JP3259843B2 - 燃焼炉および燃焼方法 - Google Patents

燃焼炉および燃焼方法

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JP3259843B2 JP04769991A JP4769991A JP3259843B2 JP 3259843 B2 JP3259843 B2 JP 3259843B2 JP 04769991 A JP04769991 A JP 04769991A JP 4769991 A JP4769991 A JP 4769991A JP 3259843 B2 JP3259843 B2 JP 3259843B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は鉄鋼加熱炉や金属溶解炉
などに適した窒素酸化物(以下NOX という)抑制のた
めの燃焼炉およびその燃焼方法に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、環境浄化のためにNOX 生成の低
減を図った燃焼方法が種々開発されている。
【0003】図5はその一例で、米国特許第 4357134号
に記載されているバーナである。図において、1は炉体
であり、2は炉内である。バーナは中心に燃料口4があ
り、その周囲に複数の空気口3が配置されている。空気
噴流により、燃料を吸引混合してバーナの燃焼室内5で
燃焼を行なう。この時空気噴流は同時に炉内の燃焼ガス
を吸引するために低酸素濃度燃焼となりNOX の生成が
抑制されるとしている。これを効果的に行なうための空
気口の配置、傾斜角度、噴出速度などが、発明の内容と
なっている。
【0004】しかし、この燃焼方法は、燃焼室5内の燃
焼であり、空気噴流により吸引される炉内2の燃焼ガス
量は燃焼室5の大きさで制限されてしまう。そして耐火
断熱材で構成される燃焼室5内での燃焼であるため、と
くにNOX の生成に重要な火炎基部では放熱がないた
め、火炎温度が高くなって、NOX がそれほど低下しな
いという問題がある。
【0005】この欠点を改良するために、本出願人は
開平1−300103号において、図6(a)および
(b)に示すような炉内燃焼方法を提案した。
【0006】図において、1は炉体であり、2は炉内で
ある。炉内2に空気供給口3と燃料供給口4を距離d1
隔て別々に開口する。更に、空気供給口3と炉内壁6と
の間も距離d2 だけ隔てる。このような構成にして、空
気供給口3と燃料供給口4から燃料と空気を炉内2に噴
射して、炉内2において図中矢印で示すように再循環流
を形成しながら燃焼させる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら天然ガス
を燃焼させることを考えると、完全燃焼を行なうために
はガス量の10倍以上の空気量が必要であり、それぞれ
の噴出運動エネルギを比較すると空気の方が圧倒的に大
きい。従ってこの燃焼方法では、空気をバーナの中心に
位置する空気供給口3から噴出する際に、空気噴流の圧
倒的な運動エネルギのために、その外側にある燃料も吸
引して混合、燃焼してしまうため、空気とガスがそれぞ
れ炉内ガスと混合する量は少なく、従って、火炎温度が
あまり低下せず、NOX 濃度もそれほど低下しないとい
う問題がある。
【0008】
【発明の目的】本発明は各種燃焼炉において燃料を燃焼
させる際に発生するNOX を、従来の燃焼方法に比較し
て、低いレベルに抑制することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては次のように構成した。すなわち、
燃焼炉内に開口し、該燃焼炉に燃料を供給する燃料供給
口と、前記燃料供給口を取り囲むように前記燃焼炉内に
開口した第1の空気供給口と、 前記第1の空気供給口の外側であって、 Φ≧101.89217×Ip0.33697 Φ:第2の空気供給口の仮想ピッチサークル(mm) Ip:インプット熱量(kcal/h) を満足させる位置において前記燃焼炉内に少なくとも1
つ開口した第2の空気供給口とを備えた燃焼炉におい
て、前記燃焼炉の温度が前記燃料の着火温度以下である
ときは、前記燃料供給口から供給される燃料を燃焼させ
るための空気を前記第1の空気供給口のみから供給し、
一方前記燃焼炉の温度が前記燃料の着火温度以上となっ
たとき、前記第1の空気供給口からの空気の供給を停止
し、前記第2の空気供給口のみから前記燃料を燃焼させ
るための空気を供給するように空気の供給を切り替える
切替手段を備えて燃焼炉を構成した。また、前記燃料供
給口は、燃料の一部を燃料供給管の軸線に対してほぼ直
角に且つ前記第2の空気供給口から供給する空気噴流と
衝突しない向きに燃料を噴出するようにし、かつ残りの
燃料は前記軸線と平行に噴射するような構造とした。ま
た、燃焼炉の温度が燃料の着火温度以下では、前記燃焼
炉内に開口した燃料供給口から供給した燃料を、前記燃
料供給口を取り囲むように設けられた第1の空気供給口
のみから供給した空気で燃焼させ、一方前記燃焼炉の温
度が前記燃料の着火温度以上に達したときは、前記第1
の空気供給口からの空気の供給を停止し、前記第1の空
気供給口の外側であって、 Φ≧101.89217×Ip0.33697 Φ:第2の空気供給口の仮想ピッチサークル(mm) Ip:インプット熱量(kcal/h) を満足させる位置において前記燃焼炉に少なくとも1つ
開口させた第2の空気供給口からのみ空気を供給して前
記燃料を燃焼させることとして燃焼炉の燃焼方法を構成
した。
【0010】
【作用】燃料供給口と空気供給口を直接炉内に開口さ
せ、さらに空気供給口を燃料供給口の外周に配置するこ
とにより、空気と燃料の噴流はバーナタイルのように炉
内燃焼ガスの吸引を制限するものがないために、燃料と
空気が混合する前に、各々が周囲の燃焼ガスを効率よく
大量に吸引し、酸素濃度の低い燃焼を行ない、低温の火
炎を形成する。また、その火炎は炉内で燃焼が開始さ
れ、形成されるために、燃焼の開始と同時に被加熱物へ
の放射伝熱が始まり、バーナタイルのような断熱空間で
燃焼する部分が全くないために、火炎温度の一層の低下
をもたらす。このようにして火炎温度を格段に低下させ
ることによりNOX を大幅に低減することができる。
【0011】
【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。
【0012】図1は本発明による燃焼炉の実施例の軸断
面図、図2は図1の燃焼炉を矢印Aの方向から見た端面
図である。
【0013】図において、1は炉体、2は炉内であり、
このような構成において、空気供給口3と燃料供給口4
からそれぞれ空気と燃料ガスを炉内2に直接噴出し、炉
内2において図に矢印で示したように炉内燃焼ガスの再
循環流を形成し、それぞれが炉内燃焼ガスと混合してか
ら燃焼し、10のような炉壁から離れた位置に火炎を形
成する。炉内2の温度が安定した燃焼を行える温度以
下、例えば、750°C以下の低温時には、空気供給口
3への空気入口8に取り付けた切り換え弁9をAL 側に
空気が流入するように切り換えて燃料供給口4を取り囲
んだ低温時用空気供給口7から空気を噴出させて燃焼さ
せ、炉内2の温度が安定した燃焼を行なえる温度以上、
例えば750°C以上に達した時、切り換え弁9をAH
側に空気が流入するように切り換えて、燃焼を継続させ
る。なお、一例として切り換え弁9は、燃焼装置上に取
り付けたエアシリンダ(図示せず)により駆動させてい
る。
【0014】従来例による燃焼方法と本発明による燃焼
方法とを燃料として天然ガスを用いた場合のNOX 濃度
の比較を第1表に示す。
【0015】これによると、インプット熱量90×10
4 kcal/h、燃料ガス供給口を空気供給口の周囲に8本
設け、燃料ガスを軸方向に速度49m/sで噴出し、空
気供給口を中央に1本設け、空気を速度117m/sで
噴出した従来例では、NOXは55ppmとなる。一
方、燃料ガス供給口を中心に1本設けてそこから同じく
燃料ガスを軸方向にのみ噴出し、その外周に空気供給口
を8本設けて、燃料ガスと空気はさきほどと同じ速度で
噴出した本発明の場合では、NOX は約16%低減して
46ppmとなる。
【0016】本実施例の燃焼炉は中心に設けた燃料供給
口4の周囲に6個の空気供給口3が同一の仮想円上に設
けてあり、この6個の空気供給口3が配置された仮想円
の直径(ピッチサークル径という)をΦ(mm)とし、
Ipをインプット熱量(kcal/h)の1/1000
0を単位とした変数とすると、(すなわちIp=インプ
ット熱量×10 −4 )、本発明者らは、数多くの実験を
重ねた結果、ピッチサークル径とインプット熱量との関
係が次式を満足すときにNO生成量を抑制することが
できることを確認した。Φ≧10 1.89217 ×Ip 0.33697
【0017】図3はピッチサークル径Φを横軸に取った
ときのNO発生量を示したもので、ピッチサークル径
Φが大きいほどすなわち空気供給口3が燃料供給口4の
中心から離れるほどNO発生量は減少することがわか
る。
【0018】さらに、本発明者らは燃料供給口4から燃
料ガスの噴出方向とNOX 発生量の関係について次のよ
うな事実を見いだした。
【0019】すなわち、燃料ガスは燃焼炉の軸方向に噴
出するほかに燃料の一部を図4に矢印で示す方向(以下
半径方向)にも噴出させるというものである。その場合
噴出方向が空気供給口3から噴出する空気噴流に衝突す
る図4(a)のような配置と、空気噴流の間を貫通する
図4(b)のような配置とが得られる。実験の結果は下
の表のようになる。 第2表からわかるように、燃料ガスが空気噴流に衝突す
る図4(a)の配置では、ガスと空気との混合が促進さ
れNOが41ppm排出される。それに対して、ガス
を空気噴流の間を貫通するよう噴出させる図4(b)の
配置では、急速に混合しなくなるために、さらに緩慢燃
焼となり火炎の輝度は増大し、NOは約30%低下
し、30ppmとなる。このように、一部のガスを半径
方向でかつ空気供給口の間隙に噴射することによりさら
に低NO減を図ることができる。
【0020】上記実施例は主として工業用燃焼炉につい
て説明したが、本発明は業務用や家電用の燃焼炉にも同
様に適用することができる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による燃焼
炉は、炉内に燃料供給口を直接開口させるとともに、該
燃料供給口を取り囲むように低温時用空気供給口と、該
低温時用空気供給口の外側に離間して少なくとも1つの
空気供給口とを炉内に開口させ、燃料ガス着火温度以下
では低温時用空気供給口から空気を噴出させて燃焼さ
せ、着火温度以上になった後は周辺の空気供給口から空
気を噴出させて燃焼をさせるように構成したので、高温
の予熱空気を使用してもNOX の発生量を抑えることが
でき、安定燃焼を確保することができる。
【0022】さらに、燃料ガスを軸方向に噴出するのに
加え、一部のガスを半径方向に、空気噴流との間を貫通
するような向きに噴出することにより、火炎の輝度は増
大し、さらにNOX の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による燃焼炉の一実施例の軸断面図であ
る。
【図2】図1に示した燃焼炉を矢印Aの方向から見た端
面図である。
【図3】本発明におけるピッチサークル径とNOX 発生
量との関係を示すグラフである。
【図4】(a)および(b)は燃料ガスの噴出方向と空
気噴流との異なる位置関係を示す図である。
【図5】従来の燃焼用バーナの一例の軸断面図である。
【図6】(a)は従来の燃焼用バーナの他の例の要部断
面図であり、(b)は(a)に示した燃焼用バーナを矢
印Aの方向からみた端面図である。
【符号の説明】 1.炉体 2.炉内 3.空気供給口 4.燃料供給口 5.燃焼室 6.炉内壁 7.低温時用空気供給口 8.空気入口 9.切換弁 10.火炎
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−14048(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23C 11/00 321

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼炉内に開口し、該燃焼炉に燃料を供
    給する燃料供給口と、 前記燃料供給口を取り囲むように前記燃焼炉内に開口し
    た第1の空気供給口と、 前記第1の空気供給口の外側であって、 Φ≧101.89217 ×Ip0.33697 Φ:第2の空気供給口の仮想ピッチサークル(mm) Ip:インプット熱量(kcal/h)×10 −4 を満足させる位置において前記燃焼炉内に少なくとも1
    つ開口した第2の空気供給口とを備えた燃焼炉におい
    て、 前記燃焼炉内の温度が前記燃料の着火温度以下であると
    きは、前記燃料供給口から供給される燃料を燃焼させる
    ための空気を前記第1の空気供給口のみから供給し、一
    方前記燃焼炉内の温度が前記前記燃料の着火温度以上と
    なったとき、前記第1の空気供給口からの空気の供給を
    停止し、前記第2の空気供給口のみから前記燃料を燃焼
    させるための空気を供給するように空気の供給を切り替
    える切替手段、 を備えたことを特徴とする燃焼炉。
  2. 【請求項2】 前記燃料供給口は、燃料の一部を燃料供
    給管の軸線に対してほぼ直角に且つ前記第2の空気供給
    口から供給する空気噴流と衝突しない向きに燃料を噴出
    するようにし、かつ残りの燃料は前記軸線と平行に噴射
    するような構造である請求項1に記載の燃焼炉。
  3. 【請求項3】 燃焼炉の温度が燃料の着火温度以下で
    は、前記燃焼炉内に開口した燃料供給口から供給した燃
    料を、前記燃料供給口を取り囲むように設けられた第1
    の空気供給口のみから供給した空気で燃焼させ、一方前
    記燃焼炉の温度が前記燃料の着火温度以上に達したとき
    は、前記第1の空気供給口からの空気の供給を停止し、
    前記第1の空気供給口の外側にあって、 Φ≧101.89217 ×Ip0.33697 Φ:第2の空気供給口の仮想ピッチサークル(mm) Ip:インプット熱量(kcal/h)×10 −4 を満足させる位置において前記燃焼炉内に少なくとも1
    つ開口させた第2の空気供給口からのみ空気を供給して
    前記燃料を燃焼させることを特徴とする燃焼炉の燃焼方
    法。
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