JPH04270808A - ガス燃料燃焼装置および燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃焼装置に係り、特に高
寿命で信頼性の高いガス燃料を燃焼させるガス燃料燃焼
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、発電需要が増大するにつれて、化
石燃料を主燃料とするボイラも大型化し、発電用ボイラ
が大気汚染に与える影響度も増加しつつある。この大気
汚染を拡大する郊外物質のうち、多大な比率をしめるＮ
ＯＸ　の排出規制は年々きびしくなる傾向にある。この
状勢下で第二次石油シヨツク以来、石油を主燃料として
きた我が国の発電業界は、より安価で、かつ十分な供給
源をもつ石炭燃料、クリーンな気体燃料（ＬＮＧ，ＬＰ
Ｇ）へと転換しつつある。ところが、ボイラが大型化す
る一方、発電コストを低下する目的で発電需要に応じて
頻繁な負荷変動を行なうために一日単位でボイラの起動
・停止が繰返されている。それは最近の電力需要の特徴
として、原子力発電の伸びと共に、負荷の最大・最小差
も増大し、火力発電用ボイラをベースロードから負荷調
整用へと移行する傾向にあり、この火力発電用ボイラを
負荷に応じて圧力を変化させて変圧運転する、いわゆる
全負荷では超臨界圧域、部分負荷では亜臨界圧域で運転
する変圧運転ボイラとすることによつて、部分負荷での
発電効率を数％向上させることができるからである。例
えば、ＬＮＧ専焼火力においては、ボイラ負荷を常に全
負荷で運転されるものは少なく、負荷を昼間は７５％負
荷、５０％負荷、２５％負荷、１５％負荷へと負荷を上
げ、下げして運転したり、あるいは夜間は運転を停止す
るなど、いわゆる高頻度起動停止（Ｄａｉｌｙ　　Ｓｔ
ａｒｔ　　Ｓｔｏｐ以下単にＤＳＳという）運転を行な
つて中間負荷を担うＬＮＧ専焼火力へと移行しつつある
。この様に７５％負荷、５０％負荷、２５％負荷、１５
％負荷のように部分負荷時においては、全負荷時に比べ
てその負荷に応じて燃焼しているガスバーナの本数を減
少させ、逆に消火しているガスバーナの本数を増加させ
て負荷調整を行なつている。

【０００３】以下、図３から図６を用いて従来のガス燃
料燃焼装置について説明する。図３は従来のガス燃料燃
焼装置の縦断面図、図４は図３の側面図、図５および図
６はガスエレメントの先端を示す斜視図である。ガスバ
ーナ１は図３および図４に示すように側壁２に穿設され
たバーナスロート３内に円形状に配置された８本のガス
エレメント４の集合体によつて構成されている。つまり
、ガスエレメント４は図５に示すように主燃料ノズル５
ａと保炎効果をもたせる副燃料ノズル５ｂを有するガス
エレメント４ａと、図６に示すように主燃料ノズル５ａ
のみを有するガスエレメント４ｂを交互に配置したもの
であり、その中央には保炎板６が配置されている。ガス
燃料はガス燃料配管７、流量調整弁８を通つて２重に設
けられたガスバーナ入口弁９ａ，９ｂを通りさらにフレ
キシブルホース１０を通つてガスリング１１に入る。 ガスリング１１はマニホールドになつていて、これによ
り多数の（図の例では８本）ガスエレメント４へ分岐さ
れてガスが供給される。ガスバーナ１の点火時にはガス
バーナ入口弁９ａ，９ｂが開きガス燃料配管７よりガス
がガスエレメント４へ供給され、ガスエレメント４から
主燃料ノズル５ａ、副燃料ノズル５ｂを経て火炉１２内
へガスが噴射されて着火・燃焼される。ここでガスバー
ナ入口弁９ａ，９ｂが２重構造になつているのはガスバ
ーナ休止（消火）時のガスバーナ１へのガスリークを防
止する目的で２重化により信頼性をあげたもので、一般
的に広く行われている。一方、燃焼用空気１３は風箱１
４より風量あるいは旋回力調整用のエアレジスタ１５を
通つてバーナスロート３の部分より火炉１２内へ投入さ
れガスエレメント４からのガスと火炉１２内で混合され
ながら燃焼する。なお、図中の１６はベント弁である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述したよ
うに部分負荷時においてはガスバーナ１の本数制御で対
応するために、燃焼中のガスバーナ１はエアレジスタ１
５からの燃焼用空気１３やガスエレメント４内のガス燃
料によつて冷却されているが、消火中のガスバーナ１は
燃焼中の他のガスバーナ１からの輻射熱によつて約１０
００℃の高温にさらされている。一方、ガスバーナ１の
中でも国内で使用されるＬＮＧ（液化天然ガス）やＬＰ
Ｇ（液化石油ガス）は気化温度が低く、ガスバーナ１へ
の供給温度が常温以下であるので消火中のガスバーナ１
を負荷上昇に伴つて燃焼中のガスバーナ１へ運転状態を
移行した場合にはガスエレメント４ａ，４ｂの温度差が
大きいためにサーマルシヨツクが大きく、ガスエレメン
ト４ａ，４ｂに亀裂が発生したり、破損することがある
。図７はこのガスエレメント４ａ，４ｂの温度変化を模
式的に示したもので、図中のＡ点がガス燃料の流入時を
示し、ガスエレメント４ａ，４ｂが急激に冷却される様
子を示している。本発明はかかる従来の欠点を解消しよ
うとするもので、その目的とするところは、消火中のガ
スバーナを起動して燃焼させてもサーマルシヨツクが少
なく、しかもガスエレメントの亀裂、破損を防止するこ
とができるガス燃料燃焼装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の目的を達
成するために、ガスバーナ入口弁とフレキシブルホース
の間に常温以上の冷却媒体を供給する冷却媒体供給配管
を設けたのである。

【０００６】

【作用】冷却媒体供給配管から蒸気や加熱空気などの冷
却媒体を燃料ガスを供給する以前に供給してガスエレメ
ントを除冷するので、急冷によるサーマルシヨツクが軽
減でき、ガスエレメントの亀裂や破損を防止できる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は本発明の実施例に係るガス燃料燃焼装置の縦
断面図、図２は縦軸にガスエレメントの加熱温度、横軸
に時間を示した温度特性曲線図である。図１において符
号１から符号１６までは従来のものと同一のものを示す
。１７はガスエレメント４へ常温以上の冷却媒体を供給
する冷却媒体供給配管、１８は冷却媒体供給弁、１９は
冷却媒体逆止弁である。この様な構造においてガス燃料
はガス燃料配管７よりガスバーナ入口弁９ａ，９ｂおよ
びフレキシブルホース１０、ガスリング１１を通つて多
数のガスエレメント４に供給され、ガスエレメント４の
先端の図示していない主燃料、副燃料ノズルより火炉１
２内へ噴出して燃焼する。一方、ガスバーナ入口弁９ｂ
の下流側には冷却媒体供給弁１８、冷却媒体逆止弁１９
を有する冷却媒体供給配管１７がガスエレメント４に接
続されている。ガスバーナ１の点火指令を受けるとまず
、冷却媒体供給弁１８が開き冷却媒体供給配管１７より
蒸気がガスエレメント４へ供給され、ガスエレメント４
がこの蒸気で冷却される。つまり、従来のガス燃料燃焼
装置においては、ガスエレメント４の先端が火炉１２内
の他の燃焼中のガスバーナ１による火炎の輻射熱で１０
００℃近く迄温加熱されているのに対し、実施例のガス
燃料燃焼装置においてはガス燃料投入前に蒸気によつて
徐々に加熱温度を下げてやるのである。この冷却媒体供
給配管１７からの蒸気の供給でガスエレメント４の冷却
は段階的になるものの、ボイラプラントでの補助蒸気を
使用すると蒸気温度は約２００〜３００℃程度であり、
かなり急冷となる。このため蒸気の投入を一気に行わず
、初期は微量で時間をかけて徐々に蒸気量を増加するこ
とでサーマルシヨツクを極力柔らげることができる。次
に、蒸気によりガスエレメント４がある程度冷却された
時点で、冷却媒体供給弁１８が閉じ、その後、ガスバー
ナ入口弁９ａ，９ｂが開きガス燃料がガスエレメント４
へ供給され、図示していない主燃料、副燃料ノズルより
噴出し、着火・燃焼される。この様に蒸気によつて冷却
した後にガス燃料を供給するとガスエレメント４のノズ
ル部は常温に近いガス燃料によつてさらに冷却されてガ
スエレメント４のノズル部材が冷却され、次に着火した
ガスの燃焼火炎によつて加熱され、やや温度が上昇する
ところで落ち着く。以上の様なガスバーナ１の起動時に
おけるガスエレメント４のノズル部材の温度履歴を図２
に示す。図２のＢ点が蒸気流入時、図２のＣ点はガス燃
料流入時の温度を示しノズル部材の温度は図７の従来技
術における方式と比べて段階的に且つ、温度低下の勾配
（すなわち急冷）が改善されていることがわかる。以上
説明した様に蒸気の流入によつて段階的にガスエレメン
ト４のノズルを冷却する結果、ノズル部材のサーマルシ
ヨツクが軽減され、ノズル部の脆性悪化やこれに伴う亀
裂発生を防止することができる。以上、本発明の実施例
においては冷却媒体として蒸気を用いたものについて説
明したが、蒸気に代えて加熱された空気でもよく、ガス
燃料よりも温度の高いものであればよい。

【０００８】

【発明の効果】本発明によればＤＳＳ運転を行なうガス
バーナであつても起動時におけるガスエレメントのサー
マルシヨツクは軽減でき、ガスエレメントの亀裂や破損
を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るガス燃料燃焼装置の縦断
面図である。

【図２】本発明の温度特性曲線図である。

【図３】従来のガス燃料燃焼装置の縦断面図である。

【図４】図３の側面図である。

【図５】ガスエレメントの斜視図である。

【図６】ガスエレメントの斜視図である。

【図７】従来の温度特性曲線図である。

【符号の説明】

４　　ガスエレメント ７　　ガス燃料配管 ９ａ　　ガスバーナ入口弁 ９ｂ　　ガスバーナ入口弁 １０　　フレキシブルホース １７　　冷却媒体供給配管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ガス燃料配管からのガス燃料をガスバ
   ーナ入口弁、フレキシブルホースを経てガスエレメント
   へ供給し、ガス燃料を燃焼するものにおいて、前記ガス
   バーナ入口弁とフレキシブルホースの間に常温以上の冷
   却媒体を供給する冷却媒体供給配管を設けたことを特徴
   とするガス燃料燃焼装置。