JPH0363401A - 低ＮＯｘ燃焼装置 - 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、低ＮＯｘ燃焼装置に関する。更に詳述すると
、本発明は、自己再循環形バーナに関する。

（従来の技術） 本発明者らは、先に特許第２５８１２８号において低Ｎ
Ｏｘ燃焼方法及び装置を発明し、その装置は鉄鋼用均熱
炉等で既に実用に供され、多大な効果を上げている。

第５図にその低ＮＯｘ燃焼装置を示す。この燃焼装置は
、中軸部に燃料供給手段１２１，１２２を設け、その先
方に小バーナタイル！Ｉ４造１２３を設番１、燃焼用空
気の分割機横１２４を設け、該分割Ｒ横によって分割さ
れその址を調節された一次空気が該小バーナタイル＃Ｉ
Ｉ造に供給されるようにし、分割された大部分量の二次
空気は該小バーナタイル梢造の周囲に設けたバッフル１
２５に穿孔された数個の空気噴出孔１２６ａ、　１２６
ｂから炉壁で囲われた炉壁開口部１２８に噴出するよう
にし、該炉壁１ｍ［１部の光面における燃焼ガスの逆流
面積Ｓと該炉壁開口部の光面面積ｓｂの比 但し　Ｄｂは炉を開口部光面の直径 ｎは空気噴出孔の数 ｄａは空気噴出孔の直径 しは炉を開口部の奥行長さ αは噴流の拡がりの片側角度 の値が０，５から０．７５の範囲内であるようにＤｂ、
ｎ、ｄａ、Ｌ、αの関係を設定している。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、この燃焼！Ａ置は定格燃焼時における低
ＮＯｘ性には優れているが、低負荷時における火炎の形
状にやや乱れが生じたり、浮き上がりが生じその結果と
してヒートフラックス均一性を完全に得られないという
問題が指摘されていた。

そこで、本発明者らはその燃焼装置の低ＮＯｘ性を最大
限に括用し、かつ現状の性能を維持しつつ、低負荷時に
おいても潰れた火炎形状を形成する燃焼装置を提供する
ことを目的とする。

（課題を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本発明は、中央に燃料供給
手段を設け、その前方の周囲に小バーナタイルを設ける
と共にバッフル面を形成し、該バッフル面に複数個の空
気噴出孔を設けて燃焼用空気の一部を炉をで囲われた炉
壁開口部に噴出するようにした低ＮＯｘ燃焼装置におい
て、前記空気噴出孔の出口で合流しかつ前記燃料供給手
段の噴射軸に１ｂＪ　ｃｔて制御用空気を噴射する流体
素子通路を設け、定格燃焼時には前記流体素子通路を遮
蔽して空気噴射孔からのみ二次空気を噴出させ、低負荷
燃焼時には流体素子通路からも二次空気を噴射させて２
つの空気流を合流させ、ターンダウンに従って二次空気
の噴射方向を中心に向けて変化させるようにしている。

（作用） したがって、負荷の低下にともなって流体素子通路から
も二次空気が噴出され、空気噴出孔の二次空気と噴射直
前に合流してその噴出方向を中心軸側に炉け、小バーナ
タイルから放出される燃料噴流を収束させて付勢し、極
めて形状の整った火炎を形成する。

（実施例） 以下、本発明の構成を図面に示す実縄例に基づいて詳細
に説明する。

第１図は重油と都市カスとを同時に燃焼可能な燃焼装置
に本発明を適用した実腫例を示す、この燃焼装置は、中
心に重油バーナ１と、その周囲を包囲する都市ガス供給
管２から戒る燃料供給手段３を設けている。これら燃料
供給手段３の前方間に小バーナタイル４が設けられてい
る。ｔた、燃料供給手段の周囲には公知の燃焼用空気分
割機構５が設けられている。この分割機構５によって燃
焼用空気が一次空気と二次空気とに分割されて供給され
る。−次空気は好ましくは全空気量の５％〜３０％の任
意の量に調節されてバーナタイル４内に供給され、大部
分を占める残りの二次空気がバーナタイル４によって形
成されるバッフル面６に穿孔された４個の空気噴出孔７
ａ、７ｂ、７ｃ。

７ｄから炉壁開口部８内へ噴出される構造になっている
。尚、炉壁開口部８は截頭円錐体形状に設けられている
。

また、バッフル６には空気噴出孔７ａ、・・・、７ｄの
出口において合流し、中心の燃料噴射軸Ｏに向けて開［
１する流体素子通＃１９ａ、・・・、９ｄが穿孔されて
いる。この流体素子通路９ａ、・・・、９ｄは、燃焼用
空気を供給する通路１０から分岐され、燃焼用空気の一
部を分流させて噴出させるように設けられている９分岐
構造は、第２図に拡大して示すように、燃料供給手段３
の周囲の空気供給手段（空間）１１に連通する流路１０
ａと、流体素子通路９ａ、・・・、９ｄと繋がる環状流
路１０ｃに連通ずる流路１０ｂとに区画され、各流路１
０　ａ　。

ｔａｂを軸方向に移動する遮断弁１２ａ、１２ｂによっ
て遮断叶能に設けられている。この遮断弁１２ａ、１２
ｂは燃焼用空気供給通路１０ａ、１０ｂの人口部分に設
けられた遮断壁１３ａ、１３ｂの手前Ｍｌあるいは奥側
に配置され、ユ形の操作棒１４によって連結され、同じ
方向に移動し、方が閉じる方向に向かうとき他方がｔＪ
Ｍ　＜方向に向かうように設けられている。操作棒１４
はねじ嵌合等によってダクトエラに着脱自在に固着され
ている蓋部材１６のリニアベアリング１７に支持されて
いる。尚、操作棒１４の後端にはストッパ１８が固着さ
れ、蓋部材１６とストッパ１８との間にコイルスプリン
グ１つが介挿され、？を水素子通路９ａ、・・・、９ｄ
ｌｐｌの流路１０ｂを開放するように常時付勢されてい
る。そこで、操作棒１４を図示していないアクチュエー
タあるいはリンク等で出入りさせることによって空気噴
出孔７ａ、・・・７ｄ開に供給される空気と、流体素子
通１？１９ａ。

・・・、９ｄｌｌｌｌに供給されて空気を分割すること
ができる。

以上のように椙成したので次のように作動する。

小バーナタイル４は保炎効果が大であり、常に安定した
火炎を作る基となり、かつこの小バーナタイル４内で生
成された一次燃焼生成物と燃料との混合ガスは前方の炉
壁開口部８へ比較的ゆるやかな噴出速度で噴出される。

４個の空気噴出孔７ａ、・・・、７ｄは小バーナタイル
４先端出口から放出される燃料噴流と適当な距離を設け
てその周囲に配置され、その前方には炉壁開口部８があ
る。４本の空気噴流は炉壁２０で囲われた炉壁開口部８
内へ勢いよく、若干外側向きに噴出される。この４本の
空気噴流は小バーナタイル４の出口から噴出される燃料
に対しそれぞれ同等のかつ強力な吸引作用を及ぼし、斯
様な４つの吸引作用により中心の燃料噴流は絶えずいず
れかの空気噴流に交番的に吸引される現象が生じ、そし
てそれが維持される（このような流動状態を本明細書で
は競合誘引効果と称する）、従って、いずれの噴流も燃
料を吸引した部分と燃料を吸引しない部分を持ちながら
炉壁開口部２８を流れて炉２１内に放出される。

また、炉壁開口部８内で４つの噴流が勢いよく噴出され
ると、これら４つの噴流が占めるスペース以外の炉壁開
口部８には前方の炉内２１から高温の燃焼ガスが逆流入
することとなる。更に、この３ｇ！流入した燃焼ガスも
運動量が大である前述の４本の噴流に吸引・混合されて
しまうから、この燃焼ガスの逆流人は連続的に行なわれ
る。したがって、自己再循環燃焼が持続される。

一方、低負荷時には、操作ロッド１４を操作して流体素
子通路９ａ、・・・、９ｄに繋がる流路１０ｂを開くと
共に空気噴出孔７ａ、・・・、７ｄに繋がる流路１０ａ
を閉じるようにして流路１０ａ測に流れる燃焼用空気の
一部を流体素子通路９ａ、・・・９ｄから噴出させる。

これによって、各空気噴出孔７ａ、・・・、７ｄから噴
射される空気ｌ１ｊｌ流の噴出角度が噴射軸ＯＩｌｌ寄
りに傾く、これによって小バーナタイル４から放出され
る燃料噴流が収束されかつ付勢されるため、火炎形状を
整える。噴出角度の変更は、負荷の低下に伴って流体素
子通路７ａ、・・・、７ｄｆｌｌＪへ流れる空気量を増
大させることによって、連続的に滑らかに行い、かつ負
荷が低下する程噴射軸ＯＩｌｌ　ＣＬ傾くように行なわ
れる。したがって、低ＮＯｘ性を維持しつつ低負荷時に
おいても優れた火炎形状を形成できる。

斯様に本発明にかかかる燃焼装置においては自然に炉２
１内の高温燃焼ガスが炉ＭＪ、開口部８内に逆流入され
て運動量の大きな空気噴流に吸引され、同時に小バーナ
タイル４から噴出される燃料と一次燃焼生成物の混合ガ
スも運動量の大きな４本の空気噴流の競合誘引効果によ
って絶えずいずれかの空気噴流に交番的に吸引され、炉
壁開口部を流れて炉内２１に放出される。即ち、特殊な
流体現象を利用してＮＯｘ低減効果があるとされている
排ガス循・環と非平衡燃焼を同時に自然に行うようにし
ている。このような燃焼方式によって生じる火炎は極端
な高温部分を作らず常に均一温度で燃焼し、ＮＯＸＯ生
量が現実に低減している。

また、前述の低ＮＯｘ効果を確実にするため、第４図に
示すように、炉壁開口部８の炉内２１に臨む先端面積ｓ
ｂと、これから４つの噴流の断面積の総和を除いた逆流
面１ＩｉＳとにより算出される比Ｓ／Ｓｂを逆流燃焼ガ
ス址を定めるパラメータとしている。

ｓｂ＝πＤｂ２ ５＝Ｓｂ−４ｘ　−（ｄａ＋２Ｌｔａｎ　α）！＋但し
　Ｄｂは炉壁開口部光面の直径 ｄａは空気噴出孔の直径 しは炉壁開口部の奥行長さ αは噴流の拡がりの片側角度 上式は空気噴出口が４個配設されている場合の式である
が、空気噴出孔の数は低ＮＯｘ効果に大きな影響を与え
るものであって、４個を適数としているが、必ずしも４
個に限らず２個ないし６個にすることができる。空気噴
出孔の数をｎとすればパラメータＳ／Ｓｂは となる。このパラメータは本発明の燃焼装置が低ＮＯｘ
効果を最大限発揮するための各部の寸法関係を示すもの
である。即ち、実験上パラメータＳ／Ｓｂ値が０．５以
下であれば燃焼ガスの逆流人証が少なく、従ってＮＯｘ
＃、減効果が充分に発揮されない、また、バラメータＳ
／Ｓｂｌが０．７５以下であれば火炎は安定を保つが、
０．７５以上になれば火炎は不安定になる。従ってパラ
メータＳ／Ｓｂ値は０．５から０．７５の範囲内にある
ように炉を開口部の先端の直径Ｄｂ、奥行長さしおよび
空気噴出孔の数ｎ、直径ｄａを設定することが必要であ
る。

尚、αは約１０°であり、Ｌは保炎のためある程度の長
さを必要とする。

そして、斯様な構造の燃焼装置は、小バーナタイル４か
ら噴出される燃料と一次燃焼生成物の混合ガスを数本の
空気噴流に吸引させて炉壁開口部８から放出させる燃焼
方式であるから、火炎形状は空気圧や空気速度などによ
って極めて大きな影響を受ける。そこで、燃料及び燃焼
用空気の双方が低減する低負荷時にはバッフル６に穿孔
された数個の空気噴出孔７ａ、・・・、７ｄから炉壁開
口部８に噴出される二次空気を一部分割して流体素子通
路９ａ、・・・、９ｄから噴出させ、二次空気の噴射方
向を燃料噴射軸Ｏに向けて傾けることにより火炎形状を
整える。

尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではある
がこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱し
ない範囲において種々変形実施可能である。Ｐｊ４Ｊえ
ば、ｆＪ３図に示すように、流体素子通路９ａ、・・・
、９ｄへの二次空気の供給は空気噴出孔７ａ、・・・、
７ｄとは別個の燃焼用空気供給系２５を用いて行っても
良く、その場合にはダンパ２６，２７を連動させて、タ
ーンダウンが進むにつれて流体素子通路９ａ、・・・、
９（ｊから噴射される空気量を増大させるようにする。

また、−次空気は燃焼用空気供給系とは別個にｍ籾供給
系に供給するようにしても良い。

（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明は、二次空気の
周囲から噴射直前の二次空気と制御流体を合流させ、二
次空気と制御流体の噴射流量を制御することによって噴
射方向を制御しているので、燃焼負荷が下がった場合に
おいても、火炎の勢いが失われることなく最大燃焼負荷
時の場合とほぼ同様に浮き上がらず安定な火炎形状を形
成できる。

したがって、低負荷時においても低ＮＯｘ性を維持しか
つ加熱効率や熱処理用温度分布制御性の向上をもたらす
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃焼装置の一実燵例を示す中央縦断面
図、第２図は燃焼用空気の供給流路の分岐構造部分の拡
大断面図、第３図は本発明の他の実施例を示す中央ｔｌ
ＩＩｔｌｒ面図、第４図は二次空気の噴射パターンを示
す斜視図である。第５図は従来の燃焼装置を示す中央縦
断面図である。 ３・・・燃料供給手段、４・・・バーナタイル、６・・
・バッフル、７ａ、・・・、７ｄ・・・空気噴出孔、８
・・・炉壁開口部、９ａ、・・・、９ｄ・・・流体素子
通路、Ｊｏｂ・・・燃焼用空気供給通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中央に燃料供給手段を設け、その前方の周囲に小バーナ
   タイルを設けると共にバッフル面を形成し、該バッフル
   面に複数個の空気噴出孔を設けて燃焼用空気の一部を炉
   壁で囲われた炉壁開口部に噴出するようにした低ＮＯｘ
   燃焼装置において、前記空気噴出孔の出口で合流しかつ
   前記燃料供給手段の噴射軸に向けて制御用空気を噴射す
   る流体素子通路を設け、定格燃焼時には前記流体素子通
   路を遮蔽して空気噴射孔からのみ二次空気を噴出させ、
   低負荷燃焼時には流体素子通路からも二次空気を噴射さ
   せて２つの空気流を合流させ、ターンダウンに従つて二
   次空気の噴射方向を中心に向けて変化させるようにして
   いることを特徴とする低ＮＯｘ燃焼装置。