JP2019100595A - Burner device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば水素ガスのような燃料ガスと他の種類のガスとを混合して燃焼させるバーナ装置に関する。 The present invention relates to a burner apparatus for mixing and burning a fuel gas such as hydrogen gas and other types of gas.
近年、地球温暖化のような環境問題の原因となる二酸化炭素の排出を抑えるため、いわゆる低炭素社会の実現に向けて、燃料に水素を利用するバーナ装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, in order to reduce the emission of carbon dioxide that causes environmental problems such as global warming, a burner device using hydrogen as fuel has been proposed for the realization of a so-called low carbon society (for example, patent documents 1).
しかしながら、燃焼速度が大きい燃料を燃焼させる場合は燃焼室で発生した火炎がバーナ側に戻ってくる逆火現象が生じ易い。このような燃焼速度が大きい燃料としては、例えば水素、または水素を高濃度で含むガス等が挙げられる。 However, when burning a fuel having a high burning rate, a flashback phenomenon in which a flame generated in the combustion chamber returns to the burner side tends to occur. As such a fuel having a high burning rate, for example, hydrogen or a gas containing hydrogen in a high concentration can be mentioned.
本発明の目的は、燃焼速度が大きい燃料を用いた場合にも逆火の発生を防止することができるバーナ装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a burner device capable of preventing the occurrence of flashback even when using a fuel having a high combustion rate.
前記目的を達成するために、本発明に係るバーナ装置は、
燃料を含む燃料ガスと、燃料ガスよりも燃焼速度が小さい助燃ガスの予混合気を燃焼領域に供給するバーナを含むバーナ装置であって、
前記燃焼領域に面するバーナ壁に形成された、予混合気を前記燃焼領域に噴射するスリット状の噴射口と、
燃料ガスおよび助燃ガスが導入され、前記噴射口に向けて燃料ガスと助燃ガスとが予混合される予混合通路であって、前記噴射口に向かって次第に通路面積が小さくなるように形成された予混合通路と、
を備えている。
In order to achieve the above object, the burner device according to the present invention is
What is claimed is: 1. A burner apparatus comprising: a burner for supplying a premixed mixture of a fuel gas containing a fuel and an auxiliary gas having a combustion speed lower than that of the fuel gas to a combustion region,
A slit-like injection port formed on a burner wall facing the combustion area for injecting a premixed gas into the combustion area;
A premixing passage into which fuel gas and auxiliary fuel gas are introduced and the fuel gas and auxiliary fuel gas are premixed toward the injection port, and the passage area is formed so as to gradually decrease toward the injection port A premix passage,
Is equipped.
この構成によれば、予混合通路が噴射口に向かって先細りとなる形状を有していることにより、噴射口から噴射される混合気の流速が増大するので、逆火の発生を効果的に防止することができる。しかも、噴射口をスリット状としたことにより、簡易な構造で上述の先細り形状を実現することができるとともに、スリット長さの調整や、並列的に配置する噴射口の数の調整による燃焼量の調整が設計上容易となる。 According to this configuration, since the premix passage has a shape that is tapered toward the injection port, the flow velocity of the mixture injected from the injection port is increased, so that the occurrence of flashback is effectively achieved. It can be prevented. Moreover, by making the injection ports into a slit shape, the above-mentioned tapered shape can be realized with a simple structure, and the amount of combustion by adjusting the slit length and adjusting the number of injection ports disposed in parallel Adjustment is easy in design.
本発明の一実施形態に係るバーナ装置は、助燃ガスを前記予混合通路に導入する助燃ガス導入室と、外部から助燃ガスを前記助燃ガス導入室に供給する助燃ガス供給通路とを備え、前記助燃ガス導入室が、前記助燃ガス供給通路からの助燃ガスを前記バーナ壁に衝突させる冷却部と、前記冷却部において前記バーナ壁に衝突した助燃ガスを前記予混合通路に導くガイド部とを有してもよい。この構成によれば、助燃ガスを燃焼領域に面するバーナ壁に衝突させてバーナ壁を冷却することにより、バーナ壁の焼損を防止することができる。 The burner apparatus according to one embodiment of the present invention includes a combustion assisting gas introduction chamber for introducing combustion assisting gas into the premixing passage, and a combustion assisting gas supply passage for supplying combustion assisting gas from the outside to the combustion combustion gas introduction chamber, The auxiliary gas introducing chamber has a cooling unit for causing the auxiliary gas from the auxiliary gas supply passage to collide with the burner wall, and a guide unit for guiding the auxiliary gas which collides with the burner wall in the cooling unit to the premix passage. You may According to this configuration, burnout of the burner wall can be prevented by colliding the auxiliary combustion gas with the burner wall facing the combustion region to cool the burner wall.
本発明の一実施形態に係るバーナ装置は、燃料ガスを前記予混合通路に導入する燃料ガス導入室と、前記予混合通路と前記ガイド部とを区画する区画壁に形成された、助燃ガス導入口と、前記燃料ガス導入室から前記助燃ガス導入口に、助燃ガスの流れ方向と交差する方向に燃料ガスを導入する燃料ガス導入口とを備えてもよい。この構成によれば、燃料ガスと助燃ガスとが交差する際のせん断力によって、予混合通路における混合が促進され、NOxの発生が抑制される。 A burner apparatus according to an embodiment of the present invention includes a fuel gas introduction chamber for introducing a fuel gas into the premix passage, and an auxiliary gas introduction formed in a partition wall partitioning the premix passage and the guide portion. The fuel gas inlet port may be provided with a port and a fuel gas inlet port for introducing the fuel gas in a direction intersecting the flow direction of the auxiliary fuel gas from the fuel gas inlet chamber to the auxiliary fuel gas inlet port. According to this configuration, the mixing force in the premix passage is promoted by the shear force when the fuel gas and the combustion support gas intersect, and the generation of NOx is suppressed.
本発明の一実施形態に係るバーナ装置において、前記助燃ガス導入室の冷却部を形成するガイド壁によって、冷却部と燃料ガス導入室とが区画されていてもよい。この構成によれば、ガイド壁を燃料ガス導入室を形成する壁としても利用することにより、バーナ装置全体の構造の簡易化、寸法の小型化が可能となる。 In the burner device according to one embodiment of the present invention, the cooling portion and the fuel gas introduction chamber may be divided by the guide wall forming the cooling portion of the auxiliary fuel gas introduction chamber. According to this configuration, by utilizing the guide wall also as a wall forming the fuel gas introduction chamber, simplification of the structure of the entire burner device and downsizing of the size can be achieved.
本発明の一実施形態に係るバーナ装置において、複数の前記噴射口が、互いに平行かつ等間隔に設けられていてもよい。この構成によれば、予混合気を複数の噴射口から分散して噴射することにより、局所的な高温化が抑制され、これによってNOxの発生がさらに抑制される。 In the burner device according to an embodiment of the present invention, the plurality of injection ports may be provided in parallel with each other at equal intervals. According to this configuration, local temperature increase is suppressed by injecting the premixed air-fuel mixture from the plurality of injection ports in a distributed manner, whereby the generation of NOx is further suppressed.
本発明に係るバーナ装置によれば、水素ガスのような燃焼速度が大きい燃料を用いた場合にも逆火の発生を防止することができる。 The burner apparatus according to the present invention can prevent the occurrence of flashback even when using a fuel having a high combustion rate such as hydrogen gas.
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施形態に係るバーナ装置1を示す。同図に示すバーナ装置1は、燃料を含む燃料ガスと助燃ガスとの予混合気MGを燃焼領域Rに供給する装置である。バーナ装置1は、例えば、ボイラやガスタービンのような動力装置の加熱装置として用いられる。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a
燃料ガスは、例えば燃焼速度が大きく、可燃濃度範囲が広い燃料であり、本実施形態では、燃料ガスとして水素含有ガス、例えば水素ガスを使用している。また、本実施形態では、助燃ガスとして空気Aを使用している。助燃ガスとしては、空気のほかに、例えば、空気中の酸素濃度を調整したガス、排ガス等を使用することができる。以下の説明では、燃料ガスを「燃料F」とし、助燃ガスを「空気A」として説明する。 The fuel gas is, for example, a fuel having a high burning rate and a wide flammable concentration range, and in the present embodiment, a hydrogen-containing gas such as hydrogen gas is used as the fuel gas. Further, in the present embodiment, air A is used as the auxiliary combustion gas. As the auxiliary gas, in addition to air, for example, gas in which the oxygen concentration in the air is adjusted, exhaust gas, etc. can be used. In the following description, the fuel gas is referred to as "fuel F", and the auxiliary fuel gas is referred to as "air A".
バーナ装置1は、燃焼領域Rに面する平板状のバーナ壁3を有しており、バーナ壁3に形成された噴射口5から予混合気Mを燃焼領域Rに噴射する。図示の例では、バーナ装置1全体のケーシング7の一部である燃焼領域Rに面する壁がバーナ壁3を形成している。噴射口5は、燃料Fと空気Aとが予混合される予混合通路9の下流端の開口として設けられている。なお、以下の説明では、バーナ壁3に直交する方向、つまり予混合気Mの噴射方向(以下、単に「噴射方向」と呼ぶ。)Zにおける燃焼領域R側を単に「下流側」と呼び、その反対側を単に「上流側」と呼ぶ。図2に示すように、噴射口5は、スリット状、すなわち細長く延びる矩形状の開口として形成されている。本実施形態では、バーナ装置1は複数(図示の例では5つ)の噴射口5を有している。これら複数の噴射口5は、互いに平行かつ等間隔に設けられている。
The
図1に示すように、バーナ装置1は、燃料Fを予混合通路9に導入する燃料導入室(燃料ガス導入室)11と、空気Aを予混合通路9に導入する空気導入室(助燃ガス導入室)13とを有する。燃料導入室11には、燃料供給通路15を介して外部から燃料Fが供給される。空気導入室13には、空気供給通路17を介して外部から空気Aが供給される。
As shown in FIG. 1, the
図示の例では、ケーシング7の内部に、燃料導入室11を内方に形成する燃料ヘッダ19が設けられている。燃料ヘッダ19の上流側壁19aには、燃料供給通路15を形成する燃料供給管21が接続されている。燃料導入室11は、図3に示すように、燃料供給通路15から供給された燃料Fを、噴射方向Zに直交する平面方向へ拡散させる共通の拡散部11aと、拡散部11aから各予混合通路9へ向けて燃料Fを導入する、予混合通路9毎に設けられた導入部11bとを有する。図示の例では、導入部11bは、拡散部11aの下流側壁から下流側へ向けて突出する通路として形成されている。
In the illustrated example, a
図示の例では、燃料供給管21は、導入部11bの直上流側に配置されている。より具体的には、燃料供給管21は、スリット状の噴射口5の長手方向(以下、「スリット長手方向」と呼ぶ。)Xを横断する方向(以下、「スリット横断方向」と呼ぶ。)Yに並ぶ複数(この例では5つ)の導入部11bのうち中央に配置された導入部11bの直上流側に配置されている。当該導入部11bの入口の、燃料供給管21の下流側に相当する部分には、整流板23が設けられている。燃料供給管21内の燃料供給通路15を通って燃料導入室11の拡散部11aに供給された燃料Fは、整流板23に衝突して、噴射方向Zに直交する平面方向へ拡散され、各導入部11bへ均等に導入される。もっとも、整流板23は省略してもよい。
In the illustrated example, the
燃料ヘッダ19はケーシング7の下流側壁であるバーナ壁3および上流側壁7aのいずれからも離間し、かつケーシング7の周壁7bに接するように配置されている。燃料ヘッダ19によって上流側部分と下流部側部分とに区画されたケーシング7内の空間のうち、下流側部分が空気導入室13を形成している。ケーシング7内の空間の上流側部分の周壁には、空気供給管25が接続されており、燃料ヘッダ19には、燃料ヘッダ19を噴射方向Zに貫通して上流側部分と下流側部分とを連通させる空気連通路27が設けられている。空気供給管25内の通路、ケーシング7内の空間の上流側部分および空気連通路27が、空気供給通路17を形成している。なお、燃料ヘッダ19は、ケーシング7の周壁7bから離間していてもよい。
The
本実施形態では、図4に示すように、予混合通路9は、噴射口5に向かって次第に通路面積が小さくなるように形成されている。図示の例では、予混合通路9は、バーナ壁3のスリット状の噴射口5の両側縁から上流側に突設された区画壁31,31の間に形成されている。この区画壁31によって予混合通路9と空気導入室13とが区画されている。区画壁31の対向する両内壁面31a,31aが、上流側から下流側へ向かって互いに近接するように傾斜していることによって、予混合通路9のスリット横断方向Yの通路幅が噴射口5に向かって次第に小さくなっており、これによって予混合通路9が噴射口5に向かって次第に通路面積が小さくなるように形成されている。なお、予混合通路9のスリット長手方向Xの通路幅は上流側から下流側へかけて一定である。予混合通路9の上流端と下流端とのスリット横断方向Yの通路幅の比は、10:9〜10:3の範囲にあることが好ましく、本実施形態では10:6となっている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the
区画壁31の上流側端部には、空気導入室13からの空気Aを予混合通路9内へ導入するための空気導入口(助燃ガス導入口)33が形成されている。燃料導入室11の導入部11bの底壁(下流側壁)35は、予混合通路9を形成する区画壁31の上流側端面に当接するように設けられている。導入部11bの底壁35には、上記区画壁31の空気導入口33に連通する燃料導入口(燃料ガス導入口)37が形成されている。燃料導入口37によって、燃料導入室11の燃料Fが、空気導入口33へ、空気Aの流れ方向と交差する方向に導入される。
At the upstream end of the
本実施形態では、図4のV-V線断面図である図5に示すように、空気導入口33は、スリット長手方向Xに沿って並べられた、区画壁31を貫通する複数の空気導入孔として設けられている。また、燃料導入口37は、空気導入孔に対応するようにスリット長手方向Xに沿って並べられた、導入部11bの底壁35を貫通する複数の燃料導入孔として設けられている。もっとも、空気導入口33の態様はこの例に限定されず、例えば、長手方向に沿って延びる1つまたは複数のスリット状の開口であってもよい。燃料導入口37の態様もこの例に限定されず、例えば、長手方向に沿って延びる1つまたは複数のスリット状の開口であってもよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5 which is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 4, the
本実施形態において、空気導入室13は、空気供給通路17からの空気Aをバーナ壁3に衝突させる冷却部13aと、冷却部13aにおいてバーナ壁3に衝突した助燃ガスを予混合通路9に導くガイド部13bとを有している。
In the present embodiment, the
より具体的には、図4に示すように、燃料導入室11の複数の導入部11bは、スリット横断方向Yに互いに離間して配置されており、隣り合う導入部11b,11bの間の位置に、空気供給通路17の空気連通路27が配置されている。換言すれば、燃料導入室11の複数の導入部11bと、空気連通路27とは、スリット横断方向Yに沿って交互に配置されている。なお、図示の例では、各導入部11b間の位置において、複数の空気連通路27がスリット長手方向Xに沿って並べて設けられている。
More specifically, as shown in FIG. 4, the plurality of
このように配置された隣り合う導入部11bの対向する側壁は、空気連通路27から噴射された空気Aをバーナ壁3へ向けてガイドするガイド壁41を形成している。空気導入室13の上流側部分は、このような構造を有することにより、空気供給通路17の空気連通路27から噴射された空気Aをバーナ壁3に衝突させてバーナ壁3を冷却する冷却部13aが形成されている。図示の例では、ガイド壁41によって、空気導入室13の冷却部13aと燃料導入室11の燃料導入部11bとが区画されている。
The opposing side walls of the
空気Aを、バーナ壁3に衝突させてバーナ壁3を冷却することにより、高温の燃焼領域Rに面するバーナ壁3の焼損が防止される。しかも、図示の例では、空気供給通路17の最下流部に、その上流側よりも狭い通路面積を有し、かつバーナ壁3に直交する方向に延びる空気連通路27が設けられている。この構造によって、空気Aがバーナ壁3へ向けて整流された状態で空気連通路27から噴射されるので、バーナ壁3の冷却が促進される。もっとも、空気供給通路17の構成は図示の例に限定されない。
By causing the air A to collide with the
各ガイド壁41は、区画壁31の上流端部に設けられた空気導入口33よりも下流側まで延びている。このようにしてガイド壁41の空気導入口33よりも下流側まで延設された延長部41aと区画壁31との間の通路が、冷却部13aにおいてバーナ壁3に衝突した空気Aを、空気導入口33を介して予混合通路9へ導くガイド部13bを形成している。
Each
燃料導入部11bの底壁35(すなわち予混合通路9の上流側壁)は、その断面形状が、中央部が下流側へ突出する突出部35aとして形成されている。より具体的には、図示の例では、燃料導入部11bの底壁35は、その断面形状が、中央部が下流側へ山形に突出する突出部35aとして形成されている。突出部35aの下流端の位置は、空気導入口33の上流端の位置よりも下流側である。このように構成することにより、空気導入口33から予混合通路9内に、噴射方向Zに対してほぼ直交する方向に導入された空気Aと燃料Fとの予混合気Mが突出部35aに衝突して予混合気Mの乱流が発生し、予混合が促進される。もっとも、予混合通路9の底壁9aに突出部35aを形成することは必須ではない。
The bottom wall 35 (i.e., the upstream side wall of the pre-mixing passage 9) of the
以上説明した本実施形態に係るバーナ装置1によれば、予混合通路9が噴射口5に向かって先細りとなる形状を有していることにより、噴射口5から噴射される予混合気Mの流速が増大するので、逆火現象を効果的に防止することができる。しかも、噴射口5をスリット状としたことにより、簡易な構造で上述の先細り形状を実現することができるとともに、スリット長さの調整や、並列的に配置する噴射口5の数の調整による燃焼量の調整が設計上容易となる。
According to the
なお、本実施形態に係るバーナ装置1は、上述したボイラ装置やガスタービンのみならず、他の種類の動力装置にも適用することができる。
In addition, the
以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。 As described above, although the preferred embodiments have been described with reference to the drawings, various additions, modifications or deletions can be made without departing from the spirit of the present invention. Therefore, such is also included in the scope of the present invention.
1 バーナ装置
5 噴射口
9 予混合通路
11 燃料導入室(燃料ガス導入室)
13 空気導入室(助燃ガス導入室)
13a 冷却部
13b ガイド部
15 燃料供給通路(燃料ガス供給通路)
17 空気供給通路(助燃ガス供給通路)
31 区画壁
33 空気導入口(助燃ガス供給口)
37 燃料導入口(燃料ガス導入口)
41 ガイド壁
A 空気(助燃ガス)
F 燃料(燃料ガス)
M 予混合気
R 燃焼領域
1
13 Air introduction room (support gas introduction room)
17 Air supply passage (supporting gas supply passage)
31
37 Fuel inlet (fuel gas inlet)
41 Guide wall A Air (support gas)
F fuel (fuel gas)
M Premixture R combustion area
Claims (5)
前記燃焼領域に面するバーナ壁に形成された、予混合気を前記燃焼領域に噴射するスリット状の噴射口と、
燃料ガスおよび助燃ガスが導入され、前記噴射口に向けて燃料ガスと助燃ガスとが予混合される予混合通路であって、前記噴射口に向かって次第に通路面積が小さくなるように形成された予混合通路と、
を備えるバーナ装置。 A burner apparatus comprising a burner for supplying a premixed mixture of a fuel gas and a support gas to a combustion region, the burner apparatus comprising:
A slit-like injection port formed on a burner wall facing the combustion area for injecting a premixed gas into the combustion area;
A premixing passage into which fuel gas and auxiliary fuel gas are introduced and the fuel gas and auxiliary fuel gas are premixed toward the injection port, and the passage area is formed so as to gradually decrease toward the injection port A premix passage,
Burner device comprising:
助燃ガスを前記予混合通路に導入する助燃ガス導入室と、
外部から助燃ガスを前記助燃ガス導入室に供給する助燃ガス供給通路と、
を備え、
前記助燃ガス導入室が、
前記助燃ガス供給通路からの助燃ガスを前記バーナ壁に衝突させる冷却部と
前記冷却部において前記バーナ壁に衝突した助燃ガスを前記予混合通路に導くガイド部と、
を有するバーナ装置。 In the burner apparatus according to claim 1,
An auxiliary gas introduction chamber for introducing auxiliary gas into the premix passage;
An auxiliary gas supply passage for supplying auxiliary gas from the outside to the auxiliary gas introduction chamber;
Equipped with
The auxiliary gas introduction chamber is
A cooling unit for causing the combustion assisting gas from the combustion assisting gas supply passage to collide with the burner wall; a guide unit for guiding the combustion assisting gas that has collided to the burner wall in the cooling unit to the premixing passage;
Burner device having
燃料ガスを前記予混合通路に導入する燃料ガス導入室と、
前記予混合通路と前記ガイド部とを区画する区画壁に形成された、助燃ガス導入口と、
前記燃料ガス導入室から前記助燃ガス導入口に、助燃ガスの流れ方向と交差する方向に燃料ガスを導入する燃料ガス導入口と、
を備えるバーナ装置。 In the burner device according to claim 2,
A fuel gas introduction chamber for introducing a fuel gas into the premix passage;
A combustion-supporting gas inlet formed in a partition wall that partitions the premix passage and the guide portion;
A fuel gas inlet for introducing a fuel gas from the fuel gas inlet chamber to the auxiliary fuel gas inlet in a direction intersecting the flow direction of the auxiliary fuel gas;
Burner device comprising:
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2018
- 2018-11-27 WO PCT/JP2018/043591 patent/WO2019107356A1/en active Application Filing
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220316400A1 (en) * | 2021-04-02 | 2022-10-06 | Raytheon Technologies Corporation | Turbine engine fuel injector with non-circular nozzle passage |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2019107356A1 (en) | 2019-06-06 |
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