JPS6011287B2 - 燃焼方法及び液体燃料バ−ナ−ノズル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 オイルバーナーは通常、オイルスプレー又は噴油器、空
気供給器及び安定器とを有している。

噴油器はオイル供給器内の圧力を利用する圧力ジェット
システムとすることができ、または、第２の流体（蒸気
又は空気）を利用してオイルの良好な散布を作り若しく
は圧力ジェット作用を助勢することができる。空気供給
器は燃焼のためには必須である。オイルと空気とをはや
く混合するために、空気供給は通常非常な乱流状態で行
われる。安定器は、乱流状態での空気供給内において、
炎が初められ維持される静止又は回流領域を作る様作用
する。安定器は通常空気領域内に位置決めされたブラフ
ボディ（ｂｌｕｆｆかｄｙ）であり、必要とされる静止
領域を与える様に形付けられている。ボイラーの燃焼領
域内のプラフボディ安定器は放射作用と腐食によって損
傷される。この損傷は特に、そのバーナは作働していな
いが炉内で他のバーナが作働しており高温の状態にある
ときに生ずる。ブラフボディ安定器の他の不都合な点は
、それが必然的に主要な空気流の障害となることである
。Ｎ○ｘガスは空気汚染の主要原因であるとされている
。

ＮＯＸガスの生ずるのを防止するよう設計されたオイル
バーナが知られており、これによればオイルの噴流が中
央通路を通って炎の中に導入され、空気と浪合ごれた排
ガスが周囲の通路を通って導入されるようになっている
。米国特許第３，７４３，４７１号は、この目的のため
比較的多量の排ガスを必要とするそのようなオイルバー
ナの１つとして知られている。米国特許第３，８鼠ふ
２１１号にはオイル燃焼のプロセスにおいて排ガスを使
用してＮ０ｘガスの発生を制御する方法と装置が記載さ
れている。米国特許第３，８８０，５７び号‘まＮ○ｘ
ガスの発生を防止するため再循環された排ガスの使用の
方法と、オイル噂霧の方法とが開示されている。本発明
によれば、燃料オイルは円錐状通路に沿ってオイル頃霧
を形成するよう配置されたディストリビユータを通して
導入されるとともに、このオイルの一部だけを第１の炎
領域で燃焼させる量の小量の比較的高速の空気流をディ
ストリピュータの先端のまわりに同心状にして第１炎領
域内に供給する。

そのように供給された空気流は噴霧状オイルと交わりト
ロィド状循環流を作りオイルを更に頃霧化して安定した
炎を作る。そのすぐ後に、小量の再循環排ガス（ＲＦＧ
〉が第１炎領域のまわりに同Ｄ状にして供給される。第
１炎領域からの流出流体が該領域のすぐ後の第２炎領域
に入る。比較的低速の空気流が同０状にして第２炎領域
に、少なくとも該領域内の流体が燃焼されるに充分なだ
け導入される。第１炎領域内への制限された酸素供給及
び再循環された排ガスの混合流体が炎の温度を制限し排
気中の窒素酸化物を非常に減少する。以下、本発明を添
付図面に示した実施例に基づき詳記する。

図面を参照すると、液体燃料バーナーノズルすなわちオ
イルバーナノズル１０が炉壁１２内に取り付けられ、鞠
方向バーナ通路に沿う炎を炉１４内に指向するようにし
てある。

炉は複数のオイルバーナノズルを有し、従って、少ない
火力が要求されるときは、それらの一部が消火される。
作働中のオイルバーナノズル１川ま当該ノズルからの流
体流によって形成される燃焼路を画定する。該燃焼路は
図においてバーナノズル１０の右方に隣接する比較的制
限された第１炎領域を含み、該領域では、燃焼オイルは
部分的に燃焼される。また燃焼路は第２の炎領域を有し
、該領域は第１炎領域をつつみ且つ図において該領域を
越えて右方に伸びる。第１炎領域に入る全ての流体は当
該燃焼路に沿って第２の炎領域を通る。本発明に依る燃
焼の方法は次の通りである。

オイルが拡散円錐状に頃霧されて第１炎領域内に導入さ
れ、一方比較的高速の環状ガスが拡散円錐状頃霧オイル
と交わるようにして第１炎領域内に向けて指向される。
そのようにして指向されたガス流はオイルを更に贋霧化
し混合流体を形成して該混合流の着火に充分な酸素を与
えつつ、第１炎領域内の安定した、しかし燃料（オイル
）分の多い炎を作る。しかしながら特に、デストリビュ
ータの軸線のまわりの環状噴流の形の高速ガス流は、オ
イルが導入される円錐状通路内の領域におけるディスト
リビュータの前方に再循環流を生じ、該再循環流はブラ
フボディ安定器を主要空気流内に設定する必要なく炎が
初まり維持される安定化領域を形成する。

比較的低温の再循環された排ガス（以下、ＲＦガスと称
する）の小量の環状流が安定化領域の半径方向外側、即
ち第１炎領域の外側に導入される。

乱流がＲＦガスを混合流内に引き込み、酸素を実質的に
増加することなく第１炎領域からの流出ガス流の量を増
大する。主要な空気流が／ズルの軸線方向に平行にしか
し第１炎領域内の高速流体流の半径方向外側に導入され
ることにより、第２炎領域内に供給される。

第１炎領域からの流出ガスとＲＦガスとの混合ガスは第
２炎領域において、窒素酸化物の排出を少なくするため
の完全燃焼を行うため少なくとも化学量論的な量で導入
された主要空気と混合される。第１図のオイルバーナノ
ズル１川ま本発明に従って作働されるオイルバーナノズ
ル１０は拡散円錐状に頃覆されたオイルを作るためのィ
ンジェク夕（すなわち燃料供給手段）１６と、該ィンジ
ェクタ１６のまわりの制限部１９を有する環状ガス通路
１８と、該路１８のまわりのＲＦガスを入れるための環
状路２０と、該路２０のまわりに設けられた空気を入れ
るための外側環状路２２とを有する。

環状ガス通路１８はフレヤー部２６を形成する端部２４
を有している。

フレャー部２６は通路１８を通されるガスを高速で扇状
に拡散するよう作用する。通路１８から噴出されるガス
流体の速度が、それに隣接する通路から噴出される流体
よりも高速であり、且つそれらの流体が交叉する限り、
トロィド状流体循環流がインジェクタ１６のすぐ前方で
燃焼路に沿って生じる。噴出ガスと噴霧オイルとの交叉
はオイルの噴霧化を助勢する。トロイド状循環流は安定
した炎の形成を助ける。好ましくは、環状通路１８は主
要空気供給通路２２の約０．１と０．４との間の平均半
径とする。上述した構造によれば、バーナの全サイズは
プラフボディ安定器を使用するバーナに比べ、主要空気
流内の障害がほとんどないので、小さくすることができ
る。補助的な高速の空気供給によりオイルの曙霧化が確
実になされるので、それ自体はオイルを霧油化する必要
のないディストリビュ−タ内オイル圧を低くすることが
できる。燃焼中において、第１炎領域の流出ガスと混合
されるために導入されるＲＦガスの量は流出ガスの量に
ほぼ対応するものである。

例えば、約１倍から約４倍の比率が最適である。しかし
ながら、大体第１炎領域内に導入される流量は第１及び
第２炎領域内に導入される流体総量の２０％を越えるこ
とはない。ＲＦガスの温度は好ましくは約３２０℃以下
で１２０℃以上である。ＲＦガスは第１炎領域内の流出
ガスと混合する様に利用されることにより、第１炎領域
内において生ずる熱の一部を吸収し、燃料分の多い流出
ガスが、窒素酸化物が形成される温度より低温に冷却さ
れるまで、空気中の酸素と窒素の混合を遅らせる不活性
希釈媒体として作用する。

本発明の方法の一実施例においては、トロィド状循環流
を生ずる高速ガス流を燃焼路に沿う全流体の総量より十
分少ない量の空気流とすることができる。

安定した炎を確立する第１炎領域におけるこの高速空気
は化学量論的な酸素要求量の約２乃至１０％、好ましく
は化学量論的な量の約５乃至６％の範囲において供給さ
れる。酸素の不十分なガスを供給して第１炎領域内にお
いて安定した炎が作られるので、バーナ制御が簡易化さ
れる。

例えば、第２炎領域空気供給とオイル流量を、炎の不安
定をきたすことなく、燃料流比の広範囲にわたって変え
ることができる。例えば、安定した炎は代表的には所定
の最大燃料流速の少なくとも５分の１に維持することが
でき、従って少なくとも５対１の比にすることができる
。代表的には５０乃至１５０の／ｓである高速空気流の
流れの変化は、噴霧化流体を使用する内部混合第２流体
システムを伴う場合の如く、燃料の流速に影響しない。
オイル圧が低いので、障害の危険が少なくかつ大きなオ
イル流通路を可能とする。バーナに要求される総合の補
助的ェネルギ所要量は蒸気を使用する第２流体システム
のバーナーに較べてより少ない。本発明によるオイルバ
ーナノズルは、特に、一又はそれ以上のノズルが非連続
的に作鰯される複数バーナ炉においての使用に適し利点
を有している。

このため、炉操作の間の連続的な操作に通した高速ガス
流を供給する手段を有するオイルバーナノズルが設けら
れる。例えば、ィンジェクタ１６には通路１８を通して
小量の高速連続空気流が供給され、この空気流は特に燃
料流量が小さい場合の炉の運転時、そしてノズル先端２
４が炉内の高温により損傷を受けたときの消炎期間の間
常にオイルバーナノズルを冷却する。空気が利用される
場合、燃焼を妨げ非能率的操作を生ずるであろう炉内に
導入される余剰の酸素量は、制限通路１８を通して導入
されるガスがごく少量であるから、比較的わずかである
。

・ また、他の例では、例えば環状通路２０を通してＲ
Ｆガスが連続的に供給され冷却を行うようにされる。

ＲＦガスは実質的に不活性ガスであるから、非能率的炉
操作を生ずる余剰の酸素が導入されることはない。ブラ
フボディ安定器の必要ないこ、安定した炎を得且つ窒素
酸化物の生成をなくするという本発明の目的及び効果に
加えて、本発明の方法及び装置は更に他の効果を有して
いる。

例えば、安定炎は空気が少量だけ使われる第１炎領域内
に作ることができる。それ故、Ｎ○ｘの生成を抑えるた
めに要求されるＲＦガスの量は実質的に減少される。そ
れは高い燃料速度での大量のＲＦガスの得られない場合
において特に効果がある。第１炎領域空気供給及びバー
ナノズルの冷却剤として利用される高速空気流は燃焼を
妨げることなく又は多重バーナ炉における非能率的な操
作を来すことなく連続的に維持できる。

上述した構成の他の効果は、炎検知器及び点火トーチ等
の付属の部品を通路１８内に収装でき、熱から保護する
ことができるということである。

更に他の効果は、連続ガス流を利用するオイルバーナノ
ズルは、連続ガス流が余計なものの蓄積を実質的に防止
できるので、バーブノズル先端付近にすす等が付着する
のを防止できることである。本発明によるオイルバーナ
ノズルには、環状路２２を通されるＲＦガスと空気との
混合を調節するためダンパ一手段２８を設けることがで
きる。

ＲＦガスは大気圧よりも高い圧力で高圧室３０内に維持
される。それ故、空気は図面の上半部に示す如き着火位
置における環状通路２０を通ることができない。図面の
下半部に示す如き消火位置において、ダンパーはバーナ
を保護するようＲＦガスが遍路２０及び２２を通るよう
に位置決めされる。

【図面の簡単な説明】

添付の図面は本発明に係る液体燃料ノズルの要部切欠説
明図である。 １０・・・…ノズル；１６・・・・・・燃料供給手段（
ィンジェクタ）；１８・・・・・・制限環状通路；２０
・・・・・・環状通路手段；２２・・・・・・外側環状
通路手段；２６・・・・・・フレアー手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体燃料バーナーノズル先端に隣接した１次炎領域
   と、該領域を実質的につつみ且つ該領域を越えてのびる
   ２次炎領域を有する燃焼路を画定する炎内における窒素
   酸化物の発生を抑制しながら液体燃料を燃焼するための
   燃焼方法にあって、液体燃料を上記１次炎領域に連続的
   に噴霧するとともに、化学量論的な量よりもかなり少な
   い酸素を含む比較的高速のガス流を上記燃料噴霧に交叉
   するように向けてトロイド状流体循環流を生ぜしめるよ
   うになし、上記ガスにより上記液体燃料を微細化して流
   体混合物を作り、それにより１次炎領域内において液体
   燃料を着火し安定炎を維持し該領域からの流出ガスを生
   じ； 再循環された排ガスを上記１次炎領域の周囲で上
   記流出ガスと混合するように導入して１次炎領域からの
   該流出ガスの量を増加し； その後、２次炎領域内で、
   完全燃焼に必要な化学量論的な量の空気を上記流出ガス
   と混合する；ようにした燃焼方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の方法にあって、高速
   ガス流の酸素量を化学量論的な量の約５％にすることを
   特徴とする燃焼方法。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の方法にあって、約１
   ２０℃乃至約３２０℃の温度の再循環排ガスを、１次炎
   領域内の流出ガスの量と同じ量だけ導入することを特徴
   とする燃焼方法。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載の方法にあって、２次
   炎領域内に再循環排ガスを導入することにより空気を希
   釈することを特徴とする燃焼方法。 ５ 特許請求の範囲第３項に記載の方法にあって、２次
   炎領域内に導入された空気と再循環された排ガスとの量
   は第１及び第２炎領域内に導入された総質量量の２０％
   以下であることを特徴とする燃焼方法。 ６ 液体燃料バーナ炉内のＮＯ＿ｘガスの発生を抑制し
   つつ炎を作る液体燃料バーナーノズルであって、液体燃
   料の噴霧を、該噴霧された燃料が燃焼される間、炉内に
   連続的に供給するための液体燃料供給手段と； 該燃料
   供給手段のまわりに設けられ上記燃焼の間高速で少量の
   環状空気を供給するための制限環状通路と； 上記高速
   の環状空気を扇状に拡げるよう指向せしめ、上記液体燃
   料の噴霧と混合して該燃料を更に噴霧化し安定した燃料
   分の多い炎の形成を助長するための上記制限された環状
   通路の内側部分を画定する前記液体燃料供給手段に隣接
   するフレアー手段と； 液体燃料と高速空気の混合流体
   と隣接しこの混合流体と混合される再循環排ガスを排出
   するための前記制限環状通路のまわりの環状通路手段と
   ； 該環状通路手段のまわりに設けられ実質的に化学量
   論的な量だけ空気を供給するための外側環状通路手段と
   ； を備える液体燃料バーナーノズル。 ７ 特許請求の範囲第６項に記載のノズルにあって、前
   記制限環状通路が、炉操作の間当該ノズルを冷却するた
   め少量の連続ガス流を供給するごとくされたことを特徴
   とする液体燃料バーナーノズル。 ８ 特許請求の範囲第６項に記載のノズルにあって、前
   記再循環排ガスのための環状通路手段が、炉操作の間、
   当該ノズルを冷却するため連続的ガス流を提供すること
   を特徴とする液体燃料バーナーノズル。 ９ 特許請求の範囲第６項に記載のノズルにあって、前
   記液体燃料供給手段が、液体燃料の噴霧を所定の最大燃
   料流速度と該速度の少なくとも５分の１との間の調節範
   囲にわたって供給するようになし、前記制限環状通路が
   上記調節範囲にわたって一定の高速空気を供給する如く
   したことを特徴とする液体燃料バーナーノズル。