JPS62503116A - 燃焼ガス再生回路を有する液体燃料ボイラ−用バ−ナ− - 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】 発明の名称 燃焼ガス再生回路を有する液体燃料ボイラー用バーナ一本発明は燃焼ガス再生の ための手段を備えた液体燃料ボイラー用バーナーに関し、このバーナーは液体燃 料の供給スプレーと、該液体燃料の気化によって生ずる可燃ガスと再生燃焼ガス との混合気を案内する案内スリーブとを含んで構成される。該供給スプレーはそ のまわりに同心状に配置された空気供給手段を備えた支持入れ子の内側に設けら れ、該案内スリーブは該供給スプレーと同軸に設けられている。

審査前公開された西独特許出願第２８１０１９３号及び仏国実用新案登録第８０ １６７３６号には、燃焼ガスがバーナーの頭部内を部分的に循環するよう設計さ れたバーナーが記述されている。これによると燃焼が比較的高温で行なわれるた め、窒素酸化物の発生量を増大させてしまう、これらのバーナーにおいては燃焼 空気は案内スリーブの中心に向かって吹き込まれ、再生ガスは該スリーブの周側 方向に向かって吹き込まれるものであるため、高温域での燃焼を促進させる。

本発明は上記した従来のバーナーにおける欠点を解消することを目的とし、即ち 比較的低い炎温度にて可能な限り完全に燃塚を行わしめ、もって残留燃焼ガス中 の窒素酸化物含量を大幅に減少せしめ、液体燃料の完全燃焼をもたらすことを目 的とする。

この目的、及び以下の説明を一読することによって明らかとなるであろう他の目 的は、部分的に冷却された燃焼ガスを力学的に循環再生させ得る本発明のバーナ ーによって達成される。更には、従来のバーナーにおいて高温と未燃焼付着残留 物とに曝される結果耐久性に乏しいと認識されていた部分が、本発明のバーナー においてはこれらの要因から有効に保護されるよう、非常に簡単で経済的に設計 でされている。

この設計の故に、重油や中質油（ｍｉｄｉｕｍ　ｏｉｌ＞も軽油と同じように完 全燃焼させることのできる熱放散が達成される。このバーナーの簡単な構造は、 液体燃料に代えて可燃ガスを実質的に直ちに使用することを可能ならしめる。

探求された目的は、可燃ガスと燃焼ガスの混合気のスリーブがその両端において 開口しており、また該スリーブは支持入れ子に対向するその上流側開口端に該ス リーブ内に燃焼ガスを通過せしめるための環状スペースを与えるよう該支持入れ 子の実質的延長上にオフセットされて設けられていることを特徴とする本発明の バーナーによって達成される。

好適な実施例によるとき、可燃及び燃焼ガスの案内スリーブに近接して位置する 支持入れ子の一端は、スプレーの延長上に配置された中心口と該中心口を取り巻 く同心円上に配置され前記空気供給手段を構成する第１の開口列とを有する遮断 板によって、閉塞されている。

この板は、同様に、その中心口と第１の開口列との間にこれらとの同心円上に配 置された第２の開口列を有することができる。

該第２の開口列における開口は遮断板に設けられた穴であることが好ましい。

他の実施例によれば、遮断板は、その中心口の周囲の中央部に、スプレー軸に実 質的に対応する回転軸を有する乱気流を発生せしめるよう設計されたスリットを 与えるよう相互にオフセットされ且つ一部重なり合っている複数の弧状扇形翼片 より成る偏向板が備えられている。この実施例においては、これらスリットが上 記第２の開口列を構成している。

ガスの案内は、第１と第２の開口列を分断するような態様で、スプレー軸に沿っ て延長され且つ上記遮断板に垂直に取り付けられているところの円筒状入れ子に よってなされる。

この入れ子は、好ましくは、その一端で開口しており、スプレーに近接して位置 する他端において上記偏向板によって一部閉塞されている。それは好ましくは遮 断板に設置されているものであり、且つ、偏向板はこの入れ子内部に、３Ｉ！凹 板面が偏向板面と平行であって後者が前者に対してスプレー軸に沿ってスプレー の自由端との間隙の方向にオフセットされもって該自由端が偏向板面と遮断板面 との間にこれらと平行な面上に位置するよう、装着されている。

更に別の好適な実施例によれば、燃焼ガスと混合された可燃ガスの案内スリーブ はその両端で開口され、また該案内スリーブは支持入れ子の実質的延長上に配置 され、支持入れ子に面して位置するその上流側端に該スリーブ内に再生燃焼ガス を通過せしめるよう設計された環状スペースを与えるよう該支持入れ子に対して 軸方向にオフセットされている。可燃及び燃焼ガス案内スリーブに近接して位置 する支持入れ子の一端は、中心口と空気供給手段をなす開口同列とを有する遮断 板によって閉塞されている。この中心口は、可燃ガスを案内するための円筒状入 れ子によって制限されている。この入れ子は、支持入れ子と可燃及び燃焼ガス案 内スリーブとに同軸状に遮断板に取り付けられ、遮断板に平行な偏向板を備えて いる。この偏向板は、該偏向板内の中心口に対向する位置にあるスプレーの軸に 実質的に対応する回転軸を有する乱気流を発生せしめるよう設計されたスリット を形成されるようオフセットされ且つ一部重なり合っている複数の弧状扇形翼片 より成っている。

スプレーの自由端は、好ましくは、支持入れ子の遮断板の面と可燃ガス案内人れ 子の内部に設けられた偏向板の面との間にこれら１との平行面上に配置される。

本発明は一実施例に関する記述と添付図面を参照することにより更に十分に理解 されるであろう。

添付図面第１図は本発明によるバーナーの第１実施例の軸方向断面図、第２図は このバーナーの第２実施例の軸方向断面図、第３図は第２図のバーナーの偏向板 を示す斜視図、第４図はこのバーナーの第３実施例の軸方向断面図、第５図は第 ４図のバーナーの偏向板を示す斜視図である。

第１図を参照して、バーナー１０は、支持入れ子１１と、液体燃料の気化によっ て生ずる可燃ガスと再生燃焼ガスとの混合気を案内するための案内スリーブ１２ と、支持入れ子１１内に公知の態様で設けられ点火電極１４と関連している供給 スプレー１３とを主として有するものとして示されている。支持入れ子１１は、 好ましくは、ボイラー（図示せず）の燃焼室の炉壁１５の適当な開口内に嵌合さ れた円筒状部材として構成され、該円筒状部材には中心口１７と、第一の空気供 給口（複数）１８と第二の空気供給口（複数）１９とを有する遮断板１６が備え られている。中心口１７は供給スプレー１３のノズル口に対向するよう位置付け られ、また二つの空気供給口列１８及び１９は中心口１７と同心である２つの円 の円周上に夫々配置されている。

可燃ガス案内スリーブ１２は好ましくは金属筒として構成される。

金属筒の口径は支持入れ子１１の口径よりも小さなものであってもよいが、それ と同じか或いはより大きくすることが好ましい、この案内スリーブはその上流側 端２ｏ及び下流側端２１にて開口している。それは、支持入れ子に面して位置す るその上流側端に該スリーブ内に再生燃焼ガスを通過せしめるよう設計された環 状スペース２２を与えるよう、該支持入れ子に対して軸方向に実質的にオフセッ トされて設けられている０図示の如く、スプレー１３から注入された液体燃料が 気化することによって生ずる可燃ガスは矢印Ａのように案内スリーブ１２内に流 入する。同時に矢印Ｂで示される噴出空気流が、中心口１７のまわりの円周上に 位置する開口１つから送入される。開口１８から噴射され矢印Ｃで示される噴出 空気流のカーテンが、案内スリーブ１２の周側域に形成される。これらの噴出空 気流は矢印りのような軌道を描いて流入する再生ガスと混合し、それを冷却して 燃焼域を比較的低温度に維持する効果を生ぜしめる。

ガス案内スリーブ１２は好ましくは結合シャフト１３を介して支持入れ子１１に 接続される。結合シャフトはこれら２つの構成要素を分離している環状スペース の厳密な寸法を定義する。しかしながらこのような取付方法は同様の結果をもた らし得る他の方法に変更してもよいことが理解される。矢印りのように再生され るガスの案内をより促進するために、案内スリーブの上流端側２０は膨径されて いることが好ましい。

第２図に関連して記述されるバーナーは上述のバーナーの変形例を構成する。明 確化のために、同一、の要素には同一の参照番号が付され、新たな或いは変更さ れた要素に異なる参照番号が用いられている。

既述のように、バーナー１０は主として、支持入れ子１１と、可燃ガスと再生燃 焼ガスとを案内する案内スリーブ１２と、点火電極１４と関連する供給スプレー １３とより構成される。支持入れ子はボイラーの燃焼室の炉壁１５゛の適当な開 口内に嵌装され、その案内スリーブ１２に面する側の端部が、第１図図示のバー ナーに関する遮断板１６よりも実質的に大径である中心口２７を有する遮断板１ ６によって閉塞されている。複数の空気供給口１８が遮断板１６に備えられてい る。これら口は中心口２７との同心円に沿って配置されている。

この中心口２７は偏向板２８によって一部閉塞されている。この偏向板は中心口 ２９を有し、第３図により詳細に示されるように、空気流通をもたらし、スプレ ー軸に対応する軸を中心とする回転乱気流を発生せしめるよう設計されたスリッ トを与えるよう相互にオフセットされ且つ一部重なり合っている複数の弧状扇形 翼片３０より成っている。この乱気流発生ゾーンは、概して円筒形状であって支 持入れ子１１の実質的延長上にこの入れ子及びガス案内人れ子１２と同軸に遮断 板１６に設置された案内人れ子３２の内部に限定される。

既述のように、液体燃料の気化によって生ずる可燃ガスは、スリーブ１２によっ て画された域内において矢印Ａ方向に噴射される。

スリット３１を通過した空気は、矢印Ａで示された可燃ガス噴出流のまわりにお いて矢印Ｂのような回転乱気流を発生させる。開口１８を通過した冷却空気は案 内スリーブ１２の内壁に沿って薄層気流となる。この気流は矢印りで示された再 生燃焼ガスを冷却する作用を果たす。

第４図及び第５図図示の変形例は、その構造的観点がらは、第２図及び第３図図 示の実施例と比較的近似している。このバーナー１０には、ボイラー（図示せず ）燃焼室の炉壁１５の適当な開口内に装着された支持入れ子１１と、案内スリー ブ１２と、その点火電ｍ１４と関連付けられ支持入れ子１１の内部に配置された スプレー１３Ｅを見出だすことができる。既述の通り、支持入れ子１１は案内ス リーブの上流側端に対向して位置するその一端を、中心口２７と該中心口２７と 同心円周上に配置された複数の空気供給口１８とを備えた遮断板１６で閉塞され ている。案内人れ子４２は、第２図図示の案内人れ子３２よりも実質的に長尺と されており、遮断板１６の中心口２７内に厳密に嵌合されるよう遮断板１６に装 着される。第５図により詳細に示されているように、偏向板４３は中心口２９と 複数の環状扇形翼片３０を有し、概して円筒状の案内人れ子４２内に装着されて いる。翼片３０はオフセットしつつ一部重なり合って、この場合は放射状スリッ ト３１と形成している。第２図図示の実施例においては偏向板２８が遮断板１６ と実質上同一平面上に配置されていることが理解される。第４図図示の実施例に おいては偏向板４３は遮断板１６と平行な面上で、前者が後者に関し可燃及び燃 焼ガス案内スリーブ１２の上流側端の方に軸方向オフセットされた位置に配設さ れている。スプレー１３が偏向板４３と遮断板１６に夫々相当する面の中間にお いてそれらと平行面上に配置されていることが同様に理解される。

第１図図示の実施例におけると同様に、案内スリーブ１２は結合シャフト２２を 介して支持入れ子１１又は遮断板１６に連結され、これら２つの部材間に再生ガ スの循環を促進するに十分なスペースを確保している。

既述の通り、液体燃料の気化によって生成される可燃ガスが偏向板４３の中心口 ２９から矢印Ａ方向に噴射される。この偏向板のスリット３１から噴射される空 気は矢印Ｂのような乱気流を形成する。

遮断板１６の開口１８から噴射される冷却空気のカーテンは矢印Ｃで示され、再 生燃焼ガスは矢印りで示されている。

この実施例は、比較的長尺の案内人れ子４２が付加されているため空気と再生燃 焼ガスとの混合気の流路を延長することができることから、本発明によるバーナ ーの好適な一実施例と考えられる。この混合気流路の増大はその温度を低下させ 、また再生ガス量を増大させることを可能ならしめる。再生ガス量の増大は燃焼 状態を向上させ、また混合気の温度低下は残留燃焼ガス中の窒素酸化物含量を低 減させることを可能ならしめる。

上述のようなバーナー、特に第２図及び第４図図示のものは、燃焼工程を２段階 で行わしめる。第１の段階においては、液体燃料が気化し、それによって生じた ガスが偏向板のスリットからの噴出空気と混合され、低酸素雰囲気において燃焼 が行なわれる。この燃焼の結果、−酸化炭素ＣＯ１二酸化炭素ＣＯ２及び炭化水 素が生成される。この燃焼によって消費される熱エネルギーは燃料の熱エネルギ ー総量のほぼ１／３に相当する。この第１段階における生成熱は小さく、窒素酸 化物の発生もま−た少ない。

同時に、遮断板１６内の開口１８から噴出される二次空気がガス案内人れ子の内 部において再生燃焼ガスと混合され予熱される。この予熱は、点火の瞬間バーナ ー内で燃焼炎が出現すると直ちに行なわれ、バーナーの炉壁や他の部材の予備加 熱の後には行なわれない。

燃焼ガスの再生過程において、開口１８からの二次空気に再び吸い込まれる前に 、燃焼ガスのエネルギーの一部がボイラーの燃焼室炉壁に放散される。ボイラー のタイプによって燃焼温度は６００〜１０００℃の範囲内で異なる。しかしなが らこのような温度はこの空気の予熱を完全に行うには十分に高温である。更に、 この二次空気と再生燃焼ガスとの混合のゆえに、燃焼によって加熱されるべき気 体の全量が増大する。この気体量に比例して、燃焼炎の温度は低下する。

第２の燃焼段階では、予熱された空気が第１段階で生成された燃焼ガスと炭化水 素との混合より再生ガスと接触し、完全燃焼が行なわれる。空気が十分に予熱さ れるため、特に空気と再生ガスとの共通流路が延長されている第４図図示の実施 例にあっては、最適な燃焼状態が得られる。混合気は燃焼域を通過すると同時に 燃焼炎の熱の一部を奪取し、よってこの域における温度を通常よりも低下させる 。その直接の結果として、従来は高温燃焼であったためにその発生が助長されて いた窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生レベルを低下させる。

例えば、周囲の空気温度が２０℃、再生ガスが８００℃、燃焼域即ち燃焼炎の温 度が１８００℃であって、第１の燃焼段階において空気と再生ガスとの混合が等 分に行なわれると仮定すると、予熱された空気の温度はほぼ次式で表されるもの となる。

Ｔａ＝（２０℃＋８００℃）／２＝４１０℃予熱された二次空気の約６５％が第 １燃焼段階のガスと混合されるならば、予熱混合気の温度は次の通りである。

Ｔｍ＝Ｔａ７０．６５＝６３０℃ 化学量混合物の燃焼のための燃焼炎温度は次の通りである。

Ｔｆｌ＝（１８００℃＋８００℃）／２＝１３００℃約１０％の空気を更に吹き 込むと、燃焼炎の実際の温度は次のように算定される。

Ｔｆｌ＝　１２００℃ 記述したような設計のバーナーにより適切な温度放散が得られ、バーナーの各部 分、特に案内スリーブの耐久性を向上させるのに有効である。実際のところ、こ のスリーブは空気供給口から吹き込まれる空気に常に曝されているため、この部 材の効果的な冷却が約束される。しかしながら、燃焼ガスの再生と該燃焼ガスと 吹き込まれる新鮮な空気との間に生ずる適切な熱交換とによって、また主として 案内スリーブ壁より成る熱交換表面が比較的大面積であるために、吹き込まれる 空気が予熱され、よって遮断板の中心口の下流側に位置するバーナー域内を約８ ００℃の温度に維持することができる。

この温度は、吹き込まれる燃料の最大分子を分解し、該燃料の完全燃料を達成す るのに十分な温度である。

燃焼ガスと空気供給口から吹き込まれる空気との間の熱交換表面積を増大させる ことは、最大分子の分解速度を速める上で重要であり、もって案内スリーブ長さ を短縮し、それに比例してこのスリーブ内面に炭素付着物や灰分が付着する危険 性を低減させることを可能にしている。この危険性を低減させるために該スリー ブの径を幾分拡張してもよく、これによっても同様にバーナーの静粛な作動が実 現される。

空気供給口を備える遮断板とガス案内スリーブとの間隔は、燃焼ガスの適切な再 生を許容するために十分大きくなければならない。

液体燃料の気化によって得られる可燃ガスと燃焼ガスと空気との混合気は化学量 的混合物に近いものである。燃焼ガスの再生は可燃ガスの減速をもたらし、これ もまたバーナーの静粛な作動に寄与する。

バーナーには中質油（ｍｅｄｉｕｍ　ｏｉｌ）及び重油を用いることができる他 、構成が簡単で経済的であるという利点をも有している。

上述のバーナーは様々な実施例を有するものであり、記述した以外にも当業者に とって自明であって本発明の範囲を越えない限りにおいて広範な変形が可能であ る。

国際調査報告 ＡＮＮＥＸＥ　ＡＵ　ＲＡ？？ＯＲＴ　ＤＥ　ＲＥＣＨＥＲＣＨＥ　Ｉトコτ三 ＲＮＡτｌ０ｈＡＬＥ　Ｒ三ＬＡＴＩｒＬａｓ　ｒｅｎｓｅｉｇｎｅｍｅｎｔｓ 　ｆｏｕｒｎｉｓ　５ｏｎｔ　ｄｏｎｎｅｓ　Ａ　ｔｉｔｒｅ　１ｎｄｉｅａｔ ｉｆｅｔ　ｎ’ａｎｇａｇｅｎｔ　ｐａｓ　ｌａ　ｒｅｓｐｏｎｓａｂｉｌｉｔ ４　ｄｅ　ｌ’ｏｆｆｉｃｅ　ｅｕｒｏｐｅｅｎｄｅｓ　ｂｒｅｖｅｔｓ。

Ｄｏｃｕｍｅｎｔ　ｂｒｅｖｅｔ　Ｄａｔａ　ｄｅ　Ｍｅ＋ｕｂｒｅ（ｓｌ　ｄ ｅ　Ｌａ　Ｄａｔｅ　ｄｅｃｉｔＡａｕｒａｐｐｏｒｔｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ｆａｒｎｉｌｌａｄｅｂｒａｖｅｔｓｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｄａ　ｒｅｃｈｅ ｒｃｈｅ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．液体燃料の供給スプレーと、該供給スプレーと同軸に配置されたものであっ て該液体燃料の気化によって生ずる可燃ガスと再生燃焼ガスとの混合気を案内す る案内スリーブと、該スプレーを収容するものであって該スプレーのまわりに同 心に配置された空気供給手段を備えた支持入れ子とを有するものにおいて；可燃 及び燃焼ガスの上記スリーブ（１２）がその両端（２０，２１）において開口し ており、且つ該スリーブが、該支持入れ子（１１）に面して位置するその上流側 開口端に該スリーブ内に再生燃焼ガスを通過せしめるよう設計された環状スペー スを与えるよう該支持入れ子に対して軸方向にオフセットされて該支持入れ子の 実質的延長上に設置されていることを特徴とする、燃焼ガス再生手段を有する液 体燃料ボイラー用バーナー。 ２．上記支持入れ子（１１）が、可燃及び燃焼ガス案内スリーブ（１２）に近接 して位置するその一端において、上記スプレー（１３）の延長上に配置された中 心口（１７）と該中心口（１７）のまわりの同心円上に配置され上記空気供給手 段を構成している第１の開口列（１８）とを有する遮断板（１６）によって閉塞 されていることを特徴とする、請求の範囲第１項記載のバーナー。 ３．上記板に、上記中心口（１７）及び上記第１の開口列（１８）との間におい てこれらとの同心円上に配置された第２の開口列（１９）が備えられていること を特徴とする、請求の範囲第２項記載のバーナー。 ４．上記第２の開口列における開口が各々上記遮断板（１６）に穿設された穴よ り成っていることを特徴とする、請求の範囲第３項記載のバーナー。 ５．上記遮断板（１６）が、上記中心口（１７）の周囲の中央部に、スプレー（ １３）の軸に実質的に対応する回転軸を有する乱気流を発生せしめるよう設計さ れたスリット（３１）を与えるよう相互にオフセットされ且つ一部重なり合って いる複数の弧状扇形翼片（３０）より成る偏向板（２８，４３）を有しているこ とを特徴とする、請求の範囲第３項に記載のバーナー。 ６．上記第１と第２の開口列を分断するよう上記スプレーの軸（１３）に沿って 上記遮断板（１６）に垂直に装着された可燃ガスの円筒状案内入れ子（３２，４ ２）を含んで構成されていることを特徴とする、請求の範囲第３項に記載のバー ナー。 ７．上記可燃ガスの円筒状案内入れ子（３２，４２）がその一端において開口さ れていると共に、上記スプレーに近接して位置するその他端が上記偏向板（２８ ，４３）によって一部閉塞されていることを特徴とする、請求の範囲第５項又は 第６項のいずれかに記載のバーナ８．上記可燃ガスの案内入れ子（４２）が上記 遮断板に装着されると共に、該遮断板の面が該偏向板（４３）の面と平行であっ て且つ後者が前者に関して該スプレー軸に沿って該スプレーの自由端との間隙の 方向にオフセットされて、該偏向板が該入れ子の内部に装着されていることを特 徴とする、請求の範囲第５項又は第６項のいずれかに記載のバーナー。 ９．上記スプレー（１３）の自由端が、上記偏向板（４３）の面と上記遮断板（ １６）の面との間にこれらと平行な面上に配置されていることを特徴とする、請 求の範囲第８項に記載のバーナー。 １０．液体燃料の供給スプレーと、該供給スプレーと同軸に配置されたものであ って該液体燃料の気化によって生ずる可燃ガスと再生燃焼ガスとの混合気を案内 する案内スリーブと、該供給スプレーを収容するものであって該供給スプレーの まわりに同心に配置された空気供給手段を備えた支持入れ子とを有するものにお いて；燃焼ガスと混合された可燃ガスを案内する上記案内スリーブ（１２）がそ の両端（２０，２１）において開口しており、且つ該スリーブが、該支持入れ子 （１１）に面して位置するその上流側開口端に該スリーブ内に再生燃焼ガスを通 過せしめるよう設計された環状スペース（２２）を与えるよう該支持入れ子に対 して軸方向にオフセットされて該支持入れ子の実質的延長上に設置され；該支持 入れ子が、上記可燃及び燃焼ガス案内スリーブに近接して位置するその一端にお いて、中心口（２７）と上記空気供給手段を構成する開口内列（１８）とを有す る遮断板（１６）によって閉塞され；該中心口が、上記支持入れ子と上記可燃及 び燃焼ガス案内スリーブとに同軸に上記遮断板に装着されている可燃ガスの円筒 状案内入れ子（４２）によって境、界付けられ；且つ、この入れ子には、該遮断 板と平行に装着され、スプレー軸に対応する回転軸を有する乱気流を発生せしめ るよう設計されたスリット（３１）を与えるよう相互にオフセットされ且つ一部 重なり合っている複数の弧状扇形翼片（３０）より成る偏向板（２８，４３）が 備えられ、該スプレーは上記偏向板に備えられた中心開口（２９）に面して位置 していることを特徴とする、燃焼ガス再生手段を有する液体燃料ボイラー用バー ナー。 １１．上記スプレー（１３）の自由端が、上記支持入れ子の上記遮断板（１６） の面と上記可燃ガス案内入れ子（４２）の内部に装着された上記偏向板（４２） の面との間にこれらと平行な面上に配置されていることを特徴とする、請求の範 囲第１０項に記載のバーナー。