(57)【要約】【課題】構成が簡単で安価に実施できる使用範囲を拡大可能なガス燃焼装置を提供する。【解決手段】バーナ弁３とガスバーナ２とを連結するガス輸送管４内に流路を狭めるように配設され、ガス輸送管４内を流れる燃料ガスの運動エネルギにより、一端を中心に運動エネルギに比例して流路を増加させるように回動する流路面積調整板１１を備える。これによりボイラの火炉８とバーナ弁３上流側との圧力差であるガスバーナ入口有効圧力が大きくなるので、ガスバーナ２の下限流量を低下させることが可能となり、ガスバーナ２の使用範囲を拡げることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスバーナと、
バーナ弁と該ガスバーナとを連結する管路内に流路を狭めるように取付けられ、管路内を流れる燃料ガスの運動エネルギにより、運動エネルギに比例して流路を増加させるように一端を中心に回動する流路面積調整板と、
を備えることを特徴とするガス燃焼装置。
【請求項２】
さらに、前記流路面積調整板の動きを制限し、前記管路内の流路面積を任意の大きさに設定可能なリミッタを備えることを特徴とする請求項１に記載のガス燃焼装置。
【請求項３】
前記燃料ガスは、コークス炉ガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄所から供給される副生ガスなど低圧のガスを燃料とするボイラの燃焼装置に関し、特にガスバーナの使用範囲を拡大可能なガス燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉ガス、コークス炉ガスなど製鉄所で発生する副生ガスを燃料とするガス専焼、副生ガスと重油とを燃料とする混焼及び重油専焼が可能な発電プラントでは、安価な副生ガスによるガス専焼で燃料に見合った発電出力とするガス成り運転が経済的な理由から主な運用となっている。副生ガスを燃料とするボイラのガスバーナは、使用する燃料ガスの特性上の理由から下限流量が大きい（使用範囲が狭い）低圧燃料ガスバーナを使用しており、下限流量とゼロとの間の運用できない流量域が広い。このためガス専焼運転中に製鉄所からの副生ガス供給量が減少した場合、重油バーナを保炎用、最低出力維持用として使用するタイミングが早くなり、その結果、重油使用量が多くなる。さらに製鉄所からの減少指令以上に発電プラントで使用する副生ガス量が低下する場合がある。
【０００３】
さらに、従来のコークス炉ガスを燃料とするボイラにおいては、ガスバーナ弁は全閉、全開のみの作動制御であったため、コークス炉ガスバーナ入口有効圧力の変動が大きく、これに起因してボイラの熱吸収バランスが大きく影響され、ボイラの寿命に悪影響を与えることが指摘されていた。このためガスバーナ弁の開度を調整可能とし、ガスバーナ入口有効圧力を規定値内に自動制御する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２０１４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術は、バーナ弁を、弁開度を可変可能な弁とし、さらにこの弁に制御信号を出力することで、バーナ弁を全閉と全開の中間開度に絞り込むことができる。これによりガスバーナの下限流量を低下させることが可能となり、ガスバーナの使用範囲を拡げることができる。しかしこの技術は、バーナ弁を、弁開度を可変可能な弁とし、さらにこの弁に制御信号を出力する制御回路が必要となるので、ガス燃焼装置、制御回路が複雑となり、実施には多くの費用を必要とする。また、特許文献１に記載の技術は、既設のガス燃焼装置に適用するには、大がかりな改造が必要となり簡単に適用することができない。
【０００５】
本発明の目的は、構成が簡単で安価に実施できる使用範囲を拡大可能なガス燃焼装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載のガス燃焼装置は、ガスバーナと、
バーナ弁と該ガスバーナとを連結する管路内に流路を狭めるように取付けられ、管路内を流れる燃料ガスの運動エネルギにより、運動エネルギに比例して流路を増加させるように一端を中心に回動する流路面積調整板と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載のガス燃焼装置は、さらに、前記流路面積調整板の動きを制限し、前記管路内の流路面積を任意の大きさに設定可能なリミッタを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載のガス燃焼装置は、前記燃料ガスは、コークス炉ガスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の本発明によれば、ガス燃焼装置は、ガスバーナと、バーナ弁とガスバーナとを連結する管路内に流路を狭めるように取付けられ、管路内を流れる燃料ガスの運動エネルギにより、運動エネルギに比例して流路を増加させるように一端を中心に回動する流路面積調整板と、を備えるので、燃料ガス流量が少ないときは、流路が狭まる。これによりボイラの火炉内とバーナ弁上流側管路内との圧力差であるガスバーナ入口有効圧力が大きくなるので、ガスバーナの使用可能な下限流量を小さく（使用範囲を広く）させることが可能となり、ガスバーナの使用範囲を拡げることができる。また、流路の面積調整は、管路内を流れる燃料ガスの運動エネルギにより行われるので、簡単な構成で安価に流路の面積調整を行うことができる。また燃料ガス流量に比例して流路面積が拡がるので、圧力損失を小さく抑えることができる。さらに、本発明のガス燃焼装置は、バーナ弁とガスバーナとを連結する管路内に流路面積調整板を取付けるので、既設のガス燃焼装置へ適用する場合であっても改造が少なく、容易に適用することができる。
【００１０】
請求項２記載の本発明によれば、ガス燃焼装置は、さらに、流路面積調整板の動きを制限し、管路内の流路面積を任意の広さに設定可能なリミッタを備えるので、これにより管路の圧力損失を所定の範囲内とするが可能となり、ガス燃焼装置の使用範囲を確実に拡大することができる。またリミッタを使用して流路の最小面積を確保することで、必要以上に流路が狭くなることを防止することができる。一方、燃料ガス流量が多い場合にあっては、リミッタを使用して強制的に流路面積調整板を開放することで、圧力損失が必要以上に大きくなることを防止できる。
【００１１】
請求項３記載の本発明によれば、燃料ガスは、コークス炉ガスであるのでコークス炉ガスを燃料とするボイラの燃焼装置に本発明を適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の実施の一形態としてのガス燃焼装置１の概略的構成を示す図である。図２は、ガス燃焼装置１のガス流路面積可変装置１０の斜視図であり、図３は、図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。ガス燃焼装置１は、製鉄所で発生する副生ガスなど低圧のガスを燃料とするボイラの燃焼装置であって、ガスバーナ２と、バーナ弁３とガスバーナ２とを連結する管路（ガス輸送管）４に設けられたガス流路面積可変装置１０と、を含み構成される。ガスバーナ２には、ガス輸送管４を通じて燃料ガスが供給され、ガスバーナ２の上流のガス輸送管４には、図示を省略したボイラの燃料制御装置からの指令により開閉するバーナ弁３を備える。このバーナ弁３の弁開度は、全閉又は全開のみであり、弁開度を中間開度にすることはできない。またガスバーナ２の使用範囲が適正であることを把握するために、バーナ弁３の上流側ガス輸送管４内の圧力とボイラの火炉８内の圧力との差を測定する差圧計６が設けられている。
【００１３】
ガス燃焼装置１は、ガス流路面積可変装置１０を除けば、従来からあるガス燃焼装置と基本的構成は同じであり、本実施形態に示すガス燃焼装置１は、ガス流路面積可変装置１０を備える点に特徴がある。ガス流路面積可変装置１０は、ガス輸送管４内にガス流路を狭めるように取付けられる流路面積調整板１１と、流路面積調整板１１を回動可能に支持する支持棒２０と、支持棒２０を回動させる空気駆動式のシリンダ３０及び支持棒２０に固定され流路面積調整板１１の動きを制限するリミッタ２２を備える。流路面積調整板１１は、正面視で略楕円形状であり、短軸が支持棒２０の軸線と平行である。流路面積調整板１１は、鉛直方向としたとき、ガス輸送管４内の流路を大幅に狭め、流路面積調整板１１の先端部１５を一杯持上げたとき、ガス輸送管４内の流路をほとんど塞がない。流路面積調整板１１は、上端に矩形の凸部１２を有し、中心から下がった位置に棒状の重り１３が取付けられている。凸部１２の上端には、流路面積調整板１１の厚み方向と平行に２つのリング１４ａ、１４ｂが取付けられている。この２つのリング１４ａ、１４ｂは、支持棒２０に摺動可能に嵌め込まれている。これにより流路面積調整板１１は、支持棒２０を中心に回動することができる。
【００１４】
支持棒２０は、円柱形状を有し、一端にリンクレバー２１を有する。リンクレバー２１は、支持ピン３２を介してシリンダ３０のピストンロッド３１と回動自在に連結する。また支持棒２０には、２つのリング１４ａ、１４ｂの間の位置に、流路面積調整板１１の動きを制限するための板状のリミッタ２２が取付けられている。流路面積調整板１１は、支持棒２０に摺動可能に取付けられているので、支持棒２０の端部２３から見てリミッタ２２を反時計周りに回動させると、流路面積調整板１１は、リミッタ２２と一体となり先端部１５が水平方向に持ち上げられる。逆にリミッタ２２を時計周りに回動させると、リミッタ２２と流路面積調整板１１とは離れ、流路面積調整板１１はフリーの状態となる。
【００１５】
ガス流路面積可変装置１０は、バーナ弁３とガスバーナ２とを連結するガス輸送管４の上部に設けられた取付座７を介してガス輸送管４に取付けられる。取付座７は、直方体の形状を有し、ガス輸送管４の上部を開口し、この開口部を塞ぐように取付けられる。ガス流路面積可変装置１０の支持棒２０は、軸線がガス輸送管４の軸線と直交するように取付けられる。支持棒２０の両端部２３、２４は、取付座７に摺動可能に支持され、リンクレバー２１は、取付座７の外に位置する。なお、取付座７と支持棒２０とは、ガス輸送管４内を流通する燃料ガスが外部に漏洩しないように、シールされている。このシール機構には、回転軸を摺動可能にシールするＯリングなどの軸封装置を使用することができる。
【００１６】
このように取付けられたガス流路面積可変装置１０は、流路面積調整板１１が基本的にガス輸送管４内の流路を狭めるもので、リミッタ２２の先端部２５を下げてリミッタ２２を鉛直方向とし、ガス輸送管４に燃料ガスを流すと、流路面積調整板１１は、燃料ガスの運動エネルギにより先端部１５が燃料ガスの流れ方向に持ち上げられる。流路面積調整板１１の先端部１５の持ち上がり量は、燃料ガスの運動エネルギに比例して大きくなる。この結果、ガス輸送管４内を流通する燃料ガスの流量が少ないときは、ガス輸送管４内の燃料ガスが流れる流路は狭く、燃料ガスの流量に比例して流路が広くなる。
【００１７】
リミッタ２２は、シリンダ３０を介して位置を可変することができるので、ガス輸送管４内に最低限の流路を確保したい場合は、リミッタ２２で流路面積調整板１１の動きを制限すればよい。同様に、燃料ガス流量が多く圧力損失が所定の上限値を超えると予想される場合は、リミッタ２２で流路面積調整板１１を持ち上げ、流路を大きくすることもできる。
【００１８】
図４は、コークス炉ガスを燃料とするボイラの燃焼装置に本ガス燃焼装置１を適用したときの、コークス炉ガス流量とガスバーナ入口有効圧力との関係を示す図である。ガスバーナ入口有効圧力は、バーナ弁３の上流側ガス輸送管４内とボイラの火炉８内との圧力差であり、差圧計６で測定される値である。なお、図４は、本ガス燃焼装置１の機能を説明するための図であって、本発明が図４に示す数値に限定されないことは言うまでもない。ここでは、コークス炉ガスバーナは、２段×４コーナの８本で構成され、１段４本のガスバーナ２に各々ガス流路面積可変装置１０を取付け、４つのガス流路面積可変装置１０の流路面積調整板１１を下限開度としたとき、４本のガス輸送管４の流路の合計面積が、２本分のガス輸送管４の面積となる場合を想定している。コークス炉ガスを燃料とするガス燃焼装置１の運用範囲は、ガスバーナ入口有効圧力が５０〜１５０ｍｍＨ２Ｏの範囲とする。
【００１９】
燃料ガス流量が多く、８本のガスバーナで燃焼させていた状態から燃料ガス流量が低下すると、ガスバーナ２本を消火させ６本とする。このときガスバーナ入口有効圧力は、図４中ＡからＢに上昇する。さらに燃料ガス流量が低下すると、さらにガスバーナ２本を消火させ、点火しているガスバーナをガス流路面積可変装置１０を取付けたガスバーナ４本とする。これによりガスバーナ入口有効圧力は、図４中ＣからＤに上昇する。このとき流路面積調整板１１は、リミッタ２２を用いて強制的に開放されている。この状態では、燃料ガス流量とガスバーナ入口有効圧力との関係は、ガス流路面積可変装置１０を取付けない従来のガス燃焼装置と同じとなる。さらに燃料ガス流量が低下すると、図４中Ｅの時点で、リミッタ２２を外し流路面積調整板１１をフリーの状態とする。これにより流路面積調整板１１は、流路を狭めるように動くので、ガスバーナ入口有効圧力は、図４中Ｆとなる。この状態つまり流路面積調整板１１をフリーとした状態で燃料ガス流量を低下させると、図４中ＦとＨとを結ぶ線に従って、コークス炉ガス流量、ガスバーナ入口有効圧力が低下する。
【００２０】
一方、従来のガス燃焼装置を使用した場合、ガスバーナ４本で燃料ガス流量が約８ｋｍ３Ｎ／ｈで運用範囲の下限値となる（図４中Ｉ）。この状態でさらに燃料ガス流量を低下させるべくガスバーナを２本とすると、逆に運用範囲の上限値を超えてしまう（図４中Ｇ）。つまり従来のガス燃焼装置を使用した場合、運用可能な燃料ガスの最低流量は、約８ｋｍ３Ｎ／ｈとなる。これに対して本実施形態に示すガス燃焼装置１を使用すると、流路面積調整板１１が流路を絞るので、最低流量を約５ｋｍ３Ｎ／ｈとすることができる。これによりガス燃焼装置１の使用範囲を約３ｋｍ３Ｎ／ｈ（約１３パーセント）拡大することができる（図４中Ｊ）。
【００２１】
以上のように、本実施形態に示すガス燃焼装置１は、流路面積を調整する流路面積調整板１１が、ガス輸送管４内に流路を狭めるように取付けられているので、ボイラの火炉８内とバーナ弁３の上流側ガス輸送管４内との圧力差であるガスバーナ入口有効圧力が大きくなるので、ガスバーナの下限流量を低下させることが可能となり、ガスバーナ２の使用範囲を拡げることができる。また、燃料ガス流量に比例して流路面積調整板１１は、流路面積を拡げるように回動するので、圧力損失を小さく抑えることができる。また、リミッタ２２を使用して流路の最小面積を確保することも可能であるので、必要以上に流路が狭くなることを防止することができる。一方、燃料ガス流量が多い場合であっては、リミッタ２２を使用して強制的に流路面積調整板１１を開放することで、圧力損失が必要以上に大きくなることを防止できる。
【００２２】
さらにバーナ弁３の下流側ガス輸送管４内に流路を狭めるガス流路面積可変装置１０が取付けられているので、この部分のガス流速が速くなり、ガスバーナ２で逆火が発生しても逆火が上流まで及ばない。また、本発明のガス燃焼装置１は、ガス流路面積可変装置１０に特徴があり、このガス流路面積可変装置１０は、バーナ弁３とガスバーナ２とを連結するガス輸送管４に簡単に取付けることができるので、既設のガス燃焼装置へ適用する場合であっても改造が少なく、容易に適用することができる。上記のような機能を備えるガス燃焼装置１は、コークス炉ガスなど低圧のガスを燃料とするボイラの燃焼装置に好適に使用することができる。なお、燃料ガスの運動エネルギのみで流路面積調整板１１が、予め定める流路の最小面積、流路の最大面積を確保することができるならば、リミッタ２２及びリミッタ２２を駆動するシリンダ３０は必ずしも必要ではない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の一形態としてのガス燃焼装置１の概略的構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の一形態としてのガス燃焼装置１のガス流路面積可変装置１０の斜視図である。
【図３】図２に示すガス流路面積可変装置１０を切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。
【図４】コークス炉ガスを燃料とするボイラの燃焼装置に本ガス燃焼装置１を適用したときの、コークス炉ガス流量とガスバーナ入口有効圧力との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  ガス燃焼装置
２  ガスバーナ
３  バーナ弁
４  管路（ガス輸送管）
１０  ガス流路面積可変装置
１１  流路面積調整板
２２  リミッタ
【図１】
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【図２】
2007292349.tif 000004
【図３】
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【図４】
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