JP4825232B2 - バーナ - Google Patents

Description

本発明は、例えばダクトを流れるガスタービン等からの排ガスを追い焚きする複数のバーナノズルの集合体からなるバーナに関する。

従来、コージェネレーションシステムでは、蒸気需要量が利用可能保有熱を上回る場合にガスタービンの排ガスをさらに加熱して蒸気発生能力を増大する所謂追い焚きシステムが採用されている。ガスタービンからの約５００℃の排ガスを廃熱ボイラで高効率で利用するためには、排ガスを７００〜１０００℃程度まで昇温する必要がある。このために、特許文献１、２に記載のように、追い焚きシステムには、ガスタービンの排ガスダクト内に排ガスを追い焚きするためのバーナ（ダクトバーナ）が設置されている。

前述のような追い焚きシステムで使用されるダクトバーナは、一般に、複数のバーナノズルの集合体であり、その燃焼量は３００×１０^４ｋｃａｌ/ｈ（３４９０ｋＷ）を超え５０００×１０^４ｋｃａｌ/ｈ（５８１４０ｋＷ）である。このようなダクトバーナを点火するために、点火プラグ（直接点火）による方法とパイロットバーナによる方法とがある。

パイロットバーナはガスと空気の配管及び火炎検知器と電気配線が必要である。これに対し、点火プラグは電気配線だけで済むので、施工、メンテナンスが簡単で、製作コストも安価である。

しかし、点火プラグを採用する際には、安全上、点火時の燃焼量は３０万ｋｃａｌ/ｈ（約３５０ｋＷ）を越えてはならないという規制（社団法人日本ガス協会による工業用ガス燃焼設備の安全技術指標）を遵守する必要がある。コージェネレーションシステムのダクトバーナのターンダウンは、最大燃焼量の１／１０が限界であるため、従来は最大燃焼量が３００万ｋｃａｌ/ｈ（約３４９０ｋＷ）以上のダクトバーナでは、点火プラグの採用が不可能であった。

このため、一般的には、特許文献３及び４に記載されているように、パイロットバーナが採用されている。すなわち、ダクトバーナの燃料と空気の量をターンダウンしてから、パイロットバーナに点火し、このパイロットバーナの火炎を利用してダクトバーナを点火している。

ところで、火炎の有無を常時監視することは、安全上、非常に重要なことである。火炎監視手段としては、特許文献５，６に記載の「ウルトラビジョン」が公知である。ウルトラビジョンは、火炎の存在を紫外線を検知することで認識するものである。ダクトバーナの火炎監視には、このウルトラビジョンが用いられており、パイロットバーナ用とメイン火炎用として、それぞれ２個ずつ、計４個が設置されている。
特許第２７４４５８４号公報 実用新案第２５０９９９４号公報 特開２００４−２２５９６６号公報 特開平６−３４１２０号公報 特公平７−３１０８３号公報 特開平６−１２９６１５号公報

本発明は、最大燃焼量が３００万ｋｃａｌ/ｈ（約３５００ｋＷ）を超えるダクトバーナであっても点火プラグにより点火することができるバーナ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、本発明は、
ガス燃料が供給されるヘッダと該ヘッダから排気ガスの流れの方向に向かって広がるように前記ヘッダに取り付けられた一対の保炎部材とから構成される複数のバーナノズルの集合体からなるバーナにおいて、
前記複数のバーナノズルのヘッダと一対の保炎部材を連接したバーナユニットを複数段設け、前記複数段のバーナユニットを前記バーナノズルと同一構成の接続用バーナノズルで接続して、
前記接続用バーナノズルのヘッダと前記バーナユニットのヘッダとを連通させるとともに、前記接続用バーナノズルの一対の保炎部材の両端をそれぞれ隣接する前記バーナユニットの一対の保炎部材の一方に接続して、隣接する前記バーナユニットの一対の保炎部材間の空間が前記接続用バーナユニットの一対の保炎部材間の空間と連通するようにし、
ターンダウンさせたときの燃焼量が規制燃焼量以下となるバーナノズルからなる点火バーナ区画と、前記点火バーナ区画以外のバーナノズルからなる主バーナ区画とを設け、
前記点火バーナ区画は、前記点火バーナ区画のみを点火する点火プラグを有し、
前記点火プラグにより前記点火バーナ区画を点火し、その火炎を火種として残りの主バーナ区画を火移り着火させるものである。

前記点火バーナ区画用バーナノズルの内部流路と前記主バーナ区画用バーナノズルの内部流路との間に仕切板を設ける。

前記点火バーナ区画に点火ガスを供給する点火ガス供給ラインと、
前記主バーナ区画に主ガスを供給する主ガス供給ラインと、
前記点火ガス供給ラインと前記主ガス供給ラインを連結遮断弁を介して連結する連結ラインとを設ける。

本発明によれば、ターンダウン時の燃焼量が点火プラグによる点火時の規制燃焼量以上のバーナであっても、規制燃焼量以下の点火バーナ区画を点火プラグで点火することができ、複雑なガスと空気の配管、及び火炎検知器が不用となり、施工、メンテナンスが簡単で、製作コストも安価になる。

また、本発明は、点火バーナ区画用バーナノズルの内部流路と主バーナ区画用バーナノズルの内部流路との間に仕切板を設けたので、バーナの骨組みとなるバーナノズルの構造に影響を与えることなく、点火バーナ区画と主バーナ区画を簡単に仕切ることができる。

さらに、本発明は、点火バーナ区画に点火ガスを供給する点火ガス供給ラインと、主バーナ区画に主ガスを供給する主ガス供給ラインと、点火ガス供給ラインと主ガス供給ラインを連結遮断弁を介して連結する連結ラインとを設けている。このため、点火バーナ区画を単独で点火し、主バーナ区画に火移り点火させた後に、連結遮断弁を開いて点火ガス供給ラインと主ガス供給ラインを連結することで、点火バーナ区画と主バーナ区画の内部流路が同圧となるため、全てのバーナノズルの燃焼量を１つの制御器で同時に調整することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。

図１〜３は、本発明にかかるダクトバーナ１を示す。このダクトバーナ１はガスタービンからの排気ダクト２内に設置され、複数個（図では２２個）のバーナノズル３，３´の集合体からなっている。

各バーナノズル３，３´は、図４に示すように、ガス燃料が供給されるヘッダ４と、該ヘッダ４から排気ガスの流れ方向に向かって広がるようにヘッダ４に取り付けられた一対の保炎部材５とから構成されている。ヘッダ４にはノズル孔６が２列に形成されている。保炎部材５には、排気ダクト２を流れる排気ガスが通過する多数の通気孔９が形成されている。

ダクトバーナ１は、複数（本実施形態では４個）のバーナノズル３を水平方向に連接した水平ユニット１０を複数段（本実施形態では４段）垂直方向に配置し、各段の水平ユニット１０間を接続用バーナノズル３´で接続して構成されている。このダクトバーナ１は排気ダクト２の内面に図示しないサポートにより適宜支持されている。各水平ユニット１０の水平方向両端に位置するバーナノズル３の端部は端板１１で塞がれている。また、最下段の水平ユニット１０の一端にあるバーナノズル３のヘッダ４の内部流路と、隣接するバーナノズル３のヘッダ４の内部流路の間は仕切壁１２で塞がれて、ここに点火バーナ区画１３が形成されている。点火バーナ区画１３以外の残りの区画を主バーナ区画１４という。

点火バーナ区画１３のバーナノズル３の端板１１には、点火プラグ用孔が形成され、この孔を貫通して点火プラグ１５が取り付けられている。点火プラグ１５は、図５に示すように、中心電極１６を埋設した碍子１７の周囲に接地電極１８を有する外管１９を設けたものである。外管１９には、碍子１７と外管１９の間に冷却空気を導入する空気入口２０が設けられている。

主バーナ区画１４のバーナノズル３のヘッダ４は主ガス供給管２２に接続されている。また、点火バーナ区画１３のバーナノズル３のヘッダ４は点火ガス供給管２３に接続されている。主ガス供給官２２は主ガス遮断弁２４とガス制御弁２５を介して主ガス供給ライン２６に接続されている。点火ガス供給管２３は点火ガス遮断弁２７を介して点火ガス供給ライン２８に接続されている。主ガス供給管２２と点火ガス供給管２３は、主バーナ連結遮断弁２９を有する連結管３０を介して連結されている。

次に前記構成からなるダクトバーナ１の点火手順を図６を参照して説明する。なお、図６のダクトバーナ１のバーナノズル３，３´は、２２個の区画で表示され、それらの区画のうち、下段右側の区画は点火バーナ区画１３で、それ以外の２１個の区画は主バーナ区画１４でとなっている。

まず、図６（ａ）に示すように、点火プラグ１５に電圧を印加してスパークさせるとともに、点火ガス遮断弁２７を開き、点火ガス供給ライン２８から燃焼量を１／１０に絞った点火ガスを点火バーナ区画１３のバーナノズル３に導入する。これにより、図６（ａ）中ハッチングで示すように、点火バーナ区画１３が点火する。

次に、図６（ｂ）に示すように、主ガス遮断弁２４を開き、主ガス供給ライン２６からガス制御弁２５で燃焼量を１／１０に絞った主ガスを主バーナ区画１４の各バーナノズル３，３´に導入する。これにより、図６（ｂ）中ハッチングで示すように、点火バーナ区画１３からの火移りにより、主バーナ区画１４が点火する。

続いて、３６（ｃ）に示すように、主バーナ連結遮断弁２９を開くとともに点火ガス遮断弁２７を閉じると、図６（ｃ）中クロスハッチングで示すように、各バーナノズル３の火炎は一体の火炎となる。最後に、ガス制御弁２５によりガス量を増加し、最大燃焼させる。この状態では、点火バーナ区画１３と主バーナ区画１４のヘッダ４の各内部流路が同圧となっているため、全てのバーナノズル３，３´の燃焼量を１つのガス制御弁２５で同時に調整することができる。

したがって、最大燃焼量が例えば８８０万ｋｃａｌ/ｈの場合、点火時に燃焼量を１／１０の８８万ｋｃａｌ/ｈにターンダウンすると、点火バーナ区画１３の燃焼量は全体の１／２２の４万ｋｃａｌ/ｈで、点火プラグ１５を使用するときの規制燃焼量３０万ｋｃａｌ/ｈ以下となるから、十分に点火プラグ１５を使用することができ、「工業用ガス燃焼設備の安全技術指標」の規制を遵守することができる。

なお、前記実施形態では、ダクトバーナ１を構成するバーナノズル３，３´を２２個とし、そのうち１個を点火バーナ区画１３としたが、バーナノズル３の数は最大燃焼量に応じて定めればよい。要するに、点火プラグ１５で点火される点火バーナ区画１３の燃焼量を規制燃焼量（３０万ｋｃａｌ/ｈ）以下となるように定めればよい。

なお、メイン火炎監視器として、ウルトラビジョン３０が２個設置されている。このようにすると、パイロットバーナ及びその空気配管とパイロットバーナ用火炎監視のウルトラビジョン２個を無くすことができ、施工、メンテナンスが簡単で、製作コストを安価にすることが可能となる。

また、前記実施形態では、ダクトバーナについて説明したが、本発明は、複数のバーナノズルの集合体からなるバーナであれば、ダクトバーナ以外のバーナにも適用することができる。

本発明に係るダクトバーナの側面図。 図１のダクトバーナの正面図。 ダクトバーナの一部の斜視図。 ダクトバーナのバーナノズルの拡大断面図。 ダクトバーナの点火プラグの拡大断面図。 ダクトバーナの点火の手順を示す概略正面図。

符号の説明

１ ダクトバーナ
３ バーナノズル
３´ 接続用バーナノズル
１２ 仕切板
１３ 点火バーナ区画
１４ 主バーナ区画
１５ 点火プラグ
２２ 主ガス供給管
２３ 点火ガス供給管
２４ 主ガス遮断弁
２５ ガス制御弁
２６ 主ガス供給ライン
２７ 点火ガス遮断弁
２８ 点火ガス供給ライン
２９ 主バーナ連結遮断弁

Claims (3)

1. ガス燃料が供給されるヘッダと該ヘッダから排気ガスの流れの方向に向かって広がるように前記ヘッダに取り付けられた一対の保炎部材とから構成される複数のバーナノズルの集合体からなるバーナにおいて、
   前記複数のバーナノズルのヘッダと一対の保炎部材を連接したバーナユニットを複数段設け、前記複数段のバーナユニットを前記バーナノズルと同一構成の接続用バーナノズルで接続して、
   前記接続用バーナノズルのヘッダと前記バーナユニットのヘッダとを連通させるとともに、前記接続用バーナノズルの一対の保炎部材の両端をそれぞれ隣接する前記バーナユニットの一対の保炎部材の一方に接続して、隣接する前記バーナユニットの一対の保炎部材間の空間が前記接続用バーナユニットの一対の保炎部材間の空間と連通するようにし、
   ターンダウンさせたときの燃焼量が規制燃焼量以下となるバーナノズルからなる点火バーナ区画と、前記点火バーナ区画以外のバーナノズルからなる主バーナ区画とを設け、
   前記点火バーナ区画は、前記点火バーナ区画のみを点火する点火プラグを有し、
   前記点火プラグにより前記点火バーナ区画を点火し、その火炎を火種として残りの主バーナ区画を火移り着火させることを特徴とするバーナ。
2. 前記点火バーナ区画用バーナノズルの内部流路と前記主バーナ区画用バーナノズルの内部流路との間に仕切板を設けたことを特徴とする請求項１に記載のバーナ。
3. 前記点火バーナ区画に点火ガスを供給する点火ガス供給ラインと、
   前記主バーナ区画に主ガスを供給する主ガス供給ラインと、
   前記点火ガス供給ラインと前記主ガス供給ラインを連結遮断弁を介して連結する連結ラインとを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のバーナ。

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