JP5203489B2 - Combustion device - Google Patents
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Description
本発明は、燃焼装置に関する。 The present invention relates to a combustion apparatus.
リジェネレイティブバーナのように、燃焼排ガス中の熱を回収して燃焼装置に供給される燃焼用空気を加熱することによって熱効率を高めた燃焼装置が使用されている。燃焼用空気の温度が高い燃焼装置では、一般的にNOx濃度が高くなりやすい。このため、燃焼用空気と燃料との混合を遅らせて緩慢に燃焼させることで、NOxの発生を抑制する方法が採用される。緩慢燃焼すると、当然ながら、火炎の長さは長くなる。しかしながら、炉の幅が狭い場合には、火炎が対向する炉壁に達して不完全燃焼となるため、十分に燃焼を遅らせることができない。 Like a regenerative burner, a combustion apparatus is used in which heat efficiency is improved by recovering heat in combustion exhaust gas and heating combustion air supplied to the combustion apparatus. In a combustion apparatus in which the temperature of combustion air is high, the NOx concentration generally tends to be high. For this reason, the method of suppressing generation | occurrence | production of NOx by delaying mixing of combustion air and fuel and burning slowly is adopted. Of course, slow combustion increases the length of the flame. However, when the width of the furnace is narrow, the flame reaches the facing furnace wall and incomplete combustion occurs, so that the combustion cannot be sufficiently delayed.
特許文献1には、燃焼用空気を円錐状の空間に接線方向に吹き込むことで、旋回気流を形成し、この気流に載せて火炎を旋回させることにより、火炎長を長くすると共に、炉内において火炎が径方向に広がるようにした燃焼装置が記載されている。
In
特許文献1では、複数の板材を組み合わせて、円錐状の燃焼空間と、燃焼用空気を吹き込むための流路とを形成している。リジェネレイティブバーナのように、燃焼用空気が極めて高温になる場合には、燃焼空間や流路を形成する板材に高い耐熱性が要求される。しかしながら、そのような高温に耐え得る材料は非常に高価であり、工業炉に適用するには経済的合理性が得られない。
In
前記問題点に鑑みて、本発明の課題は、高温の燃焼用空気を使用でき、且つ、旋回して径方向に広がる火炎を形成できる燃焼装置を提供することを課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a combustion apparatus that can use high-temperature combustion air and can form a flame that swirls and expands in the radial direction.
前記課題を解決するために、本発明による燃焼装置は、円筒形の円筒空間を画定する円筒部と、前記円筒空間から炉内に向かって拡径する拡径空間を画定する拡径部と、前記円筒空間に接する平面からなる第1の側面と、前記第1の側面に対向する平面からなる第2の側面と、前記第2の側面から屈曲して延伸し、前記円筒空間に接する平面からなる第3の側面とを有し、蓄熱体を収容した蓄熱室に連通するノズル流路とを備えるものとする。 In order to solve the above problems, a combustion apparatus according to the present invention includes a cylindrical portion that defines a cylindrical cylindrical space, a diameter-expanding portion that defines a diameter-expanding space that expands from the cylindrical space toward the inside of the furnace, From a first side surface composed of a plane in contact with the cylindrical space, a second side surface composed of a plane facing the first side surface, and a plane bent and extended from the second side surface, from the plane in contact with the cylindrical space comprising a third aspect possess, it is intended to comprise a nozzle channel communicating with the heat storage chamber containing a heat storage medium.
この構成によれば、第1の側面に沿って円筒空間に接線方向に燃焼用空気を吹き込んで螺旋状の旋回気流を形成するノズル流路に、円筒空間に接するように開放する第3の側面を設けたことで、円筒空間からノズル流路に燃焼ガスを排出する際の流路抵抗を低減して十分な流量を確保できる。また、第3の側面が第2の側面から屈曲して延伸するため、ノズル流路の側面と円筒部の内壁との間に形成される角が大きくなり、燃焼装置内壁全面に十分な厚みを持たせることが可能である。このため、燃焼装置を耐熱性に優れる材料で形成し、高温の燃焼用空気を使用して燃焼することも、高温の燃焼ガスを排出することも可能になる。また、燃焼室が拡径部を有することで、旋回気流を径方向に大きくし、炉内においてさらに旋回気流が径方向に拡大することを容易にする。 According to this configuration, the third side surface that is opened to come into contact with the cylindrical space into the nozzle flow path that blows combustion air tangentially into the cylindrical space along the first side surface to form a spiral swirling airflow. By providing this, it is possible to reduce the flow path resistance when exhausting the combustion gas from the cylindrical space to the nozzle flow path, and to secure a sufficient flow rate. Further, since the third side surface is bent and extended from the second side surface, the angle formed between the side surface of the nozzle channel and the inner wall of the cylindrical portion is increased, and a sufficient thickness is provided on the entire inner wall of the combustion apparatus. It is possible to have it. For this reason, a combustion apparatus is formed with the material excellent in heat resistance, and it becomes possible to burn using high temperature combustion air, and to discharge | emit high temperature combustion gas. Further, since the combustion chamber has the enlarged diameter portion, the swirl airflow is increased in the radial direction, and the swirl airflow is further easily expanded in the radial direction in the furnace.
また、本発明の燃焼装置において、前記第3の側面は、前記第2の側面から90°以下の角度だけ屈曲して延伸することが好ましい。 In the combustion apparatus of the present invention, it is preferable that the third side surface bends and extends from the second side surface by an angle of 90 ° or less.
この構成によれば、燃焼室内に鋭角に突出する角が形成されないので、強度を高くできる。 According to this structure, since an acute angle is not formed in the combustion chamber, the strength can be increased.
また、本発明の燃焼装置において、前記第3の側面は、前記第1の側面との間に形成する前記円筒空間側の角度が90°以下であることが好ましい。 In the combustion apparatus of the present invention, it is preferable that an angle on the cylindrical space side formed between the third side surface and the first side surface is 90 ° or less.
この構成によれば、ノズル流路から燃焼ガスを排出する際、第3の側面に沿った気流が第1の側面に対して、第2の側面に向かう方向に入射および反射するので、排気抵抗が小さくなる。 According to this configuration, when the combustion gas is discharged from the nozzle flow path, the air flow along the third side surface is incident and reflected in the direction toward the second side surface with respect to the first side surface, so that the exhaust resistance Becomes smaller.
また、本発明の燃焼装置において、前記拡径部は、階段状に拡径してもよい。 Moreover, the combustion apparatus of this invention WHEREIN: You may expand the said enlarged diameter part in step shape.
この構成によれば、拡径空間において、炉内に向かって流れる燃焼用空気、混合気または燃焼ガスは、拡径部の各段差において壁面から剥離して、その流れを阻害する渦を生じる。このため、円筒空間において形成された螺旋状の流れが、拡径空間においても旋回を維持する。 According to this configuration, in the diameter expansion space, the combustion air, the air-fuel mixture or the combustion gas flowing toward the inside of the furnace is separated from the wall surface at each step of the diameter expansion portion, and a vortex that inhibits the flow is generated. For this reason, the spiral flow formed in the cylindrical space keeps turning even in the enlarged diameter space.
また、本発明の燃焼装置において、前記円筒部の内壁に、連続または断続した螺旋状の溝または突起が設けられてもよい。 In the combustion apparatus of the present invention, a continuous or intermittent spiral groove or protrusion may be provided on the inner wall of the cylindrical portion.
この構成によれば、旋状の溝または突起が燃焼用空気を案内して、旋回気流の形成を促進する。 According to this configuration, the spiral groove or protrusion guides the combustion air and promotes the formation of the swirling airflow.
また、本発明の燃焼装置において、前記溝または突起は、前記拡径部に近付くほど幅が広くなってもよい。 In the combustion apparatus of the present invention, the groove or the protrusion may be wider as it gets closer to the enlarged diameter portion.
この構成によれば、旋回気流に偏りを生じて、周方向の一部にだけ火炎が長く伸びることを防止できる。 According to this configuration, it is possible to prevent the swirling airflow from being biased and the flame from extending only a part in the circumferential direction.
また、本発明の燃焼装置において、前記溝または突起は、断続的に設けられ、周方向に隣接する前記溝または突起が、軸方向に互い違いに配置されてもよい。 In the combustion apparatus of the present invention, the grooves or protrusions may be provided intermittently, and the grooves or protrusions adjacent in the circumferential direction may be alternately arranged in the axial direction.
この構成によれば、溝の内部または突起の間に形成される旋回気流の上流と下流とで燃焼用空気の入れ換えを行えるので、火炎の拡散効果が高い。 According to this configuration, the combustion air can be exchanged upstream and downstream of the swirling airflow formed in the groove or between the protrusions, so that the flame diffusion effect is high.
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乃至3は、本発明の第1実施形態の燃焼装置を示す。 Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. 1 to 3 show a combustion apparatus according to a first embodiment of the present invention.
本実施形態の燃焼装置は、炉内空間1を画定する炉壁2に、バーナ本体3を取り付けてなる。バーナ本体3は、その内部に円筒形の円筒空間4を確定する円筒部5を構成する。炉壁2には、円筒空間4から炉内空間1に向かって拡径する拡径空間6を画定する拡径部7が形成されている。この円筒空間4と拡径空間6とは、本実施形態の燃焼装置の特徴的な形状を有する燃焼室を構成している。本実施形態の拡径空間6は、炉内空間1側ほど、拡径率が大きくなっている。
The combustion apparatus of this embodiment is configured by attaching a burner body 3 to a
また、バーナ本体3は、円筒空間4の上部に開口するノズル流路8を有する。ノズル流路8は、円筒空間4の円筒面に接する平面からなる第1の側面8aと、第1の側面8aに対向して第1の側面8aと平行に延伸する平面からなる第2の側面8bと、第2の側面8bから屈曲して90°の角度で延伸し、円筒空間4に接する平面からなる第3の側面8cとを備える。また、ノズル流路8の天面は円筒空間4の天面8dに連続するように延伸し、ノズル流路8の底面8eは、天面に平行である。つまり、ノズル流路8の天面および底面は、円筒空間4の中心軸に直角にする平面である。
The burner body 3 has a
ノズル流路8は、第1の側面8aと第2の側面8bとによって画定され、断面が一定なスリット状の助走部9と、90°以下の角度で互いに交差する円筒空間4の2つの接面である第1の側面8aと第3の側面8cとによって画定された開口部10とからなる。
The
ノズル流路8の他端は、蓄熱体を収容した蓄熱室11に連通している。詳しくは、ノズル流路8の他端は、断面形状がノズル流路8と一致する矩形形状から、蓄熱室11に連通する接続流路12と一致する円形形状に遷移する遷移流路13に接続されている。
The other end of the
またノズル流路8の開口部10において、第1の側面8aの天面8dに近い位置には、燃料ガスを供給するためのガスノズル14が開口している。ガスノズル14は、1次燃焼用空気も供給され、点火装置を内蔵している。
Further, in the
本実施形態において、蓄熱室11において加熱されてから供給される燃焼用空気は、ノズル流路8から円筒部5の内壁に沿って接線方向に吹き込まれ、円筒空間4内に螺旋状に旋回する気流を形成する。ガスノズル14から供給された燃料が燃焼して形成される火炎は、この旋回気流に乗って、螺旋状に延伸する。
In the present embodiment, the combustion air supplied after being heated in the
火炎(旋回気流)が拡径部7に達すると、その形状に合わせて、旋回気流の旋回半径が拡大してゆく。そして、炉内空間1に到達した旋回気流は、径方向外側に、炉壁2の内面に沿って全周に広がるような渦状の流れを形成する。これにより、見かけ上の火炎は傘状に広がったものとなり、燃料の燃焼を遅らせて緩慢燃焼しても、見かけ上の燃焼火炎の長さが短くなる。このため、本実施形態の燃焼装置は、対向する炉壁が近距離にあるような幅の狭い炉にも適用できる。
When the flame (swirl airflow) reaches the enlarged
また、このように燃焼ガスによって渦を形成すると、渦の中心部は負圧となる。このため、渦状の流れから脱離した燃焼ガスは、渦の中心に吸引され、火炎の中に巻き込まれる。これによって、燃焼ガス中の未燃燃料ガスを完全燃焼させられるので、燃焼温度を低くして低NOx化できる。 Further, when the vortex is formed by the combustion gas in this way, the central portion of the vortex becomes a negative pressure. For this reason, the combustion gas desorbed from the spiral flow is sucked into the center of the vortex and is caught in the flame. As a result, the unburned fuel gas in the combustion gas can be completely burned, so that the combustion temperature can be lowered to reduce NOx.
本発明において、ノズル流路8は、円筒空間4に供給する燃焼用空気を整流するための助走部9を備える。このため、ノズル流路8は、円筒部5の内壁に沿って流れるように、燃焼用空気を吹き込むことができる。
In the present invention, the
また、ノズル流路8は、円筒空間4に向かって大きく開いた開口部10を備える。このため、蓄熱室11において熱回収するために円筒空間4を介して炉内空間1の燃焼ガスを排気する際には、円筒空間4上部の広い範囲から燃焼ガスがノズル流路8に流れ込むことができる。つまり、開口部10は、炉内空間1の燃焼ガスを排気する際の流路抵抗を低減して、排気効率を高める。
Further, the
このように、排気効率を高めるためには、第3の側面8cに沿った気流が、第1の側面8aに対して、円筒空間4側から遷移流路13側に向かって入射および反射するような角度にすることが好ましい。つまり、図2に二点鎖線で示した第3の側面8c’のように、第1の側面8aとの間に90°よりも大きな角度を円筒空間4側に形成するものでないことが好ましい。
As described above, in order to increase the exhaust efficiency, the airflow along the
また、本発明の燃焼装置は、第3の側面8cが第2の側面8bから90°の角度で延伸しているため、図2に二点鎖線で示した第2の側面8bと第3の側面8c’との間に形成される角のように、内部の空間に突出する細い構造体がないので、内面全体を、キャスタブル耐火物のような機械的な強度には劣るが耐熱性が高い材料で覆うことができる。このため、本発明の燃焼装置は、蓄熱室11において高温に熱せられた燃焼用空気によっても損傷しないように設計できる。
Further, in the combustion apparatus of the present invention, since the
図4乃至5に、本発明の第2実施形態の燃焼装置を示す。尚、これ以降の実施形態の説明では、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。 4 to 5 show a combustion apparatus according to a second embodiment of the present invention. In the following description of the embodiment, the same constituent elements as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
本実施形態において、円筒空間4を形成する円筒部5の内壁には、螺旋状の溝15が形成されている。また、本実施形態の拡径空間6は、階段状に拡径している。換言すると、拡径部7の内壁面は、径が段階的に大きくなる複数の円筒によって構成されている。
In the present embodiment, a
螺旋状の溝15は、ノズル流路8から吹き込まれた燃焼用空気が溝15に沿って旋回するように案内する。これにより、旋回気流の形成を確実にする。また、溝15のピッチを小さくすれば、円筒空間4内における燃焼用空気の旋回の回数を多くすることができる。これにより、円筒空間4内における火炎の実質的な長さを長くすることができ、燃焼をより遅らせてさらなる低NOx化ができる。
The
階段状の拡径部7は、周方向に旋回する気流に対しては流れに沿って平坦な壁面であるが、炉内空間1に向かう気流に対しては、凹凸のある壁面である。従って、炉内空間1に向かう気流は、各段差を乗り越えるたびに、壁面から剥離して、その流れを阻害する渦を生じる。これにより、円筒空間4において形成された旋回気流が拡径部7において軸方向に向きを変えることを阻害し、燃焼用空気および燃焼ガスの旋回を維持する。これにより、炉内空間1に形成される傘状の火炎を大きく開いた形状とする。
The step-like
また、本実施形態において、ノズル流路8の第2の側面8bは、第1の側面8aに対してやや傾斜した方向に延伸している。つまり、第1の側面8aと第2の側面8bとは、互いに対向し合い、スリット状の流路を形成するが、形成する流路の幅が必ずしも一定でなくてもよい。例えば、第2の側面8bは、円筒空間4に向かって流路の幅が狭くなるような方向に延伸してもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態のように、ノズル流路8の第3の側面8cは、第2の側面8bから90°よりも小さい角度だけ屈曲して延伸してもよい。これにより、炉内空間1の燃焼ガスを排気する際の流路抵抗をさらに低減して、排気効率を高めることができ、また、第2の側面8bと第3の側面8cとが形成する角を鈍角にして、高い強度を得やすくできる。
Further, as in the present embodiment, the
図6に、本発明の第3実施形態の燃焼装置を示す。本実施形態では、円筒部5の内壁には、拡径空間6に近付くに従って、一定の割合で軸方向の幅が広くなる螺旋状の溝15が形成されている。
FIG. 6 shows a combustion apparatus according to a third embodiment of the present invention. In the present embodiment, a
このように、溝15の幅が拡大することで、旋回気流の流速が周方向に均一になる。特に、円筒部5の下部において、溝15同士が接近し、円筒空間4の下端において略全周に亘って溝15が存在するようになることが好ましい。そのようにすれば、旋回気流が偏って、火炎が一方向にだけ長く伸びることを防止でき、全周から略均等に火炎を噴射できる。
Thus, the flow velocity of the swirling air flow becomes uniform in the circumferential direction by increasing the width of the
また、本実施形態の拡径部7は、角が丸く面取りされた階段状の内壁面を有する。このような形状でも、気流の旋回を維持する機能を果たし得る。
In addition, the
図7に、本発明の第4実施形態の燃焼装置を示す。本実施形態では、円筒部5の内壁には、螺旋状の突起16が形成されている。
FIG. 7 shows a combustion apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, a
この突起16も、第2実施形態の溝15と同様に、ノズル流路8から吹き込まれた燃焼用空気を螺旋状に旋回するように案内する。
This
また、本実施形態に示すように、拡径部7は、円錐状の拡径空間6を形成してもよい。
Further, as shown in the present embodiment, the
図8および9に、本発明の第5実施形態の燃焼装置を示す。本実施形態では、円筒部5の内壁には、約半周毎に断続的に設けた螺旋状の突起16が形成されている。さらに、本実施形態では、周方向に隣接し合う突起16が、円筒空間4の軸方向に互い違いになるように2分の1ピッチだけ軸方向にずらして配置されている。
8 and 9 show a combustion apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, a
本実施形態において、軸方向に隣接する2つの突起16の間に案内された燃焼用空気(並びに燃料および燃焼ガス)の塊は、周方向に下流側の次の突起16によって2つに分割される。このようにして、旋回気流の隣接する上流の燃焼用空気と下流の燃焼用空気とを部分的に互いに入れ替えることにより、火炎の拡散効果を高められる。
In this embodiment, a mass of combustion air (and fuel and combustion gas) guided between two axially
1…炉内空間
2…炉壁
3…バーナ本体
4…円筒空間
5…円筒部
6…拡径空間
7…拡径部
8…ノズル流路
8a…第1の側面
8b…第2の側面
8c…第3の側面
9…助走部
10…開口部
11…蓄熱室
12…接続流路
13…遷移流路
14…ガスノズル
15…溝
16…突起
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記円筒空間から炉内に向かって拡径する拡径空間を画定する拡径部と、
前記円筒空間に接する平面からなる第1の側面と、前記第1の側面に対向する平面からなる第2の側面と、前記第2の側面から屈曲して延伸し、前記円筒空間に接する平面からなる第3の側面とを有し、蓄熱体を収容した蓄熱室に連通するノズル流路とを備えることを特徴とする燃焼装置。 A cylindrical portion that defines a cylindrical cylindrical space;
A diameter-expanding portion that defines a diameter-expanding space that expands from the cylindrical space into the furnace;
From a first side surface composed of a plane in contact with the cylindrical space, a second side surface composed of a plane facing the first side surface, and a plane bent and extended from the second side surface, from the plane in contact with the cylindrical space comprising a third aspect possess, combustion apparatus, characterized in that it comprises a nozzle passage which communicates with the heat storage chamber containing a heat storage medium.
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