燃焼バーナ、ボイラ、高粘度燃料の燃焼方法
【課題】低コストである重質燃料のような高粘度燃料を微粒化し煤塵を低減すると共に、加圧水の管内沸騰の防止が可能な燃焼バーナ、ボイラ、高粘度燃料の燃焼方法を提供する。
【解決手段】実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａは、高粘度燃料１１を送給する高粘度燃料供給通路１２と、前記高粘度燃料１１を噴出する高粘度燃料噴出孔１３と、空気１０４を送給する空気供給通路１０５と、空気１０４を噴出する空気噴出孔１０６と、加圧水１１１を送給する加圧水供給管１１２と、加圧水１１１を噴出する加圧水噴出孔１１３と、加圧水供給管１１２の外周に周設され、加圧水１１１を冷却する断熱空間１４とを有すると共に、前記加圧水１１１の流れ方向と直交する断面の略中央から、加圧水供給管１１２、空気供給通路１０５、高粘度燃料供給通路１２の順に同心円状に配設されてなる。
【解決手段】実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａは、高粘度燃料１１を送給する高粘度燃料供給通路１２と、前記高粘度燃料１１を噴出する高粘度燃料噴出孔１３と、空気１０４を送給する空気供給通路１０５と、空気１０４を噴出する空気噴出孔１０６と、加圧水１１１を送給する加圧水供給管１１２と、加圧水１１１を噴出する加圧水噴出孔１１３と、加圧水供給管１１２の外周に周設され、加圧水１１１を冷却する断熱空間１４とを有すると共に、前記加圧水１１１の流れ方向と直交する断面の略中央から、加圧水供給管１１２、空気供給通路１０５、高粘度燃料供給通路１２の順に同心円状に配設されてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体と液体を混合させた後、良好な噴霧状態を生成することのできる発電用あるいは工業用等のために蒸気発生を行う重油焚きボイラに適用して好適な燃焼バーナ、ボイラ、高粘度燃料の燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、気体と液体を混合する技術が燃焼バーナなどで用いられており、燃焼バーナでは、異なる系統から導かれた燃料油と空気などのガスを混合し、先端から両者を混合した状態で噴出する。噴出された燃料油は、噴流の中で微粒となって霧化し、着火により燃焼し、噴出後の噴霧状態を良好とすることにより良好な燃焼を実行することができる（特許文献１）。
【０００３】
このときの燃焼バーナの構成を示す一例を図１０乃至図１５に示す。図１０は、従来の燃焼バーナの構成を示す概略図であり、図１１はそのＡーＡ断面図である。また、図１２は、従来の燃焼バーナの他の構成を示す概略図であり、図１３はそのＡーＡ断面図である。また、図１４は、従来の燃焼バーナの他の構成を示す概略図であり、図１５はそのＡーＡ断面図である。図１０乃至図１３に示すように、従来の燃焼バーナ１００Ａ、１００Ｂは、燃料１０１を送給する燃料供給通路１０２と、該燃料供給通路１０２の先端部に前記燃料１０１を噴出する燃料噴出孔１０３と、空気１０４を送給する空気供給通路１０５と、該空気供給通路１０５の先端部に前記空気１０４を噴出する空気噴出孔１０６とを有してなるものである。前記燃料噴出孔１０３より噴出された前記燃料１０１は、前記空気噴出孔１０６より噴出された前記空気１０４と混合して微粉炭混合気１０７を形成し、チップ本体１０８から吹き出して図示しない火炉内へ吹き込まれていた。
【０００４】
また、図１４及び図１５に示すような従来の燃焼バーナ１００Ｃでは、前記燃料噴出孔１０３より噴出された前記燃料１０１は、前記空気噴出孔１０６より噴出された前記空気１０４とチップ本体１０８内に設けられている副室１０９内で混合して微粉炭混合気１０７を形成し、火炉内へ吹き込まれていた。
【０００５】
また、図１６は、従来の燃焼バーナの他の構成を示す概略図である。図１６に示すように、従来の燃焼バーナ１００Ｄは、劣質燃料油等の前記燃料１０１を送給する燃料供給通路１０２と、その燃料供給通路１０２の内側に加圧された加圧水１１１を送給する加圧水供給管１１２と、該加圧水供給管１１２の先端部に前記加圧水１１１を噴出する加圧水噴出孔１１３とを有し、加圧水噴出孔１１３から前記加圧水１１１を噴出して前記燃料１０１と混合し、水噴霧により煤塵を低減する方法が提案されている（特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３３２１１０号公報
【特許文献２】特開昭６２−１４９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、例えばＣ重油を用いる場合では燃料を微粒化し燃焼性を向上させる観点から粘度は例えば２０ｃｓｔ程度となる温度まで加熱し、ボイラへ供給していた。
【０００８】
一方、燃料油として低コストな重質燃料の使用が進んでいるが、燃焼性が良好ではないため微粒化して安定燃焼性を確保するために、加熱温度として例えばＣ重油の約１００℃よりも高い温度である例えば２５０℃程度にまで高温にする必要がある。
【０００９】
そのため、移送ポンプによる供給する際の許容動粘度としては、一般的に例えば３００〜５００ｃｓｔ程度であり燃焼に必要な粘度に対しては高いが、高粘度条件である低温条件の下で燃料油を供給・燃焼すると燃料噴射時の微粒化性能が低下し、煤塵の増加を引起こす、という問題がある。
【００１０】
また、図１６に示すような従来の燃焼バーナのように、水噴霧により煤塵を低減する方法では、高粘度の燃料を供給する時には少なくとも蒸気移送ポンプの許容動粘度を確保する必要がある。このため、例えば１．５Ｍｐａで前記加圧水１１１を供給する場合、前記加圧水１１１の沸点は約２００℃であり、前記燃料１０１はこれより高温化を必要とするため、前記燃料１０１の許容動粘度を確保するために前記加圧水１１１が高温化し、加圧水供給管１１２内で前記加圧水１１１が沸騰してしまう場合がある、という問題がある。
【００１１】
本発明は、前記問題に鑑み、低コストである重質燃料のような高粘度燃料を微粒化し煤塵を低減すると共に、加圧水の管内沸騰の防止が可能な燃焼バーナ、ボイラ、高粘度燃料の燃焼方法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】
【００１２】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、高粘度燃料を送給する高粘度燃料供給通路と、該高粘度燃料供給通路の先端部に前記高粘度燃料を噴出する高粘度燃料噴出孔と、空気を送給する空気供給通路と、該空気供給通路の先端部に前記空気を噴出する空気噴出孔と、加圧された加圧水を送給する加圧水供給管と、該加圧水供給管の先端部に前記加圧水を噴出する加圧水噴出孔と、前記加圧水供給管の外周に周設され、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有すると共に、前記加圧水の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記加圧水供給管、前記空気供給通路、前記高粘度燃料供給通路の順に同心円状に配設されてなることを特徴とする燃焼バーナにある。
【００１３】
第２の発明は、高粘度燃料を送給する高粘度燃料供給通路と、該高粘度燃料供給通路の先端部に前記高粘度燃料を噴出する高粘度燃料噴出孔と、空気を送給する空気供給通路と、該空気供給通路の先端部に前記空気を噴出する空気噴出孔と、加圧された加圧水を送給する加圧水供給管と、該加圧水供給管の先端部に前記加圧水を噴出する加圧水噴出孔と、前記加圧水供給管の内周に周設され、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有すると共に、前記高粘度燃料の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記高粘度燃料供給通路、前記空気供給通路、前記加圧水供給管の順に同心円状に配設されてなることを特徴とする燃焼バーナにある。
【００１４】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記加圧水の供給量が、前記高粘度燃料の供給量に対して５〜１０ｗｔ％であることを特徴とする燃焼バーナにある。
【００１５】
第４の発明は、第１乃至３の発明の何れか一つの燃焼バーナを備えたことを特徴とするボイラにある。
【００１６】
第５の発明は、高粘度燃料を送給する高粘度燃料供給通路と、空気を送給する空気供給通路と、加圧された加圧水を送給する加圧水供給管と、前記加圧水供給管の周壁に設けられ、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有する高粘度燃料の燃焼方法であって、高粘度燃料と空気とを混合し、前記加圧水が前記加圧水供給管先端の加圧水噴出孔より噴出することにより減圧沸騰し、前記高粘度燃料と前記空気とが混合した混合気中の前記高粘度燃料と減圧された前記加圧水とが衝突・混合し、前記高粘度燃料の微粒化を行うことを特徴とする高粘度燃料の燃焼方法にある。
【００１７】
第６の発明は、第５の発明において、前記加圧水の供給量が、前記高粘度燃料の供給量に対して５〜１０ｗｔ％であることを特徴とする高粘度燃料の燃焼方法にある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、加圧された加圧水を送給する加圧水供給管と、前記加圧水供給管の外周に周設され、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有すると共に、本体の前記加圧水の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記加圧水供給管、前記空気供給通路、前記高粘度燃料供給通路の順に同心円状に配設することにより、前記高粘度燃料と空気との混合気出口付近又は副室内で前記加圧水の管内沸騰を防止する共に、前記高粘度燃料と減圧された前記加圧水とが衝突・混合するため、前記高粘度燃料の微粒化を促進し、煤塵を低減することができる。
【００１９】
また、加圧水を送給する加圧水供給管と、該加圧水供給管の内周に周設され、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有すると共に、本体の前記加圧水の流れ方向と直交する断面の略中央から、高粘度燃料供給通路、空気供給通路、前記加圧水供給管の順に同心円状に配設することにより、前記高粘度燃料と空気との混合気出口付近又は副室内で前記加圧水の管内沸騰を防止する共に、前記高粘度燃料と減圧された前記加圧水とが衝突・混合するため、前記高粘度燃料の微粒化を促進し、煤塵を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００２１】
［第一の実施の形態］
本発明による第一の実施の形態に係る燃焼バーナについて、図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナの構成を示す概略図である。図２は、図１に示す第一の燃焼バーナのＡーＡ断面図である。図３は、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナの先端部の拡大図である。本実施の形態に係る第一の燃焼バーナは、前記図１０乃至図１６に示した従来の燃焼バーナ１００Ａ〜１００Ｄの構成と略同様であるため、前記図１０乃至図１６に示した従来の燃焼バーナ１００Ａ〜１００Ｄと同一構成には同一符号を付して重複した説明は省略する。
図１乃至図３に示すように、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａは、高粘度燃料１１を送給する高粘度燃料供給通路１２と、該高粘度燃料供給通路１２の先端部に前記高粘度燃料１１を噴出する高粘度燃料噴出孔１３と、空気１０４を送給する空気供給通路１０５と、該空気供給通路１０５の先端部に前記空気１０４を噴出する空気噴出孔１０６と、加圧された加圧水１１１を送給する加圧水供給管１１２と、該加圧水供給管１１２の先端部に前記加圧水１１１を噴出する加圧水噴出孔１１３と、前記加圧水供給管１１２の外周に周設され、前記加圧水１１１を冷却する断熱空間１４とを有すると共に、前記加圧水１１１の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記加圧水供給管１１２、前記空気供給通路１０５、前記高粘度燃料供給通路１２の順に同心円状に配設されてなるものである。
【００２２】
ここで、高粘度燃料１１とは、例えばＣ重油の場合には約１００℃で加温すれば約２０ｃｓｔ程度にまで微粒化でき燃焼化を促進できるとしたとき、約１００℃で加温すれば例えば１８０ｃｓｔ程度となるような粘度を有する燃料をいう。
【００２３】
本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａにおいては、前記加圧水１１１を送給する前記加圧水供給管１１２と、該加圧水供給管１１２の先端部に前記加圧水１１１を噴出する前記加圧水噴出孔１１３とを有している。前記加圧水供給管１１２先端の加圧水噴出孔１１３より前記加圧水１１１を噴出することにより、前記加圧水噴出孔１１３出口付近で前記加圧水１１１を減圧沸騰させることができる。
【００２４】
これにより、前記高粘度燃料１１と前記空気１０４とが混合した高粘度燃料混合気１５中の前記高粘度燃料１１と減圧された前記加圧水１１１とが衝突・混合し、前記高粘度燃料１１の微粒化を促進し、煤塵を低減することができる。
【００２５】
また、前記加圧水１１１が減圧沸騰し、沸騰膨張することにより前記加圧水１１１の体積が増加するため、前記高粘度燃料噴出孔１３より供給される前記高粘度燃料１１と前記空気噴出孔１０６より供給される前記空気１０４との混合を促進して図示しない火炉内に供給することができ、図示しないボイラでの燃焼効率を向上させることができる。
【００２６】
本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａにおいては、前記加圧水１１１の供給量が、前記高粘度燃料１１の供給量に対して５〜１０ｗｔ％であるのが好ましい。これは、前記加圧水１１１の供給量が前記高粘度燃料１１の供給量に対して１０ｗｔ％以上では図示しないボイラでの燃焼効率が低下するためである。一方、前記加圧水１１１の供給量が前記高粘度燃料１１の供給量に対して５ｗｔ％以下では前記高粘度燃料１１の効果が上がらないためである。
【００２７】
また、前記高粘度燃料１１を高温で燃焼することにより前記空気１０４中のＮ分がＮＯx化するが、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａにおいては、前記空気１０４の燃焼温度を下げることができるため、前記加圧水１１１が蒸発して吸熱することにより、サーマルＮＯxを低減することができる。
【００２８】
また、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａにおいては、前記加圧水１１１の水蒸気ガス化反応により、前記高粘度燃料１１中の重質炭素を軽質化することができると共に、前記高粘度燃料１１の未燃焼分の損失を低減することができる。
【００２９】
また、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａにおいては、前記高粘度燃料１１のように粘度が高い燃料であっても、前記加圧水１１１を加えて燃焼しているため、燃料中の微粉炭が例えば３００℃で加熱したときに２０ｓｃｔ程度としたとき、例えば２５０℃で加熱したときに約３０ｓｃｔ程度にすることができるため、前記高粘度燃料１１の燃焼効率を向上させることができ、図示しないボイラでの運転や設備に要するコストを低減することができる。
【００３０】
また、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａにおいては、前記加圧水供給管１１２を介して前記加圧水１１１を通水しているため、チップ本体１０８を冷却することができる。
【００３１】
また、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａにおいては、前記加圧水供給管１１２の外周に周設され、前記加圧水供給管１１２と前記高粘度燃料供給通路１２との間に前記加圧水１１１を冷却する断熱空間１４を有している。
【００３２】
前記加圧水供給管１１２の外周に前記断熱空間１４を周設することにより、前記加圧水供給管１１２内で前記加圧水１１１が沸騰するのを防止することができる。
【００３３】
また、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａにおいては、前記断熱空間１４としては、例えば空気層等があるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３４】
また、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａにおいては、前記断熱空間１４に代えて例えば冷却媒体が供給可能な流路とする冷却空間としてもよく、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３５】
このように、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａによれば、前記加圧水１１１を送給する前記加圧水供給管１１２と、該加圧水供給管１１２の外周に周設され、前記加圧水１１１を冷却する断熱空間１４とを有すると共に、チップ本体１０８の前記加圧水１１１の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記加圧水供給管１１２、前記空気供給通路１０５、前記高粘度燃料供給通路１２の順に同心円状に配設することで、前記加圧水１１１の管内沸騰を防止し、高粘度燃料混合気１５出口付近又は副室内で前記加圧水１１１を減圧沸騰させることで、前記高粘度燃料１１と減圧された前記加圧水１１１とが衝突・混合するため、前記高粘度燃料１１の微粒化を促進し、煤塵を低減することができる。
【００３６】
また、前記加圧水供給管１１２の外周に前記断熱空間１４を周設することにより、前記加圧水供給管１１２内で前記加圧水１１１が沸騰するのを防止することができる。
【００３７】
また、前記加圧水１１１が減圧沸騰に伴う体積膨張により、前記高粘度燃料１１と前記空気１０４との混合を促進し、燃焼効率を向上させることができると共に、前記空気１０４の燃焼温度を下げることができるためサーマルＮＯxを低減することができる。
【００３８】
また、前記加圧水供給管１１２を介して前記加圧水１１１を通水しているため、チップ本体１０８を冷却することができると共に、前記加圧水１１１の水蒸気ガス化反応により、前記高粘度燃料１１中の未燃焼分の損失を低減することができる。
【００３９】
また、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａは、図１乃至図３に示すような構成に限定されるものではなく、高温側から高温流体である高粘度燃料１１が流れる前記高粘度燃料供給通路１２、噴霧媒体である前記空気１０４が流れる前記空気供給通路１０５、前記加圧水１１１を冷却する断熱空間１４若しくは冷却空間、前記加圧水供給管１１２の順序で同心円状に配設されていればよい。
【００４０】
図４は、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナの他の構成を示す概略図である。図５は、図４に示す第一の燃焼バーナのＡーＡ断面図である。図６は、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナの他の構成の先端部の拡大図である。図４乃至図６に示すように、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ｂは、チップ本体１０８の軸方向と直交する断面の略中央から、前記高粘度燃料供給通路１２、前記空気供給通路１０５、前記加圧水供給管１１２の順に同心円状に配設したものである。
【００４１】
即ち、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ｂは、高粘度燃料１１を送給する高粘度燃料供給通路１２と、該高粘度燃料供給通路１２の先端部に前記高粘度燃料１１を噴出する高粘度燃料噴出孔１３と、空気１０４を送給する空気供給通路１０５と、該空気供給通路１０５の先端部に前記空気１０４を噴出する空気噴出孔１０６と、加圧された加圧水１１１を送給する加圧水供給管１１２と、該加圧水供給管１１２の先端部に前記加圧水１１１を噴出する加圧水噴出孔１１３と、前記加圧水供給管１１２の内周に周設され、前記加圧水１１１を冷却する断熱空間１４とを有すると共に、本体の前記加圧水１１１の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記高粘度燃料供給通路１２、前記空気供給通路１０５、前記加圧水供給管１１２の順に同心円状に配設されてなるものである。
【００４２】
更に、図７は、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナの他の構成を示す概略図である。図８は、図７に示す第一の燃焼バーナのＡーＡ断面図である。図７、図８に示すように、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ｃは、図４乃至図６に示すような第一の燃焼バーナ１０Ｂの構成と同様に、前記加圧水１１１の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記高粘度燃料供給通路１２、前記空気供給通路１０５、前記加圧水供給管１１２の順に同心円状に配設されてなるものであり、前記高粘度燃料１１と前記空気１０４とを副室１０９内部で混合する内部混合式としたものである。
【００４３】
本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ｃにように、前記高粘度燃料１１と前記空気１０４とを副室１０９内部で混合する内部混合式の場合には、前記副室１０９内で前記加圧水１１１を減圧沸騰させてから前記チップ本体１０８から図示しない火炉内に高粘度燃料混合気１５を吹き出すことができる。
【００４４】
［第二の実施の形態］
本発明による第二の実施の形態に係るボイラについて、図９を参照して説明する。
図９は、本発明の第二の実施の形態に係るボイラの構成の構成を示す概略図である。本発明の第二の実施の形態に係るボイラに用いられる燃焼バーナ１００９は、図１乃至図８に示す第一の燃焼バーナ１０Ａ〜１０Ｃの何れかを用いるため、重複した説明は省略する。
図９に示すように、本発明の第二の実施の形態に係るボイラ１０００は、鉛直方向に設置された火炉１００１と、前記火炉１００１の火炉壁１００２の下部に設置された燃焼装置１００３と、前記火炉１００１の出口に連結された煙道１００４と、前記火炉壁１００２の上部から前記煙道１００４にかけて設けられた過熱器１００５と、再熱器１００６および節炭器１００７と、火炉壁１００２の上部に設けられた図示しない蒸気ドラムとを有している。
【００４５】
前記火炉壁１００２の内側には、多数の水管（図示せず）がそれぞれ上下方向に延設されている。各水管は、上下各端部が図示しない蒸気ドラムに接続されている。
また、燃焼装置１００３は、前記火炉壁１００２に取り付けられる複数の燃焼バーナ１００９と、前記燃焼バーナ１００９に高粘度燃料１１を供給する高粘度燃料供給手段１０１０と、前記燃焼バーナ１００９に燃焼用空気として空気１０４を供給する空気供給手段１０１１と、前記燃焼バーナ１００９に加圧水１１１を供給する水供給手段１０２０とを有している。
【００４６】
また、高粘度燃料供給手段１０１０は、供給された高粘度燃料１１を例えば２０ｓｃｔ程度の大きさにする高粘度燃料供給部１０１２と、高粘度燃料供給部１０１２で生成された高粘度燃料１１を前記燃焼バーナ１００９へ送給する高粘度燃料供給管１０１３とを有している。前記高粘度燃料供給部１０１２は前記高粘度燃料供給部１０１２の出口温度が例えば約２００〜３００℃になるように設定されている。そして、前記高粘度燃料供給部１０１２で生成された高粘度燃料１１は、前記高粘度燃料供給管１０１３によって送給され、前記燃焼バーナ１００９へ送られる。
【００４７】
また、前記空気供給手段１０１１は、前記空気１０４を加圧して供給する図示しない押込通風機と、火炉１００１外壁に設けられた風箱１０１４と、押込通風機と風箱１０１４とを接続する空気供給管１０１５とを有している。図示しない押込通風機で加圧されて供給される前記空気１０４は、回転再生式熱交換器１０１７により煙道１００４を通過する例えば約３６０℃の燃焼排ガス１０１６と熱交換され、例えば３００〜３５０℃まで昇温されて前記空気供給管１０１５を経て前記風箱１０１４へ供給され前記燃焼バーナ１００９へ送られる。
【００４８】
また、前記水供給手段１０２０は、水を加圧して供給する図示しない水供給部１０２１と、前記燃焼バーナ１００９へ加圧水１１１を搬送する加圧水供給管１０２２とを有している。前記水供給部１０２１で加圧されて供給される前記加圧水１１１は、例えば１８０℃程度にまで加温されて前記加圧水供給管１０２２を経て前記風箱１０１４へ供給され前記燃焼バーナ１００９へ送られる。
【００４９】
前記燃焼バーナ１００９から前記火炉１００１内へ前記空気１０４と前記一次空気１０１９と前記加圧水１１１が供給されて着火し、前記火炉１００１内に火炎が生じる。
【００５０】
このようにして前記火炉１００１内の下部に火炎を生じさせると、燃焼ガスが前記火炉１００１内を下から上に流れ、前記煙道１００４に排出される。この時、図示しない給水ポンプから供給された水は、前記節炭器１００７によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給される。図示しない蒸気ドラムから前記火炉壁１００２の各水管（図示せず）に供給された水は、水管を下から上に流れる間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。さらに、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は前記過熱器１００５に導入され、燃焼ガスによって過熱される。前記過熱器１００５で生成された過熱蒸気は所定のプラント（例えば、タービン等）に供給される。
【００５１】
なお、タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気を前記再熱器１００６に導入し、再度過熱しタービンに戻すことも行われる。
前記節炭器１００７を通過した燃焼排ガス１０１６は、前記回転再生式熱交換器１０１７にて前記空気供給管１０１５を通過する前記空気１０４に熱量を供給し、脱硫、脱硝、除塵等の処理を施されて、煙突から大気中に排出される。
【００５２】
このように、本発明の第二の実施の形態に係るボイラによれば、燃焼バーナ１００９に、図１乃至図８に示す第一の燃焼バーナ１０Ａ〜１０Ｃの何れかを用いることにより、燃料が前記高粘度燃料であっても、前記高粘度燃料と減圧された前記加圧水とが衝突・混合し、前記高粘度燃料の微粒化を促進し、煤塵を低減することができる。これにより、前記加圧水１１１を加えて燃焼することで、前記高粘度燃料１１の燃焼効率を向上させることができるため、火炉運転・設備のコストを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明に係る燃焼バーナ、ボイラ、高粘度燃料の燃焼方法は、加圧された加圧水を送給する加圧水供給管と、前記加圧水供給管の外周に周設され、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有すると共に、本体の前記加圧水の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記加圧水供給管、空気供給通路、高粘度燃料供給通路の順に同心円状に配設することで、前記加圧水の管内沸騰を防止する共に、前記高粘度燃料と減圧された前記加圧水とが衝突・混合するため、前記高粘度燃料の微粒化を促進し、煤塵を低減するのに用いて適している。
【００５４】
また、加圧水を送給する加圧水供給管と、該加圧水供給管の内周に周設され、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有すると共に、本体の前記加圧水の流れ方向と直交する断面の略中央から、高粘度燃料供給通路、空気供給通路、前記加圧水供給管の順に同心円状に配設することで、前記加圧水の管内沸騰を防止する共に、前記高粘度燃料と減圧された前記加圧水とが衝突・混合するため、前記高粘度燃料の微粒化を促進し、煤塵を低減するのに用いて適している。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る燃焼バーナの構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す第一の燃焼バーナのＡーＡ断面図である。
【図３】本発明の第一の実施の形態に係る燃焼バーナの先端部の拡大図である。
【図４】本発明の第一の実施の形態に係る燃焼バーナの他の構成を示す概略図である。
【図５】図４に示す第一の燃焼バーナのＡーＡ断面図である。
【図６】本発明の第一の実施の形態に係る燃焼バーナの先端部の拡大図である。
【図７】本発明の第一の実施の形態に係る燃焼バーナの他の構成を示す概略図である。
【図８】図７に示す第一の燃焼バーナのＡーＡ断面図である。
【図９】本発明の第二の実施の形態に係るボイラの構成の構成を示す概略図である。
【図１０】従来の燃焼バーナの構成を示す概略図である。
【図１１】図１０に示す従来の燃焼バーナのＡーＡ断面図である。
【図１２】従来の燃焼バーナの他の構成を示す概略図である。
【図１３】図１２に示す従来の燃焼バーナのＡーＡ断面図である。
【図１４】従来の燃焼バーナの他の構成を示す概略図である。
【図１５】図１４に示す従来の燃焼バーナのＡーＡ断面図である。
【図１６】従来の燃焼バーナの他の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０Ａ〜１０Ｃ 第一の燃焼バーナ
１１ 高粘度燃料
１２ 高粘度燃料供給通路
１３ 高粘度燃料噴出孔
１４ 断熱空間
１５ 高粘度燃料混合気
１０１ 燃料
１０２ 燃料供給通路
１０３ 燃料噴出孔
１０４ 空気
１０５ 空気供給通路
１０６ 空気噴出孔
１０７ 微粉炭混合気
１０８ チップ本体
１０９ 副室
１１１ 加圧水
１１２ 加圧水供給管
１１３ 加圧水噴出孔
１０００ ボイラ
１００１ 火炉
１００２ 火炉壁
１００３ 燃焼装置
１００４ 煙道
１００５ 過熱器
１００６ 再熱器
１００７ 節炭器
１００９ 燃焼バーナ
１０１０ 高粘度燃料供給手段
１０１１ 空気供給手段
１０１２ 高粘度燃料供給部
１０１３ 高粘度燃料供給管
１０１４ 風箱
１０１５ 空気供給管
１０１６ 燃焼排ガス
１０１７ 回転再生式熱交換器
１０２０ 水供給手段
１０２１ 水供給部
１０２２ 加圧水供給管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体と液体を混合させた後、良好な噴霧状態を生成することのできる発電用あるいは工業用等のために蒸気発生を行う重油焚きボイラに適用して好適な燃焼バーナ、ボイラ、高粘度燃料の燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、気体と液体を混合する技術が燃焼バーナなどで用いられており、燃焼バーナでは、異なる系統から導かれた燃料油と空気などのガスを混合し、先端から両者を混合した状態で噴出する。噴出された燃料油は、噴流の中で微粒となって霧化し、着火により燃焼し、噴出後の噴霧状態を良好とすることにより良好な燃焼を実行することができる（特許文献１）。
【０００３】
このときの燃焼バーナの構成を示す一例を図１０乃至図１５に示す。図１０は、従来の燃焼バーナの構成を示す概略図であり、図１１はそのＡーＡ断面図である。また、図１２は、従来の燃焼バーナの他の構成を示す概略図であり、図１３はそのＡーＡ断面図である。また、図１４は、従来の燃焼バーナの他の構成を示す概略図であり、図１５はそのＡーＡ断面図である。図１０乃至図１３に示すように、従来の燃焼バーナ１００Ａ、１００Ｂは、燃料１０１を送給する燃料供給通路１０２と、該燃料供給通路１０２の先端部に前記燃料１０１を噴出する燃料噴出孔１０３と、空気１０４を送給する空気供給通路１０５と、該空気供給通路１０５の先端部に前記空気１０４を噴出する空気噴出孔１０６とを有してなるものである。前記燃料噴出孔１０３より噴出された前記燃料１０１は、前記空気噴出孔１０６より噴出された前記空気１０４と混合して微粉炭混合気１０７を形成し、チップ本体１０８から吹き出して図示しない火炉内へ吹き込まれていた。
【０００４】
また、図１４及び図１５に示すような従来の燃焼バーナ１００Ｃでは、前記燃料噴出孔１０３より噴出された前記燃料１０１は、前記空気噴出孔１０６より噴出された前記空気１０４とチップ本体１０８内に設けられている副室１０９内で混合して微粉炭混合気１０７を形成し、火炉内へ吹き込まれていた。
【０００５】
また、図１６は、従来の燃焼バーナの他の構成を示す概略図である。図１６に示すように、従来の燃焼バーナ１００Ｄは、劣質燃料油等の前記燃料１０１を送給する燃料供給通路１０２と、その燃料供給通路１０２の内側に加圧された加圧水１１１を送給する加圧水供給管１１２と、該加圧水供給管１１２の先端部に前記加圧水１１１を噴出する加圧水噴出孔１１３とを有し、加圧水噴出孔１１３から前記加圧水１１１を噴出して前記燃料１０１と混合し、水噴霧により煤塵を低減する方法が提案されている（特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３３２１１０号公報
【特許文献２】特開昭６２−１４９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、例えばＣ重油を用いる場合では燃料を微粒化し燃焼性を向上させる観点から粘度は例えば２０ｃｓｔ程度となる温度まで加熱し、ボイラへ供給していた。
【０００８】
一方、燃料油として低コストな重質燃料の使用が進んでいるが、燃焼性が良好ではないため微粒化して安定燃焼性を確保するために、加熱温度として例えばＣ重油の約１００℃よりも高い温度である例えば２５０℃程度にまで高温にする必要がある。
【０００９】
そのため、移送ポンプによる供給する際の許容動粘度としては、一般的に例えば３００〜５００ｃｓｔ程度であり燃焼に必要な粘度に対しては高いが、高粘度条件である低温条件の下で燃料油を供給・燃焼すると燃料噴射時の微粒化性能が低下し、煤塵の増加を引起こす、という問題がある。
【００１０】
また、図１６に示すような従来の燃焼バーナのように、水噴霧により煤塵を低減する方法では、高粘度の燃料を供給する時には少なくとも蒸気移送ポンプの許容動粘度を確保する必要がある。このため、例えば１．５Ｍｐａで前記加圧水１１１を供給する場合、前記加圧水１１１の沸点は約２００℃であり、前記燃料１０１はこれより高温化を必要とするため、前記燃料１０１の許容動粘度を確保するために前記加圧水１１１が高温化し、加圧水供給管１１２内で前記加圧水１１１が沸騰してしまう場合がある、という問題がある。
【００１１】
本発明は、前記問題に鑑み、低コストである重質燃料のような高粘度燃料を微粒化し煤塵を低減すると共に、加圧水の管内沸騰の防止が可能な燃焼バーナ、ボイラ、高粘度燃料の燃焼方法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】
【００１２】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、高粘度燃料を送給する高粘度燃料供給通路と、該高粘度燃料供給通路の先端部に前記高粘度燃料を噴出する高粘度燃料噴出孔と、空気を送給する空気供給通路と、該空気供給通路の先端部に前記空気を噴出する空気噴出孔と、加圧された加圧水を送給する加圧水供給管と、該加圧水供給管の先端部に前記加圧水を噴出する加圧水噴出孔と、前記加圧水供給管の外周に周設され、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有すると共に、前記加圧水の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記加圧水供給管、前記空気供給通路、前記高粘度燃料供給通路の順に同心円状に配設されてなることを特徴とする燃焼バーナにある。
【００１３】
第２の発明は、高粘度燃料を送給する高粘度燃料供給通路と、該高粘度燃料供給通路の先端部に前記高粘度燃料を噴出する高粘度燃料噴出孔と、空気を送給する空気供給通路と、該空気供給通路の先端部に前記空気を噴出する空気噴出孔と、加圧された加圧水を送給する加圧水供給管と、該加圧水供給管の先端部に前記加圧水を噴出する加圧水噴出孔と、前記加圧水供給管の内周に周設され、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有すると共に、前記高粘度燃料の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記高粘度燃料供給通路、前記空気供給通路、前記加圧水供給管の順に同心円状に配設されてなることを特徴とする燃焼バーナにある。
【００１４】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記加圧水の供給量が、前記高粘度燃料の供給量に対して５〜１０ｗｔ％であることを特徴とする燃焼バーナにある。
【００１５】
第４の発明は、第１乃至３の発明の何れか一つの燃焼バーナを備えたことを特徴とするボイラにある。
【００１６】
第５の発明は、高粘度燃料を送給する高粘度燃料供給通路と、空気を送給する空気供給通路と、加圧された加圧水を送給する加圧水供給管と、前記加圧水供給管の周壁に設けられ、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有する高粘度燃料の燃焼方法であって、高粘度燃料と空気とを混合し、前記加圧水が前記加圧水供給管先端の加圧水噴出孔より噴出することにより減圧沸騰し、前記高粘度燃料と前記空気とが混合した混合気中の前記高粘度燃料と減圧された前記加圧水とが衝突・混合し、前記高粘度燃料の微粒化を行うことを特徴とする高粘度燃料の燃焼方法にある。
【００１７】
第６の発明は、第５の発明において、前記加圧水の供給量が、前記高粘度燃料の供給量に対して５〜１０ｗｔ％であることを特徴とする高粘度燃料の燃焼方法にある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、加圧された加圧水を送給する加圧水供給管と、前記加圧水供給管の外周に周設され、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有すると共に、本体の前記加圧水の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記加圧水供給管、前記空気供給通路、前記高粘度燃料供給通路の順に同心円状に配設することにより、前記高粘度燃料と空気との混合気出口付近又は副室内で前記加圧水の管内沸騰を防止する共に、前記高粘度燃料と減圧された前記加圧水とが衝突・混合するため、前記高粘度燃料の微粒化を促進し、煤塵を低減することができる。
【００１９】
また、加圧水を送給する加圧水供給管と、該加圧水供給管の内周に周設され、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有すると共に、本体の前記加圧水の流れ方向と直交する断面の略中央から、高粘度燃料供給通路、空気供給通路、前記加圧水供給管の順に同心円状に配設することにより、前記高粘度燃料と空気との混合気出口付近又は副室内で前記加圧水の管内沸騰を防止する共に、前記高粘度燃料と減圧された前記加圧水とが衝突・混合するため、前記高粘度燃料の微粒化を促進し、煤塵を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００２１】
［第一の実施の形態］
本発明による第一の実施の形態に係る燃焼バーナについて、図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナの構成を示す概略図である。図２は、図１に示す第一の燃焼バーナのＡーＡ断面図である。図３は、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナの先端部の拡大図である。本実施の形態に係る第一の燃焼バーナは、前記図１０乃至図１６に示した従来の燃焼バーナ１００Ａ〜１００Ｄの構成と略同様であるため、前記図１０乃至図１６に示した従来の燃焼バーナ１００Ａ〜１００Ｄと同一構成には同一符号を付して重複した説明は省略する。
図１乃至図３に示すように、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａは、高粘度燃料１１を送給する高粘度燃料供給通路１２と、該高粘度燃料供給通路１２の先端部に前記高粘度燃料１１を噴出する高粘度燃料噴出孔１３と、空気１０４を送給する空気供給通路１０５と、該空気供給通路１０５の先端部に前記空気１０４を噴出する空気噴出孔１０６と、加圧された加圧水１１１を送給する加圧水供給管１１２と、該加圧水供給管１１２の先端部に前記加圧水１１１を噴出する加圧水噴出孔１１３と、前記加圧水供給管１１２の外周に周設され、前記加圧水１１１を冷却する断熱空間１４とを有すると共に、前記加圧水１１１の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記加圧水供給管１１２、前記空気供給通路１０５、前記高粘度燃料供給通路１２の順に同心円状に配設されてなるものである。
【００２２】
ここで、高粘度燃料１１とは、例えばＣ重油の場合には約１００℃で加温すれば約２０ｃｓｔ程度にまで微粒化でき燃焼化を促進できるとしたとき、約１００℃で加温すれば例えば１８０ｃｓｔ程度となるような粘度を有する燃料をいう。
【００２３】
本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａにおいては、前記加圧水１１１を送給する前記加圧水供給管１１２と、該加圧水供給管１１２の先端部に前記加圧水１１１を噴出する前記加圧水噴出孔１１３とを有している。前記加圧水供給管１１２先端の加圧水噴出孔１１３より前記加圧水１１１を噴出することにより、前記加圧水噴出孔１１３出口付近で前記加圧水１１１を減圧沸騰させることができる。
【００２４】
これにより、前記高粘度燃料１１と前記空気１０４とが混合した高粘度燃料混合気１５中の前記高粘度燃料１１と減圧された前記加圧水１１１とが衝突・混合し、前記高粘度燃料１１の微粒化を促進し、煤塵を低減することができる。
【００２５】
また、前記加圧水１１１が減圧沸騰し、沸騰膨張することにより前記加圧水１１１の体積が増加するため、前記高粘度燃料噴出孔１３より供給される前記高粘度燃料１１と前記空気噴出孔１０６より供給される前記空気１０４との混合を促進して図示しない火炉内に供給することができ、図示しないボイラでの燃焼効率を向上させることができる。
【００２６】
本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａにおいては、前記加圧水１１１の供給量が、前記高粘度燃料１１の供給量に対して５〜１０ｗｔ％であるのが好ましい。これは、前記加圧水１１１の供給量が前記高粘度燃料１１の供給量に対して１０ｗｔ％以上では図示しないボイラでの燃焼効率が低下するためである。一方、前記加圧水１１１の供給量が前記高粘度燃料１１の供給量に対して５ｗｔ％以下では前記高粘度燃料１１の効果が上がらないためである。
【００２７】
また、前記高粘度燃料１１を高温で燃焼することにより前記空気１０４中のＮ分がＮＯx化するが、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａにおいては、前記空気１０４の燃焼温度を下げることができるため、前記加圧水１１１が蒸発して吸熱することにより、サーマルＮＯxを低減することができる。
【００２８】
また、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａにおいては、前記加圧水１１１の水蒸気ガス化反応により、前記高粘度燃料１１中の重質炭素を軽質化することができると共に、前記高粘度燃料１１の未燃焼分の損失を低減することができる。
【００２９】
また、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａにおいては、前記高粘度燃料１１のように粘度が高い燃料であっても、前記加圧水１１１を加えて燃焼しているため、燃料中の微粉炭が例えば３００℃で加熱したときに２０ｓｃｔ程度としたとき、例えば２５０℃で加熱したときに約３０ｓｃｔ程度にすることができるため、前記高粘度燃料１１の燃焼効率を向上させることができ、図示しないボイラでの運転や設備に要するコストを低減することができる。
【００３０】
また、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａにおいては、前記加圧水供給管１１２を介して前記加圧水１１１を通水しているため、チップ本体１０８を冷却することができる。
【００３１】
また、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａにおいては、前記加圧水供給管１１２の外周に周設され、前記加圧水供給管１１２と前記高粘度燃料供給通路１２との間に前記加圧水１１１を冷却する断熱空間１４を有している。
【００３２】
前記加圧水供給管１１２の外周に前記断熱空間１４を周設することにより、前記加圧水供給管１１２内で前記加圧水１１１が沸騰するのを防止することができる。
【００３３】
また、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａにおいては、前記断熱空間１４としては、例えば空気層等があるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３４】
また、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａにおいては、前記断熱空間１４に代えて例えば冷却媒体が供給可能な流路とする冷却空間としてもよく、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３５】
このように、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａによれば、前記加圧水１１１を送給する前記加圧水供給管１１２と、該加圧水供給管１１２の外周に周設され、前記加圧水１１１を冷却する断熱空間１４とを有すると共に、チップ本体１０８の前記加圧水１１１の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記加圧水供給管１１２、前記空気供給通路１０５、前記高粘度燃料供給通路１２の順に同心円状に配設することで、前記加圧水１１１の管内沸騰を防止し、高粘度燃料混合気１５出口付近又は副室内で前記加圧水１１１を減圧沸騰させることで、前記高粘度燃料１１と減圧された前記加圧水１１１とが衝突・混合するため、前記高粘度燃料１１の微粒化を促進し、煤塵を低減することができる。
【００３６】
また、前記加圧水供給管１１２の外周に前記断熱空間１４を周設することにより、前記加圧水供給管１１２内で前記加圧水１１１が沸騰するのを防止することができる。
【００３７】
また、前記加圧水１１１が減圧沸騰に伴う体積膨張により、前記高粘度燃料１１と前記空気１０４との混合を促進し、燃焼効率を向上させることができると共に、前記空気１０４の燃焼温度を下げることができるためサーマルＮＯxを低減することができる。
【００３８】
また、前記加圧水供給管１１２を介して前記加圧水１１１を通水しているため、チップ本体１０８を冷却することができると共に、前記加圧水１１１の水蒸気ガス化反応により、前記高粘度燃料１１中の未燃焼分の損失を低減することができる。
【００３９】
また、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ａは、図１乃至図３に示すような構成に限定されるものではなく、高温側から高温流体である高粘度燃料１１が流れる前記高粘度燃料供給通路１２、噴霧媒体である前記空気１０４が流れる前記空気供給通路１０５、前記加圧水１１１を冷却する断熱空間１４若しくは冷却空間、前記加圧水供給管１１２の順序で同心円状に配設されていればよい。
【００４０】
図４は、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナの他の構成を示す概略図である。図５は、図４に示す第一の燃焼バーナのＡーＡ断面図である。図６は、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナの他の構成の先端部の拡大図である。図４乃至図６に示すように、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ｂは、チップ本体１０８の軸方向と直交する断面の略中央から、前記高粘度燃料供給通路１２、前記空気供給通路１０５、前記加圧水供給管１１２の順に同心円状に配設したものである。
【００４１】
即ち、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ｂは、高粘度燃料１１を送給する高粘度燃料供給通路１２と、該高粘度燃料供給通路１２の先端部に前記高粘度燃料１１を噴出する高粘度燃料噴出孔１３と、空気１０４を送給する空気供給通路１０５と、該空気供給通路１０５の先端部に前記空気１０４を噴出する空気噴出孔１０６と、加圧された加圧水１１１を送給する加圧水供給管１１２と、該加圧水供給管１１２の先端部に前記加圧水１１１を噴出する加圧水噴出孔１１３と、前記加圧水供給管１１２の内周に周設され、前記加圧水１１１を冷却する断熱空間１４とを有すると共に、本体の前記加圧水１１１の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記高粘度燃料供給通路１２、前記空気供給通路１０５、前記加圧水供給管１１２の順に同心円状に配設されてなるものである。
【００４２】
更に、図７は、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナの他の構成を示す概略図である。図８は、図７に示す第一の燃焼バーナのＡーＡ断面図である。図７、図８に示すように、本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ｃは、図４乃至図６に示すような第一の燃焼バーナ１０Ｂの構成と同様に、前記加圧水１１１の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記高粘度燃料供給通路１２、前記空気供給通路１０５、前記加圧水供給管１１２の順に同心円状に配設されてなるものであり、前記高粘度燃料１１と前記空気１０４とを副室１０９内部で混合する内部混合式としたものである。
【００４３】
本実施の形態に係る第一の燃焼バーナ１０Ｃにように、前記高粘度燃料１１と前記空気１０４とを副室１０９内部で混合する内部混合式の場合には、前記副室１０９内で前記加圧水１１１を減圧沸騰させてから前記チップ本体１０８から図示しない火炉内に高粘度燃料混合気１５を吹き出すことができる。
【００４４】
［第二の実施の形態］
本発明による第二の実施の形態に係るボイラについて、図９を参照して説明する。
図９は、本発明の第二の実施の形態に係るボイラの構成の構成を示す概略図である。本発明の第二の実施の形態に係るボイラに用いられる燃焼バーナ１００９は、図１乃至図８に示す第一の燃焼バーナ１０Ａ〜１０Ｃの何れかを用いるため、重複した説明は省略する。
図９に示すように、本発明の第二の実施の形態に係るボイラ１０００は、鉛直方向に設置された火炉１００１と、前記火炉１００１の火炉壁１００２の下部に設置された燃焼装置１００３と、前記火炉１００１の出口に連結された煙道１００４と、前記火炉壁１００２の上部から前記煙道１００４にかけて設けられた過熱器１００５と、再熱器１００６および節炭器１００７と、火炉壁１００２の上部に設けられた図示しない蒸気ドラムとを有している。
【００４５】
前記火炉壁１００２の内側には、多数の水管（図示せず）がそれぞれ上下方向に延設されている。各水管は、上下各端部が図示しない蒸気ドラムに接続されている。
また、燃焼装置１００３は、前記火炉壁１００２に取り付けられる複数の燃焼バーナ１００９と、前記燃焼バーナ１００９に高粘度燃料１１を供給する高粘度燃料供給手段１０１０と、前記燃焼バーナ１００９に燃焼用空気として空気１０４を供給する空気供給手段１０１１と、前記燃焼バーナ１００９に加圧水１１１を供給する水供給手段１０２０とを有している。
【００４６】
また、高粘度燃料供給手段１０１０は、供給された高粘度燃料１１を例えば２０ｓｃｔ程度の大きさにする高粘度燃料供給部１０１２と、高粘度燃料供給部１０１２で生成された高粘度燃料１１を前記燃焼バーナ１００９へ送給する高粘度燃料供給管１０１３とを有している。前記高粘度燃料供給部１０１２は前記高粘度燃料供給部１０１２の出口温度が例えば約２００〜３００℃になるように設定されている。そして、前記高粘度燃料供給部１０１２で生成された高粘度燃料１１は、前記高粘度燃料供給管１０１３によって送給され、前記燃焼バーナ１００９へ送られる。
【００４７】
また、前記空気供給手段１０１１は、前記空気１０４を加圧して供給する図示しない押込通風機と、火炉１００１外壁に設けられた風箱１０１４と、押込通風機と風箱１０１４とを接続する空気供給管１０１５とを有している。図示しない押込通風機で加圧されて供給される前記空気１０４は、回転再生式熱交換器１０１７により煙道１００４を通過する例えば約３６０℃の燃焼排ガス１０１６と熱交換され、例えば３００〜３５０℃まで昇温されて前記空気供給管１０１５を経て前記風箱１０１４へ供給され前記燃焼バーナ１００９へ送られる。
【００４８】
また、前記水供給手段１０２０は、水を加圧して供給する図示しない水供給部１０２１と、前記燃焼バーナ１００９へ加圧水１１１を搬送する加圧水供給管１０２２とを有している。前記水供給部１０２１で加圧されて供給される前記加圧水１１１は、例えば１８０℃程度にまで加温されて前記加圧水供給管１０２２を経て前記風箱１０１４へ供給され前記燃焼バーナ１００９へ送られる。
【００４９】
前記燃焼バーナ１００９から前記火炉１００１内へ前記空気１０４と前記一次空気１０１９と前記加圧水１１１が供給されて着火し、前記火炉１００１内に火炎が生じる。
【００５０】
このようにして前記火炉１００１内の下部に火炎を生じさせると、燃焼ガスが前記火炉１００１内を下から上に流れ、前記煙道１００４に排出される。この時、図示しない給水ポンプから供給された水は、前記節炭器１００７によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給される。図示しない蒸気ドラムから前記火炉壁１００２の各水管（図示せず）に供給された水は、水管を下から上に流れる間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。さらに、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は前記過熱器１００５に導入され、燃焼ガスによって過熱される。前記過熱器１００５で生成された過熱蒸気は所定のプラント（例えば、タービン等）に供給される。
【００５１】
なお、タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気を前記再熱器１００６に導入し、再度過熱しタービンに戻すことも行われる。
前記節炭器１００７を通過した燃焼排ガス１０１６は、前記回転再生式熱交換器１０１７にて前記空気供給管１０１５を通過する前記空気１０４に熱量を供給し、脱硫、脱硝、除塵等の処理を施されて、煙突から大気中に排出される。
【００５２】
このように、本発明の第二の実施の形態に係るボイラによれば、燃焼バーナ１００９に、図１乃至図８に示す第一の燃焼バーナ１０Ａ〜１０Ｃの何れかを用いることにより、燃料が前記高粘度燃料であっても、前記高粘度燃料と減圧された前記加圧水とが衝突・混合し、前記高粘度燃料の微粒化を促進し、煤塵を低減することができる。これにより、前記加圧水１１１を加えて燃焼することで、前記高粘度燃料１１の燃焼効率を向上させることができるため、火炉運転・設備のコストを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明に係る燃焼バーナ、ボイラ、高粘度燃料の燃焼方法は、加圧された加圧水を送給する加圧水供給管と、前記加圧水供給管の外周に周設され、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有すると共に、本体の前記加圧水の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記加圧水供給管、空気供給通路、高粘度燃料供給通路の順に同心円状に配設することで、前記加圧水の管内沸騰を防止する共に、前記高粘度燃料と減圧された前記加圧水とが衝突・混合するため、前記高粘度燃料の微粒化を促進し、煤塵を低減するのに用いて適している。
【００５４】
また、加圧水を送給する加圧水供給管と、該加圧水供給管の内周に周設され、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有すると共に、本体の前記加圧水の流れ方向と直交する断面の略中央から、高粘度燃料供給通路、空気供給通路、前記加圧水供給管の順に同心円状に配設することで、前記加圧水の管内沸騰を防止する共に、前記高粘度燃料と減圧された前記加圧水とが衝突・混合するため、前記高粘度燃料の微粒化を促進し、煤塵を低減するのに用いて適している。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る燃焼バーナの構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す第一の燃焼バーナのＡーＡ断面図である。
【図３】本発明の第一の実施の形態に係る燃焼バーナの先端部の拡大図である。
【図４】本発明の第一の実施の形態に係る燃焼バーナの他の構成を示す概略図である。
【図５】図４に示す第一の燃焼バーナのＡーＡ断面図である。
【図６】本発明の第一の実施の形態に係る燃焼バーナの先端部の拡大図である。
【図７】本発明の第一の実施の形態に係る燃焼バーナの他の構成を示す概略図である。
【図８】図７に示す第一の燃焼バーナのＡーＡ断面図である。
【図９】本発明の第二の実施の形態に係るボイラの構成の構成を示す概略図である。
【図１０】従来の燃焼バーナの構成を示す概略図である。
【図１１】図１０に示す従来の燃焼バーナのＡーＡ断面図である。
【図１２】従来の燃焼バーナの他の構成を示す概略図である。
【図１３】図１２に示す従来の燃焼バーナのＡーＡ断面図である。
【図１４】従来の燃焼バーナの他の構成を示す概略図である。
【図１５】図１４に示す従来の燃焼バーナのＡーＡ断面図である。
【図１６】従来の燃焼バーナの他の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０Ａ〜１０Ｃ 第一の燃焼バーナ
１１ 高粘度燃料
１２ 高粘度燃料供給通路
１３ 高粘度燃料噴出孔
１４ 断熱空間
１５ 高粘度燃料混合気
１０１ 燃料
１０２ 燃料供給通路
１０３ 燃料噴出孔
１０４ 空気
１０５ 空気供給通路
１０６ 空気噴出孔
１０７ 微粉炭混合気
１０８ チップ本体
１０９ 副室
１１１ 加圧水
１１２ 加圧水供給管
１１３ 加圧水噴出孔
１０００ ボイラ
１００１ 火炉
１００２ 火炉壁
１００３ 燃焼装置
１００４ 煙道
１００５ 過熱器
１００６ 再熱器
１００７ 節炭器
１００９ 燃焼バーナ
１０１０ 高粘度燃料供給手段
１０１１ 空気供給手段
１０１２ 高粘度燃料供給部
１０１３ 高粘度燃料供給管
１０１４ 風箱
１０１５ 空気供給管
１０１６ 燃焼排ガス
１０１７ 回転再生式熱交換器
１０２０ 水供給手段
１０２１ 水供給部
１０２２ 加圧水供給管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高粘度燃料を送給する高粘度燃料供給通路と、
該高粘度燃料供給通路の先端部に前記高粘度燃料を噴出する高粘度燃料噴出孔と、
空気を送給する空気供給通路と、
該空気供給通路の先端部に前記空気を噴出する空気噴出孔と、
加圧された加圧水を送給する加圧水供給管と、
該加圧水供給管の先端部に前記加圧水を噴出する加圧水噴出孔と、
前記加圧水供給管の外周に周設され、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有すると共に、
前記加圧水の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記加圧水供給管、前記空気供給通路、前記高粘度燃料供給通路の順に同心円状に配設されてなることを特徴とする燃焼バーナ。
【請求項２】
高粘度燃料を送給する高粘度燃料供給通路と、
該高粘度燃料供給通路の先端部に前記高粘度燃料を噴出する高粘度燃料噴出孔と、
空気を送給する空気供給通路と、
該空気供給通路の先端部に前記空気を噴出する空気噴出孔と、
加圧された加圧水を送給する加圧水供給管と、
該加圧水供給管の先端部に前記加圧水を噴出する加圧水噴出孔と、
前記加圧水供給管の内周に周設され、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有すると共に、
前記高粘度燃料の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記高粘度燃料供給通路、前記空気供給通路、前記加圧水供給管の順に同心円状に配設されてなることを特徴とする燃焼バーナ。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記加圧水の供給量が、前記高粘度燃料の供給量に対して５〜１０ｗｔ％であることを特徴とする燃焼バーナ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一つの燃焼バーナを備えたことを特徴とするボイラ。
【請求項５】
高粘度燃料を送給する高粘度燃料供給通路と、空気を送給する空気供給通路と、加圧された加圧水を送給する加圧水供給管と、前記加圧水供給管の周壁に設けられ、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有する高粘度燃料の燃焼方法であって、
高粘度燃料と空気とを混合し、前記加圧水が前記加圧水供給管先端の加圧水噴出孔より噴出することにより減圧沸騰し、前記高粘度燃料と前記空気とが混合した混合気中の前記高粘度燃料と減圧された前記加圧水とが衝突・混合し、前記高粘度燃料の微粒化を行うことを特徴とする高粘度燃料の燃焼方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記加圧水の供給量が、前記高粘度燃料の供給量に対して５〜１０ｗｔ％であることを特徴とする高粘度燃料の燃焼方法。
【請求項１】
高粘度燃料を送給する高粘度燃料供給通路と、
該高粘度燃料供給通路の先端部に前記高粘度燃料を噴出する高粘度燃料噴出孔と、
空気を送給する空気供給通路と、
該空気供給通路の先端部に前記空気を噴出する空気噴出孔と、
加圧された加圧水を送給する加圧水供給管と、
該加圧水供給管の先端部に前記加圧水を噴出する加圧水噴出孔と、
前記加圧水供給管の外周に周設され、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有すると共に、
前記加圧水の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記加圧水供給管、前記空気供給通路、前記高粘度燃料供給通路の順に同心円状に配設されてなることを特徴とする燃焼バーナ。
【請求項２】
高粘度燃料を送給する高粘度燃料供給通路と、
該高粘度燃料供給通路の先端部に前記高粘度燃料を噴出する高粘度燃料噴出孔と、
空気を送給する空気供給通路と、
該空気供給通路の先端部に前記空気を噴出する空気噴出孔と、
加圧された加圧水を送給する加圧水供給管と、
該加圧水供給管の先端部に前記加圧水を噴出する加圧水噴出孔と、
前記加圧水供給管の内周に周設され、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有すると共に、
前記高粘度燃料の流れ方向と直交する断面の略中央から、前記高粘度燃料供給通路、前記空気供給通路、前記加圧水供給管の順に同心円状に配設されてなることを特徴とする燃焼バーナ。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記加圧水の供給量が、前記高粘度燃料の供給量に対して５〜１０ｗｔ％であることを特徴とする燃焼バーナ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一つの燃焼バーナを備えたことを特徴とするボイラ。
【請求項５】
高粘度燃料を送給する高粘度燃料供給通路と、空気を送給する空気供給通路と、加圧された加圧水を送給する加圧水供給管と、前記加圧水供給管の周壁に設けられ、前記加圧水を冷却する断熱空間又は冷却空間とを有する高粘度燃料の燃焼方法であって、
高粘度燃料と空気とを混合し、前記加圧水が前記加圧水供給管先端の加圧水噴出孔より噴出することにより減圧沸騰し、前記高粘度燃料と前記空気とが混合した混合気中の前記高粘度燃料と減圧された前記加圧水とが衝突・混合し、前記高粘度燃料の微粒化を行うことを特徴とする高粘度燃料の燃焼方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記加圧水の供給量が、前記高粘度燃料の供給量に対して５〜１０ｗｔ％であることを特徴とする高粘度燃料の燃焼方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００８−２０９０６１（Ｐ２００８−２０９０６１Ａ）
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４６３０５（Ｐ２００７−４６３０５）
【出願日】平成１９年２月２６日（２００７．２．２６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２６日（２００７．２．２６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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