(57)【要約】【課題】排出ＮＯx値が３０ppmを下回る低ＮＯx化を容易に実現する。【解決手段】低ＮＯxバーナ２により生成ＮＯx値を６０ppm（０％Ｏ2換算）以下とする第一の低ＮＯx化と、低ＮＯxバーナ２の排ガスを前記低ＮＯxバーナにより形成される燃焼反応領域６へ再循環させることによる第二の低ＮＯx化と、焼反応領域６への水または蒸気添加による第三の低ＮＯx化とを組み合わせて行うことを特徴とする。【選択図】        図１
2004197970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低ＮＯxバーナ２により生成ＮＯx値を６０ppm（０％Ｏ2換算）以下とする第一の低ＮＯx化と、前記低ＮＯxバーナ２の排ガスを前記低ＮＯxバーナにより形成される燃焼反応領域へ再循環させることによる第二の低ＮＯx化と、前記燃焼反応領域への水または蒸気添加による第三の低ＮＯx化とを組み合わせて行うことを特徴とする低ＮＯx燃焼方法。
【請求項２】
目標排出ＮＯx値を３０ppm（０％Ｏ2換算）以下とし、排ガスの再循環量を前記低ＮＯxバーナ２の安定燃焼範囲として、前記第二の低ＮＯx化を行い、前記目標排出ＮＯx値を超えるＮＯx値を前記第三の低ＮＯx化により低減することを特徴とする請求項１に記載の低ＮＯx燃焼方法。
【請求項３】
前記第三の低ＮＯx化を水を前記燃焼反応領域へ直接噴霧することにより行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の低ＮＯx燃焼方法。
【請求項４】
生成ＮＯx値を６０ppm（０％Ｏ2換算）以下とする低ＮＯxバーナ２と、前記低ＮＯxバーナ２の排ガスを前記低ＮＯxバーナにより形成される燃焼反応領域６へ再循環させる排ガス再循環手段５と、前記燃焼反応領域６への水または蒸気添加手段７とを備えたことを特徴とする低ＮＯx燃焼装置。
【請求項５】
生成ＮＯx値を６０ppm（０％Ｏ2換算）以下とする低ＮＯxバーナ２と、前記低ＮＯxバーナ２の排ガスを前記低ＮＯxバーナ２により形成される燃焼反応領域６へ再循環させる排ガス再循環手段５と、前記燃焼反応領域６へ水を直接噴霧する水噴霧手段７とを備えたことを特徴とする低ＮＯx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、水管ボイラ、吸収式冷凍機の再熱器などに適用される低ＮＯx燃焼方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＮＯxの発生の抑制原理として、▲１▼火炎（燃焼ガス）温度の抑制，▲２▼高温燃焼ガスの滞留時間の短縮，▲３▼酸素分圧を低くすることなどが知られている。そして、これらの原理を応用した種々の低ＮＯx化技術がある。たとえば、２段燃焼法，濃淡燃焼法，排ガス再循環燃焼法，水添加燃焼法，蒸気噴射燃焼法，水管群による火炎冷却燃焼法（水管群冷却燃焼法）などが提案され実用化されている。
【０００３】
ところで、小型貫流ボイラについては、今日現在、東京都などにおいてガス焚きボイラの排出ＮＯx値を６０ppm（０％Ｏ2換算：以下の説明においてはppmは、断らない限り０％Ｏ2換算を意味するものとする。）以下、油焚きボイラの排出ＮＯx値をＡ重由で８０ppm，灯油で６０ppm以下とする規制がしかれている。出願人を含め多くのメーカーは、これらの規制値をクリアしている。しかしながら、米国のカルフォルニア州においては、既に、１２ppm以下とする規制がしかれており、出願人は、近い将来、日本においてもさらに厳しい規制，たとえば３０ppm以下の規制が行われることになると考え、一層の低ＮＯx化のための研究開発を行っている。
【０００４】
従来の低ＮＯx化技術は、前記の種々の抑制原理を組み合わせたものとして提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この先行技術は、排ガス再循環技術と蒸気噴霧を組み合わせたものである。しかしながら、この低ＮＯx化技術によれば、排出ＮＯx値を３０ppm以下（以下、「目標排出ＮＯx値」という。）とすることは容易ではない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１０３４１１号公報（第３頁、図１）
【０００６】
すなわち、この出願の発明者らは、種々の実験と検討の結果、前記先行技術において目標排出ＮＯx値以下を達成するためには、以下の課題が存在することを見出した。
【０００７】
まず、先行技術において、排ガス再循環による燃焼ガス温度抑制の機能強化によってＮＯx値下げる場合、機能強化とは、排ガス循環量を増加させることである。しかしながら、この機能強化を行うと、排ガス再循環が有する不安定特性を増幅する。すなわち、排ガス再循環は、燃焼量の変化や負荷の変化により、排ガス流量や温度が変化する特性を有している。排ガス再循環量を増大させると、これらの不安定特性が増幅される結果、安定した低ＮＯx化を実現できない。また、排ガス再循環量を増大させると、燃焼用空気中の酸素濃度が低下することにより、酸素不足の燃焼状態となり、不完全燃焼や未燃分の排出により燃焼継続が不可能となってしまう。さらに、排ガス循環量分の体積増加により、送風路内での圧力損失が増大し、前記送風機容量の増加によるコストアップを余儀なくされることになる。
【０００８】
また、蒸気添加による低ＮＯx化の機能強化は、付加する水分量を増加させることである。この機能強化により、熱的ロスが増大すると共に結露量が増加し、結露による構成機器の腐食の課題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、これらの課題を解決し、排出ＮＯx値が３０ppmを下回る低ＮＯx化を容易に実現できる低ＮＯx燃焼方法とその装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、低ＮＯxバーナにより生成ＮＯx値を６０ppm（０％Ｏ2換算）以下とする第一の低ＮＯx化と、前記低ＮＯxバーナの排ガスを前記低ＮＯxバーナにより形成される燃焼反応領域へ再循環させることによる第二の低ＮＯx化と、前記燃焼反応領域への水または蒸気添加による第三の低ＮＯx化とを組み合わせて行うことを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、目標排出ＮＯx値を３０ppm（０％Ｏ2換算）以下とし、排ガスの再循環量を前記低ＮＯxバーナの安定燃焼範囲として、前記第二の低ＮＯx化を行い、前記目標排出ＮＯx値を超えるＮＯx値を前記第三の低ＮＯx化により低減することを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２において、前記第三の低ＮＯx化を水を前記燃焼反応領域へ直接噴霧することにより行うことを特徴としている。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、生成ＮＯx値を６０ppm（０％Ｏ2換算）以下とする低ＮＯxバーナと、前記低ＮＯxバーナの排ガスを前記低ＮＯxバーナにより形成される燃焼反応領域へ再循環させる排ガス再循環手段と、前記燃焼反応領域への水または蒸気添加手段とを備えたことを特徴としている。
【００１４】
さらに、請求項５に記載の発明は、請求項４において、生成ＮＯx値を６０ppm（０％Ｏ2換算）以下とする低ＮＯxバーナと、前記低ＮＯxバーナの排ガスを前記低ＮＯxバーナにより形成される燃焼反応領域へ再循環させる排ガス再循環手段と、前記燃焼反応領域へ水を直接噴霧する水噴霧手段とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を説明する前に、本明細書において使用する用語について説明する。燃焼ガスは、燃焼反応中（燃焼過程）の燃焼ガスと燃焼反応が完結した燃焼ガスとを含む。そして、燃焼反応中ガスは燃焼反応中の燃焼ガスを意味し、燃焼完結ガスは燃焼反応が完結した燃焼ガスを意味する。また、燃焼反応中ガスは、物質概念であるが、一般的には目視可能な火炎を含み火炎状態であるので、状態概念として火炎と称することもできる。よって、本明細書においては、燃焼反応中ガスを火炎または燃焼火炎と称する場合もある。また、燃焼反応領域とは、燃焼反応中ガスが存在する領域のことをいい、排ガスとは、伝熱管などによる吸熱作用を受けて温度低下した燃焼完結ガスをいう。
【００１６】
さらに、燃焼ガス温度は、特に断らなければ、燃焼反応中ガスの温度を意味し、燃焼温度あるいは燃焼火炎温度と同義である。さらに、燃焼ガス温度の抑制とは、燃焼ガス（燃焼火炎）温度の最高値を低く抑えることを意味する。なお、通常、燃焼反応は、燃焼完結ガス中においても極微量であるが継続しているので、燃焼完結とは、燃焼反応の１００％完結を意味するものではない。また、目標排出低ＮＯx値とは、低ＮＯx燃焼装置から排出されるＮＯx値の目標値を意味する。
【００１７】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明は、小型貫流ボイラなどの水管ボイラ，給湯器，吸収式冷凍機の再熱器などの熱機器（燃焼機器と称しても良い。）に適用される。この熱機器は、バーナとこのバーナからの燃焼ガスによって加熱される吸熱体群を有する。
【００１８】
この発明の方法の実施の形態は、低ＮＯxバーナにより生成ＮＯx値を６０ppm、好ましくは、５０ppm以下とする第一の低ＮＯx化と、前記低ＮＯxバーナの排ガスを前記低ＮＯxバーナにより形成される燃焼反応領域へ再循環させることによる第二の低ＮＯx化と、前記燃焼反応領域への水または蒸気添加による第三の低ＮＯx化とを組み合わせて行うことを特徴とする。前記第一の低ＮＯx化をなす手段，前記第二の低ＮＯx化をなす手段，前記第三の低ＮＯx化をなす手段をそれぞれ第一低ＮＯx化手段，第二低ＮＯx化手段，第三低ＮＯx化手段という。
【００１９】
前記第一低ＮＯx化手段は、前記低ＮＯxバーナである。前記低ＮＯxバーナは、分割火炎燃焼法，自己再循環法，段階燃焼法，濃淡燃焼法などの技術を１つまたは複数組み合わせることで生成ＮＯx値を６０ppm以下とするバーナであれば良い。また、前記低ＮＯxバーナは、好ましくはガス焚きバーナとするが、実施に応じて油焚きバーナとすることができる。
【００２０】
そして、前記低ＮＯxバーナの前面において燃焼反応が行われ、燃焼反応領域が形成される。
【００２１】
前記第二低ＮＯx化手段は、所謂排ガス再循環法と称されるもので、前記吸熱体群による吸熱作用を受けて温度低下した後大気へ放出される排ガスの一部を外部通路である排ガス再循環通路を介して外部再循環により燃焼用空気に混入させる。この混入した排ガスによる燃焼ガス温度の抑制効果や酸素濃度の低下などにより、ＮＯx値を低減するものである。
【００２２】
前記第二低ＮＯx化手段による排ガス再循環量は、前記低ＮＯxバーナの安定燃焼範囲とする。前記安定燃焼範囲とは、排出ＣＯ量が１００ppm以下、好ましくは５０ppm以下をいう。
【００２３】
前記第三低ＮＯx化手段は、前記燃焼反応領域への水／蒸気添加である。この水／蒸気添加により、燃焼反応中ガスが冷却され、燃焼ガス温度が抑制され、ＮＯx値が低減する。
【００２４】
前記水／蒸気添加は、好ましくは、前記燃焼反応領域に向けて水を直接噴霧することにより行われる。こうすることにより、燃焼用空気と排ガスとの混合気を送風機にて前記低ＮＯxバーナへ送風する実施の形態において、前記送風機の腐食を防止できるとともに、前記送風機の容量の増大を最小限に抑えながら低ＮＯx化を図ることができる。
【００２５】
しかしながら、前記第三低ＮＯx化手段による水／蒸気添加は、実施に応じて前記排ガス循環通路において行うことができる。さらには、送風機により燃焼用空気と排ガスとの混合気を前記低ＮＯxバーナへ送る実施の形態においては、前記低ＮＯxバーナと前記送風機との間において蒸気添加を行うように構成することができる。
【００２６】
この実施の形態の低ＮＯx燃焼方法においては、目標排出ＮＯx値を３０ppm以下、好ましくは２０ppm以下とする。そして、前記第一低ＮＯx化手段による生成ＮＯx値を６０ppm以下、好ましくは５０ppm以下とし、ついで前記第二低ＮＯx化手段により低ＮＯx化を行う。
【００２７】
そして、前記第一低ＮＯx化手段による生成ＮＯx値をＡ，前記第二低ＮＯx化手段によるＮＯx低減値をＢ、前記目標排出ＮＯx値をＸとすると、Ａ−Ｂ−Ｘ＝ＣなるＮＯx値を前記第三低ＮＯx化手段によりまかなうものとする。すなわち、前記第三低ＮＯx化手段によるＮＯx低減値をＣ以上とすることにより、目標排出ＮＯx値以下とすることができる。
【００２８】
こうした方法によれば、排ガス再循環による前記課題を表面化させることなく、目標排出ＮＯx値以下を達成できる効果があり、かつ機器の腐食などの問題も回避され、前記送風機容量の増加も最小限に抑えることができる。
【００２９】
また、前記の実施の形態において、好ましくは、前記低ＮＯxバーナの前面には前記伝熱管群が存在しない，すなわち前記伝熱管群を除去した燃焼空間が形成され、その燃焼空間において燃焼反応が行われ、燃焼反応領域が形成されるように構成する。前記燃焼空間は、その領域内において前記低ＮＯxバーナから噴出される燃料の燃焼反応が完結する広さを有するすることが望ましいが、これに限定されるものではない。
【００３０】
前記低ＮＯxバーナの前面に伝熱管群が存在しない燃焼空間が形成するとは、前記水管群冷却燃焼法を積極的に行わないことを意味する。これにより、前記水管群冷却燃焼法による課題，すなわち水管群による燃焼反応の抑制により多量のＣＯや未燃分が排出されることに対する対策が不要となる。特に、前記水管群冷却燃焼法による低ＮＯx化の技術は、油焚きバーナを用いた燃焼装置に適用する場合において、燃焼そのものが継続できないという課題があり、前記低ＮＯxバーナの前面に伝熱管群が存在しない燃焼空間を形成することは、好適である。
【００３１】
さらに、前記実施の形態において、好ましくは、前記水／蒸気添加が前記燃焼空間内の燃焼反応領域に向けて水を直接噴霧することにより行われるように構成する。こうすることにより、安定した燃焼ガス温度の抑制が行われる。また、燃焼用空気と排ガスとの混合気を送風機にて前記低ＮＯxバーナへ送風する実施の形態において、前記送風機の腐食を防止できるとともに、前記送風機の負荷の増大を防止できる。
【００３２】
つぎに、この発明の装置に関する実施の形態につき説明する。この発明は、前記の方法の実施の形態に対応するつぎの装置の実施の形態（１）〜（５）を含む。
【００３３】
実施の形態（１）：生成ＮＯx値を６０ppm（０％Ｏ2換算）以下とする低ＮＯxバーナと、前記低ＮＯxバーナの排ガスを前記低ＮＯxバーナにより形成される燃焼反応領域へ再循環させる排ガス再循環手段と、前記燃焼反応領域への水または蒸気添加手段とを備えたことを特徴とする低ＮＯx燃焼装置。
【００３４】
実施の形態（２）：実施の形態（１）において、目標排出ＮＯx値を３０ppmとして、前記排ガス再循環手段および前記水または蒸気添加手段によるＮＯx低減作用により、前記目標排出ＮＯx値としたことを特徴とする低ＮＯx燃焼装置。
【００３５】
実施の形態（３）：生成ＮＯx値を６０ppm（０％Ｏ2換算）以下とする低ＮＯxバーナと、前記低ＮＯxバーナの排ガスを前記低ＮＯxバーナにより形成される燃焼反応領域へ再循環させる排ガス再循環手段と、前記燃焼反応領域へ水を直接噴霧する水噴霧手段とを備えたことを特徴とする低ＮＯx燃焼装置。
【００３６】
実施の形態（４）：前記低ＮＯxバーナの前面に前記伝熱管群を除去した燃焼空間を形成したことを特徴とする低ＮＯx燃焼装置。
【００３７】
実施の形態（５）：生成ＮＯx値を６０ppm（０％Ｏ2換算）以下とし低燃焼と高燃焼とを切換え可能な低ＮＯxバーナと、前記低ＮＯxバーナの低燃焼時および高燃焼時に前記低ＮＯxバーナの排ガスを前記低ＮＯxバーナにより形成される燃焼反応領域へ再循環させる排ガス再循環手段と、前記低ＮＯxバーナの高燃焼時のみ前記燃焼反応領域へ水または蒸気を添加する水または蒸気添加手段とを備えたことを特徴とする低ＮＯx燃焼装置。
【００３８】
【実施例】
この発明の低ＮＯx燃焼方法とその装置を水管ボイラの一種である貫流式の蒸気ボイラに適用した実施例について、以下に図面に従い説明する。図１は、この発明の一実施例を適用した蒸気ボイラの縦断面の説明図であり、図２は、図１の要部拡大の断面説明図であり、図３は、図２の要部底面の説明図であり、図４は、同実施例による水噴霧量に対するＮＯx低減特性を示す図であり、図５は、同実施例による水噴霧量に対するＮＯx低減率特性を示す図であり、図６は、水噴霧量に対するウインドボックス圧特性を示す図である。
【００３９】
図１において、この実施例の低ＮＯｘ燃焼装置である蒸気ボイラ１は、目標排出ＮＯx値を２０ppmとするボイラであって、低ＮＯxバーナ２と、このバーナ２へ燃焼用空気を送風する送風機３と、この低ＮＯxバーナ２が上面開口部に装着される環状の缶体４と、前記缶体４から排出される排ガスの一部を前記低ＮＯxバーナ２の燃焼用空気に混入させて供給する排ガス再循環手段５と、前記低ＮＯxバーナ２により形成される燃焼反応領域６へ水を噴霧する水噴霧手段７とを備えている。
【００４０】
前記低ＮＯxバーナ２は、濃淡燃焼法，自己再循環法および二段燃焼法を組み合わせて行うことにより、排ガス再循環および水噴霧を行わない状態における生成ＮＯx値を約５０ppmとしている。この低ＮＯxバーナ２は、バーナ本体部８と、ウインドボックスと称されバーナ本体部８へ燃焼用空気を導入するための風箱９とから構成される。
【００４１】
前記バーナ本体部８は、図２および図３に示すように、内部を気体燃料流通路１０とした断面略環状の燃料流通部材１１と、この燃料流通部材１１の外側に同軸状に配置した円筒状のエアレジスタ１２とを備えている。そして、前記流通部材１１の内側を１次空気が流通する１次空気流通路１３とし、前記燃料流通部材１１および前記エアレジスタ１２間を２次空気流通路１４としている。
【００４２】
そして、前記１次空気流通路１３および前記２次空気流通路１４への燃焼用空気は、前記送風機３により供給する。この実施例では、１次空気と２次空気の割合は、１次空気を１０〜２０％に、２次空気を９０〜８０％に設定している。
【００４３】
また、前記１次空気流通路１３の下端から若干奥まった位置に、下端開口を覆うように第一バッフル板１５を設け、前記１次空気流通路１３の上端に上端開口を覆うように第二バッフル板１６を設けている。前記第一バッフル板１５は、中央に第一開口部１７を備え、前記第二バッフル板１６は、１次空気が流通する複数の小径の第二開口部１８，１８，…を備えている。
【００４４】
また、前記２次空気流通路１４には、環状の第三バッフル板１９を設けている。この第三バッフル板１９は、図３に示すように、周方向にほぼ等間隔でに６つの切り欠き部２０，２０，…を備えている。この各切り欠き部２０により２次空気を分割して供給してする（流速は３０〜５０ｍ／ｓ）ことにより、分割火炎が形成される。
【００４５】
さらに、前記燃料流通部材１１においては、外方に気体燃料を噴出する外側噴出口２１，２１，…と、その下端部に内方に気体燃料を噴出する内側噴出口２２，２２…を設けている。これらの外側噴出口２１および内側噴出口２２は、図示のように周方向に複数個設けてあり、前記外側噴出口２１，２１，…の総開口面積を内側噴出口２２，２２，…の総開口面積より大きくしている。前記各内側噴出口２２は、前記第一バッフル板１５の下流側に形成されている。
【００４６】
つぎに、前記風箱９について説明する。図１を参照して、前記風箱９は、前記送風機３により送風される燃焼用空気を前記低ＮＯxバーナ２へ案内する機能をなすもので、上下端部を閉じた外側筒状体２３とこれと同軸状に配置され下端開口の内側筒状体２４とから構成される。
【００４７】
つぎに、前記缶体４について説明する。図１を参照して、前記缶体４は、所謂ωフロー缶体と称される缶体であって、所定の距離を離して配置した上部管寄せ２５および下部管寄せ２６を有している。この上部管寄せ２５および下部管寄せ２６の外周間には、外壁２７を配置している。
【００４８】
前記上部管寄せ２５と前記下部管寄せ２６との間には、複数の水管２８，２８，…を二重環状に配置している。これらの水管２８，２８，…により、環状の内側第一水壁２９と外側第二水管壁３０を構成し、これら水管壁２９，３０間を環状の排ガス通路３１としている。そして、前記第一水管壁２９の一部には、燃焼反応がほぼ完結した燃焼ガスの第一出口（図示省略）が形成され、前記第二水管壁３０には、前記第一出口と反対側（ほぼ点対称の位置）に前記水管を設けないことによる排ガスの第二出口（図示省略）が形成されている。３２，３３は耐火部材である。
【００４９】
そして、前記上部管寄せ２５および前記下部管寄せ２６と前記第一水管壁２９などによって囲まれ、前記水管２８群が存在しない空間を前記低ＮＯxバーナ２から噴出される燃料と燃焼用空気の混合気が燃焼して燃焼反応領域６を形成する燃焼空間３４としている。前記上部管寄せ２５には、前記低ＮＯxバーナ２を取り付けてあり、このバーナ２の前面に前記燃焼空間６が形成されていることになる。前記低ＮＯxバーナ２は、前記上部管寄せ２５の内方（中央部）から前記燃焼空間３４に向けて挿入してあり、前記低ＮＯxバーナ２の燃焼ガス噴出方向と前記第一水管壁２９の各水管２８とは、ほぼ平行になっている。
【００５０】
さらに、前記第二水管壁３０の外側に設けた環状の外壁２７には、前記排ガス通路３１と連通するように、前記第二出口に対向する位置に排ガス出口３５を設けている。この排ガス出口３５には、煙突３６が接続される。
【００５１】
つぎに、前記排ガス再循環手段５につき説明する。この排ガス再循環手段５は、前記缶体４から排出される排ガスの一部を前記低ＮＯxバーナ２の燃焼空気に混入させて、燃焼ガス温度を抑制することによりＮＯxを低減するものである。
【００５２】
前記排ガス再循環手段５は、前記煙突３６から分岐して前記送風機３の吸込口（図示省略）へ接続される第一ダクト３７，前記送風機３，前記送風機３の吐出口（図示省略）および前記風箱９間を接続する第二ダクト３８から構成される。前記第一ダクト３７内には排ガス再循環率を調整可能な調整ダンパ３９を設けている。４０は、前記第一ダクト３７が接続され前記吸込口にこれを覆うように装着される筒状の蓋体で、周面には多数の小孔よりなる外気取り入れ口（図示省略）を形成している。この外気取り入れ口は、前記蓋体４０の前記第一ダクト３７が接続される面（図１において符号４０が指し示す面）に形成することもできる。
【００５３】
この実施例においては、前記排ガス再循環手段５による排ガスの循環率を６％としている。この値は、前記送風機３の送風能力を超えないとともに、安定燃焼が確保される範囲（前記安定燃焼範囲）を考慮して設定される。
【００５４】
最後に、前記水噴霧手段７につき説明する。この水噴霧手段７は、図１および図２に示すように、前記１次空気流通路１３のほぼ中央にその先端が前記第一バッフル板１５の第一開口部１７に臨むように配設された水噴霧管４１からなり、前記水噴霧管４１の先端に設けたノズル４２から霧状の水が前記第一開口部１７を通して前記燃焼空間３４に形成される燃焼反応領域６へ向けて噴出するように構成されている。
【００５５】
前記水噴霧手段７による、水添加量は、つぎのようにして求められる。前記のように、前記低ＮＯxバーナ２の生成ＮＯx値は、５０ppmであり、前記排ガス再循環手段５による低減ＮＯx値は、１７〜１８ppmである。前記蒸気ボイラ１の目標排出ＮＯx値を２０ppmでとしているので、前記水噴霧手段７によって低減しなければならないＮＯx値は、１２〜１３ppmとなる。この低減ＮＯx値に対応する噴霧量は、図４に示す特性図から求められ、０．４kg/104kcalとなる。なお、図４における気体燃料は、天然ガスである。
【００５６】
ここで、以上の構成の実施例の動作を説明する。前記低ＮＯxバーナ２などを作動させると、前記各外側噴出口２１および前記各内側噴出口２２より気体燃料が噴出する。前記各内側噴出口２２から噴出した気体燃料は、前記１次空気流通路１３を流通する１次空気と混合し、前記第一バッフル板１５の下流位置に第一燃焼反応領域４３としての小火炎が形成される。この小火炎は、種火として作用し、保炎性が向上する。
【００５７】
前記各外側噴出口２１から噴出した気体燃料は、前記２次空気流通路１４を流通する２次空気と混合して、前記第三バッフル板１９の下流位置に第二燃焼反応領域４４としての大火炎が形成される。２次空気は、前記第三バッフル板１９により分割して供給されるので、分割火炎が形成される。また、前記小火炎を空気比０．７程度の燃料過濃燃焼とし、前記大火炎を空気比１．６程度の燃料希薄燃焼として、濃淡燃焼が行われる。こうして、この実施例の前記低ＮＯxバーナ２は、火炎分割法と濃淡燃焼により、排ガス再循環および水噴射を行わない状態において、その生成ＮＯxが５０ppmに抑制される。
【００５８】
さて、前記低ＮＯxバーナ２は、前記燃焼反応領域６を形成する。前記燃焼反応領域６は、過濃（燃料リッチの）混合気が燃焼する前記第一燃焼反応領域４３と希薄（空気リッチの）混合気が燃焼する前記第二燃焼反応領域４４とからなる。前記第一燃焼反応領域４３は、前記のように保炎領域として機能している。
【００５９】
そして、前記排ガス再循環手段５による排ガス再循環率を６％としたことにより、前記第二燃焼反応領域４５の燃焼ガス温度抑制などにより、約１７〜１８ppmのＮＯx低減が行われる（図４参照）。
【００６０】
さらに、前記前記水噴霧管４１から噴出される噴霧が前記第二燃焼反応領域４４へ到達して、前記第二燃焼反応領域４４の燃焼ガス温度を抑制することにより、さらにＮＯx値が、約１２〜１３ppm引き下げられ、排出ＮＯx値は、前記目標排出ＮＯx以下となる（図４参照）。
【００６１】
前記のように、この実施例におけるＮＯx低減効果は、図４に示すとおりであるが、ＮＯx低減率に換算して表すと、図５に示す特性となる。これらの図は、噴霧量を変化させるとその量に比例して、低減ＮＯx値が増加することを示している。また、図６は、水噴霧量の増減により、前記ウインドボックス９内の圧力変動がほとんどないことを表している。これは、この実施例の水噴霧が燃焼性に悪影響を与えないことを意味している。
【００６２】
ここで、燃焼ガスの流れを説明すると、前記燃焼空間３４において、輻射伝熱により前記第一水管壁２９に伝熱し、燃焼反応をほぼ完結した燃焼ガスは、前記第一出口を経て前記排ガス通路３１に流入し、ここで前記第一水管壁２９および前記第二水管壁３０と対流伝熱を行う。そして、排ガスは、前記第二出口，前記排ガス出口３５，前記煙突３６を経て、大気中に放出されるとともに、その一部が前記排ガス再循環手段５によって利用される。前記排ガスの一部は、前記送風機３により前記低ＮＯxバーナ２へ供給される燃焼用空気と混合される。
【００６３】
この実施例によれば、つぎの作用効果を奏する。前記低ＮＯxバーナ２による低ＮＯx化と、前記排ガス再循環手段５による低ＮＯx化と、前記水噴霧手段７により低ＮＯx化とを組み合わせているので、前記水管群冷却によることなく、前記送風機３の送風能力の範囲で、かつ前記低ＮＯxバーナ２の不安定燃焼を生ずることなく、目標排出ＮＯx値２０ppmをクリアできるものである。
【００６４】
また、前記水噴霧手段７により噴霧を前記燃焼反応領域６へ直接行うように構成しているので、前記送風機３負荷を増大させること無く、目標排出ＮＯx値以下とすることができる。
【００６５】
【発明の効果】
この発明によれば、排出ＮＯx値が３０ppmを下回る低ＮＯx化を容易に実現できるなど産業的価値は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の一実施例を適用した蒸気ボイラの縦断面の説明図である。
【図２】図２は、図１の要部拡大の断面説明図である。
【図３】図３は、図２の要部底面の説明図である。
【図４】図４は、同実施例による水噴霧量に対するＮＯx低減特性を示す図である。
【図５】図５は、同実施例による水噴霧量に対するＮＯx低減率特性を示す図である。
【図６】図６は、水噴霧量に対するウインドボックス圧特性を示す図である。
【符号の説明】
２  低ＮＯxバーナ
３  送風機
４  缶体
５  排ガス再循環手段
６  燃焼反応領域
７  水噴霧手段
【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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