JP3883290B2 - バーナ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料ガス供給部から燃焼空間に供給される燃料ガスを、低酸素含有ガス供給部から供給される酸素含有率が空気よりも小さい低酸素含有ガスにより燃焼させるバーナに関する。
【0002】
【従来の技術】
かかるバーナは、低酸素含有ガス供給部としてのガスタービンやガスエンジン等の排ガス(低酸素含有ガスに相当する)により燃料ガスを燃焼させるものであり、ボイラ等の熱需要部の熱源として使用する。
従って、熱需要部の負荷の大小にかかわらず、低酸素含有ガス供給部から供給される排ガスの全量を受け入れる必要がある。
【0003】
従来では、燃料ガス供給部からの燃料ガスの供給量を調節する燃料ガス量調節手段と、低酸素含有ガス供給部から供給される低酸素含有ガスのうち、燃料ガス供給部からの燃料ガスを燃焼させるために使用する量を調節する燃焼用低酸素含有ガス量調節手段と、低酸素含有ガス供給部から供給される低酸素含有ガスのうち、燃料ガスの燃焼用として使用された残りを燃料ガスの燃焼には寄与させない状態で熱需要部に送るバイパス路を設けていた。
そして、熱需要部の負荷が小さくなると、それに応じて燃焼量を小さく調節すべく、燃料ガス量調節手段により燃料ガスの供給量を少なくするととともに、安定燃焼を維持するために、燃焼用低酸素含有ガス量調節手段により、燃焼用の低酸素含有ガス量を燃料ガス量に応じた量になるように少なくしていた。
従って、低酸素含有ガス供給部から供給される低酸素含有ガスのうち、燃料ガスの燃焼用として使用される分以外は、バイパス路を通じて熱需要部に送られることとなり、これによって、低酸素含有ガス供給部から供給される排ガスの全量を受け入れるようにしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来では、上述のような複雑な構成のバイパス路を設ける必要があり、それによって、バーナの全体構成が複雑になり、価格が高くなるという問題があった。
【0005】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低酸素含有ガス供給部から供給される酸素含有率が空気よりも小さい低酸素含有ガスにより燃料ガスを燃焼させるバーナにおいて、合理的に改善してコストダウンを図ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の特徴構成によれば、熱需要部の負荷に応じて、燃料ガス断続手段によって、複数のバーナユニットのうちの一部を燃焼させたり消火させたりすることにより、燃焼量を調節する。一部のバーナユニットを消火させても、その消火中のバーナユニットには、燃焼中のときと同様に低酸素含有ガスが継続して供給されているので、燃焼中のバーナユニットへの低酸素含有ガスの供給量が変化することがなく、安定燃焼を維持することができる。これによって、熱需要部の負荷にかかわらず、安定燃焼を維持する状態で、低酸素含有ガス供給部から供給される排ガスの全量を受け入れることができる。
従って、従来のような複雑な構成のバイパス路を設ける必要がなく、単に、バーナユニットとして簡単な構成でしかも低価格の例えば一般に普及しているバーナを複数設けるだけの簡単な構成であり、又、燃料ガス供給部から供給される燃料ガスを複数のバーナユニットに分配して燃焼させるので、各バーナユニットで形成される火炎の長さが短くなるので、燃焼室を小型化することができる。
そして、これらの相乗効果により、低酸素含有ガス供給部から供給される酸素含有率が空気よりも小さい低酸素含有ガスにより燃料ガスを燃焼させるバーナにおいて、コストダウンを図ることができるようになった。
又、バーナの燃焼室の小型化により、このバーナを熱源として用いるボイラ等の熱需要部も小型化できて、コストダウンを図ることができるという効果も得ることができる。
【0007】
請求項2に記載の特徴構成によれば、複数のバーナユニットのうちの一部のバーナを消火させる状態で、残りのバーナについては、燃料ガス量調節手段により燃料ガスの供給量を調節するととともに、低酸素含有ガス量調節手段により低酸素含有ガス量を燃料ガス量に応じた量に調節して、安定燃焼を維持しながら、燃焼量を調節することができる。
低酸素含有ガス量調節手段による調節によって、燃焼中のバーナユニットへの低酸素含有ガスの供給量が少なくなった分、消火中のバーナユニットへの低酸素含有ガスの供給量が増加するので、安定燃焼を維持する状態で、低酸素含有ガス供給部から供給される排ガスの全量を受け入れることができる。
従って、ターンダウン比を更に大きくすることができるようになった。
【0008】
請求項3に記載の特徴構成によれば、各バーナユニットにおいて、低酸素含有ガス供給部からの低酸素含有ガスに代えて、送風手段からの空気によって、燃料ガスを燃焼させることができる。
従って、ガスタービンやガスエンジン等の低酸素含有ガス供給部が定期点検等により運転休止されて、低酸素含有ガスの供給ができないときには、送風手段からの空気によってバーナを燃焼させることができるので、使い勝手性を一層向上させることができる。
【0009】
請求項4に記載の特徴構成によれば、燃料ガス吐出部から吐出された燃料ガスを、先ず、一次低酸素含有ガス吐出部から吐出される低酸素含有ガスにより燃焼させ、更に、その燃焼によって形成される火炎に対して、二次低酸素含有ガス吐出部から低酸素含有ガスを吐出して未燃の燃料ガスを燃焼させることにより、緩慢燃焼を行わせて、燃焼温度を低下させることができる。
従って、NOxの発生量を一層低減することができるようになった。
【0010】
請求項5に記載の特徴構成によれば、一次低酸素含有ガス吐出部からは、燃料ガス吐出部から吐出される燃料ガスの周りの全周にわたってその燃料ガスに混合させるように、低酸素含有ガスが吐出されるので、燃料ガスと低酸素含有ガスとを全体的に良好に混合させることができて、安定した火炎を形成することができる。更に、その火炎に対してその周りの全周にわたって、二次低酸素含有ガス吐出部から低酸素含有ガスが吐出されるので、未燃の燃料ガスを安定して燃焼させることができ、全体として、緩慢燃焼を安定的に行わせることができる。
従って、請求項4に記載の特徴構成を実施するための好ましい具体構成を提供することができる。
【0011】
請求項6に記載の特徴構成によれば、低酸素含有ガス供給部からの低酸素含有ガスを一次低酸素含有ガス流路に受け入れる一次低酸素含有ガス受入口、及び、低酸素含有ガス供給部からの低酸素含有ガスを二次低酸素含有ガス流路に受け入れる二次低酸素含有ガス受入口が、夫々が内筒状体の径方向側に開いてその周方向に沿う状態で、軸芯方向に沿って並べて設けられている。
従って、一次低酸素含有ガス流路及び二次低酸素含有ガス流路夫々に対しては、夫々の受入口から夫々の周方向にわたる状態で低酸素含有ガスが供給されて、一次低酸素含有ガス吐出部及び二次低酸素含有ガス吐出部夫々から、夫々の周方向での吐出量のバラツキが小さい状態で、低酸素含有ガスが吐出されるので、緩慢燃焼を一層安定的に行わせることができる。
【0012】
更に、低酸素含有ガス量調節手段が、軸芯方向に沿って移動操作自在な状態で設けられて、その移動によって、一次低酸素含有ガス受入口が全開状態で二次低酸素含有ガス受入口の開口面積を調節し、且つ、二次低酸素含有ガス受入口が全閉状態で一次低酸素含有ガス受入口の開口面積を調節するダンパ用筒状体を備えて構成されている。
従って、先ず、一次低酸素含有ガス吐出部からの吐出量を所定の最大量に維持しながら、二次低酸素含有ガス吐出部からの吐出量を調節し、続いて、二次低酸素含有ガス吐出部からの吐出量をゼロにする状態で、一次低酸素含有ガス吐出部からの吐出量を調節するという如きの、所期通りの低酸素含有ガスの供給量の調節を、ダンパ用筒状体を軸芯方向に沿って移動操作自在に設けるといった簡単な構成で達成することができる。
【0013】
ちなみに、一次低酸素含有ガス受入口を一次低酸素含有ガス流路の周部の一部を開口させて形成し、並びに、二次低酸素含有ガス受入口を二次低酸素含有ガス流路の周部の一部を開口させて形成し、低酸素含有ガス量調節手段を、夫々の受入口に平板状ダンパを揺動自在に設けることにより構成する場合が想定される。しかしながら、この場合は、一次低酸素含有ガス吐出部及び二次低酸素含有ガス吐出部夫々から吐出される低酸素含有ガスにおける周方向での吐出量のバラツキが大きくなり、しかも、二つの平板状ダンパを揺動自在に設ける必要があるので、低酸素含有ガス量調節手段の構成が複雑になるという欠点がある。
これに対して、請求項6に記載の特徴構成によれば、緩慢燃焼を安定的に行わせることができるようにしながら、低酸素含有ガス量調節手段の構成を簡略化することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
図1及び図2に示すように、バーナは、燃料ガス供給部としての燃料ガス供給路Sgから燃焼空間としての燃焼室Rに供給される燃料ガスを、低酸素含有ガス供給部Seから供給される酸素含有率が空気よりも小さい低酸素含有ガスにより燃焼させるように構成してある。
低酸素含有ガス供給部Seとしては、例えば、ガスタービンやガスエンジンが該当し、低酸素含有ガスとしては、それらから排出される排ガスが該当し、その排ガスの酸素含有率は10〜18wt%程度である。尚、以下の説明では、低酸素含有ガス供給部Seを排ガス供給部Seと、低酸素含有ガスを排ガスと夫々記載する。
【0015】
本発明においては、燃料ガス供給路Sg及び排ガス供給部Seからの排ガス供給路52夫々に接続されるバーナユニットBuの4台を、火炎の形成方向を横向きにした状態で、上下に2台ずつ配置して設けてある。
4台のバーナユニットBuは、詳細は後述するが、下方の2台に対して、排ガス供給部Seからの排ガスの供給量を調節する排ガス量調節ダンパD1(低酸素含有ガス量調節手段に相当する)を設け、上方に2台に対して、二次排ガス受入口12を開閉する二次排ガス受入口開閉ダンパD2を設けた以外は、同様に構成してある。
4台のバーナユニットBu夫々に対して、燃料ガス供給管Sgからの燃料ガスの供給を断続する燃料ガス断続手段としての開閉弁V1、及び、燃料ガス供給管Sgからの燃料ガスの供給量を調節する燃料ガス量調節手段としての燃料ガス量調節弁V2を設けてある。
【0016】
更に、バーナユニットBuに、燃料ガス供給管Sgから供給される燃料ガスを燃焼室Rに吐出する燃料ガス吐出部としてのガスノズル13と、排ガス供給部Seから供給される排ガスを、ガスノズル13から吐出される燃料ガスに混合させるように吐出する一次排ガス吐出口8(一次低酸素含有ガス吐出部に相当する)と、排ガス供給部Seから供給される排ガスを、ガスノズル13からの燃料ガスが一次排ガス吐出口8からの排ガスにより燃焼して形成される火炎に対して吐出する二次排ガス吐出口10(二次低酸素含有ガス吐出部に相当する)を設けてある。
【0017】
バーナBは、ボイラ等の燃焼室Rの炉壁の一部を形成するバーナタイル1と、そのバーナタイル1の燃焼室Rとは反対側に開口部の周端縁を当付けて取り付ける箱状体2とに、4個のバーナユニットBuを支持させる状態に構成してある。
そして、バーナタイル1と箱状体2とにより、排ガスを流動させる排ガス流動室3を形成するようにしてあり、排ガス供給部Seからの排ガス供給路52は、箱状体2に接続する。
バーナタイル1には、燃焼室R側ほど大径となる先拡がり円筒状の内周面を備えた先拡がり孔4の4個を夫々が正方形の各頂点に位置するように形成してあり、箱状体2はその前面開口部の周縁にてバーナタイル1の4個の先拡がり孔4を囲む状態で取り付ける。
【0018】
バーナユニットBuについて、説明を加える。
バーナタイル1の先拡がり孔4の小径端部と同径で、後端に鍔5fを備えた直円筒体5を、先端がバーナタイル1の先拡がり孔4の小径開口部に接し、後端が排ガス流動室3における前後方向(バーナタイル1の孔4の軸芯方向に相当する)の中間に位置する状態で設けてある。
直円筒体5よりも小径で、先端側ほど大径となる先拡がり部を先端側に備え、且つ、後端に直円筒体5の鍔5fと同径の鍔6fを備えた先拡がり内円筒体6を、先端がバーナタイル1の先拡がり孔4の内部に位置し、且つ、後端が直円筒体5の後端よりも突出して排ガス流動室3の後壁(箱状体2の底壁に相当する)と間隔が開く状態で、直円筒体5の内部にそれと同軸状に設けてある。
尚、先拡がり内円筒体6の先端が、前記前後方向(軸芯方向に相当する)おいて先拡がり孔4の大径開口部と略同じ位置に位置し、先拡がり内円筒体6の先拡がり部の外周面は、先拡がり孔4の内周面と平行に対向し、その先拡がり部の小径端部が、前記前後方向において先拡がり孔4の小径開口部と同じ位置に位置するようにしてある。
【0019】
つまり、バーナタイル1の先拡がり孔4と直円筒体5により外筒状体Pを構成し、先拡がり内円筒体6が内筒状体に相当し、外筒状体P及び先拡がり内円筒体6を、夫々の軸芯方向を前記前後方向に向けて先拡がり内円筒体6を外筒状体Pの内部に位置させ、且つ、夫々の先端を前記前後方向において略同じ位置に位置させた状態で設けてある。
そして、先拡がり内円筒体6の内部を排ガス供給部Seからの排ガスを通流させる一次排ガス流路7(一次低酸素含有ガス流路に相当する)として、先端開口部を一次排ガス吐出口8として夫々機能させる。
又、先拡がり内円筒体6と外筒状体Pとの間に形成される環状の空間を排ガス供給部Seからの排ガスを通流させる二次排ガス流路9(二次低酸素含有ガス流路に相当する)として、先拡がり内円筒体6の先端開口縁と外筒状体Pの先端開口縁との間に形成される環状の開口部を二次排ガス吐出口10として夫々機能させる。
【0020】
先拡がり内円筒体6の鍔6fの周縁と排ガス流動室3の後壁とによって、先拡がり内円筒体6の径方向に開く状態で形成される環状の開口部を、排ガス流動室3内を流動する排ガスを一次排ガス流路7に受け入れる一次排ガス受入口11(一次低酸素含有ガス受入口に相当する)として機能させる。
又、直円筒体5の鍔5fの周縁と先拡がり内円筒体6の鍔6fの周縁とによって、先拡がり内円筒体6の径方向に開く状態で形成される環状の開口部を、排ガス流動室3内を流動する排ガスを二次排ガス流路9に受け入れる二次排ガス受入口12(二次低酸素含有ガス受入口に相当する)として機能させる。
つまり、一次排ガス受入口11及び二次排ガス受入口12を、夫々が先拡がり内円筒体6の径方向に開いてその周方向の全周にわたる状態で、前記前後方向に沿って隣接させて設けてある。
【0021】
燃料ガス吐出部としてのガスノズル13を先端に接続したガス流動管14を、排ガス流動室3の後壁から挿通して、ガスノズル13が先拡がり内円筒体6の先拡がり部内に位置する状態で、先拡がり内円筒体6の内部にそれと同軸状に設けてある。燃料ガス供給管Sgは、ガス流動管14に接続する。
尚、ガスノズル13は、前記前後方向において、先拡がり内円筒体6の先端と略同じ位置に位置する。
つまり、ガスノズル13を、前記前後方向視(軸芯方向視に相当する)で一次排ガス吐出口8の中心に位置し、且つ、前記前後方向において一次排ガス吐出口8と略同じ位置に位置する状態で設けてある。
【0022】
ガス流動管14の先端には、一次排ガス流路7を流動して一次排ガス吐出口8から吐出される排ガスに旋回を与えるためのスワラ15を取り付けてある。
又、パイロットバーナ20を設けてある。
【0023】
下方の2台のバーナユニットBuにおいては、軸芯方向の長さが直円筒体5の鍔5fと排ガス流動室3の後壁との間隔と同一又はそれよりもやや長いダンパ用直円筒体16を、直円筒体5の鍔5f及び先拡がり内円筒体6の鍔6fに外嵌してそれらと摺接する状態で前記前後方向に移動操作自在に支持させて設けてある。
又、ダンパ操作用シリンダ17を、そのロッド部を排ガス流動室3の後壁を貫通させてダンパ用直円筒体16に接続した状態で設けて、そのダンパ操作用シリンダ17によって、ダンパ用直円筒体16を移動操作するようにしてある。
つまり、排ガス量調節ダンパD1を、前記前後方向に沿って移動操作自在な状態で設けられて、その移動によって、一次排ガス受入口11が全開状態で二次排ガス受入口12の開口面積を調節し、且つ、二次排ガス受入口12が全閉状態で一次排ガス受入口11の開口面積を調節するダンパ用筒状体としてのダンパ用直円筒体16と、それを移動操作するダンパ操作用シリンダ17を備えて構成してある。
【0024】
又、上方の2台のバーナユニットBuにおいては、軸芯方向の長さが直円筒体5の鍔5fと先拡がり内円筒体6の鍔6fとの間隔と同一又はそれよりもやや長いダンパ用直円筒体18を、直円筒体5の鍔5fに外嵌してそれと摺接する状態で前記前後方向に移動操作自在に支持させて設けてある。
又、ダンパ操作用シリンダ19を、そのロッド部を排ガス流動室3の後壁を貫通させてダンパ用直円筒体18に接続した状態で設けて、そのダンパ操作用シリンダ19によって、ダンパ用直円筒体18を移動操作するようにしてある。
つまり、二次排ガス受入口開閉ダンパD2は、ダンパ用直円筒体18とダンパ操作用シリンダ19とを備えて構成してある。
【0025】
更に、排ガス流動室3に空気を供給するように、ブロア21を排ガス流動室3に接続し、排ガス供給路52から排ガス流動室3への排ガスの供給量を調節する排ガス用元ダンパD3、及び、ブロア21から排ガス流動室3への空気の供給量を調節する空気用ダンパD4を設けてある。空気用ダンパD4が全閉状態で排ガス用元ダンパD3を開くことにより、排ガス流動室3に排ガスを供給する状態となり、排ガス用元ダンパD3が全閉状態で空気用ダンパD4を開くことにより、排ガス流動室3に空気を供給する状態となる。
【0026】
又、図7に示すように、熱需要部の負荷を検出する負荷検出手段(例えば、図7に示すように、熱需要部がボイラ45のときは圧力センサG)の検出情報、及び、操作盤(図示せず)からの各種制御情報が入力されて、それらの情報に基づいて、開閉弁V1、燃料ガス量調節弁V2、排ガス量調節ダンパD1、二次排ガス受入口開閉ダンパD2、排ガス用元ダンパD3、空気用ダンパD4及びブロア21の作動を制御する制御装置22を設けてある。
【0027】
次に、図3ないし図6、及び、図8を参照にして、制御装置22の制御作動を説明する。
尚、図3ないし図6は、各バーナユニットBuの作動状態が分かりやすいように4台のバーナユニットBuを平面的に示したものである。図中において、燃料ガスの流れを破線矢印にて、排ガスの流れを実線矢印にて、空気の流れを一点鎖線矢印にて夫々示し、又、Fは火炎を示す。
図8は、熱需要部の負荷に応じて燃焼量を調節する場合の制御例の一例を示し、本実施形態においては、負荷に応じて、4台のバーナユニットBu全てを燃焼させる状態(4台燃焼状態)、下方の2台のバーナユニットBuを燃焼させる状態(2台燃焼状態)、及び、下方の2台のバーナユニットBuのうちの1台のみを燃焼させる状態(1台燃焼状態)とに切り換えるとともに、各燃焼状態において燃料ガス供給量を調節することにより、燃焼量を調節する。
1台燃焼状態から2台燃焼状態に切り換えるための負荷を第1設定値S1(例えば、最大負荷に対して15%程度)、2台燃焼状態から4台燃焼状態に切り換えるための負荷を第2設定値S2(例えば、最大負荷に対して40%程度)として夫々予め設定してある。
【0028】
操作盤から、燃料ガスを排ガスにより燃焼させる排ガス燃焼状態が指令されると、排ガス流動室3に排ガスを供給する状態に排ガス用元ダンパD3及び空気用ダンパD4を切り換え(図3ないし図5参照)、燃料ガスを空気により燃焼させる空気燃焼状態が指令されると、排ガス流動室3に空気を供給する状態に排ガス用元ダンパD3及び空気用ダンパD4を切り換える(図6参照)。
【0029】
先ず、排ガス燃焼状態が指令されたときの制御作動について説明する。
負荷検出情報が第2設定値S2以上のときは、図3に示すように、4台のバーナユニットBu全ての開閉弁V1を開状態とし、2台の排ガス量調節ダンパD1の両方を一次排ガス受入口11及び二次排ガス受入口12が全開の状態(以下、全開状態と略記する)となるように作動し、2台の二次排ガス受入口開閉ダンパD2の両方を二次排ガス受入口12を開く状態に作動する。
並びに、負荷検出情報に応じて、燃焼量を調節すべく、4台のバーナユニットBu全ての燃料ガス量調節弁V2を調節する。
従って、4台のバーナユニットBu全てが安定燃焼する。
【0030】
負荷検出情報が第1設定値S1以上で第2設定値S2未満のときは、図4に示すように、上方の2台のバーナユニットBuの開閉弁V1を閉状態とし、下方の2台のバーナユニットBuの開閉弁V1を開状態とし、2台の排ガス量調節ダンパD1の両方を全開状態となるように作動し、2台の二次排ガス受入口開閉ダンパD2の両方を二次排ガス受入口12を開く状態に作動する。
並びに、負荷検出情報に応じて燃焼量を調節すべく、下方の2台のバーナユニットの燃料ガス量調節弁V2を調節する。
従って、下方の2台のバーナユニットBuが安定燃焼し、上方の2台のバーナユニットBuは消火するが、消火中の上方の2台のバーナユニットBuにも、燃焼中の下方の2台のバーナユニットBuと同様に排ガスが供給される。
【0031】
負荷検出情報が第1設定値S1未満のときは、図5に示すように、上方の2台のバーナユニットBuの開閉弁V1を閉状態とし、下方の2台のうちの一方のバーナユニットBuの開閉弁V1を閉状態とし、他方のバーナユニットBuの開閉弁V1を開状態とする。
並びに、2台の二次排ガス受入口開閉ダンパD2の両方を二次排ガス受入口12を全開する状態に作動し、開閉弁V1を閉状態とした方の下方のバーナユニットBuの排ガス量調節ダンパD1を全開状態となるように作動する。
並びに、負荷検出情報に応じて燃焼量を調節すべく、開閉弁V1を開状態とした方の下方のバーナユニットBuの燃料ガス量調節弁V2を調節するとともに、排ガス量が燃料ガス量に応じた量になるように、排ガス量調節ダンパD1を調節する。
この場合、排ガス量調節ダンパD1により、一次排ガス受入口11が全開状態で二次排ガス受入口12の開口面積を調節し、更に、二次排ガス受入口12が全閉状態で一次排ガス受入口11の開口面積を調節することにより、燃料ガス量が少なくなるに応じて排ガス量が少なくなるように調節する。
従って、下方の2台のうちの一方のバーナユニットBuだけが燃焼し、下方の2台のうちの他方のバーナユニットBu及び、上方の2台のバーナユニットBuは消火するが、排ガス供給部Seからの排ガスのうち、燃焼中のバーナユニットBuに供給された残りの全量が消火中の3台のバーナユニットBuに分配供給される。
燃焼中の1台のバーナユニットBuは、燃焼量が少なくなっても、燃料ガス量に応じた量の排ガスが供給されるので、安定燃焼する。
【0032】
空気燃焼状態が指令されると、排ガス流動室3にブロア21からの空気を供給する状態に排ガス用元ダンパD3及び空気用ダンパD4を切り換えるとともに、ブロア21を作動させる。
並びに、4台のバーナユニットBu全ての開閉弁V1を開状態とし、2台の排ガス量調節ダンパD1の両方を二次排ガス受入口11が全閉で一次排ガス受入口12が全開となるように作動し、2台の二次排ガス受入口開閉ダンパD2の両方を二次排ガス受入口を閉じる状態に作動する。
従って、4台のバーナユニットBu全てが燃焼するが、燃焼用の空気は、一次排ガス吐出口8のみから吐出される。
空気燃焼状態において、上述のように制御するのは、以下の理由による。
即ち、空気の酸素含有率が排ガスよりも大きいので、燃焼量が同じでも、空気燃焼状態における空気供給量が排ガス燃焼状態における排ガス供給量よりも少なくなる。そこで、各バーナユニットBuを安定燃焼させるために、二次排ガス受入口12を閉じて、バーナ差圧を適性に維持するようにしている。
【0033】
図9に、従来のバーナにおいて、熱需要部の負荷に応じて燃焼量を調節する場合の制御例の一例を示す。図9に示すように、従来のバーナではターンダウン比が1対3程度であるが、図8に示すように、本発明のバーナではターンダウン比が1対10程度となり、本発明によれば、ターンダウン比を大きくすることができることが分かる。
【0034】
次に、図7に基づいて、上述のように構成したバーナBをガスタービンの排ガスにより燃焼させてその燃焼熱により熱需要部としての排熱ボイラを加熱するように構成したコージェネレーションシステムについて説明する。
コージェネレーションシステムは、燃料ガス供給路55からの燃料ガスを燃焼させる燃焼器41と、その燃焼器41からの熱風により駆動されるガスタービン42と、そのガスタービン42に連動連結されて加圧空気を燃焼器41に供給する圧縮器43と、ガスタービン42に連動連結された発電機44と、本発明によるバーナBを熱源とする排熱ボイラ45と、その排熱ボイラ45からの排ガスを排出する煙突46を主な構成要素として構成してある。
排熱ボイラ45は、バーナBの燃焼室Rを形成する炉壁47と、燃焼室R内に夫々配置した第1熱交換器48及び第2熱交換器49と、貯湯タンク50を主な構成要素として構成し、第1熱交換器48及び第2熱交換器49は、バーナBによって加熱される。
第1熱交換器48の入口部に給水路51を接続し、第1熱交換器48の出口部を貯湯タンク50に接続するとともに、貯湯タンク50と第2熱交換器49とを貯湯タンク50内の湯を第2熱交換器49に循環させるように接続してある。
つまり、給水路51からの水を第1熱交換器48にて加熱して貯湯タンク50に供給し、貯湯タンク50内の湯を第2熱交換器49に循環させて加熱するようにしてある。
【0035】
ガスタービン42の排ガスは排ガス路52を通じてバーナBに供給する。
その排ガス路52に第3熱交換器53を介装し、その第3熱交換器53において、ガスタービン42の排ガスによって、貯湯タンク50から蒸気路54にて送られてくる飽和蒸気を過熱し、その過熱蒸気を蒸気路54を通じて燃焼器41に供給する。
【0036】
排熱ボイラ45の負荷を検出する圧力センサGを設け、その圧力センサGをバーナBの制御装置22に接続して、圧力センサGの検出情報が制御装置22に入力されるようにしてある。
【0037】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
(イ) バーナユニットBuの設置台数は、上記の実施形態において例示した4台に限定されるものではなく、適宜設定可能である。
複数のバーナユニットBuの配置形態は、上記の実施形態において例示した形態に限定されるものではなく、適宜設定可能であり、例えば、環状でもよい。
又、各バーナユニットBuを設置する際の火炎の形成方向も変更可能であり、上向きでもよい。
【0038】
(ロ) 上記の実施形態においては、燃料ガス供給管Sgからの燃料ガスの供給を断続する燃料ガス断続手段としての開閉弁V1を、複数のバーナユニットBuの全てに対して設ける場合について例示した。これに代えて、複数のバーナユニットBuのうち、燃焼量の調節のために消火対象となる一部のバーナユニットBuのみに対して設けてもよい。
尚、バーナBの燃焼を停止させるとき等のように、全てのバーナユニットBuに対する燃料ガス供給を停止させるときは、燃料ガス供給管Sgに介装した元開閉弁(図示せず)を閉じることになる。
【0039】
又、上記の実施形態においては、燃料ガス供給管Sgからの燃料ガスの供給量を調節する燃料ガス量調節手段としての燃料ガス量調節弁V2を、複数のバーナユニットBuの全てに対して設ける場合について例示した。これに代えて、複数のバーナユニットBuのうち、燃焼量の調節のために消火対象となる一部のバーナユニットBuに対しては、設けなくてもよい。
【0040】
(ハ) 上方の2台のバーナユニットBuに対して設ける二次排ガス受入口開閉ダンパD2を、排ガス量調節ダンパD1と同様の構成としてもよい。
【0041】
(ニ) 燃焼量を調節するための制御装置22の制御作動は、上記の実施形態において例示したものに限定されるものではなく、種々変更可能である。
例えば、複数のバーナユニットBuにうち、どの位置のものを消火させるかは適宜変更可能である。
【0042】
又、上記の実施形態において、複数のバーナユニットBuのうち、消火させるバーナユニットBuの台数も適宜設定可能である、例えば、上記の実施形態では、4台燃焼状態、2台燃焼状態及び1台燃焼状態の3段階に切り換えたが、3台燃焼状態も含めて4段階に切り換えてもよい。この場合、ターンダウン比を更に大きくすることができるとともに、燃焼量の調節をきめ細かく行うことができる。又、2台燃焼状態と1台燃焼状態のいずれかを省略して2段階に切り換えてもよい。
尚、このように、消火させるバーナユニットBuの台数を変更することにより燃焼状態を切り換える際の段階数は、バーナユニットBuの設置台数に応じて適宜設定することができる。
【0043】
又、上記の実施形態において、2台燃焼状態においても、負荷検出情報に応じて調節される燃料ガス量に応じて、排ガス量調節ダンパD1により排ガス量を調節してもよい。
【0044】
(ホ) 上記の実施形態においては、ブロア21を設けて、排ガスにて代えて空気によっても燃焼可能なように構成して、排ガス燃焼状態と空気燃焼状態とに切り換え可能なように構成する場合について例示したが、ブロア21を省略して、排ガス燃焼状態のみ実行できるようにしてもよい。
【0045】
(ヘ) 排ガス量調節ダンパD1の具体構成は、上記の実施形態において例示した構成に限定されるものではない。例えば、一次低酸素含有ガス供給量調節用のダンパ、及び、二次低酸素含有ガス供給量調節用のダンパを各別に設けてもよいが、構成を簡略化するうえでは、上記の実施形態において例示した構成が好ましい。
【0046】
(ト) 上記の実施形態においては、バーナユニットBuを、ガスノズル13から吐出される燃料ガスを一次排ガス吐出口8から吐出される一次排ガス及び二次排ガス吐出口10から吐出される二次排ガスの夫々により燃焼させるように構成する場合について例示した。
これに代えて、二次排ガスを吐出する構成を省略して、一次排ガス吐出口8からの排ガスのみで燃焼させるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】バーナの縦断側面図
【図2】バーナの正面図
【図3】燃焼状態の切り換えを説明する図
【図4】燃焼状態の切り換えを説明する図
【図5】燃焼状態の切り換えを説明する図
【図6】燃焼状態の切り換えを説明する図
【図7】バーナの制御構成及びバーナを用いたコージェネレーションシステムの全体構成を示すブロック図
【図8】本発明におけるバーナの燃焼量の制御例を示す図
【図9】従来のバーナにおける燃焼量の制御例を示す図
【符号の説明】
6 内筒状体
7 一次低酸素含有ガス流路
8 一次低酸素含有ガス吐出部
9 二次低酸素含有ガス流路
10 二次低酸素含有ガス吐出部
11 一次低酸素含有ガス受入口
12 二次低酸素含有ガス受入口
13 燃料ガス吐出部
16 ダンパ用筒状体
21 送風手段
Bu バーナユニット
D1 低酸素含有ガス量調節手段
P 外筒状体
R 燃焼空間
Se 低酸素含有ガス供給部
Sg 燃料ガス供給部
V1 燃料ガス断続手段
V2 燃料ガス量調節手段
Claims (6)
- 燃料ガス供給部から燃焼空間に供給される燃料ガスを、低酸素含有ガス供給部から供給される酸素含有率が空気よりも小さい低酸素含有ガスにより燃焼させるバーナであって、
前記燃料ガス供給部及び前記低酸素含有ガス供給部夫々に接続されるバーナユニットが複数設けられ、
前記複数のバーナユニットのうちの全て又は一部に対して、低酸素含有ガスの供給を継続した状態で前記燃料ガス供給部からの燃料ガスの供給を断続する燃料ガス断続手段が設けられているバーナ。 - 前記複数のバーナユニットのうち、前記燃料ガス断続手段が設けられたもの以外の全て又は一部に対して、前記燃料ガス供給部からの燃料ガスの供給量を調節する燃料ガス量調節手段、及び、前記低酸素含有ガス供給部からの低酸素含有ガスの供給量を調節する低酸素含有ガス量調節手段が設けられている請求項1記載のバーナ。
- 前記燃料ガス供給部から供給される燃料ガスを燃焼させるように、前記複数のバーナユニット夫々に空気を供給する送風手段が設けられている請求項1又は2記載のバーナ。
- 前記バーナユニットに、前記燃料ガス供給部から供給される燃料ガスを前記燃焼空間に吐出する燃料ガス吐出部と、
前記低酸素含有ガス供給部から供給される低酸素含有ガスを、前記燃料ガス吐出部から吐出される燃料ガスに混合させるように吐出する一次低酸素含有ガス吐出部と、
前記低酸素含有ガス供給部から供給される低酸素含有ガスを、前記燃料ガス吐出部からの燃料ガスが前記一次低酸素含有ガス吐出部からの低酸素含有ガスにより燃焼して形成される火炎に対して吐出する二次低酸素含有ガス吐出部が設けられている請求項2記載のバーナ。 - 前記バーナユニットに、外筒状体及び内筒状体が、夫々の軸芯方向を同方向に向けて前記内筒状体を前記外筒状体の内部に位置させ、且つ、夫々の先端を前記軸芯方向において同じ又は略同じ位置に位置させた状態で設けられ、
前記内筒状体の内部を前記低酸素含有ガス供給部からの低酸素含有ガスを通流させる一次低酸素含有ガス流路として、先端開口部を前記一次低酸素含有ガス吐出部として夫々機能させ、
前記内筒状体と前記外筒状体との間を前記低酸素含有ガス供給部からの低酸素含有ガスを通流させる二次低酸素含有ガス流路として、前記内筒状体の先端開口縁と前記外筒状体の先端開口縁との間を前記二次低酸素含有ガス吐出部として夫々機能させ、
前記燃料ガス吐出部が、前記軸芯方向視で前記一次低酸素含有ガス吐出部の内方に位置し、且つ、前記軸芯方向において前記一次低酸素含有ガス吐出部と同じ又は略同じ位置に位置する状態で設けられている請求項4記載のバーナ。 - 前記低酸素含有ガス供給部からの低酸素含有ガスを前記一次低酸素含有ガス流路に受け入れる一次低酸素含有ガス受入口、及び、前記低酸素含有ガス供給部からの低酸素含有ガスを前記二次低酸素含有ガス流路に受け入れる二次低酸素含有ガス受入口が、夫々が前記内筒状体の径方向側に開いてその周方向に沿う状態で、前記軸芯方向に沿って並べて設けられ、
前記低酸素含有ガス量調節手段が、前記軸芯方向に沿って移動操作自在な状態で設けられて、その移動によって、前記一次低酸素含有ガス受入口が全開状態で前記二次低酸素含有ガス受入口の開口面積を調節し、且つ、前記二次低酸素含有ガス受入口が全閉状態で前記一次低酸素含有ガス受入口の開口面積を調節するダンパ用筒状体を備えて構成されている請求項5記載のバーナ。
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-
1998
- 1998-05-28 JP JP14733298A patent/JP3883290B2/ja not_active Expired - Lifetime
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