JPH0794881B2 - 低ＮＯ▲下ｘ▼燃焼用バ−ナ - Google Patents
低ＮＯ▲下ｘ▼燃焼用バ−ナInfo
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- JPH0794881B2 JPH0794881B2 JP21279087A JP21279087A JPH0794881B2 JP H0794881 B2 JPH0794881 B2 JP H0794881B2 JP 21279087 A JP21279087 A JP 21279087A JP 21279087 A JP21279087 A JP 21279087A JP H0794881 B2 JPH0794881 B2 JP H0794881B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃焼ガス中の窒素酸化物（以下NOxと略称す
る）を低減できるバーナに係り、特に、微粉炭燃焼時の
低NOx化を促進できる微粉炭用低NOxバーナに関する。
る）を低減できるバーナに係り、特に、微粉炭燃焼時の
低NOx化を促進できる微粉炭用低NOxバーナに関する。
化石燃料中には、炭素，水素等の燃料成分の他に窒素
（Ｎ）分が含まれている。特に、石炭は気体燃料や液体
燃料に比較してＮ分含有量が多い。従つて、石炭の燃焼
時に発生するNOxは、気体燃料の燃焼時に発生するNOxよ
りも多く、このNOxを極力低減することが要望されてい
る。
（Ｎ）分が含まれている。特に、石炭は気体燃料や液体
燃料に比較してＮ分含有量が多い。従つて、石炭の燃焼
時に発生するNOxは、気体燃料の燃焼時に発生するNOxよ
りも多く、このNOxを極力低減することが要望されてい
る。
種々な燃料の燃焼時に発生するNOxは、その発生形態に
より、サマールNOxとフユーエルNOxとに分類される。サ
マールNOxは燃焼用空気中の窒素が酸素によつて酸化さ
れて生成するものであり、フユーエルNOxは燃料中のＮ
分の酸化によつて生成するものである。これらのNOxの
発生を抑制するため、従来燃焼用空気を多段に分割して
供給する多段燃焼法、低酸素濃度の燃焼排ガスを燃焼領
域に混入する排ガス再循環法などがある。これらの低NO
x燃焼法に共通の原理は、燃焼火炎の温度を低下させる
ことにより、窒素と酸素の反応を抑制することにある。
しかし、燃焼温度の低下によつて発生を抑制できるのは
サマールNOxであり、フユーエルNOxの発生は燃焼温度に
対する依存性が小さい。従つて、火炎温度を低下させる
燃焼法は、Ｎ分含有量の少ない燃料からのNOx低減には
有効である。D.W PershingおよびJ.O.L Wendtの実験に
よつて明らかなように、石炭の燃焼の場合には、フユー
エルNOxが約80％を占めるため、ザ インフルエンス
オブ フレーム テンプリチヤ アンド コール コン
ポジシヨン オン サーマル アンド フユーエル エ
ヌオーエツクス；ザ シツクステイーンスシンポジウム
（インターナシヨナル）オン コンバスチヨン,P389−3
99,ザ コンバスチヨン インステイチユート,1976（Th
e influence of flame temperatre and coal compositi
on on thermal and fuel NOx;The Sixteenth Symposium
（International）on Combustion P389−399,The Combu
stion Institute,1976）従来の低NOx燃焼法は効果が小
さい。
より、サマールNOxとフユーエルNOxとに分類される。サ
マールNOxは燃焼用空気中の窒素が酸素によつて酸化さ
れて生成するものであり、フユーエルNOxは燃料中のＮ
分の酸化によつて生成するものである。これらのNOxの
発生を抑制するため、従来燃焼用空気を多段に分割して
供給する多段燃焼法、低酸素濃度の燃焼排ガスを燃焼領
域に混入する排ガス再循環法などがある。これらの低NO
x燃焼法に共通の原理は、燃焼火炎の温度を低下させる
ことにより、窒素と酸素の反応を抑制することにある。
しかし、燃焼温度の低下によつて発生を抑制できるのは
サマールNOxであり、フユーエルNOxの発生は燃焼温度に
対する依存性が小さい。従つて、火炎温度を低下させる
燃焼法は、Ｎ分含有量の少ない燃料からのNOx低減には
有効である。D.W PershingおよびJ.O.L Wendtの実験に
よつて明らかなように、石炭の燃焼の場合には、フユー
エルNOxが約80％を占めるため、ザ インフルエンス
オブ フレーム テンプリチヤ アンド コール コン
ポジシヨン オン サーマル アンド フユーエル エ
ヌオーエツクス；ザ シツクステイーンスシンポジウム
（インターナシヨナル）オン コンバスチヨン,P389−3
99,ザ コンバスチヨン インステイチユート,1976（Th
e influence of flame temperatre and coal compositi
on on thermal and fuel NOx;The Sixteenth Symposium
（International）on Combustion P389−399,The Combu
stion Institute,1976）従来の低NOx燃焼法は効果が小
さい。
石炭中の可燃成分は揮発成分と個体成分とに大別でき
る。この石炭固有の性質に従い、微粉炭の燃焼構成は揮
発成分が放出される微粉炭の熱分解過程、更に、熱分解
後の可燃性個体成分（以下チヤーと称す）の燃焼過程か
らなる。揮発成分の燃焼速度は個体成分の燃焼速度より
はやく、揮発成分は燃焼の初期過程で燃焼する。また、
熱分解過程では、石炭中に含有されるＮ成分も、他の揮
発成分と同様に揮発放出されるものとチヤー中に残るも
のとに分かれる。従つて、微粉炭燃焼時に発生するフユ
ーエルNOxは、揮発性Ｎ分からNOxとチヤー中のＮ分から
のNOxと分かれる。
る。この石炭固有の性質に従い、微粉炭の燃焼構成は揮
発成分が放出される微粉炭の熱分解過程、更に、熱分解
後の可燃性個体成分（以下チヤーと称す）の燃焼過程か
らなる。揮発成分の燃焼速度は個体成分の燃焼速度より
はやく、揮発成分は燃焼の初期過程で燃焼する。また、
熱分解過程では、石炭中に含有されるＮ成分も、他の揮
発成分と同様に揮発放出されるものとチヤー中に残るも
のとに分かれる。従つて、微粉炭燃焼時に発生するフユ
ーエルNOxは、揮発性Ｎ分からNOxとチヤー中のＮ分から
のNOxと分かれる。
しかし、D.W PershingおよびJ.O.L Wendtの指摘のよう
に、石炭燃焼の場合には、揮発性Ｎ成分から発生するNO
xが大半であり、低NOx燃焼法としては、これを対象とす
る技術が要求される。
に、石炭燃焼の場合には、揮発性Ｎ成分から発生するNO
xが大半であり、低NOx燃焼法としては、これを対象とす
る技術が要求される。
揮発性Ｎ分は、燃焼の初期過程及び酸素不足の燃焼領域
において、NH3,HCN等の化合物になることが知られてい
る。これらの窒素化合物は、酸素と反応してNOxになる
他に、発生したNOxと反応してNOxを窒素に分解する還元
剤にもなる。この窒素化合物によるNOxを還元反応は、N
Oxとの共存系において進行するものであり、NOxが共存
しない反応系では、大半の窒素化合物はNOxに酸化され
る。この還元反応は、燃焼のような高温度条件下では、
低酸素濃度雰囲気になる程進行し易い。従つて、石炭燃
焼火炎から発生するNOxを低減するには、如何にして、
この低酸素濃度雰囲気を作るかが、技術的な鍵になる。
において、NH3,HCN等の化合物になることが知られてい
る。これらの窒素化合物は、酸素と反応してNOxになる
他に、発生したNOxと反応してNOxを窒素に分解する還元
剤にもなる。この窒素化合物によるNOxを還元反応は、N
Oxとの共存系において進行するものであり、NOxが共存
しない反応系では、大半の窒素化合物はNOxに酸化され
る。この還元反応は、燃焼のような高温度条件下では、
低酸素濃度雰囲気になる程進行し易い。従つて、石炭燃
焼火炎から発生するNOxを低減するには、如何にして、
この低酸素濃度雰囲気を作るかが、技術的な鍵になる。
これ迄に知られている低酸素濃度雰囲気を火炎内に形成
させるためのバーナには、実開昭57−94004,特公昭55−
30161号公報、あるいは、文献（D.M.Zallen,R.Gershma
n,M.P.Heap and W.H.Nurich,“The Generalization of
Low Emission Coal Burner Technolog"Proceedings of
the Third Stationary Source Combustion System,volu
me II,p73−109,1976年）に示されるように、燃焼用の
二次あるいは、三次空気を、燃料噴出孔より離すことに
より、過剰空気と低空気比燃焼火炎との混合を遅らせる
バーナがある。
させるためのバーナには、実開昭57−94004,特公昭55−
30161号公報、あるいは、文献（D.M.Zallen,R.Gershma
n,M.P.Heap and W.H.Nurich,“The Generalization of
Low Emission Coal Burner Technolog"Proceedings of
the Third Stationary Source Combustion System,volu
me II,p73−109,1976年）に示されるように、燃焼用の
二次あるいは、三次空気を、燃料噴出孔より離すことに
より、過剰空気と低空気比燃焼火炎との混合を遅らせる
バーナがある。
上記従来の燃焼法では、燃料噴出口より半径方向に離れ
た空気ノズルから、直進流として二次或いは三次空気が
噴出される。従つて、低空気比火炎と過剰空気との混合
が遅れ、低空気比火炎内に、酸素濃度の低い領域の形成
は容易であるが、混合の遅れる分だけ、燃焼時間が長く
なり、燃焼率が低下する、あるいは、燃焼装置が大型化
する等の問題があつた。
た空気ノズルから、直進流として二次或いは三次空気が
噴出される。従つて、低空気比火炎と過剰空気との混合
が遅れ、低空気比火炎内に、酸素濃度の低い領域の形成
は容易であるが、混合の遅れる分だけ、燃焼時間が長く
なり、燃焼率が低下する、あるいは、燃焼装置が大型化
する等の問題があつた。
また、バーナ出口での三次空気と微粉炭との混合を遅ら
せるため、三次空気を外周へそらせるためのそらせ板を
有するバーナ（特開昭60−226609）があり、NOx低減及
び燃焼率の向上に有効である。しかしながら、燃料事情
に応じ、昨今では、ひとつのバーナで種々の燃料、特
に、石油代替燃料である石炭と液化天然ガスを燃焼でき
るバーナが要求される。前述のように、フユーエルNOx
とサーマルNOxとでは発生機構が異なるため、同一バー
ナで微粉炭と機体燃料燃焼時のNOx低減を図るのは困難
であつた。
せるため、三次空気を外周へそらせるためのそらせ板を
有するバーナ（特開昭60−226609）があり、NOx低減及
び燃焼率の向上に有効である。しかしながら、燃料事情
に応じ、昨今では、ひとつのバーナで種々の燃料、特
に、石油代替燃料である石炭と液化天然ガスを燃焼でき
るバーナが要求される。前述のように、フユーエルNOx
とサーマルNOxとでは発生機構が異なるため、同一バー
ナで微粉炭と機体燃料燃焼時のNOx低減を図るのは困難
であつた。
本発明の目的は、過剰空気と低空気火炎の混合法を改良
した、低NOxバーナを提供することにある。更に、詳細
には、火炎中心部に効率良く、低酸素濃度領域を形成さ
せ、この領域でNOxが還元減少した後に、この領域中に
残存する未燃燃料と完全燃焼用空気との混合を低酸素濃
度領域後流で、早急に進ませることにより、燃焼率の低
下、燃焼装置の大型化を防ぐと同時に、NOxの低減を図
るバーナを提供することにある。更には、本発明の目的
は、気体燃料の燃焼時にもNOxの低減を図るため、気体
燃料燃焼時には、火炎内に局所的な高温領域が発生する
のを防止するため、燃料と空気の混合を促進することに
より、サーマルNOxの低減を図るバーナを提供すること
にある。
した、低NOxバーナを提供することにある。更に、詳細
には、火炎中心部に効率良く、低酸素濃度領域を形成さ
せ、この領域でNOxが還元減少した後に、この領域中に
残存する未燃燃料と完全燃焼用空気との混合を低酸素濃
度領域後流で、早急に進ませることにより、燃焼率の低
下、燃焼装置の大型化を防ぐと同時に、NOxの低減を図
るバーナを提供することにある。更には、本発明の目的
は、気体燃料の燃焼時にもNOxの低減を図るため、気体
燃料燃焼時には、火炎内に局所的な高温領域が発生する
のを防止するため、燃料と空気の混合を促進することに
より、サーマルNOxの低減を図るバーナを提供すること
にある。
本発明は、微粉炭と一次空気との混合気流を噴出する微
粉炭ノズル；期前記微粉炭ノズルと同心上にその外周に
配置される、二次空気ノズル；前記微粉炭ノズルと同心
上に前記二次空気ノズルの外周に配置される、三次空気
ノズル；二次空気及び三次空気を旋回流として噴出させ
るための旋回流発生手段；前記二次空気ノズルと三次空
気ノズルとの間に設置され、前記二次空気と前記三次空
気との混合を遅延させ且つ二次空気と三次空気との間に
渦流を形成させるような厚さを有するスペーサを有し、
かつ前記微粉炭ノズルの先端に設けられ、微粉炭と一次
空気の混合気体噴流と、二次空気流との間に渦流を形成
するための保炎板を有するバーナにより、微粉炭と空気
との混合を改良し、微粉炭燃焼時のNOxの排出量を低減
する。
粉炭ノズル；期前記微粉炭ノズルと同心上にその外周に
配置される、二次空気ノズル；前記微粉炭ノズルと同心
上に前記二次空気ノズルの外周に配置される、三次空気
ノズル；二次空気及び三次空気を旋回流として噴出させ
るための旋回流発生手段；前記二次空気ノズルと三次空
気ノズルとの間に設置され、前記二次空気と前記三次空
気との混合を遅延させ且つ二次空気と三次空気との間に
渦流を形成させるような厚さを有するスペーサを有し、
かつ前記微粉炭ノズルの先端に設けられ、微粉炭と一次
空気の混合気体噴流と、二次空気流との間に渦流を形成
するための保炎板を有するバーナにより、微粉炭と空気
との混合を改良し、微粉炭燃焼時のNOxの排出量を低減
する。
本発明の更に他の一局面によれば、最初に述べた構成に
加えて更に前記微粉炭ノズルの先端に設けられ、微粉炭
と一次空気の混合気体噴流と、二次空気流との間に渦流
を形成するための保炎板を有し、前記スペーサ内に気体
燃料ノズルを設置し、気体燃料燃焼時に発生するNOxを
低減する。
加えて更に前記微粉炭ノズルの先端に設けられ、微粉炭
と一次空気の混合気体噴流と、二次空気流との間に渦流
を形成するための保炎板を有し、前記スペーサ内に気体
燃料ノズルを設置し、気体燃料燃焼時に発生するNOxを
低減する。
本発明のバーナにおいて、二次空気ノズルと三次空気ノ
ズル間に設置するスペーサは、二次空気と三次空気との
半径方向の距離をとることによつて両者の混合を遅ら
せ、NOxの還元を行なうための還元領域を形成させる。
スペーサは更に、二次空気噴流と三次空気噴流との間に
渦流を形成し、保炎性を良くする。
ズル間に設置するスペーサは、二次空気と三次空気との
半径方向の距離をとることによつて両者の混合を遅ら
せ、NOxの還元を行なうための還元領域を形成させる。
スペーサは更に、二次空気噴流と三次空気噴流との間に
渦流を形成し、保炎性を良くする。
三次空気ノズルに設置する旋回流発生器は、更に、三次
空気を旋回流とすることにより直進流として噴出する燃
料との混合を遅らせ、旋回流内部に発生する静圧の低い
領域を利用して、還元雰囲気中に残存する未燃燃料と三
次空気との混合を、火炎後流で促進し、火炎の長火炎化
及び燃焼性の低下を防ぐことができる。
空気を旋回流とすることにより直進流として噴出する燃
料との混合を遅らせ、旋回流内部に発生する静圧の低い
領域を利用して、還元雰囲気中に残存する未燃燃料と三
次空気との混合を、火炎後流で促進し、火炎の長火炎化
及び燃焼性の低下を防ぐことができる。
更に、本発明では、燃焼用空気を二次空気及び三次空気
に分割して投入できる構造をとるため、着火及び低空気
化火炎用の二次空気と完全燃焼用の三次空気の空気量、
噴出速度を独立して制御できるため、使用する石炭の種
類が変化してもこれに対処できる。二次空気ノズルと三
次空気ノズル間に設置するスペーサ及び旋回流発生器
は、それぞれの空気の役割を明瞭に区分する作用をす
る。
に分割して投入できる構造をとるため、着火及び低空気
化火炎用の二次空気と完全燃焼用の三次空気の空気量、
噴出速度を独立して制御できるため、使用する石炭の種
類が変化してもこれに対処できる。二次空気ノズルと三
次空気ノズル間に設置するスペーサ及び旋回流発生器
は、それぞれの空気の役割を明瞭に区分する作用をす
る。
サーマルNOxの発生を抑制するには、局所的な火炎の高
温領域の形成を防止する必要がある。火炎温度は、燃料
を完全に燃焼するために必要な理論空気量で燃焼する時
に最も高くなる。従つて、空気量過剰の条件下で燃焼す
れば、火炎の高温化を防止することが可能である。しか
しながら、予混合火炎は、安定に火炎を形成させるのが
困難であり、空気量が過剰になると吹き消え、また、予
混合気の噴出速度を低減すると逆火する恐れがある。従
つて、通常の燃焼装置は燃料と空気とを別別のノズルよ
り噴出させ、火炉内で両者を混合し、燃焼させる。所
謂、拡散火炎を利用する。拡散火炎の場合には、燃料と
空気との混合が進行する領域で必ず、理論当量比付近で
燃焼が進むため、ここでは火炎温度が高くなる。
温領域の形成を防止する必要がある。火炎温度は、燃料
を完全に燃焼するために必要な理論空気量で燃焼する時
に最も高くなる。従つて、空気量過剰の条件下で燃焼す
れば、火炎の高温化を防止することが可能である。しか
しながら、予混合火炎は、安定に火炎を形成させるのが
困難であり、空気量が過剰になると吹き消え、また、予
混合気の噴出速度を低減すると逆火する恐れがある。従
つて、通常の燃焼装置は燃料と空気とを別別のノズルよ
り噴出させ、火炉内で両者を混合し、燃焼させる。所
謂、拡散火炎を利用する。拡散火炎の場合には、燃料と
空気との混合が進行する領域で必ず、理論当量比付近で
燃焼が進むため、ここでは火炎温度が高くなる。
本発明においては、二次，三次空気ノズル間に設置する
スペーサ部に、気体燃料ノズルを設置するため、スペー
サ部に形成される渦流内に気体燃料が投入され、空気と
燃料との混合が促進される。また、二次，三次空気噴流
間に燃料噴流を投入するため、着火前の空気と燃料の混
合が促進され、燃料−空気の予混合化が進み、局所的な
高温領域の形成が妨げられるため、気体燃料の燃焼時に
は、サーマルNOxの発生を抑制できる。
スペーサ部に、気体燃料ノズルを設置するため、スペー
サ部に形成される渦流内に気体燃料が投入され、空気と
燃料との混合が促進される。また、二次，三次空気噴流
間に燃料噴流を投入するため、着火前の空気と燃料の混
合が促進され、燃料−空気の予混合化が進み、局所的な
高温領域の形成が妨げられるため、気体燃料の燃焼時に
は、サーマルNOxの発生を抑制できる。
本発明の第１実施例を第１図により説明する。第１図
は、本発明による微粉炭バーナの実施例のひとつであ
る。バーナは、微粉炭とこれを搬送するための一次空気
との混合気が噴出する微粉炭ノズル２、その外周に設置
され、二次空気を噴出するための円環状の二次空気ノズ
ル４、及び二次空気ノズル４の外周上に設置される円環
状の三次空気ノズル６によって構成される。微粉炭ノズ
ル２中には、燃焼炉の予熱時に使用する液体燃料ノズル
８が配置され、予熱時に重油等の液体燃料が噴出され
る。燃料ノズル２の先端の保炎板10は、半径方向外方に
広がり、微粉炭と一次空気の混合気噴流と二次空気流と
の間に渦流を形成し、ここでの微粉炭の着火性を向上す
るのに用いられる。
は、本発明による微粉炭バーナの実施例のひとつであ
る。バーナは、微粉炭とこれを搬送するための一次空気
との混合気が噴出する微粉炭ノズル２、その外周に設置
され、二次空気を噴出するための円環状の二次空気ノズ
ル４、及び二次空気ノズル４の外周上に設置される円環
状の三次空気ノズル６によって構成される。微粉炭ノズ
ル２中には、燃焼炉の予熱時に使用する液体燃料ノズル
８が配置され、予熱時に重油等の液体燃料が噴出され
る。燃料ノズル２の先端の保炎板10は、半径方向外方に
広がり、微粉炭と一次空気の混合気噴流と二次空気流と
の間に渦流を形成し、ここでの微粉炭の着火性を向上す
るのに用いられる。
二次空気及び三次空気ノズル4,6には、それぞれ旋回流
発生器14,12が設置され、二次及び三次空気噴流の旋回
強度を調整するのに用いられる。二次空気ノズル６に設
置される旋回流発生器12は、第２図に示すような、半径
流式の発生器であり、羽根16と、この羽根の角度αを変
化させる機構18を含む。この発生器12は半径方向から流
入する三次空気の、接線方向の速度成分（旋回成分）の
大きさを、羽根16の角度αを変化させることによって調
整する。二次空気ノズル４に取り付けられる旋回流発生
器14は、第三図に示すような軸流式の発生器であり、流
れ方向に設置した羽根20の角度βを変化させることによ
り、二次空気噴流の旋回強度を調整する。
発生器14,12が設置され、二次及び三次空気噴流の旋回
強度を調整するのに用いられる。二次空気ノズル６に設
置される旋回流発生器12は、第２図に示すような、半径
流式の発生器であり、羽根16と、この羽根の角度αを変
化させる機構18を含む。この発生器12は半径方向から流
入する三次空気の、接線方向の速度成分（旋回成分）の
大きさを、羽根16の角度αを変化させることによって調
整する。二次空気ノズル４に取り付けられる旋回流発生
器14は、第三図に示すような軸流式の発生器であり、流
れ方向に設置した羽根20の角度βを変化させることによ
り、二次空気噴流の旋回強度を調整する。
二次空気ノズル４と三次空気ノズル６の間には、三次空
気と二次空気との混合を遅くするため、円環状のスペー
サ24を設置してある。燃料と空気はスロート26を通し
て、燃焼炉（図示せず）内へ噴出され，スロート26を形
成するブロック28は、各ノズル出口より、拡大部までの
間が（第１図の断面図で）直線構造となるような形状と
してある。
気と二次空気との混合を遅くするため、円環状のスペー
サ24を設置してある。燃料と空気はスロート26を通し
て、燃焼炉（図示せず）内へ噴出され，スロート26を形
成するブロック28は、各ノズル出口より、拡大部までの
間が（第１図の断面図で）直線構造となるような形状と
してある。
上記構成の微粉炭バーナでは、燃料ノズル２より噴出さ
れる微粉炭が、これを搬送するための一次空気と、二次
空気によつて着火され、火炎中心部に、低空気比の火炎
が形成される。この低空気比火炎は、保炎板10及び二次
空気流量及びその旋回強度調整によつて、安定化され
る。本バーナでは、三次空気と二次空気噴流との間に配
置されるスペーサ24によつて、三次空気と低空気比火炎
との混合が遅れるため、低空気比火炎では、バーナスロ
ート26の近傍で、燃焼空気中の酸素が、着火によつて消
費された後に、酸素濃度の低い還元雰囲気が形成され
る。三次空気は、還元雰囲気内でNOxが還元された後
に、残存する未燃燃料分を完全燃焼するのに使用され
る。従つて、NOxが還元された後には、三次空気は急速
に中心部の流れと混合し、残存する未燃燃料を酸化する
必要がある。この場合、前述の公知例に示されるバーナ
の様に、三次空気を半径方向に離した位置より直進流と
して噴出するバーナは、中心部の噴流と三次空気噴流の
混合が緩慢に進行するため、還元雰囲気の形成には有効
であるが、還元雰囲気中に残る未燃燃料と急速に混合す
ることもないため、火炎が長くなる。または、未燃燃料
の排出量が多くなる欠点をもつ。これに対して、第１図
に示す微粉炭バーナでは、三次空気が旋回流として噴出
する。旋回流として噴出する三次空気は、直進流として
噴出する燃料とは、流れの向きが異なるため、バーナ出
口付近で、直進流として噴出するよりも混合し難い。ま
た、旋回強度が大きくなると、中心部の静圧が低くなる
ため、火炎後流で、燃料の流れ方向とは逆に、後流から
バーナ面に向う流れを伴う循環流が形成され、この循環
流によつて、後流における三次空気と中心部の流れとの
混合が促進される。従つて、第１図に示すバーナによれ
ば、バーナ近傍での燃料と三次空気との混合が抑制さ
れ、後流での混合が促進されるため、NOxの還元に必要
な還元雰囲気が形成され易く、また、還元雰囲気形成後
に、残存する未燃燃料を酸化し易くなる。
れる微粉炭が、これを搬送するための一次空気と、二次
空気によつて着火され、火炎中心部に、低空気比の火炎
が形成される。この低空気比火炎は、保炎板10及び二次
空気流量及びその旋回強度調整によつて、安定化され
る。本バーナでは、三次空気と二次空気噴流との間に配
置されるスペーサ24によつて、三次空気と低空気比火炎
との混合が遅れるため、低空気比火炎では、バーナスロ
ート26の近傍で、燃焼空気中の酸素が、着火によつて消
費された後に、酸素濃度の低い還元雰囲気が形成され
る。三次空気は、還元雰囲気内でNOxが還元された後
に、残存する未燃燃料分を完全燃焼するのに使用され
る。従つて、NOxが還元された後には、三次空気は急速
に中心部の流れと混合し、残存する未燃燃料を酸化する
必要がある。この場合、前述の公知例に示されるバーナ
の様に、三次空気を半径方向に離した位置より直進流と
して噴出するバーナは、中心部の噴流と三次空気噴流の
混合が緩慢に進行するため、還元雰囲気の形成には有効
であるが、還元雰囲気中に残る未燃燃料と急速に混合す
ることもないため、火炎が長くなる。または、未燃燃料
の排出量が多くなる欠点をもつ。これに対して、第１図
に示す微粉炭バーナでは、三次空気が旋回流として噴出
する。旋回流として噴出する三次空気は、直進流として
噴出する燃料とは、流れの向きが異なるため、バーナ出
口付近で、直進流として噴出するよりも混合し難い。ま
た、旋回強度が大きくなると、中心部の静圧が低くなる
ため、火炎後流で、燃料の流れ方向とは逆に、後流から
バーナ面に向う流れを伴う循環流が形成され、この循環
流によつて、後流における三次空気と中心部の流れとの
混合が促進される。従つて、第１図に示すバーナによれ
ば、バーナ近傍での燃料と三次空気との混合が抑制さ
れ、後流での混合が促進されるため、NOxの還元に必要
な還元雰囲気が形成され易く、また、還元雰囲気形成後
に、残存する未燃燃料を酸化し易くなる。
三次空気と火炎中心部の流れをこの様に最適な混合状態
とするには、三次空気の旋回強度を最適値に設定し、旋
回流発生効率を大きくする必要がある。
とするには、三次空気の旋回強度を最適値に設定し、旋
回流発生効率を大きくする必要がある。
容易に想像できるように、二次，三次空気ノズル間に設
置するスペーサ24はできるだけ大きくし、二次空気ノズ
ル４と三次空気ノズル６間の間隔を大きくすることによ
り、三次空気の燃料との混合を遅くするのが低NOxには
有効である。
置するスペーサ24はできるだけ大きくし、二次空気ノズ
ル４と三次空気ノズル６間の間隔を大きくすることによ
り、三次空気の燃料との混合を遅くするのが低NOxには
有効である。
第５図は、第１図に示すバーナと、第１図においてスペ
ーサ24を取り除いた第４図に示すバーナを用いて、微粉
炭を燃焼した時の実験結果を示す。実験に用いた石炭の
組成は揮発分31.1％wt％、固定炭素53.2％、灰分15.7％
であり、窒素分は1.04％である。また粒径は74μｍ以下
のものが約80wtになるよう粉砕時に調整した。石炭の燃
焼量は300kg/hであり、水冷壁の燃焼路で燃焼した。第
５図に示す結果は燃焼炉内滞留時間が約２秒の位置で測
定したものである。第５図はNOxと燃焼灰中未燃分の関
係を示す。灰中未燃分は、採取した固体試料中に残留す
る未燃分の試料中の重量％である。図中、白丸は第４図
に示すバーナを用いて得られた結果であり、黒丸は第１
図に示すバーナを用いて得られた結果である。また、本
実験で使用したバーナの場合、スペーサ24の厚さは50mm
である。第５図において、灰中未燃分が多くなる。即
ち、燃焼率が低くなると、NOx排出量は低下する。ま
た、同じ灰中未燃分で比較すると明らかに、第４図に示
すバーナより、第１図に示すバーナにより得られるNOx
の方が低く、スペーサを取り付けた効果が明らかであ
る。
ーサ24を取り除いた第４図に示すバーナを用いて、微粉
炭を燃焼した時の実験結果を示す。実験に用いた石炭の
組成は揮発分31.1％wt％、固定炭素53.2％、灰分15.7％
であり、窒素分は1.04％である。また粒径は74μｍ以下
のものが約80wtになるよう粉砕時に調整した。石炭の燃
焼量は300kg/hであり、水冷壁の燃焼路で燃焼した。第
５図に示す結果は燃焼炉内滞留時間が約２秒の位置で測
定したものである。第５図はNOxと燃焼灰中未燃分の関
係を示す。灰中未燃分は、採取した固体試料中に残留す
る未燃分の試料中の重量％である。図中、白丸は第４図
に示すバーナを用いて得られた結果であり、黒丸は第１
図に示すバーナを用いて得られた結果である。また、本
実験で使用したバーナの場合、スペーサ24の厚さは50mm
である。第５図において、灰中未燃分が多くなる。即
ち、燃焼率が低くなると、NOx排出量は低下する。ま
た、同じ灰中未燃分で比較すると明らかに、第４図に示
すバーナより、第１図に示すバーナにより得られるNOx
の方が低く、スペーサを取り付けた効果が明らかであ
る。
保炎板10は、第６図に示すようなＬ字構造にすると更
に、着火，保炎性が向上することは、特開昭60−22660
9、あるいはU.S.Patent4,543,307にも示される通りであ
る。本発明においても、第６図に示すＬ字構造の保炎板
を使用すれば、更に燃焼性は向上する。
に、着火，保炎性が向上することは、特開昭60−22660
9、あるいはU.S.Patent4,543,307にも示される通りであ
る。本発明においても、第６図に示すＬ字構造の保炎板
を使用すれば、更に燃焼性は向上する。
第７図は本発明の第２の実施例であり、スペーサ24内
に、気体燃料ノズル30を設置し、気体燃料と微粉炭との
混焼、あるいは、気体燃料と微粉炭とを適宜交換して燃
焼できることを可能とするバーナ構造を示す。勿論これ
に、第１図に示すように、液体燃料ノズル８を燃料ノズ
ル２内に設置すれば、液体，気体，固体のいずれの燃料
も効率よく燃焼する。
に、気体燃料ノズル30を設置し、気体燃料と微粉炭との
混焼、あるいは、気体燃料と微粉炭とを適宜交換して燃
焼できることを可能とするバーナ構造を示す。勿論これ
に、第１図に示すように、液体燃料ノズル８を燃料ノズ
ル２内に設置すれば、液体，気体，固体のいずれの燃料
も効率よく燃焼する。
第７図のバーナによれば、二次空気と三次空気噴流間に
気体燃料の噴流が狭まれており、また、スペーサ24部に
気体燃料ノズル30を設置することにより、ここで形成さ
れる空気の渦流内に燃料が供給され、燃料と空気との混
合が燃焼開始前に促進される。従つて、従来の拡散火炎
型バーナより、高温領域の形成が防止されるため、気体
燃料燃焼時のサーマルNOxの発生が抑制される。
気体燃料の噴流が狭まれており、また、スペーサ24部に
気体燃料ノズル30を設置することにより、ここで形成さ
れる空気の渦流内に燃料が供給され、燃料と空気との混
合が燃焼開始前に促進される。従つて、従来の拡散火炎
型バーナより、高温領域の形成が防止されるため、気体
燃料燃焼時のサーマルNOxの発生が抑制される。
本発明によれば、二次空気ノズルと三次空気ノズルの間
に、渦流が形成されるのに十分な厚みのスペーサを設置
し、微粉炭ノズルに保炎器を設置することにより、燃焼
初期の二次，三次空気の混合を抑制できるため、微粉炭
燃焼時のNOx排出量を抑制できると同時に、着火保炎性
を向上できる。またスペーサ部に気体燃料ノズルを設置
することにより、燃焼直前の空気と気体燃料との混合を
促進できるため、気体燃料燃焼時のNOx排出量を低減で
きる。
に、渦流が形成されるのに十分な厚みのスペーサを設置
し、微粉炭ノズルに保炎器を設置することにより、燃焼
初期の二次，三次空気の混合を抑制できるため、微粉炭
燃焼時のNOx排出量を抑制できると同時に、着火保炎性
を向上できる。またスペーサ部に気体燃料ノズルを設置
することにより、燃焼直前の空気と気体燃料との混合を
促進できるため、気体燃料燃焼時のNOx排出量を低減で
きる。
第１図は本発明の第１実施例の微粉炭バーナの断面図、
第２図は半径流式の旋回流発生器の構造図で、左半分は
第１図のＡ−Ａ矢視図、右半分は第１図のＢ−Ｂ矢視
図、第３図は軸流式の旋回流発生器の構造図、第４図は
第１図に示したバーナからスペーサを取り除いた微粉炭
バーナの断面図、第５図は第１図に示したバーナと第４
図に示したバーナを用いて微粉炭を燃焼して得られたNO
xと灰中未燃分の関係を実験結果を示すグラフ、第６図
は本発明の微粉炭バーナに用いる保炎板の１例を示す斜
視図、第７図は本発明の微粉炭バーナの第２実施例を示
す断面図である。 ２……微粉炭ノズル、４……二次空気ノズル、６……三
次空気ノズル、10……保炎板、24……スペーサ、30……
気体燃料ノズル。
第２図は半径流式の旋回流発生器の構造図で、左半分は
第１図のＡ−Ａ矢視図、右半分は第１図のＢ−Ｂ矢視
図、第３図は軸流式の旋回流発生器の構造図、第４図は
第１図に示したバーナからスペーサを取り除いた微粉炭
バーナの断面図、第５図は第１図に示したバーナと第４
図に示したバーナを用いて微粉炭を燃焼して得られたNO
xと灰中未燃分の関係を実験結果を示すグラフ、第６図
は本発明の微粉炭バーナに用いる保炎板の１例を示す斜
視図、第７図は本発明の微粉炭バーナの第２実施例を示
す断面図である。 ２……微粉炭ノズル、４……二次空気ノズル、６……三
次空気ノズル、10……保炎板、24……スペーサ、30……
気体燃料ノズル。
フロントページの続き (72)発明者 小林 啓信 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 相馬 憲一 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 稲田 徹 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 岩井 泰男 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 嵐 紀夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 森田 茂樹 広島県呉市宝町６番９号 バブコツク日立 株式会社呉工場内
Claims (2)
- 【請求項１】微粉炭と一次空気との混合気流を噴出する
微粉炭ノズル；前記微粉炭ノズルと同心上にその外周に
配置される二次空気ノズル；前記微粉炭ノズルと同心上
に前記二次空気ノズルの外周に配置される三次空気ノズ
ル；二次空気及び三次空気を旋回流として噴出させるた
めの旋回流発生手段；前記二次空気ノズルと三次空気ノ
ズルとの間に設置され、前記二次空気と前記三次空気と
の混合を遅延させ且つ二次空気と三次空気との間に渦流
を形成させるような厚さを有するスペーサを有し、かつ
前記微粉炭ノズルの先端に設けられ、微粉炭と一次空気
の混合気体噴流と、二次空気流との間に渦流を形成する
ための保炎板を有する低NOx燃焼用バーナ。 - 【請求項２】二次空気ノズルと三次空気ノズル間に設置
するスペーサ内に、気体燃料を噴出するノズルを設置す
ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の低NO
x燃焼用バーナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21279087A JPH0794881B2 (ja) | 1987-08-28 | 1987-08-28 | 低ＮＯ▲下ｘ▼燃焼用バ−ナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21279087A JPH0794881B2 (ja) | 1987-08-28 | 1987-08-28 | 低ＮＯ▲下ｘ▼燃焼用バ−ナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6457004A JPS6457004A (en) | 1989-03-03 |
| JPH0794881B2 true JPH0794881B2 (ja) | 1995-10-11 |
Family
ID=16628425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21279087A Expired - Fee Related JPH0794881B2 (ja) | 1987-08-28 | 1987-08-28 | 低ＮＯ▲下ｘ▼燃焼用バ−ナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794881B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2512113Y2 (ja) * | 1992-05-01 | 1996-09-25 | 花王株式会社 | 物品の整揃装置 |
| US5370216A (en) * | 1993-03-05 | 1994-12-06 | Shibuya Kogyo Co., Ltd. | Apparatus for aligning vessels |
| CN107575860B (zh) * | 2017-09-21 | 2018-07-20 | 哈尔滨工业大学 | 一种煤粉旋流燃烧器 |
-
1987
- 1987-08-28 JP JP21279087A patent/JPH0794881B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6457004A (en) | 1989-03-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |