JPS62138613A - 噴霧媒体を常用とするバ−ナ−チツプ装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はボイラー、加熱炉等の産業用燃焼装置に使用す
るバーナーチップのうち、空気及び蒸気等の噴霧媒体を
燃料に混合して噴霧燃焼させる型式のバーナーチップに
関するもので、燃料の微粒子化と拡散を促進し燃焼用空
気との混合を良好にし、より完全燃焼に近づけ省エネル
ギー及び公害防止対策に対してより高い効果が得られる
ようにしたバーナーチップ装置に関するものである。

〈従来の技術〉 本発明の噴霧媒体を常用とするバーナーは噴霧媒体の混
合方法により、外部混合型バーナー、中間混合型バーナ
ー、内部混合型バーナーと大別されるが、これらのバー
ナーの噴霧機構は噴霧媒体である圧縮性流体の空気及び
蒸気を高圧側から低圧側へ噴射される際の速度及び膨張
エネルギーを利用して燃料を微粒化、拡散して燃焼させ
る方法がとられている。

又比較的新しい技術としてはすでに出願されている特願
昭５６−０２７３４号、特願昭５７−０８３５０７号及
び特願昭５７−０８６７５０号等があり、その特徴とす
る複数孔の噴射孔にて燃料と噴霧媒体との混合流体に旋
回を与えなから噴霧燃焼させる方法では燃焼改善に多数
の実績があるが、低ＮＯｘ化燃焼についてはその低減効
果にバラツキが多く、大きな期待はもてない。

更に本発明者に依って改良が加えられ、特願昭６０−０
４９１３５号の如く旋回流噴射の方法を噴霧媒体と燃料
を噴射孔の内部にて混合しながら旋回を与えることに依
り噴霧媒体消費量の低減、低０２化燃焼と低ＮＯｘ化燃
焼が促進されるに至った。

しかし低ＮＯｘ化燃焼については旋回流噴射方式でもそ
の低減効果の程度は火炉負荷、その他の燃焼条件に左右
されやすく決定的なものではない。

まして旋回流噴射方式を除いた従来の低ＮＯｘ化燃焼技
術である水注入燃焼方式、分割火炎燃焼方式、濃淡燃焼
方式、二段燃焼方式、排ガス再循環燃焼方式、アンモニ
ア注入方式、脱硝設備等については省エネルギーと相反
するものであり、昨今の燃料重質化の傾向と共に環境保
全の面から更に低ＮＯｘ化燃焼の技術改善が必要である
。

〈発明が解決しようとする問題点〉 従来の燃焼改善工事及び低ＮＯｘ化燃焼改善工事等はダ
クトの改造増設、風箱の改造、バーナースロート部の改
造等莫大な工事設備費、及びランニングコストを要する
と共に改造工事中はボイラーの運転も中止せざるを得ず
、生産性に支障を起たす、又工事終了後も満足できない
結果となることも多々ある。要するに低ＮＯｘ対策は省
エネルギーに相反すると共に非常に高価なものであると
いう事が一般的常識となっている。本発明はこれらの問
題点を解決する為既存装置を改造、増設等の工事を一切
せず、安価なバーナーチップの改造のみにて燃焼を改善
し、省エネルギー効果の達成と共に更に低ＮＯｘ化燃焼
効果を高めようとするものである。

〈問題点を解決する為の手段〉 本発明者は従来技術に関するバーナーチップの燃焼テス
トを数多〈実施していると同時に本発明者の技術である
特願昭６０−４９１３５号の発明を更に改善して低ＮＯ
ｘ化燃焼効果を高めるべくテストを重ねてきたが、テス
トの段階に於いてエアーレジスターに依って旋回を与え
られながら燃焼室内に送り込まれる燃焼用空気流に対し
て噴霧された燃料粒子を流れに乗せる意味で空気流の旋
回方向に対して燃料流も同一の旋回方向として噴射する
方法にて燃焼テストを実施していたが、燃料流に燃焼用
空気流の旋回方向とは逆の旋回方向として噴射する方法
にて燃焼テストを実施してみたところ、ＮＯｘが低下す
る現象が現れた。この現象から更に低ＮＯｘ化燃焼効果
を高める為、噴射孔自体を燃焼用空気流の旋回方向に対
して同一方向及び反対方向に傾け、更に各々の噴射孔内
の燃料と噴霧媒体との混合流体にも燃焼用空気流の旋回
方向に対して同一方向及び反対方向の旋回を与えて燃焼
テストを実施した。即ち、本発明の要旨は先端が盲部で
基端側より内部へ向けて円錐状中空部が形成された先細
り状先端部部品と、同先端部部品の内部中空部に適合す
る先細り中空状後部部品とから成り、上記先端部部品の
内部先端中央部には筒状凹部を形成すると共に内壁外周
部寄りには環状溝を周設し、該筒状凹部と環状溝との中
間部に外面に向けて開口する噴射孔を所要間隔置きに複
数個貫設し、しかも該複数個の噴射孔はその内部から外
面に向け所要の噴射孔角度を設けると共に、同噴射孔外
面の中心は噴射孔内面中心と先端部部品の中心を結ぶ直
線上に一致しない斜方向を向いており、かつ該噴射孔の
内部へは上記筒状凹部からと外周部の環状溝から左右に
対向する連通凹溝が設けられて噴射孔内に流入する際所
要間隔に設けられた複数の噴射孔内で各々流体に同一方
向の旋回が与えられるバーナーチップ装置である。

〈作用〉 本発明の作用は次の通りとなる。

イ　各々の噴射孔から燃料流に旋回力が与えられて噴射
されるので燃料流自体に分散力が生ずると共に噴霧媒体
の膨張エネルギーとの相乗効果によって燃料噴霧粒子の
微粒子化が促進される。

口　燃料流に旋回力が与えられる各々の噴射孔からの火
炎形状は中空形の火炎を形成する。

ハ燃料用空気の旋回流に対して噴射角度、噴射斜角度、
及び噴射孔内の旋回方向とその拡散角度等三次元的に燃
焼用空気と燃料噴震粒子との混合が促進される。

上記の作用によって達成される効果は、ａ、微粒子化燃
焼により燃焼時間が短縮し短炎化する。

ｂ完全燃焼に近づき低ばいじん燃焼となる。

Ｃ完全燃焼に近づき低０２化燃焼が可能となる。

ｄ、燃焼時間が短縮化し窒素分の酸化反応時間の短縮及
び高温域における滞留時間が短縮されＮＯｘの生成を抑
制する。

ｅ、火炎が短縮化し、熱交換率が向上し、炉出口排ガス
温度が低下する。

ｒ６燃料の微粒子化と同時に空気との混合が均一化して
火炎の局部的高温域を形成することがなく、ＮＯｘの生
成を抑制する。

〈実施例〉 本発明を図面第１図から第９図に基づいて説明する。本
実施例はバーナ一本体内部に燃料と噴霧媒体蒸気を混合
する為の独立したミキサーを内蔵する内部混合型バーナ
ーにて実施されたものであるが、中間混合型のバーナー
においても同一である。本発明は先端部部品（１）と後
部部品（２）との二個の部品から構成され、先端部部品
（１）は燃料と噴霧媒体との混合流体を噴射させる最先
端部の部品であり、その第１図〜第３図に示す様に外面
には燃焼室内に向けて開口する円孔の噴射孔（３）が同
一円周上に均等間隔で適数配列される。噴射孔（３）は
所要の噴射角度（θ−１）と斜角度（θ−２）をもつ斜
孔とし、内面は円錐状の凹部となり、その内部中央部に
は燃料と噴霧媒体との混合流体の経路となる円筒状の凹
部（４）が設けられる。又外周部には燃料と噴霧媒体と
の混合流体の経路となる環状溝（５）が設けられる。更
に上記適数の噴射孔（３）の内部端へは上記凹部（４）
と環状溝（５）から噴射孔（３）の内面に接して燃料と
噴霧媒体との混合流体の経路となる凹溝（６）及び（７
）が左右対向して設けられ適数配列された噴射孔内にて
燃料混合流体は各々同一方向の旋回運動が与えられる。

次にこの先端部部品（１）に重合される後部部品（２）
は第４図〜第８図に示す様に先端部部品内面の円錐状凹
部に合致するように円錐状の凸形状をなし、その中心部
には先端部部品の円筒状凹部（４）にき致すべく開口さ
れる中空部（８）が開設され燃料と噴霧媒体との混合流
体の供給経路となる。又この中空部（８）の外側には適
数の燃料と噴霧媒体との混合流体の供給用孔（９）が開
設され先端部部品の外周部環状溝（５）への流路となる
。この先端部部品に重合される後部部品により先端部部
品の開口部や環状溝は第９図に示す如く後部部品の中空
部（８）の先端開口部及び燃料供給用孔（９）の先端開
口部との合致位置及び噴射孔（３）の外面以外は閉塞さ
れ燃料と噴霧媒体との混合流体の流路を構成する。

上記の構成のもとに燃料と噴霧媒体との混合流体を各々
噴射孔内にて旋回を与えると同時に噴射孔自体を斜角と
して燃焼用空気流に対して噴射し混合を良好にして噴射
燃焼させる。

次に本発明のバーナーチップ装置並びに従来の技術を用
いた場合の燃焼テスト結果を以下に示す。

本テストは、下記の条件のもとに実施された。

テスト実施ボイラー概要、 最大連続蒸発量：　１６Ｔ／ｌ（ エアーレジスターによる 燃焼用空気の旋回方向：左旋回流押込通風現装の低ＮＯ
χ化燃焼対策方式二二段燃焼方式噴霧媒体の混合方式：
　ミキサー内蔵型内部混合方式 ％式％ レグ１本付き焚ぎ 使用燃料：Ｃ重油 （Ｎ分０２％　８９２５％） くデータその１〉 下記データーは各技術におけろ燃焼特性を比較する為同
一条件を燃焼油飛は６００／／Ｉｔとして排ガス残存０
２ａ度を３５％に設定して各々の技術におけるＮ（］’
ｌｊ度、排ガス中のスモーク濃度及び排ガス温度を調査
した結果を示す。

上表データー、テストＮｏ、　１の従来技術と比較して
テストＮｏ、　２は燃焼用空気の左旋回流に対して各々
の噴射孔内の燃料流の旋回方向も左旋回としたバーナー
チップのデーターでＮＯｘ濃度の低減効果は３．６ｐ、
　ｐ、　ｍであるがスモーク濃度が大幅に低減されてい
るので、低０２化は可能である。この状態からテストＮ
ｏ、　３で燃焼用空気流の左旋回方向に対して燃料流の
旋回方向を右旋回するとスモーク濃度も低下し、ＮＯｘ
濃度共度は１９．４ｐ、　ｐ、　ｍ、低下した。

テストＮ０１４からテストＮｏ、１１迄は本発明技術に
関するものであり、噴射孔の傾き方向角度（図面第２図
のθ−２）と噴射孔内の燃料流の旋回方向を左右に変え
て実施したテストデーターを示す。

燃焼用空気流の左旋回して噴射孔の傾き方向、角度（図
面第２図のθ−２）を右方向、左方向としてもＮＯｘの
生成量はテストＮ０１１からテストＮｏ、　３に比較し
て非常に高い低減効果を示す。

燃焼用空気流の旋回方向と同一の左方向に傾き角度とし
た場合空気流の流れに乗って火炎が少々延びてスモーク
濃度の低減効果が低下する。燃焼用空気流の旋回方向と
は反対の右方向に傾き角度をとった場合はスモーク濃度
、ＮＯｘ濃度共高い低減効果となり、低０２化燃焼によ
り更にＮＯｘ濃度を低減させることが可能である。又排
ガス温度の低減効果も高い。

データーその１のテスト結果に基づいて本発明技術のテ
ストＮ０１４のバーナーチップと従来技術のテスｌ−Ｎ
ｏ、　１．　Ｎｏ、　２．　Ｎｏ、　３との燃焼比較テ
ストを燃焼油量４００４’　／［（、６００１／Ｉｔ、
　８００１　／Ｈの各負荷において実施した結果を以下
に示す。

〈データーその２〉 この燃焼テストは燃焼油量を４０１７１（とじ従来技術
のテスｌ−Ｎｏ、　１の通常運転状態である排ガス残存
０２濃度３．７％に対するスモーク濃度４５を基準とし
て他の技術及び本発明技術のバーナーチップにてスモー
ク濃度が４５に達するときの排ガス残存０２ａ度及びＮ
Ｏｘ濃度を調査した結果を示す。

従来技術のテス１−Ｎｏ、１のバーナーチップの燃焼特
性に比較して噴射孔内にて燃料流に旋回を与えながら噴
射燃焼させる機構を有するバーナーチップでは全て低０
２化燃焼が可能となっているが、本発明技術では低０２
化率５９５％と高い効果を示す。

又本発明技術のバーナーチップでは他の技術に比べＮｏ
に濃度の低減効果は著しく０２４％換算値にて１６６、
５ｐ、　ｐ、　ｍ、から１０６ｐ、　ｐ、　ｍ、迄と６
０．５ｐ、　ｐ、　ｍ、の低減値となり、実に４６．３
％の高い低減効果を示す。

〈データーその３〉 この燃焼テストは燃焼油量を６００４１／Ｈとし従来技
術のテスｌ−Ｎｏ、　１の通常運転状態である排ガス残
存０２′ａ度３．５％に対するスモーク濃度３．２を基
準として他の技術及び本発明技術のバーナーチップにて
スモーク濃度が３．２に達するときの排ガス残存０２濃
度及びＮＯｘ濃度を調査しｔコ結果を示す。

従来技術のテストＮ０１１のバーナーチップの燃焼特性
に比較して噴射孔内にて燃料流に旋回を与えながら噴射
燃焼させる機構を有するバーナーチップでは全て低０２
化燃焼が可能となっているが、本発明技術では低０２化
率４４％と高い効果を示す。

又本発明技術のバーナーチップでは他の技術に比べＮＯ
ｘ濃度の低減効果は著しく０２４％換算値にて１７６、
６ｐ、　ｐ、　ｍ、から１２２．　Ｏｐ、　ｐ１ｍ迄と
５４．６ｐ、　ｐ、　ｍの低減値となり、実に３０．９
％の高い低減効果を示す。

又排ガス温度の低減効果も高い。

くデーターその４〉 この燃焼テストは燃焼油量を９０（Ｎｌ／［とし従来技
術のテスｌ−Ｎｏ、　１の通常運転状態である排ガス残
存０ｚｆｊＪ度３．８％に対するスモーク濃度３０を基
準として他の技術及び本発明技術のバーナーチップにて
スモーク濃度が３．０に達するときの排ガス残存０２濃
度及びＮＯ×濃度を調査した結果を示す。

従来技術のテスｌ−Ｎｏ、　１のバーナーチップの燃焼
特性に比較して噴射孔内にて燃料流に旋回を与えながら
噴射燃焼させる機構を有するバーナーチップでは全て低
０２化燃焼が可能となっているが、本発明技術では低０
２化率２９．０％と高い効果を示す。

又本発明技術のバーナーチップでは他の技術に比べＮｏ
χ濃度の低減効果は著しく０２４％換算値にて１７８．
４ｐ、　ｐ、　ｍ、から１３０．８ｐ、　ｐ、　ｒｌｌ
、迄と４７．６ｐ、　ｐ、　ｍの低減値となり、実に２
６．７％の高い低減効果を示すと同時に排ガス温度の低
減は２５℃とボイラー効率に換算して１％以上の効率上
昇となり、低０２化との省エネルギー効果と合わせて多
大なメリットとなる。

〈発明の効果〉 以上のデーターが余す如く本発明技術は従来技術のバー
ナーチップに比較して低０２化燃焼が促進され省エネル
ギー効果を得ると同時に尚かっ非常に高いＮＯｘ生成濃
度の抑制効果をもつものであり、従来の低ＮＯｘ化燃焼
方式は設備費が高価な上、省エネルギーに相反すること
が多いムか、バーナーチップの改造のみで安価であると
同時にボイラーの運転に一切支障なくテストが可能であ
り、しかも結果はその場で確認でき、数回のテストでそ
の燃焼装置に最も適したバーナーチップを選定すること
ができる。

又本発明の低ＮＯｘ化燃焼技術のバーナーチップは完全
な省エネルギー型であり、多大な貢献を成すものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の先端部部品の正面図、第２図は同
平面図、第３図は同底面図、第４図は第１図Ｘ−Ｘ線に
於ける断面図、第５図は本発明装置の後部部品の正面図
、第６図は同平面図、第７図は同底面図、第８図は第２
図Ｙ−Ｙ線に於ける断面図、第９図は本発明装置の先端
部部品と後部部品とを重合せしめた状態の断面説明図。 図中、（１）：先端部部品 （２）：後部部品 （３）：噴射孔 （４）筒状凹部 （５）：環状溝 （６）゛筒状凹部からの燃料と噴霧媒体との混合流体経
路凹溝 （７）：環状溝からの燃料と噴霧媒体 との混合流体Ｈ略凹溝 （８）：後部部品中空部（筒状凹部への経路）（９）゛
後部部品環状溝への経路孔 θ−１噴射角度 θ−２°噴射孔傾き角度

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、先端が盲部で基端側より内部へ向けて円錐状中空部
   が形成された先細り状先端部部品と、同先端部部品の内
   部中空部に適合する先細り中空状後部部品とから成り、
   上記先端部部品の内部先端中央部には筒状凹部を形成す
   ると共に内壁外周部寄りには環状溝を周設し、該筒状凹
   部と環状溝との中間部に外面に向けて開口する噴射孔を
   所要間隔置きに複数個貫設し、しかも該複数個の噴射孔
   はその内部から外面に向け所要の噴射孔角度を設けると
   共に、同噴射孔外面の中心は噴射孔内面中心と先端部部
   品の中心を結ぶ直線上に一致しない斜方向を向いており
   、かつ該噴射孔の内部へは上記筒状凹部からと外周部の
   環状溝から左右に対向する連通凹溝が設けられて噴射孔
   内に流入する際所要間隔に設けられた複数の噴射孔内で
   各々流体に同一方向の旋回が与えられる如き構成のバー
   ナーチップ装置。