JPH09133311A

JPH09133311A - 窒素酸化物低発生燃焼方法及び装置

Info

Publication number: JPH09133311A
Application number: JP7290212A
Authority: JP
Inventors: Toru Mogi; 徹茂木
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1995-11-08
Filing date: 1995-11-08
Publication date: 1997-05-20

Abstract

(57)【要約】（修正有）【解決手段】燃料管１の先端部に、その燃料管１の中心
軸方向に補助燃料を噴出する中心軸方向燃料噴出孔１４
を設け、その上流側に燃料管１より大きい円盤プレ−ト
７を設置し、円筒状空気流形成用空気噴出部２２から空
気を噴出させ、燃料過剰噴出部２２では燃料過剰に、空
気過剰噴出部２２では空気過剰となるように、長孔状空
気噴出部３から噴出する空気流に対して、基部燃料噴出
部５から噴出する燃料を直角方向に噴出させて、混合燃
焼させつつ、濃淡燃焼を実行し、中心軸方向燃料噴出孔
１４からは、全燃料の１０〜２０％を補助燃料として中
心軸に噴出して、炉内燃焼ガスを伴流しつつ燃焼させ、
長孔状空気噴出部３での空気流速と基部燃料噴出部５で
の燃料流速の比が０．２以上であるようにする。【効果】独特の低ＮＯｘ燃焼法とその装置の使用によっ
て、従来の課題を解決し、従来バ−ナに比較して、ＮＯ
ｘの発生を格段に抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は窒素酸化物低発生燃
焼方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】燃焼によって生じるＮＯｘに対する排出規
制は年々厳しくなっており、ＮＯｘ低減のための技術開
発が盛んである。燃焼時に発生するＮＯｘとしては、フ
ューエルＮＯｘ，プロンプトＮＯｘ及びサーマルＮＯｘ
があると言われ、これらの中で、サーマルＮＯｘは、燃
焼空気中の窒素分子成分が、高温雰囲気中で酸化される
ことによって生成するものであり、温度依存性が高く、
燃焼温度が高くなるにつれて生成量は急激に増大する。
サーマルＮＯｘは、燃焼ガス中に窒素分子成分が存在す
る場合には必ず生成し、特に燃料が炭化水素系気体燃料
である場合には、排出されるＮＯｘのほとんどがサーマ
ルＮＯｘといわれ、数多くの低減方法が考案されてい
る。サーマルＮＯｘ低減の目的で、多段燃焼法、排気ガ
ス再循環法、希薄燃焼法などの燃焼方法が考案され、い
くつかの方法を組み合わせた燃焼方法も数多く考案され
ている。

【０００３】

【発明が解決すべき課題】多段燃焼法は、燃料あるい
は、燃焼空気を２段もしくは多段に分割して燃焼させる
ことを特徴とするもので、火炎温度の低下あるいは、酸
素濃度の低下によって低ＮＯｘ燃焼を実現させるもので
ある。かかる燃焼方式においては、多段に燃焼させるた
めに、燃焼器が複雑になるという課題があった。排気ガ
ス再循環法は、燃焼ガスの一部を燃焼空気または燃料に
混合させ、火炎温度の低下、酸素濃度の低下を目的とし
たもので、強制排気ガス再循環法と自己排気ガス再循環
法に大別される。強制排気ガス再循環法は、燃焼ガスの
一部を、再循環用ダクトとブロアーを用いて強制的に燃
焼空気または燃料に混合させたものでもっとも一般的な
方法である。自己排ガス再循環法は燃焼器に工夫を加
え、噴流に周囲の気体が吸引される現象を用いて、燃焼
空気流、燃料流に燃焼ガスを混合させて排ガス再循環の
効果を持たせることを特徴としており、強制的に燃焼ガ
スを再循環させる事なく、排気ガス再循環の効果を得ら
れるメリットがある。また多段燃焼法のように燃料もし
くは燃焼空気を複数の系統に分割する複雑さもない。自
己排ガス再循環を利用した事を特徴とする燃焼器として
はたとえば特開昭６２−１７５０６公報があって、その
ほかにも数多くの燃焼器が自己排ガス再循環法を利用し
ているが、ＮＯｘ低減には限度があって、昨今の厳しい
ＮＯｘ規制に対応するには更なる技術開発が必要になっ
ている。そこで、自己排ガス再循環法のメリットを最大
限に利用した燃焼方法として、特開平１−３００１０
３、特開平３−９１６０１、実開昭５２−６１５４５が
ある。これらの燃焼方法においては、自己排ガス再循環
の効果を最大限に利用するため、バーナには保炎機構を
有せず、燃焼空気流と、燃料流を分離して独立に炉内に
噴射することを特徴としている。これによって、火炎は
バーナに定着することなくリフトして形成され、炉内の
燃焼ガスの一部を、燃料流、燃焼空気流に充分に吸引し
てから燃焼が開始する。かかる燃焼方法においては、火
炎は緩慢な拡散炎となるが、保炎機構を持たないため
に、安定な着火を得るためには燃焼域の温度が高くない
と使用できない場合があり、加熱炉、溶解炉などの高温
炉には向いているが、ボイラや低温の加熱炉に利用する
場合、未燃分の排出が増加したり、完全燃焼のために炉
体を大きくしなければならないと言う課題があった。サ
ーマルＮＯｘの低減方法として予混合炎を用いる方法も
ある。予混合燃焼で、空気比を高くして燃焼させると大
幅なＮＯｘ低減が可能であるが、高空気比燃焼では過剰
空気が増えるために燃焼、伝熱効率の低下が大きくまた
予混合炎の安定性に劣るという問題点があった。そこ
で、予混合燃焼に自己排気ガス再循環の効果を与えてサ
ーマルＮＯｘを低減させる方法として、特開平３−１７
５２１１がある。かかる燃焼方法においては、保炎器に
工夫を加えることによって、予混合気が燃焼する前に、
低温の燃焼ガスの一部を予混合気に混合し火炎温度を低
下する、または酸素濃度を小さくすることで、ＮＯｘを
低減することを特徴としている。かかる燃焼方法および
燃焼装置においては、予混合燃焼を利用しているために
予混合気をつくるための混合器が必要なこと、可燃限界
内の予混合気体を用いるため、火炎がバーナ内あるいは
混合器内に戻るいわゆるバックの危険があることなどの
予混合燃焼器共通の課題がある。また可燃予混合気に燃
焼ガスの一部を混合させるため、混合させる燃焼ガスが
高温である場合には、予混合気が燃焼ガスと混合すると
すぐに着火してしまい自己排ガス再循環の効果を充分に
利用できず、そこで予混合気と燃焼ガスの一部を、予混
合気が着火しないように混合させるために、保炎器に特
別な工夫が必要であるなどの課題があった。自己排気ガ
ス再循環法は、上述したように、多段燃焼法、希薄予混
合燃焼法などの他の低ＮＯｘ燃焼法に比べて、燃焼装置
が簡便で、低ＮＯｘ燃焼が可能になるなどのメリットを
有している。自己排気ガス再循環を利用してサーマルＮ
Ｏｘの低減をはかる燃焼方法にあっては、拡散炎に自己
排気ガス再循環を最大限に利用するものでは、使用でき
る炉内温度範囲に制限があり利用できる燃焼設備が限ら
れているという問題点があった。また予混合炎に自己排
気ガス再循環を応用するものにあっては、バック燃焼な
どの予混合燃焼器特有の火炎安定性の問題がありさらに
保炎器に特別な工夫が必要であるという課題があった。
燃焼器の年々厳しくなるＮＯｘ規制に対応し、さらなる
低ＮＯｘ燃焼を実現するには、自己排ガス再循環法をさ
らに効果的に利用する燃焼技術が望まれている。本発
明の目的は、このような点に着目して為されたものであ
って、拡散燃焼を用いつつ、濃淡燃焼を実行させるが、
その燃焼が開始する前に自己排気ガス再循環が効果的に
おこなわれ、低温雰囲気においても火炎安定性に優れた
窒素酸化物低発生燃焼方法及び燃焼装置を提供するもの
である。

【０００４】

【課題を解決する手段】本発明は、前記課題を解決する
ために、空気管に装入した燃料管先端部の外周に、複数
の長孔状空気噴出部を設けた遮へい板を設置し、前記複
数の長孔状空気噴出部は、燃料過剰噴出部と空気過剰噴
出部とから構成し、前記遮へい板の縁側に円筒状空気流
形成用空気噴出部を形成し、前記複数の長孔状空気噴出
部の基部には、前記燃料管と連通した基部燃料噴出管を
設置し、その基部燃料噴出管の先端には、空気管に対し
て放射方向に燃料を噴出する基部燃料噴出部を設け、前
記燃料管の先端部を前記遮へい板より突出させ、その燃
料管の先端部に、その燃料管の中心軸方向に補助燃料を
噴出する中心軸方向燃料噴出孔を設け、その中心軸方向
燃料噴出孔の上流側に前記燃料管より大きい円盤プレ−
トを設置し、前記円筒状空気流形成用空気噴出部から空
気を噴出させながら、前記燃料過剰噴出部においては燃
料過剰に、また前記空気過剰噴出部において空気過剰と
なるように、前記長孔状空気噴出部から噴出する空気流
に対して、前記基部燃料噴出部から噴出する燃料を直角
方向に噴出させて、混合燃焼させつつ、濃淡燃焼を実行
し、前記中心軸方向燃料噴出孔からは、全燃料の１０〜
２０％を補助燃料として中心軸方向に噴出して、その噴
出エネルギ−によって炉内燃焼ガスを伴流しつつ燃焼さ
せ、前記長孔状空気噴出部での空気流速と前記基部燃料
噴出部での燃料流速の比が０．２以上であることを特徴
とする窒素酸化物低発生燃焼方法を提供するものであ
る。

【０００５】本発明は、前記課題を解決するために、空
気管に装入した燃料管先端部の外周に、複数の長孔状空
気噴出部を設けた遮へい板を設置し、前記複数の長孔状
空気噴出部は、燃料過剰噴出部と空気過剰噴出部とから
構成し、前記遮へい板の縁側に円筒状空気流形成用空気
噴出部を形成し、前記複数の長孔状空気噴出部の基部に
は、前記燃料管と連通した基部燃料噴出管を設置し、そ
の基部燃料噴出管の先端には、空気管に対して放射方向
に燃料を噴出する基部燃料噴出部を設け、前記燃料管の
先端部を前記遮へい板より突出させ、その燃料管の先端
部に、その燃料管の中心軸方向に補助燃料を噴出する中
心軸方向燃料噴出孔を設け、その中心軸方向燃料噴出孔
の上流側に前記燃料管より大きい円盤プレ−トを設置し
たことを特徴とする窒素酸化物低発生燃焼装置を提供す
るものである。

【０００６】本発明は、前記課題を解決するために、中
心軸方向燃料噴出孔の形状をスリット円孔に構成して、
その中心軸方向燃料噴出孔からリング状に燃料を噴出し
て、炉内ガスを伴流しながら混合燃焼させることを特徴
とする窒素酸化物低発生燃焼方法を提供するものであ
る。

【０００７】本発明は、前記課題を解決するために、中
心軸方向燃料噴出孔の形状をスリット円孔に構成たこと
を特徴とする窒素酸化物低発生燃焼装置を提供するもの
である。

【０００８】本発明は、前記課題を解決するために、ス
リット円孔内に旋回羽根を装置し、前記スリット円孔か
ら旋回リング状に燃料を噴出して、炉内ガスを伴流しな
がら混合燃焼させることを特徴とする窒素酸化物低発生
燃焼方法を提供するものである。

【０００９】本発明は、前記課題を解決するために、ス
リット円孔内に旋回羽根を装置したことを特徴とする窒
素酸化物低発生燃焼装置を提供するものである。

【００１０】本発明は、前記課題を解決するために、円
筒状空気流形成用空気噴出部は、空気管と遮へい板との
間に、環状スリットを設けて構成し、その環状スリット
から円筒状に空気を噴出しながら燃焼させることを特徴
とする窒素酸化物低発生燃焼方法を提供するものであ
る。

【００１１】本発明は、前記課題を解決するために、円
筒状空気流形成用空気噴出部は、空気管と遮へい板との
間に、環状スリットを設けて構成してなることを特徴と
する窒素酸化物低発生燃焼装置を提供するものである。

【００１２】本発明は、前記課題を解決するために、円
筒状空気流形成用空気噴出部は、遮へい板の縁の内側に
環状に多数の小孔を配列することによって構成し、その
多数の小孔から空気を噴出しながら燃焼させることを特
徴とする窒素酸化物低発生燃焼方法を提供するものであ
る。

【００１３】本発明は、前記課題を解決するために、円
筒状空気流形成用空気噴出部は、遮へい板の縁の内側に
環状に多数の小孔を配列することによって構成してなる
ことを特徴とする窒素酸化物低発生燃焼装置を提供する
ものである。

【００１４】本発明は、前記課題を解決するために、円
筒状空気流形成用空気噴出部の面積は、全空気導入面積
に対して、２０％以下の面積に構成して燃焼させること
を特徴とする窒素酸化物低発生燃焼方法を提供するもの
である。

【００１５】本発明は、前記課題を解決するために、円
筒状空気流形成用空気噴出部の面積は、全空気導入面積
に対して、２０％以下の面積に構成したことを特徴とす
る窒素酸化物低発生燃焼装置を提供するものである。

【００１６】本発明は、前記課題を解決するために、燃
料過剰噴出部と空気過剰噴出部は、複数の長孔状空気噴
出部の面積を相対的に変化させて構成し、前記燃料過剰
噴出部と前記空気過剰噴出部の下流側において濃淡燃焼
を実行させることを特徴とする窒素酸化物低発生燃焼方
法を提供するものである。

【００１７】本発明は、前記課題を解決するために、燃
料過剰噴出部と空気過剰噴出部は、複数の長孔状空気噴
出部の面積を相対的に変化させて構成したことを特徴と
する窒素酸化物低発生燃焼装置を提供するものである。

【００１８】本発明は、前記課題を解決するために、燃
料過剰噴出部と空気過剰噴出部は、複数の基部燃料噴出
部の面積を相対的に変化させて構成し、前記燃料過剰噴
出部と前記空気過剰噴出部の下流側において濃淡燃焼を
実行させることを特徴とする窒素酸化物低発生燃焼方法
を提供するものである。

【００１９】本発明は、前記課題を解決するために、燃
料過剰噴出部と空気過剰噴出部は、複数の基部燃料噴出
部の面積を相対的に変化させて構成したことを特徴とす
る窒素酸化物低発生燃焼装置を提供するものである。

【００２０】本発明は、前記課題を解決するために、燃
料過剰噴出部と空気過剰噴出部は、複数の基部燃料噴出
部の面積を相対的に変化させて構成すると共に、複数の
長孔状空気噴出部の面積を相対的に変化させて構成し、
前記燃料過剰噴出部と空気過剰噴出部の下流側において
濃淡燃焼を実行させることを特徴とする窒素酸化物低発
生燃焼方法を提供するものである。

【００２１】本発明は、前記課題を解決するために、燃
料過剰噴出部と空気過剰噴出部は、複数の基部燃料噴出
部の面積を相対的に変化させて構成すると共に、複数の
長孔状空気噴出部の面積を相対的に変化させて構成した
ことを特徴とする窒素酸化物低発生燃焼装置を提供する
ものである。

【００２２】本発明は、前記課題を解決するために、空
気管に導入する燃焼用空気を酸素の体積濃度２１％以上
の酸素富化空気を使用することを特徴とする窒素酸化物
低発生燃焼方法を提供するものである。

【００２３】本発明は、長孔状空気噴出部から噴出する
空気流の中に直角方向から燃料を噴出して空気が燃料を
つつむようにして形成される拡散炎について、燃料の一
部を分離し、補助燃料として噴出させ、且つ、その拡散
炎を空気噴出部或は燃料噴出部に定着させないで燃焼さ
せることにより、そして、その拡散炎を形成する前に、
燃焼ガスの一部が、補助燃料流、空気流並びに燃料流に
巻き込まれるようにして、自己排ガス再循環を頗る効果
的に実現すると共に、前記した拡散炎を異なる空気比で
形成することにより、効果的な濃淡燃焼を実施する。こ
のような燃焼に際して、円筒状空気流形成用空気噴出部
から噴出する空気は、遮へい板の下流側に筒状空気流を
形成し、その筒状空気流の内部に強力な負圧部が形成さ
れて、炉内燃焼ガス流の逆流、再循環流の増大により内
部再循環を一層に助長する。この内部再循環の一層の助
長によって、高温の炉内燃焼ガスの再循環による強力な
着火源がつくられ、優れた保炎性能と燃焼の安定性をも
たらし、前記した自己排ガス再循環燃焼を効果的に促進
し、前記した濃淡燃焼と併せて、ＮＯｘの大幅な低減を
図るものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】先ず、図１及び図２並びに図３及
び図４に於いて、符号１は、空気管２内に装入した燃料
管であって、この燃料管１の先端部の外周に、複数の長
孔状空気噴出部３を設けた遮へい板４を設置し、その遮
へい板４の縁側に円筒状空気流形成用空気噴出部１８を
形成し、前記複数の長孔状空気噴出部３の基部には、前
記燃料管１と連通した基部燃料噴出管５を設置し、その
基部燃料噴出管５の先端には、放射方向に燃料を噴出す
る基部燃料噴出部６を設ける構成とする。前記複数の長
孔状空気噴出部３は、燃料過剰噴出部２２と空気過剰噴
出部２３とから構成し、前記燃料管１の先端部には、前
記燃料管１の中心軸方向に補助燃料を噴出する中心軸方
向燃料噴出孔１４を設ける構成とし、その中心軸方向燃
料噴出孔１４の上流側には燃料管１より大きい円盤プレ
ート７を設ける構成とする。前記中心軸方向燃料噴出孔
１４の形状は、図に示す如く、スリット円孔１５として
もよい。１７はスリット円孔１５内に装置した旋回羽根
である。前記円筒状空気流形成用空気噴出部１８は、図
示の通り、前記空気管２と遮へい板４との間に、環状ス
リット１９を設けることによって構成してもよいし、ま
た、遮へい板４の縁の内側に環状に小孔２０を配列する
ことによって構成してもよい。便宜上、図２及び図４に
おいてのみ、小孔２０を表した。

【００２５】図１ないし図２の場合には、前記燃料過剰
噴出部２２と空気過剰噴出部２３は、複数の長孔状空気
噴出部３の面積を相対的に変化させて構成する。即ち、
図に於いて、例えば、一つの空気過剰噴出部２３に対し
て、それより、面積の小さい二つの燃料過剰噴出部２２
を設ける。各基部燃料噴出部６は、この場合、同一径で
あるので、長孔状空気噴出部３の面積が大きい空気過剰
噴出部２３の下流においては、空気過剰の希薄燃焼火炎
が形成され、面積の小さい二つの燃料過剰噴出部２２の
下流においては、燃料過剰の濃燃焼火炎が形成される。

【００２６】図３ないし図４の場合には、複数の長孔状
空気噴出部３の面積を同じ大きさに構成し、基部燃料噴
出部６の面積を変化させて、燃料過剰噴出部２２と空気
過剰噴出部２３を構成したものである。例えば、ｄ２の
大きさを持つ一つの空気過剰噴出部２３は、他の燃料過
剰噴出部２２の基部燃料噴出部６のｄ１に対して小さく
構成されているので、一つの空気過剰噴出部２３の下流
においては、希薄燃焼火炎が形成されると共に、他の燃
料過剰噴出部２２の下流においては、濃燃焼火炎が形成
される。

【００２７】燃料過剰噴出部２２と空気過剰噴出部２３
は、複数の長孔状空気噴出部３の面積を相対的に変化さ
せて構成すると共に、複数の基部燃料噴出部６の面積を
相対的に変化させて構成し、前記燃料過剰噴出部２２と
空気過剰噴出部２３の下流側において濃淡燃焼を実行さ
せてもよい。即ち、空気の噴出量を相対的に変化させる
と共に、燃料の噴出量の相対的に変化させ、そして、両
空気比の比率を適宜設定することで効果的な濃淡燃焼が
実行できる。

【００２８】複数の長孔状空気噴出部３から空気が噴出
し、その空気流中に、基部燃料噴出部６からは、燃料ガ
スを前記空気流に対して直角方向から噴出させる。この
際、長孔状空気噴出部３に於ける空気流速及び基部燃料
噴出部６に於ける燃料ガス流速の比を０．２以上、実操
業上は、０．２〜５程度に設定する。前記比を０．２以
下に設定すると、燃料ガスが、空気流を貫通して空気管
２の内壁に衝突して拡散し空気管２に定着した火炎が形
成されてしまうので、前記比は０．２以下とすることは
できない。しかしながら、前記比を前記のように設定す
ると、長孔状空気噴出部３に定着した拡散炎を発生しな
いだけでなく、直角方向から噴出した燃料ガス流９は、
図５に示すように空気流１０中につつみ込まれた状態の
流れとなる。この時、中心軸方向燃料噴出孔１４から、
補助燃料１６を、燃料ガス流９、空気流１０、炉内燃焼
ガス流１１及び内部再循環領域１２等に向かって噴出す
ると、補助燃料１６は、燃焼する前に、大量に燃焼ガス
を巻き込むため、内部再循環領域１２に於ける自己排ガ
ス再循環が、更に促進されて、内部再循環促進領域８が
形成されて一層の低ＮＯｘ化が実現できる。即ち、中心
部に燃料ガス流９、その周囲にドーナツ状に空気流１
０、そしてその外周に矢印で示す伴流が行われ、炉内ガ
ス流１１及び炉内ガス流１１を巻き込んだ補助燃料流１
６が形成される。しかして、空気流１０は、その外側か
らは、高温の炉内ガス流１１が、同時にその内側から
は、燃料ガス流９が拡散混合して行く。通常の拡散炎で
は空気噴出孔或は燃料ガス噴出孔に定着した火炎が形成
されるために、燃料は空気流が周囲炉内ガスを伴流する
前に燃焼を開始してしまうが、本発明は、前記した流速
比を持つので、長孔状空気噴出部３及び基部燃料噴出部
６には火炎は附着しない。即ち、本発明に於いては、空
気流１０は、その周囲の炉内燃焼ガス流１１と混合しな
がら温度を上昇して行くと同時に、その内側にある燃料
ガス流９及び補助燃料流１６と徐々に混合状態を形成し
て行く。そして、前記四者が良好な混合状態を発展させ
て行き、温度、燃料濃度、酸素濃度の諸点に於いて、着
火条件を満たした時点で燃焼が開始し、拡散火炎が形成
される。かかる拡散火炎に於いては、燃焼が開始する前
に燃焼ガスの一部が充分に燃焼空気、強いては補助燃料
流に混合するため、自己排ガス再循環の効果が最大限得
られ、火炎温度の低下、酸素濃度の低下によりＮＯｘが
著しく低下する。以上に於いて、内部再循環領域１２及
び外部再循環領域１３は、炉内燃焼ガス流１１を多量に
伴流する上で、多大の貢献をするものである。

【００２９】以上の燃焼に際して、本発明は、複数の長
孔状空気噴出部３が燃料過剰噴出部量２２と空気過剰噴
出部２３に構成されているので、燃料過剰燃焼と空気過
剰焼が同時に進行する。即ち、燃料過剰噴出部２２に
は、燃料過剰の濃燃焼火炎が形成されると共に、空気過
剰噴出部２３には、空気過剰の希薄燃焼火炎が形成され
る。前者の濃燃焼火炎は、酸素濃度の不足及びそれに伴
う火炎温度の低下により、また後者の希薄燃焼火炎は、
火炎温度の低下により、それぞれ理論空気量燃焼火炎に
比較し、排出ＮＯｘ値は低くなる。しかして、後者の希
薄燃焼火炎側の余剰空気で、前記燃料過剰側の過剰燃料
が充分に燃焼できるように、両空気比の比率を適宜設定
することで効果的な濃淡燃焼が実行される。この時、排
出ＮＯｘ値は、上述のように、理論空気比付近の燃焼火
炎に比べて低い値を示す両火炎の燃料流量割合の加重平
均となるため、燃焼全体としても低ＮＯｘ値が得られ
る。また、火炎定着部を持たないことを本質とする本発
明では、燃焼開始前に燃料及び燃焼用空気中に燃焼ガス
が充分に伴流されているため、より効果的に酸素濃度及
び火炎温度低下による低ＮＯｘ化を図ることができる。
かかる濃淡燃焼は、前記した独特の燃焼に相乗して一層
の低ＮＯｘ化を進行させることができる。（図８及び図
９参照）

【００３０】以上の燃焼に際して、円筒状空気流形成用
空気噴出部１８から噴出する空気は、遮へい板４の下流
側に筒状空気流２１を形成し、その筒状空気流２１の内
部に強力な負圧部が形成されて、炉内燃焼ガスの逆流、
再循環流の増大により内部再循環領域１２内での自己排
ガス再循環を一層助長する。この内部再循環の一層の助
長によって、高温の炉内燃焼ガスの再循環による強力な
着火源がつくられ、優れた保炎性能と燃焼の安定性をも
たらし、前記した自己排ガス再循環燃焼を効果的に促進
してＮＯｘの低減効果を助長する。前記円筒状空気流形
成用空気噴出部１８は、環状スリット１９又は小孔２０
から構成しても、同様の作用効果をもたらす。更に、前
記した円筒状空気流形成用空気噴出部１８の面積は、全
前空気導入面積に対して、２０％以下の面積であれば、
前記作用効果を促進する。（図１０参照）。更に、以上
の燃焼に際して、円筒状空気流形成用空気噴出部１８
は、燃焼範囲の拡大について多大の貢献をするものであ
る。即ち、図１１は、円筒状空気流形成用空気噴出部１
８がある場合と、それのない場合のＣＯ限界空気比の上
限界及び下限界について測定した結果を示すものである
が、この図から本発明の円筒状空気流形成用空気噴出部
１８は、ＣＯ上限界空気比を格段に大きくしていること
が明瞭に理解できる。

【００３１】以上の燃焼に際して、円盤プレート７を装
置した実施例の場合には、円盤プレート７の下流側に、
内部再循環促進領域８が形成され、内部再循環領域１２
が拡大されて、排ガスの再循環量が格段に増大し、ＮＯ
ｘの低減に一層の効果を生じさせる。即ち円盤プレート
７の存在によって、空気流１０の、高温の内部再循環領
域１２側への拡大が阻止され、自己排ガス再循環量が増
大する。かかる伴流量の増大はＮＯｘの低減効果を著し
く助長する。

【００３２】更に、空気管２内に設けた燃料管１の先端
外周と、前記空気管２の内壁に接して設けた遮へい板４
には、長孔状空気噴出部３が設けてあり、この長孔状空
気噴出部３から燃焼用空気を噴出するので、噴流の表面
積を大きくすることができ、周囲の燃焼ガスを効率よく
伴流することができる。また、長孔状空気噴出部３は、
複数個形成されているので、空気流１０は、分割されて
噴出され、夫々の噴流が炉内ガス流１１を伴流するた
め、単一の空気噴流を持った燃焼器に比べてより効率的
に周囲の燃焼ガスを伴流でき、自己排ガス再循環の効果
を高めることができる。複数の燃焼空気噴流で囲まれた
部分には内部再循環領域１２が形成され、また周囲には
外部再循環領域１３が形成されて、どちらの再循環領域
にも燃焼ガスの一部が再循環して燃焼空気噴流に伴流さ
れる。特に、内部再循環領域１２には高温の燃焼ガスが
循環するので、定着部を持たない拡散炎を安定的に着火
させ、火炎を形成する。

【００３３】空気流に対して、直角に燃料を噴出させる
と同時に、空気流速と燃料流速の比を前記したように調
整することによって、燃料噴流を燃焼空気噴流の中心部
に噴出させることができる。この場合、図６及び図７に
示すように、燃料噴流はいわゆる双子状の渦を形成す
る。この渦は、燃料と空気が混合するにつれ、基部燃料
噴出部６、長孔状空気噴出部３から離れるに従って発達
していく。この渦には、燃料と空気が混合してゆくだけ
ではなく、さらには空気に伴流された燃焼ガスの一部が
徐々に巻き込まれ、燃料が着火するのに充分な量の燃焼
ガスが巻き込まれると燃料は燃焼を開始する。この渦に
よって火炎は長孔状空気噴出部３、基部燃料噴出部６に
定着することなく安定に着火する。なお、長孔状空気噴
出部３を通る空気流１０の方向に対して、直角方向に燃
料を噴出させる場合には、燃焼空気噴流と燃料噴流の流
速の比を０．２以上とすると、火炎は噴出孔に定着しな
いで形成され、著しい低ＮＯｘ火炎になることは、前記
した通りである。

【００３４】以上の燃焼に際して、前記燃料管１の中心
軸方向に中心軸方向燃料噴出孔１４から、補助燃料を噴
出するので、前記した如く、補助燃料と炉内ガスとの混
合が、燃焼前に良好に促進されて、前記した燃焼に相乗
してＮＯｘ低減効果を一層助長するものである。かかる
自己排ガス再循環燃焼に際して、前記した円筒状空気流
形成用空気噴出部１８が形成する筒状空気流２１は、そ
の内部に有効な連続着火源をつくり、前記自己排ガス再
循環燃焼を効果的に安定させるものであること前記した
通りである。

【００３５】以上の燃焼に際しては、前記中心軸方向燃
料噴出孔１４の形状をスリット円孔１５に構成すると、
補助燃料がリング状に噴出されるので、炉内ガスの接触
面積が増大して、前記伴流効果を著しく向上させてＮＯ
ｘ低減効果を助長する。

【００３６】更に、前記スリット円孔１５に旋回羽根１
７を装置すると、燃料が旋回しながらリング状に噴出す
るので、炉内ガスの巻き込みが増大し、伴流効果を更に
向上させてＮＯｘ低減効果を助長する。

【００３７】以上の燃焼に際して、空気管２に導入する
燃焼用空気を、酸素の体積濃度２１％以上の酸素富化空
気を使用することによっても、低ＮＯｘの燃焼を持続さ
せると共に、燃焼量の増大を図かることができる。

【００３８】図８は、複数の長孔状空気噴出部３の面積
を変化させて、燃料過剰噴出部２２と空気過剰噴出部２
３を構成したものによるＮＯｘ低減効果を示したもので
ある。従来例と比較して空気／燃料の流速比が０．２以
上、且つ全燃料の１０〜２０％を補助燃料として噴出
し、且つ円筒状空気流形成用空気噴出部１８の面積を全
空気導入面積の２０％以下に構成し、上記した濃淡燃焼
を実施すれば、ＮＯｘが格段に減少していることが理解
できる。

【００３９】図９は、複数の長孔状空気噴出部３の面積
を変化させないで、基部燃料噴出部６の面積を変化させ
て、燃料過剰噴出部２２と空気過剰噴出部２３を構成し
たものによるＮＯｘ低減効果を示したものである。従来
例と比較して空気／燃料の流速比が０．２以上、且つ全
燃料の１０〜２０％を補助燃料として噴出し、かつ円筒
状空気流形成用空気噴出部１８を全空気導入量面積の２
０％以下に構成し、上記した濃淡燃焼を実施すれば、Ｎ
Ｏｘが格段に減少していることが理解できる。

【００４０】

【発明の効果】本発明は以上の通りの独特の低ＮＯｘ燃
焼法とその装置を使用することによって、従来の課題を
一挙に解決し、従来バ−ナと比較してＮＯｘの発生を格
段に抑制することができる優れたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例を示す説明図である。

【図２】図２は、本発明の他の実施例を示す説明図であ
る。

【図３】図３は、本発明の他の実施例を示す説明図であ
る。

【図４】図４は、本発明の他の実施例を示す説明図であ
る。

【図５】図５は、流体の流れと伴流状態を示す模式図で
ある。

【図６】図６は、空気流の中で燃料の流れを示す模式図
である。

【図７】図７は、空気流の中で燃料の流れを示す模式図
である。

【図８】図８は、本発明と従来法を比較したＮＯｘ性能
図である。

【図９】図９は、本発明と従来法を比較した他のＮＯｘ
性能図である。

【図１０】図１０は、本発明の円筒状空気流形成用空気
噴出部の面積の、全空気導入面積に占める割合の影響に
ついて、従来バ−ナと比較した時のＮＯｘ性能図であ
る。

【図１１】図１１は、円筒状空気流形成用空気噴出部が
ある場合と、それのない場合のＣＯ限界空気比の上限界
及び下限界について測定した結果を示す性能比較図であ
る。

【符号の説明】

１燃料管２空気管３長孔状空気噴出部４遮へい板５基部燃料噴出管６基部燃料噴出部７円盤プレート８内部再循環促進領域９燃料ガス流１０空気流１１炉内ガス流１２内部再循環領域１３外部再循環領域１４中心軸方向燃料噴出孔１５スリット円孔１６補助燃料流１７旋回羽根１８円筒状空気流形成用空気噴出部１９環状スリット２０小孔２１円筒状空気流２２燃料過剰噴出部２３空気過剰噴出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気管に装入した燃料管先端部の外周
に、複数の長孔状空気噴出部を設けた遮へい板を設置
し、前記複数の長孔状空気噴出部は、燃料過剰噴出部と
空気過剰噴出部とから構成し、前記遮へい板の縁側に円
筒状空気流形成用空気噴出部を形成し、前記複数の長孔
状空気噴出部の基部には、前記燃料管と連通した基部燃
料噴出管を設置し、その基部燃料噴出管の先端には、空
気管に対して放射方向に燃料を噴出する基部燃料噴出部
を設け、前記燃料管の先端部を前記遮へい板より突出さ
せ、その燃料管の先端部に、その燃料管の中心軸方向に
補助燃料を噴出する中心軸方向燃料噴出孔を設け、その
中心軸方向燃料噴出孔の上流側に前記燃料管より大きい
円盤プレ−トを設置し、前記円筒状空気流形成用空気噴
出部から空気を噴出させながら、前記燃料過剰噴出部に
おいては燃料過剰に、また前記空気過剰噴出部において
空気過剰となるように、前記長孔状空気噴出部から噴出
する空気流に対して、前記基部燃料噴出部から噴出する
燃料を直角方向に噴出させて、混合燃焼させつつ、濃淡
燃焼を実行し、前記中心軸方向燃料噴出孔からは、全燃
料の１０〜２０％を補助燃料として中心軸方向に噴出し
て、その噴出エネルギ−によって炉内燃焼ガスを伴流し
つつ燃焼させ、前記長孔状空気噴出部での空気流速と前
記基部燃料噴出部での燃料流速の比が０．２以上である
ことを特徴とする窒素酸化物低発生燃焼方法。
【請求項２】空気管に装入した燃料管先端部の外周
に、複数の長孔状空気噴出部を設けた遮へい板を設置
し、前記複数の長孔状空気噴出部は、燃料過剰噴出部と
空気過剰噴出部とから構成し、前記遮へい板の縁側に円
筒状空気流形成用空気噴出部を形成し、前記複数の長孔
状空気噴出部の基部には、前記燃料管と連通した基部燃
料噴出管を設置し、その基部燃料噴出管の先端には、空
気管に対して放射方向に燃料を噴出する基部燃料噴出部
を設け、前記燃料管の先端部を前記遮へい板より突出さ
せ、その燃料管の先端部に、その燃料管の中心軸方向に
補助燃料を噴出する中心軸方向燃料噴出孔を設け、その
中心軸方向燃料噴出孔の上流側に前記燃料管より大きい
円盤プレ−トを設置したことを特徴とする窒素酸化物低
発生燃焼装置。
【請求項３】中心軸方向燃料噴出孔の形状をスリット
円孔に構成して、その中心軸方向燃料噴出孔からリング
状に燃料を噴出して、炉内ガスを伴流しながら混合燃焼
させることを特徴とする請求項１記載の窒素酸化物低発
生燃焼方法。
【請求項４】中心軸方向燃料噴出孔の形状をスリット
円孔に構成たことを特徴とする請求項２記載の窒素酸化
物低発生燃焼装置。
【請求項５】スリット円孔内に旋回羽根を装置し、前
記スリット円孔から旋回リング状に燃料を噴出して、炉
内ガスを伴流しながら混合燃焼させることを特徴とする
請求項３記載の窒素酸化物低発生燃焼方法。
【請求項６】スリット円孔内に旋回羽根を装置したこ
とを特徴とする請求項４記載の窒素酸化物低発生燃焼装
置。
【請求項７】円筒状空気流形成用空気噴出部は、空気
管と遮へい板との間に、環状スリットを設けて構成し、
その環状スリットから円筒状に空気を噴出しながら燃焼
させることを特徴とする請求項１、３又は５記載の窒素
酸化物低発生燃焼方法。
【請求項８】円筒状空気流形成用空気噴出部は、空気
管と遮へい板との間に、環状スリットを設けて構成して
なることを特徴とする請求項２、４又は６記載の窒素酸
化物低発生燃焼装置。
【請求項９】円筒状空気流形成用空気噴出部は、遮へ
い板の縁の内側に環状に多数の小孔を配列することによ
って構成し、その多数の小孔から空気を噴出しながら燃
焼させることを特徴とする請求項１、３又は５記載の窒
素酸化物低発生燃焼方法。
【請求項１０】円筒状空気流形成用空気噴出部は、遮
へい板の縁の内側に環状に多数の小孔を配列することに
よって構成してなることを特徴とする請求項２、４又は
６記載の窒素酸化物低発生燃焼装置。
【請求項１１】円筒状空気流形成用空気噴出部の面積
は、全空気導入面積に対して、２０％以下の面積に構成
して燃焼させることを特徴とする請求項１、３、５、
７、又は９記載の窒素酸化物低発生燃焼方法。
【請求項１２】円筒状空気流形成用空気噴出部の面積
は、全空気導入面積に対して、２０％以下の面積に構成
したことを特徴とする請求項２、４、６、８、又は１０
記載の窒素酸化物低発生燃焼装置。
【請求項１３】燃料過剰噴出部と空気過剰噴出部は、
複数の長孔状空気噴出部の面積を相対的に変化させて構
成し、前記燃料過剰噴出部と前記空気過剰噴出部の下流
側において濃淡燃焼を実行させることを特徴とする請求
項１、３、５、７、９又は１１記載の窒素酸化物低発生
燃焼方法。
【請求項１４】燃料過剰噴出部と空気過剰噴出部は、
複数の長孔状空気噴出部の面積を相対的に変化させて構
成したことを特徴とする請求項２、４、６、８、１０又
は１２記載の窒素酸化物低発生燃焼装置。
【請求項１５】燃料過剰噴出部と空気過剰噴出部は、
複数の基部燃料噴出部の面積を相対的に変化させて構成
し、前記燃料過剰噴出部と前記空気過剰噴出部の下流側
において濃淡燃焼を実行させることを特徴とする請求項
１、３、５、７、９又は１１記載の窒素酸化物低発生燃
焼方法。
【請求項１６】燃料過剰噴出部と空気過剰噴出部
は、複数の基部燃料噴出部の面積を相対的に変化させて
構成したことを特徴とする請求項２、４、６、８、１０
又は及び１２記載の窒素酸化物低発生燃焼装置。
【請求項１７】燃料過剰噴出部と空気過剰噴出部
は、複数の長孔状空気噴出部の面積を相対的に変化させ
て構成すると共に、複数の基部燃料噴出部の面積を相対
的に変化させて構成し、前記燃料過剰噴出部と空気過剰
噴出部の下流側において濃淡燃焼を実行させることを特
徴とする請求項１、３、５、７、９及び１１記載の窒素
酸化物低発生燃焼方法。
【請求項１８】燃料過剰噴出部と空気過剰噴出部
は、複数の長孔状空気噴出部の面積を相対的に変化させ
て構成すると共に、複数の基部燃料噴出部の面積を相対
的に変化させて構成したことを特徴とする請求項２、
４、６、８、１０又は１２記載の窒素酸化物低発生燃焼
装置。
【請求項１９】空気管に導入する燃焼用空気を酸素の
体積濃度２１％以上の酸素富化空気を使用することを特
徴とする請求項１、３、５、７、９及び１１、１３、１
５又は１７記載の窒素酸化物低発生燃焼方法。