JPH0113207Y2

JPH0113207Y2 -

Info

Publication number: JPH0113207Y2
Application number: JP1982083438U
Authority: JP
Priority date: 1982-06-07
Filing date: 1982-06-07
Publication date: 1989-04-18
Also published as: JPS58185712U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は燃焼装置に関するものにして、特に火
炉内において、NOの分解反応を増進させること
により、排ガス中のNOx濃度を著しく低減する
に好適なバーナ設備を有する燃焼装置に関するも
のである。

専業用ボイラのように多段バーナを設置した大
型燃焼装置におけるNOx低減対策の最も一般的
な技術として：(i)二段燃焼法；(ii)排ガス再循環
法；(iii)火炎分割法；を挙げることができる。

炭化水素系燃料の燃焼過程における窒素酸化物
（以下、NOxと称す）の反応は、非常に複雑であ
り、従来のNOx低減技術は、NOxの生成方向の
反応を抑制することを主眼として開発されてきた
感がある。上記した３種の技術も全てそうと考え
られる。

これらのNOx生成抑制技術を駆使することに
依り、特に国内におけるNOx低減燃焼技術は、
近年飛躍的発展を遂げた。しかし、これらの技術
は、上記した如く、NOxの生成方向の反応のみ
に着眼した技術である故、自ら、限界を有してい
るものである。

本考案の目的は、上記した従来技術に、さら
に、火炉内におけるNOの分解反応増進技術を加
えることによつて、排ガス中の煤塵を増加させる
ことなくNOxを著しく低減できるバーナ機構を
具えた燃焼装置を提供することにある。

上記の目的のための本考案の超低NOx化燃焼
装置の特徴とするところは、ガス、油、石炭等の
化石燃料を燃焼するマルチバーナ火炉において、
平均空気比が0.8〜0.99であるようにした主バー
ナの上方に位置せしめた後流バーナの平均空気比
を0.2〜0.65であるようになし、前記の後流バー
ナの最外周旋回空気を再循環排ガスで置換して最
外周旋回再循環排ガスであるように構成し、前記
の最外周旋回再循環排ガスの流路より内周側に位
置する後流バーナの燃料ノズルとして、バーナの
中心軸に対して斜め前方に30度以下の角度の方向
に燃料を噴出するようにした内向き噴孔と、前記
の内向き噴孔の噴出方向より外側の、バーナの中
心軸に対して斜め前方に35度以上の角度の方向に
燃料を噴出するようにした外向き噴孔とを備えて
なるものとしたことにある。

すなわち、本考案の超低NOx化燃焼装置は、
主バーナの上方の後流バーナの空気と燃料の比で
ある空燃比が0.2〜0.65であるものによりNOxを
火炉内において分解する場合、後流バーナ根元近
傍のNOx分解効果を増進させるために、噴出燃
料の一部をバーナ根元近傍に散布し、しかも最外
周旋回空気を再循環排ガスで置換することによ
り、散布効果を増進させるようにしたものであ
る。

先ず、本考案のよりどころとなる原理、および
原理を実用化するに際してのポイントについて、
以下に説明する。

本考案者等は、プロパン（C₃H₈）を用いて第
１図に示すような基礎実験装置により、燃焼領域
に存在するラジカル量を回折格子型分光器で調べ
た。すなわち、第１図における、プロパン
（C₃H₈）３と、空気２と、排ガスとNOの混合物
１との混合物を、直径60mmφの多孔板バーナ２１
に供給して燃焼させ、燃焼領域１１における点３
１より試料を採取して調べた。その結果は、第２
図のグラフに示すように、 (イ) 空気比（以下、λと略記す）が１以下の燃焼
領域では、混入したNOの分解現象が見られた
（曲線ａ参照）。

(ロ) NOの混入によりシアノラジカル（・CN）
およびイミノラジカル（・NH）の発光量が増
大することがわかつた（曲線ｂ参照）。

同時に実施した燃焼領域後流における他のガス
分析から、NO混入により、シアン化水素
（HCN）の増大が見られ、特にλ0.65でその増
大傾向が顕著であつた。以上により。C₃H₈の燃
料過剰燃焼領域で下記の反応が進行することは明
白となつた。

ここに、式(1)は・CNの発生経路の代表例、H.
C.は、C₃H₈の分解生成物（・C₂など）である。

式(2)は、・CNの酸化反応。

式(3)は、Fenimore（C.P.Fenimore、13th
Symp.on Combustion P.374，The Combust.
Inst.（1971））らによつて提唱されている・CN
によるNOのN₂への還元反応式。

(4)は、・CNの再結合反応である。

後の実験により、C₃H₈の代わりに他の炭化水
素系ガス燃料全般にわたつて、上記の気相反応が
成り立つことがわかつた。また、ガス以外の燃
料、例えば、油、石炭においても、揮発化して気
相燃焼する領域においては、上記の反応が進行す
ることもわかつた。HCNは、完全燃焼時に再酸
化されてNOになりやすいが、通常の方法におけ
るNOへの転化率ξは、大略：５％ξ70％で
あることも確かめられた。

上記の知見に基づき、油燃料を用いて、第３図
に示すような、マルチバーナを有する実用火炉に
よる燃焼試験を実施した。第３図において、符号
４１はボイラ火炉、５１はウインドボツクス、６
１は燃焼用空気、６２は排ガス、６３は重原油燃
料、７１は主バーナ、７２は主バーナの後流の後
流バーナ（以下、Ｐバーナと略称する）、７３は
アフタエアポート、７４は缶内Ｐバーナ根元近傍
上方位置、７５は缶内後側Ｐバーナ上方位置を、
それぞれ示す。この燃焼試験を行つたところ、上
記のNOの分解反応を有効に利用出来、しかも、
ξをできる限り小さく抑えるためには、主バーナ
の後流（上方）に、λ0.65のＰバーナ火炎を配
置し、さらに後流（上方）でアフタエアを供給す
る三段階燃焼法が有効であることがわかつた。こ
のような燃焼法によれば、通常、二段階燃焼等の
従来技術で得られるNOx濃度の最小値により、
さらに、約40％のNOx低減が可能であつた。

ところが、第３図中の位置７４，７５における
火炉内NO濃度は均一ではなく、例えば、重原油
焚き時、（油中Ｎ分：0.13重量パーセント）、缶後
側Ｐバーナ上方（符号７５で示される位置）で
は、Ｐバーナ火炎によるNO分解効果のために、
NO濃度＝20〜30ppm（量論排ガス体積基準）ま
でNOの分解が進行しているにもかかわらず、Ｐ
バーナ根元近傍上方（符号７４で示される位置）
におけるNO濃度は、50〜70ppmであり、Ｐバー
ナによる効果が充分でないことがわかつた。この
主たる原因は、Ｐバーナの機構をさらに詳細に示
した第４図を参照して、Ｐバーナに多環状空気供
給を行うデユアルエアレジスタバーナを採用した
ことにある。第４図において、符号１００はノズ
ルチツプ、１１１は内周エアレジスタ、１１２は
最外周エアレジスタを示す。このような多環状空
気供給を行うものにおいて、内周供給流１１０と
ともに、最外周供給流１１３を空気供給流とした
ものを採用したことにある。

Ｐバーナ全体としては、空気比を充分に小にし
ても、Ｐバーナ根元近傍では、最外周供給空気の
ために、実質的空気比は１以上となり、そのた
め、およそNOの分解効果など期待すべくも無い
からである。

このようにして、本考案の燃焼における超低
NOx化の効率増大のポイントは、いかにして
“空気の外皮”を取り除くかにあることがわかつ
た。

本考案者等は、種々の試験を試みた結果、第４
図に示す最外周旋回空気を再循環排ガス（以下、
GMと略称する）で置換することにより、“空気
の外皮”を取り除くことができることを見出すに
至つた。

以下に、本考案を実施例につき、図面を参照し
て、さらに詳細に説明する。

実施例１第４図、および第４図のノズルチツプ部分の拡
大図である第５図ａ，ｂに示すものは、本実施例
の超低NOx化燃焼装置におけるＰバーナの構造
を示したものである。

本実施例における燃焼装置は、第３図に示した
ものと同一構造の燃焼装置において、Ｐバーナの
構造を、以下に説明するようなものとしたもので
ある。

本実施例における燃焼装置におけるＰバーナ
は、第４図、第５図ａ，ｂに示すように、８個の
内向き噴孔８１と、４個の外向き噴孔８２をノズ
ルチツプ１００の先端部に有して、燃料油９１は
蒸気９２により霧化されてこれらの噴孔から噴出
するようにならしめられている。これらの噴孔の
内、符号８１で示されている８個の内向き噴孔は
バーナの中心軸８０に対して、α30度の角度で
斜め前方に燃料を噴出するようになされており、
符号８２で示されている４個の外向き噴孔はバー
ナの中心軸８０に対して、β35度の角度で斜め
前方に燃料を噴出するようになされているもので
ある。

上記のように構成された装置により、主バーナ
における空気比が0.8〜0.99、Ｐバーナにおける
空気比が0.2〜0.65であるものにおいて、符号１
１３で示されている最外周の気流をGMとし、さ
らに、外向き噴孔８２をバーナ中心軸に対して35
度以上としたことにより、外向き噴孔８２より噴
出する噴霧燃料の油滴を、内周旋回空気流層１１
０を貫通し、最外周GM流層１１３に到達させ、
内向き噴孔８１をバーナ中心軸に対して30度以下
としたことにより、供給空気と共に強還元炎を形
成させて、奥行方向（第４図における点７５の
側）のNOの分解に利用できることが確かめられ
た。これにより、Ｐバーナ根元近傍のNOも効率
良く分解できることが確認された。

実施例２本実施例は、第６図に示すように、２段の各段
に一対のセルバーナ７１，７２を火炉４１内に備
えたものである。第６図における符号７３はアフ
タエアポートを示す。

このような装置において、各セルの上部バーナ
７２のノズルチツプに、第４図に示すノズルチツ
プ１００と同一のものを使用し、最外周空気を最
外周GMに置換するだけの簡単な操作により、十
分効果的なNOxの低減が得られた。なお、この
場合、下段と上段の各バーナにおける空気比は、
それぞれ、実施例１の主バーナとＰバーナのもの
と同様にした。

なお、燃料としてガス、石炭等を用いた場合
も、ノズル部分の構造は、油の場合とは異なるも
のの、噴出燃料の一部をＰバーナの最外周GM流
域に散布する同一の原理によつたものとすること
により、同様なNOx低減効果が得られた。

以上に説明した本考案の効果を要約すれば、以
下のとおりである。

(イ) 新らしい機能：炉内におけるNOx分解反応
を増大させるために、特にバーナ根元近傍のガ
ス雰囲気を改善するために、最外周空気をGM
で置換し、新らしいノズルチツプを提供した。

(ロ) 経済性・簡略化：この点において、非常にメ
リツトが大きい。すなわち、デユアルエアレジ
スタタイプの既存のバーナを使用する限りにお
いては、最外周空気系統にGMで置換する系統
を分岐合流させ、ノズルチツプを上記に基づい
て交換するのみで足りる。

(ハ) 性能、効率の向上：上記(イ)項の記載に基づく
性能の増大。

【図面の簡単な説明】

第１図は基礎実験装置にして、第２図は第１図
の装置による試験結果のグラフである。第３図
は、本考案のための試験における実用火炉の断面
図である。第４図は本考案の一実施例におけるＰ
バーナの構造を示す側断面図にして、第５図ａ，
ｂは第４図のノズルチツプ部分の拡大断面図およ
び正面図である。第６図は本考案の他の実施例に
おける火炉の断面説明図である。１……排ガス＋NO、２……空気、３……
C₃H₈、１１……燃焼領域、２１……多孔板バー
ナ、３１……試料採取点、４１……火炉、５１…
…ウインドボツクス、６１……燃焼用空気、６２
……排ガス、６３……重原油燃料、７１……主バ
ーナ、７２……Ｐバーナ、７３……アフタエアポ
ート、７４……Ｐバーナ根元近傍上方位置、７５
……缶内後側Ｐバーナ上方位置、８１……内向き
噴孔、８２……外向き噴孔、９１……燃料油、９
２……蒸気、１００……ノズルチツプ、１１０…
…内周供給流、１１１……エアレジスタ、１１２
……最外周エアレジスタ、１１３……最外周供給
（空気またはGM）流。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

ガス、油または石炭からなる化石燃料を燃焼さ
せるマルチバーナを備えた火炉において、平均空
気比を0.8〜0.99の範囲で燃焼させる少なくとも
１個の主バーナと、該主バーナの後流に、平均空
気比を0.2〜0.65の範囲で燃焼させる後流バーナ
を少なくとも１個配置した超低NOx化燃焼装置
であつて、上記後流バーナの最外周旋回空気を再
循環排ガスで置換して後流バーナの最外周に旋回
再循環排ガス流域を形成させ、上記後流バーナに
は、形成させる上記旋回再循環排ガス流域の内周
側に位置する部分に、バーナ中心軸に対して30度
以下の角度で、バーナ火炎に対し内向き方向に燃
料を噴出させる複数個の内向き噴孔と、該内向き
噴孔の外周側で、かつ上記旋回再循環排ガス流域
の内周側に、バーナ中心軸に対して35度以上の角
度で、バーナ火炎に対し外向き方向に燃料を噴出
させる複数個の外向き噴孔を有する上記後流バー
ナを備えたことを特徴とする超低NOx化燃焼装
置。