(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスエンジン又はガスタービンの排気をバーナで再加熱して利用する排気再燃ボイラにおいて、ボイラ燃焼室のバーナ装着孔に取り付けたバーナ保持用アダプタの円筒部とバーナ装着孔の内周面との間に若干の間隙を設け、該アダプタの円筒部にバーナ筒部を挿着して、上記間隙を通して上記排気を燃焼室内に供給すると共に、上記アダプタの円筒部の外周面にフランジ状乃至コーン状のガイド部材を設けて、該ガイド部材により上記排気の噴出方向をバーナの火炎から離間するように斜め外方へ向けたことを特徴とするコージェネ用排気再燃ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン又はガスエンジン発電機の排気を熱源として利用するコージェネ用排気再燃ボイラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にコージェネレーションシステムにおいては、タービンあるいはエンジンからの高温排気を更に加熱して利用するために、排気再燃バーナを設けている。図４はその一例を示したもので、通常ボイラの燃焼室２へタービンからの排気を導入する孔１１は、排気再燃バーナ４の装着箇所とは離れた位置に設けられている。しかし小型のコージェネレーションシステムでは、図５に示すように、バーナ装着孔３を排気導入孔として兼用したものも試みられている。すなわち同図においては、バーナ４の筒部が内外筒９，１０の二重構造となっており、外筒１０を通して排気が燃焼室２内に導入されている。このようにすれば、汎用のボイラを利用することができるので、コスト的に有利である上に、火炎を排気によって適度に冷却することにより、火炎中の局部高温域の発生を防止してＮＯｘの発生量を抑制し得るという利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図５の構成は、バーナ４を常にフル運転する場合には問題がないが、ボイラの負荷に応じてバーナをターンダウンし、燃焼量を調節しようとすると、火炎の周囲を取り巻くように燃焼室２内へ送り込まれている排気の流量あるいは流速が、火炎の噴出速度に対して相対的に大きくなり、そのために火炎が排気により冷却され過ぎて不完全燃焼を起こし易くなるという問題があった。図３（ｂ）のグラフの曲線Ｂは、排気再燃バーナ４をターンダウンした場合の様子を示したもので、燃焼量を７５％以下に絞ると、急激にＣＯガスが増加する。そこで本発明は、このような問題点を解消し、バーナ装着孔３を利用して排気を導入するようにした場合にも、バーナ４のターンダウン比を大きくとることができるような排気再燃ボイラの構造を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によるコージェネ用排気再燃ボイラは、図１に示すように、排気再燃ボイラ１の燃焼室２の壁に穿設したバーナ装着孔３の内周面とバーナ装着孔３に取り付けたバーナ保持用アダプタ７の円筒部７ａとの間に若干の間隙５を設け、該アダプタ７の円筒部７ａにバーナ筒部を挿着して、この間隙５を通して排気を燃焼室２内に供給すると共に、アダプタ７の円筒部７ａの外周にフランジ状乃至コーン状のガイド部材６を設け、このガイド部材６により排気の噴出方向を火炎から離間するように斜め外方へ向けたものであって、この構成によれば、火炎の根元部分と排気流との間には火炎から発生した排ガスが停滞することになって、エンジン排気が火炎の根元部分に接触することがなく、従ってバーナ燃焼量を絞った時にも、火炎中の未燃成分が排気流によって冷やされることがないので、不完全燃焼によるＣＯの発生を防止することができ、しかもこの排気流は前方では内側の圧力が下がるために、結局内側へ引き戻されて火炎の先端部分と接触することになり、これが火炎温度の過上昇を防止してＮＯｘの発生を抑制するのである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は本発明によるコージェネ用排気再燃ボイラの一実施例の全体的な構造、（ｂ）はその要部を示したものである。排気再燃用バーナ４は、排気再燃ボイラ１の燃焼室２の壁２ａに穿設されたバーナ装着孔３に、孔３の内周面との間に若干の間隙５をおいて装着され、この間隙５を通してガスタービンあるいはガスエンジンからの排気が燃焼室２内に供給されている。７はバーナ４をバーナ装着孔３内に保持するための円筒状のアダプタで、その外周面に排気ダクトを接続するための接続口８が設けられており、アダプタ７内に供給された排気は、バーナ装着孔３の内周面とバーナ４の筒部との間の間隙５を通って燃焼室２内に噴出するようになっているが、このときバーナ筒部の外周に設けられているフランジ状乃至コーン状のガイド部材６が排気の噴出方向を火炎から離間するように斜め外方へ向けるのである。こうして外方へ広がりながら噴出する排気流は、その内側の気圧を低下させるように作用するために、前方では再び内側へ引き寄せられて火炎と接触することになり、火炎を冷却することによってＮＯｘの発生を抑制する。しかしそのときは火炎は既に燃焼をほぼ完了しているために、この排気との接触で不完全燃焼を引き起こすことはない。結局上記ガイド部材６は、排気と火炎との接触時期を若干遅らせることによって、低ＮＯｘ効果を維持しながらＣＯガスの発生を防止しているのである。またボイラ２の負荷に応じてバーナ４をターンダウンし、火炎が小さくなった場合に、図６の従来例では排気の流量及び流速が相対的に大きくなるために、火炎が排気によって冷却され過ぎて不完全燃焼を起こす原因となっていたが、本発明によればターンダウンされた火炎にも排気が接触しないので、不完全燃焼を起こすおそれがない。
【０００６】
図２の実施例は、バーナ４をバーナ装着孔３に保持するためのアダプタ７を利用し、その円筒部７ａの外周面に上述のガイド部材６を設けたものである。この場合、排気はアダプタ７の外筒に設けられたダクト接続口８から入って、アダプタ円筒部７ａとバーナ装着孔３の内周面との間の間隙５を通るようになっており、図２の場合と同様に、アダプタ円筒部７ａの外周のガイド部材６により斜め外方に逸らされるために、火炎の未燃部分あるいは小さく絞られた火炎に接触せず、ＣＯの発生が未然に防止される。
【０００７】
また図６の従来例のように、バーナ４の筒部が内筒９と外筒１０の二重構造となり、外筒１０を通して排気が供給されているような場合にも、内筒９の外周に図１乃至図２のようなフランジ状あるいはコーン状ののガイド部材７を設けることによって、排気の噴出方向を斜め外方へ向けることにより、図１〜２の場合と全く同様の効果を持たせることができる。
【０００８】
図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明によるＮＯｘ及びＣＯの削減の効果を示したもので、（ａ）は図１の実施例によるＮＯｘ発生量を図４の従来例と比較したもので、横軸はターンダウン率である。また（ｂ）は図１の実施例によるＣＯガス発生量を図５の従来例と比較したもので、本発明によればターンダウン比を１０：１にとっても、ＣＯの発生は殆ど見られないことが示されている。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば上述のように、コージェネ用排気再燃ボイラの排気導入口１２をバーナ装着孔３と共用することにより、ボイラのコストダウンを図ると共に、バーナ装着孔に取り付けたバーナ保持用アダプタの円筒部とバーナ装着孔の内周面との間に若干の間隙を設け、該アダプタの円筒部にバーナ筒部を挿着して、上記間隙を通して上記排気を燃焼室内に供給すると共に、上記アダプタの円筒部の外周面にフランジ状乃至コーン状のガイド部材を設けて、該ガイド部材により上記排気の噴出方向をバーナの火炎から離間するように斜め外方へ向けたことにより、バーナ火炎の周囲に送り込まれた排気の噴出方向を斜め外方に向けて、火炎の根元部分では排気が火炎に接触せず、火炎の先端部分では排気が適度に火炎と混合してＮＯｘ発生量を低減するようにし、それによってフル燃焼時のみならず、ターンダウン時においても、排気と火炎の未燃成分との接触による不完全燃焼を防止して、ＣＯの発生を低減し、燃焼の不安定を防止し得るという効果があり、従って従来のように分割火炎型、排気再循環型など複雑な構造のバーナを用いなくても、簡易な直進炎バーナを使用し、且つ汎用のボイラを利用して、コージェネ用排気再燃ボイラの低ＮＯｘ化を行うことができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）は本発明の一実施例の概略断面図、（ｂ）は同上の要部縦断面図。
【図２】  （ａ）は本発明の他の実施例の要部正面図、（ｂ）は同上の一部切欠して断面を示した下面図。
【図３】  本発明によるＮＯｘ低減効果を示すグラフ、（ｂ）は同上によるＣＯ低減効果を示すグラフ。
【図４】  従来例の縦断面図。
【図５】  他の従来例の縦断面図。
【符号の説明】
１  排気再燃ボイラ
２  燃焼室
３  バーナ装着孔
４  排気再燃バーナ
５  間隙
６  ガイド部材
７  アダプタ
８  排気ダクト接続口
９  内筒
１０  外筒
１１  排気導入口
【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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