JPS5843642B2 - 燃焼による窒素酸化物の生成を抑制する方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、燃料バーナに関するものであり、特に燃焼
区域の温度を低下させることによって窒素酸化物の生成
を減少させる改良されたバーナ装置に関するものである
。

現在、空気汚染における最近の増大によって生じた直接
の長期の問題に関係が生じ、この関係で汚染のこの上昇
傾向を後に戻す方法が取られなければならないことが知
られてきた。

こうして、汚染する可能性のある粒子やガスが大気中に
排出されるのを防止するための処置を改善するための大
きな努力が公共の又私的の経済的の分野によって今やな
されつつある。

このような大気汚染の一つの源泉は、化石質の燃料が燃
焼される蒸気発生装置の煙突の放出物に存在する酸化窒
素ＮＯｘである。

−酸化窒素ＮＯは見えない比較的無害なガスであるが、
しかしながら、それが蒸気発生装置を通過し大気中に放
出されると、それは酸素と接触し、それと反応して二酸
化窒素ＮＯ２又は窒素酸化物と集合的に呼称される窒素
の他の酸化物を形成するに至る。

二酸化窒素は黄かっ色のガスであって、もし充分な濃度
に含有されると、動植物の生命に対して有毒である。

蒸気発生装置の煙突排出物において眼に見えるもやを生
ずるのはこのガスである。

窒素酸化物は燃焼過程中に窒素と酸素の反応の結果とし
て形成され、熱窒素酸化物と燃料窒素酸化物又はそのい
ずれかであり得る。

前者は化石質の燃料の燃焼のために供給される空気中に
含すれた窒素と酸素の反応から生じ、一方後者は燃料中
に含１れた窒素と燃焼空気中の酸素との反応により生ず
る。

ここでは以下で述べる型の燃焼過程で断熱、最も一般的
である熱窒素酸化物に主として関連する。

熱窒素酸化物が生成される速度は以下の変数のいずれか
あるいはその組合わせによる。

■焔の温度、２高温度区域における燃焼ガスの滞留時間
、および３超過酸素の供給。

窒素酸化物の生成速度は焔の温度の増大に従って増加す
る。

しかしながら、反応は時間を要し、極めて短期間の与え
られた温度に釦ける窒素と酸素の混合物は、より低い温
度にむけるしかしより長い期間の同一の混合よりも少な
い窒素酸化物を生成する。

燃焼過程で３７００°Ｆ程度の火焔温度を発生できる蒸
気発生装置では、反応を左右する時間一温度関係は、２
９００’Ｆ以下の火焔温度は幾分かの窒素酸化物も生成
されないが、２９００’Ｆ以上では窒素酸化物の生成速
度が急速に増大するようなものである。

窒素酸化物の生成は幾らかでも火焔温度を低下させるこ
とによって減少されることができ、２９００°Ｆ又はそ
れ以下の火焔温度で最小にされるであろうことは上記の
説明から明らかである。

これ１で、窒素酸化物の生成を減少するための努力は、
燃料バーナの前方のある点で燃焼空気の流れの中に再循
環されたガスを噴出させることを含んでいた。

この方法は窒素酸化物の生成に付随的減少を伴う低い燃
焼温度を生じさせるのに好結果のものであることが解っ
た。

しかしながら燃料燃焼装置に固有の装置の抵抗に打ち勝
つことはガス送風機の必要とする高い静的圧力の結果と
して経済的に成り立たないことが解っている。

この発明は、蒸気発生および過熱装置の炉室に関するも
ので、炉区画壁に形成された対応するバーナ孔を通して
点火する多数の改良されたバーナ装置を含んでいる。

各バーナ装置は一つの共通の風箱を貫通して延び、風箱
内に設けられ、バーナ孔を通して排出されている燃焼空
気に旋回運動を与えるための調節可能な羽根を有する通
風調節装置、燃料をバーナ孔を通して噴出し酸素と混合
してそれと可燃混合体を形成するために風箱と通風調節
装置を貫通して延びているバーナ・ノズル、および可燃
混合体を点火し炉内に燃焼区域をつくるための点火装置
とよりなっている。

この発明によると、導管が風箱と通風制御装置を貫通し
て延長し、燃料ち・よび燃焼空気と混合するため再循環
された煙道ガスを排出するよう通風調節羽根の空気流方
向の下流に開口する出口端を具えている。

各導管は別々にマニホルドに接続されて、それから調節
された煙道ガスの量を受取る。

マニホルドは次に炉室のガス流動方向の下流の点から引
き抜かれる煙道ガスを受は取るための通路加工体に次の
順として接続される。

煙道ガスの再循環装置はガス圧力を上昇させるための送
風装置を含み、又蒸気温度の制御の目的で燃料バーナ以
外の位置に再循環煙道ガスを導くために用いられること
ができる。

この発明の目的は、大体不活性の煙道ガスを燃料と空気
とに混合することにあって、化石質の燃料の燃焼中に窒
素酸化物の生成を抑制し、それで燃焼区域内で最大火焔
温度を減少し、それで窒素酸化物の生成を抑制するため
煙道ガスに燃焼熱の幾らかを吸収させることである。

この目的の達成のためこの発明によれば第１には、少く
とも１つのバーナ口を有する炉室に前記バーナ口を通し
て燃料釦よび燃焼用空気を導入して前記炉室内に燃焼区
域を形成する燃焼方法において、前記バーナ口を通して
燃料と燃焼用空気との間に、温度の異なる実質上不活性
なガスを混合して得られたガスを供給して燃焼区域の温
度を低下させることを特徴とする燃焼による窒素酸化物
の生成を抑制する方法が提供される。

第２には、炉室を限定する炉室壁にバーナ口を少くとも
１つ形成し、炉室壁から離してバーナ壁を配置して燃焼
用空気が供給される風箱を炉室壁とバーナ壁との間に形
成し、燃料を受取ってこれを噴射しこの燃料を前記燃焼
用空気と混合させて可燃混合物を形成するためのノズル
を前記バーナ口を配置した燃焼装置において、前記ノズ
ルの主要部を包囲する通路に、前記燃焼装置の煙道ガス
流れ方向について前記炉室の下流に設けられた熱交換器
の上流側転よび下流側からの煙道ガスを混合して得られ
たガスを供給する装置を設け、これによって燃焼区域の
温度を低下できるようにしたことを特徴とする燃焼によ
る窒素酸化物の生成を抑制する装置が提供される。

単に実質上不活性なガス特に煙道ガスをこの発明のよう
に供給することそれ自身は周知であるが、その場合には
かかるガスを多量に供給すれば窒素酸化物の生成は充分
に抑制されるけれども燃焼が不安定になってし筐う。

昔た供給量が少なくなると燃焼は安定になるけれども窒
素酸化物の生成量が犬になり過ぎる。

この発明はこの点を改良したものと見ることができ、こ
の発明のように温度の異なる実質上不活性なガスを混合
して得られたガスを供給すればその混合比を調節するこ
とによって温度の調節が達成されて窒素酸化物の生成が
抑制できるけれども燃焼が不安定にならない望筐しい状
態が得られる。

オた熱交換器の上流側と下流側では煙道ガスの温度が異
なるからこれからの煙道ガスは温度の異なる実質上不活
性なガスの１例になる。

第１図を参照すると、燃料が負荷の要求に応じて供給さ
れる多数のバーナ装置によって着火される炉室又は燃焼
空間１４を限定している水冷された煙室壁１２を含んだ
蒸気発生装置１０が示されている１バーナ装置の一つが
１６で示されており以下で第３図を参照して詳細に説明
される。

炉室１４を出る燃焼生成物は一般に煙道ガスと呼ばれ。

鼻部１８を１わって上方に流れ、次に第二の過熱器２２
、再熱器２３、第一の過熱器２４および節約装置２６を
有する環流ガス通路２０を通して流れる。

環流通路２０を出る煙道ガスは空気加熱器２８の管を通
って流れ、その後煙突（図示なし）を通っての排出のた
めの通路３０によって運ばれる。

強制通風の送風機３２は燃焼用空気を蒸気発生装置に供
給し、それを空気加熱管を過ぎ次に通路３４を通って燃
料バーナ１６に分配されるべき風箱３５に流させる。

ダンパ３８が荷重の要求に応じて燃料バーナに入れられ
るべき空気の全量を調節するために強制通風の送風機３
２と関連される。

装置を出る蒸気の温度、特に再熱温度は全部又は部分的
に、炉のガス流動方向の下流の点から引出される煙道ガ
スの炉内への調節された量の導入を通して装置内の熱吸
収の型を変更することによって制御される。

煙道ガスは燃焼生成物であるからこれに含有される酸素
の濃度が低く、故に実質上不活性なガス０１種である。

図示された実施例では、この煙道ガスは第一〇過熱器２
４と節約装置２６との間、あるいは節約装置と空気加熱
器２８との間のいずれかの点で環流ガス通路２０から引
き抜かれまずそれぞれの分岐導管４０と４２によって運
ばれる。

ダンパ４４と４６が導管４０と４２にそれぞれ関連され
てかり、いずれかの分岐導管が他方の除外に対して用い
られるか、あるいは両方の導管が同時に用いられる装置
を与える。

煙道ガスの源泉とそれの引き抜きの位置がここに示され
たもの以外であってもよいことは理解されるであろう。

分岐導管４０と４２のいずれか又はその両方を通して運
ばれる煙道ガスはガス再循環送風機４８によって拾い上
げられ、それぞれ分岐導管５２と５４の間に分配される
ために主導管５０内に排出される前に圧力を加圧される
。

導管５２を通過する煙道ガスはホンパ底５８の多数の間
隔をおいた開口を通して炉内への導入のための充満室５
６に排出される。

導管５４を通過する煙道ガスはマニホルド６０に排出さ
れ、そこからバーナ口６４を通して排出するための通路
１１０に沿って流れるためバーナ入口導管６２を通過す
る。

ガス再循環送風機と関連する導管の数が装置の容量の要
求に応じて変化し得ることは理解されるであろう。

ダンパ６６が主導管５０を通して運ばれている煙道ガス
の量を調節するためにガス再循環送風機４８と関連され
る。

ダンパ６８と７０がそれぞれ分岐導管５２と５４内に配
置されてその間の煙道ガスの配分を調節する。

ダンパ７２がバーナ入口導管６２内に配置されて対応す
るバーナ口６４を通して排出される煙導ガスの量を調節
する。

第２図を参照すると、マニホルド６０内に排出する分岐
導管５４の出口端が示されて触り、マニホルドは次に対
応する入口導管６２を介して水平に間隔を訃いたバーナ
１６の列と連通し、各入口導管には関連したバーナに導
入される煙道ガスの量を調節するためのダンパＴ２が備
えられている。

第３図を参照すると、この発明が液体燃料バーナ又はノ
ズル７４に関連して説明されているが、しかしながら、
この発明がガス状又は固形燃料バーナにも同様に適用さ
れ得ることは理解されるべきである。

排出端部で朝顔型に開いた部分７８に、入口端部で截頭
円錐形部分８０の小径端部に接続された短かい円筒状部
分すなわちのど状環７６よりなる耐火性裏打ちを施され
たバーナ口６４を含んだ壁１２の断片的部分が示されて
いる。

燃料燃焼装置１６は風箱３５内に設けられ、それから適
当に支持されてバーナ口６４れら排出されるための燃焼
用空気を受けるように装置された円筒形の通風調節装置
８２を含ででいる。

通風調節装置８２はバーナ口６４と同心的であり、それ
ぞれ間隔をおいた前方釦よび後方の輪状板８４と８６を
有し、好丑しくは弧状横断面のもので前方および後方板
８４と８６の間に旋回できるように円周上に配置取付け
られバーナ口６４０投影軸線に平行な方向にある各軸の
１わりに回転できるようにされた多数の独立した翼又は
羽根８８を含んでいる。

好筐しい装置は羽根８８が共通の外方レバー９０に同時
調節をされるためリング（図示なし）によって相互連結
されることが必要である。

羽根８８は炉への燃焼空気の流れを大体遮断するように
閉鎖されることができ、又そこを通過する空気の量を調
節するように調節的に開放されることができる。

液体燃料バーナ又はノズル７４は案内管９２を含んで釦
す、それはバーナ胴９４とそれに関連した間隔片９６の
貫通通路を収容している。

間隔片９６の前端部には支持リング９８が取付けられて
いて、それに截頭円錐形状に成形されバーナ口６４の長
さ方向軸線の１わりに同心的に設けられた羽根車又は空
気転向装置１００が取付けられている。

バーナ口の軸線に沿った羽根車の位置は案内管９２を通
して間隔片９６を動かすことによって制限内に調節され
ることができ、又ボルト１０２を締付けることによって
選択された位置に固定されることができる。

間隔片９６の後端にはねじが切られており、液体燃料と
噴霧蒸気の供給管（図示なし）に接続されているヨーク
１０４を受は入れる。

ヨーク１０４の排出端は燃料と噴霧蒸気の貫通路に対す
る噴霧装置１０６に接続されている。

ヨーク１０４と噴霧装置１０６との間の漏洩防止の取付
けは合致する面の間にガスケット（図示されていない）
、を導入し、固定装置１０９によって圧力を与えること
によって達成される。

バーナ胴９４ばその入口端を噴霧装置１０６に接続され
、その出口端に噴霧板（図示なし）が取付けられている
。

点火装置１０８が点火するために備えられており、管部
材１１１と電極１１２を含んでいる。

この発明によれば、バーナ装置１６は液体燃料バーナ７
４の主要部を間隔をおいて取囲む関係に同心的に配置さ
れた円筒形にされた通路１１０を含んでいる。

図示された実施例は、風箱３５の外側から始筐り、バー
ナ壁１１４に形成された入口閉鎖板１１３を通り風箱３
５の中を横切ってバーナ口６４内の一点昔で特にのど状
環７６の近く昔で延びている通路１１０を備えている。

通路１１０の先端部は截頭円錐部８０から半径方向に間
隔を置かれそれらの間に輪形通路１１５を形成している
。

通路１１０の後端は、液体燃料バーナ案内管９２の貫通
通路を収容する開口１２０を含んでいる閉鎖板１１８に
よって被われている。

バーナ導管６２は風箱３５の外側に横たわっている部分
に沿って通路１１０の壁を貫くことによって通路１１０
と連通している。

ダンパ７２がマニホルド６０から通路１１０に導かれる
燃料ガスの量を調節する。

通路１１０は、通風調節羽根８８の空気流方向の下流に
再循環された燃料ガスを排出し、それで羽根が通風調節
装置８２を通過する燃焼用空気の量を制御するとき羽根
８８の処に生ずる装置の抵抗を回避し、空気がバーナ口
６４に排出されるとき空気に渦巻き運動を与えるように
準備されていることは注目されるべきである。

好筐しい実施例の作動について説明すると、蒸気温度の
調節と窒素酸化物の軽減とに用いられるガス再循環装置
が備えられている。

再循環される煙道ガスは炉室のガス流方向の下流の一つ
又は一つ以上の適当な位置から引出され、−っ又は−っ
以上の適当な位置で炉内に再導入されることができる。

示されているように、煙道ガスは熱交換器の一種である
節約装置２６のガス流方向の上流又は下流のいずれかの
位置で環流ガス通路２０から引出され、分岐導管４０と
４２のいずれか又は両方をダンパ４４と４６を通して混
合された状態でガス再循環ファン４８内に通過され、そ
こで煙道ガスの圧力は装置の抵抗に打勝つのに必要な水
準オで上げられる。

周知のように熱交換器である節約装置２６の上流（分岐
導管４０）と下流（分岐導管４２）とでは煙道ガスの温
度が相異なる（例えば前者で約５００ ’Ｃ１後者で約
３５０’Ｃ）から、混合されたガスの温度はダンパ４４
と４６の調節によって変化できる。

ダンパ６６は装置によって再循環され主導管５０を通し
て排出される煙道ガスを調節し窒素酸化物の軽減と蒸気
温度の調節のために必要とされるように別々に分散され
るようにされる。

煙道ガスは導管５２を通して引出され、ホッパ床５８の
多数の間隔をおいた開口（図示なし）を通して炉室１４
内に導入するため充満室５６内に通過される。

導管５２を通して引き抜かれる煙道ガスの量は再熱器２
３を出る蒸気温度を監視する調節器（図示なし）に応答
してダンパ６８によって調節される。

煙道ガスは又導管５４からも引抜かれ、マニホルド６０
に導かれ、別々の入口導管６２を通して数個のバーナ装
置１６にその後で分配される。

ダンパ７０は導管５４内に設けられ、マニホルド６０内
の所望の静圧力を維持するように調節され得る調整点を
有する調節器（図示なし）に応動して導管５４を通る煙
道ガスの量を調節する。

ダンパ７２は各バーナ装置１６の対応する通路１１０に
向って運ばれる燃料ガスの量を、各バーナに向って引渡
される空気流と煙道ガスの割合の間に所望の一定比率を
維持するように調節されることのできる対応する調整点
を有する調整器（図示なし）に応動して調節する。

燃料の燃焼に対して必要とされる全空気量は、各々が蒸
気発生装置１０への負荷の要求に応じて空気の量を制御
するダンパ３８を備えている１個又は数個の強制通風送
風機３２によって排出される。

燃焼用空気は空気加熱器２８の管を通って流れる煙道ガ
スとそれが間接に接触するときに加熱され、その後で通
路３４を通って数個のバーナ装置１６へ分配するために
風箱３５へ送られる。

各バーナ装置１６への燃焼用空気の量はさらに通風調節
羽根８８の位置決めによって調節されることができる。

通風調節羽根８８は又そこから放出されている空気に与
えられる回転又は旋回の程度を増減するのに用いられる
ことができる。

相当な装置の抵抗が通風調節羽根８８に関連させられ、
又この発明によれば窒素酸化物の生成を抑制するのに使
用される煙道ガスは通風調節羽根８８とそれに伴う装置
の抵抗を回避する装置を通してバーナ装置１６に排出さ
れる。

各バーナ装置１６に排出される燃料油の量は各バーナ口
６４内に噴射され、それとともに可燃混合物を形成する
ように空気と新しく混合される燃焼されるべき燃料によ
り負荷の要求に応じて調節される。

点火器１０８は可燃物を点火し炉室１４内に燃焼区域を
形成するのに用いられる。

各バーナ口６４に排出される煙道ガスは燃料と燃焼空気
で混合され、燃焼過程で発生される熱の幾分かを吸収す
ることによって燃焼区域内の最大の火焔温度を低下する
ように作用する。

法令の規定に従って、この発明の特別の実施例を図示説
明したが、この方面に熟練した者は特許請求の範囲に含
１れた発明内に変化をなし得られることと、この発明の
ある特徴は他の特徴の対応する使用なしで屡々効果的に
用いられることは理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施する燃料燃焼装置を使用してい
る蒸気発生装置の切断正面説明図、第２図は第１図の２
−２線に沿って取られた正面図、第３図はこの発明を実
施する燃料燃焼装置の詳細な断面正面図である。 図中、１０・・・・・・蒸気発生装置、１４・・・・・
・炉室、１６・・・・・・バーナ装置、２０・・・・・
・環流ガス通路、２２・・・・・・第二過熱器、２３・
・・・・再熱器、２４・・・・・・第一過熱器、２６・
・・・・・節約装置、２８・・・・・・空気加熱器、３
２・・・・・・強制通風送風機、３５・・・・・・風箱
、４０．４２，５２，５４・・・・・・分岐導管、４８
・・・・・・ガス再循環送風機、５６・・・・・・充満
室、６０・・・・・・マニホルド、８８・・・・・通風
調節羽根、１００・・・・・空気転向装置、１０６・・
・・・噴霧装置、１０８・・・・・・点火装置、１１２
・・・・・・電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少くとも１つのバーナ口を有する炉室に前記バーナ
   口を通して燃料および燃焼用空気を導入して前記炉室内
   に燃焼区域を形成する燃焼方法にち・いて、前記バーナ
   口を通して燃料と燃焼用空気との間に、温度の異なる実
   質上不活性なガスを混合して得られたガスを供給して燃
   焼区域の温度を低下させることを特徴とする燃焼による
   窒素酸化物の生成を抑制する方法。 ２ 炉室を限定する炉室壁にバーナ口を少くとも１つ形
   成し、炉室壁から離してバーナ壁を配置して燃焼用空気
   が供給される風箱を炉室壁とバーナ壁との間に形成し、
   燃料を受取ってこれを噴射しこの燃料を前記燃焼用空気
   と混合させて可燃混合物を形成するためのノズルを前記
   バーナ口に配置した燃焼装置において、前記ノズルの主
   要部を包囲する通路に、前記燃焼装置の煙道ガス流れ方
   向について前記炉室の下流に設けられた熱交換器の上流
   側および下流側からの煙道ガスを混合して得られたガス
   を供給する装置を設け、これによって燃焼区域の温度を
   低下できるようにしたことを特徴とする燃焼による窒素
   酸化物の生成を抑制する装置。