JPH06317308A - 低NOxバーナー作動方法 - Google Patents
低NOxバーナー作動方法Info
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- JPH06317308A JPH06317308A JP32510291A JP32510291A JPH06317308A JP H06317308 A JPH06317308 A JP H06317308A JP 32510291 A JP32510291 A JP 32510291A JP 32510291 A JP32510291 A JP 32510291A JP H06317308 A JPH06317308 A JP H06317308A
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- air
- flame
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
- F23D14/74—Preventing flame lift-off
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/26—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid with provision for a retention flame
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】バーナーのNOx発生率を減少させるための燃
焼方法を提供すること。 【構成】NOx発生量を減少させる態様でバーナーを作
動させる方法を提供する。この方法によれば、空気/ガ
ス混合気中の空気の割合が過剰になるように空気とガス
を前混合して空気/ガス混合気とし、バーナー内を通る
前記空気/ガス混合気の速度を増大させる。バーナー内
を通る前記空気/ガス混合気の速度を増大させるこよ
て、火炎の生成に必要とされる「滞留時間」が短縮され
る。即ち、燃焼ガスが火炎の反応帯域内に滞留する時間
が相当に短縮され、従って、NOxの発生を少なくす
る。高速度の空気/ガス混合気によって火炎がバーナー
から「リフトオフ」されるのを防止するために、火炎安
定器又は火炎安定技法を用いて高い熱流束を達成し、そ
れによってNOx発生量を減少させる。
焼方法を提供すること。 【構成】NOx発生量を減少させる態様でバーナーを作
動させる方法を提供する。この方法によれば、空気/ガ
ス混合気中の空気の割合が過剰になるように空気とガス
を前混合して空気/ガス混合気とし、バーナー内を通る
前記空気/ガス混合気の速度を増大させる。バーナー内
を通る前記空気/ガス混合気の速度を増大させるこよ
て、火炎の生成に必要とされる「滞留時間」が短縮され
る。即ち、燃焼ガスが火炎の反応帯域内に滞留する時間
が相当に短縮され、従って、NOxの発生を少なくす
る。高速度の空気/ガス混合気によって火炎がバーナー
から「リフトオフ」されるのを防止するために、火炎安
定器又は火炎安定技法を用いて高い熱流束を達成し、そ
れによってNOx発生量を減少させる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃焼装置に関し、特
に、NOx発生率の極めて低い燃焼技術に関する。
に、NOx発生率の極めて低い燃焼技術に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、大気汚染の問題に対する関心がと
みに高まってきている。この問題は、都市地域において
特に深刻である。大気汚染の源泉は、内燃エンジン、化
学工場、発電所等多数存在する。最も重大な汚染物質の
1つは、NO、NO2 等の、いわゆるNOxと総称され
ている窒素酸化物であり、NOxは、スモッグの創生な
どにより大気汚染の原因となっている。
みに高まってきている。この問題は、都市地域において
特に深刻である。大気汚染の源泉は、内燃エンジン、化
学工場、発電所等多数存在する。最も重大な汚染物質の
1つは、NO、NO2 等の、いわゆるNOxと総称され
ている窒素酸化物であり、NOxは、スモッグの創生な
どにより大気汚染の原因となっている。
【0003】発電所等の燃料燃焼設備には、NOx放出
のいろいろな源泉がある。いわゆる「高温NO」と称さ
れる、NOx放出源の1つは、燃焼用空気の窒素(N
2 )成分の酸化によって発生する。熱力学的には、窒素
の酸化によってNOが発生するには1538℃(280
0°F)の温度を必要とする。まず、二原子窒素
(N2)が一原子窒素(N)に解離し、その後にNOが
発生する。「燃料NO」と称される、もう1つのNOx
放出源は、多くの燃料は、例えばアンモニア(NH3 )
のような単原子窒素含有物質を含有しているという事実
に発している。この場合、N2 結合の分離がNO創生の
前提条件ではないから、燃料結合(燃料に結合されてい
る)NのNOへの転換が1538℃(2800°F)よ
り相当に低い温度で起こる。燃料結合NのNOへの転換
は、例えば704℃(1300°F)もの低い温度でも
起こりうる。
のいろいろな源泉がある。いわゆる「高温NO」と称さ
れる、NOx放出源の1つは、燃焼用空気の窒素(N
2 )成分の酸化によって発生する。熱力学的には、窒素
の酸化によってNOが発生するには1538℃(280
0°F)の温度を必要とする。まず、二原子窒素
(N2)が一原子窒素(N)に解離し、その後にNOが
発生する。「燃料NO」と称される、もう1つのNOx
放出源は、多くの燃料は、例えばアンモニア(NH3 )
のような単原子窒素含有物質を含有しているという事実
に発している。この場合、N2 結合の分離がNO創生の
前提条件ではないから、燃料結合(燃料に結合されてい
る)NのNOへの転換が1538℃(2800°F)よ
り相当に低い温度で起こる。燃料結合NのNOへの転換
は、例えば704℃(1300°F)もの低い温度でも
起こりうる。
【0004】「迅速NO」と称される、更に他のNOx
放出源は、高速反応の結果として生じる。火炎前線(火
炎フロント)内での高速反応によるNOの発生は、すで
に知られており、現在研究中のる課題あり、その発生仕
組みに関して広く認められた理論はまだ確立されていな
い。米国南カリフォルニアのような、厳格な大気汚染規
制が実施されている地区においては、現行のバーナー及
び、又はそれを操作する方法によってNOx排出量基準
を充足することは困難になってきている。
放出源は、高速反応の結果として生じる。火炎前線(火
炎フロント)内での高速反応によるNOの発生は、すで
に知られており、現在研究中のる課題あり、その発生仕
組みに関して広く認められた理論はまだ確立されていな
い。米国南カリフォルニアのような、厳格な大気汚染規
制が実施されている地区においては、現行のバーナー及
び、又はそれを操作する方法によってNOx排出量基準
を充足することは困難になってきている。
【0005】従来から、NOx発生量を減少させるため
のいろいろな方法が開発されているが、達成される減少
度は、多くの場合上述した厳格な大気汚染規制を満足さ
せるのには不十分である。従来の方法のあるものは、多
段階燃焼によってNOxを減少させるという原理に基づ
いている。例えば、そのような多段階燃焼は、第1段階
で最初の燃料を「希薄混合気」として燃焼させ、それに
よって生じた燃焼生成物を第2段階で第2の燃料と混合
させて燃焼させNOx発生量を減少させる雰囲気を創生
することから成る。あるいは別法として、燃料と空気
を、それぞれ異る燃料/空気比を有する2つの別個の流
れを形成するようにしてバーナー内へ導入する方法があ
る。一方の流れは、空気過剰流れとし、他方の流れは、
燃料過剰流れとする。一方の流れに点火して第1段階の
燃焼を行い、その燃焼によって他方の流れに点火して第
2段階の燃焼を行う。更に、一方の流れの過剰空気と他
方の流れの過剰燃料とを混合させて燃焼させることによ
り第3段階の燃焼を行う。NOx発生量を減少させるた
めの更に別の方法は、複数のバーナーを燃焼用空気の流
れ方向に直列に連結し、その列内の最後のバーナーで低
NOx発生特性の燃料を燃焼させる方法である。
のいろいろな方法が開発されているが、達成される減少
度は、多くの場合上述した厳格な大気汚染規制を満足さ
せるのには不十分である。従来の方法のあるものは、多
段階燃焼によってNOxを減少させるという原理に基づ
いている。例えば、そのような多段階燃焼は、第1段階
で最初の燃料を「希薄混合気」として燃焼させ、それに
よって生じた燃焼生成物を第2段階で第2の燃料と混合
させて燃焼させNOx発生量を減少させる雰囲気を創生
することから成る。あるいは別法として、燃料と空気
を、それぞれ異る燃料/空気比を有する2つの別個の流
れを形成するようにしてバーナー内へ導入する方法があ
る。一方の流れは、空気過剰流れとし、他方の流れは、
燃料過剰流れとする。一方の流れに点火して第1段階の
燃焼を行い、その燃焼によって他方の流れに点火して第
2段階の燃焼を行う。更に、一方の流れの過剰空気と他
方の流れの過剰燃料とを混合させて燃焼させることによ
り第3段階の燃焼を行う。NOx発生量を減少させるた
めの更に別の方法は、複数のバーナーを燃焼用空気の流
れ方向に直列に連結し、その列内の最後のバーナーで低
NOx発生特性の燃料を燃焼させる方法である。
【0006】燃焼温度を低くすることによっても、NO
x発生量を減少させることができる。燃焼温度は、燃焼
ガスに水を噴射して火炎を直接冷却するか、あるいは、
空気/燃料ガス混合気(「空気/燃料混合気」、「空気
/ガス混合気」、又は単に「混合気」とも称する)に冷
却ガスを加えることによって低下させることができる。
又、火炎温度は、輻射面として多くの場合セラミック繊
維、金属繊維又は網状セラミックフォームを用いる、本
質的に表面バーナーである輻射バーナーを使用すること
によって低下させることができる。大抵の表面燃焼器の
主要な欠点は、その寸法が大きいために、バーナー内に
滞留する空気/ガス混合気の容量が大きいことである。
従って、逆火が起った場合(起る確率が高い)、その結
果生じる爆燃は、爆発に近い性質のものとなる。表面燃
焼器のもう1つの欠点は、一定の燃料入力に対する最適
輻射熱出力(輻射効率)を得るためには、バーナーの表
面温度を極めて高い温度に保たなければならないことで
ある。表面燃焼温度は、空気/燃料比(以下、単に「空
燃比」とも称する)、混合気の流速、及び混合気流の均
一性に非常に敏感である。バーナーの輻射熱出力は、バ
ーナーの表面温度の低下の4乗の割合で減少する。従っ
て、輻射熱出力を低下させないためには火炎温度を高く
しなければならず、その結果、NOx発生量を増大させ
ることになる。
x発生量を減少させることができる。燃焼温度は、燃焼
ガスに水を噴射して火炎を直接冷却するか、あるいは、
空気/燃料ガス混合気(「空気/燃料混合気」、「空気
/ガス混合気」、又は単に「混合気」とも称する)に冷
却ガスを加えることによって低下させることができる。
又、火炎温度は、輻射面として多くの場合セラミック繊
維、金属繊維又は網状セラミックフォームを用いる、本
質的に表面バーナーである輻射バーナーを使用すること
によって低下させることができる。大抵の表面燃焼器の
主要な欠点は、その寸法が大きいために、バーナー内に
滞留する空気/ガス混合気の容量が大きいことである。
従って、逆火が起った場合(起る確率が高い)、その結
果生じる爆燃は、爆発に近い性質のものとなる。表面燃
焼器のもう1つの欠点は、一定の燃料入力に対する最適
輻射熱出力(輻射効率)を得るためには、バーナーの表
面温度を極めて高い温度に保たなければならないことで
ある。表面燃焼温度は、空気/燃料比(以下、単に「空
燃比」とも称する)、混合気の流速、及び混合気流の均
一性に非常に敏感である。バーナーの輻射熱出力は、バ
ーナーの表面温度の低下の4乗の割合で減少する。従っ
て、輻射熱出力を低下させないためには火炎温度を高く
しなければならず、その結果、NOx発生量を増大させ
ることになる。
【0007】NOx発生量は、又、排ガスを燃焼チャン
バー内へ再循環させることによっても減少させることが
できる。その場合、排ガスの一部を、燃焼前に燃焼用ガ
スと混合させてもよく、あるいは別個に燃焼帯域内へ送
給してもよい。再循環排ガスは、稀釈剤として機能して
全体の酸素濃度を低くするとともに、火炎温度を低くす
る。基本的には、燃焼用空気供給源が不純にされ、それ
によってNOxの発生量を減少させるが、一酸化炭素
(CO)の発生量が増加する。
バー内へ再循環させることによっても減少させることが
できる。その場合、排ガスの一部を、燃焼前に燃焼用ガ
スと混合させてもよく、あるいは別個に燃焼帯域内へ送
給してもよい。再循環排ガスは、稀釈剤として機能して
全体の酸素濃度を低くするとともに、火炎温度を低くす
る。基本的には、燃焼用空気供給源が不純にされ、それ
によってNOxの発生量を減少させるが、一酸化炭素
(CO)の発生量が増加する。
【0008】NOx排出量を減少させるための更に別の
方法は、空気/ガス混合気の組成を変更する方法であ
る。例えば、酸素と、窒素(N2 )以外の不活性ガスと
の混合気を燃焼雰囲気として用いれば、NOxの発生量
が減少する。あるいは、窒素(N2 )の酸化物と反応し
て窒素(N2 )を生成する還元剤を創生するように添加
剤を燃焼チャンバーへ導入し、それによってNOxの発
生を減少させることができる。
方法は、空気/ガス混合気の組成を変更する方法であ
る。例えば、酸素と、窒素(N2 )以外の不活性ガスと
の混合気を燃焼雰囲気として用いれば、NOxの発生量
が減少する。あるいは、窒素(N2 )の酸化物と反応し
て窒素(N2 )を生成する還元剤を創生するように添加
剤を燃焼チャンバーへ導入し、それによってNOxの発
生を減少させることができる。
【0009】叙上のように、NOx発生量を減少させる
方法は多数存在するが、上述した方法は、いずれも、コ
スト、信頼性、性能等の面で固有の欠点を有している。
例えば、NOxの発生量を減少させるために燃焼温度を
低下させると、バーナーが放出する輻射熱流束を減少さ
せる。多段階燃焼は、いずれもコスト高につながる大き
な設備及び制御装置を必要とする。又、排ガス再循環法
は、追加の設備を必要とし、一酸化炭素(CO)の発生
量を増大させる。還元剤を創生するために添加剤を添加
する方法は、運転コストを増大させる。輻射法に使用す
る繊維材は、高価であり、多くの場合脆弱で、飛塵によ
る閉塞を生じ易く、従って濾過装置及びそれに随伴する
メンテナンスを必要とする。しかも、そのような空気濾
過装置は、タール等の汚染物を含有する多くの燃料ガス
の燃焼に必然的に随伴するバーナー閉塞問題を防止する
ことはできない。
方法は多数存在するが、上述した方法は、いずれも、コ
スト、信頼性、性能等の面で固有の欠点を有している。
例えば、NOxの発生量を減少させるために燃焼温度を
低下させると、バーナーが放出する輻射熱流束を減少さ
せる。多段階燃焼は、いずれもコスト高につながる大き
な設備及び制御装置を必要とする。又、排ガス再循環法
は、追加の設備を必要とし、一酸化炭素(CO)の発生
量を増大させる。還元剤を創生するために添加剤を添加
する方法は、運転コストを増大させる。輻射法に使用す
る繊維材は、高価であり、多くの場合脆弱で、飛塵によ
る閉塞を生じ易く、従って濾過装置及びそれに随伴する
メンテナンスを必要とする。しかも、そのような空気濾
過装置は、タール等の汚染物を含有する多くの燃料ガス
の燃焼に必然的に随伴するバーナー閉塞問題を防止する
ことはできない。
【0010】高温NOの発生は、例えば天然ガスのよう
なクリーンガスの燃焼においてNOx発生の主な仕組み
であり、ゼルドヴィッチ連鎖反応の仕組みが高温NOの
発生に当てはまることは、すでに定説となっている。化
学反応動力学の分析モデルによれば、NOxの発生量
は、時間及び温度の増大とともに増大することが予測さ
れる。このことは、実際の燃焼装置において、NOxの
ピーク(最大)発生率は化学量論値曲線の燃料希薄側で
はほとんど生じないということで立証されている。ゼル
ドヴィッチ連鎖反応の分析モデルを用いて得られた、N
Oの発生に対する時間及び温度の相対的な寄与度の予測
値(理論値)が第1図に示されている。第1図のグラフ
は、又、NOx の発生に対する「滞留時間」(混合気が
燃焼帯域内に滞留している時間、従って燃焼反応温度に
露呈される時間)の寄与度をも示している。即ち、NO
xの発生には一定の時間がかかることを示している。第
1図は、ゼルドヴィッチ連鎖反応の分析モデルを用いて
計算された、NOx の発生における「滞留時間」の重要
性を示している。1871℃(3400°F)の火炎温
度において、0.1秒、0.7秒及び4.5秒の「滞留
時間」で、それぞれ100ppmレベル、1000pp
mレベル、および平衡レベルのNOxが発生する。これ
らのレベルはい、いずれも、上記NOx排出量基準を超
えている。
なクリーンガスの燃焼においてNOx発生の主な仕組み
であり、ゼルドヴィッチ連鎖反応の仕組みが高温NOの
発生に当てはまることは、すでに定説となっている。化
学反応動力学の分析モデルによれば、NOxの発生量
は、時間及び温度の増大とともに増大することが予測さ
れる。このことは、実際の燃焼装置において、NOxの
ピーク(最大)発生率は化学量論値曲線の燃料希薄側で
はほとんど生じないということで立証されている。ゼル
ドヴィッチ連鎖反応の分析モデルを用いて得られた、N
Oの発生に対する時間及び温度の相対的な寄与度の予測
値(理論値)が第1図に示されている。第1図のグラフ
は、又、NOx の発生に対する「滞留時間」(混合気が
燃焼帯域内に滞留している時間、従って燃焼反応温度に
露呈される時間)の寄与度をも示している。即ち、NO
xの発生には一定の時間がかかることを示している。第
1図は、ゼルドヴィッチ連鎖反応の分析モデルを用いて
計算された、NOx の発生における「滞留時間」の重要
性を示している。1871℃(3400°F)の火炎温
度において、0.1秒、0.7秒及び4.5秒の「滞留
時間」で、それぞれ100ppmレベル、1000pp
mレベル、および平衡レベルのNOxが発生する。これ
らのレベルはい、いずれも、上記NOx排出量基準を超
えている。
【0011】過剰の燃焼用空気を使用することによって
燃焼反応(火炎)温度を低下させレバ、NOx発生量を
減少させることができる場合もある。しかし、この作用
は、均一な前混合型燃焼装置(化学用語では、栓流型反
応器)の場合にしか有利に利用することができない。栓
流方式では、燃料/空気のピーク(最高)濃度(空気に
対する燃料のピーク濃度)は、燃料と空気の前混合が行
われることにより平均濃度に等しくなる。その結果、平
均火炎温度はピーク火炎温度に等しくなる。NOx発生
量は、この火炎温度レベルに比例する。ノズル内混合型
(燃料と空気の混合をノズル内で行う型式の)バーナー
(攪拌型反応器)においては、混合と燃焼反応とが事実
上同時に行われ、混合が完全ではないために、燃料/空
気濃度に大幅な変動が生じる。その結果、混合気に層別
化が生じ、燃料/空気ピーク濃度が平均値を相当に越え
る部分が局部的に生じる。高い濃度の部分には、高温が
発生し、従って高レベルのNOx発生率となる。
燃焼反応(火炎)温度を低下させレバ、NOx発生量を
減少させることができる場合もある。しかし、この作用
は、均一な前混合型燃焼装置(化学用語では、栓流型反
応器)の場合にしか有利に利用することができない。栓
流方式では、燃料/空気のピーク(最高)濃度(空気に
対する燃料のピーク濃度)は、燃料と空気の前混合が行
われることにより平均濃度に等しくなる。その結果、平
均火炎温度はピーク火炎温度に等しくなる。NOx発生
量は、この火炎温度レベルに比例する。ノズル内混合型
(燃料と空気の混合をノズル内で行う型式の)バーナー
(攪拌型反応器)においては、混合と燃焼反応とが事実
上同時に行われ、混合が完全ではないために、燃料/空
気濃度に大幅な変動が生じる。その結果、混合気に層別
化が生じ、燃料/空気ピーク濃度が平均値を相当に越え
る部分が局部的に生じる。高い濃度の部分には、高温が
発生し、従って高レベルのNOx発生率となる。
【0012】前混合型燃焼方式は、又、ノズル内混合型
燃焼方式に比べて、単位燃焼容積当りの熱放出率が高い
という利点をも有する。しかしながら、その他の点で
は、特に燃焼安定限度の点では、前混合型燃焼方式は、
ノズル内混合燃焼方式に劣る。即ち、前混合型燃焼方式
においては、空気/燃料比の値が一定限度を越えると、
燃焼反応がバーナーから離脱して火炎が消える(いわゆ
る「立ち消え」又は「吹き消え」)。そのような現象
は、第2図に示されている。第2図にみられるように、
前混合型バーナーでは、より有用な、即ち汚染を生じな
い、希薄燃料作動範囲における燃焼即ち火炎安定範囲が
限られている。又、どの型のバーナーにおいても、火炎
の消滅即ち「吹き消え」が起る前に燃焼効率が低下す
る。燃焼効率が低下すると、多量の未燃焼、可燃汚染物
質(天然ガスを燃焼させた場合は、特にCO)が生じ
る。
燃焼方式に比べて、単位燃焼容積当りの熱放出率が高い
という利点をも有する。しかしながら、その他の点で
は、特に燃焼安定限度の点では、前混合型燃焼方式は、
ノズル内混合燃焼方式に劣る。即ち、前混合型燃焼方式
においては、空気/燃料比の値が一定限度を越えると、
燃焼反応がバーナーから離脱して火炎が消える(いわゆ
る「立ち消え」又は「吹き消え」)。そのような現象
は、第2図に示されている。第2図にみられるように、
前混合型バーナーでは、より有用な、即ち汚染を生じな
い、希薄燃料作動範囲における燃焼即ち火炎安定範囲が
限られている。又、どの型のバーナーにおいても、火炎
の消滅即ち「吹き消え」が起る前に燃焼効率が低下す
る。燃焼効率が低下すると、多量の未燃焼、可燃汚染物
質(天然ガスを燃焼させた場合は、特にCO)が生じ
る。
【0013】NOx問題の解決に当っては、NOxとC
Oの両方を同時に考慮する必要がある。なぜなら、一方
の汚染物質の減少が、他方の汚染物質の発生量との単な
る妥協になってしまうことがあるからである。大抵の従
来慣用のバーナーにおいては、COとNOxの発生量
は、一般に、反比例関係にある。例えばCO等の炭素質
汚染物質の除去は、比較的簡単な技法で達成することが
できるが、一般に認められた技法を用いてNOxとCO
の両方を同時に制御するにはいろいろな問題点があっ
た。第1に、COを酸化させて二酸化炭素(CO2 )に
するには時間と比較的高い温度(通常、1371℃の温
度)を必要とする。1538℃(2800°F)を越え
る温度は、NOxの発生に通じることは、すでに知られ
ている。このことは、第3図のグラフを参照することに
よって理解することができる。第3図のグラフは、NO
x対可燃物質(例えばCO)のグラフであり、バーナー
が許容しうる汚染物質排出レベルで作動すると考えられ
る汚染物質排出レベル許容領域を示す。
Oの両方を同時に考慮する必要がある。なぜなら、一方
の汚染物質の減少が、他方の汚染物質の発生量との単な
る妥協になってしまうことがあるからである。大抵の従
来慣用のバーナーにおいては、COとNOxの発生量
は、一般に、反比例関係にある。例えばCO等の炭素質
汚染物質の除去は、比較的簡単な技法で達成することが
できるが、一般に認められた技法を用いてNOxとCO
の両方を同時に制御するにはいろいろな問題点があっ
た。第1に、COを酸化させて二酸化炭素(CO2 )に
するには時間と比較的高い温度(通常、1371℃の温
度)を必要とする。1538℃(2800°F)を越え
る温度は、NOxの発生に通じることは、すでに知られ
ている。このことは、第3図のグラフを参照することに
よって理解することができる。第3図のグラフは、NO
x対可燃物質(例えばCO)のグラフであり、バーナー
が許容しうる汚染物質排出レベルで作動すると考えられ
る汚染物質排出レベル許容領域を示す。
【0014】クリーンな(汚染のない)、かつ効率の良
い燃焼を維持するには、安定した燃焼領域を創生しなけ
ればならない。それがなければ、火炎の消滅即ち「吹き
消え」が起る。燃焼効率と火炎の安定とは密接な相互関
係を有し、「吹き消え」は、いうまでもなく、燃焼効率
ゼロの状態である。火炎の安定は、空気/ガス混合気流
れ内に火炎ホルダー(火炎保持器)又はブラッフボディ
(尖っていない、広く平らな 物体)のような火炎安定
器を配置することによって達成することができる。代表
的な火炎安定器は、金網(スクリーン)と、ロッドと火
炎インサートを備えている。このような火炎安定器は、
又、NOx発生量を減少させる働きをもすることが認め
られている。又、輻射面としてセラミック繊維、金属繊
維等を用いる上述した表面バーナー即ち輻射バーナー
も、同様の目的のために使用されている。上記ロッドや
輻射面は、吸収された熱を火炎領域を越えた位置にある
吸収表面へ再輻射させることができる熱吸収機構を提供
する。このような手段によってNOx発生量の削減と同
時に、火炎温度の低下が達成される。この方法の鍵は、
輻射熱放出面が、発生した熱の相当多くの部分を除去
し、それによって火炎温度を制御することができるかど
うかにかかっている。実験結果によれば、輻射熱放出面
への熱流束が増大するほど、NOxの発生量が増大する
ことが認められた。これは、輻射熱放出面の形状・寸
法、即ち表面積を一定とした場合、反応帯域からの輻射
熱の量は、実質的に一定であり、それによって、高い熱
流束において反応温度を制御する能力が阻害されるから
である。表面バーナーは、熱流束(Kcal/cm2 /
時)が増大するにつれて、輻射熱作動モードから青炎作
動モードに変化する。一般に、39.06Kcal/c
m2 /時(1000BTU/in2 /時)を越える熱流
束においては、一般的な表面バーナーは、「吹き消え」
を起こし、その前に多量のCOが発生する。
い燃焼を維持するには、安定した燃焼領域を創生しなけ
ればならない。それがなければ、火炎の消滅即ち「吹き
消え」が起る。燃焼効率と火炎の安定とは密接な相互関
係を有し、「吹き消え」は、いうまでもなく、燃焼効率
ゼロの状態である。火炎の安定は、空気/ガス混合気流
れ内に火炎ホルダー(火炎保持器)又はブラッフボディ
(尖っていない、広く平らな 物体)のような火炎安定
器を配置することによって達成することができる。代表
的な火炎安定器は、金網(スクリーン)と、ロッドと火
炎インサートを備えている。このような火炎安定器は、
又、NOx発生量を減少させる働きをもすることが認め
られている。又、輻射面としてセラミック繊維、金属繊
維等を用いる上述した表面バーナー即ち輻射バーナー
も、同様の目的のために使用されている。上記ロッドや
輻射面は、吸収された熱を火炎領域を越えた位置にある
吸収表面へ再輻射させることができる熱吸収機構を提供
する。このような手段によってNOx発生量の削減と同
時に、火炎温度の低下が達成される。この方法の鍵は、
輻射熱放出面が、発生した熱の相当多くの部分を除去
し、それによって火炎温度を制御することができるかど
うかにかかっている。実験結果によれば、輻射熱放出面
への熱流束が増大するほど、NOxの発生量が増大する
ことが認められた。これは、輻射熱放出面の形状・寸
法、即ち表面積を一定とした場合、反応帯域からの輻射
熱の量は、実質的に一定であり、それによって、高い熱
流束において反応温度を制御する能力が阻害されるから
である。表面バーナーは、熱流束(Kcal/cm2 /
時)が増大するにつれて、輻射熱作動モードから青炎作
動モードに変化する。一般に、39.06Kcal/c
m2 /時(1000BTU/in2 /時)を越える熱流
束においては、一般的な表面バーナーは、「吹き消え」
を起こし、その前に多量のCOが発生する。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】上述したいろいろな従
来技術の欠点に鑑み、NOxの発生量を最少限にし、か
つ、COの発生レベルを低下させるバーナー装置を提供
することが望まれる。第3図を参照していえば、汚染物
質排出レベル許容領域内で作動することができるバーナ
ー装置を提供することが望ましく、しかも、汚染物質の
排出は、低燃焼率から高燃焼率までの広い燃焼率範囲に
亙って排出レベル許容領域内に維持されることが望まし
い。本発明は、このような要望を充足することを課題と
する。
来技術の欠点に鑑み、NOxの発生量を最少限にし、か
つ、COの発生レベルを低下させるバーナー装置を提供
することが望まれる。第3図を参照していえば、汚染物
質排出レベル許容領域内で作動することができるバーナ
ー装置を提供することが望ましく、しかも、汚染物質の
排出は、低燃焼率から高燃焼率までの広い燃焼率範囲に
亙って排出レベル許容領域内に維持されることが望まし
い。本発明は、このような要望を充足することを課題と
する。
【0016】
【課題を解決するための手段】前混合型バーナーにおい
て過剰空気を使用すると、過剰空気が燃焼温度を低下す
るのでNOx発生量を減少させるということは周知であ
る。本発明は、更に、空気/ガス混合気の速度を増大さ
せることによっても、「滞留時間」が短縮されるので、
NOxの発生量を減少させるという事実に基づいてい
る。しかしながら、空気/ガス混合気の速度を増大させ
ると、バーナーからの火炎の「リフトオフ」(離脱、従
って立ち消え又は吹き消え)という問題を惹起する。N
Oxの発生量を最少限にし、しかもなお、火炎の「リフ
トオフ」を防止するために、本発明によれば、火炎安定
器即ち火炎ホルダーを使用することによってこの問題を
解決した。火炎安定器は、耐熱材で任意の形状に構成す
ることができる。第4〜6図及び第8〜10図は、本発
明の方式を利用することができるいろいろな型式の前混
合型バーナーを示す。これらのバーナーは、195.3
〜3,906Kcal/cm2 /時(5,000〜10
0,000BTU/in2 /時)の範囲のポート面負荷
で作動することが認められた。
て過剰空気を使用すると、過剰空気が燃焼温度を低下す
るのでNOx発生量を減少させるということは周知であ
る。本発明は、更に、空気/ガス混合気の速度を増大さ
せることによっても、「滞留時間」が短縮されるので、
NOxの発生量を減少させるという事実に基づいてい
る。しかしながら、空気/ガス混合気の速度を増大させ
ると、バーナーからの火炎の「リフトオフ」(離脱、従
って立ち消え又は吹き消え)という問題を惹起する。N
Oxの発生量を最少限にし、しかもなお、火炎の「リフ
トオフ」を防止するために、本発明によれば、火炎安定
器即ち火炎ホルダーを使用することによってこの問題を
解決した。火炎安定器は、耐熱材で任意の形状に構成す
ることができる。第4〜6図及び第8〜10図は、本発
明の方式を利用することができるいろいろな型式の前混
合型バーナーを示す。これらのバーナーは、195.3
〜3,906Kcal/cm2 /時(5,000〜10
0,000BTU/in2 /時)の範囲のポート面負荷
で作動することが認められた。
【0017】従来技術において認識されていなかったこ
とは、NOxの発生における「滞留時間」の関与であ
る。空気/ガス混合気の速度を増大させることによっ
て、燃焼反応温度に露呈される「滞留時間」が短縮され
る。195.3〜3906Kcal/cm2 /時(5,
000〜100,000BTU/in2 /時)の範囲の
ポート面負荷は、従来技術のバーナーに比べて、「滞留
時間」を10分の1ないし20分の1に短縮したのに相
当する。ここで、「ポート面負荷」とは、バーナーのポ
ート(噴口)の総面積に基づく負荷であり、空気/ガス
混合気の通路を構成する開放面積又はスロット面積に基
づく負荷ではないことに留意されたい。
とは、NOxの発生における「滞留時間」の関与であ
る。空気/ガス混合気の速度を増大させることによっ
て、燃焼反応温度に露呈される「滞留時間」が短縮され
る。195.3〜3906Kcal/cm2 /時(5,
000〜100,000BTU/in2 /時)の範囲の
ポート面負荷は、従来技術のバーナーに比べて、「滞留
時間」を10分の1ないし20分の1に短縮したのに相
当する。ここで、「ポート面負荷」とは、バーナーのポ
ート(噴口)の総面積に基づく負荷であり、空気/ガス
混合気の通路を構成する開放面積又はスロット面積に基
づく負荷ではないことに留意されたい。
【0018】後述するリボン型バーナー、ポート付セラ
ミックバーナー、及び多孔質セラミックバーナーを用い
て高熱流束で実験を行った。セラミック製ロッド型火炎
ホルダー及び金網型火炎ホルダーも使用した。いずれの
場合も、NOx及びCOの両方の排出量が非常に少なか
った。そのような実験結果は、第11図に示されてい
る。
ミックバーナー、及び多孔質セラミックバーナーを用い
て高熱流束で実験を行った。セラミック製ロッド型火炎
ホルダー及び金網型火炎ホルダーも使用した。いずれの
場合も、NOx及びCOの両方の排出量が非常に少なか
った。そのような実験結果は、第11図に示されてい
る。
【0019】
【実施例】NOxの発生量は、燃焼温度と、燃焼を完成
させるのに要した時間の関数である。NOx発生量を減
少させるための上述したいろいろな従来の方法に加え
て、空気/ガス混合気に過剰空気を使用することも、N
Ox発生量の減少に貢献することが知られている。この
場合、NOx発生量の減少は、過剰空気による燃焼温度
の低下に基因する考えられる。又、NOxの発生量を減
少させるために、空気/ガス混合気の速度を高めるとい
う手法を利用することもできる。空気/ガス混合気の速
度の増大は、空気/ガス混合気が通るオリフィスのサイ
ズを小さくすることによって、あるいは、上述したポー
ト面負荷を増大させることによって達成することができ
る。空気/ガス混合気の速度を増大させることにより、
火炎の創生に関連する「滞留時間」が短縮される。即
ち、燃焼ガスが火炎の反応帯域内に滞留する時間が相当
に短縮され、従って、NOxの発生を少なくする。ただ
し、空気/ガス混合気の速度の増大は、火炎がバーナー
から「リフトオフ」し始めるレベル以下に制限しなけれ
ばならない。このレベルを越えて空気/ガス混合気の速
度を増大させると、火炎が吹き消される結果となる。空
気/ガス混合気の速度を火炎がバーナーから「リフトオ
フ」し始める速度以上に増大させるためには、火炎安定
器即ち火炎ホルダーを利用しなければならない。
させるのに要した時間の関数である。NOx発生量を減
少させるための上述したいろいろな従来の方法に加え
て、空気/ガス混合気に過剰空気を使用することも、N
Ox発生量の減少に貢献することが知られている。この
場合、NOx発生量の減少は、過剰空気による燃焼温度
の低下に基因する考えられる。又、NOxの発生量を減
少させるために、空気/ガス混合気の速度を高めるとい
う手法を利用することもできる。空気/ガス混合気の速
度の増大は、空気/ガス混合気が通るオリフィスのサイ
ズを小さくすることによって、あるいは、上述したポー
ト面負荷を増大させることによって達成することができ
る。空気/ガス混合気の速度を増大させることにより、
火炎の創生に関連する「滞留時間」が短縮される。即
ち、燃焼ガスが火炎の反応帯域内に滞留する時間が相当
に短縮され、従って、NOxの発生を少なくする。ただ
し、空気/ガス混合気の速度の増大は、火炎がバーナー
から「リフトオフ」し始めるレベル以下に制限しなけれ
ばならない。このレベルを越えて空気/ガス混合気の速
度を増大させると、火炎が吹き消される結果となる。空
気/ガス混合気の速度を火炎がバーナーから「リフトオ
フ」し始める速度以上に増大させるためには、火炎安定
器即ち火炎ホルダーを利用しなければならない。
【0020】第4図は、外部火炎安定器を利用し、NO
x発生量を極めて低レベルに抑止するために本発明の方
法を用いて作動させることができる多数の前混合型バー
ナーユニット10の1つを示す。バーナーユニット10
は、プレナム(高圧チャンバー)12と、その上面を横
切って延設され、バーナーの噴口を構成する有孔分配板
14を備えている。有孔分配板14は、複数の貫通オリ
フィス又は出口ポート(単に「ポート」とも称する)1
6を有する。有孔分配板14の上面に隣接して火炎押え
/分配マトリックス18が配置されている。
x発生量を極めて低レベルに抑止するために本発明の方
法を用いて作動させることができる多数の前混合型バー
ナーユニット10の1つを示す。バーナーユニット10
は、プレナム(高圧チャンバー)12と、その上面を横
切って延設され、バーナーの噴口を構成する有孔分配板
14を備えている。有孔分配板14は、複数の貫通オリ
フィス又は出口ポート(単に「ポート」とも称する)1
6を有する。有孔分配板14の上面に隣接して火炎押え
/分配マトリックス18が配置されている。
【0021】第5図は、やはり外部火炎安定器を利用
し、NOx発生量を極めて低レベルに抑止するために本
発明の方法を用いて作動させることができる前混合型バ
ーナーユニットの別の実施例を示す。このバーナーユニ
ット20は、バーナー本体22と、その上面に隣接して
配置された複数の平行な火炎押え/分配リボン24を備
えている。これらの火炎押え/分配リボン24は、それ
らの間にポート26を画定する。
し、NOx発生量を極めて低レベルに抑止するために本
発明の方法を用いて作動させることができる前混合型バ
ーナーユニットの別の実施例を示す。このバーナーユニ
ット20は、バーナー本体22と、その上面に隣接して
配置された複数の平行な火炎押え/分配リボン24を備
えている。これらの火炎押え/分配リボン24は、それ
らの間にポート26を画定する。
【0022】第6図は、外部火炎安定器を利用し、NO
x発生量を極めて低レベルに抑止するために本発明の方
法を用いて作動させることができる前混合型バーナーユ
ニットの更に別の実施例を示す。このバーナーユニット
30は、第7図に明示されているように複数のポート3
4を有するセラミックタイル製分配板32を備えてい
る。各ポート34は、実質的に一定の直径の貫通部分3
6を有し、所望ならば、貫通部分38との連接部から分
配板32の外側表面40にまで漸次直径が増大している
テーパ部分38を組入れてもよい。
x発生量を極めて低レベルに抑止するために本発明の方
法を用いて作動させることができる前混合型バーナーユ
ニットの更に別の実施例を示す。このバーナーユニット
30は、第7図に明示されているように複数のポート3
4を有するセラミックタイル製分配板32を備えてい
る。各ポート34は、実質的に一定の直径の貫通部分3
6を有し、所望ならば、貫通部分38との連接部から分
配板32の外側表面40にまで漸次直径が増大している
テーパ部分38を組入れてもよい。
【0023】第4〜7図に示された各バーナーユニット
は、NOx発生量を極めて低レベルに抑止するために本
発明の方法を用いることができるバーナーユニットの単
なる例にすぎず、本発明の方法は、その他のいろいろな
タイプのバーナーを用いて実施する ことができ、バー
ナーのサイズ、形状、ポートの構成、バーナーの素材及
び製造方法に関して特に制限はない。いかなるタイプの
バーナーを使用しようとも、プレナム又はバーナー本体
を空気/ガス供給源に接続し、空気/ガス供給源からプ
レナム又はバーナー本体へ可燃空気/ガス混合気が供給
されるようにする。いずれにしても、少くとも1つの火
炎安定器を、使用されるバーナーユニットのポートの上
方に僅かに離して配置する。火炎安定器は、使用される
バーナーに設けられたポートの上方に創生される火炎を
安定化するための、少くとも1つのセラミック製火炎ロ
ッド、火炎金網又はそれらの組合せから成るものとする
ことができる。火炎安定器は、ポートの上方の火炎を安
定化させることに加えて、NOxの発生を抑制する働き
をする輻射熱を放出することができる。
は、NOx発生量を極めて低レベルに抑止するために本
発明の方法を用いることができるバーナーユニットの単
なる例にすぎず、本発明の方法は、その他のいろいろな
タイプのバーナーを用いて実施する ことができ、バー
ナーのサイズ、形状、ポートの構成、バーナーの素材及
び製造方法に関して特に制限はない。いかなるタイプの
バーナーを使用しようとも、プレナム又はバーナー本体
を空気/ガス供給源に接続し、空気/ガス供給源からプ
レナム又はバーナー本体へ可燃空気/ガス混合気が供給
されるようにする。いずれにしても、少くとも1つの火
炎安定器を、使用されるバーナーユニットのポートの上
方に僅かに離して配置する。火炎安定器は、使用される
バーナーに設けられたポートの上方に創生される火炎を
安定化するための、少くとも1つのセラミック製火炎ロ
ッド、火炎金網又はそれらの組合せから成るものとする
ことができる。火炎安定器は、ポートの上方の火炎を安
定化させることに加えて、NOxの発生を抑制する働き
をする輻射熱を放出することができる。
【0024】実験によれば、太さ2.34mm(0.0
92in) のニクロム又はインコネルワイヤで製造した
火炎金網が、火炎安定器としていろいろなタイプのバー
ナーに好適に使用することができることが認められた。
NOxの発生を最少限に抑制するための火炎安定器とバ
ーナーの頂部との最適間隔は、経験的に、又は、実験に
よって決定することができる。
92in) のニクロム又はインコネルワイヤで製造した
火炎金網が、火炎安定器としていろいろなタイプのバー
ナーに好適に使用することができることが認められた。
NOxの発生を最少限に抑制するための火炎安定器とバ
ーナーの頂部との最適間隔は、経験的に、又は、実験に
よって決定することができる。
【0025】別法として、前混合型バーナーの出口ポー
ト即ち噴口を1個にするか、あるいは、比較的少数にし
た場合、第8図に示されるように、前混合型バーナー6
4の出口即ち噴口62内に内部火炎安定器としてブラッ
フボディ(尖っていない、広く平らな物体)60を配置
することができる。ブラッフボディ60は、ほぼ半球状
のスチール製溶接キャップ等のいろいろな形状とするこ
とができ、ブラッフボディに形成したねじ穴に通した止
めねじ66の外端をバーナー64の内壁に圧接させるこ
とによって出口ポート62内に保持することができる。
ブラッフボディ60は、空気/ガス混合気の流れがブラ
ッフボディの凸状面に接触するように向けて出口ポート
62内に配置する。かくして、ブラッフボディ60は、
空気/ガス混合気の流れに対し特定形状の障害を呈す
る。第8図の構成においては、空気/ガス混合気に点火
するために別個の点火管(図示せず)を用いる。空気/
ガス混合気の速度は、バーナー64の出口ポート62を
画定する端面から「リフトオフ」し始める速度に近い速
度である。空気/ガス混合気の流れは、ブラッフボディ
60の上流面即ち凸状面にぶつかり、ブラッフボディの
下流側の帯域における空気/ガス混合気の流れ方向に対
して反対向きに循環し、ブラッフボディからバーナー6
4の出口ポート62へ噴出する前に燃焼を維持する領域
を創生する。
ト即ち噴口を1個にするか、あるいは、比較的少数にし
た場合、第8図に示されるように、前混合型バーナー6
4の出口即ち噴口62内に内部火炎安定器としてブラッ
フボディ(尖っていない、広く平らな物体)60を配置
することができる。ブラッフボディ60は、ほぼ半球状
のスチール製溶接キャップ等のいろいろな形状とするこ
とができ、ブラッフボディに形成したねじ穴に通した止
めねじ66の外端をバーナー64の内壁に圧接させるこ
とによって出口ポート62内に保持することができる。
ブラッフボディ60は、空気/ガス混合気の流れがブラ
ッフボディの凸状面に接触するように向けて出口ポート
62内に配置する。かくして、ブラッフボディ60は、
空気/ガス混合気の流れに対し特定形状の障害を呈す
る。第8図の構成においては、空気/ガス混合気に点火
するために別個の点火管(図示せず)を用いる。空気/
ガス混合気の速度は、バーナー64の出口ポート62を
画定する端面から「リフトオフ」し始める速度に近い速
度である。空気/ガス混合気の流れは、ブラッフボディ
60の上流面即ち凸状面にぶつかり、ブラッフボディの
下流側の帯域における空気/ガス混合気の流れ方向に対
して反対向きに循環し、ブラッフボディからバーナー6
4の出口ポート62へ噴出する前に燃焼を維持する領域
を創生する。
【0026】第9図は、内部火炎安定器を組入れた前混
合型バーナーの別の実施例を示す。この実施例では、ブ
ラッフボディ70が点火管72の端部に取付けられてい
る。やはり、ブラッフボディ70は、ほぼ半球状のスチ
ール製溶接キャップ等のいろいろな形状とすることがで
きる。別法として、点火管72とブラッフボディ70を
パイプと減径連結器から構成してもよい。点火管72と
ブラッフボディ70は、バーナー76の出口ポート74
内に、ブラッフボディに形成したねじ穴に通した止めね
じ78の外端をバーナー76の内壁に圧接させることに
よって保持することができる。点火管72とブラッフボ
ディ70とは、バーナー76内に同心関係に配置する。
空気/ガス混合気は、点火管72の外周面とバーナー7
6の内壁面との間の通路80を通って流れ、ブラッフボ
ディ70の上流面即ち凸状面にぶつかり、ブラッフボデ
ィの下流側の帯域における空気/ガス混合気の流れ方向
に対して反対向きに循環し、ブラッフボディからバーナ
ー76の出口ポート74へ噴出する前に燃焼を維持する
領域を創生する。空気/ガス混合気は、点火管72内の
点火炎(口火)によって点火され、その結果生じた燃焼
生成ガスがバーナー76の出口ポート74から噴出す
る。第8図の構成の場合と同様に、空気/ガス混合気の
速度は、バーナー76の出口ポート74を画定する端面
から「リフトオフ」し始める速度に近い速度である。第
8及び9図のブラッフボディは、火炎の安定を達成し、
空気/ガス混合気の速度を、ブラッフボディ(火炎安定
器)が使用されなかったならば火炎の「リフトオフ」が
起るであろう速度より高い速度に増大させることを可能
にする。又、このようなブラッフボディを使用すれば、
バーナーの出口ポートの外部に火炎安定器を配設する必
要がないことも判明した。
合型バーナーの別の実施例を示す。この実施例では、ブ
ラッフボディ70が点火管72の端部に取付けられてい
る。やはり、ブラッフボディ70は、ほぼ半球状のスチ
ール製溶接キャップ等のいろいろな形状とすることがで
きる。別法として、点火管72とブラッフボディ70を
パイプと減径連結器から構成してもよい。点火管72と
ブラッフボディ70は、バーナー76の出口ポート74
内に、ブラッフボディに形成したねじ穴に通した止めね
じ78の外端をバーナー76の内壁に圧接させることに
よって保持することができる。点火管72とブラッフボ
ディ70とは、バーナー76内に同心関係に配置する。
空気/ガス混合気は、点火管72の外周面とバーナー7
6の内壁面との間の通路80を通って流れ、ブラッフボ
ディ70の上流面即ち凸状面にぶつかり、ブラッフボデ
ィの下流側の帯域における空気/ガス混合気の流れ方向
に対して反対向きに循環し、ブラッフボディからバーナ
ー76の出口ポート74へ噴出する前に燃焼を維持する
領域を創生する。空気/ガス混合気は、点火管72内の
点火炎(口火)によって点火され、その結果生じた燃焼
生成ガスがバーナー76の出口ポート74から噴出す
る。第8図の構成の場合と同様に、空気/ガス混合気の
速度は、バーナー76の出口ポート74を画定する端面
から「リフトオフ」し始める速度に近い速度である。第
8及び9図のブラッフボディは、火炎の安定を達成し、
空気/ガス混合気の速度を、ブラッフボディ(火炎安定
器)が使用されなかったならば火炎の「リフトオフ」が
起るであろう速度より高い速度に増大させることを可能
にする。又、このようなブラッフボディを使用すれば、
バーナーの出口ポートの外部に火炎安定器を配設する必
要がないことも判明した。
【0027】第10図は、内部火炎安定器を組入れた前
混合型バーナーの別の実施例を示す。この実施例では、
第8、9図のようなブラッフボディ(火炎安定器)とし
て機能する火炎ホルダー90が点火管92の端部に取付
けられている。火炎ホルダー90は、カップ状とするこ
とができる。点火管92は、パイプ94内に同心関係に
配置する。パイプ94の円周端縁96は、テーパ開口1
00を有する耐火材製ディフューザ98の内端面102
に衝接させる。テーパ開口100の直径は、ディフュー
ザの内端面102から外端面104に向けて漸次増大し
ている。パイプ94の内径は、テーパ開口100のディ
フューザ98の内端面102のところの直径にほぼ等し
い。かくして、パイプ94は、テーパ開口100と整列
し、パイプ94の内径を画定する表面と、テーパ開口1
00を画定する表面との間に不連続が存在しないように
なされている。火炎ホルダー90の出口108に近接し
て、火炎ホルダー90とディフューザのテーパ開口10
0を画定する表面との間に渦流羽根組立体106が介設
されている。空気及び燃料ガスは、それぞれ、バーナー
ハウジング114の壁に形成された孔110及び112
をを通して供給され、複数の混合ベンチューリ116を
通ってチャンバー118へ入り、そこからパイプ94内
へその内端120を通って流入する。かくして前混合さ
れた空気/ガス混合気は、パイプ94の内周面と点火管
92の外周面との間の通路122を通り、ディフューザ
のテーパ開口100を画定する表面と火炎ホルダー90
の外周面との間の通路124に流入する。次いで、空気
/ガス混合気は、渦流羽根組立体106を通る際に、火
炎ホルダー90の下流側の帯域における空気/ガス混合
気の流れ方向に対して反対向きに循環し、燃焼を維持す
る領域を創生する。空気/ガス混合気は、点火管92内
の点火炎(口火)によって点火され、その結果生じた燃
焼生成ガスがバーナーの出口ポート126から噴出す
る。空気/ガス混合気の速度は、バーナー76の出口ポ
ート74を画定する端面から「リフトオフ」し始める速
度に近い速度である。第8図及び9図のバーナーの場合
と同様に、火炎ホルダー90が、火炎の安定を達成し、
空気/ガス混合気の速度を、火炎ホルダーが使用されな
かったならば火炎の「リフトオフ」が起るであろう速度
より高い速度に増大させることを可能にする。
混合型バーナーの別の実施例を示す。この実施例では、
第8、9図のようなブラッフボディ(火炎安定器)とし
て機能する火炎ホルダー90が点火管92の端部に取付
けられている。火炎ホルダー90は、カップ状とするこ
とができる。点火管92は、パイプ94内に同心関係に
配置する。パイプ94の円周端縁96は、テーパ開口1
00を有する耐火材製ディフューザ98の内端面102
に衝接させる。テーパ開口100の直径は、ディフュー
ザの内端面102から外端面104に向けて漸次増大し
ている。パイプ94の内径は、テーパ開口100のディ
フューザ98の内端面102のところの直径にほぼ等し
い。かくして、パイプ94は、テーパ開口100と整列
し、パイプ94の内径を画定する表面と、テーパ開口1
00を画定する表面との間に不連続が存在しないように
なされている。火炎ホルダー90の出口108に近接し
て、火炎ホルダー90とディフューザのテーパ開口10
0を画定する表面との間に渦流羽根組立体106が介設
されている。空気及び燃料ガスは、それぞれ、バーナー
ハウジング114の壁に形成された孔110及び112
をを通して供給され、複数の混合ベンチューリ116を
通ってチャンバー118へ入り、そこからパイプ94内
へその内端120を通って流入する。かくして前混合さ
れた空気/ガス混合気は、パイプ94の内周面と点火管
92の外周面との間の通路122を通り、ディフューザ
のテーパ開口100を画定する表面と火炎ホルダー90
の外周面との間の通路124に流入する。次いで、空気
/ガス混合気は、渦流羽根組立体106を通る際に、火
炎ホルダー90の下流側の帯域における空気/ガス混合
気の流れ方向に対して反対向きに循環し、燃焼を維持す
る領域を創生する。空気/ガス混合気は、点火管92内
の点火炎(口火)によって点火され、その結果生じた燃
焼生成ガスがバーナーの出口ポート126から噴出す
る。空気/ガス混合気の速度は、バーナー76の出口ポ
ート74を画定する端面から「リフトオフ」し始める速
度に近い速度である。第8図及び9図のバーナーの場合
と同様に、火炎ホルダー90が、火炎の安定を達成し、
空気/ガス混合気の速度を、火炎ホルダーが使用されな
かったならば火炎の「リフトオフ」が起るであろう速度
より高い速度に増大させることを可能にする。
【0028】火炎安定器を使用する、しないに拘らず、
本発明の方法に従って、燃焼温度を多量のNOxが発生
する温度より僅かに低い温度に抑えるようにバーナーを
過剰空気で作動させ、かつ、火炎の創生に関連する「滞
留時間」をできるだけ短くすることによってNOxの排
出量を許容レベルに抑制することができることが認めら
れた。本発明の方法においては、適当な割合の過剰空気
を供給するとともに、高い熱流束(Kcal/cm2 /
時)と組合せて高速度の前混合空気/ガス混合気を用い
ることにより、「滞留時間」と燃焼温度を制御し、それ
によってNOxの発生量を最少限にすることができるこ
とが実証された。ただし、過剰空気を高速度で送るの
で、火炎がバーナーから「リフトオフ」するのを確実に
防止するためには、火炎ロッド、火炎金網又はブラッフ
ボディのような形態の火炎安定器を必要とする場合があ
る。火炎安定器の使用は、空気/ガス混合気の火炎消滅
即ち「吹き消え」最高限度速度を高くする。火炎安定器
は、又、放熱器としても機能することができ、それによ
って、燃焼温度が多量のNOxが発生する温度を越えな
いように温度を抑制することができる。
本発明の方法に従って、燃焼温度を多量のNOxが発生
する温度より僅かに低い温度に抑えるようにバーナーを
過剰空気で作動させ、かつ、火炎の創生に関連する「滞
留時間」をできるだけ短くすることによってNOxの排
出量を許容レベルに抑制することができることが認めら
れた。本発明の方法においては、適当な割合の過剰空気
を供給するとともに、高い熱流束(Kcal/cm2 /
時)と組合せて高速度の前混合空気/ガス混合気を用い
ることにより、「滞留時間」と燃焼温度を制御し、それ
によってNOxの発生量を最少限にすることができるこ
とが実証された。ただし、過剰空気を高速度で送るの
で、火炎がバーナーから「リフトオフ」するのを確実に
防止するためには、火炎ロッド、火炎金網又はブラッフ
ボディのような形態の火炎安定器を必要とする場合があ
る。火炎安定器の使用は、空気/ガス混合気の火炎消滅
即ち「吹き消え」最高限度速度を高くする。火炎安定器
は、又、放熱器としても機能することができ、それによ
って、燃焼温度が多量のNOxが発生する温度を越えな
いように温度を抑制することができる。
【0029】ただし、火炎の安定は、例えば、互いに対
向するジェット流を循環させること、又は、後流(wake
flow )を起こさせることなどの空気力学的手段によっ
ても達成することができ、空気力学的手段を用いた場合
は、上述したような火炎安定器を使用する必要はない。
向するジェット流を循環させること、又は、後流(wake
flow )を起こさせることなどの空気力学的手段によっ
ても達成することができ、空気力学的手段を用いた場合
は、上述したような火炎安定器を使用する必要はない。
【0030】
【発明の効果】上述した本発明の作動条件によれば、ほ
ぼ195.3〜3,906Kcal/cm2 /時(5,
000〜100,000BTU/in2 /時)の非常に
高い熱流束が得られることが認められた。195.3K
cal/cm2 /時の熱流束は、火炎安定器を使用しな
い場合であり、3,906Kcal/cm2 /時の熱流
束は、火炎安定器を使用した場合に得られる。
ぼ195.3〜3,906Kcal/cm2 /時(5,
000〜100,000BTU/in2 /時)の非常に
高い熱流束が得られることが認められた。195.3K
cal/cm2 /時の熱流束は、火炎安定器を使用しな
い場合であり、3,906Kcal/cm2 /時の熱流
束は、火炎安定器を使用した場合に得られる。
【0031】第11図のグラフから明らかなように、過
剰空気の割合(%)が増大する程、NOx発生量が減少
する。20%以上過剰の空気を用いた場合、NOxの発
生量は、最近設定された規制基準内に抑えられる。従っ
て、上述した作動パラメータによれば、即ち、適当な割
合の過剰空気と、1649℃(3000°F)の公称作
動温度及び高い熱流束を組合せれば、許容し得るNOx
排出レベルを達成することができる。更に、上記の作動
パラメータによれば、「滞留時間」をできるだけ短縮し
さえすれば、熱流束が高い程、NOxの発生量が減少す
ることが認められた。これは、熱流束が増大すると、そ
れに比例してNOxの発生量が増大する従来技術のバー
ナー装置とは異なるところである。このような利点、即
ち、熱流束の増大とともにNOxの発生量が減少すると
いう本発明の利点はて、従来技術では教示されていなか
った。
剰空気の割合(%)が増大する程、NOx発生量が減少
する。20%以上過剰の空気を用いた場合、NOxの発
生量は、最近設定された規制基準内に抑えられる。従っ
て、上述した作動パラメータによれば、即ち、適当な割
合の過剰空気と、1649℃(3000°F)の公称作
動温度及び高い熱流束を組合せれば、許容し得るNOx
排出レベルを達成することができる。更に、上記の作動
パラメータによれば、「滞留時間」をできるだけ短縮し
さえすれば、熱流束が高い程、NOxの発生量が減少す
ることが認められた。これは、熱流束が増大すると、そ
れに比例してNOxの発生量が増大する従来技術のバー
ナー装置とは異なるところである。このような利点、即
ち、熱流束の増大とともにNOxの発生量が減少すると
いう本発明の利点はて、従来技術では教示されていなか
った。
【0032】NOx発生量の増大をもたらす高い火炎温
度を有する高酸素濃度での燃焼応用例の場合にも、空気
/ガス混合気の速度を増大させると、「滞留時間」が短
縮され、その結果、NOxの発生量が減少することが認
められた。又、空気/ガス混合気を予熱しておく(従っ
て高い火炎温度を有する)燃焼応用例の場合にも、予熱
操作により、空気/ガス混合気の速度が高められ、その
結果、「滞留時間」が短縮されて、NOxの発生量が減
少することが認められた。
度を有する高酸素濃度での燃焼応用例の場合にも、空気
/ガス混合気の速度を増大させると、「滞留時間」が短
縮され、その結果、NOxの発生量が減少することが認
められた。又、空気/ガス混合気を予熱しておく(従っ
て高い火炎温度を有する)燃焼応用例の場合にも、予熱
操作により、空気/ガス混合気の速度が高められ、その
結果、「滞留時間」が短縮されて、NOxの発生量が減
少することが認められた。
【0033】本発明のもう1つの利点は、NOx及びC
Oの発生量が第3図に示される「汚染物排出レベル許容
領域」内におさめられることである。先に述べたよう
に、従来慣用のバーナーでは、COをCO2 に還元する
には、いずれもNOxの発生につながる時間と比較的高
い温度が必要とされるので、NOxとCOとの発生量
は、互いに反比例の関係にある。本発明の方法、即ち、
高速度の20%以上過剰の空気を用いての実験結果によ
れば、ほぼ20ppmv程度の極めて低レベルのNOx
発生率に抑えるようにした場合であっても、その場合の
COの発生量は過度にはならず、上記「汚染物排出レベ
ル許容領域」内であることが判明した。このように、本
発明の方法は、COの発生レベルを低く抑え、かつ、N
Oxの発生量を最少限にする。
Oの発生量が第3図に示される「汚染物排出レベル許容
領域」内におさめられることである。先に述べたよう
に、従来慣用のバーナーでは、COをCO2 に還元する
には、いずれもNOxの発生につながる時間と比較的高
い温度が必要とされるので、NOxとCOとの発生量
は、互いに反比例の関係にある。本発明の方法、即ち、
高速度の20%以上過剰の空気を用いての実験結果によ
れば、ほぼ20ppmv程度の極めて低レベルのNOx
発生率に抑えるようにした場合であっても、その場合の
COの発生量は過度にはならず、上記「汚染物排出レベ
ル許容領域」内であることが判明した。このように、本
発明の方法は、COの発生レベルを低く抑え、かつ、N
Oxの発生量を最少限にする。
【0034】以上、本発明を実施例に関連して説明した
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
【図1】第1図は、ゼルドヴィッチ連鎖反応の分析モデ
ルを用いて計算された、NOxの理論濃度対時間及び温
度の関係を示すグラフである。
ルを用いて計算された、NOxの理論濃度対時間及び温
度の関係を示すグラフである。
【図2】第2図は、ノズル内混合型バーナーと前混合型
バーナーにおける空気/燃料比対火炎の「吹き消え」速
度のグラフである。
バーナーにおける空気/燃料比対火炎の「吹き消え」速
度のグラフである。
【図3】第3図は、窒素酸化物(NOx)対可燃物質
(例えばCO)のグラフであり、バーナーが許容しうる
汚染物質排出レベルで作動すると考えられる汚染物質排
出レベル許容領域を示す。
(例えばCO)のグラフであり、バーナーが許容しうる
汚染物質排出レベルで作動すると考えられる汚染物質排
出レベル許容領域を示す。
【図4】第4図は、外部火炎安定器を利用し、本発明の
方法を用いて作動させることができる前混合型バーナー
ユニットの1例の断面図である。
方法を用いて作動させることができる前混合型バーナー
ユニットの1例の断面図である。
【図5】第5図は、外部火炎安定器を利用し、本発明の
方法を用いて作動させることができる別のタイプの前混
合型バーナーユニットの断面図である。
方法を用いて作動させることができる別のタイプの前混
合型バーナーユニットの断面図である。
【図6】第6図は、外部火炎安定器を利用し、本発明の
方法を用いて作動させることができる更に別のタイプの
前混合型バーナーユニットの断面図である。
方法を用いて作動させることができる更に別のタイプの
前混合型バーナーユニットの断面図である。
【図7】第7図は、第6図のバーナーユニットのセラミ
ックタイル製分配板の部分拡大断面図である。
ックタイル製分配板の部分拡大断面図である。
【図8】第8図は、内部火炎安定器を利用し、本発明の
方法を用いて作動させることができる前混合型バーナー
ユニットの1例の断面図である。
方法を用いて作動させることができる前混合型バーナー
ユニットの1例の断面図である。
【図9】第9図は、内部火炎安定器を利用し、本発明の
方法を用いて作動させることができる別のタイプの前混
合型バーナーユニットの断面図である。
方法を用いて作動させることができる別のタイプの前混
合型バーナーユニットの断面図である。
【図10】第10図は、内部火炎安定器を利用し、本発
明の方法を用いて作動させることができる更に別のタイ
プの前混合型バーナーユニットの断面図である。
明の方法を用いて作動させることができる更に別のタイ
プの前混合型バーナーユニットの断面図である。
【図11】第11図は、NOx発生量対過剰空気の割合
(%)のグラフである。
(%)のグラフである。
10:バーナーユニット 16:オリフィス 18:火炎押え/分配マトリックス 20:バーナーユニット 24:火炎押え/分配リボン 26:出口ポート 30:バーナーユニット 32:セラミックタイル製分配板 34:出口ポート 60:ブラッフボディ(火炎安定器) 62:出口ポート 64:バーナー 70:ブラッフボディ(火炎安定器) 72:点火管 74:出口ポート 76:バーナー 90:火炎ホルダー(火炎安定器) 92:点火管 94:パイプ 98:ディフューザ 100:テーパ開口 106:渦流羽根組立体 114:バーナーハウジング 126:出口ポート
Claims (14)
- 【請求項1】 NOx発生量を減少させる態様でバーナ
ーを作動させる方法であって、 該バーナーに近接させて火炎安定器を配置し、 空気/ガス混合気中の空気の割合が過剰になるように空
気とガスを前混合して空気/ガス混合気とし、 火炎の生成に必要とされる時間を短縮するために該バー
ナー内を通る前記空気/ガス混合気の速度を増大させ、 該空気/ガス混合気に点火することを特徴とするバーナ
ー作動方法。 - 【請求項2】 前記火炎安定器を前記バーナーの出口ポ
ートに近接させて配置することを特徴とする請求項1に
記載のバーナー作動方法。 - 【請求項3】 前記火炎安定器を前記バーナーの出口ポ
ート内に配置することを特徴とする請求項1に記載のバ
ーナー作動方法。 - 【請求項4】 前記火炎安定器を前記バーナーの出口ポ
ートの外部に配置することを特徴とする請求項1に記載
のバーナー作動方法。 - 【請求項5】 前記バーナー内で前記空気/ガス混合気
を通るオリフィスのサイズを小さくすることによって該
空気/ガス混合気の速度を増大させることを特徴とする
請求項1に記載のバーナー作動方法。 - 【請求項6】 前記バーナーのポート面負荷を増大させ
ることによって前記空気/ガス混合気の速度を増大させ
ることを特徴とする請求項1に記載のバーナー作動方
法。 - 【請求項7】 前記空気/ガス混合気の速度は、前記バ
ーナーの出口ポートから「リフトオフ」し始める速度に
近い速度であることを特徴とする請求項1に記載のバー
ナー作動方法。 - 【請求項8】 前記火炎安定器は、少くとも1つの火炎
ロッドであることを特徴とする請求項1に記載のバーナ
ー作動方法。 - 【請求項9】 前記火炎安定器は、火炎金網であること
を特徴とする請求項1に記載のバーナー作動方法。 - 【請求項10】 前記火炎安定器は、火炎金網と少くと
も1つの火炎ロッドの組合せ体であることを特徴とする
請求項1に記載のバーナー作動方法。 - 【請求項11】 前記火炎安定器は、ブラッフボディで
あることを特徴とする請求項1に記載のバーナー作動方
法。 - 【請求項12】 NOx発生量を減少させる態様でバー
ナーを作動させる方法であって、 空気/ガス混合気中の空気の割合が過剰になるように空
気とガスを前混合して空気/ガス混合気とし、 火炎の生成に必要とされる時間を短縮するために該バー
ナー内を通る前記空気/ガス混合気の速度を増大させ、 該空気/ガス混合気に点火し、 その火炎を空気力学的手段によって安定させるすること
を特徴とするバーナー作動方法。 - 【請求項13】 前記空気力学的手段は、互いに対向す
るジェット流の循環であることを特徴とする請求項12
に記載のバーナー作動方法。 - 【請求項14】 前記空気力学的手段は、後流であるこ
とを特徴とする請求項12に記載のバーナー作動方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US61458190A | 1990-11-16 | 1990-11-16 | |
US614581 | 1990-11-16 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06317308A true JPH06317308A (ja) | 1994-11-15 |
Family
ID=24461877
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32510291A Withdrawn JPH06317308A (ja) | 1990-11-16 | 1991-11-14 | 低NOxバーナー作動方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0486169B1 (ja) |
JP (1) | JPH06317308A (ja) |
CA (1) | CA2054014C (ja) |
DE (1) | DE69128768D1 (ja) |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07505701A (ja) * | 1991-12-30 | 1995-06-22 | ボウウィン テクノロジー ピーティワイ リミテッド | 二次空気を使用せずに運転されるバーナを有するガス点火型ヒータ |
NL9301980A (nl) * | 1993-09-28 | 1995-04-18 | Ingbureaup I Product Innovatie | Werkwijze en inrichting voor het verbranden van gas. |
US6893252B2 (en) | 2002-03-16 | 2005-05-17 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Fuel spud for high temperature burners |
US6884062B2 (en) | 2002-03-16 | 2005-04-26 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Burner design for achieving higher rates of flue gas recirculation |
US6890172B2 (en) | 2002-03-16 | 2005-05-10 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Burner with flue gas recirculation |
US7476099B2 (en) | 2002-03-16 | 2009-01-13 | Exxonmobil Chemicals Patents Inc. | Removable light-off port plug for use in burners |
US6881053B2 (en) | 2002-03-16 | 2005-04-19 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Burner with high capacity venturi |
US6869277B2 (en) | 2002-03-16 | 2005-03-22 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Burner employing cooled flue gas recirculation |
US6887068B2 (en) | 2002-03-16 | 2005-05-03 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Centering plate for burner |
US6893251B2 (en) | 2002-03-16 | 2005-05-17 | Exxon Mobil Chemical Patents Inc. | Burner design for reduced NOx emissions |
US6986658B2 (en) | 2002-03-16 | 2006-01-17 | Exxonmobil Chemical Patents, Inc. | Burner employing steam injection |
WO2003081132A2 (en) | 2002-03-16 | 2003-10-02 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Improved burner with low nox emissions |
US7322818B2 (en) | 2002-03-16 | 2008-01-29 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Method for adjusting pre-mix burners to reduce NOx emissions |
US6866502B2 (en) | 2002-03-16 | 2005-03-15 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Burner system employing flue gas recirculation |
AU2003230652A1 (en) | 2002-03-16 | 2003-10-08 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Burner tip and seal for optimizing burner performance |
US6846175B2 (en) | 2002-03-16 | 2005-01-25 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Burner employing flue-gas recirculation system |
US9388983B2 (en) | 2013-10-03 | 2016-07-12 | Plum Combustion, Inc. | Low NOx burner with low pressure drop |
CN117490064B (zh) * | 2023-12-05 | 2024-07-05 | 瓦兰热能设备(无锡)有限公司 | 一种低氮环保燃烧器燃烧头 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2249583A5 (en) * | 1973-10-26 | 1975-05-23 | Gaz De France | Stable burner for gas torch - inner discharge ports give swirling flame inside main flame |
GB2054822B (en) * | 1979-06-15 | 1983-04-07 | Urquhart Eng Co Ltd | Controlled combustion of gases |
DE3042548A1 (de) * | 1980-11-12 | 1982-10-07 | Msk - Verpackungs-Systeme Gmbh, 4192 Kalkar | Brenner mit breitschlitzduese zur erzeugung eines heissgasstromes |
DE3702415C1 (de) * | 1987-01-28 | 1988-04-21 | Babcock Werke Ag | Brenner |
NL8900030A (nl) * | 1989-01-06 | 1990-08-01 | Remeha Fabrieken Bv | Nox-arme atmosferische gasbrander. |
GB2231949A (en) * | 1989-05-26 | 1990-11-28 | Burco Dean Appliances Ltd | Gas burner |
-
1991
- 1991-10-23 DE DE69128768T patent/DE69128768D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-10-23 CA CA 2054014 patent/CA2054014C/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-10-23 EP EP19910309796 patent/EP0486169B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-11-14 JP JP32510291A patent/JPH06317308A/ja not_active Withdrawn
Also Published As
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---|---|
DE69128768D1 (de) | 1998-02-26 |
EP0486169A3 (en) | 1992-12-16 |
CA2054014C (en) | 1998-01-20 |
EP0486169B1 (en) | 1998-01-21 |
EP0486169A2 (en) | 1992-05-20 |
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Legal Events
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---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990204 |