JP6526499B2 - バーナ - Google Patents

Description

本発明は、バイオマスを燃料として用いるバーナに関するものである。

地球温暖化問題におけるＣＯ_２の低減策の１つとしては、再生可能エネルギーの利用を促進することが考えられている。又、再生可能エネルギーについては、カーボンニュートラルの観点から、木材等の植物由来のバイオマスの燃料としての利用が注目されている。

バイオマス燃料は、薪やチップやペレットのような形で用いられることが多い。これらのバイオマス燃料は、燃焼に時間を要する。そのため、これらのバイオマス燃料を使用する場合は、炉床に面積の大きい火格子のような燃料支持具を備えた燃焼室で燃焼させるようにしてある（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１０７１６５号公報

ところが、特許文献１に示されたものでは、燃料支持具の上側に形成されるバイオマス燃料の層（固体燃料層）に対しては、炉床に設けられた多数の空気供給口から空気が供給されるだけであり、バイオマス燃料の層を攪拌する機能がないため、空気と偶然接触したバイオマス燃料が順次燃焼するのみである。そのため、特許文献１に示されたものは、バイオマス燃料の個々の粒子の燃焼に時間を要するので、燃焼制御に対する応答性が低いという問題がある。

また、特許文献１に示されたものは、チップのようなバイオマス燃料を対象として、形状（寸法）と水分などによる性状のばらつきを緩和する機能を備えるものとされているが、バイオマス燃料はすべて同じ供給口から炉内へ供給されているため、燃料性状にあった効率の良い燃焼はできず、同じ供給口から供給されるバイオマス燃料をある程度平準化することしかできない。

そこで、本発明は、様々な性状、形状のバイオマス燃料を使用することができると共に、燃焼制御に対する応答性の向上化を図ることができるバーナを提供しようとするものである。

本発明は、前記課題を解決するために、燃焼室と、前記燃焼室の底部に設けられた流動層と、前記燃焼室に設けられて粉体バイオマス燃料を該燃焼室内に吹き込む粉体燃料ノズルと、前記粉体燃料ノズルより前記燃焼室内に吹き込まれる前記粉体バイオマス燃料に着火する着火手段と、前記燃焼室における前記粉体燃料ノズルの設置位置よりも上方位置に設けられて前記流動層の上方からバイオマス燃料を該燃焼室内に供給するバイオマス燃料供給部と、前記燃焼室は、ガス出口を備え、該ガス出口に、主燃焼用空気が供給される主燃焼空気供給ノズルを備えるガス通路の一端側を接続して、該ガス通路の他端側に備えた火炎噴出口とを有するバーナとする。

前記バイオマス燃料供給部から供給される前記バイオマス燃料のうち、粒径の大きなものが、前記流動層に落下する構成としてある。

前記燃焼室の内部と前記流動層は、前記粉体燃料ノズルから前記燃焼室に吹き込まれる前記粉体バイオマス燃料の燃焼により加熱される構成としてある。

前記燃焼室は、燃焼用空気を供給する燃焼空気供給ノズルを備え、前記燃焼空気供給ノズルから供給される前記燃焼用空気は、前記燃焼室の内部で旋回流を形成する構成としてある。

前記燃焼室は縦長の形状とし、前記燃焼室の頂部に前記ガス出口が設けられ、前記燃焼室の側壁に前記粉体燃料ノズルが設けられ、前記バイオマス燃料供給部は、前記燃焼室における前記粉体燃料ノズルよりも高い位置に設けられ、前記燃焼空気供給ノズルは、前記燃焼室の側壁における前記バイオマス燃料供給部よりも低い位置で且つ前記粉体燃料ノズルと干渉しない位置に設けられた構成としてある。

前記燃焼室は横長の形状とし、前記流動層は前記燃焼室の一端側の底部に設けられ、前記バイオマス燃料供給部は、前記流動層の上方に設けられ、前記ガス出口は、前記燃焼室の他端側に設けられた構成としてある。

本発明のバーナによれば、様々な性状、形状のバイオマス燃料を使用することができると共に、燃焼制御に対する応答性の向上化を図ることができる。

バーナの第１実施形態を示す概略切断側面図である。 図１のＡ−Ａ方向矢視図である。 バーナの使用例を示すもので、（ａ）は概略切断側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ方向矢視図である。 バーナの第２実施形態を示す概略切断側面図である。 図４のＣ−Ｃ方向矢視図である。

本発明のバーナについて、図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１はバーナの第１実施形態を示す切断側面図、図２は図１のＡ−Ａ方向矢視図である。

本実施形態のバーナは、図１、図２に符号１で示すもので、上下に延びる円筒状として、頂部にガス出口３を有し、底部に流動層４を有する燃焼室２を備えている。燃焼室２には、粉体燃料ノズル５と、バイオマス燃料供給部６と、燃焼空気供給ノズル７が設けられている。更に、本実施形態のバーナ１は、ガス出口３に、主燃焼空気供給ノズル９を備えたガス通路８の一端側が接続され、このガス通路８の他端側が火炎噴出口１０とされた構成を備えている。

流動層４は、砂等の固体粒子の熱媒体（流動媒体）１１が充填されている。流動層４の下方には、熱媒体１１の通過は阻止する一方、空気は通過可能な多孔質板又は多孔板のような熱媒体支持部材１２と、散気管１３と、空気ボックス１４とが設けられている。空気ボックス１４には、送風機１５から燃焼用空気を兼ねる流動化空気１７ａを導く空気供給ライン１６ａが接続されている。これにより、流動層４では、空気ボックス１４、散気管１３、熱媒体支持部材１２を経て下方から導入されて上向きに噴出される流動化空気１７ａによって熱媒体１１の流動化が行われる。

したがって、流動層４は、後述するようにバイオマス燃料供給部６より燃焼室２に供給されて流動層４まで落下するバイオマス燃料１８を、流動化された熱媒体１１で支持し且つ撹拌しながら、流動化空気１７ａを用いて燃焼させることができる。この際、流動層４では、流動化空気１７ａの供給量と、バイオマス燃料供給部６より流動層４に落下供給されるバイオマス燃料１８の供給量が、バイオマス燃料１８の部分燃焼が生じるように（バイオマス燃料１８の完全燃焼には酸素不足となるように）調整されている。このため、流動層４では、バイオマス燃料１８の部分燃焼が行われると共に、この部分燃焼で生じた燃焼熱を利用してバイオマス燃料１８の残部の熱分解ガス化が行われる。流動層４では、バイオマス燃料１８を部分燃焼させることにより、流動層特有の固体燃料を攪拌する効果を残しながらバイオマス燃料１８が緩慢燃焼することになるので、バイオマス燃料１８の形状および性状の変動による燃焼変動を抑制できる。

流動層４におけるバイオマス燃料１８の熱分解ガス化によって生じる可燃性ガスは、バイオマス燃料１８の部分燃焼によって生じる燃焼ガスや、流動層４で流動化空気１７ａとして使用された後の空気と一緒に、ガス出口３に向けて燃焼室２を上昇する。

燃焼室２は、流動層４の直上となる燃焼室２の下部寄りの領域が、前記のように流動層４に支持されたバイオマス燃料１８が部分燃焼と熱分解ガス化される燃焼部１９となっている。燃焼室２における燃焼部１９よりも上方の領域は、ガス化燃焼空間２０とされている。

粉体燃料ノズル５は、燃焼室２の側壁２１におけるガス化燃焼空間２０の下部寄りとなる個所に設けられている。

粉体燃料ノズル５は、粉体バイオマス燃料としての木粉２２を、燃焼用空気を兼ねる搬送用空気１７ｂと一緒に燃焼室２へ吹き込むように供給して燃焼させるためのノズルである。

このため、粉体燃料ノズル５は、側壁２１の外部に位置する端部（基端）側に、粉体バイオマス燃料供給部としての木粉供給部２３と、送風機１５より搬送用空気１７ｂを導く空気供給ライン１６ｂとが接続されている。

木粉２２は、粉体燃料ノズル５から搬送用空気１７ｂと共に燃焼室２に吹き込んで、パイロットバーナ２４による着火、燃焼が可能となるように調製された木質バイオマスの粉体燃料であり、たとえば、含水率が２０％以下で、粒径が５００μｍ以下とされている。

木粉供給部２３は、たとえば、スクリューフィーダのような定量供給機が用いられる。

これにより、粉体燃料ノズル５では、木粉供給部２３より木粉２２が定量供給されると、この木粉２２が、空気供給ライン１６ｂより供給される搬送用空気１７ｂによって空気搬送（気流搬送）されて燃焼室２に吹き込まれるようになる。この際、粉体燃料ノズル５の内部での木粉２２の滞留を防ぐためには、粉体燃料ノズル５の先端側より燃焼室２へ吹き込まれる木粉２２及び搬送用空気１７ｂの流速は、５ｍ／ｓ以上に設定されることが好ましい。

側壁２１における粉体燃料ノズル５の先端側近傍個所には、着火手段としてのパイロットバーナ２４が設けられている。

パイロットバーナ２４は、図示しない燃料供給部よりＬＰＧ、都市ガス、灯油等の燃料２５が供給されると共に、送風機１５より空気供給ライン１６ｃを通してパイロット用空気１７ｃが供給される。更に、パイロットバーナ２４は、図示しない点火装置を備えた構成としてあり、燃料２５とパイロット用空気１７ｃが供給されている状態で点火装置を用いて口火を点火し、この口火を保持可能なものとなっている。

なお、パイロットバーナ２４は、側壁２１の粉体燃料ノズル５の先端側近傍位置に代えて、粉体燃料ノズル５の内部における木粉２２と搬送用空気１７ｂの流路（図示せず）に設けられていてもよい。

これにより、燃焼室２では、粉体燃料ノズル５から搬送用空気１７ｂと共に燃焼室２に吹き込まれる木粉２２がパイロットバーナ２４により着火されると共に、搬送用空気１７ｂを用いて燃焼し、この木粉２２の燃焼熱によって燃焼室２の内部と流動層４が加熱されるようになっている。この際、木粉２２は、前記したような小さい粒径の粉体であることから、燃焼室２内で速やかに燃焼される。

したがって、本実施形態のバーナ１は、粉体燃料ノズル５から燃焼室２へ吹き込んで燃焼させる木粉２２の量を調整することにより、燃焼室２の温度をコントロールすることが可能となっている。

なお、搬送用空気１７ｂの供給量は、燃焼室２に吹き込まれる木粉２２を完全燃焼させるために必要とされる空気量を基準として、或る幅で増減させた量に設定してあればよい。この際、搬送用空気１７ｂの供給量が木粉２２の完全燃焼に必要な空気量に対して余剰となる場合は、その余剰分はバイオマス燃料１８の部分燃焼に使用される。一方、搬送用空気１７ｂが木粉２２の完全燃焼に必要な空気量に対して不足する場合は、木粉２２に燃え残りが生じるが、この燃え残りの木粉２２は、流動層４へ落下してバイオマス燃料１８と一緒に部分燃焼や熱分解ガス化に利用される。更に、木粉２２のうちの比較的粒径が大きい木粉２２は、粉体燃料ノズル５から燃焼室２に吹き込まれたときに空間に浮遊した状態では燃焼しきれない可能性があるが、この場合に生じる燃え残りの木粉２２は、流動層４へ落下して、前記と同様にバイオマス燃料１８と一緒に部分燃焼や熱分解ガス化に利用される。

又、粉体燃料ノズル５は、先端側に図示しない保炎器あるいは段差などによる保炎構造（以下、保炎器等という）を備えていることが好ましい。このように保炎器等を備えた構成によれば、保炎器等で保持される炎によって、粉体燃料ノズル５より燃焼室２に新たに吹き込まれる木粉２２に順次着火させることができる。このため、パイロットバーナ２４は、冷間起動時以外では粉体燃料ノズル５より燃焼室２に吹き込まれる木粉２２に一旦着火させた後は消すことが可能になるので、パイロットバーナ２４で使用される燃料２５の消費量を削減することができる。

バイオマス燃料供給部６は、側壁２１における粉体燃料ノズル５の設置位置よりも上方となる位置に設けられていることが好ましい。これは、バイオマス燃料供給部６から供給するバイオマス燃料１８が、後述するように流動層４まで落下するときに、粉体燃料ノズル５による木粉２２の燃焼が行われている領域を通過するようにして、バイオマス燃料１８の燃焼を促すためである。

バイオマス燃料供給部６は、たとえば、粒径が５００μｍ〜２５ｍｍの木質バイオマスであるバイオマス燃料１８を、燃焼室２へ供給するための装置である。なお、バイオマス燃料１８は、部分燃焼と熱分解ガス化を効率よく進行させるという観点から考えると、できるだけ粒径が５００μｍ〜２５ｍｍの範囲内に揃えられていることが好ましいが、粒径が５００μｍ未満のものや２５ｍｍを超えたものが含まれていてもよい。

バイオマス燃料１８は、たとえば、間伐材、製材端材、剪定枝、建設廃材等の木質バイオマスを原料として図示しない破砕機で破砕処理して製造した破砕物（チップ）や、おが粉等を用いることができる。更に、バイオマス燃料１８は、木質バイオマスより製造したペレットを用いるようにしてもよい。

なお、バイオマス燃料１８は、含水率についての定めは特にないが、低位発熱量を増すためには、含水率はできるだけ低い方が好ましい。

この種のバイオマス燃料１８の供給に用いるバイオマス燃料供給部６は、たとえば、スクリューフィーダのような定量供給機が用いられる。これにより、バイオマス燃料供給部６は、燃焼室２にバイオマス燃料１８を定量供給することができる。

燃焼空気供給ノズル７は、側壁２１におけるバイオマス燃料供給部６よりも下方となる位置で且つ粉体燃料ノズル５と干渉しない位置に設けられている。図１及び図２では、側壁２１に２本の燃焼空気供給ノズル７が設けられた例を示している。燃焼空気供給ノズル７は、水平方向に配置されていて、図２に示すように、燃焼室２の外周の接線方向に沿う姿勢で側壁２１に取り付けられている。更に、燃焼空気供給ノズル７には、送風機１５から燃焼用空気１７ｄを導くために空気供給ライン１６ｄが接続されている。

これにより、燃焼室２では、燃焼空気供給ノズル７から燃焼用空気１７ｄが供給されると、燃焼室２に図１に矢印で示すように旋回しながらガス出口３側、すなわち、上方へ向けて流れる燃焼用空気１７ｄの上昇流が形成される。

なお、燃焼空気供給ノズル７からの燃焼用空気１７ｄの供給量は、流動層４に供給される流動化空気１７ａの供給量との合計が、バイオマス燃料供給部６より供給されるバイオマス燃料１８の全量に対し部分燃焼が生じるように（全バイオマス燃料１８の完全燃焼には酸素不足となるように）調整されている。

燃焼室２にバイオマス燃料供給部６からバイオマス燃料１８が供給されると、このバイオマス燃料１８は、燃焼用空気１７ｄの上昇流に接触する。このため、バイオマス燃料１８のうちの小粒径のものは、燃焼用空気１７ｄの上昇流によって浮遊させられた状態で、又、より大きな粒径のものは上昇流中を徐々に下降しながら、前述したと同様の部分燃焼と熱分解ガス化が行われる。バイオマス燃料１８のうち、上昇流中で部分燃焼と熱分解ガス化が完全には進行しなかった大きな粒径のものは、図１に二点鎖線で示すように流動層４まで落下し、流動層４において前述した部分燃焼と熱分解ガス化が行われる。

したがって、燃焼室２内では、供給されたすべてのバイオマス燃料１８について、部分燃焼と熱分解ガス化が行われる。燃焼室２内でバイオマス燃料１８の熱分解ガス化によって生じた可燃性ガスは、バイオマス燃料１８の部分燃焼による燃焼ガスと、流動化空気１７ａ及び燃焼用空気１７ｄとして使用された後の空気と一緒にガス出口３へ導かれる。

ガス通路８は、たとえば、横方向に延びる筒とされ、長手方向の一端側でガス出口３に接続され、長手方向他端側の開口が火炎噴出口１０とされている。

ガス通路８には、たとえば、図１に示すように、主燃焼空気供給ノズル９が、火炎噴出口１０側に向いた姿勢で設けられている。主燃焼空気供給ノズル９には、送風機１５から主燃焼用空気１７ｅを導く空気供給ライン１６ｅが接続されている。これにより、ガス通路８では、燃焼室２のガス出口３よりガス通路８に導かれる可燃性ガスを含んだガスに対し、主燃焼空気供給ノズル９より主燃焼用空気１７ｅが供給されて、可燃性ガスの主燃焼用空気１７ｅによる主燃焼が更に行われる。この主燃焼によって生じる高温の燃焼ガス２６は、火炎２７と共に火炎噴出口１０より噴出する。

なお、図示しないが、主燃焼空気供給ノズル９は、ガス通路８の外周に接線方向に取付けられて、主燃焼用空気１７ｅがガス通路８に旋回しながら供給される構成としてもよい。

以上の構成としてある本実施形態のバーナ１を起動させる場合は、先ず、パイロットバーナ２４を点火した状態で、粉体燃料ノズル５から木粉２２と搬送用空気１７ｂを燃焼室２に吹き込む。これにより、燃焼室２では、木粉２２が搬送用空気１７ｂを用いて燃焼されるようになるので、その燃焼熱により燃焼室２及び流動層４の温度をバイオマス燃料１８の着火温度以上に昇温させる。このとき、流動層４は、流動化空気１７ａによる熱媒体１１の流動を行わせるようにし、又、燃焼空気供給ノズル７から燃焼室２への燃焼用空気１７ｄの供給と、主燃焼空気供給ノズル９からガス通路８への主燃焼用空気１７ｅの供給を開始しておく。

次いで、本実施形態のバーナ１は、燃焼室２及び流動層４の温度がバイオマス燃料１８の着火温度まで昇温した後、バイオマス燃料供給部６から燃焼室２へのバイオマス燃料１８の供給を開始する。これにより、燃焼室２では、バイオマス燃料１８の燃焼用空気１７ｄによる浮遊状態での部分燃焼と熱分解ガス化が行われる。更に、浮遊状態では部分燃焼又は熱分解ガス化が完全に進行しきれない比較的大きな粒径のバイオマス燃料１８は、流動層４まで落下して、流動層４にて流動化空気１７ａを用いて部分燃焼と熱分解ガス化が行われる。燃焼室２におけるバイオマス燃料１８の熱分解ガス化によって生じた可燃性ガスを含むガスは、その後、ガス出口３からガス通路８へ連続的に導かれる。

ガス通路８では、燃焼室２より連続的に導かれる可燃性ガスを含むガスに対し、主燃焼空気供給ノズル９から主燃焼用空気１７ｅが供給されるため、可燃性ガスの主燃焼が行われる。これにより、本実施形態のバーナ１は、前記主燃焼により生じる高温の燃焼ガス２６を、火炎２７と共に火炎噴出口１０より噴出することができる。

このように、本実施形態のバーナ１は、冷間時から粉体バイオマス燃料である木粉２２を用いて起動することができ、又、バイオマス燃料１８を燃料として運転して、高温の燃焼ガス２６と火炎２７を火炎噴出口１０より外部へ供給することができる。

更に、本実施形態のバーナ１は、粉体燃料ノズル５より供給する木粉２２の供給量の制御によって燃焼室２の温度をコントロールすることができるため、燃焼制御に対する応答性の向上化を図ることができる。

本実施形態のバーナ１は、パイロットバーナ２４用の燃料２５以外の燃料をすべてバイオマス由来とすることができて、カーボンニュートラルに配慮した装置とすることができる。

又、バイオマス燃料１８のうちの比較的小さい粒径のものは、ガス化燃焼空間２０で浮遊状態で部分燃焼と熱分解ガス化によって消費することができるため、流動層４は、燃焼室２に供給されるバイオマス燃料１８の全量を受け入れることはない。したがって、本実施形態のバーナ１は、流動層４の小型化を図ることができると共に、流動層４の層高も浅くすることができるため、流動化空気１７ａの供給のために送風機１５に必要とされる動力の低減化を図ることができる。

本実施形態のバーナ１は、起動や燃焼制御のためには木粉２２を用いるが、それ以外のバイオマス由来の燃料は、粒径が５００μｍ〜２５ｍｍ程度と比較的大きいバイオマス燃料１８を使用することができる。よって、本実施形態のバーナ１は、使用する燃料の全量を粉砕処理によって製造される木粉２２とする必要はなく、更に、バイオマス燃料１８の含水率の制限は木粉２２に比して緩いため、燃料の生産性の向上化と燃料製造コストの低減化を図ることができる。

更に、本実施形態のバーナ１では、粉体バイオマス燃料である木粉２２は、粉体燃料ノズル５から搬送用空気１７ｂと共に燃焼室２に吹き込んで燃焼させるようにし、より粒径が大きいバイオマス燃料１８は、バイオマス燃料供給部６から燃焼室２に供給してガス化燃焼空間２０や流動層４での部分燃焼と熱分解ガス化に供するようにしてある。したがって、本実施形態のバーナ１は、バイオマス由来の粒径が異なる燃料を、燃料性状にあった供給手法で燃焼室２に供給して効率良く燃焼させることができる。

［第１実施形態の使用例］
図３は、第１実施形態のバーナの使用例を示すもので、図３（ａ）は概略切断側面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ方向矢視図である。

なお、図３（ａ）（ｂ）において、図１、図２に示したものと同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。

第１実施形態のバーナ１は、たとえば、煙管ボイラの加熱源として使用することができる。

ところで、バイオマス由来の燃料を燃焼させる場合は、燃焼ガス中に灰が浮遊した状態で含まれることがある。又、この灰には、可燃物の未燃分が含まれている（付着している）ことがある。

この点に鑑みて、第１実施形態のバーナ１は、たとえば、図３（ａ）（ｂ）に示すような構成の煙管ボイラ１００に加熱源として適用することが好ましい。

煙管ボイラ１００は、水１０１を貯留する缶体１０２と、缶体１０２内に配設され、軸心方向を上下方向とする複数の煙管１０３と、バーナ１に一端側が接続され且つバーナ１からの燃焼ガス２６を他端側から缶体１０２の下側へ導入する燃焼ガス導入用煙管１０４と、缶体１０２の下部に設けられて煙管１０３の下端側と燃焼ガス導入用煙管１０４の下端側とを連通する灰受部１０５とを備えた構成とされている。

具体的には、缶体１０２は、縦方向に配置された円筒形状とされ、胴部１０６の内側の上端側と下端縁部に、それぞれ上部鏡板（管寄せ）１０７と下部鏡板（管寄せ）１０８とを固定して備え、上下の鏡板１０７，１０８の間が水１０１の貯留空間１０９とされている。

缶体１０２内における上部鏡板１０７よりも上側の空間はガス集合部１１０とされている。

煙管１０３の管径は、燃焼ガス導入用煙管１０４の管径よりも小さく設定されている。煙管１０３は、缶体１０２内に、缶体１０２の軸心方向と平行な姿勢で、燃焼ガス導入用煙管１０４を取り囲むように配置されている。煙管１０３の上端側は、上部鏡板１０７に貫通した状態で固定されていて、上端開口部がガス集合部１１０に連通している。煙管１０３の下端側は、下部鏡板１０８に貫通した状態で固定されていて、下端開口部が灰受部１０５に連通している。

燃焼ガス導入用煙管１０４は、上端側が、缶体１０２の胴部１０６に缶体１０２の内側から貫通して外側へ突出するように取り付けられていて、その突出端部の開口が入口１１１とされている。入口１１１は、バーナ１の火炎噴出口１０に接続されている。

燃焼ガス導入用煙管１０４は、図３（ａ）に示すように、缶体１０２内で入口１１１側より水平方向に延びて缶体１０２の中央部分で下向きに屈曲した形状とされており、下端側が下部鏡板１０８の中央部分に上方から貫通するように取り付けられている。燃焼ガス導入用煙管１０４の下端開口部は、灰受部１０５の中央部分に連通する出口１１２となっている。

これにより、バーナ１の火炎噴出口１０より火炎２７（図１参照）と共に噴出される燃焼ガス２６は、燃焼ガス導入用煙管１０４に入口１１１側から導入された後、上側から下側へ流れて灰受部１０５に導入される。この際、燃焼ガス導入用煙管１０４の管径は、火炎噴出口１０の径と同等としてあるため、燃焼ガス２６の流速は、火炎噴出口１０より噴出された流速に保持される。このため、燃焼ガス２６中に浮遊して灰１１３が同伴されていたとしても、その灰１１３は、燃焼ガス導入用煙管１０４の内面への付着が抑制された状態で、燃焼ガス２６と共に灰受部１０５に導入される。

灰受部１０５は、缶体１０２の下側に、缶体１０２の径と同様の径寸法で設けられた円筒状の容器であり、上端側は缶体１０２の下端側に気密に取り付けられている。

灰受部１０５は、燃焼ガス導入用煙管１０４の出口１１２側から導入された燃焼ガス２６の流速が、灰受部１０５内では灰１１３の終端速度に満たない流速まで減速（低下）するように、燃焼ガス導入用煙管１０４の流路断面積に比して大きな流路断面積を有するものとされている。

具体的には、灰受部１０５は、缶体１０２と同様の径寸法としてあるため、灰受部１０５の高さ寸法を調整することで、前述の流路断面積を得るようにしてある。

これにより、灰受部１０５に燃焼ガス導入用煙管１０４の出口１１２から燃焼ガス２６が導入されると、燃焼ガス２６は、図３（ａ）に矢印で示すように、一旦下方に向けて流れた後、周囲に拡散し、その後、上向きに反転されてから、各煙管１０３に流入するようになる。

このため、燃焼ガス２６に同伴されて灰受部１０５に流入した灰１１３は、燃焼ガス２６の流れにより灰受部１０５の内底部側に導かれる。その際、燃焼ガス２６の流速が灰１１３の終端速度未満になることに起因して、灰１１３の大部分は燃焼ガス２６の流れに同伴されることなく取り残される。したがって、灰受部１０５は、燃焼ガス２６中に灰１１３が含まれていたとしても、その灰１１３の大部分を分離させて灰受部１０５の内底部に沈降させることができる。

又、灰受部１０５は、側壁部１０５ａ及び底壁部１０５ｂが耐火材で構築されていて、燃焼ガス２６が導入される内部の温度を灰１１３中の未燃分が燃焼する温度に保持可能な構成とされている。これにより、沈降途中の灰１１３中の未燃分や灰受部１０５の内底部に沈降した灰１１３中の未燃分は、燃焼ガス２６に残存している酸素（余剰酸素）により燃焼する。

更に、灰受部１０５は、側壁部１０５ａに、空気１１５を灰受部１０５内に供給する空気供給ライン１１４が接続されている。これにより、灰受部１０５では、空気供給ライン１１４から供給される空気１１５により、灰受部１０５に沈降した灰１１３中の未燃分の燃焼が更に促進されるようにしてある。

灰受部１０５の側壁部１０５ａには、灰を排出させるための灰排出口１１６があり、灰受部１０５から定期的（たとえば、月に１回程度）に灰１１３を掻き出せるようにしてある。図示してないが、灰排出口１１６には開閉用の蓋が備えられている。

ガス集合部１１０の側壁部には、燃焼ガス出口１１７が設けられている。燃焼ガス出口１１７は、燃焼ガス排出ライン１１９を介してサイクロン１１８に接続されている。これにより、燃焼ガス出口１１７より排出される燃焼ガス２６は、サイクロン１１８で灰が除去された後、図示しない煙突や排ガス処理装置等を経て大気へ放出される。

なお、図３（ａ）では、一例として、燃焼ガス出口１１７をガス集合部１１０の側壁部に設けた構成を示しているが、缶体１０２の頂部に燃焼ガス出口１１７を設けて、缶体１０２の頂部から燃焼ガス２６を排出させるようにしてもよい。

又、燃焼ガス導入用煙管１０４は、入口１１１を缶体１０２の胴部１０６に開口させた構成を示したが、入口１１１側を上部鏡板１０７に貫通させると共に、缶体１０２の上方や、ガス集合部１１０の側壁部に開口させて、上部鏡板１０７の上側から燃焼ガス２６を導入させるようにしてもよい。

図３（ａ）（ｂ）では、缶体１０２内の複数の煙管１０３は、缶体１０２内でほぼ一定の間隔で設置されているが、缶体１０２の周方向におけるガス集合部１１０の燃焼ガス出口１１７が配置されている側に寄った領域の煙管１０３の配列間隔を疎にし、燃焼ガス出口１１７が配置されている側から離れた領域での煙管１０３の配列間隔を密にした構成としてもよい。このようにすれば、灰受部１０５内での燃焼ガス２６の流れの周方向への拡散をより均一にして、各煙管１０３の燃焼ガス２６の流量をより均等化させることができる。

なお、図示していないが、貯留空間１０９には、缶体１０２の外部から加熱対象となる水１０１を供給する給水ラインが接続されていて、煙管ボイラ１００の使用時は貯留空間１０９に水１０１を設定されたレベルで貯留する。

煙管ボイラ１００を温水ボイラとして使用する場合は、貯留空間１０９に、温水を外部の図示しない熱利用部（熱需要部）との間で循環させるラインを接続する。又、煙管ボイラ１００を蒸気ボイラとして使用する場合は、貯留空間１０９に、蒸気を取り出す蒸気取出ラインを接続すればよい。

図３（ａ）において、符号１２０は、燃焼ガス導入用煙管１０４の熱膨張を吸収するため途中位置に設けたエキスパンション部である。

本使用例によれば、バーナ１は、前述したと同様に木粉２２及びバイオマス燃料１８を用いて運転し、火炎噴出口１０より噴出される燃焼ガス２６を、煙管ボイラ１００の燃焼ガス導入用煙管１０４の入口１１１に供給する。

これにより、燃焼ガス導入用煙管１０４では、燃焼ガス２６が、上側から出口１１２がある下側へ流れる。燃焼ガス導入用煙管１０４の管径は火炎噴出口１０の径と同等としてあるので、燃焼ガス導入用煙管１０４を流れる燃焼ガス２６の流速は維持され、流れが滞ることはない。そのため、燃焼ガス導入用煙管１０４は、内面への灰１１３の付着が抑制される。これにより、燃焼ガス導入用煙管１０４は、清掃の頻度の低減化を図ることができる。

燃焼ガス導入用煙管１０４の出口１１２に達した燃焼ガス２６は、灰受部１０５に下向きに流入した後、周囲へ拡散し、その後、上向きに反転されてから、各煙管１０３に流入する。

灰受部１０５内に流入した燃焼ガス２６は、流速が大幅に低下し、灰１１３の終端速度に満たない流速となる。これにより、灰１１３は、灰受部１０５内で沈降する。

更に、灰受部１０５では、燃焼ガス導入用煙管１０４の出口１１２より導入されるときの燃焼ガス２６の流れの向きが下向きとされているため、燃焼ガス２６に含まれている灰１１３には灰受部１０５の内底部へ向かう力（慣性力）が作用する。そのため、灰１１３は、灰受部１０５内で流速が低下した後に上向きとなる燃焼ガス２６の流れに同伴されにくくなり、灰受部１０５内での沈降がより促されて、燃焼ガス２６からの分離が促進される。

灰受部１０５内で沈降する灰１１３や内底部に沈降した灰１１３に含まれている未燃分は、燃焼ガス２６中の余剰酸素によって燃焼し、更に、空気供給ライン１１４より灰受部１０５内に供給される空気１１５によっても燃焼する。

又、灰受部１０５は、その内底面の面積が、缶体１０２の断面積と同様となっている。このため灰受部１０５で沈降した灰１１３は、内底面に分散した状態で燃焼ガス２６中の余剰酸素や空気１１５と効率よく接触させることができて、灰１１３中の未燃分の燃焼を促すことができる。

灰１１３中の未燃分が燃焼すると、灰１１３の量自体が減少するため、このことによっても、燃焼ガス２６に同伴される灰１１３の量は低減する。

したがって、煙管ボイラ１００では、燃焼ガス２６に同伴されて煙管１０３に流入する灰１１３の量が低減されるので、煙管１０３に灰１１３が付着することを抑制できる。これにより、煙管１０３は、灰１１３が付着した状態での流路断面積の確保を考慮しなくてよいため、管径を小さくすることができる。このため、煙管ボイラ１００は、煙管１０３の配置の密度の向上化を図ることができて、煙管ボイラ１００全体の小型化を図ることができるという利点が得られる。又、煙管１０３に灰１１３が付着することを抑制できることから、煙管ボイラ１００は、ボイラ効率の低下を抑制することができる。

又、燃焼ガス２６に同伴される灰１１３の量が低減することから、煙管ボイラ１００の下流に設置するサイクロン１１８等の集塵装置の集塵負荷を軽減でき、集塵装置の清掃の頻度を低減させて、運転期間を延命化できるという利点も得られる。

更に、煙管ボイラ１００は、灰受部１０５で灰１１３中の未燃分を燃焼させるので、この燃焼の際に生じる熱は灰受部１０５を通過する燃焼ガス２６に付与される。燃焼ガス２６の保有する熱は、燃焼ガス２６が煙管１０３を流通する間に煙管１０３の周囲の水１０１に熱交換により回収される。したがって、本使用例では、燃焼ガス２６に含まれる灰１１３中の未燃分が有する熱量も、温水あるいは蒸気の生成に有効利用することができる。

又、煙管ボイラ１００では、複数の煙管１０３が燃焼ガス導入用煙管１０４と干渉しない範囲で燃焼ガス導入用煙管１０４の周囲に分布するように配置されているので、缶体１０２内の無駄なスペースの低減化が図られている。

［第２実施形態］
図４はバーナの第２実施形態を示す切断側面図、図５は図４のＣ−Ｃ方向矢視図である。

なお、図４、図５において、第１実施形態に示したものと同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態のバーナ１ａは、円筒状の燃焼室２ａを横長となるように形成し、燃焼室２ａの一端側の底部に開口２８を設けて流動層４を備える。流動層４の構成は、第１実施形態と同様とされている。

燃焼室２ａの一端側の側壁２９には、粉体燃料ノズル５が設けられ、その近傍位置にパイロットバーナ２４が設けられている。粉体燃料ノズル５とパイロットバーナ２４の構成は第１実施形態と同様とされている。したがって、粉体燃料ノズル５では、燃焼室２ａに吹き込む木粉２２を搬送用空気１７ｂを用いて燃焼させることで、燃焼室２ａの内部と流動層４を加熱することができる。

更に、燃焼室２ａの一端側の頂部には、バイオマス燃料供給部６が流動層４の真上となる配置で設けられている。

燃焼室２ａは、その一端側における流動層４の直上となる領域が、図４に一点鎖線で示す燃焼部１９とされ、燃焼部１９を除く領域がガス化燃焼空間２０とされている。図４では、燃焼室２ａの一端側の上部から他端寄りの領域が、ガス化燃焼空間２０となっている。

バイオマス燃料供給部６は、燃焼室２ａの一端側の頂部にて、ガス化燃焼空間２０に開口させて接続されている。これにより、バイオマス燃料供給部６から供給するバイオマス燃料１８は、ガス化燃焼空間２０に供給され、バイオマス燃料１８のうち、ガス化燃焼空間２０にて浮遊状態で部分燃焼や熱分解ガス化が進行しきれない比較的粒径の大きなものが、ガス化燃焼空間２０を通過して流動層４へ落下供給されるようにしてある。

又、燃焼室２ａの円筒形状の外周部には、燃焼室２ａ内に開口する燃焼空気供給ノズル７が接線方向に沿う姿勢で設けられている。燃焼空気供給ノズル７は、図４では、一例として、燃焼室２ａの軸心方向の２個所に備えられている。これにより、燃焼空気供給ノズル７より燃焼室２ａに供給される燃焼用空気１７ｄは、図４に矢印で示すように、旋回しながら燃焼室２ａの他端側のガス出口３側へ向けて流される。

ガス出口３には、ガス通路８の一端側が接続され、ガス通路８の他端側開口は火炎噴出口１０とされている。

ガス通路８の火炎噴出口１０に近い位置の周壁には、主燃焼空気供給ノズル９が、火炎噴出口１０側に向けた斜めの姿勢で設けられていて、主燃焼用空気１７ｅが火炎噴出口１０の方向へ供給されるようになっている。

その他の構成は第１実施形態と同様とされている。

本実施形態のバーナ１ａを起動させる場合は、燃焼室２ａに粉体燃料ノズル５から木粉２２を搬送用空気１７ｂと共に吹き込んで燃焼させ、燃焼室２ａと流動層４をバイオマス燃料１８の着火温度以上に昇温させる。このとき、流動層４は、流動化空気１７ａによる熱媒体１１の流動を行わせるようにし、又、燃焼空気供給ノズル７から燃焼室２への燃焼用空気１７ｄの供給と、主燃焼空気供給ノズル９からガス通路８への主燃焼用空気１７ｅの供給を開始しておく。

次いで、本実施形態のバーナ１は、燃焼室２及び流動層４の温度がバイオマス燃料１８の着火温度まで昇温した後、バイオマス燃料供給部６から燃焼室２へのバイオマス燃料１８の供給を開始する。燃焼室２では、バイオマス燃料１８の燃焼用空気１７ｄによる浮遊状態での部分燃焼と熱分解ガス化が行われる。更に、浮遊状態では部分燃焼又は熱分解ガス化が完全に進行しきれない比較的大きな粒径のバイオマス燃料１８は、流動層４まで落下して、流動層４にて流動化空気１７ａを用いて部分燃焼と熱分解ガス化が行われる。燃焼室２において、バイオマス燃料１８の熱分解ガス化によって生じた可燃性ガスを含むガスは、ガス出口３からガス通路８へ連続的に導かれる。

ガス通路８では、燃焼室２より連続的に導かれる可燃性ガスを含むガスに対し、主燃焼空気供給ノズル９から主燃焼用空気１７ｅが供給されて、可燃性ガスの主燃焼が行われる。これにより、本実施形態のバーナ１は、主燃焼によって生じる高温の燃焼ガス２６を、火炎２７と共に火炎噴出口１０より噴出することができる。

したがって、本実施形態のバーナ１ａによっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は、前記各実施形態にのみ限定されるものではなく、燃焼室２，２ａ、流動層４、ガス通路８の各部や各構成機器のサイズや寸法比は、図示するための便宜上のものであり、実際の装置構成を反映したものではない。

又、燃焼室２，２ａにおける粉体燃料ノズル５の配置は、粉体燃料ノズル５より燃焼室に吹き込む木粉２２などの粉体バイオマス燃料の燃焼によって、燃焼室２，２ａの内部と流動層４を加熱することができれば、図示した以外の配置としてもよい。

燃焼室２，２ａにおける燃焼空気供給ノズル７の配置と設置数は、図示した以外の配置と設置数としてもよい。又、燃焼空気供給ノズル７は、燃焼室２，２ａ内に燃焼用空気１７ｄの旋回流を形成させることができるような配置と向きとしてあることが望ましいが、燃焼室２，２ａ内に燃焼用空気１７ｄを供給して、バイオマス燃料供給部６より供給されるバイオマス燃料１８の燃焼に供することができるようにしてあれば、任意の配置と向きであってもよい。

ガス通路８の向き（角度姿勢）は、火炎噴出口１０の向きに応じて適宜変更してもよい。又、ガス通路８における主燃焼空気供給ノズル９の配置と設置数は、図示した以外の配置と設置数としてもよい。

粉体燃料ノズル５より燃焼室２，２ａに吹き込む燃料は、木粉２２を例示したが、バイオマス由来の燃料であって、且つ粉体化された燃料であれば、木粉２２以外の任意の粉体バイオマス燃料を使用してもよい。

木粉２２の粒径は、原料とするバイオマスの有する燃焼容易性に応じて、冷間起動時に粉体燃料ノズル５から搬送用空気１７ｂと共に供給する際にパイロットバーナ２４を用いて着火させることができれば、５００μｍを超えていてもよい。木粉２２の含水率は、２０％以下として説明したが、冷間起動時に粉体燃料ノズル５から搬送用空気１７ｂと共に供給する際にパイロットバーナ２４を用いて着火させることができれば２０％を超えていてもよい。もちろん冷間起動時以外の通常運転あるいは熱間起動時においては、パイロットバーナ２４の有無にかかわらずガス化燃焼空間２０あるいは燃焼部１９で着火することができれば、木粉２２の粒径や含水率は、適宜変更してもよい。又、バイオマス燃料１８の粒径は、原料とするバイオマスの有する燃焼容易性に応じて適宜変更してもよい。

木粉２２、及び、バイオマス燃料１８の原料は、木質バイオマスとして説明したが、木質以外の植物由来のバイオマス、更には、微生物由来のバイオマスを原料として用いるようにしてもよい。

流動化空気１７ａ、搬送用空気１７ｂ、パイロット用空気１７ｃ、燃焼用空気１７ｄ、主燃焼用空気１７ｅは、単一の送風機１５より供給される構成を示したが、送風機１５は複数であってもよい。

本発明のバーナ１，１ａは、図３（ａ）（ｂ）に示した煙管ボイラ１００以外の任意の形式のボイラの加熱源として適用してもよい。更に、本発明のバーナ１，１ａは、高温の燃焼ガス２６と火炎２７のいずれか一方又は双方が要求される任意の需要先（利用先）に適用してもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１，１ａ バーナ
２，２ａ 燃焼室
３ ガス出口
４ 流動層
５ 粉体燃料ノズル
６ バイオマス燃料供給部
７ 燃焼空気供給ノズル
８ ガス通路
９ 主燃焼空気供給ノズル
１０ 火炎噴出口
１７ｄ 燃焼用空気
１７ｅ 主燃焼用空気
１８ バイオマス燃料
２１ 側壁
２２ 木粉（粉体バイオマス燃料）
２４ パイロットバーナ（着火手段）

Claims (6)

1. 燃焼室と、
   前記燃焼室の底部に設けられた流動層と、
   前記燃焼室に設けられて粉体バイオマス燃料を該燃焼室内に吹き込む粉体燃料ノズルと、
   前記粉体燃料ノズルより前記燃焼室内に吹き込まれる前記粉体バイオマス燃料に着火する着火手段と、
   前記燃焼室における前記粉体燃料ノズルの設置位置よりも上方位置に設けられて前記流動層の上方からバイオマス燃料を該燃焼室内に供給するバイオマス燃料供給部と、
   前記燃焼室は、ガス出口を備え、該ガス出口に、主燃焼用空気が供給される主燃焼空気供給ノズルを備えるガス通路の一端側を接続して、該ガス通路の他端側に備えた火炎噴出口とを有すること
   を特徴とするバーナ。
2. 前記バイオマス燃料供給部から供給される前記バイオマス燃料のうち、粒径の大きなものが、前記流動層に落下する構成とした
   請求項１記載のバーナ。
3. 前記燃焼室の内部と前記流動層は、前記粉体燃料ノズルから前記燃焼室に吹き込まれる前記粉体バイオマス燃料の燃焼により加熱される構成とした
   請求項１又は２記載のバーナ。
4. 前記燃焼室は、燃焼用空気を供給する燃焼空気供給ノズルを備え、
   前記燃焼空気供給ノズルから供給される前記燃焼用空気は、前記燃焼室の内部で旋回流を形成する構成とした
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバーナ。
5. 前記燃焼室は縦長の形状とし、
   前記燃焼室の頂部に前記ガス出口が設けられ、
   前記燃焼室の側壁に前記粉体燃料ノズルが設けられ、
   前記バイオマス燃料供給部は、前記燃焼室における前記粉体燃料ノズルよりも高い位置に設けられ、
   前記燃焼空気供給ノズルは、前記燃焼室の側壁における前記バイオマス燃料供給部よりも低い位置で且つ前記粉体燃料ノズルと干渉しない位置に設けられた構成とした
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のバーナ。
6. 前記燃焼室は横長の形状とし、
   前記流動層は前記燃焼室の一端側の底部に設けられ、
   前記バイオマス燃料供給部は、前記流動層の上方に設けられ、
   前記ガス出口は、前記燃焼室の他端側に設けられた構成とした
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のバーナ。

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