(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周状にメインガスノズルを配置したメインガスバーナーと、
前記メインガスバーナーの内側において、周状に保炎ガスノズルを配置した保炎ガスバーナーと、
前記保炎ガスバーナーの中央であって、その先端側にセットされ、周面に保炎エアーノズルを形成した保炎器と、
低負荷時には保炎ガスバーナーの燃焼で対応し、中負荷時には保炎ガスバーナーの連続燃焼とメインガスバーナーのＯＮ、ＯＦＦ制御で対応し、高負荷時には保炎ガスバーナー及びメインガスバーナーの連続燃焼で対応するようにメインガスバーナーと保炎ガスバーナーの燃焼を制御する制御器とから成り、発生する燃焼排ガス中の窒素酸化物濃度を６０ｐｐｍ以下に低減するように構成した低ＮＯX 型都市ガスガバナステーションにおける温水バス式ガスヒーター用ガスバーナー。
【請求項２】
メインガスバーナーは、ＯＮ、ＯＦＦ制御に併せてガス量及びエアー量の比例制御機能を有し、これによりレシオの改善が図られていることを特徴とする請求項１記載の都市ガスガバナステーションにおける温水バス式ガスヒーター用ガスバーナー。
【請求項３】
保炎器は、中心方向に向けて形成した保炎ガスノズルに外周面が対向し、且つこの外周面を先細りの円錐形に形成し、保炎ガスバーナーの先端側であって、メインガスバーナーの先端内側に保炎ガス混合空間を形成し、これによりメインガスバーナーの連続ＯＮ、ＯＦＦにおいても保炎ガスバーナーの炎は決して吹き消えないところの請求項１又は２記載の都市ガスガバナステーションにおける温水バス式ガスヒーター用ガスバーナー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧都市ガス輸送パイプライン中のガバナステーション（減圧設備）において、都市ガスの温度を高める際に用いられる温水バス式ガスヒーター用のガスバーナーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧都市ガス輸送パイプライン中の都市ガスをガバナステーションで減圧すると、断熱膨張作用によりガス自体に減温が発生する。ガバナステーションを出たガスの温度が０℃以下になると、パイプラインやガス減圧設備の凍結に起因する供給不良の問題や、或いは、埋設パイプライン周囲の土壌の凍結による地盤の隆起や近接する水道管の損傷の問題を生ずる。
そこで、都市ガス事業者は、減圧による温度効果の影響が大きい箇所には減圧する直前にガスを加温する温水バス式のガスヒーターを設置している。
【０００３】
従来、このガスヒーターには、減圧されたガスの一部を燃料に用いて、ガスヒーター中の水を加温するガスバーナーが用いられている。
このような目的に使用される従来のガスバーナーの場合、負荷変動に対してはメインガスバーナーの比例制御、或いはメインガスバーナーのＯＮ、ＯＦＦ制御のいずれかの方法により対応している。
【０００４】
しかし、メインガスバーナーの比例制御の場合、低ＮＯX 型ガスバーナーの条件に対しては全てのレシオを一つのメインガスバーナーで対応するということが技術的に不可能である。このため、高負荷運転に対応するためには、低負荷時から中負荷時にかけて使用したメインガスバーナーを、将来的には、中負荷時から高負荷時運転用の低ＮＯX 型ガスバーナーに交換せざるを得ない。
【０００５】
そして、メインガスバーナーのＯＮ、ＯＦＦ制御の場合、メインガスバーナーのＯＮ、ＯＦＦ操作に伴い、パイロットバーナー炎の吹き消えの恐れがあることから、燃焼能力は低負荷時から中負荷時程度の限られた範囲でのみ実用化されているのが現状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、都市ガスガバナステーションにおける温水バス式ガスヒーター用ガスバーナーにおいて、低ＮＯX 化を図り、かつ、負荷変動に対して幅広いレシオを有し、メインガスバーナーを将来において交換する必要が無く、また、メインガスバーナーのＯＮ、ＯＦＦ操作に際して、パイロットバーナー炎の煽りや吹き消えを無くして、安全性と燃焼の信頼性の向上を図る事である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する最良の技術手段は次のとおりである。
１．周状にメインガスノズルを配置したメインガスバーナーと、
前記メインガスバーナーの内側において、周状に保炎ガスノズルを配置した保炎ガスバーナーと、
前記保炎ガスバーナーの中央であって、その先端側にセットされ、周面に保炎エアーノズルを形成した保炎器と、
低負荷時には保炎ガスバーナーの燃焼で対応し、中負荷時には保炎ガスバーナーの連続燃焼とメインガスバーナーのＯＮ、ＯＦＦ制御で対応し、高負荷時には保炎ガスバーナー及びメインガスバーナーの連続燃焼で対応するようにメインガスバーナーと保炎ガスバーナーの燃焼を制御する制御器とから成り、発生する燃焼排ガス中の窒素酸化物濃度を６０ｐｐｍ以下に低減するように構成した低ＮＯX 型都市ガスガバナステーションにおける温水バス式ガスヒーター用ガスバーナー。
【０００８】
２．メインガスバーナーは、ＯＮ、ＯＦＦ制御に併せてガス量及びエアー量の比例制御機能を有し、これによりレシオの改善が図られていることを特徴とする前記１記載の都市ガスガバナステーションにおける温水バス式ガスヒーター用ガスバーナー。
【０００９】
３．保炎器は、中心方向に向けて形成した保炎ガスノズルに外周面が対向し、且つこの外周面を先細りの円錐形に形成し、保炎ガスバーナーの先端側であって、メインガスバーナーの先端内側に保炎ガス混合空間を形成し、これによりメインガスバーナーの連続ＯＮ、ＯＦＦにおいても保炎ガスバーナーの炎は決して吹き消えないところの前記１又は２記載の都市ガスガバナステーションにおける温水バス式ガスヒーター用ガスバーナー。
【００１０】
【作用】
都市ガスガバナステーションにおいて、温水バス式ガスヒーターの運転を開始する時においては、先ずパイロットガスバーナーに点火が行われ、次に保炎ガスバーナーに点火が行われて保炎が形成され、ここでパイロットガスバーナーは消火し、次にメインガスバーナーに着火が行われてメイン火炎が形成される。温水バス式ガスヒーターは、この状態で缶内に貯えられた水を加温し、この加温された温水で伝熱管内を通過するプロセスガスを加温する。但し、この運転は高負荷時の運転である。
次に負荷が一定値以下に減少した場合、制御器は、メインガスバーナーをＯＮ、ＯＦＦ制御し、保炎ガスバーナーはそのまま連続燃焼を継続させる。
【００１１】
次に、更に負荷が減少した場合、制御器は、メインガスバーナーの燃焼を止め、保炎ガスバーナーのみを継続燃焼させる。保炎ガスバーナーは定格燃焼に制御し、メインガスバーナーはＯＮ、ＯＦＦ制御及び比例制御を併用する事によりレシオを改善することが可能である。
なお、負荷変動は、温水バス式ガスヒーター内の温水の温度をセンサーにより検出し、この温度が設定温度に一定になるようにメインガスバーナー及び保炎ガスバーナーをフィードバック又はフィードフォワード又はこの併用により制御する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
缶内に水を満たした温水バス式ガスヒーター内には、プロセスガスが通過する伝熱管が組み込まれており、ガスバーナーにより缶内の水は加温される。温水バス式ガスヒーター内の水温は、負荷変動に応じてガスバーナーの燃焼量を変更することにより一定に維持されている。
ガスバーナーは、パイロットガスバーナーで保炎ガスバーナーの着火を行い、保炎ガスバーナーでメインガスバーナーの着火を行う。
【００１３】
ガスバーナーの本体部分は、円筒状のメインガスバーナー筒と、この内側に形成された保炎ガスバーナー筒と、前記保炎ガスバーナー筒の外側に形成されたメインエアー供給筒（バーナー本体）と、前記メインガスバーナー筒の内側の空間に形成された保炎エアー通路で構成されている。
そして、前記メインガスバーナー筒の先端には、外向きに拡散する方向に傾斜させたメインガスノズルが周状に配置され、保炎ガスノズルは保炎器側（内側）に向けて形成されている。
【００１４】
保炎器は、先端が細くなるテーパー面（円錐面）で形成され、この周面には、多数の保炎エアーノズルが設けてあり、この保炎エアーノズルから噴出するエアーと保炎ガスノズルから噴出するガスの混合により燃焼して保炎が形成され、メイン火炎は、この保炎をとり囲むようにして外側に形成される。
ガスバーナーの燃焼は、すべて制御器により制御されるようになっていて、フィードバック制御が基本である。但し、フィードフォワード又はこれとフィードバック制御の併用で制御することも可能である。
【００１５】
【実施例】
図１、図２は本発明に係るガスバーナー１を示す実施例であって、２はバーナー本体、３はメインガスバーナー、４はメインガスバーナー筒、５はメインガスノズル、６はメインガス通路、７はメインガス供給管である。
８は保炎ガスバーナーであって、この保炎ガスバーナー８は、前記メインガスバーナー筒４の内側にセットされた保炎ガスバーナー筒９と、この保炎ガスバーナー筒９の内側に挿入された内筒１２により形成された保炎ガス通路１１と、前記メインガスバーナー筒４の先端よりやや奥であって、内側に向けてガスを噴出する保炎ガスノズル１０と、から成る。
【００１６】
１５は、前記内筒１２の内側に形成された保炎エアー通路１７の先端側にセットされた保炎器であって、この保炎器１５は、先端側が細くなるように形成したテーパー周面に多数の保炎エアーノズル１６を形成した円錐形状を呈している。７は前記メインガス通路６に結ばれたメインガス供給管、１４は保炎ガス通路１１に結ばれた保炎ガス供給管である。
１８はガスバーナー本体２の正面側であって、メインガスノズル５の外側において、周状に配置されたメインエアーノズル、１９はメインエアー通路、２０はパイロットガスバーナー、２１はエアー供給管である。
【００１７】
図３は上記ガスバーナー１を取り付けた温水バス式ガスヒーターを示し、この温水バス式ガスヒーター２２は、外缶２３、炉筒２４、煙管２５、伝熱管２６、大気開放口２７、ガス送入口２８、ガス送出口２９、煙突３０を主構成要素としており、ガスバーナー１で発生した燃焼ガスにより外缶２３内に満たした水を加熱し、伝熱管２６内に被加熱ガスを通して温水により被加熱ガスを加熱する。
【００１８】
図４は、ガスバーナー１の制御装置（方法）を示すもので、ガス供給ライン３１はメインガス供給ライン３２を経由してメインガス供給管７に結ばれ、更にガス供給ライン３１は保炎ガス供給ライン３５を経由して保炎ガス供給管１４に結ばれている。そして、メインガス供給ライン３２にはメインガス比例制御弁３４とＯＮ、ＯＦＦ制御弁３３が取り付けてあり、保炎ガス供給ライン３５には設定弁３６が取り付けられ、送風機３７とエアー供給管２１はエアー供給ライン３８で結ばれ、このエアー供給ライン３８にはエアー比例制御弁３９が取り付けられている。
【００１９】
４０は制御器であって、この制御器４０は、次の制御を行う。
運転開始時には、パイロットガスバーナー２０に点火を行い、次に保炎ガスノズル１０に対して設定弁３６を経由して保炎ガスを供給することにより、先ず保炎ガスバーナー８に着火を行い、次にパイロットガスバーナー２０を消火し、次にＯＮ、ＯＦＦ制御弁３３を開いてメインガスノズル５からガスを噴出させ、これに保炎ガスバーナー８で着火を行い、これにより保炎の外側にメイン火炎を形成する。
【００２０】
保炎ガスノズル１０には設定弁３６を制御して一定量のガスを供給して継続的に保炎を形成し、一方メインガスノズル５には負荷に応じてＯＮ、ＯＦＦ制御弁３３を制御して断続的に、又は継続的にメイン火炎を形成する。
この時、メインガス比例制御弁３４とエアー比例制御弁３９を同時に比例制御することにより、負荷変動に対する応答性を高めている。
【００２１】
図５は、ガスバーナー１の燃焼パターンの説明図であって、例えば２０，０００ｋｃａｌ／Ｈに設定された場合には、保炎ガスバーナー８のみを燃焼させ、１５０，０００ｋｃａｌ／Ｈに設定された場合には、保炎ガスバーナー８の燃焼＋メインガスバーナー３の出力を１２．５％に制御すると同時に、ＯＮ、ＯＦＦ制御弁３３をＯＮ、ＯＦＦ制御する。そして、例えば１，２００，０００Ｋｃａｌ／Ｈの高負荷燃焼に設定された場合には、メインガスバーナー３を全開に制御して、保炎ガスバーナー８の燃焼＋メインバーナーの燃焼で対応する。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は以上のように、メインガスバーナーに保炎ガスバーナーを組み合わせ、低負荷時には保炎ガスバーナーで対応し、中負荷時には、保炎ガスバーナー＋メインガスバーナーのＯＮ、ＯＦＦ制御で対応し、高負荷時には保炎ガスバーナー＋メインガスバーナー全開で対応する。
【００２３】
この結果、次の効果を奏する。
ａ．幅広い負荷変動に追随して、プロセスガスの効率的な加温ができる（請求項１、２、３）。
ｂ．メインガスバーナーに対する着火は、燃焼力の強い保炎ガスバーナーで行うため、メインガスバーナーのＯＮ、ＯＦＦ時の煽りにより保炎ガスバーナーが失火したりするという心配がない。よって、安全性と信頼性の高い温水バス式ガスヒーター用ガスバーナーを得ることができる（請求項１、２、３）。
【００２４】
ｃ．メインガスバーナーのＯＮ、ＯＦＦ制御に併せて比例制御を行うことにより、レシオが拡大する（請求項２）。よって、将来にわたりメインガスバーナーを交換する必要性が発生しない（請求項１、２、３）。
【００２５】
ｄ．保炎器を組み込んだことにより保炎ガスバーナーの燃焼が安定する（請求項１、２、３）。
ｅ．低ＮＯX ガスバーナーの燃焼機構を残したままの改造ガスバーナーのため、低ＮＯX 燃焼性に優れている（請求項１、２、３）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガスバーナーの断面図。
【図２】本発明に係るガスバーナーの正面図。
【図３】ガスヒーターの説明図。
【図４】ガスバーナーの制御の概念図。
【図５】ガスバーナーの燃焼パターンの説明図。
【符号の説明】
１  ガスバーナー
３  メインガスバーナー
５  メインガスノズル
７  メインガス供給管
８  保炎ガスバーナー
１０  保炎ガスノズル
１５  保炎器
１６  保炎エアーノズル
１８  メインエアーノズル
２０  パイロットガスバーナー
３１  ガス供給ライン
３２  メインガス供給ライン
３３  ＯＮ、ＯＦＦ制御弁
３４  メインガス比例制御弁
３５  保炎ガス供給ライン
３６  設定弁
３７  送風機
３８  エアー供給ライン
３９  エアー比例制御弁
４０  制御器
【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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