給ライン３０とを備えている。

燃料供給ライン２０には、燃料油貯蔵部２１に連通するストレーナ２２と、ストレーナ２２によって清浄化された燃料油を加圧する噴燃ポンプ２４と、噴燃ポンプ２４の下流側に接続された元遮断用電磁弁２６とが設けられている。また、元遮断用電磁弁２６の下流側には、低燃焼用、中燃焼用、高燃焼用の３つの分岐したサブ供給ライン２８ａ、２８ｂ、２８ｃが接続されており、各サブ供給ラインには電磁弁２９ａ、２９ｂ、２９ｃがそれぞれ設けられている。

燃焼空気供給ライン３０には、送風機３１と、送風機３１に接続された空気配管と、燃焼空気の風量を調整するためのエアダンパ３９とが設けられている。

燃焼部１０は、燃焼筒１２の内側に、２つの低燃焼用ノズル１４ａと、１つの中燃焼用ノズル１４ｂと、１つの高燃焼用ノズル１４ｃとが配置された構成を有している。これらの噴霧ノズル１４は、リターンフロー式のノズルではなく、流量調整機構を備えないオンオフ制御ノズル（全量式ノズルまたはノンリターン型ノズル）である。噴霧ノズル１４は、燃料を円錐状に噴霧させることができ、その噴霧角は例えば３０°～６０°（本実施形態では４５°）に設定されている。

２つの低燃焼用ノズル１４ａには、低燃焼用のサブ供給ライン２８ａから分岐された供給ラインによって燃料油が供給される。また、中燃焼用ノズル１４ｂには中燃焼用のサブ供給ライン２８ｂにより、高燃焼用ノズル１４ｃには高燃焼用のサブ供給ライン２８ｃにより、それぞれ燃料油が供給される。また、燃焼筒１２の内側には、燃焼空気供給ライン３０において風量が調整された燃焼空気が供給される。

燃焼部１０では、加圧された燃料油を噴霧ノズル１４から噴霧させ、これを燃焼空気供給ライン３０から供給された燃焼空気と混合して、この混合気体に着火することによって燃焼を行う。燃料の噴霧量は、図示しない制御装置によって電磁弁２９ａ、２９ｂ、２９ｃの開閉を制御することによって調整され、燃焼空気の供給量は制御装置によってエアダンパ３９の開度を制御することによって燃料噴霧量に適合するように調整される。このように構成された油圧噴霧式の油焚きバーナ１００において、噴霧量の多寡にかかわらず、燃料油供給圧は概ね一定の圧力に維持されており、その圧力は例えば０．５～２．０ＭＰａである。

本実施形態の油焚きバーナ１００は、燃焼停止、低燃焼、中燃焼、高燃焼の４段階（４位置）の燃焼を行うことができる。低燃焼は、２つの低燃焼用ノズル１４ａから同時に燃料を噴霧させるとともに、中燃焼用ノズル１４ｂおよび高燃焼用ノズル１４ｃからは燃料を噴霧させない（すなわち、元遮断用電磁弁２６と電磁弁２９ａのみを開放する）ことによって実行することができる。中燃焼は、２つの低燃焼用ノズル１４ａおよび中燃焼用ノズル１４ｂから同時に燃料を噴霧させ、高燃焼用ノズル１４ｃからは燃料を噴霧させない（すなわち、元遮断用電磁弁２６と、電磁弁２９ａおよび電磁弁２９とを開放する）ことによって実行することができる。高燃焼は、４つ全ての噴霧ノズル１４（２つの低燃焼ノズル１４ａ、中燃焼用ノズル１４ｂおよび高燃焼用ノズル１４ｃ）から同時に燃料を噴霧させる（すなわち、元遮断用電磁弁２６と、全ての電磁弁２９ａ、２９ｂ、２９ｃとを開放する）ことによって実行することができる。

図２、図３（ａ）および図３（ｂ）は、油焚きバーナ１００の燃焼部１０の具体的な構成を示す図である。図２は燃焼部１０の例示的な構成を示す模式的な断面図であり、図３（ａ）は４つの噴霧ノズル１４の配置を示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ－Ａ線に沿った断面図である。

図２に示すように、燃焼部１０には、燃焼空気供給ライン３０に連通するウインドボックス３２や、ウインドボックス３２に設けられたのぞき窓３３、火炎監視器３４などが設けられている。ウインドボックス３２の内側には整流管３５が設けられ、整流管３５の内側にはブラスト管（ドラフトチューブなどとも呼ばれる）３６が設けられている。

本実施形態において、ブラスト管３６の先端にはフレームファンネル３７が接続されている。なお、本明細書では、ブラスト管３６およびフレームファンネル３７を燃焼筒１２（図１など）と称することがあり、噴霧ノズル１４の外側を囲むように配置された筒体を広く燃焼筒１２と呼ぶこととする。

ウインドボックス３２に供給された燃焼空気は、図において白矢印で示すように、整流管３５およびブラスト管３６を通過して、整流されてフレームファンネル３７に向けて供給される。フレームファンネル３７は、先端方向に向かって内径が拡大する形状を有していてもよい。また、フレームファンネル３７の出口には、リング状の絞り部材３７Ａ（図４（ａ）参照）が設けられていてもよい。

ブラスト管３６とフレームファンネル３７とによって構成される燃焼筒１２の内側には、４つの噴霧ノズル１４が収容されている。なお、図２には簡単のために１つの噴霧ノズル１４のみを示しているが、実際には図１、図３（ａ）に示すように、４つの噴霧ノズル１４が設けられている。なお、噴霧ノズル１４に接続された燃料供給管１５は、バーナ中心軸１０ｘと平行に延びるように設けられており、芯出し棒１５ａによって支持されている。燃料供給管１５は、燃料供給ライン２０（図１参照）に接続されており、黒矢印で示すように、その内部を高圧の燃料油が流れるように構成されている。

本実施形態の油焚きバーナ１００は、図３（ａ）に示すように、燃焼部１０において、２つの低燃焼用ノズル１４ａと、中燃焼用ノズル１４ｂと、高燃焼用ノズル１４ｃとをバーナ中心軸１０ｘ（燃焼筒１２の中心軸）の周囲に備えている。また、低燃焼用ノズル１４ａの一方の近傍には、着火のための点火棒１８の先端部分が位置している。

これら４つの噴霧ノズル１４は、燃焼筒１２によって包囲されている。また、燃焼筒１２の内側において、噴霧ノズル１４の前方には、噴霧ノズル１４に対応する位置に中央開口部１６ａが設けられた保炎板１６が設けられており、噴霧ノズル１４からは、中央開口部１６ａを介して燃料が前方に噴霧される。中央開口部１６ａは、典型的には円形の平面形状を有しているが、これに限られず多角形の平面形状を有していてもよい。

保炎板１６には、また、放射状に設けられた複数のスリット１６ｂ、ここでは８本のスリット１６ｂおよびスリットカバー１６ｃが設けられている。複数のスリット１６ｂは、中央開口部１６ａから外側に延びるように設けられ、スリットカバー１６ｃは各スリット１６ｂの片側のエッジを開放させるように設けられている。この構成において、燃焼空気（一次空気）は、中央開口部１６ａおよび各スリット１６ｂを通って、保炎板１６の前方で旋回流をなすように供給され得る。これによって、噴霧ノズル１４から噴霧された燃料が燃焼空気によって撹拌され、噴霧燃料と燃焼空気とが均一に混合しやすくなっている。

燃焼空気を旋回させるために設けられたスリット１６ｂの数は、例えば４本～１２本であってよい。また、スリット１６ｂは、典型的には中央開口部１６ａから外側に向かって延びるように中央開口部１６ａとつながった態様で形成されるが、中央開口部１６ａと分離して設けられていてもよい。

また、燃焼筒１２と保炎板１６との間の空隙からは二次空気が供給されるとともに、油焚きバーナ１００では、図４（ａ）に示すように、一次空気をより効果的に旋回させるための複数の旋回羽根１７が保炎板１６の背面側に設けられている。旋回羽根１７の詳細については後述する。

再び図３（ａ）および（ｂ）を参照して噴霧ノズル１４の構成を説明する。本実施形態では、２つの低燃焼用ノズル１４ａは、バーナ中心軸１０ｘを挟んで対向するように設けられている。同様に、中燃焼用ノズル１４ｂおよび高燃焼用ノズル１４ｃはバーナ中心軸１０ｘを挟んで対向するように設けられている。より具体的には、上記４つの噴霧ノズル１４は、バーナ中心軸１０ｘに対して等距離かつ点対称の位置に配置されており、バーナ中心軸１０ｘの周りで、周方向に等間隔に（すなわち、９０°づつ回転した位置に）設けられている。

本実施形態では、２つの低燃焼用ノズル１４ａの噴霧量（ノズル口径など）は、同等になるように設計されている。一方で、中燃焼用ノズル１４ｂの噴霧量は、低燃焼用ノズル１４ａの噴霧量よりも大きくなるように設計されている。同様に、高燃焼用ノズル１４ｃの噴霧量も、低燃焼用ノズル１４ａの噴霧量よりも大きくなるように設計されている。高燃焼用ノズル１４ｃの噴霧量はまた、中燃焼用ノズル１４ｂの噴霧量よりも大きく設定されていてもよい。

より具体的な例を挙げると、２つの低燃焼用ノズル１４ａのそれぞれの噴霧量は例えば定格の約１０．０％に設定され、中燃焼用ノズル１４ｂの噴霧量は例えば定格の約３０．０％に設定され、高燃焼用ノズル１４ｃの噴霧量は例えば定格の約５０．０％に設定される。この例において、最低燃焼量は、定格燃焼量の２０％となり、ターンダウン比は１：５となる（下記の実施例Ｎｏ．１）。

下記の表１に、種々の実施例Ｎｏ．１～Ｎｏ．６における、２つの低燃焼用ノズル１４ａ、中燃焼用ノズル１４ｂ、高燃焼用ノズル１４ｃの噴霧量と、実現されるターンダウン比とを示す。表１において、噴霧量は、最大（定格）噴霧量に対する割合（％）で示されており、全てのノズル１４ａ、１４ｂ、１４ｃから燃料を噴霧させたときに１００％の最大噴霧量となる。

表１に示すように、２つの低燃焼用ノズル１４ａの噴霧量は例えば１０％～１５％に設定され、中燃焼用ノズル１４ｂの噴霧量は例えば２０％～４０％に設定され、高燃焼用ノズル１４ｃの噴霧量は例えば４０％～５０％に設定される。ただし、各ノズルの噴霧量はこれらに限られるものではない。

以上に説明したように、本実施形態の油焚きバーナ１００では、２つの低燃焼用ノズル１４ａをバーナ中心軸１０ｘに対して対向配置させて２つのノズルから燃料を同時に噴霧させるようにしているので、１つのノズルを用いる場合と比較して、燃料噴霧量が低いときにも燃焼の安定性を確保することができる。また、低燃焼においても、高圧の燃料油を２つの低燃焼用ノズル１４ａから噴霧させることができ、燃料の微粒化が適切に行われるので、燃焼を安定して行うことができる。したがって、上記のような高ターンダウン比を実現することができる。本実施形態の油焚きバーナによれば、１：５以上（最低燃焼量が定格燃焼量の１／５以下）のターンダウン比を実現することが可能である。

また、図４（ａ）に示すように、本実施形態による油焚きバーナ１００の燃焼部１０は、燃焼筒１２の内側において、燃焼空気を旋回させるための複数の旋回羽根１７を備えている。なお、特許文献３（特開２００９－４１８１６号公報）には、旋回翼を備えた圧力噴霧バーナを開示されている。

本実施形態の油焚きバーナ１００において、旋回羽根１７は、４つの噴霧ノズル１４の手前側、より具体的には、４つの噴霧ノズル１４の根本近傍において燃料供給管１５の周囲を囲むようにして保炎板１６の背面側（上流側）に設けられている。なお、図示する態様では、６つの旋回羽根１７が６０°間隔で周方向に間隙を開けて配置されているが、これに限られず、旋回羽根１７の枚数は、例えば４～１２枚であってよい。また、各旋回羽根１７の羽根面の角度は、バーナ中心軸方向に対して例えば３０～６０°（好適には、４０°～５０°）傾くように設けられていてよい。各旋回羽根１７は、空気の旋回を適切に行える限り、任意の形状を有していてよい。

ここで、図４（ａ）および（ｂ）からわかるように、バーナ中心軸方向から見たときの複数の旋回羽根１７の羽先円の径Ｄｓと、保炎板１６に設けられた複数のスリット１６ｂの先端部が位置する円Ｃ１の径Ｄｂは実質的に同じ（誤差１０％以内）であるように設定されている。これによって、旋回羽根１７を通過し、さらに、保炎板１６のスリット１６ｂを通過して噴霧ノズル１４の前方に流れる燃焼空気を、効果的に旋回させることができる。

一方で、燃焼筒１２の内側で旋回羽根１７および保炎板１６の外側を通って流れる燃焼空気（二次空気）は、旋回羽根１７による旋回の影響を受けにくい。このため、一次空気とは異なり、二次空気は、燃焼筒１２の壁面に沿ってノズル前方の燃焼室へとスムーズに供給される。

このように、本実施形態では、旋回羽根１７によって予め保炎板１６の手前で一次空気を旋回させておくことによって噴霧ノズル１４から噴霧される燃料との混合をより均一に行うことが可能になり、また同時に、二次空気を直流的にスムーズに供給することができる。このため、着火の安定性や保炎性が良好な安定した燃焼を行うことが可能である。また、燃料と一次空気との均一混合が促進されるので、着火時の発煙を抑制し、また、不完全燃焼を抑制してＮＯｘ発生量やＣＯ発生量を低減することができる。

また、図４（ａ）に示すように、本実施形態による油焚きバーナ１００の燃焼部１０は、燃焼筒１２の内側においてバーナ中心軸の周囲に配置された整流板１９を備えている。整流板１９は、旋回羽根１７と保炎板１６との間に位置している。整流板１９は、例えば、多数の孔が設けられた板部材であってもよいし、格子状あるいはハニカム構造状の整流板であってもよい。整流板１９は、そこを通過する燃焼空気を整流し得るものである限り、任意の形状を有していてよい。このような整流板１９を用いれば、旋回羽根１７によって形成された旋回流の乱れが抑制され、特に、保炎板１６の中央開口部１６ａを通過する燃焼空気を整流することができるので、保炎板１６の前方において噴霧燃料と一次空気との混合をさらに均一に行い得る。

また、本実施形態では、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、整流板１９の径Ｄｈが、保炎板１６に設けられた中央開口部１６ａの径Ｄａの１．４～１．６倍に設定されている。整流板１９の形状は円形であるが、上記のような径に設定することによって、着火時の発煙、吹き消を効果的に抑え、着火安定性がより向上するという効果が得られる。さらに、本実施形態では、保炎板１６と旋回羽根１７とのバーナ中心軸方向における距離Ｈｓが、複数の旋回羽根１７の羽先円の径Ｄｓの０．８～０．９倍に設定されている。このことによって、低燃焼時における燃料と空気との混合をさらに向上させることができるという効果が得られる。

以上のように、本実施形態の油焚きバーナ１００によれば、対向配置させた２つの低燃焼ノズルを用いて低燃焼時にも燃料を安定噴霧できるとともに、噴霧燃料と混合される一次空気の旋回性および整流性を向上させているので、着火性、保炎性が向上した安定燃焼を行うことができる。これにより、１：５以上の高ターンダウン比を実現することができる。

以下、上記の４つの噴霧ノズル１４を備えた油焚きバーナ１００を用いて構成された本実施形態の多管式貫流ボイラ２００を説明する。

図５は、多管式貫流ボイラ２００の構成を示す図である。多管式貫流ボイラ２００は、図１等に示した油焚きバーナ１００の燃焼部１０の前方の燃焼空間を囲むようにして、内方に円形の燃焼室４１を形成する内側水管列４０と、内側水管列４０の外側に間隙を開けて同心状に設けられた外側水管列４２とを有している。内側水管列４０と外側水管列４２との間には、燃焼室４１からの排ガスを流すための排ガス通路４３が形成されている。

図６に示すように、内側水管列４０は、多数の水管４０ａを環状に配列し、一部を除いて、隣接する水管４０ａ同士を帯板状のフィン部材４０ｂにより密閉状に連結することによって構成されている。また、外側水管列４２は、多数の水管４２ａを内側水管列４０の外方位置に環状に配列し、一部を除いて、隣接する水管４２ａ同士を帯板状のフィン部材４２ｂにより密閉状に連結することによって構成されている。なお、図６には、燃焼室４１の中央部に設けられた２つの低燃焼用ノズル１４ａ、中燃焼用ノズル１４ｂ、高燃焼用ノズル１４ｂの配置も示されている。

再び図５を参照して、内側水管列４０および外側水管列４２を構成する各水管４０ａ、４２ａの上端部及び下端部には、環状の上部ヘッダー４４及び下部ヘッダー４５がそれぞれ接続されている。上部ヘッダー４４及び下部ヘッダー４５は、断面形状が矩形の中空構造の環状に形成されており、両ヘッダー４４、４５には、各水管４０ａ、４２ａの上端部及び下端部がそれぞれ連通状に接続されている。

上部ヘッダー４４、各水管列４０、４２、および下部ヘッダー４５の内部を流れる水は、燃焼室４１からの熱や、燃焼室４１から排気される高温の排ガスからの熱によって加熱される。本実施形態では、燃焼部１０は、例えば垂直方向に延びるように配置された内側水管列４０および外側水管列４２の上方に配置され、下方に形成された燃焼室４１の内部で燃焼を行うように構成されている。なお、図示していないが、上部ヘッダー４４には、蒸気管及び気水分離器等が接続されていてよく、下部ヘッダー４５には、気水分離器からの戻り管、給水管及び給水ポンプ等が接続されていてよい。

このように構成された多管式貫流ボイラ２００において、図６に示すように、燃焼室４１からの排ガスＧは、内側水管列４０の切れ目である排ガス燃焼室出口４７を通り、内側水管列４０と外側水管列４２との間に形成された環状の排ガス通路４３を通り、その後、外側水管列４２の切れ目である排ガス本体出口４８を通って煙道４９へと流れる。なお、内側水管列４０において、排ガス燃焼室出口４７は、水管４０ａの略全長に亘って形成されており、外側水管列４２において、排ガス本体出口４８は、水管４２ａの略全長に亘って形成されている。

より具体的には、バーナ燃焼部１０の燃焼により燃焼室４１内で発生した排ガスＧは、内側水管列４０に形成した排ガス燃焼室出口４７から環状の排ガス通路４３に流入し、ここで二方向に分かれて排ガス通路４３内を円周方向に略半周し、その間に排ガスＧの保有熱を対流伝熱（接触伝熱）により内側水管列４０及び外側水管列４２の各水管４０ａ、４２ａに熱を与えて排ガスＧ温度を低下させた後、二方向に分かれていた排ガスＧが排ガス本体出口４８で合流し、ここから煙道４９へ排出されるようになっている。このようなタイプの多管式貫流ボイラは、ωフロータイプと呼ばれることがある。

本実施形態において、上記の内側水管列４０に設けられた排ガス燃焼室出口４７と、外側水管列４２に設けられた排ガス本体出口４８とは、バーナ中心軸方向から見たときに、１８０°反対側の位置に設けられている。そして、バーナ中心軸方向から見たときに、排ガス燃焼室出口４７と排ガス本体出口４８とを結ぶ直線によって規定される排ガス出口方向Ｄ１と、油焚きバーナ１００の２つの低燃焼用ノズル１４ａの対向配置方向Ｄ２とが４０～５０°の角度θ１、より具体的には略４５°で交わるように配置されている。同様に、上記の排ガス出口方向Ｄ１と、中燃焼用ノズル１４ｂと高燃焼用ノズル１４ｃとの対向配置方向Ｄ３（ここでは、低燃焼ノズル１４ａの対向配置方向Ｄ２に直交する方向）とが４０～５０°の角度θ２、より具体的には略４５°で交わるように配置されている。

以上の構成において、噴霧ノズル１４（より具体的には、一方の低燃焼用ノズル１４ａと中燃焼用ノズル１４ｂ）と排ガス燃焼室出口４７との距離を比較的大きくでき、ショートパスを防止して、良好な燃焼を行うことができることがわかった。

なお、図６に示すように、内側水管列４０及び外側水管列４２の各々において、排ガス燃焼室出口４７に近い側の隣接水管４０ａ、４２ａをより近接して連結するとともに、排ガス本体出口４８に近い側の隣接水管４０ａ、４２ａをより離して連結してもよい。また、排ガス燃焼室出口４７に近い側のフィン部材４２ｂの厚さを、排ガス本体出口４８に近い側のフィン部材４２ｂの厚さよりも大きくしてもよい。このように構成すれば、より高温である排ガスＧの近傍でより多くの水に熱を伝えることができるので、伝熱効率を向上させてエネルギー利用効率を向上させ得る。

以上、本発明の実施形態について説明したが、種々の改変が可能である。例えば、上記には４つの噴霧ノズルを設ける構成を説明したが、５つ以上の噴霧ノズルが設けられていてもよく、この場合にも、２つ（あるいは４つ以上の偶数個）の低燃焼用ノズルが、バーナ中心軸を挟んで対向して配置することが好ましい。また、上記の内側水管列４０および外側水管列４２は、特許文献2に記載のように、少なくとも一部の領域において、水管４０ａ、４２ａを円周方向に沿って千鳥配列状に設けて、排ガス通路４３を流れる排ガスＧの乱流を増加させ、排ガス保有熱の熱吸収を増大させるように構成されていてもよい。

本発明の実施形態による油焚きバーナは、各種の蒸気ボイラや温水機などに用いられる燃焼装置として好適に利用され、例えば多管式貫流ボイラの燃焼装置として好適に利用される。

１０ 燃焼部
１２ 燃焼筒
１４ 噴霧ノズル
１４ａ 低燃焼用ノズル
１４ｂ 中燃焼用ノズル
１４ｃ 高燃焼用ノズル
１５ 燃料供給管
１６ 保炎板
１６ａ 中央開口部
１６ｂ スリット
１７ 旋回羽根
１８ 点火棒
１９ 整流版
２０ 燃料供給ライン
２１ 燃料油貯蔵部
２２ ストレーナ
２４ 噴燃ポンプ
２６ 元遮断用電磁弁
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ サブ供給ライン
２９ａ、２９ｂ、２９ｃ 電磁弁
３０ 燃焼空気供給ライン
３１ 送風機
３２ ウィンドボックス
３５ 整流管
３６ ブラスト管 （燃焼筒１２）
３７ フレームファンネル （燃焼筒１２）
３９ エアダンパ
４０ 内側水管列
４１ 燃焼室
４２ 外側水管列
４４ 上部ヘッダ
４５ 下部ヘッダ
４７ 排ガス燃焼室出口
４８ 排ガス本体出口
４９ 煙道
１００ 油焚きバーナ
２００ 多管式貫流ボイラ

Claims (10)

1. 燃料を噴射するための複数の噴霧ノズルであって、２つの低燃焼用ノズルと、中燃焼用ノズルと、高燃焼用ノズルとを含む複数の噴霧ノズルと、
   前記複数の噴霧ノズルを収容し燃焼空気が流れるように構成された燃焼筒と、
   前記燃焼筒の内側に設けられた保炎板であって、前記複数の噴霧ノズルの噴霧口を覆わないように設けられた中央開口部および前記中央開口部の外側に設けられた複数のスリットを有する保炎板と、
   前記燃焼筒の内側において前記複数の噴霧ノズルの手前側で周方向に間隙を開けて配置された複数の旋回羽根であって、前記保炎板に向かう燃焼空気を旋回させるように構成された複数の旋回羽根と、
   前記燃焼筒の内側において前記複数の旋回羽根と前記保炎板との間に設けられた整流板と
   を備え、
   前記２つの低燃焼用ノズルがバーナ中心軸を挟んで対向し、かつ、前記中燃焼用ノズルと前記高燃焼用ノズルとが前記バーナ中心軸を挟んで対向するように設けられている、油焚きバーナ。
2. 前記整流板の径が、前記保炎板に設けられた前記中央開口部の径の１．４～１．６倍に設定されている、請求項１に記載の油焚きバーナ。
3. 前記バーナ中心軸方向から見たときの前記複数の旋回羽根の羽先円の径と前記保炎板に設けられた前記複数のスリットの先端部が位置する円の径が実質的に同じである、請求項１または２に記載の油焚きバーナ。
4. 前記保炎板と前記複数の旋回羽根との前記バーナ中心軸方向における距離が、前記複数の旋回羽根の羽先円の径の０．８～０．９倍に設定されている、請求項１から３のいずれかに記載の油焚きバーナ。
5. 前記２つの低燃焼用ノズルと、前記中燃焼用ノズルと、前記高燃焼用ノズルとは、前記バーナ中心軸に対して等距離かつ点対称の位置に配置され、前記バーナ中心軸の周りで周方向に等間隔に設けられている、請求項１から４のいずれかに記載の油焚きバーナ。
6. 低燃焼は、前記２つの低燃焼用ノズルから同時に燃料を噴霧させることによって行われ、中燃焼は、前記２つの低燃焼用ノズルおよび前記中燃焼用ノズルから同時に燃料を噴霧させることによって行われ、高燃焼は、前記２つの低燃焼用ノズル、前記中燃焼用ノズルおよび前記高燃焼用ノズルから同時に燃料を噴霧させることによって行われ、
   前記２つの低燃焼用ノズルのそれぞれの噴霧量は定格の１０％であり、前記中燃焼用ノズルの噴霧量は定格の３０％であり、前記高燃焼用ノズルの噴霧量は定格の５０％であり、ターンダウン比が１：５である、請求項１から５のいずれかに記載の油焚きバーナ。
7. 燃料を噴射するための複数の噴霧ノズルであって、２つの低燃焼用ノズルと、中燃焼用ノズルと、高燃焼用ノズルとを含む複数の噴霧ノズルと、前記複数の噴霧ノズルを収容し燃焼空気が流れるように構成された燃焼筒と、前記燃焼筒の内側に設けられた保炎板であって、前記複数の噴霧ノズルの噴霧口を覆わないように設けられた中央開口部および前記中央開口部の外側に設けられた複数のスリットを有する保炎板と、前記燃焼筒の内側において前記複数の噴霧ノズルの手前側で周方向に間隙を開けて配置された複数の旋回羽根であって、前記保炎板に向かう燃焼空気を旋回させるように構成された複数の旋回羽根とを備え、前記２つの低燃焼用ノズルがバーナ中心軸を挟んで対向し、かつ、前記中燃焼用ノズルと前記高燃焼用ノズルとが前記バーナ中心軸を挟んで対向するように設けられている油焚きバーナと、
   前記油焚きバーナの燃焼室を囲むように配置された内側水管列であって、多数の水管を環状に配列し隣接する水管同士を連結して内方に円形の前記燃焼室を形成する内側水管列と、
   前記内側水管列の外側に配置され、隣接する水管同士を連結して前記内側水管列との間に環状の排ガス通路を形成する外側水管列と、
   を備え、
   前記内側水管列には、前記燃焼室と前記排ガス通路を連通させる排ガス燃焼室出口が形成されており、前記外側水管列には、バーナ中心軸方向からみたときに前記排ガス燃焼室出口と１８０°反対側の位置に、前記排ガス通路と煙道とを連通させる排ガス本体出口が形成されており、
   前記バーナ中心軸方向から見たときに、前記排ガス燃焼室出口と前記排ガス本体出口とを結ぶ直線によって規定される排ガス出口方向と、前記油焚きバーナの前記２つの低燃焼用ノズルの対向配置方向とが４０～５０°の角度で交わる、多管式貫流ボイラ。
8. 前記バーナ中心軸方向から見たときに、前記油焚きバーナの前記中燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルとの対向配置方向と、前記排ガス出口方向とが４０～５０°の角度で交わる、請求項７に記載の多管式貫流ボイラ。
9. 前記排ガス出口方向と、前記油焚きバーナの前記２つの低燃焼用ノズルの対向配置方向とが略４５°の角度で交わる、請求項７または８に記載の多管式貫流ボイラ。
10. 前記油焚きバーナが、前記燃焼筒の内側において前記複数の旋回羽根と前記保炎板との間に設けられた整流板をさらに備える、請求項７から９のいずれかに記載の多管式貫流ボイラ。
    
    
    

Images