JPS5828487B2 - 低ＮＯｘ燃焼方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本出願人はさきに米国のブルーム社と提携してたとえば
第１図に示す構造の燃焼装置を普及させていた。

第１図に示す燃焼装置は、重油と都市ガスとを同時に燃
焼可能の燃焼装置を示しているが、中軸部に燃料供給手
段すなわち中心部の重油バーナ１とその周囲に都市ガス
供給管２を設けている。

燃焼用空気のうち一部は可変オレフイスを通りその量が
調節されて１次空気として燃料供給手段の周囲の空気供
給管４を通って流れ、燃焼用空気の大部分量である２次
空気はこれら供給管の周囲に設けたバッフル５に穿孔し
た数個の空気噴出口６゜６′・・・・・・から炉壁開口
部８内へ噴出される○該燃焼装置にフランジ７を設け、
該フランジによって炉壁開口部８の中心と一致せしめて
炉壁９に取付けを行う。

該燃焼装置は図示しない燃料元弁と空気弁とを有し、そ
れらは負荷に応じて連動して燃焼率が調節される。

近年に至り製鋼工場の加熱炉・均熱炉から排出されるＮ
Ｏｘが問題となり、これらの炉に従来取付けられていた
第１図の燃焼装置に代えて、炉壁の同じ位置に同じ燃焼
容量の低ＮＯｘ燃焼装置を取付ける改造が行なわれるよ
うになった。

本出願人はさきにたとえば第２図に示す構造の低ＮＯｘ
燃焼装置の開発をしている。

第２図の燃焼装置は可成の大きさのバーナタイル構造を
有し、該バーナタイル構造内に燃料を勢よく噴出せしめ
ることにより燃焼ガスを該バーナタイル構造内へ逆流穴
させ燃料噴流に吸引せしめた債に燃焼を行う燃焼方式に
よってＮＯｘを低下せしめた燃焼装置である。

第２図の燃焼装置は、重油と都市ガスとを回持に燃焼可
能の燃焼装置を示しているが、中軸部に燃料供給手段す
なわち中心部の重油バーナ１１とその周囲に都市ガス供
給管１２を設けている。

これら燃料供給手段の先方にバーナタイル構造１３を設
けている。

この燃焼装置においては大部分量の燃焼用空気は該バー
ナタイル構造の外側に設けた空気供給路１４を通り、該
バーナクイル構造の周囲に設けたバッフル１５に穿孔し
た数個の空気噴出孔１６，１６’・・・・・・から該バ
ーナタイ）Ｌｉ２を造の先方へ噴出される構造になって
いる。

燃料噴流がバーナタイル構造内を勢よく流れると先方の
燃焼室２０から高温の燃焼ガスが該バーナタイル構造内
へ自然に逆流穴し、逆流穴した燃焼ガスは直ちに燃料噴
流内に吸引され燃料と吸熱ガス化反応をした後にバーナ
タイル構造１３から放出され燃焼室２０で空気の供給を
うけて燃焼をする。

第２図の燃焼装置は上述の燃焼方式であるためＮＯｘ発
生量は第１図の燃焼装置に比し半量以下に低減される。

第２図の燃焼装置にフランジ１７を設け、該フランジに
よって炉壁開口部１８の中心と一致せしめて炉壁１９に
取付けを行う。

しかしながら第２図の低ＮＯｘ燃焼装置はその低ＮＯｘ
機能を発揮させるために可成大きなバーナタイル構造１
３が必須のものであるから第１図の燃焼装置より大容積
となり、特にフランジ部１７の直径が大となるから加熱
炉の側壁の従来第１図の燃焼装置が設置されていた位置
に第２図の燃焼装置を取付けることは困難である。

また第２図の低ＮＯｘ燃焼装置は第１図の燃焼装置に比
して火炎の長さが比較的長くなる傾向があり、このため
に炉内温度分布が従来と異る場合は被加熱物に悪影響を
及ぼす惧があってこれも問題点である。

本発明は上記の不便を解決した低ＮＯｘ燃焼方法および
装置に関し、本発明に係る燃焼装置は第２図の燃焼装置
と同程度のＮＯｘ低減効果を有するものでありながら、
同一燃焼容量の第１図の燃焼装置と同一取付直径に設計
することができまた火炎長は第１図の燃焼装置とはゾ等
しくその火炎の長さを容易に調節することができる燃焼
方法および燃焼装置である。

本発明をその実施例を示す第３図、第４図、第５図によ
って説明する。

第３図はたまたま重油と都市ガスとを同時に燃焼可能の
燃焼装置を示していて、中軸部に燃料供給手段すなわち
中軸に重油バーナ２１をその周囲に都市ガス供給管２２
を設けている。

これら燃料供給手段の先方に小バーナタイル構造２３を
設ける。

燃焼装置本体内に従来公知の燃焼用空気分割機構２４を
設け、該分離機構によって供給燃焼用空気は１次空気と
２次空気とに分割される。

かつ１次空気は全空気量の５％乃至３０％の任意の量に
調節されて小バーナタイル構造２３内に供給され、残り
の大部分量である２次空気は該小バーナタイル構造の外
側の空気供給路を通り該小バーナタイル構造と一体にそ
の周囲部に設けたバッフル２５に穿孔された４個の空気
噴出孔２６ 、２６’、２６Ｎ。

２６“′から炉壁開口部２８内へ噴出される構造になっ
ている。

本発明の燃焼装置にフランジ２７を設け、本発明に係る
燃焼装置は比較的小直径に設計することができるから、
該フランジによって従来第１図の燃焼装置が取付けられ
ていた位置と同じ位置に炉壁開口部２８の中心と一致せ
しめて炉壁２９に取付けを行うことができる。

たとえば燃焼容量１００ Ｘ １０’Ｋｃａｖ時の本発
明に係る燃焼装置はフランジ２７の内径を第１図の燃焼
装置と同一寸法である４０６Ｍに設計することができる
。

なお本発明の係る燃焼装置１００Ｘ １０’Ｋｃａｌ／
時の燃焼装置の小バーナタイル構造２３の容積はその長
さが１５０Ｍ直径が１５０顧であり、４つの空気噴出孔
２６ 、２６’、 ２６“。

２６“′は直径２９５顯の円周上に設けられ各空気噴出
孔の直径は５２蔚である。

なお炉壁開口部２８は截頭円錐体形状で手前面の直径は
４０６蔚であるが、奥行長さを２６０１ｍとし、先方面
の直径は４９８１ＥＩＩｌと若干拡開して設計する。

次に本発明に係る燃焼装置の作用について述べる。

小バーナタイル構造２３は保炎効果が犬であり、常に安
定した火炎を作る基となり、かつ該小バーナタイル構造
内で生成された１次燃焼生成物と燃料との混合ガスは該
小バーナタイル構造先端出口から先方の炉壁開口部２８
へ比較的ゆるやかな噴出速度で噴出される。

４個の空気噴出孔２６．２６’、２６“、２６“′は小
バーナタイル構造２３先端出口から放出される燃料噴流
と適当な距離を設けてその周囲に、すなわち前述の燃焼
容量１００ Ｘ １０’Ｋｃａｌ／時のものは直径２９
５７１ｇＮの円周上に配置される。

その先方に奥行長さ２６０Ｍの炉壁で囲まれた炉壁開口
部２８がある。

４本の空気噴流は該炉壁で囲われた炉壁開口部内へ勢よ
く、若干外側向けに噴出される。

該４本の空気噴流は小バーナタイル構造の出口から噴出
される燃料に対しそれぞれ同等のかつ強力な吸引作用を
及ぼし、かようｆ、１４つの吸引作用により中心の燃料
噴流はたえずいづれかの空気噴流に交番的に吸引される
現象が生じ、このような流動状態を本明細書では競合誘
引効果と称するが本燃焼装置に特有の該競合誘引効果が
持続される。

従っていづれの噴流も燃料を吸引した部分と燃料を吸引
しない部分を持ちなから炉壁開口部２８を流れて炉内に
放出される。

また炉壁開口部２８スペース内で４つの噴流が勢よく噴
出されると、これら４つの噴流の占めるスペース以外の
炉壁開口部スペースは先方の炉内の燃焼室３０から高温
の燃焼ガスが該炉壁開口部へ逆流入するためのスペース
となり、該逆ａ人スペースを通って逆庵大した燃焼ガス
も運動量が大である該４本の噴流内に吸引・混合されて
しまうから該燃焼ガスの逆流人は連続的に行なわれる。

かように本発明に係る燃焼装置においては自然に炉内の
高温燃焼ガスが炉壁開口部内に逆流入されて運動量大な
る空気噴流に吸引され、同時に小バーナクイル構造先端
出口から噴出される燃料と１次燃焼生成物の混合ガスも
運動量大なる４本の空気噴流の競合誘引効果によってた
えずいづれかの空気噴流に交番的に吸引され、炉壁開口
部を流れて炉内に放出される。

すなわち本発明に係る燃焼装置は特殊な流体現象を利用
して従来ＮＯｘ低減効果があるとされている排ガス循環
と非平衡燃焼を同時に自然に行うようにしたものであっ
て、このために例等特殊な機械装置を設けておらずまた
非常にせまいスペース内で自然に行なわれるようにした
ことが特徴である。

このような燃焼方式によって生じる火炎は極端な高温部
分を作らず常に均一温度で燃焼されてＮＯｘ発生量が現
実に低減されている。

本発明に係る燃焼装置の低ＮＯｘ効果を確実にするため
、本発明者は第６図で斜線で示した炉壁開口部２８の先
端面積Ｂｂと、第７図で斜線で示した該ｓｂを通る４つ
の噴流の断面積を除いた燃焼ガスの逆流面積Ｓとにより
算出される比Ｓ／Ｓ ｂを逆流燃焼ガス量を定めるパラ
メータとしている。

但し Ｄｂは炉壁開口部光面の直径 ｄａは空気噴出孔の直径 りは炉壁開口部の奥行長さ αは噴流の拡がりの片側角変 上式は空気噴出口が４個配設されている場合の式である
が、空気噴出孔の数は低ＮＯｘ効果に大きな影響を与え
るものであって、４個を適数としているが、必ずしも４
個に限らず２個乃至６個にすることができる。

空気噴出孔の数をｎとすれ゛１ｆパラメータＳ／Ｓｂは となる。

このパラメータは本発明に係る燃焼装置が低ＮＯｘ効果
を発揮せしむべく、各部の寸法関係を示すものである。

すなわち実験上パラメータＳ／Ｓｂ値が０．５以下であ
れば燃焼ガスの逆流入量が少なく、従ってＮＯｘ低減効
果が充分に発揮されない。

またパラメータＳ／Ｓｂ値が０．７５以下であれば火炎
は安定を保つが、０．７５以上になれば火炎は不安定に
なる。

従ってパラメータＳ／Ｓｂ値は０．５から０．７５の範
囲内にあるように炉壁開口部の先端の直径Ｄｂ奥行長さ
し、および空気噴出孔の数ｎ、直径ｄａを設定すること
が必要である。

なおαは約１０°であり、Ｌは保炎のためある程度の長
さを必要とする。

本発明に係る燃焼装置は小バーナタイル構造から噴出さ
れる燃料と１次燃焼生成物の混合ガスを数本の空気噴流
に吸引させて炉壁開口部から放出させる燃焼方式である
から火炎形状は空気圧や空気速度などによって極めて大
きな影響を受ける。

燃焼用空気は本燃焼装置本体内の分割機構で小バーナタ
イル構造内へ供給される１次空気とバッフルに穿孔した
数個の空気噴出口から炉壁開口部に噴出される２次空気
とに分割され１次空気は全空気量の０％から３０％の範
囲内で任意調節される構造になっている。

実験上１次空気が５％のとき本燃焼装置の出口近くに火
炎の最高温度部が発生し短炎となり、１次空気を５％か
ら逐次増加させると火炎の最高温度部がだんだん先方へ
移行し、火炎は長炎となることが認められた。

本発明に係る燃焼装置は実験の結果下記の諸効果が得ら
れることが確認されている。

（１）同−燃・焼容量の本発明に係る燃焼装置の取付フ
ランジの内径を第１図の燃焼装置のそれと同程度の大き
さに設計することができ、たとえば燃焼容量１００ Ｘ
１０’Ｋｃａｌ ７時の燃焼装置ではフランジ内径を
第１図の燃焼装置と同じ４０６ｍで製作可能である。

（２）本発明の燃焼方式は中央の燃料および１次燃焼生
成物の混合ガス噴流を囲んで数本の高速空気噴流を設け
、燃焼ガスを炉壁開口部へ逆流入させて、空気噴流に吸
引せしめ、また中央の燃料および１次燃焼生成物の混合
ガスを各空気噴流に競合誘引させなから炉壁開口部から
放出せしめることにより、第２図の燃焼装置とほぼ同程
度のＮＯｘ低減を行うことができる。

すなわち第８図は本発明に係る燃焼容量１００ｘｌＯ’
Ｋｃａｌ／時の燃焼装置の各炉内温度における０２１１
％換算ＮＯｘ Ｉ）ｐｍを実線で示し、比較のため第
１図の燃焼装置のＮ Ｏｘ発生量を点線で第２図の低Ｎ
Ｏｘ燃焼装置のＮＯｘ発生量を一点鎖線で示している。

本発明に係る燃焼装置は従来の第１図の燃焼装置に比し
ＮＯｘ発生量は約半量に低減し、炉内温度１３５０℃で
５０ｐ−以下であり、これは、第２図の燃焼装置とほぼ
同程度の低ＮＯｘ効果を有していることになる。

（３）本発明に係る燃焼装置は都市ガス、ＬＰＧなどガ
ス燃料を使用することができ、また重油など液体燃料を
使用することができ、また第３図に示すごとく液体燃料
とガス燃料を同時に燃焼可能にすることもできる。

本発明に係る燃焼装置の燃焼方式ではガス燃料使用の場
合その供給圧を水柱１００屡の低圧で使用可能であり、
重油使用の場合重油およびその霧化用蒸気の供給圧はい
づれも３Ｋｙ７ｃｒｒｔＧの低圧で使用可能であり、ま
た霧化用蒸気量は重油Ｉ Ｋｐに対し０．１５に２程度
の少量とすることができる。

（４）燃焼用空気の供給圧は水柱１２０７Ｅｌ１２の低
圧で使用可能であるが空気圧は水柱１２０Ｍより高いこ
とが望ましく空気圧が高ければ馬いはとＮＯｘ発生量を
低減させることができる。

（５）空気比を１．０５にして燃焼性を良好に保つこと
ができる。

（６）１次空気量を調節して火炎の長さを約１５％程度
調節することができる。

（７）タウンダウン比を８：１にすることができ低負荷
燃焼時においても火炎を安定に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本出願人がさきに米国ブルーム社と提携して開
発した燃焼装置の側断面図である０第２図は本出願人が
さきに開発した低ＮＯｘ燃焼装置の側断面図である。 第３図は本発明に係る燃焼装置の側断面図である。 第４図は第３図の燃焼装置を炉側から見た正面図、第５
図は本発明に係る燃焼装置の炉壁開口部２８内の噴流状
態を説明するための斜視図である。 第６図は炉壁開口部光面、第７図は炉壁開口部光面にお
ける燃焼ガス逆流面積を示す。 第８図は本発明に係る燃焼装置の各炉内温度における０
２１１％換算Ｎ０ＸＩ）Ｉ）重量を第１図の燃焼装置お
よび第２図の低ＮＯｘ燃焼装置のＮＯｘ発生量と比較し
て示したグラフである０２１は重油バーナ、２２は都市
ガス供給管、２３は小バーナタイル構造、２４は燃焼用
空気の分割機構、２５はバッフル、２６は空気噴出孔、
２７はフランジ、２８は炉壁開口部、２９は炉壁、３０
は炉内燃焼室○

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中軸部の燃料供給手段の先方に小バーナタイル構造
   ２３を設け、燃料と一次燃焼生成物は該小バーナタイル
   構造から炉壁開口部２８へ比較的ゆるやかな噴出速度で
   噴出速変で噴出させ、該小バーナタイル構造の周囲にバ
   ッフル２５を設け、燃焼用空気の大部分量は該バッフル
   に穿孔した数個の噴出孔２６．２６′・・・・・・から
   周囲を炉壁で囲った炉壁開口部２８内へ比較的勢よく噴
   出させ、該数本の各空気噴流は小バーナタイル構造から
   噴出される燃料および一次燃焼生成物の混合ガスを交互
   に吸引しながら噴出し、同時に該炉壁開口部へ逆流入す
   る燃焼ガスも吸引しながら噴出するようにした低ＮＯｘ
   燃焼方法。 ２ 中軸部に燃料供給手段２１．２２を設け、その先方
   に小バーナタイル構造２３を設け、燃焼用空気の分割機
   構２４を設け、該分割機構によって分割されその量を調
   節された１次空気が該小バーナタイル構造に供給される
   ようにし、分割された大部分量の２次空気は該小バーナ
   タイル構造の周囲に設けたバッフル２５に穿孔された数
   個の空気噴出孔２６．２６’、２６“・・・・・・から
   炉壁で囲われた炉壁開口部２８に噴出するように腰該炉
   壁開口部の光面における燃焼ガスの逆流面積Ｓと該炉壁
   開口部の光面面積ｓｂの比 但し Ｄｂは炉壁開口部矢面の直径 ｎは空気噴出孔の数 ｄａは空気噴出孔の直径 りは炉壁開口部の奥行長さ αは噴流の拡がりの片側角度 の値が０，５から０．７５の範囲内であるようにＤｂ。 ｎ 、ｄ ａ ＋ Ｌ Ｈαの関係を設定した低ＮＯｘ
   燃焼装置。