JP2799493B2

JP2799493B2 - バーナ

Info

Publication number: JP2799493B2
Application number: JP7227060A
Authority: JP
Inventors: 公猛峯田
Original assignee: ホダカ株式会社
Priority date: 1995-08-10
Filing date: 1995-08-10
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2015-08-10
Also published as: JPH0953810A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、排ガス中のＮＯ
ｘ（窒素酸化物）濃度の低減を図った低ＮＯｘタイプの
バーナに関し、より具体的には、排ガスの一部を火炎内
へ再循環させる排ガス自己再循環型のバーナに関する。
燃料には、気体、液体のどちらも使用することができ
る。

【０００２】

【従来の技術】低ＮＯｘバーナの典型的なものに、薄膜
火炎型、分割火炎型、排ガス自己再循環型およびそれら
を組み合わせたものがある。

【０００３】薄膜火炎型のバーナは、火炎を薄く広げる
ことによって燃焼炉との熱交換を良くして燃焼温度を下
げることによって、低ＮＯｘ化を図ったバーナである。

【０００４】分割火炎型のバーナは、火炎を分割するこ
とによって燃焼炉との熱交換を良くして燃焼温度を下げ
ることによって、低ＮＯｘ化を図ったバーナである。

【０００５】排ガス自己再循環型のバーナは、燃焼排ガ
スの一部を火炎内へ再循環させて燃焼温度を下げること
によって、低ＮＯｘ化を図ったバーナである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記薄膜火炎型および
分割火炎型のバーナは、いずれも火炎が大きく広がる傾
向にあるため、燃焼炉の形状によっては、具体的には燃
焼炉の形状が通常良く使われる筒状の場合には、大きく
広がる火炎ではそれと筒状の燃焼炉とでは形状がうまく
合わないため、燃焼炉内での燃焼温度分布が不均一にな
り、ＮＯｘ低減効果が悪化したり、燃焼炉寿命が低下し
たりする問題がある。

【０００７】一方、従来の排ガス自己再循環型のバーナ
は、構造が複雑でコストが高いという問題がある。これ
を図７を参照して説明すると、このバーナは、典型的な
排ガス自己再循環型のバーナであり、多数の（例えば１
２〜１６個程度の）空気ノズル１２から二次空気４を、
空気筒１０と燃焼筒１４との間に噴出させてその噴出エ
ネルギーによって、燃焼炉内の燃焼排ガス１８を図示の
ように再循環させる構造をしている。２は一次空気、６
は燃料、８は燃料ノズル、１６は火炎である。

【０００８】このようにこのバーナは、燃料排ガス１８
を再循環させるために、多数の空気ノズル１２と特殊な
形状の燃焼筒１４とを設けているため、構造が複雑でコ
ストが高くなる。

【０００９】そこでこの発明は、構造が簡単でＮＯｘ低
減効果が高く、しかも火炎形状が筒状の燃焼炉に合致し
たものとなるバーナを提供することを主たる目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明のバーナは、外
部から燃焼用空気が供給される燃焼筒と、この燃焼筒内
のほぼ中心軸上に設けられていて外部から燃料が供給さ
れそれを噴射するノズルと、前記燃焼筒内におけるノズ
ルの先端部付近に、燃焼筒の中心軸にほぼ直交するよう
に設けられていて複数の小孔またはスリットを有する保
炎板と、この保炎板と燃焼筒内壁間またはこの保炎板の
周縁部付近に設けられていて、燃焼筒内に供給された燃
焼用空気を保炎板の周囲の部分から燃焼筒の先の方へ噴
出させる空気口と、前記燃焼筒の前記保炎板よりも先の
部分の周囲に設けられた複数の開口部と、この各開口部
の部分にそれぞれ設けられていて、保炎板側にある根本
が燃焼筒につながっていてそこから先が燃焼筒内に斜め
に折り曲げられた折込板とを備えることを特徴とする。

【００１１】上記構成によれば、燃焼空気は保炎板の周
囲の部分から燃焼筒の先の方へ噴出させられるので、ノ
ズルから噴射された燃料の混じった燃焼用空気流は燃焼
筒に沿った直進性を有しており、従って火炎も筒状で直
進性を持ったものになる。それゆえ、この火炎形状は筒
状の燃焼炉に合致したものとなる。

【００１２】また、燃焼用空気が各折込板の部分を急速
に流れることによって、各折込板のすぐ下流側には負圧
域が生じ、この各負圧域に各開口部を通して、燃焼炉内
の燃焼排ガスが吸い込まれ、この燃焼排ガスは燃焼用空
気と共に火炎に供給される。即ち排ガス自己再循環が起
こる。これによって燃焼温度が下がるので、ＮＯｘが低
減される。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るバーナの
一例を示す断面図である。図２は、図１の線Ａ−Ａに沿
う断面図である。図３は、燃焼筒に設けた開口部および
折込板の一つを拡大して示す斜視図である。

【００１４】このバーナは、外部から燃焼用空気２６が
供給される円筒状の燃焼筒２０と、この燃焼筒２０内の
ほぼ中心軸２２上に設けられていて外部から燃料３０が
供給されそれを噴射するノズル２８と、燃焼筒２０内に
おけるノズル２８の先端部付近に、燃焼筒２０の中心軸
２２にほぼ直交するように設けられた円板状の保炎板３
２とを備えている。なお、パイロットバーナ等は図示を
省略している。５０は、相手側の燃焼炉である。

【００１５】保炎板３２の外周部と燃焼筒２０の内壁と
の間には、この例では、燃焼筒２０内に供給された燃焼
用空気２６を保炎板３２の周囲から燃焼筒２０の先の方
へ噴出させる環状の空気口３８が形成されている。

【００１６】燃焼筒２０内へは、この例では、燃焼用空
気２６の流れを安定化させる等の作用をするウインドボ
ックス２４を経由して燃焼用空気２６が供給される。

【００１７】燃料３０は、気体または液体であり、この
バーナは気体燃料および液体燃料のどちらも使用するこ
とができる。ノズル２８の先端部には、この燃料３０を
燃焼筒２０の先の方へほぼ一様に噴射する燃料噴射口２
９が設けられている。燃料噴射口２９は単数の場合もあ
れば複数の場合もある。

【００１８】保炎板３２は、その下流側（これは燃焼用
空気２６等の流れの下流側のことであり、燃焼筒２０の
先端部に近い側のことでもある。以下同じ）に燃焼用空
気２６の流速で負圧域を作って着火面を保炎板３２に近
づけることで火炎４０を安定させる作用をするものであ
り、板面内にその中心に対してほぼ対称に分散配置され
た複数の小孔３４または複数のスリットを有している。
保炎板３２は、図示例のように平板状の場合もあるし、
下流側に向けて広がる円錐状の場合もある。

【００１９】燃料３０が液体の場合は、通常はこの例の
ように、ノズル２８のすぐ下流側に保炎板３２を設け、
保炎板３２の中心部に設けた孔３６を通して燃料３０を
噴射する。燃料３０が気体の場合は、この例のようにす
る場合もあるし、ノズル２８の先端部を保炎板３２の中
心部から下流側に突出させる場合もある。

【００２０】更にこのバーナは、燃焼筒２０の保炎板３
２よりも先の部分の周囲に、複数の互いに同サイズの開
口部４４をほぼ等間隔で等分に設けている。等分にと
は、各開口部４４の幅をＷ、隣接する二つの開口部４４
間の距離をＬ₃とした場合（図２参照）、Ｗ≒Ｌ₃にす
ることである。従って開口部４４の数をＺ、燃焼筒２０
の内径をＤとし、燃焼筒２０の肉厚を無視すると、この
実施例では次の関係が成立している。

【００２１】

【数１】Ｗ≒Ｌ₃≒πＤ／２Ｚ

【００２２】この各開口部４４の部分には、保炎板３２
側にある根本が燃焼筒２０につながっていてそこから先
が燃焼筒２０内に斜めに折り曲げられた折込板４６をそ
れぞれ設けている。従って開口部４４と折込板４６とは
互いに同数である。各折込板４６は互いに同サイズであ
り、それと燃焼筒２０の内壁との成す角度θも互いに同
角度である。

【００２３】各折込板４６の形状は、その枚数が少ない
場合は長方形でも良いけれども、枚数が多くなる場合
は、この実施例のような先が細くなった台形状、または
三角形にするのが好ましい。長方形の場合は、枚数が多
くなると隣り合う折込板４６の先端部同士が近接して燃
焼用空気２６の通路が狭くなるけれども、台形状にすれ
ば隣り合う折込板４６の先端部同士間が広がって燃焼用
空気２６の通路を広く確保することができるからであ
る。従って折込板４６の枚数をより多くする場合は、折
込板４６の形状をより三角形に近い台形状または三角形
にするのが好ましい。

【００２４】このような開口部４４および折込板４６
は、燃焼筒２０を打ち抜くことによって一挙に形成する
ことができるので、極めて簡単に設けることができる。

【００２５】このバーナにおいては、燃焼用空気２６は
保炎板３２の周囲から燃焼筒２０の先の方へ燃焼筒内壁
に沿って噴出させられるので、ノズル２８から噴射され
た燃料３０の混じった燃焼用空気流は、燃焼筒２０に沿
った直進性を有しており、従って火炎４０も筒状（より
具体的にはこの例では燃焼筒２０と同じ円筒状）で直進
性を持ったものとなる。

【００２６】ボイラ等の燃焼炉５０は、通常は前述した
ように筒状、より具体的には円筒状をしており、従って
このバーナの円筒状で直線性を有する火炎４０は、この
燃焼炉５０に良く合致したものとなる。その結果、燃焼
炉５０内での燃焼温度分布がより均一になるため、後述
するＮＯｘ低減効果を高めると共に、燃焼炉５０の長寿
命化を図ることができる。

【００２７】また、燃焼用空気２６が各折込板４６の部
分を急速に流れることによって、各折込板４６のすぐ下
流側には負圧域４８がそれぞれ生じる。この各負圧域４
８に、それにつながる各開口部４４を通して、燃焼炉５
０内の燃焼排ガス４２が吸い込まれ、この燃焼排ガス４
２は燃焼用空気２６と共に火炎４０に供給される。この
ようにして、燃焼用空気２６の噴出エネルギーによっ
て、燃焼排ガス４２を再循環させることができる。即ち
排ガス自己再循環が起こる。その結果、燃焼温度が下が
るので、ＮＯｘを低減することができる。

【００２８】このようにこのバーナでは、燃焼筒２０に
複数の開口部４４および折込板４６を設けるだけで燃焼
排ガス４２を再循環させることができるので、極めて構
造が簡単であり、従ってコストも安くなる。このバーナ
では、図７に示した従来の排ガス自己再循環型のバーナ
のように多数の空気ノズル１２および特殊な形状の燃焼
筒１４を設けたりせずに済む。

【００２９】なお、各開口部４４から燃焼筒２０の先端
までの距離をＬ₁とすると、Ｌ₁／Ｄによって火炎４０
の形状に変化を与えることができる。例えば太くて短炎
を得たい場合はＬ₁／Ｄを０．０５程度にすれば良く、
細くて長炎を得たい場合はＬ₁／Ｄを１程度にすれば良
い。即ち、Ｌ₁／Ｄを０．０５〜１程度にすることによ
って、燃焼炉５０の形状に応じた火炎形状を得ることが
できる。

【００３０】また、各開口部４４の長さをＬ₂とする
と、このＬ₂によって、燃焼排ガス４２の循環量を調節
することができる。但し、燃焼排ガス４２の循環量は、
前述した内径Ｄ、角度θおよび開口部４４の数Ｚ（これ
は折込板４６の数でもある）によっても影響を受ける。
一例を挙げれば、Ｌ₂／Ｄを０．１〜０．４程度にすれ
ば良い。

【００３１】各折込板４６の角度θとＮＯｘ濃度（Ｏ₂
＝０％換算）との関係の測定結果の一例を図４に示す。
この測定は、燃料３０に液体を用い、Ｚ＝２０個、Ｌ₁
＝１７ｍｍ、Ｌ₂＝２８ｍｍ、Ｄ＝１４０ｍｍの条件で
行った。

【００３２】この図から分かるように、各折込板４６の
角度θを１０〜６０度にすれば、ＮＯｘ濃度を６０ｐｐ
ｍ以下に下げることができる。θ＜１０度でＮＯｘが急
増するのは、折込板４６の傾きが小さ過ぎて負圧域４８
ができにくくなり、そのために燃焼排ガス４２の吸引量
が減るからであると考えられる。θ＞６０度でＮＯｘが
急増するのは、折込板４６の傾きが大き過ぎて折込板４
６が障害となって燃焼用空気２６の流れが滑らかになら
ず、火炎４０が折込板４６の上流側でも発生する等し
て、やはり燃焼排ガス４２の吸引量が減るからである考
えられる。

【００３３】ちなみに、東京都、大阪市、名古屋市等の
主要都市における排ガス中のＮＯｘ濃度の規制値は、液
体燃料の場合で８０ｐｐｍ、気体燃料の場合で６０ｐｐ
ｍであるが、角度θを１０〜６０度にすれば、上記のよ
うにＮＯｘ低減効果が一層高くなり、液体燃料を用いて
も、厳しい方の６０ｐｐｍをクリヤすることができる。

【００３４】開口部４４および折込板４６の数ＺとＮＯ
ｘ濃度（Ｏ₂＝０％換算）との関係の測定結果の一例を
図５に示す。この測定は、燃料３０に液体を用い、θ＝
３０度、Ｌ₁＝１７ｍｍ、Ｌ₂＝２８ｍｍ、Ｄ＝１４０
ｍｍの条件で行った。

【００３５】この図から分かるように、開口部４４およ
び折込板４６の数Ｚを４〜３２にすれば、ＮＯｘ低減効
果が一層大きくなり、液体燃料を用いても、ＮＯｘ濃度
を６０ｐｐｍ以下に下げることができる。Ｚ＜４でＮＯ
ｘが急増するのは、その数で燃焼筒２０の周囲を等分す
るように開口部４４および折込板４６を大きくしたとし
ても、折込板４６の端部付近で燃焼排ガス４２を巻き込
むことはできても折込板４６の中央部ではその作用が低
下するので、結果的に全体としての燃焼排ガス４２の吸
引量が減るからであると考えられる。Ｚ＞３２でＮＯｘ
が急増するのは、折込板４６の数が多くなり過ぎて１枚
１枚の折込板４６の幅Ｗが非常に狭くなるため、その下
流側に負圧域４８ができにくくなり、結果的に全体とし
ての燃焼排ガス４２の吸引量が減るからであると考えら
れる。

【００３６】なお、上記例のように保炎板３２の周囲に
環状の空気口３８を設ける代わりに、図６に示す例のよ
うに、保炎板３２を燃焼筒２０の内壁まで延ばし、保炎
板３２の周縁部付近に複数の切欠きや孔を周方向にほぼ
均等に分散配置してそれを空気口３８にしても良い。各
空気口３８の形状は、図６の例のように半円状でも良い
し、それ以外の円、四角等でも良い。このような複数の
空気口３８を用いても、そこから燃焼用空気２６を燃焼
筒２０の先の方へほぼ一様に噴出させて、筒状で直進性
を有する火炎４０を形成することができる。

【００３７】また、燃焼筒２０および保炎板３２は、そ
れぞれ、典型的には上記例のように円筒状および円板状
であるが、角筒状および角板状等であっても良い。

【００３８】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、燃焼筒
に複数の開口部および折込板を設けるだけで燃焼排ガス
を再循環させることができるので、極めて構造が簡単で
あり、しかもＮＯｘ低減効果が高い。また、火炎が筒状
で直進性を持ったものになるので、火炎形状が、燃焼炉
として一般的である筒状の燃焼炉に合致したものとな
る。その結果、燃焼炉内での燃焼温度分布がより均一に
なるので、ＮＯｘ低減効果を高めると共に燃焼炉の長寿
命化を図ることができる。

【００３９】また、燃焼筒に設ける各折込板の角度を１
０〜６０度にし、かつ開口部の数を４〜３２個にすれ
ば、ＮＯｘ低減効果は一層高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るバーナの一例を示す断面図であ
る。

【図２】図１の線Ａ−Ａに沿う断面図である。

【図３】燃焼筒に設けた開口部および折込板の一つを拡
大して示す斜視図である。

【図４】折込板の角度とＮＯｘ濃度（Ｏ₂＝０％換算）
との関係の測定結果の一例を示す図である。

【図５】開口部の数とＮＯｘ濃度（Ｏ₂＝０％換算）と
の関係の測定結果の一例を示す図である。

【図６】保炎板の他の例を示す正面図である。

【図７】従来の排ガス自己再循環型バーナの一例を示す
断面図である。

【符号の説明】

２０燃焼筒２６燃焼用空気２８ノズル３０燃料３２保炎板３８空気口４０火炎４２燃焼排ガス４４開口部４６折込板

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23D 14/74 F23C 11/00 320 F23D 11/24 F23D 14/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外部から燃焼用空気が供給される燃焼筒
と、この燃焼筒内のほぼ中心軸上に設けられていて外部
から燃料が供給されそれを噴射するノズルと、前記燃焼
筒内におけるノズルの先端部付近に、燃焼筒の中心軸に
ほぼ直交するように設けられていて複数の小孔またはス
リットを有する保炎板と、この保炎板と燃焼筒内壁間ま
たはこの保炎板の周縁部付近に設けられていて、燃焼筒
内に供給された燃焼用空気を保炎板の周囲の部分から燃
焼筒の先の方へ噴出させる空気口と、前記燃焼筒の前記
保炎板よりも先の部分の周囲に設けられた複数の開口部
と、この各開口部の部分にそれぞれ設けられていて、保
炎板側にある根本が燃焼筒につながっていてそこから先
が燃焼筒内に斜めに折り曲げられた折込板とを備えるこ
とを特徴とするバーナ。
【請求項２】前記各折込板と燃焼筒内壁との成す角度
が１０〜６０度であり、かつ前記開口部の数が４〜３２
個である請求項１記載のバーナ。