説明

ガスバーナ

【課題】 燃焼室内の条件等に関係なく、縦長薄膜状の火炎を燃焼室の片側の伝熱面に沿って安定して形成できて安定した燃焼を行え、しかも、ボイラ等の規模に応じてバーナの燃焼量を容易に変更できるようにする。
【解決手段】 先端を開放した縦長の偏平な長方体形状に形成され、燃焼用空気Aの一部が二次燃焼用空気A2として流入する燃焼ケース2と、燃焼ケース2内に配設され、横断面形状が先細り状に形成されて先端部側にスリット状の噴出通路8を有し、燃焼用空気Aの一部が一次燃焼用空気A1として流入する縦長の噴射ノズル3と、噴射ノズル3に挿入され、ガス燃料Gを噴射ノズル3内に噴射するガスマニホールド4とから成り、噴射ノズル3の先端部片側面に、燃焼ケース2内へ流入した二次燃焼用空気A2の一部を前記噴出通路8内へ吸入する吸入穴3eを形成し、予混合気G′噴射時のガス燃料Gと燃焼用空気Aの混合割合を噴射ノズル3の横断面幅方向で非対称になるようにする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、主に小型の多管式貫流ボイラ等に使用されるものであり、特に、ガス燃料と燃焼用空気を混合させて成る予混合気を縦長薄膜状の形態で高速噴射して燃焼させ、縦長薄膜状の火炎を燃焼室の片側の伝熱面に沿って形成することによって、高負荷燃焼条件下において燃料を低空気比で燃焼させても、NOx及びCOの発生を大幅に抑制できるようにした縦長細幅のガスバーナの改良に係り、特に、ボイラ出口の煙道条件や燃焼室内の条件等に関係なく、縦長薄膜状の火炎を燃焼室の片側の伝熱面に沿って安定して形成することができると共に、安定した燃焼を行え、しかも、ボイラ等の規模に応じて燃焼量を容易に変更できるようにしたガスバーナに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、ガスや油を燃料とするボイラ等においては、大気汚染等の問題によりNOx、CO等の排出低減が求められて来た。
そのため、国内のCO全排出量の約1割を占める小型ボイラ等の小型燃焼機器においても、COの排出量を削減できて低NOx化及び低CO化を図れるようにした燃焼機器が求められている。
【0003】
一般的に、小型ボイラ(例えば、小型の多管式貫流ボイラ)等においては、小型化が益々進んで燃焼室が非常にコンパクトであり、炉負荷が1000kW/m〜10000kW/mの非常に高負荷な燃焼条件となっているので、熱効率向上のために低空気比燃焼を行ったとしても、バーナ近傍の火炎温度が上昇してNOxの発生量が増加すると共に、完全燃焼が行えずにCOの発生量も増加することになる。
そのため、小型ボイラ等においては、一般的に空気比を1.25〜1.4程度に設定して運転されている。
【0004】
この一般的な空気比における低NOx化技術としては、分割火炎による拡散燃焼方式や予混合燃焼方式等が挙げられる(例えば、特許文献1、特許文献2及び特許文献3参照)。
【0005】
ところで、空気比が1.25以上の高空気比燃焼では、予混合燃焼方式は拡散燃焼方式よりも火炎冷却効果が優れているためにNOxの発生量を抑制することができるが、空気比が1.25以下の低空気比燃焼では、予混合燃焼方式は拡散燃焼方式よりも燃焼速度が増加して火炎温度が上がるために低NOx化を達成できないという問題があった。
【0006】
そこで、本件発明者等は、予混合燃焼方式と拡散燃焼方式の問題点を解決するため、縦長細幅のバーナからガス燃料と燃焼用空気の予混合気を縦長薄膜状の形態で燃焼室内に高速で噴射し、縦長薄膜状の火炎が燃焼室の片側の伝熱面に沿って形成されるようにした低NOx燃焼装置及びバーナを開発し、これを特開2010−25443号公報(特許文献4参照)として公開している。
【0007】
即ち、前記低NOx燃焼装置は、図6に示す如く、複数の水管20a及びヒレ20bから成る水冷壁20構造の伝熱面で囲まれた横断面形状が長方形状の縦長の燃焼室21と、燃焼室21の一端部に燃焼室21の幅方向中央位置Lから偏芯させた位置に設けられ、ガス燃料Gと燃焼用空気Aの予混合気G′を燃焼室21内に高速で噴射して燃焼させる縦長細幅のバーナ22と、バーナ22を囲うようにして配設され、バーナ22へ燃焼用空気Aを供給する風箱23と、着火用のパイロットバーナ24とを具備しており、前記バーナ22から予混合気G′を縦長薄膜状の形態で且つ高速で噴射し、縦長薄膜状の火炎Fがバーナ22を偏芯させた側の燃焼室21の伝熱面に沿って形成されるようにしているため、燃焼室21の伝熱面に沿って形成された縦長薄膜状の火炎Fの上流側では、予混合気G′の高速噴射によるブローオフ寸前の緩慢燃焼になっていると共に、熱放散の良い縦長薄膜状の火炎Fになっているので、火炎F温度の上昇が抑えられてサーマルNOxの発生を抑制することができ、また、縦長薄膜状の火炎Fの下流側では、予混合気G′の高速噴射流により燃焼ガスと燃焼用空気Aの混合が促進されて燃焼を素早く完結できることになる。
【0008】
また、この低NOx燃焼装置は、縦長薄膜状の火炎Fが燃焼室21の片側の伝熱面に片寄ることにより、もう片側の伝熱面と火炎Fとの間の燃焼室21空間に燃焼ガスの再循環流G″が発生し、この燃焼ガスの再循環流G″がバーナ22の先端部近傍に戻って火炎Fに混合されるので、火炎F温度が抑制されてサーマルNOxの発生を抑制することができる。
【0009】
その結果、この低NOx燃焼装置においては、高負荷燃焼条件下において燃料を空気比が1.1〜1.2の低空気比で燃焼させても、NOx及びCOの発生を抑制できるという利点がある。
【0010】
一方、前記低NOx燃焼装置に使用するバーナ22は、図7(A)及び(B)に示す如く、先端を開放した縦長の偏平な長方体形状に形成され、燃焼用空気Aの一部が二次燃焼用空気A2として流入する二次空気穴25aを有する燃焼筒25と、先端が燃焼筒25の先端側開口内に位置する状態で燃焼筒25内に配設され、燃焼用空気Aの一部が基端部側から一次燃焼用空気A1として流入すると共に、先端部側に縦向きのスリット状の噴出通路を有する横断面形状が先細り状に形成された縦長の噴射ノズル26と、噴射ノズル26の基端部内に配設され、ガス燃料Gを噴射ノズル26内の一次燃焼用空気A1の流れに交差する状態で噴射する燃料噴出孔27aを有するガスマニホールド27とから成り、ガス燃料Gと燃焼用空気Aの予混合気G′を噴射ノズル26から縦長薄膜状の形態で且つ高速で噴射できる構成としているため、縦長薄膜状で表面積の広い火炎Fが形成されて輻射放熱性が良くなり、火炎Fの温度を抑えることができるうえ、燃焼排ガスの引き込み効果が大きくなってNOxの低減効果を向上させることができる。
【0011】
また、このバーナ22は、噴射ノズル26の先端部側の両側面に、燃焼筒25内へ流入した二次燃焼用空気A2の一部を前記噴出通路内へ吸入する吸入穴26aがそれぞれ形成されているため、噴射ノズル26から噴射される予混合気G′の拡がりが抑制されると共に、燃焼用空気Aがガス燃料Gと多段に混合されて燃焼初期の反応速度が抑えられ、低NOx化を図ることができる。
【0012】
ところで、前記バーナ22は、燃焼室21の幅方向中央位置Lから偏芯させた位置に配置され、縦長薄膜状の火炎Fがバーナ22を偏芯させた側の燃焼室21の伝熱面に沿って形成されるようにしている。
【0013】
しかし、前記バーナ22は、図7(A)に示す如く、長手方向の中心線を中心にして対称状に構成されているため、火炎Fがバーナ22から直進して噴射されることから、ボイラ出口の煙道条件や燃焼室21内の条件等によっては、縦長薄膜状の火炎Fが燃焼室21の伝熱面に沿わずに直進火炎Fを形成したり、或は伝熱面に沿う火炎Fを形成したりする等、火炎Fが燃焼室21の幅方向に振れる等の不安定な現象を生じる場合があり、安定した燃焼を行えないという問題があった。この場合には、NOx及びCOの発生を抑制できないことになる。
【0014】
また、バーナ22は、全体が縦長で細幅に形成されているが、特に、幅が狭くて縦に長い噴射ノズル26の噴射口を板金加工による溶接構造で製作した場合、精密に製作することが困難であり、噴射ノズル26の噴射口からガス燃料Gと燃焼用空気Aの予混合気G′を均等に噴出することができず、安定した燃焼を行えないという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0015】
【特許文献1】特開2003−302012号公報
【特許文献2】特開2007−120839号公報
【特許文献3】特開2007−309578号公報
【特許文献4】特開2010−25443号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、小型ボイラ等の高負荷燃焼条件下においてガス燃料を低空気比で燃焼させても、NOx及びCOの発生を大幅に抑制できることは勿論のこと、ボイラ出口の煙道条件や燃焼室内の条件等に関係なく、縦長薄膜状の火炎を燃焼室の片側の伝熱面に沿って安定して形成することができると共に、安定した燃焼を行え、しかも、ボイラ等の規模に応じてバーナの燃焼量を容易に変更できるようにしたガスバーナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0017】
上記目的を達成するために、本発明の請求項1の発明は、主として小型の貫流ボイラに用いられ、ガス燃料と燃焼用空気から成る予混合気を縦長薄膜状の形態で燃焼室内に噴射して燃焼させ、縦長薄膜状の火炎を形成するようにした縦長細幅のガスバーナにおいて、前記ガスバーナは、先端を開放した縦長の偏平な長方体形状に形成され、燃焼用空気の一部が二次燃焼用空気として流入する燃焼ケースと、先端が燃焼ケースの先端側開口内に位置する状態で燃焼ケース内に配設され、横断面形状が先細り状に形成されて先端部側に縦向きのスリット状の噴出通路を有すると共に、燃焼用空気の一部が基端部側から一次燃焼用空気として流入する縦長の噴射ノズルと、噴射ノズルの基端部内に挿入され、ガス燃料を噴射ノズル内の一次燃焼用空気に混合すべく噴射するガスマニホールドとから成り、前記噴射ノズルの先端部片側面に、燃焼ケース内へ流入した二次燃焼用空気の一部を前記噴出通路内へ吸入する吸入穴を形成し、当該噴射ノズルからの予混合気噴射時のガス燃料と燃焼用空気の混合割合を噴射ノズルの横断面幅方向で非対称になるようにしたことに特徴がある。
【0018】
本発明の請求項2の発明は、噴射ノズルが、ガス燃料と燃焼用空気から成る予混合気を噴射する先端の噴射口の高さと幅の比率を50:1以上で且つ縦長の長方形状となるようにすると共に、先端及び基端の両端が開放されて横断面形状が先細り状の縦長の偏平な箱状に形成された一個のブロック体若しくは縦方向に重ねた複数個のブロック体から成り、燃焼室の容量に応じてブロック体の数を変え、バーナ容量を変更可能な構成としたことに特徴がある。
【0019】
本発明の請求項3の発明は、ブロック体が、先端側が互いに近づく傾斜姿勢で対向状に配置された一対の傾斜板から成る横断面形状が先細り状に形成された縦長の入口部と、一対の傾斜板の先端に連設され、縦向きのスリット状の噴出通路を形成する一対の平行な平行板から成る縦長の噴出部と、入口部及び噴出部の上下両端に連設され、少なくとも噴出部の上方開口及び下方開口を閉鎖すると共に、連結板としての機能及び整流板としての機能を有する板状のフランジ部とから成ることに特徴がある。
【0020】
本発明の請求項4の発明は、噴射ノズルを構成するブロック体を精密鋳造により形成したことに特徴がある。
【発明の効果】
【0021】
本発明のガスバーナは、ガス燃料と燃焼用空気から成る予混合気を縦長薄膜状の形態で噴射する横断面形状が先細り状に形成された噴射ノズルの先端部片側面に、二次燃焼用空気の一部を噴射ノズル内へ吸入する吸入穴を形成し、当該噴射ノズルからの予混合気噴射時のガス燃料と燃焼用空気の混合割合を噴射ノズルの横断面幅方向で非対称になるようにし、噴射ノズルの横断面幅方向で異なる空燃比の流れを形成するようにしているため、予混合気を燃焼室の片側の伝熱面に安定した状態で噴射することができ、その結果、ボイラ出口の煙道条件や燃焼室内の条件等に関係なく、縦長薄膜状の火炎を燃焼室の片側の伝熱面に沿って安定して形成することができ、安定した燃焼を達成することができる。
【0022】
また、本発明のガスバーナは、噴射ノズルが先端及び基端の両端を開放した横断面形状が先細り状の縦長の偏平な箱状に形成された一個のブロック体若しくは縦方向に重ねた複数個のブロック体から成ると共に、前記ブロック体を精密鋳造により形成しているため、噴射ノズルの長手方向の噴射口の寸法精度が大幅に向上し、噴射ノズルの噴射口から予混合気を均等に噴出することができ、より一層安定した燃焼を行えることになる。
【0023】
更に、本発明のガスバーナは、縦長薄膜状の火炎を燃焼室の片側の伝熱面に沿って安定して形成することができるうえ、精密鋳造により形成したブロック体により噴射ノズルの寸法精度が大幅に向上しているため、ガスバーナの安定燃焼が可能な出力範囲を従来のガスバーナより広く取れる。即ち、本発明のガスバーナは、ターンダウン比を大きく取れることになる。
【0024】
そのうえ、本発明のガスバーナは、噴射ノズルが予混合気を噴射する噴射口を備えた一個のブロック体若しくは複数個のブロック体から成り、ブロック体の数を変更することによってガスバーナの燃焼量を変更することができ、様々なボイラの規模に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の実施の形態に係るガスバーナの概略横断面図である。
【図2】同じくガスバーナの一部切欠概略側面図である。
【図3】ガスバーナの噴射ノズルを構成するブロック体を示し、(A)は平面側から見たブロック体の斜視図、(B)は基端部側から見たブロック体の斜視図である。
【図4】複数個のブロック体を縦方向に重ねて構成した噴射ノズルを示し、噴射ノズルを斜め上方から見た斜視図である。
【図5】同じく複数個のブロック体を縦方向に重ねて構成した噴射ノズルを示し、噴射ノズルを基端部側からみた斜視図である。
【図6】従来のガスバーナを使用した低NOx燃焼装置の概略横断面図である。
【図7】従来のガスバーナを示し、(A)はガスバーナの概略横断面図、(B)はガスバーナの部分側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1及び図2は本発明の実施の形態に係るガスバーナ1を示し、当該ガスバーナ1は、縦長細幅に形成されており、横断面形状が長方形状で且つ縦長の燃焼室を有する小型の蒸気ボイラ(多管式貫流ボイラ)に使用されている。
【0027】
即ち、前記ガスバーナ1は、横断面形状が長方形状で且つ縦長の燃焼室(図示省略)の一端部(上流側端部)に、燃焼室の幅方向中央位置から偏芯させた位置に配設されており、ガス燃料Gと燃焼用空気Aから成る予混合気G′を縦長薄膜状に高速で噴射させ、縦長薄膜状の火炎Fが偏芯させた側の燃焼室内の伝熱面に沿って形成されるようにしている。
【0028】
前記現象は、コアンダ効果(流体が物体の表面を流れるとき、物体の表面外形へ貼り付くように沿って流れる現象)と呼ばれ、薄膜状の予混合気G′の噴流幅と燃焼室の幅の比及び予混合気G′の噴出速度に左右される。
そのため、ガスバーナ1は、予混合気G′を縦横比が50:1以上(より好ましくは、70:1)になる縦長薄膜状の形態で且つ50m/sec以上(より好ましくは、70〜100m/sec)の高速で噴射させる構成となっている。
また、ガスバーナ1は、燃焼室の幅と高速で噴射する縦長薄膜状の予混合気G′の幅との比が25:1以上(より好ましくは、30:1)になるように構成されている。
【0029】
尚、燃焼室は、図示していないが、複数の水管及びヒレから成る一対の水冷壁又は一対の水冷ジャケット(何れも図示省略)を対向状に配設することにより形成されており、燃焼室の一端部(上流側端部に)には、ガスバーナ1が配設され、また、燃焼室の他端部(下流側端部)には、煙道に連通する燃焼ガスの出口が形成されている。
更に、燃焼室の上面側及び下面側は、水冷壁の各水管に連通状に接続されて耐火物を内張りした矩形箱状の上部ヘッダー及び下部ヘッダー(何れも図示省略)によりそれぞれ閉塞されている。
【0030】
前記ガスバーナ1は、図1及び図2に示す如く、先端を開放した縦長の偏平な長方体形状に形成され、燃焼用空気Aの一部が二次燃焼用空気A2として流入する燃焼ケース2と、先端が燃焼ケース2の先端側開口内に位置する状態で燃焼ケース2内に配設され、横断面形状が先細り状に形成されて先端部側に縦向きのスリット状の噴出通路8を有すると共に、燃焼用空気Aの一部が基端部側から一次燃焼用空気A1として流入する一個のブロック体3′若しくは複数個のブロック体3′から成る縦長の噴射ノズル3と、噴射ノズル3の基端部内に挿入れ、ガス燃料Gを噴射ノズル3内の一次燃焼用空気A1に混合すべく噴射するガスマニホールド4とから成り、前記噴射ノズル3の先端部片側面に、燃焼ケース2内へ流入した二次燃焼用空気A2の一部を前記噴出通路8内へ吸入する吸入穴3eを形成し、当該噴射ノズル3からの予混合気G′噴射時のガス燃料Gと燃焼用空気Aの混合割合を噴射ノズル3の横断面幅方向で非対称になるようにしたものである。
【0031】
尚、ガスバーナ1は、図1に示す如く、その先端部以外が風箱5により覆われており、風箱5に接続された燃焼用空気供給ダクト6からの燃焼用空気Aがガスバーナ1へ供給されるようになっている。
また、ガスバーナ1の近傍位置には、ガスバーナ1から噴出された予混合気G′に着火させるパイロットバーナ(図示省略)がそのパイロット炎をガスバーナ1の先端に臨むように設けられている。このパイロットバーナは、予混合気G′の着火後に停止されるものである。
【0032】
前記燃焼ケース2は、先端(図1の左端)を縦長の長方形状に開放した横断面形状が長方形の縦長の偏平な長方体形状に形成されており、その両側面には、送風機(図示省略)から燃焼用空気供給ダクト6を経て風箱5内に供給された燃焼用空気Aの一部を二次燃焼用空気A2として燃焼ケース2内に供給する二次空気穴2aが縦方向に一定の間隔で形成されている。
また、燃焼ケース2は、縦方向に複数のケース部材2′に分割されており、各ケース部材2′を縦方向に連なる状態で縦長の噴射ノズル3の両側面に取り付けることによって、先端を開放した縦長の偏平な長方体形状に形成されている。
これら各ケース部材2′の大きさ(図2に示すケース部材2′の上下方向の高さ及び左右方向の長さ)は、後述する噴射ノズル3を構成するブロック体3′の両側面をほぼ覆う大きさに形成されている。
更に、各ケース部材2′は、精密鋳造(例えば、ロストワックス法等)により形成されている。
【0033】
尚、上記の例に於いては、燃焼ケース2を構成するケース部材2′を、精密鋳造(例えば、ロストワックス法等)により形成したが、ケース部材2′を板金加工により形成しても良い。
また、燃焼ケース2を複数のケース部材2′から構成したが、燃焼ケース2を縦方向に分割せず、一体的に形成しても良い。
【0034】
前記噴射ノズル3は、図1〜図5に示す如く、ガス燃料Gと燃焼用空気Aから成る予混合気G′を噴射する先端の噴射口7の高さと幅の比率を50:1以上で且つ縦長の長方形状となるようにする共に、先端及び基端の両端が開放されて横断面形状が先細り状の縦長の偏平な箱状に形成された一個のブロック体3′若しくは縦方向に重ねた複数個のブロック体3′から成り、燃焼室の容量に応じてブロック体3′の数を変え、バーナ容量を変更可能な構成となっている。
尚、各ブロック体3′の噴射口7の高さと幅の比率は、この例では70:1となっている。
【0035】
具体的には、各ブロック体3′は、図1及び図3に示す如く、先端側が互いに近づく傾斜姿勢で対向状に配置された一対の傾斜板から成る横断面形状が先細り状に形成された縦長の入口部3aと、一対の傾斜板の先端に連設され、縦向きのスリット状の噴出通路8を形成する一対の平行な平行板から成る縦長の噴出部3bと、入口部3a及び噴出部3bの上下両端に連設され、入口部3aの上下開口の一部分と噴出部3bの上下開口のすべてを閉鎖すると共に、連結板としての機能及び整流板としての機能を有する板状のフランジ部3cと、各ブロック体3′の縦方向の中間部位置の内方に入口部3a及び噴出部3bと一体的に形成され、フランジ部3cと平行な整流板部3dとから成り、全て同じ形状及び同じ大きさに形成されている。
また、各ブロック体3′の噴出部3bの先端部片側面(全て同じ方向の片側面)には、二次空気穴2aから燃焼ケース2内へ流入した二次燃焼用空気A2の一部を噴出部3bのスリット状の噴出通路8内へ吸入するための円形若しくは楕円形の吸入穴3eが縦方向に一定間隔ごとに形成されている。これらの吸入穴3eは、ガスバーナ1を燃焼室の幅方向中央位置から偏芯させた側と反対方向になるように各ブロック体3′の噴出部3bの先端部片側面にそれぞれ形成されている。
更に、各ブロック体3′は、上下のフランジ部3cにボルトやリベット等の連結具(図示省略)が挿通される連結用挿通孔3fが複数個形成されており、縦方向に重ねたブロック体3′のフランジ部3c同士をボルトやリベット等の連結具で連結できるようになっている。
【0036】
そして、噴射ノズル3は、一個のブロック体3′若しくは縦方向に重ねた複数個のブロック体3′から成り、図1に示す如く、ブロック体3′の先端が燃焼ケース2の先端側開口内に位置し、且つブロック体3′の基端に形成した係止片3gが燃焼ケース2の後端に当接する状態で燃焼ケース2の幅方向中心位置に配設されている。
このとき、噴射ノズル3の噴出部3bの先端と燃焼ケース2の先端との間には、二次空気穴2aから燃焼ケース2内に供給された二次燃焼用空気A2の一部を前方へ噴出するスリット状の間隙9が形成される。
【0037】
尚、複数個のブロック体3′を縦方向に重ねた噴射ノズル3の場合、各ブロック体3′の上下端に一体的に形成したフランジ部3cは、燃焼ケース2と噴射ノズル3との間に形成された二次燃焼空気の流通路10内に位置する格好になり、整流板としての機能を果たすことになる。
【0038】
前記ガスマニホールド4は、図1及び図2に示す如く、先端部を尖らせた偏平な縦長のボックス状に形成されており、先端部が噴射ノズル3の入口部3a内に挿入され、また、後端部にガス燃料Gの供給源(図示省略)と接続されたガス燃料供給管11が接続されている。
このガスマニホールド4の先端部の両側面には、噴射ノズル3の入口部3a内面とガスマニホールド4の先端部外面との間に形成される一次燃焼用空気A1の流入路12に交差する向きの料ガス燃料噴出孔4aが形成されている。
また、ガスマニホールド4は、その先端部外面と噴射ノズル3の入口部3a内面との間隙をガス燃料噴出孔4aからの燃料の噴出で一次燃焼用空気A1の吸引を効果的に行える距離をとって配置されている。
【0039】
而して、前記ガスバーナ1によれば、送風機(図示省略)から空気供給ダクトを経て風箱5内に供給された燃焼用空気Aの一部が一次燃焼用空気A1として噴射ノズル3の入口部3a内に流入し、ガス燃料供給管11からガスマニホールド4に供給されたガス燃料Gがガスマニホールド4のガス燃料噴出孔4aから噴射ノズル3の入口部3a内を流動している一次燃焼用空気A1内へ交差する状態で噴射されてガス燃料Gと一次燃焼用空気A1が混合され、この予混合気G′が噴射ノズル3の噴出部3b先端の噴出口7から縦長薄膜状の形態で噴出されてパイロットバーナにより着火されて燃焼し、縦長細幅の火炎Fを形成する。
【0040】
また、このガスバーナ1によれば、風箱5内に供給された燃焼用空気Aの一部が燃焼ケース2の二次空気穴2aから燃焼ケース2内に二次燃焼用空気A2として流入し、燃焼ケース2と噴射ノズル3との間に形成された二次燃焼用空気A2の流通路10内を燃焼ケース2の先端開口へ向って流れて行き、その途中において一部の二次燃焼用空気A2が噴射ノズル3の先端部片側面に形成した吸入穴3eから噴射ノズル3内に吸入されて予混合気G′と混合され、残りの二次燃焼用空気A2が噴射ノズル3の噴出部3b先端と燃焼ケース2の先端との間に形成されたスリット状の間隙9から燃焼室内に噴射される。
【0041】
前記ガスバーナ1は、燃焼用空気Aを分割してガス燃料Gと多段混合させているため、燃焼初期の反応速度が抑えられて低NOx化を図ることができる。
【0042】
また、このガスバーナ1は、噴射ノズル3の先端部片側面に、燃焼ケース2内へ流入した二次燃焼用空気A2の一部を噴射ノズル3内へ吸入する吸入穴3eを形成しているため、噴射ノズル3からの予混合気G′噴射時のガス燃料Gと燃焼用空気Aの混合割合が噴射ノズル3の横断面幅方向で非対称になり、噴射ノズル3の幅方向で異なる空燃比の流れを形成することになる。
その結果、このガスバーナ1は、予混合気G′を燃焼室の片側の伝熱面に安定した状態で噴射することができ、ボイラ出口の煙道条件や燃焼室内の条件等に関係なく、縦長薄膜状の火炎Fを燃焼室の片側の伝熱面に沿って安定して形成することができ、安定した燃焼を行えることになる。
【0043】
更に、このガスバーナ1は、燃焼ケース2内の二次燃焼用空気A2が噴射ノズル3の噴出部3b先端と燃焼ケース2の先端との間に形成されたスリット状の間隙9から噴射されるため、火炎Fの拡散が抑制されることになる。
【0044】
そのうえ、このガスバーナ1は、噴射ノズル3が先端及び基端の両端を開放した横断面形状が先細り状の縦長の偏平な箱状に形成された一個のブロック体3′若しくは縦方向に重ねた複数個のブロック体3′から成ると共に、ブロック体3′を精密鋳造により形成しているため、噴射ノズル3の長手方向の噴射口7の寸法精度が大幅に向上し、噴射ノズル3の噴射口7から予混合気G′を均等に噴出することができ、より一層安定した燃焼を行えると共に、ブロック体3′の数を変更することによってバーナの燃焼量を変更することができ、様々なボイラの規模に対応することができる。
【0045】
加えて、このガスバーナ1は、縦長薄膜状の火炎Fを燃焼室の片側の伝熱面に沿って安定して形成することができるうえ、精密鋳造により形成したブロック体3′により噴射ノズル3の寸法精度が大幅に向上しているため、ガスバーナ1の安定燃焼が可能な出力範囲を従来のバーナ(図7に示すバーナ22)より広く取れる。即ち、本発明のガスバーナ1は、ターンダウン比を大きく取れることになる。
【0046】
次に、上述したガスバーナ1を使用した多管式貫流ボイラの作用について説明する。
この多管式貫流ボイラは、ガス燃料Gをガスバーナ1へ供給し、また、空気比が1.1〜1.2となるように流量制御される燃焼用空気Aをガスバーナ1へ供給して前記ガス燃料Gと混合させて燃焼させるようになっている。
【0047】
前記多管式貫流ボイラによれば、ガスバーナ1から噴出されたガス燃料Gと燃焼用空気Aの予混合気G′は、縦長薄膜状に高速で燃焼室内に噴射され、パイロットバーナにより着火されて燃焼する。
【0048】
このとき、ガスバーナ1が、燃焼室の一端部に燃焼室の幅方向中央位置から偏芯させた位置に設けられ、予混合気G′を縦横比が50:1以上になる縦長薄膜状の形態で且つ50m/sec以上の高速で噴射させていると共に、燃焼室の幅と高速で噴射する縦長薄膜状の予混合気G′の幅との比が25:1以上になるようにしているため、燃焼室内に形成された縦長薄膜状の火炎Fがコアンダ効果により偏芯させた側の燃焼室内の伝熱面に沿うように形成される。
【0049】
また、ガスバーナ1が、噴射ノズル3の先端部片側面に形成した吸入穴3eによって、噴射ノズル3からの予混合気G′噴射時のガス燃料Gと燃焼用空気Aの混合割合を噴射ノズル3の横断面幅方向で非対称になるようにできるので、噴射ノズル3の横断面幅方向で異なる空燃比の流れを形成することが可能となり、予混合気G′を燃焼室の片側の伝熱面に安定した状態で噴射することができ、その結果、ボイラ出口の煙道条件や燃焼室内の条件等に関係なく、縦長薄膜状の火炎Fを燃焼室の片側の伝熱面に沿ってより一層安定した状態で形成することができる。
【0050】
そして、燃焼室内の伝熱面に沿って形成される火炎Fにおいては、噴射ノズル3近傍では、予混合気G′が火炎伝播速度を超える高速度で噴射されるために主流(縦長薄膜状に噴出された予混合気G′の幅方向中心部の流れ)では炎が形成されず、流速の遅い側流(縦長薄膜状に噴出された予混合気G′の両側面の流れ)から緩慢に火炎Fが伝播して行く、いわばブローオフ(吹き消え)寸前の燃焼である。
【0051】
また、火炎Fは、縦長薄膜状で表面積の広い火炎Fであるために輻射放熱性が良く、然も、火炎Fが燃焼室の伝熱面に沿うことから接触放熱性も良く、これらによっても火炎Fの温度を抑えることができる。
【0052】
更に、火炎Fが燃焼室の片方の伝熱面に片寄ることにより、もう片方の伝熱面と火炎Fとの間の燃焼室空間には燃焼ガスの再循環流が発生する。この燃焼ガスの再循環流がガスバーナ1の先端部近傍に戻って主流と合流して燃焼を緩慢にする効果がある。
【0053】
このように、多管式貫流ボイラにおいては、火炎Fの上流側では、高速噴射流であるが故に緩慢な燃焼が起こり、また、火炎Fの下流側では、高速噴射流であるが故に乱流度が高くなって燃焼ガスの混合促進が良くなり、COからCOへの変化を素早く完結できる効果がある。
従って、この多管式貫流ボイラでは、ガス燃料Gを空気比が1.1〜1.2の低空気比で燃やしても、火炎Fの上流側では、通常の予混合燃焼方式よりも燃焼速度を抑えることができるため、火炎Fの温度上昇が緩和されてサーマルNOxの発生を抑えることができ、また、火炎Fの下流側では、燃焼を素早く完結できるためにCOの残留を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【0054】
本発明は、ガスバーナ1を多管式貫流ボイラに使用するようにしたが、他の形式の蒸気ボイラや温水ボイラ、加熱炉、燃焼装置等に使用することができる。
【符号の説明】
【0055】
1はガスバーナ、2は燃焼ケース、3は噴射ノズル、3′はブロック体、3aは入口部、3bは噴出部、3cはフランジ部、3eは吸入穴、4はガスマニホールド、7は噴射口、8は噴出通路、Aは燃焼用空気、A1は一次燃焼用空気、A2は二次燃焼用空気、Fは火炎、Gはガス燃料、G′は予混合気。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
主として小型の貫流ボイラに用いられ、ガス燃料と燃焼用空気から成る予混合気を縦長薄膜状の形態で燃焼室内に噴射して燃焼させ、縦長薄膜状の火炎を形成するようにした縦長細幅のガスバーナにおいて、前記ガスバーナは、先端を開放した縦長の偏平な長方体形状に形成され、燃焼用空気の一部が二次燃焼用空気として流入する燃焼ケースと、先端が燃焼ケースの先端側開口内に位置する状態で燃焼ケース内に配設され、横断面形状が先細り状に形成されて先端部側に縦向きのスリット状の噴出通路を有すると共に、燃焼用空気の一部が基端部側から一次燃焼用空気として流入する縦長の噴射ノズルと、噴射ノズルの基端部内に挿入され、ガス燃料を噴射ノズル内の一次燃焼用空気に混合すべく噴射するガスマニホールドとから成り、前記噴射ノズルの先端部片側面に、燃焼ケース内へ流入した二次燃焼用空気の一部を前記噴出通路内へ吸入する吸入穴を形成し、当該噴射ノズルからの予混合気噴射時のガス燃料と燃焼用空気の混合割合を噴射ノズルの横断面幅方向で非対称になるようにしたことを特徴とするガスバーナ。
【請求項2】
噴射ノズルは、ガス燃料と燃焼用空気から成る予混合気を噴射する先端の噴射口の高さと幅の比率を50:1以上で且つ縦長の長方形状となるようにすると共に、先端及び基端の両端が開放されて横断面形状が先細り状の縦長の偏平な箱状に形成された一個のブロック体若しくは縦方向に重ねた複数個のブロック体から成り、燃焼室の容量に応じてブロック体の数を変え、バーナ容量を変更可能な構成としたことを特徴とする請求項1に記載のガスバーナ。
【請求項3】
ブロック体は、先端側が互いに近づく傾斜姿勢で対向状に配置された一対の傾斜板から成る横断面形状が先細り状に形成された縦長の入口部と、一対の傾斜板の先端に連設され、縦向きのスリット状の噴出通路を形成する一対の平行な平行板から成る縦長の噴出部と、入口部及び噴出部の上下両端に連設され、少なくとも噴出部の上方開口及び下方開口を閉鎖すると共に、連結板としての機能及び整流板としての機能を有する板状のフランジ部とから成ることを特徴とする請求項2に記載のガスバーナ。
【請求項4】
噴射ノズルを構成するブロック体を精密鋳造により形成したことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のガスバーナ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2013−40728(P2013−40728A)
【公開日】平成25年2月28日(2013.2.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−178730(P2011−178730)
【出願日】平成23年8月18日(2011.8.18)
【出願人】(505229472)株式会社日本サーモエナー (24)
【Fターム(参考)】