JP2553267B2 - 低ＮＯｘバーナー及びその使用方法 - Google Patents
低ＮＯｘバーナー及びその使用方法Info
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/12—Radiant burners
- F23D14/125—Radiant burners heating a wall surface to incandescence
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、バーナー、特に気体燃
料を燃焼するバーナーに関する。さらに本発明は、窒素
酸化物の含量が低い燃焼ガスを生成するように気体燃料
を燃焼する方法に関する。以降、主に酸化窒素及び二酸
化窒素である窒素酸化物を、まとめて「ＮＯｘ」として
示す。
料を燃焼するバーナーに関する。さらに本発明は、窒素
酸化物の含量が低い燃焼ガスを生成するように気体燃料
を燃焼する方法に関する。以降、主に酸化窒素及び二酸
化窒素である窒素酸化物を、まとめて「ＮＯｘ」として
示す。
【０００２】
【従来の技術】ＮＯｘを高含量で含む煙道ガスの生成に
おいては、主な環境及びその他の問題に遭遇する。ＮＯ
ｘは、大気条件下で反応して、市街地のスモッグ及び酸
性雨として広く知られた現象を含む、環境上許容できな
い状態を形成する傾向がある。米国及びその他のところ
では、環境法令及び規制が制定され、そして今後より多
くのものが制定されて、煙道中のＮＯｘの含量を厳しく
規制することが予想される。
おいては、主な環境及びその他の問題に遭遇する。ＮＯ
ｘは、大気条件下で反応して、市街地のスモッグ及び酸
性雨として広く知られた現象を含む、環境上許容できな
い状態を形成する傾向がある。米国及びその他のところ
では、環境法令及び規制が制定され、そして今後より多
くのものが制定されて、煙道中のＮＯｘの含量を厳しく
規制することが予想される。
【０００３】譲受人であるＳｅｌａｓ Ｃｏｒｐｏｒｅ
ｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａに、１９８９年１０月
１７日に認められた米国特許第４，８７４，３１０号に
は、一次空気の吸入を制御したガスバーナーが開示さ
れ、その中で制御一次空気の導入は、煙道ガス中の窒素
酸化物含量を実質的に低減するために制御された。この
ようなバーナーは、一次空気の導入及び制御用に特別の
パイプを含み、そしてこのことは、特に非常に数多くの
バーナーを利用する炉の装置において、出費及び複雑さ
をときどき持ち込む。炉の煙道ガス中ＮＯｘ含量を低減
する他の努力が行われてきたが、存在する環境法令を侵
害しないことを保証するためには、非常に注意深い制御
が必要な点、及び非常に多くの運転者の注意を必要とす
る点から、多くのものは魅力のないものであった。運転
者が失策した場合でさえも環境法令が侵害されず、そし
て工場及びその設備のさらなる運転が政府の働きにより
命令されないように、非常に実質的にＮＯｘ含量を低減
することがとても重要である。
ｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａに、１９８９年１０月
１７日に認められた米国特許第４，８７４，３１０号に
は、一次空気の吸入を制御したガスバーナーが開示さ
れ、その中で制御一次空気の導入は、煙道ガス中の窒素
酸化物含量を実質的に低減するために制御された。この
ようなバーナーは、一次空気の導入及び制御用に特別の
パイプを含み、そしてこのことは、特に非常に数多くの
バーナーを利用する炉の装置において、出費及び複雑さ
をときどき持ち込む。炉の煙道ガス中ＮＯｘ含量を低減
する他の努力が行われてきたが、存在する環境法令を侵
害しないことを保証するためには、非常に注意深い制御
が必要な点、及び非常に多くの運転者の注意を必要とす
る点から、多くのものは魅力のないものであった。運転
者が失策した場合でさえも環境法令が侵害されず、そし
て工場及びその設備のさらなる運転が政府の働きにより
命令されないように、非常に実質的にＮＯｘ含量を低減
することがとても重要である。
【０００４】従来技術では、二次空気を避け、実質的に
完全に一次空気を使用し、そしてバーナーを出来るだけ
その最大燃焼容量に近いところで燃焼させることによ
り、ＮＯｘ含量が低減できる、ということが予備混合バ
ーナーに対する一般的な指示であった。我々はここで驚
くべき例外を発見した。
完全に一次空気を使用し、そしてバーナーを出来るだけ
その最大燃焼容量に近いところで燃焼させることによ
り、ＮＯｘ含量が低減できる、ということが予備混合バ
ーナーに対する一般的な指示であった。我々はここで驚
くべき例外を発見した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】それゆえ、本発明の目
的は、排気ガス中のＮＯｘ含量を非常に低減するバーナ
ー、及びガスの燃焼方法を提供することである。さらに
本発明の目的は、煙道ガス中のＮＯｘ含量を所望の低さ
にするために、注意深い、微妙な、そして正確な運転者
による制御を必要としない、そのようなバーナー及び燃
焼方法を提供することである。さらに本発明の他の目的
は、実質的に１００％の一次空気の使用、及びバーナー
の使用可能な最大燃焼速度に実質的に等しい燃焼速度の
使用に対する要求をもはや必要とはしない、そのような
バーナー及び燃焼方法を提供することである。
的は、排気ガス中のＮＯｘ含量を非常に低減するバーナ
ー、及びガスの燃焼方法を提供することである。さらに
本発明の目的は、煙道ガス中のＮＯｘ含量を所望の低さ
にするために、注意深い、微妙な、そして正確な運転者
による制御を必要としない、そのようなバーナー及び燃
焼方法を提供することである。さらに本発明の他の目的
は、実質的に１００％の一次空気の使用、及びバーナー
の使用可能な最大燃焼速度に実質的に等しい燃焼速度の
使用に対する要求をもはや必要とはしない、そのような
バーナー及び燃焼方法を提供することである。
【０００６】本発明の他の目的は、煙道ガスのＮＯｘ値
を根本的に低減するだけではなく、バーナーの出力容量
を非常に実質的に増加させる、そのようなバーナーを提
供することである。
を根本的に低減するだけではなく、バーナーの出力容量
を非常に実質的に増加させる、そのようなバーナーを提
供することである。
【０００７】本発明の簡便性、経済性、及び操作容易性
を含む本発明の他の目的及び利点、及び本バーナーが容
易に新しい炉に導入できること、または現存の炉に適合
できることが、以降の記述及び図面により明らかになる
であろう。
を含む本発明の他の目的及び利点、及び本バーナーが容
易に新しい炉に導入できること、または現存の炉に適合
できることが、以降の記述及び図面により明らかになる
であろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段、作用、及び効果】本発明
によると、気体燃料燃焼用炉などに設置すべく適合し、
バーナー先端部を有するバーナー本体と、 前記バーナー
本体に一次気体燃料及び一次空気をバーナー先端部に向
って前向きに導入してバーナーの所定の位置から放出し
てこれらを燃焼させ、燃焼生成物を形成するための一次
供給手段と、 前記バーナー本体の周りに長手方向に延在
する二次空気通路を成し、前記バーナーに沿いかつ前記
所定の位置より長手方向後方に二次空気出口を有する、
二次空気供給手段と、 前記バーナー本体の内部に長手方
向に延在する二次気体燃料通路を成し、前記所定の位置
又はそれより前方に出口を有する、二次気体燃料を前記
燃焼生成物と混合させるための二次気体燃料供給手段と
を具備し、よって 前記二次空気出口から出てくる前記二
次空気が前記二次気体燃料との間で完全燃焼が起きるよ
り前に、前記二次空気がバーナー近傍で少なくとも部分
的に前記一次空気及び気体燃料の燃焼生成物と混合され
ることを特徴とする気体燃料バーナーが提供される。 こ
こで「長手方向」、「後方」、「前方」、「前記所定の
位置又はそれより前方」という場合、必ずしも軸線方向
の同じ線上にあることを意味せず、バーナーの長さ方向
の側方から見て長さ方向の前後（バーナーの先端側か反
対方向側か）だけを問題とする意味であり、従って、例
えば一次供給手段の出口より斜め前方に二次気体燃料供
給手段の出口が存在してもよい。実際、図１〜３を参照
して後で説明する態様では、図２、図５に見られるよう
に一次供給手段の出口２７に対して二次気体燃料供給手
段の出口３４は軸線上の前方にはなく、該軸線に対して
垂直な同一横断面内か斜め前方にあるにすぎない。しか
し、一次供給手段の出口２７から出て形成される燃焼生
成物（炎）は実際にはバーナーの周りを取り囲むように
形成されるので、この燃焼生成物よりも後方に二次空気
出口（Ｃ）を設け、それと同じかそれよりも前方に二次
気体燃料供給手段の出口３４を設ければ、二次気体燃料
は二次空気と混合する以前に先ず前記の燃焼生成物と混
合すること が可能にされるのである。このように、本発
明における「長手方向」、「前方」、「後方」、「前記
所定の位置」などは軸線に対して垂直な横断面内の位置
を問題とせず、長手方向だけに着目してその前後を表現
するものであり、厳密に軸線方向の前後を表すものでは
ないことに留意されるべきである。少なくとも実施例の
各態様は本発明の範囲内にあるものとして解釈されなけ
ればならない。 以降の記述は、図面にある例示用に選択
された本発明の特殊な形態を参照するためのものであ
り、添付の請求の範囲以外に、本発明を定義または限定
するものではないことを理解すべきである。
によると、気体燃料燃焼用炉などに設置すべく適合し、
バーナー先端部を有するバーナー本体と、 前記バーナー
本体に一次気体燃料及び一次空気をバーナー先端部に向
って前向きに導入してバーナーの所定の位置から放出し
てこれらを燃焼させ、燃焼生成物を形成するための一次
供給手段と、 前記バーナー本体の周りに長手方向に延在
する二次空気通路を成し、前記バーナーに沿いかつ前記
所定の位置より長手方向後方に二次空気出口を有する、
二次空気供給手段と、 前記バーナー本体の内部に長手方
向に延在する二次気体燃料通路を成し、前記所定の位置
又はそれより前方に出口を有する、二次気体燃料を前記
燃焼生成物と混合させるための二次気体燃料供給手段と
を具備し、よって 前記二次空気出口から出てくる前記二
次空気が前記二次気体燃料との間で完全燃焼が起きるよ
り前に、前記二次空気がバーナー近傍で少なくとも部分
的に前記一次空気及び気体燃料の燃焼生成物と混合され
ることを特徴とする気体燃料バーナーが提供される。 こ
こで「長手方向」、「後方」、「前方」、「前記所定の
位置又はそれより前方」という場合、必ずしも軸線方向
の同じ線上にあることを意味せず、バーナーの長さ方向
の側方から見て長さ方向の前後（バーナーの先端側か反
対方向側か）だけを問題とする意味であり、従って、例
えば一次供給手段の出口より斜め前方に二次気体燃料供
給手段の出口が存在してもよい。実際、図１〜３を参照
して後で説明する態様では、図２、図５に見られるよう
に一次供給手段の出口２７に対して二次気体燃料供給手
段の出口３４は軸線上の前方にはなく、該軸線に対して
垂直な同一横断面内か斜め前方にあるにすぎない。しか
し、一次供給手段の出口２７から出て形成される燃焼生
成物（炎）は実際にはバーナーの周りを取り囲むように
形成されるので、この燃焼生成物よりも後方に二次空気
出口（Ｃ）を設け、それと同じかそれよりも前方に二次
気体燃料供給手段の出口３４を設ければ、二次気体燃料
は二次空気と混合する以前に先ず前記の燃焼生成物と混
合すること が可能にされるのである。このように、本発
明における「長手方向」、「前方」、「後方」、「前記
所定の位置」などは軸線に対して垂直な横断面内の位置
を問題とせず、長手方向だけに着目してその前後を表現
するものであり、厳密に軸線方向の前後を表すものでは
ないことに留意されるべきである。少なくとも実施例の
各態様は本発明の範囲内にあるものとして解釈されなけ
ればならない。 以降の記述は、図面にある例示用に選択
された本発明の特殊な形態を参照するためのものであ
り、添付の請求の範囲以外に、本発明を定義または限定
するものではないことを理解すべきである。
【０００９】本明細書において「一次空気」及び「二次
空気」という語句を使用する場合、「一次空気」という
表現は、バーナー内で気体燃料と予備混合された空気を
指す意味であり、他方「二次空気」という表現は、バー
ナーノズルの先で混合され且つバーナー本体を通して導
かれない空気を指す意味である。
空気」という語句を使用する場合、「一次空気」という
表現は、バーナー内で気体燃料と予備混合された空気を
指す意味であり、他方「二次空気」という表現は、バー
ナーノズルの先で混合され且つバーナー本体を通して導
かれない空気を指す意味である。
【００１０】ここで図面に例示される本発明の特定の形
態に目を向け、特に図１を参照すると、参照番号１０
は、バーナー１２を挿入するための開口部を形成する任
意のバーナーブロック１１を有する炉壁を示す。参照番
号１３は二次空気の開閉部を示す。バーナー１２の管１
４はバーナー本体拡張部１５にねじれ込まれ、次いでこ
の拡張部１５はバーナー先端部１６にねじ込まれる。炉
のケーシング１７、支持腕２０、及び取付板２１は、バ
ーナー本体管１４を構造上支持するために順に付与され
る。
態に目を向け、特に図１を参照すると、参照番号１０
は、バーナー１２を挿入するための開口部を形成する任
意のバーナーブロック１１を有する炉壁を示す。参照番
号１３は二次空気の開閉部を示す。バーナー１２の管１
４はバーナー本体拡張部１５にねじれ込まれ、次いでこ
の拡張部１５はバーナー先端部１６にねじ込まれる。炉
のケーシング１７、支持腕２０、及び取付板２１は、バ
ーナー本体管１４を構造上支持するために順に付与され
る。
【００１１】バーナー本体管１４の入口端には、気体燃
料を入口管２３に導入するためのねじ込み接続部２２が
取り付けられる。入ってくる気体燃料は、多数のオリフ
ィス２５を付与されたスパッド（ｓｐｕｄ）２４を通し
て導かれる。オリフィスは、開口部２６を通ってくる一
次空気を周知の噴射効果により連行する燃料噴射を形成
する。
料を入口管２３に導入するためのねじ込み接続部２２が
取り付けられる。入ってくる気体燃料は、多数のオリフ
ィス２５を付与されたスパッド（ｓｐｕｄ）２４を通し
て導かれる。オリフィスは、開口部２６を通ってくる一
次空気を周知の噴射効果により連行する燃料噴射を形成
する。
【００１２】一次燃料と呼ばれる、オリフィス２５を通
して流れる燃料は、気体状予備混合物を形成するために
一次空気と混合されて、バーナー本体管１４、拡張管１
５、及び予備混合物室２８内部を矢印（ａ）の方向に流
動する。通常の方法では、予備混合物はバーナー先端部
１６を通して流動し、そして炉壁１０及びバーナーブロ
ック１１の内面に近接した位置の炉空間内で燃焼させる
ために、予備混合物出口２７を通して流出する。
して流れる燃料は、気体状予備混合物を形成するために
一次空気と混合されて、バーナー本体管１４、拡張管１
５、及び予備混合物室２８内部を矢印（ａ）の方向に流
動する。通常の方法では、予備混合物はバーナー先端部
１６を通して流動し、そして炉壁１０及びバーナーブロ
ック１１の内面に近接した位置の炉空間内で燃焼させる
ために、予備混合物出口２７を通して流出する。
【００１３】本発明に従い、二次気体燃料をバーナー先
端部へ導入するための手段もまた提供される。気体燃料
管３０を配置して入口管２３内部の気体燃料を受ける。
スパッド２４により支持されて、気体燃料管３０はバー
ナー先端部の方向に伸び、そして二次気体燃料は、図面
の図１に示されるように軸方向に導かれる。二次気体燃
料管３０は、その前端において部分３２でバーナー先端
部１６内へねじ込まれ、そしてバーナー先端部１６内の
中央に形成された室３３と連絡する。室３３は、バーナ
ー先端部１６の先端部分で形成した羽根の中に掘られた
複数の通路３４、３４と、流体が連絡する。前記羽根に
ついては、以降でさらに詳細に記述する。記述の方法で
は、二次気体燃料を、気体燃料管３０を通して室３３内
に導入し、そして炉１０及びバーナーブロック１１の内
壁にじかに隣接する炉空間内へ、多数の通路３４を通し
て導入する。
端部へ導入するための手段もまた提供される。気体燃料
管３０を配置して入口管２３内部の気体燃料を受ける。
スパッド２４により支持されて、気体燃料管３０はバー
ナー先端部の方向に伸び、そして二次気体燃料は、図面
の図１に示されるように軸方向に導かれる。二次気体燃
料管３０は、その前端において部分３２でバーナー先端
部１６内へねじ込まれ、そしてバーナー先端部１６内の
中央に形成された室３３と連絡する。室３３は、バーナ
ー先端部１６の先端部分で形成した羽根の中に掘られた
複数の通路３４、３４と、流体が連絡する。前記羽根に
ついては、以降でさらに詳細に記述する。記述の方法で
は、二次気体燃料を、気体燃料管３０を通して室３３内
に導入し、そして炉１０及びバーナーブロック１１の内
壁にじかに隣接する炉空間内へ、多数の通路３４を通し
て導入する。
【００１４】バーナー先端部１６の外側表面とバーナー
ブロック１１の内側表面との間に空間３５を備えること
を考えて、環状通路３５を二次空気の流動用に備え、こ
の二次空気は、通路３４から炉内部へ発散する二次気体
燃料の燃焼用に供給される、ことがさらに理解されるで
あろう。ここで、バーナー先端部の断片的末端図を示す
図２に目を向けると、二次気体燃料通路３４が、バーナ
ー先端部の中央部分からバーナー先端部１６の円周部に
放射状に伸びる複数の羽根３６の内部に掘削されること
がわかる。羽根３６は、バーナー先端部１６中の予備混
合物のための複数の予備混合物出口２７を間隔を置いて
提供する形状である。羽根３６は互いに拡開しているの
で、これらはバーナー先端部から来る予備混合物の流れ
の拡開された通路を成し、そして二次気体燃料通路３４
から来る二次気体燃料と混合させる。
ブロック１１の内側表面との間に空間３５を備えること
を考えて、環状通路３５を二次空気の流動用に備え、こ
の二次空気は、通路３４から炉内部へ発散する二次気体
燃料の燃焼用に供給される、ことがさらに理解されるで
あろう。ここで、バーナー先端部の断片的末端図を示す
図２に目を向けると、二次気体燃料通路３４が、バーナ
ー先端部の中央部分からバーナー先端部１６の円周部に
放射状に伸びる複数の羽根３６の内部に掘削されること
がわかる。羽根３６は、バーナー先端部１６中の予備混
合物のための複数の予備混合物出口２７を間隔を置いて
提供する形状である。羽根３６は互いに拡開しているの
で、これらはバーナー先端部から来る予備混合物の流れ
の拡開された通路を成し、そして二次気体燃料通路３４
から来る二次気体燃料と混合させる。
【００１５】図１に示すように、予備混合物の流れ
（ａ）は二次気体燃料の流れ（ｂ）と適当に混合し、そ
して結局この２つが混合して、通路３５を通して入って
くる二次空気の流れ（ｃ）と混合する。図１に示される
本発明の形態では、予備混合物及び二次気体燃料の流れ
（ａ）及び（ｂ）は、炉１０の内面及びバーナーブロッ
ク１１の加熱面壁からほぼ同じ距離のところで炉に入
り、そして二次空気通路３５からの二次空気流（ｃ）
は、予備混合物からの燃焼生成物及び通路３４からの二
次燃料の両方と接触する。予備混合物からの燃焼生成物
の存在が、二次気体燃料と通路３５から流入する二次空
気との間の反応を緩和することが発見され、そしてこの
ことは、生じる燃焼生成物のＮＯｘ含量を大幅に低減す
ることにおける、本発明の重要なそして有利な特徴であ
る。
（ａ）は二次気体燃料の流れ（ｂ）と適当に混合し、そ
して結局この２つが混合して、通路３５を通して入って
くる二次空気の流れ（ｃ）と混合する。図１に示される
本発明の形態では、予備混合物及び二次気体燃料の流れ
（ａ）及び（ｂ）は、炉１０の内面及びバーナーブロッ
ク１１の加熱面壁からほぼ同じ距離のところで炉に入
り、そして二次空気通路３５からの二次空気流（ｃ）
は、予備混合物からの燃焼生成物及び通路３４からの二
次燃料の両方と接触する。予備混合物からの燃焼生成物
の存在が、二次気体燃料と通路３５から流入する二次空
気との間の反応を緩和することが発見され、そしてこの
ことは、生じる燃焼生成物のＮＯｘ含量を大幅に低減す
ることにおける、本発明の重要なそして有利な特徴であ
る。
【００１６】図１の参照を続け、通路３４及び気体燃料
管３０の直径は、オリフィス２５の数及び直径に合わせ
て選択されて、一次気体燃料と二次気体燃料との比率を
固定することができる。一次気体燃料及び二次気体燃料
は、同じ源、すなわち入口管２３、から供給されるの
で、オリフィス２５の数及び直径に合わせた通路３４及
び気体燃料管３０の直径の変化は、一次気体燃料と二次
気体燃料との比率の所定の変化になる。このことは、運
転者側で正確なそして個々の制御を行う必要性を減少ま
たは除外するので、有利な特徴である。
管３０の直径は、オリフィス２５の数及び直径に合わせ
て選択されて、一次気体燃料と二次気体燃料との比率を
固定することができる。一次気体燃料及び二次気体燃料
は、同じ源、すなわち入口管２３、から供給されるの
で、オリフィス２５の数及び直径に合わせた通路３４及
び気体燃料管３０の直径の変化は、一次気体燃料と二次
気体燃料との比率の所定の変化になる。このことは、運
転者側で正確なそして個々の制御を行う必要性を減少ま
たは除外するので、有利な特徴である。
【００１７】ここで、図面の図３に目を向けるが、図１
のものと同じ部分は同様に番号付けられており、再度記
述する必要はない。しかし、図３では、通路34はバーナ
ー先端部に沿って、図１の予備混合物出口27の位置より
もバーナーブロック11から前方により離れたところに位
置する。ここで「前方」とは、先に定義したように、バ
ーナーの長手方向において前方であることを意味し、横
断面内の位置については通路34の出口は予備混合物出口
27と異なっていてもよい。このように、図３の予備混合
物出口27から来る予備混合燃焼生成物は、二次空気の流
路（ｃ）と二次気体燃料の流路（ｂ）との間に挟まれた
燃焼生成物の炎37を形成する。この配置では、流路37に
沿った燃焼生成物の流れは、流路（ｂ）を流れる二次気
体燃料と流路（ｃ）を流れる二次空気との迅速な混合
を、少なくともある程度は妨害する。このことが二次気
体燃料と二次空気の間の反応を緩和し、このように、完
全には理解されない方法で、燃焼から生じる煙道ガスの
窒素酸化物含量を非常に大幅にそして完全に信頼性よく
低減する。
のものと同じ部分は同様に番号付けられており、再度記
述する必要はない。しかし、図３では、通路34はバーナ
ー先端部に沿って、図１の予備混合物出口27の位置より
もバーナーブロック11から前方により離れたところに位
置する。ここで「前方」とは、先に定義したように、バ
ーナーの長手方向において前方であることを意味し、横
断面内の位置については通路34の出口は予備混合物出口
27と異なっていてもよい。このように、図３の予備混合
物出口27から来る予備混合燃焼生成物は、二次空気の流
路（ｃ）と二次気体燃料の流路（ｂ）との間に挟まれた
燃焼生成物の炎37を形成する。この配置では、流路37に
沿った燃焼生成物の流れは、流路（ｂ）を流れる二次気
体燃料と流路（ｃ）を流れる二次空気との迅速な混合
を、少なくともある程度は妨害する。このことが二次気
体燃料と二次空気の間の反応を緩和し、このように、完
全には理解されない方法で、燃焼から生じる煙道ガスの
窒素酸化物含量を非常に大幅にそして完全に信頼性よく
低減する。
【００１８】明らかなように、図１及び２に示される実
施態様において類似の効果は得られ、そして特別の設備
及び所望の燃焼生成物組成に対応する特別の緩和効果を
生み出すように、それぞれの通路を内側及び外側へ相対
的に間隔を変えることは可能である。
施態様において類似の効果は得られ、そして特別の設備
及び所望の燃焼生成物組成に対応する特別の緩和効果を
生み出すように、それぞれの通路を内側及び外側へ相対
的に間隔を変えることは可能である。
【００１９】ここで図面の図４に目を向けると、バーナ
ー先端部が複数の羽根36を含み、各羽根は二次気体燃料
通路34を有し、しかもこれらはバーナー先端部の円周の
方向に空間分離されて放射状に延びることが明らかであ
ろう。同様に、図４は羽根36の側壁40の角度の関係を示
す。
ー先端部が複数の羽根36を含み、各羽根は二次気体燃料
通路34を有し、しかもこれらはバーナー先端部の円周の
方向に空間分離されて放射状に延びることが明らかであ
ろう。同様に、図４は羽根36の側壁40の角度の関係を示
す。
【００２０】図５は、バーナー先端部の特別の形状を示
し、予備混合物の流れが予備混合室28から達成されて、
燃焼炎37を形成する方法を示す。
し、予備混合物の流れが予備混合室28から達成されて、
燃焼炎37を形成する方法を示す。
【００２１】本発明によると、内壁面及び外壁面を持つ
炉壁と、前記炉壁を貫通して該炉内に延在して気体燃料
を燃焼するバーナーとを具備する気体燃料の燃焼炉がさ
らに提供される。本発明の気体燃料の燃焼炉は、 （ａ）前記炉壁を貫通して延在して前記バーナーを取り
囲むバーナーブロックを有し、該バーナーブロックは前
記バーナーとの間に二次空気の通路を成す空間を有し、 （ｂ）前記バーナーブロックは、前記炉壁の前記内壁面
よりも内側に存在する高温面を有し、 （ｃ）前記バーナーの先端部は、前記バーナーブロック
の前記高温面よりも内側まで延在し、 （ｄ）前記炉は、前記バーナーブロックの前記高温面に
沿って燃焼炎を形成する手段を前記バーナー先端部に有
し、 （ｅ）前記炉は、二次気体燃料の別の流れを前記バーナ
ーブロックの前記高温面に沿って導入する手段を前記バ
ーナー先端部に有して、該二次気体燃料を前記燃焼炎及
び前記バーナーと前記バーナーブロックの間の空間から
くる前記二次空気の両方と混合させることにより、酸化
窒素の減少した炉ガスを得ることを特徴とする。 図６
は、図１のものと類似のバーナー構造を示し、この中
で、バーナーブロック11の高温面は、炉壁10の内壁面よ
りも内側に存在する。このことは本発明の重要なそして
有利な特徴である。この特徴により、バーナー先端部を
炉の内部により深く移動させることができ、そしてこの
ことが、生じる燃焼生成物のNOx 含量を驚くほど低減す
る。さらに、バーナーブロック11と炉壁10とが互いに同
一平面上にあると、まず第１にバーナーの点火性能を犠
牲にすることなく、バーナー先端部を炉内へより深く位
置させることが困難である。図面の図６に示すような本
発明は、煙道ガス中の窒素酸化物を大幅に低減すること
になる配置を提供することができるだけでなく、これは
バーナーの初期点火の困難なしで容易に達成できること
もまた驚くことにわかった。バーナーブロックを炉壁の
さらに内側へ移動させ且つ、バーナーをバーナーブロッ
クに、１インチ以下のように、比較的近接して維持する
ことは有利であり、そしてこの配置が、バーナー点火の
容易性を妨げることなく煙道ガスのNOx 含量を低減する
ものであると考えられる。
炉壁と、前記炉壁を貫通して該炉内に延在して気体燃料
を燃焼するバーナーとを具備する気体燃料の燃焼炉がさ
らに提供される。本発明の気体燃料の燃焼炉は、 （ａ）前記炉壁を貫通して延在して前記バーナーを取り
囲むバーナーブロックを有し、該バーナーブロックは前
記バーナーとの間に二次空気の通路を成す空間を有し、 （ｂ）前記バーナーブロックは、前記炉壁の前記内壁面
よりも内側に存在する高温面を有し、 （ｃ）前記バーナーの先端部は、前記バーナーブロック
の前記高温面よりも内側まで延在し、 （ｄ）前記炉は、前記バーナーブロックの前記高温面に
沿って燃焼炎を形成する手段を前記バーナー先端部に有
し、 （ｅ）前記炉は、二次気体燃料の別の流れを前記バーナ
ーブロックの前記高温面に沿って導入する手段を前記バ
ーナー先端部に有して、該二次気体燃料を前記燃焼炎及
び前記バーナーと前記バーナーブロックの間の空間から
くる前記二次空気の両方と混合させることにより、酸化
窒素の減少した炉ガスを得ることを特徴とする。 図６
は、図１のものと類似のバーナー構造を示し、この中
で、バーナーブロック11の高温面は、炉壁10の内壁面よ
りも内側に存在する。このことは本発明の重要なそして
有利な特徴である。この特徴により、バーナー先端部を
炉の内部により深く移動させることができ、そしてこの
ことが、生じる燃焼生成物のNOx 含量を驚くほど低減す
る。さらに、バーナーブロック11と炉壁10とが互いに同
一平面上にあると、まず第１にバーナーの点火性能を犠
牲にすることなく、バーナー先端部を炉内へより深く位
置させることが困難である。図面の図６に示すような本
発明は、煙道ガス中の窒素酸化物を大幅に低減すること
になる配置を提供することができるだけでなく、これは
バーナーの初期点火の困難なしで容易に達成できること
もまた驚くことにわかった。バーナーブロックを炉壁の
さらに内側へ移動させ且つ、バーナーをバーナーブロッ
クに、１インチ以下のように、比較的近接して維持する
ことは有利であり、そしてこの配置が、バーナー点火の
容易性を妨げることなく煙道ガスのNOx 含量を低減する
ものであると考えられる。
【００２２】二次空気流量は、通路３５の断面積、炉の
通風量、及び二次空気開閉部１３により制御される。
通風量、及び二次空気開閉部１３により制御される。
【００２３】一次空気のみの使用がＮＯｘをより低減す
ることは、過去の経験から理解されるが、一見矛盾して
いる一次及び二次燃料の混合供給が、本発明に従うバー
ナーの驚くべき利点である。このことは、燃焼ガス中の
ＮＯｘ含量を驚くほど低減するだけでなく、同じ大きさ
のバーナーの燃焼容量をも根本的に増加させる。このこ
とは、一次気体燃料に加えて二次気体燃料が燃焼してい
ることによる。
ることは、過去の経験から理解されるが、一見矛盾して
いる一次及び二次燃料の混合供給が、本発明に従うバー
ナーの驚くべき利点である。このことは、燃焼ガス中の
ＮＯｘ含量を驚くほど低減するだけでなく、同じ大きさ
のバーナーの燃焼容量をも根本的に増加させる。このこ
とは、一次気体燃料に加えて二次気体燃料が燃焼してい
ることによる。
【００２４】燃焼通路27を通して導入される予備混合物
が、二次ガス及び二次空気の混合物を希釈する燃焼した
ガスの炎を形成して、二次燃料の反応速度を遅くするこ
とは、本発明に従う重要なことである。この反応速度を
遅くする働きは、炎温度を低くし、次いで燃焼ガス中の
NOx 含量を低減する結果を生じると考えられる。燃焼ガ
ス及び二次燃料の実質的な量の希釈された混合物が二次
空気と接し、そしてこの現象は、二次空気が二次気体燃
料と直接及び迅速に反応できる前に起こるものと考えら
れる。
が、二次ガス及び二次空気の混合物を希釈する燃焼した
ガスの炎を形成して、二次燃料の反応速度を遅くするこ
とは、本発明に従う重要なことである。この反応速度を
遅くする働きは、炎温度を低くし、次いで燃焼ガス中の
NOx 含量を低減する結果を生じると考えられる。燃焼ガ
ス及び二次燃料の実質的な量の希釈された混合物が二次
空気と接し、そしてこの現象は、二次空気が二次気体燃
料と直接及び迅速に反応できる前に起こるものと考えら
れる。
【００２５】本発明は、放出された排気ガスのＮＯｘ含
量に関する限り、過剰な空気の存在に対して驚くほど鈍
感であるという他の利点を有することが発見された。言
い換えると、本発明は、炉室内部に混入空気の存在を許
容する空気漏れのある炉に関して非常に貴重である。二
次気体燃料及び二次空気の一部と組み合わされる、ノズ
ル混合された一次気体燃料及び一次空気から部分的に成
る混合物の使用が、ＮＯｘ発生が空気−燃料比率に対し
てプロットされるＮＯｘ発生曲線に、より緩やかな傾き
を与える。この現象が、炉室内の望ましくない過剰空気
または混入空気の存在に対する感受性を驚くほど欠乏さ
せることを、予期せずに発見した。
量に関する限り、過剰な空気の存在に対して驚くほど鈍
感であるという他の利点を有することが発見された。言
い換えると、本発明は、炉室内部に混入空気の存在を許
容する空気漏れのある炉に関して非常に貴重である。二
次気体燃料及び二次空気の一部と組み合わされる、ノズ
ル混合された一次気体燃料及び一次空気から部分的に成
る混合物の使用が、ＮＯｘ発生が空気−燃料比率に対し
てプロットされるＮＯｘ発生曲線に、より緩やかな傾き
を与える。この現象が、炉室内の望ましくない過剰空気
または混入空気の存在に対する感受性を驚くほど欠乏さ
せることを、予期せずに発見した。
【００２６】ここで明らかになるように、本発明に従う
ガスの燃焼及びバーナーの運転において、所望の流量速
度及び比率が、人による連続的な運転制御を必要とせず
に達成されそして一定に保持されうることは、本発明の
さらなる且つ重量な利点である。このように、人のバー
ナーまたは炉の運転により持ち込まれる可能性のあるす
べての変動とは無関係に、燃焼ガス中における実質的に
一定なそして非常に低いＮＯｘ比率を達成することがで
きる。
ガスの燃焼及びバーナーの運転において、所望の流量速
度及び比率が、人による連続的な運転制御を必要とせず
に達成されそして一定に保持されうることは、本発明の
さらなる且つ重量な利点である。このように、人のバー
ナーまたは炉の運転により持ち込まれる可能性のあるす
べての変動とは無関係に、燃焼ガス中における実質的に
一定なそして非常に低いＮＯｘ比率を達成することがで
きる。
【００２７】本発明によると、炉壁近傍に配置されたガ
スバーナーで炉を加熱する方法がさらに提供される。こ
の方法は、 （ａ）前記炉内で一次気体燃料及び一次空気の混合物を
燃焼させ、 （ｂ）前記燃焼による燃焼生成物を誘導して、前記炉壁
の前記バーナー近傍部分の周囲に向かう燃焼炎を形成
し、 （ｃ）二次気体燃料の流れを前記炉壁の前記バーナー近
傍部分の周りの領域に向けて導入し、そして （ｄ）前記バーナーの周りに二次空気を導入し、且つ、
前記二次空気が前記二次気体燃料と反応する位置にくる
と前記二次空気が前記燃焼生成物と接触し且つ少なくと
も部分的に混合されるようにすることにより、酸化窒素
成分割合の減少した炉ガスを生成することを特徴とす
る。 ここで本発明に従うバーナーの運転方法が明らかに
なるであろう。バーナーを、ガス供給を利用する通常の
方法で点火する。スパッド24の吸入特性を利用すること
により、一次空気を一次空気通路26を通して取入れ、そ
してバーナーを、可燃性予備混合物を予備混合出口27を
通して導入する方法で運転する。同時に、気体燃料もま
た、二次気体燃料管30を通して流し、そして二次気体燃
料通路34を通して放射状に外側に向けて流す。自動的に
そして運転者の干渉を必要とせずに、二次気体燃料は予
備混合物のまたは予備混合燃焼生成物の炎と少なくとも
部分的に混合し、そしてこの結果生じた混合物は二次空
気と適度なそして制御された方法で混合し、結果として
予備混合した燃焼生成物の炎の周囲で、二次気体燃料と
二次空気との燃焼が起こる。
スバーナーで炉を加熱する方法がさらに提供される。こ
の方法は、 （ａ）前記炉内で一次気体燃料及び一次空気の混合物を
燃焼させ、 （ｂ）前記燃焼による燃焼生成物を誘導して、前記炉壁
の前記バーナー近傍部分の周囲に向かう燃焼炎を形成
し、 （ｃ）二次気体燃料の流れを前記炉壁の前記バーナー近
傍部分の周りの領域に向けて導入し、そして （ｄ）前記バーナーの周りに二次空気を導入し、且つ、
前記二次空気が前記二次気体燃料と反応する位置にくる
と前記二次空気が前記燃焼生成物と接触し且つ少なくと
も部分的に混合されるようにすることにより、酸化窒素
成分割合の減少した炉ガスを生成することを特徴とす
る。 ここで本発明に従うバーナーの運転方法が明らかに
なるであろう。バーナーを、ガス供給を利用する通常の
方法で点火する。スパッド24の吸入特性を利用すること
により、一次空気を一次空気通路26を通して取入れ、そ
してバーナーを、可燃性予備混合物を予備混合出口27を
通して導入する方法で運転する。同時に、気体燃料もま
た、二次気体燃料管30を通して流し、そして二次気体燃
料通路34を通して放射状に外側に向けて流す。自動的に
そして運転者の干渉を必要とせずに、二次気体燃料は予
備混合物のまたは予備混合燃焼生成物の炎と少なくとも
部分的に混合し、そしてこの結果生じた混合物は二次空
気と適度なそして制御された方法で混合し、結果として
予備混合した燃焼生成物の炎の周囲で、二次気体燃料と
二次空気との燃焼が起こる。
【００２８】本発明を、種々の特殊な実施態様を参照し
て記述してきたが、本発明の精神及び範囲から逸脱する
ことなく、多くの改変が可能であることは理解されるで
あろう。例えば、ガス供給及び空気供給用の通路数を変
えること、及びガスまたは空気の通路のどちらかを他方
に取り囲むことで、噴射ノズル形状を変えることができ
る。例えば、通路２７、３４、及び二次空気通路３５で
さえも、その寸法及び形状に関して種々の改変を行うこ
とができる。二次気体燃料管３０は中央にそして軸方向
に配置されるように示されてきたが、種々の他の配置に
よることが可能であることは明らかであろう。さらに、
バーナーで一次燃料、一次空気予備混合物を発生する代
わりに、他の場所で既に形成した予備混合物を、バーナ
ー先端部の予備混合室２８に単に導入することは可能で
ある。
て記述してきたが、本発明の精神及び範囲から逸脱する
ことなく、多くの改変が可能であることは理解されるで
あろう。例えば、ガス供給及び空気供給用の通路数を変
えること、及びガスまたは空気の通路のどちらかを他方
に取り囲むことで、噴射ノズル形状を変えることができ
る。例えば、通路２７、３４、及び二次空気通路３５で
さえも、その寸法及び形状に関して種々の改変を行うこ
とができる。二次気体燃料管３０は中央にそして軸方向
に配置されるように示されてきたが、種々の他の配置に
よることが可能であることは明らかであろう。さらに、
バーナーで一次燃料、一次空気予備混合物を発生する代
わりに、他の場所で既に形成した予備混合物を、バーナ
ー先端部の予備混合室２８に単に導入することは可能で
ある。
【００２９】本発明はまた、図面の図４に例示された型
の 360バーナーと同様に、燃焼生成物を狭い通路に発射
する一方向性のバーナーにも適合する。
の 360バーナーと同様に、燃焼生成物を狭い通路に発射
する一方向性のバーナーにも適合する。
【００３０】請求の範囲の中で使用する「壁」という語
句は、直立の壁に限定するものではなく、床または屋根
の表面、または傾斜したまたは他の配置の壁にも適用さ
れる。
句は、直立の壁に限定するものではなく、床または屋根
の表面、または傾斜したまたは他の配置の壁にも適用さ
れる。
【００３１】明らかであるように、二次空気用出口と同
様に、すべての数及び種々の形状の一次空気出口を備え
ることができ、そして二次空気のバーナー先端部への運
搬用に通路３５のような通路が備えられる限り、バーナ
ーは、二次空気開閉部または二次空気通路を利用しても
またはしなくても、備えられる。添付の請求の範囲に定
義される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、
当業者には明らかであろうような多くの他の改変が可能
である。
様に、すべての数及び種々の形状の一次空気出口を備え
ることができ、そして二次空気のバーナー先端部への運
搬用に通路３５のような通路が備えられる限り、バーナ
ーは、二次空気開閉部または二次空気通路を利用しても
またはしなくても、備えられる。添付の請求の範囲に定
義される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、
当業者には明らかであろうような多くの他の改変が可能
である。
【図１】本発明の特徴を具体化するバーナーを示す断面
図である。
図である。
【図２】図１のバーナーの、若干拡大した部分端面図で
ある。
ある。
【図３】本発明に従い改変したバーナーを示す、図１と
類似の部分断面図である。
類似の部分断面図である。
【図４】本発明の特徴を具体化するバーナー先端部の端
面図である。
面図である。
【図５】図４の線及び矢印VI−VIに示される部分の断面
図である。
図である。
【図６】本発明に従い改変したバーナー装置を概略的に
示す断面図である。
示す断面図である。
10…炉壁 11…バーナーブロック 12…バーナー 13…二次空気用開閉部 14…バーナー本体管 15…バーナー本体拡張部 16…バーナー先端部 17…ケーシング 20…支持腕 21…取付板 22…ねじ込み接続部 23…入口管 24…スパッド(spud) 25…オリフィス 26…開口部 27…予備混合物出口 28…予備混合室 30…二次気体燃料管 33…室 34…通路 36…羽根 37…燃焼生成物幕 40…側壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウェイン シー．ジェンスラー アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18950，ポイント プリーザント，ピー. オー．ボックス 496 (56)参考文献 実開 昭61−39272（ＪＰ，Ｕ)
Claims (3)
- 【請求項１】 気体燃料燃焼用炉などに設置すべく適合
し、バーナー先端部を有するバーナー本体と、 前記バーナー本体に一次気体燃料及び一次空気をバーナ
ー先端部に向って前向きに導入してバーナーの所定の位
置から放出してこれらを燃焼させ、燃焼生成物を形成す
るための一次供給手段と、 前記バーナー本体の周りに長手方向に延在する二次空気
通路を成し、前記バーナーに沿いかつ前記所定の位置よ
り長手方向後方に二次空気出口を有する、二次空気供給
手段と、 前記バーナー本体の内部に長手方向に延在する二次気体
燃料通路を成し、前記所定の位置又はそれより前方に出
口を有する、二次気体燃料を前記燃焼生成物と混合させ
るための二次気体燃料供給手段とを具備し、よって 前記二次空気出口から出てくる前記二次空気が前記二次
気体燃料との間で完全燃焼が起きるより前に、前記二次
空気がバーナー近傍で少なくとも部分的に前記一次空気
及び気体燃料の燃焼生成物と混合されることを特徴とす
る気体燃料バーナー。 - 【請求項２】 内壁面及び外壁面を持つ炉壁と、前記炉
壁を貫通して該炉内に延在して気体燃料を燃焼するバー
ナーとを具備する気体燃料の燃焼炉において、 （ａ）前記炉は、前記炉壁を貫通して延在して前記バー
ナーを取り囲むバーナーブロックを有し、該バーナーブ
ロックは前記バーナーとの間に二次空気の通路を成す空
間を有し、 （ｂ）前記バーナーブロックは、前記炉壁の前記内壁面
よりも内側に存在する高温面を有し、 （ｃ）前記バーナーの先端部は、前記バーナーブロック
の前記高温面よりも内側まで延在し、 （ｄ）前記炉は、前記バーナーブロックの前記高温面に
沿って燃焼炎を形成する手段を前記バーナー先端部に有
し、 （ｅ）前記炉は、二次気体燃料の別の流れを前記バーナ
ーブロックの前記高温 面に沿って導入する手段を前記バ
ーナー先端部に有して、該二次気体燃料を前記燃焼炎及
び前記バーナーと前記バーナーブロックの間の空間から
くる前記二次空気の両方と混合させることにより、酸化
窒素の減少した炉ガスを得ることを特徴とする気体燃料
の燃焼炉。 - 【請求項３】 炉壁近傍に配置されたガスバーナーで炉
を加熱する方法であって、 （ａ）前記炉内で一次気体燃料及び一次空気の混合物を
燃焼させ、 （ｂ）前記燃焼による燃焼生成物を誘導して、前記炉壁
の前記バーナー近傍部分の周囲に向かう燃焼炎を形成
し、 （ｃ）二次気体燃料の流れを前記炉壁の前記バーナー近
傍部分の周りの領域に向けて導入し、そして （ｄ）前記バーナーの周りに二次空気を導入し、且つ、
前記二次空気が前記二次気体燃料と反応する位置にくる
と前記二次空気が前記燃焼生成物と接触し且つ少なくと
も部分的に混合されるようにすることにより、酸化窒素
成分割合の減少した炉ガスを生成することを特徴とする
炉の加熱方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/592,622 US5044931A (en) | 1990-10-04 | 1990-10-04 | Low NOx burner |
| US592622 | 1990-10-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04227404A JPH04227404A (ja) | 1992-08-17 |
| JP2553267B2 true JP2553267B2 (ja) | 1996-11-13 |
Family
ID=24371427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3242885A Expired - Lifetime JP2553267B2 (ja) | 1990-10-04 | 1991-06-18 | 低ＮＯｘバーナー及びその使用方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5044931A (ja) |
| EP (1) | EP0479414A1 (ja) |
| JP (1) | JP2553267B2 (ja) |
| CA (1) | CA2044760C (ja) |
Families Citing this family (59)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5131838A (en) * | 1991-11-21 | 1992-07-21 | Selas Corporation Of America | Staged superposition burner |
| US5413477A (en) * | 1992-10-16 | 1995-05-09 | Gas Research Institute | Staged air, low NOX burner with internal recuperative flue gas recirculation |
| US5269679A (en) * | 1992-10-16 | 1993-12-14 | Gas Research Institute | Staged air, recirculating flue gas low NOx burner |
| US5709541A (en) * | 1995-06-26 | 1998-01-20 | Selas Corporation Of America | Method and apparatus for reducing NOx emissions in a gas burner |
| DE19627203C2 (de) * | 1996-07-05 | 2000-11-09 | Loesche Gmbh | Brenner |
| RU2138733C1 (ru) * | 1998-09-01 | 1999-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Конструкторское бюро химавтоматики | Инжекционная горелка |
| US6383461B1 (en) | 1999-10-26 | 2002-05-07 | John Zink Company, Llc | Fuel dilution methods and apparatus for NOx reduction |
| JP2001182908A (ja) * | 1999-12-22 | 2001-07-06 | Tokyo Gas Co Ltd | 低ＮＯｘバーナおよび低ＮＯｘバーナの燃焼方法 |
| AU2001288877A1 (en) * | 2000-09-07 | 2002-03-22 | John Zink Company, L.L.C. | High capacity/low nox radiant wall burner |
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| US20050120600A1 (en) * | 2002-02-28 | 2005-06-09 | Harman James E. | Marker for cups, system for distinguishing cups, and method for identifying a cup with a marker |
| ATE484713T1 (de) * | 2002-03-16 | 2010-10-15 | Exxonmobil Chem Patents Inc | Lösbarer zündelementdeckel für einen brenner |
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