JP2001263609A - 外部混合式液体燃料バーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低空気比燃焼が可能で、耐久性と燃焼安定性
に優れ、短炎、長炎どちらも形成可能な外部混合式液体
燃料バーナを提供する。 【解決手段】 バーナ中心軸に単孔の液体燃料噴出孔1
を設け、その外周の噴霧媒体用通路に旋回羽根9を設け
ると共に、液体燃料噴出孔1先端の空間部8に噴霧媒体供
給管10を延長した形態で5°〜45°の末広がり角度のテ
ーパリング6を設けて旋回を付与した噴霧媒体を高速で
噴出し、さらに、噴霧媒体用通路外周の燃焼用空気また
は燃焼用酸素の通路に旋回羽根13を設けてなる。液体燃
料噴出孔1から噴出する液体燃料の液滴を、噴霧媒体気
流のエジェクター効果と旋回流効果の相乗作用によっ
て、噴霧媒体気流中に吸引、微細化して良好な噴霧状態
となし、空間部8から炉内で燃焼用空気により完全燃焼
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、バーナ先端より液
体燃料を微粒化して酸素と混合させて燃焼する外部混合
式酸素液体燃料バーナに関する。

【0002】

【従来の技術】最近のオイルバーナには、ガスバーナの
燃焼と同等の高温燃焼、雰囲気調整等が必要となってき
ている。従来のオイルバーナには、外部混合式と内部混
合式がある。内部混合式オイルバーナは、油をバーナ内
部で微粒化するため、純酸素バーナでは油が酸素配管に
逆流し易く、爆発等の危険性が高い。一方、外部混合式
オイルバーナは、油圧によって油を微粒化し、バーナ出
口直近外部で酸素と霧化し、微粒化した油との混合が行
われるため、油が酸素配管に逆流する危険性が少なく、
火炎も安定している。

【0003】しかし、外部混合式オイルバーナは、内部混合
式オイルバーナに比較し、液体燃料の微粒化特性に劣
り、媒塵が発生し易い。特に、鉄鋼プロセスの溶解炉等
の還元雰囲気で燃焼すると未燃焼分のカーボンが発生
し、これが煤として多量に排出される。この煤の処理
は、極めて困難であり、場合によっては操業不能等の事
態を生じ、溶解プロセス等には適していない。

【0004】低空気比燃焼性に優れたオイルバーナとして
は、燃焼空間に油の柱状流を噴出せしめる油出口周辺に
この柱状流に対し、酸素を含むガスを旋回しながら交差
して衝突せしめ、油を微粒化せしめる旋回器を有する酸
素ガス噴出口を設けてなる外部混合式オイルバーナ(特
開昭54-24323号公報)が提案されている。

【0005】上記特開昭54-24323号公報に開示の外部混合式
オイルバーナは、酸素ガス通路の周囲を水冷ジャケット
で冷却していても、酸素ガス噴出口よりも炉内側に油噴
出孔が位置しているため、油噴出孔が高温の炉内に直接
晒されることとなり、バーナのノズル先端部が過熱し、
油噴出孔の近傍で蒸気閉塞が発生したり、炭化が生じて
閉塞しやすい。また、油と酸素がバーナ先端直近で交差
して衝突するため、短炎となってバーナ寿命に悪影響を
及ぼすばかりでなく、長炎が要求される炉長の長いキル
ン等には適していない。

【0006】前記バーナのノズル先端部の過熱トラブルを解
消し、炉内で発生する汚染物を巻込んでバーナノズル先
端で凝縮、凝固することなく、安定した燃焼を行う液体
燃料バーナとしては、燃料噴霧口を中心部に開口する液
体燃料噴霧ノズルを囲繞する酸素噴出ノズルを、その先
端が前記液体燃料噴霧ノズルの先端より長さ(l)突出さ
せて配設し、前記燃料噴霧口先端に向けて酸素を噴出す
る一次酸素噴出口を液体燃料噴霧ノズルの周囲に設ける
とともに、前記一次酸素噴出口より外周に位置して前記
長さ(l)突出する酸素噴出ノズル先端で平行流に開口す
る二次酸素噴出口を設け、前記燃料噴霧口先端より前記
酸素噴出ノズルの二次酸素噴出口に向けて広がり角度α
=60°〜120°で末広がりを有する内周空間で形成される
燃焼室を形成し、かつ前記長さ(l)を前記二次酸素噴出
口が配置される円周の直径(d)の1/10〜1/2に設定し、前
記酸素噴出ノズルの周囲を水冷ジャケットで包囲した酸
素-液体燃料バーナ(特公平3-3122号公報)が提案されて
いる。

【0007】

【発明が解決しようとする課題】上記特公平3-3122号公
報に開示の酸素-液体燃料バーナは、液体燃料を広がり
角度α=60°〜120°の燃焼室に旋回させながら噴霧する
ため、短炎となり、長炎が要求される炉長の長いキルン
等には適していない。

【0008】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、耐久性と燃焼安定性に優
れ、短炎、長炎どちらも形成可能な外部混合式液体燃料
バーナを提供することにある。

【0009】

【課題を解決するための手段】本発明らは、バーナ中心
軸近傍から液体燃料を噴出し、その外周より噴霧媒体に
旋回を付与して高速で噴出し、かつ液体燃料噴出孔の先
端空間部に噴霧媒体噴出供給管を延長した形態で、5°
〜45°の末広がり角度のテーパリングを設けると共に、
噴霧媒体噴出供給管の外周に旋回を付与した燃焼用空気
または燃焼用酸素供給孔を形成することによって、噴霧
媒体気流のエジェクター効果と旋回流効果の相乗作用に
よって、噴出液体燃料が噴霧媒体気流中に吸引、微細化
されて良好な噴霧状態となり、かつその外周から供給さ
れる旋回を付与した燃焼用空気または燃焼用酸素によっ
て良好に燃焼し、バーナノズル先端部が過熱したり、異
物の付着トラブルが生じないことを見い出し、本発明を
完成した。

【0010】すなわち、本発明の外部混合式液体燃料バーナ
は、バーナ中央部において直線状に延びた液体燃料通路
と、該液体燃料通路の周囲に噴霧媒体用通路を備え、噴
霧媒体用通路の周囲に燃焼用空気または燃焼用酸素の通
路を設け、液体燃料と噴霧媒体が液体燃料通路の先端部
で混合する外部混合式液体燃料バーナにおいて、バーナ
中心軸近傍に単孔または複数孔の液体燃料噴出孔を設
け、その外周の噴霧媒体用通路に旋回羽根を設けると共
に、液体燃料噴出孔先端の空間部に噴霧媒体供給管を延
長した形態で5°〜45°の末広がり角度のテーパリング
を設けて旋回を付与した噴霧媒体を高速で噴出し、さら
に、噴霧媒体用通路外周の燃焼用空気または燃焼用酸素
の通路に旋回羽根を設けたことを特徴とする。

【0011】

【発明の実施の形態】本発明において液体燃料噴出孔先
端の空間部に設けるテーパリングは、噴霧媒体供給管を
延長した形態で5°〜45°の末広がり角度を有する。末
広がり角度が5°未満では噴霧媒体のエジェクター効果
が十分に機能せず、噴出液体燃料の微粒化が不十分とな
る。また、45°を超えると噴霧媒体が広がりすぎ、噴出
液体燃料を吸引せず微粒化が不十分となったり、短炎と
なるので好ましくない。

【0012】本発明の外部混合式液体燃料バーナで使用する
噴霧媒体としては、酸素ガス、圧縮空気、蒸気等を旋回
羽根により旋回流を付与して高速で噴出させ、噴霧媒体
気流のエジェクター効果と旋回流効果の相乗作用によっ
て、噴出液体燃料が噴霧媒体気流中に吸引、微細化され
て良好な噴霧状態となるようにする。旋回羽根のねじれ
角度は、20°〜60°の範囲が好ましく、20°未満では旋
回効果が不十分で、噴出液体燃料の微粒化が不十分とな
る。また、60°を超えると火炎が極端に短くなるので好
ましくない。噴霧媒体として酸素ガスを使用した場合
は、長期間保存しスケールなどの固形分を含有するポリ
塩化ビフェニール(PCB)等の難燃物の焼却にも適用でき
る。

【0013】本発明の外部混合式液体燃料バーナの燃焼用空
気としては、空気、酸素富化空気および純酸素ガスを使
用することができるが、酸素濃度が高くなるほど火炎温
度が高くなる。また、空気比が1以下の場合は、噴霧媒
体として酸素ガスを使用しないと、煤塵が発生するが、
空気比が1.1以上では、噴霧媒体として従来より一般的
に使用されている圧縮空気、蒸気を使用することができ
る。

【0014】一方、鉄鋼プロセスの溶解炉およびボイラのよ
うに短い火炎長が必要な場合は、図2に示すように、液
体燃料噴出チップ22に液体燃料噴出孔をバーナ中心軸に
対して対称的に複数個21a、21b、21c、21d設け、液体燃
料噴出方向を末広がり角度にすればよく、末広がり角度
が大きくなるほど火炎長が短くなる。

【0015】また、長炎と短炎の中間的な火炎長が必要な場
合は、図3に示すように、液体燃料噴出チップ32に液体
燃料噴出孔をバーナ中心軸に対して対称的に複数個31
a、31b、31c設け、液体燃料噴出方向を直進方向とすれ
ばよい。

【0016】本発明の外部混合式液体燃料バーナは、液体燃
料噴出孔を単孔とすると、液体燃料噴出速度を従来の油
圧噴霧バーナに比較して小さくしても、噴霧媒体の旋回
流に吸引された液滴が微粒化されるため、液体燃料噴出
孔の孔径を従来の油圧噴霧バーナに比べて大きくでき
る。

【0017】したがって、液体燃料としては、重油、燃料油
ばかりでなく、製鉄所などで回収される廃油、コークス
炉で副生されるコールタールのように、固形微粒子を含
有した油を使用しても、閉塞したり、磨耗することがな
く、良好な噴霧燃焼が可能である。同様の理由で、微粉
炭とオイルとの混合物であるCOM、微粉炭と水との混合
物であるCWM等近年注目を集めている液体燃料も使用可
能である。

【0018】本発明の外部混合式液体燃料バーナは、噴霧媒
体として酸素ガス、圧縮空気、蒸気のいずれも使用可能
で、あらゆる種類の液体燃料を良好に噴霧燃焼でき、ま
た、純酸素燃焼、酸素富化燃焼、従来の空気燃焼のいず
れも可能であり、火炎長は、短炎から長炎まで形成で
き、広い範囲に適用できる。

【0019】

【実施例】実施例1 以下に本発明の外部混合式液体燃料バーナの詳細を実施
の一例を示す図1に基づいて説明する。図1は、本発明に
係る単孔の液体燃料噴出孔を設けた外部混合式液体燃料
バーナの詳細断面図である。

【0020】図1に示すように、燃料噴出孔1を中心部に開口
する液体燃料噴出チップ2は、先端部が絞られており、
該液体燃料噴出チップ2の後端に液体燃料供給管3を連結
する。液体燃料供給管3の後端には、図示しない液体燃
料供給配管との接続部4を有しており、液体燃料供給配
管から供給された液体燃料を燃料噴出孔1から噴出す
る。

【0021】液体燃料噴出チップ2の外周に開口する噴霧媒
体噴出孔5を形成するテーパリング6は、液体燃料噴出チ
ップ2先端位置より燃焼用空気噴出口7に向けて広がり角
度α=5°〜45°で末広がりの空間部8を有しており、テ
ーパリング6の内部にねじれ角度20°〜60°の旋回羽根9
を設けて後端に噴霧媒体供給管10を連結する。また、噴
霧媒体供給管10の後部には、図示しない噴霧媒体供給配
管との接続部11を有している。接続部11から供給された
噴霧媒体は、旋回羽根9により旋回を付与して噴霧媒体
噴出孔5から高速で噴出するよう構成されている。

【0022】燃焼用空気噴出口7をテーパリング6の先端外周
に形成する燃焼用空気供給管12は、内部にねじれ角度20
°〜60°の旋回羽根13が設けられ、後部に燃焼用空気ま
たは燃焼用酸素ガスの供給配管との接続部14を有してお
り、接続部14から供給された燃焼用空気または燃焼用酸
素ガスに旋回を付与して燃焼用空気噴出口7から噴出す
るよう構成されている。

【0023】上記のように構成したことによって、外部混合
式液体燃料バーナの中心の液体燃料噴出チップ2の燃料
噴出孔1から液体燃料を噴出し、その外周の噴霧媒体噴
出孔5から噴霧媒体である酸素ガス、蒸気または圧縮空
気に旋回羽根9により旋回を付与して高速で噴出させる
と、燃料噴出孔1の先端から燃焼用空気噴出口7に向けて
広がり角度α=5°〜45°で末広がりの空間部8を設けて
いるから、噴霧媒体気流のエジェクター効果と旋回流効
果の相乗作用によって、噴霧液体燃料が噴霧媒体気流中
に吸引、微粒化されて良好な噴霧状態となり、テーパリ
ング6の先端外周の燃焼用空気噴出口7から旋回羽根13に
より旋回を付与されて噴出する燃焼用空気によって長炎
となって燃焼する。

【0024】また、液体燃料噴出チップ2の先端に広がり角
度α=5°〜45°で末広がりの空間部8を設けたから、炉
中で発生する汚染物質を空間部8に巻込むのを防止で
き、火炎形状が安定するとともに、液体燃料噴出チップ
2の先端部の過熱を防止することができる。

【0025】実施例2 炉長の長い還元焼成キルンにおいて、実施例1の単孔の
液体燃料噴出孔を設けた外部混合式液体燃料バーナを使
用し、下記表1の条件で液体燃料を燃焼させた。その結
果、気体燃料の燃焼火炎と類似した一部青色の安定した
長炎が形成され、酸化されない還元された良好な製品が
得られ、液体燃料を還元焼成キルン用燃料として使用す
ることができた。

【0026】

【表1】

【0027】なお、比較のため、従来のオイルバーナを使用
したところ、空気比を低下させると媒塵が発生し、操業
不能となった。また、媒塵発生を抑制すべく空気比を大
きくしたところ、製品が還元されずに酸化して不良品と
なるため、還元焼成キルン用燃料として液体燃料を使用
することは困難であった。

【0028】

【発明の効果】本発明の外部混合式液体燃料バーナは、
噴霧媒体として酸素ガス、蒸気、圧縮空気のいずれも使
用可能で、あらゆる種類の液体燃料を低空気比で良好に
燃焼できる。また、純酸素燃焼、酸素富化燃焼、従来の
空気燃焼のいずれも可能であり、火炎長は短炎から長炎
まで形成でき、適用範囲が極めて広い。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明に係る単孔の液体燃料噴出孔を設けた外
部混合式液体燃料バーナの詳細断面図である。

【図2】本発明に係る短炎用の複数個の液体燃料噴出孔
を設けた外部混合式液体燃料バーナの液体燃料噴出チッ
プとテーパリング部分を示すもので、(a)図は正面図、
(b)図は詳細断面図である。

【図3】本発明に係る短炎と長炎との中間の火炎用の複
数個の液体燃料噴出孔を設けた外部混合式液体燃料バー
ナの液体燃料噴出チップとテーパリング部分を示すもの
で、(a)図は正面図、(b)図は詳細断面図である。

【符号の説明】

1、21a、21b、21c、21d、31a、31b、31c 燃料噴出孔 2、22、32 液体燃料噴出チップ 3 液体燃料供給管 4、11、14 接続部 5 噴霧媒体噴出孔 6 テーパリング 7 燃焼用空気噴出口 8 空間部 9、13 旋回羽根 10 噴霧媒体供給管 12 燃焼用空気供給管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】 バーナ中央部において直線状に延びた液
   体燃料通路と、該液体燃料通路の周囲に噴霧媒体用通路
   を備え、噴霧媒体用通路の周囲に燃焼用空気または燃焼
   用酸素の通路を設け、液体燃料と噴霧媒体が液体燃料通
   路の先端部で混合する外部混合式液体燃料バーナにおい
   て、バーナ中心軸に単孔の液体燃料噴出孔を設け、その
   外周の噴霧媒体用通路に旋回羽根を設けると共に、液体
   燃料噴出孔先端の空間部に噴霧媒体供給管を延長した形
   態で5°〜45°の末広がり角度のテーパリングを設けて
   旋回を付与した噴霧媒体を高速で噴出し、さらに、噴霧
   媒体用通路外周の燃焼用空気または燃焼用酸素の通路に
   旋回羽根を設けたことを特徴とする外部混合式液体燃料
   バーナ。
2. 【請求項2】 バーナ中心軸近傍に対称的に複数個の液
   体燃料噴出孔を設けてなる請求項1記載の外部混合式液
   体燃料バーナ。