特許 6513411 燃焼バーナおよびボイラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6513411

(24)【登録日】2019年4月19日

(45)【発行日】2019年5月15日

(54)【発明の名称】燃焼バーナおよびボイラ

(51)【国際特許分類】

   F23L 1/00 20060101AFI20190425BHJP

   F23D 11/10 20060101ALI20190425BHJP

【ＦＩ】

   F23L1/00 E

   F23D11/10 A

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-23673(P2015-23673)

(22)【出願日】2015年2月9日

(65)【公開番号】特開2016-145695(P2016-145695A)

(43)【公開日】2016年8月12日

【審査請求日】2018年2月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】橋口 和明

(72)【発明者】

【氏名】藤井 宏

(72)【発明者】

【氏名】荒川 宜彬

(72)【発明者】

【氏名】城島 孝洋

【審査官】 岩▲崎▼ 則昌

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２２６８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−０７９１１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｌ １／００

Ｆ２３Ｄ １１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料を供給する燃料供給路が内周側に形成される内筒と、
内筒を囲むように配置されて内筒との間に空気供給側と燃焼空間側とに通じる空気供給路を形成する外筒と、
前記空気供給路の空気供給側と燃焼空間側との間で延在し、かつ、前記内筒と前記外筒との間で放射状に複数設けられ、前記内筒の軸方向で傾斜する羽根と、
を備え、
前記内筒の前記羽根が設けられた外面において、空気供給側から燃焼空間側に向けて内方に傾斜する傾斜面を有し、前記傾斜面は、前記羽根と前記内筒の前記空気供給路の面との間に隙間を形成するように設けられていることを特徴とする燃焼バーナ。

【請求項2】

燃料を供給する燃料供給路が内周側に形成される内筒と、
内筒を囲むように配置されて内筒との間に空気供給側と燃焼空間側とに通じる空気供給路を形成する外筒と、
前記空気供給路の空気供給側と燃焼空間側との間で延在し、かつ、前記内筒と前記外筒との間で放射状に複数設けられ、前記内筒の軸方向で傾斜する羽根と、
を備え、
前記内筒の前記羽根が設けられた外面において、空気供給側から燃焼空間側に向けて内方に傾斜する傾斜面を有し、前記傾斜面は、前記羽根の間で空気供給側から燃焼空間側に向けて前記内筒の周方向に広がって設けられていることを特徴とする燃焼バーナ。

【請求項3】

燃料を供給する燃料供給路が内周側に形成される内筒と、
内筒を囲むように配置されて内筒との間に空気供給側と燃焼空間側とに通じる空気供給路を形成する外筒と、
前記空気供給路の空気供給側と燃焼空間側との間で延在し、かつ、前記内筒と前記外筒との間で放射状に複数設けられ、前記内筒の軸方向で傾斜する羽根と、
を備え、
前記内筒の前記羽根が設けられた外面において、空気供給側から燃焼空間側に向けて内方に傾斜する傾斜面を有し、前記傾斜面は、前記空気供給路側に凸曲状に湾曲しつつ空気供給側から燃焼空間側に向けて内方に傾斜して形成されることを特徴とする燃焼バーナ。

【請求項4】

前記内筒からなる前記燃料供給路に燃料ノズルが配置され、前記内筒の燃焼空間側の端部で前記燃料ノズルを覆うことを特徴とする請求項３に記載の燃焼バーナ。

【請求項5】

前記傾斜面は、空気供給側から燃焼空間側に向けて内方に３度以上６０度以下の範囲で傾斜することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃焼バーナ。

【請求項6】

前記傾斜面による前記内筒の燃焼空間側の端部の厚さ寸法が２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃焼バーナ。

【請求項7】

中空形状の火炉内で燃料と空気を燃焼させると共に、前記火炉内で熱交換を行って熱を回収するボイラにおいて、
前記火炉の周壁に請求項１〜６のいずれか１つに記載の燃焼バーナが配置されることを特徴とするボイラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料と空気とを噴射して火炎を形成する燃焼バーナ、および当該燃焼バーナが適用されるボイラに関する。

【背景技術】

【0002】

一般的な油焚きボイラは、中空形状で鉛直方向に設置される火炉を有し、この火炉の周壁に複数の燃焼バーナが周方向に沿って配設されると共に、上下方向に複数段にわたって配置されている。燃焼バーナは、燃料と空気とを噴射して火炉内に吹き込むことで火炎を形成する。そして、ボイラの火炉は、上部に煙道が連結され、この煙道に排ガスの熱を回収するための過熱器、再熱器、節炭器などが設けられており、火炉での燃焼により発生した排ガスと水との間で熱交換が行われ、発電などに供される蒸気を生成する。

【0003】

燃焼バーナとしては、例えば、特許文献１に示されるように、燃料を供給する燃料供給路が内周側に形成された内筒と、内筒を囲むように配置されて内筒との間に空気供給路を形成する外筒と、空気供給路に設けられて当該空気供給路を通る空気に旋回をかけるスワラとを備えている。スワラは、空気供給路の空気供給側から燃焼空間側に向けて延在し、内筒と外筒との間に放射状に複数設けられた羽根を有している。

【0004】

燃料供給路は、燃料ノズルが配置される。燃料ノズルは、例えば、特許文献２に示されるように、流体燃料と噴霧媒体とを混合した混合気（燃料）を先端に形成された複数の噴出孔から噴出可能なバーナチップと、流体燃料と噴霧媒体とをそれぞれ供給する通路が設けられたノズル基台と、ノズル基台の各通路をバーナチップに連結するバックプレートとが、ノズル基台に締結される締付部材による面圧にて保持されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特願２０１４−６２６７９号公報

【特許文献2】特願２０１０−１２７５１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

スワラは、空気を旋回させてボイラ火炉の燃焼空間に供給し、この燃焼空間に、燃料ノズルから噴射される燃料流れを中心とした空気の旋回流を形成する。空気の旋回流は、燃焼バーナから遠ざかるにつれて遠心力により急拡大する。そのため、旋回流には中心部に向けて圧力が低下する逆圧力勾配が生じる。この逆圧力勾配によって、旋回流が燃焼バーナからある距離離れた時点で旋回流の中心部に向かう流れを形成する。これにより燃ガスを循環させ、その高温により未燃の混合気を着火し、火炎を保持する。

【0007】

ところで、近年、化石燃料の枯渇化の観点から、石油残渣物であるＳＤＡピッチやＶＲ燃料（Ｖａｃｕｕｍ Ｒｅｓｉｄｕｅ）などの難燃焼成分を含む燃料を有効利用することが求められている。この燃料は、コストが安価であるという利点がある。

【0008】

しかし、難燃焼成分を含む燃料を上述したような燃焼バーナで用いる場合、当該燃料がスワラによる逆圧力勾配によって旋回流の中心部に向かう流れがスワラや燃料ノズルにまで至り、スワラや燃料ノズルに付着することでスワラや燃料ノズルの寿命を著しく低下させる要因となる。具体的に、スワラや燃料ノズルに付着した燃料中の揮発分が火炎の輻射熱によって揮発し、高残留炭素分がスワラの中央部や燃料ノズルの締付部材に固着して堆積する。そして、スワラや燃料ノズルへの炭素分の堆積量が増加すると、火炎がスワラ側や燃料ノズル側に引き付けられ、炭素分が異常燃焼してスワラや燃料ノズルが溶損するおそれがある。また、スワラや燃料ノズルへの炭素分の堆積量が増加すると、燃料に含まれる硫黄分により堆積した部分が硫化腐食するおそれがある。この結果、スワラや燃料ノズルの寿命を著しく低下させてしまう。

【0009】

本発明は、上述した課題を解決するものであり、燃料の付着を抑制してこれによる損傷を防ぐことのできる燃焼バーナおよびボイラを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上述の目的を達成するために、本発明の燃焼バーナは、燃料を供給する燃料供給路が内周側に形成される内筒と、内筒を囲むように配置されて内筒との間に空気供給側と燃焼空間側とに通じる空気供給路を形成する外筒と、前記空気供給路の空気供給側と燃焼空間側との間で延在し、かつ、前記内筒と前記外筒との間で放射状に複数設けられ、前記内筒の軸方向で傾斜する羽根と、を備え、前記内筒の前記羽根が設けられた外面において、空気供給側から燃焼空間側に向けて内方に傾斜する傾斜面を有することを特徴とする。

【0011】

この燃焼バーナによれば、燃焼バーナに形成された傾斜面によって羽根がなす旋回流の中心部であって燃焼バーナ側に向かう流れに対向する対向流が生じ、この対向流により燃焼バーナ側に向かう流れを弱め、燃焼バーナにまで至る事態を抑制する。この結果、流体燃料に含まれる難燃焼成分である高残留炭素分が燃焼バーナに固着して堆積する事態を抑制することができ、炭素分の異常燃焼や硫黄分の硫化腐食による燃焼バーナの損傷を防ぐことができる。

【0012】

また、本発明の燃焼バーナでは、前記傾斜面は、空気供給側から燃焼空間側に向けて内方に３度以上６０度以下の範囲で傾斜することを特徴とする。

【0013】

傾斜面の角度が３度未満であると、圧損が最小となり対向流の効果が得難い。一方、傾斜面の角度が６０度を超えると、流れが剥離して対向流が燃料供給路側に向く空気流となり燃料供給路からの燃料の流れに影響を与えるおそれがある。従って、傾斜面の角度を３度以上６０度以下の範囲とすることで、対向流により燃料の付着を抑制する効果を顕著に得ることができる。

【0014】

また、本発明の燃焼バーナでは、前記傾斜面による前記内筒の燃焼空間側の端部の厚さ寸法が２ｍｍ以上であることを特徴とする。

【0015】

内筒の燃焼空間側の端部の厚さが２ｍｍ未満であると、加工時の容易性や、硫黄分の硫化腐食への対策が低下するおそれがある。従って、厚さを２ｍｍ以上とすることが好ましい。

【0016】

また、本発明の燃焼バーナでは、前記内筒からなる前記燃料供給路に燃料ノズルが配置され、前記内筒の燃焼空間側の端部で前記燃料ノズルを覆うことを特徴とする。

【0017】

この燃焼バーナによれば、燃料ノズルに対し、火炎による輻射熱の影響を抑制することができる。

【0018】

また、本発明の燃焼バーナでは、前記傾斜面は、前記羽根と前記内筒の前記空気供給路の面との間に隙間を形成するように設けられていることを特徴とする。

【0019】

この燃焼バーナによれば、流れの縮流や剥離を回避することができる。

【0020】

また、本発明の燃焼バーナでは、前記傾斜面は、前記羽根の間で空気供給側から燃焼空間側に向けて前記内筒の周方向に広がって設けられていることを特徴とする。

【0021】

この燃焼バーナによれば、傾斜面に沿う気流が周方向に広がって拡散されるため、羽根の燃焼空間側の端部付近において対向流の作用が得られるため、羽根に対する燃料の付着を抑制する効果を顕著に得ることができる。

【0022】

また、本発明の燃焼バーナでは、前記傾斜面は、前記空気供給路側に凸曲状に湾曲しつつ空気供給側から燃焼空間側に向けて内方に傾斜して形成されることを特徴とする。

【0023】

この燃焼バーナによれば、傾斜面に沿う気流がより中央寄りに向かうため、中央部において対向流の作用が得られるため、中央部である燃料供給路近辺への燃料の付着を抑制する効果を顕著に得ることができる。

【0024】

また、本発明のボイラは、中空形状の火炉内で燃料と空気を燃焼させると共に、前記火炉内で熱交換を行って熱を回収するボイラにおいて、前記火炉の周壁に上述したいずれか１つの燃焼バーナが配置されることを特徴とする。

【0025】

このボイラによれば、燃焼バーナに形成された傾斜面によって羽根がなす旋回流の中心部であって燃焼バーナ側に向かう流れに対向する対向流が生じ、この対向流により燃焼バーナ側に向かう流れを弱め、燃焼バーナにまで至る事態を抑制する。この結果、流体燃料に含まれる難燃焼成分である高残留炭素分が燃焼バーナに固着して堆積する事態を抑制することができ、炭素分の異常燃焼や硫黄分の硫化腐食による燃焼バーナの損傷を防ぐことができる。このため、ボイラにおいて火炎を維持して長期に亘り安定した性能を得ることができる。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、燃料の付着を抑制してこれによる損傷を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係るボイラの概略側面図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態に係る燃焼バーナの概略縦断面図である。

【図3】図３は、本発明の実施形態に係る燃焼バーナの概略正面図である。

【図4】図４は、本発明の実施形態に係る燃焼バーナのスワラ部分の縦断面図である。

【図5】図５は、本発明の実施形態に係る燃焼バーナのスワラ部分の拡大斜視図である。

【図6】図６は、本発明の実施形態に係る燃焼バーナの作用を示す概略縦断面図である。

【図7】図７は、一般の燃焼バーナの作用を示す概略縦断面図である。

【図8】図８は、本発明の実施形態に係る他の例の燃焼バーナのスワラ部分の縦断面図である。

【図9】図９は、本発明の実施形態に係る他の例の燃焼バーナのスワラ部分の縦断面図である。

【図10】図１０は、本発明の実施形態に係る他の例の燃焼バーナのスワラ部分の平面図である。

【図11】図１１は、本発明の実施形態に係る他の例の燃焼バーナのスワラ部分の縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

【0029】

図１は、本実施形態に係るボイラの概略側面図である。

【0030】

本実施形態の油焚きボイラは、石油残渣物であるＳＤＡピッチやＶＲ燃料（Ｖａｃｕｕｍ Ｒｅｓｉｄｕｅ）などの難燃焼成分を含む流体燃料を用い、流体燃料を燃焼バーナにより噴霧媒体としての蒸気（または、高圧空気、高圧ガス、可燃性ガスなど）により微粒化させて噴霧し、火炉内で燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能な油焚きボイラである。

【0031】

本実施形態において、図１に示すように、油焚きボイラ１０は、コンベンショナルボイラであって、火炉１１と燃焼装置１２とを有している。火炉１１は、四角筒の中空形状で鉛直方向に沿って設置されている。火炉１１は、中空形状を構成する周壁の下部に燃焼装置１２が設けられている。

【0032】

燃焼装置１２は、火炉１１の周壁に装着された複数の燃焼バーナ２１を有している。本実施形態にて、燃焼バーナ２１は、火炉１１の周方向に沿って、例えば、４個が均等間隔で配設されたものを１セットとし、鉛直方向に沿って、例えば、３セット、つまり、３段配置されている。なお、燃焼バーナ２１の配置場所や個数はこれに限定されるものではない。

【0033】

燃焼バーナ２１は、燃料供給配管２２を介して燃料供給源２３に連結されている。燃料供給配管２２は、燃料供給量を調整可能な流量調整弁２４が設けられている。また、燃焼バーナ２１は、蒸気供給配管２５を介して蒸気供給源２６に連結されている。蒸気供給配管２５は、蒸気供給量を調整可能な流量調整弁２７が設けられている。また、燃焼バーナ２１の装着位置である火炉１１の周壁に風箱２８が設けられている。風箱２８は、空気ダクト２９の一端部が連結されている。空気ダクト２９は、他端部に送風機３０が装着されている。そして、各燃焼バーナ２１は、風箱２８に通じている。

【0034】

従って、各燃焼バーナ２１は、燃料供給源２３から燃料供給配管２２を通して燃料が供給されると共に、蒸気供給源２６から蒸気供給配管２５を通して蒸気が供給される。また、各燃焼バーナ２１は、空気ダクト２９から排ガスと熱交換して加熱された燃焼用空気が風箱２８に供給される。そのため、燃焼バーナ２１は燃料と蒸気を混合して微粒化した後、混合流体として火炉１１内に噴射すると共に、燃焼用空気を火炉１１内に噴射し、火炉１１内で火炎を形成することができる。

【0035】

火炉１１は、上部に煙道３１が連結されている。煙道３１は、対流伝熱部（熱回収部）として排ガスの熱を回収するための過熱器（スーパーヒータ）３２，３３、再熱器３４，３５、節炭器（エコノマイザ）３６，３７，３８が設けられている。従って、煙道３１では、火炉１１での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。

【0036】

煙道３１は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出される排ガス管３９が連結されている。排ガス管３９は、図示しないが、脱硝装置、電気集塵機、誘引送風機、脱硫装置が設けられ、下流端部に煙突が設けられている。

【0037】

従って、各燃焼バーナ２１が燃料と蒸気との混合流体を火炉１１内に噴射すると、火炉１１では、混合流体と空気とが燃焼して火炎が生じ、この火炉１１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガス（排ガス）がこの火炉１１内を上昇し、煙道３１に排出される。

【0038】

このとき、図には明示しないが、給水ポンプから供給された水は、節炭器３６，３７，３８によって予熱された後、蒸気ドラムに供給され、火炉１１の周壁の各水管に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、蒸気ドラムに送り込まれる。さらに、蒸気ドラムの飽和蒸気は、過熱器３２，３３に導入されて燃焼ガスによって過熱される。過熱器３２，３３で生成された過熱蒸気は、発電プラント（例えば、タービンなど）に供給される。また、タービンでの膨張過程の途中で取り出した蒸気は、再熱器３４，３５に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。なお、火炉１１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。その後、煙道３１の節炭器３６，３７，３８を通過した排ガスは、排ガス管３９にて、脱硝装置にて、触媒によりＮＯｘなどの有害物質が除去され、電気集塵機で粒子状物質が除去され、脱硫装置により硫黄分が除去された後、煙突から大気中に排出される。

【0039】

図２は、本実施形態に係る燃焼バーナの概略縦断面図である。図３は、本実施形態に係る燃焼バーナの概略正面図である。図４は、本実施形態に係る燃焼バーナのスワラ部分の縦断面図である。図５は、本実施形態に係る燃焼バーナのスワラ部分の拡大斜視図である。

【0040】

燃焼バーナ２１は、図２および図３に示すように、円筒状に形成され、その中央側に燃料供給路１が設けられ、燃料供給路１の外周側に空気供給路２が設けられている。

【0041】

燃料供給路１は、燃焼バーナ２１の中央に配置された円筒状の内筒３の内周側に形成されている。そして、燃料供給路１を構成する内筒３の内周側に、燃料ノズル８０が配置されている。

【0042】

燃料ノズル８０は、図４に示すように、ノズル基台８１と、バックプレート８２と、バーナチップ８３と、締付部材８４とを有している。

【0043】

ノズル基台８１は、円柱状に形成され、その内部に、内管８１Ａと外管８１Ｂとからなる同軸の二重管が設けられている。内管８１Ａは、蒸気供給配管２５に接続され、内管８１Ａと外管８１Ｂとの間の環状空間は、燃料供給配管２２に接続されている。ノズル基台８１は、内管８１Ａに通じる蒸気通路孔８１Ｃが中央に設けられている。また、ノズル基台８１は、内管８１Ａと外管８１Ｂとの間の環状空間に通じる燃料通路孔８１Ｄが周方向に複数設けられている。また、ノズル基台８１は、締付部材８４と締結する雄ネジ溝８１Ｅが周囲に設けられている。バックプレート８２は、円盤状に形成され、ノズル基台８１とバーナチップ８３とを中継するもので、ノズル基台８１の蒸気通路孔８１Ｃおよび各燃料通路孔８１Ｄに対応して通じる蒸気通路孔８２Ｃおよび各燃料通路孔８２Ｄが貫通して設けられている。バーナチップ８３は、燃料ノズル８０の最も先端に配置され、燃焼空間側が火炉１１内に望む。バーナチップ８３は、円柱状に形成され、その中央に、バックプレート８２の蒸気通路孔８２Ｃに通じる空洞部８３Ｃが設けられ、当該空洞部８３Ｃから先端側に貫通し、かつ放射方向に複数設けられた噴射孔８３Ｅが形成されている。また、バーナチップ８３は、空洞部８３Ｃの外周側に、バックプレート８２の各燃料通路孔８２Ｄに通じ、かつ各噴射孔８３Ｅに通じる各燃料通路孔８３Ｄが形成されている。締付部材８４は、円筒状に形成され、バーナチップ８３の外周の凸部８３Ｆに掛かる鍔部８４Ｆが一端縁に設けられ、ノズル基台８１の雄ネジ溝８１Ｅに締結される雌ネジ溝８４Ｅが他端内面に設けられている。

【0044】

従って、燃料ノズル８０は、ノズル基台８１とバーナチップ８３との間にバックプレート８２を挟むように組み合わせ、締付部材８４でバーナチップ８３、バックプレート８２およびノズル基台８１の周囲を囲むようにし、締付部材８４の鍔部８４Ｆをバーナチップ８３の凸部８３Ｆに掛けつつ、締付部材８４の雌ネジ溝８４Ｅをノズル基台８１の雄ネジ溝８１Ｅに締結させることで、締付部材８４の鍔部８４Ｆによるバーナチップ８３の凸部８３Ｆへの面圧により流体の漏れを防いだ形態で組み立てられる。

【0045】

このような燃料ノズル８０は、蒸気供給配管２５から供給される蒸気は、ノズル基台８１の内管８１Ａから、蒸気通路孔８１Ｃ、蒸気通路孔８２Ｃ、空洞部８３Ｃを経て各噴射孔８３Ｅに至る。一方、燃料供給配管２２から供給される流体燃料は、ノズル基台８１の内管８１Ａと外管８１Ｂとの間の環状空間から、各燃料通路孔８１Ｄ、各燃料通路孔８２Ｄ、各燃料通路孔８３Ｄを経て各噴射孔８３Ｅにて蒸気と互いに混合して混合気（燃料）となり、各噴射孔８３Ｅから噴射される。

【0046】

空気供給路２は、一次空気ノズル２Ａと、二次空気ノズル２Ｂとを有する。一次空気ノズル２Ａは、燃料供給路１を構成する内筒３の外周側に、円筒状の一次空気ノズル外筒４が設けられ、この内筒３と一次空気ノズル外筒４との間に形成されている。二次空気ノズル２Ｂは、一次空気ノズル外筒４の外周に重ねられた円筒状の二次空気ノズル内筒５と、二次空気ノズル内筒５の外周側に設けられた二次空気ノズル外筒６との間に形成されている。これら、一次空気ノズル２Ａおよび二次空気ノズル２Ｂは、空気供給側が風箱２８に通じ、燃焼空間側が火炉１１内に通じている。従って、一次空気ノズル２Ａおよび二次空気ノズル２Ｂは、送風機３０により送られて空気ダクト２９から排ガスと熱交換して加熱されて風箱２８に供給された燃焼用空気を、火炉１１内に噴射する。なお、一次空気ノズル外筒４および二次空気ノズル内筒５は、一体とした１つの円筒として形成されていてもよい。

【0047】

一次空気ノズル２Ａは、図２〜図５に示すように、スワラ７が設けられている。スワラ７は、内筒３を含み構成され、内筒３と一次空気ノズル外筒４との間に設けられた外筒７Ａを有する。また、スワラ７は、内筒３と外筒７Ａとの間に掛け渡されて設けられた羽根７Ｂを有する。羽根７Ｂは、一次空気ノズル２Ａ側の空気供給路２の空気供給側と燃焼空間側との間で延在し、かつ、内筒３と外筒７Ａとの間で放射状に複数設けられている。また、羽根７Ｂは、内筒３の軸方向（空気供給側から燃焼空間側に向く方向）で傾斜して設けられている。これにより、羽根７Ｂは、一次空気ノズル２Ａ側の空気供給路を通過する空気に旋回をかける。また、スワラ７は、図４および図５に示すように、内筒３について、一次空気ノズル２Ａ側の空気供給路２側であって羽根７Ｂが設けられた外面において、空気供給側から燃焼空間側に向けて内方に傾斜する傾斜面７Ｃを有する。なお、図５に示す一点鎖線は、内筒３の外面に傾斜面７Ｃが設けられていない場合の、内筒３における燃焼空間側の外面縁の稜線、および、内筒３の外面と羽根７Ｂとの境界線をあらわしている。

【0048】

なお、図４および図５に示す形態は、内筒３の外面の全周に傾斜面７Ｃを設けて羽根７Ｂの内筒３側の端部を傾斜面７Ｃに合わせて内筒３側に延長させた構成、または、羽根７Ｂの端部の構成を変えずに、内筒３の外面の羽根７Ｂを除く部分に傾斜面７Ｃを形成した構成である。また、図４および図５に示す形態では、傾斜面７Ｃは、直線状の傾斜である。

【0049】

このように構成された燃焼バーナ２１は、燃料供給路１に配置された燃料ノズル８０により、上述したように蒸気と燃料流体とが混合した混合気（燃料）が噴射され、かつ空気供給路２に形成された各空気ノズル２Ａ，２Ｂから空気が噴射されることで、燃焼空間側である火炉１１内に火炎を形成する。また、燃焼バーナ２１は、一次空気ノズル２Ａに配置されたスワラ７により、通過する空気に旋回をかける。即ち、スワラ７は、火炉１１内である燃焼空間に、燃料ノズル８０から噴射される燃料流れを中心とした空気の旋回流（図５に矢印Ａで示す）を形成する。空気の旋回流は、燃焼バーナ２１から遠ざかるにつれて遠心力により急拡大する（図２に矢印Ｂで示す）。そのため、旋回流には中心部に向けて圧力が低下する逆圧力勾配が生じる。この逆圧力勾配によって、旋回流が燃焼バーナ２１からある距離離れた時点で旋回流の中心部であって燃焼バーナ２１側に向かう流れを形成する。これにより燃ガスを循環させ、その高温により未燃の混合気を着火し、火炎を保持する。

【0050】

また、本実施形態の燃焼バーナ２１は、スワラ７を構成する内筒３の外面に、空気供給側から燃焼空間側に向けて内方に傾斜する傾斜面７Ｃを有する。このため、スワラ７を通過する空気のうち、傾斜面７Ｃの近傍を通過する空気は、傾斜面７Ｃに沿って空気供給側から燃焼空間側に向けて内方に流れる（図４に矢印Ｃで示す）。すると、この内方に向く空気の流れは、旋回流の中心部であって燃焼バーナ２１側に向かう流れに対して対向流となる。

【0051】

従来では、旋回流の中心部に向かう流れがスワラ７や燃料ノズル８０にまで至り、スワラ７や燃料ノズル８０に付着することでスワラ７や燃料ノズル８０の寿命を著しく低下させる要因となっていた。

【0052】

この点、本実施形態の燃焼バーナ２１によれば、傾斜面７Ｃによって羽根７Ｂがなす旋回流の中心部であって燃焼バーナ２１側に向かう流れに対向する対向流が生じ、この対向流によりであって燃焼バーナ２１側に向かう流れを弱め、スワラ７や燃料ノズル８０にまで至る事態を抑制する。この結果、流体燃料に含まれる難燃焼成分である高残留炭素分がスワラ７の中央部や燃料ノズル８０の締付部材８４に固着して堆積する事態を抑制することができ、炭素分の異常燃焼や硫黄分の硫化腐食によるスワラ７や燃料ノズル８０の損傷を防ぐことができる。

【0053】

ここで、図６は、本実施形態に係る燃焼バーナの作用を示す概略縦断面図であり、図７は、一般の燃焼バーナの作用を示す概略縦断面図である。

【0054】

図６および図７は、気流に粒子を入れた場合の粒子の流れを模擬したシミュレーションの結果を示している。図６および図７における一点鎖線が粒子の流れの外形線に相当する。図７に示す一般の燃焼バーナでは、旋回流の中心部に向かう流れが強く燃焼バーナ２１の近くまで粒子が戻っていることがわかる。一方、図６に示す本実施形態の場合、スワラ７の傾斜面７Ｃによる対向流が作用し、旋回流の中心部に向かう流れが弱まり燃焼バーナ２１の近くに粒子が戻っていないことがわかる。

【0055】

また、本実施形態の燃焼バーナ２１では、傾斜面７Ｃは、空気供給側から燃焼空間側に向けて内方に３度以上６０度以下の範囲の角度θで傾斜することが好ましい。

【0056】

傾斜面７Ｃの角度θが３度未満であると、傾斜面７Ｃを有さない一般的な燃焼バーナ２１のスワラ７と近似してしまい圧損が最小となり対向流の効果が得難い。一方、傾斜面７Ｃの角度θが６０度を超えると、流れが剥離して燃料ノズル８０側に向く空気流となり燃料ノズル８０からの混合気の噴射に影響を与えるおそれがある。従って、傾斜面７Ｃの角度θを３度以上６０度以下の範囲とすることで、対向流により燃料の付着を抑制する効果を顕著に得ることができる。なお、物理的に、傾斜面７Ｃの角度θが５度以上２０度以下の範囲とすることが制作上好ましい。また、安定した性能を得るうえで、傾斜面７Ｃの角度θは１０度前後が好ましい。

【0057】

また、実施形態の燃焼バーナ２１では、傾斜面７Ｃによる内筒３の燃焼空間側の端部の厚さＴの寸法が２ｍｍ以上であることが好ましい。

【0058】

内筒３の燃焼空間側の端部の厚さＴが２ｍｍ未満であると、加工時の容易性や、硫黄分の硫化腐食への対策が低下するおそれがある。従って、厚さＴを２ｍｍ以上とすることが好ましい。

【0059】

図８〜図１１は、本実施形態に係る他の例の燃焼バーナのスワラ部分の縦断面図である。

【0060】

図８に示す燃焼バーナ２１では、傾斜面７Ｃを設けた内筒３の燃焼空間側の端部が、燃料ノズル８０を覆うように延長して形成されている。

【0061】

この燃焼バーナ２１によれば、燃料ノズル８０に対し、火炎による輻射熱の影響を抑制することができる。

【0062】

図９に示す燃焼バーナ２１では、傾斜面７Ｃが内筒３の外面の全周に設けられており、羽根７Ｂの内筒３側の端部との間に隙間７Ｄが形成されている。即ち、傾斜面７Ｃは、羽根７Ｂと内筒３の空気供給路２の面との間に隙間７Ｄを形成するように設けられている。

【0063】

この燃焼バーナによれば、流れの縮流や剥離を回避することができる。

【0064】

図１０に示す燃焼バーナ２１では、傾斜面７Ｃは、羽根７Ｂの間で空気供給側から燃焼空間側に向けて内筒３の周方向に広がって設けられている。なお、図１０に示す一点鎖線は、内筒３の外面に傾斜面７Ｃが設けられていない場合の、内筒３における燃焼空間側の外面縁の稜線をあらわしている。

【0065】

この燃焼バーナ２１によれば、傾斜面７Ｃに沿う気流が周方向に広がって拡散されるため（図１０に矢印Ｄで示す）、羽根７Ｂの燃焼空間側の端部付近において対向流の作用が得られるため、羽根７Ｂに対する燃料の付着を抑制する効果を顕著に得ることができる。

【0066】

なお、図１０において、傾斜面７Ｃの空気供給側である始端が円弧状に形成されているが、角形状であってもよい。ただし、円弧状のほうが空気流を円滑に傾斜面７Ｃに沿って案内することができる。また、図１０において、傾斜面７Ｃの周方向に広がる稜線が円弧状に形成されているが、直線状であってもよい。

【0067】

図１１に示す燃焼バーナ２１では、傾斜面７Ｃは、空気供給路２側（即ち、内筒３の径方向外側）に凸曲状に湾曲しつつ、空気供給側から燃焼空間側に向けて内方に傾斜して形成されている。

【0068】

この燃焼バーナ２１によれば、傾斜面７Ｃに沿う気流がより中央寄りに向かうため、中央部において対向流の作用が得られるため、中央部である燃料ノズル８０への燃料の付着を抑制する効果を顕著に得ることができる。なお、凸曲状に湾曲する傾斜面７Ｃの場合の角度θは、内筒３の燃焼空間側の端部における接線の角度とする。

【0069】

また、本実施形態の油焚きボイラ１０は、中空形状の火炉１１内で燃料と空気を燃焼させると共に、火炉１１内で熱交換を行って熱を回収するボイラにおいて、火炉１１の周壁に上述した燃焼バーナ２１が配置されている。

【0070】

この油焚きボイラ１０によれば、燃焼バーナ２１に形成された傾斜面７Ｃによって羽根７Ｂがなす旋回流の中心部であって燃焼バーナ２１側に向かう流れに対向する対向流が生じ、この対向流により燃焼バーナ２１側に向かう流れを弱め、スワラ７や燃料ノズル８０にまで至る事態を抑制する。この結果、流体燃料に含まれる難燃焼成分である高残留炭素分がスワラ７の中央部や燃料ノズル８０の締付部材８４に固着して堆積する事態を抑制することができ、炭素分の異常燃焼や硫黄分の硫化腐食によるスワラ７や燃料ノズル８０の損傷を防ぐことができる。このため、油焚きボイラ１０において火炎を維持して長期に亘り安定した性能を得ることができる。

【符号の説明】

【0071】

１ 燃料供給路
２ 空気供給路
３ 内筒
７ スワラ
７Ａ 外筒
７Ｂ 羽根
７Ｃ 傾斜面
７Ｄ 隙間
１０ 油焚きボイラ
２１ 燃焼バーナ
８０ 燃料ノズル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】