特開 2023-159938 拡散燃焼式二元燃料バーナ及びその火炎長制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023159938

(43)【公開日】2023-11-02

(54)【発明の名称】拡散燃焼式二元燃料バーナ及びその火炎長制御方法

(51)【国際特許分類】

   F23D 17/00 20060101AFI20231026BHJP

   F23N 5/08 20060101ALI20231026BHJP

【ＦＩ】

F23D17/00 101

F23N5/08 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022069876

(22)【出願日】2022-04-21

(71)【出願人】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】武藤 貞行

(72)【発明者】

【氏名】深井 宏一

【テーマコード（参考）】

3K005

3K065

【Ｆターム（参考）】

3K005QA02

3K005QA03

3K005QA06

3K005QB03

3K005QC07

3K005QC10

3K065QB09

3K065QC04

3K065RA02

3K065RB02

(57)【要約】

【課題】液体燃料と水素ガス燃料の二元燃料バーナであって、火炎長を制御できるものを提供する。
【解決手段】拡散燃焼式二元燃料バーナは、液体燃料噴出流量の液体燃料を噴出する液体燃料ノズルと、ガス燃料噴出流量の水素ガス燃料を噴出する水素ガス燃料ノズルと、支燃性ガスを供給する支燃性ガスノズルと、ガス燃料噴出流量を調整する液体燃料調整装置と、液体燃料噴出流量を調整するガス燃料調整装置と、コントローラと、火炎長を計測する火炎長計測器とを、備える。コントローラは、火炎長計測器で計測された火炎長を取得し、火炎長が所与の火炎長適性範囲から外れる場合は、火炎長が火炎長適性範囲に収まるように現在の液体燃料と水素ガス燃料の混焼率を修正し、修正された混焼率で液体燃料及び水素ガス燃料の燃焼が行われるように液体燃料調整装置及びガス燃料調整装置を動作させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体燃料噴出流量の液体燃料を噴出する少なくとも１本の液体燃料ノズルと、
前記液体燃料ノズルの周囲に設けられて、ガス燃料噴出流量の水素ガス燃料を噴出する少なくとも１本の水素ガス燃料ノズルと、
前記液体燃料ノズルから噴出した前記液体燃料及び前記水素ガス燃料ノズルから噴出した前記水素ガス燃料へ支燃性ガスを供給する少なくとも１本の支燃性ガスノズルと、
前記ガス燃料噴出流量を調整する液体燃料調整装置と、
前記液体燃料噴出流量を調整するガス燃料調整装置と、
前記液体燃料調整装置及び前記ガス燃料調整装置の動作を制御するコントローラと、
前記液体燃料及び前記水素ガス燃料の燃焼により生じる火炎の火炎長を計測する火炎長計測器とを、備え、
前記コントローラは、前記火炎長計測器で計測された火炎長を取得し、前記火炎長が所与の火炎長適性範囲から外れる場合は、前記火炎長が前記火炎長適性範囲に収まるように現在の前記液体燃料と前記水素ガス燃料の混焼率を修正し、修正された混焼率で前記液体燃料及び前記水素ガス燃料の燃焼が行われるように前記液体燃料調整装置及び前記ガス燃料調整装置を動作させる、
拡散燃焼式二元燃料バーナ。

【請求項2】

前記コントローラは、前記火炎長が前記火炎長適性範囲を下回る場合は、前記水素ガス燃料の割合が小さくなるように前記混焼率を修正する、
請求項１に記載の拡散燃焼式二元燃料バーナ。

【請求項3】

前記コントローラは、前記火炎長が前記火炎長適性範囲を上回る場合は、前記水素ガス燃料の割合が大きくなるように前記混焼率を修正する、
請求項１又は２に記載の拡散燃焼式二元燃料バーナ。

【請求項4】

噴出した前記液体燃料の持つ熱量と噴出した前記水素ガス燃料の持つ熱量との和を入熱量とし、
前記コントローラは、前記混焼率が修正される前後で入熱量が一定となるように前記修正された混焼率に基づいて前記液体燃料噴出流量及び前記ガス燃料噴出流量を修正し、修正された前記液体燃料噴出流量の前記液体燃料が噴出するように前記液体燃料調整装置を動作させ、修正された前記ガス燃料噴出流量の前記水素ガス燃料が噴出するように前記ガス燃料調整装置を動作させる、
請求項１又は２に記載の拡散燃焼式二元燃料バーナ。

【請求項5】

液体燃料噴出流量の液体燃料を噴出する少なくとも１本の液体燃料ノズルと、
前記液体燃料ノズルの周囲に設けられて、ガス燃料噴出流量の水素ガス燃料を噴出する少なくとも１本の水素ガス燃料ノズルと、
前記液体燃料ノズルから噴出した前記液体燃料及び前記水素ガス燃料ノズルから噴出した前記水素ガス燃料へ支燃性ガスを供給する少なくとも１本の支燃性ガスノズルと、
前記ガス燃料噴出流量を調整する液体燃料調整装置と、
前記液体燃料噴出流量を調整するガス燃料調整装置と、
前記液体燃料調整装置及び前記ガス燃料調整装置の動作を制御するコントローラとを、備え、
前記コントローラは、入熱量目標値及び火炎長指令値を取得し、所与の前記液体燃料と前記水素ガス燃料の混焼率と火炎長の関係を取得し、当該関係を用いて前記火炎長指令値と対応する混焼率を求め、当該混焼率と前記入熱量目標値に基づいて前記液体燃料噴出流量及び前記ガス燃料噴出流量を求め、前記液体燃料噴出流量の前記液体燃料が噴出するように前記液体燃料調整装置を動作させ、前記ガス燃料噴出流量の前記水素ガス燃料が噴出するように前記ガス燃料調整装置を動作させる、
拡散燃焼式二元燃料バーナ。

【請求項6】

液体燃料及び水素ガス燃料の二元燃料を拡散燃焼する拡散燃焼式二元燃料バーナの火炎長制御方法であって、
前記液体燃料及び前記水素ガス燃料の燃焼により生じる火炎の火炎長を取得すること、
所与の火炎長適性範囲を取得すること、及び、
前記火炎長が前記火炎長適性範囲から外れる場合は、前記火炎長が前記火炎長適性範囲に収まるように現在の前記液体燃料と前記水素ガス燃料の混焼率を修正すること、及び、
修正された混焼率で前記液体燃料及び前記水素ガス燃料を燃焼させること、を含む、
拡散燃焼式二元燃料バーナの火炎長制御方法。

【請求項7】

液体燃料及び水素ガス燃料の二元燃料を拡散燃焼する拡散燃焼式二元燃料バーナの火炎長制御方法であって、
入熱量目標値及び火炎長指令値を取得すること、
所与の前記液体燃料と前記水素ガス燃料の混焼率と火炎長の関係を取得すること、
前記関係を用いて前記火炎長指令値と対応する混焼率を求めること、
噴出した前記液体燃料の持つ熱量と噴出した前記水素ガス燃料の持つ熱量との和を入熱量とし、前記混焼率と前記入熱量目標値に基づいて液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量を求めること、及び、
前記液体燃料噴出流量の前記液体燃料を噴出させ、前記ガス燃料噴出流量の前記水素ガス燃料を噴出させること、を含む、
拡散燃焼式二元燃料バーナの火炎長制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、液体燃料と水素ガス燃料の二元燃料を用い、拡散燃焼方式で燃料を燃焼させるバーナに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、燃焼炉のガス燃料は主に天然ガスであるが、近年の低環境負荷への関心の高まりから、燃焼時に二酸化炭素を排出しないガス燃料としての水素が注目されている。例えば、特許文献１では、エマルジョン燃料油と水素ガスの二元燃料を用い、拡散燃焼方式で燃料を燃焼させるバーナが開示されている。拡散燃焼方式とは、ガス燃料と支燃性ガスとが火口へ別々に供給され、ガス燃料と空気との界面に生じる火炎へ拡散によってガス燃料及び空気が供給されて火炎が維持される燃焼方式をいう。

【0003】

特許文献１のバーナは、噴射ノズルの中央からエマルジョン燃料油が噴射され、燃料油の周囲から酸素ガスが噴射され、酸素ガスの周囲から水素ガスが噴射される、同軸の３重管構造を備える。このバーナでは、水を電気分解して得られた水素ガスと酸素ガスを利用することから、エマルジョン燃料油０．０１０－０．０５０ｍ³／ｈに対し、水素ガスが２－５ｍ³／ｈ、酸素ガスは水素ガスの半分が供給される。水素ガスと酸素ガスが効率よく燃焼して高熱が得られるので、エマルジョン燃料油を完全燃焼できる効果がうたわれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７－２８５５５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

液体燃料（即ち、燃料油）と水素ガス燃料を燃料として用いる拡散燃焼方式の二元燃料バーナでは、燃料の噴出速度だけではなく、液体燃料及び水素ガス燃料の混焼率に応じて火炎長が変動するものと推測される。その理由は、液体燃料及び水素ガス燃料の燃焼特性の違いによって混焼率に応じて各燃料への支燃性ガス量の配分が変化し、燃料が完全燃焼するまでにかかる時間が変動するために火炎長も変動すると考えられるからである。

【0006】

液体燃料と水素ガス燃料の二元燃料バーナは、ボイラ火炉や焼却炉などの燃焼炉に備えられ得る。燃焼炉には、炉のサイズに応じた適正な火炎長が定まるものがある。このような燃焼炉では、バーナで生じた火炎の火炎長が適正な火炎長を超えると、火炎が炉壁と干渉して燃焼炉が損傷するおそれがある。また、燃焼炉には、火炎長を長くしたり短くしたりすることが求められるものがある。

【0007】

本開示は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、液体燃料と水素ガス燃料の二元燃料バーナ及びその火炎長制御方法であって、火炎長を制御できるものを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る拡散燃焼式二元燃料バーナは、
液体燃料噴出流量の液体燃料を噴出する少なくとも１本の液体燃料ノズルと、
前記液体燃料ノズルの周囲に設けられて、ガス燃料噴出流量の水素ガス燃料を噴出する少なくとも１本の水素ガス燃料ノズルと、
前記液体燃料ノズルから噴出した前記液体燃料及び前記水素ガス燃料ノズルから噴出し前記水素ガス燃料へ支燃性ガスを供給する少なくとも１本の支燃性ガスノズルと、
前記ガス燃料噴出流量を調整する液体燃料調整装置と、
前記液体燃料噴出流量を調整するガス燃料調整装置と、
前記液体燃料調整装置及び前記ガス燃料調整装置の動作を制御するコントローラと、
前記液体燃料及び前記水素ガス燃料の燃焼により生じる火炎の火炎長を計測する火炎長計測器とを、備え、
前記コントローラは、前記火炎長計測器で計測された火炎長を取得し、前記火炎長が所与の火炎長適性範囲から外れる場合は、前記火炎長が前記火炎長適性範囲に収まるように現在の前記液体燃料と前記水素ガス燃料の混焼率を修正し、修正された混焼率で前記液体燃料及び前記水素ガス燃料の燃焼が行われるように前記液体燃料調整装置及び前記ガス燃料調整装置を動作させることを特徴としている。

【0009】

また、本開示の別の一態様に係る拡散燃焼式二元燃料バーナは、
液体燃料噴出流量の液体燃料を噴出する少なくとも１本の液体燃料ノズルと、
前記液体燃料ノズルの周囲に設けられて、ガス燃料噴出流量の水素ガス燃料を噴出する少なくとも１本の水素ガス燃料ノズルと、
前記液体燃料ノズルから噴出した前記液体燃料及び前記水素ガス燃料ノズルから噴出した前記水素ガス燃料へ支燃性ガスを供給する少なくとも１本の支燃性ガスノズルと、
前記ガス燃料噴出流量を調整する液体燃料調整装置と、
前記液体燃料噴出流量を調整するガス燃料調整装置と、
前記液体燃料調整装置及び前記ガス燃料調整装置の動作を制御するコントローラとを、備え、
前記コントローラは、入熱量目標値及び火炎長指令値を取得し、所与の前記液体燃料と前記水素ガス燃料の混焼率と火炎長の関係を取得し、当該関係を用いて前記火炎長指令値と対応する混焼率を求め、当該混焼率と前記入熱量目標値に基づいて前記液体燃料噴出流量及び前記ガス燃料噴出流量を求め、前記液体燃料噴出流量の前記液体燃料が噴出するように前記液体燃料調整装置を動作させ、前記ガス燃料噴出流量の前記水素ガス燃料が噴出するように前記ガス燃料調整装置を動作させることを特徴としている。

【0010】

また、本開示の別の一態様に係る拡散燃焼式二元燃料バーナの火炎長制御方法は、液体燃料及び水素ガス燃料の二元燃料を拡散燃焼する拡散燃焼式二元燃料バーナの火炎長制御方法であって、
前記液体燃料及び前記水素ガス燃料の燃焼により生じる火炎の火炎長を取得すること、
所与の火炎長適性範囲を取得すること、及び、
前記火炎長が前記火炎長適性範囲から外れる場合は、前記火炎長が前記火炎長適性範囲に収まるように現在の前記液体燃料と前記水素ガス燃料の混焼率を修正すること、及び、
修正された混焼率で前記液体燃料及び前記水素ガス燃料を燃焼させること、を含むことを特徴としている。

【0011】

また、本開示の別の一態様に係る拡散燃焼式二元燃料バーナの火炎長制御方法は、液体燃料及び水素ガス燃料の二元燃料を拡散燃焼する拡散燃焼式二元燃料バーナの火炎長制御方法であって、
入熱量目標値及び火炎長指令値を取得すること、
所与の前記液体燃料と前記水素ガス燃料の混焼率と火炎長の関係を取得すること、
前記関係を用いて前記火炎長指令値と対応する混焼率を求めること、
噴出した前記液体燃料の持つ熱量と噴出した前記水素ガス燃料の持つ熱量との和を入熱量とし、前記混焼率と前記入熱量目標値に基づいて液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量を求めること、及び、
前記液体燃料噴出流量の前記液体燃料を噴出させ、前記ガス燃料噴出流量の前記水素ガス燃料を噴出させること、を含むことを特徴としている。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、液体燃料と水素ガス燃料の二元燃料バーナ及びその火炎長制御方法であって、火炎長を制御できるものを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、バーナの概略構成を示す断面図である。

【図2】図２は、図１に示すバーナの火口をバーナ軸線と平行に見た図である。

【図3】図３は、バーナの制御系統の構成を示すブロック図である。

【図4】図４は、水素ガス燃料と液体燃料の混焼率と火炎長の関係の一例を表す図表である。

【図5】図５は、バーナの適用例１に係る燃焼炉の概略図である。

【図6】図６は、適用例１に係るバーナの火炎長制御処理の流れを示す図である。

【図7】図７は、バーナの適用例２に係る燃焼炉の概略図である。

【図8】図８は、適用例２に係るバーナの火炎長制御処理の流れを示す図である。

【図9】図９は、適用例２に係るバーナの火炎長制御処理の流れを示す図である。

【図10】図１０は、変形例に係るバーナの火口をバーナ軸線と平行に見た図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

次に、図面を参照して本開示の実施の形態を説明する。図１は拡散燃焼式二元燃料バーナ（以下、単に「バーナ１０」と称する）の概略構成を示す断面図であり、図２はバーナ１０の火口をバーナ軸Ｘと平行に見た図である。図１及び図２に示すように、本開示に係るバーナ１０は、液体燃料２１と水素ガス燃料２２とを燃料として用いる拡散燃焼方式の二元燃料バーナである。バーナ１０は、液体燃料２１及び水素ガス燃料２２の混焼のみならず、液体燃料２１又は水素ガス燃料２２の専焼が可能であってもよい。

【0015】

バーナ１０は、燃焼炉１の炉壁に配置され、燃焼炉１の炉内へ向けてバーナ軸Ｘと略平行に燃料を吹き出すように構成されている。本開示では、液体燃料２１の噴射口である液体燃料出口６１から火炎の先までのバーナ軸Ｘと平行な距離を火炎長Ｌと規定する。但し、火炎長Ｌの規定方法はこれに限定されず、従来採用されている一般的な方法で火炎長が規定されてよい。

【0016】

バーナ１０は、少なくとも１本の液体燃料ノズル３１と、少なくとも１本の水素ガス燃料ノズル３２と、少なくとも１本の支燃性ガスノズル３３とを備える。本実施形態に係るバーナ１０は、バーナ軸Ｘと重複する中心部に液体燃料ノズル３１が配置され、液体燃料ノズル３１の外側に第１支燃性ガスノズル３３ａが配置され、第１支燃性ガスノズル３３ａの外側に第２支燃性ガスノズル３３ｂが配置されている。液体燃料ノズル３１、第１支燃性ガスノズル３３ａ、及び第２支燃性ガスノズル３３ｂは、バーナ軸Ｘを中心として略同軸に配置された多重管を形成している。第１支燃性ガスノズル３３ａと第２支燃性ガスノズル３３ｂの間であって、第１支燃性ガスノズル３３ａの直ぐ外側には、６本の水素ガス燃料ノズル３２が配置されている。これら複数の水素ガス燃料ノズル３２は、バーナ軸Ｘを中心とする円周上に分散して配置されている。

【0017】

液体燃料ノズル３１は、液体燃料供給管４１と接続されている。液体燃料供給源から液体燃料供給管４１を通じて液体燃料ノズル３１へ液体燃料２１が供給される。液体燃料２１は、灯油、軽油、及び重油などの燃料油のうちいずれかであってよい。液体燃料ノズル３１の先端である液体燃料出口６１からは、加圧された霧状の液体燃料２１が炉内へ向けてバーナ軸Ｘと略平行に噴出する。液体燃料供給管４１には、液体燃料出口６１から噴射する液体燃料２１の単位時間当たりの量（以下、液体燃料噴出流量）を調整するための液体燃料調整装置５１が設けられている。液体燃料調整装置５１は、例えば、流量調整弁とその駆動装置とを含んでいてよい。

【0018】

水素ガス燃料ノズル３２の各々はガス燃料供給管４２と接続されている。水素ガス燃料供給源からガス燃料供給管４２を通じて水素ガス燃料ノズル３２へ水素ガス燃料２２が供給される。水素ガス燃料２２は、水素ガスを含むガス燃料である。水素ガス燃料２２は、水素ガス以外の成分を含んでいてもよい。特に限定されないが、燃焼効率の観点から、１０質量％以上の水素を含むガスであれば水素ガス燃料２２として好適である。水素ガス燃料２２に含まれる水素は、水を電気分解して得られる水素、各種プラントの副生ガスに含まれる水素、液体水素を気化して得られる水素などであってよく、特に限定されない。

【0019】

水素ガス燃料ノズル３２の先端であるガス燃料出口６２からは、水素ガス燃料２２が炉内へ向けてバーナ軸Ｘと略平行に噴出する。ガス燃料供給管４２には、ガス燃料出口６２から噴出する水素ガス燃料２２の単位時間当たりの量（以下、ガス燃料噴出流量）を調整するためのガス燃料調整装置５２が設けられている。ガス燃料噴出流量は、バーナ１０が備える全水素ガス燃料ノズル３２から噴出する水素ガス燃料２２の流量の合計である。ガス燃料調整装置５２は、例えば、流量調整弁とその駆動装置とを含んでいてよい。

【0020】

第１支燃性ガスノズル３３ａは、支燃性ガス供給管４３と接続されている。支燃性ガス源から支燃性ガス供給管４３を通じて第１支燃性ガスノズル３３ａへの支燃性ガス２３が供給される。支燃性ガス２３は、空気又は酸素ガスである。液体燃料ノズル３１と第１支燃性ガスノズル３３ａとの間には第１支燃性ガス流路３６が形成されている。第１支燃性ガス流路３６には、第１スワラ３７が配置されている。第１支燃性ガス流路３６へ導入された支燃性ガス２３は、第１スワラ３７に当たって旋回し、第１支燃性ガスノズル３３ａの先端である第１支燃性ガス出口６３から旋回流となって噴出する。第１支燃性ガス出口６３から噴出する支燃性ガス２３の単位時間当たりの量（以下、第１支燃性ガス供給量）は、第１支燃性ガス調整装置５３によって調整される。支燃性ガス２３が酸素の場合は、第１支燃性ガス調整装置５３は、例えば、流量調整弁とその駆動装置とを含んでいてよい。また、支燃性ガス２３が空気の場合は、第１支燃性ガス調整装置５３は、例えば、ブロワを含んでいてよい。

【0021】

第２支燃性ガスノズル３３ｂは、支燃性ガス供給管４３と接続されており、支燃性ガス供給源から支燃性ガス供給管４３を通じて第２支燃性ガスノズル３３ｂへ高圧高温の支燃性ガス２３が供給される。第２支燃性ガスノズル３３ｂと水素ガス燃料ノズル３２との間には第２支燃性ガス流路３８が形成されている。第２支燃性ガス流路３８には第２スワラ３９が配置されている。第２支燃性ガス流路３８へ導入された支燃性ガス２３は、第２スワラ３９に当たって旋回し、第２支燃性ガスノズル３３ｂの先端である第２支燃性ガス出口６４から旋回流となって噴出する。第２支燃性ガス出口６４から噴出する支燃性ガス２３の単位時間当たりの量（以下、第２支燃性ガス供給量）は、第２支燃性ガス調整装置５４によって調整される。支燃性ガス２３が酸素の場合は、第２支燃性ガス調整装置５４は、例えば、流量調整弁とその駆動装置とを含んでいてよい。また、支燃性ガス２３が空気の場合は、第２支燃性ガス調整装置５４は、例えば、ブロワを含んでいてよい。本実施形態では、第１支燃性ガスノズル３３ａ及び第２支燃性ガスノズル３３ｂへ同種の支燃性ガス２３が供給されるが、第１支燃性ガスノズル３３ａ及び第２支燃性ガスノズル３３ｂへ供給される支燃性ガス２３の種類が互いに異なっていてもよい。

【0022】

上記構成のバーナ１０では、液体燃料出口６１の周囲に環状の第１支燃性ガス出口６３が配置され、第１支燃性ガス出口６３の周囲にバーナ軸Ｘを中心として周方向に並ぶ複数のガス燃料出口６２が配置され、複数のガス燃料出口６２の周囲に環状の第２支燃性ガス出口６４が配置されている。これにより、液体燃料出口６１から噴出する液体燃料２１を包囲するように第１支燃性ガス出口６３から支燃性ガス２３（第１支燃性ガス）が噴出し、第１支燃性ガス出口６３から噴出する支燃性ガス２３を包囲するように複数のガス燃料出口６２から水素ガス燃料２２が噴出し、複数のガス燃料出口６２から噴出する水素ガス燃料２２を包囲するように第２支燃性ガス出口６４から支燃性ガス２３（第２支燃性ガス）が噴出する。

【0023】

上記バーナ１０では、複数の水素ガス燃料ノズル３２を備えるが、バーナ１０は単一の水素ガス燃料ノズル３２を備えてもよい。この場合、図１０に示すように、液体燃料ノズル３１、第１支燃性ガスノズル３３ａ、水素ガス燃料ノズル３２、及び第２支燃性ガスノズル３３ｂが内側から順に同軸状に配置された四重管構造を有していてよい。

【0024】

図１及び図２に戻って、バーナ１０（又は、燃焼炉１）は、火炎長Ｌを計測する火炎長計測器７１を備える。火炎長計測器７１は、液体燃料２１の火炎長、及び、水素ガス燃料２２の火炎長を計測するものである。液体燃料２１の火炎と水素ガス燃料２２の火炎とを区別して各々の火炎長が計測されてもよい。或いは、液体燃料２１の火炎と水素ガス燃料２２の火炎とを区別せずに火炎長が計測されてもよい。液体燃料２１の火炎長及び水素ガス燃料２２の火炎長が１つの火炎長計測器７１で計測されてもよい。或いは、液体燃料２１の火炎長を計測する火炎長計測器７１と水素ガス燃料２２の火炎長を計測する火炎長計測器７１とが別々に設けられていてもよい。火炎長計測器７１で計測される火炎長は、具体的な数値、概数、又は、所定の指標に基づく指標値（例えば、短・中・長、１・２・３など）であってよい。また、火炎長計測器７１は、火炎長が所定の閾値を超えたかどうかを検出するものであってもよい。火炎長計測器７１による火炎長の計測方法は特に限定されず、公知の火炎長計測方法が採用されてよい。

【0025】

例えば、光学バンドパスフィルターを用いて水素火炎（又は、燃料油火炎）の発光スペクトルの中からスペクトル強度の大きい光（例えば、紫外光）を取り出し、これを増幅してＣＣＤカメラで電気信号に変換することにより、水素火炎（又は、燃料油火炎）を可視画像化することができる。そして、画像化された火炎の先端とバーナ１０の火口（ここでは、液体燃料出口６１）とのバーナ軸Ｘと平行な距離を「火炎長Ｌ」として計測することができる。

【0026】

また、例えば、火炎の周囲の配管や壁から発される黒体輻射の赤外光をサーモカメラで集光することにより、火炎周囲の高温領域を赤外画像（即ち、熱画像）として可視化することができる。この可視化画像を画像処理することにより、火炎の外郭を抽出し、当該火炎の先端とバーナ１０の火口とのバーナ軸Ｘと平行な距離を「火炎長Ｌ」として計測することができる。

【0027】

また、例えば、火炎の周囲の壁に複数の温度センサをバーナ軸Ｘと平行に分散して配置し、複数の温度センサで検出された温度に基づいて火炎の先端を推定することができる。そして、当該火炎の先端とバーナ１０の火口とのバーナ軸Ｘと平行な距離を「火炎長Ｌ」として計測することができる。

【0028】

図３は、バーナ１０の制御系統の構成を示すブロック図である。図３に示すように、バーナ１０（又は、燃焼炉１）は、コントローラ７０を備える。コントローラ７０は、プロセッサ７５、プロセッサ７５が読み出し可能なメモリ７６、及び、Ｉ／Ｏ７７を備える。メモリ７６には、プロセッサ７５が実行する基本プログラムやアプリケーションプログラム等が格納されている。コントローラ７０は、Ｉ／Ｏ７７を介して外部記憶装置と接続されている。また、コントローラ７０は、Ｉ／Ｏ７７を介して液体燃料調整装置５１、ガス燃料調整装置５２、第１支燃性ガス調整装置５３、及び、第２支燃性ガス調整装置５４と電気的に接続されている。コントローラ７０は、液体燃料噴出流量、ガス燃料噴出流量、第１支燃性ガス供給量、及び第２支燃性ガス供給量を調整するために液体燃料調整装置５１、ガス燃料調整装置５２、第１支燃性ガス調整装置５３、及び、第２支燃性ガス調整装置５４を動作させる。コントローラ７０は、Ｉ／Ｏ７７を介して火炎長計測器７１と電気的に接続されており、火炎長計測器７１で計測された火炎長Ｌを取得することができる。

【0029】

コントローラ７０は、プロセッサ７５がメモリ７６に記憶された所定のプログラムを読み出して実行することにより火炎長制御部７０ａとして機能する。火炎長制御部７０ａは、液体燃料２１と水素ガス燃料２２の混焼率を調整することにより火炎長Ｌを制御する火炎長制御処理を行う。

【0030】

図４は、液体燃料２１と水素ガス燃料２２の混焼率と火炎長Ｌとの関係の一例を表す図表１である。図表１の横軸は混焼率［％］を表し、縦軸は水素ガス燃料２２の専焼時の火炎長Ｌを１．０としたときの火炎長比を表す。ここで混焼率［％］は、入熱量に占める水素ガス燃料２２の熱量比であって、水素ガス燃料２２の熱量／入熱量×１００で表される。入熱量は、液体燃料２１の熱量と水素ガス燃料２２の熱量の和（＝液体燃料２１の熱量＋水素ガス燃料２２の熱量）である。図表１では、入熱量、支燃性ガス供給量、及び各燃料の燃焼速度を固定値（一定値）とし、連続最大出力ＭＣＲを条件としてバーナ１０を運転した場合の、混焼率と火炎長比との関係を表している。水素ガス燃料２２は１００％水素ガス、液体燃料２１は軽油である。

【0031】

混焼率と火炎長比との関係は、混焼率の増加に伴い火炎長比の最大値と最小値とが順に現れるほぼ１周期の波形として表される。混焼率が０％、即ち、液体燃料２１の専焼時の火炎長比は、水素ガス燃料２２の専焼時の火炎長比よりも大きい。混焼率が０％から火炎長比が最大となる混焼率（本例では約２０％）までの領域Ａでは、混焼率の増加に伴って火炎長比が約１．２から約１．７まで連続的に増加する。火炎長比が最大となる混焼率（本例では約２０％）から火炎長比が最小となる混焼率（本例では約８０％）までの領域Ｂでは、混焼率の増加に伴って火炎長比が約１．７から約０．５まで連続的に減少する。領域Ｂの中間付近の混焼率（本例では約５５％）で火炎長比は１．０となる。火炎長比が最小となる混焼率（本例では約８０％）から混焼率が１００％までの領域Ｃでは、混焼率の増加に伴って火炎長比が約０．５から１．０まで連続的に増加する。なお、図表１は混焼率の増加（又は減少）に伴う火炎長比の変化の傾向を表しているが、数値は例示に過ぎずこれに限定されるものではない。

【0032】

専焼時の火炎長Ｌは、燃料流速とバーナ口径と燃料の拡散係数に基づいて推定し得る。しかし、混焼時は液体燃料２１と水素ガス燃料２２との燃焼速度の違いから混焼率に応じて支燃性ガス２３の反応割合が変化することに伴い、各々の燃料が完全燃焼して火炎が形成されるまでの時間が変化するために、火炎長Ｌが複雑に変化すると考えられる。

【0033】

混焼率０％では、水素ガス燃料２２と比較して燃焼速度の遅い液体燃料２１が燃焼するため、火炎長比が１．０よりも長くなると考えられる。領域Ａでは、混焼率の増加に伴って液体燃料２１へ供給される支燃性ガス２３が不足し、その結果、燃料が完全燃焼するまでの時間が長くなるために火炎長比が増加すると考えられる。領域Ｂでは、混焼率の増加に伴って燃焼速度の速い水素ガス燃料２２が多くなり燃焼速度の遅い液体燃料２１が少なくなることから、燃料が完全燃焼するまでの時間が短縮されるために火炎長比が減少すると考えられる。領域Ｃでは、燃料のうち大部分を占める水素ガス燃料２２に供給された支燃性ガス２３の大部分が配分され、水素ガス燃料２２が燃焼してから液体燃料２１へ支燃性ガス２３が供給されることから、燃料が完全燃焼するまでに時間がかかるために火炎長比が増加すると考えられる。

【0034】

上記のような混焼率と火炎長Ｌとの関係は、液体燃料２１の成分や濃度、水素ガス燃料２２の水素濃度、液体燃料噴出流量、ガス燃料噴出流量、圧力、温度などの各種の変数によって厳密には異なるが、実質的に同様の傾向を示すものと考えられる。そこで、火炎長制御部７０ａとして機能するコントローラ７０は、火炎長計測器７１で計測された火炎長Ｌが所望の火炎長となるように、予め記憶された混焼率と火炎長Ｌとの関係に基づいて液体燃料２１と水素ガス燃料２２の混焼率を調整する。なお、混焼率の調整は、液体燃料調整装置５１及びガス燃料調整装置５２によって液体燃料噴出流量とガス燃料噴出流量とを変化させることによって行われる。

【0035】

〔バーナ１０の適用例１〕
図５は、バーナ１０の適用例１に係る燃焼炉１（１Ａ）の概略図である。図５に示すように、適用例１では、ボイラの燃焼炉１（１Ａ）、即ち、ボイラ火炉にバーナ１０が適用されている。なお、図５では１機のバーナ１０が図示されているが、燃焼炉１は複数のバーナ１０を備えていてよい。バーナ１０は、バーナ軸Ｘが略水平となるように燃焼炉１の炉壁に設置されている。燃焼炉１には、炉サイズに応じた適正な火炎長の数値範囲（以下、火炎長適性範囲Ｌp）が予め決められて、コントローラ７０に設定されている。また、燃焼炉１で使用される液体燃料２１及び水素ガス燃料２２について、混焼率と火炎長Ｌとの関係が予め実験又はシミュレーションで求められ、コントローラ７０のメモリ７６又は記憶装置に記憶されている。

【0036】

コントローラ７０は、入力された要求に基づいて入熱量目標値Ｈtを求めることができる。要求に基づいて入熱量目標値Ｈtを求める演算式は予めコントローラ７０のメモリ７６又は記憶装置に記憶されている。要求は、例えば、ボイラの生成蒸気量や、入熱量の指令値であってよい。また、コントローラ７０は、入熱量目標値Ｈtを取得できる。コントローラ７０が取得する入熱量目標値Ｈtは、コントローラ７０が自身で算出したものであってもよいし、コントローラ７０に無線又は有線で接続された入力装置や他のデバイスから取得したものであってもよい。

【0037】

コントローラ７０は、入熱量目標値Ｈtに基づいて支燃性ガス供給量を求めることができる。支燃性ガス供給量は入熱量目標値Ｈtと概ね比例の関係にある。入熱量目標値Ｈtに基づいて支燃性ガス供給量を求める演算式は、予めコントローラ７０のメモリ７６又は記憶装置に記憶されている。

【0038】

コントローラ７０は、入熱量目標値Ｈtと混焼率に基づいて、液体燃料噴出流量の液体燃料２１の持つ熱量とガス燃料噴出流量の水素ガス燃料２２が持つ熱量との和が入熱量目標値Ｈtとなるように、液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量を求めることができる。入熱量目標値Ｈtと混焼率に基づいて液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量を求める演算式は、予めコントローラ７０のメモリ７６又は記憶装置に記憶されている。ここで、液体燃料２１と水素ガス燃料２２の混焼率は、混焼率と火炎長Ｌとの関係において、火炎長比の最大値から最小値までの範囲（図４に示す領域Ｂ）に対応する値であることが望ましい。

【0039】

図６は、コントローラ７０による火炎長制御処理の流れ図である。図６に示すように、コントローラ７０は、新たな入熱量目標値Ｈtを取得すると、新たな入熱量目標値Ｈtで入熱量目標値Ｈtを更新する。新たな入熱量目標値Ｈtは、現在の入熱量目標値Ｈtと異なる入熱量目標値Ｈtである。コントローラ７０は、入熱量目標値Ｈtが更新されると（ステップＳ０１でＹＥＳ）、更新された入熱量目標値Ｈtに基づいて液体燃料噴出流量、ガス燃料噴出流量、及び支燃性ガス供給量を求める（ステップＳ０２）。ここで、液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量を求めるために、現在の液体燃料２１と水素ガス燃料２２の混焼率、予め設定された基準の混焼率、又は、コントローラ７０が新たに取得した混焼率が使用されてよい。

【0040】

コントローラ７０は、求めた液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量で燃料噴射が行われるように液体燃料調整装置５１及びガス燃料調整装置５２を動作させるとともに、求めた支燃性ガス供給量の液体燃料２１が供給されるように第１支燃性ガス調整装置５３及び第２支燃性ガス調整装置５４を動作させる。

【0041】

コントローラ７０は、燃焼炉１の運転中、火炎長計測器７１で測定された火炎長Ｌを監視する。ここで、コントローラ７０は、火炎長計測器７１で計測された火炎長Ｌを取得し（ステップＳ０４）、計測された火炎長Ｌと火炎長適性範囲Ｌpとを比較する。計測された火炎長Ｌが火炎長適性範囲Ｌp内である場合には（ステップＳ０５でＹＥＳ）、コントローラ７０は火炎長Ｌの監視を継続する。

【0042】

計測された火炎長Ｌが火炎長適性範囲Ｌpを外れる場合は（ステップＳ０５でＮＯ）、コントローラ７０は現在の混焼率を修正する（ステップＳ０６）。計測された火炎長Ｌが火炎長適性範囲Ｌpを下回る場合には、コントローラ７０は、液体燃料２１と水素ガス燃料２２の混焼率において水素ガス燃料２２の割合が減少するように混焼率を修正する。また、計測された火炎長Ｌが火炎長適性範囲Ｌpを上回る場合には、コントローラ７０は、液体燃料２１と水素ガス燃料２２の混焼率において水素ガス燃料２２の割合が増加するように混焼率を修正する。なお、混焼率の修正量は、例えば、１％ずつというように予め与えられた値であってもよいし、火炎長Ｌの火炎長適性範囲Ｌpからの乖離度合いによって修正量が調整されてもよい。

【0043】

コントローラ７０は入熱量目標値Ｈtと修正された混焼率とに基づいて、修正された液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量を求める。修正された液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量についても、液体燃料噴出流量の液体燃料２１の持つ熱量とガス燃料噴出流量の水素ガス燃料２２が持つ熱量との和が入熱量目標値Ｈtとなる。

【0044】

コントローラ７０は、修正された混焼率で混焼率を更新し、修正された液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量で燃料噴射が行われるように液体燃料調整装置５１及びガス燃料調整装置５２を動作させる。つまり、コントローラ７０は、火炎長Ｌが火炎長適性範囲Ｌpを下回る場合には水素ガス燃料２２の混焼率を下げるための操作を行い、計測された火炎長Ｌが火炎長適性範囲Ｌpを上回る場合には水素ガス燃料２２の混焼率を上げるための操作を行う。このように、コントローラ７０が火炎長制御を行うことによって、入熱量が変化しても火炎長Ｌを火炎長適性範囲Ｌpに維持できる。これにより、火炉の炉壁の焼損を回避できる。

【0045】

〔バーナ１０の適用例２〕
図７は、バーナ１０の適用例２に係る燃焼炉１（１Ｂ）の概略図である。図７に示すように、適用例２では、ロータリキルンなどの横型の燃焼炉１（１Ｂ）にバーナ１０が適用されている。この燃焼炉１では、炉体の長手方向の一方の端である始端から原料が供給され、炉体の長手方向の他方の端である終端から燃焼後の原料が排出される。バーナ１０は、炉体の終端の炉壁に、バーナ軸Ｘが略水平となるように設置されている。このバーナ１０では、火炎長Ｌを任意に調整することができる。

【0046】

燃焼炉１で使用される液体燃料２１及び水素ガス燃料２２について、混焼率と火炎長Ｌとの関係が予め実験又はシミュレーションで求められ、コントローラ７０のメモリ７６又は記憶装置に記憶されている。

【0047】

コントローラ７０は、入熱量目標値Ｈtを取得できる。コントローラ７０が取得する入熱量目標値Ｈtは、コントローラ７０が自身で算出したものであってもよいし、コントローラ７０に有線又は無線で接続された入力装置や他のデバイスから取得したものであってもよい。

【0048】

コントローラ７０は、入熱量目標値Ｈtに基づいて支燃性ガス供給量を求めることができる。支燃性ガス供給量は入熱量目標値Ｈtと比例の関係にある。入熱量目標値Ｈtに基づいて支燃性ガス供給量を求める演算式は、予めコントローラ７０のメモリ７６又は記憶装置に記憶されている。

【0049】

コントローラ７０は、火炎長指令値Ｌcを取得できる。火炎長指令値Ｌcは、具体的な数値であってもよいし、「短・中・長」や「１・２・３」などの長さを所定の指標で表した概数であってもよい。火炎長指令値Ｌcは、コントローラ７０に接続された入力装置からコントローラ７０へ入力されてもよい。或いは、火炎長指令値Ｌcは、コントローラ７０に設定された燃焼プログラムに従って適宜のタイミングで与えられてもよい。

【0050】

コントローラ７０は、火炎長指令値Ｌcと入熱量目標値Ｈtに基づいて、液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量を求めることができる。コントローラ７０は、混焼率と火炎長Ｌとの関係を参照して、火炎長指令値Ｌcと対応する火炎長Ｌが得られる混焼率を求める。ここで、混焼率は、混焼率と火炎長Ｌとの関係において火炎長Ｌの最大値から最小値までの範囲（図４に示す領域Ｂ）に対応する値であることが望ましい。コントローラ７０は、求めた混焼率に基づいて、液体燃料噴出流量の液体燃料２１の持つ熱量とガス燃料噴出流量の水素ガス燃料２２が持つ熱量との和が入熱量目標値Ｈtとなるように、液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量を算出する。なお、液体燃料２１及び水素ガス燃料２２の噴出圧力は噴出流量に比例し、予め噴出流量に対応する噴出圧力が定められていてよい。また、液体燃料２１、水素ガス燃料２２、及び支燃性ガス２３の温度は予め与えられた値であってよい。

【0051】

図８は、コントローラ７０による火炎長制御処理の流れ図である。図８に示すように、コントローラ７０は、新たな入熱量目標値Ｈt及び火炎長指令値Ｌcの組み合わせを取得すると、新たな値で入熱量目標値Ｈt及び火炎長指令値Ｌcを更新する。ここで、新たな入熱量目標値Ｈt及び火炎長指令値Ｌcの組み合わせは、入熱量目標値Ｈt及び火炎長指令値Ｌcのうち少なくとも一方が現在の値と異なっていればよい。コントローラ７０は入熱量目標値Ｈt及び火炎長指令値Ｌcの組み合わせが更新されると（ステップＳ１１でＹＥＳ）、更新された入熱量目標値Ｈt及び火炎長指令値Ｌcに基づいて、液体燃料噴出流量、ガス燃料噴出流量、及び支燃性ガス供給量を求める（ステップＳ１２）。液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量の演算過程で求めた液体燃料２１と水素ガス燃料２２の混焼率は、現在の混焼率とされる。

【0052】

コントローラ７０は、求めた液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量で燃料噴射が行われるように液体燃料調整装置５１及びガス燃料調整装置５２を動作させるとともに、求めた支燃性ガス供給量の支燃性ガス２３が供給されるように第１支燃性ガス調整装置５３及び第２支燃性ガス調整装置５４を動作させる（ステップＳ１３）。

【0053】

このように、コントローラ７０が火炎長制御を行うことによって、任意に火炎長Ｌを変化させることができる。

【0054】

更に、この適用例２においても、コントローラ７０は、火炉の運転中に火炎長Ｌを監視するように構成されていてもよい。この場合、図９に示すように、コントローラ７０は、火炎長計測器７１で計測された火炎長Ｌを取得し（ステップＳ１４）、計測された火炎長Ｌと火炎長適性範囲Ｌpとを比較する。ここで、火炎長適性範囲Ｌpは、火炎長指令値Ｌcと対応する適正な火炎長Ｌの数値範囲であり、コントローラ７０には、火炎長指令値Ｌcと対応づけて火炎長適性範囲Ｌpが記憶されている。或いは、コントローラ７０は、火炎長指令値Ｌcから所定の演算式を用いて火炎長適性範囲Ｌpを求めてもよい。例えば、火炎長指令値Ｌcが具体的な数値である場合は、火炎長指令値Ｌcにプラス側及びマイナス側の許容値を加えた値が火炎長適性範囲Ｌpとされてよい。また、火炎長指令値Ｌcが長さを所定の指標で表した概数である場合には、火炎長指令値Ｌcの各々に火炎長適性範囲Ｌpが定められていてよい。

【0055】

計測された火炎長Ｌが火炎長適性範囲Ｌp内である場合には（ステップＳ１５でＹＥＳ）、コントローラ７０は火炎長Ｌの監視を継続する。計測された火炎長Ｌが火炎長適性範囲Ｌpから外れる場合は（ステップＳ１５でＮＯ）、コントローラ７０は現在の混焼率を修正する（ステップＳ１６）。ここで、計測された火炎長Ｌが火炎長適性範囲Ｌpを下回る場合には、コントローラ７０は、液体燃料２１及び水素ガス燃料２２の混焼率において水素ガス燃料２２の割合が減少するように混焼率を修正する。また、計測された火炎長Ｌが火炎長適性範囲Ｌpを上回る場合には、コントローラ７０は、液体燃料２１及び水素ガス燃料２２の混焼率において水素ガス燃料２２の割合が増加するように混焼率を修正する。なお、混焼率の修正量は、例えば、１％ずつというように予め与えられた値であってもよいし、火炎長Ｌの火炎長適性範囲Ｌpからの乖離度合いによって修正量が調整されてもよい。

【0056】

コントローラ７０は入熱量目標値Ｈtと修正された混焼率とに基づいて、修正された液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量を求める。修正された液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量についても、液体燃料噴出流量の液体燃料２１の持つ熱量とガス燃料噴出流量の水素ガス燃料２２が持つ熱量との和が入熱量目標値Ｈtとなる。

【0057】

コントローラ７０は、修正された混焼率で混焼率を更新し、修正された液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量で燃料噴射が行われるように液体燃料調整装置５１及びガス燃料調整装置５２を動作させる。つまり、コントローラ７０、火炎長Ｌが火炎長適性範囲Ｌpを下回る場合には水素ガス燃料２２の混焼率を下げるための操作を行い、計測された火炎長Ｌが火炎長適性範囲Ｌpを上回る場合には水素ガス燃料２２の混焼率を上げるための操作を行う。このようにして、コントローラ７０が火炎長制御を行うことによって、火炎長Ｌを火炎長指令値Ｌcと対応する値に維持できる。

【0058】

〔総括〕
以上に説明したように、本開示に係る拡散燃焼式二元燃料バーナ１０は、
液体燃料噴出流量の液体燃料２１を噴出する少なくとも１本の液体燃料ノズル３１と、
液体燃料ノズル３１の周囲に設けられて、ガス燃料噴出流量の水素ガス燃料２２を噴出する少なくとも１本の水素ガス燃料ノズル３２と、
液体燃料ノズル３１から噴出した液体燃料２１及び水素ガス燃料ノズル３２から噴出した水素ガス燃料２２へ支燃性ガス２３を供給する少なくとも１本の支燃性ガスノズル３３と、
液体燃料噴出流量を調整する液体燃料調整装置５１と、
ガス燃料噴出流量を調整するガス燃料調整装置５２と、
液体燃料調整装置５１及びガス燃料調整装置５２の動作を制御するコントローラ７０と、
液体燃料２１及び水素ガス燃料２２の燃焼により生じる火炎の火炎長Ｌを計測する火炎長計測器７１とを備える。

【0059】

上記構成のバーナ１０において、コントローラ７０は、火炎長計測器７１で計測された火炎長Ｌを取得し、火炎長Ｌが予め記憶された火炎長適性範囲Ｌpから外れる場合は、火炎長Ｌが火炎長適性範囲Ｌpに収まるように現在の液体燃料２１と水素ガス燃料２２の混焼率を修正し、修正された混焼率で液体燃料２１と水素ガス燃料２２の燃焼が行われるように液体燃料調整装置５１及びガス燃料調整装置５２を動作させるように構成されている。

【0060】

同様に、本開示に係る拡散燃焼式二元燃料バーナ１０の火炎長制御方法は、
液体燃料２１及び水素ガス燃料２２の二元燃料を拡散燃焼する拡散燃焼式二元燃料バーナ１０の火炎長制御方法であって、
液体燃料２１及び水素ガス燃料２２の燃焼により生じる火炎の火炎長Ｌを取得すること、
所与の火炎長適性範囲Ｌpを取得すること、及び、
火炎長Ｌが火炎長適性範囲Ｌpから外れる場合は、火炎長Ｌが火炎長適性範囲Ｌpに収まるように現在の液体燃料２１と水素ガス燃料２２の混焼率を修正すること、及び、
修正された混焼率で液体燃料２１及び水素ガス燃料２２を燃焼させること、を含む。

【0061】

上記構成のバーナ１０において、コントローラ７０は、火炎長Ｌが火炎長適性範囲Ｌpを下回る場合は、水素ガス燃料２２の割合が小さくなるように混焼率を修正するように構成されていてよい。

【0062】

上記構成のバーナ１０において、コントローラ７０は、火炎長Ｌが火炎長適性範囲Ｌpを上回る場合は、水素ガス燃料２２の割合が大きくなるように混焼率を修正するように構成されていてよい。

【0063】

上記のバーナ１０及びその火炎長制御方法によれば、液体燃料２１と水素ガス燃料２２の混焼率を調整することにより、火炎長Ｌを火炎長適性範囲Ｌpに制御することができる。火炎長適性範囲Ｌpは任意に設定できるので、燃焼炉１の炉のサイズに応じた任意の火炎長Ｌを形成することができる。同一構造のバーナ１０を火炎長適性範囲Ｌpの異なる複数の炉に適用することも可能となる。

【0064】

上記構成のバーナ１０において、噴出した液体燃料２１の持つ熱量と噴出した水素ガス燃料２２の持つ熱量との和を入熱量とし、コントローラ７０は混焼率が修正される前後で入熱量が一定となるように修正された混焼率に基づいて液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量を修正し、液体燃料噴出流量の液体燃料２１が噴出するように液体燃料調整装置５１を動作させ、修正されたガス燃料噴出流量の水素ガス燃料２２が噴出するようにガス燃料調整装置５２を動作させるように構成されていてよい。

【0065】

上記のバーナ１０によれば、入熱量を略一定に保持しつつ、火炎長を変化させることができる。

【0066】

また、上記構成のバーナ１０において、コントローラ７０は、入熱量目標値Ｈt及び火炎長指令値Ｌcを取得し、所与の液体燃料２１と水素ガス燃料２２の混焼率と火炎長Ｌの関係を取得し、当該関係を用いて火炎長指令値Ｌcの火炎長と対応する混焼率を求め、当該混焼率と入熱量目標値Ｈtに基づいて液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量を求め、液体燃料噴出流量の液体燃料２１が噴出するように液体燃料調整装置５１を動作させ、ガス燃料噴出流量の水素ガス燃料２２が噴出するようにガス燃料調整装置５２を動作させるように構成されててよい。

【0067】

同様に、本開示に係る拡散燃焼式二元燃料バーナ１０の火炎長制御方法は、液体燃料２１及び水素ガス燃料２２の二元燃料を拡散燃焼する拡散燃焼式二元燃料バーナ１０の火炎長制御方法であって、
入熱量目標値Ｈt及び火炎長指令値Ｌcを取得すること、
所与の液体燃料２１と水素ガス燃料２２の混焼率と火炎長Ｌの関係を取得すること、
当該関係を用いて火炎長指令値Ｌcと対応する混焼率を求めること、
噴出した液体燃料２１の持つ熱量と噴出した水素ガス燃料２２の持つ熱量との和を入熱量とし、混焼率と入熱量目標値Ｈtに基づいて液体燃料噴出流量及びガス燃料噴出流量を求めること、及び、
液体燃料噴出流量の液体燃料２１を噴出させ、ガス燃料噴出流量の水素ガス燃料２２を噴出させること、を含む。

【0068】

上記のバーナ１０及びその火炎長制御方法によれば、火炎長Ｌを火炎長指令値Ｌcに制御することができる。火炎長指令値Ｌcは任意の値であるので、燃焼炉１の炉のサイズに応じた任意の火炎長Ｌを形成することができる。また、一つの炉においてバーナ１０の火炎長Ｌを任意に変化させることも可能となる。

【0069】

本明細書で開示するコントローラ７０の機能は、開示された機能を実行するように構成又はプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、及び／又は、それらの組み合わせを含む回路、又は、処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路又は回路と見做される。本開示において、回路、ユニット、又は手段は、列挙された機能を実行するハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、或いは、列挙された機能を実行するようにプログラム又は構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、又はユニットは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェア及び／又はプロセッサの構成に使用される。

【0070】

本開示の前述の議論は、例示及び説明の目的で提示されたものであり、本開示を本明細書に開示される形態に限定することを意図するものではない。例えば、前述の詳細な説明では、本開示の様々な特徴は、本開示を合理化する目的で１つの実施形態にまとめられている。但し、本開示に含まれる複数の特徴は、上記で論じたもの以外の代替の実施形態、構成、又は態様に組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0071】

１ ：燃焼炉
１０ ：バーナ
２１ ：液体燃料
２２ ：水素ガス燃料
２３ ：支燃性ガス
３１ ：液体燃料ノズル
３２ ：水素ガス燃料ノズル
３３ ：支燃性ガスノズル
５１ ：液体燃料調整装置
５２ ：ガス燃料調整装置
７０ ：コントローラ
７０ａ ：火炎長制御部
７１ ：火炎長計測器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】