JP4355270B2 - Combustion burner and combustion apparatus equipped with combustion burner - Google Patents
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Description
本発明はNOx低減及び燃焼効率向上を図る燃焼用バーナに係り、さらに、燃焼用バーナを備えた燃焼装置、例えばボイラ、加熱炉又は熱風発生炉に関する。 The present invention relates to a combustion burner for reducing NOx and improving combustion efficiency, and further relates to a combustion apparatus including a combustion burner, for example, a boiler, a heating furnace, or a hot air generating furnace.
図3に従来技術に関する固体燃料用バーナの構成例を示す。図3において、1は固体燃料と搬送用一次気体の混合流体、2は混合流体噴出ノズル、3は火炉、101は保炎リング、102はバッフル板、103は三次気体旋回器、104は三次気体案内板、105は二次気体、106は三次気体、107は燃料と搬出用気体の噴出流、108は二次気体の噴出流、109は三次気体の噴出流、110は循環渦、をそれぞれ表す。 FIG. 3 shows a configuration example of a burner for solid fuel related to the prior art. In FIG. 3, 1 is a mixed fluid of solid fuel and transport primary gas, 2 is a mixed fluid jet nozzle, 3 is a furnace, 101 is a flame holding ring, 102 is a baffle plate, 103 is a tertiary gas swirler, and 104 is a tertiary gas. A guide plate, 105 is a secondary gas, 106 is a tertiary gas, 107 is a jet flow of fuel and a discharge gas, 108 is a secondary gas jet flow, 109 is a tertiary gas jet flow, and 110 is a circulating vortex .
図3に示す従来技術においては、固体燃料と搬送用一次気体とを含む混合流体1が火炉3に向かって流れる混合流体流路を画定している混合気ノズル2と、二次気体105および三次気体106が流れる気体流路を画定している気体供給ノズルと、を備えている。二次気体105および三次気体106は、混合気体1を取り囲んで流れている。混合気ノズル2の出口先端には保炎リング101が設けられており、その先端には二次気体105の流れ方向を外側に変化させるバッフル板102が設置されている。
In the prior art shown in FIG. 3, a mixed
バッフル板102の後流に形成される循環渦110の効果によってバーナ近傍から着火を可能としている。外周の三次空気103の流路は案内板104によって外側に広げられ、火炎中心部への空気の混合を遅らせ、空気不足の条件下での燃焼により、窒素酸化物くNOx)の生成を抑制している。バッフル板102により二次気体105は急激に外側に向きを変えるが、この外側向きの流れに周囲の気体は同伴されるため、循環渦110はバーナ近傍にまで近づき、バーナ近傍からの着火を促進している。
Ignition is possible from the vicinity of the burner by the effect of the circulating
図3に示すような従来技術は、例えば特許文献1にその詳細が記載されている。この特許文献1によれば、保炎リングとバッフル板によって保炎性を改善し低NOx化を図ることを意図し、すなわち、保炎リングによって微粉炭火炎が根本から安定に着火し、一方、二次空気、三次空気をやや外側に供給することにより、軸芯上の火炎を還元炎として低NOx化を図り、その後に燃焼用空気と混合拡散を行い完全燃焼を図っている。換言すると、特許文献1では、保炎リングによって微粉炭が外側へ拡散することを抑制するとともに、保炎リング近傍に渦流を形成して着火性を良くし保炎効果を高め、還元域を確実に発生させているものである。
しかしながら、従来技術として図3に示す燃焼用バーナや前述の特許文献1に示す燃焼用バーナにおいて、二次気体は燃焼用含酸素気体の一部が用いられており、流速は二次気体の圧力とバッフル板の形状に依存し、二次気体噴出流の高速化には限界がある。一方、循環渦の形成は二次気体の外向きの流速に大きく依存するため、循環渦の大きさにも自ずと限界が生じる。 However, as a conventional technique, in the combustion burner shown in FIG. 3 and the combustion burner shown in Patent Document 1 described above, a part of the oxygen-containing gas for combustion is used as the secondary gas, and the flow rate is the pressure of the secondary gas. Depending on the shape of the baffle plate, there is a limit to speeding up the secondary gas jet flow. On the other hand, since the formation of the circulating vortex greatly depends on the outward flow velocity of the secondary gas, the size of the circulating vortex naturally has a limit.
本発明の目的は、二次空気の運動量を増加させることによって、循環渦を大きくして着火を促進し、NOxの低減と燃焼効率の向上を図る燃焼用バーナを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a combustion burner that increases the momentum of secondary air to increase the circulation vortex to promote ignition, thereby reducing NOx and improving combustion efficiency.
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
固体燃料と第1の搬送用気体の混合流体を火炉に供給する混合流体噴出ノズルと、前記混合流体噴出ノズルを取り囲んで第2の燃焼用含酸素気体を前記火炉に供給する第2気体流路と、前記第2気体流路の外側で第3の燃焼用含酸素気体を前記火炉に供給する第3気体流路と、を備えた燃焼用バーナであって、
前記第2の燃焼用含酸素気体の噴出用部材は、前記混合流体噴出ノズルの先端に取り付けられたリング形状の供給ヘッダであり、前記リング形状供給ヘッダはその外周側に噴出ノズル穴を設け、前記噴出ノズル穴から前記第3の燃焼用含酸素気体よりも高圧である前記第2の燃焼用含酸素気体を前記リング形状の半径方向外側に向けて噴出し、さらに、前記リング形状供給ヘッダは前記噴出ノズル穴を除いたその外周側がテーパー形状を形成し、前記テーパー形状によって前記第3の燃焼用含酸素気体は前記混合流体の流れ方向軸芯から離れるようにその噴出流が案内される構成とする。
In order to solve the above problems, the present invention mainly adopts the following configuration.
A mixed fluid jet nozzle that supplies a mixed fluid of solid fuel and a first carrier gas to a furnace, and a second gas flow path that surrounds the mixed fluid jet nozzle and supplies a second combustion oxygen-containing gas to the furnace. And a third gas flow path for supplying a third combustion oxygen-containing gas to the furnace outside the second gas flow path,
The second combustion oxygen-containing gas ejection member is a ring-shaped supply header attached to the tip of the mixed fluid ejection nozzle, and the ring-shaped supply header is provided with an ejection nozzle hole on its outer peripheral side, The second combustion oxygen-containing gas having a pressure higher than that of the third combustion oxygen-containing gas is ejected from the ejection nozzle hole toward the radially outer side of the ring shape, and the ring-shaped supply header is The outer peripheral side excluding the ejection nozzle hole forms a tapered shape, and the ejection flow of the third combustion oxygen-containing gas is guided by the tapered shape so as to be separated from the flow direction axis of the mixed fluid. And
また、前記燃焼用バーナにおいて、前記第2の燃焼用含酸素気体は、ファンで加圧され前記火炉の排ガスで予熱した空気を用いる構成とする。さらに、前記第2の燃焼用含酸素気体と前記第3の燃焼用含酸素気体の流量比率を可変する構成とする。前記流量比率は、前記火炉の負荷、又は前記火炉排ガスのNOx値によって可変する構成とする。Further, in the combustion burner, the second combustion oxygen-containing gas is configured to use air pressurized by a fan and preheated with exhaust gas from the furnace. Further, the flow rate ratio between the second combustion oxygen-containing gas and the third combustion oxygen-containing gas is variable. The flow rate ratio is variable depending on the load of the furnace or the NOx value of the furnace exhaust gas.
高圧の第2の燃焼用含酸素気体を導入することにより、同伴作用の強化で循環渦が大きくなり、着火を促進することができる。また、着火促進により、NOxの低減及び燃焼効率向上が促進される。 By introducing the high-pressure second oxygen-containing gas for combustion, the circulation vortex increases due to the enhancement of the entrainment effect, and ignition can be promoted. Further, by promoting ignition, reduction of NOx and improvement of combustion efficiency are promoted.
本発明の実施形態に係る燃焼用バーナについて、図1及び図2を参照しながら以下説明する。図1は本発明の第1の実施形態に係る燃焼用バーナの構成と混合気体流及び燃焼用気体流の流れを示す図であり、図2は本発明の第2の実施形態に係る燃焼用バーナの構成と混合気体流及び燃焼用気体流の流れを示す図である。 A combustion burner according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a combustion burner according to a first embodiment of the present invention and a flow of a mixed gas flow and a combustion gas flow, and FIG. 2 is a diagram for combustion according to a second embodiment of the present invention. It is a figure which shows the structure of a burner, the flow of a mixed gas flow, and the gas flow for combustion.
図1及び図2において、1は固体燃料と第1の搬送用気体の混合流体、2は混合流体噴出ノズル、3は火炉、4は低圧の第3の燃焼用含酸素気体、5は高圧の第2の燃焼用含酸素気体、6は高圧の第2の燃焼用含酸素気体供給管、7は高圧の第2の燃焼用含酸素気体供給ヘッダ、8は高圧の第2の燃焼用含酸素気体噴出ノズル、9は高圧の第2の燃焼用含酸素気体噴出流、10は循環渦、11は固体燃料と第1の搬送用気体噴出流、12は低圧の第3の燃焼用含酸素気体噴出流、をそれぞれ表す。 1 and 2, 1 is a mixed fluid of a solid fuel and a first carrier gas, 2 is a mixed fluid injection nozzle, 3 is a furnace, 4 is a low pressure third combustion oxygen-containing gas, and 5 is a high pressure. 2nd oxygen gas for combustion, 6 is a high pressure 2nd oxygen gas supply pipe for combustion, 7 is a high pressure 2nd oxygen gas supply header for combustion, 8 is a high pressure 2nd oxygen gas for combustion A gas jet nozzle, 9 is a high-pressure second combustion oxygen-containing gas jet flow, 10 is a circulating vortex, 11 is a solid fuel and a first transport gas jet flow, and 12 is a low-pressure third combustion oxygen-containing gas. Represents a jet flow.
図1において、本発明の第1の実施形態に係る燃焼用バーナは、固体燃料と第1の搬送用気体とを含む混合流体1が火炉3に向かって流れる混合流体路を画定している混合気ノズル2と、この混合気ノズルの火炉3側先端部に取り付けられていて、相対的又は比較的(後述する第3の燃焼用含酸素気体に対して)に高圧の第2の燃焼用含酸素気体を供給するリング状の供給ヘッダ7と、相対的(前述した第2の燃焼用含酸素気体に対して)に低圧の第3の燃焼用含酸素気体4が流れる気体流路を画定している気体供給ノズルと、を備えている。
In FIG. 1, the combustion burner according to the first embodiment of the present invention is a mixture that defines a mixed fluid path in which a mixed fluid 1 containing solid fuel and a first carrier gas flows toward a
本実施形態の特徴を示すリング状供給ヘッダ7は、その外周部に沿って所定間隔を置いて(図1の図示例)、又は外周部の全周に亘って噴出ノズル8を形成し、相対的又は比較的に高圧の第2の燃焼用含酸素気体が供給管6を通して供給されている。そして、高圧の第2の燃焼用含酸素気体5は、噴出ノズル9を通して、リング状供給ヘッダ7の半径方向外向きに噴流9を形成する。
The ring-shaped supply header 7 showing the characteristics of the present embodiment is formed with a
リング状供給ヘッダ7の近傍に形成された混合気体の循環渦10は、噴流9によって巻き込まれ、いわゆる同伴作用が生じる。ここで、第2の燃焼用含酸素気体による強制的な外向きの噴流形成によって、周囲の気体、すなわち循環渦10を巻き込むこととなり、その同伴作用の大きさは、噴流の運動量に支配される。流量が大きいほど、或いは、流速が高い程運動量は大きくなり、同伴は大きくなる。
The mixed
外向きの第2の燃焼用含酸素気体を高速化して運動量を増加させることにより、循環渦は大きくなり、より多くの高温ガスがバーナ近傍まで循環して、着火を促進させることとなり、着火促進によりNOxの低減につながる。すなわち、第2の燃焼用含酸素気体の高圧化に伴って、噴出流速が増加するため、同伴量が増加して循環渦108は大きくなるのである。
By increasing the momentum by increasing the speed of the second oxygen gas for combustion that is directed outward, the circulation vortex becomes larger and more high-temperature gas circulates to the vicinity of the burner to promote ignition. This leads to a reduction in NOx. That is, as the second oxygen-containing gas for combustion increases in pressure, the jet flow velocity increases, so the entrainment amount increases and the circulating
ここで、相対的に高圧の第2の燃焼用含酸素気体を供給する供給源としては、高圧で空気を送給できるファンからの空気であればよく、バーナの燃焼空気として供給している二次空気105(図3参照)のファンからの空気を用いてもよい。また、三次空気(図3参照)を高圧化するファンからの空気でも良い。具体的には、火炉3の排ガスライン中に設けた空気予熱器に押し込み通風機からの空気を通過させることで高温高圧の燃焼用含酸素気体とすることができる。
Here, the supply source for supplying the relatively high-pressure second oxygen-containing gas for combustion may be air from a fan capable of supplying air at high pressure, and is supplied as combustion air for the burner. You may use the air from the fan of the secondary air 105 (refer FIG. 3). Moreover, the air from the fan which makes tertiary air (refer FIG. 3) high pressure may be sufficient. Specifically, it is possible to obtain high-temperature and high-pressure oxygen-containing gas for combustion by pushing air into an air preheater provided in the exhaust gas line of the
また、第2と第3の燃焼用含酸素気体の流路中にそれぞれダンパを設け、各ダンパの開度を調節することによって第2と第3の燃焼用含酸素気体の流量比率を可変とすることができる。この際、火炉3の排ガスラインに設けたガス分析器で得られたNOx値で調節することができる。流量比率を変化させることで循環渦の大きさを変えてNOx発生値を変えるのである。また、火炉の負荷によって流量比率を可変しても良く、この場合には、燃焼効率を流量比率の可変で変更させるものである。
Further, a damper is provided in each of the flow paths of the second and third combustion oxygen-containing gases, and the flow rate ratio of the second and third combustion oxygen-containing gases can be varied by adjusting the opening of each damper. can do. At this time, the NOx value obtained by the gas analyzer provided in the exhaust gas line of the
次に、本発明の第2の実施形態に係る燃焼用バーナは、図2に示すように、リング状供給ヘッダ7が、第3の燃焼用含酸素気体4を外側に導く案内部材7aの機能を奏する形状となっている。すなわち、第1の実施形態におけるリング状供給ヘッダに比べて、その外周側構造にテーパー形状を採用して第3の燃焼用含酸素気体4がリング軸芯の外側に噴出するように案内するものである。案内部材7aにより燃焼用含酸素気体4が効果的に広げられるため、循環渦108はさらに大きくなり、着火が促進される。図2で案内部材7a以外の構成要素は図1のものと同様である。
Next, in the combustion burner according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the ring-shaped supply header 7 functions as a
図3に示す従来技術における二次空気の通路はダクト形状であったのに対して、図1と図2に図示するように、本実施形態においては、高圧の第2の燃焼用含酸素気体をリング状供給ヘッダ7に送給するのに、気体が高圧であることから供給管6を用いており、このために火炉側壁に開けるバーナ挿入径を小さくて済ませることができる。
The secondary air passage in the prior art shown in FIG. 3 has a duct shape, but as shown in FIGS. 1 and 2, in this embodiment, the high-pressure second oxygen-containing gas for combustion is used. Is supplied to the ring-shaped supply header 7 because the gas is at a high pressure, the
また、図1の符号7、図2の符号7aのように、リング状供給ヘッダを採用することにより、円型バーナの放射状に略均等に高圧の第2の燃焼用含酸素気体が噴出されることで、安定した着火及びバーナ火炎を形成することができる。 Further, by adopting a ring-shaped supply header as indicated by reference numeral 7 in FIG. 1 and reference numeral 7 a in FIG. 2, the second combustion oxygen-containing gas having a high pressure is ejected substantially uniformly in the radial shape of the circular burner. Thus, stable ignition and burner flame can be formed.
1 固体燃料と第1の搬送用気体の混合流体
2 混合流体噴出ノズル
3 火炉
4 低圧の第3の燃焼用含酸素気体
5 高圧の第2の燃焼用含酸素気体
6 高圧の第2の燃焼用含酸素気体供給管
7 高圧の第2の燃焼用含酸素気体供給ヘッダ
8 高圧の第2の燃焼用含酸素気体噴出ノズル
9 高圧の第2の燃焼用含酸素気体噴出流
10 循環渦
11 固体燃料と第1の搬送用気体噴出流
12 低圧の第3の燃焼用含酸素気体噴出流
101 保炎リング
102 バッフル板
103 三次気体旋回器
104 三次気体案内板
105 二次気体
106 三次気体
107 燃料と搬出用気体の噴出流
108 二次気体の噴出流
109 三次気体の噴出流
110 循環渦
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mixed fluid of solid fuel and
Claims (5)
前記第2の燃焼用含酸素気体の噴出用部材は、前記混合流体噴出ノズルの先端に取り付けられたリング形状の供給ヘッダであり、
前記リング形状供給ヘッダはその外周側に噴出ノズル穴を設け、
前記噴出ノズル穴から前記第3の燃焼用含酸素気体よりも高圧である前記第2の燃焼用含酸素気体を前記リング形状の半径方向外側に向けて噴出し、
さらに、前記リング形状供給ヘッダは前記噴出ノズル穴を除いたその外周側がテーパー形状を形成し、
前記テーパー形状によって前記第3の燃焼用含酸素気体は前記混合流体の流れ方向軸芯から離れるようにその噴出流が案内される
ことを特徴とする燃焼用バーナ。 A mixed fluid jet nozzle that supplies a mixed fluid of solid fuel and a first carrier gas to a furnace, and a second gas flow path that surrounds the mixed fluid jet nozzle and supplies a second combustion oxygen-containing gas to the furnace. And a third gas flow path for supplying a third combustion oxygen-containing gas to the furnace outside the second gas flow path,
The second combustion oxygen-containing gas ejection member is a ring-shaped supply header attached to the tip of the mixed fluid ejection nozzle,
The ring-shaped supply header is provided with a jet nozzle hole on its outer peripheral side,
The second combustion oxygen-containing gas having a pressure higher than that of the third combustion oxygen-containing gas is ejected from the ejection nozzle hole toward the radially outer side of the ring shape,
Furthermore, the ring-shaped supply header forms a tapered shape on the outer peripheral side excluding the ejection nozzle hole,
The third burner oxygen-containing gas is guided by the taper shape so as to be away from the axial center of the flow direction of the mixed fluid.
前記第2の燃焼用含酸素気体は、ファンで加圧され前記火炉の排ガスで予熱した空気を用いることを特徴とする燃焼用バーナ。 In claim 1 ,
As the second oxygen-containing gas for combustion, air that has been pressurized with a fan and preheated with exhaust gas from the furnace is used.
前記第2の燃焼用含酸素気体と前記第3の燃焼用含酸素気体の流量比率を可変することを特徴とする燃焼用バーナ。 In claim 1 or 2 ,
A combustion burner characterized by varying a flow rate ratio between the second combustion oxygen-containing gas and the third combustion oxygen-containing gas.
前記流量比率は、前記火炉の負荷、又は前記火炉排ガスのNOx値によって可変することを特徴とする燃焼用バーナ。 In claim 3 ,
The combustion burner characterized in that the flow rate ratio is variable depending on the load of the furnace or the NOx value of the furnace exhaust gas.
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