JP2002005415A - 蓄熱式還元燃焼装置 - Google Patents
蓄熱式還元燃焼装置Info
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Abstract
つ、低酸素濃度の還元燃焼火炎を得る蓄熱式還元燃焼装
置を提供する。 【解決手段】 燃料ノズル6を備えたバーナ部1と蓄熱
体9を収納した蓄熱室8とからなる少なくとも一対の蓄
熱式バーナBrとからなり、一方の蓄熱式バーナにおい
て前記蓄熱室を通して燃焼用空気を燃焼室に供給して燃
焼させ、他方の蓄熱式バーナにおいては燃焼排ガスを燃
焼室から蓄熱室を介して吸引排気することを交互に切り
換える蓄熱式還元燃焼装置において、前記バーナ部に先
絞りの円筒1次燃焼室3と当該円筒1次燃焼室の出口径
より大径の2次燃焼室4とを形成するとともに、前記円
筒1次燃焼室の入口近傍に前記燃料ノズルを設けて空気
比1.0未満で燃焼させる蓄熱式還元燃焼装置。
Description
に関するものである。
あるいはアルミニウムの溶解に、空気比1.0未満で燃
焼させる還元燃焼式ガスバーナが採用されている。
ては、特公昭64−4090号公報等に開示されている
ように、先端が開口した筒状バーナタイルの燃焼室に燃
焼用空気と燃料ガスとを各々供給して混合し還元燃焼
(空気比1.0未満、通常0.85〜0.98)させる
ものである。
により酸素濃度が実質的に低くなり燃焼火炎中の酸素濃
度を低下させる有効な手段であるため、前記燃焼用空気
は排ガスダクトあるいは排気煙道に設けた間接式熱交換
器により予熱されるようになっている。
焼装置として蓄熱式燃焼装置が公知である。この蓄熱式
燃焼装置は、たとえば、図4に示すように、燃料ノズル
21を備えたバーナ部20と蓄熱体23を収納した蓄熱
室22とからなる蓄熱式バーナBを少なくとも一対で構
成し、炉壁Tに取り付けられる。そして、一方の蓄熱式
バーナBにおいては蓄熱室22から燃焼用空気ノズル2
4aを通して供給される燃焼用空気の一部と燃料ノズル
21から供給される燃料ガスを燃焼室25内で混合して
燃焼させ、他方の蓄熱式バーナBは炉内の燃焼排ガスを
燃焼用空気ノズル24a,24bから吸引して前記蓄熱
体23で熱を回収し、つぎの交代燃焼時に前記高温とな
った蓄熱体23に燃焼用空気を供給して直接熱交換する
ことにより燃焼用空気をより高温に加熱し省エネルギー
を図るものである。なお、26は蓄熱室22の後部に取
り付けた風箱である。
般に、燃料の不完全燃焼を防止するために、燃焼状態に
ある一方の蓄熱式バーナにあっては燃料の供給を停止し
たのち(約0.5秒後)に燃焼用空気の供給を停止し、
排気状態にある他方の蓄熱式バーナでは燃焼用空気の供
給を開始したのち(約0.5秒後)に燃料の供給を開始
している。したがって、炉内雰囲気中の未反応酸素は多
くなる。
還元燃焼式ガスバーナにおいて、燃焼用空気を予熱する
のに間接熱交換器を必要とし、かつ、間接熱交換器は金
属製であるため、その耐熱性から燃焼用空気は約350
℃程度にしか予熱できず、火炎中の酸素濃度は35〜5
0ppmが限界である。
ると、予熱温度を600℃以上に加熱できるが、燃焼室
25内からの燃焼ガスは、その後、燃焼用空気ノズル2
4bからの燃焼用2次空気および炉内雰囲気ガスを巻き
込んで炉内で徐々に混合しながら緩慢燃焼するため、煤
の発生が多いとともに、燃焼火炎中の酸素濃度が高い。
がら加熱する場合、燃焼と排気との切り換え時、燃焼用
空気(未反応酸素)が被加熱物に接触して局部酸化を生
じるという課題を有する。
の利点を生かして煤の発生がなく、かつ、低酸素濃度
(15ppm以下)の還元燃焼火炎を得ることのできる
蓄熱式還元燃焼装置を提供することを目的とする。
するために、燃料ノズルを備えたバーナ部と蓄熱体を収
納した蓄熱室とからなる少なくとも一対の蓄熱式バーナ
とからなり、一方の蓄熱式バーナにおいては前記蓄熱室
を通して燃焼用空気を燃焼室に供給して燃焼させ、他方
の蓄熱式バーナにおいては燃焼排ガスを燃焼室から蓄熱
室を介して吸引排気することを交互に切り換える蓄熱式
還元燃焼装置において、前記バーナ部に先絞りの円筒1
次燃焼室と当該円筒1次燃焼室の出口径より大径の2次
燃焼室とからなる燃焼室を形成するとともに、前記円筒
1次燃焼室の入口近傍に前記燃料ノズルを設けて空気比
1.0未満で燃焼させるものである。
焼室の内壁の接線方向あるいは円筒1次燃焼室の中心方
向に配設され、かつ、前記燃料ノズルの開口位置より前
方の円筒1次燃焼室内壁に撹拌部を設けて燃焼用空気と
燃料との混合を十分になし得るようにしたものである。
て、燃焼状態にある蓄熱式バーナの燃料と燃焼用空気の
供給停止を同時に行う一方、排気状態にある蓄熱式バー
ナの燃料と燃焼用空気の供給開始とを同時に行わせるよ
うにして低酸素濃度の還元燃焼火炎を得るようにしたも
のである。
燃焼室入口近傍に連通する複数の排ガス循環流路を形成
するようにしてもよい。
にしたがって説明する。本発明にかかる蓄熱式還元燃焼
装置は、燃料ノズル6を備えたバーナ部1と蓄熱体9を
収納した蓄熱室8とからなる蓄熱式バーナBrが少なく
とも一対で構成される。
に、バーナ部1が炉壁Tに取り付けられる。
燃焼室3と当該円筒1次燃焼室3の出口径より大径の2
次燃焼室4とからなる燃焼室2を有するとともに、前記
円筒1次燃焼室3に燃料ノズル6を備えている。なお、
前記燃料ノズル6は円筒1次燃焼室3に対して径方向に
複数設けたものであり、また、5は円筒1次燃焼室3の
前記燃料ノズル6の開口部に設けた撹拌部である。この
撹拌部5は、図においては凹部としたがこれに限らず、
前記燃料ノズル6が円筒1次燃焼室3の内壁の接線方向
に開口する場合には、開口前方に設けた凸部で構成して
もよい。
取り付けられたもので、前記バーナ部1の後面との間に
空間7を介して蓄熱体9が充填され、この蓄熱室8の後
端には風箱10が設けてある。
装置の操業について説明する。なお、図1においては、
蓄熱式バーナBrは1基だけ記載しているが、少なくと
も一対の蓄熱式バーナBrが炉内の所定個所に設けてあ
る。
を切換弁(図示せず)の切り換えにより、燃焼用空気を
蓄熱室8を介して円筒1次燃焼室3に供給する。
内に燃料ガスを供給することで燃焼用空気と燃料ガスと
は前記撹拌部5により十分に撹拌して燃焼を開始し、そ
の混合ガスは2次燃焼室4から炉内に噴出し、炉内雰囲
気を巻き込みながら燃焼する。
スの供給を停止するとともに風箱10を切換弁(図示せ
ず)の切り換えにより、炉内雰囲気をバーナ部1の燃焼
室2から吸引して排気する。この際、高温の炉内雰囲気
が蓄熱体9間を通過するため蓄熱体9は加熱されること
になる。
Brを排気状態に、他方の蓄熱式バーナBrを燃焼状態
にする。この場合、他方の蓄熱式バーナBrの燃焼用空
気は前の排気工程で高温となった一方の蓄熱式バーナB
rの蓄熱体9間を通過するため直接熱交換して高温(約
800℃)の予熱燃焼用空気としてバーナ部1に供給さ
れる。
は還元燃焼させるために、蓄熱式バーナBrの空気比は
1.0未満に設定されている。
燃料ガスは、蓄熱室8を通って高温となった燃焼用空気
(約800℃)と混合して燃焼を開始し、先絞り部3a
を通過することにより火炎は高速(100m/sec以
上)で炉内に噴出する。この場合、燃料ガスおよび燃焼
用空気は空気比1.0未満に相当する供給量であるが、
燃焼用空気は高温となって熱膨張しており実質酸素量は
少なく、火炎中の未反応酸素は低下する。しかも前述の
高速噴流火炎により、CO,H2を数%存在する炉内燃
焼排ガス(還元雰囲気ガス)を巻き込みながら急速に燃
焼することにより火炎中の未反応酸素が素早く消費され
るため、煤の発生はなく、炉内雰囲気は低酸素濃度の還
元性雰囲気となる。
止時期については、前記切換弁(図示せず)と燃料ノズ
ル6からの燃料ガスの供給開始と供給停止は時間遅れな
しに同時に切り換えるものである。
に、燃焼時には、燃焼用空気の供給を開始したのち燃料
ガスの供給を開始し、停止時には燃料ガスの供給を停止
したのち燃焼用空気の供給を停止するようにすると、燃
焼火炎を被加熱物に直接接触させて加熱する場合におい
ては、切り換え時に被加熱物が局部酸化したり、炉内雰
囲気中の未反応酸素量が増加し、所望の低酸素濃度の還
元性雰囲気を得ることができなくなるからである。
ローオープンタイプとし、燃料ガスとともに燃焼用空気
を同時に供給するものの燃焼用空気の供給量を徐々に上
昇させるようにしたり、あるいは、燃料ガスの供給開始
を燃焼用空気の供給より数秒程度先行して行う一方、排
気時には逆に燃料ガスの供給停止を燃焼用空気の供給停
止より数秒程度遅らせて行うようにしてもよい。
プロパンガスを燃料として使用する場合、特に、蓄熱式
バーナをターンダウンさせた場合は、燃焼用空気流量が
低下するため円筒1次燃焼室3内において燃料と燃焼用
空気とが十分に撹拌混合することができなくなり、煤を
発生させる懸念がある。
出孔6aを有する燃料供給管6を中心部に設け、前記燃
料供給管6の外周面に所定間隔をもって希釈用空気供給
管Pを配置して少量の希釈用空気で燃料を希釈する構成
にしてもよい。その結果、低位発熱量の高い燃料を希釈
することで前記円筒1次燃焼室3内において燃焼性が向
上し、特に、ターンダウン時の煤の発生を大幅に防止で
きるものである。具体的な一例としては、低位発熱量の
高い燃料であるブタンガスやプロパンガスを13A都市
ガス相当の低位発熱量(33.5〜54.4MJ/m3
[normal])に希釈すればよい。
で希釈して低酸素濃度(15ppm以下)の還元燃焼炎
を得る場合は燃焼用空気の供給量を絞って空気比を1.
0未満(通常0.85〜0.98)に設定する。
引時にかかわらず常時供給してもよい。したがって、燃
焼時は前記燃料の希釈用空気として作用し、排ガス吸引
時には還元燃焼で発生したCOやH2等の未燃焼分を含
む炉内ガスを前記円筒1次燃焼室3内で再燃焼(アフタ
ーバーニング)用の空気として作用する。したがって、
希釈用空気の供給を、蓄熱式バーナの燃焼および排ガス
吸引の切り換えサイクルに同調させる必要がなくなるば
かりでなく、排ガス中にCO等の有害成分が含まれてい
ないため、前記排ガスをそのまま大気中に放出すること
が可能となる。
に配設され、かつ、前記2次燃焼室4入口近傍に連通す
る複数の排ガス循環流路4aを形成する低NOx型蓄熱
式還元燃焼装置としてもよい。したがって、絞り部3a
から炉内に向って100m/sec以上の高速で噴出す
る燃焼火炎の運動量によって前記排ガス循環流路4aか
らバーナ近傍の炉内排ガスが2次燃焼室4内に自己循環
されるので、該燃焼火炎内部の酸素分圧が更に低下する
ことからNOxの発生を更に抑制することが可能とな
る。
1、2の発明によれば、バーナ部に設けた2次燃焼室は
円筒1次燃焼室の先端に設けた先絞り部の出口径より大
径としたため、空気比1.0未満で燃焼させても2次燃
焼室でCO,H2が数%存在する炉内雰囲気ガスを巻き
込んで急速に燃焼して火炎中の未反応酸素を素早く消費
しながら煤のない還元燃焼を行い、炉内を低酸素濃度の
還元性雰囲気とすることができる。実験によると従来型
バーナでは炉内の未反応酸素は33ppm(空気比0.
85、燃焼負荷75%)であるが、本発明のものでは9
ppm(空気比0.87、燃焼負荷64%)であった。
熱式バーナを使用しているため、燃焼用空気を高温とす
ることができ、同一炉を1200℃に保つために必要な
燃焼量は、従来型バーナを100とすると本発明のバー
ナでは55と大幅に省エネルギーを図ることができた。
蓄熱式バーナの燃料と燃焼用空気の供給停止を同時に行
い、排気状態にある蓄熱式バーナの燃料と燃焼用空気の
供給開始とを同時に行わせるため、特に、バーナ近傍の
未反応酸素が、たとえば15ppm(空気比0.87、
燃焼負荷64%)と少なく、火炎を直接被加熱物に接触
させて加熱する場合においても、局部酸化が生じない。
燃焼火炎の運動量によって前記排ガス循環流路4aから
バーナ近傍の炉内排ガスが2次燃焼室4内に自己循環さ
れるので、NOxの発生を抑制することが可能である。
バーナの断面図。
熱式バーナの断面図。
〜絞り部、4〜2次燃焼室、4a〜排ガス循環流路、5
〜凹部、6〜燃料ノズル、8〜蓄熱室、9〜蓄熱体、B
r〜蓄熱式バーナ、P〜希釈用空気供給管。
Claims (4)
- 【請求項1】 燃料ノズルを備えたバーナ部と蓄熱体を
収納した蓄熱室とからなる少なくとも一対の蓄熱式バー
ナとからなり、一方の蓄熱式バーナにおいては前記蓄熱
室を通して燃焼用空気を燃焼室に供給して燃焼させ、他
方の蓄熱式バーナにおいては燃焼排ガスを燃焼室から蓄
熱室を介して吸引排気することを交互に切り換える蓄熱
式還元燃焼装置において、前記バーナ部に先絞りの円筒
1次燃焼室と当該円筒1次燃焼室の出口径より大径の2
次燃焼室とからなる燃焼室を形成するとともに、前記円
筒1次燃焼室の入口近傍に前記燃料ノズルを設けて空気
比1.0未満で燃焼させることを特徴とする蓄熱式還元
燃焼装置。 - 【請求項2】 前記燃料ノズルが、前記円筒1次燃焼室
の内壁の接線方向あるいは円筒1次燃焼室の中心方向に
配設され、かつ、前記燃料ノズルの開口位置より前方の
円筒1次燃焼室内壁に撹拌部を設けたことを特徴とする
前記請求項1に記載の蓄熱式還元燃焼装置。 - 【請求項3】 前記蓄熱式還元燃焼装置において、燃焼
状態にある蓄熱式バーナの燃料と燃焼用空気の供給停止
を同時に行う一方、排気状態にある蓄熱式バーナの燃料
と燃焼用空気の供給開始とを同時に行わせるようにした
ことを特徴とする前記請求項1または2に記載の蓄熱式
還元燃焼装置。 - 【請求項4】 前記2次燃焼室の外周部に配置され、か
つ、2次燃焼室入口近傍に連通する複数の排ガス循環流
路を形成することを特徴とする請求項1または請求項2
に記載の蓄熱式還元燃焼装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2000182932A JP4291498B2 (ja) | 2000-06-19 | 2000-06-19 | 蓄熱式還元燃焼装置 |
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Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8254737B2 (en) | 2004-08-23 | 2012-08-28 | Molex Incorporated | System and tapered waveguide for improving light coupling efficiency between optical fibers and integrated planar waveguides and method of manufacturing same |
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JP2017187208A (ja) * | 2016-04-04 | 2017-10-12 | 中外炉工業株式会社 | リジェネバーナ装置 |
JP2022006168A (ja) * | 2021-08-26 | 2022-01-12 | 中外炉工業株式会社 | 燃料ガスノズル及びこれを備えたガスバーナー |
-
2000
- 2000-06-19 JP JP2000182932A patent/JP4291498B2/ja not_active Expired - Lifetime
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