JPH0116886Y2

JPH0116886Y2 -

Info

Publication number: JPH0116886Y2
Application number: JP1983067817U
Authority: JP
Priority date: 1983-05-09
Filing date: 1983-05-09
Publication date: 1989-05-17
Also published as: JPS59175820U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、ボイラ等の燃焼装置の燃焼炉に備え
られるバーナ装置に関する。

このような燃焼装置からは窒素酸化物（以下、
NO_xと称す。）が排出されるが、このNO_xは光化
学オキシダントの原因物質になるとして、近年、
NO_xの発生を極力抑制することが要望され、こ
の要望に沿つて燃焼装置においても、NO_x発生
を効果的に抑制するものが開発されつつある。

燃焼炉において発生するNO_xには主として次
のようなものがあるとされている。(1)、各種燃料
中に含まれている窒素成分が酸化されて生じる
NO_x（以下、Fuel NO_xと称する。）。(2)、特に重
油、灯油、LPGなどの炭化水素燃料を燃焼する
際に炭化水素が空気中の窒素と反応し、さらにい
くつかの反応を経て生じるNO_x（以下、Prompt
NO_xと称する。）。(3)、燃焼に伴ない、空気中の
窒素と酸素とが高温雰囲気下で反応して生じる
NO_x（以下、Thermal NO_xと称する。）。

このようなNO_xの発生を抑制するための従来
から知られている燃焼方法としては主に次のよう
な方法を挙げることができる。(1)、空気比（実際
に供給する空気量／理論的に必要な空気量）1.0
以下の燃料過剰下で１次燃焼域を形成し、この領
域の後部に不足分の空気を供給して２次燃焼域を
形成するようにした空気二段供給燃焼法。(2)、燃
焼炉に複数個のバーナを設け、各バーナ毎に、燃
料に対して空気を過剰に又は不足気味に供給し
て、炉内で不均等な燃焼を行なわせるようにした
不均等燃焼法。(3)、燃焼により生じた排ガスを循
環させて再び燃焼用空気に混入するようにした排
ガス混合法。

しかし、これらの方法にはそれぞれ次のような
欠点がある。まず、空気二段燃焼法については、
１次燃焼域における一般的な空気比の0.5〜1.0の
範囲ではPrompt NO_xの発生を抑制することが
できず、又、空気比を0.5付近の低い値に保つて
Prompt NO_xの発生を極力抑制するように試み
ても、第２の空気供給部において、未燃焼分がこ
の空気と反応してPrompt NO_xを発生する。又、
不均等燃焼法については、各バーナにおける燃焼
は独立して燃焼できる空気比（通常0.6〜1.4）で
行なわれるので、Thermal NO_xおよびPrompt
NO_xの発生を避けることはできない。さらに、
排ガス混合法については、NO_xの発生を効果的
に抑制させるため排ガスの再循環量を増加すると
燃焼が不安定となる。

以上のように、NO_x発生の抑制について、こ
れら従来の方法は満足すべきものではなかつた。
この問題を解決し、より効果的にNO_xの発生を
抑制するバーナ装置が提案されている。以下、こ
のバーナ装置について説明する。

第１図は従来のバーナ装置の断面図、第２図は
第１図に示すバーナ装置の側面図である。図で、
１は燃焼装置の燃焼炉、１ａは燃焼炉１の前壁、
１ｂは燃焼炉１の側壁を示す。２は前壁１ａに設
けられた風箱であり、空気入口３から燃焼用空気
がとり入れられる。１０は同一円周上に複数個
（図では４個）配置された１次燃料ノズルであり
１次燃料分配管１１から供給された燃料が噴出す
る。１２はインペラ、１３は空気入口３からとり
入れられた空気に旋回を与える旋回羽根である。
１４は前記１次燃料ノズル１０を含む主燃焼ノズ
ルであり、旋回羽根１３により旋回せしめられた
空気が１次燃料ノズル１０からの燃料とともに噴
出する。１次燃料ノズル１０はこの旋回空気の流
路内に配置されることになる。１５は主燃焼ノズ
ル１４により形成される１次燃焼域を示す。

２０は主燃焼ノズル１４の外側の同一円周上に
複数個配置された２次燃料ノズル（脱硝ノズル）
であり、２次燃料分配管２１から供給された燃料
が噴出する。２５は２次燃料ノズル２０により形
成される２次燃焼域を示す。３０は２次燃料ノズ
ル２０の外側の同一円周上に複数個配置された２
次空気噴出ポートであり、空気入口３からとり入
れられた空気が直接噴出する。３５は２次空気噴
出ポート３０により形成される３次燃焼域を示
す。

このようなバーナ装置においては、１次燃焼域
（主燃焼域）１５における燃焼により、Prompt
NO_xおよびThermal NO_xが発生する。この１次
燃焼域１５の下流に形成される２次燃焼域（脱硝
燃焼域）２５では、空気比が１以下（通常0.6以
下）であり、NO_xをN₂に還元する燃焼中間生成
物が多量に発生する。したがつて、前述の１次燃
焼域１５で発生したPrompt NO_xおよび
Thermal NO_xは、この２次燃焼域２５において
無害なN₂に還元される。さらに、３次燃焼域
（完全燃焼域）３５では、２次空気噴出ポート３
０から噴出される空気により、２次燃焼域２５で
発生したCO等の未燃分を完全燃焼させる。

上記機能を達成させるためには、各燃焼域１
５，２５，３５はそれぞれ分離させることが必要
であり、さらに、下流で生じたNO_x又はCO等の
未燃分を完全に混合させてNO_xを還元し、未燃
分を完全燃焼させることが重要となる。このた
め、２次空気噴出ポート３０は２次燃料ノズルか
ら離して設置されており、又、他の提案において
は、その噴射角が主燃焼ノズルの軸心から離れる
ように設置するものもある（実開昭55−51447号
公報参照）。

このような従来のバーナ装置にあつては、より
一層効果的にNO_xを低減させようとして主燃焼
ノズル１４における空気比を下げたり、２次燃料
ノズル２０の燃料配分量を増加させると、結局は
２次空気噴出ポート３０からの空気量を増加せざ
るを得ず、このため酸素分圧も増大し、３次燃焼
域３５においてPrompt NO_xが発生してしまい、
２次燃焼域２５でのNO_x低減効果を充分に発揮
し得ないことになる。又、上述のように２次空気
噴出ポートからの空気量を増加させると、上記の
ようなバーナ装置の構成では、３次燃焼域３５に
おける未燃分と空気との混合が促進されて急激な
燃焼反応が生じ、この結果燃焼温度が増加して
Thermal NO_xが生成することになり、NO_xの抑
制効果が充分に達成されなくなる。

本考案は、このような事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、上記従来の問題点を解決
し、効果的にNO_xの発生を抑制することができ
るバーナ装置を提供するにある。

この目的を達成するため、本考案は、空気流路
内に燃料ノズルを含む主燃焼ノズルと、この主燃
焼ノズルの外側に配置された脱硝ノズルと、この
脱硝ノズルの外側に配置され空気のみを噴出して
特定の燃焼域を形成する空気噴出ノズルとを備え
たバーナ装置において、前記主燃焼ノズルの中心
軸に対して前記空気噴出ノズルとは異なる角度
で、かつ、その噴出経路が前記空気噴出ノズルの
噴出経路の外側となるように配置され、空気のみ
を噴出して前記特定の燃焼域の下流に他の燃焼域
を形成する他の空気噴出ノズルを設けたことを特
徴とする。

このような構成において、上記主燃焼ノズルに
より空気量の多い１次燃焼域が形成され、上記脱
硝ノズルにより燃料量の極めて多い２次燃焼域が
形成され、この２次燃焼域により１次燃焼域で発
生したNO_xの脱硝が行なわれる。さらに上記空
気噴出ノズルにより３次燃焼域が、又、上記他の
空気噴出ノズルにより前記３次燃焼域の下流に４
次燃焼域がそれぞれ形成され、酸素を集中させる
ことなく拡散した状態で、２次燃焼域で発生した
未燃分を燃焼させる。

以下、本考案を図示の各実施例に基づいて説明
する。

第３図は本考案の第１の実施例に係るバーナ装
置の断面図、第４図は第３図に示すバーナ装置の
側面図である。各図で、第１，２図に示す部分と
同一部分には同一符号が付してある。４０は２次
空気噴出ポート３０の外側に配置された３次空気
噴出ポートであり、空気入口３からとり入れた空
気を噴出する。４５は３次空気噴出ポート４０に
より形成される４次燃焼域であり、この４次燃焼
域４５は３次燃焼域３５の下側（下流）に形成さ
れる。

１次燃焼域１５で発生したNO_xは２次燃焼域
２５においてN₂に還元される。そして、２次燃
焼域２５において発生したCO等の未燃分は３次
燃焼域３５、次いで４次燃焼域４５で燃焼させ
る。このように、CO等の未燃分は３次、４次燃
焼域３５，４５により段階的に緩慢に燃焼せしめ
られるので、燃焼温度の急激な上昇を防止するこ
とができ、これによりThermal NO_xの発生を防
止することができ、かつ、酸素の総量が同じでも
酸素の集中を排除して酸素分圧を低下させること
ができるので、酸素分圧が大きいとき生じ易い
Prompt NO_xの発生をも防止することができる。
又、NO_xを低減させようとして、２次空気噴出
ポート３０および３次空気噴出ポート４０の燃焼
用空気を、主燃焼ノズル１４の燃焼限界まで増加
させても、NO_xが３次、４次燃焼域３５，４５
で再生成するのを抑制することができ、NO_x調
整範囲を拡大することも可能になる。

このように、本実施例では、２次空気噴出ポー
トの外側にこれと異なる角度で３次空気噴出ポー
トを設け、４次燃焼域を形成するようにしたの
で、完全燃焼域におけるPrompt NO_xと
Thermal NO_xの発生を防止して脱硝燃焼域での
NO_x低減効果を充分に発揮せしめることができ、
かつ、NO_x調整範囲を拡大することもできる。

第５図は本考案の第２の実施例に係るバーナ装
置の断面図である。図で、第１，２図に示す部分
と同一部分には同一符号が付してある。５０は２
次空気噴出ポート３０と同一円周上に配置された
３次空気噴出ポートである。２次空気噴出ポート
３０が主燃料ノズル１４の軸心と平行に配置され
ているのに対して、３次空気噴出ポート５０は主
燃料ノズル１４の軸心から離れる方向に傾斜させ
て配置されている。５５は３次空気噴出ポート５
０により形成される４次燃焼域であり、２次空気
噴出ポート３０により形成される３次燃焼域３５
の外側（下流）に形成される。空気入口３からと
り入れられた空気は、３次空気噴出ポート５０が
傾斜しているので、外側に向けて噴出され、側壁
１ｂに沿つて３次燃焼域３５の外側に回り込んで
４次燃焼域５５を形成するものである。

このように、本実施例では、２次空気噴出ポー
トと同一円周上に、その噴出方向が２次空気噴出
ポートからの空気の噴出経路の外側に向くように
傾斜させて３次空気噴出ポートを配置して３次燃
焼域の外側に４次燃焼域を形成するようにしたの
で、さきの実施例と同じ効果を奏するとともに、
３次空気噴出ポートの配置範囲の拡大を避けるこ
ともできる。

第６図は本考案の第３の実施例に係るバーナ装
置の断面図である。図で、第１，２図に示す部分
と同一部分には同一符号が付されている。６０は
燃料炉１の前壁１ａから離れた側壁１ｂの一部に
配置された３次空気噴出ポートである。３次空気
噴出ポート６０は主燃焼ノズル１４の軸心に対し
てほぼ直角に構成されている。燃焼用空気が適宜
の手段でこの３次空気噴出ポート６０に導入され
る。６５は３次空気噴出ポート６０により形成さ
れる４次燃焼域を示し、２次空気噴出ポート３０
により形成される３次燃焼域３５の外側（下流）
に形成される。なお、３次空気噴出ポート６０の
配置位置は３次燃焼域３５に応じて決定され、そ
の構成に傾斜をもたせることもできる。

このように、本実施例では、燃焼炉の側壁に３
次空気噴出ポートを配置して３次燃焼域の外側に
４次燃焼域を形成するようにしたので、第１の実
施例と同じ効果を奏するものである。

以上述べたように、本考案では、第１の空気噴
出ノズルにより形成される燃焼域の外側（下流）
に、第２の空気噴出ノズルにより前記燃焼域と異
なる燃焼域を形成するようにしたので、効果的に
NO_xの発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のバーナ装置の断面図、第２図は
第１図に示すバーナ装置の側面図、第３図は本考
案の第１の実施例に係るバーナ装置の断面図、第
４図は第３図に示すバーナ装置の側面図、第５図
および第６図はそれぞれ本考案の第２および第３
の実施例に係るバーナ装置の断面図である。１……燃焼炉、１ｂ……側壁、１０……１次燃
料ノズル、１４……主燃焼ノズル、１５……１次
燃焼域、２０……２次燃料ノズル、２５……２次
燃焼域、３０……２次空気噴出ポート、３５……
３次燃焼域、１０，５０，６０……３次空気噴出
ポート、４５，５５，６５……４次燃焼域。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】１空気流路内に燃料ノズルを含む主燃焼ノズル
と、この主燃焼ノズルの外側に配置された脱硝
ノズルと、この脱硝ノズルの外側に配置され空
気のみを噴出して特定の燃焼域を形成する空気
噴出ノズルとを備えたバーナ装置において、前
記主燃焼ノズルの中心軸に対して前記空気噴出
ノズルとは異なる角度で、かつ、その噴出経路
が前記空気噴出ノズルの噴出経路の外側となる
ように配置され、空気のみを噴出して前記特定
の燃焼域の下流に他の燃焼域を形成する他の空
気噴出ノズルを設けたことを特徴とするバーナ
装置。２実用新案登録請求の範囲第１項において、前
記他の空気噴出ノズルは、前記主燃焼ノズルか
ら離れる方向に傾けた状態で配置されているこ
とを特徴とするバーナ装置。３実用新案登録請求の範囲第１項において前記
他の空気噴出ノズルは、前記各ノズルが配置さ
れた燃焼炉炉壁の側部に構成されている燃焼炉
側壁に配置されていることを特徴とするバーナ
装置。