JP2017003216A5

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Publication number: JP2017003216A5
Application number: JP2015119311A
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Filing date: 2015-06-12
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2035-06-12

Description

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るバーナは、
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、を備える。

上記構成（１）では、内部保炎器によって内側燃焼用酸素含有ガスの流れが絞られることで内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流と混合流体の噴出流の間に、内側循環渦が形成され易くなる一方、外部保炎器によって外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流が軸線から逸れることで外側燃焼用酸素含有ガスの流れが拡がり、外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流と混合流体の噴出流の間に外側循環渦が形成され易くなる。これにより、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。

（２）幾つかの実施形態では、上記構成（１）において、
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（２）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。

（３）幾つかの実施形態では、上記構成（１）または（２）において、
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（３）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。

（４）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（３）の何れか１つにおいて、
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（４）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。

（５）幾つかの実施形態では、上記構成（４）において、
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（５）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。

（６）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（５）の何れか１つにおいて、
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。

上記構成（６）では、最内燃焼用ガス供給流路を流れる内側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節することによって、固体粉末燃料の性状にかかわらずに内部保炎域において還元状態を維持することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（６）の何れか１つにおいて、
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（７）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。

（８）幾つかの実施形態では、上記構成（７）において、
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（８）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。

（９）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（８）の何れか１つにおいて、
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。

上記構成（９）では、案内部材によって、内部保炎器、外部保炎器及び中間保炎器のうち少なくとも１つの保炎器の火炉側表面に沿って、内側燃焼用酸素含有ガス、外側燃焼用酸素含有ガス又は混合流体の一部を流すことで、少なくとも１つの保炎器を冷却することができるとともに、保炎器への灰付着の抑制が可能となる。

（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼装置は、
風箱と、
前記風箱によって覆われた上記構成（１）乃至（９）の何れか１項に記載のバーナと
を備える。
上記構成（１０）の燃焼装置は、上記構成（１）乃至（９）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。

（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係るボイラは、
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（９）の何れか１項に記載のバーナと
を備える。
上記構成（１１）のボイラは、上記構成（１）乃至（９）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。

（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係るバーナの制御方法は、
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。

上記構成（１２）のバーナの制御方法によれば、燃料比が閾値を超えている場合に、固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合よりも、流量調節器の開度を小さく設定することによって、内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速を維持しながら、内側燃焼用酸素含有ガスの流量（総流量）を減らすことができる。この結果として、内部保炎域を維持してＮＯｘ生成を抑制することができる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記構成（１２）において、
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。

上記構成（１３）では、燃料比が閾値を超えている場合に、固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合よりも、外側ガス流量調節器の開度を大きく設定することによって、外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速の増大を抑制することができる。この結果として、外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速と内側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速との差が確保され、内部保炎域をより確実に維持してＮＯｘ生成を抑制することができる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記構成（１３）において、
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。

上記構成（１４）では、外側ガス流量調節器が、最も外側の外側ガス流路における外側燃焼用酸素含有ガスの流量を調節可能であって、固体粉末燃料の燃料比が閾値を超えている場合に、固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合よりも、外側ガス流量調節器の開度を大きく設定され、これとは逆に、固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合に、固体粉末燃料の燃料比が閾値を超えている場合よりも、外側ガス流量調節器の開度が小さく設定される。このように、固体粉末燃料の燃料比が閾値以下である場合に、外側ガス流量調節器の開度が小さく設定されることで、外側燃焼用酸素含有ガスの総流量が減少しても、外側燃焼用酸素含有ガスの噴出流速を維持することができる。この結果として、外側循環渦が弱くなることが防止され、外部保炎域における着火及び保炎の安定性が確保される。

幾つかの実施形態では、流速比調節機構３０は、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構成される。内側燃焼用酸素含有ガス３４の流路の入口は風箱２２の内部に開口し、内側燃焼用酸素含有ガス３４の流路の出口は、内側ガスノズル２４の出口によって構成されている。一方、外側燃焼用酸素含有ガス３８の流路の入口は風箱２２の内部に開口し、外側燃焼用酸素含有ガス３８の流路の出口は外側ガスノズル２８の出口によって構成されている。
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。

上記したバーナ２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅでは、中間保炎器５０が燃料供給ノズル２６の出口部を横切るように延びており、外部保炎域４０ｂから内部保炎域４０ａに向かって、中間保炎器５０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４０ａの温度を上昇させることができ、内部保炎域４０ａの着火及び保炎の安定化をより一層図れる。
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。

幾つかの実施形態では、バーナ２０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より速くなるように構成されている。
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。

幾つかの実施形態では、図５、図７及び図８に示したように、２つ以上の外側ガス流路２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、軸線３２に沿う方向でみて燃料供給ノズル２６側に位置する第１外側ガス流路２８ａと、第１外側ガス流路２８ａを介して燃料供給ノズル２６を囲む第２外側ガス流路２８ｂとを含む。そして、バーナ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅは、第２外側ガス流路２８ｂの出口部に設置され、外側燃焼用酸素含有ガス３８のうち第２外側ガス流路２８ｂを通過した流れを軸線３２から徐々に逸らすように構成された第２外側ガス案内板５４を更に備える。
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。

幾つかの実施形態では、図５、図７及び図８に示したように、バーナ２０ｃ，２０ｄ，２０ｅは、第２外側ガス流路２８ｂ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２０ｃ，２０ｄ，２０ｅでは、濃縮器６６によって、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側に固体粉末燃料の濃度が高い領域を形成することができ、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。
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。

Claims

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、を備える
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１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１または２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３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４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５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６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７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８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９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９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１２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１３に記載のバーナの制御方法。