JPH0765730B2 - 低ＮＯｘ燃焼装置 - Google Patents

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NOx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
ーナタイル構造123を設け、燃焼用空気の分割機構124を
設け、該分割機構によって分割されその量を調節された
一次空気が該小バーナタイル構造に供給されるように
し、分割された大部分の二次空気は該小バーナタイル構
造の周囲に設けたバッフル125に穿孔された数個の空気
噴出孔126a,126bから炉壁で囲われた炉壁開口部128に噴
出するようにし、該炉壁開口部の先面における燃焼ガス
の逆流面積Ｓと該炉壁開口部の先面面積Sbの比 但し Dbは炉壁開口部先面の直径 ｎは空気噴出孔の数 daは空気噴出孔の直径 Ｌは炉壁開口部の奥行長さ 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、この燃焼装置は定格燃焼時における低NO
x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
に活用し、かつ現状の性能を維持しつつ、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
気噴出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傾け、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施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図は重油と都市ガ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施例を示す。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から成る燃焼供給手段３を設けている。これら燃料
供給手段３の前方側に小バーナタイル４が設けられてい
る。また、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。一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7a,7
b,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に向けて開口する流体素
子通路9a,…,9dが穿孔されている。この流体素子通路9
a,…、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。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10aと、流体素子通路9a,…,9dと繋がる環
状流路10cに連通する流路10bとに区画され、各流路10a,
10bを軸方向に移動する遮断弁12a,12bによって遮断可能
に設けられている。この遮断弁12a,12bは燃焼用空気供
給通路10a,10bの入口部分に設けられた遮断壁13a,13bの
手前側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、一方が閉じる方向に向
かうとき他方が開く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15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
19が介挿され、流体素子通路9a,…,9d側の流路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側に供給され
る空気と、流体素子通路9a,…,9d側に供給されて空気を
分割することができる。

以上のように構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、この逆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入は連続的に行なれる。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7
a,…,7dに繋がる流路10aを閉じるようにして流路10a側
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
噴射される空気噴流の噴出角度が噴射軸Ｏ側寄りに傾
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,…,7d側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Ｏ側に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21
内の高温燃焼ガスが炉壁開口部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、NOx発生量が現実に低減
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Sbと、
これから４つの噴流の断面積の総和を除いた逆流面積Ｓ
とにより算出される比S/Sbを逆流燃焼ガス量を定めるパ
ラメータとしている。

但し Dbは炉壁開口部先面の直径 daは空気噴出孔の直径 Ｌ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
ば燃焼ガスの逆流入量が少なく、従ってNOx低減効果が
充分に発揮されない。また、パラメータS/Sb値が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0.7
5の範囲内にあるように炉壁開口部の先端の直径Db、奥
行長さＬ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。例えば、第
３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,…,9dから噴射される空気量を増大させるようにす
る。また、一次空気は燃焼用空気供給系とは別個に燃料
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施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縦断
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、 10b……燃焼用空気供給通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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
   るようにしていることを特徴とする低NOx燃焼装置。