JP4052640B2 - Burner to prevent unevenness of flame - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、火炎の偏りを防止するバーナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ボイラの中央部に設けた燃焼室を、環状に配置した水管で取り囲み、燃焼室の上部中央に段階的に燃焼量を切り換えるバーナを設けておき、蒸気必要量に応じて燃焼制御を行っているボイラが広く普及している。該ボイラの概要を図4に示す。油バーナで3位置燃焼制御を行う場合、バーナ内に低燃焼用ノズル4と高燃焼用ノズル5を設けておき、低燃焼時には低燃焼用ノズル4からのみ燃料の噴霧を行い、高燃焼時には低燃焼用ノズル4と高燃焼用ノズル5の両方から燃料の噴霧を行うことで、燃焼量を調節する。また、燃焼用空気供給量も燃焼量に合わせて調節しており、バーナ1の周縁部に設けた燃焼用空気噴出口7から供給する燃焼用空気量は、低燃焼時には少なくし、高燃焼時には多くする。低燃焼用ノズル4及び高燃焼用ノズル5は、燃焼室6へ向けて末広がりに燃料を噴霧するものであり、微粒子の状態になった燃料は、燃焼用空気噴出口7から直下方向へ噴出している燃焼用空気と混合して燃焼する。
【0003】
低燃焼用ノズル4と高燃焼用ノズル5を持つバーナでは、低燃焼用ノズル4と高燃焼用ノズル5を1つのノズルアダプタ8に並べて設置しておき、低燃焼用ノズル4と高燃焼用ノズル5の中点が燃焼室6の中心軸に重なるように配置する。バーナ1の中心軸が燃焼室の中心軸と重なるように配置することで、低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルは燃焼室中心軸から同じ距離だけ離れることになる。ノズルと燃焼用空気噴出口7の間隔を広く取ることによって、燃料と燃焼用空気が混合する位置を下流側に移行させたバーナでは、燃料と燃焼用空気が混合するまでは空気不足による不完全燃焼となり、混合した以降に完全燃焼となる二段燃焼の効果によってNOx発生量を削減することができる。
【0004】
しかし、燃料と燃焼用空気の混合位置を下流側へ移行させたバーナでは、燃焼用空気噴出口から燃料と空気の混合位置までの距離がバーナ内の場所によって異なっていると、燃料と空気の混合位置までの距離が短い側で先に燃焼し、先に燃料と空気が混合する側に火炎が偏るという問題がある。燃焼用空気噴出口7はバーナ中心軸を円心とした円周上に配置し、低燃焼用ノズル4はバーナ中心軸からある距離分外れた位置に設けた場合、図4における右側の燃焼用空気噴出口7と低燃焼用ノズル4間の距離は、左側の燃焼用空気噴出口7と低燃焼用ノズル4間の距離よりも、低燃焼用ノズル4がバーナ中心軸から離れている距離の2倍分だけ短くなる。低燃焼用ノズル4は円錐状に燃料を噴霧するものであるため、低燃焼の場合には燃焼室内右側で燃料と燃焼用空気が混合する位置と、燃焼室内左側で燃料と燃焼用空気が混合する位置では、燃焼用空気噴出口先端からの距離に差が生じる。燃焼室内右側では早い段階で燃焼が進み、燃焼室内左側では燃焼が遅れるため、燃焼の早い燃焼室内右側では燃焼量が多くなって右方向への火炎の広がりは大きくなり、燃焼の遅れる燃焼室内左側での燃焼量は少なくなるために左方向への火炎の広がりは少なくなる。燃焼室内で火炎の偏りが発生すると、火炎が燃焼室壁面10に接触することになり、燃焼室壁面10では火炎による過熱や燃焼しきれなかった燃料の付着が発生し、さらに燃焼が不完全となるなどの悪影響を及ぼすことになっていた。
【0005】
そのため、特願2002-104609に記載している通り、低燃焼用ノズルを燃焼室の中心軸に近付けることで、火炎の偏りを防止することが考えられた。しかしこの場合でも、高燃焼用ノズルから噴霧した燃料と燃焼用空気の混合位置までの距離の差をなくすことはできなかった。そのため、ターンダウンを大きくし、低燃焼用ノズルと高燃焼用ノズルの燃料噴霧量の差を大きくしたバーナの場合、高燃焼時に火炎の偏りが発生し、火炎が燃焼室壁面に接触することがあった。
【0006】
【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、油燃料噴霧式のバーナにおいて、火炎の偏りをなくし、火炎が燃焼室壁面に接触することを防止することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、略円筒形の燃焼室上部に設けたバーナによって燃焼室内に火炎を発生させる構成であり、バーナは燃焼室内へ向けて末広がりに液体の燃料を噴霧するノズルを複数個設置し、バーナの周縁部には燃焼室内へ燃焼用空気を噴出する燃焼用空気噴出口を設けており、低燃焼時には低燃焼用ノズルのみから噴霧した燃料と燃焼用空気を混合して燃焼を行い、高燃焼時には複数のノズルから噴霧した燃料と燃焼用空気を混合して燃焼を行うバーナであって、前記低燃焼用ノズルは燃焼室中心軸方向へ傾斜させて設けており、前記ノズルの傾斜角度は、ノズルから円錐状に噴霧している燃料と、バーナ周縁部に設けている燃焼用空気噴出口から直下方向に噴射している燃焼用空気の混合点が、ノズルに近い側における燃焼用空気噴出口と、ノズルから遠い側における燃焼用空気噴出口で、燃焼用空気噴出口先端からの距離がほぼ等しくなるように設定していることを特徴とする火炎の偏りを防止するバーナである。
【0008】
請求項2に記載の発明は、前記の火炎の偏りを防止するバーナにおいて、複数個設置しているノズルは、それぞれ燃焼室中心軸方向へ傾斜させて設けたことを特徴とする火炎の偏りを防止するバーナである。
【0010】
本発明によれば、ノズルから噴霧する燃料の噴霧方向は、燃焼室の中心軸側へ傾いているため、ノズルから遠い側の燃焼用空気噴出口から噴出した空気流に対する燃料の進入角度は、ノズルを垂直に設けていた場合の角度よりも深くなり、逆にノズルに近い側の燃焼用空気噴出口から噴出した空気流に対する燃料の進入角度は、ノズルを垂直に設けていた場合よりも浅くなる。つまり、ノズルから遠い側の燃焼用空気噴出口から噴出する空気流と噴霧燃料の混合位置は、バーナ先端に近づく方向に変化し、ノズルに近い側の燃焼用空気噴出口から噴出する空気流と噴霧燃料の混合位置は、バーナ先端から遠ざかる方向に変化する。バーナ先端から燃料と燃焼用空気が混合する位置までの距離の差をなくすことで、火炎が一方へ大きく広がることがなくなり、火炎が燃焼室壁面に接触することがなくなる。
【0011】
【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はボイラの一部断面図、図2は図1のバーナ部分を抜き出した一部断面斜視図、図3は図2の底面図である。ボイラは、中央に燃焼室6を持ち、燃焼室6の周囲を多数の水管からなる環状の燃焼室壁面10によって囲む。燃焼室6は略円筒形状であって、燃焼室6の上部にバーナ1を設けている。バーナ1は燃焼室6に向けて下向きに火炎を発生するものであり、バーナ1には内筒2と外筒3からなる2重の円筒と、内筒2内に低燃焼用ノズル4及び高燃焼用ノズル5を設けている。内筒2と外筒3は同心の円筒であり、内筒2と外筒3の先端に燃焼用空気噴出口7を設けたディフューザを設ける。燃焼用空気噴出口7はバーナ中心軸上に円心を持った円周上に当たる位置に等間隔で配置し、燃焼用空気噴出口7から直下方向へ燃焼用空気を噴出する。
【0012】
バーナ1は燃焼室上部の中央に設けており、燃焼室の中心軸とバーナの中心軸が重なるように設置する。内筒2内には、ノズルアダプタ8を設け、ノズルアダプタ8に低燃焼用ノズル4と高燃焼用ノズル5を並べて設置する。ノズルアダプタ8の底面は、中央が凹となるように傾斜を設けており、傾斜面に対して垂直にねじ切りすることで、低燃焼用ノズル4及び高燃焼用ノズル5が燃焼室の中心軸方向へ傾斜するようにしておく。
【0013】
バーナは、高燃焼・低燃焼・停止の3位置で燃焼を制御するものであり、低燃焼の場合は低燃焼用ノズル4へのみ燃料を供給することで低燃焼用ノズル4からのみ燃料を噴霧し、高燃焼の場合は低燃焼用ノズル4と高燃焼用ノズル5へ燃料を供給することで、低燃焼用ノズル4と高燃焼用ノズル5の両方から燃料を噴霧する。また、燃焼用空気の供給量も燃焼量に合わせて調節する。
【0014】
低燃焼用ノズル4及び高燃焼用ノズル5は、垂直から燃焼室中心軸方向へ傾斜させて設置しているため、低燃焼用ノズル4及び高燃焼用ノズル5から噴霧する燃料は、ノズルを傾斜させている分だけ、中心軸方向へ向けて噴霧することになる。低燃焼用ノズル4から噴霧した燃料は、低燃焼用ノズル4から末広がりの円錐状に広がるが、燃料噴霧方向を傾けているため、低燃焼用ノズル4から遠い側の燃焼用空気噴出口から噴出した空気流に対する噴霧燃料の進入角度は、ノズルを垂直に設けていた場合よりも深くなり、逆に低燃焼用ノズル4に近い側の燃焼用空気噴出口から噴出した空気流に対する噴霧燃料の進入角度は、ノズルを垂直に設けていた場合よりも浅くなる。空気流に向かう燃料の進入角度が深くなれば、燃料と空気流の混合位置がバーナ先端に近づく方向へ変化することになり、逆に浅くなれば燃料と空気流の混合位置がバーナ先端から遠ざかる方向に変化することになる。バーナ先端から燃料と燃焼用空気が混合する位置までの距離の差をなくすことができ、火炎が一方へ大きく広がることがなくなるために、火炎が燃焼室壁面に接触することがなくなる。
【0015】
低燃焼用ノズル4の傾斜角度は、低燃焼用ノズル4から円錐状に噴霧している燃料と、低燃焼用ノズル4の周囲に設けている燃焼用空気噴出口7から直下方向に噴射している燃焼用空気の混合点が、低燃焼用ノズル4に近い側における燃焼用空気噴出口7と、低燃焼用ノズル4から遠い側における燃焼用空気噴出口7で、燃焼用空気噴出口先端からの距離がほぼ等しくなるように設定することで、バーナ内での場所によって、燃料と空気の混合位置までの距離の差ができないようにする。
【0016】
バーナ周縁部の燃焼用空気噴出口7からは、燃焼用空気を真下方向へ噴出するため、燃料と燃焼用空気は燃焼用空気噴出口7の下方であって、燃焼用空気噴出口先端から少し離れた位置で混合する。低燃焼用ノズル4から直下方向の円錐状に燃料を噴霧していた場合、低燃焼用ノズル4と燃焼用空気噴出口7の距離が遠ざかるほど、燃料と空気の混合場所はバーナ先端から遠くなるため、バーナ先端から燃料と燃焼用空気が混合する位置までの距離の差が大きくなり、火炎が一方へ大きく広がることになっていた。しかし、ノズルを傾斜させたことで、各燃焼用空気噴出口7の先端から燃料と燃焼用空気が混合する位置までの距離の差を小さくすることができる。円錐形に噴霧していた燃料が、ほぼ同じ時期に燃焼を開始するようになり、一部で早く燃焼を開始することがなくなると、火炎9が一方へ大きく広がることがなくなり、火炎9が燃焼室壁面10に接触することはなくなる。
【0017】
なお、高燃焼の場合、燃焼室6へ供給する燃焼用空気供給量は低燃焼時よりも大きくなり、燃焼用空気噴出口7の開口面積は一定であるため、空気の供給量が増加した分だけ空気の流速が増加する。燃焼用空気の流速が上昇すると、燃料と燃焼用空気の混合性が向上し、燃焼の進行速度が上昇して燃焼完結までに要する時間は短くなるため、火炎の広がりは小さくなる。そのため、条件によっては低燃焼用ノズル4のみを燃焼室中心方向へ傾斜させ、高燃焼用ノズル5は垂直なままであっても、燃焼室壁面へ火炎が接触することを防止することができる。
【0018】
本実施例では、燃料を噴霧するノズルを2個としたが、3個以上であっても同様である。ノズルが2個の場合は他方のノズルへ向けて傾斜することになり、3個の場合は他方ノズルの中点方向に傾斜することになるが、燃焼室の中心軸方向へ傾斜させるという点では同じとなる。
【0019】
【発明の効果】
本発明を実施することで、火炎が燃焼室壁面に接触することがなくなり、燃焼室壁面が過熱されたり、燃焼室壁面に燃料の未燃分が付着することがなくなり、燃焼が不完全になることをもなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例におけるボイラの一部断面図
【図2】 図1のバーナ部分を抜き出した一部断面斜視図
【図3】 図2の底面図
【図4】 従来例におけるボイラの一部断面図
【符号の説明】
1 バーナ
2 内筒
3 外筒
4 低燃焼用ノズル
5 高燃焼用ノズル
6 燃焼室
7 燃焼用空気噴出口
8 ノズルアダプタ
9 火炎
10 燃焼室壁面[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a burner that prevents unevenness of flame.
[0002]
[Prior art]
A combustion chamber provided in the center of the boiler is surrounded by a water pipe arranged in an annular shape, and a burner that switches the combustion amount in stages is provided in the upper center of the combustion chamber, and combustion control is performed according to the required amount of steam. Boilers are widely used. An outline of the boiler is shown in FIG. When performing three-position combustion control with an oil burner, a low combustion nozzle 4 and a
[0003]
In the burner having the low combustion nozzle 4 and the
[0004]
However, in a burner in which the mixing position of fuel and combustion air is shifted to the downstream side, if the distance from the combustion air outlet to the mixing position of fuel and air differs depending on the location in the burner, There is a problem that the combustion is first performed on the side where the distance to the mixing position is short, and the flame is biased toward the side where the fuel and air are mixed first. When the
[0005]
Therefore, as described in Japanese Patent Application No. 2002-104609, it has been considered to prevent the unevenness of the flame by bringing the low combustion nozzle closer to the central axis of the combustion chamber. However, even in this case, the difference in distance from the high combustion nozzle to the mixing position of the fuel sprayed and the combustion air could not be eliminated. Therefore, in the case of a burner with a large turndown and a large difference in the amount of fuel spray between the low combustion nozzle and the high combustion nozzle, there is a bias of the flame during high combustion and the flame may come into contact with the combustion chamber wall surface. there were.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved by the present invention is to eliminate the bias of the flame in the oil fuel spray type burner and prevent the flame from coming into contact with the wall surface of the combustion chamber.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the burner for preventing the bias of the flame, a plurality of nozzles are provided so as to be inclined in the direction of the center axis of the combustion chamber, respectively. It is a burner to prevent.
[0010]
According to the present invention, since the spray direction of the fuel sprayed from the nozzle is inclined toward the central axis side of the combustion chamber, the fuel entry angle with respect to the air flow ejected from the combustion air outlet on the side far from the nozzle is The angle is greater than the angle when the nozzle is provided vertically, and conversely, the fuel entry angle with respect to the air flow ejected from the combustion air outlet near the nozzle is shallower than when the nozzle is provided vertically. Become. In other words, the mixing position of the air flow and the sprayed fuel ejected from the combustion air outlet far from the nozzle changes in the direction approaching the burner tip, and the air flow ejected from the combustion air jet near the nozzle The mixing position of the atomized fuel changes in a direction away from the burner tip. By eliminating the difference in the distance from the burner tip to the position where the fuel and combustion air are mixed, the flame does not spread greatly to one side, and the flame does not contact the combustion chamber wall surface.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a partial cross-sectional view of the boiler, FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view of the burner portion extracted from FIG. 1, and FIG. 3 is a bottom view of FIG. The boiler has a
[0012]
The
[0013]
The burner controls combustion at three positions of high combustion, low combustion, and stop, and in the case of low combustion, fuel is sprayed only from the low combustion nozzle 4 by supplying fuel only to the low combustion nozzle 4. In the case of high combustion, fuel is sprayed from both the low combustion nozzle 4 and the
[0014]
Since the low combustion nozzle 4 and the
[0015]
The inclination angle of the low combustion nozzle 4 is injected directly downward from the fuel sprayed in a conical shape from the low combustion nozzle 4 and from the
[0016]
Since the combustion air is ejected from the
[0017]
In the case of high combustion, the amount of combustion air supplied to the
[0018]
In this embodiment, the number of nozzles for spraying fuel is two, but the same is true for three or more nozzles. If there are two nozzles, it will incline toward the other nozzle, and if there are three nozzles, it will incline toward the middle point of the other nozzle, but in terms of inclining toward the central axis of the combustion chamber, It will be the same.
[0019]
【The invention's effect】
By implementing the present invention, the flame does not come into contact with the combustion chamber wall surface, the combustion chamber wall surface is not overheated, and the unburned portion of the fuel does not adhere to the combustion chamber wall surface, resulting in incomplete combustion. You can get rid of it.
[Brief description of the drawings]
1 is a partial cross-sectional view of a boiler in an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view of the burner portion extracted from FIG. 1. FIG. 3 is a bottom view of FIG. Partial cross-sectional view of [Symbols]
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