JP2946146B2 - 液体燃料−酸素バーナー - Google Patents

液体燃料−酸素バーナー

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JP2946146B2
JP2946146B2 JP4206847A JP20684792A JP2946146B2 JP 2946146 B2 JP2946146 B2 JP 2946146B2 JP 4206847 A JP4206847 A JP 4206847A JP 20684792 A JP20684792 A JP 20684792A JP 2946146 B2 JP2946146 B2 JP 2946146B2
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隆公 秋元
昌樹 藤原
弘 五十嵐
宏 讃井
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Nippon Electric Glass Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235Heating the glass
    • C03B5/2353Heating the glass by combustion with pure oxygen or oxygen-enriched air, e.g. using oxy-fuel burners or oxygen lances
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2900/00Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00006Liquid fuel burners using pure oxygen or O2-enriched air as oxidant
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガラス溶融炉等、輻射
伝熱を主体とした炉に用いられる液体燃料−酸素バーナ
ーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、ガラス溶融炉においては、重
油,灯油等の液体燃料を空気で燃焼するバーナーが用い
られており、ガラスを均等に昇温加熱するため、ガラス
に火炎を直接当てず、輻射伝熱を主体とした溶融方法に
よっている。
【0003】ところで、空気を支燃性ガスとしたバーナ
ーによると、燃焼に寄与しない窒素が多量に含有される
ため排ガス量が多く、従って炉から持ち去る熱量が多く
なり、当然、熱効率が悪くなる。また、支燃性ガス中に
窒素が多く含まれるので、NOXが多量に発生する等の
不都合があるばかりか、支燃性ガス量が多いことから、
炉内で激しく流れるため、ガラス原料を飛散させ、燃料
排ガスに同伴されて原料の歩留が悪くなる。しかも、熱
効率の向上を図るため、燃焼排ガスを熱風炉で熱回収す
ことが行われているが、該排ガスが同伴するガラス成
分、特に鉛等の含有成分が熱風炉の構成耐火物に含浸さ
れ、これの処分が困難になる等の課題がある。
【0004】このようなことから、酸素を支燃性ガスと
したバーナーが実用化されるようになってきた。酸素を
支燃性ガスとしたバーナーによると、空気燃焼に比して
燃焼排ガス量が約1/5になり、燃焼排ガスが持ち去る
熱量が約1/4〜1/5に減少する。このため、ガラス
原料の飛散が少くなるので、歩留が向上するとともに、
熱効率が高くなることから、熱風炉を不要とする。ま
た、窒素がないか、あるいは少量のため、大幅なNOX
の低減化が可能となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、通常、
酸素を支燃性ガスとして燃焼した場合、支燃性ガス量、
排ガス量の低減による熱効率の向上、熱回収設備の不要
もしくは小型化、あるいはNOXの低減化等、多くの利
点があるが、ガラス溶融炉の如く、輻射伝熱を主体とし
た溶融手段に利用するには解決すべき課題がある。
【0006】一般に、酸素燃焼による火炎温度は、約2
400〜2700℃であり空気燃焼による火炎温度より
約600〜800℃高く、また、燃焼速度も3〜5倍で
あり、バーナー出口でのガス流速が50〜200m/s
と非常に速いため、燃料と酸素との混合が促進され、
炎長は短くなる。さらに、酸素燃焼では、高温火炎中に
CO,H,OH等のラディカルな物質が存在し、火炎
を被加熱物等に衝突させると、これらが安定物質である
CO,HOになり、発熱し、伝熱を促進させる特異
性がある。
【0007】したがって、酸素燃焼バーナーは、直接火
炎を被加熱物に衝突させて溶融する方法に利用すると有
効であるが、ガラス溶融炉の如く、輻射伝熱を主体とし
た溶融炉においては、火炎長が短いことから好ましくな
い。また、燃焼火炎には、輝炎部と不輝炎部とが形成さ
れ、このうち輻射伝熱には輝炎部が寄与するが、酸素燃
焼の場合(重油使用)、従来のバーナーでは、約50〜
60%が輝炎部で、空気燃焼に比して少ないのが特徴で
ある。
【0008】このように、酸素バーナーを、ガラス溶融
炉の如き輻射伝熱を主体とする溶融方法に適用するに
は、火炎の大部分が輝炎であり、かつ比較的長い火炎が
形成できることが求められるが、本発明者等は、従来の
酸素バーナーが、この条件を満足し得ない原因として、
燃料の霧化手段と支燃性ガスである酸素の供給方法にあ
ることに着目した。即ち、一般に酸素バーナーにおける
燃料の霧化は、空気バーナーと同様、酸素の圧力を利用
してエマルジョン霧化する方法か、あるいは施回羽根等
を設けた霧化部を設けた方法によっている。しかし、こ
れら従来手段では、噴霧角度が30度以上となり、バー
ナー出口でのガス流速が速いことから、燃料と酸素との
混合が促進され、燃料速度が早くなるため、長い火炎を
得ることができない。
【0009】本発明は、以上のことから、燃料の噴霧角
度を小さくし、かつ、燃料の初速度を速くすることによ
って、火炎の長い燃焼状態を得ることのできる液体燃料
−酸素バーナーを提供することを目的としたものであ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的をを達成するた
め、本発明に係る液体燃料−酸素バーナーは、先端部に
燃料噴出孔を有する燃料通路の外周に、一次酸素ガス通
路及び二次酸素ガス通路をそれぞれ同心状に設けるとと
もに、前記燃料噴出孔に連設された空隙部を介して絞り
部材を設け、かつ、該絞り部材の絞り孔が前記燃料噴出
孔と偏芯した位置にある燃料噴出部を設けてなることを
特徴とするものである。
【0011】また、第2の特徴として、本酸素バーナー
は、一次酸素ガス通路と、二次酸素ガス通路に供給する
酸素ガス流量比を、0.25〜1.0に制御せしめるも
のである。第3の特徴としては、一次酸素ガス通路と、
二次酸素ガス通路に供給する酸素ガス流量比を、0.3
〜1.0に制御せしめるものである。さらに、第4の特
徴としては、一次酸素ガス通路に供給する酸素ガスの流
速を、10〜40Nm/sec(尚、単位Nm/sec
は、0℃,大気圧状態に換算した流速である)に制御せ
しめるものである。
【0012】
【作 用】本発明に係る酸素バーナーは、上記の如く構
成されているので、燃焼火炎を長くすることができ、し
たがって、そのほとんどを輝炎部とすることができる。
また、燃料の噴霧角度が5〜10度と小さくなることよ
り、燃焼によるノズルの熱負荷が小さくなり、従来酸素
バーナーにおいては、不可欠であった水冷が不要となる
利点がある。
【0013】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図1は、
本発明に係る液体燃料−酸素バーナー先端部の断面図で
あり、このバーナーは、液体燃料通路1を中心として、
一次酸素ガス通路2と二次酸素ガス通路3とを、液体燃
料通路1に対して同心状に設けた構成を有している。液
体燃料通路1の最先端部に設けられた燃料霧化部4は、
燃料噴出孔5と、該燃料噴出孔5に連設された適宜の空
隙部6と、該空隙部6とさらに連設した絞り孔8を有す
る絞り部7によって構成されている。即ち、燃料霧化部
4は、燃料噴出孔5と絞り孔8とが空隙部6を介して連
通される。そして、絞り孔8は、燃料噴出孔5に対して
偏芯した位置に設けられる。
【0014】図2は、霧化部4の他の実施例を示すもの
で、この場合は、空隙部6を介して設けられた絞り部7
の絞り孔8は、燃料通路1のほぼ中心部にあり、絞り孔
8に対して偏芯した位置に燃料噴出孔5が複数個設けら
れている。
【0015】以上の構成において、液体燃料及び酸素ガ
スは、それぞれの通路1,2,3を介して周知の手段で
供給されるが、このうち液体燃料は、絞り孔8を通って
空隙部6に拡散し、次いで燃料噴出孔5より噴出され、
その外周に噴出する酸素ガスによって燃焼される。
【0016】ここで、燃料噴出孔5の径,空隙部6の間
隔,長さ,絞り孔8の径及び燃料噴出孔5に対する絞り
孔8の偏芯程度には,それぞれ相関関係のあることが実
験的に確認された。したがって、これらの関係から、燃
料の噴霧角度,霧化粒径の制御が可能であり、液体燃料
の噴霧角度を5〜10度と小さくすることができる。
【0017】次に酸素ガスの供給は、噴霧された燃料の
回りに一次酸素ガス流が、更にその周囲に二次酸素流が
形成されることによって、これを燃焼した場合、長くて
かつ輝炎部の多い火炎が得られる。しかも、一次酸素流
と二次酸素流との流量比及び流速比を変化させることに
よって、火炎の長さが変化することが知見された。以下
にこれらの実験例を示す。
【0018】実験例1 灯油35リットル/h,酸素70Nm3 /hを大気中で
燃焼させたときの一次酸素流量と二次酸素流量との比率
を変えた場合の燃焼特性は、表1に示す通りであった。
なお、酸素流速は、一次側が20Nm/sec,二次側
が33Nm/secである。
【0019】
【表1】
【0020】以上のことから、一次酸素流量と二次酸素
流量との比率を0.25〜1.0の範囲、特に0.54
程度とすることが望ましい。なお、同一条件で従来の酸
素バーナーでは、火炎長900mm,輝炎部600m
m,火炎温度(max)は2700℃であった。
【0021】実験例2 実験例1における酸素流量比を0.54とし、一次酸素
流速と二次酸素流速の比率を可変とした場合の燃焼特性
は表2に示す通りであった。なお一次酸素流速は、20
Nm/secである。
【0022】
【表2】
【0023】以上のことから、一次酸素流速と二次酸素
流速の比率を0.3〜1.0の範囲、特に0.6〜0.
8とすることが望ましい。
【0024】実験例3 実験例1における酸素流量比を0.54とし、一次酸素
流速を可変とした場合の燃焼特性は表3に示す通りであ
った。なお二次酸素流速は、実験例2で確認された流速
比の適用範囲0.3〜1.0について、それぞれ可変に
して行った。
【0025】
【表3】
【0026】以上のことから、一次酸素流速を10〜4
0Nm/secの範囲、特に10〜20Nm/secと
することが望ましい。
【0027】このように、本発明に係る液体燃料−酸素
バーナーは、上述した霧化部と、該霧化部に同心状に一
次酸素流通路及び二次酸素流通路を設けた構成によっ
て、角度の小さい噴霧状態の実現を可能とし、かつ酸素
供給手段の制御によって、好ましい燃焼特性を得ること
を可能としたものである。即ち、一次酸素流量と二次酸
素流量との比率を、0.25〜1.0の範囲に制御する
こと、一次酸素流速と二次酸素流速との比を、0.3〜
1.0の範囲に制御し、かつ、一次酸素流速を、10〜
40Nm/secの範囲において制御することにある。
【0028】
【発明の効果】本発明は、以上の説明から明らかなよう
に、支燃性ガスとして酸素を使用することにより、空気
バーナーによって溶融していた場合に生じた不都合を解
消できるとともに、以下に述べる如き効果をもたらす。
【0029】第1に、燃焼火炎の長さを従来の酸素バー
ナーに比し、2倍近く長くできるので輻射伝熱を主体と
したガラス等の溶融に利用可能となった。しかも、火炎
が長く形成できることに伴って、そのほとんどが輝炎部
となるので溶融効果が向上し、燃料,支燃性ガスが節減
する効果も期待できる。
【0030】第2に、本発明による酸素バーナーは、前
記した如く、燃料の噴霧角度が従来のものに比し、格段
に小さく、したがって、燃焼火炎も細い紡錘状になる。
しかも、噴霧粒径が均一な極めて良好な霧化状態が得ら
れるので、燃焼よるバーナー先端部への熱負荷が少なく
なる特徴がある。このため、従来、酸素バーナーでは不
可欠であった水冷ジャケットを不要とすることも可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液体燃料−酸素バーナーの一実施例を
示す要部の断面図である。
【図2】本発明の他の実施例を示す要部の断面図であ
る。
【符号の説明】
1…液体燃料通路 2…一次酸素ガス通路 3
…二次酸素ガス通路 4…燃料霧化部 5…燃料噴出孔 6…空隙部
7…絞り部 8…絞り孔
フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 弘 山梨県北巨摩郡高根町下黒沢3054−3 日本酸素株式会社内 (72)発明者 讃井 宏 東京都港区西新橋1丁目16番7号 日本 酸素株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−131818(JP,A) 特開 平4−121506(JP,A) 特開 平1−167508(JP,A) 特開 昭58−47904(JP,A) 実開 昭61−8727(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F23D 11/38 F23D 11/02 F23C 11/00 310

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 先端部に燃料噴出孔を有する燃料通路の
    外周に、一次酸素ガス通路及び二次酸素ガス通路をそれ
    ぞれ同心状に没けるとともに、前記燃料噴出孔に連設さ
    れた空隙部を介して絞り部材を設け、かつ、該絞り部材
    の絞り孔が前記燃料噴出孔と偏芯した位置にある燃料噴
    出部を設けてなることを特徴とする液体燃料−酸素バー
    ナー。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の液体燃料−酸素バーナー
    において、前記一次酸素ガス通路と、二次酸素ガス通路
    に供給する酸素ガス流量比を、0.25〜1.0に制御
    せしめることを特徴とする液体燃料−酸素バーナー。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の液体燃料−酸素バーナー
    において、前記一次酸素ガス通路と、二次酸素ガス通路
    に供給する酸素ガス流速比を、0.3〜1.0に制御せ
    しめることを特徴とする液体燃料−酸素バーナー。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の液体燃料−酸素バーナー
    において、前記一次酸素ガス通路に供給する酸素ガスの
    流速を、10〜40Nm/secに制御せしめることを
    特徴とする液体燃料−酸素バーナー。
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