(57)【要約】【課題】分割火炎燃焼方式、排ガス再循環方式および多段（２段）燃焼方式による優れたＮＯｘ低減効果を奏することができ、しかも設置現場の状況に対応して、確実に当該効果を得ることができる低ＮＯｘ燃焼装置を提供する。【解決手段】燃焼用空気が供給されるウインドボックスの先端開口部に、上記ウインドボックス内の燃焼用空気の一部を導入する空気穴が形成された火口筒を設け、この火口筒内にバーナノズルを配設するとともに、上記火口筒の外周に、基端部が上記ウインドボックスに連通されて先端噴出口から上記燃焼用空気を噴出する複数本の噴気ノズルを配設してなる低ＮＯｘ燃焼装置において、上記空気穴に、上記火口筒内に導入される上記燃焼用空気の量を調節可能とするための開度調整機構を設けたことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼用空気が供給されるウインドボックスの先端開口部に、上記ウインドボックス内の燃焼用空気の一部を導入する空気穴が形成された火口筒を設け、この火口筒内にバーナノズルを配設するとともに、上記火口筒の外周に、基端部が上記ウインドボックスに連通されて先端噴出口から上記燃焼用空気を噴出する複数本の噴気ノズルを配設してなる低ＮＯｘ燃焼装置において、
上記空気穴に、上記火口筒内に導入される上記燃焼用空気の量を調節可能とするための開度調整機構を設けたことを特徴とする低ＮＯｘ燃焼装置。
【請求項２】
上記噴気ノズルの先端噴出口に対して、相対的に上記バーナノズルの先端位置を進退させるノズル位置調整機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の低ＮＯｘ燃焼装置。
【請求項３】
上記開度調整機構および／または上記ノズル位置調整機構は、上記ウインドボックスの基端部外周側から操作可能に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の低ＮＯｘ燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラー等に用いられる燃焼装置であって、燃料の燃焼によって生成する窒素酸化物（以下、ＮＯｘと記す。）を効果的に低減化することが可能となる低ＮＯｘ燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年における環境保全の意識の高まりから、ガソリン、灯油、重油等の各種化石燃料を燃焼することによって生じるＮＯｘの排出規制が厳しくなりつつある。そこで、この種の化石燃料を使用するボイラー等の燃焼装置においては、一層の低ＮＯｘ化を図るべく、様々な改良が施されている。
ところで、上記燃焼装置において生成されるＮＯｘの多くは、燃焼用空気に含まれる窒素（Ｎ２  ）成分が、高い燃焼温度雰囲気下において酸化されることに起因するものである。
【０００３】
このため、低ＮＯｘ燃焼装置においては、上記燃焼温度を低温に維持することによってＮＯｘ生成量を減少させるため、排ガスの一部を燃焼室に戻す排ガス再循環方式や、火炎を分割することにより、各火炎の温度を低減化させる分割火炎燃焼方式、燃料を燃焼用空気比の異なる複数段で燃焼させる多段燃焼方式、直接燃焼温度を低下させる水・蒸気噴霧方式等の様々な方式を、単独で、あるいは適宜組み合わせることにより上記ＮＯｘを低減する試みが行われている。
【０００４】
特許文献１は、従来の低ＮＯｘ燃焼装置の一種である油焚き式のバーナを示すもので、このバーナは、油ノズル３０の先端部が収納される内筒部材３１と、内筒部材３１の外周側に配置された外筒部材３２とを備え、外筒部材３２の下流側の端面に、さらに下流側に延出した空気ノズル３３を上記端面の周方向に間隔をあけて複数設け、空気ノズル３３の下流側に、内筒部材３１の開口部内に設けられた保炎板３４よりも下流側に位置する主空気噴流口３５を設けるとともに、小穴３６を介して内筒部材３１の内部に燃料空気の一部が流入可能な構造とし、かつこれら小穴３６の総開口面積を、当該小穴３６と主空気噴流口３５との総開口面積に対して０．３以下になるように設定したものである。
【０００５】
上記構成からなるバーナによれば、主空気噴流口３５が空気ノズル３３の数に応じて周方向の複数箇所に設けられているために、前記分割火炎燃焼方式の作用効果が得られる。加えて、主空気噴流口３５の下流近傍で燃焼が生じる際に、その排ガスの一部が、図中点線で示すように、隣接する空気ノズル３３の間を通って燃焼により最も負圧となる中央側へと入り込んで戻るために、前記排ガス再循環方式の作用効果も奏する。
【０００６】
さらに、小穴３６の総開口面積を、当該小穴３６と主空気噴流口３５との総開口面積に対して０．３以下になるように設定したので、外筒部材３２の中央側における空気比が外側における空気比より小さくなり、よって前記多段（２段）燃焼方式の作用効果も得ることができる。
この結果、上記バーナによれば、確実にＮＯｘを減少させることが出来るという効果が得られる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２５４９１３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、この種の低ＮＯｘ燃焼装置においては、装置単体としての燃焼状態が安定していても、これを実際のボイラ等に組み込んだ場合に、周囲の配管やダクトの影響、特に排ガスダクトにおける管路抵抗やドラフト等に起因する排ガス流れの不安定化によって、振動燃焼や一酸化炭素および煙濃度の上昇といった弊害が生じるという問題点がある。
【０００９】
特に、上記従来のバーナにおいては、小穴３６の総開口面積を小穴３６と主空気噴流口３５との総開口面積に対して０．３以下（すなわち３０％以下）になるように設定しているので、２段燃焼方式による低ＮＯｘ効果が得られる反面、主空気噴流口３５の下流近傍での燃焼時に、リフト燃焼によって火炎が不安定になり、よって上記弊害の発生傾向が助長されるおそれがある。
【００１０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、上述した分割火炎燃焼方式、排ガス再循環方式および多段（２段）燃焼方式による優れたＮＯｘ低減効果を奏することができ、しかも設置現場の状況に対応して、確実に当該効果を得ることができる低ＮＯｘ燃焼装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、燃焼用空気が供給されるウインドボックスの先端開口部に、上記ウインドボックス内の燃焼用空気の一部を導入する空気穴が形成された火口筒を設け、この火口筒内にバーナノズルを配設するとともに、上記火口筒の外周に、基端部が上記ウインドボックスに連通されて先端噴出口から上記燃焼用空気を噴出する複数本の噴気ノズルを配設してなる低ＮＯｘ燃焼装置において、上記空気穴に、上記火口筒内に導入される上記燃焼用空気の量を調節可能とするための開度調整機構を設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記噴気ノズルの先端噴出口に対して、相対的に上記バーナノズルの先端位置を進退させるノズル位置調整機構を備えたことを特徴とするものであり、さらに請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記開度調整機構および／または上記ノズル位置調整機構が、上記ウインドボックスの基端部外周側から操作可能に設けられていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項１〜３のいずれかに記載の発明によれば、バーナノズルが配設された火口筒の外周に、先端噴出口から燃焼用空気を噴出する複数本の噴気ノズルを配設しているので、これら噴気ノズルによって前記分割火炎燃焼方式の作用効果を奏する。また、噴気ノズルの下流近傍で燃焼する際に、その排ガスの一部が隣接する噴気ノズルの間を通って負圧となる中央側へと入り込むために、前記排ガス再循環方式の作用効果も奏する。
【００１４】
さらに、空気穴の総開口面積を、当該空気穴と噴気ノズルとの総開口面積に対して０．３以下になるように設定すれば、前述した従来のバーナと同様に、バーナノズル側における空気比が噴気ノズル側における空気比より小さくなり、よって上記空気穴から供給された燃焼用空気による火口筒における燃焼と、上記複数本の噴気ノズルの下流側における燃焼とによって前記多段（２段）燃焼方式の作用効果も奏る。
【００１５】
この際に、上記空気穴に、上記火口筒内に導入される燃焼用空気の量を調節可能とするための開度調整機構を設けているので、この低ＮＯｘ燃焼装置を実際のボイラ等に組み込んだ後に、排ガスダクトにおける管路抵抗やドラフト等に起因する排ガス流れの影響等によって火炎が不安定になるような場合には、適宜上記開度調整機構を操作し、火口筒内に導入される燃焼用空気の量を調節して、バーナノズル側における空気比と噴気ノズル側における空気比とを微調整することにより、常時、火炎を安定的に保持することが可能になる。
【００１６】
さらにまた、請求項２に記載の発明にように、上記噴気ノズルの先端噴出口に対して、相対的に上記バーナノズルの先端位置を進退させるノズル位置調整機構を設ければ、上記ノズル位置調整機構によってバーナノズルの先端位置を調整して一次燃焼の開始位置を調整することにより、上記火炎を安定的に保持することが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１〜図４は、本発明の低ＮＯｘ燃焼装置を小型ボイラの油焚き式バーナに適用した一実施形態を示すもので、図中符号１が送風機２から燃焼用空気が供給されるウインドボックスである。
このウインドボックス１は、後端側（基端側）が取り外し可能な封止板１ａによって塞がれた箱状または筒状の部材であり、その先端開口部には外筒３が固定されている。そして、この外筒３の先端部には、円周方向に等間隔を隔てた４本の取付板４を介して円筒状の燃焼内筒５が取り付けられている。他方、外筒３の内部には、火口筒６が固定されている。
【００１８】
この火口筒６は、円筒状の部材であり、その側壁にはウインドボックス１内の燃焼用空気の一部をこの火口筒６内に導入するための複数の空気穴７が穿設されている。そして、この火口筒６の中心部に、ウインドボックス１の封止板１ａに挿通されるとともに、先端部にバーナノズル９が取り付けられた送油管８が配設されている。この送油管８は、取付部材１０によってバーナノズル９の先端側に固定された円板状の保炎板１１と、バーナノズル９の後方位置においてビス１２により送油管８の外周に固定された円板状の支持板１３とによって火口筒６内に摺動自在に支承されている。
【００１９】
ここで、送油管８は、図４に示すように、ウインドボックス１の封止板１ａに取り付けられた位置決めビス（ノズル位置調整機構）１４を緩めて送油管８を抜き差しすることにより、バーナノズル９の先端位置を進退させることができるようになっており、位置決めビス１４の前後に位置する外周面には、目盛り１５が付されている。他方、保炎板１１には、図２に示すように、中心開口部１１ａから半径方向に延びる複数条（図では、８条）の副空気噴流口１１ｂが形成されるとともに、各副空気噴流口１１ｂの一方の縁部には、先端側に屈曲された旋回羽根１１ｃが一体的に設けられている。
【００２０】
これにより、ウインドボックス１に供給された燃焼用空気の一部が、空気穴７から火口筒６内に流入し、バーナノズル９の先端側を経て保炎板１１の副空気噴流口１１ｂから旋回流となって前方（図１中右方）へと流出するようになっている。そして、空気穴７の近傍に位置する火口筒６の外周には、円筒状の空気穴調整リング１６が配設されている。この空気穴調整リング１６は、ウインドボックス１の封止板１ａに挿通されて先端部が鍔部１７に固定された複数本の支持棒１８によって、火口筒６の軸線方向に移動自在に設けられている。
【００２１】
さらに、この空気穴調整リング１６の鍔部１７には、図１および図３に示すように、雌ネジ部１７ａが形成されており、この雌ネジ部１７ａに、封止板１ａに挿通された調整棒１９の先端雄ネジ部１９ａが螺合されている。また、調整棒１９の封止板１ａ挿通部には、位置決め用のナット２０が螺合されている。なお、少なくとも１本の支持棒１８については、封止板１ａの挿通部分の外周に、空気穴調整リング１６の位置を確認するための目盛り２１が付されている。
そして、空気穴調整リング１６、支持棒１８、調整棒１９およびナット２０により、火口筒６内に導入される燃焼用空気の量を調節可能とするための開度調整機構が構成されており、調整棒１９を回転することにより、上記ネジ部１７ａ、１９ａの螺合によって空気穴調整リング１６が進退し、これにより空気穴７の開度が調整されるようになっている。
【００２２】
他方、火口筒６の先端部外周には、基端部２２ａがウインドボックス１に連通する複数本（図では１６本）の噴気ノズル２２が、円周方向に等間隔をおいて配設されている。これら噴気ノズル２２は、先端噴出口２２ｂを、火口筒６の前方であって、かつ燃焼内筒５の基端部５ａの前後に位置させることができるように、ビス２３により外筒３の先端内側に固定されている。ここで、先端噴出口２２ｂの総面積および空気穴７の全開時の総面積は、全開時における空気穴７の総開口面積が、これら空気穴７と噴気ノズル２２との総開口面積の和の０．５（５０％）以下になるように設定されている。なお、図中符号２４は、耐火材である。
【００２３】
以上の構成からなる小型ボイラの油焚き式バーナによれば、バーナノズル９が配設された火口筒６の外周に、先端噴出口２２ｂから燃焼用空気を噴出する１６本の噴気ノズル２２を配設しているので、バーナノズル９から噴出する燃料が、副空気噴流口１１ｂからの燃焼用空気によって一次燃焼し、さらに噴気ノズル２２から噴出する燃料用空気によって二次燃焼するために、前述した分割火炎燃焼方式の作用効果を得ることができる。
また、噴気ノズル２２の下流近傍で燃焼する際に、図１に点線で示すように、その排ガスの一部が隣接する噴気ノズル２２の間を通って負圧となる中央側へと入り込むために、前記排ガス再循環方式の作用効果も得ることができる。
【００２４】
さらに、全開時における空気穴７の総開口面積を、空気穴７と噴気ノズル２２の先端噴出口２２ｂとの総開口面積の和の０．５以下になるように設定し、かつ空気穴調整リング１６により０．３以下にも調整可能であるため、図５に示した従来のバーナと同様に、バーナノズル９側における空気比が噴気ノズル２２側における空気比より小さくなり、よって空気穴７から供給された燃焼用空気による火口筒６における上記一次燃焼と、噴気ノズル２２の下流側における二次燃焼とによって前記多段（２段）燃焼方式の作用効果も得ることができる。
【００２５】
また、上記バーナを個々のボイラに据え付けた際に、排ガスダクトにおける管路抵抗やドラフト等に起因する排ガス流れの影響に応じて、火炎が不安定になるような場合には、先ずナット２０を緩めて調整棒１９を回転させて、空気穴調整リング１６を移動させることにより、空気穴７の開度を調整し、火口筒６内に導入される燃焼用空気の量を調節する。これにより、バーナノズル９側における空気比と噴気ノズル２２側における空気比とを微調整して、火炎を安定化させることができる。
【００２６】
さらに、上記バーナによれば、バーナノズル９の位置調整機構を有しているために、位置決めビス１４を緩めて、送油管８を図中矢印方向に抜き差し、噴気ノズル２２の先端噴出口２２ｂに対するバーナノズル９の先端位置を相対的に進退させることにより、バーナノズル９の先端位置を調整して一次燃焼の開始位置を調整して、上記火炎を安定的に保持することもできる。
【００２７】
しかも、これらの操作をウインドボックス１の封止板１ａの外側から行うことができるとともに、目盛り２１、１５によって、それぞれ空気穴調整リング１６の位置やバーナノズル９の位置を簡単に確認することができるために、操作性にも優れる。
以上により、上記バーナによれば、上述した分割火炎燃焼方式、排ガス再循環方式および多段（２段）燃焼方式による優れたＮＯｘ低減効果を奏することができるとともに、さらに設置現場の状況に対応して、空気比や一次燃焼の開始位置を適宜調整することにより、火炎を安定化させて確実に上記ＮＯｘ低減効果を得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜３のいずれかに記載の発明によれば、分割火炎燃焼方式、排ガス再循環方式および多段燃焼方式による優れたＮＯｘ低減効果を奏することができるとともに、さらに空気穴に、火口筒内に導入される燃焼用空気の量を調節可能とするための開度調整機構を設けているので、排ガスダクトにおける管路抵抗やドラフト等に起因する排ガス流れの影響といった設置現場の状況に応じて、適宜空気比や一次燃焼の開始位置を調整することにより、火炎を安定化させて確実に上記ＮＯｘ低減効果を得ることができる。
【００２９】
加えて、請求項２に記載の発明にように、上記噴気ノズルの先端噴出口に対して、相対的に上記バーナノズルの先端位置を進退させるノズル位置調整機構を設ければ、上記ノズル位置調整機構によってバーナノズルの先端位置を調整して一次燃焼の開始位置を調整することにより、上記火炎を安定的に保持することが可能になる。
また、請求項３に記載の発明によれば、これらの操作をウインドボックスの基端部外周側から行うことができるために操作性に優れるといった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の右側面図である。
【図３】図１の開度調整機構の部分拡大図である。
【図４】図１のノズル位置調整機構の部分拡大図である。
【図５】従来の低ＮＯｘ燃焼装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  ウインドボックス
１ａ  封止板
２  送風機
６  火口筒
７  空気穴
８  送油管
９  バーナノズル
１４  位置決めビス（ノズル位置調整機構）
１６  空気穴調整リング
１８  支持棒
１９  調整棒
２０  位置決め用のナット
２２  噴気ノズル
２２ａ  基端部
２２ｂ  先端噴出口
【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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