JP6326918B2 - 微粉炭バーナ - Google Patents

Description

本発明は、微粉炭バーナに関するものである。

微粉炭バーナは、例えば石炭焚ボイラ等に取り付けられる。微粉炭バーナでは、石炭粉砕機で石炭を粉砕して微粉炭としたものを燃焼用空気と混合させ、この混合流体をバーナノズルから火炉に噴出して微粉炭を燃焼させるようになっている。このような微粉炭バーナにおいては、バーナノズルの噴出口において微粉炭の粒子濃度を均一化させることにより、燃焼状態を良好に保つことができる。

下記特許文献１の図４には、微粉炭ダクトとウインドボックスとからなる微粉炭バーナが開示されている。この微粉炭バーナでは、微粉炭ダクトの先端の微粉炭ノズルから微粉炭を、バーナスロートを通してボイラの内部に噴射し、ウインドボックスから供給される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。ウインドボックスは、微粉炭ノズルの周りに旋回流を形成し、バーナスロートを通過する間に微粉炭を拡散させ、粒子濃度を均一化させるものである。

特開平６−２４９４１０号公報

ところで、微粉炭バーナにおいて、燃焼性能を良好に保つためには、ノズル出口での微粉炭濃度の偏りを無くす必要がある。従来では、ノズルの接線から微粉炭を流入させるダクトを使用し、内部での旋回を抑えるために外筒の内側に突起を設けていた。しかしこの構成では、構造が複雑で製造に手間がかかり、また、微粉炭との衝突による突起の摩耗が問題となっていた。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、摩耗を抑え且つ構造を簡略化し、製造が容易な微粉炭バーナ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、微粉炭と燃焼用空気との混合流体を噴出する噴出口及び前記噴出口に至る前記混合流体の搬送流路を備えるバーナノズルと、前記バーナノズルの側部に接続され、前記搬送流路に前記混合流体を流入する混合流体流入管と、前記搬送流路において前記混合流体流入管の接続位置よりも下流側に設けられ、前記混合流体流入管が接続される側の流路面積に対してその反対側の流路面積を相対的に小さくする微粉炭濃度分布調整部材と、を有する、微粉炭バーナを採用する。

また、本発明においては、前記微粉炭濃度分布調整部材は、前記搬送流路の流路断面の外縁輪郭とは非接触で設けられている、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記バーナノズルは、筒状の内スリーブと外スリーブとを有し、前記搬送流路は、前記内スリーブと前記外スリーブとの間に形成されており、前記微粉炭濃度分布調整部材は、前記内スリーブに支持されている、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記微粉炭濃度分布調整部材は、前記バーナノズルの軸心に対して偏心した円形若しくは楕円形の外縁輪郭を有する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記微粉炭濃度分布調整部材は、外縁部にテーパが形成された板体で形成されている、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記微粉炭濃度分布調整部材は、球体若しくは楕円体で形成されている、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記微粉炭濃度分布調整部材は、前記搬送流路において上流側が球体から形成され、下流側が楕円体から形成されている、という構成を採用する。

本発明では、バーナノズルの側部に混合流体流入管を接続し、単純な円管の組み合わせ構造とする。この構造を採用すると、混合流体は屈曲して流通し噴出口に至るが、この屈曲する際に、混合流体に含まれる微粉炭が遠心力により混合流体流入管が接続される側と反対側に偏る。そこで、本発明では、微粉炭濃度分布調整部材を設け、混合流体流入管が接続される側と反対側の流路面積を相対的に絞り、当該反対側に向かう微粉炭の一部を、混合流体流入管が接続される側に移動させ、微粉炭の粒子濃度の均一化を図る。
したがって、本発明によれば、摩耗を抑え且つ構造を簡略化し、製造が容易な微粉炭バーナが得られる。

本発明の第１実施形態における微粉炭バーナの断面構成図である。 図１における矢視Ａ図である。 微粉炭濃度分布調整部材が設けられていない場合のバーナノズルと混合流体流入管との円管の組み合わせ構造における混合流体の流れと、噴出口における微粉炭の粒子濃度との関係を説明するための概念図である。 本発明の第２実施形態における微粉炭バーナの断面構成図である。 図４における矢視Ｂ図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における微粉炭バーナ１の断面構成図である。図２は、図１における矢視Ａ図である。
微粉炭バーナ１は、微粉炭（図１において模式的に黒点で示す）と燃焼用空気との混合流体Ｆを不図示の火炉に噴出し、微粉炭を燃焼させるものである。本実施形態の微粉炭バーナ１は、バーナノズル１０と、混合流体流入管２０と、微粉炭濃度分布調整部材３０と、を有する。

バーナノズル１０は、混合流体Ｆを噴出する噴出口１１と、噴出口１１に至る混合流体Ｆの搬送流路１２と、を有する。バーナノズル１０は、筒状に形成されており、その一端に噴出口１１が形成されている。搬送流路１２は、バーナノズル１０の軸心Ｃ１に沿って、噴出口１１まで直線的に延在している。本実施形態では、バーナノズル１０の噴出口１１側の端部が絞られ、軸心Ｃ１に向かって混合流体Ｆを噴射可能な構成となっている。

バーナノズル１０は、同心で設けられた筒状の内スリーブ１３と外スリーブ１４とを有し、二重筒構造となっている。内スリーブ１３の内部には、オイルバーナ１５が設けられている。オイルバーナ１５は、微粉炭の燃焼初期の着火のために油を噴出するものである。このオイルバーナ１５は、進退自在に設けられており、着火時において内スリーブ１３から突出して油を噴出し、燃焼中においては焼損を防止するため内スリーブ１３内に退避するようになっている。

搬送流路１２は、内スリーブ１３と外スリーブ１４との間に形成されている。搬送流路１２の流路断面は、図２に示すように、リング状に形成されている。搬送流路１２の流路断面の内縁輪郭１２ａは、内スリーブ１３の外周面によって形成されている。また、搬送流路１２の流路断面の外縁輪郭１２ｂは、外スリーブ１４の内周面によって形成されている。

混合流体流入管２０は、図１に示すように、バーナノズル１０の側部（外スリーブ１４の外周面）に接続されている。混合流体流入管２０は、搬送流路１２に混合流体Ｆを流入するものである。混合流体流入管２０は、外スリーブ１４に対し直角方向に混合流体Ｆを流入させるようになっている。混合流体流入管２０の上流側には、不図示の微粉炭供給装置及び送風装置が設けられており、微粉炭と燃焼用空気とが予め混合された混合流体Ｆが導入されてくる。

微粉炭濃度分布調整部材３０は、図１に示すように、搬送流路１２において混合流体流入管２０の接続位置よりも下流側に設けられている。微粉炭濃度分布調整部材３０は、その設置場所において、混合流体流入管２０が接続される側（図１において紙面下側）の流路面積Ｓ１に対してその反対側（図１において紙面上側）の流路面積Ｓ２を相対的に小さくするものである。

詳しくは、図２に示すように、バーナノズル１０の軸心Ｃ１を通る直線Ｌ１によって搬送流路１２を二分割し、混合流体流入管２０が接続される側（図２において紙面下側）を流路面積Ｓ１と規定し、混合流体流入管２０が接続される側の反対側（図２において紙面上側）を流路面積Ｓ２と規定することができる。図２に示すように、微粉炭濃度分布調整部材３０は、混合流体流入管２０が接続される側の反対側の搬送流路１２を絞り、流路面積Ｓ１＞流路面積Ｓ２の関係を形成するようになっている。

微粉炭濃度分布調整部材３０は、搬送流路１２の流路断面の外縁輪郭１２ｂとは非接触で設けられている。微粉炭濃度分布調整部材３０は、内スリーブ１３の外周面側に支持されている。本実施形態では、バーナノズル１０を内スリーブ１３と外スリーブ１４との２重筒構造としているため、内スリーブ１３に微粉炭濃度分布調整部材３０を支持させることにより、微粉炭濃度分布調整部材３０を搬送流路１２の流路断面の外縁輪郭１２ｂと非接触で設けることができる。

微粉炭濃度分布調整部材３０は、図２に示すように、バーナノズル１０の軸心Ｃ１に対して偏心した楕円形の外縁輪郭３０ａを有する。本実施形態では、外縁輪郭３０ａの中心Ｃ２が、軸心Ｃ１に対し、混合流体流入管２０が接続される側の反対側（図２において紙面上側）に偏心している。この外縁輪郭３０ａを形成する楕円形の短軸は、搬送流路１２を二分割する直線Ｌ１と平行に配置され、この楕円形の長軸は、この直線Ｌ１と直交するような配置となっている。

微粉炭濃度分布調整部材３０は、図１に示すように、外縁部にテーパ３１が形成された板体で形成されている。テーパ３１は、搬送流路１２において、上流側の板体表面側と、下流側の板体裏面側とにそれぞれ設けられている。テーパ３１を形成することによって、微粉炭濃度分布調整部材３０の厚みは、中央部が大きく、外縁部が小さくなる。微粉炭濃度分布調整部材３０の板面は、混合流体流入管２０から流入する混合流体Ｆの流れに対して平行になり、搬送流路１２における混合流体Ｆの流れに対して垂直になる向きで配置されている。

続いて、上記構成の微粉炭バーナ１の作用について、図３を追加参照して説明する。
図３は、微粉炭濃度分布調整部材３０が設けられていない場合のバーナノズル１０と混合流体流入管２０との円管の組み合わせ構造における混合流体Ｆの流れと、噴出口１１における微粉炭の粒子濃度との関係を説明するための概念図である。

本実施形態の微粉炭バーナ１は、従来技術のウインドボックスを採用せずに、筒状のバーナノズル１０の側部に混合流体流入管２０を接続し、単純な円管の組み合わせ構造としている。この構造を採用すると、図３に示すように、略Ｌ字の流路が形成され、この流路を流通する混合流体Ｆは、噴出口１１に至る前に屈曲部１６を流通することとなる。混合流体Ｆには、燃焼用空気よりも比重の重い微粉炭が含まれている。このため、混合流体Ｆが屈曲部１６を流通する際に、その中の微粉炭が遠心力によって、混合流体流入管２０が接続される側と反対側（屈曲部１６の外側に対応する側）に偏る（図３に示す噴出口粒子濃度参照）。

そこで、本実施形態では、図１に示すように、搬送流路１２において混合流体流入管２０の接続位置よりも下流側に微粉炭濃度分布調整部材３０を設けている。微粉炭濃度分布調整部材３０は、混合流体流入管２０が接続される側の流路面積Ｓ１に対してその反対側の流路面積Ｓ２を相対的に小さくする。このように、微粉炭濃度分布調整部材３０の存在によって流路面積Ｓ２を相対的に小さくすると、混合流体流入管２０が接続される側と反対側の流路抵抗が増加し、図２において点線矢印で示すような流れが形成される。

この流れによって、混合流体流入管２０が接続される側と反対側に向かう微粉炭の一部を、混合流体流入管２０が接続される側に移動させることができる。したがって、図３に示す微粉炭濃度分布調整部材３０が設けられていない場合と比較して、混合流体流入管２０が接続される側の微粉炭の粒子濃度を増加させることができ、全体で噴出口１１における微粉炭の粒子濃度の均一化を図ることができる。したがって、本実施形態の微粉炭バーナ１によれば、単純な円管の組み合わせ構造を採用し、従来技術のウインドボックスを採用せずとも、燃焼状態を良好に保つことができる。

また、本実施形態の微粉炭濃度分布調整部材３０は、図２に示すように、バーナノズル１０の軸心Ｃ１に対して偏心した楕円形の外縁輪郭３０ａを有する。この構成によれば、微粉炭濃度分布調整部材３０を、バーナノズル１０の軸心Ｃ１に対して偏心させることで、混合流体流入管２０が接続される側と反対側の流路面積Ｓ２を容易に絞ることができ、また、図２において点線矢印で示すように、当該反対側に向かう微粉炭の一部の混合流体流入管２０が接続される側への移動も容易になる。

また、本実施形態の微粉炭濃度分布調整部材３０は、搬送流路１２の流路断面の外縁輪郭１２ｂとは非接触で設けられている。混合流体Ｆに含まれる微粉炭は、図３に示すように、屈曲する際に受ける遠心力によって、搬送流路１２の外側を形成する外スリーブ１４の内周面（壁面）に沿って流れる。このため、微粉炭濃度分布調整部材３０を、搬送流路１２の流路断面の外縁輪郭１２ｂと非接触で設けることにより、微粉炭との衝突頻度を低減させ、微粉炭濃度分布調整部材３０の摩耗を抑制することができる。

さらに、本実施形態の微粉炭濃度分布調整部材３０は、図１に示すように、外縁部にテーパ３１が形成された板体から形成されている。微粉炭との衝突頻度の高い板体の外縁部の角を落とさないと、その角が微粉炭との衝突により積極的に削れてしまい、微粉炭濃度分布調整部材３０が偏摩耗し、流路面積Ｓ１と流路面積Ｓ２の比率が経時的に変化してしまう場合がある。したがって、外縁部にテーパ３１を形成することで、微粉炭の粒子濃度の調整機能を長い間一定に維持することができるようになる。

このように、上述の本実施形態によれば、微粉炭と燃焼用空気との混合流体Ｆを噴出する噴出口１１及び噴出口１１に至る混合流体Ｆの搬送流路１２を備えるバーナノズル１０と、バーナノズル１０の側部に接続され、搬送流路１２に混合流体Ｆを流入する混合流体流入管２０と、搬送流路１２において混合流体流入管２０の接続位置よりも下流側に設けられ、混合流体流入管２０が接続される側の流路面積Ｓ１に対してその反対側の流路面積Ｓ２を相対的に小さくする微粉炭濃度分布調整部材３０と、を有する、という構成を採用することによって、摩耗を抑え且つ構造を簡略化し、製造が容易な微粉炭バーナ１が得られる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図４は、本発明の第２実施形態における微粉炭バーナ１の断面構成図である。図５は、図４における矢視Ｂ図である。
第２実施形態では、図４に示すように、微粉炭濃度分布調整部材３０が厚みのある立体形状を有している点で、上記実施形態と異なる。

第２実施形態の微粉炭濃度分布調整部材３０は、搬送流路１２において上流側が球体から形成され、下流側が楕円体から形成されている。詳しくは、図４に示すように、立体の最大外径を通る直線Ｌ２を境として、搬送流路１２の上流側が球体（符号３２で示す）となり、搬送流路１２の下流側が楕円体（符号３３で示す）となっている。換言すると、微粉炭濃度分布調整部材３０は、半分にした球体と、半分にした楕円体とを切断面で接合したような形状を有する。

また、第２実施形態の微粉炭濃度分布調整部材３０は、図５に示すように、バーナノズル１０の軸心Ｃ１に対して偏心した円形の外縁輪郭３０ｂを有する。本実施形態では、外縁輪郭３０ｂの中心Ｃ３が、軸心Ｃ１に対し、混合流体流入管２０が接続される側の反対側（図５において紙面上側）に偏心している。これにより、上記実施形態と同様に、混合流体流入管２０が接続される側の流路面積Ｓ１に対してその反対側の流路面積Ｓ２を相対的に小さくすることができる。

上記構成の第２実施形態によれば、微粉炭濃度分布調整部材３０が丸い立体形状を有しているため、微粉炭との衝突により積極的に削れる角がなく、微粉炭濃度分布調整部材３０の偏摩耗を抑制することができる。したがって、微粉炭濃度分布調整部材３０の微粉炭の粒子濃度の調整機能をより長い間一定に維持することができる。

また、微粉炭濃度分布調整部材３０の前半分は球体から形成されている。球体は、物理的に安定した形状であり、微粉炭との衝突耐性を高めることができる。このため、微粉炭濃度分布調整部材３０の上流側で発生する摩耗をより低減することができる。また、微粉炭濃度分布調整部材３０の後半分は楕円体から形成されている。楕円体は、下流側に滑らかに長く延び、微粉炭濃度分布調整部材３０の下流側における渦や淀みの発生を抑制することができる。このため、微粉炭濃度分布調整部材３０の下流側における混合流体Ｆの流れの安定化を図ることができる。
このように、上述した第２実施形態によれば、上記実施形態と同様の作用効果に加えて、微粉炭濃度分布調整部材３０の摩耗耐性をより高め、また、微粉炭濃度分布調整部材３０の通過後の混合流体Ｆの流れをより安定化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、微粉炭濃度分布調整部材を、板体若しくは球体と楕円体とを組み合わせた立体から形成した構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば、微粉炭濃度分布調整部材を、単に球体若しくは楕円体で形成しても良い。

また、例えば、上記実施形態では、微粉炭濃度分布調整部材がバーナノズルの軸心に対して偏心した円形若しくは楕円形の外縁輪郭を有する構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば、混合流体流入管が接続される側の流路面積に対してその反対側の流路面積を相対的に小さくすることができれば、異形の外縁輪郭を有する構成であっても良い。この異形の外縁輪郭は、角がないものを採用することが好ましい。

また、例えば、上記実施形態では、微粉炭濃度分布調整部材を内スリーブに支持させる構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば、バーナノズルが２重筒構造を採用しない場合、微粉炭濃度分布調整部材をバーナノズルの軸心に沿って延ばした棒体の先端に支持させる構成を採用しても良い。

また、例えば、上記実施形態では、混合流体流入管が外スリーブに対し直角方向に混合流体を流入する構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば、搬送流路の中で旋回流を形成するべく、混合流体流入管が外スリーブの内周面の接線方向に混合流体を流入させる構成を採用しても良い。

１…微粉炭バーナ、１０…バーナノズル、１１…噴出口、１２…搬送流路、１２ｂ…外縁輪郭、１３…内スリーブ、１４…外スリーブ、２０…混合流体流入管、３０…微粉炭濃度分布調整部材、３０ａ…外縁輪郭、３１…テーパ、Ｃ１…軸心、Ｆ…混合流体、Ｓ１…流路面積、Ｓ２…流路面積

Claims (8)

1. 微粉炭と燃焼用空気との混合流体を噴出する噴出口及び前記噴出口に至る前記混合流体の搬送流路を備えるバーナノズルと、
   前記バーナノズルの側部に接続され、前記搬送流路に前記混合流体を流入する混合流体流入管と、
   前記搬送流路において前記混合流体流入管の接続位置よりも下流側に設けられ、前記混合流体流入管が接続される側の流路面積に対してその反対側の流路面積を相対的に小さくする微粉炭濃度分布調整部材と、を有し、
   前記微粉炭濃度分布調整部材は、前記バーナノズルの軸心に対して偏心した円形若しくは楕円形の外縁輪郭を有する、ことを特徴とする微粉炭バーナ。
2. 前記微粉炭濃度分布調整部材は、前記搬送流路の流路断面の外縁輪郭とは非接触で設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の微粉炭バーナ。
3. 前記バーナノズルは、筒状の内スリーブと外スリーブとを有し、
   前記搬送流路は、前記内スリーブと前記外スリーブとの間に形成されており、
   前記微粉炭濃度分布調整部材は、前記内スリーブに支持されている、ことを特徴とする請求項２に記載の微粉炭バーナ。
4. 前記微粉炭濃度分布調整部材は、外縁部にテーパが形成された板体で形成されている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の微粉炭バーナ。
5. 前記微粉炭濃度分布調整部材は、球体若しくは楕円体で形成されている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の微粉炭バーナ。
6. 前記微粉炭濃度分布調整部材は、前記搬送流路において上流側が球体から形成され、下流側が楕円体から形成されている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の微粉炭バーナ。
7. 微粉炭と燃焼用空気との混合流体を噴出する噴出口及び前記噴出口に至る前記混合流体の搬送流路を備えるバーナノズルと、
   前記バーナノズルの側部に接続され、前記搬送流路に前記混合流体を流入する混合流体流入管と、
   前記搬送流路において前記混合流体流入管の接続位置よりも下流側に設けられ、前記混合流体流入管が接続される側の流路面積に対してその反対側の流路面積を相対的に小さくする微粉炭濃度分布調整部材と、を有し、
   前記微粉炭濃度分布調整部材は、球体若しくは楕円体で形成されている、ことを特徴とする微粉炭バーナ。
8. 微粉炭と燃焼用空気との混合流体を噴出する噴出口及び前記噴出口に至る前記混合流体の搬送流路を備えるバーナノズルと、
   前記バーナノズルの側部に接続され、前記搬送流路に前記混合流体を流入する混合流体流入管と、
   前記搬送流路において前記混合流体流入管の接続位置よりも下流側に設けられ、前記混合流体流入管が接続される側の流路面積に対してその反対側の流路面積を相対的に小さくする微粉炭濃度分布調整部材と、を有し、
   前記微粉炭濃度分布調整部材は、前記搬送流路において上流側が球体から形成され、下流側が楕円体から形成されている、ことを特徴とする微粉炭バーナ。

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