JP2006292317A

JP2006292317A - Boiler and low-nox combustion method

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Publication number: JP2006292317A
Application number: JP2005116333A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yoshinari; 佑治吉成; Osamu Tanaka; 収田中; Yukihiro Tokunaga; 幸博徳永; Shinichiro Murakami; 伸一郎村上
Original assignee: Miura Co Ltd; Miura Protec Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd; Miura Protec Co Ltd
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2006-10-26

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a boiler capable of attaining low O<SB>2</SB>, low NOx and low CO. SOLUTION: This boiler comprises a premixing gas burner 10 and water pipes 21, 22 and 23 adjacent to the premixing gas burner 10. A premixed gas from the gas burner 10 is injected to the water pipes 21, 22 and 23 at a predetermined angle. The boiler further comprises an exhaust gas supply means 41 supplying exhaust gas to a combustion reaction area of the premixed gas, and combustion with air ratio of 1 to 1.3 is performed in the premixed gas burner 10. COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ボイラおよび低ＮＯｘ燃焼方法に関するものである。 The present invention relates to a boiler and a low NOx combustion method.

従来から、環境汚染問題は社会的に大きく取り上げられており、ボイラにおいても、有害物質（ＮＯｘ、ＣＯ、煤等）の低減が求められている。ボイラにおける有害物質低減化技術は種々提案されており、その低減化技術の一例として、バーナ下流側の直近に冷物体を設置等する技術が知られている（特許文献１参照）。また、他の従来技術としては、ボイラから排出される排ガスを再循環させてＮＯｘの低減を図る技術が知られている。 Conventionally, environmental pollution problems have been widely taken up socially, and boilers are also required to reduce harmful substances (NOx, CO, soot, etc.). Various techniques for reducing harmful substances in boilers have been proposed, and as an example of the reduction technique, a technique for installing a cold object in the immediate vicinity of the burner downstream side is known (see Patent Document 1). As another conventional technique, a technique for reducing NOx by recirculating exhaust gas discharged from a boiler is known.

さらに、近年においては、環境汚染問題に加えて省エネルギ等の要請もあって、より一層の有害物質の低減が求められている。つまり、環境汚染問題の解決と省エネルギ化とを実現するために、より高いレベルでの有害物質低減化技術が求められている。 Furthermore, in recent years, in addition to environmental pollution problems, there has been a demand for energy saving and the like, and further reduction of harmful substances has been demanded. That is, in order to solve the environmental pollution problem and to save energy, a technology for reducing harmful substances at a higher level is required.

具体的には、省エネルギ化のために、低Ｏ_２、すなわち排気ガス中の残存酸素量低減（例えば、排気ガス中の残存酸素量３％）、低ＮＯｘ（例えば、２０ｐｐｍ以下）、低ＣＯ（例えば、５０ｐｐｍ以下）を実現可能なボイラが求められている。しかしながら、上記従来技術を採用しても、このような環境汚染と省エネルギ化とに対応したボイラを実現することは困難である。 Specifically, in order to save energy, low O ₂ , that is, reduction of residual oxygen amount in exhaust gas (for example, residual oxygen amount of 3% in exhaust gas), low NOx (for example, 20 ppm or less), low CO 2 There is a demand for a boiler capable of realizing (for example, 50 ppm or less). However, even if the conventional technology is adopted, it is difficult to realize a boiler that can cope with such environmental pollution and energy saving.

特開平６−１５９６１２号公報JP-A-6-159612

そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであって、低Ｏ_２、低ＮＯｘおよび低ＣＯを実現可能なボイラを提供することを課題とする。また、本発明は、低Ｏ_２、低ＮＯｘおよび低ＣＯを実現可能な低ＮＯｘ燃焼方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a boiler capable of realizing low O ₂ , low NOx, and low CO. Further, the present invention is low O _2, and to provide a low-NOx combustion method capable of realizing low NOx and low CO.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、予混合ガスバーナと、前記予混合ガスバーナに近接した水管とを備えたボイラであって、前記予混合ガスバーナからの予混合ガスが前記水管に対して所定角度をなして噴出され、前記予混合ガスの燃焼反応領域へ排ガスを供給する排ガス供給手段が設けられ、前記予混合ガスバーナにて空気比１〜１．３での燃焼が行われることを特徴としている。 The present invention has been made to solve the above problems, and is a boiler including a premixed gas burner and a water pipe close to the premixed gas burner, wherein the premixed gas from the premixed gas burner is Exhaust gas supply means for supplying exhaust gas to the combustion reaction region of the premixed gas is provided at a predetermined angle with respect to the water pipe, and combustion at an air ratio of 1 to 1.3 is performed by the premixed gas burner. It is characterized by being.

また、本発明は、予混合ガスバーナと、前記予混合ガスバーナに近接した水管とを備えたボイラであって、排気ガス中の残存酸素量を３％以下にすると共にＮＯｘ値を２０ｐｐｍ以下とすべく、予混合ガスが前記予混合ガスバーナから前記水管に対して所定角度をなして噴出され、前記予混合ガスの燃焼反応領域へ排ガスを供給する排ガス供給手段が設けられ、前記予混合ガスバーナにて所定範囲内の空気比での燃焼が行われることを特徴としている。ここで、所定値範囲内の空気比としては、例えば１〜１．３の範囲内であることが好ましい。また、所定値範囲内の空気比としては、１〜１．２の範囲内であることがより好ましい。 The present invention is also a boiler provided with a premixed gas burner and a water pipe close to the premixed gas burner, wherein the residual oxygen amount in the exhaust gas should be 3% or less and the NOx value should be 20 ppm or less. The premixed gas is ejected from the premixed gas burner at a predetermined angle with respect to the water pipe, and exhaust gas supply means for supplying exhaust gas to the combustion reaction region of the premixed gas is provided. Combustion is performed at an air ratio within the range. Here, the air ratio within a predetermined value range is preferably within a range of 1 to 1.3, for example. Further, the air ratio within the predetermined value range is more preferably within the range of 1 to 1.2.

また、本発明にかかるボイラにおいては、前記排ガス供給手段にて供給される前記排ガス量が５〜２０％である構成が好ましい。 Moreover, in the boiler concerning this invention, the structure whose said waste gas amount supplied by the said waste gas supply means is 5 to 20% is preferable.

また、本発明にかかるボイラにおいては、前記予混合ガスバーナにおける前記予混合ガス噴出方向下流側に、前記予混合ガスバーナからのガス中のＣＯを酸化するＣＯ酸化手段が設けられている構成が好ましい。 Moreover, in the boiler concerning this invention, the structure by which the CO oxidation means to oxidize CO in the gas from the said premixed gas burner is provided in the downstream of the said premixed gas ejection direction in the said premixed gas burner.

また、本発明にかかるボイラにおいては、前記ＣＯ酸化手段が、前記水管を用いて構成されていることが好ましい。 Moreover, in the boiler concerning this invention, it is preferable that the said CO oxidation means is comprised using the said water pipe | tube.

また、本発明にかかるボイラにおいては、前記ＣＯ酸化手段が、前記水管表面にてガスを保炎するために設けられた突起物であることが好ましい。 Moreover, in the boiler concerning this invention, it is preferable that the said CO oxidation means is the protrusion provided in order to flame-hold gas on the said water pipe surface.

さらに、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、バーナからのガスの温度を制御することにより低ＮＯｘ化を実現する低ＮＯｘ燃焼方法であって、冷却体に近接した位置で前記バーナから予混合ガスを供給して、空気比１〜１．３での燃焼を行う燃焼工程と、排ガスを前記予混合ガスの燃焼反応領域へ供給する排ガス供給工程とを備えたことを特徴としている。 Furthermore, the present invention has been made to solve the above problems, and is a low NOx combustion method that realizes low NOx by controlling the temperature of the gas from the burner, and is located close to the cooling body. A combustion step of supplying a premixed gas from the burner to perform combustion at an air ratio of 1 to 1.3, and an exhaust gas supply step of supplying exhaust gas to the combustion reaction region of the premixed gas. It is a feature.

また、本発明は、バーナからのガスの温度を制御することにより低ＮＯｘ化を実現する低ＮＯｘ燃焼方法であって、排気ガス中の残存酸素量を３％以下にすると共にＮＯｘ値を２０ｐｐｍ以下とすべく、冷却体に近接した位置で前記バーナから予混合ガスを供給する燃料供給工程と、排ガスを前記予混合ガスの燃焼反応領域へ供給する排ガス供給工程とを備え、前記バーナにて所定範囲内の空気比での燃焼が行われることを特徴としている。ここで、所定値範囲内の空気比としては、例えば１〜１．３の範囲内であることが好ましい。また、所定値範囲内の空気比としては、１〜１．２の範囲内であることがより好ましい。 Further, the present invention is a low NOx combustion method for realizing low NOx by controlling the temperature of the gas from the burner, and the residual oxygen amount in the exhaust gas is made 3% or less and the NOx value is made 20 ppm or less. Therefore, a fuel supply process for supplying premixed gas from the burner at a position close to the cooling body and an exhaust gas supply process for supplying exhaust gas to the combustion reaction region of the premixed gas are provided. Combustion is performed at an air ratio within the range. Here, the air ratio within a predetermined value range is preferably within a range of 1 to 1.3, for example. Further, the air ratio within the predetermined value range is more preferably within the range of 1 to 1.2.

また、本発明にかかる低ＮＯｘ燃焼方法においては、前記排ガス供給工程において、前記排ガスが５〜２０％供給される構成が好ましい。 In the low NOx combustion method according to the present invention, it is preferable that 5 to 20% of the exhaust gas is supplied in the exhaust gas supply step.

また、本発明にかかる低ＮＯｘ燃焼方法においては、前記バーナからのガス中のＣＯを酸化するＣＯ酸化工程が行われる構成が好ましい。より具体的には、前記燃料供給工程後（前記燃焼工程開始後）に、前記ＣＯ酸化工程が行われる構成が好ましい。 Moreover, in the low NOx combustion method according to the present invention, it is preferable that a CO oxidation step for oxidizing CO in the gas from the burner is performed. More specifically, a configuration in which the CO oxidation step is performed after the fuel supply step (after the start of the combustion step) is preferable.

また、本発明にかかる低ＮＯｘ燃焼方法においては、前記ＣＯ酸化工程として、前記冷却体表面にてガスを保炎する構成が好ましい。 Moreover, in the low NOx combustion method according to the present invention, it is preferable that the gas is held on the cooling body surface as the CO oxidation step.

本発明によれば、低Ｏ_２、低ＮＯｘおよび低ＣＯを実現可能なボイラを得ることができる。また、本発明によれば、低Ｏ_２、低ＮＯｘおよび低ＣＯを実現可能な低ＮＯｘ燃焼方法を得ることができる。 According to the present invention, low O _2, it can be obtained boiler capable of realizing low NOx and low CO. Further, according to the present invention, a low NOx combustion method capable of realizing low O ₂ , low NOx, and low CO can be obtained.

本発明の実施形態を説明する前に、本明細書において使用する用語について説明する。 Before describing the embodiments of the present invention, terms used in this specification will be described.

本明細書において、単に「ガス」と称する場合、ガスとは、燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスの少なくとも一方を含む概念であり、燃焼ガスと称することもできる。つまり、ガスとは、燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスの両方を有する場合、燃焼反応中のガスのみを有する場合、あるいは燃焼反応が完了したガスのみを有する場合の、いずれをも含む概念である。以下、特に説明しない場合は同様の概念である。 In the present specification, when simply referred to as “gas”, the gas is a concept including at least one of a gas during a combustion reaction and a gas for which the combustion reaction has been completed, and may also be referred to as a combustion gas. In other words, the gas includes both the gas in the combustion reaction and the gas in which the combustion reaction is completed, the gas in the combustion reaction only, or the gas in which the combustion reaction is completed only. It is a concept that includes. Hereinafter, the same concept is used unless otherwise described.

また、排ガスとは、燃焼反応が完了または殆ど完了したガスを意味する。さらに、特に説明しない場合は、ボイラの缶体内を通過して煙突部に達したガスを排ガスという。 Further, the exhaust gas means a gas in which the combustion reaction is completed or almost completed. Further, unless otherwise specified, the gas passing through the boiler body and reaching the chimney is referred to as exhaust gas.

また、ガス温度は、特に説明しない限り、燃焼反応中のガスの温度を意味し、燃焼温度あるいは燃焼火炎温度と同義である。さらに、ガス温度の抑制とは、ガス（燃焼火炎）温度の最高値を低く抑えることを意味する。なお、通常、燃焼反応は、上述した「燃焼反応が完了したガス」中においても極微量であるが継続しているので、「燃焼反応の完了」とは、燃焼反応の１００％完結を意味するものではない。 Further, the gas temperature means the temperature of the gas during the combustion reaction unless otherwise specified, and is synonymous with the combustion temperature or the combustion flame temperature. Further, the suppression of the gas temperature means that the maximum value of the gas (combustion flame) temperature is kept low. In general, the combustion reaction is extremely small in the above-mentioned “gas for which the combustion reaction has been completed”, but continues, so “completion of the combustion reaction” means 100% completion of the combustion reaction. It is not a thing.

次に、本発明創出の過程について説明する。これまで、予混合燃焼による低ＮＯｘ化は種々提案されているが、いずれも高空気比予混合燃焼によるものであった。それは、低空気比予混合燃焼を行うと、ＮＯｘ値が増加することが知られていたからである。このため、当業者間においては、低空気比予混合燃焼における低ＮＯｘ化については、具体的な実験も殆ど行われていないのが現状である。
本願の発明者らは、上記のような従来の既成概念にとらわれることなく、低Ｏ_２、低ＮＯｘおよび低ＣＯの目標値、すなわち排気ガス中の残存酸素量０％〜３％の範囲内（低Ｏ_２）で、ＮＯｘ値（排ガスＯ_２０％換算値）１ｐｐｍ〜２０ｐｐｍ（低ＮＯｘ）、ＣＯ値（読取値）１ｐｐｍ〜５０ｐｐｍ（低ＣＯ）を達成可能な低ＮＯｘ燃焼技術について鋭意研究を行い、その結果、本願発明を創出するに至ったのである。 Next, the process of creating the present invention will be described. Up to now, various NOx reductions by premixed combustion have been proposed, but all have been by high air ratio premixed combustion. This is because it has been known that the NOx value increases when the low air ratio premixed combustion is performed. For this reason, in the present situation, few specific experiments have been conducted on reducing NOx in the low air ratio premixed combustion among those skilled in the art.
The inventors of the present application are not limited to the conventional conventional concept as described above, and target values of low O ₂ , low NO x, and low CO, that is, within a range of 0% to 3% of residual oxygen in exhaust gas ( at low _{O 2),} NOx values (exhaust gas _O 2 0% conversion value) 1Ppm～20ppm (low NOx), CO value intensive studies for low NOx combustion technology achievable (reading) 1Ppm～50ppm (low CO) As a result, the present invention has been created.

これについて、以下に説明する。本願の発明者らは、研究の結果、これまで当業者に知られていなかった新たな知見を獲得するに至った。すなわち、新たな知見とは、低空気比予混合燃焼と水管群冷却による低ＮＯｘ化においては、比較的少ない排ガス循環率であっても排ガス再循環によるＮＯｘ低減効果が大きいこと、排ガス循環量を増加しても低Ｏ_２側ではＣＯの増加が殆どないことである。 This will be described below. As a result of research, the inventors of the present application have come to acquire new knowledge that has been unknown to those skilled in the art. In other words, new knowledge is that NOx reduction by low air ratio premixed combustion and water tube group cooling has a large NOx reduction effect by exhaust gas recirculation even if the exhaust gas circulation rate is relatively small, Even if it increases, there is almost no increase in CO on the low O ₂ side.

ここで、その一例として、図４および図５を示す。図４は、排ガス供給量（ＥＧＲ循環率）の違いによるＮＯｘ値（排ガスＯ_２０％換算値）の変化（排気ガス中の残存酸素量を横軸にとった場合の変化）を示すグラフであり、図５は、排ガス供給量（ＥＧＲ循環率）の違いによるＣＯ値（読取値）の変化（排気ガス中の残存酸素量を横軸にとった場合の変化）を示すグラフである。図４において、グラフＬ４１（●）はＥＧＲ循環率０％のときのＮＯｘ値（排ガスＯ_２０％換算値）の変化を示し、グラフＬ４２（◆）はＥＧＲ循環率５％のときのＮＯｘ値（排ガスＯ_２０％換算値）の変化を示し、グラフＬ４３（▲）はＥＧＲ循環率１０％のときのＮＯｘ値（排ガスＯ_２０％換算値）の変化を示し、グラフＬ４４（■）はＥＧＲ循環率１５％のときのＮＯｘ値（排ガスＯ_２０％換算値）の変化を示している。また、図５において、グラフＬ５１（●）はＥＧＲ循環率０％のときのＣＯ値（読取値）の変化を示し、グラフＬ５２（◆）はＥＧＲ循環率５％のときのＣＯ値（読取値）の変化を示し、グラフＬ５３（▲）はＥＧＲ循環率１０％のときのＣＯ値（読取値）の変化を示している。
これらの図４および図５から明らかなように、本願の発明者らは、比較的少ない排ガス循環率であっても排ガス再循環によるＮＯｘ低減効果は大きく（図４参照）、排ガス循環量を増加しても低Ｏ_２側でＣＯの増加は殆どない（図５参照）という新たな知見を得るに至った。例えば、この図４および図５によれば、排ガス循環率が０％の場合に、排気ガス中の残存酸素量３％，ＮＯｘ値（排ガスＯ_２０％換算値）約９０ｐｐｍ，ＣＯ値（読取値）約１５０ｐｐｍの値を示しているが（Ｌ４１，Ｌ５１参照）、排気ガス中の残存酸素量３％を維持しつつ、排ガス循環率を１０％にすることによって、ＮＯｘ値（排ガスＯ_２０％換算値）約１８ｐｐｍ，ＣＯ値（読取値）約１５０ｐｐｍの値を示すことが明らかとなった（Ｌ４３，Ｌ５３参照）。つまり、低Ｏ_２側ではＣＯの増加が殆どない状態で、大きなＮＯｘ低減効果を得ることができることが明らかとなった。そして、排ガス循環率を１５％とすることによって、ＮＯｘ値（排ガスＯ_２０％換算値）を約１０ｐｐｍとすることができる（Ｌ４４参照）。 Here, FIG. 4 and FIG. 5 are shown as an example. FIG. 4 is a graph showing a change in NOx value (exhaust gas O ₂ 0% conversion value) due to a difference in exhaust gas supply amount (EGR circulation rate) (change when the horizontal axis represents the residual oxygen amount in the exhaust gas). FIG. 5 is a graph showing a change in CO value (read value) due to a difference in exhaust gas supply amount (EGR circulation rate) (change when the horizontal axis represents the amount of residual oxygen in the exhaust gas). In FIG. 4, graph L41 (●) shows the change in NOx value (exhaust gas O ₂ converted value) when the EGR circulation rate is 0%, and graph L42 (♦) shows the NOx value when the EGR circulation rate is 5%. shows the change in (the exhaust gas _O 2 0% conversion value), the graph L43 (▲) represents the change in the NOx value when the EGR circulation rate of 10% (exhaust gas _O 2 0% conversion value), the graph L44 (■) is The change in the NOx value (exhaust gas O ₂ 0% conversion value) when the EGR circulation rate is 15% is shown. In FIG. 5, a graph L51 (●) shows a change in CO value (reading value) when the EGR circulation rate is 0%, and a graph L52 (♦) shows a CO value (reading value) when the EGR circulation rate is 5%. The graph L53 (Ｌ) shows the change in the CO value (read value) when the EGR circulation rate is 10%.
As is clear from FIGS. 4 and 5, the inventors of the present application have a large NOx reduction effect by exhaust gas recirculation even when the exhaust gas circulation rate is relatively small (see FIG. 4), and increase the exhaust gas circulation rate. Even so, a new finding was obtained that there was almost no increase in CO on the low O ₂ side (see FIG. 5). For example, according to FIGS. 4 and 5, when the exhaust gas circulation rate is 0%, the residual oxygen amount in exhaust gas is 3%, the NOx value (exhaust gas O ₂ converted value) is approximately 90 ppm, and the CO value (reading). Value) of about 150 ppm (see L41 and L51). By maintaining the residual oxygen amount of 3% in the exhaust gas and setting the exhaust gas circulation rate to 10%, the NOx value (exhaust gas O ₂ 0 It was revealed that the value (% conversion value) was about 18 ppm, and the CO value (reading value) was about 150 ppm (see L43 and L53). That is, it has been clarified that a large NOx reduction effect can be obtained with little increase in CO on the low O ₂ side. Then, by setting the exhaust gas circulation rate to 15%, the NOx value (exhaust gas O ₂ 0% converted value) can be set to about 10 ppm (see L44).

また、本願の発明者らは、さらなる低ＮＯｘ化を求めて、低Ｏ_２側（例えば、排気ガス中の残存酸素量３％程度）で排ガス循環率を１５％を超えて高めた実験も行っている(図示省略)。このように排ガス循環率を高めてより低いＮＯｘ値を実現しようとすると、どうしてもＣＯが増加してしまう。そこで、本願の発明者らは、バーナに近接した位置に、ＣＯ酸化手段（燃焼促進手段）を設けて、低Ｏ_２、低ＮＯｘおよび低ＣＯの目標値、すなわち排気ガス中の残存酸素量０％〜３％の範囲内（低Ｏ_２）で、ＮＯｘ値（排ガスＯ_２０％換算値）１ｐｐｍ〜２０ｐｐｍ（低ＮＯｘ）、ＣＯ値（読取値）１ｐｐｍ〜５０ｐｐｍ（低ＣＯ）を達成可能な低ＮＯｘ燃焼技術を想到するに至った。
具体的には、バーナに近接した水管にスタッド等の突起物を設けて、水管表面にてガスを保炎することによって、ＣＯを酸化すべく構成すれば、低ＮＯｘ値を維持しつつ、ＣＯを低減させることが可能であることに想到した。つまり、低Ｏ_２にて予混合燃焼に排ガス再循環を加えた構成において、排ガス循環率を高めてより低いＮＯｘ値（例えば、排ガスＯ_２０％換算値にて１０ｐｐｍ以下）を実現するためには、ＣＯ酸化手段（燃焼促進手段）が必須となる。本願の発明者らは、排ガス再循環に加えて、予混合バーナ近傍にこのＣＯ酸化手段を設けることにより、低Ｏ_２、低ＮＯｘ（極超低ＮＯｘ）および低ＣＯを実現可能であることに想到した。 In addition, the inventors of the present application also conducted an experiment in which the exhaust gas circulation rate was increased by more than 15% on the low O ₂ side (for example, about 3% of remaining oxygen in the exhaust gas) in order to further reduce NOx. (Not shown). Thus, if the exhaust gas circulation rate is increased to achieve a lower NOx value, CO will inevitably increase. Therefore, the inventors of the present application provide CO oxidation means (combustion promotion means) at a position close to the burner, and target values of low O ₂ , low NOx and low CO, that is, residual oxygen amount in the exhaust gas is 0. NOx value (exhaust gas O ₂ 0% conversion value) 1 ppm to 20 ppm (low NOx), CO value (reading value) 1 ppm to 50 ppm (low CO) can be achieved within the range of 3% to 3% (low O ₂ ). I came up with a low NOx combustion technology.
Specifically, by providing protrusions such as studs on the water pipe close to the burner and holding the gas on the surface of the water pipe to oxidize CO, CO 2 is maintained while maintaining a low NOx value. It has been thought that it is possible to reduce. In other words, in a configuration in which exhaust gas recirculation is added to premixed combustion at low O ₂ , in order to increase the exhaust gas circulation rate and realize a lower NOx value (for example, 10 ppm or less in terms of exhaust gas O ₂ 0% conversion). In this case, CO oxidation means (combustion promotion means) is essential. The inventors of the present application can realize low O ₂ , low NOx (ultra-low NOx) and low CO by providing this CO oxidation means in the vicinity of the premix burner in addition to exhaust gas recirculation. I came up with it.

これらの知見に基づき、本願の発明者らは、低空気比予混合燃焼と水管群による燃焼反応中のガス冷却と排ガス再循環とを組み合わせるこという本願発明を生みだした。また、さらなる低ＮＯｘ化を実現するために（低ＮＯｘと低ＣＯとを両立するために）、低空気比予混合燃焼と水管群による燃焼反応中のガス冷却と排ガス再循環とに加え、予混合バーナ近傍における燃焼促進（ＣＯ酸化）を組み合わせるという本願発明を生み出した。これらの本願発明により、前記目標値をクリアすることが可能である。
本願発明について原理的な考察を加えると、次のようになる。低ＮＯｘ化は、ガス温度を抑制し、且つガス流速を速くすることが重要である。本来、低空気比予混合燃焼においては、高空気比予混合燃焼と比較して、予混合ガスの体積が少ないために、ガス温度の抑制およびガス流速の増大において劣る。そこで、本願発明においては、予混合ガスに排ガスを混合させることで体積を増加させて、ガス温度抑制およびガス流速増大において、高空気比予混合燃焼と比較して見劣りのないものとした。また、バーナから水管群に流入するガス量は高空気比予混合燃焼の場合と比較して減少させることができ、同じ水管冷却伝熱面積であっても冷却効果が大きくなる。つまり、低空気比予混合燃焼における排ガス混合の効果は、高空気比と同程度の短い反応時間でガス温度（火炎温度）抑制を達成できる。さらに、単に排ガス再循環率を増加させると、ガス温度は抑制されＮＯｘは低減するが、その反面ＣＯが増加する。そこで、本願発明においては、ＮＯｘ値が低減されたガスを、ＮＯｘ生成温度未満の範囲内で燃焼促進させて（ＣＯ酸化手段にて燃焼促進させて）、低ＮＯｘ（極超低ＮＯｘ）と低ＣＯとを両立させている。 Based on these findings, the inventors of the present application have produced the present invention in which low air ratio premixed combustion, gas cooling during a combustion reaction by a water tube group, and exhaust gas recirculation are combined. In addition, in order to achieve further NOx reduction (to achieve both low NOx and low CO), in addition to low air ratio premixed combustion, gas cooling during the combustion reaction by the water tube group, and exhaust gas recirculation, The present invention of combining combustion promotion (CO oxidation) in the vicinity of the mixed burner was created. According to these inventions of the present application, the target value can be cleared.
The basic consideration of the present invention is as follows. In order to reduce NOx, it is important to suppress the gas temperature and increase the gas flow rate. Originally, the low air ratio premixed combustion is inferior in suppressing the gas temperature and increasing the gas flow rate because the volume of the premixed gas is smaller than in the high air ratio premixed combustion. Therefore, in the present invention, the volume is increased by mixing the exhaust gas with the premixed gas so that the gas temperature is suppressed and the gas flow rate is increased so that it is not inferior to the high air ratio premixed combustion. Further, the amount of gas flowing from the burner into the water tube group can be reduced as compared with the case of high air ratio premixed combustion, and the cooling effect is increased even with the same water tube cooling heat transfer area. That is, the effect of the exhaust gas mixing in the low air ratio premixed combustion can achieve gas temperature (flame temperature) suppression in a reaction time as short as the high air ratio. Furthermore, if the exhaust gas recirculation rate is simply increased, the gas temperature is suppressed and NOx is reduced, but the CO is increased. Therefore, in the present invention, combustion of a gas with a reduced NOx value is promoted within a range below the NOx generation temperature (combustion is promoted by the CO oxidation means), and low NOx (ultra-low NOx) and low It is compatible with CO.

以下、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

まず、本実施形態の第一態様にかかるボイラは、予混合ガスバーナと、前記予混合ガスバーナに近接した水管（あるいは水管群）とを備えたボイラであって、予混合ガスバーナからの予混合ガスが前記水管に対して所定角度をなして噴出され、予混合ガスの燃焼反応領域へ排ガスを供給する排ガス供給手段が設けられ、前記予混合ガスバーナにて空気比１〜１．３での燃焼が行われるべく構成されている。 First, the boiler according to the first aspect of the present embodiment is a boiler including a premixed gas burner and a water pipe (or a group of water pipes) close to the premixed gas burner, and the premixed gas from the premixed gas burner is Exhaust gas supply means is provided for supplying exhaust gas to the combustion reaction region of the premixed gas, which is ejected at a predetermined angle with respect to the water pipe, and the premixed gas burner performs combustion at an air ratio of 1 to 1.3. It is configured to be.

ここで、「所定角度」とは、予混合ガスの噴出方向と水管（水管群）の軸方向（長手方向）とが垂直である場合に加え、垂直から若干傾いている状態をも含む概念である（以下、特に説明しない場合は同様の概念である。）。例えば、予混合ガスの噴出方向と水管（水管群）の軸方向とが、垂直から３０°程度傾いている場合を含んでいる。また、この第一態様においては、予混合ガスの噴出方向と水管（水管群）の軸方向とが、垂直から１５°以下の範囲で傾いている構成が好ましい。より好ましくは、予混合ガスバーナから水管（水管群）に対して垂直に、予混合ガスが噴出されることである。 Here, the “predetermined angle” is a concept including not only the case where the ejection direction of the premixed gas and the axial direction (longitudinal direction) of the water pipe (water pipe group) are vertical, but also a state where the premixed gas is slightly inclined from the vertical. Yes (hereinafter the same concept unless otherwise specified). For example, the case where the jet direction of the premixed gas and the axial direction of the water pipe (water pipe group) are inclined by about 30 ° from the vertical is included. Moreover, in this 1st aspect, the structure where the injection direction of a premixed gas and the axial direction of a water pipe (water pipe group) incline in the range of 15 degrees or less from perpendicular | vertical is preferable. More preferably, the premixed gas is ejected from the premixed gas burner perpendicularly to the water pipe (water pipe group).

このような構成によれば、予混合ガスバーナに近接した水管（水管群）に対して、予混合ガスバーナからガスが噴出されることとなるため、水管（水管群）によってガス温度が抑制されて、低ＮＯｘ化を図ることができる。 According to such a configuration, since the gas is ejected from the premixed gas burner to the water pipe (water pipe group) close to the premixed gas burner, the gas temperature is suppressed by the water pipe (water pipe group), Low NOx can be achieved.

また、このような構成によれば、予混合ガスの燃焼反応領域へ排ガスが供給されるので（例えば、予混合ガスバーナから噴出される予混合ガスに排ガスを混入させるので）、ガス温度が抑制され、ＮＯｘ値を低減することができる。 Further, according to such a configuration, since the exhaust gas is supplied to the combustion reaction region of the premixed gas (for example, the exhaust gas is mixed into the premixed gas ejected from the premixed gas burner), the gas temperature is suppressed. , NOx value can be reduced.

さらに、このような構成によれば、予混合ガスバーナにて空気比１〜１．３での燃焼が行われて、ガスが形成されるため、ボイラから排出される排気ガス中の残存酸素量を３％以下にすることができる。 Furthermore, according to such a configuration, combustion is performed at an air ratio of 1 to 1.3 in the premixed gas burner to form a gas, so that the residual oxygen amount in the exhaust gas discharged from the boiler is reduced. It can be 3% or less.

この第一態様にかかるボイラの構成を換言すれば、予混合ガスバーナと、前記予混合ガスバーナに近接した水管とを備えたボイラであって、排気ガス中の残存酸素量を３％以下にすると共にＮＯｘ値を２０ｐｐｍ以下とすべく、予混合ガスが前記予混合ガスバーナから前記水管に対して所定角度をなして噴出され、前記予混合ガスの燃焼反応領域へ排ガスを供給する排ガス供給手段が設けられ、前記予混合ガスバーナにて所定範囲内の空気比での燃焼が行われるべく構成されている。ここで、所定値範囲内の空気比としては、例えば１〜１．３の範囲内であることが好ましい。また、所定値範囲内の空気比としては、１〜１．２の範囲内であることがより好ましい。 In other words, the boiler according to the first aspect includes a premixed gas burner and a water pipe close to the premixed gas burner, and the residual oxygen amount in the exhaust gas is reduced to 3% or less. In order to set the NOx value to 20 ppm or less, a premixed gas is ejected from the premixed gas burner at a predetermined angle with respect to the water pipe, and exhaust gas supply means for supplying exhaust gas to the combustion reaction region of the premixed gas is provided. The premixed gas burner is configured to perform combustion at an air ratio within a predetermined range. Here, the air ratio within a predetermined value range is preferably within a range of 1 to 1.3, for example. Further, the air ratio within the predetermined value range is more preferably within the range of 1 to 1.2.

この第一態様にかかるボイラを構成する予混合ガスバーナとしては、例えば、平板状であって、予混合ガス噴出孔が略同一平面状に形成されたバーナが用いられる。その一例としては、波板と平板とを交互に積層して、多数の予混合ガス噴出孔を有すべく構成された予混合ガスバーナがあげられる。ただし、本実施形態にかかる予混合ガスバーナは、この構成に限定されず、好ましくは、予混合ガス噴出孔が略同一平面状に形成されたバーナとするが、どのような構成であってもよい。したがって、例えば、本実施形態にかかる予混合ガスバーナは、予混合ガスを噴出する多数の噴出孔を有するセラミックプレートを用いて構成してもよい。 As the premixed gas burner constituting the boiler according to the first aspect, for example, a burner having a flat plate shape and having premixed gas ejection holes formed in substantially the same plane is used. As an example, there is a premixed gas burner configured to have a number of premixed gas ejection holes by alternately laminating corrugated plates and flat plates. However, the premixed gas burner according to the present embodiment is not limited to this configuration, and is preferably a burner in which the premixed gas ejection holes are formed in substantially the same plane, but may have any configuration. . Therefore, for example, the premixed gas burner according to the present embodiment may be configured using a ceramic plate having a large number of ejection holes for ejecting the premixed gas.

また、この第一態様にかかるボイラは、多数の熱吸収用の水管（伝熱管）を用いて構成された缶体を備え、上記の通り、この缶体を構成する水管（水管群）に近接して、予混合ガスバーナが設けられている。この缶体は、上部管寄せおよび下部管寄せを備えており、この上下の管寄せ間に複数の水管を立脚して配設することによって構成されている。この第一態様にかかるボイラを構成する缶体は、上下の管寄せ間に設けられた多数の水管を、略矩形のガス流動空間内に、所定間隔を隔てて配設された、いわゆる「角型缶体」として構成されている。そして、この角型缶体の一方側面に近接されて、予混合ガスバーナが設けられている。 Moreover, the boiler concerning this 1st aspect is equipped with the can body comprised using many water pipes (heat-transfer tubes) for heat absorption, and as above-mentioned, it is close to the water pipe (water pipe group) which comprises this can body. A premixed gas burner is provided. The can body is provided with an upper header and a lower header, and is constituted by arranging a plurality of water tubes in a standing manner between the upper and lower headers. The can constituting the boiler according to the first aspect is a so-called “corner” in which a large number of water pipes provided between upper and lower headers are arranged in a substantially rectangular gas flow space at predetermined intervals. It is configured as a “mold can”. A premixed gas burner is provided adjacent to one side surface of the rectangular can body.

この第一態様にかかるボイラは、以上のように構成されており、近接した水管によるガス温度抑制および排ガス供給によって、より効果的にガス温度を抑制して、低ＮＯｘ化を図ることができる。また、このボイラは、低空気比燃焼を実現可能であるため、排ガス中の残存酸素量を３％以下に維持することができる。したがって、このように構成されたボイラによれば、環境汚染問題の解決と省エネルギ化とを実現し、より高いレベルでの有害物質低減化を実現することができる。 The boiler according to the first aspect is configured as described above, and the gas temperature can be more effectively suppressed and the NOx reduction can be achieved by suppressing the gas temperature by the adjacent water pipe and supplying the exhaust gas. Moreover, since this boiler can implement | achieve low air ratio combustion, it can maintain the residual oxygen amount in waste gas to 3% or less. Therefore, according to the boiler configured in this manner, it is possible to realize the solution of the environmental pollution problem and the energy saving, and the reduction of harmful substances at a higher level.

また、上記第一態様にかかるボイラにおいては、前記排ガス供給手段にて供給される前記排ガス量が５〜２０％である構成が好ましい。ここでいう「排ガス量」の割合は、必要空気量に対するものであって、上記第一態様にかかるボイラにおいては、供給される排ガス量は、必要空気量に対して５〜２０％程度であることが好ましい。このような範囲としているのは、排ガス供給量が５％を下回ると、効果的な低ＮＯｘ効果（ガス温度の低減効果）を得ることができず、２０％を上回ると、良好な燃焼状態を維持することが困難となる（消炎限界速度に達する）からである。 Moreover, in the boiler concerning the said 1st aspect, the structure whose said exhaust gas amount supplied by the said exhaust gas supply means is 5 to 20% is preferable. The ratio of the “exhaust gas amount” here refers to the required air amount, and in the boiler according to the first aspect, the supplied exhaust gas amount is about 5 to 20% with respect to the required air amount. It is preferable. This range is because if the exhaust gas supply amount is less than 5%, an effective low NOx effect (gas temperature reduction effect) cannot be obtained, and if it exceeds 20%, a good combustion state is obtained. This is because it becomes difficult to maintain (the flame extinction limit speed is reached).

次に、本実施形態の第二態様にかかるボイラは、第一態様にかかるボイラの構成に加えて、予混合ガスバーナにおける予混合ガス噴出方向下流側に、予混合ガスバーナからのガス中のＣＯを酸化するＣＯ酸化手段が設けられている。すなわち、この第二態様にかかるボイラは、燃焼反応を促進するための燃焼反応促進手段が設けられている。 Next, in the boiler according to the second aspect of the present embodiment, in addition to the configuration of the boiler according to the first aspect, CO in the gas from the premixed gas burner is disposed downstream in the premixed gas ejection direction of the premixed gas burner. CO oxidation means for oxidizing is provided. That is, the boiler according to the second aspect is provided with combustion reaction promoting means for promoting the combustion reaction.

このような構成によれば、ＣＯ酸化手段（燃焼反応促進手段）を設けることによって、ガス温度の低減によって完全に酸化しきれていないガス中のＣＯを積極的に酸化することができる。したがって、この第二態様にかかるボイラによれば、ＮＯ生成温度に達しない燃焼状態を持続させると共に、未燃物およびＣＯの酸化燃焼を促進して、低ＮＯｘ化に加えて、低ＣＯ化も実現することができる。 According to such a configuration, by providing the CO oxidation means (combustion reaction promoting means), it is possible to positively oxidize CO in the gas that has not been completely oxidized by reducing the gas temperature. Therefore, according to the boiler according to the second aspect, the combustion state that does not reach the NO generation temperature is maintained, and the oxidative combustion of unburned matter and CO is promoted. Can be realized.

次に、本実施形態の第三態様にかかるボイラは、ＣＯ酸化手段（燃焼反応促進手段）が、水管を用いて構成されていることを特徴としている。より具体的には、水管自身に何等かの加工を施して燃焼反応促進手段として機能させたり、水管と水管との間に構成された領域（燃焼反応促進領域）を燃焼反応促進手段として機能させたりしている。また、あるいは、水管に特に何等かの加工を施すことなく、水管間隔および水管配置等を適宜調整することによって、水管表面あるいは水管間にてガスを保炎可能な状態に構成してもよい。 Next, the boiler according to the third aspect of the present embodiment is characterized in that the CO oxidation means (combustion reaction promoting means) is configured using a water pipe. More specifically, the water pipe itself is subjected to some processing so as to function as a combustion reaction promoting means, or a region (combustion reaction promoting area) configured between the water pipe and the water pipe is caused to function as a combustion reaction promoting means. It is. Alternatively, the water pipe may be configured to be in a state capable of holding the flame between the water pipe surfaces or between the water pipes by appropriately adjusting the interval between the water pipes and the arrangement of the water pipes without performing any particular processing on the water pipes.

次に、本実施形態の第四態様にかかるボイラは、ＣＯ酸化手段が、水管表面にてガスを保炎するために設けられた突起物であることを特徴としている。 Next, the boiler according to the fourth aspect of the present embodiment is characterized in that the CO oxidation means is a projection provided to hold the gas on the surface of the water tube.

このように、燃料供給部近傍に位置する水管に突起物を設ければ、その突起物が保炎箇所となって、安定した燃焼状態が形成可能になると共に、伝熱が促進され、ガス冷却も促進される。この突起物としては、例えば、スタッドピンやフィン等があげられる。このように、燃料供給部の下流側に位置する水管にスタッドピンやフィン等を設ければ、伝熱およびガス冷却が促進される。 As described above, if the water pipe located in the vicinity of the fuel supply unit is provided with a protrusion, the protrusion becomes a flame-holding portion, a stable combustion state can be formed, heat transfer is promoted, and gas cooling is performed. Is also promoted. As this protrusion, a stud pin, a fin, etc. are mention | raise | lifted, for example. Thus, if a stud pin, a fin, etc. are provided in the water pipe located in the downstream of a fuel supply part, heat transfer and gas cooling will be promoted.

また、上述した突起物は、バーナに近接してガス温度を抑制する水管群において、各水管の高速流動ガスに接触する冷却面からガス流動方向に直交させて設けることが好ましい。この突起物は、好ましくは、上記の通りスタッド状であって、高速流の流動抵抗が大きくなように投影面積が小さく、かつ冷却面基部で十分な接触面を有し、先端までの高さが約５０mm以内の円柱，楕円柱，円錐などの形状とし、先端温度が材料耐熱温度を超えない材質とする。このような突起物を有するボイラによれば、水管の速度零の極薄い境界層に形成される最高ガス（火炎）温度帯を有効に冷却することができ、排出ＮＯｘ値を大幅に低減することができる。 Moreover, it is preferable that the protrusions described above are provided perpendicular to the gas flow direction from the cooling surface in contact with the high-speed flowing gas of each water pipe in the water pipe group that suppresses the gas temperature close to the burner. This protrusion is preferably stud-shaped as described above, has a small projected area so as to increase the flow resistance of high-speed flow, has a sufficient contact surface at the base of the cooling surface, and has a height to the tip. The material shall have a shape such as a cylinder, an elliptical column, or a cone with a tip of about 50 mm or less, and the tip temperature will not exceed the heat resistance temperature of the material. According to the boiler having such protrusions, it is possible to effectively cool the highest gas (flame) temperature zone formed in the ultrathin boundary layer of the zero velocity of the water pipe, and to significantly reduce the exhausted NOx value. Can do.

また、本実施形態の第五態様にかかる低ＮＯｘ燃焼方法は、バーナからのガスの温度を制御することにより低ＮＯｘ化を実現する低ＮＯｘ燃焼方法であって、冷却体に近接した位置でバーナから予混合ガスを供給して、空気比１〜１．３での燃焼を行う燃焼工程と、排ガスを前記予混合ガスの燃焼反応領域へ供給する排ガス供給工程とを備えたことを特徴としている。換言すれば、バーナからのガスの温度を制御することにより低ＮＯｘ化を実現する低ＮＯｘ燃焼方法であって、排気ガス中の残存酸素量を３％以下にすると共にＮＯｘ値を２０ｐｐｍ以下とすべく、冷却体に近接した位置でバーナから予混合ガスを供給する燃料供給工程と、排ガスを予混合ガスの燃焼反応領域へ供給する排ガス供給工程とを備え、バーナにて所定範囲内の空気比での燃焼が行われることを特徴としている。ここで、所定値範囲内の空気比としては、例えば１〜１．３の範囲内であることが好ましい。また、所定値範囲内の空気比としては、１〜１．２の範囲内であることがより好ましい。 Further, the low NOx combustion method according to the fifth aspect of the present embodiment is a low NOx combustion method that realizes low NOx by controlling the temperature of the gas from the burner, and is a burner at a position close to the cooling body. A combustion process in which a premixed gas is supplied and combustion is performed at an air ratio of 1 to 1.3, and an exhaust gas supply process in which exhaust gas is supplied to the combustion reaction region of the premixed gas. . In other words, this is a low NOx combustion method that realizes low NOx by controlling the temperature of the gas from the burner, and the residual oxygen amount in the exhaust gas is made 3% or less and the NOx value is made 20 ppm or less. Therefore, the fuel supply step for supplying the premixed gas from the burner at a position close to the cooling body and the exhaust gas supply step for supplying the exhaust gas to the combustion reaction region of the premixed gas are provided. It is characterized in that combustion is performed at Here, the air ratio within a predetermined value range is preferably within a range of 1 to 1.3, for example. Further, the air ratio within the predetermined value range is more preferably within the range of 1 to 1.2.

このような構成によれば、冷却体に近接した位置にて燃焼工程を開始するため、ガス温度を効果的に低減可能となり、低ＮＯｘ化を図ることができる。また、排ガス供給工程を有することによって、予混合ガスの燃焼反応領域へ排ガスが供給されるので（例えば、予混合ガスバーナから噴出される予混合ガスに排ガスを混入させるので）、ガス温度が抑制され、ＮＯｘ値を低減することができる。さらに、上述したように、このような構成によれば、低空気比燃焼を実現可能であるため、排ガス中の残存酸素量を３％以下に維持することができる。したがって、このような燃焼方法によれば、環境汚染問題の解決と省エネルギ化とを実現し、より高いレベルでの有害物質低減化を実現することができる。 According to such a configuration, since the combustion process is started at a position close to the cooling body, it is possible to effectively reduce the gas temperature and to reduce NOx. In addition, since the exhaust gas is supplied to the combustion reaction region of the premixed gas (for example, the exhaust gas is mixed into the premixed gas ejected from the premixed gas burner), the gas temperature is suppressed. , NOx value can be reduced. Furthermore, as described above, according to such a configuration, low air ratio combustion can be realized, so that the amount of residual oxygen in the exhaust gas can be maintained at 3% or less. Therefore, according to such a combustion method, the environmental pollution problem can be solved and the energy can be saved, and the harmful substances can be reduced at a higher level.

また、上記第五態様にかかる低ＮＯｘ燃焼方法においては、排ガス供給工程において、排ガスが５〜２０％供給される構成が好ましい。ここで供給される排ガスの量は、ＮＯｘの低減効果と良好な燃焼状態が維持できるか否かという二点を条件として定められる。そこで、上記第五態様においては、これらの条件に基づき、供給される排ガスの量は、必要空気量に対して５〜２０％程度であることが好ましい。このような範囲としているのは、先にも述べた通り、排ガス供給量が５％を下回ると、効果的な低ＮＯｘ効果（ガス温度の低減効果）を得ることができず、２０％を上回ると、良好な燃焼状態を維持することが困難となる（消炎限界速度に達する）からである。この消炎限界速度は、燃料種類によって異なり、本実施態様は、燃料としてプロパン・ブタンを主成分とするＬＰＧとメタンを主成分とする都市ガス（１３Ａなど）とを採用するため、この燃料種類との関係で上記のような好ましい排ガス供給量が定められる。 In the low NOx combustion method according to the fifth aspect, it is preferable that the exhaust gas supply step supplies 5 to 20% of the exhaust gas. The amount of exhaust gas supplied here is determined based on two points: NOx reduction effect and whether a good combustion state can be maintained. Therefore, in the fifth aspect, based on these conditions, the amount of exhaust gas supplied is preferably about 5 to 20% with respect to the required air amount. As described above, if the exhaust gas supply amount is less than 5%, an effective low NOx effect (gas temperature reduction effect) cannot be obtained, and the range exceeds 20%. This is because it becomes difficult to maintain a good combustion state (the flame extinction limit speed is reached). This flame extinguishing limit speed differs depending on the fuel type, and this embodiment employs LPG mainly composed of propane / butane and city gas mainly composed of methane (such as 13A) as the fuel. Therefore, the preferable exhaust gas supply amount as described above is determined.

また、本実施形態の第六態様にかかる低ＮＯｘ燃焼方法は、バーナからのガス中のＣＯを酸化するＣＯ酸化工程を行うべく構成されている。より具体的には、燃料供給工程後（燃焼工程開始後）に、ＣＯ酸化工程が行われる構成が好ましい。 Moreover, the low NOx combustion method according to the sixth aspect of the present embodiment is configured to perform a CO oxidation step of oxidizing CO in the gas from the burner. More specifically, a configuration in which the CO oxidation step is performed after the fuel supply step (after the start of the combustion step) is preferable.

このような構成によれば、ＣＯ酸化工程を有するため、ガスの冷却促進（水管による冷却、排ガス供給による冷却）によって完全に酸化しきれていないガス中のＣＯを積極的に酸化することができる。つまり、このような構成によれば、ＮＯ生成温度に達しない燃焼状態を持続させると共に、未燃物およびＣＯの酸化燃焼を促進して、低ＮＯｘ化に加えて、低ＣＯ化も実現することができる。 According to such a configuration, since it has a CO oxidation step, it is possible to positively oxidize CO in the gas that has not been completely oxidized by promoting gas cooling (cooling by water pipes, cooling by exhaust gas supply). . That is, according to such a configuration, the combustion state that does not reach the NO generation temperature is maintained, and the oxidative combustion of unburned matter and CO is promoted, and in addition to low NOx, low CO is also realized. Can do.

また、本実施形態の第七態様にかかる低ＮＯｘ燃焼方法は、ＣＯ酸化工程として、冷却体表面にてガスを保炎すべく構成されている。 The low NOx combustion method according to the seventh aspect of the present embodiment is configured to hold the gas on the surface of the cooling body as the CO oxidation step.

このような構成によれば、冷却体表面におけるガス冷却が行われると共に、ガスを保炎することによるガスの酸化促進（ＣＯ酸化促進）が行われるため、低ＮＯｘ化に加えて、低ＣＯ化も実現することができる。 According to such a configuration, gas cooling is performed on the surface of the cooling body and gas oxidation is promoted by holding the gas flame (CO oxidation promotion), so in addition to low NOx, low CO is reduced. Can also be realized.

以下、本発明にかかるボイラおよび低ＮＯｘ燃焼方法を適用した実施例について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment to which a boiler and a low NOx combustion method according to the present invention are applied will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の一実施例を適用した蒸気ボイラの縦断面の説明図である。また、図２は、図１のII−II線に沿う横断面の説明図である。 FIG. 1 is an explanatory view of a longitudinal section of a steam boiler to which an embodiment of the present invention is applied. Moreover, FIG. 2 is explanatory drawing of the cross section which follows the II-II line | wire of FIG.

これらの図１および図２に示すように、本実施例にかかるボイラ１は、平面状の予混合ガス噴出面（平板状で、予混合ガス噴出孔が略同一平面状に形成された燃焼面）を有する完全予混合式のバーナ１０（本発明の「予混合ガスバーナ」に相当）、多数の熱吸収用の水管（伝熱管）２１，２２，２３（本発明の「冷却体」に相当）を用いて構成された缶体２０、バーナ１０に対して燃焼用空気を送るために設けられた送風機３０、および缶体２０内の排ガスをボイラ１外部に排出するために設けられた煙突部４０等を用いて構成されている。また、本実施例においては、煙突部４０から排出される排ガスを予混合ガスの燃焼反応領域へ供給するために、送風機３０に設けられた吸気配管３５と煙突部４０との間に排ガス供給配管４１（本発明の「排ガス供給手段」に相当）が設けられている。 As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the boiler 1 according to this embodiment includes a planar premixed gas ejection surface (a flat combustion surface in which premixed gas ejection holes are formed in substantially the same plane. ) Complete premixed burner 10 (corresponding to the “premixed gas burner” of the present invention), a number of heat absorbing water tubes (heat transfer tubes) 21, 22, 23 (corresponding to the “cooling body” of the present invention) , A blower 30 provided to send combustion air to the burner 10, and a chimney 40 provided to discharge exhaust gas in the can 20 to the outside of the boiler 1. Etc. are used. Further, in this embodiment, in order to supply the exhaust gas discharged from the chimney 40 to the combustion reaction region of the premixed gas, the exhaust gas supply pipe is provided between the intake pipe 35 provided in the blower 30 and the chimney 40. 41 (corresponding to "exhaust gas supply means" of the present invention) is provided.

本実施例にかかるボイラ１を構成するバーナ１０は、予混合ガス噴出孔が略同一平面状に形成された予混合ガス噴出面を有する予混合ガスバーナであって、波板と平板とを交互に積層して構成されている。このような構成に基づき、バーナ１０の予混合ガス噴出面（燃焼面）１０ａには、多数の予混合ガス噴出孔が形成されることとなる。そして、このバーナ１０は、後述する缶体２０を構成する水管（水管群）に近接して設けられている。なお、詳細な構造等はここでは省略するが、本実施例にかかるバーナ１０は、例えば、特許第３２２１５８２号公報に記載された「燃焼バーナ」と同様な構成を有している。 The burner 10 constituting the boiler 1 according to this embodiment is a premixed gas burner having a premixed gas ejection surface in which premixed gas ejection holes are formed in substantially the same plane, and alternately includes corrugated plates and flat plates. It is configured by stacking. Based on such a configuration, a large number of premixed gas ejection holes are formed in the premixed gas ejection surface (combustion surface) 10 a of the burner 10. And this burner 10 is provided adjacent to the water pipe (water pipe group) which comprises the can 20 mentioned later. Although the detailed structure and the like are omitted here, the burner 10 according to the present embodiment has the same configuration as the “combustion burner” described in Japanese Patent No. 3221582, for example.

また、本実施例にかかるボイラ１を構成する缶体２０は、上部管寄せ２４、下部管寄せ２５、およびこれらの上下部管寄せ２４，２５間に立脚して配設された複数の水管（外側水管２１，内側水管２２，中央水管２３）等を用いて構成されている。この缶体２０内においては、外側水管２１、内側水管２２、および中央水管２３が、ガス流動方向（缶体２０の長手方向）に配置されており、中央水管群（中央水管２３を用いて構成された水管群）を中心として、二列ずつの内側水管群（内側水管２２を用いて構成された水管群）および外側水管群（外側水管群２１を用いて構成された水管群）が構成されている。また、隣り合う水管同士は、千鳥状に配設されている。 Further, the can 20 constituting the boiler 1 according to this embodiment includes an upper header 24, a lower header 25, and a plurality of water pipes (which are erected between the upper and lower headers 24, 25). The outer water pipe 21, the inner water pipe 22, the central water pipe 23) and the like are used. In the can body 20, the outer water pipe 21, the inner water pipe 22, and the central water pipe 23 are arranged in the gas flow direction (longitudinal direction of the can body 20), and a central water pipe group (configured using the central water pipe 23). The inner water tube group (water tube group configured using the inner water tube 22) and the outer water tube group (water tube group configured using the outer water tube group 21) are formed in two rows. ing. Adjacent water tubes are arranged in a staggered manner.

さらに、図２に示すように、本実施例にかかる缶体２０においては、長手方向の両側部に設けられた外側水管２１と、各外側水管２１間を連結した連結部２６とを用いて、一対の水管壁２７が構成されている。缶体２０は、この一対の水管壁２７と、上下部管寄せ２４，２５とを用いて、略矩形のガス流動空間２９が形成されることとなり、このガス流動空間２９内に、所定間隔を隔てて、内側水管２２および中央水管２３が配設されている。 Furthermore, as shown in FIG. 2, in the can body 20 according to the present embodiment, using the outer water pipes 21 provided on both sides in the longitudinal direction and the connecting portions 26 that connect the outer water pipes 21, A pair of water pipe walls 27 are formed. In the can body 20, a substantially rectangular gas flow space 29 is formed by using the pair of water pipe walls 27 and the upper and lower headers 24, 25, and a predetermined interval is formed in the gas flow space 29. An inner water pipe 22 and a central water pipe 23 are disposed with a gap therebetween.

また、本実施例にかかる缶体２０を構成する水管２１，２２，２３においては、バーナ１０に近接した最前列水管（最前列外側水管２１Ａ，最前列内側水管２２Ａ，最前列中央水管２３Ａ）に、スタッドピン（本発明の「ＣＯ酸化手段」「突起物」に相当）が設けられている。 Further, in the water pipes 21, 22, 23 constituting the can body 20 according to the present embodiment, the front row water pipes (the front row outer water pipe 21 A, the front row inner water pipe 22 A, the front row central water pipe 23 A) close to the burner 10 are used. , Stud pins (corresponding to “CO oxidation means” and “projections” of the present invention) are provided.

ここで、図３は、図２の部分拡大図を示したものである。この図３に示すように、最前列外側水管２１Ａについては、水管２１Ａ表面から缶体２０の中心部方向に向けて略垂直にスタッドピン５１が設けられている。また、最前列内側水管２２Ａについては、水管２２Ａ表面から四方（ガス流動方向の上流方向および下流方向、ならびに缶体２０の中心部方向および外側方向）に向けて略垂直にスタッドピン５２〜５５が設けられている。より具体的には、最前列内側水管２２Ａの表面からガス流動方向の上流方向に向けてスタッドピン５２が設けられ、最前列内側水管２２Ａの表面から缶体２０の中心部方向に向けてスタッドピン５３が設けられ、最前列内側水管２２Ａの表面からガス流動方向の下流方向に向けてスタッドピン５４が設けられ、最前列内側水管２２Ａの表面から缶体２０の外側方向に向けてスタッドピン５５が設けられている。さらに、最前列中央水管２３Ａについては、最前列内側水管２３Ａの表面からガス流動方向の上流方向に向けてスタッドピン５６が設けられ、最前列内側水管２３Ａの表面から缶体２０の外側方向に向けてそれぞれスタッドピン５７，５９が設けられ、最前列内側水管２２Ａの表面からガス流動方向の下流方向に向けてスタッドピン５８が設けられている。 Here, FIG. 3 shows a partially enlarged view of FIG. As shown in FIG. 3, the front row outer side water pipe 21 A is provided with a stud pin 51 substantially perpendicularly from the surface of the water pipe 21 A toward the central portion of the can body 20. Further, the front row inner water pipe 22A has stud pins 52 to 55 extending substantially vertically from the surface of the water pipe 22A in four directions (upstream and downstream directions of the gas flow direction, and the central direction and the outer direction of the can body 20). Is provided. More specifically, a stud pin 52 is provided from the surface of the front row inner water tube 22A toward the upstream side in the gas flow direction, and the stud pin is directed from the surface of the front row inner water tube 22A toward the center of the can 20. 53 is provided, a stud pin 54 is provided from the surface of the front row inner water pipe 22A toward the downstream direction of the gas flow direction, and a stud pin 55 is provided from the surface of the front row inner water pipe 22A toward the outer side of the can 20. Is provided. Further, for the front row central water pipe 23A, a stud pin 56 is provided from the surface of the front row inner water pipe 23A toward the upstream direction of the gas flow direction, and from the surface of the front row inner water pipe 23A toward the outer side of the can 20. The stud pins 57 and 59 are respectively provided, and the stud pins 58 are provided from the surface of the foremost inner water pipe 22A toward the downstream direction of the gas flow direction.

また、本実施例において、各方向に設けられたスタッドピンは、管軸長手方向に二本ずつ設けられている。したがって、各最前列外側水管２１Ａについては、それぞれ二本のスタッドピン５１が設けられ、各最前列内側水管２２Ａについては、それぞれ八本のスタッドピン（ガス流動方向の上流方向に二本のスタッドピン５２、缶体２０の中心部方向に向けて二本のスタッドピン５３、ガス流動方向の下流方向に二本のスタッドピン５４、缶体２０の外側方向に向けて二本のスタッドピン５５）が設けられ、各最前列中央水管２３Ａについては、それぞれ八本のスタッドピン（ガス流動方向の上流方向に二本のスタッドピン５６、缶体２０の外側方向に向けて四本のスタッドピン５７，５９、ガス流動方向の下流方向に二本のスタッドピン５８）が設けられている。 In the present embodiment, two stud pins provided in each direction are provided in the longitudinal direction of the tube axis. Accordingly, two stud pins 51 are provided for each front row outer water pipe 21A, and eight stud pins (two stud pins in the upstream direction of the gas flow direction) are provided for each front row inner water pipe 22A. 52, two stud pins 53 toward the center of the can body 20, two stud pins 54 downstream in the gas flow direction, and two stud pins 55) toward the outside of the can body 20. Each of the front row central water pipes 23A is provided with eight stud pins (two stud pins 56 in the upstream direction of the gas flow direction, and four stud pins 57 and 59 in the outward direction of the can body 20). Two stud pins 58) are provided downstream in the gas flow direction.

なお、本実施例においては、以上のようにスタッドピンが設けられているが、本発明は、このような構成に限定されず、必要に応じて、スタッドピンの数、設ける間隔、設ける位置等、適宜変更可能である。また、エロフィン、セレートフィン、台形ネジ付管（比較的ピッチが長いもの）、コルゲート管等を用いても、スタッドピンを設けた場合と同様の効果を得ることができる。 In the present embodiment, the stud pins are provided as described above, but the present invention is not limited to such a configuration, and the number of stud pins, the interval provided, the position provided, etc., as necessary. These can be changed as appropriate. Further, even when an erotic fin, a serrated fin, a trapezoidal threaded tube (having a relatively long pitch), a corrugated tube, or the like is used, the same effect as when the stud pin is provided can be obtained.

本実施例にかかるボイラ１を構成する送風機３０は、バーナ１０に対して燃焼用空気を送るために設けられたものである。送風機３０には、燃焼用空気の吸気口３４を備えた吸気配管３５が設けられている。また、この送風機３０とバーナ１０とは、空気供給経路部３１を用いて接続されている。つまり、本実施例においては、送風機３０を駆動させることによって、吸気口３４および吸気配管３５から吸気される燃焼用空気が、空気供給経路部３１を介してバーナ１０へ供給される。 The blower 30 constituting the boiler 1 according to the present embodiment is provided to send combustion air to the burner 10. The blower 30 is provided with an intake pipe 35 having an intake port 34 for combustion air. The blower 30 and the burner 10 are connected using an air supply path portion 31. That is, in the present embodiment, by driving the blower 30, the combustion air sucked from the intake port 34 and the intake pipe 35 is supplied to the burner 10 through the air supply path portion 31.

この空気供給経路部３１中には、ガス燃料供給管３２が設けられており、ガス燃料供給管３２には、高燃焼時と低燃焼時とで燃料流量を調整する燃料調整弁３３が設けられている。なお、この空気供給経路部３１には、必要に応じて、燃料と空気との混合性を向上させるために絞り部を設けることも可能である。 A gas fuel supply pipe 32 is provided in the air supply path section 31, and a fuel adjustment valve 33 that adjusts the fuel flow rate during high combustion and low combustion is provided in the gas fuel supply pipe 32. ing. In addition, in this air supply path part 31, it is also possible to provide a constriction part in order to improve the mixing property of fuel and air as needed.

また、本実施例にかかるボイラ１を構成する煙突部４０は、その入口がバーナ１０と対向すべく、缶体２０の最下流側に設けられている。したがって、本実施例にかかるボイラ１においては、バーナ１０にて生成されたガスは、缶体２０を構成する水管２１，２２，２３と接触した後（接触して熱交換を行った後）、排ガスとして煙突部４０を介してボイラ１外部に排出される。 Moreover, the chimney part 40 which comprises the boiler 1 concerning a present Example is provided in the most downstream side of the can 20 so that the inlet may oppose the burner 10. As shown in FIG. Therefore, in the boiler 1 according to the present embodiment, the gas generated in the burner 10 comes into contact with the water pipes 21, 22, and 23 constituting the can body 20 (after contact and heat exchange), The exhaust gas is discharged outside the boiler 1 through the chimney 40.

ただし、先にも説明した通り、本実施例にかかるボイラ１には、煙突部４０と吸気配管３５との間に排ガス供給配管４１が設けられている。したがって、缶体２０から排出される排ガスの一部は、この排ガス供給配管４１および吸気配管３５を介して、バーナ１０に供給されることとなる。つまり、排ガスは、空気供給経路部３１中の予混合ガスと共に、予混合ガスの燃焼反応領域に供給されることとなる。なお、ここでは特に示していないが、必要に応じて、この排ガス供給配管４１内には、排ガスの供給量（流量）を調整するために、排ガス供給量調整手段（例えば、ダンパ等）を設けてもよい。供給される排ガス量は、ガス温度の低減に寄与することと、良好な燃焼状態を維持することとを条件として、必要空気量に対して５〜２０％程度であることが好ましい。 However, as described above, the boiler 1 according to this embodiment is provided with the exhaust gas supply pipe 41 between the chimney 40 and the intake pipe 35. Therefore, a part of the exhaust gas discharged from the can 20 is supplied to the burner 10 via the exhaust gas supply pipe 41 and the intake pipe 35. That is, the exhaust gas is supplied to the combustion reaction region of the premixed gas together with the premixed gas in the air supply path portion 31. Although not specifically shown here, an exhaust gas supply amount adjusting means (for example, a damper) is provided in the exhaust gas supply pipe 41 to adjust the supply amount (flow rate) of the exhaust gas as necessary. May be. The amount of exhaust gas to be supplied is preferably about 5 to 20% with respect to the required air amount on the condition that it contributes to the reduction of the gas temperature and maintains a good combustion state.

なお、供給される排ガス温度が１００℃〜１２０℃程度の場合には、排ガス中の水分が霧状に結露したものが吸引されて、バーナ１０までの配管系に付着し、腐食等が発生する可能性がある。したがって、本実施例においては、排ガス温度検知手段を設け、その排ガス中の水分量（排ガス温度）に応じて、適宜、排ガスの供給状態を制御することが好ましい。具体的には、冷態起動時には排ガスの供給量を「零」として、燃焼状態がある程度継続されてから（排ガス温度が上昇してから）排ガスをバーナ１０に供給するように構成することが好ましい。また、供給される排ガス温度が２００℃〜３５０℃程度と比較的高温である場合には、水分による影響はないが、吸気口３４から吸引される燃焼用空気との混合温度が急激に上昇し、Ｏ_２濃度変化が起こってガスのＣＯ値が適正範囲を超えて高い値を示すおそれがある。したがって、このような場合にも、排ガス温度検知手段を設け、その排ガス温度に応じて、適宜、排ガスの供給状態を制御することが好ましい。 In addition, when the exhaust gas temperature to be supplied is about 100 ° C. to 120 ° C., the moisture in the exhaust gas condensed in a mist is sucked and adheres to the piping system up to the burner 10 to cause corrosion or the like. there is a possibility. Therefore, in the present embodiment, it is preferable to provide an exhaust gas temperature detection means and appropriately control the supply state of the exhaust gas according to the amount of water in the exhaust gas (exhaust gas temperature). Specifically, it is preferable to configure the exhaust gas to be supplied to the burner 10 after the combustion state has been continued to some extent (after the exhaust gas temperature has risen) at the time of cold start. . Further, when the exhaust gas temperature to be supplied is a relatively high temperature of about 200 ° C. to 350 ° C., there is no influence of moisture, but the mixing temperature with the combustion air sucked from the intake port 34 rapidly increases. , O ₂ concentration change may occur and the CO value of the gas may exceed the appropriate range and show a high value. Therefore, in such a case as well, it is preferable to provide an exhaust gas temperature detection means and appropriately control the supply state of the exhaust gas according to the exhaust gas temperature.

本実施例にかかるボイラ１は、以上のように構成されており、この構成に基づき、そのボイラ1内部では、次のような燃焼状態が形成される。 The boiler 1 according to the present embodiment is configured as described above, and based on this configuration, the following combustion state is formed in the boiler 1.

まず、ガス燃料供給管３２から供給されたガス燃料と、送風機３０から供給された空気および排ガスとが、空気供給経路部３１中で混合され、ここで混合された予混合ガス（以下、排ガスを含んだ予混合ガスも単に「予混合ガス」という。）がバーナ１０に供給される。ここで、ガス燃料供給管３２からは、ボイラ１にて必要とされる燃焼量のガス燃料が供給される。このガス燃料の供給量の調整は、燃料調整弁３３によって行われる。送風機３０からは、予混合ガスの空気比が１〜１．３程度となるように、空気が供給される。 First, the gas fuel supplied from the gas fuel supply pipe 32 and the air and exhaust gas supplied from the blower 30 are mixed in the air supply path section 31, and the premixed gas mixed here (hereinafter referred to as exhaust gas) is mixed. The contained premixed gas is also simply referred to as “premixed gas”). Here, from the gas fuel supply pipe 32, a combustion amount of gas fuel required by the boiler 1 is supplied. The adjustment of the supply amount of the gas fuel is performed by the fuel adjustment valve 33. Air is supplied from the blower 30 so that the air ratio of the premixed gas is about 1 to 1.3.

バーナ１０の予混合ガス噴出面１０ａから噴出された予混合ガス等は、着火手段（図示省略）により着火され、バーナ１０にて火炎を伴う燃焼反応中のガスＦが形成される。予混合ガス等は、バーナ１０から、缶体２０内の水管２１，２２，２３に対して、略垂直となるように（直交するように）噴出されているため、燃焼反応中のガスＦは、缶体２０内の水管２１，２２，２３と交差するように接触を繰り返して（水管と熱交換を行った後）、排ガスとなる。そして、この排ガスは、その大部分が缶体２０の最下流側に設けられた煙突部４０を介してボイラ１外部に排出され、その一部は、排ガス供給配管４１を介してバーナ１０に供給される。 The premixed gas or the like ejected from the premixed gas ejection surface 10a of the burner 10 is ignited by ignition means (not shown), and a gas F undergoing a combustion reaction accompanied by a flame is formed in the burner 10. Since the premixed gas and the like are ejected from the burner 10 so as to be substantially vertical (perpendicular to) the water pipes 21, 22 and 23 in the can body 20, the gas F during the combustion reaction is Then, contact is repeated so as to intersect with the water pipes 21, 22, and 23 in the can body 20 (after heat exchange with the water pipe), and it becomes exhaust gas. And most of this exhaust gas is discharged | emitted outside the boiler 1 via the chimney part 40 provided in the most downstream side of the can 20, The part is supplied to the burner 10 via the exhaust gas supply piping 41 Is done.

また、本実施例においては、缶体２０を構成する最前列水管（最前列外側水管２１Ａ，最前列内側水管２２Ａ，最前列中央水管２３Ａ）に、スタッドピン５１〜５９が設けられているため、このスタッドピン５１〜５９近傍で乱流が発生し、火炎Ｆが保炎される。つまり、このスタッドピン５１〜５９近傍にてＣＯの酸化が促進されることとなる。 Further, in the present embodiment, since the stud pins 51 to 59 are provided in the front row water pipe (the front row outer water pipe 21A, the front row inner water pipe 22A, the front row center water pipe 23A) constituting the can body 20, Turbulence is generated in the vicinity of the stud pins 51 to 59, and the flame F is held. That is, the oxidation of CO is promoted near the stud pins 51 to 59.

さらに、中央水管群と外側水管群との間に設けられた第一領域６１は、本発明にかかるＣＯ酸化手段（燃焼反応促進領域）としても機能する。つまり、第一領域６１を設けることによって、ガス中のＣＯの酸化が促進される。さらに、缶体２０の最下流側の第二領域７１も、本発明にかかるＣＯ酸化手段（燃焼反応促進領域）として機能し得る。なお、ここでは、特に示していないが、この第一領域６１および第二領域７１の少なくとも一方には、より燃焼反応を促進するために、ＣＯ酸化触媒物質を設けてもよい。 Furthermore, the first region 61 provided between the central water tube group and the outer water tube group also functions as a CO oxidation means (combustion reaction promoting region) according to the present invention. That is, by providing the first region 61, the oxidation of CO in the gas is promoted. Further, the second region 71 on the most downstream side of the can body 20 can also function as a CO oxidation means (combustion reaction promoting region) according to the present invention. Although not specifically shown here, at least one of the first region 61 and the second region 71 may be provided with a CO oxidation catalyst material in order to further promote the combustion reaction.

各水管２１，２２，２３中の水は、バーナ１０から噴出のガスとの熱交換によって加熱されて蒸気化される。この蒸気は、上部管寄せ２４に接続された蒸気取出手段（図示省略）を介して、蒸気使用設備（図示省略）に供給される。 The water in each of the water pipes 21, 22, and 23 is heated and vaporized by heat exchange with the gas ejected from the burner 10. This steam is supplied to a steam use facility (not shown) through a steam take-out means (not shown) connected to the upper header 24.

本実施例にかかるボイラ１は、その内部において以上のような燃焼状態が形成されているため、次のような効果を得ることができる。 Since the boiler 1 according to the present embodiment has the combustion state as described above formed therein, the following effects can be obtained.

まず、本実施例においては、燃料および燃焼用空気と共に排ガスがバーナ１０に供給され、排ガスを含んだ予混合ガスがバーナ１０から噴出されることとなる。このように予混合ガス中に排ガスを混入させると、バーナ１０あるいは水管群中を流動する間の燃焼反応によって生成されるガス温度が抑制される。したがって、本実施例にかかる構成によれば、ＮＯｘ値の低減を図ることができる。 First, in this embodiment, the exhaust gas is supplied to the burner 10 together with the fuel and the combustion air, and the premixed gas containing the exhaust gas is ejected from the burner 10. When exhaust gas is mixed in the premixed gas in this way, the gas temperature generated by the combustion reaction while flowing in the burner 10 or the water tube group is suppressed. Therefore, according to the configuration of the present embodiment, the NOx value can be reduced.

また、本実施例においては、バーナ１０の近傍に水管２１，２２，２３が設けられているため、バーナ１０にて生成されたガスがこの水管２１，２２，２３にて冷却されて、ガス温度がＮＯｘ発生限界以下に抑制される。つまり、ガス温度がＮＯｘ発生限界以下に抑制されるため、効果的にＮＯｘ値の低減を図ることができる。 In the present embodiment, since the water pipes 21, 22, and 23 are provided in the vicinity of the burner 10, the gas generated in the burner 10 is cooled by the water pipes 21, 22, and 23, and the gas temperature Is suppressed below the NOx generation limit. That is, since the gas temperature is suppressed below the NOx generation limit, the NOx value can be effectively reduced.

また、本実施例においては、上述したように燃焼反応後あるいは途中に水管を設けて冷却することに加え、ガス通過速度を速くすることで（例えば、１０ｍ／ｓ以上に設定することで）、ガスが高温度になることを抑えてＮＯｘ生成を抑制している。さらに、本実施例にかかるボイラを構成する水管の配置、ガスと水管群との接触状態、ガスの通過速度は、燃料種類による燃焼反応にも影響される。本実施例は、プロパン・ブタンを主成分とするＬＰＧとメタンを主成分とする都市ガス（１３Ａなど）に合わせて設計されている。具体的には、これらの燃料を燃焼させた際に、ガス通過速度が１０ｍ／ｓ以上となるような水管配列構成が採用されている。 In the present embodiment, as described above, in addition to cooling by providing a water pipe after or during the combustion reaction, by increasing the gas passage speed (for example, by setting it to 10 m / s or more), The generation of NOx is suppressed by suppressing the gas from reaching a high temperature. Furthermore, the arrangement of the water pipes constituting the boiler according to the present embodiment, the contact state between the gas and the water pipe group, and the gas passage speed are also affected by the combustion reaction depending on the fuel type. This embodiment is designed for LPG mainly composed of propane / butane and city gas mainly composed of methane (such as 13A). Specifically, a water pipe array configuration is adopted such that when these fuels are burned, the gas passage speed is 10 m / s or more.

以上のように、本実施例にかかるボイラの低ＮＯｘ化は、ガス温度を抑制し、且つガス流速を速くすることで達成されるが、本来、低空気比においては両方の効果が減少する。そこで、本実施例においては、予混合ガスに排ガスを混合させることで体積増加させて、これらの効果を相殺させている。また、バーナ面から水管群に流入するガス量は高空気比の場合と比較して減少するので、同じ水管冷却伝熱面積であっても冷却効果が大きくなる。つまり、低空気比における排ガス混合の効果は、高空気比と同程度の短い反応時間でガス温度（火炎温度）抑制を達成できることである。したがって、上述した本実施例においては、著しいＮＯｘ低減効果を得ることができる。 As described above, the NOx reduction of the boiler according to the present embodiment is achieved by suppressing the gas temperature and increasing the gas flow rate, but both effects are reduced at a low air ratio. Therefore, in this embodiment, the volume is increased by mixing the exhaust gas with the premixed gas to cancel these effects. Further, since the amount of gas flowing into the water tube group from the burner surface is reduced as compared with the case of a high air ratio, the cooling effect is increased even with the same water tube cooling heat transfer area. That is, the effect of the exhaust gas mixing at the low air ratio is that the gas temperature (flame temperature) can be suppressed in a reaction time as short as the high air ratio. Therefore, in this embodiment described above, a remarkable NOx reduction effect can be obtained.

また、本実施例においては、バーナ１０の近傍に位置する最前列水管（最前列外側水管２１Ａ，最前列内側水管２２Ａ，最前列中央水管２３Ａ）に、スタッドピン５１〜５９が設けられているため、このスタッドピン５１〜５９近傍で乱流が発生し、ガス（火炎Ｆ）が保炎される。つまり、このような構成によれば、バーナ１０の近傍の水管にてガス温度を抑制すると共に、このスタッドピン５１〜５９によってガスを保炎し、ガスの酸化を促進することができる。したがって、この実施例によれば、ＮＯｘ値の低減を図ると共に、ガス中のＣＯの酸化促進を行い、低ＮＯｘ化と低ＣＯ化とを両立することができる。なお、本実施例においては、このスタッドピン５１〜５９の他に、第一領域６１および第二領域７１もＣＯ酸化手段（ＣＯ酸化領域）として機能し得る。 Further, in the present embodiment, the studs 51 to 59 are provided in the foremost water pipe (the foremost outer water pipe 21A, the foremost inner water pipe 22A, and the foremost center water pipe 23A) located in the vicinity of the burner 10. A turbulent flow is generated in the vicinity of the stud pins 51 to 59 to hold the gas (flame F). That is, according to such a configuration, the gas temperature can be suppressed by the water pipe in the vicinity of the burner 10, and the gas can be held by the stud pins 51 to 59, and the oxidation of the gas can be promoted. Therefore, according to this embodiment, the NOx value can be reduced and the oxidation of CO in the gas can be promoted to achieve both low NOx and low CO. In this embodiment, in addition to the stud pins 51 to 59, the first region 61 and the second region 71 can also function as a CO oxidation means (CO oxidation region).

さらに、本実施例においては、低空気比（空気比＝１〜１．３）燃焼を実現可能であるため、排ガス中の残存酸素量を３％以下に維持することができる。したがって、このような燃焼方法によれば、環境汚染問題の解決と省エネルギ化とを実現し、より高いレベルでの有害物質低減化を実現することができる。 Further, in the present embodiment, low air ratio (air ratio = 1 to 1.3) combustion can be realized, so that the residual oxygen amount in the exhaust gas can be maintained at 3% or less. Therefore, according to such a combustion method, the environmental pollution problem can be solved and the energy can be saved, and the harmful substances can be reduced at a higher level.

また、本実施例によれば、以上のような構成および燃焼状態を形成することによって、煙突部４０での排気ガス中の残存酸素量を低く抑えた状態で、低ＮＯｘ化および低ＣＯ化を実現可能となる。具体的には、排気ガス中の残存酸素量０％〜３％の範囲内（低Ｏ_２）で、ＮＯｘ値（排ガスＯ_２０％換算値）を１ｐｐｍ〜２０ｐｐｍ（低ＮＯｘ）、ＣＯ値（読取値）を１ｐｐｍ〜５０ｐｐｍ（低ＣＯ）にすることが可能となる。つまり、本実施例によれば、低Ｏ_２、低ＮＯｘおよび低ＣＯを実現可能なボイラを得ることができる。 Further, according to the present embodiment, by forming the above-described configuration and combustion state, low NOx and low CO can be achieved while the amount of residual oxygen in the exhaust gas at the chimney 40 is kept low. It becomes feasible. Specifically, within the residual oxygen content of 0% to 3% in the exhaust gas (low _{O 2),} NOx values (exhaust gas _O 2 0% conversion value) 1Ppm～20ppm (Low NOx), CO value ( (Reading value) can be 1 ppm to 50 ppm (low CO). That is, according to the present embodiment, a boiler capable of realizing low O ₂ , low NOx, and low CO can be obtained.

このような低Ｏ_２燃焼は、省エネルギになると共に、低風量・低缶体圧損ともなる。したがって、送風機動力の低減および缶体効率の向上にも寄与し、ボイラの小型化（１割程度）を図ることも可能となる。 Such low O ₂ combustion saves energy, and also causes low air volume and low can body pressure loss. Therefore, it contributes to the reduction of the fan power and the improvement of the can efficiency, and the boiler can be downsized (about 10%).

なお、本発明は、上述した実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で必要に応じて種々の変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and can be implemented with various modifications as necessary within the scope that can meet the spirit of the present invention. Are included in the technical scope of the present invention.

上記実施例においては、ボイラ１が蒸気ボイラである場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、温水ボイラでもよい。 In the said Example, although the case where the boiler 1 was a steam boiler was demonstrated, this invention is not limited to this structure, A hot water boiler may be sufficient.

また、上記実施形態および実施例においては、本発明にかかる低ＮＯｘ燃焼方法をボイラに適用する場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。したがって、本発明にかかる低ＮＯｘ燃焼方法を他の装置、例えば、給湯器、吸収式冷凍機の再生器等の熱機器に適用してもよい。 Moreover, in the said embodiment and Example, although the case where the low NOx combustion method concerning this invention was applied to a boiler was demonstrated, this invention is not limited to this structure. Therefore, the low NOx combustion method according to the present invention may be applied to other devices, for example, heat equipment such as a water heater and a regenerator of an absorption chiller.

さらに、上記実施例においては、缶体２０を構成する水管の内、バーナ１０に最も近い位置に設けられた最前列水管（最前列外側水管２１Ａ，最前列内側水管２２Ａ，最前列中央水管２３Ａ）に、スタッドピン５１〜５９を設ける構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。したがって、例えば、上記実施例のように全ての最前列水管についてスタッドピンを設けるのではなく、いずれか（例えば、最前列内側水管２２Ａと最前列中央水管２３Ａと）に対して、スタッドピンを設ける構成としてもよい。さらに、最前列水管のみではなく、そのさらに下流側（ガス流動方向下流側）に位置する水管に対してもスタッドピンを設けるような構成としてもよい。 Furthermore, in the said Example, the foremost row water pipe provided in the position nearest to the burner 10 among the water pipes which comprise the can 20 (frontmost row outer side water pipe 21A, foremost row inner side water pipe 22A, foremost row center water pipe 23A). In addition, although the configuration in which the stud pins 51 to 59 are provided has been described, the present invention is not limited to this configuration. Therefore, for example, the stud pins are not provided for all the front row water pipes as in the above embodiment, but the stud pins are provided for any one (for example, the front row inner water pipe 22A and the front row center water pipe 23A). It is good also as a structure. Furthermore, it is good also as a structure which provides a stud pin not only for the forefront water pipe but for the water pipe located further downstream (downstream in the gas flow direction).

本発明の一実施例を適用した蒸気ボイラの縦断面の説明図である。It is explanatory drawing of the longitudinal cross-section of the steam boiler to which one Example of this invention is applied. 図１のII−II線に沿う横断面の説明図である。It is explanatory drawing of the cross section which follows the II-II line | wire of FIG. 図２の部分拡大図である。FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2. 本実施形態にかかる排ガス供給量の違いによるＮＯｘ値の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the NOx value by the difference in the exhaust gas supply amount concerning this embodiment. 本実施形態にかかる排ガス供給量の違いによるＣＯ値の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of CO value by the difference in the exhaust gas supply amount concerning this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１…ボイラ
１０…バーナ
１０ａ…予混合ガス噴出面
２０…缶体
２１…外側水管（水管）
２１Ａ…最前列外側水管（水管）
２２…内側水管（水管）
２２Ａ…最前列内側水管（水管）
２３…中央水管（水管）
２３Ａ…最前列中央水管（水管）
２４…上部管寄せ
２５…下部管寄せ
２６…連結部
２７…水管壁
２９…ガス流動空間
３０…送風機
３１…空気供給経路部
３２…ガス燃料供給管
３３…燃料調整弁
３４…吸気口
３５…吸気配管
４０…煙突部
４１…排ガス供給配管
５１〜５９…スタッドピン
６１…第一領域
７１…第二領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Boiler 10 ... Burner 10a ... Premixed gas ejection surface 20 ... Can body 21 ... Outer water pipe (water pipe)
21A ... Front row outer water pipe (water pipe)
22 ... Inner water pipe (water pipe)
22A ... Front row inner water tube (water tube)
23 ... Central water pipe (water pipe)
23A ... Front row central water pipe (water pipe)
24 ... Upper header 25 ... Lower header 26 ... Connecting portion 27 ... Water pipe wall 29 ... Gas flow space 30 ... Blower 31 ... Air supply passage 32 ... Gas fuel supply pipe 33 ... Fuel adjustment valve 34 ... Inlet 35 ... Intake pipe 40 ... Chimney 41 ... Exhaust gas supply pipe 51-59 ... Stud pin 61 ... First region 71 ... Second region

Claims

予混合ガスバーナと、前記予混合ガスバーナに近接した水管とを備えたボイラであって、前記予混合ガスバーナからの予混合ガスが前記水管に対して所定角度をなして噴出され、
前記予混合ガスの燃焼反応領域へ排ガスを供給する排ガス供給手段が設けられ、
前記予混合ガスバーナにて空気比１〜１．３での燃焼が行われる
ことを特徴とするボイラ。 A boiler comprising a premixed gas burner and a water pipe close to the premixed gas burner, wherein the premixed gas from the premixed gas burner is ejected at a predetermined angle with respect to the water pipe,
Exhaust gas supply means for supplying exhaust gas to the combustion reaction region of the premixed gas is provided,
A boiler characterized in that combustion is performed at an air ratio of 1 to 1.3 in the premixed gas burner.

前記排ガス供給手段にて供給される前記排ガス量が５〜２０％である
請求項１に記載のボイラ。 The boiler according to claim 1, wherein the amount of exhaust gas supplied by the exhaust gas supply means is 5 to 20%.

前記予混合ガスバーナにおける前記予混合ガス噴出方向下流側に、前記予混合ガスバーナからのガス中のＣＯを酸化するＣＯ酸化手段が設けられている請求項１または２に記載のボイラ。 The boiler according to claim 1 or 2, wherein CO oxidation means for oxidizing CO in the gas from the premixed gas burner is provided downstream of the premixed gas burner in the premixed gas ejection direction.

前記ＣＯ酸化手段が、前記水管を用いて構成されている請求項３に記載のボイラ。 The boiler according to claim 3, wherein the CO oxidation means is configured using the water pipe.

前記ＣＯ酸化手段が、前記水管表面にてガスを保炎するために設けられた突起物である請求項３または４に記載のボイラ。 The boiler according to claim 3 or 4, wherein the CO oxidation means is a projection provided to hold a gas on the surface of the water pipe.

バーナからのガスの温度を制御することにより低ＮＯｘ化を実現する低ＮＯｘ燃焼方法であって、
冷却体に近接した位置で前記バーナから予混合ガスを供給して、空気比１〜１．３での燃焼を行う燃焼工程と、
排ガスを前記予混合ガスの燃焼反応領域へ供給する排ガス供給工程と、
を備えたことを特徴とする低ＮＯｘ燃焼方法。 A low NOx combustion method that realizes low NOx by controlling the temperature of gas from a burner,
A combustion step of supplying a premixed gas from the burner at a position close to the cooling body and performing combustion at an air ratio of 1 to 1.3;
An exhaust gas supply step of supplying exhaust gas to the combustion reaction region of the premixed gas;
A low NOx combustion method comprising:

前記排ガス供給工程において、前記排ガスが５〜２０％供給される
請求項６に記載の低ＮＯｘ燃焼方法。 The low NOx combustion method according to claim 6, wherein 5 to 20% of the exhaust gas is supplied in the exhaust gas supply step.

前記バーナからのガス中のＣＯを酸化するＣＯ酸化工程が行われる
請求項６または７に記載の低ＮＯｘ燃焼方法。 The low NOx combustion method according to claim 6 or 7, wherein a CO oxidation step of oxidizing CO in the gas from the burner is performed.

前記ＣＯ酸化工程として、前記冷却体表面にてガスを保炎する
請求項８に記載の低ＮＯｘ燃焼方法。
The low-NOx combustion method according to claim 8, wherein a gas is held on the surface of the cooling body as the CO oxidation step.