JP2509994Y2 - 追焚用ガスダクトバ―ナ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は，例えばガス焚きコージ
ェネレーションバーナ等の追焚き用ガスダクトバーナに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】タービン排気ガス（ＴＥＧ）を排熱ボイ
ラへ送る過程で，そのダクト内に配設したダクトバーナ
により追焚きして昇温し，排熱ボイラの効率を高めて，
エネルギーを最大限に利用しょうとするコージェネレー
ションシステムがある（ここで発生させた蒸気は，蒸気
タービンの動力源，またプロセス蒸気としてのエネルギ
ー「熱，圧力，動力」となる）。

【０００３】このＴＥＧの排熱を有効に利用する省エネ
ルギーシステムは，ダクトバーナ（コージェネレーショ
ンバーナ）の性能向上により，今後飛躍的に普及するも
のと考えられる。

【０００４】図１０にコージェネレーションシステムの
概略図を示す。図中Ｇはジェネレーター，Ｔはガスター
ビン，Ｂは排熱ボイラ，Ｃは追焚き用ダクトバーナ（追
焚きコージェネレーションバーナ），Ｄはガスタービン
と排熱ボイラ間のダクトである。

【０００５】なおダクトバーナに於いて複数のバーナユ
ニットを，ダクト軸線に垂直な面に於いて並列に且数段
配列し構成するものは知られている。

【０００６】しかし乍らダクトバーナに関しては次のよ
うな問題がある。 （ａ）ＴＥＧ中の残存酸素は，空気中に含まれる酸素濃
度（２１％）よりかなり少なく，ガスタービンでは通常
１０〜１３％（蒸気が入っているとき）ないし１４〜１
６％（蒸気が入っていないとき）の間で変動している
（以下この条件のものを「通常のＴＥＧ」と言う）。こ
のＴＥＧで，追焚き用ガス燃料を安定に完全燃焼させる
のは困難である。その為バーナ部が大型になってダクト
を膨らませたり，ダクトに特別な構造が必要であった。

【０００７】（ｂ）上記の様に酸素濃度が低いので燃焼
が不安定で実用性に乏しいものであった。 （ｃ）燃焼の安定性追及が最優先のため，既存のダクト
バーナは，大気汚染対策として規制が強化されている窒
素酸化物（以下ＮＯｘと言う）の生成量が多くなってい
た。

【０００８】

【考案が解決しょうとする課題】そこで新たな追焚き用
ガスダクトバーナには下記条件を同時に満足することが
要望される。 （ａ）残存酸素が少ないＴＧＥを小型，シンプルなダク
トバーナで安定に，しかも完全燃焼させる必要がある。

【０００９】（ｂ）大気汚染の進行に鑑み，ＮＯｘの生
成を抑制したバーナが必要である。 （ｃ）短いダクト部で完全燃焼させる為，燃焼火炎をで
きるだけ短くすることが必要である。

【００１０】（ｄ）排熱ボイラの負荷変動（蒸気流量変
動）に対応する為，ダクトバーナのターンダウン比（燃
焼量の絞り比）ができるだけ大きくとれることが望まし
い（ターンダウン比が大きいと，排熱ボイラに供給する
ＴＧＥの温度調節巾が広くなる）。本考案は上記の要件
を満足するガス焚きコージェネレーションバーナを提供
しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本考案の追焚き用ガスダ
クトバーナは（後述図１〜８図参照），並設される複数
個のバーナユニット４とこれら複数個のバーナユニット
に共用の風速調整板５とがダクト６内に配置されて構成
される追焚用ガスバーナであり，該バーナユニット４
は， アンプルノズル１，アンプルノズル保炎板２及び
主保炎板３を備え， 上記のアンプルノズル１は， （ａ）両端を封じたパイプ（以下アンプルノズルパイプ
と言う）１１であり， （ｂ）このパイプにダクト軸線方向後背面にガス供給管
１２をＴ字形に接続し，前面に上下２列に複数個のガス
噴出孔１３を，ダクト軸線に対し適宜の角度を持って開
口させ， （ｃ）又このパイプの両端面（封じた面）の中央部に，
ガス噴出小孔１４を開口させて構成され， 上記のアンプルノズル保炎板２は， （ａ）前記アンプルノズルパイプのダクト軸線に垂直な
面に於いて周囲に配設されたパイプ縦断面形状に中抜き
２３した板（小保炎板と言う）２１であり， （ｂ）この小保炎板２１にダクト軸線方向に複数個のパ
ージ孔２２を設けて構成され， 又上記の主保炎板３は， （ａ）アンプルノズルの後方を遮蔽し（この遮蔽する面
部を３１で示す），前方へ延び（この前方へ延びる面部
を３２で示す），アンプルノズル保炎板の位置（付近を
含む）から一定の角度で広がる傾斜面部３３を持つ保炎
板（大保炎板と言う）であり， （ｂ）この大保炎板の傾斜面部（広がる部分）の先端か
ら，ダクト軸線と直角方向に曲げて大保炎板の外端に形
成する保炎プレート部（以下保炎プレートと言う）３４
を設け， （ｃ）又この大保炎板の，アンプルノズルの後方を遮蔽
する面部３１に，アンプルノズルへのガス供給管の周囲
から排ガス（燃焼用排ガス空気）（以下ＥＧと言う）を
導入する開口３５を設け， （ｄ）又この大保炎板の傾斜面部３３に複数個のＥＧ導
入孔３７を設け， （ｅ）又この大保炎板の前方へ延びる面部３２に，アン
プルノズル保炎板の後方へ，上下よりＥＧを供給する複
数個の導入孔３６を設けて構成され， 該共用の風速調整板５は， （ａ）ダクト６内面の上下面より，それぞれ中央に向け
て傾斜して配設し構成されたことを特徴とするものであ
る。

【００１２】

【作用】（ａ）少ない酸素分をロスなく燃焼に供する為
には，ダクト内燃焼と言う特有の条件の中で，いわゆる
ミキシング性能（燃料と，燃焼用空気…………この場合
はＥＧ……の混合特性）の格別に優れたバーナを形成す
る必要がある。その為にはＥＧを燃料ガスの噴出領域に
うまく導き，しかも燃焼の進行に合わせて適量を段階的
に供給する構造を工夫することである。

【００１３】また，保炎板を適切な構造で配置して，そ
の前面（燃焼領域側）に逆流域を作ることである。これ
により燃焼進行中の燃焼ガス（火炎）の一部が逆流する
結果，火炎の吹き飛びが防止され（確実な保炎），安定
した燃焼がえられることになる。そして，ミキシングと
保炎性をよくすることにより燃焼が安定し，ターンダウ
ン比が大きくとれるようになる。また，これらの手段を
理想的に達成することにより（ミキシングの最良のバー
ナにより），火炎の長さは短くなる。

【００１４】（ｂ）ＮＯｘの発生は，温度と時間の関数
である。即ち，火炎のピーク温度の高さに比例してＮＯ
ｘの生成量は増加し，また，燃焼ガス（火炎）が高温に
さらされる時間が長くなるほどＮＯｘの生成量は増加す
る。従って，ガスノズルの構造，燃焼ガスの噴出方向と
速度，保炎板の形状及び大きさとガスノズルの配置関
係，ＴＥＧの導入方法（燃焼の進行に合わせて，適量を
段階的に供給）の工夫で，火炎のピーク温度をおさえて
温度分布のバラツキを少なくする必要がある。

【００１５】（ｃ）また，小型のバーナユニットを必要
個数並設する方法をとれば，ダクト内の温度の均一化が
計れる。

【００１６】本考案では，前記（ａ），（ｂ），（ｃ）
項を達成する為に，アンプルノズル，アンプルノズル保
炎板，主保炎板をもつバーナユニット複数と複数のバー
ナユニットに共用の風速調整板でバーナを構成する。具
体的には，

【００１７】アンプルノズルは（後述図１〜５参
照）， （ａ）ミキシングを良くする為，ガス噴出口は，上下２
列に複数個配置した。通常のＴＥＧに対しては，ガス差
圧を１５００ｍｍＡｑを以て高速で噴出させる。２列の
ガスノズルは互いに噴出角度６０°とする（何れも標準
仕様の値）（ＮＯｘ低減のためにはこれより更に角度が
狭い方がよい）。なおこのガス燃料の噴射条件と，ＴＥ
Ｇの導入構造との相関で，ミキシング向上，保炎性向
上，短炎化，ターンダウン比増大は計られる。 （ｂ）又点火動作を確実にするため，アンプルノズルパ
イプの両側面の中心部に、小径のガス噴出孔を設ける。
ここから左右両側方に小炎が形成され，点火時隣接のノ
ズルへの火移りを確実にする。

【００１８】アンプルノズル保炎板は（後述図１〜５
参照）。 （ａ）低酸素濃度で安定燃焼させる為，アンプルノズル
パイプの周囲に小保炎板を配置し，適宜のパージ孔（
ＴＥＧを噴出させてアンプルノズル保炎板の前面に付着
する煤類を吹きとばす）を穿孔する。このアンプルノズ
ル保炎板は，高温ではあるが酸素濃度は低いＴＥＧを早
く均一に追い焚き用ガスと混合させる効果を持ち，燃焼
性を向上する。即ち，アンプルノズル保炎板の後方から
導入するＴＥＧはアンプルノズル保炎板によりその前面
に逆流域を作り，ここで燃料ガスの一部が燃焼して強力
で安定な袖火を作り，基本的に燃焼を安定させる。 （ｂ）燃焼の安定に伴い，ターンダウン比が増大する。

【００１９】主保炎板は（後述図１，６，７参照）， （ａ）低酸素濃度，低風圧差で安定燃焼，低ＮＯｘ燃焼
させる為，主保炎板には傾斜面部を設ける。この傾斜面
部は，通常のＴＥＧでは全角９０°とする。 （ｂ）主保炎板の傾斜面部に複数列に穿孔したＴＥＧ供
給孔からアンプルノズルの前方にＴＥＧ（燃焼用空気）
を供給し（ＴＥＧ流れＣ−１図参照），ガスとの混合を
良好にする。アンプルノズルから噴出する燃料ガスの燃
焼は，傾斜面に沿って各列の孔から順に噴出するＴＥＧ
により，前方に向って順次進行する形となり，局部的な
急速燃焼を防ぐ。従って，火炎温度分布が均一になりＮ
Ｏｘの発生を抑制する。

【００２０】（ｃ）主保炎板の後背面（基底部）の，ア
ンプルノズルのガス供給管が貫通する部分で，ガス供給
管の周囲にＴＥＧを導入する開口部を設け（ＴＥＧ流れ
Ａ−図１参照），また，主保炎板の後背面（基底部）か
ら前方に折り曲げられ延びた部分上下面に複数個のＴＥ
Ｇ導入孔を設けて（ＴＥＧ流れＢ−図１参照），前〇項
のアンプルノズル保炎板の効果を形成せしめ，着火位置
の安定を得る。

【００２１】（ｄ）主保炎板の傾斜面部先端からダクト
軸線に鉛直な面を設け（保炎プレート）ここにはＴＥＧ
導入孔を設けない。この保炎プレートとダクト壁との或
いは上段又は下段の隣接する保炎プレートとの間からＴ
ＥＧ（燃焼用空気）の主流を噴出させる（ＴＥＧ流れＤ
−図１参照）。これにより保炎プレートの前面が負圧と
なり，ここに主炎を巻き戻し，着火位置を安定させ，低
酸素濃度でも強力な保炎を得る。この着火位置の安定
で，ターンダウン比も大きくなる。

【００２２】（ｅ）なお主保炎板の後背面（基底部）の
アンプルノズルのガス供給管が貫通する部分で，ガス供
給間の周囲にＴＥＧを通す開口部（ＴＥＧ流れＡ−図１
参照），アンプルノズル保炎板の後方の上下からのＴＥ
Ｇ導入孔（ＴＥＧ流れＢ−図１参照），主保炎板の傾斜
面部に複数列穿孔したＴＥＧ導入孔（ＴＥＧ流れＣ−図
１参照），及び主保炎板の先端の保炎プレートとダクト
壁との或いは上段又は下段の隣接する保炎プレートとの
間のＴＥＧの主流噴出部（ＴＥＧ流れＤ−図１参照）の
面積比を，通常のＴＥＧではＡ：Ｂ：Ｃ：Ｄ＝５：１
０：３０：５５（標準仕様）にとる。ＴＥＧの各導入孔
は，それぞれ違った流入方向を持つ。又上記の通りＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄの開口面積比によりＴＥＧを最適の配合で段
階的に供給している。これらの２つによって燃焼の安
定，火炎温度分布の均一化をもたらす。

【００２３】（ｆ）ＴＥＧ供給方法（ＴＥＧ流れＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ−図１参照）が理想的である為，ミキシング
に優れ，このため，ＴＥＧの焚口風圧の圧力差が非常に
低い状態で安定燃焼ができる。

【００２４】風速調整板は（図１，８参照）， （ａ）ミキシングを良くする為，バーナユニット（主保
炎板＋アンプルノズル＋アンプルノズル保炎板）配設部
の上流側において，上下のダクト壁に内設し，前方に向
けて，また，内方に向けて傾斜して，風速調整板を配置
し，ＴＥＧを整流すると共に，その流速を調整する。Ｔ
ＥＧの条件によりダクト口径のバーナユニット部におけ
る絞り込み（調整板の長さと傾斜角………開口面積）を
適宜設定する。絞り込み先端部における風速は，通常の
ＴＥＧでは２５ｍ／ｓｅｃ程度とする。バーナユニット
部において，ＴＥＧの流速を速くすることにより，ガス
との混合，及び保炎性の向上を計る。 （ｂ）タービン停止時も別に送風機を設置して燃焼用空
気を送る場合には風速調整板を調整することにより，燃
焼が可能となる。

【００２５】その他 （ａ）バーナユニットは，小容量の小型コンパクトのも
のを複数個組合わせて，必要燃焼量に合わせる方法をと
り，これにより必要最小限の大きさで，最適の燃焼量の
バーナを構成できる。即ち設計を標準化出来る。又小容
量のもので安定したユニットを組合わせた方が確実に安
定した燃焼が得られる。 （ｂ）構造がシンプルなため製作容易であり且つ市販の
材料の組合わせで構成出来るため安価に製造出来る。

【００２６】

【実施例】以下に本考案の実施例を述べる。 実施例１ 図１〜８は，本考案の実施例を説明する図である。これ
ら図中（特に図８参照）１はアンプルノズル，２はアン
プルノズル保炎板，３は主保炎板であり，これら１，
２，３でバーナユニット４を構成した。また５は共用の
風速調整板，６はダクト，７はガスパイプである。

【００２７】さて図８に示す様に，上記のバーナユニッ
ト４（詳細後述する，アンプルノズル１，アンプルノズ
ル保炎板２，及び主保炎板３から構成した）を複数，ダ
クト６内にダクト軸方向に垂直な面に於いて９ユニット
並列に且つ２段に配設し，又共用の風速調整板５を上記
配設したバーナユニット４の後方に設けた。

【００２８】上記アンプルノズル１は図１〜５（特に図
２〜５）に示すように，両端を封じたパイプ１１（アン
プルノズルパイプ）であり，このパイプの後背面にガス
供給管１２をＴ字形に接続させ，前面に上下２列に６個
のガス噴出孔１３をダクト軸線に対し６０°の角度を持
つて設けた。又パイプ１１の両端面（封じた面）の中央
部にガス噴出小孔１４を設けた。

【００２９】上記のアンプルノズル保炎板２は図１〜５
（特に図２〜５）に示すように，前記したアンプルノズ
ルパイプ１１の縦断面形状を中抜き２３した矩形状の板
２１（小保炎板）であり，アンプルノズルの周囲に取付
部２４及びビス２５によりアンプルノズルパイプ１１に
配設した。なお板２１には６個のパージ孔２２を穿孔し
ている。

【００３０】このアンプルノズル保炎板２を配設したア
ンプルノズル１はダクトに固定したガスパイプ７にガス
供給管を接続することにより固定する。

【００３１】上記の主保炎板３は図１及び６，７に示す
ように，アンプルノズル１の後方を蔽う遮蔽面部３１，
前方へ延びる面部３２，前方へ一定角度（全角９０°）
で広がる傾斜面部３３，傾斜面部先端からダクト軸線と
直角方向に曲げた保炎プレート３４とで構成した。後方
遮蔽面部３１にはそれと前記したアンプルノズルのガス
供給管１２との間にはＥＧを導入する１つの開口３５を
ガス供給管と同心的に，前方へ延びる面部にはＥＧ導入
孔３６を１３個，傾斜面部３３にはＥＧ導入孔３７を７
２個設けている。

【００３２】上記の主保炎板３は保持支柱６１及び６２
を介してダクトに固定したガスパイプ７に取付脚３８で
取付けた。なお取付脚３８と保持支柱６１の取付部分は
取付脚３８に長孔をあけて主保炎板３の位置をアンプル
ノズル１の位置に対して前後に調整出来るようにした。

【００３３】なお図１中，矢印Ｇはガス流，矢印Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄは夫々ＥＧ流である。

【００３４】この様にしてダクト６内にバーナユニット
１８個を９個並列に且つ２段に配設し（図８参照），追
焚き用ダクトバーナを構成した。上記のダクトバーナは
コジェネレーションバーナとしてよく機能した。

【００３５】実施例２ 図９は本考案の他の１例であり，バーナユニット４は図
１〜７と同様であるが，ＴＥＧ中の残存酸素濃度が更に
低く燃焼可能限界を下回る時は，バーナユニット４の後
方に補助空気供給管８を配置し，ここから空気を供給し
て，不足の酸素分を補う方法をとった。

【００３６】上記により残存酸素濃度が７〜９％（蒸気
が入っているとき）と低い場合でもうまく機能した。

【００３７】なお本考案に於いて複数個と述べている孔
等は実施例の個数に限定されるものでないことは言うま
でもない。又本考案に於いて前記したガス噴出孔１３の
角度及び前方へ広がる部分３３の角度はその前後を含む
ことは勿論のこと更に又それらに限定されないことは言
うまでもない。

【００３８】

【考案の効果】以上の様な本考案によると次のごとき効
果を得る。 （ａ）ＴＥＧの酸素濃度が低くても例えば１０％でも安
定燃焼出来る。 （ｂ）ＴＥＧの焚口風圧差は低くても例えば２０ｍｍＡ
ｑでも安定燃焼出来る。 （ｃ）ＮＯｘは極度に下げられる，例えば６０ｐｐｍ以
下（Ｏ_２：０％換算）（ＴＥＧ温度：５００℃，酸素濃
度：１５％にて）に成し得る。

【００３９】（ｄ）ターンダウン比を大きく，例えば
１：１０と取れる。 （ｅ）短炎燃焼，例えば４２×１０^４Ｋｃａｌ／ｈの燃
焼量で，火炎長１．５ｍ以下の短炎燃焼が出来る。 （ｆ）ユニットの組合わせで大燃焼量まで，例えば１０
００×１０^４Ｋｃａｌ／ｈの大燃焼量まで設計可能であ
る。 （ｇ）ユニットの最適組合わせで，こまかく対応出来
る，又コンパクトに出来，省スペースとなる。 （ｈ）構造がシンプルなため製作容易で安価に製造出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の１実施例のダクトバーナの説明用の要
部の縦断側面図である。

【図２】図１のダクトバーナのアンプルノズル及びアン
プルノズル保炎板の詳細正面図である。

【図３】図２の背面図である。

【図４】図２の平面図である。

【図５】図２の側面図である。

【図６】図１のダクトバーナの主保炎板の詳細正面図で
ある。

【図７】図１のＸ−Ｘ矢視図である。

【図８】図１のダクトバーナのダクト内配置の説明用全
体側面図である。

【図９】本考案の他の１実施例のダクトバーナのダクト
内配置の説明用全体側面図である。

【図１０】ダクトバーナを使用するコージェネレーショ
ンシステムの説明用概略図である。

【符号の説明】

１ アンプルノズル ２ アンプルノズル保炎板 ３ 主保炎板 ４ バーナユニット ５ 風速調整板 ６ ダクト １１ 両端を封じたパイプ １２ ガス供給管 １３ ガス噴出孔 １４ ガス噴出小孔 ２１ 小保炎板 ２２ パージ孔 ２３ 中抜 ３１ 後方を遮蔽する面部 ３２ 前方へ延びる面部 ３３ 傾斜面部 ３４ 保炎プレート ３５ 開口 ３６ ＥＧ導入孔 ３７ ＥＧ導入孔

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 並設される複数個のバーナユニットとこ
   れら複数個のバーナユニットに共用の風速調整板とがダ
   クト内に配置されて構成される追焚用ガスバーナであ
   り，該バーナユニットは，アンプルノズル，アンプ
   ルノズル保炎板及び主保炎板を備え， 上記のアンプルノズルは， （ａ）両端を封じたパイプ（以下アンプルノズルパイプ
   と言う）であり， （ｂ）このパイプにダクト軸線方向後背面にガス供給管
   をＴ字形に接続し，前面に上下２列に複数個のガス噴出
   孔を，ダクト軸線に対し適宜の角度を持って開口させ， （ｃ）又このパイプの両端面（封じた面）の中央部に，
   ガス噴出小孔を開口させて構成され， 上記のアンプルノズル保炎板は， （ａ）前記アンプルノズルパイプのダクト軸線に垂直な
   面に於いて周囲に配置されたパイプ縦断面形状に中抜き
   した板（小保炎板と言う）であり， （ｂ）この小保炎板にダクト軸線方向に複数個のパージ
   孔を設けて構成され， 又上記の主保炎板は， （ａ）アンプルノズルの後方を遮蔽し，前方へ延び，ア
   ンプルノズル保炎板の位置から一定の角度で広がる傾斜
   面部を持つ保炎板（大保炎板と言う）であり， （ｂ）この大保炎板の傾斜面部（広がる部分）の先端か
   ら，ダクト軸線と直角方向に曲げて大保炎板の外端に形
   成する保炎プレート部（以下保炎プレートと言う）を設
   け， （ｃ）又この大保炎板の，アンプルノズルの後方を遮蔽
   する面部に，アンプルノズルへのガス供給管の周囲から
   排ガス（燃焼用空気）（以下ＥＧと言う）を導入する開
   口を設け， （ｄ）又この大保炎板の傾斜面部に複数個のＥＧ導入孔
   を設け （ｅ）又この大保炎板の前方へ延びる面部に， アンプ
   ルノズル保炎板の後方へ，上下よりＥＧを供給する複数
   個の導入孔を設けて構成され， 該共用の風速調整板は， （ａ）ダクト内面の上下面より，それぞれ中央に向けて
   傾斜して配設し構成されたことを特徴とするガス追焚き
   用ダクトバーナ。