JPH04227404A - 低ＮＯｘバーナー及びその使用方法 - Google Patents
低ＮＯｘバーナー及びその使用方法Info
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- JPH04227404A JPH04227404A JP3242885A JP24288591A JPH04227404A JP H04227404 A JPH04227404 A JP H04227404A JP 3242885 A JP3242885 A JP 3242885A JP 24288591 A JP24288591 A JP 24288591A JP H04227404 A JPH04227404 A JP H04227404A
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Classifications
-
- 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
-
- 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
- F23D14/12—Radiant burners
- F23D14/125—Radiant burners heating a wall surface to incandescence
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、バーナー、特に気体燃
料を燃焼するバーナーに関する。さらに本発明は、窒素
酸化物の含量が低い燃焼ガスを生成するように気体燃料
を燃焼する方法に関する。以降、主に酸化窒素及び二酸
化窒素である窒素酸化物を、まとめて「ＮＯｘ」として
示す。
料を燃焼するバーナーに関する。さらに本発明は、窒素
酸化物の含量が低い燃焼ガスを生成するように気体燃料
を燃焼する方法に関する。以降、主に酸化窒素及び二酸
化窒素である窒素酸化物を、まとめて「ＮＯｘ」として
示す。
【０００２】
【従来の技術】ＮＯｘを高含量で含む煙道ガスの生成に
おいては、主な環境及びその他の問題に遭遇する。ＮＯ
ｘは、大気条件下で反応して、市街地のスモッグ及び酸
性雨として広く知られた現象を含む、環境上許容できな
い状態を形成する傾向がある。米国及びその他のところ
では、環境法令及び規制が制定され、そして今後より多
くのものが制定されて、煙道中のＮＯｘの含量を厳しく
規制することが予想される。
おいては、主な環境及びその他の問題に遭遇する。ＮＯ
ｘは、大気条件下で反応して、市街地のスモッグ及び酸
性雨として広く知られた現象を含む、環境上許容できな
い状態を形成する傾向がある。米国及びその他のところ
では、環境法令及び規制が制定され、そして今後より多
くのものが制定されて、煙道中のＮＯｘの含量を厳しく
規制することが予想される。
【０００３】譲受人であるＳｅｌａｓ Ｃｏｒｐｏｒ
ｅｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａに、１９８９年
１０月１７日に認められた米国特許第４，８７４，３１
０号には、一次空気の吸入を制御したガスバーナーが開
示され、その中で制御一次空気の導入は、煙道ガス中の
窒素酸化物含量を実質的に低減するために制御された。 このようなバーナーは、一次空気の導入及び制御用に特
別のパイプを含み、そしてこのことは、特に非常に数多
くのバーナーを利用する炉の装置において、出費及び複
雑さをときどき持ち込む。炉の煙道ガス中ＮＯｘ含量を
低減する他の努力が行われてきたが、存在する環境法令
を侵害しないことを保証するためには、非常に注意深い
制御が必要な点、及び非常に多くの運転者の注意を必要
とする点から、多くのものは魅力のないものであった。 運転者が失策した場合でさえも環境法令が侵害されず、
そして工場及びその設備のさらなる運転が政府の働きに
より命令されないように、非常に実質的にＮＯｘ含量を
低減することがとても重要である。
ｅｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａに、１９８９年
１０月１７日に認められた米国特許第４，８７４，３１
０号には、一次空気の吸入を制御したガスバーナーが開
示され、その中で制御一次空気の導入は、煙道ガス中の
窒素酸化物含量を実質的に低減するために制御された。 このようなバーナーは、一次空気の導入及び制御用に特
別のパイプを含み、そしてこのことは、特に非常に数多
くのバーナーを利用する炉の装置において、出費及び複
雑さをときどき持ち込む。炉の煙道ガス中ＮＯｘ含量を
低減する他の努力が行われてきたが、存在する環境法令
を侵害しないことを保証するためには、非常に注意深い
制御が必要な点、及び非常に多くの運転者の注意を必要
とする点から、多くのものは魅力のないものであった。 運転者が失策した場合でさえも環境法令が侵害されず、
そして工場及びその設備のさらなる運転が政府の働きに
より命令されないように、非常に実質的にＮＯｘ含量を
低減することがとても重要である。
【０００４】従来技術では、二次空気を避け、実質的に
完全に一次空気を使用し、そしてバーナーを出来るだけ
その最大燃焼容量に近いところで燃焼させることにより
、ＮＯｘ含量が低減できる、ということが予備混合バー
ナーに対する一般的な指示であった。我々はここで驚く
べき例外を発見した。
完全に一次空気を使用し、そしてバーナーを出来るだけ
その最大燃焼容量に近いところで燃焼させることにより
、ＮＯｘ含量が低減できる、ということが予備混合バー
ナーに対する一般的な指示であった。我々はここで驚く
べき例外を発見した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】それゆえ、本発明の目
的は、排気ガス中のＮＯｘ含量を非常に低減するバーナ
ー、及びガスの燃焼方法を提供することである。さらに
本発明の目的は、煙道ガス中のＮＯｘ含量を所望の低さ
にするために、注意深い、微妙な、そして正確な運転者
による制御を必要としない、そのようなバーナー及び燃
焼方法を提供することである。さらに本発明の他の目的
は、実質的に１００％の一次空気の使用、及びバーナー
の使用可能な最大燃焼速度に実質的に等しい燃焼速度の
使用に対する要求をもはや必要とはしない、そのような
バーナー及び燃焼方法を提供することである。
的は、排気ガス中のＮＯｘ含量を非常に低減するバーナ
ー、及びガスの燃焼方法を提供することである。さらに
本発明の目的は、煙道ガス中のＮＯｘ含量を所望の低さ
にするために、注意深い、微妙な、そして正確な運転者
による制御を必要としない、そのようなバーナー及び燃
焼方法を提供することである。さらに本発明の他の目的
は、実質的に１００％の一次空気の使用、及びバーナー
の使用可能な最大燃焼速度に実質的に等しい燃焼速度の
使用に対する要求をもはや必要とはしない、そのような
バーナー及び燃焼方法を提供することである。
【０００６】本発明の他の目的は、煙道ガスのＮＯｘ値
を根本的に低減するだけではなく、バーナーの出力容量
を非常に実質的に増加させる、そのようなバーナーを提
供することである。
を根本的に低減するだけではなく、バーナーの出力容量
を非常に実質的に増加させる、そのようなバーナーを提
供することである。
【０００７】本発明の簡便性、経済性、及び操作容易性
を含む本発明の他の目的及び利点、及び本バーナーが容
易に新しい炉に導入できること、または現存の炉に適合
できることが、以降の記述及び図面により明らかになる
であろう。
を含む本発明の他の目的及び利点、及び本バーナーが容
易に新しい炉に導入できること、または現存の炉に適合
できることが、以降の記述及び図面により明らかになる
であろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段、作用、及び効果】以降の
記述は、図面にある例示用に選択された本発明の特殊な
形態を参照するためのものであり、添付の請求の範囲以
外に、本発明を定義または限定するものではないことを
理解すべきである。
記述は、図面にある例示用に選択された本発明の特殊な
形態を参照するためのものであり、添付の請求の範囲以
外に、本発明を定義または限定するものではないことを
理解すべきである。
【０００９】本明細書において「一次空気」及び「二次
空気」という語句を使用する場合、「一次空気」という
表現は、バーナー内で気体燃料と予備混合された空気を
指す意味であり、他方「二次空気」という表現は、バー
ナーノズルの先で混合され且つバーナー本体を通して導
かれない空気を指す意味である。
空気」という語句を使用する場合、「一次空気」という
表現は、バーナー内で気体燃料と予備混合された空気を
指す意味であり、他方「二次空気」という表現は、バー
ナーノズルの先で混合され且つバーナー本体を通して導
かれない空気を指す意味である。
【００１０】ここで図面に例示される本発明の特定の形
態に目を向け、特に図１を参照すると、参照番号１０は
、バーナー１２を挿入するための開口部を形成する任意
のバーナーブロック１１を有する炉壁を示す。参照番号
１３は二次空気の開閉部を示す。バーナー１２の管１４
はバーナー本体拡張部１５にねじれ込まれ、次いでこの
拡張部１５はバーナー先端部１６にねじ込まれる。炉の
ケーシング１７、支持腕２０、及び取付板２１は、バー
ナー本体管１４を構造上支持するために順に付与される
。
態に目を向け、特に図１を参照すると、参照番号１０は
、バーナー１２を挿入するための開口部を形成する任意
のバーナーブロック１１を有する炉壁を示す。参照番号
１３は二次空気の開閉部を示す。バーナー１２の管１４
はバーナー本体拡張部１５にねじれ込まれ、次いでこの
拡張部１５はバーナー先端部１６にねじ込まれる。炉の
ケーシング１７、支持腕２０、及び取付板２１は、バー
ナー本体管１４を構造上支持するために順に付与される
。
【００１１】バーナー本体管１４の入口端には、気体燃
料を入口管２３に導入するためのねじ込み接続部２２が
取り付けられる。入ってくる気体燃料は、多数のオリフ
ィス２５を付与されたスパッド（ｓｐｕｄ）２４を通し
て導かれる。オリフィスは、開口部２６を通ってくる一
次空気を周知の噴射効果により連行する燃料噴射を形成
する。
料を入口管２３に導入するためのねじ込み接続部２２が
取り付けられる。入ってくる気体燃料は、多数のオリフ
ィス２５を付与されたスパッド（ｓｐｕｄ）２４を通し
て導かれる。オリフィスは、開口部２６を通ってくる一
次空気を周知の噴射効果により連行する燃料噴射を形成
する。
【００１２】一次燃料と呼ばれる、オリフィス２５を通
して流れる燃料は、気体状予備混合物を形成するために
一次空気と混合されて、バーナー本体管１４、拡張管１
５、及び予備混合物室２８内部を矢印（ａ）の方向に流
動する。通常の方法では、予備混合物はバーナー先端部
１６を通して流動し、そして炉壁１０及びバーナーブロ
ック１１の内面に近接した位置の炉空間内で燃焼させる
ために、予備混合物出口２７を通して流出する。
して流れる燃料は、気体状予備混合物を形成するために
一次空気と混合されて、バーナー本体管１４、拡張管１
５、及び予備混合物室２８内部を矢印（ａ）の方向に流
動する。通常の方法では、予備混合物はバーナー先端部
１６を通して流動し、そして炉壁１０及びバーナーブロ
ック１１の内面に近接した位置の炉空間内で燃焼させる
ために、予備混合物出口２７を通して流出する。
【００１３】本発明に従い、二次気体燃料をバーナー先
端部へ導入するための手段もまた提供される。気体燃料
管３０を配置して入口管２３内部の気体燃料を受ける。 スパッド２４により支持されて、気体燃料管３０はバー
ナー先端部の方向に伸び、そして二次気体燃料は、図面
の図１に示されるように軸方向に導かれる。二次気体燃
料管３０は、その前端において部分３２でバーナー先端
部１６内へねじ込まれ、そしてバーナー先端部１６内の
中央に形成された室３３と連絡する。室３３は、バーナ
ー先端部１６の先端部分で形成した羽根の中に掘られた
複数の通路３４、３４と、流体が連絡する。前記羽根に
ついては、以降でさらに詳細に記述する。記述の方法で
は、二次気体燃料を、気体燃料管３０を通して室３３内
に導入し、そして炉１０及びバーナーブロック１１の内
壁にじかに隣接する炉空間内へ、多数の通路３４を通し
て導入する。
端部へ導入するための手段もまた提供される。気体燃料
管３０を配置して入口管２３内部の気体燃料を受ける。 スパッド２４により支持されて、気体燃料管３０はバー
ナー先端部の方向に伸び、そして二次気体燃料は、図面
の図１に示されるように軸方向に導かれる。二次気体燃
料管３０は、その前端において部分３２でバーナー先端
部１６内へねじ込まれ、そしてバーナー先端部１６内の
中央に形成された室３３と連絡する。室３３は、バーナ
ー先端部１６の先端部分で形成した羽根の中に掘られた
複数の通路３４、３４と、流体が連絡する。前記羽根に
ついては、以降でさらに詳細に記述する。記述の方法で
は、二次気体燃料を、気体燃料管３０を通して室３３内
に導入し、そして炉１０及びバーナーブロック１１の内
壁にじかに隣接する炉空間内へ、多数の通路３４を通し
て導入する。
【００１４】バーナー先端部１６の外側表面とバーナー
ブロック１１の内側表面との間に空間３５を備えること
を考えて、環状通路３５を二次空気の流動用に備え、こ
の二次空気は、通路３４から炉内部へ発散する二次気体
燃料の燃焼用に供給される、ことがさらに理解されるで
あろう。ここで、バーナー先端部の断片的末端図を示す
図２に目を向けると、二次気体燃料通路３４が、バーナ
ー先端部の中央部分からバーナー先端部１６の円周部に
放射状に伸びる複数の羽根３６の内部に掘削されること
がわかる。羽根３６は、バーナー先端部１６中の予備混
合物のための複数の予備混合物出口２７を間隔を置いて
提供する形状である。羽根３６は互いに拡開しているの
で、これらはバーナー先端部から来る予備混合物の流れ
の拡開された通路を成し、そして二次気体燃料通路３４
から来る二次気体燃料と混合させる。
ブロック１１の内側表面との間に空間３５を備えること
を考えて、環状通路３５を二次空気の流動用に備え、こ
の二次空気は、通路３４から炉内部へ発散する二次気体
燃料の燃焼用に供給される、ことがさらに理解されるで
あろう。ここで、バーナー先端部の断片的末端図を示す
図２に目を向けると、二次気体燃料通路３４が、バーナ
ー先端部の中央部分からバーナー先端部１６の円周部に
放射状に伸びる複数の羽根３６の内部に掘削されること
がわかる。羽根３６は、バーナー先端部１６中の予備混
合物のための複数の予備混合物出口２７を間隔を置いて
提供する形状である。羽根３６は互いに拡開しているの
で、これらはバーナー先端部から来る予備混合物の流れ
の拡開された通路を成し、そして二次気体燃料通路３４
から来る二次気体燃料と混合させる。
【００１５】図１に示すように、予備混合物の流れ（ａ
）は二次気体燃料の流れ（ｂ）と適当に混合し、そして
結局この２つが混合して、通路３５を通して入ってくる
二次空気の流れ（ｃ）と混合する。図１に示される本発
明の形態では、予備混合物及び二次気体燃料の流れ（ａ
）及び（ｂ）は、炉１０の内面及びバーナーブロック１
１の加熱面壁からほぼ同じ距離のところで炉に入り、そ
して二次空気通路３５からの二次空気流（ｃ）は、予備
混合物からの燃焼生成物及び通路３４からの二次燃料の
両方と接触する。予備混合物からの燃焼生成物の存在が
、二次気体燃料と通路３５から流入する二次空気との間
の反応を緩和することが発見され、そしてこのことは、
生じる燃焼生成物のＮＯｘ含量を大幅に低減することに
おける、本発明の重要なそして有利な特徴である。
）は二次気体燃料の流れ（ｂ）と適当に混合し、そして
結局この２つが混合して、通路３５を通して入ってくる
二次空気の流れ（ｃ）と混合する。図１に示される本発
明の形態では、予備混合物及び二次気体燃料の流れ（ａ
）及び（ｂ）は、炉１０の内面及びバーナーブロック１
１の加熱面壁からほぼ同じ距離のところで炉に入り、そ
して二次空気通路３５からの二次空気流（ｃ）は、予備
混合物からの燃焼生成物及び通路３４からの二次燃料の
両方と接触する。予備混合物からの燃焼生成物の存在が
、二次気体燃料と通路３５から流入する二次空気との間
の反応を緩和することが発見され、そしてこのことは、
生じる燃焼生成物のＮＯｘ含量を大幅に低減することに
おける、本発明の重要なそして有利な特徴である。
【００１６】図１の参照を続け、通路３４及び気体燃料
管３０の直径は、オリフィス２５の数及び直径に合わせ
て選択されて、一次気体燃料と二次気体燃料との比率を
固定することができる。一次気体燃料及び二次気体燃料
は、同じ源、すなわち入口管２３、から供給されるので
、オリフィス２５の数及び直径に合わせた通路３４及び
気体燃料管３０の直径の変化は、一次気体燃料と二次気
体燃料との比率の所定の変化になる。このことは、運転
者側で正確なそして個々の制御を行う必要性を減少また
は除外するので、有利な特徴である。
管３０の直径は、オリフィス２５の数及び直径に合わせ
て選択されて、一次気体燃料と二次気体燃料との比率を
固定することができる。一次気体燃料及び二次気体燃料
は、同じ源、すなわち入口管２３、から供給されるので
、オリフィス２５の数及び直径に合わせた通路３４及び
気体燃料管３０の直径の変化は、一次気体燃料と二次気
体燃料との比率の所定の変化になる。このことは、運転
者側で正確なそして個々の制御を行う必要性を減少また
は除外するので、有利な特徴である。
【００１７】ここで、図面の図３に目を向けるが、図１
のものと同じ部分は同様に番号付けられており、再度記
述する必要はない。しかし、図３では、通路３４はバー
ナー先端部に沿って、図１の予備混合物出口２７の位置
よりもバーナーブロック１１からより離れたところに前
方向に位置する。このように、図３の予備混合物出口２
７から来る予備混合燃焼生成物は、二次空気の流路（ｃ
）と二次気体燃料の流路（ｂ）との間に挟まれた燃焼生
成物の幕（スクリーン）３７を形成する。この配置では
、流路３７に沿った燃焼生成物の流れは、流路（ｂ）を
流れる二次気体燃料と流路（ｃ）を流れる二次空気との
迅速な混合を、少なくともある程度は妨害する。このこ
とは、二次気体燃料と二次空気との間の反応を緩和し、
このように、完全には理解されない方法で、燃焼から生
じる煙道ガスの窒素酸化物含量を非常に大幅にそして完
全に信頼性よく低減する。明らかなように、図１及び２
に示される実施態様において類似の効果は得られ、そし
て特別の設備及び所望の燃焼生成物組成に対応する特別
の緩和効果を生み出すように、それぞれの通路を内側及
び外側へ相対的に間隔を変えることは可能である。
のものと同じ部分は同様に番号付けられており、再度記
述する必要はない。しかし、図３では、通路３４はバー
ナー先端部に沿って、図１の予備混合物出口２７の位置
よりもバーナーブロック１１からより離れたところに前
方向に位置する。このように、図３の予備混合物出口２
７から来る予備混合燃焼生成物は、二次空気の流路（ｃ
）と二次気体燃料の流路（ｂ）との間に挟まれた燃焼生
成物の幕（スクリーン）３７を形成する。この配置では
、流路３７に沿った燃焼生成物の流れは、流路（ｂ）を
流れる二次気体燃料と流路（ｃ）を流れる二次空気との
迅速な混合を、少なくともある程度は妨害する。このこ
とは、二次気体燃料と二次空気との間の反応を緩和し、
このように、完全には理解されない方法で、燃焼から生
じる煙道ガスの窒素酸化物含量を非常に大幅にそして完
全に信頼性よく低減する。明らかなように、図１及び２
に示される実施態様において類似の効果は得られ、そし
て特別の設備及び所望の燃焼生成物組成に対応する特別
の緩和効果を生み出すように、それぞれの通路を内側及
び外側へ相対的に間隔を変えることは可能である。
【００１８】ここで図面の図４に目を向けると、予備混
合物出口２７は、二次気体燃料通路３４の位置よりも炉
のより内側に位置する。このことは、二次気体燃料及び
通路３５から流入する二次空気の間にいくらかより密接
な関係を提供し、そしてある場合は好ましくない可能性
もあるが、それにもかかわらず燃焼生成物幕３７の乱流
効果が、二次気体燃料と二次空気との間の反応を緩和す
る。
合物出口２７は、二次気体燃料通路３４の位置よりも炉
のより内側に位置する。このことは、二次気体燃料及び
通路３５から流入する二次空気の間にいくらかより密接
な関係を提供し、そしてある場合は好ましくない可能性
もあるが、それにもかかわらず燃焼生成物幕３７の乱流
効果が、二次気体燃料と二次空気との間の反応を緩和す
る。
【００１９】ここで図面の図５に目を向けると、バーナ
ー先端部が複数の羽根３６を含み、各羽根は二次気体燃
料通路３４を有し、しかもこれらはバーナー先端部の円
周の方向に空間分離されて放射状に延びることが明らか
であろう。同様に、図５は羽根３６の側壁４０の角度の
関係を示す。
ー先端部が複数の羽根３６を含み、各羽根は二次気体燃
料通路３４を有し、しかもこれらはバーナー先端部の円
周の方向に空間分離されて放射状に延びることが明らか
であろう。同様に、図５は羽根３６の側壁４０の角度の
関係を示す。
【００２０】図６は、バーナー先端部の特別の形状を示
し、予備混合物の流れが予備混合室２８から達成されて
、燃焼生成物幕３７を形成する方法を示す。
し、予備混合物の流れが予備混合室２８から達成されて
、燃焼生成物幕３７を形成する方法を示す。
【００２１】図７は、図１のものと類似のバーナー構造
を示し、この中で、バーナーブロック１１の加熱面は、
炉壁１０の内面よりもさらに炉の内部に伸びる。このこ
とは本発明の重要なそして有利な特徴である。この特徴
により、バーナー先端部は炉の内部により深く移動する
ことができ、そしてこのことが、生じる燃焼生成物のＮ
Ｏｘ含量を驚くほど低減する。さらに、バーナーブロッ
ク１１と炉壁１０とが互いに同一平面上にあると、まず
第１にバーナーの点火性能を犠牲にすることなく、バー
ナー先端部を炉内へより深く位置させることが困難であ
る。図面の図７に示すような本発明は、煙道ガス中の窒
素酸化物を大幅に低減することになる配置を提供するこ
とができるだけでなく、これはバーナーの初期点火の困
難なしで容易に達成できることもまた驚くことにわかっ
た。バーナーブロックを炉壁のさらに内側へ移動させ且
つ、バーナーをバーナーブロックに、１インチ以下のよ
うに、比較的近接して維持することは有利であり、そし
てこの配置が、バーナー点火の容易性を妨げることなく
煙道ガスのＮＯｘ含量を低減するものであると考えられ
る。
を示し、この中で、バーナーブロック１１の加熱面は、
炉壁１０の内面よりもさらに炉の内部に伸びる。このこ
とは本発明の重要なそして有利な特徴である。この特徴
により、バーナー先端部は炉の内部により深く移動する
ことができ、そしてこのことが、生じる燃焼生成物のＮ
Ｏｘ含量を驚くほど低減する。さらに、バーナーブロッ
ク１１と炉壁１０とが互いに同一平面上にあると、まず
第１にバーナーの点火性能を犠牲にすることなく、バー
ナー先端部を炉内へより深く位置させることが困難であ
る。図面の図７に示すような本発明は、煙道ガス中の窒
素酸化物を大幅に低減することになる配置を提供するこ
とができるだけでなく、これはバーナーの初期点火の困
難なしで容易に達成できることもまた驚くことにわかっ
た。バーナーブロックを炉壁のさらに内側へ移動させ且
つ、バーナーをバーナーブロックに、１インチ以下のよ
うに、比較的近接して維持することは有利であり、そし
てこの配置が、バーナー点火の容易性を妨げることなく
煙道ガスのＮＯｘ含量を低減するものであると考えられ
る。
【００２２】二次空気流量は、通路３５の断面積、炉の
通風量、及び二次空気開閉部１３により制御される。
通風量、及び二次空気開閉部１３により制御される。
【００２３】一次空気のみの使用がＮＯｘをより低減す
ることは、過去の経験から理解されるが、一見矛盾して
いる一次及び二次燃料の混合供給が、本発明に従うバー
ナーの驚くべき利点である。このことは、燃焼ガス中の
ＮＯｘ含量を驚くほど低減するだけでなく、同じ大きさ
のバーナーの燃焼容量をも根本的に増加させる。このこ
とは、一次気体燃料に加えて二次気体燃料が燃焼してい
ることによる。
ることは、過去の経験から理解されるが、一見矛盾して
いる一次及び二次燃料の混合供給が、本発明に従うバー
ナーの驚くべき利点である。このことは、燃焼ガス中の
ＮＯｘ含量を驚くほど低減するだけでなく、同じ大きさ
のバーナーの燃焼容量をも根本的に増加させる。このこ
とは、一次気体燃料に加えて二次気体燃料が燃焼してい
ることによる。
【００２４】燃焼通路２７を通して導入される予備混合
物が、二次ガス及び二次空気の混合物を希釈する燃焼し
たガスの幕を形成して、二次燃料の反応速度を遅くする
ことは、本発明に従う重要なことである。この反応速度
を遅くする働きは、炎温度を低くし、次いで燃焼ガス中
のＮＯｘ含量を低減する結果を生じると考えられる。燃
焼ガス及び二次燃料の実質的な量の希釈された混合物が
二次空気と接し、そしてこの現象は、二次空気が二次気
体燃料と直接及び迅速に反応できる前に起こるものと考
えられる。
物が、二次ガス及び二次空気の混合物を希釈する燃焼し
たガスの幕を形成して、二次燃料の反応速度を遅くする
ことは、本発明に従う重要なことである。この反応速度
を遅くする働きは、炎温度を低くし、次いで燃焼ガス中
のＮＯｘ含量を低減する結果を生じると考えられる。燃
焼ガス及び二次燃料の実質的な量の希釈された混合物が
二次空気と接し、そしてこの現象は、二次空気が二次気
体燃料と直接及び迅速に反応できる前に起こるものと考
えられる。
【００２５】本発明は、放出された排気ガスのＮＯｘ含
量に関する限り、過剰な空気の存在に対して驚くほど鈍
感であるという他の利点を有することが発見された。言
い換えると、本発明は、炉室内部に混入空気の存在を許
容する空気漏れのある炉に関して非常に貴重である。二
次気体燃料及び二次空気の一部と組み合わされる、ノズ
ル混合された一次気体燃料及び一次空気から部分的に成
る混合物の使用が、ＮＯｘ発生が空気−燃料比率に対し
てプロットされるＮＯｘ発生曲線に、より緩やかな傾き
を与える。この現象が、炉室内の望ましくない過剰空気
または混入空気の存在に対する感受性を驚くほど欠乏さ
せることを、予期せずに発見した。
量に関する限り、過剰な空気の存在に対して驚くほど鈍
感であるという他の利点を有することが発見された。言
い換えると、本発明は、炉室内部に混入空気の存在を許
容する空気漏れのある炉に関して非常に貴重である。二
次気体燃料及び二次空気の一部と組み合わされる、ノズ
ル混合された一次気体燃料及び一次空気から部分的に成
る混合物の使用が、ＮＯｘ発生が空気−燃料比率に対し
てプロットされるＮＯｘ発生曲線に、より緩やかな傾き
を与える。この現象が、炉室内の望ましくない過剰空気
または混入空気の存在に対する感受性を驚くほど欠乏さ
せることを、予期せずに発見した。
【００２６】ここで明らかになるように、本発明に従う
ガスの燃焼及びバーナーの運転において、所望の流量速
度及び比率が、人による連続的な運転制御を必要とせず
に達成されそして一定に保持されうることは、本発明の
さらなる且つ重量な利点である。このように、人のバー
ナーまたは炉の運転により持ち込まれる可能性のあるす
べての変動とは無関係に、燃焼ガス中における実質的に
一定なそして非常に低いＮＯｘ比率を達成することがで
きる。
ガスの燃焼及びバーナーの運転において、所望の流量速
度及び比率が、人による連続的な運転制御を必要とせず
に達成されそして一定に保持されうることは、本発明の
さらなる且つ重量な利点である。このように、人のバー
ナーまたは炉の運転により持ち込まれる可能性のあるす
べての変動とは無関係に、燃焼ガス中における実質的に
一定なそして非常に低いＮＯｘ比率を達成することがで
きる。
【００２７】ここで本発明に従うバーナーの運転方法が
明らかになるであろう。バーナーを、ガス供給を利用す
る通常の方法で点火する。スパッド２４の吸入特性を利
用することにより、一次空気を一次空気通路２６を通し
て取入れ、そしてバーナーを、可燃性予備混合物を予備
混合物出口２７を通して導入する方法で運転する。同時
に、気体燃料もまた、二次気体燃料管３０を通して流し
、そして二次気体燃料通路３４を通して放射状に外側に
向けて流す。自動的にそして運転者の干渉を必要とせず
に、二次気体燃料は予備混合物のまたは予備混合燃焼生
成物の幕と少なくとも部分的に混合し、そしてこの結果
生じた混合物は二次空気と適度なそして制御された方法
で混合し、結果として予備混合した燃焼生成物の幕の周
囲で、二次気体燃料と二次空気との燃焼が起こる。
明らかになるであろう。バーナーを、ガス供給を利用す
る通常の方法で点火する。スパッド２４の吸入特性を利
用することにより、一次空気を一次空気通路２６を通し
て取入れ、そしてバーナーを、可燃性予備混合物を予備
混合物出口２７を通して導入する方法で運転する。同時
に、気体燃料もまた、二次気体燃料管３０を通して流し
、そして二次気体燃料通路３４を通して放射状に外側に
向けて流す。自動的にそして運転者の干渉を必要とせず
に、二次気体燃料は予備混合物のまたは予備混合燃焼生
成物の幕と少なくとも部分的に混合し、そしてこの結果
生じた混合物は二次空気と適度なそして制御された方法
で混合し、結果として予備混合した燃焼生成物の幕の周
囲で、二次気体燃料と二次空気との燃焼が起こる。
【００２８】本発明を、種々の特殊な実施態様を参照し
て記述してきたが、本発明の精神及び範囲から逸脱する
ことなく、多くの改変が可能であることは理解されるで
あろう。例えば、ガス供給及び空気供給用の通路数を変
えること、及びガスまたは空気の通路のどちらかを他方
に取り囲むことで、噴射ノズル形状を変えることができ
る。例えば、通路２７、３４、及び二次空気通路３５で
さえも、その寸法及び形状に関して種々の改変を行うこ
とができる。二次気体燃料管３０は中央にそして軸方向
に配置されるように示されてきたが、種々の他の配置に
よることが可能であることは明らかであろう。さらに、
バーナーで一次燃料、一次空気予備混合物を発生する代
わりに、他の場所で既に形成した予備混合物を、バーナ
ー先端部の予備混合室２８に単に導入することは可能で
ある。
て記述してきたが、本発明の精神及び範囲から逸脱する
ことなく、多くの改変が可能であることは理解されるで
あろう。例えば、ガス供給及び空気供給用の通路数を変
えること、及びガスまたは空気の通路のどちらかを他方
に取り囲むことで、噴射ノズル形状を変えることができ
る。例えば、通路２７、３４、及び二次空気通路３５で
さえも、その寸法及び形状に関して種々の改変を行うこ
とができる。二次気体燃料管３０は中央にそして軸方向
に配置されるように示されてきたが、種々の他の配置に
よることが可能であることは明らかであろう。さらに、
バーナーで一次燃料、一次空気予備混合物を発生する代
わりに、他の場所で既に形成した予備混合物を、バーナ
ー先端部の予備混合室２８に単に導入することは可能で
ある。
【００２９】本発明はまた、図面の図５に例示された型
の３６０バーナーと同様に、燃焼生成物を狭い通路に発
射する一方向性のバーナーにも適合する。
の３６０バーナーと同様に、燃焼生成物を狭い通路に発
射する一方向性のバーナーにも適合する。
【００３０】請求の範囲の中で使用する「壁」という語
句は、直立の壁に限定するものではなく、床または屋根
の表面、または傾斜したまたは他の配置の壁にも適用さ
れる。
句は、直立の壁に限定するものではなく、床または屋根
の表面、または傾斜したまたは他の配置の壁にも適用さ
れる。
【００３１】明らかであるように、二次空気用出口と同
様に、すべての数及び種々の形状の一次空気出口を備え
ることができ、そして二次空気のバーナー先端部への運
搬用に通路３５のような通路が備えられる限り、バーナ
ーは、二次空気開閉部または二次空気通路を利用しても
またはしなくても、備えられる。添付の請求の範囲に定
義される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、
当業者には明らかであろうような多くの他の改変が可能
である。
様に、すべての数及び種々の形状の一次空気出口を備え
ることができ、そして二次空気のバーナー先端部への運
搬用に通路３５のような通路が備えられる限り、バーナ
ーは、二次空気開閉部または二次空気通路を利用しても
またはしなくても、備えられる。添付の請求の範囲に定
義される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、
当業者には明らかであろうような多くの他の改変が可能
である。
【図１】本発明の特徴を具体化するバーナーを示す断面
図である。
図である。
【図２】図１のバーナーの、若干拡大した部分端面図で
ある。
ある。
【図３】本発明に従い改変したバーナーを示す、図１と
類似の部分断面図である。
類似の部分断面図である。
【図４】本発明に従いさらに別の改変をしたバーナーを
示す、図１及び３と類似の別の部分断面図である。
示す、図１及び３と類似の別の部分断面図である。
【図５】本発明の特徴を具体化するバーナー先端部の端
面図である。
面図である。
【図６】図５の線及び矢印ＶＩ−ＶＩに示される部分の
断面図である。
断面図である。
【図７】本発明に従い改変したバーナー装置を概略的に
示す断面図である。
示す断面図である。
１０…炉壁
１１…バーナーブロック
１２…バーナー
１３…二次空気用開閉部
１４…バーナー本体管
１５…バーナー本体拡張部
１６…バーナー先端部
１７…ケーシング
２０…支持腕
２１…取付板
２２…ねじ込み接続部
２３…入口管
２４…スパッド（ｓｐｕｄ）
２５…オリフィス
２６…開口部
２７…予備混合物出口
２８…予備混合室
３０…二次気体燃料管
３３…室
３４…通路
３６…羽根
３７…燃焼生成物幕
４０…側壁
Claims (19)
- 【請求項１】 以下の（１）〜（３）、すなわち、（
１）一次気体燃料及び一次空気をバーナー本体へ導入し
、バーナー先端部に沿った所定の位置で互いに燃焼させ
るための一次供給手段； （２）前記バーナー本体に沿って伸びる二次空気通路を
形成し、そしてバーナー先端部上の所定の位置から間隔
を置いた位置に二次空気出口開口部を有する二次空気供
給手段；及び （３）前記バーナー本体に沿って伸びる二次気体燃料通
路を形成し、そして前記バーナー先端部に出口開口部を
有する二次気体燃料供給手段、から成り、前記二次空気
が前記二次気体燃料と燃焼を起こす前に、バーナー先端
部におい一次空気及び気体燃料の燃焼生成物と入ってく
る二次空気とが少なくともいくらかは混合し、このこと
により、前記バーナーが生成する燃焼ガスの窒素酸化物
含量が低減することを特徴とする、気体燃料を燃焼する
ための炉などに設置するのに適合するバーナー先端部を
有するバーナー本体を含む気体燃料バーナー。 - 【請求項２】 前記バーナー先端部が、前記一次気体
燃料及び一次空気またはこれらの混合物または燃焼生成
物を前記炉内へ開放するための一次出口を含み、そして
前記二次燃料供給用出口開口部が、前記一次出口開口部
よりもバーナー先端部の末端に近い、請求項１に記載の
バーナー。 - 【請求項３】 前記バーナー先端部が、前記一次気体
燃料及び一次空気またはこれらの混合物または燃焼生成
物を前記炉内へ開放するための一次出口を含み、そして
前記二次燃料供給用出口開口部及び前記一次出口開口部
の前記バーナー先端部の末端からの距離がほぼ等しい、
請求項１に記載のバーナー。 - 【請求項４】 前記バーナー先端部が、前記一次気体
燃料及び一次空気またはこれらの混合物または燃焼生成
物を前記炉内へ開放するための一次出口を含み、そして
前記二次燃料供給用出口開口部が、前記一次出口開口部
よりもバーナー先端部の末端から遠い、請求項１に記載
のバーナー。 - 【請求項５】 前記一次及び二次気体燃料供給手段の
両方が、共通の源に接続される、請求項１に記載のバー
ナー。 - 【請求項６】 前記バーナーへの前記一次及び二次気
体燃料供給の相対速度を制御するために、前記一次及び
二次燃料供給手段に制御手段を備える、請求項１に記載
のバーナー。 - 【請求項７】 前記制御手段が、互いに相対的に調節
された大きさの通路を含む、請求項６に記載のバーナー
。 - 【請求項８】 前記二次燃料供給手段が、前記バーナ
ーの縦方向に伸びる供給管、及び前記バーナー先端部を
横切る複数の接続通路を含む、請求項１に記載のバーナ
ー。 - 【請求項９】 前記一次空気供給手段が、前記一次気
体燃料及び前記一次空気を予備混合するために適合した
吸入ノズルを含む、請求項１に記載のバーナー。 - 【請求項１０】 内壁及び外壁面を持つ壁、及びこの
ような炉内に前記壁を通して設けられ、生じる燃焼煙道
ガス中の窒素酸化物の生成を低減して気体燃料を燃焼す
るバーナーを有する、気体燃料を燃焼する炉において、
（ａ）前記炉は、二次空気を流すためにバーナーとの間
に空間を介在させながら前記バーナーを取り囲む、炉壁
を通して設けたバーナーブロックを有し、（ｂ）前記バ
ーナーブロックは、前記炉の内壁を越えて前記炉内に延
びる加熱面を有し、 （ｃ）前記バーナーは、前記バーナーブロックの前記加
熱面を越えて前記炉内に伸びる先端を有し、（ｄ）前記
炉は、前記バーナーに設けられ、前記バーナーブロック
の前記加熱面にほぼ沿うように方向を向けられた燃焼ガ
ス幕を提供する手段を有し、そして（ｅ）前記炉は、さ
らに、前記バーナー先端部に設けられ、二次気体燃料の
別の流れを前記バーナーブロックの前記加熱面にほぼ沿
った流れとして導入し、よって前記二次気体燃料を前記
燃焼ガス幕及び前記介在空間から入ってくる二次空気の
両方と混合する手段を有することを特徴とする炉。 - 【請求項１１】 前記バーナーブロックが耐熱材料か
ら成る、請求項１０に記載の炉。 - 【請求項１２】 前記バーナーが、一次空気及び一次
気体燃料の供給手段を含み、そして二次気体燃料及び二
次空気の供給手段をさらに含む、請求項１０に記載の炉
。 - 【請求項１３】 前記二次気体燃料が前記二次空気と
実質的に燃焼する前に、前記一次気体燃料、前記一次空
気、及び前記二次気体燃料の間で少なくともいくらかの
混合が起こるように、前記気体燃料及び空気が前記バー
ナーに配置される、請求項１０に記載の炉。 - 【請求項１４】 前記バーナーが、炉壁から分離した
末端を有する先端部を備えられ、前記先端部が、一次気
体燃料及び一次空気またはこれらの混合物または燃焼生
成物を前記炉内へ開放するために配置した一次出口開口
部を有し、そして前記先端部が、前記一次出口開口部よ
りも前記バーナー先端部の末端に近く位置する二次燃料
供給出口開口部を有する、請求項１０に記載のバーナー
。 - 【請求項１５】 前記バーナーが、炉壁から分離した
末端を有する先端部を備えられ、前記先端部が、一次気
体燃料及び一次空気またはこれらの混合物または燃焼生
成部を前記炉内へ開放するために位置した一次出口開口
部を有し、そして前記先端部が、前記バーナー先端部の
末端からの距離が前記一次出口開口部とほぼ等しい位置
にある二次燃料供給出口開口部を有する、請求項１０に
記載のバーナー。 - 【請求項１６】 前記バーナーが、炉壁から分離した
末端を有する先端部を備えられ、前記先端部が、一次気
体燃料及び一次空気またはこれらの混合物または燃焼生
成物を前記炉内へ開放するために位置した一次出口開口
部を有し、そして前記先端部が、前記一次出口開口部よ
りも前記バーナー先端部の末端から遠く位置する二次燃
料供給出口開口部を有する、請求項１０に記載のバーナ
ー。 - 【請求項１７】 炉の煙道ガス中の窒素酸化物成分を
低減するための、炉壁に近接して配置されたガスバーナ
ーで炉を加熱する方法において、以下の（ａ）〜（ｄ）
、すなわち、 （ａ）前記炉内で一次気体燃料及び一次空気の混合物を
燃焼すること； （ｂ）前記バーナーに近接する前記炉壁の一部にほぼ沿
った方向に燃焼ガス幕を形成するように、段階（ａ）の
燃焼生成物を誘導すること； （ｃ）同じく前記炉壁の前記一部に沿った領域に向けら
れた通路に、二次気体燃料の別の流れを導入すること；
及び （ｄ）二次空気を前記バーナーに沿って導入し、よって
前記二次空気が前記二次気体燃料と反応する位置に移動
すると、前記二次空気が前記燃焼ガス流と接触しそして
少なくとも部分的に混合することになること、を特徴と
する炉の加熱方法。 - 【請求項１８】 前記二次気体燃料通路が、前記一次
気体燃料通路よりも前記炉壁から遠くに配置される、請
求項１７に記載の方法。 - 【請求項１９】 前記二次空気が、前記一次気体燃料
通路よりも比較的近い位置で前記炉壁へ導入される、請
求項１７に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/592,622 US5044931A (en) | 1990-10-04 | 1990-10-04 | Low NOx burner |
| US592622 | 1990-10-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04227404A true JPH04227404A (ja) | 1992-08-17 |
| JP2553267B2 JP2553267B2 (ja) | 1996-11-13 |
Family
ID=24371427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3242885A Expired - Lifetime JP2553267B2 (ja) | 1990-10-04 | 1991-06-18 | 低ＮＯｘバーナー及びその使用方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5044931A (ja) |
| EP (1) | EP0479414A1 (ja) |
| JP (1) | JP2553267B2 (ja) |
| CA (1) | CA2044760C (ja) |
Families Citing this family (59)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5131838A (en) * | 1991-11-21 | 1992-07-21 | Selas Corporation Of America | Staged superposition burner |
| US5413477A (en) * | 1992-10-16 | 1995-05-09 | Gas Research Institute | Staged air, low NOX burner with internal recuperative flue gas recirculation |
| US5269679A (en) * | 1992-10-16 | 1993-12-14 | Gas Research Institute | Staged air, recirculating flue gas low NOx burner |
| US5709541A (en) * | 1995-06-26 | 1998-01-20 | Selas Corporation Of America | Method and apparatus for reducing NOx emissions in a gas burner |
| DE19627203C2 (de) * | 1996-07-05 | 2000-11-09 | Loesche Gmbh | Brenner |
| RU2138733C1 (ru) * | 1998-09-01 | 1999-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Конструкторское бюро химавтоматики | Инжекционная горелка |
| US6383461B1 (en) | 1999-10-26 | 2002-05-07 | John Zink Company, Llc | Fuel dilution methods and apparatus for NOx reduction |
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