JP2008045836A - Burner tip, burner device and boiler apparatus including it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バーナ装置に係り、特にバーナ装置のバーナ本管先端部に装着して燃料流体を噴射するバーナチップに関するものである。 The present invention relates to a burner device, and more particularly to a burner tip that is attached to a burner main end of a burner device and injects a fuel fluid.
ボイラ装置の低NOx燃焼技術として、排ガス再循環方式や2段燃焼方式があるが、燃料中のN分が少ない燃料、例えばLNG等を燃料とする場合には、2段燃焼方式を適用しなくとも低NOx化が図れるため、全燃焼用空気をバーナスロートから投入する単段燃焼方式が採用される場合も多い。 Low NOx combustion technology for boiler equipment includes exhaust gas recirculation method and two-stage combustion method, but the two-stage combustion method is not applied when fuel with a small amount of N in the fuel, for example, LNG, is used. In both cases, since NOx reduction can be achieved, a single-stage combustion method in which all combustion air is introduced from the burner throat is often employed.
図6は、センターガスノズルタイプのバーナ装置を装備したボイラ装置の一部概略構成図である。周囲が炉壁1に囲まれて火炉2が区画形成され、前記炉壁1の外側に設置されているウインドボックス(図示せず)には多数のバーナ装置3が上下方向に複数段にわたって装備されている。
FIG. 6 is a partial schematic configuration diagram of a boiler apparatus equipped with a center gas nozzle type burner apparatus. A
このバーナ装置3は、内側に1次空気供給路4を形成する1次空気供給管5が火炉2側に向けて設置され、その1次空気供給管5の外側には所定の間隔をおいて2次空気供給管6が同心円状に設置されて、1次空気供給管5と2次空気供給管6の間に2次空気供給路7が形成されている。
In the
前記1次空気供給管5には、1次空気供給量を調整する1次空気入口ダンパ8が付設されている。前記2次空気供給管6には、2次空気に旋回力を付与する2次空気レジスタ9が付設されている。1次空気供給管5にはレジスタが設けられていないため、1次空気は直進流となって火炉2側に供給される。
The primary
1次空気供給管5の内側中心部には、バーナ本管10が挿入・設置されている。バーナ本管10の火炉2側先端部にバーナチップ11が取り付けられており、このバーナチップ11のすぐ後側にスワラー12が設置されている。前記1次空気供給管5の火炉側先端部で前記スワラー12と対向する部分は、先端側に向けて徐々に拡がった径拡部13が形成されている。
A burner
バーナ本管10の後端側には、ジメチルエーテルなどの液体燃料を供給する液体燃料供給管14と、蒸気や圧縮空気からなる微粒子化用媒体を供給する微粒子化用媒体供給管15とが接続されている。このバーナ装置は、構造が簡単で製作コストが安いという特長がある。
Connected to the rear end side of the burner
図7は従来のバーナチップ11の正面図、図8はそのバーナチップ11の断面図である。
FIG. 7 is a front view of a
図8に示すようにバーナチップ11の後部には、前記液体燃料16を供給する液体燃料供給孔17と、微粒化用媒体18を供給する微粒化用媒体供給孔19とが複数本それぞれ設けられ、これら供給孔17、19の先端部は微粒化室20に連通している。微粒化室20からさらに先端部に向けて複数本の燃料噴射主孔21が周方向に設けられ、全ての燃料噴射主孔21はバーナ主軸Xを中心にしてガス噴射角θ1(例えば90°)をもって互いに傾斜している。
As shown in FIG. 8, a plurality of liquid
図6に示すように液体燃料供給管14から供給された液体燃料16と、微粒化用媒体供給管15から供給された微粒化用媒体18は、バーナ本管10を通ってバーナチップ11の液体燃料供給孔17ならびに微粒化用媒体供給孔19にそれぞれ供給される。図示していないがバーナ本管10は二重管構造になっており、例えばそれの内管に液体燃料16が流通し、内管と外管の間に微粒化用媒体18が流通して、両者が混合することはない。
As shown in FIG. 6, the
液体燃料16と微粒化用媒体18はともにバーナチップ中心部の微粒化室20に供給され、混合により微粒化(ガス化)した後、各燃料噴射主孔21から火炉2内へ噴出されて燃焼する。
Both the
なお、バーナ装置に関しては、下記のような特許文献を挙げることができる。
環境規制が厳しくなるに従い、N分やS分の濃度比率が高い重油等の油系燃料を燃焼させていたボイラ装置において、NOxやSOxの排出量削減のため、バーナ装置の一部をN分やS分の濃度比率が低い燃料用に取り替えるケースが増えている。 In order to reduce NOx and SOx emissions in boiler equipment that burns oil-based fuels such as heavy oil with a high concentration ratio of N and S as environmental regulations become stricter, a part of the burner equipment is divided into N More and more cases are being replaced with fuels having a low concentration ratio of S.
そのような燃料のひとつに、ジメチルエーテル(DME)がある。この燃料は、C/Hが低く、燃料中に酸素が存在することから、すすが発生しにくいという特長を有している。N分やS分の濃度比率は油系燃料、例えばC重油と比較して圧倒的に低いため、ボイラ排ガス中のNOx濃度、SOx濃度、煤塵濃度の低減に効果が高い。 One such fuel is dimethyl ether (DME). This fuel has a feature that soot is hardly generated because C / H is low and oxygen is present in the fuel. Since the concentration ratio of N and S is overwhelmingly lower than that of oil-based fuels such as C heavy oil, it is highly effective in reducing NOx concentration, SOx concentration, and dust concentration in boiler exhaust gas.
重油等の油系燃料焚ボイラ装置において、バーナ装置をDME燃焼用に置き換える改造した場合、以下のような問題がある。 In an oil-based fuel fired boiler device such as heavy oil, when the burner device is modified for DME combustion, there are the following problems.
重油等の油系燃料は噴霧蒸発過程に時間がかかり、燃焼振動発生の周波数とマッチングしないので燃焼振動は発生しにくい。しかし、DMEは気化しやすく、燃焼速度がLNGや重油と比較すると圧倒的に速いので、燃焼振動が発生しやすい環境になる。炉内の圧力脈動に起因して、バーナ装置近傍の発熱量が変動し、その変動により圧力変動が発生する、といった連成系が成立しやすいためである。 Oil-based fuels such as heavy oil take a long time to spray and evaporate and do not match the frequency of occurrence of combustion vibration, so that combustion vibration hardly occurs. However, DME is easy to vaporize, and the combustion speed is overwhelmingly faster than LNG and heavy oil, so that an environment in which combustion vibration is likely to occur is obtained. This is because a coupled system in which the amount of heat generated in the vicinity of the burner device fluctuates due to pressure pulsation in the furnace, and pressure fluctuations occur due to the fluctuation, is likely to be established.
燃焼振動が発生すると、騒音、ボイラ装置構造物の破損、ボイラ負荷(蒸気発生量)が達成できない等のトラブルを生じる。 When combustion vibration occurs, troubles such as noise, damage to the boiler device structure, and failure to achieve boiler load (steam generation amount) occur.
本発明の目的は、前述した従来技術の欠点を解消し、燃焼振動を効果的に抑制することのできるバーナチップ、バーナ装置ならびにそれを備えたボイラ装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a burner tip, a burner device, and a boiler device equipped with the burner tip that can eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art and effectively suppress combustion vibration.
前記目的を達成するため、本発明は、例えばDMEなどの燃料を供給する燃料供給路と、例えば蒸気や圧縮空気などの微粒化用媒体を供給する微粒化用媒体供給路と、前記燃料供給路から供給された燃料を前記微粒化用媒体供給路から供給された微粒化用媒体で微粒化する微粒化室と、微粒化した燃料を噴射する燃料噴射孔とを有するバーナチップを対象とするものである。 To achieve the above object, the present invention provides a fuel supply path for supplying a fuel such as DME, a atomization medium supply path for supplying a atomization medium such as steam and compressed air, and the fuel supply path. For a burner chip having a atomization chamber for atomizing fuel supplied from the atomization medium supply path from the atomization medium supply path and a fuel injection hole for injecting the atomized fuel It is.
そして本発明の第1の手段は、前記燃料噴射孔が、孔径の大きい複数の燃料噴射主孔と、その燃料噴射主孔よりも孔径の小さい複数の燃料噴射副孔とからなり、前記燃料噴射主孔と燃料噴射副孔とがバーナチップの周方向に交互に設けられ、
前記燃料噴射主孔のトータル開口面積と前記燃料噴射副孔のトータル開口面積の比率が80:20〜90:10の範囲に設定され、
かつ前記燃料噴射副孔の燃料噴射角度が前記燃料噴射主孔の燃料噴射角度よりも大きいことを特徴とするものである。
According to a first means of the present invention, the fuel injection hole comprises a plurality of fuel injection main holes having a large hole diameter and a plurality of fuel injection sub-holes having a hole diameter smaller than the fuel injection main hole. Main holes and fuel injection sub-holes are provided alternately in the circumferential direction of the burner tip,
The ratio of the total opening area of the fuel injection main hole and the total opening area of the fuel injection sub-hole is set in a range of 80:20 to 90:10,
In addition, the fuel injection angle of the fuel injection sub-hole is larger than the fuel injection angle of the fuel injection main hole.
本発明の第2の手段は前記第1の手段において、前記燃料噴射主孔の燃料噴射角度を60〜90°の間に設定し、前記燃料噴射副孔の燃料噴射角度を80〜120°の間に設定したことを特徴とするものである。 According to a second means of the present invention, in the first means, the fuel injection angle of the fuel injection main hole is set to 60 to 90 °, and the fuel injection angle of the fuel injection sub-hole is set to 80 to 120 °. It is characterized by being set in between.
本発明の第3の手段は前記第1または第2の手段において、前記燃料噴射副孔の数が前記燃料噴射主孔の数よりも多いことを特徴とするものである。 According to a third means of the present invention, in the first or second means, the number of the fuel injection sub-holes is larger than the number of the fuel injection main holes.
本発明の第4の手段は前記第1ないし第3の手段において、前記燃料がジメチルエーテルであることを特徴とするものである。 According to a fourth means of the present invention, in the first to third means, the fuel is dimethyl ether.
本発明の第5の手段は、燃料と微粒化用媒体とを個別に供給するバーナ本管と、そのバーナ本管の先端側に設けられた保炎器と、その保炎器の先端側に設けられたバーナチップとを備えたバーナ装置において、前記バーナチップが前記第1ないし第4のバーナチップであることを特徴とするものである。 According to a fifth means of the present invention, there is provided a burner main pipe for individually supplying the fuel and the atomizing medium, a flame holder provided at the tip side of the burner main pipe, and a tip side of the flame holder. In the burner apparatus provided with the provided burner chip, the burner chip is the first to fourth burner chips.
本発明の第6の手段は前記第5の手段において、前記バーナ本管が1次空気を直進流として火炉内に供給する1次空気供給路の中央部に挿入配置され、前記1次空気供給路の外周側に2次空気を旋回流として火炉内に供給する2次空気供給路が設けられていることを特徴とするものである。 According to a sixth means of the present invention, in the fifth means, the burner main pipe is inserted and disposed in a central portion of a primary air supply path for supplying primary air into the furnace as a straight flow, and the primary air supply A secondary air supply path for supplying secondary air into the furnace as a swirling flow is provided on the outer peripheral side of the path.
本発明の第7の手段は、火炉を区画形成する炉壁にバーナ装置を設置したボイラ装置において、前記バーナ装置が前記第5または第6の手段のバーナ装置であることを特徴とするものである。 According to a seventh aspect of the present invention, in the boiler apparatus in which the burner apparatus is installed on the furnace wall that defines the furnace, the burner apparatus is the burner apparatus of the fifth or sixth means. is there.
本発明は前述のような構成になっており、火炎の安定化と長炎化を両立させることにより、燃焼振動を有効に抑制することができる。 The present invention is configured as described above, and combustion vibration can be effectively suppressed by making both the stabilization of the flame and the lengthening of the flame compatible.
従来、センターガスノズルタイプのバーナにおいては、保炎器の内部にガスノズルを有する構造であることから、保炎用燃料(副燃料)と、ボイラの負荷に携わる主燃料の概念が無かった。 Conventionally, since the center gas nozzle type burner has a gas nozzle inside the flame holder, there has been no concept of flame holding fuel (sub fuel) and main fuel involved in boiler load.
燃焼振動は、バーナとボイラ火炉との連成系で発生するので、バーナと火炉とのマッチングが悪いと燃焼振動が発生する。 Since the combustion vibration is generated in the coupled system of the burner and the boiler furnace, the combustion vibration is generated if the matching between the burner and the furnace is poor.
この燃焼振動は火炉との音響共鳴現象(気柱共鳴現象)で、音圧によりバーナの空気量もしくは燃料量が変化し、発熱変動が発生し、音圧変動へと連鎖的に発達する。これらはフィードバックループであることから、ループを形成している何かの要因を取り除けば燃焼振動は発生しない。 This combustion vibration is an acoustic resonance phenomenon (air column resonance phenomenon) with the furnace, and the air amount or fuel amount of the burner changes due to the sound pressure, heat generation fluctuation occurs, and the sound pressure fluctuation develops in a chain. Since these are feedback loops, combustion oscillation does not occur if any factor forming the loop is removed.
そして発熱変動の主たる原因は着火不良である。保炎を強化すれば、炉内からの音圧変動を受けても大きな発熱変動につながらないので、燃焼振動が発生しない。 The main cause of fluctuating heat generation is poor ignition. If the flame holding is strengthened, even if the sound pressure fluctuation from the inside of the furnace is received, it does not lead to a large fluctuation in heat generation, so that combustion vibration does not occur.
燃焼振動のポテンシャルを低減するためには、バーナ近傍から、火炉全域にわたって均一な燃焼、いわば緩慢燃焼を実現することが重要であり、安定保炎と緩慢燃焼の両立が重要である。 In order to reduce the potential of combustion vibration, it is important to realize uniform combustion, that is, slow combustion, from the vicinity of the burner to the entire furnace, and it is important to achieve both stable flame holding and slow combustion.
従来のセンターノズル型バーナチップは図7、図8に示すように燃料噴射主孔しかないので、安定保炎を実現しようとすると、ガス噴射方向(ガス噴射角度θ1)を広げなければならない。しかし、そうすると緩慢燃焼ができず、燃焼振動が発生しやすくなる。 Since the conventional center nozzle type burner tip has only a fuel injection main hole as shown in FIGS. 7 and 8, in order to achieve stable flame holding, the gas injection direction (gas injection angle θ1) must be widened. However, if so, slow combustion is not possible, and combustion vibrations are likely to occur.
次に本発明の実施形態を図と共に説明する。図1は本発明の実施形態に係るバーナチップの先端部分の正面図、図2は図1のII−II線上の断面図、図3はそのバーナチップの先端部分の拡大断面図である。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a front view of a tip portion of a burner tip according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the tip portion of the burner tip.
図2に示すようにバーナチップ11の後部には、ジメチルエーテル(DME)からなる液体燃料16を供給する液体燃料供給孔17と、蒸気または圧縮空気からなる微粒化用媒体18を供給する微粒化用媒体供給孔19とが複数本それぞれ設けられ、これら供給孔17、19の先端部は微粒化室20に連通している。微粒化室20からさらに先端部に向けて複数本の燃料噴射主孔21と燃料噴射副孔22とが周方向に設けられている。
As shown in FIG. 2, at the rear part of the
本実施形態の場合図1に示すように、バーナチップ11の周方向において90度の等間隔で4本の燃料噴射主孔1が設けられ、図2に示すように燃料噴射主孔1の噴射角度θ2は70°(仰角35°)に設定されている。また、バーナチップ11の周方向において前記燃料噴射主孔21と燃料噴射主孔21の中間位置に2本の燃料噴射副孔22,22が平行にそれぞれ設けられ、結局、燃料噴射副孔22は合計で8本設けられている。燃料噴射副孔2の噴射角度θ3は110°(仰角55°)に設定されている。従ってθ2<θ3の関係にある。
In the case of this embodiment, as shown in FIG. 1, four fuel injection main holes 1 are provided at equal intervals of 90 degrees in the circumferential direction of the
図3に示すように、燃料噴射主孔21ならびに燃料噴射副孔22を穿設するとともに微粒化室22を区画形成する前側傾斜面23は、バーナ主軸Xに対して全周等しい傾斜角αで傾斜しているが、この前側傾斜面23と燃料噴射主孔21の軸線24とのなす角度β1(90°程度)が、前側傾斜面23と燃料噴射副孔22の軸線25とのなす角度β2(60°程度)よりも大きくなっており(β1>β2)、前側傾斜面23に対して燃料噴射副孔22の方が燃料噴射主孔21よりも傾倒した状態で穿設されている。
As shown in FIG. 3, the front
また同図に示すように、燃料噴射主孔21の軸線24とバーナ主軸Xとの交点Yと、燃料噴射副孔22の軸線25とバーナ主軸Xとの交点Zは共に微粒化室22のバーナ主軸X上に存在するが、前記交点Zは交点Yよりも前側傾斜面23寄りに存在している。
As shown in the figure, the intersection Y between the
図1に示すように、燃料噴射副孔22は2本ずつ対になってバーナチップ11の周方向に沿って形成されているが、バーナチップ11の外周側に近い燃料噴射副孔22aは各燃料噴射主孔21の中心点を結ぶ仮想円26よりもバーナチップ11の外周側の位置に開口し、バーナチップ11の内側に近い燃料噴射副孔22bは前記仮想円26よりもバーナチップ11の内側の位置に開口している。
As shown in FIG. 1, two fuel injection sub-holes 22 are formed in pairs along the circumferential direction of the
本実施形態ではこのように前記仮想円26を間にしてその外側と内側に分けて燃料噴射副孔22を開口したが、燃料噴射副孔22をバーナチップ11の周方向に並べて開口することもできる。
In this embodiment, the
燃料噴射副孔22の内径d2は燃料噴射主孔21の内径d1よりも小径に設計されており(内径d1>内径d2)、燃料噴射主孔21から噴射される燃料流量は全燃料流量の80体積%〜90体積%(本実施形態では80体積%)、燃料噴射副孔22から噴射される燃料流量は全燃料流量の10体積%〜20体積%(本実施形態では20体積%)の範囲になるように、燃料噴射主孔21と燃料噴射副孔22のトータル開口面積比が設定されている。
The inner diameter d2 of the
液体燃料16は微粒化用媒体18とともにバーナ中心部の微粒化室20に供給され、混合により微粒化した後、各燃料噴射主孔21と燃料噴射副孔22からボイラ火炉2内へ噴出されて燃焼する。前述のように各燃料噴射主孔21と燃料噴射副孔22とが交互にかつ均等に分かれて設けられているから、ガス化した燃料の燃焼がバーナ主軸Xの周方向においてバランスよく行われる。
The
ボイラ装置の構造は図6に示すように、バーナ本管10の先端側に多数の旋回羽根を有するスワラー4が付設され、さらにその先端側にバーナチップ11が設置されている。このバーナ本管10は1次空気供給管5の中央部に設置され、その1次空気供給管5の外周部に2次空気供給管6が設けられ、結局、センターガスノズルタイプの3重構造になっている。
As shown in FIG. 6, the structure of the boiler device is provided with a
液体燃料16であるDMEは、微粒化用媒体18である蒸気または圧縮空気とともにバーナ本管10に供給される。液体燃料16と微粒化用媒体18はバーナ本管10内で合流することなくバーナ本管10の先端部にあるバーナチップ11まで搬送される。
The DME that is the
バーナチップ11に供給された液体燃料16と微粒化用媒体18は共にバーナチップ11内の微粒化室20に噴射され、液体燃料16は微粒化用媒体18により強いせん断力を受けて微粒化し、前記各燃料噴射主孔21ならびに燃料噴射副孔22から火炉2内に噴射される。液体燃料16であるDMEは常温0.6MPaで気化するので、火炉2内に放出されると減圧され瞬時にガス化して、燃焼する。
Both the
バーナ装置の中心部に供給された一次空気は直進流であるが、ノズル出口部分に設けたスワラー(旋回器)12により1次空気のうちの一部に強い旋回力が与えられ、図4に示すようにスワラー12の後流側に燃焼用空気循環領域27が形成される。この燃焼用空気循環領域27にバーナチップ18からのガス燃料が供給されることで、火炎の安定保持が可能となる。一方、2次空気はレジスタ9(図6参照)により旋回力が付与された状態で火炉2内に噴出される。
The primary air supplied to the center of the burner device is a straight flow, but a strong swirl force is given to a part of the primary air by a swirler (swivel unit) 12 provided at the nozzle outlet portion, and FIG. As shown, a combustion
ガスバーナは、石炭や油を燃焼させるバーナと比較すると燃料の燃焼性すなわち燃焼速度が非常に速いので、ボイラ装置の過剰空気を低減した条件で運転することが多い。このような条件での運転であると、燃焼振動が発生しやすくなる。この理由は、燃焼振動がバーナ近傍での発熱量が最大になると発生しやすい特性を有しているためである。 Since the gas burner has a very high fuel combustibility, that is, a combustion speed, compared with a burner that burns coal or oil, the gas burner is often operated under a condition in which excess air in the boiler apparatus is reduced. When operating under such conditions, combustion vibrations are likely to occur. This is because combustion vibrations tend to occur when the amount of heat generated near the burner is maximized.
次に従来のバーナ装置と本発明の実施形態に係るバーナ装置の燃焼振動試験について説明する。試験に供したバーナチップの仕様は下記の通りである。 Next, the combustion vibration test of the conventional burner device and the burner device according to the embodiment of the present invention will be described. The specifications of the burner tip subjected to the test are as follows.
タイプA(図8に示す従来技術に相当):
同一孔径の孔を円周方向に等間隔に6個設け、いずれの孔もガス噴射角度は90°、主孔と副孔のガス噴射角度差=なし。
Type A (equivalent to the prior art shown in FIG. 8):
Six holes with the same hole diameter are provided at equal intervals in the circumferential direction, and the gas injection angle of each hole is 90 °.
タイプB(本発明の比較例):
円周方向に90°間隔で4個の主孔と、主孔と主孔の中間位置に主孔より径小の副孔を合計で4個設け、主孔副孔燃料流量比80/20とし、いずれの孔もガス噴射角度は90°、主孔と副孔のガス噴射角度差=0°。
Type B (comparative example of the present invention):
Four main holes in the circumferential direction are provided at intervals of 90 °, and four sub-holes having a diameter smaller than the main hole are provided at a midpoint between the main holes and the main hole / sub-hole fuel flow ratio is 80/20. In any of the holes, the gas injection angle is 90 °, and the gas injection angle difference between the main hole and the sub hole = 0 °.
タイプC(本発明の実施例1):
円周方向に90°間隔で4個の主孔と、主孔と主孔の中間位置に主孔より径小の副孔を2個づつ合計で8個設け、主孔副孔燃料流量比90/10とし、主孔のガス噴射角度は80°、副孔のガス噴射角度は110°、主孔と副孔のガス噴射角度差=30°。
Type C (Example 1 of the present invention):
A total of eight sub-holes with a diameter smaller than that of the four main holes at intervals of 90 ° in the circumferential direction and two main holes smaller than the main hole are provided in the middle position between the main hole and the main hole / sub-hole fuel flow ratio 90 / 10, the gas injection angle of the main hole is 80 °, the gas injection angle of the sub hole is 110 °, and the gas injection angle difference between the main hole and the sub hole = 30 °.
タイプD(本発明の実施例2):
円周方向に90°間隔で4個の主孔と、主孔と主孔の中間位置に主孔より径小の副孔を2個づつ合計で8個設け、主孔副孔燃料流量比90/10とし、主孔のガス噴射角度は70°、副孔のガス噴射角度は110°、主孔と副孔のガス噴射角度差=40°。
Type D (Example 2 of the present invention):
A total of eight sub-holes with a diameter smaller than that of the four main holes at intervals of 90 ° in the circumferential direction and two main holes smaller than the main hole are provided in the middle position between the main hole and the main hole / sub-hole fuel flow ratio 90 / 10, the gas injection angle of the main hole is 70 °, the gas injection angle of the sub hole is 110 °, and the gas injection angle difference between the main hole and the sub hole = 40 °.
タイプE(本発明の実施例3):
円周方向に90°間隔で4個の主孔と、主孔と主孔の中間位置に主孔より径小の副孔を2個づつ合計で8個設け、主孔副孔燃料流量比90/10とし、主孔のガス噴射角度は90°、副孔のガス噴射角度は120°、主孔と副孔のガス噴射角度差=30°。
Type E (Example 3 of the present invention):
A total of eight sub-holes with a diameter smaller than that of the four main holes at intervals of 90 ° in the circumferential direction and two main holes smaller than the main hole are provided in the middle position between the main hole and the main hole / sub-hole fuel flow ratio 90 / 10, the gas injection angle of the main hole is 90 °, the gas injection angle of the sub hole is 120 °, and the gas injection angle difference between the main hole and the sub hole = 30 °.
タイプF(本発明の実施例4):
円周方向に90°間隔で4個の主孔と、主孔と主孔の中間位置に主孔より径小の副孔を2個づつ合計で8個設け、主孔副孔燃料流量比80/20とし、主孔のガス噴射角度は70°、副孔のガス噴射角度は110°、主孔と副孔のガス噴射角度差=40°。
Type F (Example 4 of the present invention):
A total of eight sub-holes with a diameter smaller than the main hole are provided in the middle position between the four main holes at intervals of 90 ° in the circumferential direction and two main holes smaller than the main hole. / 20, the gas injection angle of the main hole is 70 °, the gas injection angle of the sub hole is 110 °, and the gas injection angle difference between the main hole and the sub hole = 40 °.
前述の各タイプのバーナチップを装着したバーナ装置を用いて燃焼振動レベルを測定した。ここで燃焼振動レベルは、燃焼振動レベル測定炉内に所定の間隔をおいて多数の圧力検出素子を設置し、燃焼に伴う圧力変動をリアルタイムで計測し、火炉の共鳴周波数の振幅(mmAg)を演算し、従来のタイプAの振幅を100としたときの各バーナ装置の振幅比率を下表に示す。この数値が低いほど、低振動のバーナ装置あると評価できる。なおこの燃焼振動試験は、13A都市ガス流量200m3N/hのバーナ装置を用いて行なった。
The combustion vibration level was measured using a burner apparatus equipped with each type of burner tip. Here, the combustion vibration level is measured by installing a number of pressure detection elements at predetermined intervals in the combustion vibration level measuring furnace, measuring pressure fluctuations accompanying combustion in real time, and determining the amplitude (mmAg) of the resonance frequency of the furnace. The following table shows the amplitude ratio of each burner apparatus when the conventional type A amplitude is set to 100. It can be evaluated that the lower this value is, the lower vibration the burner device is. This combustion vibration test was conducted using a burner apparatus having a 13A city gas flow rate of 200 m 3 N / h.
表
タイプA(従来技術) 100
タイプB(比較例) 52
タイプC(実施例1) 31
タイプD(実施例2) 20
タイプE(実施例3) 16
タイプF(実施例4) 14
この燃焼振動試験から明らかなように、比較例であるタイプBでも従来のタイプAに比較して燃焼振動レベルを約半分まで下げることができたが、本発明により更に振動レベルを約1/3以下に下げることができた。
table
Type A (conventional technology) 100
Type B (Comparative example) 52
Type C (Example 1) 31
Type D (Example 2) 20
Type E (Example 3) 16
Type F (Example 4) 14
As is apparent from this combustion vibration test, the type B as a comparative example was able to lower the combustion vibration level to about half compared to the conventional type A. However, according to the present invention, the vibration level is further reduced to about 1/3. We were able to lower it to the following.
この理由について、スワラー12の後流部分のガス流れ状態を示す図4を用いて説明する。ガス燃料は、ノズル先端部分からある角度を持って噴射される。従来のタイプAもしくは比較例のタイプBは、図中の矢印28に示すように均等な仰角で噴射燃焼される。これに対してタイプC〜Fは、主孔から矢印29の方向にガス燃料が噴射され、副孔から矢印30の方向にガス燃料が噴射され、主孔と副孔のそれぞれ個別の仰角で噴射燃焼される。
The reason for this will be described with reference to FIG. 4 showing the gas flow state in the downstream portion of the
空気と燃料の混合拡散状況について次に説明する。図4に示すように、スワラー12の後流に再循環領域27が形成される。従来のタイプAでは矢印28に示すように、噴射した燃料ガスが再循環ガスを突き抜けることから、一部、再循環領域27に取り込まれるものの、この領域27における燃料濃度が低く、安定な燃焼を継続することができない。
Next, the mixed diffusion state of air and fuel will be described. As shown in FIG. 4, a
これに対してタイプC〜Fでは、副孔から噴射される燃料流量を全体の10〜20体積%とし、また副孔数を主孔数より増やすことで、その運動量を抑えることが可能となり、副孔から噴射された燃料が再循環領域27を貫通することなくうまく取り込まれる。つまり、主孔のみで均一に噴射して燃焼する場合と比較して、主孔からの燃料は、火炉内部で緩慢に燃焼(発熱)することに加えて、副孔からの燃料は、主孔の噴射角度に影響されず、スワラー27すなわち保炎器の後流部分で安定して燃焼することが可能になる。そして、これらの相互効果で燃焼振動の抑制に効果的であることが実証できている。
On the other hand, in types C to F, it is possible to suppress the momentum by increasing the flow rate of fuel injected from the sub-holes to 10 to 20% by volume and increasing the number of sub-holes from the number of main holes. The fuel injected from the auxiliary hole is successfully taken in without passing through the
図5に、本燃焼試験で得られた知見のうち、主孔ならびに副孔の燃料噴射角度、副孔燃料流量比(副孔燃料流量/全燃料流量)が燃焼状態に与える影響について諸種の実験を行ない、それらを評価した結果を纏めた。 Figure 5 shows various experiments on the effects of the fuel injection angle of the main and sub-holes and the fuel injection ratio of the sub-hole and the fuel flow ratio (sub-hole fuel flow / total fuel flow) on the combustion state. The results of evaluating them were summarized.
主孔に関して適正な噴射角度範囲は60〜90°、好ましくは60〜70°であり、それより角度が小さいと現象として長炎化し、トラブルとして煤、未燃分の発生がある。一方、前述の範囲よりも角度が大きくなると現象として短炎化し、トラブルとして燃焼振動の発生がある。 An appropriate injection angle range with respect to the main hole is 60 to 90 °, preferably 60 to 70 °. If the angle is smaller than that, the flame becomes long as a phenomenon, and troubles such as soot and unburned content occur. On the other hand, when the angle is larger than the above-mentioned range, the phenomenon becomes a short flame and combustion vibration is generated as a trouble.
副孔に関して適正な噴射角度範囲は80〜120°であり、それより角度が小さくても、また大きくても現象として保炎不良となり、トラブルとして燃焼振動の発生がある。 An appropriate injection angle range for the sub-hole is 80 to 120 °, and even if the angle is smaller or larger than that, flame holding failure occurs as a phenomenon, and combustion vibration occurs as a problem.
副孔燃料流量比の適正な範囲は10〜20体積%であり、この範囲よりも副孔燃料流量比が少ないと現象として保炎不良となり、トラブルとして燃焼振動の発生する。一方、前述の範囲よりも副孔燃料流量比が多いと現象として燃料過多となり、トラブルとして煤、未燃分の発生があることが分かった。 An appropriate range of the sub-hole fuel flow ratio is 10 to 20% by volume. If the sub-hole fuel flow ratio is less than this range, flame holding failure occurs as a phenomenon, and combustion vibration occurs as a problem. On the other hand, it was found that when the sub-hole fuel flow ratio is larger than the above-mentioned range, the fuel becomes excessive as a phenomenon, and soot and unburned fuel are generated as a trouble.
本発明によれば、火炎の安定化と長炎化が両立されることから燃焼振動を抑制できること、燃焼用空気とガス燃料の混合が若干抑制されることから、火炎の温度が従来と比較して低くなり、この結果Thermal‐NOxの抑制が可能になり、排ガス再循環設備や二段燃焼設備が不要となり大幅な設備コストの低減が図れる。 According to the present invention, since the stabilization of the flame and the lengthening of the flame are compatible, the combustion vibration can be suppressed, and the mixing of the combustion air and the gas fuel is slightly suppressed. As a result, Thermal-NOx can be suppressed, exhaust gas recirculation equipment and two-stage combustion equipment are not required, and the equipment cost can be greatly reduced.
前記実施形態では、複数の燃料噴射副孔を平行に穿設したが、複数の燃料噴射副孔の燃料噴射角度を若干違わせて非平行に穿設することも可能である。 In the above embodiment, the plurality of fuel injection sub-holes are drilled in parallel. However, the fuel injection angles of the plurality of fuel injection sub-holes may be slightly different and drilled in parallel.
1:炉壁、2:火炉、3:バーナ装置、4:1次空気供給路、5:1次空気供給管、6:2次空気供給管、7:2次空気供給路、8:1次空気入口ダンパ、9:2次空気レジスタ、10:バーナ本管、11:バーナチップ、12:スワラー、13:径拡部、14:液体燃料供給管、15:微粒化用媒体供給管、16:液体燃料、17:液体燃料供給孔、18:微粒化用媒体、19:微粒化用媒体供給孔、20:微粒化室、21:燃料噴射主孔、22:燃料噴射副孔、23:前側傾斜面、24:主孔の軸線、25:副孔の軸線、26:仮想円、27:燃焼用空気循環領域、X:バーナ主軸、θ2:燃料噴射主孔のガス噴射角度、θ3:燃料噴射副孔のガス噴射角度。
1: furnace wall, 2: furnace, 3: burner device, 4: primary air supply path, 5: primary air supply pipe, 6: secondary air supply pipe, 7: secondary air supply path, 8: primary Air inlet damper, 9: secondary air register, 10: burner main pipe, 11: burner tip, 12: swirler, 13: enlarged diameter part, 14: liquid fuel supply pipe, 15: atomization medium supply pipe, 16: Liquid fuel, 17: Liquid fuel supply hole, 18: Atomization medium, 19: Atomization medium supply hole, 20: Atomization chamber, 21: Fuel injection main hole, 22: Fuel injection subhole, 23:
Claims (7)
前記燃料噴射孔が、孔径の大きい複数の燃料噴射主孔と、その燃料噴射主孔よりも孔径の小さい複数の燃料噴射副孔とからなり、前記燃料噴射主孔と燃料噴射副孔とがバーナチップの周方向に交互に設けられ、
前記燃料噴射主孔のトータル開口面積と前記燃料噴射副孔のトータル開口面積の比率が80:20〜90:10の範囲に設定され、
かつ前記燃料噴射副孔の燃料噴射角度が前記燃料噴射主孔の燃料噴射角度よりも大きいことを特徴とするバーナチップ。 A fuel supply path for supplying fuel, a atomization medium supply path for supplying an atomization medium, and a fuel for atomization supplied from the fuel supply path by the atomization medium supply path. In a burner chip having a atomization chamber for atomizing and a fuel injection hole for injecting atomized fuel,
The fuel injection hole includes a plurality of fuel injection main holes having a large hole diameter and a plurality of fuel injection sub holes having a hole diameter smaller than the fuel injection main hole, and the fuel injection main hole and the fuel injection sub hole are burners. Provided alternately in the circumferential direction of the chip,
The ratio of the total opening area of the fuel injection main hole and the total opening area of the fuel injection sub-hole is set in a range of 80:20 to 90:10,
The burner tip is characterized in that the fuel injection angle of the fuel injection sub-hole is larger than the fuel injection angle of the fuel injection main hole.
前記燃料噴射副孔の燃料噴射角度を80〜120°の間に設定したことを特徴とするバーナチップ。 The burner tip according to claim 1, wherein a fuel injection angle of the fuel injection main hole is set between 60 and 90 °.
A burner tip, wherein a fuel injection angle of the fuel injection sub-hole is set between 80 and 120 °.
前記バーナチップが請求項1ないし第4のいずれか1項記載のバーナチップであることを特徴とするバーナ装置。 A burner main that individually supplies fuel and atomization medium, a flame holder provided on the tip side of the burner main, and a burner tip provided on the tip side of the flame holder In the burner device,
The burner device according to any one of claims 1 to 4, wherein the burner tip is the burner tip.
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