JP5717251B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、パイロットバーナによるパイロット火炎を用いてメインバーナの燃焼を開始するようにしている燃焼装置に関するものである。

大容量メインバーナと小容量パイロットバーナを持ち、メインバーナの着火はパイロットバーナの火炎を使用して行う燃焼装置が広く普及している。
メインバーナによる燃焼を開始する場合、まずパイロットバーナでの燃焼を行っておき、その状態でメインバーナへの燃料供給を行うと、メインバーナでの燃焼をスムーズに開始することができる。そしてメインバーナでの燃焼が始まると、パイロットバーナの火炎は必要無くなるため、パイロットバーナへの燃料供給を停止してパイロットバーナでの燃焼を終了している。

このときの燃焼状態は、パイロットバーナのみを燃焼している状態から、パイロットバーナとメインバーナの両方が燃焼する時期を経て、メインバーナのみが燃焼することになる。この場合の燃焼量は、パイロットバーナのみでの燃焼＜メインバーナのみでの燃焼＜パイロットバーナとメインバーナの両方による燃焼の順に大きくなる。

この燃焼装置による燃焼を行う場合、燃焼用空気供給量はメインバーナでの燃焼量に合わせた量にしておく必要があるため、送風機によって燃焼用空気の供給を行う。
燃料量と燃焼用空気供給量は、適正な比率でないと正常な燃焼が行えないため、燃焼用空気供給量調節手段を設けておき、燃焼用空気供給量の調節を行っている。
しかし、パイロットバーナの燃焼量はメインバーナの燃焼量に比べると非常に小さいため、メインバーナでの燃焼量に合わせた量の燃焼用空気を供給していると、パイロットバーナのみを燃焼している場合には空気量が過剰となり、パイロットバーナの不着火や火炎の吹き消えが発生することがあった。

そこで特公昭６３−１４２４６号公報に記載されているように、パイロット燃焼時における燃焼用空気供給量を少なくしておき、パイロットバーナとメインバーナが重複して燃焼しているメイントライアルの完了後に空気供給量を増加するということも行われている。しかしこの場合、パイロットバーナの燃焼とメインバーナの燃焼が重複している時間帯ではメインバーナのみでの燃焼量より大きくなるが、燃焼用空気供給量はパイロット燃焼時用に削減した量としているために空気量が不足することになり、振動燃焼の発生やＣＯ発生量の増大が問題になる。

特公昭６３−１４２４６号公報

本発明が解決しようとする課題は、パイロットバーナによる燃焼からメインバーナへの燃焼への切り替え時において、燃焼の安定性を向上させることのできる燃焼装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、パイロットバーナとメインバーナを持った燃焼装置であって、燃焼用空気供給量調節手段を持ち、パイロット燃焼時とメイン燃焼時で異なる量の空気を供給するようにしている燃焼装置において、
空気供給量を制限した状態でメインバーナの燃焼を開始し、メイントライアル中に燃焼用空気供給量をメイン燃焼時の空気供給量まで増加する制御を行うことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の燃焼装置において、パイロット燃焼用空気供給量からメイン燃焼用空気供給量へ燃焼用空気供給量を増加は、メインバーナへの燃料供給を開始してから所定時間ｔ１経過後に開始する制御を行うものであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記の燃焼装置において、燃焼用空気供給量の変化を検出する燃焼用空気供給量判定手段を設けておき、メイントライアル完了までに燃焼用空気供給量がメイン燃焼時の空気供給量へ変化しなかった場合には異常と判定し、メインバーナの燃焼を停止する制御を行うものであることを特徴とする。

パイロットバーナのみを燃焼させる時には燃焼用空気供給量を少なくすることにより、パイロットバーナの燃焼安定性を向上することができ、火炎の吹き消えやＣＯ発生量の増大を抑制することができる。
その後、空気供給量はメイントライアル完了までにメインバーナの燃焼量に対応させた量まで増加し終わるようにしており、メイン燃焼時にはメイン燃焼に適した量の空気を供給するようにしている。そのため、メイン燃焼時における空気供給量の不足によって振動燃焼が発生することやＣＯの発生量が増大することを防止することができる。

また、ガス供給圧力が低い場合には、メイン着火時よりも先に燃焼用空気供給量を増加すると、空気供給量増加による圧力上昇によってメインの燃料ガスがスムーズに流れず、メイントライアル時に火炎が吹き消えてメイン燃焼へ移行できないという可能性がある。そのため、まずメイン燃料の供給を開始し、メイン燃料の供給から所定時間後に燃焼用空気供給量を増加することで、メイン燃焼を確実に開始することができるようになる。

そして、パイロット燃焼からメイン燃焼への移行時に所定の風量が供給できていることを確認する制御を行うことで、燃焼用空気供給量調節手段の故障などによって燃焼用空気供給量の増加が行われなかった場合には、振動燃焼やＣＯが多量に発生してしまう前に燃焼装置の燃焼を停止することで不具合の発生を防止することができる。

本発明の一実施例における燃焼装置のフロー図 本発明の一実施例における燃焼状況のタイムチャート

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施している燃焼装置をボイラに設置した場合におけるフロー図、図２は本発明を実施している燃焼装置のタイムチャートである。ボイラは中央に設けた燃焼室３の周囲に垂直な水管を環状に並べておき、水管の上部と下部で管寄せに接続している。燃焼室３の上部には、下向きに火炎を発生させる燃焼装置２を設けており、ボイラ中央部の燃焼室３内で火炎の燃焼を行う。燃焼装置２には、大容量のメインバーナ５と小容量のパイロットバーナ６を設けている。燃焼装置２で使用する燃焼用空気は、送風機１０によって供給する。送風機１０からの燃焼用空気は送風路７を通して供給するようにしており、ウインドボックス８で燃焼用空気を整流してメインバーナ５及びパイロットバーナ６へ供給する。
送風路７の途中には、燃焼用空気供給量調節手段として送風路７の流路面積を変更するダンパ１を設けており、ダンパ１によってメインバーナ５及びパイロットバーナ６へ送る燃焼用空気量を調節するようにしている。

燃焼装置２への燃料供給は、燃料供給配管４を通して行う。燃料供給配管４は途中で分岐しており、メインバーナ５及びパイロットバーナ６のそれぞれと接続している。メインバーナ５へ接続している燃料供給配管４にはメイン電磁弁１３を設け、パイロットバーナ６へ接続している燃料供給配管４にはパイロット電磁弁１２を設けている。
メインバーナ５への燃料供給は、メイン電磁弁１３を開くことで行い、パイロットバーナ６への燃料供給は、パイロット電磁弁１２を開くことで行う。

ボイラは下部の給水配管から給水を行い、燃焼装置２による燃焼によって水管内の缶水を加熱して蒸気を発生し、上部の蒸気配管９から蒸気を取り出して蒸気使用機器へ送る。パイロット電磁弁１２、メイン電磁弁１３、ダンパ１、送風機１０のそれぞれと接続した運転制御装置１１を設けておき、運転制御装置１１が各機器の作動を制御することでボイラの運転を制御する。

運転制御装置１１は、ダンパ１に接続したダンパモータの作動を制御するようにしており、ダンパ１の開度を広くすることで燃焼用空気供給量を多くし、ダンパ１の開度を狭くすることで燃焼用空気供給量を少なくする。
ダンパ１では、パイロットバーナ６のみを燃焼する場合の設定位置として着火ダンパ位置、メインバーナで燃焼を行う場合の設定位置としてメインダンパ位置を設定しておく。
パイロット燃焼時には着火ダンパ位置とし、パイロット燃焼用空気供給量とすることで燃焼用空気供給量を少なくし、メイン燃焼時にはメインダンパ位置としメイン燃焼用空気供給量とすることで燃焼用空気供給量を多くする。

図２のタイムチャートに基づき、運転制御の状況を説明する。図２の場合、運転停止の状態からパイロットバーナの着火を行い、パイロットバーナの火炎を利用してメインバーナの着火を行ってメイン燃焼を行った後、運転スイッチを切って運転を停止するまでの工程を記載している。

図２の最初の段階では運転スイッチが切れており、燃焼装置の運転状態は運転停止であって、各機器は作動を停止している。この状態で運転スイッチが入り、運転を開始すると、運転制御装置１１では燃焼準備の工程でまず送風機モータの作動を開始する。ボイラでは燃焼を開始する前に燃焼室３内の換気を行う必要があり、送風機１０から燃焼室３内へ空気を送り込むことで燃焼室３内の換気を行う。

燃焼室内の換気が終了するとパイロット着火の工程に移り、パイロットバーナ６の着火を行う。パイロットバーナ６の着火を行う場合、図１では図示していない点火トランスの作動を行うことでパイロットバーナ６の燃焼部に火花を発生させ、パイロット電磁弁１２を開くことでパイロットバーナ６に燃料の供給を行う。このときのダンパ１は着火ダンパ位置としておき、送風路７の流路面積を狭めておくことでパイロットバーナ６部分へ供給する燃焼用空気量は少なくなるようにしておく。
パイロットバーナ６の燃焼部では、燃料と燃焼用空気が混合することで可燃状態のガスとなり、点火トランスの火花によって火炎が発生し、燃焼が行われる。

メインバーナ５の着火は、点火トランスの作動を停止しパイロット火炎が燃焼を続けていることを確認した後に行う。
メイン着火の工程になると、メイン電磁弁１３を開きメインバーナ５への燃料供給を行う。メインバーナ５へ燃料を送り、メインバーナ５からの燃料噴射が始まると、パイロットバーナ６の火炎がメインバーナ５に移り、メインバーナ５での燃焼が始まる。
メイン電磁弁１３を開く時点でのダンパ１は着火ダンパ位置としておき、空気供給量の増加はメイン電磁弁１３を開いた時から所定時間ｔ１の後に開始する。
メイン電磁弁１３を開くと、燃料供給配管４では燃料ガスの供給圧力が掛かっているため、燃料ガスはメインバーナ５へ送られ、メインバーナ５の先端から噴出する。しかし、メインバーナ５での燃焼開始前に燃焼用空気供給量を増加すると、送風圧力の上昇によってメインバーナ５から噴射しようとする燃焼ガスの流れが遮られ、メインの燃料ガスがスムーズに増加しないことによって火炎が吹き消え、メイン燃焼へ移行できなくなることがある。
そのため、メインバーナによる燃焼を開始するよりも前に、パイロット燃焼用空気供給量からメイン燃焼用空気供給量へ燃焼用空気供給量を増加することはせず、メイン電磁弁１３を開いてから所定時間ｔ１が経過した後に、ダンパモータを作動してダンパの位置を着火ダンパ位置からメインダンパ位置へ変更するようにしている。
燃焼用空気供給量の増加を遅らせる所定時間ｔ１の値はメインバーナ５での燃焼が行われるまでのごく短い時間でよく、逆に長くなりすぎるとメイン燃焼を開始したのに燃焼用空気供給量が不足することになる。そのため所定時間ｔ１の値は、例えば０．２秒程度のごく短い時間に設定しておく。ただしこの値は、燃焼装置の構成等によって異なるため、製品開発時に試験を繰り返すことによって最適な値を求めることになる。

またダンパには、燃焼用空気供給量の変化を検出する燃焼用空気供給量判定手段として、メインダンパ位置と着火ダンパ位置の中間で位置を検出するリミットスイッチを設置しておき、ダンパの位置を検出することで燃焼用空気供給量を変更したことが検出できるようにしておく。
ダンパに対してメインダンパ位置に変更する指令の出力を行ったが、ダンパが動いていなかった場合には、燃焼用空気供給量が不足したままでメイン燃焼を行うことになり、振動燃焼やＣＯ発生量の増大を招くことになる。
そのため、ダンパ位置が変化したことをリミットスイッチで検出するようにしておき、ダンパ開度変更の指令出力から所定時間Ｔ２が経過してもリミットスイッチの検出が行われなかった場合には、燃焼用空気供給量に異常が発生したとして燃焼を停止する。
燃焼用空気供給量の変更はメイントライアル完了までに終了するものとしておき、所定時間Ｔ２の値はメイントライアル時間以下とする。

その後、パイロット電磁弁１２を閉じてパイロットバーナ６による燃焼を停止することでメイントライアルを終了し、メインバーナ５のみで燃焼を行うメイン燃焼を行う。メイン燃焼を続けている間はダンパ１をメインダンパ位置で固定しておき、メインバーナ５での燃焼量に合わせた量の燃焼用空気を供給する。

運転スイッチを停止してボイラの運転を停止する操作を行うと、運転制御装置１１はメイン電磁弁１３を閉じることでメインバーナ５への燃料供給を停止し、メインバーナ５の燃焼は停止する。また、燃焼を停止する時にも燃焼室３内の換気を行うため、メイン電磁弁１３を閉じた後も一定時間は送風機１０の作動を継続し、燃焼室３内の換気を行う。所定時間の換気終了を行うと、送風機１０の作動を停止してボイラの運転を停止する。

このようにすることで、パイロットバーナを燃焼させている時の燃焼性と、メインバーナを燃焼させている時の燃焼性を共に向上させることができる。
そしてメイン着火時に火炎が吹き消えてメイン燃焼へ移行できないということも防止でき、もしも燃焼用空気供給量を増加できなかった場合でも、メイン着火の工程中に燃焼を停止するので、空気供給量の不足によって振動燃焼やＣＯが多量に発生してしまうことも防止することができる。

なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１ ダンパ
２ 燃焼装置
３ 燃焼室
４ 燃料供給配管
５ メインバーナ
６ パイロットバーナ
７ 送風路
８ ウインドボックス
９ 蒸気配管
１０ 送風機
１１ 運転制御装置
１２ パイロット電磁弁
１３ メイン電磁弁

Claims (3)

1. パイロットバーナとメインバーナを持った燃焼装置であって、
   燃焼用空気供給量調節手段を持ち、パイロット燃焼時とメイン燃焼時で異なる量の空気を供給するようにしている燃焼装置において、
   空気供給量を制限した状態でメインバーナの燃焼を開始し、メイントライアル中に燃焼用空気供給量をメイン燃焼時の空気供給量まで増加する制御を行うことを特徴とする燃焼装置。
2. 請求項１に記載の燃焼装置において、パイロット燃焼用空気供給量からメイン燃焼用空気供給量へ燃焼用空気供給量を増加は、メインバーナへの燃料供給を開始してから所定時間ｔ１経過後に開始する制御を行うものであることを特徴とする燃焼装置。
3. 請求項１又は２に記載の燃焼装置において、燃焼用空気供給量の変化を検出する燃焼用空気供給量判定手段を設けておき、メイントライアル完了までに燃焼用空気供給量がメイン燃焼時の空気供給量へ変化しなかった場合には異常と判定し、メインバーナの燃焼を停止する制御を行うものであることを特徴とする燃焼装置。
   
   

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