JP3043498U

JP3043498U - 排熱ボイラーのバーナー燃焼装置

Info

Publication number: JP3043498U
Application number: JP1997004583U
Authority: JP
Inventors: 一岩井田
Original assignee: 株式会社よしみね
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 1997-11-18
Anticipated expiration: 2003-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】ガスタービン等の高温排ガスやバーナー火炎
の輻射熱によるバーナーの熱損を防いで耐用年数を大幅
に伸ばすことができ、チェンサイクル独特の水分が多く
残存酸素が少ない排ガスに対して最小の補助空気量で高
ボイラー効率を得ることができ、運転中のメンテナンス
が可能でガスタービンが停止中であっても蒸気を確保で
きる排熱ボイラーのバーナー燃焼装置を提供すること。【解決手段】ガスタービン等の排ガスを利用する排熱
ボイラーにおけるバーナー燃焼装置であって、燃焼室の
一端側から中途部までが外筒と内筒の二重構造とされ、
該内筒の周壁には複数個の連絡穴が穿設されてなり、該
燃焼室の一端側の内筒端部にバーナーを備えた有底筒状
のバーナーユニットが取り付けられ、該バーナーユニッ
トに空気取入口が設けられ、前記燃焼室の外筒には排気
ガス取入口が設けられてなる排熱ボイラーのバーナー燃
焼装置とした。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は排熱ボイラーのバーナー燃焼装置に係り、その目的はガスタービン等からの高温排ガスやバーナー火炎の輻射熱によるバーナーの熱損を防止することができてバーナーの耐用年数を大幅に伸ばすことが可能であるとともに、チェンサイクル独特の水分が多く残存酸素が少ない排ガスに対して最小の補助空気量で高いボイラー効率を得ることができ、しかも運転中のメンテナンスが可能であってガスタービンが停止中であっても蒸気を確保することができる排熱ボイラーのバーナー燃焼装置を提供することにある。

【０００２】

【従来の技術】

従来より蒸気ボイラーは、機関車、船舶、火力発電所などの動力源として、また紡績、染色、化学薬品工場での加熱、乾燥、殺菌用として、或いは一般家庭での暖房や炊事用としてなど、極めて幅広い用途において利用されており、その用途に応じて様々な種類のボイラーが存在している。一般的なボイラーはボイラー自身に設けられた熱源によって蒸気を発生させるように構成されているが、排熱ボイラーはディーゼル機関やガスタービンなどから排出される排ガスの持つ余熱を熱源として運転される。この種の排熱ボイラーは、例えば図９に示すように、ガスタービン（Ａ）からの高温の排ガスをバーナー燃焼装置（Ｂ）において更に加熱してボイラー本体（Ｃ）へと送り込む構成とされている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記したような従来の排熱ボイラーにおけるバーナー燃焼装置には以下のような課題が存在していた。即ち、従来の排熱ボイラーにおけるバーナー燃焼装置構造は、例えば図１０に示す如く、ガスタービン等から排出される高温の排ガス（太い矢印で示す）を直接ダクトバーナー（Ｄ）に供給して追い焚きするように構成されていたため、ガスタービンからの約５００℃の高温排ガスがダクトバーナー出口では約１０００ ℃にもなり、ダクトバーナーの要部が高温の排ガスとバーナーの火炎輻射に曝されて焼損し易く耐用年数が極めて短いものとなっていた。また、排ガス中の残存酸素は通常９％程度と少ないため、排ガス雰囲気においてバーナーを燃焼させる際には、不完全燃焼によるＣＯの発生を防止するために一定量の補助空気を供給して酸素濃度を１３〜１５％程度とする必要がある。そのため、別途補助空気供給用の内管を燃焼吹出口近傍に設けて外部より助燃用ファンで新鮮な空気を強制的に送り込まなければならず、構造が複雑となって製造コストやメンテナンスの面から好ましいものではなかった。また、従来のバーナー燃焼装置で排ガスを利用せずに単独焚きするには、図１１に示すように切り換えダンパー（Ｅ）と単独運転用ファン（Ｆ）を設けるとともにダクト内を整流状態とするためにダクトバーナー（Ｄ）前方に大きなスペースを設けるか、或いはパンチング等の整流板を設ける必要があり、装置全体が大型化、複雑化していた。また、従来のレジスターバーナーでは最小でも６０ｍｍＡｑ（０．５９ｋＰａ）以上の排ガスの圧力損失が生じるため、後流側にボイラー等の熱交換器や脱硝装置を設けた場合にはガスタービンの排ガス圧力が低くなり発電出力の低下を引き起こしていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記従来技術のもつ課題を解決するためになされたものであって、請求項１に係る考案では、ガスタービン等の排ガスを利用する排熱ボイラーにおけるバーナー燃焼装置であって、燃焼室の一端側から中途部までが外筒と内筒の二重構造とされ、該内筒の周壁には複数個の連絡穴が穿設されてなり、該燃焼室の一端側の内筒端部にバーナーを備えた有底筒状のバーナーユニットが取り付けられ、該バーナーユニットに空気取入口が設けられ、前記燃焼室の外筒には排気ガス取入口が設けられてなることを特徴とする排熱ボイラーのバーナー燃焼装置とした。

【０００５】また請求項２に係る考案では、ガスタービン等の排ガスを利用する排熱ボイラーにおけるバーナー燃焼装置であって、燃焼室の一端側から中途部までが外筒と内筒の二重構造とされ、該内筒の周壁には複数個の連絡穴が穿設されてなり、該燃焼室の一端側の内筒端部にバーナーを備えた有底筒状のバーナーユニットが取り付けられ、該バーナーユニットに第一空気取入口が、前記燃焼室の一端側の外筒端部に第二空気取入口がそれぞれ設けられてなり、前記燃焼室の外筒には排気ガス取入口が設けられてなることを特徴とする排熱ボイラーのバーナー燃焼装置とした。

【０００６】更に請求項３に係る考案では、ガスタービン等の排ガスを利用する排熱ボイラーにおけるバーナー燃焼装置であって、燃焼室の一端側から中途部までが外筒と内筒の二重構造とされ、該内筒の周壁には複数個の連絡穴が穿設されてなり、該燃焼室の外筒には排気ガス取入口が設けられ、前記燃焼室の一端側の内筒端部にバーナーを備えた有底筒状のバーナーユニットが取り付けられ、該バーナーユニットには常時運転用ファンの作動により外気を取り入れる第一空気取入口が、前記燃焼室の一端側の外筒端部には単独運転用ファンの作動により外気を取り入れる第二空気取入口がそれぞれ設けられてなり、ガスタービンの運転時には常時運転用ファンを作動し、ガスタービンの停止時には排気ガス取入口を閉鎖するとともに単独運転用ファンを作動することを特徴とする排熱ボイラーのバーナー燃焼装置とした。

【０００７】

【考案の実施の形態】

以下、本考案に係る排熱ボイラーのバーナー燃焼装置の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は本考案に係る排熱ボイラーのバーナー燃焼装置の好適な実施形態を示す部分切欠正面図であり、図２はその上面図、図３はその左側面図、図４はその右側面図である。バーナー燃焼装置（１）の燃焼室（２）は、図１に示す如く、一端側から中途部までが外筒（３）と内筒（４）の二重構造とされており、該燃焼室（２）の一端側の内筒（４）端部にはバーナーを備えた有底筒状のバーナーユニット（５）が取り付けられる。内筒（４）は耐火煉瓦などの耐火材で構成され、外筒（３）はその内壁が耐火煉瓦などの耐火材で二層に渡って被覆され外表面はロックウール等の保温材（９）により被覆されている。内筒（４）は、外筒（３）内面から延出された支持棒（１０）に取り付けられた内筒受け板（１１）に載置された状態で外筒（３）に固定されている。また、内筒（４）の周壁には複数個の連絡穴（４１）が穿設されており、これらの連絡穴（４１）と、内筒（４）と外筒（３）との間隙（絞り）とをバランスさせることによって、内筒（４）内の温度過昇を防止するとともにボイラー入口での温度むらを防止するように構成されている。

【０００８】バーナー燃焼装置（１）は主となる空気取入口を二つ有しており、第一空気取入口（６）はバーナーユニット（５）の上部に設けられ、また第二空気取入口（７）は燃焼室（２）の一端側の外筒（３）端部に設けられている。また、ガスタービン等の排ガスを取り入れるための排気ガス取入口（８）は燃焼室（２）の外筒（３）に設けられている。なお、図中（１２）は燃焼室（２）内の温度を測定する温度測定器、（１３）は燃焼室（２）内を観察するための覗き窓、（１４）はバーナー燃焼装置（１）を地面に載置するためのサドルである。

【０００９】図５はバーナーユニット（５）の全体構成を示す図であり、図６は図５の右側面図である。バーナーユニット（５）は、図５に示す如く燃焼室（２）の一端側の内筒（４）にバーナ本体（５１）の先端が燃焼室の内筒（４）内に位置するように取り付けられ、上部には第一空気取入口（６）が設けられている。バーナーユニット（５）への燃焼ガス供給は供給経路（１５）を通って行われパイロットバーナー（１７）へのパイロットガス供給は経路（１８）を通って行われる。図中（１６）は、覗き窓（１３）やバーナーユニット（５）にシール用のエアを供給するためのシールエアの入口であり、（１９）は点火用のトランスボックス、（２０）は中継端子ボックスである。

【００１０】尚、本考案においてバーナーユニット（５）の構成は図示例に何ら限定されず、燃焼室（２）の一端側の内筒（４）に取り付け可能であって且つ第一空気取入口（６）が設けられていれば、適宜任意の構成を採用することができる。また、本考案に係るバーナー燃焼装置（１）において使用する燃料はガスに限定されず、油（液体燃料）であってもよい。液体燃料を使用した場合、燃料を高温雰囲気で噴射させるとカーボントラブルの恐れがあるためダクトバーナーを使用することが難しいが、本考案に係るバーナー燃焼装置では、後述する如く燃料の噴射雰囲気がそれほど高温とならない為かかる問題が発生することがない。すなわち、本考案に係るバーナー燃焼装置では、ガス燃料を使用した場合にも勿論従来のダクトバーナーに比べて様々な有利な点を有しているが、液体燃料を使用した場合には更に一層その有利性が増すこととなる。

【００１１】バーナー燃焼装置（１）の他端側、即ちバーナーユニット（５）が取り付けられる反対側の端部にはボイラー本体が取り付けられる。図７はバーナー燃焼装置（１）をボイラー本体（２１）に取り付けた状態の一例を示す概略断面図である。なお本考案においては、ボイラー本体（２１）の構造は特に限定されず、公知のボイラーを適宜選択して使用することができる。

【００１２】図８はバーナー燃焼装置（１）周りの概略フローシート図であり、本考案に係る排熱ボイラーのバーナー燃焼装置においては、図示の如く、バーナーユニット（５）に設けられた第一空気取入口（６）に空気を供給するための常時運転用ファン（２３）と、燃焼室（２）の外筒（３）端部に設けられた第二空気取入口（７）に空気を供給するための単独運転用ファン（２４）と、シールエアー及びパイロットエアー兼用のシールファン（２２）が備えられている。そして、ガスタービンの運転時には常時運転用ファン（２３）を作動し、ガスタービンの停止時には単独運転用ファン（２４）を作動するように構成されている。また、ガスタービン等の排ガスは、ダクト（２５）からバーナー燃焼装置（１）内部に供給される。

【００１３】以下、本考案に係る排熱ボイラーのバーナー燃焼装置の作用について説明する。先ず、ガスタービン運転時には、ガスタービンから排出された高温の排ガスはダクト（２５）を通って外筒（３）に設けられた排気ガス取入口（８）から燃焼室（２）内部に取り入れられる。このとき、常時運転用ファン（２３）を作動することにより、常温の空気をバーナーユニット（５）に設けられた第一空気取入口（６）から燃焼室（２）内へと供給する。なお、このとき単独運転用ファン（２４）は作動させない。供給空気量は空気比０．７となるように燃焼量に応じて自動加減され、これにより常時高いボイラー効率を得ることができる。

【００１４】排気ガス取入口（８）から燃焼室（２）内部に取り入れられた高温の排ガスは内筒（４）に遮られて直接バーナーに到達することがなく、また第一空気取入口（６）から供給された常温空気がバーナーユニット内を冷却するので、バーナーがガスタービンの高温排ガスやバーナー火炎の輻射熱によって焼損することがない。また、内筒（４）の周壁に穿設された連絡穴（４１）と内筒（４）と外筒（３）との間隙（絞り）とのバランスによって、内筒（４）内の温度過昇が防止されるとともにボイラー入口での温度が均一となる。ガスタービンの排ガスはその残存酸素によって燃料を完全燃焼させ、燃料は内筒（４）の中で還元雰囲気（空気比０．７）中で低ＮＯ_x燃焼をする。また、ガスタービンの排ガスにより、燃焼室内は水蒸気が多く残存酸素が少ない（Ｈ₂Ｏ＝約３０vol.％、Ｏ₂＝約９vol.％）雰囲気となり、燃料だけではＣＯ発生が多く完全燃焼できないこととなるが、供給空気量を絞ることによって発生する排ガス量を抑えてボイラー効率を上げることができる。すなわち、従来のバーナー装置では、通常、酸素を１３〜１５％程度必要とするために多量の補助空気を内管を通してバーナー内に強制的に送り込む必要があるが、本考案に係るバーナー装置では最小限の補助空気量で高いボイラー効率を得ることができる。

【００１６】また、ガスタービンからの排ガスの圧力損失を従来に比べて小さく（２５ｍｍＡｑ程度）に抑えることができ、後流にボイラー等の熱交換器や脱硝装置を設けてもガスタービン排圧が所定値を超えずに発電出力が低下してしまうことがなく、さらにはボイラー装置をコンパクトに設計することができる。

【００１７】一方、ガスタービン停止時には、切り換えダンパーによりガスタービン側の排ガスダンパーを閉鎖し、常時運転用ファン（２３）は停止して単独運転用ファン（２４）のみを作動し、外筒（３）端部に設けられた第二空気取入口（７）から燃焼室（２）内に常温空気を供給する。このとき、空気比は約３として温度を下げ、燃焼室の炉壁に負担をかけないように燃焼を行わせる。上記したように、バーナー装置を二重構造として外筒（３）端部に設けられた第二空気取入口（７）から燃焼室（２）内に空気を供給する構成としたことにより、バーナー単独焚きの際に整流を保つためにバーナー前方に大きな（長い）スペースを設ける必要がなく、装置全体をコンパクトに構成することができる。

【００１８】

【実施例】

以下、本考案に係る排熱ボイラーのバーナー燃焼装置を実際に運転して、ボイラー効率及び排ガス中のＮＯ_x濃度を測定した結果を示し、本考案の効果をより明確にする。表１は本考案に係る排熱ボイラーのバーナー燃焼装置において、（ａ）ガスタービン単独運転＋バーナー不使用、（ｂ）ガスタービン停止＋バーナー使用、（ｃ）ガスタービン運転＋バーナー使用、の３つの場合について、それぞれボイラー効率、排ガス中のＮＯ_x濃度等を測定した。測定結果を表１に示す。

【表１】

【００１９】表１に示される如く、ガスタービン運転時にバーナーを使用することにより、ガスタービン単独運転の場合に比べてボイラー効率が向上しており、排ガス中のＮＯ_x濃度も減少していた。また、ガスタービン停止時においても、高ボイラー効率と低ＮＯ_x濃度で良好に運転することが可能であった。

【００２０】

【考案の効果】

以上説明したように、請求項１に係る考案は、ガスタービン等の排ガスを利用する排熱ボイラーにおけるバーナー燃焼装置であって、燃焼室の一端側から中途部までが外筒と内筒の二重構造とされ、該内筒の周壁には複数個の連絡穴が穿設されてなり、該燃焼室の一端側の内筒端部にバーナーを備えた有底筒状のバーナーユニットが取り付けられ、該バーナーユニットに空気取入口が設けられ、前記燃焼室の外筒には排気ガス取入口が設けられてなることを特徴とする排熱ボイラーのバーナー燃焼装置であるから、以下に述べる効果を奏する。

【００２１】すなわち、バーナーがガスタービン等の高温排ガスやバーナー火炎の輻射熱によって焼損することがなくバーナーの耐用年数を大幅に伸ばすことができ、またチェンサイクル独特の水分が多く残存酸素が少ない排ガスに対して最小の補助空気量で高いボイラー効率を得ることができる。また、内筒の周壁に穿設された連絡穴と内筒と外筒との間隙（絞り）とのバランスによって、内筒内の温度過昇が防止されるとともにボイラー入口での温度を均一とすることができる。更に、ガスタービンからの排ガスを殆ど圧力損失させずに後流へと送ることができるため、後流にボイラー等の熱交換器や脱硝装置を設けてもガスタービン排圧が所定値を超えずに発電出力が低下してしまうことがなく、さらにはボイラー装置をコンパクトに設計することができる。しかも、バーナー装置を二重構造として外筒端部に設けられた第二空気取入口から燃焼室内に空気を供給することができるので、バーナー単独焚きの際に整流を保つためにバーナー前方に大きなスペースを設ける必要がなく、装置全体をコンパクトに構成することができる。また、運転中であってもバーナーのメンテナンスを行うことができる。

【００２２】請求項２に係る考案は、ガスタービン等の排ガスを利用する排熱ボイラーにおけるバーナー燃焼装置であって、燃焼室の一端側から中途部までが外筒と内筒の二重構造とされ、該内筒の周壁には複数個の連絡穴が穿設されてなり、該燃焼室の一端側の内筒端部にバーナーを備えた有底筒状のバーナーユニットが取り付けられ、該バーナーユニットに第一空気取入口が、前記燃焼室の一端側の外筒端部に第二空気取入口がそれぞれ設けられてなり、前記燃焼室の外筒には排気ガス取入口が設けられてなることを特徴とする排熱ボイラーのバーナー燃焼装置であるから、バーナーユニットからだけでなく燃焼室に設けられた空気取入口からも空気を取り入れることができ、ガスタービンが停止中であっても蒸気を確保して運転することが可能であるという効果を奏する。

【００２３】請求項３に係る考案は、ガスタービン等の排ガスを利用する排熱ボイラーにおけるバーナー燃焼装置であって、燃焼室の一端側から中途部までが外筒と内筒の二重構造とされ、該内筒の周壁には複数個の連絡穴が穿設されてなり、該燃焼室の外筒には排気ガス取入口が設けられ、前記燃焼室の一端側の内筒端部にバーナーを備えた有底筒状のバーナーユニットが取り付けられ、該バーナーユニットには常時運転用ファンの作動により外気を取り入れる第一空気取入口が、前記燃焼室の一端側の外筒端部には単独運転用ファンの作動により外気を取り入れる第二空気取入口がそれぞれ設けられてなり、ガスタービンの運転時には常時運転用ファンを作動し、ガスタービンの停止時には排気ガス取入口を閉鎖するとともに単独運転用ファンを作動することを特徴とする排熱ボイラーのバーナー燃焼装置であるから、常時運転用ファンと単独運転用ファンの作動切り換えによってガスタービン運転時においてもガスタービン停止時においても良好に運転することが可能であり使用性に優れるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る排熱ボイラーのバーナー燃焼装置
の好適な実施形態を示す部分切欠正面図である。

【図２】本考案に係る排熱ボイラーのバーナー燃焼装置
の好適な実施形態を示す上面図である。

【図３】本考案に係る排熱ボイラーのバーナー燃焼装置
の好適な実施形態を示す左側面図である。

【図４】本考案に係る排熱ボイラーのバーナー燃焼装置
の好適な実施形態を示す右側面図である。

【図５】バーナーユニットの全体構成を示す図である。

【図６】図５の右側面図である。

【図７】バーナー燃焼装置をボイラー本体に取り付けた
状態の一例を示す概略断面図である。

【図８】バーナー燃焼装置周りの概略フローシート図で
ある。

【図９】従来の排熱ボイラーの構成を示す正面図であ
る。

【図１０】従来の排熱ボイラーにおけるバーナー燃焼装
置構造の例を示す斜視図である。

【図１１】従来の排熱ボイラーの構成の一部を示す上面
図である。

【符号の説明】

１バーナー燃焼装置２燃焼室３外筒４内筒４１連絡穴５バーナーユニット６第一空気取入口７第二空気取入口８排気ガス取入口２３常時運転用ファン２４単独運転用ファン

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ガスタービン等の排ガスを利用する排熱
ボイラーにおけるバーナー燃焼装置であって、燃焼室の
一端側から中途部までが外筒と内筒の二重構造とされ、
該内筒の周壁には複数個の連絡穴が穿設されてなり、該
燃焼室の一端側の内筒端部にバーナーを備えた有底筒状
のバーナーユニットが取り付けられ、該バーナーユニッ
トに空気取入口が設けられ、前記燃焼室の外筒には排気
ガス取入口が設けられてなることを特徴とする排熱ボイ
ラーのバーナー燃焼装置。
【請求項２】ガスタービン等の排ガスを利用する排熱
ボイラーにおけるバーナー燃焼装置であって、燃焼室の
一端側から中途部までが外筒と内筒の二重構造とされ、
該内筒の周壁には複数個の連絡穴が穿設されてなり、該
燃焼室の一端側の内筒端部にバーナーを備えた有底筒状
のバーナーユニットが取り付けられ、該バーナーユニッ
トに第一空気取入口が、前記燃焼室の一端側の外筒端部
に第二空気取入口がそれぞれ設けられてなり、前記燃焼
室の外筒には排気ガス取入口が設けられてなることを特
徴とする排熱ボイラーのバーナー燃焼装置。
【請求項３】ガスタービン等の排ガスを利用する排熱
ボイラーにおけるバーナー燃焼装置であって、燃焼室の
一端側から中途部までが外筒と内筒の二重構造とされ、
該内筒の周壁には複数個の連絡穴が穿設されてなり、該
燃焼室の外筒には排気ガス取入口が設けられ、前記燃焼
室の一端側の内筒端部にバーナーを備えた有底筒状のバ
ーナーユニットが取り付けられ、該バーナーユニットに
は常時運転用ファンの作動により外気を取り入れる第一
空気取入口が、前記燃焼室の一端側の外筒端部には単独
運転用ファンの作動により外気を取り入れる第二空気取
入口がそれぞれ設けられてなり、ガスタービンの運転時
には常時運転用ファンを作動し、ガスタービンの停止時
には排気ガス取入口を閉鎖するとともに単独運転用ファ
ンを作動することを特徴とする排熱ボイラーのバーナー
燃焼装置。