JP6833299B2 - Hydrogen gas combustion device - Google Patents
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Description
本発明は、水素ガス供給管を通して供給された水素ガスを空気と混合させて燃焼させる水素ガス燃焼装置に関するものである。特に、水素ガスを空気と混合させて燃焼させる場合に、水素ガスの燃焼速度が速く、局所的な温度上昇が生じたり、最高火炎温度が高くなったりして、NOxの発生量が多くなるのを簡単かつ適切に抑制できるようにした点に特徴を有するものである。 The present invention relates to a hydrogen gas combustion apparatus that mixes hydrogen gas supplied through a hydrogen gas supply pipe with air and burns it. In particular, when hydrogen gas is mixed with air and burned, the combustion speed of hydrogen gas is high, a local temperature rise occurs, and the maximum flame temperature rises, resulting in a large amount of NOx generated. It is characterized in that it can be easily and appropriately suppressed.
従来から、水素ガス供給管を通して導かれた水素ガスを空気と混合させて燃焼させるようにした水素ガス燃焼装置においては、水素ガスの燃焼速度が速いために、局所的な温度上昇が起こりやすく、また最高火炎温度も高くなって、NOxの発生量が多くなることが知られている。 Conventionally, in a hydrogen gas combustion device in which hydrogen gas guided through a hydrogen gas supply pipe is mixed with air and burned, the combustion speed of hydrogen gas is high, so that a local temperature rise is likely to occur. It is also known that the maximum flame temperature also increases and the amount of NOx generated increases.
そして、従来においては、特許文献1に示されるように、複数の炎孔から水素ガスを噴出させて、拡散燃焼方式により水素を燃焼させるようにした水素燃焼装置において、隣接する炎孔の両端間距離及び単位炎孔あたり出力を制御するようにして、水素ガスの燃焼時におけるNOxの発生を抑制するようにしたものが提案されている。 Conventionally, as shown in Patent Document 1, in a hydrogen combustion device in which hydrogen gas is ejected from a plurality of flame holes to burn hydrogen by a diffusion combustion method, between both ends of adjacent flame holes. It has been proposed to control the distance and the output per unit flame hole to suppress the generation of NOx during combustion of hydrogen gas.
しかし、特許文献1に示されるように、水素ガスの燃焼時におけるNOxの発生を抑制するため、隣接する炎孔の両端間距離及び単位炎孔あたり出力を制御する作業は非常に面倒であり、簡単にNOxの発生を抑制することが困難であり、またこの特許文献1の実施例に示されるように、炎孔を多数配置させるようにすると、この燃焼装置全体が大きくなると共に、コストも高くつくという問題があった。 However, as shown in Patent Document 1, in order to suppress the generation of NOx during combustion of hydrogen gas, the work of controlling the distance between both ends of adjacent flame holes and the output per unit flame hole is very troublesome. It is difficult to easily suppress the generation of NOx, and as shown in the examples of Patent Document 1, if a large number of flame holes are arranged, the entire combustion apparatus becomes large and the cost is high. There was a problem of getting on.
また、従来においては、特許文献2に示されるように、水素ガスを供給するバーナーガス管の内周側に空気管を保持させた二重管としたバーナーノズルにおいて、外周側のバーナーガス管を流れる燃料ガスの水素ガス流がノズル噴出直後に内周側空気流と速やかに混合するように、外周側ガス管の外壁をノズル先端部において管芯に向けて傾斜させるようにした水素用低NOxバーナーが提案されている。 Further, conventionally, as shown in Patent Document 2, in a burner nozzle having a double pipe in which an air pipe is held on the inner peripheral side of the burner gas pipe for supplying hydrogen gas, the burner gas pipe on the outer peripheral side is used. Low NOx for hydrogen in which the outer wall of the outer gas pipe is inclined toward the tube core at the tip of the nozzle so that the hydrogen gas flow of the flowing fuel gas quickly mixes with the inner peripheral side air flow immediately after the nozzle is ejected. A burner has been proposed.
しかし、特許文献2に示されるものにおいては、外周側ガス管のノズル先端部における傾斜と、外周側ガス管の導出口の口径とによって内周側の空気管から吸引される空気量が変化し、水素の燃焼を適切に制御してNOxの発生を簡単に抑制することが困難であり、またこれらの条件を適切に設定しないと、逆火等が生じるという問題もあった。 However, in the one shown in Patent Document 2, the amount of air sucked from the air pipe on the inner peripheral side changes depending on the inclination of the nozzle tip of the outer peripheral gas pipe and the diameter of the outlet of the outer gas pipe. It is difficult to appropriately control the combustion of hydrogen to easily suppress the generation of NOx, and if these conditions are not set appropriately, there is a problem that flashback or the like occurs.
また、従来においては、特に、燃焼用のガスとして水素ガスを用いたものではないが、特許文献3に示されるように、エアー噴出部内に設けたガス供給管の先端部に主ガス噴出部を設けると共に、ガス供給管の周面に複数の保炎用ガス噴出部を設ける一方、ガス供給管の周面から径方向外側に延びる円盤状の保炎板を設け、この保炎板に複数の小孔を設けると共に、この保炎板をガス供給管に沿ってスライドさせて、前記の保炎用ガス噴出部をこの保炎板によって開閉させるようにしたものが示されている。 Further, conventionally, hydrogen gas is not particularly used as the combustion gas, but as shown in Patent Document 3, the main gas ejection portion is provided at the tip of the gas supply pipe provided in the air ejection portion. Along with the provision, a plurality of flame-retaining gas ejection portions are provided on the peripheral surface of the gas supply pipe, while a disk-shaped flame-retaining plate extending radially outward from the peripheral surface of the gas supply pipe is provided, and a plurality of flame-retaining plates are provided. A small hole is provided, and the flame-retaining plate is slid along the gas supply pipe so that the flame-retaining gas ejection portion is opened and closed by the flame-retaining plate.
しかし、燃焼用のガスとして水素ガスを用いた場合において、特許文献3に示されるように、ガス供給管の周面から径方向外側に延びる円盤状の保炎板に複数の小孔を設けると、ガス供給管の近くに設けられた前記の保炎板における小孔を通して導かれたエアーと、ガス供給管の先端部に設けられた主ガス噴出部から噴出された水素ガスとがすぐに混合されて燃焼され、水素ガスの燃焼時におけるNOxの発生が多くなるという問題があった。 However, when hydrogen gas is used as the combustion gas, as shown in Patent Document 3, if a plurality of small holes are provided in the disk-shaped flame holding plate extending radially outward from the peripheral surface of the gas supply pipe. , The air guided through the small hole in the flame holding plate provided near the gas supply pipe and the hydrogen gas ejected from the main gas ejection part provided at the tip of the gas supply pipe are immediately mixed. There is a problem that NOx is generated more when the hydrogen gas is burned.
本発明は、水素ガス供給管を通して導かれた水素ガスを空気と混合させて燃焼させる水素ガス燃焼装置における前記のような問題を解決することを課題とするものである。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in a hydrogen gas combustion apparatus in which hydrogen gas guided through a hydrogen gas supply pipe is mixed with air and burned.
すなわち、本発明における水素ガス燃焼装置においては、水素ガスを空気と混合させて燃焼させる場合に、水素ガスの燃焼速度が速く、局所的な温度上昇が生じたり、最高火炎温度が高くなったりして、NOxの発生量が多くなるのを簡単かつ適切に抑制できるようにすることを課題とするものである。 That is, in the hydrogen gas combustion apparatus of the present invention, when hydrogen gas is mixed with air and burned, the combustion speed of hydrogen gas is high, a local temperature rise occurs, and the maximum flame temperature rises. Therefore, it is an object of the present invention to make it possible to easily and appropriately suppress an increase in the amount of NOx generated.
本発明における水素ガス燃焼装置においては、前記のような課題を解決するため、水素ガス供給管を通して供給された水素ガスを空気と混合させて燃焼させる水素ガス燃焼装置において、水素ガスを供給する水素ガス供給管の外周側に燃焼用の空気を供給する空気供給管を設け、前記の水素ガス供給管の先端部に水素ガスを前方に噴出させる噴出口を設けると共に、前記の噴出口よりも上流側の位置に、水素ガス供給管の外周面から半径方向外方に向かう閉塞された保炎部材を空気供給管の内周面と所要間隔を介するように設け、前記の保炎部材の外周面と空気供給管の内周面との間に空気供給管内を流れる空気を水素ガス供給管の先端側に導く案内通路を形成し、前記の保炎部材の厚み方向上流側の外周部に、空気供給管に向かうように下流側から上流側に傾斜した傾斜案内部を設け、この傾斜案内部に沿って空気供給管内を流れる空気を前記の案内通路に導くようにした。 In the hydrogen gas combustion apparatus of the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, in the hydrogen gas combustion apparatus in which the hydrogen gas supplied through the hydrogen gas supply pipe is mixed with air and burned, the hydrogen supplied by the hydrogen gas is supplied. An air supply pipe for supplying combustion air is provided on the outer peripheral side of the gas supply pipe, and an outlet for ejecting hydrogen gas forward is provided at the tip of the hydrogen gas supply pipe, and upstream of the outlet. A closed flame-retaining member extending outward in the radial direction from the outer peripheral surface of the hydrogen gas supply pipe is provided at a position on the side so as to pass through the inner peripheral surface of the air supply pipe and a required interval, and the outer peripheral surface of the flame-retaining member. A guide passage is formed between the air and the inner peripheral surface of the air supply pipe to guide the air flowing in the air supply pipe to the tip end side of the hydrogen gas supply pipe, and the air is formed on the outer peripheral portion on the upstream side in the thickness direction of the flame holding member. An inclined guide portion inclined from the downstream side to the upstream side was provided so as to face the supply pipe, and the air flowing in the air supply pipe along the inclined guide portion was guided to the guide passage .
ここで、本発明における水素ガス燃焼装置のように構成すると、空気供給管内を流れる燃焼用の空気が、前記の水素ガス供給管の先端部における噴出口よりも上流側の位置に設けた水素ガス供給管の外周面から半径方向外方に向かう閉塞された保炎部材の位置に導かれると、この空気が保炎部材の外周面と空気供給管の内周面との間の案内通路を通して整流された状態で水素ガス供給管の先端側に導かれ、前記の水素ガス供給管の先端部における水素ガスを噴出させる噴出口から離れた空気供給管の内周面側から徐々に前記の噴出口から噴出された水素ガスに向けて導かれて接触し、水素ガスが徐々に燃焼されるようになる。 Here, when configured like the hydrogen gas combustion device in the present invention, the combustion air flowing in the air supply pipe is provided at a position upstream of the ejection port at the tip of the hydrogen gas supply pipe. When guided from the outer peripheral surface of the supply pipe to the position of the closed flame-retaining member outward in the radial direction, this air is rectified through the guide passage between the outer peripheral surface of the flame-retaining member and the inner peripheral surface of the air supply pipe. In this state, it is guided to the tip side of the hydrogen gas supply pipe, and gradually from the inner peripheral surface side of the air supply pipe away from the spout at the tip of the hydrogen gas supply pipe to eject the hydrogen gas. The hydrogen gas is guided toward and contacts the hydrogen gas ejected from the gas, and the hydrogen gas is gradually burned.
そして、このように保炎部材の外周面と空気供給管の内周面との間の案内通路を通して水素ガス供給管の先端側に導かれた空気が、前記の水素ガス供給管の先端部における噴出口から前方に噴出される水素ガスから離れた空気供給管の内周面から徐々に前記の水素ガスと接触して燃焼されると、水素ガスの燃焼速度が速くなるのが抑制されて、局所的に温度が上昇するのが防止されると共に、最高火炎温度が高くなるのも抑制され、NOxの発生量が多くなるのが防止されるようになる。 Then, the air guided to the tip end side of the hydrogen gas supply pipe through the guide passage between the outer peripheral surface of the flame holding member and the inner peripheral surface of the air supply pipe in this way is at the tip end portion of the hydrogen gas supply pipe. When the inner peripheral surface of the air supply pipe away from the hydrogen gas ejected forward from the spout is gradually contacted with the hydrogen gas and burned, the increase in the combustion speed of the hydrogen gas is suppressed, In addition to preventing the temperature from rising locally, the increase in the maximum flame temperature is also suppressed, and the amount of NOx generated is prevented from increasing.
また、本発明における水素ガス燃焼装置において、前記のように水素ガス供給管の外周面から半径方向外方に向かう閉塞された保炎部材の外周面と空気供給管の内周面とが所要間隔を介するように設けるにあたり、前記の空気供給管の内径に対する保炎部材の外径の比を0.90〜0.95の範囲にすることが好ましい。このように空気供給管の内径に対する保炎部材の外径の比を0.90〜0.95の範囲にすると、空気供給管内を流れる空気が、保炎部材の外周面と空気供給管の内周面との間の案内通路を通して整流されて流速が速められ、この状態で、適当量の空気が空気供給管の内周面に沿って水素ガス供給管の先端側に導かれ、このように導かれた空気が前記の水素ガス供給管の先端部における噴出口から前方に噴出された水素ガスと徐々に接触して燃焼されるようになり、水素ガスの燃焼速度が速くなるのが確実に抑制され、局所的に温度が上昇するのが十分に防止されると共に、最高火炎温度が高くなるのもさらに抑制されて、NOxの発生量が多くなるのが一層抑制されるようになる。 Further, in the hydrogen gas combustion apparatus of the present invention, as described above, the outer peripheral surface of the closed flame-retaining member extending outward in the radial direction from the outer peripheral surface of the hydrogen gas supply pipe and the inner peripheral surface of the air supply pipe are required to be spaced apart from each other. It is preferable that the ratio of the outer diameter of the flame-retaining member to the inner diameter of the air supply pipe is in the range of 0.99 to 0.95. When the ratio of the outer diameter of the flame-retaining member to the inner diameter of the air supply pipe is set in the range of 0.99 to 0.95, the air flowing in the air supply pipe flows between the outer peripheral surface of the flame-retaining member and the inside of the air supply pipe. It is rectified through the guide passage to the peripheral surface to increase the flow velocity, and in this state, an appropriate amount of air is guided along the inner peripheral surface of the air supply pipe to the tip side of the hydrogen gas supply pipe, thus. The guided air gradually comes into contact with the hydrogen gas ejected forward from the ejection port at the tip of the hydrogen gas supply pipe and is burned, so that the combustion speed of the hydrogen gas is surely increased. It is suppressed to sufficiently prevent the temperature from rising locally, and the increase in the maximum flame temperature is further suppressed, so that the increase in the amount of NOx generated is further suppressed.
また、本発明における水素ガス燃焼装置においては、前記のように水素ガス供給管の外周面から半径方向外方に向かう閉塞された保炎部材の外周面と空気供給管の内周面とが所要間隔を介するように設けるにあたり、保炎部材の厚み方向上流側の外周部に、空気供給管に向かうように下流側から上流側に傾斜した傾斜案内部を設け、この傾斜案内部に沿って空気供給管内を流れる空気を前記の案内通路に導くようにした。このようにすると、空気供給管内を流れる空気が、保炎部材に設けた前記の傾斜案内部に沿って保炎部材の外周面と空気供給管の内周面との間の案内通路に適切に導かれ、このように導かれた空気がこの案内通路を通してより整流された状態で水素ガス供給管の先端側に導かれて、水素ガスを噴出させる噴出口から離れた位置で水素ガスと接触するようになり、NOxの発生がより安定して十分に抑制されるようになる。 Further, in the hydrogen gas combustion apparatus of the present invention, the outer peripheral surface of the flame-holding member which is closed towards the radially outward from the outer circumferential surface of the hydrogen gas supply pipe and the inner surface of the air supply pipe as the required An inclined guide portion inclined from the downstream side to the upstream side is provided on the outer peripheral portion on the upstream side in the thickness direction of the flame holding member so as to pass through the space, and air is provided along the inclined guide portion. the air flowing through the supply pipe and is guided to the guide passage of the. In this way, the air flowing in the air supply pipe is appropriately provided in the guide passage between the outer peripheral surface of the flame holding member and the inner peripheral surface of the air supply pipe along the inclined guide portion provided on the flame holding member. The air guided in this way is guided to the tip side of the hydrogen gas supply pipe in a more rectified state through this guide passage, and comes into contact with the hydrogen gas at a position away from the ejection port for ejecting the hydrogen gas. As a result, the generation of NOx becomes more stable and sufficiently suppressed.
また、このように保炎部材の厚み方向上流側の外周部に、空気供給管に向かうように下流側から上流側に傾斜した傾斜案内部を設けるにあたっては、空気供給管内を流れる空気が、保炎部材に設けた前記の傾斜案内部に沿って保炎部材の外周面と空気供給管の内周面との間の案内通路に適切に導かれ、このように導かれた空気がこの案内通路を通してより整流された状態で水素ガス供給管の先端側に導かれるようにするためには、保炎部材に設ける前記の傾斜案内部における水平方向に対する傾斜角θを30°〜60°の範囲にすることが好ましい。 Further, in providing the inclined guide portion inclined from the downstream side to the upstream side toward the air supply pipe on the outer peripheral portion on the upstream side in the thickness direction of the flame holding member in this way, the air flowing in the air supply pipe is retained. Along the inclined guide portion provided on the flame member, the air is appropriately guided to a guide passage between the outer peripheral surface of the flame holding member and the inner peripheral surface of the air supply pipe, and the air guided in this way is the guide passage. In order to be guided to the tip side of the hydrogen gas supply pipe in a more rectified state through the flame holding member, the inclination angle θ with respect to the horizontal direction in the inclination guide portion provided in the flame holding member is set in the range of 30 ° to 60 °. It is preferable to do so.
また、本発明における水素ガス燃焼装置において、前記のように水素ガス供給管の外周面から半径方向外方に向かう閉塞された保炎部材を空気供給管の内周面と所要間隔を介するように設けるにあたり、前記の保炎部材の厚み方向上流側の内周部に凹部を形成することが好ましい。このようにすると、空気供給管内を流れる空気が保炎部材の外周面と空気供給管の内周面との間の案内通路を通して適切に整流されるように、案内通路に沿った保炎部材における空気の案内方向の厚みを大きくした場合にも、保炎部材の重量を少なくして、水素ガス供給管の外周面に適切に設けることができるようになる。なお、案内通路に沿った保炎部材における空気の案内方向の厚みは特に限定されないが、保炎部材における前記の厚みを大きくするほど、保炎部材の外周面と空気供給管の内周面との間の案内通路を通して流れる空気の整流性を高めることができる一方、空気の供給性が低下するため、保炎部材の外周面と空気供給管の内周面との間の間隔や空気供給管内を流れる空気の量に対応させて適宜決定することが好ましい。例えば、保炎部材における前記の厚みに対する、保炎部材の外周面と空気供給管の内周面との間の案内通路の間隔との比を0.10〜0.30の範囲にすることが好ましい。 Further, in the hydrogen gas combustion device of the present invention, as described above, the closed flame-retaining member extending outward in the radial direction from the outer peripheral surface of the hydrogen gas supply pipe is interposed with the inner peripheral surface of the air supply pipe at the required distance. In providing the flame-retaining member, it is preferable to form a recess on the inner peripheral portion on the upstream side in the thickness direction of the flame-retaining member. In this way, the flame-retaining member along the guide passage so that the air flowing in the air supply pipe is appropriately rectified through the guide passage between the outer peripheral surface of the flame-retaining member and the inner peripheral surface of the air supply pipe. Even when the thickness in the air guiding direction is increased, the weight of the flame holding member can be reduced so that the flame holding member can be appropriately provided on the outer peripheral surface of the hydrogen gas supply pipe. The thickness of the flame-retaining member along the guide passage in the air guiding direction is not particularly limited, but the larger the thickness of the flame-retaining member, the more the outer peripheral surface of the flame-retaining member and the inner peripheral surface of the air supply pipe. While the rectification of the air flowing through the guide passage between the two can be improved, the air supply is reduced, so that the distance between the outer peripheral surface of the flame holding member and the inner peripheral surface of the air supply pipe and the inside of the air supply pipe are reduced. It is preferable to determine appropriately according to the amount of air flowing through. For example, the ratio of the distance between the outer peripheral surface of the flame-retaining member and the inner peripheral surface of the air supply pipe to the thickness of the flame-retaining member may be in the range of 0.10 to 0.30. preferable.
本発明における水素ガス燃焼装置においては、前記のように水素ガスを供給する水素ガス供給管の外周側に燃焼用の空気を供給する空気供給管を設け、前記の水素ガス供給管の先端部に水素ガスを前方に噴出させる噴出口を設けると共に、前記の噴出口よりも上流側の位置に、水素ガス供給管の外周から半径方向に外方に向かい閉塞された保炎部材を空気供給管の内周と所要間隔を介するように設け、前記の保炎部材の外周と空気供給管の内周との間に空気供給管内を流れる空気を水素ガス供給管の先端側に導く案内通路を形成し、前記の保炎部材の厚み方向上流側の外周部に、空気供給管に向かうように下流側から上流側に傾斜した傾斜案内部を設け、この傾斜案内部に沿って空気供給管内を流れる空気を前記の案内通路に導くようにしたため、空気供給管内を流れる燃焼用の空気が、前記の保炎部材の外周面と空気供給管の内周面との間の案内通路を通して整流された状態で水素ガス供給管の先端側に導かれ、水素ガス供給管の先端部における噴出口から前方に噴出される水素ガスから離れた空気供給管の内周面から徐々に前記の水素ガスと接触して燃焼されるようになる。 In the hydrogen gas combustion apparatus of the present invention, an air supply pipe for supplying combustion air is provided on the outer peripheral side of the hydrogen gas supply pipe for supplying hydrogen gas as described above, and an air supply pipe for supplying combustion air is provided at the tip of the hydrogen gas supply pipe. An outlet for ejecting hydrogen gas forward is provided, and a flame-retaining member that is closed radially outward from the outer periphery of the hydrogen gas supply pipe is provided at a position upstream of the outlet of the air supply pipe. A guide passage is formed between the outer circumference of the flame-retaining member and the inner circumference of the air supply pipe to guide the air flowing in the air supply pipe to the tip end side of the hydrogen gas supply pipe. , An inclined guide portion inclined from the downstream side to the upstream side is provided on the outer peripheral portion on the upstream side in the thickness direction of the flame-retaining member so as to face the air supply pipe, and the air flowing in the air supply pipe along the inclined guide portion. Is guided to the guide passage, so that the combustion air flowing in the air supply pipe is rectified through the guide passage between the outer peripheral surface of the flame holding member and the inner peripheral surface of the air supply pipe. It is guided to the tip side of the hydrogen gas supply pipe and gradually comes into contact with the hydrogen gas from the inner peripheral surface of the air supply pipe away from the hydrogen gas ejected forward from the ejection port at the tip of the hydrogen gas supply pipe. Will be burned.
この結果、本発明における水素ガス燃焼装置においては、前記のように水素ガス供給管の先端部における噴出口から前方に噴出される水素ガスが、保炎部材の外周面と空気供給管の内周面との間の案内通路を通して空気供給管の内周面に沿って導かれた空気と徐々に接触して燃焼され、水素ガスの燃焼速度が速くなるのが抑制されて、局所的に温度が上昇するのが防止されると共に、最高火炎温度が高くなるのも抑制され、NOxの発生量が多くなるのが防止されるようになる。 As a result, in the hydrogen gas combustion device of the present invention, as described above, the hydrogen gas ejected forward from the ejection port at the tip of the hydrogen gas supply pipe is the outer peripheral surface of the flame holding member and the inner circumference of the air supply pipe. It gradually comes into contact with the air guided along the inner peripheral surface of the air supply pipe through the guide passage between the surfaces and is burned, suppressing the increase in the combustion speed of hydrogen gas and locally increasing the temperature. In addition to being prevented from rising, the increase in the maximum flame temperature is also suppressed, and the amount of NOx generated is prevented from increasing.
本発明の実施形態に係る水素ガス燃焼装置を、添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係る水素ガス燃焼装置は、下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。 The hydrogen gas combustion apparatus according to the embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. The hydrogen gas combustion apparatus according to the present invention is not limited to the one shown in the following embodiment, and can be appropriately modified and implemented without changing the gist of the invention.
先ず、図1及び図2に示す実施形態における水素ガス燃焼装置においては、水素ガスGhを供給する水素ガス供給管10の外周側に、燃焼用の空気Aiを供給する空気供給管20を設け、前記の水素ガス供給管10の先端部に水素ガスGhを前方に噴出させる噴出口11を設ける一方、この噴出口11より水素ガスGhの流れ方向上流側の位置に、水素ガス供給管10の外周面から半径方向外方に向かう閉塞された(すなわち、特許文献3に示す保炎板のような小孔がない。)保炎部材30を空気供給管20の内周面と所要間隔を介するように設け、この保炎部材30の外周面と空気供給管20の内周面との間に、空気供給管20内を流れる空気を水素ガス供給管10の先端側に導く案内通路Sを形成させるようにし、また前記の空気供給管20の先端部における燃焼管部21を、炉壁1を貫通させるようにして設けている。
First, in the hydrogen gas combustion apparatus according to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, an
そして、前記の水素ガス燃焼装置においては、前記の保炎部材30として、水素ガス供給管10の先端側に外周面から半径方向外方に延出されて空気供給管20の内周面と所要間隔を介するようにして円板状になった前面板部31が設けられ、この前面板部31の外周縁から空気Aiの流れ方向上流側の厚み方向に延出されて内周部に凹部32が形成されたリング状になった案内部33が設けられ、この案内部33における上流側の外周部に、下流側から上流側に向けて外周側の空気供給管20に向かうように傾斜した傾斜案内部33aを設けたものを用いている。
Then, in the hydrogen gas combustion device, as the
そして、この実施形態の水素ガス燃焼装置のように、水素ガス供給管10の先端部における噴出口11より水素ガスGhの流れ方向上流側の位置に、前記のような保炎部材30を設けると、空気供給管20内を流れる空気Aiが保炎部材30により抑止される一方、前記の空気Aiがこの保炎部材30における案内部33の上流側の外周部に設けた前記の傾斜案内部33aに沿って案内部33に導かれ、この空気Aiが保炎部材30の外周面における案内部33と空気供給管20の内周面との間の案内通路Sを通して整流されて、圧力損失の少ない状態で水素ガス供給管10の先端側に導かれようになり、前記の水素ガス供給管10の先端部における噴出口11から前方に広がりながら噴出された水素ガスGhと徐々に接触して、前記の水素ガスGhが広い範囲で燃焼されるようになる。
Then, as in the hydrogen gas combustion apparatus of this embodiment, the
この結果、前記の水素ガス燃焼装置においては、水素ガスGhの燃焼速度が速くなるのが抑制されて、局所的に温度が上昇するのが防止されると共に、最高火炎温度が高くなるのが抑制されて、NOxの発生量が多くなるのを抑制できるようになる。 As a result, in the hydrogen gas combustion apparatus, the increase in the combustion rate of the hydrogen gas Gh is suppressed, the temperature is prevented from rising locally, and the maximum flame temperature is suppressed from rising. Therefore, it becomes possible to suppress an increase in the amount of NOx generated.
ここで、この実施形態の水素ガス燃焼装置において、前記の保炎部材30を設けるにあたっては、空気供給管20の内径D20(約105mm)に対する保炎部材30における案内部33の外径D30(約96mm)の比(D30/D20)を0.9程度にすると共に、保炎部材30における前面板部31の外周縁から空気Aiの流れ方向上流側の厚み方向に延出された案内部33の長さLa、すなわち保炎部材30における空気Aiの流れ方向上流側の厚みLa(約20mm)に対する、空気供給管20の内周面と保炎部材30の外周面との間における案内通路Sの間隔Sa(約5mm)との比を0.25にすると共に、保炎部材30の前記の傾斜案内部33aにおける水平方向に対する傾斜角θを約30°になるようにしている。
Here, in the hydrogen gas combustion apparatus of this embodiment, when the
このようにすると、空気供給管20内を流れる空気Aiが、保炎部材30に設けた前記の傾斜案内部33aに沿って保炎部材30の外周面と空気供給管20の内周面との間の案内通路Sに適切に導かれ、このように導かれた空気Aiがこの案内通路Sを通してより整流された状態で水素ガス供給管10の先端側に導かれるようになり、保炎部材30を通過した空気Aiが徐々に広がりながら、前記の水素ガス供給管10の先端部における噴出口11から前方に広がりながら噴出された水素ガスGhと徐々に接触して、前記の水素ガスGhが広い範囲で燃焼されるようになる。
In this way, the air Ai flowing in the
ここで、前記の水素ガス燃焼装置においては、保炎部材30として、前記のように水素ガス供給管10の先端側に外周面から半径方向外方に延出されて空気供給管20の内周面と所要間隔を介するようにして円板状になった前面板部31が設けられ、この前面板部31の外周縁から空気Aiの流れ方向上流側の厚み方向に延出されて内周部に凹部32が形成されたリング状になった案内部33が設けられ、この案内部33における上流側の外周部に、下流側から上流側に向けて外周側の空気供給管20に向かうように傾斜した傾斜案内部33aを設けたものを用いるようにしたが、使用する保炎部材30はこのようなものに限定されない。
Here, in the hydrogen gas combustion device, as the
例えば、保炎部材30Aとして、図3(A),(B)に示すように、前記の保炎部材30において、円板状になった前面板部31の外周縁から空気Aiの流れ方向上流側の厚み方向に延出された案内部33の内周部に凹部32を設けないようにし、それ以外は、前記の保炎部材30と同様に、案内部33における上流側の外周部に、下流側から上流側に向けて外周側の空気供給管20に向かうように傾斜した傾斜案内部33aを設けたものを用いることができる。
For example, as the flame-retaining
そして、このような保炎部材30Aを用いた場合においても、前記の実施形態における保炎部材30の場合と同様に、図3(A)に示すように、空気供給管20内を流れる空気Aiが、保炎部材30に設けた前記の傾斜案内部33aに沿って保炎部材30の外周面と空気供給管20の内周面との間の案内通路Sに適切に導かれ、このように導かれた空気Aiがこの案内通路Sを通してより整流された状態で水素ガス供給管10の先端側に導かれ、保炎部材30を通過した空気Aiが徐々に広がりながら、前記の水素ガス供給管10の先端部における噴出口11から前方に広がりながら噴出された水素ガスGhと徐々に接触して、前記の水素ガスGhが広い範囲で燃焼されるようになる。但し、この保炎部材30Aにおいては、前記の保炎部材30のように案内部33の内周部に凹部32が設けられていないため、保炎部材30Aの材料コストが高くつくと共に、保炎部材30A自体の重量が重くなって取り扱いが困難になり、水素ガス供給管10の外周に取り付けたりする作業が困難になる。
Even when such a flame-retaining
また、保炎部材30Bとして、図4(A),(B)に示す参考形態においては、前記の保炎部材30Aと同様に、円板状になった前面板部31の外周縁から空気Aiの流れ方向上流側の厚み方向に延出された案内部33の内周部に凹部32を設けないようにし、さらに、案内部33における上流側の外周部に、下流側から上流側に向けて外周側の空気供給管20に向かうように傾斜した傾斜案内部33aを設けないようにし,一定した厚みになったものを用いるようにした。
Further, as the
そして、このような保炎部材30Bを用いた場合、案内部33における上流側の外周部に、下流側から上流側に向けて外周側の空気供給管20に向かうように傾斜した傾斜案内部33aを設けていないため、図4(A)に示すように、空気供給管20内を流れる空気Aiが、傾斜案内部33aに沿って案内通路Sに導かれずに、案内通路Sに導かれる空気Aiに負荷が加わって圧力損失が生じるようになる。そして、このように圧力損失が生じた状態で、空気Aiが案内通路Sを通して水素ガス供給管10の先端側に導かれ、水素ガス供給管10の先端側に導かれた空気Aiの広がりが、前記の保炎部材30や保炎部材30Aを用いた場合に比べて大きくなる。このため、案内通路Sを通して水素ガス供給管10の先端側に導かれた空気Aiが、水素ガス供給管10の先端部における噴出口11から前方に広がりながら噴出された水素ガスGhと接触して燃焼するタイミングが前記の保炎部材30や保炎部材30Aを用いた場合に比べて早くなる。すなわち、保炎部材30や保炎部材30Aを用いたときよりも、水素ガスGhを噴出させる噴出口11から近い位置で空気Aiと水素ガスGhが接触して燃焼が行われるようになる。
When such a
しかし、このような保炎部材30Bを用いた場合においても、保炎板における小孔を設けた従来のものに比べると、前記の水素ガスGhが広い範囲で燃焼されるようになり、水素ガスGhの燃焼速度が速くなるのが抑制されて、局所的に温度が上昇するのが抑制されると共に、最高火炎温度が高くなるのも抑制されて、NOxの発生が抑制されるようになる。
However, even when such a flame-retaining
なお、各保炎部材30、30A、30Bにおける案内部33の厚みLaは特に限定されないが、保炎部材30、30A、30Bにおける案内部33の厚みLaが小さくなると、保炎部材30、30A、30Bの案内部33を通過する空気Aiの整流性が悪くなり、保炎部材30、30A、30Bを通過した空気Aiが水素ガス供給管10の先端部における噴出口11から前方に広がりながら噴出された水素ガスGhと早い時期に接触して水素ガスGhが燃焼されるようになり、NOxが発生しやすくなる。一方、保炎部材30、30A、30Bにおける案内部33の厚みLaを大きくするほど、保炎部材30、30A、30Bの外周面と空気供給管20の内周面との間の案内通路Sを通して流れる空気Aiの整流性が高められるが、水素ガス供給管10の先端部に導かれる空気Aiの量が低下するおそれがある。このため、保炎部材30、30A、30Bにおける案内部33の厚みLaは、保炎部材30、30A、30Bの外周面と空気供給管20の内周面との間の案内通路Sの間隔Saや、空気供給管20内を流れる空気Aiの量に対応させて適宜決定することが好ましい。
The thickness La of the
1 :炉壁
10 :水素ガス供給管
11 :噴出口
20 :空気供給管
21 :燃焼管部
30 :保炎部材
30A :保炎部材
30B :保炎部材
31 :前面板部
32 :凹部
33 :案内部
33a :傾斜案内部
Ai :空気
D20 :空気供給管の内径
D30 :保炎部材の案内部の外径
Gh :水素ガス
La :保炎部材の案内部の厚み
S :案内通路
Sa :案内通路の間隔
θ :傾斜案内部における水平方向に対する傾斜角
1: Furnace wall 10: Hydrogen gas supply pipe 11: Spout 20: Air supply pipe 21: Combustion pipe part 30: Flame-retaining
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