JP6331662B2

JP6331662B2 - ガスバーナ

Info

Publication number: JP6331662B2
Application number: JP2014095708A
Authority: JP
Inventors: 宗司角
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2014-05-07
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2034-05-07
Also published as: JP2015212599A

Description

本発明は、ガスバーナに関する。

従来、ボイラ等において、燃料を燃焼させるためにバーナが用いられている。バーナの燃料としては、石油等の液体燃料や、天然ガス等の気体燃料等が挙げられる。近年では、災害時や燃料の価格の変動によって、入手可能な燃料が制限されてしまう場合を想定して、液体燃料と気体燃料とを切替えて燃焼させることができるバーナ（以下、「燃料切替バーナ」という場合もある）も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

燃料切替バーナとしては、パイロットバーナを中心として周方向に間隔をあけて配置される複数の噴出口を有する、円筒形状のバーナが用いられている。

特開２０１３−２０４９４０号公報

ところで、天然ガス等の気体燃料は、燃焼時に排出されるＮＯｘが石油等の液体燃料よりも少ない。従って、気体燃料を用いたバーナ（ガスバーナ）は、使用時における環境に対する負荷が小さい。

しかし、近年では、環境問題の深刻化から、ガスバーナであっても環境負荷を更に低減することが求められている。一方、ガスバーナの構造については、従来の燃料切替バーナの構造から大幅な設計変更の必要がないことが求められている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、従来のバーナから大幅に設計変更をすることなく、排ガスの更なる低ＮＯｘ化を可能にしたガスバーナを提供することを目的とする。

本発明は、気体燃料を燃焼させるガスバーナであって、パイロットバーナと、前記パイロットバーナを中心として周方向に間隔をあけて配置される複数の噴出口と、前記複数の噴出口に燃焼用空気と燃料ガスとの混合気を供給する混合気供給路と、を備え、隣り合って配置される２つの前記噴出口の間の距離は、１５ｍｍ以下であるガスバーナに関する。

また、前記パイロットバーナの外側を覆うように配置される筒状の第１筒部と、前記第１筒部の外側に配置される筒状の第２筒部と、前記第２筒部の外側に配置される筒状の第３筒部と、前記第１筒部、前記第２筒部及び前記第３筒部の先端部における前記第１筒部よりも外側を塞ぐ蓋部と、前記第２筒部に形成される貫通孔と、を更に備え、前記混合気供給路は、前記第１筒部の外側と前記第２筒部の内側との間に形成され気体燃料が流通する燃料供給路と、前記第２筒部の外側と前記第３筒部の内側との間に形成され燃焼用空気が流通する空気供給路と、を備え、前記複数の噴出口は、前記蓋部に形成されることが好ましい。

また、前記パイロットバーナと前記噴出口との間の距離は、１００ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明によれば、従来のバーナから大幅に設計変更をすることなく、排ガスの更なる低ＮＯｘ化を可能にしたガスバーナを提供できる。

本発明の一実施形態に係るガスバーナを具備するボイラを示す縦断面図である。上記実施形態に係るガスバーナを示す縦断面図であり、図１に示すボイラにおけるガスバーナを拡大して示す図である。上記実施形態に係るガスバーナを示す底面図であり、図１に示すボイラにおけるガスバーナを底面側から見た図である。本発明の実施例における、噴出口の間の距離と排ガスのＮＯｘ濃度の関係を示すグラフである。

以下、本発明のガスバーナの好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るガスバーナ１を具備するボイラ装置１００を示す縦断面図である。図２は、ガスバーナ１を示す縦断面図であり、図１に示すボイラにおけるガスバーナを拡大して示す図である。図３は、ガスバーナ１を示す底面図であり、図１に示すボイラにおけるガスバーナを底面側から見た図である。
図１に示すように、本実施形態のガスバーナ１は、ガス等の気体燃料を燃焼させて水を加熱し、蒸気又は温水を生成するボイラ装置１００の一部を構成する。

ボイラ装置１００は、図１に示すように、缶体２０と、複数の水管３０と、下部管寄せ４０と、上部管寄せ５０と、ガスバーナ１と、を備える。また、缶体２０の内部には、燃焼室２２及び燃焼ガス通路２３が形成される。

缶体２０は、円筒形状に構成され、ボイラ装置１００の外形の主要部を構成する。缶体２０は、高さ方向が鉛直方向に沿うように配置される。缶体２０の周面の上部には、開口２１が形成されている。

複数の水管３０は、缶体２０の内部に上下方向に延びて配置される。複数の水管３０は、図１に示すように、内側水管群３１と、この内側水管群３１の外側に配置される外側水管群３２と、を構成する。内側水管群３１は、複数の水管３０が缶体２０の中心軸Ｘと同軸となるように環状に配置されて構成される。本実施形態では、内側水管群３１を構成する水管３０は、図１に示すように、下部の径が細く構成されており、この下部を除く部分において、隣り合って配置される水管３０同士が当接して配置される。

外側水管群３２は、複数の水管３０が缶体２０の中心軸Ｘと同軸となるように、環状に配置されて構成される。また、外側水管群３２は、内側水管群３１との間に所定の空間が形成されるように缶体２０の内面の近傍に配置される。本実施形態では、外側水管群３２を構成する水管３０は、図１に示すように、上部の径が細く構成されており、この上部を除く部分において、隣り合って配置される水管３０同士が当接して配置される。

燃焼室２２は、図１に示すように、缶体２０の内部において、内側水管群３１に囲まれた空間により構成される。この燃焼室２２では、後述するガスバーナ１の噴出口１７から噴出された燃料が燃焼される。
燃焼ガス通路２３は、内側水管群３１の外側と缶体２０の内面との間の空間により構成される。この燃焼ガス通路２３には、燃焼室２２で燃料が燃焼されて発生した燃焼ガスが流通する。

下部管寄せ４０は、缶体２０の内部における下部に配置される。この下部管寄せ４０は、環状の容器により構成される。下部管寄せ４０には、複数の水管３０（内側水管群３１及び外側水管群３２）の下端部が連結される。
上部管寄せ５０は、缶体２０の内部における上部に配置される。この上部管寄せ５０は、環状の容器により構成される。上部管寄せ５０には、複数の水管３０（内側水管群３１及び外側水管群３２）の上端部が連結される。
ガスバーナ１は、缶体２０の上部、より具体的には、燃焼室２２の上部に配置される。ガスバーナ１は、気体燃料を燃焼させる。

図２及び図３に示すように、ガスバーナ１は、パイロットバーナ１０と、パイロットバーナ１０の外側を覆うように配置される第１筒部１１と、第１筒部１１の外側に配置される第２筒部１２と、第２筒部１２の外側に配置される第３筒部１３と、第１筒部１１の先端における第１筒部１１よりも内側を塞ぐ第１蓋部１４と、第１筒部１１、第２筒部１２及び第３筒部１３の先端部における第１筒部１１よりも外側を塞ぐ第２蓋部１５と、第２筒部１２に形成される貫通孔１６と、第２蓋部１５に形成される複数の噴出口１７と、複数の噴出口１７に燃焼用空気と燃料ガスとの混合気を供給する混合気供給路１８と、を備える。

パイロットバーナ１０は、缶体２０の中心軸Ｘと重なるように鉛直方向（上下方向）に延びて配置される。パイロットバーナ１０は、気体燃料に着火して、燃焼室２２における気体燃料の燃焼を開始させる。
第１筒部１１、第２筒部１２及び第３筒部１３は、円筒状である。第１筒部１１は、中心軸が缶体２０の中心軸Ｘと一致するように配置される。第２筒部１２及び第３筒部１３は、中心軸が第１筒部１１の中心軸に一致するように配置される。

第１蓋部１４は、中央に形成された開口部１４１を備える。第１蓋部１４は、開口部１４１がパイロットバーナ１０の先端部に近接するように配置される。
第２蓋部１５は、第１蓋部１４よりも外側に配置される。第２蓋部１５は、後述する複数の噴出口１７が形成された位置にそれぞれ配置される複数のノズル１５１を有する。ノズル１５１は、噴出口１７から噴出された混合気が流通する。

貫通孔１６は、第２筒部１２の先端側に形成される。貫通孔１６は、第２筒部１２の周方向に間隔をあけて複数形成される。
複数の噴出口１７は、パイロットバーナ１０を中心として周方向に間隔をあけて配置される。噴出口１７は、燃焼室２２に混合気を噴出する。

図３に示すように、複数の噴出口１７は、周方向に等間隔で配置される。隣り合って配置される２つの噴出口１７の間の距離δ１は、１５ｍｍ以下である。また、それぞれの噴出口１７とパイロットバーナ１０との間の距離δ２は、噴出口１７から噴出される気体燃料に、容易に着火する観点から、１００ｍｍ以下であることが好ましい。

混合気供給路１８は、燃料供給路１８１と、空気供給路１８２と、を備える。燃料供給路１８１は、第１筒部１１の外側と第２筒部１２の内側との間に形成される。燃料供給路１８１は、基端側において燃料ガスを供給する図示しない燃料供給装置に接続される。空気供給路１８２は、前記第２筒部の外側と前記第３筒部の内側との間に形成される。空気供給路１８２は、基端側において燃焼用空気を供給する図示しない空気供給装置に接続される。

以上説明したガスバーナ１は、次のように動作する。
燃料供給装置（図示せず）から供給された燃料ガスは、燃料供給路１８１を基端側から先端側（図１における上側から下側）に向かって流通する。燃料供給路１８１を流通した燃料ガスは、貫通孔１６を通じて空気供給路１８２に供給される。空気供給装置（図示せず）から供給された燃焼用空気は、空気供給路１８２を基端側から先端側（図１における上側から下側）に向かって流通する。空気供給路１８２の先端側に到達した燃焼用空気は、貫通孔１６を通じて空気供給路１８２に供給された燃料ガスと混合される。

燃焼用空気と燃料ガスとの混合気は、噴出口１７から噴出されて、ノズル１５１を流通し、燃焼室２２に供給される。燃焼室２２に供給された混合気（気体燃料）は、パイロットバーナ１０によって着火されて燃焼する。
ボイラ装置１００の運転の安定性を維持し、排ガスのＮＯｘ濃度を抑える観点から、噴出口１７から噴出される混合気の流速は、５５ｍ／ｓ〜７０ｍ／ｓであることが好ましい。

次に、本実施形態に係るガスバーナ１を具備するボイラ装置１００の動作につき説明する。
ボイラ装置１００では、まず、燃焼室２２においてガスバーナ１により供給された気体燃料が燃焼される。燃焼室２２において気体燃料が燃焼して発生した燃焼ガスは、燃焼室２２を囲むように配置された複数の水管３０（内側水管群３１）の内部を流通する水を加熱する。次いで、燃焼ガスは、燃焼室２２の下部に形成された隙間から燃焼ガス通路２３を通り、更に複数の水管３０（内側水管群３１及び外側水管群３２）の内部を流通する水を加熱する。そして、燃焼ガス通路２３を通った燃焼ガスは、缶体２０の上部に形成された開口２１から、この開口２１に連結された排気筒（図示せず）を通って外部に排出される。

なお、複数の水管３０の内部には、複数の水管３０の下部に配置された下部管寄せ４０から水が供給される。そして、複数の水管３０の内部において加熱された水は、蒸気となり、上部管寄せ５０から蒸気供給管（図示せず）に供給される。

以上説明した本実施形態に係るガスバーナ１によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態においては、パイロットバーナ１０を中心として周方向に間隔をあけて配置される複数の噴出口１７を備えるガスバーナ１において、隣り合って配置される２つの噴出口１７の間の距離δ１を１５ｍｍ以下にした。
これにより、従来のバーナから大幅に設計変更をしていないにも関わらず、排ガスの更なる低ＮＯｘ化を可能にできる。

また、本実施形態においては、混合気供給路１８が、第１筒部１１の外側と第２筒部１２の内側との間に形成され気体燃料が流通する燃料供給路１８１と、第２筒部１２の外側と第３筒部１３の内側との間に形成され燃焼用空気が流通する空気供給路１８２と、を備えるものとした。また、第２筒部１２に貫通孔１６を形成した。
このように、本実施形態に係るガスバーナ１は、いわゆる予混合燃焼方式のガスバーナであり、安定して気体燃料を燃焼させることができる。

また、本実施形態においては、パイロットバーナ１０と噴出口１７との間の距離δ２を１００ｍｍ以下とした。
これにより、噴出口１７から噴出される気体燃料への着火を容易に行うことができる。

以上、本発明のガスバーナ１の好ましい一実施形態について説明したが、本発明は、上述した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、本実施形態においては、ガスバーナ１が噴出口１７を８個備えるものとしたが（図３）、本発明はこれに限定されない。本発明では、隣り合って配置される２つの噴出口の間の距離を１５ｍｍ以下にすれば、ガスバーナの備える噴出口の数を８個よりも多く（少なく）してもよい。
また、本実施形態においては、ガスバーナ１をボイラ装置１００が具備するものとしたが、本発明に係るガスバーナの用途はこれに限定されない。

以下、実施例に基いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

実施例においては、上記実施形態において説明したガスバーナ１と同様のガスバーナを用いて、噴出口の間の距離と排ガスのＮＯｘ濃度の関係を調べた。より詳しくは、本実施例においては、ガスバーナ１の噴出口１７（ノズル１５１）の配置や数を調整することで、距離δ１（図３）の異なる複数のガスバーナを作製した。

それぞれのガスバーナについて、流速６１ｍ／ｓで気体燃料（設定Ｏ_２濃度：４％）を、ボイラ装置１００の燃焼室２２（図１）に供給して燃焼させた。そして、気体燃料を燃焼させている際の、排ガス中のＮＯｘ濃度、Ｏ_２濃度を、それぞれＪＩＳＢ７９８２：２００２及びＪＩＳＢ７９８３：１９９４に準拠して測定した。噴出口の間の距離と排ガスのＮＯｘ濃度の関係を図４のグラフに示した。
なお、図４のＮＯｘ濃度は、Ｏ_２濃度０％換算時の値を、更に温湿度補正した値である。

図４に示すように、吐出口の間の距離δ１が１５ｍｍ以下である場合、排ガスのＮＯｘ濃度が２０ｐｐｍを下回った。このような結果から、隣り合って配置される２つの噴出口の間の距離δ１を１５ｍｍ以下にすることによって、排ガスの更なる低ＮＯｘ化が可能であることが明らかになった。なお、環境省のガイドラインによれば、ガスを燃料とするボイラの排ガスＮＯｘ濃度は５０ｐｐｍであることが推奨されている。このように、２０ｐｐｍを下回る、排ガスのＮＯｘ濃度は、十分に低いものと認められる。

距離δ１を１５ｍｍ以下にすることによって、排ガスのＮＯｘ濃度が低くなるのは、以下の理由によると推測される。すなわち、距離δ１を１５ｍｍ以下にすることによって、隣り合って配置される２つの噴出口１７（ノズル１５１）の間の低流速領域が少なくなり、ガスバーナの保炎位置が下流にシフトする。このように、ガスバーナの保炎位置が下流にシフトすると、排ガス循環量が増加し、燃焼によるＮＯｘの生成が抑えられる。

１ガスバーナ
１０パイロットバーナ
１１第１筒部
１２第２筒部
１３第３筒部
１５第２蓋部（蓋部）
１６貫通孔
１７噴出口
１８混合気供給路
１８１燃料供給路
１８２空気供給路

Claims

ボイラ装置に用いられ気体燃料を燃焼させるガスバーナであって、
パイロットバーナと、
前記パイロットバーナを中心として周方向に間隔をあけて配置される複数の噴出口と、
前記複数の噴出口に燃焼用空気と燃料ガスとの混合気を供給する混合気供給路と、
前記パイロットバーナの外側を覆うように配置される筒状の第１筒部と、
前記第１筒部の外側に配置される筒状の第２筒部と、
前記第２筒部の外側に配置される筒状の第３筒部と、
前記第１筒部、前記第２筒部及び前記第３筒部の先端部における前記第１筒部よりも外側を塞ぐ蓋部と、
前記第２筒部に形成される貫通孔と、を備え、
前記混合気供給路は、
前記第１筒部の外側と前記第２筒部の内側との間に形成され気体燃料が流通する燃料供給路と、
前記第２筒部の外側と前記第３筒部の内側との間に形成され燃焼用空気が流通する空気供給路と、を備え、
前記複数の噴出口は、前記蓋部に形成され、
隣り合って配置される２つの前記噴出口の間の距離は、１５ｍｍ以下であり、
前記第１筒部には、前記燃料供給路を流通する気体燃料を該第１筒部の内側に噴出させる貫通孔は形成されないガスバーナ。
前記パイロットバーナと前記噴出口との間の距離は、１００ｍｍ以下である請求項１に記載のガスバーナ。