JP3443009B2 - 低NOx燃焼器 - Google Patents
低NOx燃焼器Info
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Description
焼器に関し、特に予混合炎型の低NOx燃焼器に関す
る。
して用いられている予混合炎型燃焼器の一例を図9に示
す。同図(a)は燃焼器の縦断面図であり、同図(b)
は(a)中C−C矢視による断面図である。
1内には燃焼器1の中心軸廻りに複数の、ここでは8個
の、メインバーナ2が配置され、各メインバーナ2は互
いに同一形状のメイン燃料ノズル3と互いに同一形状の
メインスワーラ4から成り、同メインバーナ2に囲まれ
た中央には、周囲にパイロットスワーラ5を配したパイ
ロット燃料ノズル6を持つパイロットバーナ7が燃焼器
1の中心軸上に配置されている。
入部8で180°反転して燃焼器1内へ流入し、メイン
バーナ2のメインスワーラ4とパイロットバーナ7のパ
イロットスワーラ5へ流入する。
ト燃料ノズル6から供給されるパイロット燃料がパイロ
ットスワーラ5を通過した燃焼用空気により燃焼し、メ
インバーナにおいては、メイン燃料ノズル3から供給さ
れるメイン燃料とメインスワーラ4を通過した燃焼用空
気とが混合して予混合気を形成し、燃焼器1内でパイロ
ット燃料による火炎を火種として低NOx燃焼が行われ
る。
バーナ2で形成された予混合気は、パイロット燃料によ
る火炎を火種として燃焼するが、複数の各メインバーナ
の予混合気の混合状態が実質的に等しいため、各メイン
バーナ2の燃焼状態が等しくなり、燃焼器1の全周にお
いて燃焼器1内の中心軸方向の発熱分布が等しくなるの
で、燃焼器1内に発熱量が大きい一定の領域が生じる。
起こりやすくなって、燃焼が不安定となり、その結果、
低NOx燃焼が阻害されるという問題があった。本発明
は、燃焼器の軸方向における発熱分布がより均一化さ
れ、一定の領域への発熱量の集中が少なく、振動燃焼を
起こし難く安定した燃焼が達成でき、低NOx燃焼が阻
害されない低NOx燃焼器を提供することを課題とする
ものである。
題を解決するためになされたものであって、燃焼器の中
心軸上にパイロットバーナが配置され、同パイロットバ
ーナの周囲に複数のメインバーナが配置され、同メイン
バーナのそれぞれはその中心軸上にメイン燃料ノズルが
配置され同メイン燃料ノズルの周囲にメインスワーラが
設けられたものにおいて、前記メインバーナは前記メイ
ン燃料ノズルの燃料噴口の設置数の異なる2種以上の型
のものが同燃焼器の周方向に同じ型が隣合わないように
配置されてなることを特徴とする低NOx燃焼器を提供
するものである。
料噴口の設置数の異なる2種以上の型のメインバーナが
燃焼器内にパイロットバーナを囲んで周方向に同じ型が
隣合わないように配置されているので、燃焼器の全周で
予混合気の状態が均一とならず、燃焼器中心軸方向に発
熱率の高い部分が分散され、集中発熱によって生ずる振
動燃焼が回避でき、安定燃焼が達成され、低NOx燃焼
が阻害されない低NOx燃焼器を得ることができる。
にパイロットバーナが配置され、同パイロットバーナの
周囲に複数のメインバーナが配置され、同メインバーナ
のそれぞれはその中心軸上にメイン燃料ノズルが配置さ
れ同メイン燃料ノズルの周囲にメインスワーラが設けら
れたものにおいて、前記メインバーナは前記メインスワ
ーラの中心軸方向に対するスワーラベーンの取付角度が
大小異なる2種以上の型のものが同燃焼器の周方向に同
じ型が隣合わないように配置されてなることを特徴とす
る低NOx燃焼器を提供するものである。
軸方向に対するスワーラベーンの取付角度が大小異なる
2種以上の型のメインバーナが燃焼器内にパイロットバ
ーナを囲んで周方向に同じ型が隣合わないように設置さ
れているので、燃焼器の全周で予混合気の状態が均一と
ならず、燃焼器中心軸方向に対して発熱率の高い部分が
分散され平均化が図れる。このため、集中発熱によって
生ずる振動燃焼が回避でき、安定燃焼が達成され、低N
Ox燃焼が阻害されない低NOx燃焼器を得ることがで
きる。
にパイロットバーナが配置され、同パイロットバーナの
周囲に複数のメインバーナが配置され、同メインバーナ
のそれぞれはその中心軸上にメイン燃料ノズルが配置さ
れ同メイン燃料ノズルの周囲にメインスワーラが設けら
れたものにおいて、前記メインバーナは燃料噴口の設置
数の異なる2種以上の前記メイン燃料ノズルと前記メイ
ンスワーラの中心軸方向に対するスワーラベーンの取付
角度が大小異なる2種以上の前記メインスワーラとを組
み合わせた複数種の型のものが同燃焼器の周方向に同じ
型が隣合わないように配置されてなることを特徴とする
低NOx燃焼器を提供するものである。
心軸方向の発熱率分布をより分散平均化し、集中発熱に
よる振動燃焼を防ぎ、燃焼の安定化を図ることができ、
低NOx燃焼が阻害されない低NOx燃焼器を得ること
ができるものである。
図1ないし図4に基づいて説明する。図1(a)は本実
施形態に係る低NOx燃焼器の縦断面図、同図(b)は
(a)中A−A矢視による断面図である。
り欠いて示すN1型ノズルの拡大図、同図(a1)は
(a)中D−D矢視断面図であり、同図(a2)は
(a)中E−E矢視図である。図2(b)は同様に一部
を切り欠いて示すN2型ノズルの拡大図であり、同図
(b1)は同図(b)中F−F矢視断面図である。な
お、前記した従前のものと同一部分には、同一の符号を
付して示し、相互の関連を明確にして本実施の形態の理
解を容易にするとともに、説明を省略する。
ットスワーラ5、パイロット燃料ノズル6、パイロット
バーナ7、空気の流入部8は図9において前述した従来
例と同じであるが、本実施の形態においては、燃焼器1
1は、同一形状のメイン燃料ノズル3に代えて互いに異
なる形状のメイン燃料ノズル31、32をそれぞれ有す
る2種類の型のメインバーナ21、22を備えている。
図2(a)に示すN1型メイン燃料ノズル31を備え、
他方の型のメインバーナ22は図2(b)に示すN2型
メイン燃料ノズル32を備え、図1(b)に示すように
燃焼器11内にパイロットバーナ7を囲んで周方向に交
互に設置されている。ただし、メインスワーラ4は各型
のメインバーナ21、22ともに同じのものが備えられ
ている。
(a)に示すとおり、燃料噴口31aの設置位置を2断
面としたもので、図2(a1)に示すD−D断面、図2
(a2)に示すE−E断面に明らかなように、燃料噴口
31aを各断面4個設け、燃料噴口31aの方向を交互
としてある。
2(b)に示すとおり、燃料噴口32aの設置位置を1
断面としたもので、図2(b1)に示すF−F断面に明
らかなように、燃料噴口32aを1断面に4個設けてい
る。
噴口31aの数は、N2型メイン燃料ノズル32の燃料
噴口32aの数の倍となるが、N1型メイン燃料ノズル
31における燃料噴口31aの噴口面積の合計とN2型
メイン燃料ノズル32における燃料噴口32aの噴口面
積の合計は等しくし、各型メイン燃料ノズルからの燃料
流量は等しくなるように設定されている。
メイン燃料ノズル31を備えたメインバーナ21では、
燃料噴口31aが多数設けられているので、一個の燃料
噴口31a当たりの燃料噴出量が小さく燃料の貫通力が
低下する。そのため、予混合気はメインバーナ21出口
中央部の燃料濃度が高く、周辺部の燃料濃度が低くな
り、図3(a)のような燃料濃度分布を示す。
たメインバーナ22は、燃料噴口32aの数が少ないの
で一個当たりの燃料噴出量が大きく、前述の燃料噴口3
1aにおけるよりも燃料の貫通力が高くなり、その予混
合気は逆にメインバーナ22出口外周部の燃料濃度が高
くなって、図3(b)に示すような燃料濃度分布とな
る。
パイロット火炎を熱源として燃焼するが、メインバーナ
21のように出口の外周部分の燃料濃度が薄いと燃焼速
度が遅いため火炎が長くなり、次いで予混合気の中央部
に火炎が伝播すると、ここでは燃料濃度が高いためメイ
ンバーナ21出口から比較的離れた領域で急激に強く発
熱する。一方、メインバーナ22のように出口の外周部
分の燃料濃度が高いと燃焼速度が早くなり火炎が短く、
メインバーナ22出口に比較的近い領域で強く発熱す
る。
焼器11全周に同じ型のメイン燃料ノズルを有するメイ
ンバーナを備えると、燃焼器の一定の領域での発熱量が
高くなり、この集中発熱によって前述の振動燃焼が引き
起こされると考えられる。
に対応する燃焼器における発熱率分布の概念図であり、
同図において縦軸は発熱率、横軸はメインバーナ出口か
ら燃焼器中心軸方向の距離である。
1を備えたメインバーナ21ばかりを設けた場合の燃焼
器の発熱率分布を、線bはN2型メイン燃料ノズル32
を備えたメインバーナ22ばかりを設けた場合の燃焼器
の発熱率分布を示すもので、いずれも前述の従来例の燃
焼器1の場合に相当し、燃焼器中心軸方向の一定の距離
の領域に集中発熱が生じ、振動燃焼の問題を生ずるもの
である。
に、N1型メイン燃料ノズル31を備えたメインバーナ
21とN2型メイン燃料ノズル32を備えたメインバー
ナ22が燃焼器11内にパイロットバーナ7を囲んで周
方向に交互に設置されているので、燃焼器11の全周で
予混合気の状態が均一とならず、図4中、線cで示され
るように、燃焼器中心軸方向に対して燃焼速度の速い領
域と遅い領域が混在して、発熱率の高い部分が分散され
る。このため、集中発熱によって生ずる振動燃焼が回避
でき、安定燃焼が達成され、低NOx燃焼が阻害されな
い低NOx燃焼器を得ることができる。
イン燃料ノズルは上記例示のN1型メイン燃料ノズル3
1、N2型メイン燃料ノズル32の2種類に限られるも
のではなく、又、その個々のメイン燃料ノズルにおける
燃料噴口の数、配置、向きは図1ないし図2に示される
ものに限定されず適宜設定されてよい。
ノズルの燃料噴口の数の異なる適宜な複数型であってよ
く、メインバーナの数も図示の合計8個に限定されるも
のではなく、2種以上の型のメインバーナが燃焼器11
内にパイロットバーナ7を囲んで周方向に同じ型が隣合
わないように設置され、集中発熱が回避されることが肝
要である。
5ないし図8に基づいて説明する。図5(a)は本実施
形態に係る低NOx燃焼器の縦断面図、同図(b)は
(a)中B−B矢視による断面図である。図6(a)は
図5中Y部においてS1型メインスワーラのスワーラベ
ーン取付け角度を示す拡大図、同図(a1)は(a)中
G−G矢視図であ。図6(b)は同様に図5中Y部にお
いてS2型メインスワーラのスワーラベーン取付け角度
を示す拡大図であり、同図(b1)は同図(b)中H−
H矢視図である。なお前記した従前のものと同一部分に
は、同一の符号を付して示し、相互の関連を明確にして
本実施の形態の理解を容易にするとともに、説明を省略
する。
ロットスワーラ5、パイロット燃料ノズル6、パイロッ
トバーナ7、空気の流入部8は図9において前述した従
来例と同じであるが、本実施の形態においては、燃焼器
12は、同一形状のメインスワーラ4に代えて互いに異
なる形状のメインスワーラ41、42をそれぞれ有する
2種類の型のメインバーナ23、24を備えている。
(a)に示すように、スワーラベーン41aをS1型メ
インスワーラ41の軸方向に対して25°傾けて取り付
けており、S2型メインスワーラ42は図6(b)に示
すように、スワーラベーン42aをS2型メインスワー
ラ42の軸方向に対して35°傾けて取り付けている。
図6(a)に示すS1型メインスワーラ41を備え、他
方の型のメインバーナ24は図6(b)に示すS2型メ
インスワーラ42を備え、図5(b)に示すように燃焼
器12内にパイロットバーナ7を囲んで周方向に交互に
設置されている。ただし、メイン燃料ノズル3は各型の
メインバーナ23、24ともに同じのものが備えられて
いる。
ーベーン41aの取付角度を小さめとしたS1型メイン
スワーラ41を備えたメインバーナ23では、予混合状
態が比較的不均一で、予混合気はメインバーナ23出口
中央部の燃料濃度が高く、周辺部の燃料濃度が低くな
り、図7(a)のような燃料濃度分布を示す。
大きめとしたS2型メインスワーラ42を備えたメイン
バーナ24は、予混合状態が比較的良好でかなり均一化
されて、図7(b)に示すような燃料濃度分布となる。
たメインバーナの種類に対応する燃焼器における発熱率
分布の概念図であり、同図において縦軸は発熱率、横軸
はメインバーナ出口から燃焼器中心軸方向の距離であ
る。
を備えたメインバーナ23ばかりを設けた場合の燃焼器
の発熱率分布を、線bはS2型メインスワーラ42を備
えたメインバーナ24ばかりを設けた場合の燃焼器の発
熱率分布を示すもので、いずれも前述の従来例の燃焼器
1の場合に相当し、燃焼器中心軸方向の一定の距離の領
域に集中発熱が生じ、振動燃焼の問題を生ずるものであ
る。
に、S1型メインスワーラ41を備えたメインバーナ2
3とS2型メインスワーラ42を備えたメインバーナ2
4が燃焼器12内にパイロットバーナ7を囲んで周方向
に交互に設置されているので、燃焼器12の全周で予混
合気の状態が均一とならず、図8中、線cで示されるよ
うに、燃焼器軸方向に対して燃焼速度の速い領域と遅い
領域とが混在して発熱率の高い部分が分散され平均化が
図れる。このため、集中発熱によって生ずる振動燃焼が
回避でき、安定燃焼が達成され、低NOx燃焼が阻害さ
れない低NOx燃焼器を得ることができる。
インスワーラは上記例示のS1型メインスワーラ41、
S2型メインスワーラ42の2種類に限られるものでは
なく、又、その個々のメインスワーラにおけるスワーラ
ベーンの取付角度、数、配置、向きは図5ないし図6に
示されるものに限定されず適宜設定されてよい。
ーラの中心軸方向に対するスワーラベーンの取付角度が
大小異なる適宜な複数型であってよく、メインバーナの
数も図示の合計8個に限定されるものではなく、2種以
上の型のメインバーナが燃焼器12内にパイロットバー
ナ7を囲んで周方向に同じ型が隣合わないように設置さ
れ、集中発熱が回避されることが肝要である。
の第1形態で説明したような複数の型のメイン燃料ノズ
ルと、前記実施の第2形態で説明したような複数の型の
メインスワーラとを組み合わせた複数種の型のメインバ
ーナをパイロットバーナの周囲に同じ型が隣合わないよ
うに配置して燃焼器を構成してもよい。
向の発熱率分布をより分散平均化し、集中発熱による振
動燃焼を防ぎ、燃焼の安定化を図ることができ、低NO
x燃焼が阻害されない低NOx燃焼器を得ることができ
るものである。
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
とは言うまでもない。
焼器を、燃焼器の中心軸上にパイロットバーナが配置さ
れ、同パイロットバーナの周囲に複数のメインバーナが
配置され、同メインバーナのそれぞれはその中心軸上に
メイン燃料ノズルが配置され同メイン燃料ノズルの周囲
にメインスワーラが設けられたものにおいて、前記メイ
ンバーナは前記メイン燃料ノズルの燃料噴口の設置数の
異なる2種以上の型のものが同燃焼器の周方向に同じ型
が隣合わないように配置されてなるように構成したもの
では、メイン燃料ノズルの燃料噴口の設置数の異なる2
種以上の型のメインバーナが燃焼器内にパイロットバー
ナを囲んで周方向に同じ型が隣合わないように設置され
ているので、燃焼器の全周で予混合気の状態が均一とな
らず、燃焼器中心軸方向に燃焼速度の速い領域と遅い領
域とが混在して、発熱率の高い部分が分散され、集中発
熱によって生ずる振動燃焼が回避でき、安定燃焼が達成
され、低NOx燃焼が阻害されない低NOx燃焼器を得
ることができる。
中心軸上にパイロットバーナが配置され、同パイロット
バーナの周囲に複数のメインバーナが配置され、同メイ
ンバーナのそれぞれはその中心軸上にメイン燃料ノズル
が配置され同メイン燃料ノズルの周囲にメインスワーラ
が設けられたものにおいて、前記メインバーナは前記メ
インスワーラの中心軸方向に対するスワーラベーンの取
付角度が大小異なる2種以上の型のものが同燃焼器の周
方向に同じ型が隣合わないように配置されてなるように
構成したものでは、メインスワーラの中心軸方向に対す
るスワーラベーンの取付角度が大小異なる2種以上の型
のメインバーナが燃焼器内にパイロットバーナを囲んで
周方向に同じ型が隣合わないように設置されているの
で、燃焼器の全周で予混合気の状態が均一とならず、燃
焼器中心軸方向に燃焼速度の速い領域と遅い領域とが混
在して、発熱率の高い部分が分散され平均化が図れる。
このため、集中発熱によって生ずる振動燃焼が回避で
き、安定燃焼が達成され、低NOx燃焼が阻害されない
低NOx燃焼器を得ることができる。
中心軸上にパイロットバーナが配置され、同パイロット
バーナの周囲に複数のメインバーナが配置され、同メイ
ンバーナのそれぞれはその中心軸上にメイン燃料ノズル
が配置され同メイン燃料ノズルの周囲にメインスワーラ
が設けられたものにおいて、前記メインバーナは燃料噴
口の設置数の異なる2種以上の前記メイン燃料ノズルと
前記メインスワーラの中心軸方向に対するスワーラベー
ンの取付角度が大小異なる2種以上の前記メインスワー
ラとを組み合わせた複数種の型のものが同燃焼器の周方
向に同じ型が隣合わないように配置されてなるように構
成したものでは、燃焼器におけるその中心軸方向の発熱
率分布をより分散平均化し、集中発熱による振動燃焼を
防ぎ、燃焼の安定化を図ることができ、低NOx燃焼が
阻害されない低NOx燃焼器を得ることができるもので
ある。
NOx燃焼器の縦断面図であり、(b)は(a)中A−
A矢視による断面図である。
いて示すN1型ノズルの拡大図であり、(a1)は
(a)中D−D矢視断面図であり、(a2)は(a)中
E−E矢視断面図である。図中(b)は同様に一部を切
り欠いて示す示すN2型ノズルの拡大図であり、(b
1)は(b)中F−F矢視断面図である。
度分布の説明図であり、(b)はメインバーナ22出口
での燃料濃度分布の説明図である。
発熱率分布の概念図である。
NOx燃焼器の縦断面図であり、(b)は(a)中B−
B矢視による断面図である。
スワーラのスワーラベーン取付け角度を示す拡大図であ
り、(a1)は(a)中G−G矢視図である。(b)は
同様に図5中Y部においてS2型メインスワーラのスワ
ーラベーン取付け角度を示す拡大図であり、(b1)は
(b)中H−H矢視図である。
度分布の説明図であり、(b)はメインバーナ24出口
での燃料濃度分布の説明図である。
発熱率分布の概念図である。
器の例の縦断面図であり、(b)は(a)中C−C矢視
による断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 燃焼器の中心軸上にパイロットバーナが
配置され、同パイロットバーナの周囲に複数のメインバ
ーナが配置され、同メインバーナのそれぞれはその中心
軸上にメイン燃料ノズルが配置され同メイン燃料ノズル
の周囲にメインスワーラが設けられたものにおいて、前
記メインバーナは前記メイン燃料ノズルの燃料噴口の設
置数の異なる2種以上の型のものが同燃焼器の周方向に
同じ型が隣合わないように配置されてなることを特徴と
する低NOx燃焼器。 - 【請求項2】 燃焼器の中心軸上にパイロットバーナが
配置され、同パイロットバーナの周囲に複数のメインバ
ーナが配置され、同メインバーナのそれぞれはその中心
軸上にメイン燃料ノズルが配置され同メイン燃料ノズル
の周囲にメインスワーラが設けられたものにおいて、前
記メインバーナは前記メインスワーラの中心軸方向に対
するスワーラベーンの取付角度が大小異なる2種以上の
型のものが同燃焼器の周方向に同じ型が隣合わないよう
に配置されてなることを特徴とする低NOx燃焼器。 - 【請求項3】 燃焼器の中心軸上にパイロットバーナが
配置され、同パイロットバーナの周囲に複数のメインバ
ーナが配置され、同メインバーナのそれぞれはその中心
軸上にメイン燃料ノズルが配置され同メイン燃料ノズル
の周囲にメインスワーラが設けられたものにおいて、前
記メインバーナは燃料噴口の設置数の異なる2種以上の
前記メイン燃料ノズルと前記メインスワーラの中心軸方
向に対するスワーラベーンの取付角度が大小異なる2種
以上の前記メインスワーラとを組み合わせた複数種の型
のものが同燃焼器の周方向に同じ型が隣合わないように
配置されてなることを特徴とする低NOx燃焼器。
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1998
- 1998-08-17 JP JP23064998A patent/JP3443009B2/ja not_active Expired - Lifetime
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