KR20230138458A - 가스 버너 및 보일러 - Google Patents

가스 버너 및 보일러 Download PDF

Info

Publication number
KR20230138458A
KR20230138458A KR1020237024474A KR20237024474A KR20230138458A KR 20230138458 A KR20230138458 A KR 20230138458A KR 1020237024474 A KR1020237024474 A KR 1020237024474A KR 20237024474 A KR20237024474 A KR 20237024474A KR 20230138458 A KR20230138458 A KR 20230138458A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
supply pipe
fuel
fuel supply
gas
combustion air
Prior art date
Application number
KR1020237024474A
Other languages
English (en)
Inventor
소지 스미
Original Assignee
미우라고교 가부시키카이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 미우라고교 가부시키카이샤 filed Critical 미우라고교 가부시키카이샤
Publication of KR20230138458A publication Critical patent/KR20230138458A/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/08—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for reducing temperature in combustion chamber, e.g. for protecting walls of combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • F23M5/08—Cooling thereof; Tube walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q9/00—Pilot flame igniters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/40—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes
    • F24H1/403—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes the water tubes being arranged in one or more circles around the burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2207/00—Ignition devices associated with burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/11403—Flame surrounding tubes in front of burner nozzle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/0027—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters using fluid fuel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)

Abstract

본 발명의 일양태에 의한 가스 버너(1)는 소정의 연소용 공기 분출 방향으로 연장되고, 연료 가스가 공급되는 연료 공급관(10)과, 상기 연료 공급관(10)의 주위에 배치되어 연소용 공기를 상기 연소용 공기 분출 방향으로 분출하는 공기 분출구(40)와, 상기 연료 공급관(10)으로부터 상기 공기 분출구(40)보다 외측으로 돌출되지 않도록, 또한 상기 연소용 공기 분출 방향에 대한 경사 각도가 예각이 되도록 연장되고, 그 선단이 상기 연료 가스를 유출시키는 연료 유출구(71)를 구성하는 복수의 유출 노즐(70)을 구비한다.

Description

가스 버너 및 보일러
본 발명은 가스 버너 및 보일러에 관한 것이다.
본원은 2021년 2월 3일에 일본에 출원된 특원 2021-15591호에 기반해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
예를 들면 보일러 등에 있어서, 연료 가스를 연소용 공기와 혼합해서 연소시키는 가스 버너가 널리 이용되고 있다. 가스 버너에서는, 연소 온도가 높아져, 질소 산화물(NOx)의 생성이 문제가 될 경우가 있다. 질소 산화물을 저감시키기 위해서, 노(爐) 내에 고속의 연소용 공기를 분출함으로써 노 내의 배기 가스를 유인하도록 한 자기 재순환형 버너가 알려져 있다. 분출한 연소용 공기는 산소 농도가 낮은 노 내의 배기 가스를 끌어들이면서 화염과 접촉하기 때문에, 연소가 완만해져서 화염 온도가 저하되고, 질소 산화물의 생성을 저감시킬 수 있다.
이러한 자기 재순환형 버너로서, 연소용 공기의 분류 중에, 연소용 공기의 분출 방향으로 연장되는 연료 노즐을 설치하고, 연소용 공기의 흐름 중에 연료 가스를 분출시키는 가스 버너가 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).
일본 특허공개 평 11- 173506호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재되는 것 같은 가스 버너에서는, 질소 산화물의 생성을 충분히 저감시킬 수 없는 경우가 있다. 예를 들면, 수소 등의 연소 속도가 큰 연료 가스를 사용할 경우는 질소 산화물의 생성량이 커질 우려가 있다. 또한, 질소 산화물의 생성과 연소 배기 가스 중의 미연물(未燃物)의 증가는 트레이드 오프의 관계에 있기 때문에, 질소 산화물의 생성을 억제함과 아울러 미연물의 발생을 저감시키는 것이 요구된다.
따라서, 본 발명은 질소 산화물의 생성을 억제할 수 있음과 아울러, 연소 배기 가스 중의 미연물의 잔류를 저감시킬 수 있는 가스 버너 및 보일러를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일양태에 의한 가스 버너는 소정의 연소용 공기 분출 방향으로 연장되고, 연료 가스가 공급되는 연료 공급관과, 상기 연료 공급관의 주위에 배치되어 연소용 공기를 상기 연소용 공기 분출 방향으로 분출하는 공기 분출구와, 상기 연료 공급관으로부터 상기 공기 분출구보다 외측으로 돌출되지 않도록, 또한 상기 연소용 공기 분출 방향에 대한 경사 각도가 예각이 되도록 연장되고, 그 선단이 상기 연료 가스를 유출시키는 연료 유출구를 구성하는 복수의 유출 노즐을 구비한다.
상술된 가스 버너에 있어서, 상기 연소용 공기 분출 방향에서 보았을 시에, 상기 공기 분출구와 상기 연료 유출구가 중복되어도 좋다.
상술된 가스 버너는 상기 연료 공급관의 내측에 배치되고, 상기 연료 가스의 유로 단면을 환상으로 제한하는 내벽관을 추가로 구비하고, 상기 내벽관은 상기 유출 노즐의 상류측에서 상기 연료 가스의 유로 단면적을 감소시키도록 확경하는 확경부를 가져도 좋다.
상술된 가스 버너는 상기 연료 공급관의 내측에 배치되고, 상기 연료 가스의 유로 단면을 환상으로 제한하는 내벽관과, 상기 연료 공급관의 도중에서, 상기 연료 공급관과 상기 내벽관의 간극을 밀봉하는 환상의 밀봉판을 추가로 구비하고, 상기 유출 노즐은 상기 밀봉판으로부터 상기 연료 공급관을 관통해서 연장되고, 상기 연료 공급관에는 직접 고정되지 않아도 좋다.
상술된 가스 버너에 있어서, 상기 공기 분출구의 가상 외접원의 직경은 상기 연료 공급관의 외경의 2배 미만인 것이 바람직하다.
본 발명의 일양태에 의한 가스 버너는 상술된 가스 버너와, 상기 가스 버너를 둘러싸도록 배치되고, 상기 연소용 공기 분출 방향으로 연장되는 복수의 수관을 갖고, 상기 가스 버너의 연소 배기 가스를 상기 복수의 수관의 축 방향으로 흘리는 유로를 획정하는 캔체를 구비한다.
상술된 보일러에 있어서, 상기 공기 분출구의 중심을 연결하는 가상원의 직경은 상기 캔체의 내측 공간의 직경의 0.15배보다 크고 0.7배 미만인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 질소 산화물의 생성을 억제할 수 있음과 아울러, 연소 배기 가스중의 미연물의 잔류를 저감시킬 수 있는 가스 버너 및 보일러를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제１실시형태에 의한 보일러의 단면도이다.
도 2는 도 1의 보일러의 가스 버너의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 가스 버너를 연소용 공기 분출 방향 하류측으로부터 본 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 가스 버너의 구성을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 제１실시형태에 의한 가스 버너(1)를 구비하는 보일러(100)의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 2는 가스 버너(1)의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 3은 가스 버너(1)를 연소용 공기 분출 방향 하류측으로부터 본 도면이다.
보일러(100)는 소정의 연소용 공기 분출 방향(본 실시형태에서는 상하 방향)으로 연장되는 화염을 형성하는 가스 버너(1)와, 가스 버너(1)의 연소 배기 가스에 의해 가열되는 캔체(110)를 구비한다. 보일러(100)는 그것 자체가 본 발명에 의한 보일러의 일실시형태이다.
캔체(110)는 가스 버너(1)를 둘러싸도록 배치되고, 연소용 공기 분출 방향(상하 방향)으로 연장되는 복수의 수관(111)과, 복수의 수관(111)의 하단을 접속하는 하부 헤더(112)와, 복수의 수관(111)의 상단을 접속하는 상부 헤더(113)를 갖는다. 캔체(110)는 가스 버너(1)의 연소 배기 가스를 복수의 수관(111)의 축 방향으로 흘리는 유로를 획정한다.
캔체(110)에 있어서, 복수의 수관(111)은 가스 버너(1)의 분사 방향에서 보았을 시에 2중의 환상으로 배치된다. 내측의 수관(111)의 가스 버너(1)와 반대측의 단부를 제외하고, 둘레 방향으로 인접하는 수관(111)끼리는 직접 또는 띠 형상의 부재에 의해 접속되고, 연소 배기 가스가 통과할 수 없도록 설치된다. 이것에 의해, 가스 버너(1)의 연소 배기 가스는 내측의 수관(111)의 내측의 공간을 지나가고, 가스 버너(1)와 반대측의 단부에서 수관(111)의 간극을 빠져 나가고, 내측의 수관(11)과 외측의 수관(111)의 사이의 공간을 역방향으로 통과하고 나서 외부로 배출된다.
가스 버너(1)는 연소용 공기 분출 방향으로 연장되는 연료 공급관(10)과, 연료 공급관(10)의 상류부를 둘러싸도록 배치되는 윈도우 박스(20)와, 연료 공급관(10)의 외측에 배치되도록 윈도우 박스(20)로부터 연장되는 공기 공급관(30)과, 연료 공급관(10)의 주위에 배치되도록 공기 공급관(30)의 선단에 형성되는 복수의 공기 분출구(40)와, 연료 공급관(10)의 내측에 배치되는 내벽관(50)과, 연료 공급관(10)의 선단에서 연료 공급관(10)과 내벽관(50)의 간극을 밀봉하는 환상의 밀봉판(60)과, 공기 분출구(40)보다 연소용 공기 분출 방향 하류측에서 연료 공급관(10)으로부터 연장되는 복수의 유출 노즐(70)과, 내벽관(50)의 내측에 배치되는 파일럿 버너(80)를 구비한다.
연료 공급관(10)은 연료 가스가 공급되고, 연료 가스를 유출 노즐(70)까지 안내하는 유로를 획정한다. 가스 버너(1)에 있어서 사용되는 연료 가스로서는, 예를 들면 수소 가스, 메탄 가스, 프로판 가스, 수소를 포함하는 가스 등이 상정되지만, 특히 연소 속도가 큰 수소 가스나 수소를 포함하는 가스를 사용할 경우에 있어서, 본 발명에 의해 질소 산화물을 저감시키는 효과가 현저해진다.
윈도우 박스(20)는 연소용 공기가 공급되고, 공급된 연소용 공기를 연료 공급관(10)에 대한 각도 위치에 따라 불균일하지 않도록 분배해서 공기 공급관(30)에 도입한다.
공기 공급관(30)은 연소용 공기를 연료 공급관(10)을 따라, 연소용 공기 분출 방향으로 공기 분출구(40)까지 안내한다.
공기 분출구(40)는 연소용 공기를 연소용 공기 분출 방향(도 1 및 도 2에서는 하방)으로 분출한다. 도시하는 예에 있어서, 공기 분출구(40)는 공기 공급관(30)의 선단을 밀봉하는 종단판(41)에 설치되는 단관(42)에 의해 획정되어 있다. 복수의 공기 분출구(40)는 연료 공급관(10)의 전 둘레에 걸쳐서, 연료 공급관(10)을 따르는 연소용 공기의 흐름을 형성할 수 있도록, 연료 공급관(10)을 둘러싸도록 환상으로 늘어서서 형성된다.
공기 분출구(40)는 연료 공급관(10)으로부터 지름 방향으로 이간해서 형성되는 것이 바람직하다. 공기 분출구(40)를 연료 공급관(10)으로부터 일정한 거리를 두고 형성함으로써, 연료 공급관(10)을 따르는 연소용 공기의 흐름을 효율적으로 형성할 수 있다.
공기 분출구(40)로부터 분출되는 연소용 공기의 분류에 의해, 상기 분류 근방에 저압 영역이 형성되고, 노 내의 연소 배기가스는 둘레 방향으로부터 분류의 흐름을 따라 연료 가스 공급부를 향해서 연속적으로 연소용 공기에 끌어들여짐으로써, 효과적으로 연소용 공기의 산소 농도가 저하된다.
공기 분출구(40)의 가상 외접원(도 3에 2점 쇄선으로 도시)의 직경은 연료 공급관(10)의 외경의 2배 미만인 것이 바람직하고, 1.65배 미만인 것이 보다 바람직하다. 연료 공급관(10)의 외경에 대해서 공기 분출구(40)의 가상 외접원의 직경을 필요 이상으로 크게 하지 않음으로써, 연소용 공기의 분류의 두께가 얇아지고, 체적당의 비표면적은 커지므로, 노 내의 연소 배가스를 효율적으로 연소용 공기의 분류에 끌어들일 수 있다.
공기 분출구(40)의 중심을 연결하는 가상원(도 3에 1점 쇄선으로 도시)의 직경은 캔체(110)의 내측 공간의 직경(D)(내측의 수관(111)의 피치원 직경, 도 1 참조)의 0.15배보다 크고 0.7배 미만인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 연소용 공기의 분류가 연소 배기 가스를 끌어들이는 영역을 확보함과 아울러, 연소에 필요한 공간을 확보하고, 연소 배기 가스를 효율적으로 연소용 공기의 분류에 끌어들일 수 있음과 동시에, 불완전 연소를 방지할 수 있다.
내벽관(50)은 연료 공급관(10)의 내측에 배치되고, 연료 가스의 유로 단면을 환상으로 제한한다. 내벽관(50)은 유출 노즐(70)의 상류측에서 연료 가스의 유로 단면적을 감소시키도록 확경하는 확경부(51)를 갖는다. 내벽관(50)이 확경부(51)를 가짐으로써, 연료 공급관(10)의 선단부 내측에 있어서의 연료 가스의 유속이 커지므로, 연소에 의해 온도가 높아지기 쉬운 연료 공급관(10)의 선단부를 연료 가스로 냉각할 수 있어, 가스 버너(1)의 내구성을 향상시킬 수 있다. 특히, 연료 가스는 공기에 비해서 열전도율이 크기 때문에, 연료 가스의 유속을 크게 하는 것에 의한 연료 공급관(10)의 냉각 효과의 증대는 작지 않은 것이 된다. 특히, 연료 가스로서 수소 가스를 사용할 경우, 수소 가스의 열전도율은 200℃에 있어서 0.257W/mk이며, 공기의 200℃에 있어서의 열전도율 0.038W/mk의 7배에 가깝기 때문에, 확경부(51)에 의한 연료 공급관(10)의 냉각 효과의 증대가 현저해진다.
밀봉판(60)은 연료 가스의 유로가 되는 연료 공급관(10)과 내벽관(50)의 간극을 종단한다. 이것에 의해, 연료 가스는 유출 노즐(70)로부터만 유출한다.
유출 노즐(70)은 공기 분출구(40)보다 외측으로 돌출되지 않도록, 또한 연소용 공기 분출 방향에 대한 경사 각도(α)가 예각이 되도록 연장된다. 이 유출 노즐(70)은 그 선단부로부터 연료 가스를 유출시킨다. 즉, 유출 노즐(70)의 선단이 연료 가스를 유출시키는 연료 유출구(71)를 구성한다.
유출 노즐(70)의 배치에 의해, 연료 가스가 유출되는 위치 및 방향을 제어할 수 있다. 또한, 복수의 유출 노즐(70)로부터 연료 가스를 유출시킴으로써, 가스 버너(1)의 둘레 방향의 연료 분포의 치우침을 적게 할 수 있다. 또한, 유출 노즐(70)을 설치함으로써, 연소 정지 시에는 노 내의 연소 배기 가스 또는 퍼지 공기가 연료 공급관(10)의 내부에 확산되는 것을 억제할 수 있다.
유출 노즐(70)은 공기 분출구(40)보다 하류측에, 공기 분출구(40)로부터 일정한 거리를 두고 설치된다. 공기 분출구(40)를 연료 공급관(10)으로부터 일정한 거리를 두고 형성함으로써, 연소용 공기의 분류에는, 연료 가스가 혼합되기 전에, 노 내의 연소 배기 가스가 혼합된다. 이것에 의해, 연료 가스가 혼합되는 시점의 연소용 공기의 산소 농도가 저하되므로, 연소 온도가 저감됨으로써 질소 산화물의 생성이 억제된다.
또한, 가스 버너(1)에서는, 공기 분류에 의해 형성되는 저압 영역에 유출 노즐(70)의 연료 유출구(71)가 배치됨으로써, 종래부터 공급 압력이 낮은 연료 가스여도, 필요한 양을 유출시킬 수 있다. 이것 때문에, 가스 버너(1)는 예를 들면 부생수소나 저압 공급 도시 가스 등의 공급 압력이 낮은 연료 가스를 가압하는 일 없이 사용할 수 있다.
유출 노즐(70)(연료 유출구(71)의 중심)의 공기 분출구(40)로부터의 연소용 공기 분출 방향의 거리(L)로서는, 공기 분출구(40)의 상당 직경의 3배 이상 15배 이하가 바람직하고, 6배 이상 12배 이하가 보다 바람직하다. 유출 노즐(70)의 공기 분출구(40)로부터의 거리(L)를 상기 하한 이상으로 함으로써, 질소 산화물의 생성을 효과적으로 억제 가능한 산소 농도가 된 연소용 공기에 연료 가스를 혼합할 수 있으므로, 질소 산화물의 생성을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 유출 노즐(70)의 공기 분출구(40)로부터의 거리(L)를 상기 상한 이하로 함으로써, 연소용 공기의 산소 농도가 지나치게 저하되어 연소가 불완전해지는 것이나, 연소용 공기의 유속이 저하해서 국소적인 온도 상승에 의한 질소 산화물의 생성을 억제할 수 있다.
유출 노즐(70)은 연료 공급관(10)으로부터 연소용 공기 분출 방향에서 보았을 시에 공기 분출구(40)의 외측 가장자리의 최외부(最外部)로부터 돌출되지 않도록 설치된다. 즉, 유출 노즐(70)의 선단의 연료 유출구(71)는 도면 복수의 공기 분출구(40)의 가상 외접원의 내측에 개구한다. 이것에 의해, 공기 분출구(40)로부터 분출하는 연소용 공기의 분류가 연료 공급관(10)의 이면측에 국소적으로 형성하는 저압 영역에 연료 가스가 유출하기 때문에, 연료 가스의 유출 압력을 보다 작게 할 수 있다.
유출 노즐(70)이 경사져 있음으로써, 연료 가스가 연소용 공기 분출 방향의 속도 성분을 갖는 상태로 연료 유출구(71)로부터 유출한다. 이것에 의해, 연료 가스가 신속하게 연소용 공기 분출 방향 하류측으로 이동하기 때문에, 연소용 공기와 연소 배기 가스의 혼합 영역 및 혼합 시간이 확보되기 쉬워져, 미연물(미연소의 연료 가스 및 일산화탄소 등의 불완전 연소물)의 배출을 억제할 수 있다. 또한, 유출 노즐(70)에 의해 연소용 공기 분출 방향에 대해서 예각인 방향으로 연료 가스를 유출하기 때문에, 지름 방향으로 연료 가스를 분출시킬 경우에 비해서, 연료 가스가 수관(111)에 접촉하기 어려우므로, 미연물(미연소의 연료 가스 및 일산화탄소 등의 불완전 연소물)의 배출을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
유출 노즐(70)의 연소용 공기 분출 방향에 대한 경사 각도(α)의 하한으로서는, 15°가 바람직하고, 30°가 보다 바람직하다, 한편, 유출 노즐(70)의 경사 각도(α)의 상한으로서는, 75°가 바람직하고, 60°가 보다 바람직하다. 유출 노즐(70)의 경사 각도(α)를 상기 하한 이상으로 함으로써, 연료 공급관(10)의 개구가 연소용 공기 분출 방향으로 지나치게 커지지 않으므로, 유출 노즐(70)의 부착이 용이해짐과 아울러, 열응력에 대한 강도를 확보하기 쉽다. 또한, 유출 노즐(70)의 경사 각도(α)를 상기 상한 이하로 함으로써, 질소 산화물의 생성을 적절하게 억제할 수 있다.
공기 분출구(40)와 연료 유출구(71)는 연소용 공기 분출 방향에서 보았을 시에 부분적으로 중복되는 것이 바람직하다. 공기 분출구(40)와 연료 유출구(71)가 중복됨으로써, 연소용 공기의 분류와 연료 가스의 혼합이 촉진되므로, 미연물을 저감시킬 수 있다. 또한, 이것들의 중복 정도를 최적화함으로써, 연소 배기 가스의 영향에 의한 연소용 공기의 산소 농도 저하에 의한 질소 산화물의 생성 억제와, 연료 가스의 연소용 공기와의 혼합 촉진에 의한 미연물의 저감을 고도로 양립할 수 있다.
유출 노즐(70)의 수 및 연료 공급관(10)을 중심으로 하는 각도 위치는 공기 분출구(40)의 수 및 각도 위치에 제한되지 않고 임의로 설정할 수 있다.
파일럿 버너(80)는 파일럿 연소용 공기가 공급되는 파일럿 공기관(81)과, 파일럿 공기관(81)의 내측에 배치되고, 파일럿 연료가 공급되는 파일럿 연료관(82)을 갖는다. 파일럿 버너(80)는 파일럿 공기관(81)의 선단부에 있어서 파일럿 연료와 파일럿 연소용 공기를 혼합하고, 파일럿 화염을 형성한다.
파일럿 버너(80)와 내벽관(50)의 간극에는, 냉각용 공기가 공급되어도 좋다. 이것에 의해, 냉각용 공기에 의해 내벽관(50)을 개재해서 연료 가스 나아가서는 연료 공급관(10)을 냉각할 수 있으므로, 가스 버너(1)의 내구성을 향상시킬 수 있다. 냉각용 공기는 연료 공급관(10)에 공급되는 연료 가스의 유량에 따라서 유량이 설정되는 연소용 공기의 일부를 이용할 수 있다.
이상과 같이, 가스 버너(1)는 공기 분출구(40)보다 하류측에서, 노 내의 연소 배기 가스가 혼합되어서 산소 농도가 저하된 연소용 공기에 의해 연료 가스의 연소를 행하기 때문에, 연소 온도를 저하시켜서 질소 산화물의 생성을 억제할 수 있다. 특히, 가스 버너(1)는 유출 노즐(70)에 의해, 연료 가스를 연소용 공기 분출 방향의 속도 성분을 갖는 상태로 유출시키므로, 연료 가스가 신속하게 연소용 공기 분출 방향 하류측으로 이동한다. 이것 때문에, 가스 버너(1)에서는, 연소용 공기와 연소 배기 가스의 혼합 영역 및 혼합 시간이 확보되기 쉬워져, 미연물의 잔류를 저감시킬 수 있다.
보일러(100)에서는, 복수의 수관(111)에 의해 주위가 폐쇄된 공간 내에 가스 버너(1)가 설치되기 때문에, 둘레 방향에서 연소용 공기의 흐름에 치우침을 생기게 하지 않는다. 이것 때문에, 연소용 공기의 분류의 외측에 둘레 방향에서 균등한 저압 영역이 형성되어, 노 내의 연소 배기 가스가 연소용 공기에 끌어들여지기 때문에, 확실하게 질소 산화물의 생성을 억제하면서, 미연물의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 보일러(100)는 가스 버너(1)의 연소 배기 가스를 복수의 수관(111)의 축 방향으로 흘리는 유로를 획정하는 캔체(110)를 채용함으로써, 축 방향의 유속에 치우침이 없고 연소에 의한 국소적인 고온 부분의 형성을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 캔체(110)에 있어서의 압력 손실을 저감시킬 수 있어, 송풍기의 에너지를 억제하는 효과를 얻을 수 있음과 아울러, 연료 가스의 공급압 저감에도 효과가 있다. 따라서, 보일러(100)는 질소 산화물의 생성을 억제하면서 효율적으로 수증기를 생성할 수 있다.
계속해서, 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 가스 버너(1A)에 대해서 설명한다. 도 4는 가스 버너(1A)의 구성을 나타내는 단면도이다. 또한, 이후의 설명에 있어서, 먼저 설명한 실시형태와 같은 구성 요소에는 같은 부호를 첨부해서 중복되는 설명을 생략하는 일이 있다. 이 가스 버너(1A)는 도 1의 보일러(100)에 있어서, 가스 버너(1)로 바꾸어서 사용할 수 있다.
본 실시형태의 가스 버너(1A)는 소정의 연소용 공기 분출 방향으로 연장되는 연료 공급관(10)과, 연료 공급관(10)의 상류부를 둘러싸도록 배치되는 윈도우 박스(20)와, 연료 공급관(10)의 외측에 배치되도록 윈도우 박스(20)로부터 연장되는 공기 공급관(30)과, 연료 공급관(10)의 주위에 배치되도록 공기 공급관(30)의 선단에 형성되는 단일의 공기 분출구(40A)와, 연료 공급관(10)의 내측에 배치되는 내벽관(50A)과, 연료 공급관(10)의 선단에서 연료 공급관(10)과 내벽관(50A)의 간극을 밀봉하는 환상의 밀봉판(60A)과, 공기 분출구(40)보다 연소용 공기 분출 방향 하류측에서 연료 공급관(10)으로부터 연장되는 복수의 유출 노즐(70A)과, 내벽관(50A)의 내측에 배치되는 파일럿 연료관(82)을 구비한다.
공기 분출구(40A)는 연료 공급관(10)의 외주에 배치되고, 연소용 공기의 유로를 제한하는 제한 부재(43)와, 공기 공급관(30)의 간극이다. 제한 부재(43)는 연료 공급관(10)에 부착되는 원환상의 플랜지부(44)와, 플랜지부(44)의 외측 가장자리로부터 공기 공급관(30)과 평행하게, 공기 공급관(30)의 선단과 같은 연소용 공기 분출 방향 위치까지 연장되는 통상의 안내 통부(45)를 갖는 구성으로 될 수 있다. 따라서, 공기 분출구(40A)는 공기 공급관(30)과 안내 통부(45)의 간극의 선단의 연소용 공기 분출 방향으로 환상인 개구이다.
제한 부재(43)는 공기 공급관(30)에 대해서 고정되지 않는 것, 보다 자세하게는, 안내 통부(45)와 공기 공급관이 스페이서 등으로 접속되지 않는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 고부하 시에 연료 가스 및 연소용 공기의 유량을 크게 했을 경우에는, 온도 상승에 따라 공기 공급관(30)의 열팽창에 의해 공기 분출구(40)의 면적이 증대하므로, 연소용 공기의 압력 손실을 저감시켜서 송풍기의 에너지 소비의 증대를 억제할 수 있다.
내벽관(50A)은 확경부를 갖지 않고, 말단까지 같은 지름으로 연장된다. 가스 버너(1A)에서는, 내벽관(50A)과 파일럿 연료관(82)의 사이에 파일럿 연소용 공기가 공급된다. 즉, 본 실시형태에 있어서의 내벽관(50A)은 파일럿 연소용 공기의 유로를 획정한다. 이것 때문에, 가스 버너(1A)에서는, 파일럿 연소용 공기에 의해 내벽관을 개재해서 연료 가스 냉각함으로써 간접적으로 연료 공급관(10)을 냉각한다. 이것 때문에, 가스 버너(1A)에서는, 파일럿 화염을 형성하지 않을 시에도 파일럿 연소용 공기를 공급하는 것이 바람직하다. 이 경우, 공기 분출구(40A)로부터 분출시키는 연소용 공기의 유량을 파일럿 공기의 유량분만큼 작게 해도 좋다.
밀봉판(60A)은 연료 가스의 유로가 되는 연료 공급관(10)과 내벽관(50A)의 간극을 연료 공급관(10)의 도중의 연료 공급관(10)으로부터 유출 노즐(70A)이 연장되는 위치보다 상류측에서 종단시킨다. 밀봉판(60A)에는, 유출 노즐(70A)이 접속되고, 접속되는 유출 노즐(70A)에 연료 가스를 유출하는 개구가 형성된다.
유출 노즐(70A)은 연료 공급관(10)의 내측에서 밀봉판(60A)에 접속되고, 밀봉판(60A)으로부터 연소용 공기 분출 방향으로 연장되고, 연료 공급관(10)의 내측에서 지름 방향 외측으로 굴곡하고, 연료 공급관(10)을 관통해서 연장된다. 유출 노즐(70A)은 연료 공급관(10)에 형성되는 개구를 관통하고, 연료 공급관에는 직접 고정되지 않는다. 즉, 유출 노즐(70A)은 화염에 노출될 일이 없는 밀봉판(60A)에 고정되고, 화염에 노출되어 고온이 되는 연료 공급관(10)의 선단 부분에는 고정되지 않는다. 이것 때문에, 연료 공급관(10)과 유출 노즐(70A)의 사이에 열응력이 집중될 수 있는 접속 개소가 없기 때문에, 가스 버너(1A)는 내구성이 뛰어나다.
이상, 본 발명에 의한 열공급 시스템의 바람직한 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상술된 실시형태에 제한되는 것은 아니고, 적절히 변경이 가능하다.
연료 공급관과 내벽관의 간극을 밀봉하는 밀봉판에 유출 노즐을 접속하는 구성의 경우, 특히, 내벽관의 내측에 파일럿 공기관 및 파일럿 연료관을 갖는 파일럿 버너를 구비하는 경우에는, 내벽관은 연료 공급관보다 상류측에서 종단해도 좋다.
1, 1A 가스 버너
10 연료 공급관
20 윈도우 박스
30 공기 공급관
40, 40A 공기 분출구
41 종단판
42 단관
43 제한 부재
44 플랜지부
45 안내 통부
50, 50A 내벽관
51 확경부
60, 60A 밀봉판
70, 70A 유출 노즐
71 연료 유출구
80 파일럿 버너
81 파일럿 공기관
82 파일럿 연료관
100 보일러
110 캔체
111 수관

Claims (7)

  1. 소정의 연소용 공기 분출 방향으로 연장되고, 연료 가스가 공급되는 연료 공급관과,
    상기 연료 공급관의 주위에 배치되어 연소용 공기를 상기 연소용 공기 분출 방향으로 분출하는 공기 분출구와,
    상기 연료 공급관으로부터 상기 공기 분출구보다 외측으로 돌출되지 않도록, 또한 상기 연소용 공기 분출 방향에 대한 경사 각도가 예각이 되도록 연장되고, 그 선단이 상기 연료 가스를 유출시키는 연료 유출구를 구성하는 복수의 유출 노즐을 구비하는 가스 버너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소용 공기 분출 방향에서 보았을 시에, 상기 공기 분출구와 상기 연료 유출구가 중복되는 가스 버너.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연료 공급관의 내측에 배치되고, 상기 연료 가스의 유로 단면을 환상으로 제한하는 내벽관을 추가로 구비하고,
    상기 내벽관은 상기 유출 노즐의 상류측에서 상기 연료 가스의 유로 단면적을 감소시키도록 확경하는 확경부를 갖는 가스 버너.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연료 공급관의 내측에 배치되고, 상기 연료 가스의 유로 단면을 환상으로 제한하는 내벽관과,
    상기 연료 공급관의 도중에서, 상기 연료 공급관과 상기 내벽관의 간극을 밀봉하는 환상의 밀봉판을 추가로 구비하고,
    상기 유출 노즐은 상기 밀봉판으로부터 상기 연료 공급관을 관통해서 연장되고, 상기 연료 공급관에는 직접 고정되지 않는 가스 버너.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 분출구의 가상 외접원의 직경은 상기 연료 공급관의 외경의 2배 미만인 가스 버너.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 가스 버너와,
    상기 가스 버너를 둘러싸도록 배치되고, 상기 연소용 공기 분출 방향으로 연장되는 복수의 수관을 갖고, 상기 가스 버너의 연소 배기 가스를 상기 복수의 수관의 축 방향으로 흘리는 유로를 획정하는 캔체를 구비하는 보일러.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 공기 분출구의 중심을 연결하는 가상원의 직경은 상기 캔체의 내측 공간의 직경의 0.15배보다 크고 0.7배 미만인 보일러.
KR1020237024474A 2021-02-03 2021-11-05 가스 버너 및 보일러 KR20230138458A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021015591 2021-02-03
JPJP-P-2021-015591 2021-02-03
PCT/JP2021/040732 WO2022168381A1 (ja) 2021-02-03 2021-11-05 ガスバーナ及びボイラ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230138458A true KR20230138458A (ko) 2023-10-05

Family

ID=82741033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237024474A KR20230138458A (ko) 2021-02-03 2021-11-05 가스 버너 및 보일러

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240102648A1 (ko)
EP (1) EP4290134A1 (ko)
JP (1) JPWO2022168381A1 (ko)
KR (1) KR20230138458A (ko)
CN (1) CN116724199A (ko)
WO (1) WO2022168381A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11173506A (ja) 1997-12-09 1999-06-29 Osaka Gas Co Ltd 低ＮＯｘバーナ

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11325402A (ja) * 1998-05-21 1999-11-26 Osaka Gas Co Ltd 貫流ボイラ
JP2000055302A (ja) * 1998-08-04 2000-02-22 Osaka Gas Co Ltd ボイラ
JP4204202B2 (ja) * 2000-12-04 2009-01-07 大阪瓦斯株式会社 燃焼装置
JP2002364812A (ja) * 2001-06-06 2002-12-18 Osaka Gas Co Ltd 燃焼装置
JP2005273963A (ja) * 2004-03-23 2005-10-06 Osaka Gas Co Ltd 燃焼装置
JP5318637B2 (ja) * 2009-04-01 2013-10-16 株式会社サムソン 先混合バーナ
JP5955029B2 (ja) * 2012-02-28 2016-07-20 大阪瓦斯株式会社 燃焼装置
KR101569455B1 (ko) * 2015-07-14 2015-11-16 주식회사 수국 복합형 저녹스 버너
JP6744514B1 (ja) 2020-02-28 2020-08-19 株式会社東芝 是正処置活動の支援装置、方法及びプログラム

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11173506A (ja) 1997-12-09 1999-06-29 Osaka Gas Co Ltd 低ＮＯｘバーナ

Also Published As

Publication number Publication date
US20240102648A1 (en) 2024-03-28
EP4290134A1 (en) 2023-12-13
WO2022168381A1 (ja) 2022-08-11
CN116724199A (zh) 2023-09-08
JPWO2022168381A1 (ko) 2022-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5883482B2 (ja) 超低排出ガスタービン燃焼器
KR100784881B1 (ko) 저녹스형 버너
JP2016011828A (ja) 燃焼器冷却構造
CN101886808A (zh) 带预混合直接喷射辅助燃料喷嘴的干式低NOx燃烧系统
US20100162710A1 (en) Pre-Mix Combustion System for a Gas Turbine and Method of Operating of operating the same
US10443847B2 (en) Dilution gas or air mixer for a combustor of a gas turbine
US4304549A (en) Recuperator burner for industrial furnaces
US20080267783A1 (en) Methods and systems to facilitate operating within flame-holding margin
US20100018211A1 (en) Gas turbine transition piece having dilution holes
CN103270369B (zh) 带有燃料喷嘴的燃气轮机燃烧室,带有这种燃料喷嘴的燃烧器,以及燃料喷嘴
JP2016017740A (ja) ミキサを備えた２段燃焼器配列
CN108603659B (zh) 低NOx燃烧器装置和方法
CN108738333B (zh) 复合型低氮氧化物燃烧器
EP2631543B1 (en) Combustor and method for purging a combustor
KR20230138458A (ko) 가스 버너 및 보일러
JPH08219419A (ja) 少なくとも１つの予混合式バーナーを備えたコンバスタ
US20230014871A1 (en) Radiant wall burner
WO2022168380A1 (ja) ガスバーナ及びボイラ
CN109297018B (zh) 一种低氮气体燃烧器
KR101462096B1 (ko) 연소기
KR100784880B1 (ko) 저녹스형 버너
WO2022208969A1 (ja) ガスバーナ及びボイラ
JP5574635B2 (ja) 旋回翼
JP7132096B2 (ja) ガスタービン燃焼器
WO2022208968A1 (ja) ガスバーナ及びボイラ