(57)【要約】【課題】燃料と理論空気量以下の１次空気とを１次燃焼させた後、この１次燃焼火炎に２次空気を供給して２次燃焼させる燃焼装置を改良し、燃焼排ガス中におけるＮＯｘの量をさらに低減できるようにする。【解決手段】燃料を供給する燃料供給ノズル１１と、この燃料供給ノズルから供給された燃料に対して理論空気量以下の１次空気を供給する１次空気供給ノズル１２と、上記の燃料と１次空気とを燃焼させる１次燃焼部１３と、この１次燃焼部の外周側において２次空気を供給する２次空気供給ノズル１４とを備えた燃焼装置において、１又は２以上の２次空気供給ノズルを１次燃焼部の中心に対して１６０°の範囲内に配置させると共に、２次空気供給ノズルを１次燃焼部に対して外側に傾斜させた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を供給する燃料供給ノズルと、この燃料供給ノズルから供給された燃料に対して理論空気量以下の１次空気を供給する１次空気供給ノズルと、上記の燃料と１次空気とを燃焼させる１次燃焼部と、この１次燃焼部の外周側において２次空気を供給する２次空気供給ノズルとを備えた燃焼装置において、上記の２次空気供給ノズルを上記の１次燃焼部に対して外側に傾斜させて１つ設けたことを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
燃料を供給する燃料供給ノズルと、この燃料供給ノズルから供給された燃料に対して理論空気量以下の１次空気を供給する１次空気供給ノズルと、上記の燃料と１次空気とを燃焼させる１次燃焼部と、この１次燃焼部の外周側において２次空気を供給する２次空気供給ノズルとを備えた燃焼装置において、２以上の２次空気供給ノズルを上記の１次燃焼部の中心に対して１６０°の範囲内に配置させると共に、各２次空気供給ノズルを１次燃焼部に対して外側に傾斜させたことを特徴とする燃焼装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載した燃焼装置において、上記の２次空気供給ノズルを１次燃焼部に対して外側に傾斜させる角度を１°〜４°の範囲にしたことを特徴とする燃焼装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載した燃焼装置において、上記の２次空気供給ノズルに２次空気を導く２次空気導入部に蓄熱部を設けると共に、炉内の燃焼排ガスを吸引する吸引装置を設け、上記２次空気供給ノズルから２次空気を供給しない非燃焼時に、上記の吸引装置により炉内の燃焼排ガスを吸引し、２次空気供給ノズルを通してこの燃焼排ガスを上記の蓄熱部に導くようにしたことを特徴とする燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は燃焼装置に係り、特に、燃焼排ガス中におけるＮＯｘの量を少なくするために、燃料を供給する燃料供給ノズルと、この燃料供給ノズルから供給された燃料に対して理論空気量以下の１次空気を供給する１次空気供給ノズルと、上記の燃料と１次空気とを燃焼させる１次燃焼部と、この１次燃焼部の外周側において２次空気を供給する２次空気供給ノズルとを設けた燃焼装置において、さらにＮＯｘの量の生成量を少なくするようにした点に特徴を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から環境保護のために、燃焼装置によって燃焼を行った後の燃焼排ガス中におけるＮＯｘの量を少なくする方法が検討されている。
【０００３】
そして、このように燃焼排ガス中におけるＮＯｘの量を少なくする方法の一つとして、燃料を供給する燃料供給ノズルと、この燃料供給ノズルから供給された燃料に対して理論空気量以下の１次空気を供給する１次空気供給ノズルと、上記の燃料と１次空気とを燃焼させる１次燃焼部と、この１次燃焼部の外周側において２次空気を供給する２次空気供給ノズルとを設け、２段燃焼を行うようにした燃焼装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ここで、このような燃焼装置においては、上記の燃料と理論空気量以下の１次空気とを混合させて不完全燃焼（１次燃焼）させ、この１次燃焼火炎に対して２次空気を供給して２次燃焼させ、燃焼域での酸素濃度を低下させると共に、燃焼時における火炎の温度を下げて、ＮＯｘの生成量を少なくするようにしている。
【０００５】
しかし、近年においては、さらに環境基準が厳しくなっており、燃焼排ガス中におけるＮＯｘの量をさらに低減させることが要望されるようになり、上記のような従来の燃焼装置においては十分に対応することができず、更なる改良が必要になった。
【０００６】
【特許文献１】
特公昭５５−３０１６１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、燃料を供給する燃料供給ノズルと、この燃料供給ノズルから供給された燃料に対して理論空気量以下の１次空気を供給する１次空気供給ノズルと、上記の燃料と１次空気とを燃焼させる１次燃焼部と、この１次燃焼部の外周側において２次空気を供給する２次空気供給ノズルとを設けて２段燃焼を行うようにした燃焼装置を改良し、燃焼排ガス中におけるＮＯｘの量をさらに低減できるようにすることを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明における第１の燃焼装置においては、上記のような課題を解決するため、燃料を供給する燃料供給ノズルと、この燃料供給ノズルから供給された燃料に対して理論空気量以下の１次空気を供給する１次空気供給ノズルと、上記の燃料と１次空気とを燃焼させる１次燃焼部と、この１次燃焼部の外周側において２次空気を供給する２次空気供給ノズルとを備えた燃焼装置において、上記の２次空気供給ノズルを上記の１次燃焼部に対して外側に傾斜させて１つ設けるようにしたのである。
【０００９】
また、この発明における第２の燃焼装置においては、上記のような課題を解決するため、燃料を供給する燃料供給ノズルと、この燃料供給ノズルから供給された燃料に対して理論空気量以下の１次空気を供給する１次空気供給ノズルと、上記の燃料と１次空気とを燃焼させる１次燃焼部と、この１次燃焼部の外周側において２次空気を供給する２次空気供給ノズルとを備えた燃焼装置において、２以上の２次空気供給ノズルを上記の１次燃焼部の中心に対して１６０°の範囲内に配置させると共に、各２次空気供給ノズルを１次燃焼部に対して外側に傾斜させるようにしたのである。
【００１０】
そして、上記の第１及び第２の燃焼装置のように、２次空気供給ノズルを１次燃焼部に対して外側に傾斜させて設け、この２次空気供給ノズルから２次空気を供給すると、上記の１次燃焼部において１次燃焼された１次燃焼火炎に対して２次空気が１度に供給されて燃焼するということがなく、２次空気が広がりながら徐々に１次燃焼火炎と接触して燃焼されるようになり、広い範囲で２次燃焼が行われ、２次燃焼における火炎の温度が高くなるのが抑制されて、ＮＯｘの生成量が少なくなる。
【００１１】
ここで、上記のように２次空気供給ノズルを１次燃焼部に対して外側に傾斜させるにあたり、その傾斜角度が大きくなりすぎると、２次空気供給ノズルから供給された２次空気が１次燃焼火炎にうまく接触しなくなって、２次燃焼がうまく行えなくなる一方、この傾斜角度が小さくなりすぎると、２次空気供給ノズルから供給された２次空気が１次燃焼火炎とすぐに接触して２次燃焼が行われ、２次燃焼における火炎の温度が高くなるため、上記の傾斜角度を１°〜４°の範囲にすることが好ましい。
【００１２】
また、上記の第１の燃焼装置のように２次空気を供給する２次空気供給ノズルを１つにしたり、上記の第２の燃焼装置のように２次空気供給ノズルを２以上設ける場合において、２以上の２次空気供給ノズルを上記の１次燃焼部の中心に対して１６０°の範囲内に配置させるようにすると、上記の２次空気供給ノズルから噴出された２次空気の炉内における流れに偏りが生じ、２次空気が炉内において広がりながら１次燃焼火炎と接触して、広い範囲で２次燃焼が行われるようになり、２次燃焼における火炎の温度が高くなるのが抑制されて、ＮＯｘの生成量が少なくなる。
【００１３】
また、上記の第１及び第２の燃焼装置において、上記の２次空気供給ノズルに２次空気を導く２次空気導入部に蓄熱部を設けると共に、炉内の燃焼排ガスを吸引する吸引装置を設け、上記２次空気供給ノズルから２次空気を供給しない非燃焼時に、上記の吸引装置により炉内の燃焼排ガスを吸引し、２次空気供給ノズルを通してこの燃焼排ガスを上記の蓄熱部に導くようにすると、この蓄熱部に燃焼排ガスの熱が蓄熱されるようになる。
【００１４】
そして、再度燃焼を行う場合に、このように燃焼排ガスの熱が蓄熱された蓄熱部を通して２次空気を上記の２次空気供給ノズルに供給すると、この２次空気供給ノズルから高温の２次空気が炉内に供給されて燃焼に利用されるようになり、炉内を所定の温度に加熱するのに、燃料供給ノズルから供給する燃料の量を少なくすることができ、ランニングコストが低減されるようになる。なお、このような燃焼装置を用いて連続した燃焼を行うためには、このような燃焼装置を少なくとも一対設け、一つの燃焼装置において燃焼を行う一方、他方の燃焼装置においては燃焼を行わずに、上記のように炉内の燃焼排ガスを、２次空気供給ノズルを通して蓄熱部に導き、この蓄熱部に燃焼排ガスの熱を蓄熱させるようにし、このような操作を交互に切り換えて行うようにする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の実施形態に係る燃焼装置を、添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この発明に係る燃焼装置は、下記の実施形態に示すものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。
【００１６】
（実施形態１）
この実施形態１における燃焼装置においては、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、燃料供給ノズル１１から１次燃焼部１３に燃料を供給すると共に、上記の燃料に対して理論空気量以下の１次空気を燃料供給ノズル１１の外周側に設けられた１次空気供給ノズル１２に導き、この１次空気供給ノズル１２に設けられた旋回羽根１２ａによって上記の１次空気を旋回させながら１次燃焼部１３に供給し、このように供給された燃料と１次空気とを１次燃焼部１３において燃焼させて、１次燃焼火炎を炉１内に導くようにしている。
【００１７】
ここで、このように理論空気量以下の１次空気と燃料とを１次燃焼部１３において燃焼させると、この１次燃焼部１３における１次燃焼は不完全燃焼となり、炉１内に導かれる１次燃焼火炎の温度が低くなってＮＯｘが発生するのが防止される。なお、上記の１次空気供給ノズル１２から供給する１次空気の量は理論空気量に対して０．３５〜０．８程度になるようにする。
【００１８】
また、この実施形態１における燃焼装置においては、上記の１次燃焼部１３の外周側において、２次空気を供給する２つの２次空気供給ノズル１４を上記の１次燃焼部１３の中心に対して１６０°の範囲内に配置させると共に、上記の各２次空気供給ノズル１４をそれぞれ上記の１次燃焼部１３に対して外側に傾斜させて設け、２次空気導入部１５からこの２つの２次空気供給ノズル１４に２次空気を供給し、この２次空気を各２次空気供給ノズル１４から炉１内に噴出させるようにしている。
【００１９】
そして、上記のように１次燃焼部１３に対して外側に傾斜させた各２次空気供給ノズル１４から２次空気を炉１内に噴出させると、１次燃焼火炎に対して２次空気が１度に供給されて燃焼するということがなく、各２次空気供給ノズル１４から噴出された２次空気が徐々に広がりながら、１次燃焼火炎と接触して燃焼されるようになると共に、上記の２次空気の炉１内における流れに偏りが生じて、２次空気が炉１内において広がりながら１次燃焼火炎と接触し、広い範囲で２次燃焼が行われるようになり、２次燃焼における火炎の温度が高くなるのが抑制されてＮＯｘの生成量が少なくなる。
【００２０】
ここで、この実施形態１の燃焼装置においては、１次燃焼部１３に対して外側に傾斜させた２次空気供給ノズル１４を２つ設けるようにしたが、図２に示すように、このような２次空気供給ノズル１４を１つ設けるようにすることも可能であり、また上記の１次燃焼部１３の中心に対して１６０°の範囲内であれば、さらに多くの２次空気供給ノズル１４を設けることも可能である。
【００２１】
次に、上記の実施形態１における燃焼装置を用いて燃焼を行った場合に、ＮＯｘの生成量が少なくなることを、実施例及び比較例を挙げて明らかにする。
【００２２】
ここで、実施例１の燃焼装置においては、上記の実施形態１における燃焼装置において、２つの２次空気供給ノズル１４を１次燃焼部１３の中心に対して１２０°になるようにして設けると共に、各２次空気供給ノズル１４を１次燃焼部１３に対して外側に２°傾斜させて設けるようにした。
【００２３】
一方、比較例１の燃焼装置においては、隣り合う２つの２次空気供給ノズル１４がそれぞれ１次燃焼部１３の中心に対して６０°になるようにして、６つの２次空気供給ノズル１４を１次燃焼部１３の周囲全体に設けると共に、各２次空気供給ノズル１４を１次燃焼部１３に対して外側に傾斜させずに真直ぐに設けるようにした。
【００２４】
また、比較例２の燃焼装置においては、上記の実施例１の場合と同様に、２つの２次空気供給ノズル１４を１次燃焼部１３の中心に対して１２０°になるようにして設ける一方、各２次空気供給ノズル１４を１次燃焼部１３に対して外側に傾斜させずに真直ぐに設けるようにした。
【００２５】
また、比較例３の燃焼装置においては、２つの２次空気供給ノズル１４を１次燃焼部１３の中心に対して１８０°になるようにして設ける一方、上記の実施例１の場合と同様に、各２次空気供給ノズル１４を１次燃焼部１３に対して外側に２°傾斜させて設けるようにした。
【００２６】
そして、上記の実施例１及び比較例１〜３の各燃焼装置において、下記の表１に示すように、理論空気量に対する１次空気と２次空気の合計量の比（空気比）を１．１９〜１．２、１次空気と２次空気との温度（空気温度）を４４０℃〜４５６℃、炉１内の温度（炉温）を１２５３℃〜１２７０℃になるようにしてそれぞれ燃焼を行い、それぞれの燃焼排ガス中におけるＮＯｘ濃度（１１％Ｏ２換算値）を求め、その結果を同表に示した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
この結果、２つの２次空気供給ノズル１４を１次燃焼部１３の中心に対して１２０°になるようにして設けると共に、各２次空気供給ノズル１４を１次燃焼部１３に対して外側に２°傾斜させて設けた実施例１の燃焼装置を用いた場合においては、上記の比較例１〜３の燃焼装置を用いた場合に比べて、燃焼排ガス中におけるＮＯｘ濃度が大きく低下していた。
【００２９】
（実施形態２）
この実施形態２における燃焼装置においても、上記の実施形態１の燃焼装置と同様に、燃料供給ノズル１１から１次燃焼部１３に燃料を供給すると共に、上記の燃料に対して理論空気量以下の１次空気を燃料供給ノズル１１の外周側に設けられた１次空気供給ノズル１２に導き、この１次空気供給ノズル１２に設けらたれ旋回羽根１２ａによって上記の１次空気を旋回させながら１次燃焼部１３に供給し、このように供給された燃料と１次空気とを１次燃焼部１３において燃焼させて、１次燃焼火炎を炉１内に導くようにしている。
【００３０】
また、上記の１次燃焼部１３の外周側において、２次空気を供給する２つの２次空気供給ノズル１４を上記の１次燃焼部１３の中心に対して１６０°の範囲内に配置させると共に、上記の各２次空気供給ノズル１４をそれぞれ上記の１次燃焼部１３に対して外側に傾斜させて設け、２次空気供給部１５からこの２つの２次空気供給ノズル１４に２次空気を供給し、この２次空気を各２次空気供給ノズル１４から炉１内に噴出させるようにしている。
【００３１】
このため、この実施形態２における燃焼装置においても、上記の実施形態１の燃焼装置と同様に、２次燃焼における火炎の温度が高くなるのが抑制されて、ＮＯｘの生成量が少なくなる。
【００３２】
一方、この実施形態２における燃焼装置においては、図３に示すように、２次空気供給ノズル１４に２次空気を導く上記の２次空気導入部１５に蓄熱材１６ａを充填させた蓄熱部１６を設けると共に、炉１内の燃焼排ガスを吸引する吸引装置（図示せず）を設けるようにしている。
【００３３】
そして、この実施形態２における燃焼装置において、上記の２次空気供給ノズル１４から２次空気を噴出させず燃焼を行わない場合には、上記の吸引装置により炉１内の燃焼排ガスを吸引し、燃焼排ガスを上記の２次空気供給ノズル１４を通して上記の蓄熱部１６に導き、この蓄熱部１６における蓄熱材１６ａに燃焼排ガスの熱を蓄熱させた後、この燃焼排ガスを上記の２次空気導入部１５を通して外部に排出させるようにしている。
【００３４】
また、このように蓄熱部１６における蓄熱材１６ａに燃焼排ガスの熱を蓄熱させた後、この燃焼装置において再度燃焼を行う場合には、上記の２次空気導入部１５から２次空気を上記の蓄熱部１６に導き、この２次空気を蓄熱された蓄熱材１６ａによって加熱させた後、このように加熱された２次空気を上記の各２次空気供給ノズル１４から炉１内に噴出させるようにする。
【００３５】
このようにすると、加熱された２次空気による熱によって炉１内が加熱されるようになり、上記のように燃料を燃焼させて炉１内を所定の温度に加熱するのに、燃料供給ノズル１１から供給する燃料の量を少なくすることができる。
【００３６】
また、このような燃焼装置を用いて連続した燃焼を行うためには、このような燃焼装置を少なくとも一対設け、上記のような操作を交互に切り換えて行うようにする。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明における燃焼装置においては、１次燃焼部に対して外側に傾斜させた２次空気供給ノズルから２次空気を供給するようにしたため、１次燃焼部において１次燃焼された１次燃焼火炎に対して２次空気が１度に供給されて燃焼するということがなく、２次空気が広がりながら徐々に１次燃焼火炎と接触して燃焼されるようになると共に、２次空気供給ノズルから噴出された２次空気の炉内における流れに偏りが生じ、２次空気が炉内において広がりながら１次燃焼火炎と接触して広い範囲で２次燃焼が行われるようになり、２次燃焼における火炎の温度が高くなるのが抑制されて、ＮＯｘの生成量が少なくなった。
【００３８】
また、この発明における燃焼装置において、２次空気供給ノズルに２次空気を導く２次空気導入部に蓄熱部を設けると共に、炉内の燃焼排ガスを吸引する吸引装置を設け、燃焼を行わない場合に、上記の吸引装置により炉内の燃焼排ガスを吸引して、この燃焼排ガスを蓄熱部に導くようにすると、この蓄熱部に燃焼排ガスの熱が蓄熱されるようになり、再度燃焼を行う場合において、このように燃焼排ガスの熱が蓄熱された蓄熱部を通して２次空気を上記の２次空気供給ノズルに供給すると、高温の２次空気が炉内に供給されて燃焼に利用されるようになり、炉内を所定の温度に加熱するのに、燃料供給ノズルから供給する燃料の量を少なくすることができ、ランニングコストが低減されるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態１に係る燃焼装置の断面説明図及び炉内側からの正面図である。
【図２】上記の実施形態１における燃焼装置において、２次空気供給ノズルを１つにした変更例に係る燃焼装置の炉内側からの正面図である。
【図３】この発明の実施形態２に係る燃焼装置の断面説明図である。
【符号の説明】
１  炉
１１  燃料供給ノズル
１２  １次空気供給ノズル
１３  １次燃焼部
１４  ２次空気供給ノズル
１５  ２次空気供給部
１６  蓄熱部
【図１】
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【図２】
2004333073.tif 000005
【図３】
2004333073.tif 000006