JP2002323206A - Swirl combustion device - Google Patents

Swirl combustion device

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JP2002323206A
JP2002323206A JP2001128672A JP2001128672A JP2002323206A JP 2002323206 A JP2002323206 A JP 2002323206A JP 2001128672 A JP2001128672 A JP 2001128672A JP 2001128672 A JP2001128672 A JP 2001128672A JP 2002323206 A JP2002323206 A JP 2002323206A
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Hayashi Sha
林 謝
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a swirl combustion device, in which a higher space heat generation rate is achieved and the generation of NOx is low by applying an improvement to a swing combustion device. SOLUTION: An outer peripheral wall 2 and an inner peripheral wall 3 are cylindrical, and the inner peripheral wall 3 is concentrically arranged inside the outer peripheral wall 2. A plurality of burner holes 9 are provided on the inner peripheral wall 3. Thin (mixed) gas is jetted from the burner holes 9 to form a swirl flame. At the center of a bottom plate 4, burner holes 22 for high concentration gas are provided on la surface and an object 21 containing a low concentration gas jet pipe 26 is provided. High concentration (excessively high) gas, jetted to a combustion chamber 10 from the burner holes 22 for high concentration gas, is mixed with a the burnt gas to be completely burnt due to the swirling force of the burnt gas generated by the combustion of the thin (mixed) gas and the jetting force of low concentration gas from the jet pipe 26 for low concentration gas, so that the space heat generation rate is high. At this time, the high concentration (excessively high) gas is diluted by the burnt gas, so that the production of NOx is suppressed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼器に関するも
のであり、特に燃焼室内に予め空気と燃料を混合した混
合ガスを噴射して旋回流を発生させる旋回燃焼器に関す
るものである。本発明の燃焼器は、給湯器やボイラーと
いった熱源を要するあらゆる装置に活用することができ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a combustor, and more particularly to a swirl combustor for generating a swirling flow by injecting a mixed gas of air and fuel in advance into a combustion chamber. INDUSTRIAL APPLICABILITY The combustor of the present invention can be used for any device requiring a heat source, such as a water heater or a boiler.
【0002】[0002]
【従来の技術】高い空間発熱率を有する燃焼手段の一つ
として、旋回燃焼器が知られている(特許第28638
41号)。旋回燃焼器とは、筒状の燃焼室を使用し、こ
の燃焼室内に空気と燃料との混合ガスを噴射して内部に
旋回流を発生させるものである。
2. Description of the Related Art A swirl combustor is known as one of combustion means having a high space heat generation rate (Japanese Patent No. 28638).
No. 41). The swirling combustor uses a cylindrical combustion chamber, and injects a mixed gas of air and fuel into the combustion chamber to generate a swirling flow therein.
【0003】図12は、従来技術の旋回燃焼器の概念図
である。旋回燃焼器101では、円筒形の燃焼室102
を使用し、この燃焼室102に対して接線方向に空気と
燃料との混合ガスを噴射する。この混合ガスは、燃焼室
102内で旋回流を形成する。燃焼室102内では、円
筒状の旋回火炎が発生する。また既燃焼ガスは、旋回し
ながら開口103から外部に排出される。
FIG. 12 is a conceptual diagram of a conventional swirl combustor. In the swirl combustor 101, a cylindrical combustion chamber 102
Is used to inject a gas mixture of air and fuel tangentially to the combustion chamber 102. This mixed gas forms a swirling flow in the combustion chamber 102. Inside the combustion chamber 102, a cylindrical swirling flame is generated. The burned gas is discharged to the outside from the opening 103 while turning.
【0004】旋回燃焼器101は、開口103から大気
中に直接的に混合ガスを噴射させる通常の燃焼方式に比
べて、格段に高い空間発熱率を発揮する。そのため給湯
器等の装置の小形化が可能である。また旋回燃焼器10
1は、強い旋回流を利用して燃焼を行うので、燃料を希
薄な状態で燃焼させることができる。そのため火炎の温
度を低下させることが可能であり、排出されるNO
x (窒素酸化物)の低減が可能である。さらに通常の燃
焼器に比べて燃焼量絞り比(T.D.R)を広くとるこ
とができるという利点がある。
[0004] The swirl combustor 101 exhibits a much higher spatial heat generation rate than a normal combustion system in which a mixed gas is directly injected into the atmosphere from the opening 103. Therefore, it is possible to reduce the size of a device such as a water heater. The swirl combustor 10
1 performs combustion using a strong swirling flow, so that fuel can be burned in a lean state. Therefore, the temperature of the flame can be reduced, and the NO
x (nitrogen oxides) can be reduced. Further, there is an advantage that a combustion amount throttling ratio (TDR) can be made wider than that of a normal combustor.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】旋回燃焼器101は、
前記した様に、通常の燃焼方式に比べて、格段に高い空
間発熱率を発揮する。しかしながら産業界においては、
さらに高い空間発熱率を求める声がある。また燃焼によ
るNOx の発生を現状よりもさらに抑制したいという産
業上の要求がある。さらに常に安定して燃料を完全燃焼
し、NOx を低減するために、燃料の濃度や流量を規定
する燃焼量制御手段が必要とされている。そこで本発明
は、これらの要求に応えるため、旋回燃焼器に改良を加
え、より高い空間発熱率を発揮すると共に、NOx の発
生がより少ない旋回燃焼器の提供を課題とするものであ
る。
The swirling combustor 101 has the following features.
As described above, a significantly higher spatial heat generation rate is achieved as compared with a normal combustion method. However, in industry,
There are voices calling for even higher spatial heat rates. In addition, there is an industrial demand to further suppress the generation of NO x due to combustion as compared with the current situation. Further, in order to constantly and completely burn the fuel and reduce NO x , there is a need for combustion amount control means for regulating the concentration and flow rate of the fuel. The present invention, in order to meet these requirements, an improvement over the swirl combustor, exhibit higher spatial heat rate, it is an object of the present invention to provide a less swirl combustor generation of the NO x is.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】前記した様に、産業界に
はNOx の発生を、現状よりもさらに抑制したいという
要求がある。そこで本発明者は、NOx が発生する原理
に立ち返って検討を行なった。燃焼装置においてNOx
が発生するのは、火炎において空気中の窒素と酸素が燃
焼反応を通して結合するためである。ここで従来から行
なわれていた、NOx を低減するための方策は、燃料を
希薄な状態で燃焼させて火炎の温度を低下させ、NOx
生成反応を抑制するものである。その結果、NOx の発
生は少ないものとなったが、薄い混合ガスを使用するた
め、燃焼室内の単位空間当たりの燃焼反応による熱発生
率が減少し、旋回燃焼器の本来の特質たる高空間発熱率
を十分に発揮することができないという弊害が生じてい
た。
As mentioned above SUMMARY OF THE INVENTION The generation of the NO x in the industry, there is a demand for further suppressed than the current. Therefore, the present inventor conducted a study by returning to the principle of generating NO x . NO x in the combustion device
Occurs because nitrogen and oxygen in the air are combined through a combustion reaction in the flame. Here has been conventionally performed, measures to reduce the NO x, the fuel is combusted in a lean state by lowering the temperature of the flame, NO x
It suppresses the production reaction. As a result, the generation of NO x was reduced, but the use of a thin gas mixture reduced the rate of heat generation due to the combustion reaction per unit space in the combustion chamber. There has been an adverse effect that the heat generation rate cannot be sufficiently exhibited.
【0007】すなわち従来技術の旋回燃焼器では、混合
ガス中の燃料濃度が低いが故に、急激な発熱を伴う燃焼
反応は旋回火炎面でほぼ完了して、旋回燃焼器の中心部
分からは熱が発生していない。そこで本発明者らは、旋
回燃焼器の中心に近い部分からも熱を発生させ、空間発
熱率を向上させることを考えた。またNOx について
は、従来とは異なる原理に基づいて低減を図ることとし
た。
That is, in the swirl combustor of the prior art, because the fuel concentration in the mixed gas is low, the combustion reaction accompanied by rapid heat generation is almost completed on the swirl flame surface, and heat is generated from the center of the swirl combustor. Has not occurred. Then, the present inventors considered generating heat from a portion near the center of the swirl combustor to improve the space heat generation rate. For also NO x, it was decided to reduce based on a different principle from the conventional.
【0008】そして上記した構想に基づいて完成された
請求項1に記載の発明は、一端が開放された燃焼室を有
し、該燃焼室内に空気と燃料を所定の割合で混合した第
1混合ガスを噴射して燃焼室内で混合ガスの旋回流を発
生させ、さらに燃焼室の内壁を離れた位置に、空気と燃
料とを先の第1混合ガスとは異なる割合で混合した第2
混合ガスおよび前記2種の混合ガスよりも燃料濃度の低
い低濃度ガスが噴射されることを特徴とする旋回燃焼器
である。
The invention according to claim 1, which is completed based on the above concept, comprises a combustion chamber having one end opened, and a first mixing chamber in which air and fuel are mixed at a predetermined ratio in the combustion chamber. Injecting the gas to generate a swirling flow of the mixed gas in the combustion chamber, and further mixing air and fuel at a position different from the inner wall of the combustion chamber at a different ratio from the first mixed gas.
A swirl combustor characterized in that a mixed gas and a low-concentration gas having a lower fuel concentration than the two types of mixed gas are injected.
【0009】請求項2に記載の発明は、第2混合ガスは
第1混合ガスよりも燃料濃度が高いことを特徴とする請
求項1に記載の旋回燃焼器である。
The invention according to claim 2 is the swirl combustor according to claim 1, wherein the second mixed gas has a higher fuel concentration than the first mixed gas.
【0010】本発明の旋回燃焼器では、燃焼室の中心側
に、前記第2混合ガスが噴射される。そのため旋回流の
中心部においても火炎が発生し、発熱する。また第2混
合ガスは、旋回火炎に巻き込まれて燃焼するので、第2
混合ガスは既燃ガス成分たるCO2 ,H2 O等とも混合
しながら燃焼することとなる。そのため第2混合ガスの
燃焼領域においては既燃成分の希釈により火炎温度が低
下する。すなわち本発明の旋回燃焼器では、旋回火炎又
は燃焼ガスに含まれる既燃ガス成分の希釈効果により、
第2混合ガスの燃焼反応によるNOx の生成が著しく減
少する。つまり既燃ガスのEGR効果(Exhaust Gas Rec
irculation) によってNOx の生成量を顕著に減少する
ことができる。さらに、第2混合ガスは第1混合ガスの
燃焼により発生する既燃ガスに比べ低温であるため密度
が既燃ガスよりも高く、この密度差と既燃ガスの持つ旋
回力に起因して第2混合ガスと既燃ガスの混合が促進さ
れ効果的に燃焼される。
[0010] In the swirl combustor of the present invention, the second mixed gas is injected toward the center of the combustion chamber. Therefore, a flame is generated also in the central portion of the swirling flow and generates heat. Also, the second mixed gas is caught in the swirling flame and burns,
The mixed gas burns while being mixed with the burned gas components such as CO 2 and H 2 O. Therefore, in the combustion region of the second mixed gas, the flame temperature decreases due to dilution of the burned component. That is, in the swirl combustor of the present invention, by the effect of diluting the burned gas component contained in the swirl flame or the combustion gas,
Generation of the NO x by the combustion reaction in the second mixed gas is significantly reduced. In other words, the EGR effect (Exhaust Gas Rec
irculation) can significantly reduce the amount of NO x produced. Further, since the second mixed gas has a lower temperature than the burned gas generated by the combustion of the first mixed gas, its density is higher than that of the burned gas. The mixture of the two mixed gases and the burned gas is promoted, and the combustion is effectively performed.
【0011】請求項3に記載の発明は、第1混合ガスは
空気過剰率が1以上であり、第2混合ガスは空気過剰率
が0以上1未満であることを特徴とする請求項1又は2
に記載の旋回燃焼器である。
According to a third aspect of the present invention, the first mixed gas has an excess air ratio of 1 or more, and the second mixed gas has an excess air ratio of 0 or more and less than 1. 2
2. The swirl combustor according to 1.
【0012】本発明の旋回燃焼器では、第2混合ガス
は、空気過剰率が0以上1未満である。ここで空気過剰
率とは燃料ガス中に含まれる空気の割合を示すものであ
る。空気過剰率が1.0であればガス中に当該燃料がち
ょうど完全燃焼し得るだけの空気が含有されており、
1.0未満のときはガス中に含まれる空気量が完全燃焼
するのに必要な量より少ない。また、空気過剰率が1.
0より大きい場合はガスの完全燃焼に必要な空気量以上
の空気が含有されている場合である。よって高濃度ガス
は、燃料そのもの、あるいは空気が不足した状態の混合
ガスである。本発明者の実験によると、第1混合ガスの
燃焼により発生した既燃ガスの旋回流の中に空気が不足
状態の第2混合ガスを噴射すると、NOx の発生量が減
少した。この理由として、第2混合ガスが燃焼して還元
成分を発生しその還元成分により形成された還元性雰囲
気において旋回火炎で生成したNOx を還元し、NO x
排出濃度を減少させたことが考えられる。
In the swirl combustor of the present invention, the second mixed gas
The excess air ratio is 0 or more and less than 1. Where there is excess air
The rate indicates the proportion of air contained in the fuel gas.
You. If the excess air ratio is 1.0, the fuel tends to be in the gas.
It contains enough air to burn completely,
When less than 1.0, the amount of air contained in the gas is complete combustion
Less than needed to do. In addition, the excess air ratio is 1.
If it is greater than 0, it is more than the amount of air required for complete gas combustion
This is the case when air is contained. Therefore high concentration gas
Is the mixture of fuel itself or air shortage
Gas. According to the experiment of the inventor, the first mixed gas
Insufficient air in swirling flow of burned gas generated by combustion
When the second mixed gas in the state is injected, NOxReduces the amount of
A little. The reason for this is that the second mixed gas burns and reduces
Atmosphere generated by the components and the reducing atmosphere formed by the reducing components
NO generated by swirling flame in airxAnd NO x
It is probable that the emission concentration was reduced.
【0013】請求項4に記載の発明は、低濃度ガスには
燃料が全く含まれていないことを特徴とする請求項1乃
至3のいずれかに記載の旋回燃焼器である。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the swirl combustor according to any one of the first to third aspects, wherein the low-concentration gas contains no fuel.
【0014】請求項5に記載の発明は、低濃度ガスは旋
回流の中心部に向かって噴射され、第2混合ガスはその
周囲から噴射されることを特徴とする請求項1乃至4の
いずれかに記載の旋回燃焼器である。
The invention according to claim 5 is characterized in that the low-concentration gas is injected toward the center of the swirling flow, and the second mixed gas is injected from the periphery thereof. A swirl combustor as described in
【0015】第1混合ガスの燃焼により発生した既燃ガ
スの旋回流の中心部は旋回力が弱いため、第2混合ガス
と既燃ガスは旋回流の中心部では混合が不十分であり、
燃料ガスの燃焼は不完全となりやすい。しかし旋回流の
中心部に向かって低濃度ガスを噴射すると、旋回力の弱
い旋回流の中心部分においても低濃度ガスの噴射力によ
り既燃ガスと第2混合ガスの混合が促進され、燃料ガス
が完全燃焼される。また、低濃度ガスは燃料を全く含ま
ない、すなわち空気であってもよい。
Since the swirling force at the center of the swirling flow of the burned gas generated by the combustion of the first mixed gas is weak, the mixing of the second mixed gas and the burned gas is insufficient at the center of the swirling flow.
Fuel gas combustion tends to be incomplete. However, when the low-concentration gas is injected toward the center of the swirl flow, the mixing of the burned gas and the second mixed gas is promoted by the injection force of the low-concentration gas even at the center of the swirl flow having a weak swirl force, and Is completely burned. The low-concentration gas may contain no fuel, that is, may be air.
【0016】請求項6に記載の発明は、旋回流の中心部
に、旋回流によって生じる負圧領域の一部または全部を
占める占居物が設けられ、低濃度ガスは当該占居物の頂
部又はその近傍から噴射されることを特徴とする請求項
1乃至5のいずれかに記載の旋回燃焼器である。
According to a sixth aspect of the present invention, an occupant occupying a part or the entirety of a negative pressure region generated by the swirling flow is provided at the center of the swirling flow, and the low-concentration gas is supplied to the top of the occupying material. The swirl combustor according to any one of claims 1 to 5, wherein the fuel is injected from the vicinity thereof.
【0017】前述した請求項1乃至5に記載の発明によ
って、一定空間での熱発生率を増加させると同時に、既
燃ガスの希釈効果によってNOx 生成量を低減すること
ができた。しかしながら、既燃ガスの旋回流の勢いが強
い場合では、燃焼室の下流から循環流による逆流が生
じ、その逆流の影響を受けて、第2混合ガスが燃焼して
形成した拡散火炎は不安定になりやすく、更に燃焼室内
の燃焼場全体が不安定となるという問題点が生じた。請
求項6に記載の発明は、この問題に対処するものであ
り、燃焼室内の旋回流の中心部に、旋回流によって生じ
る負圧領域の一部または全部を占める占拠物が設けられ
ているので、燃焼室の半径方向の圧力勾配を小さくする
ことができ、旋回火炎面が燃焼室内で半径方向の圧力勾
配の影響で収縮することが防止されて逆流が阻止され、
旋回火炎が安定する。
[0017] By the invention described in claims 1 to 5 described above, at the same time increasing the heat generation rate at a constant space, it was possible to reduce the NO x generation amount by the dilution effect of the burned gas. However, in the case where the swirling flow of the burned gas is strong, a backflow occurs due to the circulating flow from the downstream of the combustion chamber, and under the influence of the backflow, the diffusion flame formed by burning the second mixed gas is unstable. And the whole combustion field in the combustion chamber becomes unstable. The invention according to claim 6 addresses this problem, and an occupation material occupying a part or the entirety of the negative pressure region generated by the swirling flow is provided at the center of the swirling flow in the combustion chamber. The pressure gradient in the radial direction of the combustion chamber can be reduced, and the swirling flame surface is prevented from contracting under the influence of the pressure gradient in the radial direction in the combustion chamber, thereby preventing the backflow.
Swirl flame stabilizes.
【0018】また低濃度ガスが当該占拠物の頂部または
その近傍から噴射されるため、既燃ガスの旋回流の中心
近傍に低濃度ガスが噴射され、既燃ガスと第2混合ガス
の混合が促進され、燃料ガスは完全燃焼される。また、
占拠物近傍は高温であるが、低濃度ガスにより占拠物お
よびその近傍が冷却されるため占拠物の耐熱性の向上お
よびNOx の低減が図られる。
Further, since the low-concentration gas is injected from the top of the occupation material or from the vicinity thereof, the low-concentration gas is injected near the center of the swirling flow of the burnt gas, and the mixture of the burnt gas and the second mixed gas is mixed. It is promoted and the fuel gas is completely burned. Also,
Occupation thereof vicinity is a high temperature, occupancy was purified by low concentration gas and reduction of increase and NO x of the heat resistance of the occupation thereof for the vicinity thereof are cooled is achieved.
【0019】請求項7に記載の発明は、第1混合ガスと
第2混合ガスと低濃度ガスは、空気の総量及び空気の分
配比が一定であり、低濃度ガスおよび第1混合ガスある
いは第2混合ガスの一方の混合ガスの燃料の量が一定で
あり、前記他方の燃料の量が変更可能である請求項1乃
至6のいずれかに記載の旋回燃焼器に関するものであ
る。
According to a seventh aspect of the present invention, the first mixed gas, the second mixed gas and the low-concentration gas have a constant amount of air and a constant distribution ratio of air, and the low-concentration gas and the first mixed gas or the low-concentration gas have a constant distribution ratio. The swirl combustor according to any one of claims 1 to 6, wherein the amount of fuel of one of the two mixed gases is constant, and the amount of the other fuel is changeable.
【0020】本発明によれば燃焼器の正常燃焼範囲内に
おいて燃焼器に要求される燃焼量に応じた濃度または流
量で燃料ガスを供給できるため、常に安定して燃料を完
全燃焼し、NOx の排出量を低減することができる。
[0020] Since the fuel gas can be supplied at a concentration or flow rate according to the combustion amount required for combustion in the normal combustion range according Invite combustor present invention, constantly stable fuel completely burned, NO x Emissions can be reduced.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下さらに本発明の実施形態につ
いて説明する。 (第1実施形態)図1は本実施形態における旋回燃焼器
の概念図である。図1において1は本実施形態の旋回燃
焼器であり、旋回燃焼器1は円筒形の外周壁2を有し、
その内部に円筒状の内周壁3が設置されており、外周壁
2の底板4の中央部に貫通孔が設けられ高濃度ガス供給
口5を形成している。また、高濃度ガス供給口5と略同
心でパイプが挿通され低濃度ガス供給管6が形成されて
いる。
Embodiments of the present invention will be described below. (First Embodiment) FIG. 1 is a conceptual diagram of a swirl combustor according to the present embodiment. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a swirl combustor of the present embodiment. The swirl combustor 1 has a cylindrical outer peripheral wall 2,
A cylindrical inner peripheral wall 3 is installed therein, and a through hole is provided in a central portion of the bottom plate 4 of the outer peripheral wall 2 to form a high-concentration gas supply port 5. A pipe is inserted substantially concentrically with the high concentration gas supply port 5 to form a low concentration gas supply pipe 6.
【0022】順次説明すると、外周壁2と内周壁3は共
に円筒形であり外周壁2の内側に内周壁3が同心状に配
されている。また、両者の先端側はフランジ7によって
閉塞されており、内部に混合ガス供給部8が形成されて
いる。内周壁4には母線方向および円周方向に等間隔で
図1に示すように内周壁3が切り起こされた炎孔9が複
数設けられている。内周壁3のガス上流側の端部には底
板4が設けられ、内周壁3と底板4により燃焼室10を
形成している。また底板4の中心には図1(b)のよう
に外周壁2と同心円状に貫通孔11が設けられ高濃度ガ
ス流入口5を構成している。さらに高濃度ガス流入口5
と略同心で高濃度ガス流入口5より半径の小さな低濃度
ガス供給管6が挿通されている。ただし、図1(c)の
ように貫通孔11に貫通孔11と同径の低濃度ガス供給
管6が挿通され、底板4の低濃度ガス供給管6近傍に高
濃度ガス供給口5が複数設けられた構造であってもよ
い。
The outer peripheral wall 2 and the inner peripheral wall 3 are both cylindrical, and the inner peripheral wall 3 is arranged concentrically inside the outer peripheral wall 2. Both ends are closed by a flange 7, and a mixed gas supply unit 8 is formed inside. As shown in FIG. 1, the inner peripheral wall 4 is provided with a plurality of flame holes 9 formed by cutting and raising the inner peripheral wall 3 at equal intervals in the generatrix direction and the circumferential direction. A bottom plate 4 is provided at an end of the inner peripheral wall 3 on the gas upstream side, and a combustion chamber 10 is formed by the inner peripheral wall 3 and the bottom plate 4. In addition, a through hole 11 is provided at the center of the bottom plate 4 concentrically with the outer peripheral wall 2 as shown in FIG. Further high-concentration gas inlet 5
A low-concentration gas supply pipe 6 having a smaller radius than the high-concentration gas inlet 5 and being substantially concentric therewith is inserted. However, as shown in FIG. 1C, a low-concentration gas supply pipe 6 having the same diameter as the through-hole 11 is inserted through the through-hole 11, and a plurality of high-concentration gas supply ports 5 are provided near the low-concentration gas supply pipe 6 on the bottom plate 4. The structure provided may be sufficient.
【0023】続いて本実施形態の旋回燃焼器1の作用に
ついて説明する。本実施形態の旋回燃焼器1では濃度の
異なる3種類のガスが使用される。すなわち本実施形態
では過濃(高濃度)ガス、希薄(混合)ガス、低濃度ガ
ス(空気)の3種類のガスが使用される。ここで過濃
(高濃度)ガスは空気過剰率が0以上1未満であり、特
に本実施形態では空気量が燃焼可能範囲未満のガスが使
用されている。また、希薄(混合)ガスは空気含有量が
過濃(高濃度)ガスより多く、低濃度ガスは空気過剰率
が少なくとも1を越えたガスであり本実施形態では特に
燃料を全く含まない、すなわち空気が使用されている。
Next, the operation of the swirl combustor 1 of the present embodiment will be described. In the swirl combustor 1 of the present embodiment, three types of gases having different concentrations are used. That is, in the present embodiment, three types of gases are used: an over-concentrated (high-concentration) gas, a lean (mixed) gas, and a low-concentration gas (air). Here, the rich (highly concentrated) gas has an excess air ratio of 0 or more and less than 1, and particularly in the present embodiment, a gas whose air amount is less than a combustible range is used. In addition, the lean (mixed) gas has a higher air content than the rich (high concentration) gas, and the low concentration gas is a gas having an excess air ratio of at least 1 and does not particularly contain any fuel in the present embodiment. Air is used.
【0024】まず、希薄(混合)ガスは混合ガス供給部
8に供給され、内周壁3に複数設けられた炎孔9より接
線方向に噴出して旋回流を発生し、内周壁3の接線方向
に旋回火炎を形成する。希薄(混合)ガスは旋回火炎と
なって燃焼し、旋回火炎面の内部では高温の既燃ガスの
旋回流が発生する。そして本実施形態に特有の構成・作
用として、燃焼室10の底板4に設けられた高濃度ガス
供給口5から空気過剰率が1未満の過濃(高濃度)ガス
が、また低濃度ガス供給管6より低濃度ガス(空気)が
それぞれ燃焼室7に噴射される。ここで高濃度ガス供給
口5および低濃度ガス供給管6は、燃焼室10の底板4
の略中央部に設けられているため、過濃(高濃度)ガス
および低濃度ガス(空気)は、前記した旋回火炎の略中
心部に、軸方向に噴射されることとなる。特に低濃度ガ
ス(空気)は燃焼室10内の底板4より離れた位置へ噴
射される。本実施例においては低濃度ガス供給管6が底
板4より突き出しており、燃焼室10の中央部に当該低
濃度ガス供給管6より低濃度ガス(空気)が噴射され
る。これは過濃(高濃度)ガスが既燃ガスと混合する以
前に低濃度ガス(空気)と混合し、高温の火炎を伴い多
量のNOx が排出しながら燃焼するのを防止するためで
ある。
First, the lean (mixed) gas is supplied to the mixed gas supply section 8 and is spouted tangentially from a plurality of flame holes 9 provided on the inner peripheral wall 3 to generate a swirling flow. To form a swirling flame. The lean (mixed) gas burns as a swirling flame, and a swirling flow of high-temperature burned gas is generated inside the swirling flame surface. As a specific configuration and operation of the present embodiment, an excess (high concentration) gas with an excess air ratio of less than 1 is supplied from a high concentration gas supply port 5 provided in the bottom plate 4 of the combustion chamber 10, and a low concentration gas is supplied. Low-concentration gas (air) is injected into the combustion chamber 7 from the pipe 6. Here, the high concentration gas supply port 5 and the low concentration gas supply pipe 6 are connected to the bottom plate 4 of the combustion chamber 10.
Is provided at substantially the center of the swirl flame, and the rich (high concentration) gas and the low concentration gas (air) are injected in the axial direction substantially at the center of the swirling flame. In particular, the low concentration gas (air) is injected into the combustion chamber 10 at a position away from the bottom plate 4. In the present embodiment, the low-concentration gas supply pipe 6 protrudes from the bottom plate 4, and the low-concentration gas (air) is injected from the low-concentration gas supply pipe 6 into the center of the combustion chamber 10. This is because the rich (high concentration) gas is mixed with the low-concentration gas (air) prior to mixing with burnt gas, a large amount of the NO x with a high-temperature flame is prevented from burning while discharging .
【0025】旋回火炎の中心部に噴射された過濃(高濃
度)ガスは、温度が低いためにその密度が旋回流中の高
温既燃ガスの密度より大きい。そのため過濃(高濃度)
ガスは、燃焼室10の中心部から外周方向へ旋回しなが
ら密度差によって拡散する。また旋回流の中心付近にお
いては旋回火炎に起因する旋回力は非常に弱く、当該旋
回流のみでは既燃ガスと過濃(高濃度)ガスの混合は不
十分であるが、低濃度ガス供給管6より低濃度ガス(空
気)が旋回流の中心付近に噴射されるため、この近傍に
おいても過濃(高濃度)ガスの拡散が促進される。過濃
(高濃度)ガスは密度差に起因する拡散効果に加えて低
濃度ガス(空気)の噴射に起因する拡散効果が生じるこ
とによって、既燃ガスの成分と速やかに混合しながら燃
焼する。
Since the temperature of the rich (highly concentrated) gas injected into the center of the swirling flame is low, its density is higher than that of the high-temperature burned gas in the swirling flow. Because of that, it is too concentrated (high concentration)
The gas diffuses due to the difference in density while swirling from the center of the combustion chamber 10 to the outer periphery. In the vicinity of the center of the swirling flow, the swirling force caused by the swirling flame is extremely weak, and the mixing of the burned gas and the rich (highly concentrated) gas is insufficient with the swirling flow alone. Since the low-concentration gas (air) is injected near the center of the swirling flow, the diffusion of the over-concentration (high-concentration) gas is promoted also in this vicinity. The over-concentrated (highly-concentrated) gas burns while rapidly mixing with the components of the burned gas by causing the diffusion effect due to the injection of the low-concentration gas (air) in addition to the diffusion effect due to the density difference.
【0026】ここで過濃(高濃度)ガスの燃焼において
は希薄(混合)ガスが燃焼して生成した既燃ガスに、酸
素が多く残留しているため、過濃(高濃度)ガスの濃度
及び流量を適当に制御することによって、過濃(高濃
度)ガスは完全燃焼し、未燃成分の発生が非常に少な
い。すなわち本実施形態の旋回燃焼器1においては、希
薄(混合)ガスから発生した既燃ガスに残留する酸素に
よって過濃(高濃度)ガスが完全燃焼される。図2は第
1実施形態および従来の旋回燃焼器における未燃成分の
排出限界を示すグラフであり、従来の燃焼器に比べて本
実施形態の旋回燃焼器の方が旋回燃焼器1の過濃側(高
濃度側)及び希薄側(混合ガス側)において未燃成分の
排出限界領域は広い。すなわち本実施形態の旋回燃焼器
の方が従来に比べて未燃成分の発生が非常に少なく、設
定可能な燃焼条件の範囲が広い。本実施形態の旋回燃焼
器1は、過濃(高濃度)ガスを噴射しない従来の場合と
比べて、限られた燃焼室10の空間内でより多くの燃料
を完全燃焼させることができ、単位時間・単位空間の熱
発生量の増加によって、同熱発生量の燃焼器をよりコン
パクトにすることができる。
Here, in the combustion of the rich (high concentration) gas, since a large amount of oxygen remains in the burned gas generated by burning the lean (mixture) gas, the concentration of the rich (high concentration) gas By properly controlling the flow rate and the flow rate, the rich (high concentration) gas is completely burned, and the generation of unburned components is very small. That is, in the swirl combustor 1 of the present embodiment, the rich (high concentration) gas is completely burned by the oxygen remaining in the burned gas generated from the lean (mixed) gas. FIG. 2 is a graph showing the emission limit of unburned components in the first embodiment and the conventional swirl combustor. The swirl combustor according to the present embodiment is more concentrated in the swirl combustor 1 than the conventional combustor. The emission limit area of unburned components is wide on the side (high concentration side) and on the lean side (mixed gas side). That is, the swirl combustor of the present embodiment generates much less unburned components than the conventional one, and the range of settable combustion conditions is wider. The swirl combustor 1 of the present embodiment can completely burn more fuel in a limited space of the combustion chamber 10 as compared with the conventional case in which no rich (high concentration) gas is injected, and By increasing the amount of heat generated per unit time and space, a combustor having the same amount of heat generated can be made more compact.
【0027】また実験によると、本実施形態の旋回燃焼
器1は、NOx の発生量が少ないものであることが分か
った。この理由は、本実施形態の旋回燃焼器1において
は、過濃(高濃度)ガスは、旋回流の中で拡散効果によ
って残留酸素以外の既燃ガス成分CO2 ,H2 Oなどと
も混合しながら燃焼するため、これらの既燃ガス成分の
希釈効果によりその燃焼反応によるNOx の生成が抑制
されるからであると予想される。つまり既燃ガスのEG
R効果によってNOx の生成量を顕著に減少することが
できたと考えられる。また本実施形態の旋回燃焼器で
は、一旦旋回火炎において生成されたNOx が、過濃
(高濃度)ガスの燃焼によって形成された還元性雰囲気
において窒素と酸素に還元されるのではないかと予想さ
れる。
Further Experiments, swirl combustor 1 of the present embodiment has been found to be those generated amount of the NO x is small. The reason is that in the swirl combustor 1 of the present embodiment, the rich (highly concentrated) gas is also mixed with the burned gas components CO 2 and H 2 O other than residual oxygen by the diffusion effect in the swirl flow. for burning while the generation of the NO x by the combustion reaction by dilution effect of these burnt gas components are expected to is thereby inhibited. That is, the EG of the burned gas
It is considered that the amount of NO x produced could be significantly reduced by the R effect. The turning combustor of this embodiment also, once expected NO x generated in the swirling flame, that it would be being reduced to nitrogen and oxygen in the rich (high concentration) reducing atmosphere formed by the combustion of the gas Is done.
【0028】また本実施形態では、過濃(高濃度)ガス
は空気混入率が低く、混合された空気量は燃焼可能範囲
未満である。このように過濃(高濃度)ガスの濃度を高
く設定した理由は、逆火を防止するためである。すなわ
ち燃焼室10の底板4付近は高温の既燃ガスにさらされ
て加熱されるので、過濃(高濃度)ガスの流量が小さい
時に、上流への逆火が発生しやすい。そこで本実施形態
では、過濃(高濃度)ガスの空気過剰率を通常条件で燃
焼可能範囲の空気過剰率よりも小さくすることによっ
て、その逆火を防ぐこととした。
Further, in this embodiment, the enriched (highly concentrated) gas has a low air mixing ratio, and the mixed air amount is less than the combustible range. The reason why the concentration of the over-concentrated (high-concentration) gas is set high is to prevent flashback. That is, since the vicinity of the bottom plate 4 of the combustion chamber 10 is exposed to the high temperature burned gas and heated, when the flow rate of the rich (high concentration) gas is small, a flashback upstream is likely to occur. Therefore, in the present embodiment, the flashback is prevented by setting the excess air ratio of the rich (highly concentrated) gas to be smaller than the excess air ratio in the combustible range under normal conditions.
【0029】(第2実施形態)前記した第1実施形態の
旋回燃焼器1は希薄(混合)ガスを燃焼させて発生する
既燃ガスの旋回流の空間に向かって過濃(高濃度)ガス
を高濃度ガス供給口5より、また低濃度ガス(空気)を
低濃度ガス供給口6より燃焼室10内に噴出する。よっ
て上記の旋回燃焼器は過濃(高濃度)ガスと既燃ガスの
密度差から生じる拡散効果によって過濃(高濃度)ガス
と既燃ガスを十分に混合させ、低濃度ガス(空気)を噴
出させて追加燃焼させることで未燃成分の発生を抑制す
るものであり、同一体積空間での熱発生率を増加させる
と同時に、既燃ガスの希釈効果によってNOx 生成量を
低減させることができた。
(Second Embodiment) The swirl combustor 1 of the first embodiment described above enriches (highly concentrated) gas toward the swirl flow space of burned gas generated by burning lean (mixed) gas. From the high-concentration gas supply port 5 and the low-concentration gas (air) from the low-concentration gas supply port 6 into the combustion chamber 10. Therefore, the above-mentioned swirling combustor sufficiently mixes the rich (high concentration) gas and the burned gas by the diffusion effect caused by the difference in density between the rich (high concentration) gas and the burned gas, and converts the low concentration gas (air) into a gas. is intended to suppress the occurrence of the unburned components by causing additional combustion is ejected, at the same time increasing the heat generation rate in the same volume space, it is to reduce the NO x generation amount by the dilution effect of the burned gas did it.
【0030】しかし、燃焼量の多い条件下においては高
濃度ガス供給口5より既燃ガスの旋回流中に供給される
過濃(高濃度)ガスの流入量も多くなる。多量の過濃
(高濃度)ガスを旋回流中に一度に供給すると既燃ガス
の持つ旋回力では過濃(高濃度)ガスを既燃ガス中に速
やかに混合することが困難となり、その結果完全燃焼が
できず未燃成分が発生しやすくなってしまうという問題
があった。さらに、既燃ガスの旋回流の旋回が強い場合
に、燃焼室10の下流側から循環流による逆流が生じる
場合があった。そしてその逆流の影響を受けて、過濃
(高濃度)ガスが燃焼して形成した拡散火炎が不安定に
なりやすく、更に燃焼室10内の燃焼場全体が不安定と
なってしまうという問題も生じた。そこで本発明の第2
実施形態は過濃(高濃度)ガスと既燃ガスの混合をさら
に促進し、不完全燃焼を防止すると同時に循環流による
逆流を阻止するための改良がなされたものである。
However, under the condition of a large amount of combustion, the inflow of the rich (high concentration) gas supplied from the high concentration gas supply port 5 into the swirling flow of the burned gas also increases. If a large amount of rich (high concentration) gas is supplied at a time in the swirling flow, it becomes difficult to mix the rich (high concentration) gas into the burnt gas quickly due to the swirling force of the burnt gas. There was a problem that complete combustion was not possible and unburned components were likely to be generated. Further, when the swirling flow of the burned gas is strong, a backflow due to the circulating flow may occur from the downstream side of the combustion chamber 10. Under the influence of the backflow, the diffusion flame formed by burning the rich (highly concentrated) gas tends to become unstable, and the entire combustion field in the combustion chamber 10 becomes unstable. occured. Therefore, the second aspect of the present invention
The embodiment is improved to further promote the mixing of the rich (high concentration) gas and the burned gas, to prevent incomplete combustion, and at the same time, to prevent backflow due to circulating flow.
【0031】図3は本発明の第2実施形態の旋回燃焼器
の縦断面図である。図3の20は本実施形態の旋回燃焼
器であり、旋回燃焼器20は前記実施形態の旋回燃焼器
1とほぼ同様の構造を有するため共通する部分について
は前記と同様の番号を付し、これらの詳細の説明につい
ては省略する。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a swirl combustor according to a second embodiment of the present invention. Reference numeral 20 in FIG. 3 denotes a swirl combustor according to the present embodiment. The swirl combustor 20 has substantially the same structure as the swirl combustor 1 according to the embodiment, and thus common parts are denoted by the same reference numerals as those described above. A detailed description of these will be omitted.
【0032】本実施形態においては過濃(高濃度)ガス
および低濃度ガス(空気)を燃焼室10内部に供給する
部分が前記実施形態と大きく異なる。すなわち本実施形
態では底板4と略同心で略円錐状の占拠物21が設けら
れている。占拠物21の表面には母線方向および平面断
面の円周方向に等間隔で複数の高濃度ガス炎孔22が設
けられている。また、占拠物21内部には占拠物21と
略同心で両端が開口の低濃度ガス噴出管26が設けられ
ている。低濃度ガス供給管26の燃焼室10側の端部と
占拠物21のガス下流側の端部が接合され上端が閉塞さ
れた高濃度ガス噴出部27を構成しており、ガス上流側
は底板4および後述する高濃度ガス室23を貫通し図示
しない供給手段に接続される。底板4の占拠物21直下
には上部が開口していて図示しない高濃度ガス供給手段
により内部に過濃(高濃度)ガスが供給される高濃度ガ
ス室23が接合されており、底板4には占拠物21直下
の高濃度ガス室と通じる高濃度ガス供給口24が設けら
れている。
In this embodiment, a portion for supplying an over-concentrated (high-concentration) gas and a low-concentration gas (air) to the inside of the combustion chamber 10 is significantly different from the above-described embodiment. That is, in the present embodiment, the occupant 21 having a substantially conical shape and substantially concentric with the bottom plate 4 is provided. On the surface of the occupation object 21, a plurality of high-concentration gas flame holes 22 are provided at equal intervals in the generatrix direction and the circumferential direction of the plane cross section. Further, inside the occupation object 21, a low-concentration gas ejection pipe 26 which is substantially concentric with the occupation object 21 and whose both ends are open is provided. An end of the low-concentration gas supply pipe 26 on the combustion chamber 10 side and an end of the occupation material 21 on the downstream side of the gas are joined to form a high-concentration gas ejection section 27 whose upper end is closed, and a gas upstream side is a bottom plate. 4 and a high-concentration gas chamber 23 to be described later, and is connected to supply means (not shown). A high-concentration gas chamber 23 is joined to the bottom plate 4 under the occupation 21 of the bottom plate 4. Is provided with a high-concentration gas supply port 24 communicating with a high-concentration gas chamber immediately below the occupation object 21.
【0033】本実施形態においては低濃度ガス供給管2
5より燃焼室10内に低濃度ガス(空気)が噴射され
る。また、希薄(混合)ガスは混合ガス供給部8より内
周壁3に設けられた炎孔9を通じて燃焼室10内に旋回
噴射される。さらに過濃(高濃度)ガスは高濃度ガス室
22より高濃度ガス供給口24を通じ占拠物21内部に
供給され、高濃度ガス炎孔22より燃焼室10内部に噴
射される。
In this embodiment, the low concentration gas supply pipe 2
From 5, a low concentration gas (air) is injected into the combustion chamber 10. Further, the lean (mixed) gas is swirled into the combustion chamber 10 from the mixed gas supply unit 8 through the flame holes 9 provided in the inner peripheral wall 3. Further, the rich (high-concentration) gas is supplied from the high-concentration gas chamber 22 to the inside of the occupation object 21 through the high-concentration gas supply port 24, and injected into the combustion chamber 10 from the high-concentration gas flame 22.
【0034】前記実施形態と同様に、過濃(高濃度)ガ
スと低濃度ガス(空気)の既燃ガスの密度の差と、希薄
(混合)ガスが燃焼され発生する既燃ガスが持つ旋回力
により過濃(高濃度)ガスと既燃ガスの混合が促進され
燃焼される。前記旋回力は旋回の中心部、すなわち燃焼
室10の中心部において旋回力が弱いため、この近傍に
おいては過濃(高濃度)ガスと既燃ガスの混合が不十分
である。しかし燃焼室10の中心部に占拠物21の中心
部から低濃度ガス(空気)を供給すると、旋回の中心部
においても過濃(高濃度)ガスと既燃ガスの混合が促進
され燃焼される。また本実施例においては、過濃(高濃
度)ガスは占拠物21の表面に複数設けられた高濃度ガ
ス炎孔22より分散されて既燃ガスの旋回流中に噴射さ
れる。そのため過濃(高濃度)ガスの流量の多い場合、
すなわち旋回燃焼器20の燃焼量が多い場合においても
過濃(高濃度)ガスと既燃ガスは容易に混合され燃焼が
促進される。本実施形態においては、上記のように過濃
(高濃度)ガスと既燃ガスは十分混合され完全燃焼され
るため、前記第1実施形態と同様に未燃成分の発生が非
常に少ない。よって本実施形態の旋回燃焼器は未燃成分
の発生が少なく、設定可能な燃焼条件の範囲がさらに広
い。
As in the above embodiment, the difference between the density of the burned gas of the rich (high concentration) gas and the burned gas of the low concentration gas (air), and the swirl of the burned gas generated by burning the lean (mixed) gas. The force promotes the mixture of the rich (high concentration) gas and the burned gas and burns. Since the swirling force is weak at the center of the swirl, that is, at the center of the combustion chamber 10, the mixture of the rich (high concentration) gas and the burned gas is insufficient in this vicinity. However, when low-concentration gas (air) is supplied to the center of the combustion chamber 10 from the center of the occupation material 21, the mixture of the rich (high-concentration) gas and the burned gas is promoted even at the center of the swirl to burn. . Further, in the present embodiment, the rich gas (high concentration) is dispersed from the high concentration gas flame holes 22 provided on the surface of the occupation material 21 and injected into the swirling flow of the burned gas. Therefore, when the flow rate of the rich (high concentration) gas is large,
That is, even when the amount of combustion in the swirl combustor 20 is large, the rich (highly concentrated) gas and the burned gas are easily mixed to promote combustion. In the present embodiment, as described above, the rich (high concentration) gas and the burned gas are sufficiently mixed and completely burned, so that the generation of unburned components is very small as in the first embodiment. Therefore, the swirl combustor of the present embodiment generates less unburned components, and has a wider range of settable combustion conditions.
【0035】また、過濃(高濃度)ガスは、旋回流の中
で拡散効果によって残留酸素の以外の既燃ガス成分CO
2 ,H2 Oなどとも混合しながら燃焼するため、これら
の既燃ガス成分の希釈効果によりNOx の生成は少な
い。さらに空気の供給による燃焼室10内の温度低下に
よってもNOx の生成が抑制される。
The rich (highly concentrated) gas is converted into a burned gas component CO other than residual oxygen by a diffusion effect in the swirling flow.
Since it burns while being mixed with H 2 O and the like, the generation of NO x is small due to the dilution effect of these burned gas components. Further, the generation of NO x is also suppressed by the temperature decrease in the combustion chamber 10 due to the supply of air.
【0036】本実施形態に特有の構成として、旋回流の
中心であって負圧領域となるであろう部位に占拠物21
が設けられている。そのため本実施形態の旋回燃焼器2
0では、旋回流の中心の負圧領域が消失し、または減少
する。従って燃焼室10内の中心部分の圧力低下が緩和
され、半径方向の圧力勾配は平坦に近づく。そのため火
炎の逆流が無くなり、安定して燃焼する。
As a specific configuration of the present embodiment, the occupant 21 is located at the center of the swirling flow, which is likely to be a negative pressure area.
Is provided. Therefore, the swirl combustor 2 of the present embodiment
At zero, the negative pressure region at the center of the swirl disappears or decreases. Therefore, the pressure drop in the central portion in the combustion chamber 10 is reduced, and the pressure gradient in the radial direction becomes almost flat. Therefore, the backflow of the flame is eliminated, and the flame is stably burned.
【0037】また燃焼時においては、燃焼室10内の全
体のガスは、下流に行くに従い、燃焼反応の進行と、そ
れに伴う温度上昇のために体積流量が増大する。しかし
ながら、本実施形態の旋回燃焼器1では、燃焼室10の
中心部に、下流に行くほど断面積が小さくなる略円錐形
の占拠物21が設けられているので、燃焼室10の空間
から占拠物21を除いたガスの流れる空間の半径方向の
断面積は、下流に行くほど増大している。従って本実施
形態の旋回燃焼器20では、ガスの体積増大が、ガス流
路の拡大によって相殺され、燃焼室10内の全体のガス
の線速度は、一定値に近づく。このため火炎面がさらに
安定する。
During combustion, the volume of the entire gas in the combustion chamber 10 increases as the combustion reaction proceeds and the temperature rises with the progress of the combustion reaction. However, in the swirl combustor 1 of the present embodiment, the substantially conical occupation material 21 whose cross-sectional area decreases toward the downstream is provided at the center of the combustion chamber 10. The radial sectional area of the gas flow space excluding the object 21 increases toward the downstream. Therefore, in the swirl combustor 20 of the present embodiment, the increase in the gas volume is offset by the expansion of the gas flow path, and the linear velocity of the entire gas in the combustion chamber 10 approaches a constant value. Therefore, the flame surface is further stabilized.
【0038】(第3実施形態)前記した第2実施形態の
旋回燃焼器は希薄(混合)ガスを燃焼させて発生する既
燃ガスの旋回流の空間に向かって過濃(高濃度)ガスを
占拠物21の表面に複数設けられた高濃度ガス炎孔22
より分散して燃焼室10に噴出する。よって上記の旋回
燃焼器は既燃ガスの旋回流において過濃(高濃度)ガス
と既燃ガスの密度差から生じる拡散効果によって過濃
(高濃度)ガスと既燃ガスを十分混合した後追加燃焼さ
せることで未燃成分の発生を抑制するものであり、同一
体積空間での熱発生率を増加させると同時に、既燃ガス
の希釈効果によってNOx 生成量を低減させることがで
きた。また、占拠物21は下流に行くほど断面積が小さ
くなる略円錐形であるためガスの体積増大がガス流路の
拡大によって相殺され、燃焼室10内の全体のガスの線
速度は、一定値に近づき火炎面がさらに安定した。しか
し、旋回燃焼器20の燃焼能力が向上した分、燃焼量が
増え、内部に配置された占拠物21は非常に高温の雰囲
気下に晒される。ここで空気通路と直接接している占拠
物21の先端部分は十分冷却されるが、占拠物21の下
半分は赤熱しやすく耐久性に問題が生じるため、占拠物
21には耐熱性の高い高価な材料を用いざるを得ないと
いう問題が生じてきた。そこで本発明の第3実施例は、
旋回燃焼器20の燃焼能力を抑制することなく内部に配
置される占拠物21がさらに冷却されるように改良がな
されたものである。
(Third Embodiment) The swirl combustor according to the second embodiment described above discharges rich (highly concentrated) gas toward the space of the swirling flow of burned gas generated by burning lean (mixed) gas. High concentration gas flame holes 22 provided on the surface of occupation 21
The fuel is further dispersed and injected into the combustion chamber 10. Therefore, the above-mentioned swirling combustor is added after sufficiently mixing the rich (high concentration) gas and the burned gas by the diffusion effect caused by the density difference between the rich (high concentration) gas and the burned gas in the swirling flow of the burnt gas. is intended to suppress the occurrence of the unburned components by burning, at the same time increasing the heat generation rate in the same volume space, it was possible to reduce the NO x generation amount by the dilution effect of the burned gas. Further, since the occupation object 21 has a substantially conical shape in which the cross-sectional area becomes smaller toward the downstream, the increase in the gas volume is offset by the expansion of the gas flow path, and the linear velocity of the entire gas in the combustion chamber 10 becomes a constant value. And the flame surface became more stable. However, since the combustion capacity of the swirl combustor 20 is improved, the amount of combustion increases, and the occupation object 21 disposed inside is exposed to a very high temperature atmosphere. Here, the tip portion of the occupation object 21 that is in direct contact with the air passage is sufficiently cooled, but the lower half of the occupation material 21 easily becomes red-hot and has a problem in durability. There has been a problem in that a complicated material must be used. Therefore, a third embodiment of the present invention
The improvement has been made so that the occupation object 21 disposed inside without further suppressing the combustion performance of the swirl combustor 20 is further cooled.
【0039】本実施例の旋回燃焼器は燃焼室10内部に
設置される占拠物11以外は前記第2実施例と同様であ
るため、共通する部分については前記と同様の番号を付
し、詳細の説明については省略する。図4(a)は本実
施形態において燃焼室10内部に配置される占拠物30
の斜視図であり、図4(b)は図4(a)のA−A断面
図である。占拠物30は高濃度ガス通路31と平面視が
円弧状の連結部32の端部を接合し円錐状に形成されて
いる。なお高濃度ガス通路31は平面視が略「D」字状
でありガス下流側に向かうに従い断面積が小さくなり、
頂部が封止された形状である。さらに高濃度ガス通路3
1には占拠物30の母線方向に等間隔に高濃度ガス流出
孔33が設けられている。また、低濃度ガス通路34は
高濃度ガス通路31と連結部32で構成される占拠物3
0の内部である。
The swirl combustor of this embodiment is the same as that of the second embodiment except for the occupation material 11 installed inside the combustion chamber 10. Therefore, common parts are given the same reference numerals as those described above. Is omitted. FIG. 4A shows an occupation object 30 arranged inside the combustion chamber 10 in the present embodiment.
FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 4A. The occupation object 30 is formed in a conical shape by joining the high-concentration gas passage 31 and an end of a connecting portion 32 having an arc shape in plan view. The high-concentration gas passage 31 has a substantially “D” shape in plan view, and has a smaller cross-sectional area toward the gas downstream side,
The top has a sealed shape. Further high-concentration gas passage 3
1 is provided with high concentration gas outflow holes 33 at equal intervals in the generatrix direction of the occupation object 30. The low-concentration gas passage 34 is an occupant 3 composed of the high-concentration gas passage 31 and the connecting portion 32.
0 inside.
【0040】本実施形態の占拠物30は先の実施形態に
おける旋回燃焼器20の占拠物21を代替するものであ
る。以下順次説明すると、過濃(高濃度)ガスは高濃度
ガス通路31を流れ高濃度ガス流出孔33を通じて燃焼
室10内の既燃ガスの旋回流中に噴出される。低濃度ガ
ス(空気)は通路34を通じて占拠物30の頂部より既
燃ガスの旋回流のほぼ中央部に噴出される。
The occupation object 30 of the present embodiment replaces the occupation material 21 of the swirl combustor 20 in the previous embodiment. In the following, the rich (high-concentration) gas flows through the high-concentration gas passage 31 and is ejected through the high-concentration gas outlet 33 into the swirling flow of the burned gas in the combustion chamber 10. The low-concentration gas (air) is jetted from the top of the occupation object 30 through the passage 34 to almost the center of the swirling flow of the burned gas.
【0041】本実施形態の占拠物30において連結部3
2は占拠物30の内部を流れる低温の低濃度ガス(空
気)により直接冷却され、さらに高濃度ガス通路31は
3面が低濃度ガス通路34に面しているため効率よく冷
却される。そのため、内部を流れる低濃度ガス(空気)
により占拠物30は全体が効率よく冷却され、高温の燃
焼室10内部に配置しても高温とならないため従来のよ
うに耐熱性の高い高価な材料を用いなくてもよい。
In the occupation object 30 of the present embodiment, the connecting portion 3
Numeral 2 is directly cooled by low-temperature low-concentration gas (air) flowing inside the occupation object 30, and the high-concentration gas passage 31 is efficiently cooled because three surfaces face the low-concentration gas passage 34. Therefore, low concentration gas (air) flowing inside
As a result, the occupation object 30 is efficiently cooled as a whole, and does not reach a high temperature even if it is disposed inside the high-temperature combustion chamber 10, so that an expensive material having high heat resistance as in the related art does not need to be used.
【0042】また、高濃度ガス流出孔33は高濃度ガス
通路31に占拠物30の母線方向に等間隔に複数設けら
れているため、過濃(高濃度)ガスは流量が分散されて
占拠物30の表面全体から既燃ガスの旋回流中に噴出さ
れる。そのため過濃(高濃度)ガスは旋回流中において
容易に分散され、過濃(高濃度)ガスの流量の多い場
合、すなわち旋回燃焼器20の燃焼量が多い場合におい
ても過濃(高濃度)ガスと既燃ガスが十分混合され完全
燃焼され、未燃成分の発生が非常に少ない。また、前記
実施例と同様に過濃(高濃度)ガスの既燃ガスによる希
釈効果によりNO x の発生量が抑制される。
The high-concentration gas outlet 33 is provided with a high-concentration gas.
A plurality of passages 31 are provided at equal intervals in the generatrix direction of the occupied object 30.
The flow rate of rich (highly concentrated) gas is
Spouted from the entire surface of the occupation 30 into the swirling flow of burned gas
It is. Therefore, rich (high concentration) gas
Easy to disperse, high flow rate of rich (high concentration) gas
If the combustion amount of the swirl combustor 20 is large,
Even though rich (high concentration) gas and burned gas are well mixed and complete
It is burned and generates very little unburned components. Also,
In the same manner as in the embodiment, the rich (high concentration) gas
NO xIs suppressed.
【0043】さらに本実施例の占拠物30は、前記第2
実施例と同様に、旋回流の中心であって負圧領域となる
であろう部位に占拠物30が設けられている。そのため
燃焼室10内の半径方向の圧力勾配は平坦に近づくため
火炎の逆流が無くなり、安定して燃焼する。
Further, the occupation object 30 of the present embodiment is
As in the embodiment, the occupation object 30 is provided at the center of the swirling flow, which will be a negative pressure region. Therefore, the pressure gradient in the radial direction in the combustion chamber 10 becomes almost flat, so that the backflow of the flame is eliminated and the combustion is performed stably.
【0044】また燃焼時においては、燃焼室10内の全
体のガスは、下流に行くに従い体積流量が増大するが、
本実施形態では燃焼室10の中心部に、下流に行くほど
断面積が小さくなる略円錐形の占拠物30が設けられて
いるので、下流に行くほどガス流路が拡大する。そのた
め前記第2実施例と同様に、燃焼室10内の全体のガス
の線速度は一定値に近づき、火炎面がさらに安定する。
At the time of combustion, the volume of the entire gas in the combustion chamber 10 increases as it goes downstream.
In the present embodiment, a substantially conical occupant 30 whose cross-sectional area decreases toward the downstream is provided at the center of the combustion chamber 10, so that the gas flow path increases toward the downstream. Therefore, similarly to the second embodiment, the linear velocity of the entire gas in the combustion chamber 10 approaches a constant value, and the flame surface is further stabilized.
【0045】図5に示した占拠物35は図4に示した第
3実施形態の占拠物30の変形実施例である。占拠物3
5は中心に円筒状の低濃度ガス噴出管36が設けられ
る。低濃度ガス噴出管36の外周には高濃度ガス噴出管
37が端部を低濃度ガス噴出管36に接合することによ
り取り付けられている。なお、高濃度ガス噴出管37は
平面断面が「コ」字状で中空であり、当該平面断面がガ
ス下流に向かって縮小し頂部が閉塞された形状の管であ
る。
The occupation object 35 shown in FIG. 5 is a modified example of the occupation object 30 of the third embodiment shown in FIG. Occupation 3
5 is provided with a cylindrical low concentration gas ejection pipe 36 at the center. A high-concentration gas ejection pipe 37 is attached to the outer periphery of the low-concentration gas ejection pipe 36 by joining its end to the low-concentration gas ejection pipe 36. The high-concentration gas ejection pipe 37 is a hollow pipe having a U-shaped planar cross section, and the planar cross section is reduced toward the gas downstream and the top is closed.
【0046】低濃度ガス(空気)は低濃度ガス噴出管3
6内部を流れ、ガス下流側の開放端より燃焼室10内部
に噴出される。また、過濃(高濃度)ガスは高濃度ガス
噴出管37内部を流れ高濃度ガス噴出口38より燃焼室
10内部に噴出される。
The low-concentration gas (air) is supplied to the low-concentration gas ejection pipe 3
6 and is injected into the combustion chamber 10 from the open end on the downstream side of the gas. The rich (high concentration) gas flows inside the high concentration gas ejection pipe 37 and is ejected from the high concentration gas ejection port 38 into the combustion chamber 10.
【0047】図6に示した占拠物40は図4に示した第
3実施形態の占拠物30のさらに別の変形実施例であ
る。占拠物40は略円錐形で中空の外周部材42と外周
部材42の内部に設置される中空の中子41とから構成
されている。中子41は前記占拠物35と外形が同様で
ある。さらに具体的には、中子41の外周面は略円錐の
母線方向に平面断面が「コ」字状で当該平面断面がガス
下流に向かって縮小し頂部が閉塞された形状の凸部43
が複数設けられた形状をしている。占拠物40は前記中
子41を外周部材42の内部に設置しガス下流側の端部
を閉塞した形状であり、外周部材42の中子41の凹部
44に相当する部分には母線方向に等間隔に高濃度ガス
噴射口45が設けられる。中子41と外周部材42で構
成される隙間により高濃度ガス通路46が構成される。
The occupant 40 shown in FIG. 6 is a further modified example of the occupant 30 of the third embodiment shown in FIG. The occupation object 40 includes a substantially conical hollow outer peripheral member 42 and a hollow core 41 installed inside the outer peripheral member 42. The core 41 has the same outer shape as the occupation object 35. More specifically, the outer peripheral surface of the core 41 has a substantially U-shaped cross section in the generatrix direction of the cone, and the flat cross section decreases toward the gas downstream and has a closed top portion 43.
Are provided in a plurality. The occupation object 40 has a shape in which the core 41 is installed inside the outer peripheral member 42 and the downstream end of the gas is closed, and a portion corresponding to the concave portion 44 of the core 41 of the outer peripheral member 42 High-concentration gas injection ports 45 are provided at intervals. A high-concentration gas passage 46 is formed by a gap formed by the core 41 and the outer peripheral member 42.
【0048】低濃度ガス(空気)は中子41内部を流
れ、ガス下流側の開放端より燃焼室10内部に噴出され
る。また、過濃(高濃度)ガスは高濃度ガス通路46内
部を流れ高濃度ガス噴出口45より燃焼室10内部に噴
出される。
The low-concentration gas (air) flows inside the core 41 and is injected into the combustion chamber 10 from the open end on the downstream side of the gas. The rich (highly concentrated) gas flows inside the highly concentrated gas passage 46 and is ejected from the highly concentrated gas outlet 45 into the combustion chamber 10.
【0049】上記の占拠物35,40のような構造であ
っても、占拠物35,40の内部を流れる低濃度ガス
(空気)により占拠物全体が冷却されるため、占拠物3
5,40が高温の燃焼室内に配置されても、占拠物3
5,40は全体にわたって高温にならない。そのため、
占拠物の構成材料には従来のように耐熱性の高い高価な
材料を用いなくてもよい。また、前記実施例と同様に高
濃度ガス噴出口38,45が複数設けられているため、
過濃(高濃度)ガスは旋回流中において容易に分散さ
れ、過濃(高濃度)ガスと既燃ガスが十分混合され完全
燃焼され、未燃成分の発生が非常に少ない。また、過濃
(高濃度)ガスの既燃ガスによる希釈効果によりNOx
の発生量も抑制される。さらに占拠物の形状が略円錐形
であるため、前記実施例と同様に燃焼室10内部の圧力
勾配は平坦に近づくため火炎の逆流が無くなり、さらに
下流に行くほどガス流路が拡大するため燃焼室10内の
全体のガスの線速度は一定値に近づき、火炎面が安定す
る。
Even with the structure of the occupants 35 and 40 described above, since the entire occupants are cooled by the low-concentration gas (air) flowing inside the occupants 35 and 40, the occupants 3
Even if 5, 40 are placed in a hot combustion chamber,
5, 40 are not hot throughout. for that reason,
As the constituent material of the occupation material, it is not necessary to use an expensive material having high heat resistance as in the related art. Further, since a plurality of high-concentration gas ejection ports 38 and 45 are provided as in the above embodiment,
The rich (high concentration) gas is easily dispersed in the swirling flow, the rich (high concentration) gas and the burned gas are sufficiently mixed and completely burned, and the generation of unburned components is extremely small. In addition, NO x is reduced due to the dilution effect of burned gas of rich (high concentration) gas.
Is also suppressed. Further, since the shape of the occupied object is substantially conical, the pressure gradient inside the combustion chamber 10 becomes almost flat as in the previous embodiment, so that there is no backflow of the flame. The linear velocity of the entire gas in the chamber 10 approaches a constant value, and the flame surface is stabilized.
【0050】続いて、前記第2実施形態の旋回燃焼器2
0を例にあげ、燃料ガスの濃度調整および旋回燃焼器2
0への燃料の供給方法による旋回燃焼器の制御について
説明する。以下において、低濃度ガスは前記と同様に全
く燃料を含まないガス、すなわち空気とする。図7は旋
回燃焼器20への燃料および空気の供給経路を示す概念
図である。燃料および空気の供給手段は旋回燃焼器20
の外部に配置される。燃料を供給するガス管50はガス
第1分岐管51およびガス第2分岐管52に分岐され
る。一方空気を供給する空気管53は空気第1分岐管5
4、空気第2分岐管55および空気第3分岐管56に分
岐される。空気第1分岐管54は低濃度ガス供給管25
に接続され、空気第2分岐管55はガス管50に接続さ
れる。また、空気第3分岐管56はガス第2分岐管52
に接続される。ガス第1分岐管54は高濃度ガス室23
に接続され、ガス第2分岐管55は混合ガス供給部8に
接続される。
Subsequently, the swirl combustor 2 of the second embodiment
0 as an example, the fuel gas concentration adjustment and the swirl combustor 2
Control of the swirl combustor by the method of supplying fuel to zero will be described. Hereinafter, the low-concentration gas is a gas containing no fuel, that is, air, as described above. FIG. 7 is a conceptual diagram showing a supply path of fuel and air to the swirl combustor 20. The means for supplying fuel and air is the swirl combustor 20.
It is arranged outside. The gas pipe 50 for supplying fuel is branched into a first gas branch pipe 51 and a second gas branch pipe 52. On the other hand, the air pipe 53 for supplying air is the first air branch pipe 5.
4. The air is branched into the second air branch pipe 55 and the third air branch pipe 56. The first air branch pipe 54 is connected to the low-concentration gas supply pipe 25.
, And the air second branch pipe 55 is connected to the gas pipe 50. The air third branch pipe 56 is connected to the gas second branch pipe 52.
Connected to. The first gas branch pipe 54 is provided in the high-concentration gas chamber 23.
, And the gas second branch pipe 55 is connected to the mixed gas supply unit 8.
【0051】ガスの流れについて説明すると、燃料はガ
ス管50およびその分岐管であるガス第1分岐管51、
ガス第2分岐管52を通じて高濃度ガス室23あるいは
混合ガス供給部8に流れ込む。また、空気は空気管53
およびその分岐管である空気第1分岐管54、空気第2
分岐管55、空気第3分岐管56を通じ低濃度ガス供給
管25、高濃度ガス室23および混合ガス供給部8に流
れ込む。さらに具体的には、過濃(高濃度)ガスはガス
管50に接続された空気第2分岐管55より供給される
空気がガス管を流れる燃料と混合の後、ガス第1分岐管
54を通じ高濃度ガス室23に空気過剰率λR で流れ込
む。また希薄(混合)ガスはガス第2分岐管55を流れ
る燃料に空気第3分岐管56より空気が混入し、空気過
剰率λLの混合ガスとなって混合ガス供給部8に供給さ
れる。ここで希薄(混合)ガスの空気過剰率λL は過濃
(高濃度)ガスの空気過剰率λR よりも大きい。さらに
本実施形態においては低濃度ガスとして燃料を含まない
空気が供給されるため、低濃度ガスは空気第1分岐管5
4が低濃度ガス供給管25に接続されることにより供給
される。
Explaining the gas flow, the fuel is supplied by the gas pipe 50 and the gas first branch pipe 51 which is a branch pipe thereof.
The gas flows into the high-concentration gas chamber 23 or the mixed gas supply unit 8 through the second gas branch pipe 52. In addition, air is supplied through an air pipe 53.
And an air first branch pipe 54,
The gas flows into the low-concentration gas supply pipe 25, the high-concentration gas chamber 23, and the mixed gas supply section 8 through the branch pipe 55 and the third air branch pipe 56. More specifically, the rich (highly-concentrated) gas passes through the gas first branch pipe 54 after the air supplied from the air second branch pipe 55 connected to the gas pipe 50 is mixed with the fuel flowing through the gas pipe. the high concentration gas chamber 23 flows in the excess air ratio lambda R. The lean (mixed) gas is mixed with fuel flowing through the gas second branch pipe 55 through the third air branch pipe 56 and supplied to the mixed gas supply unit 8 as a mixed gas having an excess air ratio λ L. Here, the excess air ratio λ L of the lean (mixed) gas is larger than the excess air ratio λ R of the rich (high concentration) gas. Further, in this embodiment, since air containing no fuel is supplied as the low-concentration gas, the low-concentration gas is supplied to the air first branch pipe 5.
4 is supplied by being connected to the low concentration gas supply pipe 25.
【0052】図8は前記の燃料供給方法により燃料が供
給される旋回燃焼器20の運転条件を示すグラフであ
る。図8において横軸は旋回燃焼器20に供給される燃
料の総発熱量を示す燃焼量を示し、縦軸は空気過剰率を
示す。λT はガス管50より供給される燃料の総量と空
気管53から供給される空気の総量から求められる見か
けの空気過剰率であり、各運転条件におけるλT の変化
を運転設定条件とする。ある運転条件において、λT
運転上限の空気過剰率を超えると供給される燃料ガスが
希薄となり燃焼が不安定で、未燃成分の濃度が高くな
る。また逆にλT が運転下限の空気過剰率を下回ると燃
料ガスの濃度が高くなりすぎて逆火が発生しやすく、N
x や未燃成分の発生が急増する。従って運転設定条件
λT は運転上限と運転下限に挟まれる範囲内に設定する
必要がある。
FIG. 8 is a graph showing operating conditions of the swirl combustor 20 to which fuel is supplied by the above-described fuel supply method. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the combustion amount indicating the total heat generation amount of the fuel supplied to the swirl combustor 20, and the vertical axis indicates the excess air ratio. λ T is an apparent excess air ratio obtained from the total amount of fuel supplied from the gas pipe 50 and the total amount of air supplied from the air pipe 53, and the change of λ T in each operation condition is set as an operation setting condition. Under certain operating conditions, if λ T exceeds the excess air ratio at the upper limit of operation, the supplied fuel gas becomes lean, combustion becomes unstable, and the concentration of unburned components increases. On the other hand, if λ T is below the lower limit of the excess air in the lower limit of operation, the concentration of the fuel gas becomes too high and flashback tends to occur.
O x and the occurrence of unburned components increases rapidly. Therefore, the operation setting condition λ T needs to be set within a range between the operation upper limit and the operation lower limit.
【0053】図8中において外周火炎の燃焼条件の設定
値をλL 、内周火炎の燃焼条件の設定値をλR とする。
外周火炎に供給される希薄(混合)ガス中の燃料の量と
内周火炎に供給される過濃(高濃度)ガス中の燃料の量
の比率は常に一定に保たれる。λT は要求される燃焼量
に応じて正常燃焼範囲内に設定され、λL およびλR
安定かつ完全燃焼可能であり、NOX 排出量が最小とな
るように決定される。
In FIG. 8, the set value of the combustion condition of the outer flame is λ L , and the set value of the combustion condition of the inner flame is λ R.
The ratio between the amount of fuel in the lean (mixed) gas supplied to the outer flame and the amount of fuel in the rich (highly concentrated) gas supplied to the inner flame is always kept constant. λ T is set within the normal combustion range according to the required combustion amount, and λ L and λ R are determined so that stable and complete combustion is possible and NO X emissions are minimized.
【0054】図9は図8に示す燃料供給方法とは異なる
燃料供給方法を図示したものである。なお前記と同様
に、以下において低濃度ガスは全く燃料を含まないガ
ス、すなわち空気とする。図8に示す燃料供給方法では
空気と燃料の双方の流量を制御する必要がある。しか
し、実際の使用にあたっては双方を一度に制御するのが
困難であるという問題や双方の制御をできるようにする
ためにはコストがその分高くなるという問題があった。
そこで、図9に示す燃料の供給方法は燃料の流量の調整
によりガス流量および濃度を調整する方法を示したもの
である。
FIG. 9 illustrates a fuel supply method different from the fuel supply method shown in FIG. As described above, the low concentration gas is hereinafter referred to as a gas containing no fuel, that is, air. In the fuel supply method shown in FIG. 8, it is necessary to control the flow rates of both air and fuel. However, in actual use, there is a problem that it is difficult to control both at once, and there is a problem that the cost is increased correspondingly in order to be able to control both.
Therefore, the fuel supply method shown in FIG. 9 shows a method of adjusting the gas flow rate and the gas concentration by adjusting the fuel flow rate.
【0055】図9に示す燃料供給方法においては、燃料
および空気の供給手段は旋回燃焼器20の外部に配置さ
れる。燃料を供給する燃料管60は燃料第1分岐管61
およびガス第2分岐管62に分岐される。一方空気を供
給するエア管63はエア第1分岐管64、エア第2分岐
管65およびエア第3分岐管66に分岐される。エア第
1分岐管64は低濃度ガス供給管25に接続され、エア
第2分岐管65は燃料第1分岐管61に接続される。ま
た、エア第3分岐管66は燃料第2分岐管62に接続さ
れ、燃料第2分岐管62は混合ガス管68に接続され
る。また、混合ガス管68は混合ガス供給部8に接続さ
れる。燃料第1分岐管61は高濃度ガス管67に接続さ
れ、高濃度ガス管67は高濃度ガス室23に接続され
る。
In the fuel supply method shown in FIG. 9, the fuel and air supply means are arranged outside the swirl combustor 20. The fuel pipe 60 for supplying fuel is a fuel first branch pipe 61.
And a second gas branch pipe 62. On the other hand, the air pipe 63 for supplying air is branched into an air first branch pipe 64, an air second branch pipe 65, and an air third branch pipe 66. The first air branch pipe 64 is connected to the low-concentration gas supply pipe 25, and the second air branch pipe 65 is connected to the first fuel branch pipe 61. The third air branch pipe 66 is connected to the second fuel branch pipe 62, and the second fuel branch pipe 62 is connected to the mixed gas pipe 68. Further, the mixed gas pipe 68 is connected to the mixed gas supply unit 8. The fuel first branch pipe 61 is connected to the high-concentration gas pipe 67, and the high-concentration gas pipe 67 is connected to the high-concentration gas chamber 23.
【0056】続いてガスの流れについて説明すると、燃
料は燃料管およびその分岐管である燃料第1分岐管6
1、燃料第2分岐管62を通じて高濃度ガス室23ある
いは混合ガス供給部8に流れ込む。また、空気はエア管
63およびその分岐管であるエア第1分岐管64、エア
第2分岐管65、エア第3分岐管66を通じ低濃度ガス
供給管25、高濃度ガス室33および混合ガス供給部8
に流れ込む。さらに具体的には、過濃(高濃度)ガスは
燃料第1分岐管61に接続されたエア第2分岐管65よ
り供給される空気が燃料第1分岐管61を流れる燃料と
混合の後、高濃度ガス管67を通じ高濃度ガス室23に
空気過剰率λR で流れ込む。また希薄(混合)ガスは燃
料第2分岐管62を流れる燃料にエア第3分岐管66よ
り空気が混入し、空気過剰率λL の混合ガスとなって混
合ガス管68を通じて混合ガス供給部8に供給される。
ここで希薄(混合)ガスの空気過剰率λL は過濃(高濃
度)ガスの空気過剰率λR よりも大きい。さらに本実施
形態においては低濃度ガスとして燃料を含まない空気が
供給されるため、低濃度ガス(空気)はエア第1分岐管
64が低濃度ガス供給管25に接続されることにより供
給される。また、燃料第1分岐管61の中途には流量が
調整可能なように弁69が設けられている。
Next, the gas flow will be described. The fuel is a fuel pipe and a fuel first branch pipe 6 which is a branch pipe thereof.
1. The fuel flows into the high concentration gas chamber 23 or the mixed gas supply unit 8 through the fuel second branch pipe 62. The air is supplied through the air pipe 63 and the first branch pipe 64, the second branch pipe 65, and the third branch pipe 66, which are the low-concentration gas supply pipe 25, the high-concentration gas chamber 33, and the mixed gas supply pipe. Part 8
Flow into More specifically, after the air supplied from the air second branch pipe 65 connected to the fuel first branch pipe 61 is mixed with the fuel flowing through the fuel first branch pipe 61, the high concentration gas chamber 23 through the high-concentration gas pipe 67 flows in the excess air ratio lambda R. The lean (mixed) gas is mixed with the fuel flowing through the fuel second branch pipe 62 from the air third branch pipe 66 and becomes a mixed gas having an excess air ratio λ L through the mixed gas pipe 68 through the mixed gas supply unit 8. Supplied to
Here, the excess air ratio λ L of the lean (mixed) gas is larger than the excess air ratio λ R of the rich (high concentration) gas. Further, in this embodiment, since air containing no fuel is supplied as the low concentration gas, the low concentration gas (air) is supplied by connecting the first air branch pipe 64 to the low concentration gas supply pipe 25. . A valve 69 is provided in the middle of the first fuel branch pipe 61 so that the flow rate can be adjusted.
【0057】上記の燃料供給方法においては旋回燃焼器
20に供給される空気の総量および希薄(混合)ガスと
低濃度ガスと過濃(高濃度)ガスに供給される空気の分
配比率を一定にする。また、希薄(混合)ガスに供給さ
れる燃料の量を一定し、過濃(高濃度)ガスに供給され
る燃料の量のみを弁69で調整し旋回燃焼器20に供給
される燃焼量の変化を調整する。このときの運転条件を
図10,11に示す。図10は旋回火炎に供給される燃
料の量、すなわち混合ガス供給部8に供給される燃料の
量を一定に固定した場合の運転条件を図示したものであ
る。なお、図中線Aは固定された旋回火炎の燃焼条件を
示し、空気過剰率が1.0以上である。その際高濃度ガ
ス炎孔22より噴射される過濃(高濃度)ガスの空気過
剰率は線Aの空気過剰率より小さな値とする。要求され
る燃焼量に応じて、過濃(高濃度)ガスの空気過剰率は
1.0を下回る。図11は旋回火炎に供給される空気過
剰率が1.0を下回る場合(図中線B)である。この場
合、高濃度ガス炎孔22より噴射されるガスの空気過剰
率は点Bの空気過剰率よりも大きい。
In the above-described fuel supply method, the total amount of air supplied to the swirl combustor 20 and the distribution ratio of air supplied to lean (mixed) gas, low-concentration gas, and rich (high-concentration) gas are kept constant. I do. In addition, the amount of fuel supplied to the lean (mixed) gas is kept constant, and only the amount of fuel supplied to the rich (highly concentrated) gas is adjusted by the valve 69 so that the amount of combustion supplied to the swirl combustor 20 is reduced. Coordinate the change. The operating conditions at this time are shown in FIGS. FIG. 10 illustrates operating conditions when the amount of fuel supplied to the swirling flame, that is, the amount of fuel supplied to the mixed gas supply unit 8 is fixed. The line A in the figure indicates the combustion condition of the fixed swirling flame, and the excess air ratio is 1.0 or more. At this time, the excess air ratio of the rich (high concentration) gas injected from the high concentration gas flame hole 22 is set to a value smaller than the excess air ratio of the line A. Depending on the required combustion volume, the excess air ratio of the rich (highly concentrated) gas is below 1.0. FIG. 11 shows a case where the excess air ratio supplied to the swirling flame is less than 1.0 (line B in the figure). In this case, the excess air ratio of the gas injected from the high concentration gas flame hole 22 is larger than the excess air ratio at the point B.
【0058】図9に示す燃料供給方法によれば、高濃度
ガス炎孔22への燃料供給量を弁69の開度により変化
させるだけで燃焼量を調整できる。そのため、本方法に
よれば空気量の調整が不要であり、燃料濃度、流量の調
整が容易であり、最適な燃焼条件下において燃料の燃焼
が可能であるため未燃成分の排出が少なく、NOx の発
生も抑制できる。また、燃料の供給量の制御が困難な場
合においても燃料の濃度および流量が制御できる。
According to the fuel supply method shown in FIG. 9, the amount of combustion can be adjusted only by changing the amount of fuel supplied to the high-concentration gas flame 22 according to the opening of the valve 69. Therefore, according to this method, it is not necessary to adjust the amount of air, it is easy to adjust the fuel concentration and the flow rate, and the fuel can be burned under the optimum combustion conditions. Generation of x can also be suppressed. Further, even when it is difficult to control the fuel supply amount, the fuel concentration and flow rate can be controlled.
【0059】[0059]
【発明の効果】以上の通り、本発明の旋回燃焼器は従来
のものに比べてより高い空間発熱率が得られる。また、
本発明の旋回燃焼器によれば従来に比べNOx の排出量
が低減される。
As described above, the swirl combustor of the present invention can obtain a higher space heat rate than the conventional one. Also,
Emissions of the NO x than the conventional According to swirl combustor of the present invention is reduced.
【0060】請求項2に記載の旋回燃焼器では燃焼室の
中心部に供給される第2混合ガスの方が第1混合ガスよ
りも燃料濃度が高く、第1混合ガスの燃焼により発生し
た既燃ガスと混合されることにより完全燃焼する。その
ため、未燃成分の発生が最小限に抑制できる。
In the swirl combustor according to the second aspect, the second mixed gas supplied to the center of the combustion chamber has a higher fuel concentration than the first mixed gas, and the second mixed gas has already been generated by the combustion of the first mixed gas. Completely combusts when mixed with fuel gas. Therefore, generation of unburned components can be minimized.
【0061】請求項3に記載の旋回燃焼器では混合ガス
の燃焼により発生した既燃ガスと高濃度ガスとが混合さ
れることで、供給される燃料ガスの完全燃焼が達成さ
れ、さらにNOx の発生も最小限に抑えられる。
In the swirl combustor according to the third aspect, the burned gas generated by the combustion of the mixed gas is mixed with the high-concentration gas, thereby achieving complete combustion of the supplied fuel gas, and further, NO x Is also minimized.
【0062】請求項4に記載の旋回燃焼器では低濃度ガ
スに全く燃料が含まれていないためガスの濃度調整が不
要であり、ガスの供給手段が簡素化できる。
In the swirl combustor according to the fourth aspect, since the low-concentration gas contains no fuel at all, there is no need to adjust the gas concentration, and the gas supply means can be simplified.
【0063】請求項5に記載の旋回燃焼器では既燃ガス
の旋回流の中心に低濃度ガスが噴射されるため、既燃ガ
スと低濃度ガスの周囲から噴射された高濃度ガスが旋回
力の弱い中心部分においても十分混合される。そのため
完全燃焼により燃焼することなく排出される未燃成分の
発生が抑制される。また、低濃度ガスの噴射によりNO
X の発生もさらに抑制される。
In the swirling combustor according to the fifth aspect, since the low-concentration gas is injected into the center of the swirling flow of the burned gas, the high-concentration gas injected from around the burned gas and the low-concentration gas is swirled. Is well mixed even in the weak central part of Therefore, generation of unburned components discharged without burning by complete combustion is suppressed. In addition, NO is injected by low concentration gas injection.
The generation of X is further suppressed.
【0064】請求項6に記載の旋回燃焼器では、既燃ガ
スの逆流を阻止することができ、旋回火炎が安定する効
果が得られる。また、当該占拠物の頂部あるいはその近
傍より噴射される低濃度ガスにより、既燃ガスと低濃度
ガスの混合が不十分な旋回流の中心部分においても混合
が促進される。
In the swirling combustor according to the sixth aspect, the backflow of the burned gas can be prevented, and an effect of stabilizing the swirling flame is obtained. Further, the low-concentration gas injected from the top of the occupation material or the vicinity thereof promotes the mixing even in the central portion of the swirling flow where the combustion gas and the low-concentration gas are not sufficiently mixed.
【0065】請求項7に記載の燃焼量制御手段によれば
内部火炎への燃料供給量の調整のみで容易に燃焼量を調
整できる。そのため燃料の完全燃焼が可能であり、未燃
成分およびNOx の排出量を最小限に抑制できる。ま
た、当該燃焼量制御手段は旋回燃焼器に限らず燃料濃
度、流量の調整が必要な場合に適用できる。
According to the combustion amount control means of the present invention, the combustion amount can be easily adjusted only by adjusting the fuel supply amount to the internal flame. Therefore it is possible to complete combustion of the fuel, the emissions of unburned components and NO x can be minimized. Further, the combustion amount control means is not limited to the swirl combustor and can be applied when adjustment of fuel concentration and flow rate is required.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】(a)は本発明の第1実施形態の旋回燃焼器の
概念図であり、(b)および(c)は(a)の高濃度ガ
ス供給口5および低濃度ガス供給管6の斜視図である。
FIG. 1A is a conceptual diagram of a swirl combustor according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 1B and 1C show a high-concentration gas supply port 5 and a low-concentration gas supply pipe 6 in FIG. It is a perspective view of.
【図2】本発明の第1実施形態の旋回燃焼器における未
燃成分の排出限界を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing an emission limit of an unburned component in the swirl combustor according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第2実施形態の旋回燃焼器の概念図で
ある。
FIG. 3 is a conceptual diagram of a swirl combustor according to a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3実施形態の旋回燃焼器に内蔵され
る占拠物であり、(a)はその概念図、(b)は(a)
のA−A断面図である。
FIGS. 4A and 4B show occupants incorporated in a swirl combustor according to a third embodiment of the present invention, wherein FIG. 4A is a conceptual diagram thereof, and FIG.
It is AA sectional drawing of.
【図5】本発明の第3実施形態の旋回燃焼器に内蔵され
る占拠物の変形実施例であり、(a)はその概念図、
(b)は(a)のA−A断面図である。
FIG. 5 is a modified example of the occupation object built in the swirl combustor of the third embodiment of the present invention, (a) is a conceptual diagram thereof,
(B) is AA sectional drawing of (a).
【図6】本発明の第3実施形態の旋回燃焼器に内蔵され
る占拠物のさらに別の変形実施例であり、(a)はその
概念図、(b)は(a)のA−A断面図である。
FIGS. 6A and 6B show still another modified example of the occupation object built in the swirl combustor according to the third embodiment of the present invention, wherein FIG. 6A is a conceptual diagram thereof, and FIG. It is sectional drawing.
【図7】本発明の燃料供給方法を示す概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a fuel supply method of the present invention.
【図8】図7における燃焼量制御手段を用いた旋回燃焼
器20における燃焼量と空気過剰率の関係を示すグラフ
である。
8 is a graph showing a relationship between a combustion amount and an excess air ratio in the swirl combustor 20 using the combustion amount control means in FIG.
【図9】本発明のさらに別の燃料供給方法を示す概念図
である。
FIG. 9 is a conceptual diagram showing still another fuel supply method of the present invention.
【図10】図9における燃焼量制御手段において、外周
火炎の燃焼条件を空気過剰率1.0以上に固定した場合
の燃焼量と空気過剰率の関係を示すグラフである。
10 is a graph showing a relationship between the combustion amount and the excess air ratio when the combustion condition of the outer peripheral flame is fixed at 1.0 or more in the combustion amount control means in FIG. 9;
【図11】図9における燃焼量制御手段を用いた旋回燃
焼器20において、外周火炎の燃焼条件を空気過剰率
1.0以下に固定した場合の燃焼量と空気過剰率の関係
を示すグラフである。
11 is a graph showing a relationship between the combustion amount and the excess air ratio when the combustion condition of the outer peripheral flame is fixed at 1.0 or less in the swirl combustor 20 using the combustion amount control means in FIG. 9; is there.
【図12】従来の旋回燃焼器の概念図である。FIG. 12 is a conceptual diagram of a conventional swirl combustor.
【符号の説明】[Explanation of symbols]
1,20 旋回燃焼器 2 外周壁 3 内周壁 4 底板 5 高濃度ガス供給口 6 低濃度ガス供給口 7 フランジ 8 混合ガス供給部 9 炎孔 10 燃焼室 11 貫通孔 21,30,35,40 占拠物 22 高濃度ガス炎孔 23 高濃度ガス室 24 高濃度ガス供給口 25 低濃度ガス供給管 26 低濃度ガス噴出管 27 高濃度ガス噴出部 31 高濃度ガス通路 32 連結部 33 高濃度ガス流出口 34 低濃度ガス通路 36 低濃度ガス噴出管 37 高濃度ガス噴出管 38 高濃度ガス噴出口 41 中子 42 外周部材 43 凸部 44 凹部 45 高濃度ガス噴射口 46 高濃度ガス通路 50 ガス管 51 ガス第1分岐管 52 ガス第2分岐管 53 空気管 54 空気第1分岐管 55 空気第2分岐管 56 空気第3分岐管 60 燃料管 61 燃料第1分岐管 62 燃料第2分岐管 63 エア管 64 エア第1分岐管 65 エア第2分岐管 66 エア第3分岐管 67 高濃度ガス管 68 混合ガス管 69 弁 Reference Signs List 1,20 Swirling combustor 2 Outer peripheral wall 3 Inner peripheral wall 4 Bottom plate 5 High concentration gas supply port 6 Low concentration gas supply port 7 Flange 8 Mixed gas supply section 9 Flame hole 10 Combustion chamber 11 Through hole 21, 30, 35, 40 Occupation Object 22 High-concentration gas flame hole 23 High-concentration gas chamber 24 High-concentration gas supply port 25 Low-concentration gas supply pipe 26 Low-concentration gas ejection pipe 27 High-concentration gas ejection section 31 High-concentration gas passage 32 Connection section 33 High-concentration gas outlet 34 Low-concentration gas passage 36 Low-concentration gas ejection pipe 37 High-concentration gas ejection pipe 38 High-concentration gas ejection port 41 Core 42 Outer peripheral member 43 Convex part 44 Concave part 45 High-concentration gas ejection port 46 High-concentration gas passage 50 Gas pipe 51 Gas First branch pipe 52 Gas second branch pipe 53 Air pipe 54 Air first branch pipe 55 Air second branch pipe 56 Air third branch pipe 60 Fuel pipe 61 Fuel first branch pipe 62 Charge the second branch pipe 63 the air pipe 64 air first branch pipe 65 the air second branch pipe 66 Air third branch pipe 67 a high-concentration gas pipe 68 the gas mixture pipe 69 valve
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F23R 3/28 F23R 3/28 F 3/30 3/30 3/34 3/34 3/36 3/36 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) F23R 3/28 F23R 3/28 F 3/30 3/30 3/34 3/34 3/36 3/36

Claims (7)

    【特許請求の範囲】[Claims]
  1. 【請求項1】 一端が開放された燃焼室を有し、該燃焼
    室内に空気と燃料を所定の割合で混合した第1混合ガス
    を噴射して燃焼室内で混合ガスの旋回流を発生させ、さ
    らに燃焼室の内壁を離れた位置に、空気と燃料とを先の
    第1混合ガスとは異なる割合で混合した第2混合ガスお
    よび前記2種の混合ガスよりも燃料濃度の低い低濃度ガ
    スが噴射されることを特徴とする旋回燃焼器。
    1. A combustion chamber having an open end, wherein a first mixed gas in which air and fuel are mixed at a predetermined ratio is injected into the combustion chamber to generate a swirling flow of the mixed gas in the combustion chamber. Further, at a position away from the inner wall of the combustion chamber, a second mixed gas obtained by mixing air and fuel at a different ratio from the first mixed gas and a low-concentration gas having a lower fuel concentration than the two types of mixed gas are provided. A swirling combustor characterized by being injected.
  2. 【請求項2】 第2混合ガスは第1混合ガスよりも燃料
    濃度が高いことを特徴とする請求項1に記載の旋回燃焼
    器。
    2. The swirl combustor according to claim 1, wherein the second mixed gas has a higher fuel concentration than the first mixed gas.
  3. 【請求項3】 第1混合ガスは空気過剰率が1以上であ
    り、第2混合ガスは空気過剰率が0以上1未満であるこ
    とを特徴とする請求項1又は2に記載の旋回燃焼器。
    3. The swirl combustor according to claim 1, wherein the first mixed gas has an excess air ratio of 1 or more, and the second mixed gas has an excess air ratio of 0 or more and less than 1. .
  4. 【請求項4】 低濃度ガスには燃料が全く含まれていな
    いことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の
    旋回燃焼器。
    4. The swirl combustor according to claim 1, wherein the low-concentration gas contains no fuel.
  5. 【請求項5】 低濃度ガスは旋回流の中心部に向かって
    噴射され、第2混合ガスはその周囲から噴射されること
    を特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の旋回燃
    焼器。
    5. The swirl combustor according to claim 1, wherein the low-concentration gas is injected toward a center of the swirling flow, and the second mixed gas is injected from a periphery thereof. .
  6. 【請求項6】 旋回流の中心部に、旋回流によって生じ
    る負圧領域の一部または全部を占める占居物が設けら
    れ、低濃度ガスは当該占居物の頂部又はその近傍から噴
    射されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに
    記載の旋回燃焼器。
    6. A occupant occupying a part or all of a negative pressure region generated by the swirling flow is provided at a central portion of the swirling flow, and the low-concentration gas is injected from the top of the occupying material or from the vicinity thereof. The swirl combustor according to any one of claims 1 to 5, wherein:
  7. 【請求項7】 第1混合ガスと第2混合ガスと低濃度ガ
    スは、空気の総量及び空気の分配比が一定であり、低濃
    度ガスの燃料の量が一定であり、第1混合ガスあるいは
    第2混合ガスのいずれか一方の混合ガスの燃料の量が一
    定であり、前記他方の燃料の量が変更可能である請求項
    1乃至6のいずれかに記載の旋回燃焼器。
    7. The first mixed gas, the second mixed gas, and the low-concentration gas have a constant total amount of air and a constant air distribution ratio, a constant low-concentration gas fuel amount, and the first mixed gas or the low-concentration gas. The swirl combustor according to any one of claims 1 to 6, wherein the amount of fuel of one of the second mixed gases is constant, and the amount of the other fuel is changeable.
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