JP7803201B2 - Burner - Google Patents
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Description
本発明は、バーナに関する。 The present invention relates to a burner.
従来より、内側空気流路とそれを囲む外側空気流路を備え、外側空気流路に燃料を噴出させる、予混合燃焼方式のガスバーナがあった(例えば、特許文献1)。 Conventionally, there have been gas burners using a premixed combustion method, which have an inner air passage surrounded by an outer air passage, and inject fuel into the outer air passage (for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来のガスバーナでは、例えば、低燃焼時などにおいて、燃焼室内を流通する燃焼ガスの流速が低流速となった場合などに、外側空気流路において安定燃焼させるための保炎部が形成できていないことにより、振動燃焼の発生頻度が高まる虞や、一酸化炭素(CO)の発生を抑制できない虞があった。これに対して、例えば火炎の温度が高温となるように制御することにより、火炎を安定させることができる可能性はあるものの、この場合には窒素酸化物(NOx)の発生量が増加してしまい、低NOx化を実現することができない。 However, with conventional gas burners, when the flow rate of the combustion gas flowing through the combustion chamber becomes slow, for example during low combustion, a flame stabilization section for stable combustion cannot be formed in the outer air flow path, which can increase the frequency of oscillating combustion and can make it difficult to suppress the generation of carbon monoxide (CO). While it may be possible to stabilize the flame by controlling the flame temperature to a high temperature, this will increase the amount of nitrogen oxides (NOx) generated, making it impossible to achieve low NOx emissions.
本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、燃焼状態にかかわらず火炎を安定させることができるバーナを提供することである。 The present invention was conceived in light of this situation, and aims to provide a burner that can stabilize the flame regardless of the combustion state.
上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うバーナは、燃焼用空気が流れる第1空気流路と、前記第1空気流路を囲むように燃焼用空気が供給され、先端に複数の空気ノズルを備えた第2空気流路と、前記第1空気流路と前記第2空気流路の間に燃料ガスが供給される燃料ガス流路と、前記燃料ガス流路と前記第2空気流路との連通部から前記空気ノズルに延びる燃料ガスパイプと、を備え、前記燃料ガスパイプの噴出口は、前記空気ノズルの噴出口よりも上流側に位置し、前記燃料ガスパイプには、当該燃料ガスパイプの噴出口に至るまでの間において貫通孔が設けられている。 In order to achieve the above-mentioned object, a burner according to one aspect of the present invention comprises a first air flow path through which combustion air flows, a second air flow path to which combustion air is supplied so as to surround the first air flow path and which has a plurality of air nozzles at its tip, a fuel gas flow path through which fuel gas is supplied between the first air flow path and the second air flow path, and a fuel gas pipe extending from a communication portion between the fuel gas flow path and the second air flow path to the air nozzle, wherein the outlet of the fuel gas pipe is located upstream of the outlet of the air nozzle, and a through hole is provided in the fuel gas pipe until it reaches the outlet of the fuel gas pipe.
上記の構成によれば、燃料ガスパイプの噴出口を、空気ノズルの噴出口よりも上流側に位置させているため、燃料ガスパイプの先端部で混合気を巻き込んだ循環流を発生させることができる。また、第1空気流路の下流側と空気ノズルの下流側との間でも混合気を巻き込んだ循環流を発生させることができる。これにより、燃焼状態にかかわらず火炎の安定性を向上させることができ、振動燃焼の発生、一酸化炭素(CO)の発生、および窒素酸化物(NOx)の発生を抑制できる。また、燃料ガスパイプの上流側において燃焼用空気と燃料ガスとを事前に混合させることができるため、混合効率を高めることができ、より火炎を安定させることができる。 According to the above configuration, since the outlet of the fuel gas pipe is located upstream of the outlet of the air nozzle, a circulating flow entraining the air-fuel mixture can be generated at the tip of the fuel gas pipe. Furthermore, a circulating flow entraining the air-fuel mixture can also be generated between the downstream side of the first air flow passage and the downstream side of the air nozzle. This improves flame stability regardless of the combustion state, and suppresses the occurrence of oscillating combustion, the generation of carbon monoxide (CO), and the generation of nitrogen oxides (NOx). Furthermore, since the combustion air and fuel gas can be premixed upstream of the fuel gas pipe, mixing efficiency can be improved, resulting in a more stable flame.
好ましくは、前記空気ノズルは、前記第2空気流路のうち前記空気ノズルに至るまでの部位よりも断面積が小さく絞られた部位であり、前記貫通孔は、前記空気ノズルの内面と対向する位置に設けられている。 Preferably, the air nozzle is a portion of the second air flow path that has a smaller cross-sectional area than the portion leading to the air nozzle, and the through-hole is located opposite the inner surface of the air nozzle.
上記の構成によれば、断面積が小さく絞られた空気ノズルの内面では気体の流速が速くなるため、燃焼用空気と燃料ガスとの混合効率をより一層向上させ、より火炎を安定させることができる。 With the above configuration, the gas flow velocity increases on the inner surface of the air nozzle, which has a small cross-sectional area, further improving the mixing efficiency of the combustion air and fuel gas and making the flame more stable.
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。図1を参照して、本実施の形態に係るボイラ1の概略構成について説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が本発明に含まれることが意図される。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The schematic configuration of a boiler 1 according to this embodiment will be described with reference to Figure 1. Note that the present invention is not limited to these examples, but is defined by the claims, and all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims are intended to be included in the present invention.
図1には、ボイラ1が備える構成のうちの、燃料を燃焼させて蒸気を生成する缶体3が示されている。缶体3は、略円筒状に形成されており、その内部に燃料を燃焼させるガスバーナ2、複数の水管4、上部ヘッダ6、および下部ヘッダ5などを含む。複数の水管4は、各々、上部ヘッダ6と下部ヘッダ5との間に連結して構成されている。複数の水管4は、缶体3の内部に収容されており、缶体3の円周方向に所定の間隔で立設されている内側水管4aと、当該内側水管4aよりも外側において缶体3の円周方向に所定の間隔で立設されている外側水管4bとを含む。これらの内側水管4aと外側水管4bとをまとめて水管4ともいう。内側水管4aのうち隣り合う水管の隙間には、当該隙間を閉塞するように、下端部の隙間を残して内側縦ヒレ4a´が設けられる。外側水管4bについても隣り合う水管の隙間には、当該隙間を閉塞するように、上端部の隙間を残して外側縦ヒレ4b´が設けられる。これにより、缶体3の略中央部に、燃焼室8および燃焼ガス通路9が形成される。燃焼ガス通路9から送られてきた排気ガスは、排気通路7から缶体3外部に排出される。 Figure 1 shows the boiler body 3, one of the components of the boiler 1, which burns fuel to generate steam. The boiler body 3 is formed in a roughly cylindrical shape and includes a gas burner 2 for burning fuel, multiple water tubes 4, an upper header 6, and a lower header 5. Each of the multiple water tubes 4 is connected between the upper header 6 and the lower header 5. The multiple water tubes 4 are housed inside the boiler body 3 and include inner water tubes 4a that are erected at predetermined intervals around the circumferential direction of the boiler body 3, and outer water tubes 4b that are erected at predetermined intervals around the circumferential direction of the boiler body 3 outside the inner water tubes 4a. These inner water tubes 4a and outer water tubes 4b are collectively referred to as water tubes 4. Inner vertical fins 4a' are provided in the gaps between adjacent inner water tubes 4a, leaving gaps at their lower ends, to close the gaps. For the outer water tubes 4b, outer vertical fins 4b' are provided in the gaps between adjacent water tubes, leaving a gap at the upper end to close the gap. This forms a combustion chamber 8 and combustion gas passage 9 in approximately the center of the boiler body 3. Exhaust gas sent from the combustion gas passage 9 is discharged to the outside of the boiler body 3 through the exhaust passage 7.
ガスバーナ2は、燃焼室8の上方に設けられている。ガスバーナ2は、複数の水管4の内部に導入された缶水を加熱して、蒸気を生成する。また、ガスバーナ2には、空気供給装置から燃焼用空気が供給されるとともに、燃料供給装置から燃料ガスが供給される。空気供給装置は、送風機を含み、燃料供給装置は、流量調整弁を含む。ボイラ1の燃焼量は、ボイラ1の運転・動作を制御する制御装置により、燃焼状態(燃焼量)に応じた態様で送風機および流量調整弁が制御されることにより、連続的又は段階的に調整される。例えば、燃焼状態が高燃焼状態であるときには、流量調整弁の開度が100%に制御され、高燃焼状態よりも燃焼量が小さい低燃焼状態であるときには、流量調整弁の開度が50%に制御される。 The gas burner 2 is located above the combustion chamber 8. The gas burner 2 heats boiler water introduced into the multiple water tubes 4 to generate steam. The gas burner 2 is supplied with combustion air from an air supply device and fuel gas from a fuel supply device. The air supply device includes a blower, and the fuel supply device includes a flow control valve. The combustion volume of the boiler 1 is adjusted continuously or in stages by a control device that controls the operation and behavior of the boiler 1, controlling the blower and flow control valve in a manner corresponding to the combustion state (combustion volume). For example, when the combustion state is high combustion, the opening of the flow control valve is controlled to 100%, and when the combustion state is low combustion, where the combustion volume is lower than that of the high combustion state, the opening of the flow control valve is controlled to 50%.
下部ヘッダ5は、缶体3の下部に設けられ、複数の水管4の下部と連結されている。下部ヘッダ5は、缶体3に給水を行う給水ライン61と接続されている。給水ライン61の上流側には、給水ポンプ63や逆止弁64が設けられている。給水ポンプ63から給水ライン61を介して下部ヘッダ5へ給水され、給水された水は水管4において加熱される。上部ヘッダ6は、缶体3の上部に設けられ、複数の水管4の上部と連結されている。複数の水管4の内部において加熱された水は、蒸気となり、上部ヘッダ6から、蒸気供給管62を介して蒸気を用いる各種装置に供給される。 The lower header 5 is located at the bottom of the boiler body 3 and is connected to the lower parts of the multiple water pipes 4. The lower header 5 is connected to a water supply line 61 that supplies water to the boiler body 3. A water supply pump 63 and a check valve 64 are located upstream of the water supply line 61. Water is supplied from the water supply pump 63 to the lower header 5 via the water supply line 61, and the supplied water is heated in the water pipes 4. The upper header 6 is located at the top of the boiler body 3 and is connected to the upper parts of the multiple water pipes 4. The water heated inside the multiple water pipes 4 becomes steam, which is supplied from the upper header 6 via a steam supply pipe 62 to various devices that use steam.
本実施形態におけるボイラ1では、まず燃焼室8内においてガスバーナ2から供給された可燃性混合気が燃焼される。燃焼室8において可燃性混合気が燃焼して発生した燃焼ガスは燃焼室8を囲むように配置された複数の水管4(内側水管4a)の内部を流通する水を加熱する。次いで、燃焼ガスは、燃焼室8の下部に形成された隙間から燃焼ガス通路9を通り、更に複数の水管(内側水管4aおよび外側水管4b)の内部を流通する水を加熱する。そして、燃焼ガス通路9を通った燃焼ガスは、缶体3の上部に形成された排気通路7を通って外部に排出される。 In the boiler 1 of this embodiment, a combustible air-fuel mixture supplied from the gas burner 2 is first combusted in the combustion chamber 8. The combustion gas generated by the combustion of the combustible air-fuel mixture in the combustion chamber 8 heats the water flowing inside the multiple water tubes 4 (inner water tube 4a) arranged to surround the combustion chamber 8. The combustion gas then passes through a combustion gas passage 9 from a gap formed in the lower part of the combustion chamber 8, and further heats the water flowing inside the multiple water tubes (inner water tube 4a and outer water tube 4b). The combustion gas that has passed through the combustion gas passage 9 is then discharged to the outside through an exhaust passage 7 formed in the upper part of the boiler body 3.
次に、ガスバーナ2について説明する。図2および図3に示すように、ガスバーナ2は、パイロットバーナ11と、パイロットバーナ11の外側を覆うように配置される円筒状の第1筒部10、第1筒部10の外側に配置される(第1筒部10よりも径が大きい)円筒状の第2筒部20(図3においても説明の便宜上点線で示す)と、第2筒部20の外側に配置される(第2筒部20よりも径が大きい)円筒状の第3筒部30と、パイロットバーナ11の下方に設けられ第1筒部10の内側の一部を塞ぐ第1蓋部12と、第1筒部10の先端部から第2筒部20の先端部を塞ぐとともに、第2筒部20の先端部から第3筒部30の先端部までの一部を塞ぐ第2蓋部22とを備える。 Next, the gas burner 2 will be described. As shown in Figures 2 and 3, the gas burner 2 comprises a pilot burner 11, a cylindrical first tube portion 10 arranged to cover the outside of the pilot burner 11, a cylindrical second tube portion 20 (also shown by dotted lines in Figure 3 for ease of explanation) arranged outside the first tube portion 10 (with a larger diameter than the first tube portion 10), a cylindrical third tube portion 30 arranged outside the second tube portion 20 (with a larger diameter than the second tube portion 20), a first lid portion 12 located below the pilot burner 11 and covering part of the inside of the first tube portion 10, and a second lid portion 22 covering the area from the tip of the first tube portion 10 to the tip of the second tube portion 20 and covering part of the area from the tip of the second tube portion 20 to the tip of the third tube portion 30.
第1筒部10内であって、パイロットバーナ11を除く領域は、パイロットバーナ11および後述する一次燃焼に用いる燃焼用空気が供給される第1空気流路51を形成する。第1筒部10の外側および第2筒部20の内側の領域は、燃料ガスが供給される燃料ガス流路53を形成する。第2筒部の外側20および第3筒部30の内側の領域は、後述する二次燃焼に用いる燃焼用空気が供給される第2空気流路52を形成する。このため、第2空気流路52は、第1空気流路51を囲むように燃焼用空気を供給する流路といえる。また、燃料ガス流路53は、第1空気流路51と、第2空気流路52との間において燃料ガスを供給する流路といえる。第1空気流路51および第2空気流路52は、各々、上流側において空気供給装置に接続される。燃料ガス流路53は、上流側において燃料ガスを供給する燃料供給装置に接続される。 The area within the first cylindrical section 10, excluding the pilot burner 11, forms the first air flow path 51, to which the pilot burner 11 and combustion air used for primary combustion, described below, are supplied. The area outside the first cylindrical section 10 and inside the second cylindrical section 20 forms the fuel gas flow path 53, to which fuel gas is supplied. The area outside the second cylindrical section 20 and inside the third cylindrical section 30 form the second air flow path 52, to which combustion air, used for secondary combustion, described below, is supplied. Therefore, the second air flow path 52 can be said to be a flow path that supplies combustion air surrounding the first air flow path 51. Furthermore, the fuel gas flow path 53 can be said to be a flow path that supplies fuel gas between the first air flow path 51 and the second air flow path 52. The first air flow path 51 and the second air flow path 52 are each connected to an air supply device on the upstream side. The fuel gas flow path 53 is connected to a fuel supply device that supplies fuel gas on the upstream side.
また、ガスバーナ2は、燃焼室8と隣接する第1筒部10の壁面(第1蓋部12よりも下流側の壁面)に形成される貫通孔(以下、第1貫通孔という)21と、第1蓋部12の中央に形成される開口部13と、第1蓋部12の開口部13を中心として放射状に間隔をあけて開口される多孔14とを備えている。第1貫通孔21は、燃料ガス流路53の周方向に間隔をあけて複数形成される。複数の第1貫通孔21は、各々、燃料ガス流路53から供給される燃料ガスを開口部13の下方(下流側)の燃焼室8に供給する。開口部13および多孔14は、各々、第1空気流路51から供給される燃焼用空気を燃焼室8に供給する。これにより、開口部13下方の燃焼室8において、燃焼用空気と燃料ガスとを混合させて可燃性混合気が生成される。 The gas burner 2 also includes a through hole (hereinafter referred to as the first through hole) 21 formed in the wall surface of the first tubular portion 10 adjacent to the combustion chamber 8 (the wall surface downstream of the first lid portion 12), an opening 13 formed in the center of the first lid portion 12, and multiple holes 14 opened at intervals radially around the opening 13 of the first lid portion 12. A plurality of first through holes 21 are formed at intervals circumferentially around the fuel gas flow path 53. Each of the multiple first through holes 21 supplies fuel gas supplied from the fuel gas flow path 53 to the combustion chamber 8 below (downstream of) the opening 13. The opening 13 and the multiple holes 14 each supply combustion air supplied from the first air flow path 51 to the combustion chamber 8. As a result, the combustion air and fuel gas mix in the combustion chamber 8 below the opening 13 to generate a combustible mixture.
一方、第1筒部10内に設けられているパイロットバーナ11は、図1に示すように缶体3の中心軸Xと重なるように鉛直方向(上下方向)に延び、その先端部が第1蓋部12の開口部13に近接するように配置される。パイロットバーナ11は、開口部13の下方において生成される可燃性混合気に着火して、燃焼室8において燃焼(以下、一次燃焼ともいう)を開始させる。 On the other hand, the pilot burner 11 provided in the first cylindrical portion 10 extends vertically (up and down) so as to overlap with the central axis X of the can body 3 as shown in Figure 1, and is positioned so that its tip is close to the opening 13 of the first lid portion 12. The pilot burner 11 ignites the combustible mixture generated below the opening 13, initiating combustion (hereinafter also referred to as primary combustion) in the combustion chamber 8.
また、ガスバーナ2は、第2空気流路52から供給される燃焼用空気を燃焼室8に噴出する噴出口(以下、第1噴出口ともいう)33を形成する空気ノズル31を備える。空気ノズル31は、図3に示すように、第2蓋部22において周方向に等間隔で複数形成される。複数の空気ノズル31は、各々、第2空気通路52の幅(第2筒部20と第3筒部30との間隔)よりも直径が小さい円筒状の部材である。このため、複数の空気ノズル31の断面積は、第2空気流路52のうち空気ノズル31に至るまでの部位よりも小さく絞られている。 The gas burner 2 also includes air nozzles 31 that form outlets (hereinafter also referred to as first outlets) 33 that eject combustion air supplied from the second air flow path 52 into the combustion chamber 8. As shown in FIG. 3, multiple air nozzles 31 are formed at equal intervals circumferentially on the second lid portion 22. Each of the multiple air nozzles 31 is a cylindrical member with a diameter smaller than the width of the second air passage 52 (the distance between the second cylindrical portion 20 and the third cylindrical portion 30). Therefore, the cross-sectional area of the multiple air nozzles 31 is narrowed down to be smaller than the portion of the second air flow path 52 leading up to the air nozzle 31.
また、第2筒部20には、複数の空気ノズル31各々の上流位置において、燃料ガス流路53と連通する連通孔(連通部に相当)32が設けられている。連通孔32は、複数の空気ノズル31と同様に、周方向に等間隔で複数形成される。ガスバーナ2は、複数の連通孔32各々に接続され、各連通孔32から下流側に位置する空気ノズル31に向かって延びる燃料ガスパイプ40を複数備えている。 Furthermore, the second cylindrical portion 20 is provided with communication holes (corresponding to communication sections) 32 that communicate with the fuel gas flow path 53 at positions upstream of each of the multiple air nozzles 31. Similar to the multiple air nozzles 31, multiple communication holes 32 are formed at equal intervals in the circumferential direction. The gas burner 2 is equipped with multiple fuel gas pipes 40 that are connected to each of the multiple communication holes 32 and extend from each communication hole 32 toward the air nozzle 31 located downstream.
複数の燃料ガスパイプ40には、各々、図2に示すようにその末端部(最下流側、先端)から当該燃料ガスパイプ40の中心軸方向に延びる壁部42が形成されている。壁部42は、燃料ガスパイプ40のパイプ部材(管部材)に対して直交する向きに所定長さだけ延設されている。これにより、複数の燃料ガスパイプ40各々の末端部において、図3に示すように、壁部42の中心端部により円形の開口となる噴出口(以下、第2噴出口ともいう)43が形成される。また、複数の燃料ガスパイプ40は、各々の第2噴出口43が、空気ノズル31の第1噴出口33の縁部(点線面)よりも若干上流側に位置するように設けられている。なお、壁部42は、パイプ部材と同じ材質・肉厚となる部材により生成(例えばパイプ部材の先端を曲げ加工などにより生成)されるため、燃料ガスパイプ40の先端部の加工が容易となる。 As shown in FIG. 2, each of the fuel gas pipes 40 has a wall 42 extending from its end (most downstream side, tip) in the direction of the central axis of the fuel gas pipe 40. The wall 42 extends a predetermined length in a direction perpendicular to the pipe member (tube member) of the fuel gas pipe 40. As a result, at the end of each of the fuel gas pipes 40, a circular outlet (hereinafter also referred to as a second outlet) 43 is formed by the central end of the wall 42, as shown in FIG. 3. Furthermore, the second outlet 43 of each of the fuel gas pipes 40 is positioned slightly upstream of the edge (dotted line) of the first outlet 33 of the air nozzle 31. The wall 42 is made of a material with the same material and thickness as the pipe member (for example, by bending the tip of the pipe member), which facilitates processing of the tip of the fuel gas pipe 40.
また、複数の燃料ガスパイプ40には、第2噴出口43に至るまでの間において貫通孔(以下、第2貫通孔ともいう)41が形成されている。本実施形態における第2貫通孔41は、空気ノズル31の内面と対向する位置であって、空気ノズル31の内壁に対して直交する向きに形成されている。また、第2貫通孔41は、燃料ガスパイプ40の周方向に等間隔で複数形成されている。 Furthermore, through holes (hereinafter also referred to as second through holes) 41 are formed in the multiple fuel gas pipes 40 on their way to the second nozzles 43. In this embodiment, the second through holes 41 are formed at positions facing the inner surface of the air nozzle 31 and in a direction perpendicular to the inner wall of the air nozzle 31. Furthermore, multiple second through holes 41 are formed at equal intervals around the circumference of the fuel gas pipe 40.
これにより、燃料ガス流路53から供給される燃料ガスを、複数の燃料ガスパイプ40を介して、第2貫通孔41から空気ノズル31の内壁に対して噴出させるとともに、空気ノズル31のノズル噴出口33よりも若干上流側に位置する第2噴出口43から噴出させることができる。その結果、空気ノズル31の下方の燃焼室8において、燃焼用空気と燃料ガスとを混合させて可燃性混合気が生成され、開口部13の下方における一次燃焼により発生する一次燃焼ガス(火炎)により着火して燃焼(以下、二次燃焼ともいう)が開始される。なお、一次燃焼と二次燃焼との燃焼量の比率は、一次燃焼よりも二次燃焼側で発生する燃焼量の方が大きく、たとえば、1:9の比率となるように、第2噴出口43および第2貫通孔41と、第1貫通孔21との個数や開口面積などが調整されている。 This allows fuel gas supplied from the fuel gas flow path 53 to be ejected through the multiple fuel gas pipes 40, from the second through-holes 41, onto the inner wall of the air nozzle 31, and from the second outlets 43 located slightly upstream of the nozzle outlets 33 of the air nozzle 31. As a result, in the combustion chamber 8 below the air nozzle 31, combustion air and fuel gas are mixed to generate a combustible mixture, which is ignited by the primary combustion gas (flame) generated by the primary combustion below the opening 13, initiating combustion (hereinafter also referred to as secondary combustion). Note that the ratio of the amount of combustion generated on the secondary combustion side to the amount of combustion generated on the primary combustion side is greater than that of primary combustion, for example, a ratio of 1:9, and the numbers and opening areas of the second outlets 43 and second through-holes 41 and the first through-holes 21 are adjusted.
本実施形態におけるガスバーナ2においては、第2空気流路52を介して空気ノズル31に供給された燃焼用空気が、第2貫通孔41から空気ノズル31の内壁に対して直交する向きに噴出される燃料ガスと混合される。また、空気ノズル31の断面積は、第2空気流路52のうち空気ノズル31へ至る部位よりも小さく絞られているため、燃焼用空気の流速は、第2空気流路52内よりも空気ノズル31内において速くなる。このように空気ノズル31内の燃焼用空気の流速が速くなる箇所において、燃焼用空気と燃料ガスとを混合させることにより、混合効率をより向上させることができる。 In the gas burner 2 of this embodiment, combustion air supplied to the air nozzle 31 via the second air flow path 52 is mixed with fuel gas ejected from the second through-hole 41 in a direction perpendicular to the inner wall of the air nozzle 31. Furthermore, because the cross-sectional area of the air nozzle 31 is narrowed to be smaller than the portion of the second air flow path 52 leading to the air nozzle 31, the flow velocity of the combustion air is faster within the air nozzle 31 than within the second air flow path 52. By mixing the combustion air and fuel gas in this way at the point within the air nozzle 31 where the flow velocity of the combustion air is faster, mixing efficiency can be further improved.
また、空気ノズル31内のさらに下流側においては、第2貫通孔41から噴出された燃料ガスと混合された混合気が、第2噴出口43から噴出された燃料ガスと更に混合される。本実施形態においては、第2噴出口43が空気ノズル31のうち第1噴出口33よりも上流側に位置している。このために、燃料ガスパイプ40の先端部であって、第2噴出口43から下方に噴出される燃料ガスと、燃料ガスパイプ40の先端部と空気ノズル31との間から下方に供給される混合気との間において、混合気を巻き込んだ循環流を発生させることが可能となる(図4の循環流Aとして図示した点線囲い部参照)。これにより、燃料ガスパイプ40の先端部において燃焼用空気と燃焼ガスとの混合が促進されて燃焼室8内に供給されるため、火炎の安定性が向上し、一酸化炭素(CO)の発生、および、窒素酸化物(NOx)の発生を抑制することができる。本実施形態では、第2噴出口43を囲うように壁部42が形成されているため、第2噴出口43から下方に噴出される燃料ガスと、燃料ガスパイプ40の先端部と空気ノズル31との間隔を大きくすることができ、その結果、より大きな循環流を発生させることができ混合効率をより高めることができる。 Further downstream within the air nozzle 31, the mixture mixed with the fuel gas ejected from the second through-hole 41 is further mixed with the fuel gas ejected from the second outlet 43. In this embodiment, the second outlet 43 is located upstream of the first outlet 33 of the air nozzle 31. This allows a circulating flow involving the mixture to be generated at the tip of the fuel gas pipe 40 between the fuel gas ejected downward from the second outlet 43 and the mixture supplied downward from between the tip of the fuel gas pipe 40 and the air nozzle 31 (see the dotted-line area shown as circulating flow A in Figure 4). This promotes mixing of the combustion air and combustion gas at the tip of the fuel gas pipe 40 before supplying them into the combustion chamber 8, improving flame stability and suppressing the generation of carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NOx). In this embodiment, a wall portion 42 is formed to surround the second nozzle 43, which increases the distance between the fuel gas ejected downward from the second nozzle 43 and the tip of the fuel gas pipe 40 and the air nozzle 31. As a result, a larger circulating flow can be generated, further improving mixing efficiency.
また、燃焼室8においては、第1蓋部12の下方において供給される一次燃焼用の可燃性混合気と、第2噴出口43から噴出される二次燃焼用の可燃性混合気とが、各々、図4の点線矢印で示すように流通する。これにより、第1蓋部12の下方において供給される一次燃焼用の可燃性混合気と、第2噴出口43から噴出される二次燃焼用の可燃性混合気との間、つまり、第1蓋部12の下流側と空気ノズル31の下流側との間において、可燃性混合気を巻き込んだ大きな循環流を発生させることが可能となる(図4の循環流Bとして図示した点線囲い部参照)。これにより、燃焼室8内においても燃焼用空気と燃焼ガスとの混合が更に促進され、燃焼室8内における火炎の安定性がさらに向上し、一酸化炭素(CO)の発生、および、窒素酸化物(NOx)の発生を抑制することができる。なお、第1噴出口33(空気ノズル31)から噴出されて混合された可燃性混合気は、第1空気流路51の下流において一次燃焼により発生する一次燃焼ガス(火炎)により着火され、二次燃焼される。 In addition, in the combustion chamber 8, the combustible mixture for primary combustion supplied below the first lid portion 12 and the combustible mixture for secondary combustion ejected from the second nozzle 43 each flow as shown by the dotted arrows in Figure 4. This allows a large circulating flow involving the combustible mixture to be generated between the combustible mixture for primary combustion supplied below the first lid portion 12 and the combustible mixture for secondary combustion ejected from the second nozzle 43, i.e., between the downstream side of the first lid portion 12 and the downstream side of the air nozzle 31 (see the dotted-line area shown as circulating flow B in Figure 4). This further promotes mixing of the combustion air and combustion gas within the combustion chamber 8, further improving flame stability within the combustion chamber 8 and suppressing the generation of carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NOx). The combustible mixture ejected from the first outlet 33 (air nozzle 31) and mixed is ignited by the primary combustion gas (flame) generated by the primary combustion downstream of the first air flow path 51, and undergoes secondary combustion.
以上のように、本実施の形態では、燃料ガスパイプ40の第2噴出口43を、空気ノズル31の第1噴出口33よりも上流側に位置させているため、燃料ガスパイプ40の先端部で混合気を巻き込んだ循環流を発生させることができる。また、第1空気流路51の下流側と空気ノズル31の下流側との間でも混合気を巻き込んだ循環流を発生させることができる。これにより、燃焼状態(あるいは燃焼ガスの流速など)にかかわらず火炎の安定性を向上させることができ、振動燃焼の発生、一酸化炭素(CO)の発生、および窒素酸化物(NOx)の発生を抑制できる。また、複数箇所において循環流を発生することで、たとえ低燃焼時などであって燃焼ガスの流速が低速であっても、効率よく混合させることができ、火炎の安定をより一層向上させることができる。 As described above, in this embodiment, the second outlet 43 of the fuel gas pipe 40 is located upstream of the first outlet 33 of the air nozzle 31, allowing a circulating flow that entrains the air-fuel mixture to be generated at the tip of the fuel gas pipe 40. A circulating flow that entrains the air-fuel mixture can also be generated between the downstream side of the first air flow path 51 and the downstream side of the air nozzle 31. This improves flame stability regardless of the combustion state (or the flow rate of the combustion gas, etc.), and suppresses the occurrence of oscillating combustion, the generation of carbon monoxide (CO), and the generation of nitrogen oxides (NOx). Furthermore, generating circulating flows at multiple locations allows for efficient mixing even when the flow rate of the combustion gas is slow, such as during low combustion, further improving flame stability.
また、空気ノズル31の断面積は、第2空気流路52のうち空気ノズル31に至るまでの部位よりも小さく絞られていること、および、燃料ガスパイプ40に当該空気ノズル31の内面と対向する位置に第2貫通孔41が設けられていること、により燃料ガスパイプ40の上流側においても、事前に燃焼用空気と燃料ガスとを混合させることができる。これにより混合効率をさらに高めることができ、火炎を安定させることができるため、一酸化炭素の発生を更に低下させることができる。 In addition, the cross-sectional area of the air nozzle 31 is narrowed down to be smaller than the portion of the second air flow path 52 leading up to the air nozzle 31, and a second through-hole 41 is provided in the fuel gas pipe 40 at a position opposite the inner surface of the air nozzle 31. This allows the combustion air and fuel gas to be mixed in advance even upstream of the fuel gas pipe 40. This further improves mixing efficiency and stabilizes the flame, further reducing the generation of carbon monoxide.
本発明は、上記の実施の形態に限られず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な上記の実施の形態の変形例などについて説明する。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and applications are possible. Below, we will explain modifications of the above-described embodiment that can be applied to the present invention.
上記実施の形態では、燃料ガスパイプ40の第2噴出口43を、空気ノズル31の第1噴出口33よりも若干上流側に位置する例について説明したが、燃料ガスパイプ40の第2噴出口43の位置は、空気ノズル31内であればよく、例えば、空気ノズル31の流路方向における中間位置となるものであってもよい。燃料ガスパイプ40の第2噴出口43の位置が空気ノズル31内であれば、燃料ガスパイプ40の先端部(例えば空気ノズル31内を含む)において循環流を発生させることができ、混合効率を向上させることができる。 In the above embodiment, an example was described in which the second outlet 43 of the fuel gas pipe 40 is located slightly upstream of the first outlet 33 of the air nozzle 31. However, the position of the second outlet 43 of the fuel gas pipe 40 may be within the air nozzle 31, and may be, for example, at an intermediate position in the flow direction of the air nozzle 31. If the second outlet 43 of the fuel gas pipe 40 is located within the air nozzle 31, a circulating flow can be generated at the tip of the fuel gas pipe 40 (including, for example, within the air nozzle 31), thereby improving mixing efficiency.
上記実施の形態では、第2噴出口43を囲うように壁部42が形成されている例について説明したが、壁部42が形成されていないものであってもよい。この場合であっても、燃料ガスパイプ40の厚み分だけ、第2噴出口43から下方に噴出される燃料ガスと、燃料ガスパイプ40の先端部と空気ノズル31との間に隙間が生じるため、空気ノズル31内において循環流を発生させることができる。 In the above embodiment, an example was described in which a wall portion 42 is formed to surround the second nozzle 43, but a wall portion 42 may not be formed. Even in this case, a gap equal to the thickness of the fuel gas pipe 40 is created between the fuel gas ejected downward from the second nozzle 43 and the tip of the fuel gas pipe 40 and the air nozzle 31, making it possible to generate a circulating flow within the air nozzle 31.
上記実施の形態におけるボイラ1は、燃料がガス(気体燃料)である場合について説明した。この気体燃料は、例えば、天然ガス、水素ガス、石炭ガスなど気体化している燃料であればこれに限られない。また、ボイラ1に用いられる燃料は、気体燃料に限らず、液体燃料であってもよい。 In the above embodiment, the boiler 1 has been described as using gas (gaseous fuel) as fuel. This gaseous fuel is not limited to this, and can be any gasified fuel, such as natural gas, hydrogen gas, or coal gas. Furthermore, the fuel used in the boiler 1 is not limited to gaseous fuel, and may also be liquid fuel.
上記実施の形態におけるボイラ1では、直径が異なる3つの筒部(第1筒部10、第2筒部20、第3筒部30)の間に第1空気流路51、第2空気流路52、燃料ガス流路53を形成する例について説明したが、これに限らず、第1空気流路51、第2空気流路52、燃料ガス流路53は、流路毎に対応して設けられる専用の管(パイプ)やダクトなどにより形成されるものであってもよい。 In the boiler 1 in the above embodiment, an example was described in which the first air flow path 51, the second air flow path 52, and the fuel gas flow path 53 are formed between three cylindrical sections (first cylindrical section 10, second cylindrical section 20, and third cylindrical section 30) of different diameters. However, this is not limited to this, and the first air flow path 51, the second air flow path 52, and the fuel gas flow path 53 may be formed by dedicated pipes or ducts provided corresponding to each flow path.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered in all respects to be illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims, not the above description, and is intended to include all modifications that are equivalent in meaning to and within the scope of the claims.
1 ボイラ
2 ガスバーナ
3 缶体
4 水管
4a 内側水管
4b 外側水管
4a´ 内側縦ヒレ
4b´ 外側縦ヒレ
5 下部ヘッダ
6 上部ヘッダ
7 排気通路
8 燃焼室
9 燃焼ガス通路
10 第1筒部
11 パイロットバーナ
12 第1蓋部
13 開口部
14 多孔
20 第2筒部
21 貫通孔
22 第2蓋部
30 第3筒部
31 空気ノズル
32 連通孔
33 第1噴出口
40 燃料ガスパイプ
41 第2貫通孔
42 壁部
43 第2噴出口
51 第1空気流路
52 第2空気流路
53 燃料ガス流路
61 給水ライン
62 蒸気供給管
63 給水ポンプ
64 逆止弁
REFERENCE SIGNS LIST 1 Boiler 2 Gas burner 3 Boiler body 4 Water tube 4a Inner water tube 4b Outer water tube 4a' Inner vertical fin 4b' Outer vertical fin 5 Lower header 6 Upper header 7 Exhaust passage 8 Combustion chamber 9 Combustion gas passage 10 First cylindrical portion 11 Pilot burner 12 First lid portion
13 Opening 14 Perforation 20 Second cylindrical portion 21 Through hole 22 Second cover portion 30 Third cylindrical portion 31 Air nozzle 32 Communication hole 33 First outlet 40 Fuel gas pipe 41 Second through hole 42 Wall portion 43 Second outlet 51 First air flow path 52 Second air flow path 53 Fuel gas flow path 61 Water supply line 62 Steam supply pipe 63 Water supply pump 64 Check valve
Claims (2)
前記第1空気流路を囲むように燃焼用空気が供給され、先端に複数の空気ノズルを備えた第2空気流路と、
前記第1空気流路と前記第2空気流路の間に燃料ガスが供給される燃料ガス流路と、
前記燃料ガス流路と前記第2空気流路との連通部から前記空気ノズルに延びる燃料ガスパイプと、を備え、
前記燃料ガスパイプの噴出口は、前記空気ノズルの噴出口よりも上流側に位置し、
前記燃料ガスパイプには、当該燃料ガスパイプの噴出口に至るまでの間において貫通孔が設けられている、バーナ。 a first air flow path through which combustion air flows;
a second air flow path to which combustion air is supplied so as to surround the first air flow path and which has a plurality of air nozzles at its tip;
a fuel gas flow path through which fuel gas is supplied between the first air flow path and the second air flow path;
a fuel gas pipe extending from a communication portion between the fuel gas flow path and the second air flow path to the air nozzle,
an outlet of the fuel gas pipe is located upstream of an outlet of the air nozzle ;
The burner , wherein the fuel gas pipe is provided with a through hole at a portion leading to the fuel gas pipe outlet .
前記貫通孔は、前記空気ノズルの内面と対向する位置に設けられている、請求項1に記載のバーナ。 the air nozzle is a portion of the second air flow path that has a smaller cross-sectional area than a portion of the second air flow path leading to the air nozzle,
The burner according to claim 1 , wherein the through-hole is provided at a position facing an inner surface of the air nozzle.
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