(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃料と酸素含有気体とを混合して空気比が１より小さい濃混合気を形成し炉内に噴射する濃混合気ノズルと、ガス燃料と酸素含有気体とを混合して空気比が１より大きい淡混合気を形成し炉内に噴射する淡混合気ノズルとを備え、前記濃混合気ノズルから噴射される濃混合気を燃焼させて濃混合気炎を形成し、淡混合気ノズルから噴射される淡混合気を前記濃混合気炎との接触及び炉内の輻射熱により燃焼させるガス燃料焚きバーナであって、前記淡混合気ノズルから噴射される淡混合気の周囲にシールガスを噴射し、少なくとも淡混合気ノズルからの噴射直後の淡混合気を炉内雰囲気から遮断するシールガス層を形成するシールガス供給手段を設けたガス燃料焚きバーナであって、
前記淡混合気ノズルは、ノズル外筒と、ノズル外筒内に配置され淡混合気を噴出する補助内筒とを備え、前記シールガス供給手段は前記ノズル外筒内周と前記補助内筒外周との間に形成される間隙から前記シールガスとして前記酸素含有気体を噴出し、
前記淡混合気ノズル外筒と前記補助内筒とは前記酸素含有気体の共通の圧力供給源に接続され、前記ノズル外筒と補助内筒との間の空隙、及び前記補助内筒内を通ってノズル軸線方向に前記酸素含有気体が噴射されるとともに、前記補助内筒内には、燃料ガスと前記酸素含有気体とを混合して淡混合気を形成する淡燃料用予混合エアノズルが配置され、
前記淡燃料用予混合エアノズルは前記補助内筒に対してノズル軸線方向に沿って移動可能とされ、前記淡燃料用予混合エアノズルがノズル軸線方向に沿って気流上流側に移動した位置では、前記補助内筒内周と淡燃料用予混合エアノズル外周との間に前記酸素含有気体の圧力供給源に連通する間隙が形成され、該間隙を通り補助内筒内周に沿った前記酸素含有気体の第２のシールガスとしての気流が形成され、前記淡燃料用予混合エアノズルが軸線方向最下流側に移動した位置では前記淡燃料用予混合エアノズル下流側端部と前記補助内筒内周面とが当接して前記間隙が閉鎖される、ガス燃料焚きバーナ。
【請求項２】
前記淡燃料用予混合エアノズルは、該エアノズル内に供給される酸素含有気体中に燃料を噴射する淡燃料用ガスノズルを備え、該淡燃料用ガスノズルは前記淡燃料用予混合エアノズル内で前記軸線方向に沿って移動可能とされた請求項１に記載のガス燃料焚きバーナ。
【請求項３】
前記淡燃料用ガスノズルはノズル軸線方向に沿って上流側所定位置まで移動したときに前記淡燃料用予混合ノズルと係合し、前記淡燃料用ガスノズルが前記所定位置を越えて上流側に移動すると前記淡燃料用予混合エアノズルが前記淡燃料用ガスノズルとともに上流側に移動し、前記補助内筒と前記淡燃料用予混合エアノズルとの間に前記間隙が形成される請求項２に記載のガス燃料焚きバーナ。
【請求項４】
前記淡燃料用ガスノズルは、前記淡燃料用予混合エアノズル内中央に配置されたノズルヘッダと、該ノズルヘッダ外周に配置されガスヘッダから供給されるガス燃料を前記淡燃料用予混合エアノズル内を流れる酸素含有気体中に噴射するガスノズルとを備えた請求項３に記載のガス燃料焚きバーナ。
【請求項５】
請求項１に記載のガス燃料焚きバーナにおいて、前記濃混合気ノズルは、濃混合気ノズル外筒と、該濃混合気ノズル外筒内に配置された濃燃料用予混合エアノズルとを備え、前記ノズル外筒と前記濃燃料用予混合エアノズルとは共通の酸素含有気体圧力供給源に接続され、前記濃混合気ノズル外筒内周と前記濃燃料用予混合エアノズル外周との間に形成される空隙、及び前記前記濃燃料用予混合エアノズル内を通って前記酸素含有気体が炉内に噴射され、
前記濃燃料用予混合エアノズルは該ノズル内を通る前記酸素含有気体中にガス燃料を噴射して濃混合気を形成する濃燃料用ガスノズルを備え、該濃燃料用ガスノズルは、前記濃燃料用予混合エアノズル内にガス燃料を噴射して濃混合気を形成する予混合気形成用ガス噴射孔に加えて、前記濃燃料用予混合ノズルの壁面に沿った保炎用ガス燃料流を形成する保炎用ガス燃料噴射孔を備えたことを特徴とするガス燃料焚きバーナ。
【請求項６】
前記濃燃料用予混合エアノズルは、ノズル出口近傍の外周に前記濃燃料用予混合エアノズルの外周に沿って流れる酸素含有気体流の渦流を形成、保持する保炎板と、前記濃燃料用ガスノズルの保炎用ガス燃料噴射孔から噴射された保炎用ガス燃料を濃燃料用予混合エアノズル内で酸素含有気体と混合することなく前記保炎板下流側近傍に導く保炎用ガス燃料供給手段と、を備えた請求項５に記載のガス燃料焚きバーナ。
【請求項７】
前記保炎用ガス燃料供給手段は、前記濃燃料用予混合エアノズル壁面に沿って前記保炎用ガス燃料噴射孔から前記保炎板下流側部分まで形成された、前記濃燃料用予混合エアノズル内の酸素含有気体から隔離された保炎用ガス燃料通路を備えた請求項６に記載のガス燃料焚きバーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス燃料焚きバーナに関し、詳細にはボイラ等の火炉内に火炎を形成するガス燃料焚きバーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、空気比（空気量と理論燃焼空気量との比）が１より小さい濃混合気を火炉内に噴射する濃混合気ノズルと、空気比が１より大きい淡混合気を火炉内に噴射する淡混合気ノズルとを隣接して配置したガス燃料焚きバーナが知られている。この種のバーナでは、濃混合気を燃焼させて濃混合気炎を形成し、この濃混合気炎との接触及び炉内の輻射熱により淡混合気ノズルから噴射される淡混合気を安定して燃焼させるようにしている。また、バーナ全体としては空気比は１以下になるように燃焼空気量が調整され、全体として還元燃焼を行うようにされる。これにより燃焼により発生する窒素酸化物（ＮＯX）が還元され火炉の排気中のＮＯX量が低減される。
【０００３】
図１２(A) 、(B) は、この種のガス燃料焚きバーナの一般的構成を示す正面図（図１２(A) ）と図１２(A) のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
図１２(A)(B)において、参照符号１００はバーナ全体を、４は濃混合気ノズル、５は淡混合気ノズルをそれぞれ示している。通常、バーナ１００は図１２(A)(B)に示すように濃混合気ノズル４の上下両側に淡混合気ノズル５を配置した構成とされ、計３つのノズルにより１つのバーナが構成される。濃混合気ノズル４と淡混合気ノズル５とはそれぞれ一端が共通の風箱１に接続され、他端が火炉内に臨むように配置される。風箱１に加圧燃焼空気が供給されると、燃焼空気はノズル４、５から火炉内に噴出する。
【０００４】
濃混合気ノズル４はノズル外筒４ａの中央付近に配置された２つの濃燃料用予混合エアノズル８とノズル８の風箱１側端部に配置された濃燃料用ガスノズル６とを備えている。濃燃料用ガス２１は外部供給源から濃燃料用ガスノズル６に供給され、先端の噴出孔６ａから濃燃料用予混合エアノズル８内に噴射される。また、燃焼用空気は、風箱１から濃混合気ノズル４上流側端部の濃混合気エアコンパートメント２に流入し、その一部は濃燃料用１次空気１７として濃燃料用予混合エアノズル８内周と濃燃料用ガスノズル６外周との間に形成された空隙から濃燃料用予混合エアノズル８内に流入する。濃燃料用ガスノズル６から噴射された濃燃料用ガス２１は、濃燃料用予混合エアノズル８内で１次空気１７と混合して濃燃料予混合気２３となって炉内に噴出する。
【０００５】
一方、濃混合気エアコンパートメント２に流入した燃焼用空気の一部は、２次空気１８として、濃混合気ノズル４外筒と濃燃料用予混合エアノズル６との間に形成された環状の空隙から炉内に噴出する。
淡混合気ノズル５は、ノズル外筒５ａと外筒５ａ内に配置された淡燃料用ガスノズル１２を備えている。淡燃料用ガスノズル１２は、外部から供給される加圧燃料ガス２２を複数のガスノズル７に分配するノズルヘッダ１３と、ガスノズル７下流側に配置された予混合バー１０を備えている。
【０００６】
淡燃料用の燃焼空気１９は風箱１から淡燃料用エアコンパートメン３に流入しその全量が淡混合気ノズル５内を通過する。
ガスノズル７は円筒状の形状とされ、燃焼空気１９流れ方向に直角になるように配置されている。ガスノズル側面には燃焼空気１９流れ方向に対して直角に淡燃料用ガスを噴射する噴射孔７ａが設けられている。すなわち、淡燃料用ガスはガスノズル７から空気流１９に対して直角方向に噴射され、下流側に配置された予混合バー１０により生じる空気流の乱れにより燃焼用空気１９と混合され、淡燃料予混合気２４を形成する。
【０００７】
通常、濃燃料用予混合エアノズル８から噴射される濃混合気２３の空気比は非常に低くガス燃料の可燃範囲外の値になっている。この濃混合気２３は濃燃料用予混合エアノズル８外周から供給される濃燃料用２次空気１８と火炉内で拡散混合し、空気比の極めて低い可燃混合気が形成される。この可燃混合気は図示しない点火トーチ火炎により着火され濃混合気火炎が形成される。
【０００８】
一方、淡混合気ノズル５から炉内に噴射される淡混合気２４の空気比は、通常ガス燃料の可燃限界付近の極めて高い値に設定されており、淡混合気２４の流速もかなり高速になっている。このように、空気比が高くかつ流速が大きいため、淡混合気２４は着火しても自己保炎は困難であり、濃混合気火炎との接触あるいは炉内の輻射熱によってのみ火炎が保持される。このため、淡燃料火炎形成位置は淡混合気ノズル５出口から比較的遠く離れた位置となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、淡混合気炎の燃焼の安定性は濃混合気炎の形成に完全に依存している。このため、従来バーナ全体の燃焼を安定させるために濃混合気炎着火後も点火トーチ炎を常時保持するようにして濃混合気炎が安定して形成されるようにする必要があった。
【００１０】
ところが、近年種々の理由から点火トーチ炎の常用を廃止して濃混合気着火後の点火トーチ消火の要請が高まってきており、点火トーチ炎を使用せずに濃混合気炎の形成を安定化する必要が生じている。
また、淡混合気は高空気比かつ噴出速度が高く、しかもノズル出口から比較的離れた位置に淡混合気炎が形成されるため本来的に燃焼時に逆火が生じる可能性は低くなっている。しかし、実際には淡混合気は多量の燃焼空気に少量の燃料ガスを混合して形成されるため、淡混合気ノズル内で完全にガス燃料を多量の空気に均一に分散させることは困難である。このため、淡混合気中には局所的に高燃料濃度の領域が形成される場合がある。また、淡混合気ノズル内壁面近傍には混合気流の速度が低い低速領域や渦流が形成される場合があり、これらの低速領域や渦流の形成と局所的な燃料濃度の増大とが同時に生じると淡混合気の着火点がノズル出口に接近してしまうため、淡混合気といえども逆火が生じやすくなる可能性がある。更に、実際のボイラ等では排気の一部を燃焼用空気に混入する排気再循環が実施されているが、再循環排気量の低減や後述するアディショナルエアと燃焼用空気との流量配分調整のための燃焼用空気流量の低減等が行われると淡混合気の空気比の低下（燃料濃度の増大）と流速の低下が同時に生じることになり、淡混合気ノズルでの逆火が一層発生しやすくなる問題がある。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑み、淡混合気ノズルにおける逆火の発生の可能性を完全に排除することが可能なガス燃料焚きバーナを提供することを目的としている。更に、本発明は点火トーチ炎を常用せずに常にバーナの燃焼を安定させることが可能なガス燃料焚きバーナを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、ガス燃料と酸素含有気体とを混合して空気比が１より小さい濃混合気を形成し炉内に噴射する濃混合気ノズルと、ガス燃料と酸素含有気体とを混合して空気比が１より大きい淡混合気を形成し炉内に噴射する淡混合気ノズルとを備え、前記濃混合気ノズルから噴射される濃混合気を燃焼させて濃混合気炎を形成し、淡混合気ノズルから噴射される淡混合気を前記濃混合気炎との接触及び炉内の輻射熱により燃焼させるガス燃料焚きバーナであって、前記淡混合気ノズルから噴射される淡混合気の周囲にシールガスを噴射し、少なくとも淡混合気ノズルからの噴射直後の淡混合気を炉内雰囲気から遮断するシールガス層を形成するシールガス供給手段を設けたガス燃料焚きバーナであって、
前記淡混合気ノズルは、ノズル外筒と、ノズル外筒内に配置され淡混合気を噴出する補助内筒とを備え、前記シールガス供給手段は前記ノズル外筒内周と前記補助内筒外周との間に形成される間隙から前記シールガスとして前記酸素含有気体を噴出し、
前記淡混合気ノズル外筒と前記補助内筒とは前記酸素含有気体の共通の圧力供給源に接続され、前記ノズル外筒と補助内筒との間の空隙、及び前記補助内筒内を通ってノズル軸線方向に前記酸素含有気体が噴射されるとともに、前記補助内筒内には、燃料ガスと前記酸素含有気体とを混合して淡混合気を形成する淡燃料用予混合エアノズルが配置され、
前記淡燃料用予混合エアノズルは前記補助内筒に対してノズル軸線方向に沿って移動可能とされ、前記淡燃料用予混合エアノズルがノズル軸線方向に沿って気流上流側に移動した位置では、前記補助内筒内周と淡燃料用予混合エアノズル外周との間に前記酸素含有気体の圧力供給源に連通する間隙が形成され、該間隙を通り補助内筒内周に沿った前記酸素含有気体の第２のシールガスとしての気流が形成され、前記淡燃料用予混合エアノズルが軸線方向最下流側に移動した位置では前記淡燃料用予混合エアノズル下流側端部と前記補助内筒内周面とが当接して前記間隙が閉鎖される、ガス燃料焚きバーナが提供される。
【００１３】
すなわち、請求項１に記載の発明では、淡混合気ノズルから噴射される淡混合気の周囲にシールガスが噴射され、噴射直後の淡混合気の周囲にシールガス層が形成される。シールガスとしては、例えば燃焼用空気と同一の酸素含有気体を使用することができる。このように、淡混合気の周囲にシールガスを噴射して噴射直後の淡混合気と炉内の高温空気との接触や炉内の輻射熱を遮断することにより淡混合気ノズル出口近傍での淡混合気の着火が生じることが防止される。このため、淡混合気に高燃料濃度領域や低速領域等が生じた場合でも淡混合気ノズル出口近傍で着火が生じることがなく、淡混合気ノズルにおける逆火の発生が防止される。
【００１５】
また、本発明では、シールガスとして燃焼用の酸素含有気体が使用される。また、シールガスはノズル外筒内周と補助内筒外周との間に形成される空隙から噴射されるため、確実に噴射直後の淡混合気が炉内雰囲気から遮断される。
【００１６】
更に、本発明では、シールガスとしての酸素含有気体は共通の圧力供給源から供給されるため、簡易にシールガスを供給することができる。また、補助内筒は内部に予混合エアノズルを備えているため形成される淡混合気の燃料濃度がより均一となる。
【００１７】
また、本発明では、淡燃料用予混合エアノズルがノズル軸線方向に沿って移動可能とされ、上流側に移動した位置では補助内筒外周から供給されるシールガスに加えて淡燃料用予混合エアノズル外周から第２のシールガスが供給される。第２のシールガスは補助内筒内周面に沿って気流を形成し、通常のシールガスと同様に噴射直後の淡混合気を炉内雰囲気から遮断するとともに噴射直後の淡混合気流表面付近の燃料濃度を低下させる。このため、何らかの原因で淡混合気中に高燃料濃度領域が生じて淡混合気の着火点がノズル出口に接近したような場合にも、淡燃料用予混合エアノズルを上流側に移動させて通常のシールガスに加えて第２のシールガスを導入することにより一層確実にノズル出口近傍での淡混合気の着火を防止することが可能となる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、前記淡燃料用予混合エアノズルは、該エアノズル内に供給される酸素含有気体中に燃料を噴射する淡燃料用ガスノズルを備え、該淡燃料用ガスノズルは前記淡燃料用予混合エアノズル内で前記軸線方向に沿って移動可能とされた請求項１に記載のガス燃料焚きバーナが提供される。
すなわち、請求項２に記載の発明では、淡燃料用予混合エアノズル中に設けられたガスノズルはノズル軸線方向に移動可能とされている。このため、淡燃料ガスノズルを淡燃料用予混合エアノズル内で上流側に移動させることにより淡燃料ガスノズルから噴射される燃料と酸素含有気体との混合距離を長くすることができ、燃料と酸素含有気体との混合状態を向上させることができる。これにより、何らかの原因で淡混合気中に高燃料濃度領域が生じて淡混合気の着火点がノズル出口に接近したような場合には、淡燃料用予混合エアノズル内で淡燃料用ガスノズルを上流側に移動させることにより燃料の混合を均一にして高燃料濃度領域を消滅させることができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、前記淡燃料用ガスノズルはノズル軸線方向に沿って上流側所定位置まで移動したときに前記淡燃料用予混合ノズルと係合し、前記淡燃料用ガスノズルが前記所定位置を越えて上流側に移動すると前記淡燃料用予混合エアノズルが前記淡燃料用ガスノズルとともに上流側に移動し、前記補助内筒と前記淡燃料用予混合エアノズルとの間に前記間隙が形成される請求項２に記載のガス燃料焚きバーナが提供される。
【００２０】
すなわち、請求項３に記載の発明では、淡燃料用ガスノズルが上流側に所定位置を越えて移動すると、その後は淡燃料用予混合エアノズル自体が淡燃料用ガスノズルとともに上流側に移動し、補助内筒と淡燃料用予混合エアノズルとの間に空隙が形成されて第２のシールガスが導入されるようになる。このため、淡混合気内の燃料の分布が均一になることに加えて第２のシールガスの効果により淡混合気のノズル出口近傍での着火が確実に防止されるようになる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、前記淡燃料用ガスノズルは、前記淡燃料用予混合エアノズル内中央に配置されたノズルヘッダと、該ノズルヘッダ外周に配置されガスヘッダから供給されるガス燃料を前記淡燃料用予混合エアノズル内を流れる酸素含有気体中に噴射するガスノズルとを備えた請求項３に記載のガス燃料焚きバーナが提供される。
【００２２】
すなわち、請求項４に記載の発明では、淡燃料用ガスノズルは、淡燃料用予混合エアノズル中央に配置されたノズルヘッダとノズルヘッダに接続されたガスノズルとを備えている。このため、ガスノズルから噴射された燃料と酸素含有気体との混合が均一になる。
【００２４】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載のガス燃料焚きバーナにおいて、前記濃混合気ノズルは、濃混合気ノズル外筒と、該濃混合気ノズル外筒内に配置された濃燃料用予混合エアノズルとを備え、前記ノズル外筒と前記濃燃料用予混合エアノズルとは共通の酸素含有気体圧力供給源に接続され、前記濃混合気ノズル外筒内周と前記濃燃料用予混合エアノズル外周との間に形成される空隙、及び前記前記濃燃料用予混合エアノズル内を通って前記酸素含有気体が炉内に噴射され、前記濃燃料用予混合エアノズルは該ノズル内を通る前記酸素含有気体中にガス燃料を噴射して濃混合気を形成する濃燃料用ガスノズルを備え、該濃燃料用ガスノズルは、前記濃燃料用予混合エアノズル内にガス燃料を噴射して濃混合気を形成する予混合気形成用ガス噴射孔に加えて、前記濃燃料用予混合ノズルの壁面に沿った保炎用ガス燃料流を形成する保炎用ガス燃料噴射孔を備えたことを特徴とするガス燃料焚きバーナが提供される。
【００２５】
すなわち、請求項５に記載の発明では、請求項１のガス燃料焚きバーナに濃混合気ノズルが設けられている。このため、請求項１の淡混合気ノズルにおける逆火発生防止作用に加えて、濃混合気炎の安定した形成作用が得られガス燃料焚きバーナの極めて安定した燃焼が得られる。
請求項６に記載の発明によれば、前記濃燃料用予混合エアノズルは、ノズル出口近傍の外周に前記濃燃料用予混合エアノズルの外周に沿って流れる酸素含有気体流の渦流を形成、保持する保炎板と、前記濃燃料用ガスノズルの保炎用ガス燃料噴射孔から噴射された保炎用ガス燃料を濃燃料用予混合エアノズル内で酸素含有気体と混合することなく前記保炎板下流側近傍に導く保炎用ガス燃料供給手段と、を備えた請求項５に記載のガス燃料焚きバーナが提供される。
【００２６】
すなわち、請求項６に記載の発明では濃燃料用予混合エアノズル出口近傍の外周に保炎板が配置され、保炎用ガス燃料が酸素含有気体と混合することなく保炎板下流側近傍に供給される。このため、保炎板下流側に形成される渦流にガス燃料が直接供給され、保炎板下流側に火炎が安定して保持されるようになる。
請求項７に記載の発明によれば、前記保炎用ガス燃料供給手段は、前記濃燃料用予混合エアノズル壁面に沿って前記保炎用ガス燃料噴射孔から前記保炎板下流側部分まで形成された、前記濃燃料用予混合エアノズル内の酸素含有気体から隔離された保炎用ガス燃料通路を備えた請求項６に記載のガス燃料焚きバーナが提供される。
【００２７】
すなわち、請求項７に記載の発明では保炎用ガス燃料は濃燃料用予混合エアノズル内を流れる酸素含有気体からは隔離された専用の通路を通って保炎板下流側に供給される。このため、保炎板下流側に形成される渦流には高濃度の燃料ガスが直接供給され、保炎板下流側に安定した火炎が保持される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
（１）第１の実施形態
図１、図２は本発明のガス燃料焚きバーナの第１の実施形態の構成を説明する図１２(A) と同様な正面図（図１）と図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図（図２）である。図１、図２において、図１２(A) 、(B) と同一の参照符号は同一の要素を示している。
【００２９】
図１、図２において参照符号２００は本実施形態のガス燃料焚きバーナ全体を、１０４は濃混合気ノズル、１０５は淡混合気ノズルをそれぞれ示している。本実施形態においても、バーナ２００は濃混合気ノズル１０４の上下両側に淡混合気ノズル１０５を２つ配置した構成とされ、計３つのノズルにより１つのバーナが構成される。濃混合気ノズル１０４と淡混合気ノズル１０５とはそれぞれ一端が共通の風箱１に接続され、他端が火炉内に臨むように配置され、燃焼空気（後述するように再循環排気ガスを含む空気が使用される場合もある）は風箱１から濃混合気ノズル１０４と淡混合気ノズル１０５を通って火炉内に噴出する。
【００３０】
濃混合気ノズル１０４はノズル外筒１０４ａの中央付近に配置された２つの濃燃料用予混合エアノズル１０８とノズル１０８の風箱１側端部に配置された濃燃料用ガスノズル１０６とを備えている。
図１に示すように、本実施形態では濃燃料用予混合エアノズル１０８は横断面長方形のダクト形状とされ、上流側端部は１０８ａは上下方向に拡開された構成となっている。
【００３１】
図３、図４は濃燃料用予混合エアノズル１０８と濃燃料用ガスノズル１０６との配置を示す図であり、図３は濃燃料用ガスノズル１０６の先端形状を示す断面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
濃燃料用ガスノズル１０６は、長方形の横断面形状とされ、図４に示すように先端（下流側）が絞られたテーパ形状となっている。濃燃料ガスノズル１０６はその先端が濃燃料用予混合エアノズル１０８の上流側端の拡開部１０８ａに挿入され、ノズル１０６先端部と濃燃料用予混合エアノズル１０８上流側端部との間には上下方向に間隙１０８ｂが形成されるように配置されている。
【００３２】
濃燃料ガスノズル１０６先端には複数の予混合気形成用のガス燃料噴射孔１０６ａが設けられている。また、本実施形態では、濃燃料ガスノズル１０６の中央上部と下部とには、上記予混合気形成用のガス燃料噴射孔１０６ａに加えて、保炎用のガス燃料噴射孔１０６ｂが設けられている。保炎用ガス燃料噴射孔１０６ｂについては後述する。
【００３３】
濃燃料用ガス２１は外部供給源から濃燃料用ガスノズル１０６に供給され、先端の複数の噴出孔１０６ａから濃燃料用予混合エアノズル１０８内に噴射される。また、燃焼用空気は、風箱１から濃混合気ノズル１０４上流側端部の濃混合気エアコンパートメント２に流入し、その一部は濃燃料用１次空気１７として濃燃料用予混合エアノズル１０８と濃燃料ガスノズル１０６との間の空隙１０８ｂを通って濃燃料用予混合エアノズル１０８内に流入する。濃燃料用ガスノズル１０６の予混合気形成用ガス燃料噴射孔１０６ａから噴射された濃燃料用ガス２１は、濃燃料用予混合エアノズル１０８内で１次空気１７と混合して濃燃料予混合気２３となって炉内に噴出する。
【００３４】
一方、濃混合気エアコンパートメント２に流入した燃焼用空気の一部は、２次空気１８として、濃混合気ノズル１０４の外筒１０４ａと濃燃料用予混合エアノズル１０８との間に形成された空隙から炉内に噴出する。
本実施形態では、図５、図６に示すように濃燃料用予混合エアノズル１０８の先端外周には２次空気流の流れ方向に対して所定の角度を持って配置された平板状の保炎板１３５が形成されている。このため、濃燃料用予混合エアノズル１０８外周に沿って炉内に流入する２次空気は保炎板１３５に衝突し、保炎板１３５下流側には２次空気の安定した渦流が形成される。保炎板１３５下流側に渦流が形成されると濃燃料用予混合エアノズル１０８から噴射された濃混合気の一部がこの渦流に吸引され燃焼に適した空気比の可燃混合気が形成される。このため、点火用トーチ炎（図示せず）により一旦濃混合気炎が形成されると、保炎板１３５下流側の渦流内の可燃混合気も着火し、その後は保炎板１３５下流側（背面）に安定した火炎が保持され、濃混合気の着火源として機能するようになる。これにより、一旦濃混合気に着火した後は点火トーチを消火しても保炎板１３５下流側に保持される着火源としての火炎により安定した濃混合気炎が保持されるようになる。
【００３５】
本実施形態では、濃混合気炎の安定性を更に高めるために、濃燃料用予混合エアノズル１０８内壁の上下部分には上流側端から下流側端にかけて独立した保炎用ガス燃料通路１０８ｃが形成されている。保炎用ガス燃料通路１０８ｃは、濃燃料用予混合エアノズル１０８内を流れる酸素含有気体からは隔離された独立の通路として形成され、通路１０８ｃの上流側端部には濃燃料用ガスノズル１０６端面に形成された保炎用ガス燃料噴射孔１０６ｂが開口している。また、保炎用ガス燃料通路１０８ｃの、下流側端部は濃燃料用予混合エアノズル１０８先端の保炎板１３５下流側に開口している。このため、噴射孔１０６ｂから噴射された保炎用ガス燃料１２１は濃燃料用予混合エアノズル１０８内を流れる酸素含有気体により希釈されることなく保炎板１３５下流側部分に到達する。このため、保炎板１３５背面には高濃度のガス燃料が直接供給されるようになり、保炎板１３５背面の着火源としての火炎がより強固で安定したものとなる。すなわち、本実施形態では保炎板１３５背面に非常に安定した着火源としての火炎が形成されるため、点火トーチ炎を常用しない場合においても安定した濃混合気炎を形成することが可能となっている。なお、本実施形態では濃燃料用予混合エアノズル１０８の先端上下両方に保炎用ガス燃料を供給するために保炎用ガス燃料噴射孔１０６ｂと保炎用ガス燃料通路１０８ｃをノズル１０８の内壁上下両方に設けているが、噴射孔１０６ｂと通路１０８ｃはノズル１０８の上側内壁もしくは下側内壁の一方に設けるようにしても良い。
【００３６】
一方、本実施形態の淡混合気ノズル１０５（図１、図２）は出口部分が円形断面とされたノズル外筒１０５ａと外筒１０５ａ内に配置された先絞り円筒形状の補助内筒１０５ｂを備えている。また、補助内筒１０５ｂの上流側には、支持金具１３７によりノズル外筒１０５ａ上にノズル軸線方向に移動可能に支持された円筒形の淡燃料用予混合エアノズル１０５ｃが挿入されている。
【００３７】
図１にその全体を１１２で示すのは、淡燃料用予混合エアノズル１０５ｃ内に配置された淡燃料用ガスノズルである。淡燃料用ガスノズル１１２は、淡燃料用予混合エアノズル１０５ｃ中央に配置されたノズルヘッダ１１３ａと、ノズルヘッダ１１３ａ外周に放射状に配置された複数の管状のガスノズル１１３ｂを備えている。それぞれのガスノズル１１３ｂの側面には、淡燃料用予混合エアノズル１０５ｃ内を通る燃焼空気流に直角な方向にガス燃料を噴射する複数の噴射孔が設けられている。ノズルヘッダ１１３ａは、炉外の燃料ガス供給源に配管１２を介して接続され、配管１２を通じて供給された燃料ガスを各ガスノズル１１３ｂに分配する。また、本実施形態では、ノズルヘッダ１１３ａは、配管１２外周から放射状に延びる棒状の支持金具１３６により、淡燃料用予混合エアノズル１０５ｃに対して軸線方向に移動可能に支持されている。このため、炉外に設けた図示しない移動機構により配管１２を軸線方向に前後移動させることにより、淡燃料用予混合エアノズル１０５ｃ内におけるノズルヘッダ１１３ａの位置を調整することが可能となっている。また、淡燃料用予混合エアノズル１０５ｃ内周にはストッパとして機能する淡燃料用予混合エアノズル移動金具１３８ａ、１３８ｂが取着されている。このため、図１に示した位置から淡燃料用ガスノズル１１２を上流側に所定位置まで移動させると、ノズル支持金具１３６と上流側の移動金具１３８ａとが当接することになり、この位置から更にガスノズル１１２を上流側に移動させると淡燃料用予混合エアノズル１０５ｃがガスノズル１１２とともに支持金具１３７上を上流側に移動し、淡燃料用予混合エアノズル１０５ｃ先端（下流側端部）と補助内筒１０５ｂの円錐状壁面内周との間に環状の空隙が生成される。逆に、ガスノズル１１２を下流側に移動させ、ノズル支持金具１３６と下流側移動金具１３８ｂとを当接させると、淡燃料用予混合エアノズル１０５ｃはガスノズル１１２とともに下流側に移動し補助内筒１０５ｂの円錐上壁面内周と当接し上記環状空隙は閉鎖される。
【００３８】
淡燃料用の燃焼空気１９は風箱１から淡燃料用エアコンパートメン３に流入し淡混合気ノズル１０５に流入する。この燃焼用空気の一部は１次空気１１９ａとして淡燃料用予混合エアノズル１０５ｃに流入し、補助内筒１０５ｂ出口から炉内に噴射される。この１次空気中には淡燃料用予混合エアノズル１０５ｃ内で淡燃料用ガスノズル１１２から燃料が噴射され、淡燃料用予混合エアノズル１０５ｃ内で１次空気と混合して淡混合気２４が形成される。
【００３９】
一方、淡燃料用エアコンパートメント３から淡混合気ノズル１０５に流入した燃焼空気１９の一部は淡混合気ノズル１０５の外筒１０５ａの内周と補助内筒１０５ｂ外周との間に環状の空隙として形成されたシールガス噴射孔１０５ｄから、炉内に噴出し、補助内筒１０５ｂから噴出する淡混合気２４の周囲を覆う薄膜状のシールガス１１９ｂの層を形成する。
【００４０】
このように淡混合気ノズル１０５から噴射された直後の淡混合気の周囲をシールガス流で覆うことにより、噴射直後の淡燃料予混合気２４への炉内の輻射熱の到達が低減され、淡混合気ノズル１０５出口近傍での淡混合気２４の着火が防止される。このため、淡混合気ノズル１０５出口近傍での淡混合気の着火による逆火が生じる可能性が大幅に低減される。
【００４１】
一方、淡燃料用予混合エアノズル１０５ｃ内での燃料ガスと１次空気との混合が何らかの原因で不均一になった場合にも、淡混合気中に局所的に高燃料濃度の領域が生じ、着火点がノズル１０５出口に接近する場合がある。
本実施形態では、このような場合には淡燃料用予混合エアノズル１０５ｃ内で淡燃料ガスノズル１１２を上流側に後退させる。これにより、ガスノズル１１２から補助内筒出口までの距離が増大するため補助内筒１０５ｂ出口に到達するまでにガス燃料と１次空気とが充分に混合するようになり局所的な高燃料濃度領域の生成が抑制される。また、ガスノズル１１２を支持金具１３６が上流側移動金具１３８ａに到達する位置まで後退させても着火点のノズル１０５出口への接近が防止できない場合にはさらにガスノズル１１２を後退させる。
【００４２】
これにより、淡燃料用予混合エアノズル１０５ｃがガスノズル１１２とともに上流側に後退し、淡燃料用予混合エアノズル１０５ｃ先端と補助内筒１０５ｂとの間に環状の空隙が形成される。このため、この空隙からシールガス１１９ｂの一部が補助内筒１０５ｂ内に流入し、補助内筒内壁面に沿って第２のシールガスの流れを形成する。
【００４３】
このように第２のシールガス流が補助内筒１０５ｂ内壁面近傍に形成されると、補助内筒１０５ｂ内を流れる淡混合気は壁面付近で第２のシールガスにより希釈されるため、淡混合気ノズル１０５から噴射された淡混合気の表面付近では燃料濃度が低下して淡混合気表面付近での高燃料濃度領域の生成が更に抑制されるようになる。このため、着火点の淡混合気ノズル１０５出口への接近が解消され逆火の発生が確実に防止されるようになる。
【００４４】
図７は、本実施形態のガス燃料焚きバーナ２００をボイラ火炉用バーナとして使用した場合の概略構成を模式的に示す図である。
図７において、図１から図４と同じ参照符号は同一の要素を示している。
図７は対向燃焼型の火炉を示しており、複数のバーナ２００が火炉２９内の互いに対向する壁面にそれぞれ複数列、及び複数段に配置された構成となっている。図７において３０はボイラの蒸発管群ユニット、２５は後述するアディショナルエアを火炉に噴射するアディショナルエア噴射ポートを示している。
【００４５】
燃焼用空気１４は図示しない燃焼空気供給装置から空気加熱器３４により火炉排気３１と熱交換後、更に再循環排気ファン３３により火炉排気の一部３２と混合される。この排ガスを混入した燃焼空気１４は、主バーナ用燃焼空気１５とアディショナルエア２６とに分流され、主バーナ用燃焼空気１５はボイラ風箱１に供給され、アディショナルエア２６は前述のアディショナルエア噴射ポート２５から火炉上部に噴射される。
【００４６】
風箱１に供給された主バーナ用燃焼空気は、本実施形態のガス燃料焚きバーナ２００では濃混合気ノズル１０４と淡混合気ノズル１０５とに供給され、１次空気、２次空気及びシールガスとして使用される。
一方、ガス燃料２０は図示しないガス燃料供給源から供給され、濃混合気用ガス燃料２１と淡混合気用ガス燃料２２とに分流されて、それぞれ濃燃料用ガスノズル１０６と淡燃料用ガスノズル１１３から噴射され、濃混合気と淡混合気とを形成する。
【００４７】
濃混合気ノズル１０４から噴射された濃混合気は図示しない点火トーチ炎により燃焼を開始し、濃混合気炎を形成する。また、淡混合気ノズル１０５から噴射された淡混合気は濃混合気炎との接触または火炉２９内の輻射熱により燃焼する。本実施形態では、前述したように点火トーチ炎を常用することなく非常に安定した濃混合気炎が形成されるため、淡混合気炎を含むバーナ全体の燃焼の安定性が良好となる。また、前述したように、主バーナ燃料用空気１５の量は全体として空気比が１より小さくなるように設定されており、バーナ２００では全体として還元燃焼が行われる。このため、燃焼により発生するＮＯX量が減少するが、空気不足のため燃焼後の排ガス中には可燃物が残存するようになる。そこで、炉上部にアディショナルエア２６が供給され残存可燃物の完全燃焼が行われる。
【００４８】
燃焼後の排気は、蒸発管３０で蒸気を発生した後、その一部が再循環用排ガス３２として使用され、残りは空気加熱器３４で燃焼用空気を加熱した後に排気中の有害物質を除去して大気に放出される。
排ガス中のＮＯX量は、同一量の燃料ガスに対して主バーナ燃料用空気１５の量を減少させるほど、すなわち全燃焼空気１４に占めるアディショナルエア２６の量を増大する程少なくなる。このため、主バーナ燃焼用空気１５の量の低減して前述した淡混合気ノズル１０５における流速が低下し、逆火が生じやすくなるが、本実施形態のバーナ２００では前述したシールガスの供給と淡混合気の混合の均一化とにより逆火の発生を確実に防止可能となっている。
（２）第２の実施形態
次に本発明の第２の実施形態について図８、図９を用いて説明する。
【００４９】
本実施形態では、濃燃料用予混合エアノズル１０８の保炎用ガス燃料通路１０８ｃの構成のみが第１の実施形態と相違しているため、以下に相違点のみについて説明する。
図８は本実施形態の保炎用ガス燃料通路１０８ｃの構成を示す濃燃料用予混合エアノズル１０８の正面図、図９は図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。第１の実施形態では、濃燃料用予混合エアノズル１０８の保炎用ガス燃料通路１０８ｃは濃燃料用予混合エアノズル１０８の内壁に仕切を設けて形成している。しかし、本実施形態では保炎用ガス燃料通路１０８を、図８に示すように２つ割れの円管（半円管）１０８ｅを複数個濃燃料用予混合エアノズル１０８の内壁に固定することによって形成している点が第１の実施形態と相違している。本実施形態においては、ガス燃料焚きバーナの他の部分の構成は第１の実施形態と同一である。
【００５０】
なお、図８において半円管１０８ｅの代わりに円管を内壁に固定することにより保炎用ガス燃料通路を形成することも可能である。
（３）第３の実施形態
次に図１０、図１１を用いて本発明の第３の実施形態について説明する。
本実施形態においても濃燃料用予混合エアノズル１０８の保炎用ガス燃料通路の構成のみが前述の第１と第２の実施形態と相違している。以下、相違点についてのみ説明する。
【００５１】
図１０は本実施形態の濃燃料用予混合エアノズル１０８の正面図、図１１は図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。前述の第１と第２の実施形態では、濃燃料用予混合エアノズル１０８壁面に沿って専用の保炎用ガス燃料通路１０８ｃが形成されており、濃燃料用ガスノズル１０６の保炎用ガス燃料噴射孔１０６ｂから噴射された保炎用ガス燃料は、濃燃料用予混合エアノズル１０８内の１次燃焼空気とは接触せずに保炎板１３５下流部に供給されていた。このため、保炎板１３５下流部には１次燃焼空気によって全く希釈されないガス燃料が直接供給されていた。しかし、実際には保炎板１３５下流部には可燃混合気を形成可能な程度の濃度の保炎用ガス燃料が供給されれば安定した火炎を保持可能であり、燃料濃度を高濃度に維持できれば保炎用ガス燃料の希釈を完全に防止する必要はない。
【００５２】
そこで、本実施形態では保炎用ガス燃料の専用の通路を設けずに、高濃度の保炎用ガス燃料が保炎板１３５下流部に到達するようにしている。
図８、図９に示すように、本実施形態では濃燃料ガスノズル１０６のそれぞれの保炎用ガス燃料噴射孔１０６ｂの出口近傍にのみ遮蔽板１０８１を設け噴射された保炎用ガス燃料が濃燃料用予混合エアノズル１０８に流入する１次空気と混合することを防止している。図８、図９に示すように遮蔽板１０８１は、噴射された保炎用ガス燃料が流入する１次空気１７と直接衝突することを防止するために保炎用ガス燃料噴射孔１０６ｂの上流側に設けられた上流側遮蔽板１０８１ａと、噴射直後の保炎用ガス燃料の両側面を覆い濃燃料用予混合エアノズル１０８出口方向に向けて導く両側の側面遮蔽板１０８１ｂとから構成される。遮蔽板１０８１を設けたことにより、各保炎用ガス燃料噴射孔１０６ｂから噴射された保炎用ガス燃料は濃燃料用予混合エアノズル１０８の上下壁面に沿ってノズル１０８出口に向かって流れる保炎用ガス燃料流を形成する。この保炎用ガス燃料流は、ガス燃料流表面付近では濃燃料用予混合エアノズル１０８内の１次空気との接触により拡散混合が生じ燃料濃度が低下するものの、全体としては濃燃料用予混合エアノズル１０８内に形成される濃燃料予混合気より大幅に高い燃料濃度を保ったまま濃燃料用予混合エアノズル１０８出口に到達する。このため、ノズル１０８出口の保炎板１３５下流部には高燃料濃度の保炎用ガス燃料が供給され、着火の容易な可燃混合気が形成される。
【００５３】
本実施形態においても、ガス燃料焚きバーナの他の部分の構成は第１及び第２の実施形態と同一である。
【００５４】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、淡混合気ノズルにおける逆火や濃混合気炎の安定した形成により、全体としてガス燃料焚きバーナの安定した燃焼を得ることが可能となる共通の効果を奏する。
すなわち、請求項１から請求項４に記載の発明によれば、淡混合気ノズルにおける逆火の発生を防止し、ガス燃料焚きバーナの安定した燃焼を得ることが可能となる。
【００５５】
更に請求項５から請求項７の発明によれば、淡混合気ノズルにおける逆火の防止と濃混合気炎の安定した形成との両方が可能となるため、ガス燃料焚きバーナの安定した燃焼を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス燃料焚きバーナの一実施形態の正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】濃燃料用予混合エアノズルと濃燃料用ガスノズルとの構成を示す図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】保炎用ガス燃料通路の構成を示す濃燃料用予混合エアノズルの正面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った一部断面図である。
【図７】図１、図２のガス燃料焚きバーナをボイラ火炉に使用した場合の概略構成を説明する模式図である。
【図８】保炎用ガス燃料通路の構成を示す濃燃料用予混合エアノズルの正面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線図に沿った断面図である。
【図１０】保炎用ガス燃料用遮蔽板の構成を示す濃燃料用予混合エアノズルの正面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。
【図１２】従来の一般的なガス燃料焚きバーナの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０４…濃混合気ノズル
１０４ａ…ノズル外筒
１０８…濃燃料用予混合エアノズル
１０６…濃燃料用ガスノズル
１０６ａ…予混合気形成用ガス噴射孔
１０６ｂ…保炎用ガス燃料噴射孔
１０５…淡混合気ノズル
１０５ａ…ノズル外筒
１０５ｂ…補助内筒
１０５ｃ…淡燃料用予混合エアノズル
１１２…淡燃料用ガスノズル
１１３ａ…ノズルヘッダ
１１３ｂ…ガスノズル
２００…ガス燃料焚きバーナ
【図１】
0003810584.tif 000002
【図２】
0003810584.tif 000003
【図３】
0003810584.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003810584.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
0003810584.tif 000009
【図９】
0003810584.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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