CN101266041A

CN101266041A - 辐射管烧嘴

Info

Publication number: CN101266041A
Application number: CNA2008100858271A
Authority: CN
Inventors: 池田勇; 坂本佳史; 冈田邦明; 岩田好司
Original assignee: JFE Steel Corp; Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2028-03-14
Also published as: KR20080084597A; TW200840979A; JP5235081B2; TWI387710B; KR100940430B1; CN101266041B; JP2008261617A

Abstract

本发明提供一种辐射管烧嘴，可大幅度减少燃烧废气中的NOx的量，并可抑制燃烧筒的寿命下降。在辐射管烧嘴中，在引导燃烧用空气的辐射管(10)的内部设置有燃料气体供给管(20)，使从该燃料气体供给管前端的直线前进喷出口(21)朝着直线前进方向喷出的燃料气体和燃烧用空气在燃烧筒(30)内混合燃烧，在直线前进喷出口后方的燃料气体供给管的前端部设置有使燃料气体朝着辐射方向喷出的辐射喷出口(22)，在该辐射喷出口的后方附近的燃料气体供给管的外周设置有限制板(23)，并在处于该限制板的后方位置的燃料气体供给管上设置有使燃料气体朝着辐射方向喷出的一次喷出口(25)。

Description

辐射管烧嘴

本发明要求在日本提交的第67850/2007号申请的优先权，该申请的内容作为参照而包含于此。

技术领域

本发明涉及一种辐射管烧嘴(radiant tube burner)，尤其涉及设置有向引导燃烧用空气的辐射管的内部供给燃料气体的燃料气体供给管、在该燃料气体供给管的前端设置有将气体朝着直线前进方向喷出的直线前进喷出口、并在该燃料气体供给管的前端侧设置有使从所述直线前进喷出口喷出的燃料气体与燃烧用空气混合燃烧的燃烧筒的辐射管烧嘴。

本发明的特征在于，在所述辐射管烧嘴中，可以用简单的结构来大幅度减少燃烧废气中的NOx的量，并可抑制因所述燃烧筒的温度上升而导致寿命下降。另外，只要没有特别的限定，所述燃烧废气中的NOx是指含有：燃料气体中的氮成分(N₂)氧化所产生的NOx(燃料NOx)、以及燃料空气中含有的氮(N₂)和氧(O₂)在高温状态下反应而产生的NOx(高温NOx)双方的物质。

背景技术

以往使用各种辐射管烧嘴，近年来，从环境保护这点出发，研究在利用辐射管烧嘴使燃料气体燃烧时使燃烧后的燃烧废气中含有的NOx的量减少的方法。

另外，为了减少燃烧废气中含有的NOx的量，以往，在日本专利特开昭63-116011号公报和日本专利特开平11-201417号公报中公开了一种在辐射管内设置有供给燃烧用空气的燃烧用空气供给管、并在该燃烧用空气供给管的内部设置有供给燃料气体的燃料气体供给管的辐射管烧嘴。

在此，在这种辐射管烧嘴中，在使经由燃烧用空气供给管内供给来的一次燃烧用空气和经由所述燃料气体供给管供给来的燃料气体以燃料气体过剩的状态在燃烧筒内混合并不完全燃烧后，使经由所述燃烧用空气供给管的外侧供给来的二次燃烧用空气混合并完全燃烧。另外，若像这样以两个阶段进行燃烧，则可抑制火焰温度变得过高，可减少燃烧废气中的NOx的量。

但是，在像这样在辐射管内另行设置供给燃烧用空气的燃烧用空气供给管的场合，存在如下问题：辐射管的制造成本高，且很难通过在更多个阶段下进行燃烧来使燃烧废气中的NOx的量进一步减少。

另外，以往，在日本专利特开平6-257737号公报和日本专利特开2000-146118号公报中公开了一种在供给燃料气体的燃料气体供给管的前端侧设置有燃烧筒、使该燃烧筒的前端部锥状地收缩并在该燃烧筒上设置有多个孔的辐射管烧嘴。

另外，在这种辐射管烧嘴中，在使经由辐射管内向燃烧筒内供给的一次燃烧用空气和经由所述燃料气体供给管供给来的燃料气体以燃料气体过剩的状态在该燃烧筒内混合后，将这样混合的气体的一部分朝着所述燃烧筒的锥状收缩的前端部引导并使其燃烧，另一方面，使未向所述锥状收缩的前端部引导的余下的气体经由所述孔而朝着燃烧筒的外周侧引导，并与朝着所述燃烧筒的外周侧引导的二次燃烧用空气混合并燃烧。

但是，像上述辐射管烧嘴那样使燃烧筒的前端部锥状地收缩并在该燃烧筒上设置多个孔的作业麻烦，存在燃烧筒的制造成本高的问题。另外，若如上所述地将未向前端部引导的余下的气体朝着燃烧筒的外周侧引导、使其与二次燃烧用空气混合并燃烧，则燃烧筒的温度会大幅度上升，存在燃烧筒的寿命变短的问题。

发明内容

本发明的课题在于解决以往的辐射管烧嘴存在的如上所述的各种问题。

即，本发明的课题在于用简单的结构来大幅度减少燃烧废气中的NOx的量、并抑制因燃烧筒的温度上升而导致的寿命下降。

为了解决上述技术问题，本发明的辐射管烧嘴在引导燃烧用空气的辐射管的内部设置有供给燃料气体的燃料气体供给管，在该燃料气体供给管的前端设置有使燃料气体朝着直线前进方向喷出的直线前进喷出口，并在该燃料气体供给管的前端侧设置有使从所述直线前进喷出口喷出的燃料气体与燃烧用空气混合燃烧的燃烧筒，在所述直线前进喷出口后方的燃料气体供给管的前端部设置有使燃料气体朝着辐射方向喷出的辐射喷出口，在该辐射喷出口的后方附近的燃料气体供给管的外周设置有限制板，并在处于该限制板的后方位置的燃料气体供给管上设置有使燃料气体朝着辐射方向喷出的一次喷出口。

在此，在所述辐射管烧嘴中，在使燃料气体从设置在燃料气体供给管上的所述一次喷出口朝着辐射方向喷出时，为了使从该一次喷出口喷出的燃料气体在适当燃烧后朝着炉内引导，最好是使从该一次喷出口朝着辐射方向喷出的燃料气体向前方倾斜地喷出。

另外，为了使燃烧废气中的NOx的量减少并防止燃烧筒的温度大幅度上升，最好是使从所述一次喷出口喷出的燃料气体的量处在全部燃料气体的5～30vol％的范围内。

另外，在所述辐射管烧嘴中，为了使从所述辐射喷出口和一次喷出口喷出的燃料气体的燃烧在辐射管的内部均匀地进行，最好是在燃料气体供给管上分别设置多个辐射喷出口和一次喷出口，并使辐射喷出口和一次喷出口在周向上的位置不同。

另外，在本发明的辐射管烧嘴中，由于无需像以往那样将在燃烧筒内混合的燃料气体和燃烧用空气朝着燃烧筒的外周侧引导，因此无需像以往那样使燃烧筒的前端部锥状地收缩或在该燃烧筒上设置多个孔，可将燃烧筒形成为大致一定直径的筒状。

在本发明的辐射管烧嘴中，被引导到辐射管内的燃烧用空气与从设置在所述燃料空气供给管上的一次喷出口喷出的燃料气体混合燃烧，所述燃烧用空气中的氧浓度下降。接着，像这样氧浓度下降了的燃烧用空气越过限制板被引导到燃料气体供给管的前端的外周侧，与从设置在燃料空气供给管上的所述辐射喷出口喷出的燃料气体混合而在燃烧筒的外周侧燃烧，氧浓度进一步下降了的燃烧用空气被朝着燃烧筒的前端侧引导。然后，在被引入到所述燃烧筒内的燃烧用空气较少的状态下，从设置在燃料气体供给管前端的直线前进喷出口向该燃烧筒内引入燃料气体，燃料气体在不完全燃烧的状态下被朝着该燃烧筒的前端引导，该燃料气体在与从燃烧筒的外周侧引来的燃烧用空气混合后燃烧。

这样，在本发明的辐射管烧嘴中，由于使从一次喷出口喷出的燃料气体、从辐射喷出口喷出的燃料气体以及从直线前进喷出口喷出的燃料气体在三个阶段下燃烧，因此与以往的辐射管烧嘴相比，可进一步抑制火焰温度上升，可进一步减少燃烧废气中的NOx的量。另外，还可通过对在燃烧筒的外周侧燃烧的燃料气体的量进行调整来抑制燃烧筒的温度上升，可提高燃烧筒的寿命。

附图说明

图1是表示将本发明一实施形态的辐射管烧嘴安装在加热炉上的状态的概略剖视说明图。

图2是表示在上述实施形态的辐射管烧嘴中利用从限制板伸出的三个扁材所构成的安装部件来保持燃烧筒的状态的概略说明图。

图3是表示在上述实施形态的辐射管烧嘴中、设置在燃料气体供给管上的辐射喷出口和一次喷出口在周向上的位置关系的剖视说明图。

图4是表示在使用了上述实施形态的辐射管烧嘴的实验中、在从一次喷出口喷出的燃料气体的体积比率的变化下燃烧废气中的NOx(高温NOx)的浓度变化和燃烧筒的温度变化的关系的示意图。

(符号说明)

1加热炉

1a壁面

10辐射管

11燃烧用空气供给口

12点火装置

20燃料气体供给管

21直线前进喷出口

22辐射喷出口

23限制板

24鼓出部

25一次喷出口

26安装部件

30燃烧筒

具体实施方式

下面参照附图对本发明实施形态的辐射管烧嘴进行具体说明。另外，本发明的辐射管烧嘴并不局限于下述实施形态所示的情况，可在不改变发明主旨的范围内在适当变更后实施。

如图1所示，在该实施形态的辐射管烧嘴中，在辐射管10的后部侧设置有将燃烧用空气向辐射管10内供给的燃烧用空气供给口11，并在该辐射管10的中心部设置有供给燃料气体的燃料气体供给管20。

另外，在所述燃料气体供给管20的前端设置有使燃料气体朝着直线前进方向喷出的直线前进喷出口21，并在该直线前进喷出口21后方的燃料气体供给管20的前端部设置有多个使燃料气体朝着辐射方向喷出的辐射喷出口22。另外，也可以使从所述辐射喷出口22朝着辐射方向喷出的燃料气体相对于辐射方向在前后方向上倾斜适当角度地喷出。

另外，在所述辐射喷出口22后方附近的燃料气体供给管20的外周设置有限制燃烧用空气直接引入到辐射喷出口22内的限制板23，且火花塞或引燃喷嘴等点火装置12以从该限制板23向前方突出、从而位于所述辐射喷出口22附近的形态进行设置。另外，也可以在所述限制板23上设置孔(未图示)来引导少量的燃烧用空气。

另外，在位于所述限制板23的后方位置的燃料气体供给管20上设置有直径稍大的鼓出部24，在该鼓出部24上设置有多个使燃料气体在辐射方向上朝着前方倾斜地喷出的一次喷出口25。其结果是，可使燃料气体沿着一次喷出口25适当喷出。

另外，在该实施形态中，如上所述，为了使从一次喷出口25喷出的燃料气体适当地朝着前方输送而使一次喷出口25在辐射方向上朝着前方倾斜，但并不一定要使燃料气体朝着前方倾斜地喷出，也可使燃烧气体朝着后方倾斜地喷出。另外，也可以不设置如上所述的鼓出部24，而是在燃料气体供给管20上直接设置一次喷出口25。

另外，在该实施形态的辐射管烧嘴中，如图1和图2所示，利用从所述限制板23向前端侧伸出的多个安装部件26来将引入有从所述直线前进喷出口21喷出的燃料气体的圆筒状的燃烧筒30保持在所述燃料气体供给管20的前端侧，从而在限制板23与该燃烧筒30之间设置足够的空间部。另外，在该实施形态中利用从限制板23伸出的三个扁材所构成的安装部件26来保持燃烧筒30，但保持燃烧筒30的安装部件26的数量和种类并没有特别的限制，也可以采用其它形态。

另外，在该实施形态中，作为所述燃烧筒30，使用的是大致一定直径的圆筒状的部件。

另外，使像上面那样构成的辐射管烧嘴突出到加热炉1内，将该辐射管烧嘴安装在加热炉1的壁面1a上。

在此，在所述辐射管烧嘴中，在使燃料气体与燃烧用空气混合燃烧时，使燃烧用空气经由所述燃烧用空气供给口11引入到辐射管10内，并使经由所述燃料气体供给管20引来的燃料气体从所述一次喷出口25、辐射喷出口22和直线前进喷出口21向辐射管10内喷出，从而使该燃料气体与所述燃烧用空气混合。接着，利用设置在辐射喷出口22附近的所述点火装置12点火来进行燃烧。

在此，在刚开始使所述燃料气体与燃烧用空气混合燃烧时，所述辐射管10内的温度低，但在如上所述地进行燃烧、从而辐射管10内的温度上升时，燃烧在从所述一次喷出口25喷出的燃料气体与燃烧用空气混合的位置上进行，所述燃烧用空气的氧浓度下降。

接着，像这样氧浓度下降的燃烧用空气越过所述限制板23而被朝着燃料气体供给管20前端的外周侧引导，并与从设置在该燃料气体供给管20的前端部上的所述辐射喷出口22喷出的燃料气体混合，在燃烧筒30的外周侧燃烧，氧浓度进一步下降的燃烧用空气被朝着燃烧筒30的前端侧引导。

另一方面，在所述燃烧筒30中，燃烧用空气被所述限制板23抑制，从而被引入到该燃烧筒30内的燃烧用空气变少。接着，在这种燃烧用空气较少的状态下，燃料气体从设置在燃料气体供给管20前端的直线前进喷出口21引入到所述燃烧筒30内，燃料气体在不完全燃烧的状态下被朝着燃烧筒30的前端引导，处于该不完全燃烧状态的燃料气体与从燃烧筒30的外周侧引来的所述燃烧用空气混合燃烧。

另外，像这样使燃料气体在三个阶段内燃烧的结果是，可抑制火焰温度变高，并可减少燃烧废气中的NOx的量。

在此，在上述实施形态的辐射管烧嘴中，设置在燃料气体供给管20上的辐射喷出口22和一次喷出口25的数量及其周向位置并没有特别的限定。例如在燃料气体供给管20上分别设置有三个辐射喷出口22和一次喷出口25的场合，如图3所示，最好是使辐射喷出口22和一次喷出口25在燃料气体供给管20的周向上的位置不同。即，若像这样使辐射喷出口22和一次喷出口25在燃料气体供给管20的周向上的位置不同，则从一次喷出口25喷出的燃料气体进行燃烧的周向位置与从辐射喷出口22喷出的燃料气体进行燃烧的周向位置不同，燃烧在周向的大范围内进行，从而辐射管10内部的周向上的温度差变小。其结果是，可防止因辐射管10内的一部分的温度大幅度上升而导致NOx的产生量增加和燃烧筒30老化。

另外，在如上所述地使燃料气体从设置在燃料气体供给管20上的一次喷出口25、辐射喷出口22和直线前进喷出口21喷出时，若从一次喷出口25和辐射喷出口22喷出的燃料气体的比例变得过大，则燃烧筒30的温度会变得过高，燃烧筒30容易老化。另一方面，若从一次喷出口25和辐射喷出口22喷出的燃料气体少、使大量燃料气体从直线前进喷出口21喷出而在燃烧筒30的前端进行燃烧，则该燃烧的火焰温度会变得极高，容易产生NOx。

因此，最好是在将从所述一次喷出口25喷出的燃料气体相对于全部燃料气体的体积比调整为5～30vol％的范围、并将从辐射喷出口22喷出的燃料气体相对于全部燃料气体的体积比调整为5～30vol％的范围后，使其余燃料气体从所述直线前进喷出口21喷出。

在此，在所述辐射管烧嘴中，在使用氢含有50Vol％且甲烷含有20Vol％的模拟COG(焦炉气体)作为燃料气体、燃烧容量为137000kcal/h、炉内温度为大致940℃、空气比为1.15的条件下，进行了使从所述辐射喷出口22喷出的燃料气体的体积比成为17.5vol％、并在改变从所述一次喷出口25和直线前进喷出口21喷出的燃料气体的体积比的情况下燃烧的实验。另外，由于所述模拟COG中不含氮，因此所述燃料NOx的产生量为0vol％。因此，在该实验中产生的NOx的量是燃烧产生的高温NOx的量。

另外，对在从所述一次喷出口25喷出的燃料气体的体积比的变化下燃烧废气中的NOx的浓度变化和燃烧筒的温度变化进行了调查，结果如图4所示。图4中用实线来表示NOx的浓度变化，并用虚线来表示燃烧筒的温度变化。对于燃烧废气中的NOx的浓度，以将氧浓度换算成11vol％后的值表示。

其结果是，随着从一次喷出口25喷出的燃料气体的体积比增大，燃烧废气中的NOx的浓度减小，而燃烧筒的温度上升。另外，在使从一次喷出口25喷出的燃料气体的体积比成为5～30vol％的范围时，NOx的浓度减小，且燃烧筒的温度上升不会引起什么问题，特别地，最好是使从一次喷出口25喷出的燃料气体的体积比成为8～18vol％的范围。

另外，在使用氢含有50Vol％且甲烷含有20Vol％的所述模拟COG(焦炉气体)作为燃料气体时，在以往的辐射管烧嘴中，NOx的浓度通常为120～150volppm，与此相对，在本发明的辐射管烧嘴中，起到了可使NOx的浓度降低至大致52volppm的显著效果。

另外，对于燃料NOx，在《燃烧装置的技术》(“燃烧装置の技術”：日刊工業新聞社发行，日本バ一ナ一研究会编著，P211～213)中记载了两个阶段的燃烧可有效地抑制燃料NOx这样的内容，由此可知，本发明的辐射管烧嘴也可有效地抑制燃料NOx。

Claims

1.一种辐射管烧嘴，在引导燃烧用空气的辐射管的内部设置有供给燃料气体的燃料气体供给管，在该燃料气体供给管的前端设置有使燃料气体朝着直线前进方向喷出的直线前进喷出口，并在所述燃料气体供给管的前端侧设置有使从所述直线前进喷出口喷出的燃料气体与燃烧用空气混合燃烧的燃烧筒，其特征在于，在所述直线前进喷出口后方的燃料气体供给管的前端部设置有使燃料气体朝着辐射方向喷出的辐射喷出口，在该辐射喷出口的后方附近的燃料气体供给管的外周设置有限制板，并在处于该限制板的后方位置的燃料气体供给管上设置有使燃料气体朝着辐射方向喷出的一次喷出口。

2.如权利要求1所述的辐射管烧嘴，其特征在于，使从设置在所述燃料气体供给管上的一次喷出口朝着辐射方向喷出的燃料气体向前方倾斜地喷出。

3.如权利要求1或2所述的辐射管烧嘴，其特征在于，从所述一次喷出口喷出的燃料气体的量处在全部燃料气体的5～30vol％的范围内。

4.如权利要求1至3中任一项所述的辐射管烧嘴，其特征在于，在所述燃料气体供给管上分别设置有多个辐射喷出口和一次喷出口，辐射喷出口和一次喷出口在周向上的位置不同。

5.如权利要求1至4中任一项所述的辐射管烧嘴，其特征在于，所述燃烧筒大致呈直径一定的筒状。