JP3388792B2 - バーナ - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
- F23D11/001—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space spraying nozzle combined with forced draft fan in one unit
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- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
- F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
- F23D11/106—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting at the burner outlet
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- F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
- F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pressure-Spray And Ultrasonic-Wave- Spray Burners (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、業務用小型ボイラ等の
小規模燃焼施設に使用する液体燃料使用のバーナに関
し、特に、窒素酸化物（ＮＯX ）の発生量の少ない所謂
低ＮＯX バーナに関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、環境保存の見地から、各種燃焼機
器から発生するＮＯX の低減が強く要望されており、特
に、年々ＮＯX の固定発生源である燃焼設備への規制が
厳しくなっている。既に、法規制の対象となっていた中
・大型ボイラや各種工業炉に加えて、これまで対象とな
っていなかった小規模施設についても独自の規制を課す
る地方自治体が増えつつある。今後更に、これらの規制
が厳しくなることが予想され、燃焼機器から生成される
ＮＯX の低減は急務であると言える。 【０００３】特に、液体燃料を使用する業務用小型ボイ
ラ等の小規模燃焼施設は、燃焼室負荷が大きく、燃焼条
件が過酷なためにＮＯX の発生量が多くなり易い。従
来、一般に、燃焼機器においてＮＯX を低減する方法と
して、排ガスの一部を燃焼部に戻して再燃焼させること
で燃焼温度を低下させる排ガス再循環や燃料を２段階に
燃焼させる２段燃焼を行ったり、ＮＯX の発生量の少な
い所謂低ＮＯ X バーナに変更するという方法がある。 【０００４】この低ＮＯX バーナは、燃焼温度の低下に
よりサーマルＮＯX の発生を抑制するために、例えば、
燃料噴射口を離して形成し、形成される火炎を離して形
成することにより火炎温度を低下させる構成のもの、燃
焼用空気を２段に分けて燃焼させる緩慢燃焼を行うも
の、燃料を分割して噴射して燃料の濃い部分と薄い部分
を作る濃淡燃焼を行うものである。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】前記排ガス再循環や二
段燃焼は低ＮＯX 効果が高いが、これを採用するための
設備の改造や増設等にかかるコストが高くなるという問
題がある。更に、小規模燃焼施設では、設備を設置する
ためのスペースが問題となる。これに対して、上述した
低ＮＯX バーナへの変更は、コストやスペースの問題が
少なく、最も望ましい方法であるが、バーナの変更のみ
でＮＯX 規制値を抑えることのできるものは、液体燃料
用バーナでは殆どなく、ＮＯX を低減するための２次設
備（アンモニアでＮＯX を除去する設備，触媒を使用し
て燃焼温度を低下させる設備等）を必要とする場合が殆
どである。又、従来の低ＮＯX バーナは上述した緩慢燃
焼や濃淡燃焼を行うので、火炎面積が大きくなったり、
火炎長が長くなったりして、小型ボイラ等への適用は難
しいのが実情である。 【０００６】以上の問題点から、小型ボイラ等の小規模
燃焼施設におけるＮＯX 低減対策は遅れを来しているの
が現状である。そこで、本発明は以上のような従来の問
題点に鑑み、小型ボイラ等の小規模燃焼施設に容易に適
用が可能であると共に、ＮＯX を低減するための他の２
次設備を設置せずとも、ＮＯX 規制値を解消し得るバー
ナを提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】このため、本発明のバー
ナは、内筒と外筒との内外２重円筒体部を備えたバーナ
本体と、該バーナ本体の前記内筒内に配設され、先端噴
孔が該内筒先端開口部から外方に臨む液体燃料噴射ノズ
ルと、燃焼用空気を供給する送風手段と、前記送風手段
により供給された燃焼用空気を前記内筒内と外筒内とに
１次空気と２次空気に分流して供給する分流手段と、前
記内筒先端部において前記液体燃料噴射ノズルから噴射
される液体燃料と燃焼用空気との混合気に点火させる点
火手段と、前記内筒先端開口部の前記噴孔前方位置に該
開口面の外周部分を環状に覆う如く配設される環状の内
筒用保炎板と、前記外筒の先端部内側に配設されて２次
空気に旋回流を生起させる略螺旋状に湾曲した多数のフ
ィン部を周方向に列設して備えたスワーラと、前記外筒
と内筒との間の筒状空間部の先端開口部に該開口面の内
周部分を環状に覆う如く配設される環状の外筒用保炎板
と、を含んで構成され、前記１次空気の全体空気量に対
する割合を５〜２０％で、全体の空気比を１．１〜２．
０に設定すると共に、前記スワーラの隣接するフィン間
の先端噴出口から噴出される２次空気の噴出角度を３０
度以上６０度以下に設定した構成とする。 【０００８】 【作用】かかる構成において、送風手段により発生する
送風は、燃焼用空気として供給され、分流手段により内
筒と外筒に空気量が調整されて分流される。この場合、
内筒に分流される燃焼用空気量、即ち、１次空気量は、
燃焼用空気量全体の５〜２０％の割合とされる。一方、
液体燃料は、燃料噴射ノズルから噴霧され、前記内筒に
供給された１次空気と混合し、点火手段により点火され
燃焼が開始される。 内筒側に設けられた保炎板の作用
により、前記燃料噴射ノズルから噴霧された液体燃料と
１次空気とは均一に混合され、安定した火炎が形成され
る。この場合、内筒に供給する１次空気の量を極端に少
なくしているため、フュエルリッチ燃焼が行われ、上記
のように安定した火炎、即ち、安定したフュエルリッチ
燃焼となる。 【０００９】内筒で燃焼しきれなかった未燃燃料は、外
筒から、噴射角度３５度以上のスワーラにより強い旋回
が付与された２次空気と混合する。このとき、２次空気
の強い旋回流の効果により、未燃燃料と２次空気の混合
が均一に行われ、この混合気の滞留時間も短くなるた
め、フュエルリーンの状態で火炎長の短い不輝炎が形成
される。この不輝炎は外筒側に設けられた保炎板の作用
により安定化され、前記内筒のフュエルリッチ燃焼によ
る火炎を包み込む状態で形成される。 【００１０】この結果、全体として火炎温度と過剰酸素
濃度が低く緩慢な燃焼が行われ、サーマルＮＯX の生成
量は低くなり、液体燃料中の窒素分のフュエルＮＯX へ
の転化率も低くなる。又、上記のように未燃燃料と２次
空気の混合が均一に行われ、滞留時間も短いので、火炎
長が短くなり、燃焼室の小さな小規模燃焼施設に適用す
るのに有利とある。 【００１１】 【実施例】以下、添付された図面を参照して本発明を詳
述する。図１〜図２において、バーナの構成を概略的に
説明すると、バーナ１は、バーナ本体２と、液体燃料噴
射ノズル３と、燃焼用空気を供給する送風手段としての
送風機４と、該送風機４により供給された燃焼用空気を
分流して供給する分流手段としてのダンパ５と、点火手
段としての点火プラグ６と、を備えている。 【００１２】ここで、前記バーナ本体２は、同軸状に配
設された内筒２ａと外筒２ｂとによる内外２重円筒体部
２Ａを備えて構成される。この内外２重円筒体部２Ａの
先端面は開放され、後端面は閉塞される。内外２重円筒
体部２Ａの後端部の外周面には、外筒２ｂ内部のみに連
通する箱状のウインドボックス部７が一体に形成されて
いる。 【００１３】前記液体燃料噴射ノズル３は、円筒棒状の
ノズルアダプタ３ａと、該ノズルアダプタ３ａの先端部
に連接されるノズル形成部材３ｂと、から構成され、該
ノズル形成部材３ｂの先端部には噴孔３ｃが開設されて
いる。かかる液体燃料噴射ノズル３は、前記内筒２ａ内
部にその中心軸に沿って配設され、前記先端噴孔３ｃが
該内筒２ａ先端開放部から外方に臨むように位置され
る。 【００１４】前記ダンパ５は、内筒２ａと外筒２ｂとに
分流して供給する燃焼用空気量を調整可能な可変ダンパ
である。この可変ダンパ５は、内筒２ａ後端部の内側に
設けられ、燃焼用空気の流入口５ａが外筒２ｂ内に開口
される。この流入口５ａには可変シャッタ５ｂが設けら
れ、該可変シャッタ５ｂにより該流入口５ａの開口面積
が可変され、流入口５ａから内筒２ａへと至る燃焼用空
気の量が調整される。 【００１５】前記点火プラグ６は、前記燃料噴射ノズル
３のノズルアダプタ３ａ外周に固定取付され、その先端
点火部６ａは該燃料噴射ノズル３のノズル形成部材３ｂ
の先端噴孔３ｃ近傍に位置される。ここで、前記内筒２
ａの先端開口部には、該開口面の外周端部分を環状に覆
う如く配設される環状の内筒用保炎板８が配設される。 【００１６】この内筒用保炎板８は、図４に示すよう
に、円環状板部材８Ａに、その外周端の周方向に沿う所
定角度隔てた位置から中心に向けて延びる所定長さの切
溝８ａを多数形成し、この切溝８ａに従って隣接する切
溝８ａ間部分を順次斜めに立て起こして多数のフィン部
８Ｂを形成した構成であり、隣接するフィン部８Ｂ間に
は隙間ｃが形成される形状である。 【００１７】この保炎板８は、隣接するフィン部８Ｂ間
の隙間ｃを介して混合気が吹き出された後再び戻る作
用、即ち、混合気の再循環作用を奏させることにより、
火炎を安定化する。かかる内筒用保炎板８の中心開口部
８Ｃからは、前記ノズル３の噴孔３ｃが臨まされる。 【００１８】また、この内筒用保炎板８は、ステー９を
介して燃料噴射ノズル３に支持される。前記外筒２ｂの
先端部内側には、該外筒２ｂに供給される２次空気に旋
回流を生起させるスワーラ１０が配設される。このスワ
ーラ１０は、図５に示すように、前記内筒２ａの先端部
外周面に略螺旋状に湾曲した多数のフィン部１０Ａを周
方向に列設して溶接等により固定取付した構成であり、
隣接するフィン部１０Ａ間の先端噴出口１０Ｂから２次
空気が噴出される。 【００１９】前記外筒２ｂと内筒２ａとの間の筒状空間
部の先端開口部には、該開口面の内周端部分を環状に覆
う如く配設される環状の外筒用保炎板１１が配設され
る。この外筒用保炎板１１は、前記内筒用保炎板８と同
様に、円環状板部材に、その外周端の周方向に沿う所定
角度隔てた位置から中心に向けて延びる所定長さの切溝
を多数形成し、この切溝に従って隣接する切溝間部分を
順次斜めに立て起こして多数のフィン部を形成した構成
であり、隣接するフィン部間には隙間が形成される形状
である。 【００２０】この保炎板１１にあっても、隣接するフィ
ン部間の隙間を介して混合気が吹き出された後再び戻る
作用、即ち、混合気の再循環作用を奏させることによ
り、火炎を安定化する。かかる外筒用保炎板１１は、内
筒２ａの先端部に溶接等により固定取付される。 【００２１】次に、かかる構成のバーナ１の作用につい
て説明する。送風機４の駆動により発生する送風は、燃
焼用空気としてウインドボックス部７に送り込まれる。
ウインドボックス部７に送り込まれた燃焼用空気は可変
ダンパ５により、内筒２ａと外筒２ｂに空気量が調整さ
れて分流される。この場合、内筒２ａに分流される燃焼
用空気量、即ち、１次空気量は、燃焼用空気量全体の５
〜２０％の割合とされる。一方、液体燃料は、燃料噴射
ノズル３のノズルアダプタ３ａに圧送され、ノズル部材
３ｂの先端噴孔３ｃから噴霧され、前記内筒２ａに供給
された１次空気と混合し、点火プラグ６により点火され
燃焼が開始される。内筒２ａ側に設けられた保炎板８の
作用により、前記先端噴孔３ｃから噴霧された液体燃料
と１次空気とは均一に混合され、安定した火炎が形成さ
れる。この場合、内筒２ａに供給する１次空気の量を極
端に少なくしているため、フュエルリッチ燃焼が行わ
れ、上記のように安定した火炎、即ち、安定したフュエ
ルリッチ燃焼となる。 【００２２】内筒２ａで燃焼しきれなかった未燃燃料
は、外筒２ｂから、噴射角度（スワーラ１０の隣接する
フィン部１０Ａ間の先端噴出口１０Ｂから噴出される２
次空気の噴出角度θ〔図５参照〕）３５度以上のスワー
ラ１０により強い旋回が付与された２次空気と混合す
る。このとき、２次空気の強い旋回流の効果により、未
燃燃料と２次空気の混合が均一に行われ、この混合気の
滞留時間も短くなるため、フュエルリーンの状態で火炎
長の短い不輝炎が形成される。この不輝炎は外筒２ｂ側
に設けられた保炎板１１の作用により安定化され、前記
内筒２ａのフュエルリッチ燃焼による火炎を包み込む状
態で形成される。 【００２３】この結果、全体として火炎温度と過剰酸素
濃度が低く緩慢な燃焼が行われ、サーマルＮＯX の生成
量は低くなり、液体燃料中の窒素分のフュエルＮＯX へ
の転化率も低くなる。又、上記のように未燃燃料と２次
空気の混合が均一に行われ、滞留時間も短いので、火炎
長が短くなり、燃焼室の小さな小規模燃焼施設に適用す
るのに有利である。 【００２４】かかる構成のバーナ１にあっては、本発明
者らの実験により、次のことが判明した。即ち、１次空
気の量が全体空気量の２０％を越えると、フュエルリッ
チ燃焼域では、火炎温度と酸素濃度が高くなるので、Ｎ
ＯX の発生量が多くなる。一方、フュエルリーン燃焼域
でも、火炎温度が高くなるので、ＮＯX の発生量が多く
なる。スワーラの噴出角度が３０度未満の角度で、２次
空気にあまり旋回が付与されないと、内筒２ａで燃焼し
きれなかった未燃燃料と、外筒２ｂからの２次空気との
混合が良好に行われず、不安定で長い火炎が形成され、
局部的にも高温部の発生や不完全燃焼の発生があるの
で、ＮＯX ，ＣＯ，煤塵の発生が増加する。又、スワー
ラ１０の噴出角度が６０度を越えても、バーナ１近辺に
渦流が生じ、内筒２ａで燃焼しきれなかった未燃燃料
と、外筒２ｂからの２次空気との混合性が悪化して、Ｎ
ＯX の発生量が多くなる。 【００２５】全体の空気比は１．１未満となると煤塵が
発生したり、不完全燃焼が起こり易くなる。一方、空気
比が２．０を越えると、燃焼が不安定になり、燃焼施設
の効率も低下する。更に、内筒２ａと外筒２ｂの保炎板
８，１１がない場合は，火炎の安定性が悪化し、特に、
外筒では火炎が吹き飛び易くなる。 【００２６】従って、本発明者らは、１次空気の量が全
体空気量の５〜２０％好ましくは８〜１５％で、全体の
空気比１．１〜２．０好ましくは１．１〜１．３の範囲
で火炎の安定性が良く、ＮＯX 低減の効果が高いことを
知見するに至った。又、スワーラ１０の噴出角度は、３
０度以上６０度以下で、内筒２ａで燃焼しきれなかった
未燃燃料と、外筒２ｂからの２次空気との混合が良好に
行われ、安定した短い火炎が形成され、局部的にも高温
部の発生や不完全燃焼の発生がなく、ＮＯX ，ＣＯ，煤
塵の発生を低減できることが判明した。 【００２７】更に、内筒２ａと外筒２ｂとに保炎板８，
１１を設けることは、火炎の安定性を良好にし、特に、
外筒２ｂでの火炎が吹き飛びを効果的に防止できること
が判明した。尚、図６に、空気比１．１〜１．３で、Ａ
重油（窒素分２００ｐｐｍ）を縦型温水管ボイラで燃焼
した場合の、ＮＯX 濃度（Ｏ2 ０％換算）を示す。こ
の場合、１次空気量は９％と、１４％に設定してあり、
共にＮＯX 基準値（例えば、ＮＯX 濃度（Ｏ2 ０％換
算）８０）以下になり、１次空気量は９％の方がＮＯ X
濃度を低減できることが明らかである。 【００２８】以上のように、特定の実施例を参照して本
発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、当該技術分野における熟練者等により、本発明に
添付された特許請求の範囲から逸脱することなく、種々
の変更及び修正が可能であるとの点に留意すべきであ
る。 【００２９】 【発明の効果】以上説明したように本発明は、燃焼用空
気を、内外２重円筒体からなるバーナ本体の内筒と外筒
とに燃焼用空気を分割して供給する構成で、バーナ本体
の前記内筒内に配設され、先端噴孔が該内筒先端開口部
から外方に臨む液体燃料噴射ノズルから液体燃料を噴射
して燃焼するようにし、前記内筒先端開口部の前記噴孔
前方位置に環状の内筒用保炎板を、前記外筒の先端部内
側にスワーラを、前記外筒と内筒との間の筒状空間部の
先端開口部に環状の外筒用保炎板を、夫々設ける一方、
１次空気の全体空気量に対する割合を５〜２０％で、全
体の空気比を１．１〜２．０に設定し、かつスワーラの
隣接するフィン間の先端噴出口から噴出される２次空気
の噴出角度を３０度以上６０度以下に設定するようにし
たから、全体として火炎温度と酸素濃度が低い燃焼を行
うことができ、サーマルＮＯX とフュエルＮＯX の発生
を抑制することが可能となり、又、未燃燃料と２次空気
の混合を均一に行え、滞留時間の短縮化を図れるため、
火炎長を短くでき、小型ボイラ等の小規模燃焼施設に容
易に適用が可能であると共に、ＮＯX を低減するための
他の２次設備を設置せずとも、ＮＯX 規制値を解消し得
るバーナを提供することができる有用性大なるものであ
る。
小規模燃焼施設に使用する液体燃料使用のバーナに関
し、特に、窒素酸化物（ＮＯX ）の発生量の少ない所謂
低ＮＯX バーナに関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、環境保存の見地から、各種燃焼機
器から発生するＮＯX の低減が強く要望されており、特
に、年々ＮＯX の固定発生源である燃焼設備への規制が
厳しくなっている。既に、法規制の対象となっていた中
・大型ボイラや各種工業炉に加えて、これまで対象とな
っていなかった小規模施設についても独自の規制を課す
る地方自治体が増えつつある。今後更に、これらの規制
が厳しくなることが予想され、燃焼機器から生成される
ＮＯX の低減は急務であると言える。 【０００３】特に、液体燃料を使用する業務用小型ボイ
ラ等の小規模燃焼施設は、燃焼室負荷が大きく、燃焼条
件が過酷なためにＮＯX の発生量が多くなり易い。従
来、一般に、燃焼機器においてＮＯX を低減する方法と
して、排ガスの一部を燃焼部に戻して再燃焼させること
で燃焼温度を低下させる排ガス再循環や燃料を２段階に
燃焼させる２段燃焼を行ったり、ＮＯX の発生量の少な
い所謂低ＮＯ X バーナに変更するという方法がある。 【０００４】この低ＮＯX バーナは、燃焼温度の低下に
よりサーマルＮＯX の発生を抑制するために、例えば、
燃料噴射口を離して形成し、形成される火炎を離して形
成することにより火炎温度を低下させる構成のもの、燃
焼用空気を２段に分けて燃焼させる緩慢燃焼を行うも
の、燃料を分割して噴射して燃料の濃い部分と薄い部分
を作る濃淡燃焼を行うものである。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】前記排ガス再循環や二
段燃焼は低ＮＯX 効果が高いが、これを採用するための
設備の改造や増設等にかかるコストが高くなるという問
題がある。更に、小規模燃焼施設では、設備を設置する
ためのスペースが問題となる。これに対して、上述した
低ＮＯX バーナへの変更は、コストやスペースの問題が
少なく、最も望ましい方法であるが、バーナの変更のみ
でＮＯX 規制値を抑えることのできるものは、液体燃料
用バーナでは殆どなく、ＮＯX を低減するための２次設
備（アンモニアでＮＯX を除去する設備，触媒を使用し
て燃焼温度を低下させる設備等）を必要とする場合が殆
どである。又、従来の低ＮＯX バーナは上述した緩慢燃
焼や濃淡燃焼を行うので、火炎面積が大きくなったり、
火炎長が長くなったりして、小型ボイラ等への適用は難
しいのが実情である。 【０００６】以上の問題点から、小型ボイラ等の小規模
燃焼施設におけるＮＯX 低減対策は遅れを来しているの
が現状である。そこで、本発明は以上のような従来の問
題点に鑑み、小型ボイラ等の小規模燃焼施設に容易に適
用が可能であると共に、ＮＯX を低減するための他の２
次設備を設置せずとも、ＮＯX 規制値を解消し得るバー
ナを提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】このため、本発明のバー
ナは、内筒と外筒との内外２重円筒体部を備えたバーナ
本体と、該バーナ本体の前記内筒内に配設され、先端噴
孔が該内筒先端開口部から外方に臨む液体燃料噴射ノズ
ルと、燃焼用空気を供給する送風手段と、前記送風手段
により供給された燃焼用空気を前記内筒内と外筒内とに
１次空気と２次空気に分流して供給する分流手段と、前
記内筒先端部において前記液体燃料噴射ノズルから噴射
される液体燃料と燃焼用空気との混合気に点火させる点
火手段と、前記内筒先端開口部の前記噴孔前方位置に該
開口面の外周部分を環状に覆う如く配設される環状の内
筒用保炎板と、前記外筒の先端部内側に配設されて２次
空気に旋回流を生起させる略螺旋状に湾曲した多数のフ
ィン部を周方向に列設して備えたスワーラと、前記外筒
と内筒との間の筒状空間部の先端開口部に該開口面の内
周部分を環状に覆う如く配設される環状の外筒用保炎板
と、を含んで構成され、前記１次空気の全体空気量に対
する割合を５〜２０％で、全体の空気比を１．１〜２．
０に設定すると共に、前記スワーラの隣接するフィン間
の先端噴出口から噴出される２次空気の噴出角度を３０
度以上６０度以下に設定した構成とする。 【０００８】 【作用】かかる構成において、送風手段により発生する
送風は、燃焼用空気として供給され、分流手段により内
筒と外筒に空気量が調整されて分流される。この場合、
内筒に分流される燃焼用空気量、即ち、１次空気量は、
燃焼用空気量全体の５〜２０％の割合とされる。一方、
液体燃料は、燃料噴射ノズルから噴霧され、前記内筒に
供給された１次空気と混合し、点火手段により点火され
燃焼が開始される。 内筒側に設けられた保炎板の作用
により、前記燃料噴射ノズルから噴霧された液体燃料と
１次空気とは均一に混合され、安定した火炎が形成され
る。この場合、内筒に供給する１次空気の量を極端に少
なくしているため、フュエルリッチ燃焼が行われ、上記
のように安定した火炎、即ち、安定したフュエルリッチ
燃焼となる。 【０００９】内筒で燃焼しきれなかった未燃燃料は、外
筒から、噴射角度３５度以上のスワーラにより強い旋回
が付与された２次空気と混合する。このとき、２次空気
の強い旋回流の効果により、未燃燃料と２次空気の混合
が均一に行われ、この混合気の滞留時間も短くなるた
め、フュエルリーンの状態で火炎長の短い不輝炎が形成
される。この不輝炎は外筒側に設けられた保炎板の作用
により安定化され、前記内筒のフュエルリッチ燃焼によ
る火炎を包み込む状態で形成される。 【００１０】この結果、全体として火炎温度と過剰酸素
濃度が低く緩慢な燃焼が行われ、サーマルＮＯX の生成
量は低くなり、液体燃料中の窒素分のフュエルＮＯX へ
の転化率も低くなる。又、上記のように未燃燃料と２次
空気の混合が均一に行われ、滞留時間も短いので、火炎
長が短くなり、燃焼室の小さな小規模燃焼施設に適用す
るのに有利とある。 【００１１】 【実施例】以下、添付された図面を参照して本発明を詳
述する。図１〜図２において、バーナの構成を概略的に
説明すると、バーナ１は、バーナ本体２と、液体燃料噴
射ノズル３と、燃焼用空気を供給する送風手段としての
送風機４と、該送風機４により供給された燃焼用空気を
分流して供給する分流手段としてのダンパ５と、点火手
段としての点火プラグ６と、を備えている。 【００１２】ここで、前記バーナ本体２は、同軸状に配
設された内筒２ａと外筒２ｂとによる内外２重円筒体部
２Ａを備えて構成される。この内外２重円筒体部２Ａの
先端面は開放され、後端面は閉塞される。内外２重円筒
体部２Ａの後端部の外周面には、外筒２ｂ内部のみに連
通する箱状のウインドボックス部７が一体に形成されて
いる。 【００１３】前記液体燃料噴射ノズル３は、円筒棒状の
ノズルアダプタ３ａと、該ノズルアダプタ３ａの先端部
に連接されるノズル形成部材３ｂと、から構成され、該
ノズル形成部材３ｂの先端部には噴孔３ｃが開設されて
いる。かかる液体燃料噴射ノズル３は、前記内筒２ａ内
部にその中心軸に沿って配設され、前記先端噴孔３ｃが
該内筒２ａ先端開放部から外方に臨むように位置され
る。 【００１４】前記ダンパ５は、内筒２ａと外筒２ｂとに
分流して供給する燃焼用空気量を調整可能な可変ダンパ
である。この可変ダンパ５は、内筒２ａ後端部の内側に
設けられ、燃焼用空気の流入口５ａが外筒２ｂ内に開口
される。この流入口５ａには可変シャッタ５ｂが設けら
れ、該可変シャッタ５ｂにより該流入口５ａの開口面積
が可変され、流入口５ａから内筒２ａへと至る燃焼用空
気の量が調整される。 【００１５】前記点火プラグ６は、前記燃料噴射ノズル
３のノズルアダプタ３ａ外周に固定取付され、その先端
点火部６ａは該燃料噴射ノズル３のノズル形成部材３ｂ
の先端噴孔３ｃ近傍に位置される。ここで、前記内筒２
ａの先端開口部には、該開口面の外周端部分を環状に覆
う如く配設される環状の内筒用保炎板８が配設される。 【００１６】この内筒用保炎板８は、図４に示すよう
に、円環状板部材８Ａに、その外周端の周方向に沿う所
定角度隔てた位置から中心に向けて延びる所定長さの切
溝８ａを多数形成し、この切溝８ａに従って隣接する切
溝８ａ間部分を順次斜めに立て起こして多数のフィン部
８Ｂを形成した構成であり、隣接するフィン部８Ｂ間に
は隙間ｃが形成される形状である。 【００１７】この保炎板８は、隣接するフィン部８Ｂ間
の隙間ｃを介して混合気が吹き出された後再び戻る作
用、即ち、混合気の再循環作用を奏させることにより、
火炎を安定化する。かかる内筒用保炎板８の中心開口部
８Ｃからは、前記ノズル３の噴孔３ｃが臨まされる。 【００１８】また、この内筒用保炎板８は、ステー９を
介して燃料噴射ノズル３に支持される。前記外筒２ｂの
先端部内側には、該外筒２ｂに供給される２次空気に旋
回流を生起させるスワーラ１０が配設される。このスワ
ーラ１０は、図５に示すように、前記内筒２ａの先端部
外周面に略螺旋状に湾曲した多数のフィン部１０Ａを周
方向に列設して溶接等により固定取付した構成であり、
隣接するフィン部１０Ａ間の先端噴出口１０Ｂから２次
空気が噴出される。 【００１９】前記外筒２ｂと内筒２ａとの間の筒状空間
部の先端開口部には、該開口面の内周端部分を環状に覆
う如く配設される環状の外筒用保炎板１１が配設され
る。この外筒用保炎板１１は、前記内筒用保炎板８と同
様に、円環状板部材に、その外周端の周方向に沿う所定
角度隔てた位置から中心に向けて延びる所定長さの切溝
を多数形成し、この切溝に従って隣接する切溝間部分を
順次斜めに立て起こして多数のフィン部を形成した構成
であり、隣接するフィン部間には隙間が形成される形状
である。 【００２０】この保炎板１１にあっても、隣接するフィ
ン部間の隙間を介して混合気が吹き出された後再び戻る
作用、即ち、混合気の再循環作用を奏させることによ
り、火炎を安定化する。かかる外筒用保炎板１１は、内
筒２ａの先端部に溶接等により固定取付される。 【００２１】次に、かかる構成のバーナ１の作用につい
て説明する。送風機４の駆動により発生する送風は、燃
焼用空気としてウインドボックス部７に送り込まれる。
ウインドボックス部７に送り込まれた燃焼用空気は可変
ダンパ５により、内筒２ａと外筒２ｂに空気量が調整さ
れて分流される。この場合、内筒２ａに分流される燃焼
用空気量、即ち、１次空気量は、燃焼用空気量全体の５
〜２０％の割合とされる。一方、液体燃料は、燃料噴射
ノズル３のノズルアダプタ３ａに圧送され、ノズル部材
３ｂの先端噴孔３ｃから噴霧され、前記内筒２ａに供給
された１次空気と混合し、点火プラグ６により点火され
燃焼が開始される。内筒２ａ側に設けられた保炎板８の
作用により、前記先端噴孔３ｃから噴霧された液体燃料
と１次空気とは均一に混合され、安定した火炎が形成さ
れる。この場合、内筒２ａに供給する１次空気の量を極
端に少なくしているため、フュエルリッチ燃焼が行わ
れ、上記のように安定した火炎、即ち、安定したフュエ
ルリッチ燃焼となる。 【００２２】内筒２ａで燃焼しきれなかった未燃燃料
は、外筒２ｂから、噴射角度（スワーラ１０の隣接する
フィン部１０Ａ間の先端噴出口１０Ｂから噴出される２
次空気の噴出角度θ〔図５参照〕）３５度以上のスワー
ラ１０により強い旋回が付与された２次空気と混合す
る。このとき、２次空気の強い旋回流の効果により、未
燃燃料と２次空気の混合が均一に行われ、この混合気の
滞留時間も短くなるため、フュエルリーンの状態で火炎
長の短い不輝炎が形成される。この不輝炎は外筒２ｂ側
に設けられた保炎板１１の作用により安定化され、前記
内筒２ａのフュエルリッチ燃焼による火炎を包み込む状
態で形成される。 【００２３】この結果、全体として火炎温度と過剰酸素
濃度が低く緩慢な燃焼が行われ、サーマルＮＯX の生成
量は低くなり、液体燃料中の窒素分のフュエルＮＯX へ
の転化率も低くなる。又、上記のように未燃燃料と２次
空気の混合が均一に行われ、滞留時間も短いので、火炎
長が短くなり、燃焼室の小さな小規模燃焼施設に適用す
るのに有利である。 【００２４】かかる構成のバーナ１にあっては、本発明
者らの実験により、次のことが判明した。即ち、１次空
気の量が全体空気量の２０％を越えると、フュエルリッ
チ燃焼域では、火炎温度と酸素濃度が高くなるので、Ｎ
ＯX の発生量が多くなる。一方、フュエルリーン燃焼域
でも、火炎温度が高くなるので、ＮＯX の発生量が多く
なる。スワーラの噴出角度が３０度未満の角度で、２次
空気にあまり旋回が付与されないと、内筒２ａで燃焼し
きれなかった未燃燃料と、外筒２ｂからの２次空気との
混合が良好に行われず、不安定で長い火炎が形成され、
局部的にも高温部の発生や不完全燃焼の発生があるの
で、ＮＯX ，ＣＯ，煤塵の発生が増加する。又、スワー
ラ１０の噴出角度が６０度を越えても、バーナ１近辺に
渦流が生じ、内筒２ａで燃焼しきれなかった未燃燃料
と、外筒２ｂからの２次空気との混合性が悪化して、Ｎ
ＯX の発生量が多くなる。 【００２５】全体の空気比は１．１未満となると煤塵が
発生したり、不完全燃焼が起こり易くなる。一方、空気
比が２．０を越えると、燃焼が不安定になり、燃焼施設
の効率も低下する。更に、内筒２ａと外筒２ｂの保炎板
８，１１がない場合は，火炎の安定性が悪化し、特に、
外筒では火炎が吹き飛び易くなる。 【００２６】従って、本発明者らは、１次空気の量が全
体空気量の５〜２０％好ましくは８〜１５％で、全体の
空気比１．１〜２．０好ましくは１．１〜１．３の範囲
で火炎の安定性が良く、ＮＯX 低減の効果が高いことを
知見するに至った。又、スワーラ１０の噴出角度は、３
０度以上６０度以下で、内筒２ａで燃焼しきれなかった
未燃燃料と、外筒２ｂからの２次空気との混合が良好に
行われ、安定した短い火炎が形成され、局部的にも高温
部の発生や不完全燃焼の発生がなく、ＮＯX ，ＣＯ，煤
塵の発生を低減できることが判明した。 【００２７】更に、内筒２ａと外筒２ｂとに保炎板８，
１１を設けることは、火炎の安定性を良好にし、特に、
外筒２ｂでの火炎が吹き飛びを効果的に防止できること
が判明した。尚、図６に、空気比１．１〜１．３で、Ａ
重油（窒素分２００ｐｐｍ）を縦型温水管ボイラで燃焼
した場合の、ＮＯX 濃度（Ｏ2 ０％換算）を示す。こ
の場合、１次空気量は９％と、１４％に設定してあり、
共にＮＯX 基準値（例えば、ＮＯX 濃度（Ｏ2 ０％換
算）８０）以下になり、１次空気量は９％の方がＮＯ X
濃度を低減できることが明らかである。 【００２８】以上のように、特定の実施例を参照して本
発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、当該技術分野における熟練者等により、本発明に
添付された特許請求の範囲から逸脱することなく、種々
の変更及び修正が可能であるとの点に留意すべきであ
る。 【００２９】 【発明の効果】以上説明したように本発明は、燃焼用空
気を、内外２重円筒体からなるバーナ本体の内筒と外筒
とに燃焼用空気を分割して供給する構成で、バーナ本体
の前記内筒内に配設され、先端噴孔が該内筒先端開口部
から外方に臨む液体燃料噴射ノズルから液体燃料を噴射
して燃焼するようにし、前記内筒先端開口部の前記噴孔
前方位置に環状の内筒用保炎板を、前記外筒の先端部内
側にスワーラを、前記外筒と内筒との間の筒状空間部の
先端開口部に環状の外筒用保炎板を、夫々設ける一方、
１次空気の全体空気量に対する割合を５〜２０％で、全
体の空気比を１．１〜２．０に設定し、かつスワーラの
隣接するフィン間の先端噴出口から噴出される２次空気
の噴出角度を３０度以上６０度以下に設定するようにし
たから、全体として火炎温度と酸素濃度が低い燃焼を行
うことができ、サーマルＮＯX とフュエルＮＯX の発生
を抑制することが可能となり、又、未燃燃料と２次空気
の混合を均一に行え、滞留時間の短縮化を図れるため、
火炎長を短くでき、小型ボイラ等の小規模燃焼施設に容
易に適用が可能であると共に、ＮＯX を低減するための
他の２次設備を設置せずとも、ＮＯX 規制値を解消し得
るバーナを提供することができる有用性大なるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るバーナの一実施例を示す全体概
略断面図 【図２】 同上実施例の部分拡大断面図 【図３】 図２の端面図 【図４】 同上実施例における保炎板の構成を示す斜視
図 【図５】 同上実施例におけるスワーラの構成を示す部
分拡大図 【図６】 本発明のバーナを適用した縦型温水管ボイラ
におけるＮＯX 濃度発生量を示すグラフ 【符号の説明】 １ バーナ ２ バーナ本体 ２Ａ 内外２重円筒体部 ２ａ 内筒 ２ｂ 外筒 ３ 液体燃料噴射ノズル ４ 送風機 ５ 可変ダンパ ６ 点火プラグ ８ 内筒用保炎板 １０ スワーラ １１ 外筒用保炎板
略断面図 【図２】 同上実施例の部分拡大断面図 【図３】 図２の端面図 【図４】 同上実施例における保炎板の構成を示す斜視
図 【図５】 同上実施例におけるスワーラの構成を示す部
分拡大図 【図６】 本発明のバーナを適用した縦型温水管ボイラ
におけるＮＯX 濃度発生量を示すグラフ 【符号の説明】 １ バーナ ２ バーナ本体 ２Ａ 内外２重円筒体部 ２ａ 内筒 ２ｂ 外筒 ３ 液体燃料噴射ノズル ４ 送風機 ５ 可変ダンパ ６ 点火プラグ ８ 内筒用保炎板 １０ スワーラ １１ 外筒用保炎板
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(56)参考文献 特開 昭63−213712（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−129613（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−150714（ＪＰ，Ａ)
実開 昭60−95420（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F23D 11/24
F23C 11/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 内筒と外筒との内外２重円筒体部を備え
たバーナ本体と、該バーナ本体の前記内筒内に配設さ
れ、先端噴孔が該内筒先端開口部から外方に臨む液体燃
料噴射ノズルと、燃焼用空気を供給する送風手段と、前
記送風手段により供給された燃焼用空気を前記内筒内と
外筒内とに１次空気と２次空気に分流して供給する分流
手段と、前記内筒先端部において前記液体燃料噴射ノズ
ルから噴射される液体燃料と燃焼用空気との混合気に点
火させる点火手段と、前記内筒先端開口部の前記噴孔前
方位置に該開口面の外周部分を環状に覆う如く配設され
る環状の内筒用保炎板と、前記外筒の先端部内側に配設
されて２次空気に旋回流を生起させる略螺旋状に湾曲し
た多数のフィン部を周方向に列設して備えたスワーラ
と、前記外筒と内筒との間の筒状空間部の先端開口部に
該開口面の内周部分を環状に覆う如く配設される環状の
外筒用保炎板と、を含んで構成され、前記１次空気の全
体空気量に対する割合を５〜２０％で、全体の空気比を
１．１〜２．０に設定すると共に、前記スワーラの隣接
するフィン間の先端噴出口から噴出される２次空気の噴
出角度を３０度以上６０度以下に設定したことを特徴と
するバーナ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00429393A JP3388792B2 (ja) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | バーナ |
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