KR102355284B1 - 고체 연료 버너 및 고체 연료 버너용 보염기 - Google Patents

Abstract

제1 가스 노즐(10)의 선단 외주부에 배치되고, 제2 유로(11a)를 흐르는 유체를 직경 방향의 외측으로 안내하는 안내 부재(34)와, 제2 유로(11a)의 흐름 방향에 대해, 안내 부재(34)의 상류측에 배치되고, 제2 유로(11a)의 단면적을 좁게 하는 축류 형성 부재(50)를 구비하고, 제2 가스 노즐(11)의 외주벽의 내경(L1)에 대해, 안내 부재(34)의 외경(L2) 쪽이 작게 형성되고, 제1 가스 노즐(10), 안내 부재(34) 및 축류 형성 부재(50)가 제1 가스 노즐(10)의 축 방향을 따라 노 외측을 향해, 일체적으로 착탈 가능하게 구성된 고체 연료 버너(1)에 의해, 화염의 안정성이나 충분한 순환류를 확보하면서, 메인터넌스성을 향상시킨다.

Description

고체 연료 버너 및 고체 연료 버너용 보염기

본 발명은 고체 연료 버너 및 고체 연료 버너용 보염기에 관한 것으로, 특히 메인터넌스성이 우수한 고체 연료 버너 및 고체 연료 버너용 보염기의 구조에 관한 것이다.

보일러 등의 화로 벽면에 마련되고, 석탄을 분쇄하여 얻어지는 미분탄 등의 고체 연료 입자를 연소시키는 고체 연료 버너에 있어서, 화로를 향해 개구되는 통형의 연료 노즐로부터 고체 연료 입자와 그 반송용 가스의 고기 2상류를 분출시키고, 그 연료 노즐의 외주측에 동축 원통형으로 형성되어 있는 연소용 가스 노즐로부터 연소용 가스를 화로를 향해 분출시키는 구조를 채용하는 버너가 알려져 있다.

이러한 버너에 있어서, 연료 노즐의 화로 개구측의 선단부에는, 착화를 촉진하고, 화염의 안정화를 도모하는 부재로서 보염기가 마련되는 경우가 많다. 그리고 당해 보염기는 연료 흐름 방향에 대해 직경 방향으로 계단상, 혹은 각도를 갖고 넓어지는 구조가 채용되는 경우가 많다(하기의 특허문헌 1 내지 5에 기재된 기술이 공지임.).

또한, 상술한 반송용 가스라는 단어에는, 1차 공기: Primary Air, 연소용 가스라는 단어에는, 2차 공기: Secondary Air라는 단어가 관용되고, 이하, 그와 같이 칭하는 경우도 있지만, 실제로는 반드시 공기만은 아니며, 공기와 다른 기체, 예를 들어 연소 배기 가스와의 혼합 기체가 사용되는 경우도 있다.

또한, 보염기: flame stabilizer라는 단어에 관하여, 환상의 보염기를 보염 링: Flame Stabilization Ring, Ring Stabilizer라고 칭하거나, 보염기의 일부로서의 환상 부재를 링, 링 부재와 같이 기재하는 경우도 있다.

연료 노즐의 내부에는, 고기 2상류의 유속을 높여 역화를 방지하는 스로틀(벤추리)이나, 특히 저부하 시라도 연료의 착화성, 화염의 안정성이 유지되도록 고체 연료 입자를 연료 노즐의 내벽측에 농축시키는 수단으로서, 직경 방향 외측 방향으로 노즐 내 유로를 좁히는 연료 농축기 혹은 선회기 등의 내장물이 설치되는 경우가 많다.

또한 노즐 선단부의 보염기에는, 외주측으로부터 분출시키는 연소용 가스(2차 공기)의 흐름을 노즐 중심축 측으로부터 외측 방향으로 넓히는 안내 부재(안내판)를 형성하는 경우가 많다. 안내판은 배플 플레이트라고 하는 명칭이 사용되는 경우가 있다.

이것은, 고기 2상류와 연소용 가스의 흐름을 분리하여, 보염기의 화로측에 큰 순환류를 형성함으로써, 연료 입자의 착화 촉진, 화염의 안정성 향상이나 환원염 영역의 확대에 수반되는 NO_x의 발생량 저감, 미연분의 저감 등을 도모할 목적이 있다.

전형적인 예는, 특허문헌 1(제9 실시 형태, 도 10, 두께부(303)), 특허문헌 2(도 1; 보염기 모재(23a), 보염기 슬리브(23b))에 기재되어 있는 바와 같이, 보염기의 시단부에서 연소용 가스(2차 공기)의 흐름을 외주측으로 축소시키도록 연소용 가스 노즐(2차 공기 노즐)의 유로가 형성되어 있는 것이다.

이러한 유로 구성에 의해, 보염기 및 그 안내 부재 부근을 흐르는 연소용 가스의 유속을 높임으로써 보염기 및 그 안내 부재의 냉각을 촉진하여 그 소손 억제가 도모되어 있음과 함께, 전술한 순환류를 확대함으로써 착화의 안정화를 도모하고 있다.

일본 특허 제3344694호 공보(「0019」, 「0064」-「0065」, 도 1, 도 11) 일본 특허 공개 제2013-29270호 공보(도 1, 도 3, 도 4) 일본 특허 공개 소62-80409호 공보(도 1) 일본 실용신안 출원 공개 평2-115618호 공보(도 1, 도 3) 일본 특허 제3643461호 공보(도 1)

그런데, 연료 노즐 내에 마련되는 상술한 내장물이나 보염기 등의 각 부재는, 사용에 수반되는 손모를 피할 수 없어, 정기적으로 점검하여, 수리나 교환 등의 보수를 행할 필요가 있다.

특히 보염기나 그 안내 부재는, 화로로부터의 복사를 받아, 현저한 고온에 노출되므로 보수의 필요성이 높다.

한편, 보염기나 그 안내 부재가 상술한 기능, 목적을 충분히 달성하기 위해서는, 좁아진 유로를 통과함으로써 노즐 축 방향의 속도 성분이 높아진 연소용 가스(2차 공기)의 흐름 방향을 확실하게 직경 방향 외측 방향으로 편향시키고, 고기 2상류(1차 공기)의 흐름과 분리하여, 보염기의 화로측에 큰 순환류를 발달시키는 것이 중요하다.

이 때문에, 안내 부재를 그 화로 개구측에서 본 투영면이 충분히 큰 것으로 하여, 연소용 가스(2차 공기)의 흐름이 노즐 상류측으로부터 화로측을 향해 직진·관통하지 않도록 그 유로를 구성할 필요가 있었다.

그렇게 하면, 보염기 및 그 안내 부재의 최외경은, 연소용 가스 노즐(2차 공기 노즐)의 내경보다 커진다.

보염기 및 그 안내 부재는 일체적으로 주조품으로 구성되고, 연료 노즐의 개구 단부에 설치 부재를 통해 설치되는 경우가 많다.

이때, 특허문헌 1, 2에 기재된 구성과 같이, 보염기나 안내 부재의 외경이, 2차 공기 노즐의 외주벽의 내경보다 큰 경우, 보염기 등을 포함하는 연료 노즐의 부분을, 축 방향을 따라 노 외측으로 그대로 뽑아낼 수는 없다. 따라서, 보일러 화로 내측에 발판을 설치하거나 하여, 보염기 및 그 안내 부재를 떼어 낼 필요가 있어, 메인터넌스성의 향상이 요구되고 있었다.

본 발명은, 이하의 1) 내지 3)을 동시에 달성할 수 있는, 고체 연료 버너용 보염기 및 이것을 구비한 고체 연료 버너를 실현하는 것을 기술적 과제로 한다.

1) 성능면: 보염기의 화로측에 큰 순환류를 형성함으로써, 연료 입자의 착화 촉진, 화염의 안정성 향상, 환원염 영역의 확대에 수반되는 NO_x의 발생량 저감, 미연분의 저감 등을 도모하는 것.

2) 신뢰성: 보염기 및 그 안내 부재의 냉각을 촉진하여 그 소손 억제를 도모하는 것.

3) 메인터넌스성: 보염기 및 그 안내 부재를 연료 노즐로부터 떼어 내지 않고 연료 노즐과 일체적으로 노 외측으로 뽑아내는 것.

상기 본 발명의 과제는, 하기의 구성을 채용함으로써 달성할 수 있다.

청구항 1에 기재된 발명은, 고체 연료와 당해 고체 연료의 반송 가스의 혼합 유체가 흐르는 통형의 유로를 갖는 제1 가스 노즐과, 상기 고체 연료의 연소용 가스가 흘러, 상기 제1 가스 노즐의 외주측에 형성되는 제2 유로를 구성하는 제2 가스 노즐과, 상기 제1 가스 노즐의 선단 외주부에 배치되고, 상기 제2 유로를 흐르는 유체를 직경 방향의 외측으로 안내하는 안내 부재와, 상기 제2 유로의 흐름 방향에 대해, 상기 안내 부재의 상류측에 배치되고, 상기 제2 유로의 단면적을 좁게 하는 축류 형성 부재를 구비하고, 상기 제2 가스 노즐의 외주벽의 내경에 비해, 상기 안내 부재의 외경 쪽이 작게 형성되고, 상기 제1 가스 노즐, 상기 안내 부재 및 상기 축류 형성 부재가, 상기 제1 가스 노즐의 축 방향을 따라 노 외측을 향해, 일체적으로 착탈 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 고체 연료 버너이다.

청구항 2에 기재된 발명은, 상기 제2 가스 노즐의 외주벽의 내경을 L1로 하고, 상기 안내 부재의 외경을 L2로 하고, 상기 축류 형성 부재의 내경을 L4로 한 경우에, L1＞L2＞L4의 관계에 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 고체 연료 버너이다.

청구항 3에 기재된 발명은, 상기 축류 형성 부재와 상기 안내 부재 사이에 배치되고, 상기 제2 유로를 흐르는 2차 공기를 정류하는 핀 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 2에 기재된 고체 연료 버너이다.

청구항 4에 기재된 발명은, 상기 핀 부재에 지지된 상기 축류 형성 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 청구항 3에 기재된 고체 연료 버너이다.

청구항 5에 기재된 발명은, 고체 연료와 반송 가스의 혼합 유체가 흐르는 통형의 제1 가스 노즐과 상기 제1 가스 노즐의 외주측에 배치된 제2 가스 노즐을 갖는 고체 연료 버너의 연료 노즐 개구 단부에 마련된 보염기이며, 당해 보염기의 외주측을 흐르는 연소용 가스의 유로를 외측으로부터 내측으로 축소시키는 환상의 축류 형성 부재와, 상기 연소용 가스의 흐름을 따른 방향으로 연장되는 복수의 핀 부재를 당해 보염기의 주위 방향으로 구비하고, 상기 환상의 축류 형성 부재를 통과한 연소용 가스의 흐름을 외측 방향으로 편향시키는 안내 부재가 마련되어 있고, 상기 안내 부재의 외경은, 상기 환상의 축류 형성 부재의 내경보다 크고, 상기 제1 가스 노즐, 상기 안내 부재 및 상기 축류 형성 부재가, 상기 제1 가스 노즐의 축 방향을 따라 노 외측을 향해 일체적으로 착탈 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 고체 연료 버너용 보염기이다.

청구항 1에 기재된 발명에 따르면, 상기 제2 가스 노즐의 외주벽의 내경에 비해, 상기 안내 부재의 외경 쪽이 작게 형성되어 있어, 안내 부재가 제2 가스 노즐에 걸리는 일 없이, 제1 가스 노즐을 노 외측을 향해 뽑아낼 수 있다. 따라서, 노 내측에 발판을 짤 필요가 없어져, 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제2 유로에 있어서 축류 형성 부재를 통과한 유체의 유속이 고속이 된 상태에서 안내 부재에 도달하여 직경 방향의 외측으로 안내되므로, 축류 형성 부재를 갖지 않는 경우에 비해, 직경 방향의 편향이 강해져, 안내 부재의 외경이 제2 가스 노즐의 외주벽의 내경보다 작아도 순환류가 작아지는 일이 저감된다. 따라서, 화염의 안정성을 확보할 수 있고, 충분한 순환류를 확보할 수 있고, 저NO_x성을 확보할 수 있다. 또한, 유체가 고속으로 안내 부재에 도달하므로, 안내 부재 및 보염기의 냉각이 촉진되어, 소손 억제가 도모된다. 따라서, 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 청구항 1에 기재된 발명에 따르면, 성능면, 신뢰성, 메인터넌스성을 동시에 달성할 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명에 따르면, L1＞L2＞L4의 관계를 충족하고 있어, 제1 가스 노즐을 뽑아낼 수 있음과 함께, 충분한 순환류도 확보할 수 있다.

청구항 3에 기재된 발명에 따르면, 상기 청구항 1 또는 2에 기재된 발명의 효과 외에도, 핀 부재에 의해, 축류 시에 교란된 유체가 정류됨으로써, 직경 방향의 편향을 강하게 할 수 있어, 화염의 안정성이나 순환류를 확보할 수 있다.

청구항 4에 기재된 발명에 따르면, 상기 청구항 3에 기재된 발명의 효과 외에도, 축류 형성 부재를 핀 부재에 지지함으로써, 축류 형성 부재를 지지하는 별개의 지지 부재를 마련할 필요가 없어, 부품 개수를 삭감할 수 있다.

청구항 5에 기재된 발명에 따르면, 보염기에 마련된 축류 형성 부재에, 연소용 가스의 흐름을 따른 방향으로 연장되는 복수의 핀 부재가 보염기의 주위 방향으로 구비되어 있음과 함께, 환상의 축류 형성 부재를 통과한 연소용 가스의 흐름을 외측 방향으로 편향시키는 안내 부재가 마련되어 있고, 안내 부재의 외경은, 환상의 축류 형성 부재의 내경보다 크고, 안내 부재와 축류 형성 부재와 제1 가스 노즐이 일체적으로 착탈 가능하기 때문에, 보염기가 지지된 제1 노즐째 노 외측을 향해 뽑아내는 것이 가능해진다. 따라서, 노 내측에 발판을 짤 필요가 없어져, 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다. 또한, 축류 형성 부재를 통과한 유체의 유속이 고속이 된 상태에서 안내 부재에 도달하여 직경 방향의 외측으로 안내되므로, 축류 형성 부재를 갖지 않는 경우에 비해, 직경 방향의 편향이 강해진다. 따라서, 화염의 안정성을 확보할 수 있고, 충분한 순환류를 확보할 수 있고, 저NO_x성을 확보할 수 있다. 또한, 유체가 고속으로 안내 부재에 도달하므로, 안내 부재 및 보염기의 냉각이 촉진되어, 소손 억제가 도모된다. 따라서, 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 청구항 5에 기재된 발명에 따르면, 성능면, 신뢰성, 메인터넌스성을 동시에 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 고체 연료 버너의 측면도(일부 단면)이며, 도 1의 (A)는 전체도, 도 1의 (B)는 선단 부분의 확대도, 도 1의 (C)는 선단 부분의 각 부의 위치 관계를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 (B)의 고체 연료 버너의 II-II선 단면도이다.
도 3은 실시예의 축류 형성 부재의 설명도이며, 도 3의 (A)는 실시예 1의 축류 형성 부재의 설명도, 도 3의 (B)는 축류 형성 부재의 다른 형태의 설명도이다.
도 4는 실시예 1의 고체 연료 버너에 있어서, 제1 가스 노즐의 부분이 인출된 상태의 설명도이다.
도 5는 고체 연료 버너에 있어서의 순환류의 영역의 설명도이며, 도 5의 (A)는 실시예 1의 구성의 설명도, 도 5의 (B)는 비교예 1(특허문헌 3 내지 5)의 구성의 설명도, 도 5의 (C)는 비교예 2의 구성의 설명도, 도 5의 (D)는 비교예 3(특허문헌 1, 2)의 구성의 설명도, 도 5의 (E)는 보염기의 기단부의 단면에 있어서의 2차 공기의 유속의 설명도, 도 5의 (F)는 순환류의 영역의 크기의 설명도이다.
도 6은 축류 형성 부재의 변경예의 설명도이며, 도 6의 (A)는 변경예 1의 설명도, 도 6의 (B)는 변경예 2의 설명도, 도 6의 (C)는 변경예 3의 설명도, 도 6의 (D)는 변경예 4의 설명도, 도 6의 (E)는 변경예 5의 설명도, 도 6의 (F)는 변경예 6의 설명도이다.

이하에, 본 발명의 실시 형태를 나타낸다.

실시예 1

도 1은, 본 발명의 일 실시예인 고체 연료 버너의 측면도(일부 단면)이며, 도 1의 (A)는 전체도, 도 1의 (B)는 선단 부분의 확대도, 도 1의 (C)는 선단 부분의 각 부의 위치 관계를 설명하는 도면이다.

도 2는 도 1의 (B)의 고체 연료 버너의 II-II선 단면도이다.

도 1에 있어서, 본 발명의 실시예 1의 고체 연료 버너(1)는, 연료 노즐(제1 가스 노즐)(10)을 갖는다. 연료 노즐(10)은 기부측이 연료 함유 유체 배관(도시하지 않음)에 접속된 통형 부재이며, 그 내부는 고체 연료와 반송용 가스(본 실시예에서는 공기를 사용함)의 고기 2상류(혼합 유체(13))의 유로(10a)가 된다. 그리고 고체 연료를 반송용 가스와 함께 분출한다. 고체 연료로서는, 석탄(미분탄)이나 바이오매스 등의 고체나 분체, 또는 이들의 혼합물이어도 된다. 본 실시예에서는, 고체 연료로서 미분탄을, 반송 가스로서 공기를 사용한 예를 나타내고 있고, 연료 노즐(10) 내를 흐르는 반송 가스를 1차 공기(13), 또한 연료 노즐(10)을 1차 공기 노즐(10)이라고도 한다.

연료 노즐(10)의 외주에는 2차 공기 유로(제2 유로)(11a)를 형성하는 2차 공기 노즐(제2 가스 노즐)(11)이 마련되고, 2차 공기 노즐(11)의 외주에는 3차 공기 유로(12)를 형성하는 3차 공기 노즐(버너 스로트, 제3 가스 노즐)(19)이 마련되어 있다. 이들 2차 공기(14) 및 3차 공기(15)는 연소용 가스이며, 상기 반송 가스와 마찬가지로 통상은 공기가 사용되지만, 연소 배기 가스나 부산소 가스, 또는 이들 가스나 공기의 2 이상의 혼합 기체 등도 적용할 수 있다. 또한, 2차 공기(14) 및 3차 공기(15)의 2차 및 3차는 상기 1차 공기(13)와 구별하기 위해 사용되고 있는 것에 불과하다.

연료 노즐(10)과 2차 공기 노즐(11)과 3차 공기 노즐(19)을 버너 출구측(화로(17)측)의 정면에서 보면, 연료 노즐(10)을 중심으로 하여 그 외측에 환상의 2차 공기 노즐(11)이 동심원 형상으로 배치되고, 2차 공기 노즐(11)의 외측에 환상의 3차 공기 노즐(19)이 동심원 형상으로 배치되어 있다. 3차 공기 노즐(19)은 최외주 공기 노즐을 구성하고 있다.

또한, 실시예 1에서는, 3차 공기 유로(12)의 입구 부분에, 유체에 선회를 부여하는 선회기(22)가 배치되어 있지만, 선회기(22)를 마련하지 않는 구성으로 하는 것도 가능하다.

연료 노즐(10)의 내부에는, 연료 노즐(10)을 관통하는 점화 버너(오일건)(16)가 마련되고, 버너 기동 시 혹은 저부하 연소 시에 조연소를 위해 사용된다. 또한, 고체 연료 버너(1)의 구성에 따라서는, 점화 버너(16)는 설치하지 않는 경우도 있다.

연료 노즐(10)의 개구 단부(＝화로(17)측 출구)에는, 1차 공기(13)와 2차 공기(14) 사이의 순환류(31)를 확대하기 위한 보염기(23)가 마련되어 있다. 이 보염기(23)는, 당해 보염기(23)의 하류측에 순환류(31)를 형성하여 착화성과 보염 효과를 높이도록 연료 노즐(10)의 선단부에 링 형상으로 마련된다. 또한, 연료 노즐(10)측에는, 상어 이빨 형상의 돌기를 형성한 것을 사용해도 된다.

상기 점화 버너(16), 연료 노즐(10), 2차 공기 노즐(11) 및 3차 공기 노즐(19)은, 화로(17)의 벽(도시하지 않은 수관에 의해 형성되어 있음)(17a)에 마련된 화로 개구부(17b)로부터 화로(17) 내를 향해 각각의 분출물을 분출한다. 또한, 이들 점화 버너(16), 연료 노즐(10), 2차 공기 노즐(11) 및 3차 공기 노즐(19)은 화로 개구부(17b)를 둘러싸고 미분탄 또는 연소용 공기를 연소용 공기 유로(도시하지 않음)로부터 공급하는 윈도 박스(바람 상자)(25) 내에 배치되어 있다. 격벽(18)은, 윈도 박스(25)의 내부 공간과 노 외측(26)을 이격시키는 벽 형상 부재이며, 격벽(18) 중, 연료 노즐(10)이 설치되어 있는 프론트 플레이트(27)는 버너의 메인터넌스 시에 연료 노즐(10)과 일체적으로 빼낼 수 있도록, 격벽(18)에 대해, 볼트나 나사, 훅 등으로 착탈 가능하게 지지되어 있다.

그리고 2차 공기 노즐(11)의 출구 선단에는 버너 중심축 C에 대해 직경 방향으로 확관되는(끝이 넓어지는 형상의) 가이드 슬리브(제2 안내 부재)(20)가 마련되어 있다. 실시예 1에서는, 2차 공기 노즐(11)과 가이드 슬리브(20)는, 일체 구조로 구성되어 있다. 가이드 슬리브(20)에 의해, 공기류가 버너 중심축 C로부터 이격되도록 외측 방향으로 안내되어 분출된다.

상기 보염기(23)는, 화로(17)의 내측으로 감에 따라, 점화 버너(16)의 중심축 C에 대해 직경 방향의 외측으로 경사지는 추벽 형상으로 형성되어 있다. 보염기(23)의 선단 외주부에는, 직경 방향의 외측으로 연장되는 링 형상의 안내 링(안내 부재)(34)이 배치되어 있다. 안내 링(34)은, 2차 공기(14)를 직경 방향의 외측으로 편향시켜 분출시킨다.

도 1, 도 2에 있어서, 실시예 1의 보염기(23)에는, 2차 공기 유로(11a) 내에, 2차 공기(14)의 흐름 방향을 따라 연장되는 판상의 핀 부재(36)가 지지되어 있다. 핀 부재는, 보염기(23)의 주위 방향을 따라 간격을 두고 복수 배치되어 있고, 방사상의 판재에 의해 구성되어 있다. 핀 부재(36)는, 보염기(23)의 상류단에 충돌하여 교란된 2차 공기를 정류한다.

핀 부재(36)의 상류측에는, 축류 형성 부재(50)가 배치되어 있다. 축류 형성 부재(50)는, 버너 중심축 C에 대해 직경 방향으로 연장되는 상류 벽부(50a)와, 상류 벽부(50a)의 직경 방향의 내측단으로부터 2차 공기(14)의 흐름 방향 하류측으로 연장되는 통 벽부(50b)를 갖는다. 따라서, 실시예 1의 축류 형성 부재(50)는, 축 방향을 따른 단면 형상이 L자 형상으로 형성되어 환상 가스 유로를 형성하고 있다.

또한, 실시예 1의 축류 형성 부재(50)는, 통 벽부(50b)가 핀 부재(36)에 고정 지지되어 있다. 따라서, 축류 형성 부재(50)는, 핀 부재(36)와 일체적으로 이동 가능한 구성으로 되어 있다. 또한, 축류 형성 부재(50)와, 2차 공기 노즐(11) 사이에는, 이동 가능한 정도의 미소한 간극, 유격이 형성되어 있다. 또한, 이 미소한 간극에는, 2차 공기(14)가 누설되지 않도록 내화재를 충전하는 구성으로 하는 것도 가능하다. 또한, 고체 연료 버너(1)의 사용 시 열팽창에 의해 간극이 메워짐과 함께, 메인터넌스 전의 냉각에 수반되는 열수축에 의해 간극이 형성되도록, 간극의 크기를 조정하는 것도 가능하다.

도 3은 실시예의 축류 형성 부재의 설명도이며, 도 3의 (A)는 실시예 1의 축류 형성 부재의 설명도, 도 3의 (B)는 축류 형성 부재의 다른 형태의 설명도이다.

특히, 실시예 1에서는, 축류 형성 부재(50)는, 2차 공기 노즐(11)의 유로 외주측에 설치되어 있음으로써, 흐름의 방향을 일단, 직경 방향 중심축 방향으로 교축하고(즉, 제2 유로의 단면적을 좁게 하고), 그 후, 반전시켜 외측 방향으로 넓어지는 흐름을 형성하고 있다. 또한, 실시예 1의 축류 형성 부재(50)는, 2차 공기 노즐(11)과는 분리된 부재에 의해 보염기(23)측으로부터 지지되어 있다.

도 3의 (A)에 있어서, 실시예 1의 축류 형성 부재(50)는, 주위 방향 전체에 균일한 원환상(링 형상)의 일체의 (한 세트의) 부재로 구성되어 있다. 또한, 도 3의 (B)에 도시하는 형태로 하는 것도 가능하다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 축류 형성 부재(50)는, 주위 방향으로 구획되어 있지 않은 하나의 부재로 구성하는 것이 바람직하지만, 주위 방향으로 복수로 분할 가능한 구성으로 하는 것도 가능하다. 또한, 축류 형성 부재(50)는, 보염기(23)와 일체 형성되는 것이 바람직하다. 보염기(23)는, 일반적으로 주조품이며, 축류 형성 부재(50)를 보염기(23)와 일체물로서 제작하는 것이 가능하다.

또한, 도 1의 (C)에 있어서, 노즐 중심축 방향에 있어서, 축류 형성 부재(50)의 상류 벽부(50a)의 시단부(상류 단부)의 위치를 X1로 하고, 보염기(23)의 연료 노즐에의 설치 부분의 시단부(상류 단부)의 위치를 X2로 하고, 축류 형성 부재(50)의 통 벽부(50b)의 종단부(하류 단부)의 위치를 X3으로 한 경우에, 동 도면에서는, 상류측으로부터 X2, X1, X3의 순으로 배치되어 있다. 또한, 위치 X1이 위치 X2보다 상류측(노 외측)에 배치되는 것도 가능하지만, 이 경우라도 위치 X3은 위치 X2보다 하류측(노 내측)에 배치되는 것이 타당하다.

또한, X1, X2, X3의 위치 관계에 관하여, X1은, 가능한 한 2차 공기 흐름의 상류측에 설정되고, 상류측으로부터 X1, X2, X3의 순으로 나열되도록 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 전술한 바와 같이, 축류 형성 부재(50)와 2차 공기 노즐(11) 사이에, 축류 형성 부재(50)가 2차 공기 노즐(11)에 대해 이동 가능한 정도의 미소한 간극, 유격을 형성한 경우, 소량이기는 하지만 2차 공기가 간극을 숏패스하는 흐름이 발생할 수 있다. 이 흐름은, 노즐 축 방향을 따라 직진하는 흐름이다. 이 흐름은, 보염기(23)의 선단부에 배치된 안내 링(34)에 의해, 외측으로 편향시켜 분출한 2차 공기의 흐름을 저해할 우려가 있다.

여기서, X1이 2차 공기 흐름(2차 공기 노즐(11))의 하류측, 노즐 개구단에 가까운 부위에 설정되어 있으면 그러한 작용이 강하게 작용한다. 한편, 상류측으로 설정하면, 숏패스하는 흐름은 감쇠되어, 그 작용을 약화시킬 수 있다.

실시예 1에서는, 2차 공기 노즐(11)의 내경 L1에 대해, 안내 링(34) 및 축류 형성 부재(50)의 외경이 큰 측의 길이 L2 쪽이 작게 설정되어 있다(L2＜L1). 또한, 실시예 1에서는, 안내 링(34)의 외경과 축류 형성 부재(50)의 외경은 동일한 외경 L2로 설정되어 있다. 또한, 실시예 1에서는, 프론트 플레이트(27)의 외경(격벽(18)의 내경) L3에 대해, 상기 길이 L2가 작게 설정되어 있다(L2＜L3). 또한, 실시예 1에서는, 안내 링(34)의 외경(L2)에 대해, 축류 형성 부재(50)의 내경(중심축으로부터 통 벽부(50b) 사이에서의 거리) L4가 작게 설정되어 있다(L2＞L4). 즉, 실시예 1에서는, L1＞L2＞L4로 설정되어 있다.

따라서, 프론트 플레이트(27)를 격벽(18)으로부터 떼어 내어, 연료 노즐(10)이 인출되는 경우에, 연료 노즐(10)과 보염기(23), 안내 링(34), 핀 부재(36), 축류 형성 부재(50)가 일체적으로, 노 외측(26)을 향해 인출 가능하게 구성되어 있다. 또한, 연료 노즐(10) 등을 완전히 인출하지 않고, 축류 형성 부재(50)를 격벽(18)보다 노 내측(윈도 박스(25) 내)으로 어느 정도까지 인출할 수 있으면 좋은 경우는, 프론트 플레이트(27)의 외경 L3을, 길이 L2보다 작게 설정하는 것도 가능하고, 프론트 플레이트(27)를 마련하지 않고 격벽(18)에 대해 연료 노즐(10)이 이동 가능한 구성으로 하는 것도 가능하다.

(실시예 1의 작용)

도 4는 실시예 1의 고체 연료 버너에 있어서, 제1 가스 노즐의 부분이 인출된 상태의 설명도이다.

상기 구성을 구비한 실시예 1의 고체 연료 버너(1)에서는, 전술한 바와 같이, 2차 공기 노즐(11)의 내경 L1에 대해, 안내 링(34) 및 축류 형성 부재(50)의 외경 L2 쪽이 작게 설정되어 있다. 보일러의 정기 검사에, 고체 연료 버너(1)를 분해하는 공정에 있어서, 안내 링(34)이 2차 공기 노즐(11)에 걸리지 않고, 연료 노즐(10) 등과 함께 뽑아내는 것이 가능하다. 따라서, 특허문헌 1, 2에 기재된 구성과 같이, 화로(17)의 내부에 발판을 설치하는 등의 공정이 불필요해져, 메인터넌스성이 향상된다.

또한, 단순히 2차 공기 노즐(11)의 내경 L1보다 안내 링(34)의 외경 L2를 작게 하여, 안내 링(34)이 2차 공기 노즐(11)에 걸리지 않고, 연료 노즐(10) 등과 함께 뽑아내는 것을 가능하게 해도, 2차 공기의 직경 방향으로의 편향이 약해, 순환류(31)가 축소되고, 화염의 안정성도 손상된다. 이에 비해, 실시예 1에서는, 안내 링(34)의 상류측에 축류 형성 부재(50)가 배치되어 있다. 따라서, 2차 공기(14)는, 축류 형성 부재(50)를 통과할 때에 유속이 고속이 되어, 안내 링(34)에 고속으로 충돌하여, 직경 방향 외측 방향으로 편향된다. 따라서, 실시예 1의 구성에서는, 안내 링(34)의 외경 L2가 작아도, 분출되는 2차 공기(14)의 직경 방향으로의 편향은 강해져, 순환류(31)가 확보된다. 이에 의해, 화염이 안정됨과 함께, 보염기(23)의 소손을 방지할 수 있다.

도 5는 고체 연료 버너에 있어서의 순환류의 영역의 설명도이며, 도 5의 (A)는 실시예 1의 구성의 설명도, 도 5의 (B)는 비교예 1의 구성의 설명도, 도 5의 (C)는 비교예 2의 구성의 설명도, 도 5의 (D)는 비교예 3의 구성의 설명도, 도 5의 (E)는 보염기의 기단부의 단면에 있어서의 2차 공기의 유속의 설명도, 도 5의 (F)는 순환류의 영역의 크기의 설명도이다.

도 5의 (A), 도 5의 (D)에 있어서, 실시예 1의 고체 연료 버너(1)에서는, 안내 링(34)의 상류측에 축류 형성 부재(50)를 배치함으로써, 안내 링(34)의 외경 L2가, 비교예 3보다 작아도, 비교예 3과 동등한 순환류(31)의 영역(NO_x 환원 영역)을 확보하는 것이 가능하다.

도 5의 (A), 도 5의 (B), 도 5의 (E), 도 5의 (F)에 있어서, 비교예 1에서는, 실시예 1과 마찬가지로, 2차 공기 노즐(11)의 유로 구성은, 연소용 가스(2차 공기)의 흐름이 2차 공기 노즐(11) 상류측으로부터 화로측을 향해 직진·관통하지 않는 구성으로 되어 있다. 그러나 비교예 1에서는, 실시예 1과는 달리, 축류 형성 부재(50)가 마련되지 않음으로써, 2차 공기의 유속이, 실시예 1이나 비교예 3보다 저속이 되어, 순환류(31)의 영역이 작아지는 문제가 있다.

또한, 도 5의 (C), 도 5의 (E), 도 5의 (F)에 있어서, 비교예 2에서는, 축류 형성 부재(50)가 마련되어 있지만, 안내 링(34)의 외경이 작다(L4＞L2). 따라서, 실시예 1과 달리, 2차 공기 노즐(11)의 유로 구성은, 연소용 가스(2차 공기)의 흐름이 2차 공기 노즐(11) 상류측으로부터 화로측을 향해 직진·관통하기 쉽기 때문에, 2차 공기의 유속이 고속이라도, 순환류(31)의 영역이 작아지는 문제가 있다.

또한, 도 5의 (A), 도 5의 (D)에 있어서, 비교예 3에서는, 축류 형성 부재(50)가 마련되어 있지 않지만, 실시예 1과 달리, 안내 링(34)의 외경 L2가 2차 공기 노즐(11)의 내경 L1보다 크다(L2＞L1). 따라서, 2차 공기 노즐(11)의 유로 구성은, 연소용 가스(2차 공기)의 흐름이 2차 공기 노즐(11) 상류측으로부터 화로측을 향해 직진·관통하기 어렵다. 그러나 L2＞L1이므로, 안내 링(34)이 2차 공기 노즐(11)에 걸리지 않아, 연료 노즐(10)을 뽑아낼 수 없다.

(특허문헌 1과의 상위점의 설명)

또한, 특허문헌 1의 도 11(제10 실시 형태)에는, 협애부(65)를 형성하는 것이 기재되어 있다. 그러나 특허문헌 1의 명세서 단락 번호 「0064」에는, 「2차 공기 노즐(11) 내에 가이드 슬리브(12)에, 공기류의 흐름 방향에 대해 유로를 좁히는 협애부(65)를 주위 방향으로 복수 개 마련한다」고 기재되고, 본 발명의 실시예 1과 같은 원환상의 부재, 즉, 주위 방향 전체에 균일한 한 세트의 부재인지 여부가, 명확하지는 않다.

또한, 실시예 1에서는 축류 형성 부재(50)를 연료 노즐(10)측으로부터 지지·고정하고, 2차 공기 노즐(11)로부터는 분리 가능하지만, 특허문헌 1에 있어서, 협애부(65)를 주위 방향으로 복수 개 마련하기 위한 부재에 관한 도면 및 관련 기재로부터는, 분리 가능하다고 파악할 수는 없다.

따라서, 특허문헌 1에 기재된 구성에 있어서, 실시예 1의 길이 L4에 상당하는 협애부(65)의 내경과, 길이 L2에 상당하는 안내판·링(30)의 외경의 관계가 L4＜L2였을 경우, 안내판·링(30)을 연료 노즐과 일체로 노 외측으로 뽑아내려고 하였을 때, 협애부(65)를 통과시킬 수 없다.

또한, 실시예 1에서는, 추벽 형상으로 형성된 부분을 갖는 보염기(23)의 선단부에, 2차 공기(14)를 직경 방향의 외측으로 편향시켜 분출시키기 위한 편향 부재로서, 직경 방향의 외측으로 연장되는 링 형상의 안내 링(안내 부재)(34)이 배치되어 있지만, 특허문헌 5에는 기재되어 있지 않다. 특허문헌 5의 도 1, 3, 5, 6, 9에 있어서, 실시예 1의 보염기(23)에 상당하는 부재에는, 추벽 형상으로 형성된 부분이 보이기는 하지만, 그 선단부에는, 본 발명의 안내 링에 상당하는 편향 부재는 나타나 있지 않다.

(특허문헌 5와의 상위점의 설명)

특허문헌 5의 도 1, 3, 5, 6, 9에 있어서의 벤추리(21)는, 노즐 중심축 측으로 2차 공기 노즐(11)의 유로가 좁아지도록 되어 있다는 점에서, 실시예 1에 있어서의 축류 형성 부재(50)와 유사하다.

그러나 적어도 이하의 두 점에서 양자는 다르다.

1) (축류 형성) 부재와 2차 공기 노즐의 관계(부재의 지지 형태)

실시예 1에서는 축류 형성 부재(50)를 연료 노즐(10)측으로부터 지지·고정하고, 2차 공기 노즐(11)로부터는 분리 가능한 점에 대해, 특허문헌 5의 벤추리(21)는, 도면 및 관련 기재에 있어서, 그러한 기재가 없다.

2) 일단 축류를 형성한 후류측의 유로 형태(2차 공기의 흐름)

특허문헌 5의 벤추리(21)는, 서서히 유로가 외주측으로 확장되어 가는 추벽 부분이 마련되어 있다.

즉, 벤추리(21)의 후류측에서는 2차 공기의 흐름이 노즐의 직경 방향으로 균일해지도록 되어 있다.

이들에 비해, 실시예 1에서는, 일단 축류된 흐름이 2차 공기 노즐(11)의 직경 방향의 외측으로 확장되지 않는 동안에 전방에 마련한 안내 링(안내 부재)(34)에 충돌시키고, 이에 의해 2차 공기를 직경 방향의 외측으로 편향시켜 분출시키도록 하고 있는 점이 다르다.

이 때문에, 축류 형성 부재(50)의 내경 L4와, 안내 링(34)의 외경 L2의 관계가 L4＜L2로 되어 있다.

특허문헌 5에서는 길이 L4에 상당하는 벤추리(21)의 내경과, 길이 L2에 상당하는 부분의 길이의 관계가 L4＜L2로 되어 있는지 여부가 명확하지는 않다. 가령 L4＜L2라고 하면(벤추리(21)가 2차 공기 노즐로부터 분리 가능하고 연료 노즐측으로부터 지지·고정되어 있는지 명확하지 않다는 점에서), 보염기에 상당하는 부재를 연료 노즐과 일체로 노 외측으로 뽑아내려고 하였을 때, 벤추리(21)와 간섭해 버린다.

이들에 비해, 상술한 특징을 갖는 실시예 1의 고체 연료 버너(1)에서는, 순환류(31)의 영역에 관련되는 NO_x 환원 영역도, 특허문헌 1, 2의 경우와 동등하게 형성되므로, 메인터넌스성을 향상시키면서, 종래와 동등한 저NO_x 성능을 달성하는 것도 가능하다.

특히, 실시예 1에서는, 축류 형성 부재(50)의 하류측에 핀 부재(36)가 배치되어 있고, 2차 공기(14)는 정류된 상태에서 안내 링(34)에 충돌한다. 따라서, 축류 형성 부재(50)나 보염기(23)에 충돌하여 교란된 2차 공기(14)가 정류된 상태에서 안내 링(34)에 충돌하므로, 정류되지 않는 경우에 비해, 직경 방향으로의 편향이 강해져, 순환류(31)의 형성이 촉진되기 쉽다. 따라서, 핀 부재(36)를 갖지 않은 경우에 비해, 더욱 화염이 안정되기 쉽고, 보염기(23)의 소손이 방지된다.

도 6은 축류 형성 부재의 변경예의 설명도이며, 도 6의 (A)는 변경예 1의 설명도, 도 6의 (B)는 변경예 2의 설명도, 도 6의 (C)는 변경예 3의 설명도, 도 6의 (D)는 변경예 4의 설명도, 도 6의 (E)는 변경예 5의 설명도, 도 6의 (F)는 변경예 6의 설명도이다.

도 6에 있어서, 축류 형성 부재(50)의 형상은, 도 1에 도시하는 단면 L자 형상에 한정되지 않고, 도 6의 (A)에 도시하는 단면 삼각 형상이나, 도 6의 (B)에 도시하는 바와 같이 단면 사각 형상, 도 6의 (C)에 도시하는 바와 같이 단면 U자 형상, 도 6의 (D)에 도시하는 바와 같이 단면 90도 원호상으로 하는 것이 가능하다. 또한, 도 6의 (E)에 도시하는 바와 같이 좌우 반전된 L자 형상으로 하거나, 도 6의 (F)에 도시하는 바와 같이 상하 반전된 T자 형상으로 하는 등, 축류를 형성 가능한 임의의 형상으로 하는 것이 가능하다.

도 6의 (B), (C)에 도시하는 바와 같이 축류 형성 부재(50)와 2차 공기 노즐(11) 사이의 간극, 유격의 부분이 길게 형성되거나, 혹은 이중으로 형성되는 형태라면, 당해 간극의 압력 손실이 커, (전술한) 여기를 흐르는 2차 공기의 숏패스 흐름을 억제하기에 적합하다.

한편, 축류 형성 부재(50)와, 2차 공기 노즐(11) 사이의 간극을 좁게 조정 가능한 경우는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 버너 용량이 작아, 즉 버너 치수가 작은 경우, 상대적으로 상기 간극은 작아 고정밀도로 제작하는 것이 가능하다. 따라서, 상술한 간극을 숏패스하는 흐름은 억제되고, 외측으로 편향시켜 분출한 2차 공기의 흐름(14)으로의 영향도 억제된다. 그러한 경우에 있어서는, 도 6의 (E)나 (F)에 예시한 축류 형성 부재(50)도 선택할 수 있다. 이들은, (A) 내지 (D)의 예에 비해 간소한 구조라는 점에서, 제작이 용이하고 장치 비용의 저감으로 이어진다.

(그 밖의 변경예)

이상, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하였지만, 본 발명은, 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 청구범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위에서, 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 본 발명의 변경예 (H01) 내지 (H03)을 하기에 예시한다.

(H01) 상기 실시예에 있어서, 축류 형성 부재(50)를 핀 부재(36)에 지지하는 구성으로 하는 편이, 부품 개수가 증가하지 않는다는 점에서 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 핀 부재(36)와는 별개로, 축류 형성 부재(50)를 지지하는 부재(서포트, 스테이)를 마련하여, 축류 형성 부재(50)를 지지하는 구성으로 하는 것이 가능하다. 따라서, 핀 부재(36)를 마련하는 구성으로 하는 것이 바람직하지만, 핀 부재를 갖지 않는 구성으로 하는 것도 가능하다.

(H02) 상기 실시예에 있어서, 특허문헌 2에 기재된 구성과 같이, 연료 노즐(10)에 연료 농축기를 마련하는 구성으로 하는 것도 가능하다.

(H03) 상기 실시예에 있어서, 연료 노즐의 유로 단면 형상이 진원상인 버너 구성을 예시하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 유로 단면 형상이 편평한 형상(일본 특허 제5832653호 공보 등 참조)의 버너에도 적용 가능하다.

고체 연료를 사용한 버너 장치로서, 이용 가능성이 있다.

1: 고체 연료 버너
10: 제1 가스 노즐
10a: 혼합 유체가 흐르는 유로
11: 제2 가스 노즐
11a: 제2 유로
14: 2차 공기
25: 윈도 박스
34: 안내 부재
36: 핀 부재
50: 축류 형성 부재
50a: 축류 형성 부재, 상벽부
50b: 축류 형성 부재, 하벽부
L1: 제2 가스 노즐의 외주벽의 내경
L2: 안내 부재 및 축류 형성 부재의 외경
L3: 프론트 플레이트, 1차 노즐 빼냄부 직경
L4: 축류 형성 부위의 내경

Claims (6)

1. 고체 연료와 당해 고체 연료의 반송 가스의 혼합 유체가 흐르는 통형의 유로를 갖는 제1 가스 노즐과,
   상기 고체 연료의 연소용 가스가 흘러, 상기 제1 가스 노즐의 외주측에 형성되는 제2 유로를 구성하는 제2 가스 노즐과,
   상기 제1 가스 노즐의 선단 외주부에 배치되고, 상기 제2 유로를 흐르는 유체를 직경 방향의 외측으로 안내하는 안내 부재와,
   상기 제2 유로의 흐름 방향에 대해, 상기 안내 부재의 상류측에 배치되고, 상기 제2 유로의 단면적을 좁게 하는 축류 형성 부재를
   구비하고,
   상기 제2 가스 노즐의 외주벽의 내경에 비해, 상기 안내 부재의 외경 쪽이 작게 형성되고,
   상기 제1 가스 노즐, 상기 안내 부재 및 상기 축류 형성 부재가, 상기 제1 가스 노즐의 축 방향을 따라 노 외측을 향해, 일체적으로 착탈 가능하게 구성된
   것을 특징으로 하는 고체 연료 버너.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 가스 노즐의 외주벽의 내경을 L1로 하고, 상기 안내 부재의 외경을 L2로 하고, 상기 축류 형성 부재의 내경을 L4로 한 경우에,
   L1＞L2＞L4
   의 관계에 있는 것을 특징으로 하는 고체 연료 버너.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 축류 형성 부재와 상기 안내 부재 사이에 배치되고, 상기 제2 유로를 흐르는 2차 공기를 정류하는 핀 부재를
   구비한 것을 특징으로 하는 고체 연료 버너.
4. 제3항에 있어서,
   상기 핀 부재에 지지된 상기 축류 형성 부재를
   구비한 것을 특징으로 하는 고체 연료 버너.
5. 고체 연료와 반송 가스의 혼합 유체가 흐르는 통형의 제1 가스 노즐과 상기 제1 가스 노즐의 외주측에 배치된 제2 가스 노즐을 갖는 고체 연료 버너의 연료 노즐 개구 단부에 마련된 보염기이며,
   당해 보염기의 외주측을 흐르는 연소용 가스의 유로를 외측으로부터 내측으로 축소시키는 환상의 축류 형성 부재와,
   상기 연소용 가스의 흐름을 따른 방향으로 연장되는 복수의 핀 부재를 당해 보염기의 주위 방향으로 구비하고,
   상기 환상의 축류 형성 부재를 통과한 연소용 가스의 흐름을 외측 방향으로 편향시키는 안내 부재가 마련되어 있고,
   상기 안내 부재의 외경은, 상기 환상의 축류 형성 부재의 내경보다 크고,
   상기 제1 가스 노즐, 상기 안내 부재 및 상기 축류 형성 부재가, 상기 제1 가스 노즐의 축 방향을 따라 노 외측을 향해 일체적으로 착탈 가능하게 구성된
   것을 특징으로 하는 고체 연료 버너용 보염기.
6. 삭제

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