JPS6222726Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は液体および気体燃料の燃焼分野に係る
ものである。更に詳細にいえば、本考案は流体ガ
ス中のNOx値を最小に保持するようなバーナー
の構造及び燃料と空気との供給を制御する燃料燃
焼装置に係るものである。

燃料燃焼業界で知られているように、バーナー
ではどのようにして燃焼しても燃料を燃焼すると
通常の作業では窒素酸化物（NOx）を生じる。
このような窒素酸化物は大気中に存在しているこ
とのあるオレフイン炭化水素と化合して生じ煙霧
の発生源となる。

煙霧は必ずしも致死的毒性を有するものではな
いが、一般に動物の細胞組織には潜在的に危険で
あると認識されている。従つて、燃料の燃焼結果
として大気に排出される煙突のガス中のNOxの
含有量についてきびしい制限が種々の官署により
課せられて来た。オレフイン炭化水素の放出量も
また制限されているが本考案とは別問題である。

従来技術は米国特許第4004875号により最も良
く代表される。この特許は天然ガス発生地におい
て高範囲の低NOxバーナーに応用することを基
礎としている。この特許に基く数十種のバーナー
が商業用に使用され、この用途においてNOxを
所望通り抑制した。しかしながら、この特許の従
来技術のバーナーを好適に運転するには燃焼が一
定比率であり、第１の燃焼室への１次および２次
空気の供給量と第１の燃焼室の下手側への追加の
３次空気の供給量との間が良好に平衡せしめられ
ている一定の燃焼室の場合であつた。

従来技術のバーナーの欠点は炉の通気または点
火率が１つの条件では運転が理想的であるが、典
型的な日常作業で加熱器を点火する場合の如く点
火率が100％から80％の如く非常に変化する場合
にはNOxの抑制には困難があつた。その理由は
点火率が低いと、炉の通気は一定かほぼ一定のま
まで、燃料に対する空気の比率が高くなり３次空
気の供給すなわち流入以前に化学量論的量以下の
燃焼帯域を破壊し、その結果NOxを好適値以下
にすると共に過剰空気を好ましい量以上にするか
らである。

必要なものは点火率が変えられる際にも炉の通
気が一定のままである時に必要とする場合に点火
条件を調整する手段となるバーナーである。もし
そのような調整が行われると、その結果NOxの
抑制が続き過剰空気を熱効率を高くするに好適な
量に保持する。従来技術のバーナーでは、３次空
気が制御されず、３次空気は炉の通気により流れ
させられ（炉内が大気圧以下である）、他方１次
および２次空気もまた同じ理由で流れる。総空気
流量は炉の通気の平方根として変化する。従つ
て、炉の通気のある１つの条件において唯一の燃
料燃焼率すなわち点火率のみが所要の過剰空気に
しNOxの抑制を行う。このことは空気流を制御
するとある利点を生ずることを意味するものと思
われる。

現在明かになつていないことは、点火率が変化
せしめられる時燃料の完全燃焼と過剰空気を好適
にするため３次空気が化学量論量以下のガスに入
る以前に化学量論量以下の燃焼帯域を保持するた
め空気の流入を制限する必要があるということで
ある。もし前記した条件が保持されると、如何な
る条件の通気と点火率とにおいても、NOxが適
当に抑制され炉の過剰空気は熱効率を高めるに最
善のままである。すなわち、すべての点火抑制に
おいて最善できわめて確実に運転するため１次、
２次および３次空気を比例して同時に制御する必
要があるということである。

本考案の主要な目的は、流出ガス中のNOx値
を低くして液体燃料または気体燃料もしくはその
両方を使用するバーナーを提供することである。

本考案の他の１つの目的は、広範囲の燃焼率と
対応する空気供給率とに対してNOx値を低くし
て燃焼することである。

本考案のこれらの目的とその他の目的とまた従
来技術の欠点は本考案によれば液体燃料を第１の
バーナー機構を通し燃焼し気体燃料を化学量論量
以下の空気が供給されタイル壁で包囲された第１
の燃焼帯域において燃焼が行われる第２のバーナ
ー機構を通して気体燃料を燃焼する燃料バーナー
機構により達成されまた克服される。３次燃焼空
気がタイル壁の外部に供給され第１の燃焼帯域か
ら出る熱い還元炎に第２の燃焼帯域の下手側の第
２の燃焼帯域において合体する。

第１の燃焼帯域において燃料に化学量論量以下
の空気を供給すると二酸化炭素および炭化水素の
如き可燃ガスを生じ、これらのガスは第１の燃焼
帯域に生じたNOxを容易に還元する。

更にまた、バーナーのそれぞれに組み合わせて
炎の上手側に水噴霧器が設けてあり、存在するこ
とのあるNOxを還元するのを助ける追加の燃焼
ガスを供給する。還元したNOxと共に熱いガス
が第２の燃焼帯域を下手側に通過するので、３次
空気が流入して燃焼を完了するが低下した温度に
あり追加のNOxの発生を極減する。

液体燃料と気体燃料とを交互にか同時に燃焼す
るようにした本考案の具体例について説明する。
構造を簡略にできるよう液体燃料か気体燃料のみ
を利用するような構造にすることもできるが、液
体燃料と気体燃料とを同時に使用できる具体例に
ついて説明する。

本考案の１つの具体例のバーナーが第１図に総
体的に符号１０で示してある。液体燃料バーナー
がバーナー１０の軸線方向に装着され総体的に符
号１２で示してある。液体燃料バーナーからの炎
がタイルの円筒形状の壁２０内の第１の燃焼帯域
１６における１次空気で燃焼する。

タイル壁２０より大きい直径の第２の円筒形状
の第２のタイル壁２４が第１のタイル壁２０との
間に環状スペース２２を残して包囲し、この環状
スペースに複数の気体ノズル８３が差し込まれ、
これらのノズルにはパイプ８５により矢印８４の
方向に気体燃料が供給される。気体燃料の外向き
の流れは矢印８１，８２で示してあり第１の燃料
帯域１６の下手側で円筒形状のタイル壁２４内の
第２の燃焼帯域１８内に流れる。燃焼空気は矢印
６２で示した方向に環状スペース２２に流入しバ
ーナー８３を通り過ぎて燃料８１，８２と混合し
第２の燃焼帯域で燃焼する。

２つの円筒形状の金属製外殻４０，３８により
風箱が形成されている。外殻４０は円形の環状リ
ング５６に溶接され、このリングは当業界に良く
知られているようにボルト５８により炉の外側金
属壁５４に取り付けてある。金属壁５４は炉のセ
ラミツク壁３４を包囲し炉の内面は符号３２で示
してある。

第２の外殻３８は外殻４０を中心として回転す
るようにしてあり、外殻４０は固定で上手側端部
が円形の板４６により閉じられている。

同じ幅の矩形状開口が２列設けてあり、１つの
列の開口は複数の矩形状開口４２を含み、別の列
も同数の矩形状開口４４を含んでいる。

これら開口の配置が第４図に示してあり、この
図は開口４２のそれぞれと開口４４のそれぞれと
を示すため平たく拡げた外殻４０，３８の図であ
る。２つの外殻の開口を完全に上下に並べてこの
図が画いてある。開口はすべて同じ幅３９を有し
ていて、第１列の開口４２の長さは符号３７で示
してあり、第２列の開口の長さは符号３５で示し
てある。長さ３５，３７の比率は１次空気ならび
に２次空気対３次空気の比率に等しくなるように
してある。たとえば、１次空気と２次空気とを合
わせた量は空気の総必要量の70％で、従つて、３
次空気の量は空気の総必要量の30％で燃料全部の
燃焼の化学量論的な値より大である空気の総量を
供給するよう30％より多分幾分大きい値である。

外側外殻３８が右方に動かされると、縁部３
８′が円形の板４０に設けた開口４２，４４の一
部分をおおう傾向がある。従つて、空気の総供給
量は減少せしめられるが１次空気と２次空気との
開口４２，４４からそれぞれ供給された３次空気
に対する比率は供給された燃焼空気の総量の値如
何にかかわらず一定に保持される。

矢印６０で示した１次空気と矢印６２で示した
２次空気とは開口４２を通過する。矢印６０で示
した１次空気はタイル壁２０を支持するために使
用される円筒形の金属壁７２に設けた開口７３を
通り流入する。また、タイル壁２０を支持するた
め金属板７８が設けてあり、この金属板には燃料
と空気とが供給される際に通過する中心開口７４
を有している。残りの空気は矢印６２で示した如
く開口４２を通り流れて環状スペース２２を通り
気体燃料ノズル８３を通りすぎ矢印６２の方向に
流れることにより気体燃料の燃焼を支える。気体
燃料ノズル８３は第２図と第３図とに４個示して
ある。

第２のタイル壁２４はそれを支持する横方向の
環状板４８に取り付けた円筒形の外殻５２に支持
されている。この環状板４８により、環状スペー
ス３０を上方に通過する空気は必らず矢印５０の
方向に開口４４を通り第１および第２の燃焼帯域
１６，１８の下手側の燃焼スペース２８に流入す
る。環状スペース２２に一層流線的に空気流６２
が流れやすいようにするためタイル壁２４の隅部
７９には丸味が付してある。

総体的に符号１２で示した液体燃料バーナーは
矢印６６で示した方向に液体燃料が流れるバーナ
ー管６４を備えている。ノズル７６にはその下手
側端部に適当な開口が設けてあり、液体燃料がノ
ズルにより噴霧され円錐形の壁に沿い流れる微細
な滴のスプレイとして矢印７７の方向に流れる。
バーナー管６４は溶接によりバーナーの後板４６
に取り付けてあるそれより大きい管７５により支
持されている。バーナー６４，７５に近接して水
の導管６８が示してあり、この導管はノズル８８
を有していて矢印７０で示した方向に加圧流体を
供給される。このノズル８８は空気流６０と液体
粒子７７とに混合しそれらを緊密に混合して蒸発
する微細に噴霧化したスプレイ４１を供給する。
水滴を使用する目的は炭化水素の燃料と合体して
一酸化炭素と水素とを発生する水蒸気を生じるた
めであり、一酸化炭素と水素とは燃焼中に生じる
NOxを還元する作用を行う。燃焼用に供給され
た空気中に窒素の比率が大きいとすべての燃焼作
業において共通にNOxを生じる。流出ガスの
NOx値を低くするこのバーナー機構では、一酸
化炭素と水素との如き可燃ガスが供給されて発生
することのあるNOxを還元する。このことは、
もちろん、燃焼帯域１６，１８に燃焼空気を化学
量論量以下の量にして供給することにより助けら
れる。

環状スペース２２内にはパイプ８５を経て気体
燃料を供給される複数の気体燃料ノズル８３が設
けてあり、気体燃料は加圧下に矢印８４の方向に
流れる。ガスのジエツト８１，８２が出る複数の
オリフイス８６がノズル８３に設けてある。

タイル壁２４には狭い環状の棚８０が設けてあ
る。この棚を設けた目的は、ガスの運動を制限し
て静かな帯域を形成し、従つて、ガス・ジエツト
８１と環状スペース２２を通る流れからの空気と
により形成された炎が安定して燃焼しさもないと
不安定に燃焼する符号８２で示した如き高速のジ
エツト用の点火炎となるようにすることである。
ガス・バーナー８３のそれぞれに対して水噴霧器
８８が設けてあり、この噴霧器には矢印７０で示
した如くパイプ６８を経て高圧の水が送給され
る。噴霧状にした滴の高速のジエツト８９が炎の
上手側に供給され、従つて、空気と混合している
水滴は蒸発して水蒸気を発生し、この水蒸気は帯
域１６の下手側の帯域１８における炎の熱内で
NOx還元の適当な化学作用を行う。

繰返し述べると、帯域１６，１８内の熱レベル
が高いため直ちに蒸発するよう微細に噴霧状にし
た水滴を入れる手段を追加することにより第１の
燃焼帯域における化学量論量以下での燃焼系に水
蒸気を導入するとNOxの抑制に非常に役立つ。
帯域１６，１８は共に３次空気が開口４４を通り
矢印５０の方向に燃焼帯域１６，１８の下手側の
燃焼帯域である燃焼スペース内に供給されるので
化学量論量以下の空気を供給される帯域である。
追加の空気５０は第２のタイル壁２４の端部２６
を越えて環状スペース３０を通り供給され、帯域
内での燃焼はNOxの生成を極減するかこれら帯
域１６，１８からすべての気体状可燃物を燃焼さ
せるため過剰の空気が供給される帯域２８に
NOxが放出するのを極減する。二酸化炭素と窒
素とを生成する一酸化炭素と窒素酸化物との化合
の周知の化学作用によりガス流からNOxを除く
ためNOxが酸素のない環境で可燃物と化合する
ことは当業者に良く知られている。

第１図に示した本考案のバーナーはいくつかの
利点を有している。

Ａ バーナーが液体燃料か気体燃料もしくはその
両方を受領し、且つ燃焼させるようにしてあ
る。

Ｂ 改良した風箱を設けたことにより、１次およ
び２次空気とまた３次空気とが一定した所定の
比率で供給される。

Ｃ 液体燃料が第１の円筒形タイル壁内の第１の
燃焼帯域内軸方向のバーナーで燃焼せしめられ
る。

Ｄ 気体燃料が第１のタイル壁２０と第２のタイ
ル壁との間の環状スペース内で燃焼せしめられ
矢印６２の方向に空気を供給され燃焼帯域１６
の下手側の第２の燃焼帯域で燃焼せしめられ
る。

Ｅ 液体燃料か気体燃料かもしくはその両方が使
用できる。

Ｆ 帯域１６，１８において燃焼用に必要な空気
が化学量論量以下でＢで述べた風箱により制御
される。

Ｇ ３次空気が第２タイル壁の外部の環状スペー
スを通して供給され、従つて、追加の燃焼空気
が第２のタイル壁の端部のまわりに供給され、
１次燃焼帯域の下手側のスペース２８内ですべ
ての可燃ガスを完全燃焼するため過剰の空気を
供給する。１次燃焼帯域１６，１８に生成され
ることのあるNOxを還元するための追加の可
燃ガスを供給する燃焼帯域１６，１８の下手側
に水噴霧器を設けることにより微細な水滴のス
プレイが供給される。これら帯域では酸素なし
で燃焼が行われるので、NOxが更に生成され
ることはなく炎が冷却するとNOxの発生を更
に防止する。

第２図を参照すると、第１図の２−２線に沿い
切断してバーナー１０の端部が示してある。第２
図に示した部品で第１図の部品と対応するものに
は同じ符号が付してあり、従つて詳細には説明し
ない。

第３図は第１図の３−３線に沿い切断して示し
た断面図で、第１図に示した種々の部品を更に詳
細に示すもので、これら部品はすべて他の図に示
した部品と同じ符号が付してある。

本考案の１つの非常に重要な特徴は第４図に詳
細に示した風箱にあり、このような特定の構造に
より、外壁３８、１次、２次および３次空気の回
転が比例して同時に抑制され、帯域１６，１８、
に一定した比率で空気が供給される。従つて、も
し帯域１６，１８に流れる空気が総空気量の70％
を占め追加の30％が３次空気として環状スペース
３０を経て燃焼帯域に流入すると、板４０に対し
板３８を移動することにより得られる総空気供給
値にかかわらず、帯域１６，１８，２０への空気
供給のこの比率が保持される。

空気の総流量はNOx値を低くして燃焼する条
件を保持するのに重要な30％部分と70％部分との
比率に完全に釣合いを保つて100％から０％の如
何なる条件にも調節できる。この比率の調節は壁
38が壁40に対して回転せしめられる際にこれら２
つの壁３８，４０の開口を合わせることに完全に
符合して行われねばならない。

更にまた噴霧状にした水滴を形成することは重
要でまた気体燃料バーナーと液体燃料バーナーと
の至近に水を供給することも重要である。

水をスプレイする装置の型式または構造につい
ては本考案では、きわめて一般的である簡単なス
プレイ・ノズルでは水の蒸発が非常に遅い大きい
水滴を形成するのでNOxを好ましい値に抑制し
ないことは理解する必要がある。NOxを更に所
望程度抑制するため本考案のこの具体例のバーナ
ーを運転するにはスプレイとは異なる噴霧化によ
り水を供給する必要がある。その理由は噴霧化ノ
ズルから出る水滴の直径がスプレイ・ノズルから
の水滴の直径のほぼ半分かそれ以下であるからで
ある。これがため、噴霧化した水滴はスプレイさ
れた水滴の蒸発に要する時間の1/16の時間で蒸発
し、更にまた、NOxの抑制は種々の相での水を
必要とする。

以上本考案をある程度詳細に説明したが、本考
案の原理を逸脱することなくこの具体例に種々の
変更および変形を加えることのできることも明か
である。本考案が例示した具体例のみに限定され
るものでなく前記した実用新案登録請求の範囲に
よつてのみ限定されるのであることは理解する必
要がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１つの具体例をほぼ直径方向
に切断して示した断面図、第２図と第３図とはそ
れぞれ第１図の２−２線および３−３線に沿い切
断して示した断面図、第４図は壁の展開図であ
る。 １０……バーナー、１２……バーナー機構、２
０……第１のタイル壁または表面、２２……環状
スペース、２４……第２のタイル壁または表面、
３８……第３の表面、４０……第４の表面、４
２，４４……開口、８８……噴霧化手段。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 同軸上においてたて方向に配置した３つの熱焼
   域であつて、第１の燃焼域が上流側の円筒形チヤ
   ンバ壁により画成され、該チヤンバ壁が、液体燃
   料と、噴霧水と、該チヤンバ壁にある開口の寸法
   及び数により制御される１次供給空気と、を供給
   するノズル手段を有し、第２の燃焼域が第１の燃
   焼域より広く、かつ該第２の燃焼域へ対する２次
   供給空気の通路として第１の燃焼域を取囲む円筒
   状の環状スペースを有しており、該１次供給空気
   と２次供給空気との合計量が該第１及び第２の両
   燃焼域内での燃焼に必要な化学量論量よりも少な
   くなつており、第３の燃焼域が第２の燃焼域より
   広く、かつ３次供給空気の通路として第２の燃焼
   域を取囲む円筒形の環状スペースを有しており、
   かつ該３次供給空気の量が、前記１次供給空気の
   量と２次供給空気の量との合計量と合算すること
   により、第１及び第２の両燃焼域内での燃焼に必
   要な総化学量論量に少なくとも等しく望ましくは
   それ以上の合計空気量となるような量となつてい
   る燃焼域と、 第２の燃焼域へ気体状燃料を噴出するため、第
   １の燃焼域を取囲んでいる前記環状スペースの頂
   部へ設けた気体状燃料噴出ノズルと、 前記１次空気と２次空気との合計の供給空気量
   を制御する単一の空気制御手段と、 ３次空気の供給量を制御する独立の空気制御手
   段と、 と有して成る液体及び気体状の燃料を燃焼する
   流体燃料燃焼バーナー。