多管式バイオマス燃焼バーナ
【課題】よりシンプルな構造であり、バイオマス燃料の性状に応じてスワールの強度を変更可能であり、より安定的にバイオマス燃料を燃焼させることができる多管式バイオマス燃焼バーナを提供する。
【解決手段】チップ状または粉状のバイオマス燃料と、油またはガスの少なくとも一方である着火用補助燃料と、を用いて燃焼させる多管式バイオマス燃焼バーナにおいて、異なる径の少なくとも４本の円筒状部材が同心状に最も内側の第１筒状部材から最も外側の第４筒状部材へと組み合わされ、第１筒状部材１１の内部の第１空間には着火用補助燃料が供給され、第１筒状部材と第２筒状部材１２の間の第２空間には補助燃料用空気が供給され、第２筒状部材と第３筒状部材１３の間の第３空間にはバイオマス燃料の搬送用の１次空気とバイオマス燃料が供給され、第３筒状部材と第４筒状部材１４の間の第４空間には２次空気が供給されている。
【解決手段】チップ状または粉状のバイオマス燃料と、油またはガスの少なくとも一方である着火用補助燃料と、を用いて燃焼させる多管式バイオマス燃焼バーナにおいて、異なる径の少なくとも４本の円筒状部材が同心状に最も内側の第１筒状部材から最も外側の第４筒状部材へと組み合わされ、第１筒状部材１１の内部の第１空間には着火用補助燃料が供給され、第１筒状部材と第２筒状部材１２の間の第２空間には補助燃料用空気が供給され、第２筒状部材と第３筒状部材１３の間の第３空間にはバイオマス燃料の搬送用の１次空気とバイオマス燃料が供給され、第３筒状部材と第４筒状部材１４の間の第４空間には２次空気が供給されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石油やガスのみを燃料とする従来の燃焼バーナに対して、主としてバイオマスを燃料として、補助的に着火用として石油やガスを用いる、多管式バイオマス燃焼バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、石油やガスをバーナで燃焼させ、水冷炉筒で輻射熱を吸収して煙管で対流熱を吸収することで非常に高いエネルギー効率（８５％以上）にて蒸気を発生させる炉筒煙管式蒸気ボイラが、小型産業用ボイラ等に広く利用され、日本全国に１万３千基以上設置されている。
しかし近年では、石油やガスの価格の高騰等によりバイオマス燃料が注目され、石油やガスのみを燃焼させるバーナの代わりとなる、バイオマス燃料を主として燃焼させるバーナの開発が進められている。
例えば特許文献１に記載された従来技術には、筒内に螺旋溝が形成された回転筒を、駆動ローラを用いて軸回りに回転させて、螺旋溝にてバイオマス燃料と１次燃焼空気をバーナの先端に搬送して燃焼させる、バイオマス燃焼装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２１２１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料の性状が非常に安定している石油やガスと比較して、多様な微粉砕バイオマスを混合調整したバイオマス燃料は、原料バイオマスの性状に応じて、燃料の密度、揮発分含有量、水分、含有窒素分等が大幅に異なり、同一の条件で燃焼させた場合、燃焼状態が大きく異なる。従って、燃料の性状に応じた調整が必要であるが、燃焼負荷（燃料供給量）はボイラ等の負荷で決まるので自由に調整できず、調整できるものは、１次空気量（バイオマス燃料の搬送用の空気の量）と２次空気量（１次空気では不足する燃焼用の空気の量）と、１次空気または２次空気のスワール（渦）の強度である。
また、１次空気量と２次空気量は、燃料の性状でなく、燃料の量で決まるため、燃料の性状に応じて調整可能なものは、実質的にはスワールの強度のみである。ここで、スワールの強度は、スワールを形成する螺旋のピッチ、あるいは軸方向に対する螺旋方向の角度（図３の例における傾斜角度θ）で表すことができる。
特許文献１に記載された従来技術では、回転筒内に螺旋溝を形成し、駆動ローラを用いて回転筒を軸回りに回転させてバイオマス燃料と１次空気にスワールを発生させているが、バーナである回転筒を回転させる装置等が必要であるためバーナが複雑化するとともに、螺旋の角度が固定であるため、スワール強度を燃料性状に応じて変更することができず、種々の燃料性状のバイオマス燃料を用いた場合、それぞれの燃料性状のバイオマス燃料を適切な燃焼状態で燃焼させることは非常に困難である。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、よりシンプルな構造であり、バイオマス燃料の性状に応じてスワールの強度を変更可能であり、より安定的にバイオマス燃料を燃焼させることができる多管式バイオマス燃焼バーナを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの多管式バイオマス燃焼バーナである。
請求項１に記載の多管式バイオマス燃焼バーナは、チップ状または粉状のバイオマス燃料と、油またはガスの少なくとも一方である着火用補助燃料と、を用いて燃焼させる多管式バイオマス燃焼バーナにおいて、前記多管式バイオマス燃焼バーナは、異なる径の少なくとも４本の円筒状部材が同心状に最も内側の第１筒状部材から最も外側の第４筒状部材へと組み合わされている。
第１筒状部材の内部である第１空間には、前記着火用補助燃料が供給され、前記第１筒状部材と第２筒状部材との間である第２空間には、前記着火用補助燃料を燃焼させるための空気である補助燃料用空気が供給され、前記第２筒状部材と第３筒状部材との間である第３空間には、バイオマス燃料の搬送用の空気である１次空気とともにバイオマス燃料が供給され、前記第３筒状部材と第４筒状部材との間である第４空間には、前記バイオマス燃料を燃焼させるための空気である２次空気が供給されている。
【０００６】
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの多管式バイオマス燃焼バーナである。
請求項２に記載の多管式バイオマス燃焼バーナは、請求項１に記載の多管式バイオマス燃焼バーナであって、前記第４空間における任意の位置には、軸方向に流れる空気を螺旋状に旋回させるために軸方向に対して所定の取付け角度にて取付けられた単数または複数の案内部材を有する環状スワーラが嵌め込まれている。
【０００７】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの多管式バイオマス燃焼バーナである。
請求項３に記載の多管式バイオマス燃焼バーナは、請求項２に記載の多管式バイオマス燃焼バーナであって、前記案内部材を取付ける前記取付け角度を変更した複数の環状スワーラが予め用意されている。
そしてバイオマス燃料に応じて選択された環状スワーラを着脱可能に嵌め込むことが可能となるように、前記第４筒状部材は、前記２次空気の供給位置から当該第４筒状部材の先端までの任意の位置にて、軸方向に対して少なくとも２つに分割可能に構成されており、前記第４筒状部材の分割位置における第４空間には、選択された環状スワーラが着脱可能に嵌め込まれている。
【０００８】
また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの多管式バイオマス燃焼バーナである。
請求項４に記載の多管式バイオマス燃焼バーナは、請求項１〜３のいずれか一項に記載の多管式バイオマス燃焼バーナであって、前記１次空気の空気量を調整可能な１次空気量調整手段と、前記２次空気の空気量を調整可能な２次空気量調整手段と、燃料量検出手段と、前記１次空気量調整手段と前記２次空気量調整手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記燃料量検出手段からの信号に基づいて求めたバイオマス燃料の量に応じて変動する、前記１次空気と前記２次空気の合計の空気量である全空気量と、前記１次空気の空気量である１次空気量と、を求め、前記全空気量と前記１次空気量とに基づいて前記１次空気量調整手段と前記２次空気量調整手段を制御する。
そして前記１次空気量については、予め設定した１次空気量下限値以上となるように設定されており、前記バイオマス燃料の下限量から、前記バイオマス燃料の下限量と上限量の間の第１所定量までの間は、前記１次空気量が前記１次空気量下限値となるように、前記１次空気量下限値が設定されている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の多管式バイオマス燃焼バーナを用いれば、駆動ローラ等を必要とせず、よりシンプルな構造の多管式バイオマス燃焼バーナを実現することができる。
また、請求項２に記載の多管式バイオマス燃焼バーナを用いれば、よりシンプルな構造にて適切にスワールを発生させることができる多管式バイオマス燃焼バーナを実現することができる。
また、請求項３に記載の多管式バイオマス燃焼バーナを用いれば、より容易にスワールの強度を変更することができる。
また、請求項４に記載の多管式バイオマス燃焼バーナを用いれば、バイオマス燃料の量が少ない場合であっても、バイオマス燃料を搬送する１次空気の量を１次空気量下限値以上とするので、より安定的にバイオマス燃料を搬送することが可能であり、より安定的な燃焼を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の多管式バイオマス燃焼バーナ１０を用いたボイラシステム１の一実施の形態を説明する図である。
【図２】多管式バイオマス燃焼バーナ１０の構造の例を説明する断面図である。
【図３】環状スワーラ１０Ｓの構造の例を説明する図である。
【図４】多管式バイオマス燃焼バーナ１０において環状スワーラ１０Ｓの着脱方法を説明する図である。
【図５】バイオマス燃料の量に応じた１次空気量と２次空気量の決定方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の多管式バイオマス燃焼バーナ１０を用いたボイラシステム１の例を示している。
本実施の形態にて説明するボイラシステム１は、主として燃焼させる燃料としてチップ状または粉状（例えば５［ｍｍ］以下の形状）のバイオマス燃料（バイオマス貯蔵タンクＴ１内に貯蔵されている）を用い、着火時等にて補助的に燃焼させる燃料として石油またはガス（着火用補助燃料供給源Ｎ１から供給される）を用いる。
【００１２】
●［ボイラシステム１の全体構成（図１）］
図１の例に示すように、ボイラシステム１は、ボイラ本体ＢＲ、多管式バイオマス燃焼バーナ１０、フィルタ装置Ｆ、排煙装置Ｅ、バイオマス貯蔵タンクＴ１、フィーダ装置Ｓ１、ブロア装置Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、ＣＮ、着火用補助燃料供給源Ｎ１、制御装置ＣＴ、配管Ｈ１、Ｈ２、ＨＮ１、ＨＮ２、バルブＢ１ａ、Ｂ１ｂ、Ｂ２ａ、ＢＮ、ＢＮ１、ＢＦ等にて構成されている。
【００１３】
制御装置ＣＴは、ブロア装置Ｃ１からバルブＢ１ａ、Ｂ１ｂを経由して配管Ｈ１内に送風される１次空気に、バイオマス貯蔵タンクＴ１内のチップ状または粉状のバイオマス燃料をフィーダ装置Ｓ１を経由させて混合して多管式バイオマス燃焼バーナ１０に供給する。制御装置ＣＴは、ブロア装置Ｃ１の回転数やバルブＢ１ａの開度等を調整して配管Ｈ１内の１次空気の量を調整可能である。また制御装置ＣＴは、バルブＢ１ｂの開度やフィーダ装置Ｓ１のフィード量等を調整することで、１次空気に混合させるバイオマス燃料の量を調整可能である。
また制御装置ＣＴは、ブロア装置Ｃ２の回転数やバルブＢ２ａの開度等を調整して配管Ｈ２内の２次空気の量を調整可能である。
【００１４】
着火用補助燃料供給源Ｎ１は、着火用補助燃料が石油である場合は石油貯蔵タンク等であり、着火用補助燃料がガスである場合はガスボンベや都市ガス用配管等である。
制御装置ＣＴは、バルブＢＮ１の開度等を調整して配管ＨＮ２内の着火用補助燃料の量を調整可能であり、ブロア装置ＣＮの回転数やバルブＢＮの開度等を調整して配管ＨＮ１内の補助燃料用空気の量を調整可能である。
【００１５】
多管式バイオマス燃焼バーナ１０は、配管Ｈ１から供給されるバイオマス燃料と１次空気、配管Ｈ２から供給される２次空気、配管ＨＮ２から供給される着火用補助燃料、配管ＨＮ１から供給される補助燃料用空気、をボイラ本体ＢＲ内で燃焼させる。そして制御装置ＣＴは、燃焼状態検出手段ＳＮからの信号に基づいて燃焼状態（燃焼温度等）を検出することができる。
ボイラ本体ＢＲには、例えばＷｉｎに示すように水が入力される。そして入力された水は、ボイラ本体ＢＲ内または排煙装置Ｅ内にて熱を吸収し、温水やスチームに変化したＳｏｕｔとして取り出される。
フィルタ装置Ｆは、バイオマス燃料が燃焼した後に生成される灰等を除去するための装置であり、バルブＢＦやブロア装置Ｃ３等を備えている。
排煙装置Ｅは、Ｗｉｎ（この場合、水）が循環され、排煙の熱を水に吸収させる。
【００１６】
なお、バイオマス燃料を用いたボイラシステムは、図１に示すボイラシステム１の構成に限定されるものではなく、図１の「例」に示すような、バイオマス燃料を用いた種々のボイラシステムにて使用することができる、本発明の多管式バイオマス燃焼バーナ１０について、以下に説明する。
【００１７】
●［多管式バイオマス燃焼バーナ１０の構造（図２）］
図２は、本発明の多管式バイオマス燃焼バーナ１０の構造を説明する断面図を示している。なお、図２における上図は、円筒状の多管式バイオマス燃焼バーナ１０の中心軸に沿って切断した断面図を示しており、図２における下図は、上図におけるＡ−Ａの位置にて多管式バイオマス燃焼バーナ１０を、中心軸に直交する面で切断したＡ−Ａ断面図を示している。
【００１８】
多管式バイオマス燃焼バーナ１０は、異なる径の少なくとも４本の円筒状部材（第１筒状部材１１、第２筒状部材１２、第３筒状部材１３、第４筒状部材１４）が同心状（同軸状）に、最も内側の第１筒状部材１１から最も外側の第４筒状部材１４へと組み合わされている。
なお第４筒状部材１４は、２次空気の供給位置である入力部１４ｉｎから第４筒状部材１４の先端（先端部１０Ｚの側）までの任意の位置（図２では分割位置１４Ｃ）において、軸方向に対して少なくとも２つ（１４Ａと１４Ｂ）に分割可能に構成されている。
最も内側の第１筒状部材１１の入力部１１ｉｎには配管ＨＮ２が接続され、第１筒状部材１１の内部である第１空間１１Ｋには着火用補助燃料が供給される。
第１筒状部材１１の外側に配置された第２筒状部材１２の入力部１２ｉｎには配管ＨＮ１が接続され、第１筒状部材１１と第２筒状部材１２との間である第２空間１２Ｋには着火用補助燃料を燃焼させるための空気である補助燃料用空気が供給される。
【００１９】
第２筒状部材１２の外側に配置された第３筒状部材１３の入力部１３ｉｎには配管Ｈ１が接続され、第２筒状部材１２と第３筒状部材１３との間である第３空間１３Ｋにはバイオマス燃料の搬送用の空気である１次空気とともにバイオマス燃料が供給される。
第３筒状部材１３の外側に配置された第４筒状部材１４の入力部１４ｉｎには配管Ｈ２が接続され、第３筒状部材１３と第４筒状部材１４との間である第４空間１４Ｋにはバイオマス燃料を燃焼させるための空気である２次空気が供給される。
そして第４空間１４Ｋにおける任意の位置には、軸方向に流れる空気を、時計回りあるいは反時計回りの螺旋状に旋回させるため、軸方向に対して所定の取付け角度θ（図３参照）にて取付けられた単数または複数の案内部材１０Ｓｃを有する環状スワーラ１０Ｓが嵌め込まれている。
また、第２空間１２Ｋにおける任意の位置には、補助燃料用空気に所定強度のスワールを発生させる（環状の）スワーラ１０Ｔが設けられており、第３空間１３Ｋにおける任意の位置には、バイオマス燃料と１次空気に所定強度のスワールを発生させる（環状の）スワーラ１０Ｕが設けられている。
【００２０】
●［環状スワーラ１０Ｓの構造（図３）］
次に図３を用いて環状スワーラ１０Ｓの構造について説明する。
環状スワーラ１０Ｓは、第３筒状部材１３の外径よりやや大きな内径ΦＢを有する内周円筒部材１０Ｓｂと、第４筒状部材１４の内径よりもやや小さい外径ΦＡを有する外周円筒部材１０Ｓａと、フランジ部１０Ｓｄと、案内部材１０Ｓｃにて構成されている。
なお、案内部材１０Ｓｃは、板状の部材を湾曲させて成形してもよいし、任意の方向に湾曲可能なフレキシブルチューブ等を用いてもよい。
内周円筒部材１０Ｓｂと外周円筒部材１０Ｓａは同軸上に配置され、内周円筒部材１０Ｓｂと外周円筒部材１０Ｓａとの間である第５空間１０Ｓｋには、第５空間１０Ｓｋ内を軸方向に進行する空気を時計回りまたは反時計回りに螺旋状に旋回させる単数または複数の案内部材１０Ｓｃが取付けられている。
また案内部材１０Ｓｃは、軸方向に対して取付け角度θとなるように取付けられており、この取付け角度θは、バイオマス燃料の燃料性状に対して必要なスワール強度が得られる角度に設定されている。
なおフランジ部１０Ｓｄは、図２における分割位置１４Ｃに環状スワーラ１０Ｓを固定するため等の目的で設けられている。
【００２１】
●［スワール強度を変更する環状スワーラ１０Ｓの交換方法（図４）］
次に図４を用いて環状スワーラ１０Ｓの交換方法について説明する。
環状スワーラ１０Ｓは、バイオマス燃料の燃料性状のそれぞれに必要なスワール強度を得るために、それぞれ異なる取付け角度θで案内部材１０Ｓｃが取付けられた複数の環状スワーラ１０Ｓが予め用意されている。
そこで、作業者は、バイオマス燃料の燃料性状に必要なスワール強度を発生させる環状スワーラ１０Ｓを選択し、以下の手順にて、選択した環状スワーラ１０Ｓを第４空間１４Ｋに嵌め込む。
例えば、水分や揮発成分が多いバイオマス燃料に対しては、スワール強度がより強い環状スワーラを選択し、発熱量が高いバイオマス燃料や窒素分が多いバイオマス燃料に対しては、スワール強度がより弱い環状スワーラを選択する。
【００２２】
作業者は、多管式バイオマス燃焼バーナ１０がボイラ本体ＢＲに取付けられている図２の上図の状態から、バーナ本体部１０Ｙをボイラ本体ＢＲから引き抜く。引き抜いた状態は、図４の上図に示すとおりである。
次に作業者は、分割位置１４Ｃにて第４筒状部材１４を１４Ａと１４Ｂに分割し、１４Ｂを軸方向に抜き取る。
そして作業者は、露出した環状スワーラ１０Ｓを軸方向に抜き取り、選択した環状スワーラ１０Ｓを軸方向に沿って第４空間１４Ｋに嵌め込むことで、環状スワーラ１０Ｓを交換する。このように環状スワーラ１０Ｓは着脱可能に構成されている。
そして１４Ｂを元通りとなるように軸方向に沿って取付け、バーナ本体部１０Ｙをボイラ本体ＢＲに取付ける。
【００２３】
以上、環状スワーラ１０Ｓを交換可能（着脱可能）に構成する例を説明したが、バイオマス燃料の燃料性状が比較的安定している場合は、環状スワーラ１０Ｓのフランジ部１０Ｓｄを省略し、第４筒状部材１４を１４Ａと１４Ｂに分割せずに構成し、第４空間１４Ｋの任意の位置に、当該燃料性状に適した角度θにて案内部材１０Ｓｃを取付けた環状スワーラ１０Ｓを嵌め込んで、環状スワーラ１０Ｓを交換できない構成としてもよい。
【００２４】
●［バイオマス燃料の燃焼に用いる１次空気量と２次空気量の決定方法（図５）］
次に図５を用いて、バイオマス燃料の搬送に用いる１次空気（バイオマス燃料の燃焼にも使用される）の量と、バイオマス燃料を燃焼させるための（１次空気では不足する空気を補うための）空気である２次空気の量の決定方法について説明する。
図５に示す燃料量−空気量特性は、横軸が単位時間あたりに搬送されるバイオマス燃料の量を示しており、縦軸が単位時間あたりに必要な空気の量を示している。
全空気量（ＱＴ）、１次空気量（Ｑ１）、２次空気量（Ｑ２）は、バイオマス燃料の量に応じて変動する。
【００２５】
燃料量（Ｗ）に対応する理論空気量をＱ０（Ｗ）として、全空気比をｆｔ（一定）とすると、全空気量ＱＴ（Ｗ）は、ＱＴ（Ｗ）＝ｆｔ＊Ｑ０（Ｗ）となり、図５における直線状のグラフ（全空気量（ＱＴ））にて表される。なお全空気量は、１次空気量と２次空気量の合計空気量を示す。
また、ボイラの負荷（燃料量）の制御範囲を燃料量下限値（Ｗｍｉｎ）から燃料量上限値（Ｗｍａｘ）とする。
多管式バイオマス燃焼バーナ１０では、チップ状または粉状のバイオマス燃料を用いるが、例えば５［ｍｍ］以下のバイオマス燃料を用いる場合、バイオマス燃料を搬送する１次空気の流量が少ないと、安定してバイオマス燃料を搬送することが困難となる可能性がある。そこで、バイオマス燃料を安定的に搬送できる１次空気量の下限値をＱ１ｍｉｎとする。
この場合、燃料量（Ｗ）に対する１次空気量（バイオマス搬送用空気量）Ｑ１（Ｗ）は、図５に示すように、燃料量下限値（Ｗｍｉｎ）≦燃料量（Ｗ）≦燃料量（Ｗｃｈ）の範囲では、Ｑ１（Ｗ）＝Ｑ１ｍｉｎとなり、図５における折れ線状グラフ（１次空気量（Ｑ１））にて表される。また燃料量（Ｗｃｈ）≦燃料量（Ｗ）≦燃料量上限値（Ｗｍａｘ）の範囲では、Ｑ１（Ｗ）＝ｆ１＊Ｑ０（Ｗ）（ｆ１＝１次空気比（一定））となり、図５における折れ線状グラフ（１次空気量（Ｑ１））にて表される。
ここで、Ｗｃｈは燃料量下限値（Ｗｍｉｎ）と燃料量上限値（Ｗｍａｘ）の間の第１所定量に相当し、Ｑ１（Ｗ）＝ｆ１＊Ｑ０（Ｗ）の直線と、Ｑ１（Ｗ）＝Ｑ１ｍｉｎの直線との交点における燃料量の値である。
【００２６】
燃料量はボイラ本体ＢＲの負荷で決まり、制御装置ＣＴは、ボイラ本体ＢＲの負荷に応じた燃料量（Ｗ）を求め、求めた燃料量（Ｗ）となるようにフィーダ装置Ｓ１を調整する。
そして制御装置ＣＴは、求めた燃料量（Ｗ）と、図５に示す燃料量−空気量特性の１次空気量（Ｑ１）より、必要な１次空気の量であるＱ１（Ｗ）を求める。Ｗｍｉｎ≦燃料量（Ｗ）≦Ｗｃｈの範囲である場合は、Ｑ１（Ｗ）＝Ｑ１ｍｉｎであり、Ｗｃｈ≦燃料量（Ｗ）≦Ｗｍａｘの範囲である場合は、Ｑ１（Ｗ）＝ｆ１＊Ｑ０（Ｗ）から求める。
更に、制御装置ＣＴは、求めた燃料量（Ｗ）と、図５に示す燃料量−空気量特性の全空気量（ＱＴ）より、必要な全空気の量（１次空気量＋２次空気量）であるＱＴ（Ｗ）を、ＱＴ（Ｗ）＝ｆｔ＊Ｑ０（Ｗ）から求める。そして、全空気量ＱＴ（Ｗ）と１次空気量Ｑ１（Ｗ）から、必要な２次空気の量であるＱ２（Ｗ）を、Ｑ２（Ｗ）＝ＱＴ（Ｗ）−Ｑ１（Ｗ）にて求める。
【００２７】
そして制御装置ＣＴは、１次空気量が上記で求めたＱ１（Ｗ）となるように、図１に示すブロア装置Ｃ１の回転数やバルブＢ１ａの開度等を制御する。この場合、ブロア装置Ｃ１、バルブＢ１ａが１次空気量調整手段に相当する。
また制御装置ＣＴは、２次空気量が上記で求めたＱ２（Ｗ）となるように、図１に示すブロア装置Ｃ２の回転数やバルブＢ２ａの開度等を制御する。この場合、ブロア装置Ｃ２、バルブＢ２ａが２次空気量調整手段に相当する。
例えば５［ｍｍ］以下のバイオマス燃料を安定して搬送することができるＱ１ｍｉｎを１次空気量の下限値として設定したことで、燃料量が少ない場合（燃料量下限値（Ｗｍｉｎ）≦燃料量（Ｗ）≦第１所定量（Ｗｃｈ））であっても、安定した搬送を維持することが可能であり、安定した燃焼を維持することができる。
【００２８】
以上、本実施の形態にて説明した多管式バイオマス燃焼バーナ１０は、駆動ローラ等を有することなく、複数の筒状部材を同軸状に組み合わせた、よりシンプルな構造とすることができる。また、第４筒状部材１４を分割式にして環状スワーラ１０Ｓを着脱式とすることで、スワール強度を容易に変更することができる。また、１次空気量の下限値を設定することで、バイオナス燃料の量が少ない場合であっても、安定的にバイオマス燃料を搬送して安定的な燃焼を維持することができる。
【００２９】
本発明の多管式バイオマス燃焼バーナ１０は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造、制御等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、以上（≧）、以下（≦）、より大きい（＞）、未満（＜）等は、等号を含んでも含まなくてもよい。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
また、チップ状または粉状のバイオマス燃料は、ペレット状のバイオマス燃料も含み、バイオマス燃料の製造方法、形状等を限定するものではない。
【符号の説明】
【００３０】
１ ボイラシステム
１０ 多管式バイオマス燃焼バーナ
１０Ｓ 環状スワーラ
１０Ｓｃ 案内部材
１１ 第１筒状部材
１１Ｋ 第１空間
１２ 第２筒状部材
１２Ｋ 第２空間
１３ 第３筒状部材
１３Ｋ 第３空間
１４ 第４筒状部材
１４Ｋ 第４空間
１４Ｃ 分割位置
Ｂ１ａ、Ｂ１ｂ、Ｂ２ａ、ＢＮ、ＢＮ１、ＢＦ バルブ
ＢＲ ボイラ本体
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、ＣＮ ブロア装置
ＣＴ 制御装置
Ｅ 排煙装置
Ｆ フィルタ装置
Ｓ１ フィーダ装置
Ｔ１ バイオマス貯蔵タンク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石油やガスのみを燃料とする従来の燃焼バーナに対して、主としてバイオマスを燃料として、補助的に着火用として石油やガスを用いる、多管式バイオマス燃焼バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、石油やガスをバーナで燃焼させ、水冷炉筒で輻射熱を吸収して煙管で対流熱を吸収することで非常に高いエネルギー効率（８５％以上）にて蒸気を発生させる炉筒煙管式蒸気ボイラが、小型産業用ボイラ等に広く利用され、日本全国に１万３千基以上設置されている。
しかし近年では、石油やガスの価格の高騰等によりバイオマス燃料が注目され、石油やガスのみを燃焼させるバーナの代わりとなる、バイオマス燃料を主として燃焼させるバーナの開発が進められている。
例えば特許文献１に記載された従来技術には、筒内に螺旋溝が形成された回転筒を、駆動ローラを用いて軸回りに回転させて、螺旋溝にてバイオマス燃料と１次燃焼空気をバーナの先端に搬送して燃焼させる、バイオマス燃焼装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２１２１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料の性状が非常に安定している石油やガスと比較して、多様な微粉砕バイオマスを混合調整したバイオマス燃料は、原料バイオマスの性状に応じて、燃料の密度、揮発分含有量、水分、含有窒素分等が大幅に異なり、同一の条件で燃焼させた場合、燃焼状態が大きく異なる。従って、燃料の性状に応じた調整が必要であるが、燃焼負荷（燃料供給量）はボイラ等の負荷で決まるので自由に調整できず、調整できるものは、１次空気量（バイオマス燃料の搬送用の空気の量）と２次空気量（１次空気では不足する燃焼用の空気の量）と、１次空気または２次空気のスワール（渦）の強度である。
また、１次空気量と２次空気量は、燃料の性状でなく、燃料の量で決まるため、燃料の性状に応じて調整可能なものは、実質的にはスワールの強度のみである。ここで、スワールの強度は、スワールを形成する螺旋のピッチ、あるいは軸方向に対する螺旋方向の角度（図３の例における傾斜角度θ）で表すことができる。
特許文献１に記載された従来技術では、回転筒内に螺旋溝を形成し、駆動ローラを用いて回転筒を軸回りに回転させてバイオマス燃料と１次空気にスワールを発生させているが、バーナである回転筒を回転させる装置等が必要であるためバーナが複雑化するとともに、螺旋の角度が固定であるため、スワール強度を燃料性状に応じて変更することができず、種々の燃料性状のバイオマス燃料を用いた場合、それぞれの燃料性状のバイオマス燃料を適切な燃焼状態で燃焼させることは非常に困難である。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、よりシンプルな構造であり、バイオマス燃料の性状に応じてスワールの強度を変更可能であり、より安定的にバイオマス燃料を燃焼させることができる多管式バイオマス燃焼バーナを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの多管式バイオマス燃焼バーナである。
請求項１に記載の多管式バイオマス燃焼バーナは、チップ状または粉状のバイオマス燃料と、油またはガスの少なくとも一方である着火用補助燃料と、を用いて燃焼させる多管式バイオマス燃焼バーナにおいて、前記多管式バイオマス燃焼バーナは、異なる径の少なくとも４本の円筒状部材が同心状に最も内側の第１筒状部材から最も外側の第４筒状部材へと組み合わされている。
第１筒状部材の内部である第１空間には、前記着火用補助燃料が供給され、前記第１筒状部材と第２筒状部材との間である第２空間には、前記着火用補助燃料を燃焼させるための空気である補助燃料用空気が供給され、前記第２筒状部材と第３筒状部材との間である第３空間には、バイオマス燃料の搬送用の空気である１次空気とともにバイオマス燃料が供給され、前記第３筒状部材と第４筒状部材との間である第４空間には、前記バイオマス燃料を燃焼させるための空気である２次空気が供給されている。
【０００６】
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの多管式バイオマス燃焼バーナである。
請求項２に記載の多管式バイオマス燃焼バーナは、請求項１に記載の多管式バイオマス燃焼バーナであって、前記第４空間における任意の位置には、軸方向に流れる空気を螺旋状に旋回させるために軸方向に対して所定の取付け角度にて取付けられた単数または複数の案内部材を有する環状スワーラが嵌め込まれている。
【０００７】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの多管式バイオマス燃焼バーナである。
請求項３に記載の多管式バイオマス燃焼バーナは、請求項２に記載の多管式バイオマス燃焼バーナであって、前記案内部材を取付ける前記取付け角度を変更した複数の環状スワーラが予め用意されている。
そしてバイオマス燃料に応じて選択された環状スワーラを着脱可能に嵌め込むことが可能となるように、前記第４筒状部材は、前記２次空気の供給位置から当該第４筒状部材の先端までの任意の位置にて、軸方向に対して少なくとも２つに分割可能に構成されており、前記第４筒状部材の分割位置における第４空間には、選択された環状スワーラが着脱可能に嵌め込まれている。
【０００８】
また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの多管式バイオマス燃焼バーナである。
請求項４に記載の多管式バイオマス燃焼バーナは、請求項１〜３のいずれか一項に記載の多管式バイオマス燃焼バーナであって、前記１次空気の空気量を調整可能な１次空気量調整手段と、前記２次空気の空気量を調整可能な２次空気量調整手段と、燃料量検出手段と、前記１次空気量調整手段と前記２次空気量調整手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記燃料量検出手段からの信号に基づいて求めたバイオマス燃料の量に応じて変動する、前記１次空気と前記２次空気の合計の空気量である全空気量と、前記１次空気の空気量である１次空気量と、を求め、前記全空気量と前記１次空気量とに基づいて前記１次空気量調整手段と前記２次空気量調整手段を制御する。
そして前記１次空気量については、予め設定した１次空気量下限値以上となるように設定されており、前記バイオマス燃料の下限量から、前記バイオマス燃料の下限量と上限量の間の第１所定量までの間は、前記１次空気量が前記１次空気量下限値となるように、前記１次空気量下限値が設定されている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の多管式バイオマス燃焼バーナを用いれば、駆動ローラ等を必要とせず、よりシンプルな構造の多管式バイオマス燃焼バーナを実現することができる。
また、請求項２に記載の多管式バイオマス燃焼バーナを用いれば、よりシンプルな構造にて適切にスワールを発生させることができる多管式バイオマス燃焼バーナを実現することができる。
また、請求項３に記載の多管式バイオマス燃焼バーナを用いれば、より容易にスワールの強度を変更することができる。
また、請求項４に記載の多管式バイオマス燃焼バーナを用いれば、バイオマス燃料の量が少ない場合であっても、バイオマス燃料を搬送する１次空気の量を１次空気量下限値以上とするので、より安定的にバイオマス燃料を搬送することが可能であり、より安定的な燃焼を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の多管式バイオマス燃焼バーナ１０を用いたボイラシステム１の一実施の形態を説明する図である。
【図２】多管式バイオマス燃焼バーナ１０の構造の例を説明する断面図である。
【図３】環状スワーラ１０Ｓの構造の例を説明する図である。
【図４】多管式バイオマス燃焼バーナ１０において環状スワーラ１０Ｓの着脱方法を説明する図である。
【図５】バイオマス燃料の量に応じた１次空気量と２次空気量の決定方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の多管式バイオマス燃焼バーナ１０を用いたボイラシステム１の例を示している。
本実施の形態にて説明するボイラシステム１は、主として燃焼させる燃料としてチップ状または粉状（例えば５［ｍｍ］以下の形状）のバイオマス燃料（バイオマス貯蔵タンクＴ１内に貯蔵されている）を用い、着火時等にて補助的に燃焼させる燃料として石油またはガス（着火用補助燃料供給源Ｎ１から供給される）を用いる。
【００１２】
●［ボイラシステム１の全体構成（図１）］
図１の例に示すように、ボイラシステム１は、ボイラ本体ＢＲ、多管式バイオマス燃焼バーナ１０、フィルタ装置Ｆ、排煙装置Ｅ、バイオマス貯蔵タンクＴ１、フィーダ装置Ｓ１、ブロア装置Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、ＣＮ、着火用補助燃料供給源Ｎ１、制御装置ＣＴ、配管Ｈ１、Ｈ２、ＨＮ１、ＨＮ２、バルブＢ１ａ、Ｂ１ｂ、Ｂ２ａ、ＢＮ、ＢＮ１、ＢＦ等にて構成されている。
【００１３】
制御装置ＣＴは、ブロア装置Ｃ１からバルブＢ１ａ、Ｂ１ｂを経由して配管Ｈ１内に送風される１次空気に、バイオマス貯蔵タンクＴ１内のチップ状または粉状のバイオマス燃料をフィーダ装置Ｓ１を経由させて混合して多管式バイオマス燃焼バーナ１０に供給する。制御装置ＣＴは、ブロア装置Ｃ１の回転数やバルブＢ１ａの開度等を調整して配管Ｈ１内の１次空気の量を調整可能である。また制御装置ＣＴは、バルブＢ１ｂの開度やフィーダ装置Ｓ１のフィード量等を調整することで、１次空気に混合させるバイオマス燃料の量を調整可能である。
また制御装置ＣＴは、ブロア装置Ｃ２の回転数やバルブＢ２ａの開度等を調整して配管Ｈ２内の２次空気の量を調整可能である。
【００１４】
着火用補助燃料供給源Ｎ１は、着火用補助燃料が石油である場合は石油貯蔵タンク等であり、着火用補助燃料がガスである場合はガスボンベや都市ガス用配管等である。
制御装置ＣＴは、バルブＢＮ１の開度等を調整して配管ＨＮ２内の着火用補助燃料の量を調整可能であり、ブロア装置ＣＮの回転数やバルブＢＮの開度等を調整して配管ＨＮ１内の補助燃料用空気の量を調整可能である。
【００１５】
多管式バイオマス燃焼バーナ１０は、配管Ｈ１から供給されるバイオマス燃料と１次空気、配管Ｈ２から供給される２次空気、配管ＨＮ２から供給される着火用補助燃料、配管ＨＮ１から供給される補助燃料用空気、をボイラ本体ＢＲ内で燃焼させる。そして制御装置ＣＴは、燃焼状態検出手段ＳＮからの信号に基づいて燃焼状態（燃焼温度等）を検出することができる。
ボイラ本体ＢＲには、例えばＷｉｎに示すように水が入力される。そして入力された水は、ボイラ本体ＢＲ内または排煙装置Ｅ内にて熱を吸収し、温水やスチームに変化したＳｏｕｔとして取り出される。
フィルタ装置Ｆは、バイオマス燃料が燃焼した後に生成される灰等を除去するための装置であり、バルブＢＦやブロア装置Ｃ３等を備えている。
排煙装置Ｅは、Ｗｉｎ（この場合、水）が循環され、排煙の熱を水に吸収させる。
【００１６】
なお、バイオマス燃料を用いたボイラシステムは、図１に示すボイラシステム１の構成に限定されるものではなく、図１の「例」に示すような、バイオマス燃料を用いた種々のボイラシステムにて使用することができる、本発明の多管式バイオマス燃焼バーナ１０について、以下に説明する。
【００１７】
●［多管式バイオマス燃焼バーナ１０の構造（図２）］
図２は、本発明の多管式バイオマス燃焼バーナ１０の構造を説明する断面図を示している。なお、図２における上図は、円筒状の多管式バイオマス燃焼バーナ１０の中心軸に沿って切断した断面図を示しており、図２における下図は、上図におけるＡ−Ａの位置にて多管式バイオマス燃焼バーナ１０を、中心軸に直交する面で切断したＡ−Ａ断面図を示している。
【００１８】
多管式バイオマス燃焼バーナ１０は、異なる径の少なくとも４本の円筒状部材（第１筒状部材１１、第２筒状部材１２、第３筒状部材１３、第４筒状部材１４）が同心状（同軸状）に、最も内側の第１筒状部材１１から最も外側の第４筒状部材１４へと組み合わされている。
なお第４筒状部材１４は、２次空気の供給位置である入力部１４ｉｎから第４筒状部材１４の先端（先端部１０Ｚの側）までの任意の位置（図２では分割位置１４Ｃ）において、軸方向に対して少なくとも２つ（１４Ａと１４Ｂ）に分割可能に構成されている。
最も内側の第１筒状部材１１の入力部１１ｉｎには配管ＨＮ２が接続され、第１筒状部材１１の内部である第１空間１１Ｋには着火用補助燃料が供給される。
第１筒状部材１１の外側に配置された第２筒状部材１２の入力部１２ｉｎには配管ＨＮ１が接続され、第１筒状部材１１と第２筒状部材１２との間である第２空間１２Ｋには着火用補助燃料を燃焼させるための空気である補助燃料用空気が供給される。
【００１９】
第２筒状部材１２の外側に配置された第３筒状部材１３の入力部１３ｉｎには配管Ｈ１が接続され、第２筒状部材１２と第３筒状部材１３との間である第３空間１３Ｋにはバイオマス燃料の搬送用の空気である１次空気とともにバイオマス燃料が供給される。
第３筒状部材１３の外側に配置された第４筒状部材１４の入力部１４ｉｎには配管Ｈ２が接続され、第３筒状部材１３と第４筒状部材１４との間である第４空間１４Ｋにはバイオマス燃料を燃焼させるための空気である２次空気が供給される。
そして第４空間１４Ｋにおける任意の位置には、軸方向に流れる空気を、時計回りあるいは反時計回りの螺旋状に旋回させるため、軸方向に対して所定の取付け角度θ（図３参照）にて取付けられた単数または複数の案内部材１０Ｓｃを有する環状スワーラ１０Ｓが嵌め込まれている。
また、第２空間１２Ｋにおける任意の位置には、補助燃料用空気に所定強度のスワールを発生させる（環状の）スワーラ１０Ｔが設けられており、第３空間１３Ｋにおける任意の位置には、バイオマス燃料と１次空気に所定強度のスワールを発生させる（環状の）スワーラ１０Ｕが設けられている。
【００２０】
●［環状スワーラ１０Ｓの構造（図３）］
次に図３を用いて環状スワーラ１０Ｓの構造について説明する。
環状スワーラ１０Ｓは、第３筒状部材１３の外径よりやや大きな内径ΦＢを有する内周円筒部材１０Ｓｂと、第４筒状部材１４の内径よりもやや小さい外径ΦＡを有する外周円筒部材１０Ｓａと、フランジ部１０Ｓｄと、案内部材１０Ｓｃにて構成されている。
なお、案内部材１０Ｓｃは、板状の部材を湾曲させて成形してもよいし、任意の方向に湾曲可能なフレキシブルチューブ等を用いてもよい。
内周円筒部材１０Ｓｂと外周円筒部材１０Ｓａは同軸上に配置され、内周円筒部材１０Ｓｂと外周円筒部材１０Ｓａとの間である第５空間１０Ｓｋには、第５空間１０Ｓｋ内を軸方向に進行する空気を時計回りまたは反時計回りに螺旋状に旋回させる単数または複数の案内部材１０Ｓｃが取付けられている。
また案内部材１０Ｓｃは、軸方向に対して取付け角度θとなるように取付けられており、この取付け角度θは、バイオマス燃料の燃料性状に対して必要なスワール強度が得られる角度に設定されている。
なおフランジ部１０Ｓｄは、図２における分割位置１４Ｃに環状スワーラ１０Ｓを固定するため等の目的で設けられている。
【００２１】
●［スワール強度を変更する環状スワーラ１０Ｓの交換方法（図４）］
次に図４を用いて環状スワーラ１０Ｓの交換方法について説明する。
環状スワーラ１０Ｓは、バイオマス燃料の燃料性状のそれぞれに必要なスワール強度を得るために、それぞれ異なる取付け角度θで案内部材１０Ｓｃが取付けられた複数の環状スワーラ１０Ｓが予め用意されている。
そこで、作業者は、バイオマス燃料の燃料性状に必要なスワール強度を発生させる環状スワーラ１０Ｓを選択し、以下の手順にて、選択した環状スワーラ１０Ｓを第４空間１４Ｋに嵌め込む。
例えば、水分や揮発成分が多いバイオマス燃料に対しては、スワール強度がより強い環状スワーラを選択し、発熱量が高いバイオマス燃料や窒素分が多いバイオマス燃料に対しては、スワール強度がより弱い環状スワーラを選択する。
【００２２】
作業者は、多管式バイオマス燃焼バーナ１０がボイラ本体ＢＲに取付けられている図２の上図の状態から、バーナ本体部１０Ｙをボイラ本体ＢＲから引き抜く。引き抜いた状態は、図４の上図に示すとおりである。
次に作業者は、分割位置１４Ｃにて第４筒状部材１４を１４Ａと１４Ｂに分割し、１４Ｂを軸方向に抜き取る。
そして作業者は、露出した環状スワーラ１０Ｓを軸方向に抜き取り、選択した環状スワーラ１０Ｓを軸方向に沿って第４空間１４Ｋに嵌め込むことで、環状スワーラ１０Ｓを交換する。このように環状スワーラ１０Ｓは着脱可能に構成されている。
そして１４Ｂを元通りとなるように軸方向に沿って取付け、バーナ本体部１０Ｙをボイラ本体ＢＲに取付ける。
【００２３】
以上、環状スワーラ１０Ｓを交換可能（着脱可能）に構成する例を説明したが、バイオマス燃料の燃料性状が比較的安定している場合は、環状スワーラ１０Ｓのフランジ部１０Ｓｄを省略し、第４筒状部材１４を１４Ａと１４Ｂに分割せずに構成し、第４空間１４Ｋの任意の位置に、当該燃料性状に適した角度θにて案内部材１０Ｓｃを取付けた環状スワーラ１０Ｓを嵌め込んで、環状スワーラ１０Ｓを交換できない構成としてもよい。
【００２４】
●［バイオマス燃料の燃焼に用いる１次空気量と２次空気量の決定方法（図５）］
次に図５を用いて、バイオマス燃料の搬送に用いる１次空気（バイオマス燃料の燃焼にも使用される）の量と、バイオマス燃料を燃焼させるための（１次空気では不足する空気を補うための）空気である２次空気の量の決定方法について説明する。
図５に示す燃料量−空気量特性は、横軸が単位時間あたりに搬送されるバイオマス燃料の量を示しており、縦軸が単位時間あたりに必要な空気の量を示している。
全空気量（ＱＴ）、１次空気量（Ｑ１）、２次空気量（Ｑ２）は、バイオマス燃料の量に応じて変動する。
【００２５】
燃料量（Ｗ）に対応する理論空気量をＱ０（Ｗ）として、全空気比をｆｔ（一定）とすると、全空気量ＱＴ（Ｗ）は、ＱＴ（Ｗ）＝ｆｔ＊Ｑ０（Ｗ）となり、図５における直線状のグラフ（全空気量（ＱＴ））にて表される。なお全空気量は、１次空気量と２次空気量の合計空気量を示す。
また、ボイラの負荷（燃料量）の制御範囲を燃料量下限値（Ｗｍｉｎ）から燃料量上限値（Ｗｍａｘ）とする。
多管式バイオマス燃焼バーナ１０では、チップ状または粉状のバイオマス燃料を用いるが、例えば５［ｍｍ］以下のバイオマス燃料を用いる場合、バイオマス燃料を搬送する１次空気の流量が少ないと、安定してバイオマス燃料を搬送することが困難となる可能性がある。そこで、バイオマス燃料を安定的に搬送できる１次空気量の下限値をＱ１ｍｉｎとする。
この場合、燃料量（Ｗ）に対する１次空気量（バイオマス搬送用空気量）Ｑ１（Ｗ）は、図５に示すように、燃料量下限値（Ｗｍｉｎ）≦燃料量（Ｗ）≦燃料量（Ｗｃｈ）の範囲では、Ｑ１（Ｗ）＝Ｑ１ｍｉｎとなり、図５における折れ線状グラフ（１次空気量（Ｑ１））にて表される。また燃料量（Ｗｃｈ）≦燃料量（Ｗ）≦燃料量上限値（Ｗｍａｘ）の範囲では、Ｑ１（Ｗ）＝ｆ１＊Ｑ０（Ｗ）（ｆ１＝１次空気比（一定））となり、図５における折れ線状グラフ（１次空気量（Ｑ１））にて表される。
ここで、Ｗｃｈは燃料量下限値（Ｗｍｉｎ）と燃料量上限値（Ｗｍａｘ）の間の第１所定量に相当し、Ｑ１（Ｗ）＝ｆ１＊Ｑ０（Ｗ）の直線と、Ｑ１（Ｗ）＝Ｑ１ｍｉｎの直線との交点における燃料量の値である。
【００２６】
燃料量はボイラ本体ＢＲの負荷で決まり、制御装置ＣＴは、ボイラ本体ＢＲの負荷に応じた燃料量（Ｗ）を求め、求めた燃料量（Ｗ）となるようにフィーダ装置Ｓ１を調整する。
そして制御装置ＣＴは、求めた燃料量（Ｗ）と、図５に示す燃料量−空気量特性の１次空気量（Ｑ１）より、必要な１次空気の量であるＱ１（Ｗ）を求める。Ｗｍｉｎ≦燃料量（Ｗ）≦Ｗｃｈの範囲である場合は、Ｑ１（Ｗ）＝Ｑ１ｍｉｎであり、Ｗｃｈ≦燃料量（Ｗ）≦Ｗｍａｘの範囲である場合は、Ｑ１（Ｗ）＝ｆ１＊Ｑ０（Ｗ）から求める。
更に、制御装置ＣＴは、求めた燃料量（Ｗ）と、図５に示す燃料量−空気量特性の全空気量（ＱＴ）より、必要な全空気の量（１次空気量＋２次空気量）であるＱＴ（Ｗ）を、ＱＴ（Ｗ）＝ｆｔ＊Ｑ０（Ｗ）から求める。そして、全空気量ＱＴ（Ｗ）と１次空気量Ｑ１（Ｗ）から、必要な２次空気の量であるＱ２（Ｗ）を、Ｑ２（Ｗ）＝ＱＴ（Ｗ）−Ｑ１（Ｗ）にて求める。
【００２７】
そして制御装置ＣＴは、１次空気量が上記で求めたＱ１（Ｗ）となるように、図１に示すブロア装置Ｃ１の回転数やバルブＢ１ａの開度等を制御する。この場合、ブロア装置Ｃ１、バルブＢ１ａが１次空気量調整手段に相当する。
また制御装置ＣＴは、２次空気量が上記で求めたＱ２（Ｗ）となるように、図１に示すブロア装置Ｃ２の回転数やバルブＢ２ａの開度等を制御する。この場合、ブロア装置Ｃ２、バルブＢ２ａが２次空気量調整手段に相当する。
例えば５［ｍｍ］以下のバイオマス燃料を安定して搬送することができるＱ１ｍｉｎを１次空気量の下限値として設定したことで、燃料量が少ない場合（燃料量下限値（Ｗｍｉｎ）≦燃料量（Ｗ）≦第１所定量（Ｗｃｈ））であっても、安定した搬送を維持することが可能であり、安定した燃焼を維持することができる。
【００２８】
以上、本実施の形態にて説明した多管式バイオマス燃焼バーナ１０は、駆動ローラ等を有することなく、複数の筒状部材を同軸状に組み合わせた、よりシンプルな構造とすることができる。また、第４筒状部材１４を分割式にして環状スワーラ１０Ｓを着脱式とすることで、スワール強度を容易に変更することができる。また、１次空気量の下限値を設定することで、バイオナス燃料の量が少ない場合であっても、安定的にバイオマス燃料を搬送して安定的な燃焼を維持することができる。
【００２９】
本発明の多管式バイオマス燃焼バーナ１０は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造、制御等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、以上（≧）、以下（≦）、より大きい（＞）、未満（＜）等は、等号を含んでも含まなくてもよい。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
また、チップ状または粉状のバイオマス燃料は、ペレット状のバイオマス燃料も含み、バイオマス燃料の製造方法、形状等を限定するものではない。
【符号の説明】
【００３０】
１ ボイラシステム
１０ 多管式バイオマス燃焼バーナ
１０Ｓ 環状スワーラ
１０Ｓｃ 案内部材
１１ 第１筒状部材
１１Ｋ 第１空間
１２ 第２筒状部材
１２Ｋ 第２空間
１３ 第３筒状部材
１３Ｋ 第３空間
１４ 第４筒状部材
１４Ｋ 第４空間
１４Ｃ 分割位置
Ｂ１ａ、Ｂ１ｂ、Ｂ２ａ、ＢＮ、ＢＮ１、ＢＦ バルブ
ＢＲ ボイラ本体
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、ＣＮ ブロア装置
ＣＴ 制御装置
Ｅ 排煙装置
Ｆ フィルタ装置
Ｓ１ フィーダ装置
Ｔ１ バイオマス貯蔵タンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ状または粉状のバイオマス燃料と、油またはガスの少なくとも一方である着火用補助燃料と、を用いて燃焼させる多管式バイオマス燃焼バーナにおいて、
前記多管式バイオマス燃焼バーナは、
異なる径の少なくとも４本の円筒状部材が同心状に最も内側の第１筒状部材から最も外側の第４筒状部材へと組み合わされており、
第１筒状部材の内部である第１空間には、前記着火用補助燃料が供給され、
前記第１筒状部材と第２筒状部材との間である第２空間には、前記着火用補助燃料を燃焼させるための空気である補助燃料用空気が供給され、
前記第２筒状部材と第３筒状部材との間である第３空間には、バイオマス燃料の搬送用の空気である１次空気とともにバイオマス燃料が供給され、
前記第３筒状部材と第４筒状部材との間である第４空間には、前記バイオマス燃料を燃焼させるための空気である２次空気が供給されている、
多管式バイオマス燃焼バーナ。
【請求項２】
請求項１に記載の多管式バイオマス燃焼バーナであって、
前記第４空間における任意の位置には、軸方向に流れる空気を螺旋状に旋回させるために軸方向に対して所定の取付け角度にて取付けられた単数または複数の案内部材を有する環状スワーラが嵌め込まれている、
多管式バイオマス燃焼バーナ。
【請求項３】
請求項２に記載の多管式バイオマス燃焼バーナであって、
前記案内部材を取付ける前記取付け角度を変更した複数の環状スワーラが予め用意されており、
バイオマス燃料に応じて選択された環状スワーラを着脱可能に嵌め込むことが可能となるように、前記第４筒状部材は、前記２次空気の供給位置から当該第４筒状部材の先端までの任意の位置にて、軸方向に対して少なくとも２つに分割可能に構成されており、前記第４筒状部材の分割位置における第４空間には、選択された環状スワーラが着脱可能に嵌め込まれている、
多管式バイオマス燃焼バーナ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の多管式バイオマス燃焼バーナであって、
前記１次空気の空気量を調整可能な１次空気量調整手段と、
前記２次空気の空気量を調整可能な２次空気量調整手段と、
燃料量検出手段と、
前記１次空気量調整手段と前記２次空気量調整手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記燃料量検出手段からの信号に基づいて求めたバイオマス燃料の量に応じて変動する、前記１次空気と前記２次空気の合計の空気量である全空気量と、前記１次空気の空気量である１次空気量と、を求め、前記全空気量と前記１次空気量とに基づいて前記１次空気量調整手段と前記２次空気量調整手段を制御し、
前記１次空気量については、予め設定した１次空気量下限値以上となるように設定されており、
前記バイオマス燃料の下限量から、前記バイオマス燃料の下限量と上限量の間の第１所定量までの間は、前記１次空気量が前記１次空気量下限値となるように、前記１次空気量下限値が設定されている、
多管式バイオマス燃焼バーナ。
【請求項１】
チップ状または粉状のバイオマス燃料と、油またはガスの少なくとも一方である着火用補助燃料と、を用いて燃焼させる多管式バイオマス燃焼バーナにおいて、
前記多管式バイオマス燃焼バーナは、
異なる径の少なくとも４本の円筒状部材が同心状に最も内側の第１筒状部材から最も外側の第４筒状部材へと組み合わされており、
第１筒状部材の内部である第１空間には、前記着火用補助燃料が供給され、
前記第１筒状部材と第２筒状部材との間である第２空間には、前記着火用補助燃料を燃焼させるための空気である補助燃料用空気が供給され、
前記第２筒状部材と第３筒状部材との間である第３空間には、バイオマス燃料の搬送用の空気である１次空気とともにバイオマス燃料が供給され、
前記第３筒状部材と第４筒状部材との間である第４空間には、前記バイオマス燃料を燃焼させるための空気である２次空気が供給されている、
多管式バイオマス燃焼バーナ。
【請求項２】
請求項１に記載の多管式バイオマス燃焼バーナであって、
前記第４空間における任意の位置には、軸方向に流れる空気を螺旋状に旋回させるために軸方向に対して所定の取付け角度にて取付けられた単数または複数の案内部材を有する環状スワーラが嵌め込まれている、
多管式バイオマス燃焼バーナ。
【請求項３】
請求項２に記載の多管式バイオマス燃焼バーナであって、
前記案内部材を取付ける前記取付け角度を変更した複数の環状スワーラが予め用意されており、
バイオマス燃料に応じて選択された環状スワーラを着脱可能に嵌め込むことが可能となるように、前記第４筒状部材は、前記２次空気の供給位置から当該第４筒状部材の先端までの任意の位置にて、軸方向に対して少なくとも２つに分割可能に構成されており、前記第４筒状部材の分割位置における第４空間には、選択された環状スワーラが着脱可能に嵌め込まれている、
多管式バイオマス燃焼バーナ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の多管式バイオマス燃焼バーナであって、
前記１次空気の空気量を調整可能な１次空気量調整手段と、
前記２次空気の空気量を調整可能な２次空気量調整手段と、
燃料量検出手段と、
前記１次空気量調整手段と前記２次空気量調整手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記燃料量検出手段からの信号に基づいて求めたバイオマス燃料の量に応じて変動する、前記１次空気と前記２次空気の合計の空気量である全空気量と、前記１次空気の空気量である１次空気量と、を求め、前記全空気量と前記１次空気量とに基づいて前記１次空気量調整手段と前記２次空気量調整手段を制御し、
前記１次空気量については、予め設定した１次空気量下限値以上となるように設定されており、
前記バイオマス燃料の下限量から、前記バイオマス燃料の下限量と上限量の間の第１所定量までの間は、前記１次空気量が前記１次空気量下限値となるように、前記１次空気量下限値が設定されている、
多管式バイオマス燃焼バーナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１２８３６（Ｐ２０１１−１２８３６Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５４８４０（Ｐ２００９−１５４８４０）
【出願日】平成２１年６月３０日（２００９．６．３０）
【出願人】（３９００２１２７８）株式会社タカハシキカン (10)
【出願人】（５０００２９８６６）名古屋港木材倉庫株式会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月３０日（２００９．６．３０）
【出願人】（３９００２１２７８）株式会社タカハシキカン (10)
【出願人】（５０００２９８６６）名古屋港木材倉庫株式会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
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