JP2001254908A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 灯油、Ａ重油等の液体燃料でもガス燃料と同
等の低ＮＯｘ化が達成可能であり、燃焼性においても低
空気比で燃焼を完結させることができる燃焼装置を提供
する。 【解決手段】 先端から燃料を噴射する棒体状の燃料供
給部１と、この燃料供給部とほぼ同軸上に内筒と外筒で
形成した燃焼用空気を供給する環状空気室８と、この内
筒２と外筒５の先端間を閉塞する先端面６に設けた複数
の空気供給開口１０と、燃焼量に対応した複数種類の前
記燃焼用空気を噴出する開口１１，１２を有する前記棒
体状の燃料供給部を軸心として回転可能なベーン部材７
とを備え、該ベーン部材を前記空気室の先端面に隣接し
て配置し、前記空気室の空気供給開口と前記ベーン部材
の開口とを位置合わせすることで、空気供給開口面積を
調整可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃焼装置に係り、特
に灯油やＡ重油等の液体燃料を用い、燃焼性を向上させ
ることができる燃焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガス燃料を用いた燃焼装置での燃焼性の
向上やＮＯｘ、ＣＯ、煤塵等の有害燃焼排気物の低減化
に関しては多くの提案がなされており、特に低ＮＯｘ化
に関しては種々の方法が提案されている。しかしなが
ら、灯油、Ａ重油等の液体燃料ではガス燃料を用いた燃
焼装置までの燃焼性の向上や低ＮＯｘ化を達成するのに
種々の問題があった。

【０００３】従来の一般的な液体燃料を用いた燃焼装置
は、先端から燃料を噴射する棒体状の燃料供給部と、こ
の周囲に配置された燃焼用空気の供給筒とを備え、燃料
供給部の先端から燃料を噴射して燃焼用空気と混合して
燃焼するものである。このような場合に、空気供給筒か
ら供給される燃焼用空気の量は、一般に送風機出口に配
置された風量制御ダンパによって制御される。このた
め、風量制御ダンパによる圧力損失であるいわゆるダン
パロスが生じるため、過大な送風機の容量を必要とする
場合が多い。また、燃焼量を制御する都合から風量制御
ダンパにより燃焼空気量が低下すると、いわゆるバーナ
ロスが小さくなり燃焼性が悪化するという問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、灯油、Ａ重
油等の液体燃料でもガス燃料と同等の低ＮＯｘ化が達成
可能であり、燃焼性においても低空気比で燃焼を完結さ
せることができる燃焼装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、先端から燃料を噴射する
棒体状の燃料供給部と、この燃料供給部とほぼ同軸上に
内筒と外筒で形成した燃焼用空気を供給する環状空気室
と、この内筒と外筒の先端間を閉塞する先端面に設けた
複数の空気供給開口と、燃焼量に対応した複数種類の前
記燃焼用空気を噴出する開口を有する前記棒体状の燃料
供給部を軸心として回転可能なベーン部材とを備え、該
ベーン部材を前記空気室の先端面に隣接して配置し、前
記空気室の空気供給開口と前記ベーン部材の開口とを位
置合わせすることで、空気供給開口面積を調整可能とし
たことを特徴とする燃焼装置である。

【０００６】上述したように、本発明の燃焼装置は、空
気室の先端面である空気噴射面に開口を設け、その開口
に燃焼状態に合わせた空気量に対応させて開口面積が異
なる開口を有するベーン部材を備え、そのベーン部材を
軸心の周りに回転可能としたものである。これにより、
燃焼空気はベーン部材に設けられた開口の寸法に合わせ
て噴出され、これにより風量制御ダンパ等を必要とする
ことなく、所要の風量の制御を行うことができる。この
ため、従来の燃焼装置に一般的に必要であった風量制御
ダンパが不要となり、これによる圧力損失の増加を抑え
ることができるので、過大な送風機の容量が必要でなく
なる。

【０００７】またバーナロスが大きくなることから送風
機の持つ風圧の全量が燃料の微粒化に利用できるので燃
焼性が向上する。また送風機の特性から燃焼量、つまり
燃焼空気量が低下するほどバーナロスが大きくなるので
低燃焼ほど良好な燃焼を得ることができる。

【０００８】さらに、燃焼空気供給開口から燃焼空気を
高速で噴射することで吸引作用が発生し、高温の燃焼ガ
スが複数の燃焼空気供給開口から噴出する空気流と空気
流の間に吸引される。また、高温の燃焼ガスの一部は空
気噴射面の下面に沿って燃料噴射ノズル近傍へ引き込ま
れて、燃料噴射ノズルから噴射された燃料を予熱する。
つまり、燃料噴射ノズルから噴射された燃料は燃焼ガス
で予熱され、一部は気化して徐々に燃焼を開始し、燃焼
空気供給開口から噴射された空気と燃焼ガスの混合気に
よって燃焼が完了する。このように、燃焼室内で燃焼ガ
スが循環することによって、酸素濃度の低い混合気で燃
焼を継続することで火炎温度が低く抑えられてＮＯｘの
発生が抑制される。さらに、複数の供給口から分割して
燃焼空気を供給することで火炎分割と、空気過剰域と燃
料過剰域を形成することによる濃淡燃焼によってＮＯｘ
の発生が抑制される。また、これらの作用は燃焼量に応
じた空気供給開口面積を選択することから、特に低燃焼
時でも空気流速を高く維持できるので、低燃焼、高燃焼
どちらでも変わらない。

【０００９】また、請求項２に記載の発明は、前記棒体
状の燃料供給部の燃料噴射ノズルから噴射された燃料
と、前記開口から噴出される燃焼用空気が衝突合流する
領域に、該領域を取り囲むようにバッフル状の円環部材
と該部材の外周部からガスの流れ方向に延在する筒状部
材とからなる循環ガス化促進筒を設けたことを特徴とす
る。

【００１０】これにより、燃焼ガスによって予熱されて
一部気化した燃料と、燃焼空気と、高温で酸素濃度の低
い燃焼ガスとの混合気が、衝突する位置に配置した循環
ガス化促進筒内に高速で導入される。従って、バッフル
状の円環部材とその外周部に延在する円筒部材とで形成
される領域に、燃焼空気と高温で酸素濃度の低い燃焼ガ
スによる渦流を生じて、燃料の気化が促進される。この
ため、以後の燃焼を低空気過剰のもとに完結させること
ができる。さらに、全燃焼量の混合気が高速で筒状の循
環ガス化促進筒内部へ導入されることによって吸引力が
増加し、空気室の空気噴射面と循環ガス化促進筒の間か
ら循環ガス化促進筒内部へ引き込まれる燃焼ガスの循環
が良化して、燃料の気化がさらに促進されるので燃焼性
が良化する。同時に燃焼ガスの循環により、低酸素濃度
で燃焼させることによって火炎温度が低く抑えられてＮ
Ｏｘの発生が抑制される。

【００１１】また、前記循環ガス促進筒には、前記バッ
フル状の円環部材の内周部から延在する筒状部材を備え
ることが好ましい。

【００１２】更に、前記ベーン部材の空気供給開口に空
気の流れ方向と反対側に該ベーン部材から隙間を介して
延在する筒状部材を更に備えることことが好ましい。

【００１３】また、前記空気噴射面の空気噴出口から、
空気の流れ方向に沿って延在する筒状部材を備え、該筒
状部材の開口は前記ベーンの空気供給開口に対応したも
のであることが好ましい。

【００１４】また、記空気噴射面の空気供給口は扇状ま
たは矩形で構成していることが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する。尚、各図中同一
又は相当する要素には、同一の符号を付して重複した説
明を省略する。

【００１６】図１乃至図３は、本発明の第１の実施形態
の燃焼装置を示し、図１は燃焼装置の縦断面構成を示
し、図２はそのＡ矢視図であり、図３はそのＢ矢視図で
ある。なお、本実施形態では一般的な貫流ボイラの燃焼
装置に見られる高燃焼、低燃焼、停止の３位置制御によ
るものを示す。この燃焼装置は、先端に燃料噴射ノズル
１ａを装着した棒体状の燃料供給部１と、この燃料供給
部１の周囲にほぼ同軸上に内筒２と先細状の外筒５を配
置して燃焼空気を供給する空気室８を形成し、この内筒
２と外筒５の先端間には燃焼空気供給開口１０を所定個
数、分割して設けた空気噴射面６により閉塞されてい
る。さらに、空気噴射面６の空気室側には、空気噴射面
６の上面に接して燃料供給部１を軸心として回転するベ
ーン部材７を配置する。このベーン部材７には、前記空
気噴射面６に所定個数、分割して設けてある燃焼空気供
給開口１０に合致するように、燃焼量に応じた開口面積
で低燃焼空気噴出口１１と高燃焼空気噴出口１２が所定
個数設けてある。ここで低燃焼空気噴出口１１は、図２
に示すように小さな開口であり、円周方向に沿って６カ
所設けられており、図３に示す空気室の空気噴射面１０
に設けられた空気供給開口１０内に位置可能となるよう
に配置されている。また、ここで高燃焼空気噴出口１２
は、図２に示すように大きな開口であり、円周方向に沿
って６カ所設けられており、図３に示す空気室の空気噴
射面１０に設けられた空気供給開口１０内に位置可能と
なるように配置されている。つまり、低燃焼時は低燃焼
空気噴出口１１が燃焼空気供給開口１０に、また高燃焼
時は高燃焼空気噴出口１２が燃焼空気供給開口１０に合
致するようにベーン部材７を回転させて選択することで
噴射空気量を決定する。

【００１７】さらに、燃料噴射ノズル１ａから噴射され
た燃料と、空気供給開口１０と一致した低燃焼空気噴出
口１１、または高燃焼空気噴出口１２から噴出された燃
焼空気が合流する領域の所定の位置に、燃料供給部１と
ほぼ同軸上に循環ガス化促進筒３１が配置されている。
この循環ガス化促進筒３１は空気室８の空気噴射面１０
に対面するバッフル状（平板状）の円環部材２９と、こ
の外周部からガスの流れ方向に沿って延びる筒状部材３
０とから構成されている。ここで筒状部材３０は、ガス
の流れ方向に沿ってその先端部が先細状となり、その出
口直径がｄ４である。また、筒状部材の内径はｄ３であ
り、バッフル状の円環部材の内径はｄ２である。ここで
バッフル状の円環部材の内径ｄ２は、空気噴射面６に配
置された空気供給開口１０の外接径ｄ１以上の大きさを
有している。そして、筒状部材３０の出口径ｄ４は、バ
ッフル状の円環部材２９の外径（筒状部材３０の内径）
ｄ３と等しくしてもよく（ストレートであってもよ
く）、また図示するようにバッフル状の円盤部材２９の
内径ｄ２より大きく、その外径ｄ３よりも小さくする先
細状であることが好ましい。しかしながら、これらの形
状は燃焼室の全体的な形状等により適宜決定する必要が
ある。また、バッフル状の円環部材２９を、丸棒を筒状
部材３０の内周に沿ってリング状に形成し、ｄ２とｄ３
の巾を小さく構成することにより、粗悪油等を燃料とし
た場合に未燃分の付着が減少する（図示せず）。また、
循環ガス化促進筒３１は空気室の外筒５や空気噴射面６
にサポート等によって取り付けられる（図示せず）。な
お、４はこの燃焼装置の取付用フランジであり、３は燃
焼空気の整流筒である。

【００１８】以上の構成とすることにより、棒体状の燃
料供給部１の燃料噴射ノズル１ａより噴射された燃料は
点火装置（図示せず）により着火される。燃焼空気は送
風機（図示せず）により供給されるが、整流筒３で整流
されて空気室８へ導入され、低燃焼時にはベーン部材７
が燃料供給部１を軸として回転させて低燃焼空気噴出口
１１と燃焼空気供給開口１０が連通して噴射される。ま
た、高燃焼時にはベーン部材７を回転させて高燃焼空気
噴出口１２と燃焼空気供給開口１０が連通して燃焼空気
が噴射され燃焼を継続する。つまり燃焼空気量は、ベー
ン部材７に燃焼量に応じた開口面積で所定個数設けてあ
る低燃焼空気噴出口１１と高燃焼空気噴出口１２によっ
て決定される。

【００１９】これにより、送風機出口に風量制御ダンパ
を持たないので送風機で発生した風圧は圧力損失、所謂
ダンパロスが殆どなく空気室８へ導入されて高い圧力の
まま空気噴出口１１，１２で燃焼量に応じて決定され、
空気噴射面６の燃焼空気供給開口１０から噴射される。
よって、ダンパロス等の圧力損失が低く抑えられること
から過大な送風機を必要とせず、さらに、空気室８内の
圧力と燃焼室内の圧力差、所謂バーナロスが大きくなる
ことによって送風機で発生する風圧の全量を燃料の微粒
化に利用できるので燃焼性が向上する。さらに、本装置
では送風機の特性から燃焼量、つまり燃焼空気量が低下
するほどバーナロスが大きくなるので低燃焼ほど良好な
燃焼を得ることができる。なお、外筒５の形状は先細状
に限るものではないが、先細状に構成することで空気の
圧力損失の増加を抑え、空気流の停滞部をなくして部材
の過熱を防止することができる。

【００２０】さらに、燃焼空気供給開口１０（空気噴射
出口１１または１２）から燃焼空気を高速で噴射するこ
とで吸引作用が発生し、高温で酸素濃度の低い燃焼ガス
が、複数の燃焼空気供給開口１０（空気噴射出口１１，
１２）から噴出する空気流と空気流の間に吸引される。
また、燃焼ガスの一部は空気噴射面６の下面に沿って燃
料噴射ノズル１ａ近傍へ引き込まれて噴射された燃料を
予熱する。高温の燃焼ガスで予熱された燃料は一部気化
しながら高温で酸素濃度の低い燃焼ガスと燃焼空気の混
合気を形成する。

【００２１】さらに、所定の位置に循環ガス化促進筒３
１を設けて、高温の燃焼ガスで予熱され一部気化した燃
料と高温で酸素濃度の低い燃焼ガスと燃焼空気の混合気
が循環ガス化促進筒３１内に高速で導入される。これに
より、筒状部材３０の上流側の内側に円環部材２９とで
形成される領域ａ部に、燃焼空気と高温で酸素濃度の低
い燃焼ガスによる渦流（還流ガス）を生じて燃料の気化
が促進される。よって、以後の燃焼を低空気過剰のもと
に完結させることができる。

【００２２】さらに、全燃焼量の混合気が高速で循環ガ
ス化促進筒３１内部へ導入されることによって発生する
吸引力で、空気噴射面６と循環ガス化促進筒３１のバッ
フル状の環状部材２９との間から循環ガス化促進筒３１
内部へ引き込まれる燃焼ガスの循環が良化して、燃料の
気化がさらに促進されるので、燃焼性が良化するととも
に、低酸素濃度で燃焼させることによって火炎温度が低
く抑えられてＮＯｘの発生が抑制される。

【００２３】図４および図５は、上述の第１の実施形態
の変形例をそれぞれ示している。図４は、バッフル状の
円環部材２９の内周面からガスの流れ方向に延びる短か
い筒状部材２８ａを備えている。そして、この実施形態
では循環ガス化促進筒３１の筒状部材３０は先細状では
なく、ストレート状になっている。図５に示す実施形態
は、循環ガス化促進筒３１のバッフル状円環部材２９の
内周面に内方に傾斜してガスの流れ方向に延びる短い筒
状部材２８ｂを備えたものである。このような短い筒状
部材２８ａ，２８ｂを配置することで、上述した循環ガ
ス化促進筒内の領域ａにおける環流ガスによる燃料の気
化が一層促進される。

【００２４】図６は、本発明の第２の実施形態の燃焼装
置の縦断面構成を示し、図７はそのＡ矢視図である。な
お、図６は図７のＸＸ線に沿った断面図である。これ
は、第１実施形態のベーン部材７に設けた低燃焼空気噴
出口１１と高燃焼空気噴出口１２に、空気の噴出する方
向とは反対に向かって伸びる所定の長さのガイド部材２
１，２２を、ベーン部材７に所定の隙間ｂを設けて配置
してある。このように構成することで、燃焼空気はガイ
ド部材２１，２２を通り整流されて高速で噴射され、空
気噴射面６の下面に沿って燃料噴射ノズル１ａ近傍へ引
き込まれる燃焼ガスや、空気流と空気流の間に吸引され
る燃焼ガスの循環が良化して燃焼性が向上するとともに
ＮＯｘの発生が抑制される。また一部の燃焼空気は隙間
ｂを通る空気による冷却効果で部材の過熱を防止し、整
流された燃焼空気と合流して燃焼空気供給開口１０（空
気噴出口１１，１２）から噴射される。

【００２５】図８は、本発明の第３の実施形態の燃焼装
置の縦断面構成を示し、図９はそのＡ矢視図である。な
お、図８は図９のＸＸ線に沿った断面図である。これは
第１の実施形態の燃焼空気供給開口１０の開口部に低燃
焼空気供給開口９が仕切られて設けてあり、この空気供
給開口９，１０のそれぞれに、噴出口の周囲を空気の流
れる方向に向かって伸びる所定の長さの筒状ガイド部材
２１，２２を設けてある。つまり、低燃焼時の燃焼空気
は低燃焼空気噴出口１１と低燃焼空気供給開口９が合致
して筒状のガイド部材２１から噴射され、高燃焼時には
燃焼空気噴出口１２と低燃焼空気供給開口９、燃焼空気
供給開口１０が合致してそれぞれ筒状のガイド部材２
１，２２から噴射される構成とした。

【００２６】このように構成することで、燃焼空気は筒
状のガイド部材２１，２２から整流されて噴射されるこ
ととなり、前述の通り、燃焼空気の整流効果によって空
気流と空気流の間に吸引される燃焼ガスの循環が良化す
る。さらに、ガイド部材２１，２２が下流側に伸びるこ
とで燃料と空気が合流する領域も下流側に移行すること
になり、燃料の予熱領域が大きくなるとともに、ガイド
部材２２同士の間は燃焼空気流の影響を受けることな
く、燃焼ガスが空気噴射面６の下面に沿って燃料噴射ノ
ズル１ａ近傍まで引き込まれることとなり、燃焼ガスの
循環が良化して燃料の予熱が促進される。なお、筒状部
材は低燃焼側には設けない場合もある。

【００２７】図１０は、本発明の第４の実施形態の燃焼
装置の断面構造を示し、図１１はそのＡ矢視図であり、
図１２はそのＢ矢視図である。なお図１０は、図１１の
ＸＸ線に沿った断面を示している。この燃焼装置の構成
は図８および図９に示す第３の実施形態の燃焼装置とほ
ぼ同様である。異なるところは、燃焼空気供給開口１０
を扇状或いは矩形状で構成して、噴出口の周囲を空気の
流れる方向に向かって伸びる所定の長さのガイド部材２
２が先細状に形成されている。このように構成すること
で、空気の圧力損失の増加を抑えて噴出速度を高めるこ
とができ、さらに燃焼ガスの循環が良化して燃焼性の向
上、ＮＯｘの発生が抑制される。

【００２８】以上に本発明の種々の実施形態について説
明したが、本発明の趣旨はこれらの実施形態に限定され
るものでなく、種々の変形実施例が可能なことは勿論で
ある。即ち、上記実施形態ではベーン部材に高燃焼およ
び低燃焼用の開口をそれぞれ６個設ける例について説明
したが、これらの構成は全体的な構成を考慮し、適宜変
更すべきものである。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃焼ガスの吸引により液体燃料を予熱し気化を促進させ
て燃焼性を向上させるとともに、燃焼ガスの再循環によ
り酸素濃度の低い燃焼をさせることにより火炎温度を低
く抑えることが可能となる。これにより、比較的簡単な
構成で、灯油やＡ重油でも低ＮＯｘ燃焼が可能で、ま
た、風量制御ダンパを不要とし、ダンパロス等の風圧の
圧力損失が低く抑えられ、かつバーナロスが大きくとれ
て燃焼性が向上する。特に、低燃焼時になればなるほど
煤の発生を抑えて良好な燃焼を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の燃焼装置を示す断面
図である。

【図２】図１のＡ矢視図である。

【図３】図１のＢ矢視図である。

【図４】循環ガス化促進筒の他の構成例を示す断面図で
ある。

【図５】循環ガス化促進筒の他の構成例を示す断面図で
ある。

【図６】本発明の第２の実施形態の燃焼装置を示す断面
図である。

【図７】図６のＡ矢視図である。

【図８】本発明の第３の実施形態の燃焼装置を示す断面
図である。

【図９】図８の矢視図である。

【図１０】本発明の第４の実施形態の燃焼装置を示す断
面図である。

【図１１】図１０のＡ矢視図である。

【図１２】図１０のＢ矢視図である。

【符号の説明】

１ 燃料供給部 １ａ 燃料噴射ノズル ２ 内筒 ３ 整流筒 ４ フランジ ５ 外筒 ６ 空気噴射面 ７ ベーン部材 ８ 空気室 ９ 低燃焼空気供給開口 １０ 燃焼空気供給開口 １１ 低燃焼空気噴出口 １２ 高燃焼空気噴出口 ２１ 筒状のガイド部材 ２２ 筒状のガイド部材 ２８ 筒状部材 ２９ バッフル状の円環部材 ３０ 筒状部材 ３１ 循環ガス化促進筒 ａ 渦流発生領域 ｂ 隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小谷 健一 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 荏 原ボイラ株式会社内 Ｆターム(参考） 3K023 PA03 PA07 PC02 PE02 3K055 AA06 BA08 BA11 BB01 BB09 BC02 BC04 BC10 BD01 3K065 TA01 TA04 TE01 TJ03 TJ08 TL03 TL04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端から燃料を噴射する棒体状の燃料供
   給部と、この燃料供給部とほぼ同軸上に内筒と外筒で形
   成した燃焼用空気を供給する環状空気室と、この内筒と
   外筒の先端間を閉塞する先端面に設けた複数の空気供給
   開口と、燃焼量に対応した複数種類の前記燃焼用空気を
   噴出する開口を有する前記棒体状の燃料供給部を軸心と
   して回転可能なベーン部材とを備え、該ベーン部材を前
   記空気室の先端面に隣接して配置し、前記空気室の空気
   供給開口と前記ベーン部材の開口とを位置合わせするこ
   とで、空気供給開口面積を調整可能としたことを特徴と
   する燃焼装置。
2. 【請求項２】 前記棒体状の燃料供給部の燃料噴射ノズ
   ルから噴射された燃料と、前記開口から噴出される燃焼
   用空気が衝突合流する領域に、該領域を取り囲むように
   バッフル状の円環部材と該部材の外周部からガスの流れ
   方向に延在する筒状部材とからなる循環ガス化促進筒を
   設けたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
3. 【請求項３】 前記循環ガス化促進筒には、前記バッフ
   ル状の円環部材の内周部から延在する筒状部材を更に備
   えたことを特徴する請求項２に記載の燃焼装置。
4. 【請求項４】 前記ベーン部材の開口に空気の流れ方向
   と反対側に、該ベーン部材から隙間を介して延在する筒
   状部材を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の
   燃焼装置。
5. 【請求項５】 前記空気室の空気供給開口から、空気の
   流れ方向に沿って延在する筒状部材を備え、該筒状部材
   の開口は前記ベーンの開口に対応したものであることを
   特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
6. 【請求項６】 前記空気室の空気供給開口は扇状または
   矩形状で構成していることを特徴とする請求項５に記載
   の燃焼装置。