JP2000249312A - フラット火炎バーナー - Google Patents

フラット火炎バーナー

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JP2000249312A
JP2000249312A JP2000046033A JP2000046033A JP2000249312A JP 2000249312 A JP2000249312 A JP 2000249312A JP 2000046033 A JP2000046033 A JP 2000046033A JP 2000046033 A JP2000046033 A JP 2000046033A JP 2000249312 A JP2000249312 A JP 2000249312A
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combustion
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Patrick Giraud
ジロー パトリック
Jean-Claude Montgermont
モンジェルモン ジャン―クロード
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Stein Heurtey SA
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2202/00—Fluegas recirculation
    • F23C2202/40—Inducing local whirls around flame

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応ゾーンの温度を下げ、酸素分圧を下げる
ことを目的とする火炎希釈の原理を用いて、フラット火
炎バーナーによって生じるＮＯX量を減じることにあ
る。 【解決手段】 本発明のフラット火炎バーナーは、バー
ナー本体の軸に沿って設けられた少なくとも１本の燃料
噴射管および燃焼空気供給管を有し、燃料（２１）が１
乃至複数の前記噴射管（１８，１９）により、燃焼トン
ネル（９）の外面（Ｐ）の近傍に設けられた１乃至複数
の軸上オリフィスを通って、これらの燃焼生成ガス（２
２）中で第１の燃料希釈が行なわれるように燃焼生成ガ
ス中へと導かれ、得られた燃料／燃焼生成ガスとの混合
ガス（２３）がさらに燃焼空気（２４）によって希釈さ
れることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特には、鉄鋼製品
中のNOX生成物を減少させるための予備加熱、保温ある
いは熱処理炉用のフラット火炎バーナーの改良に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】本発明の課題が適用される技術分野を正
しく理解するために、先ず、添付の図１乃至図４を参照
して説明する。図１は、鉄や鋼製品を頂部および底部加
熱により再加熱するための炉の例を示している。符号１
で示された再加熱されるべき製品は、移動梁２および３
を有するシステムによって、炉内で支持され搬送され
る。移動梁は、この技術分野では周知の運搬フレーム４
と昇降フレーム５との共役動作の力による矩形サイクル
運動によって移動する。炉には、長火炎バーナー７とフ
ラット火炎バーナー８が配置された熱隔離室６が設けら
れ、後者のバーナーが炉の屋根に取り付けられている。
本発明は、このフラット火炎バーナー８の改良に関す
る。
【０００３】図２および図３は、従来技術による２例の
ルーフバーナーを示している。図２において、符号９
は、バーナーの火炎口をなす燃焼トンネルを概略的に示
したものであり、その形状は、コアンダ効果（Coanda
effect）によって、空気流とバーナーの火炎流が燃焼ト
ンネルの輪郭および炉壁のＰ面に沿って広がるように、
ほぼ四分円形状をなしている。
【０００４】バーナーには、燃焼空気が供給管１０を介
して、予熱して又は予熱せずして供給される。供給され
た空気は、空気分配器に設けられたオリフィス１１を経
てバーナー本体中に分配される。これらのオリフィス
は、この空気が燃料噴射管１２の周囲を渦巻き状に流れ
るように、燃焼空気に渦流を生じさせる。
【０００５】燃料注入管１２は、燃料を燃焼空気との混
合ゾーンに導き、燃焼空気との良好な混合が得られるよ
うにバーナーの軸に沿って設けられている。燃料は、図
２の矢印１５によって描かれた流れが得られるように、
１乃至複数のオリフィス１４を通って導入される。
【０００６】管１２の射出端にはディスク１３が設けら
れ、ディスク１３の機能は、バーナーヘッドにおいて、
フラット火炎の形成を促進し、燃焼ガスに対して吸引渦
流を生じるように燃焼トンネル９の内壁に向かって、燃
焼空気を押さえ付けるように作用する。この渦流は、図
２の矢印１６によって描かれている。このため、炉室内
の燃焼ガスは、バーナーからの空気／ガス混合流の高速
循環で生じた渦流１６の誘導によってバーナーヘッドで
再循環される。この空気／ガス混合拡散流によって生じ
た火炎は、符号１７で示すように、燃焼トンネル９の輪
郭および炉の屋根面Ｐに沿って流れる。
【０００７】従来技術によれば（図３）、ルーフバーナ
ーは一対の燃料噴射管１８，１９を備え、これらはそれ
ぞれ射出オリフィス２０，１４を有している。さらに、
この公知のバーナータイプは、図２の課題を有するバー
ナーに類似しており、この一対の噴射管は２種類の燃料
の使用を可能としている。オリフィス２０からは１種類
の燃料を噴射することができる。例えば、バーナー着火
相を通じて、特に炉室の温度が７５０℃以下（混合ガス
が自然着火しないような温度）のとき、低い燃料速度で
好ましい着火火炎を与える。
【０００８】つい最近まで、図２，３で説明した従来技
術のフラット火炎バーナーは、火炎形状および熱流束分
布制御の見地から、技術的に満足のいくものであった。
従来技術は、適切な形状の強火炎を得るという目的に対
して燃焼臨界にもとづき全く適正化されていた。この観
点においては、汚染源、特にＮＯXの放出は二次的なも
のとして見なされていた。
【０００９】地方や、ヨーロッパおよび全世界的規制に
より、それらのプラントからＮＯX放出量を減らすこと
が強いられてきた。この規制を受け入れて、バーナー設
計に関する研究、特に、長火炎バーナーよりもより多く
のＮＯX量を発生するフラット火炎バーナーに対して、
それらの排出を制限するために広範な研究と数多くの改
善が課題として採りあげられてきた。
【００１０】火炎中のＮＯXガスの生成は、反応ゾーン
での火炎の温度と酸素分圧に依存することが知られてい
る。特に、ＮＯXの生成量は、火炎温度が１２００℃を
超えると顕著に増大する。それゆえ、ＮＯX生成ガスの
減少に関する全ての研究は、バーナーの火炎温度を下
げ、反応ゾーンの容積が増すように、特に、炉室内に含
まれている、バーナーヘッドで循環する燃焼生成ガスで
希釈することによって行なわれていた。
【００１１】図４は、生成するＮＯX量を減ずるように
設計された従来技術によるバーナーを示している。この
タイプのバーナーでは、燃料は、バーナーの燃焼トンネ
ルの最端で、燃焼生成ガスの渦流１６中へと正しく噴射
される。バーナーは、この軸に沿って設けられた燃料噴
射管を有し、幾つかの放射噴射口１４を通って燃焼トン
ネル中に燃料を噴射する。この手段によって、燃料は、
放射噴射口１４を通って、燃焼空気が炉内雰囲気中のガ
スで希釈されるゾーンである燃焼トンネルで燃焼空気レ
ベル中へと、高速で放射状に噴射される。さらに、数少
ない放射噴射口を介してのこのような高速燃料噴射は、
火炎を幾つかの“小火炎”に分割する。この小火炎は強
いものではなく、その全容積は単一の火炎よりも減少し
ている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術に鑑み、
本発明の目的は、反応ゾーンの温度を下げ、酸素分圧を
下げることを目的とする火炎希釈の原理を用いて、フラ
ット火炎バーナーによって生じるＮＯX量を減じること
にある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この技術的課題は、バー
ナー本体の軸に沿って設けられた少なくとも１本の燃料
噴射管および燃焼空気供給管を有するフラット火炎バー
ナーによって解決されるのであり、このバーナーは、燃
料が１乃至複数の前記噴射管により、燃焼トンネルの外
面近くの面に沿って設けられた１乃至複数の軸上オリフ
ィスを通って、これらの燃焼生成ガス中で第１の燃料希
釈が行なわれるように燃焼生成ガス中へと導かれ、得ら
れた燃料／燃焼生成ガスとの混合ガスがさらに燃焼空気
によって希釈されることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の他の特徴と利点は、１態
様例を示す添付図５を参照しての以下の説明から明らか
となるであろうが、本発明はこれらになんら限定される
ものではない。図５は、本発明によって改良されたバー
ナーを示す概略縦断面図である。
【００１５】上記により理解されたように、本発明の課
題となっているバーナーは、その反応ゾーンにおいて火
炎の温度を下げ、かつ酸素分圧を下げるために火炎希釈
の原理を用いている。この火炎希釈は、炉室内に存在す
る燃焼生成ガスにより達成される。本発明の新規性は、
燃料が２段希釈、すなわち、炉の燃焼生成ガスと燃料と
の第１の希釈、次いで、このようして得られた燃料／燃
焼生成ガスとの混合ガスと、燃焼空気との第２の希釈が
行なわれるように２段階で導かれるという事実にある。
【００１６】図５によって説明された発明の態様は、２
系統の燃料供給系を含んでいるが、本発明はこの例に限
定されるものではなく、この発明による改善は、単一の
燃料供給系を有するバーナーに対しても採用することが
できる。図５に示す態様のバーナーは、燃焼トンネル
９、空気供給管１０、および２本の燃料噴射管１８，１
９の系を有し、空気はできれば予熱されたものとし、オ
リフィス１１を経てバーナー本体中に供給され、バーナ
ーの軸に沿って噴射される。
【００１７】本発明によれば、燃料は、１８，１９のよ
うな噴射管に設けられた１乃至複数の軸上オリフィスを
経て供給され、これによって燃料の低運動量での供給を
可能ならしめている。燃料噴射管すなわち管１８，１９
は，高温に耐える材料、特にはクロム鋼、ニッケル鋼あ
るいはセラミックスのような耐火性の材料で造られてい
る。
【００１８】本発明では火炎発達面の直近に位置する管
１９の１乃至複数の噴射オリフィス２５を通しての燃料
の軸導入（矢印２１）が、炉雰囲気からの燃焼生成ガス
（矢印２２）中でなされ、これによって第１の希釈が達
成される。この希釈は、バーナーヘッドでの燃料と再循
環燃焼ガスとの予備混合を可能とするオリフィス２５の
位置取りによつて促進される。軸上燃料噴射オリフィス
すなわちオリフィス２５は、燃焼ガスとの混合を達成す
るために，燃料の運動量を制限するように大径となって
いる。この低運動量は、燃焼空気によってバーナーヘッ
ドに導かれた燃焼生成ガスを再循環させる渦流を「カッ
ト」して、再循環を乱すような高運動量の放射状噴射と
は異なり、このような渦流を乱すものではない。
【００１９】このようにして得られた燃料／燃焼生成ガ
スとの混合ガスは、図５の矢印２３で描かれているよう
に、バーナーヘッドに存在する渦流によって引き込ま
れ、燃焼空気（矢印２４）により希釈される。この燃焼
空気は、バーナーヘッドにて再循環燃焼生成ガス（矢印
２２）の一部で希釈される。
【００２０】かくして、本発明の課題をなしているバー
ナーは、２段階希釈（燃料と燃焼生成ガスとの希釈、お
よび燃焼空気と燃焼生成ガスとの希釈）を達成し、最後
に２つの希釈された予備混合ガスの混合を可能ならしめ
ている。この「燃焼空気＋燃料＋燃焼生成ガス」混合ガ
スの最適化により、汚染源、特にＮＯXの放出を減じる
穏やかなフラット火炎の形成が可能となり、従来技術に
もとづく同じタイプのバーナーに関しても上記２つの比
率によってこの低減を可能としている。
【００２１】図５で説明したように、本発明によるバー
ナーは、バーナーヘッドでの燃料あるいは燃料間、燃焼
空気および再循環燃焼ガスの混合を制御するように、燃
焼トンネル９内の異なるレベルで燃料が噴射される２つ
の燃料供給系を有している。２本の燃料噴射管は、火炎
の形状、予備混合の程度および汚染源の放出を制御する
ように、別々にあるいは同時に使用される。燃料流は２
本の噴射管の間で分離されている。
【００２２】一方の噴射管は、バーナーをスタートさせ
るとき、例えば、炉の温度が７００℃以下のとき、好ま
しい火炎着火を得るために使用され、他方の噴射管は、
生じた汚染源の量を減らすために安定した状態で使用さ
れる。もちろん、本発明は上記態様および／または上記
説明になんら限定されるものではなく、これらにもとづ
く様々な態様が可能である。
【００２３】
【発明の効果】このように本発明は、フラット火炎バー
ナーによって生じたＮＯX量を減らすという課題の解決
を可能としており、燃焼空気、燃料および炉の燃焼生成
ガスの混合が行なわれる大容積内で、より低温火炎の形
成を可能とし、反応ゾーンの酸素分圧を低下させ、燃料
の燃焼を確実なものとしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 鉄鋼製品を再加熱する従来の炉の長軸に沿う
概略断面図である。
【図２】 図１の炉に搭載される従来のルーフバーナー
の例を示す概略縦断面図である。
【図３】 図１の課題を有する炉に使用可能な従来のル
ーフバーナーの他の例を示す概略縦断面図である。
【図４】 、バーナーによって生成するNOX量を減少さ
せる従来技術によるフラット火炎バーナーを示す概略縦
断面図である。
【図５】 本発明によって改良されたバーナーを示す概
略縦断面図である。
【符号の説明】
１…製品 ２，3…移動梁 ４…運搬フレーム ５…昇降フレーム ６…熱隔離室 ７…長火炎バーナー ８…フラット火炎バーナー ９…燃焼トンネル 10…供給管 11,14,20,25…オリフィス 12…燃料噴射管 13…ディスク 15,16,17…矢印 18,19…噴射管 21,22,23,24…矢印

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 鉄鋼製品の再加熱、保温あるいは熱処理
    炉に装着するための、少なくとも１本の燃料噴射管およ
    び燃焼空気供給管を有し、空気がバーナー本体の内部お
    よび該本体に沿って分散されるフラット火炎バーナーで
    あって、燃料（２１）が１乃至複数の前記噴射管（１
    ８，１９）により、燃焼トンネル（９）の外面（Ｐ）の
    近傍に設けられた１乃至複数の軸上オリフィスを通っ
    て、これらの燃焼生成ガス（２２）中で第１の燃料希釈
    が行なわれるように燃焼生成ガス中へと導かれ、得られ
    た燃料／燃焼生成ガスとの混合ガス（２３）がさらに燃
    焼空気（２４）によって希釈されることを特徴とするフ
    ラット火炎バーナー。
  2. 【請求項２】 １乃至複数の軸上オリフィスを備えた少
    なくとも１本の燃料噴射管を有し、これらの軸上オリフ
    ィスが、燃料がバーナーヘッドで再循環燃焼生成ガスと
    予備混合するように、火炎生成面の直近に設けられてい
    る請求項１に記載のフラット火炎バーナー。
  3. 【請求項３】 燃料が軸に沿って低運動量で導入される
    １乃至複数の噴射管（１８，１９）を有している請求項
    １または２に記載のフラット火炎バーナー。
  4. 【請求項４】 軸上燃料噴射オリフィス（２５）が、燃
    料の運動量を制限するように大径とされる請求項３に記
    載のフラット火炎バーナー。
  5. 【請求項５】 １乃至複数の噴射管（１８，１９）が、
    高温に耐える材料、特にはクロム鋼、ニッケル鋼あるい
    はセラミックスのような耐火性の材料で造られている請
    求項１乃至４のいずれかに記載のフラット火炎バーナ
    ー。
  6. 【請求項６】 ２本の燃料噴射管を有し、これらの燃料
    噴射管が、バーナーヘッドでの燃料あるいは燃料間、燃
    焼空気および再循環燃焼ガスの混合を制御するように、
    燃焼トンネル（９）内の異なるレベルで取り付けられて
    いる請求項１乃至５のいずれかに記載のフラット火炎バ
    ーナー。
  7. 【請求項７】 前記燃料噴射管が、２本の噴射管の間で
    分離された燃料流により、火炎の形状、予備混合の程度
    および汚染源の放出を制御するように、別々にあるいは
    同時に使用される請求項６に記載のフラット火炎バーナ
    ー。
  8. 【請求項８】 前記一方の噴射管は火炎着火のために使
    用され、他方の噴射管が生じた汚染源の量を減らすため
    に使用される請求項６に記載のフラット火炎バーナー。
JP2000046033A 1999-02-25 2000-02-23 フラット火炎バーナー Pending JP2000249312A (ja)

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