JP4673419B2

JP4673419B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JP4673419B2
Application number: JP2009133050A
Authority: JP
Inventors: 和也北村; 祐作河本
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2029-06-02
Also published as: TW201043882A; CN101907297A; KR101059646B1; TWI431223B; KR20100130150A; CN101907297B; JP2010281472A

Description

本発明は、パイロットバーナを有する燃焼装置に関する。

工業炉では、安全のために、バーナが燃焼していることを監視する必要がある。例えば特許文献１には、火炎の発する紫外線を検出する紫外線火炎センサによって燃焼状態を監視することが記載されている。

パイロットバーナでメインバーナに点火する燃焼装置を用いる場合、パイロットバーナが燃焼状態であれば、当然、メインバーナも燃焼していると考えられるため、従来、パイロットバーナの火炎を検出するセンサだけを設けることが多かった。しかしながら、２００８年に改正されたＪＩＳ−Ｂ８４１５「工業用燃焼炉の安全通則」では、パイロットバーナとメインバーナの燃焼状態を個別に監視することが必須とされている。

紫外線火炎センサは、検出視野に、パイロットバーナの火炎とメインバーナの火炎とが存在する場合、いずれの火炎であるかを判別できない。そこで、特許文献２に記載の燃焼装置では、パイロットバーナの火炎が届かない、燃焼装置本体から遠く離れた炉内でメインバーナの火炎を監視するために、炉壁に別途貫通孔を設けてセンサを設置している。また、このような構成は、バーナ本体とメインバーナ用センサとの位置関係が現地工事によって決定されるため、慎重な施工が必要とされる。また、既存の炉の燃焼装置を交換する際、新たに、炉体に貫通孔を開ける必要がある。

また、パイロットバーナの火炎の検出は、特許文献２に記載されているように、パイロットバーナの空気流路の後端に検出孔を設けて紫外線火炎センサを配設することが行われていた。しかしながら、メインバーナの燃焼時には、パイロットバーナ用の紫外線火炎センサがメインバーナの火炎を検出してしまうため、メインバーナの非燃焼時にしかパイロットバーナの燃焼を確認することができず、改正ＪＩＳが要求する個別火炎監視を満足しない。

特開昭６２−１５３６２４号公報特開２００４−３０１３７０号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、パイロットバーナの火炎と、メインバーナの火炎とを個別に検出できる、構造の簡単な燃焼装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による燃焼装置は、主燃焼用燃料を供給する燃料ノズルと、主燃焼用空気を供給する空気供給口と、前記空気供給口の下流側で拡径して、前記主燃焼用空気の気流の外側に、環状または筒状に形成されたパイロット燃焼空間と、前記パイロット燃焼空間に、接線方向にパイロット空気およびパイロット燃料を吹き込んでパイロット火炎を形成するパイロットバーナと、前記主燃焼用空気の流路を直視せず、前記パイロット燃焼空間を見通して、前記パイロット火炎を検出するパイロット火炎センサと、前記パイロット燃焼空間を直視せずに、前記主燃焼用燃料が燃焼して形成するメイン火炎を検出するメイン火炎センサとを有するものとする。

この構成によれば、パイロットバーナの火炎を、主燃焼用空気の気流の影響を受けないパイロット燃焼空間に環状に形成するので、パイロットバーナの火炎がパイロット燃焼空間内に留まる。このため、主燃焼用空気の流路を見通すメイン火炎センサが、パイロットバーナの火炎を検知することがない。また、パイロット火炎センサは、主燃焼用空気の流路を直視しないので、メインバーナの火炎を検知しない。

また、本発明の燃焼装置において、前記パイロット火炎センサは、前記パイロットバーナ後端に設けられ、前記パイロット空気の流路から前記パイロット燃焼空間を見通してもよい。

この構成によれば、パイロット空気の流路から主燃焼用空気の流路を見通すことができないので、パイロット火炎センサがメインバーナの火炎を検知することがない。

また、本発明の燃焼装置において、前記メイン火炎センサは、前記空気供給口を介して、前記空気供給口と同軸方向に前記主燃焼用空気の流路を見通して前記メイン火炎を検出してもよい。

この構成によれば、メインバーナの後端にメイン火炎センサを設けるので、燃焼装置本体や炉体にセンサ用の孔を設ける必要がなく、装置が大型化しない。このため、既存設備の燃焼装置と取り付け寸法を合わせることができ、炉体に手を加えることなく、燃焼装置を交換できる。

また、本発明の燃焼装置において、前記パイロット燃焼空間は、溝状に形成されていてもよい。

この構成によれば、主燃焼用空気の気流の巻き込みが少なく、パイロットバーナの火炎を主燃焼用空気の流路にはみ出させない。

また、本発明の燃焼装置において、前記パイロット燃焼空間の下流側に、拡径した１次燃焼空間を有してもよい。

この構成によれば、１次燃焼空間において、主燃焼用燃料と主燃焼用空気とを混合して燃焼させることで、安定した燃焼が可能になる。

また、本発明の燃焼装置において、前記メイン火炎センサは、前記１次燃焼空間に開口する貫通孔を見通してもよい。

この構成によれば、メインバーナの火炎を確実に検出でき、液体燃料を使用する場合にも、メイン火炎センサの視野が燃料によって遮断されない。

本発明によれば、主燃焼用空気の気流を取り囲むパイロット燃焼空間を設け、パイロットバーナの火炎を環状に形成してパイロット燃焼空間内に留めるので、燃焼装置の内部または近傍において、パイロットバーナの火炎を誤検出することなく、メインバーナの火炎を独立して検出できる。

本発明の第１実施形態の燃焼装置の軸方向断面図である。図１の燃焼装置のＡ−Ａ断面図である。本発明の第２実施形態の燃焼装置の軸方向断面図である。本発明の第３実施形態の燃焼装置の軸方向断面図である。本発明の第４実施形態の燃焼装置の軸直角方向断面図である。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１および図２に、本発明の第１実施形態の燃焼装置１を示す。燃焼装置１は、炉壁２に設けた開口に取り付けられ、炉内に火炎を形成する。燃焼装置１は、炉壁２に固定された装置本体３に、メインバーナ４とパイロットバーナ５とが取り付けられてなる。

メインバーナ４は、主燃焼用燃料（例えば天然ガス）を供給する燃料ノズル６と、装置本体３に主燃焼用空気を燃料ノズル６に沿って吹き込む空気供給口７と、空気供給口７を介して、燃料ノズル６および空気供給口７と同軸に、装置本体３内の主燃焼用空気の流路を見通すメイン火炎センサ８とを有する。メイン火炎センサ８は、火炎が発する特定波長の紫外線を検出する紫外線火炎センサである。また、メイン火炎センサ８は、メインバーナ４の後端に設けられた貫通孔９から、図中に一点鎖線で示す方向に、装置本体３および炉内を見通す。

装置本体３は、空気供給口７から吹き込まれた主燃焼用空気の流路を取り囲むように、空気供給口７の下流側を拡径してなる空気供給口７と同軸の環状溝１０が形成されており、環状溝１０は、主燃焼用空気の気流の外側に、主燃焼用空気の影響（空気の巻き込み）を受けないパイロット燃焼空間１１を構成している。さらに、装置本体３は、環状溝１０の下流側に、主燃焼用空気の流路を再度拡径してなる１次燃焼空間１２を有する。

図２に示すように、パイロットバーナ５は、パイロット空気の流路を構成するバーナ本体１３の中に、パイロット燃料（例えば天然ガス）を供給する燃料ノズル１４が延伸し、バーナ本体１３の後端に配設され、バーナ本体１３内のパイロット空気の流路を介して燃料ノズル１４と平行にパイロット燃焼空間１１を見通す紫外線火炎センサであるパイロット火炎センサ１５とを有する。

パイロットバーナ５は、環状溝１０の底壁に沿って、パイロット燃料およびパイロット空気をパイロット燃焼空間１１に接線方向に吹き込んで、パイロット燃焼空間１１内に、環状溝１０の底壁に沿って延伸する環状の火炎を形成する。ここで、パイロットバーナ５は、形成する火炎がパイロット燃焼空間１１から内側の主燃焼用空気の流路にはみ出さないようなものを選択することが重要である。

メイン火炎センサ８は、主燃焼用空気の流路を、主燃焼用空気の流れ方向に上流側から見通すので、主燃焼用空気と主燃焼用燃料とが混合燃焼して形成する火炎の長短に拘わらず、形成された火炎を確実に検出できる。一方、メイン火炎センサ８は、主燃焼用空気の流路の外側に形成されたパイロット燃焼空間１１内を見通すことができない。つまり、メイン火炎センサ８は、パイロット燃焼空間１１を直視しないので、メインバーナ４の火炎を検出することはできるが、パイロット燃焼空間１１内に留まるパイロットバーナ５の火炎を検出し得ない。

また、図２に示すように、メイン火炎センサ８の取り付け位置を、空気供給口７の軸周りの角度において、パイロットバーナ５の火炎の下流側（パイロットバーナ５から遠くなる方向）になるようにすれば、仮に、パイロットバーナ５の火炎が主燃焼用空気の流路にはみ出したとしても、メイン火炎センサ８が誤ってパイロットバーナ５の火炎を検出しないようにできる。

パイロット火炎センサ１５は、パイロットバーナ５がパイロット燃焼空間１１内に形成する火炎を検出できるが、主燃焼用空気の流路を見通すことができないので、メインバーナ４が形成する火炎を検出し得ない。

以上のように、燃焼装置１において、メイン火炎センサ８およびパイロット火炎センサ１５は、燃焼空気の流路を介して火炎を検出するので、メイン火炎センサ８およびパイロット火炎センサ１５に向かって火炎から煤等が流れて来ない。このため、メイン火炎センサ８およびパイロット火炎センサ１５の視界が煤等によって遮られることがなく、メイン火炎センサ８およびパイロット火炎センサ１５やその視野に煤等の付着が少ないのでメンテナンスが簡単である。

また、この燃焼装置１は、メインバーナ４の火炎を検出するメイン火炎センサ８のために、炉壁２や装置本体３に孔を設ける必要がないので装置が大型化しない。このため、燃焼装置１は、既存の炉に設置されている燃焼装置と、炉体の開口を大きくしたり別の孔を開けたりすることなく、容易に交換することができる。

続いて、図３に、本発明の第２実施形態の燃焼装置１を示す。尚、これ以降、先に説明した実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。本実施形態の燃焼装置１において、パイロット燃焼空間１１は、Ｕ字型の溝１０によって構成されている。また、本実施形態の燃焼装置１では、装置本体３に、１次燃焼空間１２に開口する貫通孔９が設けられ、メイン火炎センサ８は、装置本体３の貫通孔９を見通して１次燃焼空間１２内の主燃焼用空気の流路を監視するように配設されている。

本実施形態は、主燃焼用燃料として重油等を用いたとき、第１実施形態のようにメインバーナ４の後端にメイン火炎センサ８を配設すると、液体の主燃焼用燃料がメイン火炎センサ８の視野を遮るという不具合を改善したものである。また、本実施形態では、溝１０をＵ字型の、熱応力が集中しやすい角のない形状としたので、装置本体３に、熱履歴による割れが生じにくい。

また、本実施形態では、第１実施形態と比べて、メインバーナ４の燃料ノズル６が長い。これは、本実施形態の燃料ノズル６が、先端が封止され、主燃焼用燃料を径方向の孔から流出させるものであるため、主燃焼用燃料と主燃焼用空気とが混合しやすいからである。

この燃焼装置１では、パイロットバーナ５の火炎がパイロット燃焼空間１１内に留まり、１次燃焼空間１２に漏れ出すことがないので、メイン火炎センサ８は、１次燃焼空間１２の内部または燃焼装置１近傍の炉内を監視して、メインバーナ４の燃焼の有無を正確に確認できる。従って、本実施形態の燃焼装置１も、装置本体３が大型化せず、既存設備の燃焼装置と容易に置き換えることができる。また、メイン火炎センサ８で、１次燃焼空間１２の内部または燃焼装置１近傍の炉内を監視すればよいので、燃焼装置１の燃焼容量を絞ったとき（ターンダウン時）にも、メインバーナ４の燃焼状態を確実に検出できる。

さらに、図４に、本発明の第３実施形態の燃焼装置１を示す。本実施形態において、パイロット燃焼空間１１は、装置本体３の主燃焼用空気の流路を不連続（ステップ状）に急拡大したことによって生じた、主燃焼用空気が巻き込むことのできない環状の領域であり、１次燃焼空間１２と一体である。つまり、本発明において、パイロット燃焼空間１１は、主燃焼用空気の流れを環状または筒状に取り囲み、内部のガスが主燃焼用空気の気流に引き出されないような空間であればよい。

さらに、図５に、本発明の第４実施形態の燃焼装置１を示す。本実施形態では、装置本体３に、パイロット燃焼空間１１に開口する貫通孔１６が形成されており、パイロット火炎センサ１５は、貫通孔１６を見通して、パイロット燃焼空間１１内に形成されるパイロットバーナ５の火炎を監視するように配設されている。本実施形態が示すように、パイロット火炎センサ１５の位置も、パイロットバーナ５の後端に限られないが、パイロット火炎センサ１５は、メインバーナ４の火炎が形成され得る主燃焼用空気の流路を直視しないように配設する必要がある。

１…燃焼装置
２…炉壁
３…装置本体
４…メインバーナ
５…パイロットバーナ
６…燃料ノズル
７…空気供給口
８…メイン火炎センサ
９…貫通孔
１０…溝
１１…パイロット燃焼空間
１２…１次燃焼空間
１３…バーナ本体
１４…燃料ノズル
１５…パイロット火炎センサ
１６…貫通孔

Claims

主燃焼用燃料を供給する燃料ノズルと、
主燃焼用空気を供給する空気供給口と、
前記空気供給口の下流側で拡径して、前記主燃焼用空気の気流の外側に、環状または円筒状に形成されたパイロット燃焼空間と、
前記パイロット燃焼空間に、接線方向にパイロット空気およびパイロット燃料を吹き込んでパイロット火炎を形成するパイロットバーナと、
前記主燃焼用空気の流路を直視せず、前記パイロット燃焼空間を見通して、前記パイロット火炎を検出するパイロット火炎センサと、
前記パイロット燃焼空間を直視せずに、前記主燃焼用燃料が燃焼して形成するメイン火炎を検出するメイン火炎センサとを有することを特徴とする燃焼装置。
前記パイロット火炎センサは、前記パイロットバーナ後端に設けられ、前記パイロット空気の流路から前記パイロット燃焼空間を見通すことを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
前記メイン火炎センサは、前記空気供給口を介して、前記空気供給口と同軸方向に前記主燃焼用空気の流路を見通して前記メイン火炎を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼装置。
前記パイロット燃焼空間は、溝状に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃焼装置。
前記パイロット燃焼空間の下流側に、拡径した１次燃焼空間を有することを特徴とする請求項４に記載の燃焼装置。
前記メイン火炎センサは、前記１次燃焼空間に開口する貫通孔を見通すことを特徴とする請求項５に記載の燃焼装置。