JP2004239608A - バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】 燃焼空気のＯ2濃度が低い場合であっても不安定燃焼を起こさない。
【解決手段】 １次空気流路３を囲んで２次空気流路が形成され、１次空気流路３の周囲の２次空気流路４内に複数の気体燃料の噴出ノズル９が配置されてなるバーナにおいて、１次空気流路３の先端部外周と噴出ノズル９の間に張り出して当該先端部外周に環状の保炎器１４が設けられ、噴出ノズル９の先端部に主噴口１２と側噴口１１とが形成され、該側噴口１１は保炎器１４の後流側に位置させ、かつ保炎器１４の軸心に向けて形成されてなり、１次空気流路３内に液体燃料バーナ２０を備え、液体燃料バーナ２０の先端に保炎器２２を設け、液体燃料バーナ２０を１次空気流路３の軸方向に移動させる位置調節手段を備え、気体燃料の噴出ノズル９と液体燃料バーナ２０を切り替えて燃焼可能に形成されてなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は燃焼の安定化が図れるバーナに関する。

事業用ボイラなどのように空気過剰率が低く、理論空気量よりもわずかに多い燃焼用空気で燃焼を行う燃焼装置のバーナなどにおいては、窒素酸化物ＮＯｘ発生を抑えるために、バーナ後流の燃焼室内で燃料と空気とが混合しながら燃焼がすすむ拡散火炎を形成するのが有効な手段である。

気体燃料の拡散燃焼においては保炎性を確保するために、バーナに２種類のブラフボディ型保炎器を設ける場合が多い。図４はかかる従来のバーナの一例の構造を説明する図であり、図４（ａ）はかかるバーナの断面図であり、図４（ｂ）はかかるバーナのバーナスロート部分の正面図である。同図を参照して、バーナ４０のバーナスロート４９には、ウインドボックス４４より、燃焼用空気が１次空気、２次空気、３次空気に分かれて供給される。矢示４５は１次空気、矢示４６は２次空気、矢示４７は３次空気の流れをそれぞれ示すものである。なお、４８は３次空気の流れを方向づけるエアレジスタである。バーナ４０は複数の気体燃料噴出ノズル（ガススパッド）４３を備え、それぞれの先端部には個々に保炎器（フレームホールダ）５０を設け、ガススパッド４３ごとに保炎させるとともに、バーナ中心部に、一般にフレームホールダ５０に比べて大きな共通の保炎器（インペラ）５１を設けてバーナ４０全体としての保炎を強化させる方法がとられている。ガススパッド４３には矢示４１で示したように燃料ガスリング４２を介してガス燃料が供給される。

上記従来の技術は窒素酸化物ＮＯｘ低減のための排ガス混合を実施しない場合、あるいは排ガス混合割合が小さい場合つまりウインドボックス４４のＯ2濃度が１９％程度以上の場合には優れた保炎性能を発揮する。しかしながら、排ガス混合割合の増加によってウインドボックス４４のＯ2濃度が１９％程度を下回る場合には、保炎形態の変化により不安定燃焼に至ることがある。かかる不安定燃焼に至る理由を以下に順を追って説明する。
（１）まず、ウインドボックス４４のＯ2濃度低下が引き金になってフレームホールダ５０での保炎性が低下し、フレームホールダ５０の近傍での酸素消費量が減少する。
（２）次に、フレームホールダ５０の近傍での酸素消費量減少分は、インペラ５１後流の燃焼に寄与するため、インペラ５１後流での保炎性が強化される。
（３）インペラ５１の後流での保炎強化に助けられ、フレームホールダ５０での保炎性が向上し、フレームホールダ５０近傍での酸素消費量が増加する。
（４）フレームホールダ５０近傍での酸素消費量増加により、インペラ５１の後流のＯ2分圧が低下し、インペラ５１の後流での保炎性が低下する。
（５）インペラ５１の後流での保炎性低下によりフレームホールダ５０での保炎性も低下し、上記（１）の状態に戻り、また上記（１）から（５）を繰り返す。
上記現象は、フレームホールダ５０、インペラ５１の２種類の保炎機構がお互いに干渉しあった結果、不安定燃焼に至ったものである。

本発明は、燃焼空気のＯ2濃度が低い場合であっても不安定燃焼を起こさないバーナを提供することを目的とする。

上記課題の解決は、１次空気流路を囲んで２次空気流路が形成され、前記１次空気流路の周囲の前記２次空気流路内に複数の気体燃料の噴出ノズルが配置されてなるバーナにおいて、前記１次空気流路の先端部外周と前記噴出ノズルの間に張り出して当該先端部外周に環状の保炎器が設けられ、前記噴出ノズルの先端部に主噴口と側噴口とが形成され、該側噴口は前記保炎器の後流側に位置させ、かつ前記保炎器の軸心に向けて形成されてなり、前記１次空気流路内に液体燃料バーナを備え、該液体燃料バーナの先端に保炎器を設け、前記液体燃料バーナを前記１次空気流路の軸方向に移動させる位置調節手段を備え、気体燃料の前記噴出ノズルと前記液体燃料バーナを切り替えて燃焼可能に形成されてなることを特徴とするバーナをその要旨とする。

さらに、前記１次空気及び、又は２次空気との流量を調節する手段を備えたバーナも要旨とする。

側噴口から噴射された燃料は環状で唯一の保炎器により保炎されて燃焼し保炎域を形成する。かかる保炎器がバーナ全体で唯一の保炎器であるため複数の保炎機構が干渉しあって不安定燃焼を起こすことはない。主噴口から噴射された燃料は保炎域の周囲に噴射されるから、該保炎域により点火され拡散火炎を形成する。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の一実施例にかかるバーナの構造を示す断面図である。図１（ａ）はかかるバーナの断面図であり、図１（ｂ）はかかるバーナのバーナスロート部分の正面図である。同図において、バーナ１のバーナスロート部５には、ウインドボックス６により燃焼用空気が１次空気、２次空気に分かれて供給される。また、バーナ１には燃焼用の１次空気が流れる１次空気流路となる１次空気スリーブ２と、バーナスロート部５に設けられ１次空気流路５から流れてきた燃焼用の１次空気を放出する１次空気放出口３と、１次空気放出口の周囲に配置され、燃焼用の２次空気を放出する２次空気放出口４とを備えている。矢示７は１次空気の、矢示８は２次空気の流れをそれぞれ示すものである。

１次空気放出口３の先端部には保炎器１４が設けられている。該保炎器１４は環状で、本実施例のバーナ１で唯一の保炎器であり、本実施例のバーナ１においては他にガススパッド９の先端部などに保炎器を設けたりなどはしていない。保炎器１４は１次空気スリーブ２の軸方向の断面が図１（ａ）のように、くの字形に１次空気放出口３の先端部から張り出している。

バーナスロート４には例えば８本のガススパッド９が設けられ、その先端部は２次空気放出口４の先端部に配置される。ガススパッド９の先端部には側噴口１１、主噴口１２が設けられている。ガススパッド９には燃料ガスリング１３を介し、矢示１５に示すように燃料ガスが供給される。燃料ガスはその１０％〜５０％程度を側噴口１１から噴射し、残りの９０％〜５０％程度を主噴口１２から噴射する。１６はこのように噴射される側噴口１１からの燃料ガスを示し、１７は主噴口１２から噴射される燃料ガスを示す。

１９は１次空気の流量を調節する１次空気ダンパであり、１０は２次空気の流れを方向づけるエアレジスタである。かかる１次空気ダンパ１９、エアレジスタ１０による１次空気、２次空気の空気配分のコントロールにより、１次空気、２次空気の流量を調節して安定燃焼条件を強化することができる。すなわち、１次空気ダンパ５の開度調節により、保炎器１４の局部空燃比が適正化が可能であり、エアレジスタ１０の開度調節により２次空気の旋回強度が変化し、管状再循環保炎域１８の大きさの適正化が可能である。

つづいて本願発明の他の実施例にかかるバーナについて説明する。図３は本願発明にかかる他の実施例にかかるバーナの構造を説明する図である。図３（ａ）はかかるバーナの断面図であり、図３（ｂ）はかかるバーナのバーナスロート部分の正面図である。図１と同符号の部材等は図１を参照して説明した前記の部材等と同様の部材等である。本実施例にかかるバーナは、１台で燃料ガスと液体燃料のいずれも燃焼可能であり、切り替えにより、いずれの燃料を燃焼させるか選択できるバーナに本願発明を適用したものである。

本実施例のバーナは１次空気スリーブ２内に液体燃料を燃焼させる液体燃料バーナ２０が設けられている。該液体燃料バーナ２０の先端部には液体燃料の噴射口２２と該噴射口２２から噴射された液体燃料の燃焼を安定させる先端部の形状が円形または矩形状の第２の保炎器であるインペラ２１が設けられている。また、噴射口２２とインペラ２１を備えた液体燃料バーナ２０の先端部を１次空気スリーブ２の軸方向に手動または自動で移動させる図示しない液体燃料バーナスライド装置を公知の手段により設けている。これにより液体燃料バーナ２０の先端部を図３（ａ）のとおり１次空気スリーブ２内に収容することも保炎器１４の先端部２１´に位置させることも可能である。これにより燃料ガスを燃焼させるときには、保炎器１４による保炎機構と干渉しないように液体燃料バーナ２０の先端部を１次空気スリーブ２内に収容する。

次に、本実施例にかかるバーナ１の動作について説明する。側噴口１１から噴射された燃料ガスは保炎器１４に保炎されて燃焼し図２に示すように保炎器１４の後流には、ブラフボディ効果により環状の再循環保炎域１８が形成される。主噴口１２からは該保炎域１８の周囲に燃料ガスが噴射され該ガスは保炎域１８の火炎により点火されて燃焼し拡散火炎を形成する。保炎器１４はバーナ１全体で唯一の保炎器であるから、複数の保炎機構が干渉しあって不安定燃焼を生じることがない。また、保炎器１４は環状の保炎器であるため再循環保炎域１８の一部に変動が生じても、保炎機構全体としては安定した燃焼を維持できる。

また、１次空気ダンパ５、エアレジスタ１０により前述のように１次空気、２次空気の流量を適度に調節して保炎器１４の局部空燃比を適正化し、また、再循環保炎域１８の大きさの適正化を図る。

また、図３を参照して説明した前記のバーナ１については、燃料ガスを燃焼させるときは保炎器１４による保炎機構と干渉しないように液体燃料バーナ２０の先端部を１次空気スリーブ２内に収容する。液体燃料を燃焼させるときは、液体燃料バーナ２０の先端部を保炎器１４の先端部２１´に位置させる。これにより液体燃料はインペラ２１に保炎されて燃焼し、保炎器１４による干渉を受けることなく安定燃焼する。

以上説明した本実施例にかかるバーナ１によれば、保炎器１４はバーナ１全体で唯一の保炎器であるから、複数の保炎機構が干渉しあって不安定燃焼を生じることがない。

また、保炎器１４は環状の保炎器であるため再循環保炎域１８の一部に変動が生じても、保炎機構全体としては安定した燃焼を維持できる。

図３を参照して説明した前記のバーナ１については、液体燃料バーナ２０の先端部を１次空気スリーブ２内に収容することができるから、燃料ガスの燃焼を行うときも、液体燃料の燃焼を行うときも保炎器１４、インペラ２１のいずれかのみにより保炎されて燃焼され、切り替えにより、燃料ガスと液体燃料のうち、いずれの燃料を燃焼させるか選択できるバーナにおいても不安定燃焼を生じることがない。

さらに、１次空気ダンパ５、エアレジスタ１０により保炎器１４の局部空燃比を適正化し、また、再循環保炎域１８の大きさの適正化を図ることができる。

以上説明した本発明にかかるバーナによれば、保炎器はバーナ全体で唯一の保炎器であるから、複数の保炎機構が干渉しあって不安定燃焼を生じることがない。

また、保炎器は環状の保炎器であるため保炎域の一部に変動が生じても、保炎機構全体としては安定した燃焼を維持できる。

さらに、燃料噴射口を備えた前記のバーナにおいては、燃料噴射口を１次空気放出口内に収容することができるから、燃料ガスの燃焼を行うときも、液体燃料の燃焼を行うときも環状の保炎器、第２の保炎器のいずれかのみにより保炎されて燃焼され、燃料ガスと液体燃料のうち、いずれの燃料を燃焼させるか選択できるバーナにおいても不安定燃焼を生じることがない。

本発明の１実施例にかかるバーナの構造を説明する図であり、図１（ａ）はかかるバーナの断面図であり、図１（ｂ）はかかるバーナのバーナスロート部分の正面図である。 本発明の１実施例にかかるバーナにより形成される再循環保炎域について説明する図である。 本発明の他の実施例にかかるバーナの構造を説明する図であり、図３（ａ）はかかるバーナの断面図であり、図３（ｂ）はかかるバーナのバーナスロート部分の正面図である。 従来のバーナの構造を説明する図であり、図４（ａ）はかかるバーナの断面図であり、図４（ｂ）はかかるバーナのバーナスロート部分の正面図である。

符号の説明

１ バーナ
３ ガススパッド
１１ 側噴口
１２ 主噴口
１４ 保炎器

Claims (1)

1. １次空気流路を囲んで２次空気流路が形成され、前記１次空気流路の周囲の前記２次空気流路内に複数の気体燃料の噴出ノズルが配置されてなるバーナにおいて、前記１次空気流路の先端部外周と前記噴出ノズルの間に張り出して当該先端部外周に環状の保炎器が設けられ、前記噴出ノズルの先端部に主噴口と側噴口とが形成され、該側噴口は前記保炎器の後流側に位置させ、かつ前記保炎器の軸心に向けて形成されてなり、
   前記１次空気流路内に液体燃料バーナを備え、該液体燃料バーナの先端に保炎器を設け、前記液体燃料バーナを前記１次空気流路の軸方向に移動させる位置調節手段を備え、気体燃料の前記噴出ノズルと前記液体燃料バーナを切り替えて燃焼可能に形成されてなることを特徴とするバーナ。
   

Images