(57)【要約】【課題】腐食及び熱変形の無い、実運用上高い信頼性を有するガスバーナ装置を提供すること。【解決手段】それぞれ異なる環境温度に応じた材料を用いた分割エレメント１ａ〜１ｃを互いに接続してガス燃料を供給して火炉内で燃焼させるガスバーナエレメント１とし、さらにガスバーナエレメント１の外側に間隔を開けてスリーブ１８を設け、ガスバーナエレメント１とスリーブ１８との間に冷却媒体２６が流れる機構を設けたガスバーナ装置である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃料を供給して火炉内で燃焼させるガスバーナエレメントとして、それぞれ異なる環境温度に応じた材料を用いた分割エレメントを互いに接続して構成したことを特徴とするガスバーナ装置。
【請求項２】
ガスバーナエレメントの外側に間隔を開けてスリーブを設け、該ガスバーナエレメントとスリーブとの間に冷却媒体が流れる機構を設けたことを特徴とする請求項１記載のガスバーナ装置。
【請求項３】
ガスバーナエレメントの硫酸露点以下の低温度領域の材質を耐食性材料、硫酸露点以上かつ６００℃以下の中温度領域の材質を低熱膨張材料及び６００℃以上の高温度領域の材質を耐熱性材料で構成したことを特徴とした請求項１記載のガスバーナ装置。
【請求項４】
ガスバーナエレメントの低温度領域の耐食性材料としてステンレススチール材を適用したことを特徴とした請求項３記載のガスバーナ装置。
【請求項５】
ガスバーナエレメントの中温度領域の低熱膨張材料として炭素鋼を適用したことを特徴とした請求項３記載のガスバーナ装置。
【請求項６】
ガスバーナエレメントの高温度領域の耐熱性材料として高クロム材料を適用したことを特徴とした請求項３記載のガスバーナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスバーナエレメントにおける腐食、変形、高温酸化等の発生レベルをミニマムに抑制するのに好適なガスバーナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラなどの燃焼装置から排出される排ガス中のＮＯｘの低減対策が国内の環境規制により段階的に実施されてきた。ガス焚きボイラにおいても、現状の低ＮＯｘバーナ、二段燃焼方式及び排ガスの混合法の採用といった排ガスの低ＮＯｘ対策を実施している。
【０００３】
また、電力需要との関係でボイラの中間負荷運用が頻繁に実施されている。低ＮＯｘ運用として排ガス混合法を採用している場合、中間負荷運用に伴う休止バーナは、運用休止時にガスバーナエレメントを介してガスリングに湿分を含んだ炉内排ガスが侵入し、最大１０００℃程度のガスバーナエレメント先端部と常温近傍にあるガスバーナエレメント基部に接続したガスリングとの間に温度差が生じるため、前記ガスバーナエレメントを介してガスリングに侵入していた湿分を多く含んだ炉内排ガスの湿分が凝縮してドレン化する。
【０００４】
図５には湿分が凝縮してドレン化する様子を説明するためのガスバーナの断面略図を示すが、火炉壁面２００を貫通して火炉３７内に臨んだガスバーナエレメント３１は保護筒３２に外周部が被覆され、そのガスバーナエレメント３１の基部は火炉壁面２００の外側にある風箱３８を貫通して、風箱３８を被覆する保温材４０の外側にまで伸びている。ガスバーナエレメント３１の基部側の端部はフランジ３３を介してＵ字状のエルボ３４に接続している。またエルボ３４の先端にはガスリング３５が接続していて、該ガスリング３５には図示しない燃料供給源からガス燃料が供給される。風箱３８内の空気がバーナエレメント３１の先端部に供給され、バーナエレメント３１から噴出するガス燃料と共に火炉内で燃焼する。なお、保護筒３２の基部は風箱３８を被覆する保温材４０の外側まで伸びてフランジ２０１で風箱３８に固定されている。
【０００５】
図４には前記ガスバーナエレメント３１の詳細断面構造図を示す。ガスバーナエレメント３１は保護筒３２により外周部が被覆されているが、ここでは説明の都合で保護筒３２の記載は省略している。ガスバーナエレメント３１の先端部は火炉内に臨んでおり、ガス噴出口３９を有する。前記先端部のみが耐熱性材料３１ａで構成され、先端部を除く他の部分は炭素鋼材料３１ｂで構成されており、前記先端部とその他の部分とは溶接等により接合されている。なお、ガスバーナ基部側にはエルボ３４を介して図示しないガスリング３５などの部材との接合用フランジ３３が設けられている。                  
火炉内で燃焼ガスが燃焼するときに、先に説明したようにガスバーナエレメント３１の先端部と常温近傍にあるガスリング３５との間に温度差が生じるため、ガスリング３５に入り込んでいた湿分を含んだ炉内排ガスが凝縮してドレン化する。
【０００６】
湿分の凝縮によってガスリング３５内が負圧となるため、この湿分の堆積と凝縮の本サイクルが繰り返されてドレン３６がボイラの運転休止時間に応じて堆積量が増加し、ガスバーナエレメント３１の基部側の低温部分及びガスリング３５は腐食により減肉するという問題点がある。
【０００７】
また、主バーナ点火時にガスリング３５下方に溜まっているドレン３６が下側設置エレメントを介して火炉内に放出されるが、風箱３８内は３００〜３５０℃の温度領域であるため、ドレン放出時温度差により熱変形現象を発生するポテンシャルを有する問題点がある。ガスリング３５にドレン弁を有するドレン抜き管を取り付けることも可能であるが、ドレン管を通じて炉内ガスが噴出する危険性等があり、バーナエレメント先端と基部との温度差が小さくなるが、ドレンの発生を防止するものではなく、自動的にドレン弁を開けてドレンを排出することは実際には困難である。
【０００８】
このようなバーナエレメントの腐食を防ぐためにバーナエレメントの外周に冷却媒体を流すための配管を設けた二重管構造としたバーナ構造が知られている（特開平２−１９７７０８号公報）。
【特許文献１】特開平２−１９７７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許公報記載の従来技術はバーナエレメントを冷却する機能を有しているが、腐食を防止する機能は十分ではない。  
本発明の課題は、腐食及び熱変形の無い、実運用上高い信頼性を有するガスバーナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、ガスバーナエレメント構成を環境温度条件に応じて適正材質に分割することにより達成される。また、ガスバーナエレメントとスリーブ間に冷却媒体を挿入することにより、更に信頼性を確保できる。
【００１１】
請求項１記載の発明は、ガス燃料を供給して火炉内で燃焼させるガスバーナエレメントとして、それぞれ異なる環境温度に応じた材料を用いた分割エレメントを互いに接続して構成したガスバーナ装置である。
【００１２】
請求項２記載の発明は、ガスバーナエレメントの外側に間隔を開けてスリーブを設け、該ガスバーナエレメントとスリーブとの間に冷却媒体が流れる機構を設けた請求項１記載のガスバーナ装置である。
【００１３】
請求項３記載の発明は、ガスバーナエレメントの硫酸露点以下の低温度領域の材質を耐食性材料、硫酸露点以上かつ６００℃以下の中温度領域の材質を低熱膨張材料及び６００℃以上の高温度領域の材質を耐熱性材料で構成した請求項１記載のガスバーナ装置である。
【００１４】
請求項４記載の発明は、ガスバーナエレメントの低温度領域の耐食性材料としてステンレススチール（ＳＵＳ）材を適用した請求項３記載のガスバーナ装置である。
【００１５】
請求項５記載の発明は、ガスバーナエレメントの中温度領域の低熱膨張材料として炭素鋼を適用した請求項３記載のガスバーナ装置である。
【００１６】
請求項６記載の発明は、ガスバーナエレメントの高温度領域の耐熱性材料として高クロム（Ｃｒ）材料を適用した請求項３記載のバスバーナ装置である。
【００１７】
（作用）
請求項１記載の発明によれば、それぞれ異なる環境温度に応じた材料を用いた分割エレメントを互いに接続してガスバーナエレメントとするので、耐腐食性、低熱膨張材料及び耐熱性材料など、それぞれの分割エレメント部分の材質に応じた耐性が得られる。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の作用に加えて、ガスバーナエレメントが冷却されるので、ガスバーナエレメント回り環境温度を低減可能（３００〜１０００℃→１００〜８００℃）となり、熱変形ポテンシャルを大幅に低減可能となる。
【００１９】
請求項３〜５記載の発明によれば、それぞれ異なる環境温度に応じた材料の一例としてエレメントの硫酸露点以下の低温度領域、硫酸露点以上かつ６００℃以下の中温度領域及び６００℃以上の高温度領域に適した材質材料として耐食性材料、低熱膨張材料及び耐熱性材料で構成する。
【００２０】
ガスバーナエレメントを下記の材質構成とすることにより、バーナエレメントの腐食或いは熱変形が生じる問題点は解消される。  
（１）腐食ポテンシャルが高い大気放出部を含む低温部をＳＵＳ３０４等の耐食性材料とする。
【００２１】
（２）変形のポテンシャルを有する風箱内高温部を炭素鋼等の低熱膨張材料を適用する。
【００２２】
（３）耐熱性が要求される先端部をＳＵＳ３１０Ｓ等の高Ｃｒ耐熱性材料を適用する。また、、ガスバーナエレメントとスリーブ間に冷却媒体を挿入することにより、ガスバーナエレメント廻りの環境温度を低減可能となり、熱変形ポテンシャルを大幅に低減可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１記載の発明によれば、それぞれ異なる環境温度に応じた材料を用いた分割エレメントを互いに接続してガスバーナエレメントとするので、腐食、熱変形のポテンシャルを低減して信頼性の高いガスバーナ装置を提供することができる。
【００２４】
請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、ガスバーナエレメントが冷却されるので、ガスバーナエレメント周りの環境温度を低減し、かつ熱変形ポテンシャルを大幅に低減でき、信頼性を更に向上したガスバーナ装置を提供できる。
【００２５】
請求項３〜５記載の発明によれば、それぞれ異なる環境温度に応じた材料の一例としてガスバーナエレメントの硫酸露点以下の低温度領域、硫酸露点以上かつ６００℃以下の中温度領域及び６００℃以上の高温度領域に適した材質材料として耐食性材料、低熱膨張材料及び耐熱性材料で構成することで、比較的低コストで信頼性の高いガスバーナ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１、図２に本発明の実施例を示す。図１には、風箱１５の外側に保温材及びケーシング１６を介して配置されるガスリング２と該ガスリング２に複数個エルボ３を介して接続したエレメント用スリーブ１８と該スリーブ１８の内部に該スリーブ１８の内壁から間隔をあけてバーナエレメント１が設けられているバーナ構造を示し、該バーナ構造は、ボイラ火炉１４の壁面のバーナスロート６（バーナの炉内への開口部）に配置され、該バーナから火炉１４内に向けて燃料を噴出する。
【００２７】
また、図１のバーナ構造では、バーナスロート６の中央部に向けて油燃料を噴出する油バーナ４及び該油バーナ４の回りに一次スリーブ１０が設けられ、その先の油バーナ先端部にバーナインぺラ７が設けられている。前記一次スリーブ１０の先端部外周には二次ベーン（旋回羽根）８が設けられ、該二次ベーン８の外側には二次スリーブ９が設けられている。前記バーナエレメント１は二次スリーブ９の外側に設けられ、バーナエレメント１の回りには保温材１６に被覆された風箱１５の内部に設けられた三次エアレジスタ５が設けられている。
【００２８】
ガス燃料は図示していない燃料配管からガスリング２を介して複数のガスバーナエレメント１に導入され、火炉１４内にガス噴出口２４（図２）から投入される。また、風箱１５からの燃焼用空気は、一次空気１２、二次空気１３及び三次空気１１に分割されて火炉のバーナスロートに向けて供給され、ガス燃料と適正に混合されて火炎を形成する。
【００２９】
図２には図１のガスバーナエレメント１の詳細構造の一部断面図を示す。ガスバーナエレメント１は３種類の材質の違う材料を接合した構成としている。すなわち、ガスバーナエレメント１の低温域には炭素鋼材料１ｃ、中温域には炭素鋼材料１ｂ、高温域には耐熱性材料１ａを用いる。また、ガスバーナエレメント１の外周には間隔を開けてエレメント用スリーブ１８を設け、該エレメント用スリーブ１８とガスバーナエレメント１との間に冷却媒体を導入する。冷却媒体としてエアを用いる場合には冷却エア２６の供給量を調整する冷却エア調整バルブ２５を設置している。なお、ガスバーナエレメント１の基部側にはエルボ３に接続するための接合用フランジ２３が設けられている。
【００３０】
図３にガスバーナエレメント１の主に低温域の表面の温度分布を示すが、硫酸露点以下の低温度領域の材料１ｃとして耐食性に優れたＳＵＳ３０４、３１０等のオーステナイト系ステンレス鋼を適用している。またガスバーナエレメント１の中温度領域の材料１ｂとして低熱膨張材料であるＳＴＰＧ材を適用し、高温度領域の材料１ａとして耐熱性の優れた５０Ｃｒ５０Ｎｉ材を適用している。
【００３１】
ガス燃料はガスリング２から、ガスバーナエレメント１内を図２に示す各温度領域を通過するが、腐食ポテンシャルの高い大気放出部を含む低温度域をＳＵＳ３０４、３１０等のオーステナイト系ステンレス鋼、熱変形のポテンシャルを有する風箱１５内の中温域を低熱膨張材料であるＳＴＰＧ材、耐熱性を要求される高温域を耐熱性に優れた５０Ｃｒ５０Ｎｉ材を適用しているため、従来のような、腐食及び熱変形の問題はない。
【００３２】
また、図２に示すように、エレメント用スリーブ１８とガスバーナエレメント１との間に冷却媒体として常温空気を導入する構成としているため、通常３００〜３５０℃の中温域温度を２００℃以下となるように冷却エア２６を導入することにより、熱変形ポテンシャルを大幅に低減している。また、冷却エア２６の導入により、熱的に厳しいガスバーナ先端部の温度最大１０００℃を８００℃程度まで低減可能とし、耐久性を大幅に向上している。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、ボイラ等の燃焼装置のガスバーナ装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態のガスバーナの構造図である。
【図２】図１のガスバーナ構造のガスバーナエレメントの詳細断面図である。
【図３】ガスバーナエレメント表面温度の温度分布測定結果を示す図である。
【図４】従来技術のガスバーナ及びガスバーナエレメントの構造を示す断面図である。
【図５】従来技術のガスバーナ構造のガスリングのドレン堆積時の状況を示す一部断面略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  ガスバーナエレメント      １ａ  耐熱性材料
１ｂ  炭素鋼材料              １ｃ  耐食性材料
２  ガスリング                ３  エルボ
４  油バーナ                  ５  ３次エアレジスタ
６  バーナスロート            ７  バーナインペラ
８  ２次ベーン                ９  ２次スリーブ
１０  １次スリーブ            １１  ３次空気
１２  １次空気                １３  ２次空気
１４  火炉                    １５  風箱
１６  保温材及びケーシング    １８  エレメント用スリーブ
２３  接合部                  ２４  ガス噴出口
２５  冷却エア調整バルブ      ２６  冷却用エア
３１  ガスバーナエレメント    ３２  保護筒（耐熱性材料）
３３  フランジ                ３４  エルボ
３５  ガスリング              ３６  ドレン
３７  火炉                    ３８  風箱
４０  保温材                  ３９  ガス噴出口
【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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