JP2006162095A - Burner and fuel combustion equipment having this burner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バーナ及び当該バーナを備えた燃料燃焼装置に関する。 The present invention relates to a burner and a fuel combustion apparatus including the burner.
現在、ボイラや加熱炉の大半は重油を燃料として運転されているが、環境規制の強化等により、排ガスがクリーンとなり、環境への悪影響が少ないガス焚きボイラへの転換が進められている。加えて、燃料についても、天然ガスから合成されるDME(Dimethyl Ether:ジメチルエーテル)燃料は、環境にも適したクリーン燃料であるため、近年、大量の市場供給が計画されており、今後ボイラや加熱炉燃料については、重油からDMEへの転換が期待されている。 At present, most boilers and furnaces are operated using heavy oil as fuel, but due to stricter environmental regulations, etc., the exhaust gas has become cleaner, and conversion to gas-fired boilers with less adverse effects on the environment is being promoted. In addition, DME (Dimethyl Ether) fuel, which is synthesized from natural gas, is a clean fuel suitable for the environment. In recent years, a large amount of fuel is planned to be marketed. Regarding reactor fuel, conversion from heavy oil to DME is expected.
また、一般に、重油等の燃料を燃焼させるには、予混合型または拡散型の燃料噴射バーナを用いて、重油等の液体燃料と、蒸気、空気等の噴霧媒体とを混合させ、噴霧媒体の圧力によって液体燃料を霧状に噴射させ、それに着火して燃焼を行うようにしている。一方、通常の予混合型または拡散型の燃料噴射バーナでDME等の含酸素燃料を燃焼させた場合にあっては、燃焼空気の量を極端に絞った運転を行っても重油のような橙色輝炎は発されず、青色の不輝炎を呈することになり、ボイラや加熱炉の火炉における輻射伝熱量が低下して、ボイラ等の能力が低下することになる。その結果、ボイラ・加熱炉によっては負荷を60%程度まで低下させなければならず、能力的に余裕がない場合には、DMEへの転換は不可能となるといった問題が生じていた。 In general, in order to burn fuel such as heavy oil, a liquid fuel such as heavy oil is mixed with a spray medium such as steam or air using a premixed or diffusion type fuel injection burner. Liquid fuel is sprayed in the form of a mist by pressure, and it is ignited and combusted. On the other hand, when oxygen-containing fuel such as DME is burned with a normal premixed type or diffusion type fuel injection burner, it is orange like heavy oil even if the operation is performed with the amount of combustion air being extremely reduced. A bright flame is not emitted but a blue non-flame is exhibited, and the amount of radiant heat transfer in the furnace of the boiler or the heating furnace is lowered, so that the ability of the boiler or the like is lowered. As a result, depending on the boiler / heating furnace, the load has to be reduced to about 60%, and there is a problem that conversion to DME becomes impossible when there is not enough capacity.
これに対し、DME等の含酸素燃料を輝炎燃焼させる手段として、石油系溶剤のベースに鉄系無機化合物や界面活性剤を添加した輝度向上剤を燃料に添加する技術が提供されている(例えば、特許文献1及び特許文献2)。このような添加剤を燃料に添加することにより、従来の予混合型または拡散型バーナを用いたボイラ等であっても橙色輝炎を発することができ、ボイラ等の能力をこれまでの重油並みの状態を維持することができた。 On the other hand, as a means for brightly burning an oxygen-containing fuel such as DME, there is provided a technique of adding a brightness enhancer, in which an iron-based inorganic compound or a surfactant is added to a base of a petroleum-based solvent, to the fuel ( For example, Patent Document 1 and Patent Document 2). By adding such an additive to the fuel, an orange bright flame can be emitted even with a conventional premixed type or diffusion type boiler, etc., and the capacity of the boiler is similar to that of conventional heavy oil. We were able to maintain the state.
しかしながら、前記したような、輝炎燃焼させるためにDMEに対して輝度向上剤を添加する場合にあっては、添加剤に含まれる鉄分などが燃料設備や排気ガスに与える影響が懸念され、好ましい手段とはいえなかった。また、輝度向上剤は一般に高価であることや、設備への影響も含めコスト的にも問題があった。 However, in the case where a brightness enhancer is added to DME in order to burn the luminous flame as described above, there is a concern about the influence of iron contained in the additive on the fuel facility and exhaust gas, which is preferable. It was not a means. In addition, the brightness improving agent is generally expensive and has a problem in terms of cost including an influence on facilities.
従って、本発明の目的は、DME等の含酸素燃料を使用して、輝度向上剤を添加することなしに輝炎燃焼を行うことができるため、環境適性も良好であり、コスト的にも問題がないバーナ及び当該バーナを備えた燃料燃焼装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to use an oxygen-containing fuel such as DME and perform bright flame combustion without adding a brightness enhancer, so that environmental suitability is also good and there is a problem in terms of cost. It is an object of the present invention to provide a burner having no burner and a fuel combustion apparatus including the burner.
前記した目的を達するために、本発明のバーナは、燃料流路と噴霧媒体流路が形成され、前記両通路と連通した吐出孔から噴霧媒体の圧力によって燃料を噴霧するバーナチップを先端に備えたバーナであって、前記バーナチップの吐出孔側には、当該吐出孔と空気的に連通され、前記燃料の噴霧する方向に広がる略円錐台形状の空洞部が形成された筒状部材が配設されていることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the burner of the present invention has a fuel flow channel and a spray medium flow channel, and a burner tip that sprays fuel by the pressure of the spray medium from a discharge hole communicating with both the channels. In the burner tip, on the discharge hole side of the burner tip, there is disposed a cylindrical member that is in air communication with the discharge hole and has a substantially truncated cone-shaped cavity that extends in the direction in which the fuel is sprayed. It is provided.
この本発明のバーナは、バーナチップの吐出孔側に対して、当該吐出孔と空気的に連通され、前記燃料の噴霧する方向に広がる略円錐台形状の空洞部が形成された筒状部材が配設されている。このため、吐出孔から吐出された燃料は、略円錐台形状の空洞部を介して
拡散状態が調整され、擬似的な不完全燃焼状態を形成させて噴霧、燃焼されることとなるので、燃料としてDME等の含酸素燃料を用いた場合であっても、輝炎燃焼を実施することができ、輻射伝熱量の向上を図ることができる。
The burner according to the present invention has a cylindrical member that is in air communication with the discharge hole side of the burner tip and has a substantially frustoconical cavity that extends in the direction in which the fuel is sprayed. It is arranged. For this reason, the fuel discharged from the discharge hole is sprayed and burned by adjusting the diffusion state through a substantially frustoconical cavity and forming a pseudo incomplete combustion state. Even when an oxygen-containing fuel such as DME is used, bright flame combustion can be performed, and the amount of radiant heat transfer can be improved.
また、本発明の構成によれば、バーナチップの先端に筒状部材を設置するという簡便な手段により、高価な輝度向上剤を使用することもなく、DME等の含酸素燃料による輝炎燃焼を低コストで実現することができることとなる。更には、燃焼設備や排気ガスに与える影響もない。 In addition, according to the configuration of the present invention, by a simple means of installing a cylindrical member at the tip of the burner tip, it is possible to perform bright flame combustion with an oxygen-containing fuel such as DME without using an expensive brightness enhancer. This can be realized at low cost. Furthermore, there is no influence on the combustion equipment and exhaust gas.
そして、本発明のバーナによれば、DME等のクリーンな含酸素燃料を用いた場合であっても輝炎燃焼を実施することができるので、既存のボイラや加熱炉を用いて、負荷を落とすことなく、重油燃焼により大量に発生していた窒素酸化物、硫黄酸化物、煤じんなどの大気汚染物質の発生が少ないボイラや加熱炉等の設備によるクリーン燃焼を達成することができる。 And according to the burner of this invention, even if it is a case where clean oxygen-containing fuels, such as DME, are used, bright flame combustion can be implemented, Therefore The load is reduced using the existing boiler and a heating furnace. Therefore, it is possible to achieve clean combustion with facilities such as a boiler and a heating furnace that generate less air pollutants such as nitrogen oxides, sulfur oxides, and soot that have been generated in large quantities due to heavy oil combustion.
本発明のバーナは、前記筒状部材に形成される前記略円錐台形状の前記空洞部の軸芯と、当該空洞部の傾斜部とのなす角が15°〜30°であり、前記空洞部におけるバーナチップ先端側の開口部の径d1と、当該先端側の開口部と反対側の開口部との距離Lとの比が、d1/L=1/2〜1/6であることが好ましい。
この本発明によれば、筒状部材に形成される空洞部の軸芯と傾斜部のなす角を15°〜30°と特定範囲としており、かつ、空洞部におけるバーナチップ先端側の開口部の径d1と、当該先端側の開口部と反対側の開口部との距離Lとの比が、d1/L=1/2〜1/6と特定範囲としているので、前記した効果をより好適に発揮することができ、燃料としてDME等の含酸素燃料を用いた場合であっても、輝炎燃焼を確実に実施することができ、輻射伝熱量の更なる向上を図ることができる。
In the burner according to the present invention, an angle formed by an axis of the hollow portion having the substantially truncated cone shape formed in the cylindrical member and an inclined portion of the hollow portion is 15 ° to 30 °, and the hollow portion The ratio of the diameter d 1 of the opening on the tip side of the burner tip to the distance L between the opening on the tip side and the opening on the opposite side is d 1 / L = 1/2 to 1/6. Is preferred.
According to the present invention, the angle formed by the axis of the hollow portion formed in the cylindrical member and the inclined portion is in a specific range of 15 ° to 30 °, and the opening of the burner tip tip side in the hollow portion is formed. Since the ratio between the diameter d 1 and the distance L between the opening on the tip side and the opening on the opposite side is a specific range of d 1 / L = 1/2 to 1/6, the above-described effect can be further improved. Even when an oxygen-containing fuel such as DME is used as the fuel, the bright flame combustion can be carried out reliably, and the amount of radiant heat transfer can be further improved.
本発明の燃料燃焼装置は、液体燃料が貯蔵される燃料貯蔵手段と、噴霧媒体が貯蔵される噴霧媒体貯蔵手段と、燃料流路と噴霧媒体流路が形成され、前記燃料貯蔵手段から供給された液体燃料と、前記噴霧媒体貯蔵手段から供給される噴霧媒体を、前記両通路と連通した吐出孔から噴霧媒体の圧力によって燃料を噴霧するバーナチップを先端に備えたバーナを有する燃料燃焼装置であって、前記バーナが前記した本発明のバーナであることを特徴とする。 The fuel combustion apparatus of the present invention includes a fuel storage means for storing a liquid fuel, a spray medium storage means for storing a spray medium, a fuel flow path and a spray medium flow path, and is supplied from the fuel storage means. A fuel combustion apparatus having a burner equipped with a burner tip at the tip thereof for spraying the liquid fuel and the spray medium supplied from the spray medium storage means from the discharge holes communicating with both passages by the pressure of the spray medium The burner is the burner of the present invention described above.
この本発明の燃料燃焼装置は、前記した本発明のバーナを備えた燃料燃焼装置であるので、前記した効果を発揮することができる燃料燃焼装置となる。
すなわち、燃料貯蔵手段から供給された液体燃料は、噴霧媒体貯蔵手段から供給される噴霧媒体とともに、バーナチップの吐出孔から、略円錐台形状の空洞部を介して拡散状態が調整され、擬似的な不完全燃焼状態を形成させて噴霧、燃焼されることとなるので、燃料としてDME等の含酸素燃料を用いた場合であっても、輝炎燃焼を実施することができ、輻射伝熱量の向上を図ることができる燃料燃焼装置を好適に提供可能とする。
なお、このような構成の本発明の燃料燃焼装置は、ボイラや加熱炉に適用することができる。
Since the fuel combustion apparatus of the present invention is a fuel combustion apparatus provided with the above-described burner of the present invention, the fuel combustion apparatus can exhibit the above-described effects.
That is, the diffusion state of the liquid fuel supplied from the fuel storage means is adjusted together with the spray medium supplied from the spray medium storage means from the discharge hole of the burner tip through the substantially frustoconical cavity, and is simulated. The incomplete combustion state is formed and sprayed and burned. Therefore, even when an oxygen-containing fuel such as DME is used as the fuel, bright flame combustion can be performed, and the amount of radiant heat transfer is reduced. A fuel combustion apparatus that can be improved can be suitably provided.
In addition, the fuel combustion apparatus of this invention of such a structure can be applied to a boiler or a heating furnace.
そして、本発明の燃料燃焼装置は、前記液体燃料がジメチルエーテル(DME)とすることにより、その効果を最大限に発揮することができる。 And the fuel combustion apparatus of this invention can exhibit the effect to the maximum by making the said liquid fuel into dimethyl ether (DME).
以下、本発明の実施形態の一例を、図面を用いて説明する。
(I)燃料燃焼装置の構成:
図1は、本実施形態の燃料燃焼装置1を示した模式図である。
この燃料燃焼装置1は、液体燃料であるDME(ジメチルエーテル)を加圧して液体状態で保存する燃料貯蔵手段であるDME貯蔵タンク2と、このDME貯蔵タンク2に連結され、液体状態のDMEを通過させるDME供給管3と、DME供給管3の他端に連結されて設けられ、DMEの加圧を行う加圧ポンプ4を備える。一方、噴霧媒体である空気は、噴霧媒体貯蔵手段としての空気貯槽7に貯蔵されている。そして、DME貯蔵タンク2と連接される加圧ポンプ4、及び空気貯槽7のそれぞれと連接されて、DMEを噴霧させて燃焼させるバーナ10を基本構成として備える。
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(I) Configuration of the fuel combustion device:
FIG. 1 is a schematic view showing a fuel combustion apparatus 1 of the present embodiment.
This fuel combustion apparatus 1 is connected to a
なお、加圧ポンプ4とバーナ10は、第1連接管61と第2連接管62とからなる連接管6により連接され、第1連接管61と第2連接管62の間には、流量調節弁5を配設し、DMEの流量を簡便に調節可能としている。また、空気貯槽7とバーナは空気供給管8を介して連接されている。
そして、このバーナ10に配設されているDME導入部102からDMEが、また、バーナ10に配設される空気導入部103から噴霧媒体である空気が、それぞれ導入されることになる。
The pressurizing pump 4 and the
Then, DME is introduced from the
(II)バーナ10の構成:
また、図2は、図1に示した燃料燃焼装置1に配設されるバーナ10の概略図であり、図3はバーナ10の内部構造を示した断面図である。なお、図3においては、噴霧燃焼部300の内部構造の一部を省略して示している。
なお、図2及び図3、並びに図4〜図8に記載された矢印方向は、燃料の噴射される方向(及び図の上方向)を示す。
(II) Configuration of burner 10:
2 is a schematic view of the
In addition, the arrow direction described in FIG.2 and FIG.3 and FIGS. 4-8 shows the direction (and upward direction of a figure) in which a fuel is injected.
図2及び図3に示した本実施形態のバーナ10は、バーナ本体100と、バーナ本体100の後端側(図2及び図3の矢印方向と反対方向)に取り付けられているハンドル部200と、バーナ本体100の先端側(図2及び図3の矢印方向)に取り付けられる噴霧燃焼部300とを基本構成として備える。
The
バーナ本体100は、ガンボディ101と、ガンボディ101の先端側の側面(図2及び図3では右側)に穿設されているDME導入部102と、ガンボディ101の後端側の側面に穿接されている空気導入部103とを備えている。
そして、前記したように、DME導入部102にはDME貯蔵タンク2からDMEが、また、空気導入部103には空気貯槽7から噴霧媒体である空気が、それぞれ導入されることになる。
The
As described above, the
また、バーナ本体100を構成するガンボディ101の内部には、DME導入部102と空気導入部103との間に位置するように、略円筒形状のスリーブ108が設けられている。このスリーブ108は、先端側の側面がガンボディ101の内壁と接するとともに、後端側に向かうにつれて略円筒形状の外径が縮径していくテーパ部108Aを備える構成となっている。
なお、スリーブ108の内径は一定で、スリーブ108の中心軸に沿ってDME通過孔108Bが形成されている。
Further, a substantially
The
テーパ部108Aの外壁とガンボディ101の内壁との間には、パッキン109が配設されている。このパッキン109は、スリーブ108の外壁に螺合されるパッキン押さえ110を通じて前方に付勢されており、スリーブ108の外壁とガンボディ101の内壁との間の隙間を密封している。
A packing 109 is disposed between the outer wall of the tapered
一方、ハンドル部200は、パッキン201を介してガンボディ101に螺合されるプラグ202と、プラグ202に嵌合される略円柱形状のハンドルピン203と、一端がハンドルピン203の後端部203Aに、他端がプラグ202に取り付けられる線状の金属からなり、ハンドルピン203の周囲に螺旋状に形成されるハンドル204とを備えている。
本実施形態のバーナ10は、このハンドル204を手により把持して操作することにより、バーナ10の位置や方向を調整することができる。
On the other hand, the
The
また、噴霧燃焼部300は、ガンボディ101の内壁に対して、保持部311を介して接続固定されている長尺円筒形状のアウターノズル310と、その内部にDME通過部320Aを形成し、スリーブ108のDME通過孔108Bと接続される、アウターノズル310と同軸の長尺円筒形状であるインナーノズル320と、その外面端部をアウターノズル310先端の内面に接続固定される略円筒形状のノズルボディ330と、カバー部350により当該ノズルボディ330と連接固定され、燃料流路341A,341B(図4参照)と噴霧媒体流路である空気媒体流路346A,346B(図4参照)が形成される。また、これらと連通した吐出孔349(図4参照)から噴霧媒体である空気の圧力によってDMEを噴霧するためのバーナチップ340と、このバーナチップ340の先端に配設され、バーナチップ340の吐出孔349と空気的に連通され、燃料であるDMEの噴霧する方向に広がる略円錐台形状の空洞部415を有する筒状部材400を基本構成として備えている。
The
なお、図3に示すように、インナーノズル320は、スリーブ108と連接される第1インナーノズル3201と、バーナチップと連接される第2インナーノズル3202とを接続してなるものであり、第1インナーノズル3201の内部に形成された第1円筒孔3201Aと、第2インナーノズル3202の内部に形成された、第1円筒孔3201Aより細孔の第2円筒孔3202Aにより、DME通過部320Aが形成されている。
As shown in FIG. 3, the
このような構成により、DME導入部102から導入されたDMEは、スリーブ108の内部に形成されたDME通過孔108Bを介して、第1インナーノズル3201の内部の第1円筒孔3201A、及び第2インナーノズル3202の内部の第2円筒孔3202AからなるDME通過部320Aを通過して、バーナチップ340に供給されていく。
With such a configuration, the DME introduced from the
また、アウターノズル310の内壁とインナーノズル320の外壁との間には、バーナ本体110の空気導入部103から導入された噴霧媒体である空気を通過させるための断面ドーナツ形状の空隙360Aが形成され、この空隙360Aと連続して、ノズルボディ330の内壁とインナーノズル320の外壁との間には、断面ドーナツ形状であり、空隙360Aより小径の空隙360Bが形成されており、この2つの空隙360A,360Bが、空気通過部360を構成する。
このような構成により、空気導入部103から導入された空気は、空隙360A,360Bからなる空気通過部360を通過して、バーナチップ340に供給されていく。
In addition, a
With such a configuration, the air introduced from the
(III)バーナチップ340の構成:
図4は、バーナ10の先端に配設されるバーナチップ340の構成を示す断面図である。なお、図4にあっては、筒状部材400は取り外した状態を示している。
バーナチップ340の内部には、バーナ10の噴霧燃焼部300の内部に形成されたDME通過部320Aとそれぞれ繋がる2つの燃料流路341A,341B(燃料流路341Bは破線で示している)が形成されている。バーナチップ340の内部に2つ形成された燃料流路341A,341Bは、噴霧燃焼部300の燃料通過部320Aから供給される燃料を、燃料流路341A,341Bより細径の燃料供給孔342,343を介して、混合室345にて、噴霧媒体である空気と合流するようにしている。
(III) Configuration of burner tip 340:
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the
Inside the
具体的には、燃料供給孔342,343は、第1燃料供給部3421,3431と、第1燃料供給部3421,3431より細孔の第2燃料供給部3422,3432からなり、燃料流路341A,341Bと第1燃料供給部3421,3431が連接部344A,344Bを介して連接されている。燃料流路341A,341Bを通過したDMEは、第1燃料供給部3421,3431、第2燃料供給部3422,3432というように段階的に細くなる燃料供給孔342,343を通過されることにより、混合室345に対して吐出される。
なお、燃料供給孔342,343は、混合室345に対して斜め方向に配設されて、混合室345に対して燃料であるDMEを供給していく構成を採用している。
Specifically, the fuel supply holes 342 and 343 include first
Note that the fuel supply holes 342 and 343 are arranged in an oblique direction with respect to the mixing
一方、バーナチップ340の内部には、バーナ本体110の内部に形成される、断面が略ドーナツ状の空気通過部360とそれぞれ繋がる2つの空気流路346A,346B(空気流路346Aは破線で示している)が形成されている。空気通過部360から導入される空気は、この2つの空気流路346A,346Bを通過して、空気合流部347にていったん合流された後、空気合流部347より細孔の空気供給孔348を介して、混合室345に向かって吐出されることになる。
そして、混合室345により混合された液体燃料であるDMEと噴霧媒体である空気は、この混合室345と連通した吐出孔349から、噴霧媒体の圧力によって燃料を噴霧していくことになる。
On the other hand, in the
The DME, which is liquid fuel mixed in the mixing
なお、バーナチップ340と、バーナ本体110を構成するノズルボディ330とは、カバー部350により一体化されている。すなわち、本実施形態にあっては、カバー部350の先端側(図4の矢印方向)内部に前記した構成のバーナチップ340が接着固定されているともに、カバー部350の先端側と反対側の内面に形成されたネジ山3501と、バーナ本体110を構成するノズルボティ330の先端の外面に形成されたネジ山3301が噛合することにより、バーナチップ340とバーナ本体110(ノズルボディ330)とが一体化されることになる。
Note that the
(IV)筒状部材400の構成:
図2及び図3に示す先端にバーナチップ340を備えたバーナ10には、筒状部材400が配設されている。ここで、図5は、筒状部材400の内部構成を示した断面図であり、図6は、筒状部材400をバーナチップ340に配設した状態を示す断面図である。
バーナチップ340の先端側に配設されるこの筒状部材400は、本実施形態にあっては、第1筒状部410と、この第1筒状部410の外側に位置する第2筒状部420から構成される態様を示している。
(IV) Configuration of the cylindrical member 400:
A
In the present embodiment, the
筒状部材400を構成する第1筒状部410は、バーナチップの先端に向かって、当該バーナチップの先端を覆う凹部411と、当該凹部411と連接されて形成されており、燃料の噴霧する方向(図6の矢印方向)に広がる略円錐台形状の空洞部415を有している。本発明のバーナ10は、バーナチップ340の先端に対してかかる略円錐台形状の空洞部415を有する筒状部材400を配設しているので、バーナチップ340の吐出孔349から噴霧状態で吐出される燃料は、略円錐台形状の空洞部415を介して適度に拡散され、効率的に噴霧され、燃焼されることとなるので、燃料としてDME等の含酸素燃料を用いても、輝炎燃焼を実施することができる。
The first
図5に示すように、この略円錐台形状の空洞部415において、空洞部415の軸芯l
(図5の一点波線)と、空洞部415の傾斜部4151とのなす角θ(円錐台形の頂角の
半分)は、15°〜30°とすることが好ましく、20°〜25°とすることが特に好ま
しい。
また、空洞部415において、バーナチップ340の先端側(図5の矢印方向)の第1開口部4152の径d1と、当該先端側とは反対側の第2開口部4153の径d2(d1<d2)、及び、この第1開口部4152と第2開口部4153の距離Lについて、第1開口部4152の径d1と距離Lの関係が、d1/L=1/2〜1/6であることが好ましく、1/3〜1/4とすることが特に好ましい。
このように、空洞部415の軸芯lと傾斜部4151のなす角θが15°〜30°の範囲内であり、第1開口部4152の径d1と距離Lの関係が、d1/L=1/2〜1/6であれば、吐出孔349から吐出される燃料は、空洞部415を介してより効率よく拡散されることになる。
なお、第2開口部4153の径d2と距離Lの関係は、特に制限はないが、d2/L=
0.6〜1.7程度であればよい。
As shown in FIG. 5, in the substantially truncated cone-shaped
The angle θ (half the frusto-conical apex angle) formed by (the dashed line in FIG. 5) and the
Further, the
Thus, the angle θ formed by the axis l of the
The relationship between the diameter d 2 of the
It may be about 0.6 to 1.7.
一方、筒状部材400を構成する第2筒状部420は、前記した第1筒状部410を外側から固定保持するものであり、第1筒状部410の外面と第2筒状部420の内面とが嵌合されて固定されている。
また、この第2筒状部420のバーナチップ340側の内面には、ネジ山4201が形成されており、図6に示すように、このネジ山4201と、前記したカバー部350の外周に形成されたネジ山3502と噛合することにより、筒状部材400がバーナ10の先端部に固定されることになる。
On the other hand, the second
Further, a
なお、この第1筒状部410や第2筒状部420は、例えば、SUS304等のステンレス材料等を構成材料とすることができ、これらを公知の加工方法を用いることにより製造することができる。
The first
(V)燃料燃焼装置1を用いたDMEの燃焼方法:
次に、本実施形態の燃料燃焼装置1を用いて、液体燃料であるDMEを燃焼するDMEの燃焼方法の一例を、図1〜図6を用いて説明する。
(V) DME combustion method using the fuel combustion apparatus 1:
Next, an example of a DME combustion method for burning DME, which is a liquid fuel, using the fuel combustion apparatus 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、図1に示すように、燃料燃焼装置1にあっては、DME貯蔵タンク2から液体燃料であるDMEが、DME供給管3を介して、加圧ポンプ4に送り出され、加圧ポンプ4より加圧されたDMEは、第1連接管61を通過し、必要流量を流量調節弁5で調節した状態で第2連接管62を介して、バーナ10に配設されたDME導入部102に導入される。
一方、噴霧媒体である空気は、空気を貯蔵した空気貯槽7から空気供給管8を介して、バーナ10に配設された空気導入部103に導入されることになる。
First, as shown in FIG. 1, in the fuel combustion apparatus 1, DME that is liquid fuel is sent from the
On the other hand, the air that is the spray medium is introduced from the air storage tank 7 that stores the air into the
図2及び図3に示すように、バーナ10において、DME導入部102から導入されたDMEは、ガンボディ101の内部に流入される。その後、DMEは、スリーブ108の通過孔108B、インナーノズル320の燃料通過部320Aを順次通過して、バーナチップ340に形成された燃料流路341A,341Bに流入される。
As shown in FIGS. 2 and 3, in the
一方、噴霧媒体である空気は、空気導入部103を通じてからガンボディ101内に流入され、その後、空隙360A及び空隙360Bによりなる空気通過部360を通過して、バーナチップ340に形成された空気流路346A,346Bに流入される。
On the other hand, the air as the spray medium flows into the
図4〜図6に示すように、バーナチップ340においては、燃料通過部320Aより流入されるDMEは、2つの燃料流路341A,341Bを通過した後、第1燃料供給部3421、3431と、第1燃料供給部3421、3431より細孔の第2燃料供給部3422,3432からなる燃料供給孔342,343を通過して、混合室345に吐出される。 また、空気通過部360より流入される空気は、2つの空気流路346A,346Bを通過して、空気合流部347にていったん合流された後、空気合流部347より細孔の空気供給孔348を介して、DMEと同様に混合室345に向かって吐出される。
As shown in FIGS. 4 to 6, in the
この混合室345により混合されたDMEと空気は、この混合室345と連通した吐出孔349から噴霧媒体の圧力によって、DMEを噴霧した状態で吐出するが、バーナチップ340の吐出孔349側には、この吐出孔349と空気的に連通され、燃料の噴霧する方向に広がる略円錐台形状の空洞部415を有する筒状部材400が配設されているので、バーナチップ340の吐出孔349から噴霧状態で吐出されるDMEは、この略円錐台形状の空洞部415を介して拡散状態が調整され、擬似的な不完全燃焼状態を形成させて噴霧、燃焼されることとなるので、着火においても、橙色の輝炎燃焼が好適になされることになり、輻射伝熱量も向上することとなる。
The DME and air mixed in the mixing
前記した実施形態によれば、下記の作用効果を奏することができる。
(1)本発明のバーナ10は、バーナチップ340の吐出孔349側に対して、吐出孔349と空気的に連通され、燃料であるDMEの噴霧する方向に広がる略円錐台形状の空洞部415を有する筒状部材400が配設されているため、吐出孔349から吐出されたDMEは、この空洞部415を介して拡散状態が調整され、擬似的な不完全燃焼状態を形成させて噴霧、燃焼されることとなる。よって、DME等の含酸素燃料を用いた場合であっても、輝炎燃焼を好適に実施することができ、輻射伝熱量の向上を図ることができる。
According to the above-described embodiment, the following operational effects can be achieved.
(1) The
また、本発明の構成によれば、バーナチップ340の先端に筒状部材400を設置するという簡便な手段により輝炎燃焼を実施することができるので、高価な輝度向上剤を使用することもなく、DME等の含酸素燃料による輝炎燃焼を低コストで実現することができ、また、燃焼設備や排気ガスに与える影響もないといった利点もある。
Further, according to the configuration of the present invention, the bright flame combustion can be performed by a simple means of installing the
更には、本発明のバーナ10は、DME等のクリーンな含酸素燃料を用いた場合であっても輝炎燃焼を実施することができるので、既存のボイラや加熱炉を用いて、負荷を落とすことなく、重油燃焼により大量に発生していた窒素酸化物、硫黄酸化物、煤じんなどの大気汚染物質の発生が少ないボイラ・加熱炉のクリーン燃焼を達成できる。
Furthermore, since the
そして、本発明の燃料燃焼装置1は、本発明のバーナ10を備えた燃料燃焼装置1であるので、前記した効果を好適に発揮することができ、ボイラや加熱炉に適用することができる。
And since the fuel combustion apparatus 1 of this invention is the fuel combustion apparatus 1 provided with the
なお、以上説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的及び効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的及び効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状等としても問題はない。
例えば、前記した実施形態では、液体燃料としてジメチルエーテル(DME)燃料を用いていたが、これには限定されず、メタノール等を液体燃料として用いても問題はない。
The aspect described above shows one aspect of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and is within the scope of achieving the object and effect of the present invention. Needless to say, modifications and improvements are included in the content of the present invention. Further, the specific structure, shape, and the like in carrying out the present invention are not problematic as other structures, shapes, and the like as long as the objects and effects of the present invention can be achieved.
For example, in the above-described embodiment, dimethyl ether (DME) fuel is used as the liquid fuel. However, the present invention is not limited to this, and there is no problem even if methanol or the like is used as the liquid fuel.
また、前記した実施形態では、筒状部材400は第1筒状部410と第2筒状部420から形成される態様を示したが、これには限定されず、これらを一つの構成材料から一体的に形成するようにしても問題はない。
In the above-described embodiment, the
更には、前記実施形態ではバーナ10を構成するバーナチップ340として、燃料流路が2つのもの(燃料流路341A,341Bなど)を例にして説明したが、これには限定されず、バーナチップ10の燃料流路は1つとしてもいいし、3つ以上の複数としてもよい。同様に、バーナチップに形成される空気流路についても、前記した実施形態では、空気流路が2つのもの(空気流路346A,346B)を例にして説明したが、これには限定されず、バーナチップ10の空気流路は1つとしてもいいし、3つ以上の複数としてもよい。
その他、本発明の実施における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
In addition, the specific structure, shape, and the like in the implementation of the present invention may be other structures as long as the object of the present invention can be achieved.
以下、実施例及び参考例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例等の内容に何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a reference example are given and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to the content of an Example etc. at all.
[実施例1:DMEの燃焼試験]
実施例1として、図5に示す構成の筒状部材400を吐出孔349側に配設したバーナチップ340を先端に備えたガスバーナ10を用いた図1に示す構成の燃料燃焼装置1に対して、バーナチップ340に配設される筒状部材400に形成される略円錐台形状の空洞部415について、バーナチップ340先端側の開口部(第1開口部4152)の径d1を5mmとして、空洞部415の軸芯lと傾斜部4151とのなす角θ、及び第1開口部4152と第1開口部4152と反対側の開口部(第2開口部4153)との距離Lを下記表1に示すようにした場合におけるDMEの燃焼状態を評価した。結果も含めて表1に示す(なお、表1中、空欄部については評価を行っていない)。
[Example 1: DME combustion test]
As Example 1, the fuel combustion apparatus 1 having the configuration shown in FIG. 1 using the
(燃焼条件)
燃料の種類: ジメチルエーテル(DME)
燃料供給温度: 15℃
燃料供給圧力: 3.0MPaG
排ガス中の酸素濃度: 6容量%
燃料の燃焼量: 50リットル/時間
(Combustion conditions)
Fuel type: Dimethyl ether (DME)
Fuel supply temperature: 15 ° C
Fuel supply pressure: 3.0 MPaG
Oxygen concentration in exhaust gas: 6% by volume
Fuel combustion volume: 50 liters / hour
一方、参考例1として、筒状部材に形成される空洞部415の形状を、燃料の噴霧する方向に広がる略円錐台形状とせず、図8に示すような略円筒形状とした筒状部材400Xを参考例として、空洞部の内径をd’、バーナチップ340X先端側の開口部(第1開口部4152)と第1開口部4152と反対側の開口部(第2開口部4153)との距離L’を下記表2に示すようにした場合におけるDMEの燃焼状態を比較・評価した。結果も含めて表2に示す(表1と同様、表2中、空欄部については評価を行っていない)。
On the other hand, as a reference example 1, the shape of the
ここで、図7は、参考例1で使用したバーナチップ340X(バーナ10Xに適用される)の内部構成を示した断面図であり、図8は、この図7において、筒状部材400Xを示した断面図である。なお、これらの図7及び図8に示される参考例1の筒状部材400X及び当該筒状部材を備えたバーナチップ340Xについては、前記実施例1と同様の構造および同一部材には同一符号を付してあり、その詳細な説明は省略する。
Here, FIG. 7 is a cross-sectional view showing the internal configuration of the burner tip 340X (applied to the
なお、判定は、燃焼状態を評価して、輝炎燃焼に優れ、橙色の輝炎が安定して得られた場合を◎、良好な輝炎燃焼が行われた場合を○、輝炎燃焼が行われなかった場合を×として行った。 The judgment is based on the evaluation of the combustion state, excellent in luminous flame combustion, ◎ when a bright orange flame is stably obtained, ◯ when good luminous flame is performed, and bright flame combustion The case where it was not performed was performed as x.
(結果:実施例1)
(結果:参考例1)
表1の結果からわかるように、実施例1の如くバーナチップ先端に配設される筒状部材に対して、DMEの噴霧する方向に広がる略円錐台形状の空洞部を形成した場合にあっては、良好な輝炎燃焼が行われ、特に、角θを15°〜30°とした場合にあっては、輝炎燃焼に優れ、橙色の輝炎を安定して得ることができた。 As can be seen from the results in Table 1, in the case where a substantially frustoconical hollow portion extending in the direction in which DME sprays is formed on the cylindrical member disposed at the tip of the burner tip as in the first embodiment, In this case, good bright flame combustion was performed, and in particular, when the angle θ was 15 ° to 30 °, the bright flame combustion was excellent, and an orange bright flame could be stably obtained.
一方、表2に結果を示すように、筒状部材に形成される空洞部の形状を、燃料の噴霧する方向に広がる略円錐台形状とせず、図8に示すような略円筒形状とした筒状部材を用いた参考例1のバーナ及び燃焼装置については、良好な輝炎燃焼を実施することはできなかった。 On the other hand, as shown in Table 2, the shape of the hollow portion formed in the cylindrical member is not a substantially truncated cone shape that spreads in the direction in which the fuel is sprayed, but a substantially cylindrical shape as shown in FIG. With respect to the burner and the combustion apparatus of Reference Example 1 using the cylindrical member, it was not possible to perform good bright flame combustion.
[試験例:輻射伝熱量の効果確認]
前記した実施例1で使用した、図5に示す構成の筒状部材400について、略円錐台形状の空洞部415における第1開口部4152の径d1を5mm、空洞部415の軸芯lと傾斜部4151とのなす角θを30°、第1開口部4152と第1開口部4152と反対側の開口部(第2開口部4153)との距離Lを20mmとした筒状部材400を用いて、下記の燃焼条件によりDMEを燃焼させた場合における、バーナ10の先端(筒状部材400の先端)からの距離(mm)が300mmの位置、及び700mmの位置における火炎熱流束(W/cm2)を測定した。結果を表3に示す。
[Test example: Confirmation of effect of radiant heat transfer]
For the
なお、参考例2として、筒状部材を配設しない以外は前記した構成と同様のバーナを用いて得られた結果も併せて表3に示す。また、火炎熱流束の測定は、市販の熱流束計を用いて行った。 In addition, as a reference example 2, the results obtained by using the burner similar to the above-described configuration except that the cylindrical member is not provided are also shown in Table 3. Moreover, the measurement of a flame heat flux was performed using the commercially available heat flux meter.
(燃焼条件)
燃料の種類: ジメチルエーテル(DME)
燃料供給温度: 15℃
燃料供給圧力: 3.0MPaG
排ガス中の酸素濃度: 6容量%
燃焼量: 840MJ/時間
(Combustion conditions)
Fuel type: Dimethyl ether (DME)
Fuel supply temperature: 15 ° C
Fuel supply pressure: 3.0 MPaG
Oxygen concentration in exhaust gas: 6% by volume
Combustion amount: 840 MJ / hour
(結果)
表3の結果より、通常は参考例2のように、バーナ先端から離れるにつれて熱流束は低下していくものであるが、図5に示す構成の筒状部材を配設した本発明のバーナを使用した場合にあっては、バーナから離れるに従い熱流束が大きく増加し、輻射伝熱量の向上効果が確認できた(燃焼状態を観察すると、バーナ先端からの距離が約400mmを超えた辺りから、輝炎燃焼が始まり、輻射伝熱量の大幅な向上が確認できる)。 From the results shown in Table 3, the heat flux usually decreases as the distance from the burner tip increases, as in Reference Example 2. However, the burner of the present invention in which the cylindrical member having the configuration shown in FIG. When used, the heat flux greatly increased as the distance from the burner increased, and the effect of improving the amount of radiant heat transfer could be confirmed (when the combustion state was observed, the distance from the tip of the burner exceeded about 400 mm, Luminous flame combustion has begun, confirming a significant improvement in the amount of radiant heat transfer).
本発明のバーナ及び当該バーナを備えた燃料燃焼装置は、液体燃料としてジメチルエーテル(DME)の含酸素燃料を用いるバーナ及び当該バーナを備えた燃料燃焼装置において有利に使用でき、良好な輝炎燃焼が実施される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The burner of the present invention and the fuel combustion apparatus equipped with the burner can be advantageously used in a burner using an oxygen-containing fuel of dimethyl ether (DME) as a liquid fuel and a fuel combustion apparatus equipped with the burner. To be implemented.
1 燃料燃焼装置
2 貯蔵タンク
3 DME供給管
4 加圧ポンプ
5 流量調節弁
6 連接管
7 空気貯槽
8 空気供給管
10 バーナ
61 第1連接管
62 第2連接管
100 バーナ本体
200 ハンドル部
300 噴霧燃焼部
320A 燃料通過部
340 バーナチップ
341A,341B 燃料流路
342,343 燃料供給孔
345 混合室
346A,346B 空気流路
347 空気合流部
348 空気供給孔
349 吐出孔
360 空気通過部
400 筒状部材
410 第1筒状部
415 空洞部
420 第2筒状部
4151 傾斜部
4152 第1開口部
4153 第2開口部
d1 径
d2 径
L 距離
l 軸芯
θ 角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記バーナチップの吐出孔側には、当該吐出孔と空気的に連通され、前記燃料の噴霧する方向に広がる略円錐台形状の空洞部が形成された筒状部材が配設されていることを特徴とするバーナ。 A burner having a fuel flow channel and a spray medium flow channel formed at the tip of the burner tip for spraying fuel by the pressure of the spray medium from a discharge hole communicating with both the passages;
On the discharge hole side of the burner tip, there is disposed a cylindrical member that is in air communication with the discharge hole and has a substantially truncated cone-shaped cavity that extends in the direction in which the fuel is sprayed. Characteristic burner.
前記筒状部材に形成される前記略円錐台形状の前記空洞部の軸芯と、当該空洞部の傾斜部とのなす角が15°〜30°であり、
前記空洞部におけるバーナチップ先端側の開口部の径d1と、当該先端側の開口部と反対側の開口部との距離Lとの比が、d1/L=1/2〜1/6であることを特徴とするバーナ。 The burner according to claim 1, wherein
The angle formed by the axis of the substantially frustoconical hollow portion formed in the cylindrical member and the inclined portion of the hollow portion is 15 ° to 30 °,
The diameter d 1 of the opening of the burner tip distal side of the hollow portion, the ratio of the distance L between the opening of the distal end side and the opposite side of the opening, d 1 / L = 1 / 2~1 / 6 Burner characterized by being.
噴霧媒体が貯蔵される噴霧媒体貯蔵手段と、
燃料流路と噴霧媒体流路が形成され、前記燃料貯蔵手段から供給された液体燃料と、前記噴霧媒体貯蔵手段から供給される噴霧媒体を、前記両通路と連通した吐出孔から噴霧媒体の圧力によって燃料を噴霧するバーナチップを先端に備えたバーナを有する燃料燃焼装置であって、
前記バーナが請求項1または請求項2に記載のバーナであることを特徴とする燃料燃焼装置。 Fuel storage means for storing liquid fuel;
Spray medium storage means for storing the spray medium;
The fuel flow path and the spray medium flow path are formed, and the liquid fuel supplied from the fuel storage means and the spray medium supplied from the spray medium storage means are supplied to the pressure of the spray medium from the discharge holes communicating with both the passages. A fuel combustion apparatus having a burner with a burner tip at the tip thereof for spraying fuel by
A fuel combustion apparatus, wherein the burner is the burner according to claim 1 or 2.
前記液体燃料がジメチルエーテル(DME)であることを特徴とする燃料燃焼装置。 The fuel combustion apparatus according to claim 3, wherein
A fuel combustion apparatus characterized in that the liquid fuel is dimethyl ether (DME).
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