JPH0791613A

JPH0791613A - 燃焼装置

Info

Publication number: JPH0791613A
Application number: JP26155793A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tanaka; 収田中; Kazuhiro Ikeda; 和弘池田
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 1993-09-24
Filing date: 1993-09-24
Publication date: 1995-04-04

Abstract

(57)【要約】【目的】ＮＯｘの生成を抑制し、生成したＣＯを減少
し、熱効率の低下を防止しうる燃焼装置を提供すること
を目的とする。【構成】互いに略平行で所定の間隔を存してバーナ手段
２からの燃焼火炎をと交叉するように設けられる多数の
熱吸収管４、４・・・からなる熱吸収管群を備えるもの
において、前記熱吸収管群中においてＮＯｘの生成を抑
制しＣＯの酸化を促進する温度領域に前記熱吸収管に代
えて棒状部材１０、１０を配置したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、貫流ボイラ、自然循
環式水管ボイラ、強制循環式水管ボイラ等の水管ボイラ
に用いて好適であって、ＮＯｘ（窒素酸化物）及びＣＯ
（一酸化炭素）の排出濃度を減少させる燃焼装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年では、環境汚染問題等により、ボイ
ラにおいても有害燃焼排気物、特にＮＯｘ，ＣＯ等の一
層の排出濃度の低減が求められている。このような有害
燃焼排気物の排出濃度の低減化対策は種々提案されてい
る。その低減化対策の一つとして、バーナに出来るだけ
熱吸収管を近づけ、燃焼火炎中に熱吸収管群を位置させ
て、熱交換と同時に火炎の冷却を行うことでサーマルＮ
Ｏｘの生成を出来るだけ抑制し、かつ高負荷燃焼を実現
する技術が米国特許第5,020,47号にて知られている。
尚、本明細書で用いる「燃焼火炎」とは現在燃焼反応を
起こしている最中の高温ガスを言い、この高温ガス中に
は燃焼を完了していない可燃性予混合ガスと燃焼によっ
て生成された燃焼済みガスとを含む。又、燃焼火炎は燃
焼ガスと言い換えてもよい。しかしながら、この従来の
対策によればＮＯｘの排出濃度は低減できるもののＣＯ
排出濃度が僅かに高めになるという問題がある。その原
因の一つは、ＣＯについてはＮＯｘを低減するためにな
される燃焼火炎の冷却が急冷効果をもたらし、これによ
り反応が凍結され一部は高温での平衡濃度のまま未反応
物質、つまりＣＯ等として系外へ排出してしまうことに
よるのではないかと考えられている。この問題を解決す
べく、高負荷燃焼により生成した火炎の近傍またはこれ
に接して置いた冷物体で火炎の温度を１０００℃以上、
１５００℃以下に制御した後、冷物体の後流側に設けた
断熱空間で火炎中の残留ＣＯを酸化反応させてＣＯ
₂（二酸化炭素）に変成させる技術が特開昭６０−７８
２４７号公報にて提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この技
術はＣＯの排出の低減を目的としてなされたもので、Ｎ
Ｏｘの生成の抑制を目的とはしていない。この為、断熱
空間を設ける位置によってはＮＯｘの断熱空間温度が高
くなり、ＮＯｘが生成されてしまう。又、断熱空間の形
成条件によっては断熱空間を画成する缶体壁の温度上昇
が大きくなるという問題がある。この温度上昇を防止す
るには、缶体壁の断熱空間側内面に断熱材を施工する必
要があり、装置のコストアップを招く。又、断熱材を施
工すると長期使用によって断熱材が落下する恐れがあり
耐久性に問題がある。更に、燃焼火炎の流速が大きい場
合、断熱空間を燃焼火炎流れ方向長さを長く確保するこ
とで、必要とするＣＯからＣＯ₂への変成を得ることが
できるが、そうすると熱効率の低下を招き、缶体の小型
化を実現できないという問題がある。

【０００４】本発明の目的はＮＯｘの生成を抑制し、生
成したＣＯを減少し、熱効率の低下を防止しうる燃焼装
置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するためになされたものであって、互いに略平行
で所定の間隔を存して、且つバーナ手段からの燃焼火炎
をと交叉するように設けられる多数の熱吸収管からなる
熱吸収管群を備えるものにおいて、前記熱吸収管群中に
おいてＮＯｘの生成を抑制しＣＯの酸化を促進する温度
領域に前記熱吸収管に代えて棒状部材を配置したことを
特徴とする。

【０００６】

【作用】上記手段によれば、熱吸収管群中に位置する棒
状部材においては吸熱は行われず、棒状部材の近傍は比
較的高い温度に燃焼火炎が維持され、未反応ＣＯと反応
活性基（ラジカル）及び／又は酸素原子（Ｏ）等の酸素
との接触が積極的に行われて残留ＣＯは酸化反応してＣ
Ｏ₂に変成してＣＯが低減され、かつＮＯｘの生成が抑
制される。

【０００７】

【実施例】図１は、この発明に係る燃焼方法及び装置を
水管式ボイラの一種である多管式貫流ボイラに適用した
実施例の缶体の横断面を示す概略構成図である。図１を
参照して、多管式貫流ボイラの角型缶体１は、後記バー
ナ手段２から噴出される燃焼火炎の流通方向（缶体の長
手方向）に沿って配置した垂直の熱吸収管壁（以下、単
に管壁と称する）３、３と、互いに略平行であって所定
間隔を存して上記管壁３、３間に燃焼火炎と交叉するよ
うに配列される多数の略垂直熱吸収管４、４・・・（熱
吸収管群を構成する）と、上記管壁３、３間の一側開口
部に配設した予混合式の比較的フラットな火炎を形成す
るバーナ手段２と、上記管壁３、３間の他側開口部に形
成した燃焼排ガス出口５等から構成される。管壁３、３
は燃焼・熱交換区域Ｎを画成する。この燃焼排ガス出口
５は燃焼・熱交換区域Ｎの反バーナ側端部に設ければ良
く、例えば管壁３の一部を削除開口して形成することが
出来る。

【０００８】上記管壁３、３は、この実施例では、それ
ぞれ複数本の熱吸収管６を適宜の間隔をおいて燃焼火炎
の流通方向に並んで配置され、各熱吸収管６、６・・・
の隙間を、これら熱吸収管６、６・・・の軸線方向に沿
って延びる平板状のフィン状部材７、７・・・で閉鎖し
た構成のものである。これら管壁３、３は、実質上互い
に平行をなすように適宜の間隔をおいて配置され、各管
壁３、３の外側にはカバー体８、８を取り付け、管壁
３、３との間に断熱空間９、９を形成している。

【０００９】熱吸収管４、４・・・は燃焼火炎の流れ方
向に配列される３つの熱吸収管列X,Y,Z が含まれてい
る。以下の説明ではこの各列名X,Y,Z に、バーナ手段２
から離れる方向に順次1 、2 、3 ・・・の数字を付して
管番号X1,X2 ・・・,Y1,Y2・・・,Z1,Z2・・・とし、管
壁３、３を構成する熱吸収管６、６・・・には各列毎に
管番号A1,A2 ・・・,B1,B2・・・をそれぞれ付して説明
する。上記管壁３、３を構成する熱吸収管６、６・・・
及び管壁３、３間に配置する熱吸収管４、４・・・の上
端並びに下端は、それぞれ、上部ヘッダ及び下部ヘッダ
（いずれも図示しない）に連通接続される。そして、こ
の両ヘッダは管壁３、３の上下端部と機密に接合され、
管壁３、３と共同して燃焼・熱交換区域Ｎの上下、左右
の４方を機密に区画して燃焼火炎及び燃焼済みガスが缶
体外部に漏れないように構成する。そして、残りの２方
の開口のうち、１方はバーナ手段２を取り付け、残り１
方の開口には排気筒（図示しない）を接続する。蒸気ボ
イラーにおいては、通常運転時下部ヘッダの全体と熱吸
収管６、６・・・及び熱吸収管４、４・・・の途中まで
は常時水で満たされ、熱吸収管６、６・・・及び熱吸収
管４、４・・・の上部と上部ヘッダは蒸気で満たされて
いる。

【００１０】上記管壁３、３間に配置される複数の熱吸
収管４、４・・・は、上述のように、３列X,Y,Z が燃焼
火炎の流通方向に並列に配置されており、管壁３、３の
熱吸収管６、６・・・を含めて隣合う列の熱吸収管同士
は千鳥状配置パターンとなっている。また、燃焼火炎の
流通路となる各熱吸収管６、６・・・，４、４・・・相
互の間隙は、各熱吸収管６の外径と略等しいか、それ以
下に設定するのが好ましく、これらの各間隙は、全て同
一であっても、互いに異なっていても、前述の条件内に
あればよい。

【００１１】上記の熱吸収管４、４・・・のうち、ＮＯ
ｘの生成を抑制しつつ生成したＣＯを酸化させて低減さ
せるに適した温度範囲の特定温度域を予め実験により求
めて、特定温度域に該当する熱吸収管X3、Z3を間引き
（抜管する）し、その代わりにこの部分に耐熱性の非吸
熱管部材（内部に水などの吸熱用熱媒体が流通しない部
材）、例えばセラミック製の棒状部材１０、１０を装着
している。

【００１２】上記バーナ手段２は、周知のコルゲートタ
イプの予混合式平面燃焼バーナを用いるが、予混合気を
噴出する多数の小孔を有するセラミックプレートバーナ
を用いても良いし、気化燃焼油バーナの他種々のバーナ
を用いることも可能である。このバーナ手段２の直前に
位置する熱吸収管X1,X2 との間隙は、所定距離、例え
ば、熱吸収管４の外径の略３倍に等しいか、それ以下に
設定してあり、また、管壁３、３の熱吸収管６、６・・
・のうち、バーナ手段２に最も近接する熱吸収管も上述
の如き距離を基準として設定してある。

【００１３】以上の構成において、バーナ手段２からの
燃焼火炎は、各熱吸収管６、６・・・，４、４・・・間
の隙間空間において燃焼を継続しながら、排ガス出口５
方向へ向けて流通し、その間に、各熱吸収管６、６・・
・，４、４・・・への伝熱（熱交換）を行うが、その
際、バーナ手段２と直前の熱吸収管４、４との間隙及び
各熱吸収管６、６・・・，４、４・・・の間隙を上述の
如く狭く設定してあるため、燃焼火炎は高い流速を維持
した状態で燃焼排ガス出口５に向けて流通し、極めて高
い接触伝熱率でもって冷却される。

【００１４】棒状部材１０、１０においては吸熱が行わ
れないので、棒状部材１０、１０近傍の燃焼火炎の温度
は約１０００℃〜１２００℃に維持され、上流の高温燃
焼火炎領域で生成したＣＯが反応活性基（ラジカル）及
び／又は酸素原子等の酸素と反応し酸化してＣＯが減少
すると共に、ＮＯｘの生成は抑制される。この作用にお
いて、棒状部材１０、１０を設けず単なる空間としたも
のと比較して、棒状部材１０、１０近傍の温度が高めに
維持される結果、短い距離でＣＯの酸化反応が行われる
と共に、燃焼火炎（燃焼ガス）流路の急激な拡大→縮小
による圧力損失が無くなり、その結果冗長な圧力損失を
伴わない缶体となる。

【００１５】次に、本発明の他の実施例を図２に従い説
明する。図２において、図１の実施例と異なるのは、図
１の実施例においては、各熱吸収管X3,Z3 の代わりに、
横断面形状を円形とした１本の棒状部材１０を装着した
が、図２の実施例においては、各熱吸収管X3,Z3 の代わ
りにそれぞれ熱吸収管４よりも径の小さい２本の棒状部
材１１、１１装着し、燃焼火炎の流れを制御するように
構成した点にある。又、図２の実施例においては後流側
の吸熱管群をヒレ付熱吸収管１２、エロフィン付熱吸収
管１３として、上流側から下流側までの伝熱面密度を均
一化している。その他の構成は図１の実施例と同様であ
るので説明を省略する。この実施例においては、上流で
生成したＣＯ等の未燃物が棒状部材１１、１１・・・に
よる燃焼火炎の流れのコントロール、攪乱作用により後
流の吸熱管４、６により凍結される可能性が減少され、
ＣＯ等の未燃物の酸化が促進される。

【００１６】尚、本発明は上記の実施例に限定されるも
のではない。例えば、棒状部材１０、１１の横断面形状
は菱形等の円形以外の形状であってもよい。又、以上の
各実施例では、上記各管壁３を、それぞれ複数本の熱吸
収管６、６・・・を適宜の間隔をおいて縦列配置し、各
熱吸収管６、６・・・の隙間を平板状のフィン状部材
７、７・・・で閉鎖した構成のものとしたが、管壁の構
造は各熱吸収管６の隙間を適宜の耐火物で構成したもの
であっても、各熱吸収管６を密接状態で配列したもので
あってもよい。

【００１７】又、管壁間に配列する熱吸収管の列数は、
上記の実施例に限定されないものである。更に、バーナ
及び熱吸収管は垂直方向でなく、水平方向に配設した装
置にも本発明は適用可能である。又、本発明は貫流式以
外の水管ボイラに適用可能であり、蒸気を発生させる水
管ボイラだけでなく、温水を生成する水管ボイラにも適
用可能である。又、熱吸収管４、４・・・を流通する熱
媒体を水としているが、水以外の油等の媒体としてもよ
い。

【００１８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、熱吸
収管群中に位置する棒状部材においては吸熱は行われ
ず、棒状部材の近傍では比較的高い温度に燃焼火炎が維
持され、未反応ＣＯと反応活性基（ラジカル）及び／又
は酸素原子（Ｏ）等の酸素との接触が積極的に行われて
残留ＣＯは酸化反応してＣＯ₂に変成してＣＯが低減さ
れ、かつＮＯｘの生成が抑制されＮＯｘ及びＣＯの排
出量の少ない低ＮＯｘ、低ＣＯ燃焼装置を提供でき
る。

【００１９】又、この発明によれば、棒状部材の存在に
よって従来の様な広い断熱空間を設けること無く、略一
定の長い高温領域をもうけることができるので、従来例
と比較して、缶体壁の温度上昇を小さくでき、温度上昇
を防止するための缶体壁内面の断熱材施工が不要とな
り、低コストで、耐久性に優れた装置を提供できる。

【００２０】更に、この発明によれば従来の様な広い断
熱空間を設ける必要が無いので省スペース性、熱効率性
に優れた缶体を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明における一実施例の缶体の概略構造を
例示する横断面図である。

【図２】この発明における他の実施例の缶体の概略構造
を例示する横断面図である。

【符号の説明】

２バーナ手段４、６吸熱管１０、１１棒状部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに略平行で所定の間隔を存して、且つ
バーナ手段からの燃焼火炎をと交叉するように設けられ
る多数の熱吸収管からなる熱吸収管群を備えるものにお
いて、前記熱吸収管群中においてＮＯｘの生成を抑制し
ＣＯの酸化を促進する温度領域に前記熱吸収管に代えて
棒状部材を配置したことを特徴とする燃焼装置。