JP3358866B2 - 液体燃料バーナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力事業用その他の産
業用ボイラの火炉、化学工業用炉等に装着される液体燃
料燃焼用バーナに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の液体燃料バーナの一例を示
す正面図、図５は図４のＶ−Ｖ縦断側面図である。これ
らの図において、（０１）はバーナ風箱，（01a)は壁
板，（０２）は燃料コンパートメント，（０３）は補助
空気コンパートメント，（０４）は燃料用空気ノズル，
（０５）は燃料用補助空気ノズル，(04a),(05a）はチル
ト軸，（０６）は保炎器，（０７）はバーナガン，（０
８）は補助空気ノズル，（08a)はチルト軸，（０９）は
１次空気，（１０）は２次空気，（１１）は有効１次空
気，（１２）は有効２次空気，（１３）はリーク１次空
気，（１４）はリーク２次空気，（１５）は火炎，（１
６）はバーナチップ，（１７）は燃料，（１８）は火炉
内，（１９）は１次空気ダンパ，（２０）は２次空気ダ
ンパをそれぞれ示す。

【０００３】バーナ風箱（０１）はほぼ水平な壁板(01
a）によって上下に区切られ、中段に燃料コンパートメ
ント（０２）、その上下に補助空気コンパートメント
（０３）がそれぞれ形成されている。通常、ボイラ等の
火炉にはこのようなバーナ風箱（０１）が上下方向に直
接または間隔をおき、重ねて設置されている。

【０００４】燃料コンパートメント（０２）の出口部に
は、中段に燃料用空気ノズル（０４）、上下段に燃料用
補助空気ノズル（０５）がそれぞれチルト可能に設けら
れている。燃料用空気ノズル（０４）の中心部には保炎
器（０６）が設けられ、保炎器（０６）の中心には保炎
器（０６）を貫いてバーナガン（０７）が装着されてい
る。補助空気コンパートメント（０３）の出口部には補
助空気ノズル（０８）がチルト可能に設けられている。

【０００５】図示されてない送風装置から送り込まれて
来た燃焼用空気はバーナ風箱（０１）内で燃料コンパー
トメント（０２）および補助空気コンパートメント（０
３）の入口に設けられた１次空気ダンパ（１９）および
２次空気ダンパ（２０）によって所定の流量割合に調整
され、燃料コンパートメント（０２）へは１次空気（０
９）が、補助空気コンパートメント（０３）へは２次空
気（１０）が送り込まれる。燃料コンパートメント（０
２）へ送り込まれて来た１次空気（０９）の大部分は燃
料用空気ノズル（０４）と燃料用補助空気ノズル（０
５）から有効１次空気（１１）として火炉内（１８）へ
高速度で噴出される。残りの１次空気は燃料用空気ノズ
ル（０４）および燃料用補助空気ノズル（０５）の外壁
面と燃料コンパートメント（０２）内壁面の間からリー
ク１次空気（１３）として火炉内（１８）へ吹込まれ
る。補助空気コンパートメント（０３）へ送り込まれて
来た２次空気（１０）の大部分は補助空気ノズル（０
８）から火炉内（１８）へ高速度で噴出され、残りの２
次空気（１０）はリーク２次空気（１４）として火炉内
（１８）へ吹込まれる。

【０００６】燃料（１７）は、図示されてない燃料供給
装置からバーナガン（０７）へ圧送され、バーナガン
（０７）先端に取付けられたバーナチップ（１６）によ
って火炉内（１８）へ噴霧されて、図示されてない着火
源によって着火し、火炎（１５）を形成する。火炎（１
５）は燃料用空気ノズル（０４）の中心部に設けられた
保炎器（０６）を有効１次空気（１１）が通過する際に
保炎器（０６）後流に形成される旋回流によって保炎さ
れ、燃焼を継続する。火炎（１５）の燃焼継続は着火点
近傍から火炎（１５）前半部にかけての燃焼が１次空気
で、火炎（１５）後半部から燃焼完結までが有効２次空
気（１２）で、それぞれなされる。

【０００７】リーク１次空気（１３）およびリーク２次
空気（１４）は、バーナチップ（１６）から噴霧される
燃料（１７）の吹出し方向が燃料コンパートメント（０
２）の中心軸方向（１次空気流れ方向、水平）に対して
平行で、かつ燃料コンパートメント（０２）および補助
空気コンパートメント（０３）からの吹出し速度が高い
場合には火炎（１５）の燃焼継続に充分有効である。

【０００８】一方、燃焼熱により発生した蒸気が発電用
タービンへ送給される発電用ボイラのような場合は、発
生する蒸気の性状に厳しい条件が課せられる。そのため
にボイラ運転上、種々の制御方法が採用されているが、
その１つにボイラ火炉出口ガス温度制御がある。これは
複数のバーナによって形成された夫々の火炎（１５）を
上向きにし高温部を押し上げることによって火炉出口ガ
ス温度を高め、下向きにすることによって高温部を押し
下げて火炉出口ガス温度を低下させるという制御方法で
ある。これは実際には、図６に示すように、燃料用空気
ノズル（０４）、燃料用補助空気ノズル（０５）および
補助空気ノズル（０８）を水平なチルト軸(04a),(05b),
(08a) のまわりに旋回させ、上向きまたは下向きに傾斜
（チルト）させて行なう。この場合、火炎（１５）も同
様に上向きまたは下向きに傾斜して形成されるので、燃
料コンパートメント（０２）および補助空気コンパート
メント（０３）の水平な中心軸線に対して常に平行（す
なわち水平）に吹出すリーク１次空気（１３）とリーク
２次空気（１４）が火炎（１５）とよく混合しなくなっ
て、燃焼が悪くなる。

【０００９】また、過剰空気が少ない場合やオーバファ
イアリングエアを投入する場合等にも、燃料コンパート
メント（０２）および補助空気コンパートメント（０
３）からのリーク１次空気（１３）およびリーク２次空
気（１４）の吹出し速度が低下するので、火炎（１５）
との混合がますます悪くなって燃焼不良が助長される。
この場合は通常、有効１次空気（１１）および有効２次
空気（１２）噴出速度も低下するので、従来は火炎（１
５）に最も近い有効１次空気（１１）噴出速度を高める
ため、２次空気ダンパ（２０）を閉じ勝手として有効２
次空気（１２）の量を減じる運転を行なっていた。しか
し、この場合は、有効２次空気（１２）は噴出速度が低
下するので、燃焼に充分な寄与ができないといった欠点
がある。

【００１０】このようにリーク１次空気（１３）および
リーク２次空気（１４）の存在は、燃焼不良の一因でも
ある。従来のバーナでは水平状態において、１次空気
（０９）に対してリーク１次空気（１３）が約 3０％、
２次空気（１０）に対してリーク２次空気（１４）が約
1５％であり、バーナ風箱（０１）へ送られて来る全燃
焼用空気量に対しては、リーク１次空気（１３）が約 1
３％、リーク２次空気（１４）が約８％であった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の液体燃料バ
ーナには次のような解決すべき課題があった。 １） リーク１次空気（１３）およびリーク２次空気
（１４）の流量割合が多いので、過剰空気の少ない場合
やオーバファイアリングエア投入時に有効１次空気（１
１）および有効２次空気（１２）噴出速度が低下して、
燃焼が悪化する。

【００１２】２） 各空気ノズル（０４），（０５），
（０８）が上下チルト状態にあるときは、水平状態にあ
るときに比べてリーク１次空気（１３）とリーク２次空
気（１４）の流量割合が更に増加し、かつこれらリーク
１次空気（１３）およびリーク２次空気（１４）の吹込
み方向が火炎（１５）から遠のくので、ますます燃焼性
が悪くなる。

【００１３】３） 過剰空気が少ない場合やオーバファ
イアリングエア投入時にはまた、有効１次空気（１１）
の噴出速度を高めて燃焼改善を図るため２次空気ダンパ
（２０）を閉め込む結果、有効２次空気（１２）の噴出
速度が低下して燃焼にあまり寄与しなくなるので、それ
によっても燃焼が悪化する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記従来の
課題を解決するために、中央部にバーナガンが装着され
チルト可能な燃焼用空気ノズルと、同燃焼用空気ノズル
の上方および下方にチルト可能に配された補助空気ノズ
ルとを備え、ほぼ水平な壁板により風箱を上下に区切っ
て形成された複数のコンパートメントに上記燃焼用空気
ノズルおよび上記補助空気ノズルがそれぞれ連通してい
る液体燃料バーナにおいて、上記燃焼用空気ノズルおよ
び上記補助空気ノズルの入口部がチルト軸を軸とする円
筒面の一部を形成するとともに、上記複数のコンパート
メントの出口部の上下壁面に隙間遮蔽板が設けられ、か
つ上記補助空気ノズル内がほぼ水平な仕切板により上下
２段に区画され、それら区画のうち上記燃焼用空気ノズ
ルから遠い方の入口流路面積を調節するダンパが設けら
れたことを特徴とする液体燃料バーナを提案するもので
ある。

【００１５】

【作用】本発明においては、燃焼用空気ノズルおよび補
助空気ノズルの入口部がチルト軸を軸とする円筒面の一
部を形成するとともに、複数のコンパートメントの出口
部の上下壁面に隙間遮蔽板が設けられているので、上記
両ノズルをチルトとした際、それら両ノズルとコンパー
トメントの上下壁面との間の隙間が、如何なるチルト状
態においても一定となり、チルトしない水平な場合とほ
ぼ同等の燃焼性が常に得られる。

【００１６】本発明ではまた、上記補助空気ノズル内が
ほぼ水平な仕切板により上下２段に区画され、それら区
画のうち上記燃焼用空気ノズルから遠い方の入口流路面
積を調節するダンパが設けられているので、有効２次空
気噴出速度を減ずることなく２次空気流量を減少し得る
領域が増え、低過剰空気燃焼やオーバファイアリングエ
ア投入による低ＮＯ_x 燃焼が可能となる。

【００１７】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す正面図、図２
は図１のII−II縦断側面図、図３はこの実施例のチルト
状態を示す部分縦断側面図である。

【００１８】これらの図において、（101)はバーナ風
箱，(101a)は壁板，（102)は燃料コンパートメント，
（103)は補助空気コンパートメント，（104)は燃料用空
気ノズル，(104a)はチルト軸，（106)は保炎器, （107)
はバーナガン，（108)は補助空気ノズル，(108a)はチル
ト軸，(108b)は仕切板，（109)は１次空気，（110)は２
次空気，（111)は有効１次空気，（112)は有効２次空
気，（113)はリーク１次空気，（114)はリーク２次空
気，（115)は火炎，（116)はバーナチップ，（117)は燃
料，（118)は火炉内，（119)は１次空気ダンパ，（120)
は２次空気ダンパ，（121)は２次空気調節ダンパ，（12
2)は隙間遮蔽板をそれぞれ示す。ここで前記した従来の
ものと同様の部分については、前記図４ないし図６中の
符号の数字に100を加えた数を符号として用いており、
詳しい説明を省略する。

【００１９】本実施例においては、燃料コンパートメン
ト(102) に装着する空気ノズルを燃料用空気ノズル(10
4) のみとし、かつその燃料用空気ノズル(104）が燃料
コンパートメント(102）に取付けられる入口部に相当す
る上下面が、水平なチルト軸(104a)を軸とする円筒面の
一部を形成するようにした。補助空気ノズル(108）も同
様に、補助空気コンパートメント(103）に取付けられる
入口部の上下面が、水平なチルト軸(108a)を軸とする円
筒面の一部を形成するようにした。この結果、ノズルを
上下にチルトする場合、如何なるチルト角度において
も、両空気ノズル(104),(108) 外面と両コンパートメン
ト(102),(103) 内壁面との間の隙間が常に一定となる
（両側面の壁は両ノズル(104),(108）とも鉛直面である
から、隙間は常に一定である。）。

【００２０】従来のものでは燃料用コンパートメント
（０２）に燃料用空気ノズル（０４）１個と燃料用補助
空気ノズル（０５）２組が装着されていたが、本実施例
ではこれが燃料用空気ノズル(104）１個に纏められてい
る。この結果、燃料コンパートメント(102）から吹出さ
れるリーク１次空気(113）の流量割合が減少する。

【００２１】ノズル構造上、１次空気(109）に対するリ
ーク１次空気(113）の流量割合および２次空気(110）に
対するリーク２次空気(114）の流量割合は、水平状態に
おいてノズル構造上それぞれ約 1０％および約 1５％で
ある。また全燃焼用空気に対しては、リーク１次空気(1
13）が約５％、リーク２次空気(114）が約８％である。
これを従来のものに比べればリーク２次空気(114）は殆
んど変りないが、燃焼に対する影響が大きいリーク１次
空気(113）は約１／３に減少しており、本実施例のバー
ナが従来のものに比べ格段に燃焼性の優れたものである
ことが判る。

【００２２】本実施例ではまた、図１および図３に示さ
れるように、燃料コンパートメント(102）および補助空
気コンパートメント(103）の出口部の上下壁(101a)に隙
間遮蔽板(122）を設けて、リーク１次空気(113）および
リーク２次空気(114）量を更に減じるようにしている。
従来のものは、ノズルの上下量壁面が平面であったた
め、チルトした際に前記の上下隙間が変化するので、仮
に隙間遮蔽板(122）を設けてもその効果は少ないが、本
実施例の空気ノズル(104),(108) の場合は充分効果的で
ある。

【００２３】更に本実施例では、補助空気ノズル(108）
内を上下２段に区画するほぼ水平な仕切板(108a)の上流
端に２次空気量調節ダンパ(121）を設け、補助空気ノズ
ル(108）の流路面積の半分（燃焼用空気ノズル(104）か
ら遠い方の区画）を調整できるようになっている。この
２次空気量調節ダンパ(121）の開度調節操作は、図示さ
れてない操作桿を介し、バーナ風箱(101）外に設けられ
た電気式または空気式駆動機によって行なう。補助空気
ノズル(108）の面積の半分だけを開度調節するようにし
たのは、２次空気量調節ダンパ(121）が全閉に近づくに
従って補助空気コンパートメント(103）内の圧力が上昇
しリーク２次空気(114）量が増加するのを防止するため
と、補助空気ノズル(108）が焼損するのを防止するため
である。

【００２４】低過剰空気燃焼あるいは窒素酸化物の抑制
を目的としたオーバファイアリング投入燃焼により、バ
ーナ風箱(101）へ供給される燃焼用空気量が減少する
と、有効１次空気(111）と有効２次空気(112）は噴出速
度が低下し、燃焼継続中の火炎(115）との拡散混合が悪
化して燃焼不良をもたらす。そのような場合、従来は、
燃焼に最も有効な有効１次空気(111）の流速を高めるた
め、２次空気ダンパ(120）を閉じて２次空気(110）量を
減少させていた。したがって当然のことながら、有効２
次空気(112）の流速が低下して燃焼に寄与できなくな
り、燃焼不良になっていた。本実施例では、この２次空
気(110）量減少の操作を補助空気ノズル(108）内に設け
られた２次空気量調節ダンパ(121）によって行なうの
で、２次空気(110）量が減少しても２次空気調節ダンパ
(121）全閉までは有効２次空気(112）噴出速度を低下さ
せることなく運転でき、充分に良好な燃焼を維持でき
る。

【００２５】２次空気量調節ダンパ(121）が全閉したの
ち更に２次空気(110）量を減少させる場合は、２次空気
ダンパ(120）を閉じてゆく。しかしこの場合も、従来の
ものに比べると補助空気ノズル(108）の有効２次空気(1
12）吹出し部面積が１／２になるため、有効２次空気(1
14）が燃焼に寄与できる領域は格段に広い。したがっ
て、これまでに無い超低過剰空気燃焼が実現できる。

【００２６】

【発明の効果】最も燃焼に寄与する燃料コンパートメン
トから火炉内へ吹込まれる１次空気のうち、燃料用空気
ノズル外壁面と燃料コンパートメント内壁面の隙間から
吹込まれるリーク１次空気は、高流速で水平吹込みする
時以外は燃焼に対して有効ではないが、本発明ではこの
リーク１次空気量が従来のものの約１／３に減少した。

【００２７】またバーナ風箱へ送り込まれる燃焼用空気
量が減少した場合、必要な有効１次空気噴出速度を維持
するためには２次空気(110）量を減少させる必要がある
が、この場合本発明によれば、有効２次空気(112）噴出
速度を必要値に維持したままで、この操作が可能となっ
た。

【００２８】その結果、これまでにない超低過剰空気燃
焼が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例を示す正面図である。

【図２】図２は図１のII−II縦断側面図である。

【図３】図３は上記実施例のチルト状態を示す部分縦断
側面図である。

【図４】図４は従来の液体燃料バーナの一例を示す正面
図である。

【図５】図５は図４のＶ−Ｖ縦断側面図である。

【図６】図６は上記従来のもののチルト状態を示す部分
縦断側面図である。

【符号の説明】

（０１），(101) バーナ風箱 (01a)，(101a) 壁板 （０２），(102) 燃料コンパートメント （０３），(103) 補助空気コンパートメント （０４），(104) 燃料用空気ノズル (04a), (104a) チルト軸 （０５） 燃料用補助空気ノズル (05a) チルト軸 （０６），(106) 保炎器 （０７），(107) バーナガン （０８），(108) 補助空気ノズル (08a), (108a) チルト軸 （108b） 仕切板 （０９），(109) １次空気 （１０），(110) ２次空気 （１１），(111） 有効１次空気 （１２），(112） 有効２次空気 （１３），(113） リーク１次空気 （１４），(114） リーク２次空気 （１５），(115） 火炎 （１６），(116） バーナチップ （１７），(117) 燃料 （１８），(118） 火炉内 （１９），(119） １次空気ダンパ （２０），(120） ２次空気ダンパ (121) ２次空気調節ダンパ (122) 隙間遮蔽板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳田 君代 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 (72)発明者 大栗 正治 長崎市深堀町５丁目717番地１ 長菱エ ンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭50−22328（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−80105（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−102822（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−87522（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−171809（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−58530（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−117446（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−66606（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭36−13059（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23L 3/00 F23C 11/00 323 F23C 11/00 ZAB F23D 11/24 F23C 5/06 F23L 9/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央部にバーナガンが装着されチルト可
   能な燃焼用空気ノズルと、同燃焼用空気ノズルの上方お
   よび下方にチルト可能に配された補助空気ノズルとを備
   え、ほぼ水平な壁板により風箱を上下に区切って形成さ
   れた複数のコンパートメントに上記燃焼用空気ノズルお
   よび上記補助空気ノズルがそれぞれ連通している液体燃
   料バーナにおいて、上記燃焼用空気ノズルおよび上記補
   助空気ノズルの入口部がチルト軸を軸とする円筒面の一
   部を形成するとともに、上記複数のコンパートメントの
   出口部の上下壁面に隙間遮蔽板が設けられ、かつ上記補
   助空気ノズル内がほぼ水平な仕切板により上下２段に区
   画され、それら区画のうち上記燃焼用空気ノズルから遠
   い方の入口流路面積を調節するダンパが設けられたこと
   を特徴とする液体燃料バーナ。