(57)【要約】【課題】蒸気が未だ生成されていない冷態起動時などにおいて、蒸気に代わる加圧空気で燃料油を噴霧して燃焼するときに生成されるＮＯｘの量を、蒸気を噴霧する通常燃焼時において生成されるＮＯｘ以下の量に抑制できるようにした低ＮＯｘバーナを提供すること。【解決手段】混合ノズル８Ａ、８Ｂと噴霧用気体通路９Ａ、９Ｂの断面積をそれぞれ同一とし、この混合ノズル８Ａ、８ＢにＹ型に導通接続するようにして形成する燃料油供給通路１０Ａ、１０Ｂの断面積を変えて、燃料油量／噴霧用気体量の比率を変えるようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料油と噴霧用気体を混合して噴射する気体噴霧式の低ＮＯｘバーナにおいて、油ガンの先端に取り付けるアトマイザに形成した複数の噴霧用気体通路及び混合ノズルの断面積をそれぞれ同一とし、それらと対をなす燃料油供給通路の断面積を変えて、燃料油量／噴霧用気体量の比率を変えるように構成したことを特徴とする低ＮＯｘバーナ。
【請求項２】
燃料油と噴霧用気体を混合して噴射する気体噴霧式の低ＮＯｘバーナにおいて、油ガンの先端に取り付けるアトマイザに形成した複数の燃料油供給通路の断面積を同一とし、それらと対をなす噴霧用気体通路及び混合ノズルの断面積をそれぞれ変えて、燃料油量／噴霧用気体量の比率を変えるように構成したことを特徴とする低ＮＯｘバーナ。
【請求項３】
アトマイザに形成する複数の混合ノズルを、アトマイザの正面及び／又は斜前面に、同一円周上になるようにして、交互又は複数個のグループ毎に配置するように形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の低ＮＯｘバーナ。
【請求項４】
アトマイザに複数形成する混合ノズルの噴霧角度を、それぞれ異なるように形成したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の低ＮＯｘバーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低ＮＯｘバーナに関し、特に燃料油の燃焼により生成排出されるＮＯｘを削減するための気体（蒸気又は空気）噴霧式バーナのアトマイザにおいて、蒸気が未だ生成されていない冷態起動時などの場合に、該蒸気に代わる加圧空気で燃料油を噴霧して燃焼するときに生成されるＮＯｘを、蒸気噴霧により燃焼する通常燃焼時に生成されるＮＯｘと同程度、あるいはそれ以下に抑制できるようにした低ＮＯｘバーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、通常のボイラなどに使われる燃料油バーナの油ガン先端に取り付けるアトマイザとして、燃料油を高圧気体により噴射するようにした気体噴霧式アトマイザが汎用されている。
燃料油バーナは、図４に示すように、油だきバーナの油ガン１の先端にアトマイザ２を取り付け、燃焼用空気は、通常一次空気３と二次空気４に分けて供給され、アトマイザ２の周囲から炉内に供給されるように構成している。
なお、アトマイザ２の外周部位に保炎器５が、必要に応じて取り付けられる。各油ガン１内周辺部に供給された燃料油６は、アトマイザ２の基部内方に形成された複数の燃料油供給通路１０Ａ、１０Ｂを通って、この燃料油供給通路１０Ａ、１０Ｂと導通するように形成された混合ノズル８Ａ、８Ｂに分割供給され、一方アトマイザ２の中心部に供給された噴霧用気体７は、先端部において外放射方向になるよう供給路として形成した噴霧用気体通路９Ａ、９Ｂを経て前記混合ノズル８Ａ、８Ｂへ供給され、これにより各混合ノズル８Ａ、８Ｂにおいて燃料油６と噴霧用気体７とがＹ型に出会って混合し、かくして両流体が超高速噴流となって各混合ノズル８Ａ、８Ｂの先端開口部から噴出して油噴霧になるように構成している。
このように、燃料油を噴霧する混合ノズルにおいて、噴霧油量のみを混合ノズル毎に変えて低ＮＯｘ化を図る方法として、大小の燃料油噴出ノズルを配置したアトマイザ（この方法を「燃料バイアス方式」という。）により、大小の火炎を交互にあるいは部分的に作り、その濃淡燃焼などの効果で生成ＮＯｘを下げるようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭５２−２８２４８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の低ＮＯｘバーナは、起動時には、通常燃焼時においては油噴霧用に使える蒸気が未だ発生しておらず、したがって、その噴霧用気体として蒸気の代わりに加圧した空気を使用するようにしているが、この圧縮空気噴射方法は、一般に蒸気を使った場合に比べて燃焼効率が良くなり過ぎ、これにより、発生火炎の燃焼温度が上がって、生成されるＮＯｘが高くなるという問題があった。
また、バーナを使用する地域において、排出ＮＯｘに上限規制がある場合などには、そのような空気噴霧運転は許可されないため、別途燃料噴霧用の蒸気を生成する設備を必要とされ、装置が大型化するとともに、設備費が高くなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の低ＮＯｘバーナの有する問題点を解決し、蒸気が未だ生成されていない冷態起動時などにおいて、蒸気に代わる加圧空気で燃料油を噴霧して燃焼するときに生成されるＮＯｘの量を、蒸気を噴霧する通常燃焼時において生成されるＮＯｘ以下の量に抑制できるようにした低ＮＯｘバーナを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本第１発明の低ＮＯｘバーナは、燃料油と噴霧用気体を混合して噴射する気体噴霧式の低ＮＯｘバーナにおいて、油ガンの先端に取り付けるアトマイザに形成した複数の噴霧用気体通路及び混合ノズルの断面積をそれぞれ同一とし、それらと対をなす燃料油供給通路の断面積を変えて、燃料油量／噴霧用気体量の比率を変えるように構成したことを特徴とする。
【０００７】
本第１発明の低ＮＯｘバーナは、油ガンの先端に取り付けるアトマイザに形成した複数の噴霧用気体通路及び混合ノズルの断面積をそれぞれ同一とし、それらと対をなす燃料油供給通路の断面積を変えて、燃料油量／噴霧用気体量の比率を変えるように構成しているため、噴霧用気体通路から供給される噴霧用気体流量が一定であるのに対して、燃料油供給通路から供給される燃料油量が、各混合ノズル毎に変わるようになり、結果的に混合ノズル毎の燃料油量／噴霧用気体量の比率を変えることができ、生成噴霧の微粒化や粒径分布が変わり、生成火炎の大きさや濃度が変わる濃淡燃焼及び多段燃焼となり、生成ＮＯｘが抑制され、冷態起動時においても通常の蒸気噴霧燃焼時のレベルと同程度あるいはそれ以下に抑えることができる。
また、既設のバーナにおいて、アトマイザの交換だけで簡易に低ＮＯｘバーナとすることができる。
【０００８】
また、同じ目的を達成するため、本第２発明の低ＮＯｘバーナは、燃料油と噴霧用気体を混合して噴射する気体噴霧式の低ＮＯｘバーナにおいて、油ガンの先端に取り付けるアトマイザに形成した複数の燃料油供給通路の断面積を同一とし、それらと対をなす噴霧用気体通路及び混合ノズルの断面積をそれぞれ変えて、燃料油量／噴霧用気体量の比率を変えるように構成したことを特徴とする。
【０００９】
本第２発明の低ＮＯｘバーナは、油ガンの先端に取り付けるアトマイザに形成した複数の燃料油供給通路の断面積を同一とし、それらと対をなす噴霧用気体通路及び混合ノズルの断面積をそれぞれ変えて、燃料油量／噴霧用気体量の比率を変えるように構成しているため、燃料油供給通路から供給される燃料油供給が一定であるのに対して、噴霧用気体通路から供給される噴霧用気体量が、各混合ノズル毎に変わるようになり、結果的に混合ノズル毎の燃料油量／噴霧用気体量の比率を変えることができ、生成噴霧の微粒化や粒径分布が変わり、生成火炎の大きさや濃度が変わる濃淡燃焼及び多段燃焼となり、生成ＮＯｘが抑制され、冷態起動時においても通常の蒸気噴霧燃焼時のレベルと同程度あるいはそれ以下に抑えることができる。
また、既設のバーナにおいて、アトマイザの交換だけで簡易に低ＮＯｘバーナとすることができる。
【００１０】
この場合において、アトマイザに形成する複数の混合ノズルを、アトマイザの正面及び／又は斜前面に、同一円周上になるようにして、交互又は複数個のグループ毎に配置するように形成することができる。
【００１１】
これにより、混合ノズルの配置位置及びその大きさ、形状を任意に設定して製作することができるので、同一のバーナにおいても混合ノズルの異なったアトマイザのみを交換することにより、簡易に生成火炎の大きさや濃度が変わる濃淡燃焼、多段燃焼可能なバーナとすることができ、燃焼室形状と生成火炎とのマッチングを簡易に、精度良く行うことができる。
【００１２】
また、アトマイザに複数個形成する混合ノズルの噴霧角度を、それぞれ異なるように形成することができる。
【００１３】
これにより、混合ノズルの噴霧角度を、それぞれ異なるように形成することにより、簡単に生成火炎の大きさ、形状、火炎の方向及び濃度を変えることができ、低ＮＯｘ化を促進する濃淡燃焼が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の低ＮＯｘバーナの実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明の低ＮＯｘバーナの第１実施例を示す。
この低ＮＯｘバーナは、本発明の低ＮＯｘバーナの基本構造を備えたもので、この低ＮＯｘバーナの油ガン１の先端に取り付けるアトマイザ２は、従来のバーナと同様にして配設するが、アトマイザ２の正面及び／又は斜前面に、かつ同一円周上となるようにして形成される混合ノズル８Ａ、８Ｂは、この各混合ノズル８Ａ、８Ｂと、それぞれ導通するようにして噴霧用気体通路９Ａ、９Ｂを形成し、この混合ノズル８Ａ、８Ｂと噴霧用気体通路９Ａ、９Ｂの断面積（直径）をそれぞれ同一とし、この混合ノズル８Ａ、８ＢにＹ型に導通接続するようにして形成する燃料油供給通路１０Ａ、１０Ｂの断面積（直径）を変えて、燃料油量／噴霧用気体量の比率を変えるように構成したものである。
【００１５】
このようにすることにより、噴霧用気体通路９Ａ、９Ｂから供給される噴霧用気体流量が一定であるのに対して、燃料油供給通路１０Ａ、１０Ｂから供給される燃料油量が、各混合ノズル毎に変わるようになり（「噴霧気体バイアスＡ型」）、結果的に混合ノズル毎の燃料油量／噴霧用気体量の比率を変えることができ、生成噴霧の微粒化や粒径分布が変わり、生成火炎の大きさや濃度が変わる濃淡燃焼及び多段燃焼となり、生成ＮＯｘが抑制され、冷態起動時においても通常の蒸気噴霧燃焼時のレベルと同程度あるいはそれ以下に抑えることができる。
また、既設のバーナにおいて、アトマイザの交換だけで簡易に低ＮＯｘバーナとすることができる。
【００１６】
また、アトマイザ２に設ける複数の混合ノズル８Ａ、８Ｂは、各混合ノズル毎、あるいは複数のグループの混合ノズル毎に、アトマイザ２の正面又は斜前面のいずれか、あるいはその双方において、かつ同一円周上になるようにして、交互又は複数個のグループ毎に配置する。
この混合ノズル８Ａ、８Ｂの配置は、特に限定されるものではないが、例えば、図２（Ｃ）及び（Ｄ）、図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、大小を交互に、あるいはグループ毎に配置するものとし、さらには混合ノズル８Ａ、８Ｂの開き角度αを変えるようにすることができる。これにより、生成火炎の形状とボイラ燃焼室の形状とをマッチングさせることが簡易に、かつ、より詳細に可能とすることができる。
【００１７】
また、各混合ノズル８Ａ、８Ｂに燃料油を供給するようにした燃料油供給通路１０Ａ、１０Ｂの断面積を、交互又は複数個のグループ毎に、例えば、燃料油供給通路１０Ｂ側を小径に、燃料油供給通路１０Ａ側を大径とし、その比率を、特に限定されるものではないが、例えば、１：２に（供給燃料油に対する噴霧用気体量を４％と２％程度）に変えるようにすることができる。
【００１８】
このように混合ノズル８Ａ、８Ｂを配置して燃焼させることにより、燃料過剰部分と空気過剰部分とが生じるようになり、異なる燃焼状況が混在した生成火炎となり、これが生成火炎の大きさや濃度が変わる濃淡燃焼や多段燃焼となり、その結果として生成ＮＯｘが抑制され、通常の蒸気噴霧燃焼時のレベルと同程度あるいはそれ以下に抑えることができる。
【００１９】
これにより、燃料油と気体との混合室となる各混合ノズル８Ａ、８Ｂにおいて、混合する両流体の重量比（燃料油量と噴霧用気体量の比率）が変わり、得られる噴霧の粒径やその分布が変わり、それが周りから噴出する燃焼空気と混合する場合に燃焼性が変わり、それが生成ＮＯｘ値に影響を与えるものとなる。噴霧用気体量比率が大きければ噴霧が良くなり、上述の低ＮＯｘ効果が発揮されて、燃焼性の良い部分と良くない部分が隣り合う濃淡燃焼や二段燃焼の効果によって、生成ＮＯｘが抑制されることになる。
【００２０】
次に、図２に、本発明の低ＮＯｘバーナの第２実施例を示す。
この第２実施例は、第１実施例と異なり、燃料油供給通路１０Ａ、１０Ｂの断面積（直径）を同一とし、それらと対をなす噴霧用気体通路９Ａ、９Ｂ及び混合ノズル８Ａ、８Ｂの断面積（直径）をそれぞれ変えて、燃料油量／噴霧用気体量の比率を変えるように構成したものである。
【００２１】
このようにすることにより、燃料油供給通路１０Ａ、１０Ｂから供給される燃料油供給が一定であるのに対して、噴霧用気体通路９Ａ、９Ｂから供給される噴霧用気体量が、各混合ノズル毎に変わるようになり（「噴霧気体バイアスＢ型」）、結果的に混合ノズル毎の燃料油量／噴霧用気体量の比率を変えることができ、生成噴霧の微粒化や粒径分布が変わり、生成火炎の大きさや濃度が変わる濃淡燃焼及び多段燃焼となり、生成ＮＯｘが抑制され、冷態起動時においても通常の蒸気噴霧燃焼時のレベルと同程度あるいはそれ以下に抑えることができる。
また、既設のバーナにおいて、アトマイザの交換だけで簡易に低ＮＯｘバーナとすることができる。
【００２２】
この場合、特に限定されるものではないが、例えば、噴霧用気体通路９Ａ及び混合ノズル８Ａの断面積を大きく（平均断面積を１００％として６０％〜７０％）とし、噴霧用気体通路９Ｂ及び混合ノズル８Ｂの断面積を小さく（同様に平均断面積を１００％として４０％〜３０％）となるように、その比率を異なるようにして、それぞれに対応して接続する燃料油供給通路１０Ａ、１０Ｂの断面積をすべて同一となるように形成する。
なお、混合ノズル８Ａ、８Ｂを、アトマイザの正面又は斜前面のいずれかに、かつ同一円周上になるように、交互又は複数個のグループ毎に配置することは、第１実施例と同様とし、これにより燃料油量に対する噴霧空気量の比率を変えるようにする。
この実施例の混合ノズル８Ａ、８Ｂの位置関係を、図２（Ｂ）に模式的に、また、図２（Ｃ）に生成火炎と燃焼室との形状のマッチング等の理由でアトマイザの取り付け角度を変えたものを示す。
この第２実施例の燃焼効果は、第１実施例と同様である。
【００２３】
次に、図３に、本発明の低ＮＯｘバーナの第３実施例を示す。
この実施例は、上記第１及び第２の実施例と同様の技術思想に基づくもので、図３に示すように、混合ノズルの８Ａ、８Ｂの配置を、火炎形状の生成や生成低ＮＯｘ値などを考慮して変化させて、大口径の混合ノズル８Ａを上下に３個ずつ、左右に小口径の混合ノズル８Ｂを２個ずつとしたもので、これにより、火炎形状の調整が可能になるとともに、ＮＯｘ削減の効果が一層発揮されるものとなる。
特に生成火炎の形状を、ボイラ燃焼室の形状にマッチングさせながら、低ＮＯｘを達成するのに好適である。
なお、図３（Ｃ）は、この場合の正面のノズルの模式的配置図を、また、図３（Ｄ）は、混合ノズルを、アトマイザの正面と斜前面に交互又は複数個のグループ毎に配置した模式的配置図を示す。
【００２４】
また、上記各混合ノズルの燃料油供給通路の断面積を変えた噴霧気体バイアスＡ型と、噴霧用気体通路の断面積を変えた噴霧気体バイアスＢ型とを組み合わせることも可能で、その組み合わせは、特に限定されるものではなく各種が可能になり、その作用効果は、第１実施例と同様にＮＯｘ削減に効果があり、さらには、生成火炎の燃焼室形状とのマッチングや低Ｏ２性やターンダウンなどの性能を満たすことが重要になり、それらとのトレードオフ、もしくは相乗の関係の中での組み合わせが選択できることになる。
【００２５】
このように油を噴霧する混合ノズルの噴霧用空気の供給比率を、全体としては同じでも、各ノズル毎、あるいは複数の混合ノズルグループ毎にばらつかせることにより、生成した油噴霧の粒径やその分布、さらには生成火炎やその濃度にもばらつきができて、全体としての生成ＮＯｘは小さくすることができる。
例えば、一つの混合ノズルから発出する噴霧の噴霧媒体を多くすると、粒径はより小さくなって、粒径分布もより小さい一定の幅に納まり、より燃焼しやすくなるから、燃焼温度が上がり生成ＮＯｘも上がる。一方、隣接ノズルの噴霧媒体比率を小さくすることによって該部の噴霧粒径は荒くなり、粒径分布も大きくなるから燃焼が悪くなり、したがってこの部分の生成ＮＯｘは下がり、後者を主流とすることによって、より低ＮＯｘの燃焼が達成される。
【００２６】
このように、本発明は、各混合ノズルにおける燃料油量と噴霧用気体量の比率を変えることができるので、それが周りから噴出する燃焼空気と混合する場合に、一様でなく濃淡に、あるいは段階的に混合して燃焼することによって、生成される火炎は大小だけでなく、個々の混合ノズルから発出する油噴霧の微粒化の大小と分布と濃度などの違いによって、生成する火炎の大小、分布、濃度を変えることができ、それらの複合効果として低ＮＯｘが達成される。
【００２７】
また、通常の蒸気噴霧における正常な燃焼に必要な平均粒径と粒径分布の油噴霧が形成・燃焼して発生するＮＯｘレベルに比べて、冷態時の空気噴霧時において生成する油噴霧や生成火炎のばらつきを大きくすることにより、より良好な燃焼状態になることを抑制し、それによって生成ＮＯｘの量を抑制して、通常の空気噴霧のままでは高くなるＮＯｘレベルを、蒸気噴霧時よりもむしろ低く抑制することができるようになった。
【００２８】
このように、本発明は、燃料油量バイアス及び噴霧気体量バイアスによる燃料油の微粒化特性の変化により、燃料油に対する噴霧気体量の比率が小さい方が燃料油の微粒化が粗くなり、したがって燃焼性が悪くなり、ＮＯｘ低減の効果は大きく、そのおよそは１５％の削減効果が得られることが燃焼試験の結果確認された。
また、本発明の作用効果は、上記実施例では、冷態起動時などの場合について説明したが、通常の蒸気噴霧時にも同様に、生成ＮＯｘを少なくする効果があり、さらには既設のバーナにおいても、本発明のアトマイザに変えることによって、より低ＮＯｘバーナとすることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本第１発明の低ＮＯｘバーナによれば、油ガンの先端に取り付けるアトマイザに形成した複数の噴霧用気体通路及び混合ノズルの断面積をそれぞれ同一とし、それらと対をなす燃料油供給通路の断面積を変えて、燃料油量／噴霧用気体量の比率を変えるように構成しているため、噴霧用気体通路から供給される噴霧用気体流量が一定であるのに対して、燃料油供給通路から供給される燃料油量が、各混合ノズル毎に変わるようになり、結果的に混合ノズル毎の燃料油量／噴霧用気体量の比率を変えることができ、生成噴霧の微粒化や粒径分布が変わり、生成火炎の大きさや濃度が変わる濃淡燃焼及び多段燃焼となり、生成ＮＯｘが抑制され、冷態起動時においても通常の蒸気噴霧燃焼時のレベルと同程度あるいはそれ以下に抑えることができる。
また、既設のバーナにおいて、アトマイザの交換だけで簡易に低ＮＯｘバーナとすることができる。
【００３０】
また、本第２発明の低ＮＯｘバーナによれば、油ガンの先端に取り付けるアトマイザに形成した複数の燃料油供給通路の断面積を同一とし、それらと対をなす噴霧用気体通路及び混合ノズルの断面積をそれぞれ変えて、燃料油量／噴霧用気体量の比率を変えるように構成しているため、燃料油供給通路から供給される燃料油供給が一定であるのに対して、噴霧用気体通路から供給される噴霧用気体量が、各混合ノズル毎に変わるようになり、結果的に混合ノズル毎の燃料油量／噴霧用気体量の比率を変えることができ、生成噴霧の微粒化や粒径分布が変わり、生成火炎の大きさや濃度が変わる濃淡燃焼及び多段燃焼となり、生成ＮＯｘが抑制され、冷態起動時においても通常の蒸気噴霧燃焼時のレベルと同程度あるいはそれ以下に抑えることができる。
また、既設のバーナにおいて、アトマイザの交換だけで簡易に低ＮＯｘバーナとすることができる。
【００３１】
また、混合ノズルの配置位置及びその大きさ、形状を任意に設定して製作することができるので、同一のバーナにおいても混合ノズルの異なったアトマイザのみを交換することにより、簡易に生成火炎の大きさや濃度が変わる濃淡燃焼、多段燃焼可能なバーナとすることができ、燃焼室形状と生成火炎とのマッチングを簡易に、精度良く行うことができる。
【００３２】
また、混合ノズルの噴霧角度を、それぞれ異なるように形成することにより、簡単に生成火炎の大きさ、形状、火炎の方向及び濃度を変えることができ、低ＮＯｘ化を促進する濃淡燃焼が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の低ＮＯｘバーナの第１実施例を示し、（Ａ）は本発明によるアトマイザの断面図、（Ｂ）は正面図である。
【図２】本発明の低ＮＯｘバーナの第２実施例を示し、（Ａ）はアトマイザの断面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）と（Ｄ）はアトマイザの取り付け角度を９０度ずらせ、混合ノズルの配置を９０度ずらせた正面図である。
【図３】本発明の低ＮＯｘバーナの第３実施例を示し、（Ａ）はアトマイザの断面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）と（Ｄ）は、それぞれ混合ノズルの配置を変えた正面図である。
【図４】蒸気噴霧式バーナに本発明によるアトマイザを適用したバーナ全体を示し、（Ａ）はその概略説明図、（Ｂ）はガン先端のアトマイザ部断面図である。
【符号の説明】
１    油ガン
２    アトマイザ
３    一次空気
４    二次空気
５    保炎器
６    燃料油
７    噴霧用気体（蒸気又は空気）
８Ａ  混合ノズル
８Ｂ  混合ノズル
９Ａ  噴霧用気体通路
９Ｂ  噴霧用気体通路
１０Ａ  燃料油供給通路
１０Ｂ  燃料油供給通路
【図１】
2004239521.tif 000003
【図２】
2004239521.tif 000004
【図３】
2004239521.tif 000005
【図４】
2004239521.tif 000006