(57)【要約】      （修正有）【課題】低ＮＯｘ化を実現する燃焼装置を提供する。【解決手段】風箱３２の内側に設けられた一次燃料ノズル３７と、その一次燃料ノズル３７の周囲に配設された保炎器４１と、前記保炎器４１の外周側であって、一次燃料ノズル３７を中心とした環状領域上に周方向に相互間隔をあけて配設された複数の二次燃料ノズル５２とが備えられている。保炎器４１の外周側であって、前記環状領域上に相互間隔をあけて前記風箱３２の前板には複数の二次空気ノズル６２が備えられ、複数の二次空気ノズル６２と複数の二次燃料ノズル５２とは、交互に配設されている。このため、二次燃料ノズル５２からの燃料ガスが再循環流に対して除々に混合されて、緩慢に燃焼され、ＮＯｘが低減される。【選択図】図１
2016061500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風箱の内側に設けられた一次燃料ノズルと、
前記一次燃料ノズルの周囲に配設された保炎器と、
前記保炎器の外周側であって、前記一次燃料ノズルを中心とした環状領域上に周方向に相互間隔をあけて配設された複数の二次燃料ノズルと
を備えた燃焼装置において、
前記保炎器の外周側であって、前記環状領域上に相互間隔をあけて前記風箱の前板に配設された複数の二次空気ノズルを備え、
前記複数の二次空気ノズルと前記複数の二次燃料ノズルとは、交互に配設された燃焼装置。
【請求項２】
前記風箱内において、前記一次燃料ノズルと同軸上に形成されるとともに、前記保炎器を通過して供給される一次空気と保炎器の周囲から供給される二次空気とを分離する燃焼用空気供給スロートを設けたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
風箱の前板が燃焼室内へ突出して配設されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼後の排出ガス（以下、燃焼ガスという）中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）の量を低減させるようにした燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ボイラ等に用いられる燃焼装置において燃焼ガス中のＮＯｘ排出量の低減が図られ、燃焼ガス中のＮＯｘが酸素濃度０％換算にて６０ｐｐｍ程度にまで低減されている。しかしながら、大気汚染が深刻であるところから、特に都市部の地域冷暖房設備においては、ＮＯｘ排出量が酸素濃度０％換算にて４０ｐｐｍ以下とするように求められている（特許文献1参照）。
【０００３】
非特許文献１には、燃料を二段に供給し、一次燃料を高空気比下で急速混合燃焼させ、その低濃度の残存酸素を含む燃焼ガスにより、周囲から噴射された二次ガスを緩慢燃焼させるとともに、二次ガスの高速噴射流で燃焼ガスの再循環を行って、ＮＯｘを低減する旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−６０８１１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】２０１２年７月１日発行（発行所  一般財団法人省エネルギーセンター）「新版  ガス燃焼の理論と実際」第２０６頁〜２０７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１においては、燃料二段燃焼の欠点として、空気二段燃焼よりはNOｘ低減効果が高いものの、未燃分を生成しやすく、振動燃焼もおこしやすいので燃焼室とのマッチングが重要となることが指摘されている。
【０００７】
また、非特許文献１に紹介されているバーナ構造（図８．２３）およびＮＯｘの排出特性（図８．２４）からは以下の問題点等があるものと推定される。すなわち、
・ＮＯｘ排出値が、Ｏ２＝３％（空気比１．１７）の燃焼条件において、４０ｐｐｍ（Ｏ２＝５％）、すなわち、酸素濃度０％に換算すると５２．５ｐｐｍであり、未だＮＯｘ排出量が多い。
【０００８】
・燃焼に必要とされる全量の空気を用いて一次燃料の高空気比・急速混合燃焼を行っているために、主燃料の流量が副燃料の流量より多くなり、燃料の絞り比（TDR：Turn Down Ratio）を大きくすることが困難である。
【０００９】
・燃焼に必要とされる全量の空気をすべて予燃焼ポート（一次燃料領域）に供給しているため、空気供給圧力損失が大きい。
本発明の目的は、上記技術の問題点を解消し、低ＮＯｘ化を有効に達成できる燃焼装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明においては、風箱の内側に設けられた一次燃料ノズルと、前記一次燃料ノズルの周囲に配設された保炎器と、前記保炎器の外周側であって、前記一次燃料ノズルを中心とした環状領域上に周方向に相互間隔をあけて配設された複数の二次燃料ノズルとを備えた燃焼装置において、前記保炎器の外周側であって、前記環状領域上に相互間隔をあけて前記風箱の前板に配設された複数の二次空気ノズルを備え、前記複数の二次空気ノズルと前記複数の二次燃料ノズルとは、交互に配設されたことを特徴とする。
【００１１】
以上の構成においては、軸線を中心とした環状領域上に相互間隔をあけて二次空気ノズルと複数の二次燃料ノズルとが交互に配設されているため、二次燃料ノズル、二次空気ノズルの両方による高速噴流効果によって、燃焼ガスの再循環が行われて、低ＮＯｘ状態となる。しかも、二次空気ノズルと複数の二次燃料ノズルとが相互に離間されているため、二次空気と二次燃料ガスとの混合を遅らせて、それらを長時間分割状態に維持できて、有効な緩慢燃焼状態を得ることができる。従って、この緩慢燃焼によってＮＯｘの発生を抑制できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、緩慢燃焼によって十分な低ＮＯｘ化を達成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の燃焼装置の断面図。
【図２】図１の燃焼装置の側面図。
【図３】（ａ）は一次燃料ノズルの断面図、（ｂ）は同じく左側面図。
【図４】（ａ）は二次燃料ノズルの断面図、（ｂ）は同じく左側面図。
【図５】実施形態の燃焼装置の動作状態を示す断面図。
【図６】実施形態の燃焼装置の動作状態を示す断面図。
【図７】従来例のNOｘ排出値と第１の実施形態のNOｘ排出値との比較を示すグラフ。
【図８】第２実施形態の燃焼装置の断面図。
【図９】第３実施形態の燃焼装置の断面図。
【図１０】（ａ）第４実施形態の燃焼装置の断面図、（ｂ）同じく左側面図。
【図１１】（ａ）第５実施形態を示す一部断面図、（ｂ）同じく左側面図。
【図１２】（ａ）第６実施形態を示す一部断面図、（ｂ）同じく左側面図。
【図１３】変更例を示す一部断面図。
【図１４】（ａ）別の変更例を示す一部断面図、（ｂ）同じく左側面図。
【図１５】（ａ）さらに別の変更例を示す一部断面図、（ｂ）同じく左側面図。
【図１６】第１実施形態の燃焼装置の斜視図。
【図１７】同じく正面図。
【図１８】同じく背面図。
【図１９】同じく平面図。
【図２０】同じく底面図。
【図２１】同じく左側面図。
【図２２】同じく右側面図。
【図２３】図２１のＣ-Ｃ線断面図。
【図２４】第３実施形態の燃焼装置の斜視図。
【図２５】同じく正面図。
【図２６】同じく背面図。
【図２７】同じく平面図。
【図２８】同じく底面図。
【図２９】同じく左側面図。
【図３０】図２９のＤ-Ｄ線断面図。
【図３１】第４実施形態の燃焼装置の斜視図。
【図３２】同じく正面図。
【図３３】同じく背面図。
【図３４】同じく平面図。
【図３５】同じく底面図。
【図３６】同じく左側面図。
【図３７】図３６のＥ-Ｅ線断面図。
【図３８】第５実施形態の燃焼装置の斜視図。
【図３９】同じく正面図。
【図４０】同じく背面図。
【図４１】同じく平面図。
【図４２】同じく底面図。
【図４３】同じく左側面図。
【図４４】図４３のＦ-Ｆ線断面図。
【図４５】第６実施形態の燃焼装置の斜視図。
【図４６】同じく正面図。
【図４７】同じく背面図。
【図４８】同じく平面図。
【図４９】同じく底面図。
【図５０】同じく左側面図。
【図５１】図５０のＧ-Ｇ線断面図。
【図５２】図１５の変更例の燃焼装置の斜視図。
【図５３】同じく正面図。
【図５４】同じく背面図。
【図５５】同じく平面図。
【図５６】同じく底面図。
【図５７】同じく左側面図。
【図５８】図５７のＨ-Ｈ線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した燃焼装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態を図１〜図７及び図１６〜図２３に基づいて説明する。
【００１５】
図１に示すように、ボイラ２１には横向きの燃焼室２２が形成され、この燃焼室２２に本実施形態の燃焼装置３１が取り付けられる。
燃焼装置３１の風箱３２の内側における中心部の水平な軸線１００上にはパイプ状の燃焼用空気供給スロート（以下、単にスロートという）３３が配置されている。このスロート３３は風箱３２内の後部の第１送風室３４に接続され、この第１送風室３４からスロート３３内に一次空気が送られて、その一次空気がスロート３３の先端開口３５から燃焼室２２内の前方に向かって噴出される。なお、本実施形態においては、図１の左側を前部とする。
【００１６】
図１及び図２に示すように、スロート３３内においてその軸線１００上には先端を開口した中央燃料供給管３６が貫通配置されている。この中央燃料供給管３６の先端には一次燃料ノズル３７が取り付けられ、その先端外周部には複数（本実施形態では６個）ノズル孔３８が等間隔を隔てて配列されている。従って、スロート３３と一次燃料ノズル３７とは同軸上に配置されている。図３（ａ）（ｂ）に示すように、前記ノズル孔３８は軸線１００方向から見て軸線１００を中心とした半径線上に配置されるとともに、軸線１００と直交する方向から見て軸線１００に対して中心角θ１が３０度〜８０度（本実施形態では６０度）程度の方向に向かって開口されている。そして、中央燃料供給管３６を介して一次燃料ノズル３７内には都市ガスよりなる燃料ガスが供給され、その燃料ガスがノズル孔３８から燃焼室２２内に対して放射方向に、つまり燃焼室２２内の外周側の斜め前方に向けて噴射される。
【００１７】
なお、スロート３３内において一次燃料ノズル３７の後部側には、着火用のパイロットバーナ（図示しない）が設けられている。
図１及び図３（ａ）（ｂ）に示すように、前記ノズル孔３８の直近の後部において、一次燃料ノズル３７の周囲には、その一次燃料ノズル３７の外周面とスロート３３の内周面との間に位置する保炎器４１が取り付けられており、この保炎器４１の外周部の６箇所には等間隔をおいて複数（実施形態では６箇所）の凸部４３が形成されている。これらの凸部４３間の凹部が通気口４２になっているとともに、凸部４３の先端とスロート３３の内周面との間が狭い通気間隙４４になっている。凸部４３は前記ノズル孔３８間の部分に対応して位置している。そして、スロート３３内の一次空気が通気口４２及び通気間隙４４を通って燃焼室２２内に前記軸線１００に沿って噴出される。この保炎器４１とスロート３３とによって、燃焼室２２内に一次空気を噴出するための一次空気ノズルが構成されている。
【００１８】
前記風箱３２の前端面は燃焼室２２内に突出している。そして、保炎器４１の前面は風箱３２の前板３２１の前端面より所定長さｄ分だけ奥側に位置している。
図１，図２及び図４（ａ）（ｂ）に示すように、スロート３３の外周側において風箱３２の前板３２１には等間隔をおいて複数本（本実施形態では６本）の外側燃料供給管５１が貫通されている。この外側燃料供給管５１の先端には軸線１００を中心とした環状領域上に位置する二次燃料ノズル５２が固定されている。二次燃料ノズル５２の先端部には単一のノズル孔５３が形成されている。このノズル孔５３は、軸線１００を中心とするとともに、前記保炎器４１の通気口４２を通る半径線上に位置している。図５に示すように、ノズル孔５３は、軸線１００と直交する方向から見て、軸線１００に対して中心角θ２が５度〜３０度（本実施形態では１５度）程度の角度で内向きに開口している。一次燃料ノズル３７の先端部はスロート３３の先端開口と同位置に配置されている。そして、外側燃料供給管５１を介して二次燃料ノズル５２内に都市ガスよりなる燃料ガスが供給され、その燃料ガスがノズル孔５３から燃焼室２２の中心部に向けて斜め前方に向けて噴射される。
【００１９】
図１及び図２に示すように、前記保炎器４１の外周側である外側燃料供給管５１の間において、風箱３２の前板３２１の複数箇所（本実施形態では６箇所）には連通口６１が等間隔をおいて形成され、各連通口６１の部分において前板３２１には二次空気ノズル６２が相互に等間隔をおいて取り付けられている。各二次空気ノズル６２は風箱３２の前端面から燃焼室２２側に突出している。この二次空気ノズル６２は風箱３２の第２送風室６３に接続されている。そして、前記スロート３３により、風箱３２内において前記第１送風室３４と第２送風室６３とが分離されており、第２送風室６３からの空気が二次空気ノズル６２の先端開口６２１から二次空気として燃焼室２２内に前記軸線１００に沿う方向に噴出される。この二次空気ノズル６２の先端開口６２１は矩形のスリット状に形成されている。そして先端開口６２１は前記凸部４３を通る軸線１００を中心とした半径線上に位置し、その長辺が半径線に沿って延長されている。二次空気ノズル６２の先端開口６２１は、スロート３３の先端開口に対して所定長さ分だけ燃焼室２２側に突出している。
【００２０】
そして、二次空気ノズル６２及びその先端開口６２１は、前記二次燃料ノズル５２とともに軸線１００を中心とした同心の環状領域上に配置されるとともに、二次燃料ノズル５２と等間隔をおいて交互に配置されている。
【００２１】
本実施形態において、二次空気ノズル６２の先端開口６２１は、軸線１００を中心とした半径線の方向に延長され、その半径線方向の長さが半径線に対する直交線方向の長さより長ければよい。従って、先端開口６２１の形状は、矩形スリットに限定されず、長円状、楕円形状、前記半径線の方向の両端部が膨らんだ分銅形状等、各種形状が実現可能である。
【００２２】
次に、以上のように構成された実施形態の作用について説明する。
図５及び図６に示すように、実施形態の燃焼装置３１の燃焼作動時には、一次燃料ノズル３７の軸線１００の周囲のノズル孔３８から一次燃料ガスが燃焼室２２に向かって斜め外周方向に噴出されて、一次火炎２０１が形成される。このとき、一次燃料ノズル３７の周囲において、保炎器４１の通気口４２及び通気間隙４４から一次空気が軸線１００の延長方向に沿って燃焼室２２内に噴出される。また、このとき、保炎器４１がスロート３３内に位置しているため、保炎器４１の凸部４３の前面側に小さな再循環流２０４が形成されることによって、この一次火炎２０１が、高空気比下において保炎されるとともに、一次火炎２０１が分割状態になって、表面積が増大し、その一次火炎２０１は温度低下される。
【００２３】
一方、二次燃料ノズル５２のノズル孔５３から二次燃料ガスが軸線１００に向かう傾斜方向に噴出されて、この二次燃料ガスが一次火炎２０１の先端付近に向かって供給される。このため、一次火炎２０１をパイロット火炎として一次火炎２０１の先端部に続く二次火炎２０２が形成される。この二次燃料ガスの噴出によって、燃焼ガスが二次燃料ノズル５２の上流側から巻き込まれて再循環されて、その再循環流２０３に二次燃料ガスが混合されるため、二次火炎２０２は緩慢燃焼となりＮＯｘの発生が低減される。つまり、ノズル孔５３からの二次燃料ガスはノズル孔５３から離れた部位で燃焼されるために、その燃焼が緩慢になる。
【００２４】
そして、このとき、二次燃料ノズル５２の間に位置する二次空気ノズル６２の先端開口６２１から燃焼室２２に向かって二次空気が噴出される。このため、この二次空気によって、二次火炎２０２の温度が低下される。これとともに、二次空気ノズル６２の先端開口から、二次火炎２０２、その外側及び二次空気ノズル６２の基端部付近を周回する前記再循環流２０３が形成されて、この再循環流２０３によって二次空気，二次燃料ガス及び両ガスの噴流によって誘引される燃焼ガスが循環して、それらが混合して緩慢燃焼が実現されるとともに、二次火炎が保炎される。
【００２５】
二次燃料ノズル５２及び二次空気ノズル６２はスロート３３の周囲において交互に均等間隔で配置されているため、図２に示すように、再循環流２０３は二次燃料ノズル５２と二次空気ノズル６２との間の空間を通る。このため、燃焼ガスと二次空気とが分割状態になってそれらの混合が遅れる。しかも、二次燃料ノズル５２と二次空気ノズル６２との間の空間を通る再循環流によって緩慢燃焼が達成される。
【００２６】
加えて、二次空気ノズル６２が二次燃料ノズル５２の先端より前方に突出しているため、二次空気が再循環流の前方位置、すなわち、二次火炎２０２を上流とした再循環流の下流側に合流するため、二次火炎２０２に対する酸素供給が遅れ、ＮＯｘの抑制に有効である。
【００２７】
以上のように、本実施形態においては二次燃料ノズル５２が燃焼室２２内へ突出して配設されることによって、燃焼ガスが、二次燃料ノズル５２の上流側から巻き込まれて再循環して混合されるため、緩慢燃焼となり、ＮＯｘの発生が低減される。
【００２８】
また、二次燃料ノズル５２間に二次空気ノズル６２が相互間隔をあけて配置されることによって、二次燃料ノズル５２からの二次燃料及び二次空気ノズル６２からの二次空気の双方による高速噴流効果によって、燃焼室２２内の燃焼ガスの再循環が促進され、低ＮＯｘを得ることができる。さらに、一次火炎２０１は二次火炎２０２のために保炎すればよい程度の強さでよい。このため、一次燃料ガス及び一次空気の量を少なくすることができて、高ＴＤＲ（ターンダウン比）を確保しながら低ＮＯｘが可能となる。
【００２９】
また、従来の燃料二段燃焼方式においては、必要な燃焼空気を全量、一次火炎領域に供給していたが、二次空気ノズル６２から二次空気を分割して供給して燃料二段燃焼を実現したため、空気供給圧力損失を低減できるとともに、一次ガス燃料を少なくすることを実現できる。
【００３０】
図７に非特許文献１に記載されたＮOｘデータと、第１実施形態のＮＯｘデータの比較を示す。Ｏ２＝３％（空気比１．１７）の燃焼条件において、第１実施形態のＮＯｘ排出値は３４ｐｐｍ（Ｏ２＝０％換算値）であり、従来から約１８ｐｐｍの低減効果がある。また、都市部の地域冷暖房設備におけるＮＯｘ排出量の規制値（酸素濃度０％換算にて４０ｐｐｍ以下）にも十分対応できることが分かる。
【００３１】
この実施形態においては、以下の効果がある。
（１）二次燃料ノズル５２がスロート３３の先端より燃焼室２２内へ突出しているため、燃焼ガスが、再循環流としてスロート３３及び二次燃料ノズル５２の上流側で、かつ外周側から中心側に巻き込まれる。このため、二次燃料ノズル５２からの燃料ガスが再循環流に対して除々に混合されて、緩慢に燃焼され、ＮＯｘが低減される。また、二次燃料ノズル５２からの高速噴流による再循環が円滑に実行される。
【００３２】
（２）一次燃料ノズル３７からの燃料ガスは、二次火炎を保炎する程度の小さな一次火炎が形成される量であればよい。すなわち、燃焼に必要な全空気量の一部を一次空気としてスロート３３へ供給しているため、従来と比較して、二次燃料ガス量に対し、一次燃料ガス量を少なくできる。例えば、（一次燃料ガス量）／（二次燃料ガス量）との比を１／２〜１／１０程度とし、二次燃料ガスの量のみを制御することによって、高ＴＤＲを得ることができる。従って、燃焼装置の燃焼量を幅広い範囲で制御することができる。また、一次燃料ガス量と二次燃料ガス量とを個別に制御する必要がないため、ガス調量弁が二次燃料ガス用のみとなり、コストダウンをすることができる。
【００３３】
（３）軸線１００上に形成された高空気比の一次燃料ガス領域に向けて二次燃料ガスを噴出することによって、二次火炎を安定化することが可能となるとともに、未燃分および一酸化炭素の排出を防ぐことが可能となる。
【００３４】
（４）二次燃料ノズル５２のノズル孔５３は、軸線１００の方向の下流側に向かって半径方向内側向きに傾斜して配設される単孔である。従って、高空気比の一次燃料ガス領域に向けて二次燃料ガスが噴出されることになり、未燃分および一酸化炭素の排出を防ぐことが可能となる。
【００３５】
（５）スロート３３の外周側であって軸線１００を中心とした環状領域上に相互間隔をあけて複数の二次空気ノズル６２が設けられているため、軸線１００上に形成される低濃度の残存酸素を含む燃焼ガスに対し、周囲から二次燃料ガスを有効に混合させて、緩慢燃焼させるとともに、未燃分を有効に燃焼させることができる。従って、一次燃料ガス量を減らしても、一次火炎２０１を安定させる補助効果を発揮する。
【００３６】
（６）複数の二次空気ノズル６２と複数の二次燃料ノズル５２とが環状領域上に交互に配設されているため、二次燃料ノズル、二次空気ノズルの両方による高速噴流効果によって、燃焼ガスの再循環が行われて、低ＮＯｘ状態となる。しかも、二次空気ノズル６２と複数の二次燃料ノズル５２とが相互に離間されているため、二次空気と二次燃料ガスとの混合を遅らせて、それらを長時間分割状態に維持できて、有効な緩慢燃焼状態を得ることができる。
【００３７】
（７）二次空気ノズル６２の開口が軸線１００を中心とした半径方向に延びるスリット状の単孔であることにより、二次燃料ノズルと二次空気ノズルとの間の間隔を確保できる。このため、前記分割状態をより確実に形成できて、より有効な緩慢燃焼状態を得ることができる。
【００３８】
（８）風箱３２の前板３２１が燃焼室２２内へ突出しているため、再循環流２０３が二次空気ノズル６２の後方から流れてきて、その流れの下流側に二次空気ノズル６２の二次空気が巻き込まれて混合していくことになる。このため、再循環流２０３に対する二次空気の混合が遅れ、より緩慢な燃焼が可能となる。
【００３９】
（９）二次空気ノズル６２が、燃焼室２２内へ突出しているため、再循環流２０３が二次空気ノズル６２の後方から流れてきて、その流れの下流側に二次空気が巻き込まれて混合していくので、再循環流２０３に対する二次空気の混合が遅れる。このため、より緩慢な燃焼が可能となる。
【００４０】
（１０）二次空気ノズル６２の開口がスリット状をなして、スロート３３に近接しているため、一次火炎２０１に対する酸素量が不足することを避けることができ、一酸化炭素の発生を抑制できる。
【００４１】
（１１）保炎器４１を通過して供給される一次空気と、保炎器４１の周囲から供給される二次空気とを分離して供給するスロート３３が設けられているため、一次空気と二次空気とを個別に制御できるので、従来と比較して、ＴＤＲを大きくすることが可能となる。
【００４２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を説明する。なお、この第２実施形態以降の各実施形態及び変更例においては、第１実施形態と相違する部分を中心に説明する。
【００４３】
第２実施形態においては、図８に示すように外側供給管５１が中央供給管３６から分岐されている点において前記第１実施形態と異なる。
従って、第２実施形態では以下の効果がある。
【００４４】
（１２）中央供給管３６から外側供給管５１が分岐されているため、燃料供給構造を簡単化することができて、コストダウンにつながる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図９及び図２４〜図３０に基づいて説明する。なお、この第３実施形態以降の各実施形態において、右側面図は第１実施形態と同様であるため、図示を省略する。
【００４５】
第３実施形態においては、第１実施形態の構成において、前板３２１の中心側がスロート３３に向かうように傾斜されたものである。これによって、第６実施形態では以下の効果がある。
【００４６】
（１３）燃焼ガスの再循環流２０３が二次燃料ノズル５２と二次空気ノズル６２との間の離間部分を通って流れやすくなる。
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１０（ａ）,（ｂ）及び図３１〜図３７に基づいて説明する。
【００４７】
第４実施形態においては、第１実施形態の構成におけるける二次空気ノズル６２の矩形の開口６２１が円形の開口６２１に変更されている。この開口６２１の形状変更は既成パイプを用いることによって実現される。
【００４８】
第４実施形態では以下の効果がある。
（１４）円形の開口６２１を形成するために、既成パイプが用いられているため、コストダウンとなる。また、既成パイプを適宜に選択することにより、開口６２１の径を任意に変更できる。このため、再循環流２０３の指向性や流量を適宜に調整して、低ＮＯｘ化に役立たせることができる。
【００４９】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図１１（ａ）,（ｂ）及び図３８〜図４４に基づいて説明する。
【００５０】
第５実施形態では、前記第４実施形態の構成において、二次空気ノズル６２の円形の開口６２１が風箱３２の径方向に沿って複数ずつ設けられている。開口６２１は既成パイプによって形成されている。
【００５１】
これによって、第５実施形態では以下の効果がある。
（１５）複数の開口６２１が径方向に並んでいるため、矩形の開口６２１を有する二次空気ノズル６２に近い効果を得ることができるとともに、既成パイプが用いられているため、第４実施形態と同様にコストダウンが可能となる。
【００５２】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態を図１２（ａ）,（ｂ）及び図４５〜図５１に基づいて説明する。
【００５３】
第６実施形態では、図１０（ａ）,（ｂ）に示す第４実施形態の二次空気ノズル６２の開口６２１が、燃焼室２２の前方に向かって軸線１００に対して内側向きに中心角θ２が１０度〜５０度（第２実施形態では３０度）程度の角度で傾斜して設けられたものである。
【００５４】
従って、第６実施形態では以下の効果がある。
（１６）二次空気ノズル６２の開口６２１は、半径方向内側向きに傾斜して配設される単孔であることによって、二次空気ノズル６２からの二次空気の噴流が内向きになることから、軸線１００上に形成される二次火炎２０２による燃焼ガスに二次空気が良好に混合される。このことで、二次火炎２０２の安定性を保持しつつ、二次火炎領域における更なる高空気比化を実現できる。従って、ＮＯｘの発生抑制に有効である。また、既成パイプを使用することでコストダウンとなる。
【００５５】
（変更例）
本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、以下のような態様で具体化することも可能である。
【００５６】
・前記第１実施形態において、第６実施形態と同様に二次空気ノズル６２の先端開口６２１を内向きに形成してもよい。このようにすれば、前記（１５）に記載の効果と同様な効果を得ることができる。
【００５７】
・二次燃料ノズル５２及び二次空気ノズル６２の数を変更すること。例えば、二次燃料ノズル５２及び二次空気ノズル６２の数を少なくしてもよい。このように構成すれば、二次空気ノズル６２と二次燃料ノズル５２との間の空間が広くなり、再循環流２０３が円滑に流れる。
【００５８】
・二次燃料ノズル５２及び二次空気ノズル６２の数を同数ではなく、それらの数を異ならせてもよい。
・一次、二次燃料はガス燃料ではなく、噴霧状の液体燃料でもよい。
【００５９】
・一次、二次空気は、２１％酸素含有の空気でなくてもよい。排ガスを混入させてもよい。この場合は、外部排ガス循環となる。
・二次燃料ノズル５２を二次空気ノズル６２より燃焼室２２側に突出させてもよい。
【００６０】
・保炎器４１は、第１〜６実施形態のような凹凸形のバッフル型保炎器に限らず、他のバッフル型保炎器であってもよい。また、保炎器４１は、スワラ型保炎器としてもよい。
・前記二次燃料ノズル５２のノズル孔３８を前記軸線１００を中心とした半径線に沿って延びるスリット状の単孔にしてもよい。このように、ノズル孔３８をスリット状の単孔とすることで、二次燃料ノズル５２と二次空気ノズル６２との間の間隔を広げることができる。従って、燃焼ガスの再循環が良好に行われながら緩慢燃焼するため、より低ＮＯｘ化が可能となる。
【００６１】
・図１３に示すように、第１〜第６実施形態において、スロート３３を省略することができる。この場合、スロート３３が存在しないために、風箱３２内において一次空気と二次空気とを分離できず、それらの量を風箱３２内においては制御できない。従って、燃焼室２２内に供給される一次空気量と二次空気量との配分が適切になるように、一次空気が噴出される保炎器４１の通気口４２等の開口面積を適正に設定する必要がある。スロート３３が存在しない構成の場合、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、前板３２１と保炎器４１とを接合したり、一体化したりしてもよい。前板３２１と保炎器４１とを接合したり、一体化したりした場合、保炎器４１の凸部４３の先端側の通気間隙４４が形成されないため、図１４（ｂ）に２点鎖線で示すように、凸部４３の先端に通気間隙４４となる開口を形成してもよい。
【００６２】
・前板３２１と保炎器４１の前面との間の所定距離ｄ（図１及び図１３参照）を必ずしも設ける必要はなく、例えば、前板３２１を傾斜させる図９及び図２４〜図３０の第２実施形態を除き、図１５（ａ）（ｂ）及び図５２〜図５８に示すように、前板３２１と保炎器４１とを面一として形成してもよい。図１５（ａ）（ｂ）及び図５２〜図５８においては、図１〜図６及び図１６〜図２３に示す第１実施形態の構成において、前板３２１と保炎器４１とを一体化して保炎器４１に相当する部分を凹凸形の開口とすることなく、同部分に複数の小孔４５を設けたものである。このように前板３２１と保炎器４１とを一体化して小孔４５を設ける構成は、図９及び図２４〜図３０の第２実施形態を除く第３〜第６実施形態において適用してもよい。
【００６３】
（他の技術的思想）
前記各実施形態から把握され、請求項に記載されていない技術的思想は以下のとおりである。
【００６４】
（Ａ）前記二次空気ノズルの開口は、前記軸線を中心とした半径線に沿って延びる形状の単孔であることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の燃焼装置。
二次燃料ノズルの開口を前記半径線に沿って延びる形状の単孔とすることで、二次燃料ノズルと二次空気ノズルとの間隔をあけることができるため、燃焼ガスの再循環が良好に行われながら緩慢燃焼し、より低ＮＯｘ化が可能となる。
【００６５】
（Ｂ）前記二次空気ノズルの開口は、軸方向下流側に向かって半径方向内側向きに傾斜して配設される単孔であることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の燃焼装置。
【００６６】
このように構成すれば、二次空気ノズルからの噴流が内向きになることから、二次火炎に二次空気が良好に混合することで、二次火炎の安定性を保持しつつ、更なる高空気比化を実現できる。
【００６７】
（Ｃ）前記二次燃料ノズルの開口部は、前記仮想配設円上の半径方向に延びるスリット状の単孔ガス燃料用ノズルであることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の燃焼装置。
【００６８】
スリット状の単孔とすることで、二次燃料ノズルと二次空気ノズルとの間隔をあけることができるため、ここから燃焼ガスの再循環が良好に行われながら緩慢燃焼するため、より低ＮＯｘとなる。
【００６９】
（Ｄ）前記二次燃料ノズルの開口部は、軸方向下流側に向かって半径方向内側向きに傾斜して配設される単孔ガス燃料用ノズルであることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の燃焼装置。
【００７０】
このように構成すれば、中心軸上に形成された高空気比(希薄な)一次燃料領域に向けて二次燃料を噴出することによって、未燃分および一酸化炭素の排出を防ぐことが可能となる。
【００７１】
（Ｅ）風箱の前板が燃焼室内へ突出して配設されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃焼装置。
このように構成すれば、燃焼ガスが、二次空気ノズルまたは二次燃料ノズルの上流側から巻き込まれて再循環していくので、よりＮＯｘが低減される。
【００７２】
（Ｆ）請求項１または請求項２に記載の燃焼装置において、（一次燃料ガス量）／（二次燃料ガス量）との比を１／２以下とするとともに、二次燃料ガスの量のみを制御する燃焼方法。
【００７３】
このようにすることにより、従来と比較して、ＴＤＲを大きくすることが可能となる。また、一次燃料ガス量と二次燃料ガス量とを個別に制御する必要がないため、ガス調量弁が二次燃料ガス用のみとなり、コストダウンとなる。
【符号の説明】
【００７４】
３１…燃焼装置、３２…風箱、３３…スロート、３７…一次燃料ノズル、４１…保炎器、５２…二次燃料ノズル、６２…二次空気ノズル、１００…軸線、３２１…前板。
【図１】
2016061500.tif 000003
【図２】
2016061500.tif 000004
【図３】
2016061500.tif 000005
【図４】
2016061500.tif 000006
【図５】
2016061500.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016061500.tif 000009
【図８】
2016061500.tif 000010
【図９】
2016061500.tif 000011
【図１０】
2016061500.tif 000012
【図１１】
2016061500.tif 000013
【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】
2016061500.tif 000019
【図１８】
2016061500.tif 000020
【図１９】
2016061500.tif 000021
【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
2016061500.tif 000030
【図２９】
2016061500.tif 000031
【図３０】
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【図３１】
2016061500.tif 000033
【図３２】
2016061500.tif 000034
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
2016061500.tif 000040
【図３９】
2016061500.tif 000041
【図４０】
2016061500.tif 000042
【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
2016061500.tif 000046
【図４５】
2016061500.tif 000047
【図４６】
2016061500.tif 000048
【図４７】
2016061500.tif 000049
【図４８】
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【図４９】
2016061500.tif 000051
【図５０】
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【図５１】
2016061500.tif 000053
【図５２】
2016061500.tif 000054
【図５３】
2016061500.tif 000055
【図５４】
2016061500.tif 000056
【図５５】
2016061500.tif 000057
【図５６】
2016061500.tif 000058
【図５７】
2016061500.tif 000059
【図５８】
2016061500.tif 000060
【手続補正書】
【提出日】平成28年1月13日(2016.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風箱の内側に設けられた一次燃料ノズルと、
前記一次燃料ノズルの周囲に配設された保炎器と、
前記保炎器の外周側であって、前記一次燃料ノズルを中心とした環状領域上に周方向に相互間隔をあけて配設された複数の二次燃料ノズルと
を備えた燃焼装置において、
前記保炎器の外周側であって、前記環状領域上に相互間隔をあけて前記風箱の前板に配設された複数の空気ノズルを備え、
前記複数の空気ノズルと前記複数の二次燃料ノズルとは、交互に配設された燃焼装置。
【請求項２】
前記風箱内において、前記一次燃料ノズルと同じ軸上に形成されるとともに、前記保炎器を通過して供給される空気と保炎器の周囲から供給される空気とを分離する燃焼用空気供給スロートを設けたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記風箱の前板が燃焼室内へ突出して配設されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記空気ノズルの開口は、前記軸を中心とした半径線に沿って延びる形状の単孔であることを特徴とする請求項２または３に記載の燃焼装置。
【請求項５】
前記空気ノズルの開口は、軸方向下流側に向かって半径方向内側向きに傾斜して配設される単孔であることを特徴とする請求項２または３に記載の燃焼装置。
【請求項６】
前記二次燃料ノズルの開口部は、前記仮想配設円上の半径方向に延びるスリット状の単孔ガス燃料用ノズルであることを特徴とする請求項２または３に記載の燃焼装置。
【請求項７】
前記二次燃料ノズルの開口部は、軸方向下流側に向かって半径方向内側向きに傾斜して配設される単孔ガス燃料用ノズルであることを特徴とする請求項２または３に記載の燃焼装置。
【請求項８】
請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の燃焼装置を有するボイラ。
【請求項９】
請求項１または請求項２に記載の燃焼装置において、（一次燃料ガス量）／（二次燃料ガス量）との比を１／２以下とするとともに、二次燃料ガスの量のみを制御する燃焼方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、燃焼後の排出ガス（以下、燃焼ガスという）中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）の量を低減させるようにした燃焼装置、その燃焼装置を用いたボイラ及び燃焼方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
・燃焼に必要とされる全量の空気をすべて予燃焼ポート（一次燃料領域）に供給しているため、空気供給圧力損失が大きい。
本発明の目的は、上記技術の問題点を解消し、低ＮＯｘ化を有効に達成できる燃焼装置、その燃焼装置を用いたボイラ及び燃焼方法を提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明においては、風箱の内側に設けられた一次燃料ノズルと、前記一次燃料ノズルの周囲に配設された保炎器と、前記保炎器の外周側であって、前記一次燃料ノズルを中心とした環状領域上に周方向に相互間隔をあけて配設された複数の二次燃料ノズルとを備えた燃焼装置において、前記保炎器の外周側であって、前記環状領域上に相互間隔をあけて前記風箱の前板に配設された複数の空気ノズルを備え、前記複数の空気ノズルと前記複数の二次燃料ノズルとは、交互に配設されたことを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
以上の構成においては、軸線を中心とした環状領域上に相互間隔をあけて空気ノズルと複数の二次燃料ノズルとが交互に配設されているため、二次燃料ノズル、空気ノズルの両方による高速噴流効果によって、燃焼ガスの再循環が行われて、低ＮＯｘ状態となる。しかも、空気ノズルと複数の二次燃料ノズルとが相互に離間されているため、空気と二次燃料ガスとの混合を遅らせて、それらを長時間分割状態に維持できて、有効な緩慢燃焼状態を得ることができる。従って、この緩慢燃焼によってＮＯｘの発生を抑制できる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
（７）二次空気ノズル６２の開口が軸線１００を中心とした半径方向に延びるスリット状の単孔であることにより、二次燃料ノズルと二次空気ノズルとの間の間隔を確保できる。このため、前記分割状態をより確実に形成できて、より有効な緩慢燃焼状態を得ることができ、より低ＮＯｘ化が可能となる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
（８）風箱３２の前板３２１が燃焼室２２内へ突出しているため、再循環流２０３が二次空気ノズル６２の後方から流れてきて、その流れの下流側に二次空気ノズル６２の二次空気が巻き込まれて混合していくことになる。このため、再循環流２０３に対する二次空気の混合が遅れ、より緩慢な燃焼が可能となり、より低ＮＯｘ化が可能となる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】削除
【補正の内容】