JP2744584B2 - ダクト内燃焼用バーナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、いわゆるコージェネレ
イションシステムや金属塗装焼付設備用脱臭システムな
どに有利に実施することができるダクト内燃焼用バーナ
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からのいわゆるコージェネレイショ
ンシステム（熱電併給システム）では、燃焼器内で圧縮
機によって加圧された燃焼用空気とガス燃料とを混合し
て燃焼させ、その排ガスによってガスタービンを駆動さ
せ、ガスタービンの動力によって発電機を駆動させて発
電するとともに、上記ガスタービンによりも下流側にダ
クト内燃焼用バーナを設けて、上記ガスタービンからの
排ガスによってダクト内燃焼用バーナ装置でガスを燃焼
させ、このダクト内燃焼用バーナ装置からの排ガスの顕
熱を廃熱ボイラによって回収して蒸気を得るとともに、
廃熱ボイラよりもさらに下流側に設けられるエコノマイ
ザによって、その排ガスの顕熱を回収して、廃熱ボイラ
に供給される水を加熱するように構成されている。

【０００３】また、金属塗装焼付用脱臭システムにおい
ては、臭気を帯びた排ガスを送るダクト内に燃焼用バー
ナ装置を設置し、その臭気排ガスによってガス燃料を燃
焼し、排ガス中の臭気を除去するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記ダクト内燃焼用バ
ーナ装置は、燃焼用空気として酸素量１２〜１８％程度
の希薄酸素の排ガスを用いているため、一般的に酸素量
２１％程度の空気を用いるバーナ装置に比べて、ＮＯｘ
の発生量は低いが、このＮＯｘ発生量は、可及的に少な
くすることが好ましい。また、このダクト内燃焼用バー
ナ装置は、ＮＯｘの発生量を低く抑え、かつ高いターン
ダウン性能を維持し、しかも、最大燃焼量から最小燃焼
量の範囲にわたって、保炎性および完全燃焼性が達成さ
れなければならないという課題を有していた。

【０００５】この種のバーナとしては、例えば、実開平
４年１２２９２２号公報に示すようなものが既に提案さ
れている。このバーナは図４に示すように、バーナ装置
２１が多数のノズル孔２２を持つヘッダ２３と、上記ヘ
ッダ２３を挟む両側に取り付けられる一対の保炎部材２
４から構成され、ヘッダ２３にはフランジ継手２５を介
して接続される管路２６からガス燃料が供給され、上記
ノズル孔２２を介して矢符２７で示されるように噴出さ
れる。また、基端部２８と遊端部２９との間には、排ガ
スが矢符３０で示されるように、通過する通気孔３１が
形成されている。ところで、このバーナ装置２１では、
ノズル孔２２の出口近傍で燃料ガスがリテンション（渦
流）Ｆを発生させ、高濃度ガスが滞留し、高温によって
カーボンＣとなって堆積する。そして、これが異常燃焼
やバーナ寿命短縮の原因となる。

【０００６】したがって、本発明の目的は、このような
カーボン堆積の問題を解決すると共に、ＮＯｘ発生量を
可及的に少なくしてターンダウン性能を向上し、かつ保
炎性および完全燃焼性を達成することができるようにし
たダクト内燃焼用バーナ装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、上記
問題点を解決するためになされたもので、排ガスダクト
内で用いられるバーナにおいて、ガス燃料が供給され、
複数のノズル孔が形成されたヘッダと、基端部が上記ヘ
ッダに取り付けられ、基端部から排ガスの供給方向下流
側になるにつれて相互に拡開し、基端部から遊端部より
になるにつれて内径を大とする複数の通気孔が形成され
た保炎部材と、上記ノズル孔にそれぞれ取り付けられ、
保炎部材で囲まれた燃焼室に突出した複数の先端開放ノ
ズルパイプと、を備えたことを特徴としている。

【０００８】また、上記先端開放ノズルパイプは、該ノ
ズルパイプの内径をＤ、燃焼室への突出長さをＬとする
と、これら内径Ｄと突出長さＬが、Ｌ／Ｄ＝１．０〜２
０．０の関係を満足するように設置されていることが望
ましい。

【０００９】

【作用】本発明に従えば、排ガスはダクト内で、ヘッダ
に向けて供給される。このヘッダには保炎部材が設けら
れ、排ガスは通気孔を通過して燃焼室に噴出し、ヘッダ
のノズルパイプから噴出されるガス燃料と混合する。こ
のとき、保炎部材の各通気孔の周囲で渦巻き状の伴流
（乱流）が発生する。このような伴流によって混合の遅
れを生じさせ、比較的酸素濃度の低い排ガスとガス燃料
とを確実に混合して良好な保炎で低ＮＯｘ化を図ること
ができる。また、低燃焼時において、保炎がノズルパイ
プ近傍で行われても、通気孔が保炎部材の基端部から遊
端部になるにつれて大となるように形成されるので、保
炎が行われる位置に応じて適度の排ガスを供給すること
ができ、これによって良好な保炎性および完全燃焼性を
得ることができる。

【００１０】このようにして、比較的酸素濃度の低い排
ガスであっても、ヘッダのノズル孔から供給されるガス
燃料と確実に混合させて、高いターンダウン性能で完全
燃焼することができる。また、ノズルパイプは、保炎部
材で囲まれた燃焼室に突出しているので、ヘッダの近傍
に高濃度ガスが溜まったり、それによりヘッダの端部、
つまり、燃焼室に対向する部分にカーボンが堆積すると
いうことはない。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の一実施例のダクト内燃焼用
バーナ装置１を示す断面図であり、図２は、そのバーナ
装置１の平面図であり、図３は、そのバーナ装置１の一
部を切り欠いて示す斜視図である。ダクト内燃焼用バー
ナ装置１は、基本的には、ガス燃料が供給され、多数の
微小なノズル孔２が形成されたヘッダ３と、ヘッダの上
記ノズル孔２を挟む両側に取り付けられる一対の保炎部
材４，４とを有する。また、上記ノズル孔２には、ノズ
ルパイプ２ａが取り付けてあり、このノズルパイプ２ａ
は、上記保炎部材４，４で囲まれた燃焼室４ａに突出し
ている。ヘッダ３には、フランジ継手５を介して接続さ
れる管路６からガス燃料が供給され、上記ノズルパイプ
２ａを介して矢符７で示されるように噴出される。

【００１２】上記ノズルパイプ２ａは、ノズルパイプ２
ａの内径をＤ、燃焼室４ａへの突出長さをＬとすると、
これら内径Ｄと突出長さＬが、Ｌ／Ｄ＝１．０〜２０．
０の関係を満足するように設置されていることが望まし
く、例えば、長さＬが２〜４０ｍｍ、内径Ｄが１〜２ｍ
ｍとしてある。

【００１３】各保炎部材４の基端部８は、上記ヘッダ３
にボルト等を用いて固定されており、角度θを成して遊
端部９側になるにつれて拡開して設けられる。この角度
θは、例えば３０〜６０度に選ばれる。また、各保炎部
材４の幅Ｗ１は、１５０〜２５０ｍｍに選ばれる。基端
部８と遊端部９との間には、排ガスが矢符１０で示され
るように通過する通気孔１１が形成される。

【００１４】これらのヘッダ３と、一対の保炎部材４，
４とによって構成されるバーナ本体部分１２は、図２に
示されるように、バーナ本体部分１２を複数連結してバ
ーナ全体１３が形成される。これらのバーナ本体部分１
２は、金属製のパッキンを介してボルト締めによって連
結されている。バーナ全体１３の長手方向一端部には、
点火プラグ１４が設けられている。このように、バーナ
全体１３を複数のバーナ本体部分１２から構成して、い
わゆるユニット化することによって、任意の燃焼量に対
応することができる。

【００１５】以上の構成からなるダクト内燃焼用バーナ
装置１では、ノズルパイプ２ａから最大燃焼時におい
て、流速２６０ｍ／ｓ、圧力５０００ｍＨ₂Ｏで噴出さ
れるガス燃料によって、保炎部材４よりも外側方に流れ
る排ガスが２５〜５０ｍｍＨ₂Ｏの差圧を生じて燃焼室
４ａ内に流れ込む。このことは、保炎部材４の内側でノ
ズルパイプ２ａから高速で噴出したガス燃料の運動量に
よって、保炎部材４の通気孔１１の周囲には剥離現象が
生じ、このような剥離現象に伴って渦巻き状の伴流（乱
流）１８が発生し、これによって、保炎部材４の外側方
を流れる排ガスが燃焼室４ａ内に吸引されて、ガス燃料
と混合することで、保炎性および完全燃焼性が達成され
る。

【００１６】また、最小燃焼時においては、ノズルパイ
プ２ａから噴出するガス燃料の流速が最大時の１／１５
となることによって、ガス燃料と排ガスとの混合が遅れ
てしまう。このような混合の遅れを補償するために、ノ
ズルパイプ２ａを複数とし、通気孔１１の内径を基端部
８から遊端部９寄りになるにしたがって、順次大きくな
るように形成するとともに、複数列配列することによっ
て、上記混合の遅れによる保炎性および完全燃焼性の低
下を防止できる。

【００１７】なお、ヘッダ３にノズル孔２を設けただけ
では、上記ノズル孔２の周辺に伴流が発生する。そし
て、この伴流によってガス燃料濃度の高い混合ガスがヘ
ッダ３の燃焼室対向部近傍に滞留してカーボン化し、ヘ
ッダ端面２ｂに付着・堆積し、ガス燃料の噴出量を制限
するという問題がある。しかし、本願のダクト内燃焼用
バーナ装置１では、ヘッダ３のノズル孔２にノズルパイ
プ２ａを設け、このノズルパイプ２ａを燃焼室４ａに突
出させているので、ノズルパイプ２ａの噴出口周辺２ｃ
に伴流が発生することはなく、カーボンがヘッダ端面２
ｂに堆積することはない。したがって、長期間に渡りノ
ズルパイプ２ａを清掃しなくてもガス燃料が安定して噴
出する。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係るダクト内燃焼用バーナ装置によれば、ヘッダに設
けた複数の先端開放ノズルパイプから噴出するガス燃料
によって、排ガスを保炎部材に設けた通気孔を介して燃
焼室に吸引することができる。また、このようにして吸
引された排ガスは、渦巻き状の伴流となり、ガス燃料と
排ガスとの混合を遅らせる。したがって、酸素濃度の低
い排ガスであっても、ガス燃料と確実に混合して良好な
保炎で低ＮＯｘを図ることができる。また、上記保炎部
材の通気孔は、基端部から遊端部寄りになるにつれて、
その内径が大となるように形成されるので、燃焼量に応
じた好ましい燃焼性、および保炎性を維持しつつ、ＮＯ
ｘの発生量を少なくすることができる。

【００１９】さらにまた、ヘッダのノズル孔にノズルパ
イプを設けているので、ノズルパイプの噴出口周辺に伴
流が発生することはない。したがって、ガス燃料濃度の
高い混合ガスが、カーボン等に変化してノズルパイプの
噴出口周辺に付着・堆積することはないので、長期間に
渡って安定してガス燃料が噴出する。このため、バーナ
寿命が延びる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るダクト内燃焼用バーナ装置の断
面図である。

【図２】 本発明に係るダクト内燃焼用バーナ装置の側
面図である。

【図３】 本発明に係るダクト内燃焼用バーナの斜視図
である。

【図４】 従来のダクト内燃焼用バーナの断面図であ
る。

【符号の説明】

１…ダクト内燃焼用バーナ装置、２…ノズル孔、２ａ…
ノズルパイプ、３…ヘッダ、４…保炎部材、４ａ…燃焼
室、８…基端部、９…遊端部、１１…通気孔、１３…バ
ーナ全体。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排ガスダクト内で用いられるバーナにお
   いて、ガス燃料が供給され、複数のノズル孔が形成され
   たヘッダと、基端部が上記ヘッダに取り付けられ、基端
   部から排ガスの供給方向下流側になるにつれて相互に拡
   開し、基端部から遊端部よりになるにつれて内径を大と
   する複数の通気孔が形成された保炎部材と、上記ノズル
   孔にそれぞれ取り付けられ、保炎部材で囲まれた燃焼室
   に突出した複数の先端開放ノズルパイプと、を備えたこ
   とを特徴とするダクト内燃焼用バーナ装置。
2. 【請求項２】 上記ノズルパイプは、該ノズルパイプの
   内径をＤ、燃焼室への突出長さをＬとすると、これら内
   径Ｄと突出長さＬが、Ｌ／Ｄ＝１．０〜２０．０の関係
   を満足するように設置されていることを特徴とする請求
   項１に記載のダクト内燃焼用バーナ装置。