(57)【要約】【課題】燃焼炉、例えば、工業用の燃焼炉において、高温で燃焼させる場合、又は蓄熱体等を用いて燃焼用空気を高温に予熱して燃焼させる場合に、排気ガス中に含まれるＮＯxの量を低減させることが可能な低ＮＯxバーナを提供する。【解決手段】バーナ本体６と、燃料を供給するための燃料ノズル２とを備えた低ＮＯxバーナであって、バーナ本体６が、その前端面１４に、燃料ノズル２から供給された燃料１１をバーナ本体６の前端面１４の中心から前端面１４の周囲に向けて噴射する複数の燃料供給孔３を有し、かつ燃料供給孔３が位置するバーナ本体６の前端面１４の中心から離れた位置で、燃料供給孔３から噴射される燃料噴流と交差しない位置に、バーナ本体６の中心軸と平行な方向に空気１２を噴射する複数の空気供給孔５を有することを特徴とする低ＮＯxバーナ１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナ本体と、燃料を供給するための燃料ノズルとを備えた低ＮＯxバーナであって、
前記バーナ本体が、その前端面に、前記燃料ノズルから供給された前記燃料を前記前端面の中心から前記前端面の周囲に向けて噴射する複数の燃料供給孔を有し、かつ前記燃料供給孔が位置する前記前端面の中心から離れた位置で、前記燃料供給孔から噴射される燃料噴流と交差しない位置に、前記バーナ本体の中心軸と平行な方向に空気を噴射する複数の空気供給孔を有することを特徴とする低ＮＯxバーナ。
【請求項２】
前記空気供給孔の上流側に蓄熱体をさらに備えた請求項１に記載の低ＮＯxバーナ。
【請求項３】
前記燃料ノズルが、前記バーナ本体の前記前端面の中心に、その先端部が前記バーナ本体の前記前端面から外方に突き出るように配置されるとともに、前記燃料供給孔が前記燃料ノズルの先端部の側壁に、前記バーナ本体の中心軸と垂直な方向に貫通して配設された請求項１又は２に記載の低ＮＯxバーナ。
【請求項４】
前記空気を供給するための空気ノズルをさらに備え、前記空気ノズルが、前記バーナ本体の前記前端面から外方に突き出るように配置されるとともに、前記空気ノズルの先端部の開口が前記空気供給孔となる請求項１〜３のいずれかに記載の低ＮＯxバーナ。
【請求項５】
前記燃料ノズルの外周側に、その先端部が前記バーナ本体の前記前端面から内方に引き込まれた状態で配置された、低温時燃焼用の前記燃料を供給するための低温時燃焼用燃料ノズルと、前記低温時燃焼用燃料ノズルの外周側に、その先端部が前記バーナ本体の前記前端面から内方に引き込まれた状態で配置された、補助空気を供給するための補助空気ノズルとをさらに備え、
前記低温時燃焼用燃料ノズルの前記先端部の開口が、前記低温時燃焼用燃料ノズルから供給された低温時燃焼用の前記燃料を前記バーナ本体の中心軸と平行な方向に噴射する低温時燃焼用燃料供給孔となるとともに、前記補助空気ノズルの前記先端部の開口が、前記補助空気ノズルから供給された前記補助空気を噴射する補助空気供給孔となる請求項１〜４のいずれかに記載の低ＮＯxバーナ。
【請求項６】
前記燃料ノズルの内周側に配置された、低温時燃焼用の前記燃料を供給するための低温時燃焼用燃料ノズルと、前記燃料ノズルの外周側に配設された、補助空気を供給するための補助空気ノズルとをさらに備えるとともに、
前記バーナ本体が、その前記前端面に、前記低温時燃焼用燃料ノズルから供給された低温時燃焼用の前記燃料を前記バーナ本体の中心軸と平行な方向に噴射する低温時燃焼用燃料供給孔と、前記補助空気ノズルから供給された前記補助空気を噴射する補助空気供給孔とを有し、前記前端面近傍の燃焼雰囲気における所定の温度で、前記燃料ノズルと前記低温時燃焼用燃料ノズルとで前記燃料の供給の切り換えが可能な請求項１〜４のいずれかに記載の低ＮＯxバーナ。
【請求項７】
前記バーナ本体の前記前端面に、前記燃料供給孔から噴射される前記燃料噴流の流路と、前記低温時燃焼用燃料供給孔から噴射された燃料噴流により生ずる低温燃焼火炎の保炎を行うための保炎空間とを有する筒状の保炎ブロックをさらに備えた請求項６に記載の低ＮＯxバーナ。
【請求項８】
前記保炎ブロックを構成する前記保炎空間の形状が円柱状である請求項７に記載の低ＮＯxバーナ。
【請求項９】
前記補助空気を、前記バーナ本体の中心軸と平行な方向、又は前記バーナ本体の中心軸と平行な方向から、前記バーナ本体の中心軸に垂直な断面における前記バーナ本体の中心軸を中心とする円の円周接線方向に３０°以下の角度で傾けた方向に噴射する請求項５〜８のいずれかに記載の低ＮＯxバーナ。
【請求項１０】
前記保炎ブロックを構成する前記保炎空間の、前記バーナ本体の中心軸に垂直な断面における直径に対する、前記保炎空間の高さの割合が、１．５〜２である請求項８又は９に記載の低ＮＯxバーナ。
【請求項１１】
前記補助空気供給孔が、前記バーナ本体の前記前端面の、前記低温時燃焼用燃料供給孔の外方に、複数分散して配設された請求項５〜１０のいずれかに記載の低ＮＯxバーナ。
【請求項１２】
前記低温時燃焼用燃料供給孔の内径に対する、前記空気供給孔と前記低温時燃焼用燃料供給孔との間隔の割合が、１５〜２０である請求項５〜１１のいずれかに記載の低ＮＯxバーナ。
【請求項１３】
前記燃料ノズルの外周側に配設された補助空気を供給するための補助空気ノズルをさらに備えるとともに、前記補助空気ノズルの前記バーナ本体の前記前端面側の先端部に、前記前端面にて、前記補助空気ノズルから供給された前記補助空気を噴射する補助空気供給孔を有する保炎板をさらに備え、前記燃料ノズルと前記保炎板とが一体で前記バーナ本体の中心軸に沿って移動可能な請求項１〜４のいずれかに記載の低ＮＯxバーナ。
【請求項１４】
前記燃料ノズルの外周側に配設された補助空気を供給するための補助空気ノズルをさらに備えるとともに、前記補助空気ノズルの前記バーナ本体の前記前端面側の先端部に、前記前端面にて、前記補助空気ノズルから供給された前記補助空気を補助空気供給孔を有する保炎板をさらに備え、前記補助空気ノズルが前記バーナ本体の中心軸に沿って移動可能な請求項１〜４のいずれかに記載の低ＮＯxバーナ。
【請求項１５】
前記補助空気を、前記バーナ本体の中心軸と平行な方向、又は前記バーナ本体の中心軸と平行な方向から、前記バーナ本体の中心軸に垂直な断面における前記バーナ本体の中心軸を中心とする円の円周接線方向に３０°以下の角度で傾けた方向に噴射する請求項１３又は１４に記載の低ＮＯxバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低ＮＯxバーナに関する。さらに詳しくは、燃焼炉、例えば、工業用の燃焼炉において、高温で燃焼させる場合、又は蓄熱体等を用いて燃焼用空気を高温に予熱して燃焼させる場合に、排気ガス中に含まれるＮＯxの量を低減させることが可能な低ＮＯxバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工業炉から排出される排気ガス中に含まれるＮＯxによる大気汚染が深刻な状況となっており、その対策の一つとして、二段燃焼、濃淡燃焼、又は排ガス再循環燃焼等のＮＯx低減法を備えた様々な低ＮＯxバーナが開発されてきた。周知のとおり燃焼によるＮＯx生成の主要因は温度であり、燃焼炉温度が高い程、排ガス中のＮＯxは増加する。
【０００３】
また近年、工業用の燃焼炉等から排出されるＣＯ2量の削減を目的として、蓄熱体を利用して燃焼排気ガスの熱を回収し、加熱された蓄熱体内を燃焼用空気が通過する構成とすることによって、燃焼用空気を予熱した状態で燃焼炉内に供給し、燃料と混合させて燃焼させる蓄熱式バーナ等が用いられているが、一般に燃焼用空気は１０００℃程度の高温になるため、常温空気による燃焼と比較すると、火炎温度が高くなり、その結果排気ガス中のＮＯxの量も増加する傾向にある。
【０００４】
このため、ＣＯ2の量を減少させつつ、燃焼排気ガス中に含まれるＮＯxの量を減少させる炉内燃焼方法や蓄熱燃焼装置が提案されている（例えば、特許文献１又は２参照）。
【０００５】
このような燃焼方法においては、燃料及び燃焼用空気が、燃焼炉内に供給されて直ぐに混合することがないように、互いに供給位置を離した状態で平行に供給し、燃料と燃焼用空気との急激な混合を抑制するとともに、燃焼により生じる燃焼排気ガスを巻き込ませて混合気体とさせることで、酸素濃度の低い状態で燃焼させることにより、排気ガス中のＮＯxの量を低減させるものである。
【特許文献１】特公平７−２６７３０号公報
【特許文献２】特開平８−４９８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、例えば、工業炉のうち比較的炉内温度が高くなる窯業炉等においては、従来の低ＮＯxバーナを用いたとしてもＮＯxの量を十分に低減することができず、問題となっていた。また、蓄熱体を備えた蓄熱式バーナを用いた燃焼炉においては、上述した方法を用いたとしても、ＮＯxの量を十分に低減することができず、燃焼用空気の予熱温度を制限することや、脱硝装置等を付帯させる等の対策を講じなければならず、燃焼効率が低下して燃料の消費量が増加することや、ＮＯx除去に新たなエネルギーを要することから、目的のＣＯ2削減が十分に達成できないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、燃焼炉、例えば、工業用の燃焼炉において、高温で燃焼させる場合、又は蓄熱体等を用いて燃焼用空気を高温に予熱して燃焼させる場合に、排気ガス中に含まれるＮＯxの量を低減させることが可能な低ＮＯxバーナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明は、以下の低ＮＯxバーナを提供するものである。
【０００９】
［１］  バーナ本体と、燃料を供給するための燃料ノズルとを備えた低ＮＯxバーナであって、前記バーナ本体が、その前端面に、前記燃料ノズルから供給された前記燃料を前記前端面の中心から前記前端面の周囲に向けて噴射する複数の燃料供給孔を有し、かつ前記燃料供給孔が位置する前記前端面の中心から離れた位置で、前記燃料供給孔から噴射される燃料噴流と交差しない位置に、前記バーナ本体の中心軸と平行な方向に空気を噴射する複数の空気供給孔を有することを特徴とする低ＮＯxバーナ。
【００１０】
［２］  前記空気供給孔の上流側に蓄熱体をさらに備えた前記［１］に記載の低ＮＯxバーナ。
【００１１】
［３］  前記燃料ノズルが、前記バーナ本体の前記前端面の中心に、その先端部が前記バーナ本体の前記前端面から外方に突き出るように配置されるとともに、前記燃料供給孔が前記燃料ノズルの先端部の側壁に、前記バーナ本体の中心軸と垂直な方向に貫通して配設された前記［１］又は［２］に記載の低ＮＯxバーナ。
【００１２】
［４］  前記空気を供給するための空気ノズルをさらに備え、前記空気ノズルが、前記バーナ本体の前記前端面から外方に突き出るように配置されるとともに、前記空気ノズルの先端部の開口が前記空気供給孔となる前記［１］〜［３］のいずれかに記載の低ＮＯxバーナ。
【００１３】
［５］  前記燃料ノズルの外周側に、その先端部が前記バーナ本体の前記前端面から内方に引き込まれた状態で配置された、低温時燃焼用の前記燃料を供給するための低温時燃焼用燃料ノズルと、前記低温時燃焼用燃料ノズルの外周側に、その先端部が前記バーナ本体の前記前端面から内方に引き込まれた状態で配置された、補助空気を供給するための補助空気ノズルとをさらに備え、前記低温時燃焼用燃料ノズルの前記先端部の開口が、前記低温時燃焼用燃料ノズルから供給された低温時燃焼用の前記燃料を前記バーナ本体の中心軸と平行な方向に噴射する低温時燃焼用燃料供給孔となるとともに、前記補助空気ノズルの前記先端部の開口が、前記補助空気ノズルから供給された前記補助空気を噴射する補助空気供給孔となる前記［１］〜［４］のいずれかに記載の低ＮＯxバーナ。
【００１４】
［６］  前記燃料ノズルの内周側に配置された低温時燃焼用の前記燃料を供給するための低温時燃焼用燃料ノズルと、前記燃料ノズルの外周側に配設された、補助空気を供給するための補助空気ノズルとをさらに備えるとともに、前記バーナ本体が、その前記前端面に、前記低温時燃焼用燃料ノズルから供給された低温時燃焼用の前記燃料を前記バーナ本体の中心軸と平行な方向に噴射する低温時燃焼用燃料供給孔と、前記補助空気ノズルから供給された前記補助空気を噴射する補助空気供給孔とを有し、前記前端面近傍の燃焼雰囲気における所定の温度で、前記燃料ノズルと前記低温時燃焼用燃料ノズルとで前記燃料の供給の切り換えが可能な前記［１］〜［４］のいずれかに記載の低ＮＯxバーナ。
【００１５】
［７］  前記バーナ本体の前記前端面に、前記燃料供給孔から噴射される前記燃料噴流の流路と、前記低温時燃焼用燃料供給孔から噴射された燃料噴流により生ずる低温燃焼火炎の保炎を行うための保炎空間とを有する筒状の保炎ブロックをさらに備えた前記［６］に記載の低ＮＯxバーナ。
【００１６】
［８］  前記保炎ブロックを構成する前記保炎空間の形状が円柱状である前記［７］に記載の低ＮＯxバーナ。
【００１７】
［９］  前記補助空気を、前記バーナ本体の中心軸と平行な方向、又は前記バーナ本体の中心軸と平行な方向から、前記バーナ本体の中心軸に垂直な断面における前記バーナ本体の中心軸を中心とする円の円周接線方向に３０°以下の角度で傾けた方向に噴射する前記［５］〜［８］のいずれかに記載の低ＮＯxバーナ。
【００１８】
［１０］  前記保炎ブロックを構成する前記保炎空間の、前記バーナ本体の中心軸に垂直な断面における直径に対する、前記保炎空間の高さの割合が、１．５〜２である前記［８］又は［９］に記載の低ＮＯxバーナ。
【００１９】
［１１］  前記補助空気供給孔が、前記バーナ本体の前記前端面の、前記低温時燃焼用燃料供給孔の外方に、複数分散して配設された前記［５］〜［１０］のいずれかに記載の低ＮＯxバーナ。
【００２０】
［１２］  前記低温時燃焼用燃料供給孔の内径に対する、前記空気供給孔と前記低温時燃焼用燃料供給孔との間隔の割合が、１５〜２０である前記［５］〜［１１］のいずれかに記載の低ＮＯxバーナ。
【００２１】
［１３］  前記燃料ノズルの外周側に配設された補助空気を供給するための補助空気ノズルをさらに備えるとともに、前記補助空気ノズルの前記バーナ本体の前記前端面側の先端部に、前記前端面にて、前記補助空気ノズルから供給された前記補助空気を噴射する補助空気供給孔を有する保炎板をさらに備え、前記燃料ノズルと前記保炎板とが一体で前記バーナ本体の中心軸に沿って移動可能な前記［１］〜［４］のいずれかに記載の低ＮＯxバーナ。
【００２２】
［１４］  前記燃料ノズルの外周側に配設された補助空気を供給するための補助空気ノズルをさらに備えるとともに、前記補助空気ノズルの前記バーナ本体の前記前端面側の先端部に、前記前端面にて、前記補助空気ノズルから供給された前記補助空気を噴射する補助空気供給孔を有する保炎板をさらに備え、前記補助空気ノズルが前記バーナ本体の中心軸に沿って移動可能な前記［１］〜［４］のいずれかに記載の低ＮＯxバーナ。
【００２３】
［１５］  前記補助空気を、前記バーナ本体の中心軸と平行な方向、又は前記バーナ本体の中心軸と平行な方向から、前記バーナ本体の中心軸に垂直な断面における前記バーナ本体の中心軸を中心とする円の円周接線方向に３０°以下の角度で傾けた方向に噴射する前記［１３］又は［１４］に記載の低ＮＯxバーナ。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の低ＮＯxバーナによれば、燃焼炉、例えば、工業用の燃焼炉において、高温で燃焼させる場合、又は蓄熱体等を用いて燃焼用空気を高温に予熱して燃焼させる場合において、排気ガス中に含まれるＮＯxの量を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の低ＮＯxバーナの実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【００２６】
まず、本発明の低ＮＯxバーナの一の実施の形態について、図１（ａ）及び図１（ｂ）を用いて説明する。図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本実施の形態の低ＮＯxバーナを模式的に示す説明図であって、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は平面図である。
【００２７】
本実施の形態の低ＮＯxバーナ１は、バーナ本体６と、燃料を供給するための燃料ノズル２とを備えた低ＮＯxバーナであって、バーナ本体６が、その前端面１４に、燃料ノズル２から供給された燃料１１をバーナ本体６の前端面１４の中心から前端面１４の周囲に向けて噴射する複数の燃料供給孔３を有し、かつ燃料供給孔３が位置するバーナ本体６の前端面１４の中心から離れた位置で、燃料供給孔３から噴射される燃料噴流と交差しない位置に、バーナ本体６の中心軸と平行な方向に空気１２を噴射する複数の空気供給孔５を有することを特徴とする。
【００２８】
このように構成することによって、燃焼炉、例えば、工業用の燃焼炉において、高温で燃焼させる場合、又は蓄熱体等を用いて燃焼用空気を高温に予熱して燃焼させる場合に、排気ガス中に含まれるＮＯxの量を低減させることができる。
【００２９】
また、本実施の形態においては、燃料１１を供給するための燃料ノズル２が、バーナ本体６の前端面１４の中心に、その先端部がバーナ本体６の前端面１４から外方に突き出るように配置されるとともに、燃料供給孔３が燃料ノズル２の先端部の側壁にバーナ本体６の中心軸と垂直な方向に貫通して配設された低ＮＯxバーナ１について説明するが、燃料ノズル２の形状等はこれに限定されるものではない。
【００３０】
さらに、本実施の形態においては、空気１２を供給するための空気ノズル４をさらに備え、空気ノズル４が、バーナ本体６の前端面１４から外方に突き出るように配置され、空気ノズル４の先端部の開口が空気供給孔５となる低ＮＯxバーナ１について説明するが、空気ノズル４は必ずしも必要なものではなく、また、空気ノズル４の形状等もこれに限定されるものではない。
【００３１】
この低ＮＯxバーナ１は、燃焼炉内温度又は燃焼空気温度が十分に高温であり、かつ燃焼排気ガスを含んだ燃料１１と空気１２との混合気の温度が自着火温度以上である場合に、特に好適に用いることができる低ＮＯxバーナ１である。供給する際の空気１２の温度は必ずしも自着火温度以上である必要はなく、供給する際の空気１２が常温から自着火温度未満の温度であっても、燃焼炉内が十分に高温であれば、燃焼炉内に供給した後に混合気体の温度は自着火温度以上になり燃焼を実現することができる。
【００３２】
また、本実施の形態においては、空気供給孔５の上流側に蓄熱体９をさらに備えた蓄熱式の低ＮＯxバーナ１について説明するが、特に、この蓄熱式の低ＮＯxバーナ１に限定されることはなく、蓄熱体９を備えていない単なる低ＮＯxバーナ１であってもよい。
【００３３】
本実施の形態においては、燃料ノズル２及び空気ノズル４が、耐熱性の優れた耐火レンガ、耐火キャスタブル等の材料からなるバーナ本体６に固定されおり、このバーナ本体６がバーナケース８に覆われるように構成されている。
【００３４】
本実施の形態においては、燃料ノズル２及び空気ノズル４の材料としては、耐熱性に優れることから、ステンレス、Ｎｉ基合金等の耐熱合金、又はムライト、再結晶ＳｉＣ、Ｓｉ−ＳｉＣ等のセラミックスを好適に用いることができる。
【００３５】
燃料ノズル２は、供給する燃料１１の流路となるとともに、燃焼炉内に燃料ノズル２の燃料供給孔３から燃料１１を噴射して供給するものであり、ＬＮＧ供給元ラインやＬＰＧボンベ等に接続して用いることが好ましい。
【００３６】
また、空気ノズル４は、供給する空気１２の流路となるとともに、燃焼炉内に空気１２を噴射して供給するものであり、送風機等に接続して用いることが好ましい。また、本実施の形態においては、蓄熱体９を備えた蓄熱式の低ＮＯxバーナ１であることから、この空気ノズル４は、排気ラインとしても用いられる。空気ノズル４から連通する空気流出入口１３に、空気１２の供給と燃焼排気ガスの排気とを切り換え可能な切り換え弁等を設置し、空気１２の供給側に上述した送風機等を接続し、燃焼排気ガスの排気側に排風機等を接続して、燃焼炉内に対になるように二以上の低ＮＯxバーナ１を配置する。一方の低ＮＯxバーナ１の空気ノズル４から空気を供給する際には、他方の低ＮＯxバーナ１の空気ノズル４にて排気を行い、これらを一定周期、例えば、６０〜１２０秒間隔で切り換える。この際、排気ラインとなる空気ノズル４に配設された蓄熱体９は、燃焼排気ガスの熱により加熱される。一方、空気１２を供給する側の空気ノズル４に配設された蓄熱体９は、燃焼排気ガスを排気した際に十分に加熱されているために、蓄熱された熱を用いて空気１２を予熱して燃焼炉内に供給する。このように蓄熱式の低ＮＯxバーナ１を用いた燃焼においては、燃焼用の空気１２を燃焼排気ガスの熱を用いて予熱してから燃焼炉内に供給することで、燃焼に必要とされる熱エネルギーを低減させることができ、燃焼に用いる燃料１１の量を減少させることが可能となり、省エネルギーを実現することができるとともに、燃焼炉から排出されるＣＯ2の総量を減少させることができる。
【００３７】
供給された燃料１１を完全に燃焼させるためには、供給する燃料１１の量及び種類に応じて、必要とされる空気１２の量が決定される。一般的には、燃焼するために必要とされる燃料１１の量に比べて、より大量の空気１２が必要とされ、具体的には、供給される燃料１１の種類によっても異なるが、例えば、燃料１１をメタン（ＣＨ4）とした場合、燃料１１の体積の約１０倍の量の空気１２が必要となる。このため、燃料供給孔３及び空気供給孔５の大きさは、用いられる燃料１１の種類や燃焼炉の大きさ等に応じて適宜決定することが好ましい。
【００３８】
また、蓄熱体９の材質及び構造については、特に限定されることはないが、供給される空気１２及び燃焼排気ガスの流路中に配置されることから、圧力損失が低く、熱容量が大きく、さらに耐熱性に優れたものであることが好ましく、例えば、セラミックスからなり、流体の流路となる複数のセルを有するハニカム構造体等を好適例として挙げることができる。このようなハニカム構造体は、上述した特性を満足し得るものであり、送風機及び排風機等の能力を特別に上げずとも空気１２の供給と燃焼排気ガスの排気とを容易に行うことができる。
【００３９】
ここで、実際に燃料が燃焼するまでの燃料１１と空気１２との流れについて説明する。まず、燃料１１は、バーナ本体６の前端面１４の中心からバーナ本体６の前端面１４の周囲に向けて、噴射して供給される。この際、燃料１１が実際に流れる周囲の雰囲気は、燃焼を終えた酸素が非常に希薄な燃焼排気ガスが充満されているため、この状態ではほとんど燃焼が進行せず、燃料１１は部分的に熱分解を伴いながら、この燃焼を終えたガスにより希釈される。この際、供給された燃料１１は、燃焼炉内の熱や高温となっている燃焼を終えた燃焼排気ガスにより自着火温度付近にまで加熱される。この供給された燃料１１は、燃焼炉の外周部に達したところで流速が低下して燃焼炉内に拡散する。なお、本実施の形態においては、燃料ノズル２の先端部の側壁に、バーナ本体６の中心軸と垂直な方向に貫通した燃料供給孔３が配設された構成となっているが、燃料供給孔３は、バーナ本体６の中心軸にほぼ垂直な方向に配設されていればよい。
【００４０】
その後、この流速が低下した燃料１１は、空気供給孔５から供給された空気１２の流れに外方から巻き込まれ燃焼炉内の広い範囲にわたって混合される。上述したように、一般的に、燃料１１を完全に燃焼させるためには、燃焼炉に供給された燃料１１の量に比較して大量の空気１２が供給されることから、大量に供給された空気１２の流れが燃焼炉内の気体の流れを支配し、上述した流速が低下した燃料１１が、その流れに巻き込まれることになる。そして、この際、燃焼を終えた酸素が非常に希薄な燃焼排気ガスをも含んで、燃料１１と空気１２とが混合されて燃焼するために、混合された気体における酸素の分圧が低くなっている。このため非常に緩慢な燃焼が実現する。即ち、局所的に激しく高温となる燃焼が起こらないために、結果としてＮＯxの生成が大幅に抑制されることになる。
【００４１】
本実施の形態においては、燃料供給孔３の位置が、バーナ本体６の前端面１４に近すぎると、燃料噴流がバーナ本体６の前端面１４からのせん断応力により失速してしまうために、燃料供給孔３の位置はバーナ本体６の前端面１４より１０〜３０ｍｍ程度離すことが好ましい。
【００４２】
なお、燃料供給孔３は、本実施の形態に限定されるものではない。例えば、燃料ノズル２の先端部に任意の開口部を設け、その先端に、溝又は孔等によって燃料案内流路を形成したブロックを設け、その流路先端で最終的な燃料供給孔３としてもよい。
【００４３】
空気供給孔５は、単にバーナ本体６に貫通孔を設けた構成としてもよいが、燃料１１の噴射方向の揺らぎ等により、空気供給孔５直後で燃料噴流と混合し燃焼してしまうことを避けるために、空気ノズル４により空気供給孔５をバーナ本体６の前端面１４から２０〜４０ｍｍ程度突き出すことがより好ましい。
【００４４】
このように構成することによって、例えば、工業用の燃焼炉において、高温で燃焼させる場合、又は蓄熱体等を用いて燃焼用空気を高温に予熱して燃焼させる場合に、燃焼排気ガス中に含まれるＮＯxの量を低減させることができる。
【００４５】
また、本実施の形態の低ＮＯxバーナ１に用いられる燃料１１としては、通常のバーナに用いられている燃料１１を好適に用いることができるが、特に、メタン、ＬＮＧ及びＬＰＧ等の気体燃料であることが好ましい。このような気体燃料は、硫黄等の不純物をほとんど含んでおらず、また、含んでいたとしても容易に脱硫することができ、燃焼排気ガス中のＳＯx等を削減することができるとともに、燃焼効率に優れることから、排出するＣＯ2を削減することができる。
【００４６】
また、本実施の形態の低ＮＯxバーナ１においては、燃料ノズル２の周囲に、空気ノズル４が四個配置された構成となっているが、空気ノズル４の数はこれに限定されることはなく、例えば、図２に示すように、燃料ノズル２の周囲に、空気ノズル４が六個配置された構成の低ＮＯxバーナ１であってもよく、燃料ノズル２の周囲に二個以上の空気ノズル４が配置されていればよい。
【００４７】
次に、本発明の低ＮＯxバーナの他の実施の形態について、図３（ａ）及び図３（ｂ）を用いて説明する。本実施の形態の低ＮＯxバーナ２０は、バーナ本体６と、燃料１１を供給するための燃料ノズル２とを備えた低ＮＯxバーナ２０であって、バーナ本体６の前端面１４に、燃料ノズル２から供給された燃料１１をバーナ本体６の前端面１４の中心からバーナ本体６の前端面１４の周囲に向けて噴射する複数の燃料供給孔３を有し、かつ燃料供給孔３が位置するバーナ本体６の前端面１４の中心から離れた位置で、燃料供給孔３から噴射される燃料噴流と交差しない位置に、バーナ本体６の中心軸と平行な方向に空気１２を噴射する複数の空気供給孔５を有することを特徴とする。また、本実施の形態においては、図１（ａ）に示した低ＮＯxバーナ１と同様に、燃料ノズル２が、バーナ本体６の前端面１４の中心に、その先端部がバーナ本体６の前端面１４から外方に突き出るように配置され、燃料ノズル２の先端部の側壁に、バーナ本体６の中心軸と垂直な方向に貫通した燃料供給孔３が配設されてなるとともに、空気１２を供給するための空気ノズル４が、バーナ本体６の前端面１４から外方に突き出るように配置され、空気ノズル４の先端部の開口が空気供給孔５となっている。なお、図１（ａ）に示した低ＮＯxバーナ１を構成する各要素と同様に構成されたものについては、図１（ａ）と同一の符号を付して一部説明を省略する。
【００４８】
さらに、本実施の形態においては、燃料ノズル２の外周側に配設された、補助空気２４を供給するための補助空気ノズル２１をさらに備えるとともに、補助空気ノズル２１のバーナ本体６の前端面１４側の先端部に、前端面１４にて補助空気２４を噴出する、補助空気供給孔２２を有する保炎板２３をさらに備え、燃料ノズル２と保炎板２３とが一体でバーナ本体６の中心軸に沿って移動可能に構成されている。
【００４９】
このように構成された低ＮＯxバーナ２０は、図１（ａ）に示した低ＮＯxバーナ１と同様の作用、効果を有するとともに、燃焼開始直後のような燃焼炉内の温度が低く、燃料１１と空気１２との混合気体の温度が自着火温度未満である場合には、図４（ａ）に示すように、燃料ノズル２と保炎板２３とを一体でバーナ本体６の中心軸に沿って、バーナ本体６の前端面１４から内側に移動させることにより、補助空気ノズル２１の内壁と保炎板２３とで形成される領域にて、燃料供給孔３から供給される燃料１１と補助空気供給孔２２から供給させる補助空気２４とを混合させて、過剰に燃料１１を含む安定な一次燃焼２５をさせて低温燃焼火炎を発生させ、さらに、この過剰に燃料１１を含む一次燃焼２５の前方で、一次燃焼２５によって燃焼しきれずに余った燃料１１と、空気ノズル４から供給された空気１２とを混合させて二次燃焼２６をさせる。このようにして二段階で燃焼をさせて、燃焼炉内の温度が十分に上昇した場合や、蓄熱体９（図３（ａ）参照）を備えた構成の低ＮＯxバーナ２０においてはその蓄熱体９（図３（ａ）参照）が十分に加熱された場合は、図４（ｂ）に示すように、補助空気２４の供給を停止又は燃料ノズル２と補助空気ノズル２１とを保護するために必要最低限の量だけを供給し、全部又は大部分の空気１２を空気ノズル４から供給することで、図１（ａ）に示した低ＮＯxバーナ１と同様の緩慢燃焼を実現することができる。
【００５０】
また、本実施の形態においては、補助空気ノズル２１から供給された補助空気２４を、バーナ本体６の中心軸と平行な方向、又はバーナ本体６の中心軸と平行な方向から、バーナ本体６の中心軸に垂直な断面におけるバーナ本体６の中心軸を中心とする円の円周接線方向に３０°以下の角度で傾けた方向に噴射することが好ましい。特に、補助空気２４を、バーナ本体６の中心軸と平行な方向から、バーナ本体６の中心軸に垂直な断面におけるバーナ本体６の中心軸を中心とする円の円周接線方向に３０°以下の角度で傾けた方向に噴射すると、補助空気ノズル２１の内壁に補助空気２４が衝突し、補助空気２４の旋回流が形成されるために、さらに安定した一次燃焼を実現することができる。補助空気２４を、バーナ本体６の中心軸と平行な方向から、バーナ本体６の中心軸に垂直な断面におけるバーナ本体６の中心軸を中心とする円の円周接線方向に３０°以下の角度で傾けた方向に噴射するためには、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、保炎板２３に上述した角度で傾けた方向に補助空気供給孔２２を穿設することで実現することができる。
【００５１】
また、図４（ａ）に示すように、燃料ノズル２と保炎板２３とを一体でバーナ本体６の中心軸に沿って、バーナ本体６の前端面１４から内側に移動させるのではなく、図５（ａ）に示すように、低ＮＯxバーナ２０において、燃料ノズル２の外周側に配設された補助空気２４を供給するための補助空気ノズル２１をさらに備えるとともに、補助空気ノズル２１のバーナ本体６の前端面１４側の先端部に、前端面１４にて補助空気２４を噴出する、補助空気供給孔２２を有する保炎板２３をさらに備え、補助空気ノズル２１がバーナ本体６の中心軸に沿って移動可能な構成とし、燃焼開始直後のような燃焼炉内の温度が低く、燃料１１と空気１２との混合気体の温度が自着火温度未満である場合には、補助空気ノズル２１をバーナ本体６の中心軸に沿って、バーナ本体６の前端面１４から外側に移動させて、補助空気ノズル２１の内壁と保炎板２３とで形成される領域にて、燃料供給孔３から供給される燃料１１と補助空気供給孔２２から供給される補助空気２４とを混合させて、過剰に燃料１１を含む安定な一次燃焼２５をさせる構成としてもよく、燃焼炉内の温度が十分に上昇した場合や、蓄熱体９（図３（ａ）参照）を備えた構成の低ＮＯxバーナ２０においてはその蓄熱体９（図３（ａ）参照）が十分に加熱された場合は、図５（ｂ）に示すように、補助空気２４の供給を停止又は燃料ノズル２と補助空気ノズル２１とを保護するために必要最低限の量だけを供給し、全部又は大部分の空気１２を空気ノズル４から供給することで、図１（ａ）に示した低ＮＯxバーナ１と同様の緩慢燃焼を実現することができる。なお、図４（ａ）、図４（ｂ）、図５（ａ）及び図５（ｂ）において、図１（ａ）に示した低ＮＯxバーナ１を構成する各要素と同様に構成されたものについては、図１（ａ）と同一の符号を付して一部説明を省略する。
【００５２】
このように構成することによって、燃焼開始直後のような燃焼炉内の温度が低く、燃料１１と空気１２との混合気体の温度が自着火温度未満であっても、補助空気２４を用いて容易に燃焼させることができる。
【００５３】
また、図５（ａ）に示す低ＮＯxバーナ２０においても、補助空気ノズル２１から供給された補助空気２４を、バーナ本体６の中心軸と平行な方向、又はバーナ本体６の中心軸と平行な方向から、バーナ本体６の中心軸に垂直な断面におけるバーナ本体６の中心軸を中心とする円の円周接線方向に３０°以下の角度で傾けた方向に噴射することが好ましい。このように構成することによって、図４（ａ）に示す低ＮＯxバーナ２０と同様の作用、効果を得ることができる。
【００５４】
次に、本発明の低ＮＯxバーナの他の実施の形態について説明する。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、本実施の形態の低ＮＯxバーナ９０は、バーナ本体６と、燃料１１を供給するための燃料ノズル２とを備えた低ＮＯxバーナ９０であって、バーナ本体６の前端面１４に、燃料ノズル２から供給された燃料１１をバーナ本体６の前端面１４の中心からバーナ本体６の前端面１４の周囲に向けて噴射する複数の燃料供給孔３を有し、かつ燃料供給孔３が位置するバーナ本体６の前端面１４の中心から離れた位置で、燃料供給孔３から噴射される燃料噴流と交差しない位置に、バーナ本体６の中心軸と平行な方向に空気１２を噴射する複数の空気供給孔５を有するものである。
【００５５】
本実施の形態においては、燃料ノズル２の内周側に配置された低温時燃焼用の燃料１１ｂを供給するための低温時燃焼用燃料ノズル１５と、燃料ノズル２の外周側に配設された、補助空気２４を供給するための補助空気ノズル２１とをさらに備えるとともに、バーナ本体６が、その前端面１４に、低温時燃焼用燃料ノズル１５から供給された低温時燃焼用の燃料１１ｂをバーナ本体６の中心軸と平行な方向に噴射する低温時燃焼用燃料供給孔１６と、補助空気ノズル２１から供給された補助空気２４を噴射する補助空気供給孔２２とを有し、前端面１４近傍の燃焼雰囲気における所定の温度で、燃料ノズル２と低温時燃焼用燃料ノズル１５とで燃料１１の供給の切り換えが可能な低ＮＯxバーナ９０である。また、本実施の形態の低ＮＯxバーナ９０は、空気供給孔５の上流側に蓄熱体９をさらに備えたものである。
【００５６】
このように構成することによって、上述した図４（ａ）及び図５（ａ）に示した低ＮＯxバーナ２０と同様に、排気ガス中に含まれるＮＯxの量を低減させることができ、さらに、燃焼開始直後のような燃焼炉内の温度が低く、燃料１１と空気１２との混合気体の温度が自着火温度未満である場合には、低温時燃焼用の燃料１１ｂを低温時燃焼用燃料ノズル１５から供給するとともに、補助空気２４を補助空気ノズル２１から供給し、低温時燃焼用燃料ノズル１５から供給された燃料１１ｂと補助空気２４とを混合させて安定な一次燃焼を実現することができる。従来の低ＮＯxバーナにおいては、燃焼炉内の温度が、例えば、６００℃以下の際には、低温時の不完全燃焼により、一酸化炭素（ＣＯ）が数１００〜１０００ｐｐｍ程度発生することがあったが、本実施の形態においては、上述した構成とすることにより、少量かつ一定量の補助空気２４で、最小燃料容量と最大燃料容量の比（ターンダウン）と、広い空気比範囲とにおいて安定した一次燃焼が可能となり、低温燃焼時のＣＯの発生量を減少させることができる。
【００５７】
また、本実施の形態においては、この安定な一次燃焼により、燃焼炉内の温度が十分に上昇した場合や、蓄熱体９が十分に加熱された場合は、燃料１１の供給を、例えば、燃料１１の供給系に設置された切り換えバルブ１７等を用いて切り換えるとともに、補助空気２４の供給を停止又は燃料ノズル２と低温時燃焼用燃料ノズル１５と補助空気ノズル２１とを保護するために必要最低限の量だけを供給し、全部又は大部分の空気１２を空気ノズル４から供給することで、図１（ａ）に示した低ＮＯxバーナ１と同様の緩慢燃焼を実現することができる。なお、図７（ａ）及び図７（ｂ）において、図１（ａ）に示した低ＮＯxバーナ１を構成する各要素と同様に構成されたものについては、図１（ａ）と同一の符号を付して一部説明を省略する。
【００５８】
図７（ａ）に示すように、低ＮＯxバーナ９０が蓄熱体９を備えた構成の場合は、通常の燃焼用の空気１２と補助空気２４との量を一定とすると、補助空気２４の量が増えるほど蓄熱体９を通過する空気１２の量が減ることとなり、熱回収率が低下する。本実施の形態においては、少量の補助空気２４で安定した一次燃焼を実現することができることから、蓄熱体９を通過しない補助空気２４の量を最低限に留めることができ、熱回収率を向上させることができる。
【００５９】
また、本実施の形態の低ＮＯxバーナ９０においては、バーナ本体６の前端面１４に、燃料供給孔３から噴射される燃料噴流の流路１９と、低温時燃焼用燃料供給孔１６から噴射された燃料噴流により生ずる低温燃焼火炎の保炎を行うための保炎空間２７とを有する筒状の保炎ブロック１８をさらに備えたものであることが好ましく、上述した一次燃焼を、保炎ブロック１８の保炎空間２７で発生させることで、さらに安定した一次燃焼を実現することができる。
【００６０】
また、この保炎ブロック１８を構成する保炎空間２７の形状は円柱状であることが好ましく、さらに、保炎空間２７が円柱状である場合には、保炎空間２７の、バーナ本体６の中心軸に垂直な断面における直径に対する、保炎空間２７の高さ、即ち、保炎空間２７のバーナ本体６の中心軸方向における長さの割合が、１．５〜２であることが好ましい。保炎空間２７の、バーナ本体６の中心軸に垂直な断面における直径に対する、保炎空間２７の高さの割合が１．５未満であると、保炎空間２７内に、保炎効果を有する、空気及び排気ガス等の気体の再循環が行われ難いために低温燃焼火炎の保炎を十分に行うことができないことがあり、上述した割合が２を超えると、保炎空間２７内への燃焼炉内の空気の侵入が抑制されて、保炎空間２７内が酸素不足になることがある。
【００６１】
本実施の形態においては、補助空気ノズル２１から供給された補助空気２４をバーナ本体６の中心軸と平行な方向、又はバーナ本体６の中心軸と平行な方向から、バーナ本体６の中心軸に垂直な断面におけるバーナ本体６の中心軸を中心とする円の円周接線方向に３０°以下の角度で傾けた方向に噴射することが好ましく、特に、バーナ本体６の中心軸と平行な方向から、バーナ本体６の中心軸に垂直な断面におけるバーナ本体６の中心軸を中心とする円の円周接線方向に３０°以下の角度で傾けた方向に噴射すると、保炎空間２７を形成する保炎ブロック１８の内壁に補助空気２４が衝突し、補助空気２４の旋回流が形成されるために、さらに安定した一次燃焼を実現することができる。図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、補助空気２４を、上述した方向に噴射するためには、所定の角度で穿設された補助空気供給孔２２を有する流路板を補助空気ノズル２１の先端に配設することによって実現することができる。
【００６２】
また、バーナ本体６の前端面１４にて、補助空気供給孔２２と低温時燃焼用燃料供給孔１６との位置が近すぎると、補助空気２４により一次燃焼による低温燃焼火炎を吹き飛ばしてしまうことがあることから、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、補助空気供給孔２２が、バーナ本体６の前端面１４の、保炎空間２７に面する領域内の外周部近傍に、即ち、低温時燃焼用燃料供給孔１６から極力離した外方に、複数分散して配設されることが好ましい。また、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、環状の補助空気供給孔２２が、バーナ本体６の前端面１４の、保炎空間２７に面する領域内の外周部近傍に配設された構成としてもよい。
【００６３】
また、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、保炎ブロック１８は、燃料供給孔３からバーナ本体６の前端面１４の中心から前端面１４の周囲に向けて噴射される燃料噴流の流路１９を有していることから、燃料供給孔３から噴出される燃料１１は、保炎ブロック１８により噴射を妨げられることなく、所定の方向に噴射される。なお、保炎ブロック１８は、バーナ本体６と同様の材料から構成されていることが好ましい。また、本実施の形態においては、その外周部に複数の溝が形成された保炎ブロック１８が用いられており、バーナ本体６と保炎ブロック１８との接続部における前述した溝が空気供給孔５となっている。
【００６４】
また、本実施の形態においては、低温時燃焼用燃料供給孔１６の内径に対する、空気供給孔５と低温時燃焼用燃料供給孔１６との間隔の割合が、１５〜２０であることが好ましい。低温時燃焼用燃料供給孔１６の内径に対する、空気供給孔５と低温時燃焼用燃料供給孔１６との間隔の割合が１５未満であると、空気供給孔５が低温時燃焼用燃料供給孔１６に近すぎるために低温燃焼火炎の温度が低下し、一次燃焼が不安定になることがある。また、上述した割合が２０を超えると、低温時燃焼用燃料供給孔１６から噴射される低温時燃焼用の燃料１１の量が多い場合には、低温時燃焼用の燃料噴流近傍の酸素濃度が低下することがあり、一次燃焼が不安定になることがある。具体的な、低温時燃焼用燃料供給孔１６の内径と、空気供給孔５と低温時燃焼用燃料供給孔１６との間隔としては、例えば、低温時燃焼用燃料供給孔１６の内径が４ｍｍの場合は、空気供給孔５と低温時燃焼用燃料供給孔１６との間隔が６０〜８０ｍｍであることが好ましい。なお、空気供給孔５と低温時燃焼用燃料供給孔１６との間隔は、空気供給孔５と低温時燃焼用燃料供給孔１６との中心間の距離のことである。
【００６５】
また、本実施の形態においては、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、燃料ノズル２の外周側に、その先端部がバーナ本体６の前端面１４から内方に引き込まれた状態で配置された、低温時燃焼用の燃料１１ｂを供給するための低温時燃焼用燃料ノズル１５と、低温時燃焼用燃料ノズル１５の外周側に、その先端部がバーナ本体６の前端面１４から内方に引き込まれた状態で配置された、補助空気２４を供給するための補助空気ノズル２１とをさらに備え、低温時燃焼用燃料ノズル１５の先端部の開口が、低温時燃焼用燃料ノズル１５から供給された低温時燃焼用の燃料１１ｂをバーナ本体６の中心軸と平行な方向に噴射する低温時燃焼用燃料供給孔１６となるとともに、補助空気ノズル２１の先端部の開口が、補助空気ノズル２１から供給された補助空気２４を噴射する補助空気供給孔２２となるように構成された低ＮＯxバーナ９０であってもよい。なお、図１１（ａ）に示す低ＮＯxバーナ９０においては、補助空気ノズル２１の先端部の開口に保炎板２３をさらに備えたものであり、この保炎板２３に形成された孔が、実質的な補助空気供給孔２２となっている。また、本実施の形態の低ＮＯxバーナ９０は、燃料ノズル２と低温時燃焼用燃料ノズル１５とで燃料１１の供給の切り換えを行う切り替えバルブ１７を有している。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示す低ＮＯxバーナ９０において、図７（ａ）に示した低ＮＯxバーナ９０を構成する各要素と同様に構成されたものについては、図７（ａ）と同一の符号を付して一部説明を省略する。
【００６６】
このように構成することによって、図７（ａ）に示した保炎ブロック１８を備えた低ＮＯxバーナ９０と同様に、炉内の温度が十分に上昇していない場合であっても、低温時燃焼用燃料ノズル１５から供給された燃料１１ｂと補助空気２４とを、バーナ本体６の前端面１４の内方に形成される空間にて混合させて安定な一次燃焼を実現することができる。さらに、図１１（ａ）に示した低ＮＯxバーナ９０においては、バーナ本体６の前端面１４の構成が、図７（ａ）に示した低ＮＯxバーナ９０と比較して簡便なものであるために、火炎と直接接触する前端面１４の破損や劣化を軽減することが可能となる。
【００６７】
また、図１１（ａ）に示す低ＮＯxバーナ９０における補助空気２４を噴射する方向については、図７（ａ）に示した低ＮＯxバーナ９０と同様に構成されていることが好ましく、また、図１１（ａ）に示す低ＮＯxバーナ９０における低温時燃焼用燃料供給孔１６の内径に対する、空気供給孔５と低温時燃焼用燃料供給孔１６との間隔の割合についても、図７（ａ）に示した低ＮＯxバーナ９０と同じであることが好ましい。このように構成することによって、さらに安定した一次燃焼を実現することができる。
【００６８】
さらに、本実施の形態においては、例えば、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、バーナ本体６の前端面１４が、燃料ノズル２を中心とする所定の領域がその底面となるような前端面１４の内方に窪んだ凹部２８を有するとともに、燃料ノズル２から燃料１１を噴射する方向に沿って、前端面１４の凹部２８から前端面１４の外方に放射状に配設された溝状の燃料案内流路２９が形成されたものであってもよい。このように構成することによって、燃料ノズル２から噴射された燃料１１が、燃料案内流路２９を経由して前端面１４の外方の周囲に向けて広がって緩慢燃焼を有効に実現することができるとともに、前端面１４の凹部２８が、低温時燃焼用の燃料１１ｂと補助空気２４との混合及び燃焼のための空間となり、安定した一次燃焼を実現することができる。なお、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）において、図１１（ａ）に示した低ＮＯxバーナ９０を構成する各要素と同様に構成されたものについては、図１１（ａ）と同一の符号を付して説明を省略する。また、図１２（ａ）に示す低ＮＯxバーナ９０においては、低温時燃焼用燃料ノズル１５と補助空気ノズル２１とを備えた構成となっているが、これらについては必ずしも必要なものではなく、図１に示すような低ＮＯxバーナ１の前端面１４が、凹部２８（図１２ａ参照）と燃料案内流路２９（図１２（ａ）参照）を有するように構成されたものであってもよい。
【００６９】
これまでに説明したように、本実施の形態の低ＮＯxバーナによれば、排気ガス中に含まれるＮＯxの量を低減させることができるとともに、低温燃焼時に安定した一次燃焼を実現することができ、ＣＯの排出量を削減することができる。
【実施例】
【００７０】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７１】
（実施例１）
燃焼容量１５ｋＷの、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すような形状の低ＮＯxバーナ３１を作製し、幅５００ｍｍ×高さ５００ｍｍ×長さ７００ｍｍの直方体の燃焼炉４０に設置した。本実施例においては、燃焼に用いる燃料４１はメタンとし、燃焼炉４０内の温度を１４００℃に維持するために約１７ＮＬ／ｍｉｎで、燃料ノズル３２の燃料供給孔３３から供給した。また、燃焼用の空気４２は、蓄熱体９（図１（ａ）参照）の代わりに電気炉を用いて、１２００℃まで予熱し、空気ノズル３４の空気供給孔３５から燃焼炉４０内に供給した。このようにして燃焼炉４０内に供給した燃料４１と空気４２とを混合させて燃焼させた。
【００７２】
本実施例の低ＮＯxバーナ３１を用いて燃焼をさせた際に、燃料ノズル３２の燃料供給孔３３を基準点とし、燃焼中の燃焼炉４０内の各所で温度を測定した。図１４は、本実施例の低ＮＯxバーナ３１を燃焼させた際の燃焼炉４０内の温度（℃）と、上述した基準点からの距離（ｍｍ）との関係を示すグラフであって、横軸は、上述した基準点から低ＮＯxバーナ３１の中心軸に垂直な方向（図１３（ａ）におけるｙ方向）の距離（ｍｍ）を示し、縦軸は測定した温度（℃）を示す。また、図１４におけるｘは、上述した基準点から燃焼炉４０の中心に向かう方向（図１３（ａ）におけるｘ方向）の距離（ｍｍ）を示す。
【００７３】
（比較例１）
燃焼容量１５ｋＷの、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すような形状の、空気／燃料単純直噴型のバーナ５１を作製し、幅５００ｍｍ×高さ５００ｍｍ×長さ７００ｍｍの直方体の燃焼炉６０に設置した。燃焼に用いる燃料６１はメタンとし、燃焼炉６０内の温度を１４００℃に維持するために約１７ＮＬ／ｍｉｎで、燃料ノズル５２の燃料供給孔５３から供給し、実施例１と同様に燃焼用の空気６２を１２００℃まで予熱してバーナ５１の空気ノズル５４の空気供給孔５５から燃焼炉６０内に供給し、供給した燃料６１と空気６２とを混合させて燃焼させた。
【００７４】
本比較例の空気／燃料単純直噴型バーナ５１を用いて燃焼をさせた際に、燃料ノズル５２の燃料供給孔５３を基準点とし、燃焼中の燃焼炉６０内の各所で温度を測定した。図１６は、本比較例の空気／燃料単純直噴型のバーナ５１を燃焼させた際の燃焼炉６０内の温度（℃）と、上述した基準点からの距離（ｍｍ）との関係を示すグラフであって、横軸は、上述した基準点からバーナ５１の中心軸に垂直な方向（図１５（ａ）におけるｙ方向）の距離（ｍｍ）を示し、縦軸は測定した温度を（℃）示す。また、図１６におけるｘは、上述した基準点から燃焼炉６０の中心に向かう方向（図１５（ａ）におけるｘ方向）の距離（ｍｍ）を示す。
【００７５】
（比較例２）
燃焼容量１５ｋＷの、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示すような形状の、保炎機構をもつバッフル保炎型のバーナ７１を作製し、幅５００ｍｍ×高さ５００ｍｍ×長さ７００ｍｍの直方体の燃焼炉８０に設置した。燃焼に用いる燃料８１はメタンとし、燃焼炉８０内の温度を１４００℃に維持するために約１７ＮＬ／ｍｉｎで、燃料ノズル７２の燃料供給孔７３から供給し、実施例１と同様に燃焼用の空気８２を１２００℃まで予熱してバーナ７１の空気ノズル７４の空気供給孔７５から燃焼炉８０内に供給し、供給した燃料８１と空気８２とを混合させて燃焼させた。
【００７６】
本比較例の保炎機構をもつバッフル保炎型のバーナ７１を用いて燃焼をさせた際に、燃料ノズル７２の燃料供給孔７３を基準点とし、燃焼中の燃焼炉８０内の各所で温度を測定した。図１８は、本比較例の保炎機構をもつバッフル保炎型のバーナ７１を燃焼させた際の燃焼炉８０内の温度（℃）と、上述した基準点からの距離（ｍｍ）との関係を示すグラフであって、横軸は、上述した基準点からバーナ７１の中心軸に垂直な方向（図１７（ａ）におけるｙ方向）の距離（ｍｍ）を示し、縦軸は測定した温度を（℃）示す。また、図１８におけるｘは、上述した基準点から燃焼炉８０の中心に向かう方向（図１７（ａ）におけるｘ方向）の距離（ｍｍ）を示す。
【００７７】
また、実施例１の低ＮＯxバーナ３１、比較例１のバーナ５１及び比較例２のバーナ７１において、燃焼炉内温度１４００℃、空気温度１２００℃の条件で、残存酸素濃度（％）に対する排気ガスに含まれるＮＯx濃度（１５％Ｏ2換算値）を測定した。測定結果を図１９に示す。図１９は、残存酸素濃度（％）と、ＮＯx濃度（１５％Ｏ2換算値）との関係を示すグラフであって、横軸は残存酸素濃度（％）を示し、縦軸はＮＯx濃度（１５％Ｏ2換算値）を示す。また、この排気ガスに含まれるＣＯの濃度はすべて１００ｐｐｍ以下であった。
【００７８】
図１４、図１６、図１８及び図１９に示すように、実施例１の低ＮＯxバーナ３１は、空気４２の流れを遮断しないように燃料４１を供給することにより、緩慢燃焼が実現した。燃焼炉内の温度分布測定では火炎のヒートスポットが完全に消失し、ＮＯxの量が比較例１と比較して１／３程度にまで低減した。比較例１のバーナ５１は、燃料６１と空気６２とをそれぞれ平行に燃焼炉内に噴射するため、緩慢燃焼が実現したが、ＮＯxの量が最大で６０ｐｐｍを超えるものであった。比較例２のバーナ７１は、燃料８１と高温の空気８２とが保炎領域で激しく燃焼するため、火炎温度が高く、ＮＯxの量は３００ｐｐｍを超えるものであった。
【００７９】
（実施例２）
図２０（ａ）及び図２０（ｂ）に示すような、燃料ノズル２から供給された燃料１１をバーナ本体６の前端面１４の中心から前端面１４の周囲に向けて噴射する複数の燃料供給孔３を有し、かつ燃料供給孔３が位置する前端面１４の中心から離れた位置で、燃料供給孔３から噴射される燃料噴流と交差しない位置に、バーナ本体６の中心軸と平行な方向に空気１２を噴射する複数の空気供給孔５を有する低ＮＯxバーナ２０を製造した。本実施例の低ＮＯxバーナ２０は、燃料ノズル２の外周側に配設された補助空気２４を供給するための補助空気ノズル２１をさらに備えるとともに、補助空気ノズル２１のバーナ本体６の前端面１４側の先端部に、前端面１４にて、補助空気ノズル２１から供給された補助空気２４を噴射する補助空気供給孔２２を有する保炎板をさらに備え、補助空気ノズル２１がバーナ本体６の中心軸に沿って移動可能なものである。本実施例においては、初期燃焼、即ち、燃焼炉内の温度が室温〜２００℃の範囲においては、補助空気ノズル２１の内径Ｄに対する、補助空気ノズル２１の前端面１４がら突き出した距離Ｈの割合（Ｈ／Ｄ）を、１．６とした。
【００８０】
（実施例３）
図２１（ａ）及び図２１（ｂ）に示すような、燃料ノズル２から供給された燃料をバーナ本体６の前端面１４の中心から前端面１４の周囲に向けて噴射する複数の燃料供給孔３を有し、かつ燃料供給孔３が位置する前端面１４の中心から離れた位置で、燃料供給孔３から噴射される燃料噴流と交差しない位置に、バーナ本体６の中心軸と平行な方向に空気を噴射する複数の空気供給孔５を有する低ＮＯxバーナ９０を製造した。本実施例の低ＮＯxバーナ９０は、燃料ノズル２の内周側に配置された低温時燃焼用の燃料を供給するための低温時燃焼用燃料ノズル１５と、燃料ノズル２の外周側に配設された補助空気を供給するための補助空気ノズル２１とをさらに備えるとともに、バーナ本体６が、その前端面１４に、低温時燃焼用燃料ノズル１５から供給された低温時燃焼用の燃料をバーナ本体６の中心軸と平行な方向に噴射する低温時燃焼用燃料供給孔１６と、補助空気ノズル２１から供給された補助空気を、バーナ本体６の中心軸と平行な方向に噴射する補助空気供給孔２２とを有している。また、バーナ本体６の前端面１４には、燃料供給孔２から噴射される燃料噴流の流路１９と、低温時燃焼用燃料供給孔１６から噴射された燃料噴流により生ずる低温燃焼火炎の保炎を行うための保炎空間２７とを有する筒状の保炎ブロック１８をさらに備えた構成とした。本実施例においては、保炎ブロック１８を構成する保炎空間２７の、バーナ本体６の中心軸に垂直な断面における直径Ｄに対する、保炎空間２７の高さＨの割合（Ｈ／Ｄ）を、１．６とした。また、本実施例においては、保炎ブロック１８の外周部に複数の溝を形成し、バーナ本体６と保炎ブロック１８との接続部における溝を空気供給孔５とした。
【００８１】
（実施例４）
補助空気供給孔が、補助空気ノズルから供給された補助空気を、バーナ本体の中心軸と平行な方向から、バーナ本体の中心軸に垂直な断面におけるバーナ本体の中心軸を中心とする円の円周接線方向に３０°以下の角度で傾けた方向に噴射するように構成されている以外は、図２１（ａ）及び図２１（ｂ）に示した低ＮＯxバーナ９０と同様に構成された低ＮＯxバーナを製造した。
【００８２】
図２０（ａ）に示した実施例２の低ＮＯxバーナ２０と、図２１（ａ）に示した実施例３及び４の低ＮＯxバーナ９０との低温域での一次燃焼の安定性、即ち、各低ＮＯxバーナ２０，９０の一次燃焼におけるＣＯ排出量、及び一次燃焼の失火についての測定を行った。具体的には、燃焼条件として、燃料１１はメタンを用い、燃焼炉内での常温空気による燃焼とし、燃焼炉内温度は実験中に変化するが室温〜２００℃程度の範囲とした。二次燃焼に用いる空気１２と補助空気２４との和、即ち、総空気量は２００ＮＬ／ｍｉｎで一定とし、補助空気２４を１０〜６０ＮＬ／ｍｉｎの範囲内で所定の量に固定して供給し、燃料流量を１〜１４ＮＬ／ｍｉｎの間で変化させた。各々の燃料条件で燃焼させ、失火しないかどうかを確認し、失火しない場合の燃焼排気に含まれるＣＯ濃度（ｐｐｍ）を測定した。図２２に実施例２の低ＮＯxバーナにおける燃料の流量（ＮＬ／ｍｉｎ）と発生するＣＯの濃度（ｐｐｍ）との関係を、図２３に実施例３の低ＮＯxバーナにおける燃料の流量（ＮＬ／ｍｉｎ）と発生するＣＯの濃度（ｐｐｍ）との関係を、図２４に実施例４の低ＮＯxバーナにおける燃料流量（ＮＬ／ｍｉｎ）と発生するＣＯ濃度（ｐｐｍ）との関係をそれぞれ示す。実施例２においては、補助空気の流量を１０、２０、３０、４０及び６０ＮＬ／ｍｉｎの５種類についての測定を行い、実施例３及び４においては、２０、２５及び３０ＮＬ／ｍｉｎの３種類についての測定を行った。
【００８３】
図２２に示すように、実施例２においては、固定した補助空気量で燃焼可能な燃料流量範囲は狭いが、補助空気流量と燃料流量の比が当量比に近い条件ではＣＯ濃度は５０ｐｐｍ前後と低い値を示した。つまり燃料流量に応じて当量比に近い補助空気流量を設定することで、広い燃料流量範囲で安定燃焼が可能であった。
【００８４】
図２３及び図２４に示すように、実施例３及び４においては、補助空気を２０〜３０ＮＬ／ｍｉｎ程度の少量で固定して供給した場合においても、非常に広い燃料流量範囲で燃焼が可能であった。特に、実施例３の低ＮＯxバーナは、広い燃料流量範囲でＣＯ濃度は１００ｐｐｍ前後と低かった。また、実施例４の低ＮＯxバーナは、実施例３の低ＮＯxバーナと比べて若干ＣＯ濃度が高い値を示したが、より広い範囲で燃焼が可能であった。
【００８５】
また、実施例３及び４の低ＮＯxバーナにおいては、いずれも燃料流量が１０ＮＬ／ｍｉｎ以上でＣＯ濃度が急激に増加する結果となったが、実際の燃焼炉での燃焼に用いる際には、燃料流量が１０ＮＬ／ｍｉｎ未満の状態で、炉内温度が７００℃以上に上がるような条件で使用することにより、７００℃以上では燃焼炉内全体の反応により生成されたＣＯを完全に燃焼させることができるため問題とならなくなる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上説明したように、本発明の低ＮＯxバーナは、燃焼炉、例えば、工業用の燃焼炉において、高温で燃焼させる場合、又は蓄熱体等を用いて燃焼用空気を高温に予熱して燃焼させる場合において、排気ガス中に含まれるＮＯxの量を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の低ＮＯxバーナの一の実施の形態を模式的に示す説明図であって、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は平面図を示す。
【図２】本発明の低ＮＯxバーナの一の実施の形態において、燃料ノズルが六個設置された場合を示す平面図である。
【図３】本発明の低ＮＯxバーナの他の実施の形態を模式的に示す説明図であって、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は平面図を示す。
【図４】図４（ａ）は、本発明の低ＮＯxバーナの他の実施の形態における補助空気を用いた燃焼の状態を示す断面図であり、図４（ｂ）は、本発明の低ＮＯxバーナの他の実施の形態における補助空気の供給を停止又は減少させた際の燃焼の状態を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の低ＮＯxバーナの他の実施の形態における補助空気を用いた燃焼の状態を示す断面図であり、図５（ｂ）は、本発明の低ＮＯxバーナの他の実施の形態における補助空気の供給を停止又は減少させた際の燃焼の状態を示す断面図である。
【図６】本発明の低ＮＯxバーナの他の実施の形態における補助空気供給孔を模式的に示す説明図であって、図６（ａ）は断面図、図６（ｂ）は平面図である。
【図７】本発明の低ＮＯxバーナの他の実施の形態を模式的に示す説明図であって、図７（ａ）は断面図、図７（ｂ）は平面図を示す。
【図８】本発明の低ＮＯxバーナの他の実施の形態における補助空気供給孔を模式的に示す説明図であって、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は平面図である。
【図９】本発明の低ＮＯxバーナの他の実施の形態における補助空気供給孔を模式的に示す説明図であって、図９（ａ）は断面図、図９（ｂ）は平面図である。
【図１０】本発明の低ＮＯxバーナの他の実施の形態における補助空気供給孔を模式的に示す説明図であって、図１０（ａ）は断面図、図１０（ｂ）は平面図である。
【図１１】本発明の低ＮＯxバーナの他の実施の形態を模式的に示す説明図であって、図１１（ａ）は断面図、図１１（ｂ）は平面図を示す。
【図１２】本発明の低ＮＯxバーナの他の実施の形態を模式的に示す説明図であって、図１２（ａ）は断面図、図１２（ｂ）は平面図を示す。
【図１３】本発明の実施例１の低ＮＯxバーナを模式的に示す説明図であって、図１３（ａ）は断面図、図１３（ｂ）は平面図を示す。
【図１４】本発明の実施例１の低ＮＯxバーナを燃焼させた際の燃焼炉内の温度（℃）と、上述した基準点との距離（ｍｍ）との関係を示すグラフである。
【図１５】本発明の比較例１のバーナを模式的に示す説明図であって、図１５（ａ）は断面図、図１５（ｂ）は平面図を示す。
【図１６】本発明の比較例１のバーナを燃焼させた際の燃焼炉内の温度（℃）と、上述した基準点との距離（ｍｍ）との関係を示すグラフである。
【図１７】本発明の比較例２の低ＮＯxバーナを模式的に示す説明図であって、図１７（ａ）は断面図、図１７（ｂ）は平面図を示す。
【図１８】本発明の比較例２のバーナを燃焼させた際の燃焼炉内の温度（℃）と、上述した基準点との距離（ｍｍ）との関係を示すグラフである。
【図１９】本発明の実施例１の低ＮＯxバーナと、比較例１及び２のバーナを燃焼させた際の残存酸素濃度（％）と、ＮＯx濃度（１５％Ｏ2換算値）との関係を示すグラフである。
【図２０】本発明の実施例２の低ＮＯxバーナを模式的に示す説明図であって、図２０（ａ）は断面図、図２０（ｂ）は平面図を示す。
【図２１】本発明の実施例３の低ＮＯxバーナを模式的に示す説明図であって、図２１（ａ）は断面図、図２１（ｂ）は平面図を示す。
【図２２】本発明の実施例２の低ＮＯxバーナにおける、燃料の流量（ＮＬ／ｍｉｎ）とＣＯの濃度（ｐｐｍ）との関係を示すグラフである。
【図２３】本発明の実施例３の低ＮＯxバーナにおける、燃料の流量（ＮＬ／ｍｉｎ）とＣＯの濃度（ｐｐｍ）との関係を示すグラフである。
【図２４】本発明の実施例４の低ＮＯxバーナにおける、燃料の流量（ＮＬ／ｍｉｎ）とＣＯの濃度（ｐｐｍ）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８８】
１…低ＮＯxバーナ、２…燃料ノズル、３…燃料供給孔、４…空気ノズル、５…空気供給孔、６…バーナ本体、８…バーナケース、９…蓄熱体、１１，１１ｂ…燃料、１２…空気、１３…空気流出入口、１４…前端面、１５…低温時燃焼用燃料ノズル、１６…低温時燃焼用燃料供給孔、１７…切り換えバルブ、１８…保炎ブロック、１９…流路、２０…低ＮＯxバーナ、２１…補助空気ノズル、２２…補助空気供給孔、２３…保炎板、２４…補助空気、２５…一次燃焼、２６…二次燃焼、２７…保炎空間、２８…凹部、２９…燃料案内流路、３１…低ＮＯxバーナ、３２…燃料ノズル、３３…燃料供給孔、３４…空気ノズル、３５…空気供給孔、４０…燃焼炉、４１…燃料、４２…空気、５１…バーナ、５２…燃料ノズル、５３…燃料供給孔、５４…空気ノズル、５５…空気供給孔、６０…燃焼炉、６１…燃料、６２…空気、７１…バーナ、７２…燃料ノズル、７３…燃料供給孔、７４…空気ノズル、７５…空気供給孔、８０…燃焼炉、８１…燃料、８２…空気、９０…低ＮＯxバーナ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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