JP4172903B2

JP4172903B2 - 交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置

Info

Publication number: JP4172903B2
Application number: JP2000237677A
Authority: JP
Inventors: 敏明長谷川; 誠宮田; 晋持田; 慎也北原
Original assignee: 日本ファーネス株式会社
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2020-08-04
Also published as: JP2002048334A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交互燃焼式蓄熱型のラジアントチューブバーナ装置に関するものであり、より詳細には、燃焼排ガスの窒素酸化物濃度を増大することなく、圧力損失を低下することができる交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
加熱炉等の炉内雰囲気を間接加熱するラジアントチューブバーナ装置が、鉄鋼加熱炉又は熱処理炉等の加熱手段として実用に供されている。この種のバーナ装置として、ラジアントチューブの両端部にハニカム構造の蓄熱体を備えた交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置が知られている（特願平７−５２２２５号、特願平９−２７６２５１号、特願平９−２７６２５３号等）。
【０００３】
図５は、従来の交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置の構成を示す概略断面図であり、図６は、図５のIV-IV 線における断面図である。
【０００４】
図５に示す如く、ラジアントチューブバーナ装置は、ラジアントチューブ１０４と、チューブ１０４の両端部に配置されたバーナユニット１０５と、エアスロート部１０１を選択的に給気系又は排気系に連結する４方弁１０９とを備える。対をなすバーナユニット１０５は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す如く、所定の時間間隔で交互に燃焼作動し、４方弁１０９は、バーナユニット１０５の燃焼作動に相応して各図に示す位置に切換えられる。ハニカム構造の蓄熱体１０３が、各エアスロート部１０１に配置され、ノズル支持体１０６が、エアスロート部１０１の燃焼室側に配置される。燃料ノズル１０７及び一次空気流路１０８が、各バーナユニット１０５の中心部に配置され、ノズル支持体１０６の構面から僅かに後退した位置に開口する。ノズル支持体１０６は、エアスロート部１０１とチューブ１０４の燃焼領域とを区画しており、噴出孔１０２が、ノズル支持体１０６に形成され、エアスロート部１０１とチューブ内燃焼領域とを相互連通する。
【０００５】
この形式のラジアントチューブバーナ装置は、高温空気燃焼技術を利用した構成のものであり、しかも、チューブ１０４内には、一般に、直径７５mm（３Ｂ）〜２００mm（８Ｂ）程度の狭小な燃焼室空間が形成されるにすぎず、このため、燃焼排ガスの窒素酸化物(NOx) 濃度の低減を殊に重視した構成を採用すべき必要がある。例えば、図５に示すバーナ装置では、比較的小寸法の噴出孔１０２をノズル支持体１０６の片側に偏在せしめ、これにより、チューブ１０４の管壁に沿って流れる高速偏流をチューブ１０４内に形成している。このような構成によれば、噴出孔１０２の空気流は、７０〜１００ｍ／ｓに達する高速流として燃焼室に流入するので、かなり強力な排ガス再循環流が、ノズル支持体１０６の近傍に形成される。このため、噴出孔１０２から噴出した燃焼用空気は、高温の排ガス再循環流と混合して酸素濃度を低下し、窒素酸化物(NOx) の生成を抑制し得る低酸素濃度の燃焼雰囲気が、燃焼室に形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のラジアントチューブバーナ装置では、高温空気の流速を１００ｍ／ｓから５０ｍ／ｓに低下させると、窒素酸化物濃度は、例えば、１２０ppm から２５０ppm に急増してしまう。このため、７０〜１００ｍ／ｓの空気流速を常に確保しなければならない。反面、このような高速空気流を流出する噴出孔は、かなりの圧力損失を生じさせる。しかも、ラジアントチューブバーナ装置にあっては、同一形状且つ同一構造のバーナユニットが排気側にも配置されるので、排気側バーナユニットは、給気側バーナユニットと実質的に同じ流量の燃焼排ガスを噴出孔から高流速で排気せざるを得ず、このため、排気側バーナユニットも又、かなりの圧力損失を生じさせる。実際には、排気側バーナユニットの噴出孔から排気すべき燃焼排ガスの流量は、給気側バーナユニットの噴出孔から導入される燃焼用空気の流量よりも若干増量するので、排気側バーナユニットの圧力損失は、更に大きな値を示すであろう。
【０００７】
かくして、交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置の全圧力損失は、一般に８００〜１，５００mmAqに達するので、低圧送風設備を備えた既存の加熱炉又は熱処理炉等には、上記ラジアントチューブバーナ装置を容易に組み込み難い事情がある。例えば、一般的な加熱炉等にあっては、既存の給排気系の能力から逆算した結果として、例えば、３００mmAq以下の圧力損失に制限される場合があり、このような場合には、上記構成のラジアントチューブバーナ装置を設置することは、事実上、極めて困難である。他方、給排気系を新設する場合であっても、比較的大容量の送風機及び排風機の設置が不可欠となる事例が多く、このような場合、初期設備投資のコスト的不利を回避し難い。
【０００８】
また、チューブ内に生成した燃焼排ガスは、排気側バーナユニットの噴出孔から蓄熱体に流入する。しかし、噴出孔は、開口面積が制限され、しかも、偏在しているので、燃焼排ガスは、噴出孔の側に偏流し易く、このため、燃焼排ガスが蓄熱体の片側部分のみを集中的に流通する事態が懸念される。このような燃焼排ガスの局部流通が生じた場合、蓄熱体は、所期の蓄熱能力を十分に発揮し難く、これは、計画又は設計段階における蓄熱体の大型化を招いたり、或いは、十分な燃焼用空気の温度上昇を達成困難にするなど、予期せぬ問題を生じさせる虞がある。
【０００９】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ラジアントチューブのチューブ中心軸線に対して偏在し且つ開口面積を制限した燃焼用空気の噴出孔を有する交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置において、燃焼排ガスの窒素酸化物濃度を増大することなく、ラジアントチューブバーナ装置の全圧力損失を低減することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明者は、バーナユニット先端部の構造や、噴出孔の寸法・位置等を限定することにより、燃焼排ガスの窒素酸化物(NOx) 濃度を増大させることなく、噴出孔の空気流速を低下し得ることを見い出し、かかる知見に基づいて本発明を達成したものである。
【００１１】
即ち、本発明は、燃焼室を形成するラジアントチューブと、該チューブの両端部に配置されたバーナユニットとを備え、
前記バーナユニットは、二次燃焼空気及び燃焼排ガスと交互に伝熱接触可能な蓄熱体と、該蓄熱体を貫通する一次燃焼空気及び燃料の各流路とを備えており、燃焼作動及び燃焼停止を所定の時間間隔で交互に反復し、燃焼作動時に前記蓄熱体を介して燃焼用空気を前記燃焼室に供給し且つ燃焼停止時に前記蓄熱体を介して前記燃焼室の燃焼排ガスを排気するように構成された交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置において、
前記バーナユニットと前記燃焼室との間に配置された円形プレートと、該円形プレートを貫通する伝熱管とを有し、
該伝熱管の基端部は、燃料及び一次燃焼空気の各流路と連通し、前記伝熱管の先端部は、前記円形プレートから前記燃焼室に突出して該燃焼室に開口し、前記伝熱管の管内領域は、一次燃焼空気及び燃料を混合する一次燃焼室を構成し、
前記蓄熱体を通過した二次燃焼空気が流入する環状のエアスロート部が、前記伝熱管の基端部外周に形成され、
前記燃焼室に開口した環状の空気希釈室が、前記伝熱管の先端部外周に形成され、
前記円形プレートは、前記エアスロート部及び空気希釈室を相互連通する開口部を有し、該開口部は、前記円形プレートの中心角２００°の角度範囲内に配置されることを特徴とする交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置を提供する。
【００１２】
本発明によれば、蓄熱体との伝熱接触により加熱された高温の二次燃焼空気が、エアスロート部に流入し、伝熱管と伝熱接触した後、円形プレートの開口部から空気希釈室を介して燃焼室に噴出する。燃料及び一次燃焼空気の混合気は、一次燃焼室において伝熱管より受熱し、低酸素濃度の高温雰囲気による燃料の改質反応が進行する。円形プレートの開口部から燃焼室に噴出する高温の二次燃焼空気流は、燃焼室の燃焼ガスを誘引し、燃焼排ガス再循環流が、空気希釈室内に逆流する。再循環流は、伝熱管の先端部外周面に沿って開口部の近傍に廻り込み、二次燃焼空気流と混合し、二次燃焼空気を燃焼排ガスにより希釈する。酸素濃度を低下した二次燃焼空気流は、一次燃焼室から吐出する混合ガス流と混合し、混合ガス及び二次燃焼空気の燃焼反応が燃焼室に生起し且つ進行する。このようなバーナ装置においては、上記開口部の空気流速が、例えば、２０〜５０ｍ／ｓ程度に低下した場合にあっても、燃焼排ガス中の窒素酸化物濃度は、かなりの低濃度、例えば、１００〜１２０ppm 程度の低濃度を維持する。
【００１３】
好適には、上記開口部の寸法は、Ｄｒ／Ｄｔ＝０．２〜０．６、Ｌ１／Ｄｒ＝１．２８〜５．２、Ｌ２／Ｄｒ＝０．６４〜５．２、そして、Ｌ３／Ｄｔ＝２．０〜４．０の各条件を充足するように設定される。なお、Ｄｔはラジアントチューブの内径寸法、Ｄｒは伝熱管の内径寸法、Ｌ１は燃料ノズルの先端から伝熱管の先端までの距離、Ｌ２は円形プレートから伝熱管の先端までの距離、そして、Ｌ３は開口部周長さの総和である。
【００１４】
他の観点より、本発明は、燃焼室を形成するラジアントチューブと、該チューブの両端部に配置されたバーナユニットとを備え、前記ラジアントチューブのチューブ中心軸線に対して偏在し且つ開口面積を制限した燃焼用空気の噴出孔を有する交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置において、
前記バーナユニットと前記燃焼室との間に配置された円形プレートと、該円形プレートを貫通する伝熱管とを有し、
該伝熱管の基端部は、燃料及び一次燃焼空気の各流路と連通し、前記伝熱管の先端部は、前記円形プレートから前記燃焼室に突出して該燃焼室に開口し、前記伝熱管の管内領域は、一次燃焼空気及び燃料を混合する一次燃焼室を構成し、
前記蓄熱体を通過した二次燃焼空気が流入する環状のエアスロート部が、前記伝熱管の基端部外周に形成され、
前記燃焼室に開口した環状の空気希釈室が、前記伝熱管の先端部外周に形成され、
前記蓄熱体と伝熱接触して加熱された高温の二次燃焼空気が、エアスロート部に流入し、前記伝熱管と伝熱接触した後、円形プレートの開口部から空気希釈室を介して燃焼室に噴出し、燃焼室の燃焼ガスを誘引して燃焼排ガス再循環流を形成し、該再循環流は、前記二次燃焼空気を燃焼排ガスにより希釈することを特徴とする交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置を提供する。
【００１５】
好ましくは、円形プレートの開口部における高温空気の流速は、５０ｍ／ｓ以下に設定される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の好適な実施形態に係る交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置の構成を示す概略断面図である。
【００１７】
図１に示す如く、交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置（以下、「バーナ装置」という。）は、燃焼室４を形成するラジアントチューブ１４と、チューブ１４の両端部に配置されたバーナユニット１５と、各バーナユニット１５を選択的に給気系又は排気系に連結する４方弁１９とを備える。バーナユニット１５の燃料供給路１７及び一次空気流路１８が、ハニカム構造のセラミック製蓄熱体１３を貫通する。対をなすバーナユニット１５は、所定の時間間隔毎に図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように切換えられ、交互に燃焼作動する。４方弁１９は、バーナユニット１５の作動切換と同時に切換制御され、バーナユニット１５と同様、各図に示す位置に交互に切換えられる。
【００１８】
図２は、図１に示すバーナ装置の構造を示す断面図である。
バーナ装置の両端部は、炉壁Ｗを貫通し、バーナユニット１５のエアケース２０及びバーナガン２１が炉外に露出する。エアケース２０及びバーナガン２１には、一次空気供給管２２、二次空気供給管２３及び燃料供給管２４が接続される。燃料供給路１７及び一次空気流路１８は、蓄熱体１３の中心部を貫通し、蓄熱体１３の先端面から僅かに突出し、燃料ノズル１７ａ及び一次空気吐出口１８ａは、一次燃焼室１に開口する。
【００１９】
供給路１７、１８と連続する一次燃焼室１は、供給管２３の外周部から前方に延びる伝熱管１１により形成される。円形プレート１０が、蓄熱体１３の前方に配置される。伝熱管１１は、円形プレート１０の中心部を貫通し、伝熱管１１の外周には、蓄熱体１３の各セル孔（ハニカム流路）と連通する環状のエアスロート部２が形成される。伝熱管１１は、円形プレート１０の前方に延出し、伝熱管１１の先端は、燃焼室４に向かって開口する。伝熱管１１の先端部外周には、環状の空気希釈室３が形成される。
【００２０】
伝熱管１１の各部寸法は、以下の条件に基づいて設定される。
Ｄｒ／Ｄｔ＝０．２〜０．６
Ｌ１／Ｄｒ＝１．２８〜５．２
Ｌ２／Ｄｒ＝０．６４〜５．２
なお、上式の各符号の意味は、次のとおりである。
Ｄｔ：ラジアントチューブ１４の内径寸法
Ｄｒ：伝熱管１１の内径寸法
Ｌ１：燃料ノズル１７ａの先端から伝熱管１１の先端までの距離
Ｌ２：円形プレート１０から伝熱管１１の先端までの距離
例えば、呼び径７Ｂ（インチ）のバーナ装置にあっては、各部寸法Ｄｔ、Ｄｒ、Ｌ１、Ｌ２は、以下の範囲に限定される。
Ｄｔ＝約１８０mm（７Ｂ）
Ｄｒ＝約７５mm（３Ｂ）
Ｌ１＝約１００mm〜４００mm
Ｌ２＝約５０mm〜４００mm
【００２１】
図３は、円形プレート１０の正面形態を示すラジアントチューブ１４の断面図であり、図４は、バーナユニット先端部の構造を示す斜視図である。
【００２２】
円形プレート１０は、複数（本例では３箇所）の開口部１２を備える。各開口部１２は、周方向に延びる湾曲した長孔の形態を有し、等角度間隔且つ左右対称に円形プレート１０に配置される。開口部１２は、円形プレート１０の中心角γの角度範囲に偏在しており、円形プレート１０は、中心角θの角度範囲においては、開口部を全く備えていない盲板として機能する。本発明によれば、開口部１２を配置すべき円形プレート１０の領域は、中心角γ≦２００°の角度範囲に限定される。
【００２３】
各開口部１２は、同一の寸法・形状を有し、全開口部１２の開口縁周長の総和Ｌ３は、Ｌ３／Ｄｔ＝２．０〜４．０、好適には、２．５〜３．５の範囲に設定される。従って、各開口部１２の開口縁周長の合計値Ｌ３は、例えば、呼び径７Ｂ（インチ）のバーナ装置において、約３５０mm〜７００mmの範囲、好適には、約４５０mm〜６００mmの範囲に設定される。なお、本実施形態では、各開口部１２は同一の寸法・形状を有するが、各開口部１２の寸法・形状が相違する場合であっても、Ｌ３の値は、Ｄｔ×２．０〜４．０（好適には、２．５〜３．５）の範囲に規制される。
円形プレート１０の直径（外径）は、チューブ１４の内径よりも２〜３mm程度小さい値に設定され、バーナ装置の組付け時に円形プレート１０をチューブ１４内に挿入可能にする平均１〜１．５mm程度のクリアランス（隙間）が、円形プレート１０の外周面とチューブ１４の内周面との間に確保される。好ましくは、円形プレート外周のクリアランスは、開口部１２を配置した中心角γ≦２００°の角度範囲においては、開口部１２の空気噴出作用を低下させないように比較的小さく設定され、更に好ましくは、円形プレート１０の外周縁は、チューブ１４の内周壁面と実質的に気密に接触する。他方、実質的に盲板として機能する中心角θの角度範囲にあっては、開口部１２から離れた領域に位置することから、クリアランスの形成を比較的許容し易いので、相対的に大きな寸法のクリアランスが円形プレート外周域に形成される。
【００２４】
次に、上記構成のバーナ装置の作動について説明する。
バーナ装置の各バーナユニット１５は、バーナガン２１に対する一次空気供給及び燃料供給の制御と、これと同期する４方弁１９の切換制御に相応して、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す如く、燃焼作動及び燃焼停止（燃焼排ガス排気）を交互に実行する。
【００２５】
一次燃焼空気及び燃料は、一次空気供給管２２及び燃料供給管２４から燃焼作動中のバーナガン２１に供給され、燃料ノズル１７ａ及び一次空気吐出口１８ａから一次燃焼室１に流出し、一次燃焼室１において混合する。一次燃焼空気の供給量は、燃料の完全燃焼に要する理論空気量の１０％程度に設定される。
【００２６】
一次燃焼空気の流量よりも遙に多量の二次燃焼空気が、図２に示す如く、二次空気供給管２３からエアケース２０に供給され、高温の蓄熱体１３の狭小流路（セル孔）に流入し、蓄熱体１３のハニカム壁（セル壁）との伝熱接触により７００℃以上の高温に加熱された後、エアスロート部２に吐出する。エアスロート部２内の二次燃焼空気流Ａは、伝熱管１１の外周面近傍を流動する際、伝熱管１１の管壁を介して一次燃焼室１の低温混合ガス流Ｆ（一次燃焼空気及び燃料）と熱交換し、混合ガス流Ｆを加熱すると同時に一次燃焼室１の内壁面を高温に保持する。混合ガス中の燃料は、伝熱管１１から受熱し、低酸素濃度の高温雰囲気により改質作用を受け、活性化する。なお、伝熱管１１の外周面は、燃焼作動時には高温の一次燃焼空気と接触し、燃焼停止時には、後述する如く、高温の燃焼排ガスと接触する。従って、伝熱管１１は、常に高温状態に保持されるので、一次燃焼室１は、燃料ノズル１７ａ及び一次空気吐出口１８ａの燃料及び一次燃焼空気を加熱可能な高温雰囲気に常時、維持される。
【００２７】
エアスロート部２の二次燃焼空気流Ａは、図４に示す如く、円形プレート１０の片側に偏在した開口部１２から燃焼室４に流出する。開口部１２における空気流Ａの流速は、例えば、２０〜５０ｍ／ｓの範囲に設定され、比較的低速である。しかしながら、上記特定の位置及び特定の寸法・形状に設定した開口部１２から流出する空気流Ａによって、燃焼室４の燃焼ガスが誘引される結果、空気希釈室３内に逆流する燃焼ガス再循環流Ｒが形成されると判明した。空気希釈室３内に流入した再循環流Ｒは、伝熱管１１の外周面に沿って開口部１２の近傍に廻り込み、空気流Ａと混合し、高温の二次燃焼空気を燃焼排ガスにより希釈する。
【００２８】
再循環流Ｒとの混合により酸素濃度が低下した空気流Ａは、伝熱管１１の先端開口から吐出する混合ガス流Ｆと混合し、両者の燃焼反応が燃焼室４に生起し且つ進行する。本発明によれば、このように比較的低速の二次燃焼空気流Ａを燃焼室４に導入するにもかかわらず、燃焼室４の燃焼反応は、多量の窒素酸化物を生成しない。例えば、本発明者の測定によれば、開口部１２における空気流Ａの流速を２０〜３０ｍ／ｓに設定した場合であっても、燃焼排ガス中の窒素酸化物濃度は、１００〜１２０ppm 程度の低濃度を示した。これは、主として、円形プレート１０の特定領域に上記特定の寸法・形状の開口部１２を形成したこと、そして、燃料が高温の伝熱管１１内を流動する間にその燃焼特性を変化させたこと、更には、空気希釈室３の構造が、低速空気流Ａによる排ガス再循環を可能にしたこと等に起因すると考えられる。しかも、上記の如く一次燃焼室１において改質反応を受けた燃料は、高温且つ低酸素濃度の低速空気流Ａと緩慢に燃焼反応し、ラジアントチューブ１４の比較的広範な領域に均一な温度分布を生じさせるであろう。
【００２９】
燃焼室４の燃焼排ガスは、上記再循環流を除き、燃焼停止中のバーナユニット２１に向かってラジアントチューブ１４内を流動する。燃焼停止中のバーナユニット２１は、燃焼排ガスを円形プレート１０の開口部１２からエアスロート部２内に受入れる。エアスロート部２の燃焼排ガスは、伝熱管１１の外周域を流動した後、蓄熱体１３のハニカム流路（セル孔）に流入して蓄熱体１３のハニカム壁（セル壁）と伝熱接触し、これにより、比較的低温の蓄熱体１３を燃焼排ガスと同等の温度に加熱する。蓄熱体１３との熱交換により降温した燃焼排ガスは、４方弁１９を介して系外に排気される。
【００３０】
ここに、燃焼作動側のバーナユニット２１における開口部１２の空気流速を低速（２０〜５０ｍ／ｓ）に設定したことから、排気側の開口部１２を通過する燃焼排ガスの流速も又、低速（２０〜５０ｍ／ｓ）である。このため、エアスロート部２に流入する排ガス流は、その圧力損失が低下するばかりでなく、エアスロート部２内に比較的均一に分散し、蓄熱体１３の各セル孔に均等に流入する。即ち、比較的低速の排ガス流は、開口部１２と対向する蓄熱体１３の部分に集中的に流入することなく、蓄熱体１３の端面全域に均等に分散するので、各ハニカム流路の排ガス流量は蓄熱体全域に亘って平準化し、蓄熱体１３は均等に加熱される。従って、排気側の蓄熱体１３には、局所的な温度低下又は過熱が生じ難く、蓄熱体１３は、所望の蓄熱効率又は熱交換効率を発揮し得る。なお、厳密には、燃焼排ガスの流量は、燃料供給や、燃焼反応、更には、熱膨張等の影響により、一次空気流量よりも若干増量するが、これに伴う燃焼排ガス流速の増大は、比較的軽微であると考えられる。
【００３１】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能であり、該変形例又は変更例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。
【００３２】
例えば、上記実施例では、３つの開口部１２を対称に円形プレート１０に穿設したが、本発明に従って、更に多数又は少数の開口部を円形プレート１０に非対称に形成しても良い。
【００３３】
また、伝熱管１１の寸法及び形状は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の示唆に従って適当に設計変更し得るものである。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の上記構成によれば、ラジアントチューブのチューブ中心軸線に対して偏在し且つ開口面積を制限した噴出孔を有する交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置において、燃焼排ガスの窒素酸化物濃度を増大することなく、ラジアントチューブバーナ装置の全圧力損失を低減することが可能となる。従って、本発明によれば、例えば、既設の低圧送風設備を有する間接加熱炉等に交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置を取付け、この形式のバーナ装置特有の効果、即ち、廃熱回収による省エネルギー効果や、燃焼ガス再循環による排気ガスのＮＯｘ低減効果等を所望の如く享受することができる。また、本発明によれば、バーナ装置全体の圧力損失が低下するので、間接加熱炉の使用条件によっては、排風機のみを備えた給排気系を設計することが可能となり、極端な場合、空気供給配管の設置自体を省略することも可能である。また、本発明のバーナ装置は、高圧送風設備を備えた間接加熱炉等に取付けても良く、この場合、バーナ装置の圧力損失低減は、結果的に送風動力の大幅な低下につながるので、電力消費量削減等の実利的効果が得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施形態に係る交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置の全体構成を示す概略断面図である。
【図２】バーナ装置のバーナ構造を示す断面図である。
【図３】図２のIII-III 線におけるラジアントチューブの断面図である。
【図４】バーナユニット先端部の構造を示す斜視図である。
【図５】従来の交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置の全体構成を示す概略断面図である。
【図６】従来のバーナ装置における円形プレートの構造を示す図５のVI−VI線断面図である。
【符号の説明】
１一次燃焼室
２エアスロート部
３空気希釈室
４燃焼室
１０円形プレート
１１伝熱管
１２開口部
１３セラミック製蓄熱体
１４ラジアントチューブ
１５バーナユニット
１７燃料供給路
１８一次空気流路
１９４方弁

Claims

燃焼室を形成するラジアントチューブと、該チューブの両端部に配置されたバーナユニットとを備え、
前記バーナユニットは、二次燃焼空気及び燃焼排ガスと交互に伝熱接触可能な蓄熱体と、該蓄熱体を貫通する一次燃焼空気及び燃料の各流路とを備えており、燃焼作動及び燃焼停止を所定の時間間隔で交互に反復し、燃焼作動時に前記蓄熱体を介して燃焼用空気を前記燃焼室に供給し且つ燃焼停止時に前記蓄熱体を介して前記燃焼室の燃焼排ガスを排気するように構成された交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置において、
前記バーナユニットと前記燃焼室との間に配置された円形プレートと、該円形プレートを貫通する伝熱管とを有し、
該伝熱管の基端部は、燃料及び一次燃焼空気の各流路と連通し、前記伝熱管の先端部は、前記円形プレートから前記燃焼室に突出して該燃焼室に開口し、前記伝熱管の管内領域は、一次燃焼空気及び燃料を混合する一次燃焼室を構成し、
前記蓄熱体を通過した二次燃焼空気が流入する環状のエアスロート部が、前記伝熱管の基端部外周に形成され、
前記燃焼室に開口した環状の空気希釈室が、前記伝熱管の先端部外周に形成され、
前記円形プレートは、前記エアスロート部及び空気希釈室を相互連通する開口部を有し、該開口部は、前記円形プレートの中心角２００°の角度範囲内に配置されることを特徴とする交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置。
前記開口部の寸法は、以下の条件を充足するように設定され、
Ｄｒ／Ｄｔ＝０．２〜０．６
Ｌ１／Ｄｒ＝１．２８〜５．２
Ｌ２／Ｄｒ＝０．６４〜５．２
Ｌ３／Ｄｔ＝２．０〜４．０
ここに、
Ｄｔ：ラジアントチューブの内径寸法
Ｄｒ：伝熱管の内径寸法
Ｌ１：燃料ノズルの先端から伝熱管の先端までの距離
Ｌ２：円形プレートから伝熱管の先端までの距離
Ｌ３：開口部周長さの総和
であることを特徴とする請求項１に記載のラジアントチューブバーナ装置。
燃焼室を形成するラジアントチューブと、該チューブの両端部に配置されたバーナユニットとを備え、前記ラジアントチューブのチューブ中心軸線に対して偏在し且つ開口面積を制限した燃焼用空気の噴出孔を有する交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置において、
前記バーナユニットと前記燃焼室との間に配置された円形プレートと、該円形プレートを貫通する伝熱管とを有し、
該伝熱管の基端部は、燃料及び一次燃焼空気の各流路と連通し、前記伝熱管の先端部は、前記円形プレートから前記燃焼室に突出して該燃焼室に開口し、前記伝熱管の管内領域は、一次燃焼空気及び燃料を混合する一次燃焼室を構成し、
前記蓄熱体を通過した二次燃焼空気が流入する環状のエアスロート部が、前記伝熱管の基端部外周に形成され、
前記燃焼室に開口した環状の空気希釈室が、前記伝熱管の先端部外周に形成され、
前記蓄熱体と伝熱接触して加熱された高温の二次燃焼空気が、エアスロート部に流入し、前記伝熱管と伝熱接触した後、円形プレートの開口部から空気希釈室を介して燃焼室に噴出し、燃焼室の燃焼ガスを誘引して燃焼排ガス再循環流を形成し、該再循環流は、前記二次燃焼空気を燃焼排ガスにより希釈することを特徴とする交互燃焼式蓄熱型ラジアントチューブバーナ装置。
前記開口部の空気流速は、５０ｍ／ｓ以下に設定されることを特徴とする請求項３に記載のラジアントチューブバーナ装置。