JP3691863B2 - Radiant tube burner and alternating combustion radiant tube burner system using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、ラジアントチューブバーナ及びそれを用いた交互燃焼型バーナシステムに関する。更に詳述すると、本発明は、燃焼排ガスと燃焼用空気とを交互に蓄熱体に通過させることによって得られる高温の燃焼用空気を用いて燃焼させるラジアントチューブバーナ及びそれを用いた交互燃焼型のラジアントチューブバーナシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、蓄熱燃焼をラジアントチューブバーナに適用することが試みられている。蓄熱燃焼は、蓄熱体を利用して燃焼排ガスで燃焼用空気を高温に予熱し、この高温燃焼用空気を使って燃焼させるものである。そして、その際、ラジアントチューブの両端にラジアントチューブバーナをそれぞれ取り付けて、これらを交互に燃焼させ、ラジアントチューブバーナを通過した燃焼排ガスを反対側の燃焼停止中のバーナのエアースロートを通して排気させる交互燃焼型バーナシステムを構成することが考えられている。この交互燃焼型ラジアントチューブバーナシステムにおいて、各バーナのエアースロートは、それぞれ蓄熱体に接続され、燃焼時には燃焼用空気が供給される通路として使用され、燃焼停止時には燃焼排ガスの排気通路として利用される。そして、各蓄熱体では、燃焼排ガスが通過するときにはその熱を回収し、燃焼用空気が通過するときには蓄えられていた熱で燃焼用空気を燃焼排ガスの温度付近の高温に予熱する。
【0003】
しかし、一般に蓄熱燃焼を行う場合、燃焼用空気の予熱温度が高温、例えば800℃以上となりNOxが増大する。このため、燃焼用空気の流れに対して燃料を2段階に分けて噴射し燃焼を行う所謂燃料2段式燃焼法(米国特許第4,856,492及び米国特許第4,870,947)や、燃料の流れに対して空気を2段階に分けて噴射し燃焼を行う所謂空気多段式燃焼法を採用してNOxの発生を抑制することが考えられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ラジアントチューブバーナでは、一般に口径90〜200mm程度の比較的小径の耐熱合金製ラジアントチューブ内に燃料ノズルを挿入しかつエアースロートを形成するため、上述の各燃焼方法の実施が困難である。即ち、燃料二段式燃焼法では、一次燃焼の後流側で二次燃料を噴射させる二次燃料ノズルを設けることが必要であるが、ラジアントチューブ内の狭い空間内で一次燃焼室の外側または内側に二次燃料ノズルを設けることは困難を極める。また、空気多段式燃焼法では、一次燃焼ゾーンの下流側にまで二次空気を供給する流路を確保するため、二重円筒構造を採ることが必要不可欠であるが、限られたスペースしかないラジアントチューブ内ではその配置は困難を極めている。このため、上述の各燃焼方法のNOx低減原理を充分に生かすことが難しい。
【0005】
また、燃料二段式燃焼法や空気多段式燃焼法を実施するためには、一次と二次の燃料供給系あるいは空気供給系を必要とし、それらの制御が複雑なものになると共にバーナ構造も複雑なものとなるという問題を有している。
【0006】
さらに、交互燃焼を実施するバーナシステムでは、その構造上、燃焼させていない方のバーナの燃料ノズル内に燃料が残ってしまう。このため、燃料ノズルの断熱構造が十分でないと、エアースロートを通して排気する高温の燃焼排ガスのために残留燃料が加熱されて炭化する所謂コーキングを起こす問題も含んでいる。
【0007】
本発明は、簡単な構造でNOxを低減させ得るラジアントチューブバーナを提供することを目的とする。また、本発明は、燃料のコーキングを防止できかつ制御が容易な交互燃焼型ラジアントチューブバーナシステムを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明は、燃焼排ガスと燃焼用空気とを交互に蓄熱体に通過させることによって得られる高温の燃焼用空気を用いて燃焼させるラジアントチューブバーナにおいて、燃料を噴射する燃料ノズルと燃焼用空気を噴射するエアースロートとを互いに離してラジアントチューブの端部内に平行に配置すると共に、燃料ノズルの先端を挿入して支持する燃料ノズル用貫通孔とラジアントチューブの内周壁面と内接する溝を周縁に有しラジアントチューブを塞ぐノズル支持体をラジアントチューブ内に設け、ラジアントチューブと燃料ノズルとの間でエアースロートを形成すると共にノズル支持体の周縁の溝とラジアントチューブの内周壁面とで形成される孔を当該エアースロートの噴射口とし、噴射口がラジアントチューブの全横断面に分布せずにラジアントチューブの内周壁面に沿って空気噴流を偏在させかつ該空気噴流が偏在する内周壁面の反対側の内周壁面側に負圧を生じさせる空気噴流を形成するものであり、ラジアントチューブ内に噴射された燃料が再循環する燃焼ガスと混合しながら燃焼用空気の流れに徐々に巻き込まれながら緩慢燃焼を起こすようにしている。また、本発明のラジアントチューブバーナは、燃料を噴射する燃料ノズルと燃焼用空気を噴射するエアースロートとを互いに離してラジアントチューブの端部内に平行に配置すると共に、ラジアントチューブに内装されるエアースロート用チューブの先端にラジアントチューブを塞ぐノズル支持体を一体に設け、該ノズル支持体に燃料ノズルの先端を挿入して支持する燃料ノズル用貫通孔を設ける一方、かつノズル支持体の周縁にラジアントチューブの内周壁面と内接する貫通孔を設けて該貫通孔をエアースロートの噴射口とし、噴射口が前記ラジアントチューブの全横断面に分布せずにラジアントチューブの内周壁面に沿って空気噴流を偏在させかつ該空気噴流が偏在する内周壁面の反対側の内周壁面側に負圧を生じさせるものであり、ラジアントチューブ内に噴射された燃料が再循環する燃焼ガスと混合しながら燃焼用空気の流れに徐々に巻き込まれながら緩慢燃焼を起こすようにしている。ここで、本発明のラジアントチューブバーナは、燃料ノズルの周囲にパイロット燃焼に最低限必要な一次空気が供給される一次空気配管が設けられたパイロットバーナ兼用ノズルを燃料ノズルとして採用することが好ましく、また、エアースロートの噴射口をラジアントチューブの内周壁面に内接させることが好ましく、更に燃料ノズルをラジアントチューブの中央またはラジアントチューブの内周壁面に内接しない範囲で空気噴射口とは反対方向に偏心させることが好ましい。また、燃焼用空気は100m/sec以上の流速で噴射することが好ましい。
【0010】
また、本発明のラジアントチューブバーナに用いられる蓄熱体は、通路断面積が一定でかつ直線的に流路が貫通しているハニカム状のセラミックスであることが好ましい。
【0011】
更に、本発明は、これらのラジアントチューブバーナをラジアントチューブの両端に設置し、燃焼させていない方のラジアントチューブバーナのエアースロートを通して燃焼排ガスを排気するようにして交互燃焼型ラジアントチューブバーナシステムを構成している。そして、この交互燃焼型ラジアントチューブバーナシステムは、燃料ノズルとしてパイロットバーナ兼用ノズルを用いることが好ましい。このパイロットバーナ兼用ノズルは、燃料ノズルの周囲に一次空気を流す一次空気流路を設けて、該一次空気流路にパイロット燃焼に最低限必要な量の一次空気をバーナの作動状態とは無関係に常に流す一方、パイロット火炎を維持するに十分な量の燃料がパイロット燃料として常に流されると共に燃焼時と燃焼停止時とで噴射燃料量が切り替えられ、主燃焼とパイロット燃焼とが継続するようにしたものであることが好ましい。
【0012】
【作用】
したがって、請求項1並びに2記載の本発明のラジアントチューブバーナでは、ラジアントチューブの管壁に沿って燃焼用空気が噴射され、その流れはエアスロートの開口が偏って位置しているためラジアントチューブの全横断面に分布せずに偏在したものとなる。このため、燃焼用空気が噴射された部分の反対側では負圧が生じて強力な排ガス再循環が起こる。同時に、この排ガスと燃焼用空気と平行に噴射される燃料ガスとが燃焼用空気の流れに誘引されて随伴され、燃料ガスは排ガスと混合した後に徐々に燃焼用空気の流れに巻き込まれ、緩慢燃焼を起こす。しかも、本発明では、燃料ノズルの先端をラジアントチューブ内のノズル支持体に挿入すると、この燃料ノズルのラジアントチューブ内における位置が決められると同時に、燃料ノズルから完全に隔離されたエアースロートが形成される。そして、ノズル支持体の周縁の貫通孔ないし溝とラジアントチューブとがエアースロートの先端開口を区画して形成するので、ラジアントチューブ内にノズル支持体を固定するだけで、このラジアントチューブに内接したエアースロートの先端開口が形成される。加えて、燃料ノズル支持体はバッフルとして機能する。
【0013】
即ち、高温例えば約800℃以上に予熱された燃焼用空気は、常温時に比べて体積が膨張しているため、常温の燃料に比べてかなりの高速度で噴出される。例えば、20〜30m/sの流速で噴出される燃料に比べて高温予熱空気は100m/s以上の極めて速い流速で噴出される。このため、燃料はチューブ内に広がらず高速の燃焼用空気の流れに誘引されてチューブ内壁に沿って流れ、その間に徐々に燃焼用空気流に巻き込まれる。また、噴射口付近にまでラジアントチューブ内を逆流してくる燃焼排ガスの一部は燃焼用空気の流れに直接誘引されて巻き込まれ燃焼用空気の酸素濃度を低下させたり、場合によっては燃料噴流と燃焼用空気の噴流との間に巻き込まれてこれらが直ちに接触するのを防止する。したがって、緩慢燃焼しながら長炎を形成する。
【0014】
そして、請求項3記載のラジアントチューブバーナでは、燃焼噴流の根元に絶えずパイロット火炎が形成されるため、燃焼用空気と燃料とが平行に噴射されても安定して火炎が形成される。
【0015】
また、請求項4の発明では、燃焼用空気の流れと燃料の流れとの間に排ガスが巻き込まれ、燃焼用空気と燃料とが噴射直後に直ちにコンタクトするのを防ぐと共に燃料が拡散する部分の燃焼用空気の酸素濃度を低下させる。
【0017】
また、請求項5記載の発明では、蓄熱体としてハニカム形状のセラミックスを用いるため、燃焼用空気あるいは排ガスの流れの淀みをなくすことができ、かつ排気と給気の相反する方向の流れが交互に起きることにより流路の自己洗浄作用(逆洗)が働き、蓄熱体内に排ガス中のダストが付着するのを防止できる。
【0018】
更に、上述のバーナをラジアントチューブの両端に設置して交互に燃焼させるようにした請求項6の発明では、ラジアントチューブを通過した燃焼排ガスが燃焼停止中のバーナのエアースロートを経て排気され蓄熱体へ導かれる。
【0019】
ここで、請求項7記載のバーナシステムでは、燃焼させていない方のラジアントチューブバーナの燃料ノズルはパイロット火炎を形成しているため、燃料ノズルそのものは一次空気及び燃料で冷却され、高温の燃焼排ガスによって加熱されることがない。しかも、停止中のバーナを作動させるには、燃焼用空気の流れを切り替えてバーナスロートに流す一方、燃料ノズルに流す燃料の量を増やすだけで良い。
【0020】
【実施例】
以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。
【0021】
図1に本発明を適用した交互燃焼型ラジアントチューブバーナシステムの一実施例を示す。この交互燃焼型ラジアントチューブバーナシステム1は、ラジアントチューブ3とこのラジアントチューブ3の両端部に配置される一対のラジアントチューブバーナ5,5及びこれら一対のバーナ5,5を交互に燃焼させるために燃焼用空気と燃料のパイロット燃焼分を除いた大部分を選択的に供給する燃焼用空気供給系と燃料供給系並びに排気系から構成されている。
【0022】
ラジアントチューブ3は、本実施例の場合、U形チューブを例示している。このラジアントチューブ3の両端は、図2に示すように、炉壁7を貫通して炉外に位置されている。ラジアントチューブ3の両端にはフランジ3aが設けられ、該フランジ3aと炉壁7との間に断熱材製のスペーサ7bを介して炉壁7にチューブ3が固定されている。ラジアントチューブ3の炉壁7への固定は、図示していないが、通常、バングをチューブ側へ炉壁7にあけられた大き目の穴にチューブに取り付けた断熱材製バングをはめ込んで断熱材のシール部材で気密に塞がれている。
【0023】
各ラジアントチューブバーナ5,5は、蓄熱体17を内装するタイプであり、バーナボディ9と、パイロットバーナ兼用の燃料ノズル11と、エアースロート13及びノズル支持体15等より構成されている。なお、ノズル支持体15はバッフルとして機能し、安定火炎を形成する。また、ラジアントチューブ3の両端に配置される各ラジアントチューブバーナ5,5は同じ構成とされている。したがって、一方のラジアントチューブバーナ5の構成について以下に説明する。
【0024】
バーナボディ9は、本実施例の場合、L形の略円筒状を成しており、直角に折り曲げられた上側部分のフランジ9cを利用してラジアントチューブ3に取り付けられる。このバーナボディ9の上側部分には、燃料ノズル例えばパイロットバーナ兼用ノズル11を挿入するための孔9aが穿設され、ノズル11が貫通するように取り付けられている。また、このバーナボディ9内の空間はエアースロート13となっており、このエアースロート13の途中には、複数の蓄熱体17が収容されている。各蓄熱体17は、バーナボディ9の下向きに折れ曲がった下側部分に並んで配置されている。これによって、排気方向と重力方向とを一致させて燃焼排ガス中のダストなどが蓄熱体17内に滞留するのを防いでいる。各蓄熱体17,17は、例えば、通路断面積が一定でかつ直線的に流路が貫通しているハニカム形状のセラミックス例えばコージライトやムライト等の使用が好ましい。このハニカム形状のセラミックスは熱容量が大きく耐久性が高い割に比較的圧力損失が低い。しかも、排気と給気とが交互に淀みなく行われる。このため、排ガス中のダストなどは、蓄熱体17,17のハニカム形状の流路内に付着し難いし、付着しても逆洗されるため汚れることがない。更に、排ガスから熱を回収する際に排ガスが酸露点温度以下に低下してもセラミックスの表面に排ガス中のイオウ分やその化学変化物質が捕捉されて下流の排気系のダクトなどを低温腐食させることがない。
【0025】
なお、各バーナ5,5のバーナボディ9,9は、ダクト10を介して回転四方弁などの4方向の流路切替手段41にそれぞれ接続されている。バーナボディ9の下端にはフランジ9bが形成されており、ダクト10にねじなどで固定されている。
【0026】
燃料ノズルとしては、本実施例の場合、パイロットバーナ兼用ノズル11が採用されている。このパイロットバーナ兼用ノズル11は、図12に示すように、燃料ノズル19と、一次エアースロート21を構成する一次空気配管22及び図示していない点火プラグ等より構成されている。燃料ノズル19と一次空気配管22とは同心円状に配置されている。したがって、ノズルの構造は単純であり、比較的細く形成することができる。このパイロットバーナ兼用ノズル11によると、燃料ノズル19の周りの一次エアースロート21には二次空気としてエアースロート13に流される燃焼用空気の約10%程度の一次空気が流される。燃料ノズル19の先端部分には主たる噴射口20の他に周りの一次エアースロート21に向かって燃料の一部を噴射する噴射口18が開口され、燃料の一部をパイロット燃料として一次エアースロート21内に噴射し一次空気と良好に混合させて予混合気を得るように設けられている。そこに、図示していないイグナイタが設置されており、燃料ノズル19の噴射口20の周りに保炎源を形成できるように設けられている。
【0027】
ここで、一次エアースロート21にはパイロット燃焼に適した量の一次空気がバーナの作動状態とは無関係に常に流される。また、燃料ノズル19にはパイロット火炎を維持するに十分な量の燃料がパイロット燃料として常に流されると共に燃焼時と燃焼停止時とで噴射燃料量が切り替えられ、主燃焼とパイロット燃焼とが継続するように構成されている。
【0028】
このパイロットバーナ兼用ノズル11の燃料ノズル19には、例えば図4に示すような燃料供給系23を介して図示しない燃料供給源が接続されている。この燃料供給通路23は、燃料ノズル19から噴射される燃料の量を制御する制御弁25と、この流量制御弁25を迂回するバイパス通路27が設けられ、更に、バイパス通路27には、パイロット燃料として十分な量の燃料が通過させられる流量制御弁29及び遮断弁31が設けられている。したがって、燃料供給源から供給される燃料は、流量制御弁25が閉じている場合であってもバイパス通路27を介して燃料ノズル19に供給される。しかしながら、バイパス通路27では、流量制御弁29がバイパス通路27内の燃料の流量を制限し、燃料ノズル11に供給される燃料を、燃料ノズル11がパイロット燃焼を行うのに最低限必要な量に調整する。
【0029】
このパイロットバーナ兼用ノズル11は、バーナボディ9の孔9aからラジアントチューブ3内に挿入されている。したがって、パイロットバーナ兼用ノズル11の周りの空間が二次空気として流される高温に予熱された燃焼用空気のエアースロート13になる。パイロットバーナ兼用ノズル11の先端は、炉壁7内面の近傍位置にまで達し、詳しくは後述するノズル支持体15で支持されている。
【0030】
また、パイロットバーナ兼用ノズル11の一次エアースロート21には、図示しない一次空気供給源が接続されており、燃料ノズル19がパイロット燃焼を行うのに最低限必要な量の一次空気が常に供給されている。一次空気としては、蓄熱体を通過しない冷たい空気が使用される。この一次空気と二次空気として供給される高温の燃焼用空気とを合わせて空気比は決定される。
【0031】
ノズル支持体15は、例えば、ラジアントチューブ3内の炉壁7の内側の面に対応する位置に配置されている。通常、炉壁で囲われたバング部分は放熱できないので、炉内側で火炎が形成されるように設けられている。このノズル支持体15は、バッフルプレートとして機能する円板部15aと、この円板部15aの全周縁からパイロットバーナ兼用ノズル11の方向に向けて延びる空気通路用チューブ15bとから構成され、これらは一体的に成形されている。円板部15a及び空気通路用チューブ15bの直径は、ラジアントチューブ3の内径と略同一値に設定され、空気通路用チューブ15bをラジアントチューブ3内に装入することによって円板部15aでラジアントチューブ3内を閉塞しかつエアースロート13を形成する。
【0032】
この円板部15aには、図5に示すように、周縁の貫通孔15d及びパイロットバーナ兼用ノズル11側へ突出する円筒状のフランジ15eによって形成される燃料ノズル用貫通孔15cが設けられている。貫通孔15dは、円板部15aの周縁部分を、図5に示すように、半月状に切り欠くようにして空気通路用チューブ15bの一部にかけて穿たれた孔である。この貫通孔15dは、ラジアントチューブ3と共にエアースロート13の噴射口33を形成する。即ち、高温に予熱された燃焼用空気を二次空気として流すメインのエアースロート13の噴射口33は、ラジアントチューブ3の内周壁面に内接するように偏位して設けられている。これにより、後述する高温の燃焼用空気は、噴射口33よりラジアントチューブ3の内周壁面に沿って噴出され流れる。なお、本実施例における貫通孔15dは、必ずしもチューブ内周壁面に内接しなくともほぼそれに近い状態にまで接近していれば十分な効果が得られる。
【0033】
また、円板部15aの燃料ノズル貫通孔15cは、管中心あるいはチューブ内周壁面に内接しない範囲で噴射口33とは反対側に偏位している。燃料ノズル貫通孔15cの直径は、パイロットバーナ兼用ノズル11の先端の外径と略同一寸法値に設定されている。また、燃料ノズル貫通孔15cの周縁は、バーナボディ9に向けて延出し、フランジ15eを構成している。パイロットバーナ兼用ノズル11の先端は、このフランジ15e内に挿入されて支持される。したがって、パイロットバーナ兼用ノズル11は、図2に示すように、ラジアントチューブ3内空間の上側に、ラジアントチューブ3と略平行に配置され、その先端は空気噴射口33と離れて位置している。
【0034】
なお、各バーナ5,5のエアースロート13,13には、四方弁41を介して燃焼用空気供給系40と排気系42に連結され、一方のバーナ5を給気系40に接続すると他方のバーナ5が排気系42に接続される。
【0035】
ここで、一次空気及び二次空気とラジアントチューブバーナ5の作動との関係を図6に示す。ラジアントチューブバーナ5が作動する燃焼モードでは、一次空気に加えて二次空気も圧送されており、したがって、このラジアントチューブバーナ5には、燃焼を行うのに適した量の燃焼用空気が100パーセント供給される。この場合には、ラジアントチューブバーナ5の燃焼量は100パーセントに達する。
【0036】
一方、ラジアントチューブバーナ5が非作動の燃焼停止状態となる排気モードでは、一次空気のみが圧送されている。したがって、このラジアントチューブバーナ5には、パイロットバーナ兼用ノズル11がパイロット燃焼するのに適した少量の燃焼用空気が供給され、燃焼にほとんど影響を与えないパイロット火炎を形成するのみである。即ち、燃料ノズル11の一次エアースロート21には、ラジアントチューブバーナ5の作動状態とは無関係に常に一次空気が供給されている。
【0037】
以上のように構成された一方のラジアントチューブバーナ5は、以下のように作動する。
【0038】
先ず、パイロット燃焼を行う場合には、燃料供給系23の流量制御弁25は閉じたまま燃料をバイパス通路27を介して燃料ノズル19へ供給する。燃料ノズル19の周りの一次エアースロート21には、一次空気供給源から常に一次空気が圧送されているので、パイロット燃料と一次空気とがパイロット燃焼に適した空気比の予混合ガスになる。そして、この混合ガスを点火プラグで着火し、パイロット燃焼を行う(図1に示す上側のラジアントチューブバーナ5の状態)。
【0039】
燃料ノズル11がパイロット燃焼を行っている状態で空気供給源からの二次空気の供給を開始した後、燃料供給系23の流量制御弁25を開いて燃料ノズル19に燃料を流す。つまり、燃料供給系23の流量制御弁25が開かれると、燃料供給源から大量の燃料がパイロットバーナ兼用ノズル11の燃料ノズル19に供給される。
【0040】
一方、燃焼用空気供給系40から二次空気として供給された空気は、各蓄熱体17,17を通過しながら予熱され、高温例えば800℃以上にされてエアースロート13内へ導入される。このため、二次空気は膨張してその流速を増し、二次空気噴射口33から勢い良く例えば、100m/s位の速度で噴出してラジアントチューブ3の内周壁面寄りに偏在した高速の空気の流れを形成する。空気噴射口33は、ラジアントチューブ3の内周壁面と内接ないし接近するように偏位して設けられ、またパイロットバーナ兼用ノズル11の先端が挿入された貫通孔15cから離れて配置されている。このため、図7に示すように、二次空気としての高速の燃焼用空気流A2は燃料流Fから離れてラジアントチューブ3の内周壁面に沿って形成される。したがって、ラジアントチューブ3内の燃焼用空気流A2の反対側では負圧が生じて燃焼排ガスGが渦巻くように逆流し、燃料と混合されてから更に燃焼用空気流A2に巻き込まれ、またこの燃焼排ガスGの流れが高速の燃焼用空気流A2を包み込み、燃焼用空気に取り込まれながら流れる。即ち、燃料と燃焼用空気とは十分に燃焼排ガスを巻き込んだ状態で徐々に燃焼しながらラジアントチューブ3内に延びるいわゆる緩慢燃焼を行う(図1に示す下側のラジアントチューブバーナ5の状態)。緩慢燃焼は火炎温度の低下および酸素濃度の低下によりNOx生成の抑制を図る。
【0041】
そして、この燃焼状態から燃料供給系23の流量制御弁25を閉じると共に二次空気供給源からの二次空気の供給を停止しても、パイロットバーナ兼用ノズル11には依然として僅かの燃焼と一次空気が供給され続けるためパイロット火炎を維持する。
【0042】
このラジアントチューブバーナ5においては、パイロットバーナ兼用ノズル11あるいは単なる燃料ノズルを装着する場合には、このノズル11をバーナボディ9の孔9aから空気通路用チューブ15b内に挿入してその先端のノズル支持体15のフランジ15e内にパイロットバーナ兼用ノズル11の先端を挿入することによってパイロットバーナ兼用ノズル11の先端の位置決めと支持を行う。そして、更にバーナボディ9のラジアントチューブ3への取り付けと同時に空気通路用チューブ15bのラジアントチューブ3内への装入によって、パイロットバーナ兼用ノズル11はラジアントチューブ3内空間の上側にラジアントチューブ3に平行に自動的に配設される。
【0043】
さらに、このラジアントチューブバーナ5のパイロットバーナ兼用燃料ノズル11では、燃料ノズル19の周りに常温の空気が一次空気として常に供給されおり、また燃料も僅かながら流れているため、エアースロート13内を燃焼排ガスが流れてもその熱でコーキングを起こすことがない。
【0044】
なお、他方のラジアントチューブバーナ5も、上述した一方のラジアントチューブバーナ5と同様に構成され、同様に作動する。したがって、他方のラジアントチューブバーナ5についての説明は省略する。ただし、燃料供給源、一次空気供給源及び二次空気供給源については、一方のラジアントチューブバーナ5と同一のものを共有することが望ましい。
【0045】
ここで、四方弁41を第1位置(図示する位置)に切り替えた場合には、一方のラジアントチューブバーナ5の二次エアースロート13が二次空気供給源に接続されると共に、他方のラジアントチューブバーナ5の二次エアースロート13が大気側に接続され、また、四方弁41を第2位置に切り替えた場合には、一方のラジアントチューブバーナ5の二次エアースロート13が大気側に接続されると共に、他方のラジアントチューブバーナ5の二次エアースロート13が二次空気供給源に接続されるように構成する。
【0046】
このように作動するラジアントチューブバーナ5をラジアントチューブ3の両端に設置して交互に燃焼させる交互燃焼型ラジアントチューブバーナシステム1は、次のように動作する。尚、一方のラジアントチューブバーナ5を以下、説明の便宜上、Aバーナと呼び、他方のラジアントチューブバーナ5をBバーナと呼ぶ。
【0047】
まず、Aバーナ側の燃料供給系23の流量制御弁25を開き、Bバーナ側の燃料供給系23の流量制御弁25を閉じると共に、Aバーナ側に燃焼用空気供給系40を、Bバーナ側に排気系42を接続するように四方弁41を切り替える。
【0048】
これにより、Aバーナ側には大量の燃料と一次空気及び二次空気が供給され、燃焼する。一方、Bバーナのパイロットバーナ兼用ノズル11には少量の燃料と一次空気のみが供給され、パイロット燃焼が行われる。即ち、Bバーナは燃焼が停止されていても、パイロット燃焼に適した量の燃料及び一次空気が供給されてパイロット燃焼を継続している。
【0049】
Aバーナの燃焼で発生した燃焼排ガスは、ラジアントチューブ3を加熱しながらBバーナ側に向けて流れる。そして、この燃焼排ガスは、Bバーナ側のノズル支持体15の空気噴射口33からメインのエアースロート13内に流入し、四方弁41を介して排気系42へ誘引され、所定の排気処理が施された後大気に排出される。このとき、燃焼排ガスは、バーナボディ9内の蓄熱体17,17でその熱が回収される。したがって、各蓄熱体17の温度は上昇している。
【0050】
そして、Aバーナが燃焼を開始してから所定時間T例えば、20〜40秒位経過すると、Aバーナ側の燃料供給系23の流量制御弁25が閉じる。そして、四方弁41が切り替わってAバーナ側が排気系42に、Bバーナ側が燃焼用空気供給系40に接続されてBバーナを掃気する。その後、Bバーナ側の燃料供給系23の流量制御弁25が開いてBバーナ側に主燃料が供給される。
【0051】
この様子を図8に示す。時点t1において、Aバーナが主燃焼を開始し、Bバーナがパイロット燃焼を開始する。そして、時間Tだけ経過した時点t2では、主燃焼を行っていたAバーナがパイロット燃焼に切り替わり、パイロット燃焼を行っていたBバーナが主燃焼を開始する。以後同様にして、所定時間Tの経過毎に、燃焼するバーナと燃焼停止するバーナとが切り替わり、バーナシステム1は交互燃焼を実施する。
【0052】
尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、バーナシステム1においては、AバーナとBバーナの切り替えを設定時間T毎に繰り返す構成としたがこれに限るものではなく、各蓄熱体17A,17Bを通過した後の燃焼排ガスの温度を監視し、この温度が例えば、200℃位に達した時点で切り替える構成としても良い。
【0053】
また、ノズル支持体15は、ラジアントチューブ3に内装される空気通路用チューブ15bと一体成形してバーナ取り付け時にチューブ3内へ組み込むようにしているが、これに限るものではなく、例えば、図9に示すラジアントチューブバーナ51のノズル支持体53のように、一枚の円板を打ち抜いて燃料ノズル貫通孔53cと周縁の溝53dを形成したものをラジアントチューブ3の内周面に溶接などで固定しても良い。
【0054】
さらに、ラジアントチューブバーナ5においては、各蓄熱体17,17をバーナボディ9内の下側に並べて収容する構成としたが、図9に示すように、エアースロート13内、または図示していないがバーナボディ9と四方弁41とを接続するダクト10内に収容しても良い。エアースロート13内に収容するときには、図9に示すように、パイロットバーナ兼用ノズル11の周囲に並べて蓄熱体17を収容する。
【0055】
また、ラジアントチューブバーナとしては、図10に示す形式のものでも良い。詳述すると、このラジアントチューブバーナ61では、ラジアントチューブ3の端部内に耐火材製スリーブ63を挿入している。スリーブ63の先端部分は厚肉部63aとなっており、図11に示すように、この厚肉部63aの孔即ちノズル貫通孔63bは、ラジアントチューブ3の中心よりも上側に僅かに偏位している。この孔63bには、パイロットバーナ兼用ノズル11の先端が挿入されており、したがって、燃料ノズル11の先端はこの厚肉部63aで位置決めされ支持される。
【0056】
また、厚肉部63aの外周面の下端部分には、エアースロート13と部分的に繋がり長手方向に延びる溝63cが形成されている。この溝63cは、ラジアントチューブ3の内周壁面との間でエアースロート13の噴射口33を形成している。
【0057】
即ち、ラジアントチューブバーナ61のエアースロート13の出口は、上述のラジアントチューブバーナ5と同様に、ラジアントチューブ3の内周壁面に内接するように偏位している。また、本実施例では、エアースロート13の開口即ち噴射口33はラジアントチューブ3の内周壁面に内接した例について主に説明したが、これに特に限られずほぼ内接あるいは接近した状態でも空気噴流の反対側に排ガス再循環を起こさせることは可能である。最も、噴射口33が内接しているときがより強い排ガス再循環を起こす。
【0058】
なお、スリーブ63の先端面は、孔63bの穿設されている部分よりも溝63cが形成されている部分が三日月状に段部を成して凹んでいる。この段部の形状により、二次空気流の噴射角度や方向を所望の値に調整することができる。
【0059】
また、本実施例では高温の燃焼用空気をバーナに連結ないし内装した蓄熱体を利用した交互燃焼によって得る場合について主に説明したがこれに特に限定されるものではなく、例えば燃焼用空気供給系と排気系に対し蓄熱体を相対的に回転させることによって、あるいは流路切替手段を用いて蓄熱体に対する流体の流れ方向を切り替えることなどによって、高温の燃焼排ガスの排熱を利用して燃焼用空気を高温に予熱したものを単一のバーナに連続的に供給し、連続燃焼させるようにしても良い。また、本実施例では燃料ノズルとしてパイロットバーナ兼用ノズルを採用しているが、これに特に限定されず、場合によっては燃料ノズルとは別個に燃料ノズルの噴射口近傍にパイロットバーナを設置するようにしても良い。更に、本実施例ではガス燃料を用いる場合について主に説明したがこれに特に限定されず、例えばオイルなどの液体燃料を使用することも可能である。更に、燃焼用空気は必ずしも100m/s程度の高流速でなくとも、それよりも遅い流速であっても本発明は成立する。
【0060】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1並びに2記載の本発明のラジアントチューブバーナによると、ラジアントチューブの管壁に沿って燃焼用空気が噴射され、その流れがラジアントチューブの全横断面に分布せずに偏在したものとなり、燃焼用空気が噴射された部分の反対側に負圧を生じさせて強力な排ガス再循環が起こす。同時に、この排ガスと燃焼用空気と平行に噴射される燃料ガスとが燃焼用空気の流れに誘引されて随伴され、燃料ガスは排ガスと混合した後に徐々に燃焼用空気の流れに巻き込まれ、緩慢燃焼を起こす。したがって、ラジアンとチューブ内で燃焼が徐々に進行するので、NOxの発生を抑制することができる。また、ラジアントチューブの壁面に沿って長炎が形成できるので、均一なヒートフラックスでチューブを加熱させることができ、従来のバーナに起こっていた局所加熱が防止でき、ラジアントチューブの寿命を長くできる。また、請求項1並びに2記載の本発明によると、燃料ノズルの先端をラジアントチューブ内のノズル支持体に挿入することで、この燃料ノズルのチューブ内における位置決めと支持を実現すると共にエアースロートの先端開口を形成できる。このため、ラジアントチューブバーナの製造が容易になる。特に、請求項2記載の発明の場合、ラジアントチューブ内へのノズル支持体の取付作業を容易なものにすることができる。
【0061】
また、燃料ノズルとしてパイロットバーナ兼用ノズルを用いる場合、安定な一次火炎を形成しこれを燃料と共に燃焼用空気の流れ側へ誘引させ得るので、燃焼用空気と燃料とを離して噴射させても安定な火炎形成が可能となり、燃焼排ガス巻き込み量を増やしてより低NOx化できる。
【0062】
また、請求項3の場合、燃焼用空気の流れと燃料の流れとの間に排ガスが巻き込まれ、燃焼用空気と燃料とが噴射直後に直ちにコンタクトするのを防ぐと共に燃料が拡散する部分の燃焼用空気の酸素濃度を低下させるので、よりNOxの発生を抑制できる。
【0063】
また、請求項4及び5記載の発明では、燃料ノズルの先端をラジアントチューブ内のノズル支持体に挿入することで、この燃料ノズルのチューブ内における位置決めと支持を実現すると共にエアースロートの先端開口を形成できる。このため、ラジアントチューブバーナの製造が容易になる。特に、請求項4記載の発明の場合、ラジアントチューブ内へのノズル支持体の取付作業を容易なものにすることができる。
【0064】
また、請求項6の発明の場合、蓄熱体としてハニカム形状のセラミックスを用いるため、燃焼用空気あるいは排ガスの流れの淀みをなくすことができ、かつ排気と給気の相反する方向の流れが交互に起きることにより流路の自己洗浄作用(逆洗)が働き、蓄熱体内に排ガス中のダストなどが付着するのを防止できる。
【0065】
また、請求項7記載のバーナシステムでは、上述のラジアントチューブバーナ装置を使用して交換燃焼を実施することができ、熱効率の向上を図ることができる。
【0066】
更に、請求項7記載の発明では、燃焼停止状態にも、パイロット燃焼に適したあるいは最低限必要な量の燃料並びに一次空気を燃料ノズル内と一次空気配管内に供給するので、燃料ノズル内に常時燃料を流しかつ一次エアースロート内の一次空気で冷却することができるため、メインのエアースロートを介して排気される燃焼排ガスの熱で燃料通路内の燃料が加熱されて高温になるのを防止でき、コーキングの発生を阻止することができる。
更に、請求項8記載の発明では、燃焼用空気が100m/sec以上の高速で噴射されるため、燃料がチューブ内に広がらずに高速の燃焼用空気の流れに誘引されてチューブ内壁に沿って流れ、その間に徐々に燃焼用空気の流れに巻き込まれ、酸素濃度を低下させ、局所的高温域の発生を未然に防ぐ。したがって、一層の低NOx燃焼が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のラジアントチューブバーナを用いた交互燃焼型ラジアントチューブバーナシステムの一実施例を示す概略構成図である。
【図2】図1のラジアントチューブバーナの断面図である。
【図3】図2の矢印III 方向からみたラジアントチューブバーナの側面図である。
【図4】図2のラジアントチューブバーナの燃料供給系の一例示すブロック図である。
【図5】図2の矢印V方向からみたラジアントチューブバーナの断面図である。
【図6】図2のラジアントチューブバーナの燃焼状態と供給される空気量との関係を示すタイムチャートである。
【図7】図2のラジアントチューブバーナの燃焼原理を示す概念図である。
【図8】図1のバーナシステムの交互燃焼の様子を示し、各ラジアントチューブバーナの作動関係を示すタイムチャートである。
【図9】本発明のラジアントチューブバーナの他の実施例を示す断面図である。
【図10】本発明のラジアントチューブバーナの更に他の実施例を示す断面図である。
【図11】図10の矢印XI方向からみたラジアントチューブバーナの断面図である。
【図12】パイロットバーナ兼用ノズルの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 交互燃焼型ラジアントチューブバーナシステム
3 ラジアントチューブ
5,51,61 ラジアントチューブバーナ
7 炉壁
11 パイロットバーナ兼用ノズル(燃料ノズル)
13 エアースロート
15,53 ノズル支持体
19 燃料ノズル
21 一次エアースロート
33 噴射口(メインのエアースロートの先端開口)[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a radiant tube burner and an alternating combustion type burner system using the same. More specifically, the present invention relates to a radiant tube burner that burns using high-temperature combustion air obtained by alternately passing flue gas and combustion air through a heat storage body, and an alternating combustion type using the same. It relates to a radiant tube burner system.
[0002]
[Prior art]
In recent years, attempts have been made to apply heat storage combustion to radiant tube burners. In the heat storage combustion, combustion air is preheated to a high temperature with combustion exhaust gas using a heat storage body, and the high temperature combustion air is used for combustion. At that time, radiant tube burners are attached to both ends of the radiant tube, and these are alternately burned, and the combustion exhaust gas that has passed through the radiant tube burner is exhausted through the air throat of the burner on the opposite side of the combustion stop. It is considered to construct a type burner system. In this alternate combustion type radiant tube burner system, the air throat of each burner is connected to a heat storage body, used as a passage through which combustion air is supplied during combustion, and used as an exhaust passage for combustion exhaust gas when combustion is stopped . And in each thermal storage body, when combustion exhaust gas passes, the heat | fever is collect | recovered, and when combustion air passes, the combustion air is pre-heated to the high temperature of the temperature of combustion exhaust gas with the stored heat.
[0003]
However, in general, when heat storage combustion is performed, the preheating temperature of the combustion air becomes high, for example, 800 ° C. or higher, and NOx increases. For this reason, the so-called fuel two-stage combustion method (US Pat. No. 4,856,492 and US Pat. No. 4,870,947) in which fuel is injected in two stages with respect to the flow of combustion air to perform combustion, It has been considered to suppress the generation of NOx by adopting a so-called air multi-stage combustion method in which air is injected into a fuel flow in two stages and burned.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the radiant tube burner, since the fuel nozzle is inserted into the radiant tube made of a heat-resistant alloy having a relatively small diameter of about 90 to 200 mm and the air throat is formed, it is difficult to implement each of the above-described combustion methods. That is, in the fuel two-stage combustion method, it is necessary to provide a secondary fuel nozzle for injecting secondary fuel on the downstream side of the primary combustion, but in the narrow space inside the radiant tube, It is extremely difficult to provide a secondary fuel nozzle inside. In the air multistage combustion method, it is indispensable to adopt a double cylindrical structure in order to secure a flow path for supplying secondary air to the downstream side of the primary combustion zone, but there is only a limited space. In a radiant tube, the arrangement is extremely difficult. For this reason, it is difficult to make full use of the NOx reduction principle of each combustion method described above.
[0005]
Also, in order to carry out the fuel two-stage combustion method and the air multi-stage combustion method, primary and secondary fuel supply systems or air supply systems are required, and their control becomes complicated and the burner structure is also required. It has the problem of becoming complicated.
[0006]
Further, in the burner system that performs alternate combustion, due to its structure, fuel remains in the fuel nozzle of the burner that is not combusted. For this reason, if the heat insulation structure of the fuel nozzle is not sufficient, there is a problem of so-called coking in which the residual fuel is heated and carbonized due to the high-temperature combustion exhaust gas exhausted through the air throat.
[0007]
An object of the present invention is to provide a radiant tube burner capable of reducing NOx with a simple structure. Another object of the present invention is to provide an alternating combustion radiant tube burner system that can prevent coking of fuel and is easy to control.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the present invention provides a fuel for injecting fuel in a radiant tube burner that burns using high-temperature combustion air obtained by alternately passing combustion exhaust gas and combustion air through a heat storage body. While disposing the nozzle and the air throat for injecting combustion air away from each other in parallel in the end of the radiant tube,A radiant tube and a fuel nozzle are provided in the radiant tube with a nozzle support that closes the radiant tube and has a through hole for the fuel nozzle that is inserted and supported at the tip of the fuel nozzle and a groove inscribed in the inner peripheral wall surface of the radiant tube. The air throat is formed between and the hole formed by the peripheral groove of the nozzle support and the inner peripheral wall surface of the radiant tube is used as the air throat injection port.On all cross sections of the radiant tubeClothThe air jet is unevenly distributed along the inner peripheral wall surface of the radiant tube, and an air jet that generates negative pressure on the inner peripheral wall surface opposite to the inner peripheral wall surface where the air jet flow is unevenly formed is formed.Is a thingThe fuel injected into the radiant tube is mixed with the recirculated combustion gas and gradually involved in the flow of combustion air while causing slow combustion.Further, the radiant tube burner of the present invention has a fuel nozzle for injecting fuel and an air throat for injecting combustion air, spaced apart from each other and arranged in parallel in the end of the radiant tube, and an air throat installed in the radiant tube. A nozzle support that closes the radiant tube is integrally provided at the tip of the tube for fuel, and a through hole for the fuel nozzle is provided in the nozzle support to support by inserting the tip of the fuel nozzle, and the radiant tube is provided at the periphery of the nozzle support A through-hole inscribed in the inner peripheral wall surface of the radiant tube is provided, and the through-hole is used as an air throat injection port. A negative pressure is generated on the inner peripheral wall surface opposite to the inner peripheral wall surface on which the air jet is unevenly distributed. So that cause slow combustion gradually be caught in the flow of combustion air fuel injected into the ant tube while mixing with recirculating combustion gases.Here, the radiant tube burner of the present invention preferably employs a pilot burner combined nozzle provided with a primary air pipe to which primary air necessary for pilot combustion is supplied around the fuel nozzle as a fuel nozzle. Further, it is preferable that the air throat injection port is inscribed in the inner peripheral wall surface of the radiant tube, and the fuel nozzle is in the direction opposite to the air injection port in a range not inscribed in the center of the radiant tube or the inner peripheral wall surface of the radiant tube. It is preferable to be eccentric. Moreover, it is preferable to inject combustion air at a flow rate of 100 m / sec or more.
[0010]
Moreover, it is preferable that the heat storage body used for the radiant tube burner of the present invention is a honeycomb-like ceramic having a constant passage cross-sectional area and linearly passing through the flow path.
[0011]
Furthermore, the present invention configures an alternating combustion type radiant tube burner system in which these radiant tube burners are installed at both ends of the radiant tube and the exhaust gas is exhausted through the air throat of the non-burning radiant tube burner. are doing. In this alternate combustion type radiant tube burner system, a pilot burner combined nozzle is preferably used as the fuel nozzle. This pilot burner combined nozzle is provided with a primary air flow path for flowing primary air around the fuel nozzle, and pilot combustion is performed in the primary air flow path.Minimum requiredA quantity of primary air is always flowed regardless of the burner operating state, while a sufficient quantity of fuel to maintain the pilot flame is always flowed as pilot fuel and the amount of injected fuel is switched between combustion and when combustion is stopped. The main combustion and the pilot combustion are preferably continued.
[0012]
[Action]
Therefore, the claims1 and 2 of the present inventionIn a radiant tube burner, combustion air is injected along the tube wall of the radiant tube, and the flow is unevenly distributed without being distributed over the entire cross section of the radiant tube because the air throat opening is unevenly positioned. Become. For this reason, negative pressure is generated on the opposite side of the portion where the combustion air is injected, and strong exhaust gas recirculation occurs. At the same time, the exhaust gas and the fuel gas injected in parallel with the combustion air are attracted and accompanied by the flow of the combustion air, and after mixing with the exhaust gas, the fuel gas is gradually involved in the flow of the combustion air and slowly Causes burning.Moreover, in the present invention, when the tip of the fuel nozzle is inserted into the nozzle support in the radiant tube, the position of the fuel nozzle in the radiant tube is determined, and at the same time, an air throat completely isolated from the fuel nozzle is formed. The And since the through-hole or groove | channel of the periphery of a nozzle support body and a radiant tube partition and form the front-end | tip opening of an air throat, it is inscribed in this radiant tube only by fixing a nozzle support body in a radiant tube. A tip opening of the air throat is formed. In addition, the fuel nozzle support functions as a baffle.
[0013]
That is, combustion air preheated to a high temperature, for example, about 800 ° C. or more, has a volume expanded as compared to that at normal temperature, and is thus ejected at a considerably higher speed than fuel at normal temperature. For example, the high-temperature preheated air is ejected at an extremely high flow rate of 100 m / s or more as compared with the fuel ejected at a flow rate of 20 to 30 m / s. For this reason, the fuel does not spread in the tube but is attracted by the flow of high-speed combustion air, flows along the inner wall of the tube, and gradually gets caught in the combustion air flow. In addition, a part of the combustion exhaust gas that flows back in the radiant tube to the vicinity of the injection port is directly attracted by the flow of the combustion air to reduce the oxygen concentration of the combustion air. It is caught between the jets of combustion air to prevent them from coming into immediate contact. Therefore, a long flame is formed while slowly burning.
[0014]
And claims3In the described radiant tube burner, since a pilot flame is constantly formed at the base of the combustion jet, a flame is stably formed even when combustion air and fuel are injected in parallel.
[0015]
Claims4In this invention, exhaust gas is caught between the flow of combustion air and the flow of fuel to prevent contact between the combustion air and the fuel immediately after injection, and the oxygen in the combustion air where the fuel diffuses Reduce concentration.
[0017]
Claims5In the described invention, since the honeycomb-shaped ceramics are used as the heat storage body, it is possible to eliminate the stagnation of the flow of combustion air or exhaust gas, and the flow in the opposite direction of the exhaust gas and the supply air is generated alternately. The self-cleaning action (backwashing) of this works and can prevent the dust in the exhaust gas from adhering to the heat storage body.
[0018]
Furthermore, the above-mentioned burner is installed at both ends of the radiant tube and burned alternately.6In this invention, the combustion exhaust gas that has passed through the radiant tube is exhausted through the air throat of the burner during which combustion is stopped and guided to the heat storage body.
[0019]
Where the claim7In the described burner system, the fuel nozzle of the unburned radiant tube burner forms a pilot flame, so that the fuel nozzle itself is cooled with primary air and fuel and can be heated by the hot flue gas. Absent. Moreover, in order to operate the stopped burner, it is only necessary to switch the flow of combustion air and flow it to the burner throat while increasing the amount of fuel flowing to the fuel nozzle.
[0020]
【Example】
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.
[0021]
FIG. 1 shows an embodiment of an alternating combustion radiant tube burner system to which the present invention is applied. This alternating combustion type radiant tube burner system 1 is combusted in order to burn the
[0022]
In the case of the present embodiment, the
[0023]
Each of the
[0024]
In the case of the present embodiment, the
[0025]
The
[0026]
In the case of the present embodiment, a pilot burner combined nozzle 11 is employed as the fuel nozzle. As shown in FIG. 12, the pilot burner combined nozzle 11 includes a
[0027]
Here, the
[0028]
A fuel supply source (not shown) is connected to the
[0029]
The pilot burner combined nozzle 11 is inserted into the
[0030]
Further, a primary air supply source (not shown) is connected to the
[0031]
The
[0032]
As shown in FIG. 5, the
[0033]
Further, the fuel nozzle through
[0034]
The
[0035]
Where primary air and secondary air and radiant tube barNa 5FIG. 6 shows the relationship with the operation. In the combustion mode in which the
[0036]
Meanwhile, radiant tube barNa 5In the exhaust mode where the engine is in a non-actuated combustion stop state, only the primary air is pumped. Therefore, the
[0037]
One
[0038]
First, when performing pilot combustion, fuel is supplied to the
[0039]
After the supply of secondary air from the air supply source is started in a state where the fuel nozzle 11 is performing pilot combustion, the
[0040]
On the other hand, the air supplied as secondary air from the combustion
[0041]
And even if the
[0042]
In the
[0043]
Further, in the fuel nozzle 11 serving as a pilot burner of the
[0044]
The other
[0045]
Here, when the four-
[0046]
The alternating combustion type radiant tube burner system 1 in which the
[0047]
First, the
[0048]
As a result, a large amount of fuel, primary air and secondary air are supplied to the A burner side and burned. On the other hand, only a small amount of fuel and primary air are supplied to the pilot burner combined nozzle 11 of the B burner, and pilot combustion is performed. That is, even if the combustion is stopped, the B burner is supplied with the fuel and the primary air suitable for the pilot combustion and continues the pilot combustion.
[0049]
The flue gas generated by the combustion of the A burner flows toward the B burner while heating the
[0050]
When a predetermined time T, for example, about 20 to 40 seconds elapses after the A burner starts combustion, the
[0051]
This is shown in FIG. At time t1, the A burner starts main combustion, and the B burner starts pilot combustion. At time t2 when only time T has elapsed, the A burner that has been performing the main combustion is switched to the pilot combustion, and the B burner that has been performing the pilot combustion starts the main combustion. Thereafter, in the same manner, every time the predetermined time T elapses, the burner that burns and the burner that stops burning are switched, and the burner system 1 performs alternate combustion.
[0052]
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the burner system 1, the switching between the A burner and the B burner is repeated every set time T. However, the present invention is not limited to this, and the temperature of the combustion exhaust gas after passing through each heat storage body 17A, 17B is monitored. And it is good also as a structure which switches, when this temperature reaches about 200 degreeC, for example.
[0053]
Further, the
[0054]
Furthermore, in the
[0055]
Further, the radiant tube burner may be of the type shown in FIG. More specifically, in the radiant tube burner 61, a
[0056]
Further, a
[0057]
That is, the outlet of the
[0058]
It should be noted that the tip surface of the
[0059]
In this embodiment, the high-temperature combustion air is connected to the burner or exchanged using an internal heat storage.MutualThe case of obtaining by combustion has been mainly described, but it is not particularly limited to this, for example, by rotating the heat storage body relative to the combustion air supply system and the exhaust system, or using the flow path switching means By switching the flow direction of the fluid to the heat storage body, etc., the exhaust air from the high-temperature combustion exhaust gas is used to continuously supply the combustion air preheated to a high temperature to a single burner for continuous combustion. May be. In this embodiment, the pilot burner combined nozzle is used as the fuel nozzle. However, the present invention is not particularly limited to this. In some cases, the pilot burner is installed near the fuel nozzle injection port separately from the fuel nozzle. May be. Furthermore, although the case where gas fuel is used has been mainly described in the present embodiment, the present invention is not particularly limited to this, and liquid fuel such as oil can be used. Furthermore, even if the combustion air does not necessarily have a high flow rate of about 100 m / s, the present invention is established even if the flow velocity is slower than that.
[0060]
【The invention's effect】
As explained above,Claims 1 and 2According to the radiant tube burner of the present invention, combustion air is injected along the tube wall of the radiant tube, and the flow is unevenly distributed without being distributed over the entire cross section of the radiant tube, and the combustion air is injected. A strong exhaust gas recirculation occurs by creating a negative pressure on the opposite side of the part. At the same time, the exhaust gas and the fuel gas injected in parallel with the combustion air are attracted and accompanied by the flow of the combustion air, and after mixing with the exhaust gas, the fuel gas is gradually involved in the flow of the combustion air and slowly Causes burning. Accordingly, combustion gradually proceeds in radians and tubes, so that the generation of NOx can be suppressed. Further, since a long flame can be formed along the wall surface of the radiant tube, the tube can be heated with a uniform heat flux, local heating that has occurred in the conventional burner can be prevented, and the life of the radiant tube can be extended.According to the first and second aspects of the present invention, the tip of the fuel nozzle is inserted into the nozzle support in the radiant tube, thereby positioning and supporting the fuel nozzle in the tube and at the tip of the air throat. An opening can be formed. For this reason, manufacture of a radiant tube burner becomes easy. In particular, in the case of the invention described in
[0061]
In addition, when a pilot burner combined nozzle is used as the fuel nozzle, a stable primary flame can be formed and attracted to the combustion air flow side together with the fuel, so that it is stable even if the combustion air and the fuel are injected separately. Flame formation becomes possible, and the amount of combustion exhaust gas entrained can be increased to lower NOx.
[0062]
Further, in the case of
[0063]
Further, in the inventions according to
[0064]
Further, in the case of the invention of claim 6, since the honeycomb-shaped ceramics are used as the heat storage body, it is possible to eliminate the stagnation of the flow of combustion air or exhaust gas, and the flow in opposite directions of the exhaust gas and the supply air alternately. As a result, the self-cleaning action (back washing) of the flow path works, and it is possible to prevent dust in the exhaust gas from adhering to the heat storage body.
[0065]
Moreover, in the burner system of
[0066]
Further claims7In the described invention, even when the combustion is stopped, the fuel and primary air suitable for pilot combustion or the minimum necessary amount are supplied into the fuel nozzle and the primary air pipe. Since it can be cooled with the primary air in the primary air throat, it can prevent the fuel in the fuel passage from being heated by the heat of the combustion exhaust gas exhausted through the main air throat, resulting in high temperature, and the occurrence of coking Can be prevented.
Further claims8In the described invention, since the combustion air is injected at a high speed of 100 m / sec or more, the fuel is not spread in the tube but is attracted by the flow of the high-speed combustion air and flows along the inner wall of the tube. Involved in the flow of combustion air to reduce the oxygen concentration and prevent the occurrence of local high temperature areas. Therefore, further low NOx combustion is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an alternating combustion type radiant tube burner system using a radiant tube burner of the present invention.
2 is a cross-sectional view of the radiant tube burner of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a side view of the radiant tube burner as seen from the direction of arrow III in FIG. 2;
4 is a block diagram showing an example of a fuel supply system of the radiant tube burner of FIG. 2. FIG.
5 is a cross-sectional view of a radiant tube burner as seen from the direction of arrow V in FIG. 2. FIG.
6 is a time chart showing the relationship between the combustion state of the radiant tube burner of FIG. 2 and the amount of air supplied. FIG.
7 is a conceptual diagram showing the combustion principle of the radiant tube burner of FIG. 2. FIG.
8 is a time chart showing the state of alternating combustion of the burner system of FIG. 1 and showing the operational relationship of each radiant tube burner. FIG.
FIG. 9 is a sectional view showing another embodiment of the radiant tube burner of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view showing still another embodiment of the radiant tube burner of the present invention.
11 is a cross-sectional view of the radiant tube burner as seen from the direction of arrow XI in FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of a pilot burner combined nozzle.
[Explanation of symbols]
1 Alternating combustion type radiant tube burner system
3 Radiant tube
5, 51, 61 Radiant tube burner
7 Furnace wall
11 Pilot burner nozzle (fuel nozzle)
13 Air Throat
15,53 Nozzle support
19 Fuel nozzle
21 Primary air throat
33 Injection port (opening of the tip of the main air throat)
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