JP5063203B2 - Gas burner - Google Patents
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Description
本発明は、低負荷運転時における燃焼性能を改善する機能を備えたガスバーナに関するものである。 The present invention relates to a gas burner having a function of improving combustion performance during low load operation.
従来、燃焼機器などで燃焼に伴い発生する有害燃焼排気物質の低減化について、特にNOxの低減化を図る技術については、種々の提案がなされている。その一例として燃焼空気を一次、二次と分割して供給する方式の部分予混合式ガスバーナを用い、予混合機の噴出口部の下流域に薄膜円筒状の予混合気流を形成し、この予混合気流へ向けて外部から燃焼用二次空気を細分化して噴出させ、多数の小炎を形成することにより局部的な高温部を発生させずに完全燃焼させてNOxの低減化を図る方法が特許文献1によって知られている。 Conventionally, various proposals have been made for techniques for reducing harmful combustion exhaust materials generated by combustion in combustion equipment and the like, particularly for techniques for reducing NOx. As an example, a partially premixed gas burner that supplies combustion air separately from primary and secondary is used, and a thin-film cylindrical premixed airflow is formed in the downstream area of the premixer jet port. There is a method for reducing NOx by combusting secondary air for combustion from the outside toward the mixed airflow and forming a large number of small flames to completely burn without generating local high temperature parts. This is known from US Pat.
この先行技術においては、二次空気を一次空気の供給ラインから分流して多数の小孔を通じて一次燃焼部に吹き込むことで、一次燃焼部で同時的に二次燃焼させるようにされている。したがって、燃焼排ガスと二次空気とを混合して燃焼部に供給し、完全燃焼させるようにすることができない。また、火炎の直進性を向上させることが困難であるから、例えば小型貫流ボイラに用いるバーナとした場合、燃焼効率を向上させ難いという問題点がある。 In this prior art, secondary air is diverted from a primary air supply line and blown into the primary combustion section through a large number of small holes so that secondary combustion is simultaneously performed in the primary combustion section. Therefore, combustion exhaust gas and secondary air cannot be mixed and supplied to the combustion section for complete combustion. Further, since it is difficult to improve the straightness of the flame, for example, when a burner used for a small once-through boiler is used, there is a problem that it is difficult to improve the combustion efficiency.
そこで、本発明者らは、図4(a)(b)に示されるように、外筒50の先端部内で燃料噴出口52と同軸線延長位置にラバルノズル形成部60が設けられ、そのラバルノズル形成部60の吹込み部61の外周縁62と前記外筒50の内面50aとの間に分流空気の流通部54が形成され、前記ラバルノズル形成部60のスロート部63に連なるディフューザ64の出口前方に、前記流通部54で分岐された空気と燃焼排ガスとの混合による二次燃焼ガス吸込み孔66を複数備える二次燃焼ガスの吸入部65が設けられている構成のガスバーナ70を先願発明(特願2006−11936号)により得たのである。なお、図中黒塗り矢印は燃料ガス、白抜き矢印は空気、斜線入り矢印は混合気を、それぞれ示している。
Therefore, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the present inventors are provided with a Laval
しかし、この先願発明によるガスバーナ70では、燃焼室の燃焼ガス進行方向に対して直交する断面が円形あるいは正方形(縦横比が1:1)であれば有効であるが、燃焼室断面が長方形で縦横比が大きい場合(例えば燃焼室が縦に長く幅が狭い場合)には、幅方向の排ガス再循環流れが弱くなったり、縦方向の上端および下端での伝熱面まで火炎が届かず有効に熱伝達が行われないという問題点があることから、これを改良したものを先願発明(特願2006−297697号)によって得たのである。
However, in the
しかしながら、改良された先願発明のガスバーナでは、低負荷での運転時に火炎がやや不安定になり、CO,NOx値が上昇する傾向を示すという問題点がある。通常、一般の小型貫流ボイラ製品においては、「50,100」%負荷、あるいは「30,50,100」%負荷などの運転が求められる。したがって、前記先願発明によるガスバーナでは定格運転を行っているときには高性能を発揮するが、低負荷での運転時には燃焼ガスの流速が遅くなって逆火したり、十分に燃料と空気が混合されないで火炎が不安定になり、改善する必要がある。 However, the improved gas burner of the invention of the prior application has a problem that the flame becomes slightly unstable during operation at a low load, and the CO and NOx values tend to increase. In general, a general small once-through boiler product is required to operate with a "50,100"% load or a "30,50,100"% load. Therefore, the gas burner according to the invention of the prior application exhibits high performance when performing rated operation, but when operating at low load, the combustion gas flow rate becomes slow and backfire occurs, or fuel and air are not sufficiently mixed. The flame becomes unstable and needs to be improved.
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、運転時の負荷に応じたガス流速が確保でき、低負荷でも安定した燃焼効果が得られるように構成されたガスバーナを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve such problems, and provides a gas burner configured to ensure a gas flow rate corresponding to a load during operation and to obtain a stable combustion effect even at a low load. It is intended to do.
前記目的を達成するために、本発明によるガスバーナは、
外筒の先端部内で燃料ガス供給手段と同軸線延長位置にラバルノズル形成部が設けられ、前記ラバルノズル形成部の吸込み部開口縁と前記外筒内面との間に分流空気流通部が形成され、前記ラバルノズル形成部のディフューザ出口前方に、前記分流空気流通部で分岐された空気と燃焼排ガスとの混合による二次燃焼ガス吸入部が設けられてなるガスバーナにおいて、
前記二次燃焼ガス吸入部に設けられる保炎板が、前記二次燃焼ガス吸入部における火炎噴出流路に対して拡縮可能に設けられていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a gas burner according to the present invention comprises:
A Laval nozzle forming portion is provided at a coaxial line extending position with the fuel gas supply means in the distal end portion of the outer cylinder, and a shunt air circulation portion is formed between the suction portion opening edge of the Laval nozzle forming portion and the inner surface of the outer cylinder, In the gas burner in which a secondary combustion gas suction part is provided in front of the diffuser outlet of the Laval nozzle forming part by mixing the air branched in the diverted air circulation part and the combustion exhaust gas,
The flame holding plate provided in the secondary combustion gas suction part is provided so as to be able to expand and contract with respect to the flame ejection flow path in the secondary combustion gas suction part.
本発明において、前記保炎板はその可動部を燃料ガスの供給量に応じて自動的に作動するように駆動機構が制御装置で操作される構成であるのがよい(第2発明)。また、前記保炎板は、その基端部が前記ディフューザの出口に連なる部分に枢着されて相対向して一対配置され、かつ端部において両保炎板が相互に連結する部材で繋がれて、一方の保炎板の外面に連結される火炎噴出調整手段による操作力が付加されると両保炎板が枢着部を基点にして同調可動して開口幅が可変できるように構成されているのがよい(第3発明)。
In the present invention, it is preferable that the flame holding plate has a configuration in which a drive mechanism is operated by a control device so that a movable portion thereof is automatically operated according to a supply amount of fuel gas (second invention). In addition, the flame holding plate has a base end portion pivotally attached to a portion connected to the outlet of the diffuser, and a pair of the flame holding plates are arranged opposite to each other, and the flame holding plates are connected to each other at the end portion. In addition, when an operation force is applied by the flame ejection adjusting means connected to the outer surface of one of the flame holding plates, both the flame holding plates can be tuned and moved from the pivot point so that the opening width can be varied. (3rd invention).
本発明においては、簡単な構成で燃焼空気を多段に分割供給して多段燃焼させるとともに、燃料ガスと空気の混合気を高速噴出させてNOx値の低減効果を高め得るガスバーナにおいて、低負荷燃焼による運転時には、その負荷に対応して噴出する火炎噴出流路を絞るようにして、安定した火炎で燃焼させることができる。 In the present invention, in a gas burner capable of increasing the NOx value reduction effect by high-speed jetting of a mixture of fuel gas and air while dividing and supplying combustion air in multiple stages with a simple configuration and performing multistage combustion, the low load combustion During operation, the flame can be burned with a stable flame by restricting the flame ejection passage that ejects in accordance with the load.
本発明によれば、低負荷での運転を行うときには、供給燃料ガスの供給量に合わせるように燃焼部に設けられた保炎板による出口間隔を狭めるように自動制御することで、燃焼ガス(予混合気)の流速を減退させることなく噴出させ、火炎を安定させて燃焼を効果的に行わせることができる。したがって、低負荷での運転を行っても不安定な燃焼を回避してNOx値の上昇を抑制できるという効果を奏するのである。また、低負荷での運転でも火炎が縦長で非常に薄い状態で燃焼させることが可能になり、小型貫流ボイラに用いるガスバーナとしてより有効である。 According to the present invention, when operating at a low load, the combustion gas (by controlling automatically so as to narrow the outlet interval by the flame holding plate provided in the combustion section so as to match the supply amount of the supplied fuel gas. The flow rate of the premixed gas) is ejected without decreasing, and the flame is stabilized and combustion can be performed effectively. Therefore, even if the operation is performed at a low load, unstable combustion can be avoided and an increase in the NOx value can be suppressed. In addition, the flame can be burned in a vertically long and very thin state even when operated at a low load, which is more effective as a gas burner used for a small once-through boiler.
次に、本発明によるガスバーナの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。 Next, specific embodiments of the gas burner according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1には本発明の一実施形態に係るガスバーナの要部を模式的に表す断面図が示されている。図2には保炎板を操作する火炎噴出調整手段の概要を示す図が、図3にはバーナの外観を一部切除して表わす斜視図が、それぞれ示されている。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a main part of a gas burner according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an outline of the flame ejection adjusting means for operating the flame holding plate, and FIG. 3 is a perspective view showing the burner partially cut away.
この実施形態のガスバーナ10は、燃焼装置のバーナ取付部に装着できる取付構造(図示せず)を備えた長方形断面の外部ケース11(本発明における外筒に相当)と、この外部ケース11内に軸心線Qを揃えて火炎を噴出させるように設けられている燃焼ガスと燃焼用空気とを混合する混合手段20と、燃料ガス供給手段30と、火炎の噴出部における火炎の噴出を調整する火炎噴出調整手段40とで構成されている。
A
前記外部ケース11は所要内法の縦長長方形断面で前面を解放した扁平な長方体形状に形成され、その軸心線Q上に混合手段20と燃料ガス供給手段30が組み込まれるようにされている。また、外部ケース11の後端(燃焼側と反対の方向)には、具体的な構造は図示省略しているが送風機による空気供給口が接続されている。
The
前記混合手段20は、前述のように外部ケース11内に収まる寸法で、図1に示されるように、その長手方向(軸方向)にラバルノズル形状(以下、「ラバルノズル形成部21」という。)にされ、先端部を外部ケース11の先端から突き出すようにして外部ケース11の軸心線Q上に中心線が合致するように配置されている。
The mixing means 20 is dimensioned to fit within the
前記ラバルノズル形成部21は、入口部22(本発明の吸込み部に対応)を中間のスロート部23に向かって絞縮する平断面形状に形成され、その開口縁22aに前記外部ケース11の内壁面12と所要の間隔をもって空気流通部15(本発明の分流空気流通部に対応)が形成されるよう配置されている。また、ディフューザ24の先端にはその開口部面積よりも広い面積で軸方向に所要長さで形成される二次燃焼ガス吸入部25が設けられている。そして、このラバルノズル形成部21は、前記入口部22と前記燃料ガス供給手段30のボックス外面との間隔をその燃料ガス供給手段30のガス噴出孔34からの燃料ガス供給で一次空気の吸引を効果的に行える距離をとって配置されている。なお、このラバルノズル形成部21は、外部ケース11に対してその姿勢が維持できるように外面部分で図示されない支持部材によって支持されている。
The Laval
前記ラバルノズル形成部21の先端部に連接して形成される二次燃焼ガス吸入部25は、外部ケース11の先端から突出するようにして、前記ディフューザ24の出口に連なる部分の両側に、所要の間隔をおいて保炎板25a,25bが一対設けられており、この両保炎板25a,25bには二次燃焼ガスの吸込み孔26が長手方向にそれぞれ複数設けられている。
The secondary combustion
前記二次燃焼ガス吸入部25における一対の保炎板25a,25bは、基端部を長手方向の軸線に沿って支持軸27,27にて枢支され、火炎噴出調整手段40によってバーナの軸心線Qに向かって燃焼火炎の流路を拡縮できるようにされている。
The pair of
その火炎噴出調整手段40としては、一方の保炎板25aの外面に直交して突設された突片42に傾動操作用のロッド43の一端が連結されており、後方へ伸びる前記ロッド43の後端部に、たとえばラックギア44が接続され、このラックギア44にモータ45の出力軸に取付くピニオン45aを噛合わせ、前記ロッド43を進退させて保炎板25aが直立状態から内側へ傾動可能なようにされている。また、前記一対の保炎板25a,25bは、いずれも長手方向の端部における外面にブラケット25dが付設され、そのブラケット25dに基端を軸着される一対のリンク46,46を、他端部で二次燃焼ガス吸入部25の両端を囲うように設けられる端板28,28もしくはその端板28の外側に付設される部材(図示せず)に形成されたガイド長孔28aに係合するガイドピン46aにてV字状に連結され、このリンク46,46を介して前記ロッド43により傾動操作される一方の保炎板25aに対し他方の保炎板25bが同調して対称に傾動するようにされている。なお、前記両保炎板25a,25bの同調駆動には、前記リンク46を用いる方式に代えて、それぞれをモータ45で前記操作用ロッド43介して駆動操作するようにしてもよい。
As the flame ejection adjusting means 40, one end of a
前記火炎噴出調整手段40における傾動操作用ロッド43を操作する駆動用のモータ45には、たとえばステッピングモータを使用するのが好ましい。そして、このモータ45は別途設置の制御装置49により、後述の燃料ガス供給手段30と連動して駆動操作されるようになされている。
For example, a stepping motor is preferably used as the driving
前記燃料ガス供給手段30としては、前記外部ケース11の内側に配置されるラバルノズル形成部21(混合手段20)の入口部22に前部が挿入できる先端部33を尖らせた扁平なボックス型にされたガス供給ボックス31からなり、後端部に燃料ガス供給部と接続されるガス供給管32が取付けられている。そして、前記先端部33の両側面に所要間隔で複数のガス噴出孔34が、前記ラバルノズル形成部21の入口部22の内面とこのガス供給ボックス31の外面とで形成される混合気流入路に交差する向きで設けられている。また、このガス供給ボックス31は、取付部において所要距離前後方向に移動可能に設けられ、直線作動アクチュエータ35(たとえば小型の電動シリンダ)により進退駆動されるように構成され、入口部22での一次空気と燃料ガスとの混合比を変化させて燃焼状態を調節できるようにされている。なお、前記直線作動アクチュエータ35は、前記火炎噴出調整手段40における保炎板操作用のモータ45の駆動と連動するように制御装置49と繋がれて制御される。
The fuel gas supply means 30 is a flat box shape with a sharpened
また、このガス供給ボックス31内には、図示省略するが(以下同様)必要に応じて複数の整流板を配置して、各ガス噴出孔34からの燃料ガスの噴出をむらなく平均化させるように形成されている。一方、このガス供給ボックス31の外側面またはラバルノズル形成部21の入口部22内面に、空気流通方向に平行して複数の整流板を取付け、吸い込まれる空気(混合気)がスロート部23へむらなく流動するようにされるのが好ましい。なお、外部ケース11内の空気流通部側にも整流板を設けるようにするのが望ましい。
Further, although not shown in the drawings (the same applies hereinafter), a plurality of rectifying plates are arranged in the
このように構成された本実施形態のガスバーナ10は、たとえば小型貫流ボイラに付設して使用される。この際、燃料としては都市ガスを用い、燃料ガス供給手段30(ガス供給ボックス31)によって供給し、一方空気比1.0〜1.2となるように嚠喨を制御されて空気と燃料ガスとを混合させて燃焼部に供給される。
The
図1に示されるように、ガス供給ボックス31から供給される燃料ガスGに対して燃焼用の空気Aは、外部ケース11内においてラバルノズル形成部21の入口部22(吸込み部)の開口縁22aによって外側の空気流通部15と入口部22の内部とに分流される。ラバルノズル形成部21の入口部22内に導入される空気に対してガス供給ボックス31のガス噴出孔34から噴出する燃料ガスが流入する一次空気と交差して混合促進されて予混合気G′となって吸込み部(入口部22)からスロート部23に流入する。吸込み部(入口部22)で圧縮された予混合気G′は、狭隘なスロート部23でさらに圧縮されてディフューザ24出口から高速で噴出される。ディフューザ24の出口に連なる二次燃焼ガス吸入部25では、流路が急拡大するために、噴出する予混合気G′の一部が再循環領域を形成しながら主流は直進する。この直進する予混合気G′に対して図示されないバーナ付属の着火手段により着火して燃焼させる。
As shown in FIG. 1, the combustion air A with respect to the fuel gas G supplied from the
一方、外部ケース11でラバルノズル形成部21の外側の空気流通部15に分流された空気Aは、そのまま外部ケース11内を流動して前記二次燃焼ガス吸入部25における保炎板25a,25bに設けられた吸入孔26で噴出する予混合気G′の吐出力に伴う誘引作用により吸引されて二次燃焼ガスG″として燃焼部に供給される。この際、燃焼部で発生したバーナ周囲の燃焼排ガスも同時に吸引されて再燃焼される。こうすることで、酸素濃度の低い二次燃焼ガスG″を作成して燃焼部の火炎に向かって供給できるので、局部的高温の少ない燃焼を実現することができ、さらなる低NOx化を図ることができる。
On the other hand, the air A which is diverted to the
そして、バーナは燃焼室(図示せず)の形状に対応させて長方形で縦長比が大きい形状にされているので、前述のようにして燃焼される火炎が幅方向に薄くて縦長形状になって燃焼し、しかも混合気が高速噴射されるから、二次燃焼ガスG″が噴出している予混合気G′の主流に向かって流れることになり、火炎が拡散するのを抑えるように作用して火炎に直進性を持たせることが可能になる。従って、縦長の厚さが薄い状態の火炎となって火炎の表面積が大きくなり、直進性を備えることから小型貫流ボイラのように火炎流路が狭くて曲進する場合でも、上下に火炎が届いて伝熱面への熱吸収効果を高めることができる。 Since the burner is rectangular and has a large vertical ratio corresponding to the shape of the combustion chamber (not shown), the flame burned as described above is thin in the width direction and has a vertical shape. Combustion is performed, and the air-fuel mixture is injected at a high speed, so that the secondary combustion gas G ″ flows toward the main flow of the pre-mixed gas G ′, and acts to suppress the diffusion of the flame. Therefore, it is possible to make the flame straight, so that the surface of the flame becomes large and the surface area of the flame becomes large, and the flame flow path is like a small once-through boiler. Even if it is narrow and bends, the flame reaches up and down and the heat absorption effect on the heat transfer surface can be enhanced.
しかも、本実施形態のガスバーナ10は、二次燃焼ガス吸入部25に火炎噴出調整手段40が付設されているので、前述のようにして燃焼が行なわれる定格負荷から、燃焼負荷量が減少すると、燃料ガスGの供給量に連動して火炎噴出調整手段40が操作され、二次燃焼ガス吸入部25における保炎板25a,25bが内向きに傾動されて火炎の噴出流路29が負荷に応じて狭められる。
Moreover, in the
すなわち、制御装置49において予め入力されているデータ(燃焼負荷量と最適傾斜角度との関係)に基づき燃料ガスの供給量が定格負荷時よりも少なくなると、火炎噴出調整手段40におけるモータ45を作動させてその出力軸上のピニオン45aを回転させて噛合うラックギア44でもって操作用ロッド43を前進させる。すると、このロッド43端部が連結される突片42を介して一方の保炎板25aが取付く支持軸27を基点として内向きに傾動される(図2に二点鎖線で表わす)。この際、他方の保炎板25bは前記ロッド43により操作される保炎板25aから連結されるリンク46,46を介して傾動操作され、両リンク46,46の連結部がガイド長孔28aに係合するガイドピン46aに繋がれているので同調して作動し、バーナの燃焼負荷量に応じて火炎の噴出流路28が狭められる。したがって、予混合気流の流速を確保できて火炎の拡散が抑えられ、不安定になるのを防止できることになり、安定燃焼させることができるのである。
That is, when the supply amount of the fuel gas becomes smaller than that at the rated load based on data (relation between the combustion load amount and the optimum inclination angle) input in advance in the
以上の説明においては、保炎板を傾動操作する火炎噴出調整手段40において、モータ駆動により操作する場合について記載しているが、保炎板を傾動させる駆動についてはこれに限定されるものではなく、手動(たとえばスクリュー軸を回転させる、あるいはレバー操作)あるいは他の動力(たとえば油圧シリンダなど)を用いることも可能である。 In the above description, the flame ejection adjusting means 40 that tilts the flame holding plate is described as operating by motor drive, but the drive for tilting the flame holding plate is not limited to this. It is also possible to use manual operation (for example, rotating a screw shaft or lever operation) or other power (for example, a hydraulic cylinder).
10 ガスバーナ
11 外部ケース
20 混合手段
21 ラバルノズル形成部
25 二次燃焼ガス吸入部
25a,25b 保炎板
26 二次燃焼ガスの吸入孔
27 保炎板基端部の支持軸
29 火炎の噴出流路
30 燃料ガス供給手段
31 ガス供給ボックス
40 火炎噴出調整手段
42 突片
43 操作用ロッド
44 ラックギア
45 モータ
45a ピニオン
46 リンク
49 制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記二次燃焼ガス吸入部に設けられる保炎板が、前記二次燃焼ガス吸入部における火炎噴出流路に対して拡縮可能に設けられていることを特徴とするガスバーナ。 A Laval nozzle forming portion is provided at a coaxial line extending position with the fuel gas supply means in the distal end portion of the outer cylinder, and a shunt air circulation portion is formed between the suction portion opening edge of the Laval nozzle forming portion and the inner surface of the outer cylinder, In the gas burner in which a secondary combustion gas suction part is provided in front of the diffuser outlet of the Laval nozzle forming part by mixing the air branched in the diverted air circulation part and the combustion exhaust gas,
A gas burner, wherein a flame holding plate provided in the secondary combustion gas suction part is provided so as to be able to expand and contract with respect to a flame ejection flow path in the secondary combustion gas suction part.
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