JP2016183792A - 管状火炎バーナ、及び加熱炉 - Google Patents

Abstract

【課題】火炎の保炎を適切に図りながらも、更なる低ＮＯｘ化を図り得る管状火炎バーナ、及びそれを備えた加熱炉を提供する。【解決手段】旋回一次燃焼に係る空気比を０．７以下の燃料過濃状態とする燃焼状態制御手段Ｃを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、上流側端部が閉塞されると共に下流側端部が開放された円筒状の燃焼室の側面に筒軸心方向に沿って開口するスリットを、当該スリットから前記燃焼室の内面の接線方向に向けて、一次燃焼用酸素含有ガスと燃料ガスとを各別に、又は混合して噴出させて旋回一次燃焼可能に備え、前記燃焼室の筒軸心方向で前記スリットよりも下流側にて前記旋回一次燃焼する火炎に二次燃焼用酸素含有ガスを供給する二次燃焼用酸素含有ガス供給部を、当該二次燃焼用酸素含有ガス供給部より下流側にて二次燃焼可能に備えた管状火炎バーナ、及びそれを備えた加熱炉に関する。

従来、二段燃焼バーナとしては、特許文献１に記載のように、空気比が高く調整された希薄混合ガスが供給される第１混合気噴出部と、当該第１混合気噴出部の下流側で希薄燃焼火炎の燃焼領域内に、空気比が低く調整された濃混合ガスを供給する第２混合気噴出部とを備えた二段燃焼式のバーナが知られている。

また、保炎性が高く断熱性も高い管状火炎を形成できる管状火炎バーナとして、特許文献２に開示の技術のように、上流側端部が閉塞されると共に下流側端部が開放された円筒状の燃焼室の側面に沿って開口するスリットを備え、当該スリットから燃焼室の内面の接線方向に向けて、一次燃焼用酸素含有ガスと燃料ガスとを各別に、又は混合して噴出させて旋回燃焼可能に供給する構成を採用するものが知られている。
このような管状火炎バーナの他の形態として、上記特許文献２に開示の技術の構成に加えて、燃焼室の筒軸心方向でスリットよりも下流側にて旋回一次燃焼する火炎に二次燃焼用酸素含有ガスを供給する二次燃焼用酸素含有ガス供給部を、当該二次燃焼用酸素含有ガス供給部より下流側にて二次燃焼可能に備えた管状火炎バーナを備えたものが、特許文献３に開示されている。
当該特許文献３に開示の技術にあっては、管状火炎バーナの燃焼室において、空気比が１より小さい過濃混合気を一次旋回燃焼させると共に、二次燃焼用酸素含有ガス供給部よりも下流側にて二次燃焼させるように構成されている。

特開平８−１２８６０３号公報 特許第３３５８５２７号公報 特開２０１４−８６１８０号公報

上記特許文献１、３に開示の技術に示すように、二段燃焼式のバーナにあっては、一次燃焼において、燃焼温度を低い温度にして、低ＮＯｘ化を図るべく、一次燃焼に係る混合気を希薄混合気、又は過濃混合気としている。
しかしながら、上記特許文献１に開示の技術にあっては、一次燃焼が拡散燃焼であるため、部分的にストイキ燃焼が発生し、ＮＯｘの発生を十分に低減できないといった問題があった。

一方で、上記特許文献２に開示の技術にあっては、燃焼室にて燃料ガスと燃焼用空気との過濃混合気が旋回しながら十分に混合した後に、着火して火炎が形成されるため、上記特許文献１に開示の技術の如く、部分的にストイキ燃焼が発生することを良好に防止して、低ＮＯｘ化を図ることができる。

ただし、上記特許文献３に開示の二段燃焼式の管状火炎バーナは、一次燃焼に係る一次燃焼用空気と、二次燃焼に係る二次燃焼用空気とが、互いに連通された流路から供給される構成を採用しており、夫々に供給される燃焼用空気の流量を各別に制御する流量制御機構を備えない構成となっているため、一次燃焼及び二次燃焼に係る混合気の空気比を細やかに調整することはできなかった。また、一次燃焼に係る空気比の具体的な値が開示されておらず、一次燃焼における低ＮＯｘ化を図る意味で、改善の余地があった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、火炎の保炎を適切に図りながらも、更なる低ＮＯｘ化を図り得る管状火炎バーナ、及びそれを備えた加熱炉を提供することにある。

上記目的を達成するための管状火炎バーナは、
上流側端部が閉塞されると共に下流側端部が開放された円筒状の燃焼室の側面に筒軸心方向に沿って開口するスリットを、当該スリットから前記燃焼室の内面の接線方向に向けて、一次燃焼用酸素含有ガスと燃料ガスとを個別に、又は混合して噴出させて旋回一次燃焼可能に備え、
前記燃焼室の筒軸心方向で前記スリットよりも下流側にて前記旋回一次燃焼する火炎に二次燃焼用酸素含有ガスを供給する二次燃焼用酸素含有ガス供給部を、当該二次燃焼用酸素含有ガス供給部より下流側にて二次燃焼可能に備えた管状火炎バーナであって、その特徴構成は、
前記旋回一次燃焼に係る空気比を０．７以下の燃料過濃状態とする燃焼状態制御手段を備える点にある。

上記特徴構成によれば、二段燃焼式のバーナにおいて、一次燃焼に係る火炎を、所謂、管状火炎とするから、当該一次燃焼において、混合気は、着火する前に旋回により十分に混合され、略均一な空気比の過濃混合気となるから、一次燃焼温度が高くなることを良好に防止して、低ＮＯｘ化を図ることができる。
更に、上記特徴構成によれば、一次燃焼を保炎能力の高い管状火炎とすることで、一次燃焼に係る混合気の空気比を、より過濃側にしても火炎の立ち消えを良好に抑制できるから、上記特徴構成にあっては、一次燃焼に係る空気比を０．７以下の燃料過濃状態として、更なる低ＮＯｘ化を図ることができる。
以上より、火炎の保炎を適切に図りながらも、更なる低ＮＯｘ化を図り得る管状火炎バーナを実現できる。

本発明の管状火炎バーナの更なる特徴構成は、
前記燃焼状態制御手段は、前記スリットからの一次燃焼用酸素含有ガスの供給量と前記二次燃焼用酸素含有ガス供給部からの二次燃焼用酸素含有ガスの供給量との双方を独立に、且つ対応して調整制御する点にある。

上記特徴構成によれば、スリットからの一次燃焼用酸素含有ガスの供給量と二次燃焼用酸素含有ガス供給部からの二次燃焼用酸素含有ガスの供給量との双方を独立に、且つ対応して調整可能な燃焼状態制御手段を備えているから、例えば、二次燃焼を行わず旋回一次燃焼を行う単段燃焼状態と、旋回一次燃焼と二次燃焼との双方の燃焼を行う二段燃焼状態とを切り換えて、広いターンダウン比を確保することができる。
尚、一次燃焼用酸素含有ガスの供給量と二次燃焼用酸素含有ガスの供給量とを対応して調整するとは、例えば、一次燃焼用酸素含有ガスの供給量を変動させた場合であっても、二次燃焼を完全燃焼させるように、二次燃焼用酸素含有ガスの供給量を調整することを言う。

本発明の管状火炎バーナの更なる特徴構成は、
前記燃焼状態制御手段は、前記スリットからの一次燃焼用酸素含有ガスの供給量と前記二次燃焼用酸素含有ガス供給部からの二次燃焼用酸素含有ガスの供給量との双方を独立に、且つ対応して調整する形態で、前記二次燃焼を行わず前記旋回一次燃焼を行う単段燃焼状態と、前記旋回一次燃焼と前記二次燃焼との双方を行う二段燃焼状態とを切り換え制御する点にある。

上述したように、二段燃焼型の管状火炎バーナでは、旋回一次燃焼にて燃料過濃状態の混合気を燃焼させ、低ＮＯｘ化を図っているのであるが、この構成の場合、ターンダウン比は従来の単段燃焼と比べ狭くなることが懸念され、十分な最大出力もしくは最小出力が得られず、加熱性能の悪化もしくは炉保温などの運転がし難くなる可能性があった。
上記特徴構成によれば、二次燃焼を行わず旋回一次燃焼を行う単段燃焼状態と、旋回一次燃焼と二次燃焼との双方の燃焼を行う二段燃焼状態とを切り換え可能に構成されているから、単段燃焼状態を実行して、加熱性能及び出力性能を優先する燃焼状態を実現できると共に、二段燃焼状態を実行して、低ＮＯｘ化を優先する燃焼状態を実現できる。
更に、単段燃焼状態と二段燃焼状態との双方を実行可能に構成することで、二段燃焼状態のみを実行する場合に比べ、十分なターンダウン比を確保できる。

本発明の管状火炎バーナの更なる特徴構成は、
前記スリットから供給される燃料ガス量を調整する形態で出力を制御する出力制御手段が設けられ、
前記出力制御手段は、定格出力を含む高出力に対応する高出力運転と、前記高出力よりも低い中出力で運転する中出力運転と、前記中出力よりも低い低出力で運転する低出力運転とを切り換え制御可能に構成されており、
前記燃焼状態制御手段は、前記出力制御手段が前記中出力運転を行うように制御している場合に、前記単段燃焼状態と前記二段燃焼状態とを切り換え制御する点にある。

出力制御手段が中出力運転を実行している場合、バーナの加熱対象物の昇温を優先させたい場合と、ＮＯｘ量の低減を優先させたい場合との双方がある。
上記特徴構成によれば、燃焼状態制御手段は、出力制御制御手段が中出力運転を行うように制御している場合、単段燃焼状態と二段燃焼状態とを切り換え制御するから、例えば、加熱対象物の昇温を優先させたい場合には、単段燃焼に切り替えて、火炎温度を高めることができ、ＮＯｘ量の低減を優先させたい場合は、二段燃焼状態に切り換えて、特に旋回一次燃焼でのＮＯｘ量の発生を低減できる。

本発明の管状火炎バーナの更なる特徴構成は、
前記旋回一次燃焼及び前記二次燃焼の燃焼排ガスの窒素酸化物濃度を測定する窒素酸化物センサを備え、
前記燃焼状態制御手段は、前記出力制御手段が前記中出力運転を実行している場合で、
前記窒素酸化物センサにて測定される窒素酸化物濃度が、許容窒素酸化物濃度を超えるときに、前記二段燃焼状態に切り換え、
前記窒素酸化物センサにて測定される窒素酸化物濃度が、前記許容窒素酸化物濃度以下のときに、前記単段燃焼状態と前記二段燃焼状態とを切り換え制御する点にある。

上記特徴構成によれば、窒素酸化物センサにて測定される燃焼排ガスの窒素酸化物濃度が、許容窒素酸化物濃度を超える場合には、燃焼状態制御手段が二段燃焼状態に制御するから、旋回一次燃焼でのＮＯｘの発生量を低減する形態で、燃焼排ガスの窒素酸化物濃度を許容窒素酸化物濃度以下にすることができる。
一方で、窒素酸化物センサにて測定される窒素酸化物濃度が許容窒素酸化物濃度以下である場合、燃焼状態制御手段は単段燃焼状態と二段燃焼状態とを切り換え制御可能とするから、当該切り換え制御により、ＮＯｘ発生量の低減と、加熱対象物等の昇温との優先状態を、適宜、切り換えながら、運転できる。

本発明の管状火炎バーナの更なる特徴構成は、
前記燃焼状態制御手段は、前記一次燃焼用酸素含有ガスとして、酸素濃度が２１％以上の酸素富化空気を供給する点にある。

管状火炎バーナでは、加熱対象物等の加熱効率や昇温速度を高める目的で、一次燃焼用酸素含有ガスとして、酸素濃度が２１％以上の酸素富化空気を供給する場合がある。ただし、このように酸素濃度が２１％以上の酸素富化空気を供給すると、火炎温度が上昇し易くなり、ＮＯｘの発生量が増加する。
本発明の管状火炎バーナによれば、一次燃焼用酸素含有ガスとして酸素富化空気を供給する場合であっても、燃焼状態制御手段が、一次燃焼に係る空気比を０．７以下の燃料過濃状態とすると共に、一次燃焼を旋回一次燃焼として管状火炎を形成するから、当該旋回一次燃焼に伴って発生するＮＯｘ発生量を十分に低減することができる。

管状火炎バーナを炉壁を貫通する状態で備えた加熱炉の特徴構成は、
前記管状火炎バーナが、前記炉壁に形成された管通孔部位に、円筒状の前記燃焼室が位置する状態で配設されている点にある。

上記特徴構成によれば、これまで説明してきた管状火炎バーナを加熱炉に設けることで、加熱炉内を、低ＮＯｘ状態を維持しながらも、高いターンダウン比で良好に加熱できる。
更に、上記特徴構成によれば、円筒状の燃焼室の内壁が未燃焼の混合気（一次燃焼用酸素含有ガスと燃料との混合気）に覆われているため、外部への放熱損失を極めて小さくしているから、当該円筒状の燃焼室を、炉壁に形成される管通孔部位に位置させることで、炉壁への熱伝導による放熱損失を十分に小さくして、熱効率を向上できる。

管状火炎バーナの概略構成図 図１のＩＩ−ＩＩ断面図 管状火炎バーナを備えた加熱炉の概略構成図

管状火炎バーナ１００の実施形態を、図面に基づいて説明する。
当該実施形態に係る管状火炎バーナ１００は、火炎の保炎を適切に図りながらも、ＮＯｘの発生量を十分に低減し得る管状火炎バーナである。
尚、当該実施形態においては、図１、３において、矢印Ｘの基端側を上流側とし、矢印Ｘの先端側を下流側とする。

当該実施形態に係る管状火炎バーナ１００は、図１、２に示すように、上流側端部１２が閉塞されると共に下流側端部１３が開放され、内部に円筒状の燃焼室１０ａを形成する中空円筒状の燃焼筒１０と、当該燃焼筒１０の側面（燃焼室１０ａの側面）に筒軸心方向（図１で矢印Ｘに沿う方向）に沿って開口する複数のスリット１１（当該実施形態では、６つ）を備えており、当該スリット１１は、筒軸心周りで等間隔に形成されている。
燃焼筒１０には、その筒軸心方向において、スリット１１が形成されている部位は、その外側に導入空間を形成する外囲筒３０が設けられており、当該外囲筒３０には、当該外囲筒３０と燃焼筒１０との間の導入空間へ、一次燃焼用の燃焼用酸素含有ガスＡ（酸素濃度が２１％以上１００％以下のガス）と燃料ガスＦとの混合気Ｇを導入する第１導入部３１を備えている。
尚、燃料ガスＦとしては、水素又は炭化水素を主成分とする気体燃料（例えば、都市ガス１３Ａ）、あるいは、霧化又は気化された液体燃料（例えば重油）を用いることができる。

更に、燃焼筒１０には、その筒軸心方向において、スリット１１よりも下流側の部位には、燃焼筒１０を外囲すると共に、燃焼筒１０と同軸の大径筒２０が設けられており、当該実施形態では、燃焼筒１０の下流側端部１３と大径筒２０の下流側端部２３とを、筒軸心方向において、同一位置としている。
当該大径筒２０には、大径筒２０と燃焼筒１０との間の環状空間２０ａに、二次燃焼用の燃焼用酸素含有ガスＡ（酸素濃度２１％以上１００％以下のガス）を導入する第２導入部２１を備えている。

燃焼用酸素含有ガスＡを通流する燃焼用酸素含有ガス通流路Ｌ１は、一次燃焼用の燃焼用酸素含有ガスＡ１を通流する一次燃焼用酸素含有ガス通流路Ｌ３と、二次燃焼用の酸素含有ガスＡ２を通流する二次燃焼用酸素含有ガス通流路Ｌ２とに分岐している。
一次燃焼用酸素含有ガス通流路Ｌ３は、ベンチュリーミキサ（図示せず）を介する形態で、燃料ガスＦを通流する燃料ガス通流路Ｌ４と接続されており、ベンチュリーミキサにて混合された混合気Ｇを通流する混合気通流路Ｌ５が第１導入部３１に連通接続されている。尚、当該一次燃焼用酸素含有ガス通流路Ｌ３には、当該流路を通流する一次燃焼用酸素含有ガスＡ１の質量流量を計測する第１マスフローセンサＳ１と、一次燃焼用酸素含有ガスＡ１の流量を制御する第１流量制御弁Ｖ１が設けられており、燃料ガス通流路Ｌ４には、当該流路を通流する燃料ガスＦの質量流量を計測する第３マスフローセンサＳ３と、燃料ガスＦの流量を制御する第３流量制御弁Ｖ３が設けられており、制御装置Ｃは、第１マスフローセンサＳ１の計測結果に基づいて第１流量制御弁Ｖ１の開度を制御し、第３マスフローセンサＳ３の計測結果に基づいて第３流量制御弁Ｖ３の開度を制御する。
制御装置Ｃ（燃焼状態制御手段の一例）は、例えば燃焼用酸素含有ガスＡが空気の場合、混合気通流路Ｌ５を介して導入空間に導入される混合気Ｇの空気比が０．７以下（好ましくは、０．６以上０．６５以下）の燃料過濃状態となるように、第１流量制御弁Ｖ１及び第３流量制御弁Ｖ３の開度を制御する。

図２に示すように、外囲筒３０に設けられる第１導入部３１は、混合気Ｇを、外囲筒３０の内面の接線方向に略沿うように、混合気Ｇを導入空間に導入するように設けられており、燃焼筒１０に設けられる複数のスリット１１も、燃焼筒１０の内面に接線方向に向けて混合気Ｇを噴出するように設けられている。ここで、図２の断面視において、導入空間で形成される混合気Ｇの旋回方向と、燃焼筒１０の内部で形成される混合気Ｇの旋回方向は、同一方向となるように、スリット１１を形成すると共に第１導入部３１を設けている。

二次燃焼用酸素含有ガス通流路Ｌ２には、当該流路を通流する二次燃焼用の酸素含有ガスＡ２の質量流量を計測する第２マスフローセンサＳ２と、二次燃焼用酸素含有ガスＡ２の流量を制御する第２流量制御弁Ｖ２とが設けられており、制御装置Ｃは、第２マスフローセンサＳ２の計測結果に基づいて第２流量制御弁Ｖ２の開度を制御する。

以上の構成を有することにより、当該実施形態に係る管状火炎バーナ１００は、二段燃焼可能となっている。
即ち、燃焼筒１０では、燃焼筒１０の内面の接線方向へ、スリット１１から混合気Ｇが供給され、燃焼筒１０の軸径方向において内周壁面から燃焼筒１０の軸心へ向けて、未燃の混合気Ｇが存在する未燃焼領域と、燃料ガスＦの燃焼反応が進行する火炎領域と、燃焼反応終了後の燃焼ガスが存在する燃焼ガス領域とが同心の層状の管状火炎として形成され、旋回一次燃焼する。
燃焼筒１０の下流側端部１３より下流側においては、当該燃焼筒１０と大径筒２０との間を通流してきた二次燃焼用酸素含有ガスＡ２が、燃焼筒１０の下流側端部１３より下流側に延伸して形成される管状火炎と混合される形態で、二次燃焼（拡散燃焼）する。
つまり、当該実施形態では、燃焼筒１０の下流側端部１３と大径筒２０の下流側端部２３との間が、二次燃焼用酸素含有ガス供給部として機能する。

ここで、制御装置Ｃ（燃焼状態制御手段の一例）は、一次燃焼用酸素含有ガスＡ１の流量を制御する第１流量制御弁Ｖ１の開度と、二次燃焼用酸素含有ガスＡ２の流量を制御する第２流量制御弁Ｖ２の開度とを、独立して、且つ対応して制御可能となっている。換言すると、制御装置Ｃは、第２流量制御弁Ｖ２の開度を、第１流量制御弁Ｖ１と第３流量制御弁Ｖ３の開度に従動する形態で、逐次制御する。
更に、説明を追加すると、二段燃焼状態において、制御装置Ｃは、燃焼筒１０のスリット１１に供給される混合気Ｇの空気比が０．７以下となるように第１流量制御弁Ｖ１の開度を制御している状態で、燃焼筒１０の下流側端部１３の下流側での二次燃焼が完全燃焼するように、第２流量制御弁Ｖ２の開度を制御する。

以上のような管状火炎バーナ１００は、特に、旋回一次燃焼において、燃料過濃状態の混合気Ｇが未燃焼領域で十分に混合されてから、燃焼反応を進行させるため、理論空燃比近傍での燃焼反応の発生を十分に低減し、燃焼温度の上昇を抑制し、ＮＯｘの発生量を低減している。
しかしながら、当該二段燃焼を行う管状火炎バーナ１００では、ＮＯｘの発生量の低減を図ることができるものの、加熱対象物の昇温速度が比較的遅く、且つ、出力のターンダウン比が従来の直進炎バーナに比べて小さい傾向がある。
そこで、当該実施形態に係る管状火炎バーナ１００では、制御装置Ｃ（燃焼状態制御手段の一例）が、第１流量制御弁Ｖ１と第２流量制御弁Ｖ２との開度を制御する形態で、二次燃焼を行わず旋回一次燃焼のみを行う単段燃焼状態と、旋回一次燃焼と二次燃焼との双方を行う二段燃焼状態とを切り換え制御するように構成している。
説明を追加すると、制御装置Ｃは、単段燃焼状態にする場合、第２流量制御弁Ｖ２の開度を零にすると共に、スリット１１に供給される混合気Ｇが完全燃焼する空気比（例えば、０．６以上０．６５以下）とするように第１流量制御弁Ｖ１の開度を制御する。当該単段燃焼状態では、同量の燃料ガスＦを供給する場合、二段燃焼状態に比べて、燃焼温度が高くなり、昇温速度を高くできる。

更に、当該実施形態に係る管状火炎バーナ１００は、出力に対応する形態で、上記単段燃焼状態と二段燃焼状態とを切り換えるように構成されている。
説明を追加すると、制御装置Ｃ（出力制御手段の一例）は、第１流量制御弁Ｖ１と第２流量制御弁Ｖ２と第３流量制御弁Ｖ３との開度を制御する形態で、定格出力を含む高出力に対応する高出力運転と、高出力よりも低い中出力に対応する中出力運転と、中出力よりも低い低出力に対応する低出力運転とを切り換え制御可能に構成されている。
そして、制御装置Ｃ（燃焼状態制御手段の一例）は、低出力運転又は高出力運転を実行している場合に、単段燃焼状態に制御して、燃焼温度を高めると共に、昇温速度を高くしている。
一方、制御装置Ｃ（燃焼状態制御手段の一例）は、中出力運転を実行している場合に、
単段燃焼状態と二段燃焼状態とを切り換え制御する。
切り換え制御の判断基準としては、例えば、旋回一次燃焼及び二次燃焼の燃焼排ガスの窒素酸化物濃度を測定する窒素酸化物センサ（図示せず）を備え、制御装置Ｃは、当該窒素酸化物センサにて測定される窒素酸化物濃度が、許容窒素酸化物濃度を超えるときに、燃焼排ガス中の窒素酸化物濃度が許容範囲内となるように、二段燃焼状態に切り換え、許容窒素酸化物濃度以下であるときには、単段燃焼状態として、燃焼温度を高めると共に昇温速度を速める。
以上の制御により、高い出力のターンダウン比を確保している。

尚、当該実施形態では、燃焼室１０ａ内に検出部位を位置させる状態で、フレームロッドＳ４を備えると共に、燃焼筒１０の上流側端部１２に設けられる覗き窓４０から火炎による赤外線量を測定する赤外線光電管Ｓ５を備えている。
これにより、制御装置Ｃは、フレームロッドＳ４からの火炎検出信号の有無により、旋回一次燃焼に伴う管状火炎（一次火炎）の有無を判断し、赤外線光電管Ｓ５の出力により、二次燃焼に伴う拡散火炎（二次火炎）の有無を判断している。

〔別実施形態〕
（１）管状火炎バーナ１００を備えた加熱炉２００の実施形態を、図３に基づいて説明する。
当該加熱炉２００は、鉄鍋炉やるつぼ炉等の溶解炉であって、図示は省略するが、銅合金やアルミ合金の溶解に多く使用されるものである。
当該加熱炉２００には、管状火炎バーナ１００が、その炉壁５０に形成された管通孔部位に、円筒状の燃焼筒１０（燃焼室１０ａ）が位置する状態で、配設されている。
燃焼筒１０内の燃焼室１０ａにて形成される管状火炎は、燃焼室１０ａの内部において、軸径方向で外側の内周壁面近傍に形成される混合気Ｇの未燃焼領域により、炉壁５０と断熱されるため、熱効率を向上できる。
尚、当該実施形態にあっては、燃焼筒１０の外側に大径筒２０が設けられており、管状火炎バーナ１００は、燃焼筒１０の大径筒２０が設けられる部位が、炉壁５０の管通孔部位に位置する状態で、加熱炉２００に設けられる。これにより、燃焼筒１０と大径筒２０との間には、二次燃焼用酸素含有ガスＡ２が通流するから、より一層の断熱化が図られ、放熱損失を十分に抑制できる。
ちなみに、当該実施形態に係る管状火炎バーナ１００は、燃焼筒１０に、燃料ガスＦと一次燃焼用酸素含有ガスＡ１とを、各別に供給する構成を採用している。以下、上記実施形態と異なる構成に重点をおき、説明を加える。
燃焼室１０ａは、燃焼筒１０と当該燃焼筒１０の内部で上流側端部に設けられる円筒状の第２燃焼筒１４とに外囲される状態で、形成されている。
第２燃焼筒１４は、燃焼筒１０と同軸で、且つ燃焼筒１０よりも小径に構成されており、その側面に筒軸心方向に沿って複数の第２スリット１６を有すると共に、上流側端部に燃料ガスＦを導入する第３導入部１５を有する。つまり、当該第３導入部１５に燃料ガス通流路Ｌ４が接続されている。
一方、外囲筒３０の第１導入部３１からは、一次燃焼用酸素含有ガスＡ１を通流する一次燃焼用酸素含有ガス通流路Ｌ３が接続されている。
当該構成により、燃焼室１０ａには、燃焼筒１０に形成されるスリット１１から一次燃焼用酸素含有ガスＡ１が供給されると共に、第２燃焼筒１４に形成される第２スリット１６から燃料ガスＦが供給されることになる。結果、燃焼室１０ａには、一次燃焼用酸素含有ガスＡ１と燃料ガスＦとが各別に供給される。

（２）上記図１、２に対応する実施形態では、スリット１１は６つ備える例を示したが、当該スリット１１の数は特に限定されない。

（３）上記図１、２に対応する実施形態では、複数のスリット１１から一次燃焼用酸素含有ガスＡ１と燃料ガスＦとを予混合した混合気Ｇを供給する構成例を示した。
しかしながら、一次燃焼用酸素含有ガスＡ１と燃料ガスＦとは、複数のスリット１１から各別に燃焼室１０ａ内に供給するように構成しても構わない。
この場合、例えば、円筒状の燃焼室１０ａの円周に沿って形成される複数のスリット１１から、円周に沿う方向において、一次燃焼用酸素含有ガスＡと燃料ガスＦとを交互に供給することが好ましい。

（４）上記実施形態において、燃焼筒１０の下流側端部１３と大径筒２０の下流側端部２３とは、筒軸心方向において、同一位置している例を示したが、別に同一位置でなくても良い。

（５）上記実施形態では、制御装置Ｃは、出力に対応する形態で単段燃焼状態と二段燃焼状態とを切り換える例を示した。しかしながら、出力とは無関係に単段燃焼状態と二段燃焼状態とを切り換えても構わない。
また、制御装置Ｃは、単段燃焼状態と二段燃焼状態との切り換えは、加熱対象物、旋回一次燃焼及び二次燃焼の燃焼排ガスの温度に基づいて実行しても構わない。

（６）上記管状火炎バーナ１００において、燃焼筒１０が高温で酸化する材質を用いる場合、制御装置Ｃは、燃焼を停止する前に、低出力運転を実行しつつ、単段燃焼状態に切り換えると共に、旋回一次燃焼に係る空気比を燃料希薄側となるように、第１流量制御弁Ｖ１及び第３流量制御弁Ｖ３の開度を制御する。これにより、燃焼筒１０の損傷を抑制する。

尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明の管状火炎バーナ、及びそれを備えた加熱炉は、火炎の保炎を適切に図りながらも、更なる低ＮＯｘ化を図り得る管状火炎バーナ、及びそれを備えた加熱炉として、有効に利用可能である。

１０ａ ：燃焼室
１１ ：スリット
１２ ：上流側端部
１３ ：下流側端部
２０ ：大径筒
５０ ：炉壁
１００ ：管状火炎バーナ
２００ ：加熱炉
Ｃ ：制御装置
Ｓ１ ：第１マスフローセンサ
Ｓ２ ：第２マスフローセンサ
Ｓ３ ：第３マスフローセンサ
Ｖ１ ：第１流量制御弁
Ｖ２ ：第２流量制御弁
Ｖ３ ：第３流量制御弁

Claims (7)

1. 上流側端部が閉塞されると共に下流側端部が開放された円筒状の燃焼室の側面に筒軸心方向に沿って開口するスリットを、当該スリットから前記燃焼室の内面の接線方向に向けて、一次燃焼用酸素含有ガスと燃料ガスとを個別に、又は混合して噴出させて旋回一次燃焼可能に備え、
   前記燃焼室の筒軸心方向で前記スリットよりも下流側にて前記旋回一次燃焼する火炎に二次燃焼用酸素含有ガスを供給する二次燃焼用酸素含有ガス供給部を、当該二次燃焼用酸素含有ガス供給部より下流側にて二次燃焼可能に備えた管状火炎バーナであって、
   前記旋回一次燃焼に係る空気比を０．７以下の燃料過濃状態とする燃焼状態制御手段を備える管状火炎バーナ。
2. 前記燃焼状態制御手段は、前記スリットからの一次燃焼用酸素含有ガスの供給量と前記二次燃焼用酸素含有ガス供給部からの二次燃焼用酸素含有ガスの供給量との双方を独立に、且つ対応して調整制御する請求項１に記載の管状火炎バーナ。
3. 前記燃焼状態制御手段は、前記スリットからの一次燃焼用酸素含有ガスの供給量と前記二次燃焼用酸素含有ガス供給部からの二次燃焼用酸素含有ガスの供給量との双方を独立に、且つ対応して調整する形態で、前記二次燃焼を行わず前記旋回一次燃焼を行う単段燃焼状態と、前記旋回一次燃焼と前記二次燃焼との双方を行う二段燃焼状態とを切り換え制御する請求項１又は２に記載の管状火炎バーナ。
4. 前記スリットから供給される燃料ガス量を調整する形態で出力を制御する出力制御手段が設けられ、
   前記出力制御手段は、定格出力を含む高出力に対応する高出力運転と、前記高出力よりも低い中出力で運転する中出力運転と、前記中出力よりも低い低出力で運転する低出力運転とを切り換え制御可能に構成されており、
   前記燃焼状態制御手段は、前記出力制御手段が前記中出力運転を行うように制御している場合に、前記単段燃焼状態と前記二段燃焼状態とを切り換え制御する請求項３に記載の管状火炎バーナ。
5. 前記旋回一次燃焼及び前記二次燃焼の燃焼排ガスの窒素酸化物濃度を測定する窒素酸化物センサを備え、
   前記燃焼状態制御手段は、前記出力制御手段が前記中出力運転を実行している場合で、
   前記窒素酸化物センサにて測定される窒素酸化物濃度が、許容窒素酸化物濃度を超えるときに、前記二段燃焼状態に切り換え、
   前記窒素酸化物センサにて測定される窒素酸化物濃度が、前記許容窒素酸化物濃度以下のときに、前記単段燃焼状態と前記二段燃焼状態とを切り換え制御する請求項４に記載の管状火炎バーナ。
6. 前記燃焼状態制御手段は、前記一次燃焼用酸素含有ガスとして、酸素濃度が２１％以上の酸素富化空気を供給する請求項１〜５の何れか一項に記載の管状火炎バーナ。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の管状火炎バーナを炉壁を貫通する状態で備えた加熱炉であって、
   前記管状火炎バーナは、前記炉壁に形成された管通孔部位に、円筒状の前記燃焼室が位置する状態で配設されている加熱炉。

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