JP7039792B2 - 燃焼バーナ、これを備えたボイラ及び燃焼バーナの組立方法 - Google Patents
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Description
すなわち、本開示の一態様に係る燃焼バーナは、燃料と酸化性ガスとを混合した燃料ガスを火炉内に吹き込む燃料ノズルと、該燃料ノズル内に配置され、長手方向の軸線が前記燃料ノズルの対向する壁部間に延在して設けられ、燃料ガス流れ方向に幅が拡大する拡幅部と、該拡幅部の燃料ガス流れ上流側に接続され、燃料ガス流れ上流側に向かって延在する板状部と、を有するスプリッタ板と、を備える燃焼バーナであって、前記スプリッタ板は、燃料ガス流れの上流側と下流側との間で2つ以上に分割された複数の分割部材によって構成されている。
また、幅方向に分割された高温部材の間に、保持部材や耐熱部材等が介在している場合、高温部材に形成された連結ピン孔に対応する孔を保持部材や耐熱部材等に形成することで、連結ピンによって高温部材、保持部材、耐熱部材等を連結できる。この場合、保持部材に対して高温部材や耐熱部材等が燃料ガス流れ方向に拘束されるので、スライド部に引っ掛かり部を形成せずとも高温部材や耐熱部材等の火炉側への移動や、火炉内への脱落を防ぐことができる。なお、この構成においても長手方向における各部材の熱伸びを吸収できることは言うまでもない。
以下に、第1実施形態に係る燃焼バーナについて図1乃至9を用いて説明する。
本実施形態の燃焼バーナ1は、主として固体燃料をミルで粉砕した微粉燃料を燃焼するバーナであり、ボイラ(図示せず)に設けられる。燃焼バーナ1は、煙道に過熱器や蒸発器等の熱交換器を備えたボイラに対して複数設けられ、火炉内で火炎を形成する。
なお、本実施形態では紙面上側と紙面下側は便宜上に記載した図に対して説明したものであり、必ずしも鉛直上側と鉛直下側を示すものではなく、実際の燃焼バーナ1の使用形態では紙面上側が水平方向を向いてもよい。
燃焼バーナ1が備える燃料ノズル2内には、内部に燃料と1次空気とが混合された燃料ガスが流される。燃料ノズル2から噴射された燃料ガスは、拡幅部端面12aで燃料ガス流れが上流側へ向かう渦が発生して、拡幅部端面12aで燃料ノズル2出口側で着火して保炎されるとともに火炉の内側に火炎が形成される。このとき、燃料ガスが流れる燃料ノズル2内の流路面積は、スプリッタ板10に設けられた拡幅部12によって、下流に向かうにつれて縮小される。燃料ノズル2の流路面積の縮小によって燃料ガス内の燃料の濃度が高められ、燃料の着火を促進される。また、空気ノズル3からは下流側に向かって直進するように噴射された2次空気は、拡幅部端面12aで保炎された燃料ガスによる火炎領域より逸脱した燃料の未燃分と混合されつつ、燃料ガスによる火炎領域の下流側に火炎を形成する。なお、空気ノズル3の周囲に3次空気、4次空気を供給する空気ノズルを設けても良い。
スプリッタ板10Aは、分割された複数の分割部材30,50どうしを比較した場合に、燃料ガス流れ上流側に位置して火炉からの輻射熱の影響が小さく輻射熱による温度上昇が少ない分割部材(保持部材)30と、燃料ガス流れ下流側に位置して火炉からの輻射熱の影響が大きく輻射熱による温度上昇が大きい分割部材(高温部材)50との分割構造とされ、それらの分割部材が接続されることでスプリッタ板10Aを形成する。このように輻射による影響に応じて分割部材を分けて用いることで、燃焼バーナ1の使用経過とともに、損傷の程度に応じて分割部材を別個に交換することができ、メンテンナンス性及び経済性に優れた燃焼バーナを提供することができる。例えば、高温部材50が損傷した場合、高温部材50のみを取り換えることが出来るので、スプリッタ板10Aを一体で交換しなくてもよい。
また、保持部材30および高温部材50のうち、一方の部材には長手方向に延在するスライド部32が設けられ、他方の部材にはスライド部32を案内するスライド溝52が設けられていることとした。これによれば、長手方向に延在するスライド部32を、スライド部32の形状に対応してスライド部を案内するスライド溝52に嵌め込むことで、保持部材30と高温部材50とを長手方向にスライド可能に接続することができる。これによって、火炉内からの輻射熱によってスプリッタ板10Aの高温部材50が長手方向に熱伸びした場合でも、スライド溝52がスライド部32に対してスライドするので、高温部材50が長手方向に熱伸びしても保持部材30を長手方向に引っ張るような応力を発生することがない。一方、高温部材50と保持部材30どうしの長手方向への熱伸びを比較した場合に、輻射熱の影響が大きく熱伸びしやすい下流側の高温部材50と、輻射熱の影響が小さく熱伸びしにくい上流側の保持部材30とが完全に一体となりスライド不可能な場合には、スプリッタ板10A内で熱伸び量の差異が生じて撓みと応力が発生する。この撓みと応力によって、特に、スプリッタ板10Aに割れ基点となりやすい内角部等が存在すると、割れや亀裂が発生し進展して、スプリッタ板10Aの損傷に繋がる虞がある。本実施形態においては、高温部材50と保持部材30とが長手方向に相互に拘束されていないので、スプリッタ板10A内に燃料ガス流れ方向に温度分布が生じた場合でもスプリッタ板10Aに撓みと応力の発生が抑制されて、スプリッタ板10Aの損傷を防ぐことができる。
更に、スライド部32は、保持部材30の燃料ガス流れの下流側端に形成され、燃料ガス流れ方向に幅が拡大する引っ掛かり部34を備えているので、高温部材50と保持部材30とを、燃料ガス流れ方向に拘束することができる。これにより、高温部材50が火炉側に移動したり、火炉内に脱落したりすることを防ぐことができる。
次に、第2実施形態に係る燃焼バーナが備えるスプリッタ板について図10を用いて説明する。
本実施形態は、上述した第1実施形態に対して、高温部材50の形態が異なり、その他の点については同様である。したがって、第1実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
なお、連結部材溝53は、断面がひょうたん形状に限るものではなく、断面視した場合に両端に設けられた矩形部や三角部とこれら矩形部や三角部を接続する矩形部とを有する形状などでもよい。
高温部材50と保持部材30とを接続する場合、長尺となるスライド部32とスライド溝52を長手方向に亘ってスライドして挿入する必要がなく、紙面上側と紙面下側から上高温部材50Aと下高温部材50Bを嵌め込めばよいので、容易に高温部材50と保持部材30とを接続することができる。
次に、第3実施形態に係る燃焼バーナが備えるスプリッタ板について図11及び12を用いて説明する。
本実施形態は、上述した第1及び2実施形態に対して、高温部材50の形態が異なり、その他の点については同様である。したがって、第1及び第2実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
高温部材50が幅方向に分割されて上高温部材50Aと下高温部材50Bで構成されている場合でも、連結ピン74によって容易に連結できる。更に、連結ピン孔54は長孔形状とされているので、高温部材50が長手方向に熱伸びをした際に、上高温部材50Aと下高温部材50Bの間に温度差による熱伸び差が発生した場合でも、長孔形状にて吸収しつつ高温部材50を連結することができる。なお、高温部材50の連結後、連結ピン孔54に連結ピン74の連結ピン孔54内での熱伸び差による移動を阻害しない状態でセラミック等によって蓋をしても良く、この場合、燃料ガスの拡幅部12に沿う流れが連結ピン孔54によって乱れることを防止できる。また、長孔の連結ピン孔54を上高温部材50Aと下高温部材50Bの両部材に形成する必要は無く、一方の部材にのみ形成されていても良い。
次に、第4実施形態に係る燃焼バーナが備えるスプリッタ板について図13乃至15を用いて説明する。
本実施形態は、上述した第1乃至第3実施形態に対して、高温部材50の燃料ガス流れの下流側に断熱部材76が設けられている点で異なり、その他の点については同様である。したがって、第1乃至3実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
高温部材50の燃料ガス流れ下流側の拡幅部端面12aが、火炉内の輻射を含めた伝熱によって温度上昇することを抑制できる。これによって、高温部材50の熱伸びを抑制することができ、保持部材30との温度差に伴う熱膨張差による撓みと応力発生を抑制することができる。
次に、第5実施形態に係る燃焼バーナが備えるスプリッタ板について図16乃至18を用いて説明する。
本実施形態は、上述した第1乃至4実施形態に対して、スライド部32とスライド溝52との間に断熱材70を設けている点で異なり、その他の点については同様である。したがって、第1乃至4実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
輻射熱によって高温になる高温部材50からの伝熱よる保持部材30のスライド部32に近い領域での温度上昇を抑制することができる。これによって、保持部材30のスライド部32に近い領域とスライド部32から離れた領域での熱伸び差の発生を抑制することができ、保持部材30の損傷を防ぐことができる。また、断熱材70が保持部材30や高温部材50よりも柔らかい場合、スライド部32とスライド溝52との間で組立や少しの撓み変形を吸収のための隙間を設けることで、この隙間でのガタつきを吸収できる。
次に、第6実施形態に係る燃焼バーナが備えるスプリッタ板について図19を用いて説明する。
本実施形態は、上述した第1乃至5実施形態に対して、高温部材50に長手分割部56を有する点で異なり、その他の点については同様である。したがって、第1乃至5実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
高温部材50が熱伸びしやすい長手方向に分割されるので、分割された高温部材50の各々の熱伸びによる撓みを抑制することができる。また、高温部材50の長手方向に温度分布が発生しても、隣接する高温部材50との間で熱伸び差による撓みと応力発生を抑制することができる。これによって、高温部材50そのものの損傷を防ぐことができる。
次に、第7実施形態に係る燃焼バーナが備えるスプリッタ板について図3,8,20を用いて説明する。
本実施形態は、上述した第1乃至6実施形態に対して、拡幅部12の傾斜面に耐摩耗材78を設けている点で異なり、その他の点については同様である。したがって、第1乃至6実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
図3のように、拡幅部12の傾斜面の全体が高温部材50によって形成されている場合は、例えば、高温部材50そのものを耐摩耗性の材質としても良い。また、図8に示すように、拡幅部12の傾斜面が保持部材30と高温部材50とに亘って形成されている場合は、図20に示すように、拡幅部12の傾斜面に相当する保持部材30の表面及び高温部材50の表面に耐摩耗材78を設けても良い。
燃料ガス中に含まれる粒子の衝突によって生じる拡幅部12の傾斜面(表面)の摩耗を抑制することができる。
2 燃料ノズル
3 空気ノズル
10(10A,10B,10C,10D,10E,10F,10G) スプリッタ板
11 支持板
12 拡幅部
14 板状部
30 保持部材(分割部材)
32 スライド部
34 引っ掛かり部
50 高温部材(分割部材)
50A 上高温部材
50B 下高温部材
52 スライド溝
Claims (10)
- 燃料と酸化性ガスとを混合した燃料ガスを火炉内に吹き込む燃料ノズルと、
長手方向の軸線が前記燃料ノズルの対向する壁部間に延在して設けられるとともに燃料ガス流れ方向に幅が拡大する拡幅部、及び、該拡幅部の燃料ガス流れ上流側に接続されるとともに燃料ガス流れ上流側に向かって延在する板状部を有する、前記燃料ノズル内に配置されたスプリッタ板と、
を備える燃焼バーナであって、
前記スプリッタ板は、燃料ガス流れの上流側と下流側との間で2つ以上に分割された複数の分割部材によって構成され、
複数の前記分割部材は、燃料ガス流れの上流側に位置する保持部材及び前記保持部材に保持され燃料ガス流れの下流側に位置する高温部材とされ、
前記保持部材及び前記高温部材のうち、一方の部材には前記長手方向に延在するスライド部が設けられ、他方の部材には前記スライド部を案内するスライド溝が設けられ、
前記スライド部又は前記スライド溝は、前記保持部材の燃料ガス流れの下流側端に形成されていることを特徴とする燃焼バーナ。 - 前記スライド部は、燃料ガス流れ方向に幅が拡大する引っ掛かり部を備えていることを特徴とする請求項1に記載の燃焼バーナ。
- 前記高温部材は、前記長手方向及び燃料ガス流れ方向に直交する幅方向において分割可能とされた幅分割部を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の燃焼バーナ。
- 前記幅分割部で分割された前記高温部材どうしを締結する複数の連結ピンを備え、
前記高温部材には、前記連結ピンが挿入され、前記幅方向に貫通し、前記長手方向を長手とする長孔形状の連結ピン孔が形成されていることを特徴とする請求項3に記載の燃焼バーナ。 - 前記スプリッタ板は、前記高温部材の燃料ガス流れの下流側に、断熱部材が設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の燃焼バーナ。
- 前記スライド部と前記スライド溝との間には、断熱材が備えられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の燃焼バーナ。
- 前記高温部材は、前記長手方向において分割可能とされた長手分割部を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の燃焼バーナ。
- 前記拡幅部は、表面に耐摩耗材を有していることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の燃焼バーナ。
- 火炉と、
該火炉に設けられた請求項1乃至8のいずれかに記載の燃焼バーナと、
前記火炉の下流に設けられた煙道と、
該煙道に設けられた熱交換器と、
を備えていることを特徴とするボイラ。 - 燃料と酸化性ガスとを混合した燃料ガスを火炉内に吹き込む燃料ノズルと、
長手方向の軸線が前記燃料ノズルの対向する壁部間に延在して設けられるとともに燃料ガス流れ方向に幅が拡大する拡幅部、及び、該拡幅部の燃料ガス流れ上流側に接続されるとともに燃料ガス流れ上流側に向かって延在する板状部を有する、前記燃料ノズル内に配置されたスプリッタ板と、
を備え、
前記スプリッタ板は、燃料ガス流れの上流側と下流側との間で2つ以上に分割された複数の分割部材によって構成され、
複数の前記分割部材は、燃料ガス流れの上流側に位置する保持部材及び前記保持部材に保持され燃料ガス流れの下流側に位置する高温部材とされ、
前記保持部材及び前記高温部材のうち、一方の部材には前記長手方向に延在するスライド部が設けられ、他方の部材には前記スライド部を案内するスライド溝が設けられ、
前記スライド部又は前記スライド溝は、前記保持部材の燃料ガス流れの下流側端に形成されている燃焼バーナの組立方法であって、
前記保持部材と前記高温部材とを接続して前記スプリッタ板とする接続工程を含む燃焼バーナの組立方法。
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