JP3073435B2 - 燃焼装置 - Google Patents

燃焼装置

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JP3073435B2
JP3073435B2 JP07283257A JP28325795A JP3073435B2 JP 3073435 B2 JP3073435 B2 JP 3073435B2 JP 07283257 A JP07283257 A JP 07283257A JP 28325795 A JP28325795 A JP 28325795A JP 3073435 B2 JP3073435 B2 JP 3073435B2
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佐藤  進
由則 小林
君代 徳田
利光 一ノ瀬
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はボイラ等の燃焼炉に
おいて、排ガス中の窒素酸化物の発生を抑制するに適し
た二段燃焼を行う燃焼装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ボイラ等の燃焼炉において、低公害(低
NOx )・高効率(低未燃分)燃焼が強く求められてお
り、これを可能にする為の方法として二段燃焼法があ
る。
【0003】図4は従来の燃焼炉における二段燃焼法の
構成を示したものである。図中06,07,08は燃料
を燃焼する主バーナで、この多段に配列された複数の主
バーナ06,07,08から燃料と共に投入する燃焼用
空気の一部を、主バーナ06,07,08よりもガス流
れ方向の後流側に設置された二段燃焼用空気噴出口09
より炉01内へ投入する。
【0004】これにより、主バーナ域では燃料量に対し
て燃焼用空気量を少なくして、還元雰囲気を形成するこ
とによりNOx の発生を抑制し、その後流側で改めて残
りの燃焼用空気を噴出口09から投入することにより、
未燃分やCO等の発生を抑制するようにした燃焼方法で
ある。
【0005】なお、各主バーナ06,07,08が単体
でも低NOx 燃焼を行うように、燃焼用空気に対して通
常は図に矢印で示すような一定の旋回方向に強い旋回力
が付与されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術により、低
NOx ・低未燃分燃焼が可能となる訳であるが、低NO
x 化を図る目的で二段燃焼を強化(二段燃焼用空気量を
増加)するに従って、未燃分の低減が難しくなる。すな
わち、空気不足(理論燃焼空気量以下)の状態で未燃分
を含んだ燃焼ガスの流れに対して、二段燃焼用空気の投
入が遅ければ、燃焼ガスが炉壁により冷却され、改めて
二段燃焼用空気を投入しても未燃分の燃焼が十分に進ま
ず、ボイラ出口へ未燃分を持ち越すこととなる。他方、
二段燃焼用空気の投入が早ければ、還元雰囲気でのNO
x の分解反応が十分に進まず、ボイラ出口へNOx を持
ち越すこととなる。
【0007】さらに、主バーナ噴流(火炎)の流れは、
主バーナの空気流に強い旋回力が付与されている場合、
図5に示すように燃焼ガスの上昇流れとバーナ噴流の旋
回流れの相関により、燃焼ガスの上昇速度ベクトルを強
める上向きの旋回方向側へ曲げられることから、図4
(b)のような主バーナ燃焼用空気の旋回方向に対して
は、図6のように各バーナ噴流(火炎)が分布する傾向
となる、というような種々の問題がある。
【0008】本発明は、このような従来のものにおける
問題点を解消し、二段燃焼用空気の投入を最適化するこ
とにより、未燃分の発生を減少させて、ほぼ完全燃焼に
近い状態での低NOx 燃焼を可能とするようにした二段
燃焼を行うものを提供することを課題とするものであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するべくなされたもので、複数のバーナを備えて構成さ
れる主燃焼域の後流部に複数の空気噴出口を有して構成
される二段燃焼用空気投入部を設け、主燃焼域から排出
されるガス中の未燃分を二段燃焼用空気投入部で供給さ
れる空気でほゞ完全燃焼させるようにしたものにおい
て、前記主燃焼域と二段燃焼用空気投入部との間であっ
て、前記バーナで付与する燃焼用空気の旋回によって決
まる火炎の集合部分の直上位置に向って開口して二段燃
焼用空気の一部を炉内へ投入する中間段空気噴出口を設
けた燃焼装置を提供し、前記中間段空気噴出口の採用に
より、ボイラ等燃焼炉の運用条件に対して、最適な二段
燃焼用空気の投入位置と投入配分を調整することで、二
段燃焼によるNOx 発生量の低減を効果的なものとする
と共に、二段燃焼に伴う未燃分の発生を抑制することを
可能とするものである。
【0010】すなわち、主バーナの燃焼用空気に付与さ
れる強い旋回力によって、バーナ噴流(火炎)が曲げら
れ、主バーナ直上のレベルにおける火炎の分布が生じ、
この火炎が集合する部分では局部的にO2 不足となるこ
とから、未燃分が多量に発生することとなるので、この
部分に選択的に二段燃焼用空気の一部を投入すること
で、局部的な未燃分の増加を抑えると共に、火炎温度を
維持して、NOx の分解に必要なラジカル成分の発生を
促進し、これにより二段燃焼に伴う未燃分の発生を抑
え、ほぼ完全燃焼に近い燃焼状態でのNOx の効果的な
低減を可能とするものである。
【0011】また、本発明は、複数のバーナを備えて構
成される主燃焼域の後流部に複数の空気噴出口を有して
構成される二段燃焼用空気投入部を設け、主燃焼域から
排出されるガス中の未燃分を二段燃焼用空気投入部で供
給される空気でほゞ完全燃焼させるようにしたものにお
いて、前記主燃焼域と二段燃焼用空気投入部との間であ
って、前記バーナの直上位置に二段燃焼用空気の一部を
炉内へ投入する中間段空気噴出口を設け、同中間段空気
噴出口にはその上流にある主バーナの旋回方向と同じ向
きの旋回力を付与した燃焼装置を提供し、旋回方向を主
バーナに合せた中間段空気噴出口をバーナの直上位置に
配列することにより、バーナ火炎の集合部分に中間段空
気噴出口の空気流の集合部分を形成させ、前記同様、N
x の低減及び未燃分発生の抑制を効果的にした燃焼を
可能とするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】図1及び図2に基づいて、本発明
の第1の実施の形態を説明する。1は燃焼炉で、前壁2
と後壁3、及び左右の側壁4,5で区画されている。
【0013】6,7,8は主バーナで、水平方向に複数
並べられたものが、鉛直方向に複数段配列されて、前記
前壁2及び後壁3に対向して設けられている。
【0014】各主バーナ6,7,8には、夫々図示しな
い旋回羽根が設けられており、図中矢印で示す方向に旋
回力を付与された空気が投入され、そこに主燃焼域が形
成される。
【0015】9は二段燃焼用空気の噴出口で、前記主バ
ーナ8の上方、即ち後流側で、同主バーナ8の段と平行
に水平方向に複数対向して配列され、二段燃焼用空気投
入部を構成している。
【0016】10は中間段空気噴出口で、前記主バーナ
6,7,8で構成する主燃焼域と、前記噴出口9で構成
する二段燃焼用空気投入部との間で複数個が互いに対向
して設けられている。
【0017】換言すれば、同中間段空気噴出口10は、
主バーナ6,7,8の下流と二段燃焼用空気噴出口9と
の間に在る。更にくわしく言えば、主バーナ6,7,8
の燃焼用空気に付与される旋回力の方向等によって決ま
る主バーナ6,7,8の火炎の集合部分の直上位置に向
って開口して配置されている。
【0018】そして二段燃焼用空気はこの中間段空気を
含めて全燃焼用空気量に対する割合は約10〜50%で
あり、この中間段空気噴出口10から燃焼炉1内へ投入
する中間段空気の量は、前記二段燃焼用空気量に対する
割合として約10〜30%であることが望ましい。
【0019】このように本実施の形態では、図1(b)
中に矢印を付して示す主バーナ6,7,8での燃焼用空
気の旋回により、図2中に実線で示すように火炎の集合
部分が形成されるので、この火炎集合部分の直上に同図
2中に破線で示すように中間段空気を供給する。しかも
二段燃焼用空気の一部を割いた適量を供給するものであ
る。
【0020】即ち、本実施の形態では中間段空気噴出口
10により、投入位置と投入配分を選んで総合的な二段
燃焼用空気の調整を行うことにより、二段燃焼によるN
x発生の低減を一段と効果あらしめ、かつ、同二段燃
焼に伴う未燃分の発生を大巾に抑制するものである。
【0021】繰り返し述べれば、主バーナ6,7,8に
よる燃焼用空気の旋回によって火炎が曲げられ、火炎が
集合する部分が発生し、この部分では局部的にO2 分が
不足することから、未燃分が発生することとなるが、本
実施の形態ではこの部分を狙って二段燃焼用空気の一部
を中間段空気噴出口10から投入することにより、局部
的な未燃分の増加を抑え、火炎を維持してNOx の分解
に必要なラジカル成分の発生を促進し、以って総合的に
二段燃焼に伴う未燃分の発生を抑え、ほゞ完全燃焼に近
い燃焼状態でのNOx の効果的な低減を達成するもので
ある。
【0022】次に本発明の第2の実施の形態を図3に基
づいて説明する。本実施の形態では、主燃焼域と二段燃
焼用空気投入部の間で、中間段空気噴出口10を夫々の
主バーナ6,7,8の直上に配置し、かつ、同中間段空
気噴出口10には、同主バーナ6,7,8と同じ旋回方
向の旋回力を付与させたものである。
【0023】本実施の形態でも、主バーナ6,7,8の
燃焼空気の旋回で火炎の集合部分が形成されるが、この
火炎集合部分の直上には中間段空気噴出口10の旋回さ
れた空気流の集合部分が形成されるので、この空気によ
り前記第1の実施の形態のものと同様に低NOx 、未燃
分抑制の燃焼が行われるものである。
【0024】なお、本実施の形態におけるその余の構
成、作用効果は、前記第1の実施の形態と同様であるの
で、図中共通する部分には同一の符号を付して示し、重
複する説明は省略する。
【0025】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。
【0026】
【発明の効果】以上、本発明によれば、二段燃焼用空気
の一部を割愛した中間段空気の巧みな供給により、二段
燃焼による未燃分やCOの発生を低減することが出来た
ことから、燃焼効率を高く維持したままで、低NOx
焼を達成することが可能となり、これにより、ひいては
ランニングコストの低減をも図ることが出来たものであ
る。
【0027】また、この効果はNOx を低減する為に二
段燃焼を強化(主バーナ部の燃焼用空気を減らす)すれ
ばする程、大きく現れることとなる。
【0028】更にまた、請求項2の発明によれば、中間
段空気噴出口の設置位置を定めるに際し、火炎の集合部
分が自由に設定できない様な配置上の制約がある場合で
あっても、同噴出口の設置位置を容易に特定し、所期の
効果を達成することができたものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る二段燃焼用空
気噴出口の配置を示し、(a)はその側面、(b)は正
面からの説明図。
【図2】図1のものにおける空気の投入状況の説明図。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る二段燃焼用空
気噴出口の配置を正面から示す説明図。
【図4】従来のものの二段燃焼用空気噴出口の配置を示
し、(a)はその側面、(b)は正面からの説明図。
【図5】旋回噴流の旋回方向と噴流の曲がる方向の関係
を示す説明図。
【図6】図4のものにおける空気の投入状況の説明図。
【符号の説明】
1 燃焼炉 2 前壁 3 後壁 4,5 側壁 6,7,8 主バーナ 9,10 噴出口
フロントページの続き (72)発明者 一ノ瀬 利光 長崎市深堀町5丁目717番1号 三菱重 工業株式会社長崎研究所内 (56)参考文献 特開 平5−18510(JP,A) 特開 昭59−24105(JP,A) 実開 昭59−29504(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23C 11/00 F23C 7/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のバーナを備えて構成される主燃焼
    域の後流部に複数の空気噴出口を有して構成される二段
    燃焼用空気投入部を設け、主燃焼域から排出されるガス
    中の未燃分を二段燃焼用空気投入部で供給される空気で
    ほゞ完全燃焼させるようにしたものにおいて、前記主燃
    焼域と二段燃焼用空気投入部との間であって、前記バー
    ナで付与する燃焼用空気の旋回によって決まる火炎の集
    合部分の直上位置に向って開口して二段燃焼用空気の一
    部を炉内へ投入する中間段空気噴出口を設けたことを特
    徴とする燃焼装置。
  2. 【請求項2】 複数のバーナを備えて構成される主燃焼
    域の後流部に複数の空気噴出口を有して構成される二段
    燃焼用空気投入部を設け、主燃焼域から排出されるガス
    中の未燃分を二段燃焼用空気投入部で供給される空気で
    ほゞ完全燃焼させるようにしたものにおいて、前記主燃
    焼域と二段燃焼用空気投入部との間であって、前記バー
    ナの直上位置に二段燃焼用空気の一部を炉内へ投入する
    中間段空気噴出口を設け、同中間段空気噴出口にはその
    上流にある主バーナの旋回方向と同じ向きの旋回力を付
    与したことを特徴とする燃焼装置。
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