JP3826523B2

JP3826523B2 - Combustion device and boiler using this combustion device

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Publication number: JP3826523B2
Application number: JP32702597A
Authority: JP
Inventors: 立季小林; 圭一平岡
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 1997-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: JPH11141815A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、予混合気を使用する燃焼装置に関し、さらに、この燃焼装置を用いて好適なボイラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
予混合式の燃焼装置には、多数の小孔から予混合気を噴出することにより火炎を生じさ
せるものがある。予混合気を噴出する小孔（以下、「噴出孔」という）を形成する部材を一般に保炎体というが、この保炎体は平板形状や筒形状など種々の形状のものが提案されている。
【０００３】
ところで、このような保炎体において、家庭用給湯器や家庭用温風発生器に利用されるような小型で筒形状のものは、比較的容易に構成することができるが、ボイラに利用できるような大型で大容量のものを構成するのは保炎性や燃焼性の点で難しい。とくに、筒形状の保炎体は、小型のものであれば容易に構成可能であるが、大型となると強度の点から難しい。
【０００４】
さらに、このような燃焼装置は、ボイラ（蒸気ボイラや温水ボイラ）や給湯器のような熱機器に装着して使用されるが、この場合、燃焼装置単体では所定の性能を発揮しても、熱機器の缶体とのマッチングによっては燃焼に振動を伴ったり、ＮＯx の排出量が多くなったりする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題の第一は、所望の大きさの筒形状の保炎体を容易に得ることのできる大容量の燃焼装置を提供することである。また、この発明が解決しようとする課題の第二は、この燃焼装置を用いたボイラを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の燃焼装置は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、波打たせたリング状部材をその厚み方向に複数枚積層し、この各リング状部材間に予混合気の噴出孔を形成するとともに、この積層方向の両端に保持部材を配置して、この各保持部材と前記各リング状部材とを一体化することにより、保炎体モジュールを構成し、この保炎体モジュールを適宜の個数積層することによって保炎体を構成したことを特徴としており、請求項２に記載の発明は、波打たせたリング状部材をその厚み方向に複数枚積層することによって、前記各リング状部材間に予混合気の噴出孔を形成した保炎体を構成し、前記保炎体には、その周面を前記保炎体の軸線方向に分割する第一遮蔽部材を前記軸線方向に適宜の間隔で配置するとともに、前記保炎体の途中の適宜の複数箇所と両端とに配置された仕切部材の外周と一体的に形成し、前記各リング状部材および前記各仕切部材を貫通するように締付部材によって前記各リング状部材および前記各仕切部材を一体的に構成したことを特徴としており、請求項３に記載の発明は、前記保炎体には、その周面を前記保炎体の周方向に分割する第二遮蔽部材を前記周方向に適宜の間隔で配置したことを特徴としている。
【０００７】
さらに、この発明のボイラは、前記構成の燃焼装置の周囲を取り囲むように複数の水管を環状に配置して第一水管列を形成し、この第一水管列の隣り合う水管間に、前記燃焼装置からの火炎を含む燃焼反応中ガスの噴出を許容する隙間を設け、前記第一水管列の周囲に、燃焼反応を継続する領域を設けている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明の燃焼装置は、予混合気を使用する燃焼装置として実施される。この燃焼装置は、筒形状の保炎体を備えている。この保炎体の基本構成は、複数枚の波打たせたリング状部材をその厚み方向に積層し、各保持部材と前記各リング状部材とを一体化することにより、保炎体モジュールを構成し、この保炎体モジュールを適宜の個数積層することによって保炎体を構成したものである。この構成によると、前記保炎体モジュールの個数を適宜変更することで、前記保炎体の大きさを自在に調整できる。さらに、前記各リング状部材の形状や寸法を適宜に選択して積層することにより、予混合気の噴出形態を調整でき、熱機器の要求する火炎形状の燃焼装置とすることができる。ここで、火炎は、燃焼反応中の予混合気（以下、「燃焼反応中ガス」という）のうち、燃焼反応が活発に行われている部分に生じる現象である。この火炎は、目視できる場合もあるし、目視し難い場合や目視できない場合もある。
【０００９】
さらに、この発明のボイラは、多数の水管を備えた、所謂多管式水管ボイラとして実施される。この水管ボイラには、強制循環式や自然循環式の水管ボイラのほか、貫流ボイラを含むものである。このボイラは、前述したこの発明の燃焼装置を用いるもので、この燃焼装置の周囲を取り囲むように複数の水管を環状に配置して第一水管列を形成し、この第一水管列の隣り合う水管間に、前記燃焼装置からの火炎を含む燃焼反応中ガスの噴出を許容する隙間を設け、前記第一水管列の周囲に、燃焼反応を継続する領域を設けた構成である。この構成によると、前記保炎体からの火炎を含む燃焼反応中ガスは、前記各水管によって冷却されるため高温領域を形成することなく燃焼が行われ、結果としてサーマルＮＯｘの低減が図られる。そして、前記各水管間の隙間から噴出する火炎を含む燃焼反応中ガスは、前記第一水管列の周囲の燃焼反応を継続する領域（以下、「燃焼反応継続領域」という）でさらに燃焼反応を継続する。この燃焼反応の際には、ＣＯからＣＯ₂への酸化反応が促進されるほか、前記中間生成物や前記未燃分などの酸化反応も行われる。
【００１０】
【実施例】
以下、この発明の第一実施例について図１および図２を参照しながら説明する。図１は、この発明に係る燃焼装置の第一実施例の一部を破断して示す説明図、図２は、図１におけるリング状部材の形状の概略を示す説明図である。
【００１１】
図１において、燃焼装置１は、保炎体２とウィンドボックス３とで構成される。前記保炎体２は、ほぼ筒形状をなすもので、複数のリング状部材４，４，…を積層して構成している。前記各リング状部材４は、図１および図２に示すように、波板形状である。前記各リング状部材４の形状について詳細に説明すると、波板形状の凹部５，５，…は、図２に細線で示すように、前記各リング状部材４の放射方向に添って形成してある。また、波板形状の凸部６，６，…は、図２に放射方向の太線で示すように、前記各リング状部材４の周方向に前記各凹部５と交互に形成される。そして、前記各リング状部材４を積層することにより、前記各凹部５のそれぞれは、前記保炎体２の内周縁と外周縁とを連通する通路となるため、後述するように、この通路は予混合気の噴出孔７，７，…として機能する。ここで、前記各リング状部材４を積層するにあたっては、隣り合うリング状部材４間において、一方の前記リング状部材４の前記各凹部５に、他方の前記リング状部材４の前記各凸部６が嵌まり込んで、前記各噴出孔７を塞がないようにする必要がある。そこで、この第一実施例では、前記各凹部５と前記各凸部６との嵌まり込みを防止するために、隣り合う前記両リング状部材４間に平板状のスペーサ部材８，８，…を介在させてある。前記各スペーサ部材８は、第一実施例においては、前記各リング状部材４と外径および内径をほぼ同じとしてある。
【００１２】
さらに、前記保炎体２は、その途中の適宜の複数箇所とに仕切部材９，９，…を配置してある。前記各仕切部材９のうち、前記保炎体２の途中に位置する仕切部材９は、リング状とし、前記各リング状部材４を積層する際に前記各リング状部材４間に挟み込む。そして、前記ウィンドボックス３に対面する仕切部材９は、リング状とし、前記ウィンドボックス３の隔壁１０との間にダクト部材１１を配置して、前記保炎体２の前記ウィンドボックス３からの位置を調整する構造としてある。さらに、締付手段１２，１２，…によって締め付けることによって、前記各リング状部材４および前記各仕切部材９を一体的に構成する。ここで、前記各締付手段１２は、この第一実施例では、それぞれ、ボルトおよびナットを利用したもので、前記各ボルトは、前記各リング状部材４および前記各仕切部材９を貫通するように取り付けられている。
【００１３】
以上の構成によると、前記ウィンドボックス３から前記保炎体２の中心部の空洞１３へ予混合気を供給すると、この予混合気は、前記各噴出孔７を通って前記保炎体２の表面から噴出する。そして、前記保炎体２から噴出する予混合気は、燃焼反応により前記保炎体２の周囲に火炎を生じる。さらに、以上の構成によると、燃焼装置の燃焼量や、火炎の形成範囲を変更する場合には、前記各リング状部材４の積層枚数を増減することで対応できる。
【００１４】
ここで、前記各スペーサ部材８は、平板状のものとするほか、線材を前記各凸部６と交差するように配置したものとすることもできる。さらに、このような前記各スペーサ部材８を用いるほか、適宜の位置規制手段を用いて、前述の嵌まり込みを防止することもできる。たとえば、前記各ボルトを利用して、前記各リング状部材４と対面する前記各凸部６同士が接触するように位置規制することもできる。
【００１５】
さらに、前記各リング状部材４においては、前記各凹部５および前記各凸部６は、図２に示すように、前記各リング状部材４の放射方向に形成したものであるが、図３に示すように、放射方向に対して傾斜させて形成したものを用いることができる。前記各リング状部材４を図３に示すような形状とした場合、前記各リング状部材４を隣り合うもの同士の表裏が互いに逆になるように積層すると、前記各スペーサ部材８や位置規制手段を省略することができる。すなわち、図３に示すように、隣り合う各リング状部材４，４'間において、一方のリング状部材４の凸部６，６，…と他方のリング状部材４'の凸部６'，６'，…とが交差することにより、一方の前記リング状部材４の前記各凹部５に他方の前記リング状部材４'の前記各凸部６'が嵌まり込み、予混合気の噴出孔７が小さくなるのが防止されるためである。
【００１６】
さらに、前記各凹部５および前記各凸部６は、図４に示すように、前記各リング状部材４の径方向に平行に形成することもできる。この場合にも、積層方向に隣り合う各リング状部材４，４'間において、一方のリング状部材４の凸部６，６，…と他方のリング状部材４'の凸部６'，６'，…とが交差するように配置する。このような前記各リング状部材４は、平板をプレス加工等でリング状に打ち抜いて作成することも、歯車状ローラー間を通すことによって波板状に形成することもできる。この場合、前記各リング状部材４には、前記各リング状部材４の径方向の両側２箇所の領域に各噴出孔７，７，…が形成され、この領域の間には前記各噴出孔７が形成されない領域となる。そのため、前記保炎体２における前記リング状部材４ごとに噴出方向が異なることになる。ここで、この図４に示す例においては、隣り合う前記各リング状部材４を４５度ずつ位相を変えて積層している。
【００１７】
また、前記各リング状部材４の積層方向において、予混合気は、前記各リング状部材４を４枚積層するごとに同じ箇所から噴出されることになり、前述の前記各噴出孔７が形成されない領域についても同様である。前記保炎体２の内外を連通しない前記各凹部５については、このリング状部材４と隣り合うリング状部材４'における中心に近い箇所の凹部５'と部分的に交差するため、この部分から若干の予混合気が流入し噴出する。そのため、前記保炎体２全体としての予混合気の分布（あるいは火炎の形成状況）は、図５に示すように、主に予混合気が噴出されるのは８方向となり、その間についても僅かながら予混合気が噴出し、火炎も形成される。
【００１８】
また、図４に示すリング状部材４の場合においては、前述のように予混合気の噴出方向は、８箇所が主であり、その間の８箇所については、予混合気の噴出量が少なくなっているので、後述のような燃焼反応を開始する領域の拡大が行われ、保炎性が高くなる。さらに、前記保炎体２の周方向の８箇所には、予混合気の噴出量の少ない箇所が形成されるため、前述の第二遮断部材１５，１５，…を配置することもできる。この場合、火炎の分割が確実に行われるため、後述の火炎分割による効果が得られる。
【００１９】
ここで、予混合式の燃焼装置において、保炎体へ供給する予混合気は、供給圧力が低いほど噴出する速度が小さく、保炎体の表面に近いところに火炎を生じる。一方、予混合気の供給圧力が高いほど噴出する速度が大きく、保炎体の表面から離れたところに火炎を生じる。供給圧力が低い場合は、燃焼面負荷（保炎体の表面当りの発熱量）の小さい状態であり、供給圧力が高い場合は、燃焼面負荷の大きい状態である。後者の供給圧力が高い場合には、保炎体からの予混合気の噴出速度が高まり、保炎体表面の微小火炎は互いに一体化し、ついには保炎体の表面全体から遠く離れるように延びる１つの火炎となってしまう。通常、燃焼反応は、予混合気の噴出速度と燃焼速度が釣り合う領域で開始される（以下、この領域のことを「燃焼反応開始領域」という）。また、予混合気の噴出速度は、予混合気の供給圧力の平方根に比例することが知られている。そのため、予混合気の供給圧を高めるにしたがい、火炎が一体化して燃焼反応開始領域は平坦面状となる。この状態では、供給された予混合気の量に対して燃焼反応開始領域が小さくなっており、火炎の安定性が悪く、燃焼に振動を伴う。とくに、予混合気の供給圧力の変動により、予混合気の噴出速度に変化が生じると、上述の釣り合い状態が容易にくずれ、火炎にリフトや吹き消えが生じる。また、この種の燃焼装置における着火時には、火炎が瞬時に保炎体の全面に拡がるため、着火時の衝撃が大きくなってしまう。
【００２０】
そこで、第一実施例では、前記保炎体２に、前記保炎体２の外周面を前記保炎体２の軸線方向に分割する第一遮蔽部材１４，１４，…を適宜の間隔で配置し、予混合気が噴出しない個所を前記保炎体２の表面に適宜形成して火炎を分割する構成としている。この第一実施例においては、前記各第一遮蔽部材１４は、前記各仕切部材９の外周に一体的に形成してある。そのため、前記各第一遮蔽部材１４の取付位置は、前記各リング状部材４を積層する際に、前記各リング状部材４間へ挟み込む位置を変更することで適宜に設定できる。
【００２１】
このように前記保炎体２の表面に前記各噴出孔７の存在しない領域を適宜に設け、前記保炎体２の周囲に生じる火炎を分割することにより、前述のような火炎のリフトや吹き消え、着火時の衝撃の問題を解消することができ、保炎性が高まる。とくに、分割された後の火炎の大きさを適宜異ならせると、各火炎の固有振動数が互いに異なるため、燃焼装置全体として見ると固有振動数が分散し、燃焼振動の発生を有効に防止できる。また、着火時においては、前記各噴出孔７の各グループごとに順次に火炎が生じるため、着火音，衝撃も小さく抑えることができる。したがって、この発明に係る燃焼装置は、保炎性が高く、振動燃焼を防止することができるため、燃焼面負荷の大きい、大容量の燃焼装置とすることが容易である。ここで、前記各第一遮蔽部材１４は、前記保炎体２を構成した後に、前記保炎体２に巻き付けるようにして設けることもできる。
【００２２】
さらに、この発明においては、前記保炎体２の外周面を前記保炎体２の周方向に分割する第二遮蔽部材１５，１５，…を設けている。前記保炎体２の外周面に、前記軸線方向へ延びる前記各第二遮蔽部材１５を４枚配置してある。前記各第二遮蔽部材１５により、前記保炎体２は周方向に４箇所に分割された状態で火炎を生じる。このように、前記保炎体２の外周面を分割する場合、大きな火炎を形成する個所の隣りには小さな火炎を形成する箇所を設けるのが、保炎性を向上し、燃焼性を向上させる点で好ましい。
【００２３】
さらに、この発明においては、前記各リング状部材４を所定枚数積層して保炎体モジュール１７，１７，…を形成し、この保炎体モジュール１７を適宜の個数積層することによって、前記保炎体２を構成する。前記各リング状部材４を所定枚数積層するとともに、この積層方向の両側に保持部材１６，１６を配置し、前記各保持部材１６と前記各リング状部材４とを一体化することにより、前記各保炎体モジュール１７を構成したものである。前記各保炎体モジュール１７において、前記各保持部材１６と前記各リング状部材４とを一体化するには、前記各締付手段１２を用い、前記各保持部材１６間で前記各リング状部材４を挟み込むように締め付けることによって行う。
【００２４】
ここで、第一実施例においては、前記各締付手段１２は、前記各保炎体モジュール１７を前記ウィンドボックス３に固定する手段として使用している。この構成によると、前記保炎体２の組立性が向上するほか、この燃焼装置の容量の調整を前記各保炎体モジュール１７の増減によって簡単に行うことができる。また、前記各保炎体モジュール１７を周方向に区画するには、前記第二遮蔽部材１５によって前記各保持部材１６間を固定することによって、前記各保持部材１６間に前記各リング状部材４を締め付けた状態で固定する。ここで、前記保炎体２の先端側に位置する保炎体モジュール１７については、先端側の保持部材１６の中央部を適宜な蓋部材１８で閉鎖しておく。
【００２５】
以上の説明において、この発明の燃焼装置は、予混合気として、気体燃料と燃焼用空気を混合して用いているが、液体燃料を気化させて、気体燃料と同等の扱いをすることもできる。
【００２６】
つぎに、この発明の燃焼装置を用いたボイラの実施例を図６および図７を参照しながら、以下に説明する。図６は、ボイラの実施例の縦断面の説明図、図７は、図６のVII−VII線に沿う断面の説明図である。ここで、図示するボイラは、貫流ボイラであるが、このほか、自然循環式水管ボイラや強制循環式水管ボイラなどの水管ボイラ全般に適用することができる。また、このボイラは、蒸気ボイラや温水ボイラのほか、熱媒を加熱する熱媒ボイラなどとして適用されるものである。
【００２７】
図６および図７において、ボイラの缶体１９は、所定の距離を離して配置した上部管寄せ２０および下部管寄せ２１を有している。前記上部管寄せ２０および前記下部管寄せ２１の外周間には外壁２２を配置している。この上部管寄せ２０と下部管寄せ２１との間には、複数（この実施例では１０本）の水管２３，２３，…を環状に配置してある。前記各水管２３は、環状の第一水管列２４を構成している。さらに、前記上部管寄せ２０と前記下部管寄せ２１との間であって、前記外壁２２の内周側近くには、複数（この実施例では２４本）の熱回収水管２５，２５，…を環状に配置して、第二水管列２６を形成している。この第二水管列２６は、前記第一水管列２４とで二重の環状水管列を構成している。さらに、前記各水管２３および前記各熱回収水管２５は、それらの各端部を前記上部管寄せ２０および前記下部管寄せ２１のそれぞれと接続してある。
【００２８】
ボイラの燃焼室２７は、前記上部管寄せ２０および前記下部管寄せ２１と、前記第二水管列２６によって画成されている。そして、この燃焼室２７には、この発明の燃焼装置１を前記上部管寄せ２０の内方（中央部）から挿入して取り付けてあり、この燃焼装置１の軸線と前記各水管２３とは、ほぼ平行になっている。この燃焼装置１は、前述のように噴出孔（図示省略）を多数その周面に備えた円筒形状の保炎体２と、前記ウィンドボックス３とで構成してある。前記保炎体２は、前記ウィンドボックス３の下端に接続された状態で前記燃焼室２７内に位置している。
【００２９】
さて、前記燃焼装置１によって、前記燃焼室２７内には、燃焼反応中ガスの存在する領域，すなわち燃焼反応領域が形成されるが、この燃焼反応領域の内の火炎の存在する領域（以下、「火炎存在領域」という）に前記第一水管列２４が位置している。また、前記第一水管列２４は、前記各水管２３に接触した後の燃焼反応中ガスの温度が１４００度以下となるように、燃焼反応領域に配置してある。したがって、前記第一水管列２４は、前記保炎体２に近接した状態で、かつ前記保炎体２を取り巻くように配置された状態となっている。さらに、前記第一水管列２４において、前記各水管２３間には、燃焼反応中ガスの流通を許容する隙間２８が形成されている。ここで、燃焼反応中ガスとは、前記燃焼室２７内において、燃焼反応を生じている最中の高温のガスをいう。また、燃焼反応領域としては、好ましくは燃焼反応中ガスに火炎が生じている領域または燃焼反応中ガスの温度が９００度以上の高温の燃焼反応中ガスが存在する領域とする。
【００３０】
そして、前記第一水管列２４と前記第二水管列２６との間には、ＣＯやＨＣのような燃焼反応の中間生成物および燃料の未燃分の燃焼反応が行われる燃焼反応継続領域２９を設けている。この燃焼反応継続領域２９内には、前記各水管２３のような熱を吸収する部材は存在しない。
【００３１】
前記第二水管列２６において、隣り合う熱回収水管２５間の隙間（以下、「第二隙間」という）３０は狭く、通常１〜４mmに設定してある。さらに、前記外壁２２には、排ガス出口３１を設けてある。この排ガス出口３１は、前記外壁２２と前記第二水管列２６との間の環状の排ガス流路３２と連通している。
【００３２】
以上の構成のボイラにおいて、前記燃焼装置１を作動させると、前記燃焼室２７内には燃焼反応中ガスが発生する。そして燃焼反応が終わった燃焼反応終了ガスは、排ガスとして缶体１９から排出される。前記燃焼反応が活発に行われている領域では、通常火炎が生じる。
【００３３】
燃焼反応中ガスは、前記保炎体２の周面のほぼ全域においてほぼ均等に発生し、前記各隙間２８を介して前記燃焼反応継続領域２９内へ流入する。したがって、火炎は図６および図７に示すように、燃焼反応中ガスの流動に伴って前記第一水管列２４の外側にまで形成される。そのため、前記各水管２３は、燃焼反応領域中の火炎存在領域内に位置する。そして、火炎を生じている燃焼反応中ガスは、前記各隙間２８を通過する際に前記各水管２３内部の被加熱流体との間で熱交換を行う。火炎を生じている燃焼反応中ガスは、この熱交換により急激に冷却されて温度が低下するため、サーマルＮＯx の発生が抑制される。
【００３４】
そして、前記各隙間２８を通過した燃焼反応中ガスは、前記燃焼反応継続領域２９内を前記第二水管列２６へ向けて流通する。この流通の際、燃焼反応中ガスは、前記第二水管列２６に到達するまでは、前記各水管２３のような熱交換を行う部材との接触が無く、温度はあまり低下しない。そのため、燃焼反応中ガスは、燃焼反応を継続しながら前記燃焼反応継続領域２９を流通し、その間にＣＯからＣＯ₂への酸化反応が促進される。このとき、前記燃焼反応継続領域２９内では、前記酸化反応のほか、前記中間生成物や前記未燃分などの酸化反応も行われる。
【００３５】
そして、燃焼反応中ガスは、前記第二水管列２６に到達するまでに燃焼反応をほぼ終了した高温のガスとなり、前記各第二隙間３０を通って前記排ガス流路３２へ流入する。そして、前記各第二隙間３０を通過し、前記排ガス流路３２へ流入した燃焼反応終了ガスは、前記第二水管列２６の外側から前記各熱回収水管２５内の被加熱流体に伝熱を行った後、前記排ガス出口３１から排ガスとしてボイラ外へ排出される。ここで、この実施例は、貫流ボイラであるため、被加熱流体が前記下部管寄せ２１から前記各水管２３および前記各熱回収水管２５内へ供給され、前記各水管２３および前記各熱回収水管２５内を加熱されながら上昇し、前記上部管寄せ２０から蒸気として取り出される。
【００３６】
以上の説明において、燃焼反応中ガスの流れは、前記第一水管列２４の径方向についてのものであるが、前記第一水管列２４の軸線方向については、燃焼反応中ガスが前記保炎体２の前記軸線方向にもほぼ均等に形成されるため、サーマルＮＯx の低減作用は、前記第一水管列２４の軸線方向についてもほぼ均一に発揮される。
【００３７】
また、この発明に係るボイラは、前記各水管２３が全てほぼ同じ方向に延びる直管形状のものであるが、このほかに、図８に示すような缶体構成としたボイラに適用することもできる。図８に示すボイラは、各水管２３を傾斜させて配置し、第一水管列２４をほぼテーパ形状としたものである。この変形例における前記各水管２３は、その上端側を前記缶体１９の外側へ向けて傾斜させたもので、前記第一水管列２４は下方側ほど狭まる先細り形状となっている。また、この変形例では、前記保炎体２の形状を、前記第一水管列２４に合わせて先細りのテーパ形状とし、また前記空洞部１３の内部も前記保炎体２の形状に合わせて先細りのテーパ形状としている。この変形例では、前記保炎体２の表面と前記第一水管列２４との間隔を、前記軸線方向においてほぼ均一に設定している。そして、前記保炎体２と前記第一水管列２４とを近接状態で配置することにより、前記保炎体２からの燃焼反応中ガスを前記第一水管列２４によってほぼ均等に冷却し、サーマルＮＯx の生成を抑制する。以上のように、この発明の燃焼装置によれば、前記缶体１９の形状に合わせて、前記保炎体２の形状を自在に変更することができ、前記各水管２３と火炎を含む燃焼反応中ガスとの接触形態を自在に設定できる。
【００３８】
とくに、前記保炎体２をこのように先細りのテーパ形状とすると、予混合気は上流側の太い側から下流側の細い側へ流れる際に、内部の予混合気の速度低下を防止できるため、前記保炎体２からの予混合気の噴出速度をその軸線方向にほぼ均一にでき、安定した燃焼状態を得ることができる。さらに、この変形例のように、前記保炎体２および前記第一水管列２４をテーパ形状とすると、前記燃焼装置１の取付位置を上下方向へ移動することにより、前記保炎体２表面と前記第一水管列２４との間隔を適宜に調整できる。このことにより、前記保炎体２からの燃焼反応中ガスの形成状態や温度分布に応じて、前記第一水管列２４と火炎を含む燃焼反応中ガスとの接触状態を適切な状態に調整できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明によれば、保炎体の大きさを自在に調整できるため、所望の容量の燃焼装置を容易に得ることができる。また、燃焼装置の容量の調整を保炎体モジュールの増減によって簡単に行うことができる。さらに、この発明によれば、積層するリング状部材の形状や寸法を適宜に選択することにより、熱機器の要求する火炎形状の燃焼装置とすることができる。そして、前記保炎体の周面を、第一遮蔽部材や第二遮蔽部材によって、その軸線方向やその周方向に分割することにより、前記保炎体の周囲に火炎を分割して生じさせることにより、保炎性を高め、振動燃焼を防止することができる。さらに、この発明に係る燃焼装置は、保炎性が高く、振動燃焼を防止することができるため、燃焼面負荷の大きい、大容量の燃焼装置を得ることができる。
【００４０】
さらに、この発明に係る前記燃焼装置を用いたボイラにおいては、前記燃焼装置の保炎体に近接させて水管を配置してあるので、燃焼装置の大容量化に関係無く小型の缶体とすることができる。また、このように燃焼装置の保炎体に水管を近接させて配置してあるため、前記保炎体の周囲に形成される火炎を含む燃焼反応中ガスを冷却し、低ＮＯx 化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る燃焼装置の第一実施例の一部を破断して示す説明図である。
【図２】図１におけるリング状部材の形状の概略を示す説明図である。
【図３】リング状部材の他の形状の例と、このリング状部材を積層した構成の一部を破断して示す説明図である。
【図４】リング状部材のさらに他の形状の例と、このリング状部材を積層した構成の一部を破断
して示す説明図である。
【図５】図４に示すリング状部材を積層してなる燃焼装置における予混合気の噴出量の分布の説明図である。
【図６】この発明に係るボイラの実施例の縦断面の説明図である。
【図７】図６のVII−VII線に沿う断面の説明図である。
【図８】この発明に係るボイラの変形例の縦断面の説明図である。
【符号の説明】
１燃焼装置
２保炎体
４リング状部材
７予混合気の噴出孔
１４第一遮蔽部材
１５第二遮蔽部材
２３水管
２４第一水管列
２８隙間
２９燃焼反応を継続する領域（燃焼反応領域）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a combustion apparatus using a premixed gas, and further relates to a boiler suitable using the combustion apparatus.
[0002]
[Prior art]
In premixed combustion devices, a flame is generated by injecting premixed gas from many small holes.
There is something to make. A member that forms a small hole (hereinafter referred to as an “ejecting hole”) for ejecting the premixed gas is generally referred to as a flame holding body, and various flame holding bodies such as a flat plate shape and a cylindrical shape have been proposed. .
[0003]
By the way, in such a flame holder, a small and cylindrical shape used for a domestic water heater or a domestic hot air generator can be configured relatively easily, but can be used for a boiler. It is difficult to construct such a large and large capacity in terms of flame holding properties and combustibility. In particular, the cylindrical flame holder can be easily configured if it is small, but it is difficult in terms of strength if it is large.
[0004]
Furthermore, such a combustion device is used by being mounted on a thermal device such as a boiler (steam boiler or hot water boiler) or a water heater, but in this case, even if the combustion device alone exhibits a predetermined performance, Depending on the matching with the can of the thermal equipment, the combustion may be accompanied by vibrations, or the amount of NOx emissions may increase.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The first of the problems to be solved by the present invention is to provide a large-capacity combustion apparatus capable of easily obtaining a cylindrical flame holder having a desired size. A second problem to be solved by the present invention is to provide a boiler using this combustion apparatus.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The combustion apparatus of this invention was made in order to solve the said subject, and the invention of Claim 1 laminated | stacked a plurality of the ring-shaped members which were waved in the thickness direction, and each this ring-shaped member. A flame holding body module is formed by forming ejection holes for the premixed gas between them and arranging holding members at both ends in the stacking direction so as to integrate the holding members and the ring-shaped members. The flame holding body is configured by laminating an appropriate number of flame holding body modules, and the invention according to claim 2 is characterized in that a plurality of undulated ring-shaped members are provided in the thickness direction. By stacking, a flame holding body in which a premixed gas injection hole is formed between the ring-shaped members is formed, and the flame holding body has a circumferential surface divided in the axial direction of the flame holding body. One shielding member is arranged at an appropriate interval in the axial direction And a fastening member that is formed integrally with the outer periphery of the partition member disposed at a plurality of appropriate locations and both ends in the middle of the flame holder, and passes through each of the ring-shaped members and each of the partition members. The ring-shaped members and the partition members are integrally configured by the above, and the invention according to claim 3 is characterized in that the circumferential surface of the flame holder is arranged in the circumferential direction of the flame holder. The second shielding member to be divided into two is arranged at an appropriate interval in the circumferential direction.
[0007]
Further, the boiler of the present invention forms a first water pipe row by annularly arranging a plurality of water pipes so as to surround the periphery of the combustion apparatus having the above-described configuration, and between the adjacent water pipes of the first water pipe row, the combustion A clearance allowing the ejection of gas during combustion reaction including flame from the apparatus is provided, and a region for continuing the combustion reaction is provided around the first water pipe row.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The combustion apparatus of the present invention is implemented as a combustion apparatus that uses a premixed gas. This combustion apparatus includes a cylindrical flame holder. The basic structure of this flame holding body is to form a flame holding body module by laminating a plurality of corrugated ring-shaped members in the thickness direction and integrating each holding member and each ring-shaped member. The flame holder is configured by stacking an appropriate number of flame holder modules. According to this configuration, the size of the flame holder can be freely adjusted by appropriately changing the number of the flame holder modules. Furthermore, by appropriately selecting and laminating the shapes and dimensions of the ring-shaped members, it is possible to adjust the jet form of the premixed gas and to obtain a flame-shaped combustion device required by the thermal equipment. Here, the flame is a phenomenon that occurs in a portion where the combustion reaction is actively performed in the pre-mixed gas during the combustion reaction (hereinafter referred to as “gas during combustion reaction”). This flame may be visible, may be difficult to see, or may not be visible.
[0009]
Furthermore, the boiler of this invention is implemented as what is called a multi-tube type water tube boiler provided with many water tubes. This water pipe boiler includes a once-through boiler as well as a forced circulation type and natural circulation type water pipe boiler. This boiler uses the above-described combustion apparatus of the present invention, and a plurality of water pipes are annularly arranged so as to surround the combustion apparatus to form a first water pipe row, and the first water pipe rows are adjacent to each other. A gap is provided between the water tubes to allow ejection of the gas during combustion reaction including the flame from the combustion device, and a region for continuing the combustion reaction is provided around the first water tube row. According to this configuration, the combustion-reaction gas including the flame from the flame holder is cooled by the water pipes, so that it is burned without forming a high temperature region, and as a result, thermal NOx is reduced. The combustion-in-reacting gas including the flame ejected from the gaps between the water tubes further undergoes the combustion reaction in a region where the combustion reaction around the first water tube row is continued (hereinafter referred to as “combustion reaction continuation region”). continue. During this combustion reaction, CO to CO ₂ The oxidation reaction to the intermediate product and the unburned component is also carried out.
[0010]
【Example】
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is an explanatory view showing a part of a first embodiment of a combustion apparatus according to the present invention in a broken state, and FIG. 2 is an explanatory view showing an outline of the shape of a ring-shaped member in FIG.
[0011]
In FIG. 1, the combustion apparatus 1 includes a flame holder 2 and a wind box 3. The flame holder 2 has a substantially cylindrical shape and is formed by laminating a plurality of ring-shaped members 4, 4. Each of the ring-shaped members 4 has a corrugated plate shape as shown in FIGS. The shape of each ring-shaped member 4 will be described in detail. The corrugated concave portions 5, 5,... Are formed along the radial direction of each ring-shaped member 4 as shown by thin lines in FIG. is there. Further, the corrugated convex portions 6, 6,... Are alternately formed with the concave portions 5 in the circumferential direction of the ring-shaped members 4, as indicated by thick radial lines in FIG. 2. Then, by laminating the ring-shaped members 4, each of the recesses 5 becomes a passage that communicates the inner periphery and the outer periphery of the flame holder 2. Functions as premixed gas ejection holes 7, 7,. Here, in laminating the ring-shaped members 4, the convex portions of the other ring-shaped member 4 are arranged between the adjacent ring-shaped members 4 in the concave portions 5 of the one ring-shaped member 4. 6 needs to be fitted so that each of the ejection holes 7 is not blocked. Therefore, in this first embodiment, in order to prevent the recesses 5 and the protrusions 6 from being fitted, the flat spacer members 8, 8,... Is interposed. Each spacer member 8 has substantially the same outer diameter and inner diameter as each ring-shaped member 4 in the first embodiment.
[0012]
Further, the flame holder 2 is provided with partition members 9, 9,... Among the partition members 9, the partition member 9 located in the middle of the flame holder 2 is ring-shaped, and is sandwiched between the ring-shaped members 4 when the ring-shaped members 4 are stacked. The partition member 9 facing the window box 3 has a ring shape, and a duct member 11 is disposed between the partition box 10 of the window box 3 so that the flame holder 2 is positioned from the window box 3. It is as a structure that adjusts. Further, each ring-shaped member 4 and each partition member 9 are integrally configured by tightening with the tightening means 12, 12,. Here, in the first embodiment, each tightening means 12 uses a bolt and a nut, respectively, so that each bolt penetrates each ring-shaped member 4 and each partition member 9. Is attached.
[0013]
According to the above configuration, when the premixed gas is supplied from the windbox 3 to the cavity 13 at the center of the flame holder 2, the premixed gas passes through the ejection holes 7 and is supplied to the flame holder 2. Erupts from the surface. The premixed gas ejected from the flame holder 2 generates a flame around the flame holder 2 by a combustion reaction. Furthermore, according to the above configuration, when changing the combustion amount of the combustion device or the formation range of the flame, it is possible to cope with this by increasing or decreasing the number of the ring-shaped members 4 stacked.
[0014]
Here, each spacer member 8 may be a flat plate, or a wire may be arranged so as to intersect with each convex portion 6. Further, in addition to using each of the spacer members 8 as described above, the above-described fitting can be prevented by using an appropriate position restricting means. For example, the position can be regulated so that the convex portions 6 facing the ring-shaped members 4 are in contact with each other using the bolts.
[0015]
Furthermore, in each said ring-shaped member 4, each said recessed part 5 and each said convex part 6 are formed in the radial direction of each said ring-shaped member 4, as shown in FIG. As shown, an inclined layer formed with respect to the radial direction can be used. When each ring-shaped member 4 has a shape as shown in FIG. 3, the ring-shaped members 4 are stacked so that the front and back surfaces of adjacent members are opposite to each other. Can be omitted. That is, as shown in FIG. 3, between the adjacent ring-shaped members 4, 4 ′, the convex portions 6, 6,... Of one ring-shaped member 4 and the convex portions 6 ′ of the other ring-shaped member 4 ′, 6 ′,... Intersect with each of the concave portions 5 of one of the ring-shaped members 4 so that each of the convex portions 6 ′ of the other ring-shaped member 4 ′ fits into the pre-mixed gas ejection hole. This is because 7 is prevented from becoming small.
[0016]
Furthermore, each said recessed part 5 and each said convex part 6 can also be formed in parallel with the radial direction of each said ring-shaped member 4, as shown in FIG. Also in this case, between the ring-shaped members 4, 4 ′ adjacent in the stacking direction, the convex portions 6, 6,... Of one ring-shaped member 4 and the convex portions 6 ′, 6 of the other ring-shaped member 4 ′. Place so that ', ... intersects. Each of the ring-shaped members 4 can be formed by punching a flat plate into a ring shape by pressing or the like, or can be formed in a corrugated plate shape by passing between gear-shaped rollers. In this case, each ring-shaped member 4 is formed with ejection holes 7, 7,... In two regions on both sides in the radial direction of each ring-shaped member 4, and each ejection hole is formed between these regions. This is a region where 7 is not formed. Therefore, the ejection direction differs for each ring-shaped member 4 in the flame holder 2. Here, in the example shown in FIG. 4, the adjacent ring-shaped members 4 are laminated by changing the phase by 45 degrees.
[0017]
Further, in the stacking direction of the ring-shaped members 4, the premixed gas is ejected from the same location every time the four ring-shaped members 4 are stacked, and the ejection holes 7 described above are formed. The same applies to regions that are not. About each said recessed part 5 which does not connect the inside and outside of the said flame holding body 2, since it intersects partially with the recessed part 5 'of the location close | similar to the center in this ring-shaped member 4 and adjacent ring-shaped member 4', from this part Some premixed gas flows in and spouts out. Therefore, as shown in FIG. 5, the distribution of the premixed gas as a whole of the flame holder 2 (or the formation state of the flame) is mainly that the premixed gas is ejected in eight directions, and there is also a slight amount between them. However, a premixed gas is ejected and a flame is formed.
[0018]
In the case of the ring-shaped member 4 shown in FIG. 4, the premixed gas ejection direction is mainly 8 locations as described above, and the premixed gas ejection amount is reduced at the 8 locations in between. Therefore, the region for starting the combustion reaction as described later is expanded, and the flame holding property is improved. Furthermore, since the locations where the amount of the premixed gas jet is small are formed at the 8 locations in the circumferential direction of the flame holder 2, the above-described second blocking members 15, 15,. In this case, since the flame is surely divided, the effect of the flame division described later can be obtained.
[0019]
Here, in the premixed combustion apparatus, the premixed gas supplied to the flame holding body has a lower jetting speed as the supply pressure is lower, and a flame is generated near the surface of the flame holding body. On the other hand, the higher the supply pressure of the premixed gas, the higher the ejection speed, and a flame is generated at a position away from the surface of the flame holder. When the supply pressure is low, the combustion surface load (calorific value per surface of the flame holder) is small, and when the supply pressure is high, the combustion surface load is large. When the supply pressure of the latter is high, the ejection speed of the premixed gas from the flame holder is increased, the micro flames on the flame holder surface are integrated with each other, and finally extend far away from the entire surface of the flame holder. It becomes one flame. Usually, the combustion reaction is started in a region where the ejection speed of the premixed gas and the combustion speed are balanced (hereinafter, this region is referred to as “combustion reaction start region”). Further, it is known that the ejection speed of the premixed gas is proportional to the square root of the supply pressure of the premixed gas. Therefore, as the supply pressure of the premixed gas is increased, the flame is integrated and the combustion reaction start region becomes flat. In this state, the combustion reaction start region is small with respect to the amount of the supplied premixed gas, the flame stability is poor, and combustion is accompanied by vibration. In particular, if a change occurs in the ejection speed of the premixed gas due to fluctuations in the supply pressure of the premixed gas, the above-described balanced state is easily lost, and the flame is lifted or blown off. In addition, when this kind of combustion apparatus is ignited, the flame instantly spreads over the entire surface of the flame holder, so that the impact during ignition is increased.
[0020]
Therefore, in the first embodiment, the first shield members 14, 14,... For dividing the outer peripheral surface of the flame holder 2 in the axial direction of the flame holder 2 are arranged on the flame holder 2 at appropriate intervals. In addition, the flame is divided by appropriately forming a portion where no premixed gas is ejected on the surface of the flame holder 2. In the first embodiment, each of the first shielding members 14 is integrally formed on the outer periphery of each of the partition members 9. Therefore, the attachment position of each said 1st shielding member 14 can be suitably set by changing the position pinched | interposed between each said ring-shaped member 4 when each said ring-shaped member 4 is laminated | stacked.
[0021]
Thus, by appropriately providing a region where each of the ejection holes 7 does not exist on the surface of the flame holder 2 and dividing the flame generated around the flame holder 2, the above-described flame lift and It disappears, the problem of impact at the time of ignition can be solved, and the flame holding property is enhanced. In particular, if the sizes of the flames after being divided are appropriately changed, the natural frequencies of the flames are different from each other. Therefore, the natural frequencies are dispersed when viewed as a whole combustion apparatus, and the occurrence of combustion vibrations can be effectively prevented. . Further, at the time of ignition, since a flame is sequentially generated for each group of each of the ejection holes 7, ignition noise and impact can be suppressed to a low level. Therefore, since the combustion apparatus according to the present invention has high flame holding properties and can prevent vibration combustion, it is easy to provide a large-capacity combustion apparatus with a large combustion surface load. Here, after each said 1st shielding member 14 comprises the said flame holding body 2, it can also be provided so that it may wind around the said flame holding body 2. FIG.
[0022]
Furthermore, in this invention, the 2nd shielding member 15,15, ... which divides | segments the outer peripheral surface of the said flame holder 2 in the circumferential direction of the said flame holder 2 is provided. Four each of the second shielding members 15 extending in the axial direction are arranged on the outer peripheral surface of the flame holder 2. By the second shielding members 15, the flame holder 2 generates a flame in a state where the flame holder 2 is divided into four portions in the circumferential direction. Thus, when the outer peripheral surface of the flame holder 2 is divided, providing a portion for forming a small flame next to a portion for forming a large flame improves flame holding properties and improves combustibility. This is preferable.
[0023]
Further, in the present invention, a predetermined number of the respective ring-shaped members 4 are laminated to form flame holder modules 17, 17,..., And an appropriate number of the flame holder modules 17 are laminated to thereby form the flame holder. The body 2 is configured. A predetermined number of the ring-shaped members 4 are stacked, holding members 16 and 16 are arranged on both sides in the stacking direction, and the holding members 16 and the ring-shaped members 4 are integrated, thereby The flame holder module 17 is configured. In each flame holder module 17, in order to integrate the holding members 16 and the ring-shaped members 4, the fastening members 12 are used, and the ring-shaped members are fixed between the holding members 16. 4 is performed by tightening so as to sandwich.
[0024]
Here, in the first embodiment, each tightening means 12 is used as a means for fixing each flame holder module 17 to the window box 3. According to this configuration, the assemblability of the flame holder 2 is improved, and the capacity of the combustion device can be easily adjusted by increasing or decreasing the flame holder modules 17. Further, in order to divide the flame holder modules 17 in the circumferential direction, the ring-shaped members 4 are fixed between the holding members 16 by fixing the holding members 16 with the second shielding member 15. Secure with tightened. Here, for the flame holder module 17 located on the tip side of the flame holder 2, the center portion of the holding member 16 on the tip side is closed with an appropriate lid member 18.
[0025]
In the above description, the combustion apparatus of the present invention uses gaseous fuel and combustion air mixed as a premixed gas. However, liquid fuel can be vaporized and treated in the same manner as gaseous fuel. .
[0026]
Next, an embodiment of a boiler using the combustion apparatus of the present invention will be described below with reference to FIGS. 6 is an explanatory view of a longitudinal section of an embodiment of the boiler, and FIG. 7 is an explanatory view of a section taken along line VII-VII in FIG. Here, although the illustrated boiler is a once-through boiler, it can be applied to water tube boilers such as a natural circulation water tube boiler and a forced circulation water tube boiler. Moreover, this boiler is applied as a heat-medium boiler etc. which heat a heat medium other than a steam boiler and a hot water boiler.
[0027]
6 and 7, the boiler body 19 has an upper header 20 and a lower header 21 arranged at a predetermined distance. An outer wall 22 is disposed between the outer peripheries of the upper header 20 and the lower header 21. Between the upper header 20 and the lower header 21, a plurality (ten in this embodiment) of water tubes 23, 23,... Each of the water pipes 23 constitutes an annular first water pipe row 24. Further, between the upper header 20 and the lower header 21 and near the inner peripheral side of the outer wall 22, a plurality (24 in this embodiment) of heat recovery water tubes 25, 25,. The second water pipe row 26 is formed in an annular shape. The second water tube row 26 and the first water tube row 24 constitute a double annular water tube row. Further, the water pipes 23 and the heat recovery water pipes 25 have their respective ends connected to the upper header 20 and the lower header 21, respectively.
[0028]
The combustion chamber 27 of the boiler is defined by the upper header 20 and the lower header 21 and the second water pipe row 26. And in this combustion chamber 27, the combustion apparatus 1 of this invention is inserted and attached from the inner side (center part) of the said upper header 20, The axis line of this combustion apparatus 1 and each said water pipe 23 are as follows. It is almost parallel. As described above, the combustion apparatus 1 includes a cylindrical flame holder 2 having a large number of ejection holes (not shown) on its peripheral surface and the window box 3. The flame holder 2 is located in the combustion chamber 27 while being connected to the lower end of the wind box 3.
[0029]
Now, the combustion device 1 forms a region where the gas during the combustion reaction exists, that is, a combustion reaction region, in the combustion chamber 27, and a region where the flame exists (hereinafter referred to as “combustion reaction region”). The first water pipe row 24 is located in a “flame existence area”. The first water pipe row 24 is arranged in the combustion reaction region so that the temperature of the gas during combustion reaction after contacting the water pipes 23 is 1400 degrees or less. Therefore, the first water pipe row 24 is in a state of being close to the flame holder 2 and arranged so as to surround the flame holder 2. Further, in the first water pipe row 24, a gap 28 is formed between the water pipes 23 to allow the flow of the gas during combustion reaction. Here, the combustion-in-reaction gas means a high-temperature gas that is undergoing a combustion reaction in the combustion chamber 27. The combustion reaction region is preferably a region where a flame is generated in the combustion reaction gas or a region where a high temperature combustion reaction gas having a temperature of 900 ° C. or higher exists.
[0030]
Between the first water pipe row 24 and the second water pipe row 26, a combustion reaction continuation region 29 in which a combustion reaction of an intermediate product of combustion reaction such as CO or HC and an unburned portion of fuel is performed. Is provided. In the combustion reaction continuation region 29, there is no member that absorbs heat, such as the water pipes 23.
[0031]
In the second water pipe row 26, a gap (hereinafter referred to as “second gap”) 30 between adjacent heat recovery water pipes 25 is narrow and is usually set to 1 to 4 mm. Further, an exhaust gas outlet 31 is provided on the outer wall 22. The exhaust gas outlet 31 communicates with an annular exhaust gas flow path 32 between the outer wall 22 and the second water pipe row 26.
[0032]
In the boiler configured as described above, when the combustion device 1 is operated, a gas during combustion reaction is generated in the combustion chamber 27. The combustion reaction end gas after the combustion reaction is exhausted from the can 19 as exhaust gas. In the region where the combustion reaction is actively performed, a flame usually occurs.
[0033]
The gas during the combustion reaction is generated almost uniformly over almost the entire peripheral surface of the flame holder 2 and flows into the combustion reaction continuation region 29 through the gaps 28. Therefore, as shown in FIGS. 6 and 7, the flame is formed to the outside of the first water pipe row 24 with the flow of the gas during the combustion reaction. Therefore, each said water pipe 23 is located in the flame presence area | region in a combustion reaction area | region. The combustion-reacting gas generating the flame exchanges heat with the heated fluid inside each water pipe 23 when passing through each gap 28. The combustion-reacting gas causing the flame is rapidly cooled by this heat exchange and the temperature is lowered, so that the generation of thermal NOx is suppressed.
[0034]
Then, the gas during combustion reaction that has passed through the gaps 28 circulates in the combustion reaction continuation region 29 toward the second water pipe row 26. During this circulation, the gas during combustion reaction does not come into contact with a member performing heat exchange such as each water pipe 23 until the temperature reaches the second water pipe row 26, and the temperature does not drop so much. Therefore, the combustion reaction gas flows through the combustion reaction continuation region 29 while continuing the combustion reaction. ₂ The oxidation reaction to is promoted. At this time, in the combustion reaction continuation region 29, in addition to the oxidation reaction, an oxidation reaction of the intermediate product and the unburned component is also performed.
[0035]
The gas during combustion reaction becomes a high-temperature gas that has almost completed the combustion reaction until it reaches the second water pipe row 26, and flows into the exhaust gas flow path 32 through the second gaps 30. Then, the combustion reaction end gas that has passed through each second gap 30 and flowed into the exhaust gas flow path 32 conducts heat from the outside of the second water pipe row 26 to the heated fluid in each heat recovery water pipe 25. Then, the exhaust gas is discharged from the exhaust gas outlet 31 to the outside of the boiler as exhaust gas. Here, since this embodiment is a once-through boiler, the fluid to be heated is supplied from the lower header 21 into the water pipes 23 and the heat recovery water pipes 25, and the water pipes 23 and the heat recovery water pipes. 25 is heated while being heated, and is taken out from the upper header 20 as steam.
[0036]
In the above description, the flow of the gas during combustion reaction is in the radial direction of the first water tube row 24, but the gas during combustion reaction is the flame holder in the axial direction of the first water tube row 24. 2 is formed substantially evenly in the axial direction, so that the effect of reducing thermal NOx is also exhibited substantially uniformly in the axial direction of the first water pipe row 24.
[0037]
The boiler according to the present invention has a straight pipe shape in which each of the water pipes 23 extends in substantially the same direction. In addition, the boiler may be applied to a boiler configured as shown in FIG. it can. In the boiler shown in FIG. 8, each water pipe 23 is inclined and the first water pipe row 24 is substantially tapered. Each of the water pipes 23 in this modified example has its upper end side inclined toward the outside of the can body 19, and the first water pipe row 24 has a tapered shape that narrows toward the lower side. In this modification, the shape of the flame holder 2 is tapered to match the first water tube row 24, and the inside of the cavity 13 is also tapered to match the shape of the flame holder 2. It has a tapered shape. In this modification, the distance between the surface of the flame holder 2 and the first water tube row 24 is set to be substantially uniform in the axial direction. Then, by arranging the flame holder 2 and the first water tube row 24 in close proximity, the combustion reaction gas from the flame holder 2 is cooled almost uniformly by the first water tube row 24, and thermal Suppresses the generation of NOx. As described above, according to the combustion apparatus of the present invention, the shape of the flame holder 2 can be freely changed in accordance with the shape of the can 19, and the combustion reaction including the water tubes 23 and the flames. The contact form with the medium gas can be set freely.
[0038]
In particular, when the flame holding body 2 has such a tapered shape, it is possible to prevent a decrease in the speed of the internal premixed gas when the premixed gas flows from the upstream thick side to the downstream narrow side. The ejection speed of the premixed gas from the flame holder 2 can be made substantially uniform in the axial direction, and a stable combustion state can be obtained. Further, when the flame holder 2 and the first water pipe row 24 are tapered as in this modification, the flame holder 2 surface is moved by moving the mounting position of the combustion device 1 in the vertical direction. The distance from the first water pipe row 24 can be appropriately adjusted. Thereby, according to the formation state and temperature distribution of the combustion-reactive gas from the flame holder 2, the contact state between the first water tube row 24 and the combustion-reactive gas including flame can be adjusted to an appropriate state. .
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the size of the flame holder can be freely adjusted, a combustion apparatus having a desired capacity can be easily obtained. Also, the capacity of the combustion device can be easily adjusted by increasing or decreasing the flame holder module. Furthermore, according to this invention, it can be set as the flame-shaped combustion apparatus which a thermal equipment requires by selecting suitably the shape and dimension of the ring-shaped member to laminate | stack. And dividing the flame around the flame holder by dividing the circumferential surface of the flame holder in the axial direction or in the circumferential direction by the first shielding member or the second shielding member. Thus, the flame holding property can be improved and vibration combustion can be prevented. Furthermore, since the combustion apparatus according to the present invention has high flame holding properties and can prevent vibration combustion, a combustion apparatus having a large combustion surface load and a large capacity can be obtained.
[0040]
Furthermore, in the boiler using the combustion apparatus according to the present invention, since the water pipe is arranged close to the flame holder of the combustion apparatus, a small can body is used regardless of the increase in the capacity of the combustion apparatus. be able to. In addition, since the water pipe is arranged close to the flame holder of the combustion apparatus in this way, the combustion reaction gas including the flame formed around the flame holder is cooled to achieve low NOx. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a part of a first embodiment of a combustion apparatus according to the present invention in a cutaway manner.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of the shape of a ring-shaped member in FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of another shape of the ring-shaped member and a part of a configuration in which the ring-shaped members are stacked.
FIG. 4 shows an example of another shape of a ring-shaped member and a part of a configuration in which the ring-shaped member is laminated.
It is explanatory drawing shown.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a premixed gas ejection amount distribution in a combustion apparatus in which the ring-shaped members shown in FIG. 4 are stacked.
FIG. 6 is an explanatory view of a longitudinal section of an embodiment of the boiler according to the present invention.
7 is an explanatory diagram of a cross section taken along line VII-VII in FIG.
FIG. 8 is an explanatory view of a longitudinal section of a modified example of the boiler according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Combustion device
2 flame holder
4 Ring-shaped member
7 Premixed gas ejection holes
14 First shielding member
15 Second shielding member
23 Water pipe
24 1st water pipe row
28 Clearance
29 Area where combustion reaction continues (combustion reaction area)

Claims

A plurality of undulated ring-shaped members 4, 4,... Are stacked in the thickness direction, and premixed gas ejection holes 7, 7,... Are formed between the ring-shaped members 4. The holding members 16 and 16 are arranged at both ends, and the holding members 16 and the ring-shaped members 4 are integrated to form a flame holding body module 17, 17,. A combustion apparatus characterized in that a flame holding body 2 is configured by laminating an appropriate number of 17 .

.. Are formed by laminating a plurality of undulated ring-shaped members 4, 4,... In the thickness direction, thereby forming premixed gas ejection holes 7, 7,. Are arranged in the axial direction of the flame holding body 2 at appropriate intervals in the axial direction, and the first shielding members 14, 14,... That divide the circumferential surface of the flame holding body 2 in the axial direction of the flame holding body 2 are arranged. Are formed integrally with the outer periphery of the partition members 9, 9,... Arranged at appropriate locations in the middle of the flame holder 2 and at both ends so as to penetrate the ring-shaped members 4 and the partition members 9. Further, the ring-shaped member 4 and the partition members 9 are integrally formed by the tightening member 12 .

The said flame holding body 2 has arrange | positioned the 2nd shielding member 15,15 ... which divides | segments the surrounding surface into the circumferential direction of the said flame holding body 2 at the said circumferential direction at appropriate intervals. The combustion apparatus according to claim 1 or 2.

A plurality of water pipes 23, 23,... Are arranged in an annular shape so as to surround the combustion device 1 according to any one of claims 1 to 3, and a first water pipe row 24 is formed. Between the adjacent water tubes 23 of the water tube row 24, a gap 28 that allows ejection of a gas during combustion reaction including a flame from the combustion device 1 is provided, and a region in which the combustion reaction is continued around the first water tube row 24. A boiler characterized in that 29 is provided.