JP4126537B2 - 排ガス再循環シングル型蓄熱バーナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排ガス再循環シングル型蓄熱バーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排ガス再循環シングル型蓄熱バーナは、単一のバーナ本体と、複数の給排気通路を有する蓄熱体と、給気用ブロワと、給排気切換弁装置とを備え、給排気切換弁装置によって蓄熱体の複数の給排気通路に給排気を交互に流通させて熱交換することにより、給気(燃焼用エア)を予熱すると共に排気温度を低下させて熱効率を高めるものである。また、排ガスの一部を燃焼用エアに混入して再循環させることにより、燃焼温度を調整してNOXの発生を抑制している。
【０００３】
本出願人は、この種の排ガス再循環シングル型蓄熱バーナとして、図5に示すように、先端から燃料ガスおよびパイロットエアを吐出するバーナ本体1の基部の周囲に複数の給排気口2を配置し、バーナ本体1の先端部の周囲に、給排気口2からバーナ本体1の先端部へ向かう給気流を絞るテーパ状の絞り部材3を設け、バーナ本体1の先端部と絞り部材3との間に直線状に延びる通路4を形成するようにしたものを提案している(特願2001-325815号)。なお、図5中、符号5は給排気口2を通る給排気の熱交換を行う蓄熱体、6はラジアントチューブ、7はラジアントチューブ6内の排ガス温度を検出する温度センサを示している。
【０００４】
この構成によれば、給排気口2から吐出される燃焼用エアを絞り部材3によって絞ることにより、ラジアントチューブ6内に導入される燃焼用エアがバーナ本体1の全周に均一にいきわたるので、バーナ本体1の先端から吐出された燃料ガスがバーナ本体1の周囲へショートパスして、排ガスとともに蓄熱体5に流入して燃焼するのを防止することができ、燃料ガスのショートパスによる蓄熱体5の溶損を防止することができる。なお、図5中、破線矢印は、燃焼用エアの流れを示し、実線矢印は、排ガスの流れを示しており、以下の説明に係る他の図においても同様である。
【０００５】
また、直線状に延びる通路4を形成したことにより、ラジアントチューブ6内に導入された燃焼用エアが充分遠方まで到達できるので、火焔を充分伸長させることができ、ラジアントチューブ5内の均一加熱を促進してNOXの発生を抑制することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように排ガス再循環シングル蓄熱バーナは、熱効率を高めるとともにNOXの発生を抑制することが可能であるが、地球温暖化の抑止、環境保護の観点から、更なる高効率化およびクリーン化が要求されている。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、更なる高効率化およびクリーン化を達成すべく、排ガス再循環を強化して低NOX化を促進することができる排ガス再循環シングル型蓄熱バーナ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】
上記の課題を解決するために、請求項1の発明に係る発明は、蓄熱体を通して燃焼用エアの供給および排ガスの排出を交互に行い、給排気間の熱交換によって燃焼用エアを予熱し、また、排ガスの一部を燃焼用エアとともに再循環させるようにした排ガス再循環シングル型蓄熱バーナにおいて、
先端部が燃焼空間に挿入される燃料ガス吐出部の基部の周囲に燃焼用エアの供給および排ガスの排出を行うための給排気口を配置し、前記燃料ガス吐出部の先端部の周囲にその先端側に向かって縮径して前記燃焼空間に導入される燃焼用エアを絞るテーパ状の第１絞り部材を設け、該第１絞り部材の上流側の前記燃料ガス吐出部の周囲にその先端側に向かって縮径して前記給排気口から吐出される燃焼用エアを絞るテーパ状の第２絞り部材を設け、前記第１絞り部材と前記第２絞り部材とを軸方向に間隔をもって配置し、これらの軸方向の隙間に排ガスを導入するようにしたことを特徴とする。
このように構成したことにより、給排気口から吐出された燃焼用エアは、第2絞り部材および第1絞り部材を介して燃焼空間に導入され、燃料ガス吐出部から吐出された燃料ガスを燃焼させる。燃焼により生じた排ガスは、第1絞り部材と第2絞り部材との間から第2絞り部材を介して給排気口に導入され、また、排ガスの一部が燃焼用エアに混入されて、第1絞り部材を介して燃焼空間に再循環される。
このとき、燃焼空間に導入される燃焼用エアは、第1絞り部材によって絞られて、燃料ガス吐出部の全周に均一にいきわたるので、燃料ガス吐出部から燃焼空間に吐出された燃料ガスが給排気口側へショートパスすることがない。さらに、給排気口から吐出される燃焼用エアが第2絞り部材によって絞られて、その全周にいきわたり、また、第1絞り部材と第2絞り部材との間の排ガスが第2絞り部材によって下流側へ向けられるので、排ガスが燃焼用エアに混入されやすくなり、排ガスの再循環量が増大する。
請求項2に係る排ガス再循環シングル型蓄熱バーナは、上記請求項1の構成において、前記第1絞り部材の外周に前記燃焼空間に排ガスを導入する排ガス再循環通路を設けたことを特徴とする。
このように構成したことにより、燃焼空間に導入される燃焼用エアの流れに引きずられて、排ガスが排ガス再循環通路を通して燃焼空間に導入されるので、排ガスの再循環量が増大する。
また、請求項3に係る排ガス再循環シングル型蓄熱バーナは、上記請求項1または2の構成において、前記燃焼空間は、ラジアントチューブであることを特徴とする。
このように構成したことにより、燃料ガス、燃焼用エアおよび排ガスの一部がラジアントチューブ内に導入されて燃焼が行われ、排ガスがラジアントチューブを通して第1絞り部材と第2絞り部材の間に導入される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明に係るラジアントチューブバーナについて、図1乃至図3を参照して説明する。図3に示すように、本実施形態のラジアントチューブバーナ8は、ラジアントチューブ9(燃焼空間)に排ガス再循環シングル型蓄熱バーナ10(以下、蓄熱バーナ10という)を装着したものである。ラジアントチューブ9は、いわゆる5インチＷ型ラジアントチューブであり、直径5インチの耐熱性の金属チューブを略Ｗ字型に成形して、蓄熱バーナ10が挿入される入口側と排気側とが互いに接続されている。
【００１０】
蓄熱バーナ10は、バーナ本体11と、蓄熱体12と、給排気切換弁装置13と、給気ブロワ14と、排気筒15とを備えている。図1に示すように、バーナ本体11は、燃料ガス及びパイロットエアを先端から吐出する円筒状の燃料ガス吐出部16を有し、燃料ガス吐出部16の基端部に大径の給排気部17が形成されている。給排気部17には、燃料ガス吐出部16の周囲に、その軸方向に沿って開口された複数(例えば6個)の給排気口18(2つのみ図示する)が設けられている。
【００１１】
蓄熱体12は、軸方向に沿って多数の給排気通路(図示せず)を有するハニカム構造体で、一端がバーナ本体11の給排気部17に結合されて、給排気通路がバーナ本体の各給排気口18に連通されている。そして、給排気通路を流通する高温の排ガスから熱を吸収して蓄熱し、給排気通路に燃焼用エアが通過する際、放熱して燃焼用エアを排ガス温度近くまで予熱する。
【００１２】
給排気切換弁装置13は、蓄熱体12の他端部に接続され、給気ブロワ14および排気筒15が接続されている。給排気切換弁装置13は、バーナ本体11の各給排気口18に連通する蓄熱体12の給排気通路を給気ブロワ14および排気筒15に接続し、これらの接続を切換える。このとき、給排気切換弁装置13は、蓄熱体12の給排気通路を介して、複数の給排気口18の一部(例えば6つの内の2つ)を給気ブロワ14に接続し、同時に、残りの給排気口18(例えば6つの内の4つ)を排気筒15に接続し、順次、給排気口18の給気ブロワ14および排気筒15との接続を切換える。
【００１３】
給気ブロワ14は、外気を加圧し、給排気切換弁装置13および蓄熱体12の給排気通路を介してバーナ本体11の給排気口18から燃焼用エアとして所定の流量及び圧力で吐出する。排気筒15は、ラジアントチューブ9内の排ガスをバーナ本体11の給排気口18から蓄熱体12の給排気通路及び給排気弁装置13を介して外部へ排出する。
【００１４】
バーナ本体11は、ラジアントチューブ9の入口側と排気側の接続部に挿入されており、燃料ガス吐出部16の先端部がラジアントチューブ9の入口端部に挿入され、給排気部17がラジアントチューブ9の排気側の側部に挿入されている。燃料ガス吐出部16の周囲には、第1絞り部材19が設けられている。第1絞り部材19は、燃料ガス吐出部16の先端側に向かって縮径するテーパ部20とテーパ部20の小径部に連なる円筒部21からなり、円筒部21の先端は、燃料ガス吐出部16の先端とほぼ同じ位置まで延ばされている。円筒部21と燃料ガス吐出部16との間に直線状の絞り通路22が形成され、円筒部21とラジアントチューブ9との間に絞り通路22と平行に排ガス再循環通路23が形成されている。
【００１５】
また、バーナ本体11の給排気部17の周囲には、燃料ガス吐出部16の先端側に向かって縮径するテーパ状の第2絞り部材24が設けられており、第１絞り部材24のテーパ部20と第2絞り部材24との軸方向の隙間に排ガス導入口24Aが形成されている。そして、第2絞り部材24によって、給排気口18から吐出された燃焼用エアの流路を絞ると共に、排ガス導入口24Aから給排気口18へ導入される排ガスの流れを燃料ガス吐出部16の先端側へ向けている。
【００１６】
蓄熱バーナ10には、バーナ本体11の燃料ガス吐出部16に、燃料ガスおよびパイロットエアを供給する燃料ガス供給装置(図示せず)が設けられ、燃料ガス吐出部16内には、燃料ガスに点火するための点火装置が設けられている。ラジアントチューブ9には、排ガス温度を検出するための温度センサ25が挿入されている。
【００１７】
以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
バーナ本体11の燃料ガス吐出部16から燃料ガス及びパイロットエアを吐出し、給排気切換弁装置13によって給気ブロワ14に接続された給排気口18から絞り通路22を介してラジアントチューブ9内に燃焼用エアを供給して燃焼を行い、ラジアントチューブ9内に火焔を延ばしてラジアントチューブ9を加熱する。
【００１８】
燃料ガスの燃焼によって生じた排ガスは、ラジアントチューブ9内から、第1絞り部材19と第2絞り部材24との間の排ガス導入口24Aを通って、給排気切換弁装置13によって排気筒15に接続されたバーナ本体11の給排気口18に導入されて外部へ排出される。また、排ガスの一部は、排ガス導入口24Aおよび排ガス再循環通路23を通して燃焼用エアに混入され、、ラジアントチューブ9内に再循環される。これにより、燃焼状態を調整してラジアントチューブ9内の燃焼温度の均一化を図り、NOXの発生を抑制する。
【００１９】
給排気切換弁装置13によって、バーナ本体11の給排気口18に高温の排ガスおよび燃焼用エアを交互に流通させることにより、蓄熱体12によって排ガスと燃焼用エアとで熱交換を行って燃焼用エアを排ガス温度近くまで予熱するとともに、排ガス温度を低下させることができ、熱効率を高めることができる。
【００２０】
このとき、バーナ本体11の給排気口18から吐出された燃焼用エアは、第1絞り部材19のテーパ部20に導入され、絞り通路22によって絞られることにより、テーパ部20内の全周にいきわたるので、ラジアントチューブ9内に吐出された燃料ガスが絞り通路22を通してバーナ本体11の周囲へショートパスすることがない。その結果、排気に引きずられて燃料ガスが蓄熱体12内に流入するのを防止することができ、燃料ガスのショートパスによる蓄熱体12の溶損を防止することができる。
【００２１】
また、直線状に延びる絞り通路22を設けたことにより、ラジアントチューブ9内に流入した燃焼用エアが充分遠方まで到達するので、火焔を充分伸長させることができ、バーナ本体11付近にヒートスポットが生成されることがなく、ラジアントチューブ9内を均一に加熱することができ、NOXの発生を抑制するとともに、ラジアントチューブ9の長寿命化を図ることができる。
【００２２】
第1絞り部材19の円筒部21によって、絞り通路22を流れる燃焼用エアと平行な排気ガス再循環通路23を形成したことにより、排ガスが燃焼用エアの流れに引きずられてラジアントチューブ9内に流入しやすくなるので、排ガスの再循環量を増大させることができ、NOXの発生を低減することができる。排気ガス再循通路23を設けることにより、図5に示す従来例に対して、NOXの発生を約20％削減することが可能となる。
【００２３】
さらに、第2絞り部材24を設けたことにより、バーナ本体11の給排気口18から吐出される燃焼用エアが絞られ、第2絞り部材24内の全周にいきわたり、また、第2絞り部材24と第1絞り部材19との間の排ガス導入口24Aを通る排ガスの流れがバーナ本体11の燃料ガス吐出部16の先端側へ向けられるので、排ガスが給排気口18から吐出された燃焼用エアの流れに混入されやすくなる。その結果、排ガスの再循環量を増大させることができ、NOXの発生を低減することができる。第2絞り部材24を設けることにより、図5に示す従来例に対して、NOXの発生を約40％削減することが可能となる。
【００２４】
そして、第1絞り部材19および第2絞り部材24の両方を設けることにより、NOXの発生を約50％削減することが可能となる。その結果、排ガス温度の上昇に伴うNOXの発生量の増大を考慮して、図5に示す従来例では、炉内温度900℃(ラジアントチューブ内排ガス温度1000℃)程度までで使用していたのに対して、本実施形態のラジアントチューブバーナ8では、NOXの発生を大幅に低減することができ、炉内温度1000℃(ラジアントチューブ内排ガス温度1100℃)程度においても使用することができる。
【００２５】
次に、図2を参照して、蓄熱バーナ10の各部の寸法について説明する。第1絞り部材19の円筒部21の内径Aは、絞り通路22および排ガス再循環通路23の流路面積に影響し、内径Aを小さくすると、排ガス導入口24Aからの排ガス再循環量が少なくなり、内径Aを大きくすると排ガス再循環通路23からの排ガス再循環量が小さくなり、いずれの排ガス再循環量が不足してもNOXの発生が増大することになる。また、内径Aを大きくすると、排ガス導入口24Aからの排ガス再循環量が増大することにより、燃料用エアの供給量が減少する。
【００２６】
第2絞り部材24の小径部内径Bは、給排気口18からの燃焼用エアの拡散および給排気口18における燃焼用エアの排気側へのショートパス量に影響し、内径Bを小さくすると、燃焼用エアの拡散が促進され、排ガス導入口24Aからの排ガスを巻込みやすくなるので、排ガス再循環量が増大してNOXの発生が減少する。しかしながら、給排気口18において排気側へショートパスする燃焼用エアの量が増大するため、燃焼用エアの供給量が減少することになり、また、給気ブロワ14の効率も低下する。
【００２７】
第1絞り部材19と第2絞り部材24との間の排ガス導入口24Aの隙間Cは、排ガス導入口24Aからの排気ガスの再循環量に影響し、隙間Cを大きくすると排ガス再循環量が増大してNOXの発生が減少するが、その分、燃焼用エアの供給量が減少することになる。また、第2絞り部材24のテーパ角度θも排ガス導入口24Aからの排ガスの再循環量に影響する。
【００２８】
これらの各部の寸法が最適になるように調整した結果、ラジアントチューブ9の直径D1＝136mm、第2絞り部材24の大径部直径D2＝150mm、第2絞り部材24の大径部と第1絞り部材19の大径部との隙間L＝50mmとした場合、円筒部21の内径A＝100mm、第2絞り部材24の小径部内径B＝108mm、排気導入隙間C＝24mmとし、第2絞り部材24のテーパ角度θを適当に設定することにより、燃焼用エア流量63m3／h以上、最大燃焼量50000kcal／h、最大使用可能炉内温度1000℃、熱効率88％を達成することができ、NOX濃度を最小限(140ppm程度)に抑えることができた。
【００２９】
なお、図4に示すように、上述の蓄熱バーナ10をそのまま細径の直径3インチのラジアントチューブ26に装着し、第1絞り部材19とラジアントチューブ26との間の排ガス再循環通路を省略した場合でも、第2絞り部材24によって、排ガス再循環量を増大させることができ、図5に示す従来例に対して、NOXの発生を約40％削減することができる。
【００３０】
また、上記実施形態では、本発明に係る蓄熱バーナをラジアントチューブに装着した場合について説明しているが、同様に、本発明に係る蓄熱バーナは、一端が閉じたシングルエンドチューブに装着することができ、あるいは、ラジアントチューブ等の間接加熱発熱体を介さず、直接、加熱炉に装着することも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る排ガス再循環シングル型蓄熱バーナによれば、燃料ガスのショートパスを抑えるとともに、排ガスの再循環量を増大させてNOXの発生を低減することができ、高効率化およびクリーン化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る排ガス再循環シングル型蓄熱バーナの要部の一部縦断面図である。
【図２】図1に示す排ガス再循環シングル型蓄熱バーナの要部の各部の寸法を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る排ガス再循環シングル型蓄熱バーナを使用したラジアントチューブバーナの概略構成を示す縦断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る排ガス再循環シングル型蓄熱バーナを細径のラジアントチューブと組合わせたものの要部を示す一部縦断面図である。
【図５】従来の排ガス再循環シングル型蓄熱バーナのバーナ本体部分を示す一部縦断面図である。
【符号の説明】
9 ラジアントチューブ(燃焼空間)
10 排ガス再循環シングル型蓄熱バーナ
12 蓄熱体
16 燃料ガス吐出部
18 給排気口
19 第1絞り部材
23 排ガス再循環通路
24 第2絞り部材
【産業上の利用分野】
本発明は、排ガス再循環シングル型蓄熱バーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排ガス再循環シングル型蓄熱バーナは、単一のバーナ本体と、複数の給排気通路を有する蓄熱体と、給気用ブロワと、給排気切換弁装置とを備え、給排気切換弁装置によって蓄熱体の複数の給排気通路に給排気を交互に流通させて熱交換することにより、給気(燃焼用エア)を予熱すると共に排気温度を低下させて熱効率を高めるものである。また、排ガスの一部を燃焼用エアに混入して再循環させることにより、燃焼温度を調整してNOXの発生を抑制している。
【０００３】
本出願人は、この種の排ガス再循環シングル型蓄熱バーナとして、図5に示すように、先端から燃料ガスおよびパイロットエアを吐出するバーナ本体1の基部の周囲に複数の給排気口2を配置し、バーナ本体1の先端部の周囲に、給排気口2からバーナ本体1の先端部へ向かう給気流を絞るテーパ状の絞り部材3を設け、バーナ本体1の先端部と絞り部材3との間に直線状に延びる通路4を形成するようにしたものを提案している(特願2001-325815号)。なお、図5中、符号5は給排気口2を通る給排気の熱交換を行う蓄熱体、6はラジアントチューブ、7はラジアントチューブ6内の排ガス温度を検出する温度センサを示している。
【０００４】
この構成によれば、給排気口2から吐出される燃焼用エアを絞り部材3によって絞ることにより、ラジアントチューブ6内に導入される燃焼用エアがバーナ本体1の全周に均一にいきわたるので、バーナ本体1の先端から吐出された燃料ガスがバーナ本体1の周囲へショートパスして、排ガスとともに蓄熱体5に流入して燃焼するのを防止することができ、燃料ガスのショートパスによる蓄熱体5の溶損を防止することができる。なお、図5中、破線矢印は、燃焼用エアの流れを示し、実線矢印は、排ガスの流れを示しており、以下の説明に係る他の図においても同様である。
【０００５】
また、直線状に延びる通路4を形成したことにより、ラジアントチューブ6内に導入された燃焼用エアが充分遠方まで到達できるので、火焔を充分伸長させることができ、ラジアントチューブ5内の均一加熱を促進してNOXの発生を抑制することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように排ガス再循環シングル蓄熱バーナは、熱効率を高めるとともにNOXの発生を抑制することが可能であるが、地球温暖化の抑止、環境保護の観点から、更なる高効率化およびクリーン化が要求されている。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、更なる高効率化およびクリーン化を達成すべく、排ガス再循環を強化して低NOX化を促進することができる排ガス再循環シングル型蓄熱バーナ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】
上記の課題を解決するために、請求項1の発明に係る発明は、蓄熱体を通して燃焼用エアの供給および排ガスの排出を交互に行い、給排気間の熱交換によって燃焼用エアを予熱し、また、排ガスの一部を燃焼用エアとともに再循環させるようにした排ガス再循環シングル型蓄熱バーナにおいて、
先端部が燃焼空間に挿入される燃料ガス吐出部の基部の周囲に燃焼用エアの供給および排ガスの排出を行うための給排気口を配置し、前記燃料ガス吐出部の先端部の周囲にその先端側に向かって縮径して前記燃焼空間に導入される燃焼用エアを絞るテーパ状の第１絞り部材を設け、該第１絞り部材の上流側の前記燃料ガス吐出部の周囲にその先端側に向かって縮径して前記給排気口から吐出される燃焼用エアを絞るテーパ状の第２絞り部材を設け、前記第１絞り部材と前記第２絞り部材とを軸方向に間隔をもって配置し、これらの軸方向の隙間に排ガスを導入するようにしたことを特徴とする。
このように構成したことにより、給排気口から吐出された燃焼用エアは、第2絞り部材および第1絞り部材を介して燃焼空間に導入され、燃料ガス吐出部から吐出された燃料ガスを燃焼させる。燃焼により生じた排ガスは、第1絞り部材と第2絞り部材との間から第2絞り部材を介して給排気口に導入され、また、排ガスの一部が燃焼用エアに混入されて、第1絞り部材を介して燃焼空間に再循環される。
このとき、燃焼空間に導入される燃焼用エアは、第1絞り部材によって絞られて、燃料ガス吐出部の全周に均一にいきわたるので、燃料ガス吐出部から燃焼空間に吐出された燃料ガスが給排気口側へショートパスすることがない。さらに、給排気口から吐出される燃焼用エアが第2絞り部材によって絞られて、その全周にいきわたり、また、第1絞り部材と第2絞り部材との間の排ガスが第2絞り部材によって下流側へ向けられるので、排ガスが燃焼用エアに混入されやすくなり、排ガスの再循環量が増大する。
請求項2に係る排ガス再循環シングル型蓄熱バーナは、上記請求項1の構成において、前記第1絞り部材の外周に前記燃焼空間に排ガスを導入する排ガス再循環通路を設けたことを特徴とする。
このように構成したことにより、燃焼空間に導入される燃焼用エアの流れに引きずられて、排ガスが排ガス再循環通路を通して燃焼空間に導入されるので、排ガスの再循環量が増大する。
また、請求項3に係る排ガス再循環シングル型蓄熱バーナは、上記請求項1または2の構成において、前記燃焼空間は、ラジアントチューブであることを特徴とする。
このように構成したことにより、燃料ガス、燃焼用エアおよび排ガスの一部がラジアントチューブ内に導入されて燃焼が行われ、排ガスがラジアントチューブを通して第1絞り部材と第2絞り部材の間に導入される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明に係るラジアントチューブバーナについて、図1乃至図3を参照して説明する。図3に示すように、本実施形態のラジアントチューブバーナ8は、ラジアントチューブ9(燃焼空間)に排ガス再循環シングル型蓄熱バーナ10(以下、蓄熱バーナ10という)を装着したものである。ラジアントチューブ9は、いわゆる5インチＷ型ラジアントチューブであり、直径5インチの耐熱性の金属チューブを略Ｗ字型に成形して、蓄熱バーナ10が挿入される入口側と排気側とが互いに接続されている。
【００１０】
蓄熱バーナ10は、バーナ本体11と、蓄熱体12と、給排気切換弁装置13と、給気ブロワ14と、排気筒15とを備えている。図1に示すように、バーナ本体11は、燃料ガス及びパイロットエアを先端から吐出する円筒状の燃料ガス吐出部16を有し、燃料ガス吐出部16の基端部に大径の給排気部17が形成されている。給排気部17には、燃料ガス吐出部16の周囲に、その軸方向に沿って開口された複数(例えば6個)の給排気口18(2つのみ図示する)が設けられている。
【００１１】
蓄熱体12は、軸方向に沿って多数の給排気通路(図示せず)を有するハニカム構造体で、一端がバーナ本体11の給排気部17に結合されて、給排気通路がバーナ本体の各給排気口18に連通されている。そして、給排気通路を流通する高温の排ガスから熱を吸収して蓄熱し、給排気通路に燃焼用エアが通過する際、放熱して燃焼用エアを排ガス温度近くまで予熱する。
【００１２】
給排気切換弁装置13は、蓄熱体12の他端部に接続され、給気ブロワ14および排気筒15が接続されている。給排気切換弁装置13は、バーナ本体11の各給排気口18に連通する蓄熱体12の給排気通路を給気ブロワ14および排気筒15に接続し、これらの接続を切換える。このとき、給排気切換弁装置13は、蓄熱体12の給排気通路を介して、複数の給排気口18の一部(例えば6つの内の2つ)を給気ブロワ14に接続し、同時に、残りの給排気口18(例えば6つの内の4つ)を排気筒15に接続し、順次、給排気口18の給気ブロワ14および排気筒15との接続を切換える。
【００１３】
給気ブロワ14は、外気を加圧し、給排気切換弁装置13および蓄熱体12の給排気通路を介してバーナ本体11の給排気口18から燃焼用エアとして所定の流量及び圧力で吐出する。排気筒15は、ラジアントチューブ9内の排ガスをバーナ本体11の給排気口18から蓄熱体12の給排気通路及び給排気弁装置13を介して外部へ排出する。
【００１４】
バーナ本体11は、ラジアントチューブ9の入口側と排気側の接続部に挿入されており、燃料ガス吐出部16の先端部がラジアントチューブ9の入口端部に挿入され、給排気部17がラジアントチューブ9の排気側の側部に挿入されている。燃料ガス吐出部16の周囲には、第1絞り部材19が設けられている。第1絞り部材19は、燃料ガス吐出部16の先端側に向かって縮径するテーパ部20とテーパ部20の小径部に連なる円筒部21からなり、円筒部21の先端は、燃料ガス吐出部16の先端とほぼ同じ位置まで延ばされている。円筒部21と燃料ガス吐出部16との間に直線状の絞り通路22が形成され、円筒部21とラジアントチューブ9との間に絞り通路22と平行に排ガス再循環通路23が形成されている。
【００１５】
また、バーナ本体11の給排気部17の周囲には、燃料ガス吐出部16の先端側に向かって縮径するテーパ状の第2絞り部材24が設けられており、第１絞り部材24のテーパ部20と第2絞り部材24との軸方向の隙間に排ガス導入口24Aが形成されている。そして、第2絞り部材24によって、給排気口18から吐出された燃焼用エアの流路を絞ると共に、排ガス導入口24Aから給排気口18へ導入される排ガスの流れを燃料ガス吐出部16の先端側へ向けている。
【００１６】
蓄熱バーナ10には、バーナ本体11の燃料ガス吐出部16に、燃料ガスおよびパイロットエアを供給する燃料ガス供給装置(図示せず)が設けられ、燃料ガス吐出部16内には、燃料ガスに点火するための点火装置が設けられている。ラジアントチューブ9には、排ガス温度を検出するための温度センサ25が挿入されている。
【００１７】
以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
バーナ本体11の燃料ガス吐出部16から燃料ガス及びパイロットエアを吐出し、給排気切換弁装置13によって給気ブロワ14に接続された給排気口18から絞り通路22を介してラジアントチューブ9内に燃焼用エアを供給して燃焼を行い、ラジアントチューブ9内に火焔を延ばしてラジアントチューブ9を加熱する。
【００１８】
燃料ガスの燃焼によって生じた排ガスは、ラジアントチューブ9内から、第1絞り部材19と第2絞り部材24との間の排ガス導入口24Aを通って、給排気切換弁装置13によって排気筒15に接続されたバーナ本体11の給排気口18に導入されて外部へ排出される。また、排ガスの一部は、排ガス導入口24Aおよび排ガス再循環通路23を通して燃焼用エアに混入され、、ラジアントチューブ9内に再循環される。これにより、燃焼状態を調整してラジアントチューブ9内の燃焼温度の均一化を図り、NOXの発生を抑制する。
【００１９】
給排気切換弁装置13によって、バーナ本体11の給排気口18に高温の排ガスおよび燃焼用エアを交互に流通させることにより、蓄熱体12によって排ガスと燃焼用エアとで熱交換を行って燃焼用エアを排ガス温度近くまで予熱するとともに、排ガス温度を低下させることができ、熱効率を高めることができる。
【００２０】
このとき、バーナ本体11の給排気口18から吐出された燃焼用エアは、第1絞り部材19のテーパ部20に導入され、絞り通路22によって絞られることにより、テーパ部20内の全周にいきわたるので、ラジアントチューブ9内に吐出された燃料ガスが絞り通路22を通してバーナ本体11の周囲へショートパスすることがない。その結果、排気に引きずられて燃料ガスが蓄熱体12内に流入するのを防止することができ、燃料ガスのショートパスによる蓄熱体12の溶損を防止することができる。
【００２１】
また、直線状に延びる絞り通路22を設けたことにより、ラジアントチューブ9内に流入した燃焼用エアが充分遠方まで到達するので、火焔を充分伸長させることができ、バーナ本体11付近にヒートスポットが生成されることがなく、ラジアントチューブ9内を均一に加熱することができ、NOXの発生を抑制するとともに、ラジアントチューブ9の長寿命化を図ることができる。
【００２２】
第1絞り部材19の円筒部21によって、絞り通路22を流れる燃焼用エアと平行な排気ガス再循環通路23を形成したことにより、排ガスが燃焼用エアの流れに引きずられてラジアントチューブ9内に流入しやすくなるので、排ガスの再循環量を増大させることができ、NOXの発生を低減することができる。排気ガス再循通路23を設けることにより、図5に示す従来例に対して、NOXの発生を約20％削減することが可能となる。
【００２３】
さらに、第2絞り部材24を設けたことにより、バーナ本体11の給排気口18から吐出される燃焼用エアが絞られ、第2絞り部材24内の全周にいきわたり、また、第2絞り部材24と第1絞り部材19との間の排ガス導入口24Aを通る排ガスの流れがバーナ本体11の燃料ガス吐出部16の先端側へ向けられるので、排ガスが給排気口18から吐出された燃焼用エアの流れに混入されやすくなる。その結果、排ガスの再循環量を増大させることができ、NOXの発生を低減することができる。第2絞り部材24を設けることにより、図5に示す従来例に対して、NOXの発生を約40％削減することが可能となる。
【００２４】
そして、第1絞り部材19および第2絞り部材24の両方を設けることにより、NOXの発生を約50％削減することが可能となる。その結果、排ガス温度の上昇に伴うNOXの発生量の増大を考慮して、図5に示す従来例では、炉内温度900℃(ラジアントチューブ内排ガス温度1000℃)程度までで使用していたのに対して、本実施形態のラジアントチューブバーナ8では、NOXの発生を大幅に低減することができ、炉内温度1000℃(ラジアントチューブ内排ガス温度1100℃)程度においても使用することができる。
【００２５】
次に、図2を参照して、蓄熱バーナ10の各部の寸法について説明する。第1絞り部材19の円筒部21の内径Aは、絞り通路22および排ガス再循環通路23の流路面積に影響し、内径Aを小さくすると、排ガス導入口24Aからの排ガス再循環量が少なくなり、内径Aを大きくすると排ガス再循環通路23からの排ガス再循環量が小さくなり、いずれの排ガス再循環量が不足してもNOXの発生が増大することになる。また、内径Aを大きくすると、排ガス導入口24Aからの排ガス再循環量が増大することにより、燃料用エアの供給量が減少する。
【００２６】
第2絞り部材24の小径部内径Bは、給排気口18からの燃焼用エアの拡散および給排気口18における燃焼用エアの排気側へのショートパス量に影響し、内径Bを小さくすると、燃焼用エアの拡散が促進され、排ガス導入口24Aからの排ガスを巻込みやすくなるので、排ガス再循環量が増大してNOXの発生が減少する。しかしながら、給排気口18において排気側へショートパスする燃焼用エアの量が増大するため、燃焼用エアの供給量が減少することになり、また、給気ブロワ14の効率も低下する。
【００２７】
第1絞り部材19と第2絞り部材24との間の排ガス導入口24Aの隙間Cは、排ガス導入口24Aからの排気ガスの再循環量に影響し、隙間Cを大きくすると排ガス再循環量が増大してNOXの発生が減少するが、その分、燃焼用エアの供給量が減少することになる。また、第2絞り部材24のテーパ角度θも排ガス導入口24Aからの排ガスの再循環量に影響する。
【００２８】
これらの各部の寸法が最適になるように調整した結果、ラジアントチューブ9の直径D1＝136mm、第2絞り部材24の大径部直径D2＝150mm、第2絞り部材24の大径部と第1絞り部材19の大径部との隙間L＝50mmとした場合、円筒部21の内径A＝100mm、第2絞り部材24の小径部内径B＝108mm、排気導入隙間C＝24mmとし、第2絞り部材24のテーパ角度θを適当に設定することにより、燃焼用エア流量63m3／h以上、最大燃焼量50000kcal／h、最大使用可能炉内温度1000℃、熱効率88％を達成することができ、NOX濃度を最小限(140ppm程度)に抑えることができた。
【００２９】
なお、図4に示すように、上述の蓄熱バーナ10をそのまま細径の直径3インチのラジアントチューブ26に装着し、第1絞り部材19とラジアントチューブ26との間の排ガス再循環通路を省略した場合でも、第2絞り部材24によって、排ガス再循環量を増大させることができ、図5に示す従来例に対して、NOXの発生を約40％削減することができる。
【００３０】
また、上記実施形態では、本発明に係る蓄熱バーナをラジアントチューブに装着した場合について説明しているが、同様に、本発明に係る蓄熱バーナは、一端が閉じたシングルエンドチューブに装着することができ、あるいは、ラジアントチューブ等の間接加熱発熱体を介さず、直接、加熱炉に装着することも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る排ガス再循環シングル型蓄熱バーナによれば、燃料ガスのショートパスを抑えるとともに、排ガスの再循環量を増大させてNOXの発生を低減することができ、高効率化およびクリーン化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る排ガス再循環シングル型蓄熱バーナの要部の一部縦断面図である。
【図２】図1に示す排ガス再循環シングル型蓄熱バーナの要部の各部の寸法を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る排ガス再循環シングル型蓄熱バーナを使用したラジアントチューブバーナの概略構成を示す縦断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る排ガス再循環シングル型蓄熱バーナを細径のラジアントチューブと組合わせたものの要部を示す一部縦断面図である。
【図５】従来の排ガス再循環シングル型蓄熱バーナのバーナ本体部分を示す一部縦断面図である。
【符号の説明】
9 ラジアントチューブ(燃焼空間)
10 排ガス再循環シングル型蓄熱バーナ
12 蓄熱体
16 燃料ガス吐出部
18 給排気口
19 第1絞り部材
23 排ガス再循環通路
24 第2絞り部材
Claims (3)
- 蓄熱体を通して燃焼用エアの供給および排ガスの排出を交互に行い、給排気間の熱交換によって燃焼用エアを予熱し、また、排ガスの一部を燃焼用エアとともに再循環させるようにした排ガス再循環シングル型蓄熱バーナにおいて、
先端部が燃焼空間に挿入される燃料ガス吐出部の基部の周囲に燃焼用エアの供給および排ガスの排出を行うための給排気口を配置し、前記燃料ガス吐出部の先端部の周囲にその先端側に向かって縮径して前記燃焼空間に導入される燃焼用エアを絞るテーパ状の第１絞り部材を設け、該第１絞り部材の上流側の前記燃料ガス吐出部の周囲にその先端側に向かって縮径して前記給排気口から吐出される燃焼用エアを絞るテーパ状の第２絞り部材を設け、前記第１絞り部材と前記第２絞り部材とを軸方向に間隔をもって配置し、これらの軸方向の隙間に排ガスを導入するようにしたことを特徴とする排ガス再循環シングル型蓄熱バーナ。 - 前記第１絞り部材の外周に前記燃焼空間に排ガスを導入する排ガス再循環通路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の排ガス再循環シングル型蓄熱バーナ。
- 前記燃焼空間は、ラジアントチューブであることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス再循環シングル型蓄熱バーナ。
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