JP2013167366A

JP2013167366A - 燃焼装置

Info

Publication number: JP2013167366A
Application number: JP2012028999A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takashima; 博史高島; Shigetoshi Takahata; 重俊高畠
Original assignee: SAMSON CO Ltd
Current assignee: SAMSON CO Ltd
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2013-08-29

Abstract

【課題】ターンダウン比を大きくした燃焼装置であっても、低燃焼時に燃焼不具合が発生することを防止する。
【解決手段】バーナの中心軸付近に燃料噴射ノズル１を設置し、燃料噴射ノズル１を囲むように筒形の燃焼筒３を設けておき、送風機１０から燃焼筒３内へ供給してきた燃焼用空気は燃料噴射ノズル先側の燃焼部へ噴出し、燃焼用空気流に燃料噴射ノズル１から噴射した燃料を混合することで燃焼を行い、燃料噴射ノズル１に供給する燃料量を変更することで低燃焼から高燃焼まで燃焼状態を切り替えるようにしている燃焼装置において、燃焼筒内を燃料噴射ノズル側の中心部空気流路１６と周縁側の周縁部空気流路１７に分割する流路分割部材２を設け、燃焼筒３へ燃焼用空気を供給する空気給路は、前記中心部空気流路１６へ燃焼用空気を供給するための第１空気流路４と、前記周縁部空気流路１７へ燃焼用空気を供給するための第２空気流路５とを、それぞれ別に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターンダウン比を大きくした燃焼装置に関するものである。

特開２００４−１２５１８３号公報に記載があるように、バーナの中心軸部分に燃料噴射ノズルを設けておき、送風機によって供給している燃焼用空気と燃料噴射ノズルから噴射している燃料を混合させて燃焼を行うようにしている燃焼装置がある。この燃焼装置で燃焼量を増減できるようにする場合は、燃料噴射ノズルを複数個設けておき、燃料の噴射を行うノズルの本数を増減することで燃料供給量を変更するとともに、燃焼用空気供給量を増減することで燃焼量の調節を行う。燃焼用空気供給量の調節は、燃焼用空気供給路の途中にダンパ装置などの流量調節装置を設けて送風路の流路面積を変更したり、送風機の回転速度を変更することで行うようにしている。

燃焼量を増減できるようにした燃焼装置では、それぞれの燃焼量ごとに適正な空燃比となるように燃料と燃焼用空気の供給量を設定しておき、燃焼量に応じた燃料量と燃焼用空気量になるように供給量を調節することで、適正な燃焼が行えるようにしている。しかし、最大燃焼量と最小燃焼量の比率であるターンダウン比が大きくなると、低燃焼時に燃焼の不具合が発生しやすくなっていた。これは、空燃比は前記の方法で調節が可能であるが、空気供給量を減少すると一定の断面積を持った空気流路に対して流れる空気量が減少するため、空気の流速が遅くなることが原因と推定できた。燃料噴射ノズルの付近へ噴出している空気の流速が遅くなると、燃料と空気のミキシングが悪くなることによって燃焼性が悪化し、煤やＣＯの発生量が増大したり、保炎が不安定になることで振動燃焼を起こすなどの問題が発生することになっていた。

特開２００２−２８５３９２号公報

本発明が解決しようとする課題は、ターンダウン比を大きくした燃焼装置であっても、低燃焼時に燃焼の不具合が発生することを防止することのできる燃焼装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、バーナの中心軸付近に燃料噴射ノズルを設置し、燃料噴射ノズルを囲むように筒形の燃焼筒を設けておき、送風機から燃焼筒内へ供給してきた燃焼用空気は燃料噴射ノズル先側の燃焼部へ噴出し、燃焼用空気流に燃料噴射ノズルから噴射した燃料を混合することで燃焼を行い、燃料噴射ノズルに供給する燃料量を変更することで低燃焼から高燃焼まで燃焼状態を切り替えるようにしている燃焼装置において、燃焼筒内を燃料噴射ノズル側の中心部空気流路と周縁側の周縁部空気流路に分割する流路分割部材を設け、燃焼筒へ燃焼用空気を供給する空気給路は、前記中心部空気流路へ燃焼用空気を供給するための第１空気流路と、前記周縁部空気流路へ燃焼用空気を供給するための第２空気流路とを、それぞれ別に設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の燃焼装置において、低燃焼時には中心部空気流路から燃焼部へ噴出する空気流速Ｖ１が、周縁部空気流路から燃焼部へ噴出する空気流速Ｖ２よりも速くなるように、中心部空気流路と周縁部空気流路へ供給する空気量を調節していることを特徴とする燃焼装置。

請求項３に記載の発明は、前記の燃焼装置において、第１空気流路と第２空気流路は元側に１個の送風機を設けて途中で分岐した構成としており、送風路分岐後の少なくとも一方の流路に空気流量調節装置を設けていることを特徴とし、請求項４に記載の発明は、前記の燃焼装置において、第１空気流路と第２空気流路は、それぞれの元側に送風機を設けたものであることを特徴とする。

本発明を実施することで、低燃焼時に燃焼用空気の供給量が減少することになっても、燃料噴射ノズル付近に送られる燃焼用空気の流速は低下しないように維持することができるようになるため、燃焼用空気と燃料のミキシングは良好に保つことができる。そのため、ミキシング不良によって燃焼に不具合が発生することを防止することができる。

本発明を実施している燃焼装置のフロー説明図本発明の第２実施例での燃焼装置のフロー説明図本発明の第３実施例での燃焼装置のフロー説明図

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燃焼装置のフローを説明するための縦断面図である。燃焼装置は、燃料油を空気流内へ噴射することによって燃焼を行う。燃焼装置は、燃焼を行うバーナ、バーナへ燃焼用空気を供給する空気供給路、バーナへ供給する燃焼用空気の整流を行うウインドボックスなどからなる。バーナ部分には、中央に複数の燃料噴射ノズル１を設け、燃料噴射ノズル１に燃料供給配管１５を接続する。燃料噴射ノズル１は、燃焼装置が高燃焼・低燃焼・停止の３位置制御を行うものであれば２個、高燃焼・中燃焼・低燃焼・停止の４位置制御を行うものであれば３個設けることになる。実施例では、第１ノズルと第２ノズルからなる２個の燃料噴射ノズルを設けており、それぞれのノズルに燃料供給配管１５を接続する。燃料供給配管１５は途中で分岐するようにしており、低燃焼の場合には第１ノズルへのみ燃料を供給し、高燃焼の場合には第１ノズルに加えて第２ノズルにも燃料を供給することで、燃焼量の変更を行う。

燃焼噴射ノズル１の周囲には、上下の面を解放した円筒形状の燃焼筒３を設ける。燃焼筒３の根元側はウインドボックス７と接続し、燃焼筒３の先側にはフレームファンネル６を設けておく。ウインドボックス７は、送風機１０から送られてきた燃焼用空気を整流して燃焼筒３の内側へ送り込む。燃料と燃焼用空気は、バーナの先端に設けているフレームファンネル６の内側へ噴射し、フレームファンネル６の内側で燃料と燃焼用空気の混合を行って燃焼を行う。

燃焼筒３の内側には、燃焼筒内を中心側の中心部空気流路１６と、周縁側の周縁部空気流路１７に分割する流路分割部材２を設ける。流路分割部材２も燃焼筒３と同心の円筒形であり、先端側は燃料噴射ノズル１の先側に設けている保炎板まで延びており、根元側はウインドボックスの壁面以上の所まで延びている。燃焼筒３内は流路分割部材２によって分割されているため、周縁部空気流路１７を流れる空気流と中心部空気流路１６を流れる空気流は、それぞれ別々に燃料噴射ノズル先側の燃焼部まで供給される構造となっている。送風機１０からバーナへ燃焼用空気を供給する空気供給路は、途中で第１空気流路４と第２空気流路５に分岐しており、第１空気流路は中心部空気流路１６に接続し、第２空気流路５はウインドボックス７を経由して周縁部空気流路１７に接続する。

第１空気流路４は中心部空気流路１６に接続しているため、第１空気流路４を通して送っている燃焼用空気はすべて中心部空気流路に入る。同様に第２空気流路５を通して送っている燃焼用空気はすべてウインドボックス７を通り、ウインドボックス７から周縁部空気流路１７に入る。第２空気流路５には、ダンパによる第２空気流量調節装置１２を設けておき、燃焼状態に合わせてダンパの開度を変更することで燃焼用空気供給量を調節するようにしておく。

燃料噴射ノズル１の先側には保炎板を設置しており、燃料噴射ノズル１から噴射した燃料油は保炎板の中央に設けている穴から噴射する。保炎板は、中心部空気流路１６側と周縁部空気流路１７側のそれぞれに設けており、保炎板の中心部空気流路１６に当たる部分を中心側保炎板８、周縁部空気流路１７に当たる部分は周縁側保炎板９として区分しておく。中心部空気流路１６内を通ってきた燃焼用空気は、中心側保炎板８の外周側と中心側保炎板８に設けられる空気噴出口を通って燃焼部へ吹き出し、周縁部空気流路１７を通ってきた燃焼空気は、周縁側保炎板９の外周側と周縁側保炎板９に設けられる空気噴出口を通って燃焼部へ吹き出す。燃料噴射ノズル１から噴射した燃料油は、保炎板から噴出している燃焼用空気と混合しながら燃焼を行う。

低燃焼で燃焼を行う場合は、第１の燃料噴射ノズルへのみ燃料を供給し、第２の燃料噴射ノズルへの燃料供給は停止しておくことで、燃料は第１燃料噴射ノズルからのみ噴射する。燃焼用空気の方は、第２空気流路５へは第２空気流量調節装置１２の開度を閉じて空気量を絞り、第１空気流路４から供給する空気を主に使用して燃焼を行う。第１空気流路４を流れて中心部空気流路１６内に入った燃焼用空気は、中心側保炎板８からフレームファンネル６内へ向けて噴出される。燃料噴射ノズル１から噴射している燃料油は、中心側保炎板８からの燃焼用空気流と混合して燃焼する。この時、中心側保炎板８側から噴出している燃焼用空気の流速をＶ１、周縁側保炎板９側から噴出している燃焼用空気の流速をＶ２とした場合、燃焼用空気は中心部空気流路１６に集中して供給しているため、流速Ｖ１は流速Ｖ２よりも速くなるように調節する。

高燃焼で燃焼を行う場合は、第１の燃料噴射ノズルと第２の燃料噴射ノズルの両方から燃料を噴射して燃焼を行う。燃焼用空気の供給も、第１空気流路４と第２空気流路５の両方から供給する。第２空気流量調節装置１２の開度を大きくしておいた場合、送風機１０からの燃焼用空気は第１空気流路４と第２空気流路５に分岐し、それぞれの流路を流れる。第２空気流路５を流れてきた燃焼用空気は、ウインドボックス７を通った後に周縁部空気流路１７内へ入り、周縁側保炎板９からフレームファンネル６内へ向けて噴出する。第１空気流路４を流れてきた燃焼用空気流は中心部空気流路１６内に入り、中心側保炎板８からフレームファンネル６内へ向けて噴出する。燃料噴射ノズル１から噴射している燃料油は、中心側保炎板８及び周縁側保炎板９の両方から供給している燃焼用空気流と混合して燃焼する。

高燃焼の場合は、燃焼用空気の供給量が多いため、中心側保炎板８から噴出する燃焼用空気と、周縁側保炎板９から噴出する燃焼用空気は、それぞれ速い速度で流れる。そのため、燃料噴射ノズル１から噴射した燃料油とのミキシングが良くなるため、良好な燃焼を行える。しかし低燃焼の場合は、燃焼用空気の供給量が少ないため、中心側保炎板８と周縁側保炎板９の両方から燃焼用空気を流すと、保炎板の開口面積に対する空気量の比率が小さくなるため、流速は遅くなる。空気の流速が遅いと、燃料噴射ノズル１から噴射した燃料油とのミキシングが悪くなり、燃焼性が悪化することがあった。本発明では、低燃焼時には燃焼用空気を中心部空気流路１６内へ集中的に送るようにしており、中心側保炎板８の開口面積に対する空気量の比率は大きくなるため、中心側保炎板８から噴出する燃焼用空気の流速Ｖ１は速くなる。そして流速の速い空気は燃料噴射ノズル１に近い部分を流れる空気流であるため、燃料と燃焼用空気のミキシングが良好となり、低燃焼時にも安定した燃焼を行うことができる。

図２は第２の実施例であり、ここでは第２空気流路５の第２空気流量調節装置１２に加えて第１空気流路４でも第１空気流量調節装置１１を設けており、この点が図１の実施例と異なっている。この実施例では、低燃焼時には第２空気流量調節装置１２の開度を閉じておき、第１空気流量調節装置１１で中心部空気流路１６へ送る燃焼用空気供給量を調節する。高燃焼時には、第１空気流量調節装置１１と第２空気流量調節装置１２の開度をそれぞれ調節する。この場合も、燃焼用空気供給量が少ない低燃焼時には、中心部空気流路１６へ集中して燃焼用空気を送り、中心側保炎板８からは流速の速い空気を噴出する。そのために燃料と燃焼用空気のミキシングが良好となり、安定した燃焼を行うことができる。

ところで燃焼装置では、燃焼時に発生するＮＯｘやＣＯなどの有害物質を可能な限り少なくするため、燃焼量ごとに燃焼状態を確認しながら送風機の回転速度を変更したり、ダンパによる送風路の流路面積を変更することで、燃焼用空気供給量を微妙に調節して設定している。高燃焼と低燃焼で燃焼する場合は、それぞれの燃焼量でも微妙な設定を行うことになる。また、中心部空気流路１６と周縁部空気流路１７に分けて空気供給を行っている本発明では、全体での燃焼用空気量調節すると同時に、中心部空気流路１６へ送る空気量と周縁部空気流路へ送る空気量のバランスも調節することが必要である。しかし、全体の空気量と個々の流路へのバランスを、第２空気流量調節装置１２のみで調節しようとした場合には調節に手間が掛かることになる。第２の実施例では、第１空気流路４に第１空気流量調節装置１１を設け、第２空気流路５に第２空気流量調節装置１２を設けているため、第１空気流路４の流量と第２空気流路５の流量を独立して調節することができる。そのため、全体の空気量と個別流路へのバランスの調節を容易に行うことができる。

図３は第３の実施例であり、複数の送風機を設けている点が図１の実施例とは異なっている。ここでは、第１送風機１３と第２送風機１４からなる２つの送風機を設けており、第１送風機１３は第１空気流路４と接続し、第２送風機１４は第２空気流路５と接続している。この実施例では、低燃焼時には第１送風機１３のみを作動し、高燃焼時には第１送風機１３と第２送風機１４の両方を作動することで燃焼用空気の供給を行う。この場合も、燃焼用空気供給量が少ない低燃焼時には、流路分割部材２の内側へ集中して燃焼用空気を送り、中心側保炎板８からは流速の速い空気を噴出する。そのために燃料と燃焼用空気のミキシングが良好となり、安定した燃焼を行うことができる。

第３の実施例も、第１の実施例との違いは、第１空気流路４を通して送る燃焼用空気供給量と、第２空気流路５を通して送る燃焼用空気供給量を、それぞれで独立して調節することができるようにしたというものである。燃焼用空気量の調節は、送風機の回転速度を調節することで行い、第１送風機１３によって中心部空気流路１６へ供給する空気量を調節し、第２送風機１４によって周縁部空気流路１７へ供給する空気量を調節する。そのため、全体の空気量と個別流路へのバランスの調節を容易に行うことができる。

なお、必要に応じてそれぞれの空気流路に空気流量調節装置を設け、送風機の回転速度調節と併用した形態を適用するケースも出てくる。また、燃焼開始時には低燃焼から燃焼を開始するが、第２空気流路５で風圧が掛かっていない状態で着火すると、着火時の衝撃が第２空気流路を伝わって第２送風機１４に及ぶ可能性がある。そのため、着火時には第２空気流量調節装置１２を閉じておくことで、着火衝撃を遮断することが望ましい。

またこの場合、第１送風機１３からの送風量と第２送風機１４からの送風量は、それぞれ１つの送風機で燃焼用空気を供給していた場合の送風量よりも少なくなる。そのため、これらの送風機は容量の小さな送風機を使用することができ、低燃焼の場合には小容量の第１送風機１３のみを作動することになるため、消費電力を大幅に削減することができるという効果も得ることができる。

なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１燃料噴射ノズル
２流路分割部材
３燃焼筒
４第１空気流路
５第２空気流路
６フレームファンネル
７ウインドボックス
８中心側保炎板
９周縁側保炎板
１０送風機
１１第１空気流量調節装置
１２第２空気流量調節装置
１３第１送風機
１４第２送風機
１５燃料供給配管
１６中心部空気流路
１７周縁部空気流路

請求項１に記載の発明は、バーナの中心軸付近に燃料噴射ノズルを設置し、燃料噴射ノズルを囲むように筒形の燃焼筒を設けておき、送風機から燃焼筒内へ供給してきた燃焼用空気は燃料噴射ノズル先側の燃焼部へ噴出し、燃焼用空気流に燃料噴射ノズルから噴射した燃料を混合することで燃焼を行い、燃料噴射ノズルに供給する燃料量を変更することで低燃焼から高燃焼まで燃焼状態を切り替えるようにしている燃焼装置において、燃焼筒内を燃料噴射ノズル側の中心部空気流路と周縁側の周縁部空気流路に分割する流路分割部材を設け、燃焼筒へ燃焼用空気を供給する空気給路は、前記中心部空気流路へ燃焼用空気を供給するための第１空気流路と、前記周縁部空気流路へ燃焼用空気を供給するための第２空気流路とを、それぞれ別に設けておき、低燃焼時には中心部空気流路から燃焼部へ噴出する空気流速Ｖ１が、周縁部空気流路から燃焼部へ噴出する空気流速Ｖ２よりも速くなるように、中心部空気流路と周縁部空気流路へ供給する空気量を調節していることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の燃焼装置において、第１空気流路と第２空気流路は元側に１個の送風機を設けて途中で分岐した構成としており、送風路分岐後の少なくとも一方の流路に空気流量調節装置を設けていることを特徴とし、請求項３に記載の発明は、前記の燃焼装置において、第１空気流路と第２空気流路は、それぞれの元側に送風機を設けたものであることを特徴とする。

Claims

バーナの中心軸付近に燃料噴射ノズルを設置し、燃料噴射ノズルを囲むように筒形の燃焼筒を設けておき、送風機から燃焼筒内へ供給してきた燃焼用空気は燃料噴射ノズル先側の燃焼部へ噴出し、燃焼用空気流に燃料噴射ノズルから噴射した燃料を混合することで燃焼を行い、燃料噴射ノズルに供給する燃料量を変更することで低燃焼から高燃焼まで燃焼状態を切り替えるようにしている燃焼装置において、燃焼筒内を燃料噴射ノズル側の中心部空気流路と周縁側の周縁部空気流路に分割する流路分割部材を設け、燃焼筒へ燃焼用空気を供給する空気給路は、前記中心部空気流路へ燃焼用空気を供給するための第１空気流路と、前記周縁部空気流路へ燃焼用空気を供給するための第２空気流路とを、それぞれ別に設けたことを特徴とする燃焼装置。
請求項１に記載の燃焼装置において、低燃焼時には中心部空気流路から燃焼部へ噴出する空気流速Ｖ１が、周縁部空気流路から燃焼部へ噴出する空気流速Ｖ２よりも速くなるように、中心部空気流路と周縁部空気流路へ供給する空気量を調節していることを特徴とする燃焼装置。
請求項１または２に記載の燃焼装置において、第１空気流路と第２空気流路は元側に１個の送風機を設けて途中で分岐した構成としており、送風路分岐後の少なくとも一方の流路に空気流量調節装置を設けていることを特徴とする燃焼装置。
請求項１または２に記載の燃焼装置において、第１空気流路と第２空気流路は、それぞれの元側に送風機を設けたものであることを特徴とする燃焼装置。