WO2022208969A1 - ガスバーナ及びボイラ - Google Patents

ガスバーナ及びボイラ Download PDF

Info

Publication number
WO2022208969A1
WO2022208969A1 PCT/JP2021/040735 JP2021040735W WO2022208969A1 WO 2022208969 A1 WO2022208969 A1 WO 2022208969A1 JP 2021040735 W JP2021040735 W JP 2021040735W WO 2022208969 A1 WO2022208969 A1 WO 2022208969A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel
combustion air
gas
supply pipe
fuel supply
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/040735
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
宗司 角
務 佐々木
Original Assignee
三浦工業株式会社
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 三浦工業株式会社 filed Critical 三浦工業株式会社
Priority to JP2023510207A priority Critical patent/JPWO2022208969A1/ja
Publication of WO2022208969A1 publication Critical patent/WO2022208969A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to gas burners and boilers. This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2021-59285 filed in Japan on March 31, 2021, the contents of which are incorporated herein.
  • gas burners that burn fuel gas mixed with combustion air are widely used.
  • the combustion temperature becomes high, and the production of nitrogen oxides (NOx) may become a problem.
  • NOx nitrogen oxides
  • a self-recirculating burner is known that induces the exhaust gas in the furnace by blowing high-speed combustion air into the furnace. Since the ejected combustion air comes into contact with the flame while entraining the exhaust gas in the furnace with a low oxygen concentration, the combustion slows down, the flame temperature decreases, and the generation of nitrogen oxides can be reduced.
  • the gas burner as described in Patent Document 1 may not be able to sufficiently reduce the generation of nitrogen oxides.
  • the amount of nitrogen oxides produced may increase.
  • an object of the present invention is to provide a gas burner and a boiler that can suppress the production of nitrogen oxides.
  • a gas burner is a fuel supply pipe extending in a predetermined combustion air ejection direction, supplied with fuel gas, and formed with a fuel outlet opening at a peripheral surface of a tip portion thereof, through which the fuel gas flows out. and an air ejection port that opens in an annular region concentric with the fuel supply pipe when viewed in the combustion air ejection direction, and ejects combustion air along the fuel supply pipe in the combustion air ejection direction.
  • Combustion air containing flue gas and fuel gas are mixed and combusted.
  • the distance in the combustion air ejection direction from the air ejection port to the center of the fuel outlet may be 0.5 to 3.0 times the diameter of the outer edge of the annular region. good.
  • the above-described gas burner may further include a separating member projecting from the outer circumference of the fuel supply pipe on the upstream side of the fuel outlet and separating the flow of the combustion air from the fuel supply pipe.
  • the distance between the inner edge of the annular region and the fuel supply pipe may be equal to or less than the difference between the radius of the inner edge and the radius of the outer edge of the annular region.
  • a boiler according to an aspect of the present invention includes the gas burner described above, and a plurality of water tubes arranged so as to surround the gas burner and extending in the direction in which the combustion air is ejected. a can body defining an axial flow channel.
  • the average of the diameter of the inner edge and the diameter of the outer edge of the annular region may be more than 0.15 times and less than 0.7 times the diameter of the inner space of the can body.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of a gas burner of the boiler of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the gas burner of FIG. 2 taken along the line XX.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of a gas burner according to a second embodiment of the present invention;
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a boiler 100 equipped with a gas burner 1 according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the gas burner 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the gas burner 1.
  • the boiler 100 includes a gas burner 1 that forms a flame extending in a predetermined combustion air ejection direction (vertical direction in this embodiment), and a can body 110 that is heated by the combustion exhaust gas of the gas burner 1 .
  • Boiler 100 is itself an embodiment of a boiler according to the present invention.
  • the can body 110 is arranged so as to surround the gas burner 1, and includes a plurality of water tubes 111 extending in the combustion air ejection direction (vertical direction), a lower header 112 connecting the lower ends of the plurality of water tubes 111, and a plurality of water tubes 111. and a top header 113 connecting the top ends.
  • the can body 110 defines a channel through which the combustion exhaust gas of the gas burner 1 flows in the axial direction of the plurality of water tubes 111 .
  • a plurality of water tubes 111 are arranged in a double ring when viewed from the injection direction of the gas burner 1.
  • Circumferentially adjacent water tubes 111 are connected directly or by a belt-shaped member, except for the end of the inner water tube 111 opposite to the gas burner 1, and are arranged so that combustion exhaust gas cannot pass through.
  • the combustion exhaust gas of the gas burner 1 passes through the inner space of the inner water pipe 111, passes through the gap of the water pipe 111 at the end opposite to the gas burner 1, and passes through the space between the inner water pipe 111 and the outer water pipe 111. After passing through the space in the opposite direction, it is discharged to the outside.
  • the gas burner 1 includes a fuel supply pipe 10 extending in the combustion air ejection direction, a wind box 20 arranged to surround the upstream portion of the fuel supply pipe 10, and a wind box 20 arranged outside the fuel supply pipe 10.
  • an annular sealing plate 60 for sealing a gap between the fuel supply pipe 10 and the inner wall pipe 50 at the tip of the fuel supply pipe 10
  • a pilot burner 70 arranged inside the inner wall pipe 50 .
  • the gas burner 1 mixes and combusts the combustion air and the fuel gas, which include the flue gas.
  • the gas burner 1 is configured to form a jet stream of combustion air to mix the fuel gas with the combustion air, the oxygen concentration of which has been reduced by involving the flue gas in the furnace. This lowers the oxygen concentration in the combustion air when the fuel gas is mixed, thereby reducing the combustion temperature and thereby reducing the production of nitrogen oxides.
  • the fuel supply pipe 10 has a plurality of fuel outlets 11 opening on the peripheral surface of the tip.
  • the fuel supply pipe 10 causes the supplied fuel gas to flow out from each fuel outlet 11 .
  • the fuel outflow ports 11 are formed at equal intervals in the circumferential direction at the same position in the combustion air ejection direction in order to uniformly flow out the fuel gas.
  • the fuel gas used in the gas burner 1 for example, hydrogen gas, methane gas, propane gas, gas containing hydrogen, etc. are assumed. In this case, the effect of reducing nitrogen oxides becomes remarkable.
  • the fuel outlet 11 opens at a distance downstream from the air outlet 40 in the combustion air ejection direction.
  • the fuel gas is mixed with the combustion air that has been jetted from the air jet port 40 and then mixed with the flue gas in the furnace to reduce the oxygen concentration. can be suppressed.
  • the fuel outlet 11 is not limited to opening on the peripheral surface of the fuel supply pipe 10 as in the present embodiment, and the opening provided in the fuel supply pipe 10 may be raised by burring or the like to supply fuel. It may be an opening formed by three-dimensionally processing the outer wall of the fuel supply pipe 10 such as offset from the peripheral surface of the pipe 10 .
  • the wind box 20 distributes the supplied combustion air to the air supply pipe 30 so as not to fluctuate depending on the angular position with respect to the fuel supply pipe 10 .
  • the air supply pipe 30 guides the combustion air along the fuel supply pipe 10 to the air ejection port 40 in the combustion air ejection direction.
  • the air ejection port 40 ejects combustion air in the combustion air ejection direction (downward in FIGS. 1 and 2).
  • the air ejection port 40 is defined by a short tube 42 arranged in a terminal plate 41 that seals the tip of the air supply tube 30 .
  • the plurality of air jets 40 are concentric with the fuel supply pipe 10 when viewed in the combustion air jetting direction in order to form a flow of combustion air along the fuel supply pipe 10 over the entire circumference of the fuel supply pipe 10 . It is formed so as to open in the annular region (the region between the two-dot chain lines in FIG. 3) R.
  • the air ejection port 40 is preferably provided radially apart from the fuel supply pipe 10 . In other words, it is preferable that the inner edge of the annular region R is separated from the fuel supply pipe 10 .
  • the exhaust gas can be drawn into the air jet, and the oxygen concentration can be made uniform.
  • the combustion air jetted from the air jet port 40 gradually lowers its oxygen concentration by entraining combustion exhaust gas in the furnace recirculating to the outside of the jet.
  • the outer edge of the annular region R that is, the diameter A of the virtual circumscribed circle of the air ejection port 40 is preferably less than twice the outer diameter B of the fuel supply pipe 10, more preferably less than 1.65 times.
  • the inner edge of the annular region R that is, the average of the diameter E of the virtual inscribed circle of the air ejection port 40 and the diameter A of the outer edge, that is, the virtual circle connecting the center of the air ejection port 40 in this embodiment (indicated by the dashed line in FIG. 3) ) is preferably more than 0.15 times and less than 0.7 times the diameter D of the inner space of the can body 110 (the pitch circle diameter of the inner water tube 111, see FIG. 1).
  • the upper limit of the distance X between the inner edge of the annular region R and the outer edge of the fuel supply pipe 10 is preferably 1 times the difference between the radius of the inner edge of the annular region R and the radius of the outer edge (1/2 of the diameter A). , 1/2 are more preferred.
  • the exhaust gas can be reliably drawn to the inside of the air jet, so that the oxygen concentration can be made more uniform.
  • the distance X between the inner edge of the annular region R and the outer edge of the fuel supply pipe 10 is set to or less than the upper limit, the combustion air has a sufficient flow velocity on the outer peripheral surface of the fuel supply pipe 10, and the fuel outlet 11 Since the fuel gas flowing out from the nozzle is efficiently mixed with the combustion air, it is possible to suppress the local increase in combustion temperature and more reliably suppress the production of nitrogen oxides.
  • the lower limit of the distance L in the combustion air ejection direction from the air ejection port 40 to the center of the fuel outlet 11 is preferably 0.5 times the diameter of the outer edge of the annular region R, more preferably 0.8 times.
  • the upper limit of the distance L in the combustion air ejection direction from the air ejection port 40 to the center of the fuel outlet 11 is preferably 3.0 times the diameter of the outer edge of the annular region R, more preferably 2.5 times. .
  • the combustion temperature can be lowered to reliably suppress the production of nitrogen oxides. Further, by setting the distance L in the ejection direction of the combustion air from the air ejection port 40 to the center of the fuel outlet 11 to be equal to or less than the upper limit, the velocity of the combustion air mixed with the fuel is set within an appropriate range, and the combustibility is improved. Deterioration and increased production of nitrogen oxides can be prevented. Further, by making the distance L equal to or less than the upper limit, thermal deterioration of the burner can be prevented.
  • the inner wall pipe 50 is arranged inside the fuel supply pipe 10 and restricts the cross section of the fuel gas to an annular shape.
  • the inner wall pipe 50 has an enlarged diameter portion 51 that is enlarged to reduce the cross-sectional area of the fuel gas on the upstream side of the fuel outlet 11 . Since the inner wall pipe 50 has the enlarged diameter portion 51, the flow velocity of the fuel gas inside the tip portion of the fuel supply pipe 10 increases, so that the tip portion of the fuel supply pipe 10, which tends to become hot due to combustion, is cooled by the fuel gas. and the durability of the gas burner 1 can be improved. In particular, since the fuel gas has a higher thermal conductivity than air, the cooling effect of the fuel supply pipe 10 is significantly increased by increasing the flow velocity of the fuel gas.
  • the thermal conductivity of hydrogen gas is 0.257 W/mk at 200°C, which is nearly seven times the thermal conductivity of air at 200°C, which is 0.038 W/mk.
  • the cooling effect of the fuel supply pipe 10 by the diameter portion 51 is significantly increased.
  • the sealing plate 60 terminates the gap between the fuel supply pipe 10 and the inner wall pipe 50, which serves as a fuel gas flow path. That is, the sealing plate 60 forms the downstream end face of the fuel supply pipe 10 in the combustion air ejection direction. Thereby, the fuel gas flows out only from the fuel outlet 11 .
  • the pilot burner 70 has a pilot air pipe 71 to which pilot combustion air is supplied, and a pilot fuel pipe 72 arranged inside the pilot air pipe 71 to which pilot fuel is supplied.
  • the pilot burner 70 mixes pilot fuel and pilot combustion air at the tip of the pilot air pipe 71 to form a pilot flame.
  • Cooling air may be supplied to the gap between the pilot burner 70 and the inner wall pipe 50 .
  • the cooling air can cool the fuel gas and further the fuel supply pipe 10 through the inner wall pipe 50, so that the durability of the gas burner 1 can be improved.
  • the cooling air part of the combustion air whose flow rate is set according to the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel supply pipe 10 can be used.
  • the flue gas in the furnace is mixed and the oxygen concentration is sufficiently increased from the fuel outlet 11, which opens at an appropriate distance from the air outlet 40 on the downstream side of the air outlet 40. Since fuel gas is mixed with lowered combustion air for combustion, the combustion temperature can be lowered and the production of nitrogen oxides can be suppressed.
  • the boiler 100 since the gas burner 1 is arranged in a space whose periphery is closed by a plurality of water tubes 111, the combustion air flow is not uneven in the circumferential direction. Therefore, the flue gas in the furnace is evenly drawn into the combustion air in the circumferential direction outside the jet of the combustion air, so that the generation of nitrogen oxides can be effectively suppressed. Therefore, the boiler 100 can efficiently generate steam while suppressing the generation of nitrogen oxides.
  • the boiler 100 adopts the can body 110 that defines the flow path for the flue gas of the gas burner 1 to flow in the axial direction of the plurality of water tubes 111, so that the flow velocity in the axial direction is not biased, and the local high temperature part due to combustion is eliminated. can be suppressed, the pressure loss in the can body 110 can be reduced, the energy of the blower can be suppressed, and the supply pressure of the fuel gas can be reduced.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the gas burner 1A.
  • This gas burner 1A can be used in place of the gas burner 1 in the boiler 100 of FIG.
  • the gas burner 1A of the present embodiment includes a fuel supply pipe 10 extending in the combustion air ejection direction, a wind box 20 arranged so as to surround the upstream portion of the fuel supply pipe 10, and a wind box 20 arranged outside the fuel supply pipe 10.
  • an air supply pipe 30 extending from the wind box 20; an annular sealing plate 60 that seals a gap between the fuel supply pipe 10 and the inner wall pipe 50 at the tip of the fuel supply pipe 10; a pilot burner 70 that is arranged inside the inner wall pipe 50; and a peeling member 80 projecting from the outer peripheral surface of the fuel supply pipe 10 .
  • a gas burner 1A shown in FIG. 4 is obtained by adding a peeling member 80 to the gas burner 1 shown in FIG. 4 are the same as those of the gas burner 1 shown in FIG.
  • the separation member 80 is arranged near the fuel outlet 11 and upstream in the direction of combustion air ejection.
  • the separating member 80 partially separates the flow of combustion air from the fuel supply pipe 10 immediately before the fuel outlet 11 .
  • a low pressure region with low pressure can be formed downstream of the separating member 80.
  • FIG. By opening the fuel outlet 11 to this low pressure region, a sufficient amount of fuel gas is allowed to flow out even when the supply pressure of the fuel gas is low. That is, the gas burner 1A of the present embodiment can be used without pressurizing fuel gas with low supply pressure, such as by-product hydrogen and low-pressure supply city gas.
  • the stripping members 80 may be provided in one-to-one correspondence with the fuel outlets 11 , a plurality of fuel outlets 11 may be covered with one stripping member 80 , and all the fuel outlets 11 may be covered.
  • a single stripping member 80 may be provided that is annularly shaped.
  • the combustion air in which the oxygen concentration is sufficiently lowered by mixing the combustion exhaust gas in the furnace is mixed with the fuel gas to perform combustion, thereby lowering the combustion temperature and reducing nitrogen oxides. generation can be suppressed.
  • the air injection port may continuously open annularly when viewed in the combustion air ejection direction.
  • the structure of the pilot burner is not particularly limited.
  • Reference Signs List 1 1A gas burner 10 fuel supply pipe 11 fuel outflow port 20 wind box 30 air supply pipe 40 air ejection port 41 end plate 42 short pipe 50 inner wall pipe 51 enlarged diameter portion 60 sealing plate 70 pilot burner 71 pilot air pipe 72 pilot fuel Pipe 80 Peeling member 100 Boiler 110 Can body 111 Water pipe

Abstract

本発明の一態様に係るガスバーナ（１）は、所定の燃焼用空気噴出方向に延び、燃料ガスが供給され、先端部の周面に開口し、燃料ガスを流出させる燃料流出口（１１）が形成される燃料供給管（１０）と、前記燃焼用空気噴出方向視で前記燃料供給管（１０）と同心の環状領域に開口し、燃焼用空気を前記燃料供給管（１０）に沿って前記燃焼用空気噴出方向に噴出する空気噴出口（４０）と、を備え、燃焼排ガスを巻き込んだ燃焼用空気と燃料ガスを混合して燃焼する。

Description

ガスバーナ及びボイラ
　本発明は、ガスバーナ及びボイラに関する。
　本願は、２０２１年３月３１日に日本に出願された特願２０２１－５９２８５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　例えばボイラ等において、燃料ガスを燃焼用空気と混合して燃焼させるガスバーナが広く利用されている。ガスバーナでは、燃焼温度が高くなり、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成が問題となる場合がある。窒素酸化物を低減するために、炉内に高速の燃焼用空気を噴出することにより炉内の排ガスを誘引するようにした自己再循環型バーナが知られている。噴出した燃焼用空気は酸素濃度の低い炉内の排ガスを巻き込みながら火炎と接触するため、燃焼が緩慢となって火炎温度が低下し、窒素酸化物の生成を低減できる。
　このような自己再循環型バーナとして、燃焼用空気の噴流の中に、燃焼用空気の噴き出し方向に延びる燃料ノズルを配設し、燃焼用空気の流れの中に燃料ガスを噴き出させるガスバーナが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平１１－１７３５０６号公報
　しかしながら、特許文献１に記載されるようなガスバーナでは、窒素酸化物の生成を十分に低減できない場合がある。例えば、水素等の燃焼速度の大きい燃料ガスを用いる場合は窒素酸化物の生成量が大きくなるおそれがある。
　従って、本発明は、窒素酸化物の生成を抑制できるガスバーナ及びボイラを提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係るガスバーナは、所定の燃焼用空気噴出方向に延び、燃料ガスが供給され、先端部の周面に開口し、燃料ガスを流出させる燃料流出口が形成される燃料供給管と、前記燃焼用空気噴出方向視で前記燃料供給管と同心の環状領域に開口し、燃焼用空気を前記燃料供給管に沿って前記燃焼用空気噴出方向に噴出する空気噴出口と、を備え、燃焼排ガスを巻き込んだ燃焼用空気と燃料ガスを混合して燃焼する。
　上述のガスバーナにおいて、前記空気噴出口から前記燃料流出口の中心までの前記燃焼用空気噴出方向の距離は、前記環状領域の外縁の直径の０．５倍以上３．０倍以下であってもよい。
　上述のガスバーナにおいて、前記燃料供給管の前記燃料流出口の上流側の外周に突設され、前記燃焼用空気の流れを前記燃料供給管から剥離させる剥離部材をさらに備えてもよい。
　上述のガスバーナにおいて、前記環状領域の内縁と前記燃料供給管との距離は、前記環状領域の内縁の半径と外縁の半径との差以下であってもよい。
　本発明の一態様に係るボイラは、上述のガスバーナと、前記ガスバーナを囲むように配置され、前記燃焼用空気噴出方向に延びる複数の水管を有し、前記ガスバーナの燃焼排ガスを前記複数の水管の軸方向に流す流路を画定する缶体と、を備える。
　上述のボイラにおいて、前記環状領域の内縁の直径と外縁の直径との平均は、前記缶体の内側空間の直径の０．１５倍より大きく０．７倍未満であってもよい。
　本発明によれば、窒素酸化物の生成を抑制できるガスバーナ及びボイラを提供できる。
本発明の第１実施形態に係るボイラの断面図である。 図１のボイラのガスバーナの構成を示す断面図である。 図２のガスバーナのＸ－Ｘ線断面図である。 本発明の第２実施形態に係るガスバーナの構成を示す断面図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るガスバーナ１を備えるボイラ１００の構成を示す断面図である。図２は、ガスバーナ１の構成を示す断面図である。図３は、ガスバーナ１の断面図である。
　ボイラ１００は、所定の燃焼用空気噴出方向（本実施形態においては上下方向）に延びる火炎を形成するガスバーナ１と、ガスバーナ１の燃焼排ガスによって加熱される缶体１１０とを備える。ボイラ１００は、それ自体が本発明に係るボイラの一実施形態である。
　缶体１１０は、ガスバーナ１を囲むように配置され、燃焼用空気噴出方向（上下方向）に延びる複数の水管１１１と、複数の水管１１１の下端を接続する下部ヘッダ１１２と、複数の水管１１１の上端を接続する上部ヘッダ１１３と、を有する。缶体１１０は、ガスバーナ１の燃焼排ガスを複数の水管１１１の軸方向に流す流路を画定する。
　缶体１１０において、複数の水管１１１は、ガスバーナ１の噴射方向視で二重の環状に配置される。内側の水管１１１のガスバーナ１と反対側の端部を除いて、周方向に隣接する水管１１１同士は、直接又は帯状の部材によって接続され、燃焼排ガスが通過できないように配設される。これにより、ガスバーナ１の燃焼排ガスは、内側の水管１１１の内側の空間を通り、ガスバーナ１と反対側の端部で水管１１１の隙間を通り抜け、内側の水管１１１と外側の水管１１１との間の空間を逆方向に通過してから外部に排出される。
　ガスバーナ１は、燃焼用空気噴出方向に延びる燃料供給管１０と、燃料供給管１０の上流部を囲むよう配置されるウインドボックス２０と、燃料供給管１０の外側に配置されるようウインドボックス２０から延出する空気供給管３０と、燃料供給管１０の周囲に配置されるよう空気供給管３０の先端に設けられる複数の空気噴出口４０と、燃料供給管１０の内側に配置される内壁管５０と、燃料供給管１０の先端で燃料供給管１０と内壁管５０との隙間を封止する環状の封止板６０と、内壁管５０の内側に配置されるパイロットバーナ７０と、を備える。
　ガスバーナ１は、燃焼排ガスを巻き込んだ燃焼用空気と燃料ガスを混合して燃焼する。ガスバーナ１は、燃焼用空気の噴流を形成することによって、炉内の燃焼排ガスを巻き込んで酸素濃度が低下した燃焼用空気に燃料ガスを混合するよう構成される。これによって、燃料ガスが混合される時点の燃焼用空気の酸素濃度が低下するので、燃焼温度が低減されることにより、窒素酸化物の生成が軽減される。
　燃料供給管１０は、先端部の周面に開口する複数の燃料流出口１１を有する。燃料供給管１０は、供給された燃料ガスを各燃料流出口１１から流出させる。燃料流出口１１は、均等に燃料ガスを流出させるために、燃焼用空気噴出方向に同じ位置に、周方向に等間隔に形成されることが好ましい。ガスバーナ１において使用される燃料ガスとしては、例えば水素ガス、メタンガス、プロパンガス、水素を含むガス等が想定されるが、本実施形態において、特に燃焼速度が大きい水素ガスや水素を含むガスを使用する場合において窒素酸化物を低減する効果が顕著となる。
　燃料流出口１１は、空気噴出口４０から燃焼用空気噴出方向下流側に距離を空けて開口する。これにより、空気噴出口４０から噴出された後に炉内の燃焼排ガスが混合されて酸素濃度が低下した燃焼用空気に燃料ガスを混合するので、燃焼温度が低減されることにより窒素酸化物の生成を抑制することができる。なお、燃料流出口１１は、本実施形態のように燃料供給管１０の周面に開口するものに限られず、燃料供給管１０に設けられた開口にバーリング加工などにより立ち上がりを設けることにより燃料供給管１０の周面からオフセットする等、燃料供給管１０の外壁を立体的に加工して形成される開口部であってもよい。
　ウインドボックス２０は、供給された燃焼用空気を燃料供給管１０に対する角度位置によってばらつかないように分配して空気供給管３０に導入する。
　空気供給管３０は、燃焼用空気を燃料供給管１０に沿って、燃焼用空気噴出方向に空気噴出口４０まで案内する。
　空気噴出口４０は、燃焼用空気を燃焼用空気噴出方向（図１及び図２では下方）に噴出する。図示する例において、空気噴出口４０は、空気供給管３０の先端を封止する終端板４１に配設される短管４２によって画定されている。複数の空気噴出口４０は、燃料供給管１０の全周に亘って、燃料供給管１０に沿う燃焼用空気の流れを形成するために、燃焼用空気噴出方向視で燃料供給管１０と同心の環状領域（図３の二点鎖線の間の領域）Ｒに開口するよう形成される。
　空気噴出口４０は、燃料供給管１０から径方向に離間して設けられることが好ましい。つまり、環状領域Ｒの内縁は燃料供給管１０から離間していることが好ましい。空気噴出口４０を燃料供給管１０から一定の距離を空けて設けることにより、空気噴流の内側に排ガスを誘引できるので、酸素濃度を均一化できる。空気噴出口４０から噴出される燃焼用空気は、噴流の外側に還流する炉内の燃焼排気ガスを巻き込むことによって徐々にその酸素濃度を低下させる。
　環状領域Ｒの外縁、つまり空気噴出口４０の仮想外接円の直径Ａは、燃料供給管１０の外径Ｂの２倍未満であることが好ましく、１．６５倍未満であることがより好ましい。燃料供給管１０の外径Ｂに対して空気噴出口４０の仮想外接円の直径Ａを必要以上に大きくしないことによって、燃料ガスと空気の良好な混合状態を実現する事ができ、不完全燃焼を抑制できる。
　環状領域Ｒの内縁、つまり空気噴出口４０の仮想内接円の直径Ｅと外縁の直径Ａとの平均、つまり本実施形態では空気噴出口４０の中心を結ぶ仮想円（図３に一点鎖線で図示）の直径Ｃは、缶体１１０の内側空間の直径Ｄ（内側の水管１１１のピッチ円直径、図１参照）の０．１５倍より大きく０．７倍未満であることが好ましい。これにより、燃焼用空気の噴流が水管に接触した燃焼排ガスを巻き込む領域を確保すると共に、燃焼に必要な空間を確保し、燃焼排ガスを効率的に燃焼用空気の噴流に巻き込むことができると同時に、不完全燃焼を防止できる。
　環状領域Ｒの内縁と燃料供給管１０の外縁との距離Ｘの下限としては、環状領域Ｒの内縁の半径（空気噴出口４０の仮想内接円の直径Ｅの１／２）と外縁の半径（空気噴出口４０の仮想外接円の直径Ａの１／２）との差、つまり環状領域Ｒの径方向の幅の１／１０が好ましく、１／５がより好ましい。一方、環状領域Ｒの内縁と燃料供給管１０の外縁との距離Ｘの上限としては、環状領域Ｒの内縁の半径と外縁の半径（直径Ａの１／２）との差の１倍が好ましく、１／２がより好ましい。環状領域Ｒの内縁と燃料供給管１０の外縁との距離Ｘを前記下限以上とすることによって、空気噴流の内側に排ガスを確実に誘引できるので酸素濃度をより均一化できる。また、環状領域Ｒの内縁と燃料供給管１０の外縁との距離Ｘを前記上限以下とすることによって、燃料供給管１０の外周面において燃焼用空気が十分な流速を有し、燃料流出口１１から流出する燃料ガスが効率よく燃焼用空気に混合されるので、局所的な燃焼温度の上昇を抑制して、より確実に窒素酸化物の生成を抑制できる。
　空気噴出口４０から燃料流出口１１の中心までの燃焼用空気噴出方向の距離Ｌの下限としては、環状領域Ｒの外縁の直径の０．５倍が好ましく、０．８倍がより好ましい。一方、空気噴出口４０から燃料流出口１１の中心までの燃焼用空気噴出方向の距離Ｌの上限としては、環状領域Ｒの外縁の直径の３．０倍が好ましく、２．５倍がより好ましい。空気噴出口４０から燃料流出口１１の中心までの燃焼用空気噴出方向の距離Ｌを前記下限以上とすることによって、燃焼用空気の噴流が周囲の燃焼排ガスを取り込んで酸素濃度が十分に低下した後に燃料ガスを混合できるので、燃焼温度を低下させて窒素酸化物の生成を確実に抑制できる。また、空気噴出口４０から燃料流出口１１の中心までの燃焼用空気噴出方向の距離Ｌを前記上限以下とすることによって、燃料と混合される燃焼用空気の速度を適正範囲とし、燃焼性の悪化および窒素酸化物の生成の増加を防止できる。また、距離Ｌを前記上限以下とすることによって、バーナの熱劣化を防止できる。
　内壁管５０は、燃料供給管１０の内側に配置され、燃料ガスの流路断面を環状に制限する。内壁管５０は、燃料流出口１１の上流側で燃料ガスの流路断面積を減少させるよう拡径する拡径部５１を有する。内壁管５０が拡径部５１を有することによって、燃料供給管１０の先端部内側における燃料ガスの流速が大きくなるので、燃焼により温度が高くなりやすい燃料供給管１０の先端部を燃料ガスで冷却することができ、ガスバーナ１の耐久性を向上できる。特に、燃料ガスは空気と比べて熱伝導率が大きいため、燃料ガスの流速を大きくすることによる燃料供給管１０の冷却効果の増大は小さくないものとなる。特に、燃料ガスとして水素ガスを用いる場合、水素ガスの熱伝導率は、２００℃において０．２５７Ｗ／ｍｋであり、空気の２００℃における熱伝導率０．０３８Ｗ／ｍｋの７倍近いため、拡径部５１による燃料供給管１０の冷却効果の増大が顕著となる。
　封止板６０は、燃料ガスの流路となる燃料供給管１０と内壁管５０との隙間を終端する。つまり、封止板６０は、燃料供給管１０の燃焼用空気噴出方向下流側の端面を形成する。これにより、燃料ガスは、燃料流出口１１からのみ流出する。
　パイロットバーナ７０は、パイロット燃焼用空気が供給されるパイロット空気管７１と、パイロット空気管７１の内側に配置され、パイロット燃料が供給されるパイロット燃料管７２と、を有する。パイロットバーナ７０は、パイロット空気管７１の先端部においてパイロット燃料とパイロット燃焼用空気とを混合し、パイロット火炎を形成する。
　パイロットバーナ７０と内壁管５０との隙間には、冷却用空気が供給されてもよい。これにより、冷却用空気によって内壁管５０を介して燃料ガスひいては燃料供給管１０を冷却できるので、ガスバーナ１の耐久性を向上できる。冷却用空気は、燃料供給管１０に供給される燃料ガスの流量に応じて流量が設定される燃焼用空気の一部を利用することができる。
　以上のように、ガスバーナ１は、空気噴出口４０の下流側に空気噴出口４０から適切な距離をおいて開口する燃料流出口１１から、炉内の燃焼排ガスが混合されて酸素濃度が十分に低下した燃焼用空気に燃料ガスを混合して燃焼を行うので、燃焼温度を低下させて窒素酸化物の生成を抑制できる。
　ボイラ１００では、複数の水管１１１によって周囲を閉鎖された空間内にガスバーナ１が配設されるため、周方向で燃焼用空気の流れに偏りを生じさせない。このため、燃焼用空気の噴流の外側に周方向で均等に炉内の燃焼排ガスが燃焼用空気に巻き込まれるため、窒素酸化物の生成を効果的に抑制できる。従って、ボイラ１００は、窒素酸化物の生成を抑制しながら効率よく水蒸気を生成できる。また、ボイラ１００は、ガスバーナ１の燃焼排ガスを複数の水管１１１の軸方向に流す流路を画定する缶体１１０を採用したことで、軸方向の流速に偏りがなく燃焼による局所的な高温部分の形成を抑制できるだけでなく、缶体１１０における圧損を低減でき、送風機のエネルギーを抑制する効果が得られると共に、燃料ガスの供給圧低減にも効果がある。
　続いて、本発明の第２実施形態に係るガスバーナ１Ａについて説明する。図４は、ガスバーナ１Ａの構成を示す断面図である。なお、以降の説明において、先に説明した実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略することがある。このガスバーナ１Ａは、図１のボイラ１００において、ガスバーナ１に換えて使用することができる。
　本実施形態のガスバーナ１Ａは、燃焼用空気噴出方向に延びる燃料供給管１０と、燃料供給管１０の上流部を囲むよう配置されるウインドボックス２０と、燃料供給管１０の外側に配置されるようウインドボックス２０から延出する空気供給管３０と、燃料供給管１０の周囲に配置されるよう空気供給管３０の先端に設けられる複数の空気噴出口４０と、燃料供給管１０の内側に配置される内壁管５０と、燃料供給管１０の先端で燃料供給管１０と内壁管５０との隙間を封止する環状の封止板６０と、内壁管５０の内側に配置されるパイロットバーナ７０と、燃料供給管１０の外周面に突設される剥離部材８０と、を備える。図４のガスバーナ１Ａは、図２のガスバーナ１に、剥離部材８０を付加したものである。つまり、図４のガスバーナ１Ａの剥離部材８０以外の構成要素は、図２のガスバーナ１の構成要素と同じである。
　剥離部材８０は、燃料流出口１１の近傍且つ燃焼用空気噴出方向上流側に配設される。剥離部材８０は、燃料流出口１１の直前において、燃焼用空気の流れを部分的に燃料供給管１０から剥離させる。このように、燃焼用空気の流れを剥離させることで、燃焼用空気と燃料ガスとの混合を促進できるため、局所的な高温部の発生を抑制できる。また、剥離部材８０により燃焼用空気の流れを剥離させることで、剥離部材８０の下流側に圧力が低い低圧領域を形成することができる。この低圧領域に燃料流出口１１が開口することによって、燃料ガスの供給圧力が低い場合であっても、十分な量の燃料ガスを流出させされる。つまり、本実施形態のガスバーナ１Ａは、例えば副生水素や低圧供給都市ガス等の供給圧力が低い燃料ガスを加圧することなく使用することができる。
　剥離部材８０は、燃料流出口１１に一対一に対応して設けられてもよく、複数の燃料流出口１１を１つの剥離部材８０でカバーしてもよく、全ての燃料流出口１１をカバーするよう環状に形成される単一の剥離部材８０を設けてもよい。
　本実施形態のガスバーナ１Ａにおいても、炉内の燃焼排ガスが混合されて酸素濃度が十分に低下した燃焼用空気に燃料ガスを混合して燃焼を行うことにより、燃焼温度を低下させて窒素酸化物の生成を抑制できる。
　以上、本発明に係るガスバーナの好ましい実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
　例として、本発明に係るガスバーナにおいて、空気噴射口は、燃焼用空気噴出方向視で環状に連続して開口してもよい。また、本発明に係るガスバーナにおいてパイロットバーナの構造は特に限定されない。
　１，１Ａ　ガスバーナ
　１０　燃料供給管
　１１　燃料流出口
　２０　ウインドボックス
　３０　空気供給管
　４０　空気噴出口
　４１　終端板
　４２　短管
　５０　内壁管
　５１　拡径部
　６０　封止板
　７０　パイロットバーナ
　７１　パイロット空気管
　７２　パイロット燃料管
　８０　剥離部材
　１００　ボイラ
　１１０　缶体
　１１１　水管
 
 

Claims (6)

  1. 　所定の燃焼用空気噴出方向に延び、燃料ガスが供給され、先端部の周面に開口し、燃料ガスを流出させる燃料流出口が形成される燃料供給管と、
    　前記燃焼用空気噴出方向視で前記燃料供給管と同心の環状領域に開口し、燃焼用空気を前記燃料供給管に沿って前記燃焼用空気噴出方向に噴出する空気噴出口と、を備え、
    燃焼排ガスを巻き込んだ燃焼用空気と燃料ガスを混合して燃焼するガスバーナ。
  2. 　前記空気噴出口から前記燃料流出口の中心までの前記燃焼用空気噴出方向の距離は、前記環状領域の外縁の直径の０．５倍以上３．０倍以下である、請求項１に記載のガスバーナ。
  3. 　前記燃料供給管の前記燃料流出口の上流側の外周に突設され、前記燃焼用空気の流れを前記燃料供給管から剥離させる剥離部材をさらに備える、請求項１又は２に記載のガスバーナ。
  4. 　前記環状領域の内縁と前記燃料供給管との距離は、前記環状領域の内縁の半径と外縁の半径との差以下である、請求項１から３のいずれかに記載のガスバーナ。
  5. 　請求項１から４のいずれかに記載のガスバーナと、
    　前記ガスバーナを囲むように配置され、前記燃焼用空気噴出方向に延びる複数の水管を有し、前記ガスバーナの燃焼排ガスを前記複数の水管の軸方向に流す流路を画定する缶体と、
    を備える、ボイラ。
  6. 　前記環状領域の内縁の直径と外縁の直径との平均は、前記缶体の内側空間の直径の０．１５倍より大きく０．７倍未満である、請求項５に記載のボイラ。 
     
PCT/JP2021/040735 2021-03-31 2021-11-05 ガスバーナ及びボイラ WO2022208969A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023510207A JPWO2022208969A1 (ja) 2021-03-31 2021-11-05

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-059285 2021-03-31
JP2021059285 2021-03-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022208969A1 true WO2022208969A1 (ja) 2022-10-06

Family

ID=83458491

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/040735 WO2022208969A1 (ja) 2021-03-31 2021-11-05 ガスバーナ及びボイラ

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2022208969A1 (ja)
WO (1) WO2022208969A1 (ja)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11337022A (ja) * 1998-05-28 1999-12-10 Samson Co Ltd 低ＮＯｘガスバーナ
JP2002235907A (ja) * 2000-12-04 2002-08-23 Osaka Gas Co Ltd 燃焼装置
JP2002364812A (ja) * 2001-06-06 2002-12-18 Osaka Gas Co Ltd 燃焼装置
JP2005273961A (ja) * 2004-03-23 2005-10-06 Osaka Gas Co Ltd 燃焼装置
JP2005274023A (ja) * 2004-03-25 2005-10-06 Miura Co Ltd 水管ボイラ
JP2006090690A (ja) * 2004-08-24 2006-04-06 Samson Co Ltd パイロット火炎によるメインバーナの加熱を防止する燃焼装置
JP2010242982A (ja) * 2009-04-01 2010-10-28 Samson Co Ltd 先混合バーナ
JP2013160456A (ja) * 2012-02-06 2013-08-19 Tokyo Gas Co Ltd 難分解物質の分解処理装置
CN212430855U (zh) * 2020-05-21 2021-01-29 瓦兰热能设备(无锡)有限公司 一种超低氮燃烧装置的燃烧头及超低氮燃烧装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11337022A (ja) * 1998-05-28 1999-12-10 Samson Co Ltd 低ＮＯｘガスバーナ
JP2002235907A (ja) * 2000-12-04 2002-08-23 Osaka Gas Co Ltd 燃焼装置
JP2002364812A (ja) * 2001-06-06 2002-12-18 Osaka Gas Co Ltd 燃焼装置
JP2005273961A (ja) * 2004-03-23 2005-10-06 Osaka Gas Co Ltd 燃焼装置
JP2005274023A (ja) * 2004-03-25 2005-10-06 Miura Co Ltd 水管ボイラ
JP2006090690A (ja) * 2004-08-24 2006-04-06 Samson Co Ltd パイロット火炎によるメインバーナの加熱を防止する燃焼装置
JP2010242982A (ja) * 2009-04-01 2010-10-28 Samson Co Ltd 先混合バーナ
JP2013160456A (ja) * 2012-02-06 2013-08-19 Tokyo Gas Co Ltd 難分解物質の分解処理装置
CN212430855U (zh) * 2020-05-21 2021-01-29 瓦兰热能设备(无锡)有限公司 一种超低氮燃烧装置的燃烧头及超低氮燃烧装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2022208969A1 (ja) 2022-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8607568B2 (en) Dry low NOx combustion system with pre-mixed direct-injection secondary fuel nozzle
JP4902208B2 (ja) 燃焼器用ベンチュリ
JP5188238B2 (ja) 燃焼装置及びバーナの燃焼方法
US20100018211A1 (en) Gas turbine transition piece having dilution holes
KR19990014119A (ko) 미분탄 연소 버너
JP2001324144A (ja) ガスタービン燃焼器
JP2005308389A (ja) ガスタービンエンジン燃焼器を製作するための方法及び装置
CN107062226B (zh) 一种高温烟气大回流低氮燃烧器
JP4340873B2 (ja) 燃焼装置
CN108738333B (zh) 复合型低氮氧化物燃烧器
WO2022208969A1 (ja) ガスバーナ及びボイラ
US20180340689A1 (en) Low Profile Axially Staged Fuel Injector
US20230014871A1 (en) Radiant wall burner
CN209782713U (zh) 一种燃气轮机的燃烧室及燃气轮机
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
CN109297018B (zh) 一种低氮气体燃烧器
WO2022168380A1 (ja) ガスバーナ及びボイラ
WO2022208968A1 (ja) ガスバーナ及びボイラ
WO2022168381A1 (ja) ガスバーナ及びボイラ
KR102317704B1 (ko) 재순환 포트를 포함하는 초저질소산화물 연소장치
JP7132096B2 (ja) ガスタービン燃焼器
WO2022208967A1 (ja) ガスバーナ及びボイラ
JP4069882B2 (ja) ボイラ
JP2019211095A (ja) 油焚きバーナおよび多管式貫流ボイラ
RU2777164C1 (ru) Способ снижения выбросов оксидов азота и преобразования горелки в низкотоксичную, устройство для его реализации

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21935125

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023510207

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21935125

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1