JP2638394B2 - 低ＮＯｘ燃焼法 - Google Patents
低ＮＯｘ燃焼法Info
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
- F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
- F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
- F23C6/047—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure with fuel supply in stages
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
- F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
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- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
- F23D14/74—Preventing flame lift-off
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C2201/00—Staged combustion
- F23C2201/20—Burner staging
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- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C2201/00—Staged combustion
- F23C2201/30—Staged fuel supply
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低ＮＯｘ燃焼法及びそ
れを実施するバーナに関する。更に詳述すると、本発明
は、燃料を二段供給する低ＮＯｘ燃焼法及びバーナの改
良に関する。
れを実施するバーナに関する。更に詳述すると、本発明
は、燃料を二段供給する低ＮＯｘ燃焼法及びバーナの改
良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より低ＮＯｘ燃焼法として、燃料を
二段階に分けて供給し燃焼させる方法は知られている
（以下この燃焼法を二段燃料燃焼法という）。この二段
燃料燃焼法は例えば図１１に示すように、バーナスロー
ト１０３の中央に１本の一次燃料ノズル１０１を配置
し、その周りに一次燃料を包むように全量の燃焼用空気
を噴射して一次火炎を形成し、バーナスロート１０３の
出口において二次燃料ノズル１０２から前述の一次火炎
に向けて二次燃料を噴射するようにしている。そして、
全量の燃焼用空気によって一次燃料をエアーリッチ状態
で一次燃焼させ、そこに二次燃料を噴射して一次火炎の
中のＮＯｘを部分的に還元した後、更に下流で一次火炎
中に残留する燃焼用空気と二次燃料とを接触させて二次
燃焼させるようにしたものである。
二段階に分けて供給し燃焼させる方法は知られている
（以下この燃焼法を二段燃料燃焼法という）。この二段
燃料燃焼法は例えば図１１に示すように、バーナスロー
ト１０３の中央に１本の一次燃料ノズル１０１を配置
し、その周りに一次燃料を包むように全量の燃焼用空気
を噴射して一次火炎を形成し、バーナスロート１０３の
出口において二次燃料ノズル１０２から前述の一次火炎
に向けて二次燃料を噴射するようにしている。そして、
全量の燃焼用空気によって一次燃料をエアーリッチ状態
で一次燃焼させ、そこに二次燃料を噴射して一次火炎の
中のＮＯｘを部分的に還元した後、更に下流で一次火炎
中に残留する燃焼用空気と二次燃料とを接触させて二次
燃焼させるようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の燃焼法およびバーナによると、燃焼用空気は一次火
炎の周りを包むようにしてバーナスロート１０３から噴
射されるため、バーナスロート１０３から噴射されるの
と同時に広がり、噴射直後の二次燃料と直接接触してこ
の部分で燃焼反応を起こしてしまう。即ち、二次燃料の
一部は一次火炎に触れる前にバーナスロート１０３から
漏れた燃焼用空気と直接接触して二次燃焼を開始するた
め、一次火炎中のＮＯｘの還元には使われず還元作用が
実際には十分行なわれていない問題を含んでいる。これ
でも、通常の燃焼法に比べると、濃淡燃焼による低ＮＯ
ｘ化には寄与しているが、未だ改善の余地がある。
来の燃焼法およびバーナによると、燃焼用空気は一次火
炎の周りを包むようにしてバーナスロート１０３から噴
射されるため、バーナスロート１０３から噴射されるの
と同時に広がり、噴射直後の二次燃料と直接接触してこ
の部分で燃焼反応を起こしてしまう。即ち、二次燃料の
一部は一次火炎に触れる前にバーナスロート１０３から
漏れた燃焼用空気と直接接触して二次燃焼を開始するた
め、一次火炎中のＮＯｘの還元には使われず還元作用が
実際には十分行なわれていない問題を含んでいる。これ
でも、通常の燃焼法に比べると、濃淡燃焼による低ＮＯ
ｘ化には寄与しているが、未だ改善の余地がある。
【０００４】本発明は、従来の燃料二段燃焼法よりも、
より低ＮＯｘ化に寄与できる低ＮＯｘ燃焼法及びバーナ
を提供することを目的とする。
より低ＮＯｘ化に寄与できる低ＮＯｘ燃焼法及びバーナ
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】かかる目的を達成するた
め、本発明は、燃料供給を一次と二次に分け、全量の燃
焼用空気に対し一次燃料を噴射した後にそれよりも下流
で二次燃料を噴射する低ＮＯｘ燃焼法において、バーナ
スロートにほぼ全量の燃焼用空気を噴射しその燃焼用空
気の流れの周りから燃焼用空気に向けて前記一次燃料を
噴射して燃焼用空気の流れを包む一次火炎を形成すると
共に、この一次火炎の外側から前記二次燃料を噴射し、
前記一次火炎で中央の燃焼用空気を噴射直後の二次燃料
から遮断するようにしている。
め、本発明は、燃料供給を一次と二次に分け、全量の燃
焼用空気に対し一次燃料を噴射した後にそれよりも下流
で二次燃料を噴射する低ＮＯｘ燃焼法において、バーナ
スロートにほぼ全量の燃焼用空気を噴射しその燃焼用空
気の流れの周りから燃焼用空気に向けて前記一次燃料を
噴射して燃焼用空気の流れを包む一次火炎を形成すると
共に、この一次火炎の外側から前記二次燃料を噴射し、
前記一次火炎で中央の燃焼用空気を噴射直後の二次燃料
から遮断するようにしている。
【０００６】また、本発明は、燃料供給を一次と二次に
分け全量の燃焼用空気に対し一次燃料を噴射した後にそ
れよりも下流で二次燃料を噴射する低ＮＯｘバーナにお
いて、バーナスロートからほぼ全量の燃焼用空気を噴射
すると共に前記バーナスロートの内周面にスロート中心
軸に噴射軸を向けた一次燃料ノズルを配置すると共に一
次火炎の外側に二次燃料を噴射する二次燃料ノズルを設
置している。
分け全量の燃焼用空気に対し一次燃料を噴射した後にそ
れよりも下流で二次燃料を噴射する低ＮＯｘバーナにお
いて、バーナスロートからほぼ全量の燃焼用空気を噴射
すると共に前記バーナスロートの内周面にスロート中心
軸に噴射軸を向けた一次燃料ノズルを配置すると共に一
次火炎の外側に二次燃料を噴射する二次燃料ノズルを設
置している。
【０００７】ここで、一次燃料ノズルは噴射孔がバーナ
スロートの内周上にほぼ等間隔に複数設けられている。
さらに、好ましくは一次燃料ノズルの噴射孔はバーナス
ロートの内周接線方向に開口されている。また、一次燃
料ノズルの噴射孔に近接した上流位置に燃焼用空気の流
れを遮蔽する保炎板を設けている。また、二次燃料ノズ
ルは一次火炎の周りに円周上に均等に複数本配置されて
いる。また、バーナスロート内の空気速度分布を調節す
るエアー調節手段を有する。
スロートの内周上にほぼ等間隔に複数設けられている。
さらに、好ましくは一次燃料ノズルの噴射孔はバーナス
ロートの内周接線方向に開口されている。また、一次燃
料ノズルの噴射孔に近接した上流位置に燃焼用空気の流
れを遮蔽する保炎板を設けている。また、二次燃料ノズ
ルは一次火炎の周りに円周上に均等に複数本配置されて
いる。また、バーナスロート内の空気速度分布を調節す
るエアー調節手段を有する。
【０００８】
【作用】したがって、全量の燃焼用空気はその周囲から
噴射される一次燃料によって包まれてバーナスロートか
ら噴射され、バーナスロートに沿った筒状の一次火炎を
形成する。燃焼用空気は、その周りを一次火炎で包囲さ
れるため、一次火炎の外に噴射される噴射直後の二次燃
料とは直に接触することがない。そこで、一次火炎の外
から噴射される二次燃料は一次火炎の表面で一次火炎中
のＮＯｘを還元する。その後、一次火炎の中央から抜け
出た燃焼用空気と一次火炎の周囲の二次燃料とが下流に
おいて接触して二次燃焼を起こす。
噴射される一次燃料によって包まれてバーナスロートか
ら噴射され、バーナスロートに沿った筒状の一次火炎を
形成する。燃焼用空気は、その周りを一次火炎で包囲さ
れるため、一次火炎の外に噴射される噴射直後の二次燃
料とは直に接触することがない。そこで、一次火炎の外
から噴射される二次燃料は一次火炎の表面で一次火炎中
のＮＯｘを還元する。その後、一次火炎の中央から抜け
出た燃焼用空気と一次火炎の周囲の二次燃料とが下流に
おいて接触して二次燃焼を起こす。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。
づいて詳細に説明する。
【００１０】図１に本発明の低ＮＯｘ燃焼法の原理図を
示す。この低ＮＯｘ燃焼法は、燃料供給を一次と二次に
分け、ほぼ全量の燃焼用空気Ａに対し一次燃料Ｆ1 を噴
射した後にそれよりも下流で二次燃料Ｆ2 を噴射すると
いう基本的原理において変りはない。ここで、燃焼用空
気Ａのほぼ全量に対し一次燃料Ｆ1 を噴射するとしたの
は、燃焼用空気Ａの一部（通常数％程度）が二次燃料ノ
ズル４の冷却用空気として使用される場合があるからで
ある。しかし、実質的には全量の燃焼用空気Ａに対し一
次燃料Ｆ1 が噴射されていると言える。また、一次燃料
Ｆ1 と二次燃料Ｆ2 との分配比は特に限定されるもので
はないが、例えば一次燃料１０容量％〜７０容量％に対
し、二次燃料９０容量％〜３０容量％の範囲に設定され
る。尚、図中符号１は一次燃料ノズル、４は二次燃料ノ
ズル、１９はバーナスロートである。
示す。この低ＮＯｘ燃焼法は、燃料供給を一次と二次に
分け、ほぼ全量の燃焼用空気Ａに対し一次燃料Ｆ1 を噴
射した後にそれよりも下流で二次燃料Ｆ2 を噴射すると
いう基本的原理において変りはない。ここで、燃焼用空
気Ａのほぼ全量に対し一次燃料Ｆ1 を噴射するとしたの
は、燃焼用空気Ａの一部（通常数％程度）が二次燃料ノ
ズル４の冷却用空気として使用される場合があるからで
ある。しかし、実質的には全量の燃焼用空気Ａに対し一
次燃料Ｆ1 が噴射されていると言える。また、一次燃料
Ｆ1 と二次燃料Ｆ2 との分配比は特に限定されるもので
はないが、例えば一次燃料１０容量％〜７０容量％に対
し、二次燃料９０容量％〜３０容量％の範囲に設定され
る。尚、図中符号１は一次燃料ノズル、４は二次燃料ノ
ズル、１９はバーナスロートである。
【００１１】本発明の低ＮＯｘ燃焼法においては、ま
ず、図１に示すように、バーナスロート１９内の燃焼用
空気Ａの流れの周りからこの燃焼用空気Ａの流れに向け
て一次燃料Ｆ1 を噴射し、バーナスロート１９に沿った
円筒形状の一次火炎Ｂ1 を形成してこれで燃焼用空気Ａ
を包む。一次燃料Ｆ1 の噴射は、少なくとも１箇所以上
のノズル、好ましくはバーナスロート１９の内周面上に
均等に配置された複数のノズル１，…，１から行なわれ
る。一次燃焼に関与しなかった燃焼用空気は筒状の一次
火炎Ｂ1 の中央を貫通し下流で一次火炎Ｂ1 から抜け出
る。次いで、この一次火炎Ｂ1 の外側から二次燃料Ｆ2
を噴射する。二次燃料Ｆ2 は一次火炎Ｂ1の外から噴射
されるため一次火炎Ｂ1 によって中央の燃焼用空気Ａの
流れから遮断される。このため、一次火炎Ｂ1 と接触す
る二次燃料Ｆ2 は、残存酸素量が過少状態の一次火炎中
においてＮＯｘを還元する。そして、二次燃料Ｆ2 は一
次火炎Ｂ1 よりも下流において、一次火炎Ｂ1 を貫通し
た燃焼用空気Ａと接触して二次燃焼を起こす。即ち、一
次火炎でバーナスロートから噴射される燃焼用空気を二
次燃料Ｆ2 から遮断して、二次燃料Ｆ2 によるＮＯｘの
還元を行なってから完結燃焼を行なわせるようにしてい
る。Ｂ2 は二次火炎である。
ず、図１に示すように、バーナスロート１９内の燃焼用
空気Ａの流れの周りからこの燃焼用空気Ａの流れに向け
て一次燃料Ｆ1 を噴射し、バーナスロート１９に沿った
円筒形状の一次火炎Ｂ1 を形成してこれで燃焼用空気Ａ
を包む。一次燃料Ｆ1 の噴射は、少なくとも１箇所以上
のノズル、好ましくはバーナスロート１９の内周面上に
均等に配置された複数のノズル１，…，１から行なわれ
る。一次燃焼に関与しなかった燃焼用空気は筒状の一次
火炎Ｂ1 の中央を貫通し下流で一次火炎Ｂ1 から抜け出
る。次いで、この一次火炎Ｂ1 の外側から二次燃料Ｆ2
を噴射する。二次燃料Ｆ2 は一次火炎Ｂ1の外から噴射
されるため一次火炎Ｂ1 によって中央の燃焼用空気Ａの
流れから遮断される。このため、一次火炎Ｂ1 と接触す
る二次燃料Ｆ2 は、残存酸素量が過少状態の一次火炎中
においてＮＯｘを還元する。そして、二次燃料Ｆ2 は一
次火炎Ｂ1 よりも下流において、一次火炎Ｂ1 を貫通し
た燃焼用空気Ａと接触して二次燃焼を起こす。即ち、一
次火炎でバーナスロートから噴射される燃焼用空気を二
次燃料Ｆ2 から遮断して、二次燃料Ｆ2 によるＮＯｘの
還元を行なってから完結燃焼を行なわせるようにしてい
る。Ｂ2 は二次火炎である。
【００１２】図２に本発明の低ＮＯｘ燃焼法を実施する
バーナの一実施例を示す。この低ＮＯｘバーナは、燃料
を一次と二次に分けて一次燃料ノズル１と二次燃料ノズ
ル４から噴射する燃料供給系と、バーナスロートからほ
ぼ全量の燃焼用空気を噴射する燃焼用空気供給系とを有
する。尚、バーナスロートは、バーナ出口部分のバーナ
タイルスロート１９と空気導入口側のレジスタースロー
ト８とで構成されている（しかし、本実施例において単
にバーナスロートという場合には主にバーナタイルスロ
ート１９を指す）。
バーナの一実施例を示す。この低ＮＯｘバーナは、燃料
を一次と二次に分けて一次燃料ノズル１と二次燃料ノズ
ル４から噴射する燃料供給系と、バーナスロートからほ
ぼ全量の燃焼用空気を噴射する燃焼用空気供給系とを有
する。尚、バーナスロートは、バーナ出口部分のバーナ
タイルスロート１９と空気導入口側のレジスタースロー
ト８とで構成されている（しかし、本実施例において単
にバーナスロートという場合には主にバーナタイルスロ
ート１９を指す）。
【００１３】二次燃料ノズル４は、バーナタイル１７を
貫通するようにしてバーナタイルスロート１９の外側に
１本以上好ましくは複数本が配置されている。例えば本
実施例の場合、４本の二次燃料ノズル４，…，４がバー
ナタイルスロート１９と同心状に等間隔で配置されてい
る。二次燃料ノズル４の本数は特に限定を受けるもので
はないが、本発明者等の実験によると、４本〜６本の範
囲で等間隔に設けたときに特にＮＯｘの低減に効果がみ
られた。この二次燃料ノズル４，…，４は例えばバーナ
タイルフロント面２０あるいはその近傍に配置され、燃
焼室内に所定量の二次燃料を噴射する。本実施例の場
合、図２に示すように、バーナタイルフロント２０から
燃焼室内へ二次燃料ノズル４，…，４を露出させている
が、これに特に限定されるものではなく、例えば図１０
に示すようにバーナタイルスロート１９内の一次燃料ノ
ズル１の下流でスロート出口付近のバーナタイルスロー
ト内周面に二次燃料ノズル４，…，４を設けることも可
能である。この二次燃料ノズル４の噴射孔４ａは、バー
ナタイルスロート１９から噴射される一次火炎Ｂ1 に向
けて噴射されるようにやや内向きに開口されている。例
えば、その噴射角度α2 は０°〜６０°の範囲に設定す
ることが好ましいが、特にこれに限定されるものではな
い。また、二次燃料ノズル４は、通常、ランスパイプ５
によってバーナケーシング１５の外の燃料供給ヘッダー
６に接続されており、該ヘッダー６に供給される全燃料
の一部を二次燃料Ｆ2 として分配し噴射するように設け
られている。この二次燃料ランスパイプ５とバーナタイ
ル１７との間にはわずかな隙間のランスパイプ孔１８が
設けられ、燃焼用空気の一部例えば数％を流すことによ
って二次燃料ノズル４を冷却するように設けられてい
る。
貫通するようにしてバーナタイルスロート１９の外側に
１本以上好ましくは複数本が配置されている。例えば本
実施例の場合、４本の二次燃料ノズル４，…，４がバー
ナタイルスロート１９と同心状に等間隔で配置されてい
る。二次燃料ノズル４の本数は特に限定を受けるもので
はないが、本発明者等の実験によると、４本〜６本の範
囲で等間隔に設けたときに特にＮＯｘの低減に効果がみ
られた。この二次燃料ノズル４，…，４は例えばバーナ
タイルフロント面２０あるいはその近傍に配置され、燃
焼室内に所定量の二次燃料を噴射する。本実施例の場
合、図２に示すように、バーナタイルフロント２０から
燃焼室内へ二次燃料ノズル４，…，４を露出させている
が、これに特に限定されるものではなく、例えば図１０
に示すようにバーナタイルスロート１９内の一次燃料ノ
ズル１の下流でスロート出口付近のバーナタイルスロー
ト内周面に二次燃料ノズル４，…，４を設けることも可
能である。この二次燃料ノズル４の噴射孔４ａは、バー
ナタイルスロート１９から噴射される一次火炎Ｂ1 に向
けて噴射されるようにやや内向きに開口されている。例
えば、その噴射角度α2 は０°〜６０°の範囲に設定す
ることが好ましいが、特にこれに限定されるものではな
い。また、二次燃料ノズル４は、通常、ランスパイプ５
によってバーナケーシング１５の外の燃料供給ヘッダー
６に接続されており、該ヘッダー６に供給される全燃料
の一部を二次燃料Ｆ2 として分配し噴射するように設け
られている。この二次燃料ランスパイプ５とバーナタイ
ル１７との間にはわずかな隙間のランスパイプ孔１８が
設けられ、燃焼用空気の一部例えば数％を流すことによ
って二次燃料ノズル４を冷却するように設けられてい
る。
【００１４】一次燃料ノズル１は、本実施例の場合、バ
ーナタイルスロート１９とレジスタースロート８との間
に両スロート８，１９とほぼ同じ径方向位置に配置され
る環状ヘッダ２によって構成され、バーナスロート１９
を流れる燃焼用空気Ａの周りから一次燃料Ｆ1 を燃焼用
空気Ａに向けて噴射するように設けられている。本実施
例の一次燃料ノズル１は環状ヘッダ２の内周上に均等に
配置された複数の噴射孔１ａ，１ａによって構成されて
いる。環状ヘッダ２は、パイプ３によってバーナケーシ
ング１５の外のヘッダ６に連結されている。このノズル
噴射孔１ａ，１ａは、一次燃料噴射軸Ａ1 を燃焼用空気
の噴射軸Ａ2 に対し交差するように内向きに開口されて
いる。例えば、この一次燃料の噴射角α1 は、燃焼用空
気の噴射軸Ａ2 と直交する軸Ａ3 に対し０°〜６０°の
角度範囲に設定することが好ましい。勿論、この噴射角
α1 に特に限定されるものではない。また、ノズル噴射
孔１ａの数は、特に限定されるものではないが、本発明
者等による実験では少なくとも８個以上設けた場合に燃
焼用空気Ａの遮断効果が高かった。勿論、理論的には燃
焼用空気を一次燃料で包み得るだけの数であれば十分で
あり、例えば８個よりも少ないノズル噴射孔数であって
も、それが図６に示すようにスロート内周接線方向に開
口されている場合には十分な遮断効果を得ることができ
た。この場合、少なくとも２個以上あれば遮断が可能で
あり、法線方向に噴射孔１ａを開口する場合よりも、噴
射孔数を少なくでき、同じ噴射孔数とする場合には遮断
効果を高めることができる。尚、噴射孔１ａの数を増や
して一次火炎数を多数本にすると、１本当りの火炎が小
さくなって火炎の比表面積が増加するため、熱が火炎内
にこもらずに火炎温度を下げＮＯｘの発生を抑制するこ
とができる。このことは二次燃料ノズルについても同様
である。
ーナタイルスロート１９とレジスタースロート８との間
に両スロート８，１９とほぼ同じ径方向位置に配置され
る環状ヘッダ２によって構成され、バーナスロート１９
を流れる燃焼用空気Ａの周りから一次燃料Ｆ1 を燃焼用
空気Ａに向けて噴射するように設けられている。本実施
例の一次燃料ノズル１は環状ヘッダ２の内周上に均等に
配置された複数の噴射孔１ａ，１ａによって構成されて
いる。環状ヘッダ２は、パイプ３によってバーナケーシ
ング１５の外のヘッダ６に連結されている。このノズル
噴射孔１ａ，１ａは、一次燃料噴射軸Ａ1 を燃焼用空気
の噴射軸Ａ2 に対し交差するように内向きに開口されて
いる。例えば、この一次燃料の噴射角α1 は、燃焼用空
気の噴射軸Ａ2 と直交する軸Ａ3 に対し０°〜６０°の
角度範囲に設定することが好ましい。勿論、この噴射角
α1 に特に限定されるものではない。また、ノズル噴射
孔１ａの数は、特に限定されるものではないが、本発明
者等による実験では少なくとも８個以上設けた場合に燃
焼用空気Ａの遮断効果が高かった。勿論、理論的には燃
焼用空気を一次燃料で包み得るだけの数であれば十分で
あり、例えば８個よりも少ないノズル噴射孔数であって
も、それが図６に示すようにスロート内周接線方向に開
口されている場合には十分な遮断効果を得ることができ
た。この場合、少なくとも２個以上あれば遮断が可能で
あり、法線方向に噴射孔１ａを開口する場合よりも、噴
射孔数を少なくでき、同じ噴射孔数とする場合には遮断
効果を高めることができる。尚、噴射孔１ａの数を増や
して一次火炎数を多数本にすると、１本当りの火炎が小
さくなって火炎の比表面積が増加するため、熱が火炎内
にこもらずに火炎温度を下げＮＯｘの発生を抑制するこ
とができる。このことは二次燃料ノズルについても同様
である。
【００１５】また、一次燃料ノズル１のノズル噴射孔１
ａに近接した上流位置には適正な空気遮蔽率を持つ中空
円板から成る保炎板７が配置されている。この保炎板７
は噴射孔１ａの近傍に燃焼用空気が直接流れ込まないよ
うにして一次火炎の着火源の安定化・保炎を図る。
ａに近接した上流位置には適正な空気遮蔽率を持つ中空
円板から成る保炎板７が配置されている。この保炎板７
は噴射孔１ａの近傍に燃焼用空気が直接流れ込まないよ
うにして一次火炎の着火源の安定化・保炎を図る。
【００１６】更に、この一次燃料ノズル１の位置は噴射
孔１ａからバーナタイルフロント２０までのスロート軸
方向距離Ｌに対するバーナタイルスロート１９の径Ｄの
比Ｃ／Ｄは特に限定されるものではないが０．５以上で
あることが好ましい。この場合には一次燃料Ｆ1 のスロ
ート内貫通距離の保持が可能である。
孔１ａからバーナタイルフロント２０までのスロート軸
方向距離Ｌに対するバーナタイルスロート１９の径Ｄの
比Ｃ／Ｄは特に限定されるものではないが０．５以上で
あることが好ましい。この場合には一次燃料Ｆ1 のスロ
ート内貫通距離の保持が可能である。
【００１７】また、一次燃料ノズル１の上流のレジスタ
ースロート８の内側には、バーナスロート８，１９内を
流れる燃焼用空気の速度分布を調節するエアー調節手段
１６が設けられている。このエア調節手段１６は、例え
ば空気取入れ口１１を周面に有する空気調節ガイドパイ
プ９と、これを囲繞する円筒状のシャッタ１０とによっ
て構成されている。空気調節ガイドパイプ９はダンパー
ケース１４のエアーダンパー入口１４から導入される燃
焼用空気の一部を導入してレジスタースロート８のより
中心部分からスロート軸方向に噴射させるためのもので
ある。この空気調節ガイドパイプ９は例えばフランジ１
２部分を係合してバーナスロート軸に沿って出し入れす
ることによって空気取入れ口１１とシャッター１０との
重なり状態を変えて空気調節ガイドパイプ９内に導入す
る空気（符号２２で示す）の量を調整するように設けら
れている。また、エアーダンパー入口１４にはエアーダ
ンパー１３が設けられ、その角度を変えることによって
開度を調整するように設けられている。尚、符号２１は
空気調節ガイドパイプの外に流れる空気を示す。
ースロート８の内側には、バーナスロート８，１９内を
流れる燃焼用空気の速度分布を調節するエアー調節手段
１６が設けられている。このエア調節手段１６は、例え
ば空気取入れ口１１を周面に有する空気調節ガイドパイ
プ９と、これを囲繞する円筒状のシャッタ１０とによっ
て構成されている。空気調節ガイドパイプ９はダンパー
ケース１４のエアーダンパー入口１４から導入される燃
焼用空気の一部を導入してレジスタースロート８のより
中心部分からスロート軸方向に噴射させるためのもので
ある。この空気調節ガイドパイプ９は例えばフランジ１
２部分を係合してバーナスロート軸に沿って出し入れす
ることによって空気取入れ口１１とシャッター１０との
重なり状態を変えて空気調節ガイドパイプ９内に導入す
る空気（符号２２で示す）の量を調整するように設けら
れている。また、エアーダンパー入口１４にはエアーダ
ンパー１３が設けられ、その角度を変えることによって
開度を調整するように設けられている。尚、符号２１は
空気調節ガイドパイプの外に流れる空気を示す。
【００１８】以上のように構成されたバーナによれば次
のようにして低ＮＯｘ燃焼を実現できる。
のようにして低ＮＯｘ燃焼を実現できる。
【００１９】まず、ほぼ全量の燃焼用空気Ａはその周囲
の一次燃料ノズル１から噴射される一次燃料Ｆ1 によっ
て包まれてバーナスロート１９から噴射され、バーナス
ロート１９に沿った円筒形状の一次火炎Ｂ1 を形成す
る。即ち、一次燃料ノズル１から噴射された一次燃料Ｆ
1 は交差する空気流のモータメンタムによってバーナス
ロート１９の出口部に押し流されると同時に燃焼し、バ
ーナタイルスロート１９の内周面に沿った円筒形状の一
次火炎Ｂ1 を形成する。例えば、一次燃料／二次燃料の
比が５０／５０の場合、バーナスロート８，１９から燃
焼用空気Ａのほぼ全量が入るため、一次燃料Ｆ1 は理論
空気量の２倍の空気比率で燃焼することになる。一般の
拡散火炎においてＮＯｘは図７に示すような特性を示す
ことがよく知られている。本バーナの一次火炎もこの超
過剰空気比と、あるいは必要に応じて設けられるマルチ
ノズルによる火炎温度の冷却効果によって、発生ＮＯｘ
量を最小限にとどめることが可能となる。マルチノズル
化によって、１本当たりのノズルから噴射される燃料が
少なくなるので、火炎温度が低くなる。
の一次燃料ノズル１から噴射される一次燃料Ｆ1 によっ
て包まれてバーナスロート１９から噴射され、バーナス
ロート１９に沿った円筒形状の一次火炎Ｂ1 を形成す
る。即ち、一次燃料ノズル１から噴射された一次燃料Ｆ
1 は交差する空気流のモータメンタムによってバーナス
ロート１９の出口部に押し流されると同時に燃焼し、バ
ーナタイルスロート１９の内周面に沿った円筒形状の一
次火炎Ｂ1 を形成する。例えば、一次燃料／二次燃料の
比が５０／５０の場合、バーナスロート８，１９から燃
焼用空気Ａのほぼ全量が入るため、一次燃料Ｆ1 は理論
空気量の２倍の空気比率で燃焼することになる。一般の
拡散火炎においてＮＯｘは図７に示すような特性を示す
ことがよく知られている。本バーナの一次火炎もこの超
過剰空気比と、あるいは必要に応じて設けられるマルチ
ノズルによる火炎温度の冷却効果によって、発生ＮＯｘ
量を最小限にとどめることが可能となる。マルチノズル
化によって、１本当たりのノズルから噴射される燃料が
少なくなるので、火炎温度が低くなる。
【００２０】一方、燃焼用空気Ａは、その周りを一次火
炎Ｂ1 で包囲されるため、一次火炎Ｂ1 の外に二次燃料
ノズル４から噴射される二次燃料Ｆ2 とは噴射直後に接
触することがない。そこで、一次火炎Ｂ1 の外から噴射
される二次燃料Ｆ2 は一次火炎Ｂ1 の表面で一次火炎Ｂ
1 中のＮＯｘを還元する。即ち、一次燃焼の結果、一次
火炎の外周の残存Ｏ2 濃度は極度に減少し、つづいて炉
内側で噴射される二次燃料Ｆ2 はこの過少Ｏ2 の薄膜燃
焼ガスに最初に接触するため急激な酸化反応が抑制され
ると同時に一部ＮＯｘの還元反応を促す。
炎Ｂ1 で包囲されるため、一次火炎Ｂ1 の外に二次燃料
ノズル４から噴射される二次燃料Ｆ2 とは噴射直後に接
触することがない。そこで、一次火炎Ｂ1 の外から噴射
される二次燃料Ｆ2 は一次火炎Ｂ1 の表面で一次火炎Ｂ
1 中のＮＯｘを還元する。即ち、一次燃焼の結果、一次
火炎の外周の残存Ｏ2 濃度は極度に減少し、つづいて炉
内側で噴射される二次燃料Ｆ2 はこの過少Ｏ2 の薄膜燃
焼ガスに最初に接触するため急激な酸化反応が抑制され
ると同時に一部ＮＯｘの還元反応を促す。
【００２１】その後、未燃の二次燃料Ｆ2 はバーナスロ
ート１９の中心を貫通する燃焼用空気Ａの流れと一次火
炎Ｂ1 の下流において接触し、二次燃焼する。
ート１９の中心を貫通する燃焼用空気Ａの流れと一次火
炎Ｂ1 の下流において接触し、二次燃焼する。
【００２２】本実施例の低ＮＯｘバーナは上述のように
して排ガス中のＮＯｘ濃度を極小にすることが可能であ
り、そのことが燃焼試験によって確認された。
して排ガス中のＮＯｘ濃度を極小にすることが可能であ
り、そのことが燃焼試験によって確認された。
【００２３】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば本発明のバーナは、図２及び図３に示すよう
な円筒形状のものに特に限定されるものではなく、図９
に示すように矩形状のバーナに適用することにより偏平
な火炎についても低ＮＯｘ燃焼を実現させることができ
る。この場合、バーナタイル１９が矩形に形成されると
共に保炎板７も矩形状に形成されている。また、空気調
節ガイドパイプ９も矩形状に形成されている。また、本
発明にかかるバーナの実機への応用に際して、燃料、空
気の供給系またはバーナ取付寸法等の各種制約に対応す
るため、空気調節ガイドパイプ９の設置によりスロート
空気流を２分割し、内外流量比を調節することにより、
最適なスロート内空気速度分布を形成し、目的とする本
バーナの燃焼性能を発揮することが可能となる。
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば本発明のバーナは、図２及び図３に示すよう
な円筒形状のものに特に限定されるものではなく、図９
に示すように矩形状のバーナに適用することにより偏平
な火炎についても低ＮＯｘ燃焼を実現させることができ
る。この場合、バーナタイル１９が矩形に形成されると
共に保炎板７も矩形状に形成されている。また、空気調
節ガイドパイプ９も矩形状に形成されている。また、本
発明にかかるバーナの実機への応用に際して、燃料、空
気の供給系またはバーナ取付寸法等の各種制約に対応す
るため、空気調節ガイドパイプ９の設置によりスロート
空気流を２分割し、内外流量比を調節することにより、
最適なスロート内空気速度分布を形成し、目的とする本
バーナの燃焼性能を発揮することが可能となる。
【００２４】また、この空気調節ガイドパイプ９には、
その中にパイロットバーナを設置したり、オイルバーナ
ガンを設置して混焼バーナとして構成することも可能で
ある。
その中にパイロットバーナを設置したり、オイルバーナ
ガンを設置して混焼バーナとして構成することも可能で
ある。
【００２５】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の低ＮＯｘ燃焼法及びバーナは、燃焼用空気の流れの周
りから一次燃料を噴射して燃焼用空気を包む筒状の一次
火炎を形成し、この一次火炎によってその外側に噴射さ
れる二次燃料を燃焼用空気から遮断するようにしている
ので二次燃料で一次火炎中のＮＯｘを還元した後に二次
燃焼を起して二次燃料の還元作用によるＮＯｘ低減を確
実に実現できる。例えば図２に示す本発明のバーナによ
って実験を行った結果、従来の二段燃料バーナに比べ５
０％程度ＮＯｘを低減できた（図８参照）。
の低ＮＯｘ燃焼法及びバーナは、燃焼用空気の流れの周
りから一次燃料を噴射して燃焼用空気を包む筒状の一次
火炎を形成し、この一次火炎によってその外側に噴射さ
れる二次燃料を燃焼用空気から遮断するようにしている
ので二次燃料で一次火炎中のＮＯｘを還元した後に二次
燃焼を起して二次燃料の還元作用によるＮＯｘ低減を確
実に実現できる。例えば図２に示す本発明のバーナによ
って実験を行った結果、従来の二段燃料バーナに比べ５
０％程度ＮＯｘを低減できた（図８参照）。
【００２６】また、本発明の低ＮＯｘバーナにおいて一
次燃料ノズルをバーナスロートの内周接線方向に開口さ
せて設けた場合、燃焼用空気を包む筒状の一次火炎をよ
り確実に形成でき、ＮＯｘ低減効果が上がる。
次燃料ノズルをバーナスロートの内周接線方向に開口さ
せて設けた場合、燃焼用空気を包む筒状の一次火炎をよ
り確実に形成でき、ＮＯｘ低減効果が上がる。
【００２７】さらに、一次燃料ノズルの噴射孔に近接し
た上流位置に保炎板を設けた場合には一次火炎が安定す
る。
た上流位置に保炎板を設けた場合には一次火炎が安定す
る。
【００２８】さらに、本発明の低ＮＯｘバーナにおいて
二次燃料ノズルをバーナスロートと同心上に等間隔で複
数設けた場合には一次火炎に対し二次燃料が均一に噴射
され還元作用がより効果的となる。
二次燃料ノズルをバーナスロートと同心上に等間隔で複
数設けた場合には一次火炎に対し二次燃料が均一に噴射
され還元作用がより効果的となる。
【図１】本発明の低ＮＯｘ燃焼法の原理図である。
【図２】本発明の低ＮＯｘバーナの一実施例を示す中央
縦断面図である。
縦断面図である。
【図３】図２のバーナの正面図である。
【図４】二次燃料ノズルの拡大断面図である。
【図５】一次燃料ノズルの拡大断面図である。
【図６】一次燃料ノズルの他の実施例を示す概略図であ
る。
る。
【図７】空気比とＮＯｘ発生量との関係を示すグラフで
ある。
ある。
【図８】本発明の低ＮＯｘバーナと従来の二段燃料バー
ナとのＮＯｘ発生量の比較グラフである。
ナとのＮＯｘ発生量の比較グラフである。
【図９】本発明の低ＮＯｘバーナの他の実施例を示す正
面図である。
面図である。
【図１０】本発明の低ＮＯｘバーナの更に他の実施例を
示す原理図である。
示す原理図である。
【図１１】従来の低ＮＯｘバーナの原理図である。
１ 一次燃料ノズル ４ 二次燃料ノズル ７ 保炎板 １６ エア調節手段 １９ バーナスロート Ｆ1 一次燃料 Ｆ2 二次燃料 Ａ 燃焼用空気 Ｂ1 一次火炎 Ｂ2 二次火炎
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須藤 淳 神奈川県横浜市鶴見区尻手２丁目１番53 号 日本ファーネス工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭51−12803（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−41808（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−228208（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−157908（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料供給を一次と二次に分け、全量の燃
焼用空気に対し一次燃料を噴射した後にそれよりも下流
で二次燃料を噴射する低ＮＯｘ燃焼法において、バーナ
スロートにほぼ全量の燃焼用空気を噴射しその燃焼用空
気の流れの周りから燃焼用空気に向けて前記一次燃料を
噴射して燃焼用空気の流れを包む一次火炎を形成すると
共に、この一次火炎の外側から前記二次燃料を噴射し、
前記一次火炎で中央の燃焼用空気を噴射直後の二次燃料
から遮断したことを特徴とする低ＮＯｘ燃焼法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4169894A JP2638394B2 (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | 低ＮＯｘ燃焼法 |
| US08/069,590 US5403181A (en) | 1992-06-05 | 1993-06-01 | Method of low-NOx combustion and burner device for effecting same |
| CA002097539A CA2097539C (en) | 1992-06-05 | 1993-06-01 | Method of low nox combustion and burner device for effecting same |
| EP93304333A EP0573300B1 (en) | 1992-06-05 | 1993-06-03 | Method of low-NOx combustion and burner device for effecting same |
| DE69306039T DE69306039T2 (de) | 1992-06-05 | 1993-06-03 | Verbrennungsverfahren mit niedrigem NOx-Gehalt und Brennervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| KR1019930010167A KR100230939B1 (en) | 1992-06-05 | 1993-06-05 | Low nox combustion method and its burner |
| US08/372,551 US5441403A (en) | 1992-06-05 | 1995-01-13 | Method of low-NOx combustion and burner device for effecting same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4169894A JP2638394B2 (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | 低ＮＯｘ燃焼法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0650508A JPH0650508A (ja) | 1994-02-22 |
| JP2638394B2 true JP2638394B2 (ja) | 1997-08-06 |
Family
ID=15894940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4169894A Expired - Fee Related JP2638394B2 (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | 低ＮＯｘ燃焼法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5403181A (ja) |
| EP (1) | EP0573300B1 (ja) |
| JP (1) | JP2638394B2 (ja) |
| KR (1) | KR100230939B1 (ja) |
| CA (1) | CA2097539C (ja) |
| DE (1) | DE69306039T2 (ja) |
Families Citing this family (65)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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