JPH08200613A

JPH08200613A - 燃焼装置

Info

Publication number: JPH08200613A
Application number: JP1371595A
Authority: JP
Inventors: Toru Isoda; 徹磯田; Yasuo Omotehara; 靖男表原; Tadahiro Azuma; 忠宏東; Seisuke Kamine; 成介上根; Katsuhiro Nagira; 勝洋柳楽; Shigeki Yoshie; 茂樹吉江; Tetsuo Sakurai; 哲男桜井
Original assignee: KAMINE SEIKI KOGYO KK; Osaka Municipal Government; Osaka Fuji Corp
Current assignee: KAMINE SEIKI KOGYO KK; Osaka Municipal Government; Osaka Fuji Corp
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1996-08-06

Abstract

(57)【要約】【構成】先端が閉じられ側壁に多数の細孔を備えた多
孔筒と、該多孔筒の基端部に設けられた燃料噴射ノズル
と、前記多孔筒の基端部において該燃料噴射ノズルの周
囲に設けられた空気導入部と、該空気導入部を通じて前
記多孔筒内に空気を供給するための送風機と、前記多孔
筒の周囲を該多孔筒の細孔から噴出する火炎の先端部に
接する距離をおいて囲む受熱部とを備え、該受熱部には
前記火炎の熱を吸収する熱媒体が収容されることを特徴
とする燃焼装置。【効果】多孔筒の細孔から噴出した燃料の燃焼が、受熱
部による冷却の下に行われる結果、火炎温度を抑制しつ
つ燃焼速度を高めることができ、一次空気のみによる予
混合燃焼が可能となる。これにより、簡単な構造の下
に、ＮＯx の発生を低減させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体燃料を燃焼するた
めの燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】従来、液体燃料のための
燃焼装置としては、外部加熱用燃焼装置、水管を内装し
たボイラ等があるが、これらにおいては、液体燃料燃焼
の際の窒素酸化物（ＮＯx ）発生量の低減が課題となっ
ている。燃焼面から見ると、ＮＯx の低減のためには、
以下の要素が必要であるとされている。☆ １）燃焼温度を低くする。

【０００３】２）燃焼域での酸素濃度を低くする。

【０００４】３）高温域での燃焼ガスの滞留時間を短く
する。

【０００５】これらの中で、１）及び２）については、
一般に、煤塵を発生させない限界内で酸素濃度を下げる
と量論燃焼に近づき燃焼温度が高くなる結果、ＮＯx 低
減に対して相反する作用をなし、効果的ではないとされ
てきた。但し、１）及び２）を同時に実現する手法とし
て、多段燃焼がある。これは、燃焼を一度に完了させ
ず、２次燃焼、３次燃焼を取り入れるものであるが、装
置が複雑であり、運転条件によっては煤塵が発生しやす
くなるという欠点があった。排ガスを再循環させる手法
もあるが、これも同様の問題点を有した。また、上記
３）に関しては、バーナ構造が複雑化し、燃焼音が大き
いという問題があった。

【０００６】本願発明は、これら従来技術の問題点を解
決し、簡易な構造によりＮＯx を効果的に低減し得る燃
焼装置を提供ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の前記目的は、先
端が閉じられ側壁に多数の細孔を備えた多孔筒と、該多
孔筒の基端部に設けられた燃料噴射ノズルと、前記多孔
筒の基端部において該燃料噴射ノズルの周囲に設けられ
た空気導入部と、該空気導入部を通じて前記多孔筒内に
空気を供給するための送風機と、前記多孔筒の周囲を該
多孔筒の細孔から噴出する火炎の先端部に接する距離を
おいて囲む伝熱筒とを備え、伝熱筒には前記火炎の熱を
吸収する熱媒体が収容されることを特徴とする燃焼装置
により、達成される。

【０００８】

【作用】本発明においては、多孔筒の細孔から噴出した
燃料がガス化燃焼し、多孔筒の周囲は、火炎先端部に接
する距離をおいて受熱部により囲まれている。したがっ
て、受熱部内の熱媒体による冷却の下に、火炎の温度上
昇を抑止しつつ燃焼速度を高めることができる。その結
果、空気導入部からの一次空気のみによる予混合燃焼が
可能となる。このようにして、燃焼温度を低くし、燃焼
ガスの高温域滞留時間も短くすることができるので、Ｎ
Ｏx の発生が低減されるのである。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつ
つ説明する。図１は、本発明に係る燃焼装置が温水器と
して構成された例を概略的に示している。図示の温水器
は、先端面１１が閉じられ側壁に多数の細孔１２を備え
た多孔筒１０を中央部に備えている。該多孔筒は、燃焼
時の高温に耐え得るように鉄等の金属又はセラミック等
耐熱材料で形成される。多孔筒１０の基端部には、内部
に燃料噴射ノズル２０が配置され、該ノズルを囲むよう
に整流格子３０が設けられている。多孔筒１０の基端部
外周には該多孔筒を加熱し細孔１２から噴出する燃料が
着火されやすくするための環状のヒータ１３が装着され
ている。

【００１０】燃料噴射ノズル２０は、燃料供給管２１及
び送油ポンプ２２に接続され、供給された液体燃料を霧
化して多孔筒１０内に分散させる。整流格子３０の後方
には、送風機４０が設けられ、整流格子３０を通じて前
記多孔筒内に燃焼用空気を導入する。この整流格子は、
多孔筒内での均一な燃料及び空気の混合を図る上で望ま
しいが、ノズルの噴射性能や多孔筒の寸法等との関係に
より、渦流を発生させるもの等、種々の形態の空気導入
部とすることができる。

【００１１】多孔筒１０の周囲には、該多孔筒１０を囲
むように受熱部５０が設けられている。受熱部５０は、
多孔筒１０を囲む２重筒状のジャケット５１と、該ジャ
ケットに対する水の供給口５２及び吐出口５３を備えて
いる。ジャケット５１の先端部には燃焼後のガスを放出
するための開口５４が設けられ、基端部は装置の基部６
０に結合されている。ジャケット５１は、その径方向内
側の面が、細孔から噴出する火炎Ｆの先端部に接するよ
うに寸法が定められ、火炎の熱を吸収し易いように鉄、
ステンレス等の金属その他の熱良導体で形成される。

【００１２】ジャケット５１の上には、熱交換部７０が
設けられている。この熱交換部７０は、ジャケット５１
の側壁に連続するように上方に延びるカバー７１と、吐
出口５３に接続され、カバー７１内で蛇行状に延びカバ
ー外へ突出する導管７２と、該導管の周囲に設けられた
フィン７３とを備えている。カバー７１の上端部には開
口７４が設けられ、排ガスは該開口から放出される。

【００１３】多孔筒１０とジャケット５１との間の空間
には、点火装置６５が配置されている。該点火装置は温
水器の作動初期に該空間に噴出した燃料に点火するため
のものであり、点火後は作動を停止する。多孔筒１０
は、基部を断熱材６１を介して、基部６０上部の支持筒
６２に支持されている。

【００１４】この温水器の主な寸法は以下の通りであ
る。☆ 多孔筒１０外形：４８ｍｍ高さ（軸方向長さ）：２１０ｍｍ細孔の径：２．５ｍｍ細孔の数：９１個ジャケット５１内径：８０ｍｍ外径：１４０ｍｍ高さ（軸方向長さ）：２８０ｍｍヒータ１３出力：４６０Ｗこの温水器は、以下のようにして使用される。先ず、ヒ
ータ１３を作動させて多孔筒１０の温度を上昇させる。
多孔筒１０の温度は、高いと燃焼を促進するが、あまり
高いと多孔筒内部での燃焼が発生するので、燃料が細孔
１２から噴射する際に燃焼するように温度が定められ
る。

【００１５】例えば、次のような条件での操業が可能で
ある。☆ 燃料種類：灯油供給量：０．５〜２．８ガロン／ｈ空気比：１．１〜５．０燃焼室熱負荷率：１５８０万kcal／ｍ³・ｈ（温水器と
して）図２及び図３は、本発明に係る燃焼装置が貫流ボイラと
して構成された例を概略的に示している。図示の貫流ボ
イラは、基本的には前述の温水器と同様の構成となって
いるので、図において、同種の構成部分には同じ番号を
付して示す。

【００１６】この例においては、前述の例と同様の多孔
筒１０、燃料噴射ノズル２０、整流管３０、送風機４
０、点火装置６５が備えられている。この例では、受熱
部５０’として、水管５１’が設けられている。水管５
１’は、図３によく現れているように多孔筒１０を囲む
ように上下に蛇行状に配置されており、両端部には、ヘ
ッダ５５を介して供給管５２’、吐出管５３’が接続さ
れている。水管５１’は、その径方向内側の面が、細孔
から噴出する火炎Ｆの先端部に接するように寸法が定め
られている。燃焼後のガスは、多孔筒１０の先端部に接
続された排出管５６を通って排出される。

【００１７】この貫流ボイラは、前述の例と略同様の寸
法を有している。水管は、直径が１０ｍｍのものを使用
した。

【００１８】図８及び図９は、本発明に係る燃焼装置を
バーナとして構成した例（図４、図５）及び従来のスワ
ラー式バーナ（図６、図７）に各々煙道を取り付け、Ｎ
Ｏxの濃度を比較した実験結果を示すグラフである。

【００１９】図４及び図５に示すバーナも、基本的には
前述の温水器及び貫流ボイラと同様の構成となっている
ので、図において、同種の構成部分には同じ番号を付し
て示す。このバーナは、前述の寸法の多孔筒１０の回り
に、内径８０ｍｍの筒状のジャケット５１を設け、その
上に高さ１０００ｍｍの煙道８０を設けたものである。
ジャケット５１と煙道８０の間には直径３５ｍｍの開口
部を有する絞り板８１が挟持されている。煙道８０の側
壁には、煙道の上端縁から１００ｍｍの位置に熱電対８
３が設けられ図外温度計に接続され、煙道上端縁から１
５０ｍｍの位置に排ガスサンプリング用の導出管８４が
設けられ図外のＮＯ_x、Ｏ₂、ＣＯ₂、ＣＯの濃度測定装
置に接続されている。燃料噴射ノズル２０には、燃料タ
ンク９０から三方コック９１、流量計９２及び油ポンプ
９３を経て定量の灯油が送られる。また、整流格子３０
には、送風機１００、流量計１０１及び圧力計１０２を
経て定量の空気が送られる。

【００２０】図６及び図７に示すスワラー式バーナは、
図４及び図５に示したバーナのジャケットと同じ内径及
び高さの円筒状のケーシング１２０で燃焼室を形成し、
その中央部に燃料噴射ノズル１２１及びその上部のスワ
ラー１２２を備えている。スワラー１２２は、外径が６
５ｍｍであり、中央に直径１０ｍｍの開口を有してい
る。ケーシング１２０の上方には、前述のバーナと同じ
絞り板１２３及び煙道１２４が設けられている。また、
前述のバーナと同じく、煙道側壁には熱電対１２５及び
排ガスサンプリング用の導出管１２６が装着され、各々
温度計及び濃度計に接続され、燃料噴射ノズル１２１に
は、定量供給のための油ポンプ等が接続されている。燃
料噴射ノズル１２１のすぐ下方には、空気供給管１２７
が設けられ、これには、定量供給用の送風機等が接続さ
れている。

【００２１】これらの試験用バーナを用いてＮＯx 濃度
を求めるに当たっては、燃料（灯油）に対する空気比を
種々に変えた。本発明のバーナにおいては、多孔筒とし
て、グラフに示したように、鉄製のもの（孔数９１、４
４、１７６個）及びセラミック製のもの（孔数４４個）
を使用した。

【００２２】図８のグラフから明らかなとおり、本発明
のバーナにおいては、空気比の変化に対して、ＮＯx 濃
度は一貫して、従来のスワラー式バーナより著しく低
い。また、従来のバーナにおいては、空気比が、１．２
５の場合に発煙を生じ、３．０を越えると、吹き消え現
象により強い刺激臭（アルデヒド臭）が発生し、これら
の範囲内においてしか実験できなかった。一方、本発明
のバーナにおいては、このようなことはなく、広い範囲
での使用の可能性を明らかにしている。

【００２３】図９は、本発明のバーナ、及び従来のスワ
ラー式バーナを使用してＴＨＣ（総炭化水素量）及びＣ
Ｏの量を比較した実験結果を示すグラフである。ＴＨＣ
及びＣＯ量を求めるに当たっては、燃料（灯油）に対す
る空気比を種々に変えた。本発明のバーナにおいては、
多孔筒として、孔数９１個の鉄製のものを使用した。図
から明らかなとおり、本発明のバーナにおいては、特に
空気が１．４以下の場合にＴＨＣ及びＣＯ量が共に低い
ことが明らかである。なお、従来のスワラー式バーナに
おいては、空気比３．０で火炎が混合気により吹き消さ
れた。本発明においては、空気比５．０に至るまでその
ような現象はなく、広い範囲での燃焼が可能であること
を明らかにしている。

【００２４】以上の例の他、本願発明に係る燃焼装置
は、燃焼ガスを外部への熱源とする温風機、燃焼ガスを
動力源とするガスタービン等、燃焼を利用した種々の装
置に適用することができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明においては、多孔筒の細孔から噴
出した燃料の燃焼が、受熱部による冷却の下に行われる
結果、火炎温度を抑制しつつガス化予混合によって燃焼
速度を高めることができ、一次空気のみによる予混合燃
焼が可能となる。これにより、ＮＯx の発生が低減され
る。このための構造は、側面に細孔を有した多孔筒、そ
の周囲を囲む受熱部、及び多孔筒内への燃料及び空気の
導入手段を主要部とした簡単なものとなっている。

【００２６】また、燃焼効率が向上するので、空気比の
設定範囲が広くなり、空気比を小さくして省エネルギー
の操業を可能とし、或いは空気比を大きくして運転効率
の高いガスタービンを実現することができ、低カロリー
燃料用バーナとすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃焼装置を温水器として構成した例を
概略的に示す縦断正面図である。

【図２】本発明の燃焼装置を貫流ボイラとして構成した
例を概略的に示す縦断正面図である。

【図３】図２の貫流ボイラのＡ−Ａ線に沿う断面図であ
る。

【図４】本発明の燃焼装置をバーナとして構成した例を
概略的に示す縦断正面図である。

【図５】図４のバーナのＡ−Ａ線に沿う切断端面図であ
る。

【図６】従来のスワラー式バーナの例を概略的に示す縦
断正面図である。

【図７】図６のバーナのＢ−Ｂ線に沿う切断端面図であ
る。

【図８】ＮＯx 濃度に関する実験結果を示すグラフであ
る。

【図９】ＴＨＣ及びＣＯ量に関する実験結果を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１０多孔筒１２細孔１３ヒータ２０燃料噴射ノズル３０整流格子４０送風機５０受熱部５１ジャケット５１’ 水管６０基部６５点火装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者表原靖男大阪府大阪市港区磯路２−12−１−911 (72)発明者東忠宏大阪府大阪市東淀川区北江口１−５−１− 105 (72)発明者上根成介大阪府八尾市跡部北之町２丁目１番31号上根精機工業株式会社内 (72)発明者柳楽勝洋兵庫県尼崎市常光寺１丁目９番１号大阪富士工業株式会社内 (72)発明者吉江茂樹兵庫県尼崎市常光寺１丁目９番１号大阪富士工業株式会社内 (72)発明者桜井哲男兵庫県尼崎市常光寺１丁目９番１号大阪富士工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端が閉じられ側壁に多数の細孔を備え
た多孔筒と、該多孔筒の基端部に設けられた燃料噴射ノ
ズルと、前記多孔筒の基端部において該燃料噴射ノズル
の周囲に設けられた空気導入部と、該空気導入部を通じ
て前記多孔筒内に空気を供給するための送風機と、前記
多孔筒の周囲を該多孔筒の細孔から噴出する火炎の先端
部に接する距離をおいて囲む受熱部とを備え、該受熱部
には前記火炎の熱を吸収する熱媒体が収容されることを
特徴とする燃焼装置。
【請求項２】前記多孔筒の基端部に該多孔筒を加熱す
るためのヒータが設けられていることを特徴とする請求
項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】前記多孔筒と前記受熱部との間に着火装
置が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に
記載の燃焼装置。
【請求項４】前記空気導入部が、空気を整流化する整
流格子である請求項１から３のいずれかに記載の燃焼装
置。