JP4643385B2 - High temperature air flow generator - Google Patents
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Description
本発明は、高温気流発生装置に関するものであり、より詳細には、蓄熱体の蓄熱・放熱作用を利用して比較的低温の気流を高温に加熱する高温気流発生装置に関するものである。 The present invention relates to a high-temperature airflow generation device, and more particularly to a high-temperature airflow generation device that heats a relatively low-temperature airflow to a high temperature by using a heat storage / heat dissipation action of a heat storage body.
700℃を超える高温の気流を発生させる高温気流発生装置が、本出願人の特願平10−189号(特開平10−246428号公報)等によって知られている。この高温気流発生装置は、直列に配置した燃焼域及び蓄熱体を備える。燃焼域で発生した高温の燃焼ガスが、蓄熱体を介して排気され、蓄熱体は、燃焼ガスと伝熱接触して燃焼ガスの顕熱を受熱し、蓄熱する。比較的低温の空気、不活性ガス、水蒸気等の気流が蓄熱後の高温蓄熱体を収容した蓄熱体収容領域に導入される。気流は、蓄熱体と伝熱接触して受熱し、高温に加熱され、蓄熱体は冷却する。加熱後の気流は、燃焼域を介して高温気流発生装置の送出路に流出し、送出路を介して他の機器又は装置等に供給される。 A high-temperature air flow generation device that generates a high-temperature air flow exceeding 700 ° C. is known from Japanese Patent Application No. 10-189 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-246428) by the present applicant. This high-temperature airflow generator includes a combustion zone and a heat storage body arranged in series. The high-temperature combustion gas generated in the combustion zone is exhausted through the heat storage body, and the heat storage body is in heat transfer contact with the combustion gas to receive the sensible heat of the combustion gas and store the heat. Airflow of relatively low temperature air, inert gas, water vapor, or the like is introduced into the heat storage body housing region that houses the high temperature heat storage body after heat storage. The airflow is in heat transfer contact with the heat storage body, receives heat, is heated to a high temperature, and the heat storage body cools. The heated airflow flows out to the delivery path of the high-temperature airflow generation device via the combustion zone, and is supplied to other devices or devices via the delivery path.
この形式の高温気流発生装置では、蓄熱体及び燃焼域を直列に配置した加熱ユニットが対をなして配置され、一方の加熱ユニットが蓄熱工程(蓄熱体を介して燃焼域の燃焼ガスを排気する工程)を実行する間、他方の加熱ユニットが放熱工程(蓄熱体及び燃焼域を介して低温気流を高温気流送出路に送出する工程)を実行する。各加熱ユニットの工程は、交互に切換えられ、加熱後の気流は、少なくとも一方の加熱ユニットから高温気流送出路に送出される。 In this type of high-temperature airflow generator, a heating unit in which a heat accumulator and a combustion zone are arranged in series is arranged in a pair, and one heating unit exhausts the combustion gas in the combustion zone via the heat accumulating step (the heat accumulator). The other heating unit executes a heat radiation step (step of sending a low-temperature airflow to the high-temperature airflow delivery path via the heat storage body and the combustion zone). The process of each heating unit is switched alternately, and the heated airflow is sent from at least one heating unit to the high-temperature airflow delivery path.
このような高温気流発生装置は、本出願人の特願2001−176379号(特開2002−364834号公報)又は特願2001−176380号(特開2002−364822号公報)にも又、開示されている。
従来の高温気流発生装置は、蓄熱体及び燃焼域を直列に配置した構成を有し、給気流は、蓄熱体の入口部分から燃焼域の出口部分に至る直線的流路形態の流路内を流動する。このような高温気流発生装置の設計においては、高温気流発生装置の全長は、直線的流路形態の流路を確保し得る十分な寸法に設計しなければならず、装置全体のサイズが大型化していた。 A conventional high-temperature airflow generator has a configuration in which a heat accumulator and a combustion zone are arranged in series, and a supply airflow passes through the flow path in a linear flow path form from the inlet portion of the heat accumulator to the outlet portion of the combustion zone. To flow. In the design of such a high-temperature air flow generator, the entire length of the high-temperature air flow generator must be designed to have a sufficient dimension that can secure a flow path in the form of a linear flow path, and the overall size of the apparatus increases. It was.
従来の高温気流発生装置は又、限られた容積の燃焼域に比較的多量の燃料を投入して燃焼反応を生じさせる構成を備えており、燃焼域の容積を制限すると、高負荷燃焼が燃焼域に生じ、火炎温度が上昇する傾向がある。このような高温の火炎は、比較的高い窒素酸化物(NOx)濃度の燃焼排ガスを生成し易い。このような事情より、従来の高温気流発生装置は、比較的大きな容積の燃焼域を備えており、装置サイズが全体的に大型化していた。 Conventional high-temperature airflow generators also have a configuration in which a relatively large amount of fuel is injected into a limited volume combustion zone to cause a combustion reaction. When the volume of the combustion zone is limited, high-load combustion is combusted. The flame temperature tends to rise. Such a high-temperature flame tends to generate combustion exhaust gas having a relatively high nitrogen oxide (NOx) concentration. Under such circumstances, the conventional high-temperature airflow generator has a relatively large volume combustion area, and the size of the apparatus has been increased as a whole.
また、従来の高温気流発生装置は、蓄熱体及び燃焼域を直列に配置してなる加熱ユニットを並列に配置した構造を有し、各加熱ユニットの燃焼域は、耐熱性を有する隔壁によって分離される。一方の燃焼域の燃焼装置が燃焼作動する間、他方の燃焼域は、加熱後の高温給気流の流動領域として使用される。各ユニットの燃焼域に交互に燃焼反応が進行するので、隔壁には、かなりの熱応力が発生し、熱応力による亀裂等が発生し易い。本出願人の実験によれば、このような隔壁の亀裂によって燃焼室間に高温気流及び燃焼ガスのリーク及び混合が発生し得る。例えば、或る条件では、不燃性の気流が燃焼中の燃焼室にリークし、燃焼反応を阻害するといった不都合が生じた。 Further, the conventional high-temperature airflow generator has a structure in which heating units formed by arranging a heat storage body and a combustion zone in series are arranged in parallel, and the combustion zone of each heating unit is separated by a heat-resistant partition. The While the combustion device in one combustion zone is in a combustion operation, the other combustion zone is used as a flow zone of the high-temperature air supply after heating. Since the combustion reaction proceeds alternately in the combustion zone of each unit, considerable thermal stress is generated in the partition walls, and cracks and the like due to thermal stress are likely to occur. According to the applicant's experiments, such cracks in the partition walls can cause leakage and mixing of high-temperature airflow and combustion gas between the combustion chambers. For example, under certain conditions, a non-combustible air current leaks into the combustion chamber during combustion, causing a disadvantage that the combustion reaction is inhibited.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、比較的コンパクトな構造に設計することができる高温気流発生装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of such a subject, The place made into the objective is to provide the high temperature airflow generator which can be designed to a comparatively compact structure.
本発明は又、高負荷燃焼に起因した排ガス中の窒素酸化物濃度の増加を防止し、装置サイズを小型化することができる高温気流発生装置を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a high-temperature airflow generator that can prevent an increase in the concentration of nitrogen oxides in exhaust gas caused by high-load combustion and can reduce the size of the device.
本発明は更に、隔壁の熱応力を抑制し、隔壁の亀裂を防止することができる高温気流発生装置を提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a high-temperature air flow generator that can suppress thermal stress of the partition walls and prevent cracks in the partition walls.
本発明は、上記目的を達成すべく、第1燃焼装置及び第1蓄熱装置を備えた第1燃焼室と、第2燃焼装置及び第2蓄熱装置を備えた第2燃焼室と、第1及び第2燃焼装置を交互に燃焼作動させる燃焼装置切換手段と、各蓄熱装置を排気状態又は高温気流導入状態に切換える蓄熱装置切換手段とを有する高温気流発生装置において、
前記燃焼室は、対向する第1及び第2端面と、端面間に延びる頂面とを有し、前記燃焼装置は、第1端面に開口して前記燃焼室に燃料及び燃焼用空気、又は燃焼ガスを吹込み、前記蓄熱装置は、前記第2端面に開口して前記燃焼室の燃焼ガスを排気するとともに、加熱すべき気体を加熱して、高温気流として前記第2端面から燃焼室に吹込み、
該高温気流を前記燃焼室から導出する高温気流導出口が、前記頂面に開口することを特徴とする高温気流発生装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a first combustion chamber provided with a first combustion device and a first heat storage device, a second combustion chamber provided with a second combustion device and a second heat storage device, In a high-temperature airflow generator having combustion device switching means for alternately performing combustion operation of the second combustion device and heat storage device switching means for switching each heat storage device to an exhaust state or a high-temperature airflow introduction state,
The combustion chamber has first and second end faces facing each other and a top face extending between the end faces, and the combustion device opens to the first end face, and fuel and combustion air, or combustion in the combustion chamber Gas is blown in, and the heat storage device opens to the second end face to exhaust the combustion gas in the combustion chamber, heats the gas to be heated, and blows it from the second end face to the combustion chamber as a high temperature air flow. Including
A high-temperature air flow generation device is provided, wherein a high-temperature air flow outlet for deriving the high-temperature air flow from the combustion chamber opens at the top surface.
本発明の上記構成によれば、第1端面の燃焼装置から燃焼室に噴流した燃料及び燃焼用空気、又は燃焼ガスは、第2端面の蓄熱装置を介して排気され、燃焼ガスの熱は、蓄熱装置に蓄熱される。蓄熱装置によって加熱された高温気流は、第2端面から燃焼室に噴流する。高温気流導出口が、燃焼室の頂面に開口するので、高温気流は、燃焼装置の噴流方向と交差する方向に燃焼室から導出される。従って、第1端面及び第2端面の間の距離は、燃焼装置及び蓄熱装置によって燃焼室の燃焼反応を適切に進行させることができる距離に設定すれば良い。これは、高温気流を転向させずに装置外に導出していた従来の高温気流発生装置と相違し、燃焼室容積の限定(従って、高温気流発生装置の装置サイズの小型化)を可能にする。 According to the above configuration of the present invention, the fuel and combustion air or combustion gas jetted from the combustion device at the first end face to the combustion chamber are exhausted via the heat storage device at the second end face, and the heat of the combustion gas is Heat is stored in the heat storage device. The high temperature airflow heated by the heat storage device is jetted from the second end face into the combustion chamber. Since the high-temperature air flow outlet opens at the top surface of the combustion chamber, the high-temperature air flow is led out from the combustion chamber in a direction that intersects the jet direction of the combustion device. Therefore, the distance between the first end face and the second end face may be set to a distance that allows the combustion reaction of the combustion chamber to proceed appropriately by the combustion device and the heat storage device. This is different from the conventional high-temperature air flow generation device that has been led out of the device without turning the high-temperature air flow, and allows the combustion chamber volume to be limited (and thus the device size of the high-temperature air flow generation device can be reduced). .
本発明は又、上記構成の高温気流発生装置において、加熱すべき気体は、水蒸気であり、一方の燃焼室に導入された高温気流の一部を他方の燃焼室に供給するバイパス流路を備えたことを特徴とする高温気流発生装置を提供する。 In the high-temperature airflow generator having the above-described configuration, the present invention further includes a bypass flow path in which the gas to be heated is water vapor and a part of the high-temperature airflow introduced into one combustion chamber is supplied to the other combustion chamber. There is provided a high-temperature air flow generator characterized by the above.
本発明の上記構成によれば、バイパス流路を介して高温水蒸気が燃焼中の燃焼室に供給される。燃焼室の火炎温度は、水蒸気の添加によって低下するので、燃焼排ガス中の窒素酸化物濃度は低下する。従って、窒素酸化物濃度の増加を防止しつつ、燃焼室の容積を低減し、装置サイズを小型化することができる。 According to the above configuration of the present invention, high-temperature steam is supplied to the combustion chamber during combustion through the bypass flow path. Since the flame temperature in the combustion chamber is lowered by the addition of water vapor, the nitrogen oxide concentration in the combustion exhaust gas is lowered. Therefore, it is possible to reduce the volume of the combustion chamber and reduce the apparatus size while preventing an increase in the nitrogen oxide concentration.
本発明は更に、上記構成の高温気流発生装置において、燃焼室の燃焼排ガスの一部が、前記燃焼装置の燃焼用空気に添加されることを特徴とする高温気流発生装置を提供する。 The present invention further provides a high-temperature air flow generation device having the above-described configuration, wherein a part of the combustion exhaust gas in the combustion chamber is added to the combustion air of the combustion device.
本発明の上記構成によれば、燃焼装置の燃焼用空気が燃焼排ガスで希釈される。燃焼室の火炎温度は低下し、燃焼排ガス中の窒素酸化物濃度は低下する。従って、窒素酸化物濃度の増加を防止しつつ、燃焼室の容積を低減し、装置サイズを小型化することができる。 According to the above configuration of the present invention, the combustion air of the combustion apparatus is diluted with the combustion exhaust gas. The flame temperature in the combustion chamber decreases and the nitrogen oxide concentration in the combustion exhaust gas decreases. Therefore, it is possible to reduce the volume of the combustion chamber and reduce the apparatus size while preventing an increase in the nitrogen oxide concentration.
本発明は又、上記構成の高温気流発生装置において、前記第1及び第2燃焼室の隔壁を構成する一次加熱装置が、前記第1及び第2燃焼室の間に配置され、前記一次加熱装置は、加熱すべき気体又は該気体として気化すべき液体が流通可能な伝熱管を有し、前記一次加熱装置は、前記燃焼室の燃焼熱が前記伝熱管内の前記気体又は前記液体に熱伝導し、該気体又は液体が加熱される構造を有することを特徴とする高温気流発生装置を提供する。 According to the present invention, in the high-temperature airflow generation device having the above-described configuration, a primary heating device constituting partition walls of the first and second combustion chambers is disposed between the first and second combustion chambers, and the primary heating device Has a heat transfer tube through which a gas to be heated or a liquid to be vaporized can flow, and the primary heating device conducts heat of combustion in the combustion chamber to the gas or the liquid in the heat transfer tube. And a high-temperature air flow generator characterized by having a structure in which the gas or liquid is heated.
本発明の上記構成によれば、燃焼室の間の隔壁に熱伝達した燃焼室の熱は、一次加熱装置を流通する流体に吸熱される。従って、隔壁の熱応力を抑制し、隔壁の亀裂を防止することができる。 According to the above configuration of the present invention, the heat of the combustion chamber that has transferred heat to the partition walls between the combustion chambers is absorbed by the fluid flowing through the primary heating device. Therefore, the thermal stress of the partition wall can be suppressed and cracking of the partition wall can be prevented.
高温気流を転向させて燃焼室の頂面から装置外に導出する本発明の上記構成によれば、高温気流発生装置を比較的コンパクトな構造に設計することができる。 According to the above configuration of the present invention in which the high-temperature air flow is turned and led out of the apparatus from the top surface of the combustion chamber, the high-temperature air flow generation device can be designed in a relatively compact structure.
高温水蒸気を燃焼状態の燃焼室に供給し、或いは、燃焼排ガスの一部を燃焼装置の燃焼用空気に添加する本発明の上記構成によれば、高負荷燃焼に起因した排ガス中の窒素酸化物濃度の増加を防止しつつ、高温気流発生装置の装置サイズを小型化することができる。 According to the above configuration of the present invention in which high temperature steam is supplied to the combustion chamber in the combustion state or a part of the combustion exhaust gas is added to the combustion air of the combustion apparatus, nitrogen oxides in the exhaust gas resulting from high load combustion The device size of the high-temperature airflow generation device can be reduced while preventing an increase in concentration.
第1及び第2燃焼室の間に一次加熱装置を配置した本発明の上記構成によれば、高温気流発生装置の隔壁の熱応力を抑制し、隔壁の亀裂を防止することができる。 According to the said structure of this invention which has arrange | positioned the primary heating apparatus between the 1st and 2nd combustion chamber, the thermal stress of the partition of a high temperature airflow generator can be suppressed, and the crack of a partition can be prevented.
好ましくは、高温気流室が、該頂壁の上側に配設され、上記第1及び第2燃焼室の高温気流導出口から上方に延びる第1及び第2流路が燃焼室の頂壁を貫通し、高温気流室に開口する。第1及び第2燃焼室の高温気流が高温気流室に流入する。高温気流室には、高温気流を系外の装置又は設備に給送する高温気流送出管が接続される。 Preferably, a high-temperature air flow chamber is disposed above the top wall, and the first and second flow paths extending upward from the high-temperature air flow outlets of the first and second combustion chambers penetrate the top wall of the combustion chamber. Open into the hot air flow chamber. The high temperature air flow in the first and second combustion chambers flows into the high temperature air flow chamber. The hot air flow chamber is connected to a hot air flow delivery pipe for supplying the hot air flow to a device or facility outside the system.
更に好ましくは、第1及び第2流路は、各流路の上部が互いに接近するように対称に傾斜し、高温気流送出管は、第1及び第2流路の中間において高温気流室の頂壁に開口し、各流路の上端開口が傾斜方向に吐出した高温気流を受入れる。 More preferably, the first and second flow paths are inclined symmetrically so that the upper portions of the flow paths approach each other, and the hot air flow delivery pipe is located at the top of the hot air flow chamber in the middle of the first and second flow paths. Opened in the wall, the upper end opening of each flow path receives the high-temperature airflow discharged in the inclined direction.
好適には、ハニカム構造の蓄熱体が第1及び第2流路に配置される。高温気流は、蓄熱体の狭小流路を介して高温気流室に吐出する。ハニカム構造の蓄熱体は、第1及び第2流路に流路抵抗を与え、高温気流室の高温気流が燃焼中の燃焼室に逆流するのを防止するとともに、高温気流の温度を安定させるように作用する。 Preferably, a heat storage body having a honeycomb structure is disposed in the first and second flow paths. The high temperature air flow is discharged into the high temperature air flow chamber through a narrow flow path of the heat storage body. The honeycomb structure heat accumulator gives flow resistance to the first and second flow paths, prevents the high temperature air flow in the high temperature air flow chamber from flowing back to the combustion chamber during combustion, and stabilizes the temperature of the high temperature air flow. Act on.
本発明の好適な実施形態において、上記蓄熱装置は、ハニカム構造のセラミックス製蓄熱体と、給排切換弁装置とを備えた蓄熱ユニットからなる。蓄熱体は、高い温度効率のリジェネレータ型熱交換器を構成する。給排切換弁装置は、第2端面に開口する給排口と、排気ファンとを連通させて、燃焼室の燃焼ガスを排気する排気位置と、加熱すべき気体の流路と給排口とを連通させて、燃焼室に高温気流を導入する高温気流導入位置とに切換制御される。 In a preferred embodiment of the present invention, the heat storage device comprises a heat storage unit including a ceramic heat storage body having a honeycomb structure and a supply / discharge switching valve device. The heat storage element constitutes a regenerator type heat exchanger with high temperature efficiency. The supply / exhaust switching valve device includes a supply / exhaust port that opens at the second end surface, an exhaust position that exhausts the combustion gas in the combustion chamber by communicating with an exhaust fan, a flow path of gas to be heated, and a supply / exhaust port. Are controlled to be switched to a high temperature air flow introduction position for introducing a high temperature air flow into the combustion chamber.
本発明の更に好適な実施形態によれば、燃料及び燃焼用空気、又は燃焼ガスを燃焼室に吹込む燃焼装置の噴流口の中心軸線と、蓄熱装置の給排口の中心軸線とは、互いに偏心した位置に位置決めされる。燃焼装置の噴流は、給排口にショートパスすることなく、燃焼室内に滞留し、或いは、炉内ガス循環流を形成し、燃焼室の燃焼反応を効果的に進行させる。これは、第1及び第2端面の距離の短縮を可能にし、従って、燃焼室容積の適切な縮小を可能にする。 According to a further preferred embodiment of the present invention, the central axis of the jet port of the combustion device that blows fuel and combustion air or combustion gas into the combustion chamber and the central axis of the supply and exhaust port of the heat storage device are mutually It is positioned at an eccentric position. The jet of the combustion device stays in the combustion chamber without short-passing to the supply / exhaust port, or forms a gas circulation flow in the furnace, and effectively advances the combustion reaction in the combustion chamber. This allows for a reduction in the distance between the first and second end faces, and thus a suitable reduction in the combustion chamber volume.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明に係る高温気流発生装置の実施例を示す側面図である。 FIG. 1 is a side view showing an embodiment of a high-temperature air flow generator according to the present invention.
高温気流発生装置1は、加熱炉2、バーナユニット3、一次加熱装置4、蓄熱ユニット5及び排気ファン7を備える。炭化水素系燃料及び燃焼用空気をバーナユニット3に供給する燃料供給管31及び空気供給管32がバーナユニット3に接続される。水蒸気供給管41が、一次加熱装置4の流入部42に接続され、上下一対の水蒸気中継管44が、一次加熱装置4の上下の流出部43に夫々接続される。
The high-
上下の中継管44は、合流管45に接続され、合流管45は、蓄熱ユニット5の水蒸気供給ポート51に接続される。排気管71が、蓄熱ユニット5の排気ポート52に接続される。排気管71は、排気ファン(又は排気ブロワ)7の吸引口に接続される。排気管72が、排気ファン7の吐出口に接続される。分岐管73が、排気管72から分岐し、空気供給管32に接続される。
The upper and
加熱炉2は、高温水蒸気送出部8を備える。高温水蒸気送出管81が、送出部8に接続され、送出管81は、700℃以上の高温の水蒸気を系外の設備又は装置(図示せず)に供給する。
The
制御弁33、34、74が供給管31、32及び分岐管73に夫々介装される。制御弁33、34、74の各駆動部が、制御信号線(破線で示す)を介して制御ユニット9に接続される。蓄熱ユニット5の弁駆動装置62が、制御信号線を介して制御ユニット9に接続される。制御ユニット9は、制御弁33、34、74及び弁駆動装置62を駆動し、高温気流発生装置1の作動を制御する。
図2は、図1のII−II線における高温気流発生装置1の断面図である。図3、図4、図5及び図6は、図2に示すIII−III線、IV−IV線、V−V線及びVI−VI線における高温気流発生装置1の断面図である。また、図7及び図8は、蓄熱ユニット5の構造を示す縦断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the high-
図2及び図3に示すように、加熱炉2は、左右一対の燃焼室21を備える。各燃焼室21は、炉内壁面を形成する耐火壁22によって区画される。耐火壁22の外面は、比較的硬質の断熱材23によって被覆される。一次加熱装置4は、加熱炉2の中心軸線CL(図2)上に配置される。図3に示す如く、加熱炉2は、垂直中心面CPに対して左右対称の構造及び形態を有し、一次加熱装置4は、垂直中心面CPにおいて加熱炉2を分割する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
各燃焼室21は、直方体輪郭を有し、バーナユニット3及び蓄熱ユニット5は、各燃焼室21の端面21a、21b(図2)に夫々配置される。
Each
バーナユニット3の噴射口36が、端面21aに開口し、バーナユニット3のバーナスロート部35が、耐火壁22及び断熱材23を貫通する。バーナスロート部35は、中心軸線CLと平行に配向され、噴射口36は、燃料及び燃焼用空気の混合気を中心軸線CLと平行に燃焼室21に吐出する。
The
バーナユニット3の基端部は炉外に突出し、燃料及び燃焼用空気を混合する混合部37が、バーナユニット3の炉外突出部分に配置される。燃料供給管31及び燃焼用空気供給管32は、混合部37に接続され、炭化水素系燃料及び燃焼用空気が制御弁33、34の制御下に混合部37に供給される。燃料及び空気の混合気は、噴射口36から燃焼室21に噴射し、燃焼室21内に火炎Fを生成する。なお、バーナユニット3は、パイロットバーナ等の付帯設備(図示せず)を備えるが、バーナユニット3の付帯設備は、従来構造のものであるので、説明を省略する。
The base end portion of the
蓄熱ユニット5の給排口57が、端面21bに開口する。蓄熱ユニット5の蓄熱装置53が、耐火壁22及び断熱材23を貫通する。蓄熱ユニット5は、中心軸線CLと平行に配向され、給排口57は、加熱後の水蒸気を中心軸線CLと平行に燃焼室21に吐出する。蓄熱ユニット5の給排切換弁装置60が炉外に突出する。給排切換弁装置60のポート51、52には、前述の如く、合流管45及び排気管71が接続される。
The supply /
対をなすバーナユニット3は、交互に燃焼作動し、燃焼作動側の燃焼室21(図2〜図5に示す第1燃焼室21−1)の燃焼ガスは、蓄熱ユニット5の給排口57から排気される。他方、燃焼停止側の燃焼室21(図2〜図5に示す第2燃焼室21−2)に配置された蓄熱ユニット5は、蓄熱装置53によって加熱した高温の水蒸気を給排口57から燃焼室21に噴射する。
The paired
図7及び図8には、各蓄熱ユニット5の構造が示されている。蓄熱装置53及び給排切換弁装置60から構成される。蓄熱装置53は、蓄熱体ケース55内に蓄熱体56を収容した構造を有する。蓄熱体56は、円柱形の外形を有するハニカム構造のセラミックス製蓄熱体からなり、多数の狭小流路を有する。蓄熱体56の各流路は、蓄熱ユニット5の軸線方向に蓄熱体56を貫通する。蓄熱体56は、リジェネレータ型熱交換器を構成し、0.9以上の温度効率を発揮する。この形式の熱交換器の構造は、例えば、本願出願人による特願平5-6911号(特開平6-213585号公報)等に詳細に開示されているので、更なる詳細な説明は、省略する。
7 and 8 show the structure of each
蓄熱体ケース55は、耐火壁22及び断熱材23を貫通する金属製又はセラミック製の円筒形部材からなり、耐火壁22に一体的に支持される。蓄熱体ケース55の先端部は、蓄熱体56の先端面から炉内領域に若干突出し、僅かに縮径して燃焼室21に開口する。蓄熱体ケース55の先端円形開口は、給排口57を構成する。給排口57は、燃焼室21の炉内ガスを吸引する炉内ガス吸引口として機能するとともに、加熱後の水蒸気を燃焼室21に噴射する高温水蒸気噴射口として機能する。
The heat
給排切換弁装置60は、蓄熱装置53と同軸上に整列し、断熱材23から炉外に突出する。弁装置60は、弁機構61及び弁駆動装置62を備える。弁駆動装置62は、制御ユニット9の制御下に弁機構61を駆動し、弁機構61を排気位置又は水蒸気導入位置に切換える。弁機構61は、水蒸気供給ポート51及び排気ポート52を選択的に開閉する二位置制御弁として機能する。
The supply / discharge switching
図7には、弁機構61の排気位置が示されており、排気ファン7の吸引圧力が、排気管71、弁装置60及び蓄熱装置53を介して給排口57に作用する。弁機構61の排気位置では、燃焼室21の燃焼排ガスは、排気ファン7の吸引圧力によって給排口57から蓄熱体56の流路に流入し、弁機構61を介して炉外に排気される。図8には、弁機構61の水蒸気導入位置が示されており、合流管45の水蒸気圧が、弁装置60及び蓄熱装置53を介して給排口57に作用する。弁機構61の供給位置では、蓄熱体56によって加熱された高温の水蒸気が給排口57から燃焼室21に噴流する。
FIG. 7 shows the exhaust position of the
図7(B)には、給排切換弁装置60の構造が示されている。
FIG. 7B shows the structure of the supply / discharge switching
弁機構61は、弁体65、給排管66、エルボ管67及び弁座部68から構成される。エルボ管67は、排気ポート52と連通する。エルボ管67の開口部69が、給排管66の管内領域69に開口する。弁座部68の弁開口が、開口部69と対向する。
The
弁駆動装置62は、ピストンロッド64を備えた駆動部(アクチュエータ)と、水蒸気供給ポート51を備えた弁ハウジング63とを備える。ピストンロッド64は、弁座部68の開口部を貫通する。ピストンロッド64の先端部には、弁体65が固定される。
The
図7に示す弁機構61の排気位置では、弁駆動装置62は、ピストンロッド64を弁ハウジング63内に引き込み、弁体65は、弁座部68に着座する。弁座部68の弁開口は閉塞し、エルボ管67の開口部69は、開放する。開口部69の開放により、排気口52及び管内領域69は連通する。弁座部68の弁開口閉塞により、水蒸気供給ポート51は閉鎖する。
In the exhaust position of the
他方、図8に示す弁機構61の水蒸気導入位置では、弁駆動装置62は、ピストンロッド64を伸長する。弁体65は、エルボ管67の開口部69を閉塞し、弁座部68の弁開口を開放する。開口部69の閉塞により、排気口52は閉鎖する。弁座部68の弁開口開放により、水蒸気供給ポート51及び及び管内領域69は連通する。
On the other hand, the
図3〜図5に示す如く、水蒸気流路24が、各燃焼室21の頂面21cに開口する。流路24は、耐火壁22を垂直に貫通し、蓄熱体25の下端部に連通する。蓄熱体25は、その上端部を垂直中心面CPに接近せしめるように上方且つ内方に傾斜している。蓄熱体25は、前述の蓄熱体56と同様、円柱形の外形を有するハニカム構造のセラミックス製蓄熱体からなり、多数の狭小流路を有する。蓄熱体25は、金属製の蓄熱体ケース26内に収容される。蓄熱体ケース26の先端部は、高温水蒸気送出部8の水蒸気室80内に延び、僅かに縮径して水蒸気室80に開口する。従って、蓄熱体25の上端面に露出する各狭小流路の開口端は、水蒸気室80に開放される。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
高温水蒸気送出部8は、断熱材23によって形成され、水蒸気室80は、直方体輪郭に区画される。高温水蒸気送出口82が、水蒸気室80の頂壁に形成される。送出口82は、高温水蒸気送出管81に接続される。
The high-temperature water
図3及び図6に示す如く、一次加熱装置4は、垂直中心面CPにおいて左右の燃焼室21を分離するように配置される。一次加熱装置4は、加熱炉2の高さ中心に配置された流入部42(図6)と、流入部42から分岐した上下対称の伝熱管47と、伝熱管47を埋設した金属製の垂直壁48と、伝熱管47の末端部からなる上下の流出部43とから構成される。前述の如く、流入部42には、水蒸気供給管41が接続され、流出部43には、水蒸気中継管44が接続される。伝熱管47は、Uチューブ形態に垂直壁48内に配管される。伝熱管47のU字管部分及び流出部43は、垂直壁48の端面から突出する。
As shown in FIGS. 3 and 6, the primary heating device 4 is disposed so as to separate the left and
流入部42に流入した飽和水蒸気は、伝熱管47を流通し、流出部43から中継管44に流出する。図3において、燃焼作動中の燃焼室21(第1燃焼室21−1)の燃焼熱は、耐火壁22及び垂直壁48を介して伝熱管47に熱伝達する。伝熱管47内の飽和水蒸気は、伝熱管47に熱伝導した熱を受熱し、加熱され、例えば、温度150〜200℃の過熱水蒸気として中継管44に流出し、合流管45によって蓄熱ユニット5の水蒸気供給ポート51に供給される。
The saturated water vapor that has flowed into the
図3に示すように、加熱炉2は更に、左右の燃焼室2を相互連通するバイパス流路85を備える。バイパス流路85の流路端は、燃焼室2の底面21dに開口する。バイパス流路85は、耐火壁22を貫通し、或いは、耐火壁22及び断熱材23を貫通する。燃焼停止中の燃焼室21(第2燃焼室21−2)に流入した高温水蒸気の一部が、バイパス流路85を介して燃焼作動中の燃焼室21(第1燃焼室21−1)に流入する。
As shown in FIG. 3, the
図3〜図5に示す如く、バーナユニット3の中心軸線C1と、蓄熱ユニット5の中心軸線C2とは、横方向(水平方向)及び上下方向(鉛直方向)に互いに偏心した位置に配置される。従って、バーナユニット3が噴射した燃料及び燃焼用空気は、蓄熱ユニット5の給排口57にショートパスすることなく、燃焼室2(第1燃焼室21−1)内に滞留し又は炉内循環し、火炎Fを形成する。
As shown in FIGS. 3 to 5, the central axis C <b> 1 of the
次に、高温気流発生装置1の作動について説明する。
Next, the operation of the high-
左右の燃焼室21に配置されたバーナユニット3は、同時に燃焼作動することなく、交互に燃焼作動する。バーナユニット3を燃焼作動した燃焼室21においては、蓄熱ユニット5の弁機構61は、排気位置に保持され、蓄熱ユニット5は、排気手段として使用される。他方、バーナユニット3を休止した側の燃焼室21においては、弁機構61は、水蒸気導入位置に保持され、蓄熱ユニット5は、水蒸気を加熱する水蒸気加熱手段として使用される。
The
図2〜図5に示す高温気流発生装置1の作動状態では、第1燃焼室21−1に配置されたバーナユニット3は、炭化水素系燃料及び燃焼用空気の混合気を第1燃焼室21−1に噴射し、第1燃焼室21−1に火炎Fを生成する。第1燃焼室21−1の燃焼ガスは、第1燃焼室21−1の蓄熱装置53を介して排気される。燃焼ガスは、蓄熱体56と伝熱接触して冷却する。蓄熱体53は、燃焼ガスが保有する顕熱を受熱して高温に加熱され、燃焼ガスの顕熱を蓄熱する。冷却後の燃焼ガスは、排気管71、排気ファン7及び排気管72によって燃焼排ガスとして排気される。燃焼排ガスの一部が、分岐管73及び制御弁74によって空気供給管32の燃焼用空気に添加される。燃焼用空気は、燃焼排ガスによって希釈される。火炎Fの火炎温度が低下するとともに、第1燃焼室21−1に生成する燃焼ガスの窒素酸化物(NOx)濃度が低下する。
2 to 5, the
他方、第2燃焼室21−2に配置されたバーナユニット3は、燃焼作動を休止しており、第2燃焼室21−2の蓄熱体56は、直前に実行した第2燃焼室21−2のバーナユニット燃焼運転によって既に蓄熱している。一次加熱装置4によって一次加熱された水蒸気が、蓄熱装置53を介して第2燃焼室21−2に供給される。水蒸気は、蓄熱体56と伝熱接触して700℃以上の高温に加熱される。加熱後の高温水蒸気は、給排口57から第2燃焼室21−2に噴流する。
On the other hand, the
高温水蒸気の噴流は、第2燃焼室21−2の端面21aに衝突した後、水蒸気流路24、蓄熱体25、水蒸気室80及び高温水蒸気送出口82を介して高温水蒸気送出管81に送出され、系外の設備機器等に供給される。
The jet of high-temperature steam collides with the
第2燃焼室21−2に供給された高温水蒸気の一部が、バイパス管85を介して第1燃焼室21−1に流入する。700℃以上の高温水蒸気は、第1燃焼室21−1の燃焼反応を阻害せずに火炎Fの火炎温度を低下させるとともに、第1燃焼室21−1に生成した燃焼ガスの窒素酸化物(NOx)濃度を低下させるように作用する。
A part of the high-temperature steam supplied to the second combustion chamber 21-2 flows into the first combustion chamber 21-1 via the
制御ユニット9は、第1燃焼室21−1のバーナユニット3を燃焼作動し、第2燃焼室21−2の蓄熱ユニット5によって高温水蒸気を供給する高温気流発生装置1の運転を所定時間継続した後、制御弁33、34、74及び弁駆動装置62を実質的に同時に駆動し、高温気流発生装置1の運転を切換える。この結果、高温気流発生装置1は、第2燃焼室21−2のバーナユニット3を燃焼作動し、第1燃焼室21−1の蓄熱ユニット5によって水蒸気を加熱する作動状態に移行する。
The control unit 9 combusts the
このような高温気流発生装置1の作動状態が、図9〜図12に示されている。
The operating state of such a high-
図9〜図12に示す如く、第2燃焼室21−2に配置されたバーナユニット3は、燃料及び燃焼用空気の混合気を第2燃焼室21−2に噴射し、第2燃焼室21−2に火炎Fを生成する。第2燃焼室21−2の燃焼ガスは、第1燃焼室21−1の蓄熱装置53を介して排気される。燃焼ガスは、蓄熱体56と伝熱接触して冷却し、蓄熱体53は、燃焼ガスの顕熱を蓄熱する。冷却後の燃焼ガスは、排気管71、排気ファン7及び排気管72によって燃焼排ガスとして排気される。燃焼排ガスの一部が、分岐管73及び制御弁74を介して空気供給管32の燃焼用空気に添加される。燃焼用空気は、燃焼排ガスによって希釈される。火炎Fの火炎温度は低下し、第2燃焼室21−2に生成する燃焼ガスの窒素酸化物(NOx)濃度は低下する。
As shown in FIGS. 9 to 12, the
第1燃焼室21−1に配置されたバーナユニット3は、燃焼作動を休止しており、第1燃焼室21−1の蓄熱体56は、直前に実行した第1燃焼室21−1の燃焼運転によって既に蓄熱している。一次加熱装置4によって一次加熱された水蒸気が、蓄熱装置53を介して第1燃焼室21−1に供給される。水蒸気は、蓄熱体56と伝熱接触して700℃以上の高温に加熱され、加熱後の高温水蒸気は、給排口57から第1燃焼室21−1に噴流する。
The
高温水蒸気の噴流は、第1燃焼室21−1の端面21aに衝突した後、水蒸気流路24、蓄熱体25、水蒸気室80及び高温水蒸気送出口82を介して高温水蒸気送出管81に送出される。
The jet of the high-temperature steam collides with the
第1燃焼室21−1に供給された高温水蒸気の一部が、バイパス管85を介して第2燃焼室21−2に流入する。700℃以上の高温水蒸気は、第2燃焼室21−2の燃焼反応を阻害せずに火炎Fの火炎温度を低下させるとともに、第2燃焼室21−2に生成した燃焼ガスの窒素酸化物(NOx)濃度を低下させるように作用する。
A part of the high-temperature steam supplied to the first combustion chamber 21-1 flows into the second combustion chamber 21-2 via the
高温気流発生装置1は、図9〜図12に示す作動状態を所定時間継続した後、制御弁33、34、46及び弁駆動装置62を駆動して高温気流発生装置1の運転を切換える。高温気流発生装置1は、このような二形態の作動を制御ユニット9の制御下に交互に実行し、700℃以上の高温水蒸気を継続的に高温水蒸気送出管81に送出し、系外の設備機器等に連続供給する。
The high temperature
図7及び図8に示す各温度、即ち、燃焼室21の燃焼ガスの温度Ti、加熱後の高温水蒸気の温度To、燃焼排ガス温度T1(排気管71)および一次加熱後の過熱水蒸気の温度T2(合流管45)は、例えば、以下のとおり設定される。
7 and 8, that is, the temperature Ti of the combustion gas in the
燃焼ガスの温度Ti:Ti=1200〜1400℃
高温水蒸気温度To:To=1100〜1300℃
燃焼排ガス温度T1:T1=200〜250℃
過熱水蒸気温度T2:T2=150〜200℃
Combustion gas temperature Ti: Ti = 1200-1400 ° C.
High-temperature steam temperature To: To = 1100 to 1300 ° C.
Combustion exhaust gas temperature T1: T1 = 200 to 250 ° C.
Superheated steam temperature T2: T2 = 150 to 200 ° C.
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能であり、このような変形例又は変更例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications or changes can be made within the scope of the present invention described in the claims. Needless to say, such variations and modifications are also included in the scope of the present invention.
例えば、上記実施例では、高温気流発生装置は、飽和水蒸気を一次加熱装置によって一次加熱するように構成されているが、水又は純水を一次加熱装置に供給し、水又は純水を一次加熱装置によって気化するように高温気流発生装置を構成しても良い。 For example, in the above-described embodiment, the high-temperature air flow generation device is configured to primarily heat saturated steam by the primary heating device, but supplies water or pure water to the primary heating device and primarily heats the water or pure water. You may comprise a high temperature airflow generator so that it may vaporize by an apparatus.
また、高温気流発生装置は、700℃以上の高温水蒸気を発生させる高温水蒸気流発生装置として例示したが、不活性ガス又は空気等の他の気体を高温に加熱する装置として高温気流発生装置を構成し、或いは、水蒸気及び炭化水素(又は炭素)の混合気を加熱し、水素等の成分を含む合成ガスや、水性ガス等を生成する装置として、本発明の高温気流発生装置を構成しても良い。 Moreover, although the high temperature air flow generator was illustrated as a high temperature water vapor flow generator that generates high temperature water vapor at 700 ° C. or higher, the high temperature air flow generator is configured as a device that heats other gases such as inert gas or air to a high temperature. Alternatively, the high-temperature airflow generation device of the present invention may be configured as a device that heats a mixture of water vapor and hydrocarbon (or carbon) to generate synthesis gas containing hydrogen or other components, water gas, or the like. good.
本発明は、蓄熱体を介してなされる燃焼ガス及び気体の実質的に直接的な熱交換を利用して、比較的低温の水蒸気、空気、不活性ガス等の気体を高温に加熱する高温気流発生装置に適用される。本発明は、比較的コンパクトな高温気流発生装置を提供する。本発明は又、高温気流発生装置の燃焼室から排気される燃焼排ガスの窒素酸化物濃度を増加させることなく、高温気流発生装置の小型化を可能にするとともに、燃焼室間の隔壁の亀裂発生等を防止することを可能にする。従って、本発明は、高温気流発生装置の用途又は適用範囲を拡大する上で有利である。 The present invention uses a substantially direct heat exchange between a combustion gas and a gas made through a heat storage body to heat a gas such as a relatively low temperature water vapor, air, inert gas, etc. to a high temperature. Applies to generator. The present invention provides a relatively compact high temperature airflow generator. The present invention also enables downsizing of the high-temperature air flow generator without increasing the concentration of nitrogen oxides in the combustion exhaust gas exhausted from the combustion chamber of the high-temperature air flow generator, and generates cracks in the partition walls between the combustion chambers. It is possible to prevent such as. Therefore, this invention is advantageous when expanding the use or application range of a high temperature airflow generator.
1:高温気流発生装置
2:加熱炉
3:バーナユニット
4:一次加熱装置
5:蓄熱ユニット
7:排気ファン
9:制御ユニット
21:燃焼室
21−1:第1燃焼室
21−2:第2燃焼室
22:耐火壁
23:断熱材
31:燃料供給管
32:空気供給管
35:バーナスロート部
36:噴射口
51:水蒸気供給ポート
52:排気ポート
53:蓄熱装置
56:蓄熱体
57:給排口
60:給排切換弁装置
62:弁駆動装置
F:火炎
1: High-temperature air flow generator 2: Heating furnace 3: Burner unit 4: Primary heating device 5: Heat storage unit 7: Exhaust fan 9: Control unit 21: Combustion chamber 21-1: First combustion chamber 21-2: Second combustion Chamber 22: Fireproof wall 23: Heat insulating material 31: Fuel supply pipe 32: Air supply pipe 35: Burner throat part 36: Injection port 51: Water vapor supply port 52: Exhaust port 53: Heat storage device 56: Heat storage body 57: Supply / exhaust port 60: Supply / discharge switching valve device 62: Valve drive device F: Flame
Claims (9)
前記燃焼室は、対向する第1及び第2端面と、端面間に延びる頂面とを有し、前記燃焼装置は、第1端面に開口して前記燃焼室に燃料及び燃焼用空気、又は燃焼ガスを吹込み、前記蓄熱装置は、前記第2端面に開口して前記燃焼室の燃焼ガスを排気するとともに、加熱すべき気体を加熱して、高温気流として前記第2端面から燃焼室に吹込み、
該高温気流を前記燃焼室から導出する高温気流導出口が、前記頂面に開口することを特徴とする高温気流発生装置。 Combustion in which the first combustion chamber provided with the first combustion device and the first heat storage device, the second combustion chamber provided with the second combustion device and the second heat storage device, and the first and second combustion devices are operated alternately. In the high-temperature airflow generator having the device switching means and the heat storage device switching means for switching each heat storage device to the exhaust state or the high-temperature airflow introduction state,
The combustion chamber has first and second end faces facing each other and a top face extending between the end faces, and the combustion device opens to the first end face, and fuel and combustion air, or combustion in the combustion chamber Gas is blown in, and the heat storage device opens to the second end face to exhaust the combustion gas in the combustion chamber, heats the gas to be heated, and blows it from the second end face to the combustion chamber as a high temperature air flow. Including
A high-temperature air flow generation device, wherein a high-temperature air flow outlet for deriving the high-temperature air flow from the combustion chamber opens at the top surface.
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