JP5806550B2 - ガスバーナ - Google Patents

Description

本発明は、主に小型の多管式貫流ボイラ等に使用されるものであり、特に、ガス燃料と燃焼用空気を混合させて成る予混合気を縦長薄膜状の形態で高速噴射して燃焼させ、縦長薄膜状の火炎を燃焼室の片側の伝熱面に沿って形成することによって、高負荷燃焼条件下において燃料を低空気比で燃焼させても、ＮＯｘ及びＣＯの発生を大幅に抑制できるようにした縦長細幅のガスバーナの改良に係り、特に、ボイラ出口の煙道条件や燃焼室内の条件等に関係なく、縦長薄膜状の火炎を燃焼室の片側の伝熱面に沿って安定して形成することができると共に、安定した燃焼を行え、しかも、ボイラ等の規模に応じて燃焼量を容易に変更できるようにしたガスバーナに関するものである。

従来、ガスや油を燃料とするボイラ等においては、大気汚染等の問題によりＮＯｘ、ＣＯ等の排出低減が求められて来た。
そのため、国内のＣＯ_２全排出量の約１割を占める小型ボイラ等の小型燃焼機器においても、ＣＯ_２の排出量を削減できて低ＮＯｘ化及び低ＣＯ化を図れるようにした燃焼機器が求められている。

一般的に、小型ボイラ（例えば、小型の多管式貫流ボイラ）等においては、小型化が益々進んで燃焼室が非常にコンパクトであり、炉負荷が１０００ｋＷ／ｍ^３〜１００００ｋＷ／ｍ^３の非常に高負荷な燃焼条件となっているので、熱効率向上のために低空気比燃焼を行ったとしても、バーナ近傍の火炎温度が上昇してＮＯｘの発生量が増加すると共に、完全燃焼が行えずにＣＯの発生量も増加することになる。
そのため、小型ボイラ等においては、一般的に空気比を１．２５〜１．４程度に設定して運転されている。

この一般的な空気比における低ＮＯｘ化技術としては、分割火炎による拡散燃焼方式や予混合燃焼方式等が挙げられる（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照）。

ところで、空気比が１．２５以上の高空気比燃焼では、予混合燃焼方式は拡散燃焼方式よりも火炎冷却効果が優れているためにＮＯｘの発生量を抑制することができるが、空気比が１．２５以下の低空気比燃焼では、予混合燃焼方式は拡散燃焼方式よりも燃焼速度が増加して火炎温度が上がるために低ＮＯｘ化を達成できないという問題があった。

そこで、本件発明者等は、予混合燃焼方式と拡散燃焼方式の問題点を解決するため、縦長細幅のバーナからガス燃料と燃焼用空気の予混合気を縦長薄膜状の形態で燃焼室内に高速で噴射し、縦長薄膜状の火炎が燃焼室の片側の伝熱面に沿って形成されるようにした低ＮＯｘ燃焼装置及びバーナを開発し、これを特開２０１０−２５４４３号公報（特許文献４参照）として公開している。

即ち、前記低ＮＯｘ燃焼装置は、図６に示す如く、複数の水管２０ａ及びヒレ２０ｂから成る水冷壁２０構造の伝熱面で囲まれた横断面形状が長方形状の縦長の燃焼室２１と、燃焼室２１の一端部に燃焼室２１の幅方向中央位置Ｌから偏芯させた位置に設けられ、ガス燃料Ｇと燃焼用空気Ａの予混合気Ｇ′を燃焼室２１内に高速で噴射して燃焼させる縦長細幅のバーナ２２と、バーナ２２を囲うようにして配設され、バーナ２２へ燃焼用空気Ａを供給する風箱２３と、着火用のパイロットバーナ２４とを具備しており、前記バーナ２２から予混合気Ｇ′を縦長薄膜状の形態で且つ高速で噴射し、縦長薄膜状の火炎Ｆがバーナ２２を偏芯させた側の燃焼室２１の伝熱面に沿って形成されるようにしているため、燃焼室２１の伝熱面に沿って形成された縦長薄膜状の火炎Ｆの上流側では、予混合気Ｇ′の高速噴射によるブローオフ寸前の緩慢燃焼になっていると共に、熱放散の良い縦長薄膜状の火炎Ｆになっているので、火炎Ｆ温度の上昇が抑えられてサーマルＮＯｘの発生を抑制することができ、また、縦長薄膜状の火炎Ｆの下流側では、予混合気Ｇ′の高速噴射流により燃焼ガスと燃焼用空気Ａの混合が促進されて燃焼を素早く完結できることになる。

また、この低ＮＯｘ燃焼装置は、縦長薄膜状の火炎Ｆが燃焼室２１の片側の伝熱面に片寄ることにより、もう片側の伝熱面と火炎Ｆとの間の燃焼室２１空間に燃焼ガスの再循環流Ｇ″が発生し、この燃焼ガスの再循環流Ｇ″がバーナ２２の先端部近傍に戻って火炎Ｆに混合されるので、火炎Ｆ温度が抑制されてサーマルＮＯｘの発生を抑制することができる。

その結果、この低ＮＯｘ燃焼装置においては、高負荷燃焼条件下において燃料を空気比が１．１〜１．２の低空気比で燃焼させても、ＮＯｘ及びＣＯの発生を抑制できるという利点がある。

一方、前記低ＮＯｘ燃焼装置に使用するバーナ２２は、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示す如く、先端を開放した縦長の偏平な長方体形状に形成され、燃焼用空気Ａの一部が二次燃焼用空気Ａ２として流入する二次空気穴２５ａを有する燃焼筒２５と、先端が燃焼筒２５の先端側開口内に位置する状態で燃焼筒２５内に配設され、燃焼用空気Ａの一部が基端部側から一次燃焼用空気Ａ１として流入すると共に、先端部側に縦向きのスリット状の噴出通路を有する横断面形状が先細り状に形成された縦長の噴射ノズル２６と、噴射ノズル２６の基端部内に配設され、ガス燃料Ｇを噴射ノズル２６内の一次燃焼用空気Ａ１の流れに交差する状態で噴射する燃料噴出孔２７ａを有するガスマニホールド２７とから成り、ガス燃料Ｇと燃焼用空気Ａの予混合気Ｇ′を噴射ノズル２６から縦長薄膜状の形態で且つ高速で噴射できる構成としているため、縦長薄膜状で表面積の広い火炎Ｆが形成されて輻射放熱性が良くなり、火炎Ｆの温度を抑えることができるうえ、燃焼排ガスの引き込み効果が大きくなってＮＯｘの低減効果を向上させることができる。

また、このバーナ２２は、噴射ノズル２６の先端部側の両側面に、燃焼筒２５内へ流入した二次燃焼用空気Ａ２の一部を前記噴出通路内へ吸入する吸入穴２６ａがそれぞれ形成されているため、噴射ノズル２６から噴射される予混合気Ｇ′の拡がりが抑制されると共に、燃焼用空気Ａがガス燃料Ｇと多段に混合されて燃焼初期の反応速度が抑えられ、低ＮＯｘ化を図ることができる。

ところで、前記バーナ２２は、燃焼室２１の幅方向中央位置Ｌから偏芯させた位置に配置され、縦長薄膜状の火炎Ｆがバーナ２２を偏芯させた側の燃焼室２１の伝熱面に沿って形成されるようにしている。

しかし、前記バーナ２２は、図７（Ａ）に示す如く、長手方向の中心線を中心にして対称状に構成されているため、火炎Ｆがバーナ２２から直進して噴射されることから、ボイラ出口の煙道条件や燃焼室２１内の条件等によっては、縦長薄膜状の火炎Ｆが燃焼室２１の伝熱面に沿わずに直進火炎Ｆを形成したり、或は伝熱面に沿う火炎Ｆを形成したりする等、火炎Ｆが燃焼室２１の幅方向に振れる等の不安定な現象を生じる場合があり、安定した燃焼を行えないという問題があった。この場合には、ＮＯｘ及びＣＯの発生を抑制できないことになる。

また、バーナ２２は、全体が縦長で細幅に形成されているが、特に、幅が狭くて縦に長い噴射ノズル２６の噴射口を板金加工による溶接構造で製作した場合、精密に製作することが困難であり、噴射ノズル２６の噴射口からガス燃料Ｇと燃焼用空気Ａの予混合気Ｇ′を均等に噴出することができず、安定した燃焼を行えないという問題もあった。

特開２００３−３０２０１２号公報 特開２００７−１２０８３９号公報 特開２００７−３０９５７８号公報 特開２０１０−２５４４３号公報

本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、小型ボイラ等の高負荷燃焼条件下においてガス燃料を低空気比で燃焼させても、ＮＯｘ及びＣＯの発生を大幅に抑制できることは勿論のこと、ボイラ出口の煙道条件や燃焼室内の条件等に関係なく、縦長薄膜状の火炎を燃焼室の片側の伝熱面に沿って安定して形成することができると共に、安定した燃焼を行え、しかも、ボイラ等の規模に応じてバーナの燃焼量を容易に変更できるようにしたガスバーナを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１の発明は、主として小型の貫流ボイラに用いられ、ガス燃料と燃焼用空気から成る予混合気を縦長薄膜状の形態で燃焼室内に噴射して燃焼させ、縦長薄膜状の火炎を形成するようにした縦長細幅のガスバーナにおいて、前記ガスバーナは、先端を開放した縦長の偏平な長方体形状に形成され、燃焼用空気の一部が二次燃焼用空気として流入する燃焼ケースと、先端が燃焼ケースの先端側開口内に位置する状態で燃焼ケース内に配設され、横断面形状が先細り状に形成されて先端部側に縦向きのスリット状の噴出通路を有すると共に、燃焼用空気の一部が基端部側から一次燃焼用空気として流入する縦長の噴射ノズルと、噴射ノズルの基端部内に挿入され、ガス燃料を噴射ノズル内の一次燃焼用空気に混合すべく噴射するガスマニホールドとから成り、前記噴射ノズルの先端部片側面に、燃焼ケース内へ流入した二次燃焼用空気の一部を前記噴出通路内へ吸入する吸入穴を形成し、当該噴射ノズルからの予混合気噴射時のガス燃料と燃焼用空気の混合割合を噴射ノズルの横断面幅方向で非対称になるようにし、また、前記噴射ノズルは、先端及び基端の両端が開放されて横断面形状が先細り状の縦長の偏平な箱状に形成された一個のブロック体若しくは縦方向に重ねた複数個のブロック体から成り、燃焼室の容量に応じてブロック体の数を変えてバーナ容量を変更可能な構成とし、更に、前記噴射ノズルを構成するブロック体は、先端側が互いに近づく傾斜姿勢で対向状に配置された一対の傾斜板から成る横断面形状が先細り状に形成された縦長の入口部と、一対の傾斜板の先端に連設され、縦向きのスリット状の噴出通路を形成する一対の平行な平行板から成る縦長の噴出部と、入口部及び噴出部の上下両端に連設され、少なくとも噴出部の上方開口及び下方開口を閉鎖すると共に、連結板としての機能及び整流板としての機能を有する板状のフランジ部とから成ることに特徴がある。

本発明の請求項２の発明は、噴射ノズルが、ガス燃料と燃焼用空気から成る予混合気を噴射する先端の噴射口の高さと幅の比率を５０：１以上で且つ縦長の長方形状となるようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項３の発明は、噴射ノズルを構成するブロック体を精密鋳造により形成したことに特徴がある。

本発明のガスバーナは、ガス燃料と燃焼用空気から成る予混合気を縦長薄膜状の形態で噴射する横断面形状が先細り状に形成された噴射ノズルの先端部片側面に、二次燃焼用空気の一部を噴射ノズル内へ吸入する吸入穴を形成し、当該噴射ノズルからの予混合気噴射時のガス燃料と燃焼用空気の混合割合を噴射ノズルの横断面幅方向で非対称になるようにし、噴射ノズルの横断面幅方向で異なる空燃比の流れを形成するようにしているため、予混合気を燃焼室の片側の伝熱面に安定した状態で噴射することができ、その結果、ボイラ出口の煙道条件や燃焼室内の条件等に関係なく、縦長薄膜状の火炎を燃焼室の片側の伝熱面に沿って安定して形成することができ、安定した燃焼を達成することができる。

また、本発明のガスバーナは、噴射ノズルが先端及び基端の両端を開放した横断面形状が先細り状の縦長の偏平な箱状に形成された一個のブロック体若しくは縦方向に重ねた複数個のブロック体から成ると共に、前記ブロック体を精密鋳造により形成しているため、噴射ノズルの長手方向の噴射口の寸法精度が大幅に向上し、噴射ノズルの噴射口から予混合気を均等に噴出することができ、より一層安定した燃焼を行えることになる。

更に、本発明のガスバーナは、縦長薄膜状の火炎を燃焼室の片側の伝熱面に沿って安定して形成することができるうえ、精密鋳造により形成したブロック体により噴射ノズルの寸法精度が大幅に向上しているため、ガスバーナの安定燃焼が可能な出力範囲を従来のガスバーナより広く取れる。即ち、本発明のガスバーナは、ターンダウン比を大きく取れることになる。

そのうえ、本発明のガスバーナは、噴射ノズルが予混合気を噴射する噴射口を備えた一個のブロック体若しくは複数個のブロック体から成り、ブロック体の数を変更することによってガスバーナの燃焼量を変更することができ、様々なボイラの規模に対応することができる。

本発明の実施の形態に係るガスバーナの概略横断面図である。 同じくガスバーナの一部切欠概略側面図である。 ガスバーナの噴射ノズルを構成するブロック体を示し、（Ａ）は平面側から見たブロック体の斜視図、（Ｂ）は基端部側から見たブロック体の斜視図である。 複数個のブロック体を縦方向に重ねて構成した噴射ノズルを示し、噴射ノズルを斜め上方から見た斜視図である。 同じく複数個のブロック体を縦方向に重ねて構成した噴射ノズルを示し、噴射ノズルを基端部側からみた斜視図である。 従来のガスバーナを使用した低ＮＯｘ燃焼装置の概略横断面図である。 従来のガスバーナを示し、（Ａ）はガスバーナの概略横断面図、（Ｂ）はガスバーナの部分側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２は本発明の実施の形態に係るガスバーナ１を示し、当該ガスバーナ１は、縦長細幅に形成されており、横断面形状が長方形状で且つ縦長の燃焼室を有する小型の蒸気ボイラ（多管式貫流ボイラ）に使用されている。

即ち、前記ガスバーナ１は、横断面形状が長方形状で且つ縦長の燃焼室（図示省略）の一端部（上流側端部）に、燃焼室の幅方向中央位置から偏芯させた位置に配設されており、ガス燃料Ｇと燃焼用空気Ａから成る予混合気Ｇ′を縦長薄膜状に高速で噴射させ、縦長薄膜状の火炎Ｆが偏芯させた側の燃焼室内の伝熱面に沿って形成されるようにしている。

前記現象は、コアンダ効果（流体が物体の表面を流れるとき、物体の表面外形へ貼り付くように沿って流れる現象）と呼ばれ、薄膜状の予混合気Ｇ′の噴流幅と燃焼室の幅の比及び予混合気Ｇ′の噴出速度に左右される。
そのため、ガスバーナ１は、予混合気Ｇ′を縦横比が５０：１以上（より好ましくは、７０：１）になる縦長薄膜状の形態で且つ５０ｍ／ｓｅｃ以上（より好ましくは、７０〜１００ｍ／ｓｅｃ）の高速で噴射させる構成となっている。
また、ガスバーナ１は、燃焼室の幅と高速で噴射する縦長薄膜状の予混合気Ｇ′の幅との比が２５：１以上（より好ましくは、３０：１）になるように構成されている。

尚、燃焼室は、図示していないが、複数の水管及びヒレから成る一対の水冷壁又は一対の水冷ジャケット（何れも図示省略）を対向状に配設することにより形成されており、燃焼室の一端部（上流側端部に）には、ガスバーナ１が配設され、また、燃焼室の他端部（下流側端部）には、煙道に連通する燃焼ガスの出口が形成されている。
更に、燃焼室の上面側及び下面側は、水冷壁の各水管に連通状に接続されて耐火物を内張りした矩形箱状の上部ヘッダー及び下部ヘッダー（何れも図示省略）によりそれぞれ閉塞されている。

前記ガスバーナ１は、図１及び図２に示す如く、先端を開放した縦長の偏平な長方体形状に形成され、燃焼用空気Ａの一部が二次燃焼用空気Ａ２として流入する燃焼ケース２と、先端が燃焼ケース２の先端側開口内に位置する状態で燃焼ケース２内に配設され、横断面形状が先細り状に形成されて先端部側に縦向きのスリット状の噴出通路８を有すると共に、燃焼用空気Ａの一部が基端部側から一次燃焼用空気Ａ１として流入する一個のブロック体３′若しくは複数個のブロック体３′から成る縦長の噴射ノズル３と、噴射ノズル３の基端部内に挿入れ、ガス燃料Ｇを噴射ノズル３内の一次燃焼用空気Ａ１に混合すべく噴射するガスマニホールド４とから成り、前記噴射ノズル３の先端部片側面に、燃焼ケース２内へ流入した二次燃焼用空気Ａ２の一部を前記噴出通路８内へ吸入する吸入穴３ｅを形成し、当該噴射ノズル３からの予混合気Ｇ′噴射時のガス燃料Ｇと燃焼用空気Ａの混合割合を噴射ノズル３の横断面幅方向で非対称になるようにしたものである。

尚、ガスバーナ１は、図１に示す如く、その先端部以外が風箱５により覆われており、風箱５に接続された燃焼用空気供給ダクト６からの燃焼用空気Ａがガスバーナ１へ供給されるようになっている。
また、ガスバーナ１の近傍位置には、ガスバーナ１から噴出された予混合気Ｇ′に着火させるパイロットバーナ（図示省略）がそのパイロット炎をガスバーナ１の先端に臨むように設けられている。このパイロットバーナは、予混合気Ｇ′の着火後に停止されるものである。

前記燃焼ケース２は、先端（図１の左端）を縦長の長方形状に開放した横断面形状が長方形の縦長の偏平な長方体形状に形成されており、その両側面には、送風機（図示省略）から燃焼用空気供給ダクト６を経て風箱５内に供給された燃焼用空気Ａの一部を二次燃焼用空気Ａ２として燃焼ケース２内に供給する二次空気穴２ａが縦方向に一定の間隔で形成されている。
また、燃焼ケース２は、縦方向に複数のケース部材２′に分割されており、各ケース部材２′を縦方向に連なる状態で縦長の噴射ノズル３の両側面に取り付けることによって、先端を開放した縦長の偏平な長方体形状に形成されている。
これら各ケース部材２′の大きさ（図２に示すケース部材２′の上下方向の高さ及び左右方向の長さ）は、後述する噴射ノズル３を構成するブロック体３′の両側面をほぼ覆う大きさに形成されている。
更に、各ケース部材２′は、精密鋳造（例えば、ロストワックス法等）により形成されている。

尚、上記の例に於いては、燃焼ケース２を構成するケース部材２′を、精密鋳造（例えば、ロストワックス法等）により形成したが、ケース部材２′を板金加工により形成しても良い。
また、燃焼ケース２を複数のケース部材２′から構成したが、燃焼ケース２を縦方向に分割せず、一体的に形成しても良い。

前記噴射ノズル３は、図１〜図５に示す如く、ガス燃料Ｇと燃焼用空気Ａから成る予混合気Ｇ′を噴射する先端の噴射口７の高さと幅の比率を５０：１以上で且つ縦長の長方形状となるようにする共に、先端及び基端の両端が開放されて横断面形状が先細り状の縦長の偏平な箱状に形成された一個のブロック体３′若しくは縦方向に重ねた複数個のブロック体３′から成り、燃焼室の容量に応じてブロック体３′の数を変え、バーナ容量を変更可能な構成となっている。
尚、各ブロック体３′の噴射口７の高さと幅の比率は、この例では７０：１となっている。

具体的には、各ブロック体３′は、図１及び図３に示す如く、先端側が互いに近づく傾斜姿勢で対向状に配置された一対の傾斜板から成る横断面形状が先細り状に形成された縦長の入口部３ａと、一対の傾斜板の先端に連設され、縦向きのスリット状の噴出通路８を形成する一対の平行な平行板から成る縦長の噴出部３ｂと、入口部３ａ及び噴出部３ｂの上下両端に連設され、入口部３ａの上下開口の一部分と噴出部３ｂの上下開口のすべてを閉鎖すると共に、連結板としての機能及び整流板としての機能を有する板状のフランジ部３ｃと、各ブロック体３′の縦方向の中間部位置の内方に入口部３ａ及び噴出部３ｂと一体的に形成され、フランジ部３ｃと平行な整流板部３ｄとから成り、全て同じ形状及び同じ大きさに形成されている。
また、各ブロック体３′の噴出部３ｂの先端部片側面（全て同じ方向の片側面）には、二次空気穴２ａから燃焼ケース２内へ流入した二次燃焼用空気Ａ２の一部を噴出部３ｂのスリット状の噴出通路８内へ吸入するための円形若しくは楕円形の吸入穴３ｅが縦方向に一定間隔ごとに形成されている。これらの吸入穴３ｅは、ガスバーナ１を燃焼室の幅方向中央位置から偏芯させた側と反対方向になるように各ブロック体３′の噴出部３ｂの先端部片側面にそれぞれ形成されている。
更に、各ブロック体３′は、上下のフランジ部３ｃにボルトやリベット等の連結具（図示省略）が挿通される連結用挿通孔３ｆが複数個形成されており、縦方向に重ねたブロック体３′のフランジ部３ｃ同士をボルトやリベット等の連結具で連結できるようになっている。

そして、噴射ノズル３は、一個のブロック体３′若しくは縦方向に重ねた複数個のブロック体３′から成り、図１に示す如く、ブロック体３′の先端が燃焼ケース２の先端側開口内に位置し、且つブロック体３′の基端に形成した係止片３ｇが燃焼ケース２の後端に当接する状態で燃焼ケース２の幅方向中心位置に配設されている。
このとき、噴射ノズル３の噴出部３ｂの先端と燃焼ケース２の先端との間には、二次空気穴２ａから燃焼ケース２内に供給された二次燃焼用空気Ａ２の一部を前方へ噴出するスリット状の間隙９が形成される。

尚、複数個のブロック体３′を縦方向に重ねた噴射ノズル３の場合、各ブロック体３′の上下端に一体的に形成したフランジ部３ｃは、燃焼ケース２と噴射ノズル３との間に形成された二次燃焼空気の流通路１０内に位置する格好になり、整流板としての機能を果たすことになる。

前記ガスマニホールド４は、図１及び図２に示す如く、先端部を尖らせた偏平な縦長のボックス状に形成されており、先端部が噴射ノズル３の入口部３ａ内に挿入され、また、後端部にガス燃料Ｇの供給源（図示省略）と接続されたガス燃料供給管１１が接続されている。
このガスマニホールド４の先端部の両側面には、噴射ノズル３の入口部３ａ内面とガスマニホールド４の先端部外面との間に形成される一次燃焼用空気Ａ１の流入路１２に交差する向きの料ガス燃料噴出孔４ａが形成されている。
また、ガスマニホールド４は、その先端部外面と噴射ノズル３の入口部３ａ内面との間隙をガス燃料噴出孔４ａからの燃料の噴出で一次燃焼用空気Ａ１の吸引を効果的に行える距離をとって配置されている。

而して、前記ガスバーナ１によれば、送風機（図示省略）から空気供給ダクトを経て風箱５内に供給された燃焼用空気Ａの一部が一次燃焼用空気Ａ１として噴射ノズル３の入口部３ａ内に流入し、ガス燃料供給管１１からガスマニホールド４に供給されたガス燃料Ｇがガスマニホールド４のガス燃料噴出孔４ａから噴射ノズル３の入口部３ａ内を流動している一次燃焼用空気Ａ１内へ交差する状態で噴射されてガス燃料Ｇと一次燃焼用空気Ａ１が混合され、この予混合気Ｇ′が噴射ノズル３の噴出部３ｂ先端の噴出口７から縦長薄膜状の形態で噴出されてパイロットバーナにより着火されて燃焼し、縦長細幅の火炎Ｆを形成する。

また、このガスバーナ１によれば、風箱５内に供給された燃焼用空気Ａの一部が燃焼ケース２の二次空気穴２ａから燃焼ケース２内に二次燃焼用空気Ａ２として流入し、燃焼ケース２と噴射ノズル３との間に形成された二次燃焼用空気Ａ２の流通路１０内を燃焼ケース２の先端開口へ向って流れて行き、その途中において一部の二次燃焼用空気Ａ２が噴射ノズル３の先端部片側面に形成した吸入穴３ｅから噴射ノズル３内に吸入されて予混合気Ｇ′と混合され、残りの二次燃焼用空気Ａ２が噴射ノズル３の噴出部３ｂ先端と燃焼ケース２の先端との間に形成されたスリット状の間隙９から燃焼室内に噴射される。

前記ガスバーナ１は、燃焼用空気Ａを分割してガス燃料Ｇと多段混合させているため、燃焼初期の反応速度が抑えられて低ＮＯｘ化を図ることができる。

また、このガスバーナ１は、噴射ノズル３の先端部片側面に、燃焼ケース２内へ流入した二次燃焼用空気Ａ２の一部を噴射ノズル３内へ吸入する吸入穴３ｅを形成しているため、噴射ノズル３からの予混合気Ｇ′噴射時のガス燃料Ｇと燃焼用空気Ａの混合割合が噴射ノズル３の横断面幅方向で非対称になり、噴射ノズル３の幅方向で異なる空燃比の流れを形成することになる。
その結果、このガスバーナ１は、予混合気Ｇ′を燃焼室の片側の伝熱面に安定した状態で噴射することができ、ボイラ出口の煙道条件や燃焼室内の条件等に関係なく、縦長薄膜状の火炎Ｆを燃焼室の片側の伝熱面に沿って安定して形成することができ、安定した燃焼を行えることになる。

更に、このガスバーナ１は、燃焼ケース２内の二次燃焼用空気Ａ２が噴射ノズル３の噴出部３ｂ先端と燃焼ケース２の先端との間に形成されたスリット状の間隙９から噴射されるため、火炎Ｆの拡散が抑制されることになる。

そのうえ、このガスバーナ１は、噴射ノズル３が先端及び基端の両端を開放した横断面形状が先細り状の縦長の偏平な箱状に形成された一個のブロック体３′若しくは縦方向に重ねた複数個のブロック体３′から成ると共に、ブロック体３′を精密鋳造により形成しているため、噴射ノズル３の長手方向の噴射口７の寸法精度が大幅に向上し、噴射ノズル３の噴射口７から予混合気Ｇ′を均等に噴出することができ、より一層安定した燃焼を行えると共に、ブロック体３′の数を変更することによってバーナの燃焼量を変更することができ、様々なボイラの規模に対応することができる。

加えて、このガスバーナ１は、縦長薄膜状の火炎Ｆを燃焼室の片側の伝熱面に沿って安定して形成することができるうえ、精密鋳造により形成したブロック体３′により噴射ノズル３の寸法精度が大幅に向上しているため、ガスバーナ１の安定燃焼が可能な出力範囲を従来のバーナ（図７に示すバーナ２２）より広く取れる。即ち、本発明のガスバーナ１は、ターンダウン比を大きく取れることになる。

次に、上述したガスバーナ１を使用した多管式貫流ボイラの作用について説明する。
この多管式貫流ボイラは、ガス燃料Ｇをガスバーナ１へ供給し、また、空気比が１．１〜１．２となるように流量制御される燃焼用空気Ａをガスバーナ１へ供給して前記ガス燃料Ｇと混合させて燃焼させるようになっている。

前記多管式貫流ボイラによれば、ガスバーナ１から噴出されたガス燃料Ｇと燃焼用空気Ａの予混合気Ｇ′は、縦長薄膜状に高速で燃焼室内に噴射され、パイロットバーナにより着火されて燃焼する。

このとき、ガスバーナ１が、燃焼室の一端部に燃焼室の幅方向中央位置から偏芯させた位置に設けられ、予混合気Ｇ′を縦横比が５０：１以上になる縦長薄膜状の形態で且つ５０ｍ／ｓｅｃ以上の高速で噴射させていると共に、燃焼室の幅と高速で噴射する縦長薄膜状の予混合気Ｇ′の幅との比が２５：１以上になるようにしているため、燃焼室内に形成された縦長薄膜状の火炎Ｆがコアンダ効果により偏芯させた側の燃焼室内の伝熱面に沿うように形成される。

また、ガスバーナ１が、噴射ノズル３の先端部片側面に形成した吸入穴３ｅによって、噴射ノズル３からの予混合気Ｇ′噴射時のガス燃料Ｇと燃焼用空気Ａの混合割合を噴射ノズル３の横断面幅方向で非対称になるようにできるので、噴射ノズル３の横断面幅方向で異なる空燃比の流れを形成することが可能となり、予混合気Ｇ′を燃焼室の片側の伝熱面に安定した状態で噴射することができ、その結果、ボイラ出口の煙道条件や燃焼室内の条件等に関係なく、縦長薄膜状の火炎Ｆを燃焼室の片側の伝熱面に沿ってより一層安定した状態で形成することができる。

そして、燃焼室内の伝熱面に沿って形成される火炎Ｆにおいては、噴射ノズル３近傍では、予混合気Ｇ′が火炎伝播速度を超える高速度で噴射されるために主流（縦長薄膜状に噴出された予混合気Ｇ′の幅方向中心部の流れ）では炎が形成されず、流速の遅い側流（縦長薄膜状に噴出された予混合気Ｇ′の両側面の流れ）から緩慢に火炎Ｆが伝播して行く、いわばブローオフ（吹き消え）寸前の燃焼である。

また、火炎Ｆは、縦長薄膜状で表面積の広い火炎Ｆであるために輻射放熱性が良く、然も、火炎Ｆが燃焼室の伝熱面に沿うことから接触放熱性も良く、これらによっても火炎Ｆの温度を抑えることができる。

更に、火炎Ｆが燃焼室の片方の伝熱面に片寄ることにより、もう片方の伝熱面と火炎Ｆとの間の燃焼室空間には燃焼ガスの再循環流が発生する。この燃焼ガスの再循環流がガスバーナ１の先端部近傍に戻って主流と合流して燃焼を緩慢にする効果がある。

このように、多管式貫流ボイラにおいては、火炎Ｆの上流側では、高速噴射流であるが故に緩慢な燃焼が起こり、また、火炎Ｆの下流側では、高速噴射流であるが故に乱流度が高くなって燃焼ガスの混合促進が良くなり、ＣＯからＣＯ_２への変化を素早く完結できる効果がある。
従って、この多管式貫流ボイラでは、ガス燃料Ｇを空気比が１．１〜１．２の低空気比で燃やしても、火炎Ｆの上流側では、通常の予混合燃焼方式よりも燃焼速度を抑えることができるため、火炎Ｆの温度上昇が緩和されてサーマルＮＯｘの発生を抑えることができ、また、火炎Ｆの下流側では、燃焼を素早く完結できるためにＣＯの残留を抑えることができる。

本発明は、ガスバーナ１を多管式貫流ボイラに使用するようにしたが、他の形式の蒸気ボイラや温水ボイラ、加熱炉、燃焼装置等に使用することができる。

１はガスバーナ、２は燃焼ケース、３は噴射ノズル、３′はブロック体、３ａは入口部、３ｂは噴出部、３ｃはフランジ部、３ｅは吸入穴、４はガスマニホールド、７は噴射口、８は噴出通路、Ａは燃焼用空気、Ａ１は一次燃焼用空気、Ａ２は二次燃焼用空気、Ｆは火炎、Ｇはガス燃料、Ｇ′は予混合気。

Claims (3)

1. 主として小型の貫流ボイラに用いられ、ガス燃料と燃焼用空気から成る予混合気を縦長薄膜状の形態で燃焼室内に噴射して燃焼させ、縦長薄膜状の火炎を形成するようにした縦長細幅のガスバーナにおいて、前記ガスバーナは、先端を開放した縦長の偏平な長方体形状に形成され、燃焼用空気の一部が二次燃焼用空気として流入する燃焼ケースと、先端が燃焼ケースの先端側開口内に位置する状態で燃焼ケース内に配設され、横断面形状が先細り状に形成されて先端部側に縦向きのスリット状の噴出通路を有すると共に、燃焼用空気の一部が基端部側から一次燃焼用空気として流入する縦長の噴射ノズルと、噴射ノズルの基端部内に挿入され、ガス燃料を噴射ノズル内の一次燃焼用空気に混合すべく噴射するガスマニホールドとから成り、前記噴射ノズルの先端部片側面に、燃焼ケース内へ流入した二次燃焼用空気の一部を前記噴出通路内へ吸入する吸入穴を形成し、当該噴射ノズルからの予混合気噴射時のガス燃料と燃焼用空気の混合割合を噴射ノズルの横断面幅方向で非対称になるようにし、また、前記噴射ノズルは、先端及び基端の両端が開放されて横断面形状が先細り状の縦長の偏平な箱状に形成された一個のブロック体若しくは縦方向に重ねた複数個のブロック体から成り、燃焼室の容量に応じてブロック体の数を変えてバーナ容量を変更可能な構成とし、更に、前記噴射ノズルを構成するブロック体は、先端側が互いに近づく傾斜姿勢で対向状に配置された一対の傾斜板から成る横断面形状が先細り状に形成された縦長の入口部と、一対の傾斜板の先端に連設され、縦向きのスリット状の噴出通路を形成する一対の平行な平行板から成る縦長の噴出部と、入口部及び噴出部の上下両端に連設され、少なくとも噴出部の上方開口及び下方開口を閉鎖すると共に、連結板としての機能及び整流板としての機能を有する板状のフランジ部とから成ることを特徴とするガスバーナ。
2. 噴射ノズルは、ガス燃料と燃焼用空気から成る予混合気を噴射する先端の噴射口の高さと幅の比率を５０：１以上で且つ縦長の長方形状となるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のガスバーナ。
3. 噴射ノズルを構成するブロック体を精密鋳造により形成したことを特徴とする請求項１に記載のガスバーナ。

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