特開 2024-143344 燃焼システム及び逆火防止装置

(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】P2024143344

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】燃焼システム及び逆火防止装置

(51)【国際特許分類】

   F23D 14/82 20060101AFI20241003BHJP

   F23L 1/00 20060101ALI20241003BHJP

   F23N 5/24 20060101ALI20241003BHJP

   A62C 4/02 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

F23D14/82 D

F23L1/00 B

F23D14/82 Z

F23N5/24 104

A62C4/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023055971

(22)【出願日】2023-03-30

(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

(72)【発明者】

【氏名】大友 良晃

(72)【発明者】

【氏名】伊勢田 均

(72)【発明者】

【氏名】小川 祐司

(72)【発明者】

【氏名】岡村 昌哉

【テーマコード（参考）】

3K003

3K017

3K023

【Ｆターム（参考）】

3K003RA01

3K017DE12

3K023BA09

(57)【要約】

【課題】燃焼炉と当該燃焼炉への燃料供給系統及び燃焼用空気供給系統とを備える燃焼システムにおいて、燃焼用空気供給系統を逆火から保護する。
【解決手段】燃焼システムの気体供給系統の途中に配置された逆火防止装置は、水が貯えられた水封部と水封部の上のサイクロン部とを有し上下方向を軸方向とする円筒状のシリンダと、シリンダの側壁に接続されサイクロン部へ側壁に沿って接線方向に気体を吹き込む入口管と、シリンダ内の上部に当該シリンダと同軸状に配置された円筒状のシリンダ内筒と、シリンダ内筒の上部と接続された出口管とを、備える。入口管からサイクロン部へ吹き込まれた気体が、シリンダ内筒の周囲を旋回しながら降下し、シリンダ内筒の下端からシリンダ内筒内に進入し、シリンダ内筒内を上昇して出口管へ流れるように構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼システムの気体供給系統の途中に配置されて火炎の逆流を阻止する逆火防止装置であって、
水が貯えられた水封部と前記水封部の上のサイクロン部とを有し上下方向を軸方向とする円筒状のシリンダと、
前記シリンダの側壁に接続され前記サイクロン部へ前記側壁に沿って接線方向に気体を吹き込む入口管と、
前記シリンダ内の上部に当該シリンダと同軸状に配置された円筒状のシリンダ内筒と、
前記シリンダ内筒の上部と接続された出口管とを、備え、
前記入口管から前記サイクロン部へ吹き込まれた気体が、前記シリンダ内筒の周囲を旋回しながら降下し、前記シリンダ内筒の下端から前記シリンダ内筒内に進入し、前記シリンダ内筒内を上昇して前記出口管へ流れるように構成されている、
逆火防止装置。

【請求項2】

前記シリンダ内筒の下端は、気体の流れがない状態で前記水封部に位置する、
請求項１に記載の逆火防止装置。

【請求項3】

前記シリンダの前記水封部と連通された液相部と、気体の流れにおいて前記出口管の前記シリンダとの接続部よりも下流と連通された気相部とを有する水封作動槽を、備える、
請求項１に記載の逆火防止装置。

【請求項4】

前記シリンダ内筒の下端は、気体の流れがない状態で前記サイクロン部に位置する、
請求項３に記載の逆火防止装置。

【請求項5】

前記入口管に配置されて逆火の衝撃波によって開放される爆発放散口を備える、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の逆火防止装置。

【請求項6】

前記シリンダの前記水封部と連通された水位調節槽と、
前記水位調節槽の水位を検出する水位計と、
前記シリンダへ給水する給水ラインと、
前記シリンダから排水する排水ラインと、
前記給水ラインからの給水と前記排水ラインからの排水とによって前記水位計で検出される水位を所定の設定水位範囲に制御するコントローラとを、備える、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の逆火防止装置。

【請求項7】

前記入口管を通過する気体の温度を検出する空気温度センサと、
前記水封部の水温を検出する水温センサと、
前記水封部の水を温めるヒータと、
前記ヒータの稼働によって前記空気温度センサで検出された温度と前記水温センサで検出された温度の差が所定の温度差許容範囲内となるように制御するコントローラとを、備える、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の逆火防止装置。

【請求項8】

前記入口管を通過する気体の温度を検出する空気温度センサと、
前記水封部の水温を検出する水温センサと、
前記シリンダへ温水を給水する温水給水ラインと、
前記シリンダへ常温水を給水する冷水給水ラインと、
前記シリンダから排水する排水ラインと、
前記温水給水ライン及び前記冷水給水ラインからの給水と前記排水ラインからの排水とによって前記空気温度センサで検出された温度と前記水温センサで検出された温度の差を所定の温度差許容範囲内に制御するコントローラとを、備える、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の逆火防止装置。

【請求項9】

バーナを有する燃焼炉と、
前記バーナへ燃料を供給する燃料供給系統と、
前記バーナへ燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給系統とを備え、
前記燃焼用空気供給系統は、押込送風機と、前記押込送風機と前記バーナとを接続し燃焼用空気が流れる燃焼用空気ラインと、前記燃焼用空気ラインに配置されて火炎の逆流を阻止する水封式の逆火防止装置とを有する、
燃焼システム。

【請求項10】

バーナを有する燃焼炉と、
前記バーナへ燃料を供給する燃料供給系統と、
前記バーナへ燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給系統とを備え、
前記燃焼用空気供給系統は、押込送風機と、前記押込送風機と前記バーナとを接続し燃焼用空気が流れる燃焼用空気ラインと、前記燃焼用空気ラインに配置されて火炎の逆流を阻止する請求項１に記載の逆火防止装置とを有する、
燃焼システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、燃焼炉と当該燃焼炉への燃料供給系統及び燃焼用空気供給系統とを備える燃焼システム、並びに、燃焼システムが備える逆火防止装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水素ガスを燃料として用いる水素バーナを備えた水素燃焼炉が知られている。水素は、他のガス燃料と比較して可燃範囲が広く爆発的に燃焼し、比重が小さく拡散性が高いといった特性を有する。このような水素の特性を考慮して、特許文献１では、水素バーナで発生した火炎の逆流を防止するために、水素バーナへ水素燃料を供給する燃料供給ラインに水封式逆火防止装置を配置することが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１９４２１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

燃焼炉には、燃料供給のための燃料供給系統に加えて、燃焼用空気供給のための燃焼用空気供給系統が接続されている。逆火防止装置は、通常、燃料供給系統の途中に配置される。しかし、燃焼用空気供給系統で燃焼用空気の供給が予期せず停止した場合には、燃料の種類や燃焼炉の態様によっては、燃焼用空気供給系統にも逆火が発生するおそれがある。

【0005】

特許文献１に記載された水封式逆火防止装置では、気体が水封用の水中を通ることから気体の圧損が生じる。圧損を見込んで気体を送風しなければならないため、水封式逆火防止装置を燃焼空気供給系統に設置した場合は送風機の電力消費量が大きく、運転コストが嵩む。

【0006】

本開示は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃焼炉と当該燃焼炉への燃料供給系統及び燃焼用空気供給系統とを備える燃焼システムにおいて、燃焼用空気供給系統を逆火から保護するために好適な技術、及び、そのために好適な逆火防止装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る逆火防止装置は、燃焼システムの気体供給系統の途中に配置されて火炎の逆流を阻止する逆火防止装置であって、
水が貯えられた水封部と前記水封部の上のサイクロン部とを有し上下方向を軸方向とする円筒状のシリンダと、
前記シリンダの側壁に接続され前記サイクロン部へ前記側壁に沿って接線方向に気体を吹き込む入口管と、
前記シリンダ内の上部に当該シリンダと同軸状に配置された円筒状のシリンダ内筒と、
前記シリンダ内筒の上部と接続された出口管とを、備え、
前記入口管から前記サイクロン部へ吹き込まれた気体が、前記シリンダ内筒の周囲を旋回しながら降下し、前記シリンダ内筒の下端から前記シリンダ内筒内に進入し、前記シリンダ内筒内を上昇して前記出口管へ流れるように構成されているものである。

【0008】

また、本開示の一態様に係る燃焼システムは、
バーナを有する燃焼炉と、
前記バーナへ燃料を供給する燃料供給系統と、
前記バーナへ燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給系統とを備え、
前記燃焼用空気供給系統は、押込送風機と、前記押込送風機と前記バーナとを接続し燃焼用空気が流れる燃焼用空気ラインと、前記燃焼用空気ラインに配置されて火炎の逆流を阻止する水封式の逆火防止装置とを有するものである。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、燃焼炉と当該燃焼炉への燃料供給系統及び燃焼用空気供給系統とを備える燃焼システムにおいて、燃焼用空気供給系統を逆火から保護するために好適な技術、及び、そのために好適な逆火防止装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本開示の一実施形態に係る燃焼システムの概略構成を示す図である。

【図2】図２は、逆火防止装置の概略構成を示す図である。

【図3】図３は、逆火防止装置の制御系統の構成を示す図である。

【図4】図４は、シリンダ内に旋回流が発生している状態の水面の様子を示す図である。

【図5】図５は、変形例に係る逆火防止装置の概略構成を示す図である。

【図6】図６は、逆火発生時の変形例に係る逆火防止装置の様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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、本開示の一実施形態に係る燃焼システム１００の概略構成を示す図である。本開示では、燃焼システム１００の一例として、水素焚きボイラシステムについて説明する。但し、本開示に係る燃焼システム１００は、水素焚きボイラシステムに限定されず、燃焼炉と、燃焼炉に接続された燃料供給系統及び燃焼用空気供給系統とを備えるシステムに広く適用できる。また、本開示に係る燃焼システム１００では、燃料として水素ガスを利用しているが、燃料は水素ガスに限定されず燃焼速度の比較的速いガス燃料を燃焼させるシステムに広く適用できる。

【0012】

〔燃焼システム１００の概略構成〕
図１に示す燃焼システム１００は、燃焼炉１と、燃焼炉１に接続された燃料供給系統２と、燃焼炉１に接続された燃焼用空気供給系統３と、節炭器４と、蒸発器５と、過熱器６とを備える。

【0013】

燃焼炉１はボイラ火炉であって、炉体１１と、炉体１１に接続された煙道１２とを有し、煙道１２には排ガス処理系統７が接続されている。燃焼炉１から排出された燃焼排ガスは、排ガス処理系統７で無害及び無臭化されて放出される。炉体１１の壁には複数のバーナ１３が配置されている。バーナ１３は、燃料供給系統２から供給された燃料を、燃焼用空気供給系統３から供給された燃焼用空気で燃焼させる。燃料の燃焼により、炉体１１内に高温の燃焼ガスが発生する。

【0014】

節炭器４は、煙道１２に配置された節炭器管を有し、給水ポンプから圧送されてきたスチームドラム５０への給水を燃焼ガスとの対流伝熱によって温める。スチームドラム５０は、炉体１１に配置された水壁管と接続されている。水壁管は、燃焼ガスを取り囲むように設置され、高温の燃焼ガスからの輻射熱を受けて管内を通過する水を蒸発させる。スチームドラム５０は、節炭器４で温められた給水を貯え、各水壁管に給水を分配し、水壁管を通じて戻ってきた水と蒸気を分離して蒸気を過熱器６へ送る。過熱器６は、炉体１１に配置された過熱器管を有し、燃焼ガスからの対流伝熱でスチームドラム５０から送られてきた蒸気を更に熱して過熱蒸気を生成する。生成された過熱蒸気は、例えば、蒸気タービン等の蒸気利用設備へ送られる。

【0015】

〔燃焼用空気供給系統３の概略構成〕
ここで、燃焼システム１００の燃焼用空気供給系統３の構成について詳細に説明する。燃焼用空気供給系統３は、押込送風機３１と、押込送風機３１とバーナ１３とを接続し燃焼用空気が流れる燃焼用空気ライン３３と、燃焼用空気ライン３３に配置された逆火防止装置８、エアヒータ３５、及びダンパ３４とを備える。燃焼用空気ライン３３の燃焼用空気の流れの上流側からダンパ３４、エアヒータ３５、及び逆火防止装置８の順に配置されている。バーナ１３は、例えば、燃焼用空気スロートと、燃焼用空気スロートと連通された風箱とを有し、燃焼用空気ライン３３は風箱に接続されていてよい。

【0016】

押込送風機３１は、バーナ１３へ向けて燃焼用空気ライン３３へ空気を送り込む。バーナ１３へ供給された燃焼用空気は、風箱から燃焼用空気スロートを通じて燃焼炉１の炉内へ吹き出す。本開示に係る燃焼システム１００は押込通風式であることから、燃焼炉１の運転時の炉内は大気圧以上の正圧となる。ダンパ３４は、燃焼用空気ライン３３を開閉する。エアヒータ３５は、燃焼用空気を加温する、逆火防止装置８は、バーナ１３で発生した火炎が燃焼用空気供給系統３を逆流した際に、火炎を消し止めて、燃焼用空気供給系統３の逆火防止装置８よりも上流側に配置された設備、即ち、押込送風機３１、ダンパ３４、及びエアヒータ３５等を火炎や衝撃波から保護するものである。以下、逆火防止装置８の構成について詳細に説明する。

【0017】

〔逆火防止装置８の構成〕
図２は、逆火防止装置８の概略構成を示す図である。図２に示す逆火防止装置８は、水封式の逆火防止装置である。逆火防止装置８は燃焼用空気供給系統３の途中に配置され、バーナ１３へ送られる燃焼用空気は逆火防止装置８を通過する。

【0018】

逆火防止装置８は、サイクロンシリンダ（以下、単に「シリンダ８１」と称する）と、入口管８２と、出口管８３と、サイクロンシリンダ内筒（以下、単に「シリンダ内筒８８」と称する）と、水位調節槽９１と、コントローラ８０とを備える。

【0019】

シリンダ８１は、上下両端閉塞で上下方向に延びる円筒体である。シリンダ８１内には、水が貯えられた水封部８４と、水封部８４の上部に配置されたサイクロン部８５とを有する。後述するようにシリンダ８１内の水面８４ａは変動し、水面８４ａより上方がサイクロン部８５である。

【0020】

シリンダ８１は、好ましくは、圧力容器である。シリンダ８１の上部には、過剰な内圧や衝撃波を逃がすための安全弁８９が設けられている。また、シリンダ８１は、好ましくは、保温容器である。シリンダ８１には、水封部８４の水を加温するためのヒータ８７が設けられている。ヒータ８７の構成は特に限定されないが、例えば、電熱ヒータであってよい。

【0021】

シリンダ８１の側壁の上部には、入口管８２が接続されている。入口管８２は、サイクロン部８５へシリンダ８１の側壁に沿って接線方向に燃焼用空気を吹き込む。入口管８２からの燃焼用空気の吹き出し方向は、水平であってもよいし、水平から若干下向きであってもよい。入口管８２には、爆発放散口８６が設けられている。爆発放散口８６は、破裂板又は爆発扉で閉止されている。逆火に伴う衝撃波が入口管８２に伝わると、破裂板が破裂して、又は、爆発扉が開いて、爆発放散口８６が開放され、衝撃波の圧力が外部へ放散される。これにより、衝撃波による燃焼用空気供給系統３の設備の損傷を軽減できる。

【0022】

シリンダ内筒８８は、シリンダ８１内においてシリンダ８１の天井から垂下されている。シリンダ内筒８８は、シリンダ８１と同軸状に配置された円筒体である。シリンダ内筒８８の下端８８ａはシリンダ８１内の上下方向中途部に位置する。シリンダ内筒８８の上端は、シリンダ８１の天井に固定されるとともに、出口管８３と接続されている。ただし、シリンダ内筒８８と出口管８３とは一体であってもよい。シリンダ内筒８８内と出口管８３は連通されている。出口管８３は燃焼用空気ライン３３によってバーナ１３と接続される。

【0023】

シリンダ８１には、温水を給水する温水給水ライン７２、冷水を給水する冷水給水ライン７５、及び、排水する排水ライン７８が接続されている。ここで、温水は１００乃至３００℃程度の加温された水であり、冷水は常温の水である。温水給水ライン７２は節炭器４と接続されており、節炭器４で加温された水の一部が温水給水ライン７２を通じてシリンダ８１へ供給される。温水給水ライン７２には、流路の開閉又は給水量の調整を行う第１給水弁７３や、逆止弁７４が設けられている。冷水給水ライン７５は給水ポンプと接続されている。給水ポンプから圧送されてきた冷水が冷水給水ライン７５を通じてシリンダ８１へ供給される。冷水給水ライン７５には、流路の開閉又は給水量の調整を行う第２給水弁７６や、逆止弁７７が設けられている。排水ライン７８は、シリンダ８１の底部と接続されており、シリンダ８１から排水することによってシリンダ８１の水位を下げる。排水ライン７８には、排水ライン７８を開閉する排水弁７９が設けられている。

【0024】

シリンダ８１の水面８４ａは、シリンダ８１内に燃焼用空気の流れのない状態、即ち、水面８４ａが波立っていない平水時に、シリンダ内筒８８の下端８８ａよりも上方に位置し、且つ、シリンダ８１内に燃焼用空気の流れが生じている状態でシリンダ内筒８８の下端８８ａよりも下方に位置することが好ましい。換言すれば、シリンダ内筒８８の下端８８ａは、平水時に水封されており、燃焼用空気の流れが水面８４ａに作用している状態では水封が解除されていることが好ましい。シリンダ８１の水面８４ａの位置、即ち、シリンダ８１の水位を制御するために、シリンダ８１に水位調節槽９１が附帯している。

【0025】

水位調節槽９１は、シリンダ８１と同様に上下方向に延びる筒体であって、接続管９２及び接続管９３によってシリンダ８１の水封部８４と連通されている。水位調節槽９１には、水の温度を測定する水温センサ９４と、水位を測定する水位計９７とが設けられている。水位調節槽９１の液相部とシリンダ８１の水封部８４は連通しているので、水温センサ９４で検出された水温を水封部８４の水温と見做すことができる。また、水位調節槽９１とシリンダ８１の水位が一致している場合には、水位計９７で検出された水位をシリンダ８１の水位と見做すことができる。水位調節槽９１とシリンダ８１の水位が一致していない場合は、水位調節槽９１とシリンダ８１の水位は連動していることから、水位計９７で検出された水位を、シリンダ８１の水位に相関する水位として扱うことができる。

【0026】

水位調節槽９１には、所定水位を超えると排水するオーバーフロー管９５が接続されている。オーバーフロー管９５には、遮断弁９６が設けられている。更に、水位調節槽９１の頂部には、過剰な内圧や衝撃波を逃がすための安全弁９８が配置されている。なお、本実施形態では、温水給水ライン７２、冷水給水ライン７５、及び排水ライン７８はシリンダ８１に接続されているが、これらのうち少なくとも１つが水位調節槽９１に接続されていてもよい。

【0027】

図３は、逆火防止装置８の制御系統の構成を示す図である。図３に示すように、コントローラ８０は、シリンダ８１の水位と水温を制御するように構成されている。コントローラ８０には、空気温度センサ７１、水温センサ９４、及び水位計９７が電気的に接続されており、これらの計器の検出信号がコントローラ８０へ出力される。また、コントローラ８０には、第１給水弁７３、第２給水弁７６、排水弁７９、及び遮断弁９６が電気的に接続されており、コントローラ８０からの指令に基づいてこれらの弁が開閉動作する。更に、コントローラ８０には、ヒータ８７が電気的に接続されており、コントローラ８０からの指令に基づいてヒータ８７の出力やオンオフが制御される。

【0028】

通常運転時のコントローラ８０は、水位計９７で検出される水位を監視している。そして、コントローラ８０は、水位計９７で検出された水位が所定の設定水位範囲を超えると、水位計９７で検出される水位が設定水位範囲となるまで排水弁７９を開放することにより、排水ライン７８を通じてシリンダ８１から排水する。また、コントローラ８０は、水位計９７で検出された水位が所定の設定水位範囲を下回ると、水位計９７で検出される水位が設定水位範囲に回復するまで第１給水弁７３及び第２給水弁７６の少なくとも一方を開放することにより、温水給水ライン７２及び冷水給水ライン７５の少なくとも一方からシリンダ８１へ給水する。このように、コントローラ８０によってシリンダ８１の水位が維持されるように制御される。

【0029】

通常運転時のコントローラ８０は、空気温度センサ７１で検出される燃焼用空気の温度と、水温センサ９４で検出される水封部８４の温度とを監視している。水封部８４の水温が燃焼用空気の温度以下の場合、コントローラ８０は、燃焼用空気の温度と水温との温度差が所定の温度差許容範囲を超えると、温度差が温度差許容範囲内となるまでヒータ８７を稼働する。水封部８４の水温が燃焼用空気の温度より高い場合、コントローラ８０は、排水弁７９を開放して排水したのち、排水弁７９を閉止したうえで、第２給水弁７６を開放して冷水をシリンダ８１へ給水する。ここで、水位と温度の調整のために、冷水に加えて温水がシリンダ８１へ給水されてもよい。シリンダ８１へ温水及び冷水が給水される場合には、コントローラ８０は、適切な水位まで給水した状態で燃焼用空気の温度と水温との温度差が温度差許容範囲内となるように給水の温水と冷水の比を決定し、当該比となるように温水と冷水をシリンダ８１へ給水する。このように、コントローラ８０によって、燃焼用空気の温度とシリンダ８１の水温との温度差が温度差許容範囲内となるように、シリンダ８１の水温が制御される。

【0030】

〔逆火防止装置８の作用〕
ここで、上記構成の逆火防止装置８の作用について説明する。図４に示すように、通常運転時には、押込送風機３１から圧送された燃焼用空気が入口管８２を通じてシリンダ８１内のサイクロン部８５へ接線方向に吹き出す。吹き出した燃焼用空気によって、サイクロン部８５には、シリンダ内筒８８を中心として旋回しながら降下する旋回流（渦流）が形成される。図２に示すように、シリンダ８１内に燃焼用空気の流れがない状態では、水面８４ａはシリンダ内筒８８の下端８８ａよりも上方に位置する。図４に示すように、サイクロン部８５に旋回流が生じている状態では、旋回流によって水面８４ａが椀状に押し下げられて、シリンダ内筒８８の下端８８ａは水面８４ａよりも上方に位置し、シリンダ内筒８８の水封は解除されている。サイクロン部８５の燃焼用空気は、シリンダ内筒８８の下端８８ａからシリンダ内筒８８の内部へ流入し、シリンダ内筒８８を上昇し、出口管８３及び燃焼用空気ライン３３を通じてバーナ１３へ送られる。

【0031】

上記のように、通常運転時には逆火防止装置８のシリンダ内筒８８は水封されておらず、逆火防止装置８を通過する燃焼用空気は水中を通過しないため、燃焼用空気の圧力損失が抑えられる。圧力損失を抑えることによって、押込送風機３１の稼働に必要な電力量が抑えられ、運転コストを抑えることができる。また、逆火防止装置８を通過する燃焼用空気は、シリンダ８１に貯えられた渇き度が低い水と接触するため、燃焼用空気は湿度が高められた状態でバーナ１３へ供給される。これにより、バーナ１３で燃焼用空気によって燃料が燃焼する際にＮＯ_Ｘの発生が抑えられる。

【0032】

押込送風機３１の損傷などによって運転中に燃焼用空気の供給が急停止した場合には、バーナ１３に未燃燃料が滞留し、バーナ１３で生じた火炎が燃焼用空気供給系統３を遡るおそれがある。このように、燃焼用空気供給系統３で予期せぬ逆火が生じた際には、燃焼用空気の供給の流れは止まっているので、図２に示すように、逆火防止装置８のシリンダ８１の水面８４ａはシリンダ内筒８８の下端８８ａよりも上方に位置し、シリンダ内筒８８の下端８８ａは水封されている。よって、出口管８３及びシリンダ内筒８８を遡った火炎は、シリンダ８１の水封部８４によって堰き止められて消火される。また、逆火により生じた衝撃波は、爆発放散口８６や安全弁８９，９８から燃焼用空気供給系統３の外へ逃がされて、衝撃波による燃焼用空気供給系統３の逆火防止装置８より上流に配置された設備の損傷が抑えられる。これにより逆火後の燃焼システム１００の速やかな再起動が可能となる。

【0033】

［変形例］
次に、上記実施形態に係る逆火防止装置８の変形例を説明する。図５は、変形例に係る逆火防止装置８の概略構成を示す図である。なお、本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

【0034】

図５に示すように、本変形例に係る逆火防止装置８は、上記実施形態に係る逆火防止装置８に水封作動槽６１が付加されたものである。水封作動槽６１を備える逆火防止装置８では、シリンダ８１のサイクロン部８５に燃焼用空気の流れが生じていない状態、即ち、平水時に、シリンダ８１の水面８４ａはシリンダ内筒８８の下端８８ａよりも下方に位置していてもよい。

【0035】

水封作動槽６１は、シリンダ８１と同様に上下方向に延びる筒体であって、水が貯えられた液相部と、液相部の上部の気相部とを有する。水封作動槽６１の液相部は、接続管６２によってシリンダ８１の水封部８４と連通されている。接続管６２には、水封作動槽６１からシリンダ８１への水の流れを許容し、シリンダ８１から水封作動槽６１への水の流れを阻止する逆止弁６３が設けられている。

【0036】

水封作動槽６１には、給水ライン６５が接続されている。給水ライン６５には、逆止弁６６と、第３給水弁６７が設けられている。給水ライン６５は給水ポンプと接続されている。第３給水弁６７が開放された状態では、給水ポンプから圧送されてきた水が給水ライン６５を通じて水封作動槽６１へ供給される。

【0037】

水封作動槽６１の気相部は、接続管６４によって出口管８３と接続されている。出口管８３と接続管６４との接続部は、通常運転時の燃焼用空気の流れにおいてシリンダ８１の出口、即ち、出口管８３とシリンダ８１との接続部よりも下流に配置されている。換言すれば、出口管８３と水封作動槽６１との接続部は、燃焼用空気供給系統３においてシリンダ８１の出口よりもバーナ１３に近い。

【0038】

変形例に係る逆火防止装置８では、通常運転時は前述の実施形態に係る逆火防止装置８と同様にシリンダ８１の水位及び水温がコントローラ８０によって制御されている。通常運転時は、押込送風機３１から圧送された燃焼用空気が入口管８２を通じてシリンダ８１内のサイクロン部８５へ接線方向に吹き出し、サイクロン部８５にシリンダ内筒８８を中心として旋回しながら降下する旋回流が形成される。燃焼用空気は、サイクロン部８５内を旋回しながら降下したのち、シリンダ内筒８８の下端８８ａからシリンダ内筒８８の内部へ流入し、シリンダ内筒８８内を上昇して、出口管８３を通じてバーナ１３へ送られる。

【0039】

燃焼用空気供給系統３に逆火が発生した場合には、逆火の衝撃波が火炎の流れにおいて上流の水封作動槽６１にシリンダ８１よりも先に伝わる。図６に示すように、逆火の衝撃波によって水封作動槽６１の水面が押し下げられることによって、シリンダ８１の水面８４ａが押し上げられる。その結果、シリンダ８１の水面８４ａはシリンダ内筒８８の下端８８ａよりも上方に位置し、シリンダ内筒８８の下端８８ａが水封される。よって、出口管８３及びシリンダ内筒８８を遡った火炎は、シリンダ８１に貯えられた水封部８４によって堰き止められて消火される。また、逆火により生じた衝撃波は、爆発放散口８６や安全弁８９，９８から燃焼用空気供給系統３の外へ逃がされて、衝撃波による燃焼用空気供給系統３の逆火防止装置８より上流に配置された設備の損傷が抑えられる。

【0040】

〔総括〕
本開示の第１の項目に係る逆火防止装置８は、燃焼システム１００の気体供給系統の途中に配置されて火炎の逆流を阻止する逆火防止装置８であって、
水が貯えられた水封部８４と水封部８４の上のサイクロン部８５とを有し上下方向を軸方向とする円筒状のシリンダ８１と、
シリンダ８１の側壁に接続されサイクロン部８５へ側壁に沿って接線方向に気体を吹き込む入口管８２と、
シリンダ８１内の上部に当該シリンダ８１と同軸状に配置された円筒状のシリンダ内筒８８と、
シリンダ内筒８８の上部と接続された出口管８３とを、備え、
入口管８２からサイクロン部８５へ吹き込まれた気体が、シリンダ内筒８８の周囲を旋回しながら降下し、シリンダ内筒８８の下端８８ａからシリンダ内筒８８内に進入し、シリンダ内筒８８内を上昇して出口管８３へ流れるように構成されているものである。

【0041】

第１の項目に係る逆火防止装置８に係る逆火防止装置８において、好ましくは、シリンダ内筒８８の下端８８ａは、気体の流れがない状態で水封部８４に位置する。

【0042】

上記構成の逆火防止装置８では、気体供給系統（上記実施形態においては、燃焼用空気供給系統３）で逆火が生じた際に、シリンダ内筒８８の下端８８ａは水封されており、シリンダ内筒８８で逆火を堰き止めることができる。また、通常運転時には、サイクロン部８５に生じた気体（上記実施形態においては、燃焼用空気）の旋回流によって水封部８４の水面８４ａが押し下げられてシリンダ内筒８８の下端８８ａは水面８４ａより上に現れ、シリンダ内筒８８の下端８８ａの水封が解除される。よって、逆火防止装置８を通過する気体の圧損を抑制でき、ひいては、押込送風機３１の消費電力量を抑えることができる。なお、逆火防止装置８のシリンダ内筒８８の下端８８ａは、平水時に水面８４ａよりも僅かに上方、即ち、サイクロン部８５に位置していてもよい。この場合であっても、シリンダ内筒８８の下端８８ａから水封部８４に向けて逆火が噴出することにより消火される。また、上記構成の逆火防止装置８は、燃焼用空気供給系統３に限定されず、燃料供給系統２に配置することも可能であるが、拡散混合式バーナのような燃料と燃焼用空気とが別々に炉内に供給される形式の場合には燃焼用空気供給系統３に配置されるのに適している。

【0043】

本開示の第３の項目に係る逆火防止装置８は、第１の項目に係る逆火防止装置８において、シリンダ８１の水封部８４と連通された液相部と、気体の流れにおいて出口管８３のシリンダ８１との接続部よりも下流と連通された気相部とを有する水封作動槽６１を、備えるものである。

【0044】

気体供給系統で逆火が生じた際に、気体供給系統を遡る火炎の流れの上流に位置する水封作動槽６１にシリンダ８１よりも先に逆火の衝撃波が伝わる。衝撃波により、水封作動槽６１の水面が押し下げられ、シリンダ８１の水面８４ａが上昇する。これにより、逆火の発生前にシリンダ内筒８８の下端８８ａがサイクロン部８５にある場合には、シリンダ内筒８８の下端８８ａを水封部８４へ沈めて、シリンダ内筒８８を水封できる。また、逆火の発生前にシリンダ内筒８８の下端８８ａが水封部８４にある場合には、シリンダ内筒８８の下端８８ａを更に深く水封部８４へ沈めることができる。

【0045】

本開示の第４の項目に係る逆火防止装置８は、第３の項目に係る逆火防止装置８において、シリンダ内筒８８の下端８８ａは、気体の流れがない状態でサイクロン部８５に位置するものである。

【0046】

通常運転時には、シリンダ内筒８８の下端８８ａは水封されていないので、サイクロン部８５を流れる気体の圧損を抑制できる。また、逆火の発生時には、前述の通りシリンダ内筒８８の下端８８ａが水封される。

【0047】

本開示の第５の項目に係る逆火防止装置８は、第１乃至４のいずれかの項目に係る逆火防止装置８において、入口管８２に配置されて逆火の衝撃波によって開放される爆発放散口８６を備えるものである。

【0048】

上記構成の逆火防止装置８では、逆火の衝撃波の圧力を爆発放散口８６から逃がすことができる。

【0049】

本開示の第６の項目に係る逆火防止装置８は、第１乃至５のいずれかの項目に係る逆火防止装置８において、シリンダ８１の水封部８４と連通された水位調節槽９１と、水位調節槽９１の水位を検出する水位計９７と、シリンダ８１へ給水する給水ライン７２，７５と、シリンダ８１から排水する排水ライン７８と、給水ライン７２，７５からの給水と排水ライン７８からの排水とによって水位計９７で検出される水位を所定の設定水位範囲に制御するコントローラ８０とを、備えるものである。

【0050】

上記構成の逆火防止装置８では、シリンダ８１の水位を設定水位範囲に保持できる。シリンダ８１の水面８４ａの高さは気体の流れによって変動するが、水位計９７は水位調節槽９１に配置されているので、水位を安定して制御できる。

【0051】

本開示の第７の項目に係る逆火防止装置８は、第１乃至６のいずれかの項目に係る逆火防止装置８において、入口管８２を通過する気体の温度を検出する空気温度センサ７１と、水封部８４の水温を検出する水温センサ９４と、水封部８４の水を温めるヒータ８７と、ヒータ８７の稼働によって空気温度センサ７１で検出された温度と水温センサ９４で検出された温度の差が所定の温度差許容範囲内となるように制御するコントローラ８０とを、備えるものである。

【0052】

本開示の第８の項目に係る逆火防止装置８は、第１乃至６のいずれかの項目に係る逆火防止装置８において、入口管８２を通過する気体の温度を検出する空気温度センサ７１と、水封部８４の水温を検出する水温センサ９４と、シリンダ８１へ温水を給水する温水給水ライン７２と、シリンダ８１へ常温水を給水する冷水給水ライン７５と、シリンダ８１から排水する排水ライン７８と、温水給水ライン７２及び冷水給水ライン７５からの給水と排水ライン７８からの排水とによって空気温度センサ７１で検出された温度と水温センサ９４で検出された温度の差を所定の温度差許容範囲内に制御するコントローラ８０とを、備えるものである。

【0053】

第７及び８の項目に係る逆火防止装置８によれば、気体が逆火防止装置８を通過することによる気体の温度低下を抑制できる。

【0054】

本開示の第９の項目に係る燃焼システム１００は、
バーナ１３を有する燃焼炉１と、
バーナ１３へ燃料を供給する燃料供給系統２と、
バーナ１３へ燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給系統３とを備え、
燃焼用空気供給系統３は、押込送風機３１と、押込送風機３１とバーナ１３とを接続し燃焼用空気が流れる燃焼用空気ライン３３と、燃焼用空気ライン３３に配置されて火炎の逆流を阻止する水封式の逆火防止装置８とを有するものである。

【0055】

本開示の第１０の項目に係る燃焼システム１００は、
バーナ１３を有する燃焼炉１と、
バーナ１３へ燃料を供給する燃料供給系統２と、
バーナ１３へ燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給系統３とを備え、
燃焼用空気供給系統３は、押込送風機３１と、押込送風機３１とバーナ１３とを接続し燃焼用空気が流れる燃焼用空気ライン３３と、燃焼用空気ライン３３に配置されて火炎の逆流を阻止する第１乃至８のいずれかの項目に係る逆火防止装置８とを有するものである。

【0056】

第９及び１０の項目に係る燃焼システム１００によれば、燃焼用空気供給系統３で逆火が生じた際に、逆火防止装置８で逆火が堰き止められ消火されるので、燃焼用空気供給系統３の逆火防止装置８より上流の設備を保護できる。更に、上記構成の燃焼システム１００によれば、燃焼用空気供給系統３を通じてバーナ１３へ供給される燃焼用空気は、逆火防止装置８を通過する際に加湿されるので、バーナ１３で燃焼用空気によって燃料が燃焼する際にＮＯ_Ｘの発生を抑えることができる。更に、第１０の項目に係る燃焼システム１００によれば、逆火防止装置８を通過する燃焼用空気の圧力損失が抑えられるので、押込送風機３１の消費電力量を抑えることができる。

【0057】

本明細書で開示するコントローラ８０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、またはユニットは、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。

【0058】

以上の本開示の議論は、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つの実施形態に纏められているが、複数の特徴のうち幾つかが組み合わされてもよい。また、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されてもよい。

【符号の説明】

【0059】

１ ：燃焼炉
２ ：燃料供給系統
３ ：燃焼用空気供給系統
８ ：逆火防止装置
１３ ：バーナ
３１ ：押込送風機
３３ ：燃焼用空気ライン
６１ ：水封作動槽
７１ ：空気温度センサ
７２ ：温水給水ライン
７５ ：冷水給水ライン
７８ ：排水ライン
８０ ：コントローラ
８１ ：シリンダ
８２ ：入口管
８３ ：出口管
８４ ：水封部
８５ ：サイクロン部
８６ ：爆発放散口
８７ ：ヒータ
８８ ：シリンダ内筒
９１ ：水位調節槽
９４ ：水温センサ
９７ ：水位計
１００ ：燃焼システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】