JP3957186B2

JP3957186B2 - Combustor windbox structure

Info

Publication number: JP3957186B2
Application number: JP2002285392A
Authority: JP
Inventors: 博史高島; 裕輔宮田
Original assignee: 株式会社サムソン
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP2004125183A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は燃焼装置のウインドボックス構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
押し込み通風による燃焼装置の場合、燃焼用空気を整流するためにバーナの上流側にウインドボックスを設けておき、ウインドボックスを通じてバーナへ燃焼用空気を供給している。ウインドボックスを設ける目的は空気流を整流することにあり、特開平２−１７６３１６号公報では、ウインドボックス内での空気による旋回があるとバーナの燃焼性能に害を与えるとして、旋回を止めるバッフルを設けることで燃焼性能を改善するということが記載されている。ところが二段燃焼と分割火炎によって火炎をリフト気味に形成するバーナにおいては、ウインドボックス内での旋回を完全に無くすることによる整流を行っても、火炎面の不安定化に起因する振動燃焼や、燃焼用空気の整流不備による火炎の偏りが発生しやすいという問題があった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−１７６３１６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、振動燃焼と火炎の偏りを防止し、燃焼の安定性を向上させることにある。
【０００５】
請求項１に記載の発明は、円筒形の燃焼筒を持ったバーナ、燃焼筒の上流側に接続したウインドボックス、ウインドボックス内へ空気を送る送風路を持ち、ウインドボックスで整流した空気を用いて燃焼を行っている燃焼装置において、ウインドボックスは前記燃焼筒より大きな径を持っている円筒形状であって、燃焼筒とは同軸としており、送風路はウインドボックスの接線方向に接続しておき、燃焼筒根元端をウインドボックス内へ延長することによってウインドボックス内を外周側の旋回室と中心側の整流室に分割し、燃焼筒内には燃焼筒と同軸な一次空気筒を設けることで、一次空気筒内を一次空気流路とするとともに、燃焼筒と一次空気筒の間を二次空気流路としており、二次空気流路内の一次空気筒表面に、二次空気流路の流路断面積を小さくする流路制限部材を設けたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例における燃焼装置の縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。バーナ部分は、中央に燃料噴射ノズル１、燃焼噴射ノズル１の周囲に円筒形の一次空気筒２、一次空気筒２のさらに外側に円筒形の燃焼筒３を設ける。一次空気筒２及び燃焼筒３の上流側には、ウインドボックスを設けておき、一次空気筒２の内側を一次空気流路４、一次空気筒２と燃焼筒３の間を二次空気流路５とする。一次空気流路４の下流側端面は、燃料噴射孔と一次空気噴出口を設けたディフューザ８で閉塞し、二次空気流路５の下流側端面には、一定の間隔を開けて配置した二次空気噴出口６を設け、二次空気噴出口６を設けている部分以外の面は閉塞する。
【０００８】
ウインドボックス部分は、燃料噴射ノズル１と同軸であって、燃焼筒３よりも径の大きな円筒であるウインドボックス周壁７を燃焼筒３の根元側に設ける。ウインドボックス周壁７は一部を切り欠いておき、送風機（図示せず）からの空気をウインドボックスへ送る送風路１０を、ウインドボックス周壁７の切り欠き部に接続する。送風路１０はウインドボックスの接線方向に接続しておき、送風路１０からの空気はウインドボックス周壁７の内面に沿って流れるようにしておく。
【０００９】
燃焼筒の根元側を、送風路１０の延長線上と重なる位置まで延長することによって、ウインドボックス内を外周側の旋回室９と中心側の整流室１２に分割する。旋回室９はウインドボックス周壁７と燃焼筒３で囲まれた円環状の空間であり、空気の旋回流を形成できるようにしておく。二次空気流路５内には一次空気筒２の表面に、二次空気流路５の流路断面積を小さくする流路制限部材１１を設ける。流路制限部材１１は円環形状であって一次空気筒２の全周に設けており、下流側に向かって二次空気流路５の流路断面積を縮小するものである。
【００１０】
燃焼装置の燃焼を行う場合、燃料噴射ノズル１から噴射する燃料と、ディフューザ８及び二次空気噴出口６から噴射する燃焼用空気を混合しながら燃焼を行う。燃焼用空気は、送風機から送風路１０を通してウインドボックス内へ供給する。送風路１０はウインドボックスの接線方向に接続しているため、送風路１０からの空気流はウインドボックス周壁７の内面に沿うことになり、また燃焼筒３を送風路１０の延長線上と重なる位置まで延長しているために、送風路１０からの空気流は燃焼筒３に対しても接線方向に衝突し、旋回室９内で旋回する旋回流１３となる。旋回室９はウインドボックス周壁７と一次空気筒２によって囲まれた空間であり、燃焼筒３の根元側はウインドボックスの天板に近い位置まで延長しているため、旋回室９に入った旋回流１３がそのまま整流室１２に入るということはなく、旋回流１３は旋回室９で滞留することになるため、旋回室９での静圧が上昇する。
【００１１】
旋回室９の旋回流１３もいずれは整流室１２に入り、バーナ下流側方向へ向かうことになる。整流室１２は、二次空気流路５と一次空気流路４からなっており、バーナ下流側方向に長く伸びているため、旋回していた空気流は徐々に軸方向の速度を増加していく。二次空気流路５には流路制限部材１１を設けて流路を制限しているため、二次空気流路５内での空気流は、燃焼筒３の内側壁面に沿った流れとなり、流路制限部材１１の前後でも圧力差が発生する。二次空気流路５の先端に達した空気は、複数設けている二次空気噴出口６に分散し、二次空気噴出口６の下流側へ分割した空気流として噴射する。また、整流室１２内に入った空気流の一部は一次空気流路４内に入り、一次空気流路４の下流側先端に設けたディフューザ８の一次空気噴出口から噴射する。
【００１２】
燃料噴射ノズル１から噴射した燃料は、まず一次空気流路４を通ってディフューザ８から噴射された一次空気と混合する。一次空気のみでは空気量が不足するために燃焼は不完全であり、その後に二次空気流路５を通って二次空気噴出口６から噴射された二次空気と混合して完全燃焼となる。二次空気は分割して供給しているため、ディフューザ８の下流側には分割した火炎１５を発生する。燃焼ガスは燃焼筒３の先端から下流方向へ高速で移動するため、燃焼筒３の先端部分では燃焼ガス循環流１４が発生し、排ガス自己再循環の作用によってＮＯｘ発生量を削減することができる。
【００１３】
空気流を旋回室９で旋回させることと、流路制限部材１１で流路を制限することで、ウインドボックス部分における静圧を確保することができ、静圧を高めたことで火炎面が安定するため、振動燃焼を無くすることができる。また、旋回室９内で旋回流１３を形成し、二次空気流路５内へは空気を旋回流入させることで、二次空気流路５内でも旋回を維持するようにしておくと、空気は燃焼筒先端に向けて周方向に均等に流入していくこととなるため、各二次空気噴出口６から噴出する燃焼用空気量を均一化することができ、流路制限部材１１によって流路を狭めたことによっても整流効果を得ることができる。整流効果を高めることで火炎の偏りをなくすことができるようになる。
【００１４】
また、燃焼筒３の先端部で発生する燃焼ガス循環流１４は高温であるため、燃焼筒３の先端部が燃焼ガス循環流１４によって加熱されることになり、燃焼筒３の高温化が燃焼筒３の寿命を短縮する原因となっていた。しかし、一次空気筒２の周囲に流路制限部材１１を設けておくと、空気流は燃焼筒３の内側壁面に沿って流れることになり、燃焼筒３の内側壁面に沿って流れる空気量を多くすることで、空気流による燃焼筒３の冷却効果を高めることができるため、燃焼筒３の温度低下によって燃焼筒３の耐久性を向上させることもできる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明を実施することで、振動燃焼や火炎の偏りをなくすことができ、さらに燃焼筒の耐久性を向上させることもできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における燃焼装置の縦断面図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【符号の説明】
１燃料噴射ノズル
２一次空気筒
３燃焼筒
４一次空気流路
５二次空気流路
６二次空気噴出口
７ウインドボックス周壁
８ディフューザ
９旋回室
１０送風路
１１流路制限部材
１２整流室
１３旋回流
１４燃焼ガス循環流
１５火炎[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a wind box structure of a combustion apparatus.
[0002]
[Prior art]
In the case of a combustion apparatus using forced draft, a wind box is provided upstream of the burner to rectify the combustion air, and the combustion air is supplied to the burner through the wind box. The purpose of providing the wind box is to rectify the air flow. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-176316, there is a baffle that stops swirling because swirling by air in the wind box will harm the combustion performance of the burner. It is described that the combustion performance is improved by providing. However, in a burner that forms a lift with a two-stage combustion and a split flame, even if rectification is performed by completely eliminating the swirl in the wind box, vibration combustion and However, there is a problem in that the bias of the flame is likely to occur due to the lack of rectification of the combustion air.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2-176316
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved by the present invention is to prevent vibration combustion and unevenness of flame and improve the stability of combustion.
[0005]
The invention described in claim 1 uses a burner having a cylindrical combustion cylinder, a wind box connected to the upstream side of the combustion cylinder, an air passage for sending air into the wind box, and air rectified by the wind box. In the combustion apparatus that performs combustion, the wind box has a cylindrical shape having a larger diameter than the combustion cylinder, is coaxial with the combustion cylinder, and the air passage is connected in the tangential direction of the wind box. By extending the root end of the combustion cylinder into the wind box, the inside of the wind box is divided into a swirl chamber on the outer peripheral side and a rectifying chamber on the center side, and a primary air cylinder coaxial with the combustion cylinder is provided in the combustion cylinder. The primary air cylinder is used as the primary air flow path, and the secondary air flow path is formed between the combustion cylinder and the primary air cylinder. The secondary air flow path is formed on the surface of the primary air cylinder in the secondary air flow path. Flow path Characterized in that a flow path limiting member to reduce the area.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a combustion apparatus in one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. The burner portion is provided with a fuel injection nozzle 1 at the center, a cylindrical primary air cylinder 2 around the combustion injection nozzle 1, and a cylindrical combustion cylinder 3 further outside the primary air cylinder 2. A wind box is provided upstream of the primary air cylinder 2 and the combustion cylinder 3, and the primary air flow path 4 is provided inside the primary air cylinder 2, and a secondary air flow path is provided between the primary air cylinder 2 and the combustion cylinder 3. 5 The downstream end face of the primary air flow path 4 is closed by a diffuser 8 provided with a fuel injection hole and a primary air jet outlet, and the downstream end face of the secondary air flow path 5 is arranged at a certain interval. The surface other than the portion where the secondary air outlet 6 is provided and the secondary air outlet 6 is provided is closed.
[0008]
The wind box portion is coaxial with the fuel injection nozzle 1 and has a wind box peripheral wall 7, which is a cylinder having a diameter larger than that of the combustion cylinder 3, provided on the base side of the combustion cylinder 3. A part of the windbox peripheral wall 7 is cut out, and a blower passage 10 for sending air from a blower (not shown) to the windbox is connected to the cutout portion of the windbox peripheral wall 7. The air passage 10 is connected in the tangential direction of the wind box, and the air from the air passage 10 is made to flow along the inner surface of the wind box peripheral wall 7.
[0009]
By extending the base side of the combustion cylinder to a position that overlaps the extension line of the air passage 10, the inside of the wind box is divided into the swirl chamber 9 on the outer peripheral side and the rectifying chamber 12 on the center side. The swirl chamber 9 is an annular space surrounded by the windbox peripheral wall 7 and the combustion cylinder 3 so that a swirl flow of air can be formed. In the secondary air flow path 5, a flow path restriction member 11 that reduces the cross-sectional area of the secondary air flow path 5 is provided on the surface of the primary air cylinder 2. The flow path restriction member 11 has an annular shape and is provided on the entire circumference of the primary air cylinder 2, and reduces the cross-sectional area of the secondary air flow path 5 toward the downstream side.
[0010]
When combustion is performed by the combustion apparatus, combustion is performed while mixing fuel injected from the fuel injection nozzle 1 and combustion air injected from the diffuser 8 and the secondary air outlet 6. Combustion air is supplied from the blower into the wind box through the air passage 10. Since the air passage 10 is connected in the tangential direction of the wind box, the air flow from the air passage 10 is along the inner surface of the wind box peripheral wall 7, and the combustion cylinder 3 overlaps the extension line of the air passage 10. Therefore, the air flow from the air passage 10 collides with the combustion cylinder 3 in the tangential direction, and becomes a swirl flow 13 swirling in the swirl chamber 9. The swirl chamber 9 is a space surrounded by the windbox peripheral wall 7 and the primary air cylinder 2, and the root side of the combustion cylinder 3 extends to a position close to the top plate of the windbox. The flow 13 does not enter the rectifying chamber 12 as it is, and the swirl flow 13 stays in the swirl chamber 9, so that the static pressure in the swirl chamber 9 increases.
[0011]
The swirl flow 13 in the swirl chamber 9 also enters the rectifying chamber 12 and travels toward the burner downstream side. The rectifying chamber 12 is composed of the secondary air flow path 5 and the primary air flow path 4 and extends long in the downstream direction of the burner. Therefore, the swirling air flow gradually increases the axial velocity. Go. Since the secondary air flow path 5 is provided with the flow path restriction member 11 to restrict the flow path, the air flow in the secondary air flow path 5 becomes a flow along the inner wall surface of the combustion cylinder 3, A pressure difference also occurs before and after the flow path restriction member 11. The air that has reached the tip of the secondary air flow path 5 is dispersed in a plurality of secondary air jets 6 and is jetted as an air stream divided downstream of the secondary air jets 6. A part of the air flow entering the rectifying chamber 12 enters the primary air flow path 4 and is ejected from a primary air outlet of the diffuser 8 provided at the downstream end of the primary air flow path 4.
[0012]
The fuel injected from the fuel injection nozzle 1 first mixes with the primary air injected from the diffuser 8 through the primary air flow path 4. Combustion is incomplete because the amount of air is insufficient with only the primary air, and after that, it is mixed with the secondary air injected from the secondary air outlet 6 through the secondary air flow path 5 to complete combustion. . Since the secondary air is divided and supplied, a divided flame 15 is generated on the downstream side of the diffuser 8. Since the combustion gas moves at high speed from the tip of the combustion cylinder 3 to the downstream direction, a combustion gas circulation flow 14 is generated at the tip of the combustion cylinder 3, and the amount of NOx generated can be reduced by the action of exhaust gas self-recirculation. .
[0013]
By making the air flow swirl in the swirl chamber 9 and restricting the flow path by the flow path restricting member 11, the static pressure in the wind box portion can be secured, and the flame surface is stabilized by increasing the static pressure. Therefore, vibration combustion can be eliminated. Further, if a swirl flow 13 is formed in the swirl chamber 9 and air is swirled into the secondary air flow path 5 to keep the swirl in the secondary air flow path 5, Will flow evenly in the circumferential direction toward the tip of the combustion cylinder, so that the amount of combustion air ejected from each secondary air outlet 6 can be made uniform, and the flow restriction member 11 A rectifying effect can also be obtained by narrowing the path. Increasing the rectification effect can eliminate the bias of the flame.
[0014]
Further, since the combustion gas circulation flow 14 generated at the tip of the combustion cylinder 3 is high in temperature, the tip of the combustion cylinder 3 is heated by the combustion gas circulation flow 14, and the high temperature of the combustion cylinder 3 is combusted. This was a cause of shortening the life of the cylinder 3. However, if the flow restricting member 11 is provided around the primary air cylinder 2, the air flow flows along the inner wall surface of the combustion cylinder 3, and the amount of air flowing along the inner wall surface of the combustion cylinder 3 is reduced. By increasing the number, the cooling effect of the combustion cylinder 3 by the air flow can be enhanced, so that the durability of the combustion cylinder 3 can be improved by the temperature drop of the combustion cylinder 3.
[0015]
【The invention's effect】
By implementing the present invention, vibration combustion and flame bias can be eliminated, and the durability of the combustion cylinder can also be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a combustion apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel injection nozzle 2 Primary air cylinder 3 Combustion cylinder 4 Primary air flow path 5 Secondary air flow path 6 Secondary air outlet 7 Wind box peripheral wall 8 Diffuser 9 Swirling chamber 10 Air flow path 11 Flow path restriction member 12 Rectification chamber 13 Swirling Stream 14 Combustion gas circulation stream 15 Flame

Claims

In a combustion device that has a burner with a cylindrical combustion cylinder, a wind box connected to the upstream side of the combustion cylinder, and an air passage that sends air into the wind box, and burns using air rectified in the wind box The wind box has a cylindrical shape having a larger diameter than the combustion cylinder, is coaxial with the combustion cylinder, the air passage is connected in the tangential direction of the wind box, and the root end of the combustion cylinder is located inside the wind box. The inside of the wind box is divided into a swirl chamber on the outer peripheral side and a rectifying chamber on the center side, and a primary air cylinder coaxial with the combustion cylinder is provided in the combustion cylinder. And a secondary air flow path between the combustion cylinder and the primary air cylinder, and a flow path that reduces the cross-sectional area of the secondary air flow path on the surface of the primary air cylinder in the secondary air flow path System Wind box structure of a combustion apparatus characterized in that a member.