JP2683545B2 - 炉内燃焼方法 - Google Patents

炉内燃焼方法

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、主として工業用加熱炉に用いる窒素酸化物
（以下NOxという）抑制のための炉内燃焼方法に関する
ものである。
（従来技術とその問題点） 従来の燃焼方法を第５図及び第６図に示す図に基づき
説明する。第５図に於いて、ａは燃料供給部、ｂは空気
供給部である。各供給部ａ及びｂから矢印の通り供給さ
れた燃料と空気はバーナタイルｃ内で混合し燃焼して火
炎を発生する。かかる燃焼方法では、発熱率が最も高く
高温となる火炎の基部近傍が、断熱壁であるバーナタイ
ルｃに包囲された状態となるので、周囲への放熱がな
く、高温火炎によるNOxの発生は多量となる欠点があ
る。
更に、実際にガラス溶解炉に適用されている燃焼方法
としては、第６図に示す炉を挙げることができる。かか
る炉に於いて、空気供給部ｂと燃料供給部ａは炉室ｄ内
に開口しているが、ガラス面ｅと空気供給部ｂの間隔が
ほとんどないため、炉内ガスの再循環流は形成されず、
空気流はガラス面ｅにそった流れとなる。そして燃料は
空気流中に直接噴射されるので、燃料及び空気中に炉内
ガスが混入される現象は生ぜず、従って低酸素濃度燃焼
は行われず、火炎温度は必然的に高くなり、NOx排出レ
ベルも当然高くなる欠点がある。
（発明の目的） 本発明は、各種加熱炉に於いて燃料を燃焼させる際に
発生するNOxを、従来の燃焼方法に比較して、低レベル
に抑制することを目的とするものである。
（問題を解決するための手段） 第１図に於いて、符号１は炉体であって、２は炉内で
ある。該炉内２に、空気供給口３と燃料供給口４を、距
離l1を設けて各独立して開口する。更に、前記空気供給
口３と周囲炉壁５間も距離l2を設ける構成とする。かか
る構成に於いて、炉内２が燃料の着火温度以上の状態に
おいて、前記空気供給口３と燃料供給口４から空気と燃
料を炉内２に同時に噴出して、夫々炉内燃焼ガスを、図
中矢印の如く再循環流を形成しながら燃焼させる。これ
が請求の範囲第１項記載の燃焼方法である。
更に、同第２項記載の燃焼方法は、炉内２の温度が燃
料の着火温度以下、例えば750℃以下の低温時に、空気
供給口３内に内蔵させた低温時用燃料供給口６から燃料
を噴出させて燃焼させ、炉内２の温度が燃料の着火温
度、例えば750℃以上に達した時、前記第１項記載の燃
焼方法に切換える方法である。請求の範囲第３項記載の
発明は、空気供給口３を、各独立させて炉内２に複数個
開口させた場合の燃焼方法であり、更に、同第４項記載
の発明は、燃料供給口４を複数個設けた場合の燃焼方法
である。
（作用） 図に於いて、炉内２が燃料の着火温度以上の状態に於
いて、空気供給口３と燃料供給口４から空気と燃料を別
々に炉内２に噴出すると、空気と燃料は直接混合せず、
それぞれ炉内燃焼ガスと混合してから混合する。このた
め、酸素濃度の低い場での燃焼となり、NOx低減効果が
実現できる。即ち、空気と燃料は、混合する以前に、そ
れぞれの噴出エネルギーによって形成される炉内ガスの
再循環流と混合し、空気は、酸素濃度を低下させ、燃料
は、希薄となってから、炉内空間で混合して燃焼する。
このような燃焼に際して、前記再循環流の領域を効果的
に生じさせるために、図示するように、また、後述する
ように、前記空気流を周囲炉壁５に衝突させずに、そし
て、周囲炉壁５と空気供給口３との距離l2を1.5倍以上
とする必要がある。
また、前記したような空気と燃料の噴出方法を採用す
ると、第５図に示す従来バーナのような同心軸噴流にお
ける空気、燃料の混合に比較して、混合状態が遅くな
り、緩慢燃焼が実行できて局部高温のない低温の火炎が
得られ、このことからもNOxの低減効果が実現できる。
本発明は以上のような燃焼を実行することから、空気供
給口３と燃料供給口４が1:1の対応では、火炎が長くな
りすぎて用途によっては問題となる場合もある。
この場合には、第２図に示してあるように燃料供給口
４が適宜複数設けることによって、燃料供給口４の一個
あたりについての燃料流量が減少して短炎化を図ること
ができる。また、空気流に対して燃料噴出を平行流とせ
ず、角度を持たせることによっても、或いは燃料供給口
４の先端を放射状ノズルに構成することによっても、混
合状態を調整することができ、火炎の長さをコントロー
ルすることができる。また、前記l2について、短すぎる
と炉内再循環流が充分に形成されず、本発明の目的を達
成することができない。そこで、例えば空気供給口３の
径の1.5倍以上のl2を採ることが好ましい。
更に、炉の形状、大きさによっては空気供給口３を複
数設けることが必要であるが、この際、l3が短すぎると
炉内再循環流が相互に干渉してしまうので、例えば空気
供給口３の径の２倍以上とすることによって、前記相互
干渉を防止することができる。
本発明の燃焼方法は、前記した通り、空気と燃料は、
夫々炉内ガスと混合してから互いに混合し燃焼するた
め、運転開始時には、適宜の炉内昇温手段、例えば他の
昇温用バーナ又は着火源等により、炉内を燃焼ガスの着
火温度まで上昇させる必要がある。第２の発明は、空気
供給口３の中に低温時用燃料供給口６を設けたものであ
る。この場合には、空気供給口３内に内蔵した低温時用
燃料供給口６からのみ燃料を噴出させて燃焼させると、
炉内２に噴出と同時に空気と燃料の混合が開始している
ため、炉内燃焼は安定して実行できる。そして炉内温度
が、例えば750℃以上の高温となった時に前記燃焼に切
換えればよい。更に、第３と第４の発明は、第１と第２
の発明に於いて、複数の各独立した空気供給口３と燃料
供給口４を設けて燃焼させる方法である。これにより、
炉の大きさ、形状等に対応することができる。
本発明は、以上の通り、炉内２で混合と燃焼が開始す
る。従って発熱率が高く高温になりやすい火炎基部近傍
は断熱壁に囲まれることなく、炉内空間に存在する。炉
内２には、通常、周囲炉壁５の温度よりは低温の被熱
物、例えば鋼材とか溶融金属とかが存在しているため、
前記炉内空間火炎が発生すると同時に、これら低温物体
へ放射伝熱され、火炎温度が低下して、この面からもNO
x発生レベルを低下させる効果が得られる。
次表は本発明の燃焼方法を第１図で示す実験炉で実施
したデータを従来方法のデータと共に表したものであ
る。また第４図は次表のデータを図に表したものであ
る。ただし、実施条件は次の通りである。
L1＝L2＝1000mm l2＝300mm 燃料…天然ガス 燃焼量…50×104kcal/h 空気温度…400℃ 空気比…1.2 実施データにより従来の燃焼方法に比較して、格段に
NOxの発生が低下していることが理解できる。
（発明の効果） （１）炉内に直接且つ空気と燃料を別々に距離を置いて
噴出し、混合させるため、混合速度が遅く緩慢な燃焼と
なり、火炎温度が低くなってNOxの生成が少ない。
（２）空気供給口と周囲炉壁間の距離及び空気供給口同
士の相互距離を充分に長く構成してあるため、空気及び
燃料の供給口の周囲に燃焼ガスの再循環流が形成され、
燃焼前に空気及び燃料に燃焼ガスが混入する。従って酸
素分圧の低い燃焼となり、これも火炎温度を低下させNO
xを低下させる。
（３）炉内で燃焼を開始し、炉内で燃焼を完了するため
燃焼による発熱と同時に被熱物への輻射伝熱が起り、火
炎温度を低下させNOxを低下させる。
【図面の簡単な説明】
第１図（Ａ），（Ｂ）は本発明方法を適用する炉の説明
的断面図で、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図である。第
２図は空気供給口と燃料供給口の関係を示す説明図、第
３図は隣接する空気供給口の位置関係を示す説明図、第
４図は、本発明と従来例とを比較したNOx性能図、第５
図、第６図は従来バーナの説明図である。符号１……炉
体、２……炉内、３……空気供給口、４……燃料供給
口、５……周囲炉壁、６……低温時用燃料供給口、ａ…
…燃料供給部、ｂ……空気供給部、ｃ……バーナタイ
ル、ｄ……炉室、ｅ……ガラス面。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−102822（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−284113（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−69925（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭52−61545（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−51447（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭62−14048（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】空気供給口と燃料供給口を距離l1を持たせ
    て各独立して炉内に開口させると共に、前記空気供給口
    と周囲炉壁とは、空気供給口から噴出する空気流が周囲
    炉壁に衝突することなく、空気流と周囲炉壁との間に再
    循環流領域が形成されるように、空気供給口の径の1.5
    倍以上の距離l2を持たせて構成し、炉内が着火温度以上
    の状態において、前記空気供給口と燃料供給口から、燃
    焼用空気と燃料を夫々独立して炉内に噴出させて、炉内
    において再循環流を形成しながら燃焼させることを特徴
    とする炉内燃焼方法
  2. 【請求項２】空気供給口と燃料供給口を距離l1を持たせ
    て各独立して炉内に開口させると共に、前記空気供給口
    と周囲炉壁とは、空気供給口から噴出する空気流が周囲
    炉壁に衝突することなく、空気流と周囲炉壁との間に再
    循環流領域が形成されるように、空気供給口の径の1.5
    倍以上の距離l2を持たせて構成し、前記空気供給口内に
    は、低温時用燃料供給口を内蔵させる構成とし、炉内温
    度が燃料の着火温度以下の低温時は、前記空気供給口か
    ら燃焼用空気を噴出すると同時に燃料は前記低温時燃料
    供給口からのみ噴出させて燃焼させて、炉内温度が着火
    温度以上の高温に達した時には、前記低温時用燃料供給
    口からの燃料の供給を停止して、他の燃料供給口から燃
    料を噴出して、炉内において再循環流を形成しながら燃
    焼させることを特徴とする炉内燃焼方法
  3. 【請求項３】空気供給口を複数個炉内に開口させ、各空
    気供給口の間に距離l3を構成し、その距離l3は、空気供
    給口の径の２倍以上の構成とし、前記複数の空気供給口
    から空気を炉内に噴出しながら再循環燃焼させることを
    特徴とする特許請求の範囲１又は２記載の炉内燃焼方法
  4. 【請求項４】空気供給口の周囲に燃料供給口を複数個炉
    内に開口させ、各燃料供給口の間に距離を持たせ、前記
    複数の燃料供給口から燃料を炉内に噴出しながら、再循
    環燃焼させることを特徴とする特許請求の範囲１又は２
    記載の炉内燃焼方法
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