JP3308130B2 - 低ＮＯｘ燃焼装置及び同燃焼方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低ＮＯｘ燃焼装置及びこ
れを用いた低ＮＯｘ燃焼方法に関する。更に詳しくは、
油圧噴霧式バーナにおいて、噴霧直前のバーナチップ内
部の燃料給送路に水の注入孔を設けたことを特徴とする
低ＮＯｘ燃焼装置及び、これを用い、界面活性剤無添加
で燃料油と水とを混合し、直ちに燃焼させることによ
り、燃焼時の窒素酸化物の低減を図る、低ＮＯｘ燃焼方
法に関する。なお、本発明は石油系燃料油、特に灯油、
Ａ重油及びＣ重油のＮＯｘ低減の燃焼方法に利用するこ
とができる。

【０００２】

【従来の技術】石油系液体燃料に水を添加し、これらを
微粒化して油中水滴型エマルションにしたエマルション
燃料は燃焼排ガス中の窒素酸化物やばいじんを低減する
ことはよく知られている。従来、この種のエマルション
燃料を製造するためには石油系液体燃料油と水と界面活
性剤等の乳化剤との混合液をスクリュウ型の回転子を用
いたミキサーや、高圧により狭い間隙を通すホモジナイ
ザー、または２枚の回転板の間隙を通すコロイドミル等
の攪拌機で攪拌するか、あるいは超音波攪拌機で攪拌す
る等の方法が用いられている。

【０００３】しかるに、これらは装置が大型になること
や消費電力が大きい等の他、価格も高くなり、特に小型
燃焼機への利用にはスペース等の点でも不向きであっ
た。更に、これらの方法はバーナ内部に組み込むことが
難しく、エマルション燃料を調製後、バーナ部に供給す
るため、燃焼するまでにある程度の時間を要する。それ
故、エマルション調製時の粒子径の維持、あるいは防錆
の面から注意が必要であった。

【０００４】また、実公昭５９−１３４６２号のように
簡易式の乳化装置もあるが、安定性の優れた乳化物を得
るには攪拌能力がやや不足しており、燃料に比して高価
な界面活性剤の添加を必要とする欠点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料油エマルシ
ョン化技術ではミキサー等の攪拌機構を組み込む必要性
から装置が大型になることやエマルションの安定性が要
求されるため、界面活性剤の添加が必要になる等の問題
があった。

【０００６】本発明は燃焼機等から出る排ガス中の窒素
酸化物の低減を目的として、従来のエマルション燃焼技
術が抱えているこれらの問題点を解決すべく、エマルシ
ョン化機能をコンパクト化し、同時に界面活性剤無添加
での使用を可能とする燃料油と水との混合方法を見出
し、且つ耐久性に優れた廉価な方法を発明し、実用化に
即したＮＯｘの低減技術を完成することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は従来技術に係る
上記欠点を解決するため、既存のバーナ機構を変えるこ
となく、また界面活性剤を使用することなく、燃料油と
水のみを混合することにより、ＮＯｘを低減する燃焼装
置及び燃焼方法について鋭意研究を重ねた結果、油圧噴
霧式バーナにおいて噴霧直前のバーナチップ内部の燃料
給送路に水の注入孔を設け、潜在する攪拌能力、即ち、
旋回溝で生ずる高速流及び旋回室で生ずる渦流の攪拌力
を利用して燃料油と水とを混合し、直後に燃焼すること
によって、上記課題が解決され、満足すべきＮＯｘ低減
効果が得られることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。

【０００８】即ち、本発明は下記構成を有する。 １、油圧噴霧式バーナにおいて、バーナチップ内部のノ
ズルディスクの先端側を傘型に形成すると共に、該ノズ
ルディスクの傘型表面に、その軸線がバーナーチップの
噴霧口の軸線に対して傾斜していると共に、バーナーチ
ップの噴霧口の円周方向から軸線に向かう線に対して変
位した状態で複数の旋回溝を設けて燃料給送路となし、
この旋回溝の途中に水の注入孔を設けて前記旋回溝を流
れる燃料に対し混合比１０〜２５ｖｏｌ％の水を合流さ
せ、該ノズルディスクの先端とバーナーチップの噴霧口
との間に配設されている旋回室において前記旋回溝から
の燃料の高速流によって前記旋回室に生ずる渦流の攪拌
力を利用して燃料油と水とを混合・攪拌し、直後に燃焼
することを特徴とする低ＮＯｘ燃焼装置。 ２、油圧噴霧式バーナにおいて、バーナチップ内部のノ
ズルディスクの先端側を傘型に形成すると共に、該ノズ
ルディスクの傘型表面に、その軸線がバーナーチップの
噴霧口の軸線に対して傾斜していると共に、バーナーチ
ップの噴霧口の円周方向から軸線に向かう線に対して変
位した状態で複数の旋回溝を設けて燃料給送路となし、
該ノズルディスクの中央部に旋回室に通じる水の注入孔
を設け、該旋回室にある燃料に対し混合比１０〜２５ｖ
ｏｌ％の水を合流させ、該ノズルディスクの先端とバー
ナーチップの噴霧口との間に配設されている旋回室にお
いて、前記旋回溝からの燃料の高速流によって前記旋回
室に生ずる燃料油の渦流の攪拌力を利用して燃料油と水
とを混合・攪拌し、直後に燃焼することを特徴とする低
ＮＯｘ燃焼装置。 ３、水の注入孔がバーナチップ先端部より１０ｍｍ以内
の位置に設けられることを特徴とする上記１又は２に記
載の低ＮＯｘ燃焼装置。 ４、上記１〜３のいずれかに記載の低ＮＯｘ燃焼装置を
使用して行うことを特徴とする低ＮＯｘ燃焼方法。

【０００９】

【発明の具体的説明】以下、本発明について図面により
更に詳しく説明する。

【００１０】図１は本発明による低ＮＯｘ燃焼装置の一
実施例を示すもので、燃料給送路の旋回溝に向けて水注
入孔を設けたものの概略図である。噴射ポンプで加圧さ
れた燃料油Ｆは固定具１の内部をディスクホルダー２に
沿って流れ、燃料油溜り３に入り、旋回溝４に導かれ
る。一方、水Ｗはディスクホルダー２の中央を通ってノ
ズルディスク５に入り、更に水注入孔６から旋回溝４に
入り、燃料油と合流する。旋回溝４で加速された燃料油
Ｆは水注入孔６からの水Ｗと合流し、相互に混じり合い
ながら旋回室７に入る。燃料油Ｆと水Ｗは旋回室７で生
ずる渦流により更に拡散される。燃料中に水が均一に分
散された燃料は直ちにバーナチップ８から噴霧され、燃
焼される。

【００１１】また、図３は本発明による低ＮＯｘ燃焼装
置の他の実施例を示すもので、燃料給送路の旋回室に向
けて水注入孔を設けたものの概略図である。噴射ポンプ
で加圧された燃料油Ｆは固定具１の内部をディスクホル
ダー２に沿って流れ、燃料油溜り３に入り、旋回溝４で
加速され、旋回室７に入る。一方、水Ｗはディスクホル
ダー２の中央を通ってノズルディスク５に入り、更に水
注入孔６から旋回室７に入り、燃料油Ｆと合流する。合
流した燃料油Ｆと水Ｗは旋回溝４で加速された燃料油Ｆ
の流れで生ずる渦流により、旋回室７で攪拌、混合され
る。燃料中に水が均一に分散された燃料は直ちにバーナ
チップ８から噴霧され、燃焼される。

【００１２】

【作用】本発明による低ＮＯｘ燃焼装置は油圧噴霧式バ
ーナにおいて、噴霧直前のバーナチップ内部で燃料油と
水を混合し、燃焼させるものである。従来、油圧噴霧式
バーナは圧送されてきた燃料油がバーナチップ部のディ
スクに設けられた数本の旋回溝（燃料油給送路）で流速
を増し旋回室に入り、圧力と旋回力をもった燃料油とし
てバーナチップより噴出して霧化され、燃焼されるが、
本発明ではバーナチップ部のディスクに設けられた数本
の旋回溝、もしくは旋回室に面したディスクの先端部の
中央部に水の注入機構、即ち水注入孔を設けることによ
って、そこに存在する乱流を利用して燃料油と水との混
合物を作るものである。

【００１３】旋回溝に水注入孔を有する場合、注入孔は
ディスクに設けられた旋回溝に各々設けるか、各旋回溝
の対角に偶数個設けることが均一な混合物を得るために
望ましい。また、注入孔の径は旋回溝の幅以下で、所定
量の水が注入できればよく、注入孔の数及び燃焼量等の
相互関係で決まるものである。また、旋回溝と注入孔の
角度の関係は特に制限されない。

【００１４】また、旋回溝もしくは旋回室のいずれに向
けて水注入孔を設ける場合も、水の注入孔はバーナチッ
プ先端部のなるべく近くに設ける必要があり、同先端部
より１５ｍｍ以内、好ましくは１０ｍｍ以内の位置がよ
い。これ以上距離を隔てると、燃料給送路内の曲線流路
内で遠心力等の力により、密度の異なる燃料油と水との
分離が起こり易くなり、効果が小さくなる傾向がある。

【００１５】本発明は別にミキサー等の攪拌機を組み込
むことなく、潜在する攪拌能力を利用する画期的な方法
である。また、この燃料油と水との混合は噴霧直前のバ
ーナチップ内部、即ちバーナチップ先端部より極めて近
い部分でなされるので、混合後即燃焼に繋がる故、従来
技術で要求されたエマルション燃料の安定性あるいは防
錆性を要求されることがない。それ故、界面活性剤を使
用する必要がない等の利点がある。また、混合後瞬時に
噴霧されるので、燃料油の水に水滴が均一に分散された
状態のまま燃料油液滴が燃焼の場に供給されることにな
り、界面活性剤を使用したエマルション化燃料と同等の
ＮＯｘ低減効果を生む。

【００１６】さらに、本発明による低ＮＯｘ燃焼装置
は、燃料油と水との混合部に回転子等の駆動部分がない
ため、耐久性の点でも優れている。

【００１７】

【実施例】次に実施例により本発明の内容を説明する
が、本発明はこれらの実施例により限定されるものでは
ない。 （実施例−１）定格出力０．５ｔ／ｈのＡ重油焚き温水
ボイラーの燃焼機において、噴霧直前の油圧噴霧式バー
ナチップ内部の燃料給送路（バーナチップ先端部より６
ｍｍの位置）の旋回溝に向けて直径０．５ｍｍの水の注
入孔を２つ設け、旋回溝でのＡ重油の高速流及び旋回室
での旋回流による攪拌効果によりＡ重油と水とを混合
し、直ちに燃焼させてＮＯｘ低減の効果を調べた。その
結果、次の表１に示すようなＮＯｘ低減効果が得られ
た。

【００１８】

【表１】 上の表に示されている通り、水１０％添加でＮＯｘ濃度
は１２％、水２０％添加で２４％、水２５％添加で３１
％低下していることが分かる。

【００１９】（実施例−２）定格出力０．５ｔ／ｈのＡ
重油焚き温水ボイラーの燃焼機において、噴霧直前の油
圧噴霧式バーナチップ内部の燃料給送路（バーナチップ
先端部より６ｍｍの位置）の旋回溝に向けて直径０．５
ｍｍの水の注入孔を２つ設け、旋回溝での灯油の高速流
及び旋回室での旋回流による攪拌効果により灯油と水と
を混合し、直ちに燃焼させてＮＯｘ低減の効果を調べ
た。その結果、次の表２に示すようなＮＯｘ低減効果が
得られた。

【００２０】

【表２】 上の表に示されている通り、水１０％添加でＮＯｘ濃度
は１２％、水２０％添加で２１％、水２５％添加で２７
％低下していることが分かる。

【００２１】（実施例−３）定格出力０．５ｔ／ｈのＡ
重油焚き温水ボイラーの燃焼機において、噴霧直前の油
圧噴霧式バーナチップ内部の燃料給送路（バーナチップ
先端部より４ｍｍの位置）の旋回溝に向けて直径０．５
ｍｍの水の注入孔を設け、旋回溝でのＡ重油の旋回流に
よる攪拌効果によりＡ重油と水とを混合し、直ちに燃焼
させてＮＯｘ低減の効果を調べた。その結果、次の表３
に示すようなＮＯｘ低減効果が得られた。

【００２２】

【表３】 上の表に示されている通り、水１０％添加でＮＯｘ濃度
は１３％、水２０％添加で２５％、水２５％添加で３３
％低下していることが分かる。

【００２３】（実施例−４）定格出力０．５ｔ／ｈの灯
油焚き温水ボイラーの燃焼機において、噴霧直前の油圧
噴霧式バーナチップ内部の燃料給送路（バーナチップ先
端部より４ｍｍの位置）の旋回溝に向けて直径０．５ｍ
ｍの水の注入孔を設け、旋回室での灯油の旋回流による
攪拌効果により灯油と水とを混合し、直ちに燃焼させて
ＮＯｘ低減の効果を調べた。その結果、次の表４に示す
ようなＮＯｘ低減効果が得られた。

【００２４】

【表４】 上の表に示されている通り、水１０％添加でＮＯｘ濃度
は１８％、水２０％添加で２９％低下していることが分
かる。

【００２５】（実施例−５）定格出力３．０ｔ／ｈのテ
スト用Ｃ重油焚き炉筒煙管式ボイラーの燃焼機におい
て、噴霧直前の油圧噴霧式バーナチップ内部の燃料給送
路（バーナチップ先端部より８ｍｍの位置）の旋回溝に
向けて直径０．８ｍｍの水の注入孔を４つ設け、旋回溝
でのＣ重油の高速流及び旋回室での旋回流による攪拌効
果によりＣ重油と水とを混合し、直ちに燃焼させてＮＯ
ｘ低減の効果を調べた。その結果、次の表５に示すよう
なＮＯｘ低減効果が得られた。

【００２６】

【表５】 上の表に示されている通り、水１１％添加でＮＯｘ濃度
は１７％、水２１％添加で２３％低下していることが分
かる。

【００２７】（実施例−６）定格出力３．０ｔ／ｈのテ
スト用Ａ重油焚き炉筒煙管式ボイラーの燃焼機におい
て、噴霧直前の油圧噴霧式バーナチップ内部の燃料給送
路（バーナチップ先端部より８ｍｍの位置）の旋回室に
向けて直径１．０ｍｍの水の注入孔を設け、旋回室での
Ａ重油の旋回流による攪拌効果によりＡ重油と水とを混
合し、直ちに燃焼させてＮＯｘ低減の効果を調べた。そ
の結果、次の表６に示すようなＮＯｘ低減効果が得られ
た。

【００２８】

【表６】 上の表に示されている通り、水１０％添加でＮＯｘ濃度
は２４％、水１９％添加で３９％低下していることが分
かる。

【００２９】（実施例−７）定格出力０．５ｔ／ｈの灯
油焚き温水ボイラーの燃焼機において、噴霧直前の油圧
噴霧式バーナチップ内部の燃料給送路（バーナチップ先
端部より１５ｍｍの位置）に向けて直径０．５ｍｍの水
の注入孔を設け、灯油と水とを混合し、直ちに燃焼させ
てＮＯｘ低減の効果を調べた。その結果、次の表７に示
すようなＮＯｘ低減効果が得られた。

【００３０】

【表７】 上の表に示されている通り、水１０％添加でＮＯｘ濃度
は８％、水２０％添加で１５％低下していることが分か
る。水注入孔の設置位置がバーナチップ先端部から１５
ｍｍとやや離れているため、これが１０ｍｍ以下である
実施例１〜６の場合と比べるとＮＯｘ低減効果が幾分劣
る結果となっている。

【００３１】

【発明の効果】本発明による低ＮＯｘ燃焼装置は別に攪
拌機を組み込む必要がなく、潜在する攪拌能力を利用す
る画期的な装置である。また、この燃料油と水との混合
は噴霧直前のバーナチップ内部、即ちバーナチップ先端
部から極めて近い部分でなされるので、混合後即燃焼に
繋がる故、従来技術で要求されたエマルション燃料の安
定性あるいは防錆性を要求されることがない。それ故、
界面活性剤を使用する必要がない等の利点がある。ま
た、混合後瞬時に噴霧されるので、燃料油の水に水滴が
均一に分散された状態のまま燃料油液滴が燃焼の場に供
給されることになり、界面活性剤を使用したエマルショ
ン化燃料と同等のＮＯｘ低減効果を生む。

【００３２】さらに、本発明による低ＮＯｘ燃焼装置
は、燃料油と水との混合部に回転子等の駆動部分がない
ため、耐久性の点でも優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による低ＮＯｘ燃焼装置の一実施例を示
すもので、燃料給送路の旋回溝に向けて水注入孔を設け
たものの概略図である。

【図２】図１の低ＮＯｘ燃焼装置のノズルディスクの正
面図である。

【図３】本発明による低ＮＯｘ燃焼装置の他の実施例を
示すもので、燃料給送路の旋回室に向けて水注入孔を設
けたものの概略図である。

【図４】図３の低ＮＯｘ燃焼装置のノズルディスクの正
面図である。

【符号の説明】

１ 固定具 ２ ディスクホルダー ３ 燃料油溜り ４ 旋回溝 ５ ノズルディスク ６ 水注入孔 ７ 旋回室 ８ バーナチップ Ｆ 燃料油 Ｗ 水

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−15535（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−127115（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−66922（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−90711（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭57−13761（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭52−54827（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭39−28179（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23D 11/16 F23D 11/38 F23C 11/00 F23K 5/12

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】油圧噴霧式バーナにおいて、バーナチップ
   内部のノズルディスクの先端側を傘型に形成すると共
   に、該ノズルディスクの傘型表面に、その軸線がバーナ
   ーチップの噴霧口の軸線に対して傾斜していると共に、
   バーナーチップの噴霧口の円周方向から軸線に向かう線
   に対して変位した状態で複数の旋回溝を設けて燃料給送
   路となし、この旋回溝の途中に水の注入孔を設けて前記
   旋回溝を流れる燃料に対し混合比１０〜２５ｖｏｌ％の
   水を合流させ、該ノズルディスクの先端とバーナーチッ
   プの噴霧口との間に配設されている旋回室において前記
   旋回溝からの燃料の高速流によって前記旋回室に生ずる
   渦流の攪拌力を利用して燃料油と水とを混合・攪拌し、
   直後に燃焼することを特徴とする低ＮＯｘ燃焼装置。
2. 【請求項２】油圧噴霧式バーナにおいて、バーナチップ
   内部のノズルディスクの先端側を傘型に形成すると共
   に、該ノズルディスクの傘型表面に、その軸線がバーナ
   ーチップの噴霧口の軸線に対して傾斜していると共に、
   バーナーチップの噴霧口の円周方向から軸線に向かう線
   に対して変位した状態で複数の旋回溝を設けて燃料給送
   路となし、該ノズルディスクの中央部に旋回室に通じる
   水の注入孔を設け、該旋回室にある燃料に対し混合比１
   ０〜２５ｖｏｌ％の水を合流させ、該ノズルディスクの
   先端とバーナーチップの噴霧口との間に配設されている
   旋回室において、前記旋回溝からの燃料の高速流によっ
   て前記旋回室に生ずる燃料油の渦流の攪拌力を利用して
   燃料油と水とを混合・攪拌し、直後に燃焼することを特
   徴とする低ＮＯｘ燃焼装置。
3. 【請求項３】水の注入孔がバーナチップ先端部より１０
   ｍｍ以内の位置に設けられることを特徴とする請求項１
   又は２に記載の低ＮＯｘ燃焼装置。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の低ＮＯｘ
   燃焼装置を使用して行うことを特徴とする低ＮＯｘ燃焼
   方法。