JP2007101065A - 酸素ガスバーナ - Google Patents

Abstract

【課題】火炎がノズルに接近し過ぎてノズルが焼損してしまうのを防止し且つバーナの直近での温度を十分に上昇させることができる酸素ガスバーナを提供する。
【解決手段】炉壁１の内側面に開口形成した燃焼室２の後端に燃料ガス噴出口３を設けると共に、該燃料ガス噴出口３の周囲に同心状に一次酸素噴出口４１を設け、前記燃焼室２の周囲の炉壁１の内側面に複数の二次酸素噴出口４２を設けた酸素ガスバーナである。燃料ガス噴出口３を内側より同心状に一次燃料ガス噴出口３１と二次燃料ガス噴出口３２とを有する二重構造とすると共に、二次燃料ガス噴出口３２の噴出方向ロを外側に傾斜させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、工業炉用の酸素ガスバーナに関するものである。

従来より、工業炉用のバーナとして燃焼用空気の代わりに酸素を使用する酸素ガスバーナが用いられている（例えば特許文献１参照）。酸素ガスバーナは、空気バーナと比較して燃焼ガスが少なくて済むため、燃焼ガスの排気による熱損失が少なくて熱効率が高いものである。図５に従来の酸素ガスバーナを示す。この従来の酸素ガスバーナは、炉壁１の内側面に円錐状をした燃焼室２を形成し、この燃焼室２の後端に、内側の燃料ガス噴出口３とその周囲に同心状に設けた一次酸素噴出口４１とを有するノズルを設け、更に燃焼室２の周囲の炉壁１の内側面に複数の二次酸素噴出口４２を配設したものである。これにより、燃料ガスが燃焼室２内にて一次酸素噴出口４１から噴出する一次酸素と燃焼すると共に、燃焼室２の外側にて二次酸素噴出口４２から噴出する二次酸素と燃焼して二段階で完全燃焼するため、燃焼が緩慢となってＮＯｘの発生量を低減できると共に火炎の輝度を高くすることができるものである。

この従来の酸素ガスバーナにおいては、燃料ガス噴出口３からの燃料ガスの噴出方向と一次酸素噴出口４１からの一次酸素の噴出方向とを、ともに炉壁１に対して略垂直にして平行となるようにしてあるが、これは、酸素ガスバーナは燃焼速度が大きく火炎がリフトし難く、噴出される燃料ガスと酸素の流れを乱すと燃料ガスと酸素との混合が促進されて燃焼速度が更に増大して、高温の火炎がノズルに接近し過ぎて該ノズルを焼損してしまうため、燃料ガス噴出口３から噴出される燃料ガスの流れと一次酸素噴出口４１から噴出される一次酸素の流れを乱さないようにして噴出速度を維持し、バーナの直近で燃焼が開始されないようにするものである。

しかしながら、このような従来の酸素ガスバーナにおいては、バーナの直近で燃焼が開始されないためノズルが焼損するのを確実に防止することができるものの、バーナの直近での温度が十分に上昇しないという問題があった。
特開平９−２２９３１５号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、火炎がノズルに接近し過ぎてノズルが焼損してしまうのを防止し且つバーナの直近での温度を十分に上昇させることができる酸素ガスバーナを提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明にあっては、炉壁１の内側面に開口形成した燃焼室２の後端に燃料ガス噴出口３を設けると共に、該燃料ガス噴出口３の周囲に同心状に一次酸素噴出口４１を設け、前記燃焼室２の周囲の炉壁１の内側面に複数の二次酸素噴出口４２を設けた酸素ガスバーナにおいて、燃料ガス噴出口３を内側より同心状に一次燃料ガス噴出口３１と二次燃料ガス噴出口３２とを有する二重構造とすると共に、二次燃料ガス噴出口３２の噴出方向ロを外側に傾斜させて成ることを特徴とするものである。

バーナの直近での温度を上昇させるには、ノズルから噴出された燃料ガスと一次酸素とを早い段階で混合させて燃焼を開始させることで達成できるが、ノズルを二重構造とせずに燃料ガス噴出口３を外側に傾斜させて一次酸素との混合を促進させると、燃料ガス全てが一次酸素と混合されて燃焼速度が増大し過ぎてノズルを焼損する惧れがあるが、本発明のように燃料ガス噴出口３を二重構造としてその外側の二次燃料ガス噴出口３２の噴出方向ロを外側に傾斜させたことで、燃料ガスの一部を一次酸素と混合させてバーナの直近で燃焼を開始させて温度を上昇させることができると共に、ノズルの焼損を抑えることができる。

また請求項２に係る発明にあっては、請求項１に係る発明において、一次燃料ガス噴出口３１からの噴出量を二次燃料ガス噴出口３２からの噴出量よりも少なくすると共に、一次酸素噴出口４１からの噴出量を二次酸素噴出口４２からの噴出量よりも多くすることで、不具合のない良好な燃焼が行われるものである。

本発明にあっては、バーナの直近での温度を十分に上昇させることができると共に火炎がノズルに接近し過ぎてノズルが焼損してしまうのを防止することができる。

以下、本発明の一実施形態について添付図面に基づいて説明する。本発明の酸素ガスバーナが用いられる工業炉は、ガラス溶解炉等の高温炉をはじめ様々な炉が挙げられるが特に限定されない。

図１に示すように、工業炉用の炉壁１の内側面には燃焼室２が開口形成してある。この燃焼室２は、炉内に向けて円錐状に広がるように開口するもので、その後端（炉外側の端部）に燃料ガス及び酸素を噴出するためのノズルＮが配設されると共に、ノズルＮには燃料ガス及び酸素の供給管５が接続される。

供給管５は、内側より一次燃料ガス供給路５１、二次燃料ガス供給路５２、一次酸素供給路５３を同心状に有する三重構造をしたもので、一次燃料ガス供給路５２、二次燃料ガス供給路５２は上流側の部分にてボールバルブ５５、５６を介して燃料ガスの供給源（図示せず）にそれぞれ接続されると共に、一次酸素供給路５３の上流側は酸素の供給源（図示せず）に接続される。そして、この供給管５の下流側端部に前記ノズルＮが形成してある。

ノズルＮは、内側より一次燃料ガス噴出口３１、二次燃料ガス噴出口３２、一次酸素噴出口４１が同心状に形成される三重構造をしている。前記噴出口のうち、一次燃料ガス噴出口３１と一次酸素噴出口４１は、図２（ｂ）の正面視図に示すように円状と環状に形成すると共に、その噴出方向イ、ハは炉壁に対して略垂直となるように形成してある。そして二次燃料ガス噴出口３２は、複数を円状に並設して形成してあり、その噴出方向ロは炉壁に垂直な方向から外側に傾斜した方向となるように形成してある。

また、炉壁１の燃焼室２の周囲には複数の二次酸素供給路５４を円状に埋設してあり、その先端の炉内に面する部分が二次酸素噴出口４２となっており、この二次酸素供給路５４の上流側は酸素の供給源に接続される。

この酸素ガスバーナにおいては、一次及び二次燃料ガスの噴出口３１、３２と、一次及び二次酸素噴出口４１、４２からそれぞれ燃料ガスと酸素を噴出させて燃焼させるのであるが、この時、二次燃料ガス噴出口３２から外側に向けて矢印ロ方向に噴出された燃料ガスが一次酸素噴出口４１から噴出された酸素と混合されてこの部分から燃焼が開始され、バーナの直近における温度が十分に上昇するものである。

またこの時、燃料ガスの一部を上述したように二次燃料ガス噴出口３２から噴出させて一次酸素と混合させて早い段階で燃焼を開始させるのであるが、残りの燃料ガスを一次燃料ガス噴出口３１から噴出させており、火炎長を確保すると共にノズルの焼損を抑えることができる。
＜実施例＞
ノズルの各噴出口は、一次燃料ガス噴出口３１は径φ９ｍｍ、二次燃料ガス噴出口は径φ３ｍｍであって一次燃料ガス噴出口３１の周囲のφ３０ｍｍの円周上に等間隔に１８個形成してあり、その噴出方向ロは炉壁に垂直な方向から略３０°外側に傾斜した方向となるように形成してある。また、一次酸素噴出口４１は外径φ５２ｍｍ、内径φ３４ｍｍの環状をしている。

バーナからの距離−温度の関係を図３に示す。図３には、本発明の酸素ガスバーナのバーナからの距離−温度の関係を関係線Ａで示し、従来の酸素ガスバーナにおける関係を関係線Ｂで示し、参考例として油・酸素バーナにおける関係を関係線Ｃで示す。

図３より、本発明の酸素ガスバーナにおいてはバーナの直近の温度が従来の酸素ガスバーナのものと比べて上昇していることが分かり、また、油・酸素バーナと同等の温度分布を達成しているのが分かる。

次に、一次及び二次燃料ガス噴出口３１、３２、一次及び二次酸素噴出口４１、４２から噴出される燃料ガス及び酸素の流量、燃料ガス・酸素の一次及び二次の流量比と（試験条件）、この時の火炎長、火炎幅、燃焼性、火腰（結果）とを表１、表２に示し、図４には火腰について、（ａ）に良好な状態を示し、（ｂ）にめくれ気味の状態を示し、（ｃ）にめくれ上りの状態を示す。

表１の実施例１〜５には、燃料ガスの一次と二次の比率を変えて行った試験についての試験条件と結果とを示しており、表２の実施例６〜１０には、酸素の一次と二次の比率を変えて行った試験についての試験条件と結果とを示している。

なお、燃料ガスの流量が一次＞二次の場合と、酸素の流量が一次＜二次の場合には、火腰がめくれ上りになっている。

表１の結果より、燃料ガスの流量が概ね一次＜二次の場合には不具合のない燃焼が行われ、特に一次：二次が２：８〜１：９では火腰が良好となると共に燃焼性も良好となって好ましいものである。

また表２の結果より、酸素の流量が概ね一次＞二次の場合には不具合のない燃焼が行われ、特に一次：二次が７：３〜９：１では火腰と燃焼性ともに良好となって好ましいものである。

本発明の一実施形態の全体断面図である。 同上のノズル及び供給管を示し、（ａ）は側断面図であり、（ｂ）は正面断面図である。 バーナからの距離−温度の関係図である。 火腰を説明する図であり、（ａ）は良好な状態、（ｂ）はめくれ気味の状態、（ｃ）はめくれ上りの状態を示す。 従来の酸素ガスバーナの断面図である。

符号の説明

１ 炉壁
２ 燃焼室
３ 燃料ガス噴出口
３１ 一次燃料ガス噴出口
３２ 二次燃料ガス噴出口
４１ 一次酸素噴出口
４２ 二次酸素噴出口
Ｎ ノズル
イ 一次燃料ガスの噴出方向
ロ 二次燃料ガスの噴出方向
ハ 一次酸素の噴出方向

Claims (2)

1. 炉壁の内側面に開口形成した燃焼室の後端に燃料ガス噴出口を設けると共に、該燃料ガス噴出口の周囲に同心状に一次酸素噴出口を設け、前記燃焼室の周囲の炉壁の内側面に複数の二次酸素噴出口を設けた酸素ガスバーナにおいて、燃料ガス噴出口を内側より同心状に一次燃料ガス噴出口と二次燃料ガス噴出口とを有する二重構造とすると共に、二次燃料ガス噴出口の噴出方向を外側に傾斜させて成ることを特徴とする酸素ガスバーナ。
2. 一次燃料ガス噴出口からの噴出量を二次燃料ガス噴出口からの噴出量よりも少なくすると共に、一次酸素噴出口からの噴出量を二次酸素噴出口からの噴出量よりも多くして成ることを特徴とする請求項１記載の酸素ガスバーナ。

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