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JP6552976B2 - Burner, boiler equipped with the same, and ship equipped with the same - Google Patents

Burner, boiler equipped with the same, and ship equipped with the same Download PDF

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JP6552976B2
JP6552976B2 JP2016017243A JP2016017243A JP6552976B2 JP 6552976 B2 JP6552976 B2 JP 6552976B2 JP 2016017243 A JP2016017243 A JP 2016017243A JP 2016017243 A JP2016017243 A JP 2016017243A JP 6552976 B2 JP6552976 B2 JP 6552976B2
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Description

本発明は、燃料油や燃料ガスと水素との混焼が可能なバーナ、これを備えたボイラ及びこれを備えた船舶に関するものである。   The present invention relates to a burner capable of co-firing fuel oil or fuel gas with hydrogen, a boiler equipped with the burner, and a ship equipped with the burner.

船舶の主機を駆動させる舶用ボイラは、重油やLNGといった炭化水素燃料により運用している。
近年の排ガス規制強化の影響から、硫黄分を多く含む重油の使用に際して、高価な低硫黄重油への燃料転換や、高性能脱硫装置への改造が求められているが、ランニングコスト増加が想定される。また、炭化水素燃料は、二酸化炭素を含む燃焼ガスを排出し、地球温暖化への影響が懸念される。
これに対して、重油またはLNGの一方を水素で代替することにより、硫黄酸化物の生成を抑制し、二酸化炭素排出量を削減することが検討されている。
炭化水素燃料であるLPGと水素とを混焼するバーナについては、下記特許文献1に開示されている。
Marine boilers that drive the main ship of the ship are operated using hydrocarbon fuel such as heavy oil and LNG.
Due to the recent tightening of exhaust gas regulations, fuel conversion to expensive low-sulfur heavy oil and conversion to high-performance desulfurization equipment are required when using heavy oil containing a large amount of sulfur, but an increase in running costs is expected. Ru. In addition, hydrocarbon fuel emits combustion gas containing carbon dioxide, which may cause global warming.
On the other hand, it has been studied to suppress the formation of sulfur oxides and reduce carbon dioxide emissions by replacing one of heavy oil or LNG with hydrogen.
A burner for co-firing LPG, which is a hydrocarbon fuel, and hydrogen is disclosed in Patent Document 1 below.

実公昭60−42247号公報Japanese Utility Model Publication No. 60-42247

しかし、水素は燃料中に炭素を含まないため、輻射特性が重油やLNGと大きく異なる。このため、火炉吸熱量の低下が問題となるが、上記特許文献1ではこの点について考慮されていない。   However, hydrogen does not contain carbon in the fuel, so its radiation characteristics differ greatly from heavy oil and LNG. For this reason, although the fall of furnace heat absorption amount becomes a problem, in the said patent document 1, this point is not considered.

また、水素燃焼時に、重油・LNG焚きボイラと同等の性能を得ることができる構造が求められる。水素燃焼は炭化水素燃料と比較して、輻射特性が劣るため、伝熱管のピッチを挟隙化して伝熱管の本数を増加することや、伝熱管にフィンを設置して伝熱面積を増大させることが考えられる。しかし、重油・LNGの燃焼排ガス中に含まれる固形物質の付着等による燃焼ガス流路閉塞等の観点から、このような対策は難しい。したがって、重油・LNG焚きボイラから大幅な構造変更はできない。   Further, a structure capable of obtaining performance equivalent to that of heavy oil / LNG fired boiler during hydrogen combustion is required. Since hydrogen combustion has inferior radiation characteristics compared to hydrocarbon fuels, the pitch of the heat transfer tubes is increased to increase the number of heat transfer tubes, or fins are installed in the heat transfer tubes to increase the heat transfer area. It is conceivable. However, such measures are difficult from the viewpoint of blocking the combustion gas flow path due to adhesion of solid substances contained in the combustion exhaust gas of heavy oil and LNG. Therefore, significant structural changes can not be made from heavy oil and LNG fired boilers.

以上から、水素燃焼時に輻射伝熱量が低下することにより、重油・LNG焚き時と同等のボイラ性能を得ることができないという問題がある。
また、水素燃焼時に輻射伝熱量が低下することにより、火炉内での吸熱が十分に進まずに火炉出口温度が上昇することから、現行の蒸発管や過熱器の材料見直しが必要になるという問題がある。
From the above, there is a problem that the boiler performance equivalent to that at the time of heavy oil and LNG burning can not be obtained by the decrease of the amount of radiant heat transfer at the time of hydrogen combustion.
In addition, since the amount of radiant heat transfer during hydrogen combustion decreases, the temperature at the furnace outlet rises without sufficient heat absorption in the furnace, so it is necessary to review the materials for the current evaporator and superheater. There is.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、大幅なボイラ構造の変化を伴わずに燃料油または燃料ガスと水素との混焼が可能なバーナ、これを備えたボイラ及びこれを備えた船舶を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a burner capable of co-firing fuel oil or fuel gas and hydrogen without significant change in the boiler structure, a boiler provided with the burner, and the same Aims to provide ships equipped with

上記課題を解決するために、本発明のバーナ、これを備えたボイラ及びこれを備えた船舶は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるバーナは、燃料油を噴射する複数の燃料噴射孔と、各前記燃料噴射孔の周囲から水素を噴射するとともに各前記燃料噴射孔の周囲に水素領域を形成する複数の水素噴射孔と、各前記水素噴射孔の周囲から燃焼用空気を供給する空気供給部と、を備え、各前記燃料噴射孔から噴射された燃料油は、酸素不足とされた前記水素領域で燃焼することを特徴とする。
In order to solve the said subject, the burner of this invention, the boiler provided with this, and the ship provided with this employ | adopt the following means.
That is, in the burner according to the present invention, a plurality of fuel injection holes for injecting fuel oil and a plurality of hydrogens for injecting hydrogen from the periphery of each of the fuel injection holes and forming a hydrogen region around each of the fuel injection holes Injection holes and an air supply unit for supplying combustion air from around each of the hydrogen injection holes, and fuel oil injected from each of the fuel injection holes burns in the hydrogen region where oxygen is insufficient It is characterized by

燃料噴射孔の周囲に水素を噴射するので、燃料噴射孔の周囲には、水素が噴射されて形成される水素領域が存在する。このため、燃料噴射孔から噴射された燃料油(例えば重油)は、さらに外周に存在する空気と出会う前に、燃料噴射孔の周囲に存在する水素領域に噴射される。この水素領域では、水素が燃料油よりも燃焼速度が速いため、水素の燃焼が燃料油の燃焼よりも優先して行われる。したがって、水素領域では、水素燃焼により酸素を消費しているため、酸素不足の領域となる。そして、燃料油は、水素が助燃剤となった状態で、酸素不足下での燃焼が安定的に行われる。これにより、燃料油は酸素不足下で燃焼を開始するので、積極的に煤の発生が進行し、粒子輻射率が増大する。したがって、水素を燃料として混合しても、炉内の輻射伝熱性能が低下することを回避して、十分な火炉吸熱量を確保することが可能となる。   Since hydrogen is injected around the fuel injection hole, a hydrogen region formed by hydrogen injection exists around the fuel injection hole. For this reason, the fuel oil (for example, heavy oil) injected from the fuel injection hole is injected to the hydrogen area which exists around the fuel injection hole, before meeting with the air which exists further in the perimeter. In this hydrogen region, hydrogen burns faster than fuel oil, so hydrogen combustion takes precedence over fuel oil combustion. Therefore, in the hydrogen region, oxygen is consumed by hydrogen combustion, so the region becomes oxygen deficient. And, in the fuel oil, the combustion under the lack of oxygen is stably carried out in the state where hydrogen is the auxiliary fuel. As a result, the fuel oil starts to combust under a lack of oxygen, so that soot generation actively proceeds and the particle radiation rate increases. Therefore, even if hydrogen is mixed as a fuel, it is possible to prevent the radiation heat transfer performance in the furnace from being lowered and to secure a sufficient furnace heat absorption amount.

さらに、本発明のバーナによれば、前記燃料噴射孔の噴射角度は、各燃料噴射孔が形成された燃料噴射管の中心軸線に対して両側にみた角度範囲が60°以下とされていることを特徴とする。   Further, according to the burner of the present invention, the injection angle of the fuel injection hole is such that the angle range seen on both sides with respect to the central axis of the fuel injection pipe in which each fuel injection hole is formed is 60 ° or less. It is characterized by

燃料噴射孔の噴射角度について、燃料噴射管の中心軸線に対して両側にみた角度範囲を60°以下の範囲とすることで、中心軸線側に傾斜した噴射角度とする。これにより、水素噴射孔から水素が噴射されて形成される水素領域に対して重油が可及的に長く存在することができ、また、水素領域の外側に位置する空気に対して可及的に遅く導くことができる。したがって、燃料油の酸素不足下での燃焼を促進することができ、輻射率を増大することができる。   With regard to the injection angle of the fuel injection holes, the angle range seen on both sides with respect to the central axis of the fuel injection pipe is set to a range of 60 ° or less, so that the injection angle is inclined toward the central axis. Thus, heavy oil can be present as long as possible with respect to the hydrogen region formed by injecting hydrogen from the hydrogen injection holes, and as much as possible with respect to air located outside the hydrogen region. It can lead you late. Therefore, the combustion of the fuel oil under oxygen can be promoted, and the emissivity can be increased.

また、本発明のバーナは、燃料ガスを噴射する複数の燃料噴射孔と、各前記燃料噴射孔の隣に設けられ、該燃料噴射孔よりも小径とされた水素を噴射する複数の水素噴射孔と、各前記燃料噴射孔および各前記水素噴射孔の周囲から燃焼用空気を供給する空気供給部とを備え、各前記燃料噴射孔から噴射された燃料ガスは、酸素不足下で燃焼することを特徴とする。
Further, the burner of the present invention is provided with a plurality of fuel injection holes for injecting a fuel gas, and a plurality of hydrogen injection holes provided next to each of the fuel injection holes for injecting hydrogen smaller in diameter than the fuel injection holes. And each of the fuel injection holes and an air supply unit for supplying combustion air from around the hydrogen injection holes, and the fuel gas injected from each of the fuel injection holes may be burned under a deficiency of oxygen. It features.

燃料ガスを噴射する燃料噴射孔の隣に、水素を噴射する水素噴射孔が配置されている。そして、水素噴射孔は、燃料噴射孔よりも小径とされている。したがって、燃料噴射孔から噴射された燃料ガスは、水素噴射孔よりも多くの燃料が供給されるので燃料過剰となり、酸素不足下での燃焼となる。
一方、水素噴射孔から噴射された水素は、水素が燃料ガスよりも燃焼速度が速いため、水素の燃焼が燃料ガスの燃焼よりも優先して行われて酸素を消費する。これにより、燃料ガスの燃料をさらに酸素不足下で行わせることができる。
燃料ガスは、水素が助燃剤となった状態で、酸素不足下で安定的に燃焼させられるので、水素を燃料として混合しても、炉内の輻射伝熱性能が低下することを回避して、十分な火炉吸熱量を確保することが可能となる。
A hydrogen injection hole for injecting hydrogen is disposed next to the fuel injection hole for injecting the fuel gas. The hydrogen injection hole is smaller in diameter than the fuel injection hole. Therefore, the fuel gas injected from the fuel injection holes is supplied with more fuel than the hydrogen injection holes, so the fuel gas becomes excessive and combustion occurs under oxygen deficiency.
On the other hand, in the hydrogen injected from the hydrogen injection holes, the burning speed of hydrogen is higher than the burning of the fuel gas and the oxygen is consumed because the burning speed of the hydrogen is faster than that of the fuel gas. Thereby, the fuel of fuel gas can be further performed under oxygen deficiency.
Since the fuel gas can be stably burned under oxygen deficiency in a state in which hydrogen becomes a flame retardant, even if hydrogen is mixed as a fuel, the radiation heat transfer performance in the furnace is prevented from being degraded. It becomes possible to secure sufficient furnace heat absorption.

また、本発明のボイラは、上記のいずれかに記載のバーナを備えていることを特徴とする。   In addition, a boiler according to the present invention is characterized by including the burner described in any of the above.

上記のいずれかのバーナを備えているので、燃料に水素を混合しても安定した燃焼が行われる。したがって、ボイラ構造の大幅な変更を行うことなく水素混合燃焼を実現することができる。   Since any of the above burners is provided, stable combustion can be performed even if hydrogen is mixed with fuel. Therefore, the hydrogen mixed combustion can be realized without making a significant change in the boiler structure.

また、本発明の船舶は、上記のボイラを備えていることを特徴とする。   Moreover, the ship of the present invention is characterized by being provided with the above-mentioned boiler.

舶用ボイラとして上記のボイラを備えているので、大幅な構造変更を行うことなく水素混合燃焼を実現するボイラを備えた船舶を提供することができる。   Since the above-described boiler is provided as a marine boiler, it is possible to provide a ship provided with a boiler that realizes hydrogen-mixed combustion without performing a significant structural change.

酸素不足下での燃料油または燃料ガスの燃焼を積極的に導入することによって水素燃焼による輻射伝熱量の低下を補うことができるので、大幅なボイラ構造の変化を必要としない。   By actively introducing the combustion of fuel oil or fuel gas in the absence of oxygen, it is possible to compensate for the decrease in the amount of radiant heat transfer due to hydrogen combustion, so no significant boiler structure change is required.

本発明の一実施形態に係る舶用ボイラを示した縦断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the longitudinal cross-sectional view which showed the marine boiler which concerns on one Embodiment of this invention. 図1のバーナを示した正面図である。It is the front view which showed the burner of FIG. 図2のバーナから噴射される重油の噴射角度を示した縦断面図である。It is the longitudinal cross-sectional view which showed the injection angle of the heavy oil injected from the burner of FIG. バーナからの噴射状態を示し、(a)は一実施形態を示した縦断面図であり、(b)は参考例を示した縦断面図である。The injection state from a burner is shown, (a) is the longitudinal cross-sectional view which showed one Embodiment, (b) is the longitudinal cross-sectional view which showed the reference example. 第2実施形態に係るバーナを示した正面図である。It is a front view showing a burner concerning a 2nd embodiment.

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
図1には、本実施形態にかかる舶用ボイラ(以下、単に「ボイラ」という。)1が示されている。ボイラ1は、船舶に設置されており、船舶の主機の駆動に用いられる。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First Embodiment
FIG. 1 shows a marine boiler (hereinafter simply referred to as “boiler”) 1 according to the present embodiment. The boiler 1 is installed on a ship and used to drive a main engine of the ship.

ボイラ1は、二胴水管ボイラとされている。ボイラ1は、火炉2の上部に設置された風箱14内に複数のバーナ3を備えている。図1では、1つのバーナ3が示されているが、紙面垂直方向に他のバーナ3が設置されている。   The boiler 1 is a twin-tube water tube boiler. The boiler 1 includes a plurality of burners 3 in a wind box 14 installed in the upper part of the furnace 2. In FIG. 1, one burner 3 is shown, but another burner 3 is installed in a direction perpendicular to the paper surface.

バーナ3は、空気ダクト13を介して導入される燃焼用空気としてのバーナ空気を用いて、重油(燃料油)と水素を燃焼して燃焼ガスを生成する。バーナ3の下部には、円筒状のスロート15が取り付けられており、スロート15の内側は、火炉2側に進むにつれて径が拡大する円錐台形状の中空部となっている。バーナ3は、旋回ベーン16a,16b(図2参照)を備えており、旋回ベーン16a,16bによってバーナ空気が旋回させられることによって旋回噴流を噴射する。旋回噴流は、火炉2内を上方から下方へと流れ、燃焼ガス流れ下流側である側方に位置するフロントバンクチューブ4へと向かう。   The burner 3 burns heavy oil (fuel oil) and hydrogen using burner air as combustion air introduced via the air duct 13 to generate combustion gas. A cylindrical throat 15 is attached to the lower part of the burner 3, and the inside of the throat 15 is a frustoconical hollow portion whose diameter increases as it proceeds to the furnace 2 side. The burner 3 includes swirl vanes 16a and 16b (see FIG. 2), and the swirl jet is jetted by swirling the burner air by the swirl vanes 16a and 16b. The swirling jet flows downward from above in the furnace 2 and is directed to the side of the front bank tube 4 located downstream of the combustion gas flow.

バーナ3から噴射された旋回噴流は火炎を形成し、これにより生成された高温の燃焼ガスは、火炉2の燃焼ガス流れ下流に配設されたフロントバンクチューブ4、過熱器5及び蒸発管群(蒸発器)6を順番に通過する。   The swirling jet injected from the burner 3 forms a flame, and the high-temperature combustion gas generated thereby is generated by a front bank tube 4, a superheater 5, and an evaporation tube group (downstream of the combustion gas flow in the furnace 2 ( Pass the evaporator 6 sequentially.

フロントバンクチューブ4は、多数の伝熱管から構成され、下方から上方にわたって設けられ、燃焼ガス流れに直交するように平面状に配置されている。フロントバンクチューブ4は、火炉2の下方に設けられたヘッダ12と上方の蒸気ドラム10との間を接続する。   The front bank tube 4 is composed of a large number of heat transfer tubes, is provided from the bottom to the top, and is arranged in a plane so as to be orthogonal to the combustion gas flow. The front bank tube 4 connects between a header 12 provided below the furnace 2 and an upper steam drum 10.

過熱器5は、多数の伝熱管から構成され、フロントバンクチューブ4に対して平行に下方から上方の途中位置まで設けられ、燃焼ガス流れに直交するように平面状に配置されている。過熱器5は、火炉2の下方に設けられた2つのヘッダ11に接続されている。すなわち、一方のヘッダ11から飽和蒸気が供給され、伝熱管内を上方へ流れて頂部5aで折り返した後に下方に流れる間に、燃焼ガスによって過熱状態まで加熱され、他方のヘッダ11へと導かれる。   The superheater 5 is composed of a large number of heat transfer tubes, is provided parallel to the front bank tube 4 from the lower side to an intermediate position in the upper side, and is arranged in a plane to be orthogonal to the combustion gas flow. The superheater 5 is connected to two headers 11 provided below the furnace 2. That is, saturated steam is supplied from one header 11, flows upward in the heat transfer tube, turns back at the top portion 5 a, and then flows downward, and then is heated to a superheated state by the combustion gas and led to the other header 11. .

蒸発管群6は、多数の伝熱管から構成され、過熱器5に対して平行に下方から上方にわたって設けられ、燃焼ガス流れに直交するように平面状に配置されている。蒸発管群6は、下方の水ドラム9と上方の蒸気ドラム10との間を接続している。下方の水ドラム9内の水が加熱されて蒸発されるにしたがい上方に上昇し、蒸気ドラム10内に蒸気が導かれるようになっている。蒸気ドラム10内の飽和蒸気が、図示しない経路を通り過熱器5のヘッダ11へと導かれて過熱されるようになっている。   The evaporation tube group 6 is composed of a large number of heat transfer tubes, is provided parallel to the superheater 5 from the lower side to the upper side, and is arranged in a plane so as to be orthogonal to the combustion gas flow. The evaporation tube group 6 connects between the lower water drum 9 and the upper steam drum 10. As the water in the lower water drum 9 is heated and evaporated, the water rises upward and steam is introduced into the steam drum 10. The saturated steam in the steam drum 10 is led to the header 11 of the superheater 5 through a path (not shown) so as to be overheated.

フロントバンクチューブ4、過熱器5及び蒸発管群6の伝熱管内を流れる水や蒸気と熱交換を終えた燃焼ガスは、出口側ガスダクト7を通ってガス出口8からボイラ1の外部へ排出される。   Combustion gas that has exchanged heat with water and steam flowing in the heat transfer tubes of the front bank tube 4, the superheater 5, and the evaporator tube group 6 is discharged from the gas outlet 8 to the outside of the boiler 1 through the outlet side gas duct 7. Ru.

図2には、バーナ3の正面図が示されている。バーナ3の中央には、円筒形状の燃料噴射管17がバーナ3の中心軸線C1に沿って設けられており、この燃料噴射管17の先端には、複数の燃料噴射孔18が等角度間隔を有して円周方向に設けられている。   A front view of the burner 3 is shown in FIG. A cylindrical fuel injection pipe 17 is provided at the center of the burner 3 along the central axis C1 of the burner 3. A plurality of fuel injection holes 18 are equiangularly spaced at the tip of the fuel injection pipe 17. It is provided in the circumferential direction.

燃料噴射管17を包囲するように、燃料噴射管17と共通の中心軸線C1を有する円筒形状の水素噴射管19が設けられている。水素噴射管19の先端には、複数の水素噴射孔20が等角度間隔を有して円周方向に設けられている。   A cylindrical hydrogen injection pipe 19 having a central axis C <b> 1 common to the fuel injection pipe 17 is provided so as to surround the fuel injection pipe 17. A plurality of hydrogen injection holes 20 are circumferentially provided at equal angular intervals at the tip of the hydrogen injection pipe 19.

水素噴射管19を包囲するように、水素噴射管19と共通の中心軸線C1を有する円筒形状の空気供給管21a,21bが二重管構造をなして設けられている。空気供給管21a,21bには、放射状に伸びる複数の旋回ベーン16a,16bが設けられており、空気供給管21a,21bの先端の空気供給部22a,22bから旋回空気流が流されるようになっている。   A cylindrical air supply pipe 21a, 21b having a central axis C1 common to the hydrogen injection pipe 19 is provided in a double pipe structure so as to surround the hydrogen injection pipe 19. The air supply pipes 21a and 21b are provided with a plurality of swirl vanes 16a and 16b extending radially, and a swirling air flow is allowed to flow from the air supply portions 22a and 22b at the tips of the air supply pipes 21a and 21b. ing.

図3には、燃料噴射孔18の噴射角度が示されている。同図に示されているように、燃料噴射孔18の噴射方向は、バーナ3(即ち燃料噴射管17)の中心軸線C1に対して傾斜している。燃料噴射孔18の噴射角度は、バーナ3の中心軸線C1に対して両側にみた角度範囲θが60°以下とされている。一般の重油炊きボイラのバーナの燃料噴射孔の噴射角度範囲が80°〜100°の範囲なので、本実施形態の燃料噴射孔18の噴射角度は狭角化されている。   The injection angle of the fuel injection hole 18 is shown in FIG. As shown in the figure, the injection direction of the fuel injection hole 18 is inclined with respect to the central axis C1 of the burner 3 (that is, the fuel injection pipe 17). Regarding the injection angle of the fuel injection hole 18, the angle range θ viewed on both sides with respect to the central axis C <b> 1 of the burner 3 is set to 60 ° or less. Since the injection angle range of the fuel injection hole of the burner of a general heavy oil cooking boiler is in the range of 80 ° to 100 °, the injection angle of the fuel injection hole 18 of the present embodiment is narrowed.

したがって、図4(a)に示すように、燃料噴射孔18から噴射された重油は、符号J1で示すように、水素噴射孔20からバーナ3の中心軸線C1と平行に噴射された水素流れH1に対して小さな交差角をもって流れる。したがって、重油が水素噴射孔20の外周側を流れる空気流れA1に到達するまでの時間を長くとることができる。
水素噴射孔20から噴射された水素によって循環渦R1が形成され、水素燃焼による着火が行われる。この水素燃焼が起点となり重油の燃焼が行われ、炭素を含む燃料粒子Pによる発光が行われる。
Therefore, as shown in FIG. 4 (a), the heavy oil injected from the fuel injection hole 18 has a hydrogen flow H1 injected in parallel with the central axis C1 of the burner 3 from the hydrogen injection hole 20, as indicated by reference numeral J1. It flows with a small crossing angle. Therefore, the time until the heavy oil reaches the air flow A1 flowing on the outer peripheral side of the hydrogen injection hole 20 can be made long.
A circulation vortex R1 is formed by hydrogen injected from the hydrogen injection holes 20, and ignition by hydrogen combustion is performed. Starting from this hydrogen combustion, heavy oil is burned, and light is emitted by the fuel particles P containing carbon.

これに対して、図4(b)に示した一般の重油炊きボイラの場合には、燃料噴射角が大きいので、燃料噴射孔18の外周側に位置する空気流れA1に直接向かい、重油が空気流れA1に比較的早く到達することになる。   On the other hand, in the case of the general heavy oil cooking boiler shown in FIG. 4B, since the fuel injection angle is large, the fuel oil directly faces the air flow A1 located on the outer peripheral side of the fuel injection hole 18 and the heavy oil is air. Flow A1 will be reached relatively early.

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
燃料噴射孔18の周囲に水素を噴射するので、燃料噴射孔18の周囲には、水素が噴射されて形成される水素領域が存在する。このため、燃料噴射孔18から噴射された重油は、さらに外周に存在する空気と出会う前に、燃料噴射孔18の周囲に存在する水素領域に噴射される。この水素領域では、水素が重油よりも燃焼速度が速いため、水素の燃焼が重油の燃焼よりも優先して行われる。したがって、水素領域では、水素燃焼により酸素を消費しているため、酸素不足の領域となる。そして、重油は、水素が助燃剤となった状態で、酸素不足下で安定的に燃焼が行われる。これにより、重油は酸素不足下で燃焼を開始するので、積極的な煤の発生が進行し、粒子輻射率が増大する。したがって、水素を燃料として混合しても、炉内の輻射伝熱性能が低下することを回避して、十分な火炉吸熱量を確保することが可能となる。
According to the present embodiment, the following effects are achieved.
Since hydrogen is injected around the fuel injection holes 18, there is a hydrogen region formed by injecting hydrogen around the fuel injection holes 18. Therefore, the heavy oil injected from the fuel injection holes 18 is injected into the hydrogen region existing around the fuel injection holes 18 before the air present on the outer periphery is encountered. In this hydrogen region, the combustion of hydrogen takes place in preference to the combustion of heavy oil because hydrogen burns at a faster rate than heavy oil. Therefore, in the hydrogen region, oxygen is consumed by hydrogen combustion, so the region becomes oxygen deficient. And heavy oil is stably burned under lack of oxygen in a state where hydrogen is a combustion-support agent. As a result, since heavy oil starts combustion under oxygen deficiency, the generation of positive soot progresses and the particle radiation rate increases. Therefore, even if hydrogen is mixed as a fuel, it is possible to prevent the radiation heat transfer performance in the furnace from being lowered and to secure a sufficient furnace heat absorption amount.

例えば、比重0.9の重油を空気過剰率1.0で燃焼させた場合と、空気過剰率0.9で燃焼させた場合とを比較すると、火炎内平均輻射率はおよそ3倍程度になる。したがって、本実施形態のように、酸素不足下で重油の燃焼を行うことは炉内の輻射伝熱性能を改善するのに有効となる。
輻射率がn倍になることで、水素混焼量を高めることができ、重油燃焼量を1/nまで削減することができる。これにより、燃焼量に対する重油中の硫黄分が占める割合が低下することから、排ガス中硫黄酸化物濃度が低下する。
また、本実施形態によれば、水素混焼が可能となるので、低硫黄重油への燃料転換、脱硫装置高性能化といった措置が不要になる。
また、水素混焼によって重油燃焼量が低下するので、二酸化炭素排出量を削減できる。
For example, comparing the case of burning heavy oil with a specific gravity of 0.9 with an excess air ratio of 1.0 and the case of burning with an excess air ratio of 0.9, the average emissivity in the flame is about three times higher. . Therefore, combustion of heavy oil under oxygen deficiency as in the present embodiment is effective for improving the radiation heat transfer performance in the furnace.
By increasing the emissivity n times, the amount of mixed hydrogen combustion can be increased, and the amount of combustion of heavy oil can be reduced to 1 / n. As a result, the ratio of the sulfur content in heavy oil to the amount of combustion decreases, so the concentration of sulfur oxides in exhaust gas decreases.
Further, according to the present embodiment, since the hydrogen co-firing can be performed, measures such as fuel conversion to low sulfur heavy oil and high performance of the desulfurization device become unnecessary.
In addition, since the amount of heavy oil burned is reduced by hydrogen co-firing, carbon dioxide emissions can be reduced.

燃料噴射孔18の噴射角度について、燃料噴射管17の中心軸線C1に対して両側にみた角度範囲を60°以下の範囲とすることで、中心軸線C1側に傾斜した噴射角度とすることとした。これにより、水素噴射孔20から水素が噴射されて形成される水素領域に対して重油が可及的に長く存在することができ、また、水素領域の外側に位置する空気に対して可及的に遅く導くことができる。したがって、重油の酸素不足下での燃焼を促進することができ、輻射率を増大することができる。
また、水素の燃焼速度が重油よりも十分に速いことから、バーナ3近傍での安定燃焼を期待でき、水素が助燃剤として働くことで噴射角が狭くなった場合にも、着火・保炎性能を確保することができる。
With regard to the injection angle of the fuel injection hole 18, the angle range seen on both sides with respect to the central axis C1 of the fuel injection pipe 17 is set to a range of 60 ° or less, thereby making the injection angle inclined toward the central axis C1. . As a result, heavy oil can be present as long as possible with respect to the hydrogen region formed by injecting hydrogen from the hydrogen injection holes 20, and also possible with respect to air located outside the hydrogen region. Can lead you to Therefore, the combustion of heavy oil under oxygen can be promoted, and the emissivity can be increased.
In addition, since the combustion speed of hydrogen is sufficiently faster than that of heavy oil, stable combustion in the vicinity of the burner 3 can be expected, and even when the injection angle becomes narrower due to hydrogen acting as a combustion aid, ignition and flame holding performance Can be secured.

また、上述のように本実施形態のバーナ3は、重油と水素との混合燃焼を安定して行うことができるので、過熱器5等の材質の変更といったボイラ構造の大幅な変更を行う必要がない。   In addition, as described above, the burner 3 of the present embodiment can stably perform the mixed combustion of heavy oil and hydrogen, so that it is necessary to make a significant change in the boiler structure such as changing the material of the superheater 5 or the like. Absent.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
本実施形態では、第1実施形態に対して、燃料が重油ではなくLNG(燃料ガス)である点で相違する。したがって、バーナの構造が異なるが、ボイラの全体構造は同様なので、その説明は省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
The present embodiment is different from the first embodiment in that the fuel is not heavy oil but LNG (fuel gas). Therefore, although the structure of a burner differs, since the whole structure of a boiler is the same, the description is abbreviate | omitted.

図5には、本実施形態に係るバーナ3’の正面図が示されている。バーナ3’は、LNGと水素との混焼に用いられる。バーナ3’には、複数の燃料噴射孔18’が等角度間隔を有して円周方向に複数設けられている。また、各燃料噴射孔18’の間には、水素噴射孔20’が等角度間隔を有して円周方向に設けられている。すなわち、燃料噴射孔18’の両隣に、水素噴射孔20’が配置されている。水素噴射孔20’の口径は、燃料噴射孔18’の口径よりも小さい。
燃料噴射孔18’及び水素噴射孔20’の外周側には、複数の旋回ベーン16を有する空気供給部22が設けられている。
FIG. 5 shows a front view of the burner 3 ′ according to the present embodiment. The burner 3 'is used for co-firing of LNG and hydrogen. A plurality of fuel injection holes 18 'are provided circumferentially at equal angular intervals in the burner 3'. Further, hydrogen injection holes 20 'are circumferentially provided at equal angular intervals between the fuel injection holes 18'. That is, hydrogen injection holes 20 'are disposed on both sides of the fuel injection holes 18'. The diameter of the hydrogen injection hole 20 'is smaller than the diameter of the fuel injection hole 18'.
An air supply unit 22 having a plurality of turning vanes 16 is provided on the outer peripheral side of the fuel injection holes 18 ′ and the hydrogen injection holes 20 ′.

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
LNGを噴射する燃料噴射孔18’の両隣に、水素を噴射する水素噴射孔20’が配置されている。そして、水素噴射孔20’は、燃料噴射孔18’よりも小径とされている。したがって、燃料噴射孔18’から噴射されたLNGは、水素噴射孔20’よりも多くの燃料が供給されるので燃料過剰となり、酸素不足下での燃焼となる。
一方、水素噴射孔20’から噴射された水素は、水素がLNGよりも燃焼速度が速いため、水素の燃焼がLNGの燃焼よりも優先して行われて酸素を消費する。これにより、LNGの燃料をさらに酸素不足下で行わせることができる。
LNGは、水素が助燃剤となった状態で、酸素不足下で安定的に燃焼させられるので、LNG中の炭素分の発光によって輻射量を増加させることができる。したがって、水素を燃料として混合しても、炉内の輻射伝熱性能が低下することを回避して、十分な火炉吸熱量を確保することが可能となる。
According to the present embodiment, the following effects are achieved.
Hydrogen injection holes 20 'for injecting hydrogen are disposed on both sides of the fuel injection holes 18' for injecting LNG. The hydrogen injection holes 20 'are smaller in diameter than the fuel injection holes 18'. Therefore, since the fuel injected from the fuel injection holes 18 'is supplied with more fuel than the hydrogen injection holes 20', the fuel becomes excess and combustion occurs under oxygen deficiency.
On the other hand, in the hydrogen injected from the hydrogen injection holes 20 ', since the hydrogen has a higher combustion rate than the LNG, the combustion of the hydrogen is performed prior to the combustion of the LNG to consume oxygen. Thereby, the fuel of LNG can be further performed under oxygen deficiency.
Since LNG can be stably burned under oxygen deficiency in a state in which hydrogen is a combustion-support agent, it is possible to increase the amount of radiation by the emission of carbon in the LNG. Therefore, even if hydrogen is mixed as a fuel, it is possible to prevent the radiation heat transfer performance in the furnace from being lowered and to secure a sufficient furnace heat absorption amount.

なお、バーナ3’で燃焼させる燃料ガスとしては、本実施形態のように典型的にはLNGが挙げられるが、例えばLPGのように他の燃料ガスであっても良い。また、燃料噴射孔18’から噴射する燃料ガスに水素を混合してもよい。   As the fuel gas to be burned by the burner 3 ′, typically, LNG is mentioned as in the present embodiment, but other fuel gas may be used, for example, LPG. Alternatively, hydrogen may be mixed with the fuel gas injected from the fuel injection holes 18 '.

1 ボイラ
2 火炉
3,3’ バーナ
4 フロントバンクチューブ
5 過熱器
5a 頂部
6 蒸発管群
9 水ドラム
7 出口側ガスダクト
8 ガス出口
10 蒸気ドラム
11 ヘッダ
12 ヘッダ
13 空気ダクト
14 風箱
15 スロート
16,16a,16b 旋回ベーン
17 燃料噴射管
18,18’ 燃料噴射孔
19 水素噴射管
20,20’ 水素噴射孔
21a,21b 空気供給管
22,22a,22b 空気供給部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Boiler 2 Furnace 3, 3 'Burner 4 Front bank tube 5 Superheater 5a Top part 6 Evaporation pipe group 9 Water drum 7 Outlet side gas duct 8 Gas outlet 10 Steam drum 11 Header 12 Header 13 Air duct 14 Wind box 15 Throat 16, 16a , 16b swirl vane 17 fuel injection pipe 18, 18 'fuel injection hole 19 hydrogen injection pipe 20, 20' hydrogen injection hole 21a, 21b air supply pipe 22, 22a, 22b air supply portion

Claims (5)

燃料油を噴射する複数の燃料噴射孔と、
各前記燃料噴射孔の周囲から水素を噴射するとともに各前記燃料噴射孔の周囲に水素領域を形成する複数の水素噴射孔と、
各前記水素噴射孔の周囲から燃焼用空気を供給する空気供給部と、
を備え
各前記燃料噴射孔から噴射された燃料油は、酸素不足とされた前記水素領域で燃焼することを特徴とするバーナ。
A plurality of fuel injection holes for injecting fuel oil;
A plurality of hydrogen injection holes for injecting hydrogen from around each of the fuel injection holes and forming a hydrogen region around each of the fuel injection holes ;
An air supply unit for supplying combustion air from around each of the hydrogen injection holes;
Equipped with a,
A burner characterized in that fuel oil injected from each of the fuel injection holes burns in the hydrogen region where oxygen is insufficient .
前記燃料噴射孔の噴射角度は、各前記燃料噴射孔が形成された燃料噴射管の中心軸線に対して両側にみた角度範囲が60°以下とされていることを特徴とする請求項1に記載のバーナ。   The injection angle of the fuel injection hole is such that an angle range seen on both sides with respect to a central axis of a fuel injection pipe in which each fuel injection hole is formed is set to 60 ° or less. Burner. 燃料ガスを噴射する複数の燃料噴射孔と、
各前記燃料噴射孔の隣に設けられ、該燃料噴射孔よりも小径とされた水素を噴射する複数の水素噴射孔と、
各前記燃料噴射孔および各前記水素噴射孔の周囲から燃焼用空気を供給する空気供給部と、
を備え
各前記燃料噴射孔から噴射された燃料ガスは、酸素不足下で燃焼することを特徴とするバーナ。
A plurality of fuel injection holes for injecting fuel gas;
A plurality of hydrogen injection holes provided next to each of the fuel injection holes for injecting hydrogen whose diameter is smaller than that of the fuel injection holes;
An air supply unit for supplying combustion air from around each of the fuel injection holes and each of the hydrogen injection holes;
Equipped with a,
A burner characterized in that fuel gas injected from each of the fuel injection holes burns under oxygen deficiency .
請求項1から3のいずれかに記載のバーナを備えていることを特徴とするボイラ。   A boiler comprising the burner according to any one of claims 1 to 3. 請求項4に記載のボイラを備えていることを特徴とする船舶。   A ship comprising the boiler according to claim 4.
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