JP3795951B2 - 低NOxバーナおよび排ガス再循環制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は低NOxバーナおよび排ガス再循環制御方法に関するものであり、さらに詳しくは吸収式冷温水機用燃焼装置、吸収式冷凍機、蒸気ボイラー、温水ボイラー、加熱調理器、暖房器、その他各種装置に適用できる低NOxバーナおよび負荷が変動してもそれに連動して燃焼状態を安定に維持でき、NOx発生量を低く抑えることができる排ガス再循環制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、要求されるNOx排出レベル規制がきびしく[例えば、(1)地冷地域規制では40ppm(O2 =0%)以下、(2)13A以外の気体燃料では60ppm以下、(3)油燃料では60ppm以下]なっている。
従来、低NOx化を計るために、図3に示すように、排ガスボックス8近傍に一端を接続し、他端を電動ファンFの空気吸込路9に接続した排ガスを再循環させる排ガス再循環ダクト7aを設けて、燃焼ガスの循環供給によってバーナ本体1cの炎温度を低下させて、NOx発生を抑制できるようにした排ガス再循環方式低NOxバーナが一般的に広く使われている(実開平2−7414号公報など)。2は燃料供給路、3はノズル、4は燃焼用空気供給路、5は炎口、6は燃焼室、10は煙道を示す。
【0003】
しかし、この従来方式は、電動ファンFの空気吸込路9と排ガスボックス8とを排ガス再循環ダクト7aで連結して燃焼ガスの一部をこのダクトを通じて空気吸込路9に誘引する方式であるために、排ガスボックス8や煙道10のドラフト圧力の変化や給排気バランスにより排ガス再循環量が大きく変化しやすく、所定量に制御できないため、燃焼状態が不安定になったり、燃焼用空気の温度変化のためにバーナ本体1cの炎の温度が大きく変化して、NOx発生量が不安定になる問題があった。また、運転立ち上がり時には、再循環される燃焼ガスが冷えている排ガス再循環ダクト7a内に入るため燃焼ガスが排ガス再循環ダクト7a系統の内表面に結露して、例えば鉄で形成されている排ガス再循環ダクト7a系統にサビが発生して耐久性が低下するなどの問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の問題を解決し、NOx発生量を低く抑えて安定に燃焼させることができ、しかも排ガス再循環系統への結露によるサビの発生がない低NOxバーナを提供すること、および排ガス再循環率が一定となるように制御して、負荷が変動してもそれに連動して燃焼状態を安定に維持でき、NOx発生量を低く抑えることができる排ガス再循環制御方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記の課題に鑑み鋭意研究した結果、排ガス再循環通路に強制的に排ガスを再循環するための排ガス再循環専用ファンを設け、且つ、前記排ガス再循環通路とバーナ本体の燃焼用空気通路との間にバイパス通路を設けることによりNOx発生量を低く抑えて安定に燃焼させることができ、しかも、運転立ち上がり時には、排ガス再循環専用ファンを停止させ、燃焼用空気通路の新鮮な燃焼用空気を前記バイパス通路を経て排ガス再循環通路に少量逆流させ、排ガス温度が上がり、煙道系での結露がなくなった後に、排ガス再循環専用ファンを運転することにより、排ガス再循環系統への結露を防止し、サビの発生がない耐久性に優れた低NOxバーナを提供できること、および負荷信号と連動して、排ガス再循環専用ファンをインバータにより回転数を変えて、排ガス再循環率が一定となるように制御する排ガス再循環制御方法によりNOx発生量を低く抑えてさらに安定に燃焼させることができることを見出し本発明を成すに至った。
【0006】
本発明の請求項1の発明は、バーナ本体に燃焼用空気供給用の電動ファンを接続し、前記バーナ本体による燃焼ガスを燃焼用空気に供給するための排ガス再循環通路を設けた低NOxバーナであって、前記排ガス再循環通路に強制的に排ガスを再循環するための排ガス再循環専用ファンを設けるとともに、前記排ガス再循環通路とバーナ本体の燃焼用空気通路との間にバイパス通路を設け、
運転立ち上がり時には、前記排ガス再循環専用ファンを停止させておくことにより、前記燃焼用空気通路の新鮮な燃焼用空気を前記バイパス通路を経て前記排ガス再循環通路に少量逆流させることを特徴とする低NOxバーナである。
【0008】
本発明の請求項2の発明は、負荷信号(燃焼量制御信号)と連動して、請求項1記載の低NOxバーナの前記排ガス再循環専用ファンをインバータにより回転数を変えて、排ガス再循環率が一定となるように制御する排ガス再循環制御方法において、
排ガス再循環流量を検出して前記排ガス再循環専用ファンの回転数を補正することを特徴とする排ガス再循環制御方法である。
【0009】
本発明の請求項3の発明は、請求項2記載の排ガス再循環制御方法において、排ガス中のNOx 値を検出して前記排ガス再循環専用ファンの回転数を補正することを特徴とする。
【0011】
本発明の請求項4の発明は、請求項2あるいは請求項3記載の排ガス再循環制御方法において、前記排ガス再循環専用ファンを小型化するために、制御に用いる周波数を商用周波数より高い周波数とし、前記排ガス再循環専用ファンの回転数を高い値に設定して制御することを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の低NOxバーナおよび排ガス再循環制御方法の例を示す説明図である。図2は、本発明の低NOxバーナおよび排ガス再循環制御方法の他の例を示す説明図である。
図1において、燃焼用空気供給用の電動ファンFを接続したバーナ本体1a内に、流量調節弁V付の燃料供給路2に接続したノズル3を設けると共に、電動フアンFからノズル3に至る燃焼用空気供給路4を形成し、炎口5から空燃混合気を燃焼室6内に噴出するように構成してある。
バーナ本体1aによる燃焼ガスを燃焼用空気に供給するための排ガス再循環通路7の一端は、ノズル3先端近傍の外周囲に設けられている、再循環された排ガスの吹き出し口7cを有する排ガス再循環箱7bに連結されており、排ガス再循環通路7の他端はバーナ本体1aからの排ガスが流入する排ガスボックス8に連結されている。そして排ガスボックス8の側の排ガス再循環通路7には強制的に排ガスを再循環するための排ガス再循環専用ファン11が設けられており、また排ガス再循環箱7b側の排ガス再循環通路7には燃焼用空気通路4と排ガス再循環通路7との間を連結するバイパス通路12が設けられている。9は電動ファンFの空気吸入路、10は排ガスボックス8に連通した煙道を示す。
【0013】
上記の構成の本発明の低NOxバーナ1aは排ガス再循環専用ファン11の回転数を制御することにより強制的に循環される排ガスの排ガス再循環量を所定の量に制御できるため、燃焼用空気を完全燃焼に十分な質量流量に安定維持でき、燃焼状態が安定して、バーナ本体1aの炎の温度が大きく変化しないので、十分な低NOx化を図れる温度に安定維持できるようになり、NOx発生量を低く抑えることができる。
そして、運転立ち上がり時には、排ガス再循環専用ファン11を停止させ、燃焼用空気通路4の新鮮な燃焼用空気を図1に破線にて示したように前記バイパス通路12を経て排ガス再循環通路7全体に少量逆流させ、そして排ガス温度が上がり、煙道系での結露がなくなった後に、排ガス再循環専用ファン11を運転するようにすることにより、排ガス再循環通路7系統の内表面に結露することがなくなり、サビが発生して耐久性が低下するなどの問題を解消することができる。
【0014】
13は制御装置であり、制御装置13は、燃料供給路2に設けた燃料流量計14、煙道10内の燃焼ガス中のNOxを検出するためのNOxセンサ15、排ガス再循環通路7中の排ガスの再循環量を検出する流量計16とそれぞれ回路a、b、cで連絡されている。
本発明の低NOxバーナ1aは、制御弁Vあるいは燃料流量計14などからの負荷信号(燃焼量制御信号)が制御装置13に回路aから送られると、それに連動して制御装置13から信号が回路dを経て排ガス再循環専用ファン11に送られ、排ガス再循環専用ファン11をインバータにより回転数を変えて、排ガス再循環率が一定となるように制御するようになっている。このような排ガス再循環制御方法により、負荷が変動してもそれに連動して燃焼状態を安定に維持できるようになり、NOx発生量を低く抑えることができる。
【0015】
排ガス中のNOx値をNOxセンサ15で検出してその信号を回路bを経て制御装置13に送り、排ガス再循環専用ファン11の回転数を補正することにより燃焼状態を安定に維持できる上、NOx発生量をより確実に安定して低く抑えることができる。
【0016】
排ガス再循環通路7中の排ガスの再循環量を検出する流量計16により排ガス再循環流量を検出してその信号を回路cを経て制御装置13に送り、排ガス再循環専用ファン11の回転数を補正することにより燃焼状態をより安定に維持できる上、NOx発生量をより安定して低く抑えることができる。
【0017】
本発明において、制御に用いる周波数は商用周波数より高い周波数であり、そして排ガス再循環専用ファン11の回転数を高い値に設定して制御することにより、排ガス再循環専用ファン11を小型化できる。前記周波数の具体例としては、例えば最大90HZ、好ましくは最大80HZである。90HZを超えると排ガス再循環専用ファン11のバランスが悪くなり、強度や騒音の問題がでる。
【0018】
図2において、図1と同一の数字や記号は同一物を示す。燃焼用空気供給用の電動ファンFを接続したバーナ本体1bは、バーナ本体1bによる燃焼ガスを燃焼用空気に供給するための排ガス再循環通路7の一端はバーナ本体1bに接続された電動ファンFの空気吸入路9に連結されており、排ガス再循環通路7の他端は排ガスボックス8に連結されている。そして排ガスボックス8の側の排ガス再循環通路7には強制的に排ガスを再循環するための排ガス再循環専用ファン11が設けられている。そして排ガスボックス8と排ガス再循環専用ファン11とを結ぶ排ガス再循環通路7に一端が連結され、他端がバーナ本体1bの燃焼用空気通路4に連結されたバイパス通路12が設けられている。
【0019】
上記の構成の本発明の低NOxバーナ1bは上記の低NOxバーナ1aの場合と同様に排ガス再循環専用ファン11の回転数を制御することにより強制的に循環される排ガスの排ガス再循環量を所定の量に制御できるため、燃焼用空気を完全燃焼に十分な質量流量に安定維持でき、燃焼状態が安定して、バーナ本体1bの炎の温度が大きく変化しないので、十分な低NOx化を図れる温度に安定維持できるようになり、NOx発生量を低く抑えることができる。
そして、運転立ち上がり時には、排ガス再循環専用ファン11を停止させ、燃焼用空気通路4の新鮮な燃焼用空気を図2に破線にて示したように前記バイパス通路12を経て排ガス再循環通路7全体に少量逆流させ、そして排ガス温度が上がり、煙道系での結露がなくなった後に、排ガス再循環専用ファン11を運転するようにすることにより、排ガス再循環通路7系統の内表面に結露することがなくなり、サビが発生して耐久性が低下するなどの問題を解消することができる。
【0020】
本発明の低NOxバーナ1bの排ガス再循環制御方法は上記の低NOxバーナ1aの排ガス再循環制御方法と同じであり、上記の低NOxバーナ1aの場合と同様に燃焼状態を安定に維持でき、NOx発生量を低く抑えることができる。
【0021】
本発明の低NOxバーナ本体1aや1bの構造は各種変更自在であり、また、ガスバーナ及びオイルバーナのいずれでもよく、燃料や燃焼型式に見合って適当な空燃混合構造を選定できる。
電動ファンFをバーナ本体1aや1bに対して別置きにして近くに配置し、外部配管で接続してもよい。
本発明の低NOxバーナの加熱対象は不問であり、例えば吸収式冷温水機用燃焼装置、吸収式冷凍機、蒸気ボイラー、温水ボイラー、加熱調理器、暖房器、その他各種装置に適用できる。
【0022】
【発明の効果】
本発明の低NOxバーナは、煙道ドラフト圧力などの影響を受けることなく、排ガス再循環量を一定に制御することができるため、NOx値が上昇することがなくなり、NOx発生量を低く抑えて安定に燃焼させることができる。運転立ち上がり時は、バイパス通路に新鮮空気(燃焼用空気)を逆流させ、排ガス温度が上がり、煙道系での結露がなくなった後に、排ガス再循環専用ファンを運転することにより、排ガス再循環系統での結露が防止でき、耐久性が増す。本発明の低NOxバーナは、構造が簡単であり、経費面でも優れ、高性能で経済的な低NOxバーナである。
負荷信号と連動して、排ガス再循環専用ファンをインバータにより回転数を変えて、排ガス再循環率が一定となるように制御する本発明の排ガス再循環制御方法により負荷が変動してもそれに連動して燃焼状態を安定に維持できるようになり、NOx 発生量を低く抑えることができる。
排ガス中のNOx値を検出するNOxセンサ、排ガス再循環通路中の排ガス再循環量を検出する流量計を設けてその信号を制御装置に送り、排ガス再循環専用ファンの回転数を補正することにより、燃焼状態をより安定に維持できる上、NOx発生量をより安定して低く抑えることができる。
制御に用いる周波数を最大90HZとし、排ガス再循環専用ファンの回転数を高い値に設定して制御することにより、排ガス再循環専用ファンを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の低NOxバーナおよび排ガス再循環制御方法の例を示す説明図である。
【図2】 本発明の低NOxバーナおよび排ガス再循環制御方法の他の例を示す説明図である。
【図3】 従来の排ガス再循環方式低NOxバーナを示す説明図である。
【符号の説明】
1a、1b、1c バーナ本体
2 燃料供給路
3 ノズル
4 燃焼用空気供給路
5 炎口
6 燃焼室
7 排ガス再循環通路
7a 排ガス再循環ダクト
7b 排ガス再循環箱
7c 排ガス吹き出し口
8 排ガスボックス
9 空気吸入路
10 煙道
11 排ガス再循環専用ファン
12 バイパス通路
13 制御装置
14 燃料流量計
15 NOxセンサ
16 再循環排ガス用流量計
Claims (4)
- バーナ本体に燃焼用空気供給用の電動ファンを接続し、前記バーナ本体による燃焼ガスを燃焼用空気に供給するための排ガス再循環通路を設けた低NOxバーナであって、前記排ガス再循環通路に強制的に排ガスを再循環するための排ガス再循環専用ファンを設けるとともに、前記排ガス再循環通路とバーナ本体の燃焼用空気通路との間にバイパス通路を設け、
運転立ち上がり時には、前記排ガス再循環専用ファンを停止させておくことにより、前記燃焼用空気通路の新鮮な燃焼用空気を前記バイパス通路を経て前記排ガス再循環通路に少量逆流させることを特徴とする低NOxバーナ。 - 負荷信号(燃焼量制御信号)と連動して、請求項1記載の低NOxバーナの前記排ガス再循環専用ファンをインバータにより回転数を変えて、排ガス再循環率が一定となるように制御する排ガス再循環制御方法において、 排ガス再循環流量を検出して前記排ガス再循環専用ファンの回転数を補正することを特徴とする排ガス再循環制御方法。
- 排ガス中のNOx 値を検出して前記排ガス再循環専用ファンの回転数を補正することを特徴とする請求項2記載の排ガス再循環制御方法。
- 前記排ガス再循環専用ファンを小型化するために、制御に用いる周波数を商用周波数より高い周波数とし、前記排ガス再循環専用ファンの回転数を高い値に設定して制御することを特徴とする請求項2あるいは請求項3記載の排ガス再循環制御方法。
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