JP3059289B2 - Low nitrogen oxide boiler equipment - Google Patents

Low nitrogen oxide boiler equipment

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JP3059289B2
JP3059289B2 JP4051648A JP5164892A JP3059289B2 JP 3059289 B2 JP3059289 B2 JP 3059289B2 JP 4051648 A JP4051648 A JP 4051648A JP 5164892 A JP5164892 A JP 5164892A JP 3059289 B2 JP3059289 B2 JP 3059289B2
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water pipe
fuel
annular combustion
nozzles
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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は窒素酸化物低発生ボイラ
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a low nitrogen oxide boiler.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒素酸化物(NOx)の低減燃焼方法と
しては、排ガス再循環燃焼法をはじめとして、二段燃焼
法、燃料二段供給燃焼法、予混合燃焼法並びに濃淡燃焼
法等の種々の方法がある。例えば、ボイラ装置に適用さ
れた排ガス再循環燃焼法の例として、特開平3年第23
6503号公報に記載されたものがある。これは燃焼ガ
スを、旋回させながら環状燃焼室内に上下往復を繰り返
させて行う排ガス再循環法の代表例である。
2. Description of the Related Art There are various methods for reducing and burning nitrogen oxides (NOx), such as an exhaust gas recirculation combustion method, a two-stage combustion method, a two-stage fuel supply combustion method, a premixed combustion method, and a lean combustion method. There is a method. For example, as an example of an exhaust gas recirculation combustion method applied to a boiler device, Japanese Patent Application Laid-Open No.
There is one described in JP-A-6503 . This is a burning gas
Reciprocating up and down in the annular combustion chamber while turning
This is a typical example of the exhaust gas recirculation method performed by the above method.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このような例を含め、
従来のボイラ装置では、上述した各種の窒素酸化物低減
燃焼方法が有機的に組み合されて行われる構成のものが
ない。 本発明は、このような点に鑑みて創案されたもの
で、即ち、ボイラ装置において、予混合燃焼法を発展さ
せ、予混合ガスの安定的な燃焼、水管群への効率的な伝
熱に、二段燃焼法、燃料二段供給燃焼法又は濃淡燃焼法
が有機的に組み合わされて行われるように構成し、これ
らの相乗作用によりNOxの低減を計ることを目的とす
るものである。
SUMMARY OF THE INVENTION Including such an example,
With conventional boiler equipment, the various nitrogen oxide reductions described above
Combustion methods are organically combined and performed.
Absent. The present invention has been made in view of the above points.
In other words, the premixed combustion method was developed in boiler equipment.
To ensure stable combustion of premixed gas and efficient transmission to water pipes.
For heat, two-stage combustion, two-stage fuel supply combustion, or lean-burn combustion
Is configured to be organically combined,
With the aim of reducing NOx through their synergistic action.
Things.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本発明は、内側水管群と外側水管群を同心円状に
配設して、その水管群間を環状燃焼室に構成すると共
に、この環状燃焼室の下部に於いて、該環状燃焼室を横
切る上下複数段の夫々の断面上には、複数のノズルを、
該ノズル軸の延長線が同心円の接線方向となるように構
成し、下段の複数のノズルから、燃料過濃な予混合ガス
を噴出させると共に、上段の複数のノズルからは、必要
な残余の空気を噴出させる構成とすることを特徴とする
ものである。
[Means for Solving the Problems ] To solve the above-mentioned problems.
Therefore, the present invention provides a concentric inner water pipe group and an outer water pipe group.
When the water pipe groups are arranged to form an annular combustion chamber,
In the lower part of the annular combustion chamber, the annular combustion chamber is
On each cross section of the upper and lower stages to be cut, multiple nozzles,
The extension of the nozzle axis is in the tangential direction of the concentric circle.
From the multiple nozzles at the lower stage
As well as from the upper nozzles
Characterized by a structure that blows out any residual air
Things.

【0005】また本発明は、内側水管群と外側水管群を
同心円状に配設して、その水管群間を環状燃焼室に構成
すると共に、この環状燃焼室の下部に於いて、該環状燃
焼室を横切る上下複数段の夫々の断面上には、複数のノ
ズルを、該ノズル軸の延長線が同心円の接線方向となる
ように構成し、下段の複数のノズルから、燃料希薄な予
混合ガスを噴出させると共に、上段の複数のノズルから
は、必要な残余の燃料ガスを噴出させる構成とすること
を特徴とするものである。
[0005] The present invention also provides an inner water tube group and an outer water tube group.
Arranged concentrically to form an annular combustion chamber between the water pipe groups
At the lower part of the annular combustion chamber.
On each cross section of the upper and lower stages across the firing chamber,
For the nozzle, the extension of the nozzle axis is the tangential direction of the concentric circle
From the lower nozzles.
Spouts the mixed gas, and from multiple nozzles at the top
Must be configured to eject the required residual fuel gas
It is characterized by the following.

【0006】また本発明は、内側水管群と外側水管群を
同心円状に配設して、その水管群間を環状燃焼室に構成
すると共に、この環状燃焼室の下部に於いて、該環状燃
焼室を横切る上下複数段の夫々の断面上には、複数のノ
ズルを、該ノズル軸の延長線が同心円の接線方向となる
ように構成し、下段の複数のノズルから、燃料希薄な予
混合ガスを噴出させると共に、上段の複数のノズルから
は、燃料過濃な予混合ガスを噴出させる構成とすること
を特徴とするものである。
[0006] The present invention also provides an inner water tube group and an outer water tube group.
Arranged concentrically to form an annular combustion chamber between the water pipe groups
At the lower part of the annular combustion chamber.
On each cross section of the upper and lower stages across the firing chamber,
For the nozzle, the extension of the nozzle axis is the tangential direction of the concentric circle
From the lower nozzles.
Spouts the mixed gas, and from multiple nozzles at the top
Must be configured to eject premixed gas rich in fuel
It is characterized by the following.

【0007】また本発明では、内側水管群と外側水管群
を同心円状に配設して、その水管群間を環状燃焼室に構
成すると共に、この環状燃焼室の下部に於いて、該環状
燃焼室を横切る上下複数段の夫々の断面上には、複数の
ノズルを、該ノズル軸の延長線が同心円の接線方向とな
るように構成し、下段の複数のノズルから、燃料過濃な
予混合ガスを噴出させると共に、上段の複数のノズルか
らは、燃料希薄な予混合ガスを噴出させる構成とするこ
とを特徴とするものである。
Further, according to the present invention, an inner water pipe group and an outer water pipe group are provided.
Are arranged concentrically, and the space between the water pipe groups is
At the lower part of the annular combustion chamber,
Each cross section of the upper and lower stages across the combustion chamber
The nozzle is oriented so that the extension of the nozzle axis is tangential to the concentric circle.
From the lower nozzles.
Premixed gas is blown out, and multiple nozzles
Are designed to eject fuel-lean premixed gas.
It is characterized by the following.

【0008】[0008]

【作用】同一断面上に配設された複数のノズルから噴出
した予混合ガスは、内側水管群と外側水管群の間の環状
燃焼室に渦流を形成し、この渦流に着火されて、断面全
体に広がる安定な火炎が形成される。このように火炎
は、渦流に着火されて断面全体に広がり形成されるの
で、局所的な高温の発生が避けられる。 また、全ての燃
焼が内側水管群と外側水管群で囲まれた環状燃焼室内で
行われるので、燃焼熱の一部は燃焼と同時に水管群に伝
熱され、火炎温度が低下する。
[Function] Spouting from multiple nozzles arranged on the same cross section
The premixed gas flows between the inner tube group and the outer tube group.
A vortex is formed in the combustion chamber, ignited by this vortex,
A stable flame spreads throughout the body. Like this flame
Is ignited by the vortex and spreads over the entire cross section
This avoids local high temperatures. Also, all fuel
In the annular combustion chamber surrounded by the inner and outer water tubes
Therefore, part of the heat of combustion is transferred to the water tube group at the same time as combustion.
Heated, flame temperature decreases.

【0009】以上のような作用によりNOxの低減が計
られると共に、複数段のうちの、下段の複数のノズルと
上段の複数のノズルから空気比の異なった予混合ガスを
噴出したり、または上段の複数のノズルから空気又は燃
料ガスを噴出することにより、濃淡燃焼や二段燃焼、燃
料二段供給燃焼が行われ、これらの相乗作用により更に
NOxの低減が計られる。
[0009] By the above operation, NOx can be reduced.
And multiple nozzles in the lower stage of the multiple stages
Premixed gas with different air ratio from multiple nozzles in the upper stage
Air or fuel from multiple nozzles
By injecting fuel gas, it is possible to use
A two-stage feed-fuel combustion is performed,
NOx reduction is measured.

【0010】[0010]

【実施例】次に本発明の実施の形態を図を参照して説明
する。符号1はボイラ本体であって、このボイラ本体1
内に、内側水管群2と外側水管群3を同心円上に配設し
て、その水管群2,3間を環状燃焼室4に構成する。か
かる環状燃焼室4の下部において、環状燃焼室4を横切
上下複数段の夫々の断面上に、複数のノズル5を、該
ノズル軸の延長線が同心円の接線方向となるように構成
する。実施例では、複数のノズル5を上下二段に構成し
いるが、各段毎の空気比等を考慮して、場合により三
段以上の多段とすることができる。尚、図中符号6は蒸
気出口、7は排気口、8は水入口である。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Reference numeral 1 denotes a boiler main body.
Inside, an inner water pipe group 2 and an outer water pipe group 3 are arranged concentrically and an annular combustion chamber 4 is formed between the water pipe groups 2 and 3. In the lower part of the annular combustion chamber 4, the plurality of nozzles 5 are configured so that the extension line of the nozzle axis is in the tangential direction of a concentric circle on each of the upper and lower sections crossing the annular combustion chamber 4. In the embodiment, the plurality of nozzles 5 are configured in two stages , upper and lower.
And that although, in consideration of the air ratio or the like of each stage, can optionally be a three or more stages. In the drawing, reference numeral 6 denotes a steam outlet, 7 denotes an exhaust port, and 8 denotes a water inlet.

【0011】以上の構成において、下段の複数のノズル
5に、例えば空気比λ=0.5〜0.7になるように燃
料過濃な予混合ガスを供給し、これを環状燃焼室4内、
即ち内側水管群2と外側水管群3間に噴出させると共
、上段の複数のノズル5からは、完全燃焼に必要な残
余の空気、即ち二次空気を供給して環状燃焼室4内に噴
出させる。即ち、上段の複数のノズルからは、全体の空
気比を、例えば1.05〜1.1程度にするのに必要な
残余の空気を噴出させる。
In the above configuration, a premixed gas rich in fuel is supplied to the plurality of lower nozzles 5 so that the air ratio becomes, for example, λ = 0.5 to 0.7, and the premixed gas is supplied into the annular combustion chamber 4. ,
That is, the fuel is ejected between the inner water pipe group 2 and the outer water pipe group 3 , and the remaining nozzles necessary for complete combustion are output from the plurality of nozzles 5 in the upper stage.
Surplus air, that is, secondary air is supplied and injected into the annular combustion chamber 4.
Let out. In other words, the entire nozzle is
It is necessary to set the air ratio to, for example, about 1.05 to 1.1.
Expel remaining air.

【0012】しかして、下段の同一断面上において複数
のノズル5から同心円の接線方向に噴出された予混合ガ
スは、環状燃焼室4に沿って渦流を形成し、この渦流に
着火することにより図中A−A断面に広がる火炎が形成
される。一方、上段の図中B−B断面上の複数のノズル
5から環状燃焼室4内に噴出さ れた二次空気は、上記の
予混合ガスと同様に環状燃焼室4内に渦流を形成し、こ
の空気の渦流は、上記予混合ガスの渦流による燃焼での
未燃分と良好に混合して、未燃分の完全燃焼に供され
る。
[0012] However, in the lower section on the same cross section,
Premixing gas ejected from the nozzle 5 in the tangential direction of the concentric circle
The vortex forms a vortex along the annular combustion chamber 4, and by igniting the vortex, a flame is formed which spreads along the AA section in the figure. On the other hand, a plurality of nozzles on the BB section in the upper diagram
The secondary air jetted into the annular combustion chamber 4 from 5
A vortex is formed in the annular combustion chamber 4 in the same manner as the premixed gas, and the vortex of the air mixes well with the unburned portion in the combustion by the vortex of the premixed gas to complete combustion of the unburned portion. Offered
You.

【0013】以上のように燃焼した燃焼ガスは、環状燃
焼室4内を旋回しながら上昇し、ある高さに達すると内
側水管群2の内側に流入し、更に上昇して排気口7から
排出される。このように燃焼ガスは、環状燃焼室4内を
旋回流動するために、対流伝熱による内側水管群2への
伝熱が効果的に行われる。
The combustion gas burned as described above rises while swirling in the annular combustion chamber 4, and when it reaches a certain height, flows into the inside of the inner water pipe group 2, further rises and is discharged from the exhaust port 7. Is done. As described above, since the combustion gas swirls through the annular combustion chamber 4, heat transfer to the inner water pipe group 2 by convection heat transfer is effectively performed.

【0014】以上の予混合ガスの燃焼においては、一次
燃焼、二次燃焼とも燃焼室内に体積の大きな渦流による
火炎を形成するために、局所的な高温部が存在せず、ま
た輻射伝熱が促進されるために火炎の冷却が効果的に行
われる。従って、いわゆる予混合二段冷却燃焼が理想的
に行われてNOxの発生を効果的に抑制する。
In the combustion of the above premixed gas, the primary
Due to large eddy current in the combustion chamber for both combustion and secondary combustion
There are no local hot spots to form a flame.
The effective cooling of the flame is promoted by the enhanced radiation heat transfer.
Will be Therefore, so-called premixed two-stage cooling combustion is ideal
To effectively suppress the generation of NOx.

【0015】次に本発明では、以上の構成において、上
記とは逆に、下段のノズル5から燃料希薄な予混合ガス
を噴出すると共に、上段のノズル5からは、残余の燃料
ガス、即ち二次燃料を噴出することにより、燃料二段供
給燃焼法を安定的に実行することができる。この場合に
下段のノズル5から噴出した予混合ガスの燃焼は上述
と同様に、渦流により保炎されて行われるため局所的な
高温部が形成されず、また輻射伝熱による火炎の冷却が
効果的に行われ、従って燃料二段供給燃焼と相俟ってN
Oxの発生を大幅に抑制することができる。
Next, in the present invention, in the above configuration,
Contrary to the above, the fuel-lean premixed gas is ejected from the lower nozzle 5 and the remaining fuel gas, that is, the secondary fuel, is ejected from the upper nozzle 5, whereby the two-stage fuel supply combustion method is performed. Can be executed stably. Also in this case, the combustion of the premixed gas ejected from the lower nozzle 5 is described above.
As in the case of
No high-temperature part is formed, and flame cooling by radiant heat transfer
Effectively performed and therefore combined with two-stage fuel combustion
Ox generation can be significantly suppressed.

【0016】次に本発明では、以上の構成において、
段のノズル5から燃料希薄な予混合ガスを噴出すると共
に上段のノズル5から燃料過濃な予混合ガスを噴出した
り、或いは、これとは逆に、下段のノズル5から燃料過
濃な予混合ガスを噴出すると共に上段のノズル5から燃
料希薄な予混合ガスを噴出することにより、濃淡燃焼を
実行することができ、いわゆる PROMPT NO 及び THER
MAL NOの発生を抑制することができる。この場合にも
下段及び上段のノズル5から噴出した予混合ガスの燃焼
は上述と同様に、渦流により保炎されて行われるため局
所的な高温部が形成されず、また輻射伝熱による火炎の
冷却が効果的に行われ、従って濃淡燃焼と相俟ってNO
xの発生を大幅に抑制することができる。
Next, according to the present invention, in the above configuration, the fuel-lean premixed gas is jetted from the lower nozzle 5 and the fuel-rich premixed gas is jetted from the upper nozzle 5 .
Or, conversely, the fuel flow from the lower nozzle 5
A rich premixed gas is blown out, and the fuel is
By injecting lean premixed gas, rich and
Can be performed, so-called PROMPT NO and THER
The generation of MAL NO can be suppressed. Also in this case
Combustion of premixed gas ejected from lower and upper nozzles 5
As described above, the flame is held by eddy current
No high temperature part is formed, and flame
Cooling is effective and therefore combined with the lean burn
The occurrence of x can be greatly suppressed.

【0017】尚、ノズルへの予混合ガスの供給は、燃料
と空気とを予め混合してマニホールドにより各ノズルに
供給する他、ノズル内で燃料と空気とを混合させて噴出
させても良い。この場合、ノズル内における燃料と空気
との混合手段は従来のいかなる形式のものでも良い。
The supply of the premixed gas to the nozzle is performed by fuel
And air are mixed in advance and each manifold is
In addition to supply, fuel and air are mixed in the nozzle and ejected
You may let it. In this case, the fuel and air in the nozzle
The means for mixing with can be of any conventional type.

【0018】本発明では、以上に説明した燃焼を実行す
ることにより、発生するNOx量が10〜30ppmと
NOx化を計ることができ、これは、従来の装置におい
ては、60ppm程度が限度であったことから考えると飛
躍的な進歩である。これは、本発明の独特な構成によ
り、予混合ガスの安定な燃焼と共に、各種のNOx低減
燃焼方法が有機的に組み合わされて行われるからであ
る。
In the present invention, the combustion described above is executed.
As a result, the amount of NOx generated can be reduced to as low as 10 to 30 ppm, which is a dramatic advance in view of the limit of about 60 ppm in the conventional apparatus. This is due to the unique configuration of the present invention.
Premixed gas, stable combustion and reduction of various NOx
Because the combustion methods are organically combined.
You.

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明は以上のとおり、予混合ガスを、
同心円上に配設した内側水管群と外側水管群間の環状燃
焼室内に同一断面上で同心円の接線方向に複数のノズル
から噴出して渦流を形成し、この渦流に着火することに
より局所的な高温部が存在しない安定な火炎を形成する
ことができ、このような複数のノズルを複数段構成し
て、上記予混合燃焼に、二段燃焼法、燃料二段供給燃焼
法又は濃淡燃焼法を有機的に組み合わせて適用できる構
成としたので、これらの相乗作用により大幅なNOxの
低減を計ることができる。
As described above, according to the present invention, the premixed gas is
Annular fuel between inner and outer water pipe groups arranged on concentric circles
Multiple nozzles in the tangential direction of concentric circles on the same cross section in the firing chamber
Whirls out of the vortex and ignites the vortex
Form a stable flame without the presence of more localized hot spots
It is possible to configure such a plurality of nozzles in multiple stages.
In addition to the above-mentioned premixed combustion, the two-stage combustion method,
Method that can be applied by organically combining the
As a result, the synergistic effect of these effects leads to significant NOx
Reduction can be measured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の縦断説明図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the present invention.

【図2】 図1のA−A線及びB−B線横断説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view taken along lines AA and BB of FIG. 1;

【図3】 図1のC−C線横断説明図である。FIG. 3 is an explanatory view taken along line CC of FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ボイラ本体 2 内側水管群 3 外側水管群 4 環状燃焼室 5 ノズル 6 蒸気出口 7 排気口 8 水入口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Boiler main body 2 Inner water pipe group 3 Outer water pipe group 4 Annular combustion chamber 5 Nozzle 6 Steam outlet 7 Exhaust port 8 Water inlet

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23C 11/00 F22B 35/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) F23C 11/00 F22B 35/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 内側水管群と外側水管群を同心円状に配
設して、その水管群間を環状燃焼室に構成すると共に、
この環状燃焼室の下部に於いて、該環状燃焼室を横切る
上下複数段の夫々の断面上には、複数のノズルを、該ノ
ズル軸の延長線が同心円の接線方向となるように構成
し、下段の複数のノズルから、燃料過濃な予混合ガスを
噴出させると共に、上段の複数のノズルからは、必要な
残余の空気を噴出させる構成とした窒素酸化物低発生ボ
イラ装置
An inner water pipe group and an outer water pipe group are arranged concentrically.
To form an annular combustion chamber between the water pipe groups,
Crosses the annular combustion chamber at the bottom of the annular combustion chamber
A plurality of nozzles are provided on each cross section of the upper and lower stages.
Constructed so that the extension line of the skewing axis is tangential to the concentric circle
And the premixed gas rich in fuel is
As well as multiple nozzles in the upper row
Nitrogen oxide low emission box configured to blow out residual air
Ira device
【請求項2】 内側水管群と外側水管群を同心円状に配
設して、その水管群間を環状燃焼室に構成すると共に、
この環状燃焼室の下部に於いて、該環状燃焼室を横切る
上下複数段の夫々の断面上には、複数のノズルを、該ノ
ズル軸の延長線が同心円の接線方向となるように構成
し、下段の複数のノズルから、燃料希薄な予混合ガスを
噴出させると共に、上段の複数のノズルからは、必要な
残余の燃料ガスを噴出させる構成とした窒素酸化物低発
生ボイラ装置
2. An inner water pipe group and an outer water pipe group are arranged concentrically.
To form an annular combustion chamber between the water pipe groups,
Crosses the annular combustion chamber at the bottom of the annular combustion chamber
A plurality of nozzles are provided on each cross section of the upper and lower stages.
Constructed so that the extension line of the skewing axis is tangential to the concentric circle
And fuel-lean premixed gas from the lower nozzles.
As well as multiple nozzles in the upper row
Low emission of nitrogen oxides configured to eject residual fuel gas
Raw boiler equipment
【請求項3】 内側水管群と外側水管群を同心円状に配
設して、その水管群間を環状燃焼室に構成すると共に、
この環状燃焼室の下部に於いて、該環状燃焼室を横切る
上下複数段の夫々の断面上には、複数のノズルを、該ノ
ズル軸の延長線が同心円の接線方向となるように構成
し、下段の複数のノズルから、燃料希薄な予混合ガスを
噴出させると共に、上段の複数のノズルからは、燃料過
濃な予混合ガスを噴出させる構成とした窒素酸化物低発
生ボイラ装置
3. An inner water pipe group and an outer water pipe group are arranged concentrically.
To form an annular combustion chamber between the water pipe groups,
Crosses the annular combustion chamber at the bottom of the annular combustion chamber
A plurality of nozzles are provided on each cross section of the upper and lower stages.
Constructed so that the extension line of the skewing axis is tangential to the concentric circle
And fuel-lean premixed gas from the lower nozzles.
The fuel is ejected, and the fuel
Nitrogen oxide low emission configured to eject rich premixed gas
Raw boiler equipment
【請求項4】 内側水管群と外側水管群を同心円状に配
設して、その水管群間を環状燃焼室に構成すると共に、
この環状燃焼室の下部に於いて、該環状燃焼室を横切る
上下複数段の夫々の断面上には、複数のノズルを、該ノ
ズル軸の延長線が同心円の接線方向となるように構成
し、下段の複数のノズルから、燃料過濃な予混合ガスを
噴出させると共に、上段の複数のノズルからは、燃料希
薄な予混合ガスを噴出させる構成とした窒素酸化物低発
生ボイラ装置
4. An inner water pipe group and an outer water pipe group are arranged concentrically.
To form an annular combustion chamber between the water pipe groups,
Crosses the annular combustion chamber at the bottom of the annular combustion chamber
A plurality of nozzles are provided on each cross section of the upper and lower stages.
Constructed so that the extension line of the skewing axis is tangential to the concentric circle
And the premixed gas rich in fuel is
The fuel is ejected, and fuel is diluted from the upper nozzles.
Nitrogen oxide low emission configured to eject thin premixed gas
Raw boiler equipment
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