JP5395535B2 - 燃焼設備構造 - Google Patents

Description

本発明は、炉内に燃料ガスを供給する燃料ガス供給ラインと、この燃料ガス供給ラインより供給される燃料ガスの供給領域に、燃焼用酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給ラインとを備え、燃料ガス供給ラインより供給される燃料ガスと酸素含有ガス供給ラインより供給される酸素含有ガスとを炉内で混合して燃焼する、所謂、先混合方式の燃焼設備の構造に関する。

このような燃焼設備としては、所謂、加熱炉、熱処理炉、保持炉、焼き戻し炉、浸炭炉等を挙げることができる。特許文献１には、加熱炉内に燃料ガスを噴出させるバーナノズルが開示されており、この特許文献１では、バーナノズルは、金属管に連通接続される筒状の金属ノズル部材と、この金属ノズル部材の先端側に設けられるセラミックノズルから構成される。この特許文献１の例では、バーナノズル１をバーナタイル５内に設けられた配管路７内に設けている。従って、バーナノズル１と配管路７との間には所定の空間が形成されている。

一方、燃焼設備の構造をより簡便なものとする等の目的から、本明細書の図５に示されるように、炉壁に貫通孔を穿ち、この貫通孔にバーナを構成する部材を挿入して、燃料ガス供給ラインを形成する場合もある。
図５（ａ）は、炉壁を、その断面方向から見た図であり、図５（ｂ）は、炉内からバーナ部を見た図である。
これらの図からも判明するように、バーナ部１は、燃料ガス供給ライン２の近傍に酸素含有ガス供給ライン３を単数又は複数備えて構成されており、燃料ガス供給ライン２より供給される燃料ガスｇ１と酸素含有ガス供給ライン３より供給される酸素含有ガスｇ２とが炉４内で混合されて燃焼するように構成されている。図５に示す例では、炉内から見て燃料ガス供給ライン２の右側に上下一対の酸素含有ガス供給ライン３である燃焼用空気供給ラインを備えている。

さて、図５（ａ）からも判明するように、燃料ガス供給ライン２は、燃料ガス噴出ノズル６を先端に備えるとともに、基端側に当該燃料ガス噴出ノズル６の支持部７を備えて構成されており、この支持部７の一部と燃料ガス噴出ノズル６が、炉壁に穿たれた燃料ガス供給用貫通孔８に埋め込まれた構成を採っている。

この構造では、燃料ガスは燃料ガス噴出ノズルから噴出し、さらに、燃料ガス供給用貫通孔から炉室内に進入した領域で燃焼用酸素含有ガスと混合することとなり、炉壁から一定距離離れた部位から火炎が形成される。但し、噴出ノズルの先端を、炉壁の炉内壁面より引退させることで、ある程度、炉壁に近い位置に火炎を形成して、炉内の温度を均一化することができる。

さて、これらの炉壁は、比較的脆く、廉価なコージェライト、ムライト系耐火材で形成されるのがほとんどである。

特開２００８−２３２５４３号公報

炉壁材として通常使用される、コージェライト、ムライト系耐火物は強度が低いため、使用中に割れが発生することがある。図５に、このような割れ１１を示した。図５に示すように、このような割れは、燃料ガス噴出ノズルの先端より炉室側の燃料ガス供給用貫通孔内径面から酸素含有ガス供給ラインに到達する場合が多い。

このような割れが発生すると、この割れを介して燃焼用酸素含有ガス供給ラインから燃料ガス噴出ノズルの先端より炉室側に燃焼用空気含有ガスが流入することとなり、炉内での燃料ガスと燃焼用空気含有ガスとの混合・燃焼前に燃料ガスの燃焼用酸素含有ガスが割れ部分からの漏れによって混合し、火炎が貫通孔内で形成されたり、貫通孔内においていびつな火炎が形成される等、適切な点火、燃焼ができない。

本発明は、上記のような割れが発生し、適切な点火、燃焼ができなくなるのを避けることができる燃焼設備構造を得ることにある。

上記目的を達成するための、炉内に燃料ガスを供給する燃料ガス供給ラインと、前記燃料ガス供給ラインより供給される燃料ガスの供給領域に燃焼用酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給ラインとを、両者の間に炉壁を介在させて備え、前記燃料ガス供給ラインより供給される燃料ガスと前記酸素含有ガス供給ラインより供給される酸素含有ガスとを炉内で混合して燃焼する燃焼設備構造の第一の特徴構成は、
前記燃料ガス供給ラインの燃料ガス噴出ノズルを、炉壁の炉空間側端面より壁内に引退して備え、
少なくとも前記燃料ガス噴出ノズルの先端から前記炉壁の炉空間側端面までの部位で、前記酸素含有ガス供給ラインと炉壁との間にクロム含有耐熱合金、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄のファインセラミックスから選択される一種からなる第１スリーブを配設したことにある。

この構成の燃焼設備構造では、燃料ガス噴出ノズルを炉壁の炉空間側端面より壁内に引退して備えることにより、炉壁の内壁面のできるだけ近傍の炉内部位から良好に火炎を形成できる。
さらに、第１スリーブを備えることにより、燃料ガス噴出ノズルの先端から炉壁の炉空間側端面までの、燃料ガス供給ライン側から酸素含有ガス供給ラインに向けて割れ等が発生しても、第１スリーブの存在により、この割れが酸素含有ガス供給ラインと連通することはない。結果、本願が問題とする燃料ガス供給ラインと酸素含有ガス供給ラインとが、部分的に連通する等の問題を回避でき、長期に渡って安定した燃焼を行うことができる燃焼設備構造を得ることができる。

さらに、このような構成を採用するに、前記炉壁の厚み方向全幅に渡って前記第１スリーブを配設した構成とすることが好ましい。
このように構成することにより、炉壁の厚み方向全幅に渡って、割れ、引いては連通部の発生を防止できる。

以上説明してきた何れかの構成において、
前記燃料ガス供給ラインが、前記燃料ガス噴出ノズルを先端に備えるとともに、基端側に前記燃料ガス噴出ノズルの支持部を備えて構成され、
前記支持部の少なくとも一部及び前記燃料ガス噴出ノズルが配設される燃料ガス供給用貫通孔を、前記炉壁に備えて構成され、
前記支持部及び前記燃料ガス噴出ノズルより外径側で、前記燃料ガス供給用貫通孔の内径側に、炉壁の厚み方向全幅に渡ってクロム含有耐熱合金、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄のファインセラミックスから選択される一種からなる第２スリーブを配設した構成とするのが好ましい。

燃料ガス供給ラインを、支持部の先端に燃料ガス噴出ノズルを備えた構成とすることにより、例えば、燃料ガス噴出ノズルを耐熱性の高い材質より構成し、支持部を通常の金属材料等で構成することができる。
さらに、支持部及び燃料ガス噴出ノズルより外径側で、燃料ガス供給用貫通孔の内径側に、第２スリーブを備えることにより、燃料ガス供給ライン側からの割れの発生（連通部の形成）を抑制することができ、さらに、長期に渡って安定した燃焼を行うことができる燃焼設備構造を得ることができる。

炉壁の構成材としては、コージェライト又はムライト系耐火物を採用することで、特別な耐火材を使用することなく、汎用の炉構成材を使用して、信頼性の高い炉を得ることができる。
即ち、本発明により、廉価な炉壁材を使用して信頼性の高い燃焼設備を得ることができるとともに、例え、燃料ガス供給ライン側から割れが発生したとしても、燃焼前の燃料ガスと燃焼用酸素含有ガスの混合による燃焼不良を防止できる構造を得ることができた。

第１実施形態の構成を示す図 第２実施形態の構成を示す図 別実施形態の構成を示す図 燃料供給ラインに対して、様々な位置関係に配置された酸素含有ガス供給ラインの構成を示す図 従来構成を示す図

以下、本願に係る燃焼設備構造を採用した加熱炉のバーナ部１に関して説明する。
１ 第１実施形態
図１は、先に説明した図５と同様な第１実施形態の断面図（ａ）及び、炉内からバーナ部を見た図（ｂ）である。
先の例と同様に、バーナ部１は、燃料ガス供給ライン２の近傍に酸素含有ガス供給ライン３を単数又は複数備えて構成されており、燃料ガス供給ライン２より供給される燃料ガスｇ１と酸素含有ガス供給ライン３より供給される酸素含有ガスｇ２とが炉４内で混合されて燃焼するように構成されている。炉壁５は、コージェライト又はムライト系耐火物から構成されている。

燃料ガス供給ライン２は、燃料ガス噴出ノズル６を先端に備えるとともに、基端側に当該燃料ガス噴出ノズル６の支持部７を備えて構成されており、この支持部７の一部と燃料ガス噴出ノズル６が、炉壁５に穿たれた燃料ガス供給用貫通孔８に埋め込まれた構成が採用されている。

さらに具体的には、燃料ガス供給ライン２の燃料ガス噴出ノズル６は、炉壁５の炉空間側端面５ａより壁内に引退して備えられ、酸素含有ガス供給ライン３と炉壁５との間にクロム含有耐熱合金からなる第１スリーブ９を配設して構成されている。この第１スリーブ９は、図１に示すように、炉壁５の厚み方向（図１に示すＡ方向）全幅に渡って配設されている。

このような構成を採用することにより、たとえ、炉壁５に穿たれた燃料ガス供給用貫通孔８の内面から割れ１１が酸素含有ガス供給ライン３側に延びたとしても、その割れ１１が酸素含有ガス供給ライン３に連通することを防止でき、適切な点火、燃焼ができなくなるのを避けることができる。

２ 第２実施形態
図２は、先に説明した図５と同様な第２実施形態の断面図（ａ）及び、炉内からバーナ部を見た図（ｂ）である。
先の例と同様に、バーナ部１は、燃料ガス供給ライン２の近傍に酸素含有ガス供給ライン３を単数又は複数備えて構成されており、燃料ガス供給ライン２より供給される燃料ガスｇ１と酸素含有ガス供給ライン３より供給される酸素含有ガスｇ２とが炉４内で混合されて燃焼するように構成されている。炉壁５は、コージェライト又はムライト系耐火物から構成されている。

燃料ガス供給ライン２は、燃料ガス噴出ノズル６を先端に備えるとともに、基端側に当該燃料ガス噴出ノズル６の支持部７を備えて構成されており、この支持部７の一部と燃料ガス噴出ノズル６が、炉壁５に穿たれた燃料ガス供給用貫通孔８に埋め込まれた構成が採用されている。

さらに具体的には、燃料ガス供給ライン２の燃料ガス噴出ノズル６は、炉壁５の炉空間側端面５ａより壁内に引退して備えられ、酸素含有ガス供給ライン３と炉壁５との間にクロム含有耐熱合金からなる第１スリーブ９を配設して構成されている。この第１スリーブ９は、図２に示すように、炉壁５の厚み方向（図２に示すＡ方向）全幅に渡って配設されている。

一方、燃料ガス供給ライン２に関して、支持部７及び燃料ガス噴出ノズル６より外径側で、燃料ガス供給用貫通孔８の内径側に、炉壁５の厚み方向全幅に渡ってクロム含有耐熱合金からなる第２スリーブ１０が配設されている。

結果、炉壁５に穿たれた燃料ガス供給用貫通孔８の内面８ａから割れが発生しにくく、適切な点火、燃焼ができなくなるのを避けることができる。

別実施形態
（１） 上記の実施形態では、炉壁の厚み方向において、その全幅に第１スリーブ、第２スリーブを設ける例を示したが、本願が問題とする割れは、通常、燃料ガス噴出ノズルより炉室側（炉内側）に発生するため、図３に、第１実施形態で対応して示すように、少なくとも燃料ガス噴出ノズルの先端から炉壁の炉空間側端面までの部位に第１スリーブを設けておけばよい。さらに、第２実施例に対応させる場合は、少なくとも燃料ガス噴出ノズルの先端から炉壁の炉空間側端面までの部位に第１スリーブ及び第２スリーブを設けておけばよい。
（２） 上記の実施形態では、単一の燃料ガス供給ラインに対して、その右側に上下一対の酸素含有ガス供給ラインを設ける例を示したが、図４（ａ）に示すように、燃料ガス供給ラインに対して、上下左右に酸素含有ガス供給ラインを設ける構成としてもよいし、図４（ｂ）の示すように、左右に上下一対としてもよいし、図４（ｃ）、図４（ｄ）に示すように、上下、若しくは左右に一対、設けるものとしてもよい。
（３） さらに、上記の実施形態では、両ガスの供給ラインの断面形状が円であるものを示したが、四角、或いは三角等任意の形状であってもよい。
（４） さらに、第１スリーブ、第２スリーブの構成材としては、クロム含有耐熱合金の他、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄のファインセラミックス、又は、高強度で耐酸化性の高い耐熱合金等を用いることもできる。

１ バーナ部
２ 燃料ガス供給ライン（空気ライン）
３ 酸素含有ガス供給ライン
４ 炉
５ 炉壁
６ 燃料ガス噴出ノズル
７ 支持部
８ 燃料ガス供給用貫通孔
９ 第１スリーブ
１０ 第２スリーブ

Claims (4)

1. 炉内に燃料ガスを供給する燃料ガス供給ラインと、前記燃料ガス供給ラインより供給される燃料ガスの供給領域に燃焼用酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給ラインとを、両者の間に炉壁を介在させて備え、前記燃料ガス供給ラインより供給される燃料ガスと前記酸素含有ガス供給ラインより供給される酸素含有ガスとを炉内で混合して燃焼する燃焼設備構造であって、
   前記燃料ガス供給ラインの燃料ガス噴出ノズルを、炉壁の炉空間側端面より壁内に引退して備え、
   少なくとも前記燃料ガス噴出ノズルの先端から前記炉壁の炉空間側端面までの部位で、前記酸素含有ガス供給ラインと炉壁との間に、クロム含有耐熱合金、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄のファインセラミックスから選択される一種からなる第１スリーブを配設した燃焼設備構造。
2. 前記炉壁の厚み方向全幅に渡って前記第１スリーブを配設した請求項１記載の燃焼設備構造。
3. 前記燃料ガス供給ラインが、前記燃料ガス噴出ノズルを先端に備えるとともに、基端側に前記燃料ガス噴出ノズルの支持部を備えて構成され、
   前記支持部の少なくとも一部及び前記燃料ガス噴出ノズルが配設される燃料ガス供給用貫通孔を、前記炉壁に備えて構成され、
   前記支持部及び前記燃料ガス噴出ノズルより外径側で、前記燃料ガス供給用貫通孔の内径側に、炉壁の厚み方向全幅に渡ってクロム含有耐熱合金、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄のファインセラミックスから選択される一種からなる第２スリーブを配設した請求項１又は２記載の燃焼設備構造。
4. 前記炉壁が、コージェライト又はムライト系耐火物からなる請求項１〜３の何れか一項記載の燃焼設備構造。

Images