JP2006038417A - パイロットバーナを持った燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 メインバーナの燃焼開始に対する追従性は高く保ちながら、パイロットバーナの燃焼による燃料消費量を削減する。
【解決手段】 メインバーナ５とパイロットバーナ６を持っている燃焼装置２であって、メインバーナ５による燃焼開始時にはパイロットバーナ６の火炎を利用してメインバーナ５での燃焼を開始し、メインバーナ燃焼停止中はパイロットバーナ６による燃焼を行うようにしているパイロットバーナを持った燃焼装置において、パイロットバーナ６へ供給する燃焼用空気量を調節する燃焼用空気供給量調節手段１５と、パイロットバーナ６へ供給する燃料量を調節する燃料供給量調節手段１６を設けており、パイロットバーナ６での燃焼量は、比較的大きな火力で燃焼するパイロット燃焼と、前記パイロット燃焼より小さな火力で燃焼する待機時燃焼の切り換えを可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明はメインバーナとパイロットバーナを持っており、メインバーナ燃焼停止中はパイロットバーナによる燃焼を行うようにしている燃焼装置に関するものである。

大容量のメインバーナと小容量のパイロットバーナを持っている燃焼装置が広く普及している。この燃焼装置の場合、メインバーナの点火はパイロットバーナの火炎を使用して行うため、パイロットバーナが十分な大きさの火炎で燃焼していれば、メインバーナを確実に点火することができる。

パイロットバーナによる燃焼は、メインバーナによる燃焼を停止している間にもパイロットバーナを燃焼し続ける方式と、メインバーナの燃焼を停止している時はパイロットバーナも燃焼を停止する方式がある。メインバーナ停止中にパイロットバーナを燃焼し続ける場合、メインバーナの燃焼が必要になった時、既にパイロットバーナによる火炎があるために短時間でメインバーナの燃焼を開始することができ、追従性の優れたものとなる。しかし、パイロットバーナの燃焼にも燃料が必要であるため、パイロットバーナのみを燃焼する時間が長い場合には、燃料の消費量が多くなるという問題がある。逆にメインバーナ停止中にはパイロットバーナの燃焼を停止する場合、パイロットバーナの連続燃焼に比べると、燃料消費量を削減することはできるが、メインバーナの燃焼開始は遅れることになる。特に燃焼開始前には燃焼室内を換気する必要がある燃焼装置の場合、燃焼室換気の時間が必要であるため、燃焼開始は更に遅れることになる。

特開２００４−７７０３号公報には、ボイラを複数台設置した場合には、パイロット燃焼を行うボイラの台数を制限することで燃料消費量の増大を防止することが記載されている。しかし、この発明は設置台数が１台の場合には実施することができず、また多缶設置であっても一定台数のボイラはパイロット燃焼を続けることになり、パイロット燃焼を行っている場合には燃料の消費が続くことになる。
特開２００４−７７０４３号公報

本発明が解決しようとする課題は、メインバーナの燃焼開始に対する追従性は高く保ちながら、パイロットバーナの燃焼による燃料消費量を削減することにある。

請求項１に記載の発明は、メインバーナとパイロットバーナを持っている燃焼装置であって、メインバーナによる燃焼開始時にはパイロットバーナの火炎を利用してメインバーナでの燃焼を開始し、メインバーナ燃焼停止中はパイロットバーナによる燃焼を行うようにしているパイロットバーナを持った燃焼装置において、パイロットバーナへ供給する燃焼用空気量を調節する燃焼用空気供給量調節手段と、パイロットバーナへ供給する燃料量を調節する燃料供給量調節手段を設けており、パイロットバーナでの燃焼量は、比較的大きな火力で燃焼するパイロット燃焼と、前記パイロット燃焼より小さな火力で燃焼する待機時燃焼の切り換えを可能としたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記のパイロットバーナを持った燃焼装置において、メインバーナによる燃焼が不要な待機時、パイロットバーナによる燃焼は燃焼量の小さな待機時燃焼とし、メインバーナによる燃焼を開始する場合は、まずパイロットバーナへ供給する燃焼用空気量と燃料量を増加してパイロットバーナによる燃焼をパイロット燃焼とし、その後にメインバーナを点火する制御を行う運転制御装置を設けていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記のパイロットバーナを持った燃焼装置において、前記燃料供給量調節手段は燃焼装置へ供給する燃焼用空気の供給圧力に応じて燃料供給量を調節する装置であることを特徴とする。

本発明を実施することによって、メインバーナの燃焼開始時には短時間で燃焼を開始することができ、燃焼開始の追従性は高く保つことができながら、パイロットバーナの燃焼による燃料消費量を削減することができ、放散熱量を少なくすることができる。

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施しているボイラの概要図、図２は本発明を実施しているボイラのタイムチャートである。ボイラの上部には、下向きに火炎を発生させる燃焼装置２を設けており、ボイラ中央部の燃焼室３内で火炎の燃焼を行う。燃焼装置２には、メインバーナ５とパイロットバーナ６を設けている。燃焼装置２で使用する燃焼用空気は、送風機１０によって供給する。送風機１０からの燃焼用空気は送風路７を通して供給するようにしており、ウインドボックス８で燃焼用空気を整流してメインバーナ５及びパイロットバーナ６へ供給する。送風路７の途中には、燃焼用空気供給量調節手段として送風路７の流路面積を変更するダンパー１５を設けており、ダンパー１５によってメインバーナ５及びパイロットバーナ６へ送る燃焼用空気量を調節する。

燃焼装置２への燃料供給は、燃料供給配管４を通して行う。燃料供給配管４は途中で分岐しており、メインバーナ５及びパイロットバーナ６のそれぞれと接続している。メインバーナ５へ接続している燃料供給配管４には、燃料供給量調節手段としてメイン燃料遮断弁１３とメイン流量切換弁１４を設け、パイロットバーナ６へ接続している燃料供給配管４にはパイロット燃料遮断弁１２とパイロット流量切換弁１６を設けている。メインバーナ５への燃料供給は、メイン燃料遮断弁１３を開くことで行い、メイン流量切換弁１４によって流量を切り換えることで、燃焼量の大きい高燃焼用と燃焼量の小さい低燃焼用の燃料供給を行うことができるようにしておく。同様にパイロットバーナ６への燃料供給は、パイロット燃料遮断弁１２を開くことで行い、パイロット流量切換弁１６によって流量を切り換えることで、燃焼量が比較的大きいパイロット燃焼と燃焼量の小さな待機時燃焼を行うことができるようにしておく。

パイロット流量切換弁１６としては、パイロットバーナへ供給する燃料ガスの圧力を調節するガバナを利用することができる。ガバナのダイヤフラム孔にウインドボックス圧力を検出することのできる導管を接続しておけば、ウインドボックス圧力低下に連動してガバナ２次圧が低下することになり、パイロットバーナ６へ供給する燃料量は少なくなる。そのため、特別な制御を行わなくてもパイロットバーナ６への燃焼用空気供給量の減少に連動して燃料供給量も減少することになり、パイロットバーナ６での燃焼量を小さくすることができる。

ボイラは下部の給水配管から給水を行い、上部の蒸気配管９から蒸気を取り出して蒸気使用機器へ送っており、蒸気圧力値を検出する圧力検出装置１を蒸気部に設ける。圧力検出装置１、送風機１０、パイロット燃料遮断弁１２、メイン燃料遮断弁１３、メイン流量切換弁１４、ダンパー１５のそれぞれと接続した運転制御装置１１を設けておき、運転制御装置１１が各機器の作動を制御することでボイラの運転を制御する。

運転制御装置１１には、蒸気圧力値に応じて、燃焼量を定めておく。蒸気圧力値が低圧設定値よりも低い場合には、メインバーナ５の定格燃焼量で燃焼を行う高燃焼、蒸気圧力値が低圧設定値と高圧設定値の間にある場合には、メインバーナ５の定格燃焼量に対して約半分の火力で燃焼を行う低燃焼、蒸気圧力値が高圧設定値よりも高い場合には、メインバーナ５での燃焼は行わないように設定しておく。運転制御装置１１は、圧力検出装置１で検出している蒸気圧力値から定まるメインバーナ５の燃焼量に合わせて、燃焼用空気供給量の調節と燃料供給量の調節を行う。燃焼用空気供給量の調節を行うダンパにも燃焼量の大きな高燃焼用開度と燃焼量の小さな低燃焼用開度を設定しておき、所定量の燃焼用空気を供給することができるようにしておく。高燃焼時にはダンパー１５の開度を広くすることで燃焼用空気供給量を多くし、低燃焼時にはダンパー１５の開度を狭くすることで燃焼用空気供給量を少なくする。

また、運転制御装置１１には、パイロットバーナ６による燃焼の設定も行っておく。パイロットバーナ６はメインバーナ５の火種となるものであり、メインバーナ５の燃焼開始前からパイロットバーナ６の燃焼を行っておき、メインバーナ５による燃焼を開始するとパイロットバーナ６の燃焼を停止、メインバーナ５の燃焼停止時には燃焼停止直前にパイロットバーナ６による燃焼を開始する交替燃焼を行うものである。パイロットバーナ６はメインバーナ５に比べると燃焼量ははるかに小さいものであるが、パイロットバーナ６にも大小２つの燃焼量を定めておく。パイロットバーナ６による燃焼量は、メインバーナ５の点火を行う場合には、パイロットバーナ６の定格燃焼量で燃焼を行うパイロット燃焼、メインバーナ５の点火を行う時期ではなくパイロットバーナ６の燃焼のみを行っておく場合には、パイロットバーナ６の定格より小さな火力で燃焼を行う待機時燃焼を行う。

ダンパー１５では、パイロットバーナ６のみを燃焼する待機時燃焼のために、前記の低燃焼開度よりもさらに閉じた待機時燃焼開度を設定しておく。運転制御装置１１は、待機時燃焼時には燃焼用空気供給量を少なくする待機時燃焼開度とする。なお、メインバーナ５の燃焼を開始するための燃焼量であるパイロット燃焼の場合は、ダンパー開度を前記の低燃焼用開度とするように設定しておく。

図２のタイムチャートに基づき、運転制御の状況を説明する。図２の場合、運転状態（１）では、運転スイッチがオフであって運転を停止しており、蒸気圧力値は低圧設定値よりも低くなっている。この時ボイラの各機器は停止しており、ダンパー１５は最も閉じた状態である待機時燃焼開度としている。運転スイッチをオンとして運転を開始した状態である運転状態（２）の場合、蒸気圧力値が低圧設定値よりも低いため、メインバーナ５による燃焼を行って蒸気圧力を上昇させる準備を行う。燃焼を開始する場合には、先に燃焼室３内の換気を行っておく必要がある。運転制御装置１１は、送風機１０を稼働するとともにダンパー１５の開度を最も広い開度である高燃焼開度とし、燃焼室３内へ所定量の空気を送り込む。

所定時間分の換気が終了すると、運転状態（３）となってパイロット燃焼を行う。運転制御装置１１はダンパー開度を低燃焼用開度とし、図示していない点火装置によって電気火花を発生しながら、パイロット燃料遮断弁１２を開き、パイロットバーナ６による燃焼を開始する。このときダンパー１５は低燃焼用開度としており、ウインドボックス８の圧力は高くなっているため、パイロット流量切換弁１６を通してパイロットバーナ６へ送っている燃料は比較的大きな量となり、パイロットバーナ６では定格の燃焼量であるパイロット燃焼で燃焼することになる。

続いてメインバーナ４で燃焼を開始する運転状態（４）とする。既にパイロットバーナ６は定格燃焼量でのパイロット燃焼を行っており、ダンパー１５では低燃焼用の燃焼用空気供給も行っているため、運転制御装置１１によってメイン燃料遮断弁１３を開き、メインバーナ５へ燃料供給を開始すると、パイロットバーナ６の火炎がメインバーナ５へ燃え広がり、メインバーナ５での燃焼を開始することができる。メイン燃焼を開始する時、メイン流量切換弁１４では低燃焼用の燃料供給量とし、ダンパー１５では低燃焼用開度とすることで、低燃焼から燃焼を開始する。また、メインバーナ５による燃焼が始まると、パイロット燃料遮断弁１２を閉じることでパイロットバーナ６での燃焼を停止しておく。

メインバーナ５による燃焼開始からメインバーナ５の燃焼を安定させるのに必要な所定時間が経過した時点でも、蒸気圧力値は低圧設定値より低いと、運転制御装置１１は運転状態（５）で高燃焼を開始する。運転状態（５）において、運転制御装置１１はダンパー１５を高燃焼用開度に変更し、メイン流量切換弁１４による燃料供給量を高燃焼用の燃料供給量に変更する。燃焼用空気供給量と燃料供給量を低燃焼用の設定値から高燃焼用の設定値に変更すると、燃焼量は低燃焼から高燃焼に移行する。

圧力検出装置１で検出している蒸気圧力値が低圧設定値より高くなった運転状態（６）では、燃焼量を高燃焼から低燃焼に変更する。運転制御装置１１はダンパー１５の開度を低燃焼用開度に変更し、メイン流量切換弁１４による燃料供給量を低燃焼用の燃料供給量とする。燃焼用空気供給量と燃料供給量を高燃焼用の設定値から低燃焼用の設定値に変更すると、燃焼量は高燃焼から低燃焼に移行する。

蒸気圧力値が更に上昇して高圧設定値より高くなっている運転状態（７）では、メインバーナ５による燃焼を停止する。運転制御装置１１はメイン燃料遮断弁１３を閉じることでメインバーナ５への燃料供給を停止するが、その前にパイロット燃料遮断弁１２を開くことでパイロットバーナ６への燃料供給を開始し、パイロットバーナ６での燃焼を開始しておく。パイロット燃料遮断弁１２を開くと、この時点でのダンパー１５開度は低燃焼用開度であり、パイロット流量切換弁１６を通過する燃料量は多くなる。そのため、パイロットバーナ６では比較的大きな燃焼量であるパイロット燃焼を行うことになり、運転状態（６）の終わりではパイロットバーナ６はパイロット燃焼となっている。その後、メイン燃料遮断弁１３を閉じることでメインバーナ４での燃焼を停止し、さらにダンパー１５の開度を待機時燃焼用開度とする。

ダンパー１５を待機時燃焼用開度とした場合、ダンパー１５を通過する空気量は低燃焼時の空気量よりも少なくなるため、ウインドボックス８の圧力は低下していくことになる。パイロット流量切換弁１６であるガバナはウインドボックス８と接続しており、ウインドボックス８の圧力が低下した場合にはガバナ２次圧の低下によってパイロット流量切換弁１６を通過する燃料量は減少する。そのため、運転状態（７）では、パイロットバーナ６へ供給する燃料量は少なくなり、パイロットバーナ６は燃焼量の小さな待機時燃焼を行うことになる。パイロットバーナ６への燃料供給量が少なくなっている待機時燃焼の場合、燃焼用空気の供給量と燃料の供給量が通常のパイロット燃焼よりも少ないため、使用する燃料量は減少しており、待機中ボイラの放散熱量を少なくすることができる。

蒸気圧力値が再び高圧設定値より低くなっている運転状態（８）では、パイロットバーナ６の燃焼量をパイロット燃焼に増加する。運転制御装置１１はダンパー開度を待機時燃焼用開度から低燃焼用開度へ変更する。ダンパー１５を低燃焼用開度とすることで、ダンパー１５を通過する空気量が増加し、ウインドボックス８内の空気圧力が上昇する。パイロット流量切換弁１６はウインドボックス８の圧力に連動して燃料供給量を変更するものであるため、ダンパー１５を低燃焼用開度とすれば燃料供給量が自動的に増加し、パイロットバーナ６では待機時燃焼よりも火力の大きなパイロット燃焼で燃焼することになる。

次に運転状態（９）でメイン燃料遮断弁１３を開くと、メインバーナ５に対する燃料供給が開始される。この時パイロットバーナ６はパイロット燃焼を行っており、燃焼装置２には低燃焼分の燃焼用空気を供給しているため、低燃焼用の燃料供給を開始すると、メインバーナ５ではパイロットバーナ６の火炎が燃え広がり、低燃焼による燃焼を行うことになる。

メインバーナ５による低燃焼を実施している状態で運転スイッチをオフにすると、運転状態（１０）でボイラの運転は停止することになる。運転制御装置１１はメイン燃料遮断弁１３を閉じることでメインバーナ５の燃焼を停止する。運転停止の場合はパイロットバーナ６のよる燃焼も行わないため、この時点で燃焼室３内の火炎は消滅する。運転停止時には燃焼室３内の換気を行うため、メインバーナ５の燃焼停止後も所定時間は送風機１０の稼働を継続しておき、換気終了後に送風機１０を停止する。また、換気終了後はダンパー１５を待機時燃焼開度まで閉じておく。

パイロットバーナ６の定格燃焼量はメインバーナ５を点火するために必要な燃焼量としておき、メインバーナ５の燃焼開始時には、パイロットバーナ６による燃焼量をパイロットバーナ６の定格燃焼量であるパイロット燃焼とし、その後にメインバーナ５の燃焼を開始することで、メインバーナ５の点火を確実に行うことができる。また、パイロット燃焼を開始するのはメインバーナ５の燃焼を開始する直前からであり、メインバーナ５を燃焼させる必要がなく、パイロットバーナ６のみを燃焼させておく場合の燃焼量は比較的小さな待機時燃焼としているため、待機中の燃料消費量を少なくすることができる。さらに、供給する空気量も少なくなるめ、ボイラからの放散熱量を少なくすることができる。

また、パイロットバーナ６の燃焼量を待機時燃焼からパイロット燃焼に移行するには、燃焼用空気供給量と燃料供給量を増加させるのみで行えるため、パイロット燃焼への移行に要する時間は短時間である。同様にパイロット燃焼からメイン燃焼への移行も燃料供給量を増加させるのみで行えるため、メイン燃焼への移行に要する時間も短時間である。そのため、メイン燃焼が必要になった場合、短時間でメイン燃焼を開始することができる。

なお、パイロット流量切換弁１６としてガバナなど燃焼用空気の供給圧力に連動して燃料供給量を調節することのできるものを使用すれば、パイロットバーナ６へ供給する燃料供給量を制御によって調節する必要がないため制御を簡単にすることができる。

本発明を実施しているボイラの概要図 本発明を実施しているボイラのタイムチャート

符号の説明

１ 圧力検出装置
２ 燃焼装置
３ 燃焼室
４ 燃料供給配管
５ メインバーナ
６ パイロットバーナ
７ 送風路
８ ウインドボックス
９ 蒸気配管
１０ 送風機
１１ 運転制御装置
１２ パイロット燃料遮断弁
１３ メイン燃料遮断弁
１４ メイン流量切換弁
１５ ダンパー
１６ パイロット流量切換弁

Claims (3)

1. メインバーナとパイロットバーナを持っている燃焼装置であって、メインバーナによる燃焼開始時にはパイロットバーナの火炎を利用してメインバーナでの燃焼を開始し、メインバーナ燃焼停止中はパイロットバーナによる燃焼を行うようにしているパイロットバーナを持った燃焼装置において、パイロットバーナへ供給する燃焼用空気量を調節する燃焼用空気供給量調節手段と、パイロットバーナへ供給する燃料量を調節する燃料供給量調節手段を設けており、パイロットバーナでの燃焼量は、比較的大きな火力で燃焼するパイロット燃焼と、前記パイロット燃焼より小さな火力で燃焼する待機時燃焼の切り換えを可能としたことを特徴とするパイロットバーナを持った燃焼装置。
2. 請求項１に記載のパイロットバーナを持った燃焼装置において、メインバーナによる燃焼が不要な待機時、パイロットバーナによる燃焼は燃焼量の小さな待機時燃焼とし、メインバーナによる燃焼を開始する場合は、まずパイロットバーナへ供給する燃焼用空気量と燃料量を増加してパイロットバーナによる燃焼をパイロット燃焼とし、その後にメインバーナを点火する制御を行う運転制御装置を設けていることを特徴とするパイロットバーナを持った燃焼装置。
3. 請求項１又は２に記載のパイロットバーナを持った燃焼装置において、前記燃料供給量調節手段は、燃焼装置へ供給する燃焼用空気の供給圧力に応じて燃料供給量を調節する装置であることを特徴とするパイロットバーナを持った燃焼装置。

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