JPH0128847B2

JPH0128847B2 -

Info

Publication number: JPH0128847B2
Application number: JP58232298A
Authority: JP
Inventors: Tsunemi Ochiai; Masao Shibuya; Takuo Kirimura; Kokichi Kume
Original assignee: HIROCHIKU KK; NIPPON PURANTO ENJINIARINGU KK
Current assignee: HIROCHIKU KK; NIPPON PURANTO ENJINIARINGU KK
Priority date: 1983-12-08
Filing date: 1983-12-08
Publication date: 1989-06-06
Also published as: JPS60126510A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、液体燃料、特に重質液体燃料を良
好に燃焼させることができる高速燃焼装置に関す
る。

従来、重質液体燃料を燃焼させ得る燃焼装置と
して、第１図に示すような、バーナチツプ１から
炉２内に至る間に耐火性の予燃室３を形成された
高負荷燃焼装置が提案されている。このような燃
焼装置においては、バーナチツプ１から噴霧され
る液体燃料の外側に空気を供給する構成になつて
いて、予燃室３の内面形状が図に見られるよう
に、入口３ａ側から一様に拡大し途中からわずか
に一様に縮小して出口３ｂに至る中太の円筒状と
なつている。出口３ｂはカーボン付着防止の意味
で大きなものとなつている。しかし、この従来の
燃焼装置は、重質油を燃焼させたとき、予燃室３
内面の図に示す領域Ａで油滴の付着があり、領域
Ｂで未燃油の付着があり、領域Ｃでカーボンの付
着がある。領域Ａ，Ｂにおける油滴や未燃油の付
着そのものはそれほど問題にはならないが、領域
Ｃに付着するカーボンはその付着量が増大してく
ると燃焼装置の運転を続行することが不可能とな
る問題があつた。このために、使用状態にもよる
が、10〜15日に１回程度の割合で領域Ｃに付着し
たカーボンを除去することが必要であつた。ま
た、領域Ａ，Ｂにおいて油滴や未燃油の付着があ
ることはその領域が低温であることであり、これ
は領域Ａの断面積が小さいために燃焼が領域Ｂの
中程より前方で開始されているからであり、また
予燃室３の出口３ｂが大きいことから領域Ｃの縮
小する角度が小さく、領域Ｃから前側における燃
焼による輻射熱が領域Ａ，Ｂに達し難いためであ
る。このような予燃室の状態であるから、省エネ
ルギーをふまえた低空燃比の運転がきわめて困難
である問題があつた。すなわち、低空燃比とする
と前記カーボンの付着量がさらに増大するからで
あり、従来のこの種の燃焼装置では空燃比を1.1
よりも低くして運転することは殆ど不可能であつ
た。そして、この低空燃比の運転ができないこと
から排ガス中の窒素酸化物の量も増大し易く、公
害対策として脱硝設備を必要とすることになる。
また、上記従来の燃焼装置においては予燃室の領
域Ｃに部分的に高温部が生じ、耐火物の損傷がこ
の領域に集中して発生し、燃料の燃焼した灰分に
より耐火物の融点が低下することによる損傷もこ
の領域に集中して発生する問題もあつた。このよ
うなことから、重質液体燃料をカーボントラブル
なく低空燃比で良好に燃焼させることができる高
速燃焼装置は実用化されていなかつた。

この発明は、上述したようなことから、従来の
燃焼装置の主に低空燃比ではカーボンの付着する
問題を除去して、重質油を良好に燃焼させること
ができる高速液体燃料用燃焼装置を提供すること
を目的とする。

第１の発明の高速液体燃料用燃焼装置の構成
は、バーナチツプの前側に前方に向つて拡大しそ
して縮小するように伸延する予燃室を形成してあ
り、その予燃室は、入口が中心部に上記バーナチ
ツプを位置せしめられそのバーナチツプ外周との
間を２次空気供給口とされ、上記入口から前方の
出口に至る間の予燃室内面が流線形状のなめらか
な凹曲面で形成されていることを特徴とするもの
である。

この構成によれば、予燃室内面が流線形状のな
めらかな凹曲面で形成されていることにより、予
燃室内のガスの流れを流線形にすることができ、
従つて油滴やカーボンが予燃室形状と同一形状に
近い形状で安定した流れとなり、その流れの外面
と予燃室内面との間に２次空気の層状の流れが形
成された状態となる。これによつて油滴やカーボ
ンが予燃室の内面に接触することが殆どなくな
り、従つて低空燃比であつても予燃室内面にカー
ボンの付着がなくなる。すなわち、３次空気の供
給を前提とすれば、２次空気供給段階でつまり予
燃室を出るまでの段階で空燃比が0.2であつても
カーボンの付着はない。またこの燃焼装置を実質
的に３次空気の供給のない状態で直接炉内に向け
て使用するときは、炉にもよるが一般的には空燃
比は１〜1.2程度となる。つまり従来殆ど不可能
であつた空燃比を１で運転できて予燃室内面にカ
ーボンの付着がない。また、予燃室内面が流線形
状凹曲面であることから、燃料の燃焼による熱の
輻射が予燃室内面の略全域に及び予燃室内面温度
が均等化される。これによつても重質油の良好な
燃焼が行われると考えられ、さらに前述した２次
空気の層状の流れが形成される状態となることを
含めて予燃室壁面の寿命が延長される効果を生じ
る。また、予燃室内面が流線形状凹曲面であるこ
とから、予燃室出口は絞りを形成された状態とな
つており、この絞りはかなり小さいものにできる
から、火焔噴出速度を50m／sec以上に速いもの
とすることができる。これによつて炉内ガスを撹
拌させて炉内温度を均等化させるような燃焼炉に
最適な高速燃焼装置となつている。

従つて、この第１の発明によれば、軽質及び重
質液体燃料の高速燃焼において、予燃室内面にカ
ーボンが付着せず、特に低空燃比としてもカーボ
ンが付着しないから、運転を止めてカーボンを除
去することが不要となる効果が得られ、これによ
つて長期間連続運転できるという効果が得られ
る。そして、予燃室内で低空燃比で予燃が支障な
く良好に行われるので最終的にも低空燃比で燃焼
が完結するから、余分な空気を多量に昇温させな
いでよい分の熱効率が向上する効果が得られる。

なお、予燃室内面の流線形状の凹曲面の状態に
ついては、普通には予燃室の形が燃料噴出方向に
沿つて長い卵型になるようにするのがよいが、燃
料噴出方向に沿つた長さＬに対して、これに直角
な方向の最大内径Ｄとの比Ｌ／Ｄが１〜４の範囲
で良好な結果が得られ、この値が１以下の場合は
予燃室内面近くで渦流を生じ易くなりそのため空
気流れと噴霧油との混合状態が悪くなつて燃焼効
率が低下し、上記値が４以上の場合はバーナ取付
部側の温度が低下し着火が遅れて着火位置が前側
寄りとなるためデツドスペースを生じる。

第２の発明の高速液体燃料用燃焼装置の構成
は、上記第１の発明の構成に加えて、上記予燃室
の出口位置に空間を隔てて隔壁を設け、その隔壁
に上記出口から噴出される燃焼ガス流の太さ寸法
よりもやや大きいガス流の通過孔を穿設し、上記
空間内からその空間内を通る上記燃焼ガス流に対
して３次空気を供給する３次空気供給装置を設け
たことを特徴とするものである。

この構成によれば、３次空気を供給するように
なつていると共に前述したように予燃室内面にカ
ーボンが付着し難い予燃室であることから、予燃
室内の段階で種々の低空燃比による予備燃焼が可
能となる。実験によれば、重質油について従来困
難であるとされていた空気過剰率0.2の低空燃比
でも予燃室内面にカーボンが付着して運転不能と
なるようなカーボントラブルはなく、３次空気の
供給によつて所定の炉内で燃焼が完結する。この
結果、火焔中の残存酸素量が大幅に減少するだけ
でなく、火焔中に残存カーボンが大幅に減少し、
最終的な排ガス中の窒素酸化物も大幅に低下し
た。

従つて、この第２の発明によれば、第１の発明
と同様にカーボントラブルがなく、軽質液体燃料
はもちろん重質液体燃料も良好に燃焼させること
ができて、しかも窒素酸化物の発生を低く押える
ことができ、低酸素燃焼もできる大きな効果が得
られる。窒素酸化物の発生が少ないことは脱硝設
備が不要又は小規模となる効果が得られ、低酸素
燃焼が可能であることは被加熱物の酸化損失を少
なくすることができる効果と共に熱効率が向上す
る効果が得られる。

以下この発明の実施例を説明する。第２図は第
１の発明の実施例であり、図中１０はバーナ、１
１はエヤーレギユレータ（２次空気供給部）、１
２は予燃室、１３は炉である。

バーナ１０は、従来公知のものと同様なもの
で、中心部に液体燃料を供給する燃料パイプを配
置し、その外側に噴霧用として１次空気を供給す
る空気パイプを配置し、液体燃料がバーナチツプ
１０ａ内で霧化されると共に１次空気と混合され
て噴出孔から予燃室１２内に向つて噴出されるよ
うになつている。バーナチツプ１０ａは予燃室１
２の入口１２ａの中心部に位置せしめられてい
る。

エヤーレギユレータ１１は、予燃室１２の入口
１２ａに接続され、バーナチツプ１０ａの外周面
と入口１２ａ内周面との間に形成された環状空間
で終つており、予燃室１２内に円筒状をなして２
次空気を供給するようになつている。

予燃室１２は、バーナチツプ１０ａの燃料噴射
方向に沿つて前方に向つて拡大しそして縮小する
ように伸延形成されており、その伸延方向に沿つ
た断面形状は図示のように角部のないなめらかな
略卵形であり、伸延方向に直角な断面形状は全長
を通じて円形である。予燃室１２は一端に前記入
口１２ａを有し、他端に出口１２ｂを有してお
り、いずれも円孔である。この実施例において、
予燃室１２の長さは522mm、予燃室最大内径は350
mm、入口１２ａの内径は106mm、出口１２ｂの内
径は80mmである。その予燃室１２の出口１２ｂは
炉１３内に向つて開口している。

この第１の発明の実施例の燃焼装置は、液体燃
料と１次及び２次空気を適切に供給して点火する
と、炉１３内に燃焼ガス流を噴出する。燃料及び
空気が燃焼ガス流となつて炉１３内に入るまでの
過程は大略次のようである。１次空気と燃料の混
合体及び２次空気が予燃室１２に略30m／secの
流速で流入すると、２次空気が上記混合体に対し
予燃室１２の入口１２ａ側端を起点に混合を開始
させ、その入口１２ａ側端の少し前位置で燃焼が
始まり、その後未燃カーボン（煤）を含む燃焼ガ
スとなつて燃焼が進行しながら出口１２ｂに至
り、そこで絞られた流れ１８となつて略50m／
secの流速で炉１３内に噴出する。予燃室１２内
における流れの状態は、予燃室１２の内面に沿つ
て、渦を生ずることなく、滑らかに流れ、また予
燃室内面近傍では、図に矢印１９で示すように、
その面に沿つた２次空気の層状の流れが形成され
る。

この第１の発明の実施例の装置によりＣ重油、
Ｂ重油、Ｃ重油＋15％H₂O（エマルジヨン）を
夫々空燃比１〜1.2で燃焼させたところ、いずれ
もカーボントラブルは全くなく、良好に燃焼する
ことが確認された。

第３図及び第４図は第２の発明の実施例であ
る。図中のバーナ１０、エヤーレギユレータ１
１、予燃室１２は第１の発明の実施例のものと同
じであるから、同一図面符号で示して説明を省略
する。前記実施例と異なる点は、３次空気供給装
置２０を設けた点である。

３次空気供給装置２０は、予燃室の出口１２ｂ
の前側位置に空間２１を隔てて隔壁２２を設け、
その隔壁２２に燃焼ガスの流れ１８よりもやや太
いガス流の通過孔２３を穿設し、前記空間２１か
らガス流１８に対し直角な方向に空気を噴射する
ように設けたものである。図の２４は空気供給孔
であり、３次空気の流入状態を点線矢印２５で示
してある。３次空気は燃焼ガス流１８の最も小径
となつている縮流部分に向つており、これによつ
て３次空気の混入が適切に行われる。

なお、第４図の２６は熱ガス逆流孔であり、炉
１３内と空間２１とを連通しており、これは熱ガ
スを逆流させて３次空気を予熱するようにしたも
のである。この構成は必要に応じて採用する。

この第２の発明の実施例の燃焼装置は、予燃室
１２内における空燃比を１〜0.2とし、３次空気
の供給により最終的に空燃比を１〜1.5とするよ
うに、Ｃ重油、Ｂ重油、Ｃ重油＋15％H₂O（エマ
ルジヨン）を夫々燃焼させて、カーボントラブル
のないことが確認された。また、これらの各液体
燃料について予燃室内の段階の空燃比を変えて燃
焼させて、炉の排ガス中の窒素酸化物量を測定し
て、第５図のような結果を得た。そのときの燃焼
負荷は600×10⁴Kcal／m³hであつた。また、予燃
室内空燃比を0.6として燃焼負荷を変えて排ガス
中の窒素酸化物量を測定して、第６図のような結
果を得た。第５図及び第６図において、曲線３０
ａ，３０ｂはＣ重油、曲線３１ａ，３１ｂはＢ重
油、曲線３２ａ，３２ｂはＣ重油＋15％H₂O（エ
マルジヨン）を夫々燃焼させたときのものであ
り、排ガス中の窒素酸化物量は酸素量４％換算値
である。

上記第２の発明の実施例において、３次空気の
供給孔２４をガス流１８に対して直角な方向に空
気が噴射するように設けたが、その噴射方向が少
し斜め前方へ向うように傾けて設けてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高負荷燃焼装置の概略縦断側面
図、第２図はこの発明の第１の発明の実施例の概
略縦断側面図、第３図はこの発明の第２の発明の
実施例の概略縦断側面図、第４図は第３図のS₁―
S₁断面図、第５図は第３図の装置を使用したとき
の予燃室内空燃比に対する排ガス中の窒素酸化物
量を示すグラフ、第６図は第３図の装置を使用し
たときの燃焼負荷に対する排ガス中の窒素酸化物
量を示すグラフである。１０……バーナ、１０ａ……バーナチツプ、１
１……エヤーレギユレータ、１２……予燃室、１
２ａ……予燃室入口、１２ｂ……予燃室出口、１
３……炉、１８……（燃焼ガスの）流れ、２０…
…３次空気供給装置、２１……空間、２２……隔
壁、２３……ガス流の通過孔。

Claims

【特許請求の範囲】１バーナチツプの前側に前方に向つて拡大しそ
して縮小するように伸延する予燃室を形成してあ
り、その予燃室は、入口が中心部に上記バーナチ
ツプを位置せしめられそのバーナチツプ外周との
間を２次空気供給口とされ、上記入口から前方の
出口に至る間の予燃室内面が流線形状のなめらか
な凹曲面で形成されていることを特徴とする高速
液体燃料用燃焼装置。２上記出口の開口の大きさが、少なくとも毎秒
50m以上の速度で燃焼ガス流を噴出させるような
大きさに決められていることを特徴とする特許請
求の範囲１に記載の高速液体燃料用燃焼装置。３バーナチツプの前側に前方に向つて拡大しそ
して縮小するように伸延する予燃室を形成してあ
り、その予燃室は、入口が中心部に上記バーナチ
ツプを位置せしめられそのバーナチツプ外周との
間を２次空気供給口とされ、上記入口から前方の
出口に至る間の予燃室内面が流線形状のなめらか
な凹曲面で形成されており、上記予燃室の出口位
置に空間を隔てて隔壁を設け、その隔壁に上記出
口から噴出される燃焼ガス流の太さ寸法よりもや
や大きいガス流の通過孔を穿設し、上記空間内か
らその空間内を通る上記燃焼ガス流に対して３次
空気を供給する３次空気供給装置を設けたことを
特徴とする高速液体燃料用燃焼装置。４上記出口の開口の大きさが、少なくとも毎秒
50m以上の速度で燃焼ガス流を噴出させるような
大きさに決められていることを特徴とする特許請
求の範囲３に記載の高速液体燃料用燃焼装置。５上記３次空気供給装置が、上記燃焼ガス流に
対して直角に３次空気を供給するように構成され
ていることを特徴とする特許請求の範囲３に記載
の高速液体燃料用燃焼装置。