JP2012067953A - Burner - Google Patents

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Taro Kondo
太郎 近藤
Yoshihide Nakamura
吉秀 中村
Takahiro Mitoma
高弘 三笘
Sachiyuki Kozuki
祥之 香月
Kenji Nishiabi
健二 西浴
Keisuke Wada
恵介 和田
Tomohiro Fujii
智大 藤井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a burner capable of burning biogas using atmospheric gas as combustion air, without using city gas, propane gas, or the like, even in an environment where atmospheric gas flows and oxygen concentration is low.SOLUTION: The burner 10 includes a biogas flow passageway 2, an atmospheric gas flow passageway 3, a nozzle 4 connected to at least the bio gas passageway 2, and a hood 5 installed on the downstream of the nozzle 4. The burner is installed in an environment where atmospheric gas flows, and is useful for burning biogas using atmospheric gas as combustion air.

Description

本発明はバーナに関する。   The present invention relates to a burner.

ビールなどの製造工程で発生した有機性排水を嫌気性発酵することにより、メタンを主成分とするバイオガスが発生する（特許文献１、２など参照）。このバイオガスをコジェネレーション設備の燃料として発電または蒸気・温水へ効率よく変換することにより、省エネルギー化を図る取り組みが行われている。   Biogas mainly composed of methane is generated by anaerobic fermentation of organic wastewater generated in the production process of beer or the like (see Patent Documents 1 and 2). Efforts are being made to save energy by efficiently converting this biogas into power generation or steam / hot water as fuel for cogeneration facilities.

コジェネレーション設備では、例えば、図１に示すように、発電機１００で発生したタービン排ガス（図中、白抜き矢印）がボイラ２００に送られ、そこで熱交換されることによりタービン排ガスが熱源として再利用される。しかし、タービン排ガスの温度では熱量が足りないため、発電機とボイラとの間において追焚きが行われている。追焚きは、追焚きバーナ３００によって、タービン排ガスの流動方向と同じ向きに火炎３０１を生じさせて、タービン排ガスを加熱するものである。   In the cogeneration facility, for example, as shown in FIG. 1, turbine exhaust gas (indicated by white arrows in the figure) generated in the generator 100 is sent to the boiler 200, and heat exchange is performed there to regenerate the turbine exhaust gas as a heat source. Used. However, since the amount of heat is not sufficient at the temperature of the turbine exhaust gas, reheating is performed between the generator and the boiler. In the reheating, the reheating burner 300 generates a flame 301 in the same direction as the flow direction of the turbine exhaust gas to heat the turbine exhaust gas.

タービン排ガスは、５００℃程度の温度で、酸素濃度が１５ｖｏｌ．％程度と低く、また、発電機とボイラとの間を１５ｍ／ｓ程度の流速で搬送される。このように、雰囲気ガスが流動しており、酸素濃度が低い環境においては、従来のバーナの形状を用いた装置では、バイオガスのみでは燃焼が困難であり、都市ガス、プロパンガス等とバイオガスとを併用しているのが現状である。   The turbine exhaust gas has a temperature of about 500 ° C. and an oxygen concentration of 15 vol. In addition, it is conveyed at a flow rate of about 15 m / s between the generator and the boiler. As described above, in an environment where the atmospheric gas is flowing and the oxygen concentration is low, the conventional apparatus using the shape of the burner is difficult to burn with only biogas, and city gas, propane gas, etc. and biogas Is currently used in combination.

特開２０１０−３６１６１JP 2010-36161 特開２００９−１１９３６１JP 2009-119361 A

従来の都市ガス、プロパンガス等とバイオガスとを併用する方法でも、ボイラへの負荷が大きい場合には発生したバイオガスを全量エネルギー源として用いることが可能となるが、ボイラの負荷が小さい場合にはバイオガスのみでは安定して燃焼が持続できないため都市ガス、プロパンガス等での燃焼となり、ビールの製造中、常に発生しているバイオガスはフレアスタックで処分される。   Even when the conventional method of using city gas, propane gas, etc. and biogas together is used, if the load on the boiler is large, the generated biogas can be used as an energy source, but the load on the boiler is small. In the case of biogas alone, the combustion cannot be stably maintained, and therefore, the gas is burned with city gas, propane gas, etc., and the biogas that is always generated during the production of beer is disposed of in the flare stack.

本発明は、雰囲気ガスが流動しており、酸素濃度が低い環境においても、都市ガス、プロパンガス等を使用することなく、雰囲気ガスを燃焼用空気としてバイオガスを燃焼できるバーナを提供することを目的とする。   The present invention provides a burner capable of burning biogas using atmospheric gas as combustion air without using city gas, propane gas, etc., even in an environment where the atmospheric gas is flowing and the oxygen concentration is low. Objective.

本発明者らは、上記の課題を解決するべく鋭意研究を重ね、下記の知見を得た。   The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems, and have obtained the following knowledge.

（ａ）雰囲気ガスが流動している環境では、バーナは、着火しにくく、消火されやすい。特に、タービン排ガスなどの酸素濃度が低い環境ではなおさらである。このため、バーナに着火した後、外部環境の影響を受けにくい構成とすることが重要である。そのためにはバーナの先端にフードを設けることが必要である。   (A) In an environment where the atmospheric gas is flowing, the burner is difficult to ignite and is easily extinguished. This is especially true in environments where the oxygen concentration is low, such as turbine exhaust gas. For this reason, after igniting a burner, it is important to set it as the structure which is hard to receive the influence of an external environment. For this purpose, it is necessary to provide a hood at the tip of the burner.

（ｂ）雰囲気ガスの流速が速い場合（特に１０ｍ／ｓ以上の流速で雰囲気ガスが流動している環境の場合）、または更に、酸素濃度が１５ｖｏｌ．％以下という低酸素環境の場合には、その流速のままではバーナに着火しにくい場合がある。このような場合には、雰囲気ガスの流速を十分に低下させたのち、バーナに着火することが重要である。   (B) When the flow rate of the atmospheric gas is high (especially in an environment where the atmospheric gas flows at a flow rate of 10 m / s or more), or further, the oxygen concentration is 15 vol. In the case of a low oxygen environment of less than 10%, it may be difficult to ignite the burner at the same flow rate. In such a case, it is important to ignite the burner after sufficiently reducing the flow rate of the atmospheric gas.

本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、下記の（１）〜（５）に示すバーナを要旨としている。   This invention is completed based on said knowledge, and makes the summary the burner shown to following (1)-(5).

（１）雰囲気ガスが流動している環境に設置され、その雰囲気ガスおよびバイオガスを燃焼させるバーナであって、バイオガス流通路と、雰囲気ガス流通路と、少なくともバイオガス流通路に接続されたノズルと、そのノズルの下流に設置されたフードとを備えるバーナ。   (1) A burner that is installed in an environment in which atmospheric gas flows and burns the atmospheric gas and biogas, and is connected to the biogas flow path, the atmospheric gas flow path, and at least the biogas flow path A burner comprising a nozzle and a hood installed downstream of the nozzle.

（２）流速を低減した雰囲気ガスを雰囲気ガス流通路に導入する上記（１）のバーナ。   (2) The burner according to (1), wherein the atmospheric gas with reduced flow velocity is introduced into the atmospheric gas flow passage.

（３）バイオガス流通路が、ガス旋回羽根を備えるものである上記（１）または（２）のバーナ。   (3) The burner according to (1) or (2) above, wherein the biogas flow passage is provided with gas swirl vanes.

（４）ガスタービンからの排ガスをボイラに供給する際に、その排ガスを追焚きするために設置されたバーナである上記（１）〜（３）のいずれかのバーナ。   (4) When the exhaust gas from the gas turbine is supplied to the boiler, the burner according to any one of (1) to (3), which is a burner installed for tracking the exhaust gas.

（５）バイオガスが、メタンを主成分とするものである上記（１）〜（４）のいずれかのバーナ。   (5) The burner according to any one of (1) to (4) above, wherein the biogas is mainly composed of methane.

本発明のバーナは、雰囲気ガスが流動しており、酸素濃度が低い環境においても、都市ガス、プロパンガス等のガスまたはこれらのガスとバイオガスとの混合ガスを使用することなく、雰囲気ガスを燃焼用空気としてバイオガスを燃焼でき、燃料燃焼用空気を供給するためのブロワも不要となり、省エネルギー化に寄与する。このバーナは、特に、ビール工場の排水から得られたバイオガスを用いて、コジェネレーション設備におけるタービン排ガスの追焚きを行うのに適している。   In the burner of the present invention, the atmosphere gas flows without using a gas such as city gas, propane gas or a mixed gas of these gases and biogas even in an environment where the oxygen gas is flowing and the oxygen concentration is low. Biogas can be burned as combustion air, and a blower for supplying fuel combustion air is not required, contributing to energy saving. This burner is particularly suitable for recharging turbine exhaust gas in a cogeneration facility using biogas obtained from the wastewater of a beer factory.

コジェネレーション設備の例を示す概略図Schematic showing an example of cogeneration facilities 本発明に係るバーナの例を示す上面図Top view showing an example of a burner according to the present invention 本発明に係るバーナの例を側面方向から見た断面図Sectional view of the example of the burner according to the present invention as seen from the side. 本発明に係るバーナで用いることができるノズル形状の例を示す図 （ａ）正面図 （ｂ）側面図The figure which shows the example of the nozzle shape which can be used with the burner which concerns on this invention (a) Front view (b) Side view

以下、図を使って本発明の実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明に係るバーナは、雰囲気ガスが流動している環境に設置され、その雰囲気ガスおよびバイオガスの混合ガスを燃焼させるバーナである。雰囲気ガスが流動している環境とは、例えば、前掲の図１に示すように、発電機１００で発生したタービン排ガス（白抜き矢印）をボイラ２００に送る間の環境などがあげられる。そして、本発明に係るバーナ１０は、例えば、図1に示される追焚きバーナ３００として使用可能であり、この場合、タービン排ガスの流動方向と同じ向きに火炎３０１を生じさせてタービン排ガスを加熱させることで、タービン排ガスの追焚きが可能となる。   The burner according to the present invention is a burner that is installed in an environment in which atmospheric gas flows and burns a mixed gas of the atmospheric gas and biogas. The environment in which the atmospheric gas is flowing includes, for example, an environment in which turbine exhaust gas (white arrow) generated in the generator 100 is sent to the boiler 200 as shown in FIG. The burner 10 according to the present invention can be used, for example, as a reheating burner 300 shown in FIG. 1, and in this case, a flame 301 is generated in the same direction as the flow direction of the turbine exhaust gas to heat the turbine exhaust gas. As a result, the turbine exhaust gas can be tracked.

図２および３に示すように、本発明に係るバーナ１０は、例えば、バイオガス流通路１，２と、雰囲気ガス流通路３と、少なくともバイオガス流通路２に接続されたノズル４と、そのノズルの下流に設置されたフード５とを備えるものである。図３に示すように、例えば、工場内の嫌気処理設備などで発生したバイオガスは、バイオガス流通路１内の内管１ｂ内を図面手前から奥方向に向けて供給され、バイオガス流通路２が設置されているのと反対側周面に設けられた貫通孔から排出され、外管１ａを経由して、バイオガス流通路２内に導入される。このように、バイオガス流通路２が設置されているのと反対側周面に設けられた貫通孔からバイオガスを排出する構成とすれば、それぞれのバーナに供給するバイオガス量を均一にすることが可能となる。   As shown in FIGS. 2 and 3, the burner 10 according to the present invention includes, for example, biogas flow passages 1 and 2, an atmosphere gas flow passage 3, a nozzle 4 connected to at least the biogas flow passage 2, and And a hood 5 installed downstream of the nozzle. As shown in FIG. 3, for example, biogas generated in an anaerobic treatment facility or the like in a factory is supplied in the inner pipe 1 b in the biogas flow path 1 from the front side to the back side of the drawing, and the biogas flow path It is discharged from a through-hole provided on the peripheral surface opposite to where 2 is installed, and is introduced into the biogas flow passage 2 via the outer tube 1a. Thus, if it is set as the structure which discharges | emits biogas from the through-hole provided in the opposite peripheral surface where the biogas flow path 2 is installed, the amount of biogas supplied to each burner will be made uniform. It becomes possible.

バイオガス流通路２内を通過したバイオガスは、そのまま搬送されるか、または、図３に示す例のように、途中でガス旋回羽根２ａによって渦流を生じさせた後、搬送され、ノズル４出口付近で雰囲気ガスと混合される。この混合ガスは、点火トーチなどにより、着火され、火炎を生じさせ、流動する雰囲気ガスを加熱する。このとき、ガス旋回羽根２ａを用いると、ノズル４出口付近での雰囲気ガスとの混合が行われやすく、バイオガスを燃焼させやすくなる。   The biogas that has passed through the biogas flow passage 2 is transported as it is, or, as shown in the example shown in FIG. It is mixed with atmospheric gas nearby. This mixed gas is ignited by an ignition torch or the like, generates a flame, and heats the flowing atmosphere gas. At this time, if the gas swirl vane 2a is used, it is easy to mix with the atmospheric gas in the vicinity of the nozzle 4 outlet, and it becomes easy to burn the biogas.

一方、雰囲気ガスの一部は、例えば、バイオガス流通路２を覆うように設置された雰囲気ガス流通路３内に導入され、ノズル４を通過した後、バイオガスと混合され、着火されたバイオガスの酸素源として用いられる。雰囲気ガス流通路３は、例えば、図２および図３に示すように、２枚の板３ｂでバイオガス流通路２を覆うことにより形成することができる。雰囲気ガス流通路３内に導入する雰囲気ガスの導入量および流速は、調整弁３ａによって調整可能である。なお、調整弁を開けすぎると、雰囲気ガスの流速が大きくなり、バイオガスの着火が容易でなくなる場合がある。雰囲気ガスは、外部雰囲気、すなわち、雰囲気ガス流路３の外側の雰囲気のガス流速よりも低減させることが好ましい。   On the other hand, a part of the atmospheric gas is introduced into, for example, an atmospheric gas flow path 3 installed so as to cover the biogas flow path 2, passes through the nozzle 4, is mixed with biogas, and is ignited. Used as a gas oxygen source. For example, as shown in FIGS. 2 and 3, the atmospheric gas flow passage 3 can be formed by covering the biogas flow passage 2 with two plates 3b. The introduction amount and flow rate of the atmospheric gas introduced into the atmospheric gas flow passage 3 can be adjusted by the adjusting valve 3a. If the adjustment valve is opened too much, the flow rate of the atmospheric gas increases, and it may be difficult to ignite biogas. The atmospheric gas is preferably reduced more than the gas flow rate of the external atmosphere, that is, the atmosphere outside the atmospheric gas flow path 3.

ノズル４の下流には、フード５が配置されていることが必要である。フード５が配置されていないと、雰囲気ガスとバイオガスとを混合した後、着火することができたとしても、外部環境（前掲のガスタービン排ガスの追焚きの例では、５００℃程度、酸素濃度１５ｖｏｌ．％程度で、流速１５ｍ／ｓ程度のガス雰囲気環境）と接触した時に消火され、安定的な追焚きが困難になるからである。   A hood 5 needs to be disposed downstream of the nozzle 4. If the hood 5 is not disposed, even if the atmosphere gas and the biogas are mixed and then ignited, the external environment (in the example of replenishing the gas turbine exhaust gas described above, about 500 ° C., oxygen concentration) This is because, when it comes into contact with a gas atmosphere environment of about 15 vol.

フード５の形状は、限定がないが、例えば、雰囲気ガス流通路３を構成する板３ｂと一体で構成されたものを採用することができる。ここで、バーナ開口部（図３、４に示す例ではノズル傘部４ｂの最大径部）の外径をＤ（ｍｍ）、ノズルの引き込み代をＬ（ｍｍ）とするとき、Ｌ／Ｄは、小さすぎると、前述のように着火直後に外部雰囲気にさらされ、消火されるおそれがあるので、０．２以上であることが好ましい。一方、Ｌ／Ｄは、大きすぎると、燃焼火炎によるフード５が焼損するおそれがあるので、０．５以下とすることが好ましい。   The shape of the hood 5 is not limited, but, for example, a shape integrally formed with the plate 3b constituting the atmospheric gas flow passage 3 can be adopted. Here, when the outer diameter of the burner opening (the maximum diameter portion of the nozzle umbrella 4b in the examples shown in FIGS. 3 and 4) is D (mm) and the pull-in margin of the nozzle is L (mm), L / D is If it is too small, it is exposed to the external atmosphere immediately after ignition as described above, and may be extinguished, so 0.2 or more is preferable. On the other hand, if L / D is too large, the hood 5 due to the combustion flame may be burned out.

ノズルは、バイオガスと雰囲気ガスとを十分に混合できるものであれば、特に制約はないが、例えば、図４に示すように、複数の孔４ａを備える円錐台形状の傘部４ｂを有するコーン型ノズルを用いることができる。円錐台形状の傘部４ｂの外径は、バイオガス流通路の外径よりも大きい。このコーン型ノズルは、例えば、図２、３などに示すように、バイオガス流通路２の先端に取り付けられ、中心部からバイオガスを、複数の孔４ａから雰囲気ガスを導出し、混合する機能を有するものである。また、図示しないが、金属板に複数の孔が開いた蜂の巣型ノズルなども使用することもできる。蜂の巣型ノズルを用いる場合には、例えば、バイオガス流通路２の出側の雰囲気ガス流通路３を構成する３ｂで挟まれる空間を覆うように配置することで、バイオガスと雰囲気ガスの混合を行うことができる。ただし、着火が容易であることから、コーン型ノズルを用いることが好ましい。   The nozzle is not particularly limited as long as it can sufficiently mix biogas and atmospheric gas. For example, as shown in FIG. 4, a cone having a truncated cone-shaped umbrella portion 4b having a plurality of holes 4a. A mold nozzle can be used. The outer diameter of the truncated cone-shaped umbrella portion 4b is larger than the outer diameter of the biogas flow passage. For example, as shown in FIGS. 2 and 3, the cone type nozzle is attached to the tip of the biogas flow passage 2, and has a function of deriving and mixing biogas from the center and ambient gas from the plurality of holes 4 a. It is what has. Although not shown, a honeycomb nozzle having a plurality of holes formed in a metal plate can also be used. In the case of using a honeycomb type nozzle, for example, by arranging so as to cover a space sandwiched between 3 b constituting the atmosphere gas flow path 3 on the exit side of the biogas flow path 2, mixing of the biogas and the atmospheric gas is performed. It can be carried out. However, it is preferable to use a cone type nozzle because ignition is easy.

バーナは、雰囲気ガスの流動方向に垂直な方向に複数個を等間隔に並べて配置するのが好ましい。バーナへの点火方法は、特に制約がないが、例えば、点火トーチによる手動点火、または、パイロットバーナによる自動点火を採用することが可能である。また、バーナは、片端または両端にあるバーナに点火すれば、火移りし、すべてのバーナの点火が完了するように十分に近接して配置することが好ましい。   It is preferable that a plurality of burners are arranged at equal intervals in a direction perpendicular to the flowing direction of the atmospheric gas. The method for igniting the burner is not particularly limited, and for example, manual ignition using an ignition torch or automatic ignition using a pilot burner can be employed. Further, it is preferable that the burners be arranged close enough so that if one of the burners at one or both ends is ignited, the burner is transferred and the ignition of all the burners is completed.

本発明のバーナは、雰囲気ガスが流動しており、酸素濃度が低い環境においても、都市ガス、プロパンガス等のガスまたはこれらのガスとバイオガスとの混合ガスを使用することなく、雰囲気ガスを燃焼用空気としてバイオガスを燃焼でき、燃料燃焼用空気を供給するためのブロワも不要となり、省エネルギー化に寄与する。このバーナは、特に、ビール工場の排水から得られたバイオガスを用いて、コジェネレーション設備におけるタービン排ガスの追焚きを行うのに適している。   In the burner of the present invention, the atmosphere gas flows without using a gas such as city gas, propane gas or a mixed gas of these gases and biogas even in an environment where the oxygen gas is flowing and the oxygen concentration is low. Biogas can be burned as combustion air, and a blower for supplying fuel combustion air is not required, contributing to energy saving. This burner is particularly suitable for recharging turbine exhaust gas in a cogeneration facility using biogas obtained from the wastewater of a beer factory.

１０ 本発明に係るバーナ
１ バイオガス流通路
１ａ 外管
１ｂ 内管
２ バイオガス流通路
２ａ ガス旋回羽根
３ 雰囲気ガス流通路
３ａ 調整弁
３ｂ 板
４ ノズル
４ａ 孔
４ｂ ノズル傘部
５ フード
１００ 発電機
２００ ボイラ
３００ 追焚きバーナ
３０１ 火炎 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Burner which concerns on this invention 1 Biogas flow path 1a Outer pipe 1b Inner pipe 2 Biogas flow path 2a Gas swirl blade 3 Atmospheric gas flow path 3a Adjustment valve 3b Plate 4 Nozzle 4a Hole 4b Nozzle umbrella part 5 Hood 100 Generator 200 Boiler 300 Remembrance burner 301 Flame

Claims (5)

雰囲気ガスが流動している環境に設置され、その雰囲気ガスおよびバイオガスを燃焼させるバーナであって、
バイオガス流通路と、雰囲気ガス流通路と、少なくともバイオガス流通路に接続されたノズルと、そのノズルの下流に設置されたフードとを備えることを特徴とするバーナ。 A burner that is installed in an environment in which atmospheric gas flows and burns the atmospheric gas and biogas,
A burner comprising: a biogas flow passage, an atmospheric gas flow passage, a nozzle connected to at least the biogas flow passage, and a hood installed downstream of the nozzle. 流速を低減した雰囲気ガスを雰囲気ガス流通路に導入することを特徴とする請求項１に記載のバーナ。   The burner according to claim 1, wherein an atmospheric gas with a reduced flow velocity is introduced into the atmospheric gas flow passage. バイオガス流通路が、ガス旋回羽根を備えるものであることを特徴とする請求項１または２に記載のバーナ。   The burner according to claim 1 or 2, wherein the biogas flow passage is provided with gas swirl vanes. ガスタービンからの排ガスをボイラに供給する際に、その排ガスを追焚きするために設置されたバーナであることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載のバーナ。   The burner according to any one of claims 1 to 3, wherein the burner is installed for tracking exhaust gas when supplying exhaust gas from a gas turbine to a boiler. バイオガスが、メタンを主成分とするものであることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載のバーナ。   The burner according to any one of claims 1 to 4, wherein the biogas is mainly composed of methane.
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