JP6054349B2 - 燃焼装置、ボイラ及び燃焼方法 - Google Patents
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Description
・NOx排出値が、O2=3%(空気比1.17)の燃焼条件において、40ppm(O2=5%)すなわち、酸素濃度0%に換算すると52.5ppmであり、未だNOx排出量が多い。
本発明の目的は、上記技術の問題点を解消し、低NOx化を有効に達成できる燃焼装置、ボイラ及び燃焼方法を提供することにある。
(第1実施形態)
第1実施形態を図1〜図7及び図11〜図18に基づいて説明する。
図1及び図11〜図18に示すように、燃焼装置31の風箱32における中心部の水平な軸線100上にはパイプ状の燃焼用空気供給スロート(以下、単にスロートという)33が配置されている。このスロート33は風箱32内の後部の第1送風室34に接続され、この第1送風室34からスロート33内に一次空気が送られて、その一次空気がスロート33の先端開口35から燃焼室22内の前方に向かって噴出される。なお、本実施形態においては、図1の左側を前部とする。
図1及び図3(a),(b)に示すように、前記ノズル孔38の直近の後部において、一次燃料ノズル37の外周面には、その外周面とスロート33の内周面との間に位置する保炎器41が取り付けられており、この保炎器41の外周部の6箇所には等間隔をおいて複数(実施形態では6箇所)の凸部43が形成されている。これらの凸部43間の凹部が通気口42になっているとともに、凸部43の先端とスロート33の内周面との間が狭い通気間隙44になっている。凸部43は前記ノズル孔38間の部分に対応して位置している。そして、スロート33内の一次空気が通気口42及び通気間隙44を通って燃焼室22内に前記軸線100に沿って噴出される。この保炎器41とスロート33とによって、燃焼室22内に一次空気を噴出するための一次空気ノズルが構成されている。保炎器41の前面は前記スロート33の先端面より所定長さ分だけ奥側に位置している。
図6及び図7に示すように、バーナの燃焼作動時には、一次燃料ノズル37の軸線100の周囲のノズル孔38から一次燃料ガスが燃焼室22に向かって斜め外周方向に噴出されて、一次火炎201が形成される。このとき、一次燃料ノズル37の周囲において、保炎器41の通気口42及び通気間隙44から一次空気が軸線100の延長方向に沿って燃焼室22内に噴出される。このとき、保炎器41がスロート33内に位置しているため、保炎器41の凸部43の前面側に小さな再循環流204が形成されることによって、この一次火炎201が、高空気比下において保炎されるとともに、一次火炎201が分割状態になって、表面積が増大し、その一次火炎201は温度低下される。
(1)二次燃料ノズル52がスロート33の先端より燃焼室22内へ突出しているため、燃焼ガスが、再循環流としてスロート33及び二次燃料ノズル52の上流側で、かつ外周側から中心側に巻き込まれる。このため、二次燃料ノズル52からの燃料ガスが再循環流に対して除々に混合されて、緩慢に燃焼され、NOxが低減される。また、二次燃料ノズル52からの高速噴流による再循環が円滑に実行される。
次に、本発明の第2実施形態を図8,図9及び図19〜図25に基づいて説明する。なお、この第2実施形態以降の各実施形態及び変更例においては、第1実施形態と相違する部分を中心に説明する。また、第2実施形態の右側面図は、第1実施形態の図17と同じに表われるため、省略している。
(10)二次空気ノズル62の開口621は、半径方向の内側向きに傾斜して配設される単孔であることによって、二次空気ノズル62からの二次空気の噴流が内向きになることから、軸線100上に形成される二次火炎202による燃焼ガスに二次空気が良好に混合することで、二次火炎202の安定性を保持しつつ、二次火炎領域における更なる高空気比化を実現できる。従って、NOxの発生抑制に有効である。
次に、本発明の第3実施形態を図10に基づいて説明する。
この第3実施形態においては、二次空気ノズル62の開口621を含む全体のスロート33側部分及びその反対側の部分が曲面状に形成されている。従って、再循環流203が二次空気ノズル62間において矢印方向に円滑に流れるようになる。
(11)再循環流が二次空気ノズル62間において矢印方向に円滑に流れるため、好適な再循環流203を形成でき、低NOx化に有効である。
本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、以下のような態様で具体化することも可能である。
・一次、二次燃料はガス燃料でなくてもよく、噴霧状の液体燃料でもよい。
・二次空気ノズル62を省略してもよい。
・二次燃料ノズル52及び二次空気ノズル62の少なくとも一方をスロート33の先端開口より後退させてもよい。
Claims (12)
- 燃焼用空気供給スロートの軸線上に配設された一次燃料ノズルと、
前記燃焼用空気供給スロートの内周側であって前記一次燃料ノズルの周囲に配設された保炎器と、
前記燃焼用空気供給スロートの外周側であって前記軸線を中心とした環状領域上に周方向に相互間隔をあけて配設された複数本の二次燃料ノズルと
を備えた燃焼装置において、
前記燃焼用空気供給スロートの外周側であって前記環状領域上に相互間隔をあけて配設された複数本の空気ノズルを備え、
前記複数本の空気ノズルと前記複数本の二次燃料ノズルとは、交互に相互間隔をあけて燃焼室の再循環流が通過可能に配設されたことを特徴とする燃焼装置。 - 前記燃焼用空気供給スロート及び前記二次燃料ノズルの少なくとも一方が燃焼室内へ突出して配設されたことを特徴とする請求項1に記載の燃焼装置。
- 前記空気ノズルが、燃焼室内へ突出して配設されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃焼装置。
- 前記空気ノズルの開口は、前記軸線を中心とした半径線に沿って延びる形状の単孔であることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の燃焼装置。
- 前記空気ノズルの開口は、軸方向下流側に向かって半径方向内側向きに傾斜して配設される単孔であることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の燃焼装置。
- 前記二次燃料ノズルの開口部は、前記軸線を中心とした仮想配設円上の半径方向に延びるスリット状の単孔ガス燃料用ノズルであることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の燃焼装置。
- 前記二次燃料ノズルの開口部は、軸方向下流側に向かって半径方向内側向きに傾斜して配設される単孔ガス燃料用ノズルであることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の燃焼装置。
- 請求項1〜7のうちのいずれか一項に記載の燃焼装置を有するボイラ。
- 燃焼用空気供給スロートの軸線上に配設された一次燃料ノズルと、
前記燃焼用空気供給スロートの内周側であって前記一次燃料ノズルの周囲に配設された保炎器と、
前記燃焼用空気供給スロートの外周側であって前記一次燃料ノズルを中心とした環状領域上に相互間隔をあけて配設された複数本の二次燃料ノズルと
前記燃焼用空気供給スロートの外周側であって前記一次燃料ノズルを中心とした環状領域上に相互間隔をあけて配設された複数本の空気ノズルと
を備えた燃焼装置において、
前記複数本の空気ノズルと複数本の二次燃料ノズルの少なくとも一方が相対的に突出して配設されたことを特徴とする燃焼装置。 - 前記燃焼用空気供給スロートまたは前記二次燃料ノズルが燃焼室内へ突出して配設されることを特徴とする請求項9に記載の燃焼装置。
- 請求項9または10に記載の燃焼装置を有するボイラ。
- 請求項1に記載の燃焼装置において、(一次燃料ガス量)/(二次燃料ガス量)との比を1/2以下とするとともに、二次燃料ガスの量のみを制御する燃焼方法。
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