JP4278311B2 - 燃焼装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素を含有する排ガスにて燃料ガスを燃焼させる燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる燃焼装置は、酸素を含有する状態で排ガス発生源から排出される排ガスを受け入れて、受け入れた排ガスにて燃料ガスを燃焼させるものであり、その燃焼熱を用いて、例えば、ボイラ等の加熱対象部を加熱するのに用いられることになる。
酸素を含む排ガスとしては、例えば、ガスタービン、ガスエンジン等の燃焼式原動機 （排ガス発生源に相当する）から排出される燃焼排ガス、塗装処理装置等の各種処理装置（排ガス発生源に相当する）から排出される臭気性排ガス等があり、排ガスが燃焼排ガスの場合は、コージェネレーションシステムの熱効率を向上させるために、燃焼装置を用いて燃焼排ガスを追焚し、排ガスが臭気性排ガスの場合は、燃焼装置を用いて臭気性排ガスを脱臭することになる。
ところで、このような燃焼装置は、加熱対象部の熱負荷の変動に応じて燃焼量を幅広く調節するのが、熱効率向上の上で好ましく、又、排ガス発生源から排出される排ガスを全量受け入れる必要がある。そして、一般的には、通常は、排ガス発生源からは、燃焼装置における最大燃焼量での燃焼を賄えるだけの量の排ガスが排出されるものである。
そこで、排ガス発生源から排出される排ガスを全量受け入れる状態で、燃焼装置を燃焼させるには、燃焼量の小さいときには、受け入れた排ガスのうち、燃焼量に応じた少量だけが火炎に供給され、燃焼量が大きくなるほど、受け入れた排ガスのうち、火炎に供給される量が燃焼量に応じて増加されるようにすることが要求されることになる。ちなみに、その際には、ＮＯｘ発生量を少なくすることも要求される。
【０００３】
これらの要求を満足するために、従来では、図８に示すように、前記排ガスを一次燃焼のための一次排ガスＥ１として吐出する一次排ガス吐出口３１の周囲に、前記排ガスを二次燃焼のための二次排ガスＥ２として吐出する環状の二次排ガス吐出口３２を、一次排ガス吐出口３１からの一次排ガス吐出方向において、一次排ガス吐出口３１と同位置に位置させ、且つ、一次排ガス吐出口３１と所定の間隔を隔てて設け、一次排ガス吐出口３１の中心（即ち、環状の二次排ガス吐出口３２の環状の中心部に相当する）にバーナノズル３３を設け、そのバーナノズル３３に、燃料ガスＧを前記一次排ガス吐出方向に対して二次排ガス吐出口３２の側に傾斜する斜め前方に噴出する燃料ガス噴出孔（図示せず）の複数を、一次排ガス吐出方向に沿う一次排ガス吐出方向視において環状に並べて形成した燃焼装置が提案されている（例えば、特開平９−７２５０４号公報参照）。
【０００４】
そして、この従来の燃焼装置では、燃焼量が小さいときは、図８の（ロ）に示すように、二次排ガス吐出口３２の前方にまで延びない小さい火炎Ｆが形成されて、バーナノズル３３から噴出される燃料ガスＧを燃焼が、主として一次排ガス吐出口３１から吐出される一次排ガスＥ１にて行われ、一方、燃焼量が大きいときは、図８の（イ）に示すように、二次排ガス吐出口３２の前方にまで延びる大きい火炎Ｆが形成されて、バーナノズル３３から噴出される燃料ガスＧの燃焼が、一次排ガス吐出口３１から吐出される一次排ガスＥ１及び二次排ガス吐出口３２から吐出される二次排ガスＥ２にて行われるようにして、燃焼量の調節範囲を広くしようとするものである。
【０００５】
つまり、火炎Ｆが形成される火炎形成方向に沿って、その火炎形成方向と交差する方向に排ガスを吐出する一次排ガス吐出口３１及び二次排ガス吐出口３２を間隔を隔てて位置させて、一次排ガス吐出口３１から吐出される一次排ガスＥ１にて、バーナノズル３３から噴出される燃料ガスＧを一次燃焼させ、その一次燃焼にて形成される火炎の二次燃焼域に対して、二次排ガス吐出口３２から二次排ガスＥ２を吐出するものである。
そして、燃焼量が大きいときには、ＮＯｘ発生量が多くなる虞があるので、バーナノズル３３から噴出される燃料ガスＧを、一次排ガスＥ１にて酸素不足状態で一次燃焼させると共に、その一次燃焼にて形成される火炎の二次燃焼域に対して、二次排ガス吐出口３２から二次排ガスＥ２を吐出して、二次燃焼させることにより、所謂、二段燃焼を行わせて、緩慢に燃焼させることにより、火炎温度を低下させて、ＮＯｘ発生量の低減を図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の燃焼装置では、火炎形成方向に沿って、その火炎形成方向と交差する方向に排ガスを吐出する一次排ガス吐出口及び二次排ガス吐出口を間隔を隔てて位置させる構成となっていることから、以下に説明する如き問題があった。
即ち、一次燃焼を安定して行わせて、その一次燃焼による火炎にて保炎作用させる必要があることから、一次排ガス吐出口は、バーナノズルに近づけて位置させることとなり、燃焼が主として一次排ガスにて行われる小燃焼量のときは、安定燃焼させることができるが、更に、大燃焼量のときにも安定燃焼させるようにするには、大燃焼量のときは火炎の長さが長くなるので、火炎が長くなっても必要な量の二次排ガスを供給するためには、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を広くする必要があり、その結果、燃焼装置が大型化するという問題が生じることになる。又、そのように、大燃焼量のときにも安定燃焼させるべく、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を広くすると、以下に説明するように、小燃焼量と大燃焼量との間の中間燃焼量のときは燃焼が不安定となるという問題も生じることになる。
即ち、燃焼量を小燃焼量から増加させていくと、火炎Ｆは、図８の（ロ）に示す状態から延びていくが、一次排ガス吐出口３１の前方を越えて、二次排ガス吐出口３２の前方に達するまでの間は、二次排ガスＥ２との接触がなく、二次排ガス吐出口３２の前方に達した途端に、二次排ガスＥ２と接触するので、その間の中間燃焼量の状態においては、燃焼が不安定となるのである。
ちなみに、一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間に、別の排ガス吐出口を設けて、その別の排ガス吐出口から、排ガスを火炎形成方向と交差する方向に吐出するようにして、中間燃焼量のときにも安定燃焼させるようにすることが想定されるが、この場合でも、燃焼装置が大型化するという問題は、残されたままである。
【０００７】
又、燃焼装置が大型化するという問題を解消すべく、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を狭くすると、燃焼量調節範囲の全域にわたって安定燃焼させるには、燃焼量調節範囲を狭くせざるを得ず、ターンダウン比を大きくするという要求を満たせるものではない。
【０００８】
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、ターンダウンを大きくすると共に低ＮＯｘ化を図りながらも、燃焼量調節範囲の全域にわたって安定燃焼させることができ、且つ、コンパクト化を図り得る燃焼装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の特徴構成は、前記排ガスを一次燃焼のための一次排ガスとして吐出する一次排ガス吐出口、及び、前記排ガスを二次燃焼のための二次排ガスとして吐出する二次排ガス吐出口が、その二次排ガス吐出口からの二次排ガス吐出方向に沿う二次排ガス吐出方向視において、前記一次排ガス吐出口を前記二次排ガス吐出口の外周を囲む環状に位置させる状態で設けられ、
前記一次排ガス吐出口にて吐出された一次排ガスに対して、燃料ガス噴出部から前記燃料ガスを噴出して、前記二次排ガス吐出方向に沿う火炎を形成するように構成され、且つ、前記二次排ガスが前記火炎の二次燃焼域に供給されるように構成されていることにある。
請求項１に記載の特徴構成によれば、燃料ガス噴出部から噴出される燃料ガスと、一次排ガス吐出口から吐出される一次排ガスにより、火炎が、二次排ガス吐出口から吐出される二次排ガスの外周部に、その二次排ガス吐出口からの二次排ガス吐出方向に沿って形成され、二次排ガスは、燃料ガス噴出部からの燃料ガスが一次排ガス吐出口からの一次排ガスにより燃焼する一次燃焼域には供給されずに、その一次燃焼域にて形成される火炎の二次燃焼域に供給されるので、最小燃焼量から最大燃焼量にわたる燃焼量調節範囲の全域にわたって、安定して燃焼する。
つまり、燃料ガス噴出部からの燃料ガスは、一次燃焼域において、二次排ガスが供給されることが無い状態で、一次排ガス吐出口からの一次排ガスにより安定燃焼する。又、一次燃焼により、火炎が、二次排ガス吐出口から吐出される二次排ガスの外周部に、その二次排ガス吐出口からの二次排ガス吐出方向に沿って形成されることから、燃焼量に応じて火炎の長さが変化するものの、火炎の長さが変化しても、火炎の横を、その火炎の形成方向に沿って二次排ガスが流れているので、その二次排ガスの流れによって、火炎に対して、燃焼量に応じた量の二次排ガスが供給される。説明を加えると、一次燃焼域で形成される火炎の二次燃焼域の範囲は、燃焼量に応じて変化するものの、二次燃焼域は、二次排ガス吐出口から吐出される二次排ガスに沿うように存在して、その二次燃焼域の範囲は、燃焼量の変化に伴って、二次排ガス吐出口からの二次排ガス吐出方向に沿う方向に伸び縮みするように変化することとなって、二次燃焼域の範囲が変化しても、その二次燃焼域の横を、二次燃焼域の範囲が変化する方向に沿って、二次排ガスが流れるので、二次燃焼域には燃焼量に応じて過不足なく二次排ガスが供給されるのである。
もって、燃焼量が小さいときは、燃料ガス噴出部から噴出される燃料ガスの燃焼は、主として一次排ガスによる一次燃焼にて行われて、排ガスが過剰となることなく安定して行われ、燃焼量が、燃焼が主として一次燃焼にて行われる状態に相当する燃焼量よりも大きくなると、燃料ガス噴出部から噴出される燃料ガスの燃焼は、一次燃焼による安定した火炎にて保炎されながら、二次燃焼域には燃焼量に応じて過不足なく二次排ガスが供給される状態で行われて、安定して行われるので、燃焼量調節範囲の全域にわたって、安定して燃焼させることができるのである。
その際には、燃料ガス噴出部から噴出される燃料ガスを、一次排ガスにて酸素不足状態で一次燃焼させると共に、その一次燃焼にて形成される火炎の二次燃焼域に対して、二次排ガス吐出口から二次排ガスを吐出して、二次燃焼させることにより、所謂、二段燃焼を行わせて、緩慢に燃焼させることにより、火炎温度を低下させて、ＮＯｘ発生量の低減を図ることができる。
そして、二次排ガス吐出口は、一次燃焼にて形成される火炎の横に、その火炎の形成方向に沿って二次排ガスを吐出するように構成してあるので、一次燃焼域には二次排ガスを供給しないようにし、且つ、燃焼量に応じて火炎の長さが変化しても、火炎に対して必要な量の二次排ガスを供給できるようにしながらも、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を狭くすることができて、コンパクト化を図ることができる。
従って、ターンダウンを大きくすると共に低ＮＯｘ化を図りながらも、燃焼量調節範囲の全域にわたって安定燃焼させることができ、且つ、コンパクト化を図り得る燃焼装置を提供することができるようになった。
【００１０】
〔請求項２記載の発明〕
請求項２に記載の特徴構成は、前記二次排ガス吐出口が、前記燃料ガス噴出部から噴出される燃料ガスと前記一次排ガス吐出口から吐出される一次排ガスとの混合域よりも、前記二次排ガス吐出方向において下流側に位置されていることにある。
請求項２に記載の特徴構成によれば、二次排ガス吐出口が、燃料ガス噴出部から噴出される燃料ガスと一次排ガス吐出口から吐出される一次排ガスとの混合域よりも、二次排ガス吐出方向において下流側に位置されているので、二次排ガスを一次燃焼域に供給しない状態で二次燃焼域に供給するようにするにあたって、二次排ガス吐出口が、二次排ガス吐出方向において前記混合域よりも上流側に位置されている場合、あるいは、二次排ガス吐出方向において前記混合域と同位置に位置されている場合に比べて、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を狭くすることができる。
つまり、上述の請求項１に記載の特徴構成によれば、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を狭くすることができるものの、一方では、二次排ガスを一次燃焼域に供給しない状態で二次燃焼域に供給するようにするにあたっては、二次排ガス吐出方向に直交する方向において一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を広くする方が有利となるが、上述の請求項１に記載の特徴構成に合わせて、本請求項２に記載の特徴構成を実施して、二次排ガス吐出口を二次排ガス吐出方向において前記混合域よりも下流側に位置させることにより、二次排ガス吐出方向に直交する方向において一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を狭くしても、二次排ガスが一次燃焼域に供給されるのを抑制することができるので、二次排ガス吐出方向に直交する方向において一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を開けるにしても、その間隔を狭くすることができるのである。
従って、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を一層狭くしても、燃焼量調節範囲の全域にわたって安定燃焼させることができるので、燃焼装置を一層コンパクト化する上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１１】
〔請求項３記載の発明〕
請求項３に記載の特徴構成は、前記燃料ガス噴出部が、前記一次排ガス吐出口の一次排ガス吐出方向と交差する方向に向けて前記燃料ガスを噴出するように構成されていることにある。
請求項３に記載の特徴構成によれば、燃料ガス噴出部から、燃料ガスが、一次排ガス吐出口の一次排ガス吐出方向と交差する方向に向けて噴出されることから、燃料ガスと一次排ガスとの混合状態が良好になって、一次燃焼をより安定して行わせることができる。
従って、一次燃焼をより安定して行わせることができて、そのように安定して行われる一次燃焼の保炎作用により、燃焼量調節範囲を一層広くしながらも燃焼量調節範囲の全域にわたって二次燃焼も安定して行わせて、全体として安定燃焼させることができることとなり、もって、ターンダウンをより大きくする上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１２】
〔請求項４記載の発明〕
請求項４に記載の特徴構成は、前記一次排ガスを通流させる一次排ガス流路が、前記二次排ガス吐出方向視において、前記二次排ガス吐出口の外周を囲む環状に設けられ、
その一次排ガス流路内に、前記一次排ガス吐出口を形成するための切り欠き又は開口を備えて環状に形成された吐出口形成体が嵌め込まれていることにある。請求項４に記載の特徴構成によれば、一次排ガス吐出口から吐出される一次排ガス吐出流により、吐出口形成板の前方空間における一次排ガス吐出流の周囲に、負圧域が形成されることから、燃料ガス噴出部から噴出された燃料ガスの一部が、前記負圧域の誘引作用によって、吐出口形成板の側に誘引されて、その誘引燃料ガスが一次排ガス吐出口から吐出された一次排ガスに混合されて、吐出口形成板の近傍から一次燃焼が始まるので、燃料ガスは、吐出口形成板にて保炎される状態で、安定的に燃焼する。
従って、一次燃焼をより安定して行わせることができて、そのように安定して行われる一次燃焼の保炎作用により、燃焼量調節範囲を一層広くしながらも燃焼量調節範囲の全域にわたって二次燃焼も安定して行わせて、全体として安定燃焼させることができることとなり、もって、ターンダウンをより大きくする上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１３】
〔請求項５の発明〕
請求項５に記載の特徴構成は、径が互いに異なる直円筒状の外筒、中間筒及び内筒が、同軸状で且つ軸心方向に重複した状態で設けられ、
前記内筒の先端が前記二次排ガス吐出口に構成されて、その内筒の内部が、前記二次排ガスを通流させる二次排ガス流路に構成され、
前記燃料ガス噴出部に前記燃料ガスを導く燃料ガス流路が、前記中間筒と前記内筒との間に環状に形成され、
前記一次排ガス吐出口に前記一次排ガスを導く一次排ガス流路が、前記外筒と前記中間筒との間に環状に形成され、
前記燃料ガスが供給される燃料ガス室が、前記燃料ガス流路の上流側箇所において、その燃料ガス流路の環状方向の全周にわたって連通する状態で、設けられていることにある。
請求項５に記載の特徴構成によれば、二次排ガス吐出方向視において、燃料ガス流路が、二次排ガス流路の外周を囲む環状に設けられ、一次排ガス流路が、燃料ガス流路の外周を囲む環状に設けられる。そして、燃料ガス室に供給された燃料ガスは、燃料ガス流路の上流側箇所から、流路横断形状が環状の燃料ガス流路の環状方向の全周にわたって燃料ガス流路に流入し、燃料ガス流路を通流して燃料ガス噴出部から噴出され、一次排ガスは、一次排ガス流路を通流して、一次排ガス吐出口から吐出され、二次排ガスは、二次排ガス流路を通流して、二次排ガス吐出口から吐出される。そして、請求項１記載の発明と同様に、燃料ガス噴出部から噴出される燃料ガスと、一次排ガス吐出口から吐出される一次排ガスにより、火炎が、二次排ガス吐出口から吐出される二次排ガスの外周部に、その二次排ガス吐出口からの二次排ガス吐出方向に沿って形成され、二次排ガスは、燃料ガス噴出部からの燃料ガスが一次排ガス吐出口からの一次排ガスにより燃焼する一次燃焼域には供給されずに、その一次燃焼域にて形成される火炎の二次燃焼域に供給されるので、最小燃焼量から最大燃焼量にわたる燃焼量調節範囲の全域にわたって、安定して燃焼する。
つまり、燃料ガス流路は、流路横断形状が環状で、且つ、流路横断面積が軸心方向に一定になるように形成され、そのような燃料ガス流路に対して、燃料ガスが、燃料ガス室にて整圧化された後、燃料ガス流路の環状方向の全周にわたって均等に供給されることから、燃料ガスは、流路横断形状が環状の燃料ガス流路を、その環状方向の全周にわたって均等に通流するので、燃料ガス流路の流路長を短くしながらも、燃料ガスを、燃料ガス噴出部から、燃料ガス流路の環状方向に沿う方向の全周にわたって均等に噴出させるようにすることができる。
又、一次排ガス流路は、流路横断形状が環状で、且つ、流路横断面積が軸心方向に一定になるように形成されて、一次排ガスは、そのような流路横断形状が環状の一次排ガス流路を、その環状方向の全周にわたって均等に通流するので、一次排ガス流路の流路長を短くしながらも、一次排ガスを、一次排ガス吐出口から、一次排ガス流路の環状方向に沿う方向の全周にわたって均等に吐出させるようにすることができる。
もって、燃料ガス流路、一次排ガス流路及び二次排ガス流路夫々の流路長を短くしながらも、一次燃焼を、二次吐出口の外周部にて、その全周にわたって均等に行わせると共に、その一次燃焼にて形成される火炎に対して、二次吐出口から均等に二次排ガスを供給させるようにして、全体として、二次吐出口の外周部に沿う方向の全周にわたって均等に燃焼させることができる。
ちなみに、燃料ガス室を設けずに、燃料ガスを直接、流路横断形状が環状の燃料ガス流路に供給するように構成する場合は、燃料ガス流路の環状方向において、燃料ガスの流動状態にバラツキが生じ易いので、燃料ガスを、燃料ガス噴出部から、燃料ガス流路の環状方向に沿う方向の全周にわたって均等に噴出させるようにするには、燃料ガス流路の流路長を長くして、燃料ガスの流動状態のバラツキを抑制する必要があり、燃焼装置における二次排ガス吐出方向に沿う方向での長さが長くなるという欠点がある。
従って、二次排ガス吐出方向に直交する方向での長さと共に、二次排ガス吐出方向に沿う方向での長さも短くして、コンパクト化を一段と図る上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１４】
〔請求項６の発明〕
請求項６に記載の特徴構成は、前記燃料ガスを前記燃料ガス室に導入する燃料ガス導入路が、前記中間筒の軸心と同軸状に設けられていることにある。
請求項６に記載の特徴構成によれば、燃料ガスは、燃料ガス導入路を通じて、燃料ガス室において中間筒の軸心に対応する位置から、燃料ガス室に導入されることから、燃料ガスは、燃料ガス室内において、流路横断形状が環状の燃料ガス流路の環状方向に沿う方向の全周にわたって均等に分散するので、燃料ガス室の容積を小さくしながらも、燃料ガスを、流路横断形状が環状の燃料ガス流路に対して、その環状方向の全周にわたって均等に供給されるようにすることができる。
ちなみに、燃料ガス導入路を中間筒の軸心からずらした状態で設ける場合は、燃料ガス室内において、燃料ガスの整圧化を促進させるには、燃料ガス室の容積を大きくする必要がある。
従って、コンパクト化を図るべく燃料ガス室を設けるにしても、その燃料ガス室を小型化することができるので、コンパクト化を一段と図る上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１５】
〔請求項７の発明〕
請求項７に記載の特徴構成は、前記一次排ガス流路と前記二次排ガス流路とが連通するように構成され、
前記排ガスが、前記一次排ガス流路と前記二次排ガス流路のうちのいずれか一方に対して供給されるように構成されていることにある。
請求項７に記載の特徴構成によれば、一次排ガス流路及び二次排ガス流路のうちのいずれか一方に供給された排ガスは、一次排ガス流路を一次排ガスとして通流し、並びに、二次排ガス流路を二次排ガスとして通流する。
従って、排ガス供給構成を簡略化して、燃焼装置の構成を簡略化する上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１６】
〔請求項８記載の発明〕
請求項８に記載の特徴構成は、前記排ガスを前記一次排ガス吐出口と前記二次排ガス吐出口とに分配供給する分配比を調節する分配比調節手段が設けられていることにある。
請求項８に記載の特徴構成によれば、分配比調節手段により、燃焼量が小さいときは燃焼量が大きいときよりも、一次排ガス吐出口への分配供給量が少なくなるように、分配比を調節することにより、燃焼量調節範囲の下限を一層小さくしても、燃焼量が小さいときに、一次排ガス量が過剰となることなく、安定して燃焼させることができる。
従って、燃焼量調節範囲の下限を一層小さくして燃焼量調節範囲を一層広くしながらも、燃焼量調節範囲の全域にわたって安定燃焼させることができるので、ターンダウンをより大きくする上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１７】
〔請求項９記載の発明〕
請求項９に記載の特徴構成は、前記二次排ガス吐出口が円形に形成され、
その二次排ガス吐出口が、その口径に相当する距離以上、前記二次排ガス吐出方向下流側に前記燃料ガス噴出部から隔たって位置され、
前記一次排ガス吐出口が、前記二次排ガス吐出方向視にて、前記二次排ガス吐出口に隣接して設けられていることにある。
請求項９に記載の特徴構成によれば、二次排ガス吐出口が、その口径に相当する距離以上、二次排ガス吐出方向下流側に燃料ガス噴出部から隔たって位置されていることから、二次排ガス吐出方向視にて、一次排ガス吐出口が二次排ガス吐出口に隣接するように、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を狭くしても、二次排ガスが一次燃焼域に供給されないようにすることができる。
つまり、二次排ガス吐出口から吐出された二次排ガスは拡散するものの、二次排ガス吐出口を、その口径に相当する距離以上、二次排ガス吐出方向下流側に燃料ガス噴出部から隔たって位置させることにより、二次排ガス吐出方向視にて、一次排ガス吐出口が二次排ガス吐出口に隣接する状態にまで、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を狭くしても、二次排ガスが一次燃焼域に供給されないようにすることができるのである。従って、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を可及的に狭くしても、燃焼量調節範囲の全域にわたって安定燃焼させることができるので、燃焼装置をできるだけコンパクトにする上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
以下、本発明を貫流ボイラの燃焼装置に適用した場合の第１実施形態を説明する。
図１に示すように、貫流ボイラは、缶体２１の内部に多数の縦姿勢の水管２２を平面視で二重の環状に配置し、その環状水管群の中央空洞部を燃焼室２３として、燃焼装置ＢＳを、その燃焼室２３に臨ませる状態で缶体２１の上端部に設け、燃焼装置ＢＳにて、都市ガス等の燃料ガスＧを燃焼させて、その燃焼にて形成される火炎Ｆ及び発生する燃焼ガスＢにて、各水管２２に供給される水を加熱して蒸気を生成し、生成蒸気を蒸気需要先（図示せず）に供給するように構成してある。
【００１９】
燃焼装置ＢＳには、燃料ガス供給路２４を通じて燃料ガスＧを供給すると共に、その燃料ガスＧの燃焼用として、排ガス発生源の一例としてのガスタービン２５から酸素を含有する状態で排出される排ガスＥの全量を、排ガス供給路２６を通じて供給するように構成し、又、ブロア２７から空気供給路２８を通じて燃焼用空気を供給するように構成してある。尚、ガスタービン２５の運転が停止中のときに、ブロア２７により燃焼用空気を供給する。
燃料ガス供給路２４には、貫流ボイラの熱負荷に応じて、燃料ガスＧの供給量を調節する燃料ガス調節弁２９を設け、排ガス供給路２６及び空気供給路２８夫々には、開閉弁３０を設けてある。尚、詳細な説明は省略するが、熱負荷に応じた燃料ガス調節弁２９の制御は、図示しない制御装置によって自動的に行われる。
【００２０】
各環状水管群は、隣接する水管２２同士をひれ状部材３５にて接続して形成してある。そして、燃焼室２３内にて発生した燃焼ガスＢを、内側の環状水管群と外側の環状水管群との間、並びに、外側の環状水管群の外周を通流させて、排気路３６から排出させるように、燃焼ガスＢの通流経路を形成してある。
【００２１】
次に、燃焼装置ＢＳについて説明する。
図２ないし図４に示すように、本発明においては、排ガス供給路２６を通じて供給される排ガスＥを一次燃焼のための一次排ガスＥ１として吐出する一次排ガス吐出口１、及び、前記排ガスＥを二次燃焼のための二次排ガスＥ２として吐出する二次排ガス吐出口２を、その二次排ガス吐出口２からの二次排ガス吐出方向に沿う二次排ガス吐出方向視において、一次排ガス吐出口１を二次排ガス吐出口２の外周を囲む環状に位置させる状態で設け、一次排ガス吐出口１にて吐出された一次排ガスＥ１に対して、燃料ガス噴出部としての燃料ガス噴出孔３から、燃料ガス供給路２４を通じて供給される燃料ガスＧを噴出して、前記二次排ガス吐出方向に沿う火炎Ｆを形成するように構成し、且つ、二次排ガスＥ２が火炎Ｆの二次燃焼域Ｚ２に供給されるように構成してある。
【００２２】
説明を加えると、両端が開口した円筒状の燃焼筒４の内部に、円筒状の中間筒５を、その先端が燃焼筒４の先端と軸心方向において略同位置に位置する状態で、同軸心状に設け、その中間筒５の内部に、両端が開口した円筒状の内筒６を、その先端が中間筒５の先端よりも突出し、且つ、その後端が中間筒５の後端よりも突出する状態で設け、更に、中間筒５の先端及び後端夫々を、内筒６に外嵌させる状態で設けた環状の閉塞板７にて、閉塞してある。
燃焼筒４に外嵌させる挿入用開口部８ａを備えた箱状の風箱８を、挿入用開口部８ａに燃焼筒４の後端側を嵌め込んで、燃焼筒４の後端側を覆う状態で設けて、風箱８内に、内筒６及び燃焼筒４夫々の後端開口に連通する排ガス室９を形成し、更に、燃料ガス導入筒１０を、風箱８の壁部を貫通させて風箱８内に挿入した状態で、その先端側を、中間筒５の内部に連通する状態で、中間筒５の筒壁に接続してある。
【００２３】
そして、内筒６の内部を、二次排ガスＥ２を通流させる二次排ガス流路１２とし、内筒６の先端開口を、二次排ガスＥ２を吐出する二次排ガス吐出口２としてある。
又、内筒６と中間筒５との間を燃料ガスＧを通流させる燃料ガス流路１３とし、即ち、燃料ガス流路１３を、前記二次排ガス吐出方向視において、二次排ガス吐出口２の外周を囲む環状に設け、中間筒５の先端側の周壁に、燃料ガス噴出部としての１２個の燃料ガス噴出孔３を、等間隔を隔てて周方向に並べて形成してある。
又、燃焼筒４と中間筒５との間を、一次排ガスＥ１を通流させる一次排ガス流路１１とし、即ち、一次排ガス流路１１を、前記二次排ガス吐出方向視において、燃料ガス流路１３の外側に位置して、二次排ガス吐出口２の外周を囲む環状に設け、その一次排ガス流路１１内において、燃料ガス噴出孔３よりも後退させた位置に位置させて、一次排ガス吐出口１を形成するための切り欠き１４ａ及び開口１４ｂを備えて環状に形成されたバッフル板１４（吐出口形成体に相当する）を、中間筒５に外嵌させ且つ燃焼筒４に内嵌させた状態で設けてある。尚、そのバッフル板１４には、一次排ガス吐出口１を形成するための６個の切り欠き１４ａを、バッフル板１４の外周部に切り欠く状態で、等間隔を隔てて周方向に並べて形成すると共に、一次排ガス吐出口１を形成するための複数個の開口１４ｂを、バッフル板１４の全面にわたって分散させた状態で形成してある。
【００２４】
そして、上述のように構成した燃焼装置ＢＳを、内筒６の先端側を、貫流ボイラの燃焼室２３に臨ませた状態で、缶体１の上端部に設け、排ガス供給路２６及び空気供給路２８を、風箱８に形成した排ガス受入口８ｂに接続して、ガスタービン２５の運転中は、ガスタービン２５から排出される排ガスＥを、風箱８内の排ガス室９を通じて一次排ガス流路１１及び二次排ガス流路１２の夫々に供給し、並びに、燃料ガス供給路２４を燃料ガス導入筒１０に接続して、燃料ガスＧを、燃料ガス導入筒１０を通じて燃料ガス流路１３に供給するように構成してある。
【００２５】
つまり、一次排ガス吐出口１及び二次排ガス吐出口２を、前記二次排ガス吐出方向視において、一次排ガス吐出口１を二次排ガス吐出口２の外周を囲む環状に位置させる状態で設けてある。
又、バッフル板１４の前方に、中間筒５と燃焼筒４にて区画される環状の凹部を、燃料ガス噴出孔３から噴出される燃料ガスＧと一次排ガス吐出口１から吐出される一次排ガスＥ１との混合域Ｍとしてある。
又、燃料ガス噴出孔３は、一次排ガス吐出口１の一次排ガス吐出方向と直交する方向に向けて燃料ガスＧを噴出するように構成してある。
【００２６】
二次排ガス吐出口２は、燃料ガス噴出孔３から噴出される燃料ガスＧと一次排ガス吐出口１から吐出される一次排ガスＥ１との混合域Ｍよりも、前記二次排ガス吐出方向において下流側に位置させてある。
【００２７】
更に、中間筒５の内部に、内筒６を、その先端が中間筒５の先端よりも突出する状態で設けるに当たっては、内筒６の先端の口径（二次排ガス吐出口の口径に相当する）に相当する距離程度、内筒６の先端を中間筒５の先端よりも突出させてあり、もって、二次排ガス吐出口２を、その口径に相当する距離以上、前記二次排ガス吐出方向下流側に燃料ガス噴出孔３から隔たって位置させ、一次排ガス吐出口１を、前記二次排ガス吐出方向視にて、二次排ガス吐出口２に隣接して設けてある。
【００２８】
そして、一次排ガス吐出口１にて吐出された一次排ガスＥ１に対して、燃料ガス噴出孔３から燃料ガスＧを噴出して、それらを混合域Ｍにて混合させ、その混合域Ｍからその混合域Ｍの前方付近にわたる範囲の一次燃焼域Ｚ１にて一次燃焼させることにより、前記二次排ガス吐出方向に沿う火炎Ｆを形成するように構成し、且つ、二次排ガスＥ２を、火炎Ｆの延びる先の方に存在する火炎Ｆの二次燃焼域Ｚ２に供給して、二次燃焼を行わせるように構成してある。
燃料ガスＧを一次排ガスＥ１にて一次燃焼させるに当たっては、各一次排ガス吐出口１から吐出される一次排ガス吐出流により、混合域Ｍ内において、一次排ガス吐出流の周囲に、負圧域が形成されることから、燃料ガス噴出孔３から噴出された燃料ガスＧの一部が、負圧域の誘引作用によって、バッフル板１４の側に誘引されて、その誘引燃料ガスＧが一次排ガス吐出口１から吐出された一次排ガスＥ１に混合されて、バッフル板１４の近傍から一次燃焼が始まるので、燃料ガスＧを、バッフル板１４にて保炎される状態で、安定的に燃焼させることができる。
【００２９】
つまり、燃料ガス噴出孔３からの燃料ガスＧは、一次燃焼域Ｚ１において、二次排ガスＥ２が供給されることが無い状態で、一次排ガス吐出口１からの一次排ガスＥ１により安定燃焼する。又、一次燃焼により、火炎Ｆが、二次排ガス吐出口２から吐出される二次排ガスＥ２の外周部に、その二次排ガス吐出口２からの二次排ガス吐出方向に沿って形成されることから、一次燃焼域Ｚ１で形成される火炎の二次燃焼域Ｚ２の範囲は、燃焼量に応じて変化するものの、二次燃焼域Ｚ２は、二次排ガス吐出口２から吐出される二次排ガスＥ２に沿うように存在して、その二次燃焼域Ｚ２の範囲は、燃焼量の変化に伴って、二次排ガス吐出口２からの二次排ガス吐出方向に沿う方向に伸び縮みするように変化することとなって、二次燃焼域Ｚ２の範囲が変化しても、その二次燃焼域Ｚ２の横を、二次燃焼域Ｚ２の範囲が変化する方向に沿って、二次排ガスＥ２が流れるので、二次燃焼域Ｚ２には、燃焼量に応じて過不足なく二次排ガスＥ２が供給される。
【００３０】
従って、燃焼量が小さいときは、図２及び図３において一点鎖線にて示すように、燃料ガス噴出孔３から噴出される燃料ガスＧの燃焼は、主として一次排ガス吐出口１一次排ガスＥ１による一次燃焼にて行われて、排ガスが過剰となることなく安定して行われ、二次排ガスＥ２は、火炎Ｆに接触することなく、燃焼室２３内に供給される。燃焼量が、燃焼が主として一次燃焼にて行われる状態に相当する燃焼量よりも大きくなると、図３において実線にて示すように、燃料ガス噴出孔３から噴出される燃料ガスＧの燃焼は、一次燃焼による安定した火炎にて保炎されながら、二次燃焼域Ｚ２には燃焼量に応じて過不足なく二次排ガスＥ２が供給される状態で行われて、安定して行われる。もって、燃焼量調節範囲の全域にわたって、安定して燃焼させることができる。
【００３１】
尚、内筒６の先端が中間筒５よりも突出していて、その内筒６の先端突出部分が火炎Ｆに曝されるが、内筒６の内部を二次排ガスＥ２が通流していて、その二次排ガスＥ２によって内筒６が冷却されることにより、内筒６の先端突出部分の過熱を防止することができる。従って、内筒６の材料として、高価な高耐熱性材料を用いる必要がないので、コストダウンを図ることができる。
【００３２】
次に、ターンダウン比の設定例について、例えば、燃料ガスＧとして天然ガス（１３Ａ）を用い、排ガスＥの酸素含有率が２１％程度であり、燃焼装置ＢＳに受け入れる排ガスＥの総量が６６０ｍ3 （標準状態）／ｈの場合において、説明する。
【００３３】
一例として、燃焼装置ＢＳに受け入れた６６０ｍ3 （標準状態）／ｈの排ガスＥを、一次排ガス吐出口１からは３８５ｍ3 （標準状態）／ｈを吐出し、二次排ガス吐出口２からは２７５ｍ3 （標準状態）／ｈを吐出するように、一次排ガス吐出口１及び二次排ガス吐出口２に分配供給するように構成する。
そして、最大燃焼量のときの燃料ガス供給量を５０ｍ3 （標準状態）／ｈとし、最小燃焼量のときの燃料ガス供給量を１２．５ｍ3 （標準状態）／ｈとして、ターンダウン比を４：１に設定した場合、最大燃焼量のときは、一次排ガス吐出口１からの一次排ガスＥ１による一次燃焼においては、空気比はｍ＝０．５となり、二次排ガス吐出口２からの二次排ガスＥ２による二次燃焼においては、空気比はｍ＝０．７となり、最小燃焼量のときは、一次排ガス吐出口１からの一次排ガスＥ１のみによる一次燃焼にて燃焼が完了して、その一次燃焼においては、空気比はｍ＝２．０となる。
つまり、空気比ｍを２以下にして燃焼させると、安定燃焼させることができて、ＣＯの発生量を少なくすることができるので、上述のように、排ガスＥを一次排ガス吐出口１及び二次排ガス吐出口２から分配して吐出するように構成して、ターンダウン比を４：１に設定すると、最小燃焼量から最大燃焼量にわたる燃焼量調節範囲の全域にわたって、一次燃焼及び二次燃焼の両方を、空気比ｍを２以下にして行わせることができ、燃焼量調節範囲の全域にわたって安定燃焼させることができる。
【００３４】
又、他の例として、同じく燃焼装置ＢＳに受け入れた６６０ｍ3 （標準状態）／ｈの排ガスＥを、一次排ガス吐出口１からは１１０ｍ3 （標準状態）／ｈを吐出し、二次排ガス吐出口２からは５５０ｍ3 （標準状態）／ｈを吐出するように、一次排ガス吐出口１及び二次排ガス吐出口２に分配供給するように構成する。そして、最大燃焼量のときの燃料ガス供給量を５０ｍ3 （標準状態）／ｈとし、最小燃焼量のときの燃料ガス供給量を５ｍ3 （標準状態）／ｈとして、ターンダウン比を１０：１に設定した場合、最大燃焼量のときは、一次排ガス吐出口１からの一次排ガスＥ１による一次燃焼においては、空気比はｍ＝０．２となり、二次排ガス吐出口２からの二次排ガスＥ２による二次燃焼においては、空気比はｍ＝１．０となり、最小燃焼量のときは、一次排ガス吐出口１からの一次排ガスＥ１のみによる一次燃焼にて燃焼が完了して、その一次燃焼においては、空気比はｍ＝２．０となる。
つまり、上述のように、排ガスＥを一次排ガス吐出口１及び二次排ガス吐出口２から分配して吐出するように構成して、ターンダウン比を１０：１に設定すると、最小燃焼量から最大燃焼量にわたる燃焼量調節範囲の全域にわたって、一次燃焼及び二次燃焼の両方を、空気比ｍを２以下にして行わせることができ、燃焼量調節範囲の全域にわたって安定燃焼させることができる。
【００３５】
以下、本発明の第２及び第３の各実施形態を説明するが、第２及び第３の各実施形態においては、第１実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、第１実施形態と異なる構成を説明する。
【００３６】
〔第２実施形態〕
以下、本発明を貫流ボイラの燃焼装置に適用した場合の第２実施形態を説明する。
図５に示すように、第２実施形態においては、排ガス供給路２６を通じて受け入れた排ガスＥを一次排ガス吐出口１と二次排ガス吐出口２とに分配供給する分配比を調節する分配比調節手段Ｄを設けた以外は、上述の第１実施形態と同様に構成してある。
説明を加えると、風箱８の排ガス受入口８ｂを、一次排ガス受入口８ｂ1 と二次排ガス受入口８ｂ2 とに区画し、一次排ガス受入口８ｂ1 を、風箱８内の排ガス室９に連通させ、二次排ガス受入口８ｂ2 と内筒６の後端開口部とを、接続筒１５にて接続して、排ガス供給路２６を通じて受け入れた排ガスＥを一次排ガス吐出口１と二次排ガス吐出口２とに分配供給するように構成してある。
一次排ガス受入口８ｂ1 には、一次排ガス量調整用ダンパ１６を設け、二次排ガス受入口８ｂ2 には、二次排ガス量調整用ダンパ１７を設けて、それら一次排ガス量調整用ダンパ１６及び二次排ガス量調整用ダンパ１７夫々の開度調節により、排ガスＥを一次排ガス吐出口１と二次排ガス吐出口２とに分配供給する分配比を調節するようにして、分配比調節手段Ｄをそれら一次排ガス量調整用ダンパ１６及び二次排ガス量調整用ダンパ１７にて構成してある。
【００３７】
予め、燃焼量が設定燃焼量よりも小さいときの小燃焼量用分配比、及び、燃焼量が前記設定燃焼量以上のときの大燃焼量用分配比を、小燃焼量用分配比の方が大燃焼量用分配比よりも、一次排ガス吐出口１への分配供給量が少なくなるように設定してある。尚、設定燃焼量は適宜設定することができるが、例えば、最大燃焼量の５０％程度の燃焼量に設定する。大燃焼量用分配比は、例えば、上記の第１実施形態において例示した如き分配比とし、小燃焼量用分配比は、一次排ガス吐出口１への分配供給量が前記大燃焼量用分配比におけるものよりも少なくなるように設定する。
【００３８】
そして、図示しない制御装置により、一次排ガス量調整用ダンパ１６及び二次排ガス量調整用ダンパ１７を、燃焼量が前記設定燃焼量よりも小さいときは、前記分配比を前記小燃焼量用分配比にするように、燃焼量が前記設定燃焼量以上のときは、前記分配比を前記大燃焼量用分配比にするように自動制御するように構成してある。
【００３９】
従って、本第２実施形態による燃焼装置では、第１実施形態による燃焼装置よりも燃焼量調節範囲の下限を一層小さくしても、小燃焼量のときに、一次排ガス量が過剰となることなく、安定して燃焼させることができるので、第１実施形態による燃焼装置よりも、ターンダウン比を大きくすることができる。
【００４０】
〔第３実施形態〕
以下、本発明を貫流ボイラの燃焼装置に適用した場合の第３実施形態を説明する。
図６及び図７に示すように、第３実施形態においては、主として、燃料ガス室４１を設けた点で異なる以外は、第１実施形態と同様に構成してある。
【００４１】
第１実施形態と同様に、径が互いに異なる直円筒状の燃焼筒４（外筒に相当する）、中間筒５及び内筒６を、同軸状で且つ軸心方向に重複した状態で設けてあるが、第３実施形態においては、内筒６の後端を閉塞板４２にて閉塞し、中間筒５の後端に、その中間筒５と同軸状に、燃料ガス導入筒１０を連通接続し、更に、周方向に３等分した位置の夫々において、接続筒４３を、中間筒５に形成した開口部５ｗと内筒６に形成した開口部６ｗとに接続して設けて、その接続筒４３にて、燃焼筒４内と内筒６内とを連通させてある。又、中間筒５において、軸心方向で内筒６の後端よりも後端側の箇所には、複数個（例えば６個）の予混合用導入孔５ａを周方向に等間隔を隔てて並べて形成してある。
第１実施形態と同様に、中間筒５の先端を、軸心方向において燃焼筒４の先端と略同位置に位置させ、内筒６の先端を中間筒５の先端よりも突出させ、中間筒５の先端を、内筒６に外嵌させる状態で設けた環状の閉塞板７にて、閉塞してある。又、風箱８を、第１実施形態と同様に設けて、風箱８内に、燃焼筒４の後端開口に連通する排ガス室９を形成してある。
【００４２】
そして、内筒６の先端開口を二次排ガス吐出口２に構成して、内筒６の内部を、二次排ガスＥ２を通流させる二次排ガス流路１２に構成してある。
中間筒５の先端側の周壁に、第１実施形態と同様に、燃料ガス噴出部としての１２個の燃料ガス噴出孔３を、周方向に等間隔を隔てて並べて形成し、それら燃料ガス噴出孔３に燃料ガスＧを供給する燃料ガス流路１３を、中間筒５と内筒６との間に、前記二次排ガス吐出方向視において、二次排ガス吐出口２の外周を囲む環状に形成してある。
第１実施形態と同様に、複数の一次排ガス吐出口１を環状に備えて、環状に形成されたバッフル板１４を、燃料ガス噴出孔３よりも後退させた位置において、中間筒５に外嵌させ且つ燃焼筒４に内嵌させた状態で設けて、それら一次排ガス吐出口１に一次排ガスＥ１を導く一次排ガス流路１１を、燃焼筒４と中間筒５との間に、前記二次排ガス吐出方向視において、燃料ガス流路１３の外側に位置して、二次排ガス吐出口２の外周を囲む環状に設けてある。
【００４３】
中間筒５内において、内筒６の後端を閉じる閉塞板４２よりも後端側の部分を、燃料ガス室４１として機能させるように構成してある。つまり、燃料ガス室４１を、横断形状が環状の燃料ガス流路１３の上流側箇所において、その燃料ガス流路１３の環状方向の全周にわたって連通する状態で、設けてある。
燃料ガス導入筒１０内を、燃料ガスＧを燃料ガス室４１に導入する燃料ガス導入路４４として機能させて、その燃料ガス導入路４４を、中間筒５の軸心と同軸状に設けてある。
【００４４】
一次排ガス流路１１と二次排ガス流路１２とを、接続筒４３にて連通させてあり、排ガスＥを排ガス室９を通じて、燃焼筒４の後端開口から一次排ガス流路１１に供給すると、排ガスＥが接続筒４３を通じて二次排ガス流路１２にも供給されるように構成してある。又、中間筒５に形成した予混合用導入孔５ａを通じて、排ガス室９から少量の排ガスＥが予混合用として燃料ガス室４１に供給されて、燃料ガス室４１内で、燃料ガスＧに予混合されるように構成してある。ちなみに、予混合用導入孔５ａを通じて燃料ガス室４１に供給される排ガスの量は、少量であり、理論酸素量よりも少ない。
【００４５】
つまり、燃料ガスＧは、燃料ガス導入路４４を通じて、燃料ガス室４１において中間筒５の軸心（即ち、環状の燃料ガス流路１３の軸心）に対応する位置から、燃料ガス室４１に導入されることから、燃料ガスＧは、燃料ガス室４１内において、流路横断形状が環状の燃料ガス流路１３の環状方向に沿う方向の全周にわたって均等に分散すると共に、整圧化された後、燃料ガス流路１３に対して、その環状方向の全周にわたって均等に供給されて、燃料ガス流路１３を、その環状方向の全周にわたって均等に通流するので、燃料ガスＧは、環状に並ぶ１２個の燃料ガス噴出孔３から均等に噴出される。
又、一次排ガスＥ１は、流路横断形状が環状の一次排ガス流路１１を、その環状方向の全周にわたって均等に通流するので、環状に並ぶ複数の一次排ガス吐出口１から、一次排ガス流路１１の環状方向に沿う方向の全周にわたって均等に吐出される。
従って、一次燃焼が、二次吐出口２の外周部にて、その全周にわたって均等に行われると共に、その一次燃焼にて形成される火炎に対して、二次吐出口２から均等に二次排ガスＥ２が供給されるので、全体として、二次吐出口２の外周部に沿う方向の全周にわたって均等に燃焼させることができる。
【００４６】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 上記の各実施形態においては、二次排ガス吐出口２を、燃料ガスＧと一次排ガスＥ１との混合域Ｍよりも、前記二次排ガス吐出方向において下流側に位置させて設ける場合について例示したが、二次排ガス吐出口２を、前記二次排ガス吐出方向において、燃料ガスＧと一次排ガスＥ１との混合域Ｍと同位置に位置させて設けたり、燃料ガスＧと一次排ガスＥ１との混合域Ｍよりも、前記二次排ガス吐出方向において上流側に位置させて設けても良い。但し、これらの場合は、二次排ガスＥ２が、燃料ガスＧと一次排ガスＥ１との混合域Ｍに供給され易くなるので、前記二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口１と二次排ガス吐出口２との間隔を、上記の実施形態におけるよりも多少は広くする必要がある。
【００４７】
（ロ） 燃料ガス噴出孔３のガス噴出方向は、上記の各実施形態において例示した如き、一次排ガス吐出方向と直交する方向に限定されるものではなく、一次排ガス吐出方向に対して、前方に傾斜する方向や、後方に傾斜する方向でも良い。あるいは、一次排ガス吐出方向と平行な方向でも良い。
【００４８】
（ハ） 上記の各実施形態においては、バッフル板１４に、一次排ガス吐出口１を形成するための複数個の切り欠き１４ａ、及び、一次排ガス吐出口１を形成するための複数個の開口１４ｂの両方を設ける場合について例示したが、いずれか一方のみを設けても良い。尚、一次排ガス吐出口１を形成するための複数個の開口１４ｂのみを設ける場合、複数個の開口１４ｂを、等間隔を隔てて周方向に１列状に設けても良い。
（ニ） 上記の各実施形態において設けたバッフル板１４を省略しても良い。
【００４９】
（ホ） 上記の各実施形態においては、燃料ガス噴出部を、中間筒の周壁に穿設する燃料ガス噴出孔３にて構成する場合について例示したが、中間筒の周壁に、その周壁から突出する状態で設ける筒状のガスノズルにて構成しても良い。
【００５０】
（ヘ） 上記の各実施形態においては、燃料ガス噴出部を、前記二次排ガス吐出方向視において、二次排ガス吐出口２と一次排ガス吐出口１との間に位置させる場合について例示したが、燃料ガス噴出孔３を、前記二次排ガス吐出方向視において、一次排ガス吐出口１と重なる位置や、一次排ガス吐出口１の外側に位置させても良い。
【００５１】
（ト） 燃焼筒４とその内部に位置する中間筒５との配置形態として、上記の各実施形態においては、中間筒５の先端が燃焼筒４の先端と軸心方向において略同位置に位置する配置形態とする場合について例示したが、中間筒５の先端が燃焼筒４の先端よりも後退した位置に位置する配置形態としても良い。この場合、中間筒５の先端を燃焼筒４の先端よりも後退させる寸法は、中間筒５の口径以内とするのが好ましい。但し、中間筒５の先端を燃焼筒４の先端よりも後退させるに当たっては、バッフル板１４も同様に後退させるのは勿論である。
【００５２】
（チ） 上記の第２実施形態においては、一次排ガス受入口８ｂ1 に一次排ガス量調整用ダンパ１６を設け、二次排ガス受入口８ｂ2 に二次排ガス量調整用ダンパ１７を設けて、それら２個の排ガス量調整用ダンパ１６，１７にて、分配比調節手段Ｄを構成する場合について例示したが、一次排ガス受入口８ｂ1 及び二次排ガス受入口８ｂ2 のいずれか一方のみに排ガス量調整用ダンパを設けて、その１個の排ガス量調整用ダンパにて、分配比調節手段Ｄを構成しても良い。
【００５３】
（リ） 上記の第２実施形態においては、排ガスＥを一次排ガス吐出口１と二次排ガス吐出口２とに分配供給する分配比を２段階に調節する場合について例示したが、３段階以上に調節しても良い。
【００５４】
（ヌ） 上記の第３実施形態においては、排ガス供給路２６及び空気供給路２８を、風箱８に対して連通接続する場合について例示したが、排ガス供給路２６及び空気供給路２８を、内筒６に対して連通接続しても良い。あるいは、風箱８を省略して、排ガス供給路２６及び空気供給路２８を、燃焼筒４、内筒６の夫々に、各別に連通接続しても良い。
【００５５】
（ル） 上記の第３実施形態においては、１個の燃料ガス導入路４４を中間筒５の軸心 （即ち、環状の燃料ガス流路１３の軸心）と同軸状に設ける場合について例示したが、これに代えて、複数の燃料ガス導入路４４を、燃料ガス室４１における燃料ガス流路１３の環状方向に沿う方向に分散した箇所に各別に連通接続した状態で設けても良い。
【００５６】
（ヲ） 上記の第３実施形態において、予混合用導入孔５ａを省略しても良い。
（ワ） 上記の第３実施形態において、第２実施形態と同様に分配比調節手段Ｄを設けても良い。
【００５７】
（カ） 上記の各実施形態においては、酸素を含有する排ガスＥとして、ガスタービン２５からの燃焼排ガスを用いる場合について例示したが、ガスエンジンからの燃焼排ガスを用いたり、塗装処理装置等の各種処理装置から排出される臭気性排ガスを用いることができる。尚、排ガスＥの酸素含有率は、排ガスＥのみで燃料ガスＧを燃焼させることができる値（例えば、１３〜２１％）である。
又、本発明の燃焼装置により加熱する加熱対象部としては、上記の各実施形態において例示した貫流ボイラ以外に、各種形式の蒸気ボイラや温水ボイラ、あるいは、各種の炉を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る燃焼装置を設けた貫流ボイラの縦断面図
【図２】第１実施形態に係る燃焼装置の縦断面図
【図３】第１実施形態に係る燃焼装置の要部の縦断面図
【図４】第１実施形態に係る燃焼装置の底面図
【図５】第２実施形態に係る燃焼装置の縦断面図
【図６】第３実施形態に係る燃焼装置の縦断面図
【図７】図６におけるイ−イ矢視図
【図８】従来の燃焼装置の要部の縦断面図
【符号の説明】
１ 一次排ガス吐出口
２ 二次排ガス吐出口
３ 燃料ガス噴出部
４ 外筒
５ 中間筒
６ 内筒
１１ 一次排ガス流路
１２ 二次排ガス流路
１３ 燃料ガス流路
１４ 吐出口形成体
１４ａ 切り欠き
１４ｂ 開口
４１ 燃料ガス室
４４ 燃料ガス導入路
Ｄ 分配比調節手段
Ｅ 排ガス
Ｅ１ 一次排ガス
Ｅ２ 二次排ガス
Ｆ 火炎
Ｇ 燃料ガス
Ｍ 混合域
Ｚ２ 二次燃焼域
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素を含有する排ガスにて燃料ガスを燃焼させる燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる燃焼装置は、酸素を含有する状態で排ガス発生源から排出される排ガスを受け入れて、受け入れた排ガスにて燃料ガスを燃焼させるものであり、その燃焼熱を用いて、例えば、ボイラ等の加熱対象部を加熱するのに用いられることになる。
酸素を含む排ガスとしては、例えば、ガスタービン、ガスエンジン等の燃焼式原動機 （排ガス発生源に相当する）から排出される燃焼排ガス、塗装処理装置等の各種処理装置（排ガス発生源に相当する）から排出される臭気性排ガス等があり、排ガスが燃焼排ガスの場合は、コージェネレーションシステムの熱効率を向上させるために、燃焼装置を用いて燃焼排ガスを追焚し、排ガスが臭気性排ガスの場合は、燃焼装置を用いて臭気性排ガスを脱臭することになる。
ところで、このような燃焼装置は、加熱対象部の熱負荷の変動に応じて燃焼量を幅広く調節するのが、熱効率向上の上で好ましく、又、排ガス発生源から排出される排ガスを全量受け入れる必要がある。そして、一般的には、通常は、排ガス発生源からは、燃焼装置における最大燃焼量での燃焼を賄えるだけの量の排ガスが排出されるものである。
そこで、排ガス発生源から排出される排ガスを全量受け入れる状態で、燃焼装置を燃焼させるには、燃焼量の小さいときには、受け入れた排ガスのうち、燃焼量に応じた少量だけが火炎に供給され、燃焼量が大きくなるほど、受け入れた排ガスのうち、火炎に供給される量が燃焼量に応じて増加されるようにすることが要求されることになる。ちなみに、その際には、ＮＯｘ発生量を少なくすることも要求される。
【０００３】
これらの要求を満足するために、従来では、図８に示すように、前記排ガスを一次燃焼のための一次排ガスＥ１として吐出する一次排ガス吐出口３１の周囲に、前記排ガスを二次燃焼のための二次排ガスＥ２として吐出する環状の二次排ガス吐出口３２を、一次排ガス吐出口３１からの一次排ガス吐出方向において、一次排ガス吐出口３１と同位置に位置させ、且つ、一次排ガス吐出口３１と所定の間隔を隔てて設け、一次排ガス吐出口３１の中心（即ち、環状の二次排ガス吐出口３２の環状の中心部に相当する）にバーナノズル３３を設け、そのバーナノズル３３に、燃料ガスＧを前記一次排ガス吐出方向に対して二次排ガス吐出口３２の側に傾斜する斜め前方に噴出する燃料ガス噴出孔（図示せず）の複数を、一次排ガス吐出方向に沿う一次排ガス吐出方向視において環状に並べて形成した燃焼装置が提案されている（例えば、特開平９−７２５０４号公報参照）。
【０００４】
そして、この従来の燃焼装置では、燃焼量が小さいときは、図８の（ロ）に示すように、二次排ガス吐出口３２の前方にまで延びない小さい火炎Ｆが形成されて、バーナノズル３３から噴出される燃料ガスＧを燃焼が、主として一次排ガス吐出口３１から吐出される一次排ガスＥ１にて行われ、一方、燃焼量が大きいときは、図８の（イ）に示すように、二次排ガス吐出口３２の前方にまで延びる大きい火炎Ｆが形成されて、バーナノズル３３から噴出される燃料ガスＧの燃焼が、一次排ガス吐出口３１から吐出される一次排ガスＥ１及び二次排ガス吐出口３２から吐出される二次排ガスＥ２にて行われるようにして、燃焼量の調節範囲を広くしようとするものである。
【０００５】
つまり、火炎Ｆが形成される火炎形成方向に沿って、その火炎形成方向と交差する方向に排ガスを吐出する一次排ガス吐出口３１及び二次排ガス吐出口３２を間隔を隔てて位置させて、一次排ガス吐出口３１から吐出される一次排ガスＥ１にて、バーナノズル３３から噴出される燃料ガスＧを一次燃焼させ、その一次燃焼にて形成される火炎の二次燃焼域に対して、二次排ガス吐出口３２から二次排ガスＥ２を吐出するものである。
そして、燃焼量が大きいときには、ＮＯｘ発生量が多くなる虞があるので、バーナノズル３３から噴出される燃料ガスＧを、一次排ガスＥ１にて酸素不足状態で一次燃焼させると共に、その一次燃焼にて形成される火炎の二次燃焼域に対して、二次排ガス吐出口３２から二次排ガスＥ２を吐出して、二次燃焼させることにより、所謂、二段燃焼を行わせて、緩慢に燃焼させることにより、火炎温度を低下させて、ＮＯｘ発生量の低減を図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の燃焼装置では、火炎形成方向に沿って、その火炎形成方向と交差する方向に排ガスを吐出する一次排ガス吐出口及び二次排ガス吐出口を間隔を隔てて位置させる構成となっていることから、以下に説明する如き問題があった。
即ち、一次燃焼を安定して行わせて、その一次燃焼による火炎にて保炎作用させる必要があることから、一次排ガス吐出口は、バーナノズルに近づけて位置させることとなり、燃焼が主として一次排ガスにて行われる小燃焼量のときは、安定燃焼させることができるが、更に、大燃焼量のときにも安定燃焼させるようにするには、大燃焼量のときは火炎の長さが長くなるので、火炎が長くなっても必要な量の二次排ガスを供給するためには、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を広くする必要があり、その結果、燃焼装置が大型化するという問題が生じることになる。又、そのように、大燃焼量のときにも安定燃焼させるべく、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を広くすると、以下に説明するように、小燃焼量と大燃焼量との間の中間燃焼量のときは燃焼が不安定となるという問題も生じることになる。
即ち、燃焼量を小燃焼量から増加させていくと、火炎Ｆは、図８の（ロ）に示す状態から延びていくが、一次排ガス吐出口３１の前方を越えて、二次排ガス吐出口３２の前方に達するまでの間は、二次排ガスＥ２との接触がなく、二次排ガス吐出口３２の前方に達した途端に、二次排ガスＥ２と接触するので、その間の中間燃焼量の状態においては、燃焼が不安定となるのである。
ちなみに、一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間に、別の排ガス吐出口を設けて、その別の排ガス吐出口から、排ガスを火炎形成方向と交差する方向に吐出するようにして、中間燃焼量のときにも安定燃焼させるようにすることが想定されるが、この場合でも、燃焼装置が大型化するという問題は、残されたままである。
【０００７】
又、燃焼装置が大型化するという問題を解消すべく、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を狭くすると、燃焼量調節範囲の全域にわたって安定燃焼させるには、燃焼量調節範囲を狭くせざるを得ず、ターンダウン比を大きくするという要求を満たせるものではない。
【０００８】
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、ターンダウンを大きくすると共に低ＮＯｘ化を図りながらも、燃焼量調節範囲の全域にわたって安定燃焼させることができ、且つ、コンパクト化を図り得る燃焼装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の特徴構成は、前記排ガスを一次燃焼のための一次排ガスとして吐出する一次排ガス吐出口、及び、前記排ガスを二次燃焼のための二次排ガスとして吐出する二次排ガス吐出口が、その二次排ガス吐出口からの二次排ガス吐出方向に沿う二次排ガス吐出方向視において、前記一次排ガス吐出口を前記二次排ガス吐出口の外周を囲む環状に位置させる状態で設けられ、
前記一次排ガス吐出口にて吐出された一次排ガスに対して、燃料ガス噴出部から前記燃料ガスを噴出して、前記二次排ガス吐出方向に沿う火炎を形成するように構成され、且つ、前記二次排ガスが前記火炎の二次燃焼域に供給されるように構成されていることにある。
請求項１に記載の特徴構成によれば、燃料ガス噴出部から噴出される燃料ガスと、一次排ガス吐出口から吐出される一次排ガスにより、火炎が、二次排ガス吐出口から吐出される二次排ガスの外周部に、その二次排ガス吐出口からの二次排ガス吐出方向に沿って形成され、二次排ガスは、燃料ガス噴出部からの燃料ガスが一次排ガス吐出口からの一次排ガスにより燃焼する一次燃焼域には供給されずに、その一次燃焼域にて形成される火炎の二次燃焼域に供給されるので、最小燃焼量から最大燃焼量にわたる燃焼量調節範囲の全域にわたって、安定して燃焼する。
つまり、燃料ガス噴出部からの燃料ガスは、一次燃焼域において、二次排ガスが供給されることが無い状態で、一次排ガス吐出口からの一次排ガスにより安定燃焼する。又、一次燃焼により、火炎が、二次排ガス吐出口から吐出される二次排ガスの外周部に、その二次排ガス吐出口からの二次排ガス吐出方向に沿って形成されることから、燃焼量に応じて火炎の長さが変化するものの、火炎の長さが変化しても、火炎の横を、その火炎の形成方向に沿って二次排ガスが流れているので、その二次排ガスの流れによって、火炎に対して、燃焼量に応じた量の二次排ガスが供給される。説明を加えると、一次燃焼域で形成される火炎の二次燃焼域の範囲は、燃焼量に応じて変化するものの、二次燃焼域は、二次排ガス吐出口から吐出される二次排ガスに沿うように存在して、その二次燃焼域の範囲は、燃焼量の変化に伴って、二次排ガス吐出口からの二次排ガス吐出方向に沿う方向に伸び縮みするように変化することとなって、二次燃焼域の範囲が変化しても、その二次燃焼域の横を、二次燃焼域の範囲が変化する方向に沿って、二次排ガスが流れるので、二次燃焼域には燃焼量に応じて過不足なく二次排ガスが供給されるのである。
もって、燃焼量が小さいときは、燃料ガス噴出部から噴出される燃料ガスの燃焼は、主として一次排ガスによる一次燃焼にて行われて、排ガスが過剰となることなく安定して行われ、燃焼量が、燃焼が主として一次燃焼にて行われる状態に相当する燃焼量よりも大きくなると、燃料ガス噴出部から噴出される燃料ガスの燃焼は、一次燃焼による安定した火炎にて保炎されながら、二次燃焼域には燃焼量に応じて過不足なく二次排ガスが供給される状態で行われて、安定して行われるので、燃焼量調節範囲の全域にわたって、安定して燃焼させることができるのである。
その際には、燃料ガス噴出部から噴出される燃料ガスを、一次排ガスにて酸素不足状態で一次燃焼させると共に、その一次燃焼にて形成される火炎の二次燃焼域に対して、二次排ガス吐出口から二次排ガスを吐出して、二次燃焼させることにより、所謂、二段燃焼を行わせて、緩慢に燃焼させることにより、火炎温度を低下させて、ＮＯｘ発生量の低減を図ることができる。
そして、二次排ガス吐出口は、一次燃焼にて形成される火炎の横に、その火炎の形成方向に沿って二次排ガスを吐出するように構成してあるので、一次燃焼域には二次排ガスを供給しないようにし、且つ、燃焼量に応じて火炎の長さが変化しても、火炎に対して必要な量の二次排ガスを供給できるようにしながらも、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を狭くすることができて、コンパクト化を図ることができる。
従って、ターンダウンを大きくすると共に低ＮＯｘ化を図りながらも、燃焼量調節範囲の全域にわたって安定燃焼させることができ、且つ、コンパクト化を図り得る燃焼装置を提供することができるようになった。
【００１０】
〔請求項２記載の発明〕
請求項２に記載の特徴構成は、前記二次排ガス吐出口が、前記燃料ガス噴出部から噴出される燃料ガスと前記一次排ガス吐出口から吐出される一次排ガスとの混合域よりも、前記二次排ガス吐出方向において下流側に位置されていることにある。
請求項２に記載の特徴構成によれば、二次排ガス吐出口が、燃料ガス噴出部から噴出される燃料ガスと一次排ガス吐出口から吐出される一次排ガスとの混合域よりも、二次排ガス吐出方向において下流側に位置されているので、二次排ガスを一次燃焼域に供給しない状態で二次燃焼域に供給するようにするにあたって、二次排ガス吐出口が、二次排ガス吐出方向において前記混合域よりも上流側に位置されている場合、あるいは、二次排ガス吐出方向において前記混合域と同位置に位置されている場合に比べて、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を狭くすることができる。
つまり、上述の請求項１に記載の特徴構成によれば、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を狭くすることができるものの、一方では、二次排ガスを一次燃焼域に供給しない状態で二次燃焼域に供給するようにするにあたっては、二次排ガス吐出方向に直交する方向において一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を広くする方が有利となるが、上述の請求項１に記載の特徴構成に合わせて、本請求項２に記載の特徴構成を実施して、二次排ガス吐出口を二次排ガス吐出方向において前記混合域よりも下流側に位置させることにより、二次排ガス吐出方向に直交する方向において一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を狭くしても、二次排ガスが一次燃焼域に供給されるのを抑制することができるので、二次排ガス吐出方向に直交する方向において一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を開けるにしても、その間隔を狭くすることができるのである。
従って、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を一層狭くしても、燃焼量調節範囲の全域にわたって安定燃焼させることができるので、燃焼装置を一層コンパクト化する上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１１】
〔請求項３記載の発明〕
請求項３に記載の特徴構成は、前記燃料ガス噴出部が、前記一次排ガス吐出口の一次排ガス吐出方向と交差する方向に向けて前記燃料ガスを噴出するように構成されていることにある。
請求項３に記載の特徴構成によれば、燃料ガス噴出部から、燃料ガスが、一次排ガス吐出口の一次排ガス吐出方向と交差する方向に向けて噴出されることから、燃料ガスと一次排ガスとの混合状態が良好になって、一次燃焼をより安定して行わせることができる。
従って、一次燃焼をより安定して行わせることができて、そのように安定して行われる一次燃焼の保炎作用により、燃焼量調節範囲を一層広くしながらも燃焼量調節範囲の全域にわたって二次燃焼も安定して行わせて、全体として安定燃焼させることができることとなり、もって、ターンダウンをより大きくする上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１２】
〔請求項４記載の発明〕
請求項４に記載の特徴構成は、前記一次排ガスを通流させる一次排ガス流路が、前記二次排ガス吐出方向視において、前記二次排ガス吐出口の外周を囲む環状に設けられ、
その一次排ガス流路内に、前記一次排ガス吐出口を形成するための切り欠き又は開口を備えて環状に形成された吐出口形成体が嵌め込まれていることにある。請求項４に記載の特徴構成によれば、一次排ガス吐出口から吐出される一次排ガス吐出流により、吐出口形成板の前方空間における一次排ガス吐出流の周囲に、負圧域が形成されることから、燃料ガス噴出部から噴出された燃料ガスの一部が、前記負圧域の誘引作用によって、吐出口形成板の側に誘引されて、その誘引燃料ガスが一次排ガス吐出口から吐出された一次排ガスに混合されて、吐出口形成板の近傍から一次燃焼が始まるので、燃料ガスは、吐出口形成板にて保炎される状態で、安定的に燃焼する。
従って、一次燃焼をより安定して行わせることができて、そのように安定して行われる一次燃焼の保炎作用により、燃焼量調節範囲を一層広くしながらも燃焼量調節範囲の全域にわたって二次燃焼も安定して行わせて、全体として安定燃焼させることができることとなり、もって、ターンダウンをより大きくする上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１３】
〔請求項５の発明〕
請求項５に記載の特徴構成は、径が互いに異なる直円筒状の外筒、中間筒及び内筒が、同軸状で且つ軸心方向に重複した状態で設けられ、
前記内筒の先端が前記二次排ガス吐出口に構成されて、その内筒の内部が、前記二次排ガスを通流させる二次排ガス流路に構成され、
前記燃料ガス噴出部に前記燃料ガスを導く燃料ガス流路が、前記中間筒と前記内筒との間に環状に形成され、
前記一次排ガス吐出口に前記一次排ガスを導く一次排ガス流路が、前記外筒と前記中間筒との間に環状に形成され、
前記燃料ガスが供給される燃料ガス室が、前記燃料ガス流路の上流側箇所において、その燃料ガス流路の環状方向の全周にわたって連通する状態で、設けられていることにある。
請求項５に記載の特徴構成によれば、二次排ガス吐出方向視において、燃料ガス流路が、二次排ガス流路の外周を囲む環状に設けられ、一次排ガス流路が、燃料ガス流路の外周を囲む環状に設けられる。そして、燃料ガス室に供給された燃料ガスは、燃料ガス流路の上流側箇所から、流路横断形状が環状の燃料ガス流路の環状方向の全周にわたって燃料ガス流路に流入し、燃料ガス流路を通流して燃料ガス噴出部から噴出され、一次排ガスは、一次排ガス流路を通流して、一次排ガス吐出口から吐出され、二次排ガスは、二次排ガス流路を通流して、二次排ガス吐出口から吐出される。そして、請求項１記載の発明と同様に、燃料ガス噴出部から噴出される燃料ガスと、一次排ガス吐出口から吐出される一次排ガスにより、火炎が、二次排ガス吐出口から吐出される二次排ガスの外周部に、その二次排ガス吐出口からの二次排ガス吐出方向に沿って形成され、二次排ガスは、燃料ガス噴出部からの燃料ガスが一次排ガス吐出口からの一次排ガスにより燃焼する一次燃焼域には供給されずに、その一次燃焼域にて形成される火炎の二次燃焼域に供給されるので、最小燃焼量から最大燃焼量にわたる燃焼量調節範囲の全域にわたって、安定して燃焼する。
つまり、燃料ガス流路は、流路横断形状が環状で、且つ、流路横断面積が軸心方向に一定になるように形成され、そのような燃料ガス流路に対して、燃料ガスが、燃料ガス室にて整圧化された後、燃料ガス流路の環状方向の全周にわたって均等に供給されることから、燃料ガスは、流路横断形状が環状の燃料ガス流路を、その環状方向の全周にわたって均等に通流するので、燃料ガス流路の流路長を短くしながらも、燃料ガスを、燃料ガス噴出部から、燃料ガス流路の環状方向に沿う方向の全周にわたって均等に噴出させるようにすることができる。
又、一次排ガス流路は、流路横断形状が環状で、且つ、流路横断面積が軸心方向に一定になるように形成されて、一次排ガスは、そのような流路横断形状が環状の一次排ガス流路を、その環状方向の全周にわたって均等に通流するので、一次排ガス流路の流路長を短くしながらも、一次排ガスを、一次排ガス吐出口から、一次排ガス流路の環状方向に沿う方向の全周にわたって均等に吐出させるようにすることができる。
もって、燃料ガス流路、一次排ガス流路及び二次排ガス流路夫々の流路長を短くしながらも、一次燃焼を、二次吐出口の外周部にて、その全周にわたって均等に行わせると共に、その一次燃焼にて形成される火炎に対して、二次吐出口から均等に二次排ガスを供給させるようにして、全体として、二次吐出口の外周部に沿う方向の全周にわたって均等に燃焼させることができる。
ちなみに、燃料ガス室を設けずに、燃料ガスを直接、流路横断形状が環状の燃料ガス流路に供給するように構成する場合は、燃料ガス流路の環状方向において、燃料ガスの流動状態にバラツキが生じ易いので、燃料ガスを、燃料ガス噴出部から、燃料ガス流路の環状方向に沿う方向の全周にわたって均等に噴出させるようにするには、燃料ガス流路の流路長を長くして、燃料ガスの流動状態のバラツキを抑制する必要があり、燃焼装置における二次排ガス吐出方向に沿う方向での長さが長くなるという欠点がある。
従って、二次排ガス吐出方向に直交する方向での長さと共に、二次排ガス吐出方向に沿う方向での長さも短くして、コンパクト化を一段と図る上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１４】
〔請求項６の発明〕
請求項６に記載の特徴構成は、前記燃料ガスを前記燃料ガス室に導入する燃料ガス導入路が、前記中間筒の軸心と同軸状に設けられていることにある。
請求項６に記載の特徴構成によれば、燃料ガスは、燃料ガス導入路を通じて、燃料ガス室において中間筒の軸心に対応する位置から、燃料ガス室に導入されることから、燃料ガスは、燃料ガス室内において、流路横断形状が環状の燃料ガス流路の環状方向に沿う方向の全周にわたって均等に分散するので、燃料ガス室の容積を小さくしながらも、燃料ガスを、流路横断形状が環状の燃料ガス流路に対して、その環状方向の全周にわたって均等に供給されるようにすることができる。
ちなみに、燃料ガス導入路を中間筒の軸心からずらした状態で設ける場合は、燃料ガス室内において、燃料ガスの整圧化を促進させるには、燃料ガス室の容積を大きくする必要がある。
従って、コンパクト化を図るべく燃料ガス室を設けるにしても、その燃料ガス室を小型化することができるので、コンパクト化を一段と図る上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１５】
〔請求項７の発明〕
請求項７に記載の特徴構成は、前記一次排ガス流路と前記二次排ガス流路とが連通するように構成され、
前記排ガスが、前記一次排ガス流路と前記二次排ガス流路のうちのいずれか一方に対して供給されるように構成されていることにある。
請求項７に記載の特徴構成によれば、一次排ガス流路及び二次排ガス流路のうちのいずれか一方に供給された排ガスは、一次排ガス流路を一次排ガスとして通流し、並びに、二次排ガス流路を二次排ガスとして通流する。
従って、排ガス供給構成を簡略化して、燃焼装置の構成を簡略化する上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１６】
〔請求項８記載の発明〕
請求項８に記載の特徴構成は、前記排ガスを前記一次排ガス吐出口と前記二次排ガス吐出口とに分配供給する分配比を調節する分配比調節手段が設けられていることにある。
請求項８に記載の特徴構成によれば、分配比調節手段により、燃焼量が小さいときは燃焼量が大きいときよりも、一次排ガス吐出口への分配供給量が少なくなるように、分配比を調節することにより、燃焼量調節範囲の下限を一層小さくしても、燃焼量が小さいときに、一次排ガス量が過剰となることなく、安定して燃焼させることができる。
従って、燃焼量調節範囲の下限を一層小さくして燃焼量調節範囲を一層広くしながらも、燃焼量調節範囲の全域にわたって安定燃焼させることができるので、ターンダウンをより大きくする上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１７】
〔請求項９記載の発明〕
請求項９に記載の特徴構成は、前記二次排ガス吐出口が円形に形成され、
その二次排ガス吐出口が、その口径に相当する距離以上、前記二次排ガス吐出方向下流側に前記燃料ガス噴出部から隔たって位置され、
前記一次排ガス吐出口が、前記二次排ガス吐出方向視にて、前記二次排ガス吐出口に隣接して設けられていることにある。
請求項９に記載の特徴構成によれば、二次排ガス吐出口が、その口径に相当する距離以上、二次排ガス吐出方向下流側に燃料ガス噴出部から隔たって位置されていることから、二次排ガス吐出方向視にて、一次排ガス吐出口が二次排ガス吐出口に隣接するように、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を狭くしても、二次排ガスが一次燃焼域に供給されないようにすることができる。
つまり、二次排ガス吐出口から吐出された二次排ガスは拡散するものの、二次排ガス吐出口を、その口径に相当する距離以上、二次排ガス吐出方向下流側に燃料ガス噴出部から隔たって位置させることにより、二次排ガス吐出方向視にて、一次排ガス吐出口が二次排ガス吐出口に隣接する状態にまで、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を狭くしても、二次排ガスが一次燃焼域に供給されないようにすることができるのである。従って、二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口と二次排ガス吐出口との間隔を可及的に狭くしても、燃焼量調節範囲の全域にわたって安定燃焼させることができるので、燃焼装置をできるだけコンパクトにする上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
以下、本発明を貫流ボイラの燃焼装置に適用した場合の第１実施形態を説明する。
図１に示すように、貫流ボイラは、缶体２１の内部に多数の縦姿勢の水管２２を平面視で二重の環状に配置し、その環状水管群の中央空洞部を燃焼室２３として、燃焼装置ＢＳを、その燃焼室２３に臨ませる状態で缶体２１の上端部に設け、燃焼装置ＢＳにて、都市ガス等の燃料ガスＧを燃焼させて、その燃焼にて形成される火炎Ｆ及び発生する燃焼ガスＢにて、各水管２２に供給される水を加熱して蒸気を生成し、生成蒸気を蒸気需要先（図示せず）に供給するように構成してある。
【００１９】
燃焼装置ＢＳには、燃料ガス供給路２４を通じて燃料ガスＧを供給すると共に、その燃料ガスＧの燃焼用として、排ガス発生源の一例としてのガスタービン２５から酸素を含有する状態で排出される排ガスＥの全量を、排ガス供給路２６を通じて供給するように構成し、又、ブロア２７から空気供給路２８を通じて燃焼用空気を供給するように構成してある。尚、ガスタービン２５の運転が停止中のときに、ブロア２７により燃焼用空気を供給する。
燃料ガス供給路２４には、貫流ボイラの熱負荷に応じて、燃料ガスＧの供給量を調節する燃料ガス調節弁２９を設け、排ガス供給路２６及び空気供給路２８夫々には、開閉弁３０を設けてある。尚、詳細な説明は省略するが、熱負荷に応じた燃料ガス調節弁２９の制御は、図示しない制御装置によって自動的に行われる。
【００２０】
各環状水管群は、隣接する水管２２同士をひれ状部材３５にて接続して形成してある。そして、燃焼室２３内にて発生した燃焼ガスＢを、内側の環状水管群と外側の環状水管群との間、並びに、外側の環状水管群の外周を通流させて、排気路３６から排出させるように、燃焼ガスＢの通流経路を形成してある。
【００２１】
次に、燃焼装置ＢＳについて説明する。
図２ないし図４に示すように、本発明においては、排ガス供給路２６を通じて供給される排ガスＥを一次燃焼のための一次排ガスＥ１として吐出する一次排ガス吐出口１、及び、前記排ガスＥを二次燃焼のための二次排ガスＥ２として吐出する二次排ガス吐出口２を、その二次排ガス吐出口２からの二次排ガス吐出方向に沿う二次排ガス吐出方向視において、一次排ガス吐出口１を二次排ガス吐出口２の外周を囲む環状に位置させる状態で設け、一次排ガス吐出口１にて吐出された一次排ガスＥ１に対して、燃料ガス噴出部としての燃料ガス噴出孔３から、燃料ガス供給路２４を通じて供給される燃料ガスＧを噴出して、前記二次排ガス吐出方向に沿う火炎Ｆを形成するように構成し、且つ、二次排ガスＥ２が火炎Ｆの二次燃焼域Ｚ２に供給されるように構成してある。
【００２２】
説明を加えると、両端が開口した円筒状の燃焼筒４の内部に、円筒状の中間筒５を、その先端が燃焼筒４の先端と軸心方向において略同位置に位置する状態で、同軸心状に設け、その中間筒５の内部に、両端が開口した円筒状の内筒６を、その先端が中間筒５の先端よりも突出し、且つ、その後端が中間筒５の後端よりも突出する状態で設け、更に、中間筒５の先端及び後端夫々を、内筒６に外嵌させる状態で設けた環状の閉塞板７にて、閉塞してある。
燃焼筒４に外嵌させる挿入用開口部８ａを備えた箱状の風箱８を、挿入用開口部８ａに燃焼筒４の後端側を嵌め込んで、燃焼筒４の後端側を覆う状態で設けて、風箱８内に、内筒６及び燃焼筒４夫々の後端開口に連通する排ガス室９を形成し、更に、燃料ガス導入筒１０を、風箱８の壁部を貫通させて風箱８内に挿入した状態で、その先端側を、中間筒５の内部に連通する状態で、中間筒５の筒壁に接続してある。
【００２３】
そして、内筒６の内部を、二次排ガスＥ２を通流させる二次排ガス流路１２とし、内筒６の先端開口を、二次排ガスＥ２を吐出する二次排ガス吐出口２としてある。
又、内筒６と中間筒５との間を燃料ガスＧを通流させる燃料ガス流路１３とし、即ち、燃料ガス流路１３を、前記二次排ガス吐出方向視において、二次排ガス吐出口２の外周を囲む環状に設け、中間筒５の先端側の周壁に、燃料ガス噴出部としての１２個の燃料ガス噴出孔３を、等間隔を隔てて周方向に並べて形成してある。
又、燃焼筒４と中間筒５との間を、一次排ガスＥ１を通流させる一次排ガス流路１１とし、即ち、一次排ガス流路１１を、前記二次排ガス吐出方向視において、燃料ガス流路１３の外側に位置して、二次排ガス吐出口２の外周を囲む環状に設け、その一次排ガス流路１１内において、燃料ガス噴出孔３よりも後退させた位置に位置させて、一次排ガス吐出口１を形成するための切り欠き１４ａ及び開口１４ｂを備えて環状に形成されたバッフル板１４（吐出口形成体に相当する）を、中間筒５に外嵌させ且つ燃焼筒４に内嵌させた状態で設けてある。尚、そのバッフル板１４には、一次排ガス吐出口１を形成するための６個の切り欠き１４ａを、バッフル板１４の外周部に切り欠く状態で、等間隔を隔てて周方向に並べて形成すると共に、一次排ガス吐出口１を形成するための複数個の開口１４ｂを、バッフル板１４の全面にわたって分散させた状態で形成してある。
【００２４】
そして、上述のように構成した燃焼装置ＢＳを、内筒６の先端側を、貫流ボイラの燃焼室２３に臨ませた状態で、缶体１の上端部に設け、排ガス供給路２６及び空気供給路２８を、風箱８に形成した排ガス受入口８ｂに接続して、ガスタービン２５の運転中は、ガスタービン２５から排出される排ガスＥを、風箱８内の排ガス室９を通じて一次排ガス流路１１及び二次排ガス流路１２の夫々に供給し、並びに、燃料ガス供給路２４を燃料ガス導入筒１０に接続して、燃料ガスＧを、燃料ガス導入筒１０を通じて燃料ガス流路１３に供給するように構成してある。
【００２５】
つまり、一次排ガス吐出口１及び二次排ガス吐出口２を、前記二次排ガス吐出方向視において、一次排ガス吐出口１を二次排ガス吐出口２の外周を囲む環状に位置させる状態で設けてある。
又、バッフル板１４の前方に、中間筒５と燃焼筒４にて区画される環状の凹部を、燃料ガス噴出孔３から噴出される燃料ガスＧと一次排ガス吐出口１から吐出される一次排ガスＥ１との混合域Ｍとしてある。
又、燃料ガス噴出孔３は、一次排ガス吐出口１の一次排ガス吐出方向と直交する方向に向けて燃料ガスＧを噴出するように構成してある。
【００２６】
二次排ガス吐出口２は、燃料ガス噴出孔３から噴出される燃料ガスＧと一次排ガス吐出口１から吐出される一次排ガスＥ１との混合域Ｍよりも、前記二次排ガス吐出方向において下流側に位置させてある。
【００２７】
更に、中間筒５の内部に、内筒６を、その先端が中間筒５の先端よりも突出する状態で設けるに当たっては、内筒６の先端の口径（二次排ガス吐出口の口径に相当する）に相当する距離程度、内筒６の先端を中間筒５の先端よりも突出させてあり、もって、二次排ガス吐出口２を、その口径に相当する距離以上、前記二次排ガス吐出方向下流側に燃料ガス噴出孔３から隔たって位置させ、一次排ガス吐出口１を、前記二次排ガス吐出方向視にて、二次排ガス吐出口２に隣接して設けてある。
【００２８】
そして、一次排ガス吐出口１にて吐出された一次排ガスＥ１に対して、燃料ガス噴出孔３から燃料ガスＧを噴出して、それらを混合域Ｍにて混合させ、その混合域Ｍからその混合域Ｍの前方付近にわたる範囲の一次燃焼域Ｚ１にて一次燃焼させることにより、前記二次排ガス吐出方向に沿う火炎Ｆを形成するように構成し、且つ、二次排ガスＥ２を、火炎Ｆの延びる先の方に存在する火炎Ｆの二次燃焼域Ｚ２に供給して、二次燃焼を行わせるように構成してある。
燃料ガスＧを一次排ガスＥ１にて一次燃焼させるに当たっては、各一次排ガス吐出口１から吐出される一次排ガス吐出流により、混合域Ｍ内において、一次排ガス吐出流の周囲に、負圧域が形成されることから、燃料ガス噴出孔３から噴出された燃料ガスＧの一部が、負圧域の誘引作用によって、バッフル板１４の側に誘引されて、その誘引燃料ガスＧが一次排ガス吐出口１から吐出された一次排ガスＥ１に混合されて、バッフル板１４の近傍から一次燃焼が始まるので、燃料ガスＧを、バッフル板１４にて保炎される状態で、安定的に燃焼させることができる。
【００２９】
つまり、燃料ガス噴出孔３からの燃料ガスＧは、一次燃焼域Ｚ１において、二次排ガスＥ２が供給されることが無い状態で、一次排ガス吐出口１からの一次排ガスＥ１により安定燃焼する。又、一次燃焼により、火炎Ｆが、二次排ガス吐出口２から吐出される二次排ガスＥ２の外周部に、その二次排ガス吐出口２からの二次排ガス吐出方向に沿って形成されることから、一次燃焼域Ｚ１で形成される火炎の二次燃焼域Ｚ２の範囲は、燃焼量に応じて変化するものの、二次燃焼域Ｚ２は、二次排ガス吐出口２から吐出される二次排ガスＥ２に沿うように存在して、その二次燃焼域Ｚ２の範囲は、燃焼量の変化に伴って、二次排ガス吐出口２からの二次排ガス吐出方向に沿う方向に伸び縮みするように変化することとなって、二次燃焼域Ｚ２の範囲が変化しても、その二次燃焼域Ｚ２の横を、二次燃焼域Ｚ２の範囲が変化する方向に沿って、二次排ガスＥ２が流れるので、二次燃焼域Ｚ２には、燃焼量に応じて過不足なく二次排ガスＥ２が供給される。
【００３０】
従って、燃焼量が小さいときは、図２及び図３において一点鎖線にて示すように、燃料ガス噴出孔３から噴出される燃料ガスＧの燃焼は、主として一次排ガス吐出口１一次排ガスＥ１による一次燃焼にて行われて、排ガスが過剰となることなく安定して行われ、二次排ガスＥ２は、火炎Ｆに接触することなく、燃焼室２３内に供給される。燃焼量が、燃焼が主として一次燃焼にて行われる状態に相当する燃焼量よりも大きくなると、図３において実線にて示すように、燃料ガス噴出孔３から噴出される燃料ガスＧの燃焼は、一次燃焼による安定した火炎にて保炎されながら、二次燃焼域Ｚ２には燃焼量に応じて過不足なく二次排ガスＥ２が供給される状態で行われて、安定して行われる。もって、燃焼量調節範囲の全域にわたって、安定して燃焼させることができる。
【００３１】
尚、内筒６の先端が中間筒５よりも突出していて、その内筒６の先端突出部分が火炎Ｆに曝されるが、内筒６の内部を二次排ガスＥ２が通流していて、その二次排ガスＥ２によって内筒６が冷却されることにより、内筒６の先端突出部分の過熱を防止することができる。従って、内筒６の材料として、高価な高耐熱性材料を用いる必要がないので、コストダウンを図ることができる。
【００３２】
次に、ターンダウン比の設定例について、例えば、燃料ガスＧとして天然ガス（１３Ａ）を用い、排ガスＥの酸素含有率が２１％程度であり、燃焼装置ＢＳに受け入れる排ガスＥの総量が６６０ｍ3 （標準状態）／ｈの場合において、説明する。
【００３３】
一例として、燃焼装置ＢＳに受け入れた６６０ｍ3 （標準状態）／ｈの排ガスＥを、一次排ガス吐出口１からは３８５ｍ3 （標準状態）／ｈを吐出し、二次排ガス吐出口２からは２７５ｍ3 （標準状態）／ｈを吐出するように、一次排ガス吐出口１及び二次排ガス吐出口２に分配供給するように構成する。
そして、最大燃焼量のときの燃料ガス供給量を５０ｍ3 （標準状態）／ｈとし、最小燃焼量のときの燃料ガス供給量を１２．５ｍ3 （標準状態）／ｈとして、ターンダウン比を４：１に設定した場合、最大燃焼量のときは、一次排ガス吐出口１からの一次排ガスＥ１による一次燃焼においては、空気比はｍ＝０．５となり、二次排ガス吐出口２からの二次排ガスＥ２による二次燃焼においては、空気比はｍ＝０．７となり、最小燃焼量のときは、一次排ガス吐出口１からの一次排ガスＥ１のみによる一次燃焼にて燃焼が完了して、その一次燃焼においては、空気比はｍ＝２．０となる。
つまり、空気比ｍを２以下にして燃焼させると、安定燃焼させることができて、ＣＯの発生量を少なくすることができるので、上述のように、排ガスＥを一次排ガス吐出口１及び二次排ガス吐出口２から分配して吐出するように構成して、ターンダウン比を４：１に設定すると、最小燃焼量から最大燃焼量にわたる燃焼量調節範囲の全域にわたって、一次燃焼及び二次燃焼の両方を、空気比ｍを２以下にして行わせることができ、燃焼量調節範囲の全域にわたって安定燃焼させることができる。
【００３４】
又、他の例として、同じく燃焼装置ＢＳに受け入れた６６０ｍ3 （標準状態）／ｈの排ガスＥを、一次排ガス吐出口１からは１１０ｍ3 （標準状態）／ｈを吐出し、二次排ガス吐出口２からは５５０ｍ3 （標準状態）／ｈを吐出するように、一次排ガス吐出口１及び二次排ガス吐出口２に分配供給するように構成する。そして、最大燃焼量のときの燃料ガス供給量を５０ｍ3 （標準状態）／ｈとし、最小燃焼量のときの燃料ガス供給量を５ｍ3 （標準状態）／ｈとして、ターンダウン比を１０：１に設定した場合、最大燃焼量のときは、一次排ガス吐出口１からの一次排ガスＥ１による一次燃焼においては、空気比はｍ＝０．２となり、二次排ガス吐出口２からの二次排ガスＥ２による二次燃焼においては、空気比はｍ＝１．０となり、最小燃焼量のときは、一次排ガス吐出口１からの一次排ガスＥ１のみによる一次燃焼にて燃焼が完了して、その一次燃焼においては、空気比はｍ＝２．０となる。
つまり、上述のように、排ガスＥを一次排ガス吐出口１及び二次排ガス吐出口２から分配して吐出するように構成して、ターンダウン比を１０：１に設定すると、最小燃焼量から最大燃焼量にわたる燃焼量調節範囲の全域にわたって、一次燃焼及び二次燃焼の両方を、空気比ｍを２以下にして行わせることができ、燃焼量調節範囲の全域にわたって安定燃焼させることができる。
【００３５】
以下、本発明の第２及び第３の各実施形態を説明するが、第２及び第３の各実施形態においては、第１実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、第１実施形態と異なる構成を説明する。
【００３６】
〔第２実施形態〕
以下、本発明を貫流ボイラの燃焼装置に適用した場合の第２実施形態を説明する。
図５に示すように、第２実施形態においては、排ガス供給路２６を通じて受け入れた排ガスＥを一次排ガス吐出口１と二次排ガス吐出口２とに分配供給する分配比を調節する分配比調節手段Ｄを設けた以外は、上述の第１実施形態と同様に構成してある。
説明を加えると、風箱８の排ガス受入口８ｂを、一次排ガス受入口８ｂ1 と二次排ガス受入口８ｂ2 とに区画し、一次排ガス受入口８ｂ1 を、風箱８内の排ガス室９に連通させ、二次排ガス受入口８ｂ2 と内筒６の後端開口部とを、接続筒１５にて接続して、排ガス供給路２６を通じて受け入れた排ガスＥを一次排ガス吐出口１と二次排ガス吐出口２とに分配供給するように構成してある。
一次排ガス受入口８ｂ1 には、一次排ガス量調整用ダンパ１６を設け、二次排ガス受入口８ｂ2 には、二次排ガス量調整用ダンパ１７を設けて、それら一次排ガス量調整用ダンパ１６及び二次排ガス量調整用ダンパ１７夫々の開度調節により、排ガスＥを一次排ガス吐出口１と二次排ガス吐出口２とに分配供給する分配比を調節するようにして、分配比調節手段Ｄをそれら一次排ガス量調整用ダンパ１６及び二次排ガス量調整用ダンパ１７にて構成してある。
【００３７】
予め、燃焼量が設定燃焼量よりも小さいときの小燃焼量用分配比、及び、燃焼量が前記設定燃焼量以上のときの大燃焼量用分配比を、小燃焼量用分配比の方が大燃焼量用分配比よりも、一次排ガス吐出口１への分配供給量が少なくなるように設定してある。尚、設定燃焼量は適宜設定することができるが、例えば、最大燃焼量の５０％程度の燃焼量に設定する。大燃焼量用分配比は、例えば、上記の第１実施形態において例示した如き分配比とし、小燃焼量用分配比は、一次排ガス吐出口１への分配供給量が前記大燃焼量用分配比におけるものよりも少なくなるように設定する。
【００３８】
そして、図示しない制御装置により、一次排ガス量調整用ダンパ１６及び二次排ガス量調整用ダンパ１７を、燃焼量が前記設定燃焼量よりも小さいときは、前記分配比を前記小燃焼量用分配比にするように、燃焼量が前記設定燃焼量以上のときは、前記分配比を前記大燃焼量用分配比にするように自動制御するように構成してある。
【００３９】
従って、本第２実施形態による燃焼装置では、第１実施形態による燃焼装置よりも燃焼量調節範囲の下限を一層小さくしても、小燃焼量のときに、一次排ガス量が過剰となることなく、安定して燃焼させることができるので、第１実施形態による燃焼装置よりも、ターンダウン比を大きくすることができる。
【００４０】
〔第３実施形態〕
以下、本発明を貫流ボイラの燃焼装置に適用した場合の第３実施形態を説明する。
図６及び図７に示すように、第３実施形態においては、主として、燃料ガス室４１を設けた点で異なる以外は、第１実施形態と同様に構成してある。
【００４１】
第１実施形態と同様に、径が互いに異なる直円筒状の燃焼筒４（外筒に相当する）、中間筒５及び内筒６を、同軸状で且つ軸心方向に重複した状態で設けてあるが、第３実施形態においては、内筒６の後端を閉塞板４２にて閉塞し、中間筒５の後端に、その中間筒５と同軸状に、燃料ガス導入筒１０を連通接続し、更に、周方向に３等分した位置の夫々において、接続筒４３を、中間筒５に形成した開口部５ｗと内筒６に形成した開口部６ｗとに接続して設けて、その接続筒４３にて、燃焼筒４内と内筒６内とを連通させてある。又、中間筒５において、軸心方向で内筒６の後端よりも後端側の箇所には、複数個（例えば６個）の予混合用導入孔５ａを周方向に等間隔を隔てて並べて形成してある。
第１実施形態と同様に、中間筒５の先端を、軸心方向において燃焼筒４の先端と略同位置に位置させ、内筒６の先端を中間筒５の先端よりも突出させ、中間筒５の先端を、内筒６に外嵌させる状態で設けた環状の閉塞板７にて、閉塞してある。又、風箱８を、第１実施形態と同様に設けて、風箱８内に、燃焼筒４の後端開口に連通する排ガス室９を形成してある。
【００４２】
そして、内筒６の先端開口を二次排ガス吐出口２に構成して、内筒６の内部を、二次排ガスＥ２を通流させる二次排ガス流路１２に構成してある。
中間筒５の先端側の周壁に、第１実施形態と同様に、燃料ガス噴出部としての１２個の燃料ガス噴出孔３を、周方向に等間隔を隔てて並べて形成し、それら燃料ガス噴出孔３に燃料ガスＧを供給する燃料ガス流路１３を、中間筒５と内筒６との間に、前記二次排ガス吐出方向視において、二次排ガス吐出口２の外周を囲む環状に形成してある。
第１実施形態と同様に、複数の一次排ガス吐出口１を環状に備えて、環状に形成されたバッフル板１４を、燃料ガス噴出孔３よりも後退させた位置において、中間筒５に外嵌させ且つ燃焼筒４に内嵌させた状態で設けて、それら一次排ガス吐出口１に一次排ガスＥ１を導く一次排ガス流路１１を、燃焼筒４と中間筒５との間に、前記二次排ガス吐出方向視において、燃料ガス流路１３の外側に位置して、二次排ガス吐出口２の外周を囲む環状に設けてある。
【００４３】
中間筒５内において、内筒６の後端を閉じる閉塞板４２よりも後端側の部分を、燃料ガス室４１として機能させるように構成してある。つまり、燃料ガス室４１を、横断形状が環状の燃料ガス流路１３の上流側箇所において、その燃料ガス流路１３の環状方向の全周にわたって連通する状態で、設けてある。
燃料ガス導入筒１０内を、燃料ガスＧを燃料ガス室４１に導入する燃料ガス導入路４４として機能させて、その燃料ガス導入路４４を、中間筒５の軸心と同軸状に設けてある。
【００４４】
一次排ガス流路１１と二次排ガス流路１２とを、接続筒４３にて連通させてあり、排ガスＥを排ガス室９を通じて、燃焼筒４の後端開口から一次排ガス流路１１に供給すると、排ガスＥが接続筒４３を通じて二次排ガス流路１２にも供給されるように構成してある。又、中間筒５に形成した予混合用導入孔５ａを通じて、排ガス室９から少量の排ガスＥが予混合用として燃料ガス室４１に供給されて、燃料ガス室４１内で、燃料ガスＧに予混合されるように構成してある。ちなみに、予混合用導入孔５ａを通じて燃料ガス室４１に供給される排ガスの量は、少量であり、理論酸素量よりも少ない。
【００４５】
つまり、燃料ガスＧは、燃料ガス導入路４４を通じて、燃料ガス室４１において中間筒５の軸心（即ち、環状の燃料ガス流路１３の軸心）に対応する位置から、燃料ガス室４１に導入されることから、燃料ガスＧは、燃料ガス室４１内において、流路横断形状が環状の燃料ガス流路１３の環状方向に沿う方向の全周にわたって均等に分散すると共に、整圧化された後、燃料ガス流路１３に対して、その環状方向の全周にわたって均等に供給されて、燃料ガス流路１３を、その環状方向の全周にわたって均等に通流するので、燃料ガスＧは、環状に並ぶ１２個の燃料ガス噴出孔３から均等に噴出される。
又、一次排ガスＥ１は、流路横断形状が環状の一次排ガス流路１１を、その環状方向の全周にわたって均等に通流するので、環状に並ぶ複数の一次排ガス吐出口１から、一次排ガス流路１１の環状方向に沿う方向の全周にわたって均等に吐出される。
従って、一次燃焼が、二次吐出口２の外周部にて、その全周にわたって均等に行われると共に、その一次燃焼にて形成される火炎に対して、二次吐出口２から均等に二次排ガスＥ２が供給されるので、全体として、二次吐出口２の外周部に沿う方向の全周にわたって均等に燃焼させることができる。
【００４６】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 上記の各実施形態においては、二次排ガス吐出口２を、燃料ガスＧと一次排ガスＥ１との混合域Ｍよりも、前記二次排ガス吐出方向において下流側に位置させて設ける場合について例示したが、二次排ガス吐出口２を、前記二次排ガス吐出方向において、燃料ガスＧと一次排ガスＥ１との混合域Ｍと同位置に位置させて設けたり、燃料ガスＧと一次排ガスＥ１との混合域Ｍよりも、前記二次排ガス吐出方向において上流側に位置させて設けても良い。但し、これらの場合は、二次排ガスＥ２が、燃料ガスＧと一次排ガスＥ１との混合域Ｍに供給され易くなるので、前記二次排ガス吐出方向に直交する方向での一次排ガス吐出口１と二次排ガス吐出口２との間隔を、上記の実施形態におけるよりも多少は広くする必要がある。
【００４７】
（ロ） 燃料ガス噴出孔３のガス噴出方向は、上記の各実施形態において例示した如き、一次排ガス吐出方向と直交する方向に限定されるものではなく、一次排ガス吐出方向に対して、前方に傾斜する方向や、後方に傾斜する方向でも良い。あるいは、一次排ガス吐出方向と平行な方向でも良い。
【００４８】
（ハ） 上記の各実施形態においては、バッフル板１４に、一次排ガス吐出口１を形成するための複数個の切り欠き１４ａ、及び、一次排ガス吐出口１を形成するための複数個の開口１４ｂの両方を設ける場合について例示したが、いずれか一方のみを設けても良い。尚、一次排ガス吐出口１を形成するための複数個の開口１４ｂのみを設ける場合、複数個の開口１４ｂを、等間隔を隔てて周方向に１列状に設けても良い。
（ニ） 上記の各実施形態において設けたバッフル板１４を省略しても良い。
【００４９】
（ホ） 上記の各実施形態においては、燃料ガス噴出部を、中間筒の周壁に穿設する燃料ガス噴出孔３にて構成する場合について例示したが、中間筒の周壁に、その周壁から突出する状態で設ける筒状のガスノズルにて構成しても良い。
【００５０】
（ヘ） 上記の各実施形態においては、燃料ガス噴出部を、前記二次排ガス吐出方向視において、二次排ガス吐出口２と一次排ガス吐出口１との間に位置させる場合について例示したが、燃料ガス噴出孔３を、前記二次排ガス吐出方向視において、一次排ガス吐出口１と重なる位置や、一次排ガス吐出口１の外側に位置させても良い。
【００５１】
（ト） 燃焼筒４とその内部に位置する中間筒５との配置形態として、上記の各実施形態においては、中間筒５の先端が燃焼筒４の先端と軸心方向において略同位置に位置する配置形態とする場合について例示したが、中間筒５の先端が燃焼筒４の先端よりも後退した位置に位置する配置形態としても良い。この場合、中間筒５の先端を燃焼筒４の先端よりも後退させる寸法は、中間筒５の口径以内とするのが好ましい。但し、中間筒５の先端を燃焼筒４の先端よりも後退させるに当たっては、バッフル板１４も同様に後退させるのは勿論である。
【００５２】
（チ） 上記の第２実施形態においては、一次排ガス受入口８ｂ1 に一次排ガス量調整用ダンパ１６を設け、二次排ガス受入口８ｂ2 に二次排ガス量調整用ダンパ１７を設けて、それら２個の排ガス量調整用ダンパ１６，１７にて、分配比調節手段Ｄを構成する場合について例示したが、一次排ガス受入口８ｂ1 及び二次排ガス受入口８ｂ2 のいずれか一方のみに排ガス量調整用ダンパを設けて、その１個の排ガス量調整用ダンパにて、分配比調節手段Ｄを構成しても良い。
【００５３】
（リ） 上記の第２実施形態においては、排ガスＥを一次排ガス吐出口１と二次排ガス吐出口２とに分配供給する分配比を２段階に調節する場合について例示したが、３段階以上に調節しても良い。
【００５４】
（ヌ） 上記の第３実施形態においては、排ガス供給路２６及び空気供給路２８を、風箱８に対して連通接続する場合について例示したが、排ガス供給路２６及び空気供給路２８を、内筒６に対して連通接続しても良い。あるいは、風箱８を省略して、排ガス供給路２６及び空気供給路２８を、燃焼筒４、内筒６の夫々に、各別に連通接続しても良い。
【００５５】
（ル） 上記の第３実施形態においては、１個の燃料ガス導入路４４を中間筒５の軸心 （即ち、環状の燃料ガス流路１３の軸心）と同軸状に設ける場合について例示したが、これに代えて、複数の燃料ガス導入路４４を、燃料ガス室４１における燃料ガス流路１３の環状方向に沿う方向に分散した箇所に各別に連通接続した状態で設けても良い。
【００５６】
（ヲ） 上記の第３実施形態において、予混合用導入孔５ａを省略しても良い。
（ワ） 上記の第３実施形態において、第２実施形態と同様に分配比調節手段Ｄを設けても良い。
【００５７】
（カ） 上記の各実施形態においては、酸素を含有する排ガスＥとして、ガスタービン２５からの燃焼排ガスを用いる場合について例示したが、ガスエンジンからの燃焼排ガスを用いたり、塗装処理装置等の各種処理装置から排出される臭気性排ガスを用いることができる。尚、排ガスＥの酸素含有率は、排ガスＥのみで燃料ガスＧを燃焼させることができる値（例えば、１３〜２１％）である。
又、本発明の燃焼装置により加熱する加熱対象部としては、上記の各実施形態において例示した貫流ボイラ以外に、各種形式の蒸気ボイラや温水ボイラ、あるいは、各種の炉を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る燃焼装置を設けた貫流ボイラの縦断面図
【図２】第１実施形態に係る燃焼装置の縦断面図
【図３】第１実施形態に係る燃焼装置の要部の縦断面図
【図４】第１実施形態に係る燃焼装置の底面図
【図５】第２実施形態に係る燃焼装置の縦断面図
【図６】第３実施形態に係る燃焼装置の縦断面図
【図７】図６におけるイ−イ矢視図
【図８】従来の燃焼装置の要部の縦断面図
【符号の説明】
１ 一次排ガス吐出口
２ 二次排ガス吐出口
３ 燃料ガス噴出部
４ 外筒
５ 中間筒
６ 内筒
１１ 一次排ガス流路
１２ 二次排ガス流路
１３ 燃料ガス流路
１４ 吐出口形成体
１４ａ 切り欠き
１４ｂ 開口
４１ 燃料ガス室
４４ 燃料ガス導入路
Ｄ 分配比調節手段
Ｅ 排ガス
Ｅ１ 一次排ガス
Ｅ２ 二次排ガス
Ｆ 火炎
Ｇ 燃料ガス
Ｍ 混合域
Ｚ２ 二次燃焼域
Claims (9)
- 酸素を含有する排ガスにて燃料ガスを燃焼させる燃焼装置であって、
前記排ガスを一次燃焼のための一次排ガスとして吐出する一次排ガス吐出口、及び、前記排ガスを二次燃焼のための二次排ガスとして吐出する二次排ガス吐出口が、その二次排ガス吐出口からの二次排ガス吐出方向に沿う二次排ガス吐出方向視において、前記一次排ガス吐出口を前記二次排ガス吐出口の外周を囲む環状に位置させる状態で設けられ、
前記一次排ガス吐出口にて吐出された一次排ガスに対して、燃料ガス噴出部から前記燃料ガスを噴出して、前記二次排ガス吐出方向に沿う火炎を形成するように構成され、且つ、前記二次排ガスが前記火炎の二次燃焼域に供給されるように構成されている燃焼装置。 - 前記二次排ガス吐出口が、前記燃料ガス噴出部から噴出される燃料ガスと前記一次排ガス吐出口から吐出される一次排ガスとの混合域よりも、前記二次排ガス吐出方向において下流側に位置されている請求項１記載の燃焼装置。
- 前記燃料ガス噴出部が、前記一次排ガス吐出口の一次排ガス吐出方向と交差する方向に向けて前記燃料ガスを噴出するように構成されている請求項１又は２記載の燃焼装置。
- 前記一次排ガスを通流させる一次排ガス流路が、前記二次排ガス吐出方向視において、前記二次排ガス吐出口の外周を囲む環状に設けられ、その一次排ガス流路内に、前記一次排ガス吐出口を形成するための切り欠き又は開口を備えて環状に形成された吐出口形成体が嵌め込まれている請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃焼装置。
- 径が互いに異なる直円筒状の外筒、中間筒及び内筒が、同軸状で且つ軸心方向に重複した状態で設けられ、
前記内筒の先端が前記二次排ガス吐出口に構成されて、その内筒の内部が、前記二次排ガスを通流させる二次排ガス流路に構成され、
前記燃料ガス噴出部に前記燃料ガスを導く燃料ガス流路が、前記中間筒と前記内筒との間に環状に形成され、
前記一次排ガス吐出口に前記一次排ガスを導く一次排ガス流路が、前記外筒と前記中間筒との間に環状に形成され、
前記燃料ガスが供給される燃料ガス室が、前記燃料ガス流路の上流側箇所において、その燃料ガス流路の環状方向の全周にわたって連通する状態で、設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃焼装置。 - 前記燃料ガスを前記燃料ガス室に導入する燃料ガス導入路が、前記中間筒の軸心と同軸状に設けられている請求項５記載の燃焼装置。
- 前記一次排ガス流路と前記二次排ガス流路とが連通するように構成され、
前記排ガスが、前記一次排ガス流路と前記二次排ガス流路のうちのいずれか一方に対して供給されるように構成されている請求項５又は６記載の燃焼装置。 - 前記排ガスを前記一次排ガス吐出口と前記二次排ガス吐出口とに分配供給する分配比を調節する分配比調節手段が設けられている請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃焼装置。
- 前記二次排ガス吐出口が円形に形成され、
その二次排ガス吐出口が、その口径に相当する距離以上、前記二次排ガス吐出方向下流側に前記燃料ガス噴出部から隔たって位置され、
前記一次排ガス吐出口が、前記二次排ガス吐出方向視にて、前記二次排ガス吐出口に隣接して設けられている請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃焼装置。
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