JP2544662B2

JP2544662B2 - バ―ナ―

Info

Publication number: JP2544662B2
Application number: JP1051838A
Authority: JP
Inventors: ジエフリイ・ウイリアム・アレン; ピーター・リチヤードソン・ビール; デニス・ロイ・ウインフリイ
Original assignee: Northern Engineering Industries PLC
Current assignee: Rolls Royce Power Engineering PLC
Priority date: 1988-03-04
Filing date: 1989-03-03
Publication date: 1996-10-16
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: CN1036070A; CN1016092B; IE62676B1; FI93900C; ES2050791T3; CA1315605C; NO890914D0; JPH01305206A; US4930430A; FI891038A0; DK171450B1; AU615989B2; AU3097489A; FI891038A; DE68912401T2; FI93900B; DK103389A; NO890914L; EP0343767A1; DE68912401D1

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明はバーナーを対象としており、特に、その燃焼
生成物中の窒素酸化物（NOx）の発生レベルを比較的低
下させたバーナーに関する。

〔従来の技術〕例えばボイラーや炉などの設備から発生する窒素酸化
物（NOx）は、環境に有害な影響を及ぼすために、非常
に注目されている。発電所で使用される石炭やその他の
同様の炭素系燃料などの微粉燃料のバーナーが窒素酸化
物の主な発生源である。そのようなバーナーでは、窒素
酸化物の放出は（火炎温度に応じて）大気中の窒素が原
因となり、又（燃焼中に使用できる酸素の量に応じて）
燃料中に固定された窒素が原因となつている。

窒素酸化物放出量を低減するようにした微粉燃料バー
ナーの例は、イギリス特許第2094969号に記載されてお
り、そこでは、空気及び燃料の旋回流（スワール）を補
助空気流内へ噴出させ、準化学量的状態で段階的に燃料
を燃焼させることが提案されている。同様に、イギリス
特許第160146号では、主空気及び燃料の混合物に乱流を
発生させるようになつており、そのために、その混合物
用の供給チユーブの出口にＬ形断面のフランジ（事実
上、縁の鋭利なノズル）が設けてあり、上記乱流形成後
に、燃料を２次及び３次空気流で燃焼させるようになつ
ている。より一般的には、微粉燃料バーナーによる窒素
酸化物の形成量を低減させるための公知の技術は以下の
ように列挙できる。

燃料・空気流に対する火災の上流端部での空気の流入
を制御して火災温度が高くなることを防止し、それによ
り、大気中の窒素からの窒素酸化物の形成を最小にす
る。

火災の上流端部に燃料濃厚領域を形成して、準化学量
的量の酸素が存在する場所で窒素及びその他の揮発性成
分を逃し、それにより、揮発性成分の燃焼による高温領
域及び窒素酸化物の形成を最大限に抑える。

燃料濃厚領域を維持し、燃焼行程の初期段階で形成さ
れた一切の窒素酸化物が、還元環境において燃料と反応
して窒素及び炭素の一酸化物に戻れるようにする。

このような状態を達成するための一つの方法として
は、バーナーから出た燃料・空気ジエツトの縁に近接さ
せてその周囲に、火炎のカーテンを形成するという方法
がある。この主燃焼段階の目的は、燃料に熱を与えて燃
料窒素及びその他の揮発性成分を逃すような準化学量的
条件で火災を発生させるためである。次に２次及び３次
空気を、（高温を生じさせることになる）過度の乱流を
生じさせずに、燃料・主空気及び揮発生成分の流れにス
ムースに加えることができれば、一般的な乱流の程度の
高い火災が占めるのと同様の体積以下で、完全な混合及
び燃焼を実現することができるはずである。

このような目的を達成する場合の主な問題として、バ
ーナーの燃料・主空気出口において安定した火災を維持
することが困難であり、又、燃料と空気のスムースな混
合を確実に行つて、過度の乱流とそれによる高温及び窒
素酸化物を回避するとともに、混合の遅れで燃料の不完
全燃焼が生じることを回避することが困難である。

〔発明の概要〕本発明によると、空気流内の微粉燃料を燃焼させるた
めのバーナーであって、通路の出口での主燃焼のために
上記通路に沿って空気・燃料混合物の流れを発生させる
ための手段と、上記主燃焼の生成物の燃焼のために補助
空気を供給するための手段とを設け、複数の案内要素
を、上記通路内に、その中心軸の周囲に角度間隔を隔て
て配置し、該案内要素を上記通路に沿って延ばして該案
内要素が流入する入射流に対しては傾斜した角度をなす
ようにし；上記通路内の流れに旋回流を与えて、空気・
燃料混合物が傾斜した角度で上記案内要素に向かうよう
にする手段を、上記案内要素の上流に設け、上記案内要
素により旋回流を弱めるようにして、その流れの中に燃
料濃厚領域を形成し；上記案内要素から間隔を隔てた下
流側の、上記通路の出口端部またはその近傍において、
複数の乱流形成部材を、上記通路内に、その中心軸の周
囲に角度間隔を隔てて配置して、上記通路の出口におい
て空気・燃料混合物の流れパターンに変化を与えること
により、該乱流形成部材の下流側の燃料・空気混合濃度
を高めることを特徴としている。

少なくとも１個の乱流形成部材を案内要素からの流れ
の進路と概ね一致させて配置すると効果的であり、各部
材を案内要素のそれぞれに関連させて配置できることが
わかつている。更に、乱流形成部材は、隣接する複数対
の案内要素からの複数の流れ進路の間の中間位置に位置
させることができる。

一実施例構造では、４個の案内要素が通路の軸の周囲
に90度の角度間隔を隔てて設けてあり、10個の乱流形成
部材が、上記案内要素の下流側に間隔を隔てた状態で、
上記軸の周囲に36度の角度間隔を隔てて配置してあり、
直径方向に対向する１対の上記部材は、直径方向に対向
する１対の案内要素からの流れ進路に概ね一致してい
る。本件出願人の先の出願では、好ましくは環状である
空気・燃料混合物用通路が、その入口に、そこを通過す
る流れを旋回パターンにするための手段を有しており、
そのような場合、案内要素は通路の中心軸と平行に延ば
すことができる。要素の上流側において、燃料粒子が通
路の外壁側に集中して高濃度の燃料流を形成する傾向に
対抗するための手段を外壁部に設けることもでき、それ
により、該手段が案内要素に接近する空気及び燃料の混
合状態を改善する。

出口領域において、上記通路を１対の同心補助通路に
より囲み、補助通路により、燃焼行程で補助空気を供給
することが好ましい。上記各補助通路には複数の流れ案
内部材を設け、その隣接する出口において、各通路から
の流れが隣接する（１個又は複数の）通路からの流れに
対して旋回パターンとなつて出るようにできる。例え
ば、空気・燃料通路からの流れが中心軸と平行に出る場
合、それに隣接する補助通路は、好ましくは軸に対して
45度以上の螺旋角度の旋回パターンで空気が流出するよ
うに流れ案内部材を配置し、且つ、外側の補助通路から
の空気が軸と平行に流出できるようにする。

実施例では、上記乱流形成部材の形状は、先端が薄
く、次第に厚くなつて後端縁が絶壁状となつている。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図〜第３図において、微粉燃料バーナー10が、そ
の一部のみを示す炉の壁部14の孔12に取り付けてある。
無論、バーナーは燃料に点火して燃料室内へ吹き込む。
該室には、用途に応じて、熱交換チユーブが公知の方法
で設けられることがある。又、バーナー10を複数個設
け、所望の燃焼パターンを実現するようにそれらを炉壁
部に取り付けることもできる。

バーナー10は中心軸Ａに沿つて延びており、同軸状態
のチユーブ22、24、26、28を備えている。それらのチユ
ーブは、微粉燃料及び空気の混合物用の主環状通路30
と、付加燃焼空気用の内側及び外側補助通路32、34を形
成している。チユーブ22自体の内部は油バーナー36用の
通路を形成しており、該バーナー36は、炉の初期加熱用
又は微粉燃料用の点火装置として作用する。最も外側の
チユーブ28は、図示の状態では、バーナーの出口端部38
においてその他のチユーブと平行であるが、仮想線38A
で示す如く拡開させることもできる。

チユーブ24は比較的大径の入口部分24Aとテーパ状中
間部分24Bとを備え、該部分24Bが、出口端部38まで延び
る小径の出口部分24Cに接続している。入口部分24Aには
ダクト40（第２図参照）が、チユーブの入口開口42と整
列する状態で、接線方向に接合されている。このダクト
は、微粉燃料が浮遊した主燃焼空気の旋回流を導入す
る。該旋回流は、第１図に矢印で示す如く、螺旋流とな
つて通路30を通過する。耐摩耗ナイナー44が、入口開口
42の下流側において、入口及び中間部分24A、24B内には
め込んである。該ライナーには一体構造の複数のリブ46
が通路30の軸方向に延びる状態で設けてあり、旋回流に
おいて半径方向外方へ付勢される傾向にある微粉燃料粒
子の再混合がリブ46により促進される。

燃料流再分配部として作用する４個の案内要素48が、
環状通路の中心軸Ａの周囲に等角度間隔を隔てた状態
で、通路の出口部分24Cに取り付けてある。案内要素は
ブレード状部材で、通路の中心軸と平行に延びており、
従つて、螺旋空気・燃料流に対して傾斜した角度で位置
している。この第１実施例では、案内要素は湾曲した断
面を有し、その凹形面が、旋回状態でそこへ流入した粒
子のための衝突面を形成している。固体燃料粒子の旋回
流を中断させることにより、上記要素はその凹形面上に
粒子を集中させる。これらの粒子は空気流に保有された
ままであるが、その結果、燃料・空気比が高い複数の領
域が要素48の下流側の流れに形成される。

要素48から間隔を隔てて通路の出口端部には、耐摩耗
性材料の複数の乱流形成部材50が配置してある。それら
の部材はくさび状で、流れの方向において先端縁50aか
ら後端縁側へ行くにつれて半径方向長さが増加してお
り、後端縁に絶壁状の下流側面50bを備えている。上記
部材の先端縁は通路30の外側壁部に着座しており、それ
らの下流側面は通路内へ半径方向に部分的に延びてい
る。部材50には、バーナーの出口端部において火炎を安
定させる効果がある。第３図に示す如く、乱流形成部材
は等間隔を隔てて10個設けてあり、直径方向に対向する
２個の部材が、案内要素を通過した流れの方向におい
て、案内要素48の内の２個の要素のウエーク（後流、判
流）内に直設位置している。

外側環状通路32、34はウイドボツクス52から２次及び
３次燃焼空気を供給し、その通路32、34内への流れは摺
動環状ダンパー54、56により制御される。通路32、34に
は、それぞれ、組構造の流れ方向付け部材58、60が配置
してある。通路32の部材58はそこでの空気流を螺旋流パ
ターンにし、実施例では、孔12の中心軸に対するその螺
旋角度は45度以上となつている。流れ方向付け部材60は
通路34の空気流を軸方向流パターンにする。

油バーナー36には、ウインドボツクス52に接続するダ
クト62から燃焼用空気を供給できる。この構造に代え
て、フアン64を採用してもよい。無論、その他の点火装
置も使用できる。

案内要素及び流れ方向付け部材50の構造は様々に変更
でき、そのいくつかの例を第４図〜第７図に示す。それ
らの図では、第３図と同様に、矢印Ｓが通路30での流れ
の旋回方向を示している。これら全ての実施例では、案
内要素は中心軸12と平行に延びているものとするが、そ
の方向は、該要素に対する空気及び燃料の旋回流の有無
及び程度に応じて決定される。

第４図に示す配置状態は、案内部材48の構造は第１実
施例と同じであるが、８個の乱流形成部材50が対となつ
て配置されている。各対の部材50において、一方は、案
内要素を離れる流れのウエークにおいて、各案内要素の
真後に配置してあり、他方は、旋回流方向Ｓに見て、両
側の部材から非対称状態で離れている。上記対の上記他
方の部材は、該部材に対して衝突面が対向する案内要素
に比較的接近しており、該部材に対して衝突面が逆を向
いている案内要素から比較的離れている。

第５図において、乱流形成部材の配置状態は第４図と
同様であるが、案内要素48Aは、中心軸12に対して半径
方向及び軸方向に延びる平面上に位置する平坦な板であ
る。第６図及び第７図にも、それぞれ、平坦な板から成
る案内要素48B、48Cが示されており、それらの実施例で
は、乱流形成部材の配置状態は変わつていない。第６図
において、案内要素48Bは、その半径方向内側の縁から
その外側の縁へ旋回流方向に傾斜している。第７図にお
いて、要素48Cは、その半径方向内側の縁からその外側
の縁へ旋回流方向と逆に傾斜している。無論、本発明の
範囲内において、案内要素や乱流形成部材の形状だけに
限らず、その数及び相対配置状態についても、様々に変
更できる。

本発明により窒素酸化物放出量を低減できるメカニズ
ムは図示の通りであるが、窒素酸化物の形成率が低い理
由は、まず第１に、案内要素を設け、窒素酸化物の形成
を禁止する燃料濃厚領域を形成したためであると考えら
れる。但し、そのような燃料濃厚領域により火炎最前部
が不安定になる可能性がある。下流側に配置した乱流形
成部材は、これらの案内部材の効果を補い、流れに作用
して案内部材の下流側の流れのある範囲内において燃料
・空気混合濃度を高めるものと考えられる。従つて、バ
ーナーチユーブ出口のすぐ下流側に燃料不足領域を生じ
させることができ、その領域では酸素が過剰であるの
で、燃料が容易に着火し、バーナー出口の火炎最前部が
安定する。

流れ方向変更部材の別の利点は、火炎最前部の高い安
定性に影響を及ぼすことなく、再循環及び混合を促進し
て燃料の完全燃焼に役立つと考えられることである。実
施例では間隔を隔てたくさび形の流れ方向変更部材が採
用されており、その特徴は、それらが使用状態での燃焼
堆積物の堆積を抑え、それにより、有効寿命を延ばすと
考えられることである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により構成したバーナーの縦方向断面略
図、第２図は第１図のII−II断面図、第３図は案内要素
と乱流形成部材との相対的な配置状態をバーナーの出口
端部側から示す端面図、第４図〜第７図は案内要素と乱
流形成部材の別の実施例構造を示す第３図と同様の端面
図である。 10……微粉燃料バーナー、30……環状通路、32,34……
補助通路、48……案内要素、50……乱流形成部材、Ａ…
…中心軸。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者デニス・ロイ・ウインフリイイギリス国・ダービイ・マイクルオーバー・ブリスベーンロード・68 (56)参考文献特開昭61−184309（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−34090（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】空気流内の微粉燃料を燃焼させるためのバ
ーナーであって、通路（30）の出口（38）での主燃焼のために上記通路に
沿って空気・燃料混合物の流れを発生させるための手段
と、上記主燃焼の生成物の燃焼のために補助空気を供給
するための手段（32,34）とを設け、複数の案内要素（4
8）を、上記通路内に、その中心軸（12）の周囲に角度
間隔を隔てて配置し、該案内要素を上記通路に沿って延
ばして該案内要素が流入する入射流に対しては傾斜した
角度をなすようにし、上記通路（30）内の流れに旋回流を与えて、空気・燃料
混合物が傾斜した角度で上記案内要素（48）に向かうよ
うにする手段を、上記案内要素（48）の上流に設け、上
記案内要素（48）により旋回流を弱めるようにして、そ
の流れの中に燃料濃厚領域を形成し、上記案内要素から間隔を隔てた下流側の、上記通路（3
0）の出口端部またはその近傍において、複数の乱流形
成部材（50）を、上記通路内に、その中心軸の周囲に角
度間隔を隔てて配置して、上記通路の出口において空気
・燃料混合物の流れパターンに変化を与えることによ
り、該乱流形成部材の下流側の燃料・空気混合濃度を高
めることを特徴とするバーナー。