JP2003343817A - 旋回型低NOx燃焼器 - Google Patents
旋回型低NOx燃焼器Info
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Abstract
を一層高め、大量の空気を噴出して燃焼器に供給した場
合にも安定燃焼を達成する。 【解決手段】 フレームチューブ(8)の燃焼空間内に
導入した燃料ガスを大量の空気の旋回流(α)と混合し
てその希薄燃焼を行う旋回型低NOx燃焼器において、
フレームチューブと燃料ガス供給管との連結部の近傍に
は燃料ガスの滞留領域(X)を形成するリセス部が設け
られている。リセス部には比較的高濃度で燃焼が容易な
燃焼ガスが滞留し、これが1次的に燃焼することで火炎
基部となって燃焼器の保炎性を向上させる。そのため、
燃焼器の負荷を稼ぐためにガス流量を増やした場合であ
っても燃焼空間内での安定燃焼が確保され、低NOx化
も保持することができる。
Description
しうる燃焼器にかかり、より詳細には、フレームチュー
ブ内部の燃焼空間に接線方向から空気を噴出して旋回流
とし、この旋回流と燃料ガスとの混合を促進させる旋回
型低NOx燃焼器であって、希薄燃焼ガスの安定燃焼確
保および燃焼効率の維持・向上により低NOx化を図る
ことができる旋回型低NOx燃焼器に関する。
や焼却炉の燃焼排ガス中のNOx(窒素酸化物)の低減
が義務付けられている。そのため、従来のガスタービン
等の燃焼器では希薄燃焼を行わせることでNOxの低減
を図っているものも多い。
を示した。この燃焼器60では、大量の空気が流れる主
流ガス流路61内にスワールベーン62を設け、これに
より燃焼器の軸方向に流れる空気を螺旋流として燃焼室
63内に導入する一方、燃料ガスを燃焼室内に向けて軸
方向に噴出し、螺旋流となった大量の空気と燃料ガスと
を混合して、これに着火することでその燃焼を行ってい
る。大量の空気と燃料ガスとを混合して希薄燃料ガスを
生成することで火炎のホットスポットをなくして高温火
炎の発生を回避し、高温燃焼時に主に発生するNOxの
低減を図っている。
着火が困難となるため、従来の希薄燃焼を行う燃焼器で
は保炎を行うパイロットバーナを燃焼室内に設け、これ
により火炎基部を形成して希薄燃焼ガスの連続燃焼の確
保を図っていた。
気は軸方向に高速で流れるため、これによりパイロット
バーナによる火炎基部が吹き消されてしまうことがあっ
た。連続燃焼が確保されない場合には、希薄燃料ガスの
安定燃焼および所定の燃焼効率が達成されず、燃焼排ガ
ス中のNOxの低減を図ることができなくなる。
低NOx燃焼器も用いられている。この燃焼器70は、
内部に燃焼空間を有する円筒形状のフレームチューブ7
1の一端近傍の側面に連結した空気噴出管72から空気
をフレームチューブの接線方向に噴出して旋回流とする
とともに、フレームチューブの一端面に連結した燃料ガ
ス供給管73から燃料ガスをフレームチューブの軸方向
に噴出することによって、空気と燃料ガスとの混合を促
進し燃焼排ガス中のNOxの低減を図っている。
スと空気との噴出される方向が異なるため軸方向に噴出
された燃料ガスは旋回する空気によりせん断されて混合
されるが、その際、燃料ガス供給管73とフレームチュ
ーブ71との連結部付近には比較的燃料ガス濃度の高い
領域(滞留領域X)が形成され、その結果保炎性が向上
していた。
の低NOx燃焼器による燃焼は、低NOx性を犠牲にす
ることがなく高い保炎性を保持することができる燃焼方
式であるが、軸方向の流速が遅くそのため燃焼器の負荷
も小さなものとなっていた。
ガス流量を増やしてやればよく、そのための方法として
は、燃焼空間に噴出するガスの流速を高める方法、
ガスを燃焼空間に導入するための導入口の面積を大きく
する方法、によってガス流量を増やすことが考えられ
る。しかしながら導入口の面積を大きくする方法は燃焼
空間内に旋回流を形成する上で好ましくないと考えられ
るため、ガス流量を増やすためには導入するガスの流速
を大きくしてやる必要がある。ここで従来の旋回型の低
NOx燃焼器では、ガス流量が増大し旋回速度が増加す
ると、燃料ガス供給管とフレームチューブとの連結部付
近に形成されていた燃料ガスの高濃度領域(滞留領域
X)が形成されなくなり、その結果保炎性が悪化し、低
NOx化が阻害される結果を招来していた。また従来の
旋回型の低NOx燃焼器では、燃焼空間内に生じる螺旋
火炎は基本的に非対称に形成されるため、燃焼器のサイ
ズや軸方向の流速などの条件によって燃焼器出口の温度
分布が均一でなくなる可能性があった。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、旋回
型の低NOx燃焼器においてその保炎性を一層高め、大
量の空気を燃焼空間に高速に噴出し旋回流とした場合に
も燃焼空間内での安定燃焼を確実なものとし、高燃焼効
率の維持・向上による低NOx化を図ることができる旋
回型低NOx燃焼器を提供することにある。また好まし
くは、燃焼室内に形成される螺旋火炎を対称化し、燃焼
器出口の温度分布を均一化することができる旋回型低N
Ox燃焼器を提供することにある。
本発明の旋回型低NOx燃焼器は、一端面(2)を閉口
し他端面(4)を開口した円筒形の燃焼空間(6)を内
部に有するフレームチューブ(8)と、該フレームチュ
ーブの側面(8b)に連結され、かつ、燃焼空間内に向
けその接線方向から空気を噴出しこれをフレームチュー
ブ内周面に沿って流れる旋回流(α)とする少なくとも
1つの空気噴出管(16)と、前記フレームチューブに
連結され燃焼空間内に燃料ガスを導入する少なくとも1
つの燃料ガス供給管(22)と、からなり、燃焼空間内
に導入した燃料ガスを旋回流と混合してその希薄燃焼を
行う旋回型低NOx燃焼器であって、前記フレームチュ
ーブと燃料ガス供給管との連結部の近傍には燃料ガスの
滞留領域(X)を形成するリセス部が設けられており、
該滞留領域に滞留した燃料ガスが燃焼器の保炎性を向上
させる、ことを特徴とする。
チューブに接線方向から空気を高速に噴出し燃焼空間内
部に空気の旋回流を形成し、ここに燃料ガス供給管から
燃料ガスを導入することで空気と燃料ガスとの混合を促
進し均一希薄燃料ガスを生成する。この希薄燃料ガスを
燃焼させることにより高温火炎の発生が回避され、高温
燃焼時に主に発生するNOxの低減が図られる。一方本
発明では、フレームチューブと燃料ガス供給管との連結
部に燃料ガスの滞留領域となるリセス部が設けられてい
る。リセス部には比較的高濃度で燃焼が容易な燃焼ガス
が滞留するため、この高濃度燃料ガスが1次的に燃焼す
ることでパイロットとなる火炎基部が燃焼空間の上流側
に形成される。この火炎基部が燃焼器の保炎性を向上さ
せるため、燃焼器の負荷(出力)を稼ぐためにガス流量
を増やした場合であっても燃焼空間内での安定燃焼が確
保され、低NOx化も保持することができる。
心軸に対して対称形に形成することもできるので、かか
る場合には燃焼空間内での均一燃焼が達成され、燃焼器
出口の温度分布も均一化することができ、燃焼器の性能
も向上させることができる。
フレームチューブ(8)の閉口した一端面(2)に燃焼
空間(6)と同軸に形成された円形の凹み(26a)か
らなり、燃料ガスは該凹みの底面外周側に連結された燃
料ガス供給管(22)から燃焼空間の軸方向に噴出され
て導入される。
ーブの閉口した一端面に円形の凹みを形成し、この凹み
の底面外周側から軸方向に燃料ガスを導入してやると、
凹みの内周径方向外側には環状の滞留領域が形成され
る。これにより燃焼器の保炎性を向上させることがで
き、低NOx化も保持することができる。
流境界層付近に向けて噴出される、ことが好ましい。
にほぼ垂直に噴出することで燃料ガスの多くは旋回流に
よってせん断されて旋回流と合流しその混合が促進され
るとともに、効率的に滞留領域を形成することができ
る。
セス部はフレームチューブ(8)の閉口した一端面
(2)に燃焼空間(6)と同軸に形成された環状の溝
(26b)からなり、燃料ガスは該溝に向け径方向から
導入される。
ーブの一端面に環状の凹みからなる溝を形成し、この溝
に径方向から燃料ガスを導入してやると、環状の溝が燃
料ガスの滞留領域となり、ここに環状の火炎基部が形成
されるため燃焼器の保炎性が向上される。
リセス部はフレームチューブ(8)の閉口した一端面
(2)において鍔状に広がって形成されたフランジ部
(26c)からなり、燃料ガスは該フランジ部の付け根
部分に位置するフレームチューブの側面から燃焼空間の
接線方向に噴出されて導入される。
ーブの一端面に鍔状の凹みのフランジ部を形成し、この
凹みに径方向から燃料ガスを導入してやると、環状の凹
みが燃料ガスの滞留領域となり、燃焼器の保炎性が向上
される。
面(2)を閉口し他端面(4)を開口した円筒形の燃焼
空間(6)を内部に有するフレームチューブ(8)と、
燃焼空間内に向けその接線方向から空気を噴出しこれを
フレームチューブ内周面に沿って流れる旋回流(α)と
する少なくとも1つの空気噴出管(16)と、前記フレ
ームチューブに連結され燃焼空間内に燃料ガスを導入す
る少なくとも1つの燃料ガス供給管(22)と、からな
り、燃焼空間内に導入した燃料ガスを旋回流と混合して
その希薄燃焼を行う旋回型低NOx燃焼器であって、前
記フレームチューブには閉口した一端面から一定の距離
を隔てた側面において鍔状に広がる環状凹部(26d)
が形成され、空気噴出管(16)は該環状凹部に連結さ
れ、燃料ガス供給管(22)は閉口した一端面の径方向
外側に連結され、かつ、燃焼空間の軸方向に燃料ガスを
導入し、前記環状凹部と閉口した一端面との間の空間に
は燃料ガスの滞留領域(X)が形成され、該滞留領域に
滞留した燃料ガスが燃焼器の保炎性を向上させる、こと
を特徴とする旋回型低NOx燃焼器とすることもでき
る。
ーブの閉口した一端面から一定の距離をおいて側面に鍔
状に広がる環状凹部を形成し、ここに空気噴出管を接線
方向に連結して空気を噴出し、燃焼空間内に旋回流を形
成する一方、燃料ガス供給管を閉口した一端面の外周側
に連結し、軸方向に燃料ガスを燃焼空間内に導入してや
ることで、一端面から環状凹部との間の空間にフレーム
チューブの内周面に沿った円筒状の燃料ガスの滞留領域
が形成される。このように空気を燃焼空間に噴出して導
入する空気噴出管の連結方法を工夫することで燃料ガス
の滞留領域を燃焼空間内に形成し、燃焼器の保炎性を向
上させることもできる。
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。
図であり、(a)は燃焼器の軸方向断面図、(b)は燃
焼器の径方向断面図、(c)はその斜視図である。
のであって、上流側にはエンジン内部に取り入れた空気
を圧縮する圧縮機が、下流側には燃焼ガスにより駆動さ
れるガスタービンが配置されている(図示せず)。また
この燃焼器は、高速に導入される圧縮空気と燃料ガスと
をその内部で十分に混合しながら燃焼させ、タービンの
要求する高圧圧縮ガスを発生させるものであり、また高
燃焼効率の維持・向上と燃焼ガスの低NOx化の両立を
実現するものである。
面2(上流端)を閉口し他端面4(下流端)で開口する
円筒形のフレームチューブ8によりその外形が構成され
ている。フレームチューブ8は空気と燃料ガスとの混合
ガスの主として希薄燃焼が行われる円筒形の燃焼空間6
を内部に有している。またこのフレームチューブ8の閉
口した一端面2には燃焼空間6と同軸の円形の凹み26
aが形成されている。すなわち、フレームチューブの閉
口した一端面2は円形の階段状に形成されている。
bには図示しない圧縮機で圧縮された空気を燃焼室に向
けて接線方向に高速で噴出する空気噴出管16が1本接
続されている。空気噴出管16から噴出された空気はフ
レームチューブ内周面に沿って流れ、螺旋状の旋回流α
となって上流から下流に向かう。
気噴出管至近の下流側位置には燃料ガス供給管22が軸
方向に連結されている。燃料ガス供給管22からは燃料
ガスが軸方向に噴出されて燃焼空間6に導入される。燃
焼空間の接線方向に噴出される空気と、軸方向に噴出さ
れる燃料ガスとは直角に合流し、燃料ガスは旋回流αに
巻き込まれることで大量の空気と攪拌・混合される。
8との連結部分の空気噴出口は矩形に形成され、空気噴
出口の径方向の長さは燃焼空間外周端から凹み26aの
手前直前までの長さとほぼ等しくなっている。このよう
な形状の空気噴出口とすることにより、効率的に旋回流
αを形成することができるとともに、燃料ガスを旋回流
の層流境界層付近に噴出できるためその混合を促進する
ことができる。
は、円形の凹み26aの内周径方向外側に図に示すよう
な環状の滞留領域X(リセス部)が形成される。リセス
部Xには比較的高濃度で燃焼が容易な燃料ガス滞留する
ため、この高濃度燃料ガスを1次的に燃焼させ燃焼空間
の上流側にパイロット領域を形成してやることにより、
希薄燃焼における燃焼器の保炎性を向上させることがで
きる。そのため燃焼器の負荷を稼ぐためにガス流量を増
やした場合であっても安定燃焼が確保され、燃焼器の低
NOx化も保持される。
て、図2に示したように中心軸に対して対称に設けた複
数(図では各2本)の空気噴出管16および燃料供給管
22を設けた燃焼器20によっても、円形の凹み26a
の内周径方向外側に環状の滞留領域X(リセス部)を形
成して保炎性を向上させ、安定燃焼を確保することで低
NOx化を保持することができる。なお、かかる燃焼器
20によれば燃焼空間内に形成される螺旋火炎が対称化
されるので、燃焼器出口の温度分布の均一化を図ること
ができる。
図を示した。ここで(a)は軸方向断面図であり、
(b)は径方向断面図である。
は、フレームチューブ8の閉口した一端面2には、燃焼
空間6と同軸に形成された環状の凹みからなる溝26b
が形成されている。なお、本実施例の2本の空気噴出管
16は図2に示した燃焼器20と同様に設けられ、同様
の機構によって燃焼空間6内に旋回流αを発生させるた
めその説明を省略する。
内の側面において開口し、かつ、空気噴出管16至近の
下流側位置に設けられた複数(図3では2つ)の燃料ガ
ス噴出口22bから、環状の溝26b内へ径方向内側か
ら径方向外側に向けて導入される。
の溝26b内に図に示すような燃料ガスの滞留領域X
(リセス部)を形成することができ、滞留した高濃度燃
料ガスを1次的に燃焼させてこれをパイロットとするこ
とで希薄燃焼における保炎性を向上させることができ
る。
図を示した。本実施例の燃焼器は空気と燃料ガスとをと
もに燃焼空間6の接線方向から噴出して導入することを
特徴としている。
は、その閉口した一端面に鍔状に広がるフランジ部26
cが形成されている。空気噴出管16と燃料ガス供給管
22はともにフランジ部の付け根部分に位置するフレー
ムチューブ8の側面8bに連結され、それぞれ空気と燃
料ガスを燃焼空間6の接線方向に向けて噴出して導入す
る。本実施例では2本の空気噴出管16と2本の燃料ガ
ス供給管22とが90°傾いた状態で交互にフレームチ
ューブ8の外周に連結されている。空気と燃料ガスとは
燃焼空間6内をともに旋回することで混合される。ここ
でフランジ部26cはフレームチューブ8の側面8bか
ら鍔状に広がって形成されているため、すなわちフレー
ムチューブ8の側面8bと閉口した一端面2との接続箇
所には段差が形成されているため、このフランジ部26
cが燃料ガスの滞留領域Xとなって燃焼器40の保炎性
を向上させる。
図を示した。本実施例の燃焼器はフレームチューブ8へ
の空気噴出管16の連結方法を特徴点としている。
8には閉口した一端面2から一定の距離を隔てた側面8
bにおいて鍔状に広がる環状凹部26dが形成されてお
り、空気噴出管16は環状凹部26dに接線方向から連
結されている。また燃料ガス供給管22はフレームチュ
ーブ8の閉口した一端面2の外周側に連結され、軸方向
に燃料ガスを噴出する。
出管16から噴出された空気は、いったん環状凹部26
dに沿って進み、その後上流から下流に旋回しながら流
れる。このとき環状凹部26dと閉口した一端面2との
間の空間には燃料ガスの滞留領域Xが形成されるため、
この滞留領域Xに滞留した高濃度の燃料ガスを燃焼させ
ることでパイロット領域を形成し、これにより燃焼器の
保炎性を向上させることができる。
焼器によれば、空気と燃料ガスとの混合を旋回流によっ
て急速に促進してNOxの発生を低減するとともに、燃
料ガスの滞留領域となるリセス部を上流端付近に形成す
ることで、リセス部に滞留した比較的高濃度の燃料ガス
を1次的に燃焼させ、これをパイロットとすることによ
り希薄燃焼における保炎性を向上させることができる。
保炎性が向上すると燃焼効率も向上し、これにより低N
Ox化による燃焼効率の低下を防ぐことが可能となる。
心軸に対して対称形に形成することもできるので、かか
る場合には燃焼空間内での均一燃焼が達成され、燃焼器
出口の温度分布も均一化するため、燃焼器の性能も向上
することになる。
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できる
ことは勿論である。例えばボイラーや炉に用いられる燃
焼器に本発明の燃焼器を適用することもできる。
x燃焼器によれば空気と燃料の急速混合により、燃焼排
ガス中に含まれるNOxの低減と保炎性の確保による燃
焼効率の向上の両立を図ることができる。
構成図である。
た模式的構成図である。
である。
Claims (6)
- 【請求項1】 一端面(2)を閉口し他端面(4)を開
口した円筒形の燃焼空間(6)を内部に有するフレーム
チューブ(8)と、該フレームチューブの側面(8b)
に連結され、かつ、燃焼空間内に向けその接線方向から
空気を噴出しこれをフレームチューブ内周面に沿って流
れる旋回流(α)とする少なくとも1つの空気噴出管
(16)と、前記フレームチューブに連結され燃焼空間
内に燃料ガスを導入する少なくとも1つの燃料ガス供給
管(22)と、からなり、燃焼空間内に導入した燃料ガ
スを旋回流と混合してその希薄燃焼を行う旋回型低NO
x燃焼器であって、 前記フレームチューブと燃料ガス供給管との連結部の近
傍には燃料ガスの滞留領域(X)を形成するリセス部が
設けられており、該滞留領域に滞留した燃料ガスが燃焼
器の保炎性を向上させる、ことを特徴とする旋回型低N
Ox燃焼器。 - 【請求項2】 前記リセス部はフレームチューブ(8)
の閉口した一端面(2)に燃焼空間(6)と同軸に形成
された円形の凹み(26a)からなり、 燃料ガスは該凹みの底面外周側に連結された燃料ガス供
給管(22)から燃焼空間の軸方向に噴出されて導入さ
れる、ことを特徴とする請求項1に記載の旋回型低NO
x燃焼器。 - 【請求項3】 前記燃料ガスは旋回流(α)の層流境界
層付近に向けて噴出される、ことを特徴とする請求項2
に記載の旋回型低NOx燃焼器。 - 【請求項4】 前記リセス部はフレームチューブ(8)
の閉口した一端面(2)に燃焼空間(6)と同軸に形成
された環状の溝(26b)からなり、 燃料ガスは該溝に向け径方向から導入される、ことを特
徴とする請求項1に記載の旋回型低NOx燃焼器。 - 【請求項5】 前記リセス部はフレームチューブ(8)
の閉口した一端面(2)において鍔状に広がって形成さ
れたフランジ部(26c)からなり、 燃料ガスは該フランジ部の付け根部分に位置するフレー
ムチューブの側面から燃焼空間の接線方向に噴出されて
導入される、ことを特徴とする請求項1に記載の旋回型
低NOx燃焼器。 - 【請求項6】 一端面(2)を閉口し他端面(4)を開
口した円筒形の燃焼空間(6)を内部に有するフレーム
チューブ(8)と、燃焼空間内に向けその接線方向から
空気を噴出しこれをフレームチューブ内周面に沿って流
れる旋回流(α)とする少なくとも1つの空気噴出管
(16)と、前記フレームチューブに連結され燃焼空間
内に燃料ガスを導入する少なくとも1つの燃料ガス供給
管(22)と、からなり、燃焼空間内に導入した燃料ガ
スを旋回流と混合してその希薄燃焼を行う旋回型低NO
x燃焼器であって、 前記フレームチューブには閉口した一端面から一定の距
離を隔てた側面において鍔状に広がる環状凹部(26
d)が形成され、 空気噴出管(16)は該環状凹部に連結され、 燃料ガス供給管(22)は閉口した一端面の径方向外側
に連結され、かつ、燃焼空間の軸方向に燃料ガスを導入
し、 前記環状凹部と閉口した一端面との間の空間には燃料ガ
スの滞留領域(X)が形成され、該滞留領域に滞留した
燃料ガスが燃焼器の保炎性を向上させる、ことを特徴と
する旋回型低NOx燃焼器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002150703A JP3888229B2 (ja) | 2002-05-24 | 2002-05-24 | 旋回型低NOx燃焼器 |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2003343817A true JP2003343817A (ja) | 2003-12-03 |
JP3888229B2 JP3888229B2 (ja) | 2007-02-28 |
Family
ID=29768494
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2002150703A Expired - Lifetime JP3888229B2 (ja) | 2002-05-24 | 2002-05-24 | 旋回型低NOx燃焼器 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3888229B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100709386B1 (ko) | 2006-09-28 | 2007-04-20 | 한국기계연구원 | 선회 공기 유입관이 장착된 초소형 사이클론 연소기 |
CN101858597A (zh) * | 2009-04-07 | 2010-10-13 | 通用电气公司 | 低排放且抗回火的燃烧管及装置 |
JP2011163590A (ja) * | 2010-02-05 | 2011-08-25 | Osaka Gas Co Ltd | 片端閉塞型管状火炎バーナ |
WO2014203780A1 (ja) * | 2013-06-17 | 2014-12-24 | 株式会社Istc | ガス噴射装置 |
-
2002
- 2002-05-24 JP JP2002150703A patent/JP3888229B2/ja not_active Expired - Lifetime
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