JPS61256106A - Method and device for burning fuel - Google Patents

Method and device for burning fuel

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Publication number
JPS61256106A
JPS61256106A JP23311685A JP23311685A JPS61256106A JP S61256106 A JPS61256106 A JP S61256106A JP 23311685 A JP23311685 A JP 23311685A JP 23311685 A JP23311685 A JP 23311685A JP S61256106 A JPS61256106 A JP S61256106A
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JP
Japan
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fuel
air
holes
nozzles
combustion
Prior art date
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Pending
Application number
JP23311685A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ハーシエル・イー・グツドナイト
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Zinklahoma Inc
Original Assignee
John Zink Co
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Filing date
Publication date
Application filed by John Zink Co filed Critical John Zink Co
Publication of JPS61256106A publication Critical patent/JPS61256106A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48Nozzles
    • F23D14/58Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、窒素酸化物の生成を抑制しつつ燃料と空気と
の混合物を燃焼させる方法並びに該方法実施のためのバ
ーナ装置に係わる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for burning a mixture of fuel and air while suppressing the formation of nitrogen oxides, and to a burner device for carrying out the method.

公知の燃焼方法及びバー・プ゛装置は、例えば処理流の
加熱、蒸気の発生、材料の乾燥などきわめて様々な用途
に用いられる。しかし、燃料が燃焼すると、大気中に放
出されれば汚染物質となる窒素酸化物(NOx)が生成
され得る。
Known combustion methods and burr pump devices are used for a wide variety of applications, such as heating process streams, generating steam, and drying materials. However, when the fuel is combusted, nitrogen oxides (NOx) can be produced which are pollutants if released into the atmosphere.

窒素酸化物の生成を抑制しつつ燃料−空気混合物を燃焼
させる様々な方法及びバーナ装置が、様々な公的機関に
よって設けられる環境排出規準に適合するべく開発され
た。例えば、米国特許第4.004,875号の発明は
NOx発生山の少ないバーナの提供を目的とし、この発
明において燃料はまず、化学量論濃度を下回る濃度の空
気しか存在しない区域で燃焼し、それによって前記区域
に続く燃焼域において酸素が不足して、NOxの発生を
抑制する還元雰囲気が生成される。
Various methods and burner devices for burning fuel-air mixtures while suppressing the formation of nitrogen oxides have been developed to meet environmental emission standards set by various public agencies. For example, the invention of U.S. Pat. No. 4,004,875 aims to provide a burner with low NOx generation, in which the fuel is first combusted in an area where there is only a sub-stoichiometric concentration of air; Thereby, the combustion zone following said zone is depleted of oxygen and a reducing atmosphere is created which suppresses the production of NOx.

燃料の段階的供給も利用されており(例えば米国特許第
4,395,223号参照)、この方法では燃料の一部
が、必要な化学量論量を上回る母の空気が供給される第
一の区域で燃焼し、残りの部分が第二の区域で燃焼する
。第一の区域に過剰空気が存在することによって燃焼反
応の温度が低下し、NOxの生成が抑制される。燃料は
第二の区域で、周囲の燃焼ガスで4釈された第一の区域
からの過剰酸素と反応し、この酸素は燃焼反応温度を低
下させ、第二の区域でのNOxの生成を抑制する。
Staged supply of fuel has also been used (see, e.g., U.S. Pat. No. 4,395,223), in which a portion of the fuel is delivered to the first stage where the required stoichiometric amount of parent air is supplied. area and the remaining part is burned in the second area. The presence of excess air in the first zone reduces the temperature of the combustion reaction and suppresses NOx production. The fuel reacts in the second zone with excess oxygen from the first zone mixed with surrounding combustion gases, which oxygen lowers the combustion reaction temperature and inhibits NOx formation in the second zone. do.

このような公知の段階的燃焼方法は精巧なバーナ装置を
必要とし、このバーナ装置は該装置の取付及び運転を高
価にする複数個の燃料ノズル及び/または空気あるいは
再循環ガスの複雑な分配システムを含む。
Such known staged combustion methods require sophisticated burner equipment, which includes multiple fuel nozzles and/or complex distribution systems for air or recirculated gas, making the equipment expensive to install and operate. including.

本発明によって提供される燃料−空気混合物燃焼方法は
、燃料の第一の部分を1個以上の前記ノズルの各々から
前記ノズル内の1個以上の第一の孔を介して放出する第
一のステップと、燃料の第二の部分を1個以上の前記ノ
ズルの各々から前記ノズル内の1個以上の第二の孔を介
して放出する第二のステップと、燃料の残りの部分を1
個以上の前記ノズルの各々から1個以上の第三の孔を介
して放出する第三のステップとを含み、前記第一のステ
ップによって燃料は空気と混合し、それによってノズル
近傍に点火域を生じ、また前記第二のステップによって
燃料の第二の部分は乱流状態で分配され、その結果燃料
は該燃料の化学量論的燃焼に必要な吊を上回る量の空気
と混合して、一次燃焼域で燃焼し、更に前記第三のステ
ップによって燃料は前記一次燃焼域内並びに該燃焼域下
流へ分配され、燃焼生成物で舛釈された一次燃焼域から
の空気と混合され、一次燃焼域によって流入空気との直
接接触から実質的に保護された二次燃焼域で燃焼する。
The method of combustion of a fuel-air mixture provided by the present invention includes a first method for ejecting a first portion of fuel from each of the one or more said nozzles through one or more first holes in said nozzles. a second step of discharging a second portion of fuel from each of the one or more nozzles through one or more second holes in the nozzles;
a third step of discharging fuel from each of the plurality of nozzles through one or more third holes, whereby the first step causes the fuel to mix with air, thereby creating an ignition zone in the vicinity of the nozzle. and the second step distributes a second portion of the fuel in a turbulent manner, so that the fuel mixes with an amount of air in excess of that required for the stoichiometric combustion of the fuel, The fuel is combusted in the combustion zone and further distributed by the third step into the primary combustion zone and downstream of the combustion zone, mixed with air from the primary combustion zone enriched with combustion products, and is Burns in a secondary combustion zone substantially protected from direct contact with incoming air.

このような方法は窒素酸化物の生成を、先行技術による
方法の場合より容易かつ安価に抑制し得る。
Such a method can suppress the formation of nitrogen oxides more easily and cheaply than with prior art methods.

本発明はまた、チャンバ内に配置された1個以上の燃料
ノズルと前記チャンバ内へ空気を流入させる複数個の空
気取入口とを含み、空気を燃料と混合して得られる燃料
−空気混合物に点火し、該混合物を燃焼させる燃料−空
気混合物燃焼用のバーナ装置をも提供し、本発明による
この装置にJ3いて、1個以上の前記ノズルは各々、燃
料の第一の部分を放出するべく設けられた1個以上の点
火孔と、燃料の第二の部分を放出するべく設けられた1
個以上の一次燃焼孔と、燃料のその他の部分を放出する
べく前記1個以上のノズルの各々の前記一次燃焼孔より
内側に設けられた1個以上の二次燃焼孔とを具えており
、前記点火孔からの放出によって燃料は空気と混合し、
それによってノズル近傍が点火域となり、また前記一次
燃焼孔からの放出によって燃料の第二の部分は乱流状態
で分配され、その結果燃料は該燃料の化学量論的燃焼に
必要な量を上回る聞の空気と混合して、一次燃焼域で燃
焼し、更に前記二次燃焼からの放出によって燃料は前記
一次燃焼域内並びに該燃焼域下流へ分配され、燃焼生成
物で4釈された一次燃焼域からの空気と混合され、一次
燃焼域によって流入空気との直接接触から実質的に隔離
された二次燃焼域で燃焼する。
The invention also includes one or more fuel nozzles disposed within the chamber and a plurality of air intakes for admitting air into the chamber, the air being mixed with the fuel to form a resulting fuel-air mixture. There is also provided a burner device for combustion of a fuel-air mixture for igniting and combusting the mixture, wherein the one or more nozzles are each configured to discharge a first portion of fuel. one or more ignition holes provided and one provided for discharging a second portion of the fuel;
one or more primary combustion holes, and one or more secondary combustion holes provided inside the primary combustion hole of each of the one or more nozzles to discharge other portions of the fuel, The discharge from the ignition hole causes the fuel to mix with air;
This results in an ignition zone in the vicinity of the nozzle, and the second part of the fuel is distributed in a turbulent manner by discharge from the primary combustion hole, so that the amount of fuel exceeds that required for stoichiometric combustion of the fuel. The fuel is mixed with air in the primary combustion zone and combusted in the primary combustion zone, and by the release from the secondary combustion, the fuel is distributed within the primary combustion zone and downstream of the combustion zone, and the primary combustion zone is divided by combustion products. and combusts in a secondary combustion zone that is substantially isolated from direct contact with the incoming air by the primary combustion zone.

本発明がより良く理解されるように、本発明を、添付図
面を単なる一員体例として参照しつつ以下に詳述する。
In order that the invention may be better understood, the invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, by way of example only.

第1図及び第2図に示すバーナ製画10は炉室の壁12
に設けられた開口部14に取付けられており、この装置
10は炭化水素ガスのような気体燃料を燃焼させる場合
に適用するべく設計されている。
The burner drawing 10 shown in FIGS. 1 and 2 is a wall 12 of the furnace chamber.
The apparatus 10 is designed for use in the combustion of gaseous fuels such as hydrocarbon gases.

装置10は、複数個のボルト部材18により開口部14
外側に取付けられた円筒形の外側ハウジング部材16に
よって構成されたハウジングと、壁12の内側を覆う7
耐人材料製の断熱層22に設けられた間口部内に設置さ
れた耐熱性の耐火材料製部材20とを含む。部材20は
、図示したように炉室の壁12及び/または耐火材料2
2に取付けられ得、あるいはまた円筒形のハウジング部
材16にも適宜取付けられ得る。
Apparatus 10 includes opening 14 with a plurality of bolt members 18.
a housing constituted by an externally mounted cylindrical outer housing member 16 and a housing 7 lining the wall 12;
A member 20 made of a heat-resistant fire-resistant material is installed in a frontage provided in a heat-insulating layer 22 made of a human-resistant material. The member 20 may include the furnace chamber wall 12 and/or the refractory material 2 as shown.
2 or alternatively to a cylindrical housing member 16 as appropriate.

ハウジング部材16は空気調整各として機能し、そのた
めに、周囲に互いに離隔して配置された複数個の空気取
入口26を具えている。壁24がハウジング部材16の
端部をmじ、またハウジング部材16の給気口26に対
して相補的である複数個の給気口(図示せず)を具えた
円筒形のダンパ28がハウジング部材16を覆って回転
可能に配置されている。
The housing member 16 serves as an air conditioning unit and for this purpose includes a plurality of air intakes 26 spaced apart from each other around the periphery. A cylindrical damper 28 with a wall 24 extending from the end of the housing member 16 and a plurality of air inlets (not shown) complementary to the air inlets 26 of the housing member 16 is attached to the housing. It is rotatably arranged to cover the member 16.

ダンパ28はハンドル30によって、給気口26がダン
パ28のボディによって閉じられる位置と、第1図に示
した、ダンパ28の給気口が給気口26に一致して空気
流が最大となる位置との間で回転され得る。
The damper 28 is moved by the handle 30 to a position where the air inlet 26 is closed by the body of the damper 28, and the air inlet of the damper 28 is aligned with the air inlet 26, as shown in FIG. can be rotated between positions.

ハウジング部材16内には案内管32が該部材16と同
軸り配置されており、この案内管32の外方端部は壁2
4に設けられた開口部内に例えば溶接によって固定され
ており、またその内方端部には保護コーン34が取付け
られている。燃料供給導管36は案内管32内を通って
伸長し、該導管36の内方端部には燃料放出ノズル38
が取付けられている。導管36の外端部には燃料源との
結合用にねじ山が設けてあり、導管36は、ボルト部材
40によって壁24に着脱可能に取付けられたプレート
39に密に取付けられている。
A guide tube 32 is disposed within the housing member 16 coaxially with the housing member 16, the outer end of the guide tube 32 being connected to the wall 2.
4, for example by welding, and a protective cone 34 is attached to its inner end. A fuel supply conduit 36 extends through the guide tube 32 and has a fuel discharge nozzle 38 at its inner end.
is installed. The outer end of the conduit 36 is threaded for connection to a fuel source, and the conduit 36 is tightly attached to a plate 39 which is removably attached to the wall 24 by bolt members 40.

パイロット42が、壁24に設け、られた開口部を貫通
して伸長する供給導管44と結合されており、この導管
44には開鎖部材46が着脱可能に取付けられている。
A pilot 42 is coupled to a supply conduit 44 extending through an opening provided in the wall 24 to which an opening member 46 is removably attached.

供給導管44の外端部は、パイロット燃料源と結合する
べく構成されたパイロット燃料−空気混合器48と結合
されている。
The outer end of supply conduit 44 is coupled to a pilot fuel-air mixer 48 configured to couple with a source of pilot fuel.

第3図及び第4図は、保護コーン34が皿形で、かつ複
数個の開口部50を具えていることを示し、眞記間口部
50は制限された量の空気を通過させ得る。保護コーン
34は、流入空気が第3図の矢印52の示す方向に流れ
込む時ノズル38近傍に保護された領域を創出するべく
機能する。無論、ノズル38近傍に保護領域を創出する
ことは、保護コーン34・以外の様々な種類及び形状の
装置によっても実現可能である。
3 and 4 show that the protective cone 34 is dish-shaped and includes a plurality of openings 50 that allow a limited amount of air to pass through. Protective cone 34 functions to create a protected area near nozzle 38 as incoming air flows in the direction indicated by arrow 52 in FIG. Of course, creating a protected area in the vicinity of the nozzle 38 can also be achieved with various types and shapes of devices other than the protective cone 34.

ノズル38は保護コーン34の中心開口部を貫通して伸
良し、その半球形の端部壁54に第一の組の1個以上の
孔56を有する。2個以上の孔56が設けられる場合、
それらの孔56は好ましくはどれも同じ1法を有し、か
つ好ましくはノズル38の軸線に垂直な、即ち第3図に
記号Cで示した角度が90°となる平面内でノズル38
周囲に等間隔に配置される。
Nozzle 38 extends through the central opening of protective cone 34 and has a first set of one or more holes 56 in its hemispherical end wall 54 . When two or more holes 56 are provided,
The holes 56 preferably all have the same diameter and are preferably aligned with the nozzle 38 in a plane perpendicular to the axis of the nozzle 38, i.e. at an angle of 90°, indicated by the symbol C in FIG.
Spaced evenly around the perimeter.

ノズル38の軸線はハウジング部材16の軸線に対して
平行であり、従って孔56の軸線は、ハウジング部材1
6を通過する空気流の流入方向に対して実質的に垂直な
平面内に位置する。第一の組の孔56はノズル38に供
給された燃料の第一の部分を放出し、放出された第一の
燃料部分は流入空気の一部と混合し、それによつCノズ
ル38近傍に点火域が現出する。
The axis of the nozzle 38 is parallel to the axis of the housing member 16, so the axis of the hole 56 is parallel to the axis of the housing member 16.
6 is located in a plane substantially perpendicular to the direction of inflow of the airflow passing through it. The first set of holes 56 discharge a first portion of the fuel supplied to the nozzle 38, and the discharged first fuel portion mixes with a portion of the incoming air, thereby causing the C-nozzle 38 to be An ignition zone appears.

ノズル38の壁部分54には、第二の組の1個以上の孔
58も設けられている。2個以上の孔58が設けられる
場合、それらの孔58は好ましくはどれも同じ寸法を有
し、かつ点火孔56より内側、叩ら該孔56の上方にお
いて壁54周囲に等間隔に配置される。
A second set of one or more holes 58 is also provided in the wall portion 54 of the nozzle 38 . If more than one hole 58 is provided, the holes 58 preferably all have the same dimensions and are equally spaced around the wall 54 inboard of and above the ignition hole 56. Ru.

番孔58の軸線は好ましくは空気の流入方向に対して互
いに同じ角度b(第3図)だけ傾斜しており、角度すは
好ましくは15〜70”である。第二の組の孔58はノ
ズル38に供給された燃料の第二の部分を放出し、その
際前記第二の部分は、撹乱されかつ外側へ広がるように
分配される。
The axes of the holes 58 are preferably inclined at the same angle b (FIG. 3) relative to the direction of air inflow, and the angle b is preferably between 15 and 70''. A second portion of the fuel supplied to the nozzle 38 is discharged, said second portion being agitated and distributed outwardly.

ノズル38の壁部分54は更に、一次燃焼孔58より内
側、即ち該孔58の上方に第三の組の1個以上の孔60
を具えている。この場合も2個以上の孔60が設けられ
る時は、それらの孔60は好ましくは皆同じ寸法を有し
、かつノズル38において円周上に互いに離隔して形成
される。孔60の軸線は、ノズル38の軸線並びに空気
の流入一方向52に対して平行であっても、あるいはま
た第3図に示すように、1〜30″である角度aだけ傾
斜していてもよい。
The wall portion 54 of the nozzle 38 further includes a third set of one or more holes 60 inboard of and above the primary combustion holes 58.
It is equipped with Again, when two or more holes 60 are provided, the holes 60 preferably all have the same dimensions and are spaced apart from each other on the circumference of the nozzle 38 . The axis of the hole 60 may be parallel to the axis of the nozzle 38 as well as to the direction of air inflow 52, or alternatively, as shown in FIG. good.

角度aは、角度すにほぼ等しくかあるいば角度すより小
さく決定され得るが、角度すを上回ってはならないとい
う点が留意されるべきである。
It should be noted that angle a can be determined to be approximately equal to or even smaller than angle s, but must not exceed angle s.

孔60はノズル38に供給された燃料の残りの部分を放
出・し、それによって前記残りの部分の実質的に全部が
燃料の第二の部分の孔58からの放出によっで創出され
た一次燃焼域内並びに該燃焼域下流に位置する二次燃焼
域で燃焼する。
The holes 60 discharge the remaining portion of the fuel supplied to the nozzle 38 such that substantially all of said remaining portion is in the primary space created by the ejection of the second portion of fuel from the holes 58. It burns within the combustion zone as well as in a secondary combustion zone located downstream of the combustion zone.

上述の本発明装置の機能方法を、第5図を参照して次に
説明する。通常的0.2〜約2バールゲージの圧力下に
ある燃料が、導管36に供給される。
The method of functioning of the device according to the invention described above will now be explained with reference to FIG. Fuel is supplied to conduit 36 under pressure, typically from 0.2 to about 2 bar gauge.

圧力的0,2〜1バールゲージのパイロット燃料が空気
混合器48に供給されてそこで空気と混合され、得られ
る燃料−空気混1合物はパイロット42から放出されて
点火され、燃焼する。パイロット42からの炎が、ノズ
ル38から放出された燃料に点火するべく機能する。し
かし、他の点火手段も使用され得、パイロットバーナの
使用は任意的なものであることに留意するべきである。
Pilot fuel at a pressure of 0.2 to 1 bar gauge is supplied to an air mixer 48 where it is mixed with air and the resulting fuel-air mixture is discharged from the pilot 42 and ignited for combustion. The flame from pilot 42 serves to ignite the fuel expelled from nozzle 38. However, it should be noted that other ignition means may be used and the use of a pilot burner is optional.

導管36に供給された加圧された燃料は流れてノズル3
8に達し、該ノズル38に設けられた孔56.58及び
60から炉室内へ放出される。点火孔56は、この孔5
6から放出される燃料の第一の部分がノズル38から放
出される全燃料の約1%から約25%となるような寸法
及び/または数に形成されている。
The pressurized fuel supplied to the conduit 36 flows to the nozzle 3
8 and is discharged into the furnace chamber through holes 56, 58 and 60 provided in the nozzle 38. The ignition hole 56 is connected to this hole 5.
The first portion of fuel discharged from nozzle 6 is sized and/or numbered such that the first portion of fuel discharged from nozzle 38 is about 1% to about 25% of the total fuel discharged from nozzle 38.

点火孔56から放出された上記第一の燃料部分は、コー
ン34によって保護されたノズル38近傍の点火領域6
2において空気と混合し、パイロット42あるいはその
他の手段からの炎によって点火され、燃焼する。
Said first fuel portion discharged from the ignition hole 56 enters the ignition area 6 near the nozzle 38 protected by the cone 34.
At 2, it is mixed with air and ignited by a flame from a pilot 42 or other means and combusted.

第二の組の孔、即ち一次燃焼孔58は、この孔58から
放出される燃料の第二の部分がノズル38から放出され
る燃料の全量の約1%から約60%となるような寸法及
び/または数に形成されている。燃料の第二の部分はノ
ズル38から外側へ広がるように、乱流状態で分配され
、その結果燃料はバーナ10のハウジング内へハウジン
グ部材16の給気口26を経て流入した空気と混合する
。ハウジング部材16を覆って配置されたダンパ28の
位置を調節することによって、空気の全量は、ノズル3
8から放出、    される燃料の全量の化学量論的燃
焼に必要な空気量に実質的に等しいかそれ以上であるよ
うに調整される。生成された燃料の第二の部分と空気と
の混合物は、ノズル38から外側へ広がる一次燃焼域6
4において燃焼する。燃料の第二の部分が該燃料の化学
量論的燃焼に必要な量を上回る聞の空気と混合するので
、一次燃焼域64の温度は低下し、一次燃焼域64にお
けるNOxの生成が抑制される。
The second set of holes, or primary combustion holes 58, are sized such that the second portion of the fuel ejected from the holes 58 is about 1% to about 60% of the total amount of fuel ejected from the nozzle 38. and/or formed into a number. A second portion of the fuel is distributed in a turbulent manner as it spreads outwardly from the nozzle 38, so that the fuel mixes with the air entering the housing of the burner 10 through the air inlet 26 of the housing member 16. By adjusting the position of a damper 28 disposed over the housing member 16, the total amount of air is directed to the nozzle 3.
The amount of air is adjusted to be substantially equal to or greater than the amount of air required for stoichiometric combustion of the total amount of fuel released from the air. The mixture of the second portion of fuel and air produced is directed outwardly from the nozzle 38 into the primary combustion zone 6.
Burns at 4. As the second portion of the fuel mixes with air in excess of the amount required for stoichiometric combustion of the fuel, the temperature of the primary combustion zone 64 is reduced and the formation of NOx in the primary combustion zone 64 is suppressed. Ru.

ノズル38に供給された燃料の残りの部分は、ノズル3
8に設けられた第三の組の孔、即ち二次燃焼孔60から
放出される。孔60から放出される燃料部分は一次燃焼
域64内並びに該燃焼域64下流において二次燃焼域6
6内へと分配され、この二次燃焼域66は一次燃焼域6
4によって、流入空気との直接接触から実質的に保護さ
れている。二次燃焼域66において燃料は一次燃焼域6
4からの空気と混合し、この空気は一次燃焼域64由来
の燃焼生成物で稀釈されている。
The remaining portion of the fuel supplied to nozzle 38 is
It is discharged from a third set of holes provided at 8, namely secondary combustion holes 60. A portion of the fuel discharged from the holes 60 enters the primary combustion zone 64 as well as the secondary combustion zone 6 downstream of the combustion zone 64.
6, and this secondary combustion zone 66 is divided into the primary combustion zone 6
4, it is substantially protected from direct contact with incoming air. In the secondary combustion zone 66, the fuel is transferred to the primary combustion zone 6.
4, which is diluted with combustion products from primary combustion zone 64.

二次燃焼孔60から放出される燃料部分が一次燃焼域6
4内並びに該燃焼域64下流に位置する二次燃焼域66
で燃焼するため、また上記燃料部分と混合する空気が燃
焼生成物で稀釈されているため、燃焼は比較的低温で実
現し、従ってNOxの生成が抑制される。
The fuel portion released from the secondary combustion hole 60 is the primary combustion area 6
4 and a secondary combustion zone 66 located downstream of the combustion zone 64.
Because the combustion occurs at a relatively low temperature, and because the air that mixes with the fuel portion is diluted with combustion products, combustion is achieved at relatively low temperatures, thus suppressing the formation of NOx.

本発明方法を用いると、一次燃焼域での燃焼が過剰空気
中で実現するので該燃焼域における炎の温度が低下し、
それによってNO,Xの生成が抑制される。二次燃焼域
での燃焼は、該燃焼域が一次燃焼域によって流入空気と
の直接接触を妨げられるため遅延する。この遅延、即ち
燃料と空気との混合の遅延によって、空気が一次燃焼域
並びに燃焼室内からの燃焼生成物で稀釈されることが可
能となり、その結果燃焼温度が低下して、二次燃焼域で
のNOx生成は抑制される。
When using the method of the present invention, combustion in the primary combustion zone is realized in excess air, so that the temperature of the flame in the combustion zone is reduced;
This suppresses the generation of NO and X. Combustion in the secondary combustion zone is delayed because the combustion zone is prevented from direct contact with the incoming air by the primary combustion zone. This delay, or delay in the mixing of fuel and air, allows the air to be diluted with combustion products from the primary combustion zone as well as the combustion chamber, resulting in a lower combustion temperature and a lower combustion temperature in the secondary combustion zone. NOx production is suppressed.

本明細書では本発明を自然通風型のバーナ装置に係わる
ものとして説明したが、本発明は強制通風の利用を含む
きわめて様々なバーナ設計に適用され得る。また、本発
明による燃料放出ノズルは、例えば米国特許第3,03
3,273号に開示されているようなバーナ装置1基に
複数で用いられ得る。更に、燃料放出ノズル及び保護コ
ーンはどちらも、上記に規定された機能を全うする他の
様々な形態及び形状を取り得る。
Although the present invention has been described herein as relating to a natural draft burner arrangement, the present invention may be applied to a wide variety of burner designs including the use of forced draft. A fuel discharge nozzle according to the present invention may also be described, for example, in U.S. Pat.
Multiple burner devices may be used in one burner device, such as that disclosed in US Pat. No. 3,273. Additionally, both the fuel discharge nozzle and the protective cone may take on a variety of other forms and shapes that fulfill the functions defined above.

本発明の方法及び装置の明確な理解の一助とするべく、
次の実施例を示す。
To aid in a clear understanding of the method and apparatus of the present invention,
The following example is presented.

1皇1 発熱量9.615k14・hr/ rItの天然ガスを
燃焼させることによって1756.8に−の熱を発生す
るべく設計されたバーナV41110を炉室内部へ向け
て機能させる。ノズル38は、第一の組の孔として直径
1.59゜の孔56を6個、第二の組の孔として直径3
.57m5+の孔58を4個、及び第三の組の孔として
直径4.76mraの孔60を4個具えている。孔56
.58及び60の軸線はノズル38の軸線に対して、そ
れぞれ90’ 、40”及び10@の角度を有する。
1 Emperor 1 A burner V41110 designed to generate 1756.8 - of the heat by burning natural gas with a calorific value of 9.615 k14·hr/rIt is operated toward the inside of the furnace chamber. The nozzle 38 has six holes 56 each having a diameter of 1.59° as a first set of holes and six holes 56 having a diameter of 3° as a second set of holes.
.. There are four holes 58 with a diameter of 57 m5+ and a third set of holes 60 with a diameter of 4.76 mra. Hole 56
.. The axes 58 and 60 have angles of 90', 40'' and 10@, respectively, with respect to the axis of nozzle 38.

燃料はノズル38に圧力的1s psigで、約185
コ/hrの割合で供給される。点火孔56から放出され
る第一の燃料部分の量は約16.9TIL/hr、一次
燃焼孔58から放出される第二の燃料部分の量は約56
.2Td/hr、二次燃焼孔60から放出されるその他
の燃料部分の61は約109.67d / hrである
Fuel is applied to nozzle 38 at a pressure of 1 s psig, approximately 185
It is supplied at the rate of 1/hr. The amount of the first fuel portion released from the ignition hole 56 is about 16.9 TIL/hr, and the amount of the second fuel portion released from the primary combustion hole 58 is about 56 TIL/hr.
.. 2 Td/hr, and the other fuel portion 61 released from the secondary combustion hole 60 is approximately 109.67 d/hr.

放出された燃料はバーナ装置10内で空気と混合して燃
焼し、それによって炉室内に約1756.8に−の熱が
発生される。炉室からの煙道排出物は、約30ppmを
下回る濃度のNOxしか含有しない。通常のノズルを具
備した通常のバーナを同様条件下に同様方法で炉室内部
へ向は機能させた場合、fi道排出物のNOx濃度は約
70ppn+を1回る。
The discharged fuel is mixed with air and combusted in the burner device 10, thereby generating approximately 1756.8 mm of heat within the furnace chamber. The flue emissions from the furnace chamber contain concentrations of NOx below about 30 ppm. When a conventional burner with a conventional nozzle is operated under similar conditions and in a similar manner towards the interior of the furnace chamber, the NOx concentration in the fi-way effluent is once around 70 ppn+.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による装置の一具体例の側断面図、第2
図は第1図の装置の平面図、第3図は第1図の装置の燃
料放出ノズルを含む部分の拡大部分断面図、第4図は第
3図の装置部分の平面図、第5図は第1図のバーナ装置
の機能方法を示す側断面図である。 10・・・・・・バーナ装置、16・・・・・・ハウジ
ング部材、20・・・・・・耐火材料製部材、26・・
・・・・空気取入口、28・・・・・・ダンパ、32・
・・・・・案内管、34・・・・・・保護コーン、36
・・・・・・燃料供給導管、38・・・・・・燃料放出
ノズル、42・・・・・・パイロット、48・・・・・
・バイロット燃料−空気混合器、50・・・・・・開口
部、54・・・・・・端部壁、56.58.60・・・
・・・孔、62・・・・・・点火領域、64・・・・・
・一次燃焼域、66・・・・・・二次燃焼域。 〜・1・ 〜・2・
FIG. 1 is a side sectional view of one embodiment of the device according to the invention;
The figure is a plan view of the device shown in FIG. 1, FIG. 3 is an enlarged partial cross-sectional view of the part of the device shown in FIG. 1 including the fuel discharge nozzle, FIG. 4 is a plan view of the device part shown in FIG. 3, and FIG. 2 is a side sectional view showing how the burner device of FIG. 1 functions; FIG. 10...Burner device, 16...Housing member, 20...Refractory material member, 26...
... Air intake, 28 ... Damper, 32.
...Guide pipe, 34 ...Protection cone, 36
...Fuel supply conduit, 38...Fuel discharge nozzle, 42...Pilot, 48...
- Pilot fuel-air mixer, 50...opening, 54...end wall, 56.58.60...
... Hole, 62... Ignition area, 64...
・Primary combustion area, 66...Secondary combustion area. 〜・1・ 〜・2・

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)燃料をバーナハウジング内に配置された1個以上
のノズルから放出して、前記ハウジング内に導入した空
気と前記燃料を混合し、得られる燃料と空気との混合物
に点火し、該混合物を燃焼させる燃料−空気混合物燃焼
方法であつて、燃料の第一の部分を1個以上の前記ノズ
ルの各々から前記ノズル内の1個以上の第一の孔を介し
て放出する第一のステップと、燃料の第二の部分を1個
以上の前記ノズルの各々から前記ノズル内の1個以上の
第二の孔を介して放出する第二のステップと、燃料の残
りの部分を1個以上の前記ノズルの各々から1個以上の
第三の孔を介して放出する第三のステップとを含み、前
記第一のステップによって燃料は空気と混合し、それに
よってノズル近傍に点火域を生じ、また前記第二のステ
ップによつて燃料の第二の部分は乱流状態で分配され、
その結果燃料は該燃料の化学量論的燃焼に必要な量を上
回る量の空気と混合して、一次燃焼域で燃焼し、更に前
記第三のステップによって燃料は前記一次燃焼域内並び
に該燃焼域下流へ分配され、燃焼生成物で稀釈された一
次燃焼域からの空気と混合され、一次燃焼域によって流
入空気との直接接触から実質的に保護された二次燃焼域
で燃焼することを特徴とする燃焼方法。
(1) discharging fuel from one or more nozzles disposed within a burner housing, mixing the fuel with air introduced into the housing, igniting the resulting mixture of fuel and air; a method for combusting a fuel-air mixture, the first step of discharging a first portion of fuel from each of the one or more nozzles through one or more first holes in the nozzles; and a second step of discharging a second portion of fuel from each of the one or more nozzles through one or more second holes in the nozzles, and a remaining portion of the fuel through one or more of the nozzles. a third step of discharging the fuel from each of the nozzles through one or more third holes, the first step causing the fuel to mix with air, thereby creating an ignition zone in the vicinity of the nozzles; The second step also distributes a second portion of the fuel in a turbulent manner;
As a result, the fuel is mixed with an amount of air in excess of that required for stoichiometric combustion of the fuel and combusted in the primary combustion zone; characterized by being distributed downstream and mixed with air from the primary combustion zone diluted with combustion products and combusted in a secondary combustion zone substantially protected from direct contact with incoming air by the primary combustion zone. combustion method.
(2)燃料の第一の部分が1個以上のノズルの各々から
放出される燃料の全量の1〜25%の割合で放出される
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の方法。
(2) The first portion of the fuel is ejected at a rate of 1 to 25% of the total amount of fuel ejected from each of the one or more nozzles. Method.
(3)燃料の第二の部分が1個以上のノズルの各々から
放出される燃料の全量の1〜60%の割合で放出される
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項に
記載の方法。
(3) Claim 1 or 2, characterized in that the second portion of fuel is ejected at a rate of 1 to 60% of the total amount of fuel ejected from each of the one or more nozzles. The method described in section.
(4)前記バーナハウジング内に導入される空気の全量
が1個以上のノズルから放出される燃料の全量の化学量
論的燃焼に必要な空気量に実質的に等しいかそれ以上で
あることを特徴とする特許請求の範囲第1項から第3項
のいずれかに記載の方法。
(4) the total amount of air introduced into the burner housing is substantially equal to or greater than the amount of air required for stoichiometric combustion of the total amount of fuel discharged from the one or more nozzles; A method according to any one of claims 1 to 3, characterized in:
(5)燃料の第二の部分が前記第二の孔によって外側へ
広がるように分配され、その結果前記一次燃焼域は漏斗
形となることを特徴とする特許請求の範囲第1項から第
4項のいずれかに記載の方法。
(5) A second portion of fuel is distributed outwardly by said second holes, so that said primary combustion zone is funnel-shaped. The method described in any of the paragraphs.
(6)チャンバ内に配置された1個以上の燃料ノズルと
前記チャンバ内へ空気を流入させる複数個の空気取入口
とを含み、空気を燃料と混合して得られる燃料−空気混
合物に点火し、該混合物を燃焼させる燃料−空気混合物
燃焼用のバーナ装置であって、1個以上の前記ノズルは
各々、燃料の第一の部分を放出するべく設けられた1個
以上の点火孔と、燃料の第二の部分を放出するべく設け
られた1個以上の一次燃焼孔と、燃料の残りの部分を放
出するべく前記1個以上のノズルの各々の前記一次燃焼
孔より内側に設けられた1個以上の二次燃焼孔とを具え
ており、前記点火孔からの放出によって燃料は空気と混
合し、それによってノズル近傍が点火域となり、また前
記一次燃焼孔からの放出によって燃料の第二の部分は乱
流状態で分配され、その結果燃料は該燃料の化学量論的
燃焼に必要な量を上回る量の空気と混合して、一次燃焼
域で燃焼し、更に前記二次燃焼孔からの放出によって燃
料は前記一次燃焼域内並びに該燃焼域下流へ分配され、
燃焼生成物で稀釈された一次燃焼域からの空気と混合さ
れ、一次燃焼域によって流入空気との直接接触から実質
的に隔離された二次燃焼域で燃焼することを特徴とする
バーナ装置。
(6) one or more fuel nozzles disposed within a chamber and a plurality of air intakes for admitting air into the chamber, the air being mixed with fuel to ignite the resulting fuel-air mixture; , a burner device for combustion of a fuel-air mixture, wherein the one or more nozzles each include one or more ignition holes configured to eject a first portion of the fuel; one or more primary combustion holes provided to discharge a second portion of the fuel; and one or more primary combustion holes provided inside the primary combustion hole of each of the one or more nozzles to discharge the remaining portion of the fuel. The discharge from the ignition hole causes the fuel to mix with air, thereby creating an ignition area near the nozzle, and the discharge from the primary combustion hole causes the fuel to mix with air. The portions are distributed in a turbulent manner so that the fuel is mixed with an amount of air in excess of that required for the stoichiometric combustion of the fuel, burns in the primary combustion zone, and further discharges from the secondary combustion holes. The discharge distributes fuel within the primary combustion zone as well as downstream of the combustion zone;
A burner device characterized in that it is mixed with air from a primary combustion zone diluted with combustion products and combusted in a secondary combustion zone that is substantially isolated from direct contact with the incoming air by the primary combustion zone.
(7)1個以上のノズルの各々及びこれら各ノズルの1
個以上の点火孔近傍に保護領域を創出する手段を具備し
ていることを特徴とする特許請求の範囲第6項に記載の
装置。
(7) each of one or more nozzles and one of each of these nozzles;
7. The device of claim 6, further comprising means for creating a protected area in the vicinity of one or more ignition holes.
(8)1個以上の点火孔が、該点火孔を通過して第一の
部分を形成する燃料の流量が前記1個以上のノズルの各
々から放出される燃料の全流量の1〜25%となる大き
さを有することを特徴とする特許請求の範囲第6項また
は第7項に記載の装置。
(8) one or more ignition holes, wherein the flow rate of fuel passing through the ignition holes to form the first portion is 1 to 25% of the total flow rate of fuel discharged from each of the one or more nozzles; The device according to claim 6 or 7, characterized in that the device has a size such that:
(9)1個以上の一次燃焼孔が、該一次燃焼孔を通過し
て燃料の前記第二の部分を形成する燃料の流量が前記1
個以上のノズルの各々から放出される燃料の全流量の1
〜60%となる大きさを有することを特徴とする特許請
求の範囲第6項から第8項のいずれかに記載の装置。
(9) The one or more primary combustion holes are configured such that the flow rate of fuel passing through the primary combustion holes to form the second portion of fuel is at least one of the first combustion holes.
1 of the total flow rate of fuel discharged from each of the or more nozzles
9. A device according to any one of claims 6 to 8, characterized in that it has a size of ~60%.
(10)1個以上の点火孔の軸線が当該ノズルの軸線に
対して実質的に垂直であることを特徴とする特許請求の
範囲第6項から第9項のいずれかに記載の装置。
(10) A device according to any one of claims 6 to 9, characterized in that the axis of the one or more ignition holes is substantially perpendicular to the axis of the nozzle.
(11)1個以上の一次燃焼孔の軸線が当該ノズルの軸
線に対して15〜70°傾斜しており、また1個以上の
二次燃焼孔の軸線は当該ノズルの軸線に対して平行であ
るか、あるいは1〜30°傾斜していることを特徴とす
る特許請求の範囲第6項から第10項のいずれかに記載
の装置。
(11) The axis of one or more primary combustion holes is inclined at 15 to 70 degrees with respect to the axis of the nozzle, and the axis of one or more secondary combustion holes is parallel to the axis of the nozzle. 11. Device according to any one of claims 6 to 10, characterized in that it is tilted at an angle of 1 to 30[deg.].
(12)1個以上のノズルの孔を具えた部分が半球形で
あることを特徴とする特許請求の範囲第6項から第11
項のいずれかに記載の装置。
(12) Claims 6 to 11, characterized in that the portion with holes of one or more nozzles is hemispherical.
Apparatus according to any of paragraphs.
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