JPH11141807A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 火炉後壁の外側にメインテナンスを容易にす
るためのスペースを設けること。 【解決手段】 火炉前壁２には、中央にバーナー５ａ、
外側にバーナー５ｂが設置され、火炉後壁３にバーナー
５ｃが設置され、火炉側壁４にバーナー５ｄが設置され
ている。炉内１ａには仮想円６が２個配設され、１組の
バーナー５ａ〜５ｄで１個の仮想円６を形成するように
している。仮想円６の直径Ｄの大きさは、火炉幅の半分
の長さと火炉奥行きの長さを加えた和の２５％の長さ
〔仮想円直径＝（火炉幅／２＋火炉奥行き）×０．２
５〕とし、大径化している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、火力プラント又は
化学プラント製品のボイラ、もしくは化学工業炉等に適
用される燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、ボイラ等の火炉１を示す。図に
示すように火炉１には、バーナー５が火炉前壁２に４ヶ
所、火炉後壁３に４ヶ所設置されている。これらのバー
ナー５のうち、図中右側に設置された４個のバーナー５
は、バーナーから噴出する燃料および燃焼用空気の方向
である火炉内噴出方向軸線８を、ある一定の径を有する
円を炉内に仮想した仮想円６の円周に接するように設定
され、図中左側に設置された４個のバーナー５も仮想円
６を、同様に設定している。バーナー５から噴出される
燃料と燃焼用空気は、その方向軸線８に沿って炉内１ａ
に噴出され、燃焼することにより火炎７を形成し、火炉
１の内部にて中心位置の異なる旋回燃焼火炎渦９を２個
形成する。従来技術においては、上記のようにバーナー
５の全てを、１組の対向する火炉前壁２と火炉後壁３に
配置し、仮想円６の径を適切に選定することによって、
安定で適正な旋回燃焼火炎渦９を形成していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９に
示すようにボイラが大容量化しバーナーも大形化するに
伴い、火炉１に付帯するバーナー風箱１０のサイズも大
きくなり、バーナー風箱１０同士が互いに近接し、メイ
ンテナンス用のスペースが不足気味となることが懸念さ
れた。また、同じ理由により、火炉前壁２から火炉１の
外方向に向って張り出してくるバーナーパネル１２のサ
イズが大形化している。これによって、ボイラー全体と
しての体格が不必要に大形化することと併せて、バーナ
ーパネル１２の内壁面に沿って、燃焼ガス１３が流れよ
うとする効果によって火炎７が影響を受け、旋回燃焼火
炎渦９の安定な流れに乱れが生じる可能性が出てくるこ
とが懸念された。

【０００４】また、図９に示すように、火炉前壁２と比
較して火炉後壁３の近辺には、後部煙道１４やガスダク
ト１５、さらには図示されていない各種ボイラ補機類が
配置されている。そのため、火炉後壁３の外側スペース
は狭隘を極めており、その狭隘なスペースにバーナー５
が４ヶ所も配置されるために、上気したメインテナンス
用のスペースが不足気味となることと併せて、該配置が
原因となってボイラー全体としての体格が不必要に大形
化することが懸念された。本発明は上記課題に鑑みてな
されたもので、火炉後壁の外側にメインテナンスを容易
にするスペースを設けることのできる燃焼装置を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、矩形の断面を有する火炉であって、該火
炉の一方の対向する壁部に複数本のバーナーを設け、該
バーナーから噴出する燃料または空気のいづれか一方、
もしくはその両方の噴出方向軸線もしくはその延長線
が、上記火炉の炉内に設定した仮想円に接するようにバ
ーナーを配置し、該火炉内に中心位置が異なる仮想円を
少なくとも２個以上設定した燃焼装置において、上記バ
ーナーの少なくとも１本以上が、上記火炉の他方の対向
する壁部に配置させている。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
による燃焼装置の構成について、図面を参照しながら説
明する。図１は、本発明に係る燃焼装置の火炉１を示
す。図に示すように、長方形の火炉１には、中心位置の
異なる２個の仮想円６に接するようにバーナ５が設置さ
れている。すなわち、火炉前壁２には、中央の２ヶ所に
バーナー５ａ、外側の２ヶ所にバーナー５ｂが設置さ
れ、火炉後壁３の２ヶ所にバーナー５ｃが設置され、火
炉側壁４の２ヶ所にバーナー５ｄが設置され、４ヶ所の
バーナー５ａ〜５ｄを１組として１個の仮想円６に接す
るようにしている。そして、１組で４ヶ所のバーナー５
ａ〜５ｄの２組が、炉内１ａで対称に配設されている。

【０００７】本実施の形態による火炉１が、従来例で説
明した火炉と異なるのは、主として、火炉後壁３に設置
した４ヶ所のバーナ５を２ヶ所とし、両火炉側壁４の火
炉後壁３側にバーナー５ｄを各々１ヶ所宛設置している
こと。また、炉内１ａの仮想円６の直径Ｄを大きくした
こと。そして、仮想円６の直径Ｄが大きくなったことに
伴い、火炉前壁２の中央に設置された２個のバーナー５
ａの双方が、その外側にずらされて設置されていること
である。仮想円６の直径Ｄの大きさは、本実施の形態で
は、火炉幅の半分の長さと火炉奥行きの長さを加えた和
の２５％の長さ〔仮想円直径＝（火炉幅／２＋火炉奥行
き）×０．２５〕とし、従来よりも大径化している。

【０００８】次に、本発明の第１の実施の形態の作用に
ついて説明する。図１に示すように、バーナー５の内の
２本が５ｄにて示すように火炉側壁４に配置されてい
る。その結果、火炉後壁３の外部近辺の狭隘なスペース
に配置されるバーナー５の設置個所が４ヶ所から２ヶ所
に半減する。この作用によって火炉後壁３の外部近辺で
は、バーナー５に燃焼用空気を供給する主風道ダクトの
占有スペースを低減することができると同時に、バーナ
ーそれ自身の設置個所数の減少の効果と相俟って、十分
なスペースを確保することができる。

【０００９】また、本実施の形態では従来技術に対し
て、仮想円６の直径Ｄを、火炉幅Ｘの半分の長さと火炉
奥行きＹの長さを加えた和の２５％の長さとし、火炉側
壁に配置されたバーナー５ｄを含むバーナー５の配置と
の相互作用によって、旋回燃焼火炎渦９を安定して形成
できるように考慮している。これによって、図２と図８
の関係から判るように、火炉前壁２の中央近傍２ヶ所に
配置されているバーナー風箱１０同士の距離Ｌを、大き
く確保することができる。

【００１０】図３は、横軸を炉内１ａで発生する燃焼ガ
スの高さ方向の位置（燃焼ガスの床からの高さ／炉内の
全高）とし、縦軸を炉内１ａに発生する旋回燃焼火炎渦
９の実効スワール数Ｓweとし、仮想円６の直径Ｄをパラ
メータとして、三者の相関関係について示している。こ
こで、実効スワール数Ｓweとは、炉内１ａで発生する燃
焼ガスが炉内１ａを流動する際に発生する流速につい
て、仮想円６の円周方向の成分、すなわち火炉内旋回方
向成分をＶθ、火炉内上昇方向成分をＶz 、火炉内のあ
る部分に存在する燃焼ガス要素の仮想円６の中心からの
距離をｒ、火炉の流体力学的等価半径をＲとした場合
に、燃焼ガス要素の旋回成分と上昇成分との比を、火炉
の水平方向断面積Ａ全体で積分することによって得られ
る指数であり、次式で表される。

【００１１】

【数１】 すなわち、実効スワール数Ｓweは、燃焼ガスの火炉内の
ある断面における旋回の強さを示す指数であり、本指数
の数値が大きい程、燃焼ガスの旋回力が大きい、すなわ
ち旋回燃焼火炎渦９が安定して形成されることを意味し
ている。図３では、仮想円６の直径Ｄを火炉幅Ｘの半分
の長さと火炉奥行きＹの長さを加えた和の５％の長さ
〔仮想円直径＝（火炉幅／２＋火炉奥行き）×０．０
５〕とした場合、１０％とした場合、また２５％とした
場合の３例について示すが、直径Ｄが大きくなるにつれ
て、実効スワール数Ｓweも大きく確保することができる
ことが判る。

【００１２】また、本発明による場合、従来技術と同等
以上に旋回燃焼火炎渦９を安定して形成するためには、
少なくとも仮想円６の直径Ｄは火炉幅Ｘの半分の長さと
火炉奥行きＹの長さを加えた和の５％を超える長さ〔仮
想円直径＞（火炉幅／２＋火炉奥行き）×０．０５〕よ
り大きくする必要があることが判る。以上のことから、
本発明により旋回燃焼火炎渦９を安定して形成しなが
ら、すなわち燃焼性能を十分に確保しながら、バーナー
５の配置上の自由度を拡大することが可能となり、その
結果、従来技術の課題となっていたメインテナンス用の
スペースをとるために、不必要にボイラーを大きくする
ことなく、ボイラー全体としてのコンパクト化の問題を
解決することが可能となる。

【００１３】次に、本発明の第２の実施の形態による燃
焼装置の構成について説明する。図４に示すように、本
第２の実施の形態の火炉１の８ヶ所のバーナー５ａ〜５
ｄの配置箇所は、上記第１の実施の形態に対応させて同
じ壁部２〜４に設けられている。よって、本実施の形態
でも、図８に示した従来技術と異なり、８ヶ所のバーナ
ー５のうち２ヶ所のバーナー５ｄが火炉側壁４に配置さ
れている。本実施の形態が、第１の実施の形態と異なる
のは、炉内１ａに径の異なる２個の仮想円を設けたこと
にある。このうちの外側の第１仮想円１７の直径Ｄが、
火炉幅Ｘの半分の長さと火炉奥行きＹの長さを加えた和
の２５％の長さ〔仮想円直径＝（火炉幅／２＋火炉奥行
き）×０．２５〕に設定され、従来よりも大径化されて
いる。第１仮想円１７の内側には、該第１仮想円１７と
径の異なる第２仮想円１８が設定されている。これらの
第１仮想円１７と第２仮想円１８は、同心円状に仮想さ
れ、炉内１ａに２箇所設けられている。

【００１４】８ヶ所に配設されたバーナー５のうち、火
炉前壁２の外寄り、火炉側壁４及び火炉後壁３に配設さ
れた６ヶ所のバーナー５ｂ〜５ｄについては、該バーナ
ーから噴出する燃焼および燃焼用空気の火炉内噴出方向
軸線８を、第１仮想円１７に接しさせている。また、火
炉前壁２の中央近辺２ヶ所に配置されたバーナー５ａに
ついては、該バーナーから噴出する燃料および燃焼用空
気の火炉内噴出方向軸線８ａを、第２仮想円１８に接し
させている。

【００１５】次に、本発明の第２の実施の形態の作用に
ついて説明する。図１に示した第１の実施の形態に比べ
て、本実施の形態では図４に示す８本のバーナー５のう
ち、火炉前壁２の中央の２ヶ所に配設されたバーナー５
ａが、他の６ヶ所に配設されているバーナー５ｂ〜５ｄ
と異なり、第２仮想円１８の接線方向に向けて、燃料お
よび燃焼用空気を噴出することになる。炉内１ａにおけ
る旋回燃焼火炎渦９の安定形成は、このバーナー５ａに
よって外乱を受けるところが少ない。したがって、他の
６ヶ所に配設されたバーナー５ｂ〜５ｄの影響によって
大勢が支配されるために、十分に安定した旋回燃焼火炎
渦９を確保することが可能である。また、この理由によ
り、バーナー５ａから噴出する燃料および燃焼用空気の
火炉内噴出方向θは、従来技術よりも比較的自由度を持
った選定が可能である。その結果、図５に示すように第
１の実施の形態の場合と同様に、火炉前壁２の中央近辺
の２ヶ所に配置されているバーナー５ａ同士の距離Ｌ
を、大きく確保することができる。

【００１６】さらに、火炉前壁２の中央のバーナー５ａ
から噴出する燃料および燃焼用空気の火炉内噴出方向軸
線８ａの角度と、第２仮想円１８の直径ｄとの関係を適
宜調整して選定することができる。よって、バーナーパ
ネル１２のサイズを小形化することができ、バーナーパ
ネル１２の内壁面に沿って流れようとする燃焼ガス１３
が、旋回燃焼火炎渦９の安定形成に与える乱れを極力低
減することができる。以上のことから、旋回燃焼火炎渦
９を安定して形成しながら、バーナー５の配置上の自由
度を一層拡大することが可能となり、その結果、従来技
術の課題となっていた火炉１の性能確保およびメインテ
ナンス用のスペースの確保と同時に、ボイラー全体とし
ての体格のコンパクト化の問題を解決することが可能と
なる。

【００１７】次に、本発明の燃焼装置の第３の実施の形
態の構成について説明する。図６に示すように、本第３
の実施の形態の火炉１のバーナー５ａ〜５ｄの配置箇所
は、上記第１の実施の形態に対応させて同じ壁部２〜４
に設けられている。よって、本実施の形態でも、図８に
示した従来技術と異なり、８ヶ所に配設されたバーナー
５のうち２ヶ所のバーナー５ｄが火炉側壁４に配置され
ている。そして、８ヶ所に配設されたバーナー５のう
ち、火炉前壁２の外寄り、火炉側壁４及び火炉後壁３に
配設された６ヶ所のバーナー５ｂ〜５ｄについては、該
バーナーから噴出する燃焼および燃焼用空気の火炉内噴
出方向軸線８を、第１仮想円１７に接しさせ、かつ、バ
ーナー５ｂ〜５ｄが噴出する燃料および燃焼用空気の火
炉内噴出方向軸線８が、それぞれのバーナー５ｂ〜５ｄ
が配置された火炉の壁面に直角となっている。

【００１８】火炉前壁２の中央近辺の２ヶ所に配置され
たバーナー５ａについては、該バーナーから噴出する燃
料および燃焼用空気の火炉内噴出方向軸線８ａを、第２
仮想円１８に接しさせている。第１仮想円１７の直径Ｄ
は、火炉幅Ｘの半分の長さと火炉奥行きＹの長さを加え
た和の２５％の長さ〔仮想円直径＝（火炉幅／２＋火炉
奥行き）×０．２５〕とし、従来よりも大径化されてい
る。第１仮想円１７の内側の第２仮想円１８は、その直
径が第１仮想円１７の直径よりも小さく設定されてい
る。

【００１９】次に、本発明の第３の実施の形態の作用に
ついて説明する。図９は、火炉前壁２の中央近辺に配置
された２本のバーナー５ａを示し、一方図７は火炉後壁
３の中央近辺に配置された２ヶ所のバーナー５ｃを示し
ているが、図９が従来技術によるものであることと、図
７が本発明に基づく新しい作用を有しているものである
ことを除けば、火炉前壁２の中央近辺に配置された２本
のバーナー５ａと火炉後壁３の中央近辺に配置された２
本のバーナー５ｃの両者の間に基本的な構成の差はな
い。

【００２０】しかしながら、本発明により上述の通り複
数本のバーナー５ｂ〜５ｄの噴出方向軸線８が、火炉壁
面に直角に配置されたことにより、図９と比べて判る通
り、図７ではバーナー５ｃ風箱１０の占有スペースを極
小化することができ、従来技術に見られた余分な物量を
削減することができる。これは、図７に示した火炉後壁
３の中央近辺に配置された２ヶ所のバーナー５ｃのみに
言える効果ではなく、本第３の実施の形態の図６に示し
た通り、火炉後壁３の２ヶ所に配置されたバーナー５ｃ
と、火炉側壁４の２ヶ所に配置されたバーナー５ｄと、
および火炉前壁２の４ヶ所の内２ヶ所に配置されたバー
ナー５ｂ〜５ｄで、バーナー５ｂ〜５ｄの噴出方向軸線
が火炉壁面に直角に配置された６ヶ所の全てのバーナー
についてもたらされる効果である。

【００２１】さらに本発明によって、バーナーパネル１
２のサイズも極小化することができ、加えてこれによっ
てバーナーパネル１２の内壁面に沿って流れようとする
燃焼ガス１３が、旋回燃焼火炎渦９の安定形成に与える
乱れを極力低減できる。以上のことから、従来技術の課
題となっていた性能確保およびメインテナンス用のスペ
ースの確保と同時に、ボイラー全体としての体格のコン
パクト化の問題を解決することが可能となる。

【００２２】以上、本発明実施の形態について説明した
が、勿論、本発明はこれらに限定されることなく本発明
の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。例え
ば、上記の各実施の形態では、炉内１ａに中心位置の異
なる仮想円を２個設けたが、３個以上設けてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は、矩形の断
面を有する火炉の一方の対向する壁部側にのみ複数のバ
ーナーが設けられていたのを、バーナーの少なくとも１
本以上が、上記火炉の他方の対向する壁部に配置させる
ようにしたので、上記一方の対向する壁部のバーナーの
本数を減らすことができる。よって、一方の壁部にスペ
ースが生じ、メインテナンスを容易に行うことができる
ようになった。また、上記仮想円の直径が、火炉幅の半
分の長さと火炉奥行きの長さを加えた和の５％を超える
長さ〔仮想円直径＞（火炉幅／２＋火炉奥行き）×０．
０５〕とすれば、旋回燃焼火炎渦を安定して形成できる
ようになる。さらに、少なくとも１本以上の上記バーナ
ーが噴出する燃料もしくは空気のいづれか一方、もしく
はその両方の噴出方向軸線もしくはその延長線を、上記
仮想円内に設定した第２の仮想円に接するようにすれ
ば、旋回燃焼火炎渦の安定を維持しつつ、第２の仮想円
に噴出方向軸線を向けたバーナーの取付けの自由度が向
上するようになる。またさらに、少なくとも１本以上の
上記バーナーが噴出する燃料もしくは空気のいづれか一
方もしくはその両方の噴出方向軸線もしくはその延長線
が、該バーナーを配設した火炉壁面と直角になるように
バーナを配置すれば、バーナ風箱の占有スペースを極小
化することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による燃焼装置を採
用したボイラ火炉の水平断面の概念ならびに、該断面に
おける燃焼火炎を概念的に示す図である。

【図２】図１のボイラ火炉の火炉前壁に配設したバーナ
ーの拡大図である。

【図３】本発明ならびに本第１の実施の形態における仮
想円の直径が旋回燃焼火炎渦の性能に及ぼす効果を示す
線図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態による燃焼装置を採
用したボイラ火炉の水平断面の概念ならびに、該断面に
おける燃焼火炎を概念的に示す図である。

【図５】図４のボイラ火炉の火炉前壁に配設したバーナ
ーの拡大図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態による燃焼装置を採
用したボイラ火炉の水平断面の概念ならびに、該断面に
おける燃焼火炎を概念的に示す図である。

【図７】火炉後壁側を図面の下側、火炉前壁側を図面の
上側として図５から１８０度反転させた火炉後壁に配設
したバーナーの拡大図である。

【図８】従来技術による旋回燃焼方式を採用したボイラ
火炉の水平断面の概念ならびに、該断面における燃焼火
炎を概念的に示す図である。

【図９】図８のボイラ火炉の火炉前壁に配設したバーナ
ーの拡大図である。

【図１０】ボイラの側面を示す概念図である。

【符号の説明】

１ 火炉 ２ 火炉前壁 ３ 火炉後壁 ４ 火炉側壁 ５ バーナ ６，１７，１８ 仮想円 ７ 火炎 ８ 燃料及び燃焼用空気の火炉内噴出方向軸線 ９ 旋回燃焼火炎渦 １０ バーナ風箱 １１ 火炉壁管 １２ バーナパネル １３ 燃焼ガス １６ バーナ １７ 仮想円１ １８ 仮想円２

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 矩形の断面を有する火炉であって、該火
   炉の一方の対向する壁部に複数本のバーナーを設け、該
   バーナーから噴出する燃料または空気のいづれか一方、
   もしくはその両方の噴出方向軸線もしくはその延長線
   が、上記火炉の炉内に設定した仮想円に接するようにバ
   ーナーを配置し、該火炉内に中心位置が異なる仮想円を
   少なくとも２個以上設定した燃焼装置において、上記バ
   ーナーの少なくとも１本以上が、上記火炉の他方の対向
   する壁部に配置されることを特徴とする燃焼装置。
2. 【請求項２】 上記仮想円の直径が、火炉幅の半分の長
   さと火炉奥行きの長さを加えた和の５％を超える長さ
   〔仮想円直径＞（火炉幅／２＋火炉奥行き）×０．０
   ５〕であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装
   置。
3. 【請求項３】 異なる直径を持つ複数個の仮想円を有
   し、かつ、そのいづれの仮想円にも少なくとも１本以上
   の上記バーナーが噴出する燃料もしくは空気のいづれか
   一方、もしくはその両方の噴出方向軸線もしくはその延
   長線が接するようにしたことを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の燃焼装置。
4. 【請求項４】 少なくとも１本以上の上記バーナーが噴
   出する燃料もしくは空気のいづれか一方、もしくはその
   両方の噴出方向軸線もしくはその延長線が、該バーナー
   を配設した火炉壁面と直角になるようにバーナを配置し
   たことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の燃焼装
   置。