JP2005061644A

JP2005061644A - Burner

Info

Publication number: JP2005061644A
Application number: JP2003207182A
Authority: JP
Inventors: Takashi Murakawa; 喬村川
Original assignee: SEKIYU SANGYO GIJUTSU KENKYUSH; SEKIYU SANGYO GIJUTSU KENKYUSHO KK; Petroleum Energy Center PEC
Current assignee: SEKIYU SANGYO GIJUTSU KENKYUSH; SEKIYU SANGYO GIJUTSU KENKYUSHO KK; Japan Petroleum Energy Center JPEC
Priority date: 2003-08-11
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2005-03-10

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a burner for effectively suppressing the generation of NOx, CO and soot while securing good combustion quality without being affected by a boiler difference of boiler combustion form. SOLUTION: The burner 1 comprises a fuel spray nozzle 10, an inner cylinder member 11, an outer cylinder member 12, a plurality of air nozzles 13 extending from the end face of the outer cylinder member 12, main air jets 14 provided at the front ends of the air nozzles 13, and an annular member 20 installed on the fuel spray nozzle 10 at the side of a combustion chamber beyond the jets 14. The annular member 20 is provided in such a range that the outer peripheral edge of sprayed fuel specified by a spray angle does not run out of the inner peripheral face of the annular member. Thus, the form of flames and the flow of combustion exhaust gas are stabilized and so good combustion quality is secured and the generation of CO and soot is suppressed without being affected by the boiler having each different combustion form. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーナに係り、主として小型のボイラに使用される油焚き式のバーナ（油バーナ）に関する。
【０００２】
【背景技術】
燃焼によって生じるＮＯｘに対する排出規制は年々厳しくなっており、ＮＯｘ低減の技術開発が盛んである。燃焼時に生じるＮＯｘとしては、フューエルＮＯｘ、プロンプトＮＯｘ、およびサーマルＮＯｘがある。中でもサーマルＮＯｘは、燃焼空気中のＮ２成分が高温雰囲気中で酸化して生成され、温度依存が高く、燃焼温度が高くなるほど、生成量は急激に増大する。
従って、サーマルＮＯｘは、燃焼に空気を使用する限り必ず生成され、燃料が特に灯油や窒素分の少ないＡ重油である場合には、排出されるＮＯｘの大半がサーマルＮＯｘといわれ、数多くの低減方法が提案されている。
これらの多くの低減方法の中で、主なＮＯｘ抑制燃焼技術としては、（Ａ）分割火炎燃焼方式、（Ｂ）排ガス再循環燃焼方式、（Ｃ）多段燃焼方式、（Ｄ）水混合燃焼方式などが知られている。
【０００３】
しかし、（Ａ）分割火炎燃焼方式のバーナでは、火炎の分割が不十分となり易く、ＮＯｘの低減には限界があり、昨今の厳しいＮＯｘ規制に対応するには更なる技術開発が必要になっている。
また、分割火炎燃焼方式には、複数の主空気噴流口を設けるタイプと、油ノズルを複数個設けるタイプとがあるが、特に後者のタイプのバーナは、大型の油バーナやガスバーナでは比較的容易に分割火炎を形成できるが、バーナ火炎口（外筒部材の径寸法）の小さいバーナでは、分割火炎の形成に難点があるうえ、複数個の油ノズルが必要であり、コストが高くなる。
【０００４】
（Ｂ）排ガス再循環燃焼方式のバーナは、排ガス（燃焼ガス）の一部を燃焼空気に再循環させ、酸素分圧を下げることで低ＮＯｘ化を図るものであり、強制排ガス再循環法と自己排ガス再循環法とに大別される。
しかし、強制排ガス再循環法は、排ガスの一部を再循環するのに、再循環用ダクトとブロアーとが必要であり、小型ボイラへの適用はコスト面で問題となる。
これに対して自己排ガス再循環法は、バーナの構造等に工夫を加え、燃焼空気の噴流に周囲の気体が吸引される現象を用いて、燃焼空気流および燃料流に排ガスを混合させて排ガス再循環の効果を持たせることを特徴としており、排ガスを強制的に再循環させることがないため、コスト面でのメリットがあるが、排ガスの再循環量が十分ではなく、ＮＯｘ低減にはやはり限界がある。
【０００５】
（Ｃ）多段燃焼方式のバーナは、燃料あるいは燃焼空気を空気比の異なる２段もしくはそれよりも多くの段数に分割して濃淡燃焼させることを特徴とし、火炎温度の低下あるいは酸素濃度の低下によって低ＮＯｘ化を図るものである。
しかし、この燃焼方式においても、多段で燃焼させるために、バーナの構造が複雑になるという問題がある。
【０００６】
（Ｄ）水混合燃焼方式は、予め燃料中に水を混合させるか、あるいは燃焼室に水を吹き込んで火炎温度を下げることにより、低ＮＯｘ化を図るものである。
しかし、この方式では、水の吹き込みによりバーナを構成する筒部材等に腐食が生じるおそれがあるとともに、ボイラ効率も低下する。さらに、ポンプ等の水供給装置が別途必要となるので、コストアップにつながる。
【０００７】
以上に述べたように、各方式には一長一短があり、ＮＯｘが確実に減少するバーナを安価に製作することは難しかった。これに対して、本出願人が先に開発したバーナ（特許文献１参照）によれば、安価な構造で、かつＮＯｘを確実に低減できる低ＮＯｘバーナが実現されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２５４９１３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低ＮＯｘバーナを燃焼形式が異なるボイラに適用した際には、火炎形状、燃焼排ガスの流れ等により燃焼性が変わるため、そのままでは十分な性能が示されない場合がある。すなわち、ボイラの燃焼形式によっては、燃焼性が悪化し、ＣＯや煤塵の発生を効果的に抑制できない可能性がある。このため、燃焼形式が異なるボイラであっても、良好な燃焼性が確保でき、ＮＯｘ、ＣＯ、煤塵の発生を確実に抑制できるバーナの開発が望まれている。
【００１０】
本発明の目的は、ボイラの燃焼形式の違いに影響されずに、良好な燃焼性を確保して、ＮＯｘ、ＣＯ、煤塵の発生を効果的に抑制することができるバーナを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１のバーナは、ボイラにおける燃焼室の一方側の端部に設置されるバーナであって、前記燃焼室の一方側から他方側に向かう軸線を中心として広がる所定の噴霧角で燃料を噴霧する燃料噴霧ノズルと、この燃料噴霧ノズルの先端側を収容するとともに、前記燃焼室に向かって開口した内筒部材と、この内筒部材の外周側に配置された外筒部材と、この外筒部材の燃焼室側端面から前記燃焼室の他方側に延出し、前記燃焼室側端面の周方向に間隔を空けて複数設けられた空気ノズルと、この空気ノズルの先端部に設けられ、前記外筒部材の内部を介して供給される燃焼空気を前記燃焼室に向かって吹き出す主空気噴流口と、前記燃料噴霧ノズルの噴霧口および前記外筒部材の前記燃焼室側端面よりも前記燃焼室の他方側に設置され、かつ前記軸線を中心とした円筒状の環状部材とを備え、前記環状部材は、前記噴霧角で規定される噴霧燃料の外周縁が当該環状部材の内周面から外れない範囲に設けられることを特徴とする。
【００１２】
ここで、噴霧角で規定される噴霧燃料の外周縁が環状部材の内周面から外れない範囲とは、燃焼室の一方側から他方側に向かう軸線に沿った方向に関する環状部材の設置範囲であって、噴霧燃料の外周縁と環状部材の内周面とが交差する交差位置に対して、環状部材の燃料噴霧ノズル側端縁が燃焼室の一方側に位置し、環状部材の燃料噴霧ノズルの反対側端縁が燃焼室の他方側に位置する範囲を意味する。
【００１３】
このような構成では、主空気噴流口を複数設けることで火炎分割が行える。また、主空気噴流口を燃焼室の他方側に延出した空気ノズルに設けるので、この隣接する空気ノズル間の隙間を利用して排ガスが効率よく循環する。これらのことにより、分割火炎燃焼、排ガス再循環燃焼の効果が得られ、ＮＯｘが確実に減少する。
また、噴霧燃料の外周縁が環状部材の内周面から外れない範囲に環状部材を設けたことで、火炎形状や燃焼排ガスの流れ等が安定化されるため、ボイラの燃焼形式の違いによる影響を受けず、燃焼性を良好にすることができ、ＣＯや煤塵の発生を抑制することができる。
従って、低ＮＯｘ化とともに、良好な燃焼性による低ＣＯ化、および低煤塵化を達成することができる。
この際、ボイラの燃焼形式としては、燃焼室の他方側（バーナの反対側）に燃焼後の排ガスを排気する排気口が設けられた順流燃焼形式でもよく、また燃焼室の側方や一方側（バーナ側）に排気口が設けられた燃焼形式（例えば、ωフロー形式や反転燃焼形式等）でもよい。特に、ωフロー形式や反転燃焼形式のボイラの場合には、噴霧燃料のうちの外周縁の燃料が未燃焼のまま排気口から排出されて燃焼性が悪化する傾向にあるが、本発明のバーナを適用することで、環状部材によって未燃焼燃料の排出を防止することができ、良好な燃焼性を確保して低ＣＯ化、低煤塵化を図ることができる。
【００１４】
請求項２のバーナは、請求項１に記載のバーナにおいて、前記環状部材の前記燃料噴霧ノズル側の端縁は、前記噴霧燃料の外周縁と当該環状部材の内周面とが交差する交差位置に対して、前記燃焼室の一方側から他方側に向かう軸線に沿った当該環状部材の長さ寸法の１／４だけ前記燃料噴霧ノズル側に位置することを特徴とする。
このような構成では、環状部材の燃料噴霧ノズル側端縁よりも、環状部材の長さ寸法の１／４だけ中央寄りに噴霧燃料の外周縁が交差するので、火炎形状や燃焼排ガスの流れ等がより一層安定化されるため、燃焼性をさらに良好にすることができ、ＣＯや煤塵の発生を抑制することができる。
【００１５】
請求項３のバーナは、請求項１または請求項２に記載のバーナにおいて、前記環状部材の前記燃料噴霧ノズルと反対側の端縁は、前記噴霧燃料の外周縁と当該環状部材の内周面とが交差する交差位置に対して、前記燃焼室の一方側から他方側に向かう軸線に沿った当該環状部材の長さ寸法の１／４だけ前記燃料噴霧ノズルと反対側に位置することを特徴とする。
このような構成では、環状部材の燃料噴霧ノズルの反対側端縁よりも、環状部材の長さ寸法の１／４だけ中央寄りに噴霧燃料の外周縁が交差するので、火炎形状や燃焼排ガスの流れ等がより一層安定化されるため、燃焼性をさらに良好にすることができ、ＣＯや煤塵の発生を抑制することができる。
【００１６】
請求項４のバーナは、請求項１から請求項３のいずれかに記載のバーナにおいて、前記環状部材の外径寸法は、前記外筒部材の外径寸法と略同一とされていることを特徴とする。
このような構成では、環状部材を取り付けた状態のバーナを、燃焼室の一方側から挿入してボイラに装着することができるので、バーナの装着または取り外し作業を容易に実施することができる。すなわち、環状部材の外径寸法が外筒部材の外径寸法よりも大幅に小さい場合には、前述したような燃焼性の良好化の度合いが小さく、低ＣＯ化や低煤塵化を十分に図ることができない。また、環状部材の外径寸法が外筒部材の外径寸法よりも大幅に大きい場合には、燃焼室の一方側に設けられるバーナ装着孔に環状部材を挿入することができず、バーナおよび環状部材の装着または取り外し作業に多大な手間を要する。これに対して、環状部材の外径寸法を外筒部材の外径寸法と略同一にしたことで、バーナの装着または取り外し作業が容易になるとともに、良好な燃焼性を確保することができる。
【００１７】
請求項５のバーナは、請求項１から請求項４のいずれかに記載のバーナにおいて、前記内筒部材の内部は、小穴を介して燃焼空気の一部が流入可能に設けられ、この小穴の総開口面積をＳ１、前記外筒部材の主空気噴流口の総開口面積をＳ２とした時、Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）は、０．３以下であることを特徴とする。
【００１８】
このような構成では、小穴と主空気噴流口との総開口面積Ｓ１，Ｓ２による比を所定数以下にし、内筒部材の先端側に設けられる副空気噴流口から噴流する燃焼空気の量を確実に抑えることにより、外筒部材の中央側の空気比が外側の空気比よりも小さくなって２段燃焼効果が得られ、副空気噴流口からより離れた位置で保炎するようになる。これにより、２段燃焼効果が得られ、ＮＯｘの発生をさらに減少させることができる。
ここで、内筒部材に設けた小穴と主空気噴流口との総開口面積Ｓ１，Ｓ２による比が０．３を越えると、火炎が副空気噴流口近傍に張り付いた状態で燃焼し易くなってＮＯｘの生成量が多くなる。特に、燃料がＡ重油である場合には、バーナで用いられる一般的な空気比の範囲において、例えば８０ｐｐｍのＮＯｘ排出値を下回ることができない可能性がある。
【００１９】
請求項６のバーナは、請求項１から請求項５のいずれかに記載のバーナにおいて、前記ボイラは、缶体と、この缶体内部に設けられた前記燃焼室、この燃焼室を囲んで配列された複数の水管からなる水管列とを備え、前記水管列は、前記燃焼室を囲む略同心円状に二重に配列され、これらの内側および外側の水管列間にガス通路が形成されており、前記内側水管列における周方向の一部には、前記燃焼室と前記ガス通路とを連通させる第１排気口が設けられ、前記外側水管列における前記第１排気口に対して前記燃焼室を挟んだ反対側には、前記ガス通路と排気用の煙道とを連通させる第２排気口が設けられ、前記燃料噴霧ノズルから噴霧された燃料は、前記主空気噴流口からの燃焼空気と混合して前記燃焼室内で燃焼し、燃焼した後の燃焼ガスは、前記第１排気口から前記ガス通路に流入し、当該ガス通路内において前記水管列で冷却された後、前記第２排気口から前記煙道に排気されることを特徴とする。
【００２０】
このような構成では、缶体、燃焼室、二重の水管列、および水管列間に設けられたガス通路を備えた、いわゆるωフロー形式のボイラに前記バーナを適用した場合において、上述した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
すなわち、ωフロー形式のボイラにおいては、噴霧燃料のうちの外周縁の燃料が未燃焼のまま燃焼室側方の第１排気口から排出されやすい。このようなωフロー形式のボイラに本発明のバーナを適用することで、環状部材によって未燃焼燃料が排出されるのを防止することができ、良好な燃焼性を確保して低ＣＯ化、低煤塵化を図ることができる。
【００２１】
請求項７のバーナは、請求項１から請求項５のいずれかに記載のバーナにおいて、前記ボイラは、缶体と、この缶体内部に設けられた前記燃焼室、この燃焼室の一方側から他方側に向かって延設されたガス通路、およびガス通路に沿って設けられた水管とを備え、前記燃焼室の一方側には、当該燃焼室と前記ガス通路を連通させる排気口が設けられ、前記ガス通路の他方側は排気用の煙道に連通され、前記燃料噴霧ノズルから噴霧された燃料は、前記主空気噴流口からの燃焼空気と混合して前記燃焼室内で燃焼し、燃焼した後の燃焼ガスは、当該燃焼室の他方側から一方側に反転し、前記排気口から前記ガス通路に流入し、当該ガス通路内において前記水管で冷却された後、前記煙道に排気されることを特徴とする。
【００２２】
このような構成では、缶体、燃焼室、ガス通路、ガス通路に沿って設けられた水管、および燃焼室の一方側に設けられ燃焼室とガス通路を連通させる排気口を備えた、いわゆる反転燃焼形式のボイラに前記バーナを適用した場合において、上述した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
すなわち、反転燃焼形式のボイラ等においては、噴霧燃料のうちの外周縁の燃料が未燃焼のまま燃焼室の一方側の排気口から排出されやすい。このような反転燃焼形式のボイラ等に本発明のバーナを適用することで、環状部材によって未燃焼燃料が排出されるのを防止することができ、良好な燃焼性を確保して低ＣＯ化、低煤塵化を図ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において、既説した同一部材には同一符号を付すことにし、それらの重複する説明を避けるために、その説明を省略または簡略化する。
【００２４】
〔第１実施形態〕
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るバーナ１を示す断面図、および正面図である。すなわち、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中のＸ１ーＸ１線で示す矢視図である。
図１において、バーナ１は、燃焼空気供給用の図示しないファンにウインドボックスＡを介して取り付けられるものであって、当該ウインドボックスＡ側からボイラの燃焼室側（図１（Ａ）中の右側）に延びる燃料噴霧ノズル１０の先端側を収容した内筒部材１１と、内筒部材１１の外周側の外筒部材１２と、外筒部材１２の端面１２Ａよりも燃焼室側に設置された環状部材としての燃焼コーン２０とを備えている。
【００２５】
外筒部材１２の端面１２Ａには、当該端面１２Ａの外周側に沿って複数（本実施形態では３本）の筒状の空気ノズル１３が設けられている。この空気ノズル１３は、内外筒部材１１，１２の軸線（図１（Ａ）中の一点鎖線）に平行に燃焼室側に延出しており、その中空部分で外筒部材１２内と燃焼室内とを連通させている。そして、空気ノズル１３の先端部分（ボイラの燃焼室側）には、開口が設けられており、この開口部分が主空気噴流口１４とされている。この主空気噴流口１４は、外筒部材１２の端面１２Ａよりもボイラの燃焼室側に位置しており、外筒部材１２の内部を介して供給される燃焼空気が主空気噴流口１４から燃焼室に向かって吹き出されるようになっている。
【００２６】
このような外筒部材１２を用いたバーナ１は、主空気噴流口１４が空気ノズル１３の数に応じて周方向の３箇所に設けられているため、分割火炎燃焼方式の構造を有する。
また、主空気噴流口１４の下流近傍で燃焼が生じるが、燃焼時の排ガスは、隣接する空気ノズル１３の間を通り、燃焼によって最も負圧になる中央側へと入り込んで戻る（排ガス再循環）。このため、バーナ１は、排ガス再循環燃焼方式（自己排ガス再循環法）の構造も有する。
【００２７】
内筒部材１１の燃焼室側端面における燃料噴霧ノズル１０の前方には、副空気噴流口１５が穿設されている。
また、内筒部材１１の周面において、ウインドボックスＡ寄りには複数の小穴１６が穿設されており、これら複数の小穴１６の総開口面積をＳ１、外筒部材１２の主空気噴流口１４の総開口面積をＳ２とした時、Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）は、０．３以下、好ましくは０．２以下、より好ましくは０．１以下に設定されている。すなわち、総開口面積Ｓ１，Ｓ２による比を０．３以下に設定することで、副空気噴流口１５から噴流する燃焼空気の量を抑え、これによってバーナ１では、外筒部材１２の中央側の空気比を外周側の空気比よりも小さくし、いわゆる２段燃焼の効果が得られるようになっている。
この場合、本実施形態での主空気噴流口１４での燃焼空気の流速が２０〜４０ｍ／ｓｅｃであるのに対し、副空気噴流口１５からの燃焼空気の流速は１０〜２０ｍ／ｓｅｃ以下となる。
総開口面積Ｓ１，Ｓ２による比を０．３を越えて設定すると、２段燃焼の効果が得られず、火炎が保炎板に張り付いた状態で燃焼し易くなり、ＮＯｘの生成量が多くなる。
【００２８】
燃焼コーン２０は、外筒部材１２の外径寸法と略同一の外径寸法を有しており、外筒部材１２に図示しない係合部材により一体に取り付けられている。また、燃焼コーン２０は、内外筒部材１１，１２の軸線を中心とした円筒状の部材であり、燃料噴霧ノズル１０先端の噴霧口１０Ａよりも燃焼室側で、かつ外筒部材１２の端面１２Ａとの間に隙間を有して設置されている。
図２、および図３（Ａ），（Ｂ）は、バーナ１における燃焼コーン２０の設置位置を説明する断面図である。
【００２９】
図２、３において、θは、燃料噴霧ノズル１０から噴霧される燃料の噴霧角であり、Ｆは、噴霧角θによって規定される噴霧された燃料（油粒子）の外周縁であり、Ａは、噴霧された燃料（油粒子）が燃焼コーン２０の内周面に衝突する場所、つまり噴霧燃料の外周縁Ｆと燃焼コーン２０の内周面とが交差する交差位置である。Ｌは、燃焼コーン２０の前記軸線に沿った長さ寸法であり、Ｄは、燃焼コーン２０の内径寸法である。また、ｄは、噴霧燃料の外周縁Ｆと燃焼コーン２０の内周面とが交差する交差位置Ａと、燃料噴霧ノズル１０先端の噴霧口１０Ａとの前記軸線に沿った距離であり、この距離ｄは、Ｄ／（２ｔａｎ（θ／２））となる。
なお、燃料噴霧ノズル１０の噴霧角θとしては、θ＝３０°〜９０°の範囲があり、常用される噴霧角θの範囲としては、θ＝６０°〜９０°である。
【００３０】
そして、本実施形態において、燃焼コーン２０は、噴霧燃料の外周縁Ｆが当該燃焼コーン２０の内周面から外れない範囲に設けられている。すなわち、燃料噴霧ノズル１０先端の噴霧口１０Ａから燃焼コーン２０の燃料噴霧ノズル１０側端縁までの前記軸線に沿った距離をｘとした場合に、距離ｘが次の式１で規定される範囲に設定されている。
Ｄ／（２ｔａｎ（θ／２））−Ｌ＜ｘ＜Ｄ／（２ｔａｎ（θ／２））（式１）
ただし、ｘ＞０
なお、図２、３中のｙは、交差位置Ａから燃焼コーン２０の燃料噴霧ノズル１０側端縁までの前記軸線に沿った距離である。
【００３１】
さらに、本実施形態において、燃焼コーン２０の燃料噴霧ノズル１０側端縁は、交差位置Ａに対して、前記軸線に沿った燃焼コーン２０の長さ寸法Ｌの１／４だけ燃料噴霧ノズル１０側に設置されることが望ましい。すなわち、図３（Ａ）に示すように、距離ｙがＬ／４以上の値となる範囲であって、距離ｘが次の式２で規定される範囲である。
ｘ＜Ｄ／（２ｔａｎ（θ／２））−０．２５Ｌ（式２）
また、燃焼コーン２０の燃料噴霧ノズル１０と反対側の端縁は、交差位置Ａに対して、前記軸線に沿った燃焼コーン２０の長さ寸法Ｌの１／４だけ燃料噴霧ノズル１０と反対側に設置されることが望ましい。すなわち、図３（Ｂ）に示すように、距離ｙが３Ｌ／４以下の値となる範囲であって、距離ｘが次の式３で規定される範囲である。
Ｄ／（２ｔａｎ（θ／２））−０．７５Ｌ＜ｘ（式３）
【００３２】
一方、本実施形態におけるバーナ１では、図４、５に示すように、複数の噴霧口１０Ａを有する燃料噴霧ノズル１０が採用できる。
図４（Ａ），（Ｂ）は、バーナ１を示す断面図、および正面図である。すなわち、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）中のＸ２ーＸ２線で示す矢視図である。図５は、バーナ１における燃焼コーン２０の設置位置を説明する断面図である。
【００３３】
図４、５において、燃料噴霧ノズル１０の先端には、２つの噴霧口１０Ａが設けられており、これらの噴霧口１０Ａ同士の間隔は、ｄ２となっている。
そして、燃焼コーン２０は、噴霧燃料の外周縁Ｆが当該燃焼コーン２０の内周面から外れない範囲、すなわち、距離ｘが次の式４で規定される範囲に設定されている。
（Ｄーｄ２）／（２ｔａｎ（θ／２））−Ｌ＜ｘ
かつｘ＜（Ｄ−ｄ２）／（２ｔａｎ（θ／２））（式４）
ただし、ｘ＞０
【００３４】
さらに、２つの噴霧口１０Ａを有する場合において、燃焼コーン２０の燃料噴霧ノズル１０側端縁が、交差位置Ａに対して、前記軸線に沿った燃焼コーン２０の長さ寸法Ｌの１／４だけ燃料噴霧ノズル１０側に設置されることが望ましく、この際距離ｘは次の式５で規定される範囲となる。
ｘ＜（Ｄ−ｄ２）／（２ｔａｎ（θ／２））−０．２５Ｌ（式５）
また、燃焼コーン２０の燃料噴霧ノズル１０と反対側の端縁が、交差位置Ａに対して、前記軸線に沿った燃焼コーン２０の長さ寸法Ｌの１／４だけ燃料噴霧ノズル１０と反対側に設置されることが望ましく、距離ｘは次の式６で規定される範囲となる。
（Ｄーｄ２）／（２ｔａｎ（θ／２））−０．７５Ｌ＜ｘ（式６）
【００３５】
次に、以上のバーナ１を適用した種々のボイラについて、図６〜１０に基づいて説明する。
図６、７は、それぞれωフロー形式の貫流ボイラ１００の縦断面図、および横断面図である。図８は、反転燃焼形式の貫流ボイラ２００を示す縦断面図である。図９（Ａ），（Ｂ）は、反転燃焼形式の温水発生機３００を示す縦断面図、および横断面図である。図１０は、反転燃焼形式の試験炉４００を示す縦断面図である。
【００３６】
図６、７において、ωフロー形式の貫流ボイラ１００は、ボイラ本体である円筒状の缶体１０１を備えている。この缶体１０１の下部は、水室１０２および下部キャスタ１０３で密閉され、缶体１０１の上部は、蒸気通路１０４および上部キャスタ１０５で密閉されている。水室１０２には、図示しない給水装置から薬液注入装置等を介して蒸気発生用の水が給水される。水室１０２と蒸気通路１０４とは、複数の水管１０６により連通されており、水室１０２の水が水管１０６上部で蒸気となり、この蒸気が蒸気通路１０４から気水分離機に送られ、気水分離機において蒸気と分離された水は、再び水室１０２に戻されるようになっている。
【００３７】
複数の水管１０６は、図７に示すように、略同心円状に二重に配列されており、内側の水管列１０６Ａと外側の水管列１０６Ｂとが形成されている。内外の水管列１０６Ａ，１０６Ｂは、それぞれ水管１０６同士が連結部材１０６Ｃで連結されている。そして、内側の水管列１０６Ａと上下のキャスタ１０３，１０５に囲まれた空間が、燃焼室１０７となっている。また、内外の水管列１０６Ａ，１０６Ｂの間、および外側の水管列１０６Ｂと缶体１０１との間に、それぞれガス通路１０８，１０９が形成されている。燃焼室１０７と水管列１０６Ａ，１０６Ｂ間のガス通路１０８とは、内側の水管列１０６Ａにおける周方向の一部の連結部材１０６Ｃを省略して形成した第１排気口１１０を介して連通されている。水管列１０６Ａ，１０６Ｂ間のガス通路１０８と、外側の水管列１０６Ｂと缶体１０１との間のガス通路１０９とは、外側の水管列１０６Ｂにおける周方向の一部の連結部材１０６Ｃを省略して形成した第２排気口１１１を介して連通されている。この第２排気口１１１は、第１排気口１１０に対して、燃焼室１０７を挟んだ反対側に設けられている。そして、外側の水管列１０６Ｂと缶体１０１との間のガス通路１０９は、缶体１０１の側面に設けられた煙道１１２の内部と連通されている。
【００３８】
以上のような貫流ボイラ１００において、バーナ１は、燃焼室１０７の一方側（図６中の上側）に、前記燃料噴霧ノズル１０の噴霧口１０Ａを下方に向けて取り付けられている。すなわち、上部キャスタ１０５の略中央に穿設されたバーナ装着孔１０５Ａに外部側から挿入されている。このバーナ１の前記軸線は、燃焼室１０７の一方側から他方側（図６中の下側）に向かう軸線、および水管１０６と平行になっている。そして、バーナ１からの火炎は、燃焼室１０７の一方側から他方側に延び、燃焼後の燃焼ガス（排気ガス）は、図中矢印で示すように、燃焼室１０７側方の第１排気口１１０からガス通路１０８に流入する。ガス通路１０８に流入した燃焼ガスは、ガス通路１０８内で水管１０６内の水と熱交換を行って冷却されながら、第２排気口１１１からガス通路１０９を通って煙道１１２に排気される。これにより水管１０６内の水が熱せされて、蒸気として蒸気通路１０４から気水分離機に送られるようになっている。
【００３９】
次に、図８において、反転燃焼形式の貫流ボイラ２００は、前記貫流ボイラ１００と略同様な缶体２０１、水室２０２、複数の水管２０６等を備えて構成されている。貫流ボイラ２００の燃焼室２０７は、当該燃焼室２０７の一方側（図８中の上側）に設けられた排気口２１０を介して、水管２０６同士の間に設けられたガス通路２０８に連通されている。ガス通路２０８は、燃焼室２０７の一方側から他方側（図８中の下側）に向かう軸線に沿って延び、燃焼室２０７の他方側において煙道２１２に連通されている。
【００４０】
以上のような貫流ボイラ２００において、バーナ１は、燃焼室２０７の一方側に、前記燃料噴霧ノズル１０の噴霧口１０Ａを下方に向けて取り付けられている。そして、バーナ１からの火炎は、燃焼室２０７の一方側から他方側に延び、燃焼後の燃焼ガス（排気ガス）は、図中矢印で示すように反転し、燃焼室２０７の一方側に戻って排気口２１０からガス通路２０８に流入する。ガス通路２０８に流入した燃焼ガスは、ガス通路２０８内で水管２０６内の水と熱交換を行って冷却されながら、煙道２１２に排気される。これにより水管２０６内の水が熱せされて、蒸気として気水分離機に送られるようになっている。
【００４１】
次に、図９において、反転燃焼形式の温水発生機３００は、缶体３０１と、この缶体３０１内部に設けられた燃焼室３０７と、燃焼室３０７の上下を挟んで設けられた水室３０２と、上下の水室３０２を接続する複数の水管３０６を備えている。そして、温水発生機３００は、水室３０２の上側に、水室３０２の水が熱せられて発生する蒸気の熱によって冷水を温めるためのパイプ３１４を備え、このパイプ３１４に接続された熱交換器３１５を介して、温水が供給できるようになっている。
【００４２】
燃焼室３０７に隣接する位置には、燃焼室３０７とガス通路３０８を仕切る火堰３１３が設けられており、この火堰３１３の端部と缶体３０１との隙間部分には、燃焼室３０７とガス通路３０８とを連通させる排気口３１０が形成されている。これらの排気口３１０は、燃焼室３０７の一方側（図９中の左側）に設けられている。そして、ガス通路３０８は、燃焼室３０７の一方側から他方側（図９中の右側）に向かって、缶体３０１および火堰３１３に沿って延び、燃焼室３０７の他方側において煙道３１２に連通されている。
【００４３】
以上のような温水発生機３００において、バーナ１は、燃焼室３０７の一方側に、前記燃料噴霧ノズル１０の噴霧口１０Ａを燃焼室３０７の他方側に向けて取り付けられている。そして、バーナ１からの火炎は、燃焼室３０７の一方側から他方側に延び、燃焼後の燃焼ガス（排気ガス）は、図中矢印で示すように火堰３１３に沿って反転し、燃焼室３０７の一方側に戻って排気口３１０からガス通路３０８に流入する。ガス通路３０８に流入した燃焼ガスは、ガス通路３０８内で水管３０６内の水、および火堰３１３内の水と熱交換を行って冷却されながら、煙道３１２に排気される。
【００４４】
次に、図１０において、反転燃焼形式の試験炉４００は、バーナ１の燃焼試験を実施するためのもので、円筒状の缶体４０１と、この缶体４０１の内周面に沿って形成された水室４０２と、この水室４０２の内側に設けられた燃焼室４０７とを備えている。試験炉４００の燃焼室４０７は、当該燃焼室４０７の一方側（図１０中の右側）に設けられた排気口４１０を介して、水室４０２に沿って設けられたガス通路（煙管）４０８に連通されている。また、燃焼室４０７の他方側（図１０中の左側）は、当該燃焼室４０７の大きさを任意に設定可能な可動壁４０３で塞がれている。ガス通路４０８は、燃焼室４０７の一方側から他方側に向かう軸線に沿って延び、燃焼室４０７の他方側において煙道４１２に連通されている。水室４０２中の水は、互いに缶体４０１の異なる位置に設けられた冷却水供給口４０２Ａおよび温水排出口４０２Ｂによって、供給および排出されるようになっている。
【００４５】
以上のような試験炉４００において、バーナ１は、燃焼室４０７の一方側に、前記燃料噴霧ノズル１０の噴霧口１０Ａを燃焼室４０７の他方側に向けて取り付けられている。そして、バーナ１からの火炎は、燃焼室４０７の一方側から他方側に延び、燃焼後の燃焼ガス（排気ガス）は、図中矢印で示すように反転し、燃焼室４０７の一方側に戻って排気口４１０からガス通路４０８に流入する。ガス通路４０８に流入した燃焼ガスは、ガス通路４０８内で水室４０２内の水と熱交換を行って冷却されながら、煙道４１２に排気される。これにより水室４０２内の水が熱せされて、温水排出口４０２Ｂから排出されるようになっている。
【００４６】
以上のような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）主空気噴流口１４を有する空気ノズル１３を複数設けたことで、分割火炎燃焼、排ガス再循環燃焼の効果が得られ、ＮＯｘが確実に減少する。また、燃焼コーン２０を、その内周面に噴霧燃料の外周縁Ｆが交差する位置に設置したことで、火炎形状や燃焼排ガスの流れ等が安定化されるため、ボイラの燃焼形式の違いによる影響を受けず、燃焼性を良好にすることができる。従って、低ＮＯｘ化とともに、良好な燃焼性による低ＣＯ化、および低煤塵化を達成することができる。
【００４７】
（２）また、燃焼コーン２０の内周面に噴霧燃料の外周縁Ｆが交差する位置を、燃焼コーン２０の長さ方向の中央寄りに設定することで、さらに燃焼性を向上させることができる。
【００４８】
（３）燃焼コーン２０を取り付けた状態のバーナ１を、燃焼室１０７，２０７，３０７，４０７の一方側から挿入して装着することができるので、バーナ１の装着または取り外し作業を容易に実施することができる。
【００４９】
（４）内筒部材１１の小穴１６と主空気噴流口１４との総開口面積Ｓ１，Ｓ２による比を０．３以下にし、内筒部材１１の先端側に設けられる副空気噴流口１５から噴流する燃焼空気の量を確実に抑えることにより、外筒部材１２の中央側の空気比が外側の空気比よりも小さくなって２段燃焼効果が得られ、副空気噴流口１５からより離れた位置で保炎するようになる。これにより、２段燃焼効果が得られ、ＮＯｘの発生をさらに減少させることができる。
【００５０】
〔第２実施形態〕
図１１には、本発明の第２実施形態として、空気ノズル１３の変形例が示されている。
図１１に示すバーナ１において、外筒部材１２の端面１２Ａには、複数（本実施形態では８本）の円筒状の空気ノズル１３が等間隔で設けられている。
これらの空気ノズル１３の本数は、本実施形態では８本とされているが、好ましくは３〜１０本、より好ましくは３〜８本である。
【００５１】
また、本実施形態における燃焼コーン２０は、内外筒部材１１，１２の軸線（図１１（Ａ）中の一点鎖線）に沿った方向に関し、前述の第１実施形態と比較して、外筒部材１２に近い位置に、空気ノズル１３を周方向に沿って覆って設けられている。ただし、燃焼コーン２０の設置位置は、前述の第１実施形態で説明した範囲（式４〜６で規定されるｘの範囲）となっている。
【００５２】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（５）空気ノズル１３の数を多くすることで、より一層分割火炎燃焼の効果が得られ、ＮＯｘがさらに確実に減少する。
【００５３】
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、外筒部材１２の空気ノズル１３の形状は、上記に限らず、中空の三角柱状、四角柱状、あるいは、断面楕円形などの柱状であってもよく、その形状は任意である。
また、内筒部材１１や外筒部材１２の形状も任意であり、前記実施形態に限定されるものではない。
【００５４】
前述した内筒部材１１には小穴１６が穿設されていたが、小穴１６の穿設位置等は任意であり、その実施にあたって適宜に決められてよい。
さらに、そのような小穴１６を設けず、内筒部材１１内に燃焼空気が流入しないように構成した場合でも、本発明に含まれる。
【００５５】
また、本発明のバーナは、ωフロー形式のボイラや反転燃焼形式のボイラ、温水発生機等に適用することに限られない。すなわち、本発明のバーナを、他の燃焼形式（例えば、順流燃焼形式等）のボイラに適用した場合でも、本発明に含まれる。
【００５６】
【実施例】
〔第１〜第４実施例〕
第１〜第４実施例として、前記第１実施形態に基づいたバーナ１を製作した。そして、このバーナ１をωフロー形式の前記貫流ボイラ１００に適用した。
【００５７】
第１実施例のバーナ１は、外筒部材１２の外径寸法が１６５．２ｍｍ、燃料噴霧ノズル１０の噴霧口１０Ａが１個、噴霧角θが６０°である。
そして、バーナ１の燃焼コーン２０は、内径寸法Ｄが１６６ｍｍ、長さ寸法Ｌが８５ｍｍである。また、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘについて、次の実施例１−１〜実施例１−３の３通りを実施した。
実施例１−１：距離ｘ＝６９ｍｍ（前記式１の範囲内である）
実施例１−２：距離ｘ＝９９ｍｍ（前記式２および式３の範囲内である）
実施例１−３：距離ｘ＝１３４ｍｍ（前記式１の範囲内である）
【００５８】
第２実施例のバーナ１は、外筒部材１２の外径寸法が１６５．２ｍｍ、燃料噴霧ノズル１０の噴霧口１０Ａが１個、噴霧角θが６０°である。
そして、バーナ１の燃焼コーン２０は、内径寸法Ｄが１６６ｍｍ、長さ寸法Ｌが５０ｍｍである。また、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘについて、次の実施例２−１〜実施例２−３の３通りを実施した。
実施例２−１：距離ｘ＝１０４ｍｍ（前記式１の範囲内である）
実施例２−２：距離ｘ＝１２０ｍｍ（前記式２および式３の範囲内である）
実施例２−３：距離ｘ＝１３３ｍｍ（前記式１の範囲内である）
【００５９】
第３実施例のバーナ１は、外筒部材１２の外径寸法が１９０．７ｍｍ、燃料噴霧ノズル１０の噴霧口１０Ａが１個、噴霧角θが６０°である。
そして、バーナ１の燃焼コーン２０は、内径寸法Ｄが１９０ｍｍ、長さ寸法Ｌが１１０ｍｍである。また、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘについて、次の実施例３−１、実施例３−２の２通りを実施した。
実施例３−１：距離ｘ＝８３ｍｍ（前記式２および式３の範囲内である）
実施例３−２：距離ｘ＝１０３ｍｍ（前記式２および式３の範囲内である）
【００６０】
第４実施例のバーナ１は、外筒部材１２の外径寸法が１３９．８ｍｍ、燃料噴霧ノズル１０の噴霧口１０Ａが１個、噴霧角θが６０°である。
そして、バーナ１の燃焼コーン２０は、内径寸法Ｄが１４０ｍｍ、長さ寸法Ｌが７５ｍｍである。また、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘについて、次の実施例４−１〜実施例４−３の３通りを実施した。
実施例４−１：距離ｘ＝６３ｍｍ（前記式１の範囲内である）
実施例４−２：距離ｘ＝８３ｍｍ（前記式２および式３の範囲内である）
実施例４−３：距離ｘ＝１０３ｍｍ（前記式１の範囲内である）
【００６１】
〔第５実施例〕
第５実施例として、前記第２実施形態に基づいたバーナ１を製作した。そして、このバーナ１を前記第１〜第４実施例と同様のωフロー形式の貫流ボイラ１００に適用した。
第５実施例のバーナ１は、外筒部材１２の外径寸法が１９８ｍｍ、燃料噴霧ノズル１０の噴霧口１０Ａが２個、噴霧口１０Ａ同士の間隔寸法ｄ２が２０ｍｍ、噴霧角θが６０°である。
そして、バーナ１の燃焼コーン２０は、内径寸法Ｄが１９８ｍｍ、長さ寸法Ｌが１００ｍｍである。また、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘについて、次の実施例５−１〜実施例５−３の３通りを実施した。
実施例５−１：距離ｘ＝８２ｍｍ（前記式５および式６の範囲内である）
実施例５−２：距離ｘ＝１１２ｍｍ（前記式５および式６の範囲内である）
実施例５−３：距離ｘ＝１３２ｍｍ（前記式４の範囲内である）
【００６２】
〔第６、第７実施例〕
第６、第７実施例として、前記第１実施形態に基づいたバーナ１を製作した。そして、このバーナ１を反転燃焼形式の前記試験炉４００に適用した。
【００６３】
第６実施例のバーナ１は、外筒部材１２の外径寸法が１６５．２ｍｍ、燃料噴霧ノズル１０の噴霧口１０Ａが１個、噴霧角θが６０°である。
そして、バーナ１の燃焼コーン２０は、内径寸法Ｄが１６６ｍｍ、長さ寸法Ｌが８５ｍｍである。また、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘについて、次の実施例６−１、実施例６−２の２通りを実施した。
実施例６−１：距離ｘ＝６０ｍｍ（前記式１の範囲内である）
実施例６−２：距離ｘ＝１００ｍｍ（前記式２および式３の範囲内である）
【００６４】
第７実施例のバーナ１は、外筒部材１２の外径寸法が１６５．２ｍｍ、燃料噴霧ノズル１０の噴霧口１０Ａが１個、噴霧角θが６０°である。
そして、バーナ１の燃焼コーン２０は、内径寸法Ｄが１６６ｍｍ、長さ寸法Ｌが１２０ｍｍである。また、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘについて、次の実施例７−１〜実施例７−２の２通りを実施した。
実施例７−１：距離ｘ＝６０ｍｍ（前記式２および式３の範囲内である）
実施例７−２：距離ｘ＝１００ｍｍ（前記式２および式３の範囲内である）
【００６５】
〔第８実施例〕
第８実施例として、前記第１実施形態に基づいたバーナ１を製作した。そして、このバーナ１を反転燃焼形式の前記温水発生機３００に適用した。温水発生機３００の容積負荷としては、８２万Ｋｃａｌ／ｍ^３・ｈｒ（定格時）である。
第８実施例のバーナ１は、外筒部材１２の外径寸法が１６５．２ｍｍ、燃料噴霧ノズル１０の噴霧口１０Ａが１個、噴霧角θが６０°である。
そして、バーナ１の燃焼コーン２０は、内径寸法Ｄが１６６ｍｍ、長さ寸法Ｌが８５ｍｍである。また、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘについて、次の実施例８−１〜実施例８−３の３通りを実施した。
実施例８−１：距離ｘ＝６０ｍｍ（前記式１の範囲内である）
実施例８−２：距離ｘ＝１００ｍｍ（前記式２および式３の範囲内である）
実施例８−３：距離ｘ＝１２０ｍｍ（前記式２および式３の範囲内である）
【００６６】
〔第１比較例〕
第１比較例として、第１実施例と同一のバーナ１を用いて、このバーナ１を第１実施例と同一のωフロー形式の貫流ボイラ１００に適用した。また、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘについて、次の比較例１−１を実施した。さらに、バーナ１から燃焼コーン２０を取り外した比較例１−２を実施した。
比較例１−１：距離ｘ＝１６４ｍｍ（前記式１の上限値を超える）
比較例１−２：燃焼コーン２０無し
【００６７】
〔第２比較例〕
第２比較例として、第２実施例と同一のバーナ１を用いて、このバーナ１を第２実施例と同一のωフロー形式の貫流ボイラ１００に適用した。また、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘについて、次の比較例２−１を実施した。さらに、バーナ１から燃焼コーン２０を取り外した比較例２−２を実施した。
比較例２−１：距離ｘ＝６９ｍｍ（前記式１の範囲の下限値に満たない）
比較例２−２：燃焼コーン２０無し
【００６８】
〔第３比較例〕
第３比較例として、第３実施例と同一のバーナ１を用いて、このバーナ１を第３実施例と同一のωフロー形式の貫流ボイラ１００に適用した。そして、バーナ１から燃焼コーン２０を取り外した比較例３を実施した。
比較例３：燃焼コーン２０無し
【００６９】
〔第４比較例〕
第４比較例として、第４実施例と同一のバーナ１を用いて、このバーナ１を第４実施例と同一のωフロー形式の貫流ボイラ１００に適用した。そして、バーナ１から燃焼コーン２０を取り外した比較例４を実施した。
比較例４：燃焼コーン２０無し
【００７０】
〔第５比較例〕
第５比較例として、第５実施例と同一のバーナ１を用いて、このバーナ１を第５実施例と同一のωフロー形式の貫流ボイラ１００に適用した。そして、バーナ１から燃焼コーン２０を取り外した比較例５を実施した。
比較例５：燃焼コーン２０無し
【００７１】
〔第６比較例〕
第６比較例として、第６実施例と同一のバーナ１を用いて、このバーナ１を第６実施例と同一の反転燃焼形式の試験炉４００に適用した。そして、バーナ１から燃焼コーン２０を取り外した比較例６を実施した。
比較例６：燃焼コーン２０無し
【００７２】
〔第７比較例〕
第７比較例として、第７実施例と同一のバーナ１を用いて、このバーナ１を第７実施例と同一の反転燃焼形式の試験炉４００に適用した。そして、バーナ１から燃焼コーン２０を取り外した比較例７を実施した。
比較例７：燃焼コーン２０無し
【００７３】
〔第８比較例〕
第８比較例として、第８実施例と同一のバーナ１を用いて、このバーナ１を第８実施例と同一の反転燃焼形式の温水発生機３００に適用した。そして、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘについて、次の比較例８を実施した。
比較例８：距離ｘ＝３０ｍｍ（前記式１の範囲の下限値に満たない）
【００７４】
以上の第１〜第８実施例、および第１〜第８比較例について、空気比を数段階に変えた時の燃焼試験を行い、ＮＯｘ排出値を測定し、比較した。また、ＮＯｘ排出値の他、ＣＯ排出値の測定、および煙濃度の判定も併せて行った。図１２〜１９に試験結果をグラフで示す。また、図２０（Ａ），（Ｂ）に比較例における燃焼コーンの設置位置を説明する断面図を示す。
なお、使用燃料は灯油である。表１に使用灯油の性状を記した。ＮＯｘ排出値およびＣＯ排出値の測定には、通常一般に用いられているＮＯｘメータおよびＣＯメータを使用した。煙濃度の判定には、白色ろ紙に排ガスを通したときの着色度を見るバッカラッカ指数を用いた。燃焼量および燃焼室熱負荷率（炉負荷）の条件は各図に示す通りである。
【００７５】
【表１】

【００７６】
図１２には、第１実施例、および第１比較例の測定結果が示されている。
図１２により、燃焼コーン２０を有したバーナ１の方が燃焼コーン２０の無い比較例１−２のバーナ１よりも、ＣＯ排出値および煙濃度が低いことがわかる。
これから、燃焼コーン２０を有したバーナ１において、燃焼性が良好になることが認められた。
また、燃焼コーン２０を有したバーナ１のうち、比較例１−１では、第１実施例と比較して、ＣＯ排出値および煙濃度が高く、燃焼性改良の程度が少ないことがわかる。これは、比較例１−１において、燃焼コーン２０の設置位置が、図２０（Ｂ）に示すように、噴霧燃料の外周縁Ｆよりも、燃料噴霧ノズル１０側に寄っていることで、未燃焼燃料が燃焼コーン２０の側方に逃げ、排気口から排出されたためと考えられる。
さらに、燃焼コーン２０を有したバーナ１のうち、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘが前記式２および式３の範囲内にある実施例１−２では、燃焼性が一層改良されるとともに、他の実施例と比べてもＮＯｘ排出値が低いことがわかる。
【００７７】
図１３には、第２実施例、および第２比較例の測定結果が示されている。
図１３により、燃焼コーン２０を有したバーナ１の方が燃焼コーン２０の無い比較例２−２のバーナ１よりも、ＣＯ排出値および煙濃度が低いことがわかる。
これから、燃焼コーン２０を有したバーナ１において、燃焼性が良好になることが認められた。
また、燃焼コーン２０を有したバーナ１のうち、比較例２−１では、第２実施例と比較して、ＣＯ排出値および煙濃度が高く、燃焼性改良の程度が少ないことがわかる。これは、比較例２−１において、燃焼コーン２０の設置位置が、図２０（Ａ）に示すように、噴霧燃料の外周縁Ｆよりも、燃料噴霧ノズル１０の反対側に寄っていることで、未燃焼燃料が燃焼コーン２０の側方に逃げ、排気口から排出されたためと考えられる。
さらに、燃焼コーン２０を有したバーナ１のうち、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘが前記式２および式３の範囲内にある実施例２−２では、燃焼性が一層改良されるとともに、他の実施例と比べてもＮＯｘ排出値が低いことがわかる。
【００７８】
図１４には、第３実施例、および第３比較例の測定結果が示されている。
図１４により、燃焼コーン２０を有したバーナ１の方が燃焼コーン２０の無い比較例３のバーナ１よりも、ＣＯ排出値および煙濃度が低いことがわかる。これから、燃焼コーン２０を有したバーナ１において、燃焼性が良好になることが認められた。
また、第３実施例では実施例３−１、実施例３−２ともに、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘが前記式２および式３の範囲内にあるが、噴霧燃料の外周縁Ｆが燃焼コーン２０の中央近傍に交差する実施例３−２において、燃焼性が一層改良されるとともに、ＮＯｘ排出値が低いことがわかる。
【００７９】
図１５には、第４実施例、および第４比較例の測定結果が示されている。
図１５により、燃焼コーン２０を有したバーナ１の方が燃焼コーン２０の無い比較例４のバーナ１よりも、ＣＯ排出値および煙濃度が低いことがわかる。これから、燃焼コーン２０を有したバーナ１において、燃焼性が良好になることが認められた。
さらに、燃焼コーン２０を有したバーナ１のうち、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘが前記式２および式３の範囲内にある実施例４−２では、燃焼性が一層改良されるとともに、他の実施例と比べてもＮＯｘ排出値が低いことがわかる。
【００８０】
図１６には、第５実施例、および第５比較例の測定結果が示されている。
図１６により、燃焼コーン２０を有したバーナ１の方が燃焼コーン２０の無い比較例５のバーナ１よりも、ＣＯ排出値および煙濃度が低いことがわかる。これから、燃焼コーン２０を有したバーナ１において、燃焼性が良好になることが認められた。
さらに、燃焼コーン２０を有したバーナ１のうち、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘが前記式５および式６の範囲内にある実施例５−１、実施例５−２では、燃焼性が一層改良されるとともに、他の実施例と比べてもＮＯｘ排出値が低いことがわかる。
【００８１】
図１７には、第６実施例、および第６比較例の測定結果が示されている。
図１７により、燃焼コーン２０を有したバーナ１の方が燃焼コーン２０の無い比較例６のバーナ１よりも、ＣＯ排出値および煙濃度が低いことがわかる。これから、燃焼コーン２０を有したバーナ１において、燃焼性が良好になることが認められた。
さらに、燃焼コーン２０を有したバーナ１のうち、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘが前記式２および式３の範囲内にある実施例６−２では、燃焼性が一層改良されることがわかる。
【００８２】
図１８には、第７実施例、および第７比較例の測定結果が示されている。
図１８により、燃焼コーン２０を有したバーナ１の方が燃焼コーン２０の無い比較例７のバーナ１よりも、ＮＯｘ排出値が増加するものの、ＣＯ排出値および煙濃度が低いことがわかる。これから、燃焼コーン２０を有したバーナ１において、燃焼性が良好になることが認められた。
【００８３】
図１９には、第８実施例、および第８比較例の測定結果が示されている。
図１９により、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘが前記式１の範囲内にある実施例の方が、距離ｘが前記式１の範囲から外れた比較例８よりも、ＮＯｘ排出値、ＣＯ排出値および煙濃度が低いことがわかる。
さらに、燃焼コーン２０の設置位置を規定する距離ｘが前記式２および式３の範囲内にある実施例８−２、実施例８−３では、燃焼性が一層改良されるとともに、ＮＯｘ排出値が低いことがわかる。
【００８４】
従って、燃焼コーン２０を有したバーナ１において、ＣＯ排出値および煙濃度が低くなり、燃焼性が良好になることを確認できた。また、燃焼コーン２０を有したバーナ１の中でも、噴霧燃料の外周縁Ｆが燃焼コーン２０の中央近傍に交差するものの方が、燃焼性が一層改良されることが確認できた。これにより、本発明の優位性が認められた。
【００８５】
【発明の効果】
本発明のバーナによれば、ボイラの燃焼形式の違いに影響されずに、良好な燃焼性を確保して、ＮＯｘ、ＣＯ、煤塵の発生を効果的に抑制することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るバーナを示す断面図、および正面図である。
【図２】前記バーナにおける燃焼コーンの設置位置を説明する断面図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は、前記バーナにおける燃焼コーンの設置位置を説明する断面図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は、前記バーナにおける燃料噴霧ノズルの変形例を説明する断面図、および正面図である。
【図５】前記バーナにおける燃焼コーンの設置位置を説明する断面図である。
【図６】前記バーナを適用した貫流ボイラの縦断面図である。
【図７】前記貫流ボイラの横断面図である。
【図８】前記バーナを適用した図６、７と異なる貫流ボイラの縦断面図である。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は、前記バーナを適用した温水発生機の縦断面図、および横断面図である。
【図１０】前記バーナを適用した試験炉の縦断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係るバーナを示す断面図、および正面図である。
【図１２】本発明の第１実施例、および第１比較例の試験結果を示すグラフである。
【図１３】本発明の第２実施例、および第２比較例の試験結果を示すグラフである。
【図１４】本発明の第３実施例、および第３比較例の試験結果を示すグラフである。
【図１５】本発明の第４実施例、および第４比較例の試験結果を示すグラフである。
【図１６】本発明の第５実施例、および第５比較例の試験結果を示すグラフである。
【図１７】本発明の第６実施例、および第６比較例の試験結果を示すグラフである。
【図１８】本発明の第７実施例、および第７比較例の試験結果を示すグラフである。
【図１９】本発明の第８実施例、および第８比較例の試験結果を示すグラフである。
【図２０】本発明の比較例における燃焼コーンの設置位置を説明する断面図である。
【符号の説明】
１バーナ
１０燃料噴霧ノズル
１０Ａ噴霧口
１１内筒部材
１２外筒部材
１３空気ノズル
１４主空気噴流口
１６小穴
２０燃焼コーン（環状部材）
２１，９６副空気噴流口
３０環状部材である燃焼コーン
１００，２００貫流ボイラ
１０１，２０１，３０１，４０１缶体
１０６，２０６，３０６水管
１０６Ａ，１０６Ｂ水管列
１０７，２０７，３０７，４０７燃焼室
１０８，２０８，３０８，４０８ガス通路
１１０第１排気口
１１１第２排気口
１２１，２１２，３１２，４１２煙道
３００温水発生機
２１０，３１０，４１０排気口
４００試験炉
Ｆ噴霧燃料の外周縁
θ 噴霧角[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a burner, and relates to an oil-fired burner (oil burner) mainly used for a small boiler.
[0002]
[Background]
Emission regulations for NOx caused by combustion are becoming stricter year by year, and technological development for NOx reduction is active. NOx generated during combustion includes fuel NOx, prompt NOx, and thermal NOx. Among these, thermal NOx is generated by oxidizing the N2 component in the combustion air in a high temperature atmosphere, and is highly temperature dependent. The higher the combustion temperature, the more rapidly the generation amount increases.
Therefore, thermal NOx is always generated as long as air is used for combustion. When the fuel is kerosene or A heavy oil with a low nitrogen content, most of the NOx discharged is said to be thermal NOx, and many reduction methods are available. Has been proposed.
Among these many reduction methods, the main NOx suppression combustion technologies include (A) split flame combustion method, (B) exhaust gas recirculation combustion method, (C) multistage combustion method, and (D) water-mixed combustion method. Etc. are known.
[0003]
However, with the (A) split flame combustion type burner, flame splitting tends to be insufficient, and there is a limit to the reduction of NOx, and further technological development is required to meet the recent strict NOx regulations. Yes.
In addition, there are two types of split flame combustion systems, one with multiple main air jets and the other with multiple oil nozzles. The latter type of burner is relatively easy for large oil and gas burners. However, in the case of a burner having a small burner flame opening (diameter size of the outer cylinder member), there are difficulties in forming a divided flame, and a plurality of oil nozzles are required, resulting in an increase in cost.
[0004]
(B) Exhaust gas recirculation combustion type burners aim to reduce NOx by recirculating part of exhaust gas (combustion gas) to combustion air and lowering the oxygen partial pressure. It is roughly divided into the self-exhaust gas recirculation method.
However, the forced exhaust gas recirculation method requires a recirculation duct and a blower to recirculate a part of the exhaust gas, and its application to a small boiler is problematic in terms of cost.
The self-exhaust exhaust gas recirculation method, on the other hand, uses a phenomenon in which surrounding gas is sucked into the jet of combustion air by adding a device to the structure of the burner, etc. It is characterized by having a recirculation effect, and there is a merit in terms of cost because exhaust gas is not forced to recirculate, but the amount of exhaust gas recirculation is not sufficient and NOx reduction is still necessary There is a limit.
[0005]
(C) The burner of the multi-stage combustion system is characterized in that fuel or combustion air is divided into two or more stages having different air ratios and burned in a light and dark manner, and is caused by a decrease in flame temperature or a decrease in oxygen concentration. This is intended to reduce NOx.
However, even in this combustion system, there is a problem that the structure of the burner becomes complicated because of burning in multiple stages.
[0006]
(D) The water-mixed combustion method is intended to reduce NOx by mixing water in the fuel in advance or by blowing water into the combustion chamber to lower the flame temperature.
However, in this system, corrosion may occur in the cylindrical member or the like constituting the burner by blowing water, and the boiler efficiency also decreases. Furthermore, a water supply device such as a pump is required separately, leading to an increase in cost.
[0007]
As described above, each system has advantages and disadvantages, and it has been difficult to inexpensively manufacture a burner that reliably reduces NOx. On the other hand, according to the burner previously developed by the present applicant (see Patent Document 1), a low NOx burner having an inexpensive structure and capable of reliably reducing NOx is realized.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2001-254913 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a low NOx burner is applied to a boiler having a different combustion type, the combustibility changes depending on the flame shape, the flow of combustion exhaust gas, and the like, so that sufficient performance may not be shown as it is. That is, depending on the combustion type of the boiler, the combustibility may be deteriorated and the generation of CO and soot may not be effectively suppressed. For this reason, even if it is a boiler from which a combustion form differs, development of the burner which can ensure favorable combustibility and can suppress generation | occurrence | production of NOx, CO, and dust is desired.
[0010]
An object of the present invention is to provide a burner that can ensure good flammability and can effectively suppress the generation of NOx, CO, and soot, without being affected by differences in boiler combustion formats. .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The burner according to claim 1 is a burner installed at one end of a combustion chamber in a boiler, and sprays fuel at a predetermined spray angle that spreads about an axis extending from one side to the other side of the combustion chamber. A fuel spray nozzle, an inner cylinder member that opens toward the combustion chamber, accommodates a front end side of the fuel spray nozzle, an outer cylinder member disposed on an outer peripheral side of the inner cylinder member, and the outer cylinder A plurality of air nozzles extending from the combustion chamber side end surface of the member to the other side of the combustion chamber and spaced apart in the circumferential direction of the combustion chamber side end surface, and provided at the tip of the air nozzle, A main air jet port for blowing combustion air supplied through the inside of the cylindrical member toward the combustion chamber, a spray port of the fuel spray nozzle, and an end surface of the outer cylindrical member on the combustion chamber side end surface. Installed on the other side, and A cylindrical annular member centering on the axis, and the annular member is provided in a range in which an outer peripheral edge of the spray fuel defined by the spray angle is not deviated from an inner peripheral surface of the annular member. And
[0012]
Here, the range in which the outer peripheral edge of the sprayed fuel defined by the spray angle does not deviate from the inner peripheral surface of the annular member is the installation range of the annular member in the direction along the axis line from one side of the combustion chamber to the other side. The fuel spray nozzle side edge of the annular member is located on one side of the combustion chamber with respect to the intersecting position where the outer peripheral edge of the sprayed fuel and the inner peripheral surface of the annular member intersect, and the fuel spray nozzle of the annular member Means the range where the opposite edge of is located on the other side of the combustion chamber.
[0013]
In such a configuration, flame division can be performed by providing a plurality of main air jet openings. Further, since the main air jet port is provided in the air nozzle extending to the other side of the combustion chamber, the exhaust gas efficiently circulates using the gap between the adjacent air nozzles. By these things, the effect of division | segmentation flame combustion and exhaust gas recirculation combustion is acquired, and NOx reduces reliably.
In addition, by providing the annular member in a range where the outer peripheral edge of the sprayed fuel does not deviate from the inner peripheral surface of the annular member, the flame shape, the flow of combustion exhaust gas, etc. are stabilized. In this case, the flammability can be improved and the generation of CO and dust can be suppressed.
Therefore, it is possible to achieve a reduction in CO and a reduction in dust due to good combustibility as well as a reduction in NOx.
At this time, the combustion mode of the boiler may be a forward-flow combustion type in which an exhaust port for exhausting exhaust gas after combustion is provided on the other side (opposite side of the burner) of the combustion chamber, or the side or one side of the combustion chamber. A combustion type (for example, ω flow type or reverse combustion type) in which an exhaust port is provided on the (burner side) may be used. In particular, in the case of the boiler of the ω flow type or the reverse combustion type, the fuel at the outer peripheral edge of the sprayed fuel tends to be discharged from the exhaust port without being burned, and the combustibility tends to deteriorate. By applying this, it is possible to prevent the unburned fuel from being discharged by the annular member, to ensure good combustibility, and to achieve low CO and low dust.
[0014]
The burner according to claim 2 is the burner according to claim 1, wherein an end edge of the annular member on the fuel spray nozzle side intersects with an outer peripheral edge of the sprayed fuel and an inner peripheral surface of the annular member. On the other hand, the fuel spray nozzle is located on the fuel spray nozzle side by a quarter of the length of the annular member along the axis extending from one side to the other side of the combustion chamber.
In such a configuration, since the outer peripheral edge of the sprayed fuel intersects the center of the annular member by ¼ of the length dimension of the annular member from the edge on the fuel spray nozzle side, the flame shape, the flow of the combustion exhaust gas, etc. Therefore, combustibility can be further improved, and generation of CO and soot can be suppressed.
[0015]
The burner according to claim 3 is the burner according to

claim

1 or 2, wherein an edge of the annular member opposite to the fuel spray nozzle is an outer peripheral edge of the sprayed fuel and an inner peripheral surface of the annular member. Is located on the opposite side of the fuel spray nozzle by a quarter of the length of the annular member along the axis from the one side to the other side of the combustion chamber. And
In such a configuration, the outer peripheral edge of the sprayed fuel intersects the center of the annular member by ¼ of the length dimension of the annular member from the opposite end edge of the fuel spray nozzle. Since the flow and the like are further stabilized, the combustibility can be further improved, and the generation of CO and soot can be suppressed.
[0016]
The burner according to claim 4 is the burner according to any one of claims 1 to 3, wherein an outer diameter of the annular member is substantially the same as an outer diameter of the outer cylinder member. And
In such a configuration, since the burner with the annular member attached can be inserted from one side of the combustion chamber and attached to the boiler, the operation of attaching or removing the burner can be easily performed. That is, when the outer diameter dimension of the annular member is significantly smaller than the outer diameter dimension of the outer cylinder member, the degree of improvement in combustibility as described above is small, and sufficient reduction in CO and dust is achieved. I can't. Further, when the outer diameter of the annular member is significantly larger than the outer diameter of the outer cylinder member, the annular member cannot be inserted into the burner mounting hole provided on one side of the combustion chamber, and the burner and annular A great deal of labor is required for mounting or removing the members. On the other hand, by making the outer diameter dimension of the annular member substantially the same as the outer diameter dimension of the outer cylinder member, it is easy to attach or remove the burner and to ensure good combustibility.
[0017]
A burner according to a fifth aspect is the burner according to any one of the first to fourth aspects, wherein a part of the combustion air can be introduced into the inner cylindrical member through a small hole. S1 / (S1 + S2) is 0.3 or less, where S1 is a total opening area and S2 is a total opening area of a main air jet port of the outer cylinder member.
[0018]
In such a configuration, the ratio of the total opening areas S1 and S2 between the small hole and the main air jet port is set to a predetermined number or less, and the amount of combustion air jetted from the sub air jet port provided on the distal end side of the inner cylinder member is ensured. By suppressing to the above, the air ratio on the center side of the outer cylinder member becomes smaller than the air ratio on the outside, and a two-stage combustion effect is obtained, and the flame is held at a position further away from the auxiliary air jet port. As a result, a two-stage combustion effect can be obtained, and the generation of NOx can be further reduced.
Here, if the ratio of the total opening areas S1 and S2 between the small holes provided in the inner cylinder member and the main air jet port exceeds 0.3, it becomes easy to burn in a state where the flame sticks in the vicinity of the sub air jet port. As a result, the amount of NOx generated increases. In particular, when the fuel is A heavy oil, it may not be possible to fall below a NOx emission value of, for example, 80 ppm in a general air ratio range used in a burner.
[0019]
The burner according to claim 6 is the burner according to any one of claims 1 to 5, wherein the boiler is a can body, the combustion chamber provided inside the can body, and an array surrounding the combustion chamber. A plurality of water tubes arranged in a concentric circle surrounding the combustion chamber, and a gas passage is formed between the inner and outer water tube rows. A first exhaust port that communicates the combustion chamber and the gas passage is provided in a part of the circumferential direction in the inner water tube row, and the combustion chamber is disposed with respect to the first exhaust port in the outer water tube row. A second exhaust port for communicating the gas passage with the exhaust flue is provided on the opposite side, and the fuel sprayed from the fuel spray nozzle is mixed with combustion air from the main air jet port. Combustion after burning in the combustion chamber Scan, the flows into the gas passage from the first outlet, after being cooled by the water tube array within the gas passage, characterized in that it is exhausted in the flue from the second exhaust port.
[0020]
In such a configuration, when the burner is applied to a so-called ω flow type boiler having a can body, a combustion chamber, a double water pipe row, and a gas passage provided between the water pipe rows, the above-described action is achieved. The same effect as the effect can be obtained.
That is, in the ω flow type boiler, the fuel at the outer peripheral edge of the sprayed fuel is easily discharged from the first exhaust port on the side of the combustion chamber without being burned. By applying the burner of the present invention to such a ω flow type boiler, it is possible to prevent unburned fuel from being discharged by the annular member, ensuring good flammability, reducing CO, and reducing Dust generation can be achieved.
[0021]
The burner according to claim 7 is the burner according to any one of claims 1 to 5, wherein the boiler includes a can body, the combustion chamber provided inside the can body, and one side of the combustion chamber. A gas passage extending toward the other side, and a water pipe provided along the gas passage, and an exhaust port for communicating the combustion chamber and the gas passage is provided on one side of the combustion chamber. The other side of the gas passage is communicated with an exhaust flue, and the fuel sprayed from the fuel spray nozzle is mixed with combustion air from the main air jet and burned in the combustion chamber and burned. The later combustion gas is reversed from the other side of the combustion chamber to the one side, flows into the gas passage from the exhaust port, is cooled by the water pipe in the gas passage, and is then exhausted to the flue. It is characterized by that.
[0022]
In such a configuration, a so-called inversion comprising a can body, a combustion chamber, a gas passage, a water pipe provided along the gas passage, and an exhaust port provided on one side of the combustion chamber to communicate the combustion chamber and the gas passage. In the case where the burner is applied to a combustion type boiler, the same operational effects as those described above can be obtained.
That is, in a reverse combustion type boiler or the like, the fuel at the outer peripheral edge of the sprayed fuel is easily discharged from the exhaust port on one side of the combustion chamber without being burned. By applying the burner of the present invention to such a reverse combustion type boiler or the like, it is possible to prevent the unburned fuel from being discharged by the annular member, ensuring good flammability and reducing CO. Low dust can be achieved.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, the same reference numerals are given to the same members already described, and the description thereof is omitted or simplified in order to avoid overlapping description thereof.
[0024]
[First Embodiment]
1A and 1B are a cross-sectional view and a front view showing the burner 1 according to the first embodiment of the present invention. That is, FIG. 1B is an arrow view taken along line X1-X1 in FIG.
In FIG. 1, a burner 1 is attached to a fan (not shown) for supplying combustion air via a wind box A, and from the wind box A side to the combustion chamber side of the boiler (the right side in FIG. 1 (A)). The inner cylinder member 11 that accommodates the front end side of the fuel spray nozzle 10 extending to the outer cylinder member, the outer cylinder member 12 on the outer peripheral side of the inner cylinder member 11, and the annular shape that is disposed closer to the combustion chamber than the end surface 12A of the outer cylinder member 12 And a combustion cone 20 as a member.
[0025]
A plurality (three in this embodiment) of cylindrical air nozzles 13 are provided on the end surface 12A of the outer cylinder member 12 along the outer peripheral side of the end surface 12A. The air nozzle 13 extends to the combustion chamber side in parallel to the axis of the inner and outer cylinder members 11 and 12 (the chain line in FIG. 1A). Is in communication. An opening is provided in the tip portion of the air nozzle 13 (on the combustion chamber side of the boiler), and this opening portion serves as the main air jet port 14. The main air jet port 14 is located closer to the combustion chamber side of the boiler than the end surface 12A of the outer cylinder member 12, and combustion air supplied through the inside of the outer cylinder member 12 burns from the main air jet port 14 It is blown out toward the room.
[0026]
The burner 1 using such an outer cylinder member 12 has a structure of a divided flame combustion system because the main air jet ports 14 are provided at three locations in the circumferential direction according to the number of the air nozzles 13.
Combustion occurs in the vicinity of the downstream of the main air jet port 14, but the exhaust gas at the time of combustion passes between the adjacent air nozzles 13 and returns to the central side where the negative pressure is caused by combustion (exhaust gas recirculation). ). For this reason, the burner 1 also has a structure of an exhaust gas recirculation combustion system (self exhaust gas recirculation method).
[0027]
A sub air jet port 15 is formed in front of the fuel spray nozzle 10 on the combustion chamber side end surface of the inner cylinder member 11.
A plurality of small holes 16 are formed near the wind box A on the peripheral surface of the inner cylindrical member 11. The total opening area of these small holes 16 is S 1, and the main air jet port 14 of the outer cylindrical member 12. S1 / (S1 + S2) is set to 0.3 or less, preferably 0.2 or less, and more preferably 0.1 or less. That is, by setting the ratio of the total opening areas S1 and S2 to 0.3 or less, the amount of combustion air jetted from the auxiliary air jet port 15 is suppressed. The air ratio is made smaller than the air ratio on the outer peripheral side, so that a so-called two-stage combustion effect can be obtained.
In this case, the flow velocity of the combustion air at the main air jet port 14 in this embodiment is 20 to 40 m / sec, whereas the flow velocity of the combustion air from the sub air jet port 15 is 10 to 20 m / sec or less. Become.
If the ratio of the total opening areas S1 and S2 is set to exceed 0.3, the effect of the two-stage combustion cannot be obtained, it becomes easy to burn with the flame stuck to the flame holding plate, and a large amount of NOx is generated. Become.
[0028]
The combustion cone 20 has an outer diameter that is substantially the same as the outer diameter of the outer cylinder member 12, and is integrally attached to the outer cylinder member 12 by an engagement member (not shown). The combustion cone 20 is a cylindrical member centered on the axis of the inner and

outer cylinder members

11, 12, is closer to the combustion chamber than the spray port 10 A at the tip of the fuel spray nozzle 10, and is an end surface 12 A of the outer cylinder member 12. With a gap between them.
2, 3 A, and 3 B are cross-sectional views illustrating the installation position of the combustion cone 20 in the burner 1.
[0029]
2 and 3, θ is the spray angle of fuel sprayed from the fuel spray nozzle 10, F is the outer peripheral edge of the sprayed fuel (oil particles) defined by the spray angle θ, and A is The sprayed fuel (oil particles) collides with the inner peripheral surface of the combustion cone 20, that is, the crossing position where the outer peripheral edge F of the sprayed fuel and the inner peripheral surface of the combustion cone 20 intersect. L is a length dimension along the axis of the combustion cone 20, and D is an inner diameter dimension of the combustion cone 20. Further, d is a distance along the axis line between the intersection position A where the outer peripheral edge F of the sprayed fuel intersects the inner peripheral surface of the combustion cone 20 and the spray port 10A at the tip of the fuel spray nozzle 10. d is D / (2 tan (θ / 2)).
Note that the spray angle θ of the fuel spray nozzle 10 is in the range of θ = 30 ° to 90 °, and the range of commonly used spray angle θ is θ = 60 ° to 90 °.
[0030]
In the present embodiment, the combustion cone 20 is provided in a range in which the outer peripheral edge F of the sprayed fuel does not deviate from the inner peripheral surface of the combustion cone 20. That is, when the distance along the axis from the spray port 10A at the tip of the fuel spray nozzle 10 to the end of the combustion cone 20 on the fuel spray nozzle 10 side is x, the distance x is a range defined by the following equation (1). Is set to
D / (2 tan (θ / 2)) − L <x <D / (2 tan (θ / 2)) (Formula 1)
However, x> 0
2 and 3, y is the distance along the axis from the intersection position A to the edge of the combustion cone 20 on the fuel spray nozzle 10 side.
[0031]
Furthermore, in this embodiment, the fuel spray nozzle 10 side edge of the combustion cone 20 is ¼ of the length L of the combustion cone 20 along the axis with respect to the intersection position A. It is desirable to be installed in That is, as shown in FIG. 3A, the distance y is a range in which the value is L / 4 or more, and the distance x is a range defined by the following expression 2.
x <D / (2 tan (θ / 2)) − 0.25L (Formula 2)
Further, the edge of the combustion cone 20 opposite to the fuel spray nozzle 10 is opposite to the fuel spray nozzle 10 by ¼ of the length L of the combustion cone 20 along the axis with respect to the intersection position A. It is desirable to be installed in That is, as shown in FIG. 3B, the distance y is a range in which the value is 3L / 4 or less, and the distance x is a range defined by the following Expression 3.
D / (2 tan (θ / 2)) − 0.75L <x (Formula 3)
[0032]
On the other hand, in the burner 1 in the present embodiment, a fuel spray nozzle 10 having a plurality of spray ports 10A can be employed as shown in FIGS.
4A and 4B are a cross-sectional view and a front view showing the burner 1, respectively. That is, FIG. 4B is an arrow view indicated by a line X2-X2 in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the installation position of the combustion cone 20 in the burner 1.
[0033]
4 and 5, two spray ports 10A are provided at the tip of the fuel spray nozzle 10, and the distance between these spray ports 10A is d2.
The combustion cone 20 is set to a range in which the outer peripheral edge F of the sprayed fuel does not deviate from the inner peripheral surface of the combustion cone 20, that is, a range in which the distance x is defined by the following Expression 4.
(D−d2) / (2 tan (θ / 2)) − L <x
And x <(D−d2) / (2tan (θ / 2)) (Formula 4)
However, x> 0
[0034]
Furthermore, in the case of having two spray ports 10A, the fuel spray nozzle 10 side edge of the combustion cone 20 is only ¼ of the length dimension L of the combustion cone 20 along the axis with respect to the intersection position A. It is desirable to install the fuel spray nozzle 10 on the side, and in this case, the distance x is in a range defined by the following equation (5).
x <(D−d2) / (2tan (θ / 2)) − 0.25L (Formula 5)
Further, the end of the combustion cone 20 opposite to the fuel spray nozzle 10 is opposite to the fuel spray nozzle 10 by ¼ of the length L of the combustion cone 20 along the axis with respect to the intersection position A. The distance x is in a range defined by the following equation (6).
(D−d2) / (2tan (θ / 2)) − 0.75L <x (Expression 6)
[0035]
Next, various boilers to which the above burner 1 is applied will be described with reference to FIGS.
6 and 7 are a longitudinal sectional view and a transverse sectional view of the once-through boiler 100 of the ω flow type, respectively. FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a once-through boiler 200 of the reverse combustion type. 9A and 9B are a longitudinal sectional view and a transverse sectional view showing a hot water generator 300 of the reverse combustion type. FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a test furnace 400 of the reverse combustion type.
[0036]
6 and 7, a ω flow type once-through boiler 100 includes a cylindrical can body 101 which is a boiler body. The lower portion of the can body 101 is sealed with a water chamber 102 and a lower caster 103, and the upper portion of the can body 101 is sealed with a steam passage 104 and an upper caster 105. The water chamber 102 is supplied with water for generating steam from a water supply device (not shown) via a chemical liquid injector. The water chamber 102 and the steam passage 104 are communicated with each other by a plurality of water pipes 106, and water in the water chamber 102 becomes steam at the upper part of the water pipe 106, and this steam is sent from the steam passage 104 to the steam separator. The water separated from the steam in the separator is returned to the water chamber 102 again.
[0037]
As shown in FIG. 7, the plurality of water pipes 106 are doubled substantially concentrically, and an inner water pipe row 106A and an outer water pipe row 106B are formed. The inner and outer

water tube rows

106A and 106B are connected to each other by a connecting member 106C. A space surrounded by the inner water pipe row 106 A and the upper and

lower casters

103 and 105 is a combustion chamber 107.

Gas passages

108 and 109 are formed between the inner and outer

water tube rows

106A and 106B, and between the outer water tube row 106B and the can body 101, respectively. The gas passage 108 between the combustion chamber 107 and the

water pipe rows

106A and 106B is communicated via a first exhaust port 110 formed by omitting a part of the connecting member 106C in the circumferential direction of the inner water pipe row 106A. . The gas passage 108 between the

water pipe rows

106A and 106B and the gas passage 109 between the outer water pipe row 106B and the can body 101 omit a part of the connecting member 106C in the circumferential direction of the outer water pipe row 106B. It communicates via the formed second exhaust port 111. The second exhaust port 111 is provided on the opposite side of the first exhaust port 110 across the combustion chamber 107. The gas passage 109 between the outer water tube row 106 B and the can body 101 is in communication with the inside of the flue 112 provided on the side surface of the can body 101.
[0038]
In the once-through boiler 100 as described above, the burner 1 is attached to one side of the combustion chamber 107 (upper side in FIG. 6) with the spray port 10A of the fuel spray nozzle 10 facing downward. In other words, the upper caster 105 is inserted from the outside into a burner mounting hole 105 A drilled at substantially the center. The axis of the burner 1 is parallel to the axis extending from one side of the combustion chamber 107 to the other side (the lower side in FIG. 6) and the water pipe 106. The flame from the burner 1 extends from one side of the combustion chamber 107 to the other side, and the combustion gas (exhaust gas) after combustion is a first exhaust port on the side of the combustion chamber 107 as indicated by the arrow in the figure. The gas flows from 110 to the gas passage 108. The combustion gas flowing into the gas passage 108 is exhausted from the second exhaust port 111 through the gas passage 109 to the flue 112 while being cooled by exchanging heat with water in the water pipe 106 in the gas passage 108. As a result, the water in the water pipe 106 is heated and sent as steam from the steam passage 104 to the steam separator.
[0039]
Next, in FIG. 8, the reverse combustion type once-through boiler 200 includes a can body 201, a water chamber 202, a plurality of water pipes 206, and the like that are substantially the same as the once-through boiler 100. The combustion chamber 207 of the once-through boiler 200 is communicated with a gas passage 208 provided between the water pipes 206 through an exhaust port 210 provided on one side of the combustion chamber 207 (upper side in FIG. 8). Yes. The gas passage 208 extends along an axis extending from one side of the combustion chamber 207 to the other side (the lower side in FIG. 8), and communicates with the flue 212 on the other side of the combustion chamber 207.
[0040]
In the once-through boiler 200 as described above, the burner 1 is attached to one side of the combustion chamber 207 with the spray port 10A of the fuel spray nozzle 10 facing downward. The flame from the burner 1 extends from one side of the combustion chamber 207 to the other side, and the combustion gas (exhaust gas) after combustion is reversed as indicated by an arrow in the figure, and returns to one side of the combustion chamber 207. And flows into the gas passage 208 from the exhaust port 210. The combustion gas flowing into the gas passage 208 is exhausted to the flue 212 while being cooled by exchanging heat with the water in the water pipe 206 in the gas passage 208. Thereby, the water in the water pipe 206 is heated and sent to the steam separator as steam.
[0041]
Next, in FIG. 9, a hot water generator 300 of the reverse combustion type includes a can body 301, a combustion chamber 307 provided inside the can body 301, and a water chamber 302 provided between the upper and lower sides of the combustion chamber 307. And a plurality of water pipes 306 connecting the upper and lower water chambers 302. The hot water generator 300 includes, on the upper side of the water chamber 302, a pipe 314 for heating the cold water by the heat of steam generated by heating the water in the water chamber 302, and a heat exchanger connected to the pipe 314 Hot water can be supplied via 315.
[0042]
A fire weir 313 that partitions the combustion chamber 307 and the gas passage 308 is provided at a position adjacent to the combustion chamber 307, and in the gap between the end of the fire weir 313 and the can body 301, An exhaust port 310 that communicates with the gas passage 308 is formed. These exhaust ports 310 are provided on one side (left side in FIG. 9) of the combustion chamber 307. The gas passage 308 extends along the can body 301 and the fire weir 313 from one side of the combustion chamber 307 toward the other side (right side in FIG. 9), and enters the flue 312 on the other side of the combustion chamber 307. It is communicated.
[0043]
In the hot water generator 300 as described above, the burner 1 is attached to one side of the combustion chamber 307 with the spray port 10 A of the fuel spray nozzle 10 facing the other side of the combustion chamber 307. The flame from the burner 1 extends from one side of the combustion chamber 307 to the other side, and the combustion gas (exhaust gas) after combustion is reversed along the fire weir 313 as indicated by arrows in the figure, and the combustion chamber It returns to one side of 307 and flows into the gas passage 308 from the exhaust port 310. The combustion gas that has flowed into the gas passage 308 is exhausted to the flue 312 while being cooled by exchanging heat with water in the water pipe 306 and water in the fire weir 313 in the gas passage 308.
[0044]
Next, in FIG. 10, a test furnace 400 of the reverse combustion type is for performing a combustion test of the burner 1, and is formed along a cylindrical can body 401 and an inner peripheral surface of the can body 401. A water chamber 402 and a combustion chamber 407 provided inside the water chamber 402 are provided. The combustion chamber 407 of the test furnace 400 is connected to a gas passage (smoke pipe) 408 provided along the water chamber 402 via an exhaust port 410 provided on one side of the combustion chamber 407 (right side in FIG. 10). It is communicated. Further, the other side (the left side in FIG. 10) of the combustion chamber 407 is closed by a movable wall 403 that can arbitrarily set the size of the combustion chamber 407. The gas passage 408 extends along an axis extending from one side to the other side of the combustion chamber 407 and communicates with the flue 412 on the other side of the combustion chamber 407. Water in the water chamber 402 is supplied and discharged by a cooling water supply port 402A and a hot water discharge port 402B provided at different positions on the can body 401.
[0045]
In the test furnace 400 as described above, the burner 1 is attached to one side of the combustion chamber 407 with the spray port 10 A of the fuel spray nozzle 10 facing the other side of the combustion chamber 407. Then, the flame from the burner 1 extends from one side of the combustion chamber 407 to the other side, and the combustion gas (exhaust gas) after combustion is reversed as indicated by an arrow in the figure, and returns to one side of the combustion chamber 407. And flows into the gas passage 408 from the exhaust port 410. The combustion gas flowing into the gas passage 408 is exhausted to the flue 412 while being cooled by exchanging heat with water in the water chamber 402 in the gas passage 408. As a result, the water in the water chamber 402 is heated and discharged from the hot water discharge port 402B.
[0046]
According to this embodiment as described above, there are the following effects.
(1) By providing a plurality of air nozzles 13 having the main air jet port 14, the effects of split flame combustion and exhaust gas recirculation combustion are obtained, and NOx is reliably reduced. Further, since the combustion cone 20 is installed at the position where the outer peripheral edge F of the sprayed fuel intersects the inner peripheral surface thereof, the flame shape, the flow of the combustion exhaust gas, etc. are stabilized. It is not affected and the flammability can be improved. Therefore, it is possible to achieve a reduction in CO and a reduction in dust due to good combustibility as well as a reduction in NOx.
[0047]
(2) Further, the combustibility can be further improved by setting the position where the outer peripheral edge F of the sprayed fuel intersects the inner peripheral surface of the combustion cone 20 closer to the center in the length direction of the combustion cone 20. .
[0048]
(3) Since the burner 1 with the combustion cone 20 attached can be inserted and attached from one side of the

combustion chambers

107, 207, 307, 407, the operation of attaching or removing the burner 1 is easily performed. be able to.
[0049]
(4) The ratio of the total opening areas S1 and S2 between the small holes 16 of the inner cylindrical member 11 and the main air jet port 14 is set to 0.3 or less, and the jet flows from the auxiliary air jet port 15 provided on the distal end side of the inner cylindrical member 11 By reliably suppressing the amount of combustion air to be generated, the air ratio on the center side of the outer cylinder member 12 is smaller than the air ratio on the outside, and a two-stage combustion effect is obtained, and a position further away from the auxiliary air jet port 15 The flame will be held. As a result, a two-stage combustion effect can be obtained, and the generation of NOx can be further reduced.
[0050]
[Second Embodiment]
FIG. 11 shows a modification of the air nozzle 13 as the second embodiment of the present invention.
In the burner 1 shown in FIG. 11, a plurality (eight in this embodiment) of cylindrical air nozzles 13 are provided at equal intervals on the end surface 12 A of the outer cylinder member 12.
Although the number of these air nozzles 13 is eight in this embodiment, it is preferably 3 to 10, more preferably 3 to 8.
[0051]
Moreover, the combustion cone 20 in this embodiment is an outer cylinder member compared with the above-mentioned 1st Embodiment regarding the direction along the axis line (one-dot chain line in FIG. 11 (A)) of the inner and

outer cylinder members

11 and 12. FIG. The air nozzle 13 is provided at a position close to 12 along the circumferential direction. However, the installation position of the combustion cone 20 is in the range described in the first embodiment (the range of x defined by Equations 4 to 6).
[0052]
According to this embodiment, there are the following effects.
(5) By increasing the number of air nozzles 13, the effect of further divided flame combustion can be obtained, and NOx can be more reliably reduced.
[0053]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes other configurations that can achieve the object of the present invention, and includes the following modifications and the like.
For example, the shape of the air nozzle 13 of the outer cylinder member 12 is not limited to the above, and may be a hollow triangular column shape, a quadrangular column shape, or a column shape such as an elliptical cross section, and the shape is arbitrary.
Moreover, the shape of the inner cylinder member 11 and the outer cylinder member 12 is also arbitrary, and is not limited to the above embodiment.
[0054]
Although the small hole 16 is drilled in the inner cylinder member 11 described above, the drilling position of the small hole 16 is arbitrary, and may be appropriately determined in the implementation.
Further, the present invention includes a case where such a small hole 16 is not provided and combustion air does not flow into the inner cylinder member 11.
[0055]
Further, the burner of the present invention is not limited to being applied to a ω flow type boiler, a reverse combustion type boiler, a hot water generator, and the like. That is, even when the burner of the present invention is applied to a boiler of another combustion type (for example, a forward flow combustion type or the like), it is included in the present invention.
[0056]
【Example】
[First to fourth embodiments]
As the first to fourth examples, the burner 1 based on the first embodiment was manufactured. The burner 1 was applied to the once-through boiler 100 of the ω flow type.
[0057]
In the burner 1 of the first embodiment, the outer diameter of the outer cylinder member 12 is 165.2 mm, the spray port 10A of the fuel spray nozzle 10 is one, and the spray angle θ is 60 °.
The combustion cone 20 of the burner 1 has an inner diameter dimension D of 166 mm and a length dimension L of 85 mm. The following three examples, Example 1-1 to Example 1-3, were performed for the distance x that defines the installation position of the combustion cone 20.
Example 1-1: Distance x = 69 mm (within the range of Formula 1)
Example 1-2: distance x = 99 mm (within the range of the above-mentioned formula 2 and formula 3)
Example 1-3: Distance x = 134 mm (within the range of Formula 1)
[0058]
In the burner 1 of the second embodiment, the outer diameter of the outer cylinder member 12 is 165.2 mm, the spray port 10A of the fuel spray nozzle 10 is one, and the spray angle θ is 60 °.
The combustion cone 20 of the burner 1 has an inner diameter dimension D of 166 mm and a length dimension L of 50 mm. Further, the following three examples of Example 2-1 to Example 2-3 were performed for the distance x that defines the installation position of the combustion cone 20.
Example 2-1: Distance x = 104 mm (within the range of Formula 1)
Example 2-2: Distance x = 120 mm (within the range of Formula 2 and Formula 3)
Example 2-3: Distance x = 133 mm (within the range of Formula 1)
[0059]
In the burner 1 of the third embodiment, the outer diameter of the outer cylinder member 12 is 190.7 mm, the number of spray ports 10A of the fuel spray nozzle 10 is one, and the spray angle θ is 60 °.
The combustion cone 20 of the burner 1 has an inner diameter dimension D of 190 mm and a length dimension L of 110 mm. Moreover, about the distance x which prescribes | regulates the installation position of the combustion cone 20, two kinds of following Example 3-1 and Example 3-2 were implemented.
Example 3-1: Distance x = 83 mm (within the range of Formula 2 and Formula 3)
Example 3-2: Distance x = 103 mm (within the range of Formula 2 and Formula 3)
[0060]
In the burner 1 of the fourth embodiment, the outer cylindrical member 12 has an outer diameter of 139.8 mm, one spray port 10A of the fuel spray nozzle 10, and a spray angle θ of 60 °.
The combustion cone 20 of the burner 1 has an inner diameter dimension D of 140 mm and a length dimension L of 75 mm. In addition, the following three examples of Example 4-1 to Example 4-3 were performed for the distance x that defines the installation position of the combustion cone 20.
Example 4-1: Distance x = 63 mm (within the range of Formula 1)
Example 4-2: Distance x = 83 mm (within the range of Formula 2 and Formula 3)
Example 4-3: Distance x = 103 mm (within the range of Formula 1)
[0061]
[Fifth embodiment]
As a fifth example, a burner 1 based on the second embodiment was manufactured. And this burner 1 was applied to the once-through boiler 100 of the ω flow type similar to the first to fourth embodiments.
In the burner 1 of the fifth embodiment, the outer diameter of the outer cylinder member 12 is 198 mm, the two spray ports 10A of the fuel spray nozzle 10 are two, the distance d2 between the spray ports 10A is 20 mm, and the spray angle θ is 60 °. is there.
The combustion cone 20 of the burner 1 has an inner diameter dimension D of 198 mm and a length dimension L of 100 mm. In addition, the following three examples of Example 5-1 to Example 5-3 were performed for the distance x that defines the installation position of the combustion cone 20.
Example 5-1: Distance x = 82 mm (within the range of the above formula 5 and formula 6)
Example 5-2: Distance x = 112 mm (within the range of the above-mentioned formula 5 and formula 6)
Example 5-3: Distance x = 132 mm (within the range of Equation 4)
[0062]
[Sixth and seventh embodiments]
As the sixth and seventh examples, the burner 1 based on the first embodiment was manufactured. The burner 1 was applied to the test furnace 400 of the reverse combustion type.
[0063]
In the burner 1 of the sixth embodiment, the outer diameter of the outer cylinder member 12 is 165.2 mm, the spray port 10A of the fuel spray nozzle 10 is one, and the spray angle θ is 60 °.
The combustion cone 20 of the burner 1 has an inner diameter dimension D of 166 mm and a length dimension L of 85 mm. Moreover, about the distance x which prescribes | regulates the installation position of the combustion cone 20, two kinds of following Example 6-1 and Example 6-2 were implemented.
Example 6-1: Distance x = 60 mm (within the range of Formula 1)
Example 6-2: Distance x = 100 mm (within the range of Formula 2 and Formula 3)
[0064]
In the burner 1 of the seventh embodiment, the outer diameter of the outer cylinder member 12 is 165.2 mm, the spray port 10A of the fuel spray nozzle 10 is one, and the spray angle θ is 60 °.
The combustion cone 20 of the burner 1 has an inner diameter dimension D of 166 mm and a length dimension L of 120 mm. Moreover, about the distance x which prescribes | regulates the installation position of the combustion cone 20, two kinds of following Example 7-1 to Example 7-2 were implemented.
Example 7-1: Distance x = 60 mm (within the range of the formula 2 and the formula 3)
Example 7-2: Distance x = 100 mm (within the range of Formula 2 and Formula 3)
[0065]
[Eighth embodiment]
As an eighth example, a burner 1 based on the first embodiment was manufactured. And this burner 1 was applied to the hot water generator 300 of the reverse combustion type. The volume load of the hot water generator 300 is 820,000 Kcal / m. ³ -Hr (at the time of rating).
In the burner 1 of the eighth embodiment, the outer diameter of the outer cylinder member 12 is 165.2 mm, the spray port 10A of the fuel spray nozzle 10 is one, and the spray angle θ is 60 °.
The combustion cone 20 of the burner 1 has an inner diameter dimension D of 166 mm and a length dimension L of 85 mm. Further, the following three examples, Example 8-1 to Example 8-3, were performed for the distance x that defines the installation position of the combustion cone 20.
Example 8-1: Distance x = 60 mm (within the range of Formula 1)
Example 8-2: Distance x = 100 mm (within the range of Formula 2 and Formula 3)
Example 8-3: Distance x = 120 mm (within the range of Formula 2 and Formula 3)
[0066]
[First Comparative Example]
As a first comparative example, the same burner 1 as in the first embodiment was used, and this burner 1 was applied to the same ω-flow once-through boiler 100 as in the first embodiment. Moreover, the following comparative example 1-1 was implemented about the distance x which prescribes | regulates the installation position of the combustion cone 20. FIG. Further, Comparative Example 1-2 in which the combustion cone 20 was removed from the burner 1 was performed.
Comparative Example 1-1: Distance x = 164 mm (exceeding the upper limit value of the formula 1)
Comparative Example 1-2: No combustion cone 20
[0067]
[Second Comparative Example]
As a second comparative example, the same burner 1 as in the second embodiment was used, and this burner 1 was applied to the same ω-flow once-through boiler 100 as in the second embodiment. Moreover, the following comparative example 2-1 was implemented about the distance x which prescribes | regulates the installation position of the combustion cone 20. FIG. Further, Comparative Example 2-2 in which the combustion cone 20 was removed from the burner 1 was performed.
Comparative Example 2-1: Distance x = 69 mm (less than the lower limit of the range of the formula 1)
Comparative Example 2-2: No combustion cone 20
[0068]
[Third comparative example]
As a third comparative example, the same burner 1 as in the third embodiment was used, and this burner 1 was applied to the same ω-flow once-through boiler 100 as in the third embodiment. And the comparative example 3 which removed the combustion cone 20 from the burner 1 was implemented.
Comparative Example 3: No combustion cone 20
[0069]
[Fourth comparative example]
As a fourth comparative example, the same burner 1 as in the fourth embodiment was used, and this burner 1 was applied to the same ω-flow once-through boiler 100 as in the fourth embodiment. And the comparative example 4 which removed the combustion cone 20 from the burner 1 was implemented.
Comparative Example 4: No combustion cone 20
[0070]
[Fifth Comparative Example]
As a fifth comparative example, the same burner 1 as in the fifth embodiment was used, and this burner 1 was applied to the same ω-flow once-through boiler 100 as in the fifth embodiment. And the comparative example 5 which removed the combustion cone 20 from the burner 1 was implemented.
Comparative Example 5: No combustion cone 20
[0071]
[Sixth comparative example]
As a sixth comparative example, the same burner 1 as in the sixth embodiment was used, and this burner 1 was applied to a test furnace 400 of the same reverse combustion type as in the sixth embodiment. And the comparative example 6 which removed the combustion cone 20 from the burner 1 was implemented.
Comparative Example 6: No combustion cone 20
[0072]
[Seventh comparative example]
As a seventh comparative example, the same burner 1 as in the seventh embodiment was used, and this burner 1 was applied to a test furnace 400 of the same reverse combustion type as in the seventh embodiment. And the comparative example 7 which removed the combustion cone 20 from the burner 1 was implemented.
Comparative Example 7: No combustion cone 20
[0073]
[Eighth comparative example]
As an eighth comparative example, the same burner 1 as in the eighth embodiment was used, and this burner 1 was applied to a hot water generator 300 of the same reverse combustion type as in the eighth embodiment. And the following comparative example 8 was implemented about the distance x which prescribes | regulates the installation position of the combustion cone 20. FIG.
Comparative Example 8: Distance x = 30 mm (less than the lower limit value of the range of Formula 1)
[0074]
About the above 1st-8th Example and the 1st-8th comparative example, the combustion test when an air ratio was changed into several steps was performed, and NOx discharge value was measured and compared. In addition to the NOx emission value, the measurement of the CO emission value and the determination of the smoke concentration were also performed. The test results are shown in graphs in FIGS. 20A and 20B are cross-sectional views for explaining the installation position of the combustion cone in the comparative example.
The fuel used is kerosene. Table 1 shows the properties of the kerosene used. For the measurement of the NOx emission value and the CO emission value, a commonly used NOx meter and CO meter were used. For the determination of the smoke concentration, the baccarat index was used to check the degree of coloration when exhaust gas was passed through a white filter paper. The conditions of the combustion amount and the combustion chamber heat load factor (furnace load) are as shown in each figure.
[0075]
[Table 1]

[0076]
FIG. 12 shows the measurement results of the first example and the first comparative example.
From FIG. 12, it can be seen that the burner 1 having the combustion cone 20 has a lower CO emission value and smoke concentration than the burner 1 of Comparative Example 1-2 having no combustion cone 20.
From this, it was recognized that the burner 1 having the combustion cone 20 has good combustibility.
Moreover, it turns out that the CO emission value and smoke density | concentration are higher in the comparative example 1-1 among the burners 1 which have the combustion cone 20, compared with 1st Example, and the grade of a combustibility improvement is few. This is because in Comparative Example 1-1, the installation position of the combustion cone 20 is closer to the fuel spray nozzle 10 side than the outer peripheral edge F of the sprayed fuel, as shown in FIG. It is considered that the combustion fuel escaped to the side of the combustion cone 20 and was discharged from the exhaust port.
Further, in the burner 1 having the combustion cone 20, the combustibility is further improved in Example 1-2 in which the distance x that defines the installation position of the combustion cone 20 is within the range of the above formulas 2 and 3. In addition, it can be seen that the NOx emission value is low as compared with other examples.
[0077]
FIG. 13 shows the measurement results of the second example and the second comparative example.
FIG. 13 shows that the burner 1 having the combustion cone 20 has a lower CO emission value and smoke concentration than the burner 1 of Comparative Example 2-2 having no combustion cone 20.
From this, it was recognized that the burner 1 having the combustion cone 20 has good combustibility.
Moreover, it turns out that compared with the 2nd Example among the burners 1 which have the combustion cone 20, compared with 2nd Example, CO emission value and smoke density are high, and the grade of combustibility improvement is few. This is because, in Comparative Example 2-1, the installation position of the combustion cone 20 is closer to the opposite side of the fuel spray nozzle 10 than the outer peripheral edge F of the spray fuel, as shown in FIG. This is probably because the unburned fuel escaped to the side of the combustion cone 20 and was discharged from the exhaust port.
Further, in the burner 1 having the combustion cone 20, the combustibility is further improved in the embodiment 2-2 in which the distance x that defines the installation position of the combustion cone 20 is within the range of the above formulas 2 and 3. In addition, it can be seen that the NOx emission value is low as compared with other examples.
[0078]
FIG. 14 shows the measurement results of the third example and the third comparative example.
FIG. 14 shows that the burner 1 having the combustion cone 20 has a lower CO emission value and smoke concentration than the burner 1 of Comparative Example 3 having no combustion cone 20. From this, it was recognized that the burner 1 having the combustion cone 20 has good combustibility.
In the third embodiment, the distance x that defines the installation position of the combustion cone 20 is within the range of the formula 2 and the formula 3 in both the examples 3-1 and 3-2. In Example 3-2 in which F intersects the vicinity of the center of the combustion cone 20, it can be seen that the combustibility is further improved and the NOx emission value is low.
[0079]
FIG. 15 shows the measurement results of the fourth example and the fourth comparative example.
FIG. 15 shows that the burner 1 having the combustion cone 20 has a lower CO emission value and smoke concentration than the burner 1 of the comparative example 4 having no combustion cone 20. From this, it was recognized that the burner 1 having the combustion cone 20 has good combustibility.
Further, in the burner 1 having the combustion cone 20, the combustibility is further improved in the embodiment 4-2 in which the distance x that defines the installation position of the combustion cone 20 is within the range of the above formulas 2 and 3. In addition, it can be seen that the NOx emission value is low as compared with other examples.
[0080]
FIG. 16 shows the measurement results of the fifth example and the fifth comparative example.
FIG. 16 shows that the burner 1 having the combustion cone 20 has a lower CO emission value and smoke concentration than the burner 1 of Comparative Example 5 having no combustion cone 20. From this, it was recognized that the burner 1 having the combustion cone 20 has good combustibility.
Further, in the burner 1 having the combustion cone 20, in Example 5-1 and Example 5-2 in which the distance x defining the installation position of the combustion cone 20 is within the range of the above formula 5 and formula 6, As a result, the NOx emission value is low as compared with the other examples.
[0081]
FIG. 17 shows the measurement results of the sixth example and the sixth comparative example.
FIG. 17 shows that the burner 1 having the combustion cone 20 has a lower CO emission value and smoke concentration than the burner 1 of the comparative example 6 without the combustion cone 20. From this, it was recognized that the burner 1 having the combustion cone 20 has good combustibility.
Further, in the burner 1 having the combustion cone 20, the combustibility is further improved in the embodiment 6-2 in which the distance x that defines the installation position of the combustion cone 20 is within the range of the above formulas 2 and 3. I understand that.
[0082]
FIG. 18 shows the measurement results of the seventh example and the seventh comparative example.
FIG. 18 shows that the burner 1 having the combustion cone 20 has a higher COx emission value and a lower smoke concentration than the burner 1 of the comparative example 7 without the combustion cone 20, although the NOx emission value increases. From this, it was recognized that the burner 1 having the combustion cone 20 has good combustibility.
[0083]
FIG. 19 shows the measurement results of the eighth example and the eighth comparative example.
According to FIG. 19, the NOx emission value of the example in which the distance x defining the installation position of the combustion cone 20 is within the range of the formula 1 is larger than that of the comparative example 8 in which the distance x is out of the range of the formula 1. It can be seen that the CO emission value and the smoke concentration are low.
Further, in Example 8-2 and Example 8-3 in which the distance x that defines the installation position of the combustion cone 20 is within the range of the above-described formulas 2 and 3, the combustibility is further improved and the NOx emission value is also improved. Is low.
[0084]
Therefore, in the burner 1 having the combustion cone 20, it was confirmed that the CO emission value and the smoke concentration were lowered and the combustibility was improved. Further, it was confirmed that among the burners 1 having the combustion cone 20, the combustibility is further improved when the outer peripheral edge F of the sprayed fuel intersects with the vicinity of the center of the combustion cone 20. Thereby, the superiority of the present invention was recognized.
[0085]
【The invention's effect】
According to the burner of the present invention, it is possible to obtain an effect that it is possible to effectively suppress the generation of NOx, CO, and dust by ensuring good flammability without being affected by the difference in the combustion mode of the boiler. .
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are a cross-sectional view and a front view showing a burner according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining an installation position of a combustion cone in the burner.
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views illustrating the installation position of a combustion cone in the burner.
FIGS. 4A and 4B are a cross-sectional view and a front view for explaining a modified example of the fuel spray nozzle in the burner. FIGS.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the installation position of a combustion cone in the burner.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a once-through boiler to which the burner is applied.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the once-through boiler.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a once-through boiler different from FIGS. 6 and 7 to which the burner is applied.
9A and 9B are a longitudinal sectional view and a transverse sectional view of a hot water generator to which the burner is applied, respectively.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a test furnace to which the burner is applied.
FIG. 11 is a sectional view and a front view showing a burner according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a graph showing test results of the first example of the present invention and the first comparative example.
FIG. 13 is a graph showing test results of the second example of the present invention and the second comparative example.
FIG. 14 is a graph showing test results of a third example of the present invention and a third comparative example.
FIG. 15 is a graph showing test results of a fourth example of the present invention and a fourth comparative example.
FIG. 16 is a graph showing test results of a fifth example of the present invention and a fifth comparative example.
FIG. 17 is a graph showing test results of a sixth example of the present invention and a sixth comparative example.
FIG. 18 is a graph showing test results of a seventh example of the present invention and a seventh comparative example.
FIG. 19 is a graph showing test results of an eighth example of the present invention and an eighth comparative example.
FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating the installation position of a combustion cone in a comparative example of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Burner
10 Fuel spray nozzle
10A spray port
11 Inner cylinder member
12 Outer cylinder member
13 Air nozzle
14 Main air jet
16 small hole
20 Combustion cone (annular member)
21,96 Sub air jet
30 Combustion cone as an annular member
100, 200 once-through boiler
101, 201, 301, 401 can body
106,206,306 Water pipe
106A, 106B water pipe row
107,207,307,407 Combustion chamber
108, 208, 308, 408 Gas passage
110 First exhaust port
111 Second exhaust port
121, 212, 312, 412
300 Hot water generator
210, 310, 410 Exhaust port
400 test furnace
F Outer periphery of spray fuel
θ Spray angle

Claims

A burner installed at one end of a combustion chamber in a boiler,
A fuel spray nozzle that sprays fuel at a predetermined spray angle extending about an axis extending from one side to the other side of the combustion chamber;
While accommodating the tip side of this fuel spray nozzle, an inner cylinder member opened toward the combustion chamber,
An outer cylinder member disposed on the outer peripheral side of the inner cylinder member;
A plurality of air nozzles extending from the combustion chamber side end surface of the outer cylinder member to the other side of the combustion chamber and spaced apart in the circumferential direction of the combustion chamber side end surface;
A main air jet that is provided at the tip of the air nozzle and blows out combustion air supplied through the inside of the outer cylinder member toward the combustion chamber;
A spray port of the fuel spray nozzle and a cylindrical annular member that is installed on the other side of the combustion chamber with respect to the combustion chamber side end surface of the outer cylinder member and that has the axis as a center,
The said annular member is provided in the range from which the outer periphery of the fuel spray prescribed | regulated by the said spray angle does not remove | deviate from the internal peripheral surface of the said annular member.

The burner according to claim 1, wherein
An edge of the annular member on the fuel spray nozzle side is an axis line from one side of the combustion chamber to the other side with respect to a crossing position where an outer peripheral edge of the sprayed fuel and an inner peripheral surface of the annular member intersect. The burner is located on the fuel spray nozzle side by a quarter of the length dimension of the annular member along the axis.

In the burner according to claim 1 or claim 2,
An end edge of the annular member opposite to the fuel spray nozzle is located from one side of the combustion chamber to the other side with respect to an intersecting position where the outer peripheral edge of the sprayed fuel and the inner peripheral surface of the annular member intersect. A burner, wherein the burner is located on the opposite side of the fuel spray nozzle by a quarter of the length of the annular member along the direction of the axis.

4. The burner according to claim 1, wherein an outer diameter of the annular member is substantially the same as an outer diameter of the outer cylinder member. 5.

The burner according to any one of claims 1 to 3, wherein the inside of the inner cylindrical member is provided so that a part of combustion air can flow in through a small hole, and the total opening area of the small hole is defined as S1, A burner characterized in that S1 / (S1 + S2) is 0.3 or less when the total opening area of the main air jet port of the outer cylinder member is S2.

6. The burner according to claim 1, wherein the boiler includes a can body, the combustion chamber provided inside the can body, and a plurality of water pipes arranged around the combustion chamber. With water tube rows,
The water tube rows are doubled in a substantially concentric circle surrounding the combustion chamber, and a gas passage is formed between the inner and outer water tube rows,
A part of the inner water tube row in the circumferential direction is provided with a first exhaust port that communicates the combustion chamber and the gas passage;
On the opposite side of the combustion chamber with respect to the first exhaust port in the outer water tube row, a second exhaust port that communicates the gas passage with the exhaust flue is provided,
The fuel sprayed from the fuel spray nozzle is mixed with the combustion air from the main air jet port and burned in the combustion chamber, and the burned combustion gas flows into the gas passage from the first exhaust port. Then, after being cooled by the water tube row in the gas passage, the burner is exhausted from the second exhaust port to the flue.

6. The burner according to claim 1, wherein the boiler includes a can body, the combustion chamber provided in the can body, and extending from one side of the combustion chamber toward the other side. Gas passages, and water pipes provided along the gas passages,
An exhaust port for communicating the combustion chamber and the gas passage is provided on one side of the combustion chamber, and the other side of the gas passage is communicated with an exhaust flue,
The fuel sprayed from the fuel spray nozzle is mixed with combustion air from the main air jet and burned in the combustion chamber, and the combustion gas after combustion is reversed from the other side of the combustion chamber to the one side. The burner flows into the gas passage from the exhaust port, is cooled by the water pipe in the gas passage, and is then exhausted to the flue.