JP2017172814A - Venturi nozzle and fuel supply device including venturi nozzle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ベンチュリノズル及びこのベンチュリノズルを備える燃料供給装置に関する。 The present invention relates to a venturi nozzle and a fuel supply apparatus including the venturi nozzle.
従来、燃料ガスを燃焼用空気と混合して燃焼させることにより水を加熱して蒸気を生成する蒸気ボイラ等の燃焼装置に用いられる燃料供給装置として、燃焼装置に燃焼用空気を送り込む送風機よりも上流側で燃焼用空気と燃料ガスとを混合するファンサクションミキシング方式の予混合バーナが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a fuel supply device used in a combustion apparatus such as a steam boiler that generates water by heating water by mixing and burning fuel gas with combustion air, rather than a blower that sends combustion air to the combustion apparatus A fan suction mixing premixing burner that mixes combustion air and fuel gas on the upstream side has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
ファンサクションミキシング方式の予混合バーナは、送風機と、この送風機の上流側に配置されるベンチュリノズルと、を含んで構成される。そして、ベンチュリノズルは、下流側に向かって縮径した形状に形成され燃焼用空気が導入されるノズル部と、このノズル部の下流側に配置され燃焼用空気と燃料ガスとが混合される混合部と、ノズル部と混合部との間に配置され燃料ガスが導入される燃料ガス導入口と、を含んで構成される。 The fan suction mixing type premixing burner includes a blower and a venturi nozzle disposed on the upstream side of the blower. The venturi nozzle is formed in a shape that is reduced in diameter toward the downstream side, the nozzle portion into which the combustion air is introduced, and the mixing portion in which the combustion air and the fuel gas are mixed on the downstream side of the nozzle portion. And a fuel gas inlet that is disposed between the nozzle portion and the mixing portion and into which fuel gas is introduced.
以上のベンチュリノズルによれば、送風機を駆動させることにより、ノズル部に燃焼用空気が吸入され、このノズル部に引き込まれた燃焼用空気のベンチュリ効果によって燃料ガス導入口から燃料ガスが混合部に引き込まれる。
このように、予混合バーナを、ベンチュリノズルを含んで構成することで、ベンチュリ効果を利用して燃料ガスを効率よく燃焼用空気と混合させられるため、燃料供給装置への燃料ガスの供給圧力を高めることなく、燃料ガスと燃焼用空気とを好適に混合させられる。
According to the above venturi nozzle, the combustion air is sucked into the nozzle portion by driving the blower, and the fuel gas is fed from the fuel gas inlet to the mixing portion by the venturi effect of the combustion air drawn into the nozzle portion. Be drawn.
In this way, by configuring the premix burner including the venturi nozzle, the fuel gas can be efficiently mixed with the combustion air using the venturi effect, so the supply pressure of the fuel gas to the fuel supply device is reduced. The fuel gas and the combustion air can be suitably mixed without increasing.
しかしながら、ファンサクションミキシング方式の予混合バーナにおいて、送風機の出力を変化させて燃焼量を変更した場合、燃料ガスと燃焼用空気の混合比(空気比)を一定に保つことが困難であった。即ち、送風機の出力が大きい場合(つまり、燃焼用空気の流量が大きい場合)に比して、送風機の出力が小さい場合(つまり、燃焼用空気の流量が小さい場合)、ベンチュリノズルの表面において発生する境界層剥離の影響が大きくなり、ベンチュリノズルに導入される燃焼用空気の流量係数が低下してしまう。ベンチュリノズルにおいては、燃焼用空気の供給圧力(大気圧)と燃料ガスの供給圧力とを一定の関係に保つことで空気比も一定に保たれるため、流量係数が変化してしまうと、空気比を一定に保つことはできない。そのため、従来の燃料供給装置では、燃焼量の変化(つまり、燃焼用空気の供給量の変化)に伴う流量係数の変化に応じて、燃料ガスの供給圧力を調整するガス圧力の調整機構を必要としていた。 However, in the fan suction mixing type premixing burner, when the combustion amount is changed by changing the output of the blower, it is difficult to keep the mixing ratio (air ratio) of the fuel gas and the combustion air constant. That is, it occurs on the surface of the venturi nozzle when the output of the blower is small (that is, when the flow rate of combustion air is small) compared to when the output of the blower is large (that is, when the flow rate of combustion air is large). As a result, the influence of boundary layer separation increases, and the flow coefficient of the combustion air introduced into the venturi nozzle decreases. In the venturi nozzle, the air ratio is kept constant by maintaining a constant relationship between the supply pressure of combustion air (atmospheric pressure) and the supply pressure of fuel gas. The ratio cannot be kept constant. Therefore, the conventional fuel supply device requires a gas pressure adjustment mechanism that adjusts the fuel gas supply pressure in accordance with changes in the flow coefficient associated with changes in the combustion amount (that is, changes in the supply amount of combustion air). I was trying.
従って、本発明は、より簡易な構成で、燃焼用空気の流量の変動があった場合においても流量係数を一定に保てるベンチュリノズル及びこのベンチュリノズルを備える燃料供給装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a venturi nozzle having a simpler configuration and capable of maintaining a constant flow coefficient even when the flow rate of combustion air varies, and a fuel supply device including the venturi nozzle. .
本発明は、送風機の上流側に配置され、該送風機の吸込圧により燃焼用空気と燃料ガスとを混合するベンチュリノズルであって、下流側に向かって縮径した形状に形成され燃焼用空気が導入されるノズル部と、前記ノズル部の下流側に配置され、下流側に向かって拡径した形状に形成され燃焼用空気と燃料ガスとが混合される混合部と、前記ノズル部と前記混合部との間に配置され燃料ガスが導入される燃料ガス導入口と、を備え、前記ノズル部の内面には、複数のディンプルが形成されているベンチュリノズルに関する。 The present invention is a venturi nozzle that is arranged on the upstream side of a blower and mixes combustion air and fuel gas by the suction pressure of the blower, and is formed in a shape that is reduced in diameter toward the downstream side. A nozzle part to be introduced; a mixing part which is arranged downstream of the nozzle part and is formed in a shape whose diameter is enlarged toward the downstream side; and the combustion air and the fuel gas are mixed; and the nozzle part and the mixing part And a fuel gas introduction port into which fuel gas is introduced, and a venturi nozzle having a plurality of dimples formed on an inner surface of the nozzle portion.
また、前記ノズル部の内面は、内側に向かって凸となるように湾曲した曲面により形成されることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the inner surface of the nozzle part is formed by a curved surface curved so as to be convex toward the inside.
また、前記ディンプルの直径は、1.5mm〜6mmであり、該ディンプルの深さは、0.2mm〜2mmであることが好ましい。 The diameter of the dimple is preferably 1.5 mm to 6 mm, and the depth of the dimple is preferably 0.2 mm to 2 mm.
また、前記ノズル部の内面における前記ディンプルの密度は、1個〜30個/cm2であることが好ましい。 The density of the dimples on the inner surface of the nozzle portion is preferably 1 to 30 / cm 2 .
また、ベンチュリノズルは、レイノルズ数が2.5E+5の場合の流量係数に対するレイノルズ数が1.0E+5の場合の流量係数の比が0.97〜1.00であることが好ましい。 The venturi nozzle preferably has a flow coefficient ratio of 0.97 to 1.00 when the Reynolds number is 1.0E + 5 to the flow coefficient when the Reynolds number is 2.5E + 5.
また、ベンチュリノズルは、レイノルズ数が2.5E+5の場合の流量係数に対するレイノルズ数が5.0E+4の場合の流量係数の比が0.94〜1.00である請求項1〜5のいずれかに記載のベンチュリノズル。 The venturi nozzle has a flow coefficient ratio of 0.94 to 1.00 when the Reynolds number is 5.0E + 4 with respect to the flow coefficient when the Reynolds number is 2.5E + 5. The described venturi nozzle.
また、ベンチュリノズルは、前記ノズル部の内面の表面積に対する前記ディンプルが形成された部分の面積の比が0.1〜0.9であることが好ましい。 In the venturi nozzle, the ratio of the area of the portion where the dimple is formed to the surface area of the inner surface of the nozzle portion is preferably 0.1 to 0.9.
また、本発明は、上記のいずれかに記載のベンチュリノズルと、前記ベンチュリノズルの下流側に配置される送風機と、前記送風機の出力を制御する制御部と、を備える燃料供給装置に関する。 Moreover, this invention relates to a fuel supply apparatus provided with the venturi nozzle in any one of said above, the air blower arrange | positioned downstream of the said venturi nozzle, and the control part which controls the output of the said air blower.
本発明によれば、より簡易な構成で、燃焼用空気の流量の変動があった場合においても流量係数を一定に保てるベンチュリノズル及びこのベンチュリノズルを備える燃料供給装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a venturi nozzle capable of maintaining a constant flow coefficient even when there is a fluctuation in the flow rate of combustion air with a simpler configuration, and a fuel supply device including the venturi nozzle.
以下、本発明のベンチュリノズル及び燃料供給装置の好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態の燃料供給装置100は、送風機よりも上流側で燃焼用空気と燃料ガスとを混合するファンサクションミキシング方式の予混合バーナであり、蒸気ボイラ等の燃焼装置(図示せず)に燃料ガス及び燃焼用空気の混合気を供給する。この燃料供給装置100は、送風機20と、制御部30と、ベンチュリノズル1と、燃料ガス供給ライン40と、第1混合気供給ライン50と、第2混合気供給ライン60と、を備える。
Hereinafter, preferred embodiments of the venturi nozzle and the fuel supply device of the present invention will be described with reference to the drawings.
The
送風機20は、ファン及びこのファンを回転させるモータを有する送風機本体21と、ファン(モータ)の回転数を増減させるインバータ22と、を備える。送風機20は、インバータ22に入力される周波数に応じてファンが所定の回転数で回転することで、所定の出力で燃焼用空気及び燃料ガスを吸引し、燃焼装置に送り込む。
The
制御部30は、燃焼装置の燃焼状態(例えば、蒸気ボイラの燃焼位置)に応じて送風機20の出力を変更して燃焼装置に供給される燃焼用空気の流量を制御する。具体的には、燃焼装置を高い燃焼位置で燃焼させる場合の送風機20の出力は、低い燃焼位置で燃焼させる場合の送風機20の出力よりも高く設定される。
The
ベンチュリノズル1は、送風機20の上流側に配置される。ベンチュリノズル1は、ケーシング11と、ノズル部12と、混合部13と、燃料ガス流路14と、燃料ガス導入口15と、を備える。
ケーシング11は、例えば、アルミニウムやステンレス等の金属部材により一端側及び他端側が開放された筒状に構成される。ケーシング11は、ベンチュリノズル1の外形を構成する。
The venturi nozzle 1 is disposed on the upstream side of the
The
ノズル部12は、ケーシング11の内部に配置される。より具体的には、ノズル部12は、下流側に向かって縮径した形状に形成される、そして、ノズル部12の上流側の端部は、全周に亘ってケーシング11の上流側の端部に接合される。
ノズル部12は、燃焼用空気が導入される燃焼用空気の導入部として機能する。
The
The
本実施形態では、ノズル部12は、図2及び図3に示すように、軸方向の断面形状が内側に向かって凸となるように湾曲した曲面となった円錐台形状に形成される。より詳細には、ノズル部12の内面は、径方向断面視において、下流側端部側に配置された直線部分121と、所定の半径Rの内側に凸となるように湾曲した四分円の曲面部分122と、を有する。
ノズル部12の内面には、図2及び図3に示すように、多数(複数)のディンプル16が形成されている。ディンプル16の詳細については、後述する。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the
As shown in FIGS. 2 and 3, a large number (a plurality of)
混合部13は、ケーシング11の内部におけるノズル部12の下流側に配置され、下流側に向かって拡径した形状に形成される。混合部13の上流側の端部の径は、ノズル部12の下流側の端部の径よりも若干大きく構成される。また、混合部13の上流側の端部は、ノズル部12の下流側の端部と重なり合う位置に配置される。混合部13の下流側の端部は、全周に亘ってケーシング11の下流側の端部に接合される。本実施形態では、混合部13は、図2及び図3に示すように、円錐台形状に形成される。
混合部13は、ノズル部12から導入される燃焼用空気と、後述の燃料ガス導入口15から導入される燃料ガスとを混合する。
The
The
燃料ガス流路14は、ケーシング11の内面と、ノズル部12の外面及び混合部13の外面とに囲まれた空間により形成される。この燃料ガス流路14には、後述の燃料ガス供給ライン40から燃料ガスが供給される。
The
燃料ガス導入口15は、ノズル部12と混合部13との間に配置される。具体的には、燃料ガス導入口15は、ノズル部12の下流側の端部と混合部13の上流側の端部との間に形成される隙間により形成される。
The fuel
燃料ガス供給ライン40は、ベンチュリノズル1に燃料ガスを供給する。燃料ガス供給ライン40の上流側は、燃料ガス供給源(図示せず)に接続される。燃料ガス供給ライン40の下流側は、ケーシング11に接続される。
燃料ガス供給ライン40には、均圧弁41及びオリフィス42が配置される。均圧弁41オリフィス42は、燃料ガス供給ライン40を流通する燃料ガスの圧力を設定された圧力に減圧してベンチュリノズル1側に供給する。
The fuel
A
第1混合気供給ライン50は、ベンチュリノズル1と送風機20とを接続する。第1混合気供給ライン50は、混合部13において混合された燃料ガスと燃焼用空気との混合気を送風機20側に流通させる。
The first
第2混合気供給ライン60は、送風機20と燃焼装置(図示せず)とを接続する。第2混合気供給ライン60は、送風機20に送り込まれた混合気を燃焼装置側に流通させる。
The second gas
以上の燃料供給装置100によれば、制御部30により送風機20を所定の出力で駆動させると、燃焼用空気は、下流側に向かって縮径したノズル部12に引き込まれ、その後、下流側に向かって拡径した混合部13に引き込まれる。また、燃料ガス流路14には、燃料ガス供給ライン40から所定の圧力で燃料ガスが供給される。すると、ノズル部12に引き込まれ、更に混合部13に引き込まれた燃焼用空気のベンチュリ効果によって、燃料ガス流路14に供給された燃料ガスは、燃料ガス導入口15から混合部13に引き込まれる。これにより、ベンチュリノズル1においては、ベンチュリ効果を利用することで燃料ガスの供給圧を高めることなく、燃焼用空気と燃料ガスとを効率的に混合させられる。
混合部13において混合された燃焼用空気と燃料ガスとの混合気は、第1混合気供給ライン50、送風機20及び第2混合気供給ライン60を通って燃焼装置に供給され、燃焼装置において燃焼される。
According to the
The mixture of combustion air and fuel gas mixed in the mixing
ここで、ベンチュリノズル1においては、理想的には、以下の関係式が成り立つ。 Here, in the venturi nozzle 1, the following relational expression is ideally established.
上記の式に加え、均圧弁41を用いてPg1=Pa1(Patm(大気圧))を保つことで、ベンチュリミキシングでは、QgとQaの比例関係が保たれる。これにより、他の混合方式において必要とされる、空気比(燃焼用空気と燃料ガスとの混合比)を一定に保つための機械的又は電気的な燃料ガスの圧力調整機構を含むことなく、一定の空気比を実現できる。
In addition to the above formula, by using the
しかしながら、従来のベンチュリノズルを含んで構成されるファンサクションミキシング方式の予混合バーナにおいて、送風機の出力を変化させて燃焼量を変更した場合、燃料ガスと燃焼用空気の混合比(空気比)を一定に保つことが困難であった。即ち、送風機の出力が大きい場合(つまり、燃焼用空気の流量が大きい場合)に比して、送風機の出力が小さい場合(つまり、燃焼用空気の流量が小さい場合)、ベンチュリノズルの表面において発生する境界層剥離の影響が大きくなると考えられ、これによりベンチュリノズルに導入される燃焼用空気の流量係数が低下してしまう。ベンチュリノズルにおいては、燃焼用空気の供給圧力Pa1(大気圧)と燃料ガスの供給圧力Pg1とを一定の関係に保つことで空気比も一定に保たれるため、流量係数が変化してしまうと、空気比を一定に保つことはできない。 However, in a fan suction mixing type premixing burner configured including a conventional venturi nozzle, when the combustion amount is changed by changing the blower output, the mixing ratio (air ratio) of the fuel gas and the combustion air is changed. It was difficult to keep it constant. That is, it occurs on the surface of the venturi nozzle when the output of the blower is small (that is, when the flow rate of combustion air is small) compared to when the output of the blower is large (that is, when the flow rate of combustion air is large). It is considered that the influence of the boundary layer peeling that occurs is increased, and this reduces the flow coefficient of the combustion air introduced into the venturi nozzle. In the venturi nozzle, the air ratio is kept constant by maintaining a constant relationship between the combustion air supply pressure Pa1 (atmospheric pressure) and the fuel gas supply pressure Pg1, and therefore the flow coefficient changes. The air ratio cannot be kept constant.
ここで、流量係数Cは、以下の式にて表される。流量係数の低下は、流れの損失の増大を示す。 Here, the flow coefficient C is expressed by the following equation. A decrease in flow coefficient indicates an increase in flow loss.
そこで、本実施形態では、ノズル部12の内面に複数のディンプル16を形成してベンチュリノズル1を構成した。これにより、ノズル部12に形成した複数のディンプル16によりノズル部12の表面において乱流を生じさせて境界層剥離の発生を抑制できる。よって、燃焼用空気の流量が小さい場合と大きい場合とにおいて、ベンチュリノズル1に導入される燃焼用空気の圧力に生じる変動を抑制できるので、燃焼用空気の流量の変動があった場合においても流量係数Cを安定化させられ、空気比を一定に保てる。
Therefore, in the present embodiment, the venturi nozzle 1 is configured by forming a plurality of
ノズル部12に形成するディンプル16の直径は、圧力損失を低減しつつ、低流量時における流量係数Cの低下を効果的に抑制する観点から、1.5mm〜6mmであることが好ましく、2mm〜4mmであることがより好ましい。
また、ディンプル16の深さは、同様の観点から0.2mm〜2mmであることが好ましい。
更に、ノズル部12の内面におけるディンプル16の密度は、同様の観点から、1個〜30個/cm2であることが好ましく、3個〜15個/cm2であることがより好ましく、4個〜10個/cm2であることが更に好ましい。
The diameter of the
Further, the depth of the
Furthermore, the density of the
また、ノズル部12の曲面部分122の内面の表面積に対するディンプル16が形成された部分の面積の比は、0.1〜0.9であることが好ましく、0.2〜0.7であることがより好ましい。尚、ここで、「ディンプル16が形成された部分の面積」とは、ディンプル16が配置された領域におけるディンプル16により排除されたノズル部12の内面の表面積を示す。
Moreover, it is preferable that the ratio of the area of the part in which the
また、本実施形態のベンチュリノズル1を、送風機の出力を大きく変化させる燃焼装置(例えば、ターンダウン比率の大きい蒸気ボイラ)に適用する場合に、高流量時と低流量時とにおける空気比の変動を抑制する観点から、レイノルズ数が2.5E+5の場合の流量係数C1に対するレイノルズ数が1.0E+5の場合の流量係数C2の比(C2/C1)が0.97〜1.00であることが好ましい。また、同様の観点から、レイノルズ数が2.5E+5の場合の流量係数C1に対するレイノルズ数が5.0E+4の場合の流量係数C3の比(C3/C1)が0.94〜1.00であることが好ましく、0.95〜1.00であることがより好ましい。 Further, when the venturi nozzle 1 of the present embodiment is applied to a combustion apparatus that greatly changes the output of the blower (for example, a steam boiler having a large turndown ratio), the air ratio varies between a high flow rate and a low flow rate. From the viewpoint of suppressing the flow rate, the ratio (C2 / C1) of the flow coefficient C2 when the Reynolds number is 1.0E + 5 to the flow coefficient C1 when the Reynolds number is 2.5E + 5 is 0.97 to 1.00. preferable. From the same viewpoint, the ratio (C3 / C1) of the flow coefficient C3 when the Reynolds number is 5.0E + 4 to the flow coefficient C1 when the Reynolds number is 2.5E + 5 is 0.94 to 1.00. Is preferable, and it is more preferable that it is 0.95-1.00.
次に、本発明を実施例及び比較例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Next, the present invention will be described in more detail based on examples and comparative examples, but the present invention is not limited thereto.
[流量係数の測定]
ノズル部12の内面に複数のディンプル16を形成したノズル部12を具備する実施例1及び2のベンチュリノズル1、並びにディンプルを形成していないノズル部120を具備する比較例1及び2のベンチュリノズルにつき、燃焼用空気の流量を変化させて、各流量におけるノズル部の入口の流量係数を測定した。
[Measurement of flow coefficient]
The venturi nozzles 1 of Examples 1 and 2 having the
[比較例1]
図4に示すディンプルが形成されていないノズル部120を用いた比較例のベンチュリノズルを製造し、燃焼用空気の流量を変化させて各流量における流量係数を測定した。
ノズル部120として、上流側端部の直径D1が下流側端部の直径D2の約1.75倍であり、内面は、径方向断面視において、下流側端部側に直線部分121を有すると共に、半径Rが下流側端部の直径D2の約0.4倍の内側に凸となるように湾曲した四分円の曲面部分122を有するものを用いた。このノズル部120の長さD3は、下流側端部の直径D2の約0.5倍の長さであった。
[Comparative Example 1]
The venturi nozzle of the comparative example using the
As the
[実施例1]
図2及び図3に示す実施例1のノズル部12を用いたベンチュリノズル1につき、燃焼用空気の流量を変化させ、各流量における流量係数を測定した。
実施例1のノズル部12は、比較例1と同様のノズル部を用い、このノズル部12の内面の曲面部分122に複数のディンプル16を形成して製造した。
[Example 1]
For the venturi nozzle 1 using the
The
実施例1のディンプル16は、直径2.8mm、深さ0.6mmに形成される。また、ディンプル16の密度は、4.5個/cm2となる。
The
また、ノズル部12(曲面部分122)の内面の表面積に対するディンプル16が形成された部分の面積の比は、0.22〜0.35程度であり、平均で0.25となる。
The ratio of the area of the portion where the
[実施例2]
実施例2のノズル部12を用いたベンチュリノズルにつき、燃焼用空気の流量を変化させ、各流量における流量係数を測定した。
実施例2のノズル部12は、実施例1と同じ大きさのディンプル16を、より高密度で配置して製造した。
実施例2のディンプル16は、直径2.8mm、深さ0.6mmに形成される。また、ディンプル16の密度は、7.5個/cm2となる。
[Example 2]
For the venturi nozzle using the
The
The
また、ノズル部12(曲面部分122)の内面の表面積に対するディンプル16が形成された部分の面積の比は、0.37〜0.58程度であり、平均で0.41となる。
Further, the ratio of the area of the portion where the
[比較例2]
図5に示す比較例2のノズル部120を用いたベンチュリノズルにつき、燃焼用空気の流量を変化させ、各流量における流量係数を測定した。
比較例2のノズル部120は、上流側端部の直径D1、下流側端部の直径D2及び長さD3は実施例1と同じ大きさであるが、内面は、径方向断面視において、下流側端部側から第1の直線部分123、第2の直線部分124、及び第3の直線部分125を有する不連続な複数の内面を有するものを用いた。
[Comparative Example 2]
For the venturi nozzle using the
The
以上の実施例1及び2、並びに比較例1及び2の結果を図6及び表1に示す。 The results of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in FIG.
図6及び表1に示すように、ノズル部12の内面に複数のディンプル16を形成した実施例1及び2のベンチュリノズルでは、ディンプル16を形成していない比較例1のベンチュリノズルに比して、低流量(低レイノルズ数)時における流量係数の低下傾向が小さくなっていることが確認された。特に、ディンプル16の密度の高い実施例2のベンチュリノズルでは、流量係数の低下傾向が特に小さいことが確認された。
As shown in FIG. 6 and Table 1, the venturi nozzles of Examples 1 and 2 in which a plurality of
より具体的には、実施例1及び2のベンチュリノズルでは、レイノルズ数が2.5E+5の場合の流量係数C1に対するレイノルズ数が1.0E+5の場合の流量係数C2の比(C2/C1)が0.97以上に保たれており、低流量域における流量係数Cの低下傾向が抑制されていることが確認された。
レイノルズ数が2.5E+5〜1.0E+5の範囲において、流量係数Cの変化率を抑制することで、例えば、ベンチュリノズルを送風機の出力を大きく変化させる燃焼装置(例えば、ターンダウン比率の大きい蒸気ボイラ)に適用した場合においても、安定した燃焼状態を実現できる。
More specifically, in the venturi nozzles of Examples 1 and 2, the ratio (C2 / C1) of the flow coefficient C2 when the Reynolds number is 1.0E + 5 with respect to the flow coefficient C1 when the Reynolds number is 2.5E + 5 is 0. It was confirmed that the lowering of the flow coefficient C in the low flow rate region was suppressed.
In the range where the Reynolds number is 2.5E + 5 to 1.0E + 5, for example, a combustion apparatus (for example, a steam boiler having a large turndown ratio) that changes the output of the blower nozzle greatly by suppressing the rate of change of the flow coefficient C. ), A stable combustion state can be realized.
更に、実施例2のベンチュリノズルでは、レイノルズ数が2.5E+5の場合の流量係数C1に対するレイノルズ数が5.0E+4の場合の流量係数C2の比(C3/C1)も0.97以上に保たれており、低流量域における流量係数Cの低下傾向が特に抑制されていることが確認された。 Furthermore, in the venturi nozzle of Example 2, the ratio (C3 / C1) of the flow coefficient C2 when the Reynolds number is 5.0E + 4 with respect to the flow coefficient C1 when the Reynolds number is 2.5E + 5 is also maintained at 0.97 or more. Thus, it was confirmed that the decreasing tendency of the flow coefficient C in the low flow rate region was particularly suppressed.
一方、不連続な複数の内面を有するノズル部120を用いた比較例2のベンチュリノズルでは、図6及び表1に示すように、流量の変化に対する流量係数の変化は少なくなっているが、四分円の曲面を有するノズル部12を用いたベンチュリノズルに比して、全体的に流量係数が小さくなっていることが確認された。この結果から、比較例2のベンチュリノズルでは、実施例1及び2のベンチュリノズルに比して、損失が大きくなっていることが示された。
On the other hand, in the venturi nozzle of Comparative Example 2 using the
以上の結果から、内面に複数のディンプル16が形成されたノズル部12を有する実施例1及び2のベンチュリノズルでは、流量を変化させた場合における流量係数を一定に保てることが示された。また、ノズル部12の内面を曲面に形成することで、流量係数を高く維持しつつ流量係数の安定化を実現できることが示された。
From the above results, it was shown that in the venturi nozzles of Examples 1 and 2 having the
以上説明した本実施形態のベンチュリノズル1及び燃料供給装置100によれば、以下の効果が奏される。
According to the venturi nozzle 1 and the
(1)燃焼量を変更可能な燃料供給装置を、ベンチュリノズル及びこのベンチュリノズルの下流側に配置される送風機を含んで構成した場合、送風機の出力を大きくして供給する燃料ガス及び燃焼用空気の流量を大きくした場合(燃焼量を大きくした場合)と送風機の出力を小さくして供給する燃料ガス及び燃焼用空気の流量を少なくした場合(燃焼量を小さくした場合)とにおいて、空気比(燃料ガスと燃焼用空気の混合比)を一定に保つことが困難であった。即ち、送風機の出力が大きい場合(つまり、燃焼用空気の流量が大きい場合)に比して、送風機の出力が小さい場合(つまり、燃焼用空気の流量が小さい場合)、ベンチュリノズルの表面において発生する境界層剥離の影響が大きくなり、ベンチュリノズルに導入される燃焼用空気の流量係数が低下してしまう。そのため、従来の燃料供給装置では、燃焼量の変化(つまり、燃焼用空気の供給量の変化)に伴う流量係数の変化に応じて、燃料ガスの供給圧力を調整するガス圧力の調整機構を必要としていた。
そこで、ベンチュリノズル1を、ノズル部12の内面に複数のディンプル16を形成して構成し、このベンチュリノズル1を含んで燃料供給装置100を構成した。これにより、ノズル部12に形成した複数のディンプル16によりノズル部12の表面において乱流を生じさせて境界層剥離の発生を抑制できるので、燃焼用空気の流量が小さい場合における流量係数の低下を抑制できる。よって、燃焼用空気の流量の変動があった場合においてもベンチュリノズル1における流量係数を一定に保てるので、燃焼用空気の流量の変動があった場合でも、燃焼用空気と燃料ガスとの混合比(空気比)を一定に保てる。その結果、ターンダウン比の高いボイラにおいても、燃焼量変化に伴うガス圧力調整機構等を含むことなく、ボイラを構成できるので、ベンチュリノズル1を含んで構成される燃料供給装置100及びこの燃料供給装置100を含んで構成されるボイラの製造コストを低減できる。
また、燃焼用空気と燃料ガスとの混合比(空気比)を一定に保てるため、ガス圧力調整機構を含んで燃料供給装置を構成した場合においても、ガス圧力調整機構への依存度を下げられ、より簡易な制御によって、空気比を安定させられる。
(1) When the fuel supply device capable of changing the combustion amount is configured to include a venturi nozzle and a blower disposed on the downstream side of the venturi nozzle, fuel gas and combustion air supplied by increasing the output of the blower The air ratio (when the combustion amount is increased) and when the flow rate of the fuel gas and combustion air supplied by reducing the output of the blower is decreased (when the combustion amount is decreased) It was difficult to keep the fuel gas / combustion air mixing ratio) constant. That is, it occurs on the surface of the venturi nozzle when the output of the blower is small (that is, when the flow rate of combustion air is small) compared to when the output of the blower is large (that is, when the flow rate of combustion air is large). As a result, the influence of boundary layer separation increases, and the flow coefficient of the combustion air introduced into the venturi nozzle decreases. Therefore, the conventional fuel supply device requires a gas pressure adjustment mechanism that adjusts the fuel gas supply pressure in accordance with changes in the flow coefficient associated with changes in the combustion amount (that is, changes in the supply amount of combustion air). I was trying.
Therefore, the venturi nozzle 1 is configured by forming a plurality of
In addition, since the mixing ratio (air ratio) of combustion air and fuel gas can be kept constant, the dependence on the gas pressure adjusting mechanism can be reduced even when the fuel supply device is configured including the gas pressure adjusting mechanism. The air ratio can be stabilized by simpler control.
(2)ノズル部12の内面を、内側に向かって凸となるように湾曲した曲面により構成した。これにより、流量係数を高く維持しつつ流量係数の安定化を実現できる。よって、ベンチュリノズル1における圧力損失を小さくできるので、送風機20の負荷を軽減でき、エネルギ損失の抑制及び流量特性の安定化を両立させられる。
(2) The inner surface of the
以上、本発明のベンチュリノズル及び燃料供給装置の好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、ディンプル16を、内面から凹んだ形状に形成したがこれに限らない。即ち、ディンプルを内面から突出する形状に形成してもよい。
The preferred embodiments of the venturi nozzle and the fuel supply device of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified as appropriate.
For example, in the present embodiment, the
また、ディンプル16の大きさ(直径及び深さ)、及び密度は、実施例に制限されない。
Further, the size (diameter and depth) and density of the
また、燃料供給装置を、ベンチュリノズルに供給される燃料ガスの圧力を調整するガス圧力調整機構を含んで構成してもよい。 The fuel supply device may include a gas pressure adjustment mechanism that adjusts the pressure of the fuel gas supplied to the venturi nozzle.
1 ベンチュリノズル
12 ノズル部
13 混合部
15 燃料ガス導入口
16 ディンプル
20 送風機
30 制御部
100 燃料供給装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
下流側に向かって縮径した形状に形成され燃焼用空気が導入されるノズル部と、
前記ノズル部の下流側に配置され、下流側に向かって拡径した形状に形成され燃焼用空気と燃料ガスとが混合される混合部と、
前記ノズル部と前記混合部との間に配置され燃料ガスが導入される燃料ガス導入口と、を備え、
前記ノズル部の内面には、複数のディンプルが形成されているベンチュリノズル。 A venturi nozzle that is arranged upstream of the blower and mixes combustion air and fuel gas by the suction pressure of the blower,
A nozzle part that is formed in a shape that is reduced in diameter toward the downstream side and into which combustion air is introduced;
A mixing portion that is disposed on the downstream side of the nozzle portion and is formed in a shape that is expanded in diameter toward the downstream side and in which combustion air and fuel gas are mixed;
A fuel gas introduction port arranged between the nozzle part and the mixing part and into which fuel gas is introduced,
A venturi nozzle in which a plurality of dimples are formed on the inner surface of the nozzle portion.
前記ベンチュリノズルの下流側に配置される送風機と、
前記送風機の出力を制御する制御部と、を備える燃料供給装置。 The venturi nozzle according to any one of claims 1 to 7,
A blower disposed downstream of the venturi nozzle;
A fuel supply device comprising: a control unit that controls an output of the blower.
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