TWI727658B - 燃燒裝置、鍋爐及燃燒方法 - Google Patents

Abstract

燃燒裝置31的喉口33的軸線100上設置有一次燃料噴嘴37。火焰穩定器41配置於喉口33的內周側、一次燃料噴嘴37的周圍。複數個二次燃料噴嘴52相互間隔設置於供給喉口33的外周側、以一次燃料噴嘴37為中心的環狀領域上。環狀領域上設置有二次空氣噴嘴62。複數個二次空氣噴嘴62與複數個二次燃料噴嘴52為交互配置。

Description

燃燒裝置、鍋爐及燃燒方法

本發明與減少燃燒後的排放氣體（以下稱燃燒氣體）中的氮氧化物（以下稱NO_x ）的量的燃燒裝置有關。

從以往開始，被要求降低用於鍋爐等的燃燒裝置的燃燒氣體中的NO_x 排出量，現已經將燃燒氣體中NO_x 降低到以氧濃度0％換算為60ppm的程度。然而，例如於大氣汙染深刻之城市的區域性冷暖氣設備中所要求的NO_x 排出量為以氧濃度0％換算為40ppm以下（參考專利文獻1）。

非專利文獻1當中，係以二段式地供給燃料，將一次燃料以高空氣比使其急速混和燃燒，然後藉由含有低濃度的殘存氧氣的燃燒氣體，使由周圍噴射的二次氣體緩慢燃燒，並以二次氣體的高速噴射流進行燃燒氣體的再循環來減少NO_x 。

先行技術文獻 專利文獻 ［專利文獻1］日本專利特開平9-60811號 非專利文獻 2012年7月1日發行（發行所　日本一般財團法人節能中心）「新版 空氣燃燒的理論與實際」第206-207頁

非專利文獻1當中，燃料二段式燃燒的缺點是，儘管比起空氣二段式燃燒的減少NO_x 效果還要高，但是也被指出了容易產生未燃部分，且因容易發生震動燃燒，使得與燃燒室的搭配度變得很重要。

此外，由非專利文獻1的燃燒器構造（圖8.23）以及NO_x 排放特性（圖8.24）可推定具有以下的問題點等，即， ・非專利文獻1的NO_x 排放值，於O₂ =3%（空気比1.17）的燃燒條件中，為40ppm（O₂ =5%），也就是以氧濃度0%換算NO_x 排放值為52.5ppm，NO_x 排放量仍高。 ・非專利文獻1當中，由於使用燃燒所必需的全部量的空氣來進行一次燃料的高空氣比・急速混和燃燒，使得主燃料的流量變得比副燃料的流量還要多，要提高燃料的降載比（TDR：Turn Down Ratio）非常困難。 ・非專利文獻1中 將燃燒所必須的全部量的空氣全部都供給至預燃燒口（一次燃料區域），因此空氣供給壓力損失較大。

為瞭解決上述技術的問題點，本發明的目的為提供可有效達成低NO_x 化的燃燒裝置。

為達成上述目的，本發明的燃燒裝置具備：配置於燃燒用空氣供給喉口的軸線上的一次燃料噴嘴；配置於前述燃燒用空氣供給喉口的內周側、前述一次燃料的周圍的火焰穩定器；相互隔著間隔沿圓周方向配置於前述燃燒用空氣供給喉口的外周側、以前述軸線為中心的環狀領域上的複數個二次燃料噴嘴；於前述燃燒用空氣供給喉口的外周側、前述環狀領域上相互間隔設置的複數個二次空氣噴嘴，其中，前述複數個二次燃料空氣噴嘴與前述複數個二次燃料噴嘴為交互配置。

於上述構成當中，於以軸線為中心的環狀區域上相互間隔交互配置二次空氣噴嘴與複數個二次燃料噴嘴，因此藉由二次燃料噴嘴、二次空氣噴嘴兩者的高速噴流效果，進行燃燒氣體的再循環而成為低NO_x 狀態。而且，由於二次空氣噴嘴與複數個二次燃料噴嘴相互離間配置，使得二次空氣與二次燃料氣體的混合變慢，將它們長時間維持為分割狀態，可得到有效的緩慢燃燒狀態。因此，藉由此緩慢燃燒能夠抑制NO_x 的產生。

［發明效果］根據本發明的一些面向，藉由緩慢燃燒能夠達到充分的低NO_x 化的效果。本發明的其他面向以及優點將於所附的呈現本發明的技術思想範例的圖示以及下述記載內容予以揭露。

［第一實施型態］

說明第一實施型態。如圖1所示，橫向的燃燒室22形成於鍋爐21上，燃燒室22上安裝有第一實施型態的燃燒裝置31。

如圖1及圖11-14所示般，於燃燒裝置31的風箱32內中心部的水準軸線100上配置有管狀的燃燒用空氣供給喉口33（以下簡稱喉口33）。此喉口33連接至風箱32內的後方的第一送風室34，而由此第一送風室34傳送一次空氣至喉口33內，該一次空氣由喉口33的前端開口35於燃燒室22內朝前方噴出。此外，第一實施型態當中，以圖1左側為前部。

如圖1及圖2所示，前端具有開口的中央燃料供給管36以貫穿方式配置於喉口33內其軸線100上。此中央燃料供給管36的前端安裝有一次燃料噴嘴37，而複數個（於第一實施型態中為6個）噴嘴孔38等間距地安裝於該前端外周部。如圖3（a）、圖3（b）所示，噴嘴孔38配置於由軸線100方向來看以軸線100為中心的半徑線上，且由與軸線100直交的方向來看，噴嘴孔38以對軸線100之中心角θ1為約30度至80度（第一實施型態為60度）的方向開口。其次，透過中央燃料供給管36供給由瓦斯而成的燃料氣體至一次燃料噴嘴37內，該燃料氣體以放射方向地由噴嘴孔38往燃燒室22內噴射，也就是朝燃燒室22內的外周側的斜前方噴射。

此外，喉口33內的一次燃料噴嘴37的後方側，設置有點火用的點火燃燒器（未示出）。

如圖1及圖3（a）、（b）所示，於噴嘴孔38 旁鄰的後方、一次燃料噴嘴37的外周面上，安裝著位於該外周面與喉口33的內周面之間的火焰穩定器41。如圖2所示，火焰穩定器41的外周部的6處等間距地形成（實施型態中為6處）朝向半徑方向外側的凸部43。此些凸部43間所劃分出的凹部形成通氣口42，且凸部43的前端與喉口33的內周面之間為狹窄的通氣空隙44。凸部43位於對應噴嘴孔38之間的部分。其次，喉口33內的一次空氣通過通氣口42以及通氣空隙44沿著軸線100朝燃燒室22內噴出。藉由火焰穩定器41與喉口33所劃分出的通氣口42以及通氣空隙44，發揮用於將一次空氣噴出至燃燒室22內的一次空氣噴嘴的功用。火焰穩定器41的前表面相比於喉口33的前端面靠後特定長度。

如圖1、圖2以及圖4（a）、圖4（b）所示，於喉口33的周圍，有複數個（第一實施型態中為6個）的外側燃料供給管51等間隔地貫穿於風箱32的前壁321。位於以軸線100為中心的環狀領域的二次燃料噴嘴52，固定於外側燃料供給管51的前端。二次燃料噴嘴52的前端部上形成有單一的噴嘴孔53。噴嘴孔53位於以軸線100為中心且通過火焰穩定器41的通氣口42的半徑線上。如圖6所示，由與軸線直交方向來看，噴嘴孔53對著軸線100以中心角θ2為約5度至30度（第一實施型態為15度）的角度朝內開口。一次燃料噴嘴37的前端部配置於與喉口33的前端開口同樣的位置。其次，透過外側燃料供給管51供給由瓦斯而成的燃料氣體至二次燃料噴嘴52內，該燃料氣體由噴嘴孔53朝著燃燒室22的中心部往斜前方噴射。

如圖1、圖2以及圖5所示，於外側燃料供給管51之間，等間距地形成連通口61於風箱32的前壁321的複數處（第一實施型態中為6處），於各連通口61的部分，二次空氣噴嘴62互相隔著等間距地安裝於前壁321上。二次空氣噴嘴62透過連通口61連接至風箱32的第二送風室63。然後，來自第二送風室63的空氣，從二次空氣噴嘴62的前端開口621，作為二次空氣沿著軸線100之方向噴出至燃燒室22內。二次空氣噴嘴62的前端開口621形成為矩形長條狀。其次，前端開口621位於以通過凸部43之軸線100為中心的半徑線上，其長邊沿著半徑線延長。二次空氣噴嘴62的前端開口621對著喉口33的前端開口向前方突出特定長度。如圖5所示，二次空氣噴嘴62的側壁622係以朝前端開口621收斂的方式傾斜。此外，二次空氣噴嘴62的前端開口621藉著使底壁623傾斜而接近喉口33。

其次，二次空氣噴嘴62及其前端開口621，與二次燃料噴嘴52皆配置於以軸線100為中心的同心的環狀領域，且與二次燃料噴嘴52為等間隔交互地配置。

第一實施型態中，二次空氣噴嘴62的前端開口621，延長於以軸線100為中心的半徑線方向，其半徑線方向的長度相較半徑線直交線方向的長度還長即可。因此，前端開口621的形狀並不限定於矩形長條形，亦可以長圓形、橢圓形、半徑線方向的兩端部膨脹的砝碼形狀等各種形狀來實施。

其次說明如上述所構成的燃燒裝置31的作用。

如圖6或是圖7所示，燃燒裝置31的燃燒動作時，由一次燃料噴嘴37的軸線100的周圍的噴嘴孔38往斜外周方向朝燃燒室22噴出一次燃料氣體，形成一次火焰201，此時，於一次燃料噴嘴37的周圍，由火焰穩定器41的通氣口42以及通氣空隙44沿著軸線100延長方向朝燃燒室22內噴出一次空氣。此時，由於火焰穩定器41位於喉口33內，使得火焰穩定器41的凸部43的前方側形成有小型的再循環流204，因此一次火焰201可在高空氣比下穩定燃燒，並且一次火焰201變成分割狀態，表面積增大，使得一次火焰201的溫度降低。

另一方面，由二次燃料噴嘴52的噴嘴孔53往朝著軸線100的傾斜方向噴出二次燃料氣體，而此二次燃料氣體往一次火焰201的前端附近供給。因此，一次火焰201作為點火火焰，而二次火焰202形成於接在一次火焰201的前端部。藉著二次燃料氣體的噴出，燃料氣體從二次燃料噴嘴52的上游側流入並再循環，二次燃料氣體混和至再循環流203，二次火焰202成為緩慢燃燒狀態，降低NO_x 的產生。也就是說，由於來自噴嘴孔53的二次燃料於遠離噴嘴孔53的部位燃燒，因此燃燒變得緩慢。

其次，此時，由位於二次燃料噴嘴52之間的二次空氣噴嘴62的前端開口621朝燃燒室22噴出二次空氣。因此藉由二次空氣降低二次火焰202的溫度。伴隨而來的是由二次空氣噴嘴62的前端開口，形成再循環流203盤旋於二次火焰202、其外側以及二次火焰空氣噴嘴62的基端部附近，受到再循環流203影響，二次空氣、二次燃料氣體以及兩氣體的噴流引發之燃燒氣體進行循環，上述諸物的混和實現緩慢燃燒，二次火焰得以穩定燃燒。

二次燃料噴嘴52以及二次空氣噴嘴62於喉口33的周圍交互均等間隔地配置，如圖2所示，再循環流203通過二次燃料噴嘴52與二次空氣噴嘴62之間的空間。因此，燃燒氣體與二次空氣成為分割狀態，其混和變慢。而且，通過二次燃料噴嘴52與二次空氣噴嘴62之間空間的再循環流而達成緩慢燃燒。

此外，由於二次空氣噴嘴62由二次燃料噴嘴52的前端往前方突出，使得二次空氣於再循環流的前方位置，也就是以二次火焰202為上游的再循環流的下游側進行匯流，因此對二次火焰202的氧氣供給變慢，可有效地抑制NO_X 。

如上述般，由於第一實施形態中二次燃料噴嘴52配置為往燃燒室22內突出，使得燃燒氣體由二次燃料噴嘴52的上游側流入並且再循環進行混和，成為緩慢燃燒狀態，降低NO_X 的產生。

此外，於二次燃料噴嘴52間相互間隔地配置二次空氣噴嘴62，使得來自二次燃料噴嘴52的二次燃料以及來自二次空氣噴嘴62的二次空氣兩者所造成的高速噴流效果，促進燃燒室22內的燃燒氣體的再循環，而可得到低NO_X 。進一步地，第一火焰201只要是考量到二次火焰202的關係而能穩定燃燒程度的強度即可。因此，可以減少一次燃料氣體與一次空氣的量，在確保高降載比（TDR）的同時也能夠達到低NO_X 。

此外，以往的燃料二段式燃燒方式當中，係將必要的燃燒空氣的全部量供給至一次領域，然而由於由二次空氣噴嘴62將二次空氣進行分割以及供給，實現了二段式燃燒，因此能夠在降低空氣供給壓力損失的同時，實現減少一次氣體燃料。

圖18顯示非專利文獻1所記載的既往構成的NO_X 資料，以及第一實施型態的NO_X 資料的比較。於O₂ =3%（空気比1.17）的燃燒條件中，第一實施形態的NO_X 排放值為30ppm（O₂ =0％換算値），相對於既往能夠達到22ppm的降低效果。此外，在對應某些城市區的地區性冷暖氣設備的NO_X 排放量的規定值（換算氧氣濃度0%為40ppm以下）也能夠充分地對應。

於第一實施形態當中具有以下的效果。

（1）由於二次燃料噴嘴52由喉口33的前端往燃燒室22內突出，使得燃燒氣體作為再循環流，於喉口33以及二次燃料噴嘴52的上游側，由外周側往中心側流入。因此，來自二次燃料噴嘴52的燃料氣體漸漸地混和入再循環流，進而緩慢燃燒，因而降低NO_X 。此外，藉著來自二次燃料噴嘴52的高速噴流而產生的再循環得以圓滑地進行。

（2）來自一次燃料噴嘴37的燃料氣體，只要能夠形成足以穩定燃燒二次火焰的小型的一次火焰的量即可。由於將燃燒所需的全部空氣量的一部分做為一次空氣供給至喉口33，與既有技術相比之下，相對於二次燃料氣體量，一次燃料氣體量可得以降低。例如（一次燃燒氣體量）／（二次燃燒氣體量）的比為約1/2～1/10，而藉著僅控制二次燃料氣體的量而不變更一次燃料氣體的量，可得到高TDR。因此，可以大範圍地控制燃燒裝置的燃燒量。此外，由於不需要個別地控制一次燃料氣體量與二次燃料氣體量，因此氣體調節閥只要二次燃料氣體用即可，可達到降低成本功效。

（3）朝著往軸線100上所形成的高空氣比的一次燃料氣體區域噴出二次燃料氣體，使得能夠穩定化二次火焰，並且也能防止未燃部分以及一氧化碳的排出。

（4）二次燃料噴嘴52的噴嘴孔53係為朝著軸線100方向的下游側往半徑方向內側方向傾斜配設的單孔。因此，藉著朝著高空氣比的一次燃料氣體區域噴出二次燃料氣體，而防止未燃部分以及一氧化碳的排出。

（5）複數個二次空氣噴嘴62相互隔著間隔設置於喉口33的外周側、以軸線100為中心的環狀區域上， 因此能夠由周圍將二次燃料氣體有效地混和至軸線100上所形成的含低濃度殘存氧氣的燃燒氣體，使其緩慢燃燒，並且有效地燃燒未燃部分。因此，即使減少一次燃料氣體量，也能夠發揮使一次火焰201穩定的輔助效果。

（6）複數個二次空氣噴嘴62與複數個二次燃料噴嘴52於環狀區域上交互地配置，使得二次燃料噴嘴、二次空氣噴嘴兩者所造成的高速噴流效果令燃燒氣體進行再循環，成為低NO_X 狀態。此外，二次空氣噴嘴62與複數個二次燃料噴嘴52為相互離間，使得二次空氣與二次燃料氣體的混和變慢，並且可使其維持長時間分割狀態，得到有效的緩慢燃燒狀態。

（7）二次空氣噴嘴62的開口為延長於以軸線100為中心之半徑方向的條狀單孔，藉此二次燃料噴嘴與二次空氣噴嘴之間的間隔得以確保。因此能夠較確實地形成前述分割狀態，得到更有效的緩慢燃燒狀態。

（8）由於二次空氣噴嘴62往燃燒室22內突出，使再循環流203由二次空氣噴嘴62的後方流入，而於其流向的下游側流入二次空氣進行混和，使得二次空氣混和於再循環流203的進行變慢。藉此，可得到更緩慢的燃燒。

（9）由於二次空氣噴嘴62的開口呈現條狀，並且接近喉口33，因此可以避免對一次火焰201的氧氣量不足之情況，並抑制一氧化碳的發生。

［第二實施型態］

其次，以本發明的第二實施型態之與第一實施型態不同的部分為中心進行說明。

如圖8、9、15～25般所示，於第二實施型態中，二次空氣噴嘴62的開口621形成為圓形。其次，開口621朝著燃燒室22的前方對著軸線100以中心角θ2為約10度～50度（於第二實施形態中為30度）的角度往內側傾斜。

因此，第二實施型態中具有以下的效果。

（10）二次空氣噴嘴62的開口621為往半徑方向內側傾斜配置的單孔，藉此，來自二次空氣噴嘴62的二次空氣的噴流為往內，使得二次空氣能夠良好地混和於軸線100上所形成之二次火焰202而造成的燃燒氣體中，而能夠維持二次火焰202穩定性的同時，也實現於二次火焰區域中更高的高空氣比化。因此，能夠有效地抑制NO_X 的產生。

［第三實施型態］

接著，參照圖10，以本發明的第三實施型態之與第一實施型態不同的部分為中心進行說明。

第三實施型態中，包含二次空氣噴嘴62的開口621的整個喉口33側部分以及其相對側的部分形成為曲面狀。因此，使得再循環流203能夠圓滑地於二次空氣噴嘴62之間以箭頭方向流動。

因此，第三實施型態具有以下的效果。

（11）由於再循環流於二次空氣噴嘴62之間以箭頭方向流動，使得良好的再循環203能夠形成，有效地進行低NO_X 化。

［第四實施型態］

以第四實施型態之與第一實施型態不同的部分為中心進行說明。

如圖19所示，位於燃燒裝置31的風箱32的內側之中心部的水準軸線100上配置有管狀的燃燒用空氣供給喉口（以下單稱喉口）33。喉口33連接至風箱32內的後方的第一送風室34，一次空氣由第一送風室34被運送至喉口33內，該一次空氣由喉口33的前端開口35往燃燒室22內的前方噴出。此外，第四實施型態中以19的左側為前部。

喉口33內，前端開口的中央燃料供給管36貫穿地配置於軸線100上。中央燃料供給管36的前端上，安裝有如圖3（a）、（b）所示第一實施型態者同樣的一次燃料噴嘴37，其前端外周部等間隔地配置複數個（第四實施例中為6個）噴嘴孔38。因此，喉口33與一次燃料噴嘴37配置於同軸上。

此外，喉口33內的一次燃料噴嘴37的後方側設置有點火用的點火燃燒器（未示出）。

噴嘴孔38的旁鄰的後方，於一次燃料噴嘴37的周圍上，安裝有位於一次燃料噴嘴37的外周面與喉口33的內周面之間的火焰穩定器41。如圖20所示，複數個（第四實施型態中為6處）的朝向半徑方向外側的凸部43等間隔地形成於火焰穩定器41的外周部的6處。此些凸部43間所規劃的凹部成為通氣口42，且凸部43的前端與喉口33的內周面之間為狹窄的通氣空隙44。凸部43位於對應噴嘴孔38之間的部分。其次，喉口33內的一次空氣通過通氣口42以及通氣空隙44沿著軸線100噴出至燃燒室22內。藉由火焰穩定器41與喉口33所規劃的通氣口42以及通氣空隙44，發揮用以噴出一次空氣至燃燒室22內的一次空氣噴嘴的作用。

風箱32的前端面突出於燃燒室22內。火焰穩定器41的前表面相比於風箱32的前板321的前端面靠後特定長度d。

如圖19以及圖20所示，於喉口33的外周側上，複數個（第四實施行態中為6個）外側燃料供給管51相互隔著等間隔地貫穿於風箱32的前板321。外側燃料供給管51的前端，固定有位於以軸線100為中心的環狀領域的二次燃料噴嘴52。二次燃料噴嘴52與圖4（a）（b）所示第一實施型態相同。如圖21所示，由與軸線100直交方向來看，二次燃料噴嘴52的噴嘴孔53對著軸線100以中心角θ2以約5～30度（第四實施型態中為15度）的角度往內開口。一次燃料噴嘴37的前端部配置於與喉口33的前端開口同樣的位置。其次，透過外側燃料供給管51往二次燃料噴嘴52內供給由瓦斯而成的燃料氣體，該燃料氣體由噴嘴孔53往斜前方朝燃燒室22的中心部噴射。

如圖19以及圖20所示，於火焰穩定器41的外周側的外側燃料供給管51之間，連通口61等間隔地形成於風箱32的前板321的複數處（第四實施型態中為6處），於各連通口61的一部分上，二次空氣噴嘴62互相等間隔地安裝於前板321上。各二次空氣噴嘴62由風箱32的前端面往前方突出。二次空氣噴嘴62連接至風箱32的第二送風室63。然後，藉由喉口33使第一送風室34與第二送風室63於風箱32內分離，來自第二送風室63的空氣，作為二次空氣由二次空氣噴嘴62的前端開口621，往沿著軸線100的方向噴出至燃燒室22內。二次空氣噴嘴62的前端開口621形成為矩形的條狀。前端開口621位於以通過凸部43的軸線100為中心的半徑線上，其長邊沿著半徑線延長。二次空氣噴嘴62的前端開口621對著喉口33的前端開口往前方突出特定長度。

其次，二次空氣噴嘴62以及其前端開口621，與二次燃料噴嘴52皆配置於以軸線100為中心的同心環狀區域，與二次燃料噴嘴52等間距地交互配置。

第四實施型態中，二次空氣噴嘴62的前端開口621延長於以軸線100為中心的半徑線方向上，其半徑線方向的長度相較於對半徑線直交方向的長度還要長即可。因此，前端開口621的形狀並不限定於矩形條狀，可以以長圓狀、橢圓形狀、上述半徑線方向兩端部膨脹的砝碼形狀等各種形狀來實施。

接著，說明第四實施型態的作用。

如圖21與圖22所示，第四實施型態的燃燒裝置31的燃燒動作時，由一次燃料噴嘴37的軸線100周圍的噴嘴孔38往斜外周方向朝燃燒室22噴出一次燃料氣體，形成一次火焰201。此時，於一次燃燒噴嘴37的周圍，由火焰穩定器41的通氣口42以及通氣空隙44，沿著軸線100的延長方嚮往燃燒室22內噴出一次空氣。此外，此時，由於火焰穩定器41位於喉口33內，使火焰穩定器41的凸部43的前方側形成小型的再循環流204，令一次火焰201於高空氣比之下得以穩定燃燒，且一次火焰成為分割狀態，表面積增大，其一次火焰201的溫度降低。

另一方面，由二次燃料噴嘴52的噴嘴孔53往朝著軸線100的傾斜方向噴出二次燃料氣體，該二次燃料氣體於朝著一次火焰201的前端附近被供給。因此，一次火焰201作為點火火焰，二次火焰形成於接續於一次火焰201的前端部。藉此二次燃料氣體的噴出，使得燃燒氣體由二次燃燒噴嘴52的上游側流入進行再循環，二次燃料氣體混和至其再循環流203之中，因而二次火焰202成為緩慢燃燒狀態，降低NO_X 的產生。即，由於來自噴嘴53的二次燃料氣體燃燒於遠離噴嘴孔53的部位，使得燃燒變得緩慢。

其次，此時，由位於二次燃料噴嘴52之間的二次空氣噴嘴62的前端開口621，往燃燒室22噴出二次空氣。因此，藉由此二次空氣降低二次火焰202的溫度。並且，由二次空氣噴嘴62的前端開口形成盤旋於二次火焰202、其外側，以及二次空氣噴嘴62的基端部附近的再循環流203，藉由再循環流203，使得被二次空氣、二次燃料氣體以及此兩種氣體的噴流誘導的燃燒氣體進行循環，上述諸物進行混和，實現緩慢燃燒，並使二次火焰穩定燃燒。

由於二次燃料噴嘴52以及二次空氣噴嘴62於喉口33的周圍交互地均等間隔配置，因此如圖20所示，再循環流203係通過二次燃料噴嘴52以及二次空氣噴嘴62之間的空間。因此，燃燒氣體與二次空氣成為分割狀態，此兩者的混和變緩。而且，藉由通過二次燃料噴嘴52以及二次空氣噴嘴62之間的空間的再循環流而達成緩慢燃燒。

此外，由於二次空氣噴嘴62由二次燃料噴嘴52的前端往前方突出，使得二次空氣於再循環流的前方位置，即以二次火焰202為上游的再循環流的下游側匯流，因此，對二次火焰202的氧氣供給變緩，有效地抑制NO_X 。

如上所述，於第四實施型態中，二次燃料噴嘴52配置為往燃燒室22內突出，使得燃燒氣體由二次燃料噴嘴52的上游測流入進行再循環並混和，成為緩慢燃燒狀態，降低了NO_X 的產生。

此外，於二次燃料噴嘴52之間，二次空氣噴嘴62相互間隔配置，使得來自二次燃料噴嘴52的二次燃料以及來自二次空氣噴嘴62的二次空氣兩者所造成的高速噴流效果，促進燃燒室22內的燃燒氣體的再循環，因而得到低NO_X 。其次，一次火焰201為使二次火焰202穩定燃燒程度的強度即可。因此，可以減少一次燃料氣體以及一次空氣的量，可確保高TDR（降載比）並且得到低NO_X 。

此外，於既有的燃料二段式燃燒方式當中，將所需的燃燒空氣以全部量供給至一次火焰區域中，然而由於由二次空氣噴嘴62分割、供給二次空氣，實現了燃料二段式燃燒，因此可降低空氣供給壓力損失，並且實現減少一次氣體燃料。

第四實施型態顯示與圖18所示第一實施型態同等的NO_X 資料。第四實施型態具有以下的效果。

（12）由於二次燃料噴嘴52由喉口33的前端往燃燒室22內突出，使得燃燒氣體作為再循環流於喉口33以及二次燃料噴嘴52的上游側，由外周側流入中心側。因此，來自二次燃料噴嘴52的燃料氣體漸漸地混和入再循環流，進行緩慢燃燒，降低了NO_X 。此外，藉由來自二次燃料噴嘴52的高速噴流造成的再循環得以順利實施。

（13）來自一次燃料噴嘴37的燃料氣體，只要能形成可穩定燃燒二次火焰程度的小型一次火焰的量即可。即，由於燃燒所需的全部空氣量的一部分作為一次空氣供給至喉口33，因此與既有技術比較，相對於二次燃料氣體量，可減少一次燃料氣體量。例如（一次燃料氣體量）／（二次燃料氣體量）的比為約1/2～1/10，藉由僅控制二次燃料氣體的量可得到高TDR。因此，可以大幅度範圍來控制燃燒裝置的燃燒量。此外，由於不需要個別地控制一次燃料氣體量以及二次燃料氣體量，因此氣體調量閥只需要二次燃料氣體用，可節省成本。

（14）藉由朝著軸線100上形成的高空氣比的一次燃料氣體區域噴出二次燃料氣體，使得可安定化二次火焰，並且可防止未燃部分以及一氧化碳的排出。

（15）二次燃料噴嘴52的噴嘴孔53，為朝著軸線100方向的下游側往半徑方向內側傾斜配置的單孔。因此，朝高空氣比的一次燃料區域噴出二次燃料氣體，並可防止未燃部分以及一氧化碳的排出。

（16）於喉口33的外周側、以軸線100為中心的環狀區域上，複數個二次空氣噴嘴62相互間隔地設置，因此由周圍使二次燃料氣體有效地混和至軸線100上形成的含低濃度殘存氧氣的燃燒氣體，使其緩慢燃燒，並且也使未燃部分有效地燃燒。因此，即使減少一次燃料氣體量，也能夠發揮穩定一次火焰201的輔助效果。

（17）複數個二次空氣噴嘴62以及複數個二次燃料噴嘴52於環狀區域上交互配置，藉此，二次燃料噴嘴、二次空氣噴嘴的這兩者所造成的高速噴流效果，使得燃燒氣體進行再循環，成為低NO_X 狀態。此外，由於二次空氣噴嘴62與複數個二次燃料噴嘴52互相離間配置，使得二次空氣與二次燃料氣體的混和變慢，此兩者能維持長時間的分割狀態，得到有效的緩慢燃燒狀態。

（18）二次空氣噴嘴62的開口係為於以軸線100為中心的半徑方向所延長的條狀的單孔、藉此可確保二次燃料噴嘴與二次空氣噴嘴之間的間隔。藉此，可確實地形成前述分割狀態，得到更有效的緩慢燃燒狀態。

（19）風箱32的前板321往燃燒室22內突出，因此再循環流203由二次空氣噴嘴62的後方流入，再順著其流的下游側流入二次空氣噴嘴62的二次空氣進行混和。因此，二次空氣混和至再循環流203的進行變緩，可得到更為緩慢的燃燒。

（20）由於二次空氣噴嘴62往燃燒室22內突出，再循環流203由二次空氣噴嘴62的後方流入，其流的下游側流入二次空氣並且進行混和，因此使得二次空氣混和至再循環流203的進行變緩。因此，可得到更為緩慢的燃燒。

（21）二次空氣噴嘴62的開口呈現條狀，並接近喉口33，因此能盡量避免對一次火焰201的氧氣量不足，並抑制一氧化碳的產生。

（22）由於設置了喉口33，喉口33由於分離地供給透過火焰穩定器41供給的一次空氣、由火焰穩定器41周圍供給的二次空氣，因此相較於既有技術，較能提高TDR。

［第五實施型態］

接著，以本發明的第五實施型態之與第四實施型態不同的部分為中心進行說明。

於第五實施型態當中，如圖23所示，由中央燃料供給管36所分歧出的外側燃料供給管51的部分為與第四實施型態相異。

接著說明第五實施型態具有以下的效果。

（23）由於從中央燃料供給管36分歧出外側燃料供給管51，因此可簡單化燃料的供給構造，能夠節省成本。

［第六實施型態］

本發明的第六實施型態係根據圖24以及35～37來進行說明。

第六實施型態當中，於第四實施型態的構成中，前板321的中心側係為傾斜朝著喉口33。藉此第六實施型態具有以下效果。

（24）燃燒氣體的再循環流203通過二次燃料噴嘴52以及二次空氣噴嘴62之間的離間部分而容易流動。

［第七實施型態］

根據圖25（a）、（b）以及圖38-40來說明本發明的第七實施型態。

於第七實施型態當中，將在第四實施型態的構成中的二次空氣噴嘴62的矩形開口21變更為圓形的開口621。開口621的形狀變更可藉由使用既有排管來實現。第七實施型態具有以下效果。

（25）因使用現有的管狀物來形成圓形開口621，因此可節省成本。此外，由於可以選擇適合的既有排管，因此開口621的半徑可以任意變更。因此，可適度地調整再旋環流203的指向性以及流量，使其發揮低NO_X 的作用。

［第八實施型態］

根據圖26（a）、（b）以及圖41～43來說明本發明的第八實施型態。

於第八實施型態當中，以第七實施型態的構成，沿著風箱32的半徑方向分別設置複數個二次空氣噴嘴62的圓形開口621。開口621為既有的排管所形成。

藉此，第八實施型態具有以下的效果。

（26）複數個開口621於半徑方向上排列，使得在可得到具有矩形開口621的二次空氣噴嘴62相近效果，並且由於使用既有排管，故與第七實施型同樣地能夠節省成本。

［第九實施型態］

根據圖27（a）、（b）以及圖44～46來說明本發明的第九實施型態。

第九實施型態中，圖25（a）、（b）所示第七實施型態的第二空氣噴嘴62的開口621，朝著燃燒室22的前方對著軸線100以中心角θ2為約10度～50度（第九實施型態中為30度）往內側傾斜設置。

因此，第九實施型態具有下列效果。

（27）二次空氣噴嘴62的開口621係為往半徑方向內側傾斜設置的單孔，藉此來自二次空氣噴嘴62的二次空氣的噴流變成往內，因此二次空氣能夠良好地混和進入於軸線100上所形成的二次火焰202所造成的燃燒氣體中。藉此，能夠保持二次火焰202的穩定性，並且於二次火焰區域實現更進一步的高空氣比化。因此能有效地抑制NO_X 的產生。此外，由於使用既有的排管，因此可以節省成本。

本發明並不限定於前述實施型態，也可以以下的型態來具體化。

於第一實施型態以及第四實施型態當中，亦可與第二實施型態同樣地將二次空氣噴嘴62的前端開口621形成為向內。如此一來，也可得到與前述（10）所記載效果同樣的效果。

可以變更二次燃料噴嘴52以及二次空氣噴嘴62的數量。例如，二次燃料噴嘴52以及二次空氣噴嘴62的數量可以比圖示範例還少。依此構成，二次空氣噴嘴62以及二次燃料噴嘴52之間的空間變廣，使再循環流203順利流動。

二次燃料噴嘴52以及二次空氣噴嘴62的數量可不為同樣的數量，為相異的數量。

一次、二次燃料可不為氣體燃料，可為噴霧狀的液體燃料。

一次、二次空氣可不為含有21%氧氣的空氣。也可以混入排放氣體。於該情形下為外部排放氣體循環。

可以省略二次空氣噴嘴62。

可使二次燃料噴嘴52相對於二次空氣噴嘴62向前方突出。

可使二次燃料52以及二次空氣噴嘴62的至少其中一者後退至喉口33的前端開口之後。

火焰保持器41不限於凹凸形狀的擋板型（baffle）火焰穩定器，也可以是其他形狀的擋板型火焰穩定器。此外，亦可為旋流型（swirler）火焰穩定器41。

二次燃料噴嘴52的噴嘴孔38可為沿著以軸線100為中心的半徑線延長的條狀單孔。如此般，藉由將噴嘴孔38設成條狀單孔，可使二次燃料噴嘴52以及二次空氣噴嘴62之間空出間隔。因此，可使燃燒氣體的再循環良好地進行，進而可達到低NO_X 化。

如圖28所示變形例，可省略第四至第九實施型態的喉口33。於該情形下，由於喉口33不存在，因此無法於風箱32當中分離一次空氣與二次空氣，亦無法控制兩者在風箱32內的量。因此，為了使供給至燃燒室22內的一次空氣量與二次空氣量得到適當地分配，必須要適當地設定噴出一次空氣的火焰穩定器41的通氣口42等的開口面積。喉口33不存在的構成下，如圖29（a）、（b）所示，可將前板321以及火焰保持器41接合或是一體成形。若將前板321以及火焰保持器41接合或是一體成形的話，火焰穩定器41的凸部43的前端側的通氣空隙44就無法形成，因此亦可如圖29（b）的雙點線所示，可於凸部43的前端形成作為通氣空隙44的開口。

前板321與火焰保持器41的前方之間不一定要有特定長度d（參考圖19以及圖28），例如除了前板321傾斜的第五實施型態以外，如圖30所示，亦可將前板321以及火焰穩定器41形成於同一面上。圖30以及圖47～49的例子為將第四實施型態的前板321以及火焰穩定器41一體化，而在相當於火焰穩定器41的部分上設置複數個小孔45。如此般將前板321以及火焰穩定器41一體化並設置小孔45的構成亦可適用於第六至第九實施型態。

本發明包含下述技術思想。

（附錄A）如申請專利範圍第1-6項中的任一項所述的燃燒裝置，其特徵為前述二次空氣噴嘴的開口為，沿著以前述軸線為中心的半徑線延長的形狀的單孔。

藉由將二次燃料噴嘴的開口設定為沿著前述半徑線延長的形狀的單孔，可空出二次燃料噴嘴與二次空氣噴嘴的間隔，因此燃燒氣體的再循環良好地進行並且緩慢燃燒，可得更進一步的低NO_X 化。

（附錄B）如申請專利範圍第1-6項中的任一項所述的燃燒裝置，其特徵為前述二次空氣噴嘴的開口為往軸方向下游側向半徑方向內側傾斜配置的單孔。

依據此構成，自二次空氣噴嘴的噴流為往內，且將二次空氣良好地混和入二次火焰中，藉此保持二次火焰的穩定性，並且實現更進一步的高空氣比化。

（附錄C）如申請專利範圍第1-6項中的任一項所述的燃燒裝置，其特徵為前述二次燃料噴嘴的開口部為延長於假想設置圓上的半徑方向的條狀單孔氣體燃料用噴嘴。

藉由條狀的單孔能夠空出二次燃料噴嘴以及二次空氣噴嘴的間隔，由此燃燒氣體的再循環可良好地進行並且緩慢燃燒，因此可得較低NO_X 。

（附錄D）如申請專利範圍第1-6項中的任一項所述的燃燒裝置，其特徵為前述二次燃料噴嘴的開口部為朝著軸方向下游側往半徑方向內側傾斜配置的單孔燃料用噴嘴。

依此構成的話，可藉由向形成於中心軸上的高空氣比（稀薄的）一次燃料區域噴出二次燃料，來防止未燃部分以及一氧化碳的排出。

（附錄E）一種燃燒裝置，其特徵為，具備：一次燃料噴嘴，配置於燃燒用空氣供給喉口的軸線上；火焰穩定器，配置於為前述燃燒用空氣供給喉口的內周側、前述一次燃料噴嘴的周圍；複數個二次燃料噴嘴，相互隔著間隔地配置於前述燃燒用空氣供給喉口的外周側、以前述一次燃料噴嘴為中心的環狀領域上，其中，前述燃燒用空氣供給喉口以及前述二次燃料噴嘴的至少其中一者配置為往燃燒室內突出。

依據此構成，燃燒氣體由燃燒用空氣供給喉口或是一次燃料噴嘴的上游側流入並且再循環，因此降低NO_X 。

（附錄F）如附錄E所述的燃燒裝置，其特徵為，前述燃燒用空氣供給喉口或是前述二次燃料噴嘴配置為往燃燒室內突出。

依照上述構成，燃燒氣體由燃燒用空氣供給喉口或是二次燃料噴嘴的上游側流入且再循環，因此能進一步地降低NO_X 。

（附錄G）一種燃燒方法，如專利申請範圍1-4項中任一項所記載的燃燒裝置當中，（一次燃料氣體量）／（二次燃料氣體量）的比為1/2以下，且僅控制二次燃料氣體量。

藉此方式，與既有技術相較之下，可以得到較大的TDR。此外，因為不需要個別地控制一次燃料氣體量與二次燃料氣體量，因此氣體調量閥只需要二次燃料氣體用，可節省成本。

（附錄H）如申請專利範圍第4項或第5項所述的燃燒裝置，其特徵為風箱的前板配置為朝燃燒室內突出。

依據此構成，燃燒氣體由二次空氣噴嘴或是二次燃料噴嘴的上游側流入且進行再循環，可降低NO_X 。

實施型態以及變形例中的條件可以適當地組合，某一實施型態的一部分的構成可以替換成另一個實施型態的一部分，或者是將某一實施型態的一部分的構成上再追加其他實施型態。以此置換／追加所得的作用效果只要是相關業者皆可藉由本案說明書以及圖示得以理解其作用效果。

本發明並不限定於範例中所示內容。例如，舉例說明的特徵並不應該解釋為本發明所必須的，本發明的主題為比揭露的特定實施型態的所有的特徵還要少。

201:一次火焰 202:二次火焰 203:再循環流 204:再循環流 21:鍋爐 22:燃燒室 31:燃燒裝置 32:風箱 321:前壁 33:燃燒用空氣供給喉口（喉口） 34:第一送風室 35:前端開口 36:中央燃料供給管 37:一次燃料噴嘴 38:噴嘴孔 41:火焰穩定器 42:通氣口 43:凸部 44:通氣空隙 45:小孔 51:外側燃料供給管 52:二次燃料噴嘴 53:噴嘴孔 61:連通口 62:二次空氣噴嘴 621:前端開口 622:側壁 623:底壁 63:第二送風室 100:軸線 A-A～G-G:斷面截線 θ11:角度 θ12:角度 d:特定長度

圖1為第一實施型態的燃燒裝置的斷面圖。

圖2為圖1的燃燒裝置的側面圖。

圖3（a）為一次燃料噴嘴的斷面圖，圖3（b）為其左側面圖。

圖4（a）為二次燃料噴嘴的斷面圖，圖4（b）為其左側面圖。

圖5為二次空氣噴嘴的平面圖。

圖6為顯示動作狀態的斷面圖。

圖7為顯示動作狀態的斷面圖。

圖8為第二實施型態的燃燒裝置的斷面圖。

圖9為燃燒裝置的左側面圖。

圖10為第三實施型態的燃燒裝置的側面圖。

圖11為第一實施型態的燃燒裝置的立體圖。

圖12為圖11的燃燒裝置的左側面圖。

圖13為圖1及圖8的燃燒裝置的右側面圖。

圖14為圖12中A-A線的斷面圖。

圖15為圖8的燃燒裝置的立體圖。

圖16為圖15的燃燒裝置的左側面圖。

圖17為圖16的B-B線的斷面圖。

圖18為顯示比較既有技術的NO_x 排放值與第一實施型態的NO_x 排放值的圖表。

圖19為第四實施型態的燃燒裝置的斷面圖。

圖20為圖19的燃燒裝置的側面圖。

圖21為顯示圖19的燃燒裝置的動作狀態的斷面圖。

圖22為顯示圖19的燃燒裝置的動作狀態的斷面圖。

圖23為第五實施型態的燃燒裝置的斷面圖。

圖24為第六實施型態的燃燒裝置的斷面圖。

圖25（a）、（b）為顯示第七實施型態的燃燒裝置的斷面圖以及左側面圖。

圖26（a）、（b）為顯示第八實施型態的部分斷面圖以及左側面圖。

圖27（a）、（b）為顯示第九實施型態的部分斷面圖以及左側面圖。

圖28為顯示變更例的部分斷面圖。

圖29（a）、（b）為顯示其他變更例的部分斷面圖以及左側面圖。

圖30（a）、（b）為進一步顯示其他變更例的部分斷面圖以及左側面圖。

圖31為圖19的燃燒裝置的立體圖。

圖32為圖31的燃燒裝置的左側面圖。

圖33為圖31的燃燒裝置的右側面圖。

圖34為圖32的C-C線的斷面圖。

圖35為圖24的燃燒裝置的立體圖。

圖36為圖35的燃燒裝置的左側面圖。

圖37為圖36的D-D線的斷面圖。

圖38為圖25的燃燒裝置的立體圖。

圖39為圖38的燃燒裝置的左側面圖。

圖40為圖39的E-E線的斷面圖。

圖41為圖26的燃燒裝置的立體圖。

圖42為圖41的燃燒裝置的左側面圖。

圖43為圖42的F-F線斷面圖。

圖44為圖27的燃燒裝置的立體圖。

圖45為圖44的燃燒裝置的左側面圖。

圖46為圖45的G-G線的斷面圖。

圖47為圖30之變更例的燃燒裝置的立體圖。

圖48為圖47的燃燒裝置的左側面圖。

圖49為圖48的H-H線的斷面圖。

201:一次火焰

203:再循環流

204:再循環流

21:鍋爐

22:燃燒室

31:燃燒裝置

32:風箱

321:前壁

33:燃燒用空氣供給喉口(喉口)

34:第一送風室

35:前端開口

36:中央燃料供給管

37:一次燃料噴嘴

41:火焰穩定器

51:外側燃料供給管

52:二次燃料噴嘴

53:噴嘴孔

61:連通口

62:二次空氣噴嘴

621:前端開口

622:側壁

623:底壁

63:第二送風室

100:軸線

Claims (8)

1. 一種燃燒裝置，其安裝於燃燒室，具備：管狀的燃燒用空氣供給喉口，供給燃燒用空氣；一次燃料噴嘴，配置於該燃燒用空氣供給喉口的軸線上；火焰穩定器，配置於前述燃燒用空氣供給喉口的內周側、前述一次燃料噴嘴的周圍，穩定前述燃燒用空氣供給喉口前端部的火焰；複數個二次燃料噴嘴，相互隔著間隔配置於前述燃燒用空氣供給喉口的外周側、以前述一次燃料噴嘴為中心的環狀領域上，其特徵為：配置為前述燃燒用空氣供給喉口及前述二次燃料噴嘴之至少一者往前述燃燒室內突出，從而形成混合的再循環流；朝藉由一次燃料噴嘴噴射的一次燃料所形成的一次火焰從前述二次燃料噴嘴噴出二次燃料，使得燃燒氣體從上游側卷入作為再循環流進行緩慢燃燒。
2. 如申請專利範圍第1項所述的燃燒裝置，其中前述二次燃料噴嘴配置為後退至前述燃燒用空氣供給喉口的前端開口之後。
3. 如申請專利範圍第1項所述的燃燒裝置，其中於供給至前述燃燒用空氣供給喉口的燃燒用空氣中混入排放氣體。
4. 如申請專利範圍第1項所述的燃燒裝置，其中具備於前述燃燒用空氣供給喉口的外周側、前述環狀領域上相互間隔設置的複數個二次空氣噴嘴，前述複數個二次空氣噴嘴與前述複數個二次燃料噴嘴為交互配置，且 於前述複數個二次空氣噴嘴中混入排放氣體。
5. 如申請專利範圍1-4項中任一項所述的燃燒裝置，其中前述二次燃料噴嘴的開口部為朝著軸方向下游側往半徑方向內側傾斜配置的單孔氣體燃料用噴嘴。
6. 如申請專利範圍1-4項中任一項所述的燃燒裝置，其中前述二次燃料噴嘴的開口部為延長於假想設置圓上的半徑方向的條狀單孔氣體燃料用噴嘴。
7. 一種鍋爐，具有如申請專利範圍1-6項中任一項所述的燃燒裝置。
8. 一種燃燒方法，在如申請專利範圍1-6項中任一項所述的燃燒裝置當中，(一次燃料氣體量)/(二次燃料氣體量)的比為1/2以下，且僅控制二次燃料氣體量。

Images