JP2899712B2 - 帯状噴流バーナ - Google Patents

帯状噴流バーナ

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JP2899712B2
JP2899712B2 JP2057328A JP5732890A JP2899712B2 JP 2899712 B2 JP2899712 B2 JP 2899712B2 JP 2057328 A JP2057328 A JP 2057328A JP 5732890 A JP5732890 A JP 5732890A JP 2899712 B2 JP2899712 B2 JP 2899712B2
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▲紘▼一郎 金藤
直孝 金山
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Landscapes

  • Gas Burners (AREA)
  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、帯状の高温の燃焼ガスを噴出するバーナ
に関する。
〔従来の技術〕
たとえばステンレス板、メツキ用冷延鋼板、銅板、ア
ルミ板などのストリツプ材を連続焼鈍炉などの連続炉に
おいて効率よく加熱しようとすると、これらストリツプ
材は輻射率が低いため、対流伝熱強化に頼らざるを得な
い。このため従来は通常の円筒火炎バーナを複数本千鳥
状に配列するなどして用いていたが、加熱が不均一でス
トリツプ材に不均一酸化による縞模様を生じるという問
題があつた。そこで燃料と燃焼用空気の混合気をスリツ
ト状の噴出口から噴射して燃焼させる予混合式のスリツ
トバーナが開発されたが、燃焼用空気を予熱すると逆火
を生じやすいため、空気予熱による省エネルギ化をはか
ることができなかつた。また拡散燃焼式のスリツト型バ
ーナとして、たとえば特開昭59−89919号公報や同89920
号公報に開示されたものがあるが、これらは混合室が設
けられているだけで燃焼室は設けられていないので、燃
焼速度の速いCOG以外は燃焼が安定せず、噴流速度を上
げると吹消えが生じるという問題があつた。また混合気
の燃焼は開放状態の炉内でおこなわれるため、炉内のガ
ス流の影響を受けやすく、噴流が流れたり、炉内ガスの
巻込みにより特にスリツトの長手端部では燃焼が乱れて
均一火炎が得られず、さらに混合室のみのバーナでは、
燃料ガスと燃焼用空気ノズルの噴出孔群の孔加工誤差が
直接噴流の温度分布に影響するため、ストリツプ材の均
一加熱は困難であつた。
〔発明が解決しようとする課題〕
この発明は上記従来の問題点を解決するもので、各種
の燃料ガスに対して、予熱された燃焼用空気を用いて安
定した燃焼をおこなうことができ、温度や噴出速度が巾
方向で均一化された帯状の高温高速噴流を得ることがで
きる帯状噴流バーナを提供しようとするものである。
〔課題を解決するための手段〕 この発明の帯状噴流バーナは、燃料ガス供給源に接続
される細長いガスチヤンバに、該ガスチヤンバの長手方
向に対してほぼ直角方向に向くともに鉛直方向に対して
傾斜した多数個のガス噴出孔を並設し、前記ガスチヤン
バと平行に延び燃焼用空気供給源に接続されるエアチヤ
ンバに、前記ガス噴出孔の近傍に開口し該ガス噴出孔開
設側に向つて傾斜した多数個のエア噴出孔を並設し、前
記ガス噴出孔とエア噴出孔の噴出側に、耐火物で形成し
た燃焼室を設け、この燃焼室の出口側を絞つて前記ガス
チヤンバの長手方向と平行な細長いスリツト状の燃焼ガ
ス噴出口を形成したことを特徴とする。
この発明において燃焼室の容積は、燃料ガスの燃焼反
応が90%以上完結するような寸法とするのが好ましく、
燃焼室出口を絞りこむことによつても燃焼反応の完結度
を増すことができる。これによつて、腰の強い、乱れの
少ない高温噴流ガスを燃焼ガス噴出口から噴出させるこ
とができる。通常、燃焼室容積負荷は約1000万〜5000万
kcal/m3h、燃焼ガス噴出口のスリツトの細長比は1/50以
下とし、燃焼ガス噴出口からの噴流流速は40m/s以上に
なるように各部寸法を選定するのがよい。
またこの発明において燃焼室を形成する耐火物は、電
融アルミナまたは電融アルミナと電融ムライトを主成分
とする高アルミナ質の耐火レンガ(表1に代表的物性を
示す)を用いるのが好ましく、さらにその外周を耐熱金
属材料製の支持ケーシングにより支持するとよい。
またガスチヤンバとエアチヤンバの内部に、燃料ガス
または燃焼用空気の流通方向に対して直角に配置した多
孔板から成る整流板を、複数段にわたつて設けるとよ
い。
〔作用〕 この発明の帯状噴流バーナにおいては、ガス噴出孔か
ら噴出した燃料ガスとエア噴出孔から噴出した燃焼用空
気は、燃焼室で初めて混合して燃焼し、燃焼がほとんど
完了した高温の燃焼ガスあるいは火炎まじりの燃焼ガス
として、燃焼ガス噴出口から高速で噴出する。このよう
に予混合式ではないため燃焼用空気として予熱空気を使
用しても逆火をおこすことがない。また燃焼は主として
耐火物で囲繞形成された燃焼室内でおこなわれるので、
メタンガスなどの着火温度の高い燃焼ガスでも安定した
燃焼をおこなうことができ、炉内ガスの巻込みによる燃
焼の乱れが生じることもなく、燃焼ガス噴出口の長手方
向の噴出ガスの速度分布および温度分布が均一化され
る。さらに互いに傾斜状に配設されたガス噴出孔とエア
噴出孔から噴出した燃料ガスと燃焼用空気は交差状に流
れて衝突しやすくなり急速に拡散燃焼をおこすので、燃
焼室から噴出する燃焼ガスの速度分布および温度分布は
一層均一化される。
また燃焼室を形成する耐火物として、電融アルミナま
たは電融アルミナと電融ムライトを主成分とする耐火レ
ンガ群を耐火モルタルで接合組立して成る耐火物を用い
ると、これらの耐火レンガは表1に例示するようにすぐ
れた耐スポーリング性と高温熱間強度を有するので、高
温燃焼をおこなう燃焼室の壁部における亀裂や欠損の発
生が抑制され、長時間の使用に耐える帯状噴流バーナが
得られる。
また支持ケーシングは、燃焼室を形成する耐火物を支
持するので、燃焼ガス噴出口のスリツト巾寸法が拡がる
のを抑制するとともに、炉体等へのバーナの着脱が容易
となる。
さらにガスチヤンバとエアチヤンバの内部に設けた多
孔板から成る整流板は、安価な構造体であり、多段設置
により気流の集合分流を繰返すことにより、燃料ガスお
よび燃焼用空気を整流して各ガス噴出孔またはエア噴出
孔からの噴出流量を均一化し、燃焼ガス噴出口からの噴
流ガスの温度および速度分布を均一化させる。
〔実施例〕
以下第1図および第2図によりこの発明の一実施例を
説明する。
図中、1は水平方向(第2図における矢印X方向)に
延びる細長い密閉箱状のガスチヤンバで、その上部の端
板2部には、燃料ガス供給源に接続される複数本のガス
パイプ3が接続されている。ガスチヤンバ1の下部は段
状に薄くなつてガスノズル4部が形成され、その下端面
には鉛直方向に対してやや傾斜したガス噴出孔5,5が、
ガスチヤンバ長手方向(第2図における矢印X方向)に
多数組並設されている。6はガスチヤンバ1内に3段に
わたつて設けられガスチヤンバ長手方向に延びる整流板
で、厚さ1.2mmのステンレス板に直径1.5mmの穴を多数個
打抜いたものである。7はセラミツクフアイバから成る
断熱材で、ガスパイプ3の外方を流通する高温の予熱空
気とガスパイプ3の間を断熱するためのものである。一
方10はバーナケーシングで、フランジ11,11により分割
された上部カバー12と、ケーシング本体13とから成る。
ケーシング本体13内には、シールドプレート14,14によ
りガスチヤンバ1が挿脱されるガスチヤンバ収容空間15
が区画形成され、各シールドプレート14とケーシング本
体13の側壁との間には、ガスチヤンバ1と平行に水平方
向に延びるエアチヤンバ16,16が形成されている。各エ
アチヤンバ16の下端面には、ガス噴出孔5の近傍に開口
しガス噴出孔5開設側に向つて傾斜したエア噴出孔17
が、エアチヤンバ長手方向(第2図における矢印X方
向)に多数個並設されている。18は前記整流板6と同様
なエアチヤンバ長手方向に延びる整流板で、エアチヤン
バ16内に3段にわたつて取付けられている。シールドプ
レート14の上端のフランジ部19には上向きに拡がるテー
パ状の開口部が設けられ、この開口部にシール用の銅パ
ツキン20を介してガスチヤンバ1の端板2が嵌合してい
る。21は上部カバーの側部に設けた4個のエア供給口
で、予熱された燃焼空気の供給源に接続される。22は岩
綿から成る外部保温材である。
また30はガス噴出孔5およびエア噴出孔17の噴出側に
形成した燃焼室で、水平方向に延びる略直方体状を呈
し、燃料ガスの燃焼がほぼ完了するために必要な容積を
有する。燃焼室30の下部は絞られて、水平方向に延びる
スリツト状の燃焼ガス噴出口31が形成されている。32は
燃焼室30を囲繞する耐火物で、50mm厚の電融アルミナレ
ンガ33を並べて耐火モルタル33Aで接合組立して成る内
側層34と、1600℃級耐火キヤスタブルから成る外側層35
と、2mm厚のアルミナ室フアイバシートから成る中間層3
6の3層により構成されている。外側層35は、耐熱鋼製
の支持ケーシング37により支持されている。38は支持ケ
ーシング37に固設したアンカ金物である。50は図示しな
いストリツプ材の加熱をおこなう連続炉の炉壁で、支持
ケーシング37のフランジ部39が耐火物32を炉壁50に取付
け、またバーナケーシング10の下部フランジ部23がバー
ナケーシング10およびその収容物を支持している。40は
耐火シール材で、ケーシング本体13と耐火物32の間に挿
入されている。また41はパイロツトバーナで、燃料ガス
の燃焼開始時の着火に用いるものである。
上記鋼正の帯状噴流バーナ45においては、燃料ガスを
ガスチヤンバ1内に供給してガス噴出孔5から噴出さ
せ、また予熱された高温空気をエアチヤンバ16内に供給
してエア噴出孔17から噴出させ、燃焼室30内にて燃焼さ
せる。燃料ガスは燃焼室30内でほぼ燃焼を完了し、高温
の燃焼ガスとなり、絞られて高速となつて燃焼ガス噴出
口31から炉内に噴出される。燃焼室30内の温度は1700℃
前後の高温となることがあるが、電融アルミナレンガ33
が上記高温に対しても充分な耐熱性を示す。また電融ア
ルミナ質は熱伝導率が大きい(λ=2.0kcal/mh℃)た
め、支持ケーシング37への伝熱量を減少させる目的で熱
伝導率が小さく(λ=0.6〜0.8kcal/mh℃)安価な耐火
キヤスタブルを外側層35として用い、さらに電融アルミ
ナと耐火キヤスタブルの温度差や物性差による熱膨張差
を吸収するために、高アルミナ質セラミツクフアイバシ
ートを中間層36として使用しており、これによつて耐久
性と高温強度にすぐれた経済的な耐火物構造が得られて
いる。またバーナケーシング10内においては、整流板6
により燃料ガスが、整流板19により燃焼用空気が、それ
ぞれ整流されてガスチヤンバ1およびエアチヤンバ16の
長手方向にほぼ均一な流量分布が得られ、各ガス噴出孔
5およびエア噴出孔17の噴出流量を均一化し、燃焼ガス
噴出口31からの噴流ガスの温度および速度分布を均一化
する。このようにして得られた高温の噴流ガスは、燃焼
ガス噴出口31から連続炉内に高速で噴出し、連続走行す
るストリツプ材を均一温度に加熱するのに用いられる。
この発明は上記実施例に限定されるものではなく、た
とえば上記実施例ではガスチヤンバ1とエアチヤンバ16
を別体として、ガスチヤンバ1を分離して取外せるよう
にしたので、ガスノズル部4の点検や組立等が容易であ
るという長所を有するが、ガスチヤンバ1とエアチヤン
バ16を一体に固着してもよく、さらにガスチヤンバ1や
エアチヤンバ16の具体形状も上記以外のものとしてもよ
い。また上記実施例では耐火物32を内側層34〜外側層35
の3層構造としたが、この発明のバーナを低温炉で使用
したり、予熱空気温度が200℃程度で使用する場合に
は、中間層36および外側層35を省略して、内側層34に相
当する電融アルミナまたは電融アルミナと電融ムライト
を主成分とする耐火レンガ群から成る1層構造の耐火物
とするなど、耐火物32の構成も上記以外のものとしても
よい。またこの発明の帯状噴流バーナは、ストリツプ材
の加熱以外の用途に使用してもよい。さらにこの発明の
バーナの燃焼用空気または燃料ガスには、低NOX燃焼の
ために燃焼ガスを混入してもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明によれば、燃料ガスの燃
焼は主として耐火物で囲繞した外乱の少ない燃焼室内で
おこなわれるので、各種の燃料ガスに対して安定した燃
焼をおこなうことができ、温度や噴出速度が巾方向で均
一化された帯状の高温噴流を得ることができ、燃焼中の
火炎や温度むらのある噴流が広巾の被熱物に接触するこ
とがないから、ストリツプ材等の広巾の被熱物の均一加
熱に好適な帯状噴流バーナが提供される。さらに互いに
傾斜状に配設されたガス噴出孔とエア噴出孔から噴出し
た燃料ガスと燃焼用空気は交差状に流れて衝突しやすく
なり急速に拡散燃焼をおこすので、燃焼室から噴出する
燃焼ガスの速度分布および温度分布は一層均一化され、
被熱物、特にストリツプ材の一層の均一加熱が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す帯状噴流バーナの断
面(第2図のA−A線断面)図、第2図は第1図のB−
B線断面図である。 1……ガスチヤンバ、5……ガス噴出孔、16……エアチ
ヤンバ、17……エア噴出孔、30……燃焼室、31……燃焼
ガス噴出口、32……耐火物、33……電融アルミナレン
ガ、33A……耐火モルタル、34……内側層、35……外側
層、36……中間層、37……支持ケーシング、45……帯状
噴流バーナ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−89920(JP,A) 特開 昭63−236768(JP,A) 特開 昭62−196519(JP,A) 実開 昭63−74928(JP,U) 実開 平1−110348(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F23D 14/22

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料ガス供給源に接続される細長いガスチ
    ヤンバに、該ガスチヤンバの長手方向に対してほぼ直角
    方向に向くとともに鉛直方向に対して傾斜した多数個の
    ガス噴出孔を並設し、前記ガスチヤンバと平行に延び燃
    焼用空気供給源に接続されるエアチヤンバに、前記ガス
    噴出孔の近傍に開口し該ガス噴出孔開設側に向つて傾斜
    した多数個のエア噴出孔を並設し、前記ガス噴出孔とエ
    ア噴出孔の噴出側に、耐火物で形成した燃焼室を設け、
    この燃焼室の出口側を絞つて前記ガスチヤンバの長手方
    向と平行な細長いスリツト状の燃焼ガス噴出口を形成し
    たことを特徴とする帯状噴流バーナ。
  2. 【請求項2】燃焼室を形成する耐火物が、電融アルミナ
    または電融アルミナと電融ムライトを主成分とする耐火
    レンガ群を耐火モルタルで接合組立して成る請求項1記
    載の帯状噴流バーナ。
  3. 【請求項3】燃焼室を形成する耐火物の外周を、耐熱金
    属材料製の支持ケーシングで支持してある請求項1また
    は2記載の帯状噴流バーナ。
  4. 【請求項4】ガスチヤンバとエアチヤンバの内部に、燃
    料ガスまたは燃焼用空気の流通方向に対して直角に配置
    した多孔板から成る整流板を、複数段にわたつて設けて
    ある請求項1または2または3記載の帯状噴流バーナ。
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