【発明の詳細な説明】
低ＮＯxバーナー
本出願は１９９１年１１月１日に出願された米国特許出願第０７／７８６８６
９号の一部継続出願である。発明の背景
Ｉ．発明の分野
本発明はＮＯx排出量の少ないバーナー、特に流量および混合率を、バーナー
の燃焼特性および需要率に従って変動せしめ得るバーナーに関するものである。
現存バーナーの特定の調節方法を改良し、需要に応じて最適化が得られるように
する。
ＩＩ．在来技術の説明
燃焼システムのバーナーは、燃焼プロセスの副産物である有害排出物に対する
益々厳しい監視を受けるようになってきている。燃焼の程度により、一酸化炭素
およびＮＯxは、容認し得ないレベルで排出されることがある。一酸化炭素のレ
ベルは通常、完全燃焼によって二酸化炭素にすることにより制御される。しかし
ながら、燃焼システムにおいては、ＮＯxの形成には三つの要因が関与している
。第１の、しかも最も広く認められている要因は火炎温度である。現行システム
の多くのものは火炎の集中化を阻止し、それによって高温の発生を回避するため
に、段階燃料および空気法を採用している。第２の要因は過大なＯ2レベルであ
る。Ｏ2レベルが高くなれば、より多くの燃焼用酸素と窒素とが化合することと
なるが、高いＯ2レベルは空気を過剰にし、これは低温効果を平衡させる傾向が
ある。現行の多くの低ＮＯxバーナーにおける層状混合は、完全燃焼を行うため
より多くのＯ2を必要とする。Ｏ2レベルを低くすれば、燃焼は不完全となり、一
酸化炭素が生じる。第３の要因は、臨界温度区域内における滞留時間であるが、
これは近代のバーナーにおいては実際上無視される。その理由は時間が短いと言
うことは、容認し難い温度を発生させる高反応速度を意味するからである。
ＮＯxレベルを減少させる普通の方法は、外部誘導または強制的煙道ガス再循
環（ＦＧＲ）を用いるものである。ＦＧＲに関する共通の誤解は、このプロセス
が原煙道ガス内のＮＯxを破壊すると考えられていることである。しかしながら
、最近の研究により、ＦＧＲは単に火炎前面を減少せしめ、または希釈し、それ
によってＮＯxの形成を押えるということがわかった。さらに、外部煙道ガスの
再循環は、温度を上昇せしめ、燃焼空気の容積を増加せしめ、かつシステム内の
圧力低下を大にし、したがって大きな馬力を必要とし、かつ反応速度も大となる
ために熱伝導は低下し、その結果バーナーの効率も悪くなる。
バーナーメーカーのあるものは、種々の結果を有する低ＮＯxシステムを開発
している。これによりＮＯxの排出量は減少してきているが、これらシステムの
多くのものは、厳格な排出量レベルに関する規制を満足してはいない。さらに、
近代のバーナーは特定の用途に対して特別に設計されたものであり、融通性に欠
けるために、異なる燃焼システム、または異なる条件下では排出量を制御するこ
とができない。周知のシステムの別の欠点は、ＮＯx排出量は減少するが、一酸
化炭素（ＣＯ）のレベルが増加することである。本発明の概要
本発明は種々のシステムに使用することができ、種々の作業状態に適応するこ
とのできる調節自在な低ＮＯxバーナーを提供し、よって、従来周知のバーナー
システムの欠点を除去せんとするものである。したがって、本発明のバーナーは
、現存のバーナーシステムに対する改良アダプタとして設置することができる。
本発明の低ＮＯxバーナーは、燃焼ガスが流れる複数の同心状に設けられた通
路を有している。一次空気は、内部に回転ベーンの配置された内方通路を流れる
。回転ベーンは軸線方向に調節自在であり燃焼を最適化し得るようになっている
。強制空気ウインドボックスから出て、バーナーに流入する一次空気の流れは、
調節自在のルーバーを有するダンパーによって制御され、さらに燃焼を改良する
ようになっている。一次空気はベーンを通る時に回転せしめられ、かつ一次燃焼
区域の周りに放射状に隔置された、一連のエダクタノズルを通して供給される燃
料と混合される。このノズルは燃料を、燃焼室内に噴射される前に、ウインドボ
ックスからの二次燃焼空気と混合させる。なお、再循環煙道ガスをエダクタノズ
ル
内において、燃料と混合させることができる。耐火性材料によって形成された室
の喉は、二次燃焼区域を形成し、ここでは耐火喉からの再放射が燃料と空気の混
合物を加熱し、かつ燃焼プロセスを促進させる。最後の三次燃焼は、耐火喉を越
えた三次燃焼区域において起こり、ここでは一次燃焼区域をバイパスする三次空
気の供給によって、層状混合が生じる。したがって、三つの別個の燃焼区域と、
二つの再循環区域とによってＮＯx排出は低減する。
本発明のシステムは、次の三つの別個の手段によって改良された低ＮＯx排出
を実現している。すなわち、（１）煙道ガスを循環させ燃料と、燃焼室に噴射さ
れる前に混合させる、（２）エダクタノズルを使用して燃料を、燃焼前に再循環
煙道ガスと混合させる、（３）煙道ガスの入口に化学製品または他の二次化合物
を噴射する。ほぼ４００°Ｆの煙道ガスにより、煙道ガス内に噴射された化合物
は蒸発する、これにより煙道ガスは冷され、エダクタの作業効率を高めると共に
、火炎温度を低下させる。使用可能な噴射化合物としてはメタノールの如き化学
製品、蒸気または水、冷却空気または未利用物質がある。
本システムは、燃焼空気の容積および混合を段階燃焼区域に合わせて最適にす
ることによって、周知のバーナーでは生じていたＣＯ排出量の増加をともなうこ
となくＮＯxの排出を減少させる。さらに、燃焼温度および燃焼ガスの滞留時間
は、燃焼システムを多様に調節することによって制御される。したがって、燃焼
区域内のＯ2レベル、循環燃焼ガスの温度およびバーナー内での滞留時間を制御
することによってＮＯxの排出レベルを減少させることができる。これらパラメ
ータは、ディフューザブレードのピッチ角度、ベーンディフューザから燃料ジェ
ットまでの室の長さおよび中央通路を通って流れる一次燃焼空気と、次の燃焼区
域に流入する二次および三次（もしもあれば）燃焼空気との比を変えることによ
って制御される。さらに本システムは内部煙道ガス再循環を含み、これは完全燃
焼を保持しつつ、再循環ガスの温度を維持する。調節自在ベーンがＣＯレベルを
減少させ、エダクタノズルを通る再循環がＮＯxレベルを減少させる。本発明の
他の目的、特色および利点は、添付図面によって次に述べる説明によって明らか
となる。図面の簡単な説明
本発明は添付図面と共に、次に述べる本発明の好適な実施例の説明を参照する
ことにより、さらに良く理解することができるであろう。図中同様な部品は同じ
参照数字によって表されている。
第１図は本発明による低ＮＯxバーナーの断面図；
第２図は第１図の円内のエダクタノズルの拡大透視図；
第３図は低ＮＯxバーナーの変形実施例の断面図；
第４図はその端面図；
第５図は第３図に示された燃料を噴射するためのエダクタノズルの拡大透視図
；
第６図は第３図に示された再循環煙道ガスを噴射するためのエダクタノズルの
拡大透視図。本発明の好適な実施例の詳細な説明
図面を参照すると、本発明による低ＮＯxバーナーの改良された実施例が示さ
れている。第１図は高効率の低ＮＯx排出バーナーを示し、第３図は燃料と再循
環された煙道ガスとの再循環および混合を最適化し、ＮＯx排出を減少させた変
形構造を示す。すべての形式の燃焼システムに対する厳格な排出規制のために、
ＮＯxおよびＣＯの如き、有害排出物の除去および削減はますます重要となって
きた。本発明の実施例は、火炎温度、燃焼率等が厳密に制御され、しかも望まし
からざる排出が実質的に減少した高効率バーナーを提供する。さらに本発明のこ
れら実施例によれば、先ず再循環煙道ガスか燃料と、エダクタによって噴射され
る前に混合せしめられ、さらに燃焼室に噴射される前に、水またはメタノールの
如き、二次化合物を導入することによって、排出レベルが減少せしめられる。
第１図および第２図において、本発明のバーナ−１０は、ボイラーの壁または
同様な構造にボルト止め、または溶接された外側ハウジング１２を有している。
このハウジング１２は、強制空気ウインドボックスからの燃焼空気を、調節自在
ルーバー１４を通して、中央空気通路１６に向ける。この空気通路１６内には、
パイプ１８が軸線方向に配置され、このパイプを通して精製油または天然ガスの
如き、燃料が供給される。パイプ１８に装着された回転ベーン２０は、ベーン２
０を通って流れる燃焼空気を回転混合し、燃焼空気と燃料を最適に混合する。本
発明の１実施例においては、回転ベーン２０の軸線方向位置、およびベーンブレ
ードの角度は選択的に調節され、燃焼率を最適化すると共に、ＣＯの如き排出物
を最少限にとどめることができる。なお、ダンパー１４を選択的に調節して中央
通路１６内の燃焼区域に流入する燃焼空気の量を制御し、燃焼をさらに最適化す
ることができる。
本発明によれば、煙道ガスを再循環せしめ、燃焼室に噴射する前に、燃料と混
合させることによって、ＮＯxの排出を実質的に減少せしめ得ることが明らかと
なった。燃料は加圧されて供給されるから、混合は圧縮状態で燃料と再循環煙道
ガスとが最適に混合されるように行われる必要がある。再循環煙道ガスを燃料と
結合させることによって、燃焼混合物の温度は上昇し、燃焼率は改善され、かつ
燃焼はさらに完全となり、それによって有害排出物は減少する。この目的のため
に、バーナー１０は、燃料および再循環煙道ガスをそれぞれ、燃焼室１６に配送
するための通路を有している。
煙道ガスは、バーナー１０の煙道と連通する入口２２を通して再循環せしめら
れる。煙道ガスは、中央通路１６の周りを延びる環状煙道ガス室２６と連通する
複数の通路２４を通して導かれる。燃料は燃料入口２８を通して供給され、かつ
複数の通路３０を通して、中央通路の周りを延びる環状燃料室３２に向けられる
。好適な実施例においては、環状燃料室３２は環状煙道ガス室２６内に配置され
ており、連通が容易となっている。さらに、この環状室は、バーナー１０の所要
の燃焼区域に従って、中央通路１６に沿って長手方向に隔置されている。第１図
に示された実施例においては、三つの長手方向に隔置された室が使用され、一次
、二次および三次燃焼区域を形成するようになっている。
一次燃焼区域は、燃焼ガス室２６および燃料室３２の双方と連通する第１のエ
ダクタノズル３４の組によって形成される。第１エダクタノズル３４は、空気通
路１６の周りにおいて円周方向に隔置され、煙道ガスおよび燃料の混合物を、回
転ベーン２０のすぐ下流の通路１６内に配送し、一次燃焼区域を形成するように
なっている。
二次燃焼区域は、燃焼ガス室２６および燃料室３２の双方と連通する第２のエ
ダクタノズル３６の組によって形成される。第２エダクタノズル３６は空気通路
１６の周りに円周方向に隔置されており、ガスおよび燃料の混合物を第１エダク
タノズルの下流の通路１６内に配送し、二次燃焼区域を形成する。
第３燃焼区域は、燃焼ガス室２６および燃料室３２の双方と連通する第３のエ
ダクタノズル３８の組によって形成される。第３エダクタノズル３８は中央空気
通路１６の開口部の周りにおいて、円周方向に隔置されており、煙道ガスおよび
燃料の混合物を、第３燃焼区域に配送するようになっている。耐火性材料４０は
燃焼室１６を内張りし、バーナ１０を介して燃焼が行われるようにしている。
エダクタノズル３４、３６、３８の作動は、第２図に最もよく示されている。
エダクタノズルは管状本体を有し、この本体には、燃焼室１６と連通する出口４
２と、煙道ガス室２６および燃料室３２の双方と連通する入口４４とが備えられ
ている。燃料は加圧されて、室３２に供給される。室３２は孔４６を有し、この
孔はエダクタノズル３６と軸線方向に整合し、かつ入口４４に密接して配置され
ている。燃料は、その圧力によって孔４６を通してエダクタノズル３６に導かれ
る。しかしながらノズル３６は室３２から隔して設けられており、両者間に間隙
を形成しており、これにより入口は煙道ガス室２６と直接的に連通することがで
きる。したがって、燃料がエダクタノズルに流入すれば、再循環燃焼ガスもエダ
クタノズル３６内に吸込まれ、そして圧縮された状態で燃料と混合される。その
結果、燃焼ガスと燃料との混合物はエダクタノズル３４、３６、３８によって中
央空気通路１６内に噴射される。なお、煙道ガスの温度はほぼ４００°Ｆである
から、燃料の温度は燃焼前に上昇せしめられる。このようにして生じた混合およ
び温度上昇は，燃焼率を最適化すると共に、ＮＯxおよびＣＯの如き有害物の排
出を実質的に減少させる。
排出物のさらなる減少は、化学製品または他の二次化合物を煙道ガス室に噴射
し、再循環煙道ガスと混合させることにより得られる。好適な実施例においては
、二次化合物が煙道ガス入口２２において噴射され、再循環煙道ガスとの混合お
よび蒸発が起こるようにする。煙道ガスの温度が上昇することによって、その中
に噴射された二次化合物が蒸発する。使用可能な二次化合物の例としては、メタ
ノールの如き化学製品、蒸気または水、および可燃性の化学的未利用材料がある
。水の噴射は煙道ガスに冷却効果を及ぼし、エダクタの作用をさらに効果的と
し、火炎温度を低下せしめ、さらに均一な、または完全な燃焼が行われるように
する。煙道ガスと化合物との混合物は、次に環状通路２６に進み、前述の如く燃
料と混合される。
第３図から第６図までは本発明の原理を実現化した後付け形式のバーナー１０
０を示す。後付け形式の組立体１００は、旧式ボイラー等の現存バーナーの代わ
りに使用される。中央空気通路１１６は、チューブ１１８に装架された回転ベー
ン１２０を含んでいる。再循環煙道ガスは入口１２２を通して、環状煙道ガス室
１２６に配送される。該煙道ガス室は、第１エダクタノズル１３４および第２エ
ダクタノズル１３６の双方と流体的に連通している。燃料は入口１２８を通して
環状室１３２に供給され、孔１４６を通してエダクタノズル１３４、１３６に押
送される。そして、再循環煙道ガスもノズルに吸込まれ、燃焼室１１６内に噴射
される。したがって、この新規に構成されたバーナーの原理は、現存ボイラー内
に設置するための後付け形式として適用することができる。
本発明のバーナーシステムの調節特性は、使用せんとする特定燃焼システムに
対して調節し得るように設計されている。ディフューザベーンの角度、ディフュ
ーザの軸線方向位置およびダンパーの開口はすべて、バーナーシステムの既知の
パラメータ、すなわち燃料の形式、所要温度、燃焼率等に従って、別個に設定す
ることができる。これは特に、作動パラメータが設定されている後付け転換シス
テムの場合に重要である。本発明においては一次燃焼は、燃料と空気の混合が最
初に生じる燃料ノズル３４、１３４において起こる。ほぼ６０％が燃焼可能であ
る一次燃焼生成物は、耐火材で内張りされた燃焼区域１６、１１６に入り、ここ
でさらに、中央空気通路１６、１１６およびディフューザ２０、１２０からの燃
焼空気と混合する。二次燃焼はこの高度に制御された区域で行われ、ここでは耐
火材からの再放射が生成物を加熱し、それによって燃焼プロセスを促進し残留可
燃生成物のほぼ８０％を費消する。最後の三次燃焼は、層状混合の生じる炉区域
内で起こる。したがって、このシステムは三つの別個の燃焼区画を形成し、かつ
二つの区域内に再循環を発生せしめ、それによってＮＯx排出量を減少させる。
これら別個の燃焼区画はバーナー内、すなわち通気ディフューザ２０、１２０の
下流と、循環空気の排出部とに低圧区画が生じることによって形成される。ディ
フューザに近接する低圧区画は、ベーンブレードのピッチの影響を受ける。すな
わちベーンディフューザが開けば、火炎後部の圧力が低下する。そのために、ダ
ンパー１４、１１４を使用して、二次空気または三次空気に対する、一次空気の
比率を調節する必要が生じる。この比率を最適にするためには、バーナーに流入
する空気を制御し、それによってＯ2レベルを制御し、ＮＯx排出を過大にするこ
となく最適の燃焼が行われるようにすることが望ましい。
本発明のバーナーシステムを調節することにより、可変バーナの需要レベルの
全範囲に亙って排出レベルが最適に制御されるような、ＮＯx調整システムを形
成することができる。ＮＯx調整システムは、バーナーのあらゆる需要レベルに
対して、該バーナー内のベーンディフューザの角度および軸線方向位置を自動的
に調節し、バーナーのあらゆる需要レベルに対し、バーナー内の燃焼空気混合物
の旋回数、環状空気に対する中核空気の比率およびＯ2レベルを変える。このよ
うな調節はバーナーのあらゆる需要レベルに対して最適となるように決定され、
このレベルが得られた時に、調整システムがその構成要素を自動的に調節し、排
出レベルを低下させる。従来の典型的なバーナーは、その放出レベルが名目上の
作動範囲内の作動に対して設定され、需要レベルがこの範囲から離れた時の排出
レベルは犠牲にされていた。本発明のいくつかの調節により、あらゆる作動需要
レベルに対して、排出レベルを連続的にかつ自動的に制御することができる。最
近のバーナーは、そのＮＯxレベルを連続的に監視することが要求される。この
ような監視システムから得られたデータは、本発明によるＮＯx調整システムを
自動的に調節するために使用することができる。
燃焼レベルの最適化のための調節に加えて、排出レベルをさらに低下させるた
めの、または固定された、すなわち調節不能バーナーシステムの排出レベルを低
下させるための段階を設けることができる。周知のシステムにおいては、燃焼室
を通して煙道ガスを再循環させることが試みられていたが、燃焼区域に導入する
前に、燃料に煙道ガスを混合することによって燃焼が最適化されることが分かっ
た。本発明においてはこの混合は、燃料室および煙道ガス再循環室の双方と速通
するエダクタノズルを通して行われる。
更なる排出レベルの減少は、二次化合物を煙道ガス再循環室内に噴射し、燃料
と混合させることによって得られる。有害放出物を著しく減少させる二次化合物
としては、メタノールの如き化学製品、蒸気または水、廃棄化合物および冷却空
気がある。これら二次化合物は４００°Ｆの煙道ガスによって蒸発せしめられる
。この時生じる、煙道ガスに対する冷却効果は、エダクタの作用をより効果的に
し、かつ火炎温度を低下させる。さらに、二次化合物および（または）再循環煙
道ガスと燃焼空気との混合は、ＮＯxレベルを著しく低下させる。しかしながら
、燃料を伴う再循環は、燃焼空気を伴う時より、高い圧縮レベルを必要とする。
本発明のエダクタノズルは圧縮燃料の圧力差を利用し、所要の混合を行わせるこ
とによってこれを容易にする。このように、本発明の種々の態様は、ＮＯxおよ
びＣＯを含む有害排出物を著しく減少せしめ、益々厳格となる排出規制に対応す
ることができる。
以上に述べた詳細な説明は本発明を理解し易くするためのもので、制限的意味
を有するものではない。本発明は請求の範囲を離れることなく種々の変形を行い
得るものと解すべきである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Low NO x burners This application is a continuation-in-part application of U.S. Patent Application No. 07/78686 No.9, filed November 1, 1991. BACKGROUND OF THE INVENTION I. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a burner having a low NO x emission amount, and more particularly to a burner capable of varying a flow rate and a mixing rate according to a combustion characteristic and a demand rate of the burner. Improve specific adjustment methods of existing burners so that optimization can be obtained on demand. II. Description of the Prior Art Combustion system burners are becoming increasingly scrutinized for hazardous emissions by-products of the combustion process. The degree of combustion, carbon monoxide and NO x, which may be discharged at a level unacceptable. The level of carbon monoxide is usually controlled by full combustion to carbon dioxide. However, in the combustion system, three factors are involved in the formation of NO x. The first and most widely accepted factor is flame temperature. Many of the current systems employ staged fuel and air methods to prevent flame concentration and thereby avoid high temperatures. The second factor is excessive O 2 levels. Higher O 2 levels will combine more combustion oxygen and nitrogen, but higher O 2 levels will lead to excess air, which tends to balance the low temperature effects. Layered mixing in many current low NO x burners requires more O 2 to achieve complete combustion. Lower O 2 levels result in incomplete combustion and carbon monoxide. The third factor is the residence time in the critical temperature zone, which is practically neglected in modern burners. The reason for this is that a short time implies a high reaction rate which gives rise to unacceptable temperatures. The usual way of reducing the NO x level is to use an external induction or forced flue gas recirculation (FGR). Common misconceptions about FGR is that the process is believed to destroy NO x in the original flue gas. However, recent studies, FGR simply allowed reducing flame front, or diluted, whereby it was found that suppress the formation of NO x. In addition, the recirculation of external flue gas increases the temperature, increases the volume of combustion air, and increases the pressure drop in the system, thus requiring greater horsepower and higher reaction rates. The heat transfer is reduced and, as a result, the efficiency of the burner is reduced. Some of burner manufacturers have developed low-NO x systems with variable results. Although Thereby emissions of the NO x is decreasing, as many of these systems do not satisfy the regulations stringent emission levels. In addition, modern burners are specially designed for specific applications and lack flexibility to control emissions under different combustion systems or under different conditions. Another drawback of known systems is that NO x emissions are reduced, but carbon monoxide (CO) levels are increased. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an adjustable low NO x burner that can be used in a variety of systems and can be adapted to a variety of operating conditions, thus eliminating the disadvantages of previously known burner systems. It is what Therefore, the burner of the present invention can be installed as a retrofit adapter to existing burner systems. The low NO x burner of the present invention has a plurality of concentric passages through which combustion gas flows. The primary air flows through an inner passage having rotating vanes arranged therein. The rotating vanes are axially adjustable to optimize combustion. The flow of primary air out of the forced air windbox and into the burner is controlled by a damper with adjustable louvers to further improve combustion. The primary air is rotated as it passes through the vanes and is mixed with fuel supplied through a series of eductor nozzles that are radially spaced around the primary combustion zone. This nozzle mixes fuel with secondary combustion air from the windbox before it is injected into the combustion chamber. It should be noted that the recirculated flue gas can be mixed with fuel in the eductor nozzle. The throat of the chamber formed by the refractory material forms a secondary combustion zone where re-radiation from the refractory throat heats the fuel-air mixture and accelerates the combustion process. The final tertiary combustion takes place in the tertiary combustion zone beyond the refractory throat, where the supply of tertiary air bypassing the primary combustion zone causes laminar mixing. Therefore, NO x emissions are reduced by the three separate combustion zones and the two recirculation zones. The system of the present invention provides improved low NO x emissions by three separate means: That is, (1) flue gas is circulated and mixed with fuel before it is injected into the combustion chamber, (2) fuel is mixed with recirculated flue gas before combustion using an eductor nozzle, (3 ) Inject chemicals or other secondary compounds into the flue gas inlet. A flue gas of approximately 400 ° F. evaporates the compounds injected into the flue gas, thereby cooling the flue gas, increasing the working efficiency of the eductor and reducing the flame temperature. The propellant compounds which can be used are chemicals such as methanol, steam or water, cooling air or unused substances. The system by optimizing the combined volume and mix of combustion air to the staged combustion zones, to reduce the NO x emissions without involving an increase in CO emissions which occurs in the known burner. Furthermore, the combustion temperature and the residence time of the combustion gases are controlled by variously adjusting the combustion system. Therefore, by controlling the O 2 level in the combustion zone, the temperature of the circulating combustion gas and the residence time in the burner, the NO x emission level can be reduced. These parameters include the pitch angle of the diffuser blades, the length of the chamber from the vane diffuser to the fuel jet and the primary combustion air flowing through the central passage, and the secondary and tertiary (if any) combustion entering the next combustion zone. It is controlled by changing the ratio with air. In addition, the system includes internal flue gas recirculation, which maintains the temperature of the recirculated gas while maintaining complete combustion. Adjustable vane reduces the CO level, recycling reduces the NO x level through the Edakutanozuru. Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention may be better understood by reference to the following description of the preferred embodiments of the invention in conjunction with the accompanying drawings. Similar parts are designated by the same reference numerals in the figures. FIG. 1 is a sectional view of a low NO x burner according to the present invention; FIG. 2 is an enlarged perspective view of an eductor nozzle in a circle in FIG. 1; FIG. 3 is a sectional view of a modified embodiment of the low NO x burner; FIG. 5 is an end view thereof; FIG. 5 is an enlarged perspective view of an eductor nozzle for injecting fuel shown in FIG. 3; FIG. 6 is for injecting recirculating flue gas shown in FIG. The enlarged perspective view of an eductor nozzle. DETAILED DESCRIPTION Referring to the drawings of a preferred embodiment of the present invention, improved embodiment of the low NO x burners according to the present invention is shown. FIG. 1 shows a high-efficiency, low NO x emission burner, and FIG. 3 shows a modified structure that optimizes recirculation and mixing of fuel and recirculated flue gas to reduce NO x emission. For strict emission regulations for combustion systems of all types, such as of the NO x and CO, removal and reduction of toxic emissions have become increasingly important. Embodiments of the present invention provide a high efficiency burner with tightly controlled flame temperature, burn rate, etc., yet substantially reduced undesired emissions. Further in accordance with these embodiments of the invention, the recirculating flue gas or fuel is first mixed with the secondary eductor, such as water or methanol, before being injected by the eductor and further injected into the combustion chamber. By introducing the compound, the emission level is reduced. 1 and 2, the burner 10 of the present invention has an outer housing 12 that is bolted or welded to a boiler wall or similar structure. This housing 12 directs combustion air from a forced air windbox through an adjustable louver 14 to a central air passage 16. A pipe 18 is axially arranged in the air passage 16, and a fuel such as refined oil or natural gas is supplied through the pipe 18. A rotary vane 20 mounted on the pipe 18 rotationally mixes the combustion air flowing through the vane 20 and optimally mixes the combustion air and the fuel. In one embodiment of the present invention, the axial position of rotating vanes 20 and the angle of the vane blades are selectively adjusted to optimize combustion rates and minimize emissions such as CO. . It should be noted that the damper 14 can be selectively adjusted to control the amount of combustion air flowing into the combustion zone within the central passage 16 to further optimize combustion. In accordance with the present invention, it has been found that flue gas can be recirculated and mixed with fuel prior to injection into the combustion chamber to substantially reduce NO x emissions. Since the fuel is supplied under pressure, the mixing should be done in a compressed state so that the fuel and the recirculating flue gas are optimally mixed. By combining the recirculating flue gas with the fuel, the temperature of the combustion mixture is increased, the combustion rate is improved and the combustion is more complete, which reduces harmful emissions. To this end, the burner 10 has passages for delivering fuel and recirculated flue gas, respectively, to the combustion chamber 16. Flue gas is recirculated through an inlet 22 that communicates with the flue of the burner 10. Flue gas is directed through a plurality of passages 24 that communicate with an annular flue gas chamber 26 that extends around the central passage 16. Fuel is supplied through fuel inlet 28 and is directed through a plurality of passages 30 to an annular fuel chamber 32 extending around the central passage. In the preferred embodiment, the annular fuel chamber 32 is located within the annular flue gas chamber 26 to facilitate communication. Furthermore, the annular chambers are longitudinally spaced along the central passage 16 according to the required combustion area of the burner 10. In the embodiment shown in FIG. 1, three longitudinally spaced chambers are used to form the primary, secondary and tertiary combustion zones. The primary combustion zone is formed by the first set of eductor nozzles 34 in communication with both the combustion gas chamber 26 and the fuel chamber 32. The first eductor nozzles 34 are circumferentially spaced around the air passage 16 to deliver the flue gas and fuel mixture into the passage 16 immediately downstream of the rotating vanes 20 to form a primary combustion zone. It has become. The secondary combustion zone is formed by a second set of eductor nozzles 36 in communication with both the combustion gas chamber 26 and the fuel chamber 32. The second eductor nozzle 36 is circumferentially spaced around the air passage 16 to deliver the gas and fuel mixture into the passage 16 downstream of the first eductor nozzle to form a secondary combustion zone. The third combustion zone is formed by a set of third eductor nozzles 38 that communicate with both the combustion gas chamber 26 and the fuel chamber 32. The third eductor nozzles 38 are circumferentially spaced around the opening of the central air passage 16 and are adapted to deliver the flue gas and fuel mixture to the third combustion zone. The refractory material 40 lines the combustion chamber 16 so that combustion occurs through the burner 10. The operation of the eductor nozzles 34, 36, 38 is best shown in FIG. The eductor nozzle has a tubular body with an outlet 42 communicating with the combustion chamber 16 and an inlet 44 communicating with both the flue gas chamber 26 and the fuel chamber 32. The fuel is pressurized and supplied to the chamber 32. The chamber 32 has a hole 46 which is axially aligned with the eductor nozzle 36 and is located in close proximity to the inlet 44. The fuel is guided by its pressure through the holes 46 to the eductor nozzle 36. However, the nozzle 36 is spaced apart from the chamber 32 and forms a gap between them so that the inlet can communicate directly with the flue gas chamber 26. Thus, as fuel enters the eductor nozzle, the recirculated combustion gas is also drawn into the eductor nozzle 36 and mixed with the fuel in a compressed state. As a result, the mixture of combustion gas and fuel is injected into the central air passage 16 by the eductor nozzles 34, 36, 38. Since the temperature of the flue gas is approximately 400 ° F, the temperature of the fuel can be raised before combustion. Such mixing and temperature increase occurring in the serves to optimize the combustion rate, substantially reduces the emission of such harmful substances of the NO x and CO. Further reductions in emissions are obtained by injecting chemicals or other secondary compounds into the flue gas chamber and mixing with the recirculating flue gas. In the preferred embodiment, secondary compounds are injected at the flue gas inlet 22 to cause mixing and vaporization with the recirculating flue gas. As the temperature of the flue gas rises, the secondary compounds injected therein evaporate. Examples of secondary compounds that can be used are chemicals such as methanol, steam or water, and flammable chemically unutilized materials. The water injection has a cooling effect on the flue gas, making the eductor more effective, lowering the flame temperature and allowing more uniform or complete combustion. The flue gas and compound mixture then proceeds to the annular passage 26 where it is mixed with fuel as previously described. 3 to 6 show a retrofit type burner 100 which realizes the principle of the present invention. The retrofit type assembly 100 is used in place of existing burners, such as older boilers. The central air passage 116 includes a rotating vane 120 mounted on a tube 118. Recirculated flue gas is delivered to the annular flue gas chamber 126 through the inlet 122. The flue gas chamber is in fluid communication with both the first eductor nozzle 134 and the second eductor nozzle 136. Fuel is supplied to the annular chamber 132 through the inlet 128 and is forced through the holes 146 to the eductor nozzles 134, 136. Then, the recirculated flue gas is also sucked into the nozzle and injected into the combustion chamber 116. Therefore, the principle of this newly constructed burner can be applied as a retrofit form for installation in existing boilers. The conditioning characteristics of the burner system of the present invention are designed to be tailored to the particular combustion system being used. The angle of the diffuser vanes, the axial position of the diffuser and the opening of the damper can all be separately set according to the known parameters of the burner system: fuel type, required temperature, burn rate etc. This is especially important for retrofit conversion systems where the operating parameters are set. In the present invention, primary combustion occurs at the fuel nozzles 34, 134 where fuel and air mixing first occurs. The primary combustion products, which are approximately 60% combustible, enter the refractory lined combustion zones 16,116 where they are further mixed with combustion air from the central air passages 16,116 and diffusers 20,120. . Secondary combustion occurs in this highly controlled zone, where re-radiation from the refractory material heats the product, thereby promoting the combustion process and consuming almost 80% of the remaining combustible product. The final tertiary combustion takes place in the furnace zone where layered mixing occurs. Therefore, this system forms the three separate combustion zone, and by which the recirculation into two zone, thereby reducing NO x emissions amount. These separate combustion compartments are formed by the formation of a low pressure compartment in the burner, i.e. downstream of the ventilation diffusers 20, 120 and at the outlet of the circulating air. The low pressure section adjacent to the diffuser is affected by the vane blade pitch. That is, if the vane diffuser is opened, the pressure at the rear of the flame will drop. This necessitates the use of dampers 14, 114 to adjust the ratio of primary air to secondary or tertiary air. In order to optimize this ratio, it is desirable to control the air entering the burner, thereby controlling the O 2 level to ensure optimal combustion without excessive NO x emissions. By adjusting the burner system of the present invention, emission levels over the entire range of demands level of the variable burner as optimally controlled, it is possible to form the NO x adjustment system. The NO x regulation system automatically adjusts the angle and axial position of the vane diffuser within the burner for all burner demand levels and swirls the combustion air mixture within the burner for all burner demand levels. The number, the ratio of core air to annular air and the O 2 level are varied. Such adjustments are determined to be optimal for all burner demand levels, and when this level is reached, the regulation system automatically adjusts its components to reduce emissions levels. A typical conventional burner has its emission level set for operation within the nominal operating range, at the expense of emission levels when the demand level deviates from this range. With some adjustments of the present invention, emission levels can be continuously and automatically controlled for any operating demand level. Modern burners are required to continuously monitor their NO x levels. The data obtained from such a monitoring system can be used to automatically adjust the NO x adjustment system according to the present invention. In addition to regulation for optimizing the combustion level, steps can be provided to further reduce the emission level or to reduce the emission level of a fixed or non-adjustable burner system. In known systems, attempts have been made to recirculate the flue gas through the combustion chamber, but it has been found that combustion can be optimized by mixing the flue gas with the fuel prior to its introduction into the combustion zone. Do you get it. In the present invention, this mixing is done through an eductor nozzle in rapid communication with both the fuel chamber and the flue gas recirculation chamber. Further reductions in emission levels are obtained by injecting secondary compounds into the flue gas recirculation chamber and mixing with fuel. Secondary compounds that significantly reduce harmful emissions include chemicals such as methanol, steam or water, waste compounds and cooling air. These secondary compounds are vaporized by 400 ° F flue gas. The cooling effect on the flue gas that occurs at this time makes the action of the eductor more effective and reduces the flame temperature. Furthermore, mixing of the secondary compound and (or) recirculated flue gas and combustion air, significantly reduces the NO x level. However, recirculation with fuel requires higher compression levels than with combustion air. The eductor nozzle of the present invention utilizes the pressure differential of the compressed fuel to facilitate this by providing the required mixing. Thus, the various aspects of the present invention significantly allowed reducing harmful emissions comprising NO x and CO, can correspond to emission regulations to be increasingly strict. The above detailed description is intended to facilitate understanding of the present invention and is not intended to be limiting. It should be understood that the present invention can be variously modified without departing from the scope of the claims.
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【要約の続き】
れる。─────────────────────────────────────────────────── ───
[Continued summary]
Be done.