專利名稱：液體燃料燃燒用燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于業(yè)務(wù)用小型鍋爐等的小規(guī)模燃燒設(shè)備上的液體燃料燃燒用燃燒器，特別涉及氮氧化物(NOx)發(fā)生量少的所謂低氧化氮燃燒器。
近年來，從環(huán)境保護(hù)的觀點(diǎn)考慮，迫切要求降低大中型鍋爐和各種工業(yè)爐以及業(yè)務(wù)用小型鍋爐等小規(guī)模燃燒設(shè)備等的各種燃燒設(shè)備的NOx的發(fā)生量，可以說減少?gòu)娜紵O(shè)備上生成NOx是當(dāng)務(wù)之急。
尤其在使用液體燃料的業(yè)務(wù)用小型鍋爐等小規(guī)模燃燒設(shè)備上，燃燒室負(fù)荷大，燃燒條件不好，所以NOx的發(fā)生量特別容易變多。
過去作為減少在燃燒設(shè)備上發(fā)生NOx的方法，一般采用使排氣的一部分返回燃燒部進(jìn)行再燃燒從而降低燃燒溫度的排氣再循環(huán)法;或使燃料分兩階段進(jìn)行燃燒的兩段燃燒法;或更換成NOx發(fā)生量少的所謂低NOx燃燒器。
這種低NOx燃燒器，為了通過降低燃燒溫度抑制熱態(tài)NOx的發(fā)生，采用的手段有例如，離開燃料噴射口形成火焰，離開已形成的火焰再形成火焰，以降低火焰溫度;或是使燃燒用空氣分兩段燃燒，進(jìn)行緩慢燃燒;或是將燃料分流噴射，使燃料形成濃稀兩部分，進(jìn)行濃稀燃燒。
前記排氣再循環(huán)和兩段燃燒，對(duì)降低NOx雖然效果很好，但存在為采用這種方法需要進(jìn)行設(shè)備改造和增設(shè)等增加成本的問題。
再說，在這種小規(guī)模燃燒設(shè)備上，為了增設(shè)這種設(shè)備，安裝位置也是問題。
對(duì)比之下，更換為使用上述低NOx燃燒器則成本及位置問題比較少，是一種最理想的方法，但是僅僅更換燃燒器就能抑制NOx在限定值以內(nèi)的裝置，在液體燃料用燃燒器中幾乎沒有，而大多數(shù)情況是需要使用能降低NOx的二次設(shè)備(如用氨除去NOx的設(shè)備，使用催化劑使燃燒溫度降低的設(shè)備等)。另外，過去的低NOx燃燒器是進(jìn)行上述的緩慢燃燒和濃稀燃燒，所以有時(shí)火焰面積大，有時(shí)火焰長(zhǎng)度長(zhǎng)等，實(shí)際上很難適用于小型鍋爐。
由于有以上這些問題，所以在小型鍋爐等小規(guī)模燃燒設(shè)備上的降低NOx的對(duì)策，當(dāng)前是進(jìn)展遲緩的。
本發(fā)明是鑒于過去的這些問題進(jìn)行研制的。其目的在于提供一種能夠得到穩(wěn)定火焰的液體燃料燃燒用燃燒器。
另外，本發(fā)明的目的還在于提供一種整體上進(jìn)行火焰溫度和過剩氧氣濃度低的緩慢燃燒，使熱態(tài)NOx的生成量降低，從而使液體燃料中的氮成分向可燃NOx的轉(zhuǎn)化率降低的液體燃料燃燒用燃燒器。
進(jìn)一步說，本發(fā)明的目的還在于提供一種能夠使燃燒穩(wěn)定、且能夠提高燃燒設(shè)備效率的液體燃料燃燒用燃燒器。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種液體燃料燃料用燃燒器，其包括具有內(nèi)筒和外筒的內(nèi)外兩層圓筒體的燃燒器本體、配置于該燃燒器本體的前記內(nèi)筒內(nèi)、先端噴孔向著該內(nèi)筒先端開口部外部的液體燃料噴嘴、以及供給燃燒用空氣的送風(fēng)裝置，由前記送風(fēng)裝置供給的燃燒用空氣的分流裝置向前記內(nèi)筒內(nèi)和外筒內(nèi)分流為1次空氣和2次空氣進(jìn)行供給，且將在前記內(nèi)筒先端部從前記液體燃料噴嘴射來的液體的燃料和燃燒用空氣的混合器，用點(diǎn)火裝置使之點(diǎn)火;其特征在于，設(shè)有在前記內(nèi)筒先端開口部的前記噴孔前方位置上，將該開口面的外周部分如環(huán)狀復(fù)蓋配置著的環(huán)狀內(nèi)筒用保焰板;將在前記外筒的先端部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)置的使2次空氣發(fā)生旋轉(zhuǎn)流的大致呈螺旋彎曲的許多葉片部列設(shè)在圓周方向的旋流器;以及在前記外筒和內(nèi)筒間的筒狀空間部的先端開口部上，將該開口面的內(nèi)周部分如環(huán)狀復(fù)蓋配置著的環(huán)狀外筒用保焰板。
于是，由送風(fēng)裝置產(chǎn)生的送風(fēng)作為燃燒用空氣供給，通過分流裝置在內(nèi)筒及外筒將空氣量進(jìn)行調(diào)整并使之分流。另一方面，液體燃料由燃料噴嘴噴霧出來，與向前記內(nèi)筒供給的1次空氣混合，通過點(diǎn)火裝置點(diǎn)火開始燃燒。由于設(shè)置于內(nèi)筒側(cè)的保焰板的作用，使從前記燃料噴嘴噴霧的液體燃料能與1次空氣均勻地混合起來，可形成為穩(wěn)定的火焰。
在內(nèi)筒燃燒的未盡的未燃燃料，則從外筒與由旋流器賦與旋轉(zhuǎn)的2次空氣混合。外筒側(cè)的火焰通過設(shè)于該外筒側(cè)的保焰板的作用被保持著，對(duì)前記內(nèi)筒的火焰形成包圍狀態(tài)。
特別是在內(nèi)筒被分流的燃燒用空氣量，即1次空氣量應(yīng)為燃燒用空氣量全部的5-20%，最好是8-15%的比例為宜。
這樣，由于向內(nèi)筒供給的1次空氣的量極度減少，則進(jìn)行濃燃料燃燒，可得到穩(wěn)定的火焰，即形成穩(wěn)定的濃燃料燃燒。
其次，從與前記旋流器鄰接的葉片間的先端噴出口噴出的2次空氣的噴出角度，最好設(shè)置為30°以上60°以下。
于是，從內(nèi)筒未燃盡的未燃燃料，能夠使之與從外筒由旋流器賦與強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)的2次空氣混合，通過2次空氣的強(qiáng)大旋轉(zhuǎn)流的作用，就能使未燃燃料和2次空氣均勻地進(jìn)行混合，再加上由于該混合氣滯留時(shí)間短，所以就以稀燃料狀態(tài)形成火焰長(zhǎng)度短的不發(fā)光火焰。該不發(fā)光火焰通過設(shè)于外筒側(cè)保焰板的作用被穩(wěn)定起來。對(duì)由于前記內(nèi)筒的濃燃料燃燒發(fā)生的火焰形成包圍狀態(tài)。
這個(gè)結(jié)果，從整體上是進(jìn)行火焰溫度和過剩氧氣濃度低的緩慢燃燒，熱態(tài)NOx的生成量低，向液體燃料中的氮成分的可燃NOx的轉(zhuǎn)化率也低。全部的空氣比希望設(shè)為1.1-2.0，最理想的是設(shè)定為1.1-1.3。
這樣就能使燃燒穩(wěn)定，提高燃燒設(shè)備的效率。
以下，根據(jù)附圖所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，這樣就可以對(duì)本發(fā)明有進(jìn)一步的理解。然而，本發(fā)明是不局限于這個(gè)實(shí)施例的，在構(gòu)成權(quán)利要求范圍內(nèi)是可以自由變型組合的。


圖1是表示本發(fā)明涉及的液體燃料燃燒用燃燒器的一個(gè)實(shí)施例的總體簡(jiǎn)略斷面圖;
圖2是同實(shí)施例的部分放大斷面圖;
圖3是圖2的端面圖;
圖4是表示同實(shí)施例的保焰板結(jié)構(gòu)的斜視圖;
圖5是表示同實(shí)施例的旋流器結(jié)構(gòu)的局部放大圖;
圖6是表示適用本發(fā)明的液體燃料燃燒用燃燒器立式溫水管鍋爐上NOx濃度發(fā)生量的曲線圖;
圖7是表示本發(fā)明的液體燃料燃燒用燃燒器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，是表示1次空氣率和NOx濃度的關(guān)系的圖;
圖8是表示本發(fā)明的液體燃料燃燒用燃燒器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，表示空氣比和產(chǎn)生煙垢的關(guān)系圖;
圖9是表示本發(fā)明的液體燃料燃燒用燃燒器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。表示空氣比和CO濃度的關(guān)系圖。
按圖1-圖2對(duì)液體燃料燃燒用燃燒器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略地進(jìn)行說明。燃燒器1包括燃燒器本體2、液體燃料噴嘴3、作為供給燃燒用空氣的送風(fēng)裝置的送風(fēng)機(jī)4、作為將由該送風(fēng)機(jī)4供給的燃燒用空氣進(jìn)行分流供給的分流裝置的調(diào)節(jié)風(fēng)門5以及作為點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火塞6。
這里，前記燃燒器本體2是由呈同軸狀配置的內(nèi)筒2a和外筒2b形成的內(nèi)外兩層圓筒體2A構(gòu)成的。該內(nèi)外兩層圓筒體2A的前端面是開放的，后端面是閉塞的。
在內(nèi)外兩層圓筒體2A的后端部的外周面，成一體地安裝著僅與外筒2b內(nèi)部連通的箱狀空氣室7。
前記液體燃料噴嘴3，是由圓筒棒狀的噴嘴連接器3a與該噴嘴連接器3a的先端部連接的噴嘴形成部件3b構(gòu)成，在該噴嘴形成部件3b的先端部開設(shè)有噴孔3c。
這個(gè)液體燃料噴嘴3是在前記內(nèi)筒2a的內(nèi)部沿著其中心軸配置著，前記先端噴孔3c是從該內(nèi)筒2a先端開放部向著外方安裝著。
前記調(diào)節(jié)風(fēng)門5是能將向內(nèi)筒2a和外筒2b分流供給的燃燒用空氣量進(jìn)行調(diào)整的可變調(diào)節(jié)風(fēng)門。這個(gè)可變調(diào)節(jié)風(fēng)門5設(shè)于內(nèi)筒2a后端部的內(nèi)側(cè)，燃燒用空氣的流入口5a在外筒2b內(nèi)開口。在這個(gè)流入口5a設(shè)有可變擋板5b，通過該可變擋板5b使該流入口5a的面積能夠變化，所以能對(duì)從流入口5a向內(nèi)筒2a流入的燃燒用空氣的量進(jìn)行調(diào)節(jié)。前記點(diǎn)火塞6固定安裝于該燃料噴嘴3的噴嘴形成部件3b的先端孔3c的附近。
這里，在前記內(nèi)筒2a的先端開口部，設(shè)置呈環(huán)狀的內(nèi)筒用保焰板8，環(huán)狀地復(fù)蓋該開口面的外周端部。
該內(nèi)筒用保焰板8如圖4所示，在圓環(huán)狀板部件8A上，沿著其外周端的圓周方向，形成有多條從隔一定角度的位置向著中心延伸的所定長(zhǎng)度的切槽8a，在順著該切槽8a與鄰接切槽8a之間的部分，形成依次斜立著的許多葉片部8B，鄰接的葉片部8B間形成有間隙C。
該保焰板8具有通過鄰接的葉片部8B間的間隙C吹出混合氣后再次返回的作用，即，通過混合氣的再循環(huán)作用，使火焰穩(wěn)定。
從這個(gè)內(nèi)筒用保焰板8的中心開口部8C，前記噴嘴3的噴孔3C伸出著。
該內(nèi)筒用保焰板8，是用撐桿9支撐在燃料噴嘴上。
在前記外筒2b的先端部?jī)?nèi)側(cè)，配置有使向該外筒2b供給的2次空氣產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流的旋流器10。
這個(gè)旋流器10如圖5所示，在前記內(nèi)筒2a的先端部外周面將大致成螺旋狀彎曲的許多葉片部10A在圓周方向排列設(shè)置，用焊接等方法固定安裝，從鄰接的葉片部10A間的先端噴出口10B噴出2次空氣。
在前記外筒2b和內(nèi)筒2a之間筒狀空間部的先端開口部，安裝有將該開口面的內(nèi)周端部呈環(huán)狀覆蓋設(shè)置著的環(huán)狀外筒用保焰板11。
這個(gè)外筒用保焰板11與前記內(nèi)筒用保焰板8同樣，是在圓環(huán)狀板部件上，沿著其外周端的圓周方向，從相隔一定角度的位置向著中心延伸形成許多設(shè)定長(zhǎng)度的切槽，在順著這個(gè)切槽與鄰接切槽之間的部分，形成依次斜立著的許多葉片部，在鄰接的葉片部間形成間隙。
在該保焰板11上，也是利用通過鄰接的葉片部間的間隙吹出混合氣后再次返回的作用，即，通過混合氣完成再循環(huán)作用，使火焰穩(wěn)定。
這種外筒用保焰板11，是在內(nèi)筒2a的先端部用焊接等方法固定安裝著。
下面，對(duì)這種結(jié)構(gòu)的燃燒器1的作用進(jìn)行說明。
由于送風(fēng)機(jī)4的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的送風(fēng)，作為燃燒用空氣送進(jìn)空氣室部7。
送進(jìn)空氣室部7的燃燒用空氣通過可變擋板5，在內(nèi)筒2a和外筒2b對(duì)空氣量進(jìn)行調(diào)整并分流。此時(shí)，被分流進(jìn)內(nèi)筒2a的燃燒用空氣量，即1次空氣量，使其比例為燃燒用空氣量全部的5-20%。另一方面，液體燃料則被壓送到燃料噴嘴3的噴嘴連接器3a，從噴嘴部件3b的先端噴孔3c噴霧，與供給前記內(nèi)筒2a的1次空氣混合起來，由點(diǎn)火塞6點(diǎn)火后開始燃燒。通過設(shè)置于內(nèi)筒2a側(cè)的保焰板8的作用，從前記先端噴孔3c噴霧的液體燃料和1次空氣被均勻地混合起來，形成為穩(wěn)定的火焰。此時(shí)，因?yàn)楣┙o內(nèi)筒2a的1次空氣的量極度減少，進(jìn)行濃燃料燃燒，形成如上所述的穩(wěn)定的火焰，即形成穩(wěn)定的濃燃料燃燒。
在內(nèi)筒2a燃燒未盡的未燃燃料從外筒2b與由噴射角度(從旋流器10A間的先端出口部10B噴出的2次空氣的噴出角度Q，參照?qǐng)D5)35度以上的旋流器10賦與的強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)的2次空氣混合。此時(shí)，由于2次空氣的強(qiáng)大旋轉(zhuǎn)流的作用，能使未燃燃料和2次空氣均勻地進(jìn)行混合，且因該混合氣的滯留時(shí)間短，所以能以稀燃料狀態(tài)形成火焰長(zhǎng)度短的不發(fā)光火焰。該不發(fā)光火焰通過設(shè)于外筒2b側(cè)的保焰板11的作用形成穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)在前記內(nèi)筒2a的由濃燃料燃燒產(chǎn)生的火焰形成包圍狀態(tài)。
這個(gè)結(jié)果，從整體上是進(jìn)行火焰溫度和過剩氧氣濃度低的緩慢燃燒，熱態(tài)NOx的生成量低，液體燃料中的氮成分向可燃NOx的轉(zhuǎn)化率也低。
還有，如上所述，因?yàn)槲慈既剂系?次空氣混合得比較均勻，滯留間也短，所以火焰長(zhǎng)度短，對(duì)使用于小燃燒室的小規(guī)模燃燒設(shè)備是有利的。
在這種結(jié)構(gòu)的燃燒器1上，通過實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明者們判明下列事項(xiàng)。
即，1次空氣的量超過全部空氣量的20%時(shí)，在濃燃料燃燒區(qū)火焰溫度和氧氣濃度都升高，所以NOx的發(fā)生量也急速增加(參照?qǐng)D7)。
其次，1次空氣的量降到全部空氣量的5%以下時(shí)，發(fā)生煙霧多(參照?qǐng)D8)。
另一方面，即使在稀燃料燃燒區(qū)，因?yàn)榛鹧鏈囟壬?，NOx的發(fā)生量也增多。在旋流器的噴出角度不到30度、未能給2次空氣賦與足夠的旋轉(zhuǎn)時(shí)，則在內(nèi)筒2a未燃燒盡的未燃燃料和從外筒2b來的2次空氣不能進(jìn)行良好的混合，就形成不穩(wěn)定且長(zhǎng)的火焰，因?yàn)闀?huì)局部地發(fā)生高溫部和不完全燃燒，所以NOx、CO、煤塵的發(fā)生量增加。其次，如果旋流器10的噴出角度超過60度，則在燃燒器1的附近產(chǎn)生渦流，在內(nèi)筒2a燃燒未盡的未燃燃料和從外筒2b來的2次空氣的混合性能惡化，NOx的發(fā)生量增多。
整體的空氣比不到1∶1時(shí)煙霧的發(fā)生急速增加(參照?qǐng)D8)，且發(fā)生不完全燃燒，CO的發(fā)生也急劇增加(參照?qǐng)D9)。
另一方面，空氣比超過2.0時(shí)，則燃燒不穩(wěn)定，燃燒設(shè)備的效率也降低。
還有，不設(shè)內(nèi)筒2a和外筒2b的保焰板8、11時(shí)，則火焰的穩(wěn)定性惡化，特別是外筒火焰容易吹飛。
于是，本發(fā)明者們終于發(fā)現(xiàn)1次空氣的量應(yīng)為全部空氣量的5-20%，最好為8-15%;全部的空氣比為1.1-2.0，最好為1.1-1.3范圍內(nèi)時(shí)，火焰的穩(wěn)定性好，降低NOx的效果好。
其次，還判明了旋流器10的噴出角度在30度以上60度以下時(shí)，在內(nèi)筒2a燃燒未盡的未燃燃料和從外筒2b來的2次空氣的混合能良好地進(jìn)行，且能形成穩(wěn)定的短的火焰，也不會(huì)發(fā)生局部的高溫區(qū)和不完全燃燒，可以降低NOx、CO、煤塵的發(fā)生量。
還判明了在內(nèi)筒2a和外筒2b設(shè)置保焰板8、11，能使火焰的穩(wěn)定性良好，特別是能效果良好地防止在外筒2b的火焰被吹飛。
圖6表示以空氣比1.1-1.3、用A重油(氮成分200ppm)在立式溫水管鍋爐燃燒時(shí)的NOx的濃度(O2為0%換算)。此時(shí)，1次空氣量設(shè)定為9%和14%，同時(shí)，成為NOx其準(zhǔn)值(例如，NOx濃度按O2為0%換算時(shí)為80)以下，可以明白，1次空氣量為9%時(shí)，可以降低NOx濃度。
權(quán)利要求
1.一種液體燃料燃燒用燃燒器，其包括具有內(nèi)筒和外筒的內(nèi)外兩層圓筒體的燃燒器本體、配置于該燃燒器本體的前記內(nèi)筒內(nèi)、先端噴孔向著該內(nèi)筒先端開口的外部的液體燃料噴嘴、以及供給燃燒用空氣的送風(fēng)裝置，前記送風(fēng)裝置供給的燃燒用空氣由分流裝置向前記內(nèi)筒內(nèi)和外筒內(nèi)分流為1次空氣和2次空氣進(jìn)行供給，且將在前記內(nèi)筒先端部從前記液體燃料噴嘴噴射來的液體燃料和燃燒用空氣的混合氣，用點(diǎn)火裝置使之點(diǎn)火；其特征在于，設(shè)有在前記內(nèi)筒先端開口部的前記噴孔的前方位置上，將該開口面的外周部分如環(huán)狀復(fù)蓋配置著的環(huán)狀內(nèi)筒用保焰板；將在前記外筒的先端部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)置的使2次空氣發(fā)生旋轉(zhuǎn)流的大致呈螺旋狀彎曲的許多葉片部列設(shè)在圓周方向的旋流器；以及在前記外筒和內(nèi)筒之間的筒狀空間的先端開口部上，將該開口面的內(nèi)周部分如環(huán)狀復(fù)蓋配置著的環(huán)狀外筒用保焰板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的液體燃料燃燒用燃燒器，其特征在于前記一次空氣對(duì)全部空氣量的比例設(shè)為5-20%，最好為8-15%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1記載的液體燃料燃燒用燃燒器，其特征在于將全部的空氣比定為1.1-2.0，最好為1.1-1.3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1記載的液體燃料燃燒用燃燒器，其特征在于從前記旋流器上的鄰接葉片間的先端噴出口噴出的2次空氣的噴出角度設(shè)定為30度以上60度以下。
全文摘要
一種液體燃料燃燒用燃燒器，將燃燒用空氣分開供給燃燒器本體的內(nèi)筒和外筒，從配設(shè)于前記內(nèi)筒內(nèi)、先端噴孔由該內(nèi)筒先端開口部向著外部的液體燃料噴嘴噴射液體燃料并使之進(jìn)行燃燒，通過分別在內(nèi)筒先端開口部的噴孔前方位置設(shè)置環(huán)狀的內(nèi)筒用保焰板，在外筒的先端部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)置旋流器，在外筒和內(nèi)筒之間的筒狀空間部的先端開口部設(shè)置環(huán)狀的外筒用保焰板，以便得到火焰的穩(wěn)定性能，使NO
文檔編號(hào)F23D11/40GK1095462SQ9410067
公開日1994年11月23日 申請(qǐng)日期1994年1月12日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月13日
發(fā)明者豐島益明, 佐藤正志, 佐藤松衛(wèi) 申請(qǐng)人:日本石油株式會(huì)社, 財(cái)團(tuán)法人石油活性化中心