JPH07119928A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼量の高低にかかわらず、ＮＯx の生成を
抑制することができる燃焼装置を提供すること。 【構成】 互いに略平行で所定の間隔を存して、かつバ
ーナ手段(2) からの燃焼火炎と交差するように設けられ
る多数の熱吸収管(4)(4)‥‥からなる熱吸収管群を備え
るものにおいて、燃焼火炎が、バーナ手段(2) の後流側
で対面する熱吸収管(4)(4)‥‥間の隙間の夫々に向けて
延びるようにバーナ手段(2) を設けたことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、貫流ボイラ，自然循
環式水管ボイラ，強制循環式水管ボイラ等の水管ボイラ
に用いて好適であって、燃焼量の大小に関らず、ＮＯx
及びＣＯの排出濃度を減少させる燃焼装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年では、環境汚染問題により、ボイラ
においても有害燃焼排気物、特にＮＯx ，ＣＯ等の一層
の排出濃度の低減が求められている。このような有害燃
焼排気物の排出濃度の低減化対策は種々提案されてい
る。その低減化対策の一つとして、バーナにできるだけ
熱吸収管を近づけ、燃焼火炎中に熱吸収管群を位置させ
て、熱交換と同時に火炎の冷却を行うことでthermal Ｎ
Ｏx の生成をできるだけ抑制し、かつ、高負荷燃焼を実
現する技術が米国特許第５，０２０，４７９号にて知ら
れている。

【０００３】尚、本書で用いる「燃焼火炎」とは、現在
燃焼反応を起している最中の高温ガスのことをいい、こ
の高温ガス中には燃焼を完了していない可燃性予混合ガ
スと燃焼によって生成された燃焼済みガスとを含む。ま
た、火炎は燃焼ガスと言い換えてもよい。

【０００４】しかしながら、この従来の対策によればＮ
Ｏx の排出濃度は低減できるもののＣＯの排出濃度が僅
かに高めになるという問題がある。その原因の一つは、
ＣＯについては、ＮＯx を低減するためになされる燃焼
火炎の冷却が急冷効果をもたらし、これにより燃焼反応
が凍結され一部は高温での平衡濃度のまま未反応物質、
つまりＣＯ等として系外に排出してしまうことによるの
ではないかと考えられている。この問題を解決すべく、
高負荷燃焼により生成した火炎の近傍又は、これに接し
て置いた冷物体で火炎の温度を１０００℃以上、１５０
０℃以下に制御した後、冷物体の後流側に設けた断熱空
間で火炎中の残留ＣＯを酸化反応させてＣＯ2に変成さ
せる技術が、特開昭６０−７８２４７号公報にて提案さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この技
術はＣＯの排出の低減を目的としてなされたもので、Ｎ
Ｏx の生成の抑制を目的とはしていない。このため、断
熱空間を設ける位置によっては燃焼火炎の断熱空間温度
が高くなり、ＮＯx （thermal ＮＯx ）が生成されてし
まう。更に、燃焼火炎の流速が大きい場合、断熱空間を
燃焼火炎流れ方向の長さを長く確保することで、必要と
するＣＯからＣＯ2 への変成を図ることができるが、そ
うすると熱効率の低下を招き、缶体の小型化を実現でき
ないという問題がある。

【０００６】更に、一般にボイラなどは要求される熱量
によってバーナ手段の燃焼量も調整する必要があり、そ
のため、燃焼機器の熱量の調整によっては、上記の断熱
空間の相対的な位置が相違してしまう。即ち、バーナ手
段と、缶体側の断熱空間，熱吸収管の配置は、常用され
る出力、或は定格出力での燃焼時に、ＮＯx やＣＯの生
成量が少なくなるように決定される。従って、低負荷で
の燃焼時には火炎が熱吸収管によって有効に急冷され
ず、そのため、ＮＯx の生成量が増大し、一方、過大な
燃焼時においては、バーナ手段前面の熱吸収管が過熱す
るという問題がある。

【０００７】また、バーナ手段は、予混合気や燃料、空
気の噴出孔の周囲はこれらの気体の噴出によって十分冷
却可能であるが、それ例外の箇所周囲は、上記のような
高温のガスに晒されるため、耐熱性に関する工夫が必要
である。

【０００８】加えて、上記のような狭い空間で良好な燃
焼反応領域を構成する必要があって、バーナ手段側の工
夫も必要であり、そのための構造が複雑化していた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
に鑑みてなされたもので、互いに略平行で所定の間隔を
存して、かつバーナ手段からの燃焼火炎と交差するよう
に設けられる多数の熱吸収管からなる熱吸収管群を備え
るものにおいて、燃焼火炎が、バーナ手段の後流側で対
面する熱吸収管間の隙間の夫々に向けて延びるようにバ
ーナ手段を設けたことを特徴とする燃焼装置である。

【００１０】

【作用】この発明に係る燃焼装置によれば、燃焼量の高
低にかかわらず、バーナ手段の火炎が熱吸収管の隙間か
ら後流側の隙間に向けて確実に流入することになり、火
炎の両側からの熱吸収管による冷却により、ＮＯx の生
成を抑制する。

【００１３】

【実施例】図１は、この発明に係る燃焼装置を水管ボイ
ラの一種である多管式貫流ボイラに適用した実施例の缶
体の横断面を示す概略構成図である。図面において、多
管式貫流ボイラの缶体(1) は、後記バーナ手段(2) から
噴出される燃焼火炎の流通方向（缶体の長手方向）に沿
って配置した垂直の熱吸収管壁（以下、単に管壁と称す
る）(3),(3) と、互いに略平行であって所定間隔を存し
て上記管壁(3),(3) 間に燃焼火炎と交差するように配設
される多数の略垂直熱吸収管(4)(4)‥‥（熱吸収管群を
構成する）と、上記管壁(3),(3) 間の一側開口部に配設
した予混合式の比較的フラットな火炎を形成するバーナ
手段(2) と、上記管壁(3),(3) 間の他側開口部に形成し
た燃焼排ガス出口（以下、単に排ガス出口と称する）
(5) 等から構成される。管壁(3),(3) は燃焼・熱交換区
域(N) を画成する。この排ガス出口(5) は燃焼・熱交換
区域(N) の反バーナ側端部に設ければよく、例えば管壁
の一部を削除開口して形成することができる。

【００１５】上記管壁(3),(3) は、この実施例では、夫
々、複数本の熱吸収管(6) を適宜の間隔をおいて燃焼火
炎の流通方向に並んで配設され、各熱吸収管(6)(6)‥‥
の隙間をこれら熱吸収管(6)(6)‥‥の軸線方向に沿って
延びる平板状のフィン状部材(7)(7)‥‥で閉鎖した構成
のものである。

【００１６】これらの管壁(3),(3) は、実質上互いに平
行をなすように適宜の間隔をおいて配置され、各管壁
(3),(3) の外側にはカバー体(8),(8) を取付け、管壁
(3),(3)との間に断熱空間(9),(9) を形成している。

【００１７】熱吸収管(4)(4)‥‥は燃焼火炎の流れ方向
に配列される３つの熱吸収管列X,Y,Z が含まれている。
以下の説明では、この各列名X,Y,Z に、バーナ手段(2)
から離れる方向に順次添字1,2,3,‥‥を附して管番号(X
1),(X2),‥‥，(Y1),(Y2),‥‥，(Z1),(Z2),‥‥とし、
管壁(3),(3) を構成する熱吸収管(6)(6)‥‥には各列毎
に管番号(A1),(A2),‥‥，(B1),(B2),‥‥を夫々附して
説明する。

【００１８】上記管壁(3),(3) を構成する熱吸収管(6)
(6)‥‥及び管壁(3),(3) 間に配置する熱吸収管(4)(4)
‥‥に上端並びに下端は、夫々、上部ヘッダ及び下部ヘ
ッダ（共に図示省略）に連通接続される。そして、この
両ヘッダは管壁(3),(3) の上下端部と気密に接合され、
管壁(3),(3) と共同して燃焼・熱交換区域(N) の上下左
右の四方を気密に区画して燃焼火炎及び燃焼済みガスが
缶体外部に漏れないように構成する。そして、残りの２
方の開口のうち、一方はバーナ手段(2) を取付け、他方
の開口には排気筒（図示省略）を接続する。蒸気ボイラ
においては、通常運転時下部ヘッダの全体と熱吸収管
(6)(6)‥‥，(4)(4)‥‥の途中までは常時水で満たさ
れ、熱吸収管(6)(6)‥‥，(4)(4)‥‥の上部と上部ヘッ
ダ内は蒸気で満たされている。

【００１９】上記管壁(3),(3) 間に配置される複数の熱
吸収管(4)(4)‥‥は上述のように３列X,Y,Z が燃焼火炎
の流通方向に並列に配設されており、管壁(3),(3) の熱
吸収管(6)(6)‥‥を含めて隣り合う列の熱吸収管同志は
千鳥状配列となっている。また燃焼火炎の流通路となる
各熱吸収管(6)(6)‥‥，(4)(4)‥‥相互の間隔は、各熱
吸収管(6) の外径と等しいか、それ以下に設定するのが
好ましく、これらの各間隔は、全て同一であっても、互
いに異なっていても、前述の条件内にあれば良い。

【００２０】上記バーナ手段(2) は、周知のコルゲート
タイプの予混合式平面燃焼バーナを用いるが、予混合気
を噴出する多数の小孔を有するセラミックプレートバー
ナを用いても良いし、気化燃焼油バーナの他、種々のバ
ーナを用いることも可能である。

【００２１】このバーナ手段(2) と、その直前に位置す
る熱吸収管(X1),(Y1),(Z1)並びに管壁(3),(3) を構成す
る最前列側の熱吸収管(A1),(B1) との位置関係は以下の
ように設定してある。

【００２２】上記各熱吸収管(X1),(Y1),(Z1),(A1),(B1)
相互の間には、４つの隙間が形成されており、この各隙
間にバーナ手段(2) を配置してある。各隙間に配置され
たバーナ手段(2) は、その予混合気の噴出方向をその後
流側に位置する熱吸収管に向けてある。

【００２３】上記バーナ手段(2) が上述したような平板
状の保炎体（バーナプレート）を備えたものである場合
は、図示するように各熱吸収管の隙間に独立した保炎体
を設け、保炎体毎に個別に火炎を形成するようにしたも
のを適用する。このような構成により、上述同様にバー
ナ手段(2) からの火炎はバーナ手段(2) と対面する各熱
吸収管間に形成される隙間に向けて延びることになる。

【００２４】更に、上記のバーナ手段と熱吸収管との位
置関係は、バーナ手段(2) からの火炎（燃焼ガスの高温
領域）が、予混合気の噴出方向両側の熱吸収管と接触す
る位置とする。そのため、バーナ手段からの火炎は、両
側熱吸収管との間の伝熱によって冷却され、温度低下
し、thermal ＮＯx の生成を防止できる。

【００２５】またこのようにバーナ手段からの火炎が確
実に熱吸収管の隙間内に侵入するように構成してあるの
で、燃焼量の高低に関らず、確実に火炎の冷却が行わ
れ、すべての運転状況下において低ＮＯx ，低ＣＯ化を
達成できる。

【００２６】以上の構成においての熱吸収管への伝熱
は、バーナ手段(2) からの燃焼火炎が、熱吸収管(A1),
(X1),(Y1),(Z1),(B1)間の隙間を通過した後、それら熱
吸収管よりも後流側の各熱吸収管間の隙間空間において
も燃焼を継続しながら上記管壁間を排ガス出口(5) に向
けて流通する間に行われる。

【００２７】次に、この発明に係る第２の実施例を図２
を参照しながら説明する。この実施例は、上記第１の実
施例とバーナの形式を変更したもので、即ちに、各熱吸
収管の隙間間に配置するバーナ手段を多孔質の平板状保
炎体に代えて予混合式のラインバーナとしたものであ
る。このラインバーナは、予混合ガスの供給管(10)の周
面の長手方向に沿って予混合ガスの噴出ノズル(11)を形
成してあり、火炎は予混合ガス供給管(10)に沿って延び
る平面状の火炎となる。このラインバーナは上記熱吸収
管(A1),(X1),(Y1),(Z1),(B1)間の隙間の前方に、当該供
給管(10)が熱吸収管と略平行を成すように配置してあ
り、噴出ノズル(11)は、上記熱吸収管(A1),(X1),(Y1),
(Z1),(B1)の隙間に向けてある。従って、このようなラ
インバーナによれば、上述同様に各熱吸収管の隙間内に
火炎を侵入させるように構成することができる。このバ
ーナの場合の作用効果は上記実施例と同様であるので省
略する。

【００２８】以上の説明においては、各熱吸収管の隙間
毎に、単独のバーナ手段(2) を設けたものであるが、こ
の発明においては、１台のボイラ缶体に単独のバーナ手
段を配置し、このバーナ手段からの火炎を適宜に分割す
ることによって各隙間に対応する火炎を形成したもので
も構わない。この場合の実施例を図４，５に示す。

【００２９】図３に示す第３の実施例は、取付端側に熱
吸収管(A1),(X1),(Y1),(Z1),(B1)と適宜の間隔をおいて
バーナ手段(2) の保炎体（予混合式バーナのものであ
る）(20)を配置し、火炎分割手段(21)をこの保炎体(20)
と熱吸収管(A1),(X1),(Y1),(Z1),(B1)との間の中程に設
けたものである。この火炎分割手段(21)は、適宜の窓孔
(22)(22)‥‥を穿孔した板状部材であって、上記の保炎
体(20)を取り囲むように取付けてある。従って、保炎体
(20)からの予混合気は、上記火炎分割手段(21)の窓孔(2
2)(22)‥‥の部分から噴出し、窓孔(22)(22)‥‥を画成
する桟部(23)(23)‥‥においては遮られる。従って各窓
孔(22)(22)‥‥部分にのみ火炎が形成され、この火炎が
上記同様に熱吸収管(A1),(X1),(Y1),(Z1),(B1)間の隙間
に向かって延びる。この場合は、上記第１，２実施例の
効果の他、バーナ手段が実質上１個で良いため、予混合
気の供給など配管の簡略化が図れ、特に比較的小容量の
ボイラ等に適用するのに好適である。

【００３０】図４に示す第４の実施例は、バーナ手段取
付端側の熱吸収管(A1),(X1),(Y1),(Z1),(B1)と適宜の間
隔をおいてバーナ手段(2) を設け、上記第３の実施例同
様の保炎体(20)を配置し、火炎分割手段(21') を部分的
に対面する熱吸収管(X1),(Y1),(Z1) に密着させて設け
たものである。この火炎分割手段(21') も、上記の第３
の実施例同様に適宜の窓孔(22')(22')‥‥を穿孔した板
状部材であって、保炎体(20') を取り囲むように取付け
てあり、保炎体(20)からの予混合気は、上記火炎分割手
段(21') の窓孔(22')(22')‥‥の部分から噴出し、窓孔
を画成する桟部(23')(23')‥‥においては遮られる。従
って、各窓孔(22')(22')‥‥部分にのみ火炎が形成さ
れ、この火炎が上記同様に熱吸収管(A1),(X1),(Y1),(Z
1),(B1)間の隙間に向かって延びる。この第４の実施例
においては、以上の第１〜３の実施例の作用効果の他、
火炎分割手段を部分的に熱吸収管に密着させてあるた
め、熱的変形に強いという利点がある。

【００３１】以上の各実施例の説明では、管壁(3),(3)
間に配列する複数の熱吸収管群を、管壁間に３列配置し
たものであったが、列数はこれに限らず、また偶数列を
なす縦列配置の缶体においても適用することができる。
また、以上の第１〜４の実施例における管壁(3),(3)
は、それぞれ複数本の熱吸収管を適宜の間隔をおいて縦
列配置し、各熱吸収管の隙間を平板状のフィン状部材で
閉鎖した構成のものとしたが、この発明では管壁の構造
は、各熱吸収管を密接状態で配列したものであってもよ
い。

【００３２】

【発明の効果】この発明に係る燃焼装置によれば、燃焼
量の高低にかかわらず、バーナ手段の火炎が熱吸収管の
隙間から後流側の隙間に向けて確実に流入することにな
り、火炎の両側から熱吸収管によって冷却する構成とな
るため、どの燃焼範囲においてもＮＯx の生成を抑制す
ることができる。この事により、ＮＯx 低減効果の高い
燃焼範囲を従来より飛躍的に拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る燃焼装置の一実施例における缶
体構造を示す平面図である。

【図２】この発明に係る燃焼装置の第２の実施例におけ
る缶体構造を示す平面図である。

【図３】この発明に係る燃焼装置の第３の実施例におけ
る缶体構造の要部を拡大して示す平面図である。

【図４】この発明に係る燃焼装置の第４の実施例におけ
る缶体構造の要部を拡大して示す平面図である。

【符号の説明】

(2) バーナ手段 (3) 管壁 (4) 熱吸収管 (6) 熱吸収管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに略平行で所定の間隔を存して、か
   つバーナ手段(2) からの燃焼火炎と交差するように設け
   られる多数の熱吸収管(4)(4)‥‥からなる熱吸収管群を
   備えるものにおいて、燃焼火炎が、バーナ手段(2) の後
   流側で対面する熱吸収管(4)(4)‥‥間の隙間の夫々に向
   けて延びるようにバーナ手段(2) を設けたことを特徴と
   する燃焼装置。