JP2742150B2

JP2742150B2 - 燃焼器および燃焼設備

Info

Publication number: JP2742150B2
Application number: JP3129787A
Authority: JP
Inventors: 泰雄吉井; 茂小豆畑; 徹稲田; 研志小林; 仁之高杉
Original assignee: Babcock Hitachi KK; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 1998-04-22
Anticipated expiration: 2013-04-22
Also published as: JPH04356603A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の予混合バーナを
備えている燃焼器、および燃焼設備に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】光化学スモッグの原因となるＮＯｘに対
する排出規制は年々厳しくなっており、ＮＯｘ排出量を
低減するための技術開発が盛んに行われている。また、
燃焼時に発生する公害成分含有量の少ないボイラ用燃料
として液化天然ガス（ＬＮＧ）などがあり、これらの燃
料使用量は増加する傾向にある。このような窒素含有量
の少ない気体燃料が燃焼する際、発生するＮＯｘは、燃
焼用空気中の窒素が高温雰囲気内で酸化されて生成され
るサーマルＮＯｘである。サーマルＮＯｘの生成は温度
依存性が高く、火炎温度が高くなるにつれて増加する。
火炎温度は、燃料と燃焼用空気との混合比いわゆる空気
比によって異なり、燃料を完全燃焼させるのに過不足の
ない空気量（理論空気量）で燃焼する時に火炎温度は最
も高くなる。

【０００３】通常の燃焼器においては、拡散燃焼がよく
使用される。この燃焼法は、燃料と燃焼用空気とを別々
のノズルより燃焼室内に投入し、燃焼室内で両者を混合
することにより火炎を形成する方法であり、火炎の安定
性に優るのが特徴である。しかしながらこの燃焼法で
は、燃料−空気の混合過程において、空気比が１に近く
なる領域が必ず存在し、この領域で火炎温度は高くな
り、ＮＯｘの発生が多くなる。

【０００４】このため、火炎温度の低減によりＮＯｘの
発生量を低減する目的で、希薄燃焼、二段燃焼、排ガス
再循環法等の燃焼法が既に開発され、多くの燃焼装置に
採用されている。二段燃焼および排ガス再循環法は、Ｎ
Ｏｘ低減の効果においては優れるが、未燃分が放出され
易い。これを防ぐには燃焼器を大きくする必要があり、
経済的には不利な燃焼法である。また、希薄燃焼法は空
気比を高くして燃焼する方法である。この燃焼法では過
剰空気が増えるため、ボイラから燃焼ガスにより系外へ
排出される熱が増加し、ボイラの熱効率が低下する。

【０００５】予混合火炎を採用した燃焼装置の例とし
て、空気不足の拡散火炎と空気過剰の予混合火炎を組合
せて燃焼する方法（特公昭５２−２８２５１号公報）が
あるが、この燃焼法では、一部拡散燃焼を採用している
ためＮＯｘ低減に限界がある。他の例としては、空気比
が１．０付近で燃焼しても予混合火炎から発生するＮＯ
ｘを低減する目的で、複数個のバーナを形成し、バーナ
噴出口の下流に、噴出される燃料と空気との予混合気の
主流方向に平行にならないように板（保炎器）を設置す
ることで、予混合気が燃焼する前に、低温の燃焼ガスの
一部を予混合気に混合し火炎温度を低下する、または酸
素濃度を小さくすることで、ＮＯｘを低減する方法（特
願平１ー３３９２５２号公報）がある。この燃焼法では
予混合火炎の安定燃焼範囲内でボイラ負荷変動に追従で
きるように、予混合火炎用の複数個のバーナを備えてい
るが、ここより形成される予混合火炎と予混合火炎の間
に高温の燃焼ガスが滞留するために上記の冷却、および
稀釈効果がなくなり、ＮＯｘ値（Ｏ₂０％換算値）が、
例えば、東京都の規制値である６０ｐｐｍより高くなる
ときがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように保炎器を用
いて予混合火炎を安定化する従来技術においては、火炎
干渉での高温化によるＮＯｘ発生量の増加するのを防ぐ
ために、バーナ相互間隔を大きくとる必要があり、小型
化を図ることが難しいという問題点がある。特に、都市
型ボイラーが普及している昨今では、ボイラーの小型化
が望まれている。

【０００７】そこで、本発明は、このような従来の問題
点について着目してなされたもので、ＮＯｘ発生量を増
加させることなく、小型化を図ることができる燃焼器、
および燃焼設備を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の燃焼器は、複数の予混合火炎バーナを備え、該予混合
火炎バーナのそれぞれの出口近傍に保炎器が設けられて
いる燃焼器において、前記予混合火炎バーナの噴出口周
縁と前記保炎器の周縁との間に形成される開口の面積で
あって、隣合っている予混合火炎バーナのうち、少なく
とも一の予混合火炎バーナの方向における開口の面積
が、該開口から噴出する予混合気体がその近傍で燃焼す
ることができない流速となる面積以下に設定されている
か、または前記開口の面積がないことを特徴とするもの
である。また、前記予混合火炎バーナを鉛直方向および
水平方向にそれぞれ複数設ける場合には、前記予混合火
炎バーナの噴出口周縁と保炎器の周縁との間に形成され
る開口の面積であって、前記保炎器に対して、鉛直方向
と水平方向とのうち、一方の方向に有する開口の面積
が、該開口から噴出する予混合気体がその近傍で燃焼す
ることができない流速となる面積以下に設定されている
か、または前記開口の面積がなく、鉛直方向と水平方向
とのうち、他の方向において隣合っている予混合火炎バ
ーナの相互間隔が、互いのバーナから噴出する予混合気
体によって形成される予混合火炎が相互に干渉しない距
離に設定されていることを特徴とする。また、前記目的
を達成するための燃焼器の運転方法は、複数の予混合火
炎バーナを備えている燃焼器の運転方法において、隣合
う予混合火炎バーナのうち、一方の予混合火炎バーナか
ら噴出する予混合気体の空気比を理論空気比より高く、
他方の予混合火炎バーナから噴出する予混合気体の空気
比を理論空気比より低くして運転することを特徴とする
ものである。ここで、前記一方の予混合火炎バーナから
噴出する予混合気体の空気比は０．５から０．９に、前
記他方の予混合火炎バーナから噴出する予混合気体の空
気比は１．１から１．５に、互いの予混合火炎バーナか
ら噴出する予混合気体の平均空気比は１．０から１．５
に調節することが好ましい。

【０００９】また、以上の燃焼器の運転方法を実現する
ための燃焼設備は、隣合う前記予混合火炎バーナにおい
て、一方の予混合火炎バーナから噴出する予混合気体の
空気比を理論空気比より高く、他方の予混合火炎バーナ
から噴出する予混合気体の空気比を理論空気比より低く
設定する空気比制御手段を備えていることを特徴とする
ものである。ここで、空気比制御手段は、具体的には、
予混合火炎バーナに供給する燃焼用空気および燃料の流
量を調節する流量調節弁と、これを制御する制御器等で
構成することができる。

【００１０】

【作用】ボイラ効率を向上させるには、理論空気量に近
い空気量（空気比１．０）で燃焼し、ボイラ系外へ排出
される熱量を低減するのと同時に、燃焼室を小さくして
放散熱を少なくするのが重要である。これには、先ず燃
焼室を小さくするのに火炎の長さを短縮できる予混合火
炎を採用する。予混合火炎でＮＯｘを低減するには従来
空気過剰で燃焼するのが主流の技術であるが、発明者ら
は、鋭意検討の結果、燃料−空気の予混合気体噴流の中
心に高温の燃焼気体を導入し、予混合気体が燃焼する前
に、燃焼気体の１部が予混合気体に混合すればＮＯｘを
低減できることを明らかにした。噴流の中心部に導入さ
れた燃焼気体は、ここからの熱の移動により予混合気体
を着火させ、予混合火炎を安定化させる。また、噴流の
外周において燃焼気体が予混合気体に混合する機構を設
けることにより、火炎の高温領域が縮小されサーマルＮ
Ｏｘの発生が抑制される。

【００１１】このような燃焼法を実現するための一つの
手段として、保炎器がある。保炎器は、自身の下流側の
面積が急激に小さくなるか、または自身の下流側の面積
が突然なくなるように形成したものである。このような
保炎器により自身の下流側に高温の燃焼気体の循環流が
形成され、予混合気体の着火性が確保される。また、他
の手段としては、所定のバ−ナで形成される火炎からの
燃焼気体が予混合気体噴流の中心部に流れるように、該
所定のバ−ナを配置する手法がある。このとき、所定の
バ−ナとしては、火炎安定性に優れるものが良く、具体
的には、保炎器を設置した予混合火炎バ−ナあるいは拡
散火炎バ−ナが良い。

【００１２】また、予混合気体噴流の外周から燃焼気体
の混合するのを促進する一つの手段としては、燃焼室を
予混合火炎バーナ噴出口から急激に広がる形状にすると
良い。このように構成することにより、予混合気体噴流
の外周側に燃焼気体の循環流が形成され、予混合気体と
燃焼気体との混合が促進される。

【００１３】ところで、以上説明した燃焼法では、単一
の予混合火炎バーナで火炎を形成するときにおいて低Ｎ
Ｏｘ燃焼を実現できるが、複数の予混合バーナで火炎を
形成する時は、燃焼器の小型化を実現するために予混合
火炎バーナ相互間隔を小さくすると、火炎同志が干渉し
てサーマルＮＯｘが増加し、具体的には、東京都の基準
値である６０ppm（Ｏ₂０％換算）を超えることがある。

【００１４】そこで、本発明では、予混合火炎バーナの
噴出口周縁と保炎器の周縁との間に形成される開口の面
積で、隣接させようとする予混合火炎バーナの方向に有
する開口の面積を、該開口から噴出する予混合気体が燃
焼することができない流速となる面積に設定するか、ま
たは前記開口の面積をなくすようにした。このため、隣
接させようとする予混合火炎バーナの方向には、火炎が
形成されなくなるので、この方向において予混合火炎バ
ーナ間隔を小さくしても火炎干渉が生じなくなり、サー
マルＮＯｘは増加しない。なお、ある予混合火炎バーナ
に対して、相互間隔を小さくしない場合には、互いのバ
ーナから噴出する予混合火炎が干渉しない距離に、相互
間隔を設定する必要がある。この場合、火炎干渉が起こ
らないばかりか、火炎相互間に燃焼気体が滞留して、火
炎の冷却効果および予混合気体の稀釈効果が促進される
ために、ＮＯｘ低減が図られる。

【００１５】また、隣合う予混合火炎バーナのうち、一
方の予混合火炎バーナから噴出する予混合気体の空気比
を理論空気比より高く、他方の予混合火炎バーナから噴
出する予混合気体の空気比を理論空気比より低くして、
つまり、隣合う予混合火炎バーナで濃淡燃焼を行なうこ
とによっても、本発明の目的を達成することができる。
一般的に、理論空気比、つまり空気比が１のときに燃焼
温度が最も高くなるため、サーマルＮＯｘ発生量が多
く、理論空気比と異なる空気比の予混合気体を燃焼させ
た場合には、サーマルＮＯｘ発生量が少ない。そこで、
理論空気比と異なる空気比の予混合気体を燃焼させるこ
とにより、サーマルＮＯｘ発生量の低減が図られる。し
かし、単に理論空気比と異なる予混合気体を燃焼させた
場合には、燃焼効率が悪くなるため、実施有効性がな
い。このため、理論空気比よりも高い空気比の予混合気
体と理論空気比よりも低い空気比の予混合気体とを隣合
わせて燃焼させることにより、理論空気比よりも低い空
気比の予混合気体の燃焼により生成される未燃分を、理
論空気比よりも高い空気比の予混合気体の燃焼による残
存酸素で燃焼させて、燃焼効率の維持も図っている。し
たがって、このような方式を用いれば、予混合火炎バー
ナの相互間隔をさらに小さくしても、ＮＯｘの発生量は
増加しない。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係る燃焼設備の各種実施例を
図を用いて説明する。燃焼設備の一実施例について図１
から図８を用いて説明する。本実施例の燃焼設備は、図
２に示すように、自然循環型ボイラ設備である。

【００１７】このボイラ１００には、図１および図３に
示すように、６基の予混合火炎バーナ１０，１０，…を
備えており、鉛直方向に３段、水平方向に２列の配列で
設けられている。予混合火炎バーナ１０，１０，…は、
鉛直方向の相互間隔が非常に近似して配され、水平方向
の相互間隔が互いのバーナ１０，１０で形成される予混
合火炎が相互に干渉しない距離に配されている。これら
の予混合火炎バーナ１０，１０，…の出口近傍には、自
身の下流側に燃焼気体の循環流を形成させる保炎器２
０，２０，…が、それぞれ設けられている。また、複数
の予混合火炎バーナ１０，１０，…の中心近傍には、拡
散火炎バーナ３０が設けられている。燃焼室の壁面に
は、複数の水管２が配されており、これが蒸気ドラム３
および水ドラム４とつながっている。

【００１８】拡散火炎バーナ３０は、図１および図３に
示すように、燃料である液化天然ガスを噴出する燃料ノ
ズル３１と、この周囲を覆うように配されている空気ノ
ズル３２と、バーナスロートとを有して構成されてい
る。バーナスロートには、バーナ２０の焼損を防ぐため
に水管が設けられている。

【００１９】予混合火炎バーナ１０の上流側には、バー
ナ１０内に燃焼用空気を供給するエアダクト１７が設け
られている。予混合火炎バーナ１０は、自身の内部に燃
料である液化天然ガスを噴出する燃料ノズル１１と、予
混合室内に供給する燃焼用空気を整流させる整流器１２
と、燃料と燃焼用気体の混合を促すための混合器１３と
を有して構成されている。整流器１２は、複数の板が流
路に対して平行になるように組み合わせたハニカム構造
体であり、均一な速度分布の流れを形成する整流作用と
同時に、流路断面積の縮小による流速向上で、予混合火
炎の逆火防止としても作用する。

【００２０】予混合火炎バーナ１０の噴出口は、図１お
よび図３に示すように、鉛直方向に長い矩形状を成して
いる。この噴出口のわずかに下流側に、矩形板状の保炎
器２０が、予混合気体噴流の主流方向に対して垂直にな
るように設置されている。予混合気体は、予混合火炎バ
ーナ１０の噴出口と保炎器２０との間の開口から燃焼室
内に噴出されるわけであるが、この開口は、保炎器２０
の左右方向に有するものより、保炎器２０の上下方向に
有するものの方が小さくなるように形成されている。予
混合火炎バーナ１０の噴出口の上下縁には、図４および
図５に示すように、保炎器２０の上下方向に有する開口
をさらに狭め、この開口から噴出する予混合気体が燃焼
することができない流速までその流速を高めるように、
仕切板１４が設けられている。

【００２１】図６に示すように、予混合火炎バーナ１０
内に燃焼用空気を供給するエアダクト１７と接続されて
いる空気供給系４０，４５、および燃料ノズル１１と接
続されている燃料供給系５０，５５は、供に、予混合火
炎バーナ１０，１０，…の第１列目用の系列４０，５０
と第２列目用の系列４５，５５とがある。この空気供給
系４０，４５と燃料供給系５０，５５とには、それぞ
れ、流量計４１，４６，５１，５６と流量調節弁４２，
４７，５２，５８とが設けられている。この流量調節弁
４２，４７，５２，５８は、この弁開度を制御する制御
器６０と接続されている。制御器６０は、学習機能を有
しており、各流量計４１，４６，…および排気ガス分析
計６１からの信号に従って、各流量調節弁４２，４７，
…に対して制御信号を出力する。

【００２２】次に、本実施例の作用について説明する。
本実施例において採用している予混合燃焼法では、一般
的に、拡散燃焼法に比べて、火炎を短くできるため、燃
焼炉における単位体積当りにかける熱負荷を増加させる
ことができる。具体的には、予混合火炎の長さは通常５
０cm以下であり、バーナ１０噴出口から対向する水管２
までの距離は１m程度で済む。また、拡散燃焼法では、
熱負荷が50万kcal/m³hであったものを、200万kcal/m³h
以上にすることができる。また、本実施例のようなボイ
ラの特徴は、ボイラ容量を増加する際、ボイラを鉛直方
向に伸ばし、水ドラム４と蒸気ドラム３との間隔を広げ
て、伝熱面積を増加すれば良いことにある。これは、本
実施例のバ−ナ１０を使用すれば、バ−ナ容量を増加し
ても火炎の長さがほとんど変化しないことにより可能に
なる。当然、予混合火炎バーナ１０の段数を上方に増加
することにより容量の増加を図ることも可能である。こ
のように、小型化に適した形態のボイラにおいて、本実
施例では、さらに、予混合火炎バーナ１０，１０，…の
鉛直方向の相互間隔を小さくして、鉛直方向の小型化を
図っている。

【００２３】ところで、単に予混合火炎バーナ１０，１
０の相互間隔を小さくした場合には、相互のバーナ１
０，１０で形成される予混合火炎が干渉して、そこに高
温部が形成されて、ＮＯｘの大量発生を招いてしまう。
そこで、本実施例においては、予混合火炎バーナ１０の
噴出口の上縁および下縁に仕切板１４，１４を設け、保
炎器２０と予混合火炎バーナ１０の噴出口との間の鉛直
方向における開口面積を小さくし、ここから噴出する予
混合気体の流速を高めて、この近傍で燃焼しないように
した。このため、上下のバーナ１０，１０間での火炎干
渉が起こらず、ＮＯｘ発生量を増加させることなく、ボ
イラの小型化を図ることができる。

【００２４】なお、保炎器２０は、自身の下流側に燃焼
気体の循環流を形成して、予混合気体の着火安定を確保
すると共に、ＮＯｘの低減を図るものであるが、これ
は、噴流に対する抵抗が比較的大きいので、図９に示す
ように、保炎器２１自身の上流側の形状が、下流側に向
かう連れて次第に大きくなるよう形成して、抵抗を減ら
すと良い。また、図１０に示すように、保炎器２２は、
予混合気体噴出主方向Ｐに対して垂直方向における保炎
器２２の周囲形状が、凹凸を成すように形成しても良
い。このように形成することにより、自身の下流側に燃
焼気体の循環流をより多く確保でき、着火安定性等を向
上させることができる。また、保炎器は、以上のよう
に、各予混合火炎バーナ１０，１０，…ごとに、それぞ
れ設けたが、図１１および図１２に示すように、１列の
予混合バーナ１０，１０，１０に対して、１基の保炎器
２３を設けても良い。このように、各予混合火炎バーナ
１０，１０，…ごとに、それぞれ設けた保炎器を一体的
にしても、上下の予混合火炎バーナ１０，１０間での火
炎干渉を防ぐことができる。

【００２５】ここで、理論空気比よりも高い空気比の予
混合気体と理論空気比よりも低い空気比の予混合気体と
を混在させた燃焼、つまり濃淡燃焼に関する試験を行な
ったので、これについて、図７および図８を用いて説明
する。この試験では、予混合火炎バーナの噴出口形状が
縦長矩形状のものを水平方向および鉛直方向に２基並べ
て、それぞれに関して濃淡の度合いを変えてＮＯｘ発生
量を測定した。なお、同図中のグラフにおいて、縦軸は
２基の予混合火炎バーナから生成されるＮＯｘ量（Ｏ₂
０％換算値）で、横軸は２基の予混合バーナから排出さ
れる排気ガスの燃焼器出口における空気比である。ま
た、燃料としては液化天然ガスを使用し、ガス量は予混
合火炎バーナ１台当たり１２０Ｎｍ³／ｈである。

【００２６】まず、予混合火炎バーナを水平方向に２基
並べたものによる試験結果について、図７により説明す
る。ＮＯ．１およびＮＯ．２バーナに同じ空気比の予混
合気体を燃焼させた場合（グラフ中、白丸で示す）、燃
焼器出口における排気ガスの空気比が約１．１１のとき
は、７３ppmのＮＯｘが排出される。一方、燃焼器出口
における排気ガスの空気比が約１．１１で、Ｎｏ．１バ
ーナの空気比が１．２８、ＮＯ．２バーナの空気比が
０．９６のときは（グラフ中、半白丸で示す）、濃淡燃
焼を行なっていないものとほぼ同量のＮＯｘが排出され
た。また、ＮＯ．１およびＮＯ．２バーナに同じ空気比
の予混合気体を燃焼させ、燃焼器出口における排気ガス
の空気比が約１．１７のときは、６８ppmのＮＯｘが排
出される。これに対して、燃焼器出口における排気ガス
の空気比が１．１７であっても、Ｎｏ．１バーナの空気
比を１．３７、ＮＯ．２バーナの空気比を０．９４にし
たときには（グラフ中、半白丸で示す）、ＮＯｘの排出
量が６５ppmとなり、濃淡燃焼を行なっていないものに
比べ、ＮＯｘの排出量が３ｐｐｍ程度低減した。また、
燃焼器出口における排気ガスの空気比が約１．１１で、
Ｎｏ．１バーナの空気比が０．７２、ＮＯ．２バーナの
空気比が１．４７のときは（グラフ中、黒丸で示す）、
ＮＯｘの排出量が５８ppmとなり、濃淡燃焼を行なって
いないものに比べ、実に、ＮＯｘ排出量が１５ppmも低
減した。

【００２７】次に、予混合火炎バーナを鉛直方向に２基
並べたものによる試験結果について、図８により説明す
る。燃焼器出口における排気ガスの空気比が約１．０５
の場合、ＮＯ．１およびＮＯ．２バーナに同じ空気比の
予混合気体を燃焼させたとき（グラフ中、白四角で示
す）、６３ppmのＮＯｘが排出され、Ｎｏ．１バーナの
空気比が０．９０、ＮＯ．２バーナの空気比が１．１９
のときは（グラフ中、半黒四角で示す）、５５ppmのＮ
Ｏｘが排出され、Ｎｏ．１バーナの空気比が０．７７、
ＮＯ．２バーナの空気比が１．３２のときは（グラフ
中、黒四角で示す）、５１ppmのＮＯｘが排出され、濃
淡燃焼を行なっていないものに比べ、最大で、ＮＯｘ排
出量が１２ppm低減した。また、燃焼器出口における排
気ガスの空気比が約１．１０の場合、ＮＯ．１およびＮ
Ｏ．２バーナに同じ空気比の予混合気体を燃焼させたと
き（グラフ中、白四角で示す）、６２ppmのＮＯｘが排
出され、Ｎｏ．１バーナの空気比が０．９４、ＮＯ．２
バーナの空気比が１．２４のときは（グラフ中、半黒四
角で示す）、５５ppmのＮＯｘが排出され、Ｎｏ．１バ
ーナの空気比が０．７４、ＮＯ．２バーナの空気比が
１．４４のときは（グラフ中、黒四角で示す）、４７pp
mのＮＯｘが排出され、濃淡燃焼を行なっていないもの
に比べ、最大で、ＮＯｘ排出量が１５ppm低減した。ま
た、グラフで試験結果を示していないが、理論空気比よ
りも高い空気比の予混合気体の空気比は１．１から１．
５の間に、理論空気比よりも低い空気比の予混合気体の
空気比は０．５から０．９の間に、平均空気比となる燃
焼器出口における空気比は、１．０から１．５の間に調
節すると、僅かではあるがＮＯｘ低減効果があることを
確認している。

【００２８】以上の試験結果を踏まえて、実施したボイ
ラ設備の運転方法に関して説明する。ボイラ１００起
動時には、中心に設置された拡散火炎バーナ３０を使用
し、ボイラ負荷の上昇と共に予混合火炎バーナ１０を使
用することになる。拡散火炎バーナ３０は、予混合火炎
バーナ１０による予混合火炎が安定化した時点で、その
使用を停止する。その後、ボイラ負荷５０％までは第１
列目の３基の予混合火炎バーナ１０，１０，１０を使用
し、ボイラ負荷５０％以上では負荷上昇に伴い第２列目
のバーナ１０，１０，１０を次々に使用していく。

【００２９】第１列目の予混合火炎バーナ１０と第２列
目の予混合火炎１０とを使用している際には、第１列目
の予混合火炎バーナ１０から噴出する予混合気体の空気
比が０．７２に、第２列目の予混合バーナ１０から噴出
する予混合気体の空気比が１．４７になるよう、各系列
の流量調節弁４２，４７，５２，５８の弁開度を調節す
る。この調節は、各系列の流量計４１，４６，５１，５
６からの信号を受けて、制御器６０が行なう。なお、こ
のときのボイラ出口における排気ガスの空気比は、１．
１１である。

【００３０】一般的に、理論空気比、つまり空気比が１
のときに燃焼温度が最も高くなるため、サーマルＮＯｘ
発生量が多い。したがって、理論空気比と異なる空気比
の予混合気体を燃焼させた場合には、サーマルＮＯｘ発
生量が少なくなる。そこで、本実施例では、理論空気比
よりも高い空気比の予混合気体および理論空気比よりも
低い空気比の予混合気体を燃焼させることにより、サー
マルＮＯｘ発生量の低減を図っている。特に、ここで
は、先に述べた試験において、予混合火炎バーナを水平
方向に２基並べた濃淡燃焼のうち、最もＮＯｘ低減効果
の大きい濃淡燃焼と同様の状態で、燃焼を行なっている
ので、ＮＯｘ低減効果は非常に大きい。また、理論空気
比よりも高い空気比の予混合気体と理論空気比よりも低
い空気比の予混合気体とを隣合わせて燃焼させることに
より、理論空気比よりも低い空気比の予混合気体の燃焼
により生成される未燃分を、理論空気比よりも高い空気
比の予混合気体の燃焼による残存酸素で燃焼させて、燃
焼効率の維持も図っている。したがって、このようなボ
イラ設備の運転方法によれば、予混合火炎バーナの相互
間隔をさらに小さくしても、ＮＯｘの発生量は増加しな
い。

【００３１】なお、本実施例では、水平方向で隣合う予
混合火炎バーナ１０，１０間での濃淡燃焼を行なった
が、空気供給系４０，４５および燃料供給系５０，５５
の系統を変えて、鉛直方向で隣合う予混合火炎バーナ１
０，１０間での濃淡燃焼を行なっても良い。また、本実
施例では、気体燃料である液化天然ガスを用いたが、こ
れは本発明を限定するものではなく、重油等の液体燃料
を用いるものでも本発明を適用できることは言うまでも
ない。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、予混合火炎バーナ間の
間隔を狭めても、隣合う予混合火炎間の干渉をなくすこ
とができるので、ＮＯｘ発生量を増加させることなく、
燃焼器の小型化を図ることができる。

【００３３】また、濃淡燃焼によるものでも、燃焼温度
を抑えることができるので、ＮＯｘ発生量を増加させる
ことなく、小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例のボイラの内部斜視図で
ある。

【図２】本発明に係る一実施例のボイラの全体断面図で
ある。

【図３】図１におけるIII矢視図である。

【図４】図３におけるIＶ矢視図である。

【図５】図３におけるＶ矢視図である。

【図６】本発明に係る一実施例のボイラ設備の系統図で
ある。

【図７】予混合火炎バーナを水平方向に隣合わせた際の
濃淡燃焼試験結果を示すグラフである。

【図８】予混合火炎バーナを鉛直方向に隣合わせた際の
濃淡燃焼試験結果を示すグラフである。

【図９】本発明に係る保炎器の変形例の斜視図である。

【図１０】本発明に係る保炎器の他の変形例の斜視図で
ある。

【図１１】本発明に係る保炎器のさらに他の変形例の正
面図である。

【図１２】図１１におけるＸII線断面図である。

【符号の説明】

１０…予混合火炎バーナ、１２…整流器、１３…混合
器、１４…仕切板、２０，２１，２２，２３…保炎器、
３０…拡散火炎バーナ、４０，４５…空気供給系、５
０，５５…燃料供給系、４２，４７，５２，５８…流量
調節弁、６０…制御器。

フロントページの続き (72)発明者稲田徹茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者小林研志東京都千代田区大手町二丁目６番２号バブコック日立株式会社内 (72)発明者高杉仁之東京都千代田区大手町二丁目６番２号バブコック日立株式会社内 (56)参考文献特開昭49−111235（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鉛直方向および水平方向に、それぞれ複数
の予混合火炎バーナを備え、該予混合火炎バーナのそれ
ぞれの出口近傍に保炎器が設けられている燃焼器におい
て、前記予混合火炎バーナの噴出口周縁と前記保炎器の
周縁との間に形成される開口の面積であって、前記保炎
器に対して、鉛直方向と水平方向とのうち、一方の方向
に有する開口の面積が、該開口から噴出する予混合気体
がその近傍で燃焼することができない流速となる面積以
下に設定されているか、または前記開口の面積がなく、鉛直方向と水平方向とのうち、他の方向において隣合っ
ている予混合火炎バーナの相互間隔が、互いのバーナか
ら噴出する予混合気体によって形成される予混合火炎が
相互に干渉しない距離に設定されていることを特徴とす
る燃焼器。
【請求項２】前記予混合火炎バーナの噴出口形状が矩形
状を成し、鉛直方向の長さが水平方向の長さより長い場
合には、前記一方が鉛直方向で、前記他方が水平方向であること
を特徴とする請求項１に記載の燃焼器。
【請求項３】前記保炎器は、予混合気体噴出主方向に対
して垂直方向における該保炎器の最大面積が、前記予混
合火炎バーナの噴出口の開口面積よりも小さいことを特
徴とする請求項１及び２のいずれか一項に記載の燃焼
器。
【請求項４】前記保炎器は、予混合気体噴出主方向に対
して垂直方向における該保炎器の周囲形状が、凹凸を成
していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一
項に記載の燃焼器。
【請求項５】前記保炎器は、自身の上流側において、予
混合気体噴出主方向に対して垂直方向における該保炎器
の面積が、下流側に向かうに連れて次第に大きくなる形
状であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一
項に記載の燃焼器。
【請求項６】前記予混合火炎バーナの上流側に、気体の
流路に平行に設けられている複数の板から成る整流器が
設けられていることを特徴とする請求項１から５のいず
れか一項に記載の燃焼器。
【請求項７】請求項１から６のいずれか一項に記載の燃
焼器を備え、隣合う前記予混合火炎バーナにおいて、一
方の予混合火炎バーナから噴出する予混合気体の空気比
を理論空気比より高く、他方の予混合火炎バーナから噴
出する予混合気体の空気比を理論空気比より低く設定す
る空気比制御手段を備えていることを特徴とする燃焼設
備。