JP2001235106A - ラジアントチューブ用バーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低空気比燃焼が可能でNOx生成量が少なく、
高温加熱の可能なラジアントチューブ用バーナを提供す
ること。 【解決手段】 ラジアントチューブ1のチューブ軸心に
内部に旋回を付与する旋回羽根5を備え、かつ先端を絞
ったバーナの燃料供給管4を配置する。そして、燃料供
給管4の燃料噴出口6近傍にパイロットバーナ7の燃料噴
出口を位置させ、バーナの外周に燃焼用空気通路を形成
する。これによって、旋回を付与した燃料を高速で噴出
でき、そのエジェクター効果によってパイロットバーナ
の燃焼ガスを燃料中に巻込むと共に、その旋回力によっ
て周囲の燃焼用空気を順次巻込み、均一に燃焼するた
め、低空気比燃焼と高温加熱が可能となり、NOxと黒煙
の生成を同時に抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、雰囲気熱処理炉等
で使用される従来のラジアントチューブ用バーナより
も、低空気比燃焼が可能でNOx生成量が少なく、高温加
熱の可能なラジアントチューブ用バーナに関する。

【0002】

【従来の技術】ラジアントチューブとしては、一般的に
口径90〜200mmの耐熱金属パイプが使用されている。ラ
ジアントチューブ用バーナは、ラジアントチューブに挿
入・接続するため、細長く形成されている。ラジアント
チューブ用バーナは、円筒状のラジアントチューブ内の
狭い燃焼空間で、かつ短時間で燃焼させるため、NOxあ
るいは黒煙(スモーク)が発生し易い。従来、低NOx化を
図る燃焼技術としては、二段燃焼法、排ガス循環法が知
られている。

【0003】二段燃焼法としては、例えば、中心にパイロッ
トバーナ、その外周にコンスタントエアノズル、その外
周に1次エアノズル、さらにその外周にガスノズル、最
外周に複数本に分割した2次エアノズルをそれぞれチュ
ーブ内に前記順序で配置したラジアントチューブ用低NO
xガスバーナ(特公昭62-31248号公報)、円筒体の開口端
を閉塞するごとく取付けた円盤状のバーナヘッドの中央
部に小円筒状の2次エアノズルを設け、さらに該バーナ
ヘッドに複数の同径の貫通孔を2次エアノズルと同心円
をなす同一円周上に等間隔に配置するとともに、この貫
通孔内にそれぞれガスランス開口端を貫通孔と同心円状
に挿通することにより、ガスランス開口端と貫通孔との
間に円環状の隙間をなす1次エアノズルを形成したラジ
アントチューブ用バーナ(特公平3-35570号公報)が提案
されている。

【0004】また、排ガス循環法としては、例えば、外筒と
内筒の2重管からなる熱交換器を用いて、ラジアントチ
ューブの燃焼用空気を予熱する際に、外筒に燃焼用空気
を導入し、外筒壁面を通じてラジアントチューブ内燃焼
排ガスと熱交換させたのち、熱交換器外筒の炉内側先端
に設けたエジェクターから内筒へラジアントチューブ内
の排ガスを導入し、燃焼用空気と排ガスの混合気体を燃
焼着火バーナに送る燃焼用空気予熱方法(特開平7-30583
3号公報)が提案されている。

【0005】さらに、低負荷燃焼時の燃料および空気流速の
低下による火炎の浮力が支配的となるのを防止する方法
としては、ラジアントチューブのチューブ軸心の上側に
偏位された空気軸心に沿って燃焼空気が噴出されると同
時に、該チューブ軸心の下側に偏位された空気軸心に沿
って燃料が噴出されるようにした燃焼方法(特開昭61-26
4126号公報)が提案されている。

【0006】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ラジア
ントチューブ用バーナは、燃焼空間が限られているた
め、二段燃焼法を採用しても、還元燃焼域を大きく取る
ことができず、十分な低NOx化を図ることが困難であ
る。また、二段燃焼法では、特公平3-35570号公報に開
示されているように、構造が複雑となり、補修費、管理
費が高価となる欠点を有している。

【0007】一方、排ガス循環法は、排ガス循環量が多くな
るほどNOx低減効果が大きくなるが、余り多くすると燃
焼が不安定になるので、燃焼用空気量に対して20〜30%
が限界とされている[火原協会講座ボイラー/(社)火力
原子力発電協会]。

【0008】また、ラジアントチューブ用バーナは、空気比
を低くするほどNOx生成量は少なくなるが、ラジアント
チューブ内の狭い燃焼空間で燃焼を完結させるために
は、あまり低い空気比に設定することができない。

【0009】さらに、雰囲気熱処理炉において処理温度を高
くするには、ラジアントチューブの加熱能を増大させる
べく、バーナの燃焼量を上昇させる必要がある。しか
し、バーナの燃焼量上昇は、ラジアントチューブの燃焼
負荷が極端に高くなるため、空気比を低く保持すること
ができず、高空気比燃焼となり、NOxが増大するばかり
でなく、ラジアントチューブ内の燃焼ガス温度を十分に
高くできず、炉温1050℃の条件を満たすことが困難であ
る。

【0010】本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消
し、低空気比燃焼が可能でNOx生成量が少なく、高温加
熱の可能なラジアントチューブ用バーナを提供すること
にある。

【0011】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ラジアン
トチューブ用バーナの中心軸より燃料を噴出するに際
し、燃料に旋回を付与すると、燃焼火炎の安定性が向上
し、燃焼排ガス循環量を燃焼用空気量に対して40%と多
くでき、NOxと黒煙が同時に低下することを見い出し
た。さらに、火炎が吹飛ばされず安定燃焼する燃料噴出
限界速度は、燃料に旋回を付与した場合、旋回を付与し
ない場合の約2倍程度まで大きくでき、ターンダウン性
能が大幅に向上することを究明した。

【0012】すなわち、本発明のラジアントチューブ用バー
ナは、内部に旋回を付与する旋回羽根を備え、かつ先端
を絞ったバーナの燃料供給管をラジアントチューブのチ
ューブ軸心に配設し、燃料供給管の燃料噴出孔近傍にパ
イロットバーナの燃料噴出孔を位置させ、バーナの外周
に燃焼用空気通路を形成したことを特徴とする。

【0013】このように、内部に旋回を付与する旋回羽根を
備え、かつ先端を絞ったバーナの燃料供給管をラジアン
トチューブのチューブ軸心に配設することによって、バ
ーナ先端より旋回を付与した燃料を高速で噴出すること
ができ、火炎が吹飛ばされず安定燃焼する燃料噴出限界
速度が旋回流を付与しない場合の約2倍程度まで大きく
なり、ターンダウン性能が大幅に向上すると共に、燃焼
火炎の安定性が向上し、排ガス循環量を燃焼用空気量に
対して40%としても、燃焼火炎の安定性が良好である。
また、燃料供給管の燃料噴出孔近傍にパイロットバーナ
の燃料噴出孔を位置させたことによって、高速で噴出す
る燃料のエジェクター効果によって、パイロットバーナ
の燃焼ガスが燃料中に巻き込まれ、その旋回力によって
周囲の燃焼用空気を順次巻き込み、均一に燃焼するた
め、NOxと黒煙の発生を同時に抑制することができる。

【0014】

【発明の実施の形態】本発明のラジアントチューブ用の
バーナは、バーナの中心に燃料供給管が位置し、燃料供
給管の内部には旋回羽根を組み込み、燃料に旋回を付与
すると共に、燃料供給管の炉内側先端を絞って燃料噴出
口を形成し、旋回を付与された燃料が高速で噴出するよ
う構成している。

【0015】燃料供給管の炉内側先端には、パイロットバー
ナの取付フードを設け、パイロットバーナの先端が燃料
噴出口近傍に位置するよう取付ける。燃料供給管の炉外
側には、燃料供給配管が接続される。ラジアントチュー
ブ用バーナ本体には、燃焼用空気供給管を接続する。

【0016】ラジアントチューブの燃焼排ガス出口側には、
向流型熱交換器を設置する。向流型熱交換器は、燃焼排
ガスが流出する内管と燃焼用空気が通過する外管の二重
管構造とし、燃焼排ガス出口側から常温の空気を供給
し、内管壁面を通じて燃焼排ガスと熱交換させる。バー
ナ本体と向流型熱交換器は、絞り部と旋回羽根を有する
つなぎ管を介して連結する。つなぎ管の絞り部内部に
は、前記内管と連通する燃焼排ガス供給管の先端を位置
させる。

【0017】予熱された燃焼用空気は、つなぎ管を通過する
際、旋回羽根により旋回を付与され、絞り部により噴出
速度が増大し、そのエジェクター効果によって燃焼排ガ
ス供給管を介して前記内管内の燃焼排ガスが吸引され、
燃焼用空気中に混合されてバーナ本体に供給される。燃
焼用空気中に混合する燃焼排ガス循環率は、燃料に旋回
羽根により旋回を付与することによって、火炎の安定性
が向上し、40%としても火炎の安定性が良好であるた
め、燃料の急激な燃焼によるNOxの生成を大幅に抑制す
ることができる。

【0018】また、燃料供給管の炉内側先端には、パイロッ
トバーナの取付フードを設け、パイロットバーナの先端
が燃料噴出口近傍に位置するよう取付けたことによっ
て、燃料噴出口から旋回を付与されて高速で噴出する燃
料のエジェクター効果によりパイロットバーナの燃焼ガ
スが燃料中に巻込まれると共に、その旋回力によって周
囲の燃焼用空気を順次巻込み、均一に燃焼するため、低
空気比燃焼においても黒煙の発生を大幅に抑制すること
ができると共に、高温加熱が可能となる。

【0019】

【実施例】実施例1 以下に本発明のラジアントチューブ用バーナの詳細を実
施の一例を示す図1、図2に基づいて説明する。図1は本
発明に係るラジアントチューブ用バーナの詳細断面図、
図2は本発明に係るラジアントチューブ用バーナを設け
たラジアントチューブの燃焼用空気供給系の詳細断面を
示す全体説明図である。

【0020】図1、図2において、1はラジアントチューブ、2
は雰囲気熱処理炉等の炉壁、3はラジアントチューブ1の
一端に取り付けたバーナ本体である。バーナ本体3は、
ラジアントチューブ1の中心に燃料供給管4が位置し、燃
料供給管4の内部に燃料に旋回を付与する旋回羽根5が設
置され、燃料に旋回を付与するよう構成している。ま
た、燃料供給管4の炉内側先端部には、燃料ガスが高速
で噴出するよう絞った燃料噴出口6を設け、旋回を付与
された燃料が高速で噴出する。

【0021】燃料供給管4の炉内側先端外周には、パイロッ
トバーナ7の取付フード8を設け、燃料供給管4の燃料噴
出口6近傍にパイロットバーナ7の先端部が位置するよう
取付固定する。燃料供給管4の炉外側後端部には、燃料
供給配管9を、パイロットバーナ7の炉外側後部には、混
合ガス供給管10を接続する。また、バーナ本体3には、
燃焼用空気導入口11が設けられている。バーナ本体3と
パイロットバーナ7には、炉外側後部に主バーナとパイ
ロットバーナ7の火炎の燃焼状況を確認するための覗き
窓12、13を設けている。

【0022】したがって、ラジアントチューブ1の中心に位
置する燃料供給管4の燃料噴出口6より高速で噴出する旋
回を付与された燃料は、そのエジェクター効果によっ
て、燃料噴出口6近傍に設けたパイロットバーナ7の燃焼
ガスを燃料中に巻込むと共に、その旋回力によって燃焼
用空気導入口11から導入された周囲の燃焼用空気を順次
巻き込み、均一に燃焼するよう構成している。

【0023】ラジアントチューブ1の燃焼排ガスの出口側に
は、L型の熱交換器21を取付けている。熱交換器21は、
燃焼用空気導入口22、内管23、外管24、予熱された燃焼
用空気の流出口25および内管23に連通する燃焼排ガス供
給管26からなり、燃焼用空気導入口22から導入されて内
管23と外管24との間を通過する燃焼用空気が内管23内を
流出する燃焼排ガスと熱交換し、予熱された燃焼用空気
が流出口25から流出する。

【0024】燃焼用空気の流出口25とバーナ本体3の燃焼用
空気導入口11は、絞り部27を有するつなぎ管28で接続さ
れ、内管23に連通する燃焼排ガス供給管26の先端は絞り
部27に位置している。また、つなぎ管28と燃焼排ガス供
給管26の間には、予熱された燃焼用空気に旋回を付与す
る旋回羽根29を設けている。このため、流出口25から流
出する予熱された燃焼用空気は、つなぎ管28を通過する
とき、旋回羽根29により旋回を付与され、絞り部27と燃
焼排ガス供給管26との狭い隙間により噴出速度が増大
し、そのエジェクター効果によって燃焼排ガス供給管26
内が負圧となり、ラジアントチューブ1の出口の燃焼排
ガスが吸引されて燃焼用空気中に混入してバーナ本体3
の燃焼用空気導入口11に供給されるよう構成している。

【0025】上記のように構成したことによって、ラジアン
トチューブ1の中心に位置する燃料供給管4の燃料噴出口
6より高速で噴出する旋回羽根5により旋回を付与された
燃料は、そのエジェクター効果によって、燃料噴出口6
近傍に設けたパイロットバーナ7の燃焼ガスを燃料中に
巻込むと共に、その旋回力によって燃焼用空気導入口11
から導入された燃焼排ガスの混入した周囲の燃焼用空気
を順次巻き込み、均一に燃焼する。このため、燃焼用空
気中の燃焼排ガス循環量は、40%まで上昇でき、燃焼排
ガス中の残存O₂が従来の半分以下に低減し、しかもNOx
と黒煙の生成が大幅に抑制されると共に、高温加熱が可
能となる。

【0026】実施例2 雰囲気熱処理炉の内径123mmのラジアントチューブに実
施例1のバーナ本体とL型の熱交換器を取付け、9845kcal
/Nm³の液化天然ガスを燃料として用い、バーナ供給燃焼
用空気中のO₂15.8%(燃焼排ガス循環率38%)、燃焼用空気
温度400℃、燃焼量45000kcal/hで燃焼させた。その結
果、炉温1050℃、燃焼排ガス中の残存O₂は2%、燃焼排ガ
ス中のNOxは60ppm(O₂11%換算)、燃焼排ガス中の黒煙は
バカラック・スモークNoで0であった。

【0027】なお、実施例1のバーナ本体とL型の熱交換器と
交換前の従来例では、バーナ供給燃焼用空気中のO₂は19
%(燃焼排ガス循環率14%)、燃焼用空気温度350℃、燃焼
量45000kcal/hで燃焼させた。その結果、炉温950℃、燃
焼排ガス中の残存O₂は5%、燃焼排ガス中のNOxは120ppm
(O₂11%換算)、燃焼排ガス中の黒煙はバカラック・スモ
ークNoで3であった。

【0028】

【発明の効果】本発明のラジアントチューブ用バーナ
は、ラジアントチューブの中心に旋回を付与した燃料を
高速で噴出し、そのエジェクター効果によってパイロッ
トバーナの燃焼ガスを燃料中に巻込むと共に、その旋回
力によって周囲の燃焼用空気を順次巻込み、均一に燃焼
するため、低空気比燃焼が可能で燃焼排ガス循環率を上
昇でき、NOxと黒煙の生成を同時に抑制することができ
と共に、高温加熱が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明に係るラジアントチューブ用バーナの詳
細断面図である。

【図2】本発明に係るラジアントチューブ用バーナを設
けたラジアントチューブの燃焼用空気供給系の詳細断面
を示す全体説明図である。

【符号の説明】

1 ラジアントチューブ 2 炉壁 3 バーナ本体 4 燃料供給管 5、29 旋回羽根 6 燃料噴出口 7 パイロットバーナ 8 取付フード 9 燃料供給配管 10 混合ガス供給管 11 燃焼用空気導入口 12、13 覗き窓 21 熱交換器 22 燃焼用空気導入口 23 内管 24 外管 25 流出口 26 燃焼排ガス供給管 27 絞り部 28 つなぎ管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】 内部に旋回を付与する旋回羽根を備え、
   かつ先端を絞ったバーナの燃料供給管をラジアントチュ
   ーブのチューブ軸心に配設し、燃料供給管の燃料噴出口
   近傍にパイロットバーナの燃料噴出口を位置させ、バー
   ナの外周に燃焼用空気通路を形成したことを特徴とする
   ラジアントチューブ用バーナ。