JPH11108308A - 水管ボイラおよびバーナ - Google Patents
水管ボイラおよびバーナInfo
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- JPH11108308A JPH11108308A JP9284347A JP28434797A JPH11108308A JP H11108308 A JPH11108308 A JP H11108308A JP 9284347 A JP9284347 A JP 9284347A JP 28434797 A JP28434797 A JP 28434797A JP H11108308 A JPH11108308 A JP H11108308A
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- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
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- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
- F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
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- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D17/00—Burners for combustion simultaneously or alternately of gaseous or liquid or pulverulent fuel
- F23D17/002—Burners for combustion simultaneously or alternately of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
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- F23D—BURNERS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 液体燃料の燃焼および気体燃料の燃焼のいず
れにおいても、低ＮＯx化および低ＣＯ化の実現を図
る。 【解決手段】 液体燃料と気体燃料とを切り替えて使用
するバーナ１０を備え、燃焼室９内において前記バーナ
１０からの燃焼反応中ガスの存在する領域に複数の水管
５を環状に配置したことを特徴とする。液体燃料と気体
燃料とを切り替えて使用するバーナ１０を備え、燃焼室
９内において前記バーナ１０からの燃焼反応中ガスの存
在する領域に複数の水管５を環状に配置して第一水管列
６を形成し、この第一水管列６の隣り合う水管５間に燃
焼反応中ガスの流通を許容する隙間１２を設け、前記第
一水管列６の周囲に燃焼反応を継続して行う領域１３を
設けたことを特徴とする。
れにおいても、低ＮＯx化および低ＣＯ化の実現を図
る。 【解決手段】 液体燃料と気体燃料とを切り替えて使用
するバーナ１０を備え、燃焼室９内において前記バーナ
１０からの燃焼反応中ガスの存在する領域に複数の水管
５を環状に配置したことを特徴とする。液体燃料と気体
燃料とを切り替えて使用するバーナ１０を備え、燃焼室
９内において前記バーナ１０からの燃焼反応中ガスの存
在する領域に複数の水管５を環状に配置して第一水管列
６を形成し、この第一水管列６の隣り合う水管５間に燃
焼反応中ガスの流通を許容する隙間１２を設け、前記第
一水管列６の周囲に燃焼反応を継続して行う領域１３を
設けたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】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などの水管
ボイラ、およびこの水管ボイラに用いるバーナに関する
ものである。
然循環式水管ボイラ、強制循環式水管ボイラなどの水管
ボイラ、およびこの水管ボイラに用いるバーナに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】水管ボイラは、水管によって缶体を構成
したボイラである。このような水管ボイラの缶体構造に
は、複数本の水管を環状に配列したものがある。この形
式の水管ボイラでは、環状の水管列で囲まれた円柱状の
空間を燃焼室としている。前記のような水管ボイラは、
前記燃焼室内で主に輻射による伝熱が行われ、燃焼室よ
りも下流側で主に対流による伝熱が行われる。
したボイラである。このような水管ボイラの缶体構造に
は、複数本の水管を環状に配列したものがある。この形
式の水管ボイラでは、環状の水管列で囲まれた円柱状の
空間を燃焼室としている。前記のような水管ボイラは、
前記燃焼室内で主に輻射による伝熱が行われ、燃焼室よ
りも下流側で主に対流による伝熱が行われる。
【０００３】近年では、このような水管ボイラについて
も一層の低ＮＯx 化および低ＣＯ化が要望されている。
低ＮＯx 化については、現状では、既存の缶体に低ＮＯ
x バーナを取り付けたり、排ガス再循環装置を取り付け
ることによって対処しており、また低ＣＯ化について
は、バーナの燃焼状態を調整することによって対処して
いる。
も一層の低ＮＯx 化および低ＣＯ化が要望されている。
低ＮＯx 化については、現状では、既存の缶体に低ＮＯ
x バーナを取り付けたり、排ガス再循環装置を取り付け
ることによって対処しており、また低ＣＯ化について
は、バーナの燃焼状態を調整することによって対処して
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、液体燃料の燃焼および気体燃料の燃焼の
いずれにおいても、低ＮＯx 化および低ＣＯ化の実現を
図ることである。
とする課題は、液体燃料の燃焼および気体燃料の燃焼の
いずれにおいても、低ＮＯx 化および低ＣＯ化の実現を
図ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、前記の課題
を解決するためになされたもので、まず低ＮＯx 化の実
現を図るため、液体燃料と気体燃料とを切り替えて使用
するバーナを備え、燃焼室内において前記バーナからの
燃焼反応中ガスの存在する領域に複数の水管を環状に配
置したことを特徴とする水管ボイラである。
を解決するためになされたもので、まず低ＮＯx 化の実
現を図るため、液体燃料と気体燃料とを切り替えて使用
するバーナを備え、燃焼室内において前記バーナからの
燃焼反応中ガスの存在する領域に複数の水管を環状に配
置したことを特徴とする水管ボイラである。
【０００６】つぎに、低ＮＯx 化と低ＣＯ化を同時に実
現するために、液体燃料と気体燃料とを切り替えて使用
するバーナを備え、燃焼室内において前記バーナからの
燃焼反応中ガスの存在する領域に複数の水管を環状に配
置して第一水管列を形成し、この第一水管列の隣り合う
水管間に燃焼反応中ガスの流通を許容する隙間を設け、
前記第一水管列の周囲に燃焼反応を継続して行う領域を
設けたことを特徴とする水管ボイラである。
現するために、液体燃料と気体燃料とを切り替えて使用
するバーナを備え、燃焼室内において前記バーナからの
燃焼反応中ガスの存在する領域に複数の水管を環状に配
置して第一水管列を形成し、この第一水管列の隣り合う
水管間に燃焼反応中ガスの流通を許容する隙間を設け、
前記第一水管列の周囲に燃焼反応を継続して行う領域を
設けたことを特徴とする水管ボイラである。
【０００７】また、上述の水管ボイラにおいて、前記バ
ーナが拡散燃焼バーナであることを特徴としている。
ーナが拡散燃焼バーナであることを特徴としている。
【０００８】さらに、この発明は、液体燃料と気体燃料
とを切り替えて使用するバーナであって、液体燃料用の
ノズルパイプを中心に断面略環状の流通路を有する気体
燃料供給管および筒状のエアレジスタを同軸状に配置
し、前記ノズルパイプと前記気体燃料供給管との間に第
一空気流路を形成し、前記気体燃料供給管と前記エアレ
ジスタとの間に第二空気流路を形成し、前記第一空気流
路の先端に第一バッフル板を設け、前記第二空気流路の
先端に第二バッフル板を設け、前記エアレジスタの先端
にテーパ部を形成したことを特徴とするバーナである。
そして、前記テーパ部の途中に前記第二バッフル板を配
置したことを特徴としており、また、前記気体燃料供給
管の先端部において、外方に気体燃料を噴出する外側噴
出口と、内方に気体燃料を噴出する内側噴出口を設けた
ことを特徴とするバーナである。
とを切り替えて使用するバーナであって、液体燃料用の
ノズルパイプを中心に断面略環状の流通路を有する気体
燃料供給管および筒状のエアレジスタを同軸状に配置
し、前記ノズルパイプと前記気体燃料供給管との間に第
一空気流路を形成し、前記気体燃料供給管と前記エアレ
ジスタとの間に第二空気流路を形成し、前記第一空気流
路の先端に第一バッフル板を設け、前記第二空気流路の
先端に第二バッフル板を設け、前記エアレジスタの先端
にテーパ部を形成したことを特徴とするバーナである。
そして、前記テーパ部の途中に前記第二バッフル板を配
置したことを特徴としており、また、前記気体燃料供給
管の先端部において、外方に気体燃料を噴出する外側噴
出口と、内方に気体燃料を噴出する内側噴出口を設けた
ことを特徴とするバーナである。
【０００９】また、この発明は、前記バーナを、上述の
水管ボイラのバーナに用いることを特徴としている。
水管ボイラのバーナに用いることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】この発明は、多管式の水管ボイラ
およびこの水管ボイラに用いるバーナとして実施され
る。さらに、この発明の水管ボイラは、蒸気ボイラや温
水ボイラのほか、熱媒を加熱する熱媒ボイラなどとして
適用される。
およびこの水管ボイラに用いるバーナとして実施され
る。さらに、この発明の水管ボイラは、蒸気ボイラや温
水ボイラのほか、熱媒を加熱する熱媒ボイラなどとして
適用される。
【００１１】まず、低ＮＯx 化の実現を図る発明につい
て説明すると、請求項１に記載の発明は、液体燃料と気
体燃料とを切り替えて使用するバーナを備え、燃焼室内
において前記バーナからの燃焼反応中ガスの存在する領
域（以下、「燃焼反応領域」という）に複数の水管を環
状に配置したものである。前記燃焼室とは、その内側の
一部または全部を燃焼反応を行わせる空間としたもの
で、水管列で区画される場合と、耐火物などで形成した
外壁で区画される場合とがある。前記燃焼反応中ガスと
は、前記燃焼室内において、燃焼反応が生じている最中
の高温のガスである。前記燃焼反応領域としては、好ま
しくは、燃焼反応中ガスに火炎が生じている領域または
燃焼反応中ガスの温度が９００℃以上の高温の燃焼反応
中ガスが存在する領域である。ここでいう火炎は、燃焼
反応が活発に行われている燃焼反応中ガスに生じる現象
である。この火炎は、目視できる場合もあるし、目視し
難い場合や目視できない場合もある。
て説明すると、請求項１に記載の発明は、液体燃料と気
体燃料とを切り替えて使用するバーナを備え、燃焼室内
において前記バーナからの燃焼反応中ガスの存在する領
域（以下、「燃焼反応領域」という）に複数の水管を環
状に配置したものである。前記燃焼室とは、その内側の
一部または全部を燃焼反応を行わせる空間としたもの
で、水管列で区画される場合と、耐火物などで形成した
外壁で区画される場合とがある。前記燃焼反応中ガスと
は、前記燃焼室内において、燃焼反応が生じている最中
の高温のガスである。前記燃焼反応領域としては、好ま
しくは、燃焼反応中ガスに火炎が生じている領域または
燃焼反応中ガスの温度が９００℃以上の高温の燃焼反応
中ガスが存在する領域である。ここでいう火炎は、燃焼
反応が活発に行われている燃焼反応中ガスに生じる現象
である。この火炎は、目視できる場合もあるし、目視し
難い場合や目視できない場合もある。
【００１２】したがって、請求項１に記載の発明におい
ては、前記燃焼反応領域に複数の水管を配置することに
より、燃焼反応中ガスを前記複数の水管によって冷却し
て温度を低下させ、サーマルＮＯx の生成を抑制する。
この理由は、ゼルドビッチ（Zeldovich)機構で説明され
ているように、サーマルＮＯx は、燃焼反応の温度が高
いほど、その生成速度が著しく増えて生成量も増加する
が、燃焼反応の温度が低いほど、その生成速度が減って
生成量が減少するためである。とくに、燃焼反応の温度
が１４００℃以下の場合には、サーマルＮＯx の生成速
度は著しく遅くなる。そして、請求項１に記載の発明に
よれば、複数の水管を環状に配置したものであるから、
燃焼反応中ガスは、各水管に接触して伝熱を行うため、
熱負荷をほぼ均一化でき、また、燃焼反応中ガスは各水
管によって冷却されるため、ＮＯx の低減作用も環状の
水管列の全周でほぼ均一に行われる。
ては、前記燃焼反応領域に複数の水管を配置することに
より、燃焼反応中ガスを前記複数の水管によって冷却し
て温度を低下させ、サーマルＮＯx の生成を抑制する。
この理由は、ゼルドビッチ（Zeldovich)機構で説明され
ているように、サーマルＮＯx は、燃焼反応の温度が高
いほど、その生成速度が著しく増えて生成量も増加する
が、燃焼反応の温度が低いほど、その生成速度が減って
生成量が減少するためである。とくに、燃焼反応の温度
が１４００℃以下の場合には、サーマルＮＯx の生成速
度は著しく遅くなる。そして、請求項１に記載の発明に
よれば、複数の水管を環状に配置したものであるから、
燃焼反応中ガスは、各水管に接触して伝熱を行うため、
熱負荷をほぼ均一化でき、また、燃焼反応中ガスは各水
管によって冷却されるため、ＮＯx の低減作用も環状の
水管列の全周でほぼ均一に行われる。
【００１３】また、請求項１に記載の発明は、複数の水
管を環状に配置しているが、この環状配置としては、複
数の水管を真円状に配置するほか、楕円状に配置するこ
ともできる。そして、前記複数の水管は、三角形、四角
形あるいはそれ以上の多角形の形状に配置することもで
きる。さらに、前記複数の水管を環状に配置する際に、
各水管の中心を結ぶ線が、凹凸を形成するように配置す
ることもできる。
管を環状に配置しているが、この環状配置としては、複
数の水管を真円状に配置するほか、楕円状に配置するこ
ともできる。そして、前記複数の水管は、三角形、四角
形あるいはそれ以上の多角形の形状に配置することもで
きる。さらに、前記複数の水管を環状に配置する際に、
各水管の中心を結ぶ線が、凹凸を形成するように配置す
ることもできる。
【００１４】そして、隣り合う水管間に、燃焼反応中ガ
スの流通を許容する隙間を設ける。この隙間は、この隙
間を通過する燃焼反応中ガスが、前記各水管によって冷
却されても燃焼反応を継続し得る幅を有しており、この
幅は少なくとも１mmは必要である。
スの流通を許容する隙間を設ける。この隙間は、この隙
間を通過する燃焼反応中ガスが、前記各水管によって冷
却されても燃焼反応を継続し得る幅を有しており、この
幅は少なくとも１mmは必要である。
【００１５】そして、前記環状に配置した水管の外側
に、熱回収水管を配置する。この熱回収水管は、前記各
水管の隙間を通過した燃焼反応中ガスおよび燃焼反応の
終了したガス（以下、「燃焼反応終了ガス」という）か
らさらに熱回収を行って、水管ボイラの効率を向上させ
る。
に、熱回収水管を配置する。この熱回収水管は、前記各
水管の隙間を通過した燃焼反応中ガスおよび燃焼反応の
終了したガス（以下、「燃焼反応終了ガス」という）か
らさらに熱回収を行って、水管ボイラの効率を向上させ
る。
【００１６】つぎに、低ＮＯx 化と低ＣＯ化の同時実現
を図る発明について説明すると、請求項２に記載の発明
は、液体燃料と気体燃料とを切り替えて使用するバーナ
を備え、燃焼室内において前記バーナからの燃焼反応中
ガスの存在する領域（以下、前記と同様「燃焼反応領
域」という）に複数の水管を環状に配置して第一水管列
を形成し、この第一水管列の隣り合う水管間に燃焼反応
中ガスの流通を許容する隙間を設けたものである。ここ
でいう燃焼室、燃焼反応中ガスおよび燃焼反応領域の意
味は、前記請求項１について説明したと同様であり、ま
た火炎についても同様である。
を図る発明について説明すると、請求項２に記載の発明
は、液体燃料と気体燃料とを切り替えて使用するバーナ
を備え、燃焼室内において前記バーナからの燃焼反応中
ガスの存在する領域（以下、前記と同様「燃焼反応領
域」という）に複数の水管を環状に配置して第一水管列
を形成し、この第一水管列の隣り合う水管間に燃焼反応
中ガスの流通を許容する隙間を設けたものである。ここ
でいう燃焼室、燃焼反応中ガスおよび燃焼反応領域の意
味は、前記請求項１について説明したと同様であり、ま
た火炎についても同様である。
【００１７】さて、請求項２に記載の発明においては、
前記燃焼反応領域に複数の水管を配置することにより、
燃焼反応中ガスを前記複数の水管によって冷却して温度
を低下させ、サーマルＮＯx の生成を抑制する。このと
き、燃焼反応中ガスは、水管間の隙間を流れるから、各
水管のより多くの表面と接触するため、前記した冷却に
よるＮＯx 低減の効果が向上する。この理由は、前記請
求項１について説明したと同様、ゼルドビッチ（Zeldov
ich)機構で説明されているとおりである。そして、請求
項２に記載の発明は、前記第一水管列の周囲に燃焼反応
を継続して行う領域（以下、「燃焼反応継続領域」とい
う）を設けたものである。この燃焼反応継続領域は、前
記第一水管列内側での燃焼反応の後、ＣＯやＨＣのよう
な燃焼反応の中間生成物や燃料の未燃分の燃焼反応が行
われる領域である。この燃焼反応継続領域には、前記隙
間から燃焼反応中ガスが流入し、この燃焼反応継続領域
を流通する過程において、燃焼反応中ガスに残留するＣ
ＯがＣＯ2 に酸化されるため、水管ボイラからのＣＯの
排出量が少なくなる。そして、請求項２に記載の発明に
よれば、複数の水管を環状に配置したものであるから、
燃焼反応中ガスは、各水管に接触して伝熱を行うため、
熱負荷をほぼ均一化でき、さらに燃焼反応中ガスは、各
水管によって冷却されるため、ＮＯx の低減作用も第一
水管列の全周でほぼ均一に行われる。ここにおいて、複
数の水管の環状配置としては、前記請求項１について説
明したように、真円状、楕円状、多角形形状などの配置
が可能で、さらに各水管の中心を結ぶ線が、凹凸を形成
するように配置することもできる。
前記燃焼反応領域に複数の水管を配置することにより、
燃焼反応中ガスを前記複数の水管によって冷却して温度
を低下させ、サーマルＮＯx の生成を抑制する。このと
き、燃焼反応中ガスは、水管間の隙間を流れるから、各
水管のより多くの表面と接触するため、前記した冷却に
よるＮＯx 低減の効果が向上する。この理由は、前記請
求項１について説明したと同様、ゼルドビッチ（Zeldov
ich)機構で説明されているとおりである。そして、請求
項２に記載の発明は、前記第一水管列の周囲に燃焼反応
を継続して行う領域（以下、「燃焼反応継続領域」とい
う）を設けたものである。この燃焼反応継続領域は、前
記第一水管列内側での燃焼反応の後、ＣＯやＨＣのよう
な燃焼反応の中間生成物や燃料の未燃分の燃焼反応が行
われる領域である。この燃焼反応継続領域には、前記隙
間から燃焼反応中ガスが流入し、この燃焼反応継続領域
を流通する過程において、燃焼反応中ガスに残留するＣ
ＯがＣＯ2 に酸化されるため、水管ボイラからのＣＯの
排出量が少なくなる。そして、請求項２に記載の発明に
よれば、複数の水管を環状に配置したものであるから、
燃焼反応中ガスは、各水管に接触して伝熱を行うため、
熱負荷をほぼ均一化でき、さらに燃焼反応中ガスは、各
水管によって冷却されるため、ＮＯx の低減作用も第一
水管列の全周でほぼ均一に行われる。ここにおいて、複
数の水管の環状配置としては、前記請求項１について説
明したように、真円状、楕円状、多角形形状などの配置
が可能で、さらに各水管の中心を結ぶ線が、凹凸を形成
するように配置することもできる。
【００１８】また、請求項２に記載の発明は、隣り合う
水管間に燃焼反応中ガスの流通を許容する隙間を設けて
あるが、この隙間は、この隙間を通過する燃焼反応中ガ
スが、前記各水管によって冷却されても燃焼反応を継続
し得る幅を有するものである。この幅は、少なくとも１
mmは必要である。そして、前記隙間は、隣り合う水管ご
とに形成する必要はなく、たとえば所定本数の水管を密
接させて配置し、この密接させた水管のグループ間に隙
間を設けることもできる。さらに、前記隙間は、全てを
同じ幅にする必要はなく、複数の水管を幅の広い隙間と
幅の狭い隙間ができるように環状に配置することもでき
る。
水管間に燃焼反応中ガスの流通を許容する隙間を設けて
あるが、この隙間は、この隙間を通過する燃焼反応中ガ
スが、前記各水管によって冷却されても燃焼反応を継続
し得る幅を有するものである。この幅は、少なくとも１
mmは必要である。そして、前記隙間は、隣り合う水管ご
とに形成する必要はなく、たとえば所定本数の水管を密
接させて配置し、この密接させた水管のグループ間に隙
間を設けることもできる。さらに、前記隙間は、全てを
同じ幅にする必要はなく、複数の水管を幅の広い隙間と
幅の狭い隙間ができるように環状に配置することもでき
る。
【００１９】そして、前記第一水管列の外側に複数の熱
回収水管を配置し、この熱回収水管を環状に配置して第
二水管列を形成する。前記第一水管列の外側に位置する
前記燃焼反応継続領域内では、燃焼反応中ガスは、ＣＯ
の酸化反応のほか、燃焼反応の中間生成物や燃料の未燃
分の反応が継続しているため、熱を生じている。そこ
で、前記各熱回収水管によって、これらの熱を含めて、
燃焼反応中ガスおよび前記燃焼反応終了ガスから熱回収
を行う。したがって、前記各熱回収水管によって熱の有
効利用を図ることができ、熱効率がさらに向上する。ま
た、第二水管列を環状に構成することによって、前記各
熱回収水管は、燃焼反応中ガスおよび前記燃焼反応終了
ガスとほぼ均等に接触し、それらのガスからほぼ均等に
熱回収を行うことができる。
回収水管を配置し、この熱回収水管を環状に配置して第
二水管列を形成する。前記第一水管列の外側に位置する
前記燃焼反応継続領域内では、燃焼反応中ガスは、ＣＯ
の酸化反応のほか、燃焼反応の中間生成物や燃料の未燃
分の反応が継続しているため、熱を生じている。そこ
で、前記各熱回収水管によって、これらの熱を含めて、
燃焼反応中ガスおよび前記燃焼反応終了ガスから熱回収
を行う。したがって、前記各熱回収水管によって熱の有
効利用を図ることができ、熱効率がさらに向上する。ま
た、第二水管列を環状に構成することによって、前記各
熱回収水管は、燃焼反応中ガスおよび前記燃焼反応終了
ガスとほぼ均等に接触し、それらのガスからほぼ均等に
熱回収を行うことができる。
【００２０】上述の水管ボイラにおいて、前記各水管に
接触した後の燃焼反応中ガスの温度が１４００℃以下と
なるように、前記複数の水管を前記燃焼室内に配置す
る。この配置により、燃焼反応中ガスの温度が低下して
サーマルＮＯx の発生が少なくなり、したがってボイラ
の低ＮＯx 化を達成することができる。
接触した後の燃焼反応中ガスの温度が１４００℃以下と
なるように、前記複数の水管を前記燃焼室内に配置す
る。この配置により、燃焼反応中ガスの温度が低下して
サーマルＮＯx の発生が少なくなり、したがってボイラ
の低ＮＯx 化を達成することができる。
【００２１】請求項３に記載の発明は、前記バーナとし
て拡散燃焼バーナを用いるものである。環状に配置した
前記水管の内側の空間で拡散燃焼が行われ、良好な燃焼
が維持される。特に、液体燃料の燃焼において、その効
果は顕著である。
て拡散燃焼バーナを用いるものである。環状に配置した
前記水管の内側の空間で拡散燃焼が行われ、良好な燃焼
が維持される。特に、液体燃料の燃焼において、その効
果は顕著である。
【００２２】請求項４に記載の発明は、バーナに関する
ものであり、このバーナは液体燃料と気体燃料とを切り
替えて使用する拡散燃焼バーナである。このバーナは、
液体燃料用のノズルパイプを中心に断面略環状の流通路
を有する気体燃料供給管および筒状のエアレジスタを同
軸状に配置する。前記ノズルパイプと前記気体燃料供給
管との間に第一空気流路を形成し、この第一空気流路を
一次空気が流通する。前記気体燃料供給管と前記エアレ
ジスタとの間に第二空気流路を形成し、この第二空気流
路を二次空気が流通する。前記第一空気流路の先端に第
一バッフル板を設け、前記第二空気流路の先端に第二バ
ッフル板を設け、これらのバッフル板で保炎する。前記
エアレジスタの先端に先細り形状のテーパ部を形成し、
二次空気の流れがバーナの中心方向に向かうようにす
る。これにより、二次空気と燃料との混合が促進され、
低ＣＯ化を実現することができる。
ものであり、このバーナは液体燃料と気体燃料とを切り
替えて使用する拡散燃焼バーナである。このバーナは、
液体燃料用のノズルパイプを中心に断面略環状の流通路
を有する気体燃料供給管および筒状のエアレジスタを同
軸状に配置する。前記ノズルパイプと前記気体燃料供給
管との間に第一空気流路を形成し、この第一空気流路を
一次空気が流通する。前記気体燃料供給管と前記エアレ
ジスタとの間に第二空気流路を形成し、この第二空気流
路を二次空気が流通する。前記第一空気流路の先端に第
一バッフル板を設け、前記第二空気流路の先端に第二バ
ッフル板を設け、これらのバッフル板で保炎する。前記
エアレジスタの先端に先細り形状のテーパ部を形成し、
二次空気の流れがバーナの中心方向に向かうようにす
る。これにより、二次空気と燃料との混合が促進され、
低ＣＯ化を実現することができる。
【００２３】請求項５に記載の発明は、前記テーパ部の
途中に前記第二バッフル板を配置するものである。これ
により、前記第二バッフル板とバーナ先端との距離を極
力短くして、前記第二バッフル板の下流位置での燃焼ガ
スの滞留時間を短くし、火炎からの輻射熱を受けてガス
温度が上昇するのを防止している。それに伴い、火炎温
度が上昇するのが防止され、低ＮＯx 化を実現すること
ができる。
途中に前記第二バッフル板を配置するものである。これ
により、前記第二バッフル板とバーナ先端との距離を極
力短くして、前記第二バッフル板の下流位置での燃焼ガ
スの滞留時間を短くし、火炎からの輻射熱を受けてガス
温度が上昇するのを防止している。それに伴い、火炎温
度が上昇するのが防止され、低ＮＯx 化を実現すること
ができる。
【００２４】請求項６に記載の発明は、前記気体燃料供
給管の先端部において、外方に気体燃料を噴出する外側
噴出口と、内方に気体燃料を噴出する内側噴出口を設け
たものである。前記内側噴出口から噴出した気体燃料
は、一次空気と混合して、前記第一バッフル板の下流位
置に小火炎を形成する。この小火炎が種火として作用し
て、火炎の安定性が向上する。
給管の先端部において、外方に気体燃料を噴出する外側
噴出口と、内方に気体燃料を噴出する内側噴出口を設け
たものである。前記内側噴出口から噴出した気体燃料
は、一次空気と混合して、前記第一バッフル板の下流位
置に小火炎を形成する。この小火炎が種火として作用し
て、火炎の安定性が向上する。
【００２５】請求項７に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載のバーナとして、前記バーナを適用した
ものである。液体燃料の燃焼および気体燃料の燃焼のい
ずれにおいても、低ＮＯx 化および低ＣＯ化を実現する
ボイラ構造と前記バーナとの組み合わせにより、より一
層、低ＮＯx 化および低ＣＯ化を達成することができ
る。
請求項２に記載のバーナとして、前記バーナを適用した
ものである。液体燃料の燃焼および気体燃料の燃焼のい
ずれにおいても、低ＮＯx 化および低ＣＯ化を実現する
ボイラ構造と前記バーナとの組み合わせにより、より一
層、低ＮＯx 化および低ＣＯ化を達成することができ
る。
【００２６】
【実施例】以下、この発明を多管式の貫流ボイラに適用
した実施例について、図１および図２を参照しながら説
明する。図１は、この発明の実施例の縦断面の説明図、
図２は、図１のII−II線に沿う断面の説明図である。
した実施例について、図１および図２を参照しながら説
明する。図１は、この発明の実施例の縦断面の説明図、
図２は、図１のII−II線に沿う断面の説明図である。
【００２７】図１および図２において、ボイラの缶体１
は、所定の距離を離して配置した上部管寄せ２および下
部管寄せ３を有している。この上部管寄せ２および下部
管寄せ３の外周間には、外壁４を配置している。
は、所定の距離を離して配置した上部管寄せ２および下
部管寄せ３を有している。この上部管寄せ２および下部
管寄せ３の外周間には、外壁４を配置している。
【００２８】前記上部管寄せ２と前記下部管寄せ３との
間には、複数（実施例では１０本）の水管５を環状に配
置してある。これらの水管５は、環状の第一水管列６を
構成している。そして、前記上部管寄せ２と前記下部管
寄せ３との間であって、前記外壁４の内周側近くには、
複数（第一実施例では３０本）の熱回収水管７を環状に
配置して、環状の第二水管列８を形成している。この第
二水管列８は、前記第一水管列６とで二重の環状水管列
を形成している。さらに、前記各水管５および前記各熱
回収水管７は、その各端部を前記上部管寄せ２および前
記下部管寄せ３のそれぞれに接続してある。
間には、複数（実施例では１０本）の水管５を環状に配
置してある。これらの水管５は、環状の第一水管列６を
構成している。そして、前記上部管寄せ２と前記下部管
寄せ３との間であって、前記外壁４の内周側近くには、
複数（第一実施例では３０本）の熱回収水管７を環状に
配置して、環状の第二水管列８を形成している。この第
二水管列８は、前記第一水管列６とで二重の環状水管列
を形成している。さらに、前記各水管５および前記各熱
回収水管７は、その各端部を前記上部管寄せ２および前
記下部管寄せ３のそれぞれに接続してある。
【００２９】ボイラの燃焼室９は、前記上部管寄せ２お
よび前記下部管寄せ３と前記第二水管列８によって画成
されている。そして、この燃焼室９の上方には、バーナ
１０を取り付けてある。このバーナ１０は、前記上部管
寄せ２の内方（中央部）から燃焼室９に向けて挿入して
あり、このバーナ１０の軸線１１と前記第一水管列６の
各水管５とは、ほぼ平行になっている。このバーナ１０
は、液体燃料と気体燃料とを択一的に切り替えて使用す
るバーナである。このバーナ１０には、液体燃料供給ラ
イン１８と気体燃料供給ライン１９を接続している。そ
して、燃料切替手段として、前記液体燃料供給ライン１
８に液体燃料２０を、前記気体燃料供給ライン１９に気
体燃料弁２１をそれぞれ設けている。
よび前記下部管寄せ３と前記第二水管列８によって画成
されている。そして、この燃焼室９の上方には、バーナ
１０を取り付けてある。このバーナ１０は、前記上部管
寄せ２の内方（中央部）から燃焼室９に向けて挿入して
あり、このバーナ１０の軸線１１と前記第一水管列６の
各水管５とは、ほぼ平行になっている。このバーナ１０
は、液体燃料と気体燃料とを択一的に切り替えて使用す
るバーナである。このバーナ１０には、液体燃料供給ラ
イン１８と気体燃料供給ライン１９を接続している。そ
して、燃料切替手段として、前記液体燃料供給ライン１
８に液体燃料２０を、前記気体燃料供給ライン１９に気
体燃料弁２１をそれぞれ設けている。
【００３０】さて、前記バーナ１０によって、前記燃焼
室９内には燃焼反応中ガスが存在する領域、すなわち燃
焼反応領域が形成されるが、この燃焼反応領域のうちの
火炎が存在する領域（以下、「火炎存在領域」という）
に前記第一水管列６を位置させてある。また、前記第一
水管列６は、前記各水管５に接触した後の燃焼反応中ガ
スの温度が１４００℃以下となるように、前記燃焼反応
領域に配置してある。さらに、前記第一水管列６におい
て、前記各水管５間には燃焼反応中ガスの流通を許容す
る隙間１２が形成されている。
室９内には燃焼反応中ガスが存在する領域、すなわち燃
焼反応領域が形成されるが、この燃焼反応領域のうちの
火炎が存在する領域（以下、「火炎存在領域」という）
に前記第一水管列６を位置させてある。また、前記第一
水管列６は、前記各水管５に接触した後の燃焼反応中ガ
スの温度が１４００℃以下となるように、前記燃焼反応
領域に配置してある。さらに、前記第一水管列６におい
て、前記各水管５間には燃焼反応中ガスの流通を許容す
る隙間１２が形成されている。
【００３１】そして、前記第一水管列６と前記第二水管
列８との間には、ＣＯやＨＣのような燃焼反応の中間生
成物および燃料の未燃分の燃焼反応が継続して行われる
領域（以下、「燃焼反応継続領域」という）１３を設け
ている。この燃焼反応継続領域１３内には、前記水管５
のような熱を吸収する部材は存在しない。
列８との間には、ＣＯやＨＣのような燃焼反応の中間生
成物および燃料の未燃分の燃焼反応が継続して行われる
領域（以下、「燃焼反応継続領域」という）１３を設け
ている。この燃焼反応継続領域１３内には、前記水管５
のような熱を吸収する部材は存在しない。
【００３２】前記第二水管列８において、隣り合う熱回
収水管７間の隙間（以下、「第二隙間」という）１４は
狭く、通常１〜４mmに設定してある。さらに、前記第二
水管列８の外周側においては、前記各熱回収水管７にそ
れぞれ伝熱ヒレ１５を取り付けてある。
収水管７間の隙間（以下、「第二隙間」という）１４は
狭く、通常１〜４mmに設定してある。さらに、前記第二
水管列８の外周側においては、前記各熱回収水管７にそ
れぞれ伝熱ヒレ１５を取り付けてある。
【００３３】さらに、前記外壁４には、排ガス出口１６
を設けてある。この排ガス出口１６は、前記外壁４と前
記第二水管列８との間の環状の排ガス流路１７と連通し
ている。
を設けてある。この排ガス出口１６は、前記外壁４と前
記第二水管列８との間の環状の排ガス流路１７と連通し
ている。
【００３４】以上の構成の貫流ボイラにおいて、前記バ
ーナ１０を作動させると、前記燃焼室９内には燃焼反応
中ガスが発生する。この燃焼反応中ガスの燃焼反応の初
期においては、燃料の分解が行われ、この後分解した燃
料と酸素が活発に反応する。そして、つぎの段階では、
この際の燃焼反応で生じたＣＯやＨＣのような中間生成
物がさらに反応し、そして燃焼反応が終った燃焼反応終
了ガスは、排ガスとして缶体１から排出される。前記燃
焼反応が活発に行われている領域では、通常火炎が生じ
る。
ーナ１０を作動させると、前記燃焼室９内には燃焼反応
中ガスが発生する。この燃焼反応中ガスの燃焼反応の初
期においては、燃料の分解が行われ、この後分解した燃
料と酸素が活発に反応する。そして、つぎの段階では、
この際の燃焼反応で生じたＣＯやＨＣのような中間生成
物がさらに反応し、そして燃焼反応が終った燃焼反応終
了ガスは、排ガスとして缶体１から排出される。前記燃
焼反応が活発に行われている領域では、通常火炎が生じ
る。
【００３５】さて、前記燃焼反応中ガスは、第一水管列
６の中心部をそのほぼ軸線方向に、前記下部管寄せ３側
に向けて広がりながら流動し、前記隙間１２から前記燃
焼反応継続領域１３へ流入する。したがって、火炎は、
図１に示すように、燃焼反応中ガスの流動に伴って、前
記第一水管列６の外側にまで形成される。そのため、前
記各水管５は、前記燃焼反応領域中の前記火炎存在領域
内に位置する。そして、この火炎を生じている燃焼反応
中ガスは、前記隙間１２を通過する際に前記各水管５内
部の被加熱流体との間で熱交換を行う。この火炎を生じ
ている燃焼反応中ガスは、この熱交換により急激に冷却
されて温度が低下するため、サーマルＮＯx の発生が抑
制される。ここで、前記第一水管列６は、環状の水管列
であるから、前記各水管５には、火炎を生じている燃焼
反応中ガスがほぼ均等に接触するため、前記各水管５に
おける熱負荷もほぼ均一になる。さらに、この燃焼反応
中ガスは、前記各水管５とほぼ均等に接触して冷却され
るため、前記各水管５によるＮＯx の低減作用もほぼ均
等になる。また、この結果、この燃焼反応中ガスにおい
ては、火炎の形成が少なくなる。
６の中心部をそのほぼ軸線方向に、前記下部管寄せ３側
に向けて広がりながら流動し、前記隙間１２から前記燃
焼反応継続領域１３へ流入する。したがって、火炎は、
図１に示すように、燃焼反応中ガスの流動に伴って、前
記第一水管列６の外側にまで形成される。そのため、前
記各水管５は、前記燃焼反応領域中の前記火炎存在領域
内に位置する。そして、この火炎を生じている燃焼反応
中ガスは、前記隙間１２を通過する際に前記各水管５内
部の被加熱流体との間で熱交換を行う。この火炎を生じ
ている燃焼反応中ガスは、この熱交換により急激に冷却
されて温度が低下するため、サーマルＮＯx の発生が抑
制される。ここで、前記第一水管列６は、環状の水管列
であるから、前記各水管５には、火炎を生じている燃焼
反応中ガスがほぼ均等に接触するため、前記各水管５に
おける熱負荷もほぼ均一になる。さらに、この燃焼反応
中ガスは、前記各水管５とほぼ均等に接触して冷却され
るため、前記各水管５によるＮＯx の低減作用もほぼ均
等になる。また、この結果、この燃焼反応中ガスにおい
ては、火炎の形成が少なくなる。
【００３６】そして、前記隙間１２を通過した燃焼反応
中ガスは、前記燃焼反応継続領域１３内を前記第二水管
列８に向けて流通する。この際、燃焼反応中ガスは、前
記第二水管列８に到達するまでは、前記各水管５のよう
な熱交換を行う部材との接触がなく、温度はあまり低下
しない。そのため、燃焼反応中ガスは、燃焼反応を継続
しながら、前記燃焼反応継続領域１３を流通し、その間
にＣＯからＣＯ2 への酸化反応が促進される。この燃焼
反応継続領域１３内では、前記酸化反応のほか、前記中
間生成物や燃料の未燃分などの酸化反応も行われる。
中ガスは、前記燃焼反応継続領域１３内を前記第二水管
列８に向けて流通する。この際、燃焼反応中ガスは、前
記第二水管列８に到達するまでは、前記各水管５のよう
な熱交換を行う部材との接触がなく、温度はあまり低下
しない。そのため、燃焼反応中ガスは、燃焼反応を継続
しながら、前記燃焼反応継続領域１３を流通し、その間
にＣＯからＣＯ2 への酸化反応が促進される。この燃焼
反応継続領域１３内では、前記酸化反応のほか、前記中
間生成物や燃料の未燃分などの酸化反応も行われる。
【００３７】そして、燃焼反応中ガスは、前記第二水管
列８に到達するまでに燃焼反応をほぼ終了した高温のガ
スとなり、前記第二隙間１４を通って前記排ガス流路１
７へ流入する。この燃焼反応中ガスが前記第二隙間１４
を通過する際には、前記各伝熱ヒレ１５によってより多
くの熱が前記各熱回収水管７内の被加熱流体に伝熱され
る。そして、前記第二隙間１４を通過し、前記排ガス流
路１７に流入した前記燃焼反応終了ガスは、前記第二水
管列８の外側から前記各熱回収水管７内の被加熱流体に
伝熱を行った後、前記排ガス出口１６から排ガスとして
ボイラ外に排出される。ここで、前記第二水管列８は、
複数の熱回収水管７からなる環状の水管列であるから、
燃焼反応中ガスおよび前記燃焼反応終了ガスは、前記各
熱回収水管７にほぼ均等に接触し、前記第二水管列８の
全体で、燃焼反応中ガスおよび前記燃焼反応終了ガスか
ら熱回収を行うため、前記第二水管列８においても前記
各熱回収水管７における熱負荷はほぼ均一になる。
列８に到達するまでに燃焼反応をほぼ終了した高温のガ
スとなり、前記第二隙間１４を通って前記排ガス流路１
７へ流入する。この燃焼反応中ガスが前記第二隙間１４
を通過する際には、前記各伝熱ヒレ１５によってより多
くの熱が前記各熱回収水管７内の被加熱流体に伝熱され
る。そして、前記第二隙間１４を通過し、前記排ガス流
路１７に流入した前記燃焼反応終了ガスは、前記第二水
管列８の外側から前記各熱回収水管７内の被加熱流体に
伝熱を行った後、前記排ガス出口１６から排ガスとして
ボイラ外に排出される。ここで、前記第二水管列８は、
複数の熱回収水管７からなる環状の水管列であるから、
燃焼反応中ガスおよび前記燃焼反応終了ガスは、前記各
熱回収水管７にほぼ均等に接触し、前記第二水管列８の
全体で、燃焼反応中ガスおよび前記燃焼反応終了ガスか
ら熱回収を行うため、前記第二水管列８においても前記
各熱回収水管７における熱負荷はほぼ均一になる。
【００３８】以上の説明において、燃焼反応中ガスの流
れは、前記第一水管列６の径方向についてのものである
が、つぎに前記第一水管列６の軸線方向について注目し
て説明する。燃焼反応中ガスは、前述のように、前記第
一水管列６の中心部を、そのほぼ軸線方向に、前記下部
管寄せ３側に向けて広がりながら流動しているため、こ
の燃焼反応中ガスの下流側ほど、前記各水管５への伝熱
によって温度が低下している。そのため、サーマルＮＯ
x の生成が抑制される。また、前記第一実施例は、貫流
ボイラであるため、被加熱流体が前記下部管寄せ３から
前記各水管５および前記各熱回収水管７内に供給され、
前記各水管５および前記各熱回収水管７内を加熱されな
がら上昇し、前記上部管寄せ２から蒸気として取り出さ
れる。
れは、前記第一水管列６の径方向についてのものである
が、つぎに前記第一水管列６の軸線方向について注目し
て説明する。燃焼反応中ガスは、前述のように、前記第
一水管列６の中心部を、そのほぼ軸線方向に、前記下部
管寄せ３側に向けて広がりながら流動しているため、こ
の燃焼反応中ガスの下流側ほど、前記各水管５への伝熱
によって温度が低下している。そのため、サーマルＮＯ
x の生成が抑制される。また、前記第一実施例は、貫流
ボイラであるため、被加熱流体が前記下部管寄せ３から
前記各水管５および前記各熱回収水管７内に供給され、
前記各水管５および前記各熱回収水管７内を加熱されな
がら上昇し、前記上部管寄せ２から蒸気として取り出さ
れる。
【００３９】つぎに、この実施例の水管ボイラについて
さらに具体的に説明する。この実施例は、蒸発量が毎時
５００〜４０００kgの貫流ボイラとして実施したもので
ある。この実施例の貫流ボイラでは、水管５の外径Ｂを
約６０mmとしている。通常、貫流ボイラでは、２５〜８
０mm程度の外径Ｂの水管５を用いるが、一般的に水管ボ
イラ全般においては、２０〜１００mm程度の外径Ｂの水
管５を用いる。そして、この実施例では、前記のよう
に、複数の水管５を真円状に配置する際のピッチ円の直
径Ｄを約３４４mmとしてある。この直径Ｄは、最低でも
１００mmは必要である。すなわち、この直径Ｄが、これ
以上小さいと、第一水管列６の内周側の空間が小さくな
って安定した燃焼反応を継続し難くなる。一方、前記直
径Ｄが大きいと、第一水管列６の内周側の空間が大きく
なり、その内部にサーマルＮＯx の生成を促進する高温
の領域が発生し易くなる。そのため、前記直径Ｄの上限
値は、この点を考慮して決定する。また、前記直径Ｄの
上限値は、必要とするボイラの蒸発量に応じて決定す
る。たとえば、蒸発量が毎時４０００kgの水管ボイラで
は、その前記直径Ｄは、１０００mmが上限となる。
さらに具体的に説明する。この実施例は、蒸発量が毎時
５００〜４０００kgの貫流ボイラとして実施したもので
ある。この実施例の貫流ボイラでは、水管５の外径Ｂを
約６０mmとしている。通常、貫流ボイラでは、２５〜８
０mm程度の外径Ｂの水管５を用いるが、一般的に水管ボ
イラ全般においては、２０〜１００mm程度の外径Ｂの水
管５を用いる。そして、この実施例では、前記のよう
に、複数の水管５を真円状に配置する際のピッチ円の直
径Ｄを約３４４mmとしてある。この直径Ｄは、最低でも
１００mmは必要である。すなわち、この直径Ｄが、これ
以上小さいと、第一水管列６の内周側の空間が小さくな
って安定した燃焼反応を継続し難くなる。一方、前記直
径Ｄが大きいと、第一水管列６の内周側の空間が大きく
なり、その内部にサーマルＮＯx の生成を促進する高温
の領域が発生し易くなる。そのため、前記直径Ｄの上限
値は、この点を考慮して決定する。また、前記直径Ｄの
上限値は、必要とするボイラの蒸発量に応じて決定す
る。たとえば、蒸発量が毎時４０００kgの水管ボイラで
は、その前記直径Ｄは、１０００mmが上限となる。
【００４０】また、この実施例では、第一水管列６にお
ける隣り合う水管５の中心間距離Ａを約１０６mmとして
あり、この中心間距離Ａと水管５の外径Ｂとの比Ａ／Ｂ
を１．８としている。そして、この実施例のように、各
水管５間に隙間１２を設ける場合、この隙間１２の幅Ｃ
は、燃焼反応中ガスが各水管５による冷却によって燃焼
反応が停止しないような値に設定する。この場合の隙間
１２の幅Ｃは、少なくとも１mmは必要である。したがっ
て、隣り合う水管５間に隙間１２を設ける場合、前記比
Ａ／Ｂは、１＜Ａ／Ｂ≦２に設定している。この比Ａ／
Ｂは、低ＮＯx化の要求の度合に応じて変えることがで
きる。この点において、実施例における前記隙間１２の
幅Ｃは、前記中心間距離Ａと前記外径Ｂとの差に等し
く、約４６mmである。
ける隣り合う水管５の中心間距離Ａを約１０６mmとして
あり、この中心間距離Ａと水管５の外径Ｂとの比Ａ／Ｂ
を１．８としている。そして、この実施例のように、各
水管５間に隙間１２を設ける場合、この隙間１２の幅Ｃ
は、燃焼反応中ガスが各水管５による冷却によって燃焼
反応が停止しないような値に設定する。この場合の隙間
１２の幅Ｃは、少なくとも１mmは必要である。したがっ
て、隣り合う水管５間に隙間１２を設ける場合、前記比
Ａ／Ｂは、１＜Ａ／Ｂ≦２に設定している。この比Ａ／
Ｂは、低ＮＯx化の要求の度合に応じて変えることがで
きる。この点において、実施例における前記隙間１２の
幅Ｃは、前記中心間距離Ａと前記外径Ｂとの差に等し
く、約４６mmである。
【００４１】さらに、この実施例におけるバーナ１０
は、空気比を１．３に設定したものであり、この場合、
燃焼反応中ガスの最高温度は、ほぼ１７００℃である。
ここで、水管ボイラ用のバーナでは、一般に空気比を
１．１〜１．３の範囲に設定して燃焼させており、この
場合の燃焼反応中ガスの最高温度は、空気比が１．１〜
１．２の範囲でほぼ１８００℃であり、空気比が１．２
〜１．３の範囲でほぼ１７００℃である。
は、空気比を１．３に設定したものであり、この場合、
燃焼反応中ガスの最高温度は、ほぼ１７００℃である。
ここで、水管ボイラ用のバーナでは、一般に空気比を
１．１〜１．３の範囲に設定して燃焼させており、この
場合の燃焼反応中ガスの最高温度は、空気比が１．１〜
１．２の範囲でほぼ１８００℃であり、空気比が１．２
〜１．３の範囲でほぼ１７００℃である。
【００４２】前記のように、各水管５の中心間距離Ａや
外径Ｂなどを設定することにより、前記隙間１２を通過
した時点での燃焼反応中ガスの温度は、前記各水管５に
よる冷却によって、ほぼ１１００℃まで低下する。この
温度は、サーマルＮＯx の生成量が大幅に少なくなる温
度（ほぼ１４００℃）以下である。そのため、ＮＯxの
排出量の少ない貫流ボイラとすることができる。ちなみ
に、第一実施例の貫流ボイラのＮＯx の排出量は、Ｏ2
０％換算で３０ppm 程度である。そして、この温度は、
ＣＯからＣＯ2 への酸化反応が活発に行われる温度（ほ
ぼ８００℃）以上である。そのため、燃焼反応中ガス
が、前記燃焼反応継続領域１３内を流通する際に、ＣＯ
からＣＯ2 への酸化反応が活発に行われることになり、
ＣＯの排出量の少ない貫流ボイラとすることができる。
外径Ｂなどを設定することにより、前記隙間１２を通過
した時点での燃焼反応中ガスの温度は、前記各水管５に
よる冷却によって、ほぼ１１００℃まで低下する。この
温度は、サーマルＮＯx の生成量が大幅に少なくなる温
度（ほぼ１４００℃）以下である。そのため、ＮＯxの
排出量の少ない貫流ボイラとすることができる。ちなみ
に、第一実施例の貫流ボイラのＮＯx の排出量は、Ｏ2
０％換算で３０ppm 程度である。そして、この温度は、
ＣＯからＣＯ2 への酸化反応が活発に行われる温度（ほ
ぼ８００℃）以上である。そのため、燃焼反応中ガス
が、前記燃焼反応継続領域１３内を流通する際に、ＣＯ
からＣＯ2 への酸化反応が活発に行われることになり、
ＣＯの排出量の少ない貫流ボイラとすることができる。
【００４３】以上のように、この実施例の貫流ボイラに
おいては、前記第一水管列６の隙間１２から流出した燃
焼反応中ガスの温度をほぼ１１００℃に制御している
が、低ＮＯx 化および低ＣＯ化の要求の度合に応じて８
００〜１４００℃の範囲内に制御する。ここで、前記隙
間１２から流出する燃焼反応中ガスの温度は、低ＮＯx
化の観点からはなるべく低い方が好ましく、低ＣＯ化の
観点からはなるべく高い方が好ましい。この点におい
て、前記温度は９００〜１３００℃の範囲とするのがよ
り好ましい。
おいては、前記第一水管列６の隙間１２から流出した燃
焼反応中ガスの温度をほぼ１１００℃に制御している
が、低ＮＯx 化および低ＣＯ化の要求の度合に応じて８
００〜１４００℃の範囲内に制御する。ここで、前記隙
間１２から流出する燃焼反応中ガスの温度は、低ＮＯx
化の観点からはなるべく低い方が好ましく、低ＣＯ化の
観点からはなるべく高い方が好ましい。この点におい
て、前記温度は９００〜１３００℃の範囲とするのがよ
り好ましい。
【００４４】そして、この実施例では、前記第一水管列
６と前記第二水管列８との径方向の間隔Ｅを、前記燃焼
反応継続領域１３の幅として設定してある。前記間隔Ｅ
は、約８４mmであり、前記外径Ｂの１．４倍である。こ
のように、前記間隔Ｅを設定することにより、前記燃焼
反応継続領域１３内における燃焼反応中ガスの滞留時間
を約４７ミリ秒に調整してある。この場合において、Ｃ
Ｏの排出量は、１５ppm 程度である。すなわち、前記酸
化反応を確実に生じさせるためには、燃焼反応中ガスの
温度をある温度（ほぼ８００℃）以上に保つと同時に、
一定以上の反応時間が必要である。この反応時間は、燃
焼反応中ガスの温度が高いほど短く、逆に低いほど長く
必要である。そこで、前記隙間１２から流出する燃焼反
応中ガスの温度に応じて前記間隔Ｅの設定値を変更し、
前記燃焼反応継続領域１３内における燃焼反応中ガスの
滞留時間を調整する。また、前記隙間１２の個数や幅Ｃ
に応じて、前記間隔Ｅを変更する。この滞留時間の下限
は、１〜１０ミリ秒の範囲から選択する。そのため、前
記間隔Ｅは、前記外径Ｂの０．５倍程度が下限となる。
また、前記滞留時間は、長めに設定するのが低ＣＯ化の
点で有利であるが、低ＣＯ化やボイラの小型化の要求の
度合に応じて決定する。この場合、前記間隔Ｅの上限
は、前記外径Ｂの６倍程度が好適である。
６と前記第二水管列８との径方向の間隔Ｅを、前記燃焼
反応継続領域１３の幅として設定してある。前記間隔Ｅ
は、約８４mmであり、前記外径Ｂの１．４倍である。こ
のように、前記間隔Ｅを設定することにより、前記燃焼
反応継続領域１３内における燃焼反応中ガスの滞留時間
を約４７ミリ秒に調整してある。この場合において、Ｃ
Ｏの排出量は、１５ppm 程度である。すなわち、前記酸
化反応を確実に生じさせるためには、燃焼反応中ガスの
温度をある温度（ほぼ８００℃）以上に保つと同時に、
一定以上の反応時間が必要である。この反応時間は、燃
焼反応中ガスの温度が高いほど短く、逆に低いほど長く
必要である。そこで、前記隙間１２から流出する燃焼反
応中ガスの温度に応じて前記間隔Ｅの設定値を変更し、
前記燃焼反応継続領域１３内における燃焼反応中ガスの
滞留時間を調整する。また、前記隙間１２の個数や幅Ｃ
に応じて、前記間隔Ｅを変更する。この滞留時間の下限
は、１〜１０ミリ秒の範囲から選択する。そのため、前
記間隔Ｅは、前記外径Ｂの０．５倍程度が下限となる。
また、前記滞留時間は、長めに設定するのが低ＣＯ化の
点で有利であるが、低ＣＯ化やボイラの小型化の要求の
度合に応じて決定する。この場合、前記間隔Ｅの上限
は、前記外径Ｂの６倍程度が好適である。
【００４５】次に、この発明のバーナの実施例につい
て、図３および図４を参照しながら説明する。図３は、
この発明におけるバーナの実施例の縦断面の説明図、図
４は、図３の底面の説明図である。
て、図３および図４を参照しながら説明する。図３は、
この発明におけるバーナの実施例の縦断面の説明図、図
４は、図３の底面の説明図である。
【００４６】バーナ１０は、その中央に液体燃料用のノ
ズルパイプ２２を備え、このノズルパイプ２２を中心に
断面略環状の流通路を有する気体燃料供給管２３および
円筒状のエアレジスタ２４を同軸状に配置している。前
記ノズルパイプ２２と前記気体燃料供給管２３との間に
一次空気が流通する第一空気流路２５を形成し、前記気
体燃料供給管２３と前記エアレジスタ２４との間に二次
空気が流通する第二空気流路２６を形成している。これ
らの燃焼用空気は、送風機（図示省略）により供給す
る。一次空気と二次空気の割合は、一次空気を１０〜２
０％に、二次空気を９０〜８０％に設定している。液体
燃料と気体燃料とは択一的に切り替えて供給する。
ズルパイプ２２を備え、このノズルパイプ２２を中心に
断面略環状の流通路を有する気体燃料供給管２３および
円筒状のエアレジスタ２４を同軸状に配置している。前
記ノズルパイプ２２と前記気体燃料供給管２３との間に
一次空気が流通する第一空気流路２５を形成し、前記気
体燃料供給管２３と前記エアレジスタ２４との間に二次
空気が流通する第二空気流路２６を形成している。これ
らの燃焼用空気は、送風機（図示省略）により供給す
る。一次空気と二次空気の割合は、一次空気を１０〜２
０％に、二次空気を９０〜８０％に設定している。液体
燃料と気体燃料とは択一的に切り替えて供給する。
【００４７】前記ノズルパイプ２２の先端には、液体燃
料噴霧用のノズルチップ２７を２個設けている。高燃焼
のときは両方のノズルチップ２７から液体燃料を噴霧
し、低燃焼のときは片方のノズルチップ２７から液体燃
料を噴霧する。前記第一空気流路２５の先端、すなわち
前記ノズルチップ２７の下流位置に、第一バッフル板２
８を設けている。この第一バッフル板２８は、中央に開
口部３４を備え、その周囲に６個の旋回羽根３５を備え
ている。前記第二空気流路２６の先端には、第二バッフ
ル板２９を設けている。この第二バッフル板２９は、そ
の外周部に、周方向にほぼ均等に６つの切り欠き部３０
を設けている。この切り欠き部３０を二次空気が流通す
る（流速は３０〜５０ｍ／ｓ）。二次空気をこの切り欠
き部３０により分割して燃料に供給することにより、分
割火炎が形成され、低ＮＯx 化を実現することができ
る。
料噴霧用のノズルチップ２７を２個設けている。高燃焼
のときは両方のノズルチップ２７から液体燃料を噴霧
し、低燃焼のときは片方のノズルチップ２７から液体燃
料を噴霧する。前記第一空気流路２５の先端、すなわち
前記ノズルチップ２７の下流位置に、第一バッフル板２
８を設けている。この第一バッフル板２８は、中央に開
口部３４を備え、その周囲に６個の旋回羽根３５を備え
ている。前記第二空気流路２６の先端には、第二バッフ
ル板２９を設けている。この第二バッフル板２９は、そ
の外周部に、周方向にほぼ均等に６つの切り欠き部３０
を設けている。この切り欠き部３０を二次空気が流通す
る（流速は３０〜５０ｍ／ｓ）。二次空気をこの切り欠
き部３０により分割して燃料に供給することにより、分
割火炎が形成され、低ＮＯx 化を実現することができ
る。
【００４８】前記エアレジスタ２４の先端にテーパ部３
１を形成し、前記エアレジスタ２４の先端を先細り形状
にしている。テーパ角度は約２０度に設定している。こ
の構造により、二次空気の流れがバーナ１０の中心方向
に向かう流れとなり、二次空気と燃料との混合が促進さ
れ、低ＣＯ化を実現することができる。
１を形成し、前記エアレジスタ２４の先端を先細り形状
にしている。テーパ角度は約２０度に設定している。こ
の構造により、二次空気の流れがバーナ１０の中心方向
に向かう流れとなり、二次空気と燃料との混合が促進さ
れ、低ＣＯ化を実現することができる。
【００４９】前記第二バッフル板２９は、前記テーパ部
３１の途中に配置している。そうすることにより、前記
テーパ部３１によりバーナの中心方向の流れを得た後の
二次空気を分割して、二次空気の中心方向への流れを損
なうことなく、二次空気の分割を行うことができる。ま
た、前記第二バッフル板２９とバーナ１０先端との距離
を極力短くして、前記第二バッフル板２９の下流位置で
の燃焼ガスの滞留時間を短くし、火炎からの輻射熱を受
けてガス温度が上昇するのを防止している。それに伴
い、火炎温度が上昇するのが防止され、低ＮＯx 化を実
現することができる。
３１の途中に配置している。そうすることにより、前記
テーパ部３１によりバーナの中心方向の流れを得た後の
二次空気を分割して、二次空気の中心方向への流れを損
なうことなく、二次空気の分割を行うことができる。ま
た、前記第二バッフル板２９とバーナ１０先端との距離
を極力短くして、前記第二バッフル板２９の下流位置で
の燃焼ガスの滞留時間を短くし、火炎からの輻射熱を受
けてガス温度が上昇するのを防止している。それに伴
い、火炎温度が上昇するのが防止され、低ＮＯx 化を実
現することができる。
【００５０】前記気体燃料供給管２３の先端部において
は、外方に気体燃料を噴出する外側噴出口３２と、内方
に気体燃料を噴出する内側噴出口３３を設けている。こ
れらの外側噴出口３２および内側噴出口３３は、周方向
に複数個設けてあり、外側噴出口３２の開口面積を内側
噴出口３３の開口面積より大きくしている。前記外側噴
出口３２を前記第二バッフル板２９の下流位置に設けて
いるので、気体燃料を高い圧力で供給する必要がなく、
低圧での供給が可能になっている。また、前記内側噴出
口３３から噴出した気体燃料は、一次空気と混合して、
前記第一バッフル板２８の下流位置に小火炎を形成す
る。この小火炎が種火として作用して、火炎の安定性が
向上する。
は、外方に気体燃料を噴出する外側噴出口３２と、内方
に気体燃料を噴出する内側噴出口３３を設けている。こ
れらの外側噴出口３２および内側噴出口３３は、周方向
に複数個設けてあり、外側噴出口３２の開口面積を内側
噴出口３３の開口面積より大きくしている。前記外側噴
出口３２を前記第二バッフル板２９の下流位置に設けて
いるので、気体燃料を高い圧力で供給する必要がなく、
低圧での供給が可能になっている。また、前記内側噴出
口３３から噴出した気体燃料は、一次空気と混合して、
前記第一バッフル板２８の下流位置に小火炎を形成す
る。この小火炎が種火として作用して、火炎の安定性が
向上する。
【００５１】前記バーナ１０の動作を説明する。液体燃
料供給時においては、前記ノズルチップ２７の先端より
液体燃料が噴霧され、まず前記第一空気流路２５からの
一次空気と混合し、続いて前記第二空気流路２６からの
二次空気と混合して、前記第一バッフル板２８の下流位
置に火炎が形成される。二次空気は、前記第二バッフル
板により分割して供給され、分割火炎が形成されるの
で、低ＮＯx 化を達成することができる。また、前記エ
アレジスタ２４のテーパ部３１の作用により、二次空気
と液体燃料の混合が促進され、低ＣＯ化を達成すること
ができる。
料供給時においては、前記ノズルチップ２７の先端より
液体燃料が噴霧され、まず前記第一空気流路２５からの
一次空気と混合し、続いて前記第二空気流路２６からの
二次空気と混合して、前記第一バッフル板２８の下流位
置に火炎が形成される。二次空気は、前記第二バッフル
板により分割して供給され、分割火炎が形成されるの
で、低ＮＯx 化を達成することができる。また、前記エ
アレジスタ２４のテーパ部３１の作用により、二次空気
と液体燃料の混合が促進され、低ＣＯ化を達成すること
ができる。
【００５２】一方、気体燃料供給時においては、前記外
側噴出口３２および前記内側噴出口３３より気体燃料が
噴出し、前記内側噴出口３３から噴出した気体燃料は、
前記第一空気流路２５からの一次空気と混合し、前記第
一バッフル板２８の下流位置に小火炎が形成される。こ
の小火炎は、種火として作用し、保炎性が向上する。前
記外側噴出口３２から噴出した気体燃料は、前記第二空
気流路２６からの二次空気と混合して、前記第二バッフ
ル板２９の下流位置に大火炎が形成される。二次空気
は、前記第二バッフル板により分割して供給され、分割
火炎が形成されるので、低ＮＯx 化を達成することがで
きる。また、前記エアレジスタ２４のテーパ部３１の作
用により、二次空気と気体燃料の混合が促進され、低Ｃ
Ｏ化を達成することができる。
側噴出口３２および前記内側噴出口３３より気体燃料が
噴出し、前記内側噴出口３３から噴出した気体燃料は、
前記第一空気流路２５からの一次空気と混合し、前記第
一バッフル板２８の下流位置に小火炎が形成される。こ
の小火炎は、種火として作用し、保炎性が向上する。前
記外側噴出口３２から噴出した気体燃料は、前記第二空
気流路２６からの二次空気と混合して、前記第二バッフ
ル板２９の下流位置に大火炎が形成される。二次空気
は、前記第二バッフル板により分割して供給され、分割
火炎が形成されるので、低ＮＯx 化を達成することがで
きる。また、前記エアレジスタ２４のテーパ部３１の作
用により、二次空気と気体燃料の混合が促進され、低Ｃ
Ｏ化を達成することができる。
【００５３】前記バーナ１０は、上述の貫流ボイラのバ
ーナとして採用し、両者の低ＮＯxおよび低ＣＯの効果
により、より一層、低ＮＯx 化および低ＣＯ化を図るこ
とができる。また、前記バーナ１０は、液体燃料と気体
燃料とを択一的に切り替えて使用するので、燃料供給の
変化により、何れかの燃料の供給が不可能となっても、
他の燃料に切り替えることで運転を継続することができ
る。例えば、災害や事故などにより、気体燃料の供給網
が遮断されても、液体燃料を使用することで運転を継続
することができる。
ーナとして採用し、両者の低ＮＯxおよび低ＣＯの効果
により、より一層、低ＮＯx 化および低ＣＯ化を図るこ
とができる。また、前記バーナ１０は、液体燃料と気体
燃料とを択一的に切り替えて使用するので、燃料供給の
変化により、何れかの燃料の供給が不可能となっても、
他の燃料に切り替えることで運転を継続することができ
る。例えば、災害や事故などにより、気体燃料の供給網
が遮断されても、液体燃料を使用することで運転を継続
することができる。
【００５４】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、液体
燃料の燃焼および気体燃料の燃焼のいずれにおいても、
一層の低ＮＯx 化を図ることができるとともに、低ＮＯ
x 化と低ＣＯ化を同時に達成し、環境問題に対応したク
リーンな排ガスの水管ボイラおよびバーナを提供でき
る。
燃料の燃焼および気体燃料の燃焼のいずれにおいても、
一層の低ＮＯx 化を図ることができるとともに、低ＮＯ
x 化と低ＣＯ化を同時に達成し、環境問題に対応したク
リーンな排ガスの水管ボイラおよびバーナを提供でき
る。
【図１】この発明における水管ボイラの実施例の縦断面
の説明図である。
の説明図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面の説明図である。
【図３】この発明におけるバーナの実施例の縦断面の説
明図である。
明図である。
【図４】図３の底面の説明図である。
１ 缶体 ２ 上部管寄せ ３ 下部管寄せ ４ 外壁 ５ 水管 ６ 第一水管列 ７ 熱回収水管 ８ 第二水管列 ９ 燃焼室 １０ バーナ １１ 軸線 １２ 隙間 １３ 燃焼反応継続領域 １４ 第二隙間 ２２ ノズルパイプ ２３ 気体燃料供給管 ２４ エアレジスタ ２５ 第一空気流路 ２６ 第二空気流路 ２７ ノズルチップ ２８ 第一バッフル板 ２９ 第二バッフル板 ３０ 切り欠き部 ３１ テーパ部 ３２ 外側噴出口 ３３ 内側噴出口 Ａ 隣り合う水管の中心間の距離 Ｂ 水管の外径 Ｃ 隙間の幅 Ｅ 燃焼反応継続領域の幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ２３Ｄ 17/00 １０１ Ｆ２３Ｄ 17/00 １０１
Claims (7)
- 【請求項１】 液体燃料と気体燃料とを切り替えて使用
するバーナ１０を備え、燃焼室９内において前記バーナ
１０からの燃焼反応中ガスの存在する領域に複数の水管
５を環状に配置したことを特徴とする水管ボイラ。 - 【請求項２】 液体燃料と気体燃料とを切り替えて使用
するバーナ１０を備え、燃焼室９内において前記バーナ
１０からの燃焼反応中ガスの存在する領域に複数の水管
５を環状に配置して第一水管列６を形成し、この第一水
管列６の隣り合う水管５間に燃焼反応中ガスの流通を許
容する隙間１２を設け、前記第一水管列６の周囲に燃焼
反応を継続して行う領域１３を設けたことを特徴とする
水管ボイラ。 - 【請求項３】 前記バーナ１０が拡散燃焼バーナである
ことを特徴とする請求項１または請求項４に記載の水管
ボイラ。 - 【請求項４】 液体燃料と気体燃料とを切り替えて使用
するバーナであって、液体燃料用のノズルパイプ２２を
中心に断面略環状の流通路を有する気体燃料供給管２３
および筒状のエアレジスタ２４を同軸状に配置し、前記
ノズルパイプ２２と前記気体燃料供給管２３との間に第
一空気流路２５を形成し、前記気体燃料供給管２３と前
記エアレジスタ２４との間を第二空気流路２６を形成
し、前記第一空気流路２５の先端に第一バッフル板２８
を設け、前記第二空気流路２６の先端に第二バッフル板
２９を設け、前記エアレジスタ２４の先端にテーパ部３
１を形成したことを特徴とするバーナ。 - 【請求項５】 前記テーパ部３１の途中に前記第二バッ
フル板２９を配置したことを特徴とする請求項４に記載
のバーナ。 - 【請求項６】 前記気体燃料供給管２３の先端部におい
て、外方に気体燃料を噴出する外側噴出口３２と、内方
に気体燃料を噴出する内側噴出口３３を設けたことを特
徴とする請求項４に記載のバーナ。 - 【請求項７】 請求項１または請求項２に記載のバーナ
１０が請求項４に記載のバーナであることを特徴とする
水管ボイラ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9284347A JPH11108308A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 水管ボイラおよびバーナ |
| CA002226019A CA2226019C (en) | 1997-09-30 | 1997-12-23 | Water-tube boiler and burner |
| US08/997,853 US6041743A (en) | 1997-09-30 | 1997-12-24 | Water-tube boiler and burner |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9284347A JPH11108308A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 水管ボイラおよびバーナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11108308A true JPH11108308A (ja) | 1999-04-23 |
Family
ID=17677412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9284347A Pending JPH11108308A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 水管ボイラおよびバーナ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6041743A (ja) |
| JP (1) | JPH11108308A (ja) |
| CA (1) | CA2226019C (ja) |
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| US11371695B2 (en) | 2019-10-25 | 2022-06-28 | Miura Co., Ltd. | Boiler |
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