JP3571158B2

JP3571158B2 - Combustion equipment

Info

Publication number: JP3571158B2
Application number: JP00742397A
Authority: JP
Inventors: 均加治; 靖夫廣瀬
Original assignee: Chiyoda Corp
Current assignee: Chiyoda Corp
Priority date: 1997-01-20
Filing date: 1997-01-20
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2017-01-20
Also published as: JPH10205743A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスの熱を蓄熱体を有する熱交換器で回収し、この回収した熱で酸化剤及び被燃焼ガスを予熱する燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉ガスのように発熱量が１０００Ｋｃａｌ／ｍ^３Ｎ以下の低カロリーガス等を被燃焼ガスとして燃焼させる際に、被燃焼ガスを予熱すると、火炎温度が上昇して熱効率が向上することが知られている。そして特開平６−６６４２１号公報には、排気ガスの熱を利用して低カロリーガスを予熱する構造の燃焼装置が提案されている。この公報に開示された従来の燃焼装置では、通気性のある蓄熱体を備えて中央部にバーナのバーナノズルが配置された熱交換器を燃焼室を囲む壁部に設けた開口部内に配置する。そしてこの熱交換器の蓄熱体で排気ガスの熱を回収し、この蓄熱体を通して酸化剤と低カロリーガスを燃焼室に供給することにより酸化剤と低カロリーガスとを予熱している。具体的には、蓄熱体を通して燃焼室から連続的に排気ガスを排気する排気ガス通路を燃焼室を囲む壁部に設けた開口部に連続して設ける。そして排気ガスの熱で加熱された蓄熱体の部分を通して燃焼室に空気を供給する空気通路と排気ガスの熱で加熱された蓄熱体の部分を通して燃焼室に低カロリーガスを供給する燃料通路とを具備する空気−燃料ダクトを排気ガス通路の内部に配置する。そして蓄熱体または空気−燃料ダクトの一方を回転させることにより、排気ガスから連続的に熱を回収し、この回収した熱で空気と低カロリーガスを連続的に予熱している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら熱回収と予熱のために、蓄熱体または空気−燃料ダクトの一方を回転させる構造を採用すると、蓄熱体と空気−燃料ダクトの先端側ノズル部との間に回転を許容するための隙間が形成される。しかしながらこの隙間を完全にシールすることは難しく、この隙間を通して低カロリーガスが漏洩し、その結果燃焼効率が悪くなる問題が発生する。また従来の燃焼装置を用い、低カロリーガスに代えて臭気ガスを燃焼させて臭気ガスを処理をすることが考えられたが、この場合にも、前述と同様に臭気ガスが漏洩するために、完全に臭気ガスを燃焼処理することができない問題が発生する。
【０００４】
本発明の目的は、被燃焼ガスを予熱して、しかも被燃焼ガスの漏洩を抑制できる燃焼装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、被燃焼ガスの漏洩を実質的に防止できる燃焼装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の別の目的は、低カロリーガスまたは臭気ガスを予熱して燃焼させる場合に、低カロリーガスまたは臭気ガスの漏洩を抑制できる燃焼装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基本的には、通気性のある蓄熱体を備えて中央部にバーナのバーナノズルが配置された熱交換器と、蓄熱体を通して燃焼室から排気する排気ガスを流す排気ガス通路と、排気ガスの熱で加熱された蓄熱体の部分を通して燃焼室に酸化剤を供給する酸化剤通路と、排気ガスの熱で加熱された蓄熱体の部分を通して燃焼室に被燃焼ガスを供給する被燃焼ガス通路とを具備し、排気ガス通路，酸化剤通路及び被燃焼ガス通路と熱交換器との間にバーナを中心にして相対的な回転を生じさせる構造を有する燃焼装置を改良の対象とする。
【０００８】
なお熱交換器は、蓄熱体の端面を各通路側に直接露出させる構造でもよいが、蓄熱体の端面側に機械的強度の高い通気性のある構造体を配置した構造にしてもよい。また蓄熱体は、通気性を有していればよく、その構成は任意である。
【０００９】
そして被燃焼ガスとしては、低カロリーガスや臭気ガス等のように予熱可能で燃焼するガスが用いられる。また酸化剤としては、一般的には空気が用いられる。なお、臭気ガスのように燃焼処理される被燃焼ガスを用いる場合には、酸化剤の他に、揮発性有機化合物を含まない窒素や不活性ガス等も用いることができる。
【００１０】
本発明においては、被燃焼ガス通路の先端部から蓄熱体に向かって流れ出る被燃焼ガス流を酸化剤通路の先端部から蓄熱体に向かって流れ出る酸化剤流で囲むように被燃焼ガス通路と酸化剤通路とを構成する。このようにすると、被燃焼ガス通路の先端部から蓄熱体に向かって流れ出る被燃焼ガス流は、酸化剤流によって常時囲まれている（酸化剤の流れによって形成されたをシール層によって包まれている）状態にあるため、被燃焼ガスが被燃焼ガス通路の先端部と熱交換器との間に形成される隙間から、排気側に漏出するのを抑制できる。
【００１１】
なお燃焼装置が燃焼室を囲む壁部に対して設けられる場合には、燃焼室を囲む壁部に設けた開口部に熱交換器（具体的には蓄熱体）の一部が収納される状態で熱交換器を配置すればよい。この場合に、排気ガス通路を開口部と連続して設けるときには、蓄熱体または酸化剤通路及び被燃焼ガス通路の先端部をバーナを中心にして回転させる回転駆動機構を用いる。更に、開口部に対して設けられて内部に排気ガス通路を有する排気ガス通路構造体と、排気ガス通路構造体の内部に配置されて内部に酸化剤通路及び被燃焼ガス通路の先端部を有する酸化剤−被燃焼ガス通路構造体とを用いる。そしてこの酸化剤−被燃焼ガス通路構造体には、被燃焼ガス通路の先端部を構成する内側通路と該内側通路の周囲を囲むように構成されて酸化剤通路の先端部を構成する外側通路とを備え、内側通路から蓄熱体に向かって流れ出る被燃焼ガス流を外側通路から蓄熱体に向かって流れ出る酸化剤流で囲むように構成された１以上の二重構造ノズルを設ける。このような構成にすると、簡単な構造で被燃焼ガスの排気側への漏洩を確実に抑制できる。
【００１２】
基本的には、被燃焼ガス流を酸化剤流で囲むようにすれば、被燃焼ガスの漏出を抑制できるが、より確実に漏洩を抑制するためには、被燃焼ガス流を漏出させることのない酸化剤流を形成する必要がある。そのためには例えば、酸化剤流の圧力（流速）を被燃焼ガス流の圧力（流速）以上にすることが考えられる。このようにすると酸化剤流の層を破ってまたは突き抜けて被燃焼ガスが排気側に漏出するのを抑制または防止できる。逆に、酸化剤流の圧力を被燃焼ガス流の圧力よりも小さくする場合には、酸化剤流の厚み寸法（酸化剤が流れる方向と直交する方向の酸化剤流の寸法）を厚くする。即ち酸化剤流の厚み寸法を被燃焼ガスを酸化剤流の外側に漏洩させない厚み寸法にすればよい。
【００１３】
蓄熱体として、平板状未焼成セラミックスシートと波板状未焼成セラミックスシートとを重ねたものを巻回して焼成したセラミックス製ハニカム状蓄熱体を用いることができる。この場合に酸化剤流の圧力（流速）を被燃焼ガス流の圧力（流速）以上にするときには、酸化剤通路の厚み寸法を波板状未焼成セラミックスシートと平板状未焼成セラミックスシートの隣接する２つの接触点間の寸法以上にすれば、被燃焼ガスの漏洩を確実に防止できる。また酸化剤通路の厚み寸法を、波板状未焼成セラミックスシートと平板状未焼成セラミックスシートの隣接する２つの接触点間の寸法の２倍以上にすると、酸化剤流の圧力を被燃焼ガス流の圧力より小さくした場合でも、被燃焼ガスの漏洩を有効に抑制できる。
【００１４】
本発明を用いて、特に臭気ガスを燃焼処理する場合には、排気ガス通路の他に、排気ガスの熱で加熱された蓄熱体の部分を通して燃焼室に揮発性有機化合物を含まないガスを連続的に供給する第１のガス通路と、排気ガスの熱で加熱された蓄熱体の部分を通して燃焼室に臭気ガスを連続的に供給する第２のガス通路とを設ける。そして第２のガス通路の先端部から蓄熱体に向かって流れ出る臭気ガス流を第１のガス通路の先端部から蓄熱体に向かって流れ出る揮発性有機化合物を含まないガス流で囲むように第１及び第２のガス通路を構成すればよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、低カロリーガスを被燃焼ガスとして燃焼する燃焼装置に本発明を適用した実施の形態の一例の概略構成図である。同図において、１は耐火レンガ等の耐火材により作られた工業用炉の壁部であり、燃焼室はこの壁部によって囲まれている。壁部１には、排気ガスを排出する吐出口を構成する開口部２が形成されている。この開口部には、熱交換器４が収納されている。なお熱交換器４は、モルタル部３を介して開口部２内に固定されている。熱交換器４は、セラミックス製の蓄熱体５を有している。本実施例では、２枚の平板状未焼成セラミックスシートの間に１枚の波板状未焼成セラミックスシートを挟んだものを巻回した後、焼成して製造したセラミックス製ハニカム状蓄熱体を用いている。したがってこの蓄熱体５には、パイロットバーナ６のノズル７が延びる方向にそれぞれ延びる複数の貫通孔が形成されていて、ハニカム状になっている。
【００１６】
蓄熱体５の中央部には、パイロットバーナ６のノズル７が配置されるノズル挿入孔５ａが形成されており、この挿入孔５ａの燃焼室側の端部にはフードＦが嵌合されている。なお挿入孔５ａの燃焼室とは反対側の端部は閉じられている。
【００１７】
パイロットバーナ６は、ノズル７とノズル７に燃料を供給する燃料供給路を内部に有する燃料供給管８とから構成され、燃料供給管８の端部からパイロットバーナ燃料が供給される。このパイロットバーナ６は着火用の種火として機能するものである。
【００１８】
壁部１には、開口部２に対応して内部に排気ガス通路９を有する排気ガス通路構造体１０が取付けられている。この排気ガス通路構造体１０には、排気口１１が設けられており、この排気口１１には図示しない排気管が接続される。そして図示しない排気管の先に設けられた誘引送風機により誘引されて、排気ガスが排出される。排気ガス通路構造体１０の本体１２は、略円筒形状を有している。
【００１９】
排気ガス通路構造体１０の内部には、燃焼空気通路としての酸化剤通路１３の先端部及び低カロリーガス通路としての被燃焼ガス通路１４の先端部をそれぞれ有する酸化剤−被燃焼ガス通路構造体１５が配置されている。図２に、概略的に示すように、この酸化剤−被燃焼ガス通路構造体１５は、周方向に１８０度離れた位置に２つの二重構造ノズル１６及び１７を有している。
【００２０】
二重構造ノズル１６及び１７は、横断面形状が扇形をなしていて内部に内側通路１８，１８を有する内側壁部１６ａ，１７ａと先端側の横断面形状がほぼ扇形をなしていて内側壁部１６ａ，１７ａとの間に外側通路１９，１９を形成する外側壁部１６ｂ，１７ｂとから構成される。なお２つの二重構造ノズル１６及び１７の外側通路１９，１９は、それぞれ連通路１９ａ，１９ａを介して連通している。この連通路１９ａ，１９ａを形成するために外側壁部１６ｂ，１７ｂの一部を構成する径方向壁部１６ｂ１，１７ｂ１の基部には連通路１９ａ，１９ａを構成するための弧状の壁部１９ｂ，１９ｂが接続されている。
【００２１】
二重構造ノズル１６，１７は、それぞれ燃料供給管８と同心的に配置されて二重構造になった酸化剤供給管２０と被燃焼ガス供給管２１とにつながっている。酸化剤供給管２０は、両端が閉じていて熱交換器４に対して固定された状態にある。酸化剤供給管２０の一方の端部即ち熱交換器４側の端部の周壁部は、二重構造ノズル１６及び１７の外側壁部１６ｂ，１７ｂの一部を構成し、その部分には外側通路１９，１９と酸化剤供給管２０の内部通路とを連通する複数のスリット２２がそれぞれ形成されている。これらの複数のスリット２２は、酸化剤供給管２０の周方向に間隔を開けて形成されている。これら複数のスリット２２を形成してあっても、前述のように２つの外側通路１９，１９を連通する連通路１９ａ，１９ａを構成するための壁部１９ｂ，１９ｂがあるために、二重構造ノズル１６及び１７に対応しない位置にあるスリット２２から排気ガス通路９に直接的に酸化剤が漏出することはない。
【００２２】
外側壁部１６ｂ，１７ｂを構成する径方向壁部１６ｂ１，１７ｂ１と、周方向壁部１６ｂ２，１７ｂ２と、背面側壁部１６ｂ３，１７ｂ３（図３）と、連通路１９ａ，１９ａを構成するための壁部１９ｂ，１９ｂとは、内側壁部１６ａ，１７ａに接続されている。そして背面側壁部１６ｂ３，１７ｂ３の基部及び連通路１９ａ，１９ａを構成するための壁部１９ｂ，１９ｂの基部が、気密性のあるベアリングを介して、酸化剤供給管２０の外周側に嵌合されている。
【００２３】
被燃焼ガス供給管２１は、同心的に配置された内側管２１ａと外側管２１ｂとから構成された二重管である。被燃焼ガス供給管２１の一方の端部即ち熱交換器４側の端部は、二重構造ノズル１６，１７の内側通路１８，１８と連通する部分を除いて閉じられており、また被燃焼ガス供給管２１の他方の端部は、酸化剤供給管２０の他方の端部に同心的に固定されたチャンバ２３内に開口している。このチャンバ２３は、低カロリーガス供給部として機能し、チャンバ２３には図示しない接続管が接続される給気口２３ａが一体に設けられている。そして被燃焼ガス供給管２１の内側管２１ａと酸化剤供給管２０との間及び外側管２１ｂとチャンバ２３を構成する壁部との間には、気密性を有するベアリングがそれぞれ配置されている。また被燃焼ガス供給管２１の外側管２１ｂと排気ガス通路構造体１０の本体１２の壁部との間にも気密性を有するベアリングが配置されている。また被燃焼ガス供給管２１の外側管２１ｂの外周上にはギア２４が固定されている。このギヤ２４は、モータ２５からの回転力を受けて回転し、これにより被燃焼ガス供給管２１がバーナ６を中心にして回転し、結果として二重構造ノズル１６及び１７が排気ガス通路構造体１０の内部を回転する。二重構造ノズル１６及び１７の回転速度は、１分あたり１〜３回程度である。
【００２４】
なお二重構造ノズル１６及び１７の内部に形成される内側通路１８の横断面積ＳＧと外側通路１９の横断面積ＳＡとは、内側通路１８を通る流体の流量ＶＧと外側通路１９を通る酸化剤の流量ＶＡとに比例する。即ちＳＡ：ＳＧ＝ＶＡ：ＶＧの関係にある。燃焼時の酸化剤比（空気比）が１．１〜１．２程度であれば、酸化剤の流量ＶＡは、内側通路１８を流れる低カロリーガスを燃焼するのに必要な理論酸化剤（空気）量ＶＡＯにすればよい。しかしながら酸化剤比（空気比）ｍが更に大きくなる場合には、ＶＡＯ×ｍまで酸化剤の流量を増大してもよい。この範囲であれば、酸化剤流の圧力（流速）を被燃焼ガス流の圧力（流速）以上にすることができて、確実に漏洩を抑制できる。なおＶＡＯ×ｍより流量を更に増大すると、酸化剤流（燃焼空気流）の圧力が被燃焼ガス流（低カロリーガス流）の圧力より小さくなって、そのままでは被燃焼ガスが排気ガス通路９側に漏出することになる。このような場合には、酸化剤流の厚み寸法（内側壁部１６ａ，１７ａと外側壁部１６ｂ，１７ｂとの間の寸法）を被燃焼ガスが酸化剤流の外側に漏出しない程度まで大きくすればよい。
【００２５】
先に述べた通り本実施例では、図３に示すように、蓄熱体として１枚の平板状未焼成セラミックスシート３と１枚の波板状未焼成セラミックスシート３１とを重ねたものを巻回して焼成したセラミックス製ハニカム状蓄熱体を用いる。この場合における酸化剤流の厚み寸法（シール空気幅）Ｓについて検討すると、次のようなことが言える。まず酸化剤流の圧力（流速）を被燃焼ガス流の圧力（流速）以上にするときには、酸化剤流（酸化剤通路）の厚み寸法（シール空気幅）Ｓを波板状未焼成セラミックスシート３１と平板状未焼成セラミックスシート３０の隣接する２つの接触点間の寸法ａ以上にすれば、被燃焼ガスの漏洩を確実に防止できる。また酸化剤流（酸化剤通路）の厚み寸法（シール空気幅）Ｓを、前述の２つの接触点間の寸法ａの２倍（２ａ）以上にすると、酸化剤流の圧力を被燃焼ガス流の圧力より小さくした場合でも、被燃焼ガスの漏洩を有効に抑制できる。
【００２６】
次に、図１の燃焼装置の動作について説明する。まずモータ２５を回転させながら酸化剤通路１３から酸化剤を蓄熱体５に供給し、被燃焼ガス通路１４から低カロリーガスを蓄熱体５に供給する。次にパイロットバーナ６に燃料を供給して低カロリーガスと酸化剤の混合気を着火する。以後混合気の燃焼が継続する。排気ガスは、蓄熱体５を通って蓄熱体を加熱した後、排気ガス通路９を通って排気される。排気ガス通路９の熱を蓄熱した蓄熱体５の部分に、酸化剤と低カロリーガスが供給されて加熱され、燃焼室に連続的に供給される。このように低カロリーガスを予熱すると、火炎温度が上昇して熱効率が向上する。なお二重構造ノズル１６及び１７の内側通路１８から出る低カロリーガス流は、外側通路１９から出る酸化剤流によって囲まれているため、排気ガス通路９に低カロリーガスが漏出することが抑制されている。
【００２７】
次に、被燃焼ガスとしてメルカプタン，アンモニア，揮発性有機物質等を含む臭気ガスを用い、この臭気ガスを燃焼して無臭化処理する場合に、本発明を適用した実施の形態の一例について、図４及び図５を参照して説明する。本装置の性能を確保するために臭気ガスとして空気にＣ_３Ｈ_８ガスを若干混ぜたものを使用している。基本的に、使用する燃焼装置は、図１及び図２に示した装置と同様であるので、図４及び図５には図１及び図２に示した部材と同様の部材には、図１及び図２に示した符号に１００を加えた数の符号を付してある。この実施例でも、熱交換器１０４はモルタル部３を介して開口部２内に固定されている。熱交換器１０４は、図１及び図２の例と同様のセラミックス製の蓄熱体１０５を有している。
【００２８】
蓄熱体１０５の中央部には、燃焼用のバーナ１０６のノズル１０７が配置されるノズル挿入孔１０５ａが形成されており、この挿入孔１０５ａの燃焼室側の端部にはフードＦが嵌合されている。このフードＦは、先端側に周方向に延びる鍔が付き、その後方には径方向に貫通する複数の貫通孔が形成されている。なおこのフードＦについては、特開平７−５５１３２号に詳しく記載されている。挿入孔１０５ａの燃焼室と反対側の端部は閉じられている。
【００２９】
バーナ１０６は、ノズル１０７とノズル１０７に燃料を供給する燃料供給路を内部に有する燃料供給管１０８とから構成され、燃料供給管１０８の端部から燃料ガスが供給される。このバーナ１０６は、燃焼用のバーナであり、熱交換器１０５を通して供給される臭気ガスを燃焼する用途で用いられる。したがってバーナ１０６としては、図１及び図２のバーナ６と比べて、大型のバーナが用いられている。
【００３０】
壁部１には、開口部２に対応して内部に排気ガス通路１０９を有する排気ガス通路構造体１１０が取付けられている。この排気ガス通路構造体１１０には、排気口１１１が設けられており、この排気口１１１には図示しない排気管が接続される。そして図示しない排気管の先に設けられた誘引送風機により誘引されて、排気ガスが排出される。排気ガス通路構造体１１０の本体１１２は、略円筒形状を有している。
【００３１】
排気ガス通路構造体１１０の内部には、酸化剤、窒素ガス、不活性ガス等の揮発性有機化合物を含まないガスの通路として第１のガス通路１１３の先端部及び臭気ガス通路または被燃焼ガス通路としての第２のガス通路１１４の先端部をそれぞれ有する第１及び第２のガス通路構造体１１５が配置されている。揮発性有機化合物を含まないガスが酸化剤の場合には、第１のガス通路は酸化剤通路となる。一般的には、酸化剤（特に空気）を第１のガス通路１１３に流すことになる。図２に概略的に示すように、この第１及び第２のガス通路構造体１１５は、周方向に１８０度離れた位置に２つの二重構造ノズル１１６及び１１７を有している。
【００３２】
二重構造ノズル１１６及び１１７は、横断面形状が扇形をなしていて内部に内側通路１１８，１１８を有する内側壁部１１６ａ，１１７ａと先端側の横断面形状がほぼ扇形をなしていて内側壁部１１６ａ，１１７ａとの間に外側通路１１９，１１９を形成する外側壁部１１６ｂ，１１７ｂとから構成される。なお２つの二重構造ノズル１１６及び１１７の外側通路１１９，１１９は、それぞれ連通路１１９ａ，１１９ａを介して連通している。この連通路１１９ａ，１１９ａを形成するために外側壁部１１６ｂ，１１７ｂの一部を構成する径方向壁部１１６ｂ１，１１７ｂ１の基部には連通路１１９ａ，１１９ａを構成するための弧状の壁部１１９ｂ，１１９ｂが接続されている。
【００３３】
二重構造ノズル１１６，１１７は、それぞれ燃料供給管１０８と同心的に配置されて二重構造になっている第１のガス供給管１２０と第２のガス供給管１２１とにつながっている。第１のガス供給管１２０は、両端が閉じていて熱交換器１０４に対して固定された状態にある。第１のガス供給管１２０の一方の端部即ち熱交換器１０４側の端部の周壁部は、二重構造ノズル１１６及び１１７の外側壁部１１６ｂ，１１７ｂの一部を構成し、その部分には外側通路１１９，１１９と第１のガス供給管１２０の内部通路とを連通する複数のスリット１２２がそれぞれ形成されている。これらの複数のスリット１２２は、第１のガス供給管１２０の周方向に間隔を開けて形成されている。これら複数のスリット１２２を形成してあっても、前述のように２つの外側通路１１９，１１９を連通する連通路１１９ａ，１１９ａを構成するための壁部１１９ｂ，１１９ｂがあるために、二重構造ノズル１１６及び１１７に対応しない位置にあるスリット１２２から排気ガス通路１０９に直接的に酸化剤が漏出することはない。
【００３４】
外側壁部１１６ｂ，１１７ｂを構成する径方向壁部１１６ｂ１，１１７ｂ１と、周方向壁部１１６ｂ２，１１７ｂ２と、背面側壁部１１６ｂ３，１１７ｂ３と、連通路を構成するための壁部１１９ｂ，１１９ｂとは、内側壁部１１６ａ，１１７ａに接続されている。そして背面側壁部１１６ｂ３，１１７ｂ３の基部及び連通路を構成するための壁部１１９ｂ，１１９ｂの基部が、気密性のあるベアリングを介して、第１のガス供給管１２０の外周側に嵌合されている。
【００３５】
被燃焼ガス供給管としての第２のガス通路１２１は、同心的に配置された内側管１２１ａと外側管１２１ｂとから構成された二重管である。第２のガス供給管１２１の一方の端部即ち熱交換器１０４側の端部は、二重構造ノズル１１６，１１７の内側通路１１８，１１８と連通する部分を除いて閉じられており、また第２のガス供給管１２１の他方の端部は、第１のガス供給管１２０の他方の端部に同心的に固定されたチャンバ１２３内に開口している。このチャンバ１２３は、低ガロリーガス供給部として機能し、チャンバ１２３には図示しない接続管が接続される給気口１２３ａが一体に設けられている。そして第２のガス供給管１２１の内側管１２１ａと第１のガス供給管１２０との間及び外側管１２１ｂとチャンバ１２３を構成する壁部との間には、気密性を有するベアリングがそれぞれ配置されている。また第２のガス供給管１２１の外側管１２１ｂと排気ガス通路構造体１１０の本体１１２の壁部との間にも気密性を有するベアリングが配置されている。また第２のガス供給管１２１の外側管１２１ｂの外周上にはギア１２４が固定されている。このギヤ１２４は、モータ１２５からの回転力を受けて回転し、これにより第２のガス供給管１２１がバーナ１０６を中心にして回転し、結果として二重構造ノズル１１６及び１１７が排気ガス通路構造体１１０の内部を回転する。
【００３６】
なお、二重構造ノズル１１６及び１１７の内部に形成される内側通路１１８の横断面積ＳＧと外側通路１１９の横断面積ＳＡとは、内側通路１１８を通る流体の流量ＶＧと外側通路１１９を通る酸化剤の流量ＶＡとに比例する。図１及び図２の例と異なって、バーナ１０６の燃料は、燃料供給管１０８から供給され、燃焼に必要な酸化剤は内側通路１１８及び外側通路１１９から供給される。臭気ガスは酸化剤を含んでいるから、空気比に応じて外側通路１１９の厚み寸法を考慮する必要がなく、内側通路１１８及び外側通路１１９から供給される臭気ガスと空気の量が、バーナ１０６の燃焼に必要な理論酸化剤量になればよい。そのためこの例では、図１及び図２の例と異なって、外側通路１１９の横断面積ＳＡをできるだけ小さくして、第１のガス通路１１３の先端部から蓄熱体１０５に向かって流れ出る揮発性有機化合物を含まないガス流（第１のガス流）の圧力（流速）を十分に高めることができる。その結果、図２と図５とを対比して分かるように、図２の横断面積ＳＡよりも図５の横断面積ＳＡの方が小さくなっている。しかしながらこの例においても、外側通路の横断面積ＳＡを大きくしてもよいのは勿論である。
【００３７】
次に、図４の燃焼装置の動作について説明する。まずモータ１２５を回転させながら第１のガス通路１１３から揮発性ガスを含まないガスとして空気を蓄熱体１０５に供給し、第２のガス通路１１４から臭気ガスを蓄熱体１０５に供給する。次に、バーナ１０６に燃料を供給し、空気と臭気ガスを酸化剤としてバーナ１０６を燃焼させ以後燃焼を継続する。排気ガスは、蓄熱体１０５を通って蓄熱体１０５を加熱した後、排気ガス通路１０９を通って排気される。排気ガス１０９の熱を蓄熱した蓄熱体１０５の部分に、酸化剤と臭気ガスが供給されて加熱され、燃焼室に連続的に供給される。このように臭気ガスを予熱すると、熱効率が向上し、臭気ガスの燃焼処理効率が向上する。なお二重構造ノズル１１６及び１１７の内側通路１１８から出る臭気ガス流は、外側通路１１９から出るガス流によって囲まれているため、排ガス通路１０９に臭気ガスが漏出することが抑制される。
【００３８】
次に、外側通路１１９を流れるガス（シール空気）と内側通路１１８を流れるガス（臭気ガス）の圧力差と排気ガス中への臭気ガスの漏洩の程度を知るために行った試験及び前記圧力差とシール空気幅との関係を知るために行った試験及びその結果について説明する。なおこれらの試験に用いた蓄熱体は、図３に示すハニカム状蓄熱体である。そしてシール空気幅Ｓは図３の波板状未焼成セラミックスシート３１と平板状未焼成セラミックスシート３０の隣接する２つの接触点間の寸法ａを１目盛りとした。まずシール空気幅Ｓを固定して［具体的にはシール幅寸法を１目盛り（約２．５ｍｍ）に固定して］、シール空気圧と臭気ガス圧の差圧を変化させた場合の排気ガス中への臭気ガスの漏れ量を測定した。図６は、その結果を示している。この図において横軸は、シール空気圧と臭気ガス圧との差圧であり、縦軸は排気ガス中に燃え漏れた臭気ガスの量である。この図から分かるように、差圧が大きくなる（シール空気圧よりも臭気ガス圧が大きくなる）ほど、漏洩量は多くなる。そして差圧が小さくなって０以上になると漏洩量は小さくなる。図６からは分からないが、実際の試験結果では、差圧を＋５２ｍｍＡｑ以上にすると、漏洩量を完全に０にできることが確認された。
【００３９】
また図７は、差圧とシール空気幅と漏洩量との関係を示している。なお横軸のシール幅を前述の波板状未焼成セラミックスシート３１と平板状未焼成セラミックスシート３０の隣接する２つの接触点間の寸法ａを１目盛りとしており、縦軸は臭気ガスの漏洩量を示している。図７から分かるように、差圧が０であれば、シール空気幅Ｓを１目盛り以上にすれば、ほぼ漏洩量を０にできることが分かる。また差圧が大きくなると（シール空気圧よりも臭気ガス圧が大きくなると）、シール空気幅Ｓを２目盛り以上にしなければ漏洩量を有効に減少させることができないことが分かる。なお差圧が−３０ｍｍＡｑの場合に、漏洩量を完全に０にするためには、シール空気幅Ｓを３目盛り以上にすればよいことが確認されているが、実用上は２目盛り以上で十分である。これらの試験は、図４及び図５の装置で行ったがものであるが、図１及び図２の例で同様の試験を行っても同様の結果が得られる。
【００４０】
以下、本願明細書に記載した複数の発明の幾つかの発明の構成要件を列挙する。
【００４１】
（１）通気性のある蓄熱体を備えて中央部にバーナのバーナノズルが配置されて燃焼室を囲む壁部に設けた開口部内に少なくとも一部が配置される熱交換器と、前記開口部に連続して設けられて前記蓄熱体を通して前記燃焼室から排気する排気ガスを流す排気ガス通路と、前記排気ガス通路の内部に先端部が配置されて前記排気ガスの熱で加熱された前記蓄熱体の部分を通して前記燃焼室に酸化剤を連続的に供給する酸化剤通路と、前記排気ガス通路の内部に先端部が配置されて前記排気ガスの熱で加熱された前記蓄熱体の部分を通して前記燃焼室に臭気ガスを連続的に供給する臭気ガス通路とを具備し、前記排気ガス通路，前記酸化剤通路及び前記臭気ガス通路と前記熱交換器との間に前記バーナを中心にして相対的な回転を生じさせる構造を有する燃焼装置であって、
前記臭気ガス通路から前記蓄熱体に向かって流れ出る臭気ガス流を前記酸化剤通路の前記先端部から前記蓄熱体に向かって流れ出る酸化剤流で囲むように、前記臭気ガス通路の前記先端部の周囲を前記酸化剤通路の前記先端部で囲んだことを特徴とする燃焼装置。
【００４２】
（２）前記酸化剤流の圧力が前記臭気ガス流の圧力以上であることを特徴とする上記（１）に記載の燃焼装置。
【００４３】
（３）前記酸化剤流の圧力が前記臭気ガス流の圧力よりも小さく、前記酸化剤流は前記臭気ガスを前記酸化剤流の外側に漏洩させない厚み寸法を有している上記（１）に記載の燃焼装置。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、被燃焼ガス通路の先端部から蓄熱体に向かって流れ出る被燃焼ガス流は、酸化剤流によって常時囲まれている、即ち酸化剤の流れによって形成されたシール層によって包まれている状態にあるため、被燃焼ガス通路の先端部と熱交換器との間に形成される隙間から排気側に被燃焼ガスが漏出するのを抑制できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】低カロリーガスを被燃焼ガスとして燃焼する燃焼装置に本発明を適用した実施の形態の一例の概略構成図である。
【図２】図１で用いる二重構造ノズルの構成と、排気ガス通路、酸化剤通路及び被燃焼ガスの通路の関係を示す図である。
【図３】実施の形態で使用する蓄熱体の構造を説明するための図である。
【図４】臭気ガスを被燃焼ガスとして燃焼する燃焼装置に本発明を適用した実施の形態の一例の概略構成図である。
【図５】図２で用いる二重構造ノズルの構成と、排気ガス通路、酸化剤通路及び被燃焼ガスの通路の関係を示す図である。
【図６】シール空気圧と臭気ガス圧の差圧を変化させた場合の排気ガス中への臭気ガスの漏れ量を測定した試験結果を示す図である。
【図７】差圧とシール空気幅と漏洩量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１壁部
４，１０４熱交換器
５，１０５蓄熱体
６，１０６バーナ
９，１０９排気ガス通路
１３酸化剤通路
１４，１１４被燃焼ガス通路
１６，１７，１１６，１１７二重構造ノズル
１８，１１８内側通路
１９，１１９外側通路
２０酸化剤供給管
２１被燃焼ガス供給管
２２，１２２スリット
１２０第１のガス通路
１２１第２のガス通路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a combustion device that recovers heat of exhaust gas with a heat exchanger having a heat storage body and preheats an oxidizing agent and a gas to be burned with the recovered heat.
[0002]
[Prior art]
The calorific value is 1000Kcal / m like blast furnace gas ³ It is known that, when a low calorie gas of N or less is burned as a gas to be burned, if the gas to be burned is preheated, the flame temperature rises and the thermal efficiency improves. Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-66421 proposes a combustion apparatus having a structure in which low-calorie gas is preheated by using heat of exhaust gas. In the conventional combustion device disclosed in this publication, a heat exchanger provided with a heat storage body having air permeability and having a burner nozzle of a burner disposed in a central portion is disposed in an opening provided in a wall surrounding a combustion chamber. The heat of the exhaust gas is recovered by the heat storage element of the heat exchanger, and the oxidant and the low-calorie gas are preheated by supplying the oxidant and the low-calorie gas to the combustion chamber through the heat storage element. Specifically, an exhaust gas passage for continuously exhausting exhaust gas from the combustion chamber through the heat storage body is provided continuously to an opening provided in a wall surrounding the combustion chamber. An air passage for supplying air to the combustion chamber through a portion of the heat storage heated by the heat of the exhaust gas and a fuel passage for supplying a low calorie gas to the combustion chamber through the portion of the heat storage heated by the heat of the exhaust gas. The provided air-fuel duct is located inside the exhaust gas passage. By rotating one of the regenerator and the air-fuel duct, heat is continuously recovered from the exhaust gas, and the recovered heat continuously heats the air and the low-calorie gas.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, if a structure in which one of the heat accumulator and the air-fuel duct is rotated for heat recovery and preheating is adopted, a gap is provided between the heat accumulator and the air-fuel duct to allow rotation. It is formed. However, it is difficult to completely seal this gap, and low calorie gas leaks through this gap, resulting in a problem that combustion efficiency is deteriorated. In addition, using a conventional combustion device, it was considered to treat the odor gas by burning the odor gas instead of the low-calorie gas, but also in this case, because the odor gas leaks as described above, There is a problem that the odor gas cannot be completely burned.
[0004]
An object of the present invention is to provide a combustion apparatus that can preheat a gas to be burned and suppress leakage of the gas to be burned.
[0005]
It is another object of the present invention to provide a combustion device that can substantially prevent leakage of a gas to be burned.
[0006]
Another object of the present invention is to provide a combustion device that can suppress leakage of low-calorie gas or odor gas when preheating and burning low-calorie gas or odor gas.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention basically provides a heat exchanger having a burner nozzle of a burner in the center provided with a heat storage body having air permeability, an exhaust gas passage for flowing exhaust gas exhausted from a combustion chamber through the heat storage body, An oxidant passage for supplying an oxidant to the combustion chamber through a portion of the heat storage body heated by the heat of the exhaust gas, and a burned object to supply a gas to be burned to the combustion chamber through the portion of the heat storage body heated by the heat of the exhaust gas An object of the present invention is to provide a combustion apparatus having a gas passage and having a structure for causing relative rotation about a burner between an exhaust gas passage, an oxidizing agent passage, and a burned gas passage and a heat exchanger. .
[0008]
Note that the heat exchanger may have a structure in which the end face of the heat storage body is directly exposed to each passage side, or may have a structure in which a permeable structure having high mechanical strength is arranged on the end face side of the heat storage body. Further, the heat storage body only needs to have air permeability, and its configuration is arbitrary.
[0009]
As the gas to be burned, a gas that can be preheated and burns, such as a low-calorie gas or an odorous gas, is used. Air is generally used as the oxidizing agent. When a gas to be burned such as an odor gas is used, nitrogen or an inert gas containing no volatile organic compound can be used in addition to the oxidizing agent.
[0010]
In the present invention, the combustion gas passage and the oxidizing gas flow so as to surround the combustion gas flow flowing from the front end of the combustion gas passage toward the regenerator with the oxidant flow flowing from the front end of the oxidizing agent passage toward the regenerator. And an agent passage. With this configuration, the burned gas flow flowing from the end of the burned gas passage toward the regenerator is always surrounded by the oxidant flow (the gas formed by the oxidant flow is wrapped by the seal layer. ), The combustion gas can be prevented from leaking to the exhaust side from a gap formed between the tip of the combustion gas passage and the heat exchanger.
[0011]
In the case where the combustion device is provided for a wall surrounding the combustion chamber, a part of the heat exchanger (specifically, a heat storage body) is stored in an opening provided on the wall surrounding the combustion chamber. What is necessary is just to arrange | position a heat exchanger. In this case, when the exhaust gas passage is provided so as to be continuous with the opening, a rotary drive mechanism that rotates the heat storage body or the tip of the oxidant passage and the burned gas passage around the burner is used. Furthermore, an exhaust gas passage structure provided for the opening and having an exhaust gas passage therein, and a tip portion of an oxidant passage and a burned gas passage arranged inside the exhaust gas passage structure and inside. An oxidant-burned gas passage structure is used. The oxidant-burned gas passage structure includes an inner passage forming a tip of the burned gas passage and an outer passage formed to surround a periphery of the inner passage and forming a tip of the oxidant passage. And one or more dual nozzles configured to surround the stream of burned gas flowing from the inner passage toward the regenerator with the oxidant stream flowing from the outer passage toward the regenerator. With such a configuration, it is possible to reliably suppress the leakage of the burned gas to the exhaust side with a simple structure.
[0012]
Basically, if the gas to be burned is surrounded by the oxidant flow, the leakage of the gas to be burned can be suppressed, but in order to suppress the leak more reliably, it is necessary to leak the gas to be burned. No oxidant stream needs to be formed. For this purpose, for example, it is conceivable that the pressure (flow rate) of the oxidant stream is equal to or higher than the pressure (flow rate) of the gas stream to be burned. In this way, it is possible to suppress or prevent the gas to be burned from breaking or piercing the layer of the oxidant flow and leaking to the exhaust side. Conversely, when making the pressure of the oxidant flow smaller than the pressure of the combustion gas flow, the thickness of the oxidant flow (the dimension of the oxidant flow in the direction orthogonal to the direction in which the oxidant flows) is increased. That is, the thickness of the oxidant stream may be set to a thickness that does not allow the gas to be burned to leak outside the oxidant stream.
[0013]
As the heat storage material, a ceramic honeycomb heat storage material obtained by winding and firing a laminate of a flat unsintered ceramic sheet and a corrugated unsintered ceramic sheet can be used. In this case, when the pressure (flow velocity) of the oxidant flow is set to be equal to or higher than the pressure (flow velocity) of the gas flow to be burned, the thickness of the oxidant passage is set so that the corrugated green ceramic sheet and the flat green ceramic sheet are adjacent to each other. By setting the dimension between the two contact points or more, it is possible to reliably prevent the gas to be burned from leaking. When the thickness of the oxidizing agent passage is set to be at least twice as large as the size between two adjacent contact points of the corrugated green ceramic sheet and the flat green ceramic sheet, the pressure of the oxidizing gas flow is reduced. Even when the pressure is lower than the pressure, the leakage of the gas to be burned can be effectively suppressed.
[0014]
Particularly in the case of using the present invention to combust odorous gas, in addition to the exhaust gas passage, a gas containing no volatile organic compound is continuously supplied to the combustion chamber through the heat storage part heated by the heat of the exhaust gas. And a second gas passage for continuously supplying the odor gas to the combustion chamber through a portion of the heat storage heated by the heat of the exhaust gas. Then, the first odor gas flow flowing from the tip of the second gas passage toward the regenerator is surrounded by the gas flow containing no volatile organic compound and flowing from the tip of the first gas passage toward the regenerator. And the second gas passage may be configured.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of an embodiment in which the present invention is applied to a combustion device that burns low-calorie gas as a gas to be burned. In the figure, reference numeral 1 denotes a wall of an industrial furnace made of a refractory material such as a refractory brick, and a combustion chamber is surrounded by the wall. The wall 1 is formed with an opening 2 that constitutes a discharge port for discharging exhaust gas. The heat exchanger 4 is accommodated in this opening. The heat exchanger 4 is fixed in the opening 2 via the mortar 3. The heat exchanger 4 has a heat storage body 5 made of ceramics. In the present embodiment, a ceramic honeycomb regenerator produced by sintering a sheet obtained by sandwiching one corrugated unsintered ceramic sheet between two flat unsintered ceramic sheets and then sintering is used. ing. Therefore, a plurality of through-holes extending in the direction in which the nozzles 7 of the pilot burner 6 extend are formed in the heat storage body 5, and have a honeycomb shape.
[0016]
A nozzle insertion hole 5a in which the nozzle 7 of the pilot burner 6 is disposed is formed at the center of the heat storage body 5, and a hood F is fitted to an end of the insertion hole 5a on the combustion chamber side. . The end of the insertion hole 5a opposite to the combustion chamber is closed.
[0017]
The pilot burner 6 includes a nozzle 7 and a fuel supply pipe 8 having a fuel supply path for supplying fuel to the nozzle 7 therein. Pilot burner fuel is supplied from an end of the fuel supply pipe 8. The pilot burner 6 functions as a pilot flame for ignition.
[0018]
An exhaust gas passage structure 10 having an exhaust gas passage 9 therein corresponding to the opening 2 is attached to the wall 1. An exhaust port 11 is provided in the exhaust gas passage structure 10, and an exhaust pipe (not shown) is connected to the exhaust port 11. Then, the exhaust gas is exhausted by the air blower provided at the end of the exhaust pipe (not shown). The main body 12 of the exhaust gas passage structure 10 has a substantially cylindrical shape.
[0019]
An oxidant-burned gas passage structure having a front end of an oxidant passage 13 as a combustion air passage and a front end of a burned gas passage 14 as a low calorie gas passage inside the exhaust gas passage structure 10. 15 are arranged. As shown schematically in FIG. 2, the oxidant-burned gas passage structure 15 has two double-structured nozzles 16 and 17 at positions 180 degrees apart in the circumferential direction.
[0020]
The double-structured nozzles 16 and 17 have a fan-shaped cross section and inner wall portions 16a and 17a having inside passages 18 and 18, respectively, and an inner wall portion having a substantially fan-shaped cross section at the tip end. Outer wall portions 16b and 17b forming outer passages 19 and 19 between the outer passage portions 16a and 17a. The outer passages 19, 19 of the two double-structured nozzles 16 and 17 communicate with each other via communication passages 19a, 19a, respectively. In order to form the communication paths 19a, 19a, arc-shaped walls 19b forming the communication paths 19a, 19a are formed at the bases of the radial walls 16b1, 17b1 forming a part of the outer side walls 16b, 17b. 19b is connected.
[0021]
The dual structure nozzles 16 and 17 are concentrically arranged with the fuel supply pipe 8 and connected to an oxidant supply pipe 20 and a combustion gas supply pipe 21 which have a double structure. The oxidant supply pipe 20 is closed at both ends and fixed to the heat exchanger 4. One end of the oxidant supply pipe 20, that is, the peripheral wall at the end on the heat exchanger 4 side constitutes a part of the outer walls 16 b, 17 b of the dual structure nozzles 16 and 17, and the outer wall 16 b, 17 b includes A plurality of slits 22 are formed to communicate the passages 19 with the internal passage of the oxidant supply pipe 20, respectively. The plurality of slits 22 are formed at intervals in the circumferential direction of the oxidant supply pipe 20. Even if these plural slits 22 are formed, as described above, since there are the walls 19b, 19b for forming the communication passages 19a, 19a communicating the two outer passages 19, 19, the double structure is provided. The oxidant does not leak directly to the exhaust gas passage 9 from the slit 22 located at a position not corresponding to the nozzles 16 and 17.
[0022]
Radial walls 16b1 and 17b1 forming the outer side walls 16b and 17b, circumferential walls 16b2 and 17b2, rear side walls 16b3 and 17b3 (FIG. 3), and walls for forming communication paths 19a and 19a. The portions 19b, 19b are connected to the inner wall portions 16a, 17a. The bases of the rear side walls 16b3, 17b3 and the bases of the walls 19b, 19b for forming the communication passages 19a, 19a are fitted to the outer peripheral side of the oxidizing agent supply pipe 20 via airtight bearings. ing.
[0023]
The burned gas supply pipe 21 is a double pipe composed of an inner pipe 21a and an outer pipe 21b arranged concentrically. One end of the burned gas supply pipe 21, that is, the end on the heat exchanger 4 side is closed except for a portion communicating with the inner passages 18, 18 of the dual structure nozzles 16, 17. The other end of the gas supply pipe 21 opens into a chamber 23 fixed concentrically to the other end of the oxidant supply pipe 20. The chamber 23 functions as a low-calorie gas supply unit, and the chamber 23 is integrally provided with an air supply port 23a to which a connection pipe (not shown) is connected. Airtight bearings are disposed between the inner pipe 21a of the burned gas supply pipe 21 and the oxidant supply pipe 20, and between the outer pipe 21b and the wall constituting the chamber 23, respectively. An airtight bearing is also arranged between the outer pipe 21b of the burned gas supply pipe 21 and the wall of the main body 12 of the exhaust gas passage structure 10. A gear 24 is fixed on the outer periphery of the outer tube 21b of the burned gas supply tube 21. The gear 24 rotates by receiving the rotational force from the motor 25, thereby rotating the burned gas supply pipe 21 about the burner 6. As a result, the dual structure nozzles 16 and 17 are connected to the exhaust gas passage structure. Rotate the inside of 10. The rotation speed of the dual structure nozzles 16 and 17 is about 1 to 3 times per minute.
[0024]
The cross-sectional area SG of the inner passage 18 and the cross-sectional area SA of the outer passage 19 formed inside the dual structure nozzles 16 and 17 are determined by the flow rate VG of the fluid passing through the inner passage 18 and the oxidizing agent passing through the outer passage 19. It is proportional to the flow rate VA. That is, there is a relationship of SA: SG = VA: VG. If the oxidizer ratio (air ratio) at the time of combustion is about 1.1 to 1.2, the flow rate VA of the oxidizer is equal to the theoretical oxidant (air) required to burn the low-calorie gas flowing through the inner passage 18. ) The amount may be VAO. However, when the oxidant ratio (air ratio) m is further increased, the flow rate of the oxidant may be increased to VAO × m. Within this range, the pressure (flow velocity) of the oxidant flow can be made higher than the pressure (flow velocity) of the gas flow to be burned, and leakage can be reliably suppressed. If the flow rate is further increased from VAO × m, the pressure of the oxidant flow (combustion air flow) becomes smaller than the pressure of the combustion gas flow (low calorie gas flow), and the combustion gas flows into the exhaust gas passage 9 as it is. Will leak out. In such a case, the thickness of the oxidant flow (the dimension between the inner wall portions 16a and 17a and the outer wall portions 16b and 17b) is increased to such an extent that the gas to be burned does not leak outside the oxidant flow. Just fine.
[0025]
As described above, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, a stack of one flat green ceramic sheet 3 and one corrugated green ceramic sheet 31 as a heat storage body is wound. A ceramic honeycomb regenerator fired and fired is used. When the thickness dimension (seal air width) S of the oxidant flow in this case is examined, the following can be said. First, when the pressure (flow velocity) of the oxidant flow is set to be equal to or higher than the pressure (flow velocity) of the gas flow to be burned, the thickness dimension (seal air width) S of the oxidant flow (oxidant passage) is set to the corrugated green ceramic sheet 31. By setting the dimension to be equal to or larger than the dimension a between two adjacent contact points of the flat green ceramic sheet 30 and the flat green ceramic sheet 30, it is possible to reliably prevent the gas to be burned from leaking. When the thickness dimension (seal air width) S of the oxidant flow (oxidant passage) is set to be twice (2a) or more the dimension a between the two contact points, the pressure of the oxidant flow is reduced to the flow of the combustion gas. Even when the pressure is lower than the pressure, the leakage of the gas to be burned can be effectively suppressed.
[0026]
Next, the operation of the combustion device of FIG. 1 will be described. First, while rotating the motor 25, the oxidant is supplied to the heat storage 5 from the oxidant passage 13, and the low calorie gas is supplied to the heat storage 5 from the burned gas passage 14. Next, fuel is supplied to the pilot burner 6 to ignite a mixture of a low-calorie gas and an oxidant. Thereafter, the combustion of the air-fuel mixture continues. The exhaust gas is exhausted through the exhaust gas passage 9 after heating the heat storage element through the heat storage element 5. An oxidant and a low-calorie gas are supplied to a portion of the heat storage body 5 that has stored heat in the exhaust gas passage 9, heated, and continuously supplied to a combustion chamber. When the low calorie gas is preheated in this way, the flame temperature rises and the thermal efficiency improves. Since the low-calorie gas flow exiting from the inner passage 18 of the dual structure nozzles 16 and 17 is surrounded by the oxidant flow exiting from the outer passage 19, the leakage of the low-calorie gas into the exhaust gas passage 9 is suppressed. ing.
[0027]
Next, an example of an embodiment in which the present invention is applied to a case where an odor gas containing mercaptan, ammonia, a volatile organic substance, or the like is used as a gas to be burned and the odor gas is burned and deodorized is shown. 4 and FIG. In order to secure the performance of this device, C ₃ H ₈ It uses a slightly mixed gas. Basically, the combustion device to be used is the same as the device shown in FIGS. 1 and 2, and the same members as those shown in FIGS. 2 and 100 are added to the reference numerals shown in FIG. Also in this embodiment, the heat exchanger 104 is fixed in the opening 2 via the mortar part 3. The heat exchanger 104 has a ceramic heat storage body 105 similar to the examples of FIGS. 1 and 2.
[0028]
A nozzle insertion hole 105a in which the nozzle 107 of the combustion burner 106 is disposed is formed at the center of the heat storage body 105, and a hood F is fitted to an end of the insertion hole 105a on the combustion chamber side. ing. The hood F has a flange extending in the circumferential direction on the front end side, and a plurality of through holes penetrating in the radial direction behind the flange. This hood F is described in detail in JP-A-7-55132. The end of the insertion hole 105a opposite to the combustion chamber is closed.
[0029]
The burner 106 includes a nozzle 107 and a fuel supply pipe 108 having a fuel supply path for supplying fuel to the nozzle 107 therein. Fuel gas is supplied from an end of the fuel supply pipe 108. The burner 106 is a burner for combustion, and is used for burning odorous gas supplied through the heat exchanger 105. Therefore, a larger burner is used as the burner 106 than the burner 6 in FIGS.
[0030]
An exhaust gas passage structure 110 having an exhaust gas passage 109 therein corresponding to the opening 2 is attached to the wall 1. An exhaust port 111 is provided in the exhaust gas passage structure 110, and an exhaust pipe (not shown) is connected to the exhaust port 111. Then, the exhaust gas is exhausted by the air blower provided at the end of the exhaust pipe (not shown). The main body 112 of the exhaust gas passage structure 110 has a substantially cylindrical shape.
[0031]
Inside the exhaust gas passage structure 110, a front end portion of the first gas passage 113 and an odor gas passage or a gas to be burned as a gas passage not containing a volatile organic compound such as an oxidizing agent, nitrogen gas, and inert gas. First and second gas passage structures 115 each having a distal end of a second gas passage 114 as a passage are arranged. When the gas containing no volatile organic compound is an oxidant, the first gas passage is an oxidant passage. Generally, an oxidant (particularly air) will flow through the first gas passage 113. As schematically shown in FIG. 2, the first and second gas passage structures 115 have two dual structure nozzles 116 and 117 at positions 180 degrees apart in the circumferential direction.
[0032]
The double-structured nozzles 116 and 117 have a fan-shaped cross section and inner wall portions 116a and 117a having inside passages 118 and 118 therein, and a substantially fan-shaped cross section shape at the distal end side. And outer wall portions 116b and 117b forming outer passages 119 and 119 between the outer wall portions 116b and 117a. The outer passages 119, 119 of the two dual structure nozzles 116, 117 communicate with each other via communication passages 119a, 119a, respectively. At the base of the radial walls 116b1 and 117b1 forming a part of the outer side walls 116b and 117b to form the communication passages 119a and 119a, arcuate walls 119b to form the communication passages 119a and 119a are formed. 119b is connected.
[0033]
The dual structure nozzles 116 and 117 are connected to a first gas supply tube 120 and a second gas supply tube 121 which are arranged concentrically with the fuel supply tube 108 and have a double structure. The first gas supply pipe 120 has both ends closed and is fixed to the heat exchanger 104. One end of the first gas supply pipe 120, that is, the peripheral wall at the end on the heat exchanger 104 side constitutes a part of the outer walls 116b and 117b of the dual structure nozzles 116 and 117, and Are formed with a plurality of slits 122 communicating the outer passages 119 and 119 and the inner passage of the first gas supply pipe 120, respectively. These slits 122 are formed at intervals in the circumferential direction of the first gas supply pipe 120. Even when these plural slits 122 are formed, the double structure is formed because the wall portions 119b, 119b for forming the communication passages 119a, 119a connecting the two outer passages 119, 119 as described above are provided. The oxidant does not leak directly into the exhaust gas passage 109 from the slit 122 located at a position not corresponding to the nozzles 116 and 117.
[0034]
The radial walls 116b1 and 117b1 forming the outer side walls 116b and 117b, the circumferential walls 116b2 and 117b2, the rear side walls 116b3 and 117b3, and the walls 119b and 119b for forming a communication path are provided. It is connected to inner wall portions 116a and 117a. The base portions of the rear side wall portions 116b3, 117b3 and the base portions of the wall portions 119b, 119b for forming the communication passage are fitted to the outer peripheral side of the first gas supply pipe 120 via an airtight bearing. I have.
[0035]
The second gas passage 121 as the burned gas supply pipe is a double pipe composed of an inner pipe 121a and an outer pipe 121b which are arranged concentrically. One end of the second gas supply pipe 121, that is, the end on the heat exchanger 104 side is closed except for a portion communicating with the inner passages 118, 118 of the dual structure nozzles 116, 117. The other end of the second gas supply pipe 121 opens into a chamber 123 concentrically fixed to the other end of the first gas supply pipe 120. The chamber 123 functions as a low-galory gas supply unit, and the chamber 123 is integrally provided with an air supply port 123a to which a connection pipe (not shown) is connected. Airtight bearings are arranged between the inner pipe 121a of the second gas supply pipe 121 and the first gas supply pipe 120 and between the outer pipe 121b and the wall constituting the chamber 123, respectively. ing. An airtight bearing is also arranged between the outer pipe 121b of the second gas supply pipe 121 and the wall of the main body 112 of the exhaust gas passage structure 110. A gear 124 is fixed on the outer periphery of the outer pipe 121b of the second gas supply pipe 121. The gear 124 rotates by receiving the rotational force from the motor 125, whereby the second gas supply pipe 121 rotates about the burner 106, and as a result, the dual-structure nozzles 116 and 117 have the exhaust gas passage structure. Rotate inside body 110.
[0036]
The cross-sectional area SG of the inner passage 118 and the cross-sectional area SA of the outer passage 119 formed inside the dual structure nozzles 116 and 117 are determined by the flow rate VG of the fluid passing through the inner passage 118 and the oxidizing agent passing through the outer passage 119. Is proportional to the flow rate VA. 1 and 2, the fuel of the burner 106 is supplied from a fuel supply pipe 108, and the oxidant required for combustion is supplied from an inner passage 118 and an outer passage 119. Since the odor gas contains the oxidizing agent, it is not necessary to consider the thickness dimension of the outer passage 119 according to the air ratio, and the amount of the odor gas and the air supplied from the inner passage 118 and the outer passage 119 is reduced by the burner 106. What is necessary is just to reach the theoretical amount of the oxidizing agent necessary for the combustion of. Therefore, in this example, unlike the examples of FIGS. 1 and 2, the cross-sectional area SA of the outer passage 119 is made as small as possible, and the volatile organic compound flowing toward the heat storage body 105 from the tip end of the first gas passage 113. , The pressure (flow velocity) of the gas flow (first gas flow) containing no gas can be sufficiently increased. As a result, as can be seen by comparing FIGS. 2 and 5, the cross-sectional area SA 1 in FIG. 5 is smaller than the cross-sectional area SA in FIG. However, in this example as well, it goes without saying that the cross-sectional area SA of the outer passage may be increased.
[0037]
Next, the operation of the combustion device of FIG. 4 will be described. First, while rotating the motor 125, air is supplied from the first gas passage 113 to the regenerator 105 as a gas containing no volatile gas, and odor gas is supplied from the second gas passage 114 to the regenerator 105. Next, fuel is supplied to the burner 106, and the burner 106 is burned using the air and the odor gas as an oxidant, and thereafter, the combustion is continued. The exhaust gas passes through the heat storage body 105 and heats the heat storage body 105, and then is exhausted through the exhaust gas passage 109. An oxidizing agent and an odor gas are supplied to a portion of the heat storage body 105 that has stored heat of the exhaust gas 109, heated, and continuously supplied to the combustion chamber. When the odor gas is preheated in this manner, the thermal efficiency is improved, and the odor gas combustion processing efficiency is improved. Since the odor gas flow from the inner passage 118 of the dual structure nozzles 116 and 117 is surrounded by the gas flow from the outer passage 119, leakage of the odor gas into the exhaust gas passage 109 is suppressed.
[0038]
Next, a test was conducted to determine the pressure difference between the gas (seal air) flowing through the outer passage 119 and the gas (odor gas) flowing through the inner passage 118, and the degree of leakage of the odor gas into the exhaust gas, and the pressure difference. A description will be given of a test performed to find out the relationship between the pressure and the seal air width, and the results thereof. The heat storage used in these tests is a honeycomb-shaped heat storage shown in FIG. The seal air width S is defined by one dimension a between two adjacent contact points of the corrugated green ceramic sheet 31 and the flat green ceramic sheet 30 shown in FIG. First, the seal air width S is fixed (specifically, the seal width dimension is fixed to one scale (about 2.5 mm)), and the exhaust gas when the differential pressure between the seal air pressure and the odor gas pressure is changed. The amount of the odor gas leaking into the chamber was measured. FIG. 6 shows the result. In this figure, the horizontal axis is the differential pressure between the seal air pressure and the odor gas pressure, and the vertical axis is the amount of the odor gas leaked into the exhaust gas. As can be seen from this figure, the greater the differential pressure (the greater the odor gas pressure than the seal air pressure), the greater the amount of leakage. When the differential pressure is reduced to 0 or more, the leakage amount is reduced. Although it is not clear from FIG. 6, it was confirmed from the actual test results that the leakage amount could be completely reduced to zero when the differential pressure was +52 mmAq or more.
[0039]
FIG. 7 shows the relationship among the differential pressure, the seal air width, and the leakage amount. The seal width on the horizontal axis is a scale between the two adjacent contact points of the corrugated green ceramic sheet 31 and the flat green ceramic sheet 30, and the vertical axis is the amount of odor gas leakage. Is shown. As can be seen from FIG. 7, if the differential pressure is 0, the leakage amount can be reduced to almost 0 by setting the seal air width S to one scale or more. Also, it can be seen that when the differential pressure increases (when the odor gas pressure becomes higher than the seal air pressure), the leak amount cannot be effectively reduced unless the seal air width S is set to two or more scales. When the differential pressure is −30 mmAq, it has been confirmed that the seal air width S may be set to 3 or more scales in order to completely reduce the leakage amount to 0. It is. These tests were performed using the apparatus shown in FIGS. 4 and 5, but the same results can be obtained by performing the same tests in the examples shown in FIGS.
[0040]
Hereinafter, constituent elements of some inventions of a plurality of inventions described in the specification of the present application will be listed.
[0041]
(1) a heat exchanger including a heat storage body having air permeability, a burner nozzle of a burner disposed in a central portion, and at least a part disposed in an opening provided in a wall surrounding a combustion chamber; An exhaust gas passage that is continuously provided and flows exhaust gas exhausted from the combustion chamber through the heat storage element; and the heat storage element having a distal end disposed inside the exhaust gas passage and heated by the heat of the exhaust gas An oxidizing agent passage for continuously supplying an oxidizing agent to the combustion chamber through a portion of the exhaust gas passage; and a tip portion disposed inside the exhaust gas passage, the portion of the heat storage body heated by the heat of the exhaust gas. An odor gas passage for continuously supplying odor gas to the chamber, and a relative position centering on the burner between the exhaust gas passage, the oxidizing agent passage, and the odor gas passage, and the heat exchanger. Structure that causes rotation A combustion device having a structure,
Around the tip of the odor gas passage so as to surround the odor gas flow flowing from the odor gas passage toward the heat accumulator with the oxidant flow flowing from the tip of the oxidant passage toward the heat accumulator. Is surrounded by the tip of the oxidant passage.
[0042]
(2) The combustion device according to the above (1), wherein the pressure of the oxidant stream is equal to or higher than the pressure of the odor gas stream.
[0043]
(3) The method according to (1), wherein the pressure of the oxidant stream is lower than the pressure of the odor gas stream, and the oxidant stream has a thickness dimension that does not allow the odor gas to leak outside the oxidant stream. A combustion device as described.
[0044]
【The invention's effect】
According to the present invention, the gas stream to be burned flowing from the tip of the gas passage to be burned toward the regenerator is always surrounded by the oxidant stream, that is, wrapped by the seal layer formed by the oxidant stream. In this state, there is an advantage that the gas to be burned can be prevented from leaking to the exhaust side from the gap formed between the tip of the gas to be burned passage and the heat exchanger.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of an embodiment in which the present invention is applied to a combustion device that burns low-calorie gas as a gas to be burned.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a configuration of a dual structure nozzle used in FIG. 1 and an exhaust gas passage, an oxidizing agent passage, and a passage of a gas to be burned.
FIG. 3 is a diagram for explaining a structure of a heat storage body used in the embodiment.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an example of an embodiment in which the present invention is applied to a combustion device that burns odorous gas as a gas to be burned.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a dual structure nozzle used in FIG. 2 and a relationship between an exhaust gas passage, an oxidizing agent passage, and a passage of a gas to be burned.
FIG. 6 is a diagram showing test results obtained by measuring the amount of odor gas leaking into exhaust gas when the pressure difference between the seal air pressure and the odor gas pressure is changed.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship among a differential pressure, a seal air width, and a leakage amount.
[Explanation of symbols]
1 wall
4,104 heat exchanger
5,105 heat storage
6,106 burners
9,109 Exhaust gas passage
13 Oxidant passage
14,114 Burned gas passage
16, 17, 116, 117 Double structure nozzle
18,118 Inside passage
19,119 Outside passage
20 Oxidant supply pipe
21 Burned gas supply pipe
22,122 slit
120 First gas passage
121 Second gas passage

Claims

A heat exchanger having a burner nozzle of a burner in the center provided with a heat storage body having air permeability, an exhaust gas passage for flowing exhaust gas exhausted from a combustion chamber through the heat storage body, and heated by heat of the exhaust gas An oxidant passage for supplying an oxidant to the combustion chamber through a portion of the heat storage body; and a burned gas passage for supplying a combustion gas to the combustion chamber through a portion of the heat storage body heated by heat of the exhaust gas. A combustion device having a structure that causes relative rotation about the burner between the heat exchanger and the exhaust gas passage, the oxidant passage, and the burned gas passage. ,
The burned gas passage and the oxidizing gas flowing from the tip of the oxidizing passage toward the heat storage medium surround the gas to be burned flowing from the leading end of the burning gas passage toward the heat storage material. A combustion device comprising an oxidant passage.

A heat exchanger having a heat storage body with air permeability, and a burner nozzle of a burner disposed in a central portion, at least a part of which is housed in an opening provided in a wall surrounding the combustion chamber,
An exhaust gas passage provided to communicate with the opening and discharging the exhaust gas from the combustion chamber through the heat storage element;
An oxidant passage configured to supply an oxidant to the combustion chamber through a portion of the heat storage body that is disposed inside the exhaust gas passage and heated by heat of the exhaust gas;
A burned gas passage for supplying a burned gas to the combustion chamber through a portion of the regenerator heated by the heat of the exhaust gas, a tip portion being disposed inside the exhaust gas passage;
A rotary drive mechanism for rotating the tip end of the heat storage element or the oxidant passage and the burned gas passage around the burner,
An exhaust gas passage structure provided for the opening and having the exhaust gas passage therein; and an oxidizer passage and the burnable gas passage disposed inside the exhaust gas passage structure and inside the exhaust gas passage structure. An oxidant having a tip-burnable gas passage structure;
The oxidant-burned gas passage structure is configured to surround an inner passage constituting the tip portion of the burned gas passage and a periphery of the inner passage to constitute the tip portion of the oxidant passage. One or more dual structure nozzles comprising an outer passage, wherein the burned gas stream flowing from the inner passage toward the regenerator is surrounded by an oxidant stream flowing from the outer passage toward the regenerator. A combustion device comprising:

3. The combustion apparatus according to claim 1, wherein the pressure of the oxidant stream is equal to or higher than the pressure of the burned gas stream.

3. The method according to claim 1, wherein the pressure of the oxidant stream is smaller than the pressure of the burned gas stream, and the oxidant stream has a thickness dimension that does not allow the burned gas to leak outside the oxidant stream. 4. A combustion device as described.

The heat accumulator is formed of a ceramic honeycomb heat accumulator, which is obtained by winding and calcining a sheet obtained by sandwiching one corrugated unsintered ceramic sheet between two flat unsintered ceramic sheets,
The said thickness dimension of the said oxidizing agent channel | path is more than the dimension between two adjacent contact points of the said corrugated green ceramic sheet and the said flat green ceramic sheet, The claim 3 characterized by the above-mentioned. Combustion equipment.

The heat accumulator is formed of a ceramic honeycomb heat accumulator which is obtained by winding and firing a laminate of a flat unsintered ceramic sheet and one corrugated unsintered ceramic sheet,
The thickness of the oxidizing agent passage is at least twice as large as a dimension between two adjacent contact points between the corrugated green ceramic sheet and the flat green ceramic sheet. The combustion device according to claim 1.

3. The method of claim 1, wherein the burned gas is a low calorie gas, the burner is a pilot burner, and the oxidant stream supplies an amount of an oxidant necessary for combustion of the low calorie gas. The combustion device according to claim 1.

The combustion device according to claim 1, wherein the gas to be burned is an odorous gas.

A heat exchanger in which a burner nozzle of a burner is arranged in the center with a heat storage body having air permeability,
An exhaust gas passage for continuously flowing exhaust gas from the combustion chamber through the heat storage body;
A first gas passage for continuously supplying a gas containing no volatile organic compound to the combustion chamber through a portion of the heat storage body heated by the heat of the exhaust gas;
A second gas passage for continuously supplying odor gas to the combustion chamber through a portion of the heat storage body heated by the heat of the exhaust gas;
A structure for causing relative rotation about the burner between the exhaust gas passage, the first and second gas passages, and the heat exchanger,
The odor gas flow flowing from the tip of the second gas passage toward the regenerator is surrounded by a gas flow containing no volatile organic compound flowing from the tip of the first gas passage toward the regenerator. Wherein the first and second gas passages are formed.