JP3946574B2 - Air heat burner - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，燃焼用空気と燃料とを混合して燃焼させるエアヒートバーナに関する。
【０００２】
【従来技術】
熱風発生用バーナには，複数の燃料噴出孔を有する燃料噴出部と，複数の燃焼用空気噴出孔をそれぞれ有する一対の空気噴出プレートと，一対のサイドプレートとにより筒形状を形成したエアヒートバーナがある。
そして，燃料供給ヘッダーに供給した燃料を上記燃料噴出孔より噴出させると共に，空気流入空間に流入した燃焼用空気を上記燃焼用空気噴出孔より噴出させ，これらを混合して燃焼を行っている。
【０００３】
上記エアヒートバーナにおける燃焼性能は，上記燃焼用空気噴出孔の大きさ及び配置状態により左右されると考えられる。そのため，例えば，上記燃焼の下流側に位置する部分の孔の大きさを大きくすると共に複数の孔を千鳥状に配置したりして，上記燃焼性能を向上させることが行われている。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来のエアヒートバーナにおいては，例えば，燃焼用空気の供給量の変化がほとんどない状態で，燃料の供給量を最大供給量から絞り込んだとき，必ずしも安定した燃焼が可能ではなかった。そのため，従来のエアヒートバーナにおいては，燃料の供給量と共に燃焼用空気の供給量も絞る必要があった。
【０００５】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，安定して燃焼を行うことができる空気比（実際に供給した空気量を理論上完全燃焼させるために要する空気量で割ったもの）の範囲を拡大することができ，燃焼用空気の供給量の変化がほとんどない状態で，ターンダウン比（安定燃焼が可能な燃料の最大供給量と最小供給量との比）を大きくすることができるエアヒートバーナを提供しようとするものである。
【０００６】
【課題の解決手段】
本発明は，燃料供給ヘッダーの下流側に配設すると共に，該燃料供給ヘッダーの長手方向に複数の燃料噴出孔を有する燃料噴出部と，
上記燃料供給ヘッダーの周辺に形成した空気流入空間の下流側で，かつ上記燃料噴出部の長手方向に直交する両側にそれぞれ下流側に向けて拡大傾斜して配設し，複数の燃焼用空気噴出孔をそれぞれ有する一対の空気噴出プレートと，
該一対の空気噴出プレートにおける長手方向の端部同士をそれぞれ結合する一対のサイドプレートとを有するエアヒートバーナにおいて，
上記燃焼用空気噴出孔は，上記燃料供給ヘッダーの長手方向に沿って複数個配列した横方向孔配列と，該横方向孔配列に対して直交する方向に配列した縦方向孔配列とを有しており，
かつ，上記各空気噴出プレートにおける燃焼用空気噴出孔の大きさは，下流側に向かって順次大きくしてあり，
上記空気噴出プレートにおける上記サイドプレートの近傍には，該サイドプレートを冷却するための複数の冷却用空気噴出孔が設けてあることを特徴とするエアヒートバーナにある（請求項１）。
【０００７】
本発明のエアヒートバーナにおいては，上記空気噴出プレートにおける複数の燃焼用空気噴出孔が上記横方向孔配列及び縦方向孔配列を形成して配置されている。そして，上記燃料噴出孔より噴出した燃料と上記燃焼用空気噴出孔より噴出した燃焼用空気とを混合して燃焼を行う際には，上記燃焼用空気は，上記縦方向孔配列に沿って帯状に下流側に流れる。
そのため，上記燃焼用空気が上記燃焼用空気噴出孔より噴出した後には，上記縦方向孔配列による帯状の流れにより，燃料に対する燃焼用空気の混合比率が大きくなった燃焼用空気流地帯（すなわち空気比が大きい地帯）と，燃料に対する燃焼用空気の混合比率が小さくなった燃料流地帯（すなわち空気比が小さい地帯）とが交互に形成される。
【０００８】
ところで，燃焼を良好に行うための燃焼速度は，空気比，すなわち上記混合比率の違いによっても変化する。
本発明のエアヒートバーナにおいては，例えば，上記燃焼用空気の供給量の変化がほとんどない状態で，上記燃料の供給量を多くして空気比が小さい状態で燃焼を行う場合，上記燃料流地帯では燃料が過剰になり安定燃焼域を外れて燃焼が行われるが，上記燃焼用空気流地帯では燃料と燃焼用空気との混合比率がよく安定燃焼域内で燃焼が行われることがある。一方，例えば，上記燃焼用空気の供給量の変化がほとんどない状態で，上記燃料の供給量を少なくして空気比が大きい状態で燃焼を行う場合，上記燃焼用空気流地帯では燃料が不足して安定燃焼域を外れて燃焼が行われるが，上記燃料流地帯では燃料と燃焼用空気との混合比率がよく安定燃焼域内で燃焼が行われることがある。
【０００９】
そのため，上記エアヒートバーナによれば，上記燃焼用空気流地帯と燃料流地帯との形成により，上記燃焼用空気の供給量の変化がほとんどない状態のままで上記燃料の供給量を絞り込んでも，上記空気噴出プレート上における火炎は，少なくともいずれかの地帯が安定燃焼域内となることにより，安定して燃焼を行うことができる。つまり，上記エアヒートバーナによれば，広い空気比の範囲で安定燃焼を行うことができる。
【００１０】
ところで，上記エアヒートバーナの燃焼制御性を考えると，ターンダウン比が大きくとれる（上記燃料の供給量を大きく絞り込むことができる）ことが好ましい。しかし，上記燃焼用空気の供給量の変化がほとんどない状態で上記燃料の供給量を絞り込むと，空気比が大きくなり，過剰の空気によりＣＯ（一酸化炭素）等の未燃ガスの発生量が増大するおそれがある。
本発明のエアヒートバーナにおいては，上記のごとく空気比を大きくとることが可能であるが，さらに空気比の範囲を広げるため，上記のごとく上記空気噴出プレートにおける複数の燃焼用空気噴出孔の大きさは，下流側に向かって順次大きくしてある。
【００１１】
そのため，上記空気噴出プレートにおいては，上記燃焼用空気噴出孔より噴出する燃焼用空気の量が下流側に向かって多くなる。そのため，上記空気噴出プレートから噴出量の変化がほとんどない状態で燃焼用空気を噴出させる際に，上記燃料の供給量を大きく絞り込んだとき，燃料と燃焼用空気との燃焼は上記空気噴出プレートの上流側において完結する。そして，空気噴出プレートの下流側より噴出する燃焼用空気は，上記燃焼を行った燃焼ガスを希釈する希釈空気として噴出されることになる。
【００１２】
そのため，上記燃料の供給量を絞り込んだときでも，燃焼に直接作用する燃焼用空気の量は少なく，ＣＯ等の未燃ガスの発生が少ない状態で安定した燃焼を行うことができる。そのため，上記エアヒートバーナによれば，上記空気噴出プレートより噴出させる燃焼用空気の噴出量の変化がほとんどない状態で，例えば，上記燃料の供給量を最大供給量から１／１０以下に絞り込んだときでも，安定した燃焼が可能である。
それ故，本発明によれば，燃焼用空気の供給量の変化がほとんどない状態で，ターンダウン比（安定燃焼が可能な燃料の最大供給量と最小供給量との比）を大きくすることができるエアヒートバーナを提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
上述した本発明のエアヒートバーナにおける好ましい実施の形態につき説明する。
上記燃料には，都市ガス，ＬＰＧの他，各種の気体燃料を用いることができる。なお，本発明において，下流側とは，燃焼による火炎が形成される側をいい，上流側とは，上記下流側の反対側をいう（以下同様）。
【００１４】
また，上記各空気噴出プレートにおける燃焼用空気噴出孔の大きさは，下流側に向かって１つ又は複数個毎に順次大きくすることができる（請求項２）。このように，下流側に向けて順次大きくして配置した上記複数の燃焼用空気噴出孔の配置状態は，種々の態様によって形成することができる。
【００１５】
また，上記空気噴出プレートにおける上記サイドプレートの近傍には，該サイドプレートを冷却するための複数の冷却用空気噴出孔が設けてある。これにより，上記空気流入空間を流れる燃焼用空気の一部を上記複数の冷却用空気噴出孔より噴出させることにより，上記サイドプレートが高温に過熱されることを抑制することができる。
【００１６】
また，上記空気噴出プレートに上記冷却用空気噴出孔を設けることにより，上記エアヒートバーナは，単位大きさ当たりの最大燃焼量を大きくとることができ，上記エアヒートバーナの小型化が可能になる。
そのため，例えば，上記サイドプレート同士の間の幅が１５０ｍｍと狭い場合でも，約１１６ｋＷ（１０万ｋｃａｌ／ｈ）の最大燃焼量を有するエアヒートバーナを製作することが可能になる。
【００１７】
【実施例】
以下に，図面を用いて本発明のエアヒートバーナにかかる実施例につき説明する。
本例のエアヒートバーナ１は，図１，図２に示すごとく，複数の燃料噴出孔２１を有する燃料噴出部２と，複数の燃焼用空気噴出孔３１をそれぞれ有する一対の空気噴出プレート３と，一対のサイドプレート４とにより筒形状を有して構成されている。そして，上記燃料噴出部２は，燃料供給ヘッダー５の下流側に配設してあり，この燃料供給ヘッダー５に供給した燃料（気体燃料）Ｆｕを，燃料供給ヘッダー５の長手方向に沿って複数配置した上記燃料噴出孔２１より噴出させるようになっている。
【００１８】
また，上記一対の空気噴出プレート３は，上記燃料供給ヘッダー５の周辺に形成した空気流入空間６０の下流側で，かつ上記燃料噴出部２の長手方向に直交する両側にそれぞれ下流側に向けて拡大傾斜して配設してある。そして，各空気噴出プレート３は，上記空気流入空間６０に流入した燃焼用空気Ａｉを，上記複数の燃焼用空気噴出孔３１より噴出させるようになっている。
また，上記一対のサイドプレート４は，それぞれ上記一対の空気噴出プレート３における長手方向の端部３５同士を結合している。
【００１９】
そして，図１，図３に示すごとく，上記各空気噴出プレート３における複数の燃焼用空気噴出孔３１は，上記燃料供給ヘッダー５の長手方向に沿って複数個配列した横方向孔配列３０１と，この横方向孔配列３０１に対して直交する方向に配列した縦方向孔配列３０２とを有して，両者が格子状孔配列３００を形成している。また，上記各空気噴出プレート３における複数の燃焼用空気噴出孔３１の大きさは，下流側に向かって順次大きくなっている。
【００２０】
以下に，これを詳説する。
図３に示すごとく，本例では，上記各空気噴出プレート３における燃焼用空気噴出孔３１の大きさは，下流側に向かって複数個毎に順次大きくしてある。また，具体的には，上流側よりφ５の燃焼用空気噴出孔３１（３１１）が２つ，φ６．５の燃焼用空気噴出孔３１（３１２）が２つ，φ８の燃焼用空気噴出孔３１（３１３）が３つ並んで，上記縦方向孔配列３０２を形成しており，上記横方向孔配列３０１は，それぞれ同じ大きさの燃焼用空気噴出孔３１（３１１，３１２，３１３）を複数個配置して形成している。
【００２１】
また，図１に示すごとく，上記各空気噴出プレート３における上記各サイドプレート４の近傍には，各サイドプレート４を冷却するための複数の冷却用空気噴出孔３２が設けてある。また，上記エアヒートバーナ１は，最大燃焼量が１１６ｋＷ（１０万ｋｃａｌ／ｈ）の小型エアヒートバーナ１であり，上記サイドプレート４同士の間の幅は１５０ｍｍになっている。
【００２２】
そして，上記空気流入空間６０を流れる燃焼用空気Ａｉの一部を上記複数の冷却用空気噴出孔３２より噴出させることにより，上記サイドプレート４が高温に過熱されることを抑制することができる。
また，上記空気噴出プレート３に上記冷却用空気噴出孔３２を設けることにより，上記エアヒートバーナ１は，単位大きさ当たりの最大燃焼量を大きくとることができ，上記エアヒートバーナ１の小型化が可能になる。
【００２３】
また，図２に示すごとく，上記エアヒートバーナ１は，燃焼筒６の内部に配設して構成されている。すなわち，本例では，上記燃焼用空気Ａｉには，常温の空気を用いており，この空気を供給する燃焼筒６の先端部６１を上記空気噴出プレート３で閉塞して，上記空気流入空間６０を形成し，上記エアヒートバーナ１を構成している。また，この場合，上記一対のサイドプレート４は，上記燃焼筒６の一部により形成することができる。
【００２４】
図１，図２に示すごとく，本例のエアヒートバーナ１においては，上記のごとく，上記空気噴出プレート３における複数の燃焼用空気噴出孔３１が上記格子状孔配列３００を形成して配置されている。そして，上記燃料噴出孔２１より噴出した燃料Ｆｕと上記燃焼用空気噴出孔３１より噴出した燃焼用空気Ａｉとを混合して燃焼を行う際には，上記燃焼用空気Ａｉは，上記格子状孔配列３００における縦方向孔配列３０２に沿って帯状に下流側に流れる。
【００２５】
そのため，図１に示すごとく，上記燃焼用空気Ａｉが上記燃焼用空気噴出孔３１より噴出した後には，上記縦方向孔配列３０２による帯状の流れにより，燃料Ｆｕに対する燃焼用空気Ａｉの混合比率が大きくなった燃焼用空気流地帯Ａと，燃料Ｆｕに対する燃焼用空気Ａｉの混合比率が小さくなった燃料流地帯Ｂとが交互に形成される。
【００２６】
ところで，図４に示すごとく，燃焼を良好に行うための燃焼速度は，空気比，すなわち上記混合比率の違いによっても変化する（図４中，横軸には空気比，縦軸には燃焼速度をとっている。）。
本例のエアヒートバーナ１においては，上記燃焼用空気Ａｉの供給量が一定の状態で，上記燃料Ｆｕの供給量を多くして空気比が小さい状態で燃焼を行う場合（図４中のＸ領域参照），上記燃料流地帯Ｂでは，燃料Ｆｕが過剰になり安定燃焼域を外れて燃焼が行われるが（図４中のＸ１領域参照），上記燃焼用空気流地帯Ａでは，燃料Ｆｕと燃焼用空気Ａｉとの混合比率がよく安定燃焼域内で燃焼が行われることがある（図４中のＸ２領域参照）。
【００２７】
一方，上記燃焼用空気Ａｉの供給量が一定の状態で，上記燃料Ｆｕの供給量を少なくして空気比が大きい状態で燃焼を行う場合（図４中のＹ領域参照），上記燃焼用空気流地帯Ａでは燃料Ｆｕが不足して安定燃焼域を外れて燃焼が行われるが（図４中のＹ１領域参照），上記燃料流地帯Ｂでは燃料Ｆｕと燃焼用空気Ａｉとの混合比率がよく安定燃焼域内で燃焼が行われることがある（図４中のＹ２領域参照）。
なお，図４中，安定燃焼速度が安定燃焼限界速度以上の場合における空気比の範囲が安定燃焼域を示す。
【００２８】
そのため，上記エアヒートバーナ１によれば，上記燃焼用空気流地帯Ａと上記燃料流地帯Ｂとの形成により，上記燃焼用空気Ａｉの供給量が一定のままで上記燃料Ｆｕの供給量を絞り込んでも，上記空気噴出プレート３上における火炎は，いずれか一方の地帯が安定燃焼域を外れて燃焼を行っていても，他方の地帯が安定燃焼域内で燃焼を行っているといった状態を，安定燃焼域における空気比の下限の近傍（図４中のＸ領域参照）及び安定燃焼域における空気比の上限の近傍（図４中のＹ領域参照）に形成することができる。
【００２９】
そのため，安定燃焼域を外れて燃焼を行っている地帯の燃焼は，安定燃焼域内で燃焼を行っている地帯の燃焼に助力されて，これらの全体が安定して燃焼を行うことができる。
それ故，上記エアヒートバーナ１によれば，上記燃焼用空気流地帯Ａと上記燃料流地帯Ｂとの形成により，広い空気比の範囲で安定燃焼を行うことができる。なお，図４中，上記安定燃焼域に上記Ｘ１領域及び上記Ｙ１領域を含めた空気比の範囲が本例のエアヒートバーナ１における拡大安定燃焼域となる。
【００３０】
ところで，安定して燃焼を行うことができる範囲は，上記燃焼用空気Ａｉの供給量を一定にしたとき，上記燃料Ｆｕの供給量の大小により大きく影響される。図５，図６に示すごとく，本例のエアヒートバーナ１によれば，燃料Ｆｕの供給量が最大供給量に近いときでは，燃料による火炎１００を上記空気噴出プレート３の上流側から下流側までの全体において形成して，安定した燃焼が可能である。図５は，燃料Ｆｕの供給量を最大供給量とした場合，図６は，燃料Ｆｕの供給量を最大供給量の１／３とした場合を示す。
【００３１】
また，上記エアヒートバーナ１の燃焼制御性を考えると，上記燃焼用空気Ａｉの供給量を一定にした状態で，上記燃料Ｆｕの供給量を大きく絞り込むことができることが好ましい。しかし，上記燃焼用空気Ａｉの供給量を一定にして上記燃料Ｆｕの供給量を絞り込むと，空気比が大きくなり，過剰の空気によりＣＯ（一酸化炭素）等の未燃ガスの発生量が増大するおそれがある。
本例のエアヒートバーナ１においては，上記のごとく，空気比を大きくとることが可能である。また，上記のごとく，上記空気噴出プレート３における複数の燃焼用空気噴出孔３１の大きさは，下流側に向かって順次大きくしてある。そのため，上記空気噴出プレート３においては，上記燃焼用空気噴出孔３１より噴出する燃焼用空気の量が下流側に向かって多くなる。
【００３２】
そのため，上記空気噴出プレート３より噴出させる燃焼用空気Ａｉの量を一定にした状態で，上記燃料Ｆｕの供給量を最大供給量の１／５とした場合には，図７に示すごとく，上記燃料Ｆｕと上記燃焼用空気Ａｉとの燃焼による火炎１００が上流側においてのみ形成され，この燃焼が上記空気噴出プレート３の上流側において完結する。そして，空気噴出プレート３の下流側より噴出する燃焼用空気Ａｉは，上記燃焼を行った燃焼ガスを希釈する希釈空気として噴出されることになる。
【００３３】
そのため，上記燃料Ｆｕの供給量を絞り込んだときでも，空気噴出プレート３の上流側においては，上記燃焼用空気噴出孔３１の直径が小さいので，火炎形成部において空気比が最適な状態で燃焼が行われる。そして，燃焼に直接作用する燃焼用空気Ａｉの量は少なく，ＣＯ等の未燃ガスの発生が少ない状態で安定した燃焼を行うことができる。
【００３４】
そのため，上記エアヒートバーナ１によれば，上記空気噴出プレート３より噴出させる燃焼用空気Ａｉの量を一定にした状態で，例えば，上記燃料Ｆｕの供給量を最大供給量から１／１０以下に絞り込んだときでも，安定した燃焼が可能である。
それ故，本例のエアヒートバーナ１によれば，燃焼用空気Ａｉの供給量を一定にした状態で，ターンダウン比（安定燃焼が可能な燃料の最大供給量と最小供給量との比）を大きくすることができる
【００３５】
また，上記のごとく，上記エアヒートバーナ１によれば，安定して燃焼を行うことができる空気比の範囲が広いため，例えば，上記燃焼用空気Ａｉに酸素濃度の低い空気を用いた場合でも，ターンダウン比を大きくとることが可能である。また，本例のエアヒートバーナ１によれば，上記火炎１００の長さを，従来のエアヒートバーナに比べて，２０〜３０％短くすることができた。
【００３６】
なお，図８に示すごとく，上記エアヒートバーナ１における燃料噴出部２には，上記複数の燃料噴出孔２１と上記空気噴出プレート３との間に上記燃焼用空気Ａｉを噴出させる複数の第１噴出孔２２を形成することが好ましい。この場合には，上記第１噴出孔２２より噴出する燃焼用空気Ａｉと上記燃料噴出孔２１より噴出する燃料Ｆｕとが，上記燃料噴出部２の側近より素早く混合され，上記燃焼による火炎１００を上記燃料噴出部２の側近より形成することができる。
そのため，この場合には，上記ＣＯ等の未燃ガスの発生を一層抑制した状態で，安定した燃焼を行うことが可能になる。
【００３７】
なお，図９に示すごとく，上記燃焼筒６の内部に配設して構成したエアヒートバーナ１は，ガスタービンの排ガスＧｕを排出させる排出ダクト７内に配設して用いることもできる。そして，この場合には，上記燃焼筒６を流れて上記空気噴出プレート３より噴出した燃焼用空気Ａｉと上記燃料噴出部２より噴出した燃料Ｆｕとにより燃焼を行った燃焼ガスを，上記排出ダクト７を流れる排気ガスＧｕと混合して熱風を発生させることができる。
また，上記空気噴出プレート３に上記冷却用空気噴出孔３２が設けてあることにより，上記エアヒートバーナ１は，最大燃焼量を大きくしたまま小型化することができ，小口径の排出ダクト７へ適用することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における，エアヒートバーナを示す模式的な斜視図。
【図２】実施例における，エアヒートバーナの構成を示す断面説明図。
【図３】実施例における，空気噴出プレートを示す平面図。
【図４】実施例における，空気比と燃焼速度との関係を示すグラフ。
【図５】実施例における，燃料の供給量を最大供給量とした場合の火炎の形成状態を示す説明図。
【図６】実施例における，燃料の供給量を最大供給量の１／３とした場合の火炎の形成状態を示す説明図。
【図７】実施例における，燃料の供給量を最大供給量の１／５とした場合の火炎の形成状態を示す説明図。
【図８】実施例における，燃料噴出部に第１噴出孔を形成した場合のエアヒートバーナを示す斜視図。
【図９】実施例における，ガスタービンの排気ダクト内に配設した場合のエアヒートバーナの構成を示す断面説明図。
【符号の説明】
１．．．エアヒートバーナ，
２．．．燃料噴出部，
２１．．．燃料噴出孔，
３．．．空気噴出プレート，
３１．．．燃焼用空気噴出孔，
３２．．．冷却用空気噴出孔，
３００．．．格子状孔配列，
３０１．．．横方向孔配列，
３０２．．．縦方向孔配列，
４．．．サイドプレート，
５．．．燃料供給ヘッダー，
６０．．．空気流入空間，
Ｆｕ．．．燃料，
Ａｉ．．．燃焼用空気，
Ａ．．．燃焼用空気流地帯，
Ｂ．．．燃料流地帯，
１００．．．火炎，[0001]
【Technical field】
The present invention relates to an air heat burner in which combustion air and fuel are mixed and burned.
[0002]
[Prior art]
The hot air generating burner includes an air heat burner in which a cylindrical shape is formed by a fuel ejection portion having a plurality of fuel ejection holes, a pair of air ejection plates each having a plurality of combustion air ejection holes, and a pair of side plates. There is.
The fuel supplied to the fuel supply header is ejected from the fuel ejection hole, and the combustion air flowing into the air inflow space is ejected from the combustion air ejection hole, and these are mixed and burned.
[0003]
It is considered that the combustion performance in the air heat burner depends on the size and arrangement of the combustion air ejection holes. For this reason, for example, the combustion performance is improved by increasing the size of the hole located on the downstream side of the combustion and arranging a plurality of holes in a staggered manner.
[0004]
[Problems to be solved]
However, in the conventional air heat burner, for example, when the supply amount of fuel is narrowed from the maximum supply amount in a state where there is almost no change in the supply amount of combustion air, stable combustion is not always possible. Therefore, in the conventional air heat burner, it is necessary to reduce the supply amount of combustion air as well as the supply amount of fuel.
[0005]
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and is an air ratio capable of stable combustion (the amount of air actually supplied divided by the amount of air required for theoretically complete combustion). ) And the turn-down ratio (ratio of maximum and minimum supply of fuel capable of stable combustion) should be increased with almost no change in the supply of combustion air. It is intended to provide an air heat burner that can be used.
[0006]
[Means for solving problems]
The present invention provides a fuel injection portion disposed downstream of the fuel supply header and having a plurality of fuel injection holes in the longitudinal direction of the fuel supply header;
A plurality of combustion air jets are disposed on the downstream side of the air inflow space formed around the fuel supply header and on both sides orthogonal to the longitudinal direction of the fuel jet part, inclining toward the downstream side. A pair of air ejection plates each having a hole;
In an air heat burner having a pair of side plates that respectively couple longitudinal ends of the pair of air ejection plates,
The combustion air ejection holes have a plurality of lateral hole arrays arranged along the longitudinal direction of the fuel supply header, and a longitudinal hole array arranged in a direction perpendicular to the lateral hole array. and,
And the size of the combustion air ejection holes in each of the air ejection plate, the page of large Citea toward the downstream side,
In the air heat burner, a plurality of cooling air ejection holes for cooling the side plate are provided in the vicinity of the side plate in the air ejection plate .
[0007]
In the air heat burner of the present invention, the plurality of combustion air ejection holes in the air ejection plate are arranged so as to form the lateral hole array and the vertical hole array . Then, when performing combustion by mixing a combustion air ejected from the fuel and the combustion air injection holes ejected from the fuel ejection hole, said combustion air, along the longitudinal hole arrangement strip Flows downstream.
Therefore, after the combustion air is ejected from the combustion air ejection holes, the combustion air flow zone (ie, the air) in which the mixing ratio of the combustion air to the fuel is increased by the belt-like flow due to the vertical hole arrangement. The zone where the ratio is large) and the fuel flow zone where the mixing ratio of the combustion air to the fuel is small (that is, the zone where the air ratio is small) are alternately formed.
[0008]
By the way, the combustion speed for good combustion also varies depending on the air ratio, that is, the difference in the mixing ratio.
In the air heat burner of the present invention, for example, when combustion is performed with a small air ratio by increasing the fuel supply amount in a state where there is almost no change in the supply amount of the combustion air, the fuel flow zone In this case, the fuel becomes excessive and combustion is performed outside the stable combustion region. However, in the combustion air flow region, the mixing ratio of the fuel and the combustion air is good, and combustion may be performed in the stable combustion region. On the other hand, for example, when combustion is performed in a state where there is almost no change in the supply amount of the combustion air and the fuel supply amount is reduced and the air ratio is large, fuel is insufficient in the combustion air flow zone. Combustion is performed outside the stable combustion region, but in the fuel flow region, the mixing ratio of fuel and combustion air is good, and combustion may be performed in the stable combustion region.
[0009]
Therefore, according to the air heat burner, even if the fuel supply amount is narrowed down with little change in the supply amount of the combustion air due to the formation of the combustion air flow zone and the fuel flow zone, The flame on the air ejection plate can be stably burned when at least one of the zones is in the stable combustion zone. That is, according to the air heat burner, stable combustion can be performed in a wide air ratio range.
[0010]
By the way, when considering the combustion controllability of the air heat burner, it is preferable that the turndown ratio is large (the amount of fuel supply can be greatly reduced). However, if the fuel supply amount is reduced in a state where there is almost no change in the combustion air supply amount, the air ratio increases, and the excess air causes the generation of unburned gas such as CO (carbon monoxide). May increase.
In the air heat burner of the present invention, the air ratio can be increased as described above. However, in order to further expand the range of the air ratio, the size of the plurality of combustion air injection holes in the air injection plate as described above is increased. The length is gradually increased toward the downstream side.
[0011]
Therefore, in the air ejection plate, the amount of combustion air ejected from the combustion air ejection hole increases toward the downstream side. Therefore, when the combustion air is ejected from the air ejection plate with almost no change in the ejection amount, when the supply amount of the fuel is greatly reduced, the combustion of the fuel and the combustion air does not occur in the air ejection plate. Complete on the upstream side. Then, the combustion air ejected from the downstream side of the air ejection plate is ejected as dilution air for diluting the combustion gas that has undergone the combustion.
[0012]
Therefore, even when the fuel supply amount is narrowed down, the amount of combustion air directly acting on the combustion is small, and stable combustion can be performed in a state where the generation of unburned gas such as CO is small. Therefore, according to the air heat burner, for example, the supply amount of the fuel is reduced from the maximum supply amount to 1/10 or less in a state where there is almost no change in the injection amount of the combustion air ejected from the air ejection plate. Even at times, stable combustion is possible.
Therefore, according to the present invention, the turn-down ratio (ratio between the maximum supply amount and the minimum supply amount of fuel capable of stable combustion) can be increased with almost no change in the supply amount of combustion air. An air heat burner that can be used can be provided.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of the above-described air heat burner of the present invention will be described.
Various gaseous fuels other than city gas and LPG can be used as the fuel. In the present invention, the downstream side means a side where a flame is formed by combustion, and the upstream side means the opposite side of the downstream side (the same applies hereinafter).
[0014]
In addition, the size of the combustion air ejection holes in each of the air ejection plates can be increased sequentially one by one or a plurality toward the downstream side. As described above, the arrangement state of the plurality of combustion air ejection holes arranged to increase gradually toward the downstream side can be formed in various manners.
[0015]
A plurality of cooling air ejection holes for cooling the side plate are provided in the vicinity of the side plate in the air ejection plate. Thereby , it is possible to suppress the side plate from being overheated to a high temperature by ejecting a part of the combustion air flowing through the air inflow space from the plurality of cooling air ejection holes.
[0016]
Further, by providing the cooling air jet hole in the air jet plate, the air heat burner can take a large maximum combustion amount per unit size, and the air heat burner can be downsized. .
Therefore, for example, even when the width between the side plates is as narrow as 150 mm, an air heat burner having a maximum combustion amount of about 116 kW (100,000 kcal / h) can be manufactured.
[0017]
【Example】
Embodiments of the air heat burner according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the air heat burner 1 of the present example includes a fuel ejection portion 2 having a plurality of fuel ejection holes 21, and a pair of air ejection plates 3 each having a plurality of combustion air ejection holes 31. , And a pair of side plates 4 to form a cylindrical shape. The fuel ejection section 2 is disposed on the downstream side of the fuel supply header 5, and a plurality of fuels (gaseous fuels) Fu supplied to the fuel supply header 5 are disposed along the longitudinal direction of the fuel supply header 5. The fuel is ejected from the arranged fuel ejection holes 21.
[0018]
Further, the pair of air ejection plates 3 are disposed downstream of the air inflow space 60 formed in the periphery of the fuel supply header 5 and on both sides orthogonal to the longitudinal direction of the fuel ejection portion 2. It is arranged with an enlarged inclination. Each air ejection plate 3 ejects the combustion air Ai flowing into the air inflow space 60 from the plurality of combustion air ejection holes 31.
Further, the pair of side plates 4 respectively join the end portions 35 in the longitudinal direction of the pair of air ejection plates 3.
[0019]
As shown in FIGS. 1 and 3, a plurality of combustion air ejection holes 31 in each of the air ejection plates 3 are arranged in a plurality of lateral hole arrays 301 along the longitudinal direction of the fuel supply header 5. The vertical hole array 302 is arranged in a direction orthogonal to the horizontal hole array 301, and both form a lattice hole array 300. Further, the size of the plurality of combustion air ejection holes 31 in each air ejection plate 3 is gradually increased toward the downstream side.
[0020]
This is described in detail below.
As shown in FIG. 3, in this example, the size of the combustion air ejection holes 31 in each of the air ejection plates 3 is sequentially increased for each of the plurality toward the downstream side. Specifically, from the upstream side, two combustion air ejection holes 31 (311) with φ5, two combustion air ejection holes 31 (312) with φ6.5, and combustion air ejection holes 31 with φ8 are provided. (313) are arranged side by side to form the vertical hole array 302. The horizontal hole array 301 includes a plurality of combustion air ejection holes 31 (311, 312, 313) each having the same size. It is arranged and formed.
[0021]
As shown in FIG. 1, a plurality of cooling air ejection holes 32 for cooling each side plate 4 are provided in the vicinity of each side plate 4 in each air ejection plate 3. The air heat burner 1 is a small air heat burner 1 having a maximum combustion amount of 116 kW (100,000 kcal / h), and the width between the side plates 4 is 150 mm.
[0022]
And it can suppress that the said side plate 4 is overheated to high temperature by ejecting a part of combustion air Ai which flows through the said air inflow space 60 from the said some cooling air ejection hole 32. FIG.
Further, by providing the cooling air ejection holes 32 in the air ejection plate 3, the air heat burner 1 can take a maximum combustion amount per unit size, and the air heat burner 1 can be downsized. Is possible.
[0023]
As shown in FIG. 2, the air heat burner 1 is arranged inside the combustion cylinder 6. That is, in this example, normal temperature air is used as the combustion air Ai, and the front end portion 61 of the combustion cylinder 6 for supplying this air is closed by the air ejection plate 3, and the air inflow space 60. The air heat burner 1 is configured. In this case, the pair of side plates 4 can be formed by a part of the combustion cylinder 6.
[0024]
As shown in FIGS. 1 and 2, in the air heat burner 1 of this example, as described above, the plurality of combustion air ejection holes 31 in the air ejection plate 3 are arranged so as to form the lattice hole array 300. ing. When the fuel Fu ejected from the fuel ejection holes 21 and the combustion air Ai ejected from the combustion air ejection holes 31 are mixed and burned, the combustion air Ai is mixed with the lattice holes. It flows downstream along the longitudinal hole array 302 in the array 300 in a band shape.
[0025]
Therefore, as shown in FIG. 1, after the combustion air Ai is ejected from the combustion air ejection holes 31, the mixing ratio of the combustion air Ai to the fuel Fu is caused by the belt-like flow caused by the longitudinal hole array 302. The increased combustion air flow zone A and the fuel flow zone B in which the mixing ratio of the combustion air Ai to the fuel Fu is reduced are alternately formed.
[0026]
By the way, as shown in FIG. 4, the combustion speed for good combustion varies depending on the air ratio, that is, the difference in the mixing ratio (in FIG. 4, the horizontal axis represents the air ratio, and the vertical axis represents the combustion speed. ).
In the air heat burner 1 of this example, combustion is performed in a state where the supply amount of the combustion air Ai is constant and the supply amount of the fuel Fu is increased and the air ratio is small (X in FIG. 4). In the fuel flow zone B, the fuel Fu becomes excessive and burns out of the stable combustion zone (see the X1 region in FIG. 4). However, in the combustion air flow zone A, the fuel Fu The mixing ratio with the combustion air Ai is good, and combustion may be performed in the stable combustion region (see the X2 region in FIG. 4).
[0027]
On the other hand, in the case where combustion is performed in a state where the supply amount of the combustion air Ai is constant and the supply amount of the fuel Fu is reduced and the air ratio is large (see the Y region in FIG. 4), the combustion air In the flow zone A, the fuel Fu is insufficient and combustion is performed outside the stable combustion zone (see the Y1 region in FIG. 4), but in the fuel flow zone B, the mixing ratio of the fuel Fu and the combustion air Ai is good. Combustion may occur in the stable combustion region (see the Y2 region in FIG. 4).
In FIG. 4, the range of the air ratio when the stable combustion speed is equal to or higher than the stable combustion limit speed indicates the stable combustion region.
[0028]
Therefore, according to the air heat burner 1, the supply amount of the fuel Fu is narrowed down while the supply amount of the combustion air Ai remains constant due to the formation of the combustion air flow zone A and the fuel flow zone B. However, the flame on the air ejection plate 3 is in a stable combustion state in which any one zone burns out of the stable combustion zone, but the other zone burns in the stable combustion zone. It can be formed near the lower limit of the air ratio in the region (see the X region in FIG. 4) and near the upper limit of the air ratio in the stable combustion region (see the Y region in FIG. 4).
[0029]
Therefore, the combustion in the zone where the combustion is performed outside the stable combustion region is assisted by the combustion in the region where the combustion is performed in the stable combustion region, and these can be combusted as a whole.
Therefore, according to the air heat burner 1, stable combustion can be performed in a wide air ratio range by forming the combustion air flow zone A and the fuel flow zone B. In FIG. 4, the range of the air ratio including the X1 region and the Y1 region in the stable combustion region is the expanded stable combustion region in the air heat burner 1 of this example.
[0030]
By the way, the range in which combustion can be performed stably is greatly affected by the amount of fuel Fu supplied when the amount of combustion air Ai supplied is constant. As shown in FIGS. 5 and 6, according to the air heat burner 1 of this example, when the supply amount of the fuel Fu is close to the maximum supply amount, the fuel flame 100 is moved from the upstream side to the downstream side of the air ejection plate 3. Stable combustion is possible by forming all of the above. FIG. 5 shows a case where the supply amount of the fuel Fu is the maximum supply amount, and FIG. 6 shows a case where the supply amount of the fuel Fu is 1/3 of the maximum supply amount.
[0031]
In consideration of the combustion controllability of the air heat burner 1, it is preferable that the supply amount of the fuel Fu can be greatly reduced while the supply amount of the combustion air Ai is kept constant. However, if the supply amount of the fuel Fu is reduced by keeping the supply amount of the combustion air Ai constant, the air ratio increases, and the amount of unburned gas such as CO (carbon monoxide) increases due to excess air. There is a risk.
In the air heat burner 1 of this example, the air ratio can be increased as described above. Further, as described above, the size of the plurality of combustion air ejection holes 31 in the air ejection plate 3 is sequentially increased toward the downstream side. Therefore, in the air ejection plate 3, the amount of combustion air ejected from the combustion air ejection hole 31 increases toward the downstream side.
[0032]
Therefore, when the supply amount of the fuel Fu is set to 1/5 of the maximum supply amount in a state where the amount of the combustion air Ai ejected from the air ejection plate 3 is constant, as shown in FIG. A flame 100 formed by combustion of the fuel Fu and the combustion air Ai is formed only on the upstream side, and this combustion is completed on the upstream side of the air ejection plate 3. Then, the combustion air Ai ejected from the downstream side of the air ejection plate 3 is ejected as diluted air for diluting the combustion gas that has undergone the combustion.
[0033]
Therefore, even when the supply amount of the fuel Fu is reduced, the combustion air injection hole 31 has a small diameter on the upstream side of the air injection plate 3, so that combustion is performed in an optimal air ratio in the flame forming portion. Done. And the quantity of the combustion air Ai which acts directly on combustion is small, and stable combustion can be performed in a state where there is little generation of unburned gas such as CO.
[0034]
Therefore, according to the air heat burner 1, for example, the supply amount of the fuel Fu is reduced to 1/10 or less from the maximum supply amount in a state where the amount of combustion air Ai ejected from the air ejection plate 3 is constant. Even when narrowed down, stable combustion is possible.
Therefore, according to the air heat burner 1 of the present example, the turndown ratio (ratio of the maximum supply amount and the minimum supply amount of fuel capable of stable combustion) with the supply amount of the combustion air Ai kept constant. Can be increased.
Further, as described above, according to the air heat burner 1, since the range of the air ratio at which stable combustion can be performed is wide, for example, even when air having a low oxygen concentration is used as the combustion air Ai. , It is possible to increase the turndown ratio. Further, according to the air heat burner 1 of the present example, the length of the flame 100 can be shortened by 20 to 30% compared to the conventional air heat burner.
[0036]
As shown in FIG. 8, the fuel ejection portion 2 in the air heat burner 1 has a plurality of first air jets that cause the combustion air Ai to be ejected between the plurality of fuel ejection holes 21 and the air ejection plate 3. It is preferable to form the ejection holes 22. In this case, the combustion air Ai ejected from the first ejection hole 22 and the fuel Fu ejected from the fuel ejection hole 21 are quickly mixed from the side of the fuel ejection portion 2 to cause the flame 100 by the combustion to flow. It can be formed from the side of the fuel ejection part 2.
Therefore, in this case, stable combustion can be performed in a state where generation of unburned gas such as CO is further suppressed.
[0037]
As shown in FIG. 9, the air heat burner 1 configured by being disposed inside the combustion cylinder 6 can also be used by being disposed in a discharge duct 7 for discharging the exhaust gas Gu of the gas turbine. In this case, the combustion gas Ai that flows through the combustion cylinder 6 and is ejected from the air ejection plate 3 and the fuel Fu that is ejected from the fuel ejection portion 2 are converted into the exhaust duct. The hot air can be generated by mixing with the exhaust gas Gu flowing through the gas.
Further, since the cooling air ejection holes 32 are provided in the air ejection plate 3, the air heat burner 1 can be reduced in size while increasing the maximum combustion amount, and the discharge duct 7 having a small diameter can be obtained. It can also be applied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an air heat burner in an embodiment.
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view showing the configuration of an air heat burner in the embodiment.
FIG. 3 is a plan view showing an air ejection plate in the embodiment.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between an air ratio and a combustion speed in an example.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a flame formation state when the fuel supply amount is the maximum supply amount in the embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a flame formation state when the fuel supply amount is 1/3 of the maximum supply amount in the embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a flame formation state when the fuel supply amount is set to 1/5 of the maximum supply amount in the embodiment.
FIG. 8 is a perspective view showing an air heat burner when a first ejection hole is formed in a fuel ejection section in the embodiment.
FIG. 9 is an explanatory cross-sectional view showing a configuration of an air heat burner when disposed in an exhaust duct of a gas turbine in an embodiment.
[Explanation of symbols]
1. . . Air heat burner,
2. . . Fuel jets,
21. . . Fuel injection holes,
3. . . Air ejection plate,
31. . . Combustion air outlet,
32. . . Cooling air outlet,
300. . . Grid-like hole arrangement,
301. . . Lateral hole arrangement,
302. . . Longitudinal hole arrangement,
4). . . Side plate,
5). . . Fuel supply header,
60. . . Air inflow space,
Fu. . . fuel,
Ai. . . Combustion air,
A. . . Combustion airflow zone,
B. . . Fuel flow zone,
100. . . flame,

Claims (3)

燃料供給ヘッダーの下流側に配設すると共に，該燃料供給ヘッダーの長手方向に複数の燃料噴出孔を有する燃料噴出部と，
上記燃料供給ヘッダーの周辺に形成した空気流入空間の下流側で，かつ上記燃料噴出部の長手方向に直交する両側にそれぞれ下流側に向けて拡大傾斜して配設し，複数の燃焼用空気噴出孔をそれぞれ有する一対の空気噴出プレートと，
該一対の空気噴出プレートにおける長手方向の端部同士をそれぞれ結合する一対のサイドプレートとを有するエアヒートバーナにおいて，
上記燃焼用空気噴出孔は，上記燃料供給ヘッダーの長手方向に沿って複数個配列した横方向孔配列と，該横方向孔配列に対して直交する方向に配列した縦方向孔配列とを有しており，
かつ，上記各空気噴出プレートにおける燃焼用空気噴出孔の大きさは，下流側に向かって順次大きくしてあり，
上記空気噴出プレートにおける上記サイドプレートの近傍には，該サイドプレートを冷却するための複数の冷却用空気噴出孔が設けてあることを特徴とするエアヒートバーナ。A fuel injection section disposed downstream of the fuel supply header and having a plurality of fuel injection holes in the longitudinal direction of the fuel supply header;
A plurality of combustion air jets are disposed on the downstream side of the air inflow space formed around the fuel supply header and on both sides orthogonal to the longitudinal direction of the fuel jet part, inclining toward the downstream side. A pair of air ejection plates each having a hole;
In an air heat burner having a pair of side plates that respectively couple longitudinal ends of the pair of air ejection plates,
The combustion air ejection holes have a plurality of lateral hole arrays arranged along the longitudinal direction of the fuel supply header, and a longitudinal hole array arranged in a direction perpendicular to the lateral hole array. and,
And the size of the combustion air ejection holes in each of the air ejection plate, the page of large Citea toward the downstream side,
An air heat burner characterized in that a plurality of cooling air ejection holes for cooling the side plate are provided in the vicinity of the side plate in the air ejection plate . 請求項１において，上記各空気噴出プレートにおける燃焼用空気噴出孔の大きさは，下流側に向かって１つ又は複数個毎に順次大きくしてあることを特徴とするエアヒートバーナ。  2. The air heat burner according to claim 1, wherein the size of the combustion air ejection holes in each of the air ejection plates is sequentially increased in the order of one or more toward the downstream side. 請求項１又は２において，上記横方向孔配列と上記縦方向孔配列とは，格子状孔配列を形成していることを特徴とするエアヒートバーナ。3. The air heat burner according to claim 1, wherein the horizontal hole array and the vertical hole array form a lattice hole array .

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