JPH04169708A - 低ＮＯｘバーナ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は大気汚染の原因となるＮＯＸを抑制する低ＮＯ
Ｘバーナに関するものである。

（従来技術） バーナにおけるＮ○ス抑制燃焼技術はａ）排ガス再循環
方式、ｂ）２段燃焼方式及びＣ）分割火炎方式触媒燃焼
方式がしられている。

（ａ）の排ガス再循環方式は、第７図に示すように煙道
ａを分岐させた再循環通路すで排ガスを再循環させる方
式である。この方式は、次のような利点及び欠点をもっ
ている。

１）再循環ガス温度が３００℃前後と低い場合は、最も
有効確実なＮＯＸ抑制技術であると言われている。

これに対し第８図の符号Ｃで示すごとき燃焼ガス自己循
環方式は、循環ガスの温度が１０００〜１３００℃と高
温であるため、ＮＯＸ抑制の効果が少く酸素分圧が下が
るために燃焼は不安定となる。燃焼ガス自己再循環方式
は簡単であるが、現段階の技術では効果はあまり期待で
きない。

２）排ガス再循環方式は新鮮燃焼空気（○、＝２１％）
に排ガス（０２＝３〜８％）を空気１００に対し排ガス
２０前後を混合するため（ｏ２＝１ｓ〜１９％）となり
燃焼室容積を（１０〜１６％）大きくする必要がある。

３）排ガス再循環方式は設備費据付面積が大きく、１０
０　Ｘ　１０’Ｋｃａｌ／　ｈ以下の熱設備では割高と
なる。

次に（ｂ）の二段燃焼方式（第９図及び第１０図参照）
には、次のような問題がある。

１）第１０図の如き一段目酸化炎燃焼と二段目還元炎燃
焼はガス或は１００　Ｘ　１０’Ｋｃａｌ／　ｈ以下の
油バーナでは実施できるが、１００ＸＩ○４Ｋｃａｌ／
ｈ以下の油バーナでは構造上燃焼ポート部のスペースが
大となり実用的でない。

２）第９図の如き一段目還元炎燃焼と二段目酸化炎燃焼
はガスバーナでは実施できるが油バーナでは煤の発生を
起しやすい。

又一段目還元炎燃焼時の熱放散が充分できない場合は、
火炎温度が低下しないま一段目還元炎燃焼に移るためＮ
ＯＸ抑制にならない。

３）二段燃焼方式はバーナ炎口が自由に設計でき取付面
スペースのある大型バーナでは比較的に装着し易いが、
小型バーナは燃焼ポートの寸法に制約があり、装着スペ
ースも少い場合は問題がある。

４）複数の油ノズルを設置する場合、同一平面では装置
できるが、燃焼方向軸に前後しての装着は無理がありト
ラブルの原因となる。

さらに（ｃ）の分割火炎方式（濃淡燃焼方式）（第１１
図〜第１３図参照）は、第１１図の如くニアリッチ炎と
油すッチ炎の組合せで、 １）大型油バーナ、ガスバーナでは複数個のノズルを採
用して比較的に自由に分割火炎を作ることができるが、
ガンタイプバーナはバーナ炎口が直径１６５ＩＩ１１以
上となる１　０’　ＯＸ　１０　’Ｋｃａｌ／　ｈ以下
では設計上複数個のノズルを装着し燃焼量を個別に変化
させて分割火炎（濃淡燃焼）（第１３図）を作るには難
点がある。

又２）燃料側ではなく空気側の供給方法を工夫して分割
火炎を作ることは可能で、又燃料側で分割火炎を工夫す
るより経済性が高い。さらり、Ｉ分割火炎は火炎を一条
として束ね熱放散を効率よく行え火炎温度を抑えてＮＯ
Ｘを抑制することができる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明による低ＮＯＸバーナは分割火炎方式と自己再循
環方式を組合せ、油ノズルで分割火炎を形成するための
燃焼空気及び再循環ガスの新規な供給方法を提供し、火
炎温度が１３００”Ｃを越えるのは条状酸化炎燃焼領域
の一部であり、ＮＯＸの生成を僅少に抑えることができ
るようにすること、又Ｎｏを還元する条状還元炎燃焼領
域がＮＯ発生部と近接し拡散によって、生成したＮＯＸ
を還元する機能をもつためにＮＯＸの生成は最少限にお
さえることができる低ＮＯＸバーナを提供することを目
的とする。

（課題を解決するための手段） 燃焼空気を二段に分けて供給し、一段目を還元雰囲気で
燃焼し、二段目の空気を自己再循環ガスと円周上に交互
に配列して供給し、条状酸化燃焼領域と非条状還元燃焼
領域を交互に構成し、遠心的に拡がる環状の還元燃焼気
流の中で分割火炎を形成するようにし、前記条状酸化炎
燃焼領域で燃焼が完了し、残存する空気は条状還元炎燃
焼領域へ拡散し、酸素分圧の低い状況で緩慢な燃焼を行
わせる。交互に構成される条状酸化燃焼気流、条状還元
燃焼気流は一つの気流の束と見做される。

この燃焼気流束は次第に慣性を失い減速し燃焼を完了す
るが、一部は火炎の外周よりバーナの循環ガス吸入口へ
と自己循環する。又一部は火炎中心部に生じる負圧部へ
流入する循環流となるようにした。

（実施例） 図面に基いて説明する。第１図で燃焼空気は送風機１よ
りウィンドボックス２に入り、その一部は調節可能なダ
ンパ３を経てノズル室４の先端に設けたスタビライザ５
によってゆるい旋回流となり火炉６内に噴出する。油は
油ポンプ７によって昇圧され油管８を通りノズル９より
微細な粒子に噴霧され、旋回する燃焼空気流と混合し燃
焼を開始する。ダンパ３を介して供給する一段目燃焼空
気量は全燃焼空気量の１５〜４０％で還元雰囲気（酸欠
燃焼）を形成する。

二段目の燃焼空気は外筒１０と内筒１１の隙間を通って
インジュースノズル１７の前壁１２で空気は複数に分か
れて室１３より空気口１４へ向って噴出し、還元雰囲気
と混合して火炉６内で複数の条状酸化炎燃焼領域を形成
し青炎で燃焼する。

この燃焼ガスの一部は放熱し乍ら自己循環して循環ガス
吸込口１６より入り循環ガス吹出口２゜より再び火炉６
内に吹出す。１７は循環ガス吸込口１６を負圧として燃
焼ガスの循環を容易にするためのインジュースノズルで
ある。点火トランス１８は点火電極１９の先端部に高圧
電気を送り電気火花によって混合気流に点火させる。

循環ガスの吹出口２０は円周上に複数個設けられ（第２
図）、空気口１４と交互に隣接して環状に配設されてい
る。従って燃焼空気流（０２＝２１％）と循環ガス流（
０２＝２％）は交互に条状となって吹出し、一段目の還
元雰囲気（第５図Ａ参照）を包囲する形となるが、燃焼
に関与するのは直進する燃焼空気流゛と混合する領域で
、循環ガス流と混合する領域では酸欠状態で油粒子は高
温にさらされて更にガス化は促進されるが燃焼には至ら
ない、即ち、形成される火炎は第６図の如く複数の条状
分割火炎となり、火炎の熱放射は容易かつ急速に行なわ
れるのでＮＯＸの発生を抑制することができる。

（作用） 従来の分割火炎方式の低ＮＯＸバーナは複数個の油ノズ
ルを設けて火炎を分割しているが、火炎の方向性をもた
すため棒状の火炎となり、燃焼空気との混合が悪く過剰
空気は３０％以上を必要としていた。又低空気比で燃焼
を行えば（過剰空気２０％以下）煤が発生するため、分
割火炎方式の低ＮＯＸバーナの低酸素燃焼には制約があ
る。

本発明の低ＮＯＸバーナは分割火炎方式と自己再循環方
式を組合せ、かつ初段階燃焼で油粒子の蒸発気化機構を
もつバーナで１個の油ノズルで先づ還元炎を形成して噴
霧粒子を蒸発気化して油ガス状となった還元雰囲気流に
燃焼空気及び再循環ガスを交互に配列、供給して条状の
酸化燃焼領域、還元燃焼領域を形成する分割火炎方式の
バーナである。

分割火炎方式では燃料リッチ、空気リッチのゾーンを作
り濃淡燃焼と呼ばれるＮＯＸ低減化の方式であるが５本
発明のバーナでは燃焼過程の初段階で油粒子を蒸発気化
した濃密な還元雰囲気を遠心的に拡散し、燃焼空気と再
循環ガスを交互に配列供給して酸化燃焼と還元燃焼の条
状領域を燃焼火炎面で形成させる方式であるから低空気
比（過剰空気１５％）で煤の発生は全く零で、ＮＯＸ低
減率６０％を実現することができた。因みに３万Ｋｃａ
ｌ／ｈ温水ボイラによる実権テストでＮＯＸ無対策バー
ナでＮＯＸ値８８ｐｐｍ○２＝Ｏ％換算をこの低ＮＯＸ
バーナを使用してＮＯＸ値３２ｐｐｍＯ２＝Ｏ％換算、
ＮＯＸ低減率６４％の驚異的な実績をあげた（ちなみに
東京都低ＮＯＸ機器認定基準値ハ８０　ＰｐＨ＋０２　
＝　０％換算である）。

又本発明のバーナは全燃焼空気量の１５〜４０％を一段
目燃焼空気としてノズル室４よりスタビライザ５を介し
て旋回導入し、油ノズル９より噴霧された微細な油粒子
と混合させ、点火し、還元雰囲気を形成しスタビライザ
５からの旋回空気の慣性によって遠心方向に拡散する。

この間燃焼生成熱は油粒子の蒸発・気化に費やされるた
めに火炎温度は１２００℃を越えることはない。

さらに二段目燃焼空気口１４と再循環ガス吹出口２０は
隣接して交互に複数個設置されている。

空気口１４より噴出する燃焼空気は一段目の還元雰囲気
ガス流と混合拡散して条状の酸化炎を形成して急速に燃
焼する。再循環ガス吹出口２０から吹出す再循環ガスと
混合する一段目の還元雰囲気ガス流は再循環ガスの保有
熱、及び条状酸化炎よりの熱によって気化され高温ガス
流となるか、酸欠雰囲気のために燃焼を継続できない状
態で条状酸化炎に追従するが、条状酸化炎の燃焼未期に
至って残存の空気と拡散して三段目の緩慢な燃焼（第６
図参照）を行い燃焼は完了する。

（効果） 本発明による燃焼方式は燃焼空気を二段に分けて供給し
、一段目還元雰囲気で燃焼し、二段目の空気を分割し自
己再循環ガスと交互に配列して供給し、遠心的に拡がる
還元雰囲気流の中で条状に酸化燃焼領域と還元燃焼領域
を交互に構成して分割火炎を形成する。条状酸化燃焼領
域の燃焼未期に至って、残存する空気は還元燃焼領域へ
拡散し、緩慢な燃焼を完了するが、その未期には環状の
燃焼気流は次第にエナーシャを失い減速し一部は火炎の
外周部よりバーナの循環吸込口へ還流し、−部は火炎の
中心部に生じる負圧部へ流入する循環流となって火炎中
心部に発生するＮＯＸ抑制に寄与する。

この燃焼方式により、火炎温度が１３００℃を越えるの
は条状酸化燃焼領域の一部であり、ＮＯＸの生成を僅少
に抑えることができる。又Ｎ○を還元する条状還元燃焼
領域がＮｏを生成する条状酸化燃焼領域と併流しており
、その拡散によって生成したＮＯＸを還元する機能をも
つためにＮＯＸの生成は更に最少限におさえることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する低ＮＯＸバーナの断面図
。 第２図は第１図のｎ−ｎ矢視断面図。 第３図は第１図の■矢視図。 第４図は第３図の■矢視断面図。 第５図は本発明方法による燃焼状態を示す図。 第６図は第１図の左側面図。 第７図と第８図は公知燃焼ガス自己循環方式の説明図。 第９図と第１０図は公知二段燃焼方式の説明図。 第１１図乃至第１３図は公知分割火炎方式の説明図。 図において； １　送風機　　　　　２　ウィンドボックス３　ダンパ
　　　　　４　ノズル室 ５　スタビライザ　　６　火炉 ７　油ポンプ　　　　８　油管 ９　ノズル　　　　　１０　　外筒 １１　　内筒　　　　　　１２　　前壁１３　　室　　
　　　　　１４　　空気口１６　　循環ガス吸込口 １フ　　インジュースノズル １８　　点火トランス　　１９　　点火電極２０　　ガ
ス吹出口 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃焼空気を二段に分けて供給し、一段目還元雰囲気で燃
   焼し、二段目の空気と自己再循環ガスとを円周上に交互
   に配列して供給することにより遠心的に拡散する一段目
   の環状の還元雰囲気を包囲して条状酸化燃焼領域と条状
   還元非燃焼領域を交互に構成して分割火炎を形成するよ
   うにし、前記条状酸化燃焼領域の燃焼の未期には、残存
   する空気は還元燃焼領域へ拡散し、三段目の緩慢な燃焼
   を完了し、その未期には環状の火炎は次第に慣性を失い
   減速すると同時に一部は火炎の外周部よりバーナ循環吸
   入口へ環流し、一部は火炎の中心部に生じた負圧部へ流
   入する循環流となるようにした低ＮＯ＿Ｘバーナ。