JP2016061500A - 燃焼装置、ボイラ及び燃焼方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】風箱32の内側に設けられた一次燃料ノズル37と、その一次燃料ノズル37の周囲に配設された保炎器41と、前記保炎器41の外周側であって、一次燃料ノズル37を中心とした環状領域上に周方向に相互間隔をあけて配設された複数の二次燃料ノズル52とが備えられている。保炎器41の外周側であって、前記環状領域上に相互間隔をあけて前記風箱32の前板には複数の二次空気ノズル62が備えられ、複数の二次空気ノズル62と複数の二次燃料ノズル52とは、交互に配設されている。このため、二次燃料ノズル52からの燃料ガスが再循環流に対して除々に混合されて、緩慢に燃焼され、NOxが低減される。
【選択図】図1
Description
・NOx排出値が、O2=3%(空気比1.17)の燃焼条件において、40ppm(O2=5%)、すなわち、酸素濃度0%に換算すると52.5ppmであり、未だNOx排出量が多い。
本発明の目的は、上記技術の問題点を解消し、低NOx化を有効に達成できる燃焼装置を提供することにある。
(第1実施形態)
第1実施形態を図1〜図7及び図16〜図23に基づいて説明する。
燃焼装置31の風箱32の内側における中心部の水平な軸線100上にはパイプ状の燃焼用空気供給スロート(以下、単にスロートという)33が配置されている。このスロート33は風箱32内の後部の第1送風室34に接続され、この第1送風室34からスロート33内に一次空気が送られて、その一次空気がスロート33の先端開口35から燃焼室22内の前方に向かって噴出される。なお、本実施形態においては、図1の左側を前部とする。
図1及び図3(a)(b)に示すように、前記ノズル孔38の直近の後部において、一次燃料ノズル37の周囲には、その一次燃料ノズル37の外周面とスロート33の内周面との間に位置する保炎器41が取り付けられており、この保炎器41の外周部の6箇所には等間隔をおいて複数(実施形態では6箇所)の凸部43が形成されている。これらの凸部43間の凹部が通気口42になっているとともに、凸部43の先端とスロート33の内周面との間が狭い通気間隙44になっている。凸部43は前記ノズル孔38間の部分に対応して位置している。そして、スロート33内の一次空気が通気口42及び通気間隙44を通って燃焼室22内に前記軸線100に沿って噴出される。この保炎器41とスロート33とによって、燃焼室22内に一次空気を噴出するための一次空気ノズルが構成されている。
図1,図2及び図4(a)(b)に示すように、スロート33の外周側において風箱32の前板321には等間隔をおいて複数本(本実施形態では6本)の外側燃料供給管51が貫通されている。この外側燃料供給管51の先端には軸線100を中心とした環状領域上に位置する二次燃料ノズル52が固定されている。二次燃料ノズル52の先端部には単一のノズル孔53が形成されている。このノズル孔53は、軸線100を中心とするとともに、前記保炎器41の通気口42を通る半径線上に位置している。図5に示すように、ノズル孔53は、軸線100と直交する方向から見て、軸線100に対して中心角θ2が5度〜30度(本実施形態では15度)程度の角度で内向きに開口している。一次燃料ノズル37の先端部はスロート33の先端開口と同位置に配置されている。そして、外側燃料供給管51を介して二次燃料ノズル52内に都市ガスよりなる燃料ガスが供給され、その燃料ガスがノズル孔53から燃焼室22の中心部に向けて斜め前方に向けて噴射される。
図5及び図6に示すように、実施形態の燃焼装置31の燃焼作動時には、一次燃料ノズル37の軸線100の周囲のノズル孔38から一次燃料ガスが燃焼室22に向かって斜め外周方向に噴出されて、一次火炎201が形成される。このとき、一次燃料ノズル37の周囲において、保炎器41の通気口42及び通気間隙44から一次空気が軸線100の延長方向に沿って燃焼室22内に噴出される。また、このとき、保炎器41がスロート33内に位置しているため、保炎器41の凸部43の前面側に小さな再循環流204が形成されることによって、この一次火炎201が、高空気比下において保炎されるとともに、一次火炎201が分割状態になって、表面積が増大し、その一次火炎201は温度低下される。
(1)二次燃料ノズル52がスロート33の先端より燃焼室22内へ突出しているため、燃焼ガスが、再循環流としてスロート33及び二次燃料ノズル52の上流側で、かつ外周側から中心側に巻き込まれる。このため、二次燃料ノズル52からの燃料ガスが再循環流に対して除々に混合されて、緩慢に燃焼され、NOxが低減される。また、二次燃料ノズル52からの高速噴流による再循環が円滑に実行される。
次に、本発明の第2実施形態を説明する。なお、この第2実施形態以降の各実施形態及び変更例においては、第1実施形態と相違する部分を中心に説明する。
従って、第2実施形態では以下の効果がある。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態を図9及び図24〜図30に基づいて説明する。なお、この第3実施形態以降の各実施形態において、右側面図は第1実施形態と同様であるため、図示を省略する。
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態を図10(a),(b)及び図31〜図37に基づいて説明する。
(14)円形の開口621を形成するために、既成パイプが用いられているため、コストダウンとなる。また、既成パイプを適宜に選択することにより、開口621の径を任意に変更できる。このため、再循環流203の指向性や流量を適宜に調整して、低NOx化に役立たせることができる。
本発明の第5実施形態を図11(a),(b)及び図38〜図44に基づいて説明する。
(15)複数の開口621が径方向に並んでいるため、矩形の開口621を有する二次空気ノズル62に近い効果を得ることができるとともに、既成パイプが用いられているため、第4実施形態と同様にコストダウンが可能となる。
本発明の第6実施形態を図12(a),(b)及び図45〜図51に基づいて説明する。
(16)二次空気ノズル62の開口621は、半径方向内側向きに傾斜して配設される単孔であることによって、二次空気ノズル62からの二次空気の噴流が内向きになることから、軸線100上に形成される二次火炎202による燃焼ガスに二次空気が良好に混合される。このことで、二次火炎202の安定性を保持しつつ、二次火炎領域における更なる高空気比化を実現できる。従って、NOxの発生抑制に有効である。また、既成パイプを使用することでコストダウンとなる。
本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、以下のような態様で具体化することも可能である。
・一次、二次燃料はガス燃料ではなく、噴霧状の液体燃料でもよい。
・二次燃料ノズル52を二次空気ノズル62より燃焼室22側に突出させてもよい。
・前記二次燃料ノズル52のノズル孔38を前記軸線100を中心とした半径線に沿って延びるスリット状の単孔にしてもよい。このように、ノズル孔38をスリット状の単孔とすることで、二次燃料ノズル52と二次空気ノズル62との間の間隔を広げることができる。従って、燃焼ガスの再循環が良好に行われながら緩慢燃焼するため、より低NOx化が可能となる。
前記各実施形態から把握され、請求項に記載されていない技術的思想は以下のとおりである。
二次燃料ノズルの開口を前記半径線に沿って延びる形状の単孔とすることで、二次燃料ノズルと二次空気ノズルとの間隔をあけることができるため、燃焼ガスの再循環が良好に行われながら緩慢燃焼し、より低NOx化が可能となる。
このように構成すれば、燃焼ガスが、二次空気ノズルまたは二次燃料ノズルの上流側から巻き込まれて再循環していくので、よりNOxが低減される。
本発明の目的は、上記技術の問題点を解消し、低NOx化を有効に達成できる燃焼装置、その燃焼装置を用いたボイラ及び燃焼方法を提供することにある。
Claims (3)
- 風箱の内側に設けられた一次燃料ノズルと、
前記一次燃料ノズルの周囲に配設された保炎器と、
前記保炎器の外周側であって、前記一次燃料ノズルを中心とした環状領域上に周方向に相互間隔をあけて配設された複数の二次燃料ノズルと
を備えた燃焼装置において、
前記保炎器の外周側であって、前記環状領域上に相互間隔をあけて前記風箱の前板に配設された複数の二次空気ノズルを備え、
前記複数の二次空気ノズルと前記複数の二次燃料ノズルとは、交互に配設された燃焼装置。 - 前記風箱内において、前記一次燃料ノズルと同軸上に形成されるとともに、前記保炎器を通過して供給される一次空気と保炎器の周囲から供給される二次空気とを分離する燃焼用空気供給スロートを設けたことを特徴とする請求項1に記載の燃焼装置。
- 風箱の前板が燃焼室内へ突出して配設されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃焼装置。
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