JPH02298702A - 燃焼装置並びにこのような燃焼装置の運転法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、バーナと、バーナの下流側に配置された燃焼
室と、バーナに燃料および燃焼空気を供給する手段とを
備えた燃焼装置並びにこのような燃焼装置の運転法に関
する。

従来の技術 燃焼装置のばあい従来の構造形式においては燃料はノズ
ルを介して燃焼室内に噴出されかつ燃焼室において燃焼
空気を供給されて燃焼させられる。基本的にはこのよう
な燃焼装置はガス状又は液状の燃料によって運転するこ
とができる。このばあい液状の燃料を使用したばあい、
見かけ上燃料を所望のように広範囲に互って霧化（気化
）した状態で窒素酸化物、−酸化炭素および未燃炭化水
素（ＵＨＣ）エミッションに関連したきれいな燃焼に関
しかつ燃料と燃焼空気との混合率に関しかつてきうる限
り低温での燃焼に関してウィークポイントがある。

ガス状の燃料を使用したばあいには、有害物質エミッシ
ョンを著しく減少させた燃焼を行うことができる。それ
というのも液状の燃料とは異なって燃料は予め気化され
ているからである。しかし加熱ボイラ用の燃焼装置のば
あいには特にガスで運転されるバーナは、このバーナに
よって多くの利点がもたらされるにも拘わらず、使用で
きない。このことの原因は、ガス状の燃料の調達形式も
しくは分配基本設備に費用がかかるということにある。

前述したように液状の燃料を使用したばあい、低い有害
物質エミッションを得るために燃焼の質は特に、燃料／
新鮮空気混合物の最良の混合率を準備できるか、即ち液
状の燃料の完全な気化を保証できるかということに関連
している。本来のバーナの手前に燃料／新鮮空気混合物
用の前混合帯域を設けるという形式では、確実に運転さ
れるバーナは得られない。それというのもこのばあい燃
焼帯域から前混合帯域への逆火によってバーナ構成部材
が損傷されるという危険が内在しているからである。

更に、フレームが消火時点の直前に着火されるように１
００％の空気過剰率で運転される前混合式バーナが公知
である。これにも拘わらず燃焼装置のばあいボイラ効率
に基いて最高で１５％の過剰空気が許容されている。従
って、許容された空気過剰率を以てアトモスフェリツク
。

な燃焼装置においてこのようなバーナを使用することに
よって最良の運転は得られない。

更に申し分なく液状の燃料の気化率が得られたとしても
、周知のように窒素酸化物発生にとって重大な高いフレ
ーム温度に依然として作用を及ぼすことができない。従
ってこの公知の前混合式バーナによって低温での所望の
燃焼並びに空気と油気との均質な混合は保証されない。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、冒頭に述べた形式の燃焼装置において
、液状の燃料およびガス状の燃料を用いた運転のばあい
、並びに混合運転のばあいでも、有害物質エミッション
が減少されるようにすることにある。

問題点を解決するための手段 前記′課題は本発明の燃焼装置によれば、バーナの上流
側に新鮮空気および排ガス用の混合／搬送装置が配置さ
れていて、かつ、バーチの下流側に、新鮮空気／排ガス
混合気を調製するた“めの、燃焼装置に組み込まれた伝
熱部材が配置されていることによって解決された。

更に前記課題は本発明の燃焼装置の運転法によれば、排
ガスの一部を戻し案内して、この排ガスを新鮮空気と混
合し、この排ガス／新鮮空気混合気を伝熱部材内で加熱
し、このばあいこの伝熱部材がバーナの下流側に配置さ
れた燃焼室から熱を奪うことによって解決された。

発明の作用効果 本発明の著しい利点は、前混合バーナのための過剰空気
が排ガスによって補充されるということにある。戻し案
内された排ガスを燃焼空気に供給することによって燃焼
室内のフレーム温度に、低温での燃焼が行われるように
、影響を及ぼすことができる。液状の燃料を用いた運転
のばあい適度に加熱されて調製された排ガス／新鮮空気
混合気を、完全に気化された燃料／燃焼空気混合物を燃
焼させることができるように用いることができる。排ガ
スを戻し案内によって生ぜしめられる改善された燃焼室
における温度低下および燃料気化作用に基いて、第１に
液状の燃料はガス状の燃料のように燃焼されかつ第２に
は窒素酸化物形成にとって重大な高いフレーム温度は生
じなくなる。

これに対して燃焼装置をガス状の燃料を用いて運転する
ばあいには、すでに気化された混合物が提供されるけれ
ども、このばあいにも排ガスの戻し案内によってフレー
ム温度に有利な作用が及ぼされる。混合運転のばあいに
も同時に前記のすべての利点が得られる。

つまり化石燃料によって運転される一般的な燃焼装置の
有害物質エミッションに関し、有害物質エミッションが
ほとんど生じなくなるように改善されるばかりでなく、
最良のばあい窒素酸化物エミッションもほぼ１０％のみ
が測定される程度に著しく減少されるように改善される
。これによって法規上の限界値が許容される。

従ってこのようにして全く新たな質等級が得られる。

法規上要求されているように、冷却された排ガスを戻し
案内することによって近化学量論的な運転形式のばあい
アトモスフェリツタな燃焼装置における最良の運転が可
能になる。

本発明の別の利点はバーナの有利な構成にある。このば
あい極めて簡単な幾何学的な構成にもかかわらず燃焼室
からバーナ内へのフレームの逆火の危険が生ずることは
ない。従ってこのばあい混合流内でスワール発生器を使
用したばあいの周知の問題点は、つまり旋回羽根の破壊
を伴うライニングの焼損によって生ぜしめられる問題点
は生じない。許容された運転形式において有害物質エミ
ッションに関する改善が得られる。

本発明の有利な構成は別の請求項に記載されている。

実施例 以下に図示の実施例につき本発明を説明する。このばあ
い本発明を直接理解するのに必要なすべての構成部材は
省かれている。更に図面では種々の媒体の流れ方向は矢
印で示されていてかつ同じ構成部材には同じ符号が付さ
れている第１図で概略的に図示された燃焼装置Ｎはバー
ナＡ（後で詳述する）を有し、このバーナには流れ方向
で炉筒Ｐが接続されていて、この炉筒自体は燃焼室１１
全体に互ってのびている。

炉筒Ｐの流出部側には燃焼装置のボイラＢが設けられて
いる。燃焼装置Ｎの外側ジャケットと炉筒Ｐとの間には
伝熱部材Ｍの主要構成部分である同心的な管Ｑが設けら
れていて、この同心的な管Ｑは流入方向で、単数又は複
数のバイパス装置を備えた閉鎖カバーを有している。こ
のバイパス装置はそれぞれ１つの開口りを有していて、
この開口にはそれぞれバイパスフラップＫが配属されて
いる。外部から到達する導管を介して液状の燃料１２が
バーナＡ内の燃料ノズル３に供給される。バーナＡの上
流側には新鮮空気／排ガス混合気を形成するための調整
装置が配置されている。つまり煙突から取り入れられた
排ガスＣおよび周囲大気から取り入れられた新鮮空気り
はそれぞれ１つの調量装置Ｅ、　Ｆを貫流し、かつこの
ばあいほぼ５０度乃至ｌα０度Ｃの所望の割合の混合気
を形成する。次いでこの混合気はファンＧを介して燃焼
装置Ｎ内に搬送される。ファンは混合気をまず炉筒Ｐ内
に組み込まれた伝熱部材Ｍに搬送する。この伝熱部材は
例えば両側又は片側でリブ付けされた管として構成され
ていて、この管内では混合気が目標温度まで加熱される
。この温度は前述のバイパスフラップＫを用いて、つま
り適当に閉鎖切り換えすることによって、所望の目標値
にもたらされる。有利にはほぼ４００度Ｃの調製された
新鮮空気／排ガス混合気１５はバーナＡを貢流しく第２
図参照）かつ燃料ノズル３から流出する液状の燃料１２
と混合される。この燃料は前記混合気の温度に基いて容
易にしかも迅速に気化する。このばあいバーナＡの流出
部において燃焼が始まる（第２図に関連した記述参照）
。今や放出される熱の一部は、排ガスがボイラＢ内にか
つ次いで煙突内に達する前に、伝熱部材Ｍを介して混合
気Ｈに伝達される。この構想のばあいファンＧ１伝熱部
材ＭおよびバーナＡは一緒に、従来のバーナに類似して
ボイラＢにフランジ結合される単一のケーシング内に組
み込むことができる。更に上述の運転形式および以下に
記載する形式のバーナによって多量の排ガスを再循環さ
せることができ、この排ガスは新鮮空気／排ガス混合気
の温度に有利な作用を及ぼすばかりでなく、フレーム温
度をも極めて著しく低下させるように作用し、これによ
って窒素酸化物の発生が抑えられる。従ってバーナの表
面温度についての問題は生じない。記述の回路は一連の
別の利点を有している。従って例えば排ガスの再循環率
および調製された混合気の予熱温度を簡単にしかも規定
して調節できる。ファンＧが加熱ガスと接触しないこと
によってできるだけわずかなファン出力を必要とし、更
にこのために慣用の材料を用いた通常の構造を与えるこ
とができる。更に前述の回路は、目標温度の迅速な達成
を可能にするバーナ始動時の有利なダイナミックが得ら
れると有利であることが明らかとなった。

バーナの構造を申し分なく明確にするために、第２図と
共に第３図乃至第５図を利用する。

更に第２図を不必要に不明瞭にしないために、第２図で
は第３図乃至第５図で概略的に図示された案内薄板２１
ａ、ｌｂは部分的にのみ図示している。以下においては
第２図の説明に当たり選択的に必要であれば第３図乃至
第５図を参照する。

アトモスフェリツタな燃焼装置において使用される前混
合バーナである第２図によるバーナＡは互いにずらされ
て重ね合わされた２つの半分の中空の分割円錐体１．２
を有している。分割円錐体１２のそれぞれの中央軸線１
ｂ、２ｂが互いにずらされていることによって、鏡面対
称的な配置形式で両側でそれぞれ１つの接線方向の空気
流入スリット１９．２０が形成され（第３図乃至第５図
参照）、この空気流入スリットを介して調製された混合
気（予熱された排ガス／新鮮空気混合気）１５がバーナ
Ａの内室内に、即ち、円錐状の中空室１４内に流入する
。両分割円錐体１．２はそれぞれ１つの円筒状の始端部
分１ａ、２ａを有し、この始端部分１ａ、２ａは分割円
錐体に相応して互いにずらされてのびているので、接線
方向の空気流入スリット１９．２０は始端部から形成さ
れるようになる。この円筒状の始端部分内には燃料ノズ
ル３が収容されていて、このノズルの燃料噴出部４は２
つの分割円錐体１．２によって形成された円錐状の中空
室１４の最も狭い横断面に合致いている。当然バーナＡ
を完全に円錐状に、つまり円筒状の始端部分を設けずに
構成することができる。両分割円錐体１．２は選択的に
、燃料ノズル１７を備えたそれぞれ１つの燃料導管８．
９を有していて、この燃料ノズルを介してガス状の燃料
１３が、接線方向の空気流入スリット１．９．２０を介
して流れる調製された混合気１５と混合される。燃料導
管８．９の位置は第２図で概略的に示されている。燃料
導管は接線方向の空気流入スリットの端部に設けられて
いるので、この端部においては流入する調製された混合
気１５とガス状の燃料１３との混合気１６が形成される
。当然両種の燃料を用いた混合運転を行うこともできる
。燃焼室側ではバーナＡは燃焼室１１の始端部を形成す
る端壁ｌＯを有している。燃料ノズル３を介して流れる
液状の燃料１２は、バーナ流出平面内で燃料ができるだ
け均質に円錐状に噴霧されるように、鋭角を成して円錐
状の中空室１４内に噴出される。燃料噴出部としては空
気で補助されるノズル又は圧力噴霧器が使用される。円
錐状の液状燃料プロフィル５は接線方向で流入する回転
する混合気流によって取り囲まれる。軸方向では液状の
燃料１２の集中は連続的に混入された燃焼空気によって
解除される。ガス状の燃料１３が噴出したばあいには、
調製された燃焼空気との混合気形成は直接空気流入スリ
ット１９．２０の端部で行なわれる。液状の燃料１２を
噴出したばあいスワール消失範囲で、つまり逆流帯域６
の範囲で、オイルノズルによって生ぜしめられる燃料液
滴にスワールによって強制的に回転速度成分が与えられ
ることによって、横断面に互って最良の均質な燃料濃度
が得られる。これによって生ぜしめられる遠心力によっ
て液状の燃料の液滴は半径方向で外向きに押し進められ
、しかも同時に気化が行なわれる。このばあい遠心力お
よび気化作用の相互作用によって、分割円錐体１．２の
内壁が湿らされることが回避されかつ逆流帯域６の範囲
で極めて均一な燃料／空気混合物が得られる。点火は逆
流帯域６の先端部で行なわれ、この個所で初めて安定し
たフレームフロント７が生ぜしめられる。バーナＡ内部
内へのフレームの逆流によって（例えばこのことは公知
の前混合区分においては常に起こり得る危険があるが、
この前混合区分においては複雑な保炎板によって回避手
段が講じられている）、このばあい不都合な結果が生ず
ることはない。本実施例において行なわれるように調製
された混合気１５が予熱されているばあいには、第１図
に関連して把述したように、混合物点火が行なわれるバ
ーナ終端部に達する前に液状の燃料の促進された全体的
な気化が行なわれる。当然気化の程度はバーナＡのサイ
ズ、液滴サイズ分布および調製された混合気１５の温度
に関連している。しかも、混合気１５による均質な液滴
前混合の他に予熱されて調製された混合気１５によって
低温、又は付加的に部分的な又は完全な液滴気化が得ら
れということとは無関係に、空気過剰率が少なくとも６
０％であるか又は空気過剰率が排ガスによって補充され
るばあいには、酸化窒素および一酸化炭素エミッション
は低く抑えられ、これによりこのばあい窒素酸化物エミ
ッションを減少させるための付加的な防護措置が得られ
る。燃焼帯域（燃焼室１１）内に流入する前′に液状の
燃料１２が完全に気化されたばあいには、有害物質エミ
ッション値は極めて低く抑えられる。同様のことは、過
剰空気が再循環する排ガスによって補充されるばあい、
近化学量論的な運転のためにも該当する。円錐の傾きお
よび接線方向の空気流入スリットの幅に関して分割円錐
体１．２を構成するばあいには、フレームを安定させる
ためにバーナ開口部範囲で逆流帯域６を有する空気の所
望の流れ区分を調節できるようにするために、狭い限界
が維持されねばならない。一般に空気流入スリットを縮
小することによって逆流帯域６は一層上流側にずらされ
、このばあいこれによって混合物は早期に点火する。い
ずれにせよ一度幾何学的に決められた逆流帯域自体は位
置安定的である。それというのもスワール数が流れ方向
でみてバーナＡの円錐形範囲で増大するからである。バ
ーナＡの構造は有利には、所定のバーナ構造長さで、接
線方向の空気流入スリットのサイズを変えるのに適して
いる。このばあい分割円錐体は例えば第１図で図示され
てない解離可能な結合部材によって端壁ｌＯに固定され
ている。両分割円錐体を互いに接近するようにもしくは
離反するように半径方向でずらすことによって両中央軸
線１ａ、ｌｂの間隔が縮小もしくは拡大され（第３図乃
至第５図参照）、かつこれに相応して接線方向の空気流
入スリット１９．２０のギヤツブサイズも変化する（特
に第３図乃第５図参照）。当然分割円錐体１．２を別の
平面内で互いにずらすこともでき、これによって分割円
錐体のオーバーラツプ量を制御できる。更に分割円錐体
を逆向きの回転運動によって螺旋状に互いにずらすこと
もできる。従って接線方向の空気流入スリットの形状お
よびサイズを任意に変えることができる。これによって
バーナＡは構造長さを変えることなしに個々に適合させ
ることができる。

第３図乃至第５図から案内薄板２１ａ、２１ｂの位置が
明らかにされている。この案内薄板は流れ案内作用を有
し、このばあい案内薄板は、案内薄板長さに応じて燃焼
空気の流れ方向で分割円錐体１，２のそれぞれの端部を
延長する。旋回点２３を中心とした案内薄板２１ａ、２
１ｂ、の開閉によって燃焼空気は最良に円錐状の中空室
１４内に方向付けられ、このことは特に、接線方向の空
気流入スリット１９．２０の本来のギャップサイズを変
えるばあいに、必要である。当然バーナＡは案内薄板２
１ａ、２１ｂを設けずに運転することもできる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであって、第１図はバ
ーナと、排ガスを戻し案内しかつ空気と混合する回路と
、燃焼空気の熱旭理装置とを備えた燃焼装置の概略図、
第２図は、第１図による燃焼装置を運転するための液状
および／またはガス状の燃料用のバーナの適当に破断し
た斜視図、第３図は第２図のバーナの燃料ノズル側の概
略的な断面図、第４図は第２図のバーナの中央部分の概
略的な断面図、第５図は第２図のバーナの燃焼室側の概
略的な断面図であるＡ・・・バーナ、Ｂ・・・ボイラ、
Ｃ・・・排ガス、Ｄ・・・新鮮空気、Ｅ、Ｆ・・・調量
装置、Ｇ・・・ファン、Ｈ・・・混合気、Ｋ・・・バイ
パスフラップ、Ｌ・・・開口、Ｍ・・・伝熱部材、Ｎ・
・・燃焼装置、Ｐ・・・炉筒、Ｑ・・・管、ｌ、２・・
・分割円錐体、１ａ、２ａ・・・始端部分、ｌｂ、２ｂ
・・・中央軸線、３・・・ノズル、４・・・燃料噴出部
、５・・・噴出燃料プロフィル、６・・・逆流帯域、７
・・・フレームフロント、８．９・・・導管、１０・・
・端壁、１１・・・燃焼室、１２・・・液状の燃料、１
３・・・ガス状の燃料、１４・・・円錐状の中空室、１
５．１６・・・混合物、１７・・・開口、１９．２０・
・・空気流入スリット、２１ａ、２１ｂ・・・案内薄板
、２３・・・旋回点 ＣＬ　　　　　（Ｉｌｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、バーナと、バーナの下流側に配置された燃焼室と、
   バーナに燃料および燃焼空気を供給する手段とを備えた
   燃焼装置において、バーナ（Ａ）の上流側に新鮮空気（
   Ｄ）および排ガス（Ｃ）用の混合／搬送装置（Ｅ、Ｆ、
   Ｇ）が配置されていて、かつ、バーナの下流側に、新鮮
   空気／排ガス混合気（Ｈ）を調製するための、燃焼装置
   に組み込まれた伝熱部材（Ｈ）が配置されていることを
   特徴とする、燃焼装置。 ２、バーナ（Ａ）が、流れ方向で円錐の傾きの増大させ
   られた、互いに重ね合わせて位置決めされた少なくとも
   ２つの中空の分割円錐体（１、２）から構成されていて
   、これら分割円錐体の中央軸線（１ａ、２ｂ）が分割円
   錐体の長手方向で互いにずらされてのびていて、分割円
   錐体によって形成された円錐状の中空の内室（１４）の
   内室内でバーナヘッドに少なくとも１つの燃料ノズル（
   ３）が配置されていて、この燃料ノズルの燃料噴出部（
   １４）が分割円錐体の互いにずらされた中央軸線の間に
   位置していて、分割円錐体が接線方向の空気流入スリッ
   ト（１９、２０）を有している、請求項１記載の燃焼装
   置。 ３、燃料ノズル（３）が液状の燃料によって運転される
   、請求項２記載の燃焼装置。 ４、空気流入スリット（１９、２０）の範囲に別の燃料
   ノズル（１７）が設けられている、請求項２記載の燃焼
   装置。 ５、燃料ノズル（１７）を介してガス状の燃料が供給さ
   れる、請求項４記載の燃焼装置。 ６、分割円錐体（１、２）が互いに接近又は離反移動可
   能である、請求項２記載の燃焼装置。 ７、燃料ノズル（３）が空気で補助されるノズルである
   、請求項２記載の燃焼装置。 ８、燃料ノズル（３）圧力噴霧器である、請求項２記載
   の燃焼装置。 ９、分割円錐体（１、２）が、流れに有利な作用を及ぼ
   すように可動な案内薄板（２１ａ）２１ｂ）を備えてい
   る、請求項２記載の燃焼装置。 １０、排ガス（Ｃ）の一部を戻し案内して、この排ガス
   を新鮮空気（Ｄ）と混合し、この排ガス／新鮮空気混合
   気（Ｈ）を伝熱部材（Ｍ）内で加熱し、このばあいこの
   伝熱部材がバーナの下流側に配置された燃焼室（１１）
   から熱を奪うことを特徴とする、請求項１記載の燃焼装
   置の運転法。