本発明は、ボイラに関するものである。詳しくは、灯油やA重油等の燃料を用いて、有害物質の低減を実現可能なボイラに関するものである。
従来から、環状に配列された水管群を有する缶体を備えたボイラはよく知られており、このようなボイラにおいては、一般的に、その水管群の中央部にバーナが配設されている。つまり、このような構成のボイラにおいては、環状に配列された水管群の内側が、バーナから供給された燃料を燃焼させるための燃焼室として機能する。
こうしたボイラにおいて、燃焼性向上技術および有害物質(NOx、CO、煤等)の低減化技術に関して多くの提案がなされている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、上述した環状に配列された水管群を有する缶体を用いて構成されたボイラにおいては、ωフロー缶体のように、燃焼室のガス排出口が燃焼室の側面において1箇所周方向に偏って設けられた缶体においては、バーナから噴出されるガスが特定の方向(主にガス排出口が設けられている方向)に引っ張られる,すなわち軸対称とならない傾向がある。このため、バーナからの燃焼反応中のガスが缶体の内面に接触するとともに、バーナからの噴出ガスがガス排出口のバーナ近傍部からショートパスして流出することにより、バーナの燃焼性能に悪影響を及ぼすとともに、排出NOx量の低減が困難となっていた。
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、NOxなどの有害物質の低減を実現可能なボイラを提供することを課題とする。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、請求項1に記載の発明は、複数の水管を用いて構成された缶体と、前記缶体の上部に配置されるバーナとを備え、前記燃焼室のガス排出口を燃焼室側面に設けたボイラであって、前記バーナと前記ガス排出口とを離間させることにより前記バーナから噴出されるガスが前記ガス排出口の前記バーナの近傍部からショートパスして流出するのを抑制する流出抑制手段を備えたことを特徴としている。
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記ガス排出口の上部を閉塞することにより前記バーナと前記ガス排出口とを離間させるものであることを特徴としている。
請求項3に記載の発明は、請求項2において、下部において管径を絞った水管を前記ガス排出口に設け、この水管と隣接する水管とのの上部を互いに接触させることで前記ガス排出口の上部を閉塞することを特徴としている。
請求項4に記載の発明は、請求項1において、前記缶体は、多数の水管を環状に配置した内側水管群と、この内側水管群の外側に多数の水管を配置した外側水管群とを備え、前記内側水管群の内側を燃焼室とし、この燃焼室のガス排出口を前記内側水管群の側面に設けたものとされ、前記内側水管群の水管のうち前記ガス排出口に面する水管と、この水管
に隣接する前記外側水管群の水管との間の通路の上部を閉塞して、その下部をガス排出口として機能させることにより、前記バーナと前記ガス排出口とを実質的に離間させることを特徴としている。
請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4において、前記ガス排出口が、前記燃焼室の側面おいて偏って形成されていることを特徴としている。
請求項6に記載の発明は、請求項5において、前記バーナにて形成されるガスの流れを前記ガス排出口から遠ざかる方向に制御するガス流制御手段を備えたことをことを特徴としている。
請求項7に記載の発明は、請求項6において、前記ガス流制御手段が、前記バーナの先端部において前記バーナのノズルの周囲に設けられた複数の二次空気噴出用の空気ノズルであることを特徴としている。
さらに、請求項8に記載の発明は、請求項1〜請求項7のいずれかにおいて、前記バーナが自己再循環型のバーナであることを特徴としている。
本発明によれば、前記バーナにより生成されるガスが、前記ガス排出口からショートパスして流出することによる燃焼性の悪化を抑制でき、NOxなどの有害物質の低減可能な
ボイラを得ることができる。
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。
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。
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、排ガスとは、ボイラの缶体内を通過して煙突部に達したガス、および缶体内にて循環するガスの両方あるいはいずれかを意味するものとする。
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。
以下、本発明の実施形態について説明する。
(実施の形態1)
まず、本実施形態1にかかるボイラは、複数の水管を用いて構成された缶体と、前記缶体の上部に配置されるバーナとを備え、前記燃焼室のガス排出口を燃焼室側面に設けたボイラであって、前記バーナと前記ガス排出口とを離間させることにより前記バーナから噴出されるガスが前記ガス排出口の前記バーナの近傍部からショートパスして流出するのを抑制する前記流出抑制手段を備えたことを特徴としている。すなわち、前記バーナから噴
出されるガスが前記ガス排出口の前記バーナの近傍部からショートパスして流出するのを抑制するように、前記バーナと前記ガス排出口との間を所定距離だけ離間させている。
このような構成によれば、前記流出抑制手段により、前記バーナからの噴出ガスが、前記ガス排出口のバーナ近傍部からショートパスして流出するのが抑制されるので、バーナの燃焼性能を向上させ、有害物質の低減化を実現することができる。すなわち、前記ショートパスの抑制によって前記バーナからのガスの偏流が抑制されることにより、前記バーナ近傍部の自己再循環流れが改善され、均一に自己再循環ガスが流れ込み、液体燃料の場合、燃料液滴の予蒸発や予混合が均一に行われる。その結果、予蒸発や予混合によって局所的な低空気比・高温場の発生が抑えられることから低NOx化につながる。ガス燃料の
場合においても均一に自己再循環ガスが流れ込むことによって、局所的な低空気比・高温場の発生が抑えられることから低NOx化につながる。また、前記ガス排出口から流出す
るガスのショーパスが抑制されので、CO・煤塵(スモーク)といった未燃成分の排出を抑えることができる。また、前記バーナの構造を変更することなく、低NOx化および未
燃成分の流出抑制を実現できる
つぎに、この実施の形態1の各構成要素について説明する。この実施の形態1は、ωフローと称される缶体に好適に実施される。その理由は、前記燃焼室のガス排出口が1箇所で前記バーナからのガスの偏流が比較的顕著であることから、前記流出抑制手段による効果が大きいことによる。前記ωフロー缶体は、多数の水管を環状に配置した内側水管群(内側水管壁)と、この内側水管群の外側に多数の水管を配置した外側水管群(外側水管壁)とを備え、内側水管壁の内側を燃焼室とし、この燃焼室の第一ガス排出口を内側水管壁の側面1箇所に設け、前記外側水管壁の燃焼室中心と点対称の位置に第二ガス排出口を設ける。この缶体においては、ガスは、前記第一ガス排出口から燃焼室外へ流出し、前記内側水管壁と前記外側水管壁との間の環状ガス通路において2方向に分岐して流れ、前記第二ガス排出口で合流して前記缶体外へ流出する。
しかしながら、前記缶体は、ωフロー缶体に限定されるものではなく、バーナからの噴出ガスが燃焼室側面に形成したガス排出口のバーナ近傍部からショートパスして流出し易い缶体,すなわち、全周吹出型の缶体や前記燃焼室のガス排出口が、燃焼室の側面において複数箇所に偏って形成されるωフロー缶体以外の缶体を含む。ここで、前記ガス排出口が偏って形成されるとは、前記燃焼室の側面全体からほぼ均等にガスが流出するのではなく、ガスが前記燃焼室側面の周方向の特定の位置からのみ流出するように特定の位置に前記ガス排出口が形成されることを意味する。
前記バーナは、先混合型のバーナであり、好ましくは、自己再循環型バーナとする。この自己再循環型バーナとは、燃料ノズルの周囲に形成された二次空気噴出部からの噴出空気により、燃焼室内の酸素濃度の低いガスをバーナ基部に引き込み、燃焼用空気と混合することでNOx生成を抑制するタイプのバーナをいう。この自己再循環型のバーナと前記
流出抑制手段とを組み合わせることにより、COや煤塵の低減効果だけでなく、前記の自己再循環流の改善効果による低NOx化において顕著な効果を奏するものである。
前記自己再循環型のバーナとしては、好ましくは、燃料供給下流側に開口部を有してノズル部の先端を収容し、下流側端面に中央空気噴出部を形成した第一筒部材と、この第一筒部材の外周側に配置され、下流側端面に周囲空気噴出部を形成した第二筒部材とを備えるものとする。また、この実施の形態において採用される自己再循環型バーナは、さらに好ましくは、前記周囲空気噴出部(二次空気噴出口)を周方向に互いに間隔を存して4〜12個形成したものとする。
前記ノズル部は、低燃焼および高燃焼時に燃料を噴霧する第一ノズル部と高燃焼時のみ
燃料を噴霧する第二ノズル部とから構成するが、一つのノズル部により噴霧量を調整するように構成することができる。前記ノズル部の中心軸は、好ましくは、前記第一筒部材の中心軸,すなわち前記燃焼室の中心軸に対して反ガス排出口側へ(ガス排出口から遠ざかる方向へ)偏らせる。これにより、前記バーナからのガスを全体的に反ガス排出口側へずらせることができ、前記ガス排出口が偏って設けられることによる燃焼性の悪化を抑制することができる。
また、前記バーナは、液体燃料燃焼バーナだけでなく、ガス燃料バーナまたは油燃料とガス燃料とを切り換えて燃焼させる切換専焼バーナとすることができる。
前記流出抑制手段は、前記バーナからのガスがショートパス(前記バーナから噴出されるガスが前記燃焼室底部へ向かうことなく前記ガス排出口の前記バーナ近傍部から流出)しないように、前記バーナ下端部と前記ガス排出口上端部とを所定距離だけ離間させるものである。前記バーナ下端部の近傍には、前記バーナの火炎形成開始位置が位置するので、前記バーナ下端部を前記火炎形成位置とすることができる。
また、前記流出抑制手段の第一の態様として、好ましくは、前記ガス排出口が前記バーナの下端部、または火炎形成開始位置近くまで形成されている場合は、前記ガス排出口の上部を閉塞する遮蔽手段(閉塞手段)を設ける。この遮蔽手段の具体的形態としては、前記ガス排出口が水管と水管との間の隙間として形成された場合、この隙間の上端部を遮蔽する遮蔽板とする。この遮蔽板の上下方向の長さは、約250mm〜400mm程度とする。この態様においては、水管の上部を扁平状に形成することで前記水管により前記遮蔽板と同様な機能を有する遮蔽部を構成することができる。前記遮蔽板は、ショートパスの抑制効果を損なわない程度にその一部に開口を形成することができる。また、複数枚の遮蔽板で構成することもできる。
この第一の態様において、前記ガス排出口が水管1本分の外径よりも広い場合、前記ガス排出口に1または複数の水管を配置して、隣接する水管間の隙間を前記ガス排出口とし、この隙間の上部を前記遮蔽板で閉塞するように構成することができる。この遮蔽板は、好ましくは、金属とするが、キャスタブルなどの耐火材で構成することができる。キャスタブルを用いる場合、前記ガス排出口の上部を埋めるように構成することができる。
また、こうした前記ガス排出口に水管を配置した構成において、この水管を下部の外径を絞ったものとして、この水管と隣接水管とを上部において接触させることで前記ガス排出口の上部を閉塞することにより、前記バーナと前記ガス排出口とを離間させるように構成することができる。この場合、この水管と隣接水管との間の下部に形成される隙間からガスが流出することになり、ガス排出口として機能する。こうした構成によれば、前記遮蔽板の幅を少なくできるので、前記遮蔽板の熱応力による変形を少なくでき、前記遮蔽板の耐久性を向上することができる。
また、前記流出抑制手段の第二の態様は、つぎの通りである。前記缶体は、多数の水管を環状に配置した内側水管群と、この内側水管群の外側に多数の水管を配置した外側水管群とを備え、前記内側水管群の内側を燃焼室とし、この燃焼室のガス排出口を前記内側水管群の側面に設けたものとされ、前記内側水管群の水管のうち前記ガス排出口に面する水管と、この水管に隣接する前記外側水管群の水管との間の通路の上部を閉塞することにより前記バーナと前記ガス排出口とを実質的に離間させるものである。ここで、「前記バーナと前記ガス排出口とを実質的に離間させる」とは、前記内側水管群の水管と外側水管群の水管との間の下部に形成される隙間がガス排出口として機能することを意味している。
この第二の態様においては、前記ガス排出口において、遮蔽板を設けるのでなく、内側
水管群の水管と外側水管群の水管との間に遮蔽板を設けるので、前記ガス排出口に設けるものと比較して、前記遮蔽板が受ける前記燃焼室からの輻射熱の量を少なくでき、前記遮蔽板の耐久性を向上することができる。
さらに、前記流出抑制手段の第三の態様としては、前記遮蔽手段を設けるのではなく、前記ガス排出口そのものを前記バーナに対して所定距離だけ離れた位置に形成することにより前記ガス排出口からのガスのショートパスを抑制する構成のものとすることができる。すなわち、前記ガス排出口が前記バーナの下端または火炎形成開始位置近くまで形成されている缶体とした場合前記バーナを上方へ前記所定距離だけ変位させて配置する。これにより、前記第一の態様と同様な効果を奏することができる。しかしながら、この第二の態様は、前記バーナを含めた缶体の高さおよび前記バーナの火炎形成開始位置から水管までの間の断熱の観点において、第一の形態と比較して劣る。
(実施の形態2)
つぎに、この発明の実施の形態2について説明する。この実施の形態2は、前記流出抑制手段に加えて、前記バーナにて形成されるガスの流れを前記ガス排出口から遠ざかる方向に制御するガス流制御手段を備えたことを特徴とするボイラである。
このような構成によれば、前記バーナにて生成されたガスが、前記流出抑制手段により、前記燃焼室に設けられたガス排出口からショートパスしないように構成されていると共に、前記ガス流制御手段により、前記バーナにて形成されるガスの流れが前記ガス排出口から遠ざかる方向へ制御される。この二つの作用により、前記ガス排出口が偏って存在することによるガスの偏流を修正することができるので、前記実施の形態1と比較して一層バーナの燃焼性能を向上させ、有害物質の低減化を実現することができる。
この実施の形態2のバーナは、前記自己再循環型バーナとしての少なくとも二つの態様を含む。第一の態様のバーナは、ノズルの周囲に形成される空気噴出部が、この空気噴出部から噴出される空気を前記ガス排出口から遠ざかる方向に導く6〜8個の空気ノズルを備えた構成とされる。これら空気ノズルは、好ましくは、角筒状に形成し、この角筒の前記ガス排出口側の構成壁面を全ての空気ノズルを反ガス排出口側へ向けて傾斜させることにより、前記空気噴出部から噴出される空気を前記ガス排出口から遠ざかる方向に導くことができる。しかしながら、前記空気ノズルの前記ガス排出口側の構成壁面のみを反ガス排出口側へ向けて傾斜させても良い。前記空気ノズルは、ノズル自体を傾斜させることにより、前記空気噴出部から噴出される空気を前記ガス排出口から遠ざかる方向に導くように構成することができる。
この実施の形態2のバーナの第二態様は、前記空気噴出部が、この空気噴出部から噴出される空気の少なくとも一部を前記ガス排出口から遠ざかる方向に導くガイド部と、ガイド部を備えず前記空気噴出部から噴出される空気の拡散を促す拡散部とを備えている。
このような構成によれば、前記ガイド部だけではなく前記拡散部を有するため、前記バーナの直近においては、前記ノズル部から噴射される燃料と空気とのミキシング状態を一部分不均一にすることができる。つまり、このような構成のバーナによれば、単にミキシング状態を良好にするわけではなく、拡散部によって一部意図的に不均一なミキシング状態を形成することによって、ガス温度の低下を図り、NOx値を低減させることができる。
前記ガイド部が、前記空気噴出部における前記ガス排出口側に設けられた板状部材を用いて構成されており、前記空気噴出部から噴出される空気の少なくとも一部を前記ガス排出口から遠ざかる方向に導くように、板状部材が傾斜して設けられている。つまり、この
ような構成のバーナは、前記空気噴出部と前記ガス排出口との間を一部遮蔽すべく板状部材による前記ガイド部が設けられ、この板状部材が、前記ガス排出口の反対側に傾斜して設けられている。
このような構成によれば、比較的簡単に前記ガイド部を構成することができる。また、この板状部材の大きさや取り付け位置等を調整することによって、前記ガイド部のみならず、上述した拡散部をも簡単に構成することができる。つまり、前記板状部材が設けられている箇所をガイド部として機能させ、前記ガイド部が設けられていない前記空気噴出部の一部を拡散部として機能させることができる。
前記ガイド部は、前記ノズル部から噴出される液体燃料が接触しないように、ガイド部の高さが設定されている。
このような構成によれば、液体燃料が前記ガイド部に接触しないため、前記バーナ直近における不適切な不完全燃焼をなくし、COや煤塵の発生を効果的に防止することができる。
以下、図面に基づき、本発明の実施例1にかかるボイラについて説明する。
図1は、本発明の実施例1にかかるボイラの概略図を示したものである。ここで、図1は、本実施例1にかかるボイラの縦断面の説明図を示している。また、図2は、図1のII−II線に沿う横断面の説明図を示している。また、図3および図4は、本実施例1にかかるボイラに設けられたバーナの概略図を示したものである。ここで、図3は、本実施例1にかかるバーナの縦断面の説明図を示し、図4は、図3に示したバーナの下面図を示している。さらに、図5は、本実施例1にかかるボイラの燃焼状態(ガスの流れ)の概略図を示したものである。
図1および図2に示すように、本実施例1にかかるボイラ1は、環状に配列された水管群を有する缶体10と、これらの水管群の中央部に配設された自己再循環型のバーナ20とを用いて構成されており、前記バーナ20上方位置には、燃焼用空気を前記バーナ20に供給する、ウインドボックス40が設けられている。
前記缶体10は、上部ヘッダ11と下部ヘッダ12との間に複数の水管群(内側水管群13、外側水管群14)を立設して構成されている。それぞれの水管群13,14は、略同心円上の環状に配列されており、内側水管群13から所定間隔を隔てて外側水管群14が設けられ、内側水管群13と外側水管群14との間に環状ガス流路15が形成される。また、本実施例1においては、これらの環状に配設された水管群13,14の内側が、燃焼室16として機能し、この燃焼室16の上方位置に、前記バーナ20が設けられている。
また、本実施例1においては、前記内側水管群13は、各内側水管13a同士を密接させた状態、あるいは隣接する前記内側水管13a間を内側フィン部13bで連接した状態で環状の水管壁として構成されており、その一部にガス排出口17が設けられている。このガス排出口17は、水管の長軸方向に沿って開口されており、前記内側水管群13内部の前記燃焼室16で生成されたガスを前記環状ガス流路15に導くべく機能する。
前記ガス排出口17の上部は、本願発明の遮蔽手段に相当する遮蔽板18により閉塞され、本願発明の流出抑制手段を構成している。前記バーナ20の下端(火炎形成開始位置、この実施例1では後記空気ノズルの先端近くの位置)から閉塞後の前記ガス排出口17
上端との距離を400mm程度としている。前記遮蔽板は、熱交換フィンまたはヒレとしても機能する。
さらに、前記外側水管群14は、各外側水管14a間に略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、前記各外側水管14a間には、隣接する外側水管14a間の隙間をなくすべく連接された外側フィン部14bが設けられている。この外側水管群14の一部には、外側開口部(第二のガス排出口)19が設けられており、この外側開口部19は、燃焼反応のほぼ完了したガスを前記缶体10外部に排出するための排出部として機能する。つまり、バーナ20によって生成されたガスは、前記外側開口部19に集められた後、前記缶体10の下方位置に設けられた排気筒(図示省略)を介して缶体10外部に排出される。
図3および図4に示すように、本実施例1にかかるボイラ1を構成する前記バーナ20は、このバーナ20に対して燃焼用空気を供給する空気供給手段としてのウインドボックス40内の隔壁41に設置されている。具体的には、前記バーナ20を構成する載置板21を隔壁41に上方から載置して、ボルト等の締結手段(図示省略)にて前記載置板21を隔壁41に締結することによって、前記バーナ20を前記ウインドボックス40内の隔壁41に設置している。なお、本実施例1においては、前記ウインドボックス40内に空気を供給する送風機の構成は、周知の技術であるため省略している。
本実施例1にかかるバーナ20は、図3および図4に示すように、液体燃料を噴霧する燃料ノズル部22(第一燃料ノズル部22a,第二燃料ノズル部22b)と、前記第一燃料ノズル部22a近傍にその先端が位置するように設けられた着火碍子23と、前記ウインドボックス40から供給される空気を前記燃料ノズル部22から噴霧される液体燃料に混合させるために設けられた空気供給経路(一次空気供給用の第一空気供給経路24,二次空気供給用の第二空気供給経路25)と、前記第一空気供給経路24から供給された空気を前記燃焼室16側に噴出させる中央空気噴出部26と、前記第二空気供給経路25から供給された空気を前記燃焼室16側に噴出させる複数の周囲空気噴出部27(前記実施の形態1,2の「空気噴出部(前記燃料ノズル部22の周囲に設けられた空気噴出部)」に相当)(第一周囲空気噴出部27a〜第六周囲空気噴出部27f)とを用いて構成されている。
本実施例1にかかる燃料ノズル部22としては、低燃焼時および高燃焼時に液体燃料を噴霧する第一燃料ノズル部22aと、高燃焼時にのみ液体燃料を噴霧する第二燃料ノズル部22bとが設けられている。つまり、前記燃料ノズル部22は、低燃焼時(および高燃焼時)に燃料供給状態となる第一燃料ノズル部22aと、高燃焼時に第一燃料ノズル部22aと共に燃料供給状態となる第二燃料ノズル部22bとを有し、ボイラの燃焼負荷に応じて、それぞれの燃料ノズル部22における燃料供給状態が適宜切り換えられる。すなわち、それぞれのノズル部22a,22bは、必要に応じてオンオフ制御される。
前記バーナ20を構成する第一空気供給経路24は、前記燃料ノズル部22の外側に設けられた第一筒部材34を用いて構成されており、前記第二空気供給経路25は、前記第一筒部材34および第二筒部材35を用いて構成されている。つまり、前記第一筒部材34の内側領域が前記第一空気供給経路24として機能し、前記第一筒部材34と前記第二筒部材35との間に形成される領域が前記第二空気供給経路25として機能する。
前記第一筒部材34の先端部(ボイラ1の燃焼室16側端部)には、中央空気噴出部26が穿孔された第一空気供給板36が設けられており、前記ウインドボックス40から供給された空気は、この中央空気噴出部26を介して、前記燃焼室16側に噴出される。また、前記第二筒部材37の先端部(ボイラ1の燃焼室16側端部)には、複数(この実施
例では六つ)の前記周囲空気噴出部27が設けられた第二空気供給板37が設けられており、前記ウインドボックス40から供給された空気は、前記中央空気噴出部26のみならず、これら複数の周囲空気噴出部27を介しても前記燃焼室16側に噴出される。
前記周囲空気噴出部27は、図3および図4に示すように、前記燃料ノズル部22の周囲に設けられている。そして、この周囲空気噴出部27は、前記バーナ20にて生成されたガスが、前記缶体10内に設けられた前記ガス排出口17からショートパスしないように、前記周囲空気噴出部27から噴出される空気の流れを制御するように構成されている。
本実施例1にかかる周囲空気噴出部27は、それぞれの周囲空気噴出部27(第一周囲空気噴出部27a〜第六周囲空気噴出部27f)から噴出される空気の少なくとも一部をガス排出口17から遠ざかる方向に導く角筒状の空気ノズル38部(第一空気ノズル部38a〜第六空気ノズル部38f)を有している。
より具体的には、本実施例1においては、第二空気供給板37に六つの略台形状の貫通孔部31(第一貫通孔部31a〜第六貫通孔部31f)が穿孔されており、それぞれの貫通孔部31に空気ノズル38部(第一空気ノズル38部a〜第六空気ノズル部38f)を接続している。
それぞれの空気ノズル部38は、各周囲空気噴出部27から噴出される空気をガス排出口17から遠ざかる方向に導くべく、前記第一空気ノズル38部a〜第六空気ノズル部38fのガス排出口17に近い側の第一筒構成壁39a〜第六筒構成壁39fを傾斜させて(ガス排出口17の反対方向(図3においては「右側」)に傾斜させて)構成されている。前記第一〜第六筒構成壁の傾斜角度θ(取り付け角度)は、5°〜30°程度であることが好ましい。勿論、この傾斜角度θは、前記内側水管13aに火炎状態のガスが接触しないように設定される。
本実施例1にかかるボイラ1は、以上のように構成されており、その構成に基づき、次のような作用効果を有する。以下、図1〜図4に加え、図5を用いて、その作用効果を具体的に説明する。なお、図5は、低燃焼時における缶体内のガスの流れを示す概略図である。この図5において、二点差線で示したガス流れ状態図(ガスF0)は、バーナ構造が本実施例とは異なり、バーナからの空気が略垂直方法に噴出される場合のガス形状(火炎形状)を示しており、実線で示したガス流れ状態図(ガスF1)が、本実施例にかかるバーナ20にて形成されるガス形状(火炎形状)を示している。
本実施例1にかかるバーナ20を低燃焼状態で作動させる場合には、まずは、送風機(図示省略)を駆動させ、前記ウインドボックス40を介して前記第一空気供給経路24および前記第二空気供給経路25に空気が供給される。次いで、前記第一燃料ノズル部22aから液体燃料が噴霧されるタイミングに合わせて、前記着火碍子23に通電がなされる。
つまり、本実施例1においては、前記第一空気供給経路24および前記第二空気供給経路25を介して、前記中央空気噴出部26および前記周囲空気噴出部27,すなわち前記空気ノズル部38から空気が噴出され、この空気と前記第一燃料ノズル部22aから噴霧される液体燃料とのミキシングが行われる。そして、前記第一燃料ノズル部22aの近傍に設けられた、通電されることによって電気火花を形成する前記着火碍子23によって、空気とミキシングされた液体燃料に対して着火が行われる。この着火によって、前記第一燃料ノズル部22aから噴霧された液体燃料が燃焼し、前記第一燃料ノズル部22aから液体燃料が噴霧され続ける限り低燃焼状態が維持されることとなる。また、前記第一燃料
ノズル部22aと共に前記第二燃料ノズル部22bからも液体燃料が供給されれば、前記バーナ20は高燃焼状態となる。
本実施例1にかかるバーナ20においては、前記燃料ノズル部22における燃料供給状態を適宜切り換えること(オンオフ制御する)によって、停止状態、低燃焼状態、および高燃焼状態のいずれかへの切り換えが可能である。すなわち、燃焼状態継続時においては、低燃焼から高燃焼、あるいは高燃焼から低燃焼への切り換えが可能である。
前記バーナ20に対する空気の供給量は、一般に前記ウインドボックス40と送風機との間のダクト内に設けられたダンパ(図示省略)や、送風機の回転数を制御するインバータ等(図示省略)を用いて調整される。そして、この空気は、液体燃料の供給量に対応して供給される。例えば、同様の燃料供給性能を有する2つのノズルチップを用いて構成されたバーナにおいて、どちらか一方のノズルチップから液体燃料を噴霧させる際(低燃焼時)に供給される空気量を「1」とすれば、両方のノズルチップから液体燃料を噴霧させる際(高燃焼時)に供給される空気量を「2」とする。このような空気量の調整をダンパやインバータを用いて行っている。
さて、以上のように構成され機能するボイラ1においては、図5に示すように、前記バーナ20の低燃焼時、前記缶体10内にて前記燃焼室16の中央部を略中心としてほぼ均一に広がったガスF1(実線)が形成される。このような形状のガスF1が形成されるのは、前記遮蔽板18より前記ガス排出口17から前記バーナ20にて生成されたガスがショートパスを抑制するように前記ガス排出口17において工夫が施されていると共に、前記ノズル部22の周囲に設けられた前記周囲空気噴出部27が、前記空気ノズル部38に工夫を施すことにより、前記缶体10内に設けられたガス排出口17から前記バーナ20にて生成されたガスがショートパスしないように、周囲空気噴出部27から噴出される空気の流れを制御可能に構成されているからである。
仮に、本実施例1のような前記遮蔽板18よび前記空気ノズル部38を有しないとすれば、前記バーナ20にて生成されるガスは、前記ガス排出口17側に引っ張られることによって、前記燃焼室16内に形成されるガスは、図5の破線にて示したガスF0のようになる。つまり、従来から知られているボイラには、本実施例に示すような前記遮蔽板18およびガスの流れを前記ガス排出口17から遠ざかるように制御する前記空気ノズル部38は設けられていないため、前記燃焼室16内においてはこのような形状のガスF0が形成されていたと考えられる。このような場合には、前記燃焼室16内において、ガスが前記ガス排出口17側へ引っ張られるため、前記燃焼室16内での排ガス循環流が阻害される等の問題が生ずる。
しかしながら、本実施例1においては、上述した通り、前記遮蔽板18および前記空気ノズル部38を設けることによって、前記燃焼室16内において均一に広がったガスF1を形成可能となる。したがって、本実施例1によれば、以下のような効果を得ることができる。
このような構成によれば、前記バーナ20にて生成されたガスが、前記遮蔽板18および前記空気ノズル部38により、前記燃焼室16に設けられたガス排出口17からショートパスすることが抑制されるので、前記バーナ20の燃焼性能を向上させ、有害物質の低減化を実現することができる。すなわち、前記バーナ20からのガスの偏流が抑制され(ガスが前記ガス排出口17側へ引っ張られることが抑制され)、前記バーナ20近傍部の自己再循環流れが改善され、均一に自己再循環ガスが流れ込み、予蒸発や予混合が均一に行われるとともに、適切な分割火炎が形成される。その結果、燃料液滴の予蒸発や予混合によって局所的な低空気比・高温場の発生が抑えられるとともに、適切な分割火炎が形成
されることによりガスF1の表面積が大きくなってガス温度が低下する。これにより低NOx化を実現することができる。また、前記ガス排出口17から流出するガスのショーパ
スが抑制されので、COや煤塵といった未燃成分の排出を抑えることができる。
詳細な説明を省略するが、高燃焼時においても低燃焼時と同様の作用効果を奏するものであり、NOxの低減効果においては、高燃焼時の方が優れていることが確認されている
。一方、COや煤塵の低減効果に関しては、低燃焼時の方が優れていることが確認された。
つぎに、本発明の実施例2にかかるボイラについて図6から図8に基づき説明する。この実施例2において、前記実施例1と異なるのは、前記実施例1のバーナ20を自己再循環型のバーナ50としたところであり、共通部分は、同じ符号を付して説明を省略する。
本実施例2の前記バーナ50の周囲空気噴出部27は、それぞれの周囲空気噴出部27(第一周囲空気噴出部27a〜第六周囲空気噴出部27f)から噴出される空気の少なくとも一部をガス排出口17から遠ざかる方向に導くガイド部42(第一ガイド部42a〜第六ガイド部42f)と、それぞれの周囲空気噴出部27(第一周囲空気噴出部27a〜第六周囲空気噴出部27f)から噴出される空気の拡散を促す拡散部43(第一拡散部43a〜第六拡散部43f)とを有している。
そして、本実施例2においては、前記実施例1と同様に六つの略台形状の貫通孔部31(第一貫通孔部31a〜第六貫通孔部31f)が穿孔されている。前記実施例1と異なるのは、それぞれの貫通孔部31におけるガス排出口17側(本実施例の各図においては「左側」)に板状部材を用いてガイド部42(第一ガイド部42a〜第六ガイド部42f)が構成されている。このガイド部42は、それぞれの前記貫通孔部31の一部を覆うべく構成されており、本実施例においては、このガイド部42にて覆われていない部分が、前記周囲空気噴出部27から噴出される空気の拡散を促す拡散部43(第一拡散部43a〜第六拡散部43f)として機能する。
それぞれのガイド部42は、前記各周囲空気噴出部27から噴出される空気の少なくとも一部(主に前記貫通孔部31のガイド部42によって覆われている領域の空気)を前記ガス排出口17から遠ざかる方向に導くべく、板状部材を傾斜させて(前記ガス排出口17の反対方向(図7においては「右側」)に傾斜させて)構成されている。この際の傾斜角度θ(取り付け角度)は、5°〜30°程度であることが好ましい。
また、それぞれのガイド部42は、前記燃料ノズル部22からコーン状(ノズル部22を頂点とした三角錐状)に噴霧される液体燃料が接触しないように、前記各ガイド部42の高さが設定されている。本実施例においては、図7の右側に図示された第四ガイド部43dが、左側に図示された第一ガイド部42aよりも液体燃料に接触しやすい位置に設けられているため、第四ガイド部42dの方が第一ガイド部42aよりも低く設けられている。こうした理由は、前記実施例1と比較して前記バーナ22による燃料噴射角が広いことによる。
前記拡散部43(第一拡散部43a〜第六拡散部43f)は、上述したように、前記貫通孔部31のうちガイド部42にて覆われていない部分(図7および図8において破線で囲った領域)である。この部分(拡散部43)には、前記ガイド部42等のような第二空気供給経路25を介して供給された空気を整流するための要素が設けられていないため、拡散部39から噴出された空気は急拡大することになる。
したがって、本実施例2のバーナ50においては、前記周囲空気噴出部27から噴出される空気は、前記ガイド部42によって前記ガス排出口17から遠ざかる方向に導かれると共に、その一部が前記拡散部43によって拡散が促進されることとなる。
本実施例2にかかるボイラ1においても、図示しないが基本的には図5と同様に、バーナ20の低燃焼時および高燃焼時、前記缶体10内にて燃焼室16の中央部を略中心として均一に広がったガスF1(実線)が形成される。このような形状のガスF1が形成されるのは、前記遮蔽板18により前記ガス排出口17から前記バーナ20にて生成されたガスがショートパスしないように構成されていると共に、前記燃料ノズル部22の周囲に設けられた前記周囲空気噴出部27が、前記燃焼室16内に設けられたガス排出口17から前記バーナ20にて生成されたガスがショートパスしないように、前記周囲空気噴出部27から噴出される空気の流れを制御可能に構成されているからである。
また、本実施例2にかかる前記バーナ20を構成する前記周囲空気噴出部27は、上述した種々の効果を発揮する前記ガイド部42と共に、前記拡散部43をも有している。この拡散部39は、先にも説明したとおり、前記貫通孔部31のうち前記ガイド部42にて覆われていない部分である(図7および図8参照)。つまり、この拡散部43には、前記ガイド部42等のような空気を整流するための要素が設けられていないため、前記拡散部43から噴出された空気は、前記拡散部43のエッジ部分(前記貫通孔部31のエッジ部分)にて急拡大することになる。そうすると、前記バーナ20直近においては、空気に小さな乱れが生じ、前記燃料ノズル部22から噴霧される液体燃料と空気とのミキシング状態を一部不均一にすることができる。本実施例2にかかるバーナ20は、このような拡散部43を有するため、単にミキシング状態を良好にするわけではなく、一部意図的に不均一なミキシング状態を形成することができる。すなわち、本実施例2においては、前記拡散部43を設けることによって、前記バーナ20近傍において濃淡燃焼的な燃焼状態を形成可能となるため、ガス温度の低下を図り、NOx値を低減させることができる。
以上説明したように、本実施例2にかかるボイラ1は、前記缶体10の燃焼室16内でガスF1を十分に拡大させることによるガス温度の低下、前記缶体10内で形成される適切な排ガス循環流によるガス温度の低下、適切な分割火炎が形成されることによるガス温度の低下、および前記拡散部43によって形成される濃淡燃焼によるガス温度の低下の相乗効果によって、NOxの低減を図ることができる。
なお、本発明は、上記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。
例えば、本発明にかかるバーナは、前記実施例1および実施例2にて説明したバーナ20、50に限定されず、必要に応じて、図9に示すような構成としてもよい。ここで、図9は、本発明の実施例3にかかるバーナ60の縦断面の説明図を示したものである。この図9に示したバーナ60は、基本的に前記バーナ20,50と同様の構成を有するため、同様の構成要素については同様の符号を付してその説明を割愛し、以下においては、この実施例3にかかるバーナ60の特徴部分について主に説明する。
先に説明したバーナ20(図3等参照)と、この図9に示したバーナ60との違いは、燃焼筒61の有無である。つまり、この他の実施例にかかるバーナ60は、前記周囲空気噴出部27を構成する前記第二空気供給経路25の外側に、前記燃焼筒61を有する点において、先の実施例1にかかるバーナ20とその構成が異なる。
この燃焼筒61は、ボルト等の接続手段62を用いて、前記第二筒部材35の外側に設けられており、前記第二筒部材35と前記燃焼筒61との間には所定空間(後述する前記循環部63)が設けられている。本実施例3においては、均等な間隔に設けられた六つの接続手段62を用いて、燃前記焼筒61が第二筒部材35の外側に固着されている。
この図9に示すように構成されたバーナ60によれば、前記缶体10内を循環している排ガスが前記循環部63を介して前記燃焼筒61内に混入されることとなって、NOx値を低減させることも可能となる。また、この燃焼筒61を設けることによって、ガスの広がりを抑えてバーナ60近傍における燃焼性を促進させることが可能となるため、低O2(排ガス中の残存酸素濃度が2%〜3%程度)側におけるCOの立ち上がりを抑えることができる。但し、これらの効果は、バーナにおける空気の噴出状況、ボイラの燃焼量、前記缶体10内におけるガス形状、前記缶体10を構成する水管配列等、種々の条件によって異なり、必要に応じて、この燃焼筒61を設けるか否かは判断する必要がある。
また、この図9においては、燃焼筒61が垂直に設けられた場合について示したが、本発明は、この構成に限定されない。したがって、例えば、燃焼筒61自身もガイド部37と同様に、傾斜して設けてもよい。
前記燃焼筒61は、前記実施例2のバーナ50にも同様に取り付けることができる。
つぎに、本発明の実施例4にかかるボイラについて図10および図11に基づき説明する。この実施例4において、前記実施例1と異なるのは、前記遮蔽板18を前記ガス排出口17に設けるのではなく、前記内側水管群13の水管のうち前記ガス排出口17に面する(形成する)水管13a1,13a1と、この水管13a1,13a1に隣接する前記外側水管群14の水管14a1,14a1との間に設けている。すなわち、各水管13a1と、
各水管14a1との間の前記環状ガス通路15の上部を各遮蔽板18により閉塞して、こ
の遮蔽板18の下方の第一開口(隙間)64をガス排出口として機能させることにより、前記バーナと前記ガス排出口17とを実質的に離間させている。また、前記内側水管群13の水管13a1とその隣の水管13a2との間の内側フィン部を遮蔽板18とし、図11の前記遮蔽板18と同様に上部のみ遮蔽し、下部を開口(図示省略)している。この実施例4のにおいて前記実施例1と共通部分は、同じ符号を付して説明を割愛する。
この実施例4においても、前記実施例1と同様に、前記バーナ20にて生成されたガスが、前記遮蔽板18および前記空気ノズル部38により、前記燃焼室16に設けられたガス排出口17からショートパスすることが抑制されるので、前記バーナ20の燃焼性能を向上させ、有害物質の低減化を実現することができる。
この実施例4においては、前記遮蔽板18を設ける水管を、前記水管14a1の隣(ガ
スの流れ方向に対して下流側)の水管14a2とすることができる。また、前記内側水管
群13の水管13a1とその隣の水管13a2との間の遮蔽板18を下部開口を形成しない内側フィン部13bとすることができる。
つぎに、本発明の実施例5にかかるボイラについて図12に基づき説明する。この実施例5において、前記実施例1と異なるのは、比較的幅の広い前記ガス排出口17に小径(ま同径,または大径)の水管13a3を設け、この水管13a3とその隣の水管13a1,
13a1との間にそれぞれ遮蔽板18を設けたものである。また、前記水管13a1と前記水管13a2との間にも前記遮蔽板18を設けたものである。この遮蔽板18の下方に前
記実施例4と同様に図11に示すような前記開口64が形成されている。
この実施例5においても、前記実施例1と同様に、有害物質の低減化を実現することができる。そして、この実施例5では、前記遮蔽板18の横幅を前記実施例1と比較して狭くすることができるので、熱応力による変形を少なくすることができる。
つぎに、本発明の実施例6にかかるボイラについて図13および図14に基づき説明する。この実施例6において、前記実施例5と異なるのは、比較的幅の広い第一ガス排出口17に設けた水管13a3,13a3,13a3を下部の外径を絞った(上部の外径より小
さくした)水管とし、これら水管13a3,13a3,13a3の上部を隣接する水管と互
い接触させることで、前記遮蔽板18を設けることなく、前記ガス排出口17の上部を遮蔽したところにある。この実施例6では、前記水管13a3,13a3,13a3の下部に
おいて形成される第一開口(隙間)64が前記環状ガス通路15とつながっている。
この実施例6では、前記外側水管群14の前記第二のガス排出口19に位置する水管14a3,14a3を上部を絞った水管として、この上部絞り部により形成される第二開口(隙間)65を通して、前記環状ガス通路15からのガスを環状の通路構成体66と前記外側水管群14との間の第二の環状ガス通路67へ排出するように構成している。前記第二環状ガス通路を流通するガスは、前記通路構成体66に形成した排ガス出口68から前記缶体10外へ排出される。なお、図12および図13において、上部ヘッダ11,下部ヘッダ12,内側水管群13,外側水管群14が、この発明とは直接関係しないので、その説明を省略し、前記実施例1と同じ符号を付している構成要素は、ほぼ同様の構成として説明を省略する。
この実施例6においても、前記実施例5と同様に、有害物質の低減化を実現することができる。そして、この実施例6では、前記第一ガス排出口17を下部に、前記第二ガス排出口19を上部に形成し、かつ前記第二環状ガス通路67を形成しているので、前記実施例5と比較して熱効率を向上させることができる。また、前記遮蔽板18を用いないので、耐久性の高い缶体とすることができる。
つぎに、本発明の実施例7にかかるボイラについて図15に基づき説明する。この実施例7は、前記実施例1の遮蔽板18をキャスタブルにてブロック状に形成したものである。図15において、4本の水管13a1,13a1,14a1,14a1間をキャスタブル
にて埋めることで、前記遮蔽板18を構成している。この実施例7において遮蔽板としての機能は前記実施例1とほぼ同様であるので、その説明を省略する。
(その他の変形例)
さらに、上述した実施例1および実施例2においては、それぞれの周囲空気噴出部27に設けられた前記空気ノズル部38の各構成壁38a〜38fおよび前記ガイド部42が同様の方向に同様の角度で傾斜して設けられ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、例えば、それぞれの各構成壁38a〜38fおよびガイド部42の設置傾斜角度を適宜異なるように構成してもよい。
また、上述した実施例2においては、前記ガイド部42が、断面コ字形状の板状部材(スコップ型)を用いて構成された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、前記周囲空気噴出部27から噴出される空気の少なくとも一部を前記ガス排出口17から遠ざかる方向に導くことが可能であれば、どのような構成であってもよい。したがって、例えば、一枚の平板状の板状部材を用いてガイド部を構成してもよい。具体的には、
それぞれの周囲空気噴出部27を成す前記貫通孔部31の前記ガス排出口17に最も近接する「一辺」に、平板状の板状部材を傾斜させて設けてもよい。このような構成であっても、前記周囲空気噴出部27から噴出される空気の少なくとも一部を前記ガス排出口17から遠ざかる方向に導くことが可能であるから、上述した種々の効果を得ることができる。
また、上述した実施例においては、高燃用の前記第二ノズル22bを前記第一筒部材34の中心軸上に配置し、低燃用の第一ノズル22aを前記中心軸に対して前記ガス排出口17から遠ざかる側に離間して配置しているが、本発明は、この配置に限定されるものではない。例えば、第二ノズル22bおよび第一ノズル22a間の中心が前記第一筒部材34の中心軸に重なるように配置することができる。また、単一のノズル(図示省略)により低燃焼量と高燃焼量とを切り換えて供給するバーナにも本発明は適用可能である。
さらに、上記各実施例においては、液体燃料の種類については特に説明しなかったが、本発明は何等かの液体燃料に限定されず、灯油、A重油、B重油、C重油等の液体燃料について適用可能である。
本発明の実施例1にかかるボイラの縦断面の説明図である。
図1のII−II線に沿う横断面の説明図である。
本実施例1にかかるバーナの縦断面の説明図である。
図3に示したバーナの下面図を示したものである。
低燃焼時におけるガスの流れを示す概略図である。
本発明の他の実施例2にかかるボイラの縦断面の説明図ある。
図6に示したバーナの縦断面の説明図である。
図7に示したバーナの下面図を示したものである。
本発明の他の実施例3のバーナの縦断面の説明図である。
本発明の他の実施例4の図1のII−II線に沿う横断面の説明図である。
同実施例4の要部を内部からみた説明図である。
本発明の他の実施例5の図1のII−II線に沿う横断面の説明図である。
本発明の他の実施例6の横断面の説明図である。
同実施例6にかかるボイラの縦断面の説明図である。
本発明の他の実施例7の横断面の説明図である。
符号の説明
1…ボイラ
10…缶体
11…上部ヘッダ
12…下部ヘッダ
13…内側水管群
13a…内側水管
13b…内側フィン部
14…外側水管群
14a…外側水管
14b…外側フィン部
15…環状ガス通路
16…燃焼室
17…ガス排出口
18…遮蔽板
19…外側開口部
20、50、60…バーナ
21…載置板
22…燃料ノズル部
22a…第一燃料ノズル部
22b…第二燃料ノズル部
23…着火碍子
24…第一空気供給経路
25…第二空気供給経路
26…中央空気噴出部
27…周囲空気噴出部
27a〜27f…第一周囲空気噴出部〜第六周囲空気噴出部
31…貫通孔部
31a〜31f…第一貫通孔部〜第六貫通孔部
34…第一筒部材
35…第二筒部材
36…第一空気供給板
37…第二空気供給板
38…空気ノズル部
38a〜38f…第一空気ノズル部〜第六空気ノズル部
39a〜39f…第一筒構成壁〜第六筒構成壁
40…ウインドボックス
41…隔壁
42…ガイド部
42a〜42f…第一ガイド部〜第六ガイド部
43…拡散部
43a〜43f…第一拡散部〜第六拡散部
61…燃焼筒
62…接続手段
63…循環部