JP2005106310A

JP2005106310A - 火炎の偏りによる燃焼不良を防止するバーナ

Info

Publication number: JP2005106310A
Application number: JP2003336676A
Authority: JP
Inventors: Hirosuke Miyata; 裕輔宮田; Hiroshi Takashima; 博史高島; Shigeru Kuroki; 茂黒木
Original assignee: SAMSON CO Ltd
Current assignee: SAMSON CO Ltd
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2023-09-29
Also published as: JP4090045B2

Abstract

【課題】本発明が解決しようとする課題は、火炎に偏りが発生する場合であっても燃焼状態の悪化を防止することのできるバーナを提供することにある。
【解決手段】バーナ中心軸付近に燃料ノズル４、燃焼ノズルの周囲に一次空気通路９、一次空気通路９の先端部分に複数の一次空気孔７を空けたディフューザ１１、一次空気通路９の外側に二次空気通路１４を設けておき、燃料ノズル４からディフューザ１１の下流側へ噴射した燃料は、まずディフューザ１１の一次空気孔７から噴射する一次空気と混合し、続いて二次空気通路１４から噴射する二次空気と混合するようにしたバーナ１において、ディフューザ１１の一次空気孔７径に大小の変化又は一次空気孔７の配置に粗密を設けることで一次空気噴射量に濃淡を持たせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、火炎の偏りによる燃焼不良を防止するバーナに関するものである。

ボイラの中央部に設けた燃焼室を、環状に配置した水管で取り囲み、燃焼室の上部中央にバーナを設けているボイラが知られている。また、バーナ中心軸部分に燃料ノズル、燃焼ノズルの周囲に一次空気通路、一次空気通路の先端部分に複数の一次空気孔を空けたディフューザ、一次空気通路の外側に二次空気通路を設けておき、燃料ノズルからディフューザの先側へ噴射する燃料は、まずディフューザの一次空気孔から噴射する一次空気と混合し、続いて二次空気通路から噴射する二次空気と混合するようにしたバーナが知られている。

該ボイラのバーナが高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼制御を行うものである場合、バーナの中心軸付近に低燃焼用燃料ノズルと高燃焼用燃料ノズルを設けておき、低燃焼時には低燃焼用燃料ノズルからのみ燃料を噴射し、高燃焼時には低燃焼用燃料ノズルと高燃焼用燃料ノズルの両方から燃料を噴射することで、燃料供給量を調節する。また、燃焼用空気供給量も燃焼量に合わせて調節しており、一次空気通路から噴射する一次空気量及び二次空気通路から噴射する二次空気量は、低燃焼時には少なくし、高燃焼時には多くする。低燃焼用燃料ノズル及び高燃焼用燃料ノズルは、燃焼室へ向けて末広がりに燃料を噴射するものであり、微粒子の状態になった燃料は、バーナの混合域で一次空気及び二次空気と混合して燃焼する。

低燃焼用燃料ノズルと高燃焼用燃料ノズルを持つバーナでは、低燃焼用燃料ノズル及び高燃焼用燃料ノズルを１つのノズルアダプタに並べて設置しておき、低燃焼用燃料ノズルと高燃焼用燃料ノズルの中点が燃焼室の中心軸に重なるように配置する。そのため、低燃焼用燃料ノズルと高燃焼用燃料ノズルは燃焼室中心軸からそれぞれ少しずつ外れることになる。この場合、低燃焼用燃料ノズルと高燃焼用燃料ノズルの両方から燃料を噴射する高燃焼時には、燃焼室の中心軸と火炎の中心軸がほぼ重なる状態で燃焼を行うことができる。しかし、低燃焼用燃料ノズルからのみ燃料を噴射する低燃焼時には、バーナの中心軸から外れた位置で燃料を噴射するため、火炎の中心軸は燃焼室の中心軸から外れることになる。火炎に偏りが発生し、火炎が燃焼室壁面に接触することになると、燃焼状態が悪化することになっていた。
特願２００２−１０４６０９号

本発明が解決しようとする課題は、火炎に偏りが発生する場合であっても燃焼状態の悪化を防止することのできるバーナを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、バーナ中心軸付近に燃料ノズル、燃焼ノズルの周囲に一次空気通路、一次空気通路の先端部分に複数の一次空気孔を空けたディフューザ、一次空気通路の外側に二次空気通路を設けておき、燃料ノズルからディフューザの下流側へ噴射した燃料は、まずディフューザの一次空気孔から噴射する一次空気と混合し、続いて二次空気通路から噴射する二次空気と混合するようにしたバーナにおいて、ディフューザの一次空気孔径に大小の変化又は一次空気孔の配置に粗密を設けることで一次空気噴射量に濃淡を持たせたことを特徴とする火炎の偏りによる燃焼不良を防止するバーナ。

請求項２に記載の発明は、バーナ中心軸付近に低燃焼用燃料ノズル及び高燃焼用燃料ノズル、燃焼ノズルの周囲へ一次空気を送る一次空気通路、一次空気通路の先端部分に複数の一次空気孔を空けたディフューザ、一次空気通路の外側に二次空気通路を設けておき、燃料ノズルからディフューザの下流側へ噴射した燃料は、まずディフューザの一次空気孔から噴射する一次空気と混合し、続いて二次空気通路から噴射する二次空気と混合するようにしたバーナにおいて、ディフューザの一次空気孔は、低燃焼用燃料ノズルに近い側に当たる一次空気孔の開口面積の総和が、高燃焼用燃料ノズルに近い側の一次空気孔開口面積の総和より大きくなるようにしたことを特徴とする火炎の偏りによる燃焼不良を防止するバーナ。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の火炎の偏りによる燃焼不良を防止するバーナにおいて、一次空気通路に複数の空気導入孔を空けた一次空気量調節板をディフューザと平行に設けることで一次空気量を調節するようにしておき、ディフューザにおける一次空気孔の開口面積の総和を大きくした側に当たる一次空気量調節板の空気導入孔開口面積の総和が、一次空気孔の開口面積の総和を小さくした側に当たる一次空気量調節板の空気導入孔開口面積の総和より大きくなるようにしたことを特徴とする火炎の偏りによる燃焼不良を防止するバーナ。

本発明を実施することで、火炎の中心軸がバーナの中心軸から外れることのあるバーナであっても、火炎の燃焼状態が悪化することを防止でき、ＣＯやすすの発生を抑えることができる。

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は第１の実施例におけるバーナの断面斜視図、図２は図１のバーナをボイラに搭載した状態でのボイラの一部断面図、図３は図１のバーナのディフューザ１１及び一次空気量調節板１２部分を抜き出した斜視図である。また、図４は第２の実施例におけるディフューザ１１及び一次空気量調節板１２部分を抜き出した斜視図である。

まず第１の実施例に基づいて説明する。ボイラは、中央に略円筒状の燃焼室６を持ち、燃焼室６の周囲を多数の水管で囲む。燃焼室６の上部に、燃焼室の中心軸とバーナの中心軸が重なるようにバーナ１を設置し、燃焼室６に向けて下向きに火炎を発生するようにしておく。バーナ１には内筒２及び外筒３からなる２重の円筒を設け、内筒２内に低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５を設けている。内筒２と外筒３は同心の円筒であり、内筒２の内側を一次空気通路９、内筒２と外筒３で挟まれた環状領域を二次空気通路１４とする。一次空気通路９の先端にディフューザ１１、二次空気通路１４の先端にはエアノズル８を設け、ディフューザ１１の一次空気孔７から一次空気を噴射し、エアノズル８から二次空気を噴射する。

一次空気孔７はディフューザ１１の全面に多数設けておくが、ディフューザ１１の低燃焼用燃料ノズル４側に当たる一次空気孔７（Ａ）の径は、ディフューザ１１の高燃焼用燃料ノズル５側に当たる一次空気孔７（Ｂ）の径よりも大きくしておく。エアノズル８は環状の二次空気通路１４先端側に等間隔に配置しておき、エアノズル８の先端側開口部を燃焼用空気噴出口とし、燃焼用空気噴出口から直下方向へ燃焼用空気を噴出するようにしておく。

また、一次空気通路９内には一次空気量調節板１２を設けておく。一次空気量調節板１２には空気導入孔１３を設けることで、一次空気量を制限するようにしておく。空気導入孔１３も一次空気量調節板１２に多数設けているが、一次空気量調節板１２の低燃焼用燃料ノズル４側に当たる空気導入孔１３（Ａ）の径は、一次空気量調節板１２の高燃焼用燃料ノズル５側に当たる空気導入孔１３（Ｂ）の径よりも大きくしておく。

バーナは、高燃焼・低燃焼・停止の３位置で燃焼を制御するものであり、低燃焼の場合は低燃焼用燃料ノズル４へのみ燃料を供給することで低燃焼用燃料ノズル４からのみ燃料を噴射し、高燃焼の場合は低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５の両方へ燃料を供給することで、低燃焼用燃料ノズル４及び高燃焼用燃料ノズル５の両方から燃料を噴射する。また、燃焼用空気の供給量も燃焼量に合わせて調節しており、低燃焼の場合は一次空気通路９及び二次空気通路１４へ送る空気量を少なくすることで燃焼用空気量を少なくし、高燃焼の場合は一次空気通路９及び二次空気通路１４へ送る空気量を多くすることで燃焼用空気量を多くする。

低燃焼用燃料ノズル４及び高燃焼用燃料ノズル５は燃料を円錐状に噴射するものであるため、燃料ノズルからディフューザ１１の下流方向へ燃料を噴射すると、噴射した燃料はまずディフューザ１１の一次空気孔７から噴射する一次空気と混合し、続いてエアノズル８から噴射する二次空気と混合する。バーナ先側の混合域１０では燃料と空気が衝突し、燃料と空気は急速に混合する。

低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５は、ある程度の間隔をあけて設置する必要があるため、低燃焼用燃料ノズル４及び高燃焼用燃料ノズル５の中間にバーナの中心軸が来るように配置している。そのため、低燃焼用燃料ノズル４及び高燃焼用燃料ノズル５の両方から燃料を噴射する高燃焼時には、バーナの混合域全体に燃料を噴射することになり、燃焼室の中心軸と火炎の中心軸がほぼ重なる状態で燃焼を行うことができる。しかし、低燃焼用燃料ノズル４からのみ燃料を噴射している低燃焼の場合には、燃料と空気の混合域１０では低燃焼用燃料ノズル設置側と高燃焼用燃料ノズル設置側で燃料噴射状況に濃淡が生じることになる。低燃焼用燃料ノズル設置側では燃料噴射量が多くなり、逆に高燃焼用燃料ノズル設置側では燃料噴射量が少なくなるため、ディフューザ１１の一次空気孔７から噴射する燃焼用空気量が均等であったとすると、燃料噴射量が多い低燃焼用燃料ノズル側では空気量が不足し、燃料噴射量が少ない高燃焼用燃料ノズル側では空気量が過剰となる。

本実施例では、低燃焼用燃料ノズル４に近い側（図面では右側）に位置する一次空気孔７（Ａ）の径を大きくしている。そのため、低燃焼用燃料ノズル４側の一次空気孔７（Ａ）では一箇所当たりの空気供給量が増加することになり、低燃焼用燃料ノズル４側での一次空気孔７の開口面積総和が大きくなるため、低燃焼用燃料ノズル４側の一次空気供給量が増加することになる。低燃焼用燃料ノズル４側の一次空気供給量を増加することで部分的な空気量の不足をなくしているため、燃焼状態の悪化を防止することができる。混合域１０の段階で燃料と空気の比率が適正であると、燃焼は短時間で完結することになり、燃焼室６の壁面にすすが付着するなどの不具合は発生しなくなる。

また、一次空気量調節板１２でも、一次空気量調節板１２の低燃焼用燃料ノズル４側に当たる空気導入孔１３（Ａ）の径は、一次空気量調節板１２の高燃焼用燃料ノズル５側に当たる空気導入孔１３（Ｂ）の径よりも大きくしているため、低燃焼用燃料ノズル４側の空気導入孔１３（Ａ）では一箇所当たりの空気供給量が増加することになる。そのため、一次空気通路９内では、低燃焼用燃料ノズル４側により多くの空気が流れることになる。低燃焼用燃料ノズル４側の一次空気孔７（Ａ）に向かう空気量が多くなるため、低燃焼用燃料ノズル４側の一次空気孔７（Ａ）から噴射する空気供給量を増加することができる。

本発明の発明者は、低燃焼用燃料ノズル４と高燃焼用燃料ノズル５を設置しており、各一次空気孔７及び各エアノズル８から均等に空気を噴射しているバーナを用いて研究を行った結果、低燃焼を行った場合、低燃焼用燃料ノズル４側の混合域１０では空気量が不足しているため、燃焼が緩慢となって燃焼を完結していない不完全燃焼状態の燃焼ガスが燃料噴射の方向へと流れ、混合域１０よりも先の領域で周囲から空気を取り込むことで残りの燃焼を行うことになるため、火炎は長くなっているということを見いだした。つまり、燃焼時に火炎の長くなる領域は空気量が不足している領域であり、あらかじめ火炎の形状を調べておくことで、空気量が不足している領域を見いだすことができるという知見を得た。

全体の空気量が適正であった場合、部分的に空気の不足する領域があっても最終的には空気不足側の燃料分と空気余剰側の空気が結びつくために完全燃焼することができ、全体的には空気量が不足していないこととなる。しかし、燃焼途中の段階で部分的な空気不足が発生し、不完全燃焼状態の燃焼ガスが燃焼室壁面まで達すると、燃焼室壁面にすすが付着することになる。

全体的な空気量は適正であって、部分的に空気量の不足する領域がある場合、部分的な空気量の不足を検出することは難しかった。しかし、上記知見を利用すれば火炎の形状を見るだけで空気量が不足している領域を求めることができるようになる。空気量が不足していた領域にはそれまでよりも多くの空気を供給することで、火炎の燃焼状態を向上させることができる。火炎が偏ることによって燃焼状態が悪化していた原因は、部分的な空気不足領域ができていたことにあり、空気不足領域への空気供給量を増加することで、火炎が偏っていたとしても燃焼状態の悪化を防止することができるようになる。

上記実施例では、ディフューザ１１に設ける一次空気孔７の径と、一次空気量調節板１２に設ける空気導入孔１３の径を、低燃焼用燃料ノズル４側が大きくなるようにしておき、１つの一次空気孔７から噴射する空気量を異ならせることで空気量が不足していた領域に該当する一次空気孔７からの空気供給量を増加したが、図４に記載しているように一次空気孔７の配置に粗密を設けることで空気供給量を調節しても同様の効果を得ることができる。図４の場合、各一次空気孔７及び各空気導入孔１３の径は同じとしておき、各一次空気孔７及び各空気導入孔１３から噴射する空気量はそれぞれ等しくしておくが、空気量が不足していた領域に該当する部分には一次空気孔７及び空気導入孔１３を密に配置することで、空気の不足していた領域での空気供給量を増加しており、空気不足領域がなくなるため燃焼状態の悪化を防止することができるようになる。また、低燃焼用燃料ノズル４側の一次空気孔７の開口面積総和を、高燃焼用燃料ノズル５側の一次空気孔７の開口面積総和より大きくするのが目的であるため、一次空気孔径の大小変化と一次空気孔配置の粗密を組み合わせてもよく、一次空気孔７と空気導入孔１３で孔径の大小変化と孔配置の粗密を組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施例におけるバーナの断面斜視図図１のバーナをボイラに搭載した状態でのボイラの一部断面図図１のバーナのディフューザ及び一次空気量調節板部分を抜き出した斜視図本発明の第２の実施例におけるディフューザ及び一次空気量調節板部分を抜き出した斜視図

符号の説明

１バーナ
２内筒
３外筒
４低燃焼用燃料ノズル
５高燃焼用燃料ノズル
６燃焼室
７一次空気孔
８エアノズル
９一次空気通路
１０混合域
１１ディフューザ
１２一次空気量調節板
１３空気導入孔
１４二次空気通路

Claims

バーナ中心軸付近に燃料ノズル、燃焼ノズルの周囲に一次空気通路、一次空気通路の先端部分に複数の一次空気孔を空けたディフューザ、一次空気通路の外側に二次空気通路を設けておき、燃料ノズルからディフューザの下流側へ噴射した燃料は、まずディフューザの一次空気孔から噴射する一次空気と混合し、続いて二次空気通路から噴射する二次空気と混合するようにしたバーナにおいて、ディフューザの一次空気孔径に大小の変化又は一次空気孔の配置に粗密を設けることで一次空気噴射量に濃淡を持たせたことを特徴とする火炎の偏りによる燃焼不良を防止するバーナ。
バーナ中心軸付近に低燃焼用燃料ノズル及び高燃焼用燃料ノズル、燃焼ノズルの周囲へ一次空気を送る一次空気通路、一次空気通路の先端部分に複数の一次空気孔を空けたディフューザ、一次空気通路の外側に二次空気通路を設けておき、燃料ノズルからディフューザの下流側へ噴射した燃料は、まずディフューザの一次空気孔から噴射する一次空気と混合し、続いて二次空気通路から噴射する二次空気と混合するようにしたバーナにおいて、ディフューザの一次空気孔は、低燃焼用燃料ノズルに近い側に当たる一次空気孔開口面積の総和が、高燃焼用燃料ノズルに近い側の一次空気孔開口面積の総和より大きくなるようにしたことを特徴とする火炎の偏りによる燃焼不良を防止するバーナ。
請求項１又は２に記載の火炎の偏りによる燃焼不良を防止するバーナにおいて、一次空気通路に複数の空気導入孔を空けた一次空気量調節板をディフューザと平行に設けることで一次空気量を調節するようにしておき、ディフューザにおける一次空気孔の開口面積の総和を大きくした側に当たる一次空気量調節板の空気導入孔開口面積の総和が、一次空気孔の開口面積の総和を小さくした側に当たる一次空気量調節板の空気導入孔開口面積の総和より大きくなるようにしたことを特徴とする火炎の偏りによる燃焼不良を防止するバーナ。