JP5549470B2 - Fuel injection nozzle - Google Patents
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Description
本発明は、ボイラ等の燃焼装置の燃料供給系に設けられる2つの燃料供給ラインに接続される単一の燃料噴射ノズルに関するものである。 The present invention relates to a single fuel injection nozzle connected to two fuel supply lines provided in a fuel supply system of a combustion apparatus such as a boiler.
ボイラ等の燃焼装置を運転する場合、複数の燃焼位置において燃焼量を段階的に変化させたり、或いは燃料供給量を無段階に制御して燃焼量を連続的に変化させて発停回数を抑制し、燃焼の安定化と省エネルギを実現することが行われている。 When operating a combustion device such as a boiler, the combustion amount is changed stepwise at multiple combustion positions, or the fuel supply amount is controlled steplessly to change the combustion amount continuously, thereby suppressing the number of starts and stops. However, stabilization of combustion and energy saving are performed.
例えば、停止、低燃焼及び高燃焼の3つの段階で制御される3位置制御方式を採用する現行の油焚きボイラのターンダウン比(最小燃焼量:最大燃焼量)は1:2程度であるが、この種の油焚きボイラには、省エネルギの観点から多位置若しくは比例燃焼制御、ターンダウン比が1:5以上が求められている。 For example, the turndown ratio (minimum combustion amount: maximum combustion amount) of the current oil-fired boiler that employs a three-position control system that is controlled in three stages of stop, low combustion, and high combustion is about 1: 2. This type of oil fired boiler is required to have a multi-position or proportional combustion control and a turndown ratio of 1: 5 or more from the viewpoint of energy saving.
そこで、現在は燃料噴射ノズルを複数配置し、これらの燃料噴射ノズルを燃焼負荷に応じて切り替える方式や、燃料の一部を戻すことによって多位置若しくは比例燃焼制御を実現するリターンノズル方式が採用されている(例えば、特許文献1〜5参照)。 Therefore, currently, a plurality of fuel injection nozzles are arranged, and a method of switching these fuel injection nozzles according to the combustion load and a return nozzle method of realizing multi-position or proportional combustion control by returning a part of the fuel are adopted. (For example, see Patent Documents 1 to 5).
しかしながら、燃料噴射ノズルを複数配置して多位置若しくは比例燃焼制御を実現する方式では、各燃料噴射ノズルの取付位置が該燃料噴射ノズルの外側に円環状に設置された燃焼用空気ノズルの中心線(エアレジスタ中心線)から径方向にズレるため、周方向において燃料と燃焼用空気との混合が均一になされず、燃焼性能に悪影響が生じるという問題がある。 However, in the method of realizing a multi-position or proportional combustion control by arranging a plurality of fuel injection nozzles, the center line of the combustion air nozzle in which the mounting position of each fuel injection nozzle is installed in an annular shape outside the fuel injection nozzle Since there is a deviation in the radial direction from the (air register center line), there is a problem that fuel and combustion air are not uniformly mixed in the circumferential direction, which adversely affects combustion performance.
又、燃料の一部を戻すことによって多位置若しくは比例燃焼制御を実現するリターンノズル方式では、ターンダウン比は1:3程度が限度であり、それ以上のターンダウン比で運転すると、燃料のリターンラインに空気が混入して燃料の安定した噴射ができない他、燃料ポンプに悪影響を及ぼすという問題がある。 Also, in the return nozzle system that realizes multi-position or proportional combustion control by returning a part of the fuel, the turn-down ratio is limited to about 1: 3. There are problems that air is mixed into the line and fuel cannot be stably injected, and the fuel pump is adversely affected.
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、全燃焼負荷に対して高い燃焼性能を維持しつつ、多位置若しくは比例燃焼制御と大きなターンダウン比を実現することができる燃料噴射ノズルを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its objective is to realize multi-position or proportional combustion control and a large turndown ratio while maintaining high combustion performance with respect to the entire combustion load. An object of the present invention is to provide a fuel injection nozzle that can be used.
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、燃料ポンプの吐出側から延びる燃料供給ラインを複数に分岐し、分岐された複数の燃料供給ラインの少なくとも1つから分岐するリターンラインを前記燃料ポンプの吸入側に接続するとともに、該リターンラインに流量制御弁を設けて構成される燃焼装置の燃料供給系に設けられる燃料噴射ノズルを、複数に分岐された前記燃料供給ラインの各端部に接続して構成したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is characterized in that the fuel supply line extending from the discharge side of the fuel pump is branched into a plurality of branches, and the return line is branched from at least one of the branched fuel supply lines. Each end of the fuel supply line branched into a plurality of fuel injection nozzles provided in the fuel supply system of the combustion apparatus connected to the intake side of the fuel pump and provided with a flow rate control valve in the return line It is characterized by being connected to.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記燃料ポンプの吐出側から延びる燃料供給ラインを2つに分岐し、一方の供給ラインから分岐するリターンラインを前記燃料ポンプの吸入側に接続して成る燃料供給系に設けられる燃料噴射ノズルを、同心状に開口する大小異径の2つのオリフィスを備え、一方のオリフィスに前記一方の燃料供給ラインを開口せしめ、他方のオリフィスに前記他方の燃料供給ラインを開口せしめて構成したことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the fuel supply line extending from the discharge side of the fuel pump is branched into two, and the return line branched from one of the supply lines is a suction side of the fuel pump. The fuel injection nozzle provided in the fuel supply system connected to the nozzle is provided with two orifices of large and small diameters concentrically opened, the one fuel supply line is opened in one orifice, and the above-mentioned The other fuel supply line is configured to open.
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、高負荷側の一方の燃料供給ラインを大径側のオリフィスに開口せしめ、低負荷側の他方の燃料供給ラインを小径側のオリフィスに開口せしめるとともに、低負荷側の燃料供給ラインから前記リターンラインを分岐させたことを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the invention according to
請求項4記載の発明は、請求項2記載の発明において、高負荷側の一方の燃料供給ラインを大径側のオリフィスに開口せしめ、低負荷側の他方の燃料供給ラインを小径側のオリフィスに開口せしめるとともに、高負荷側の燃料供給ラインから前記リターンラインを分岐させたことを特徴とする。
The invention according to
本発明によれば、燃料噴射ノズルに同心状に開口する大小異径の2つのオリフィスを形成し、各オリフィスに各燃料供給ラインをそれぞれ開口せしめる構成を採用したため、燃料噴射ノズルの取付位置が燃焼用空気ノズルの中心線(エアレジスタ中心線)からズレることがなく、エアレジスタ中心線上に同心状に配された大小異径のオリフィスから噴射される燃料と燃焼用空気との混合が周方向において均一になされ、全負荷運転域において高い燃焼性能を得ることができる。又、一方の燃料供給ラインから分岐するリターンラインに設けられた流量制御弁の開度を制御して燃料戻り量を調整することによって、他方の燃料供給ラインから一定量の燃料を噴射することと併せて燃焼の多位置若しくは比例制御を実現することができるとともに、高いターンダウン比を実現することができる。 According to the present invention, since the fuel injection nozzle is formed with two orifices having different diameters that are concentrically opened, and each fuel supply line is opened in each orifice, the mounting position of the fuel injection nozzle is combusted. There is no deviation from the center line of the air nozzle (air register center line), and the mixture of the fuel injected from the small and large orifices concentrically arranged on the air register center line and the combustion air in the circumferential direction It is made uniform and high combustion performance can be obtained in the full load operation range. In addition, by controlling the opening of a flow control valve provided in a return line branched from one fuel supply line and adjusting the fuel return amount, a certain amount of fuel is injected from the other fuel supply line; In addition, multi-position or proportional control of combustion can be realized, and a high turndown ratio can be realized.
尚、燃料供給ラインからリターンラインを経て燃料を戻す比例燃焼制御を低負荷側で行うようにすれば、ボイラ等において実際に頻繁に運転される低負荷域で比例燃焼制御のメリットを享受することができる。 In addition, if the proportional combustion control that returns the fuel from the fuel supply line through the return line is performed on the low load side, the benefits of the proportional combustion control can be enjoyed in a low load region that is actually frequently operated in a boiler or the like. Can do.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明に係る燃料噴射ノズルを備えたボイラの一部を破断して示す構成図、図2は本発明に係る燃料噴射ノズル要部の断面図であり、図1に示すように、ボイラ1の上部には本発明に係る燃焼噴射ノズル2とその周囲に配された円筒状の燃焼用空気ノズル3が設置されている。
FIG. 1 is a block diagram showing a part of a boiler provided with a fuel injection nozzle according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the main part of the fuel injection nozzle according to the present invention. As shown in FIG. A
上記ボイラ1の燃料供給系には、燃料を収容する燃料タンク4が備えられており、該燃料タンク4から延びる燃料供給ライン5には燃料ポンプ6が設けられている。そして、燃料供給ライン5の燃料ポンプ6の吐出側(下流側)には開閉弁である電磁弁V1が設けられており、燃料供給ライン5は電磁弁V1の下流において2つの燃料供給ライン7,8に分岐している。これらの燃料供給ライン7,8には開閉弁である電磁弁V2,V3がそれぞれ設けられており、各燃料供給ライン7,8は、本発明に係る単一の前記燃料噴射ノズル2に接続されている。
The fuel supply system of the boiler 1 is provided with a
ここで、一方の燃料供給ライン7は低負荷側に設けられるものであって、この低負荷側の燃料供給ライン7からは燃料噴射ノズル2の内部においてリターンライン9が分岐しており、このリターンライン9は前記燃料供給ライン5の燃料ポンプ6の吸入側に接続されている。そして、リターンライン9の途中には開閉弁である電磁弁V4と流量制御弁10が設けられている。後述のように、流量制御弁10の開度を調整してリターンライン9から燃料供給ラインへ5と戻される燃料の量を制御することによって、燃料供給ライン7から燃料噴射ノズル2に供給される燃料の量は燃焼負荷に対して比例制御され、全燃焼負荷100%に対して20〜60%負荷に相当する量の燃料が燃料供給ライン7から燃料噴射ノズル2へと供給される。
Here, one
又、他方の燃料供給ライン8は高負荷側に設けられるものであって、この燃料供給ライン8からは全燃焼負荷100%のうちの40%負荷に相当する一定量の燃料が燃料噴射ノズル2へと供給される。
The other
ここで、燃料噴射ノズル2の構成を図2に基づいて以下に説明する。
Here, the structure of the
燃料噴射ノズル2の下端の中心部(燃焼用空気ノズル3の中心線(エアレジスタ中心線)上には同心状に開口する大小異径の2つのオリフィス11,12が形成されており、大径側のオリフィス11には高負荷側の燃料供給ライン8が開口し、小径側のオリフィス12には低負荷側の燃料供給ライン7が開口している。
Two large and
より詳細には、燃料噴射ノズル2のハウジング13の底壁13aの中央部に大径側のオリフィス11が形成されており、ハウジング13の内部の軸中心部には上下方向に配されたノズル14とこれを保持するホルダ15が収容されている。そして、ノズル14に低負荷側の燃料供給ライン7が接続されており、該ノズル14の先端部(下端部)には下方に向かって絞られた絞り部14aが形成され、この絞り部14aの下面は小径側のオリフィス12として大径側のオリフィス11内に同心的に開口している。
More specifically, the large-
又、上記ノズル14の周囲には円筒状の流路16が形成されており、この流路16はノズル14に形成された複数の連通孔14bを介してノズル14の内部に連通しており、流路16にはリターンライン9が接続されている。
A
更に、前記ホルダ15の下端には複数の流路15aが横方向に形成されており、この流路15aには高負荷側の燃料供給ライン8が接続されている。そして、流路16はノズル14の下端絞り部14aの周囲に形成された空間17を介して大径側のオリフィス11に開口している。
Further, a plurality of
他方、図1に示すように、ボイラ1の上部には燃焼用空気の供給経路を構成するウインドボックス18が設置されており、該ウインドボックス18には送風機19が接続されている。この送風機19の駆動源である不図示の電動モータには、その回転数を制御するためのインバータ装置20が電気的に接続されており、このインバータ装置20には制御装置21が接続されている。又、制御装置21には前記電磁弁V1〜V4と流量制御弁10が電気的に接続されており、制御装置21は、ボイラ1からの要求に応じて電磁弁V1〜V4と流量制御弁10及びインバータ装置20をそれぞれ制御する。
On the other hand, as shown in FIG. 1, a
而して、本実施の形態に係るボイラ1は、燃料供給量を燃焼負荷に応じて無段階に制御して燃焼量を連続的に変化させる方式を採用するものであって、該ボイラ1の運転が開始されると、ボイラ1は停止状態からプレパージ、プレイグニッション、着火トライ等の処理を経て燃焼装置において所定量の燃料が燃料噴射ノズル2から噴射されるとともに、送風機19から燃焼用空気がウインドボックス18から燃焼用空気ノズル3へと供給され、これらの燃料と燃焼用空気の混合によって所定空燃比(A/F)の混合気が形成され、この混合気の燃焼によって発生する熱がボイラ1での蒸気の生成に供される。
Thus, the boiler 1 according to the present embodiment employs a method of continuously changing the combustion amount by controlling the fuel supply amount steplessly according to the combustion load. When the operation is started, the boiler 1 undergoes processes such as pre-purge, pre-ignition, and ignition try from the stopped state, and a predetermined amount of fuel is injected from the
例えば、ボイラ1が20〜60%負荷の低負荷域で運転される場合には、制御装置21によって電磁弁V3が閉じられ、他の電磁弁V1,V2,V4が開けられ、流量制御弁10の開度と送風機19の開度が制御されて燃焼負荷に応じた量の燃料が燃料噴射ノズル2から噴射されるとともに、送風機19から必要な量の燃焼用空気が燃焼用空気ノズル3へと供給される。即ち、燃料タンク4内の燃料は燃料供給ライン5を流れる過程で燃料ポンプ6によって加圧され、この加圧された燃料は低負荷側の燃料供給ライン7を通って燃料噴射ノズル2へと供給され、その一部はリターンライン9から燃料供給ライン4の燃料ポンプ6の吸入側に戻される。従って、流量制御弁10の開度を調整することによって、リターンライン9を経て燃料供給ライン5へと戻される燃料の量が変化し、例えば燃料制御弁10を絞ってリターンライン9を流れる燃料の流量を絞れば、燃料供給ライン7から燃料噴射ノズル2へと供給される燃料の量が増加し、その状態から燃料制御弁10を開いていくとリターンライン9を流れる燃料の流量が増加して燃料供給ライン7から燃料噴射ノズル2へと供給される燃料が減少する。
For example, when the boiler 1 is operated in a low load range of 20 to 60% load, the
この低負荷域において燃料供給ライン7から燃料噴射ノズル2へと供給される燃料は、図2に示す燃料噴射ノズル2のノズル14を通り、その下面に開口する小径側のオリフィス12から下方に向けて噴射され、この噴射された燃料が送風機19から燃焼空気用ノズル3へと供給される燃焼用空気と混合することによって所定の空燃比(A/F)の混合気が形成される。この場合、前述のように同心状に開口する大小異径のオリフィス11,12は燃焼用空気ノズル3の中心線(エアレジスタ中心線)上に配置されているため、小径側のオリフィス12から噴射される燃料と燃焼用空気との混合が周方向において均一になされ、高い燃焼性能が確保される。
The fuel supplied from the
而して、上述のように燃焼負荷に応じて流量制御弁10の開度を制御することによって燃料供給ライン7から燃料噴射ノズル2へと供給される燃料の量が比例制御されるとともに、送風機19から燃焼用空気ノズル3へと供給される燃焼用空気量も比例制御され、燃焼負荷を20%〜40%の範囲で連続的に変化させる比例燃焼制御を実現させることができる。
Thus, the amount of fuel supplied from the
そして、ボイラ1の運転が60%負荷を超える高負荷域に移行すると、制御装置21によって電磁弁V3が開けられるとともに、流量制御弁10の開度と送風機19の回転数が制御され、燃焼負荷に応じた量の燃料が燃料供給ライン8から燃料噴射ノズル2へと供給されるとともに、必要な量の燃焼用空気が燃焼用空気ノズル3へと供給される。
When the operation of the boiler 1 shifts to a high load range exceeding 60% load, the
即ち、高負荷側の燃料供給ライン8からは40%負荷相当の量の燃料が燃料噴射ノズルへ2と供給されるとともに、流量制御弁10によって量が比例制御された燃料が低負荷側の燃料供給ライン7から燃料噴射ノズル2へと供給される。そして、高負荷側の燃料供給ライン8から燃料噴射ノズル2へと供給される一定量(40%負荷相当)の燃料は、図2に示す燃料噴射ノズル2内の流路16から空間17を通って大径側のオリフィス11から下方へ向かって噴射され、低負荷側の燃料供給ライン7から燃料噴射ノズル2へと供給される燃料は前述のように小径側のオリフィス12から下方に向かって噴射され、これらの燃料が送風機19から燃焼用空気ノズル3へと供給される燃焼用空気と混合することによって所定の空燃比(A/F)の混合気が形成される。この場合、前述のように同心状に開口する大小異径のオリフィス11,12は燃焼用空気ノズル3の中心線(エアレジスタ中心線)上に配置されているため、これらのオリフィス11,12からそれぞれ噴射される燃料と燃焼用空気との混合が周方向において均一になされ、高負荷域においても高い燃焼性能が確保される。
That is, a fuel corresponding to a 40% load is supplied to the
而して、高負荷運転においては、高負荷側の燃料供給ライン8から40%負荷相当の一定量の燃料を燃料噴射ノズル2へと供給するとともに、燃焼負荷に応じて流量制御弁10の開度を制御することによって低負荷側の燃料供給ライン7から燃料噴射ノズル2へと供給される燃料の量を20〜60%負荷の範囲で比例制御することによって、燃焼負荷を60〜100%の範囲で連続的に変化させることができる。
Thus, in high load operation, a certain amount of fuel corresponding to 40% load is supplied to the
以上のように、本実施の形態では、単一の燃料噴射ノズル2に同心状に開口する大小異径の2つのオリフィス11,12を形成し、各オリフィス11,12に各燃料供給ライン8,7をそれぞれ開口せしめる構成を採用したため、燃料噴射ノズル2の取付位置が燃焼用空気ノズル3のエアレジスタ中心線からズレることがなく、エアレジスタ中心線上に同心状に配された大小異径のオリフィス11,12から噴射される燃料と燃焼用空気との混合が周方向において均一になされ、全負荷域において高い燃焼性能を得ることができる。
As described above, in the present embodiment, two
又、低負荷側の燃料供給ライン7から分岐するリターンライン9に設けられた流量制御弁10の開度を制御して燃料の戻り量を調整することによって、高負荷側の燃料供給ライン8から一定量の燃料を噴射することと併せて燃焼の比例制御を実現することができるとともに、1:5の高いターンダウン比を実現することができる。
Further, by controlling the opening degree of the flow
更に、本実施の形態では、燃料供給ライン7からリターンライン9を経て燃料を戻す比例燃焼制御を低負荷側で行うようにしたため、ボイラ1において実際に頻繁に運転される低負荷域で比例燃焼制御のメリットを享受することができる。
Furthermore, in the present embodiment, the proportional combustion control for returning the fuel from the
尚、以上の実施の形態では、流量制御弁10の開度を連続的に制御することによって燃焼量を比例制御する場合について説明したが、本発明は、流量制御弁10の開度を段階的に制御することによって燃焼量を多位置で制御する方式を採用する燃焼装置に対しても同様に適用可能であることは勿論である。
In the above embodiment, the case where the combustion amount is proportionally controlled by continuously controlling the opening degree of the
又、以上の実施の形態では、低負荷側の燃料供給ライン7からリターンライン9を分岐し、該リターンライン9に設けられた流量制御弁10の開度を制御することによって低負荷域の燃焼量を比例制御するようにしたが、図3に示すように、逆に高負荷側の燃料供給ライン8からリターンライン9を分岐し、該リターンライン9に設けられた流量制御弁10の開度を制御することによって高負荷域の燃焼量を比例制御するようにしても良い。
Further, in the above embodiment, the
1 ボイラ
2 燃料噴射ノズル
3 燃焼用空気ノズル
4 燃料タンク
5 燃料供給ライン
6 燃料ポンプ
7,8 燃料供給ライン
9 リターンライン
10 流量制御弁
11 大径側オリフィス
12 小径側オリフィス
13 燃料噴射ノズルのハウジング
13a ハウジングの底壁
14 ノズル
14a ノズルの絞り部
14b ノズルの連通孔
15 ホルダ
15a ホルダの流路
16 流路
17 空間
18 ウインドボックス
19 送風機
20 インバータ装置
21 制御装置
V1〜V4 電磁弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
複数に分岐された前記燃料供給ラインの各端部に接続して構成されることを特徴とする燃料噴射ノズル。 A fuel supply line extending from the discharge side of the fuel pump is branched into a plurality, a return line branched from one of the branched fuel supply lines is connected to the suction side of the fuel pump, and a flow rate control is performed on the return line. A fuel injection nozzle provided in a fuel supply system of a combustion apparatus configured by providing a valve,
A fuel injection nozzle configured to be connected to each end of the fuel supply line branched into a plurality.
同心状に開口する大小異径の2つのオリフィスを備え、一方のオリフィスに前記一方の燃料供給ラインを開口せしめ、他方のオリフィスに前記他方の燃料供給ラインを開口せしめて構成したことを特徴とする請求項1記載の燃料噴射ノズル。 A fuel injection nozzle provided in a fuel supply system in which a fuel supply line extending from the discharge side of the fuel pump is branched into two, and a return line branched from one of the fuel supply lines is connected to the suction side of the fuel pump Because
Two orifices of large and small diameters concentrically opened are provided, the one fuel supply line is opened in one orifice, and the other fuel supply line is opened in the other orifice. The fuel injection nozzle according to claim 1.
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