JP2004093116A

JP2004093116A - 管状火炎バーナの燃焼制御方法及び燃焼制御装置

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Publication number: JP2004093116A
Application number: JP2003287657A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Okada; 岡田　邦明; Munehiro Ishioka; 石岡　宗浩; 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: 2003-08-06
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2023-08-06
Also published as: JP4165333B2

Abstract

【課題】管状の燃焼室内に旋回する火炎を形成する管状火炎バーナにおいて、より広い燃焼負荷範囲で安定した燃焼を可能とする管状火炎バーナの燃焼制御方法及び燃焼制御装置を提供する。
【解決手段】同一管周上に２個づつで管軸方向に２列の計４個づつ設けられている燃料ガス吹込みノズル１１ａ、１１ｃ、１３ａ、１３ｃと酸素含有ガス吹込みノズル１１ｂ、１１ｄ、１３ｂ、１３ｄの内から、燃焼負荷に応じて、燃焼室１０へのガスの適切な吹込み速度が得られるように、燃料ガスおよび酸素含有ガスを吹込むノズルを適宜選択する。
【選択図】図１

Description

　本発明は、炉や燃焼器に備えるバーナに関するものである。

　炉や燃焼器に備えるバーナとして、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（例えば、特許文献１参照。）。

　この管状火炎バーナは、高速の旋回流中で安定な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にくい上に、酸素比又は空気比を下げても安定燃焼ができるので、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。
特開平１１−２８１０１５号公報

　しかし、上記の管状火炎バーナにおいては、以下のような問題がある。

　すなわち、上記の管状火炎バーナでは、管状の火炎を形成させるため、管状の燃焼室に設けられた管軸方向に細長いスリットに、管軸方向に細長く偏平させた供給ノズルを接続し、接線方向に吹き込み強旋回をかけながら、燃料ガス及び酸素含有ガスを管状の燃焼室に吹き込んでいる。そのため、スリット部での圧力損失が相対的に高くなるという問題がある。つまり、通常、燃料ガス及び酸素含有ガスの供給元圧が一定に決まっているため、燃焼負荷を増加させる場合、燃料ガス及び酸素含有ガスの供給流量を増加させる必要があるが、その吹き込み速度の２乗に比例してスリット部の圧力損失も増加し、さほど燃焼負荷を増加させることができない。

　また、スリット部の圧力損失を低減させるためにスリット断面積を大きめにとると、小さな燃焼負荷に対応するために燃料ガス及び酸素含有ガスの供給流量を減らしたときに、燃焼室内周面に対する接線方向の燃料ガス及び酸素含有ガスの吹き込み速度が著しく低下し、管状の火炎を形成させることができず、逆に、ＮＯｘ・煤煙等の発生量が増加するという欠点があった。

　このように、従来の管状火炎バーナにおいては、燃焼負荷の増減に対応して、燃料ガス及び酸素含有ガスの供給流量を増減させることになるが、その際に、必ずしも適切な吹き込み速度が得られない場合があり、広い燃焼負荷範囲で安定した燃焼を行うことが難しいという問題があった。

　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において、燃焼負荷の増減に応じて、燃料及び酸素含有ガスの供給流量を増減させても、燃料及び酸素含有ガスの適切な吹き込み速度が得られ、より広い燃焼負荷範囲で安定した燃焼を可能とする管状火炎バーナの燃焼制御方法及び燃焼制御装置を提供することを目的とするものである。

　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。

　［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た周方向及び／又は長手方向に複数の燃料吹き込み用ノズル及び酸素含有ガス吹き込み用ノズルを備え、各燃料吹き込み用ノズル及び酸素含有ガス吹き込み用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の燃焼制御方法において、各ノズルに接続した供給管に開閉弁を設け、管状火炎バーナの燃焼負荷に応じて、各ノズルからの噴射速度が予め設定された範囲の値になるように、前記開閉弁を開閉制御することを特徴とする管状火炎バーナの燃焼制御方法。

　［２］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た周方向及び／又は長手方向に複数の燃料ガスと酸素含有ガスからなる予混合気を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の燃焼制御方法において、各ノズルに接続した供給管に開閉弁を設け、管状火炎バーナの燃焼負荷に応じて、各ノズルからの噴射速度が予め設定された範囲の値になるように、前記開閉弁を開閉制御することを特徴とする管状火炎バーナの燃焼制御方法。

　［３］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た周方向及び／又は長手方向に複数の燃料吹き込み用ノズル及び酸素含有ガス吹き込み用ノズルを備え、各燃料吹き込み用ノズル及び酸素含有ガス吹き込み用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と、各ノズルに接続した供給管に設けられた開閉弁と、管状火炎バーナの燃焼負荷に応じて、各ノズルからの噴射速度が予め設定された範囲の値になるように、前記開閉弁を開閉制御する制御手段とを有していることを特徴とする管状火炎バーナの燃焼制御装置。

　［４］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た周方向及び／又は長手方向に複数の燃料ガスと酸素含有ガスからなる予混合気を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と、各ノズルに接続した供給管に設けられた開閉弁と、管状火炎バーナの燃焼負荷に応じて、各ノズルからの噴射速度が予め設定された範囲の値になるように、前記開閉弁を開閉制御する制御手段とを有していることを特徴とする管状火炎バーナの燃焼制御装置。

　本発明においては、燃焼負荷の増減に対応して、燃料及び酸素含有ガスの全体供給流量を増減させても、所定の吹き込み速度が得られるように、燃焼室へ燃料及び酸素含有ガスを吹き込むノズルの個数、あるいは燃焼室へ燃料ガスと酸素含有ガスの予混合気を吹き込むノズルの個数を適切に選択するようにしているので、より広い燃焼負荷範囲で安定した燃焼を行うことができる。

　（第１の実施形態）
　本発明の第１の実施形態を図１〜図４に示す。図１は、この実施形態に用いる管状火炎バーナの側面図、図２（ａ）は、図１におけるＡ−Ａ矢視の断面図、図２（ｂ）は、図１におけるＢ−Ｂ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の燃焼制御装置の全体構成図であり、図４は、この実施形態における管状火炎バーナの燃焼制御方法を説明する説明図である。

　図１において、１０は管状の燃焼室であり、先端１０ａが開放されて燃焼排ガスの排出口になっている。そして、後端１０ｂ寄りの管軸方向の２個所に、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の取り付け部Ａ、Ｂが設けられている。

　ノズル取り付け部Ａでは、図１及び図２（ａ）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の周方向の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。

　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ロットパーナ等の点火装置（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。

　同様に、ノズル取り付け部Ｂでも、図１及び図２（ｂ）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１４が燃焼室１０の周方向の４個所に形成されており、それぞれのスリット１４に、管軸方向に細長い偏平形状のノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが接続されている。それぞれのノズル１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ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１３ａとノズル１３ｃの２個は燃料ガス吹き込みノズルであり、ノズル１３ｂとノズル１３ｄの２個は酸素含有ガス吹き込みノズルである。

　燃料ガス吹き込みノズル１３ａ、１３ｃ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１３ｂ、１３ｄ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ロットパーナ等の点火装置（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。

　したがって、この実施形態においては、同一管周上に２個づつの燃料ガス吹き込みノズルと酸素含有ガス吹き込みノズルを設け、それを管軸方向に２列設けているので、燃料ガス吹き込みノズルと酸素含有ガス吹き込みノズルがそれぞれ４個づつ設けられていることになる。

　なお、上記の酸素含有ガスは、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。

　そして、図３に示すように、燃料ガス吹き込みノズル１１ａ、１１ｃ、１３ａ、１３ｃへ燃料ガスを供給する配管中には、それぞれのノズル１１ａ、１１ｃ、１３ａ、１３ｃへの燃料ガスの供給を入り切りする開閉弁１５ａ、１５ｃ、１６ａ、１６ｃが設けられており、酸素含有ガス吹き込みノズル１１ｂ、１１ｄ、１３ｂ、１３ｄへ酸素含有ガスを供給する配管中には、それぞれのノズル１１ｂ、１１ｄ、１３ｂ、１３ｄへの酸素含有ガスの供給を入り切りする開閉弁１５ｂ、１５ｄ、１６ｂ、１６ｄが設けられている。

　そして、開閉弁１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの開閉を制御するための供給制御装置２０が設けられており、その開閉制御によって、燃焼室１０へ燃料ガス及び酸素含有ガスを吹き込むノズルを選択できるようになっている。

　また、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、１３ａ、１３ｃに供給する燃料ガスの全体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、１３ｂ、１３ｄに供給する酸素含有ガスの全体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は供給制御装置２０によって制御され、燃焼負荷に応じて、供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの全体流量を調整するようになっている。すなわち、燃焼負荷が小さい場合は、燃料ガス流量調整弁１７及び酸素含有ガス流量調整弁１８の開度を絞って全体供給流量を減少させ、燃焼負荷が大きい場合は、燃料ガス流量調整弁１７及び酸素含有ガス流量調整弁１８の開度を広げて全体供給流量を増加させる。

　なお、燃料ガス及び酸素含有ガスの全体供給流量は、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、その測定値は供給制御装置２０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。

　上記のように構成された管状火炎バーナの燃焼制御装置を用いて、管状火炎バーナの燃焼制御を行う方法を図３、図４を用いて説明する。

　この管状火炎バーナの燃焼制御方法では、燃焼負荷に応じて、燃焼室１０に吹き込まれる燃料ガス及び酸素含有ガスの初期流速が、圧力損失から決まる許容最大流速Ｖｐと、管状火炎を形成するために必要な最小流速Ｖｑとの範囲になるように、燃料ガス及び酸素含有ガスの吹き込みに使用するノズルの個数を選択するようにしている。

　すなわち、燃焼負荷に応じて、燃焼室１０に吹き込まれる燃料ガス及び酸素含有ガスの全体供給流量を増加させる際に、開閉弁１５ａを開き、他の３個の開閉弁１５ｃ、１６ａ、１６ｃを閉じて、燃料ガス吹き込みノズル１１ａからのみ燃料ガスが吹き込まれるようにし、開閉弁１５ｂを開き、他の３個の開閉弁１５ｄ、１６ｂ、１６ｄを閉じて、酸素含有ガス吹き込みノズル１１ｂからのみ酸素含有ガスが吹き込まれるようにした場合には、供給される燃料ガス流量の全部が集中して１個の燃料ガス吹き込みノズル１１ａから吹き込まれ、供給される酸素含有ガス流量の全部が集中して１個の酸素含有ガス吹き込みノズル１１ｂから吹き込まれるので、図４（ａ）中のＬ１線に示されるように、吹き込みノズル１１ａ、１１ｂからの初期流速は、全体供給流量の増加に伴って、すなわち、燃焼負荷の増加に伴って急速に増加する。その結果、管状火炎を形成するために必要な最小流速Ｖｑに直ちに達することができるが、圧力損失から決まる許容最大流速Ｖｐも直ぐに越えてしまう。

　これに対して、２個の開閉弁１５ａ、１５ｃを開き、残りの２個の開閉弁１６ａ、１６ｃを閉じて、２個の燃料ガス吹き込みノズル１１ａ、１１ｃから燃料ガスが吹き込まれるようにし、２個の開閉弁１５ｂ、１５ｄを開き、残りの２個の開閉弁１６ｂ、１６ｄを閉じて、２個の酸素含有ガス吹き込みノズル１１ｂ、１１ｄから酸素含有ガスが吹き込まれるようにした場合には、供給される燃料ガス流量の１／２づつが分散して２個の燃料ガス吹き込みノズル１１ａ、１１ｃから吹き込まれ、供給される酸素含有ガス流量の１／２づつが分散して２個の酸素含有ガス吹き込みノズル１１ｂ、１１ｄから吹き込まれるので、図４（ａ）中のＬ２線に示されるように、吹き込みノズルからの初期流速は、全体供給流量の増加に伴って、すなわち、燃焼負荷の増加に伴って比較的緩やかに増加する。前述の各１個の吹き込みノズル１１ａ、１１ｂを用いた場合に比べて、１／２の増加割合となる。その結果、管状火炎を形成するために必要な最小流速Ｖｑに比較的遅く達するが、圧力損失から決まる許容最大流速Ｖｐを越えるのも比較的遅くなる。

　さらに、４個の開閉弁１５ａ、１５ｃ、１６ａ、１６ｃを全て開いて、４個の燃料ガス吹き込みノズル１１ａ、１１ｃ、１３ａ、１３ｃから燃料ガスが吹き込まれるようにし、４個の開閉弁１５ｂ、１５ｄ、１６ｂ、１６ｄを全て開いて、４個の酸素含有ガス吹き込みノズル１１ｂ、１１ｄ、１３ｂ、１３ｄから酸素含有ガスが吹き込まれるようにした場合には、供給される燃料ガス流量の１／４づつが分散して４個の燃料ガス吹き込みノズル１１ａ、１１ｃ、１３ａ、１３ｃから吹き込まれ、供給される酸素含有ガス流量の１／４づつが分散して４個の酸素含有ガス吹き込みノズル１１ｂ、１１ｄ、１３ｂ、１３ｄから吹き込まれるので、図４（ａ）中のＬ３線に示されるように、吹き込みノズルからの初期流速は、全体供給流量の増加に伴って、すなわち、燃焼負荷の増加に伴って非常に緩やかに増加する。前述の各１個の吹き込みノズル１１ａ、１１ｂを用いた場合に比べて、１／４の増加割合となる。その結果、管状火炎を形成するために必要な最小流速Ｖｑに達するのがかなり遅くなるが、圧力損失から決まる許容最大流速Ｖｐを越えるのも相当遅くなる。

　そして、上記のような関係に基づいて、この燃焼制御方法では、燃焼負荷に応じて、燃焼室１０に吹き込まれる燃料ガス及び酸素含有ガスの初期流速が、圧力損失から決まる許容最大流速Ｖｐと、管状火炎を形成するために必要な最小流速Ｖｑの範囲になるように、供給制御装置２０が開閉弁１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの開閉を制御して、燃料ガス及び酸素含有ガスの吹き込みに使用するノズルの個数を定めている。

　つまり、図４（ｂ）に示すように、所定最小燃焼負荷から約１／４の負荷までは、燃料ガス吹き込みノズルと酸素含有ガス吹き込みノズルを、それぞれ１ノズルづつ使用し、約１／４から約１／２の燃焼負荷までは、それぞれ２ノズルづつ使用し、約１／２から所定最大燃焼負荷までは、それぞれ４ノズルづつを使用する。

　これによって、図４（ａ）中のＭ線に示すように、吹き込みノズルからの初期流速が、圧力損失から決まる許容最大流速Ｖｐと、管状火炎を形成するために必要な最小流速Ｖｑの範囲に常に収まり、必要な高速度に維持しつつ、圧力損失が過剰に大きくならないようにすることができる。

　このように、この実施形態においては、管状の燃焼室１０の同一円周上に２個づつの燃料ガスの吹き込みノズル及び酸素含有ガスの吹き込みノズルを取り付けると共に、それを管軸方向に２列設け、燃焼負荷の増減に対応して、燃料及び酸素含有ガスの全体供給流量を増減させても、これら複数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の内から使用するノズルの個数を、開閉弁の開閉によって適切に選択して、所定の吹き込み速度が得られるようにしているので、供給流量が増加した際の圧力損失の減少と供給流量が低下した際の旋回力の保持を両立させることが可能である。

　なお、この実施形態では、同一管周上に２個づつの燃料ガス吹き込みノズルと酸素含有ガス吹き込みノズルを取り付け、それを管軸方向に２列設けているが、管周方向の個数及び管軸方向の列数は必要に応じて適宜設定すれば良い。

　さらに、燃焼室の断面形状は円形に限らず、四角形以上の多角形としても良く、その多角形の内接円の接線方向に燃料ガスと酸素含有ガスを吹き込むようにしても良い。

　また、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。

　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。

　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。

　（第２の実施形態）
　本発明の第２の実施形態を図５に示す。図５は、この実施形態に係る管状火炎バーナの燃焼制御装置の全体構成図である。

　前述の第１の実施形態においては、図３に示したように、取り付け部Ａのノズル又は／及び取り付け部Ｂのノズルに供給する燃料ガスの全体流量と酸素含有ガスの全体流量を調整するようにしているのに対して、この実施形態においては、さらに、供給する燃料ガスの流量と酸素含有ガスの流量を取り付け部Ａのノズルと取り付け部Ｂのノズルに対して別個に調整できるようにしている。

　すなわち、図５に示すように、取り付け部Ａのノズルに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流量を調整するための燃料ガス流量調整弁１７ａが設けられており、取り付け部Ａのノズルに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流量を調整するための酸素含有ガス流量調整弁１８ａが設けられている。燃料ガス流量調整弁１７ａと酸素含有ガス流量調整弁１８ａは供給制御装置２０ａによって制御され、取り付け部Ａのノズルに供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの流量を調整できるようになっている。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２１ａと酸素含有ガスの流量計２２ａによって測定されており、その測定値は供給制御装置２０ａに送られ、燃料ガス流量調整弁１７ａ及び酸素含有ガス流量調整弁１８ａの開度調整に利用されるようになっている。

　同様に、取り付け部Ｂのノズルに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１３ａ、１３ｃに供給する燃料ガスの流量を調整するための燃料ガス流量調整弁１７ｂが設けられており、取り付け部Ｂのノズルに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１４ｂ、１４ｄに供給する酸素含有ガスの流量を調整するための酸素含有ガス流量調整弁１８ｂが設けられている。燃料ガス流量調整弁１７ｂと酸素含有ガス流量調整弁１８ｂは供給制御装置２０ｂによって制御され、取り付け部Ｂのノズルに供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの流量を調整できるようになっている。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２１ｂと酸素含有ガスの流量計２２ｂによって測定されており、その測定値は供給制御装置２０ｂに送られ、燃料ガス流量調整弁１７ｂ及び酸素含有ガス流量調整弁１８ｂの開度調整に利用されるようになっている。

　そして、取り付け部Ａのノズルへの供給制御装置２０ａと取り付け部Ｂのノズルへの供給制御装置２０ｂと連携して、燃料ガス及び酸素含有ガスの全体供給流量を調整できるようになっている。

　なお、取り付け部Ａの燃料ガス吹き込みノズル１１ａ、１１ｃへ燃料ガスを供給する配管中には、それぞれのノズル１１ａ、１１ｃへの燃料ガスの供給を入り切りする開閉弁１５ａ、１５ｃが設けられており、取り付け部Ａの酸素含有ガス吹き込みノズル１１ｂ、１１ｄへ酸素含有ガスを供給する配管中には、それぞれのノズル１１ｂ、１１ｄへの酸素含有ガスの供給を入り切りする開閉弁１５ｂ、１５ｄが設けられており、供給制御装置２０ａによって、それぞれの開閉弁１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの開閉を制御するようになっている。

　また、取り付け部Ｂの燃料ガス吹き込みノズル１３ａ、１３ｃへ燃料ガスを供給する配管中には、それぞれのノズル１３ａ、１３ｃへの燃料ガスの供給を入り切りする開閉弁１６ａ、１６ｃが設けられており、取り付け部Ｂの酸素含有ガス吹き込みノズル１３ｂ、１３ｄへ酸素含有ガスを供給する配管中には、それぞれのノズル１３ｂ、１３ｄへの酸素含有ガスの供給を入り切りする開閉弁１６ｂ、１６ｄが設けられており、供給制御装置２０ｂによって、それぞれの開閉弁１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの開閉を制御するようになっている。

　このような供給制御装置２０ａと供給制御装置２０ｂによる開閉制御によって、燃焼室１０へ燃料ガス及び酸素含有ガスを吹き込むノズルを選択できるようになっている。

　したがって、この実施形態においても、燃焼負荷の増減に対応して、燃料及び酸素含有ガスの全体供給流量を増減させても、複数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の内から使用するノズルの個数を、開閉弁の開閉によって適切に選択して、そのノズルへ供給する流量を流量調整弁によって調整することにより、所定の吹き込み速度が得られるようにできるので、供給流量が増加した際の圧力損失の減少と供給流量が低下した際の旋回力の保持を両立させることが可能となる。

　（第３の実施形態）
　本発明の第３の実施形態を図６〜図８に示す。図６は、この実施形態に用いる管状火炎バーナの側面図、図７（ａ）は、図６におけるＡ−Ａ矢視の断面図、図７（ｂ）は、図６におけるＢ−Ｂ矢視の断面図である。図８は、この実施形態に係る管状火炎バーナの燃焼制御装置の全体構成図である。

　図６において、１０は管状の燃焼室であり、先端１０ａが開放されて燃焼排ガスの排出口になっている。そして、後端１０ｂ寄りの管軸方向の２個所に、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の取り付け部Ａ、Ｂが設けられている。

　ノズル取り付け部Ａでは、図６及び図７（ａ）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３２が燃焼室１０の周方向に２個所に形成されており、それぞれのスリット３２に、管軸方向に細長い偏平形状のノズル３１ａ、３１ｂが接続されている。それぞれのノズル３１ａ、３１ｂ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。ノズル３１ａ、３１ｂには、燃料ガスと酸素含有ガスを予め混合した予混合気が供給されるようになっている。

　そして、予混合気が供給された予混合気吹き込みノズル３１ａ、３１ｂから予混合気が燃焼室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予混合気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。

　同様に、ノズル取り付け部Ｂでも、図６及び図７（ｂ）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３４が燃焼室１０の周方向に２個所に形成されており、それぞれのスリット３４に、管軸方向に細長い偏平形状のノズル３３ａ、３３ｂが接続されている。それぞれのノズル３３ａ、３３ｂ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。ノズル３１ａ、３１ｂには、燃料ガスと酸素含有ガスを予め混合した予混合気が供給されるようになっている。

　そして、予混合気が供給された予混合気吹き込みノズル３３ａ、３３ｂから予混合気が燃焼室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予混合気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。

　したがって、この実施形態においては、同一管周上に２個の予混合気吹き込みノズルを設け、それを管軸方向に２列設けているので、４個の予混合気吹き込みノズルが設けられていることになる。

　そして、図８に示すように、予混合気吹き込みノズル３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂへ予混合気を供給する配管中には、それぞれのノズル３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂへの予混合気の供給を入り切りする開閉弁３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂと、燃料ガスと酸素含有ガスを予め混合して予混合気とするためのガス混合器３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂが設けられている。

　開閉弁３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂの開閉制御は供給制御装置２０によって行われ、その開閉制御によって、燃焼室１０へ予混合気を吹き込むノズルを選択できるようになっている。

　ガス混合器３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂに燃料ガスを供給する配管中には、供給する燃料ガスの全体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、ガス混合器３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂに酸素含有ガスを供給する配管中には、供給する酸素含有ガスの全体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は供給制御装置２０によって制御され、燃焼負荷に応じて、供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの全体流量を調整するようになっている。すなわち、燃焼負荷が小さい場合は、燃料ガス流量調整弁１７及び酸素含有ガス流量調整弁１８の開度を絞って全体供給流量を減少させ、燃焼負荷が大きい場合は、燃料ガス流量調整弁１７及び酸素含有ガス流量調整弁１８の開度を広げて全体供給流量を増加させる。

　上記のように構成された管状火炎バーナの燃焼制御装置を用いての燃焼制御方法は、前記の第１の実施形態と同様である。

　すなわち、燃焼負荷に応じて、燃焼室１０に吹き込まれる予混合気の初期流速が、圧力損失から決まる許容最大流速Ｖｐと、管状火炎を形成するために必要な最小流速Ｖｑとの範囲になるように、供給制御装置２０が開閉弁３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂの開閉を制御して、予混合気の吹き込みに使用するノズルの個数を定める。

　例えば、所定最小燃焼負荷から約１／４の負荷までは、１個の予混合気吹き込みノズルを使用し、約１／４から約１／２の燃焼負荷までは、２個の予混合気吹き込みノズルを使用し、約１／２から所定最大燃焼負荷までは、４個の予混合気吹き込みノズルを使用する。

　これによって、吹き込みノズルからの初期流速が、圧力損失から決まる許容最大流速Ｖｐと、管状火炎を形成するために必要な最小流速Ｖｑの範囲に常に収まり、必要な高速度に維持しつつ、圧力損失が過剰に大きくならないようにすることができる。

　このように、この実施形態においては、管状の燃焼室１０の同一円周上に２個の予混合気吹き込みノズルを取り付けると共に、それを管軸方向に２列設け、燃焼負荷の増減に対応して、予混合気の全体供給流量を増減させても、これら複数の予混合気吹き込みノズルの内から使用するノズルの個数を、開閉弁の開閉によって適切に選択して、所定の吹き込み速度が得られるようにしているので、供給流量が増加した際の圧力損失の減少と供給流量が低下した際の旋回力の保持を両立させることが可能である。

　なお、この実施形態では、同一管周上に２個の予混合気吹き込みノズルを取り付け、それを管軸方向に２列設けているが、管周方向の個数及び管軸方向の列数は必要に応じて適宜設定すれば良い。

　さらに、燃焼室の断面形状は円形に限らず、四角形以上の多角形としても良く、その多角形の内接円の接線方向に予混合気を吹き込むようにしても良い。

　また、この実施形態では、予混合気吹き込みノズルを、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、燃焼室内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。

　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予混合気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、その小孔列に予混合気を吹き込むためのノズルを接続するようにしても良い。

　また、この実施形態において、燃料ガスとして、液体燃料を予加熱してガス化させたものを用いても良い。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。

　（第４の実施形態）
　本発明の第４の実施形態を図９に示す。図９は、この実施形態に係る管状火炎バーナの燃焼制御装置の全体構成図である。

　前述の第３の実施形態においては、図８に示したように、取り付け部Ａの予混合気吹き込みノズル又は／及び取り付け部Ｂの予混合気吹き込みノズルに供給する燃料ガスの全体流量と酸素含有ガスの全体流量を調整するようにしているのに対して、この実施形態においては、さらに、供給する燃料ガスの流量と酸素含有ガスの流量を取り付け部Ａの予混合気吹き込みノズルと取り付け部Ｂの予混合気吹き込みノズルに対して別個に調整できるようにしている。

　すなわち、図９に示すように、取り付け部Ａの予混合気吹き込みノズル３１ａ、３１ｂに燃料ガスを供給する配管中には、供給する燃料ガスの流量を調整するための燃料ガス流量調整弁１７ａが設けられており、取り付け部Ａの予混合気吹き込みノズル３１ａ、３１ｂに酸素含有ガスを供給する配管中には、供給する酸素含有ガスの流量を調整するための酸素含有ガス流量調整弁１８ａが設けられている。燃料ガス流量調整弁１７ａと酸素含有ガス流量調整弁１８ａは供給制御装置２０ａによって制御され、取り付け部Ａの予混合気吹き込みノズル３１ａ、３１ｂに供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの流量を調整できるようになっている。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２１ａと酸素含有ガスの流量計２２ａによって測定されており、その測定値は供給制御装置２０ａに送られ、燃料ガス流量調整弁１７ａ及び酸素含有ガス流量調整弁１８ａの開度調整に利用されるようになっている。

　同様に、取り付け部Ｂの予混合気吹き込みノズル３３ａ、３３ｂに燃料ガスを供給する配管中には、供給する燃料ガスの流量を調整するための燃料ガス流量調整弁１７ｂが設けられており、取り付け部Ｂの予混合気吹き込みノズル３３ａ、３３ｂに酸素含有ガスを供給する配管中には、供給する酸素含有ガスの流量を調整するための酸素含有ガス流量調整弁１８ｂが設けられている。燃料ガス流量調整弁１７ｂと酸素含有ガス流量調整弁１８ｂは供給制御装置２０ｂによって制御され、取り付け部Ｂの予混合気吹き込みノズル３３ａ、３３ｂに供給する燃料ガス及び酸素含有ガスの流量を調整できるようになっている。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２１ｂと酸素含有ガスの流量計２２ｂによって測定されており、その測定値は供給制御装置２０ｂに送られ、燃料ガス流量調整弁１７ｂ及び酸素含有ガス流量調整弁１８ｂの開度調整に利用されるようになっている。

　そして、取り付け部Ａの予混合気吹き込みノズル３１ａ、３１ｂへの供給制御装置２０ａと取り付け部Ｂの予混合気吹き込みノズル３３ａ、３３ｂノズルへの供給制御装置２０ｂと連携して、燃料ガス及び酸素含有ガスの全体供給流量を調整できるようになっている。

　なお、取り付け部Ａの予混合気吹き込みノズル３１ａにガス混合器３７ａからの予混合気を供給する配管中には、予混合気吹き込みノズル３１ａへの予混合気の供給を入り切りする開閉弁３５ａが設けられており、取り付け部Ａの予混合気吹き込みノズル３１ｂにガス混合器３７ｂからの予混合気を供給する配管中には、予混合気吹き込みノズル３１ｂへの予混合気の供給を入り切りする開閉弁３５ｂが設けられている。

　また、取り付け部Ｂの予混合気吹き込みノズル３３ａにガス混合器３８ａからの予混合気を供給する配管中には、予混合気吹き込みノズル３３ａへの予混合気の供給を入り切りする開閉弁３６ａが設けられており、取り付け部Ｂの予混合気吹き込みノズル３３ｂにガス混合器３８ｂからの予混合気を供給する配管中には、予混合気吹き込みノズル３３ｂへの予混合気の供給を入り切りする開閉弁３６ｂが設けられている。

　開閉弁３５ａ、３５ｂの開閉制御は供給制御装置２０ａによって行われ、開閉弁３６ａ、３６ｂの開閉制御は供給制御装置２０ａによって行われる。その開閉制御によって、燃焼室１０へ予混合気を吹き込むノズルを選択できるようになっている。

　したがって、この実施形態においても、燃焼負荷の増減に対応して、予混合気の全体供給流量を増減させても、複数の予混合気吹き込みノズルの内から使用するノズルの個数を、開閉弁の開閉によって適切に選択して、そのノズルへ供給する流量を流量調整弁によって調整することにより、所定の吹き込み速度が得られるようにできるので、供給流量が増加した際の圧力損失の減少と供給流量が低下した際の旋回力の保持を両立させることが可能となる。

本発明の第１の実施形態に用いる管状火炎バーナの側面図である。図１のＡ-Ａ断面図及びＢ-Ｂ断面図である。本発明の第１の実施形態に係る管状火炎バーナの燃焼制御装置の全体構成図である。本発明の第１の実施形態における燃焼制御方法の説明図である。本発明の第２の実施形態に係る管状火炎バーナの燃焼制御装置の全体構成図である。本発明の第３の実施形態に用いる管状火炎バーナの側面図である。図６のＡ-Ａ断面図及びＢ-Ｂ断面図である。本発明の第３の実施形態に係る管状火炎バーナの燃焼制御装置の全体構成図である。本発明の第４の実施形態に係る管状火炎バーナの燃焼制御装置の全体構成図である。

符号の説明

　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
　１３ａ、１３ｃ　燃料ガス吹き込みノズル
　１３ｂ、１３ｄ　酸素含有ガス吹き込みノズル
　１４　スリット
　１５ａ、１５ｃ　燃料ガスの開閉弁
　１５ｂ、１５ｄ　酸素含有ガスの開閉弁
　１６ａ、１６ｃ　燃料ガスの開閉弁
　１６ｂ、１６ｄ　酸素含有ガスの開閉弁
　１７、１７ａ、１７ｂ　燃料ガスの流量調整弁
　１８、１８ａ、１８ｂ　酸素含有ガスの流量調整弁
　２０、２０ａ、２０ｂ　供給制御装置
　２１、２１ａ、２１ｂ　燃料ガスの流量計
　２２、２２ａ、２２ｂ　酸素含有ガスの流量計
　３１ａ、３１ｂ　予混合気吹き込みノズル
　３２　スリット
　３３ａ、３３ｂ　予混合気吹き込みノズル
　３４　スリット
　３５ａ、３５ｂ、３６ａ、３６ｂ　予混合気の開閉弁
　３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂ　ガス混合器

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た周方向及び／又は長手方向に複数の燃料吹き込み用ノズル及び酸素含有ガス吹き込み用ノズルを備え、各燃料吹き込み用ノズル及び酸素含有ガス吹き込み用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の燃焼制御方法において、各ノズルに接続した供給管に開閉弁を設け、管状火炎バーナの燃焼負荷に応じて、各ノズルからの噴射速度が予め設定された範囲の値になるように、前記開閉弁を開閉制御することを特徴とする管状火炎バーナの燃焼制御方法。
　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た周方向及び／又は長手方向に複数の燃料ガスと酸素含有ガスからなる予混合気を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の燃焼制御方法において、各ノズルに接続した供給管に開閉弁を設け、管状火炎バーナの燃焼負荷に応じて、各ノズルからの噴射速度が予め設定された範囲の値になるように、前記開閉弁を開閉制御することを特徴とする管状火炎バーナの燃焼制御方法。
　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た周方向及び／又は長手方向に複数の燃料吹き込み用ノズル及び酸素含有ガス吹き込み用ノズルを備え、各燃料吹き込み用ノズル及び酸素含有ガス吹き込み用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と、各ノズルに接続した供給管に設けられた開閉弁と、管状火炎バーナの燃焼負荷に応じて、各ノズルからの噴射速度が予め設定された範囲の値になるように、前記開閉弁を開閉制御する制御手段とを有していることを特徴とする管状火炎バーナの燃焼制御装置。
　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た周方向及び／又は長手方向に複数の燃料ガスと酸素含有ガスからなる予混合気を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と、各ノズルに接続した供給管に設けられた開閉弁と、管状火炎バーナの燃焼負荷に応じて、各ノズルからの噴射速度が予め設定された範囲の値になるように、前記開閉弁を開閉制御する制御手段とを有していることを特徴とする管状火炎バーナの燃焼制御装置。