JP3589389B2 - 低noxラジアントチューブバーナ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、効率よく窒素酸化物を低減させるために改良された低NOX ラジアントチューブバーナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
燃焼排ガスの再循環によるNOX の低減させる措置自体は以前から実施されていた。
【0003】
排ガスを循環させて再利用するためにラジアントチューブの出口から排ガスを排ガス循環ファンにより吸い出し、戻し導管を介してバーナに戻して燃焼用空気に混ぜる方法が公知である(特公平4−80284号公報)。それによれば、ラジアントチューブから出た排ガスを燃焼用空気ファンとは別個に設けた排ガス循環ファンにより排ガスの一部をバーナに戻して予熱空気と混合して使用している。これでは排ガス循環ファンの設置コスト及び排ガスの一部をバーナに戻すために既設の空気供給管を使用することができず新たに排ガス供給管を新設することにより配管コストが追加されるため排ガスの再利用コストが嵩み、必ずしも好適な措置とは言えない。
【0004】
図3は従来技術による他の例、例えば本来の燃焼用空気に対する排ガス混合のないラジアントバーナ11を示す。空気入口部からエアレキュペレータ12に入った燃焼用空気はエアレキュペレータ12で予熱されて、エアレキュペレータ12中に格納されている予熱空気管端部16aから引き込んて予熱空気管16に入るが、エアレキュペレータ12を出た排ガスは排ガス出口管14から外部に排出されるだけで排ガスの再利用は行われない。
【0005】
結局、従来技術では排ガスの再利用は行われないか、再利用が行われてもて別個に排ガス循環ファンを設けかつ排ガスをバーナに戻すために既設の空気供給管を利用することなく改めて排ガス導管を新設するため再利用コストが嵩む等の理由からNOX の低減化手段として必ずしも適切ではなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、燃焼効率を上げようとすると燃焼空気温度を上げる必要があるが、燃焼空気温度を上昇させると火炎温度が上がりNOX 値が上昇する。従来の技術ではこのNOX 値の上昇を抑えるため排ガス循環ファン及び排ガス供給管を新設したが、本発明の課題は燃焼空気温度を上げた場合でもこの排ガス循環ファン及び排ガス供給管を設置することなく排ガスを再利用することによりNOX を低減する低NOX ラジアントチューブバーナの案出にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、特許請求の範囲第1項及び第2項に記載された発明特定事項によって解決される。
【0008】
即ち、二段燃焼による低NOX ラジアントチューブバーナにおいて、エアレキュペレータ(2)の予熱空気出口にエゼクタノズル(3)を設けるとともに、ラジアントチューブ(9)の排ガス出口管(4)に排ガスの専用の再循環配管としてバイパス管(5)を設けて前記予熱空気出口に接続する予熱空気管(6)に接続し、それによって排ガス出口管(4)とエゼクタノズル(3)の出口との間の圧力差に基づいて予熱空気の排ガス配管への逆流を阻止した排ガス再循環システムを確立して排ガスの一部を予熱空気に混合することにより、バーナ先端での二段燃焼との相乗効果によりNOX を低減することを特徴とする低NOX ラジアントチューブバーナ、及び二段燃焼による低NOX ラジアントチューブバーナにおいて、エアレキュペレータ(2)の空気入口部にエゼクタノズル(3′)を設けるとともに、ラジアントチューブ(9)の排ガス出口管(4)に排ガスの専用の再循環配管としてバイパス管(5’)を設けて前記空気入口部に接続する空気入口管(7′)に接続し、それによって排ガス出口管(4)とエゼクタノズル(3’)の出口との間の圧力差に基づいて予熱空気の排ガス配管への逆流を阻止した排ガス再循環システムを確立して排ガスの一部を予熱空気に混合することにより、二段燃焼との相乗効果によりNOX を低減することを特徴とする低NOX ラジアントチューブバーナによって解決される。
【0009】
上記のような発明特定事項によって排ガスの一部を予熱空気の一部へ混合させることによって燃焼反応を遅らせて燃焼火炎ピーク温度を下げることが可能になり、それによってNOX を低減させることができる。
【0010】
また、エアレキュペレータ2の予熱空気出口部又は空気入口部にエゼクタノズル3又は3′を設けて、エゼクタノズル3又は3′に続いて空気予熱管6又は空気入口管7にディフューザ部分を設けて流速を高めることによりバイパス管から来る排ガスの吸引力を高め、排ガス出口管のバイパス管5又は5′から排ガスをバーナのかなり前方で燃焼用空気に均一に混合させて燃焼空気のO2 濃度を下げることによってNOX 低減が達成されることができる。
【0011】
【実施形態】
第1の実施形態は図1に示されており、図1によれば、空気は図示してない燃焼用空気押込ファンによって昇圧されて空気入口管7に入り、エアレキュペレータ2で排ガスの熱を吸収して予熱空気となり、その後予熱空気管端部6aから吸い込まれた空気はエゼクタノズル3からディフューザとして形成されている予熱空気管6へ向かって噴射される。
【0012】
一方排ガス出口管4から排出される排ガスは、エゼクタとディフューザの作用によってエゼクタノズル3の出口の圧力が排ガス出口管4の圧力より低くなり、その結果排ガスの一部は、バイパス管5を通り、吸い寄せられて予熱空気管6へと流入する。
【0013】
バーナ8の入口で予熱空気と排ガスは混合され、バーナ8で燃料噴射により燃焼筒10内で燃焼が行われる。燃焼ガスはラジアントチューブ9で熱を放射し、更にエアレキュペレータ2でその内外壁に設けられた多数のフィンを介して空気を加熱し、温度を下げて排ガス出口管4に向かう。
【0014】
第2の実施形態は図2に示されており、図2によれば、エゼクタノズル3′が空気入口部に設けられ、空気はエゼクタノズル3′からディフューザとして形成されている空気入口管7′へ向かって噴射される。
【0015】
排ガス出口管4から排出される排ガスは、一部がバイパス管5′を通って、ディフューザとして作用する空気入口管7′へと吸い寄せられる。空気と排ガスが混合されてエアレキュペレータ2へ入り、エアレキュペレータ2で排ガスの熱を吸収して予熱空気となり、その後予熱空気管端部6′aから引き込まれた空気はラジアントチューブ9内のバーナ8に達する。バーナ8で燃料噴射により燃焼筒10内で燃焼が行われる。燃焼ガスはラジアントチューブ9で熱を放射し、更にエアレキュペレータ2でその内外壁に設けられた多数のフィンを介して空気を加熱し、その結果排ガス温度自体は下げられて排ガス出口管4に向かう。
【0016】
【実施例】
本発明による低NOX ラジアントチューブバーナ1の第1実施例は図1に表されている。
【0017】
燃焼用空気入口部の空気入口管7はエアレキュペレータ2に接続しており、エアレキュペレータ2中に予熱空気管6の予熱空気管端部6aが内装され、予熱空気管6中にはエゼクタノズル3が格納されており、予熱空気管6はディフューザを経てラジアントチューブ9に接続している。ラジアントチューブ9内には燃焼筒10を備えたバーナ8が内装されている。U字形のラジアントチューブ9の出口に排ガス出口管4が接続されており、排ガス出口管4にバイパス管5が接続され、バイパス管5は予熱空気管6のエゼクタノズル3の後方に開口する。
【0018】
本発明による低NOX ラジアントチューブバーナ1の第2実施例は図2に表されている。
【0019】
燃焼用空気入口部には空気入口管7′の端部にエゼクタノズル3′が設けられており、空気入口管7′はエアレキュペレータ2に接続されている。エアレキュペレータ2内に予熱空気管6′の予熱空気管端部6′aが内装されており、予熱空気管6′はラジアントチューブ9に接続している。ラジアントチューブ9の入口領域には燃焼筒10を備えたバーナ8が内装されている。ラジアントチューブ9の出口には排ガス出口管4が接続している。排ガス出口管4にバイパス管5′が接続し、バイパス管5′は空気入口管7′のエゼクタノズル3′の後方に開口している。
【0020】
それによって図1に表された第1の実施例では、燃焼用空気が空気入口管7から供給されてエアレキュペレータ2に達し、そこでUターンしながら、エアレキュペレータ2の管壁内外のフィンにより排ガスの熱を吸収して予熱されて、予熱空気管6の予熱空気管端部6aから白抜き矢印の方向に予熱空気を引込まれてエゼクタノズル3から噴射される。その際バイパス管5を介して矢印方向に送られて来た排ガスがエゼクタノズル3の後方で予熱空気に混合され、排ガスと燃焼用空気の混合物はその後予熱空気管6のディフューザにより加速された後均一となりラジアントチューブ9内のバーナ8に供給され、バーナ8から噴射されて燃焼筒10内で燃料の燃焼が行われる。燃焼筒10からから出た排ガスはラジアントチューブ9中を送られて、エアレキュペレータ2で空気を加熱した後排ガス出口管4に出て来る。
【0021】
同様に図2に表された第2の実施例では、燃焼用空気が空気入口管7′から供給されてエアレキュペレータ2に達し、そこでUターンしながら、エアレキュペレータ2の管壁内外のフィンにより排ガスの熱を吸収して予熱されて、予熱空気管6′の予熱空気管端部6′aから白抜き矢印の方向に予熱空気が引き込まれて予熱空気管6′からラジアントチューブ9の入口のバーナ8に供給される。その際同時にラジアントチューブ9の出口の排ガス出口管4から矢印方向にバイパス管5′を介して排ガスが空気入口管7′のエゼクタノズル3′の後方に送られて、空気入口部の燃焼用空気に混合されることになる。従って排ガスは燃焼用空気にバーナ8のかなり前方で、即ちエアレキュペレータ2に供給される前に既に燃焼用空気に排ガスが均一に混合された後、この混合物がエアレキュペレータ2に供給されることになる。従って上記の予熱空気は燃焼用空気に排ガスが均一に混合された形のものとなる。それによってバーナ8に供給される燃焼用空気も、燃焼用空気に排ガスが均一に混合されたものとなっていて、バーナ8において一層燃焼温度ピークのない燃焼が行われ得る。
【0022】
燃焼用空気に対する排ガスの混合比及びNOX は以下の通りであった。
【0023】
ラジアントチューブバーナの燃料は高炉ガスとコークス炉ガスの混合燃料によって実施された。
【0024】
空気と排ガスの混合(容量)比は、空気を100として5〜30であった。
【0025】
排ガス混合比とNOX の関係について、容量比による混合比10%でNOX は、空気だけの場合の70%に低下した。更に混合比25%ではNOX は、空気だけの場合の40%に低下した。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、ラジアントチューブバーナの運転中のNOX (窒素酸化物)が著しく低下する。
【0027】
ラジアントチューブバーナは、多数のバーナを運転するので、同時に多数のバーナの燃焼制御をする必要がある。エゼクタノズルを使用すると燃焼用空気と排ガスとの混合が均一に行われ、空気圧制御がし易くなるので、同時に行われる多数のバーナの燃焼制御が容易となる。
【0028】
燃焼筒の温度が下がることによる燃焼筒の長寿命化と材質を低グレード化することができるので、燃焼筒のコストダウンが得られる。
【0029】
排ガスを再循環させるための従来方式のファン(特公平4−80284号)が不要で、僅かな配管の改造でよく、即ち既設設備の改造が容易となる。
【0030】
配管等に可動部分がないので、故障がない。エゼクタノズルを流れる気体は空気なので、ノズルの詰まりはなく、メンテナンスは不要である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明による低NOX ラジアントチューブバーナの第1実施例の横断面図である。
【図2】図2は、本発明による低NOX ラジアントチューブバーナの第2実施例の横断面図である。
【図3】図3は、従来技術による低NOX ラジアントチューブバーナの構成の横断面図である。
【符号の説明】
1 低NOX ラジアントチューブバーナ
2 エアレキュペレータ
3 エゼクタノズル
3′ エゼクタノズル
4 排ガス出口管
5 バイパス管
5′ バイパス管
6 予熱空気管
6a 予熱空気管端部
6′ 予熱空気管
6′a 予熱空気管端部
7 空気入口管
7′ 空気入口管
8 バーナ
9 ラジアントチューブ
10 燃焼筒
Claims (2)
- 二段燃焼による低NOX ラジアントチューブバーナにおいて、
エアレキュペレータ(2)の予熱空気出口にエゼクタノズル(3)を設けるとともに、ラジアントチューブ(9)の排ガス出口管(4)に排ガスの専用の再循環配管としてバイパス管(5)を設けて前記予熱空気出口に接続する予熱空気管(6)に接続し、それによって排ガス出口管(4)とエゼクタノズル(3)の出口との間の圧力差に基づいて予熱空気の排ガス配管への逆流を阻止した排ガス再循環システムを確立して排ガスの一部を予熱空気に混合することにより、バーナ先端での二段燃焼との相乗効果によりNOX を低減することを特徴とする低NOX ラジアントチューブバーナ。 - 二段燃焼による低NOX ラジアントチューブバーナにおいて、エアレキュペレータ(2)の空気入口部にエゼクタノズル(3′)を設けるとともに、ラジアントチューブ(9)の排ガス出口管(4)に排ガスの専用の再循環配管としてバイパス管(5’)を設けて前記空気入口部に接続する空気入口管(7′)に接続し、それによって排ガス出口管(4)とエゼクタノズル(3’)の出口との間の圧力差に基づいて予熱空気の排ガス配管への逆流を阻止した排ガス再循環システムを確立して排ガスの一部を予熱空気に混合することにより、二段燃焼との相乗効果によりNOX を低減することを特徴とする低NOX ラジアントチューブバーナ。
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