WO2020175002A1 - バーナーチップ及びバーナーの燃焼制御システム - Google Patents

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WO2020175002A1
WO2020175002A1 PCT/JP2020/003516 JP2020003516W WO2020175002A1 WO 2020175002 A1 WO2020175002 A1 WO 2020175002A1 JP 2020003516 W JP2020003516 W JP 2020003516W WO 2020175002 A1 WO2020175002 A1 WO 2020175002A1
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WO
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burner
flow rate
liquid fuel
load
mixing chamber
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PCT/JP2020/003516
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French (fr)
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章泰 岡元
史也 山根
和明 橋口
宏 藤井
Original Assignee
三菱日立パワーシステムズ株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/12—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour characterised by the shape or arrangement of the outlets from the nozzle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/18—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour the gaseous medium being water vapour generated at the nozzle

Definitions

  • the present disclosure relates to a burner chip and a burner combustion control system.
  • a burner of a boiler may be provided with a burner tip for mixing a liquid fuel and a spray medium and ejecting the mixture in a mist state.
  • Patent Document 1 discloses a planer chip capable of improving the combustibility by promoting the mixing of the liquid fuel and the atomizing medium to reduce the atomized particle size of the liquid fuel.
  • the burner tip of Patent Document 1 has a mixing chamber provided inside the tip body, a plurality of mixed fluid ejection holes communicating from the mixing chamber to the outside of the tip body, and a plurality of burner tips provided at the base end side of the tip body.
  • a fluid fuel supply passage including:
  • Patent Document 1 Patent No. 5 9 7 2 8 4 7
  • At least one embodiment of the present invention has an object to provide a burner tip and/or a burner combustion control system capable of realizing good combustion performance.
  • a planer chip according to at least one embodiment of the present invention is
  • a burner tip for mixing and spraying the liquid fuel and the spray medium and a mixing chamber forming section forming a mixing chamber for mixing the liquid fuel and the spray medium,
  • a plurality of liquid fuel supply passages configured to supply the liquid fuel to the mixing chamber along a radial direction of the burner tip;
  • a plurality of spray medium supply passages configured to supply the spray medium to the mixing chamber along the axial direction of the burner tip;
  • the liquid fuel is supplied to the mixing chamber along the radial direction and the atomizing medium is supplied to the mixing chamber along the axial direction, whereby the liquid fuel is generated.
  • the liquid fuel extends axially ⁇ 2020/175002 3 ⁇ (:171? 2020 /003516
  • Burner combustion control system according to at least one embodiment of the present invention ⁇ 2020/175 002 4 ⁇ (:171? 2020 /003516
  • a flow rate control device capable of controlling the flow rate of the spray medium supplied from the spray medium supply path to the mixing chamber
  • a flow rate control unit configured to control the flow rate control device
  • the flow rate control unit is configured to control the ratio 2 of the flow rate 2 of the atomizing medium to the flow rate 1 of the liquid fuel 2 when the load of the burner is higher than the reference value. It is configured to control the flow control device such that /1/ becomes large.
  • the ratio 2/1 becomes constant over the load of 0% to 100% of the burner, the ratio 2/1 is applied to achieve good flammability when the load is larger than the reference value. If the load is maintained at a low load below the standard value, the flow rate of the atomizing medium may be insufficient and the particle size of the liquid fuel may be reduced when using a high-viscosity liquid fuel at a low load below the standard value. It is easy to become difficult.
  • the flow rate control unit when the load of the / corner is below the reference value, ⁇ 2020/175 002 5 ⁇ (: 171-1? 2020 /003516
  • the flow rate control unit is configured to control the flow rate control device such that the flow rate 2 of the spray medium is constant when the load on the /ana_ is equal to or less than the reference value.
  • the buffer according to any one of (4) to (6) above is used.
  • the flow rate control unit controls the flow rate so that the ratio 2/1 satisfies 12.5% ⁇ 2/1 ⁇ 25%. It is configured to control the adjustment device.
  • the kinetic energy _ of the atomizing medium is increased by increasing the ratio 2/1 to a value larger than the typical value of the related art, so that It is possible to promote the splitting of liquid due to gas-liquid collision with the spray medium. As a result, the particle size of the fuel can be reduced, and the film thickness of the liquid fuel described later can be reduced.
  • a burner combustion control method is a burner combustion control method in which liquid fuel and a spray medium are mixed and burned
  • the burner load is equal to or less than the reference value
  • the burner load is greater than the reference value.
  • the flow rate 2 of the atomizing medium is adjusted so that the ratio 2/1 of the flow rate 2 of the atomizing medium to the flow rate 1 of the liquid fuel becomes large.
  • the ratio 2/1 is applied so as to achieve good combustibility so that the ratio 2/1 becomes constant over the range of 0% to 100% of the burner load. If the load is maintained at a low load below the standard value, the flow rate of the atomizing medium may be insufficient and the particle size of the liquid fuel may be reduced when using a high-viscosity liquid fuel at a low load below the standard value. It is easy to become difficult.
  • the flow rate is set so that the ratio 2/1 becomes larger than when the burner load is above the reference value. Even if a high-viscosity liquid fuel is used, it is possible to reduce the particle size of the liquid fuel over a wide load range and achieve good flammability even if a high-viscosity liquid fuel is used.
  • the flow rate adjusting step when the load of the burner is equal to or less than the reference value, 2/1 becomes smaller than when the load of the burner is greater than the reference value, the flow rate 2 of the spray medium is adjusted. To do.
  • the flow rate of the spray medium is adjusted to a constant value.
  • the flow rate adjusting step when the load of the burner is larger than the reference value, the flow rate 2 is adjusted so that the ratio 2/1 satisfies 12.5% ⁇ 2/1 ⁇ 25%. To do.
  • the kinetic energy of the atomizing medium is increased by increasing the ratio 2/1 to a value larger than the typical value of the related art, so that It is possible to promote the splitting of liquid due to gas-liquid collision with the spray medium.
  • the particle size of the fuel can be reduced and the film thickness of the liquid fuel described later can be reduced.
  • a burner tip and/or a burner combustion control system capable of realizing good burnability.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a planner 6 according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional view taken on line 8-8 of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing a flow analysis result in a mixing chamber of a planer chip of an internal mixing system in which a liquid fuel is supplied to the mixing chamber in the radial direction and a spray medium is supplied in the axial direction.
  • the kinematic viscosity of liquid fuel is 20 ( ⁇ 3I) ⁇ 2020/175 002 8 ⁇ (: 171-1? 2020 /003516
  • FIG. 4 is a diagram showing a flow analysis result in a mixing chamber for a planer chip of an internal mixing system in which the liquid fuel is supplied to the mixing chamber along the radial direction and the atomizing medium is supplied along the axial direction.
  • the kinematic viscosity of liquid fuel is 100 FIG.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a combustion control system 52 according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a combustion control method for the burner _ 6 in the combustion control system 52.
  • FIG. 7 shows the results of comparing the film thickness of the liquid fuel formed on the inner wall of the mixed fluid ejection hole at the outlet end of the mixed fluid ejection hole between the burner according to Patent Document 1 and the burner according to the above-described embodiment. It is a figure.
  • FIG. 8 A sectional view of a burner _ 6 according to another embodiment.
  • the expression that things are in the same state does not mean that they are exactly equal, but also that there is a tolerance or a difference to the same degree. It also indicates the existing state.
  • the representation of a shape such as a quadrangle or a cylinder does not only represent the shape of a quadrangle or a cylinder in a geometrically strict sense, but also an uneven portion or a shape within a range in which the same effect can be obtained.
  • the shape including the chamfered portion and the like is also shown.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view of a burner 6 according to an embodiment.
  • the burner 6 is equipped with a burner tip 8 at the tip of the burner 6, and the burner tip 8 mixes liquid fuel and atomizing medium into the furnace 4 of the boiler 2 to form a mist.
  • a flame is formed in furnace 4 by spraying liquid fuel.
  • the liquid fuel may be, for example, C heavy oil, asphalt having a higher viscosity than C heavy oil, VR (Vacuum Residue: decompression residue), or SDA (So L vent De-aspha L ting: Solvent deasphalting asphalt. ) Or the like.
  • the atomizing medium may be, for example, steam, high pressure air, high pressure gas or combustible gas.
  • the axial direction of the burner chip 8 (direction of the axis of the burner _ 6) is simply referred to as "axial direction”, and the radial direction of the burner chip 8 (radial direction of the burner _ 6) is simply referred to as "radial direction”.
  • the peripheral direction of the burner tip 8 (circumferential direction of burner _ 6) is simply referred to as the “circumferential direction”.
  • the tip end side (the tip end side of the burner 6) of the panner chip 8 in the axial direction is simply referred to as the “tip end side”
  • the base end side (the base end side of the parner 6) of the planer tip 8 in the axial direction is simply referred to as the “base end”. Edge side”.
  • the planer tip 8 supplies the liquid fuel to the mixing chamber 10 along the radial direction, and the mixing chamber forming portion 12 forming the mixing chamber 10 for mixing the liquid fuel and the spray medium.
  • a plurality of liquid fuel supply paths 14 configured as described above, a plurality of spray medium supply paths 16 configured to supply the spray medium to the mixing chamber 10 along the axial direction, and a mixing chamber forming portion.
  • the planer tip 8 includes a tip body 20 and a back plate 22 which are sequentially arranged from the front end side of the planer tip 8. ⁇ 2020/175002 10 ⁇ (: 171-1?2020/003516
  • the mixing chamber 10 is defined by the first concave portion 26 formed on the base end side surface of the chip body 20 and the second concave portion 28 formed on the front end side surface of the back plate 22. To be done.
  • the radially inner end of the liquid fuel supply passage 14 is connected to the inner peripheral surface of the second recess 28, and the radially outer end of the liquid fuel supply passage 14 is connected to the second recess 2 of the back plate 2 2.
  • 8 is connected to the annular groove 42 provided on the outer peripheral side.
  • the annular groove 42 is connected to the liquid fuel supply line 4 6 via a communication passage 4 4 extending in the axial direction.
  • the tip of the spray medium supply passage 16 is connected to the bottom surface of the second recess 28 (the end surface on the base end side of the mixing chamber 10), and the base end of the spray medium supply passage 16 is connected to the spray medium supply line 48. Connecting.
  • the tip body 20 includes a cylindrical side wall portion 30 formed around the axis and a tip portion 34 that forms an end face 32 on the front end side.
  • the end face 32 on the tip end side includes a tip face 36 formed along a plane orthogonal to the axial direction, and an inclined face 40 connecting the outer face 38 of the side wall part 30 and the tip face 36. ..
  • Each of the plurality of mixed fluid ejection holes 18 is extended along an oblique direction intersecting each of the axial direction and the radial direction so as to be directed toward the outer side in the radial direction toward the tip side. There is. In the illustrated exemplary embodiment, each of the mixed fluid ejection holes 18 is formed at the position of the inclined surface 40 at the tip portion 34.
  • each of the mixed fluid jets 18 has a! _ / ⁇ ! £ 1.4 may be configured to meet.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line 8-8 of FIG.
  • the plurality of liquid fuel supply passages 14 are provided at intervals in the circumferential direction, and the plurality of atomizing medium supply passages 16 are provided at the inner circumference of the plurality of liquid fuel supply passages 14. It is provided at a side in the circumferential direction at intervals.
  • the number of the liquid fuel supply passages 14 is n and the number of the spray medium supply passages 16 is n , >8 and n >8 are satisfied.
  • the internal tip mixing method in which the liquid fuel and the spray medium are mixed in the mixing chamber 10 and then ejected is adopted in the planer tip 8, and the liquid fuel is mixed in the mixing chamber 10 with the liquid fuel. Is supplied from the liquid fuel supply path 14 along the radial direction, and the spray medium is supplied from the spray medium supply path 16 along the axial direction.
  • FIGS. 3 and 4 show an internal mixing type of burner tip for supplying the liquid fuel to the mixing chamber along the radial direction and for supplying the spray medium along the axial direction. It is a figure which shows the flow analysis result of.
  • Figure 3 is the kinematic viscosity of the liquid fuel 2 0 ( ⁇ 3 1 :), i.e. 0.2 (which shows a case where Rei_rei_1 2/3), 4, kinematic viscosity of the liquid fuel 1 ⁇ ⁇ ( ⁇ 3), that is, 1 Is shown.
  • the liquid fuel is supplied to the mixing chamber along the radial direction and the atomizing medium is supplied to the mixing chamber along the axial direction. Since the liquid fuel extends in the axial direction in the region 3 immediately after the inflow, the thickening of the liquid fuel can be suppressed. In addition, in comparison with the case where the kinematic viscosity of the liquid fuel shown in Fig. 3 is 20 ( ⁇ 3I), the case where the kinematic viscosity of the liquid fuel shown in Fig. 4 is 100 ( ⁇ 3I) is shown. On the other hand, as shown in Region 3, the liquid fuel supplied to the mixing chamber tends to stretch more easily.
  • Adhesion to the inner wall 50 of the hole 18 is suppressed, and formation of a thick liquid film of liquid fuel locally on the inner wall 50 can be suppressed. As a result, it is possible to suppress an increase in the particle size of the liquid fuel ejected from the mixed fluid ejecting hole 18
  • the liquid and the injection medium are injected.
  • the turbulence of the flow when the mist medium mixes can be increased to promote atomization of the liquid fuel.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a combustion control system 52 according to one embodiment.
  • the combustion control system 52 has a flow rate of the liquid fuel 1 supplied to the burner_6 (of the liquid fuel supplied from the liquid fuel supply passage 14 to the mixing chamber 10).
  • Liquid fuel flow rate detector 5 4 for detecting the flow rate
  • liquid fuel pressure detector 5 6 for detecting the pressure 1 (pressure at the inlet of burner 6) of the liquid fuel supplied to burner _ 6.
  • a spray medium pressure detector 58 for detecting the pressure 2 of the spray medium supplied to the burner _ 6 (pressure at the inlet of the burner 6), and a differential pressure control valve provided in the spray medium supply line 4 8 Includes 60 (flow controller) and flow controller 62.
  • the flow rate 1 of the liquid fuel supplied to the burner _ 6 corresponds to the load of the burner _ 6, and is adjusted to a desired value by a fuel flow rate control valve (not shown) according to demand.
  • the differential pressure control valve 60 controls the pressure of the atomizing medium? 2 and liquid fuel pressure? Flow rate of atomizing medium supplied to burner _ 6 (flow rate of atomizing medium supplied from atomizing medium supply channel 16 to mixing chamber 10) and pressure? 2 is configured to be adjustable.
  • the flow control unit 62 is configured to control the differential pressure control valve 60.
  • the flow rate control unit 62 includes a differential pressure calculator 66, a differential pressure controller 68, a differential pressure target value setting unit 70, 9 ⁇ controller 72 and an operating unit 74. ..
  • the flow rate control unit 6 2 ⁇ 2020/175 002 13 ⁇ (: 171-1? 2020 /003516
  • the processor includes at least a processor and a memory, and the processor is configured to read and execute software stored in the memory to control the differential pressure regulating valve 60.
  • the differential pressure target value setting unit 70 is an information piece showing the relationship between the liquid fuel flow rate 1 detected by the liquid fuel flow rate detector 54 and the liquid fuel flow rate and the differential pressure target value.
  • the target value of the differential pressure between the pressure of the atomizing medium supplied to the burner _ 6 and the pressure of the liquid fuel based on Set 0 and set this differential pressure target value Input 0 to the differential pressure controller 6 8.
  • the controller 72 performs the calculation using the deviation value calculated by the differential pressure controller 68, and the opening of the differential pressure control valve 60 is adjusted based on the operation amount as the calculation result.
  • the flow rate of the atomizing medium supplied to the burner _ 6 is adjusted by the operation of 7 4.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a combustion control method of the burner _ 6 in the combustion control system 52.
  • the horizontal axis is the flow rate 1 of the liquid fuel supplied to the burner 6, that is, the load of the burner 6, and the vertical axis is the flow rate 2 of the spray medium supplied to the burner 6.
  • the flow rate control unit 62 controls the differential pressure control valve 60, Is adjusted by adjusting the pressure 2 and flow rate 2 of the atomizing medium so that
  • the differential pressure from the body fuel pressure 1 is adjusted to a constant value by the differential pressure control valve 60. Moreover, when the load of burner _6 is larger than 50% of the rated load, 12.5% ⁇ 2/1 ⁇ 25% is satisfied. Is adjusted by the differential pressure control valve 60.
  • the load of the burner 6 when the load of the burner 6 is 50% or less of the rated load and the load is low, the load of the burner_6 is larger than 50% of the rated load by 2/1, which is larger than the high load.
  • the differential pressure control valve 60 By controlling the differential pressure control valve 60 so that even if a high-viscosity liquid fuel is used, the particle size of the liquid fuel is reduced from low load to high load, and good combustion is achieved. Can be realized.
  • the differential pressure control valve 60 controls the differential pressure control valve 60 so that the flow rate 2 of the atomizing medium is constant regardless of the flow rate 1 when the load of the burner _ 6 is 50% or less of the rated load and the load is low.
  • the flow rate of the spray medium can be secured to promote atomization of the liquid fuel, and it is possible to suppress the misfire due to the excessive flow rate of the spray medium.
  • the ratio 2/1 is made larger than the typical value in the past and the operating energy of the atomizing medium is increased. It is possible to increase the amount of liquid fuel and to promote the splitting of the liquid due to the gas-liquid collision between the liquid fuel and the spray medium. As a result, the particle size of the fuel can be reduced, and the film thickness of the liquid fuel described later can be reduced.
  • Fig. 7 is a diagram showing the film thickness of the liquid fuel formed on the inner wall of the mixed fluid ejection hole at the outlet end of the mixed fluid ejection hole of the burner.
  • Case 1 shows the case where a liquid fuel having a kinematic viscosity of 20 (03 I) is used for the planner according to Patent Document 1.
  • the burner according to Patent Document 1 has a kinematic viscosity of 100 It shows the case of using the liquid fuel of.
  • Case 3 increases the number of liquid fuel supply passages 14 and the number of spray medium supply passages 16 as compared with the burner according to Patent Document 1,
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by modifying the above-described embodiments and forms obtained by appropriately combining these forms.
  • each of the mixed fluid ejection holes 18 has a tip portion.
  • the burner tip 8 formed at the position of the inclined surface 40 in 34 is illustrated.
  • the arrangement of the mixed fluid ejection holes 18 is not limited to the position shown in FIG. 1, and may be the position shown in FIG. 8, for example.
  • the reference numerals common to the respective constitutions of the burner tip 8 shown in FIG. 1 indicate the same constitutions as the respective constitutions shown in FIG. Omit it.
  • the plurality of mixed fluid ejection holes 18 are composed of a plurality of first ejection holes 18, a plurality of second ejection holes 18 and a plurality of third ejection holes 18 ( 3
  • the plurality of first ejection holes 18 are provided at circumferentially spaced positions at the position of the inclined surface 40 of the tip portion 34, and are formed so as to penetrate the tip portion 34.
  • the second ejection holes 18 of the first ejection holes 18 are circumferentially provided at intervals closer to the base end side than the plurality of first ejection holes 18 and are formed so as to penetrate the side wall portion 30.
  • the third ejection holes 180 are formed at intervals in the circumferential direction on the base end side with respect to the plurality of second ejection holes 18 and are formed so as to penetrate the side wall portion 30.
  • Each of the first ejection hole 18 8, the second ejection hole 18 and the third ejection hole 18 ( 3 is directed in the axial direction and in the radial direction toward the outer side in the radial direction toward the tip side. It is extended along the diagonal direction that intersects with.
  • the angle formed by the center line of the first ejection holes 188 and the axis of the burner tip 8 in the cross section along the axis of the burner tip 8 is 0 1
  • the mixed fluid of the liquid fuel and the atomizing medium is filled with the first ejection hole 188, the second ejection hole 18 and the third ejection hole 18. It can be jetted into the furnace 4 over a wide range, and can effectively promote the mixing of the fuel and the ambient air.
  • the combustion control is changed when the load of the burner 6 is larger than 50% and when the load of the burner _ 6 is 50% or less.
  • the combustion control is changed.
  • the reference value of the load of the burner _ 6 is not limited to 50%.

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Abstract

液体燃料と噴霧媒体とを混合して噴霧するためのバーナーチップであって、液体燃料と噴霧媒体とを混合するための混合室を形成する混合室形成部と、バーナーチップの径方向に沿って混合室に液体燃料を供給するように構成された複数の液体燃料供給路と、バーナーチップの軸線方向に沿って混合室に噴霧媒体を供給するように構成された複数の噴霧媒体供給路と、混合室形成部に形成され、混合室で混合された流体を混合室から混合室形成部の外部に噴出するための複数の混合流体噴出孔と、を備え、混合流体噴出孔の長さをＬ、混合流体噴出孔の孔径をｄとすると、Ｌ／ｄ≦２．０を満たす。

Description

\¥02020/175002 1 卩（：17 2020/003516
明 細 書
発明の名称 ： パーナーチップ及びバーナーの燃焼制御システム 技術分野
[0001 ] 本開示は、 パーナーチップ及びパーナーの燃焼制御システムに関する。
背景技術
[0002] ボイラのバーナーには、 液体燃料と噴霧媒体とを混合して霧状に噴出する ためのバーナーチップが設けられる場合がある。
[0003] 特許文献 1 には、 液体燃料と噴霧媒体との混合を促進することで液体燃料 の噴霧粒径を小さく して、 燃焼性を向上させることが可能なパーナーチップ が開示されている。 特許文献 1のバーナーチップは、 チップ本体の内部に設 けられる混合室と、 混合室からチップ本体の外部に連通する複数の混合流体 噴出孔と、 チップ本体の基端側に複数設けられ、 混合室に軸心方向に沿って 噴霧媒体を供給する噴霧媒体供給通路と、 チップ本体の基端側で噴霧媒体供 給通路より外側に複数設けられ、 混合室に径方向に沿って流体燃料を供給す る流体燃料供給通路と、 を有するパーナーチップが開示されている。
先行技術文献
特許文献
[0004] 特許文献 1 :特許第 5 9 7 2 8 4 7号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0005] ところで、 液体燃料と噴霧媒体とを混合して霧状に噴出する場合、 液体燃 料の粘度が高いとバーナーチップから噴出される液体燃料の噴霧粒径が大き くなりやすい。 このため、 例えば〇重油、 アスファルト、
Figure imgf000003_0001
01
Figure imgf000003_0002
：減圧残渣） 、 又は 3口八 （3〇 1_ 6 1^ 1 0 6— 3
3 II 3 1_ 1： 丨
Figure imgf000003_0003
9 : 溶剤脱瀝アスファルト） 等の高粘度の液体燃料を燃 焼させる場合には、 液体燃料の温度を上げたり、 低粘度の液体 （粘度調整基 材） を混合させたりしなければならないことがある。 〇 2020/175002 2 卩（：171? 2020 /003516
[0006] しかしながら、 液体燃料の温度を上げるためにヒータを用いると、 ヒータ の設備費用や運用費がかかってしまう。 また、 液体燃料の温度を上げ過ぎる と液体燃料が変質 （コーキング等） する恐れがある。 また、 液体燃料の粘度 調整を行う場合には、 粘度調整基材が主燃料と比較して高価となりやすく、 燃料費が増大する可能性がある。 このため、 特許文献 1 に記載されるバーナ —チップにおいても、 更なる燃焼性の向上が求められている。
[0007] 上述の事情に鑑みて、 本発明の少なくとも一実施形態は、 良好な燃焼性を 実現できるバーナーチップ及び/ ーナーの燃焼制御システムを提供すること を目的とする。
課題を解決するための手段
[0008] （1） 本発明の少なくとも一実施形態に係るパーナーチップは、
液体燃料と噴霧媒体とを混合して噴霧するためのバーナーチップであって 前記液体燃料と前記噴霧媒体とを混合するための混合室を形成する混合室 形成部と、
前記バ _ナ_チップの径方向に沿って前記混合室に前記液体燃料を供給す るように構成された複数の液体燃料供給路と、
前記バ _ナ_チップの軸線方向に沿って前記混合室に前記噴霧媒体を供給 するように構成された複数の噴霧媒体供給路と、
前記混合室形成部に形成され、 前記混合室で混合された流体を前記混合室 から前記混合室形成部の外部に噴出するための複数の混合流体噴出孔と、 を備え、
前記混合流体噴出孔の長さを!-、 前記混合流体噴出孔の孔径を とすると
!_ / £ 2 . 0を満たす。
[0009] 上記 （1） に記載のパーナーチップによれば、 液体燃料を径方向に沿って 混合室に供給するとともに噴霧媒体を軸線方向に沿って混合室に供給するこ とにより、 液体燃料が混合室に流入した直後に液体燃料が軸線方向に伸びる 〇 2020/175002 3 卩（：171? 2020 /003516
ため、 液体燃料の厚膜化を抑制することができる。 また、 液体燃料を径方向 に沿って混合室に供給することによって混合室内で液体燃料の分裂が進行す る時間をある程度確保できるため、 高粘度の液体燃料を使用した場合であっ ても、 混合流体噴出孔から噴出される液体燃料の粒径の増大を抑制すること ができる。
[0010] また、 ！_ / £ 2 . 0を満たすように混合流体噴出孔を構成することによ り、 混合室内で分裂した液体が混合流体噴出孔の内壁に付着することが抑制 され、 該内壁に局所的に液体燃料の厚い液膜が形成されることを抑制するこ とができる。 これにより、 高粘度の高い液体燃料を使用した場合であっても 、 混合流体噴出孔から噴出される液体燃料の粒径の増大を抑制することがで きる。
このように、 上記 （1） に記載の構成によれば、 高粘度の液体燃料を使用 した場合であっても、 混合流体噴出孔から噴出される液体燃料の粒径の増大 を抑制することができるため、 良好な燃焼性を実現することができる。
[001 1 ] （2） 幾つかの実施形態では、 上記 （1） に記載のパーナーチップにおい て、
1_ / £ 1 . 4を満たす。
[0012] 上記 （2） に記載のパーナーチップによれば、 混合室内で分裂した液体が 混合流体噴出孔の内壁に付着することを効果的に抑制される。 これにより、 高粘度の液体燃料を使用した場合であっても、 混合流体噴出孔から噴出され る液体燃料の粒径の増大を抑制することができる。
[0013] （3） 幾つかの実施形態では、 上記 （1） 又は （2） に記載のパーナーチ ップにおいて、
前記噴霧媒体供給路の数を 、 前記液体燃料供給路の数を nとすると、
|11 > 8及び 1^ > 8を満たす。
[0014] 上記 （3） に記載のパーナーチップによれば、 液体と噴霧媒体が混合する 際の流れの乱れを増大させて、 液体燃料の微粒化を促進することができる。
[0015] （4） 本発明の少なくとも一実施形態に係るバーナーの燃焼制御システム 〇 2020/175002 4 卩（：171? 2020 /003516
は、
上記 （1） 乃至 （3） の何れかに記載のバーナーチップと、
前記噴霧媒体供給路から前記混合室に供給される前記噴霧媒体の流量を調 節可能な流量調節装置と、
前記流量調節装置を制御するように構成された流量制御部と、 を備え、
前記液体燃料供給路から前記混合室に供給される前記液体燃料の流量を 1、 前記噴霧媒体供給路から前記混合室に供給される前記噴霧媒体の流量を 2とすると、
前記流量制御部は、 バーナーの負荷が基準値以下である場合に、 前記バー ナーの負荷が前記基準値より大きい場合よりも前記液体燃料の流量 1 に対 する前記噴霧媒体の流量 2の比 2 / 1が大きくなるように、 前記流量 調節装置を制御するよう構成される。
[0016] 仮にバーナーの負荷 0 %〜 1 0 0 %にわたって上記比 2 / 1が一定と なるように、 負荷が基準値より大きい場合に良好な燃焼性を実現するための 比 2 / 1 を負荷が基準値以下の低負荷時にも維持すると、 高粘度の液体 燃料を使用する場合に、 負荷が基準値以下の低負荷時に噴霧媒体の流量が不 足し、 液体燃料の粒径を小さくすることが困難となりやすい。
[0017] そこで、 上記 （4） に記載のように、 バーナーの負荷が基準値以下である 場合に、 バーナーの負荷が基準値より大きい場合よりも比 2 / 1が大き くなるように流量調節装置を制御することにより、 高粘度の液体燃料を使用 する場合であっても、 広い負荷範囲にわたって、 液体燃料の粒径を小さく し て良好な燃焼性を実現することができる。
[0018] （5） 幾つかの実施形態では、 上記 （4） に記載のバーナーの燃焼制御シ ステムにおいて、
前記液体燃料の流量 1 に対する前記噴霧媒体の流量 2の変化率を 2 / 1 とすると、
前記流量制御部は、 前記/く—ナ—の負荷が前記基準値以下である場合に、 〇 2020/175002 5 卩（：171? 2020 /003516
前記バーナーの負荷が前記基準値より大きい場合よりも 2 / 1が小 さくなるように、 前記流量調節装置を制御するよう構成される。
[0019] 上記 （5） に記載のバーナーの燃焼制御システムによれば、 高粘度の液体 燃料を使用する場合であっても、 広い負荷範囲にわたって、 液体燃料の粒径 を小さく して良好な燃焼性を実現することができる。
[0020] （6） 幾つかの実施形態では、 上記 （4） 又は （5） に記載のパーナーの 燃焼制御システムにおいて、
前記流量制御部は、 前記/ ーナ _の負荷が前記基準値以下である場合に、 前記噴霧媒体の流量 2が _定となるように前記流量調節装置を制御するよ う構成される。
[0021 ] 上記 （6） に記載のバーナーの燃焼制御システムによれば、 バーナーの負 荷が基準値以下の低負荷時に、 噴霧媒体の流量を確保して液体燃料の微粒化 を促進しつつ噴霧媒体の流量が過剰となって失火することを抑制することが できる。
[0022] （7） 幾つかの実施形態では、 上記 （4） 乃至 （6） の何れかに記載のバ
—ナーの燃焼制御システムにおいて、
前記流量制御部は、 前記バ _ナ_の負荷が前記基準値よりも大きい場合に 、 前記比 2 / 1が 1 2 . 5 %< 2 / 1 < 2 5 %を満たすように、 前 記流量調節装置を制御するよう構成される。
[0023] 上記 （7） に記載のバーナーの燃焼制御システムによれば、 比 2 / 1 を従来の典型的な値よりも大きくすることにより、 噴霧媒体の運動エネルギ _を増大させ、 液体燃料と噴霧媒体との気液衝突による液体の分裂を促進す ることができる。 これにより、 燃料の粒径を小さく し、 後述する液体燃料の 膜厚を小さくすることができる。
[0024] （8） 本発明の少なくとも一実施形態に係るバーナーの燃焼制御方法は、 液体燃料と噴霧媒体を混合して燃焼させるバーナーの燃焼制御方法であっ て、
前記バーナーの負荷が基準値よりも大きいか否かを判断する判断ステップ 〇 2020/175002 6 卩（：171? 2020 /003516
と、
前記バ _ナ_に供給される前記噴霧媒体の流量 2を調節する流量調節ス テツプと、
を備え、
前記バーナーに供給される前記液体燃料の流量を 1 とすると、 前記流量調節ステツプでは、 前記バーナーの負荷が前記基準値以下である 場合に、 前記バーナーの負荷が前記基準値より大きい場合よりも前記液体燃 料の流量 1 に対する前記噴霧媒体の流量 2の比 2 / 1が大きくなる ように、 前記噴霧媒体の流量 2を調節する。
[0025] 仮にバーナーの負荷 0 %〜 1 0 0 %にわたって上記比 2 / 1が一定と なるように、 負荷が基準値より大きい場合に良好な燃焼性を実現するための 比 2 / 1 を負荷が基準値以下の低負荷時にも維持すると、 高粘度の液体 燃料を使用する場合に、 負荷が基準値以下の低負荷時に噴霧媒体の流量が不 足し、 液体燃料の粒径を小さくすることが困難となりやすい。
[0026] そこで、 上記 （8） に記載のように、 バーナーの負荷が基準値以下である 場合に、 バーナーの負荷が基準値より大きい場合よりも比 2 / 1が大き くなるように流量 2を調節することにより、 高粘度の液体燃料を使用する 場合であっても、 広い負荷範囲にわたって、 液体燃料の粒径を小さく して良 好な燃焼性を実現することができる。
[0027] （9） 幾つかの実施形態では、 上記 （8） に記載のバーナーの燃焼制御方 法において、
前記液体燃料の流量 1 に対する前記噴霧媒体の流量 2の変化率を 2 / 1 とすると、
前記流量調節ステツプでは、 前記バーナーの負荷が前記基準値以下である 場合に、 前記バーナーの負荷が前記基準値より大きい場合よりも 2 / 1が小さくなるように、 前記噴霧媒体の流量 2を調節する。
[0028] 上記 （9） に記載のバーナーの燃焼制御方法によれば、 高粘度の液体燃料 を使用する場合であっても、 広い負荷範囲にわたって、 液体燃料の粒径を小 〇 2020/175002 7 卩（：171? 2020 /003516
さく して良好な燃焼性を実現することができる。
[0029] （1 0） 幾つかの実施形態では、 上記 （8） 又は （9） に記載のパーナー の燃焼制御方法において、
前記流量調節ステップでは、 前記バーナーの負荷が前記基準値以下である 場合に、 前記噴霧媒体の流量を _定に調節する。
[0030] 上記 （1 0） に記載のバーナーの燃焼制御方法によれば、 バーナーの負荷 が基準値以下の低負荷時に、 噴霧媒体の流量を確保して液体燃料の微粒化を 促進しつつ噴霧媒体の流量が過剰となって失火することを抑制することがで きる。
[0031 ] （1 1） 幾つかの実施形態では、 上記 （8） 乃至 （1 0） の何れかに記載 のバーナーの燃焼制御方法において、
前記流量調節ステップでは、 前記バーナーの負荷が前記基準値よりも大き い場合に、 前記比 2 / 1が 1 2 . 5 %< 2 / 1 < 2 5 %を満たすよ うに、 前記流量 2を調節する。
[0032] 上記 （1 1） に記載のバーナーの燃焼制御方法によれば、 比 2 / 1 を 従来の典型的な値よりも大きくすることにより、 噴霧媒体の運動エネルギー を増大させ、 液体燃料と噴霧媒体との気液衝突による液体の分裂を促進する ことができる。 これにより、 燃料の粒径を小さく し、 後述する液体燃料の膜 厚を小さくすることができる。
発明の効果
[0033] 本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、 良好な燃焼性を実現できる バーナーチップ及び/ ーナーの燃焼制御システムが提供される。
図面の簡単な説明
[0034] [図 1 ]_実施形態に係るパーナー 6の断面図である。
[図 2]図 1の八 _八断面図である。
[図 3]混合室に対して液体燃料を径方向に沿って供給するとともに噴霧媒体を 軸方向に沿って供給する内部混合方式のパーナーチップについて、 混合室内 の流動解析結果を示す図であり、 液体燃料の動粘度が 2 0 （〇 3 I） である 〇 2020/175002 8 卩（：171? 2020 /003516
場合を示す図である。
［図 4］混合室に対して液体燃料を径方向に沿って供給するとともに噴霧媒体を 軸方向に沿って供給する内部混合方式のパーナーチップについて、 混合室内 の流動解析結果を示す図であり、 液体燃料の動粘度が 1 〇〇
Figure imgf000010_0001
であ る場合を示す図である。
［図 5］_実施形態に係る燃焼制御システム 5 2の概略構成図である。
［図 6］燃焼制御システム 5 2におけるバーナ _ 6の燃焼制御方法の一例を示す 図である。
［図 7］特許文献 1 に係るバーナーと上述の実施形態に係るパーナーとで混合流 体噴出孔の出口端における混合流体噴出孔の内壁に形成された液体燃料の膜 厚を比較した結果を示す図である。
［図 8］他の実施形態に係るバーナ _ 6の断面図である。
発明を実施するための形態
［0035］ 以下、 添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。
ただし、 実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の 寸法、 材質、 形状、 その相対的配置等は、 本発明の範囲をこれに限定する趣 旨ではなく、 単なる説明例にすぎない。
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。 —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。
[0036] 図 1は、 一実施形態に係るバーナー6の断面図である。
図 1 に：^すように、 バーナー 6は、 バーナー 6の先端にバーナーチップ 8 を備えており、 バーナーチップ 8は、 液体燃料と噴霧媒体を混合してボイラ 2の火炉 4内に霧状の液体燃料を噴霧することにより、 火炉 4内に火炎を形 成する。 なお、 液体燃料は、 例えば C重油や、 C重油よりも粘度が高いアス ファルト、 V R （V a c u u m R e s i d u e :減圧残渣） 、 又は S D A （S o L v e n t D e— a s p h a L t i n g : 溶剤脱歷アスファルト ） 等であってもよい。 また、 噴霧媒体は、 例えば蒸気、 高圧空気、 高圧ガス 又は可燃性ガス等であってもよい。
[0037] 以下では、 パーナーチップ 8の軸線方向 （パーナ _ 6の軸線〇方向） を単 に 「軸線方向」 といい、 パーナーチップ 8の径方向 （バーナ _ 6の径方向） を単に 「径方向」 といい、 パーナーチップ 8の周方向 （バーナ _ 6の周方向 ） を単に 「周方向」 ということとする。 また、 軸線方向におけるパーナーチ ップ 8の先端側 （バーナー 6の先端側） を単に 「先端側」 といい、 軸線方向 におけるパーナーチップ 8の基端側 （パーナー 6の基端側） を単に 「基端側 」 ということとする。
[0038] パーナーチップ 8は、 液体燃料と噴霧媒体とを混合するための混合室 1 0 を形成する混合室形成部 1 2と、 径方向に沿って混合室 1 0に液体燃料を供 給するように構成された複数の液体燃料供給路 1 4と、 軸線方向に沿って混 合室 1 〇に噴霧媒体を供給するように構成された複数の噴霧媒体供給路 1 6 と、 混合室形成部 1 2に形成され、 混合室 1 0で混合された流体を混合室 1 0から混合室形成部 1 2の外部に噴出するための複数の混合流体噴出孔 1 8 と、 を含む。
[0039] 図示する例示的形態では、 パーナーチップ 8は、 パーナーチップ 8の先端 側から順に配置されたチップ本体 20及びバックプレート 22を含んでおり 〇 2020/175002 10 卩（：171? 2020 /003516
、 混合室 1 0は、 チップ本体 2 0の基端側の面に形成された第 1凹部 2 6と 、 バックプレート 2 2の先端側の面に形成された第 2凹部 2 8とによって画 定される。 また、 液体燃料供給路 1 4の径方向内側端は、 第 2凹部 2 8の内 周面に接続し、 液体燃料供給路 1 4の径方向外側端は、 バックプレート 2 2 における第 2凹部 2 8の外周側に設けられた環状溝 4 2に接続する。 環状溝 4 2は、 軸線方向に延在する連通路 4 4を介して液体燃料供給ライン 4 6に 接続される。 噴霧媒体供給路 1 6の先端は第 2凹部 2 8の底面 （混合室 1 0 の基端側の端面） に接続し、 噴霧媒体供給路 1 6の基端は噴霧媒体供給ライ ン 4 8に接続する。
[0040] チップ本体 2 0は、 軸線の周りに形成された円筒形状の側壁部 3 0と、 先 端側の端面 3 2を形成する先端部 3 4とを含む。 先端側の端面 3 2は、 軸線 方向と直交する平面に沿って形成された先端面 3 6と、 側壁部 3 0の外面 3 8と先端面 3 6とを接続する傾斜面 4 0とを含む。
[0041 ] 複数の混合流体噴出孔 1 8の各々は、 先端側に向かうにつれて径方向にお ける外側に向かうように、 軸線方向及び径方向の各々と交差する斜め方向に 沿って延設されている。 図示する例示的形態では、 混合流体噴出孔 1 8の各 々は先端部 3 4における傾斜面 4 0の位置に形成される。
[0042] ここで、 図 1 に示すように、 混合流体噴出孔 1 8の長さを！-、 混合流体噴 出孔 1 8の孔径を とすると、 混合流体噴出孔 1 8の各々は、 ！_ / £ 2 .
0を満たすように構成されている。 一実施形態では、 混合流体噴出孔 1 8の 各々は、 ！_ /〇! £ 1 . 4を満たすように構成されていてもよい。
[0043] 図 2は、 図 1の八 _八断面図である。
図 2に示すように、 複数の液体燃料供給路 1 4は、 周方向に間隔をあけて 設けられており、 複数の噴霧媒体供給路 1 6は、 複数の液体燃料供給路 1 4 の内周側に周方向に間隔をあけて設けられている。 ここで、 液体燃料供給路 1 4の数を 、 噴霧媒体供給路 1 6の数を nとすると、 > 8及び n > 8を 満たしている。 図示する例示的形態では、
Figure imgf000012_0001
1 6及び n = 1 6に設定され ている。 〇 2020/175002 1 1 卩（：171? 2020 /003516
［0044］ 以上に示したように、 パーナーチップ 8では、 液体燃料と噴霧媒体とを混 合室 1 0で混合してから噴出する内部混合方式が採用され、 混合室 1 0には 、 液体燃料が液体燃料供給路 1 4から径方向に沿って供給され、 噴霧媒体が 噴霧媒体供給路 1 6から軸線方向に沿って供給される。
［0045］ このため、 液体燃料が混合室 1 0に供給されてから混合流体噴出孔 1 8か ら噴出されるまでに、 混合室 1 0内で液体燃料の分裂が進行する時間をある 程度確保することができる。 したがって、 液体燃料として、 例えば＜3重油や 、 〇重油よりも粘度が高いアスファルト、 ［¾、 又は 3 0八等のちぎれにく い液体燃料を使用しても、 該液体燃料の粒径を小さくすることができる。
［0046］ 図 3及び図 4は、 混合室に対して液体燃料を径方向に沿って供給するとと もに噴霧媒体を軸方向に沿って供給する内部混合方式のパーナーチップにつ いて、 混合室内の流動解析結果を示す図である。 図 3は液体燃料の動粘度が 2 0 （〇 3 1:） 、 すなわち 0 . 2 （〇〇1 2 / 3） である場合を示しており、 図 4は、 液体燃料の動粘度が 1 〇〇 （〇 3 ） 、 すなわち 1
Figure imgf000013_0001
であ る場合を示している。
［0047］ 図 3及び図 4に示すように、 液体燃料を径方向に沿って混合室に供給する とともに噴霧媒体を軸線方向に沿って混合室に供給することにより、 液体燃 料が混合室に流入した直後の領域 3で液体燃料が軸線方向に伸びるため、 液 体燃料の厚膜化を抑制することができる。 また、 図 3に示す液体燃料の動粘 度が 2 0 （〇 3 I） である場合と比較して、 図 4に示す液体燃料の動粘度が 1 0 0 （〇 3 I） である場合の方が、 領域 3に示されるように、 混合室に供 給された液体燃料が千切れにくく伸びる傾向が見られる。 しかしながら、 液 体燃料を径方向に沿って混合室に供給することによって混合室内で液体燃料 の分裂が進行する時間をある程度確保できるため、 図 4に示す場合において も、 動粘度を高くする影響が緩和されており、 混合室の出口における液体燃 料の粒径の増大を抑制できていることが確認できる。
［0048］ また、 図 1 に示したように、 ！_ / £ 2 . 0を満たすように混合流体噴出 孔 1 8を構成することにより、 混合室 1 0内で分裂した液体が混合流体噴出 \¥02020/175002 12 卩（：17 2020/003516
孔 1 8の内壁 5 0に付着することが抑制され、 内壁 5 0に局所的に液体燃料 の厚い液膜が形成されることを抑制することができる。 これにより、 混合流 体嘖出孔 1 8から嘖出される液体燃料の粒径の増大を抑制することができる
[0049] また、 図 2に示したように、 > 8及び n > 8を満たすように液体燃料供 給路 1 4の数及び噴霧媒体供給路 1 6の数を設定することにより、 液体と噴 霧媒体が混合する際の流れの乱れを増大させて、 液体燃料の微粒化を促進す ることができる。
[0050] 次に、 上述したバーナ _ 6の燃焼を制御するための燃焼制御システム 5 2 について説明する。 図 5は、 一実施形態に係る燃焼制御システム 5 2の概略 構成図である。
[0051 ] 図 5に示すように、 燃焼制御システム 5 2は、 バーナ _ 6に供給される液 体燃料の流量 1 （液体燃料供給路 1 4から混合室 1 0に供給される液体燃 料の流量） を検出するための液体燃料流量検出器 5 4と、 バーナ _ 6に供給 される液体燃料の圧力 1 （バーナー6の入口での圧力） を検出するための 液体燃料圧力検出器 5 6と、 バーナ _ 6に供給される噴霧媒体の圧力 2 （ バーナー 6の入口での圧力） を検出するための噴霧媒体圧力検出器 5 8と、 噴霧媒体供給ライン 4 8に設けられた差圧調節弁 6 0 （流量調節装置） と、 流量制御部 6 2とを含む。 なお、 バーナ _ 6に供給される液体燃料の流量 1は、 バーナ _ 6の負荷に相当し、 需要に応じて不図示の燃料流量調節弁に より所望の値に調節される。
[0052] 差圧調節弁 6 0は、 噴霧媒体の圧力？ 2と液体燃料の圧力？ 1 との差圧を 調節するように、 バーナ _ 6に供給される噴霧媒体の流量 2 （噴霧媒体供 給路 1 6から混合室 1 0に供給される噴霧媒体の流量） 及び圧力？ 2を調節 可能に構成される。
[0053] 流量制御部 6 2は、 差圧調節弁 6 0を制御するように構成される。 図示す る形態では、 流量制御部 6 2は、 差圧演算器 6 6、 差圧調節計 6 8、 差圧目 標値設定部 7 0 , 9 \制御器 7 2及び操作部 7 4を含む。 流量制御部 6 2は 〇 2020/175002 13 卩（：171? 2020 /003516
、 具体的には、 プロセッサ及びメモリを少なくとも備えており、 プロセッサ がメモリに格納されているソフトウェアを読み出して実行することで差圧調 節弁 6 0を制御するように構成される。
[0054] 差圧演算器 6 6は、 液体燃料圧力検出器 5 6によって検出された液体燃料 の圧力 1 と噴霧媒体圧力検出器 5 8によって検出された噴霧媒体の圧力 2から、 バーナ _ 6に供給される噴霧媒体の圧力と液体燃料の圧力との差圧 △ （= 2 _ 1） を演算する。 差圧演算器
Figure imgf000015_0001
、 差圧調節計 6 8に測定値として入力される。
[0055] 一方、 差圧目標値設定部 7 0は、 液体燃料流量検出器 5 4によって検出さ れた液体燃料の流量 1 と、 液体燃料の流量と差圧目標値との関係を示す情 報口 （例えばメモリ等の記憶装置 7 6に記憶された関数またはテーブル等） と、 に基づいて、 バーナ _ 6に供給される噴霧媒体の圧力と液体燃料の圧力 との差圧の目標値
Figure imgf000015_0002
0を設定し、 この差圧目標値
Figure imgf000015_0003
0を差圧調節計 6 8 に入力する。 差圧調節計 6 8は、 差圧目標値△? 0と差圧演算器 6 6で算出 された差圧測定値
Figure imgf000015_0004
との偏差巳 （ =△? 0 _△?） を算出する。 丨制御 器 7 2は、 差圧調節計 6 8によって算出された偏差巳を用いて 丨演算を行 い、 その演算結果としての操作量に基づいて差圧調節弁 6 0の開度を操作部 7 4が操作することで、 バーナ _ 6に供給される噴霧媒体の流量が調節され る。
[0056] 図 6は、 燃焼制御システム 5 2におけるバーナ _ 6の燃焼制御方法の一例 を示す図である。 図 6に示すグラフにおいて、 横軸はバーナー6に供給され る液体燃料の流量 1すなわちバーナー6の負荷であり、 縦軸はバーナー6 に供給される噴霧媒体の流量 2である。 図 6に示す燃焼制御は、 流量制御 部 6 2が差圧調節弁 6 0を制御して、
Figure imgf000015_0005
を適切な値に調節するように 噴霧媒体の圧力 2及び流量 2を調節することにより行われる。
[0057] 図 6に示すように、 バーナ _ 6の負荷が定格負荷の 5 0 % （基準値） より も大きい場合には、 液体燃料の流量 1 に対する噴霧媒体の流量 2の比 2 / 1が流量 1 によらずに一定になるように、 噴霧媒体の圧力 2と液 〇 2020/175002 14 卩（：171? 2020 /003516
体燃料の圧力 1 との差圧 を差圧調節弁 60により一定に調節する。 ま た、 バーナ _6の負荷が定格負荷の 50%よりも大きい場合に、 1 2. 5% < 2/ 1 <25%を満たすように、
Figure imgf000016_0001
を差圧調節弁 60により調 節する。
[0058] また、 図 6に示すように、 バーナー6の負荷が定格負荷の 50%以下であ る場合に、 バーナ _ 6の負荷が定格負荷の 50%より大きい場合よりも 2 / 1が大きくなるように、
Figure imgf000016_0002
を差圧調節弁 60により調節する。 ま た、 バーナ _ 6の負荷が定格負荷の 50%以下である場合には、 噴霧媒体の 流量 2が流量 1 によらず一定量となるように、
Figure imgf000016_0003
を差圧調節弁 6 0により調節する。 また、 流量 1 に対する流量 2の変化率を 2/〇1 1 とすると、 バーナー6の負荷が定格負荷の 50%以下である場合に、 バ —ナ _ 6の負荷が定格負荷の 50%より大きい場合よりも、 2/ 1 が小さくなるように、 差圧△ を差圧調節弁 60により調節する。
[0059] 仮にバーナ _ 6の負荷 0%〜 1 00%にわたって上記比 2/ 1が一定 となるように、 高負荷時に良好な燃焼性を実現するための比 2/ 1 を低 負荷時にも維持すると、 〇重油、 アスファルト、
Figure imgf000016_0004
及び 30八等のように 、 比較的粘度の高い液体燃料を使用する場合に、 低負荷時に噴霧媒体の流量 が不足し、 液体燃料の粒径を小さくすることが困難となりやすい。
[0060] そこで、 上述のように、 バーナー6の負荷が定格負荷の 50%以下である 低負荷時に、 バーナ _ 6の負荷が定格負荷の 50%より大きい高負荷時より も 2/ 1が大きくなるように差圧調節弁 60を制御することにより、 高 粘度の液体燃料を使用する場合であっても、 低負荷時から高負荷時にわたっ て、 液体燃料の粒径を小さく して良好な燃焼性を実現することができる。
[0061] また、 バーナ _ 6の負荷が定格負荷の 50%以下である低負荷時に、 バー ナ _ 6の負荷が定格負荷の 50%よりも大きい高負荷時よりも 2/ 1が小さくなるように差圧調節弁 60を制御することにより、 高粘度の液体 燃料を使用する場合であっても、 低負荷時から高負荷時にわたって、 液体燃 料の粒径を小さく して良好な燃焼性を実現することができる。 〇 2020/175002 15 卩（：171? 2020 /003516
[0062] また、 バーナ _ 6の負荷が定格負荷の 50%以下である低負荷時に、 噴霧 媒体の流量 2が流量 1 によらず一定となるように差圧調節弁 60を制御 することにより、 低負荷時に噴霧媒体の流量を確保して液体燃料の微粒化を 促進しつつ噴霧媒体の流量が過剰となって失火することを抑制することがで きる。
[0063] また、 バーナ _6の負荷が定格負荷の 50%よりも大きい高負荷時に、 1
2. 5%< 2/ 1 <25%を満たすように差圧調節弁 60を制御するこ とにより、 比 2/ 1 を従来の典型的な値よりも大きく して噴霧媒体の運 動エネルギーを増大させ、 液体燃料と噴霧媒体との気液衝突による液体の分 裂を促進することができる。 これにより、 燃料の粒径を小さく し、 後述する 液体燃料の膜厚を小さくすることができる。
[0064] 図 7は、 バーナーの混合流体噴出孔の出口端における混合流体噴出孔の内 壁に形成された液体燃料の膜厚を示す図である。
[0065] 図 7において、 ケース 1は、 特許文献 1 に係るパーナーに動粘度が 20 （ 〇 3 I） の液体燃料を使用した場合を示している。 ケース 2は、 特許文献 1 に係るバーナーに動粘度が 1 00
Figure imgf000017_0001
の液体燃料を使用した場合を示 している。 ケース 3は、 特許文献 1 に係るバーナーと比較して液体燃料供給 路 1 4の数 及び噴霧媒体供給路 1 6の数 を増加させて、
Figure imgf000017_0002
= 1 6とした構成 （ >8及び n>8を満たす構成） について、 動粘度が 1 00 （〇 3 I） の液体燃料を使用した場合を示している。 ケース 4は、 パー ナーの負荷が定格負荷の 50%よりも大きい高負荷時に、 上述した比 2/ 1が 1 2. 5 %< 2 / 1 < 25 %を満たすように制御した場合であっ て、 動粘度が 1 〇〇
Figure imgf000017_0003
の液体燃料を使用した場合を示している。
[0066] 図 7のケース 1 とケース 2を比較すると、 特許文献 1 に係る構成では、 液 体燃料の動粘度が 20 （〇 3 ） から 1 00 （〇 3 ） に上昇すると、 液体 燃料の膜厚が 2. 45倍に増大しており、 これに伴って液体燃料の粒径も大 きくなる。 これに対し、 ケース 3では、 液体燃料供給路 1 4の数 及び噴霧 媒体供給路 1 6の数 を増加させたことにより、 ケース 2と比較して液体燃 〇 2020/175002 16 卩（：171? 2020 /003516
料の膜厚の増大を抑制し、 液体燃料の粒径の増大も抑制することができる。 また、 ケース 4では、 高負荷時に上述の比 2 / 1が 1 2 . 5 %< 2 / 1 < 2 5 %を満たすように制御することにより、 液体燃料の膜厚がケース 1 に対して〇. 3 7倍となり、 液体燃料の粒径を効果的に小さくすることが できる。 これにより、 バーナーの良好な燃焼性を実現することができる。
[0067] 本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、 上述した実施形態に 変形を加えた形態や、 これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
[0068] 例えば、 図 1 に示した実施形態では、 混合流体噴出孔 1 8の各々が先端部
3 4における傾斜面 4 0の位置に形成されたバーナーチップ 8を例示した。 しかしながら、 混合流体噴出孔 1 8の配置は図 1 に示した位置に限定されず 、 例えば図 8に示す位置であってもよい。
[0069] 図 8に示すバーナーチップ 8において、 図 1 に示したバーナーチップ 8の 各構成と共通の符号は、 特記しない限り図 1 に示した各構成と同様の構成を 示すものとし、 説明を省略する。
[0070] 図 8に示す実施形態では、 複数の混合流体噴出孔 1 8は、 複数の第 1噴出 孔 1 8 、 複数の第 2噴出孔 1 8巳及び複数の第 3噴出孔 1 8 (3を含む。 複 数の第 1噴出孔 1 8 は、 先端部 3 4の傾斜面 4 0の位置に周方向に間隔を あけて設けられ、 先端部 3 4を貫通するように形成される。 複数の第 2噴出 孔 1 8巳は、 複数の第 1噴出孔 1 8八よりも基端側にて周方向に間隔をあけ て設けられ、 側壁部 3 0を貫通するように形成される。 複数の第 3噴出孔 1 8〇は、 複数の第 2噴出孔 1 8巳よりも基端側にて周方向に間隔をあけて設 けられ、 側壁部 3 0を貫通するように形成される。 第 1噴出孔 1 8八、 第 2 噴出孔 1 8巳及び第 3噴出孔 1 8 (3の各々は、 先端側に向かうにつれて径方 向における外側に向かうように、 軸線方向及び径方向の各々と交差する斜め 方向に沿って延設されている。
[0071 ] また、 図 8に示す実施形態では、 パーナーチップ 8の軸線に沿った断面に おいて、 第 1噴出孔 1 8八の中心線とバーナーチップ 8の軸線とのなす角度 を 0 1、 第 2噴出孔 1 8巳の中心線とバーナーチップ 8の軸線とのなす角度 〇 2020/175002 17 卩（：171? 2020 /003516
を 02、 第 3噴出孔 1 8〇の中心線とバーナーチップ 8の軸線とのなす角度 を 03とすると、 0 1 <02<03を満たすように第 1噴出孔 1 8八、 第 2 噴出孔 1 8巳及び第 3噴出孔 1 8 (3が形成されている。
[0072] このように、 0 1 <02<03を満たすことにより、 液体燃料と噴霧媒体 との混合流体を第 1噴出孔 1 8八、 第 2噴出孔 1 8巳及び第 3噴出孔 1 8〇 から火炉 4内に広範囲にわたって噴出することができ、 燃料と周囲の空気と の混合を効果的に促進することができる。
[0073] また、 上述した実施形態では、 バーナー6の負荷が 50%よりも大きい場 合とバーナ _ 6の負荷が 50 %以下である場合とで燃焼制御を変更したが、 燃焼制御を変更するためのバーナ _ 6の負荷の基準値は 50 %に限定されな い。
符号の説明
[0074] 2 ボイラ
4 火炉
6 バーナー
8 バーナーチップ
1 0 混合室
1 2 混合室形成部
1 4 液体燃料供給路
1 6 噴霧媒体供給路
1 8 混合流体噴出孔
1 8八 第 1噴出孔
1 8巳 第 2噴出孔
1 80 第 3噴出孔
20 チップ本体
22 バックプレート
26 第 1凹部
28 第 2凹部 〇 2020/175002 18 2020 /003516
30 側壁部
32 端面
34 先端部
36 先端面
38 外面
40 傾斜面
42 環状溝
44 連通路
46 液体燃料供給ライン
48 噴霧媒体供給ライン
50 内壁
52 燃焼制御システム
54 液体燃料流量検出器
56 液体燃料圧力検出器
58 噴霧媒体圧力検出器
60 差圧調節弁
62 流量制御部
66 差圧演算器
68 差圧調節計
70 差圧目標値設定部
72 制御器
74 操作部
76 記憶装置

Claims

〇 2020/175002 19 卩（：171? 2020 /003516 請求の範囲
[請求項 1 ] 液体燃料と噴霧媒体とを混合して噴霧するためのバーナーチップで あって、
前記液体燃料と前記噴霧媒体とを混合するための混合室を形成する 混合室形成部と、
前記バ _ナ_チップの径方向に沿って前記混合室に前記液体燃料を 供給するように構成された複数の液体燃料供給路と、 前記バ _ナ_チップの軸線方向に沿って前記混合室に前記噴霧媒体 を供給するように構成された複数の噴霧媒体供給路と、
前記混合室形成部に形成され、 前記混合室で混合された流体を前記 混合室から前記混合室形成部の外部に噴出するための複数の混合流体 噴出孔と、
を備え、
前記混合流体噴出孔の長さを!-、 前記混合流体噴出孔の孔径を と すると、
!_ / £ 2 . 0を満たす、 パーナーチップ。
[請求項 2] !_ /〇! £ 1 . 4を満たす、 請求項 1 に記載のバーナーチップ。
[請求項 3] 前記噴霧媒体供給路の数を 、 前記液体燃料供給路の数を nとする と、
> 8及び n > 8を満たす、 請求項 1又は 2に記載のパーナーチッ プ。
[請求項 4] 請求項 1乃至 3の何れか 1項に記載のバーナーチップと、
前記噴霧媒体供給路から前記混合室に供給される前記噴霧媒体の流 量を調節可能な流量調節装置と、
前記流量調節装置を制御するように構成された流量制御部と、 を備え、
前記液体燃料供給路から前記混合室に供給される前記液体燃料の流 量を 1、 前記噴霧媒体供給路から前記混合室に供給される前記噴霧 〇 2020/175002 20 卩（：171? 2020 /003516
媒体の流量を 2とすると、
前記流量制御部は、 バーナーの負荷が基準値以下である場合に、 前 記バーナーの負荷が前記基準値より大きい場合よりも前記液体燃料の 流量 1 に対する前記噴霧媒体の流量 2の比 2 / 1が大きくな るように、 前記流量調節装置を制御するよう構成された、 バーナーの 燃焼制御システム。
[請求項 5] 前記液体燃料の流量 1 に対する前記噴霧媒体の流量 2の変化率 を 2 / 1 とすると、
前記流量制御部は、 前記/ ーナ _の負荷が前記基準値以下である場 合に、 前記バーナーの負荷が前記基準値より大きい場合よりも 2
Figure imgf000022_0001
1が小さくなるように、 前記流量調節装置を制御するよう構成 された、 請求項 4に記載のバーナーの燃焼制御システム。
[請求項 6] 前記流量制御部は、 前記バ _ナ_の負荷が前記基準値以下である場 合に、 前記噴霧媒体の流量 2が _定となるように前記流量調節装置 を制御するよう構成された、 請求項 4又は 5に記載のバーナーの燃焼 制御システム。
[請求項 7] 前記流量制御部は、 前記バ _ナ_の負荷が前記基準値よりも大きい 場合に、 前記比 2 / 1が 1 2 . 5 %< 2 / 1 < 2 5 %を満た すように、 前記流量調節装置を制御するよう構成された、 請求項 4乃 至 6の何れか 1項に記載のバーナーの燃焼制御システム。
[請求項 8] 液体燃料と噴霧媒体を混合して燃焼させるパーナ _の燃焼制御方法 であって、
前記バーナーの負荷が基準値よりも大きいか否かを判断する判断ス テップと、
前記バ _ナ_に供給される前記噴霧媒体の流量 2を調節する流量 調節ステップと、
を備え、
前記バーナーに供給される前記液体燃料の流量を 1 とすると、 〇 2020/175002 21 卩（：171? 2020 /003516
前記流量調節ステップでは、 前記バ _ナ_の負荷が前記基準値以下 である場合に、 前記バーナーの負荷が前記基準値より大きい場合より も前記液体燃料の流量 1 に対する前記噴霧媒体の流量 2の比 2 / 1が大きくなるように、 前記噴霧媒体の流量 2を調節する、 バ _ナ _の燃焼制御方法。
[請求項 9] 前記液体燃料の流量 1 に対する前記噴霧媒体の流量 2の変化率 を 2 / 1 とすると、
前記流量調節ステップでは、 前記バ _ナ_の負荷が前記基準値以下 である場合に、 前記バーナーの負荷が前記基準値より大きい場合より も 2 / 1が小さくなるように、 前記噴霧媒体の流量 2を調 節する、 請求項 8に記載のバーナーの燃焼制御方法。
[請求項 10] 前記流量調節ステップでは、 前記バ _ナ_の負荷が前記基準値以下 である場合に、 前記噴霧媒体の流量を一定に調節する、 請求項 8又は 9に記載のバ _ナ_の燃焼制御方法。
[請求項 1 1 ] 前記流量調節ステップでは、 前記バーナーの負荷が前記基準値より も大きい場合に、 前記比 2 / 1が 1 2 . 5 %< 2 / 1 < 2 5 %を満たすように、 前記流量 2を調節する、 請求項 8乃至 1 0の何 れか 1項に記載のバーナーの燃焼制御方法。
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