JP2022124494A - 予混合バーナを用いたボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】予混合バーナの付帯機器を適切に設け得る予混合バーナを用いたボイラを提供する。
【解決手段】燃料ガスＦと空気Ａとの混合ガスＭを燃焼させる予混合バーナ２と、予混合バーナ２が内部に配置された炉３と、混合ガスＭの燃焼による熱で内部の水Ｗが加熱される缶４とを備える予混合バーナを用いたボイラ１である。予混合バーナを用いたボイラ１は、予混合バーナ２に送る混合ガスＭを燃料ガスＦと空気Ａとの混合により生成する風箱５と、炉３の内部に配置されて混合ガスＭの燃焼による熱を遮る遮熱板６とをさらに備える。風箱５は、遮熱板６に面する冷却用部材５２と、取り入れた燃料ガスＦおよび空気Ａを冷却用部材５２に衝突させる気体流路５９とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、予混合バーナを用いたボイラに関するものである。

予混合バーナを用いたボイラは、燃料ガスと空気とを予め混合させた混合ガスを予混合バーナにより燃焼させて、この燃焼による熱で缶の内部の水を加熱する装置である。この加熱により、生成した蒸気または温められた水が、缶から取り出されて利用される。

予混合バーナを用いたボイラに関する公知の発明として、混合ガスの燃焼により発生するＣＯなどの有害物を低減するボイラがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、その図２に、バーナ１６が混合ガスＦ１Ａを燃焼させて、この燃焼により水管群５０の内部の水を加熱するボイラ１が示されている。また、前記特許文献１の図１に示すように、前記ボイラ１は、混合ガスＦ１Ａの燃焼による熱を遮る耐火材８４，８６を有し、混合ガスＦ１Ａの燃焼により生成される燃焼ガスの流路を絞る突起部２６を有する。前記特許文献１に記載のボイラ１は、突起部２６で燃焼ガスの流路が絞られることで、燃焼ガス中のＣＯの酸化が促進され、結果として、ＣＯなどの有害物が低減される。

特開２０２０－９８０７２号公報

ここで、本願図面の図３および図４に、特許文献１に記載のボイラのような公知のボイラ１００を模式的にして示す。図３に示すように、この公知のボイラ１００は、燃料ガス管７１からの燃料ガスＦと空気管７２からの空気Ａとをミキサ１０５で混合し、この混合により生成された混合ガスＭが予混合バーナ２に送られて、当該混合ガスＭが予混合バーナ２の燃焼筒２２により炉３の内部で燃焼される。この燃焼により缶４の内部の水Ｗが加熱され、この加熱により、生成した蒸気または温められた水Ｗが、缶４から取り出されて利用される。一方で、炉３の外部に向かう熱は、予混合バーナ２の基端管２１と缶４との間を塞ぐ断熱用の耐火材１０６で遮られる。また、前記公知のボイラ１００には、図３および図４に示すように、予混合バーナ２の混合ガスＭが送られる元（下流側）に構造体１０８が設けられている。

しかしながら、前記公知のボイラ１００には、断熱用の耐火材１０６のために、構造体１０８の近くに十分なスペースを確保できないことから、予混合バーナ２の付帯機器、例えば、火炎検出器、のぞき窓およびパイロットバーナなどを設けても、当該付帯機器のメンテナンス性などを担保できないので、当該付帯機器を適切に設けるのが困難であった。

そこで、本発明は、予混合バーナの付帯機器を適切に設け得る予混合バーナを用いたボイラを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、第１の発明に係る予混合バーナを用いたボイラは、燃料ガスと空気との混合ガスを燃焼させる予混合バーナと、
前記予混合バーナが内部に配置された炉と、
前記混合ガスの燃焼による熱で内部の水が加熱される缶とを備える予混合バーナを用いたボイラであって、
前記予混合バーナに送る混合ガスを燃料ガスと空気との混合により生成する風箱と、
前記炉の内部に配置されて混合ガスの燃焼による熱を遮る遮熱板とをさらに備え、
前記風箱は、
前記遮熱板に面する冷却用部材と、
取り入れた燃料ガスおよび／または空気を冷却用部材に衝突させる気体流路とを有するものである。

また、第２の発明に係る予混合バーナを用いたボイラは、第１の発明に係る予混合バーナを用いたボイラにおいて、前記予混合バーナは、
前記風箱に接続されて混合ガスを導く基端管と、
前記基端管から導かれた混合ガスを炉の内部に放出して燃焼させる燃焼筒とを有し、
前記遮熱板は、前記基端管に設置されたものである。

さらに、第３の発明に係る予混合バーナを用いたボイラは、第１または２の発明に係る予混合バーナを用いたボイラにおいて、前記風箱は、その内部の気圧を、前記炉の内部の気圧よりも高く維持するものである。

前記予混合バーナを用いたボイラによると、遮熱板を備えることにより耐火材が不要になるので、十分な大きさの風箱を備えることが可能となり、結果として、適切に予混合バーナの付帯機器を設けることができる。

本発明の実施の形態に係る予混合バーナを用いたボイラを側方から視た部分断面図である。 同予混合バーナを用いたボイラの正面図である。 公知の予混合バーナを用いたボイラを側方から視た部分断面図である。 同予混合バーナを用いたボイラの正面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る予混合バーナを用いたボイラについて、図面に基づき説明する。

図１に示すように、前記予混合バーナを用いたボイラ１は、燃料ガスＦと空気Ａとの混合ガスＭを燃焼させる予混合バーナ２と、この予混合バーナ２が内部に配置された炉３と、前記混合ガスＭの燃焼による熱で内部の水Ｗが加熱される缶４とを備える。

前記予混合バーナ２は、例えば、前記炉３の外部から混合ガスＭを導く基端管２１と、この基端管２１に接続されて当該基端管２１からの混合ガスＭを放出しながら炉３の内部で燃焼させる燃焼筒２２とを有する。前記炉３は、前記混合ガスＭの燃焼による熱を缶４の内部に供給された水Ｗに伝達する。このため、前記炉３は、前記缶４に囲われた形状であることが好ましい。例えば、前記炉３の横断面は円形であり、前記缶４は炉３に曝された内周面を有する。前記缶４は、図示しないが、内部に水Ｗを供給するための水供給口が形成され、当該水Ｗの加熱により生成した蒸気を取り出す蒸気取出口が形成されてもよい。

前記予混合バーナを用いたボイラ１は、前記予混合バーナ２に送る混合ガスＭを燃料ガスＦと空気Ａとの混合により生成する風箱５（ウィンドボックス）と、前記炉３の内部に配置されて混合ガスＭの燃焼による熱を遮る遮熱板６とをさらに備える。

前記遮熱板６は、前記基端管２１に取り付けられることが好ましいが、前記燃焼筒２２に設置されてもよい。前記遮熱板６が燃焼筒２２に設置される場合、当該遮熱板６は、前記基端管２１に近いほど好ましい。この構成により、前記燃焼筒２２における燃焼の面積を不必要に減少させないからである。特に、前記遮熱板６は、前記予混合バーナ２の全周に亘って熱を遮るために、前記予混合バーナ２を貫通させる円板形状であることが好ましい。また、前記混合ガスＭの燃焼による熱を、遮熱板６を機能させるべく効果的に冷却するために、前記遮熱板６は、以下の第１から第４の少なくともいずれかのように構成されることが好ましい。すなわち、第１に、前記遮熱板６は、その面が予混合バーナ２の軸方向（混合ガスＭが送られる方向）に直交する。第２に、前記遮熱板６は、金属製である。第３に、前記遮熱板６は、前記缶４まで達しない。第４に、前記遮熱板６は、複数である（前記基端管２１および燃焼筒２２のそれぞれに取り付けられることが好ましい）。

前記風箱５は、前記遮熱板６に面する冷却用部材５２と、取り入れた燃料ガスＦおよび／または空気Ａを冷却用部材５２に衝突させる気体流路５９とを有する。この構成により、前記遮熱板６からの輻射熱Ｒが冷却用部材５２に十分に伝達され、当該冷却用部材５２が燃料ガスＦおよび／または空気Ａの衝突噴流により冷却されるので、結果として炉３の外部に向かう熱が効率的に奪われる。

以下、前記風箱５の具体的な構造の例について説明する。

前記風箱５は、内部で燃料ガスＦと空気Ａとの混合により混合ガスＭを生成する箱体５０を有する。この箱体５０は、前記炉３側に位置して炉３に曝される部分が冷却用部材５２で構成された伝熱壁５１と、前記炉３の反対側に位置して開口を有する開口壁５３と、この開口壁５３の開口を塞ぐ蓋５４と（図２も参照）、前記炉３側および炉３の反対側でそれぞれ伝熱壁５１および開口壁５３に接合された円筒壁５６と（図２も参照）を有する。

図２に示すように、前記予混合バーナを用いたボイラ１は、前記箱体５０の内部に燃料ガスＦを取り入れさせる燃料ガス管７１と、前記箱体５０の内部に空気Ａを取り入れさせる空気管７２とを備える。図１に示すように、前記風箱５では、前記燃料ガス管７１が開口壁５３を貫通して設けられ、前記空気管７２が円筒壁５６を貫通して設けられている。また、前記風箱５は、前記気体流路５９を構成する部材として、前記蓋５４に接続されて伝熱壁５１に達しない流路形成管５５と、この流路形成管５５の内側で蓋５４に達することなく基端管２１に連通した連通管５７とを有する。この構成により、前記燃料ガス管７１および空気管７２から流路形成管５５の外側にそれぞれ取り入れられた燃料ガスＦおよび空気Ａは、当該流路形成管５５が伝熱壁５１に達しないことにより、伝熱壁５１の冷却用部材５２に衝突して流路形成管５５の内側に折り返す。当該流路形成管５５の内側の燃料ガスＦおよび空気Ａは、前記連通管５７が蓋５４に達しないことにより、蓋５４に至って連通管５７の内側に折り返し、予混合バーナ２まで送られる。前記燃料ガスＦおよび空気Ａは、前記流路形成管５５の外側および内側から連通管５７まで導かれる過程で、混合されることで混合ガスＭになる。前記連通管５７の内部には、前記混合ガスＭの混合を促進する挿入物５８が設けられてもよい。

前記伝熱壁５１の冷却用部材５２を効率的に冷却するために、前記流路形成管５５の先端は、前記開口壁５３よりも伝熱壁５１に近く位置することが好ましく、前記連通管５７の先端は、前記伝熱壁５１よりも開口壁５３に近く位置することが好ましい。なお、前記空気管７２は、例えば、混合ガスＭにおける空気Ａの割合を調整するために、すなわち、箱体５０に取り入れる空気Ａの流量を調整するために、図２に示す空気ダンパ７３を有する。

図１に示すように、前述した風箱５は、前記冷却用部材５２が燃料ガスＦおよび空気Ａの両方の衝突噴流により冷却される構成、すなわち、前記流路形成管５５の外側で且つ円筒壁５６の内側に燃料ガスＦおよび空気Ａの両方が取り入れられる構成であるが、これに限定されるものではない。例えば、前記風箱５は、前記冷却用部材５２が燃料ガスＦおよび空気Ａのいずれか一方の衝突噴流により冷却される構成でもよい。

前記風箱５における箱体５０の内部は、少なくとも炉３で混合ガスＭが燃焼している期間、すなわち、少なくとも予混合バーナ２が作動している期間、炉３の内部よりも高い気圧で維持される。したがって、少なくとも予混合バーナ２が作動している期間、前記箱体５０の内部が炉３の内部よりも高い気圧になるように、前記箱体５０の内部に、前記燃料ガスＦおよび空気Ａが取り入れられる。この構成により、前記炉３の内部から混合ガスＭなどが、前記風箱５（特に予混合バーナ２との接続部）を介して外部に漏れることが防止される。

前記予混合バーナを用いたボイラ１は、図３および図４に示す公知のボイラ１００と同様に、混合ガスＭが予混合バーナ２に送られる元（下流側）の周囲に、図１および図２に示す構造体８を備える。しかしながら、本発明の実施の形態に係る予混合バーナを用いたボイラ１は、公知のボイラ１００と異なり、前記風箱５が上下方向に十分な大きさを有する。この大きさを有する風箱５により、本発明の実施の形態に係る予混合バーナを用いたボイラ１は、図２に示すように、予混合バーナ２の付帯機器として、火炎検出器９１、のぞき窓９２、および／または、パイロットバーナ９３などが設けられる。なお、前記風箱５の表面温度を監視するモニタを設けてもよい。

以下、前記予混合バーナを用いたボイラ１の動作について説明する。

図１に示すように、流路形成管５５の外側で且つ円筒壁５６の内側に、燃料ガス管７１から燃料ガスＦが取り入れられるとともに、空気管７２から空気Ａが取り入れられる。箱体５０に取り入れられた燃料ガスＦおよび空気Ａは、伝熱壁５１の冷却用部材５２に衝突してから、流路形成管５５の内側に折り返す。そして、燃料ガスＦおよび空気Ａは、蓋５４まで至ってから、連通管５７の内側に折返し、予混合バーナ２まで送られる。燃料ガスＦおよび空気Ａは、流路形成管５５の外側および内側から連通管５７まで導かれる過程で、混合されることで混合ガスＭになる。

炉３の内部では、予混合バーナ２が、基端管２１から燃焼筒２２まで混合ガスＭを送り続けるとともに、燃焼筒２２で混合ガスＭを放出しながら燃焼する。この燃焼により、缶４の内部に供給された水Ｗが加熱され続ける。この加熱により、生成した蒸気が取り出されて利用され、または、温められた水Ｗが取り出されて利用される。

ここで、混合ガスＭの燃焼による熱は、遮熱板６により遮られる。具体的には、遮熱板６に炉３の内部の熱が伝達されるとともに、遮熱板６からの輻射熱Ｒが風箱５の冷却用部材５２に伝達されて、冷却用部材５２が燃料ガスＦおよび空気Ａの衝突噴流により冷却される。結果として、遮熱板６と、衝突噴流により冷却される冷却用部材５２とにより、炉３の外部に向かう熱が奪われる。

一方で、箱体５０の内部は、取り入れられた燃料ガスＦおよび空気Ａにより、炉３の内部よりも高い気圧で維持される。これにより、炉３の内部から混合ガスＭなどが、前記風箱５（特に予混合バーナ２との接続部）を介して外部に漏れることが防止される。

このように、前記予混合バーナを用いたボイラ１によると、遮熱板６を備えることにより図３に示す耐火材１０６が不要になるので、十分な大きさの風箱５を備えることが可能となり、結果として、予混合バーナ２の付帯機器を適切に設けることができる。

また、風箱５の内部で燃料ガスＦと空気Ａとから混合ガスＭが生成されるので、図３に示す混合ガスＭを生成するためのミキサ１０５を不要にすることができる。

さらに、遮熱板６が基端管２１に設置されたものであることにより、前記燃焼筒２２における燃焼の面積を不必要に減少させない。

加えて、風箱５の内部が炉３の内部よりも高い気圧で維持されることにより、炉３の内部から混合ガスＭなどが風箱５を介して外部に漏れることを防止することができる。

ところで、前記実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、前述した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。前記実施の形態で説明した構成のうち「課題を解決するための手段」での第１の発明として記載した構成以外については、任意の構成であり、適宜削除および変更することが可能である。

Ｍ 混合ガス
１ 予混合バーナを用いたボイラ
２ 予混合バーナ
３ 炉
４ 缶
５ 風箱
６ 遮熱板
５１ 伝熱壁
５２ 冷却用部材
５３ 開口壁
５４ 蓋
５５ 流路形成管
５６ 円筒壁
５７ 連通管
５９ 気体流路
７１ 燃料ガス管
７２ 空気管

Claims (3)

1. 燃料ガスと空気との混合ガスを燃焼させる予混合バーナと、
   前記予混合バーナが内部に配置された炉と、
   前記混合ガスの燃焼による熱で内部の水が加熱される缶とを備える予混合バーナを用いたボイラであって、
   前記予混合バーナに送る混合ガスを燃料ガスと空気との混合により生成する風箱と、
   前記炉の内部に配置されて混合ガスの燃焼による熱を遮る遮熱板とをさらに備え、
   前記風箱は、
   前記遮熱板に面する冷却用部材と、
   取り入れた燃料ガスおよび／または空気を冷却用部材に衝突させる気体流路とを有することを特徴とする予混合バーナを用いたボイラ。
2. 前記予混合バーナは、
   前記風箱に接続されて混合ガスを導く基端管と、
   前記基端管から導かれた混合ガスを炉の内部に放出して燃焼させる燃焼筒とを有し、
   前記遮熱板は、前記基端管に設置されたものであることを特徴とする請求項１に記載の予混合バーナを用いたボイラ。
3. 前記風箱は、その内部の気圧を、前記炉の内部の気圧よりも高く維持するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の予混合バーナを用いたボイラ。
   

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