JPS5875606A - 燃料燃焼方法及びバ−ナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＮＯｘ発生量を少なくして燃料を燃焼する方法
及び装置に関する。より詳細には本発明は段階的（ｓｔ
ａｇｅｄ）燃料・空気噴出バーナに関する。

種々の政府当局及び大変厳（−い規制を含む政府機関に
より強制されている昨今の環境条例の発効により、空中
での燃焼の際の窄素酸化物の発生を押える方法及び装置
が急増している。これに伴ないこれらの規則を満たすよ
うな種々の技術が提案されかつまたバーナや炉の形状作
業について採用されている。しかして化学量論上の酸素
量以下で炭化水素燃料を燃焼すると意識的にＣＯとＨ２
の１元罎境を作り出せることがわかっている。このこと
は、燃料を初めに、ある１つの区域にて不足量の空気で
もって燃焼してＮＯｘの形成を抑制する這元碌境を作り
、次いで次の区域で残りの空気を付加する段階的空気供
給タイプの低ＮＯｘバーナにおいて使用されている。段
階的燃料供給も提案されており、そこでは全ての空気と
幾分かの燃料とが第１域にて燃焼され次いで残りの燃料
が第２域へ付加されるのである。第１反応域に多量の空
気があると該空気は希釈剤として使用し温度を下げかつ
ＮＯｘの発生を抑制する。また炎温度を下げるため煙道
ガスを再循環することも提案されている。

然しこれらの公知の方法はある固有の欠点を有しており
また市場受入性に難点があった。例えば化学量論上以下
・、の酸素環境下で燃料を燃やすと、すすの発生傾向が
増大した。すすが少量であるとを行なうと炎安定性が臨
界的要因となる。

上述の低ＮＯｘバーナに伴なう問題に鑑み、ＮＯｘ発生
量を少なくしてガス状又は液状の炭化水素燃料を空気中
で燃焼する方法として次のような方法を発見した。

（α）ＮＯｘの発生を減じるため一次反応域において大
部分の空気を使って燃料の一部を燃焼すること、 （ｂ）−次反応域からの流出物を第二反応域内へ送り込
むこと、 （ｃ）二次反応域内にて残りの空気を使って残存する燃
料を燃焼すること。

然して本発明の低ＮＯｘ発生バーナは、（、ｚ）　　−
次反応域と、 （ｂ）−次反応域の下流にある二次反応域と、（ｃ）−
次及び二次反応域へ燃料を割当てる手段と、及び （ｄ）燃料を燃焼するため一次反応域へ対し、空気の大
部分を供給しかつ二次反応域へ対し残りの僅かな空気を
供給する手１段と、 から成る。

更に本発明は、燃料を、−次反応域に対し約４０〜６０
チ、次いで二次反応域へ約６０〜４゜チだけ割当て、同
時に空気を一次域へ対し約８０〜９５チ（望ましくは９
０％）、二次域へ約２０〜５チ（望ましくは１０％）だ
け割当てることが出来る。

またこの発明は、中央に位置づけられた室内に少なくと
も１つの噴出ノズルを含む一次反応域と、少なくとも１
つそして望ましくは一次反応域の出口を取巻く複数のノ
ズルを含む二次反応域と、を提供する。よって燃料は単
一の燃料源から噴出ノズルへ供給され、ノズルのオリフ
ィスは一次及び二次の反応域へ燃料を割当てるような寸
法となっている。

本発明は燃焼によって発生する♀未酸化物の放出を減少
するようにして炭化水素燃料を燃焼する方法及び装置を
提供することである。別の目的は、著るしいすすの発生
を生じることなく炉効率を維持するように二段の燃料・
空気装置を提供することである。更にまたこの方法及び
装置が例えば平坦な炎形状、円形又は円錐形の炎バーナ
、高効力なバーナ等を含む種々のバーナ形状をもつこと
が出来ることを目的とする。これらの目的の達成及び他
の目的の存在及び達成は添付図面に関する明細書及び請
求の範囲の記載から明白となろう。

即ち本発明は、炉用の低ＮＯｘバーナ、及び−次燃焼域
と二次燃焼域とを含み画成へ燃料と空気とを段階的に提
供するバーナを操作する方法を提供する。第１反応域へ
対し要求された全空気量の約９０％と液状又はガス状炭
化水素燃料の約４０〜６０％を噴出し一方第２反応域へ
対し空気を残りの１０％と残存する燃料とを噴出するこ
とによりＮＯｘの形成を著るしく抑制するのである。こ
のようなバーナは自然のドラフト炉及び強制的ドラフト
炉の両者を含む形式の種々の炉においてＮＯｘの放出を
最小化するのに有用である。

□ 以下具体例について述べる。

図面特に第１．２及び８図を参照すると、ここには本発
明の一具体例が示してあり、バーナが番号ｌＯで概括的
に相称されている。この特定の具体例は、１字形をなす
棒状の一次ノズル１４に続いている一次バーナ管１２と
、一対の二次バーナ管１６と、二次バーナパズル１８と
を有しており、こ武祖二は管２０を介して共通の燃料源
から炭化水素燃料が供給されて、いる。−次ノズル１４
から出る燃料は一次燃焼域２２へ入っており、ここで燃
料は十分な化学量論量以上の空気の存在下で燃焼する。

この空気はバーナの内部２４を介して流れかつ矢印で示
すように一次ノズル１４を取囲んでいる環状空間２６を
介して一次反応域２２へ送られている。

一次反応域２２からの流出物はより大きい二次反応域２
８へ入る。同時に二次ノズル１８から出る燃料はバーナ
管１６を取囲んでいる環状導管３０を通ってバーナｌＯ
の内部２４から流れてくる空気と混合され次いで二次反
応域２８内において第１反応域２２からの放出物の存在
下で燃焼を生じる。

Ｔ字形棒のノズル１４のオリアイスの寸法と二次ノズル
１８のオリフィスの寸法とは、燃料が一次反応域と二次
反応域との間に割当てられるように構成されている。即
ち望まし”（は、燃料の約４０〜６０％が一次ノズルか
ら放出され残りが二次ノズル１８から放出されるように
割当てられるも同様に一次反応域及び二次反応域へ空気
を導入するための環状空間２６と環状導管３０との断面
積は、全空気量の約８０〜９５チが一次反応域２２へ残
りの２０〜５％が二次反応域２８へ流れるように形成さ
れている。

第４図は各々の二次ノズル１８のオリフィスの位置特性
を示すものである。図示の如く、５個の燃料開口３２が
一次燃焼域からの放出物の方向へ指向された扇状の燃料
シートを噴出する。

第５図は単一のガスノズル３４を含んでいろ別の強制ド
ラフトバーナＩＯを示している。このノズル３４は導管
３６により運ばれた燃料を、′バーナの耐火壁４０によ
り形成された一次燃焼域８８内へ放出している。先端に
オリフィス４４をイ」する立上り管４２がこの耐火壁４
０を貫通して第５り二次燃焼域４６へ二次燃料を供給し
ている。第１図と同様に燃焼空気がバーナ１０の内部４
８を通り環状導管４９を通って一次燃焼域３８へまた環
状開口５０を介して二次燃焼域４６へ流入している。第
６．７及び８図は二次ノズル４４のオリフィス即ち開口
の構造５２であって、−次反応域８８内における燃料の
流れ方向軸線の方への異なる傾斜角度を有しているとこ
ろを示している。

第９図は本発明の更に別の有段的燃料・空気バーナｌＯ
を示し、ここではバーナは一次反応域５８を形成してい
る耐火壁に互いに近接している一対の一次ノズル５４、
・５６を含み平坦な炎を形成している。前の実施例と同
様に二次燃料導管６０．６２が耐火材を介して通り燃料
を二次反応域６４へ送給している。

例 基本的には等しいが、著るしく化学量論量を越える大量
の空気が第１段階へ流れ残りの僅かの空気が第２段階へ
流れる２つの連続する燃焼段階へガス状燃料を分散する
原理を評価するため、第５図に示スバーナ構造を使って
一連のテストを行なった。バーナは天然ガス使用の強制
ドラフト力式である。中央に載置されたガスガンが耐火
室内で着火するよう取付けられた。オリフィスチップを
有する４本の立上り管がバーナの中央線に平行に燃焼室
の耐火壁を通って取付けられている。チップ中央線に対
し異なる角度で排出するオリフィスを有する三組のチッ
プを試験した。バーナは炉中へ垂直上方へ燃焼すること
によりテストされた。

各組の二次立上りチップ開口について三つのシリーズテ
ストがなされた。チップ開口は８個のオリフィスを含ん
でおり第一のシリーズではこれらの開口が垂直上方（バ
ーナの中央線に対し平行）に排出するよう配置されてお
り、第二のシリーズでは垂直から僅かの角度即ち１５°
（バーナ中央線の方へ）排出するよう配置されており、
また第三のシリーズでは垂直から３０°（バーナ中央線
の力へ）排出するように配置されている。各組のチップ
の各テストシリーズは変動する１次／２次燃料比を有し
ている。

第１０図は種々の燃料分割比における各組のチップによ
り得られたＮＯＺの量を示す。またバーナは中央のカス
へ着火され８０　ｐｐｍのＮＯｘの無段階（ｎｏ第一　
Ｓｔａｇｅｄ）作業のための基準点を得た。最低のＮＯ
ｘレベルはバーナ軸線に対し平行に排出する二次オリフ
ィスによって得られた。しかしこのチップの組合せはま
た最大レベルの可燃物も発生した。３０°チツプでは５
０１５０燃料分割が約３：１で、また１５°チツプでは
４０／６０分割が約２：１であった。炎の外観は全ての
チップでほぼ良好であった。

このデータ及びテスト結果から、この段階的空気燃料燃
焼の基本概念がこれまでの燃焼よりも著るしく低いＭｏ
ｏｒ、レベルの発生をみることが出来ることは明らかで
ある。またこのテスト結果はこれらの低い、’ＶＯＺレ
ベルが著しいすすの発生の欠如又は不安定炎の欠如を得
ることができることを示した。本発明の更に別の利点は
得られたＮＯｘレベルが段階的空気燃焼と協働するレベ
ルの中のより低くかつ空気及び燃料の基本概念が各種の
タイプのバーナと両立できることを示している。

・ある程度特定化して本発明を述べたがこの開示の精神
及び範囲から出ることなく要素の構成及び配置の詳細に
ついて多くの変更をなしうろことは明らかである。よっ
て本発明は説明のためにここに記載した具体例に限定さ
れるものでな、く各要素の均等物を含む添付の特許請求
の範囲によってのみ限定されることを理解すべきである
。

【図面の簡単な説明】

第１図はＴ形俸から成る一次ノズルと一対の二次ノズル
とを示す本発明の１具体例の断面図、第２図は第１図の
Ｔ形−次ノズルの側方断面図、第：３図は第１図のバー
ナの端面図、第４図は第１図Ｋ　示ｔバーナの二次ノズ
ルのオリフィス形状を示す図、第５図はドーム形ノズル
を示す本発明の別の具体例の断面図、第６図、第７図、
第８図（１第５図のバーナの異なる二次ノズル及びオリ
フィス形状の例を示す図、第９図は一対の平坦フレーム
状の一次ノズルを示す別の具体例を示す図、第１０図は
一次ガス量とＮｏｒ量とを示すグラフである。 符号の説明 ］０：バーナ　　１２．−次バーナ管 ■４．３４．５４．５６：−次ノズル １６．４２．６２：二次バーナ管 １８．４４二二次バーナノズル ２０．８６：管 ２２．８８．５８ニ一次反応域 ２８．４６．６４：二次反応域 ３２．５２ニオリフイス 特許出願人　　ジョン・ジンク・カンパニー二゛°− 代　理　人　弁理士　　湯　浅　恭　覧１．ｊ・、１′
−Ｌ′ （外４名） く９　　　　　　　　　　ψ 乙りｌ ｈり５ 石（７ムサθ 雫さ ｎり９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）僅かなＮ（ｋ、発生によって空気中で気体状又は
   液体状の燃料を燃焼する方法であって、（ａ）ＮＯｘの
   発生を減少するため一次反応域にて大量の空気でもって
   燃料の一部を燃焼すること、 （ｂ）　　ｖ−次反応域から二次反応域へ流出物を指向
   すること、 （ｃ）　　残りの燃料を二次反応域内にて残りの僅かな
   空気でもって燃焼すること、 から成る燃料燃焼方法。 （２）燃料が一次反応域へ対し約４０〜６０％に又二次
   反応域へ対し約６０〜４′θ％に分割されて供給されて
   いる特許請求の範囲第１項記載の方法。 （３）−次反応域内の空気の主要部分が全空気量の約８
   ０〜９５チであり二次反応域内の空気の残存部分が約２
   ０〜５チである特許請求の範囲第１又は第２項記載の方
   法。 （→　空気の主要部分が約９０％で残存部分が約１０係
   である特許請求の範囲第８項記載の方法。 （５）低ＮＯｘ発生バーナであって、 （α）−次反応域と、 （ｂ）該−次反応域の下流にある二次反応域と、（Ｃ）
   −次反応域と二次反応域とに燃料を割当てる手段と、 （φ　燃料を燃焼するため空気の主要部分を一次反応域
   へ供給しかつ残存空気を二次反応域へ供給する手段と、 から成るバーナ。 （６）−次反応域が中央に位置づけられた室内に少なく
   とも１つの噴出ノズルを有し、かつ二次反応域が一次反
   応域の出口を取巻く少なくとも１個のノズルを有してい
   る特許請求の範囲第５項記載のバーナ。 （７）燃料割当手段が噴出ノズルへ供給される燃料の単
   独源を含み、該ノズル内のオリフィスが第１及び第２の
   反応域へ燃料を割当てるような寸法となっている特許請
   求の範囲第６項記載のバーナ。 （８）燃料割当手段が、燃料の約４０〜６０％ヲー次反
   応域へ約６０〜４・０％を二次反応域へ供給するように
   している特許請求の範囲第５又は６又は７項記載のバー
   ナ。 （９）空気の主要部分が全空気量の約８０〜９５％であ
   り残存部分が全空気量の約２０〜５％である特許請求の
   範囲第８項記載のバーナ。 （ト）空気の主要部分が約９０％で、残存部分が約ｌＯ
   ％である特許請求の範囲第８項記載のバーナ。