JP2005233483A

JP2005233483A - バーナの燃焼制御方法

Info

Publication number: JP2005233483A
Application number: JP2004041639A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kobayashi; 廣小林; Yoshiaki Tsuji; 良明辻; Shuhei Sugiura; 秀平杉浦
Original assignee: Volcano Co Ltd
Current assignee: Volcano Co Ltd
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】中負荷又は高負荷運転する場合においても、生成されるＮＯｘの量を一定値以下に抑制することができるバーナの燃焼制御方法を提供すること。
【解決手段】液体燃料と噴霧用媒体とを混合して噴射する気体噴霧式液体燃料バーナ１をバーナレジスタ４の中心部に配置し、その先端を取り囲むように保炎器３を配置したバーナの燃焼制御方法において、気体噴霧式液体燃料バーナ１に供給する噴霧用媒体の圧力ＰＳ２を、バーナの定格噴霧用媒体圧力ＰＳ１の０．７５〜０．８５の範囲に制御することによって、生成ＮＯｘ量を一定値以下に抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体燃料バーナや液体燃料・燃料ガス混焼式バーナの燃焼制御方法に関し、特に、中負荷又は高負荷運転する場合においても、生成される窒素酸化物（本明細書において、「ＮＯｘ」という。）の量を一定値以下に抑制することができるバーナの燃焼制御方法に関するものである。

従来、産業用や船舶用のボイラには、重油等の液体燃料を専焼する液体燃料バーナや重油等の液体燃料と天然ガス等の燃料ガスとを混焼する液体燃料・燃料ガス混焼式バーナが汎用されている。
このうち、液体燃料を専焼する液体燃料バーナは、液体燃料と空気又は蒸気等の噴霧用媒体とを混合して噴射する気体噴霧式液体燃料バーナをバーナレジスタの中心部に配置し、その先端を取り囲むように保炎器を配置するようにしている。
また、液体燃料と天然ガス等の燃料ガスとを混焼する液体燃料・燃料ガス混焼式バーナは、液体燃料と空気又は蒸気等の噴霧用媒体とを混合して噴射する気体噴霧式液体燃料バーナをバーナレジスタの中心部に配置し、その先端を取り囲むように保炎器（スワラ）を配置し、その外周に燃料ガスを噴射するスポーク型ガスバーナを配置するようにしている。

ところで、近年、ボイラの低コスト要求に伴って、生成火炎の寸法の小さいバーナや、省エネルギ、低燃費化の要請に伴って、低空気比燃焼、高ターンダウン比の高性能化されたバーナの要求が高くなり、さらには大気汚染防止のための低ＮＯｘ型バーナの要求が高くなっている。

一方、噴霧用媒体、例えば、蒸気により重油等の液体燃料を噴霧する液体燃料バーナにおいて、最高の状態で燃焼させるためには、噴霧用媒体としての蒸気により噴霧される液体燃料の平均粒径を小さくし、燃焼用空気量を多く供給することが求められる。
この条件を満たすことにより、着火が早く、高酸素濃度雰囲気での燃焼が効率的に行われるようになる。
このため、液体燃料バーナを、生成される火炎温度が高く、低空気比、短炎の状況で運転するように設定していた。

しかしながら、一般に、燃料の燃焼に伴って生成されるＮＯｘの量は、燃料に含まれる窒素分の多寡、燃焼時の温度、酸素濃度、滞留時間等に比例して高くなることが判明している。
すなわち、液体燃料バーナを、最高の状態で燃焼させると、それに応じて燃焼に伴って生成されるＮＯｘの量も増加することから、バーナの高燃焼効率化と低ＮＯｘ化とは両立し得ない関係にあることとなる。

上記の知見に鑑み、従来、低ＮＯｘ化を図る場合には、噴霧される液体燃料の油滴が燃焼しにくい状況、すなわち、生成される火炎温度が低くなるように供給空気量を少なくする等の方法が採用されている。

一方、液体燃料バーナを中負荷又は高負荷運転する場合には、液体燃料の噴霧量の増加に連動して生成されるＮＯｘの量も増加し、生成されるＮＯｘの量を一定値以下に抑制することが困難であるという問題があった。

そして、この問題は、液体燃料と天然ガス等の燃料ガスとを混焼する液体燃料・燃料ガス混焼式バーナにも共通する問題であった。

本発明は、上記従来の液体燃料バーナや液体燃料・燃料ガス混焼式バーナの有する問題点に鑑み、中負荷又は高負荷運転する場合においても、生成されるＮＯｘの量を一定値以下に抑制することができるバーナの燃焼制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のバーナの燃焼制御方法は、液体燃料と噴霧用媒体とを混合して噴射する気体噴霧式液体燃料バーナをバーナレジスタの中心部に配置し、その先端を取り囲むように保炎器を配置したバーナの燃焼制御方法において、気体噴霧式液体燃料バーナに供給する噴霧用媒体の圧力を、該バーナの定格噴霧用媒体圧力の０．７５〜０．８５の範囲に制御することによって、生成ＮＯｘ量を一定値以下に抑制するようにしたことを特徴とする。

本発明のバーナの燃焼制御方法によれば、気体噴霧式液体燃料バーナに供給する噴霧用媒体の圧力を、該バーナの定格噴霧用媒体圧力の０．７５〜０．８５の範囲に制御することによって、生成ＮＯｘ量を一定値以下に抑制するようにしているので、複雑な制御機構等を用いることなく、簡易な方法で、中負荷又は高負荷運転する場合においても、噴霧用媒体の圧力を低減して、噴霧される液体燃料の油滴が燃焼しにくい状況を形成することができ、生成されるＮＯｘの量を一定値以下に抑制することができる。

以下、本発明のバーナの燃焼制御方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図２に、本発明のバーナの燃焼制御方法を実施するバーナとして、液体燃料と天然ガス等の燃料ガスとを混焼する液体燃料・燃料ガス混焼式バーナを示す。

この液体燃料・燃料ガス混焼式バーナは、液体燃料（例えば、重油）と噴霧用媒体（例えば、蒸気）とを混合して噴射する気体噴霧式液体燃料バーナ１をバーナレジスタ４の中心部に配置し、その先端に配設した液体燃料アトマイザ１Ａを取り囲むように保炎器３を配置し、その外周に燃料ガス（例えば、天然ガス）を噴射する先端にガスノズル２Ａを備えた複数本（本実施例においては、６本）のスポーク型ガスバーナ２を配置するようにしている。

ここで、液体燃料バーナ１の基端側には、液体燃料と噴霧用媒体とを供給するための供給口１Ｂを形成するようにしている。

また、ガスバーナ２の基端側には、複数本のスポーク型ガスバーナ２に共通するガス室７を配設し、このガス室７に燃料ガスを供給するためのガス供給口２Ｂを形成するようにしている。

また、気体噴霧式液体燃料バーナ１及びガスバーナ２を配置したバーナレジスタ４は、風箱６内に配置し、この風箱６内に送風機８から送り込んだ燃焼用空気を、バーナレジスタ４の基端側からバーナレジスタ４内に導入し、バーナレジスタ４の先端側を経て、バーナレジスタ４の先端外周部を取り囲むように配設したバーナタイル５内へ流れるように構成する。

次に、この液体燃料・燃料ガス混焼式バーナの燃焼制御方法、図３〜図５に基づいて説明する。

図３に示すように、液体燃料ＢＯは、所定の油圧ＰＯ及び油量ＭＯで、液体燃料供給管１１を介して、供給口１Ｂから液体燃料バーナ１へ供給される。
一方、噴霧用媒体ＢＳは、所定の圧力ＰＳで、噴霧用媒体供給管１２を介して、供給口１Ｂから液体燃料バーナ１へ供給される。
そして、液体燃料バーナ１へ供給された液体燃料ＢＯ及び噴霧用媒体ＢＳは、液体燃料バーナ１の先端に取り付けられた液体燃料アトマイザ１Ａにて混合され、バーナタイル５により区画された燃焼室９内へ噴霧される。

一方、送風機８より風箱６内へ供給された空気は、バーナレジスタ４の先端側を経て、バーナレジスタ４の先端外周部を取り囲むように配設したバーナタイル５内に供給される。
このとき、バーナレジスタ４の中心部の空気は、保炎器３を経て燃焼室９内へ吐出され、また、バーナレジスタ４の内周面に沿って流れる空気は、保炎器３を通らないでその外周部を経て直接燃焼室９内へ吐出され、液体燃料アトマイザ１Ａより噴霧される液体燃料と空気とが混合されて燃焼する。

この場合において、液体燃料アトマイザ１Ａに供給される液体燃料の油圧ＰＯ及び油量ＭＯ並びに噴霧用媒体の圧力ＰＳは、ボイラの圧力ＰＢに基づいて制御するようにする。
具体的には、液体燃料・燃料ガス混焼式バーナを取り付けたボイラの圧力ＰＢを検知し、このボイラの圧力ＰＢを制御器Ｃに入力し、この制御器Ｃにより、燃料供給管１１に配設された液体燃料制御弁ＣＯ及び蒸気供給管１２に配設された噴霧用媒体制御弁ＣＳをそれぞれ制御するようにする。
これにより、油圧ＰＯの上昇に伴って油量ＭＯが増加するようにされた液体燃料アトマイザ１Ａに供給される液体燃料の油圧ＰＯ及び油量ＭＯ並びに噴霧用媒体の圧力ＰＳの制御を、ボイラの圧力ＰＢにより制御することができる。

ところで、本実施例においては、図４に示すように、液体燃料バーナ１に供給する噴霧用媒体の圧力ＰＳを、該バーナ１の定格噴霧用媒体圧力ＰＳ１の０．７５〜０．８５、より好ましくは、０．７８〜０．８２の範囲の圧力ＰＳ２に制御することによって、噴霧される液体燃料の油滴が燃焼しにくい状況を形成し、生成ＮＯｘ量を一定値以下に抑制するようにしている。
具体的には、油量ＭＯ（油圧ＰＯ）がＬ（２００ｋｇ／ｈ）の位置でバーナ１に点火されて燃焼が始まり、制御器Ｃの指令により、油圧ＰＯの上昇に伴って油量ＭＯを増加させるようにする。
これに合わせて、噴霧用媒体を、その圧力ＰＳ２（ここでは、定格噴霧用媒体圧力ＰＳ１の８０％の圧力）を順次増加させながら供給し、油量ＭＯ（油圧ＰＯ）がα（６００ｋｇ／ｈ）の位置で一定（ここでは、定格噴霧用媒体圧力ＰＳ１：８．０ｋｇｆ／ｃｍ^２（７８４ｋＰａ）の８０％の圧力ＰＳ２：６．５ｋｇｆ／ｃｍ^２（６３７ｋＰａ））にする。

このように、噴霧用媒体の圧力ＰＳ２を、定格噴霧用媒体圧力ＰＳ１の８０％の圧力に制御して供給することにより、噴霧される液体燃料の油滴が燃焼しにくい状況を形成することができ、その結果、図５に示すように、ＮＯｘの生成量が、定格噴霧用媒体圧力ＰＳ１の場合のＮＯｘの生成量ＮＯｘ１と比較してはるかに少ないＮＯｘの生成量ＮＯｘ２となることを確認した。

以上、本発明のバーナの燃焼制御方法について、液体燃料・燃料ガス混焼式バーナを例に説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものであり、また、液体燃料バーナについても同様に適用可能である。

本発明のバーナの燃焼制御方法は、複雑な制御機構等を用いることなく、簡易な方法で、中負荷又は高負荷運転する場合においても、噴霧用媒体の圧力を低減して、噴霧される液体燃料の油滴が燃焼しにくい状況を形成することができ、生成されるＮＯｘの量を一定値以下に抑制することができることから、産業用や船舶用のボイラ等に用いられる液体燃料バーナ及び液体燃料・燃料ガス混焼式バーナに広く適用することができ、その対象も、新設のもののほか、既設のものにも適用することができる。

本発明のバーナの燃焼制御方法を実施する液体燃料・燃料ガス混焼式バーナの概略説明図である。同液体燃料・燃料ガス混焼式バーナの先端部を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は正面図である。同液体燃料・燃料ガス混焼式バーナの制御系統図である。油圧、油量、噴霧用媒体の圧力（噴霧用蒸気圧）の関係を示す説明図である。ＮＯｘの生成状態を示す説明図である。

符号の説明

１液体燃料バーナ
１Ａ液体燃料アトマイザ
１Ｂ液体燃料供給口
２スポーク型ガスバーナ
２Ａガスノズル
２Ｂガス供給口
３保炎器
４バーナレジスタ
５バーナタイル
６風箱
７ガス室
８送風機
１１液体燃料供給管
１２噴霧用媒体供給管
ＣＯ液体燃料制御弁
ＣＳ噴霧用媒体制御弁
ＰＢボイラの圧力
ＭＯ油量
ＰＯ油圧
ＰＳ噴霧用媒体の圧力
Ｃ制御器

Claims

液体燃料と噴霧用媒体とを混合して噴射する気体噴霧式液体燃料バーナをバーナレジスタの中心部に配置し、その先端を取り囲むように保炎器を配置したバーナの燃焼制御方法において、気体噴霧式液体燃料バーナに供給する噴霧用媒体の圧力を、該バーナの定格噴霧用媒体圧力の０．７５〜０．８５の範囲に制御することによって、生成ＮＯｘ量を一定値以下に抑制するようにしたことを特徴とするバーナの燃焼制御方法。