JP4167121B2

JP4167121B2 - Liquid fuel low NOx combustion system

Info

Publication number: JP4167121B2
Application number: JP2003132108A
Authority: JP
Inventors: 孝一松井; 博文阿部; 八立仲埜; 俊彦田中; 一徳望月; 裕俊近藤; 新一川崎; 栄治小原
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: JP2004333067A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼に伴い発生するＮＯｘを抑制できる液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃焼に伴い発生するＮＯｘを抑制するために、フューエルＮ分を含まない気体燃料を用いる燃焼装置が実用に供されている。この種の燃焼装置は、火炎制御が容易でかつフューエルＮ分を含有しない気体燃料が使用されるため燃焼ＮＯｘの発生を容易に抑制することができるという長所を備えてはいるものの、高価な気体燃料を用いるためランニングコストが高くつくという問題点がある。
【０００３】
そこで、ランニングコストを抑えるために、ＮＯｘの抑制が困難ではあるが比較的低コストの液体燃料を用い、この種の液体燃料の燃焼時に発生するＮＯｘの発生量を低減できる液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２９６４１１号公報
【０００５】
前記特許文献１に記載の窒素酸化物低減バーナ（以下「従来装置１００」という。）は、図７に示されるように、燃焼室１０２の端部路壁１０２ａに装着されている。この従来装置１００において、端部炉壁１０２ａの中心部に設けたバーナスロート１０４内には、燃料噴霧ノズル１０５および点火電極１０６が配され、この点火電極１０６の近傍下流側には保炎板１０７が配されている。また、端部炉壁１０２ａの下面側には第１のウィンドボックス１１０が配されており、理論燃焼空気量よりも少ない（理論燃焼空気量の０．１〜０．６倍）一次空気１１２を前記バーナスロート１０４を通して下流側の燃焼室１０２内に供給するようにされている。ここで、前記一次空気１１２は燃料噴霧ノズル１０５から噴霧される燃料（灯油）と燃焼室１０２の上流側中央部にて互いに混合して燃焼し一次燃焼部１１４を形成するようになっている。また、前記バーナスロート１０４の外周には、第１のウィンドボックス１１０の外周に配される第２のウィンドボックス１１７からの二次空気１１８を燃焼室１０２内に噴出する複数の空気噴出ノズル１１６…が配されている。これら各空気噴出ノズル１１６…は、各空気噴出ノズル１１６…から噴出される二次空気１１８が燃焼室１０２の上流側では互いに干渉しないように、かつ前記燃焼室１０２の中心方向に二次空気を噴出するように、燃焼室１０２の中心軸方向に傾斜角θだけ傾斜した状態で、円周方向に所要間隔を隔てて配されている。なお、図中符号１１３は、第１のウィンドボックス１１０への空気供給量を制御するためのダンパであり、符号１１９は、第２のウィンドボックス１１７への空気供給量を制御するためのダンパである。
【０００６】
このように構成される従来装置１００によれば、一次空気１１２と燃料が互いに混合して燃焼する一次燃焼部１１４においては、その一次空気１１２の供給量が理論燃焼空気の０．１〜０．６であるので還元炎が発生するとともに、その際に生じる燃焼熱によって、未燃の液滴がガス化され燃焼ガスが発生する。一方、一次燃焼部１１４の外周部には、前記各空気噴出ノズル１１６から噴出される二次空気１１８が噴出されるが、この二次空気１１８は一次燃焼部１１４の還元炎と急激な反応を起さず、前記燃焼ガスと混合して燃焼し、前記還元炎と明確に区別でき、その還元炎に食い込むような炎形態を呈する酸化炎を還元炎の周囲に形成し、酸化炎と還元炎との境界面積が大きな分割火炎を発生させる。こうして還元炎と酸化炎との境界面積を大きくすることと、前記還元炎の還元作用によってＮＯｘの生成を抑制する。そして、前記酸化炎および還元炎は下流側に拡散してその燃焼を完結する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来装置１００においては、一次空気の供給量が理論燃焼空気量の０．１〜０．６に設定されており、残りを前記各空気噴出ノズル１１６から噴出するように構成されているが、その一次空気の供給量を低くすればするほどＮＯｘの発生量が低くなるとされている。しかしながら、前記従来装置１００によれば、二次空気が一次燃焼部１１４の下流側に供給されることになるから、一次空気量を少量にし過ぎると、一次燃焼部１１４における火炎の空気不足の状態が長くなり、燃焼状態が不安定となって煤（気相析出形）が発生する恐れがある。そのため、実用レベルでのＮＯｘ低減には限度があり、フューエルＮ分を含む液体燃料（例えばＡ重油）を使用することができないという問題点がある。また、二次空気を一次燃焼部１１４の下流で混合することから火炎自体が長くなり、炉壁への接触が生じてしまうため、高負荷環境下での使用には不適であるという問題点がある（炉負荷２００万ｋｃａｌ／ｍ^３ｈが限界）。さらに、二次空気の噴霧ノズル１１６が端部炉壁１０２ａで、かつ前記バーナスロート１０４から離れた位置に設けられているため、バーナ自体が大きなものになるという問題点がある。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、燃料中にフューエルＮ分を含む液体燃料を使用しても高負荷燃焼を行うことができ、かつＮＯｘ低減ができ、さらにコンパクト化が可能な液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明による液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置は、
基端部寄りの胴部に燃焼用一次空気が導入される導入口を有する内筒と、この内筒内の先端部に設けられるとともに燃料供給管を介して供給される燃料を下流側に向けて噴出する噴出ノズルと、この噴出ノズルの下流側に配される保炎板と、前記内筒の先端部の外周部に配され、前記内筒との間に燃焼用二次空気を通過させる環状の二次空気供給路を形成する中間筒と、前記中間筒の外周部に配され、前記中間筒との間に燃焼用三次空気を通過させる環状の三次空気供給路を形成する外筒とを備え、
前記内筒の先端外周部に、前記二次空気供給路を介して供給された燃焼用二次空気を前記中間筒の外周方向へ迂回させるフランジ部材を設け、
前記外筒が、前記内筒の外周部から前記中間筒の外周部に亙って設けられる円筒部と、この円筒部の先端部に設けられる截頭円錐筒形状の傾斜板部とを有し、前記中間筒の先端部と前記傾斜板部の先端部との会合部に周方向に所要の間隔を隔てて複数の開口部を設け、前記三次空気供給路を通して供給される燃焼用三次空気を前記傾斜板部の内面に沿わせて流動させるとともに、前記開口部を通して、前記中間筒の軸心方向で、かつ中間筒の下流側へ向けて噴出させることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明によれば、理論燃焼空気量よりも少量の燃焼用一次および二次空気を段階的に供給して多段燃焼させるとともに、燃焼用三次空気を分割噴出させて分割燃焼を行わせているため、急激な燃焼反応を抑制してサーマルＮＯｘの発生を抑制することができる。また、本発明によれば、燃焼用一次空気、燃焼用二次空気による燃焼は、理論燃焼空気量より少ない燃焼であるため、未燃の液滴が燃焼熱によってガス化が促進されるとともに、還元成分を多く含む燃焼ガスとなる。この還元成分の還元作用により、フューエルＮ分を含むＡ重油等が供給された場合でもＮＯｘの発生を抑制することができる。さらに、本発明においては燃焼用一次空気の供給後に燃焼用二次空気を供給することによって燃焼状態を安定化させることができ、煤等の発生を抑えることができる。
【００１５】
また、本発明においては、三次空気供給路内の燃焼用三次空気を、中間筒と傾斜板部の会合部に設けられる複数の開口部から、その傾斜板部の傾きに支配される方向（中間筒の軸心方向でかつ中間筒の下流端よりも下流方向）に分割して噴出させるようにされているため、前記中間筒の下流端近傍で燃焼ガスと燃焼用三次空気とを混合させ分割火炎を発生させることができる。したがって、火炎が下流側に伸び過ぎることがないので小型貫流ボイラ等の高負荷環境下での使用に好適である。また、本発明においては、内筒の外周部の中間筒と傾斜板部の会合部に燃焼用三次空気の会合部が配されているため、噴出ノズルと燃焼用三次空気の排出部（開口部）までの距離を短くし装置全体をコンパクト化することも容易である。
【００１６】
さらに、本発明によれば、内筒の先端外周部にフランジ部材が設けられているので、中間筒内の燃焼用二次空気の流動によってフランジ部材の下流域の負圧領域に火炎が形成されることになり、中間筒内における燃焼状態を安定化させることができ、煤の発生を防止することができる。加えて、燃焼用二次空気は、中間筒の内部上流域において、一旦その外周方向に迂回した後下流側に流動するため、燃焼用二次空気が、燃焼用一次空気の供給の際に生じた燃焼ガスと急激な燃焼反応を起すことがない。そのため、燃焼用二次空気を供給することによる急激な燃焼反応を回避することができる。
【００１７】
本発明において前記外筒の傾斜板部の外周面には、その傾斜板部と所要間隔を隔てて燃焼排ガス再循環用の傾斜板部が設けられるが好ましい。また、前記外筒には、その外筒の外側の燃焼排ガスを前記外筒内に導入して還流させる還流通路が設けられるのが良い。こうすることにより、燃焼排ガスを還流させることができ、急激な燃焼反応をより良好に抑えて、ＮＯｘの発生をさらに抑制することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１には、本発明の第１の実施形態に係る液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置の正面図（ａ）ならびに縦断面図（ｂ）が、図２には図１（ｂ）のＡ−Ａ視断面図がそれぞれ示されている。
【００２０】
本実施形態に係る液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置１は、図示されない送風機からの燃焼空気の供給を側面から受ける箱型構造のウィンドボックス２と、このウィンドボックス２に取り付けられるとともに、その先端部より火炎を下流側に発するバーナ部１０を備えている。
【００２１】
前記バーナ部１０は、円筒状の内筒１１と、この内筒１１の先端部の外周部に設けられる円筒状の中間筒１２と、この中間筒１２の外周部に配される外筒１３と、前記ウィンドボックス２内部でかつ前記内筒１１の外周部に配されるとともに、前記外筒１３の下端に連続するように設けられる第２の外筒１３'を備えている。また、前記内筒１１の内部先端部には、燃料供給管１４を介して供給される液体燃料（灯油、Ａ重油）を下流側に向け噴出する噴出ノズル１５が配されており、前記内筒１１内でかつ前記噴出ノズル１５のやや下流側には、下流側で生じる火炎を良好に保持するための保炎板１６が、内筒１１の内周面から所要の隙間を隔てて配されている（図２参照）。なお、前記保炎板１６は図示されない支持部材によって前記噴出ノズル１５に支持されており、噴出ノズル１５と保炎板１６との間には図示されない点火装置が配されている。
【００２２】
図２に示されるように、前記内筒１１の先端部外周には、環状の固定用プレート１１ａが配されており、前記内筒１１は固定部材１１ａ'を介してその固定用プレート１１ａに支持されている。この固定用プレート１１ａは第１のバーナプレート３の下面に固定され、この第１のバーナプレート３は前記ウィンドボックス２の上部壁面２'の下面に支持されている。また、前記内筒１１の基端部寄りの胴部には、その内筒１１内に燃焼用の空気（燃焼用一次空気）を供給するための複数個の連通口（導入口）１１ｄが円周方向に等ピッチに穿設されている。一方、前記ウィンドボックス２の下部壁面２"の下面には中央部が肉厚にされたスリーブ４が固定されている。このスリーブ４の中央部には内筒１１が挿入され、このスリーブ４の下面に第２のバーナプレート５が固定されることで、前記内筒１１の基端部が支持されている。
【００２３】
前記第１のバーナプレート３は、図１に示されるように前記固定用プレート１１ａが下面に固定される第１の環状プレート３ａと、この第１の環状プレート３ａの外周に同心に配されるとともに、前記ウィンドボックス２の上部壁面２'の下面に固定される第２の環状プレート３ｂと、これら各環状プレート３ａ、３ｂ間の空隙部３ｃに配されて両者を互いに支持する図示されない複数個の支持部材から構成されており、前記第１の環状プレート３ａの上面外周部には前記中間筒１２の下端部が、前記第２の環状プレート３ｂの上面内周部には外筒１３の下端部が、第２の環状プレート３ｂの下面内周部には前記第２の外筒１３'の上端部がそれぞれ固定されている。また、前記第１の環状プレート３ａの内径は前記内筒１１の外径よりも大径にされており、前記内筒１１との間に環状の空隙部が形成されている。そして、この空隙部と、前記固定用プレート１１ａ−内筒１１間に形成される空隙部とによって、第２の外筒１３'−内筒１１間の空気（燃焼用二次空気）を、中間筒１２の上流域に通過させるための二次空気供給路Ｙが形成される。なお、この中間筒１２内に収まる内筒１１の先端外周部にはフランジ部材１１ｃが取り付けられ、前記二次空気供給路Ｙを介して中間筒１２内に供給された燃焼用二次空気を中間筒１２の外周方向へ迂回させるようにされている。
【００２４】
一方、前記外筒１３は、図１に示されるように、前記第２の環状プレート３ｂに固定される円筒部１３ａと、この円筒部１３ａの先端部に設けられる截頭円錐筒形状の傾斜板部１３ｂから構成されている。また、その傾斜板部１３ｂの先端部と前記中間筒１２の先端部との会合部には複数個の開口部１８が所要の間隔を隔てて形成されている。こうして、前記外筒１３−中間筒１２間の環状空間（三次空気供給路Ｚ）内の空気（燃焼用三次空気）を傾斜板部１３ｂの内面に沿って流動させ、前記各開口部１８から前記傾斜板部１３ｂの傾斜角に支配される方向（中間筒１２の軸心方向で、かつ中間筒１２の下流端よりも下流側）に噴出するようにされている。また、前記第２の外筒１３'の下端部はウィンドボックス２内で前記スリーブ４の近傍位置で開口されており、前記内筒１１の連通口１１ｄを自身の内部空間に収めるようにされている。これによってウィンドボックス２の側方から供給される燃焼空気を均一化して下流に供給するようにされている。
【００２５】
前記液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置１においては、後述の段階燃焼および分割燃焼を発生させるために、全空気量の２〜８％の燃焼空気（燃焼用一次空気）を内筒１１内部に供給し、２０〜３５％の燃焼空気（燃焼用二次空気）を二次空気供給路Ｙに、６０〜８５％の燃焼空気（燃焼用三次空気）を三次空気供給路Ｚにそれぞれ分配するのが好ましく、本実施形態においては、５．５％、３１．５％、６３．０％の燃焼空気が内筒１１内部、二次空気供給路Ｙ、および三次空気供給路Ｚにそれぞれ分配供給するようにされている。また、全体燃焼空気量は空気過剰率１．２〜１．４に設定されている。
【００２６】
このように構成される液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置１によれば、噴出ノズル１５から下流側に向け噴出され、図示されない点火装置により点火された液体燃料は、燃焼用一次空気（矢印ａ、ｂ参照；全体の５．５％）の供給を受けて燃料過剰な状態で燃焼した後、前記第２の外筒１３'内から二次空気供給路Ｙを介して中間筒１２内に排出される燃焼用二次空気（矢印ｆ、ｇ；全体の３１．５％）の供給を受けて燃焼する。ここで、前記燃焼用一次および二次空気は、全体供給量に比して少量（全体空気量に対して、合計３７．０％）であり、また全体の燃焼空気量は空気過剰率１．２〜１．４であるので、燃焼用一次空気および二次空気を合わせても理論空気量より少量である。したがって、噴出ノズル１５より噴出される液体燃料は、前記燃焼用一次および二次空気が供給された際、燃料過剰状態となり還元炎を発して燃焼する。また、燃料過剰な状態となるため、未燃の液滴が生じるが、この液滴は燃焼用一次空気が供給された際の燃焼に伴ない発生する燃焼熱および、燃焼用二次空気が供給された際に生じる燃焼熱によってガス化が促進され、還元成分をはじめ燃焼中間生成物を多く含んだ燃焼ガスとなる。そして、前記各開口部１８から、全空気量の６３％の燃焼用三次空気を分割して排出し、その燃焼ガスを空気過剰状態で燃焼させ前記還元炎との境界が明確に区別される酸化炎を発生させる。こうして、燃焼用三次空気の供給によって生じる酸化炎と、燃焼用一次、二次空気の供給によって生じる還元炎とが円周方向に交互にあらわれる分割火炎を形成する。この分割火炎は次第に下流側に拡散して、その燃焼を完結する。
【００２７】
本実施形態に係る液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置１によれば、液体燃料に対して理論燃焼用空気よりも少量の燃焼用一次、二次空気を供給して還元炎を発生させるとともに、その際に生じる燃焼ガスに燃焼用三次空気を分割供給することで、多段燃焼・分割燃焼させるため、燃焼のピーク温度を抑制して急激な燃焼反応を抑制しサーマルＮＯｘの発生を抑制することができる。加えて、前記燃焼用一次および二次空気の供給に伴ない生じる燃焼ガス中の還元成分によるＮＯｘの還元作用によってＮＯｘの発生を大幅に抑制することが可能である。そのため、Ａ重油等のフューエルＮ分を含有する液体燃料を使用した場合であっても、ＮＯｘの発生を良好に抑制することができる。また、燃焼用一次空気および二次空気が供給された際に生じる燃焼熱によって、液滴のガス化が複数回促進されることになるので、未燃の油分が発生し難いという効果もある。
【００２８】
また、本実施形態においては中間筒１２内の燃焼用二次空気の流動（矢印ｆ、ｇ参照）によって前記フランジ部材１１ｃの下流域の負圧領域に火炎が形成されるので、中間筒１２内における燃焼状態を安定化させることができ、煤の発生を防止することができる。加えて、前記燃焼用二次空気は、前記中間筒１２の内部上流域において、一旦その外周方向に迂回した後下流側に流動するため、燃焼用二次空気が、燃焼用一次空気の供給の際に生じた燃焼ガスと急激な燃焼反応を起すことがない。そのため、燃焼用二次空気を供給することによる急激な燃焼反応を回避することができる。
【００２９】
さらに、本実施形態において、三次空気供給路Ｚを構成する外筒の下流端には傾斜板部１３ｂが設けられているため、前記燃焼用三次空気は、前記中間筒１２の下流端と傾斜板部１３ｂの下流端との会合部に設けられる複数個の各開口部１８から傾斜板部１３ｂの傾斜角に支配される方向（中間筒１２の中心軸方向で、かつ中間筒１２の下流端よりも下流方向）に分割して排出され（矢印ｅ参照）、中間筒１２の下流端近傍で燃焼用三次空気と燃焼ガスが混合し燃焼する。そのため、火炎が下流側に伸び難く、ボイラの燃焼室の壁面等に直接接触し難い。したがって、小型貫流ボイラ等の高負荷環境下に使用するのに好適である。
【００３０】
なお、本実施形態において、前記傾斜板部１３ｂの円筒部１３ａに対する傾斜角θは２５〜５５°の範囲とするのが好ましく、より好ましくはθ＝３０〜５０°とするのが良い。傾斜角θを２５°以下にすると内筒１１の下流側に高温領域が形成されてＮＯｘの発生要因になるとともに、炎が下流側に過度に伸びてボイラの燃焼室の壁面、管材等に接触する恐れがあるので好ましくなく、傾斜角θを５５°以上にすると、開口部１８付近で燃焼ガスと燃焼用三次空気との急激な燃焼反応が発生して、やはりＮＯｘの発生が増加する恐れがあるので好ましくない。また、前記噴出ノズル１５に対する各開口部１８の高さＨは、前記中間筒１２の内径Ｄ以下であるのが好ましく、本実施形態においては内径Ｄの約０．７倍である。高さＨが大き過ぎると、つまり噴出ノズル１５から各開口部１８までの距離を長くし過ぎると、中間筒１２内における燃料過剰状態での燃焼時間が長くなってその燃焼状態が不安定になる恐れがあり、加えて、中間筒１２の内周面に火炎が直接接触して煤等の発生の要因になるので好ましくない。なお、本実施形態においては、フランジ部材１１ｃの下流域に負圧領域を形成できるように、フランジ部材１１ｃの外周方向の幅を、前記二次空気供給路Ｙの半径方向の幅と同一またはやや大きくなるように設定した。
【００３１】
次に、高負荷燃焼下における適性と、液体燃料を使用した際のＮＯｘの抑制効果を確認するために、本実施形態に係る液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置１を炉負荷５．２３ＭＷ／ｍ^３（４５０万ｋｃａｌ／ｍ^３ｈ）で、圧力０．７ＭＰａの小型貫流ボイラの燃焼室に設置し、燃料としてＡ重油（含有Ｎ分０．０２ｗｔ％）を噴出ノズル１５に供給した際の燃焼特性を調べた。以下、液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置１の燃焼特性について図３を参照しつつ説明する。
【００３２】
図３には、第１実施形態に係る液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置１を前述の小型貫流ボイラの燃焼室に設置し、かつ液体燃料（Ａ重油）を燃料として供給した際の燃焼特性図が示されている。図中“定格燃焼ＮＯｘ”および、“定格燃焼ＣＯ”で表される曲線は、それぞれ定格燃焼（燃焼量１１０．１ｋｇ／ｈ）時におけるＮＯｘの発生量および、定格燃焼時のＣＯの発生量を示す曲線であり、また、“低燃焼ＮＯｘ”および“低燃焼ＣＯ”で表される曲線は、それぞれ低燃焼時（燃焼量５５．０ｋｇ／ｈ）でのＮＯｘの発生量および、低燃焼時でのＣＯの発生量を示すものである。さらに、曲線“定格燃焼ＳＳ”で表される曲線は定格燃焼の際のスモークスケールＮＯを示すものであり、曲線“低燃焼ＳＳ”は低燃焼時におけるスモークスケールＮＯを示す曲線である。ここで、スモークスケールＮＯは、燃焼ガス中の煤の量を表すのに使用される。また、同図において横軸は煙道における排ガス中の残存Ｏ_２％である。
【００３３】
図３の“定格燃焼ＮＯｘ”および“低燃焼ＮＯｘ”で表される曲線が示すように、本実施形態に係る液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置１は、過剰空気になる程ＮＯｘの発生量が低減するという特性を示す。これは、ガス燃料を空気と混合して燃焼させた際に見られる特性と同じである。また、通常ボイラの煙道内には４〜６％の残存Ｏ_２が含まれているが、その範囲内におけるＮＯｘの発生量は、定格燃焼時で５０台半ば〜６０台後半（ｐｐｍ）であり、低燃焼時で５０台後半〜６０台後半（ｐｐｍ）である（Ｏ_２＝０％換算）。この値はガス燃料を使用した場合に示す値と略等しく、十分に低い値であると言える。このように本実施形態における液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置１は、小型貫流ボイラで使用され、しかもフューエルＮ分を含有するＡ重油が燃料とされた場合であっても、ガス燃料並みにＮＯｘの抑制を図ることができるので、高負荷環境下での使用に十分に適応できるものと言える。なお、低燃焼時においてはＮＯｘの発生の変化率が定格燃焼時よりもやや緩やかであるが、これは、空気流速の低下によるものと考えられる。
【００３４】
次に、本発明の第２実施形態に係る液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置について説明する。なお、以下の説明において、先の実施形態と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３５】
図４には、本発明の第２の実施形態に係る液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置の正面図（ａ）および縦断面図（ｂ）がそれぞれ示されている。
【００３６】
本実施形態に係る液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置１Ａのバーナ部１０Ａは、内筒１１、中間筒１２、外筒１３、第２の外筒１３'および前記外筒１３の傾斜板部１３ｂの外周部に所要間隔を隔てて固定される截頭円錐筒状の再循環円錐板２０を備えて構成されている。この再循環円錐板２０は、前記傾斜板部１３ｂと略平行に配されており、その内径は傾斜板部１３ｂの先端部の内径よりもやや大径に形成され、その外径は円筒部１３ａの外径よりやや小径に形成されている。また、前記再循環円錐板２０と傾斜板部１３ｂとの間の空隙部には、複数個の支持部材２１が円周方向に配されており、それによって再循環円錐板２０を傾斜板部１３ｂに支持するようにされている。そして、前記再循環円錐板２０、傾斜板部１３ｂによって囲まれる空間によって、燃焼室内での燃焼に伴ない生じる燃焼排ガスを環流させるための還流通路Ｗが形成されている。なお、本実施形態において、内筒１１、中間筒１２、外筒１３の形状および、燃焼用一次〜三次空気の分配比率は先の実施形態と同様である。
【００３７】
このように構成される液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置１Ａによれば、燃焼に伴ない発生したバーナ部１０Ａ外部の燃焼排ガスの一部を、その直前における燃焼排ガス（矢印ｊ参照）の噴出による負圧を利用して、還流通路Ｗの上流側の入口ｋから還流経路Ｗ内に導入して出口ｍから噴出（矢印ｊ参照）させ、その噴出された燃焼排ガスを燃焼ガスと同伴させ、下流側での燃焼を継続させるようにされている。こうすることで、不活性ガスを含む燃焼排ガスを燃焼用三次空気と共に燃焼ガスに供給することになるので、燃焼状態を緩慢化することができＮＯｘの発生をより一層抑制することができる。なお、本実施形態においては、このような還流通路Ｗを設けて燃焼排ガスを還流させることにより、第１の実施形態の装置１に対して９．８％の低ＮＯｘ化を実現することができた。
【００３８】
本実施形態において、図５に示されるように、外筒１３Ａの円筒部１３ａの途中から先端に至る範囲を前記傾斜板部１３ｂより緩やかな角度で内周方向に向け傾斜させて傾斜板部１３ａ"とし、外筒１３Ａ−中間筒１２間に形成される三次空気供給路Ｚ'と外筒１３Ａの外部空間とを互いに連通させ、外筒１３Ａ外部の燃焼排ガスを外筒１３Ａ内に導入して還流させるようにした液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置１Ｂとすることもできる。このような装置１Ｂであっても前記第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。この場合、三次空気供給路Ｚ'内に複数個の仕切り板２５を放射状に、かつ各開口部１８の両側部に配置し、その供給路Ｚ'を中間筒１２内に連通する部分と連通しない部分とに円周方向に区画するのが好ましい。
【００３９】
このように構成される液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置１Ｂによれば、燃焼により生じるバーナ部１０Ｂ外部の燃焼排ガスの一部を、傾斜板部１３ｂ、１３ａ"、仕切り板２５、２５に囲まれた空間（還流通路Ｗ'）を通過させて（矢印ｊ'参照）、燃焼用三次空気供路Ｚ'内で燃焼用三次空気と互いに混合させた後、その燃焼用三次空気と共に各開口部１８から下流側の燃焼ガスに向けて排出するため（矢印ｅ'参照）、急激な燃焼反応を抑制することができ、ＮＯｘの発生を抑えることができる。なお、上流側の傾斜板部１３ａ"は、下流側の傾斜板部１３ｂよりも緩やかな角度で内周方向に傾斜することから、還流通路Ｗ'の入口側の断面積が出口側の断面積より広くなり、三次空気供給路Ｚ'内の燃焼ガスおよび燃焼用三次空気が外筒１３Ａの外部空間に向け逆流することがない。
【００４０】
また、前記各実施形態においては、外筒１３（１３Ａ）の先端および中間筒１２の先端と会合部に複数個の開口部１８を設け、それによって、前記燃焼用三次空気を下流側に分割供給するようにされているが、例えば、図６に示されるように、円環状の環状部材２７を前記中間筒１２の先端部に固定し、その環状部材２７に複数個の開口部１８'を水平方向にかつ、円周方向に等ピッチに設け、それよって燃焼用三次空気通過路Ｚを複数の通路に分割する等、他の方式を採用することができる。このようにした場合であっても、多段燃焼・分割燃焼によってＮＯｘの発生を抑制することができるとともに、傾斜板部１３ｂの傾斜角に支配される方向に燃焼用三次空気を排出して、分割火炎を外筒１３の下流端近傍位置に発生させ、火炎が下流側に伸び過ぎるのを防止することが可能である。
【００４１】
前記各実施形態においては、燃焼用三次空気通過路Ｚ（Ｚ'）に複数個の開口部１８（１８'）を設けて、燃焼用三次空気を分割して下流側に供給するように構成されているが、開口部１８（１８'）の個数すなわち、燃焼用三次空気の分割数を必要に応じて増減させることも勿論可能である。しかしながら、燃焼用三次空気を三分割以下に分割して下流側に供給した場合良好な分割炎を発生させるのが難しく、九分割以上に分割して供給した場合であっても同様に良好な分割炎を得ることが難しい。したがって、四〜八個の開口部１８（１８'）を三次空気供給路Ｚ（Ｚ'）に設け、燃焼用三次空気を四〜八分割して下流側に供給するのが好ましい。
【００４２】
また、前記各実施形態においては、燃焼用二次空気を迂回させるために、内筒１１の先端部にフランジ状のフランジ部材１１ｃを取り付けたが、燃焼用二次空気を迂回させることができ、中間筒１２内に火炎を安定させる負圧領域を形成できるものであれば、例えば、孔を有する物や外縁部が凸凹状にされたもの等、異なる形状のものを使用することが可能である。
【００４４】
前記各実施形態においては、円筒状の内筒１１、中間筒１２および、円筒状の円筒部１３ａを有する外筒１３を用いたが、円筒状のものに限定する必要はなく、例えば、多角筒状のものを用いることも可能である。また、送風機から供給される燃焼空気を均一化することができるのであれば、第２の外筒１３'の配置数・配置位置等を必要に応じて任意に変更することができる。また、中間筒１２の胴部に開口部を設け、三次空気供給路Ｚ内の燃焼空気の一部をその隙間から中間筒１２内に供給した場合であっても、火炎の短炎化を図ることができる。また、中間筒１２、外筒１３を小径化する等の方法よって装置のコンパクト化を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置の正面図（ａ）および縦断面図（ｂ）である。
【図２】図２は、図１（ｂ）のＡ−Ａ視断面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置の燃焼特性図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係る液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置の正面図（ａ）および縦断面図（ｂ）である。
【図５】図５は、外筒内に燃焼ガスを導入するように構成された液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置の正面図（ａ）ならびに縦断面図（ｂ）である。
【図６】図６は、中間筒の先端部に固定した環状部材に、複数個の開口部を水平方向にかつ等ピッチに設けた液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置の横断面図（ａ）ならびに縦断面図（ｂ）である。
【図７】図７は、従来装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１、１Ａ、１Ｂ液体燃料低ＮＯｘ燃焼装置
２ウィンドボックス
１１内筒
１１ａ固定用プレート
１１ｃフランジ部材
１１ｄ連通口
１２中間筒
１３、１３Ａ、１３Ｂ外筒
１３' 第２の外筒
１３ｂ、１３ａ" 傾斜板部
１４燃料供給管
１５噴出ノズル
１６保炎板
１８、１８' 開口部
２０再循環円錐板
２１支持部材
２５仕切り板
２７分割板
Ｗ、Ｗ' 還流通路
Ｙ二次空気供給路
Ｚ、Ｚ' 三次空気供給路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid fuel low NOx combustion apparatus capable of suppressing NOx generated with combustion.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to suppress NOx generated with combustion, a combustion apparatus using a gaseous fuel not containing fuel N has been put to practical use. Although this type of combustion device has the advantage that it can easily suppress the generation of combustion NOx because it uses a gaseous fuel that is easy to control the flame and does not contain fuel N, it is an expensive gas. Since fuel is used, there is a problem that running costs are high.
[0003]
Therefore, in order to suppress the running cost, a liquid fuel low NOx combustion apparatus that uses a liquid fuel that is difficult to suppress NOx but uses a relatively low cost and can reduce the amount of NOx generated when this type of liquid fuel is burned. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-5-296411
[0005]
  The nitrogen oxide reduction burner described in Patent Document 1 (hereinafter referred to as “conventional device 100”)FIG.As shown in FIG. 2, the end wall 102a of the combustion chamber 102 is attached. In this conventional apparatus 100, a fuel spray nozzle 105 and an ignition electrode 106 are disposed in a burner throat 104 provided at the center of the end furnace wall 102a. Is arranged. A first wind box 110 is disposed on the lower surface side of the end furnace wall 102a, and the primary air 112 is smaller than the theoretical combustion air amount (0.1 to 0.6 times the theoretical combustion air amount). The fuel is supplied into the combustion chamber 102 on the downstream side through the burner throat 104. Here, the primary air 112 is mixed with the fuel (kerosene) sprayed from the fuel spray nozzle 105 and combusted in the central portion on the upstream side of the combustion chamber 102 to form a primary combustion portion 114. Further, on the outer periphery of the burner throat 104, a plurality of air ejection nozzles 116 for ejecting secondary air 118 from the second window box 117 disposed on the outer periphery of the first window box 110 into the combustion chamber 102. Is arranged. Each of these air ejection nozzles 116... Prevents the secondary air 118 ejected from each air ejection nozzle 116 from interfering with each other on the upstream side of the combustion chamber 102, and the secondary air in the central direction of the combustion chamber 102. In a state of being inclined by an inclination angle θ in the direction of the central axis of the combustion chamber 102 so as to be ejected, they are arranged at a necessary interval in the circumferential direction. In the figure, reference numeral 113 is a damper for controlling the air supply amount to the first window box 110, and reference numeral 119 is a damper for controlling the air supply amount to the second window box 117. is there.
[0006]
According to the conventional apparatus 100 configured as described above, in the primary combustion section 114 where the primary air 112 and the fuel are mixed and burned with each other, the supply amount of the primary air 112 is 0.1 to 0. Since it is 6, a reducing flame is generated, and unburned droplets are gasified and combustion gas is generated by the combustion heat generated at that time. On the other hand, secondary air 118 ejected from the air ejection nozzles 116 is ejected on the outer peripheral portion of the primary combustion unit 114, and this secondary air 118 reacts rapidly with the reducing flame of the primary combustion unit 114. It does not occur, burns mixed with the combustion gas, can be clearly distinguished from the reducing flame, and forms an oxidizing flame around the reducing flame that bites into the reducing flame. A split flame with a large boundary area is generated. Thus, the generation of NOx is suppressed by increasing the boundary area between the reducing flame and the oxidizing flame and by the reducing action of the reducing flame. The oxidation flame and the reduction flame are diffused downstream to complete the combustion.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in such a conventional apparatus 100, the supply amount of primary air is set to 0.1 to 0.6 of the theoretical combustion air amount, and the remainder is ejected from each of the air ejection nozzles 116. However, it is said that the lower the amount of primary air supplied, the lower the amount of NOx generated. However, according to the conventional apparatus 100, since the secondary air is supplied to the downstream side of the primary combustion unit 114, if the primary air amount is too small, the flame in the primary combustion unit 114 is in an air shortage state. , The combustion state becomes unstable, and soot (vapor phase deposition) may be generated. Therefore, there is a limit in reducing NOx at a practical level, and there is a problem that liquid fuel containing fuel N (for example, A heavy oil) cannot be used. In addition, since the secondary air is mixed downstream of the primary combustion section 114, the flame itself becomes long and contact with the furnace wall occurs, which is unsuitable for use in a high load environment. Yes (furnace load 2 million kcal / m³h is the limit). Furthermore, since the secondary air spray nozzle 116 is provided on the end furnace wall 102a and at a position away from the burner throat 104, there is a problem that the burner itself becomes large.
[0008]
The present invention has been made to solve such problems. Even when a liquid fuel containing fuel N in the fuel is used, high-load combustion can be performed, and NOx can be reduced. An object of the present invention is to provide a liquid fuel low NOx combustion apparatus that can be made compact.
[0009]
[Means for solving the problems and actions / effects]
  In order to achieve the above object, a liquid fuel low NOx combustion apparatus according to the present invention comprises:
  An inner cylinder having an introduction port through which primary combustion air is introduced into a barrel portion near the base end portion, and a fuel that is provided at a distal end portion in the inner cylinder and that is supplied via a fuel supply pipe is directed downstream. Are disposed on the outer peripheral portion of the front end portion of the inner cylinder, and allows the combustion secondary air to pass between the inner cylinder and the flame holding plate disposed on the downstream side of the ejection nozzle. An intermediate cylinder that forms an annular secondary air supply path; and an outer cylinder that is disposed on the outer periphery of the intermediate cylinder and that forms an annular tertiary air supply path that allows combustion tertiary air to pass between the intermediate cylinder and the intermediate cylinder. With
  Provided at the outer periphery of the tip of the inner cylinder is a flange member that bypasses the secondary air for combustion supplied via the secondary air supply path in the outer peripheral direction of the intermediate cylinder,
  The outer cylinder has a cylindrical part provided from the outer peripheral part of the inner cylinder to the outer peripheral part of the intermediate cylinder, and a truncated conical cylindrical inclined plate part provided at the tip of the cylindrical part. A plurality of openings are provided in the meeting portion between the distal end portion of the intermediate cylinder and the distal end portion of the inclined plate portion at a predetermined interval in the circumferential direction, and the combustion tertiary air supplied through the tertiary air supply path is provided. It is made to flow along the inner surface of the inclined plate part, and is ejected through the opening part in the axial direction of the intermediate cylinder and toward the downstream side of the intermediate cylinder.
[0014]
  According to the present invention, the primary and secondary air for combustion is smaller than the theoretical amount of combustion air.Step by stepSupplyAnd burning in multiple stages,Combustion tertiary airSince the split combustion is performed by split jetting, the rapid combustion reaction is suppressed.Generation of thermal NOx can be suppressed. Further, according to the present invention, the combustion by the primary combustion air and the secondary combustion air is combustion less than the theoretical combustion air amount, so that the gasification of the unburned droplets is promoted by the combustion heat, The combustion gas contains a large amount of reducing components. Due to the reducing action of this reducing component, it is possible to suppress the generation of NOx even when A heavy oil containing fuel N or the like is supplied. Furthermore, in the present invention, the combustion state is stabilized by supplying the secondary air for combustion after the supply of the primary air for combustion.LetAnd generation of wrinkles can be suppressed.
[0015]
  Further, in the present invention, the combustion tertiary air in the tertiary air supply passage is directed from the plurality of openings provided at the meeting portion between the intermediate cylinder and the inclined plate portion (in the direction governed by the inclination of the inclined plate portion). Divided in the axial direction of the cylinder and downstream of the downstream end of the intermediate cylinder)EruptTherefore, it is possible to generate a divided flame by mixing the combustion gas and the tertiary air for combustion in the vicinity of the downstream end of the intermediate cylinder. Therefore, since the flame does not extend too far downstream, it is suitable for use in a high load environment such as a small once-through boiler. Further, in the present invention, since the meeting part of the combustion tertiary air is arranged at the meeting part of the intermediate cylinder and the inclined plate part of the outer peripheral part of the inner cylinder, the ejection nozzle and the discharging part (opening part) of the combustion tertiary air are arranged. It is also easy to make the entire apparatus compact by shortening the distance to).
[0016]
  further,In the present inventionAccording toOn the outer periphery of the tip of the inner cylinderFA lunge member is provided.BecauseA flame is formed in the negative pressure region downstream of the flange member by the flow of the secondary air for combustion in the intermediate cylinder.It will beThe combustion state in the intermediate cylinder can be stabilized, and soot generation can be prevented. In addition, since the secondary air for combustion flows once downstream in the inner upstream region of the intermediate cylinder and then flows downstream, the secondary air for combustion is generated when the primary air for combustion is supplied. It does not cause a sudden combustion reaction with the combustion gas. Therefore, a rapid combustion reaction caused by supplying the secondary air for combustion can be avoided.
[0017]
  BookIn the present invention, it is preferable that an inclined plate portion for recirculating combustion exhaust gas is provided on the outer peripheral surface of the inclined plate portion of the outer cylinder at a required distance from the inclined plate portion..The outer cylinder may be provided with a recirculation passage for introducing and recirculating combustion exhaust gas outside the outer cylinder into the outer cylinder..By doing so, the combustion exhaust gas can be recirculated, the rapid combustion reaction can be better suppressed, and the generation of NOx can be further suppressed.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, specific embodiments of the liquid fuel low NOx combustion apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
FIG. 1 is a front view (a) and a longitudinal sectional view (b) of the liquid fuel low NOx combustion apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view taken along line AA in FIG. Cross-sectional views are shown respectively.
[0020]
A liquid fuel low-NOx combustion apparatus 1 according to the present embodiment includes a box-type structure windbox 2 that receives combustion air supply from a blower (not shown) from the side surface, and is attached to the windbox 2, and a flame from its front end. Is provided with a burner portion 10 that emits the gas downstream.
[0021]
The burner portion 10 includes a cylindrical inner cylinder 11, a cylindrical intermediate cylinder 12 provided on the outer peripheral portion of the tip of the inner cylinder 11, and an outer cylinder 13 disposed on the outer peripheral portion of the intermediate cylinder 12. The second outer cylinder 13 ′ is provided inside the window box 2 and on the outer peripheral portion of the inner cylinder 11, and is provided to be continuous with the lower end of the outer cylinder 13. Further, a jet nozzle 15 for jetting liquid fuel (kerosene, A heavy oil) supplied via a fuel supply pipe 14 toward the downstream side is disposed at the inner tip of the inner cylinder 11. 11 and on the slightly downstream side of the ejection nozzle 15, a flame holding plate 16 for favorably holding a flame generated on the downstream side is disposed with a necessary gap from the inner peripheral surface of the inner cylinder 11. (See FIG. 2). The flame holding plate 16 is supported by the jet nozzle 15 by a support member (not shown), and an ignition device (not shown) is disposed between the jet nozzle 15 and the flame holding plate 16.
[0022]
  As shown in FIG. 2, an annular fixing plate 11a is arranged on the outer periphery of the distal end portion of the inner cylinder 11, and the inner cylinder 11 is supported by the fixing plate 11a via a fixing member 11a '. Has been. The fixing plate 11 a is fixed to the lower surface of the first burner plate 3, and the first burner plate 3 is supported on the lower surface of the upper wall surface 2 ′ of the window box 2. Further, a plurality of communication ports for supplying combustion air (combustion primary air) into the inner cylinder 11 in the body portion near the base end of the inner cylinder 11(Introduction port)11d is formed at equal pitches in the circumferential direction. On the other hand, a sleeve 4 having a thick central portion is fixed to the lower surface of the lower wall surface 2 ″ of the window box 2. An inner cylinder 11 is inserted into the central portion of the sleeve 4, and the sleeve 4 The base end portion of the inner cylinder 11 is supported by fixing the second burner plate 5 to the lower surface.
[0023]
As shown in FIG. 1, the first burner plate 3 is arranged concentrically on a first annular plate 3a on which the fixing plate 11a is fixed to the lower surface, and on the outer periphery of the first annular plate 3a. In addition, a second annular plate 3b fixed to the lower surface of the upper wall surface 2 'of the window box 2 and a plurality of unillustrated members arranged in the gap 3c between the annular plates 3a and 3b and supporting each other. The lower end of the intermediate cylinder 12 is provided on the outer peripheral portion of the upper surface of the first annular plate 3a, and the lower end of the outer cylinder 13 is provided on the inner peripheral portion of the upper surface of the second annular plate 3b. The upper end portion of the second outer cylinder 13 'is fixed to the inner peripheral portion of the lower surface of the second annular plate 3b. Further, the inner diameter of the first annular plate 3 a is larger than the outer diameter of the inner cylinder 11, and an annular gap is formed between the inner cylinder 11. The air between the second outer cylinder 13 ′ and the inner cylinder 11 (combustion secondary air) is intermediated by this gap and the gap formed between the fixing plate 11 a and the inner cylinder 11. A secondary air supply path Y for passing through the upstream region of the cylinder 12 is formed. A flange member 11c is attached to the outer periphery of the tip of the inner cylinder 11 that fits in the intermediate cylinder 12, and intermediate combustion secondary air supplied into the intermediate cylinder 12 via the secondary air supply path Y is intermediated. The tube 12 is detoured in the outer peripheral direction.
[0024]
On the other hand, as shown in FIG. 1, the outer cylinder 13 includes a cylindrical portion 13a fixed to the second annular plate 3b, and a truncated conical cylindrical inclined plate provided at the tip of the cylindrical portion 13a. It consists of part 13b. In addition, a plurality of openings 18 are formed at a required interval at the meeting portion between the tip of the inclined plate portion 13b and the tip of the intermediate cylinder 12. In this way, air (combustion tertiary air) in the annular space (tertiary air supply passage Z) between the outer cylinder 13 and the intermediate cylinder 12 flows along the inner surface of the inclined plate portion 13b, and the opening 18 It is ejected in a direction governed by the inclination angle of the inclined plate portion 13b (in the axial direction of the intermediate cylinder 12 and downstream of the downstream end of the intermediate cylinder 12). Further, the lower end portion of the second outer cylinder 13 'is opened in the window box 2 at a position near the sleeve 4, and the communication port 11d of the inner cylinder 11 is accommodated in its own internal space. Yes. Thus, the combustion air supplied from the side of the wind box 2 is made uniform and supplied downstream.
[0025]
In the liquid fuel low NOx combustion apparatus 1, in order to generate stage combustion and split combustion, which will be described later, 2-8% of combustion air (primary air for combustion) is supplied to the inside of the inner cylinder 11, It is preferable to distribute 20 to 35% combustion air (combustion secondary air) to the secondary air supply path Y and 60 to 85% combustion air (combustion tertiary air) to the tertiary air supply path Z, In this embodiment, 5.5%, 31.5%, and 63.0% of combustion air is distributed and supplied to the inside of the inner cylinder 11, the secondary air supply path Y, and the tertiary air supply path Z, respectively. ing. The total combustion air amount is set to an air excess ratio of 1.2 to 1.4.
[0026]
According to the liquid fuel low NOx combustion apparatus 1 configured as described above, the liquid fuel that is ejected downstream from the ejection nozzle 15 and ignited by an ignition device (not shown) is the primary combustion air (see arrows a and b). Combustion after being supplied with 5.5% of the entire fuel and combusting in an excess fuel state, and then discharged into the intermediate cylinder 12 from the second outer cylinder 13 'through the secondary air supply path Y Combustion is received by supplying secondary air (arrows f and g; 31.5% of the total). Here, the primary and secondary air for combustion is a small amount (37.0% in total with respect to the total air amount) compared to the total supply amount, and the total combustion air amount is an excess air ratio of 1. Since it is 2 to 1.4, even if the primary air for combustion and the secondary air are combined, the amount is smaller than the theoretical air amount. Therefore, when the primary and secondary air for combustion is supplied, the liquid fuel ejected from the ejection nozzle 15 becomes a fuel excess state and emits a reducing flame and burns. In addition, since the fuel is in an excess state, unburned droplets are generated. These droplets are supplied with combustion heat generated when combustion primary air is supplied and secondary combustion air. Gasification is promoted by the combustion heat generated at the time, and the combustion gas contains a large amount of combustion intermediate products including reducing components. Then, each of the openings 18 divides and discharges 63% of the combustion tertiary air of the total air amount, burns the combustion gas in an excess air state, and clearly distinguishes the boundary with the reducing flame. Generate a flame. In this way, a divided flame is formed in which an oxidation flame generated by supplying combustion tertiary air and a reducing flame generated by supplying combustion primary and secondary air alternately appear in the circumferential direction. This divided flame gradually diffuses downstream to complete its combustion.
[0027]
According to the liquid fuel low-NOx combustion apparatus 1 according to the present embodiment, the primary and secondary air for combustion are supplied to the liquid fuel in a smaller amount than the theoretical combustion air to generate a reducing flame. By dividing and supplying tertiary air for combustion to the generated combustion gas, multi-stage combustion / divided combustion is performed, so that it is possible to suppress the peak temperature of combustion, suppress a rapid combustion reaction, and suppress the generation of thermal NOx. In addition, it is possible to greatly suppress the generation of NOx by the reducing action of NOx by the reducing components in the combustion gas that are generated when the primary and secondary air for combustion are supplied. Therefore, even when a liquid fuel containing fuel N such as A heavy oil is used, generation of NOx can be satisfactorily suppressed. Moreover, since the gasification of the droplets is promoted a plurality of times by the combustion heat generated when the primary air for combustion and the secondary air are supplied, there is an effect that unburned oil is hardly generated.
[0028]
In the present embodiment, a flame is formed in the negative pressure region downstream of the flange member 11c by the flow of the combustion secondary air in the intermediate tube 12 (see arrows f and g). The combustion state in can be stabilized, and soot generation can be prevented. In addition, since the secondary air for combustion flows once downstream in the inner upstream region of the intermediate cylinder 12 and then flows downstream, the secondary air for combustion is supplied to the primary air for combustion. There is no sudden combustion reaction with the combustion gas generated during the process. Therefore, a rapid combustion reaction caused by supplying the secondary air for combustion can be avoided.
[0029]
Furthermore, in this embodiment, since the inclined plate part 13b is provided in the downstream end of the outer cylinder which comprises the tertiary air supply path Z, the said combustion tertiary air is the downstream end of the said intermediate cylinder 12, and an inclined plate. A direction (in the direction of the central axis of the intermediate cylinder 12 and from the downstream end of the intermediate cylinder 12) that is governed by the inclination angle of the inclined plate section 13b from the plurality of openings 18 provided at the meeting point with the downstream end of the section 13b (Refer to the arrow e), the combustion tertiary air and the combustion gas are mixed and burned in the vicinity of the downstream end of the intermediate cylinder 12. Therefore, it is difficult for the flame to extend downstream, and it is difficult to directly contact the wall surface of the combustion chamber of the boiler. Therefore, it is suitable for use in a high load environment such as a small once-through boiler.
[0030]
In the present embodiment, the inclination angle θ of the inclined plate portion 13b with respect to the cylindrical portion 13a is preferably in the range of 25 to 55 °, and more preferably θ = 30 to 50 °. When the inclination angle θ is set to 25 ° or less, a high temperature region is formed on the downstream side of the inner cylinder 11 and becomes a cause of NOx generation, and the flame extends excessively on the downstream side and comes into contact with the wall of the combustion chamber of the boiler, pipes, etc If the inclination angle θ is set to 55 ° or more, a rapid combustion reaction between the combustion gas and the tertiary air for combustion occurs in the vicinity of the opening 18, and the generation of NOx may also increase. This is not preferable. Further, the height H of each opening 18 with respect to the ejection nozzle 15 is preferably equal to or less than the inner diameter D of the intermediate cylinder 12, and is about 0.7 times the inner diameter D in this embodiment. If the height H is too large, that is, if the distance from the ejection nozzle 15 to each opening 18 is too long, the combustion time in the excessive fuel state in the intermediate cylinder 12 becomes long and the combustion state becomes unstable. In addition, there is a fear, and in addition, the flame directly contacts the inner peripheral surface of the intermediate cylinder 12, which causes generation of soot and the like. In the present embodiment, the outer circumferential width of the flange member 11c is equal to or slightly the same as the radial width of the secondary air supply path Y so that a negative pressure region can be formed in the downstream area of the flange member 11c. It set so that it might become large.
[0031]
Next, in order to confirm the suitability under high load combustion and the NOx suppression effect when liquid fuel is used, the liquid fuel low NOx combustion apparatus 1 according to this embodiment is provided with a furnace load of 5.23 MW / m.³(4.5 million kcal / m³h), the combustion characteristics when the fuel was installed in the combustion chamber of a small once-through boiler having a pressure of 0.7 MPa and A heavy oil (containing N: 0.02 wt%) was supplied as the fuel to the ejection nozzle 15 were examined. Hereinafter, the combustion characteristics of the liquid fuel low-NOx combustion apparatus 1 will be described with reference to FIG.
[0032]
FIG. 3 shows a combustion characteristic diagram when the liquid fuel low-NOx combustion apparatus 1 according to the first embodiment is installed in the combustion chamber of the small once-through boiler and liquid fuel (A heavy oil) is supplied as fuel. Has been. The curves represented by “rated combustion NOx” and “rated combustion CO” in the figure show the amount of NOx generated during rated combustion (combustion amount 110.1 kg / h) and the amount of CO generated during rated combustion, respectively. The curves represented by “low combustion NOx” and “low combustion CO” are the amounts of NOx generated at the time of low combustion (combustion amount 55.0 kg / h) and at the time of low combustion, respectively. This shows the amount of CO generated. Further, the curve represented by the curve “rated combustion SS” indicates the smoke scale NO at the time of rated combustion, and the curve “low combustion SS” is a curve indicating the smoke scale NO at the time of low combustion. Here, the smoke scale NO is used to represent the amount of soot in the combustion gas. In the figure, the horizontal axis represents the residual O in the exhaust gas in the flue.₂%.
[0033]
As shown by the curves represented by “rated combustion NOx” and “low combustion NOx” in FIG. 3, in the liquid fuel low NOx combustion apparatus 1 according to the present embodiment, the amount of NOx generated decreases as the amount of excess air increases. It shows the characteristics. This is the same characteristic seen when gas fuel is mixed with air and burned. Moreover, 4 to 6% residual O in the boiler flue₂However, the amount of NOx generated within the range is from the mid-50 to the late 60 (ppm) at rated combustion, and from the late 50 to the late 60 (ppm) at low combustion. (O₂= 0% conversion). This value is substantially equal to the value shown when gas fuel is used, and can be said to be a sufficiently low value. As described above, the liquid fuel low NOx combustion apparatus 1 according to the present embodiment is used in a small once-through boiler, and even when A heavy oil containing fuel N is used as fuel, it suppresses NOx as much as gas fuel. Therefore, it can be said that it can be sufficiently adapted for use in a high load environment. Note that the rate of change in the generation of NOx is slightly slower at the time of low combustion than that at the time of rated combustion, but this is considered to be due to a decrease in the air flow rate.
[0034]
Next, a liquid fuel low NOx combustion apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described. In the following description, the same reference numerals are given to portions common to the previous embodiment, and detailed description thereof is omitted.
[0035]
FIG. 4 shows a front view (a) and a longitudinal sectional view (b) of a liquid fuel low NOx combustion apparatus according to the second embodiment of the present invention.
[0036]
The burner portion 10A of the liquid fuel low NOx combustion apparatus 1A according to this embodiment includes an inner cylinder 11, an intermediate cylinder 12, an outer cylinder 13, a second outer cylinder 13 ', and an outer peripheral portion of the inclined plate portion 13b of the outer cylinder 13. And a recirculating conical plate 20 having a truncated conical cylindrical shape fixed at a necessary interval. The recirculating conical plate 20 is arranged substantially parallel to the inclined plate portion 13b, and its inner diameter is formed slightly larger than the inner diameter of the tip portion of the inclined plate portion 13b, and its outer diameter is the cylindrical portion 13a. The outer diameter is slightly smaller than the outer diameter. Further, a plurality of support members 21 are arranged in the circumferential direction in the gap between the recirculating conical plate 20 and the inclined plate portion 13b, whereby the recirculating conical plate 20 is connected to the inclined plate portion 13b. To be supported. A space surrounded by the recirculation conical plate 20 and the inclined plate portion 13b forms a recirculation passage W for recirculating the combustion exhaust gas that accompanies combustion in the combustion chamber. In the present embodiment, the shapes of the inner cylinder 11, the intermediate cylinder 12, and the outer cylinder 13 and the distribution ratio of primary to tertiary air for combustion are the same as those in the previous embodiment.
[0037]
According to the liquid fuel low-NOx combustion apparatus 1A configured as described above, a part of the combustion exhaust gas outside the burner unit 10A generated due to combustion is removed from the negative pressure due to the ejection of the combustion exhaust gas (see arrow j) immediately before that. Is introduced into the recirculation path W from the upstream inlet k of the recirculation passage W and ejected from the outlet m (see arrow j). The ejected combustion exhaust gas is accompanied with the combustion gas, and on the downstream side. It is intended to continue burning. By doing so, the combustion exhaust gas containing the inert gas is supplied to the combustion gas together with the combustion tertiary air, so that the combustion state can be slowed down and the generation of NOx can be further suppressed. In the present embodiment, by providing such a recirculation passage W to recirculate the combustion exhaust gas, a reduction in NOx of 9.8% can be realized with respect to the apparatus 1 of the first embodiment. It was.
[0038]
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the inclined plate portion 13a is formed by inclining the range from the middle to the tip of the cylindrical portion 13a of the outer cylinder 13A toward the inner circumferential direction at a gentler angle than the inclined plate portion 13b. The tertiary air supply passage Z ′ formed between the outer cylinder 13A and the intermediate cylinder 12 and the outer space of the outer cylinder 13A are communicated with each other, and combustion exhaust gas outside the outer cylinder 13A is introduced into the outer cylinder 13A. The liquid fuel low-NOx combustion apparatus 1B can be made to recirculate, and even with such an apparatus 1B, the same effect as the second embodiment can be obtained. A plurality of partition plates 25 are arranged radially in the path Z ′ and on both sides of each opening 18, and the supply path Z ′ is circumferentially connected to a portion communicating with the inner cylinder 12 and a portion not communicating with the intermediate cylinder 12. It is preferable to divide into two.
[0039]
According to the liquid fuel low NOx combustion apparatus 1B configured as described above, a part of the combustion exhaust gas outside the burner portion 10B generated by combustion is surrounded by the inclined plate portions 13b and 13a "and the partition plates 25 and 25. (Reflux passage W ′) (see arrow j ′) and mixed with the combustion tertiary air in the combustion tertiary air supply passage Z ′ and then downstream from each opening 18 together with the combustion tertiary air Since the exhaust gas is discharged toward the combustion gas on the side (see arrow e ′), rapid combustion reaction can be suppressed and generation of NOx can be suppressed. Is inclined in the inner circumferential direction at a gentler angle than the inclined plate portion 13b on the side, the cross-sectional area on the inlet side of the reflux passage W ′ is larger than the cross-sectional area on the outlet side, and combustion in the tertiary air supply path Z ′ Gas and tertiary air for combustion are empty outside the outer cylinder 13A There is no flow back toward the.
[0040]
Further, in each of the above embodiments, a plurality of openings 18 are provided at the front end of the outer cylinder 13 (13A) and the front end of the intermediate cylinder 12 and the meeting portion, whereby the combustion tertiary air is divided and supplied downstream. For example, as shown in FIG. 6, an annular member 27 is fixed to the tip of the intermediate cylinder 12, and a plurality of openings 18 ′ are horizontally disposed on the annular member 27. It is possible to adopt other methods such as providing the combustion tertiary air passageway Z into a plurality of passages in the direction and in the circumferential direction at equal pitches. Even in this case, the generation of NOx can be suppressed by multistage combustion / divided combustion, and the combustion tertiary air is discharged in the direction governed by the inclination angle of the inclined plate portion 13b, and divided. It is possible to generate a flame near the downstream end of the outer cylinder 13 and prevent the flame from extending too far downstream.
[0041]
In each of the above embodiments, the combustion tertiary air passage Z (Z ′) is provided with a plurality of openings 18 (18 ′), and the combustion tertiary air is divided and supplied to the downstream side. However, it is of course possible to increase or decrease the number of openings 18 (18 ′), that is, the number of divisions of combustion tertiary air as required. However, it is difficult to generate a good split flame when the combustion tertiary air is divided into three or less parts and supplied to the downstream side, and even if it is divided and supplied to nine or more parts, it is equally good Difficult to get a flame. Therefore, it is preferable that four to eight openings 18 (18 ′) are provided in the tertiary air supply passage Z (Z ′) and the combustion tertiary air is divided into four to eight and supplied to the downstream side.
[0042]
Moreover, in each said embodiment, in order to bypass the combustion secondary air, the flange-shaped flange member 11c was attached to the front-end | tip part of the inner cylinder 11, However, The combustion secondary air can be bypassed, As long as a negative pressure region that stabilizes the flame can be formed in the intermediate cylinder 12, it is possible to use different shapes, such as an object having a hole or an outer edge portion that is uneven. .
[0044]
In each of the above embodiments, the cylindrical inner cylinder 11, the intermediate cylinder 12, and the outer cylinder 13 having the cylindrical cylindrical portion 13a are used. However, it is not necessary to limit the cylindrical cylinder, for example, a polygonal cylinder It is also possible to use a shape. Further, if the combustion air supplied from the blower can be made uniform, the number of arrangement and the arrangement position of the second outer cylinder 13 ′ can be arbitrarily changed as necessary. Moreover, even if it is a case where an opening part is provided in the trunk | drum of the intermediate cylinder 12, and a part of combustion air in the tertiary air supply path Z is supplied in the intermediate cylinder 12 from the clearance, the flame shortens. be able to. Further, the apparatus can be made compact by a method of reducing the diameter of the intermediate cylinder 12 and the outer cylinder 13.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view (a) and a longitudinal sectional view (b) of a liquid fuel low NOx combustion apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a combustion characteristic diagram of the liquid fuel low NOx combustion apparatus according to the first embodiment.
FIG. 4 is a front view (a) and a longitudinal sectional view (b) of a liquid fuel low NOx combustion apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a front view (a) and a longitudinal sectional view (b) of a liquid fuel low NOx combustion apparatus configured to introduce combustion gas into an outer cylinder.
FIG. 6 is a cross-sectional view (a) and a longitudinal section of a liquid fuel low NOx combustion apparatus in which a plurality of openings are provided in a horizontal direction and at an equal pitch in an annular member fixed to the tip of the intermediate cylinder. It is a surface view (b).
FIG. 77These are the longitudinal cross-sectional views of a conventional apparatus.
[Explanation of symbols]
1, 1A, 1B Liquid fuel low NOx combustion system
2 Windbox
11 Inner cylinder
11a Fixing plate
11c Flange member
11d communication port
12 Intermediate tube
13, 13A, 13B Outer cylinder
13 'second outer cylinder
13b, 13a "inclined plate
14 Fuel supply pipe
15 Ejection nozzle
16 Flame holding plate
18, 18 'opening
20 Recirculating conical plate
21 Support member
25 Partition plate
27 Dividing plate
W, W 'return passage
Y Secondary air supply path
Z, Z 'Tertiary air supply path

Claims

An inner cylinder having an introduction port through which primary combustion air is introduced into a barrel portion near the base end portion, and a fuel that is provided at a distal end portion in the inner cylinder and that is supplied via a fuel supply pipe is directed downstream. Are disposed on the outer peripheral portion of the front end portion of the inner cylinder, and allows the combustion secondary air to pass between the inner cylinder and the flame holding plate disposed on the downstream side of the ejection nozzle. An intermediate cylinder that forms an annular secondary air supply path; and an outer cylinder that is disposed on the outer periphery of the intermediate cylinder and that forms an annular tertiary air supply path that allows combustion tertiary air to pass between the intermediate cylinder and the intermediate cylinder. With
Provided at the outer periphery of the tip of the inner cylinder is a flange member that bypasses the secondary air for combustion supplied via the secondary air supply path in the outer peripheral direction of the intermediate cylinder,
The outer cylinder has a cylindrical part provided from the outer peripheral part of the inner cylinder to the outer peripheral part of the intermediate cylinder, and a truncated conical cylindrical inclined plate part provided at the tip of the cylindrical part. A plurality of openings are provided in the meeting portion between the distal end portion of the intermediate cylinder and the distal end portion of the inclined plate portion at a predetermined interval in the circumferential direction, and the combustion tertiary air supplied through the tertiary air supply path is provided. A liquid fuel low-NOx combustion apparatus characterized by flowing along the inner surface of the inclined plate portion and ejecting through the opening in the axial direction of the intermediate cylinder and toward the downstream side of the intermediate cylinder .

2. The liquid fuel low NOx combustion apparatus according to claim 1 , wherein an inclined plate portion for recirculation of combustion exhaust gas is provided on an outer peripheral surface of the inclined plate portion of the outer cylinder at a required interval from the inclined plate portion.

The liquid fuel low NOx combustion apparatus according to claim 1 , wherein the outer cylinder is provided with a recirculation passage for recirculating combustion exhaust gas outside the outer cylinder into the outer cylinder.