JP4139525B2 - Combustion equipment for heating furnace - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中央噴出孔とその周囲の複数の周囲噴出孔を備えて、それらの噴出孔から炉内にガス燃料を噴出する燃料噴出部と、その燃料噴出部のガス燃料噴出箇所とは異なる燃焼用酸素含有ガス供給箇所から、前記燃料噴出部から噴出されるガス燃料の燃焼域に燃焼用酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部とが設けられた加熱炉用の燃焼装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
かかる加熱炉用の燃焼装置は、燃料噴出部により、ガス燃料噴出箇所から炉内にガス燃料を噴出し、酸素含有ガス供給部により、燃料噴出部からのガス燃料噴出箇所とは異なる燃焼用酸素含有ガス供給箇所から、燃料噴出部から噴出されるガス燃料の燃焼域に燃焼用酸素含有ガスを供給して、ガス燃料と燃焼用酸素含有ガスとを炉内で接触させて燃焼させるように構成したものであり、例えば、炉内を高温(例えば、1500〜1600°C)に加熱することが望まれるものである。そのようなものでは、主として輻射熱により加熱することになる。
【0003】
従来、燃料噴出部を構成するに当たって、中央噴出孔を設けるとともに、その中央噴出孔の周囲に複数の周囲噴出孔を設け、それら複数の周囲噴出孔のガス燃料噴出方向夫々を、中央噴出孔のガス燃料噴出方向と平行又は略平行になるように構成したものがあった (例えば、特開平8−133747号公報参照)。
あるいは、燃料噴出部を構成するに当たって、中央噴出孔を設けるとともに、その中央噴出孔の周囲に複数の周囲噴出孔を設け、それら複数の周囲噴出孔のガス燃料噴出方向夫々を、中央噴出孔のガス燃料噴出方向視にて、中央噴出孔の径方向に対して、中央噴出孔の周方向の同方向に傾斜する方向で、且つ、中央噴出孔のガス燃料噴出方向と交差する方向視にて、中央噴出孔のガス燃料噴出方向に対して、外方側に傾いた先広がり方向となるように構成したものがあった(例えば、特開平9−145022号公報参照)。
【0004】
これらの従来技術のものは、複数の周囲噴出孔から噴出されたガス燃料流により、中央噴出孔から噴出されたガス燃料に対する燃焼用酸素含有ガスの供給を遮断することにより、所謂、緩慢燃焼を行わせて、輝度が高い火炎を形成して、輻射熱量を増大させると共に、燃焼温度を低くして、低NOx化を図ろうとするものである。即ち、中央噴出孔から噴出されたガス燃料は、燃焼するまでは、複数の周囲噴出孔にて周囲に形成される補炎によって加熱されて熱分解が進むので、炭素が発生し、燃焼が開始すると輝度が高い主炎を形成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔が変わったり、中央噴出孔からのガス燃料噴出量と複数の周囲噴出孔からのガス燃料噴出量との比が変わったりすると、緩慢燃焼状態が変化して、NOxの発生量が変化すると考えられる。
しかしながら、上記の従来技術のいずれにおいても、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔、及び、中央噴出孔と複数の周囲噴出孔との間のガス燃料噴出量比が適正に設定されないために、NOx発生量が適切に低下されない虞があり、改善の余地があった。
【0006】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔、及び、中央噴出孔と複数の周囲噴出孔との間のガス燃料噴出量比を適正に設定して、低NOx化が適切に図られた状態で燃焼させることができるようにすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
〔請求項1記載の発明〕
請求項1に記載の特徴構成は、前記中央噴出孔及び前記複数の周囲噴出孔が、単一のバーナ形成部材に形成され、
前記周囲噴出孔の個数が、6〜16個の範囲になるように構成され、
前記複数の周囲噴出孔のガス燃料噴出方向夫々が、前記中央噴出孔のガス燃料噴出方向と平行又は略平行になるように構成され、
前記中央噴出孔の開口縁と前記周囲噴出孔の開口縁との間隔が、前記周囲噴出孔の口径の0.5倍以上で、前記中央噴出孔の口径と前記周囲噴出孔の口径を加えた値の1.5倍以下となるように構成され、
前記中央噴出孔の口径及び前記周囲噴出孔の口径が、前記燃料噴出部からのガス燃料の総噴出量のうちの50〜75%を前記中央噴出孔から噴出し、残りを前記複数の周囲噴出孔から噴出するように設定されていることにある。
本発明の発明者らは、複数の周囲噴出孔のガス燃料噴出方向夫々が、中央噴出孔のガス燃料噴出方向と平行又は略平行になるように構成した場合において、一層の低NOx化を図るべく、鋭意研究し、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔を変化させたときに、NOxの発生量がどのように変化するか、及び、中央噴出孔と複数の周囲噴出孔との間のガス燃料噴出量比を変化させたときに、NOxの発生量がどのように変化するかを見出した。
そして、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔を、周囲噴出孔の口径の0.5倍以上で、中央噴出孔の口径と周囲噴出孔の口径を加えた値の1.5倍以下となるように構成し、燃料噴出部からのガス燃料の総噴出量のうちの50〜75%を中央噴出孔から噴出し、残りを複数の周囲噴出孔から噴出するように構成すると、緩慢燃焼を効果的に行わせることができて、NOxの発生量を低減する上で好ましいことを見出した。
【0008】
つまり、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔が、周囲噴出孔の口径の0.5倍よりも狭くなると、複数の周囲噴出孔から噴出されるガス燃料を、中央噴出孔から噴出されるガス燃料と分離し難くなって、補炎を主炎と分離して形成する補炎の分離状態が低下するので、NOxの発生量が増加すると考えられる。
又、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔が、中央噴出孔の口径と周囲噴出孔の口径を加えた値の1.5倍よりも広くなると、複数の周囲噴出孔から噴出されたガス燃料流による、中央噴出孔から噴出されたガス燃料に対する燃焼用酸素含有ガス供給の遮断作用が低下するので、NOxの発生量が増加すると考えられる。
又、総噴出量に対する中央噴出孔からの噴出量の比率が、50〜75%の範囲外になると、複数の周囲噴出孔から噴出されるガス燃料を、中央噴出孔から噴出されるガス燃料と分離し難くなって、補炎の分離状態が低下するので、NOxの発生量が増加すると考えられる。
従って、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔、及び、中央噴出孔と複数の周囲噴出孔との間のガス燃料噴出量比を、上記の条件にて設定すると、適正に設定することができ、その結果、低NOx化が適切に図られた状態で燃焼させることができるようになった。
又、複数の周囲噴出孔を設けるにしても、個数が少なすぎると、中央噴出孔からの噴出ガス燃料に対する燃焼用酸素含有ガス供給の遮断作用が低下し、多すぎると、製作し難くなる。
そこで、周囲噴出孔の個数を6〜16個の範囲に設定すると、所望の効果を得ながら製作し易くする上で、好ましい。
又、中央噴出孔及び複数の周囲噴出孔が単一のバーナ形成部材に形成されているので、中央噴出孔及び複数の周囲噴出孔を、別体のバーナ形成部材に形成する場合に比べて、構成を簡略化することができるとともに、炉体へ簡単に取り付けることができる。
従って、本発明の実施コストを低減する上で好ましい具体構成を提供することができる。
【0009】
〔請求項2記載の発明〕
請求項2に記載の特徴構成は、前記中央噴出孔及び前記複数の周囲噴出孔が、単一のバーナ形成部材に形成され、
前記周囲噴出孔の個数が、6〜16個の範囲になるように構成され、
前記複数の周囲噴出孔のガス燃料噴出方向夫々が、前記中央噴出孔のガス燃料噴出方向視にて、前記中央噴出孔の径方向に対して、前記中央噴出孔の周方向の同方向に傾斜する方向で、且つ、前記中央噴出孔のガス燃料噴出方向と交差する方向視にて、前記中央噴出孔のガス燃料噴出方向に対して、外方側に傾いた先広がり方向となるように構成され、
前記中央噴出孔の開口縁と前記周囲噴出孔の開口縁との間隔が、前記周囲噴出孔の口径の0.5倍以上となるように構成され、
前記中央噴出孔の口径及び前記周囲噴出孔の口径が、前記燃料噴出部からのガス燃料の総噴出量のうちの50〜75%を前記中央噴出孔から噴出し、残りを前記複数の周囲噴出孔から噴出するように設定されていることにある。
本発明の発明者らは、複数の周囲噴出孔のガス燃料噴出方向夫々が、中央噴出孔のガス燃料噴出方向視にて、中央噴出孔の径方向に対して、中央噴出孔の周方向の同方向に傾斜する方向で、且つ、中央噴出孔のガス燃料噴出方向と交差する方向視にて、中央噴出孔のガス燃料噴出方向に対して、外方側に傾いた先広がり方向となるように構成した場合において、一層の低NOx化を図るべく、鋭意研究した。
そして、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔を、周囲噴出孔の口径の0.5倍以上となるように構成し、燃料噴出部からのガス燃料の総噴出量のうちの50〜75%を中央噴出孔から噴出し、残りを複数の周囲噴出孔から噴出するように構成すると、緩慢燃焼を効果的に行わせることができて、NOxの発生量を低減する上で好ましいことを見出した。
請求項2に記載の特徴構成によれば、請求項1に記載の特徴構成によるよりも、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔を広くすることができるのは、請求項2に記載の特徴構成によれば、複数の周囲噴出孔から、中央噴出孔のガス燃料噴出方向視にて、ガス燃料が旋回状に噴出されるので、中央噴出孔からの噴出ガス燃料に対する燃焼用酸素含有ガス供給の遮断作用が増大するためであると考えられる。
従って、中央噴出孔の開口縁と周囲噴出孔の開口縁との間隔、及び、中央噴出孔と複数の周囲噴出孔との間のガス燃料噴出量比を、上記の条件にて設定すると、適正に設定することができ、その結果、低NOx化が適切に図られた状態で燃焼させることができるようになった。
又、複数の周囲噴出孔を設けるにしても、個数が少なすぎると、中央噴出孔からの噴出ガス燃料に対する燃焼用酸素含有ガス供給の遮断作用が低下し、多すぎると、製作し難くなる。
そこで、周囲噴出孔の個数を6〜16個の範囲に設定すると、所望の効果を得ながら製作し易くする上で、好ましい。
又、中央噴出孔及び複数の周囲噴出孔が単一のバーナ形成部材に形成されているので、中央噴出孔及び複数の周囲噴出孔を、別体のバーナ形成部材に形成する場合に比べて、構成を簡略化することができるとともに、炉体へ簡単に取り付けることができる。
従って、本発明の実施コストを低減する上で好ましい具体構成を提供することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
〔第1実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明を加熱炉としてのガラス溶解炉用の燃焼装置に適用した場合の第1の実施の形態を説明する。
図1ないし図3に示すように、ガラス溶解炉は、溶解槽2を下部に備えると共にアーチ型の天井を備えた炉本体1を中央に設け、溶解槽2の一端からガラス原料を投入し、他端から溶融ガラスを取り出すように構成し、ガラス原料の移送方向Tに対して、炉本体1の左右夫々に、複数の蓄熱室3を原料移送方向Tに沿って並設し、炉本体1の左右の炉壁4の上部に、各蓄熱室3に対応させて空気口(所謂ポート)5を形成し、各蓄熱室3と各空気口5とを空気供給路6にて連通させて、所謂サイドポート式に構成してある。
炉壁4における各空気口5の下部には、ガスバーナ7を2個ずつ原料移送方向Tに並べて設けて、所謂アンダーポート式に構成してある。
【0013】
ガスバーナ7は、中央噴出孔72aとその周囲の複数の周囲噴出孔72bを備えて(図4ないし図7参照)、それらの噴出孔72a,72bから、LPG、メタンを主成分とする都市ガス等のガス燃料Gを炉内8に噴出供給する。空気口5は、ガスバーナ7のガス燃料噴出箇所とは異なる空気噴出箇所(燃焼用酸素含有ガス供給箇所に相当する)から、ガスバーナ7から噴出されるガス燃料Gの燃焼域に、燃焼用酸素含有ガスとして燃焼用空気Aを供給する。つまり、ガスバーナ7が燃料噴出部に、空気口5が空気供給部に夫々相当し、ガラス溶解炉用の燃焼装置は、ガスバーナ7及び空気口5を備えて構成してある。
【0014】
左右のガスバーナ7は、一定時間(約15〜30分)毎に交互に、ガス燃料Gの噴出と噴出停止を繰り返し、ガス燃料Gを噴出しているガスバーナ7の側の空気口5からは、蓄熱室3を通って高温(900〜1000°C程度)に予熱された燃焼用空気Aが炉内8に供給され、ガス燃料Gの噴出を停止しているガスバーナ7の側の空気口5からは炉内8の燃焼ガスEを排出させるようにして、左右のガスバーナ7を交互に燃焼させる、所謂交番燃焼を行わせるようにしてある。尚、図1及び図2は、左側のガスバーナ7が燃焼し、右側のガスバーナ7が消火している状態を示している。
【0015】
ガスバーナ7から噴出されたガス燃料Gの燃焼域に、そのガス燃料Gを噴出しているガスバーナ7の側の空気口5から燃焼用空気Aが供給されて、ガス燃料と燃焼用空気とが接触して拡散燃焼して、長さが長くて高輝度の火炎(輝炎)Fを形成し、その火炎Fの輻射熱により、溶解槽2内のガラス原料を溶解する。炉本体1のアーチ状の天井は、火炎Fの輻射熱を反射させる。
炉内8の燃焼ガスEは、ガス燃料Gの噴出を停止しているガスバーナ7の側の空気口5から、蓄熱室3に流入し、蓄熱材を通過して、蓄熱材に排熱が回収された後、排気される。
蓄熱室3においては、燃焼ガスEを排出させる状態のときに、燃焼ガスEから排熱を蓄熱材に回収して蓄熱し、燃焼用空気Aを供給する状態のときには、蓄熱材の蓄熱により燃焼用空気Aを予熱する。そして、そのように予熱された燃焼用空気Aが、空気供給路6を通流して空気口5から炉内8に供給されるのである。
【0016】
炉本体1の炉壁4に投入口4iを形成し、投入口4iを形成した炉壁4と対面する炉壁4の外部に作業槽9を設けると共に、その作業槽9を溶解槽2に連通させる取り出し孔4eを炉壁4に形成して、投入口4iから投入したガラス原料を、溶解槽2にて溶融させて作業槽9に向かって流下させ、取り出し孔4eを通じて、清浄な溶融ガラスを作業槽9に導くように構成してある。
【0017】
第1実施形態においては、図4ないし図7に示すように、ガスバーナ7における複数の周囲噴出孔72bのガス燃料噴出方向夫々を、中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向と平行又は略平行になるように構成し、中央噴出孔72aの開口縁と周囲噴出孔72bの開口縁との間隔が、周囲噴出孔72bの口径の0.5倍以上で、中央噴出孔72aの口径と周囲噴出孔72bの口径を加えた値の1.5倍以下となるように構成し、ガスバーナ7からのガス燃料の総噴出量のうちの50〜75%を中央噴出孔72aから噴出し、残りを複数の周囲噴出孔72bから噴出するように構成してある。
【0018】
以下、図4ないし図7に基づいて、ガスバーナ7について説明を加える。尚、図6の (イ)は、ノズル72におけるガス燃料噴出方向Ga視での図であり、(ロ)は、ノズル72におけるガス燃料噴出方向Gaでの断面図である。
ガスバーナ7は、円筒状のバーナ本体71と、そのバーナ本体71の先端に位置するノズル72と、そのノズル72に外嵌する状態で、バーナ本体71の先端に螺着する水冷ホルダ73を備えて構成してある。
【0019】
ノズル72(単一のバーナ形成部材に相当する)は、円柱状材に、軸芯Paが円柱状材と同軸状になる円孔状の中央噴出孔72aを形成し、その中央噴出孔72aの軸芯Paと同芯円の円周に沿って、複数の円孔状の周囲噴出孔72bを、夫々同一径で、夫々の軸芯Pbが中央噴出孔72aの軸芯Paと平行になる状態で、等間隔に形成して構成してある。
周囲噴出孔72bの個数は、6〜16個の範囲内の個数に設定するが、第1実施形態では、16個に設定してある。
【0020】
又、中央噴出孔72aの先端開口部の中心と各周囲噴出孔72bの先端開口部の中心との距離(以下、単に、中央噴出孔72aと周囲噴出孔72bの中心間距離と記載する場合がある)をD、中央噴出孔72aの先端開口部の口径をda 、周囲噴出孔72bの先端開口部の口径をdb とすると、Dが下記の数式1の範囲に収まるように設定する。
【0021】
【数1】
(1/2)×(da +db )+(1/2)×db ≦D≦2×(da +db
【0022】
Dが上記の数1の範囲に収まるように設定すると、中央噴出孔72aの開口縁と各周囲噴出孔72bの開口縁との間隔が、周囲噴出孔72bの口径db の0.5倍以上で、中央噴出孔72aの口径と周囲噴出孔72bの口径を加えた値(da +db )の1.5倍以下となる。
【0023】
中央噴出孔72aの口径及び周囲噴出孔72b夫々の口径は、ガスバーナ7からのガス燃料の総噴出量のうちの50〜75%を、中央噴出孔72aから噴出し、残りを複数の周囲噴出孔72bから噴出するように設定する。
例えば、中央噴出孔72aの口径を19mmφ程度に、周囲噴出孔72bの口径を3mmφ程度に夫々設定する。
【0024】
水冷ホルダ73は、先端部の内径をそれより後方よりも小さく形成して、先端部に小内径部73aを、それよりも後方に大内径部73bを備えた円筒部材73cの筒壁を、全周にわたって中空状に形成して、冷却水通流部73dを形成し、その円筒部材73cの後端に、冷却水通流部73dに連通する状態で、冷却水流入管73i及び冷却水流出管73eを接続して、構成してある。
更に、水冷ホルダ73の大内径部73bの内面に雌ネジ部を形成し、その雌ネジ部に螺合する雄ネジ部をバーナ本体71の先端に形成してある。
【0025】
そして、ノズル72を水冷ホルダ73の大内径部73bに内嵌した状態で、水冷ホルダ73をバーナ本体71の先端に螺着することにより、ノズル72を、水冷ホルダ73の小内径部73aと大内径部73bとの間の段差部とバーナ本体71の先端面とにより挟持する状態で、一体的に組み付けて、ガスバーナ7を形成してある。
【0026】
従って、ガスバーナ7の中央噴出孔72aから、ガス燃料噴出方向Ga(中央噴出孔72aの軸芯Paに一致する)に直進状態でガス燃料が噴出され、中央噴出孔72aの周囲の16個の周囲噴出孔72bから噴出されたガス燃料は、ガス燃料噴出方向Gaと平行に、中央噴出孔72aから噴出されたガス燃料流の周囲を包囲する状態で流れる。
従って、中央噴出孔72aから噴出されたガス燃料に対する燃焼用空気の供給が、周囲噴出孔72bから噴出されたガス燃料流によって、遮断されるので、燃焼は周囲噴出孔72bから噴出されたガス燃料流の周囲から進み、周囲噴出孔72bから噴出されたガス燃料によって補炎が形成される。中央噴出孔72aから噴出されたガス燃料は、燃焼が開始するまでの間は、周囲の補炎によって加熱されて熱分解が進んで炭素が発生し、燃焼が開始すると輝度が高い主炎を形成する。即ち、全体として、所謂、緩慢燃焼を行わせて、輝度が高い火炎Fを形成して、輻射熱量を増大させると共に、燃焼温度を低くして、低NOx化を図っている。
又、火炎Fの根元に、複数の周囲噴出孔72bにより補炎を形成して、炉内8におけるバーナ7を取り付けた炉壁4付近の温度を高くして、炉内8における左右方向(火炎Fの長さ方向に相当する)での温度分布を小さくしている。
【0027】
次に、中央噴出孔72aと周囲噴出孔72bの中心間距離Dと、NOxの発生との関係、及び、中央噴出孔72aからのガス燃料噴出量と複数の周囲噴出孔72bからのガス燃料噴出量との比率と、NOxの発生との関係を説明する。
図8の実線は、第1実施形態にかかる構成のガスバーナ7において、中央噴出孔72aと周囲噴出孔72bの中心間距離Dを変化させて、NOx増加比を調べた結果を示す。但し、中央噴出孔72aからの噴出量の比率は、ガスバーナ7からのガス燃料総噴出量のうちの50〜75%の範囲に設定してある。図8においては、NOxの増加比は、発生量の最小値を1として、それに対する比で示している。
図8の実線により、中央噴出孔72aと周囲噴出孔72bの中心間距離Dを、上記の数1にて示す範囲内に設定すると、NOxの発生量を低減する上で好ましいことが分かる。
【0028】
図9は、総噴出量に対する中央噴出孔72aからの噴出量の比率と、NOxレベルとの関係を示す。但し、中央噴出孔72aと周囲噴出孔72bの中心間距離Dは、数1にて示される範囲内に設定してある。図9において、NOxレベルは、発生量の最大値に対する百分率にて示す。
図9により、総噴出量に対する中央噴出孔72aからの噴出量の比率を、50〜75%に設定すると、NOxの発生量を低減する上で好ましいことが分かる。
【0029】
図3に示すように、炉本体1の炉壁4には、ガスバーナ7を挿通するためのバーナ挿通孔4bを形成し、そのバーナ挿通孔4bに、ガスバーナ7を挿通して、ガスバーナ7の周囲とバーナ挿通孔4bとの間に、断熱ウール10を充填することにより、ガスバーナ7を、その外周部を通じての炉内8への空気の浸入を遮断する状態で、炉壁4に設けてある。断熱ウール10は、例えば、グラスウールやセラミック繊維材から成り、所望の耐熱性及び断熱性が得られるものを適宜選択して用いることができる。
水冷ホルダ73の冷却水流入管73iに、冷却水供給路11を接続し、冷却水流出管73eに冷却水排出路12を接続して、水冷ホルダ73の冷却水通流部73dに冷却水を通流させて、ガスバーナ7を水冷するように構成してある。
ガスバーナ7の外周部を通じて、炉内8へ空気が浸入するのを遮断することにより、低NOx化を一層図ることができる。
【0030】
ガスバーナ7は、ガス燃料噴出方向Gaが、水平方向または斜め上向きになるように、炉壁4に設け、空気供給路6は斜め下向きに形成して、空気口5からは、ガスバーナ7から噴出されるガス燃料Gの燃焼域の上方から、斜め下向きに、燃焼用空気Aが供給されるように構成してある。
【0031】
ちなみに、輝度が高くて、適度な火炎長の火炎Fを形成する上で好ましい具体構成の一例を説明する。
ガスバーナ7のガス燃料噴出方向Gaが水平方向に対して上向きになる角度を5〜10°の範囲内に設定し、空気供給路6が水平方向に対して下向きになる角度を10°〜20°程度に設定する。
そして、ガスバーナ7から、都市ガスを、1155kWの燃焼量(100m3 /h)において、100〜200m/secの流速で噴出供給し、空気口5から、燃焼用空気を、低空気比(例えば、1.05程度)で、5〜20m/secの流速で、供給すると、輝度が高くて、適度な火炎長(2m〜4.5m)の火炎Fが形成される。
【0032】
〔第2実施形態〕
以下、図10及び図11に基づいて、第2の実施の形態を説明する。尚、図11の(イ)は、ノズル72におけるガス燃料噴出方向Ga視での図であり、(ロ)は、ノズル72におけるガス燃料噴出方向Gaでの断面図である。
第2実施形態においては、ガスバーナ7を、上記の第1実施形態と異ならせて、以下のように構成し、その他は第1実施形態と同様に構成してある。
ガスバーナ7における複数の周囲噴出孔72bのガス燃料噴出方向夫々を、中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向Ga視にて、中央噴出孔72aの径方向に対して、中央噴出孔72aの周方向の同方向に傾斜する方向で、且つ、中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向Gaと交差する方向視にて、中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向Gaに対して、外方側に傾いた先広がり方向となるように構成し、中央噴出孔72aの開口縁と周囲噴出孔72bの開口縁との間隔が、周囲噴出孔の口径の0.5倍以上となるように構成し、ガスバーナ7からのガス燃料の総噴出量のうちの50〜75%を中央噴出孔72aから噴出し、残りを複数の周囲噴出孔72bから噴出するように構成してある。
【0033】
ガスバーナ7について説明を加える。
ノズル72の中央噴出孔72aは、単一の円柱状材に、それと軸芯Paが円柱状材と同軸状になる円孔状に形成し、6個の周囲噴出孔72bを、夫々同一径で、夫々、軸芯Pbが、基端から先端に向かって、中央噴出孔72aの周方向の同方向に傾斜し、且つ、中央噴出孔72aの径方向外側に傾斜する円孔状に形成してある。つまり、6個の周囲噴出孔72bのガス燃料噴出方向夫々を、中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向Ga視にて、中央噴出孔72aの径方向に対して、中央噴出孔72aの周方向の同方向に傾斜する方向で、且つ、中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向Gaと直交する方向視にて、中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向Gaに対して、外方側に傾いた先広がり方向となるように構成してある。
そして、第1実施形態と同様に、バーナ本体71、ノズル72及び水冷ホルダ73を一体的に組み付けて、ガスバーナ7を構成し、そのガスバーナ7を、第1実施形態と同様に、ガス燃料噴出方向Gaが、水平方向または斜め上向きになる姿勢で、外周部を通じての炉内8への空気の浸入を断熱ウール10にて遮断する状態で、炉壁4に設けてある。
【0034】
第2実施形態のガスバーナ7では、複数の周囲噴出孔72bから、ガス燃料が、中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向Ga視にて、旋回状に、且つ、中央噴出孔72aのガス燃料噴出方向Gaと直交する方向視にて、先広がり状に噴出される。
従って、中央噴出孔72aから噴出されたガス燃料に対する燃焼用空気の遮断作用が増大すると共に、複数の周囲噴出孔72bから噴出されたガス燃料と中央噴出孔72aから噴出されたガス燃料との分離状態が良くなるので、緩慢燃焼が更に促進して、輝度が一層高い火炎Fが形成される。
【0035】
図8において、破線、及び、その破線と実線の交点よりも中心間距離Dが小さい側の実線は、第2実施形態にかかる構成のガスバーナ7において、中央噴出孔72aと周囲噴出孔72bの中心間距離Dを変化させて、NOx増加比を調べた結果を示す。但し、中央噴出孔72aからの噴出量の比率は、ガスバーナ7からのガス燃料総噴出量のうちの50〜75%の範囲に設定してある。NOx増加比は、第1実施形態のガスバーナ7について調べたときの最小値を1として、それに対する比で示している。
図8により、中央噴出孔72aと周囲噴出孔72bの中心間距離Dを、「(1/2)×(da +db )+(1/2)×db 」以上に設定すると、換言すれば、中央噴出孔72aの開口縁と周囲噴出孔72bの開口縁との間隔を周囲噴出孔の口径の0.5倍以上となるように設定すると、NOxの発生量を低減するこ上で好ましいことが分かる。
又、総噴出量に対する中央噴出孔72aからの噴出量の比率と、NOxレベルとの関係は、図9に示す第1実施形態におけるものと同様であり、総噴出量に対する中央噴出孔72aからの噴出量の比率を、50〜75%に設定すると、NOxの発生量を低減する上で好ましい。
【0036】
ちなみに、周囲噴出孔72bの軸芯Pbが、基端から先端に向かって、中央噴出孔72aの周方向に傾斜する角度αは、例えば、0<α≦40°の範囲に設定し、中央噴出孔72aの径方向外側に傾斜する角度βは、例えば、0<β≦60°以下の範囲に設定すると、輝度が高くて、適度な火炎長の火炎Fを形成する上で、好ましい。
【0037】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
(イ) 上記の各実施形態において、中央噴出孔72aの口径、周囲噴出孔72bの口径及び個数は、ガスバーナ7からのガス燃料総噴出量のうちの50〜75%程度を、中央噴出孔72aから噴出し、残りを、複数の周囲噴出孔72bから噴出する条件で、適宜設定可能である。
但し、周囲噴出孔72bの個数は、6〜16個の範囲に限定されるものではないが、少なくなり過ぎると、中央噴出孔72aから噴出されたガス燃料流の周囲を包囲する作用が小さくなり、多くなり過ぎると、製作がし難くなるので、6〜16個の範囲に設定するのが好ましい。
【0038】
又、中央噴出孔72aと周囲噴出孔72bの中心間距離Dは、第1実施形態においては、数1にて示される範囲内、第2実施形態においては、「(1/2)×(da +db )+ (1/2)×db 」以上となる条件で、適宜設定可能である。
【0040】
) 空気口5から炉内8に供給する燃焼用酸素含有ガスとしては、上記の各実施形態において例示した空気以外に、空気に炉内8から排出した燃焼排ガスを混合したものや、酸素含有率を高くした酸素富化空気等、種々のものを用いることができる。
【0041】
) 上記の各実施形態においては、本発明を、サイドポート式、即ち、原料移送方向Tの左右両側に、ガスバーナ7及び空気口(所謂ポート)5を設け、火炎Fを、原料移送方向Tに直交する方向に形成するガラス溶解炉に適用する場合について例示したが、これ以外にも、例えば、所謂エンドポート式のガラス溶解炉にも適用することができる。
エンドポート式のガラス溶解炉は、図12に示すように、ガラス原料投入側の炉壁4の側に、2室の蓄熱室3を設けると共に、各蓄熱室3に対して、上記の各実施形態と同様のガスバーナ7と空気口との組を例えば2組ずつ、上記の実施形態と同様に炉壁4に設け、左右の2組ずつによって、交番燃焼を行わせる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態にかかる燃焼装置を備えたガラス溶解炉の縦断正面図
【図2】図1におけるII−II矢視図
【図3】実施形態にかかる燃焼装置を備えたガラス溶解炉におけるガスバーナ及び空気口付近の詳細縦断正面図
【図4】第1実施形態にかかるガスバーナの要部のガス燃料噴出方向に沿った断面図
【図5】第1実施形態にかかるガスバーナのガス燃料噴出方向視での図
【図6】第1実施形態にかかるガスバーナにおけるノズルの図
【図7】第1実施形態にかかるガスバーナの分解斜視図
【図8】中央噴出孔と周囲噴出孔の中心間距離と、NOxの発生との関係を示す図
【図9】総噴出量に対する中央噴出孔からの噴出量の比率と、NOxレベルとの関係を示す図
【図10】第2実施形態にかかるガスバーナの要部のガス燃料噴出方向に沿った断面図
【図11】第2実施形態にかかるガスバーナにおけるノズルの図
【図12】別実施形態にかかるガラス溶解炉の横断平面図
【符号の説明】
5 空気供給部
7 燃料噴出部
72a 中央噴出孔
72b 周囲噴出孔
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes a central injection hole and a plurality of peripheral injection holes around the central injection hole, and a fuel injection part that injects gas fuel into the furnace from these injection holes and a gas fuel injection point of the fuel injection part are different. The present invention relates to a combustion apparatus for a heating furnace provided with an oxygen-containing gas supply section that supplies a combustion oxygen-containing gas to a combustion region of gas fuel ejected from the fuel ejection section from a combustion oxygen-containing gas supply location.
[0002]
[Prior art]
Such a combustion apparatus for a heating furnace injects gaseous fuel into a furnace from a gaseous fuel ejection location by a fuel ejection portion, and different combustion oxygen from the gaseous fuel ejection location from the fuel ejection portion by an oxygen-containing gas supply portion. Combustion oxygen-containing gas is supplied from the contained gas supply location to the combustion area of the gas fuel ejected from the fuel ejection section, and the gas fuel and the combustion oxygen-containing gas are brought into contact with each other and burned in the furnace. For example, it is desirable to heat the inside of the furnace to a high temperature (for example, 1500 to 1600 ° C.). In such a thing, it will mainly heat with radiant heat.
[0003]
Conventionally, in configuring the fuel injection portion, a central injection hole is provided, and a plurality of peripheral injection holes are provided around the central injection hole, and each of the gas fuel injection directions of the plurality of peripheral injection holes is set in the central injection hole. There was one configured to be parallel or substantially parallel to the gas fuel ejection direction (see, for example, JP-A-8-133747).
Alternatively, in configuring the fuel injection portion, a central injection hole is provided, and a plurality of peripheral injection holes are provided around the central injection hole, and the gas fuel injection directions of the plurality of peripheral injection holes are respectively set in the central injection hole. As viewed in the direction of gas fuel ejection, in a direction inclined in the same direction as the circumferential direction of the central ejection hole with respect to the radial direction of the central ejection hole, and as viewed in a direction intersecting the gas fuel ejection direction of the central ejection hole There is a configuration in which the gas fuel is ejected from the central ejection hole in a direction in which the gas fuel is ejected toward the outward direction (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-145042).
[0004]
These prior arts perform so-called slow combustion by blocking the supply of the oxygen-containing gas for combustion to the gas fuel ejected from the central ejection hole by the gas fuel flow ejected from the plurality of surrounding ejection holes. This is done to form a high-luminance flame to increase the amount of radiant heat and lower the combustion temperature to reduce NOx. That is, the gas fuel ejected from the central ejection hole is heated by the auxiliary flame formed in the surroundings at the plurality of surrounding ejection holes until pyrolysis proceeds, so that carbon is generated and combustion starts. Then, a main flame with high brightness is formed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the interval between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the surrounding ejection hole changes, or the ratio of the amount of gas fuel ejection from the center ejection hole and the amount of gas fuel ejection from the plurality of surrounding ejection holes changes. It is considered that the slow combustion state changes and the amount of NOx generated changes.
However, in any of the above prior arts, the gap between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the surrounding ejection hole, and the gas fuel ejection amount ratio between the central ejection hole and the plurality of surrounding ejection holes are appropriate. Therefore, there is a possibility that the NOx generation amount may not be appropriately reduced, and there is room for improvement.
[0006]
The present invention has been made in view of such a situation, and the object thereof is the distance between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the surrounding ejection hole, and between the central ejection hole and the plurality of surrounding ejection holes. It is to be able to perform combustion in a state in which NOx reduction is appropriately achieved by appropriately setting the gas fuel injection amount ratio.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  [Invention of Claim 1]
  The characteristic configuration according to claim 1 is:The central ejection hole and the plurality of surrounding ejection holes are formed in a single burner forming member,
  The number of the surrounding ejection holes is configured to be in the range of 6 to 16,
  The gas fuel ejection directions of the plurality of peripheral ejection holes are configured to be parallel or substantially parallel to the gas fuel ejection direction of the central ejection hole,
  The distance between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the surrounding ejection hole is 0.5 times or more the diameter of the surrounding ejection hole, and the diameter of the central ejection hole and the diameter of the surrounding ejection hole are added. Configured to be less than 1.5 times the value,
  The diameter of the central ejection hole and the diameter of the surrounding ejection holes are50 to 75% of the total amount of gas fuel ejected from the fuel ejection part is ejected from the central ejection hole, and the rest is ejected from the plurality of surrounding ejection holes.SettingThere is in being.
  The inventors of the present invention achieve further reduction in NOx when the gas fuel injection directions of the plurality of peripheral injection holes are configured to be parallel or substantially parallel to the gas fuel injection direction of the central injection hole. As a result, when the distance between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the surrounding ejection hole is changed, how the amount of NOx generated changes, and the central ejection hole and a plurality of surroundings. The present inventors have found out how the amount of NOx generated changes when the ratio of gas fuel injection amount to the injection hole is changed.
  Then, the interval between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the surrounding ejection hole is 0.5 times or more of the diameter of the surrounding ejection hole, and 1 is a value obtained by adding the diameter of the central ejection hole and the diameter of the surrounding ejection hole. It is configured to be 5 times or less, and 50 to 75% of the total amount of gas fuel ejected from the fuel ejection part is ejected from the central ejection hole, and the rest is ejected from a plurality of surrounding ejection holes. Then, it was found that slow combustion can be performed effectively, which is preferable in reducing the amount of NOx generated.
[0008]
  In other words, when the distance between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the surrounding ejection hole is narrower than 0.5 times the diameter of the surrounding ejection hole, the gas fuel ejected from the plurality of surrounding ejection holes is It becomes difficult to separate from the gas fuel ejected from the hole, and the separation state of the supplementary flame formed by separating the supplementary flame from the main flame is lowered, so that it is considered that the amount of NOx generated increases.
  Further, when the distance between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the surrounding ejection hole is larger than 1.5 times the value obtained by adding the diameter of the central ejection hole and the diameter of the surrounding ejection hole, a plurality of surrounding ejection holes It is considered that the amount of NOx generated increases because the blocking action of the supply of the oxygen-containing gas for combustion to the gas fuel ejected from the central ejection hole due to the gas fuel flow ejected from is reduced.
  Further, when the ratio of the ejection amount from the central ejection hole to the total ejection quantity is outside the range of 50 to 75%, the gas fuel ejected from the plurality of surrounding ejection holes is changed to the gas fuel ejected from the central ejection hole. It becomes difficult to separate, and the separated state of the auxiliary flame is lowered, so that the amount of NOx generated is considered to increase.
  Therefore, if the gap between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the surrounding ejection holes and the gas fuel ejection ratio between the central ejection hole and the plurality of surrounding ejection holes are set under the above conditions, As a result, combustion can be performed in a state where NOx reduction is appropriately achieved.
  Even if a plurality of peripheral injection holes are provided, if the number is too small, the blocking action of the supply of the oxygen-containing gas for combustion with respect to the gas fuel injected from the central injection hole is lowered, and if it is too large, it is difficult to manufacture.
Therefore, it is preferable to set the number of the peripheral ejection holes in the range of 6 to 16 in order to facilitate manufacture while obtaining a desired effect.
Further, since the central ejection hole and the plurality of surrounding ejection holes are formed in a single burner forming member, compared to the case where the central ejection hole and the plurality of surrounding ejection holes are formed in a separate burner forming member, The structure can be simplified and can be easily attached to the furnace body.
Accordingly, it is possible to provide a specific configuration preferable for reducing the implementation cost of the present invention.
[0009]
  [Invention of Claim 2]
  The characteristic configuration according to claim 2 is:The central ejection hole and the plurality of surrounding ejection holes are formed in a single burner forming member,
  The number of the surrounding ejection holes is configured to be in the range of 6 to 16,
  The gas fuel ejection directions of the plurality of peripheral ejection holes are inclined in the same direction in the circumferential direction of the central ejection hole with respect to the radial direction of the central ejection hole in the gas fuel ejection direction of the central ejection hole. And in a direction that intersects with the gas fuel injection direction of the central injection hole, the forward expansion direction is inclined outward with respect to the gas fuel injection direction of the central injection hole. And
  An interval between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the surrounding ejection hole is configured to be 0.5 times or more the diameter of the surrounding ejection hole,
  The diameter of the central ejection hole and the diameter of the surrounding ejection holes are50 to 75% of the total amount of gas fuel ejected from the fuel ejection part is ejected from the central ejection hole, and the rest is ejected from the plurality of surrounding ejection holes.SettingThere is in being.
  The inventors of the present invention provide that the gas fuel ejection directions of the plurality of peripheral ejection holes are larger in the circumferential direction of the central ejection hole than the radial direction of the central ejection hole in the gas fuel ejection direction of the central ejection hole. In a direction inclined in the same direction and in a direction intersecting with the gas fuel injection direction of the central injection hole, it becomes a divergent direction inclined outward with respect to the gas fuel injection direction of the central injection hole. In the case where it is configured, it has been intensively studied to further reduce NOx.
  Then, the interval between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the surrounding ejection hole is configured to be 0.5 times or more the diameter of the surrounding ejection hole, and the total ejection amount of the gas fuel from the fuel ejection part If 50 to 75% of them are ejected from the central ejection hole and the rest are ejected from a plurality of surrounding ejection holes, slow combustion can be effectively performed, and the amount of NOx generated can be reduced. And found that it is preferable.
  According to the second aspect of the present invention, the distance between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the surrounding ejection hole can be made wider than that of the first aspect. According to the characteristic configuration described in Item 2, since the gas fuel is ejected in a swirl shape from the plurality of peripheral ejection holes as viewed from the gas fuel ejection direction of the central ejection hole, the gas fuel is ejected from the central ejection hole. This is considered to be due to an increase in the blocking action of the combustion oxygen-containing gas supply.
  Therefore, if the gap between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the surrounding ejection holes and the gas fuel ejection ratio between the central ejection hole and the plurality of surrounding ejection holes are set under the above conditions, As a result, combustion can be performed in a state where NOx reduction is appropriately achieved.
  Even if a plurality of peripheral injection holes are provided, if the number is too small, the blocking action of the supply of the oxygen-containing gas for combustion with respect to the gas fuel injected from the central injection hole is lowered, and if it is too large, it is difficult to manufacture.
Therefore, it is preferable to set the number of the peripheral ejection holes in the range of 6 to 16 in order to facilitate manufacture while obtaining a desired effect.
Further, since the central ejection hole and the plurality of surrounding ejection holes are formed in a single burner forming member, compared to the case where the central ejection hole and the plurality of surrounding ejection holes are formed in a separate burner forming member, The structure can be simplified and can be easily attached to the furnace body.
Accordingly, it is possible to provide a specific configuration preferable for reducing the implementation cost of the present invention.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, based on the drawings, a first embodiment when the present invention is applied to a combustion apparatus for a glass melting furnace as a heating furnace will be described.
As shown in FIGS. 1 to 3, the glass melting furnace is provided with a melting tank 2 at the bottom and a furnace body 1 having an arched ceiling at the center, and a glass raw material is charged from one end of the melting tank 2, The molten glass is taken out from the other end, and a plurality of heat storage chambers 3 are arranged in parallel along the raw material transfer direction T on each of the left and right sides of the furnace main body 1 with respect to the glass raw material transfer direction T. The air ports (so-called ports) 5 are formed in the upper portions of the left and right furnace walls 4 so as to correspond to the heat storage chambers 3, and the heat storage chambers 3 and the air ports 5 are communicated with each other through the air supply path 6. It is configured as a so-called side port type.
Two gas burners 7 are provided side by side in the raw material transfer direction T at the lower part of each air port 5 in the furnace wall 4 to form a so-called underport type.
[0013]
The gas burner 7 includes a central ejection hole 72a and a plurality of peripheral ejection holes 72b around the central ejection hole 72a (see FIGS. 4 to 7). From these ejection holes 72a and 72b, city gas mainly composed of LPG, methane, etc. The gas fuel G is supplied into the furnace 8 by jetting. The air port 5 has a combustion oxygen-containing region in the combustion region of the gas fuel G ejected from the gas burner 7 from an air ejection location (corresponding to a combustion oxygen-containing gas supply location) different from the gas fuel ejection location of the gas burner 7. Combustion air A is supplied as gas. In other words, the gas burner 7 corresponds to the fuel ejection portion, and the air port 5 corresponds to the air supply portion, and the combustion apparatus for the glass melting furnace includes the gas burner 7 and the air port 5.
[0014]
The left and right gas burners 7 alternately repeat the injection and stop of the gas fuel G every fixed time (about 15 to 30 minutes), and from the air port 5 on the gas burner 7 side from which the gas fuel G is being injected, Combustion air A preheated to a high temperature (about 900 to 1000 ° C.) through the heat storage chamber 3 is supplied to the furnace 8 and from the air port 5 on the side of the gas burner 7 where the ejection of the gas fuel G is stopped. Is configured to discharge the combustion gas E in the furnace 8 so that the left and right gas burners 7 are alternately burned, so-called alternating combustion is performed. 1 and 2 show a state in which the left gas burner 7 is burned and the right gas burner 7 is extinguished.
[0015]
Combustion air A is supplied to the combustion area of the gas fuel G ejected from the gas burner 7 from the air port 5 on the side of the gas burner 7 ejecting the gas fuel G, and the gas fuel and the combustion air come into contact with each other. Then, it diffuses and burns to form a high-intensity flame (bright flame) F, and the glass raw material in the melting tank 2 is melted by the radiant heat of the flame F. The arched ceiling of the furnace body 1 reflects the radiant heat of the flame F.
The combustion gas E in the furnace 8 flows into the heat storage chamber 3 from the air port 5 on the side of the gas burner 7 where the ejection of the gas fuel G is stopped, passes through the heat storage material, and the exhaust heat is recovered in the heat storage material. And then exhausted.
In the heat storage chamber 3, when the combustion gas E is discharged, the exhaust heat is recovered from the combustion gas E into the heat storage material to store heat, and when the combustion air A is supplied, the heat storage chamber 3 is burned by the heat storage of the heat storage material. Preheat air A. The combustion air A thus preheated flows through the air supply path 6 and is supplied from the air port 5 into the furnace 8.
[0016]
An inlet 4 i is formed in the furnace wall 4 of the furnace body 1, a work tank 9 is provided outside the furnace wall 4 facing the furnace wall 4 where the inlet 4 i is formed, and the work tank 9 communicates with the melting tank 2. An extraction hole 4e to be formed is formed in the furnace wall 4, and the glass raw material charged from the charging port 4i is melted in the melting tank 2 and flows down toward the working tank 9, and clean molten glass is passed through the discharging hole 4e. It is configured to be guided to the work tank 9.
[0017]
In the first embodiment, as shown in FIGS. 4 to 7, the gas fuel ejection directions of the plurality of peripheral ejection holes 72b in the gas burner 7 are parallel or substantially parallel to the gas fuel ejection direction of the central ejection hole 72a. The distance between the opening edge of the central ejection hole 72a and the opening edge of the surrounding ejection hole 72b is 0.5 times or more the diameter of the surrounding ejection hole 72b, and the diameter of the central ejection hole 72a and the surrounding ejection hole 72b It is configured to be 1.5 times or less the value obtained by adding the diameter of the gas, and 50 to 75% of the total amount of gas fuel ejected from the gas burner 7 is ejected from the central ejection hole 72a, and the rest is a plurality of surroundings. It is comprised so that it may eject from the ejection hole 72b.
[0018]
Hereinafter, the gas burner 7 will be described with reference to FIGS. 6A is a view in the gas fuel ejection direction Ga of the nozzle 72, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the nozzle 72 in the gas fuel ejection direction Ga.
The gas burner 7 includes a cylindrical burner body 71, a nozzle 72 located at the tip of the burner body 71, and a water cooling holder 73 that is screwed to the tip of the burner body 71 in a state of being fitted around the nozzle 72. It is configured.
[0019]
The nozzle 72 (corresponding to a single burner forming member) forms a circular central ejection hole 72a in which the axial center Pa is coaxial with the cylindrical material in the cylindrical material. A plurality of circular hole-like peripheral ejection holes 72b have the same diameter along the circumference of the concentric circle with the axis Pa, and each axis Pb is parallel to the axis Pa of the central ejection hole 72a. Thus, they are formed at equal intervals.
The number of the peripheral ejection holes 72b is set to a number within the range of 6 to 16, but is set to 16 in the first embodiment.
[0020]
Further, the distance between the center of the front end opening of the central ejection hole 72a and the center of the front end opening of each peripheral ejection hole 72b (hereinafter simply referred to as the distance between the centers of the central ejection hole 72a and the peripheral ejection holes 72b). D), and the diameter of the tip opening of the central ejection hole 72a is daThe diameter of the tip opening of the peripheral ejection hole 72b is dbThen, D is set so as to be within the range of Equation 1 below.
[0021]
[Expression 1]
(1/2) × (da+ Db) + (1/2) × db≦ D ≦ 2 × (da+ Db)
[0022]
When D is set so as to fall within the range of the above formula 1, the distance between the opening edge of the central injection hole 72a and the opening edge of each peripheral injection hole 72b is the diameter d of the peripheral injection hole 72b.bIs a value obtained by adding the diameter of the central ejection hole 72a and the diameter of the peripheral ejection holes 72b (d)a+ Db) 1.5 times or less.
[0023]
The diameter of each of the central ejection holes 72a and the peripheral ejection holes 72b is such that 50 to 75% of the total amount of gas fuel ejected from the gas burner 7 is ejected from the central ejection holes 72a, and the remainder is a plurality of surrounding ejection holes. It sets so that it may eject from 72b.
For example, the diameter of the central ejection hole 72a is set to about 19 mmφ, and the diameter of the peripheral ejection hole 72b is set to about 3 mmφ.
[0024]
The water-cooling holder 73 is formed so that the inner diameter of the tip end portion is smaller than the rear side, and the cylindrical wall of the cylindrical member 73c provided with the small inner diameter portion 73a at the tip end portion and the large inner diameter portion 73b behind the tip end portion. The cooling water inflow pipe 73i and the cooling water outflow pipe 73e are formed in a hollow shape over the circumference to form a cooling water flow-through part 73d and communicate with the cooling water flow-through part 73d at the rear end of the cylindrical member 73c. Are connected and configured.
Further, a female screw portion is formed on the inner surface of the large inner diameter portion 73 b of the water cooling holder 73, and a male screw portion that is screwed into the female screw portion is formed at the tip of the burner body 71.
[0025]
Then, with the nozzle 72 fitted in the large inner diameter portion 73 b of the water cooling holder 73, the water cooling holder 73 is screwed to the tip of the burner body 71, so that the nozzle 72 is larger than the small inner diameter portion 73 a of the water cooling holder 73. The gas burner 7 is formed by assembling integrally with the stepped portion between the inner diameter portion 73 b and the tip end surface of the burner body 71.
[0026]
Accordingly, the gas fuel is jetted in a straight line from the central jet hole 72a of the gas burner 7 in the gas fuel jet direction Ga (coincident with the axial center Pa of the central jet hole 72a), and there are 16 surroundings around the central jet hole 72a. The gas fuel ejected from the ejection holes 72b flows in a state of surrounding the gas fuel flow ejected from the central ejection holes 72a in parallel with the gas fuel ejection direction Ga.
Accordingly, the supply of combustion air to the gas fuel ejected from the central ejection hole 72a is interrupted by the gas fuel flow ejected from the peripheral ejection hole 72b, so that combustion is performed from the gas fuel ejected from the peripheral ejection hole 72b. The auxiliary flame is formed by the gas fuel that proceeds from the periphery of the flow and is ejected from the peripheral ejection holes 72b. Until the combustion starts, the gas fuel ejected from the central ejection hole 72a is heated by the surrounding supplementary flame, undergoes thermal decomposition, generates carbon, and forms a main flame with high brightness when combustion starts. To do. That is, as a whole, so-called slow combustion is performed to form a high-luminance flame F to increase the amount of radiant heat and lower the combustion temperature to reduce NOx.
Further, a flame is formed at the base of the flame F by a plurality of peripheral ejection holes 72b, and the temperature in the vicinity of the furnace wall 4 to which the burner 7 in the furnace 8 is attached is increased, so The temperature distribution at (corresponding to the length direction of F) is reduced.
[0027]
Next, the relationship between the center-to-center distance D between the central ejection holes 72a and the peripheral ejection holes 72b and the generation of NOx, the amount of gas fuel ejected from the central ejection holes 72a, and the gas fuel ejection from the plurality of surrounding ejection holes 72b The relationship between the ratio to the amount and the generation of NOx will be described.
The solid line in FIG. 8 shows the result of examining the NOx increase ratio by changing the center-to-center distance D between the central ejection hole 72a and the surrounding ejection holes 72b in the gas burner 7 having the configuration according to the first embodiment. However, the ratio of the ejection amount from the central ejection hole 72a is set in the range of 50 to 75% of the total ejection amount of the gas fuel from the gas burner 7. In FIG. 8, the increase ratio of NOx is shown as a ratio with respect to the minimum value of the generation amount as 1.
It can be seen from the solid line in FIG. 8 that setting the center-to-center distance D between the central ejection hole 72a and the surrounding ejection holes 72b within the range indicated by the above equation 1 is preferable in reducing the amount of NOx generated.
[0028]
FIG. 9 shows the relationship between the ratio of the ejection amount from the central ejection hole 72a to the total ejection amount and the NOx level. However, the center-to-center distance D between the central ejection hole 72a and the surrounding ejection holes 72b is set within the range represented by Equation (1). In FIG. 9, the NOx level is shown as a percentage with respect to the maximum value of the generated amount.
It can be seen from FIG. 9 that setting the ratio of the ejection amount from the central ejection hole 72a to the total ejection amount to 50 to 75% is preferable in reducing the generation amount of NOx.
[0029]
As shown in FIG. 3, a burner insertion hole 4 b for inserting a gas burner 7 is formed in the furnace wall 4 of the furnace body 1, and the gas burner 7 is inserted into the burner insertion hole 4 b to surround the gas burner 7. The gas burner 7 is provided on the furnace wall 4 in a state of blocking air intrusion into the furnace 8 through the outer peripheral portion by filling the insulating wool 10 between the gas and the burner insertion hole 4b. The heat insulating wool 10 is made of, for example, glass wool or a ceramic fiber material, and a material that can obtain desired heat resistance and heat insulating properties can be appropriately selected and used.
The cooling water supply path 11 is connected to the cooling water inflow pipe 73 i of the water cooling holder 73, the cooling water discharge path 12 is connected to the cooling water outflow pipe 73 e, and the cooling water is passed through the cooling water flow section 73 d of the water cooling holder 73. The gas burner 7 is configured to be cooled with water.
By blocking air from entering the furnace 8 through the outer periphery of the gas burner 7, it is possible to further reduce NOx.
[0030]
The gas burner 7 is provided in the furnace wall 4 so that the gas fuel ejection direction Ga is horizontal or obliquely upward, the air supply path 6 is formed obliquely downward, and is ejected from the gas burner 7 through the air port 5. Combustion air A is supplied obliquely downward from above the combustion area of the gas fuel G.
[0031]
Incidentally, an example of a specific configuration preferable for forming the flame F having high brightness and an appropriate flame length will be described.
The angle at which the gas fuel ejection direction Ga of the gas burner 7 is upward with respect to the horizontal direction is set within a range of 5 to 10 °, and the angle at which the air supply path 6 is downward with respect to the horizontal direction is 10 ° to 20 °. Set to degree.
And, from the gas burner 7, the city gas is burned by 1155 kW (100 mThree/ H) at a flow rate of 100 to 200 m / sec, and supply air for combustion from the air port 5 at a low air ratio (for example, about 1.05) at a flow rate of 5 to 20 m / sec. As a result, a high-luminance flame F having an appropriate flame length (2 m to 4.5 m) is formed.
[0032]
[Second Embodiment]
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. 11A is a view of the nozzle 72 in the gas fuel ejection direction Ga, and FIG. 11B is a cross-sectional view of the nozzle 72 in the gas fuel ejection direction Ga.
In the second embodiment, the gas burner 7 is configured as follows, different from the first embodiment described above, and the others are configured in the same manner as in the first embodiment.
The gas fuel ejection directions of the plurality of peripheral ejection holes 72b in the gas burner 7 are each in the circumferential direction of the central ejection hole 72a with respect to the radial direction of the central ejection hole 72a as viewed in the gas fuel ejection direction Ga of the central ejection hole 72a. In a direction inclined in the same direction, and in a direction intersecting with the gas fuel injection direction Ga of the central injection hole 72a, the tip spreads outward with respect to the gas fuel injection direction Ga of the central injection hole 72a The distance between the opening edge of the central ejection hole 72a and the opening edge of the surrounding ejection hole 72b is 0.5 times or more the diameter of the surrounding ejection hole. 50 to 75% of the total gas fuel ejection amount is ejected from the central ejection hole 72a, and the remainder is ejected from the plurality of peripheral ejection holes 72b.
[0033]
The gas burner 7 will be further described.
The central ejection hole 72a of the nozzle 72 is formed in a single cylindrical material in a circular hole shape in which the axial core Pa is coaxial with the cylindrical material, and the six peripheral ejection holes 72b have the same diameter. Each of the shaft cores Pb is formed in a circular hole shape that is inclined in the same direction in the circumferential direction of the central ejection hole 72a from the base end to the distal end and is inclined outward in the radial direction of the central ejection hole 72a. is there. In other words, the gas fuel ejection directions of the six peripheral ejection holes 72b are each in the circumferential direction of the central ejection hole 72a with respect to the radial direction of the central ejection hole 72a as viewed in the gas fuel ejection direction Ga of the central ejection hole 72a. In a direction inclined in the same direction and in a direction perpendicular to the gas fuel injection direction Ga of the central injection hole 72a, the tip spreads outward with respect to the gas fuel injection direction Ga of the central injection hole 72a. It is configured to be in the direction.
And like 1st Embodiment, the burner main body 71, the nozzle 72, and the water-cooling holder 73 are assembled | attached integrally, and the gas burner 7 is comprised, The gas fuel jet direction is the gas burner 7 similarly to 1st Embodiment. Ga is provided on the furnace wall 4 in a state where Ga is horizontally or obliquely upward, and the heat-insulating wool 10 blocks air intrusion into the furnace 8 through the outer periphery.
[0034]
In the gas burner 7 of the second embodiment, the gas fuel is swirled from the plurality of peripheral ejection holes 72b in the gas fuel ejection direction Ga of the central ejection hole 72a and the gas fuel ejection direction of the central ejection hole 72a. In a direction perpendicular to Ga, it is ejected in a divergent shape.
Accordingly, the action of blocking the combustion air with respect to the gas fuel ejected from the central ejection hole 72a is increased, and the gas fuel ejected from the plurality of peripheral ejection holes 72b and the gas fuel ejected from the central ejection hole 72a are separated. Since the state is improved, the slow combustion is further promoted, and the flame F having higher brightness is formed.
[0035]
In FIG. 8, the broken line and the solid line on the side where the center-to-center distance D is smaller than the intersection of the broken line and the solid line are the centers of the central ejection hole 72a and the surrounding ejection holes 72b in the gas burner 7 according to the second embodiment. The result of having investigated the NOx increase ratio by changing the distance D is shown. However, the ratio of the ejection amount from the central ejection hole 72a is set in the range of 50 to 75% of the total ejection amount of the gas fuel from the gas burner 7. The NOx increase ratio is shown as a ratio relative to a minimum value of 1 when the gas burner 7 of the first embodiment is examined.
According to FIG. 8, the distance D between the centers of the central ejection hole 72a and the surrounding ejection holes 72b is expressed as “(1/2) × (da+ Db) + (1/2) × dbIn other words, if the distance between the opening edge of the central ejection hole 72a and the opening edge of the surrounding ejection hole 72b is set to be 0.5 times or more the diameter of the surrounding ejection hole, NOx is generated. It can be seen that it is preferable to reduce the amount.
Further, the relationship between the ratio of the ejection amount from the central ejection hole 72a to the total ejection amount and the NOx level is the same as that in the first embodiment shown in FIG. 9, and the ratio from the central ejection hole 72a to the total ejection amount. When the ratio of the ejection amount is set to 50 to 75%, it is preferable for reducing the generation amount of NOx.
[0036]
Incidentally, the angle α at which the axis Pb of the peripheral ejection hole 72b is inclined in the circumferential direction of the central ejection hole 72a from the base end toward the distal end is set in a range of 0 <α ≦ 40 °, for example, For example, when the angle β inclined outward in the radial direction of the hole 72a is set in a range of 0 <β ≦ 60 ° or less, it is preferable for forming a flame F having high brightness and an appropriate flame length.
[0037]
[Another embodiment]
Next, another embodiment will be described.
(A) In each of the above embodiments, the diameter of the central ejection hole 72a and the diameter and number of the peripheral ejection holes 72b are about 50 to 75% of the total amount of gas fuel ejected from the gas burner 7, and the central ejection hole 72a. And the rest can be appropriately set under the condition of ejecting from the plurality of peripheral ejection holes 72b.
However, the number of the surrounding ejection holes 72b is not limited to the range of 6 to 16, but if the number is too small, the effect of surrounding the gas fuel flow ejected from the central ejection hole 72a is reduced. If the amount is too large, it becomes difficult to produce, so it is preferable to set the number in the range of 6 to 16.
[0038]
Further, the distance D between the centers of the central ejection holes 72a and the peripheral ejection holes 72b is within the range expressed by Equation 1 in the first embodiment, and “(1/2) × (da+ Db) + (1/2) × dbIt can be set as appropriate under the above conditions.
[0040]
(B) As the combustion oxygen-containing gas supplied from the air port 5 to the furnace 8, in addition to the air exemplified in the above embodiments, a mixture of combustion exhaust gas discharged from the furnace 8 into the air, or an oxygen content rate Various things such as oxygen-enriched air with a high value can be used.
[0041]
(CIn each of the above embodiments, the present invention is a side port type, that is, gas burners 7 and air ports (so-called ports) 5 are provided on the left and right sides of the raw material transfer direction T, and the flame F is placed in the raw material transfer direction T. Although illustrated about the case where it applies to the glass melting furnace formed in the orthogonal direction, it can apply also to what is called an end port type glass melting furnace besides this, for example.
  As shown in FIG. 12, the end-port type glass melting furnace is provided with two heat storage chambers 3 on the side of the furnace wall 4 on the glass raw material charging side, and each of the above-described implementations for each heat storage chamber 3. For example, two sets of gas burners 7 and air ports similar to the embodiment are provided on the furnace wall 4 in the same manner as in the above embodiment, and alternating combustion is performed by two sets of left and right.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal front view of a glass melting furnace provided with a combustion apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a view taken along arrow II-II in FIG.
FIG. 3 is a detailed longitudinal front view of the vicinity of a gas burner and an air port in a glass melting furnace equipped with a combustion apparatus according to an embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part of the gas burner according to the first embodiment along the gas fuel ejection direction.
FIG. 5 is a diagram of the gas burner according to the first embodiment as viewed in the direction of gas fuel ejection.
FIG. 6 is a diagram of a nozzle in the gas burner according to the first embodiment.
FIG. 7 is an exploded perspective view of the gas burner according to the first embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the center-to-center distance between the central ejection hole and the surrounding ejection holes and the generation of NOx.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the ratio of the ejection amount from the central ejection hole to the total ejection amount and the NOx level.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a main part of a gas burner according to a second embodiment along a gas fuel ejection direction.
FIG. 11 is a diagram of a nozzle in a gas burner according to a second embodiment.
FIG. 12 is a cross-sectional plan view of a glass melting furnace according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
5 Air supply section
7 Fuel ejection part
72a Central outlet
72b Peripheral jet hole

Claims (2)

中央噴出孔とその周囲の複数の周囲噴出孔を備えて、それらの噴出孔から炉内にガス燃料を噴出する燃料噴出部と、その燃料噴出部のガス燃料噴出箇所とは異なる燃焼用酸素含有ガス供給箇所から、前記燃料噴出部から噴出されるガス燃料の燃焼域に燃焼用酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部とが設けられた加熱炉用の燃焼装置であって、
前記中央噴出孔及び前記複数の周囲噴出孔が、単一のバーナ形成部材に形成され、
前記周囲噴出孔の個数が、6〜16個の範囲になるように構成され、
前記複数の周囲噴出孔のガス燃料噴出方向夫々が、前記中央噴出孔のガス燃料噴出方向と平行又は略平行になるように構成され、
前記中央噴出孔の開口縁と前記周囲噴出孔の開口縁との間隔が、前記周囲噴出孔の口径の0.5倍以上で、前記中央噴出孔の口径と前記周囲噴出孔の口径を加えた値の1.5倍以下となるように構成され、
前記中央噴出孔の口径及び前記周囲噴出孔の口径が、前記燃料噴出部からのガス燃料の総噴出量のうちの50〜75%を前記中央噴出孔から噴出し、残りを前記複数の周囲噴出孔から噴出するように設定されている加熱炉用の燃焼装置。
A fuel injection part that has a central injection hole and a plurality of surrounding peripheral injection holes, and injects gas fuel into the furnace from these injection holes, and contains oxygen for combustion different from the gas fuel injection point of the fuel injection part A combustion apparatus for a heating furnace provided with an oxygen-containing gas supply unit that supplies a combustion oxygen-containing gas to a combustion region of gas fuel ejected from the fuel ejection unit from a gas supply location,
The central ejection hole and the plurality of surrounding ejection holes are formed in a single burner forming member,
The number of the surrounding ejection holes is configured to be in the range of 6 to 16,
The gas fuel ejection directions of the plurality of peripheral ejection holes are configured to be parallel or substantially parallel to the gas fuel ejection direction of the central ejection hole,
The distance between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the surrounding ejection hole is 0.5 times or more the diameter of the surrounding ejection hole, and the diameter of the central ejection hole and the diameter of the surrounding ejection hole are added. Configured to be less than 1.5 times the value,
The diameter of the central ejection hole and the diameter of the surrounding ejection holes are such that 50 to 75% of the total ejection amount of the gas fuel from the fuel ejection section is ejected from the central ejection hole, and the remainder is the plurality of ambient ejections A combustion apparatus for a heating furnace that is set to eject from a hole.
中央噴出孔とその周囲の複数の周囲噴出孔を備えて、それらの噴出孔から炉内にガス燃料を噴出する燃料噴出部と、その燃料噴出部のガス燃料噴出箇所とは異なる燃焼用酸素含有ガス供給箇所から、前記燃料噴出部から噴出されるガス燃料の燃焼域に燃焼用酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部とが設けられた加熱炉用の燃焼装置であって、
前記中央噴出孔及び前記複数の周囲噴出孔が、単一のバーナ形成部材に形成され、
前記周囲噴出孔の個数が、6〜16個の範囲になるように構成され、
前記複数の周囲噴出孔のガス燃料噴出方向夫々が、前記中央噴出孔のガス燃料噴出方向視にて、前記中央噴出孔の径方向に対して、前記中央噴出孔の周方向の同方向に傾斜する方向で、且つ、前記中央噴出孔のガス燃料噴出方向と交差する方向視にて、前記中央噴出孔のガス燃料噴出方向に対して、外方側に傾いた先広がり方向となるように構成され、
前記中央噴出孔の開口縁と前記周囲噴出孔の開口縁との間隔が、前記周囲噴出孔の口径の0.5倍以上となるように構成され、
前記中央噴出孔の口径及び前記周囲噴出孔の口径が、前記燃料噴出部からのガス燃料の総噴出量のうちの50〜75%を前記中央噴出孔から噴出し、残りを前記複数の周囲噴出孔から噴出するように設定されている加熱炉用の燃焼装置。
A fuel injection part that has a central injection hole and a plurality of surrounding peripheral injection holes, and injects gas fuel into the furnace from these injection holes, and contains oxygen for combustion different from the gas fuel injection point of the fuel injection part A combustion apparatus for a heating furnace provided with an oxygen-containing gas supply unit that supplies a combustion oxygen-containing gas to a combustion region of gas fuel ejected from the fuel ejection unit from a gas supply location,
The central ejection hole and the plurality of surrounding ejection holes are formed in a single burner forming member,
The number of the surrounding ejection holes is configured to be in the range of 6 to 16,
The gas fuel ejection directions of the plurality of peripheral ejection holes are inclined in the same direction in the circumferential direction of the central ejection hole with respect to the radial direction of the central ejection hole in the gas fuel ejection direction of the central ejection hole. And in a direction that intersects with the gas fuel injection direction of the central injection hole, the forward expansion direction is inclined outward with respect to the gas fuel injection direction of the central injection hole. And
An interval between the opening edge of the central ejection hole and the opening edge of the surrounding ejection hole is configured to be 0.5 times or more the diameter of the surrounding ejection hole,
The diameter of the central ejection hole and the diameter of the surrounding ejection holes are such that 50 to 75% of the total ejection amount of the gas fuel from the fuel ejection section is ejected from the central ejection hole, and the remainder is the plurality of ambient ejections A combustion apparatus for a heating furnace that is set to eject from a hole.
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