JP3071006B2 - ガスバーナー - Google Patents

ガスバーナー

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JP3071006B2
JP3071006B2 JP3301229A JP30122991A JP3071006B2 JP 3071006 B2 JP3071006 B2 JP 3071006B2 JP 3301229 A JP3301229 A JP 3301229A JP 30122991 A JP30122991 A JP 30122991A JP 3071006 B2 JP3071006 B2 JP 3071006B2
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  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、吸収式冷温水機、吸収
式冷凍機、蒸気ボイラー、温水ボイラーなどにおいて使
用される窒素酸化物(以下NOxと略す)の生成が低減
された低NOxガスバーナーに関する。
【0002】
【従来の技術】工場、事業所などから排出される排ガス
中のNOxなどにより大気汚染が次第に増加する傾向に
あり、その対策が強く望まれている。燃料の燃焼によっ
て生成するNOxは燃焼用空気の中に含まれている窒素
と酸素が高温状態において反応して生じるサーマルNO
xと呼ばれるものと、燃料中に含まれる各種の窒素化合
物が燃焼に際して酸化されてNOxとなるフューエルN
Oxと呼ばれるものとがあるが、気体燃料を用いる場合
の殆どは、燃焼温度が高くなったことにより発生するサ
ーマルNOxであり、酸素濃度が高いほど、燃焼温度が
高いほど、また高温での排ガスの滞留時間が長いほど多
く生成される。従って、サーマルNOxを低減するため
には、酸素濃度を下げ、燃焼温度を下げ、燃焼の完結時
間を小さくして高温での排ガスの滞留時間を短くするこ
とが必要になる。
【0003】そこで従来これらの考え方に従って、運転
条件の変更によるもの、低過剰空気燃焼、燃焼室熱発生
率の低減、燃焼用空気の予熱温度の低減、バーナーの構
造を工夫してNOxを低減させる低NOxバーナーなど
の燃焼技術によるNOxの抑制対策が種々なされてい
る。これらの中でも低NOxバーナーによる対策は比較
的簡単な改良で既設の装置に適用できる可能性があり、
抑制効果も大きいので、効果的な低NOxバーナーの開
発が求められている。
【0004】従来の低NOxガスバーナーの例として実
開平2−140122号公報に開示されたバーナーがあ
るが、この場合は燃料噴出口と空気口との位相が互いに
ノズルの周方向においてラップする状態で相対位置して
いるので、燃料ガス圧が低圧の場合(例えば、約100
mmH2 O)、空気と燃料ガスとの混合が良くなり、燃
焼温度が高くなりNOx濃度が高くなるという欠点があ
る。
【0005】一方、本発明者等は先に低NOxガスバー
ナー(図3に断面図および図4に矢印方向Xから見た側
面図を示す)を提案し(特願平3−70665号明細書
中に記載)、分割火炎方式により、保炎板後流部に燃焼
ガスの再循環流を形成し、低NOX 化を達成したが、火
炎を外周方向へ広げて燃焼させるため、もどり燃焼炉に
おいては、火炎がショートパスし易く、そのために、未
燃ガスが発生し、かつ燃焼効率、ボイラー効率も低下す
る問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の低NOxガスバ
ーナーは下記のような欠点があるので、これらを解決し
た低NOxガスバーナーを提供する。 もどり燃焼炉で、火炎がショートパスし、未燃ガス
が発生する。 火炎の広がりを小さくするために、バーナーコーン
の先端から保炎板Aまでの間隔(d寸法)を大きくする
とNOX 値が高くなる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記の点に鑑
み鋭意研究した結果、NOX 値を低減させる手段とし
て、下記の〜を採用することにより課題を解決する
ことができることを見いだして本発明を成すに至った。 バーナーコーン5の先端から保炎板A6までの間隔
(d寸法)を40〜80mm程度とし、二次空気をバーナ
ーコーン5に添って直進させる。 保炎板B7をバーナーコーン5の先端の近傍に位置
させる。 ガスポート8を保炎板B7に近づける。ガスポート
8より噴出した燃料ガス3が保炎板A6より離れるよう
にする。 一次空気量を全空気量の20〜50%程度とする。 保炎板A6に無規則に小孔14を設け、三次空気
(全空気量の5〜15%)を供給する。 保炎板B7により、一次空気が外周へ広がる力を抑
制すべく保炎板B7の外径(b寸法)を小さくする。
【0008】本発明の請求項1の発明は、先端に保炎板
B7を設け且つ先端に複数のガスポート8をノズル周方
向に設けたガスノズル4、および外周辺に分割して設け
た複数の燃焼用二次空気通路10を有し且つガスノズル
外周との間に燃焼用一次空気通路9ができるようにした
保炎板A6を設けたバーナーコーン5からなり、且つ一
次空気と燃料ガス3からなる混合ガスが保炎板B7によ
り周方向に進路を変えられて保炎板A6と保炎板B7と
の間を流れて、該混合ガスの一部が燃焼用二次空気通路
10から流出する二次空気と混合するようにしたガスバ
ーナー1において、バーナーコーン5の先端より40〜
80mm後へ保炎板A6を位置させて燃焼用二次空気通路
10を通る二次空気を直進させ、かつ保炎板B7をバー
ナーコーン5先端の近傍に位置させ、かつガスポート8
を保炎板B7に近く位置させたことを特徴とするガスバ
ーナーである。
【0009】本発明においては、ガスポート8と燃焼用
二次空気通路10の位置がガスノズル周方向において合
致していてもよいが、燃焼条件などによっては一致して
いないほうが低NOx化がより達成できるので好まし
い。
【0010】本発明の請求項2の発明は、燃料ガス3を
同伴する一次空気用の通路面積が全空気通路面積の20
〜50%となることを特徴とする請求項1に記載のガス
バーナーである。
【0011】本発明の請求項3の発明は、保炎板A6に
三次空気の通路となる小孔14を設け、この小孔14の
総断面積が全空気通路面積の5〜15%となることを特
徴とする請求項2に記載のガスバーナーである。
【0012】
【作用】 バーナーコーン5の先端と保炎板A6の間隔(d寸
法)を大きくすることにより、火炎の広がりは少なくな
り火炎は直進するようになるが、d寸法が大きすぎると
バーナーコーン5内部にて燃焼が促進され、火炎は分割
されなくなり、NOX が高くなるため、d寸法は40〜
80mm程度とする。
【0013】 保炎板B7がバーナーコーン5の先端
より前方へ飛び出していると、燃料ガスが外周へ広がり
易くなるため、保炎板B7はバーナーコーン5の先端の
近傍に位置させることにより火炎の広がりは小さくな
り、かつバーナーコーン5内部での燃焼も抑制される。
【0014】 ガスポート8が保炎板A6に近い場
合、保炎板A6の後流部に形成される再循環流に燃料ガ
ス3が同伴され、バーナーコーン5内部での燃料ガス3
の濃度が高くなり、バーナーコーン5内部で燃焼が促進
され、NOXが高くなるため、ガスポート8は保炎板A
6から離し、保炎板B7に近い位置に位置させる。
【0015】 一次空気量が多い(50%以上)場
合、火炎の外周へ広がる量が増え、ショートパスし易く
なるため、一次空気量は全空気量の50%以下とし、ま
た、一次空気量が少ない(20%以下)場合は、保炎板
A6の後流域の再循環流へ同伴される燃料ガス3の量が
増えるため、一次空気量は全空気量の20〜50%程度
とする。
【0016】 バーナーコーン5内部での燃焼を抑制
し、NOX の生成を抑制する方法として、保炎板A6に
小孔14をあけ三次空気を保炎板A6の後流の再循環域
へ供給し、再循環域の混合ガス濃度を小さくして保炎板
A6での保炎能力を低下させる。三次空気の量は全空気
量の5〜15%が適当である。
【0017】 保炎板B7の外径(b寸法)が大きい
場合、一次空気は保炎板B7により外周へ広がり易くな
るため、b寸法は、保炎板A6の一次空気通路の内径
(a寸法)に対して、a−10mm≦b≦a+30mm程度
が適当である。
【0018】
【実施例】次に本発明の低NOX バーナーを図1および
図2により詳細に説明するが、本発明の主旨を逸脱しな
い限り実施例に限定されるものではない。図1に本発明
の低NOX バーナーの断面図を示す。図2に本発明の低
NOX バーナーを矢印方向Xから見た側面図を示す。
【0019】燃料用ガス3を送風機15からの燃焼用空
気2と混合して燃焼させるガスバーナー1は、保炎板B
7を先端に設置し且つ複数のガスポート8をノズル周方
向に設けたガスノズル4、分割された二次空気通路10
を周縁に有し且つガスノズル4の外周との間に燃焼用一
次空気通路9(内径amm)ができるようにした保炎板A
6をバーナーコーン5の先端からd(mm) だけ後に位置
させ、直径b(mm) の保炎板B7をバーナーコーン5の
先端の近傍に位置させ、ガスポート8は保炎板A6から
離し、保炎板B7に近い位置に位置させている。保炎板
A6には三次空気通路用小孔14が設けられている。
【0020】 送風機15により送られた燃焼用空気
2は、バーナー1本体に入り保炎板A6により一次空気
〜三次空気の3つに分流する。 一次空気はガスノズル4に添って保炎板A6とガス
ノズル4の間を流れ(一次空気量は全空気量の約20〜
50%)、ガスノズル4先端で噴出される燃料ガス3を
同伴し、保炎板B7により外周方向へ向きを変えて流れ
る。dは例えば、50mm。
【0021】 二次空気は保炎板A6の外周縁で分割
された通路をバーナーコーン5に添って直進して流れ、
一次空気流に同伴された混合ガスと合流し、ここで燃焼
を形成し、燃焼は完結する。 二次空気は分割されているため、燃焼炎は分割火炎
となり外周に広がらずに直進する火炎を形成する。
【0022】 保炎板A6に設けられた小孔14から
三次空気が全空気量の5〜15%程度供給され、保炎板
A6の後流では、この小孔14からの三次空気により小
火炎が定着し、保炎するが、この小火炎は過剰空気炎で
あるためにNOX の生成は微小である。 また保炎板A6の後流域の再循環流は三次空気の供
給により冷却と燃料ガス濃度低下とにより、バーナーコ
ーン5内部での燃焼は抑制され、NOX の生成は少なく
なる。
【0023】 よって、主火炎は、一次空気(混合ガ
ス)と二次空気との合流域にて形成され、分割火炎によ
る濃淡効果とバーナーコーン5内部からの燃焼ガスによ
排ガス自己再循環効果とにより、NOxの生成は抑制
される。
【0024】図1に示した低NOxバーナー1を用いて
実際に燃料ガス3の燃焼テストを行った(燃料ガス流量
50m3 /hr、ガス圧200mmH2 O)。燃焼量を
バーナーの定格値の25〜100%まで変化させた時の
排ガス中のNOx濃度の実測値を図5に示した。NOx
濃度はO2=0%換算値で40〜45ppmと優れた値
が得られた。
【0025】一次空気量の全空気量に対する比率を20
〜70%まで変化させた時の排ガス中のNOx濃度の実
測値を図6に示した。NOx濃度はO2 =0%換算値で
40〜47ppmと優れた値が得られた。
【0026】
【発明の効果】上記のように、本発明はNOxの生成が
低減された低NOxガスバーナーを提供するものであ
り、濃淡燃焼方式、分割火炎方式および排ガス自己再循
環方式を行え且つ燃料ガスと空気の混合促進が計れるよ
うな構成を有する低NOxバーナーである上、現在でも
非常に困難な課題となっているもどり燃焼方式の燃焼炉
での低NOx化も本発明の低NOxガスバーナーを用い
れば容易に可能となる。本発明の低NOxガスバーナー
はシンプルな構造を有し、汎用性および低廉価性(低価
格)の点においても優れているので、吸収式冷温水機、
吸収式冷凍機、蒸気ボイラー、温水ボイラーなどにおい
て好適に使用でき、その産業上の利用価値は甚だ大き
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガスバーナーの断面図を示す。
【図2】本発明のガスバーナーを矢印方向Xから見た側
面図を示す。
【図3】従来のガスバーナーの断面図を示す。
【図4】従来のガスバーナーを矢印方向Xから見た側面
図を示す。
【図5】燃焼量と排ガス中のNOx濃度の関係を示す図
である。
【図6】一次空気量の全空気量に対する比率と排ガス中
のNOx濃度の関係を示す図である。
【符号の説明】
a 一次空気通路の内径 b 保炎板Bの直径 d バーナーコーン先端から保炎板Aまでの距離 C 燃料ガス濃度の高い混合ガス D 燃料ガス濃度の低い混合ガス 1 ガスバーナー 2 燃焼用空気 3 燃料ガス 4 ガスノズル 5 バーナーコーン 6 保炎板A 7 保炎板B 8 燃料ガスポート 9 一次空気通路 10 二次空気通路 11 火炎 12 排ガス再循環 13 パイロットバーナー 14 三次空気通路用小孔 15 送風機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F23D 14/70 F23D 14/70 B (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23D 14/22 F23C 11/00 F23D 14/70

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 先端に保炎板B7を設け且つ先端に複数
    のガスポート8をノズル周方向に設けたガスノズル4、
    および外周辺に分割して設けた複数の燃焼用二次空気通
    路10を有し且つガスノズル外周との間に燃焼用一次空
    気通路9ができるようにした保炎板A6を設けたバーナ
    ーコーン5からなり、且つ一次空気と燃料ガス3からな
    る混合ガスが保炎板B7により周方向に進路を変えられ
    て保炎板A6と保炎板B7との間を流れて、該混合ガス
    の一部が燃焼用二次空気通路10から流出する二次空気
    と混合するようにしたガスバーナー1において、バーナ
    ーコーン5の先端より40〜80mm後へ保炎板A6を位
    置させて燃焼用二次空気通路10を通る二次空気を直進
    させ、かつ保炎板B7をバーナーコーン5先端の近傍に
    位置させ、かつガスポート8を保炎板B7に近く位置さ
    せたことを特徴とするガスバーナー。
  2. 【請求項2】 燃料ガス3を同伴する一次空気用の通路
    面積が全空気通路面積の20〜50%となることを特徴
    とする請求項1に記載のガスバーナー。
  3. 【請求項3】 保炎板A6に三次空気の通路となる小孔
    14を設け、この小孔14の総断面積が全空気通路面積
    の5〜15%となることを特徴とする請求項2に記載の
    ガスバーナー。
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