JP3315493B2 - 加熱炉用酸素バーナ - Google Patents
加熱炉用酸素バーナInfo
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
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- Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はスラブ、ビレット、ブル
ーム等の被加熱物を所定の目標温度まで加熱する加熱
炉、均熱炉、熱処理炉（以下加熱炉と総称する）用の酸
素バーナに関する。
ーム等の被加熱物を所定の目標温度まで加熱する加熱
炉、均熱炉、熱処理炉（以下加熱炉と総称する）用の酸
素バーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の加熱炉では燃料を空気で
燃焼して被加熱物の加熱を行う空気バーナが一般的であ
ったが、最近、燃料を純酸素もしくは酸素富化空気等で
燃焼して被加熱物の加熱を行う酸素バーナが注目されて
いる。この酸素バーナは従来の空気バーナに対して、燃
焼ガス量が約１／４と少なく、炭酸ガス（ＣＯ2 ）と水
蒸気（Ｈ2 Ｏ）の濃度が高いため、排ガス損失熱の減少
と炉内ガス放射伝熱の増加による省エネ効果に加えて、
地球温暖化物質の炭酸ガスの回収が容易という長所を有
している。一方、酸素バーナは火炎温度が高く、燃焼ガ
ス量が少ないため被加熱物の均一加熱性が不良で、か
つ、窒素酸化物（ＮＯx ）の生成量が多いため加熱炉へ
適用できないという問題点があった。
燃焼して被加熱物の加熱を行う空気バーナが一般的であ
ったが、最近、燃料を純酸素もしくは酸素富化空気等で
燃焼して被加熱物の加熱を行う酸素バーナが注目されて
いる。この酸素バーナは従来の空気バーナに対して、燃
焼ガス量が約１／４と少なく、炭酸ガス（ＣＯ2 ）と水
蒸気（Ｈ2 Ｏ）の濃度が高いため、排ガス損失熱の減少
と炉内ガス放射伝熱の増加による省エネ効果に加えて、
地球温暖化物質の炭酸ガスの回収が容易という長所を有
している。一方、酸素バーナは火炎温度が高く、燃焼ガ
ス量が少ないため被加熱物の均一加熱性が不良で、か
つ、窒素酸化物（ＮＯx ）の生成量が多いため加熱炉へ
適用できないという問題点があった。
【０００３】これに対して、例えば特開昭５６−８２３
０６号公報に示されているような２段燃焼バーナがあ
る。この技術の特徴は高温火炎と窒素酸化物の抑制を目
的とし、これを達成するために図３に示すように、バー
ナタイル７に１次燃焼室８と２次燃焼室９を異径段違い
に設け、燃料ノズル４から供給した燃料を、１次空気ノ
ズル１０と２次空気ノズル１１から供給した燃焼用空気
で２段燃焼するものである。
０６号公報に示されているような２段燃焼バーナがあ
る。この技術の特徴は高温火炎と窒素酸化物の抑制を目
的とし、これを達成するために図３に示すように、バー
ナタイル７に１次燃焼室８と２次燃焼室９を異径段違い
に設け、燃料ノズル４から供給した燃料を、１次空気ノ
ズル１０と２次空気ノズル１１から供給した燃焼用空気
で２段燃焼するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の方法ではバーナタイル７内の１次燃焼室８と２次燃
焼室９で燃料の２段燃焼を行うため、燃焼速度の早い酸
素バーナではバーナタイル７内で燃焼が完了し、炉温分
布が極端な手前高となるため、被加熱物の均一加熱性と
低ＮＯx 性が要求される加熱炉へは適用できないという
問題点があった。本発明は、被加熱物の均一加熱に必要
なフラットな炉温分布の確保と窒素酸化物の抑制を図っ
たコンパクトな加熱炉用の酸素バーナを提供することに
ある。
成の方法ではバーナタイル７内の１次燃焼室８と２次燃
焼室９で燃料の２段燃焼を行うため、燃焼速度の早い酸
素バーナではバーナタイル７内で燃焼が完了し、炉温分
布が極端な手前高となるため、被加熱物の均一加熱性と
低ＮＯx 性が要求される加熱炉へは適用できないという
問題点があった。本発明は、被加熱物の均一加熱に必要
なフラットな炉温分布の確保と窒素酸化物の抑制を図っ
たコンパクトな加熱炉用の酸素バーナを提供することに
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃料を純酸素
もしくは酸素富化空気で燃焼する加熱炉用酸素バーナに
おいて、バーナの中心部に酸素もしくは酸素富化空気を
高速で噴射する酸素ノズルを配設し、該酸素ノズルの先
端側の外周に設置したバッフルに複数の燃料ノズルを配
置し、酸素もしくは酸素富化空気と燃料を直接炉内に噴
射する構成にすると共に、前記燃料ノズルの中心軸と前
記酸素ノズルの中心軸とがバーナ前方で、複数箇所交差
するように前記燃料ノズルを噴射角度を変えて配置し、
炉内で多段混合燃焼を行う如くなしたことを特徴とす
る。
もしくは酸素富化空気で燃焼する加熱炉用酸素バーナに
おいて、バーナの中心部に酸素もしくは酸素富化空気を
高速で噴射する酸素ノズルを配設し、該酸素ノズルの先
端側の外周に設置したバッフルに複数の燃料ノズルを配
置し、酸素もしくは酸素富化空気と燃料を直接炉内に噴
射する構成にすると共に、前記燃料ノズルの中心軸と前
記酸素ノズルの中心軸とがバーナ前方で、複数箇所交差
するように前記燃料ノズルを噴射角度を変えて配置し、
炉内で多段混合燃焼を行う如くなしたことを特徴とす
る。
【０００６】
【作用】本発明の酸素バーナはバーナタイルすなわち燃
焼室を設けずに、燃料と酸素を直接炉内に噴射して燃焼
を行うため、火炎の周辺の温度低下により、燃焼速度が
低下して火炎の温度分布が先高になる。さらに、高速の
純酸素もしくは酸素富化空気の噴射エネルギーを利用し
て、低温かつ低酸素濃度の炉内ガスを誘引し、純酸素も
しくは酸素富化空気の酸素濃度を低下した後に燃料と混
合燃焼するため、火炎温度の低下と長炎化により被加熱
物の均一加熱に必要なフラットな炉温分布の確保と窒素
酸化物の抑制ができる。また、燃料を純酸素もしくは酸
素富化空気と多段で混合燃焼するため、燃料の種類や酸
素濃度が変わっても、均一加熱に必要な炉温分布の確保
と窒素酸化物の生成が抑制ができる。
焼室を設けずに、燃料と酸素を直接炉内に噴射して燃焼
を行うため、火炎の周辺の温度低下により、燃焼速度が
低下して火炎の温度分布が先高になる。さらに、高速の
純酸素もしくは酸素富化空気の噴射エネルギーを利用し
て、低温かつ低酸素濃度の炉内ガスを誘引し、純酸素も
しくは酸素富化空気の酸素濃度を低下した後に燃料と混
合燃焼するため、火炎温度の低下と長炎化により被加熱
物の均一加熱に必要なフラットな炉温分布の確保と窒素
酸化物の抑制ができる。また、燃料を純酸素もしくは酸
素富化空気と多段で混合燃焼するため、燃料の種類や酸
素濃度が変わっても、均一加熱に必要な炉温分布の確保
と窒素酸化物の生成が抑制ができる。
【０００７】
【実施例】図１は本発明の酸素バーナの一実施例を示す
縦断面図で、図２は図１の酸素バーナを炉内側から見た
側面図である。図１，２に示すごとく、バーナ１の中心
部に酸素ノズル２を設け、流体の供給圧力を利用して、
純酸素もしくは酸素富化空気を１００〜３００m/s 程度
の高速で加熱炉内に直接噴射する。さらに、この酸素ノ
ズル２の先端側の外周にバッフル３を設け、このバッフ
ル３の仮想円周線上に複数の燃料ノズル４を配置し、燃
料ガスを２０〜６０m/s 程度の中速で酸素ノズル２から
の噴流に向けて噴射する。
縦断面図で、図２は図１の酸素バーナを炉内側から見た
側面図である。図１，２に示すごとく、バーナ１の中心
部に酸素ノズル２を設け、流体の供給圧力を利用して、
純酸素もしくは酸素富化空気を１００〜３００m/s 程度
の高速で加熱炉内に直接噴射する。さらに、この酸素ノ
ズル２の先端側の外周にバッフル３を設け、このバッフ
ル３の仮想円周線上に複数の燃料ノズル４を配置し、燃
料ガスを２０〜６０m/s 程度の中速で酸素ノズル２から
の噴流に向けて噴射する。
【０００８】この燃料ノズル４は通常断面が円形状のも
のを、酸素ノズル２の中心軸と燃料ノズル４の中心軸が
バーナの前方側で、複数箇所交差するように、仮想円の
円周方向に等ピッチで２〜６個程度配置する。このよう
に構成したバーナ１を加熱炉の炉壁５の炉内側表面とバ
ーナ１の先端がほぼ同一面となるように炉壁５に取付
け、バーナ１と炉壁５の隙間にシール材６を充填する。
なお、バーナノズル２，４は気密性と耐熱性が要求され
るため、通常ステンレス系の金属材料等を使用し、バッ
フル３は耐熱性が要求されるため、通常アルミナ系もし
くはジルコニア系等の耐火物を使用する。
のを、酸素ノズル２の中心軸と燃料ノズル４の中心軸が
バーナの前方側で、複数箇所交差するように、仮想円の
円周方向に等ピッチで２〜６個程度配置する。このよう
に構成したバーナ１を加熱炉の炉壁５の炉内側表面とバ
ーナ１の先端がほぼ同一面となるように炉壁５に取付
け、バーナ１と炉壁５の隙間にシール材６を充填する。
なお、バーナノズル２，４は気密性と耐熱性が要求され
るため、通常ステンレス系の金属材料等を使用し、バッ
フル３は耐熱性が要求されるため、通常アルミナ系もし
くはジルコニア系等の耐火物を使用する。
【０００９】次に本発明の作動機能について説明する。
バーナ１の中心の酸素ノズル２から純酸素もしくは酸素
富化空気を高速で炉内に直接噴射し、この純酸素もしく
は酸素富化空気の噴射速度エネルギーを利用して、低温
かつ低酸素濃度の炉内ガスを誘引する。
バーナ１の中心の酸素ノズル２から純酸素もしくは酸素
富化空気を高速で炉内に直接噴射し、この純酸素もしく
は酸素富化空気の噴射速度エネルギーを利用して、低温
かつ低酸素濃度の炉内ガスを誘引する。
【００１０】この結果、高酸素濃度の噴流の外周は低酸
素濃度の炉内ガスで被覆された状態となり、この表面が
低酸素濃度の噴流に燃料ノズル４から燃料を噴射して燃
料の緩慢燃焼を行い、被加熱物の均一加熱に適した低温
の長炎を形成すると共に、窒素酸化物の生成を抑制す
る。さらに、酸素ノズル２の中心軸と燃料ノズル４の中
心軸の交差箇所を複数箇所とした多段混合燃焼により、
燃料の種類や酸素濃度が異なっても、被加熱物の均一加
熱に適したフラットな炉温分布が形成できる。
素濃度の炉内ガスで被覆された状態となり、この表面が
低酸素濃度の噴流に燃料ノズル４から燃料を噴射して燃
料の緩慢燃焼を行い、被加熱物の均一加熱に適した低温
の長炎を形成すると共に、窒素酸化物の生成を抑制す
る。さらに、酸素ノズル２の中心軸と燃料ノズル４の中
心軸の交差箇所を複数箇所とした多段混合燃焼により、
燃料の種類や酸素濃度が異なっても、被加熱物の均一加
熱に適したフラットな炉温分布が形成できる。
【００１１】次に本発明の効果を実験例で説明する。実
験は表１に示す本発明の２段混合の酸素バーナＢと、参
考として実施した１段混合の酸素バーナＡおよび空気バ
ーナを、燃焼実験炉（内径８００×炉長４０００mm）に
取付けて実施した。
験は表１に示す本発明の２段混合の酸素バーナＢと、参
考として実施した１段混合の酸素バーナＡおよび空気バ
ーナを、燃焼実験炉（内径８００×炉長４０００mm）に
取付けて実施した。
【００１２】なお、空気バーナは実炉で均一加熱性が最
良のガス２流・空気２流式のフレーム長可変型低ＮＯx
バーナである。
良のガス２流・空気２流式のフレーム長可変型低ＮＯx
バーナである。
【００１３】燃料は常温のコークス炉ガス（真発熱量４
３００kcal／Nm3 、理論酸素量０．９２４Nm3 ／Nm3 ）
を使用し、酸素バーナは常温の純酸素（Ｏ2 濃度＞９
９．５％）を酸素比１．０２で燃焼し、空気バーナは常
温の空気（Ｏ2 濃度２１％）を空気比１．１０で燃焼し
た。
３００kcal／Nm3 、理論酸素量０．９２４Nm3 ／Nm3 ）
を使用し、酸素バーナは常温の純酸素（Ｏ2 濃度＞９
９．５％）を酸素比１．０２で燃焼し、空気バーナは常
温の空気（Ｏ2 濃度２１％）を空気比１．１０で燃焼し
た。
【００１４】
【表１】
【００１５】この実験結果を図４〜５に示す。図４はバ
ーナからの距離と炉内温度比（＝測定炉温／炉長方向の
平均炉温）の関係、すなわち、バーナの炉温分布を示す
実験データで、酸素バーナはコークス炉ガスの酸素燃焼
にも拘らず、ほぼ従来空気バーナ並の炉温分布が確保で
きた。特に、燃料ノズル４の噴射角度を変えて２段混合
する本発明の酸素バーナＢでは、従来空気バーナ以上の
フラットな炉温分布が確保できた。
ーナからの距離と炉内温度比（＝測定炉温／炉長方向の
平均炉温）の関係、すなわち、バーナの炉温分布を示す
実験データで、酸素バーナはコークス炉ガスの酸素燃焼
にも拘らず、ほぼ従来空気バーナ並の炉温分布が確保で
きた。特に、燃料ノズル４の噴射角度を変えて２段混合
する本発明の酸素バーナＢでは、従来空気バーナ以上の
フラットな炉温分布が確保できた。
【００１６】また、図５はバーナの燃焼量を変化させた
場合の炉長方向の平均炉温とＯ2 １１％演算ＮＯx の関
係を示す実験データで、コークス炉ガスの酸素燃焼にも
拘らず燃料を１段混合する酸素バーナＡではＮＯx が約
３５０ppm であったが、燃料を２段混合する酸素バーナ
Ｂでは多段燃焼効果によりＮＯx が約２００ppm まで低
下できた。
場合の炉長方向の平均炉温とＯ2 １１％演算ＮＯx の関
係を示す実験データで、コークス炉ガスの酸素燃焼にも
拘らず燃料を１段混合する酸素バーナＡではＮＯx が約
３５０ppm であったが、燃料を２段混合する酸素バーナ
Ｂでは多段燃焼効果によりＮＯx が約２００ppm まで低
下できた。
【００１７】なお、本発明は前記実施例にのみ限定され
るものではなく、例えば、（１）２次酸素ノズルの断面
形状をスリット状とすること。（２）純酸素もしくは酸
素富化空気の代替として、純酸素を燃焼排ガスで稀釈し
た稀釈酸素ガスを使用すること。等も勿論可能で、本発
明の要旨を逸脱しない限り種々変更を加え得ることは勿
論可能である。
るものではなく、例えば、（１）２次酸素ノズルの断面
形状をスリット状とすること。（２）純酸素もしくは酸
素富化空気の代替として、純酸素を燃焼排ガスで稀釈し
た稀釈酸素ガスを使用すること。等も勿論可能で、本発
明の要旨を逸脱しない限り種々変更を加え得ることは勿
論可能である。
【００１８】
【発明の効果】本発明の酸素バーナによれば、（１）燃
料と酸素を直接炉内に噴出して燃焼を行うと共に、高速
の酸素で低温かつ低酸素濃度の炉内ガスを循環して燃焼
を行うため、火炎温度の低温化と長炎化により、被加熱
物の均一加熱に必要なフラットな炉内温度分布の確保と
窒素酸化物の抑制ができる。（２）燃料と純酸素もしく
は酸素富化空気の混合を多段で行うため、燃料の種類や
酸素濃度に関係なく、被加熱物の均一加熱と窒素酸化物
の抑制ができる。（３）高圧で配送される純酸素もしく
は酸素富化空気の圧力エネルギーを利用して炉内ガス循
環を行うため、特別な駆動エネルギーが不用である。
（４）さらに、酸素バーナにも拘らずバーナが非水冷構
造でバーナタイルがないため、バーナのコンパクト化が
できる。等の優れた効果を奏し得る。
料と酸素を直接炉内に噴出して燃焼を行うと共に、高速
の酸素で低温かつ低酸素濃度の炉内ガスを循環して燃焼
を行うため、火炎温度の低温化と長炎化により、被加熱
物の均一加熱に必要なフラットな炉内温度分布の確保と
窒素酸化物の抑制ができる。（２）燃料と純酸素もしく
は酸素富化空気の混合を多段で行うため、燃料の種類や
酸素濃度に関係なく、被加熱物の均一加熱と窒素酸化物
の抑制ができる。（３）高圧で配送される純酸素もしく
は酸素富化空気の圧力エネルギーを利用して炉内ガス循
環を行うため、特別な駆動エネルギーが不用である。
（４）さらに、酸素バーナにも拘らずバーナが非水冷構
造でバーナタイルがないため、バーナのコンパクト化が
できる。等の優れた効果を奏し得る。
【図１】本発明に係る酸素バーナの実施例を示す縦断面
図。
図。
【図２】図１の酸素バーナを炉内側から見た側面図。
【図３】従来技術を示す２段燃焼バーナの縦断面図。
【図４】定格燃焼時のバーナからの距離と炉内温度比の
実験例を示す図表。
実験例を示す図表。
【図５】炉長方向の平均炉温とＯ2 １１％演算ＮＯx の
実験例を示す図表。
実験例を示す図表。
１ バーナ ２ 酸素ノズル ３ バッフル ４ 燃料ノズル ５ 炉壁 ６ シール材 ７ バーナタイル ８ １次燃焼室 ９ ２次燃焼室 １０ １次空気ノズル １１ ２次空気ノズル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−63410（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−68033（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−73122（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−167005（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−22344（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23D 14/22 - 14/24 F23D 14/32 F23D 14/38 F23D 14/52 F23C 11/00 322 C21D 1/52
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料を純酸素もしくは酸素富化空気で燃
焼する加熱炉用酸素バーナにおいて、バーナの中心部に
酸素もしくは酸素富化空気を高速で噴射する酸素ノズル
を配設し、該酸素ノズルの先端側の外周に設置したバッ
フルに複数の燃料ノズルを配置し、酸素もしくは酸素富
化空気と燃料を直接炉内に噴射する構成にすると共に、
前記燃料ノズルの中心軸と前記酸素ノズルの中心軸とが
バーナ前方で、複数箇所交差するように前記燃料ノズル
を噴射角度を変えて配置し、炉内で多段混合燃焼を行う
如くなしたことを特徴とする加熱炉用酸素バーナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25083893A JP3315493B2 (ja) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | 加熱炉用酸素バーナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25083893A JP3315493B2 (ja) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | 加熱炉用酸素バーナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07103428A JPH07103428A (ja) | 1995-04-18 |
| JP3315493B2 true JP3315493B2 (ja) | 2002-08-19 |
Family
ID=17213771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25083893A Expired - Fee Related JP3315493B2 (ja) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | 加熱炉用酸素バーナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3315493B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09271841A (ja) * | 1996-04-03 | 1997-10-21 | Chugai Ro Co Ltd | 粗圧延コイルの加熱方法およびコイルボックスのコイル加熱装置 |
| SE528808C2 (sv) * | 2004-09-15 | 2007-02-20 | Aga Ab | Förfarande vid förbränning, jämte brännare |
| JP4860676B2 (ja) * | 2008-09-04 | 2012-01-25 | 中外炉工業株式会社 | 連続加熱炉 |
| CN104006386B (zh) * | 2014-05-29 | 2017-01-04 | 中国船舶重工集团公司第七�三研究所 | 非预混式中心供风多管气体补燃器 |
-
1993
- 1993-10-06 JP JP25083893A patent/JP3315493B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07103428A (ja) | 1995-04-18 |
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