JP7150102B1 - Two-stage combustion device - Google Patents
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Abstract
【課題】燃焼振動を抑えつつNOxの発生を抑制することができる水素ガスを燃料として用いる二段燃焼装置を提供すること。【解決手段】水素を含むガス燃料が流通するノズルと、ノズルから噴出する前記ガス燃料に混合させる一次空気が流通する一次空気流路と、一次空気が混合されたガス燃料に混合させる二次空気が流通する二次空気流路と、を備え、ノズルから噴出するガス燃料に対する一次空気の空気比は、ノズルから噴出するガス燃料に対する二次空気の空気比よりも低く、ノズル内を流通するガス燃料のガス圧は、300kPa以上である。【選択図】図1An object of the present invention is to provide a two-stage combustion apparatus using hydrogen gas as a fuel, which can suppress generation of NOx while suppressing combustion vibration. A nozzle through which gaseous fuel containing hydrogen flows, a primary air flow path through which primary air to be mixed with the gaseous fuel ejected from the nozzle is circulated, and secondary air to be mixed with the gaseous fuel mixed with the primary air. and a secondary air flow path through which the gas circulates in the nozzle, wherein the air ratio of the primary air to the gas fuel ejected from the nozzle is lower than the air ratio of the secondary air to the gas fuel ejected from the nozzle. The gas pressure of the fuel is 300 kPa or higher. [Selection drawing] Fig. 1
Description
本開示は、水素ガスを燃料として用いる二段燃焼装置に関する。 The present disclosure relates to a staged combustion device using hydrogen gas as fuel.
例えば、特許文献1には、水素ガスを燃料として用いるガスバーナが開示されている。この特許文献1には、NOx(窒素酸化物)の発生を抑制するために、水素ガスと酸素ガスとを同じ方向に旋回させるとともに、旋回しながら噴出するそれぞれのガスの流速が同程度となるようにして、遠心力によって水素ガスと酸素ガスとの必要以上の混合を抑制する技術が開示されている。 For example, Patent Literature 1 discloses a gas burner that uses hydrogen gas as fuel. In this patent document 1, in order to suppress the generation of NOx (nitrogen oxide), hydrogen gas and oxygen gas are swirled in the same direction, and the flow velocities of the gases ejected while swirling are approximately the same. In this way, a technique for suppressing excessive mixing of hydrogen gas and oxygen gas by centrifugal force has been disclosed.
また、特許文献2には、ガスノズルの先端部にガスバーナの中心軸に対して35°~45°の噴射角度でガスを噴射する主孔と、ガスバーナの中心軸に対して45°~55°の噴射角度でガスを噴射する副孔と、が設けられ燃焼振動を抑えつつNOxの発生を抑制するガスバーナについて、又二段燃焼について開示されている。
Further,
上述のように特許文献1には、水素ガスを燃料として用いるガスバーナにおいて、NOx(窒素酸化物)の発生を抑制する技術が示されている。係る技術によってある程度は抑制されるとしても、十分抑制することができない虞がある。 As described above, Patent Document 1 discloses a technique for suppressing the generation of NOx (nitrogen oxides) in a gas burner using hydrogen gas as fuel. Even if such a technique suppresses the problem to some extent, it may not be sufficiently suppressed.
水素は火炎温度が高いため高NOxになる課題を有しており、水素ガスを燃料として用いるガスバーナにおいても、燃焼振動を抑えつつNOxの発生を抑制することが望まれている。 Since hydrogen has a high flame temperature, it has a problem of generating high NOx. Therefore, it is desired to suppress generation of NOx while suppressing combustion vibration even in a gas burner using hydrogen gas as a fuel.
一方、特許文献2には、燃焼振動を抑えつつNOxの発生を抑制するガスバーナについて、又二段燃焼について示されているが、水素ガスを燃料として用いることについては開示されていない。
On the other hand,
本開示は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、燃焼振動を抑えつつNOxの発生を抑制することができる水素ガスを燃料として用いる二段燃焼装置を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the problems described above, and an object of the present disclosure is to provide a two-stage combustion apparatus that uses hydrogen gas as a fuel and is capable of suppressing NOx generation while suppressing combustion oscillation.
上記目的を達成するため、本開示に係る二段燃焼装置は、水素を含むガス燃料が流通するノズルと、前記ノズルから噴出する前記ガス燃料に混合させる一次空気が流通する一次空気流路と、前記一次空気が混合された前記ガス燃料に混合させる二次空気が流通する二次空気流路と、を備え、前記ノズルから噴出する前記ガス燃料に対する前記一次空気の空気比は、前記ノズルから噴出する前記ガス燃料に対する前記二次空気の空気比よりも低く、前記ノズル内を流通する前記ガス燃料のガス圧は、300kPa以上である。 In order to achieve the above object, the two-stage combustion apparatus according to the present disclosure includes a nozzle through which gas fuel containing hydrogen flows; a primary air flow path through which primary air to be mixed with the gas fuel ejected from the nozzle flows; a secondary air flow path through which secondary air to be mixed with the gas fuel mixed with the primary air flows, wherein an air ratio of the primary air to the gas fuel jetted from the nozzle is determined by jetting from the nozzle The gas pressure of the gas fuel flowing through the nozzle is 300 kPa or more, which is lower than the air ratio of the secondary air to the gas fuel.
本開示によれば、燃焼振動を抑制しつつNOxの発生を抑制することができる水素ガスを燃料として用いる二段燃焼装置を得ることができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present disclosure, it is possible to obtain a two-stage combustion apparatus using hydrogen gas as a fuel, which is capable of suppressing NOx generation while suppressing combustion oscillation.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、実施形態として記載されている、または図面に示されている構成部品の相対的配置等は、本発明の範囲をこれらに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. However, the relative arrangement of components described as the embodiment or shown in the drawings is not intended to limit the scope of the present invention, but is merely an example of explanation.
<一実施形態>
図1には、本発明の一実施形態の二段燃焼装置1Aの一部断面の概略側断面図を示す。火炉3Aの壁面のバーナスロート部5にガスバーナ2が設けられている。ガスバーナ2は、ガスバーナ2の中心軸Cの部分に配置されるガスノズル7と、該ガスノズル7の外周部に燃焼用の空気を導入する一次空気流路9と、該一次空気流路9の外周部に設けられる二次空気流路11の三重構造からなっている。
<One embodiment>
FIG. 1 shows a schematic side cross-sectional view of a partial cross section of a two-
ガスノズル7と一次空気流路9は円筒状の一次スリーブ13の内部に設けられ、二次空気流路11は一次スリーブ13の外周側に設けられた円筒状の二次スリーブ15の内部に形成される。
The
そして、水素を含むガス燃料が、ガスノズル7の先端部分に形成される主孔25と副孔27から火炉3A内に噴出される構造となっている。なお、二次空気流路11の外周部に三次空気流路(図示せず)を設けても良い。このように、ガスバーナ2自体で二段燃焼装置1Aを構成でき、二段燃焼装置1Aをコンパクトに構成できる。バーナ3からの微粉炭を高温の火炉2内に向けて噴出するために炉壁1に開口され、かつ耐火材20によりスロート状に形成された開口部4に、その耐火材20の表面に向けて空気等の冷却体を噴出する噴出口23を設ける。
A gas fuel containing hydrogen is jetted into the
なお、「水素を含むガス燃料」には、水素と他の燃料を含むもの(混焼)と、水素のみ(専焼)とがあり、さらに、水素と他の燃料を含むものでも、水素が主たる燃料(水素の体積割合が50%以上)、他の燃料が主たる燃料(水素の体積割合が50%未満)に区分できる。「水素を含むガス燃料」とは、これらの場合をすべて含む。 "Gas fuels containing hydrogen" include those containing hydrogen and other fuels (mixed combustion) and hydrogen only (single-fuel combustion).In addition, hydrogen is the main fuel even if it contains hydrogen and other fuels. (the volume percentage of hydrogen is 50% or more) and other fuels (the volume percentage of hydrogen is less than 50%). "Gaseous fuel containing hydrogen" includes all of these cases.
入口を形成する開口部21から流入し、一次空気流路9を流れる中心空気である一次空気F1は直進流であるが、ガスノズル7の出口部分、すなわち、一次空気流路9の出口部分に設けられたスワラ(保炎器)17によって、一次空気F1のうちの一部に旋回力が与えられ、スワラ17の後流側の火炉3A内の領域に淀み領域19が形成され、この淀み領域19にガス燃料が取りこまれることで、火炎の安定保持が可能となる。
The primary air F1, which is the central air that flows through the
また、二次空気流路11の入口部には、エアレジスタ23が設置されて、エアレジスタタイプの旋回装置によって二次空気流路11に流入する二次空気F2に旋回力が与えられる。
An
また、火炉3Aの壁面に形成されたガスバーナ2用の開口部分であるバーナスロート部5の外周部には、開口部の周囲を冷却するように水管6が開口部を囲うように設置されている。
In addition, a
なお、ガスノズル7から噴出する水素を含むガス燃料に対する一次空気F1の空気比は、ガスノズル7から噴出するガス燃料に対する二次空気F2の空気比よりも低く、さらに、一次空気F1は、噴出するガス燃料に対する空気比が1未満になるように設定されている。空気比とはガス燃料を完全燃焼させるのに必要な空気量を1としたときの空気量の比率をいう。
The ratio of the primary air F1 to the hydrogen-containing gas fuel ejected from the
図3、図4に示すように、ガスノズル7の先端部分には、4つの主孔25と、4つの副孔27が設けられている。そして、全主孔を流れるガス燃料は、全ガス燃料流量の80~90%、全副孔を流れるガス燃料は、全ガス燃料流量の20~10%流れる構成になっている。すなわち、副孔27は、主孔25より孔径が小さく形成され、複数の主孔25の開口面積の合計をA1、複数の副孔27の開口面積の合計をA2とした場合に、比率A1:A2は80:20~90:10の間である。
As shown in FIGS. 3 and 4, the tip of the
このように、副孔27から噴出される燃料量を主孔25から噴出される燃料量より少なくして、全副孔を流れるガス燃料が、全ガス燃料流量の20~10%流れる構成にすることで、副孔27から噴出される燃料を一次空気の一部に旋回力を与えるスワラ(保炎器)17の後流側に形成される淀み領域19に取りこまれやすくして、火炎の安定保持を図り燃焼振動の抑制が可能になる。
In this way, the amount of fuel ejected from the
さらに、副孔27から20%を超えるような燃料が噴出されると、一次空気の一部に旋回力を与えるスワラ(保炎器)17に焼損を与える虞れがあるため、全副孔を流れるガス燃料は、全ガス燃料流量の20~10%流れる構成が好ましい。 Furthermore, if more than 20% of the fuel is ejected from the sub-holes 27, the swirler (flame stabilizer) 17, which gives a swirling force to a portion of the primary air, may be damaged by burning. The gas fuel is preferably configured to flow 20-10% of the total gas fuel flow rate.
また、図3、図4に示すように、ガスノズル7の先端部分の各主孔25は、ガスノズル7の中心軸C(ガスバーナ2の中心軸Cでもある)を挟んで対称的に中心軸Cの周りに複数(4つ)配置され、中心軸Cを挟んで所定の噴出角度範囲に設定されている。以下、主孔25の中心軸Cに対する仰角を主孔噴出角度θ1という。
As shown in FIGS. 3 and 4, each
また、各副孔27は、中心軸Cを挟んで対称的に中心軸Cの周りに複数(4つ)配置され、中心軸Cを挟んで所定の噴出角度範囲に設定されている。以下、副孔27の中心軸Cに対する仰角を副孔噴出角度θ2という。そして、副孔噴出角度θ2は、主孔噴出角度θ1より大きい噴出角度でガス燃料を噴出するように構成されている。
A plurality (four) of the
4つの主孔25と4つの副孔27はそれぞれ、中心軸Cの周りに主孔25と副孔27とが交互に均等に配置されている。すなわち、中心軸Cの周りにピッチ角度αが等しく45度の間隔となっている。このように、主孔25は、中心軸Cの周りに中心軸Cを挟んで互いに対称となるように、ガスノズル7の先端部に複数形成されているので、主孔25から噴出されるガス燃料は、ガスバーナ2の中心に対して偏りなく均等に噴出される。
The four
また、副孔27についても、中心軸Cの周りに中心軸Cを挟んで互いに対称となるように、ガスノズル7の先端部に複数形成されているので、副孔27から噴出されるガス燃料は、ガスバーナ2の中心に対して偏りなく均等に噴出される。
Further, since a plurality of
なお、図4示す正面図で、主孔25の開口の中心位置25aと、副孔27の開口の中心位置27aは、ガスノズル7の中心軸Cから距離が同一となるように設けられている。また、主孔25及び副孔27の断面形状は円形形状となっている。
4, the
次に、図1を参照してガスバーナ2に水素を含むガス燃料を供給するシステム構成について説明する。水素を含むガス燃料が貯蔵される水素ガスタンク29の出口には、入口弁31が設けられ水素ガスタンク29からのガス燃料の供給及び遮断が制御され、入口弁31の出口側に減圧弁33が設けられ所定の圧力に減圧される。
Next, a system configuration for supplying gas fuel containing hydrogen to the
減圧弁33の下流側には図1に示すように順に、流量計35、温度計37、遮断弁39、圧力計41、流量調整弁43、遮断弁45、バーナ入口圧力計47、バーナ入口弁49が設けられている。バーナ入口弁49を開弁することで、ガスバーナ2のガスノズル7にガス燃料が供給される。
Downstream of the
従って、主孔25及び副孔27からのガス燃料の噴出圧力は、ガスノズル7内を流通するガス燃料のガス圧であり、ガスバーナ2の入口圧力であり、バーナ入口圧力計47で計測される。水素ガスタンク29には、300kPaを超える高圧(例えば15MPa)の水素を含むガス燃料が加圧されて貯蔵されており、減圧弁33等によって減圧されて使用される300kPa以上の目標ガス圧に減圧されてガスバーナ2に供給される。
Therefore, the ejection pressure of the gas fuel from the
また、工場で生成される副生水素51を適用する場合は、供給圧力が3~50KPaと低いので、図2に示すように、高圧化するためにブースタ53を適用して、使用される300kPa以上の目標ガス圧に上昇してガスバーナ2に供給される。
In addition, when the by-
図5に、水素を含むガス燃料のガスバーナ2の入口圧力(主孔25及び副孔27からの噴出圧力)とNOxとの関係を示す試験結果のグラフを示す。試験条件は表1に示すとおりである。
FIG. 5 shows a graph of the test results showing the relationship between the inlet pressure of the
また、試験は、ガスバーナ2の入口圧力を、80KPa(比較ベース)、300KPa、500KPa、900KPaの4条件について確認した。噴出圧力の変更は、ガスバーナ2の構造は変えずに、燃料量を一定にしてガスノズル7の先端部に形成される主孔25及び副孔27の孔径を変更することで試験した。例えば、表2に示すような孔径に変更した。また、燃焼試験時の主孔25及び副孔27の噴出角度は、主孔噴出角度θ1が40°、副孔噴出角度θ2が45°である。
In addition, the test confirmed the inlet pressure of the
一般的に、都市ガスやLPG等を燃料とするボイラバーナでは、最大130KPa程度で適用され、水素を燃料とする場合でも最大80KPa程度であるため、80KPaを基準として比較した。図5の試験結果のグラフに示すように、300KPa、500KPa、900KPaと低減することが確認された。900KPaでは約30%のNOx低減効果が見られた。従って、NOx低減効果が認められた300KPa以上を高圧化の設定圧力とした。さらに望ましくは、500KPa以上に設定するとよい。 In general, boiler burners using city gas, LPG, etc. as fuel are applied at a maximum of about 130 KPa, and even when hydrogen is used as fuel, a maximum of about 80 KPa is applied. As shown in the graph of the test results in FIG. 5, it was confirmed that the pressure was reduced to 300 KPa, 500 KPa, and 900 KPa. At 900 KPa, a NOx reduction effect of about 30% was observed. Therefore, 300 KPa or higher, at which the NOx reduction effect was recognized, was set as the set pressure for high pressure. More preferably, it should be set to 500 KPa or higher.
以上のように構成された一実施形態によれば、二段燃焼と、水素を含むガス燃料と、水素を含むガス燃料のガス圧を300kPa以上に高圧化することによって、燃焼振動を抑制しつつ、NOxの発生を抑制することができる。次に、この一実施形態の作用効果について下記(A)~(D)に詳述する。 According to the embodiment configured as described above, the two-stage combustion, the gas fuel containing hydrogen, and the gas pressure of the gas fuel containing hydrogen are increased to 300 kPa or more, thereby suppressing combustion oscillation. , the generation of NOx can be suppressed. Next, the effects of this embodiment will be described in detail in (A) to (D) below.
(A)水素を含むガス燃料は一次空気F1と混合して燃焼してから、二次空気F2と混合して燃焼するので、NOxの発生を抑制することができる。すなわち、二段燃焼を行うことでNOxの発生を抑制するように構成されている。 (A) Since the gas fuel containing hydrogen is mixed with the primary air F1 and combusted, and then mixed with the secondary air F2 and combusted, the generation of NOx can be suppressed. That is, it is configured to suppress the generation of NOx by performing two-stage combustion.
燃料が燃焼する領域の温度が低ければ、NOxの発生は抑制される。従って、一次空気F1の空気比は二次空気F2の空気比よりも低いので、ガス燃料と一次空気F1とが混合して燃焼した領域(第1領域)の燃焼温度は、ガス燃料と二次空気F2とが混合して燃焼した領域(第2領域)の燃焼温度と比較して低くなっている。従って、二段燃焼によって、NOxの発生を抑制することができる。 If the temperature of the region where the fuel burns is low, the generation of NOx is suppressed. Therefore, since the air ratio of the primary air F1 is lower than that of the secondary air F2, the combustion temperature in the region (first region) where the gas fuel and the primary air F1 are mixed and burned is It is lower than the combustion temperature of the area (second area) where it is mixed with the air F2 and burned. Therefore, the generation of NOx can be suppressed by the two-stage combustion.
(B)水素を含むガス燃料のガス圧を300kPa以上に高圧化することで、ガス燃料と一次空気との混合を促進させ、ガス燃料を第2領域よりも温度の低い第1領域で燃焼させる割合が相対的に増加する。また、水素は圧縮性流体であり、高圧化する程噴射孔出口で一気に拡散するため、空気との混合が促進され、低空気比で燃焼する割合が相対的に増加する。これらによって、水素を含むガス燃料を高圧化することで低NOx化が達成される。 (B) By increasing the gas pressure of the gas fuel containing hydrogen to 300 kPa or more, the mixing of the gas fuel and the primary air is promoted, and the gas fuel is burned in the first region, which has a lower temperature than the second region. Relative increase in proportion. In addition, hydrogen is a compressible fluid, and the higher the pressure, the more it diffuses at the outlet of the injection hole. With these, low NOx is achieved by increasing the pressure of gas fuel containing hydrogen.
(C)さらに、従来のガスバーナでは、燃焼振動の発生を抑制するため、ノズルから噴出されるガス燃料の噴出圧が300kPa未満となるように構成されていることが多い。例えば、都市ガスやLPG等を燃料とするボイラバーナでは、最大130KPa程度で適用され、水素を燃料とする場合でも最大80KPa程度である。 (C) Furthermore, in order to suppress the occurrence of combustion vibration, conventional gas burners are often configured so that the ejection pressure of the gas fuel ejected from the nozzle is less than 300 kPa. For example, in a boiler burner using city gas, LPG, etc. as fuel, a maximum of about 130 KPa is applied, and even when using hydrogen as a fuel, the maximum is about 80 KPa.
本出願の発明者らの知見によれば、水素を含むガス燃料であれば、噴出圧を300kPa以上に高圧化しても、燃焼振動が抑制されていることを見出した。 According to the knowledge of the inventors of the present application, it has been found that combustion oscillation is suppressed even if the injection pressure is increased to 300 kPa or higher if the gas fuel contains hydrogen.
すなわち、一般に、燃焼振動は、バーナとボイラなどの火炉との組合せで発生するので、バーナと火炉とのマッチングが悪いと燃焼振動が発生することになる。燃焼振動はバーナでのガス燃料の燃焼音が火炉内で共鳴するために生じるが、この現象は音圧によってガスバーナの空気量もしくは燃料量が変化し、発熱変動が発生し、これが音圧変動へと連鎖的に変化して生じるものである。 That is, in general, combustion oscillation is generated by a combination of a burner and a furnace such as a boiler. Combustion oscillation occurs because the combustion sound of gas fuel in the burner resonates in the furnace, but this phenomenon is caused by changes in the amount of air or fuel in the gas burner due to the sound pressure, causing heat generation fluctuations, which lead to sound pressure fluctuations. and changes in a chain reaction.
そして、これらの変動はフィードバックループであることから、ループを形成している何かの要因を取り除いてやれば燃焼振動は発生しない。そして発熱変動の主たる原因は着火不良によるため、ガスバーナの保炎を強化すれば、火炉内からの音圧変動を受けても大きな発熱変動に繋がらないので燃焼振動が発生しない。 Since these fluctuations form a feedback loop, combustion oscillation will not occur if some factor forming the loop is removed. Since the main cause of heat generation fluctuations is poor ignition, if the flame stabilization of the gas burner is strengthened, even if sound pressure fluctuations from inside the furnace are received, it will not lead to large heat generation fluctuations, so combustion oscillations will not occur.
水素は、都市ガスやLPGに比較して燃焼速度が速く燃焼性が良いため、保炎性すなわち燃焼の安定性が強化され、燃焼振動のポテンシャルは都市ガスやLPGより低減できると考えられる。従って、水素を含むガス燃料のガス圧を300kPa以上に高圧化しても、燃焼振動は発生しにくいため、燃焼振動を抑制しつつNOxの発生を抑制することができる。 Hydrogen has a higher combustion speed and better combustibility than city gas and LPG, so it is thought that flame stability, that is, combustion stability, is enhanced and the potential for combustion oscillation can be reduced compared to city gas and LPG. Therefore, even if the gas pressure of gaseous fuel containing hydrogen is increased to 300 kPa or more, combustion oscillation is less likely to occur, so it is possible to suppress the generation of NOx while suppressing the combustion oscillation.
(D)さらに、ガスノズル7内を流通する水素を含むガス燃料のガス圧を300kPa以上に高圧化することで、配管径やガスバーナを大型化することなくより大量の水素を含むガス燃料を燃焼することができる。
(D) Furthermore, by increasing the gas pressure of the gas fuel containing hydrogen flowing through the
すなわち、水素は都市ガスやLPGに比較して発熱量が小さく必要とするボリュームが大きくなるが、高圧化によって、配管径やガスバーナ2を、大型化をすることなく対応が可能となる。さらに、小型化が可能になるメリットも有している。 That is, hydrogen has a smaller calorific value than city gas or LPG and requires a larger volume. Furthermore, it also has the advantage of enabling miniaturization.
なお、上述した一実施形態は、ガスバーナ2に、水素を含むガス燃料が流通するガスノズル7と、ガス燃料に混合させる一次空気が流通する一次空気流路9と、一次空気が混合されたガス燃料に混合させる二次空気流路11と、を備えて、ガスバーナ2自体で二段燃焼装置1Aを構成するが、ガスバーナ2内の二次空気流路11だけでは、ガスバーナ2や火炉3Aのサイズ等によっては、二次空気量が十分確保できない場合があるため、二次空気量を確保するために、ガスバーナ2より火炉3Aの上方の壁面に、二次空気を追加的に火炉3A内に噴出する追加二次空気噴出口(追加二次空気アフターエアポート)(不図示)を設けてもよい。
In the above-described embodiment, the
<他の実施形態>
他の実施形態では、主孔25は、ガスノズル7の中心軸Cを挟んで50度~90度の範囲に設定され、ガスノズル7の中心軸Cに対して25度以上45度以下の主孔噴出角度θ1でガス燃料を噴出するように構成されている。
<Other embodiments>
In another embodiment, the
また、副孔27は、ガスノズル7の中心軸Cを挟んで70度~110度の範囲に設定され、ガスノズル7の中心軸Cに対して35度以上55度以下の副孔噴出角度θ2でガス燃料を噴出するように構成されている。そして、既に説明したように主孔噴出角度θ1は、副孔噴出角度θ2より小さい。
The
以上の他の実施形態の構成によれば、主孔噴出角度θ1が45度を超えると火炉3A内の圧力変動による燃焼振動のポテンシャルが大きくなる。また、主孔噴出角度θ1が25度未満になると、長炎化が過剰となりボイラの熱吸収特性に影響を与える。従って、主孔噴出角度θ1を25度から45度とすることにより、火炎の安定化と長炎化が両立されることから、燃焼振動を抑制できると共に、長炎化による緩慢燃焼で火炎温度が低減し低NOx化を達成できる。
According to the configuration of the other embodiment described above, when the main hole ejection angle θ1 exceeds 45 degrees, the potential for combustion oscillation due to pressure fluctuations in the
さらに、水素は、都市ガスやLPGに比較して燃焼速度が速く、相対的に短炎となるため、主孔噴出角度θ1を都市ガスやLPGのガス燃料の場合に比較して25度から35度のように狭角度に設定してもボイラの熱吸収特性への影響は問題ない。 Furthermore, since hydrogen has a higher burning speed than city gas or LPG and a relatively short flame, the main hole injection angle θ1 is set to 25 degrees to 35 degrees compared to city gas or LPG gas fuel. Even if the angle is set as narrow as 100 degrees, there is no problem in affecting the heat absorption characteristics of the boiler.
また、副孔27については、副孔噴出角度θ2が35度未満であると保炎効果が弱くなり振動ポテンシャルが上昇する。また、副孔噴射角度θ2が55度を超えると、スワラ17近傍での保炎性が強くなり過ぎるため、スワラ17の焼損ポテンシャルが大きくなると共に、NOxの上昇が懸念される。従って、副孔噴出角度θ2は35度から55度が適正範囲である。
As for the
さらに、水素は、都市ガスやLPGに比較して燃焼速度が速く、保炎性が良いため、副孔噴出角度θ2を都市ガスやLPGのガス燃料の場合に比較して35度から45度のように狭角度に設定しても燃焼振動への影響は問題ない。 Furthermore, hydrogen has a faster combustion speed and better flame stability than city gas or LPG, so the secondary hole ejection angle θ2 is reduced from 35 degrees to 45 degrees compared to city gas or LPG gas fuel. Even if the angle is set to such a narrow angle, there is no problem in affecting the combustion oscillation.
従って、水素を含むガス燃料の噴出圧力を300KPa以上に高圧化するとともに、主孔噴出角度θ1を25度から45度とし、副孔噴出角度θ2を35度から55度に設定することにより、燃焼振動を抑制できると共に、NOxの発生量を低減することができる。 Therefore, by increasing the ejection pressure of the hydrogen-containing gaseous fuel to 300 KPa or more, setting the main hole ejection angle θ1 from 25 degrees to 45 degrees, and the secondary hole ejection angle θ2 from 35 degrees to 55 degrees, Vibration can be suppressed and the amount of NOx generated can be reduced.
さらに、噴出角度を狭角度側に設定して主孔噴出角度θ1を25度から35度とし、副孔噴出角度θ2を35度から45度に設定することが好ましい。このように噴出角度を狭角度側に設定することによって、より低NOx化を達成できる。 Furthermore, it is preferable to set the ejection angle to the narrow angle side so that the main hole ejection angle θ1 is set to 25 degrees to 35 degrees and the secondary hole ejection angle θ2 is set to 35 degrees to 45 degrees. By setting the injection angle to the narrow angle side in this way, a further reduction in NOx can be achieved.
<さらなる他の実施形態>
上述した一実施形態及び他の実施形態では、ガスバーナ2に、水素を含むガス燃料が流通するガスノズル7と、ガス燃料に混合させる一次空気が流通する一次空気流路9と、一次空気が混合されたガス燃料に混合させる二次空気流路11と、を備え、一次空気の空気比は、二次空気の空気比よりも低く、ノズル内を流通するガス燃料のガス圧は、300kPa以上とする構成である。すなわち、ガスバーナ2自体で二段燃焼装置1Aを構成する。
<Still another embodiment>
In the above-described embodiment and other embodiments, the
これに対して、さらなる他の実施形態は、図6、図7に示すように、水素を含むガス燃料60が流通するガスノズル61、91と一次空気F1が流通する一次空気流路63、93とが設けられるガスバーナ65、95と、このガスバーナ65、95より火炉3B、3Cの上方の壁面73、90に設けられ、二次空気流路67、97からの二次空気F2を火炉3B、3C内に噴出する二次空気アフターエアポート(二次空気噴出口)69、99と、を備え、一次空気の空気比は、二次空気の空気比よりも低く、ガスノズル61、91内を流通するガス燃料のガス圧は、300kPa以上として二段燃焼装置1B、1Cを構成する。
In contrast, as shown in FIGS. 6 and 7, still another embodiment includes
図6は、小型ボイラのシステム概要図である。ボイラの火炉3Bの底部にガスバーナ65が設置され、上方に向かってガス燃料及び一次空気F1が噴出される。このガスバーナ65より上方の火炉3Bの壁面73に二次空気アフターエアポート69が設けられ、火炉3B内に向かって二次空気F2が噴出されるようになっている。また、ボイラからは、蒸気が発生されると共に、排出される排ガスは節炭器75を通って煙突77から外部に排出される。
FIG. 6 is a system schematic diagram of a small boiler. A
ガスバーナ65のガスノズル61には、水素を含むガス燃料が供給される。この水素を含むガス燃料の供給システムは、図1、図2で説明したガス燃料供給システムと同様である。また、一次空気流路63と二次空気流路67への一次空気F1と二次空気F2は、押込通風機79から押し込まれる空気を、流量調整弁81、83を介して所定の空気比になるように調整して供給される。
Gas fuel containing hydrogen is supplied to the
図7は、中・大型ボイラのシステム概要図である。ボイラの火炉3Cの壁面90にガスバーナ95が設置され、火炉3C内に向かってガス燃料及び一次空気F1が噴出される。このガスバーナ95より上方の火炉3Cの壁面90に二次空気アフターエアポート99が設けられ、火炉3C内に向かって二次空気F2が噴出されるようになっている。また、ボイラからは、蒸気が発生されると共に、排出される排ガスは節炭器105、誘引通風機106を通って煙突107から排出される。
FIG. 7 is a schematic diagram of the system of a middle- and large-sized boiler. A
ガスバーナ95のガスノズル91には、水素を含むガス燃料が供給される。この水素を含むガス燃料の供給システムは、図1、図2で説明したガス燃料供給システムと同様である。また、一次空気流路93と二次空気流路97への一次空気F1と二次空気F2は、押込通風機109から押し込まれる空気を、流量調整弁111、113を介して所定の空気比になるように調整して供給される。
Gas fuel containing hydrogen is supplied to the
以上の図6、図7に示す実施形態においては、ガスバーナ65、95と、火炉3B、3Cの壁面73、90に設けた二次空気アフターエアポート69、99と、を備えて、二段燃焼装置1B、1Cを構成できる。そして、係る二段燃焼装置1B、1Cによっても、既に一実施形態において説明した二段燃焼装置1Aと同様の作用効果を奏する。
In the embodiments shown in FIGS. 6 and 7 above, the
その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態に適宜組み合わせてもよい。 In addition, it is possible to appropriately replace the components in the above-described embodiments with well-known components without departing from the scope of the present disclosure, and they may be combined with the above-described embodiments as appropriate.
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。 The contents described in each of the above embodiments are understood as follows, for example.
(1)一の態様に係る二段燃焼装置は、水素を含むガス燃料が流通するノズル(一実施形態記載のガスノズル7、さらなる他の実施形態記載のガスノズル61、91)と、前記ノズルから噴出する前記ガス燃料に混合させる一次空気が流通する一次空気流路(一実施形態記載の一次空気流路9、さらなる他の実施形態記載の一次空気流路63、93)と、前記一次空気が混合された前記ガス燃料に混合させる二次空気が流通する二次空気流路(一実施形態記載の二次空気流路11、さらなる他の実施形態記載の二次空気流路67、97)と、を備え、前記ノズルから噴出する前記ガス燃料に対する前記一次空気の空気比は、前記ノズルから噴出する前記ガス燃料に対する前記二次空気の空気比よりも低く、前記ノズル内を流通する前記ガス燃料のガス圧は、300kPa以上である。
(1) A two-stage combustion device according to one aspect includes a nozzle (
本開示に係る二段燃焼装置によれば、水素を含むガス燃料は一次空気と混合して燃焼してから、二次空気と混合して燃焼するので、NOxの発生を抑制することができる。すなわち、二段燃焼を行うことでNOxの発生を抑制するように構成されている。 According to the two-stage combustion apparatus according to the present disclosure, the hydrogen-containing gas fuel is mixed with the primary air and combusted, and then mixed with the secondary air and combusted, so NOx generation can be suppressed. That is, it is configured to suppress the generation of NOx by performing two-stage combustion.
燃料が燃焼する領域の温度が低ければ、NOxの発生は抑制される。一次空気の空気比は二次空気の空気比よりも低いので、ガス燃料と一次空気とが混合して燃焼した領域(第1領域)の燃焼温度は、ガス燃料と二次空気とが混合して燃焼した領域(第2領域)の燃焼温度と比較して低くなっていることが多い。そして、ノズル内を流通する水素を含むガス燃料のガス圧を300kPa以上とすることで、ガス燃料と一次空気との混合を促進させ、ガス燃料を第2領域よりも温度の低い第1領域で燃焼させる割合が相対的に増加する。これによって、NOxの発生を抑制することができる。 If the temperature of the region where the fuel burns is low, the generation of NOx is suppressed. Since the air ratio of the primary air is lower than that of the secondary air, the combustion temperature in the region (first region) where the gas fuel and primary air are mixed and burned is It is often lower than the combustion temperature of the region (second region) in which the fuel is first combusted. Then, by setting the gas pressure of the gas fuel containing hydrogen flowing through the nozzle to 300 kPa or more, the mixing of the gas fuel and the primary air is promoted, and the gas fuel is supplied in the first region having a lower temperature than the second region. Relatively increases the burning rate. This can suppress the generation of NOx.
また、水素は圧縮性流体であり、高圧化する程噴射孔出口で一気に拡散するため、空気との混合が促進され、低空気比で燃焼する割合が相対的に増加することで低NOx化が達成される。 In addition, hydrogen is a compressible fluid, and the higher the pressure, the more it diffuses at the outlet of the injection hole. achieved.
また、従来では、燃焼振動の発生を抑制するため、ノズルから噴出されるガス燃料の噴出圧が300kPa未満となるように構成されていることが多い。例えば、都市ガスやLPG(液化石油ガス)等を燃料とするボイラバーナでは、最大130KPa程度で適用され、水素を燃料とする場合でも最大80KPa程度である。 Further, conventionally, in order to suppress the occurrence of combustion oscillation, the ejection pressure of the gaseous fuel ejected from the nozzle is often configured to be less than 300 kPa. For example, in a boiler burner using city gas or LPG (liquefied petroleum gas) as fuel, the applied pressure is about 130 KPa at maximum, and even when hydrogen is used as fuel, it is about 80 KPa at maximum.
本出願の発明者らの知見によれば、水素を含むガス燃料であれば、噴出圧を300kPa以上に高圧化しても、燃焼振動が抑制されていることを見出した。 According to the knowledge of the inventors of the present application, it has been found that combustion oscillation is suppressed even if the injection pressure is increased to 300 kPa or higher if the gas fuel contains hydrogen.
すなわち、本開示に係る二段燃焼装置によれば、水素は、都市ガスやLPGに比較して燃焼速度が速く燃焼性が良いため、保炎性すなわち燃焼の安定性が強化され、燃焼振動のポテンシャルは都市ガスやLPGより低減できると考えられる。従って、水素を含むガス燃料のガス圧を300kPa以上に高圧化しても、燃焼振動は発生しにくいため、燃焼振動を抑制しつつNOxの発生を抑制することができる。 That is, according to the two-stage combustion device according to the present disclosure, hydrogen has a faster burning speed and better combustibility than city gas or LPG, so flame stability, that is, combustion stability is enhanced, and combustion oscillation is reduced. Potential is considered to be lower than city gas and LPG. Therefore, even if the gas pressure of gaseous fuel containing hydrogen is increased to 300 kPa or more, combustion oscillation is less likely to occur, so it is possible to suppress the generation of NOx while suppressing the combustion oscillation.
また、ノズル内を流通する水素を含むガス燃料のガス圧を300kPa以上に高圧化することで、配管径やガスバーナを大型化することなくより大量の水素を含むガス燃料を燃焼することができる。 In addition, by increasing the gas pressure of the gas fuel containing hydrogen flowing through the nozzle to 300 kPa or more, it is possible to burn a larger amount of gas fuel containing hydrogen without increasing the diameter of the pipe or the gas burner.
水素は都市ガスやLPGに比較して発熱量が小さく必要とするボリュームが大きくなるが、高圧化によって、配管径やガスバーナを、大型化をすることなく対応が可能となる。さらに、小型化が可能になるメリットも有している。 Hydrogen has a smaller calorific value than city gas or LPG and requires a larger volume. Furthermore, it also has the advantage of enabling miniaturization.
(2)別の態様に係る二段燃焼装置は、(1)に記載の二段燃焼装置であって、前記ノズルは、少なくとも1つの主孔(一実施形態記載の主孔25)と、前記主孔より孔径が小さい、少なくとも1つの副孔(一実施形態記載の副孔27)と、を含む。
(2) A two-stage combustion device according to another aspect is the two-stage combustion device according to (1), wherein the nozzle includes at least one main hole (
このような構成(2)によれば、副孔から噴出される燃料量を主孔から噴出される燃料量より少なくして、副孔から噴出される適正量の保炎用燃料を一次空気の一部に旋回力を与えるスワラ(保炎器)の後流側に形成される保炎に適した低流速の淀み領域に取りこまれやすくして、スワラ近傍の火炎の安定保持を図り燃焼振動の抑制が可能になる。 According to the configuration (2), the amount of fuel jetted from the secondary holes is made smaller than the amount of fuel jetted from the main holes, and an appropriate amount of flame-stabilizing fuel jetted from the secondary holes is supplied to the primary air. Combustion oscillation is achieved by stabilizing the flame in the vicinity of the swirler by making it easier to be taken into the low-velocity stagnation area suitable for flame stabilization formed on the downstream side of the swirler (flame stabilizer) that gives a swirling force to a part. can be suppressed.
(3)さらに別の態様に係る二段燃焼装置は、(2)に記載の二段燃焼装置であって、前記主孔は、前記ノズルの中心軸(一実施形態記載のガスノズルの中心軸C)に対して25度以上45度以下の噴出角度(他の実施形態記載の主孔噴出角度θ1)で前記ガス燃料を噴出するように構成され、前記副孔は、前記ノズルの前記中心軸に対して35度以上55度以下の噴出角度(他の実施形態記載の副孔噴出角度θ2)で前記ガス燃料を噴出するように構成され、前記主孔の噴出角度は、前記副孔の噴出角度より小さい。 (3) A two-stage combustion device according to still another aspect is the two-stage combustion device according to (2), wherein the main hole is aligned with the central axis of the nozzle (the central axis C of the gas nozzle according to one embodiment). ), the gas fuel is ejected at an ejection angle of 25 degrees or more and 45 degrees or less (main hole ejection angle θ1 described in another embodiment), and the secondary hole is aligned with the central axis of the nozzle On the other hand, it is configured to eject the gas fuel at an ejection angle of 35 degrees or more and 55 degrees or less (secondary hole ejection angle θ2 described in another embodiment), and the ejection angle of the main hole is equal to the ejection angle of the secondary hole less than
このような構成(3)によれば、主孔からのガス燃料の噴出角度(ノズルの中心軸Cに対する仰角)を45度より小さくすることで、火炎の長炎化による緩慢燃焼を促進させることができる。45度を超えると火炉内の圧力変動による燃焼振動のポテンシャルが大きくなる。主孔の噴出角度が25度未満になると、長炎化が過剰となりボイラの熱吸収特性に影響を与える。従って、主孔の噴出角度を25度以上45度以下とすることにより、火炎の安定化と長炎化が両立されることから、燃焼振動を抑制できると共に、長炎化による緩慢燃焼で火炎温度が低減し低NOx化を達成できる。 According to the configuration (3), by making the ejection angle of the gas fuel from the main hole (the elevation angle with respect to the central axis C of the nozzle) smaller than 45 degrees, slow combustion is promoted by lengthening the flame. can be done. If the temperature exceeds 45 degrees, the potential for combustion oscillation due to pressure fluctuations in the furnace increases. If the ejection angle of the main hole is less than 25 degrees, the flame becomes excessively long, which affects the heat absorption characteristics of the boiler. Therefore, by setting the ejection angle of the main hole to 25 degrees or more and 45 degrees or less, it is possible to stabilize the flame and lengthen the flame at the same time. can be reduced and low NOx can be achieved.
副孔については、副孔の噴出角度を55度より小さくしていくことで、NOxの発生量を低減できる。副孔の噴出角度が55度を超えると、バーナのスワラ近傍での保炎が強くなり過ぎて焼損ポテンシャルが大きくなると共に、NOxの上昇が懸念される。副孔の噴出角度が35度未満であると保炎効果が弱くなり振動ポテンシャルが上昇する。従って、副孔の噴出角度を35度以上55度以下とすることで、燃焼振動を抑制できると共に、NOxの発生量を低減することができる。 As for the secondary holes, the amount of NOx generated can be reduced by reducing the ejection angle of the secondary holes to less than 55 degrees. If the injection angle of the secondary hole exceeds 55 degrees, the flame holding in the vicinity of the swirler of the burner becomes too strong, the burnout potential increases, and there is concern about an increase in NOx. If the ejection angle of the secondary holes is less than 35 degrees, the flame holding effect will be weak and the vibration potential will increase. Therefore, by setting the ejection angle of the secondary hole to 35 degrees or more and 55 degrees or less, it is possible to suppress the combustion oscillation and reduce the amount of NOx generated.
(4)さらに別の態様に係る二段燃焼装置は、(3)に記載の二段燃焼装置であって、前記主孔は、前記ノズルの中心軸に対して25度以上35度以下の噴出角度で前記ガス燃料を噴出するように構成され、前記副孔は、前記ノズルの前記中心軸に対して35度以上45度以下の噴出角度で前記ガス燃料を噴出するように構成され、前記主孔の噴出角度は、前記副孔の噴出角度より小さい。 (4) A two-stage combustion device according to still another aspect is the two-stage combustion device according to (3), wherein the main hole ejects at an angle of 25 degrees or more and 35 degrees or less with respect to the central axis of the nozzle. the secondary hole is configured to eject the gas fuel at an angle of 35 degrees or more and 45 degrees or less with respect to the central axis of the nozzle; The ejection angle of the holes is smaller than the ejection angle of the secondary holes.
このような構成(4)によれば、水素は、都市ガスやLPGに比較して燃焼速度が速く、相対的に短炎となるため、主孔からの噴出角度を構成(3)に比較して25度から35度のように狭角度に設定してもボイラの熱吸収特性への影響は問題なく、長炎化による緩慢燃焼で火炎温度の低減によって、より低NOx化を達成できる。 According to such configuration (4), hydrogen has a higher combustion speed than city gas or LPG, and has a relatively short flame. Even if the angle is set as narrow as 25 degrees to 35 degrees, there is no problem with the heat absorption characteristics of the boiler.
また、副孔についても、水素は、都市ガスやLPGに比較して燃焼速度が速く、保炎性が良いため、副孔からの噴出角度を構成(3)に比較して35度から45度のように狭角度に設定しても燃焼振動への影響は問題なく、より低NOx化を達成できる。 As for the secondary holes, hydrogen has a faster combustion rate and better flame stability than city gas or LPG, so the injection angle from the secondary holes is 35 degrees to 45 degrees compared to configuration (3). Even if it is set to a narrow angle as shown in , there is no problem in affecting combustion oscillation, and further reduction in NOx can be achieved.
(5)さらに別の態様に係る二段燃焼装置は、(2)から(4)の何れかに記載の二段燃焼装置であって、前記少なくとも1つの主孔は、前記ノズルの前記中心軸の周りに前記ノズルの前記中心軸を挟んで互いに対称となるように、前記ノズルの先端部に複数形成されている。 (5) A two-stage combustion device according to still another aspect is the two-stage combustion device according to any one of (2) to (4), wherein the at least one main hole is the central axis of the nozzle. are formed at the tip of the nozzle so as to be symmetrical with respect to the center axis of the nozzle.
このような構成(5)によれば、主孔から噴出され水素を含むガス燃料は、ノズルの中心に対して偏りなく均等に噴出できるので長炎による緩慢燃焼化を滞りなく対応できる。 According to the configuration (5), the hydrogen-containing gaseous fuel ejected from the main hole can be evenly ejected toward the center of the nozzle, so that the slow combustion due to the long flame can be smoothly handled.
(6)さらに別の態様に係る二段燃焼装置は、(2)から(5)の何れかに記載の二段燃焼装置であって、前記少なくとも1つの副孔は、前記ノズルの前記中心軸の周りに前記ノズルの前記中心軸を挟んで互いに対称となるように、前記ノズルの先端部に複数形成されている。 (6) A two-stage combustion device according to still another aspect is the two-stage combustion device according to any one of (2) to (5), wherein the at least one secondary hole is aligned with the central axis of the nozzle. are formed at the tip of the nozzle so as to be symmetrical with respect to the center axis of the nozzle.
このような構成(6)によれば、副孔からの噴出される水素を含むガス燃料は、ノズルの中心に対して偏りなく均等に噴出できるので、スワラ廻りの保炎領域を均等に形成し、燃焼振動のポテンシャルを低減可能。 According to the configuration (6), the hydrogen-containing gas fuel ejected from the secondary holes can be ejected evenly toward the center of the nozzle, so that the flame holding area around the swirler can be uniformly formed. , the potential of combustion oscillation can be reduced.
(7)さらに別の態様に係る二段燃焼装置は、(2)から(6)の何れかに記載の二段燃焼装置であって、複数の前記主孔の開口面積の合計をA1、複数の前記副孔の開口面積の合計をA2とした場合に、比率A1:A2は80:20~90:10の間である。 (7) A two-stage combustion device according to still another aspect is the two-stage combustion device according to any one of (2) to (6), wherein the total opening area of the plurality of main holes is A1, and the plurality of The ratio A1:A2 is between 80:20 and 90:10, where A2 is the total opening area of the secondary holes.
このような構成(7)によれば、副孔から噴出される燃料を一次空気の一部に旋回力を与えるスワラ(保炎器)の後流側に形成される淀み領域に取りこまれやすくして火炎の安定保持を図り燃焼振動の抑制が可能になるとともに、副孔から20%を超えるような燃料が噴出されると、一次空気の一部に旋回力を与えるスワラ(保炎器)に焼損を与える虞れがあるため、このような虞れを防止できる。 According to such a configuration (7), the fuel ejected from the secondary hole is likely to be taken into the stagnation region formed on the downstream side of the swirler (flame stabilizer) that imparts swirling force to a portion of the primary air. The swirler (flame stabilizer) provides a swirling force to a portion of the primary air when more than 20% of the fuel is ejected from the sub-hole, while stabilizing the flame and suppressing combustion oscillation. Since there is a risk of burnout, such a risk can be prevented.
(8)さらに別の態様に係る二段燃焼装置は、(1)から(7)の何れかに記載の二段燃焼装置であって、前記ノズルと前記一次空気流路とが設けられるガスバーナ(さらなる他の実施形態記載のガスバーナ65、95)と、前記ガスバーナより火炉の上方の壁面に設けられ、前記二次空気流路からの二次空気を火炉内に噴出する二次空気噴出口(さらなる他の実施形態記載の二次空気アフターエアポート69、99)と、を備える。
(8) A two-stage combustion apparatus according to still another aspect is the two-stage combustion apparatus according to any one of (1) to (7), wherein the gas burner (
このような構成(8)によれば、ノズルと一次空気流路とが設けられたガスバーナと、二次空気噴出口と、を備えて二段燃焼装置を構成できる。 According to such configuration (8), a two-stage combustion apparatus can be configured by including a gas burner provided with a nozzle and a primary air flow path, and a secondary air ejection port.
(9)さらに、別の態様に係る二段燃焼装置は、(1)から(7)の何れかに記載の二段燃焼装置であって、前記ノズルの外周部に前記一次空気流路が設けられ、該一次空気流路の外周部に前記二次空気流路が設けられるガスバーナ(一実施形態記載のガスバーナ2)を備える。
(9) Further, a two-stage combustion device according to another aspect is the two-stage combustion device according to any one of (1) to (7), wherein the primary air flow path is provided on the outer peripheral portion of the nozzle. and a gas burner (
このような構成(9)によれば、ガスバーナ自体で二段燃焼装置を構成でき、二段燃焼装置をコンパクトに構成できる。 According to such configuration (9), the two-stage combustion apparatus can be configured by the gas burner itself, and the two-stage combustion apparatus can be compactly configured.
1A、1B、1C 二段燃焼装置
2、65、95 ガスバーナ
3A、3B、3C 火炉
5 バーナスロート部
6 水管
7、61、91 ガスノズル(ノズル)
9、63、93 一次空気流路
11、67、97 二次空気流路
13 一次スリーブ
15 二次スリーブ
17 スワラ(保炎器)
19 淀み領域
21 開口部
23 エアレジスタ
25 主孔
27 副孔
29 水素ガスタンク
31 入口弁
33 減圧弁
35 流量計
37 温度計
39、45 遮断弁
41 圧力計
43 流量調整弁
47 バーナ入口圧力計
49 バーナ入口弁
51 副生水素
53 ブースタ
69、99 二次空気アフターエアポート(二次空気噴出口)
C ガスバーナ及びガスノズルの中心軸
F1 一次空気
F2 二次空気
θ1 主孔噴出角度
θ2 副孔噴出角度
1A, 1B, 1C Two-
9, 63, 93 Primary
19
C Central axis of gas burner and gas nozzle F1 Primary air F2 Secondary air θ1 Main hole ejection angle θ2 Secondary hole ejection angle
Claims (9)
前記ノズルから噴出する前記ガス燃料に混合させる一次空気が流通する一次空気流路と、
前記一次空気が混合されて燃焼した前記ガス燃料に混合させる二次空気が流通する二次空気流路、を備え、
前記ノズルから噴出する前記ガス燃料に対する前記一次空気の空気比は、前記ノズルから噴出する前記ガス燃料に対する前記二次空気の空気比よりも低く、
前記ノズル内を流通する前記ガス燃料のガス圧は、300kPa以上である二段燃焼装置。 a nozzle through which gas fuel containing hydrogen flows;
a primary air flow path through which primary air to be mixed with the gas fuel ejected from the nozzle flows;
a secondary air flow path through which secondary air to be mixed with the gas fuel mixed with the primary air and burned ,
an air ratio of the primary air to the gas fuel ejected from the nozzle is lower than an air ratio of the secondary air to the gas fuel ejected from the nozzle;
The two-stage combustion device, wherein the gas pressure of the gas fuel flowing through the nozzle is 300 kPa or more.
前記副孔は、前記ノズルの前記中心軸に対して35度以上55度以下の噴出角度で前記ガス燃料を噴出するように構成され、
前記主孔の噴出角度は、前記副孔の噴出角度より小さい請求項2に記載の二段燃焼装置。 The main hole is configured to eject the gas fuel at an ejection angle of 25 degrees or more and 45 degrees or less with respect to the central axis of the nozzle,
The secondary hole is configured to eject the gas fuel at an ejection angle of 35 degrees or more and 55 degrees or less with respect to the central axis of the nozzle,
3. The two-stage combustion device according to claim 2, wherein the ejection angle of said main hole is smaller than the ejection angle of said secondary hole.
前記副孔は、前記ノズルの前記中心軸に対して35度以上45度以下の噴出角度で前記ガス燃料を噴出するように構成され、
前記主孔の噴出角度は、前記副孔の噴出角度より小さい請求項3に記載の二段燃焼装置。 The main hole is configured to eject the gas fuel at an ejection angle of 25 degrees or more and 35 degrees or less with respect to the central axis of the nozzle,
The secondary hole is configured to eject the gas fuel at an ejection angle of 35 degrees or more and 45 degrees or less with respect to the central axis of the nozzle,
4. The two-stage combustion device according to claim 3, wherein the ejection angle of the main hole is smaller than the ejection angle of the secondary hole.
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