燃焼装置
【課題】 低ＮＯｘ化を図りながら、ターンダウン比を大きくし得る燃焼装置を提供する。
【解決手段】 先端が開口された燃焼筒１の内部に、先端が閉塞されたガス供給筒２が、その先端を燃焼１の先端よりも突出させた状態で設けられ、燃焼筒１とガス供給筒２との間を通して燃焼用空気Ａがガス供給筒２の軸心方向に吐出されるように構成され、ガス供給筒２の先端側の周壁に、そのガス供給筒２内を流れる燃料ガスＧを噴出する複数の筒状ガスノズル３が、周壁から突出する状態で、周方向に分散させて設けられ、ガス供給筒２の先端箇所に、複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧに燃焼用空気Ａを供給する補助空気供給部１２が、燃焼筒１とガス供給筒２との間を通して吐出される燃焼用空気Ａの量よりも少ない量の燃焼用空気Ａを供給する状態で設けられている。
【解決手段】 先端が開口された燃焼筒１の内部に、先端が閉塞されたガス供給筒２が、その先端を燃焼１の先端よりも突出させた状態で設けられ、燃焼筒１とガス供給筒２との間を通して燃焼用空気Ａがガス供給筒２の軸心方向に吐出されるように構成され、ガス供給筒２の先端側の周壁に、そのガス供給筒２内を流れる燃料ガスＧを噴出する複数の筒状ガスノズル３が、周壁から突出する状態で、周方向に分散させて設けられ、ガス供給筒２の先端箇所に、複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧに燃焼用空気Ａを供給する補助空気供給部１２が、燃焼筒１とガス供給筒２との間を通して吐出される燃焼用空気Ａの量よりも少ない量の燃焼用空気Ａを供給する状態で設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、先端が開口された燃焼筒の内部に、先端が閉塞されたガス供給筒が、その先端を前記燃焼筒の先端よりも突出させた状態で設けられ、
前記燃焼筒と前記ガス供給筒との間を通して燃焼用空気が前記ガス供給筒の軸心方向に吐出されるように構成され、
前記ガス供給筒の先端側の周壁に、そのガス供給筒内を流れる燃料ガスを噴出する複数の筒状ガスノズルが、前記周壁から突出する状態で、周方向に分散させて設けられ、
前記ガス供給筒の前方空間、及び、前記ガス供給筒の先端側の周部空間を通して、前記筒状ガスノズルから噴出された燃料ガスが燃焼した燃焼ガスを循環させながら、前記筒状ガスノズルから噴出された燃料ガスを燃焼させるように構成された燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる燃焼装置は、例えばボイラの熱源として用いられるものであり、図７に示すように、先端が開口された円筒状の燃焼筒１の内部に、先端が閉塞された円筒状のガス供給筒２を、その先端が燃焼筒１の先端よりも突出する状態で同軸心状に設け、燃焼筒１とガス供給筒２との間を通して燃焼用空気Ａをガス供給筒２の軸心方向に吐出するように構成し、ガス供給筒２の先端側の周壁に、そのガス供給筒２内を流れる燃料ガスＧを噴出する複数の筒状ガスノズル３を、周壁から突出する状態で周方向に分散させて設け、ガス供給筒２の前方空間、及び、ガス供給筒２の先端側の周部空間を通して、筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧが燃焼した燃焼ガスＥを循環させながら、筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧを燃焼させるように構成してある。
【０００３】
つまり、ガス供給筒２の先端側の周壁にその周方向に分散されて設けられた複数の筒状ガスノズル３から燃料ガスＧを直進性を効果的に与えた状態で噴出することにより、ガス供給筒２の前方空間、及び、ガス供給筒２の先端側の周部空間に負圧域（周囲よりも圧力が低い領域）を形成する。そして、そのように負圧域となるガス供給筒２の前方空間、及び、ガス供給筒２の先端側の周部空間を通して、筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧが燃焼した燃焼ガスＥを循環させて、筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧの燃焼域に燃焼ガスＥを流入させながら燃料ガスＧを燃焼させることにより、即ち、所謂、自己排ガス再循環燃焼を行わせることにより、燃料ガスを緩慢燃焼させて火炎温度を低下させるようにして、低ＮＯｘ化を図っている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３５９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような燃焼装置においては、ボイラ等の加熱対象部の熱負荷に応じて、前記複数の筒状ガスノズルからの燃料ガスの噴出量（以下、単に燃料ガス量と記載する場合がある）を調節することにより、燃焼量を調節することになる。
そして、熱負荷の変動に適切に対応するようにするには、燃焼量の調節範囲、即ち、ターンダウン比を大きくすることが必要になる。
【０００６】
燃焼装置では、燃焼量を小さくすべく、前記燃料ガス量を減少調節するときは、それに併せて、前記燃焼筒と前記ガス供給筒との間を通して吐出する燃焼用空気の吐出量（以下、単に燃焼用空気量と記載する場合がある）を、前記燃料ガス量に対する空気比を所定の値に維持する状態で減少調節することになる。
しかしながら、燃焼量を小さくすべく、前記燃料ガス量及び前記燃焼用空気量夫々を減少調節すると、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの流速及び燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の流速が遅くなって、それら燃料ガスと燃焼用空気とが混合され難くなるので、ガス燃料が燃焼し難くなり、燃焼量を小さくし難い。
【０００７】
説明を加えると、燃焼量が大きくて、前記燃料ガス量及び前記燃焼用空気量夫々が多い場合は、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの流速及び燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の流速が速いので、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスと、燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気とが互いに接触すると乱流化が促進されて、燃料ガスと燃焼用空気とが混合され易く、ガス燃料が安定して燃焼する。
しかしながら、燃焼量が小さくて、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの流速及び燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の流速が遅いと、燃焼用空気が層流状態で流れ易くなって乱流化し難くなる等により、燃料ガスと燃焼用空気とが混合され難くて、ガス燃料が燃焼し難くなる。
【０００８】
従って、燃焼量を小さくするほど燃料ガスが燃焼し難くなるので、燃焼量を十分に小さくすることができず、ターンダウン比を大きくする上で改善の余地があった。
【０００９】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低ＮＯｘ化を図りながら、ターンダウン比を大きくし得る燃焼装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の燃焼装置は、先端が開口された燃焼筒の内部に、先端が閉塞されたガス供給筒が、その先端を前記燃焼筒の先端よりも突出させた状態で設けられ、
前記燃焼筒と前記ガス供給筒との間を通して燃焼用空気が前記ガス供給筒の軸心方向に吐出されるように構成され、
前記ガス供給筒の先端側の周壁に、そのガス供給筒内を流れる燃料ガスを噴出する複数の筒状ガスノズルが、前記周壁から突出する状態で、周方向に分散させて設けられ、
前記ガス供給筒の前方空間、及び、前記ガス供給筒の先端側の周部空間を通して、前記筒状ガスノズルから噴出された燃料ガスが燃焼した燃焼ガスを循環させながら、前記筒状ガスノズルから噴出された燃料ガスを燃焼させるように構成されたものであって、
第１特徴構成は、前記ガス供給筒の先端箇所に、前記複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに燃焼用空気を供給する補助空気供給部が、前記燃焼筒と前記ガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の量よりも少ない量の燃焼用空気を供給する状態で設けられている点を特徴とする。
【００１１】
即ち、燃焼量を小さくして、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの流速及び燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の流速が遅くなることにより、燃焼用空気が層流状態で流れ易くなって、その燃焼用空気が複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスと混合され難くなっても、ガス供給筒の先端箇所に設けられている補助空気供給部から燃焼用空気が、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガス流に対して、燃焼筒とガス供給筒との間を通して燃焼用空気が吐出される側とは反対側から供給されるので、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスを安定燃焼させることが可能となる。
【００１２】
つまり、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガス流に対して、燃焼筒とガス供給筒との間を通して燃焼用空気が吐出される側とは反対側、即ち、ガス供給筒の前方空間は、燃焼ガスが循環される領域であって、燃焼用空気が不足し易い領域である。
そこで、そのような燃焼用空気が不足し易い領域から、補助空気供給部により、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対して燃焼用空気を供給することにより、燃焼量を小さくして、燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気が層流状態で流れて、燃料ガスと燃焼用空気とが互いに混合され難くなっても、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスを安定燃焼させることが可能となるので、燃焼量を十分に小さくすることが可能となる。
【００１３】
しかも、補助空気供給部からの燃焼用空気の供給量は、燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の量よりも少ないので、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスを必要以上に燃焼し易くするのを抑制することが可能であるので、ＮＯｘの発生を十分に抑制することができる。
従って、低ＮＯｘ化を図りながら、ターンダウン比を大きくし得る燃焼装置を提供することができるようになった
【００１４】
第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記筒状ガスノズルからのガス噴出方向が、前記ガス供給筒の軸心に直交する方向に対して前記ガス供給筒の軸心方向前方に向かう方向に傾斜する方向に設定され、
前記補助空気供給部からの空気供給方向が、前記ガス供給筒の軸心に直交する方向に対して、前記ガス噴出方向が傾斜する角度よりも大きい角度にて前記ガス供給筒の軸心方向前方に向かう方向に傾斜する方向に設定されている点を特徴とする。
【００１５】
即ち、複数の筒状ガスノズルから、燃料ガスが、ガス供給筒の軸心に直交する方向に対してガス供給筒の軸心方向前方に向かう方向に傾斜する方向（以下、前方傾斜方向と記載する場合がある）に噴出され、補助空気供給部から、燃焼用空気が、ガス供給筒の軸心に直交する方向に対して、筒状ガスノズルからのガス噴出方向が傾斜する角度（以下、前方傾斜角度）よりも大きい角度にて前記ガス供給筒の軸心方向前方に向かう方向に傾斜する前方傾斜方向に供給される。
【００１６】
つまり、本願発明の発明者らは、補助空気供給部から燃焼用空気を噴出するに当たって、低ＮＯｘ化を図りながらターンダウン比を一層大きくすべく鋭意研究し、筒状ガスノズルからのガス噴出方向及び補助空気供給部からの空気供給方向を夫々上述のように設定すると、低ＮＯｘ化を図りながらターンダウン比を一層大きくすることが可能であることを見出した。
【００１７】
説明を加えると、複数の筒状ガスノズルから燃料ガスが前方傾斜方向に噴出されることにより、例えば、複数の筒状ガスノズルから燃料ガスがガス供給筒の軸心に直交する方向に噴出される場合に比べて、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスと、燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気との急激な混合を抑制して、緩慢燃焼を促進させることが可能となるので、低ＮＯｘ化を図ることが可能となる。
又、補助空気供給部から、燃焼用空気が、筒状ガスノズルからのガス噴出方向の前方傾斜角度よりも大きい前方傾斜角度にて前方傾斜方向に噴出されるので、補助空気供給部から供給される燃焼用空気の量が燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の量よりも少ないながらも、補助空気供給部からの燃焼用空気を、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対して、その燃料ガスの噴出方向先方の広い範囲で徐々に接触させることが可能となる。
【００１８】
つまり、燃焼用空気が不足し易い領域において、補助空気供給部により、燃焼用空気を、その供給量が燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の量よりも少ないながらも、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対してその噴出方向先方の広い範囲にわたって徐々に供給することが可能となるので、低ＮＯｘ化を図りながらも、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの燃焼性を向上することが可能となり、もって、燃焼量を一層小さくしてターンダウン比を一層大きくすることが可能となる。
【００１９】
ちなみに、補助空気供給部からの空気供給方向の前方傾斜角度が小さくなって、筒状ガスノズルからのガス噴出方向の前方傾斜角度に近付くほど、補助空気供給部から供給される燃焼用空気が複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスとその噴出方向において噴出位置に近い側にて接触し易くなるので、燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の量よりも少ない量の補助空気供給部からの燃焼用空気を、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対して、その燃料ガスの噴出方向先方の広い範囲にわたって接触させ難くなる。
つまり、補助空気供給部からの空気供給方向の前方傾斜角度を筒状ガスノズルからのガス噴出方向の前方傾斜角度と同角度にすると、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対する補助空気供給部からの燃焼用空気の供給範囲が、筒状ガスノズルからの燃料ガスの噴出方向先方において狭くなるので、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの燃焼性を向上する上で不利となる。
【００２０】
又、補助空気供給部からの空気供給方向の前方傾斜角度を筒状ガスノズルからのガス噴出方向の前方傾斜角度よりも小さくして、補助空気供給部から燃焼用空気を複数の筒状ガスノズルからの燃料ガスと交差するように供給するようにすると、補助空気供給部からの燃焼用空気が複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガス流を通過してしまうので、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対する補助空気供給部からの燃焼用空気の供給範囲が、筒状ガスノズルからの燃料ガスの噴出方向先方において一段と狭くなり、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの燃焼性を向上する上で一層不利となる。
【００２１】
要するに、補助空気供給部からの空気供給方向の前方傾斜角度を筒状ガスノズルからのガス噴出方向の前方傾斜角度よりも大きくすることにより、低ＮＯｘ化を図りながらターンダウン比を一層大きくすることができるようになった。
【００２２】
第３特徴構成は、上記第２特徴構成に加えて、
前記筒状ガスノズルの先端面が、その筒状ガスノズルのノズル孔を形成するノズル孔形成部分及びそのノズル孔形成部分よりも前記ガス供給筒に近接する側の部分を、前記ガス供給筒の軸心に直交する方向に沿い且つ前記ガス供給筒の軸芯方向前方側を向く前向き面に形成し、且つ、前記ノズル孔形成部分よりも前記ガス供給筒から離間する側の部分を、前記ガス供給筒の軸心方向に沿い且つ前記ガス供給筒の非存在側を向く横向き面に形成した屈曲状面に形成されている点を特徴とする。
【００２３】
即ち、筒状ガスノズルを、その軸芯がガス供給筒の軸心に直交する方向に対してガス供給筒の軸心方向前方に向かう方向に傾斜する前方傾斜姿勢で前記ガス供給筒の周壁に設けることにより、前記筒状ガスノズルからのガス噴出方向を前記前方傾斜方向に設定することが可能となる。
そして、そのように前方傾斜姿勢でガス供給筒の周壁に設けた筒状ガスノズルの先端面のうち、ガス供給筒の軸心に直交する方向に沿い且つガス供給筒の軸芯方向前方側を向く前向き面に形成されているノズル孔形成部分及びそのノズル孔形成部分よりもガス供給筒に近接する側の部分にて、ガス供給筒の軸心方向前方に向くように形成される火炎を適切に保炎することが可能となる。
そして、火炎を適切に保炎することが可能となることにより、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの燃焼性を向上することが可能となるので、燃焼量を一層小さくしてターンダウン比を一層大きくすることが可能となる。
又、筒状ガスノズルの先端面のうちのノズル孔形成部分及びそのノズル孔形成部分よりもガス供給筒に近接する側の部分を前述のように前向き面に形成することにより、保炎作用を向上しながらも、筒状ガスノズルの先端面のうちの前記ノズル孔形成部分よりもガス供給筒から離間する側の部分を、前記ガス供給筒の軸心方向に沿い且つガス供給筒の非存在側を向く横向き面に形成して、筒状ガスノズルの先端部を、そのノズル孔の縁よりもガス噴出先方に突出する部分の突出量が小さい又は前記突出する部分がない形状に構成することにより、筒状ガスノズルの先端部の過熱を抑制することが可能となるので、筒状ガスノズルの耐久性を向上することが可能となる。
【００２４】
つまり、筒状ガスノズルの先端面の全体を前記前向き面にするのではなく、筒状ガスノズルの先端部のうちの前記ノズル孔形成部分よりもガス供給筒から離間する側の部分を、ガス供給筒の軸心方向に沿って切除して、筒状ガスノズルの先端面を前述の如き前向き面と横向き面とを備えた屈曲状面に形成することにより、保炎を適切に行いながら、筒状ガスノズルの先端部の過熱を抑制することが可能なようにしてある。
【００２５】
尚、前記前向き面としては、ガス供給筒の軸心に直交する面のみを意味するものではなく、そのガス供給筒の軸心に直交する面に対してガス供給筒の軸心方向前方側又は軸心方向後方側に多少傾斜する面も含むものである。又、前記横向き面としては、ガス供給筒の軸心に平行な面、そのガス供給筒の軸心に平行な面に対してガス供給筒に近接する側に傾斜する面、及び、そのガス供給筒の軸心に平行な面に対してガス供給筒から離間する側に傾斜する面を含むものである。
【００２６】
ちなみに、筒状ガスノズルの先端面の全体を、その筒状ガスノズルの軸心に直交する面に形成すると、ガス供給筒の軸心方向先方に向くように形成される火炎の保炎作用が低下するので、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの燃焼性を向上してターンダウン比を一層大きくするようにする上で不利となる。
又、筒状ガスノズルの先端面の全体を、ガス供給筒の軸心に直交する方向に沿い且つガス供給筒の軸芯方向前方側を向く面に形成すると、筒状ガスノズルの先端部に、そのノズル孔の縁よりもガス噴出先方に突出する尖り部分が形成されることとなり、その尖り部分が過熱され易いので、筒状ガスノズルの耐久性を向上するようにする上で不利となる。
【００２７】
従って、ターンダウン比を一層大きくしながら、耐久性をも向上することができるようになった。
【００２８】
第４特徴構成は、上記第〜第３特徴構成のいずれかに加えて、
前記複数の筒状ガスノズルからの燃料ガスの噴出量がその調節範囲における少量側のときは、前記補助空気供給部からの燃焼用空気の供給量が、前記複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対する理論空気量の少なくとも８〜１２％の範囲に設定されている点を特徴とする。
【００２９】
即ち、複数の筒状ガスノズルからの燃料ガスの噴出量がその調節範囲における少量側のときは、補助空気供給部から、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対する理論空気量の少なくとも８〜１２％の範囲の量の燃焼用空気が供給される。
【００３０】
つまり、本願発明の発明者らは、補助空気供給部から燃焼用空気を噴出するに当たって、低ＮＯｘ化を図りながらターンダウン比を一層大きくすべく鋭意研究し、上述のように、複数の筒状ガスノズルからの燃料ガスの噴出量がその調節範囲における少量側のときは、補助空気供給部からの燃焼用空気の供給量を複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対する理論空気量の少なくとも８〜１２％の範囲に設定すると、低ＮＯｘ化を図りながらターンダウン比を一層大きくすることが可能であることを見出した。
【００３１】
説明を加えると、複数の筒状ガスノズルからの燃料ガスの噴出量がその調節範囲における少量側のときに、補助空気供給部からの燃焼用空気の供給量を、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対する理論空気量の８％よりも少なくすると、補助空気供給部からの燃焼用空気の供給量が少な過ぎて、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの燃焼性を十分に向上し難い。
従って、複数の筒状ガスノズルからの燃料ガスの噴出量がその調節範囲における少量側のときは、補助空気供給部からの燃焼用空気の供給量が複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対する理論空気量の少なくとも８〜１２％の範囲に設定することにより、低ＮＯｘ化を図りながらターンダウン比を一層大きくすることができるようなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
図１及び図２に示すように、燃焼装置は、先端が開口された円筒状の燃焼筒１の内部に、先端が閉塞された円筒状のガス供給筒２を、その先端が燃焼筒１の先端よりも突出する状態で同軸心状に設け、燃焼筒１とガス供給筒２との間を通して燃焼用空気Ａをガス供給筒２の軸心方向に吐出するように構成し、ガス供給筒２の先端側の周壁に、そのガス供給筒２内を流れる燃料ガスＧを噴出する複数の筒状ガスノズル３を、周壁から突出する状態で、周方向に分散させて設け、更に、ガス供給筒２の先端箇所に、前記複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧに燃焼用空気Ａを供給する補助空気供給部としての補助空気噴出体１２を、燃焼筒１とガス供給筒２との間を通して吐出される燃焼用空気Ａの量よりも少ない量の燃焼用空気Ａを供給する状態で設けて、ガス供給筒２の前方空間、及び、ガス供給筒２の先端側の周部空間を通して、筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧが燃焼した燃焼ガスＥを循環させながら、筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧを燃焼させるように構成してある。
【００３３】
以下、燃焼装置の各部について説明を加える。
前記燃焼筒１と前記ガス供給筒２との間に、環状に形成されたバッフル板４を、燃焼筒１の先端よりも後退させた位置に、その内周縁をガス供給筒２に外嵌し且つその外周縁を燃焼筒１に内嵌する状態で設け、そのバッフル板４に、燃焼筒１内を流れる燃焼用空気Ａをガス供給筒２の軸心方向に吐出する８個の空気吐出口５を、等間隔を隔てて周方向に並ぶ状態で形成してある。
そして、燃焼筒１におけるバッフル板４からの突出部分、バッフル板４、及び、ガス供給筒２とにより、環状凹部６を形成してある。
【００３４】
前記空気吐出口５について説明を加えると、空気吐出口５は、ガス供給筒１及び燃焼筒２夫々と間隔を隔てた状態で、且つ、ガス供給筒２の径方向において燃焼筒１側に偏って位置する状態で形成してある。又、空気吐出口５における燃焼筒１に隣接する燃焼筒側口縁は、燃焼筒１の内面に沿う円弧状に形成し、空気吐出口５におけるガス供給筒２に隣接するガス供給筒側口縁は、ガス供給筒２の外面に沿う円弧状に形成し、空気吐出口５における周方向両側夫々の周方向口縁は、ガス供給筒２の径方向に沿う直線状に形成してある。
【００３５】
次に、前記ガス供給筒２、前記筒状ガスノズル３及び前記補助空気噴出体１２について、説明を加える。
以下に説明するように、ガス供給筒２に補助空気噴出体１２を一体的に組み付けるように構成して、そのように補助空気噴出体１２を一体的に組み付けたガス供給筒２を、前記燃焼筒１内に設ける構成となっている。
【００３６】
円筒状のガス供給筒形成用筒部分７の内部に、それよりも小径の円筒状の補助空気供給筒８をその先端がガス供給筒形成用筒部分７の先端と軸心方向において略同位置に位置し且つ後端がガス供給筒形成用筒部分７から突出する状態に配設した状態で、ガス供給筒形成用筒部分７の先端開口部、後端開口部をそれぞれ環状の先端側蓋体９、後端側蓋体１０にて閉塞することにより、ガス供給筒形成用筒部分７とその先端開口部を閉じる先端側蓋体９とを備えて、先端が閉塞された前記ガス供給筒２を形成してある。
【００３７】
前記ガス供給筒２の先端側の周壁には、前記複数の筒状ガスノズル３を、周方向に並ぶ複数の筒状ガスノズル３のノズル列が軸心方向に２列状に並ぶ形態で設けてある。
各ノズル列は８本の筒状ガスノズル３を等間隔で周方向に並べて形成し、空気吐出口５からの空気吐出方向において上流側のノズル列及び下流側のノズル列は、筒状ガスノズル３を周方向に互いに同一位相で並べて形成してある。
【００３８】
前記上流側のノズル列を構成する前記筒状ガスノズル３としての上流側筒状ガスノズル３ｆは、その軸心を前記ガス供給筒２の径方向（即ち、ガス供給筒２の軸心に直交する方向）に沿わせた状態で、前記ガス供給筒２の周壁に設けてある。
つまり、上流側筒状ガスノズル３ｆからは、その軸心方向に沿う方向に燃料ガスＧが噴出されることから、上流側筒状ガスノズル３ｆからのガス噴出方向は、前記ガス供給筒２の径方向外方に向かう方向に設定してある。
【００３９】
前記下流側のノズル列を構成する前記筒状ガスノズル３としての下流側筒状ガスノズル３ｒは、その軸心を前記ガス供給筒２の径方向（即ち、ガス供給筒２の軸心に直交する方向）に対して前記ガス供給筒２の軸心方向前方に向かう方向に前方傾斜角度αにて傾斜させた状態で、前記ガス供給筒２の周壁に設けてある。
つまり、下流側筒状ガスノズル３ｒからは、その軸心方向に沿う方向に燃料ガスＧが噴出されることから、下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向は、前記ガス供給筒２の径方向に対して、前記ガス供給筒２の軸心方向前方に向かう方向に前記前方傾斜角度αにて傾斜する方向に設定してある。ちなみに、前記前方傾斜角度αは、例えば、３０°に設定してある。
【００４０】
又、前記下流側筒状ガスノズル３ｒは、前記上流側筒状ガスノズル３ｆよりも長く且つ孔径がかなり大きくなるように構成して、下流側筒状ガスノズル３ｒからの燃料ガスＧの噴出量が上流側筒状ガスノズル３ｆからの燃料ガスＧの噴出量よりもかなり多くなるように構成してある。
更に、前記下流側筒状ガスノズル３ｒには、その孔径の異なる２種類があり、前記８個の下流側筒状ガスノズル３ｒは、大径の下流側筒状ガスノズル３ｒと小径の下流側筒状ガスノズル３ｒとが交互になるように前記周方向に並べて設けてある。
【００４１】
更に、前記下流側筒状ガスノズル３ｒの先端面のうち、ノズル孔の縁の接線に対してノズル孔の存在側の部分は、下流側筒状ガスノズル３ｒの軸心に対してその軸芯方向後方側に前記前方傾斜角度αと同じ角度傾斜する傾斜面に形成し、前記ノズル孔の縁の接線に対してノズル孔の非存在側の部分は、下流側筒状ガスノズル３ｒの軸心に直交する方向に沿う面に形成してある。
そして、各下流側筒状ガスノズル３ｒは、その先端面における前記傾斜面の部分が前記ガス供給筒２の先端面と略同一面上に位置する状態で、前述のように、軸心を前記ガス供給筒２の径方向に対して前記ガス供給筒２の軸心方向前方に向かう方向に前記前方傾斜角度αにて傾斜させた状態で、前記ガス供給筒２の周壁に設けてある。
【００４２】
つまり、下流側筒状ガスノズル３ｒの先端面を、その下流側筒状ガスノズル３ｒのノズル孔を形成するノズル孔形成部分及びそのノズル孔形成部分よりもガス供給筒２に近接する側の部分を、ガス供給筒２の軸心に直交する方向に沿い且つガス供給筒２の軸芯方向前方側を向く前向き面に形成し、且つ、前記ノズル孔形成部分よりもガス供給筒２から離間する側の部分を、ガス供給筒２の軸心方向に沿い且つガス供給筒２の非存在側を向く横向き面に形成した屈曲状面に形成してある。
【００４３】
前記補助空気供給筒８の先端には、周方向に分散させて補助空気噴出口１１を形成したキャップ状の前記補助空気噴出体１２を螺着可能なように構成してある。
その補助空気噴出体１２は、その先端側に、円錐台状の先細り状周壁部１２ｗを備えるように構成してあり、前記複数の補助空気噴出口１１としての８個の補助空気噴出口１１を、先細り状周壁部１２ｗに、前記各ノズル列の８個の筒状ガスノズル３と周方向に同位相となるように周方向に等間隔を隔てて形成してある。
【００４４】
前記各補助空気噴出口１１は、前記補助空気噴出体１２を前記補助空気供給筒８の先端に螺着した状態で、その補助空気噴出口１１の軸心が、前記ガス供給筒２の径方向（即ち、ガス供給筒２の軸心に直交する方向）に対して前記ガス供給筒２の軸心方向前方に向かう方向に前方傾斜角度βにて傾斜させた状態で、補助空気噴出体１２の先細り状周壁部１２ｗに形成してある。
つまり、補助空気噴出口１１からは、その軸心方向に沿う方向に燃焼用空気Ａが噴出されることから、補助空気噴出口１１からの空気噴出方向は、前記ガス供給筒２の径方向（即ち、ガス供給筒２の軸心に直交する方向）に対して、前記ガス供給筒２の軸心方向前方に向かう方向に前記前方傾斜角度βにて傾斜する方向に設定してある。
そして、補助空気噴出口１１からの空気噴出方向の前記前方傾斜角度βは、前記下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向の前記前方傾斜角度αよりも大きい角度、例えば、５０°に設定してある。
【００４５】
要するに、補助空気噴出体１２からの空気噴出方向、即ち、前記補助空気供給部からの空気供給方向を、前記ガス供給筒２の軸心に直交する方向に対して、前記下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向が傾斜する角度よりも大きい角度にてガス供給筒２の軸心方向前方に向かう方向に傾斜する方向に設定してある。
【００４６】
そして、上述のように前記補助空気噴出体１２を一体状に組み付けた前記ガス供給筒２を、前記ガス供給筒２の軸心方向視において、前記周方向に並ぶ筒状ガスノズル３の夫々及び前記周方向に並ぶ補助空気噴出口１１の夫々が、隣接する空気吐出口５同士の中央に位置する姿勢で、ガス供給筒２の後端が前記燃焼筒１の後端よりも突出する状態で、燃焼筒１内に設けて、その燃焼筒の後端開口部を燃焼筒蓋体１３にて閉塞してある。
【００４７】
図１に示すように、前記ガス供給筒２の後端に設けたガス供給口２ｉに、燃料ガスＧを供給する燃料供給路１４を接続し、その燃料供給路１４には、燃料ガスＧの供給を断続する燃料用開閉弁１５、及び、燃料ガスＧの供給量を調節する燃料供給量調節弁１６を設けてある。
【００４８】
又、ブロア１７からの燃焼用空気Ａを導く空気供給路１８を２系統に分岐して、前記燃焼筒１の周壁に形成した主空気供給口１ｉと、前記補助空気供給筒８の後端の補助空気供給口８ｉとに接続し、その空気供給路１８における分岐部分よりも上流側には、燃焼用空気Ａの供給量を調節する空気供給量調節ダンパ１９を設けてある。
この空気供給量調節ダンパ１９により、前記燃焼筒１及び前記補助空気供給筒８それぞれへの燃焼用空気導入量を合わせた総燃焼用空気導入量、即ち、前記８個の空気吐出口５からの燃焼用空気Ａの吐出量と前記補助空気噴出体１２からの燃焼用空気Ａの噴出量とを合わせた総燃焼用空気量を調節することになる。
【００４９】
そして、燃焼用空気Ａを前記補助空気供給筒８と前記補助空気噴出体１２とを通して前記８個の補助空気噴出口１１から噴出する補助空気供給系統の圧損を、燃焼用空気Ａを前記燃焼筒１を通して前記８個の空気吐出口５から吐出する主空気供給系統の圧損よりも大きくなるように構成して、前記補助空気噴出体１２を、前記燃焼筒１と前記ガス供給筒２との間を通して前記８個の空気吐出口５から吐出される燃焼用空気の量よりも少ない量の燃焼用空気を供給する状態で設けてある。
【００５０】
そして、図示しない燃焼制御部により、前記１６個の筒状ガスノズル３により噴出される燃料ガス噴出量（以下、燃料ガス量と記載する場合がある）が加熱対象部の熱負荷に応じた量になるように前記燃料供給量調節弁１６を制御し、且つ、前記燃料ガス量に対する空気比が所定の値になるように前記総燃焼用空気量を調節すべく前記空気供給量調節ダンパ１９を制御することになる。
【００５１】
前記燃料供給量調節弁１６により、前記燃料ガス量を所定の調節範囲で調節し、前記空気供給量調節ダンパ１９により、総燃焼用空気量を前記燃料ガス量に対する空気比が所定の値になるように調節した場合において、前記８個の空気吐出口５から吐出される燃焼用空気の量（以下、主燃焼用空気量と記載する場合がある）、及び、前記補助空気噴出体１２から噴出される燃焼用空気の量（以下、補助燃焼用空気量と記載する場合がある）は、前記主空気供給系統の圧損と前記補助空気供給系統の圧損との関係により、成り行きにて調節されることになる。
【００５２】
そして、前記燃料ガス量がその調節範囲における最少のときに、空気比が例えば１．１５〜１．１９の範囲になるように前記総燃焼用空気供給量を調節した状態で、前記補助燃焼用空気量が前記複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガス量に対する理論空気量の少なくとも８〜１２％の範囲に調節されるように、前記主空気供給系統の圧損と前記補助空気供給系統の圧損との関係を設定してある。
つまり、前記複数の筒状ガスノズル３からの燃料ガスＧの噴出量がその調節範囲における少量側のときは、前記補助空気噴出体１２からの燃焼用空気Ａの供給量が、前記複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧに対する理論空気量の少なくとも８〜１２％の範囲に設定してある。
【００５３】
図４に、前記燃料供給量調節弁１６により、前記燃料ガス量を７０〜７００ｍ3（標準状態）／ｈの範囲で調節し、前記空気供給量調節ダンパ１９により、総燃焼用空気量を前記燃料ガス量に対して空気比が１．１６〜１．１８の範囲の調節した場合において、前記主燃焼用空気量、及び、前記補助燃焼用空気量それぞれの調節量を示している。
【００５４】
前記燃料ガス量がその調節範囲における最少の７０ｍ3（標準状態）／ｈのときに、空気比を例えば１．１６に調節すると、前記補助燃焼用空気量が７０ｍ3（標準状態）／ｈに調節され、前記燃料ガス量が前記調節範囲における中間の３５０ｍ3（標準状態）／ｈのときに、空気比を例えば１．１７に調節すると、前記補助燃焼用空気量が６９ｍ3（標準状態）／ｈに調節され、前記燃料ガス量が前記調節範囲における最多の７００ｍ3（標準状態）／ｈのときに、空気比を例えば１．１８に調節すると、前記補助燃焼用空気量が６０ｍ3（標準状態）／ｈに調節される。
つまり、上述のように、前記複数の筒状ガスノズル３からの燃料ガスの噴出量がその調節範囲における最少のときは、前記補助空気噴出体１２からの燃焼用空気の供給量が、前記複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスに対する理論空気量の少なくとも８〜１２％の範囲に設定されていることになる。
【００５５】
次に、図１に基づいて、上述のように構成した燃焼装置による燃焼形態について説明する。
２列のノズル列の複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧは、バッフル板４にて保炎される状態で、その燃料ガスＧが燃焼した燃焼ガスＥがその燃料ガスＧの燃焼域に流入されながら、複数の空気吐出口５から吐出される燃焼用空気Ａ及び補助空気噴出体１２から噴出される燃焼用空気Ａにより安定して緩慢燃焼する。
【００５６】
説明を加えると、バッフル板４にその周方向に間隔を開けて形成された複数の空気吐出口５から燃焼用空気Ａが吐出されることに伴って、環状凹部６内において、燃焼用空気流Ａの周囲に負圧域が形成され、その負圧域の誘引作用によって、前記複数の筒状ガスノズル３（特に、上流側筒状ガスノズル３ｆ）から噴出された燃料ガスＧの一部がバッフル板４の側に誘引されて、環状凹部６内において、その誘引燃料ガスＧが空気吐出口５から吐出された燃焼用空気Ａに混合されてバッフル板４の近傍から燃焼が始まるので、前記複数の筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧは、バッフル板４にて保炎される状態で安定燃焼する。
【００５７】
２列のノズル列の複数の筒状ガスノズル３から燃料ガスＧが直進性を効果的に与えられた状態で放射状に噴出されることにより、ガス供給筒２の前方空間に負圧域が形成されることに加えて、各筒状ガスノズル３の周囲、延いては、ガス供給筒２の先端側の周部空間にも負圧域が形成される。
そして、ガス供給筒２の前方空間に形成される負圧域、ガス供給筒２の先端側の周部空間に形成される負圧域の誘引作用によって、複数の筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧが燃焼した燃焼ガスＥが、筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧの燃焼域内に誘引されることになり、ガス供給筒２の前方空間及びガス供給筒２の先端側の周部空間を通して燃焼ガスＥを循環させながら、筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧを燃焼させることにより、即ち、所謂、自己排ガス再循環燃焼を行わせることにより、緩慢燃焼を効果的に行わせて、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００５８】
そして、燃焼量を小さくして、複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧの流速及び複数の空気吐出口５から吐出される燃焼用空気Ａの流速が遅くなることにより、燃焼用空気Ａが層流状態で流れ易くなって、その燃焼用空気Ａが複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧと混合され難くなっても、ガス供給筒２の先端箇所に設けられている補助空気噴出体１２から燃焼用空気Ａが、複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧに対して、複数の空気吐出口５から燃焼用空気Ａが吐出される側とは反対側から供給されて、複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧを安定燃焼させることが可能となるので、燃焼量を十分に小さくすることが可能となり、ターンダウン比を十分に大きくすることが可能となる。
【００５９】
しかも、補助空気噴出体１２からの燃焼用空気Ａの供給量を、複数の空気吐出口５から吐出される燃焼用空気Ａの量よりも少なくしているので、複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスを必要以上に燃焼し易くするのを抑制することが可能となって、ＮＯｘの発生を十分に抑制することができる。
【００６０】
更に、複数の下流側筒状ガスノズル３ｒから燃料ガスＧが前方傾斜方向に噴出されることにより、複数の下流側筒状ガスノズル３ｒから噴出される燃料ガスＧと、複数の空気吐出口５から吐出される燃焼用空気Ａとの急激な混合を抑制して、緩慢燃焼を促進させることが可能となるので、低ＮＯｘ化を促進させることが可能となる。
【００６１】
又、補助空気噴出体１２から、燃焼用空気Ａが、下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向の前方傾斜角度よりも大きい前方傾斜角度にて前方傾斜方向に噴出される。
従って、補助空気噴出体１２から噴出される燃焼用空気Ａの量が複数の空気吐出口５から吐出される燃焼用空気Ａの量よりも少ないながらも、補助空気噴出体１２からの燃焼用空気Ａを、複数の下流側筒状ガスノズル３ｒから噴出される燃料ガスＧに対して、その燃料ガスＧの噴出方向先方の広い範囲で徐々に接触させることが可能となるので、複数の下流側筒状ガスノズル３ｒから噴出される燃料ガスＧの燃焼性を向上することが可能となり、燃焼量を一層小さくしてターンダウン比を一層大きくすることが可能となる。
【００６２】
又、下流側筒状ガスノズル３ｒの先端面のうち、ガス供給筒２の軸心に直交する方向に沿い且つガス供給筒２の軸芯方向前方側を向く前向き面に形成されているノズル孔形成部分及びそのノズル孔形成部分よりもガス供給筒側２に近接する側の部分にて、ガス供給筒２の軸心方向前方に向くように形成される火炎を適切に保炎することできる。
そして、火炎を適切に保炎することが可能となることにより、複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧの燃焼性を向上することが可能となるので、燃焼量を一層小さくしてターンダウン比を一層大きくすることが可能となる。
【００６３】
又、下流側筒状ガスノズル３ｒの先端面のうちのノズル孔形成部分及びそのノズル孔形成部分よりもガス供給筒２に近接する側の部分を前述のように前向き面に形成することにより、保炎作用を向上しながらも、下流側筒状ガスノズル３ｒの先端面のうちの前記ノズル孔形成部分よりもガス供給筒２から離間する側の部分を、ガス供給筒２の軸心方向に沿い且つガス供給筒２の非存在側を向く横向き面に形成して、下流側筒状ガスノズル３ｒの先端部を、そのノズル孔の縁よりもガス噴出先方に突出する部分がない形状に構成することにより、上流側筒状ガスノズル３ｆよりも高温雰囲気に曝されやすい下流側筒状ガスノズル３ｒの先端部の過熱を抑制することが可能となるので、下流側筒状ガスノズル３ｒの耐久性を向上することが可能となる。
【００６４】
更に、複数の筒状ガスノズル３の夫々から、直進性が効果的に与えられて拡散が抑制される状態で、燃料ガスＧが噴出されるので、火炎が分割状に形成されることになって、火炎温度を低下させて、低ＮＯｘ化を促進させることが可能となる。
又、下流側のノズル列は、ガス噴出量が多い大径の下流側筒状ガスノズル３ｒとガス噴出量が少ない小径の下流側筒状ガスノズル３ｒとを交互に並べて、周方向に濃混合気域と淡混合気域が交互に並ぶ状態として、所謂、濃淡燃焼を行わせるので、火炎温度を低下させて、低ＮＯｘ化を促進させることが可能となる。
又、ノズル列をガス供給筒２の軸心方向に２列並べて形成することにより、上流側筒状ガスノズル３ｆから噴出された燃料ガスＧが燃焼した燃焼ガスＥを下流側筒状ガスノズル３ｒから噴出される燃料ガスＧの燃焼域に流入させる形態で、上流側筒状ガスノズル３ｆ及び下流側筒状ガスノズル３ｒ夫々から噴出される燃料ガスＧを燃焼させる、所謂、多段燃焼を行わせることにより、緩慢燃焼を促進させて、低ＮＯｘ化を促進させることが可能となる。
【００６５】
要するに、自己排ガス再循環燃焼を効果的に行わせて、緩慢燃焼を効果的に行わせながらも、ガス供給筒２の先端箇所に設けられている補助空気噴出体１２から燃焼用空気Ａを、複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガス流Ｇに対して、複数の空気吐出口５から燃焼用空気Ａが吐出される側とは反対側から供給することにより、複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧの燃焼性を向上させることが可能となるので、燃焼量を十分に小さくしても、複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧを安定燃焼させることが可能となり、ターンダウン比を十分に小さくすることが可能となるのである。
【００６６】
更に、自己排ガス再循環燃焼に加えて、火炎分割状形成燃焼、濃淡燃焼及び多段燃焼を行わせることにより、夫々のＮＯｘ発生抑制作用の相乗効果により、ＮＯｘの発生量を十分に抑制することが可能となり、低ＮＯｘ化を一段と向上することができるのである。
【００６７】
次に、燃焼装置を上述のように構成することにより、低ＮＯｘ化の向上及びターンダウン比の増大を図ることができる点を検証した結果を説明する。
図５は、一酸化炭素ガス（ＣＯ）の濃度が１００ｐｐｍ以下となる燃焼状態、即ち、安定燃焼状態となる状態での前記燃料ガス量と残存酸素濃度との関係を示し、図６は、前記燃料ガス量とＮＯｘ濃度との関係を示す。
図５及び図６の夫々において、上述の如き補助空気噴出体１２を設けた場合の結果を、補助燃焼用空気有りとして実線にて示し、上述の如き補助空気噴出体１２を設けない場合の結果を補助燃焼用空気なしとして破線にて示す。
【００６８】
図５においてハッチング部分にて示すように、補助燃焼用空気有りとすることにより、補助燃焼用空気なしの場合よりも、安定燃焼領域を燃料ガス量が少ない側、即ち、燃焼量が小さい側に広げることが可能となり、ターンダウン比を大きくすることができる。
例えば、補助燃焼用空気なしの場合は、ターンダウン比が８：１程度であるのに対して、補助燃焼用空気有りとすることにより、ターンダウン比を１０：１程度に大きくすることができる。
【００６９】
又、図６に示すように、補助燃焼用空気有りの場合と補助燃焼用空気なしの場合とでは、燃焼量の調節範囲における全域において、ＮＯｘ濃度が同等であり、補助燃焼用空気有りでも、低ＮＯｘ化を十分に図ることができる。
【００７０】
図３は、上述のように構成した燃焼装置ＢＳを、ボイラの熱源として用いた例を示している。
ボイラは、内部に燃焼室５１を形成する缶体５２内に、多数の水管５３を備え、燃焼室５１内の燃焼ガスＥを排出させる排気路５４を缶体５２に連通接続して構成し、燃焼装置ＢＳを、燃焼室５１内にて燃料ガスを燃焼させるように、缶体５２に取り付けてある。
そして、図示しない燃焼制御部により、ボイラの熱負荷を圧力にて検出するボイラ圧力センサ（図示省略）の検出圧力が設定圧力になるように、前記燃料ガス量を調節すべく前記燃料供給量調節弁１６を制御し且つ前記燃料ガス量に対する空気比が所定の値になるように前記総燃焼用空気量を調節すべく前記空気供給量調節ダンパ１９を制御するように構成してある。
【００７１】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 上記の実施形態においては、前記補助空気供給部を前記複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスに燃焼用空気を供給するように構成するに、複数の筒状ガスノズル３からの燃料ガスの噴出量の調節範囲（即ち、燃焼量の調節範囲）の全域において供給するように構成する場合について例示したが、少なくとも複数の筒状ガスノズル３からの燃料ガスの噴出量がその調節範囲の少量側のときは供給する条件で、複数の筒状ガスノズル３からの燃料ガスの噴出量の調節範囲における一部の領域で供給するように構成しても良い。
この場合は、空気供給路１８において、前記補助空気供給筒８の後端の補助空気供給口８ｉに接続する分岐路部分に、燃焼用空気の供給を断続する開閉ダンパを設けることになる。
【００７２】
（ロ） 前記補助空気供給部からの燃焼用空気の供給量を、前記燃焼筒１と前記ガス供給筒２との間を通して吐出される燃焼用空気の量よりも少ない条件で、前記複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガス量に応じた量になるように、例えば、前記複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスに対する理論空気量の８〜１０％の範囲になるようにに、前記複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガス量に応じて調節するように構成しても良い。
この場合は、空気供給路１８において、前記補助空気供給筒８の後端の補助空気供給口８ｉに接続する分岐路部分に、燃焼用空気の供給を調節自在な空気供給量調節ダンパを設けることになる。
【００７３】
（ハ） 前記下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向及び前記補助空気供給部からの空気供給方向の夫々は、上記の実施形態において例示した方向に限定されるものではなく種々に変更可能である。
例えば、前記下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向及び前記補助空気供給部からの空気供給方向夫々を、前記ガス供給筒２の軸心に直交する方向に対してガス供給筒２の軸心方向前方に向かう方向に傾斜する方向に設定する場合、前記下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向の前方傾斜角度α、及び、前記補助空気供給部からの空気供給方向の前方傾斜角度β夫々を、補助空気供給部からの空気供給方向の前方傾斜角度βの方が大きくなる条件で、種々に変更可能である。
又、前記下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向の前方傾斜角度α及び前記補助空気供給部からの空気供給方向の前方傾斜角度βが同一角度になるように構成したり、前記下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向の前方傾斜角度αの方が大きくなるように構成しても良い。
【００７４】
又、前記補助空気供給部からの空気供給方向を、前記ガス供給筒２の軸心に沿う方向に設定しても良い。
又、前記下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向を前記ガス供給筒２の軸芯に直交する方向に設定しても良い。
【００７５】
（ニ） 下流側筒状ガス噴出部３ｒの先端面の形状は、上記の実施形態において例示した形状に限定されるものではなく、例えば、先端面の全体を、ガス供給筒２の軸心に直交する方向に沿い且つガス供給筒２の軸芯方向前方側を向く面に形成しても良く、あるいは、先端面の全体を、下流側筒状ガス噴出部３ｒの軸芯に直交する面に形成しても良い。
【００７６】
（ホ） 上記の実施形態において、前記複数の筒状ガスノズル３の配置形態は種々に変更可能である。
例えば、上記の実施形態のように２列に配置する場合に、１列目と２列目で周方向の並び位相を異なるような配置形態でも良い。
又、上流側筒状ガスノズル３ｆも、その軸心を前記ガス供給筒２の径方向に対して前記ガス供給筒２の軸心方向前方に向かう方向に傾斜させた状態で、前記ガス供給筒２の周壁に設けても良い。
又、上流側ノズル列を省略してノズル列を１列に配置してもよいし、ノズル列を３列以上に配置しても良い。
【００７７】
（ヘ） 前記複数の空気吐出口５、前記複数の筒状ガスノズル３及び前記複数の補助空気吐出口１１において、前記ガス供給筒２の周方向での並び位相の相互関係は、上記の実施形態において例示した如き、前記複数の空気吐出口５及び前記複数の筒状ガスノズル３同士では前記並び位相を異ならせ、前記複数の筒状ガスノズル３及び前記複数の補助空気吐出口１１同士では前記並び位相を同一とする場合に限定されるものではない。
例えば、前記複数の空気吐出口５、前記複数の筒状ガスノズル３及び前記複数の補助空気吐出口１１夫々の前記並び位相を全て同一としてもよいし、全て異ならせても良い。
【００７８】
又、前記複数の空気吐出口５及び前記複数の筒状ガスノズル３同士では前記並び位相を同一とし、前記複数の筒状ガスノズル３及び前記複数の補助空気吐出口１１同士では前記並び位相を異ならせても良い。
【００７９】
（ト） 前記ガス供給筒２の周方向に並ぶ前記筒状ガスノズル３の個数及び前記補助空気噴出口１１夫々の個数は、上記の実施形態において例示した個数に限定されるものではない。
例えば、前記筒状ガスノズル３の個数と前記補助空気噴出口１１の個数を互いに同一とする場合、上記の実施形態の８個より少なくしても良いし、多くしても良い。
又、前記筒状ガスノズル３の個数と前記補助空気噴出口１１の個数とを異ならせても良い。
【００８０】
（チ） 前記補助空気供給部の具体構成は、上記の実施形態において例示した補助空気噴出体１２に限定されるものではない。
例えば、前記補助空気噴出体１２の周壁に、前記複数の補助空気噴出口１１に代えて、複数の筒状空気噴出ノズルを前記周壁から突出する状態で周方向に分散状態で設けて構成しても良い。
又、前記補助空気噴出体１２の周壁に、前記複数の補助空気噴出口１１に代えて、前記ガス供給筒２の軸芯に沿う方向に長いスリット状空気吐出口の複数を周方向に分散状態で設けて構成しても良い。
又、前記補助空気供給筒８の先端開口部に、環状の空気吐出口を形成するように、前記補助空気供給筒８の内径よりも小径の円板を同心状に設けて、その環状の空気吐出口にて前記補助空気供給部を構成しても良い。
又、前記補助空気供給筒８の先端開口部全体を開放状態にして、その補助空気供給筒８の先端開口部にて前記補助空気供給部を構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】実施形態に係る燃焼装置の縦断側面図
【図２】実施形態に係る燃焼装置の正面図
【図３】実施形態に係る燃焼装置を備えたボイラの概略構成を示す図
【図４】主燃焼用空気量及び補助燃焼用空気量それぞれの調節量の例を示す図
【図５】燃料ガス量と残存酸素濃度との関係を示す図
【図６】燃料ガス量とＮＯｘ濃度との関係を示す図
【図７】従来の燃焼装置の縦断側面図
【符号の説明】
【００８２】
１ 燃焼筒
２ ガス供給筒
３ 筒状ガスノズル
１２ 補助空気供給部
Ａ 燃焼用空気
Ｅ 燃焼ガス
Ｇ 燃料ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、先端が開口された燃焼筒の内部に、先端が閉塞されたガス供給筒が、その先端を前記燃焼筒の先端よりも突出させた状態で設けられ、
前記燃焼筒と前記ガス供給筒との間を通して燃焼用空気が前記ガス供給筒の軸心方向に吐出されるように構成され、
前記ガス供給筒の先端側の周壁に、そのガス供給筒内を流れる燃料ガスを噴出する複数の筒状ガスノズルが、前記周壁から突出する状態で、周方向に分散させて設けられ、
前記ガス供給筒の前方空間、及び、前記ガス供給筒の先端側の周部空間を通して、前記筒状ガスノズルから噴出された燃料ガスが燃焼した燃焼ガスを循環させながら、前記筒状ガスノズルから噴出された燃料ガスを燃焼させるように構成された燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる燃焼装置は、例えばボイラの熱源として用いられるものであり、図７に示すように、先端が開口された円筒状の燃焼筒１の内部に、先端が閉塞された円筒状のガス供給筒２を、その先端が燃焼筒１の先端よりも突出する状態で同軸心状に設け、燃焼筒１とガス供給筒２との間を通して燃焼用空気Ａをガス供給筒２の軸心方向に吐出するように構成し、ガス供給筒２の先端側の周壁に、そのガス供給筒２内を流れる燃料ガスＧを噴出する複数の筒状ガスノズル３を、周壁から突出する状態で周方向に分散させて設け、ガス供給筒２の前方空間、及び、ガス供給筒２の先端側の周部空間を通して、筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧが燃焼した燃焼ガスＥを循環させながら、筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧを燃焼させるように構成してある。
【０００３】
つまり、ガス供給筒２の先端側の周壁にその周方向に分散されて設けられた複数の筒状ガスノズル３から燃料ガスＧを直進性を効果的に与えた状態で噴出することにより、ガス供給筒２の前方空間、及び、ガス供給筒２の先端側の周部空間に負圧域（周囲よりも圧力が低い領域）を形成する。そして、そのように負圧域となるガス供給筒２の前方空間、及び、ガス供給筒２の先端側の周部空間を通して、筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧが燃焼した燃焼ガスＥを循環させて、筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧの燃焼域に燃焼ガスＥを流入させながら燃料ガスＧを燃焼させることにより、即ち、所謂、自己排ガス再循環燃焼を行わせることにより、燃料ガスを緩慢燃焼させて火炎温度を低下させるようにして、低ＮＯｘ化を図っている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３５９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような燃焼装置においては、ボイラ等の加熱対象部の熱負荷に応じて、前記複数の筒状ガスノズルからの燃料ガスの噴出量（以下、単に燃料ガス量と記載する場合がある）を調節することにより、燃焼量を調節することになる。
そして、熱負荷の変動に適切に対応するようにするには、燃焼量の調節範囲、即ち、ターンダウン比を大きくすることが必要になる。
【０００６】
燃焼装置では、燃焼量を小さくすべく、前記燃料ガス量を減少調節するときは、それに併せて、前記燃焼筒と前記ガス供給筒との間を通して吐出する燃焼用空気の吐出量（以下、単に燃焼用空気量と記載する場合がある）を、前記燃料ガス量に対する空気比を所定の値に維持する状態で減少調節することになる。
しかしながら、燃焼量を小さくすべく、前記燃料ガス量及び前記燃焼用空気量夫々を減少調節すると、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの流速及び燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の流速が遅くなって、それら燃料ガスと燃焼用空気とが混合され難くなるので、ガス燃料が燃焼し難くなり、燃焼量を小さくし難い。
【０００７】
説明を加えると、燃焼量が大きくて、前記燃料ガス量及び前記燃焼用空気量夫々が多い場合は、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの流速及び燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の流速が速いので、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスと、燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気とが互いに接触すると乱流化が促進されて、燃料ガスと燃焼用空気とが混合され易く、ガス燃料が安定して燃焼する。
しかしながら、燃焼量が小さくて、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの流速及び燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の流速が遅いと、燃焼用空気が層流状態で流れ易くなって乱流化し難くなる等により、燃料ガスと燃焼用空気とが混合され難くて、ガス燃料が燃焼し難くなる。
【０００８】
従って、燃焼量を小さくするほど燃料ガスが燃焼し難くなるので、燃焼量を十分に小さくすることができず、ターンダウン比を大きくする上で改善の余地があった。
【０００９】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低ＮＯｘ化を図りながら、ターンダウン比を大きくし得る燃焼装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の燃焼装置は、先端が開口された燃焼筒の内部に、先端が閉塞されたガス供給筒が、その先端を前記燃焼筒の先端よりも突出させた状態で設けられ、
前記燃焼筒と前記ガス供給筒との間を通して燃焼用空気が前記ガス供給筒の軸心方向に吐出されるように構成され、
前記ガス供給筒の先端側の周壁に、そのガス供給筒内を流れる燃料ガスを噴出する複数の筒状ガスノズルが、前記周壁から突出する状態で、周方向に分散させて設けられ、
前記ガス供給筒の前方空間、及び、前記ガス供給筒の先端側の周部空間を通して、前記筒状ガスノズルから噴出された燃料ガスが燃焼した燃焼ガスを循環させながら、前記筒状ガスノズルから噴出された燃料ガスを燃焼させるように構成されたものであって、
第１特徴構成は、前記ガス供給筒の先端箇所に、前記複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに燃焼用空気を供給する補助空気供給部が、前記燃焼筒と前記ガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の量よりも少ない量の燃焼用空気を供給する状態で設けられている点を特徴とする。
【００１１】
即ち、燃焼量を小さくして、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの流速及び燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の流速が遅くなることにより、燃焼用空気が層流状態で流れ易くなって、その燃焼用空気が複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスと混合され難くなっても、ガス供給筒の先端箇所に設けられている補助空気供給部から燃焼用空気が、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガス流に対して、燃焼筒とガス供給筒との間を通して燃焼用空気が吐出される側とは反対側から供給されるので、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスを安定燃焼させることが可能となる。
【００１２】
つまり、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガス流に対して、燃焼筒とガス供給筒との間を通して燃焼用空気が吐出される側とは反対側、即ち、ガス供給筒の前方空間は、燃焼ガスが循環される領域であって、燃焼用空気が不足し易い領域である。
そこで、そのような燃焼用空気が不足し易い領域から、補助空気供給部により、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対して燃焼用空気を供給することにより、燃焼量を小さくして、燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気が層流状態で流れて、燃料ガスと燃焼用空気とが互いに混合され難くなっても、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスを安定燃焼させることが可能となるので、燃焼量を十分に小さくすることが可能となる。
【００１３】
しかも、補助空気供給部からの燃焼用空気の供給量は、燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の量よりも少ないので、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスを必要以上に燃焼し易くするのを抑制することが可能であるので、ＮＯｘの発生を十分に抑制することができる。
従って、低ＮＯｘ化を図りながら、ターンダウン比を大きくし得る燃焼装置を提供することができるようになった
【００１４】
第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記筒状ガスノズルからのガス噴出方向が、前記ガス供給筒の軸心に直交する方向に対して前記ガス供給筒の軸心方向前方に向かう方向に傾斜する方向に設定され、
前記補助空気供給部からの空気供給方向が、前記ガス供給筒の軸心に直交する方向に対して、前記ガス噴出方向が傾斜する角度よりも大きい角度にて前記ガス供給筒の軸心方向前方に向かう方向に傾斜する方向に設定されている点を特徴とする。
【００１５】
即ち、複数の筒状ガスノズルから、燃料ガスが、ガス供給筒の軸心に直交する方向に対してガス供給筒の軸心方向前方に向かう方向に傾斜する方向（以下、前方傾斜方向と記載する場合がある）に噴出され、補助空気供給部から、燃焼用空気が、ガス供給筒の軸心に直交する方向に対して、筒状ガスノズルからのガス噴出方向が傾斜する角度（以下、前方傾斜角度）よりも大きい角度にて前記ガス供給筒の軸心方向前方に向かう方向に傾斜する前方傾斜方向に供給される。
【００１６】
つまり、本願発明の発明者らは、補助空気供給部から燃焼用空気を噴出するに当たって、低ＮＯｘ化を図りながらターンダウン比を一層大きくすべく鋭意研究し、筒状ガスノズルからのガス噴出方向及び補助空気供給部からの空気供給方向を夫々上述のように設定すると、低ＮＯｘ化を図りながらターンダウン比を一層大きくすることが可能であることを見出した。
【００１７】
説明を加えると、複数の筒状ガスノズルから燃料ガスが前方傾斜方向に噴出されることにより、例えば、複数の筒状ガスノズルから燃料ガスがガス供給筒の軸心に直交する方向に噴出される場合に比べて、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスと、燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気との急激な混合を抑制して、緩慢燃焼を促進させることが可能となるので、低ＮＯｘ化を図ることが可能となる。
又、補助空気供給部から、燃焼用空気が、筒状ガスノズルからのガス噴出方向の前方傾斜角度よりも大きい前方傾斜角度にて前方傾斜方向に噴出されるので、補助空気供給部から供給される燃焼用空気の量が燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の量よりも少ないながらも、補助空気供給部からの燃焼用空気を、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対して、その燃料ガスの噴出方向先方の広い範囲で徐々に接触させることが可能となる。
【００１８】
つまり、燃焼用空気が不足し易い領域において、補助空気供給部により、燃焼用空気を、その供給量が燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の量よりも少ないながらも、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対してその噴出方向先方の広い範囲にわたって徐々に供給することが可能となるので、低ＮＯｘ化を図りながらも、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの燃焼性を向上することが可能となり、もって、燃焼量を一層小さくしてターンダウン比を一層大きくすることが可能となる。
【００１９】
ちなみに、補助空気供給部からの空気供給方向の前方傾斜角度が小さくなって、筒状ガスノズルからのガス噴出方向の前方傾斜角度に近付くほど、補助空気供給部から供給される燃焼用空気が複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスとその噴出方向において噴出位置に近い側にて接触し易くなるので、燃焼筒とガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の量よりも少ない量の補助空気供給部からの燃焼用空気を、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対して、その燃料ガスの噴出方向先方の広い範囲にわたって接触させ難くなる。
つまり、補助空気供給部からの空気供給方向の前方傾斜角度を筒状ガスノズルからのガス噴出方向の前方傾斜角度と同角度にすると、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対する補助空気供給部からの燃焼用空気の供給範囲が、筒状ガスノズルからの燃料ガスの噴出方向先方において狭くなるので、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの燃焼性を向上する上で不利となる。
【００２０】
又、補助空気供給部からの空気供給方向の前方傾斜角度を筒状ガスノズルからのガス噴出方向の前方傾斜角度よりも小さくして、補助空気供給部から燃焼用空気を複数の筒状ガスノズルからの燃料ガスと交差するように供給するようにすると、補助空気供給部からの燃焼用空気が複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガス流を通過してしまうので、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対する補助空気供給部からの燃焼用空気の供給範囲が、筒状ガスノズルからの燃料ガスの噴出方向先方において一段と狭くなり、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの燃焼性を向上する上で一層不利となる。
【００２１】
要するに、補助空気供給部からの空気供給方向の前方傾斜角度を筒状ガスノズルからのガス噴出方向の前方傾斜角度よりも大きくすることにより、低ＮＯｘ化を図りながらターンダウン比を一層大きくすることができるようになった。
【００２２】
第３特徴構成は、上記第２特徴構成に加えて、
前記筒状ガスノズルの先端面が、その筒状ガスノズルのノズル孔を形成するノズル孔形成部分及びそのノズル孔形成部分よりも前記ガス供給筒に近接する側の部分を、前記ガス供給筒の軸心に直交する方向に沿い且つ前記ガス供給筒の軸芯方向前方側を向く前向き面に形成し、且つ、前記ノズル孔形成部分よりも前記ガス供給筒から離間する側の部分を、前記ガス供給筒の軸心方向に沿い且つ前記ガス供給筒の非存在側を向く横向き面に形成した屈曲状面に形成されている点を特徴とする。
【００２３】
即ち、筒状ガスノズルを、その軸芯がガス供給筒の軸心に直交する方向に対してガス供給筒の軸心方向前方に向かう方向に傾斜する前方傾斜姿勢で前記ガス供給筒の周壁に設けることにより、前記筒状ガスノズルからのガス噴出方向を前記前方傾斜方向に設定することが可能となる。
そして、そのように前方傾斜姿勢でガス供給筒の周壁に設けた筒状ガスノズルの先端面のうち、ガス供給筒の軸心に直交する方向に沿い且つガス供給筒の軸芯方向前方側を向く前向き面に形成されているノズル孔形成部分及びそのノズル孔形成部分よりもガス供給筒に近接する側の部分にて、ガス供給筒の軸心方向前方に向くように形成される火炎を適切に保炎することが可能となる。
そして、火炎を適切に保炎することが可能となることにより、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの燃焼性を向上することが可能となるので、燃焼量を一層小さくしてターンダウン比を一層大きくすることが可能となる。
又、筒状ガスノズルの先端面のうちのノズル孔形成部分及びそのノズル孔形成部分よりもガス供給筒に近接する側の部分を前述のように前向き面に形成することにより、保炎作用を向上しながらも、筒状ガスノズルの先端面のうちの前記ノズル孔形成部分よりもガス供給筒から離間する側の部分を、前記ガス供給筒の軸心方向に沿い且つガス供給筒の非存在側を向く横向き面に形成して、筒状ガスノズルの先端部を、そのノズル孔の縁よりもガス噴出先方に突出する部分の突出量が小さい又は前記突出する部分がない形状に構成することにより、筒状ガスノズルの先端部の過熱を抑制することが可能となるので、筒状ガスノズルの耐久性を向上することが可能となる。
【００２４】
つまり、筒状ガスノズルの先端面の全体を前記前向き面にするのではなく、筒状ガスノズルの先端部のうちの前記ノズル孔形成部分よりもガス供給筒から離間する側の部分を、ガス供給筒の軸心方向に沿って切除して、筒状ガスノズルの先端面を前述の如き前向き面と横向き面とを備えた屈曲状面に形成することにより、保炎を適切に行いながら、筒状ガスノズルの先端部の過熱を抑制することが可能なようにしてある。
【００２５】
尚、前記前向き面としては、ガス供給筒の軸心に直交する面のみを意味するものではなく、そのガス供給筒の軸心に直交する面に対してガス供給筒の軸心方向前方側又は軸心方向後方側に多少傾斜する面も含むものである。又、前記横向き面としては、ガス供給筒の軸心に平行な面、そのガス供給筒の軸心に平行な面に対してガス供給筒に近接する側に傾斜する面、及び、そのガス供給筒の軸心に平行な面に対してガス供給筒から離間する側に傾斜する面を含むものである。
【００２６】
ちなみに、筒状ガスノズルの先端面の全体を、その筒状ガスノズルの軸心に直交する面に形成すると、ガス供給筒の軸心方向先方に向くように形成される火炎の保炎作用が低下するので、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの燃焼性を向上してターンダウン比を一層大きくするようにする上で不利となる。
又、筒状ガスノズルの先端面の全体を、ガス供給筒の軸心に直交する方向に沿い且つガス供給筒の軸芯方向前方側を向く面に形成すると、筒状ガスノズルの先端部に、そのノズル孔の縁よりもガス噴出先方に突出する尖り部分が形成されることとなり、その尖り部分が過熱され易いので、筒状ガスノズルの耐久性を向上するようにする上で不利となる。
【００２７】
従って、ターンダウン比を一層大きくしながら、耐久性をも向上することができるようになった。
【００２８】
第４特徴構成は、上記第〜第３特徴構成のいずれかに加えて、
前記複数の筒状ガスノズルからの燃料ガスの噴出量がその調節範囲における少量側のときは、前記補助空気供給部からの燃焼用空気の供給量が、前記複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対する理論空気量の少なくとも８〜１２％の範囲に設定されている点を特徴とする。
【００２９】
即ち、複数の筒状ガスノズルからの燃料ガスの噴出量がその調節範囲における少量側のときは、補助空気供給部から、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対する理論空気量の少なくとも８〜１２％の範囲の量の燃焼用空気が供給される。
【００３０】
つまり、本願発明の発明者らは、補助空気供給部から燃焼用空気を噴出するに当たって、低ＮＯｘ化を図りながらターンダウン比を一層大きくすべく鋭意研究し、上述のように、複数の筒状ガスノズルからの燃料ガスの噴出量がその調節範囲における少量側のときは、補助空気供給部からの燃焼用空気の供給量を複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対する理論空気量の少なくとも８〜１２％の範囲に設定すると、低ＮＯｘ化を図りながらターンダウン比を一層大きくすることが可能であることを見出した。
【００３１】
説明を加えると、複数の筒状ガスノズルからの燃料ガスの噴出量がその調節範囲における少量側のときに、補助空気供給部からの燃焼用空気の供給量を、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対する理論空気量の８％よりも少なくすると、補助空気供給部からの燃焼用空気の供給量が少な過ぎて、複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスの燃焼性を十分に向上し難い。
従って、複数の筒状ガスノズルからの燃料ガスの噴出量がその調節範囲における少量側のときは、補助空気供給部からの燃焼用空気の供給量が複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対する理論空気量の少なくとも８〜１２％の範囲に設定することにより、低ＮＯｘ化を図りながらターンダウン比を一層大きくすることができるようなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
図１及び図２に示すように、燃焼装置は、先端が開口された円筒状の燃焼筒１の内部に、先端が閉塞された円筒状のガス供給筒２を、その先端が燃焼筒１の先端よりも突出する状態で同軸心状に設け、燃焼筒１とガス供給筒２との間を通して燃焼用空気Ａをガス供給筒２の軸心方向に吐出するように構成し、ガス供給筒２の先端側の周壁に、そのガス供給筒２内を流れる燃料ガスＧを噴出する複数の筒状ガスノズル３を、周壁から突出する状態で、周方向に分散させて設け、更に、ガス供給筒２の先端箇所に、前記複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧに燃焼用空気Ａを供給する補助空気供給部としての補助空気噴出体１２を、燃焼筒１とガス供給筒２との間を通して吐出される燃焼用空気Ａの量よりも少ない量の燃焼用空気Ａを供給する状態で設けて、ガス供給筒２の前方空間、及び、ガス供給筒２の先端側の周部空間を通して、筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧが燃焼した燃焼ガスＥを循環させながら、筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧを燃焼させるように構成してある。
【００３３】
以下、燃焼装置の各部について説明を加える。
前記燃焼筒１と前記ガス供給筒２との間に、環状に形成されたバッフル板４を、燃焼筒１の先端よりも後退させた位置に、その内周縁をガス供給筒２に外嵌し且つその外周縁を燃焼筒１に内嵌する状態で設け、そのバッフル板４に、燃焼筒１内を流れる燃焼用空気Ａをガス供給筒２の軸心方向に吐出する８個の空気吐出口５を、等間隔を隔てて周方向に並ぶ状態で形成してある。
そして、燃焼筒１におけるバッフル板４からの突出部分、バッフル板４、及び、ガス供給筒２とにより、環状凹部６を形成してある。
【００３４】
前記空気吐出口５について説明を加えると、空気吐出口５は、ガス供給筒１及び燃焼筒２夫々と間隔を隔てた状態で、且つ、ガス供給筒２の径方向において燃焼筒１側に偏って位置する状態で形成してある。又、空気吐出口５における燃焼筒１に隣接する燃焼筒側口縁は、燃焼筒１の内面に沿う円弧状に形成し、空気吐出口５におけるガス供給筒２に隣接するガス供給筒側口縁は、ガス供給筒２の外面に沿う円弧状に形成し、空気吐出口５における周方向両側夫々の周方向口縁は、ガス供給筒２の径方向に沿う直線状に形成してある。
【００３５】
次に、前記ガス供給筒２、前記筒状ガスノズル３及び前記補助空気噴出体１２について、説明を加える。
以下に説明するように、ガス供給筒２に補助空気噴出体１２を一体的に組み付けるように構成して、そのように補助空気噴出体１２を一体的に組み付けたガス供給筒２を、前記燃焼筒１内に設ける構成となっている。
【００３６】
円筒状のガス供給筒形成用筒部分７の内部に、それよりも小径の円筒状の補助空気供給筒８をその先端がガス供給筒形成用筒部分７の先端と軸心方向において略同位置に位置し且つ後端がガス供給筒形成用筒部分７から突出する状態に配設した状態で、ガス供給筒形成用筒部分７の先端開口部、後端開口部をそれぞれ環状の先端側蓋体９、後端側蓋体１０にて閉塞することにより、ガス供給筒形成用筒部分７とその先端開口部を閉じる先端側蓋体９とを備えて、先端が閉塞された前記ガス供給筒２を形成してある。
【００３７】
前記ガス供給筒２の先端側の周壁には、前記複数の筒状ガスノズル３を、周方向に並ぶ複数の筒状ガスノズル３のノズル列が軸心方向に２列状に並ぶ形態で設けてある。
各ノズル列は８本の筒状ガスノズル３を等間隔で周方向に並べて形成し、空気吐出口５からの空気吐出方向において上流側のノズル列及び下流側のノズル列は、筒状ガスノズル３を周方向に互いに同一位相で並べて形成してある。
【００３８】
前記上流側のノズル列を構成する前記筒状ガスノズル３としての上流側筒状ガスノズル３ｆは、その軸心を前記ガス供給筒２の径方向（即ち、ガス供給筒２の軸心に直交する方向）に沿わせた状態で、前記ガス供給筒２の周壁に設けてある。
つまり、上流側筒状ガスノズル３ｆからは、その軸心方向に沿う方向に燃料ガスＧが噴出されることから、上流側筒状ガスノズル３ｆからのガス噴出方向は、前記ガス供給筒２の径方向外方に向かう方向に設定してある。
【００３９】
前記下流側のノズル列を構成する前記筒状ガスノズル３としての下流側筒状ガスノズル３ｒは、その軸心を前記ガス供給筒２の径方向（即ち、ガス供給筒２の軸心に直交する方向）に対して前記ガス供給筒２の軸心方向前方に向かう方向に前方傾斜角度αにて傾斜させた状態で、前記ガス供給筒２の周壁に設けてある。
つまり、下流側筒状ガスノズル３ｒからは、その軸心方向に沿う方向に燃料ガスＧが噴出されることから、下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向は、前記ガス供給筒２の径方向に対して、前記ガス供給筒２の軸心方向前方に向かう方向に前記前方傾斜角度αにて傾斜する方向に設定してある。ちなみに、前記前方傾斜角度αは、例えば、３０°に設定してある。
【００４０】
又、前記下流側筒状ガスノズル３ｒは、前記上流側筒状ガスノズル３ｆよりも長く且つ孔径がかなり大きくなるように構成して、下流側筒状ガスノズル３ｒからの燃料ガスＧの噴出量が上流側筒状ガスノズル３ｆからの燃料ガスＧの噴出量よりもかなり多くなるように構成してある。
更に、前記下流側筒状ガスノズル３ｒには、その孔径の異なる２種類があり、前記８個の下流側筒状ガスノズル３ｒは、大径の下流側筒状ガスノズル３ｒと小径の下流側筒状ガスノズル３ｒとが交互になるように前記周方向に並べて設けてある。
【００４１】
更に、前記下流側筒状ガスノズル３ｒの先端面のうち、ノズル孔の縁の接線に対してノズル孔の存在側の部分は、下流側筒状ガスノズル３ｒの軸心に対してその軸芯方向後方側に前記前方傾斜角度αと同じ角度傾斜する傾斜面に形成し、前記ノズル孔の縁の接線に対してノズル孔の非存在側の部分は、下流側筒状ガスノズル３ｒの軸心に直交する方向に沿う面に形成してある。
そして、各下流側筒状ガスノズル３ｒは、その先端面における前記傾斜面の部分が前記ガス供給筒２の先端面と略同一面上に位置する状態で、前述のように、軸心を前記ガス供給筒２の径方向に対して前記ガス供給筒２の軸心方向前方に向かう方向に前記前方傾斜角度αにて傾斜させた状態で、前記ガス供給筒２の周壁に設けてある。
【００４２】
つまり、下流側筒状ガスノズル３ｒの先端面を、その下流側筒状ガスノズル３ｒのノズル孔を形成するノズル孔形成部分及びそのノズル孔形成部分よりもガス供給筒２に近接する側の部分を、ガス供給筒２の軸心に直交する方向に沿い且つガス供給筒２の軸芯方向前方側を向く前向き面に形成し、且つ、前記ノズル孔形成部分よりもガス供給筒２から離間する側の部分を、ガス供給筒２の軸心方向に沿い且つガス供給筒２の非存在側を向く横向き面に形成した屈曲状面に形成してある。
【００４３】
前記補助空気供給筒８の先端には、周方向に分散させて補助空気噴出口１１を形成したキャップ状の前記補助空気噴出体１２を螺着可能なように構成してある。
その補助空気噴出体１２は、その先端側に、円錐台状の先細り状周壁部１２ｗを備えるように構成してあり、前記複数の補助空気噴出口１１としての８個の補助空気噴出口１１を、先細り状周壁部１２ｗに、前記各ノズル列の８個の筒状ガスノズル３と周方向に同位相となるように周方向に等間隔を隔てて形成してある。
【００４４】
前記各補助空気噴出口１１は、前記補助空気噴出体１２を前記補助空気供給筒８の先端に螺着した状態で、その補助空気噴出口１１の軸心が、前記ガス供給筒２の径方向（即ち、ガス供給筒２の軸心に直交する方向）に対して前記ガス供給筒２の軸心方向前方に向かう方向に前方傾斜角度βにて傾斜させた状態で、補助空気噴出体１２の先細り状周壁部１２ｗに形成してある。
つまり、補助空気噴出口１１からは、その軸心方向に沿う方向に燃焼用空気Ａが噴出されることから、補助空気噴出口１１からの空気噴出方向は、前記ガス供給筒２の径方向（即ち、ガス供給筒２の軸心に直交する方向）に対して、前記ガス供給筒２の軸心方向前方に向かう方向に前記前方傾斜角度βにて傾斜する方向に設定してある。
そして、補助空気噴出口１１からの空気噴出方向の前記前方傾斜角度βは、前記下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向の前記前方傾斜角度αよりも大きい角度、例えば、５０°に設定してある。
【００４５】
要するに、補助空気噴出体１２からの空気噴出方向、即ち、前記補助空気供給部からの空気供給方向を、前記ガス供給筒２の軸心に直交する方向に対して、前記下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向が傾斜する角度よりも大きい角度にてガス供給筒２の軸心方向前方に向かう方向に傾斜する方向に設定してある。
【００４６】
そして、上述のように前記補助空気噴出体１２を一体状に組み付けた前記ガス供給筒２を、前記ガス供給筒２の軸心方向視において、前記周方向に並ぶ筒状ガスノズル３の夫々及び前記周方向に並ぶ補助空気噴出口１１の夫々が、隣接する空気吐出口５同士の中央に位置する姿勢で、ガス供給筒２の後端が前記燃焼筒１の後端よりも突出する状態で、燃焼筒１内に設けて、その燃焼筒の後端開口部を燃焼筒蓋体１３にて閉塞してある。
【００４７】
図１に示すように、前記ガス供給筒２の後端に設けたガス供給口２ｉに、燃料ガスＧを供給する燃料供給路１４を接続し、その燃料供給路１４には、燃料ガスＧの供給を断続する燃料用開閉弁１５、及び、燃料ガスＧの供給量を調節する燃料供給量調節弁１６を設けてある。
【００４８】
又、ブロア１７からの燃焼用空気Ａを導く空気供給路１８を２系統に分岐して、前記燃焼筒１の周壁に形成した主空気供給口１ｉと、前記補助空気供給筒８の後端の補助空気供給口８ｉとに接続し、その空気供給路１８における分岐部分よりも上流側には、燃焼用空気Ａの供給量を調節する空気供給量調節ダンパ１９を設けてある。
この空気供給量調節ダンパ１９により、前記燃焼筒１及び前記補助空気供給筒８それぞれへの燃焼用空気導入量を合わせた総燃焼用空気導入量、即ち、前記８個の空気吐出口５からの燃焼用空気Ａの吐出量と前記補助空気噴出体１２からの燃焼用空気Ａの噴出量とを合わせた総燃焼用空気量を調節することになる。
【００４９】
そして、燃焼用空気Ａを前記補助空気供給筒８と前記補助空気噴出体１２とを通して前記８個の補助空気噴出口１１から噴出する補助空気供給系統の圧損を、燃焼用空気Ａを前記燃焼筒１を通して前記８個の空気吐出口５から吐出する主空気供給系統の圧損よりも大きくなるように構成して、前記補助空気噴出体１２を、前記燃焼筒１と前記ガス供給筒２との間を通して前記８個の空気吐出口５から吐出される燃焼用空気の量よりも少ない量の燃焼用空気を供給する状態で設けてある。
【００５０】
そして、図示しない燃焼制御部により、前記１６個の筒状ガスノズル３により噴出される燃料ガス噴出量（以下、燃料ガス量と記載する場合がある）が加熱対象部の熱負荷に応じた量になるように前記燃料供給量調節弁１６を制御し、且つ、前記燃料ガス量に対する空気比が所定の値になるように前記総燃焼用空気量を調節すべく前記空気供給量調節ダンパ１９を制御することになる。
【００５１】
前記燃料供給量調節弁１６により、前記燃料ガス量を所定の調節範囲で調節し、前記空気供給量調節ダンパ１９により、総燃焼用空気量を前記燃料ガス量に対する空気比が所定の値になるように調節した場合において、前記８個の空気吐出口５から吐出される燃焼用空気の量（以下、主燃焼用空気量と記載する場合がある）、及び、前記補助空気噴出体１２から噴出される燃焼用空気の量（以下、補助燃焼用空気量と記載する場合がある）は、前記主空気供給系統の圧損と前記補助空気供給系統の圧損との関係により、成り行きにて調節されることになる。
【００５２】
そして、前記燃料ガス量がその調節範囲における最少のときに、空気比が例えば１．１５〜１．１９の範囲になるように前記総燃焼用空気供給量を調節した状態で、前記補助燃焼用空気量が前記複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガス量に対する理論空気量の少なくとも８〜１２％の範囲に調節されるように、前記主空気供給系統の圧損と前記補助空気供給系統の圧損との関係を設定してある。
つまり、前記複数の筒状ガスノズル３からの燃料ガスＧの噴出量がその調節範囲における少量側のときは、前記補助空気噴出体１２からの燃焼用空気Ａの供給量が、前記複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧに対する理論空気量の少なくとも８〜１２％の範囲に設定してある。
【００５３】
図４に、前記燃料供給量調節弁１６により、前記燃料ガス量を７０〜７００ｍ3（標準状態）／ｈの範囲で調節し、前記空気供給量調節ダンパ１９により、総燃焼用空気量を前記燃料ガス量に対して空気比が１．１６〜１．１８の範囲の調節した場合において、前記主燃焼用空気量、及び、前記補助燃焼用空気量それぞれの調節量を示している。
【００５４】
前記燃料ガス量がその調節範囲における最少の７０ｍ3（標準状態）／ｈのときに、空気比を例えば１．１６に調節すると、前記補助燃焼用空気量が７０ｍ3（標準状態）／ｈに調節され、前記燃料ガス量が前記調節範囲における中間の３５０ｍ3（標準状態）／ｈのときに、空気比を例えば１．１７に調節すると、前記補助燃焼用空気量が６９ｍ3（標準状態）／ｈに調節され、前記燃料ガス量が前記調節範囲における最多の７００ｍ3（標準状態）／ｈのときに、空気比を例えば１．１８に調節すると、前記補助燃焼用空気量が６０ｍ3（標準状態）／ｈに調節される。
つまり、上述のように、前記複数の筒状ガスノズル３からの燃料ガスの噴出量がその調節範囲における最少のときは、前記補助空気噴出体１２からの燃焼用空気の供給量が、前記複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスに対する理論空気量の少なくとも８〜１２％の範囲に設定されていることになる。
【００５５】
次に、図１に基づいて、上述のように構成した燃焼装置による燃焼形態について説明する。
２列のノズル列の複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧは、バッフル板４にて保炎される状態で、その燃料ガスＧが燃焼した燃焼ガスＥがその燃料ガスＧの燃焼域に流入されながら、複数の空気吐出口５から吐出される燃焼用空気Ａ及び補助空気噴出体１２から噴出される燃焼用空気Ａにより安定して緩慢燃焼する。
【００５６】
説明を加えると、バッフル板４にその周方向に間隔を開けて形成された複数の空気吐出口５から燃焼用空気Ａが吐出されることに伴って、環状凹部６内において、燃焼用空気流Ａの周囲に負圧域が形成され、その負圧域の誘引作用によって、前記複数の筒状ガスノズル３（特に、上流側筒状ガスノズル３ｆ）から噴出された燃料ガスＧの一部がバッフル板４の側に誘引されて、環状凹部６内において、その誘引燃料ガスＧが空気吐出口５から吐出された燃焼用空気Ａに混合されてバッフル板４の近傍から燃焼が始まるので、前記複数の筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧは、バッフル板４にて保炎される状態で安定燃焼する。
【００５７】
２列のノズル列の複数の筒状ガスノズル３から燃料ガスＧが直進性を効果的に与えられた状態で放射状に噴出されることにより、ガス供給筒２の前方空間に負圧域が形成されることに加えて、各筒状ガスノズル３の周囲、延いては、ガス供給筒２の先端側の周部空間にも負圧域が形成される。
そして、ガス供給筒２の前方空間に形成される負圧域、ガス供給筒２の先端側の周部空間に形成される負圧域の誘引作用によって、複数の筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧが燃焼した燃焼ガスＥが、筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧの燃焼域内に誘引されることになり、ガス供給筒２の前方空間及びガス供給筒２の先端側の周部空間を通して燃焼ガスＥを循環させながら、筒状ガスノズル３から噴出された燃料ガスＧを燃焼させることにより、即ち、所謂、自己排ガス再循環燃焼を行わせることにより、緩慢燃焼を効果的に行わせて、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００５８】
そして、燃焼量を小さくして、複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧの流速及び複数の空気吐出口５から吐出される燃焼用空気Ａの流速が遅くなることにより、燃焼用空気Ａが層流状態で流れ易くなって、その燃焼用空気Ａが複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧと混合され難くなっても、ガス供給筒２の先端箇所に設けられている補助空気噴出体１２から燃焼用空気Ａが、複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧに対して、複数の空気吐出口５から燃焼用空気Ａが吐出される側とは反対側から供給されて、複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧを安定燃焼させることが可能となるので、燃焼量を十分に小さくすることが可能となり、ターンダウン比を十分に大きくすることが可能となる。
【００５９】
しかも、補助空気噴出体１２からの燃焼用空気Ａの供給量を、複数の空気吐出口５から吐出される燃焼用空気Ａの量よりも少なくしているので、複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスを必要以上に燃焼し易くするのを抑制することが可能となって、ＮＯｘの発生を十分に抑制することができる。
【００６０】
更に、複数の下流側筒状ガスノズル３ｒから燃料ガスＧが前方傾斜方向に噴出されることにより、複数の下流側筒状ガスノズル３ｒから噴出される燃料ガスＧと、複数の空気吐出口５から吐出される燃焼用空気Ａとの急激な混合を抑制して、緩慢燃焼を促進させることが可能となるので、低ＮＯｘ化を促進させることが可能となる。
【００６１】
又、補助空気噴出体１２から、燃焼用空気Ａが、下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向の前方傾斜角度よりも大きい前方傾斜角度にて前方傾斜方向に噴出される。
従って、補助空気噴出体１２から噴出される燃焼用空気Ａの量が複数の空気吐出口５から吐出される燃焼用空気Ａの量よりも少ないながらも、補助空気噴出体１２からの燃焼用空気Ａを、複数の下流側筒状ガスノズル３ｒから噴出される燃料ガスＧに対して、その燃料ガスＧの噴出方向先方の広い範囲で徐々に接触させることが可能となるので、複数の下流側筒状ガスノズル３ｒから噴出される燃料ガスＧの燃焼性を向上することが可能となり、燃焼量を一層小さくしてターンダウン比を一層大きくすることが可能となる。
【００６２】
又、下流側筒状ガスノズル３ｒの先端面のうち、ガス供給筒２の軸心に直交する方向に沿い且つガス供給筒２の軸芯方向前方側を向く前向き面に形成されているノズル孔形成部分及びそのノズル孔形成部分よりもガス供給筒側２に近接する側の部分にて、ガス供給筒２の軸心方向前方に向くように形成される火炎を適切に保炎することできる。
そして、火炎を適切に保炎することが可能となることにより、複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧの燃焼性を向上することが可能となるので、燃焼量を一層小さくしてターンダウン比を一層大きくすることが可能となる。
【００６３】
又、下流側筒状ガスノズル３ｒの先端面のうちのノズル孔形成部分及びそのノズル孔形成部分よりもガス供給筒２に近接する側の部分を前述のように前向き面に形成することにより、保炎作用を向上しながらも、下流側筒状ガスノズル３ｒの先端面のうちの前記ノズル孔形成部分よりもガス供給筒２から離間する側の部分を、ガス供給筒２の軸心方向に沿い且つガス供給筒２の非存在側を向く横向き面に形成して、下流側筒状ガスノズル３ｒの先端部を、そのノズル孔の縁よりもガス噴出先方に突出する部分がない形状に構成することにより、上流側筒状ガスノズル３ｆよりも高温雰囲気に曝されやすい下流側筒状ガスノズル３ｒの先端部の過熱を抑制することが可能となるので、下流側筒状ガスノズル３ｒの耐久性を向上することが可能となる。
【００６４】
更に、複数の筒状ガスノズル３の夫々から、直進性が効果的に与えられて拡散が抑制される状態で、燃料ガスＧが噴出されるので、火炎が分割状に形成されることになって、火炎温度を低下させて、低ＮＯｘ化を促進させることが可能となる。
又、下流側のノズル列は、ガス噴出量が多い大径の下流側筒状ガスノズル３ｒとガス噴出量が少ない小径の下流側筒状ガスノズル３ｒとを交互に並べて、周方向に濃混合気域と淡混合気域が交互に並ぶ状態として、所謂、濃淡燃焼を行わせるので、火炎温度を低下させて、低ＮＯｘ化を促進させることが可能となる。
又、ノズル列をガス供給筒２の軸心方向に２列並べて形成することにより、上流側筒状ガスノズル３ｆから噴出された燃料ガスＧが燃焼した燃焼ガスＥを下流側筒状ガスノズル３ｒから噴出される燃料ガスＧの燃焼域に流入させる形態で、上流側筒状ガスノズル３ｆ及び下流側筒状ガスノズル３ｒ夫々から噴出される燃料ガスＧを燃焼させる、所謂、多段燃焼を行わせることにより、緩慢燃焼を促進させて、低ＮＯｘ化を促進させることが可能となる。
【００６５】
要するに、自己排ガス再循環燃焼を効果的に行わせて、緩慢燃焼を効果的に行わせながらも、ガス供給筒２の先端箇所に設けられている補助空気噴出体１２から燃焼用空気Ａを、複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガス流Ｇに対して、複数の空気吐出口５から燃焼用空気Ａが吐出される側とは反対側から供給することにより、複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧの燃焼性を向上させることが可能となるので、燃焼量を十分に小さくしても、複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスＧを安定燃焼させることが可能となり、ターンダウン比を十分に小さくすることが可能となるのである。
【００６６】
更に、自己排ガス再循環燃焼に加えて、火炎分割状形成燃焼、濃淡燃焼及び多段燃焼を行わせることにより、夫々のＮＯｘ発生抑制作用の相乗効果により、ＮＯｘの発生量を十分に抑制することが可能となり、低ＮＯｘ化を一段と向上することができるのである。
【００６７】
次に、燃焼装置を上述のように構成することにより、低ＮＯｘ化の向上及びターンダウン比の増大を図ることができる点を検証した結果を説明する。
図５は、一酸化炭素ガス（ＣＯ）の濃度が１００ｐｐｍ以下となる燃焼状態、即ち、安定燃焼状態となる状態での前記燃料ガス量と残存酸素濃度との関係を示し、図６は、前記燃料ガス量とＮＯｘ濃度との関係を示す。
図５及び図６の夫々において、上述の如き補助空気噴出体１２を設けた場合の結果を、補助燃焼用空気有りとして実線にて示し、上述の如き補助空気噴出体１２を設けない場合の結果を補助燃焼用空気なしとして破線にて示す。
【００６８】
図５においてハッチング部分にて示すように、補助燃焼用空気有りとすることにより、補助燃焼用空気なしの場合よりも、安定燃焼領域を燃料ガス量が少ない側、即ち、燃焼量が小さい側に広げることが可能となり、ターンダウン比を大きくすることができる。
例えば、補助燃焼用空気なしの場合は、ターンダウン比が８：１程度であるのに対して、補助燃焼用空気有りとすることにより、ターンダウン比を１０：１程度に大きくすることができる。
【００６９】
又、図６に示すように、補助燃焼用空気有りの場合と補助燃焼用空気なしの場合とでは、燃焼量の調節範囲における全域において、ＮＯｘ濃度が同等であり、補助燃焼用空気有りでも、低ＮＯｘ化を十分に図ることができる。
【００７０】
図３は、上述のように構成した燃焼装置ＢＳを、ボイラの熱源として用いた例を示している。
ボイラは、内部に燃焼室５１を形成する缶体５２内に、多数の水管５３を備え、燃焼室５１内の燃焼ガスＥを排出させる排気路５４を缶体５２に連通接続して構成し、燃焼装置ＢＳを、燃焼室５１内にて燃料ガスを燃焼させるように、缶体５２に取り付けてある。
そして、図示しない燃焼制御部により、ボイラの熱負荷を圧力にて検出するボイラ圧力センサ（図示省略）の検出圧力が設定圧力になるように、前記燃料ガス量を調節すべく前記燃料供給量調節弁１６を制御し且つ前記燃料ガス量に対する空気比が所定の値になるように前記総燃焼用空気量を調節すべく前記空気供給量調節ダンパ１９を制御するように構成してある。
【００７１】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 上記の実施形態においては、前記補助空気供給部を前記複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスに燃焼用空気を供給するように構成するに、複数の筒状ガスノズル３からの燃料ガスの噴出量の調節範囲（即ち、燃焼量の調節範囲）の全域において供給するように構成する場合について例示したが、少なくとも複数の筒状ガスノズル３からの燃料ガスの噴出量がその調節範囲の少量側のときは供給する条件で、複数の筒状ガスノズル３からの燃料ガスの噴出量の調節範囲における一部の領域で供給するように構成しても良い。
この場合は、空気供給路１８において、前記補助空気供給筒８の後端の補助空気供給口８ｉに接続する分岐路部分に、燃焼用空気の供給を断続する開閉ダンパを設けることになる。
【００７２】
（ロ） 前記補助空気供給部からの燃焼用空気の供給量を、前記燃焼筒１と前記ガス供給筒２との間を通して吐出される燃焼用空気の量よりも少ない条件で、前記複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガス量に応じた量になるように、例えば、前記複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガスに対する理論空気量の８〜１０％の範囲になるようにに、前記複数の筒状ガスノズル３から噴出される燃料ガス量に応じて調節するように構成しても良い。
この場合は、空気供給路１８において、前記補助空気供給筒８の後端の補助空気供給口８ｉに接続する分岐路部分に、燃焼用空気の供給を調節自在な空気供給量調節ダンパを設けることになる。
【００７３】
（ハ） 前記下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向及び前記補助空気供給部からの空気供給方向の夫々は、上記の実施形態において例示した方向に限定されるものではなく種々に変更可能である。
例えば、前記下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向及び前記補助空気供給部からの空気供給方向夫々を、前記ガス供給筒２の軸心に直交する方向に対してガス供給筒２の軸心方向前方に向かう方向に傾斜する方向に設定する場合、前記下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向の前方傾斜角度α、及び、前記補助空気供給部からの空気供給方向の前方傾斜角度β夫々を、補助空気供給部からの空気供給方向の前方傾斜角度βの方が大きくなる条件で、種々に変更可能である。
又、前記下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向の前方傾斜角度α及び前記補助空気供給部からの空気供給方向の前方傾斜角度βが同一角度になるように構成したり、前記下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向の前方傾斜角度αの方が大きくなるように構成しても良い。
【００７４】
又、前記補助空気供給部からの空気供給方向を、前記ガス供給筒２の軸心に沿う方向に設定しても良い。
又、前記下流側筒状ガスノズル３ｒからのガス噴出方向を前記ガス供給筒２の軸芯に直交する方向に設定しても良い。
【００７５】
（ニ） 下流側筒状ガス噴出部３ｒの先端面の形状は、上記の実施形態において例示した形状に限定されるものではなく、例えば、先端面の全体を、ガス供給筒２の軸心に直交する方向に沿い且つガス供給筒２の軸芯方向前方側を向く面に形成しても良く、あるいは、先端面の全体を、下流側筒状ガス噴出部３ｒの軸芯に直交する面に形成しても良い。
【００７６】
（ホ） 上記の実施形態において、前記複数の筒状ガスノズル３の配置形態は種々に変更可能である。
例えば、上記の実施形態のように２列に配置する場合に、１列目と２列目で周方向の並び位相を異なるような配置形態でも良い。
又、上流側筒状ガスノズル３ｆも、その軸心を前記ガス供給筒２の径方向に対して前記ガス供給筒２の軸心方向前方に向かう方向に傾斜させた状態で、前記ガス供給筒２の周壁に設けても良い。
又、上流側ノズル列を省略してノズル列を１列に配置してもよいし、ノズル列を３列以上に配置しても良い。
【００７７】
（ヘ） 前記複数の空気吐出口５、前記複数の筒状ガスノズル３及び前記複数の補助空気吐出口１１において、前記ガス供給筒２の周方向での並び位相の相互関係は、上記の実施形態において例示した如き、前記複数の空気吐出口５及び前記複数の筒状ガスノズル３同士では前記並び位相を異ならせ、前記複数の筒状ガスノズル３及び前記複数の補助空気吐出口１１同士では前記並び位相を同一とする場合に限定されるものではない。
例えば、前記複数の空気吐出口５、前記複数の筒状ガスノズル３及び前記複数の補助空気吐出口１１夫々の前記並び位相を全て同一としてもよいし、全て異ならせても良い。
【００７８】
又、前記複数の空気吐出口５及び前記複数の筒状ガスノズル３同士では前記並び位相を同一とし、前記複数の筒状ガスノズル３及び前記複数の補助空気吐出口１１同士では前記並び位相を異ならせても良い。
【００７９】
（ト） 前記ガス供給筒２の周方向に並ぶ前記筒状ガスノズル３の個数及び前記補助空気噴出口１１夫々の個数は、上記の実施形態において例示した個数に限定されるものではない。
例えば、前記筒状ガスノズル３の個数と前記補助空気噴出口１１の個数を互いに同一とする場合、上記の実施形態の８個より少なくしても良いし、多くしても良い。
又、前記筒状ガスノズル３の個数と前記補助空気噴出口１１の個数とを異ならせても良い。
【００８０】
（チ） 前記補助空気供給部の具体構成は、上記の実施形態において例示した補助空気噴出体１２に限定されるものではない。
例えば、前記補助空気噴出体１２の周壁に、前記複数の補助空気噴出口１１に代えて、複数の筒状空気噴出ノズルを前記周壁から突出する状態で周方向に分散状態で設けて構成しても良い。
又、前記補助空気噴出体１２の周壁に、前記複数の補助空気噴出口１１に代えて、前記ガス供給筒２の軸芯に沿う方向に長いスリット状空気吐出口の複数を周方向に分散状態で設けて構成しても良い。
又、前記補助空気供給筒８の先端開口部に、環状の空気吐出口を形成するように、前記補助空気供給筒８の内径よりも小径の円板を同心状に設けて、その環状の空気吐出口にて前記補助空気供給部を構成しても良い。
又、前記補助空気供給筒８の先端開口部全体を開放状態にして、その補助空気供給筒８の先端開口部にて前記補助空気供給部を構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】実施形態に係る燃焼装置の縦断側面図
【図２】実施形態に係る燃焼装置の正面図
【図３】実施形態に係る燃焼装置を備えたボイラの概略構成を示す図
【図４】主燃焼用空気量及び補助燃焼用空気量それぞれの調節量の例を示す図
【図５】燃料ガス量と残存酸素濃度との関係を示す図
【図６】燃料ガス量とＮＯｘ濃度との関係を示す図
【図７】従来の燃焼装置の縦断側面図
【符号の説明】
【００８２】
１ 燃焼筒
２ ガス供給筒
３ 筒状ガスノズル
１２ 補助空気供給部
Ａ 燃焼用空気
Ｅ 燃焼ガス
Ｇ 燃料ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が開口された燃焼筒の内部に、先端が閉塞されたガス供給筒が、その先端を前記燃焼筒の先端よりも突出させた状態で設けられ、
前記燃焼筒と前記ガス供給筒との間を通して燃焼用空気が前記ガス供給筒の軸心方向に吐出されるように構成され、
前記ガス供給筒の先端側の周壁に、そのガス供給筒内を流れる燃料ガスを噴出する複数の筒状ガスノズルが、前記周壁から突出する状態で、周方向に分散させて設けられ、
前記ガス供給筒の前方空間、及び、前記ガス供給筒の先端側の周部空間を通して、前記筒状ガスノズルから噴出された燃料ガスが燃焼した燃焼ガスを循環させながら、前記筒状ガスノズルから噴出された燃料ガスを燃焼させるように構成された燃焼装置であって、
前記ガス供給筒の先端箇所に、前記複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに燃焼用空気を供給する補助空気供給部が、前記燃焼筒と前記ガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の量よりも少ない量の燃焼用空気を供給する状態で設けられている燃焼装置。
【請求項２】
前記筒状ガスノズルからのガス噴出方向が、前記ガス供給筒の軸心に直交する方向に対して前記ガス供給筒の軸心方向前方に向かう方向に傾斜する方向に設定され、
前記補助空気供給部からの空気供給方向が、前記ガス供給筒の軸心に直交する方向に対して、前記ガス噴出方向が傾斜する角度よりも大きい角度にて前記ガス供給筒の軸心方向前方に向かう方向に傾斜する方向に設定されている請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記筒状ガスノズルの先端面が、その筒状ガスノズルのノズル孔を形成するノズル孔形成部分及びそのノズル孔形成部分よりも前記ガス供給筒に近接する側の部分を、前記ガス供給筒の軸心に直交する方向に沿い且つ前記ガス供給筒の軸芯方向前方側を向く前向き面に形成し、且つ、前記ノズル孔形成部分よりも前記ガス供給筒から離間する側の部分を、前記ガス供給筒の軸心方向に沿い且つ前記ガス供給筒の非存在側を向く横向き面に形成した屈曲状面に形成されている請求項２記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記複数の筒状ガスノズルからの燃料ガスの噴出量がその調節範囲における少量側のときは、前記補助空気供給部からの燃焼用空気の供給量が、前記複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対する理論空気量の少なくとも８〜１２％の範囲に設定されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項１】
先端が開口された燃焼筒の内部に、先端が閉塞されたガス供給筒が、その先端を前記燃焼筒の先端よりも突出させた状態で設けられ、
前記燃焼筒と前記ガス供給筒との間を通して燃焼用空気が前記ガス供給筒の軸心方向に吐出されるように構成され、
前記ガス供給筒の先端側の周壁に、そのガス供給筒内を流れる燃料ガスを噴出する複数の筒状ガスノズルが、前記周壁から突出する状態で、周方向に分散させて設けられ、
前記ガス供給筒の前方空間、及び、前記ガス供給筒の先端側の周部空間を通して、前記筒状ガスノズルから噴出された燃料ガスが燃焼した燃焼ガスを循環させながら、前記筒状ガスノズルから噴出された燃料ガスを燃焼させるように構成された燃焼装置であって、
前記ガス供給筒の先端箇所に、前記複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに燃焼用空気を供給する補助空気供給部が、前記燃焼筒と前記ガス供給筒との間を通して吐出される燃焼用空気の量よりも少ない量の燃焼用空気を供給する状態で設けられている燃焼装置。
【請求項２】
前記筒状ガスノズルからのガス噴出方向が、前記ガス供給筒の軸心に直交する方向に対して前記ガス供給筒の軸心方向前方に向かう方向に傾斜する方向に設定され、
前記補助空気供給部からの空気供給方向が、前記ガス供給筒の軸心に直交する方向に対して、前記ガス噴出方向が傾斜する角度よりも大きい角度にて前記ガス供給筒の軸心方向前方に向かう方向に傾斜する方向に設定されている請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記筒状ガスノズルの先端面が、その筒状ガスノズルのノズル孔を形成するノズル孔形成部分及びそのノズル孔形成部分よりも前記ガス供給筒に近接する側の部分を、前記ガス供給筒の軸心に直交する方向に沿い且つ前記ガス供給筒の軸芯方向前方側を向く前向き面に形成し、且つ、前記ノズル孔形成部分よりも前記ガス供給筒から離間する側の部分を、前記ガス供給筒の軸心方向に沿い且つ前記ガス供給筒の非存在側を向く横向き面に形成した屈曲状面に形成されている請求項２記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記複数の筒状ガスノズルからの燃料ガスの噴出量がその調節範囲における少量側のときは、前記補助空気供給部からの燃焼用空気の供給量が、前記複数の筒状ガスノズルから噴出される燃料ガスに対する理論空気量の少なくとも８〜１２％の範囲に設定されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１０５４７８（Ｐ２００６−１０５４７８Ａ）
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９２４４０（Ｐ２００４−２９２４４０）
【出願日】平成１６年１０月５日（２００４．１０．５）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【出願人】（５９３１９６８４９）ボルカノ株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月５日（２００４．１０．５）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【出願人】（５９３１９６８４９）ボルカノ株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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