JPS6262245B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃焼排ガス中の窒素酸化物濃度の低減
を計つたボイラ、工業用加熱に用いられる予混
合燃焼バーナに関するものである。

燃焼排ガス中の窒素酸化物濃度を大幅に低減さ
せる手法として、空気過剰の予混合炎と空気不足
の拡散炎とを組み合せて燃焼させその全空気化
（実際空気量と理論空気量の比）を1.05〜1.1程度
に設定し且つ空気過剰の予混合炎と空気不足の拡
散炎の間に再循環排ガスを噴出させる構造とした
燃料燃焼法（特願昭52−12086）がある。

第１図は上記従来の燃焼法の窒素酸化物濃度低
減の原理を示したものであり、縦軸は窒素酸化物
濃度（以下NOxという）をまた横軸は空気比
（実際空気量と理論空気量の比）を示している。
図中の実線は予混合炎の、また破線は拡散炎の
NOx特性を示している。

第１図より全体の空気比を1.06で燃焼させた場
合の拡散炎のNOxは図中Ｃ点であるが、これを
空気不足の拡散炎（図中ａ）と空気過剰の予混合
炎（図中ｂ）とを組合せて燃焼させ、その全体の
空気比を1.06とした場合のNOxは図中ｔ点であ
り、NOxはＣ点よりｔ点迄低減する。

上記のような組合せ燃焼をおこなう従来の予混
合燃焼バーナを第２図及び第３図に基づいて説明
する。

１０は予混合炎型ノズル、１１は拡散炎型ノズ
ル、１２ａ，１２ｂは燃料噴霧器、１３は保炎
器、１４ａ及び１４ｂは油燃料供給管、１５ａ及
び１５ｂは燃焼用空気通路、１６は再循環排ガス
通路、１７は噴霧燃料、１８は再循環排ガス噴出
ノズルを示す。

油燃料供給管１４ｂを通つて燃料噴霧器１２ｂ
より噴霧された燃料１９は、当該燃料の燃焼に必
要な理論空気量以下（例えば空気比＝0.8以下）
の燃焼用空気と共に拡散炎型ノズル１１より噴出
され保炎器１３で保炎されてバーナ根本より燃焼
して拡散炎Ｃを形成する。

一方、油燃料供給管１４ａを通つて燃料噴霧器
１２ａにより噴霧された燃料１７は、当該燃料の
燃焼に必要な理論空気量以上（例えば空気比＝
1.2以上）の燃料用空気と予混合炎型ノズル１０
出口で予混合された後燃焼し予混合炎Ｗを形成す
る。

なお、空気過剰の予混合炎Ｗの余剰空気は空気
不足の拡散炎Ｃの余剰燃料により消費されるよう
全体の空気比は1.05〜1.15程度に設定する。

予混合炎型ノズル部１０と拡散炎型ノズル部１
１の間には燃焼排ガスGRを再循環させて噴出す
る為の再循環噴出ガスノズル１８が設けられてお
り、空気過剰の予混合炎Ｗと空気不足の拡散炎Ｃ
との分離を意図している。このようにして前述の
低NOx燃焼が実現する。

第４図〜第７図は他の例である。

予混合炎型ノズル２０と拡散炎型ノズル２１と
の間に再循環ガス噴出ノズル２８が配置されてい
る。拡散炎型ノズル２１内には先端に燃料噴霧器
２２を備えた油燃料供給管２４が設けられ、燃料
噴霧器２２は拡散炎型ノズル２１の出口近傍に位
置している。又、拡散炎型ノズル２１の出口近傍
には燃料噴霧器２２をとり囲む保炎器２３が取付
けられている。燃料噴霧器２２は、中心に蒸気通
路３１が蒸気通路３１の外側に燃料通路３２が形
成され、蒸気通路３１の先端近傍には、燃料噴霧
器２２の軸心に対して所定傾斜角αを保つて外方
に向つて傾斜した蒸気ノズル３３ａと、傾斜角α
より20〜30゜小さい傾斜角βを保つて外方に向つ
て傾斜した蒸気ノズル３３ｂとの二種類が形成さ
れ、夫々の蒸気ノズル３３ａ，３３ｂとの先端に
は噴霧ノズル３５ａ，３５ｂが形成され、夫々の
噴霧ノズル３５ａ，３５ｂは燃料通路３２と燃料
ノズル３４ａ，３４ｂを介して連通している。

油燃料供給管２４を通つて燃料噴霧器２２によ
り噴霧される燃料の中、噴霧ノズル３５ａから上
下方向に噴出される噴霧燃料２７は噴霧角度が大
きく再循環排ガス噴出ノズル２８より噴出された
再循環排ガスの層を突き抜けて予混合炎型ノズル
２０より噴出された燃焼用空気と衝突し拡散・混
合し、空気比の大きい（例えば空気比＝1.2以
上）予混合炎Ｗを形成する。

燃料噴霧器２２の噴霧ノズル３５ｂより左右方
向に噴出された噴霧燃料２９は噴霧角が小さく燃
料噴霧器２２の出口近傍にて保炎器２３の効果に
より定常的に存在するリングフレームにより着火
して燃焼し空気比の小さい（例えば空気比＝0.8
以下）拡散炎Ｃを形成する。この場合の燃焼用空
気は拡散炎型ノズル２１により供給される。

再循環排ガスGRは、再循環排ガス通路２６を
通つて再循環排ガス噴出ノズル２８により噴出さ
れる。

従来のいずれの装置においても空気不足拡散炎
Ｃの火炎軸中心と空気過剰の予混合炎Ｗの火炎軸
中心が平行である事から空気過剰の予混合炎Ｗと
空気不足の拡散炎Ｃはその隣接部で接触混合し、
空気比が1.0程度の領域（以後干渉域と言う）が
生じる。干渉域の空気比は1.0程度である事から
第１図に示したNOx特性で明らかなようにその
NOx発生は多大であり排ガス中のNOx増加の原
因となる。

これを防止する方法としてバーナを上下方向に
長くし、拡散炎ノズルと予混合炎ノズルの間隔を
大きくする方法があるがこの場合バーナが大型化
し実用にそぐわない欠点を有する。

そこで本発明はNOx低減を計つた燃焼におい
て最もその効果が大きく且つまた燃焼性が良好で
あると言われる空気不足の拡散炎と空気過剰の予
混合炎とを組み合わせて燃焼させる予混合燃焼バ
ーナにおいてコンパクトで且つ空気不足の拡散炎
と空気過剰の予混合炎をより良好に形成させる予
混合燃焼バーナを提供する事を目的としてなされ
たものであり、空気過剰の予混合炎と空気不足の
拡散炎とを組み合わせ、且つこれらの火炎の間に
再循環排ガスを噴出させるノズルを有する燃料燃
焼装置において空気不足の拡散炎の火炎軸中心か
ら空気過剰の予混合炎の火炎軸中心を上下又は左
右方向に離すことを特徴とし、これにより着火点
近傍での空気過剰の予混合炎と空気不足の拡散炎
との火炎干渉域をなくし窒素酸化物低減効果を増
大させる事が可能となつた。

次に本発明を第８図ないし第９図に示す第１の
実施例によつて具体的に説明する。

予混合炎ノズル４０はその火炎軸中心ウが拡散
炎ノズルの火炎軸中心アから離れるように上下方
向にγの角度傾斜して構成されている。その他は
従来のものと同じである。

燃料噴霧器２２より左右方向に噴出された噴霧
燃料２９は噴霧角が小さく燃料噴霧器２２の出口
近傍にて保炎器２３の効果により定常的に存在す
るリングフレームにより着火し、拡散炎型ノズル
２１より噴出される燃焼用空気と拡散混合しつつ
火炎軸中心アに沿つて拡散炎Ｃを形成する。

燃料噴霧器２２より上下方向に噴出された噴霧
燃料２７は再循環排ガス噴出ノズル２８より噴出
された薄い層状の再循環排ガスGRを貫通し、予
混合炎型ノズル４０より噴出される燃焼用空気と
衝突し拡散・混合して予混合気を形成した後燃焼
し、空気比の大きい予混合炎Ｗを形成する。なお
予混合炎ノズル４０より噴出される燃焼用空気が
拡散炎Ｃの火炎軸中心アよりγの角度だけ離れる
方向に傾いて噴出される為、予混合炎Ｗの火炎軸
中心ウは拡散炎Ｃの火炎軸中心アよりγの角度だ
け離れて形成される。

上記の如き作用を持つバーナでは、予混合炎Ｗ
が拡散炎Ｃよりγの角度だけ離れる為、従来のも
ののように、両火炎の干渉域は存在せず効果的に
NOx低減が可能となつた。

尚、角度γが大きすぎる場合は、空気不足の拡
散炎の余剰燃料が空気過剰の予混合炎の余剰空気
と拡散混合して燃焼する事が困難となり、未燃分
の多発を誘起するので、角度γは５〜30度が適当
である。

さらに次に、本発明を第１０図及び第１１図に
示す第２の実施例によつて具体的に説明する。予
混合炎型ノズル５０の軸心エは拡散炎型ノズル１
１の軸心アと水平方向にδだけ傾斜させており、
その他は第１の実施例と同じであり、又、作用・
効果においても第一の実施例に同じであるので、
ここでは詳細な説明は省略する。

以上本発明を実施例に基づいて具体的に説明し
たが、本発明は、これらの実施例だけに限定され
るものではなく、本発明は、燃焼室内に液体燃料
と当該燃料の燃焼に必要な理論空気量以上の量の
燃焼用空気とを予め混合して燃焼させて予混合炎
を形成させる予混合炎型ノズルと、その予混合炎
型ノズルに近接して液体燃料と当該燃料の燃焼に
必要な理論空気量以下の量の燃焼用空気とを別々
に供給して燃焼させて拡散炎を形成させる拡散炎
型ノズルとを備えた予混合燃焼バーナにおいて、
火炎先端へ行くに従つて前記予混合炎の火炎軸中
心が前記拡散炎の火炎軸中心から遠ざかるよう
に、前記予混合炎型ノズル中心線を、前記拡散炎
型ノズル中心線に対して傾斜させたことを特徴と
する予混合燃焼バーナを提供している。本発明の
予混合燃焼バーナによれば、予混合炎型ノズルと
拡散炎型ノズルとの夫々の中心線が噴出方向に向
つて互いに遠ざかるように傾斜させているため、
予混合炎と拡散炎との接触混合、すなわち干渉が
防止でき、NOx低減が効果的に行なうことがで
き、又、装置自体も、コンパクト化が保つことが
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は空気過剰率とNOx発生との関係を示
すグラフ、第２図及び第４図は夫々従来の予混合
燃焼バーナの正面図、第３図は第２図中―矢
視図、第５図は第４図中―矢視図、第６図は
第４図中部拡大図、第７図は第６図中―矢
視図、第８図、第１０図は夫々本発明の第１、第
２の実施例の正面図、第９図は第８図中―矢
視図、第１１図は第１０図中XI―XI矢視図であ
る。 １０，２０，４０，５０…予混合炎型ノズル、
１１，２１…拡散炎型ノズル、１２ａ，１２ｂ，
２２…燃料噴霧器、１４ａ，１４ｂ，２４…油燃
料供給管、１５ａ，１５ｂ…燃焼用空気通路、１
６，２６…再循環排ガス通路、１７，２７，２９
…噴霧燃料、１８，２８…再循環排ガス噴出ノズ
ル、２３…保炎器、３１…蒸気通路、３２…燃料
通路、３３ａ，３３ｂ…蒸気ノズル、３４ａ，３
４ｂ…燃料ノズル、３５ａ，３５ｂ…噴霧ノズ
ル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃焼室内に液体燃料の燃焼に必要な理論空気
   量以上の量の燃焼用空気をを噴出する予混合炎型
   ノズル、液体燃料の燃焼に必要な理論空気量以下
   の量の燃焼用空気を噴出する拡散炎型ノズル、前
   記両ノズルから噴出される空気流内に液体燃料を
   噴霧する燃料噴霧器とからなる予混合燃焼バーナ
   において、前記予混合炎型ノズルと前記拡散炎型
   ノズルとの間に再循環ガスを前記拡散炎型ノズル
   から噴出される空気と平行するように噴出する再
   循環排ガス噴出ノズルを配置し、予混合炎型が拡
   散炎型から遠ざかるように前記予混合炎型ノズル
   の噴出方向を傾斜させたことを特徴とする予混合
   燃焼バーナ。