JP3224725B2 - 燃焼装置 - Google Patents

燃焼装置

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JP3224725B2
JP3224725B2 JP28325695A JP28325695A JP3224725B2 JP 3224725 B2 JP3224725 B2 JP 3224725B2 JP 28325695 A JP28325695 A JP 28325695A JP 28325695 A JP28325695 A JP 28325695A JP 3224725 B2 JP3224725 B2 JP 3224725B2
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佐藤  進
由則 小林
君代 徳田
利光 一ノ瀬
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Description

【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。図8、図9に基づいて従来の燃焼炉における二段燃
焼について説明する。
【0003】図中06、07、08は燃料を燃焼する主
バーナで、この主バーナから燃料とともに投入する燃焼
用空気の一部を、主バーナ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】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NO
x 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から投入して燃焼させることにより、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】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のもので
は、二段燃焼により低NOx ・低未燃分燃焼が可能とな
る訳であるが、低NOx 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。
【0006】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、
二段燃焼用空気を均等に分散供給しなければ、ボイラ出
口へ未燃分を持ち越すこととなり、また一方、局所的に
二段燃焼用空気の多い部分が出来てしまうと、その部分
においてNOx の発生が助長されるという不具合があ
る。
【0007】本発明は、このような従来のものにおける
不具合を解消し、二段燃焼用空気の投入を最適化するこ
とにより、二段燃焼用空気の投入に伴うNOx の発生を
低減すると共に、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。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
解決す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
される空気でほぼ完全燃焼させるようにした燃焼装置
おいて、前記複数の空気噴出口を、旋回器を備えて旋回
空気流を供給する噴出口と、旋回器を備えずに直進空気
流を供給する噴出口とで構成し、同旋回空気流を供給す
る噴出口と直進空気流を供給する噴出口とは燃焼炉に対
して鉛直方向に離して配置し、かつ、前記各噴出口は主
燃焼域に近い側に旋回空気流を供給する噴出口を配置し
た燃焼装置を提供するものである。
【0009】すなわち、本発明によれば、二段燃焼用空
気を供給する噴出口を、燃焼ガス中への貫通力の強い直
進型の噴出口と、拡散力の強い旋回型の噴出口とし、こ
れを燃焼炉のガス流れ方向に相当する燃焼炉に対して鉛
直となる方向で、旋回型の噴出口と直進型の噴出口の位
置が互に離れるように配置し、かつ、燃焼炉の上流側で
は旋回型、その下流では直進型となる様に同噴出口の形
態、機能をガス流れの順路に沿って変更することによ
り、ガス流れに対し二段燃焼用空気を均等に分配できる
ようにしたものである。
【0010】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
給される空気でほぼ完全燃焼させるようにした燃焼装置
において、前記複数の空気噴出口を、旋回器を備えて旋
回空気流を供給する噴出口と、旋回器を備えずに直進空
気流を供給する噴出口とで構成し、同旋回空気流を供給
する噴出口と直進空気流を供給する噴出口とは燃焼炉に
対して鉛直方向に離して配置し、かつ、前記旋回空気流
を供給する噴出口のうち最も燃焼炉側壁寄りに配置した
ものは同噴出口と側壁間の燃焼ガスの上昇速度ベクトル
を強める方向に旋回力を与えるようにした燃焼装置を提
するものである。
【0011】すなわち、本発明によれば、二段燃焼用空
気を供給する噴出口を、燃焼ガス中への貫通力の強い直
進型の噴出口と、拡散力の強い旋回型の噴出口とし、こ
れを燃焼炉のガス流れ方向に相当する燃焼炉に対して鉛
直となる方向で、旋回型の噴出口と直進型の噴出口の位
置が互に離れるように配置し、かつ、燃焼炉の側壁側に
おける燃焼ガスの上昇速度ベクトルを強めたことによ
り、燃焼炉全域において二段燃焼用空気が炉内に均等分
配されるようにしたものである。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の前提となる
第1の参考例を図1及び図2に基づいて説明する。
【0013】1はボイラの燃焼炉で、前壁2とこれに対
向する後壁、及び左右の側壁4、5で区画されている。
【0014】6、7、8は主バーナで、燃焼炉1の水平
方向に向かって開口し、かつ、水平方向で複数個のもの
が列をなし、鉛直方向に複数列となって前壁2及び後壁
3に対向して設けられており、ここで主燃焼域を形成し
ている。
【0015】10は直進空気流を供給する噴出口、11
は旋回空気流を供給する噴出口で、主バーナ8の上方位
置で燃焼器1の水平方向に向かって開口し、夫々複数個
が前壁2及び後壁3に対向して設けられている。
【0016】この噴出口10、11は、左右の側壁4、
5に隣接するものとして直進空気流を供給する噴出口1
0を配置し、以下内側に向かって旋回空気流を供給する
噴出口11と直進空気流を供給する噴出口10とを交互
に配置して、ここに二段燃焼用空気投入部を形成してい
る。
【0017】なお、この各噴出口10、11を、図2を
用いて更に詳細に説明すると、直進空気流を供給する噴
出口10は、図2−(a)に示すように風箱12から供
給される空気を、ダンパ14で流量を調整し、前壁2に
設置した直進型ノズル13から炉内へ投入するものであ
る。従って、この空気流は途中何ら旋回力等付与され
ず、貫通力の強い直進空気流として炉内へ供給される。
【0018】一方、旋回空気流を供給する噴出口11
は、図2−(b)に示すように、風箱12から供給され
る空気に、旋回ベーン16により強い旋回力を与え、前
壁2に設置した旋回型ノズル15から炉内へ投入するも
のである。従って、この空気流は、拡散力の強い旋回空
気流となって炉内へ供給される。
【0019】上記したように第1の参考例のものでは
貫通力の強い直進空気流を供給する噴出口10と、拡散
力の強い旋回空気流を供給する噴出口11とが、燃焼炉
1に対して水平方向に交互に配置されて二段燃焼用空気
投入部を構成しているので、直進空気流と旋回空気流が
夫々の特性をいかして炉内に好適に分散し、即ち、直進
空気流は炉中央まで到達し、一方、旋回空気流は拡散し
て炉壁付近に配分され、全体として二段燃焼用空気を炉
内に均一に分散供給するものである。
【0020】また、水平方向に交互に配列された直進型
の噴出口10と旋回型の噴出口11の列で、左右の側壁
4、5に隣接するものは直進空気流の供給する噴出口1
0とすることにより、特に側壁により燃焼ガスが冷却さ
れて未燃分が発生し易い領域において、ガス温度が低下
する前に酸素分圧を上げ、燃焼を促進させて側壁4、5
近傍での未燃分低減を図ることができる。
【0021】このように、第1の参考例によれば、炉内
の二段燃焼用空気の不均一分布に起因する局部的なNO
x の発生とか局部的な未燃分の残存という不具合を解消
し、ほぼ完全燃焼の状態で低NOx 燃焼を行いうるもの
である。
【0022】なお、同第1の参考例では、主バーナ6、
7、8及び各噴出口10、11が、燃焼炉1に対し水平
方向に列を形成して配置しているが、これは通常ボイラ
では、ガス流れが鉛直方向に向いているがためであり、
このガス流れが変わる形態のものにあってはこれらの配
置が、このガス流れに直角方向となるように変わるもの
である。
【0023】また、上記説明では、二段燃焼用空気を供
給する噴出口10、11の列で、燃焼炉1の左右側壁
4、5に隣接するものとして直進空気流を供給する噴出
口10を配置するものとして述べたが、この位置のもの
を旋回空気流を供給する噴出口11と換え、その交互配
列を入れ換えることも考えられる。
【0024】その場合には、側壁4、5に近接した旋回
型の噴出口11は、側壁4、5に沿った燃焼ガスの上昇
速度ベクトルを強める上向きの方向にその旋回方向を選
び、側壁4、5近傍の空気の不均一化を防止するもので
ある。
【0025】次に本発明の第2の参考例を図3、及び図
4に基づいて説明する。第2の参考例のものは、主バー
ナ6、7、8の直上、即ち、主バーナ6、7、8の直線
方向で後流位置に旋回空気流を供給する噴出口11を配
置すると共に、同噴出口11の両わき、即ち隣接する噴
出口11同志の間に相当する位置に直進空気流を供給す
る噴出口10を配置して二段燃焼用空気投入部を形成し
たものである。
【0026】同第2の参考例では旋回型噴出口11と直
進型噴出口10を上記のような配列とすることにより、
二段燃焼用空気の分散を更に均一化するものであり、そ
の分散状況は図4に概略的に示すところからも理解でき
よう。
【0027】なお、その余の構成及び作用効果について
は、前記した第1の参考例のものと同様であるので、図
中、同一部分に同一符号を付して示し、重複する説明は
省略する。
【0028】前記した第1、第2の参考例を前提とした
本発明の実施の第1形態を図5、及び図6に基づいて説
明する。
【0029】本実施の形態のものは、旋回空気流を供給
する噴出口11と直進空気流を供給する噴出口10とを
燃焼炉1に対して鉛直方向に離して配置したものであ
る。
【0030】即ち、主バーナ6、7、8に近い上流側に
は旋回型の噴出口11を集めて一平面内に配置し、これ
から鉛直上方に離れた平面内には直進型の噴出口12を
集めて配置した。
【0031】従って二段燃焼用空気は図6に分散状況を
示すように、上流側で拡散分散し、次いで貫通状に奥へ
直進して拡散が行きとどかなかった奥行きまで空気導
き、燃焼炉1の前面に亘って均一分散させるものであ
る。
【0032】なお、一般的には側壁4、5寄りの燃焼ガ
スは水冷壁の冷却効果によって炉中央部のガスよりも早
く温度が低下することとなるが、上記したように本実施
の形態のものは上流側である下方に旋回型の噴出口11
を配置しているので、ガス温度が低下する前に酸素分圧
を上げ、側壁4、5近傍での未燃分低減を図るものであ
る。
【0033】その余の構成、及び作用効果は、前記第1
参考例を用いて説明したものと同様であるので、図
中、同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明
は省略する。
【0034】次に、本発明の実施の第2形態を図7に基
づいて説明する。本実施の形態のものは、前記実施の第
形態と同様に、二段燃焼用空気のうち、旋回空気流を
供給する噴出口11を上流側の列に、また、直進空気流
を供給する噴出口10をその後流側の列に夫々配置する
ものであるが、旋回空気流を供給する噴出口11のう
ち、側壁4、5に隣接すものは、更に一段と側壁4、
5に接近させて配置し、かつ、旋回空気流の旋回方向が
側壁4、5に沿った燃焼ガスの上昇速度ベクトルを強め
る上向き方向となるように旋回力を与え、この噴出口1
1からの空気が側壁寄りに流れるようにして、側壁4、
5近傍での未燃分発生の低減を図るものである。
【0035】なお、その余の構成及び作用効果について
は、前記第1の参考例を用いて説明したものと同様であ
るので、図中、同一部分には同一符号を付して示し、重
複する説明は省略する。
【0036】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明は係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。
【0037】
【発明の効果】以上、本発明によれば、二段燃焼用空気
投入部を旋回空気流を供給する噴出口と、直進空気流を
供給する噴出口とで構成し、旋回型の噴出口と直進型の
噴出口とを鉛直方向で離して配置し、かつ、この燃焼器
の上流側には旋回空気流を供給する噴出口を、その下流
では直進空気流を供給する噴出口をというように区分し
て配置しているので、燃焼ガスの流れに沿って、拡散力
を持つ空気と貫通力を持つ空気を順次供給して全体とし
て二段燃焼用空気の均等分配を促進し、二段燃焼による
未燃分や一酸化炭素ガスの発生を低減し、燃焼効率を高
く維持したままで低NOx 燃焼を達成することを可能と
し、ひいてはランニングコストの低減へと結びつけるこ
とができたものである。
【0038】しかもこの効果は、NOx の更なる低減を
意図して、主バーナ部の燃焼用空気を減らすこと等と相
俟って二段燃焼を強化すればする程、大きく現われるも
のである。
【0039】更にまた、請求項の発明では、燃焼炉側
壁に隣接して旋回空気流を供給する噴出口を配置すると
共に同噴出口からの空気には、ここを流れる燃焼ガスの
上昇速度ベクトルを強める方向の旋回力を与えることに
より、燃焼炉壁近傍で二段燃焼用空気が欠乏することな
く、燃焼炉全面に亘って二段燃焼用空気が均一に配分さ
れ、以って前記同様好ましい燃焼へと発展させることが
できたものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の前提となる第1の参考例
における二段燃焼用空気噴出口の配置を示す説明図。
【図2】図1の二段燃焼用空気噴出口の詳細構造を示
し、(a)は直進空気流を供給する噴出口、(b)は旋
回空気流を供給する噴出口の説明図。
【図3】本発明の実施の形態の前提となる第2の参考例
における二段燃焼用空気噴出口の配置を示す説明図。
【図4】図3の第2の参考例における二段燃焼用空気の
投入状況を示す説明図。
【図5】本発明の実施の第1形態に係る二段燃焼用空気
噴出口の配置を示す説明図。
【図6】図5の実施の形態における二段燃焼用空気の投
入状況を示す説明図。
【図7】本発明の実施の第2形態に係る2段燃焼用空気
噴出口の配置を示す説明図。
【図8】従来の二段燃焼を行う火炉の側面図。
【図9】図8のものの正面図。
【符号の説明】
1 燃焼炉 2 前壁 4、5 側壁 6、7、8 主バーナ 10、11 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62−138607(JP,A) 特開 昭59−24105(JP,A) 特開 平6−265106(JP,A) (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
    ほぼ完全燃焼させるようにした燃焼装置において、前記
    複数の空気噴出口を、旋回器を備えて旋回空気流を供給
    する噴出口と、旋回器を備えずに直進空気流を供給する
    噴出口とで構成し、同旋回空気流を供給する噴出口と直
    進空気流を供給する噴出口とは燃焼炉に対して鉛直方向
    に離して配置し、かつ、前記各噴出口は主燃焼域に近い
    側に旋回空気流を供給する噴出口を配置したことを特徴
    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
    ほぼ完全燃焼させるようにした燃焼装置において、前記
    複数の空気噴出口を、旋回器を備えて旋回空気流を供給
    する噴出口と、旋回器を備えずに直進空気流を供給する
    噴出口とで構成し、同旋回空気流を供給する噴出口と直
    進空気流を供給する噴出口とは燃焼炉に対して鉛直方向
    に離して配置し、かつ、前記旋回空気流を供給する噴出
    口のうち最も燃焼炉側壁寄りに配置したものは同噴出口
    と側壁間の燃焼ガスの上昇速度ベクトルを強める方向に
    旋回力を与えるようにしたことを特徴とする燃焼装置。
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ZA200806265B (en) * 2006-01-11 2009-10-28 Babcock Hitachi Kk Pulverized coal-fired boiler and pulverized coal combustion method
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