JP2006029763A - 混焼用バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】安定した火炎の形成を実現できるようにするとともに、ボイラのコンパクト化に十分に対応できるようにした混焼用バーナを提供すること。
【解決手段】油アトマイザ１Ａを先端部に取り付け、かつバーナのレジスター７の中心部に配設した油バーナ１と、油バーナ１の先端周囲の外周部に配設したスワラ３と、スワラ３の周回方向に沿って破線環状に配設した複数本のガスバーナ２、４とより構成する混焼用バーナにおいて、ガスバーナをメインガスバーナ２とパイロット用ガスバーナ４とに分離し、メインガスバーナ２をスワラ３の外周部に、パイロット用ガスバーナ４をスワラ３を貫通するようにそれぞれ配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、混焼用バーナに関し、特に、天然ガス等のガス体燃料、重油等の液体燃料、又はガス体燃料と液体燃料を同時に燃焼するようにしたボイラ用の混焼用バーナであって、その中心部に蒸気噴霧式の油バーナを、その先端周囲に保炎用のスワラを配置し、ガス体燃料の一部を保炎用のスワラ内に供給し、残りのガス体燃料をスワラの周囲外部に配置されたメインガスノズルから供給することで、ガス体燃料及びガス・液体燃料混焼時に、より安定したコンパクトな火炎を形成するようにした混焼用バーナに関するものである。

従来、天然ガス等のガス体燃料、重油等の液体燃料、又はガス体燃料と液体燃料を同時に燃焼するようにした産業用又は船舶用ボイラに採用する混焼用バーナにおいて、ガス火炎の安定を図るため、図４に示すように、スワラ外部からの巻き込みによる渦の中心部の負圧域に保炎用火炎を形成し、その火炎によって保炎するようにした混焼用バーナが提案されている。
ところで、この混焼用バーナは、バーナ中心部に保炎用スワラを配し、その中心部に油アトマイザが設置され、また、保炎用スワラの外周部には、複数本のガスノズルが設置されており、ガスはガス供給口から導入されガス室に導かれた後、各ガスノズルから均等に噴出され、また、空気は、風箱に導入された後、レジスター内側を通り炉内に導かれる。この際、空気の一部が保炎用スワラを通り、中心部に負圧域をもつ渦が形成され、ガスノズルから噴出されたガスの一部が負圧域に導かれ、スワラのごく近傍に保炎効果のある安定した火炎が形成されるようにしている。

ところで、混焼用バーナにおいて、安定した最適な強度の保炎用火炎が形成されないと、特にボイラ等のように、高い燃焼室負荷で運転する設備や急激な負荷変動がある設備では、必要とされる火炎形成の安定性や火炎のコンパクト性が失われ、振動燃焼や不完全燃焼等を起こし易いものとなっていた。

このため、図４に示すような混焼用バーナにおいては、スワラ外部からのガスの巻き込みによって保炎を行うようにしているため、保炎用ガス量を任意に変化させることが困難で、中心部の負圧域に、負圧域を壊さずに任意の強度の保炎用火炎を自由に形成することは困難であった。

本発明は、上記従来の混焼用バーナの有する問題点に鑑み、安定した火炎の形成を実現できるようにするとともに、ボイラのコンパクト化に十分に対応できるようにした混焼用バーナを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の混焼用バーナは、油アトマイザを先端部に取り付け、かつバーナのレジスターの中心部に配設した油バーナと、該油バーナの先端周囲の外周部に配設したスワラと、該スワラの周回方向に沿って破線環状に配設した複数本のガスバーナとより構成する混焼用バーナにおいて、ガスバーナをメインガスバーナとパイロット用ガスバーナとに分離し、メインガスバーナをスワラの外周部に、パイロット用ガスバーナをスワラを貫通するようにそれぞれ配置したことを特徴とする。

この場合において、パイロット用ガスバーナからのガス供給量を、全供給ガス量の１０％〜５５％に設定することができる。

また、パイロット用ガスバーナからのガス噴出方向を、軸心方向に対し略直交方向の旋回円の接線方向に対し、−６０゜〜０゜に設定することができる。

また、メインガスバーナからのガス噴出方向を、外周方向及び旋回方向に噴出するように形成することができる。

また、メインガスバーナからのガス噴出方向を、外周方向、略旋回方向及びこれらの中間方向に噴出するように形成することができる。

本発明の混焼用バーナによれば、油アトマイザを先端部に取り付け、かつバーナのレジスターの中心部に配設した油バーナと、該油バーナの先端周囲の外周部に配設したスワラと、該スワラの周回方向に沿って破線環状に配設した複数本のガスバーナとより構成する混焼用バーナにおいて、ガスバーナをメインガスバーナとパイロット用ガスバーナとに分離し、メインガスバーナをスワラの外周部に、パイロット用ガスバーナをスワラを貫通するようにそれぞれ配置しているから、バーナ軸心に設定された保炎用のスワラで形成される負圧域にスワラの上流部よりスワラを貫通した位置にあるパイロット用ガスバーナから適量のガスを供給することにより、安定した火炎を形成することができ、また、中心軸上に設定した油アトマイザを設けることにより、油専焼、ガス専焼及び油・ガス混焼を可能にし、しかも安定したコンパクトな火炎形成を可能にすることができる。

また、パイロット用ガスバーナからのガス供給量を、全供給ガス量の１０％〜５５％に設定することにより、バーナ中心部でスワラにより再循環を伴う火炎を形成し、かつこの火炎の渦によりメインノズルから噴出する燃料を安定して継続的に燃焼させることができる。

また、パイロット用ガスバーナからのガス噴出方向を、軸心方向に対し略直交方向の旋回円の接線方向に対し、−６０゜〜０゜に設定することにより、保炎用のスワラで形成される空気の渦の流れを壊さずに導入することができ、安定した保炎用の火炎を形成することができる。

また、メインガスバーナからのガス噴出方向を、外周方向及び旋回方向に噴出するように形成することにより、保炎用のスワラで形成される空気の渦の流れを壊さずに空気とガス体燃料との混合を促進することができる。

また、メインガスバーナからのガス噴出方向を、外周方向、略旋回方向及びこれらの中間方向に噴出するように形成することにより、保炎用のスワラで形成される空気の渦の流れを壊さずに空気とガス体燃料との混合をさらに促進することができる。

以下、本発明の混焼用バーナの実施の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。

図１〜図３に、本発明の混焼用バーナの一実施例を示す。
安定したコンパクトな火炎の形成が可能な油、ガスの混焼用バーナとしては、特に限定されるものではないが、例えば、図１に示すような構成の混焼用バーナＢを用いることができる。

この混焼用バーナＢは、従来の該種バーナと同様に、混焼用バーナＢの中心部（レジスターの中心部ともなる）に配置した、主として重油等の液体燃料を燃料とする１つの油バーナ１と、該油バーナ１の先端周囲の外周部に配設した保炎用のスワラ３と、このスワラ３の周回方向に沿って破線環状に配設した複数本のスポーク型燃料ガスバーナのメインガスバーナ２及びパイロット用ガスバーナ４とから構成する。
この場合、各メインガスバーナ２及びパイロット用ガスバーナ４の先端部には、それぞれガスノズル２Ａ、４Ａを取り付け、それぞれ破線環状に配置する複数本のメインガスバーナ２とパイロット用ガスバーナ４とは、図２に示すように、油バーナ１を中心として、メインガスバーナ２を大径に、パイロット用ガスバーナ４を小径となる同心異径状に配置するものとする。

油バーナ１の先端部には、従来の油バーナと同様に油アトマイザ１Ａを取り付けるとともに、油バーナ１の基端側に燃料油としての重油及び噴霧用媒体としての蒸気を供給するための油供給口１ＢＯ及び蒸気供給口１ＢＳをそれぞれ配設し、この油バーナ１の外周部で、油アトマイザ１Ａの外周部を取り囲むようにして保炎用のスワラ３を配設するとともに、このスワラ３の内周側にホッパー５を取り付けるようにしている。

メインガスバーナ２とパイロット用ガスバーナ４の基端側には、全メインガスバーナ２とパイロット用ガスバーナ４を導通するようにガス室６を配設し、該ガス室６に接続したガス供給口２Ｂから供給する天然ガス等の燃料ガスをガス室６を経て全ガスバーナ２、４に供給し、パイロット用ガスノズル４Ａ及びメインガスノズル２Ａから噴出するようにする。

また、中央に配置する油バーナ１並びにその外周部に配置する複数本のメインガスバーナ２及びパイロット用ガスバーナ４を１つのレジスター７内に納めるとともに、このレジスター７を風箱８内に配置し、該風箱８内に送風機（図示省略）から送り込まれる送風をレジスター８の空気供給口８Ｂからレジスター内に導入し、レジスター７の先端を経て、レジスター７先端外周部を取り囲むように配設したバーナタイル９内へと流れるように構成される。
なお、図中８Ａは、流れの偏流を防止する空気分布板で、空気供給口８Ｂからレジスター内に導入される空気の流れを整えて筒状で先端部を先広がり形としたレジスター内を均等に流通するようにする。また、１０はバーナ前板を示す。

また、図１（Ｂ）及び図２に示すように、油バーナ１の外周部において、油バーナ１の先端部外周に配設したスワラ３を取り巻くように破線環状に配置するメインガスバーナ２の本数は、その数をバーナ容量により変化させ、特に限定されるものではないが、例えば、３〜１０本程度の複数本（本実施例においては、５本）とする。
この各メインガスバーナ２の先端に取り付けたメインガスノズル２Ａには、図２に示すように、それぞれメインガスノズル２Ａの１つ当たり、外周方向（略放射方向）で先端側に向けて噴射するように１〜５個程度（本実施例においては、１個）のガス噴出孔１１ａ及び空気の旋回方向（略周回方向）で先端側に向けて噴射するように１〜５個程度（本実施例においては、１個）のガス噴出孔１１ｂを設けるようにする。
このメインガスノズル２Ａの構成は、これに限定されず、例えば、図３に示すように、それぞれメインガスノズル２Ａの１つ当たり、外周方向（略放射方向）で先端側に向けて噴射するように１〜５個程度（本実施例においては、１個）のガス噴出孔１１ａ及び空気の旋回方向（略周回方向）で先端側に向けて噴射するように１〜５個程度（本実施例においては、１個）のガス噴出孔１１ｂ並びにその中間で先端側に向けて噴射するように１〜５個程度（本実施例においては、１個）のガス噴出孔１１ｃを設けるようにすることもできる。
これにより、メインガスノズル２Ａからのガスの噴出方向は、外周方向及び旋回方向となり、レジスター内を均等に流通してスワラ３を通過する際、空気にはスワラ３の旋回羽根の作用により右又は左方向の旋回がかかり、かつスワラ３の外周部の空気にも作用して旋回しているので、メインガスノズル２Ａから外周方向と旋回方向へ噴出されるガス体燃料との混合を促進するものとなる。

パイロット用ガスバーナ４は、メインガスバーナ２と同様にバーナ容量により変化させ、特に限定されるものではないが、例えば、３〜１０本程度の複数本（本実施例においては、５本）とし、この各パイロット用ガスバーナ４の先端に取り付けたパイロット用ガスノズル４Ａには、そのガス噴出方向を、バーナ軸心方向に対し略直交方向の旋回円（保炎用スワラ３による旋回方向）の接線方向に対し、−６０゜〜０゜（本実施例においては、−３６゜）となるようにガス噴出孔１１ｄを設けるようにする。
これにより、保炎用のスワラ３で形成される空気の渦の流れを壊さずにガスを導入することができ、安定した保炎用の火炎を形成することができる。
さらに、パイロット用ガスバーナからのガス供給量を、全供給ガス量の１０％〜５５％に設定する。このガス供給量は、１０％〜５５％の範囲内で自由に調整することができるようにする。
なお、ガス噴出孔１１ｄは、図２に示すように、先端側に向けて噴射するようにするほか、図３に示すように、バーナ軸心と直交する面内方向に向けて噴射するようにすることもでき、これにより、一層安定した保炎用の火炎を形成することができる。

次に、この混焼用バーナの作用を、図面に基づいて説明する。
予め設定された油圧を有するようにした燃料油としての重油と、噴霧用媒体としての噴霧用蒸気とが、油バーナ１の油供給口１ＢＯ及び蒸気供給口１ＢＳへ供給されると、油バーナ１内を経て先端に取り付けられた油アトマイザ１Ａ内にて混合され、噴霧状となってバーナタイル９内の燃焼室内へ噴霧状にして吐出される。

一方、燃焼用の空気は、ブロアー等から空気供給口８Ｂを経て空気分布流板８Ａにて流れの偏流を防止するようにして風箱８内に送り込まれると、該風箱８内に配設したレジスター７内に導入され、該レジスター７の先端を経て、レジスター７の先端外周部を取り囲むように配設したバーナタイル９内へと流れる。この際、レジスター７内を流れる空気の一部は、保炎用のスワラ３を通して中心部に負圧域をもった渦が形成され、残りの一部は保炎用スワラの外周部の隙間を流れ炉内に供給される。

また、天然ガス等のガス体燃料は、ガス供給口２Ｂからガス室６内に供給され、該ガス室６に接続した複数本のインガスバーナ２とパイロット用ガスバーナ４とに供給され、先端に取り付けられたメインガスノズル２Ａ及びパイロット用ガスノズル４Ａから噴出される。
このパイロット用ガスノズル４Ａから噴出されるガス量は、任意に決定することができ、特に限定されるものではなく、保炎用スワラの大きさによっても異なるが、例えば、全供給ガス量の１０％〜５５％程度とするのが最適となる。
このように、ガス体燃料の１０％〜５５％をバーナ中心部のスワラで形成される負圧域に供給し、残りのガス体燃料をメインガスノズルから供給して燃焼させることにより、バーナ中心部でスワラにより再循環を伴う火炎を形成し、かつこの火炎の渦によりメインガスノズルから噴出する燃料を安定して継続的に燃焼させることができる。

なお、このバーナ中心部に供給されるガス体燃料（パイロットガス量）が全供給ガス量の１０％よりも少ないと、保炎用の火炎が安定せず、必要とされる保炎力が確保されずに、全体の火炎も不安定になり安定した火炎が得られにくくなるとともに、反対にバーナ中心部のスワラにより形成された渦部に供給されるガス体燃料（パイロットガス量）が全供給ガス量の５５％よりも多いと、中心部の負圧域が弱くなり、全体の火炎は不安定になり、中心部の空気不足を招いて長炎になり、火炎のコンパクト性を失う。

この場合、パイロット用ガスノズル４Ａから噴出されるパイロットガスの噴出方向が、バーナ軸心方向に略直交し、保炎用スワラの旋回の接線方向に対して−６０゜から０゜の範囲に設定されているため、保炎用のスワラで形成される渦の流れが壊されないので、安定した保炎用の火炎を形成される。

また、バーナ中心となる油バーナの先端に油アトマイザを設けることにより、油専焼バーナ又は油とガスを同時に燃焼できる油・ガス混焼用バーナとしても使用できる。この場合、保炎用スワラにより形成された負圧域に、油火炎が十分に保炎され安定した火炎が形成される。従って油とガス体燃料を、同一のバーナで各々の燃料の専焼運転から両燃料の混焼まで高ターンダウン比運転が可能で、しかもコンパクトで安定した火炎を形成することができる。

以上、本発明の混焼用バーナについて、実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の混焼用バーナは、バーナ中心部でスワラにより再循環を伴う火炎を形成し、かつこの火炎の渦によりメインガスノズルから噴出する燃料を安定して継続的に燃焼させることにより、安定した火炎の形成を実現できるようにするとともに、ボイラのコンパクト化に十分に対応できるという特性を有していることから、産業用或いは船舶用ボイラの用途に好適に用いることができる。

本発明の混焼用バーナの一実施例を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は正面図である。 同拡大正面図である。 本発明の混焼用バーナの変形実施例を示し、（ａ）は混焼用バーナの拡大正面図、（ｂ）はメインガスノズルの正面図、（ｃ）はメインガスノズルの断面図、（ｄ）はパイロット用ガスノズルの正面図、（ｅ）はパイロット用ガスノズルの断面図である。 従来のバーナの断面図である。

符号の説明

Ｂ 混焼用バーナ
１ 油バーナ
１Ａ 油アトマイザ
１ＢＯ 油供給口
１ＢＳ 蒸気供給口
２ メインガスバーナ
２Ａ メインガスノズル
２Ｂ ガス供給口
３ スワラ
４ パイロット用ガスバーナ
４Ａ パイロット用ガスノズル
５ ダンパー
６ ガス室
７ レジスター
８ 風箱
８Ａ 空気供給口
９ バーナタイル
１０ バーナ前板
１１ａ ガス噴出孔
１１ｂ ガス噴出孔
１１ｃ ガス噴出孔
１１ｄ ガス噴出孔

Claims (5)

1. 油アトマイザを先端部に取り付け、かつバーナのレジスターの中心部に配設した油バーナと、該油バーナの先端周囲の外周部に配設したスワラと、該スワラの周回方向に沿って破線環状に配設した複数本のガスバーナとより構成する混焼用バーナにおいて、ガスバーナをメインガスバーナとパイロット用ガスバーナとに分離し、メインガスバーナをスワラの外周部に、パイロット用ガスバーナをスワラを貫通するようにそれぞれ配置したことを特徴とする混焼用バーナ。
2. パイロット用ガスバーナからのガス供給量を、全供給ガス量の１０％〜５５％に設定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の混焼用バーナ。
3. パイロット用ガスバーナからのガス噴出方向を、軸心方向に対し略直交方向の旋回円の接線方向に対し、−６０゜〜０゜に設定するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の混焼用バーナ。
4. メインガスバーナからのガス噴出方向を、外周方向及び旋回方向に噴出するように形成したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の混焼用バーナ。
5. メインガスバーナからのガス噴出方向を、外周方向、略旋回方向及びこれらの中間方向に噴出するように形成したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の混焼用バーナ。

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