JPH094817A - 燃料油の燃焼方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 揮発性燃料油を使用して低ＮＯx低ＣＯを実
現できるようにする。 【構成】 燃焼室４から出た排ガス３９を燃料気化器１
３に導き、排ガス３９中に揮発性燃料油１ａを送給して
排ガス３９の熱で揮発性燃料油１ａを蒸発させ、該排ガ
ス３９中で蒸発して気化した揮発性燃料油１ａに風箱３
で燃焼用空気１８ａを混合し、該排ガス３９及び燃焼用
空気１８ａと混合した気化状態の揮発性燃料油１ａを面
バーナ５により燃焼室４内で燃焼させる燃料油の燃焼方
法およびその装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、揮発性の高い灯油等を
ボイラ等の燃焼器の燃料として使用する場合等に適する
燃料油の燃焼方法およびその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】比較的小規模の工場、事業場におけるボ
イラ、工業炉等の燃焼器には、液体燃料が使用されるこ
とが多く、液体燃料をボイラ、工業炉等の燃焼器で燃焼
させる場合には、一般に油バーナによって燃焼させてい
る。

【０００３】従来の油バーナは、液体燃料自体を加圧し
たり、蒸気または圧縮空気を加える等の方法によって液
体燃料を噴霧する事によって微粒化し、微粒化した液体
燃料を燃焼用空気と共に燃焼器内に噴射して燃焼させて
いる。

【０００４】この際液体燃料は、微粒化、気化、空気と
の混合、着火点までの加熱、着火という順の過程を経て
燃焼する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の噴
霧燃焼方式による燃焼方法では、液体燃料の微粒化、気
化、空気との混合、加熱、着火という順の過程を経るた
め、噴霧から着火までに若干の時間遅れが生ずる欠点が
あった。

【０００６】また液体燃料と空気との混合比は広い範囲
で変動し、均一な当量比の空間分布が得られず、このた
め当量比がある幅を持って分布し、図３の拡散炎特性ｂ
に示すように排ガス成分中の窒素酸化物ＮＯxは空気比
１．０以上でピークを示しているように高空気比（燃料
の低当量比）側の影響を受け、また図示しないが排ガス
成分中の一酸化炭素ＣＯは低空気比（燃料の高当量比）
側の影響を受けることが明らかであるため、低ＮＯx、
低ＣＯを同時に実現することは困難であった。

【０００７】従って従来の燃焼方法では、排ガス混合の
手段を用いるほか、燃焼室内の脱硝や二段燃焼を併用し
て低ＮＯx低ＣＯを図るようにしているため、大きな容
積を持った燃焼室が必要となる欠点があった。

【０００８】本発明はこのような従来の欠点を除去し、
灯油等の揮発性燃料油を使用して低ＮＯx低ＣＯを実現
できるようにした燃料油の燃焼方法およびその装置を提
供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の手段は、
燃焼室から出た排ガス中に揮発性燃料油を送給して排ガ
スの熱で揮発性燃料油を蒸発させ、該排ガス中で蒸発し
て気化した揮発性燃料油に燃焼用空気を混合し、該排ガ
ス及び燃焼用空気と混合した気化状態の揮発性燃料油を
面バーナにより燃焼室内で燃焼させることを特徴とする
燃料油の燃焼方法に係るものであり、第２の手段は、燃
焼室から出た温度の高い排ガスと温度の低い排ガスとを
それぞれ流量を調節しながら混合して温度が過上昇しな
いようにした排ガスとし、該温度が過上昇しないように
した排ガス中で揮発性燃料油を気化させることを特徴と
する燃料油の燃焼方法に係るものであり、第３の手段
は、燃焼室から出た排ガス中の酸素濃度と不活性ガス濃
度とを計測し、該排ガス中の酸素濃度が着火域内にある
時には該排ガス中に送る揮発性燃料油を遮断し、揮発性
燃料油を直接燃焼室のバーナノズルに送り、燃焼室内で
燃焼させることを特徴とする燃料油の燃焼方法に係るも
のであり、第４の手段は、揮発性燃料油を貯蔵する燃料
タンクと、風箱と燃焼室と前記風箱から前記燃焼室に向
けた面バーナとを有する燃焼器と、第１の遮断弁を有し
前記燃料タンクから燃料気化器に揮発性燃料油を送給す
る第１の揮発性燃料油送給系統と、前記燃料気化器と前
記風箱とを接続する気化燃料油送給系統と、第２の遮断
弁を有し前記燃料タンクから前記燃焼室のバーナノズル
に揮発性燃料油を送給する第２の揮発性燃料油送給系統
と、前記風箱に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給系
統と、高温排ガスダンパを有し前記燃焼室からの高温排
ガスを取り出す高温排ガス取出し系統と、低温排ガスダ
ンパを有し前記燃焼室からの低温排ガスを取り出す低温
排ガス取出し系統と、一端が前記高温排ガス取出し系統
及び低温排ガス取出し系統に接続され他端が前記燃料気
化器に接続された排ガス送給系統と、該排ガス送給系統
に接続され該排ガス送給系統内の排ガス温度を検出して
前記高温排ガスダンパ及び低温排ガスダンパの開度を個
別に制御する排ガス送給系統温度制御手段と、前記排ガ
ス送給系統に接続され前記排ガス送給系統内の酸素濃
度、不活性ガス濃度を検出するガス濃度検出手段と、該
ガス濃度検出手段の検出した酸素濃度が着火域内にある
とき前記第１の遮断弁を閉じる演算器と、を備えたこと
を特徴とする燃料油の燃焼装置に係るものである。

【００１０】

【作用】第１の手段では、揮発性燃料油を予め蒸発して
気化した状態で燃焼用空気と混合して燃焼させるため、
未燃分の少ない燃焼が実現できる。

【００１１】第２の手段では、揮発性燃料油を蒸発させ
る排ガス温度を調節することにより、揮発性の高い燃料
油を安全に気化させることができる。

【００１２】第３の手段では、燃焼装置の起動時や排ガ
ス中の酸素濃度比が燃料油の着火範囲を外れた時でも、
燃焼を行うことができる。

【００１３】第４の手段では、未燃分の少ない燃焼を行
い、揮発性の高い燃料油を安全に気化させ、起動時や排
ガス中の酸素濃度比が燃料油の着火範囲を外れた時で
も、燃焼を行うことが可能な燃料油の燃焼装置を得るこ
とができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。

【００１５】図１は本発明の方法に使用する装置の一実
施例の系統図であって、１は灯油等の揮発性燃料油１ａ
を貯蔵する燃料タンクであり、２はボイラ、工業炉等の
燃焼器であって、図１の実施例においてはボイラを示し
ており、燃焼器２は、風箱３と、燃焼室４と、風箱３か
ら燃焼室４に向けた面バーナ５とを有している。

【００１６】燃料タンク１には、燃料油ポンプ６と、揮
発性燃料油１ａの気化を容易にするための加温器７とを
有する揮発性燃料油供給管８が接続されていて、この揮
発性燃料油供給管８は、第１の遮断弁９を有する第１の
揮発性燃料油送給系統１０と、第２の遮断弁１１を有す
る第２の揮発性燃料油送給系統１２とに接続されてい
る。

【００１７】そして第１の揮発性燃料油送給系統１０は
燃料気化器１３に接続され、燃料気化器１３はさらに気
化燃料油送給系統１４によって風箱３に接続されてい
る。

【００１８】また第２の揮発性燃料油送給系統１２は気
化燃料油送給系統１４の一部を貫通し、面バーナ５の中
心を貫通するバーナノズル１５によって燃焼室４に接続
されている。

【００１９】上記の風箱３には、押込送風機１６とダン
パ１７とを有する燃焼用空気供給系統１８が接続されて
いて、燃焼用空気１８ａが供給されるようになってお
り、さらに温度計測装置１９が接続されていて、風箱３
内の温度が予め設定してある温度よりも過上昇した時に
は、緊急遮断信号１９ａにより第１の遮断弁９を閉じる
ようにした緊急対応、保安用の装置が備えられている。

【００２０】燃焼器２には、燃焼室４内での燃料の燃焼
によって生じた排ガス３９を排出するため、高温排ガス
通路２０が接続されていて、この高温排ガス通路２０
は、熱交換器２１、低温排ガス通路２２を介して煙突２
３に接続されている。

【００２１】高温排ガス通路２０には、高温排ガスダン
パ２４を有する高温排ガス取出し系統２５が接続されて
高温排ガス３９ａが取出されるようになっており、低温
排ガス通路２２には、低温排ガスダンパ２６を有する低
温排ガス取出し系統２７が接続されて低温排ガス３９ｂ
が取出されるようになっていて、これらの高温排ガス取
出し系統２５と低温排ガス取出し系統２７とは、排ガス
送給系統２８の一端に接続されている。

【００２２】排ガス送給系統２８の他端は前述した燃料
気化器１３に接続されていて、排ガス送給系統２８の途
中には、排ガス量制御ダンパ２９、排ガスファン３０、
温度検出器３１と調節計３２とより成る排ガス送給系統
温度制御手段３３、酸素濃度検出器３４と窒素濃度検出
器３５と二酸化炭素濃度検出器３６とより成るガス濃度
検出手段３７が設けられている。

【００２３】排ガス送給系統温度制御手段３３において
は、温度検出器３１の検出した排ガス送給系統２８内の
排ガス３９の温度によって、調節計３２からの温度調節
信号３２ａにより、高温排ガスダンパ２４の開度と低温
排ガスダンパ２６の開度を個別に例えば逆方向に制御
し、後述するように排ガス送給系統２８内を流れる排ガ
ス３９の温度を制御するようになっている。

【００２４】ガス濃度検出手段３７においては、酸素濃
度検出器３４が検出した酸素濃度と、窒素濃度検出器３
５及び二酸化炭素濃度検出器３６が検出した窒素及び二
酸化炭素の不活性ガス濃度との割合が、後述する着火域
内にある時、演算器３８から危険信号３８ａを前記第１
の遮断弁９に出力して該第１の遮断弁８を閉じ、揮発性
燃料油１ａが面バーナ５以外で着火、燃焼するのを防ぐ
ようになっている。

【００２５】次に図１の装置の作用を説明する。

【００２６】燃料タンク１に貯蔵されている灯油等の揮
発性燃料油１ａは、燃料油ポンプ６によって燃料気化器
１３に送られることになるが、揮発性燃料油１ａの気化
を容易にするため、加温器７で加温されてから燃料気化
器１３に入って蒸発気化する。燃料気化器１３で揮発性
燃料油１ａを蒸発させる熱は、排ガス送給系統２８で送
られて来た排ガス３９によって供給される。

【００２７】排ガス送給系統２８で送られて来る排ガス
３９は、熱交換器２１に入る前の高温排ガス通路２０か
ら高温排ガス取出し系統２５に流入した高温の排ガス３
９ａと、熱交換器２１を通った後、低温排ガス通路２２
から低温排ガス取出し系統２７に流入した低温の排ガス
３９ｂとが排ガス送給系統２８の一端で混合し、排ガス
量制御ダンパ２９で流量が調節された後、排ガスファン
３０により排ガス送給系統２８を通って燃料気化器１３
に送られる。

【００２８】燃料気化器１３に送られる排ガス送給系統
２８内の排ガス３９の温度は温度検出器３１で検出さ
れ、揮発性燃料油１ａを安全に蒸発気化させるために調
節計３２を介して高温排ガスダンパ２４の開度と低温排
ガスダンパ２６の開度を個別に制御し、高温排ガス３９
ａの流量と低温排ガス３９ｂの流量とを調節して、燃料
気化器１３に送る排ガス３９の温度を適温に調節する。

【００２９】また燃料気化器１３に送られる排ガス送給
系統２８内の排ガス３９は、ガス濃度検出手段３７によ
り酸素濃度と窒素及び二酸化炭素の不活性ガス濃度との
割合が検出されるようになっている。

【００３０】このように排ガス送給系統２８内の排ガス
３９中の酸素濃度と不活性ガス濃度との割合を検出する
のは、燃料気化器１３に入って蒸発気化した揮発性燃料
油１ａが面バーナ５以外の処で着火、燃焼するのを防ぐ
ためで、そのためには気化燃料中の酸素濃度と不活性ガ
ス濃度との比が或る限度以内になっていなければならな
い。図２は可燃性ガスと不活性ガスの混合物の着火限界
と濃度比との関係を示すグラフで、気化燃料の着火を防
ぐには、着火域ｃの外の領域に保持されていなければな
らない。即ち、図２は不活性ガスの割合が着火限界Ｘｏ
以上であると着火せず、更に燃料の割合が小さすぎても
又大きすぎても着火しないことを表している。

【００３１】演算器３８は、ガス濃度検出手段３７によ
り検出した酸素濃度と不活性ガス濃度との割合に基づい
て排ガス送給系統２８内の排ガスの濃度比が着火域ｃの
中にあるか着火域ｃの外にあるかを演算し、排ガス送給
系統２８内の排ガスの濃度比が着火域ｃの中にあって揮
発性燃料油１ａが面バーナ５以外の処で着火、燃焼する
恐れがある時には、危険信号３８ａを第１の遮断弁９に
出して該第１の遮断弁９を閉じ、第１の揮発性燃料油送
給系統１０から燃料気化器１３に揮発性燃料油１ａを送
らないようにしている。

【００３２】前記排ガス送給系統２８を通って燃料気化
器１３に送られた排ガス３９の熱は、第１の揮発性燃料
油送給系統１０から燃料気化器１３に送られて来た揮発
性燃料油１ａを気化する。

【００３３】燃料気化器１３で気化した揮発性燃料油１
ａは、排ガス送給系統２８を通って来た排ガス３９と共
に気化燃料油送給系統１４を通って風箱３に入る。

【００３４】風箱３には、ダンパ１７によって燃焼器２
の負荷に見合った流量に制御された燃焼用空気１８ａが
押込送風機１６により供給されるので、排ガス３９と共
に気化燃料油送給系統１４を通って風箱３に入ったガス
状態の揮発性燃料油１ａは燃焼用空気１８ａと予混合
し、風箱３から燃焼室４に向けて取り付けてある面バー
ナ５により、燃焼室４内で燃焼する。

【００３５】風箱３内の温度が予め設定してある温度よ
りも過上昇した時には温度計測装置１９がこれを検出
し、緊急遮断信号１９ａにより第１の遮断弁９を閉じて
第１の揮発性燃料油送給系統１０から燃料気化器１３に
入る揮発性燃料油を遮断し、風箱３内で揮発性燃料油１
ａが着火、燃焼しないように緊急対応の保安手段が施さ
れる。

【００３６】燃焼室４内での燃焼によって生じた排ガス
３９は高温排ガス通路２０を通って熱交換器２１に入
り、排熱が利用されて温度降下した後、低温排ガス通路
２２を通って煙突２３から大気に放出される。

【００３７】高温排ガス通路２０、低温排ガス通路２２
を通る排ガス３９の一部は、前述したように高温排ガス
取出し系統２５、低温排ガス取出し系統２７に流入し、
燃料気化器１３において揮発性燃料油１ａを気化蒸発さ
せた後、燃焼室４に還流する。

【００３８】燃焼器２の起動時でまだ排ガス３９が発生
していない状態の時、または排ガス送給系統２８内の排
ガス３９中の酸素濃度と不活性ガス濃度との割合が図２
の着火域ｃの中に入って、第１の揮発性燃料油送給系統
１０の第１の遮断弁９が閉鎖された時には、燃焼器２の
運転を継続するために第２の遮断弁１１を開き、第２の
揮発性燃料油送給系統１２を通して揮発性燃料油１ａを
バーナノズル１５に送り、拡散燃焼方式で揮発性燃料油
１ａを燃焼させる。

【００３９】現在一般に、燃焼排ガス３９中のＮＯxや
ＣＯ（その他未燃分も含む）濃度は、平均の混合比が等
しくても燃料と空気の混合度合によって異なり、例えば
気体燃料では混合度が均一となる予混合燃焼の方が、混
合度がある幅に分布する拡散炎より空気比のある範囲で
低ＮＯx（図３の予混合炎特性ａ参照）が図れ且つ低Ｃ
Ｏが得られることが判っている。

【００４０】一方、液体燃料では従来から最初に説明し
た噴霧燃焼が採用され、図３の予混合炎特性ａを得るこ
とはできないとされていた。

【００４１】本発明では、揮発性燃料油１ａを燃料気化
器１３で蒸発気化させてガス燃料とした後に、燃焼前に
燃焼用空気１８ａと混合してから燃焼させる予混合燃焼
を行わせるようにしたので、液体燃料であっても気体燃
料と同等な低ＮＯx、低ＣＯの特性が得られるものであ
る。

【００４２】

【発明の効果】請求項１及び請求項２の発明は、液体燃
料である揮発性燃料油を予め気化させてガス燃料とした
後に、燃焼用空気と混合してから燃焼させるので、低Ｎ
Ｏx、低ＣＯの燃焼が行える効果がある。

【００４３】請求項２の発明はさらに、揮発性燃料油を
気化させる排ガスの温度を適温に調節し、揮発性燃料油
が着火する等の危険を防いで安全な揮発性燃料油の気化
を行うことができる効果がある。

【００４４】請求項３の発明は、揮発性燃料油が面バー
ナ以外の処で着火、燃焼する恐れがある時には燃料気化
器への揮発性燃料油の供給を遮断して安全を保ち、しか
も燃焼器の運転は継続できる効果がある。

【００４５】請求項４の発明は、揮発性燃料油による低
ＮＯx、低ＣＯの燃焼が行え、揮発性燃料油が着火する
等の危険を防いで安全な揮発性燃料油の気化を行うこと
ができ、揮発性燃料油が面バーナ以外の処で着火、燃焼
することを防いで燃焼器の運転を継続できる燃焼装置を
得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法に使用する装置の一実施例の系統
図である。

【図２】可燃性ガスと不活性ガスの混合物の着火限界と
濃度比との関係を示すグラフである。

【図３】燃料油の燃焼と窒素酸化物発生割合との関係を
示すグラフである。

【符号の説明】

１ 燃料タンク １ａ 揮発性燃料油 ２ 燃焼器 ３ 風箱 ４ 燃焼室 ５ 面バーナ ９ 第１の遮断弁 １０ 第１の揮発性燃料油送給系統 １１ 第２の遮断弁 １２ 第２の揮発性燃料油送給系統 １３ 燃料気化器 １４ 気化燃料油送給系統 １５ バーナノズル １８ 燃焼用空気供給系統 １８ａ 燃焼用空気 ２４ 高温排ガスダンパ ２５ 高温排ガス取出し系統 ２６ 低温排ガスダンパ ２７ 低温排ガス取出し系統 ２８ 排ガス送給系統 ３３ 排ガス送給系統温度制御手段 ３７ ガス濃度検出手段 ３８ 演算器 ３９ 排ガス ３９ａ 高温排ガス ３９ｂ 低温排ガス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室から出た排ガス中に揮発性燃料油
   を送給して排ガスの熱で揮発性燃料油を蒸発させ、該排
   ガス中で蒸発して気化した揮発性燃料油に燃焼用空気を
   混合し、該排ガス及び燃焼用空気と混合した気化状態の
   揮発性燃料油を面バーナにより燃焼室内で燃焼させるこ
   とを特徴とする燃料油の燃焼方法。
2. 【請求項２】 燃焼室から出た温度の高い排ガスと温度
   の低い排ガスとをそれぞれ流量を調節しながら混合して
   温度が過上昇しないようにした排ガスとし、該温度が過
   上昇しないようにした排ガス中で揮発性燃料油を気化さ
   せることを特徴とする請求項１の燃料油の燃焼方法。
3. 【請求項３】 燃焼室から出た排ガス中の酸素濃度と不
   活性ガス濃度とを計測し、該排ガス中の酸素濃度が着火
   域内にある時には該排ガス中に送る揮発性燃料油を遮断
   し、揮発性燃料油を直接燃焼室のバーナノズルに送り、
   燃焼室内で燃焼させることを特徴とする燃料油の燃焼方
   法。
4. 【請求項４】 揮発性燃料油を貯蔵する燃料タンクと、
   風箱と燃焼室と前記風箱から前記燃焼室に向けた面バー
   ナとを有する燃焼器と、第１の遮断弁を有し前記燃料タ
   ンクから燃料気化器に揮発性燃料油を送給する第１の揮
   発性燃料油送給系統と、前記燃料気化器と前記風箱とを
   接続する気化燃料油送給系統と、第２の遮断弁を有し前
   記燃料タンクから前記燃焼室のバーナノズルに揮発性燃
   料油を送給する第２の揮発性燃料油送給系統と、前記風
   箱に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給系統と、高温
   排ガスダンパを有し前記燃焼室からの高温排ガスを取り
   出す高温排ガス取出し系統と、低温排ガスダンパを有し
   前記燃焼室からの低温排ガスを取り出す低温排ガス取出
   し系統と、一端が前記高温排ガス取出し系統及び低温排
   ガス取出し系統に接続され他端が前記燃料気化器に接続
   された排ガス送給系統と、該排ガス送給系統に接続され
   該排ガス送給系統内の排ガス温度を検出して前記高温排
   ガスダンパ及び低温排ガスダンパの開度を個別に制御す
   る排ガス送給系統温度制御手段と、前記排ガス送給系統
   に接続され前記排ガス送給系統内の酸素濃度、不活性ガ
   ス濃度を検出するガス濃度検出手段と、該ガス濃度検出
   手段の検出した酸素濃度が着火域内にあるとき前記第１
   の遮断弁を閉じる演算器と、を備えたことを特徴とする
   燃料油の燃焼装置。