JPH09101006A - 燃料二段供給式低ＮＯｘバーナー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低ＮＯｘバーナーの二次バーナーは、本来、
燃料を希釈の状態で燃焼を行い、低温で燃焼させて、低
ＮＯｘ化を図るものであるが、火炉負荷が非常に高いボ
イラーや加熱炉のように炉内温度が高い場合、燃料が希
釈される以前に燃焼が開始されるため、即発（プロンプ
ト）ＮＯｘの生成が抑制できない。すなわち、二次バー
ナーから生成するＮＯｘの量が高温になるにしたがって
急激に増加するため、ＮＯｘの抑制効果が炉内温度が高
くなるにしたがって減少していた。 【解決手段】 二次バーナー２に供給される二次燃料
を、水噴霧または水蒸気噴霧11と混合して直ちに冷却す
ることで、二次燃料の着火時期を遅らせて、比較的低温
中で緩慢な燃焼をさせることになり、ＮＯｘの生成を抑
制した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば各種加熱
炉やボイラーなどに適用される燃料二段供給式低ＮＯｘ
バーナーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７に従来型の燃料二段燃焼方式の燃焼
炉20が示されている。すなわち横向きの炉壁21の一端側
には、一次バーナー22や二次バーナー23からなるバーナ
ー24が配設されている。このバーナー24の風箱25には、
一次ノズル26や二次ノズル27から供給される燃料の全量
を燃焼するのに必要な量とほぼ同量の空気量が供給さ
れ、さらに全燃料の一部が一次ノズル26から供給され
て、バーナー24により燃焼されるものである。

【０００３】この方式によると、一次バーナー22での燃
焼温度は、空気比1.7 以上の高空気比燃焼となるため著
しく低くなり、熱ＮＯｘ、即発（プロンプト）ＮＯｘの
発生が抑制される。次に二次バーナー23においては、二
次ノズル27の噴出エネルギーにより、噴出流周囲に存在
する酸素濃度の低い燃焼ガスを吸い込み、燃料は希薄化
された後、燃焼される。この効果により、炉内温度が低
い場合は、二次バーナー23の燃焼が緩慢に行われ、燃焼
温度が低くなって熱ＮＯｘの生成が抑制され、また燃料
が希薄化されていることにより即発ＮＯｘの生成が抑制
される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
型の燃料二段燃焼方式の燃焼炉20では、水冷壁を有する
ボイラー炉においても、水冷壁が各ノズル26，27の先端
部までであり、二次バーナー23の先端付近の冷却効果は
ない。すなわち低ＮＯｘバーナーの二次バーナー23は、
本来、燃料を希釈の状態で燃焼を行い、低温で燃焼させ
て、低ＮＯｘ化を図るものであるが、火炉負荷が非常に
高いボイラーや加熱炉のように炉内温度が高い場合、燃
料が希釈される以前に燃焼が開始されるため、即発（プ
ロンプト）ＮＯｘの生成が抑制できなかった。すなわ
ち、二次バーナーから生成するＮＯｘの量が高温になる
にしたがって急激に増加するため、ＮＯｘの抑制効果が
炉内温度が高くなるにしたがって減少していた。

【０００５】そこで本発明のうち請求項１記載の発明
は、二次燃料を積極的に冷却または希釈することによ
り、二次バーナーから生成するＮＯｘの発生を抑え得る
燃料二段供給式低ＮＯｘバーナーを提供することを目的
としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項１記載の燃料二段供給式
低ＮＯｘバーナーは、一次バーナーと二次バーナーとを
有し、この二次バーナーの周囲より水噴霧または水蒸気
噴霧を行う構造としたことを特徴としたものである。

【０００７】したがって請求項１の発明によると、二次
バーナーに供給される二次燃料は、水噴霧または水蒸気
噴霧と混合されて直ちに冷却され、その結果、二次燃料
の着火時期が遅れて、比較的低温中で緩慢な燃焼をする
ことになり、ＮＯｘの生成を抑制し得る。

【０００８】また本発明の請求項２記載の燃料二段供給
式低ＮＯｘバーナーは、上記した請求項１記載の構成に
おいて、水噴霧または水蒸気噴霧を行う噴霧ノズルを、
二次ノズルの周辺に複数個配列したことを特徴としたも
のである。

【０００９】したがって請求項２の発明によると、二次
ノズルから供給される二次燃料は、噴霧ノズル群からの
水噴霧または水蒸気噴霧により、その周辺の全域から十
分にかつ均一状に混合されて直ちに冷却されることにな
り、さらに低ＮＯｘ化を期待し得る。

【００１０】そして本発明の請求項３記載の燃料二段供
給式低ＮＯｘバーナーは、上記した請求項１記載の構成
において、二次バーナーの焚口にベンチュリーを設けた
ことを特徴としたものである。

【００１１】したがって請求項３の発明によると、二次
燃料のみのときよりも、ベンチュリーに噴射されるエネ
ルギーが増加されるために、燃焼排ガスの吸引量が増
し、熱ＮＯｘの発生を抑制し得る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
燃料二段燃焼方式の燃焼炉に採用した状態として図１に
基づいて説明する。

【００１３】すなわち横向きの燃焼炉10の一端側には、
一次バーナー１や二次バーナー２からなるバーナー３が
配設され、これら一次バーナー１や二次バーナー２は、
一次ノズル４や二次ノズル５の先端部を焚口６，７に臨
ませて構成されている。前記バーナー３の風箱８には、
一次ノズル４や二次ノズル５から供給される燃料の全量
を燃焼するのに必要な量とほぼ同量の空気量が供給さ
れ、さらに全燃料の一部が一次ノズル４から供給され
て、バーナー３により燃焼されるものである。

【００１４】前記バーナー３は、二次バーナー２の周囲
より水噴霧または水蒸気噴霧を行う構造とされている。
すなわち、各二次ノズル５の真下には、水噴霧または水
蒸気噴霧を行う噴霧ノズル９が、それぞれ対となって平
行状に配設されている。

【００１５】以下に、上記した実施の形態における作用
を説明すると、噴霧ノズル９により、二次バーナー２の
周囲から水噴霧または水蒸気噴霧を行うことにより、二
次ノズル５から供給される二次燃料は、水噴霧または水
蒸気噴霧11と混合されて直ちに冷却される。この結果、
二次燃料の着火時期が遅れて、比較的低温中で緩慢な燃
焼をすることになり、ＮＯｘの生成が抑制される。

【００１６】次に、図２、図３において実験例を説明す
る。図２には本実験で使用した燃料二段燃焼方式の燃焼
炉10が示されている。すなわち横向きの炉内側壁15の内
面には断熱材16がはりめぐらされており、また炉内側壁
15の外面に冷却水17が供給されることで、断熱材16と炉
内側壁15を介した外側は冷却されている。

【００１７】このような燃焼炉10を使用しての本実験で
は、断熱材16の面積とＮＯｘ発生量の関係を調べ、水冷
の効果、すなわち炉内温度がＮＯｘ発生に与える影響を
事前に調べた。その結果、図３に示すように、水冷壁の
面積割合が低いほど炉内温度が上昇され、それに応じて
ＮＯｘ濃度が増加される。

【００１８】このような状態で二次バーナー２の周囲か
ら水噴霧または水蒸気噴霧を行うと、たとえば水冷壁の
面積割合が０％のとき、二次ノズル５の周囲におけるＮ
Ｏｘ濃度は100 ppm 付近から40 ppm〜50 ppm付近に減少
される。すなわち炉内温度が1400℃付近の場合、発生Ｎ
Ｏｘ量は900 ℃〜1000℃に相当する温度まで低減される
ことになる。

【００１９】次に、本発明の別の実施の形態を、図４、
図５に基づいて説明する。すなわち水噴霧または水蒸気
噴霧を行う噴霧ノズル９が、二次ノズル５の周辺に複数
個、たとえば上下左右の合計四個配列されている。

【００２０】この別の実施の形態によると、二次ノズル
５から供給される二次燃料は、上下左右の噴霧ノズル９
からの水噴霧または水蒸気噴霧により、その周辺の全域
から十分にかつ均一状に混合されて直ちに冷却されるこ
とになり、さらに低ＮＯｘ化を期待し得る。

【００２１】図６は本発明のさらに別の実施の形態を示
す。すなわち、二次ノズル５と噴霧ノズル９とが平行に
配列されて一体化され、これらノズル５，９の先端部が
臨む二次バーナー２の焚口７に、ベンチュリー13が設け
られている。

【００２２】このさらに別の実施の形態によると、二次
燃料のみのときよりも、ベンチュリー13に噴射されるエ
ネルギーが増加されるため、燃焼排ガスの吸引量が増
し、熱ＮＯｘの発生を抑制し得る。

【００２３】

【発明の効果】上記した本発明の請求項１によると、二
次バーナーに供給される二次燃料を、水噴霧または水蒸
気噴霧と混合して直ちに冷却でき、その結果、二次燃料
の着火時期を遅らせて、比較的低温中で緩慢な燃焼をす
ることができて、ＮＯｘの生成を抑制でき、高温炉にお
いても低ＮＯｘ化を図ることができる。

【００２４】また上記した本発明の請求項２によると、
二次ノズルから供給される二次燃料を、噴霧ノズル群か
らの水噴霧または水蒸気噴霧により、その周辺の全域か
ら十分にかつ均一状に混合して直ちに冷却できることに
なり、さらに低ＮＯｘ化を期待できる。

【００２５】そして上記した本発明の請求項３による
と、二次燃料のみのときよりも、ベンチュリーに噴射さ
れるエネルギーを増加できるため、燃焼排ガスの吸引量
を増すことができ、熱ＮＯｘの発生を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示し、燃料二段供
給式低ＮＯｘバーナーを装備した燃焼炉の要部の縦断面
図である。

【図２】同実験に使用された燃焼炉の概略縦断面図であ
る。

【図３】同実験結果であって、水冷壁面積割合とＮＯｘ
濃度，炉内温度の関係を示すグラフ図である。

【図４】本発明の別の実施の形態を示し、燃料二段供給
式低ＮＯｘバーナーにおける二次ノズルの周辺を示す側
面図である。

【図５】同燃料二段供給式低ＮＯｘバーナーにおける二
次ノズルの周辺を示す正面図である。

【図６】本発明のさらに別の実施の形態を示し、燃料二
段供給式低ＮＯｘバーナーにおける二次ノズルの周辺を
示す側面図である。

【図７】従来例を示し、燃料二段供給式低ＮＯｘバーナ
ーを装備した燃焼炉の縦断面図である。

【符号の説明】

１ 一次バーナー ２ 二次バーナー ３ バーナー ４ 一次ノズル ５ 二次ノズル ６ 焚口 ７ 焚口 ９ 噴霧ノズル 11 水噴霧または水蒸気噴霧 13 ベンチュリー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 和範 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 山崎 勝彦 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次バーナーと二次バーナーとを有し、
   この二次バーナーの周囲より水噴霧または水蒸気噴霧を
   行う構造としたことを特徴とする燃料二段供給式低ＮＯ
   ｘバーナー。
2. 【請求項２】 水噴霧または水蒸気噴霧を行う噴霧ノズ
   ルを、二次ノズルの周辺に複数個配列したことを特徴と
   する請求項１記載の燃料二段供給式低ＮＯｘバーナー。
3. 【請求項３】 二次バーナーの焚口にベンチュリーを設
   けたことを特徴とする請求項１記載の燃料二段供給式低
   ＮＯｘバーナー。