JP2007032886A - Single end radiant tube burner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シングルエンドラジアントチューブの内部で排ガスの再循環を行うことができるシングルエンドラジアントチューブバーナに関する。 The present invention relates to a single end radiant tube burner capable of recirculating exhaust gas inside a single end radiant tube.
従来より、浸炭などの工業用間接加熱において用いられるバーナとして、シングルエンドラジアントチューブバーナが知られている。このシングルエンドラジアントチューブバーナは、バーナボディを通過させて噴出させる燃焼用空気と、上記バーナボディの内周側に配設したガス管より噴出させる燃焼用ガスとを混合させて燃焼を行う。そして、この燃焼ガスを上記バーナボディに連結したシングルエンドラジアントチューブ内を通過させ、シングルエンドラジアントチューブからの放射熱により加熱する。 Conventionally, a single end radiant tube burner is known as a burner used in industrial indirect heating such as carburizing. This single-end radiant tube burner performs combustion by mixing combustion air that is ejected through the burner body and combustion gas that is ejected from a gas pipe disposed on the inner peripheral side of the burner body. Then, the combustion gas is passed through a single end radiant tube connected to the burner body and heated by radiant heat from the single end radiant tube.
従来のシングルエンドラジアントチューブバーナ9は、図4及び図5に示すごとく、一端(先端)971が閉塞されたラジアントチューブ97を有し、燃焼用空気81及び燃焼用ガス82の流入と、排ガス89の放出とが、ラジアントチューブ97の他端(後端)972近傍において行うことができる二重管構造になっている。
すなわち、シングルエンドラジアントチューブバーナ9は、バーナボディ92から伸びるガス導入管94及びその先端に設けられたノズル95と、さらにその先に形成される火炎88を囲うようにして設けられた内管96を有しており、この内管96を囲う外管として上記ラジアントチューブ97を有している。そして、内管96内に形成された火炎88は、排ガスとしてUターンし、内管96と外管(ラジアントチューブ97)との間を通ってバーナボディ92側に戻っていき、排ガス89としてバーナボディ92から外部に排出されるよう構成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the conventional single-end
That is, the single-end
ところで、このような構成のシングルエンドラジアントチューブバーナには、他の構造のバーナの場合と同様に、NOx(窒素酸化物)排出量を可能な限り抑制することが求められている。
そこで、低NOx化のために、バーナの外に排ガス再循環装置99を取り付ける外部排ガス再循環法が報告されている(特許文献1)。
しかしながら、これらの外部排ガス再循環法を採用した場合には、上記の排ガス再循環装置を外部に設ける分だけバーナ全体の構造が大型化してしまい、コンパクト性が損なわれるという問題があった。
By the way, the single-end radiant tube burner having such a structure is required to suppress NOx (nitrogen oxide) emission as much as possible as in the case of burners having other structures.
Therefore, an external exhaust gas recirculation method in which an exhaust
However, when these external exhaust gas recirculation methods are adopted, there is a problem that the structure of the entire burner is increased by the amount of the exhaust gas recirculation device provided outside and the compactness is impaired.
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、コンパクト性を有すると共に、NOxの発生を抑制することができるシングルエンドラジアントチューブバーナを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a single-end radiant tube burner that has compactness and can suppress the generation of NOx.
本発明は、一端が閉塞されたシングルエンドラジアントチューブ内に火炎を発するよう構成されたシングルエンドラジアントチューブバーナにおいて、
燃焼用ガスを導くガス導入管と、
該ガス導入管の先端に配設された上記燃焼用ガスを噴出するガスノズルと、
上記ガス導入管を囲うように配設され燃焼用空気を導く上流内管と、
該上流内管の先端から延設され上記ガスノズルよりも前方において縮径するテーパ状の噴出ノズルと、
上記噴出ノズルとの間に隙間を設けて配設された下流内管とを上記シングルエンドラジアントチューブ内に内蔵してなり、
上記下流内管の内径形状は、その上流端から下流に行くに従って縮径する収縮部と、下流に行くに従って拡径する拡大部とを直接又は間接的に連ねた形状を有していることを特徴とするシングルエンドラジアントチューブバーナにある(請求項1)。
The present invention is a single end radiant tube burner configured to emit a flame in a single end radiant tube closed at one end.
A gas introduction pipe for guiding combustion gas;
A gas nozzle that ejects the combustion gas disposed at the tip of the gas introduction pipe;
An upstream inner pipe that is disposed so as to surround the gas introduction pipe and guides combustion air;
A tapered ejection nozzle extending from the tip of the upstream inner pipe and having a diameter reduced in front of the gas nozzle;
Built in the single-end radiant tube with a downstream inner pipe disposed with a gap between the ejection nozzle,
The inner diameter shape of the downstream inner pipe has a shape in which a contracted portion that decreases in diameter as it goes downstream from its upstream end and a shape in which an expanded portion that increases in diameter as it goes downstream is connected directly or indirectly. The single end radiant tube burner is characterized (claim 1).
本発明のシングルエンドラジアントチューブバーナ(以下、単にバーナという。)は、上記シングルエンドラジアントチューブ(以下、単にラジアントチューブという。)の内部に、上記上流内管と下流内管とに分離した構造の内管を設けてある。そのため、基本的なガスの流れは、上流内管を流れてくる燃焼用空気と燃焼用ガスとの混合気が下流内管内で火炎となり、その後、火炎は排ガスとしてUターンし、上記上流内管とラジアントチューブとの間を通って進んでいく。 The single-end radiant tube burner (hereinafter simply referred to as a burner) of the present invention has a structure in which the upstream inner pipe and the downstream inner pipe are separated from each other inside the single-end radiant tube (hereinafter simply referred to as a radiant tube). An inner pipe is provided. Therefore, the basic gas flow is that a mixture of combustion air and combustion gas flowing in the upstream inner pipe becomes a flame in the downstream inner pipe, and then the flame makes a U-turn as exhaust gas, and the upstream inner pipe And go through the radiant tube.
ここで、本発明では、上記上流内管の先端に噴出ノズルを設けてあり、この噴出ノズルは、上記ガスノズルよりも前方においてテーパ状に縮径している。そのため、燃焼過程の混合気流速を上昇させて下流内管に向かって噴出することができる。 Here, in the present invention, a jet nozzle is provided at the tip of the upstream inner pipe, and the jet nozzle has a tapered diameter in front of the gas nozzle. Therefore, it is possible to increase the flow rate of the air-fuel mixture during the combustion process and eject the mixture toward the downstream inner pipe.
また、上記噴出ノズルと上記下流内管との間には、上記のごとく隙間を設けてある。これにより、上記噴出ノズルの存在による混合気流速の上昇効果と相俟って、上記下流内管と上記外管との間を通過してきた排ガスの一部を上記下流内管の内部に取り込む作用を創出することができる。 In addition, a gap is provided between the jet nozzle and the downstream inner pipe as described above. Thereby, combined with the effect of increasing the air-fuel mixture flow velocity due to the presence of the ejection nozzle, an action of taking a part of the exhaust gas that has passed between the downstream inner pipe and the outer pipe into the downstream inner pipe. Can be created.
また、上記下流内管は、その上流端から下流に行くに従って縮径する収縮部と、下流に行くに従って拡径する拡大部とを直接又は間接的に連ねた内径形状を有する。そのため、上記収縮部では圧力が低下して流速が上昇し、上記拡大部では、圧力と流速が回復する。それ故、噴出ノズルと下流内管との隙間における、排ガスの巻き込みをさらに促進する事ができる。 Moreover, the said downstream inner pipe has an internal diameter shape which connected directly or indirectly the shrinkage | contraction part diameter-reduced as it goes downstream from the upstream end, and the expansion part which diameter-expands as it goes downstream. Therefore, the pressure decreases and the flow velocity increases in the contraction portion, and the pressure and the flow velocity recover in the expansion portion. Therefore, the entrainment of the exhaust gas in the gap between the ejection nozzle and the downstream inner pipe can be further promoted.
このように、本発明においては、ラジアントチューブの内部において、排ガスの再循環を行うことができる。この再循環を実現することにより、最終的に外部に排出される排ガス中のNOxを、従来よりも大幅に低減する事ができる。そのため、従来提案されたような排ガス再循環装置を外部に設ける必要がない。
それ故、本発明によれば、コンパクト性を有し、NOxの発生を抑制することができるバーナを得ることができる。
Thus, in the present invention, the exhaust gas can be recirculated inside the radiant tube. By realizing this recirculation, NOx in the exhaust gas finally discharged to the outside can be greatly reduced as compared with the conventional case. Therefore, it is not necessary to provide an exhaust gas recirculation device as conventionally proposed.
Therefore, according to the present invention, a burner having compactness and capable of suppressing the generation of NOx can be obtained.
上記のごとく、本発明のバーナは、上記上流内管より延設され、上記ガスノズルよりも前方においてテーパ状に縮径している噴出ノズルを有している。この噴出ノズルの縮径(テーパ)の度合いは、軸方向に対して20〜30°の範囲で傾斜するように設定することが好ましい。縮径の度合いが上記20°未満の場合には、燃焼過程の混合気流速を上昇させる効果が低下するおそれがあり、一方、30°を超える場合には、圧損が大きくなりすぎるおそれがある。 As described above, the burner of the present invention has an ejection nozzle that extends from the upstream inner pipe and has a diameter reduced in a tapered shape in front of the gas nozzle. The degree of diameter reduction (taper) of the ejection nozzle is preferably set so as to be inclined in the range of 20 to 30 ° with respect to the axial direction. If the degree of diameter reduction is less than 20 °, the effect of increasing the air-fuel mixture flow rate in the combustion process may be reduced, while if it exceeds 30 °, the pressure loss may be too large.
また、上記下流内管の収縮部は、その拡径(テーパ)の度合いが、軸方向に対して、10〜20°の範囲で傾斜するように設定することが好ましい。この拡径の度合いが上記10°未満の場合、及び20°を超える場合には、排ガスが充分に吸引されないおそれがある。 Moreover, it is preferable that the contraction part of the said downstream inner pipe is set so that the degree of the diameter expansion (taper) may incline in the range of 10-20 degrees with respect to an axial direction. If the degree of diameter expansion is less than 10 ° and exceeds 20 °, the exhaust gas may not be sufficiently sucked.
また、上記下流内管の内径形状は、上記収縮部と上記拡大部との間に、径が一定の平坦部を介在させてあることが好ましい(請求項2)。
この場合には、噴出ノズルと下流内管との隙間における、下流内管と外管との間を流れる排ガスの巻き込みを促進できるという効果を得ることができる。
The inner diameter of the downstream inner tube is preferably such that a flat portion having a constant diameter is interposed between the contracted portion and the enlarged portion.
In this case, it is possible to obtain an effect that the exhaust gas flowing between the downstream inner pipe and the outer pipe in the gap between the ejection nozzle and the downstream inner pipe can be promoted.
上記下流内管の外径形状は、その上流端から下流に行くに従って拡径する外部テーパ部を有していることが好ましい(請求項3)。
この場合には、下流内管と外管との間を流れる排ガスを下流内管内部に巻き込みやすくすることができるという効果が得られる。
また、上記下流内管の外部テーパ部は、その拡径(テーパ)の度合いが、軸方向に対して5〜20°の範囲で傾斜するように設定することが好ましい。この拡径の度合いが上記5°未満の場合、及び20°を超える場合には、排ガスが充分に吸引されないおそれがある。
It is preferable that the outer diameter shape of the downstream inner pipe has an outer taper portion whose diameter increases from the upstream end toward the downstream side.
In this case, there is an effect that the exhaust gas flowing between the downstream inner pipe and the outer pipe can be easily caught inside the downstream inner pipe.
Moreover, it is preferable to set the external taper part of the said downstream inner pipe so that the degree of the diameter expansion (taper) may incline in the range of 5-20 degrees with respect to an axial direction. If the degree of diameter expansion is less than 5 ° or more than 20 °, the exhaust gas may not be sufficiently sucked.
以下に、本発明のシングルエンドラジアントチューブバーナ1(以下、単にバーナ1という。)にかかる実施例につき、図面を用いて説明する。
本例のバーナ1は、図1、図2に示すごとく、一端(先端)31が閉塞されたシングルエンドラジアントチューブ3(以下、単にラジアントチューブ3という。)内に火炎78を発するよう構成されている。
Hereinafter, embodiments of the single-end radiant tube burner 1 (hereinafter simply referred to as burner 1) of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the burner 1 of this example is configured to emit a
バーナ1は、燃焼用ガス71を導くガス導入管4と、該ガス導入管4の先端に配設された上記燃焼用ガス71を噴出するガスノズル41と、上記ガス導入管4を囲うように配設され燃焼用空気72を導く上流内管5と、該上流内管5の先端から延設され上記ガスノズル41よりも前方において縮径するテーパ状の噴出ノズル51と、上記噴出ノズルと51の間に隙間を設けて配設された下流内管6とを上記ラジアントチューブ3内に内蔵してなる。
The burner 1 is disposed so as to surround the gas introduction pipe 4 that guides the
上記下流内管6の内径形状は、その上流端から下流に行くに従って縮径する収縮部61と、下流に行くに従って拡径する拡大部62とを、径が一定の平坦部63によって連ねた形状を有する。
The inner diameter shape of the downstream
以下に、これを詳説する。
本例のバーナ1には、図1に示すごとく、ガス導入口21、空気導入口22及び排ガス導出口29を備えたバーナボディ2を有し、これにラジアントチューブ3等を配設してなる。
上記ガス導入管4は、燃焼用ガス71を導くガス導入口21に連通するようにバーナボディ2の軸方向に向けて連結されている。上記上流内管5は、燃焼用空気72を導く空気導入口22に連通するようにガス導入管4の外周側に被せて配設してある。ラジアントチューブ3は、上流内管5の外周側に被さるようにして、バーナボディ2の内周側に、バーナボディ2の軸方向に連結されている。
This will be described in detail below.
As shown in FIG. 1, the burner 1 of this example has a burner body 2 having a
The gas introduction pipe 4 is connected toward the axial direction of the burner body 2 so as to communicate with the
そして、ラジアントチューブ3の内部に、上流内管5と下流内管6とに分離した構造の内管を設けてある。上記下流内管6は、噴出ノズル51との間に隙間を設け、ラジアントチューブ3の内周側に挿通配設されている。具体的には、図示しない連結具によって、上流内管5の先端、つまり排出ノズル51と下流内管6とを連結することによって、両者の間に隙間を設けた状態で下流内管6を固定してある。
An inner tube having a structure separated into an upstream
そして、上記下流内管6と上記ラジアントチューブ3との間には、排ガス79を通過させる第一排気通路32が形成されており、上記上流内管5と上記外管ラジアントチューブ3との間には、排ガス79を通過させる第二排気通路33が形成されている。
また、上記ガス導入管4の内部には、発火に用いられるスパークプラグ42が設けられている。
A
A spark plug 42 used for ignition is provided inside the gas introduction pipe 4.
また、本例では、図2に示すごとく、噴出ノズル51は、上述したごとく前方に行くにつれて縮径するテーパ状の形状を呈している。この縮径(テーパ)の度合いは、軸方向に対する角度αが27°となるように設定した。
Moreover, in this example, as shown in FIG. 2, the
また、下流内管6は、上述したように、内径形状がその上流端から下流に行くに従って縮径する収縮部61と、下流に行くに従って拡径する拡大部62とを、径が一定の平坦部63によって連ねた形状を有する。図2に示すごとく、収縮部61の縮径の度合いは、軸方向に対する角度βが13°となるように設定した。この収縮部61の下流側には、平坦部63を連ねた。平坦部63の長さLは70mmとした。次いで、平坦部63の下流には、拡大部62を連ねた。拡大部62の拡径の度合いは、軸方向に対する角度δが7°となるようにした。拡大部62の下流側は、下流内管6の先端まで内径が一定のストレート形状とした。
Further, as described above, the downstream
また、下流内管6は、外径形状がその上流端から下流に行くに従って拡径する外部テーパ部64を有する。外部テーパ64の拡径の度合いは、軸方向に対する角度γが8°となるように設定した。また、この外部テーパ64よりも下流側は、下流内管6の先端まで外径が一定のストレート形状とした。
Further, the downstream
以下に、バーナ1における燃焼動作につき説明し、このバーナ1による作用効果につき説明する。
バーナ1において燃焼を行う際には、図2に示すごとく、上記ガス導入管4に燃焼用ガス71を流入させると共に、上流内管5に燃焼用空気72を流入させる。
ガス導入管4に流入された燃焼用ガス71は、エア導入孔415からガスノズル41内に導入された燃焼用空気72と混合されて混合気となると共に、ガス導入管4の内部に設けられたスパークプラグ42(図1)によって着火される。そして、混合気は、下流内管6内で火炎78となる。
Hereinafter, the combustion operation in the burner 1 will be described, and the effects of the burner 1 will be described.
When combustion is performed in the burner 1, as shown in FIG. 2, the
The
本例では、上記上流内管5の先端に設けられた上記噴出ノズル51は、上記ガスノズル41よりも前方においてテーパ状に縮径している。そのため、燃焼過程の混合気流速を上昇させて下流内管6に向かって噴出することができる。
In this example, the
上記火炎78は、排ガス79として、Uターンし、上記第一排気通路32を通過する。上記排ガス79が上記第一排気通路32から上記第二排気通路33へと通過する際に、上記噴出ノズル51と上記下流内管6との間の隙間において、上述の、燃焼過程の混合気流速の上昇効果と相俟って、上記第一排気通路32を通過してきた上記排ガス79の一部を下流内管6の内部に取り込む作用を創出することができる。また、上記第二排気通路33へと流入した上記排ガス79は、排ガス導出口29より当該バーナ1の外部へと排出される。
The
また、上記下流内管6において、その上流端から下流に行くに従って縮径する上記収縮部61及び径が一定の上記平坦部63では、圧力が低下して流速が上昇し、下流に行くに従って拡径する上記拡大部62では、圧力と流速が回復する。それ故、噴出ノズル51と下流内管6との隙間における、上記下流内管6の内部への排ガス79の巻き込みをさらに促進する事ができる。
Further, in the downstream
本例のバーナ1においては、上記のごとく、ラジアントチューブ3の内部において、燃焼による排ガスの再循環を実現することができる。そのため、最終的に外部に排出される排ガス中のNOxの濃度を効果的に抑制することができる。また、従来技術のように、排ガス再循環装置を外部に設ける必要がなく、コンパクト性を有することができる。
それ故、本例のラジアントチューブバーナ1によれば、コンパクト性を有すると共に、NOxの発生を抑制することができる。
In the burner 1 of the present example, as described above, exhaust gas recirculation can be realized inside the radiant tube 3 by combustion. Therefore, the concentration of NOx in the exhaust gas finally discharged to the outside can be effectively suppressed. Further, unlike the prior art, it is not necessary to provide an exhaust gas recirculation device outside, and the compactness can be achieved.
Therefore, according to the radiant tube burner 1 of this example, while having compactness, generation | occurrence | production of NOx can be suppressed.
(性能試験)
本例においては、上記バーナ1の性能試験として、バーナ1において燃焼を行った後の排ガスのNOx濃度を測定した。また、比較のために、排ガスの再循環を行わないラジアントチューブバーナについても同様に測定を行った。その結果を図3に示す。同図は、横軸に炉内温度(℃)を、縦軸にNOx濃度(ppm)をとったものであり、本例の結果(符号E)と比較の結果(符号C)とをプロットした。
上記測定におけるNOx濃度は、排ガス中の酸素濃度11%換算値(すなわち排ガス中の実際の酸素濃度下におけるNOx濃度を、この排ガス中の酸素濃度が11%である場合に換算した値)で示す。
(performance test)
In this example, as the performance test of the burner 1, the NOx concentration of the exhaust gas after burning in the burner 1 was measured. For comparison, a radiant tube burner without exhaust gas recirculation was also measured in the same manner. The result is shown in FIG. In this figure, the horizontal axis represents the furnace temperature (° C.) and the vertical axis represents the NOx concentration (ppm), and the results of this example (symbol E) and the comparison results (symbol C) are plotted. .
The NOx concentration in the above measurement is represented by an oxygen concentration 11% equivalent value in the exhaust gas (that is, a value obtained by converting the NOx concentration under the actual oxygen concentration in the exhaust gas when the oxygen concentration in the exhaust gas is 11%). .
図3より知られるごとく、本例のバーナ1における排ガス中のNOx濃度は、排ガスの再循環を行わないラジアントチューブバーナの排ガス中のNOx濃度と比に比べて、低いことがわかる。
このことより、本例のバーナ1においては、最終的に外部に排出される排ガス中のNOx濃度の低減効果が大きいことがわかる。
従って、本例のバーナ1を採用すれば、外部に従来のような排ガス再循環装置を設ける必要がないことがわかる。
As can be seen from FIG. 3, the NOx concentration in the exhaust gas in the burner 1 of this example is lower than the NOx concentration in the exhaust gas of the radiant tube burner that does not recirculate the exhaust gas.
From this, it can be seen that the burner 1 of this example has a great effect of reducing the NOx concentration in the exhaust gas finally discharged to the outside.
Therefore, if the burner 1 of this example is employ | adopted, it turns out that it is not necessary to provide an exhaust gas recirculation apparatus like the conventional outside.
以上のように、本発明のバーナは、コンパクト性を有すると共に、NOxの発生を抑制することができる。 As described above, the burner of the present invention has compactness and can suppress the generation of NOx.
1 バーナ
2 バーナボディ
3 シングルエンドラジアントチューブ
31 一端
4 ガス導入管
41 ガスノズル
5 上流内管
51 噴出ノズル
6 下流内管
61 収縮部
62 拡大部
71 燃焼用ガス
72 燃焼用空気
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Burner 2 Burner body 3 Single end radiant tube 31 One end 4
Claims (3)
燃焼用ガスを導くガス導入管と、
該ガス導入管の先端に配設された上記燃焼用ガスを噴出するガスノズルと、
上記ガス導入管を囲うように配設され燃焼用空気を導く上流内管と、
該上流内管の先端から延設され上記ガスノズルよりも前方において縮径するテーパ状の噴出ノズルと、
上記噴出ノズルとの間に隙間を設けて配設された下流内管とを上記シングルエンドラジアントチューブ内に内蔵してなり、
上記下流内管の内径形状は、その上流端から下流に行くに従って縮径する収縮部と、下流に行くに従って拡径する拡大部とを直接又は間接的に連ねた形状を有していることを特徴とするシングルエンドラジアントチューブバーナ。 In a single end radiant tube burner configured to emit a flame in a single end radiant tube closed at one end,
A gas introduction pipe for guiding combustion gas;
A gas nozzle that ejects the combustion gas disposed at the tip of the gas introduction pipe;
An upstream inner pipe that is disposed so as to surround the gas introduction pipe and guides combustion air;
A tapered ejection nozzle extending from the tip of the upstream inner pipe and having a diameter reduced in front of the gas nozzle;
Built in the single-end radiant tube with a downstream inner pipe disposed with a gap between the ejection nozzle,
The inner diameter shape of the downstream inner pipe has a shape in which a contraction portion that decreases in diameter as it goes downstream from its upstream end and a shape in which an expansion portion that increases in diameter as it goes downstream is connected directly or indirectly. Characteristic single-end radiant tube burner.
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