JPS5812481B2 - バ−ナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、窒素酸化物の生成を抑制することを目的とす
るバーナに関するものである。

従来、窒素酸化物の生成を抑制するためのバーナとして
は、１次空気量を少なくした２段燃焼方法バーナ、１次
空気を多くした希薄混合気の燃焼によるバーナなどがあ
るが、いずれも１次空気量が理論空気量付近で窒素酸化
物の発生が急増し、窒素酸化物の発生が少ない領域は狭
いものであった。

本発明は、１次空気量が理論空気量より少ない領域およ
び多い領域はもちろん、理論空気量の付近でも窒素酸化
物の発生を少なくし、窒素酸化物の発生が少ない領域を
広くしたものであり、予混合炎バーナを対象としたもの
である。

従来の一般の予混合炎バーナを第１図、第２図、第３図
により説明すると、１はバーナ炎口で、１次空気とガス
状燃料の混合気が供給され、バーナ炎口１の下流で燃焼
し、第１次反応領域Ａ，その下流に第２次反応領域Ｂを
形成する。

２次空気２は火炎の周囲から自由に供給される。

第２図に示すごとく、第１次反応領域Ａは主として、燃
料がＣＯ，Ｈ２に分解される領域で、その下流の第２次
反応領域Ｂは主として、前記第１次反応領域Ａで生成し
たＣＯ，Ｈ２が００２，Ｈ２０に酸化される領域である
。

一方、窒素酸化物の主成分であるＮＯの生成速度は、Ｃ
Ｏ，Ｈ２の酸化速度に比べ非常に遅く、第２次反応領域
Ｂ以後も増加を続ける。

最終的には平均濃度に達する。

火炎よりの放熱がないように断熱し、火炎の温度を断熱
理論燃焼温度に保った場合、１次空気量が理論空気量の
とき、前記平衡濃度は３０００〜５０００ｐｐｍにもな
る。

しかし実際の火炎では第２図に示すように、第１次反応
領域Ａの少し後流で最高温度（ほとんど断熱理論燃焼温
度に等しい）になるが、火炎よりの放熱により徐々に温
度が低下するので、最終的なＮｏの生成量は、数百一で
ある。

このように、ＮＯは、高温での滞留時間が長いと生成量
が多くなる。

また、第３図に示すごとく、温度が高くなるとＮＯの生
成速度が早くなり、少しの滞留時間で多くのＮＯが生成
することになる。

火炎温度が約３０ｄｅｇ上昇するとＮｏの生成速度は２
倍になる。

１次空気量が理論空気量付近で燃焼温度が最高になるた
め、少しの滞留時間で多くのＮｏが生成するので、従来
のバーナは、この空気量付近で窒素酸化物の生成を抑制
することができなかった。

本発明はかかる欠点を改良するためになされたものであ
る。

第４図に本発明の一実施例を示す。図において、バーナ
炎口１は空気或は液体に伝熱する冷却壁３に接して設け
てあり、１次空気とガス状の燃料の混合気はバーナ炎口
１より冷却壁３に接して流出し、第１次反応領域Ａ１そ
の下流に第２次反応領域Ｂを冷却壁に接して形成する。

４は２次空気口であり、火炎温度が最高となる部分或は
その近傍（以下、最高温度領域Ｃという）に向けて噴出
供給する。

最高火炎温度領域は第５図のＣに示す如く第１次反応領
域Ａの少し後流の中央に存在する。

第５図は２次空気を従来の如く火炎の周囲より自由に供
給し、空気口４で吹付けない場合の火炎の温度分布を示
すものである。

ガス種はＯＨ，である。

かかる構成によれば、冷却壁３により熱がすみやかに奪
われるため、第５図に示す如く従来より、１００℃くら
い低くなり、第１図の従来の火炎に比べＮＯの生成速度
は１／７くらいになる。

また冷却壁３面付近の燃焼ガス温度は低下しているため
、高温部分の火炎の占める割合が小さくなり、それだけ
ＮＯの生成量が少なくなる。

また、第６図に示すように、２次空気を吹き付けない場
合は、火炎の温度は下流に行くに従かい徐々にしか低下
しないのでＮｏは増加し続け、多くのＮｏを生成するが
、２次空気を第１次反応領域Ａの少し後流の最高温度領
域Ｃに吹き付けた場合は、急激に火炎の温度が低下する
ためＮｏの生成が止まり少量のＮＯしか生成しない。

２次空気を吹き付ける位置は第１次反応領域Ａの後流の
近傍の最高温度領域Ｃが最も効果が大きい。

これより後流でもＮｏの低減の効果はあるが、後流に行
くに従かい低減の効果は少なくなる。

最高温度領域Ｃ上流の第１次反応領域Ａに２次空気を吹
きつけると、火炎が不安定になったり、燃焼音（乱流燃
焼音）が発生したりする不具合が生じる。

また、冷却されると火炎は温度の高い部分は冷却壁３か
ら離れる傾向があるが、２次空気を吹き付けているので
、良く接触し、冷却が効果的に行なわれている。

また、第４図の破線で示す如く２次空気の供給を火炎の
上流から下流に向うように、２次空気口４ａを設けると
、その２次空気は火炎を冷却壁３に沿って引き伸すよう
になるので、冷却壁３を利用しての火炎の冷却がさらに
効果的に行うことができ、さらに窒素酸化物の発生を抑
制することができる。

第７図、第８図はさらに具体化した実施例を示すもので
ある。

５は冷却壁であり、外面に水などの被加熱体５ａを有す
る。

６は混合気入口、７は２次空気入口、８は主炎口で冷却
壁５と炎口板９との間にスリット状の溝を設けることに
より構成している。

１０は補助炎口であり、冷却壁５と反対側の主炎口８の
近傍に設けられている。

補助炎口１０は主炎口８より巾の小さい複数スリットよ
りなる。

１１は２次空気口であり、火炎の続出方向で且つ冷却壁
５に向けてバーナの中心部に複数個開口しており、その
形状は下流方向に縦長に設けられている。

２次空気口１１は断面三角形状に形成された２次空気通
路１２の頂点から両斜面にかけて切込みを設けることに
より、構成される。

１３はバーナの長手方向を閉鎖する側板である。

尚、図示してないが、主炎口８の巾及びその高さ方向の
位置等は適宜スペーサ等で確保されている。

かかる構成のもとにその動作を説明すると、混合気入口
６より流入したガス状の燃料と１次空気の混合気は主炎
口８および補助炎口１０より流出する。

この場合補助炎口１０のスリットの巾は主炎口８のスリ
ットの巾より小さいので、補助炎口１０の混合気の流動
抵抗が大きく、補助炎口１０より流出する混合気の流速
は主炎口８のそれより小さくなり、非常に安定な小さい
火炎を形成する，主炎口８より流出した混合気は、冷却
壁５に接して流れ、冷却壁５に接して火炎を形成する。

すなわち、主炎口８の下流に第１次反応領域、その下流
に第２次反応領域を形成する。

２次空気人口７よりの２次空気は、補助炎口１０の近く
に設けた２次空気口１１より燃焼ガスの下流方向、冷却
壁５に向って、火炎を後流に引き伸ばすごとく吹き付け
る。

火炎は第４図の例で述べたごとく冷却され、窒素酸化物
の発生が抑制される。

しかしながら、冷却しすぎるとＣＯがＣＯ２に酸化しな
いまま凍結してしまう。

ＣＯの酸化はＮＯの生産に比べ非常に早い。

しかし、第９図に示すように、冷却速度が適度であると
ＣＯは酸化されＣＯ２になるが、冷却速度が早いと、酸
化反応が十分進まずＣＯのまま凍結される。

この例では、火災の流出方向の直角方向に２次空気口を
間隔をもって配列し、２次空気口を火炎の流れ方向に長
いたて長の複数個のスリットにしているので、２次空気
の噴流の断面は火炎の流れ方向に長い複数個の噴流とな
り、この噴流が火炎を輪切り状にし、２次空気の噴流と
火炎の流れがサンドインチ状になって徐々に適度に火炎
を冷却するので、火炎は一度に急冷されるたとな＜ＣＯ
はＣＯ２に十分酸化される。

また、この例では補助炎口１０の近くに２次空気口１１
を設けているので、補助炎口１０に形成された補助火炎
は、たて長の２次空気の噴流の火炎側を加熱し、２次空
気の噴流の断面の温度分布は、炎口側が高く、炎口の下
流側が低くなっており、この噴流が火炎を冷却すること
になるため、火炎は徐々に適度に冷却され、一度に急冷
されることがないのでＣＯはＣＯ２に十分酸化される。

次に第７図の形状の２次空気口における２次空気の流出
状態について説明する。

第１０図に示す如く、三角形の頂点から斜面にかけて開
口しているが、２次空気の流出は頂点からは少く、大半
が斜面から斜面に略直角に流出するので、壁面の火炎の
所定位置に２次空気を供給できるものである。

２次空気通路１２が鋳物等の型物であれば頂点からカッ
ターを入れれば製作でき、また、板金製であれば長く設
けたスリットの中央から折曲げすれば構成でき、簡単に
できるものである。

三角形の角度θは上記実施例は１００゜であり７０゜の
如く小さくなると頂点からの流出が多くなる。

一実験結果を説明すると、ガス種ＯＨ４、熱入力１００
００ｋｃａｌ／ｈ，炎口負荷７ｋｃａｌ／ｈ・ｍｍ２，
１次空気率１．０、空気過剰率１，６、第１次反応領域
、第２次反応領域の部分の冷却壁の温度を３００℃以下
としたとき、窒素酸化物の発生は３５ｐｐｍ（酸素濃度
Ｏ％換算ＮＯｘ）、ＣＯ／ＣＯ２は０．０００５であっ
た。

またこのように冷却壁と２次空気の供給によって、窒素
酸化物の発生を抑制しているので、１次空気率を小さく
しても多くしても略同レベルに抑制できる。

上記実施例では補助炎口１０の上方に２次空気の噴流が
位置するように２次空気口１１を設けているが、補助炎
口１０と２次空気口１１の対応は１ヶおきとすれば、更
に細かく区分できる。

また、上記実施例では、２次空気口１１の下端を全て同
一位置とし、火炎に対する２次空気の供結位置を同一と
しているが、第１１図に示す如く２次空気口１４．１５
の切込み深さを変化させ、供給位置を変えて、冷却と酸
化を調節するようにしてもよい。

またこの変形例として、第１２図、第１３図に示す如く
構成してもよい。

第１２図は大小の円孔の２次空気口１６．１７を下流・
上流にそれぞれ配置したものである。

第１３図は逆三角形状の２次空気口１８を設けたもので
ある。

また、この他に開口位置は同一としてその方向を変化さ
せてもよい。

以上の如く本発明は、ガス状燃料とその燃料に対する可
燃限界内の量の１次空気の予混合気を吐出する長方形の
炎口と、炎口の長手方向の側方の一方に接し、炎口に形
成される火炎の第２次反応領域が接するように設けられ
た冷却壁と、前記炎口の他方側に設けられ、冷却壁に向
けて２次空気を供給する２次空気口とからなり、炎口に
形成される火炎の第１次反応領域のごく下流の最高温度
領域に到達するように２次空気を前記２次空気口から供
給するようにしたので、窒素酸化物の発生を抑制できる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来一般の予混合炎バーナの火炎の温度分布を
示す縦断面図第２図は第１図の火炎のバーナ炎口からの
高さと火炎の温度および各成分の割合の傾向を示す図、
第３図は理論混合比の火炎の温度とＮｏの生成速度の関
係を示す図である。 第４図は本発明バーナの一実施例の縦断面図、第５図は
第４図のバーナに２次空気を吹きつけない場合の火炎の
温度を示す縦断面図、第６図は第４図第５図のバーナの
、バーナ炎口からの高さ、または時間と火炎温度および
Ｎｏの濃度の関係を示す図、第７図は本発明の他の実施
例の縦断面図、第８図は第７図の■一■断面図、第９図
は火炎の冷却速度と時間とＣＯの酸化によるＣＯ濃度減
少傾向を示す図、第１０図は第７図における２次空気口
の２次空気の流出状態を示す図、第１１図、第１２図、
第１３図は２次空気口の各実施例の正面図である。 Ａ……第１次反応領域、Ｂ……第２次反応領域、Ｃ……
最高温度領域、１……バーナ炎口、３，５……冷却壁、
４，Ｉ１，１４，１５，１６，１７，１８……２次空気
口、８……主炎口、１０……補助炎口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガス状燃刺とその燃料に対する可燃限界内の量の１
   次空気の予混合気を吐出する長方形の炎口と、炎口の長
   手方向の側方の一方に接し、炎口に形成される火炎の第
   ２次反応領域が接するように設けられた冷却壁と、前記
   炎口の他方側に設けられ、冷却壁に向けて２次空気を供
   給する２次空気口とからなり、炎口に形成される火炎の
   第１次反応領域のごく下流の最高温度領域に到達するよ
   うに２次空気を前記２次空気口から供給することを特徴
   とするバーナ。 ２ 特許請求の範囲第１項において、２次空気の流出方
   向として、冷却壁方向及び炎口からの予混合気の流出方
   向の成分を与えるように２次空気口を設けたバーナ。 ３ ガス状燃料とその燃料に対する可燃限界内の量の１
   次空気の予混合気を吐出する長方形の主炎口と、主炎口
   の長手方向の側方の１方に接し、主炎口に形成される火
   炎の第２次反応領域が接するように設けられた冷却壁と
   、前記主炎口の他方側に設けられ、主炎口に沿って配置
   された多数の補助炎口と、前記補助炎口の列に沿って多
   数設けられ、冷却壁に向けて２次空気を供給する２次空
   気口とからなり、前記補助炎口に形成される火炎の近傍
   下流を通って前記主炎口に形成される火炎の第１次反応
   領域のごく下流の最高温度領域に２次空気を供給するよ
   うに前記２次空気口を設けたことを特徴とするバーナ。 ４ 特許請求の範囲第３項において、前記補助炎口のピ
   ッチと前記２次空気口のピッチは異なるように設けてな
   るバーナ。 ５ 直方形の燃焼室を構成する冷却室を設け、前記燃焼
   室の長手力向に長い長方形の炎口を側方が冷却壁に接す
   るように設け、ガス状燃料とその燃料に対する可燃限界
   内の量の１次空気の予混合気を前記炎口に供給し、長手
   方向に連続して設けられ、予混合気の流出方向の断面が
   ほぼ三角形状の２次空気通路を設け、その三角形の頂点
   は前記流出方向の下流側に位置しており、その頂点から
   両斜面にかけて２次空気口を設け、また該２次空気口を
   前記連続方向に多数設け、前記炎口に供給される火炎の
   第１次反応領域のごく下流の最高温度領域に２次空気を
   供給するように前記２次空気口を設けたことを特徴とす
   るバーナ。