JP5216369B2 - バーナおよびその運転方法 - Google Patents
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Description
この高温空気燃焼のためのバーナとしては、例えば特開平7−248103号公報、特開平9−133324号公報などに開示されたバーナが知られている。
また、高温低酸素空気を混入するためバーナの構成部材の高温による変形を防止する必要があり、そのために高価な材料を要したり、あるいは高温低酸素空気に新鮮空気を混合するための構造が複雑になっている。さらに、点火時は、イグナイタロッド等を使用し、バーナのノズル先端部付近でスパークさせて行うことが多いため、小型化に限界を生じていた。
請求項1にかかる発明は、高温空気燃焼を行うためのバーナであって、
中心部に配されたガスガンと、このガスガンの外周部に配された空気送給管群を有し、
前記ガスガンは、気体燃料を送給する燃料送給管と、これの外周部に同軸状に配されて新鮮パイロット空気を送給するパイロット空気送給管と、前記燃料送給管の先端部分に形成された主燃料噴出ノズルおよび副燃料噴出孔とを備え、主燃料噴射ノズルは燃料送給管の中心軸上に配置され、副燃料噴出孔は燃料送給管の側部に複数形成され、
前記空気送給管群は、新鮮空気を送給する複数の空気送給管と、高温低酸素空気を送給する複数の燃焼排ガス送給管とからなり、これら2種の送給管が円周上において交互に配置されており、
前記ガスガンの噴出口が、前記空気送給管群の噴出口よりもバーナの軸方向について内部側に位置していることを特徴とするバーナである。
燃焼開始時においては、ガスガンの燃料送給管に気体燃料を、パイロット空気送給管に新鮮空気を、空気送給管群の空気送給管に新鮮空気を送給して点火、燃焼を始め、その後気体燃料と新鮮空気との供給量を徐々に増量し、
燃焼温度が700℃を越えた時点で、空気送給管への新鮮空気の供給量を減量するとともに燃焼排ガス送給管に高温低酸素空気を送給し始め、ついで空気送給管についてのみ新鮮空気の送給を停止して安定な高温空気燃焼に移行することを特徴とするバーナの運転方法である。
請求項5にかかる発明は、前記高温低酸素空気が、固体酸化物燃料電池装置からの排ガスであることを特徴とする請求項3または4記載のバーナの運転方法である。
さらに、バーナの燃焼開始時においては、酸素濃度の高い新鮮空気を酸化剤として使用しているので、着火が確実に行われ、安定した燃焼状態で燃焼が開始されることになる。これにより、バーナへの高温低酸素空気の導入が円滑に行われ、高温空気燃焼状態に円滑に移行でき、この高温空気燃焼状態を安定して保つことができる。
また、高温低酸素空気だけでは、所定の空燃比を確保できない場合、高温低酸素空気と新鮮空気との混合気体を用いることで、高温空気燃焼状態を安定して保つことができる。
この例のバーナは、図1に示すように、耐火材料からなるボディ1とこのボディ1内に収められたガスガン2とボディ1内であってガスガン2の外側に収められた空気送給管群3とから概略構成されている。
図1に示すように、空気送給管群3をなす各送給管の開口先端部は、ボディ1の開口先端部とほぼ同一の位置となっており、ガスガン2の開口先端部は、中心孔の開口先端部よりも内側(バーナの後側)に位置している。
ガスガン2の開口先端部からボディ1の中心孔の開口先端部までの間において、中心孔の開口径が開口先端部に向けて徐々に拡がって略円錐状の空間が形成されている。
新鮮空気導入パイプ6は、ボディ1内で図示しないマニホールドを介して4個の空気送給管31・・・に連通されており、燃焼排ガス導入パイプ7は、ボディ1内で図示しないマニホールドを介して4個の燃焼排ガス送給管32・・・に連通されている。
また、図1に示すように、このガスガン2の前側の大半の部分は、前述の通り、ボディ1内に収容されているが、後側の一部分は前記ボディ1から突出して後方に延びて露出している。
さらに、燃料送給管の21の後端部は気体燃料を導入する燃料導入口24に連通されている。
図5は、バーナ運転開始時の気体燃料、新鮮空気、高温低酸素空気などの供給時期などを示すタイミングチャートの一例を示すものである。
点火プラグ27を作動させてガスガン2の先端開口部付近で点火し、燃焼を開始する。
この状態をしばらく維持して炉内の温度を徐々に昇温してゆく。
燃焼温度が700℃を越える時刻t2になると、空気送給管31・・への新鮮空気の供給流量を徐々に減量するとともに、燃焼排ガス送給管32・・に高温低酸素空気の供給を開始し、その供給流量を徐々に増量する。この間も炉内温度は昇温を続ける。
ここで、新鮮空気とは、通常の酸素濃度21体積%、温度5〜50℃の大気中の空気を指し、高温低酸素空気と区別するための用語である。
高温低酸素空気とは、温度350〜550℃、酸素濃度6〜21体積%の空気を指し、例えば各種燃焼炉、固体酸化物燃料電池、固体酸化物燃料電池装置などから排出される排ガスなどがこれに該当する。
また、前記燃焼温度とは、バーナの先端面から前方に30cm離れ、かつバーナの外周壁面から側方に10cm離れた位置で測定された炉内の温度を言うものとする。
そして、時刻t4以降での燃焼状態は、高温空気燃焼の状態となっており、伝熱効果が高く、窒素酸化物の発生も抑えられた状態となる。この高温空気燃焼の状態を維持して所要時間バーナの燃焼を継続すればよい。
バーナの燃焼を停止する際には、ガスガン2の燃料送給管21への気体燃料の供給を停止し、燃焼排ガス送給管32・・への高温低酸素空気の供給を停止する。
Claims (5)
- 高温空気燃焼を行うためのバーナであって、
中心部に配されたガスガンと、このガスガンの外周部に配された空気送給管群を有し、
前記ガスガンは、気体燃料を送給する燃料送給管と、これの外周部に同軸状に配されて新鮮パイロット空気を送給するパイロット空気送給管と、前記燃料送給管の先端部分に形成された主燃料噴出ノズルおよび副燃料噴出孔とを備え、主燃料噴射ノズルは燃料送給管の中心軸上に配置され、副燃料噴出孔は燃料送給管の側部に複数形成され、
前記空気送給管群は、新鮮空気を送給する複数の空気送給管と、高温低酸素空気を送給する複数の燃焼排ガス送給管とからなり、これら2種の送給管が円周上において交互に配置されており、
前記ガスガンの噴出口が、前記空気送給管群の噴出口よりもバーナの軸方向について内部側に位置していることを特徴とするバーナ。 - 耐火材からなる円柱体の中心軸にそって中心孔を穿孔し、この中心孔の周囲に円周状に複数の周囲孔を穿孔し、中心孔に前記ガスガンを収容し周囲孔に前記空気送給管と前記燃焼排ガス送給管を交互に収容してなることを特徴とする請求項1に記載のバーナ。
- 請求項1または2に記載のバーナの運転方法であって、
燃焼開始時においては、ガスガンの燃料送給管に気体燃料を、パイロット空気送給管に新鮮空気を、空気送給管群の空気送給管に新鮮空気を送給して点火、燃焼を始め、その後気体燃料と新鮮空気との供給量を徐々に増量し、
燃焼温度が700℃を越えた時点で、空気送給管への新鮮空気の供給量を減量するとともに燃焼排ガス送給管に高温低酸素空気を送給し始め、ついで空気送給管についてのみ新鮮空気の送給を停止して安定な高温空気燃焼に移行することを特徴とするバーナの運転方法。 - 前記高温低酸素空気が、温度350〜550℃、酸素濃度6〜21体積%の空気であることを特徴とする請求項3に記載のバーナの運転方法。
- 前記高温低酸素空気が、固体酸化物燃料電池装置からの排ガスであることを特徴とする請求項3または4記載のバーナの運転方法。
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