JPH0989212A

JPH0989212A - ガス焚きバーナ

Info

Publication number: JPH0989212A
Application number: JP24284795A
Authority: JP
Inventors: Kimiyo Tokuda; 君代徳田; Koutarou Fujimura; 皓太郎藤村; Koji Hasegawa; 考司長谷川; Mamoru Yamaji; 守山地; Atsuo Senba; 篤夫仙場; Shinichi Kato; 新一加藤; Mikio Tateiwa; 幹雄立岩; Yoshihito Shimizu; 義仁清水; Masayasu Sakai; 正康坂井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-09-21
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 1997-04-04
Anticipated expiration: 2015-09-21
Also published as: JP3434096B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＮＯｘの発生を低く抑えてガス燃料を燃焼さ
せる低ＮＯｘ燃焼法は種々開発されており、近年その効
果は著しいが、さりとて、これでよし、というものは未
だなく、低ＮＯｘ化を求めて新たな開発が引き続き進め
られている。本発明は、このような状況下において、従
来に増して一段と低ＮＯｘ燃焼を行いうるものを見い出
すことを課題とするものである。【解決手段】燃料を供給するバーナを、安定燃焼用燃
料のための１次バーナと、主燃焼用燃料のための２次バ
ーナと、追加燃焼用燃料のための３次バーナとに３区分
し、夫々のバーナから個別に供給を行なうことにより、
燃焼の安定性を維持しつつ、低ＮＯｘ燃焼を達成するよ
うにしたものを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス燃料を利用す
るバーナに関する。

【０００２】

【従来の技術】ガス燃料を燃焼させるとき、ＮＯｘの発
生を低く抑える低ＮＯｘ燃焼法としては、次のようなも
のが知られている。

【０００３】（１）二段燃焼法、（２）排ガス再循環燃
焼法、（３）炉内還元法、（４）予混合濃淡燃焼法、こ
れらのうち、（１）のものは、バーナで空気比（燃焼用
空気量の理論空気量に対する比をいう。これをλで表
し、λ＞１で空気過剰となる）、λ＜１の酸素不足状態
の低ＮＯｘ燃焼を行ったあと、バーナの位置と離れた炉
内の燃焼ガスの後流域に、不足の空気を吹き込んで未燃
分を燃焼させるようにしたものである。

【０００４】また（２）のものは、炉からの排ガスの一
部を冷却したあと、ブロワーで吸引して燃焼用空気に混
入し、酸素濃度を１６〜１８％の低濃度にして燃焼に使
うことによって、燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を低く
抑えるようにしたものである。

【０００５】また（３）のものは、λ＝１〜１．２の燃
焼を終えた燃焼ガスに燃料を追加混入し、全体としてλ
＜１の状態をつくり、あと未燃分の燃焼を図るための空
気を後流域に投入するようにしたものである。

【０００６】しかるに、上記（１）ないし（３）のもの
はいずれも火炉及びシステムを使った大形燃焼を主とし
て対象とするものであり、設備費が嵩むものである。

【０００７】これに対し、（４）のものは、バーナ単体
で実施でき、比較的簡易に小形燃焼に適用できるもので
あり、これを図５と図６により更に詳しく説明する。

【０００８】この予混合濃淡燃焼法は、ガス燃料と空気
を予混合したあと火炎を形成して燃焼させる予混合燃焼
の低ＮＯｘ特性を基本としている。

【０００９】図５の例は、希薄炎中央形バーナであり、
中央部の希薄気燃料管１４Ａから供給される燃料と、風
箱２２を経て空気旋回羽根１６で旋回力を付与された燃
焼用空気とが予混合したのち、バーナタイル１８で囲わ
れたバーナ内筒壁１９の中で希薄炎Ｌを形成して低ＮＯ
ｘ燃焼する。

【００１０】この希薄炎Ｌ中には過剰酸素をもった燃焼
ガスが存在するので、上記バーナ内筒壁１９の外側で上
下に配置された追加燃料ノズル１７から供給されて過濃
炎Ｒを形成する燃料と、上記燃焼ガスとを後流で燃焼し
て燃焼を完結させる。

【００１１】また、図６の例は過濃炎中央形バーナであ
り、中央に配置した過濃気ノズル１７Ｂと、その外側で
上下に各１個配置した希濃気ノズル１４Ｂとよりなり、
過濃気ノズル１７Ｂでは、風箱２２からの空気と過濃気
燃料管１７Ａからの燃料とを予混合して後に過濃炎Ｒを
形成し、また、希薄気ノズル１４Ｂでは、希薄気燃料管
１５Ｂからの燃料を風箱２２を経て供給される空気と予
混合して後に希薄炎Ｌを形成する。

【００１２】そしてこの予混合炎の過濃炎Ｒと希薄炎Ｌ
の低ＮＯｘ燃焼を組合せてバーナ全体の低ＮＯｘを達成
するものである。なお１８はバーナタイル、２１は保炎
器を示す。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のものに
おいて、（１）ないし（３）のものは、前述したように
いずれも火炉及びシステムを使った大型燃焼を主対象と
したものであって設備費が嵩むという問題は避けえない
ものであった。

【００１４】また、上記（４）のものは、ガス燃料の低
ＮＯｘ燃焼法として予混合による燃焼が有効な手段であ
ることと相俟って、ＮＯｘを低く抑えることができるも
のの、以下のような問題点を有するものである。

【００１５】まず、図６の過濃炎中央形バーナは、本発
明のものと比較するべく図３の予混合燃焼のＮＯｘ発生
特性図中に示したように、バーナ中央の過濃炎ＲのＮＯ
ｘ値はＡ点の値となり、同過濃炎Ｒの上下段の希薄炎Ｌ
のＮＯｘ値はＢ点のものとなる。そしてその後流で両方
の燃焼ガスの燃焼が終了した最後のＮＯｘ値は、Ｃ点の
値に抑えられる。

【００１６】なお、このとき過濃炎Ｒの燃焼安定性は良
いが、希薄炎Ｌは燃焼が不安定であり、この不安定さは
希薄になる程大きくなるので、空気比１．３程度が限界
である。

【００１７】また、図５の希薄炎中央形バーナでは、希
薄炎Ｌを主体としているので、空気比は１．２ないし
１．２５程度が限界となり、ＮＯｘ値はＢ′点の値とな
る。これにその後流位置で、追加燃料による二次燃焼を
行なうと、終了後のＮＯｘ値はＣ′点の値となる。この
Ｃ′点の値、及び上記したＣ点の値は低ＮＯｘ化の成果
として十分に満足できるものかと言えば、未だ未だこれ
でよしとできるものではない。

【００１８】本発明はこのような従来のものの問題点、
不満点等を解消し、低ＮＯｘ化をより一層促進したもの
を得ることを課題とするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するべくなされたもので、安定燃焼用燃料を供給する
１次バーナを囲んで主燃焼用燃料を供給する２次バーナ
を配設し、同１次バーナの中央部又は２次バーナの外側
部のいずれか一方に追加燃焼用燃料を供給する３次バー
ナを配設したガス焚きバーナを提供し、燃料の供給を１
次、２次、３次バーナと３分割して行ない、空気比の関
係で本来的に燃焼性の劣る予混合ガスとなりがちな２次
バーナからの主燃焼用燃料を、１次バーナの安定燃焼用
燃料による保炎でサポートし、更に３次バーナによる追
加燃焼用燃料の供給により全体の燃焼を調整し、好まし
い低ＮＯｘ域へ到達するようにした。

【００２０】また本発明は、上記２次バーナの内筒壁
は、噴流方向に順次拡張する複数の段差部を設けて構成
したガス焚きバーナを提供し、２次バーナの燃料による
主燃焼は、上記１次バーナによる安定燃焼の保炎に加え
て、その内筒壁に設けられた段差部に形成される吹きだ
まりにより高温燃焼ガスを保持して、強烈な燃焼促進が
はかられ、燃焼の不安定さは全く生じないものである。

【００２１】また本発明は、上記１次ないし３次バーナ
から供給する燃料の配分比は、１次バーナは１０％以
下、２次バーナは５０〜９０％、３次バーナは残量にし
たガス焚きバーナを提供し、１次ないし３次バーナに３
分割した各バーナからの燃料を、好ましい燃焼を行う供
給量に配分するものである。

【００２２】また、本発明は、上記１次ないし３次バー
ナのそれぞれの空気比は、１次バーナは１以上、２次バ
ーナは１．２〜１．５、３次バーナは空気を供給したと
しても０．５以下に調整したガス焚きバーナを提供し、
各バーナは夫々の役割に応じて、夫々ふさわしい空気比
を与えられ、保炎をし、主燃焼を行ない、そして最終的
に超低ＮＯｘ燃焼を達成するというようにしたものであ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の１形態を、
図１，図３、及び図４に基づいて説明する。なお、上記
した従来のものと共通する部分については図中同一の符
号を付して示し、相互の理解を助長するようにした。

【００２４】１１は安定燃焼用燃料を供給する１次バー
ナで、安定燃焼用燃料供給管１２ａからの燃料と、安定
燃焼用空気供給管１２ｂからの空気とを混合し、その混
合体をスワラ１３で旋回させて燃焼部へ噴出する。

【００２５】１４は主燃焼用燃料を供給する２次バーナ
で、上記１次バーナ１１を囲んで設けられ主燃焼用燃料
供給管１５ａを経て燃料ヘッダ２３から出る燃料を、主
燃焼用空気供給管１５ｂを導かれ、空気旋回羽根１６で
旋回された空気に巻き込んで混合し、その混合体を燃焼
部へ噴出する。

【００２６】１７は追加燃焼用燃料を供給する３次バー
ナで、図示しない前方に、空気供給量調整装置付きの追
加燃焼用空気の混入部を設け、空気の混入の必要がある
ときは必要量を選んでそこで混入させるようになってい
る。

【００２７】１８はバーナタイルで、バーナ内筒壁１９
との接合部を有し、同接合部のバーナタイル１８と内筒
壁１９とは、噴流の進行方向に拡張する複数の段差部２
０を設けている。

【００２８】２１は保炎器で、１次バーナ１１の噴出口
に設けられている。２２は２次バーナへ送る主燃焼用空
気の風箱である。

【００２９】なお特に図示はしてないが、１次バーナ１
１、２次バーナ１４、３次バーナ１７の夫々へ供給され
る燃料及び空気の供給量を調整、制御する装置が別途設
けられており、各バーナへの燃料の配分及び夫々のバー
ナでの空気比が適宜決められるようになっている。

【００３０】上記のように構成された本実施の形態にお
いて、いま、全ガス燃料のうち１０％以下を安定燃焼用
燃料として１次バーナ１１より供給する。この場合空気
比は、約１．２となるように空気供給管１２ｂの供給量
を調整し、上記燃料と予混合してスワラ１３で旋回さ
せ、燃焼部に噴出させて保炎器２１で保炎を確保する。

【００３１】次に全ガス燃料のうち５０〜９０％を主燃
焼用燃料として、空気旋回羽根１６を経て強制回流とな
った主燃焼用空気と混合させたあと２次バーナ１４を通
してバーナ内筒壁１９に吹きつける。

【００３２】この主燃焼用燃料と空気との予混合ガス
は、安定燃焼用燃料による炎で着火され、バーナ内筒壁
１９に押しつけられた火炎を形成する。

【００３３】更にこのバーナ内筒壁１９の段差部２０の
存在による流れの乱れによって、吹きだまりを形成して
ここに保持された高温燃焼ガスにより燃焼は一段と促進
され、主燃焼の炎は極短炎で燃焼を終える。

【００３４】上記した主燃焼の炎と安定燃焼の炎の燃焼
では、過剰な酸素が残存し、熱損失が大きくなるので、
燃焼全体を適正な空気比（たとえば、λ＝１．０５〜
１．２、残存酸素濃度では１〜４％）とするため、全ガ
ス燃料のうち１０〜３０％相当の追加燃焼用燃料を３次
バーナ１７より吹き込んで燃焼を完結させる。

【００３５】上記したように過剰な酸素が残存すること
により、３次バーナ１７では燃料単味とすることが多く
なるが、燃料単味とすると、スート又はＣＯを発生し易
くなる。

【００３６】他方、空気を混入して空気比を大きくする
と、主燃焼用燃料による燃焼ガスの残存酸素低減効果が
少くなるので、ここで空気を混入する場合であっても、
その空気比λは０．１〜０．５が適当である。

【００３７】なお、この実施の形態において、燃料の配
分比をより明確に特定した場合の、負荷変動に対する燃
料ガス量、空気量及び空気比の変動を図４（ａ），
（ｂ），（ｃ）に夫々示す。

【００３８】ここでは１次バーナ１１から供給する安定
燃焼用燃料を全体の１０％以下である６．７％とし、２
次バーナ１４から供給する主燃焼用燃料を全体の５０〜
９０％の範囲内である７１．３％とし、また、３次バー
ナ１７から供給する追加燃焼用燃料を残量に相当する全
体の１０〜３０％の範囲内である２１．８％としてい
る。

【００３９】また、供給空気については１次バーナ１１
以外の全ての空気は２次バーナ１４から供給し、３次バ
ーナ１７からは供給しない例であり、１次バーナ１１の
空気比、λ＝１．２５、２次バーナ１４ではλ＝１．４
３となるように制御したものである。

【００４０】このように本実施の形態によれば、空気比
λが高いがために本来的には燃焼性が劣る主燃焼用燃料
の予混合ガスを、保炎効果を持った安定燃焼用燃料の炎
によりまず燃焼性を確保させ、更に同主燃焼用燃料の予
混合ガスは、空気旋回羽根１６による強旋回とバーナ内
筒壁１９の段差部２０による効果によって、強烈な燃焼
促進が図られ、燃焼の不安定さは全く生じないものであ
る。

【００４１】これによって、この１次バーナ１１と２次
バーナ１４とによる燃焼の段階では、図３のＤ点のＮＯ
ｘ値を実現することができた。

【００４２】また、この主燃焼用燃料による燃焼炎は短
炎で燃焼できるので、燃焼後流では既に低Ｏ₂の燃焼ガ
スとなっており、そこに３次バーナ１７から追加燃焼用
燃料を吹き込んでもＮＯｘの上昇をみることなく燃焼が
促進されるものである。

【００４３】このようにして１次バーナ１１、２次バー
ナ１４、及び３次バーナ１７の全てが作動し、トータル
の空気比は、λ＝１．０５〜１．２となり、図３のＥ点
に示す超低ＮＯｘを達成できたものである。

【００４４】なお、実験結果によれば、本実施の形態の
ものによれば、ＮＯｘは１０〜２０ｐｐｍという極めて
低い値のものとなった。

【００４５】ちなみに比較の為に実験した図５で説明し
た、従来の希薄炎中央形バーナでのＮＯｘ値は、７０〜
８０ｐｐｍであり、また図６で説明した、従来の過濃炎
中央形バーナでのＮＯｘ値は、６０〜７０ｐｐｍであ
り、これら従来のものに比べ本実施の形態のものが、い
かに低ＮＯｘ値を達成しえたかということが明らかにな
った。

【００４６】図２には、本発明の他の実施の形態を示
す。図１により説明した実施の形態との相違点は、図１
のものでは１次バーナ１１の中央部に３次バーナ１７を
配設しているのに対し、図２の他の実施の形態では、３
次バーナ１７を一番外側に、即ち、２次バーナ１７より
外側に配設した点が異る以外は、他の構成はもとより、
全体としての作用も効果も実質的に両者同一であるの
で、図面中同一部分に同一符号を付して示し、重複する
説明は省略する。

【００４７】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。

【００４８】

【発明の効果】以上本発明によれば、燃料の供給を１次
バーナ、２次バーナ、３次バーナと３分割し、夫々安定
燃焼用、主燃焼用、追加燃焼用として役割分担を課する
ことにより、燃焼の安定性を確保した上で、低ＮＯｘ、
ＣＯ低減による燃焼を行うことができたものである。

【００４９】また、請求項２の発明によれば、バーナ内
筒壁の段差部で高温燃焼ガスを保持して燃焼の安定性を
一段と向上し、ひいては燃焼域の縮少に連なぎ、装置全
体のコンパクト化に寄与しうるものである。

【００５０】また請求項３の発明によれば、３分割した
１次バーナ、２次バーナ、３次バーナ夫々が受持つ燃料
の供給量が特定され、各バーナ相互の役割分担のバラン
スを保って、安定した低ＮＯｘ燃焼を達成しうるもので
ある。

【００５１】更にまた、請求項４の発明によれば、３分
割した１次バーナ、２次バーナ、３次バーナ夫々が、夫
々の役割にかなう空気比を特定され、それにより、トー
タル燃焼の結果として低ＮＯｘ化の確保を確実にし得た
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の１形態を示す説明図。

【図２】本発明の他の実施の形態を示す説明図。

【図３】本発明の各実施の形態等に於ける予混合燃焼の
ＮＯｘ発生特性を示す説明図。

【図４】本発明の各実施の形態に於ける燃料、空気等の
供給量等と負荷の関係を示し、（ａ）は燃料ガス量、
（ｂ）は空気量、（ｃ）は空気比に関する説明図。

【図５】従来の装置である希薄炎中央形バーナを示す説
明図。

【図６】従来の装置である過濃炎中央形バーナを示す説
明図。

【符号の説明】

１１１次バーナ１４２次バーナ１７３次バーナ１９バーナ内筒壁２０段差部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山地守横浜市中区錦町12番地三菱重工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者仙場篤夫横浜市中区錦町12番地三菱重工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者加藤新一横浜市中区錦町12番地三菱重工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者立岩幹雄横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１三菱重工業株式会社横浜研究所内 (72)発明者清水義仁横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１三菱重工業株式会社横浜研究所内 (72)発明者坂井正康長崎市深堀町５丁目717番地１長菱エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】安定燃焼用燃料を供給する１次バーナを
囲んで主燃焼用燃料を供給する２次バーナを配設し、同
１次バーナの中央部又は２次バーナの外側部のいずれか
一方に追加燃焼用燃料を供給する３次バーナを配設した
ことを特徴とするガス焚きバーナ。
【請求項２】上記２次バーナの内筒壁は、噴流方向に
順次拡張する複数の段差部を設けて構成したことを特徴
とする請求項１に記載のガス焚きバーナ。
【請求項３】上記１次ないし３次バーナから供給する
燃料の配分比は、１次バーナは１０％以下、２次バーナ
は５０〜９０％、３次バーナは残量にしたことを特徴と
する請求項１に記載のガス焚きバーナ。
【請求項４】上記１次ないし３次バーナのそれぞれの
空気比は、１次バーナは１以上、２次バーナは１．２〜
１．５、３次バーナは空気を供給したとしても０．５以
下に調整したことを特徴とする請求項１に記載のガス焚
きバーナ。