JP3040846B2 - 気体燃料の燃焼方法および燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体燃料の燃焼方法お
よび燃焼装置に係り、特にコンパクトな燃焼空間での燃
焼においても、燃焼時に排出される窒素酸化物（以下、
ＮＯｘと称する）濃度および一酸化炭素（ＣＯ）等の未
燃分濃度を低減することができる高効率の気体燃料の燃
焼方法および燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市再開発計画に伴い、多くの熱併給発
電および地域冷暖房整備が計画されている。これらの設
備に付随して、都市部ならびにその近郊に設置されるボ
イラは増加する傾向にある。人口過密な都市部では環境
規制が厳しくなる方向にあり、特に光化学スモッグの原
因となるＮＯｘの排出規制は厳しく、燃焼による生成量
を低減するための技術開発が盛んに行われている。

【０００３】これに対して、燃焼時に発生する公害成分
含有量が少ないボイラ燃料として液化天然ガス（ＬＮ
Ｇ）などのガス状燃料があり、これらの燃料を用いると
燃料中に窒素酸化物を含まないため、比較的簡単に対策
できる。しかし、近年、地価の高騰により、都市部に設
置するボイラはできるだけ設置面積および装置自体の小
型化が必要となっており、さらに低公害化を前提にした
省エネルギー、高信頼性等多くの要求があることから単
に燃料転換だけでは解決できない状況にある。

【０００４】図１０は予混合ガスバーナの燃焼試験結果
について、空燃比を横軸に、排ガス中の酸素（Ｏ₂ ）濃
度が０％の状態に換算した窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を
縦軸にとってまとめたものである。予混合ガスバーナを
単独で空燃比を変化させて燃焼させると、図中のａ、
ｂ、ｃ、ｅ、ｆで示したデータが得られ、空燃比が１付
近で最大値となる上に凸の曲線で示すようなＮＯｘ生成
特性を示す。

【０００５】これらガス焚きボイラにおいて発生するＮ
Ｏｘは、燃焼用空気中の窒素が炉内の高温度雰囲気下で
酸化されて生成されるサーマルＮＯｘが主である。サー
マルＮＯｘの生成は温度依存性が高く、火炎温度が高く
なるにつれて増加する。火炎温度は、燃料と燃焼用空気
の混合比（空燃比）によって異なり、予混合燃焼におい
ては燃料を完全燃焼させる空気量（理論空気量）で燃焼
させるときに最も高い燃焼温度となり、空気が過剰にな
っても燃料が過剰になっても低下する。このため上述の
ようなＮＯｘ生成結果が得られたものである。

【０００６】この火炎温度を低減することによりＮＯｘ
の発生量を低減する方法としては、希薄燃焼、２段燃
焼、排ガス再循環および濃淡燃焼法が開発され、多くの
燃焼装置に採用されている。希薄燃焼法は予混合燃焼バ
ーナの空燃比を高くして燃焼する方法である。この方法
は、上記図中の点ｆで示すように、過剰な空気量を増加
させて燃焼温度を低減するため、燃焼排ガスによって系
外へ排出される熱量が増加して、ボイラの熱効率が低下
するとともに、燃焼用空気の送風機容量が大きくなるこ
とから動力および設備費がかかり好ましくない。

【０００７】２段燃焼法は主として拡散燃焼バーナに用
いられる方法であり、ＮＯｘ低減の効果も優れ、しかも
過剰空気量を多くする必要もないので有効な手段といえ
るが、ＣＯ等未燃分が放出され易く、これを防ぐには、
燃焼装置を大きくして炉内におけるガスの滞留時間を確
保する必要がある。排ガス再循環法はＮＯｘ低減効果に
優れ、しかもＣＯ等の未燃分も抑制できるので有効な手
段であるが、ガス再循環用の送風機と流路が必要なこと
から装置費が高くなり、動力も必要となるので小型の装
置には利用されていない。

【０００８】濃淡燃焼は、空気不足の拡散炎と空気過剰
の予混合炎を組合わせて燃焼する方法（特公昭５２−２
８２５１号公報）および当該拡散炎と予混合炎のノズル
間に排ガスを噴出させ燃焼させる方法（特開昭５３−９
７６３８号公報）のように種々の提案があるが、基本的
な予混合バーナによる濃淡燃焼の原理は、例えば炉内で
２台のバーナを、前記図のａとｂの条件で燃焼させる
と、炉出口の平均の空燃比は図中１点鎖線で示した１．
０５となる。そのときの炉出口におけるＮＯｘ値はｄ点
で示され、ａ、ｂの平均値ｄ′より高いが同一空燃比の
１本のバーナによる燃焼時のＮＯｘ値を示すｃ点よりも
低い。また、同様に図中のｅ、ｆの条件で燃焼させた場
合は出口ＮＯｘ値はｇ点となり、先の平均値ｇ′より高
いが、ｃ、ｄ点のＮＯｘ値よりも低い。

【０００９】これらの方法は、燃料過剰な条件となるバ
ーナ（ａ、ｅ）が空気過剰な条件となるバーナ（ｂ、
ｆ）の余剰な酸素分を利用して燃焼するため、高温の燃
焼場で反応が生じることからｄ、ｇのように予測より高
くなる。逆に、火炉が大きく火炎が冷却されているとす
れば限りなくｄ′、ｇ′に近づくことになる。したがっ
て、火炉が小さく燃焼室の容積熱負荷（ｋｃａｌ／ｍ³
ｈ）が高い場合には、各々のバーナの燃焼ガスの混合に
要する時間が充分とれないため、燃料過剰バーナの火炎
が長炎化し、ＣＯ等の未燃分が直接火炉より放出され易
くなる。また、燃料過剰なバーナと空気過剰なバーナを
接近させ過ぎると、各バーナの火炎が燃焼初期より干渉
し、混合し合って濃淡燃焼の低ＮＯｘ化効果が著しく減
少することを本発明者らは実験により確認した。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
火炎温度の低減を目的に開発された燃焼法は、緩慢な燃
焼をさせることによって局所的な高温化を抑制してサー
マルＮＯｘを低減させるため、火炉容積を大きくするこ
とから燃焼装置が大きくなり経済性が悪くなる。このこ
とは、大都市の場合にはＮＯｘ規制が厳しく、しかも土
地の価格が高いために致命的な欠点となる。また、これ
を補うために短炎の予混合炎を採用する場合でも、燃焼
温度を低下させるために過剰空気量が高い条件下で燃焼
すると、排ガスの持ち去る熱量が増加しボイラ効率低下
となり好ましくない。

【００１１】一方、予混合バーナによる濃淡燃焼は、火
炉が小さい場合、燃料過剰なバーナと空気過剰なバーナ
とを接近させ過ぎると、両バーナの火炎が燃焼初期より
干渉し、混合し合って１本のバーナによる空燃比が１．
０付近の燃焼のようになり、濃淡燃焼の低ＮＯｘ化効果
が著しく減少することを、本発明者らは実験により確認
した。

【００１２】本発明の目的はこれらの問題を解決するた
め、燃焼装置を大型にすることなく、むしろ小型化した
燃焼装置でもＮＯｘを低減できる燃焼法を提供すること
にあり、空燃比が１付近で公害成分の発生を少なくして
燃焼する高効率の気体燃料の燃焼方法および燃焼装置を
提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願の第１の発明は、火炉壁面に２以上の予混合ガスバ
ーナを設けて気体燃料を燃焼する方法において、火炉内
のガス流れ方向に沿って上流側から下流側へ少なくとも
２段以上の予混合ガスバーナ段を設けるとともに、その
ガスバーナ段間に空気送入口段を設けて、前記バーナの
下流側のバーナ段のバーナの空燃比を１．０より大きい
空気過剰燃焼とし、残りのバーナ段のバーナは空燃比を
１．０より小さい燃料過剰燃焼とし、バーナ段間の空気
送入口からの供給空気量を燃焼装置全体の供給空気量の
３０％以下としたことを特徴とする気体燃料の燃焼方法
に関する。

【００１４】第２の発明は、上記第１の発明において、
前記空気送入口と該空気送入口より上流側の隣接ガスバ
ーナとによって供給される合計空気量と、該ガスバーナ
における供給ガス量に対する理論燃焼空気量との比を１
より小さくして燃料過剰燃焼としたことを特徴とする気
体燃料の燃焼方法に関する。第３の発明は、火炉壁面に
２以上の予混合ガスバーナを設けて気体燃料を燃焼する
方法において、火炉内のガス流れ方向に沿って少なくと
も２段以上の予混合ガスバーナを設け、かつそのガスバ
ーナ間の火炉壁面に空気送入口を設け、低負荷燃焼時に
は空気送入口からの空気の供給を行わずに、かつ各予混
合ガスバーナの空燃比は均一で、やや空気過剰状態の燃
焼とし、次いで火炉出口ガス温度が１４００℃になった
負荷上昇時には空気送入口からの空気の供給を行わず
に、かつ空気送入口より上流側のガスバーナは空燃比１
未満の燃料過剰燃焼、下流側のガスバーナは空燃比１以
上の空気過剰燃焼とし、さらに火炉出口ガス温度が１５
００℃を超える高負荷燃焼時には前記上流側ガスバーナ
の燃料過剰割合と、前記下流側ガスバーナの空気過剰割
合とを増すとともに、空気送入口からの空気の供給を行
って上、下流ガスバーナ燃焼の干渉を防止するようにす
ることを特徴とする気体燃料の燃焼方法に関する。

【００１５】第４の発明は、火炉壁面に２以上の予混合
ガスバーナを設けた気体燃料燃焼装置において、火炉内
のガス流れ方向の上流側から下流側に沿って火炉壁面に
少なくとも２段以上の予混合ガスバーナ段と、該バーナ
段間に空気送入口段とを設け、上記ガスバーナ段と空気
送入口段間のガス流れ方向に沿ったピッチＬと、ガスバ
ーナおよび空気送入口のＬ方向の開口幅Ｄとの比Ｌ／Ｄ
を２以上とし、空気送入口より上流側のガスバーナは燃
料過剰バーナ、空気送入口より下流側のガスバーナは空
気過剰のバーナとしたことを特徴とする気体燃料燃焼装
置に関する。

【００１６】第５の発明は、上記第４の発明において、
予混合ガスバーナ段および空気送入口段のガスバーナお
よび空気送入口を複列に設け、列方向に沿ったバーナま
たは空気送入口間ピッチＲとＲ方向のバーナまたは空気
送入口開口幅Ｗの比Ｒ／Ｗを１以上としたことを特徴と
する気体燃料燃焼装置に関する。

【００１７】

【作用】ボイラ効率を向上させるためには、燃料を理論
空気量に近い空気量で燃焼し、ボイラ系外へ排出される
熱量を低減すると同時に、燃焼室を小さくして放散熱を
少なくすることが重要である。また、ＣＯ等の未燃分を
できるだけ少なくするため炉内における火炎の体積を小
さくする必要がある。このため、バーナは燃料ガスと空
気をバーナ内部で予混合させるとともに、バーナ出口部
に燃料と空気の混合気の主流方向に平行とならないよ
う、該混合気が衝突するように保炎器を設け、保炎器後
流に高温の燃焼ガスの循環流を形成することが好まし
い。このようなバーナにおいては、該混合気が燃焼する
際、保炎器に高速で衝突し炉内に供給される混合気の噴
流によって、燃焼ガスの一部が該噴流の内外より混合さ
れるため、安定な着火とともに予混合気による高速燃焼
と燃焼排気ガス再循環効果によってサーマルＮＯｘの発
生が著しく抑制される。

【００１８】ところで、本発明者らの研究の結果、ボイ
ラの燃焼室における燃焼熱負荷（ｋｃａｌ／ｍ³ ｈ）を
高めていくに従って、同一火炉内における燃料供給量が
多くなり、火炎の体積が大きくなるとともに生成される
ＮＯｘが多くなることから、バーナを２台以上にしバー
ナ部で生成するＮＯｘを少なくする必要があることがわ
かった。また、燃焼熱負荷を高めると燃焼室全体の温度
が高くなり、特に火炉出口のガス温度が１４００℃を超
えるようになると、バーナ間で均一な燃焼条件とするよ
りも炉出口側のバーナを空燃比１以上とし、他のバーナ
を空燃比１以下とする濃淡燃焼方式とするほうがＮＯｘ
値が低減し、しかも燃焼室のガス温度が高いのでＣＯ等
の未燃分も焼却され易くなって、増加しないことを見出
した。さらに、火炉出口のガス温度が１５００℃を超え
るようになると、バーナの濃淡燃焼比を大きくするとと
もに、両者のバーナ間に空気を送入し濃淡燃焼各火炎の
相互干渉を遮断することにより、一層低ＮＯｘ化が図れ
ることがわかった。これらの事実は、これまでの緩慢燃
焼による低ＮＯｘ化と異なっている。本発明は、予混合
高速燃焼下において濃淡燃焼を行い、サーマルＮＯｘを
低減させる。さらに、火炉を高熱負荷とすることによ
り、炉内の平均ガス温度上昇を可能とし、ＣＯ等未燃分
の焼却を噛み合わせ、高熱負荷、低ＮＯｘ、低未燃分の
高効率燃焼を達成したものである。また、負荷の低下と
ともに、バーナ間の空気送入を停止するとともに濃淡燃
焼の比率を下げ、さらに、通常の燃焼熱負荷になった場
合は、バーナを同一空燃比で燃焼させ、低負荷時にはバ
ーナ燃焼台数を少なくすることによって、あらゆる負荷
で低ＮＯｘ高効率燃焼が可能になった。また、複数バー
ナとしたため、負荷の低減幅も、単一バーナより広くな
り、操作性も向上する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて詳細に説
明する。図１は、火炉側から見た本発明の実施例に係る
低ＮＯｘボイラ用バーナの概略の構造を示すものであ
り、本実施例の場合は９台の角型予混合バーナ１０より
構成されている。

【００２０】図２（ａ）は予混合バーナの（炉内側から
見た）正面図である。図中のＡ−Ａ線矢視方向断面図を
図２（ｂ）に示す。バーナの噴出口２の上流には多数の
噴出口を有し混合器を兼用した燃料ノズル４が設置して
あり、これより噴出する気体状燃料７と空気供給ダクト
５から供給される空気流８が流路を狭めて高速化したベ
ンチュリミキサ状の構造によって急速に混合されるとと
もに空気流上流側への燃料の拡散を防止している。ま
た、バーナ噴出口には逆火防止のためのフレームアレス
タ３（４０メッシュ程度の金網を複数枚重ねたもの）お
よびバーナ先端開口部に設けられ、バーナ開口幅より小
さい幅を有する板状の保炎器１が設置してあり安全に燃
焼できる。保炎器１は、混合気噴流の主流方向に直角に
設置し、保炎器の各辺の長さはバーナの対応する各辺の
長さより小さくしてあり、若干の出し入れが可能なよう
にして火炎形状が調節できるようにしている。その他燃
焼装置として、ここには図示していないが、点火装置、
火炎検出装置、燃料流量調節装置、失火時の燃料遮断装
置、空気流量調節装置および各種計測計、記録計等が設
置されている。

【００２１】図３（ａ）は、図１に示すバーナを設置し
たボイラの斜視図である。このボイラは２ドラム式自然
循環型水管ボイラであり、水は水ドラム１５、水壁管１
７、降水管１８および蒸気ドラム１６に蓄えられ、火炉
での熱吸収によって水壁管１７内の水温が上昇し降水管
１８内の水との密度差が生じ、水壁管１７より蒸気ドラ
ム１６、降水管１８を経て水ドラム１５へと循環流れが
生ずる。循環する水が飽和状態になると、火炉での熱吸
収量分だけ蒸気が生成され蒸気ドラム内で気水分離さ
れ、蒸気は必要に応じて過熱器等を通じて取出される。

【００２２】図３（ｂ）は炉内側から見たバーナの配置
図であるが、図に示すように、１列、２列、３列からな
るＡ段、Ｂ段、Ｃ段の各バーナ段が炉の上流側から下流
側へ配置されている。各バーナは図２（ｂ）においてバ
ーナ噴出口２として示す予混合気の出口が燃焼炉壁の面
に一致するように設置されている。バーナから噴出する
予混合気は保炎器に衝突し炉内にＶ字状に左右方向に広
がるようになっているため、基礎的な研究結果に基づき
直接噴流が干渉しないようにバーナ間隔をＬ／Ｄ＝４．
６とし、バーナが取付けられた壁面に隣接する側壁とバ
ーナの間隔も５Ｄを確保した。ここで、Ｌはバーナ間
隔、Ｄはバーナ噴出口の幅である。

【００２３】図４に本発明を適用したボイラの火炉水平
断面図を示す。図から明らかなようにボイラ火炉３０の
ガス出口はバーナの対向壁２０の火炉出口スクリーン管
部に配置している。このため、火炉におけるガス流れ
は、バーナを取付けた火炉前壁３１のほうから見て右か
ら左に流れているので、上流側よりバーナ段Ａ、Ｂ、Ｃ
とし、図３（ｂ）に示すように火炉下方から上側にバー
ナ列１、２、３とした。

【００２４】これらのバーナは、１台当たりの燃焼量を
ボイラ定格熱負荷の１／３〜１／６になるようＤを変化
させて最適配置を検討できるように構成した。本実施例
のボイラの蒸気発生量は１０ｔ／ｈ、蒸気圧力２０kg／
cm² ｇ、ボイラ火炉容積熱負荷は１５０×１０⁴ ｋｃａ
ｌ／ｍ³ ｈであり、このクラスのボイラの通常の火炉容
積熱負荷が５０×１０⁴ ｋｃａｌ／ｍ³ ｈ以下であるの
に較べると３倍以上であり、このためボイラそのものの
設置面積も１／２以下になっている。

【００２５】次に本発明の具体的実施例を説明する。 実施例１ 図５に、Ａ段の１、３列およびＣ段の１、３例バーナを
使用し、Ｌ／Ｄ＝３、Ｒ／Ｗ＝２とした配置（Ｌ、Ｄ、
Ｒ、Ｗについては図３Ｂ参照）で、バーナ空燃比を１．
０５（排ガス中の酸素濃度を１％）一定とし、各バーナ
の空気流量は均一にし未使用のバーナに対する燃料と空
気の供給量はゼロとした条件下で、ボイラ負荷をパラメ
ータとして試験したときのＮＯｘとＣＯの生成特性につ
いて整理して示した。燃料は都市ガス（ＬＮＧ）を用い
た。図から明らかなように負荷９０％以上では空燃比を
高くしないと目標ＣＯ濃度（１００ppm ）を達成できな
いが、負荷９０％以下では問題なく目標ＣＯ濃度を達成
している。

【００２６】実施例２ 図６は、図５と同一バーナ、同一配置の下で、排ガス中
の酸素濃度を１％、各バーナの空気流量は均一条件で、
負荷１００％および８０％において、濃淡燃焼すなわち
炉内ガス流れが上流側のバーナ（Ａ１、Ａ３）の燃料流
量を多くし、下流側のバーナ（Ｃ１、Ｃ３）燃料流量を
少なくし、空燃比のバイアスを掛けて燃焼させた場合の
ＮＯｘ、ＣＯの生成特性を示したものである。図より明
らかなように負荷１００％においては、ＣＯが発生する
ため適用範囲が著しく狭くなるが、負荷８０％程度で
は、図５に示した空燃比を均一とするよりもＮＯｘ値が
低く目標値を満足している。

【００２７】実施例３ 図７は、図５、６と同一バーナ、同一配置なるも中間の
バーナ（Ｂ１、Ｂ３）より全体空気流量の１０％を供給
し、燃焼バーナ（Ａ１、Ａ３、Ｃ１、Ｃ３）には残りの
空気を均一に分配し、排気ガス中の酸素濃度を１％とし
た条件下で、実施例２と同様の試験、すなわち負荷１０
０％および８０％において、炉内ガス流れが上流側のバ
ーナ（Ａ１、Ａ３）の燃料流量を多くし、下流側のバー
ナ（Ｃ１、Ｃ３）燃料流量を少なくし、空燃比のバイア
スを掛けた場合のＮＯｘ、ＣＯの生成特性を示したもの
である。負荷１００％におけるＮＯｘ、ＣＯともに低減
され目標値を達成する操作範囲が著しく広くなった。し
かも、負荷が低い場合もＮＯｘ、ＣＯがほとんど変わら
ない。このように、濃淡燃焼バーナの中間より燃焼用空
気を加えてバーナ間の火炎の干渉を遮断するように燃焼
させることが有効である。

【００２８】すなわち、火炉において最上流にある燃料
過剰な予混合バーナで燃焼し切れなかった燃料は干渉防
止用の空気と自己の噴流による再循環ガスを巻込んで燃
焼され、さらに空気過剰バーナによって生成する過剰酸
素で燃焼させる。したがって、該燃料過剰バーナへの空
気量と干渉遮断用空気量との合量が、該燃料過剰バーナ
に供給されている燃料量に対する理論燃焼空気量よりも
少なくした場合、特に有効である。また、干渉遮断用の
空気量は、最終的な排ガス中の酸素濃度を高くする場合
はさらに多くし、３０％程度まで高めることができる
が、燃料過剰バーナの空燃比がますます低くなることか
ら混合そものが阻害されるため、それよりも多い場合に
はＣＯが発生し易い。

【００２９】実施例４ 図８は、負荷８０％において、図５と同一バーナのＬ／
Ｄを変化させて行った試験結果をＮＯｘ、ＣＯの生成特
性について整理したものである。図中には空燃比バイア
スのない場合および２０％ありの場合について示す。

【００３０】バーナのＬ／Ｄが２以下ではバーナ間の干
渉のためＮＯｘ値が高くなる。また、Ｌ／Ｄを大きくと
るとＣＯが増加する傾向がある。この傾向は濃淡燃焼す
なわち炉内ガス流れが上流側のバーナ（Ａ１、Ａ３）の
燃料流量を多くし、下流側のバーナ（Ｃ１、Ｃ３）燃料
流量を少なくし空燃比のバイアスを掛けて燃焼させた場
合に顕著である。

【００３１】本発明の効果を有するバーナシステムのボ
イラへの適用例を図９（ａ）に示す。本図は、バーナ１
０および空気供給口１２をボイラの前後の対向壁に設け
たものである。燃料過剰に調整するバーナは、ボイラ火
炉のガス流れの上流になる、下段側であり、空気過剰に
調整するバーナはガス流れでは下流の上段側のバーナで
ある。また、同様の効果を大容量ボイラに適用する場合
の実施例を図９（ｂ）に示す。本図は、バーナを取付け
た水冷壁をボイラ火炉内より見たものを示しているが、
バーナ１０を３段、空気供給口１２を２段設け、最上段
バーナを空気過剰に調整し、他の２段のバーナは燃料過
剰にし、さらに、該バーナ間の空気送入口と該空気送入
口より上流側（下段側）のガスバーナによって供給する
空気量との合計空気量と、該ガスバーナにおける供給ガ
ス量に対する理論空気量との比が１より小さく、燃料過
剰な燃焼にすることによって一層高効率燃焼が可能とな
る。このような大型ボイラの場合、燃焼排ガスをバーナ
燃焼用空気に混入させる方法が一般的であるが、本発明
においても燃焼用空気に排ガスを混合することは、原理
上問題なく適用可能であり、特に空気供給口１２に排ガ
ス混合空気を供給することは、バーナ間の干渉防止上好
ましいものである。図に示したようにバーナと空気供給
口の数や相対位置関係は特に限定されるものではない
が、バーナシステムにおいて、ガス流れ方向におけるバ
ーナ段間の距離をＬ、Ｌ上におけるバーナの開口距離を
Ｄとすると、Ｌ／Ｄは２以上と、およびバーナ列間の距
離Ｒ、Ｒ上におけるバーナの開口距離Ｗとすると、Ｒ／
Ｗは１より大となっている。

【００３２】図示していないが、本発明のバーナシステ
ムにおいて、炉内におけるガスの流れが旋回するように
し、いわゆるタンゼンシャルファイアリング燃焼法にお
いても当燃焼法が適用でき効果が上げられる。さらに、
本発明のバーナシステムにおいて、例えば、燃料量、空
気量、蒸気流量、火炉出口ガス温度、燃料供給ガス圧力
等のボイラの負荷変化情報により、前述の実施例におけ
るデータ（図５〜７）にて明確なように、バーナの濃淡
燃焼比率およびバーナ間の空気量を制御することにより
円滑な負荷変化が可能となり、燃焼効率向上に有用であ
る。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、火炉出口温度１５００
℃以上の高い火炉熱負荷のボイラにおいても、低公害で
高効率燃焼が可能になる。このため、必要な装置容積お
よび据え付け面積を１／２〜１／３にすることができ
る。また燃焼方法をボイラ負荷に応じて変化させること
によって、１００〜１０％の負荷域での安定な運転が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明になるガス燃焼装置のバーナの
設置状況の実施例図である。

【図２】（ａ）および（ｂ）図２（ａ）および（ｂ）
は、本発明の一実施例であるガス燃焼装置のバーナの構
造図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。

【図３】（ａ）および（ｂ）図３（ａ）は、本発明を適
用したボイラの斜視図であり、図３（ｂ）は、炉内側よ
り見たバーナの配置図である。

【図４】図４は、図３（ａ）のボイラの水平断面図であ
る。

【図５】、

【図６】、

【図７】および

【図８】図５、６、７および８は、本発明を適用した燃
焼試験例のデータを示す図である。

【図９】（ａ）および（ｂ）図９（ａ）は、前後壁にバ
ーナを設けたボイラへの適用例を示す図であり、図９
（ｂ）は、バーナ取付け水壁の内側より見た本発明の実
施例図である。

【図１０】図１０は、従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１…保炎器、２…バーナ噴出口、３…フレームアレス
タ、４…燃料ノズル、５…空気供給ダクト、６…サポー
ト、７…燃料ガス噴流、８…空気流、１０…バーナ、１
２…空気供給口、１５…水ドラム、１６…蒸気ドラム、
１７…水壁管、１８…降水管、２０…バーナの対向壁、
２１…火炉出口スクリーン管、２５…対流伝熱管、２６
…風箱、３０…火炉、３１…火炉前壁、３２…ガス流
れ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 研志 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日 立株式会社 呉工場内 (72)発明者 高杉 仁之 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日 立株式会社 呉工場内 (72)発明者 榎本 達三 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日 立株式会社 呉工場内 (56)参考文献 特開 昭53−97638（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−29606（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23C 11/00 329

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 火炉壁面に２以上の予混合ガスバーナを
   設けて気体燃料を燃焼する方法において、火炉内のガス
   流れ方向に沿って上流側から下流側へ少なくとも２段以
   上の予混合ガスバーナ段を設けるとともに、そのガスバ
   ーナ段間に空気送入口段を設けて、前記バーナの下流側
   のバーナ段のバーナの空燃比を１．０より大きい空気過
   剰燃焼とし、残りのバーナ段のバーナは空燃比を１．０
   より小さい燃料過剰燃焼とし、バーナ段間の空気送入口
   からの供給空気量を燃焼装置全体の供給空気量の３０％
   以下としたことを特徴とする気体燃料の燃焼方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記空気送入口と該
   空気送入口より上流側の隣接ガスバーナとによって供給
   される合計空気量と、該ガスバーナにおける供給ガス量
   に対する理論燃焼空気量との比を１より小さくして燃料
   過剰燃焼としたことを特徴とする気体燃料の燃焼方法。
3. 【請求項３】 火炉壁面に２以上の予混合ガスバーナを
   設けて気体燃料を燃焼する方法において、火炉内のガス
   流れ方向に沿って少なくとも２段以上の予混合ガスバー
   ナを設け、かつそのガスバーナ間の火炉壁面に空気送入
   口を設け、低負荷燃焼時には空気送入口からの空気の供
   給を行わずに、かつ各予混合ガスバーナの空燃比は均一
   で、やや空気過剰状態の燃焼とし、次いで火炉出口ガス
   温度が１４００℃になった負荷上昇時には空気送入口か
   らの空気の供給を行わずに、かつ空気送入口より上流側
   のガスバーナは空燃比１未満の燃料過剰燃焼、下流側の
   ガスバーナは空燃比１以上の空気過剰燃焼とし、さらに
   火炉出口ガス温度が１５００℃を超える高負荷燃焼時に
   は前記上流側ガスバーナの燃料過剰割合と、前記下流側
   ガスバーナの空気過剰割合とを増すとともに、空気送入
   口からの空気の供給を行って上、下流ガスバーナ燃焼の
   干渉を防止するようにすることを特徴とする気体燃料の
   燃焼方法。
4. 【請求項４】 火炉壁面に２以上の予混合ガスバーナを
   設けた気体燃料燃焼装置において、火炉内のガス流れ方
   向の上流側から下流側に沿って火炉壁面に少なくとも２
   段以上の予混合ガスバーナ段と、該バーナ段間に空気送
   入口段とを設け、上記ガスバーナ段と空気送入口段間の
   ガス流れ方向に沿ったピッチＬと、ガスバーナおよび空
   気送入口のＬ方向の開口幅Ｄとの比Ｌ／Ｄを２以上と
   し、空気送入口より上流側のガスバーナは燃料過剰バー
   ナ、空気送入口より下流側のガスバーナは空気過剰のバ
   ーナとしたことを特徴とする気体燃料燃焼装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、予混合ガスバーナ段
   および空気送入口段のガスバーナおよび空気送入口を複
   列に設け、列方向に沿ったバーナまたは空気送入口間ピ
   ッチＲとＲ方向のバーナまたは空気送入口開口幅Ｗの比
   Ｒ／Ｗを１以上としたことを特徴とする気体燃料燃焼装
   置。