JPH0630630U - 追焚用ガスダクトバーナ - Google Patents

追焚用ガスダクトバーナ

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JPH0630630U
JPH0630630U JP5994292U JP5994292U JPH0630630U JP H0630630 U JPH0630630 U JP H0630630U JP 5994292 U JP5994292 U JP 5994292U JP 5994292 U JP5994292 U JP 5994292U JP H0630630 U JPH0630630 U JP H0630630U
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欣三 辰巳
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サンレー冷熱株式会社
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  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定,完全,低NOx,短炎化燃焼させ且つ
ターンダウン比を大きくする。 【構成】 複数のバーナユニットと共用の風速調整板を
備え,前者はアンプルノズル,アンプルノズル保炎
板,主保炎板から構成される。は後背面にガス供給
管が接続され,両端を封じたパイプで,前面に噴出孔,
端面に噴出小孔,を持つ。はのパイプの周囲に配設
された小保炎板で,パージ孔を持つ。は(イ)の後
方を遮蔽する部分,(ロ)前方へ延びる部分,(ハ)広
がる部分,(ニ)保炎プレートをもつ,(イ)には排ガ
ス導入口,(ロ),(ハ)には排ガス導入孔を持つ。

Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】
本考案は,例えばガス焚きコージェネレーションバーナ等の追焚き用ガスダク トバーナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
タービン排気ガス(TEG)を排熱ボイラへ送る過程で,そのダクト内に配設 したダクトバーナにより追焚きして昇温し,排熱ボイラの効率を高めて,エネル ギーを最大限に利用しょうとするコージェネレーションシステムがある(ここで 発生させた蒸気は,蒸気タービンの動力源,またプロセス蒸気としてのエネルギ ー「熱,圧力,動力」となる)。
【0003】 このTEGの排熱を有効に利用する省エネルギーシステムは,ダクトバーナ (コージェネレーションバーナ)の性能向上により,今後飛躍的に普及するもの と考えられる。
【0004】 図10にコージェネレーションシステムの概略図を示す。図中Eはジェネレー ター,Tはガスタービン,Sは排熱ボイラ,Nは追焚き用ダクトバーナ(追焚き コージェネレーションバーナ),Uはガスタービン,排熱ボイラ間のダクトであ る。
【0005】 なおダクトバーナに於いて複数のバーナユニットを,ダクト軸線に垂直な面に 於いて並列に且数段配列し構成するものは知られている。
【0006】 しかし乍らダクトバーナに関しては次のような問題がある。 (a)TEG中の残存酸素は,空気中に含まれる酸素濃度(21%)よりかなり 少なく,ガスタービンでは通常10〜13%(蒸気が入っているとき)ないし1 4〜16%(蒸気が入っていないとき)の間で変動している(以下この条件のも のを「通常のTEG」と言う)。このTEGで,追焚き用ガス燃料を安定に完全 燃焼させるのは困難である。その為バーナ部が大型になってダクトを膨らませた り,ダクトに特別な構造が必要であった。
【0007】 (b)上記の様に酸素濃度が低いので燃焼が不安定で実用性に乏しいものであっ た。 (c)燃焼の安定性追及が最優先のため,既存のダクトバーナは,大気汚染対策 として規制が強化されている窒素酸化物(以下NOxと言う)の生成量が多くな っていた。
【0008】
【考案が解決しょうとする課題】
そこで新たな追焚き用ガスダクトバーナには下記条件を同時に満足することが 要望される。 (a)残存酸素が少ないTGEを小型,シンプルなダクトバーナで安定に,しか も完全燃焼させる必要がある。
【0009】 (b)大気汚染の進行に鑑み,NOxの生成を抑制したバーナが必要である。 (c)短いダクト部で完全燃焼させる為,燃焼火炎をできるだけ短くすることが 必要である。
【0010】 (d)排熱ボイラの負荷変動(蒸気流量変動)に対応する為,ダクトバーナのタ ーンダウン比(燃焼量の絞り比)ができるだけ大きくとれることが望ましい(タ ーンダウン比が大きいと,排熱ボイラに供給するTGEの温度調節巾が広くなる )。 本考案は上記の要件を満足するガス焚きコージェネレーションバーナを提供し ようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本考案の追焚き用ガスダクトバーナは(後述図1〜8図参照),並設される複 数個のバーナユニット4とこれら複数個のバーナユニットに共用の風速調整板5 とがダクト6内に配置されて構成される追焚用ガスバーナであり,該バーナユニ ット4は, アンプルノズル1,アンプルノズル保炎板2及び主保炎板3を備え, 上記のアンプルノズル1は, (a)両端を封じたパイプ(以下アンプルノズルパイプと言う)11であり, (b)このパイプにダクト軸線方向後背面にガス供給管12をT字形に接続し, 前面に上下2列に複数個のガス噴出孔13を,ダクト軸線に対し適宜の角度を持 って開口させ, (c)又このパイプの両端面(封じた面)の中央部に,ガス噴出小孔14を開口 させて構成され, 上記のアンプルノズル保炎板2は, (a)前記アンプルノズルパイプのダクト軸線に垂直な面に於いて周囲に配設さ れたパイプ縦断面形状に中抜き23した板(小保炎板と言う)21であり, (b)この小保炎板21にダクト軸線方向に複数個のパージ孔22を設けて構成 され, 又上記の主保炎板3は, (a)アンプルノズルの後方を遮蔽し(この遮蔽する面部を31で示す),前方 へ延び(この前方へ延びる面部を32で示す),アンプルノズル保炎板の位置( 付近を含む)から一定の角度で広がる傾斜面部33を持つ保炎板(大保炎板と言 う)であり, (b)この大保炎板の傾斜面部(広がる部分)の先端から,ダクト軸線と直角方 向に曲げて大保炎板の外端に形成する保炎プレート部(以下保炎プレートと言う )34を設け, (c)又この大保炎板の,アンプルノズルの後方を遮蔽する面部31に,アンプ ルノズルへのガス供給管の周囲から排ガス(燃焼用排ガス空気)(以下EGと言 う)を導入する開口35を設け, (d)又この大保炎板の傾斜面部33に複数個のEG導入孔37を設け, (e)又この大保炎板の前方へ延びる面部32に,アンプルノズル保炎板の後方 へ,上下よりEGを供給する複数個の導入孔36を設けて構成され, 該共用の風速調整板5は, (a)ダクト6内面の上下面より,それぞれ中央に向けて傾斜して配設し構成さ れたことを特徴とするものである。
【0012】
【作用】
(a)少ない酸素分をロスなく燃焼に供する為には,ダクト内燃焼と言う特有の 条件の中で,いわゆるミキシング性能(燃料と,燃焼用空気…………この場合は EG……の混合特性)の格別に優れたバーナを形成する必要がある。その為には EGを燃料ガスの噴出領域にうまく導き,しかも燃焼の進行に合わせて適量を段 階的に供給する構造を工夫することである。
【0013】 また,保炎板を適切な構造で配置して,その前面(燃焼領域側)に逆流域を作 ることである。これにより燃焼進行中の燃焼ガス(火炎)の一部が逆流する結果 ,火炎の吹き飛びが防止され(確実な保炎),安定した燃焼がえられることにな る。 そして,ミキシングと保炎性をよくすることにより燃焼が安定し,ターンダウ ン比が大きくとれるようになる。また,これらの手段を理想的に達成することに より(ミキシングの最良のバーナにより),火炎の長さは短くなる。
【0014】 (b)NOxの発生は,温度と時間の関数である。即ち,火炎のピーク温度の高 さに比例してNOxの生成量は増加し,また,燃焼ガス(火炎)が高温にさらさ れる時間が長くなるほどNOxの生成量は増加する。 従って,ガスノズルの構造,燃焼ガスの噴出方向と速度,保炎板の形状及び大 きさとガスノズルの配置関係,TEGの導入方法(燃焼の進行に合わせて,適量 を段階的に供給)の工夫で,火炎のピーク温度をおさえて温度分布のバラツキを 少なくする必要がある。
【0015】 (c)また,小型のバーナユニットを必要個数並設する方法をとれば,ダクト内 の温度の均一化が計れる。
【0016】 本考案では,前記(a),(b),(c)項を達成する為に,アンプルノズル ,アンプルノズル保炎板,主保炎板をもつバーナユニット複数と複数のバーナユ ニットに共用の風速調整板でバーナを構成する。具体的には,
【0017】 アンプルノズルは(後述図1〜5参照), (a)ミキシングを良くする為,ガス噴出口は,上下2列に複数個配置した。通 常のTEGに対しては,ガス差圧を1500mmAqを以て高速で噴出させる。 2列のガスノズルは互いに噴出角度60°とする(何れも標準仕様の値)(NO x低減のためにはこれより更に角度が狭い方がよい)。 なおこのガス燃料の噴射条件と,TEGの導入構造との相関で,ミキシング向 上,保炎性向上,短炎化,ターンダウン比増大は計られる。 (b)又点火動作を確実にするため,アンプルノズルパイプの両側面の中心部に 、小径のガス噴出孔を設ける。ここから左右両側方に小炎が形成され,点火時隣 接のノズルへの火移りを確実にする。
【0018】 アンプルノズル保炎板は(後述図1〜5参照)。 (a)低酸素濃度で安定燃焼させる為,アンプルノズルパイプの周囲に小保炎板 を配置し,適宜のパージ孔( TEGを噴出させてアンプルノズル保炎板の前面 に付着する煤類を吹きとばす)を穿孔する。このアンプルノズル保炎板は,高温 ではあるが酸素濃度は低いTEGを早く均一に追い焚き用ガスと混合させる効果 を持ち,燃焼性を向上する。即ち,アンプルノズル保炎板の後方から導入するT EGはアンプルノズル保炎板によりその前面に逆流域を作り,ここで燃料ガスの 一部が燃焼して強力で安定な袖火を作り,基本的に燃焼を安定させる。 (b)燃焼の安定に伴い,ターンダウン比が増大する。
【0019】 主保炎板は(後述図1,6,7参照), (a)低酸素濃度,低風圧差で安定燃焼,低NOx燃焼させる為,主保炎板には 傾斜面部を設ける。この傾斜面部は,通常のTEGでは全角90°とする。 (b)主保炎板の傾斜面部に複数列に穿孔したTEG供給孔からアンプルノズル の前方にTEG(燃焼用空気)を供給し(TEG流れC−1図参照),ガスとの 混合を良好にする。アンプルノズルから噴出する燃料ガスの燃焼は,傾斜面に沿 って各列の孔から順に噴出するTEGにより,前方に向って順次進行する形とな り,局部的な急速燃焼を防ぐ。従って,火炎温度分布が均一になりNOxの発生 を抑制する。
【0020】 (c)主保炎板の後背面(基底部)の,アンプルノズルのガス供給管が貫通する 部分で,ガス供給管の周囲にTEGを導入する開口部を設け(TEG流れA−図 1参照),また,主保炎板の後背面(基底部)から前方に折り曲げられ延びた部 分上下面に複数個のTEG導入孔を設けて(TEG流れB−図1参照),前〇項 のアンプルノズル保炎板の効果を形成せしめ,着火位置の安定を得る。
【0021】 (d)主保炎板の傾斜面部先端からダクト軸線に鉛直な面を設け(保炎プレート )ここにはTEG導入孔を設けない。この保炎プレートとダクト壁との或いは上 段又は下段の隣接する保炎プレートとの間からTEG(燃焼用空気)の主流を噴 出させる(TEG流れD−図1参照)。これにより保炎プレートの前面が負圧と なり,ここに主炎を巻き戻し,着火位置を安定させ,低酸素濃度でも強力な保炎 を得る。この着火位置の安定で,ターンダウン比も大きくなる。
【0022】 (e)なお主保炎板の後背面(基底部)のアンプルノズルのガス供給管が貫通す る部分で,ガス供給間の周囲にTEGを通す開口部(TEG流れA−図1参照) ,アンプルノズル保炎板の後方の上下からのTEG導入孔(TEG流れB−図1 参照),主保炎板の傾斜面部に複数列穿孔したTEG導入孔(TEG流れC−図 1参照),及び主保炎板の先端の保炎プレートとダクト壁との或いは上段又は下 段の隣接する保炎プレートとの間のTEGの主流噴出部(TEG流れD−図1参 照)の面積比を,通常のTEGではA:B:C:D=5:10:30:55(標 準仕様)にとる。 TEGの各導入孔は,それぞれ違った流入方向を持つ。又上記の通りA,B, C,Dの開口面積比によりTEGを最適の配合で段階的に供給している。これら の2つによって燃焼の安定,火炎温度分布の均一化をもたらす。
【0023】 (f)TEG供給方法(TEG流れA,B,C,D−図1参照)が理想的である 為,ミキシングに優れ,このため,TEGの焚口風圧の圧力差が非常に低い状態 で安定燃焼ができる。
【0024】 風速調整板は(図1,8参照), (a)ミキシングを良くする為,バーナユニット(主保炎板+アンプルノズル+ アンプルノズル保炎板)配設部の上流側において,上下のダクト壁に内設し,前 方に向けて,また,内方に向けて傾斜して,風速調整板を配置し,TEGを整流 すると共に,その流速を調整する。 TEGの条件によりダクト口径のバーナユニット部における絞り込み(調整板 の長さと傾斜角………開口面積)を適宜設定する。絞り込み先端部における風速 は,通常のTEGでは25m/sec程度とする。バーナユニット部において, TEGの流速を速くすることにより,ガスとの混合,及び保炎性の向上を計る。 (b)タービン停止時も別に送風機を設置して燃焼用空気を送る場合には風速調 整板を調整することにより,燃焼が可能となる。
【0025】 その他 (a)バーナユニットは,小容量の小型コンパクトのものを複数個組合わせて, 必要燃焼量に合わせる方法をとり,これにより必要最小限の大きさで,最適の燃 焼量のバーナを構成できる。即ち設計を標準化出来る。又小容量のもので安定し たユニットを組合わせた方が確実に安定した燃焼が得られる。 (b)構造がシンプルなため制作容易であり且つ市販の材料の組合わせで構成出 来るため安価に製造出来る。
【0026】
【実施例】 以下に本考案の実施例を述べる。 実施例1 図1〜8は,本考案の実施例を説明する図である。これら図中(特に図8参照 )1はアンプルノズル,2はアンプルノズル保炎板,3は主保炎板であり,これ ら1,2,3でバーナユニット4を構成した。また5は共用の風速調整板,6は ダクト,7はガスパイプである。
【0027】 さて図8に示す様に,上記のバーナユニット4(詳細後述する,アンプルノズ ル1,アンプルノズル保炎板2,及び主保炎板3から構成した)を複数,ダクト 6内にダクト軸方向に垂直な面に於いて9ユニット並列に且つ2段に配設し,又 共用の風速調整板5を上記配設したバーナユニット4の後方に設けた。
【0028】 上記アンプルノズル1は図1〜5(特に図2〜5)に示すように,両端を封じ たパイプ11(アンプルノズルパイプ)であり,このパイプの後背面にガス供給 管12をT字形に接続させ,前面に上下2列に6個のガス噴出孔13をダクト軸 線に対し60°の角度を持つて設けた。 又パイプ11の両端面(封じた面)の中央部にガス噴出小孔14を設けた。
【0029】 上記のアンプルノズル保炎板2は図1〜5(特に図2〜5)に示すように,前 記したアンプルノズルパイプ11の縦断面形状を中抜き23した矩形状の板21 (小保炎板)であり,アンプルノズルの周囲に取付部24及びビス25によりア ンプルノズルパイプ11に配設した。なお板21には6個のパージ孔22を穿孔 している。
【0030】 このアンプルノズル保炎板2を配設したアンプルノズル1はダクトに固定した ガスパイプ7にガス供給管を接続することにより固定する。
【0031】 上記の主保炎板3は図1及び6,7に示すように,アンプルノズル1の後方を 蔽う遮蔽面部31,前方へ延びる面部32,前方へ一定角度(全角90°)で広 がる傾斜面部33,傾斜面部先端からダクト軸線と直角方向に曲げた保炎プレー ト34とで構成した。 後方遮蔽面部31にはそれと前記したアンプルノズルのガス供給管12との間 にはEGを導入する1つの開口35をガス供給管と同心的に,前方へ延びる面部 にはEG導入孔36を13個,傾斜面部33にはEG導入孔37を72個設けて いる。
【0032】 上記の主保炎板3は保持支柱61及び62を介してダクトに固定したガスパイ プ7に取付脚38で取付けた。なお取付脚38と保持支柱61の取付部分は取付 脚38に長孔をあけて主保炎板3の位置をアンプルノズル1の位置に対して前後 に調整出来るようにした。
【0033】 なお図1中,矢印Gはガス流,矢印A,B,C,Dは夫々EG流である。
【0034】 この様にしてダクト6内にバーナユニット18個を9個並列に且つ2段に配設 し(図8参照),追焚き用ダクトバーナを構成した。上記のダクトバーナはコジ ェネレーションバーナとしてよく機能した。
【0035】 実施例2 図9は本考案の他の1例であり,バーナユニット4は図1〜7と同様であるが ,TEG中の残存酸素濃度が更に低く燃焼可能限界を下回る時は,バーナユニッ ト4の後方に補助空気供給管8を配置し,ここから空気を供給して,不足の酸素 分を補う方法をとった。
【0036】 上記により残存酸素濃度が7〜9%(蒸気が入っているとき)と低い場合でも うまく機能した。
【0037】 なお本考案に於いて複数個と述べている孔等は実施例の個数に限定されるもの でないことは言うまでもない。 又本考案に於いて前記したガス噴出孔13の角度及び前方へ広がる部分33の 角度はその前後を含むことは勿論のこと更に又それらに限定されないことは言う までもない。
【0038】
【考案の効果】
以上の様な本考案によると次のごとき効果を得る。 (a)TEGの酸素濃度が低くても例えば10%でも安定燃焼出来る。 (b)TEGの焚口風圧差は低くても例えば20mmAqでも安定燃焼出来る。 (c)NOxは極度に下げられる,例えば60ppm以下(O:0%換算)( TEG温度:500℃,酸素濃度:15%にて)に成し得る。
【0039】 (d)ターンダウン比を大きく,例えば1:10と取れる。 (e)短炎燃焼,例えば42×10Kcal/hの燃焼量で,火炎長1.5m 以下の短炎燃焼が出来る。 (f)ユニットの組合わせで大燃焼量まで,例えば1000×10Kcal/ hの大燃焼量まで設計可能である。 (g)ユニットの最適組合わせで,こまかく対応出来る,又コンパクトに出来, 省スペースとなる。 (h)構造がシンプルなため制作容易で安価に製造出来る。
【提出日】平成5年6月26日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】 図10にコージェネレーションシステムの概略図を示す。図中Gはジェネレー ター,Tはガスタービン,Bは排熱ボイラ,Cは追焚き用ダクトバーナ(追焚き コージェネレーションバーナ),Dはガスタービン排熱ボイラ間のダクトであ る。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0025
【補正方法】変更
【補正内容】
【0025】 その他 (a)バーナユニットは,小容量の小型コンパクトのものを複数個組合わせて, 必要燃焼量に合わせる方法をとり,これにより必要最小限の大きさで,最適の燃 焼量のバーナを構成できる。即ち設計を標準化出来る。又小容量のもので安定し たユニットを組合わせた方が確実に安定した燃焼が得られる。 (b)構造がシンプルなため作容易であり且つ市販の材料の組合わせで構成出 来るため安価に製造出来る。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0039
【補正方法】変更
【補正内容】
【0039】 (d)ターンダウン比を大きく,例えば1:10と取れる。 (e)短炎燃焼,例えば42×10Kcal/hの燃焼量で,火炎長1.5m 以下の短炎燃焼が出来る。 (f)ユニットの組合わせで大燃焼量まで,例えば1000×10Kcal/ hの大燃焼量まで設計可能である。 (g)ユニットの最適組合わせで,こまかく対応出来る,又コンパクトに出来, 省スペースとなる。 (h)構造がシンプルなため作容易で安価に製造出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の1実施例のダクトバーナの説明用の要
部の縦断側面図である。
【図2】図1のダクトバーナのアンプルノズル及びアン
プルノズル保炎板の詳細正面図である。
【図3】図2の背面図である。
【図4】図2の平面図である。
【図5】図2の側面図である。
【図6】図1のダクトバーナの主保炎板の詳細正面図で
ある。
【図7】図1のX−X矢視図である。
【図8】図1のダクトバーナのダクト内配置の説明用全
体側面図である。
【図9】本考案の他の1実施例のダクトバーナのダクト
内配置の説明用全体側面図である。
【図10】ダクトバーナを使用するコージェネレーショ
ンシステムの説明用概略図である。
【符号の説明】
1 アンプルノズル 2 アンプルノズル保炎板 3 主保炎板 4 バーナユニット 5 風速調整板 6 ダクト 11 両端を封じたパイプ 12 ガス供給管 13 ガス噴出孔 14 ガス噴出小孔 21 小保炎板 22 パージ孔 23 中抜 31 後方を遮蔽する面部 32 前方へ延びる面部 33 傾斜面部 34 保炎プレート 35 開口 36 EG導入孔 37 EG導入孔

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 並設される複数個のバーナユニットとこ
    れら複数個のバーナユニットに共用の風速調整板とがダ
    クト内に配置されて構成される追焚用ガスバーナであ
    り,該バーナユニットは,アンプルノズル,アンプ
    ルノズル保炎板及び主保炎板を備え, 上記のアンプルノズルは, (a)両端を封じたパイプ(以下アンプルノズルパイプ
    と言う)であり, (b)このパイプにダクト軸線方向後背面にガス供給管
    をT字形に接続し,前面に上下2列に複数個のガス噴出
    孔を,ダクト軸線に対し適宜の角度を持って開口させ, (c)又このパイプの両端面(封じた面)の中央部に,
    ガス噴出小孔を開口させて構成され, 上記のアンプルノズル保炎板は, (a)前記アンプルノズルパイプのダクト軸線に垂直な
    面に於いて周囲に配置されたパイプ縦断面形状に中抜き
    した板(小保炎板と言う)であり, (b)この小保炎板にダクト軸線方向に複数個のパージ
    孔を設けて構成され, 又上記の主保炎板は, (a)アンプルノズルの後方を遮蔽し,前方へ延び,ア
    ンプルノズル保炎板の位置から一定の角度で広がる傾斜
    面部を持つ保炎板(大保炎板と言う)であり, (b)この大保炎板の傾斜面部(広がる部分)の先端か
    ら,ダクト軸線と直角方向に曲げて大保炎板の外端に形
    成する保炎プレート部(以下保炎プレートと言う)を設
    け, (c)又この大保炎板の,アンプルノズルの後方を遮蔽
    する面部に,アンプルノズルへのガス供給管の周囲から
    排ガス(燃焼用空気)(以下EGと言う)を導入する開
    口を設け, (d)又この大保炎板の傾斜面部に複数個のEG導入孔
    を設け (e)又この大保炎板の前方へ延びる面部に, アンプ
    ルノズル保炎板の後方へ,上下よりEGを供給する複数
    個の導入孔を設けて構成され, 該共用の風速調整板は, (a)ダクト内面の上下面より,それぞれ中央に向けて
    傾斜して配設し構成されたことを特徴とするガス追焚き
    用ダクトバーナ。
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