JP2019015439A

JP2019015439A - 蓄熱式燃焼設備

Info

Publication number: JP2019015439A
Application number: JP2017132353A
Authority: JP
Inventors: 祐作河本; Yusaku Kawamoto; 広基田原; Hiroki Tawara; 健介川端; kensuke Kawabata
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2017-07-06
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2019-01-31
Also published as: TW201907124A; TWI802568B; KR20190005718A

Abstract

【課題】蓄熱部において加熱されて燃焼用空気供給経路を通して炉内に導かれる燃焼用空気と、燃料供給ノズルから供給された燃料とを混合させて、燃料を炉内において燃焼させるにあたり、燃焼時における火炎の長さを短くしたり、燃焼時に生じるＮＯｘの発生量を低減させたりすることが簡単に行えるようにする。【解決手段】蓄熱式燃焼バーナー20が設けられた蓄熱式燃焼設備において、蓄熱部22において加熱されて導かれた燃焼用空気を、筒状になった燃焼用空気供給経路23の内周に沿って旋回させながら給排気口23bから炉10内に供給すると共に、第１燃料供給ノズル31から給排気口の近傍における炉壁11に設けられた第１燃料供給口31aを通して炉内に燃料を供給して、旋回する燃焼用空気と燃料とを混合させて燃料を炉内において燃焼させた。【選択図】図３

Description

本発明は、蓄熱部に収容された蓄熱材により加熱されて燃焼用空気供給経路を通して炉内に導かれる燃焼用空気と、燃料供給ノズルから供給された燃料とを混合させて、燃料を炉内において燃焼させる蓄熱式燃焼バーナーが設けられた蓄熱式燃焼設備に関するものである。特に、蓄熱部に収容された蓄熱材により加熱されて燃焼用空気供給経路を通して炉内に導かれる燃焼用空気と、燃料供給ノズルから供給された燃料とを混合させて、燃料を炉内において燃焼させるにあたり、燃焼時における火炎の長さを短くしたり、燃焼時に生じるＮＯｘの発生量を低減させたりすることが簡単に行えるようにした点に特徴を有するものである。

従来から、加熱炉等においては、燃焼排ガスの熱を利用して効率のよい燃焼を行うために、特許文献１等に示されるように、炉内において燃焼された燃焼排ガスの熱を蓄熱部に収容させた蓄熱材に蓄熱させた後、この蓄熱部に燃焼用空気を導き、この燃焼用空気を蓄熱部における蓄熱材に蓄熱された熱により加熱させ、このように加熱された燃焼用空気と燃料供給ノズルから供給された燃料とを混合させて、燃料を炉内において燃焼させる蓄熱式燃焼バーナーが設けられた蓄熱式燃焼設備が用いられている。

しかし、前記のような蓄熱式燃焼バーナーの場合、加熱された燃焼用空気と燃料とを混合させて燃焼させるため、燃焼時における火炎の温度が高くなってＮＯｘの発生量が多くなったり、また従来の蓄熱式燃焼バーナーの場合、一般に火炎の広がりが小さくて火炎が長くなり、炉内における被処理物に火炎が接触して、被処理物に損傷が生じたりするという問題があり、また被処理物に火炎が接触しないようにするため、炉を大きくしなければならず、設備コストやランニングコスト等の様々なコストが高くつくという問題があった。

また、従来においては、前記のような蓄熱式燃焼バーナーにおける燃焼時の火炎を短くするため、特許文献２に示されるように、燃料供給ノズルの先端部に通気性を有する多孔質物質を設置して、燃料供給ノズルの先端部に炎孔部を構成すると共に燃料噴出部を構成し、蓄熱部における蓄熱材により加熱された燃焼用空気を、前記のように多孔質物質を設置した炎孔部において、燃料噴出部から噴出される燃料と混合させて燃焼させるようにし、燃焼時における火炎の長さを短くするようにしたものが提案されている。

しかし、特許文献２に示されるように、多孔質物質を設置した炎孔部において、燃料噴出部から噴出される燃料と加熱された燃焼用空気とを混合させて燃焼させるためには、燃焼用空気を前記の多孔質物質を設置した炎孔部を通して送り出すため、大きな送風機などが必要になり、設備コストやランニングコストが高くつくという問題があった。

また、従来においては、特許文献３に示されるように、蓄熱部における蓄熱材により加熱された燃焼用空気を炉内に供給する部分に円筒形になった円筒部を設け、この円筒部において前記の加熱された燃焼用空気を旋回させると共に、この円筒部にガスノズルから燃料ガスを供給し、前記のように加熱されて旋回される燃焼用空気と燃料ガスとを混合させて燃焼させるようにすると共に、炉壁に設けた拡径部を通して炉内に導くようにし、燃焼される火炎の径を次第に大きくして、燃焼時における火炎の長さを短くすると共に、ＮＯｘの発生量を低減させることが提案されている。

しかし、特許文献３に示されるように、燃焼用空気を炉内に供給する円筒部において加熱された燃焼用空気を旋回させると共に、この円筒部にガスノズルから燃料ガスを供給し、前記のように旋回される加熱された燃焼用空気と燃料ガスとを混合させて燃焼させると共に、炉壁に設けた拡径部を通して燃焼される火炎の径を次第に大きくするようにした場合においても、燃焼時における火炎の温度が高くなって、ＮＯｘの発生量を十分に低減させることができず、また燃焼量を高める場合に、燃焼用空気や燃料ガスの供給量を多くすると、ＮＯｘの発生量がさらに増加すると共に、炉壁に設けた拡径部に沿って火炎の径を十分に拡大させることができず、燃焼時における火炎の長さを短くすることも困難になるという問題があった。

特開平９−２２２２２３号公報特開２０００−１９９６１１号公報特開２０１３−２７０６号公報

本発明は、蓄熱部に収容された蓄熱材により加熱されて燃焼用空気供給経路を通して炉内に導かれる燃焼用空気と、燃料供給ノズルから供給された燃料とを混合させて、燃料を炉内において燃焼させる蓄熱式燃焼バーナーが設けられた蓄熱式燃焼設備における前記のような様々な問題を解決することを課題とするものである。

すなわち、本発明においては、蓄熱部に収容された蓄熱材により加熱されて燃焼用空気供給経路を通して炉内に導かれる燃焼用空気と、燃料供給ノズルから供給された燃料とを混合させて、燃料を炉内において燃焼させるにあたり、燃焼時における火炎の長さを短くしたり、燃焼時に生じるＮＯｘの発生量を低減させたりすることが簡単に行えるようにすることを課題とするものである。

本発明に係る蓄熱式燃焼設備においては、前記のような課題を解決するため、蓄熱部に収容された蓄熱材により加熱されて燃焼用空気供給経路を通して炉内に導かれる燃焼用空気と、燃料供給ノズルから供給された燃料とを混合させて、燃料を炉内において燃焼させる蓄熱式燃焼バーナーが設けられた蓄熱式燃焼設備において、前記の蓄熱部から筒状になった燃焼用空気供給経路に導かれた燃焼用空気を、燃焼用空気供給経路の内周に沿って旋回させながら、前記の燃焼用空気供給経路を通して給排気口から炉内に供給すると共に、第１燃料供給ノズルから前記の給排気口の近傍における炉壁に設けられた第１燃料供給口を通して炉内に燃料を供給し、前記の燃焼用空気と燃料とを混合させて、燃料を炉内において燃焼させるようにした。

そして、本発明の蓄熱式燃焼設備のように、蓄熱部から筒状になった燃焼用空気供給経路に導かれた燃焼用空気を、燃焼用空気供給経路の内周に沿って旋回させながら給排気口から炉内に供給すると共に、第１燃料供給ノズルから前記の給排気口の近傍における炉壁に設けた第１燃料供給口を通して燃料を炉内に供給させて、燃料を炉内において燃焼させるようにすると、炉内における燃焼排ガスが前記のように給排気口から旋回されながら炉内に供給された燃焼用空気の旋回流の中央部に生じた負圧によって取り込まれて燃焼が行われ、燃焼時におけるＮＯｘの発生量が低減されると共に、給排気口の近傍における炉壁に設けられた第１燃料供給口から炉内に供給された燃料が、給排気口から旋回されながら炉内に供給された燃焼用空気と広い範囲で混合されて燃焼され、燃焼時における火炎が広がると共に火炎の長さが短くなる。

ここで、前記の蓄熱式燃焼設備においては、前記の燃焼用空気供給経路の両側に前記の第１燃料供給ノズルを配置させると共に、前記の各第１燃料供給ノズルから燃料を炉内に供給する前記の第１燃料供給口を前記の給排気口の近傍における炉壁の両側に設けるようにすることができる。このようにすると、給排気口から旋回されながら炉内に供給された燃焼用空気と、給排気口の近傍における炉壁の両側に設けられた第１燃料供給口から炉内に供給された燃料とが、給排気口の両側においてバランスよく混合されて燃焼され、燃焼時における火炎の広がりをさらにバランスよく大きくすることができるようになる。

また、前記の蓄熱式燃焼設備においては、前記の給排気口の近傍における燃焼用空気供給経路に燃料を供給する第２燃料供給ノズルと、第２燃料供給口を設けるようにすることができる。このようにすると、燃焼用空気供給経路において旋回される燃焼用空気に対して第２燃料供給口から燃料が供給され、この燃料が旋回される燃焼用空気と混合された状態で先に燃焼を始めて炉内に導かれるようになり、前記の第１燃料供給ノズルから第１燃料供給口を通して燃料を炉内に供給する場合よりも、火炎の長さはさらに短くなり、また、燃料が燃焼用空気経路内で確実に燃焼用空気と混合されるため、炉内の温度が低いときの失火を防ぐこともできる。そして、前記のように第１燃料供給ノズルから第１燃料供給口を通して燃料を炉内に供給する場合と適当に組み合わせて、炉内の温度が低いときの燃焼性を高めたり、燃焼時におけるＮＯｘの発生量を低減させたり、燃焼時における火炎の広がりや、火炎の長さの調整が簡単に行えるようになる。

また、前記の蓄熱式燃焼設備においては、前記の第１燃料供給ノズルにおける燃料を噴出させる先端の噴出部を多孔状にすることができる。そして、このように第１燃料供給ノズルにおいて燃料を噴出させる噴出部を多孔状にすると、第１燃料供給ノズルによって炉内に供給される燃料が、この多孔状になった噴出部から分散されて噴射され、燃焼時における火炎の広がりをさらに大きくして、火炎の長さを短くすることができるようになる。

また、前記の蓄熱式燃焼設備においては、燃焼用空気を前記の燃焼用空気供給経路の内周に沿って旋回させながら、この燃焼用空気供給経路を通して前記の給排気口から炉内に供給するにあたり、前記の給排気口を炉内に向けて広がるように形成することができる。そして、このように給排気口を炉内に向けて広がるように形成すると、燃焼用空気供給経路の内周に沿って旋回されながら給排気口に導かれた燃焼用空気が、前記の広がった給排気口からさらに広がった状態で旋回されながら炉内に供給されて燃料と混合され、燃焼時における火炎がさらに大きく広がって、火炎の長さを短くすることができるようになる。

本発明における蓄熱式燃焼設備においては、前記のように蓄熱部に収容された蓄熱材により加熱されて燃焼用空気供給経路を通して炉内に導かれる燃焼用空気を、燃焼用空気供給経路の内周に沿って旋回させながら給排気口から炉内に供給すると共に、第１燃料供給ノズルから前記の給排気口の近傍における炉壁に設けた第１燃料供給口を通して燃料を炉内に供給させて、燃料を炉内において燃焼させるようにしたため、炉内における燃焼排ガスが前記のように給排気口から旋回されながら炉内に供給された燃焼用空気の旋回流の中央部に取り込まれて燃焼が行われると共に、給排気口の近傍における第１燃料供給口から炉内に供給された燃料が、給排気口から旋回されながら炉内に供給された燃焼用空気と広い範囲で混合されて燃焼されるようになる。

この結果、本発明における蓄熱式燃焼設備においては、蓄熱部に収容された蓄熱材により加熱されて燃焼用空気供給経路を通して炉内に導かれる燃焼用空気と、燃料供給ノズルから供給された燃料とを混合させて、燃料を炉内において燃焼させるにあたり、燃焼時における火炎の長さを短くしたり、燃焼時に生じるＮＯｘの発生量を低減させたりすることが簡単に行えるようになる。

本発明の一実施形態に係る蓄熱式燃焼設備を炉に設けて、炉壁の外側から見た状態を示し、燃焼用空気を燃焼用空気供給経路の内周に沿って旋回させている様子を示した部分概略説明図である。前記の実施形態に係る蓄熱式燃焼設備を炉に設けて、炉の内部側見た状態を示した部分概略説明図である。前記の実施形態に係る蓄熱式燃焼設備において、蓄熱部に収容された蓄熱材により加熱され焼用空気を筒状になった燃焼用空気供給経路に導き、前記の燃焼用空気を燃焼用空気供給経路の内周に沿って旋回させながら、燃焼用空気供給経路を通して給排気口から炉内に供給すると共に、２つの第１燃料供給ノズルから給排気口の近傍における炉壁の両側に設けた第１燃料供給口を通して燃料を炉内に供給して、燃料を炉内において燃焼させる状態を示した部分断面（図１のＡ−Ａ）説明図である。前記の実施形態に係る蓄熱式燃焼設備において、蓄熱部に収容された蓄熱材により加熱され焼用空気を筒状になった燃焼用空気供給経路に導き、前記の燃焼用空気を燃焼用空気供給経路の内周に沿って旋回させながら、燃焼用空気供給経路に第２燃料供給ノズルから燃料を供給し、燃料を旋回される燃焼用空気と混合させた状態で炉内に導いて燃焼させる状態を示した部分断面説明図である。前記の実施形態に係る蓄熱式燃焼設備の第１の変更例を示し、２つの第１燃料供給ノズルの先端部に燃料を噴出させる多孔状の噴出部を設け、各第１燃料供給ノズルにおける噴出部から第１燃料供給口を通して燃料を分散させた状態で炉内に供給して、燃料を炉内において燃焼させる状態を示した部分断面説明図である。前記の実施形態に係る蓄熱式燃焼設備の第２の変更例を示し、２つの第１燃料供給ノズルの先端部に燃料を噴出させる多孔状の噴出部を設けると共に、燃焼用空気供給経路において旋回させながら燃焼用空気を炉内に供給する給排気口を炉内に向けて広がるように形成し、各第１燃料供給ノズルの噴出部から第１燃料供給口を通して分散させた状態で炉内に供給された燃料を、炉内に向けて広がるように形成された給排気口から供給された燃焼用空気と混合させて炉内において燃焼させる状態を示した部分断面説明図である。

以下、本発明の実施形態に係る蓄熱式燃焼設備を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係る蓄熱式燃焼設備は、下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。

この実施形態における蓄熱式燃焼設備においては、図１等に示すように、炉１０に蓄熱式燃焼バーナー２０を設けるにあたり、燃焼用空気を給排気案内管２１から蓄熱材２２ａが収容された蓄熱部２２に導き、この蓄熱部２２における蓄熱材２２ａに蓄熱された熱により燃焼用空気を加熱させるようにしている。

そして、このように蓄熱部２２において加熱された燃焼用空気を、案内部２３ａを通して筒状になった燃焼用空気供給経路２３の内周に沿うように導き、この燃焼用空気を燃焼用空気供給経路２３の内周に沿って旋回させながら、燃焼用空気供給経路２３を通して給排気口２３ｂから炉１０内に供給させるようにしている。

また、この実施形態における蓄熱式燃焼設備においては、図３等に示すように、前記の燃焼用空気供給経路２３の両側にそれぞれ第１燃料供給ノズル３１を設け、各第１燃料供給ノズル３１から前記の給排気口２３ｂの近傍の両側における炉壁１１に設けられた各第１燃料供給口３１ａを通して炉１０内に供給するようにしている。

また、この実施形態における蓄熱式燃焼設備においては、図４等に示すように、前記の給排気口２３ｂの近傍における燃焼用空気供給経路２３に燃料を供給する第２燃料供給ノズル３２と、第２燃料供給口３２ａを設け、この第２燃料供給口３２ａから燃焼用空気供給経路２３の内周に沿って旋回する燃焼用空気に燃料を供給し、このように燃料が供給されて旋回する燃焼用空気を前記の給排気口２３ｂを通して炉１０内に供給するようにしている。

ここで、この実施形態における蓄熱式燃焼設備において、図３に示すように、燃焼用空気を燃焼用空気供給経路２３の内周に沿って旋回させながら前記の給排気口２３ｂから炉１０内に供給させると共に、各第１燃料供給ノズル３１から前記の給排気口２３ｂの近傍の両側における炉壁１１に設けられた各第１燃料供給口３１ａを通して炉１０内に供給させて、燃料を燃焼させるようにする。

このようにすると、炉１０内における燃焼排ガスが前記のように給排気口２３ｂから旋回されながら炉１０内に供給された燃焼用空気の旋回流の中央部に生じた負圧によって取り込まれて燃焼が行われ、燃焼時におけるＮＯｘの発生量が低減されると共に、給排気口２３ｂの近傍における炉壁１１の両側に設けられた各第１燃料供給口３１ａから炉１０内に供給された燃料が、給排気口２３ｂから旋回されながら炉１０内に供給された燃焼用空気と広い範囲で混合されて燃焼され、燃焼時における火炎が広がると共に火炎の長さが短くなる。

また、この実施形態における蓄熱式燃焼設備において、図４に示すように、前記の第２燃料供給ノズル３２から燃焼用空気供給経路２３の内周に沿って旋回する燃焼用空気に対して、前記の給排気口２３ｂの近傍において燃料を供給し、このように燃料が供給されて旋回する燃焼用空気を前記の給排気口２３ｂを通して炉１０内に導いて燃料を燃焼させるようにすると、前記の各第１燃料供給ノズル３１から燃料を給排気口２３ｂの近傍の両側における炉壁１１に設けられた各第１燃料供給口３１ａを通して炉１０内に供給させて、燃料を炉１０内において燃焼させる場合よりも、火炎の長さがさらに短くなると共に、炉内の温度が低いときの燃焼性が高まって失火も防ぐことができるようになる。

そして、前記のように各第１燃料供給ノズル３１から燃料を給排気口２３ｂの近傍の両側における炉壁１１に設けた各第１燃料供給口３１ａを通して炉１０内に供給させて、燃料を炉１０内において燃焼させる操作と、前記の燃焼用空気供給経路２３の内周に沿って旋回する燃焼用空気に対して、前記の第２燃料供給ノズル３２から給排気口２３ｂの近傍において燃料を供給し、このように燃料が供給されて旋回する燃焼用空気を前記の給排気口２３ｂを通して炉１０内に導いて燃料を燃焼させる操作とを切り換えるようにし、またこれらの操作を適当な割合で組み合わせたり、図示しない流量調整弁によって流量を調整することにより、炉１０内の燃焼時におけるＮＯｘの発生量を低減させたり、燃焼時の炉１０内における火炎の広がりを調整して、火炎の長さを短くしたりする調整が簡単に行えるようになる。

ここで、前記の実施形態における蓄熱式燃焼設備においては、各第１燃料供給ノズル３１の先端部から燃料をそのまま第１燃料供給口３１ａを通して炉１０内に供給させるようにしたが、図５に示すように、各第１燃料供給ノズル３１の先端部に多孔状になった噴出部３１ｂを設け、この多孔状になった噴出部３１ｂから燃料を炉１０内に供給させるようにすることができる。このようにすると、この多孔状になった噴出部３１ｂから燃料が分散されて第１燃料供給口３１ａを通して噴射され、燃焼時の炉１０内における火炎の広がりをさらに大きくして、火炎の長さを短くすることができるようになる。

また、前記の実施形態における蓄熱式燃焼設備において、燃焼用空気を前記の燃焼用空気供給経路２３の内周に沿って旋回させながら、この燃焼用空気供給経路２３を通して燃焼用空気を前記の給排気口２３ｂから炉１０内に供給するにあたり、図６に示すように、前記の給排気口２３ｂを図中Ｒのように炉１０内に向けて広がるように形成することができる。

このようにすると、燃焼用空気供給経路２３の内周に沿って旋回されながら給排気口２３ｂに導かれた燃焼用空気が、炉１０内に向けて広がって形成された給排気口２３ｂからさらに広がった状態で旋回されながら炉１０内に供給されて燃料と混合され、燃焼時における火炎がさらに大きく広がって、火炎の長さを短くすることができるようになる。

なお、前記の実施形態における蓄熱式燃焼設備においては、燃焼用空気供給経路２３の両側にそれぞれ第１燃料供給ノズル３１を設け、各第１燃料供給ノズル３１から前記の給排気口２３ｂの近傍の両側における炉壁１１に設けられた各第１燃料供給口３１ａを通して炉１０内に供給させるようにしたが、第１燃料供給ノズル３１や第１燃料供給口３１ａを設ける数は特に限定されず、さらに多くの第１燃料供給ノズル３１や第１燃料供給口３１ａを設けるようにしたり、第１燃料供給ノズル３１や第１燃料供給口３１ａを燃焼用空気供給経路２３や給排気口２３ｂの片側にだけ設けるようにすることも可能である。

また、前記の実施形態における蓄熱式燃焼設備においては、燃焼用空気供給経路２３の両側における各第１燃料供給ノズル３１をそれぞれ前記の給排気口２３ｂに向かうように傾斜させて設けたが、前記のように給排気口２３ｂから旋回されて炉１０内に供給される燃焼用空気と第１燃料供給ノズル３１から供給される燃料とが適切に混合されるようになっていれば、第１燃料供給ノズル３１を燃焼用空気供給経路２３と平行に設けるようにすることも可能である。

なお、本実施形態では給排気口２３ｂから燃焼用空気を供給して火炎を燃焼させる状態を説明したが、蓄熱式燃焼設備では、一定の時間間隔で給排気案内管２１の流路を切り換えて給排気口２３ｂから排気し、蓄熱材２２ａに排気の熱を蓄熱するのは言うまでもない。

１０：炉
１１：炉壁
２０：蓄熱式燃焼バーナー
２１：給排気案内管
２２：蓄熱部
２２ａ：蓄熱材
２３：燃焼用空気供給経路
２３ａ：案内部
２３ｂ：給排気口
３１：第１燃料供給ノズル
３１ａ：第１燃料供給口
３１ｂ：噴出部
３２：第２燃料供給ノズル
３２ａ：第２燃料供給口

Claims

蓄熱部に収容された蓄熱材により加熱されて燃焼用空気供給経路を通して炉内に導かれる燃焼用空気と、燃料供給ノズルから供給された燃料とを混合させて、燃料を炉内において燃焼させる蓄熱式燃焼バーナーが設けられた蓄熱式燃焼設備において、前記の蓄熱部から筒状になった燃焼用空気供給経路に導かれた燃焼用空気を、燃焼用空気供給経路の内周に沿って旋回させながら、前記の燃焼用空気供給経路を通して給排気口から炉内に供給すると共に、第１燃料供給ノズルから前記の給排気口の近傍における炉壁に設けられた第１燃料供給口を通して炉内に燃料を供給し、前記の燃焼用空気と燃料とを混合させて、燃料を炉内において燃焼させることを特徴とする蓄熱式燃焼設備。
請求項１に記載の蓄熱式燃焼設備において、前記の燃焼用空気供給経路の両側に前記の第１燃料供給ノズルを配置させると共に、前記の各第１燃料供給ノズルから燃料を炉内に供給する前記の第１燃料供給口を前記の給排気口の近傍における炉壁の両側に設けたことを特徴とする蓄熱式燃焼設備。
請求項１又は請求項２に記載の蓄熱式燃焼設備において、前記の給排気口の近傍における燃焼用空気供給経路に燃料を供給する第２燃料供給ノズルと第２燃料供給口を設けたことを特徴とする蓄熱式燃焼設備。
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の蓄熱式燃焼設備において、前記の第１燃料供給ノズルの先端部に多孔状に噴出部を設け、この噴出部から燃料を分散させて炉内に供給することを特徴とする蓄熱式燃焼設備。
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の蓄熱式燃焼設備において、前記の燃焼用空気供給経路の内周に沿って旋回させながら、前記の燃焼用空気供給経路を通して給排気口から炉内に供給するにあたり、前記の給排気口を炉内に向けて広がるように形成したことを特徴とする蓄熱式燃焼設備。