JP2004077010A

JP2004077010A - 管状火炎バーナを設置した炉

Info

Publication number: JP2004077010A
Application number: JP2002236956A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Okada; 岡田　邦明; Hitoshi Oishi; 大石　均; Yutaka Suzukawa; 鈴川　豊
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-08-15
Filing date: 2002-08-15
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】管状の燃焼室内に管状の火炎を形成させる管状火炎バーナを設置した炉について、大きい燃焼負荷の場合でも、燃焼設備の小型化が可能であるとともに、排ガスのＮＯｘ濃度もさらに低減することができる管状火炎バーナを設置した炉を提供する。
【解決手段】回転式蓄熱体２５を介して２次燃焼用酸素含有ガスを燃焼排ガスと熱交換させ、高温になった２次燃焼用酸素含有ガスを炉１内に供給して、管状火炎バーナ２に供給された燃料ガスの一部を炉１内で２次燃焼させるようにする。
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室内に管状の火炎を形成する管状火炎バーナを設置した炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１１−２８１０１５号公報に、一端が開放された管状の燃焼室を有し、この燃焼室の閉塞端部近傍に燃料ガスを吹き込むノズルと酸素含有ガスを吹き込むノズルが、前記燃焼室の内周面の接線方向に向けて設けられている管状火炎バーナが示されている。
【０００３】
この管状火炎バーナは、高速の旋回流中で安定な管状の火炎がバーナ内に形成されるので、燃焼設備の小型化が達成されると共に、燃焼火炎の温度のバラツキが小さく、局所的な高温領域が形成されない上に、酸素比又は空気比を下げることもできるので、ＮＯｘなどの有害物質、炭化水素等の未燃焼分、煤煙といった環境汚染源を低減することができるバーナである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の管状火炎バーナを炉に取り付けて、被加熱物を加熱する場合に以下のような問題がある。
【０００５】
すなわち、上記の管状火炎バーナは、燃焼設備の小型化が達成されるとはいっても、管状火炎を燃焼室内部で形成して燃焼を完結させることを前程としているので、燃焼負荷が大きくなった場合は、非常に容積の大きな燃焼室を設ける必要がある。そのため、スペースに制約がある場合には設置が困難であるという欠点がある。
【０００６】
また、排ガスのＮＯｘ濃度についても、比較的低いとはいうものの、さらに低ＮＯｘ化の技術が望まれている。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、管状の燃焼室内に管状の火炎を形成させる管状火炎バーナを設置した炉について、大きい燃焼負荷の場合でも、燃焼設備の小型化が可能であると共に、排ガスのＮＯｘ濃度もさらに低減することができる管状火炎バーナを設置した炉を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【０００９】
［１］先端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口し、燃料と酸素含有ガスを別々にあるいは予混合して吹き込むノズルを備え、各ノズルの噴射方向が燃焼室内周面の接線方向とほぼ一致している管状火炎バーナを設置した炉であって、炉内に２次燃焼用酸素含有ガスを供給する供給手段と、該２次燃焼用酸素含有ガスを予め燃焼排ガスと熱交換させるための回転式蓄熱体とを備えていることを特徴とする管状火炎バーナを設置した炉。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１〜図３に示す。図１は、この実施形態における管状火炎バーナを設置した炉の側面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視の断面図である。図３は、この実施形態に係る管状火炎バーナを設置した炉の全体構成図である。
【００１１】
図１において、１が炉で、一端（図中、右端）に管状火炎バーナ２が取り付けられており、他端（図中、左端）に燃焼排ガスの排出口３が設けられている。
【００１２】
管状火炎バーナ２は、管状の燃焼室１０を有しており、燃焼室１０の先端１０ａが炉内に向けて開放されている。そして、燃焼室１０の後端１０ｂの近傍に、燃焼室１０へ燃料ガスを吹き込むノズルと酸素含有ガスを吹き込むノズルが取り付けられている。
【００１３】
図１及び図２に示すように、燃焼室１０へのノズル噴射口として管軸方向に沿った細長いスリット１２が燃焼室１０の同一管周上の４個所に形成されており、それぞれのスリット１２に管軸方向に細長い偏平形状のノズル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが接続されている。それぞれのノズル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの噴射方向は、燃焼室１０の内周面の接線方向でかつ同一回転方向になるように設けられている。それら４個のノズルの内、ノズル１１ａとノズル１１ｃの２個は燃料ガス吹き込みノズルであり、ノズル１１ｂとノズル１１ｄの２個は酸素含有ガス吹き込みノズルである。
【００１４】
燃料ガス吹き込みノズル１１ａ、１１ｃからは燃料ガスが燃焼室１０の内周面の接線方向に向かって高速で吹き込まれ、酸素含有ガス吹き込みノズル１１ｂ、１１ｄからは酸素含有ガスが燃焼室１０の内周面の接線方向に向かって高速で吹き込まれ、燃焼室１０の内周面に近い領域で燃料ガスと酸素含有ガスが効率良く混合されながら旋回流が形成されるようになっている。その旋回流となった混合ガスに点火プラグ又はパイロットバーナ等の点火装置（図示せず）によって点火すると、燃焼室１０内に管状の火炎が生成される。その燃焼ガスは燃焼室１０の先端１０ａから炉内に放出される。
【００１５】
そして、管状火炎バーナ２の取り付け位置の近傍に、炉１内に２次燃焼用酸素含有ガスを供給するための２次燃焼用酸素含有ガス供給口４と、炉内の燃焼排ガスを炉外に抽出するための燃焼排ガス抽出口５が設けられている。
【００１６】
また、炉外に、２次燃焼用酸素含有ガス供給口４から炉内に供給される２次燃焼用酸素含有ガスを、燃焼排ガス抽出口５から抽出された燃焼排ガスと予め熱交換させるための回転式蓄熱体２５が設けられている。
【００１７】
そして、図３に全体構成図を示すように、この実施形態においては、燃料ガスを供給する配管中には、燃料ガス吹き込みノズル１１ａ、１１ｃに供給する燃料ガスの供給流量を調整するための燃料ガス流量調整弁１７が設けられており、酸素含有ガスを供給する配管中には、酸素含有ガス吹き込みノズル１１ｂ、１１ｄに供給する酸素含有ガスの供給流量を調整するための酸素含有ガス流量調整弁１８が設けられている。燃料ガス流量調整弁１７と酸素含有ガス流量調整弁１８は供給流量制御装置（図示せず）によって制御されるようになっている。
【００１８】
なお、燃料ガス及び酸素含有ガスの供給流量は、燃料ガスの流量計２１と酸素含有ガスの流量計２２によって測定されており、その測定値は供給流量制御装置に送られ、燃料ガス流量調整弁１７及び酸素含有ガス流量調整弁１８の開度調整に利用されるようになっている。
【００１９】
また、２次燃焼用酸素含有ガスを２次燃焼用酸素含有ガス供給口４から炉１内に供給するための配管の途中に回転式蓄熱体２５が設けられており、２次燃焼用酸素含有ガスは炉１内に供給される前に、予め回転式蓄熱体２５に通される。一方、燃焼排ガスを燃焼排ガス抽出口５から抽出する配管も回転式蓄熱体２５を経由するようになっており、燃焼排ガスも回転式蓄熱体２５を通過するようになっている。これによって、回転式蓄熱体２５を介して、２次燃焼用酸素含有ガスと燃焼排ガスとの間で定常的な熱交換が行われ、高温の２次燃焼用酸素含有ガスが炉１内に供給されるようになる。
【００２０】
蓄熱体には交番型と回転式連続熱交換型があるが、交番型は切替時に非定常燃焼となるため、本発明では燃焼安定性に優れる回転式連続熱交換型を用いる。
【００２１】
なお、上記の管状火炎バーナに供給する酸素含有ガス及び炉内に供給する２次燃焼用酸素含有ガスは、空気、酸素、酸素富化空気、酸素・排ガス混合ガスなど燃焼用の酸素を供給するガスを指している。
【００２２】
上記のように構成された炉においては、燃焼排ガスとの熱交換によって高温になった２次燃焼用酸素含有ガスを炉１内に供給して、管状火炎バーナ２に供給された燃料ガスの一部を炉１内で２次燃焼させるようにしているので、管状火炎バーナ２の燃焼室１０内部で燃焼を完結させる必要はなく、燃焼負荷が大きい場合でも、格別大きな燃焼室１０を設ける必要がない。
【００２３】
また、これによって、管状火炎バーナ２での１次燃焼における酸素比または空気比も下げられるので、排ガスのＮＯｘ濃度も一層低減することができる。
【００２４】
このように、この実施形態に係る管状火炎バーナを設置した炉においては、大きい燃焼負荷の場合でも、燃焼設備の小型化が可能であると共に、排ガスのＮＯｘ濃度もさらに低減することができる。
【００２５】
なお、この実施形態では、燃料ガス吹き込みノズル及び酸素含有ガス吹き込みノズルを、噴射方向が燃焼室内周面の接線方向に一致するように設けているが、必ずしも燃焼室内周面の接線方向に一致する必要はなく、燃焼室にガスの旋回流を形成できる程度に、噴射方向が燃焼室内周面の接線方向から外れていても良い。
【００２６】
また、この実施形態では、燃焼室への噴射口として管軸方向に沿ってスリットを設け、そのスリットに偏平形状の燃料ガス吹き込みノズル及び酸素含有ガス吹き込みノズルを接続しているが、燃焼室への噴射口として複数の小孔を管軸方向に配し、その小孔列に燃料ガスあるいは酸素含有ガスを吹き込むためのノズルを接続するようにしても良い。
【００２７】
また、この実施形態では、燃料ガスを吹き込んでいるが、液体燃料を吹き込んでも良い。液体燃料としては、灯油、軽油、アルコール、Ａ重油等の比較的低い温度で気化するものが好適である。
【００２８】
また、この実施形態では、燃料ガスと酸素含有ガスを別々に吹き込んでいるが、燃料ガスと酸素含有ガスを予混合して吹き込んでも良い。
【００２９】
【実施例】
上記の実施形態に係る管状火炎バーナを設置した炉の実施例を以下に示す。
【００３０】
使用した管状火炎バーナの径は４インチであり、燃料ガスとしてコークス炉ガス、酸素含有ガスとして空気を供給した。燃焼負荷は１４万ｋｃａｌ／ｈと２７万ｋｃａｌ／ｈの２水準とし、総空気比を１．２とした。
【００３１】
そして、管状火炎バーナでの１次燃焼における１次空気比を変化させ、その時の排ガスのＮＯｘ濃度を測定した。その結果を図４に示す。
【００３２】
これによると、１次空気比が１．２の場合、すなわち２次燃焼用の２次空気を供給しないで管状火炎バーナのみで燃焼を完結した場合に比べて、２次空気を供給して１次空気比を下げた場合、特に１次空気比が０．６以下の場合は排ガスのＮＯｘ濃度が大幅に低減することが分かる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明においては、管状火炎バーナを設置した炉について、燃焼排ガスとの熱交換によって高温になった２次燃焼用酸素含有ガスを炉内に供給して、管状火炎バーナに供給された燃料ガスの一部を炉内で２次燃焼させるようにしているので、燃焼設備の小型化が可能であると共に、排ガスのＮＯｘ濃度もさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る管状火炎バーナを設置した炉の側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る管状火炎バーナを設置した炉の全体構成図である。
【図４】本発明の実施例における排ガスのＮＯｘ濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
１　炉
２　管状火炎バーナ
３　燃焼排ガスの排出口
４　２次燃焼用酸素含有ガス供給口
５　燃焼排ガス抽出口
１０　燃焼室
１０ａ　燃焼室の先端
１０ｂ　燃焼室の後端
１１ａ、１１ｃ　燃料ガス吹き込みノズル
１１ｂ、１１ｄ　酸素含有ガス吹き込みノズル
１２　スリット
１７　燃料ガスの流量調整弁
１８　酸素含有ガスの流量調整弁
２１　燃料ガスの流量計
２２　酸素含有ガスの流量計
２５　回転式蓄熱体

Claims

先端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口し、燃料と酸素含有ガスを別々にあるいは予混合して吹き込むノズルを備え、各ノズルの噴射方向が燃焼室内周面の接線方向とほぼ一致している管状火炎バーナを設置した炉であって、炉内に２次燃焼用酸素含有ガスを供給する供給手段と、該２次燃焼用酸素含有ガスを予め燃焼排ガスと熱交換させるための回転式蓄熱体とを備えていることを特徴とする管状火炎バーナを設置した炉。