JP2018204837A - Combustor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼器に関する。 The present invention relates to a combustor.
例えばバイオマス由来のオフガスや副生ガス等の発熱量や燃焼速度が小さく、燃焼性の悪いガス(以下、「低品位燃料」と称する)を、安価に燃焼処理又は熱利用する技術が求められている。これらの低品位燃料を燃焼するために、燃焼触媒や良質な燃料を付加して燃焼させる方法があるが、イニシャルコスト又はランニングコストの上昇が不可避となる。 For example, there is a need for a technique for inexpensively treating or using heat, such as biomass-derived off-gas or by-product gas, which has a low calorific value or combustion rate, and which has a low combustibility (hereinafter referred to as “low-grade fuel”). Yes. In order to burn these low-grade fuels, there is a method in which a combustion catalyst or a high-quality fuel is added and burned, but an increase in initial cost or running cost is unavoidable.
そこで、上記したような低品位燃料を燃焼するために、旋回流を利用することが考えられる。燃料を旋回させて燃焼させる方法としては、旋回翼により混合管内で燃料を旋回させる方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, it is conceivable to use a swirling flow in order to burn the low-grade fuel as described above. As a method of swirling fuel to burn, a method of swirling fuel in a mixing tube by swirl blades is disclosed (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に開示されている方法では、実現可能な旋回流の強さ(スワール数)に限界がある。すなわち、低品位燃料を安定して燃焼させることができない可能性がある。 However, in the method disclosed in Patent Document 1, there is a limit to the strength (swirl number) of the swirl flow that can be realized. That is, there is a possibility that the low-grade fuel cannot be burned stably.
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、低品位燃料を安定して燃焼させることが可能な燃焼器を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the combustor which can burn a low quality fuel stably.
本発明の一態様における燃焼器によれば、側壁に第1開口が形成されている筒状のガス供給管と、第1開口に接続されてガス供給管に第1ガスを供給し、第1ガスをガス供給管の内壁に沿って旋回させる第1供給部と、ガス供給管に連結されて管内で第1ガスを燃焼させる燃焼管と、ガス供給管及び燃焼管を覆って設けられ、燃焼管での燃焼により発生した排ガスをガス供給管側に環流させるガス環流管と、を備える。 According to the combustor in one aspect of the present invention, a cylindrical gas supply pipe having a first opening formed on the side wall, a first gas connected to the first opening and supplied to the gas supply pipe, A first supply unit that swirls the gas along the inner wall of the gas supply pipe, a combustion pipe that is connected to the gas supply pipe and burns the first gas in the pipe, and is provided to cover the gas supply pipe and the combustion pipe. A gas recirculation pipe for recirculating exhaust gas generated by combustion in the pipe to the gas supply pipe side.
本発明の実施形態によれば、低品位燃料を安定して燃焼させることが可能な燃焼器が提供される。 According to the embodiment of the present invention, a combustor capable of stably burning low-grade fuel is provided.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態における燃焼器100を例示する図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a combustor 100 according to the first embodiment.
図1に示されるように、燃焼器100は、ガス供給管10、第1供給部20、第2供給部30、燃焼管40、点火プラグ50、及びガス環流管60を有する。 As shown in FIG. 1, the combustor 100 includes a gas supply pipe 10, a first supply part 20, a second supply part 30, a combustion pipe 40, a spark plug 50, and a gas recirculation pipe 60.
ガス供給管10は、円筒状に形成されており、第1供給部20及び第2供給部30から供給される燃料ガスを燃焼管40に供給する。第1供給部20は、ガス供給管10に接続され、例えば燃料ガスと空気とが予め混合された混合ガスを開口部20Aからガス供給管10に供給する。第2供給部30は、第1供給部20とは異なる位置でガス供給管10に接続され、例えば燃料ガスと空気とが予め混合された混合ガスを開口部30Aからガス供給管10に供給する。 The gas supply pipe 10 is formed in a cylindrical shape, and supplies the fuel gas supplied from the first supply unit 20 and the second supply unit 30 to the combustion pipe 40. The first supply unit 20 is connected to the gas supply pipe 10 and supplies, for example, a mixed gas in which fuel gas and air are mixed in advance to the gas supply pipe 10 from the opening 20A. The second supply unit 30 is connected to the gas supply pipe 10 at a position different from that of the first supply unit 20, and supplies, for example, a mixed gas in which fuel gas and air are mixed in advance to the gas supply pipe 10 from the opening 30A. .
ガス供給管10、第1供給部20、及び第2供給部30は、それぞれ別体として形成された後に接合されてもよく、何れか2つ以上が一体成形されてもよい。ガス供給管10、第1供給部20、及び第2供給部30は、例えば耐熱性が高い樹脂や、金属材料等により形成される。 The gas supply pipe 10, the first supply unit 20, and the second supply unit 30 may be joined after being formed as separate bodies, or any two or more may be integrally formed. The gas supply pipe 10, the first supply unit 20, and the second supply unit 30 are formed of, for example, a resin having high heat resistance, a metal material, or the like.
また、第1供給部20からガス供給管10に燃料ガスを供給し、第2供給部30からガス供給管10に空気を供給して、ガス供給管10において混合される燃料ガスと空気との混合ガスを燃焼管40に供給してもよい。 Further, the fuel gas is supplied from the first supply unit 20 to the gas supply pipe 10, the air is supplied from the second supply unit 30 to the gas supply pipe 10, and the fuel gas and air mixed in the gas supply pipe 10 are mixed. A mixed gas may be supplied to the combustion tube 40.
燃焼管40は、例えばガラスにより円筒状に形成されている。燃焼管40は、ガス供給管10から混合ガスが供給され、点火装置である点火プラグ50により混合ガスが点火されて管内に火炎Fが形成される。なお、燃焼管40は、例えば金属材料等で形成されてもよい。 The combustion tube 40 is formed in a cylindrical shape by glass, for example. The combustion tube 40 is supplied with a mixed gas from the gas supply tube 10, and the mixed gas is ignited by a spark plug 50, which is an ignition device, and a flame F is formed in the tube. The combustion tube 40 may be formed of, for example, a metal material.
点火プラグ50は、ガス供給管10の底壁に設けられた図示しない取り付け穴に取り付けられ、点火部がガス供給管10の内部に臨んでいる。点火プラグ50は、外部から印加される高電圧によって火花放電を発生し、燃焼管40の混合ガスに点火する。なお、燃焼管40の混合ガスに点火できるものであれば、点火装置は点火プラグ50に限定されない。 The spark plug 50 is attached to a mounting hole (not shown) provided in the bottom wall of the gas supply pipe 10, and the ignition portion faces the inside of the gas supply pipe 10. The spark plug 50 generates a spark discharge by a high voltage applied from the outside, and ignites the mixed gas in the combustion tube 40. The ignition device is not limited to the spark plug 50 as long as it can ignite the mixed gas in the combustion tube 40.
ガス環流管60は、筒状に形成され、ガス供給管10及び燃焼管40を覆って取り付けられている。また、ガス環流管60の取り付けにあたって第1供給部20及び第2供給部30と支障が生じる箇所には、ガス環流管60に切り欠き61が形成されている。ガス環流管60は、熱伝導率の低い金属材料等、例えばステンレスにより形成される。 The gas recirculation pipe 60 is formed in a cylindrical shape and is attached so as to cover the gas supply pipe 10 and the combustion pipe 40. In addition, a notch 61 is formed in the gas circulation pipe 60 at a location where the first and second supply parts 20 and 30 interfere with the attachment of the gas circulation pipe 60. The gas reflux tube 60 is formed of a metal material having a low thermal conductivity, such as stainless steel.
ガス環流管60は、燃焼管40で混合ガスが燃焼することによって発生した排ガスを閉口した上端62で折り返させ、燃焼管40の外側を通してガス供給管10側に環流させる。また、ガス環流管60の下端近傍には、筒状の排気管63が取り付けられ、排気管63の開口部63Aから環流した排ガスを排気する。 The gas recirculation pipe 60 causes the exhaust gas generated by the combustion of the mixed gas in the combustion pipe 40 to be folded at the closed upper end 62, and is circulated to the gas supply pipe 10 side through the outside of the combustion pipe 40. Further, a cylindrical exhaust pipe 63 is attached in the vicinity of the lower end of the gas circulation pipe 60, and exhaust gas exhausted from the opening 63 </ b> A of the exhaust pipe 63 is exhausted.
次に、図2及び図3を参照しながら、燃焼器100の各部について詳細に説明する。 Next, each part of the combustor 100 will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.
図2は、第1の実施形態におけるガス供給管10、第1供給部20、及び第2供給部30を例示する側面図である。また、図3は、第1の実施形態におけるガス供給管10、第1供給部20、第2供給部30、及びガス環流管60を例示する図であり、図2のA−A断面図にガス環流管60を併せて記載した図である。 FIG. 2 is a side view illustrating the gas supply pipe 10, the first supply unit 20, and the second supply unit 30 in the first embodiment. FIG. 3 is a diagram illustrating the gas supply pipe 10, the first supply unit 20, the second supply unit 30, and the gas recirculation pipe 60 in the first embodiment. It is the figure which described the gas reflux tube 60 collectively.
ガス供給管10は、図2及び図3に示されるように、図示しない点火プラグの取り付け穴を除き、下端側が底壁により塞がれた円筒状に形成されている。ガス供給管10の内部には、第1供給部20及び第2供給部30から燃料ガスが供給されるガス室11が形成されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the gas supply pipe 10 is formed in a cylindrical shape whose lower end side is closed by a bottom wall except for a mounting hole for a spark plug (not shown). A gas chamber 11 into which fuel gas is supplied from the first supply unit 20 and the second supply unit 30 is formed inside the gas supply pipe 10.
また、図2に示されるように、ガス供給管10のガス室11の上方には、ガス室11よりも直径が大きく燃焼管40が挿入される燃焼管受け部15が形成されている。燃焼管受け部15の内周面には、例えば耐熱性および密閉性が高い材料で円環状に形成されているシールリング16が取り付けられている。燃焼管受け部15に取り付けられているシールリング16により、燃焼管受け部15と燃焼管40との間が密閉される。 As shown in FIG. 2, a combustion tube receiving portion 15 having a diameter larger than that of the gas chamber 11 and into which the combustion tube 40 is inserted is formed above the gas chamber 11 of the gas supply tube 10. A seal ring 16 formed in an annular shape with a material having high heat resistance and hermeticity, for example, is attached to the inner peripheral surface of the combustion tube receiving portion 15. A seal ring 16 attached to the combustion tube receiver 15 seals between the combustion tube receiver 15 and the combustion tube 40.
ガス供給管10の側壁には、第1開口12及び第2開口13が形成されている。第1開口12及び第2開口13は、図2に示されるように、それぞれガス供給管10の軸方向に延びる矩形状に形成されている。なお、本実施形態では、第1開口12と第2開口13とが、ガス供給管10の周方向に180°異なる位置に形成されているが、これに限られるものではない。 A first opening 12 and a second opening 13 are formed in the side wall of the gas supply pipe 10. As shown in FIG. 2, the first opening 12 and the second opening 13 are each formed in a rectangular shape extending in the axial direction of the gas supply pipe 10. In the present embodiment, the first opening 12 and the second opening 13 are formed at positions different by 180 ° in the circumferential direction of the gas supply pipe 10, but the present invention is not limited to this.
第1供給部20は、図2及び図3に示されるように、平板状に形成されており、ガス供給管10の側壁の接線方向に延びるようにガス供給管10に接続されている。第1供給部20は、内部に第1ガス流路21が形成されており、第1ガス流路21が第1開口12に通じるようにガス供給管10に接続されている。 2 and 3, the first supply unit 20 is formed in a flat plate shape, and is connected to the gas supply pipe 10 so as to extend in the tangential direction of the side wall of the gas supply pipe 10. The first supply unit 20 has a first gas channel 21 formed therein, and is connected to the gas supply pipe 10 so that the first gas channel 21 communicates with the first opening 12.
第2供給部30は、第1供給部20と同様に平板状に形成されており、ガス供給管10の側壁の接線方向に延びるようにガス供給管10に接続されている。第2供給部30は、内部に第2ガス流路31が形成されており、第2ガス流路31が第2開口13に通じるようにガス供給管10に接続されている。 The second supply unit 30 is formed in a flat plate shape like the first supply unit 20, and is connected to the gas supply pipe 10 so as to extend in the tangential direction of the side wall of the gas supply pipe 10. The second supply section 30 has a second gas flow path 31 formed therein, and is connected to the gas supply pipe 10 so that the second gas flow path 31 communicates with the second opening 13.
第1ガス流路21は、ガス供給管10のガス室11の内壁面の接線方向に延びるように第1開口12に接続されている。また、第2ガス流路31は、ガス供給管10のガス室11の内壁面の接線方向に延びるように第2開口13に接続されている。このため、第1ガス流路21及び第2ガス流路31からガス供給管10に供給された混合ガスは、図3に示されるように、ガス供給管10の側壁の内周面に沿って流れてガス室11の内部で旋回する。また、ガス供給管10に供給された混合ガスは、ガス室11の内部で旋回しながら上昇し、図1に示されるように燃焼管40に供給されて燃焼する。 The first gas passage 21 is connected to the first opening 12 so as to extend in the tangential direction of the inner wall surface of the gas chamber 11 of the gas supply pipe 10. The second gas flow path 31 is connected to the second opening 13 so as to extend in the tangential direction of the inner wall surface of the gas chamber 11 of the gas supply pipe 10. For this reason, the mixed gas supplied to the gas supply pipe 10 from the first gas flow path 21 and the second gas flow path 31 is along the inner peripheral surface of the side wall of the gas supply pipe 10 as shown in FIG. It flows and swirls inside the gas chamber 11. Further, the mixed gas supplied to the gas supply pipe 10 rises while swirling inside the gas chamber 11, and is supplied to the combustion pipe 40 and combusted as shown in FIG.
また、第1供給部20から燃料ガスが供給され、第2供給部30から空気が供給される場合には、燃料ガスと空気とがガス室11の内部で旋回しながら混合され、燃料ガスと空気との混合ガスとなって燃焼管40に供給される。 Further, when fuel gas is supplied from the first supply unit 20 and air is supplied from the second supply unit 30, the fuel gas and air are mixed while swirling inside the gas chamber 11, and the fuel gas and A mixed gas with air is supplied to the combustion tube 40.
ガス環流管60は、図3に示されるように、環流した排ガスを排気する排気管63が取り付けられている。燃焼管40で混合ガスが燃焼することによって発生した排ガスは、ガス環流管60の上端62で折り返され、旋回しながらガス供給管10側に環流され、排気管63から排気される。 As shown in FIG. 3, the gas recirculation pipe 60 is provided with an exhaust pipe 63 for exhausting the recirculated exhaust gas. The exhaust gas generated by the combustion of the mixed gas in the combustion pipe 40 is folded at the upper end 62 of the gas circulation pipe 60, circulated to the gas supply pipe 10 side while turning, and exhausted from the exhaust pipe 63.
また、排気管63は、旋回する排ガスが排気されやすいように、ガス環流管60の中心軸から偏倚して取り付けられている。なお、本実施形態では、2箇所に排気管63が取り付けられているが、これに限られるものではない。 Further, the exhaust pipe 63 is attached so as to be deviated from the central axis of the gas circulation pipe 60 so that the swirling exhaust gas is easily exhausted. In the present embodiment, the exhaust pipes 63 are attached at two locations, but the present invention is not limited to this.
図4は、第1の実施形態における燃焼管40を例示する図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating the combustion tube 40 in the first embodiment.
図4に示されるように、燃焼管40は、小径部41、テーパ部42、大径部43を有する。 As shown in FIG. 4, the combustion tube 40 has a small diameter portion 41, a tapered portion 42, and a large diameter portion 43.
小径部41は、内径がガス供給管10のガス室11の内径に等しく、外径がガス供給管10の燃焼管受け部15の内径に等しい円筒状に形成されている。燃焼管40は、小径部41が燃焼管受け部15に挿入されることでガス供給管10に連結される。テーパ部42は、小径部41に連結され、小径部41から離れるほど内径が大きくなる截頭円錐状に形成されている。大径部43は、内径が小径部41の内径よりも大きい円筒状に形成され、テーパ部42に連結されている。 The small diameter portion 41 is formed in a cylindrical shape whose inner diameter is equal to the inner diameter of the gas chamber 11 of the gas supply pipe 10 and whose outer diameter is equal to the inner diameter of the combustion pipe receiving portion 15 of the gas supply pipe 10. The combustion pipe 40 is connected to the gas supply pipe 10 by inserting the small diameter part 41 into the combustion pipe receiving part 15. The taper portion 42 is connected to the small diameter portion 41 and is formed in a truncated cone shape whose inner diameter increases as the distance from the small diameter portion 41 increases. The large diameter portion 43 is formed in a cylindrical shape whose inner diameter is larger than the inner diameter of the small diameter portion 41 and is connected to the tapered portion 42.
図5は、燃焼管40における混合ガスの流れを説明するための図である。 FIG. 5 is a view for explaining the flow of the mixed gas in the combustion tube 40.
燃焼管40には、ガス供給管10のガス室11の内周面に沿って旋回しながら上昇する混合ガスが供給される。燃焼管40に供給された混合ガスは、小径部41及びテーパ部42を通って大径部43に達するように、各部の内周面に沿って旋回しながら上昇していく。 The combustion tube 40 is supplied with a mixed gas that rises while swirling along the inner peripheral surface of the gas chamber 11 of the gas supply tube 10. The mixed gas supplied to the combustion pipe 40 rises while swirling along the inner peripheral surface of each part so as to reach the large diameter part 43 through the small diameter part 41 and the tapered part 42.
ここで、燃焼管40の内部では、混合ガスが旋回することにより内部のガスが外周側に引き寄せられて内周面に近い部分の圧が高まり、中央部分の圧が低くなるように圧力差が生じる。また、混合ガスの旋回流は、テーパ部42及び大径部43において徐々に内径が大きくなるにしたがって弱まっていく。このため、燃焼管40に供給された混合ガスは、旋回しながら上昇して大径部43に達した後、図5に示されるように、テーパ部42及び小径部41で圧が低下している旋回流の中央部分に向かって下降するように流れる。 Here, inside the combustion tube 40, the mixed gas swirls to attract the internal gas toward the outer peripheral side, so that the pressure near the inner peripheral surface increases and the pressure difference increases so that the pressure at the central portion decreases. Arise. Further, the swirling flow of the mixed gas is weakened as the inner diameter gradually increases in the tapered portion 42 and the large diameter portion 43. For this reason, the mixed gas supplied to the combustion tube 40 rises while swirling and reaches the large diameter portion 43, and then the pressure decreases at the taper portion 42 and the small diameter portion 41 as shown in FIG. It flows so as to descend toward the central part of the swirling flow.
燃焼管40の内部において上記したように混合ガスが流れることで、混合ガスの燃焼により形成される火炎Fは、図5に示されるようにテーパ部42付近に位置することになる。このように、第1の実施形態における燃焼管40によれば、火炎Fの位置がテーパ部42付近で安定し、混合ガスを安定的に燃焼させることが可能になる。 When the mixed gas flows inside the combustion pipe 40 as described above, the flame F formed by the combustion of the mixed gas is positioned in the vicinity of the tapered portion 42 as shown in FIG. Thus, according to the combustion tube 40 in the first embodiment, the position of the flame F is stabilized in the vicinity of the tapered portion 42, and the mixed gas can be combusted stably.
図6は、燃焼器100における排ガスの流れを説明するための図である。 FIG. 6 is a view for explaining the flow of exhaust gas in the combustor 100.
燃焼管40で混合ガスが燃焼することによって発生した排ガスは、ガス環流管60の上端62で折り返される。折り返された排ガスは、旋回しながら燃焼管40の外側を通ってガス供給管10側に環流され、排気管63から排気される。 The exhaust gas generated by the combustion of the mixed gas in the combustion pipe 40 is folded at the upper end 62 of the gas circulation pipe 60. The folded exhaust gas is recirculated to the gas supply pipe 10 side through the outside of the combustion pipe 40 while turning, and is exhausted from the exhaust pipe 63.
このとき、燃焼管40が高温の排ガスで覆われることにより、燃焼管40の管内に形成される火炎からの輻射熱による損失が低減し、燃焼性を向上させることが可能になる。また、ガス供給管10が高温の排ガスで覆われることにより、ガス供給管10から燃焼管40に供給される混合ガスが予熱され、燃焼性を向上させることが可能になる。 At this time, since the combustion tube 40 is covered with the high-temperature exhaust gas, the loss due to the radiant heat from the flame formed in the tube of the combustion tube 40 is reduced, and the combustibility can be improved. Further, by covering the gas supply pipe 10 with high-temperature exhaust gas, the mixed gas supplied from the gas supply pipe 10 to the combustion pipe 40 is preheated, and the combustibility can be improved.
なお、燃焼器100におけるガス供給管10、第1供給部20、第2供給部30、燃焼管40、及びガス環流管60の各部の寸法は、上記した例に限定されるものではなく、適宜変更されてもよい。また、ガス供給管10、燃焼管40、及びガス環流管60の形状は、それぞれガスが旋回可能な筒状であればよく、円筒状に限られるものではない。また、燃焼管40は、必ずしもテーパ部42を有している必要はない。 In addition, the dimension of each part of the gas supply pipe 10, the 1st supply part 20, the 2nd supply part 30, the combustion pipe 40, and the gas recirculation pipe | tube 60 in the combustor 100 is not limited to an above-described example, It may be changed. The shapes of the gas supply pipe 10, the combustion pipe 40, and the gas recirculation pipe 60 are not limited to a cylindrical shape as long as the gas can be swirled. Further, the combustion tube 40 does not necessarily have the tapered portion 42.
また、第1供給部20及び第2供給部30は、本実施形態ではガス供給管10の側壁の接線方向に延びるように設けられているが、ガス供給管10の内部で供給したガスを旋回させることが可能であれば、本実施形態において例示した構成に限られない。 Moreover, although the 1st supply part 20 and the 2nd supply part 30 are provided so that it may extend in the tangential direction of the side wall of the gas supply pipe | tube 10 in this embodiment, the gas supplied inside the gas supply pipe | tube 10 is swirled. If it can be made, it will not be restricted to the structure illustrated in this embodiment.
また、第1供給部20及び第2供給部30は、何れか一方のみが設けられてもよく、第1供給部20及び第2供給部30に加えて、同様の構成でガス供給管10に燃料ガス等を供給する1つ以上の供給部がさらに設けられてもよい。また、燃焼器100に設けられる供給部及びガス流路の形状は、ガス供給管10のガス室11の内部に旋回流を形成可能であれば、第1の実施形態において例示した形状に限られるものではない。 Further, only one of the first supply unit 20 and the second supply unit 30 may be provided. In addition to the first supply unit 20 and the second supply unit 30, the gas supply pipe 10 has the same configuration. One or more supply parts for supplying fuel gas or the like may be further provided. Further, the shape of the supply unit and the gas flow path provided in the combustor 100 is limited to the shape illustrated in the first embodiment as long as a swirl flow can be formed inside the gas chamber 11 of the gas supply pipe 10. It is not a thing.
<実施例>
次に、第1の実施形態における燃焼器100において、図2に示されるガス供給管10の第1開口12及び第2開口13の高さH1、図3に示される第1供給部20の第1ガス流路21の幅W1及び第2供給部30の第2ガス流路31の幅W2、図4に示される燃焼管40のテーパ部42の角度θ(テーパ部42の内壁面と、小径部41の内壁面及び大径部43の内壁面とがなす角)、及び燃焼管40の寸法を以下のように設定し、メタンと二酸化炭素の混合ガスを燃料ガスとして、燃料ガス中のメタン濃度が低い低品位燃料について、燃料ガス中のメタン濃度を測定した実施例を説明する。
<Example>
Next, in the combustor 100 according to the first embodiment, the height H1 of the first opening 12 and the second opening 13 of the gas supply pipe 10 shown in FIG. 2, the first of the first supply unit 20 shown in FIG. The width W1 of the first gas passage 21, the width W2 of the second gas passage 31 of the second supply unit 30, the angle θ of the tapered portion 42 of the combustion tube 40 shown in FIG. The angle formed by the inner wall surface of the portion 41 and the inner wall surface of the large-diameter portion 43) and the dimensions of the combustion tube 40 are set as follows, and a mixed gas of methane and carbon dioxide is used as the fuel gas. An embodiment in which the methane concentration in the fuel gas is measured for a low-grade fuel having a low concentration will be described.
具体的には、ガス供給管10の第1開口12及び第2開口13の高さH1を10mmとした。また、第1供給部20の第1ガス流路21の幅W1及び第2供給部30の第2ガス流路31の幅W2を1mmとした。 Specifically, the height H1 of the first opening 12 and the second opening 13 of the gas supply pipe 10 was set to 10 mm. Further, the width W1 of the first gas channel 21 of the first supply unit 20 and the width W2 of the second gas channel 31 of the second supply unit 30 were set to 1 mm.
また、燃焼管40の小径部41の内径D1を17mm(ガス供給管10のガス室11の内径D1も同様に17mm)、テーパ部42の角度θを10°、大径部43の内径D2を30mmとした。また、燃焼管40の小径部41の長さL1を30mm、大径部43の長さL2を200mmとした。 Further, the inner diameter D1 of the small diameter portion 41 of the combustion pipe 40 is 17 mm (the inner diameter D1 of the gas chamber 11 of the gas supply pipe 10 is also 17 mm), the angle θ of the tapered portion 42 is 10 °, and the inner diameter D2 of the large diameter portion 43 is It was 30 mm. Further, the length L1 of the small diameter portion 41 of the combustion tube 40 was 30 mm, and the length L2 of the large diameter portion 43 was 200 mm.
なお、第1の実施形態における各実施例では、第1ガス流路21及び第2ガス流路31から、予めメタンを二酸化炭素で希釈した燃料ガスと空気とを混合した混合ガスを供給して、燃料ガス中のメタン濃度を測定した。 In each example of the first embodiment, a mixed gas obtained by mixing a fuel gas obtained by diluting methane with carbon dioxide and air in advance is supplied from the first gas channel 21 and the second gas channel 31. The methane concentration in the fuel gas was measured.
(実施例1)
実施例1では、上記構成の燃焼器100において、供給される混合ガスの流量[L/min]を1.0L/minに固定して、燃料中の可燃成分と空気中の酸素との比を理論燃空比で除した当量比を変えながら燃料ガス中のメタン濃度を測定した。なお、実施例1では、排気管63から排気される排ガスのCO(一酸化炭素)濃度が10ppmになる場合について測定を行った。
Example 1
In Example 1, in the combustor 100 having the above-described configuration, the flow rate [L / min] of the supplied mixed gas is fixed to 1.0 L / min, and the ratio of the combustible component in the fuel to the oxygen in the air is set. The methane concentration in the fuel gas was measured while changing the equivalent ratio divided by the theoretical fuel-air ratio. In Example 1, the measurement was performed when the CO (carbon monoxide) concentration of the exhaust gas exhausted from the exhaust pipe 63 was 10 ppm.
(実施例2)
実施例2では、排気管63から排気される排ガスのCO(一酸化炭素)濃度が100ppmになる場合について測定を行った他は、実施例1と同様の条件である。
(Example 2)
In the second embodiment, the conditions are the same as those in the first embodiment, except that the measurement was performed when the CO (carbon monoxide) concentration of the exhaust gas exhausted from the exhaust pipe 63 was 100 ppm.
(実施例3)
実施例3では、排気管63から排気される排ガスのCO(一酸化炭素)濃度が1000ppmになる場合について測定を行った他は、実施例1と同様の条件である。
Example 3
In Example 3, the conditions were the same as in Example 1 except that the measurement was performed when the CO (carbon monoxide) concentration of the exhaust gas exhausted from the exhaust pipe 63 was 1000 ppm.
実施例1〜3における燃料ガス中のメタン濃度の測定結果を、図7に示す。図7に示されているグラフは、横軸が当量比であり、縦軸が燃料ガス中のメタン濃度[%]である。 The measurement results of the methane concentration in the fuel gas in Examples 1 to 3 are shown in FIG. In the graph shown in FIG. 7, the horizontal axis represents the equivalence ratio, and the vertical axis represents the methane concentration [%] in the fuel gas.
図7より、実施例1では、当量比0.87において、燃料ガス中のメタン濃度が最も低い12.0%となった。また、実施例2では、当量比0.87において、燃料ガス中のメタン濃度が最も低い11.7%となった。また、実施例3では、当量比0.79〜0.87において、燃料ガス中のメタン濃度が最も低い11.3%となった。 From FIG. 7, in Example 1, the methane concentration in the fuel gas was 12.0%, which is the lowest, at an equivalence ratio of 0.87. In Example 2, the methane concentration in the fuel gas was the lowest 11.7% at an equivalence ratio of 0.87. In Example 3, the methane concentration in the fuel gas was 11.3%, which is the lowest, at an equivalent ratio of 0.79 to 0.87.
実施例1〜3の測定結果より、上記構成の燃焼器100においては、当量比0.87付近で燃料ガス中のメタン濃度が最も低くなることが分かる。そこで、当量比を0.87に固定して、燃焼器100に供給される混合ガスの流量[L/min]を変えながら燃料ガス中のメタン濃度を測定した。 From the measurement results of Examples 1 to 3, it can be seen that in the combustor 100 having the above-described configuration, the methane concentration in the fuel gas becomes the lowest in the vicinity of the equivalence ratio of 0.87. Therefore, the methane concentration in the fuel gas was measured while changing the flow rate [L / min] of the mixed gas supplied to the combustor 100 with the equivalence ratio fixed at 0.87.
(実施例4)
実施例4では、上記構成の燃焼器100において、当量比を0.87に固定して、供給される混合ガスの流量[L/min]を変えながら燃料ガス中のメタン濃度を測定した。なお、実施例1では、排気管63から排気される排ガスのCO(一酸化炭素)濃度が10ppmになる場合について測定を行った。
(Example 4)
In Example 4, in the combustor 100 having the above-described configuration, the equivalence ratio was fixed to 0.87, and the methane concentration in the fuel gas was measured while changing the flow rate [L / min] of the supplied mixed gas. In Example 1, the measurement was performed when the CO (carbon monoxide) concentration of the exhaust gas exhausted from the exhaust pipe 63 was 10 ppm.
(実施例5)
実施例5では、排気管63から排気される排ガスのCO(一酸化炭素)濃度が100ppmになる場合について測定を行った他は、実施例4と同様の条件である。
(Example 5)
In the fifth embodiment, the conditions are the same as those in the fourth embodiment except that the measurement is performed when the CO (carbon monoxide) concentration of the exhaust gas exhausted from the exhaust pipe 63 is 100 ppm.
(実施例6)
実施例6では、排気管63から排気される排ガスのCO(一酸化炭素)濃度が1000ppmになる場合について測定を行った他は、実施例4と同様の条件である。
(Example 6)
In Example 6, the conditions were the same as in Example 4 except that the measurement was performed when the CO (carbon monoxide) concentration of the exhaust gas exhausted from the exhaust pipe 63 was 1000 ppm.
実施例4〜6における燃料ガス中のメタン濃度の測定結果を、図8に示す。図8に示されているグラフは、横軸が燃焼器100に供給される混合ガスの流量[L/min]であり、縦軸が燃料ガス中のメタン濃度[%]である。 The measurement result of the methane density | concentration in the fuel gas in Examples 4-6 is shown in FIG. In the graph shown in FIG. 8, the horizontal axis represents the flow rate [L / min] of the mixed gas supplied to the combustor 100, and the vertical axis represents the methane concentration [%] in the fuel gas.
図8より、実施例4では、流量24L/minにおいて燃料ガス中のメタン濃度が最も低い11.4%となった。また、実施例5では、流量24.2L/minにおいて燃料ガス中のメタン濃度が最も低い11.2%となった。また、実施例6では、流量24.7L/minにおいて燃料ガス中のメタン濃度が最も低い10.8%となった。 From FIG. 8, in Example 4, the methane concentration in the fuel gas was the lowest 11.4% at a flow rate of 24 L / min. In Example 5, the methane concentration in the fuel gas was the lowest at 11.2% at a flow rate of 24.2 L / min. In Example 6, the methane concentration in the fuel gas was the lowest 10.8% at a flow rate of 24.7 L / min.
これらの値は、既往研究(H.F.Coward,G.W.Jones,Limits of Flammability of Gases and Vapors,U.S.Bur.Mines Bull.No.503(1952))におけるメタンを二酸化炭素で希釈して予熱を行わない場合の燃焼可能な燃料ガス中のメタン濃度(22.8%)と比較して、大幅に改善されている。 These values are derived from methane as carbon dioxide in previous studies (HF Coward, GW Jones, Limits of Flammability of Gases and Vapors, U.S. Bur. Mines Bull. No. 503 (1952)). Compared to the methane concentration (22.8%) in combustible fuel gas when diluted and not preheated, this is a significant improvement.
このように、各実施例における燃料ガス中のメタン濃度は、既往研究における燃料ガス中のメタン濃度よりも低く、燃焼器100においてメタンの濃度が低い混合ガスでも燃焼可能であることが分かる。 Thus, it can be seen that the methane concentration in the fuel gas in each example is lower than the methane concentration in the fuel gas in the previous research, and even the mixed gas having a low methane concentration can be combusted in the combustor 100.
以上で説明したように、第1の実施形態における燃焼器100によれば、ガス環流管60により、燃焼管40での燃焼により発生した排ガスをガス供給管10側に環流させることで、メタン濃度が低い低品位燃料であっても安定して燃焼させることが可能になる。 As described above, according to the combustor 100 in the first embodiment, the gas circulation pipe 60 causes the exhaust gas generated by the combustion in the combustion pipe 40 to be circulated to the gas supply pipe 10 side, so that the methane concentration Even if it is a low-grade fuel with low, it becomes possible to burn stably.
[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、既に説明した実施形態と同一構成部分についての説明は省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described based on the drawings. Note that a description of the same components as those of the above-described embodiment will be omitted.
図9は、第2の実施形態における燃焼器200を例示する図である。 FIG. 9 is a diagram illustrating a combustor 200 according to the second embodiment.
第2の実施形態における燃焼器200は、図9に示されるように、ガス供給管10の底壁の周縁に沿って円環状のスリット18が形成されている。ガス供給管10には、スリット18に接続されるガス流路を内部に有する第3供給部70が連結されている。なお、スリット18は、本実施形態とは異なる形状であってもよい。 As shown in FIG. 9, the combustor 200 according to the second embodiment has an annular slit 18 formed along the periphery of the bottom wall of the gas supply pipe 10. A third supply unit 70 having a gas flow path connected to the slit 18 is connected to the gas supply pipe 10. The slit 18 may have a shape different from that of the present embodiment.
燃焼器200において、例えば、第1供給部20及び第2供給部30からガス供給管10に空気を供給し、第3供給部70からスリット18を通じて燃料ガスを供給する。なお、燃焼器200には、第1供給部20及び第2供給部30の何れか一方のみが設けられてもよく、同様の構成でガス供給管10に燃料ガス等を供給する供給部がさらに1つ以上設けられてもよい。 In the combustor 200, for example, air is supplied from the first supply unit 20 and the second supply unit 30 to the gas supply pipe 10, and fuel gas is supplied from the third supply unit 70 through the slit 18. The combustor 200 may be provided with only one of the first supply unit 20 and the second supply unit 30, and a supply unit that supplies fuel gas or the like to the gas supply pipe 10 with the same configuration is further provided. One or more may be provided.
このようにガス供給管10に燃料ガス及び空気を供給することで、ガス室11の内部で燃料ガスと空気とが旋回しながら混合される。ガス供給管10において混合された燃料ガス及び空気の混合ガスは、旋回しながら上昇して燃焼管40に供給されて点火プラグ50により点火されて燃焼する。 By supplying the fuel gas and air to the gas supply pipe 10 in this way, the fuel gas and air are mixed while swirling inside the gas chamber 11. The mixed gas of fuel gas and air mixed in the gas supply pipe 10 rises while swirling, is supplied to the combustion pipe 40, is ignited by the spark plug 50, and burns.
このとき、燃焼管40の内部において上記したように混合ガスが流れることで、混合ガスの燃焼により形成される火炎Fは、図4に示されるようにテーパ部42付近に位置することになる。このように、第2の実施形態における燃焼管40によれば、火炎Fの位置がテーパ部42付近で安定し、混合ガスを安定的に燃焼させることが可能になる。 At this time, the mixed gas flows in the combustion tube 40 as described above, so that the flame F formed by the combustion of the mixed gas is positioned in the vicinity of the tapered portion 42 as shown in FIG. Thus, according to the combustion tube 40 in the second embodiment, the position of the flame F is stabilized in the vicinity of the tapered portion 42, and the mixed gas can be combusted stably.
また、燃焼管40で混合ガスが燃焼することによって発生した排ガスは、ガス環流管60の上端62で折り返され、旋回しながらガス供給管10側に環流され、排気管63から排気される。 Further, the exhaust gas generated by the combustion of the mixed gas in the combustion pipe 40 is folded at the upper end 62 of the gas circulation pipe 60, circulated to the gas supply pipe 10 side while turning, and exhausted from the exhaust pipe 63.
第2の実施形態における燃焼器200では、上記したように、第1供給部20及び第2供給部30から供給される空気と、第3供給部70から供給される燃料ガスとがガス供給管10において混合され、混合ガスとなって旋回しながら燃焼管40に供給される。第2の実施形態における燃焼器200によれば、第1の実施形態における燃焼器200と同様に、低品位燃料を安定して燃焼させることができる。 In the combustor 200 according to the second embodiment, as described above, the air supplied from the first supply unit 20 and the second supply unit 30 and the fuel gas supplied from the third supply unit 70 are gas supply pipes. 10 is mixed and supplied to the combustion tube 40 while swirling as a mixed gas. According to the combustor 200 in the second embodiment, low-grade fuel can be stably combusted in the same manner as the combustor 200 in the first embodiment.
以上、実施形態に係る燃焼器について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。 Although the combustor according to the embodiment has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and improvements can be made within the scope of the present invention.
10 ガス供給管
18 スリット
20 第1供給部
21 第1ガス流路
30 第2供給部
31 第2ガス流路
40 燃焼管
41 小径部
42 テーパ部
43 大径部
50 点火プラグ
60 ガス環流管
70 第3供給部
100、200 燃焼器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Gas supply pipe 18 Slit 20 1st supply part 21 1st gas flow path 30 2nd supply part 31 2nd gas flow path 40 Combustion pipe 41 Small diameter part 42 Taper part 43 Large diameter part 50 Spark plug 60 Gas recirculation pipe 70 1st 3 Supply unit 100, 200 Combustor
Claims (6)
前記第1開口に接続されて前記ガス供給管に第1ガスを供給し、前記第1ガスを前記ガス供給管の内壁に沿って旋回させる第1供給部と、
前記ガス供給管に連結されて管内で前記第1ガスを燃焼させる燃焼管と、
前記ガス供給管及び前記燃焼管を覆って設けられ、前記燃焼管での燃焼により発生した排ガスを前記ガス供給管側に環流させるガス環流管と、を備える
燃焼器。 A cylindrical gas supply pipe having a first opening formed on the side wall;
A first supply unit connected to the first opening to supply a first gas to the gas supply pipe, and to turn the first gas along an inner wall of the gas supply pipe;
A combustion pipe connected to the gas supply pipe to burn the first gas in the pipe;
A gas combustor provided to cover the gas supply pipe and the combustion pipe, and configured to circulate exhaust gas generated by combustion in the combustion pipe toward the gas supply pipe.
請求項1に記載の燃焼器。 The combustor according to claim 1, further comprising an ignition device attached to a bottom wall of the gas supply pipe so that an ignition unit faces the inside of the gas supply pipe.
請求項1又は請求項2に記載の燃焼器。 The combustor according to claim 1 or 2, wherein the gas reflux tube is made of stainless steel.
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の燃焼器。 The combustion pipe includes a cylindrical small-diameter portion connected to the gas supply pipe, a tapered portion connected to the small-diameter portion and formed so that an inner diameter increases as the distance from the small-diameter portion increases, and the tapered portion A combustor according to any one of claims 1 to 3, further comprising a cylindrical large-diameter portion connected to the cylinder.
前記第2開口に接続されて前記ガス供給管に第2ガスを供給し、前記第2ガスを前記ガス供給管の内壁に沿って旋回させながら前記第1ガスと混合させる第2供給部を有する
請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の燃焼器。 The gas supply pipe has a second opening formed in the side wall,
A second supply part connected to the second opening for supplying a second gas to the gas supply pipe and mixing the second gas with the first gas while swirling along the inner wall of the gas supply pipe; The combustor according to any one of claims 1 to 4.
前記スリットに接続されて前記ガス供給管に第3ガスを供給する第3供給部を有する
請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の燃焼器。 The gas supply pipe has a slit formed at the periphery of the bottom wall,
The combustor according to any one of claims 1 to 5, further comprising a third supply unit that is connected to the slit and supplies a third gas to the gas supply pipe.
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