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WO1992000490A1 - Burner - Google Patents

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Info

Publication number
WO1992000490A1
WO1992000490A1 PCT/JP1990/000855 JP9000855W WO9200490A1 WO 1992000490 A1 WO1992000490 A1 WO 1992000490A1 JP 9000855 W JP9000855 W JP 9000855W WO 9200490 A1 WO9200490 A1 WO 9200490A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pilot
primary combustion
combustion gas
pipe
outer cylinder
Prior art date
Application number
PCT/JP1990/000855
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Saburo Maruko
Original Assignee
Nippon Chemical Plant Consultant Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Chemical Plant Consultant Co., Ltd. filed Critical Nippon Chemical Plant Consultant Co., Ltd.
Priority to PCT/JP1990/000855 priority Critical patent/WO1992000490A1/ja
Publication of WO1992000490A1 publication Critical patent/WO1992000490A1/ja

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection

Definitions

  • the present invention relates to a combustor used as a heating device such as a heating furnace or a once-through boiler, and particularly to a harmful substance ( ⁇ ) associated with combustion while enhancing heating efficiency.
  • a harmful substance
  • the present invention relates to a combustor in which heat generated by the secondary combustion performed by the secondary combustion is used as sensible heat.
  • this type of combustor uses radiant heat from a flame obtained in a single combustion and sensible heat from a high-temperature combustion gas.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to reduce the primary and secondary oxygen in the air supplied for combustion. By using the two-stage combustion, it can be almost completely used.In the primary combustion, heat is dissipated, and in the secondary combustion, the sensible heat of the combustion gas is used to increase the heating efficiency.
  • An object of the present invention is to provide a combustor in which the generation of harmful substances NO X is minimized.
  • a mixing method in which fuel is mixed with air so as to have a concentration corresponding to a required combustion gas temperature.
  • An inner pipe made of ceramic having a primary combustion means for primary combustion of gas, and an outflow passage of the primary combustion gas by the primary combustion, and the inner pipe is formed.
  • An outer pipe coaxially disposed with a predetermined space between the inner pipe and the inner pipe so as to heat the outer pipe from the outside, and the primary combustion gas is subjected to secondary combustion.
  • a secondary combustion means provided in the vicinity of a primary combustion gas outlet of the outer tube, and an outer cylinder made of a heat insulating material surrounding the outer tube coaxially with a predetermined space.
  • a heat receiving surface provided along the inner wall of the outer tube, and heat generated by the primary combustion is transferred to the outer tube by the outer tube.
  • the heat is radiated from the outer surface toward the heat receiving surface, while the heat from the secondary combustion is applied to the heat receiving surface as sensible heat of the secondary combustion gas.
  • An improved combustor is provided.
  • the fuel according to the first aspect is provided.
  • a burner wherein the primary combustion means is coaxially inserted into one side (upstream side) of the inner pipe so as to introduce a mixed gas of main fuel and air into the inner pipe.
  • a pilot burner device provided on the upstream side of the mixed gas conduit, and the secondary combustion means includes the primary combustion device.
  • a secondary mixer for mixing the combustion gas and the secondary fuel; and a downstream side of the secondary mixer, and between the front pipe and the heat receiving surface.
  • a honeycomb member provided substantially upstream of the outlet for discharging the secondary combustion gas into the space so as to be substantially orthogonal to the flow of the secondary combustion gas.
  • a combustor including is provided.
  • the combustor according to the first aspect wherein the primary combustion ignited by the pilot burner device.
  • the primary combustion ignited by the pilot burner device.
  • a combustor further including another honeycomb member provided in a diametric direction.
  • An outer cylinder for a pilot burner provided at the base end of the inner cylinder for the pilot partner via an insulating material, and provided at the center of the base end of the outer cylinder.
  • a pilot inserted so as to reach the center of the inside of the inner tube for the pilot burner from one outer side of the outer tube for the pilot burner.
  • the pilot heater is provided on the other outer side surface of the outer tube so as to communicate with the ignition heater and the space of the outer tube for the pilot burner.
  • a sintering apparatus including a secondary air introduction pipe is provided.
  • the primary combustion gas having a large unburned oxygen remaining amount is used only for radiant heat transfer, and the primary combustion gas is reburned and unburned. because it was because Shi not reduce the amount of oxygen secondary combustion gas is Ru are used in convective heat transfer to the radiation of al beauty. ing in the same manner as the theoretical combustion temperature 1 9 0 0 e C about combustion row Tsu Na . However, the amount of residual oxygen in the discharged combustion gas is also reduced, and the generation of harmful substance Nox can be reduced to 10 ⁇ .p.m. Become .
  • the use of the combustor according to the present invention in almost all conventional heating furnaces utilizing conventional burners reduces the generation of NOX. It is possible to keep it below 110.
  • FIG. 1 is an overall schematic longitudinal sectional view showing a specific example of the present invention
  • FIGS. 2, 3 and 4 are lines ⁇ - ⁇ and m-in in FIG. 1, respectively. Then, it is a cross-sectional view along the line IV-I.
  • the specific example shown is a combustor used for a once-through boiler.
  • reference numeral 1 indicates the outer cylinder of a combustor made of a heat-insulating member, which was made of aluminum or virgin fiber as a heat-insulating member.
  • the member is suitably used. The same is true not only for the outer cylinder, but also for the heat insulating member used in other parts of the combustor.
  • an inner pipe 2 for performing primary combustion is provided upright at a substantially central position inside the outer cylinder 1, and a lower end of the inner pipe 2 is provided with an insulating member. It is fixed to the inner surface of the bottom of the outer cylinder 1 via An opening 1a is formed in the upper central part of the outer cylinder 1, and a gas mixture for primary combustion is introduced into the inner pipe 2 through the opening 1a.
  • the mixed gas conduit 3 is provided through a lid 4 made of a heat insulating material.
  • the lower part of the mixed gas conduit 3 is supported by the upper end of the inner pipe 2 via a heat insulating member 2a, and the lower end opening is located above and substantially in the center of the inner space of the inner pipe 2 serving as the primary combustion chamber.
  • a mixed gas intake pipe 3a communicating with a main mixer 5 for mixing main fuel and air for primary combustion.
  • the opening at the tip is connected.
  • the main fuel is mixed with air so as to have a concentration corresponding to the required temperature of the combustion gas, and the mixed gas is supplied to the inner pipe 2 as a mixed gas. It is introduced into the primary combustion chamber.
  • Reference numerals 5a and 5b are conduits for introducing main fuel and air to the main mixer 5, respectively.
  • a flange portion 3b is provided at the upper end of the mixed gas conduit 3, and a double structure is formed through the flange portion 3b so as to have a space portion 6a.
  • the formed outer cylinder for pilot burner 6 is fixed to the mixed gas conduit 3.
  • An inner cylinder 7 for a pilot burner is provided at a central portion on the inner side of the outer cylinder 6 through a heat insulating member, and is formed at an upper end of the inner cylinder 7.
  • the opening 7a communicates with the space 6a of the outer cylinder 6 for the pilot burner, and there is air and pilot fuel for the pilot burner.
  • the tip of a nozzle 8 for ejecting the mixed gas into the inner cylinder 7 is placed.
  • the nozzle The base end of 8 penetrates through the center top of the outer cylinder 6 for the pilot burner and protrudes outward to produce a gas mixture for the pilot burner. It is connected to the mixer 9 for one-to-one connection.
  • the mixer 9 is connected with a pilot fuel inlet pipe 10 and a primary air inlet pipe 11 for a pilot burner.
  • the inner tube 7 for the pilot burner extends almost coaxially along the axial direction of the mixed gas conduit 3, and its lower end opening is downstream from the mixed gas intake pipe 3a. It is located on the side.
  • the double-structured side wall of the outer cylinder penetrates in a substantially orthogonal direction, and the tip thereof is the pipe mouth inner cylinder 7 for the burner.
  • a pilot burner ignition heater 12 extending to the axis of the burner.
  • the tip of the ignition heater 12 is located immediately below the jet nozzle 8 for jetting the gas mixture for the pilot burner.
  • the ignition heater 12 shown in Fig. 1 is of the hot surface ignition type. You can also use the talk-type.
  • the other side of the outer cylinder 6 for the pilot burner is connected to the space 6a of the outer cylinder 6 so as to communicate with the pilot burner.
  • the air introduction pipes 13 are connected.
  • the secondary air for the pilot burner is introduced into the inner cylinder 7 through the space 6 a of the outer cylinder 6 and the upper opening 7 a of the inner cylinder 7.
  • the temperature of the pilot combustion gas which tends to be high, is cooled to about 130 to 140 ° C.
  • FIG. 1 further includes the components described below.
  • the outer circumference of the inner pipe 2 in the radial direction is such that an outer pipe 14 having a diameter smaller than that of the inner pipe 2 extends coaxially along the outer peripheral surface of the inner pipe 2. It is provided.
  • a donut-ring-like space (primary combustion gas outflow passage) 15 is formed between the inner pipe 2 and the outer pipe 3 in a cross section, and the space 15 Is connected to the inside of the inner pipe 2 through a plurality of openings (primary combustion gas outlets) 2b formed in the lower part of the inner pipe 2.
  • the upper part of the outer tube 2 is open, and a cylindrical outer tube support 16 having an inverted truncated cone shape made of a heat insulating member is provided on the outer peripheral portion thereof through the inner peripheral surface at the lower end thereof. It is fixed almost coaxially with the outer tube 2. The upper end of the outer tube support 16 is supported by the upper opening 1a of the combustor.
  • the upper surface of the heat insulating member 2a provided so as to close the upper end opening of the inner pipe 2 except for the introduced mixed gas conduit 3 has an outer surface of the inner pipe 2.
  • a ring-shaped secondary fuel jet nozzle 17 having an outer diameter substantially the same as the diameter is provided so as to surround the mixed gas conduit 3. Secondary fuel is ejected in the radial direction from port 17 toward the outlet of primary combustion gas outlet passage 15. Thus, at the outlet of the next combustion gas outlet passage 15, the primary combustion gas and the secondary combustion gas, which are created in the inner pipe 2 and contain unburned oxygen, And the ingredients are mixed.
  • Nozzle unit 17 has a secondary fuel conduit 18 for introducing secondary fuel from the outside, and a cooling water inlet pipe 19 for cooling the nozzle unit 17. It is connected to the cooling water discharge pipe 20 by force.
  • the reason for cooling the nozzle unit 17 is that if the nozzle unit 17 is not maintained at about 500 ° C. or less, the introduced secondary fuel is kept inside the nozzle. This is the force that causes coking to close the nozzle hole and prevent secondary fuel from being ejected.
  • a truncated cone-shaped covering 21 whose diameter is reduced upward is formed coaxially with the support 16 of the outer tube 2 on the upper part of the nozzle lug 17.
  • a ring-shaped space 22 extending upward is formed between the inner peripheral surface of the support 16 and the outer peripheral surface of the cover 21. Since the flow rate of the primary combustion gas containing the secondary fuel gradually decreases after flowing into this ring-shaped space, the secondary fuel is sufficiently mixed with the primary combustion gas during this time. Then, the secondary combustion by the gas phase combustion is caused.
  • the side wall of the outer tube support 16 extends along the circumferential direction of the outer tube support 16 so that the secondary combustion gas from the secondary combustion is guided to the inner chamber of the combustor surrounded by the outer cylinder 1.
  • a plurality of openings (secondary combustion gas outlets) 23 are formed at equal intervals from each other.
  • a heat receiving surface 24 composed of a plurality of metal tubes or a single ring-shaped cylinder continuous in the circumferential direction along the side wall of the outer cylinder 1. It has been done. (In the specific example shown in the figure, In some cases, the heat receiving surfaces are coaxially arranged in two rows in parallel.
  • a heated fluid (eg, water) inlet 25 provided at the lower end of one side of the outer cylinder 1 and the inner bottom surface of the outer cylinder 1 are disposed. The fluid to be heated is allowed to flow through the communication pipe 26.
  • the fluid heated through the heat receiving surface is supplied to the communication pipe 27 arranged above the inside of the outer cylinder 1 (combustor inner chamber) and the heating fluid provided at the upper end on one side of the outer cylinder 1. From the outlet, it is sent to an external predetermined heat utilization device.
  • Reference numeral 29 indicates an exhaust pipe for secondary combustion gas.
  • the residence time of each of the primary combustion gas and the secondary combustion gas in the primary combustion and the secondary combustion described above is 0.03 seconds or less, the combustion reaction takes place.
  • the honeycomb 30 in the primary combustion chamber inside the inner pipe 2 is located at the lower end of the inner pipe 2 and is located near the upstream side of the primary combustion gas outlet 2b. It is installed via a heat insulating member in the radial direction of the device.
  • the honeycomb 31 is located downstream of the secondary fuel jet nozzle unit 17, and is formed only on the support 16 of the outer tube 14.
  • the honeycombs 30 and 31 and the inner and outer pipes 214 are formed of a sintering reaction type silicon carbide material.
  • the inner pipe 2, outer pipe 14 and / or both pipes 30 and 31 are preheated by the pilot burner device. . This preheating operation is completed when the primary combustion in the inner pipe 2 is started.
  • the mixed gas flowing from the mixed gas conduit 3 comes into contact with the hot wall surface—starts the next combustion, and the honeycomb 30 If installed, combustion is further enhanced here by about 140,000.
  • the primary combustion gas of C it flows into the primary combustion outflow passage 15 from the primary combustion gas outlet 2b.
  • the primary combustion gas mixed with the secondary fuel by the nozzle lut 17 is a ring-shaped gas formed inside the outer pipe support 16.
  • the flow velocity is reduced in the secondary combustion chamber in the space 22, and secondary combustion by gas phase combustion occurs because of containing unburned oxygen.
  • the secondary combustion gas is completely burned in the honeycomb and is about 400 mm.
  • the secondary combustion gas of C flows into the combustor inner chamber from the secondary combustion gas outlet 23 formed in the outer pipe support 16, and the heat receiving surface 24 is exposed by the secondary combustion gas. Heated by heat.
  • the secondary combustion gas that has finished heating the heat receiving surface 24 is discharged out of the combustor through the gas discharge port 29.

Landscapes

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Description

明 細 書
燃焼器
発明 の技術分野
こ の発明 は、 加熱炉、 貫流ボイ ラ ー等の加熱装置 と し て用 い ら れ る 燃焼器 に関 し 、 特に加熱効率を高め る と 共 に燃焼に 伴な う 有害物質 ( Ν ο χ ) の発生を抑え る た め に 、 一次燃焼に よ る 熱を放熱 さ せな が ら 一次燃焼ガ ス温 度を下げた後、 該一次燃焼ガ ス 中 に二次燃料を混合 さ せ る こ と に よ っ てな さ れ る 二次燃焼に よ る 熱を顕熱 と し て さ ら に利用す る よ う に し た燃焼器に関す る 。
発明 の背景技術
従来、 こ の種の燃焼器は、 一度の燃焼で得 ら れた 火炎 か ら の放射熱 と 、 高温の燃焼ガス に よ る 顕熱を利用 す る も の で あ っ た 。
上記従来の燃焼器 に あ っ て は、 燃焼用 と し て燃焼器内 に供給 さ れた空気中の酸素を ほぼ完全に利用 し ょ う と す る と 、 燃焼温度が高 く な り 、 そ の結果、 有害物質であ る N o X が多量に発生 し 、 公害の原因 と な っ て来た。
—方、 従来の燃焼器に お い て、 N o x の発生を抑え る た めに は、 火炎の長 さ を長 く す る と 共 に、 燃焼ガ ス の温 度を燃料 Z空気に基づ く 理論値よ り も は る か に 低い温度 と す る 以外 に他の方法は な か っ た。 従 っ て、 燃焼器が大 型化す る と 共に、 加熱効率 も良 く な か っ た。 発明 の概要
本発明 は上記 し た事情に鑑みな さ れた も の で あ っ て、 そ の 目 的 と す る と こ ろ は、 燃焼用 と し て供給 さ れた空気 中の酸素を一次及び二次の二段階燃焼に よ っ て ほぼ完全 に使い き り 、 一次燃焼時に は放熱を ま た二次燃焼時に は 燃焼ガス の顕熱をそ れぞれ利用 し て加熱効率を高め る と 共 に 、 有害物質 N o X の発生を極力低 く 抑え る よ う に し た燃焼器を提供す る こ と に あ る 。
上記 目 的を達成す る た め に、 本発明 の第 1 態様に よ れ ば、 必要 と す る 燃焼ガス の温度に応 じ た濃度に な る よ う に燃料を空気中 に混合 し た混合気を一次燃焼 さ せ る た め の一次燃焼手段を有する セ ラ ミ ッ ク 製の 内管 と 、 前記一 次燃焼に よ る 一次燃焼ガ ス の流出通路を形成す る と 共に 前記内管を そ の外側か ら 加熱す る よ う に該内管 と の 間 に 所定空間を置い て同軸心的 に配設 さ れた外管 と 、 前記一 次燃焼ガス を二次燃焼 さ せ る よ う に該外管の一次燃焼ガ ス流出 口 近傍に設 ら れた二次燃焼手段 と 、 そ し て前記 外管を所定空間を置い て同軸心的 に取 り 囲む断熱材か ら 成 る 外筒の 内側壁に沿 っ て設け ら れた受熱面 と を具備 し そ こ に お い て前記一次燃焼に よ る 熱は前記外管の外表面 か ら前記受熱面に 向か っ て放射 さ れ、 一方、 前記二次燃 焼に よ る 熱は二次燃焼ガス の顕熱と し て前記受熱面に作 用 せ し め ら れ る よ う に し た燃焼器が提供 さ れ る 。
本発明 の第 2 態様に よ れば、 上記第 1 態様に記載の燃 焼器であ っ て、 前記一次燃焼手段が主燃料お よ び空気の 混合気体を前記内管中 に導入 さ せ る た め に該内管の一側 (上流側) に 同軸心的 に挿入 さ れた混合気体導管 と 、 そ し て該混合気体導管の上流側に設け ら れたパ イ ロ ッ 卜 バ ー ナ ー装置 と を含み、 ま た一方、 前記二次燃焼手段が前 記一次燃焼ガス と 二次燃料 と を混合す る た めの二次 ミ キ サ 一 と 、 そ し て該二次 ミ キサ ー の下流側に 、 かつ前管 と 前記受熱面 と の 間 に形成 さ れた空間 に二次燃焼ガ ス を流 出 さ せ る た めの流出 口 の上流側に該二次燃焼ガス の流れ に実質的 に 直交す る よ う に設け ら れた ハニ カ ム 部材 と を 含む燃焼器が提供 さ れる 。
さ ら に、 本発明の第 3 態様に よ れば、 上記第 1 態様に 記載の燃焼器であ っ て、 前記パイ ロ ッ ト バ ー ナ ー装置 に よ っ て点火 さ れた前記一次燃焼ガス を前記内 · 外両管の 間 に形成 さ れた流出通路へ導 く よ う に 内管の他側 (下流 側) 端 に形成 さ れた流出 口 の上流側近傍に 、 かつ 内管の 直径方向 に わ た っ て設け ら れた も う 一つ の ハニ カ ム 部材 を さ ら に 含む燃焼器が提供 さ れ る 。
さ ら に ま た 、 本発明の第 4 乃至第 5 態様に よ れば、 前 記第 2 及び第 3 態様 に それぞれ記載の燃焼器であ っ て、 前記パ イ ロ ッ ト バー ナ ー 装置が前記混合気体導管の外方 に突出 し た基端部力、 ら こ れ と 互に連通す る よ う に 同軸心 的 に挿入 さ れたパ イ ロ ッ ト バー ナ ー用 内筒 と 、 該内筒 の 内部空間 と 連通す る 空間を有す る よ う に二重構造を有 し 、 断熱材を介 し て該パイ ロ ッ ト パー ナ一用 内筒の基端部 に 設け ら れたパイ ロ ッ ト バー ナ ー用外筒 と 、 該外筒の基端 部中央に設け ら れて前記パイ ロ ッ ト バー ナ ー用 内筒 内部 へパイ ロ ッ ト 燃料 と パイ ロ ッ ト 一次空気 と のパイ ロ ッ ト 混合気体を導入す る た めのパイ 口 ッ ト バー ナ ー用 ミ キサ 一 と 、 前記パイ ロ ッ ト バー ナ ー用外筒の外方一側面か ら 前記パイ ロ ッ ト バー ナ ー用 内筒内部中央に達す る よ う に 挿入 さ れたパ イ ロ ッ ト 点火 ヒ ー タ ー と 、 そ し て前記パイ ロ ッ 卜 バー ナ ー用外筒の前記空間 に連通す る よ う に該外 筒の外方他側面に設け ら れたパ イ ロ ッ ト ニ次空気導入管 と を含む熾焼器が提供 さ れる 。
上記各態様を有す る 本発明 に よ れば、 未燃焼酸素残存 量の多 い一次燃焼ガス は放射伝熱の み に利用 さ れ、 該一 次燃焼ガ ス を再燃焼 さ せて未燃焼酸素量を低減せ し め た 二次燃焼ガ ス が放射な ら びに対流伝熱に利用 さ れ る ので . 理論燃焼温度 1 9 0 0 eC程度の燃焼を行な っ た と 同様に な る 。 し か も 、 排出 さ れ る 燃焼ガス 中の残溜酸素 も少な く な り 、 有害物質 N o x の発生が酸素 0 %換算で 1 0 ρ . p . m . 以下にす る こ と が可能 と な る 。 さ ら に、 従来の バー ナ ー を利用 し た従来の ほ と ん ど加熱炉 に お い て、 本 発明 に よ る 燃焼器を用 い る こ と に よ っ て、 N o X の発生 を 1 1 0 以下 に抑え る こ と が可能 と な る 。
前記な ら びに他の本発明 の 目 的、 態様、 そ し て利点は 本発明 の原理に合致す る 好適な具体例が実施例 と し て示 さ れて い る 以下の記述お よ び添附の図面 に関連 し て説明 さ れ る こ と に よ り 、 当該技術の熟達者に と っ て明 ら か に な る で あ ろ う 。
図面の簡単な説明
第 1 図 は本発明の一具体例を示す全体概略縦断面図、 第 2 図、 第 3 図そ し て第 4 図 は それぞれ第 1 図 に お け る 線 π — π 、 線 m — in そ し て線 IV— I に沿 っ た断面図で あ る 。
好ま し い具体例の詳細な説明
以下、 本発明 の好ま し い一具体例を添付の 図面に従 つ て詳細 に説明す る 。
図示の具体例 は貫流ポイ ラ に用 い ら れ る 燃焼器で、 第
1 図 に お い て、 参照数字 1 は断熱部材か ら成 る 燃焼器の 外筒を示 し 、 断熱部材 と し てア ル ミ ナ ま た は シ リ 力 の繊 維でつ く ら れた部材が好適 に用 い ら れ る 。 こ の外筒 に 限 ら ず、 燃焼器の他の箇所に用 い ら れ る 断熱部材 に関 し て も 同様であ る。
第 1 図図示の状態に関 し て、 外筒 1 の 内部の ほぼ中央 位置 に は一次燃焼を行な う た め の 内管 2 が立設 さ れて お り 、 そ の下端 は断熱部材を介 し て外筒 1 の底部内面 に 固 定 さ れて い る 。 外筒 1 の上方中央部 に は開 口部 1 a が形 成 さ れてお り 、 こ の開 口部 1 a に一次燃焼の た めの混合 気体を 内管 2 中 に導入す る た めの混合気体導管 3 が断熱 材か ら 成 る 蓋体 4 を介 し て設け ら れてい る 。 混合気体導管 3 の下部は内管 2 の上端部 に断熱部材 2 a を介 し て支持 さ れ、 そ の下端開 口が一次燃焼室 と な る 内 管 2 の 内部空間の上方かつ ほぼ中央に位置せ し め ら れ る よ う に な つ てい る 。 一方、 混合気体導管 3 の上方の一側 に は一次燃焼の た めの主燃料お よ び空気を混合す る た め の主 ミ キサ ー 5 に連通 し た混合気体取 り 入れパイ プ 3 a の先端開 口部が連結 さ れてい る 。 こ の主 ミ キ サ ー 5 内で は、 必要 と す る 燃焼ガ ス の温度に応 じ た濃度に な る よ う に主燃料が空気 と 混合 さ れ、 混合気体 と し て 内管 2 の一 次燃焼室へ導入 さ れ る 。 な お、 参照数字 5 a お よ び 5 b は それぞれ主 ミ キサ ー 5 へ主燃料お よ び空気を導入す る た めの導管であ る 。
次に、 燃焼器 に お け る 燃焼作業の ス タ ー ト 時に必要 と さ れ る パ イ ロ ッ ト バー ナ ー につ い て説明す る 。
混合気体導管 3 の上端に は フ ラ ン ジ部 3 b が設け ら れ てお り 、 該フ ラ ン ジ部 3 b を介 し て空間部 6 a を有す る よ う に二重構造 に形成 さ れたパ イ ロ ッ ト バー ナ ー用外筒 6 が混合気体導管 3 に 固着せ し め ら れてい る 。 こ の外筒 6 の 内側中央部に は断熱部材を介 し てパイ ロ ッ ト バ一 ナ 一用 内筒 7 が配設さ れてお り 、 該内筒 7 の上端部 に形成 さ れた開 口部 7 a はパイ ロ ッ ト バー ナ ー用外筒 6 の空間 部 6 a に連通す る と 共に、 そ こ に はパイ ロ ッ ト バー ナ ー 用 の空気 と パイ ロ ッ ト 燃料 と の混台気体を内筒 7 中へ噴 出す る た め の ノ ズル 8 の先端が置かれて い る 。 該 ノ ズル 8 の基端部はパイ ロ ッ ト バー ナ ー用外筒 6 の 中央頂部を 貫通 し て外方に突出 し 、 パイ ロ ッ 卜 バー ナ ー用混合気体 をつ く る た めのノ、。イ ロ ッ ト ノく一 ナ 一用 ミ キ サ ー 9 に連結 さ れて い る 。 該 ミ キサ ー 9 に はパイ ロ ッ ト 燃料導入管 1 0 お よ びパイ ロ ッ ト バー ナ ー用一次空気導入管 1 1 が連結 さ れて い る 。 パイ ロ ッ ト バー ナ ー用 内筒 7 は混合気体導 管 3 の軸方向 に沿 っ て ほぼ同軸心的 に伸長 し 、 そ の下端 開 口 は混合気体取 り 入れパイ プ 3 a よ り 下流側 に 位置 さ れて い る 。
パイ 口 .ッ ト バー ナ ー用外筒 6 の一側部 に は、 該外筒の 二重構造側壁を ほぼ直交方向 に貫通 し て、 先端がパ イ 口 ッ ト バー ナ ー用 内筒 7 の軸心 ま で伸長 さ れたパイ ロ ッ 卜 バー ナ ー用点火 ヒ ー タ ー 1 2 が設け ら れて い る 。 こ の点 火 ヒ ー タ ー 1 2 の先端は前記パイ ロ ッ ト バー ナ ー用混合 気体の噴出 ノ ズル 8 の 直下に位置せ し め ら れ る 。 第 1 図 図示の点火 ヒ ー タ ー 1 2 は熱面点火方式の も の で あ る が、 ス ノヽ。ー ク 方式の も の も使 う こ と がで き る 。
さ ら に 、 パイ ロ ッ ト バー ナ ー用外筒 6 の他側部 に は、 該外筒 6 の空間部 6 a に連通す る よ う にパ イ ロ ッ 卜 バ ー ナ 一用二次空気導入管 1 3 が連結 さ れて い る 。 こ のパ イ ロ ッ ト バー ナ ー用二次空気 は外筒 6 の空間部 6 a 及び内 筒 7 の上方開 口部 7 a を通 っ て内筒 7 の 内部 に導入 さ れ る 。 こ れに よ り 、 高温度に な る 傾向 に あ る パ イ ロ ッ 卜 燃 焼ガ ス の温度が 1 3 0 0 な い し 1 4 0 0 °C程度 に冷却 さ れ る
上記 し た 各構成要素に加え て、 第 1 図図示の具体例 は 以下に説明 さ れ る 各構成要素を さ ら に具備す る 。
前記内管 2 の半径方向周 囲 に は、 内管 2 の径よ り も 少 し大径の外管 1 4 が内管 2 の外周面に沿 っ て同軸心的に 伸長す る よ う に配設 さ れてい る 。 斯 く し て内管 2 と外管 3 と の 間 に横断面に お い て ドー ナ ツ リ ン グ状の空間 (一 次燃焼ガ ス 流出通路) 1 5 が形成 さ れ、 該空間 1 5 は 内 管 2 の下部 に形成 さ れた複数個の開 口 (一次燃焼ガス流 出 口 ) 2 b を介 し て内管 2 の 内部に連通 し てい る 。
外管 2 の上方は開放 さ れてお り 、 そ の外周部に は断熱 部材か ら成 る 逆円錐台形を し た筒状の外管支持体 1 6 が そ の下端内周面を介 し て外管 2 と ほぼ同軸心的 に固着 さ れて い る 。 外管支持体 1 6 の上端部 は燃焼器の前記上方 開 口部 1 a に支承 さ れて い る 。
さ ら に、 揷入 さ れた混合気体導管 3 を除 く 内管 2 の上 端開放部を閉塞す る よ う に設け ら れた断熱部材 2 a の上 面に は、 内管 2 の外径 と ほぼ同 じ外径を有す る リ ン グ状 の二次燃料噴出 ノ ズルュニ ッ ト 1 7 が混合気体導管 3 を 取 り 巻 く よ う に設け ら れてお り 、 該 ノ ズルュニ ッ ト 1 7 か ら 一次燃焼ガ ス流出通路 1 5 の 出 口 に 向 けて二次燃料 が半径方向 に噴出 さ れ る よ う に な っ てい る 。 斯 く し て、 —次燃焼ガス流出通路 1 5 の 出 口 に おい て、 内管 2 内で つ く ら れ、 未燃焼酸素を含有す る一次燃焼ガ ス と 二次燃 料 と が混合 さ れ る 。
ノ ズルュニ ッ ト 1 7 に は、 二次燃料を外部か ら 導入す る た め の二次燃料導管 1 8 と 、 該 ノ ズルュニ ッ ト 1 7 を 冷却す る た め の冷却水導入管 1 9 お よ び冷却水排出管 2 0 と 力《連結 さ れて い る 。 ノ ズルュニ ッ ト 1 7 を冷却す る 理 由 は、 ノ ズルユニ ッ ト 1 7 が約 5 0 0 °C以下 に保た れな い場合に は、 導入 さ れた二次燃料が ノ ズル内で コ ー キ ン グを起 こ し ノ ズル穴を閉塞 し て し ま い、 二次燃料が噴出 さ れな く な る 力、 ら であ る 。
ノ ズルュニ ッ ト 1 7 の上部 に は上方に 向 け て径を絞 つ た 円錐台形の被覆体 2 1 が外管 2 の支持体 1 6 と 同軸心 的 に形成 さ れてお り 、 外管支持体 1 6 の 内周面 と こ の被 覆体 2 1 の外周面 と の 間 に上方に拡開 し た リ ン グ状の空 間 2 2 が形成 さ れて い る 。 二次燃料を含む一次燃焼ガ ス の流速 は こ の リ ン グ状空間 に流入 し てか ら 次第 に 低下す る の で、 二次燃料は こ の 間 に一次燃焼ガス と 充分 に混合 さ れ、 気相燃焼に よ る 二次燃焼が起 こ さ れ る 。
こ の二次燃焼に よ る 二次燃焼ガス を外筒 1 で囲 ま れた 燃焼器内室 に導 く よ う に前記外管支持体 1 6 の側壁 に は そ の周方向 に沿 っ て複数個の開 口部 (二次燃焼ガ ス 流出 口 ) 2 3 が互 に等間隔 に形成 さ れて い る 。
燃焼器内室 に は外筒 1 の側壁 に沿 っ て周方向 に連続 し た金属製の複数の管 ま た は リ ン グ状の一つ の筒体か ら成 る 受熱面 2 4 が形成 さ れて い る 。 (図示の具体例 に お い て は受熱面が同軸心的 に二列並列配置 さ れてい る 。 ) こ の受熱面 2 4 の 内部 に は、 外筒 1 の一側下端部に設け ら れた被加熱流体 (例え ば水) 流入口 2 5 及び外筒 1 の 内 部底面に配置 さ れた連通管 2 6 を介 し て被加熱流体が流 通せ し め ら れ る 。
受熱面を通 っ て加熱 さ れた流体は外筒 1 の 内部 (燃焼 器内室) の上方 に配置 さ れた連通管 2 7 及び外筒 1 の一 側上端部に設け ら れた加熱流体流出 口 か ら 外部の所定の 熱利用装置へ送 ら れ る 。
参照数字 2 9 は二次燃焼ガス の排出管を示す。
と こ ろ で、 前述の一次燃焼及び二次燃焼 に よ る 一次燃 焼ガ ス及び二次燃焼ガ ス の そ れぞれの滞溜時間が 0 . 0 3 秒以下の場合に は、 燃焼反応を促進 さ せ る た め に、 図 示のハニ カ ム 3 0 , 3 1 を一次燃焼室及び二次燃焼室に そ れぞれ設け る 必要があ る 。 内管 2 の 内部の一次燃焼室 内 に お け る ハニ カ ム 3 0 は内管 2 の下端部であ っ て、 し か も 一次燃焼ガ ス 流出 口 2 b の上流側近傍に 内管 2 の 直 径方向 に わ た っ て断熱部材を介 し て設置 さ れてい る 。 一 方、 ハニ カ ム 3 1 は二次燃料噴出 ノ ズ ル ュニ ッ ト 1 7 の 下流であ っ て、 し か も 外管 1 4 の支持体 1 6 に形成 し た 二次燃焼ガ ス流出 口 2 3 の上流側近傍に外管支持体 1 6 の 直径方向 に わ た っ て断熱部材を介 し て設置 さ れてい る 斯 く し て、 一次及び二次燃焼ガス の どち ら の流れ も ハニ カ ム 3 0 及び 3 1 の面 に対 し て それぞれ直交す る よ う に な っ て い る 。
こ れ ら ハニ カ ム 3 0 , 3 1 な ら びに前記内 · 外両管 2 1 4 は焼結反応 タ イ プの炭化硅素材で形成 さ れ る こ と が 最 ½であ る 。
次に 、 上記の よ う に構成 さ れた本発明 の具体例の作用 が以下に説明 さ れ る 。
燃焼作用 の ス タ ー ト 時、 内管 2 、 外管 1 4 お よ び / ま た は両ノ、二 カ ム 3 0 , 3 1 はパイ ロ ッ ト バー ナ ー装置 に よ り 予熱 さ れ る 。 こ の予熱作業は内管 2 内で一次燃焼が 開始 さ れた と き に終了す る 。
予熱に よ り 内管 2 の 内面は熱壁面 と な る た め に、 混合 気体導管 3 か ら 流入 し た混合気体は該熱壁面に接触 し て —次燃焼を開始 し 、 ハニ カ ム 3 0 が設置 さ れてあ る 場合 に は こ こ で さ ら に燃焼が増強 さ れて約 1 4 0 0 。C の一次 燃焼ガス と な っ て、 一次燃焼ガス流出 口 2 b か ら一次燃 焼流出通路 1 5 .内へ流入す る 。
一次燃焼ガスが一次燃焼流出通路 1 5 中を流れ る 間 に 、 外管 1 4 の外表面か ら受熱面 2 4 に 向 けて熱が放射 さ れ、 こ の放射伝熱に よ り 流出通路 1 5 の 出 口 に達 つ し た一次 燃焼ガス はそ の温度を約 9 0 0 で ま で下げ、 二次燃料噴 出用 ノ ズルュニ ッ ト 1 7 が設け ら れた二次燃焼室へ流入 す る 。
ノ ズルュニ ッ ト 1 7 に よ り 二次燃料が混合 さ れた一次 燃焼ガス は外管支持体 1 6 の 内側に形成 さ れた リ ン グ状 空間 2 2 の二次燃焼室で流速を落 と し 、 未燃焼酸素を含 有す る た め に気相燃焼に よ る 二次燃焼を起 こ す。
ハニ カ ム 3 1 が配設 さ れて い る 場合は二次燃焼ガス は ハニ カ ム 内で完全燃焼 さ れて約 丄 4 0 0 。C の二次燃焼ガ ス を外管支持体 1 6 に形成 し た二次燃焼ガ ス流出 口 2 3 か ら 燃焼器内室に流入 し 、 受熱面 2 4 が二次燃焼ガス に よ る 顕熱で加熱 さ れ る 。 受熱面 2 4 を加熱 し終え た二次 燃焼ガ ス はガ ス排出 口 2 9 か ら燃焼器外へ排出 さ れ る 。

Claims

請求の範囲
1 . 空気中 に燃料を混合 し た混合気を一次燃焼 さ せ る た めの一次燃焼手段を有す る セ ラ ミ ッ ク 製の 内管 と 、 前記 一次燃焼に よ る 一次燃焼ガス の流出通路を形成す る と 共 に、 前記内管を そ の外側か ら 加熱す る よ う に該内管 と の 間 に所定空間を置い て同軸心的 に配設 さ れた外管 と 、 前 記一次燃焼ガス を二次燃焼 さ せ る よ う に該外管の一次燃 焼ガス 流出 口近傍に設け ら れた二次燃焼手段 と 、 そ し て 前記外管を所定空間を置い て同軸心的に取 り 囲む断熱材 か ら成 る 外筒の 内側壁に沿 っ て設け ら れた受熱面 と を具 俯 し 、 そ こ に お い て前記一次燃焼に よ る 熱は前記外管の 外表面か ら前記受熱面に 向か っ て放射 さ れ、 一方、 前記 二次燃焼に よ る 熱は二次燃焼ガス の顕熱 と し て前記受熱 面に 作用せ し め ら れ る よ う に し た燃焼器。
2 . 第 1 請求項に記載の燃焼器であ っ て、 前記一次燃焼 手段が主燃料お よ び空気の混合気体を前記内管中 に導入 さ せ る た め に該内管の一側 (上流側) に 同軸心的 に揷入 さ れた混合気体導管 と 、 そ し て該混合気体導管の上流側 に設け ら れたパイ ロ ッ ト バー ナー装置 と を含み、 ま た一 方、 前記二次燃焼手段が前記一次燃焼ガス と 二次燃料 と を混合す る た めの二次 ミ キサ ー と 、 そ し て該二次 ミ キサ 一 の下流側に 、 かつ前管 と 前記受熱面 と の 間 に形成 さ れ た空間 に二次燃焼ガス を流出 さ せ る た めの流出 口 の上流. 側 に該二次燃焼ガス の流れに実質的 に 直交す る よ う に設 け ら れたハニ カ ム部材 と を含む燃焼器。
3 . 第 2 請求項に記載の燃焼器であ っ て、 前記パ イ ロ ッ ト バー ナ ー装置に よ っ て点火 さ れた前記一次燃焼ガ ス を 前記内 ♦ 外両管の 間 に形成 さ れた流出通路へ導 く よ う に 内管の他側 (下流側) 端に形成 さ れた流出 口 の上流側近 傍に 、 かつ 内管の 直径方向 に わ た っ て設け ら れた も う 一 つ のハニ カ ム部材を さ ら に 含む燃焼器。
4 . 第 2 請求項に記載の燃焼器であ っ て、 前記パイ ロ ッ ト バー ナー装置が前記混合気体導管の外方に突出 し た基 端部力、 ら こ れ と 互に連通す る よ う に同軸心的 に揷入 さ れ たパイ ロ ッ ト パー ナ一用 内筒 と 、 該内筒の 内部空間 と 連 通す る 空間を有す る よ う に二重構造を有 し 、 断熱部材を 介 し て該パイ ロ ッ ト ノ 一 ナ ー用 内筒の基端部に設け ら れ たパ イ ロ ッ ト パー ナ 一用外筒 と 、 該外筒の基端部中央に 設け ら れて前記パイ ロ ッ ト バー ナー用 内筒 内部へパイ 口 ッ ト 燃料 と パイ ロ ッ ト 一次空気 と のパ イ ロ ッ 卜 混合気体 を導入す る た めのノヽ。 イ ロ ッ ト バー ナ ー用 ミ キサ ー と 、 前 記パ イ 口 ッ ト バー ナ ー用外筒の外方一側面か ら前記パ イ ロ ッ ト バー ナー用 内筒 内部中央に達す る よ う に揷入 さ れ た ノ、。イ ロ ッ ト 点火 ヒ ー タ ー と 、 そ し て前記パ イ ロ ッ ト バ 一ナ ー用外筒の前記空間 に連通す る よ う に該外筒の外方 他側面に設け ら れたパ イ ロ ッ ト ニ次空気導入管 と を含む 燃焼器。
5 . 第 3 請求項に記載の燃焼器であ っ て、 前記パイ ロ ッ 卜 バー ナ ー装置が前記混合気体導管の外方に突出 し た基 端部か ら こ れ と 互 に連通す る よ う に 同軸心的 に揷入 さ れ たパイ ロ ッ ト バー ナ ー用 内筒 と 、 該内筒の 内部空間 と 連 通す る 空間を有す る よ う に二重構造を有 し 、 断熱部材を 介 し て該パイ ロ ッ ト バー ナ ー用 内筒の基端部 に設け ら れ た パイ ロ ッ ト バー ナ ー用外筒 と 、 該外筒 の基端部中央に 設け ら れて前記パイ ロ ッ ト バー ナ ー用 内筒 内部へパ イ 口 ッ 卜 燃料 と パ イ ロ ッ ト 一次空気 と のパイ ロ ッ ト 混合気体 を導入す る た め のパ イ ロ ッ ト バ ー ナ ー 用 ミ キ サ ー と 、 前 記パイ ロ ッ ト バー ナ ー用外筒の外方一側面か ら前記パ イ ロ ッ ト バー ナ ー用 内筒内部中央に達す る よ う に揷入 さ れ た イ ロ ッ ト 点火 ヒ ー タ ー と 、 そ し て前記 イ ロ ッ 一 ナ ー用外筒 の前記空間 に連通す る よ う に該外筒の外方 他側面に設け ら,れたパイ ロ ッ ト ニ次空気導入管 と を含む 燃焼器。
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