JPH07280215A - 旋回噴流燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 予混合気の強制循環によってリング状の旋回
火炎をパイロット火炎とし、旋回燃焼室の中心部を燃焼
空間として有効利用し、燃焼負荷の増大と希薄混合気の
安定燃焼性の向上を図るとともに、高負荷燃焼から低負
荷燃焼まで燃焼負荷の変更範囲の拡大が可能で、窒素酸
化物の発生も低減できる旋回噴流燃焼器の提供。 【構成】 この発明の旋回噴流燃焼器１００は、旋回燃
焼室１と、該旋回燃焼室１の一側の旋回軸心の中央位置
に設けられ旋回軸心方向に吹出す予混合メインバーナ２
と、前記一側の外周位置に設けられ旋回方向に吹出す予
混合パイロットバーナ３、３と、前記旋回燃焼室１の他
側の中央位置に設けられた燃焼ガス噴出口１３とからな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、旋回燃焼室を用いて
燃料と空気との予混合気あるいは部分予混合気を安定燃
焼させるための旋回噴流燃焼器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一側に噴出口が設けられた円筒状の旋回
燃焼室内に、該旋回燃焼室の他側から予混合気を接線方
向に噴出して旋回流を発生させ、予混合気を旋回燃焼さ
せる旋回噴流燃焼器が研究されている。この旋回噴流燃
焼器は、空気過剰率が大きく燃料の希薄な予混合気を安
定燃焼させることができるため窒素酸化物（ＮＯx ）の
発生が少なく、かつ旋回燃焼室の円筒内壁に沿った外周
部においては高速燃焼が可能であることが報告されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の旋回
噴流燃焼器においては、流速が遅く保炎性の高い旋回流
の中心部を燃焼空間として積極的に有効利用する思想は
存在していない。この発明の目的は、旋回流の中心部を
燃焼空間として有効利用し、燃焼負荷の増大と希薄混合
気の安定燃焼性の向上を図るとともに、高負荷燃焼から
低負荷燃焼まで燃焼負荷の変更範囲の拡大が可能で、窒
素酸化物の発生も低減できる旋回噴流燃焼器の提供にあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明の旋回噴流燃焼
器は、旋回燃焼室と、該旋回燃焼室の一側の旋回軸心の
中央位置に設けられ該旋回燃焼室内に旋回軸心方向に吹
出す予混合メインバーナと、前記旋回燃焼室の一側の外
周位置に設けられ前記旋回燃焼室内に旋回方向に吹出す
予混合パイロットバーナと、前記旋回燃焼室の他側の中
央位置に設けられた燃焼ガス噴出口とからなる。請求項
２に記載の旋回噴流燃焼器は、パイロットバーナを２つ
以上設けた。請求項３に記載の旋回噴流燃焼器は、パイ
ロットバーナの吹出口周辺にパイロットバーナ炎を伸長
させてリング状の強制循環火炎を形成した。

【０００５】請求項４に記載の旋回噴流燃焼器は、パイ
ロットバーナの吹出口を、前記旋回燃焼室の一側壁面に
近接または密接させて配置した。請求項５に記載の旋回
噴流燃焼器は、メインバーナの空燃比を可変にした。請
求項６に記載の旋回噴流燃焼器は、パイロットバーナの
吹出口に点火装置を装着した。請求項７に記載の旋回噴
流燃焼器は、メインバーナに部分予混合バーナを用い
た。請求項８に記載の旋回噴流燃焼器は、メインバーナ
に液体燃料噴霧バーナを用いた。

【０００６】

【発明の作用・効果】この発明では、旋回燃焼室の旋回
軸心にメインバーナを装着しているので、つぎの効果が
得られる。 （イ）吹出口の大きいメインバーナで低圧低速のメイン
バーナ火炎が形成できるため、騒音が小さい。 （ロ）旋回流の流速が遅く燃焼が安定する旋回中心部で
安定して希薄混合気を燃焼させることができる。この結
果、窒素酸化物の発生の少ない高負荷燃焼が可能にな
る。 （ハ）旋回中心部では旋回噴流の予混合パイロットバー
ナの袖火作用により保炎されたメインバーナの燃焼が安
定するため、燃焼量を広範囲で増減させることができ、
旋回噴流燃焼器の燃焼負荷の可変範囲を大きくできる。 請求項２の構成では、旋回燃焼室内に噴出されるメイン
バーナの混合気への早期着火が可能であるとともに、着
火性が向上するため安全性の確保と希薄混合気の高負荷
燃焼とが容易になる。また、旋回燃焼室の内径を大きく
したり、パイロットバーナから噴き出す予混合気の組成
や噴出条件を大きく変化させることが可能となる。

【０００７】請求項３の構成では、旋回噴流燃焼器の燃
焼中にパイロットバーナの着火が、パイロットバーナ炎
によって加熱されたパイロットバーナの吹出口またはパ
イロットバーナ炎の火炎で行われるため、常に安定した
旋回噴流燃焼が持続できる。また、パイロット火炎の一
部をパイロットバーナの吹出口周辺部にまで伸長させる
ことにより旋回燃焼室の円筒壁面に沿って安定したリン
グ状のパイロット火炎が形成される。このため、メイン
バーナへの着火が確実になされメインバーナ火炎も安定
する。請求項４の構成では、旋回燃焼室の一側壁面（底
面）より旋回流が形成され淀み部分が生じないととも
に、効率の良い流速が得られて燃焼効率が向上できる。
また、旋回燃焼室の全空間を燃焼室として利用できるた
め、燃焼負荷を増大できる。請求項５の構成では、メイ
ンバーナの発熱量の増減が円滑にでき、燃焼負荷の調整
および可変範囲の拡大が容易になる。請求項６の構成で
は、パイロットバーナの点火が円滑となるため、点火性
能が向上するとともに、未燃焼燃料の排出が低減でき
る。請求項７または請求項８の構成では、メインバーナ
から吹き出される燃料の種類を一部非混合のガス燃料あ
るいは液体燃料噴霧に拡張することができる。

【０００８】

【実施例】図１および図２は、この発明の旋回噴流燃焼
器１００を示し、円筒状の旋回燃焼室１を形成する燃焼
器１０を有する。燃焼器１０は、一側が閉じ他側が開放
した円缶状の鉄製外壁１１と、耐火物性内張１２とから
なる。燃焼器１０の一側には、旋回燃焼室１の軸心に合
致するように全予混合燃焼のメインバーナ２が取り付け
られている。また、燃焼器１０の前記一側の外周位置に
は、旋回燃焼室１の旋回方向に吹出す一対の全予混合燃
焼のパイロットバーナ３、３が取り付けられている。さ
らに、旋回燃焼室の他側は耐火物性で中央に燃焼ガス噴
出口１３が空けられた支壁１４で絞られている。

【０００９】メインバーナ２は、燃料ガスと燃焼用空気
の供給源２０に連結されており、吹出口２１の近傍に
は、乱れ発生の機能を有する多孔板２２が取り付けられ
ている。パイロットバーナ３、３は、旋回燃焼室１の同
一断面に設定され、燃料ガスと燃焼用空気の供給源３０
に連結され、図２の（イ）に示す如く吹出口３１、３１
が旋回燃焼室１の接線方向に指向している。

【００１０】燃焼器１０の他側には円筒状のリアクター
４が連結され、リアクター４の後方には排気筒５が連結
されている。リアクター４は、図１および図２の（ロ）
に示す如く、鉄製外筒４１と、該外筒４１内に嵌め込ま
れた耐火物製内筒４２と、該耐火物製内筒４２の後端に
設けられた耐火物製絞り４３とからなる。排気筒５は、
後端５１がテーパー状に絞られ、内部に排気組成を均一
にするための多孔板５２、５３が装着されている。旋回
燃焼室１内のパイロットバーナ３の吹出口３１の近傍に
は、点火装置６が装着されている。

【００１１】この旋回噴流燃焼器１００の作用を説明す
る。燃焼時において、パイロットバーナ３、３から空気
過剰率λ＝１．２〜２．０の予混合気を吹き出すととも
に、点火装置６で点火する。これにより、図３、図４に
示す如く旋回燃焼室１の外周部に高速で旋回する外周火
炎Ｆ1 が形成される。つぎにメインバーナ２から空気過
剰率λ＝１．２〜２．０の予混合気を吹き出す。メイン
バーナ２は火炎Ｆ1 により着火し、旋回燃焼室１の中心
部には低速で旋回するとともに外周において外周火炎Ｆ
1 に吸い込まれて行く中心火炎Ｆ2 が形成される。

【００１２】この旋回噴流燃焼は、図３および図４に示
す如く、強制再循環のリング状の外周火炎Ｆ1 をパイロ
ット火炎としているため、パイロット火炎の安定性が高
い。このためメインバーナ２の噴流の流速や乱れを大き
くしても外周火炎Ｆ1 は安定してメインバーナ２から供
給される予混合気を中心火炎Ｆ2 として着火、燃焼させ
ることが可能である。この結果、極めて発熱量の高い高
負荷燃焼が可能であるとともに、安定した低負荷燃焼も
可能となり、広範囲において燃焼負荷が増減できる燃焼
器が得られる。特に旋回燃焼室１の旋回中心部に中心火
炎Ｆ2 を設けることにより、この部分を燃焼空間として
積極的に利用しない場合に較べ、高負荷燃焼の上限を上
げることが可能になる。また、空気過剰率λ＝２．０以
上の希薄予混合気の燃焼が可能である。

【００１３】外周火炎Ｆ1 は、図４に示す如く、旋回し
ながら燃焼ガス噴出口１３の外周部からリアクター４内
に排出され、中心火炎Ｆ2 は燃焼ガス噴出口１３の中心
部からリアクター４内に排出される。外周火炎Ｆ1 およ
び中心火炎Ｆ2 は、燃焼負荷および空燃比によりリアク
ター４内に火炎が延びたり、旋回燃焼室１内で燃焼が完
結したりする。リアクター４内に火炎が延びた場合に
は、火炎に新たに乱れを与えることにより燃焼をより速
く完結させることができる。メインバーナ２に供給され
る予混合気の空気過剰率λを、１．２から２．０の範囲
で変更することにより、燃焼負荷に応じて最適な燃焼を
達成でき、排気浄化効果および燃焼負荷の変更範囲を拡
大することが可能となる。また、パイロットバーナ３の
予混合気の空燃比は流速の早い外周火炎Ｆ1 の燃焼が安
定しているため、メインバーナ２の空燃比は極めて大き
く変更できるとともに燃焼負荷は零から高負荷燃焼まで
円滑に増減できる。

【００１４】パイロットバーナ３は、いずれか一方のみ
設けられていても良く、この実施例の如く、一対のパイ
ロットバーナ３、３を設け、一方のパイロットバーナ３
の火炎が半周して先端部Ａが他方のパイロットバーナ３
の吹出口付近にまで伸長させる。これにより旋回燃焼室
１の一側壁１５に沿って強制循環による非常に安定した
リング状のパイロット火炎が形成できる。なお、パイロ
ットバーナ３の数は、旋回燃焼室１の内径、パイロット
バーナ３の口径や予混合気の空気過剰率および噴出速度
などによって最も適当なものを選択する。また、この実
施例の如く、パイロットバーナ３の吹出口３１の付近に
点火装置６を取り付けておくことにより点火が円滑にで
き、点火性能が向上するとともに着火時における未燃焼
ガスの排出を低減できる。

【００１５】この旋回噴流燃焼器１００において、パイ
ロットバーナ３の予混合気を空気過剰率λ＝２．０、噴
出速度２０ｍ／ｓとし、メインバーナ２の予混合気を噴
出速度２０ｍ／ｓでプロパンを燃料として空気過剰率を
変化させたときの実験結果を図５に示す。図５から旋回
噴流燃焼器１００では、空気過剰率２．０以上まで燃焼
可能であり、空気過剰率が２まで希薄空燃比にすること
で、排気中のＮＯx の発生量をほぼ零にまで低減できる
ことが確認できる。

【００１６】この発明の旋回噴流燃焼器１００では、メ
インバーナ２から噴出される予混合気は理論空燃比より
燃料過剰の部分予混合気であっても良い。この場合はパ
イロットバーナ３から噴出する予混合気の空気過剰率を
大きくして、旋回噴流燃焼器１００の全体では空気過剰
率が１以上になるように設定する。また、この場合にお
いて、旋回噴流燃焼器１００より下流部、つまり燃焼ガ
ス噴出口１３より下流部で二次空気を別途供給して燃焼
を完了させても良い。この発明の旋回噴流燃焼器１００
では、メインバーナ２から液体燃料を噴霧させても燃焼
可能である。このように空燃比や燃料の選択範囲を大き
くすることにより、旋回噴流燃焼器１００の用途の拡大
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】旋回噴流燃焼器の側面断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図であ
る。

【図３】旋回燃焼室の側面拡大断面図である。

【図４】旋回燃焼室の正面拡大断面図である。

【図５】旋回噴流燃焼器の排気中のＮＯx およびＣＯの
測定グラフである。

【符号の説明】

１ 旋回燃焼室 ２ メインバーナ ３ パイロットバーナ ４ リアクター ５ 排気筒 ６ 点火装置 １３ 燃焼ガス噴出口 ３１ パイロットバーナの吹出口 １００ 旋回噴流燃焼器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 旋回燃焼室と、該旋回燃焼室の一側の旋
   回軸心の中央位置に設けられ該旋回燃焼室内に旋回軸心
   方向に吹出す予混合メインバーナと、前記旋回燃焼室の
   一側の外周位置に設けられ前記旋回燃焼室内に旋回方向
   に吹出す予混合パイロットバーナと、前記旋回燃焼室の
   他側の中央位置に設けられた燃焼ガス噴出口とからなる
   旋回噴流燃焼器。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記パイロットバー
   ナを２つ以上設けたことを特徴とする旋回噴流燃焼器。
3. 【請求項３】 請求項１または２のいずれかにおいて、
   前記パイロットバーナの吹出口周辺にパイロットバーナ
   炎を伸長させてリング状の強制循環火炎を形成すること
   を特徴とする旋回噴流燃焼器。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記パイロットバー
   ナの吹出口を、前記旋回燃焼室の一側壁面に近接または
   密接させて配置したことを特徴とする旋回噴流燃焼器。
5. 【請求項５】 請求項１において、前記メインバーナ
   は、空燃比が可変であることを特徴とする旋回噴流燃焼
   器。
6. 【請求項６】 請求項１において、前記パイロットバー
   ナの吹出口に点火装置を装着したことを特徴とする旋回
   噴流燃焼器。
7. 【請求項７】 請求項１において、前記メインバーナは
   部分予混合バーナであることを特徴とする旋回噴流燃焼
   器。
8. 【請求項８】 請求項１において、前記メインバーナは
   液体燃料噴霧バーナであることを特徴とする旋回噴流燃
   焼器。