JPS60213719A - ガスバ−ナの運転方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はガス燃料を燃焼するガスバーナに係り、特に排
ガス中の一酸化炭素量を低減するに好適なガスバーナの
運転方法に関するものである。

〔発明の背景〕

近年、発を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
える影餐度も増加しつつある。

この大気汚染を拡大する公害物質のうち、多大な比率を
しめる一酸化炭素（ＣＯ）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ョック以来、
石油を主燃料としてきた我が国の発を業界は、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。

ＬＰＧ）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＠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〜・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
ることによって、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。

一方、昭和５７年度における総見電電力量の約２０％が
原子力発電によってまかなわれ、現に建設されつつある
原子力発電の一基当りの容量は１１００ＭＷＫも達し、
ベースロード用としての原子力発電は増加の一途をたど
るために、原子力発電以外の火力発電用ボイラを昼、夜
の電力需要に対応して運転する必要がある。

つまり、火力発電用ボイラにおいては、と、の電力需要
に見合った運転をするために１．昼間は全負荷運転を行
なって電力需要の増加にこたえ、夜間は低負荷運転を行
なって電力需要の減少にこたえて℃・る。

さて、火力発電用ボイラにおける負荷調整は、全負荷運
転の場合（ボイラ負荷が１００％負荷の時）は、全ての
バーナな１００％負荷で燃焼させ、ボイラ負荷が全負荷
から■負荷までの部分負荷においズは全てのバーナ負荷
を一率に１００％負荷から５０％負荷に変えることによ
ってボイラ負荷に対応させ、更に、ボイラ負荷が１負荷
以下の場合は、−部のバーナのみを燃焼させ、他のバー
ナは消火させてボイラ負荷の負荷調整に対応させズいる
。

第１図および第３図は従来のガスバーナを示すもので、
第１図はガスバーナの縦断面図、第２図は第１図の側面
図、第３図はガスエレメントの斜視図である。

第１図から第３図において、１は火炉、２は炉壁、３は
炉壁２のしく−ナスロート、４はガスバーナで、とのガ
スバーナ４は第１図および第２図に示すようにバーナス
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
５の集合体によって構成されている。

つまり、ガスエレメント５は第３図に示すように主孔６
と保炎効果をもたせる副孔７を有し、とのガスエレメン
ト５の中央には保炎板８が配置されている。

そして、各ガスエレメント５の端部はガス分配管９ＪＣ
接続され、ガス元弁１０を経て燃料配管１１に接続され
ている。

また、燃焼用空気はエアレジスタ１２を経てバーナスロ
ート３より火炉１内へ供給される。

このような構造において、ガスエレメント５の、　副孔
７から噴霧された副燃料１３は保炎板８の後流側に発生
する循環流領域１４に噴霧されて燃焼用空気と混合し、
保炎域１５で燃焼する。

一方、主孔６かもの主燃料１６は燃焼用空気と混合して
主燃焼域１７を形成する。

この主燃焼域１７での燃焼は、保炎域１５が種火の役割
をすることによって燃焼が持続され、保炎域１５の内部
には循環流領域１４が形成されるために、この保炎域１
５では燃焼によって生ずる熱、化学活性種の宝庫として
の働きを持ち、更に、主燃焼域１７からの熱がこの保炎
域１５に放射されて安定な燃焼を持続するようになって
いる。

第４図は縦軸にＣ０（−酸化炭素）量、横軸にバーナ負
荷を示した特性曲線図で、第１図および第２図のバーナ
な用いて行なった燃焼実験データで、燃料はプロパンな
用い、を気比は１．１で一定とし、バーナ負荷（燃料投
入量）を変えたときの一酸化炭素の発生量を示す実験デ
ータである。

バーナ負荷が１００％から５０％までは曲線Ａに示す如
くＣＯの発生量は少ないが、５０％より小さくなるとＣ
Ｏの発生量が急激に増加することがわかる。

これは火炉１内で燃焼を持続するためＫは、燃料量、空
気量、熱量が必要であり、燃料量と空気量はバーナ負荷
が１００％から２５％まで下がっても十分乱流域に大っ
ており、バーナ負荷が１００％のときと比べて燃料と空
気の混合状態に大きな違いはないが、熱量はバーナ負荷
が下ると燃料量が下り、保炎域１５に投入される副孔７
からの副燃料量もバーナ負荷に比７例して下り、保炎域
１５の体積もそれだけ小さくなって熱量を十分蓄えるこ
とが出来なくなる。そのために保炎域１５が不安定にな
ったり、また保炎域１５が種火としての役割も果せなく
なって主燃焼域１７も不安定になるためである。

以上の事柄からバーナ負荷が５０％以下でもＣＯの１発
生量を抑え、安定な燃焼を行なうためには保炎域１５へ
の副孔７からの燃料投入量を増加させ、保炎域１５０体
積を増加させて熱量を十分蓄えるようにすることが重要
であるが、従来のガスバーナ４においては、第５図の底
縁Ｂで示すように全燃料量に対する副孔７からの燃料投
入量の割合がバーナ負荷にかかわらず一定であるために
、保炎域１５の体積を変えることはできない。

更に１実際のガスバーナではバーナ負荷が５０％以下に
低下すると燃料供給圧力が下りすぎて燃焼が不安定にな
り、逆火のおそれもあるので、バーナ負荷が５０％以下
では燃焼しているガスエレメント５の本数を減少させて
、消火しているガスエレメント５の本数を増加させてい
る（バーナカットともいう）。

しかしながら、消火しているガスエレメント５へは焼損
防止のために冷却用空気（リークエア）で冷却している
が、このリークエアは燃焼にはほとんど寄与しないため
にボイラ出口における酸素濃度が高くなり、実用的では
ない。

〔発明の目的〕

本発明はかかる従来の欠点を解消するために、バーナ負
荷が低下しても排ガス中のＣＯを低減することができ、
しかも低負荷から高負荷まで広い負荷範囲にわたって運
転することができるガスバーナの運転方法を得ようとす
るものである。

〔発明の概要〕

本発明は前述の目的を達成するために、ガスエレメント
を大きな主孔と小さな副孔を有する主ガスエレメントと
、小さな主孔と大きな副孔を有する副ガスエレメントに
よって構成し、負荷上昇時には主ガスエレメントよりも
先に副ガスエレメントのバーナ負荷を上昇させ、負荷減
少時には副ガスエレメントよりも先に主ガスエレメント
のバーナ負荷を減少させるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下゛、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第６図は本発明のガスバーナを示す縦断面図、第７図は
第６図の側面図、第８図および第９図は主ガスエレメン
トと副ガスエレメントの拡大斜視図、第１０図は副ガス
エレメントの副孔からの噴霧燃料量の特性図、第１１図
および第１２図は本発明の主ガスエレメントと副ガスエ
レメントの運転状態を示す特性図である。

第６図から第９図において、符号１から１７までは従来
のものと同一である。

１８は主ガスエレメント、１９．２０は主ガスニレメン
）１８の大主孔および小副孔、２１は副ガスエレメント
、２２．２３は副カスエレメント２１の小生孔および大
副孔で、本発明のガスノく−す４は第８図および第９図
に示す様な主ガスエレメント１８と副ガスエレメント２
１の組合せによって構成されている。

２４．２５は主ガスエレメント１８．副ガスエレメント
２１の主、副ガス分配管、２６．２７は主、副ガス元弁
、−２８，２９は主、副燃料配管である。

この様な構造において、主ガスエレメント１８へは主燃
料配管２８．主ガス元弁２６．主ガス分配管２４より燃
料が供給されて大主孔１９．小副孔２０から火炉１内へ
噴霧され、副ガスエレメント２１へは副燃料配管２９．
副ガス元弁２７．副ガス分配管２５より燃料が供給され
て小生孔２２゜大副孔２３から火炉１内へ噴霧される。

なお、第一１図から第３図に示した従来のガスバーナ４
と、第６図から第９図に示した本発明のガスバーナ４の
異る点は、従来のガスバーナ４は主孔６と副孔７を有す
るガスエレメント５によって構成されて〜・たのに対し
、本発明のガスバーナ４は大主孔１９と小副孔２０を有
する主ガスエレメント１８と、小主孔２２と大副孔２３
を有する副ガスエレメント２１の組合せによって構成し
たものである。

そして、主ガスエレメント１８の大主孔１９と小副孔２
０の面積比は１以上１０未満、副ガスエレメント２１の
小主孔２２と大副孔２３の面積比は１未満゛π以上とし
た。

以下、第６図から第９図に示した本発明のガスバーナの
運転状態について、第１０図および第１１図を用いて説
明する。

第１１図において、曲線Ｃは副ガス分配管２５から副ガ
スエレメント２１へ、破線Ｇは主ガス分配管２４から主
ガスエレメント１８へそれぞれ投入される燃料投入割合
で、この燃料投入割合はノく−す負荷１００％時の全投
入燃料量で無次元化しである。

先ずバーナ負荷が零から５０％負荷までの負荷上昇時に
は副ガス分配管２５から副ガスエレメント２１のみに燃
料を供給し、主ガス分配管２４から主ガスエレメント１
８への燃料は供給しない。

つまり、第１１図の点りから点Ｅまでは副ガスエレメン
ト１８のみがバーナ負荷の上昇に伴なって燃料量が増加
されて燃焼し、主ガスエレメント１８への燃料は零で燃
焼していない。（主ガスエレメント１８は消火している
。） そしてバーナ負荷が５０％を越えると主ガス分配管２４
から主ガスエレメント１８への燃料量を破線Ｇの様に供
給して点ｌ（から点Ｆへ増加させて燃焼させ、一方副ガ
スエレメント２１への燃料量は曲線Ｃで示す如く点Ｅか
ら点Ｆまでは一定として燃焼させる。

この様にバーナ負荷が零から５０％負荷までの負荷上昇
時には副ガスエレメント２１のみによって運転し、バー
ナ負荷が５０％から１００％負荷までは副ガスエレメン
ト２１と主ガスエレメント１８によって運転するのであ
る。

また、バーナ負荷を１００％から零までに負荷を減少さ
せる、いわゆる負荷減少時には、負荷上昇時とは逆に主
ガスエレメント１８への燃料投入割合を破線Ｇのように
点Ｆから点Ｈヘバーナ負荷が５０％まで減少させ、副ガ
スエレメント２１への燃料投入量は点Ｆから点Ｅまでは
一定とする。

そして、主ガス分配管２４から主ガスエレメント１８へ
の燃料投入量が零になると、今度は副ガス分配管２５か
ら副ガスエレメント２１への燃料投入量を第１１図の点
Ｅから点りへ曲線Ｃにそって減少させてバーナ負荷を減
少させるのである。　、（この様に運転するとバーナ負
荷の負荷上昇時、あるいは負荷減少時においては、第１
０図の直線Ｊで示す如く副ガスエレメント２１の大副孔
２３からの燃料投入量が、従来のガスバーナに比べて多
くなるために、第６図の保炎域１５が強化されてそれだ
けＣＯ量が少なくなるのである。

特にバーナ負荷が５０％以下でも第６図の保炎域１５が
強化されて低負荷でのＣＯ発生量が少なくなり、主ガス
エレメント１８への燃料投入量が零であるため副ガスエ
レメント２１の燃料供給圧力も大きく下げないで運転す
ることができる。

この様に低負荷運転時に保炎域１５への燃料投入割合が
増加し、保炎域１５の体積が増加するために保炎域１５
で十分熱を蓄えることが可能となり、保炎域１５での燃
焼が安定する。

このために、主燃焼域１７での燃焼も安定してＣＯの発
生量も少なくなる。

また、燃料供給圧力も大きく下げる必要がないために、
バーナカットなしの運転が可能になる。

そのためにリークエアを流す必要がなく高負荷時のみな
らず低負荷時においても、ボイラ火炉出口での排ガス中
の酸素濃度を低く抑える、いわゆる低Ｏ！運転が可能と
なり、低負荷時のボイラ効率を改善することができる。

泥１２図は他の実施例を示すもので、曲線Ｋが副ガスエ
レメント２１への燃料投入量を示し、破ｆｉＬが主ガス
エレメント１８への燃料投入量を示している。

そして、バーナ負荷が零から２５％負荷までは、副ガス
エレメント２１への燃料量を点Ｍから点Ｎへ増加させ、
バーナ負荷が２５％から１００％までは面線にのように
点Ｎから点０までは一定とする。

一方、主ガスニレメンＦ１８は〕（−す負荷が２５％で
起動し、２５％負荷から１００％負荷までは破線りに従
って点Ｐから点Ｑへ燃料投入量を増加させるのである。

なお負荷上昇時、負荷減少時の主ガスエレメント１８と
副ガスエレメント２１の運転は第１１図のものと同一で
あるので、ここで、の説明は省略する。

〔発明の効果〕

本発明は前述のよ５Ｋｍ成されているので、バ−ナ負荷
が低下しても排ガス中のＣＯ発生量を減少させることが
でき、しかも低負荷から高負荷まで広い負荷範囲にわた
って運転することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は従来のガスバーナを示すもので、第
１図は縦断面図、第２図は第１図の側面図、第３図はガ
スエレメントの斜視図、第４図は縦軸にＣＯ量、横軸に
バーナ負荷を示した特性曲線図、第５図は縦軸に副孔か
らの燃料量／全燃料量、横軸にバーナ負荷を示した特性
図、第６図から第１２図は本発明の実施例に係るガスバ
ーナを示すもので、第６図は縦断面図、第７図は第６図
の側面図、第８図および第９図は主ガスエレメントと副
ガスエレメントの斜視図、第１０図は縦軸に大副孔から
の燃料量／全燃料量、横軸にバーナ負荷を示した特性図
、第１１図および第１２図は縦軸に燃料投入割合、横軸
にバーナ負荷を示し、主ガスエレメントと副ガスエレメ
ントの運転状態を示した特性曲線図である。 １８・・自・・主ガスエレメント、１９・・・・・・大
主孔、：０・・・・・・小副孔、２１・・・・・・副ガ
スエレメント、２２・・・・・小主孔、２３・・・・・
・大副孔。 −ゝへ 第２図 第３図 第４図 第７図 第８図 ８ 第１／図 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. インペラの外周に主孔と主孔よりも小さい副孔を有する
   ガスエレメントを円周状に配置し、ガス燃料を燃焼する
   ものにおいて、前記ガスエレメントを大きな主孔と小さ
   な副孔を有する主ガスエレメントと、小さな主孔と大き
   な副孔を有する副ガスエレメントによって構成し、負荷
   上昇時には主ガスエレメントよりも先に副ガスエレメン
   トのバーナ負荷を上昇させ、負荷減少時には副ガスエレ
   メントよりも先に主ガスエレメントのバーナ負荷を減少
   させるようにしたことを特徴とするガスバーナの運転方
   法。