JP4926915B2 - Method and apparatus for preventing backfire of partially premixed burner - Google Patents
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本発明は、燃焼用の燃料ガスの一部を燃焼用空気と予め混合させる部分予混合方式の気体燃料バーナ(以下、部分予混合バーナと記す)の逆火防止方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to a backfire prevention method and apparatus for a partial premixing type gaseous fuel burner (hereinafter referred to as a partial premixing burner) in which a part of a combustion fuel gas is premixed with combustion air.
従来から、気体燃料の燃焼により発生するNOxの低減方法の一つに、燃料ガスの一部(又は全部)を予め燃焼用空気と混合させてから燃焼を行う予混合方式バーナが知られている。
しかしながら、予混合方式バーナでは燃料を風箱内の燃焼筒内などに噴射することから、風箱内の燃焼筒内の混合気には可燃ガスが混じることとなり、特に燃焼量が低い時などの風箱内空気流速が低下している状態では、通常は炉内で燃焼している火炎が風箱内の燃焼筒に入り込み、風箱内の燃焼筒内に噴射された燃料ガスに引火し燃焼する逆火が発生する危険性がある。
このことから、部分予混合バーナにおいて、単体バーナでは広いターンダウン比を取ることができなかったり、また、部分負荷では余剰空気を多くする燃焼制御が採用されている。
Conventionally, as one method for reducing NOx generated by combustion of gaseous fuel, a premixing burner is known in which combustion is performed after a part (or all) of fuel gas is mixed with combustion air in advance. .
However, in the premixing burner, fuel is injected into the combustion cylinder in the wind box, etc., so that the combustible gas is mixed in the air-fuel mixture in the combustion cylinder in the wind box, especially when the combustion amount is low. When the air flow velocity in the windbox is low, the flame that is normally burned in the furnace enters the combustion cylinder in the windbox and ignites and burns the fuel gas injected into the combustion cylinder in the windbox. There is a risk of flashback.
For this reason, in the partially premixed burner, a wide turndown ratio cannot be obtained with a single burner, and combustion control for increasing excess air at a partial load is employed.
従来、バーナケーシング内に、バーナ面部材の混合気の流れに対して上流側の面の温度を検知する温度検知手段を備え、検知された温度に基づいて、バーナ面部材における逆火寸前状態を検出する逆火検出手段を備え、検出された逆火寸前状態に基づいて、全燃料の供給を遮断する燃料遮断手段を備えるバーナが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、溶射装置の溶射バーナからユーティリティ制御装置に連通する冷却水通路の内壁或いは外壁の一方又は双方に逆火時に発生する異常燃焼音を検知する逆火検知センサーと、検知センサーからの信号に基づいて逆火の発生を判定する逆火検知制御装置とを有する溶射装置及びこの装置からの信号に基づいて逆火を鎮火する方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。
Conventionally, the burner casing is provided with temperature detecting means for detecting the temperature of the upstream surface with respect to the air-fuel mixture flow of the burner surface member, and based on the detected temperature, There is known a burner that includes a backfire detecting means for detecting, and a fuel shutoff means for shutting off the supply of all the fuel based on the detected pre-fire condition (see, for example, Patent Document 1).
Also, based on a signal from the backfire detection sensor for detecting abnormal combustion sound generated during backfire on one or both of the inner wall and / or outer wall of the cooling water passage communicating with the utility control device from the spray burner of the spraying device, and the detection sensor There is known a thermal spraying device having a flashback detection control device that determines the occurrence of flashback and a method of quenching flashback based on a signal from this device (see, for example, Patent Document 2).
また、燃焼装置において、保炎バーナからの保炎を制御するための保炎器と、主バーナからの予混合気の噴出速度を制御する開度調整器とを独立に操作することができるようにして、主バーナからの予混合気の噴出速度を制御することにより、浮き上がり火炎や吹き飛びを防止するようにしたものが知られている(例えば、特許文献3参照)。
さらに、予混合ガスが供給される流路を形成する複数本のパイプを断熱材を介して取り外し可能に設け、複数本のパイプのうちの1本に先端部をパイプの途中に位置させてイグニッションロッドを挿入設置し、予混合ガスの流速が燃焼速度よりも速くなるように流路を構成して逆火を防止するようにした予混合バーナが知られている(例えば、特許文献4参照)。
上記のような従来技術が検索されたが、部分予混合用の燃料ガス供給を断つか、又は燃料ガス供給量を制御することにより逆火を防止する技術は発見されなかった。
In addition, a plurality of pipes forming a flow path to which the premixed gas is supplied are detachably provided through a heat insulating material, and the tip of one of the plurality of pipes is positioned in the middle of the pipe for ignition. There is known a premix burner in which a rod is inserted and a flow path is configured to prevent backfire so that the flow velocity of the premix gas is higher than the combustion speed (see, for example, Patent Document 4). .
Although the prior art as described above has been searched, a technique for preventing backfire by cutting off the fuel gas supply for partial premixing or controlling the fuel gas supply amount has not been found.
解決しようとする問題点は、部分予混合バーナにおいて、逆火発生を確実に防ぐことができない点である。 The problem to be solved is that the occurrence of flashback cannot be reliably prevented in the partially premixed burner.
本発明は、部分予混合バーナにおいて、燃料ガス供給ラインを風箱内の燃焼筒内にて燃料ガスを燃焼用空気中に噴射させる予混合ノズルに供給する系統と、炉内にて燃焼させるメインノズルへ供給する系統の2系統を別々に設け、逆火発生の高い燃焼負荷領域での燃焼中において、予混合ノズルに供給する燃料ガスを断つか、又は量を制御することで、風箱内の燃焼筒内の混合気を可燃限界濃度以下にし逆火発生を防ぐようにしたことを最も主要な特徴とする。 The present invention relates to a partial premix burner in which a fuel gas supply line is supplied to a premix nozzle for injecting fuel gas into combustion air in a combustion cylinder in a wind box, and a main combustion burner in a furnace. By providing two separate systems for supplying to the nozzle and cutting off the fuel gas supplied to the premixing nozzle or controlling the amount during combustion in the combustion load region where high backfire occurs, The main feature is to prevent the occurrence of flashback by reducing the air-fuel mixture in the combustion cylinder below the flammable limit concentration.
本発明では、部分予混合バーナにおいて逆火を発生させることなく広いターンダウン比を得るため、燃料ガスの供給ラインをメインノズルと予混合ノズルとの2ライン別々に設け、このうち予混合ノズルへ供給するラインには制御盤からの指令にて開閉できる自動弁を設ける。この自動弁を燃焼負荷に応じ、(例えば、燃焼負荷が50%以下で燃料を断つ)逆火発生の可能性の高い燃焼負荷領域で「閉」又は「開度を小さくする」とすることで、予混合ノズルへの燃料供給を断つか、又は混合気が可燃範囲に入らないように燃料ガスの予混合量を制御することで、逆火発生を防ぐように制御する。 In the present invention, in order to obtain a wide turndown ratio without causing a backfire in the partial premixing burner, two fuel gas supply lines are provided separately for the main nozzle and the premixing nozzle, of which the premixing nozzle is connected. The supply line is provided with an automatic valve that can be opened and closed by a command from the control panel. By setting this automatic valve to “close” or “reducing the opening” in the combustion load region where there is a high possibility of flashback (for example, the fuel is cut off when the combustion load is 50% or less) according to the combustion load. The fuel supply to the premixing nozzle is cut off, or the premixing amount of the fuel gas is controlled so that the air-fuel mixture does not enter the flammable range, thereby controlling to prevent backfire.
本発明の方法は、部分予混合バーナの逆火防止方法であって、逆火発生の可能性の高い燃焼負荷領域での燃焼時に、予混合用の燃料ガスの供給を断つことを特徴としている。 The method of the present invention is a method for preventing flashback of a partially premixed burner, wherein the fuel gas for premixing is cut off during combustion in a combustion load region where there is a high possibility of flashback. .
また、本発明の方法は、部分予混合バーナの逆火防止方法であって、逆火発生の可能性の高い燃焼負荷領域での燃焼時に、予混合用の燃料ガスの供給量を変化させることを特徴としている。 Further, the method of the present invention is a method for preventing backfire of a partial premixed burner, and changes the supply amount of fuel gas for premixing during combustion in a combustion load region where there is a high possibility of backfire. It is characterized by.
また、本発明の方法は、部分予混合バーナが連続燃焼バーナである場合の逆火防止方法であって、バーナの燃焼負荷率に応じて予混合用の燃料ガス供給量を制御することを特徴としている。 Further, the method of the present invention is a method for preventing flashback when the partially premixed burner is a continuous combustion burner, wherein the fuel gas supply amount for premixing is controlled according to the combustion load factor of the burner. It is said.
また、本発明の方法は、部分予混合バーナが断続制御燃焼バーナである場合の逆火防止方法であって、断続制御燃焼の段階ごとに予混合用の燃料ガス供給量を予め設定して制御することを特徴としている。 Further, the method of the present invention is a backfire prevention method in the case where the partial premixed burner is an intermittent control combustion burner, and is controlled by setting a premixed fuel gas supply amount at each stage of the intermittent control combustion. It is characterized by doing.
さらに、本発明の方法は、部分予混合バーナに逆火が発生した場合、予混合用の燃料ガスの供給を完全に断つことにより、燃焼状態を継続したまま正常燃焼に戻し、以後の逆火を防止することを特徴としている。 Furthermore, when a backfire occurs in the partially premixed burner, the method of the present invention returns to normal combustion while continuing the combustion state by completely shutting off the supply of fuel gas for premixing. It is characterized by preventing.
また、本発明の装置は、燃料ガスの一部を燃焼用空気と予め混合させる部分予混合バーナにおいて、風箱内の燃焼筒の燃焼炉側の先端に燃料ガスのメインノズルを設けるとともに、燃焼筒の内部に予混合ノズルを設け、メインノズルに燃料ガスのメインラインを接続し、予混合ノズルに自動弁を備えた燃料ガスの予混合ラインを接続し、この自動弁と燃焼炉の制御盤とを、制御盤からの信号により自動弁を制御可能に接続したことを特徴としている。 Further, the apparatus of the present invention provides a fuel gas main nozzle at the tip on the combustion furnace side of the combustion cylinder in the wind box in the partial premixing burner in which a part of the fuel gas is premixed with the combustion air. A premixing nozzle is provided inside the cylinder, a fuel gas main line is connected to the main nozzle, and a fuel gas premixing line with an automatic valve is connected to the premixing nozzle. Are connected to each other so that the automatic valve can be controlled by a signal from the control panel.
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
(1)部分予混合バーナの逆火発生の可能性の高い燃焼負荷領域での燃焼中において、部分予混合ノズルに供給する燃料ガスを断つか、又は燃料ガス供給量を制御することにより、風箱内の燃焼筒内の混合気を可燃限界濃度以下にし逆火発生を確実に防ぐことができ、安全性及び安定性を高めることができる。
Since this invention is comprised as mentioned above, there exist the following effects.
(1) During combustion in a combustion load region where a partial premix burner is highly likely to generate backfire, the fuel gas supplied to the partial premix nozzle is cut off or the amount of fuel gas supplied is controlled. The air-fuel mixture in the combustion cylinder in the box can be made lower than the flammable limit concentration, and the occurrence of backfire can be reliably prevented, and safety and stability can be improved.
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することができるものである。
図1は、本発明の実施の形態による部分予混合バーナの逆火防止装置を示している。
1は部分予混合バーナであり、風箱2内の燃焼筒3の燃焼炉5側の先端に燃料ガスのメインノズル7が設けられるとともに、燃焼筒3の内部に予混合ノズル9が設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications.
FIG. 1 shows a backfire prevention device for a partially premixed burner according to an embodiment of the present invention.
Reference numeral 1 denotes a partial premixing burner. A fuel gas main nozzle 7 is provided at the tip of the combustion cylinder 3 in the wind box 2 on the combustion furnace 5 side, and a premixing nozzle 9 is provided inside the combustion cylinder 3. Yes.
そして、このメインノズル7に燃料ガスのメインライン11が接続され、予混合ノズル9に自動弁13を備えた燃料ガスの予混合ライン15が接続されている。さらに、この自動弁13と燃焼炉5の制御盤17が、制御盤17からの信号により自動弁13が制御可能となるように接続されている。なお、予混合ライン15はメインライン11から分岐している。 A fuel gas main line 11 is connected to the main nozzle 7, and a fuel gas premixing line 15 having an automatic valve 13 is connected to the premixing nozzle 9. Further, the automatic valve 13 and the control panel 17 of the combustion furnace 5 are connected so that the automatic valve 13 can be controlled by a signal from the control panel 17. Note that the premixing line 15 branches from the main line 11.
上記のように、本実施形態では、部分予混合バーナ1において逆火を発生させることなく広いターンダウン比を得るため、燃料ガスの供給ラインをメインノズル7と予混合ノズル9との2ライン別々に設け、このうち予混合ノズル9へ供給する予混合ライン15には制御盤17からの指令にて開閉できる自動弁13を設けている。そして、燃焼負荷に応じ、逆火発生の可能性の高い燃焼負荷領域、一例として燃焼負荷が50%以下になると、自動弁13を閉とするか、又は自動弁13の開度を小さくする。このようにして、予混合ノズル9への燃料供給を断つか、又は混合気が可燃範囲に入らないように燃料ガスの予混合量を制御することで、逆火発生を防ぐ制御が行われる。 As described above, in the present embodiment, in order to obtain a wide turndown ratio without causing backfire in the partial premixing burner 1, two fuel gas supply lines, the main nozzle 7 and the premixing nozzle 9, are separately provided. Among these, the premixing line 15 that supplies the premixing nozzle 9 is provided with an automatic valve 13 that can be opened and closed by a command from the control panel 17. Then, depending on the combustion load, when the combustion load region where there is a high possibility of backfire, for example, when the combustion load becomes 50% or less, the automatic valve 13 is closed or the opening degree of the automatic valve 13 is reduced. In this way, control for preventing the occurrence of flashback is performed by cutting off the fuel supply to the premixing nozzle 9 or controlling the premixing amount of the fuel gas so that the air-fuel mixture does not enter the combustible range.
上記の実施形態は、連続燃焼バーナである部分予混合バーナ1の燃焼負荷率に応じて予混合用の燃料ガス供給量を制御盤17の指令信号により自動弁13を作動させて制御するものであるが、他の実施形態として断続制御燃焼バーナである部分予混合バーナの断続制御燃焼の段階ごとに予混合用の燃料ガス供給量を予め設定して、制御盤17の指令信号により自動弁13を作動させて制御する場合もある。 In the above embodiment, the fuel gas supply amount for premixing is controlled by operating the automatic valve 13 by the command signal of the control panel 17 according to the combustion load factor of the partial premixing burner 1 which is a continuous combustion burner. However, as another embodiment, a fuel gas supply amount for premixing is set in advance for each stage of intermittent control combustion of a partial premixing burner which is an intermittent control combustion burner, and the automatic valve 13 is set according to a command signal from the control panel 17. There is also a case where it is controlled by operating.
万一、部分予混合バーナに逆火が発生した場合は、予混合用の燃料ガス供給を自動弁13を全閉として完全に断つことにより、バーナ1の燃焼状態を継続したままバーナ1の正常燃焼に戻し、以後の逆火を防止する。 In the unlikely event of a backfire in the partial premix burner, the fuel gas supply for premixing is completely shut off with the automatic valve 13 fully closed, so that the burner 1 remains normal while the burner 1 continues to burn. Return to combustion to prevent subsequent flashback.
1 部分予混合バーナ
2 風箱
3 燃焼筒
5 燃焼炉
7 メインノズル
9 予混合ノズル
11 メインライン
13 自動弁
15 予混合ライン
17 制御盤
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Partial premix burner 2 Air box 3 Combustion cylinder 5 Combustion furnace 7 Main nozzle 9 Premix nozzle 11 Main line 13 Automatic valve 15 Premix line 17 Control panel
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