JPH01305206A - バーナー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はバーナーを対象としており、特に、その燃焼生
成物中の窒素酸化物（ＮＯｘ　）の発生レベルを比較的
低下させたバーナーに関する。

〔従来の技術〕

例えばボイラーや炉などの設備から発生する窒素酸化物
（ＮＯＸ）は、環境に有害な影響を及ぼすために、非常
に注目されている。発電所で使用される石炭やその他の
同様の炭素系燃料などの微粉燃料のバーナーが窒素酸化
物の主な発生源である。

そのようなバーナーでは、′＆１索酸化物の放出は（火
炎温度に応じて）大気中の音素が原因となり、又（燃焼
中に使用できる！素の量に応じて）燃料中に固定された
窒素が原因となっている。

窒素酸化物放出量を低減するようにした微粉燃料バーナ
ーの例は、イギリス特許第２０９４９６９号に記載され
ており、そこでは、空気及び燃料の旋回流（スワール）
を補助空気流内へ噴出させ、準化学量的状態で段階的に
燃料を燃焼させることが提案されている。同様Ｋ、イギ
リス特許第１６０１４６号では、主空気及び燃料の混合
物に乱流を発生させるようになっており、そのために、
その混合物用の供給チューブの出口にＬ形断面のフラン
ジ（事実上、縁の鋭オリなノズル）が設けてあり、上記
乱流形成後に、燃料を２次及び３次空気流で燃焼させる
ようになっている。より一般的には、微粉燃料バーナー
による窒素酸（１物の形成量を低減させるための公知の
技術は以下のように列挙できる。

燃料・空気流に対する火災の上流端部での空気の流入を
制拘１して火災温度が高くなることを防止し、それによ
シ、大気中のｇ紫からの窒素酸化物の形成を最小にする
。

火災の上流端部に燃料濃厚領域を形成して、準化学量的
量の酸素が存在する場所で窒素及びその他の揮発性成分
を逃し、それにより、揮発性成分の燃焼による高温領域
及び窒素酸化物の形成を最大限に抑える。

燃料濃厚領域を維持し、燃焼行程の初期段階で形成され
た一切の窒素酸化物が、還元環境において燃料と反応１
７て窒素及び炭素の一酸化物に戻れるようにする。

このよう々状態を達成するための一つの方法としては、
バーナーから出た燃料・空気ジェットの縁に近接させて
その周囲に、火炎のカーテンを形成するという方法があ
る。この主燃焼段階の目的は、燃料に熱を与えて燃料窒
素及びその他の揮発性成分を逃すような重化学童的条件
で火災を発生させるためである。次に２次及び３次空気
会、（高温を生じさせることになる）過度の乱流を生じ
させずに、燃料・主空気及び連発生成分の流れにスムー
スに加えることができれば、−射的な乱流の程度の習い
火災が占めるのと同様の体積以下で、完全な混合及び燃
焼を実現することができるはずである。

このような目的を達成する場合の主な問題として、バー
ナーの燃料・主空気出口において安定した火災を維持す
ることが困難であり、又、燃料と空気のスムースな混合
を確実に行って、過度の乱流とそれによる高温及び窒素
酸化物を回避するとともに、混合が送れて燃料の不完全
燃焼が生じることとを回避することが困難である。

〔発明の概要〕

本発明によると、空気流内の微粉燃料を燃焼させるため
のバーナーであって、通路に沿って空気φ燃料混合物の
流れを発生させるための手段を設け、複数の案内要素を
上記通路の中心軸の周囲に角度間隔を隔てた位置におい
て上記通路内に配置し、該要素をそれに対する入射流に
対して傾斜した角度で上記通路に沿って延ばし、上記要
素の下流側に間隔を隔てた状態で、上記通路の出口端部
又はその近傍において、複数の乱流形成部材を上記中心
軸の周囲に角度間隔を隔てた位置において上記通路内に
配置し、上記部材を通路出口において空気・燃料混合物
の流れパターンを変更するように配置したことを％徴と
している。

少なくとも１個の乱流形成部材を案内要素からの流れの
進路と概ね一致させて配置すると効果的゛であり、各部
材を案内ｇ紫のそれぞれに関連させて配置できることが
わかっている。更に、乱流形成部材は、隣接する複数対
の案内要素からの複数の流れ進路の間の中間位置に位置
きせることができる。

一実施例榊造では、４個の案内要素が通路の軸の周囲に
９０度の角度間隔を隔てて設けてあり、１０個の乱流形
成部材が、上記案内要≠の下流仙１に間隔を隔てた状態
で、上記輔の族１囲に３６度の角度間隔を隔てて配置し
てあり、直径方向に対向する１対の上記部材は、直径方
向に対向する１対の案内要素からの流れ進路に概ね一致
している。

本件出願人の先の串願では、好ましくは環状である空気
・燃料混合物用通路が、その入口に、そこを連通する流
れを旋回パターンにするだめの手段を有しており、その
ような場合、案内要素は通路の中心軸と平行に延ばすこ
とができる。９Ｆの上流側において、・燃料粒子が通路
の外壁側に集中して高濃度の燃料流を形成する傾向に対
抗するための手段を外壁部に設けることもでき、それに
より、該手段が案内要素に接近する空気及び燃料の４混
合状態を改善する。

出口領域において、上記通路を１対の同心補助通路によ
り囲み、補助通路により、燃焼行程で補助空気を供給す
ることが好ましい。上記各補助通路には複数の流れ案内
部材を設け、その隣接する出口において、各通路からの
流れが隣接する（１個又は複数の）通路からの流れに対
して旋回パターンと４って出るようにできる。例えば、
空気・燃料通路からの流れが中心軸と平行に出る場合、
それに隣接する補助通路は、好壕しくけ軸に対して４５
度以上の螺旋角度の旋回パターンで空気が流出するよう
に流れ案内部材を配置し、且つ、外側の補助通路からの
空気が軸と平行に流出できるようにする。

実施例では、上記乱流形成部材の形状は、先端が薄く、
次第に厚くなって後端縁が絶壁状となっている。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図〜第３図において、微粉燃料バーナー１０が、そ
の一部のみを示す炉の壁部１４の孔１２に取り付けであ
る。無論、バーナーは燃料に点火して燃焼室内へ吹き込
む。該室には、用途に応じて、熱交換チューブが公知の
方法で設けられることがある。又、バーナー１０を複数
個設け、所望の燃焼パターンを実現するようにそれらを
炉壁部に取り付けることもできる。

バーナー１０は中心軸Ａに沿って延びておシ、同軸状態
のチューブ２２．２４．２６．２８を備えている。それ
らのチューブは、微粉燃料及び空気の混合物用の主環状
通路３０と、付加燃焼空気用の内側及び外側補助通路３
２．３４を形成している。チューブ２２自体の内部は油
バーナ−３６用の通路を形成しておシ、該バーナー３６
は、炉の初期加熱用又は微粉燃料用の点火装置として作
用する。最も外側のチューブ２Ｂは、図示の状態では、
バーナーの出口端部３８においてその他のチューブと平
行であるが、仮想１３８Ａで示す如く拡開させることも
できる。

チューブ２４は比較的大径の入口部分２４Ａ　　とテー
バ状中間部分２４Ｂとを備え、該部分２４Ｂが、出口端
部３８まで延びる小径の出口部分２４Ｃに接続している
。入口部分２４Ａにはダクト４０（第２図参照）が、チ
ューブの入口開口４２と整列する状態で、接線方向に接
合されている。このダクトは、微粉燃料が浮遊した主燃
焼空気の旋回流を導入する。該旋回流は、第１図に矢印
で示す如く、螺旋流となって通路３０を通過する。耐摩
耗ライナー４４が、入口開口４２の下流側において、メ
ロ及び中間部分２４Ａ、２４Ｂ内にはめ込んである。該
ライナーには一体構造の複数のリブ４６が通路３０の軸
方向に延びる状態で設けてあシ、旋回流において半径方
向外方へ付勢される傾向にある微粉燃料粒子の再混合が
リブ４６により促進される。

燃料流再分配部として作用する４個の案内要素４８が、
環状通路の中心軸Ａの周囲に等角度間隔を隔てた状態で
、通路の出口部分２４Ｃに取り付けである。案内要素は
ブレード状部材で、通路の中心軸と平行に延びており、
従って、螺旋空気・燃料流に対して傾斜した角度で位置
している。この第１実施例では、案内要素は湾曲した断
面を有し、その凹形面が、旋回状態でそこへ流入した粒
子のための衝突面を形成している。固体燃料粒子の旋回
流を中断させることにより、上記要素はその凹形面十に
粒子を集中させる。これらの粒子は空気流に保有された
１まであるが、その結果、燃料・空気比が高い複数の領
域が☆索４８の下流側の流れに形成される。

要素４Ｂから間隔を隔てて通路の出口端部には、耐摩耗
性材料の複数の乱流形成部材５０が配置しである。それ
らの部材はくさび状で、流れの方向において先端縁５０
ａから後端縁側へ行くにつれて半径方向長さが増加して
おシ、後端縁に絶壁状の下流側面５０ｂを備えている。

上記部材の先端縁は通路３０の外側壁部に着座しており
、それらの下流側面は通路内へ半径方向に部分的に入り
込んでいる。部材５０には、バーナーの出口端部におい
て火炎を安定させる効果がある。第３図に示す如く、乱
流形成部材は等間隔を隔てて１０個設けてあり、直径方
向に対向する２個の部材が、案内要素を通過した流れの
方向において、案内要素４８の内の２個の要素のウェー
ク（後流、伴流）内に置設位置している。

外側環状通路３２．３４はウィンドボックス５２から２
次及び３次燃焼空気を供給し、その通路３２．３４内へ
の流れは摺動環状ダンパー５４．５Ｂにより制御される
。通路３２．３４には、それぞれ、組構造の流れ方向付
は部材５Ｂ、６０が配置しである。通路３２０部材５８
はそこでの空気流を螺旋流パターンにし、この実施例で
は、中心軸１２に対するその螺旋角度は４５度以上とな
っている。

流れ方向付は部材６０は通路３４の空気流を軸方向流パ
ターンにする。

油バーナ−３６には、ウィンドボックス５２に接続する
ダクト６２から燃焼用空気を供給できる。

この構造に代えて、ファン６４を採用してもよい。

熱論、その他の点火装置も使用できる。

案内要素及び流れ方向付は部材５０の構造は様々に変更
でき、そのいくつかの例を第４図〜第７図に示す。それ
らの図では、第３図と同様に、矢印Ｓが通路３０での流
れの旋回方向を示している。

これら全ての実施例では、案内要素は中心軸１２と平行
に延びているものとするが、その方向は、該要素に対す
る空気及び燃料の旋回流の有無及び程度に応じて決定さ
れる。

第４図に示す配置状態では、案内部材４８の構造は第１
実施例と同じであるが、８個の乱流形成部材５０が対と
なって配置されている。各対の部材５０において、一方
は、案内１々索を１れる流れのウェークにおいて、各案
内要素の真後に配置してあり、他方は、旋回流方向Ｓに
見て、両側の部材から非対称状態で離れている。上記対
の上記他方の部材は、該部材に対して衝突面が対向する
案内要素に比較的接近しておυ、該部材に対して衝突面
が逆を向いている案内要素から比較的離れている。

第５図において、乱流形成部材の配置状態は第４図と同
様であるが、案内要素４８Ａは、中心軸１２に対して半
径方向及び軸方向に延びる平面上に位置する平坦な板で
ある。第６図及び第７図にも、それぞれ、平坦な板から
成る案内要素４８Ｂ１４８Ｃが示されており、それらの
実施例では、乱流形成部材の配置状態は変わっていない
。第６図において、案内壁１４８Ｂは、その半径方向内
側の縁からその外側の縁へ旋回流方向に傾斜している。

第７図において、要素４８Ｃは、その半径方向内側の縁
からその外側の縁へ旋回流方向と逆に傾斜している。熱
論、本発明の範囲内において、案内要素や乱流形成部材
の形状だけに限らず、その数及び相対配置状態について
も、様々に変更できる。

本発明により９才酸化物放出量を低減できるメカニズム
は図示の通りであるが、窒素酸化物の形成率が低い理由
は、まず第１に、案内要素を設け、・窒素酸化物の形成
を禁止する燃料濃厚領域を形成したためであると考えら
れる。但し７、そのような燃料濃厚領域により火炎最前
部が不安定になる可能性がある。下流側に配置した乱流
形成部材は、これらの案内部材の効果を補い、流れに作
用して部材からの流れのウェークにおけるある範囲の燃
料・空気混合濃度を高めるものと考えられる。従って、
バーナーチューブ出口のすぐ下流側に燃料不足領域を生
じさせることができ、その領域では酸素が過剰であるの
で、燃料が容易に潜入し、バーナー出口の火炎最前部が
安定する。

流れ方向変更部材の別の利点は、火炎最前部の高い安定
性に影響を及ぼすことなく、再循環及び混合を促進して
燃料の完全燃焼に役立つと考えられることである。実施
例では間隔を隔てたくさび形の流れ方向変更部材が採用
されており、その特徴は、それらが使用状態での燃焼堆
積物の堆積を抑え、それにより、有効寿命金延ばすと考
えられることである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により構成したバーナーの縦方向断面略
図、第２図は第１図の■−■断面図、第３図は案内要素
と乱流形成部材との相対的が配置状態−をバーナーの出
口端部側から示す端面図、第４図〜第７図は案内要素と
乱流形成部材の別の実施例構造を示す第３図と同様の端
面図である。 １０・・・・微粉燃料バーナー、３０・・・・環状通路
、３２．３４・・・・補助通路、４８・・・・案内要素
、５０・・・・乱流形成部材、Ａ・・・・中心軸。 ％ｉ出願人　　ノーザン・エンジニアリング−インダス
トリーズ・ビーエルシー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 空気流内の微粉燃料を燃焼させるためのバーナーであつ
   て、通路（３０）の出口（３８）での主燃焼のために上
   記通路に沿つて空気・燃料混合物の流れを発生させるた
   めの手段と、上記主燃焼の生成物の燃焼のために補助空
   気を供給するための手段（３２、３４）とを設け、複数
   の案内要素（４８）を上記通路の中心軸（１２）の周囲
   に角度間隔を隔てた位置において上記通路内に配置し、
   該要素をそれに対する入射流に対して傾斜した角度で上
   記通路に沿つて延ばしたバーナーにおいて、上記要素の
   下流側に間隔を隔てた状態で、上記通路（３０）の出口
   端部又はその近傍において、複数の乱流形成部材（５０
   ）を上記中心軸の周囲に角度間隔を隔てた位置において
   上記通路内に配置し、上記部材を通路出口において空気
   ・燃料混合物の流れパターンを変更するように配置した
   ことを特徴とするバーナー。