JP6122273B2 - バーナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、放散塔の周縁に取付けられ、放散塔から大気中に放散される可燃性ガスを燃焼するバーナ装置に関する。

従来、例えば高炉から発生する高炉ガスなどの可燃性ガスを放散する放散塔の周縁には複数のバーナ装置が設けられ、放散される可燃性ガスを連続的に燃焼処理する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１７１０２３号公報

特許文献１に記載の発明は、放散塔でのガス爆発を確実に回避することを目的にしたシールガスの供給方法に特徴を有するものであるので、バーナ装置そのものに関しては詳細に記載されていない。

バーナ装置に関しては、例えば、図７に示すようなものが一般的に知られている。
これは４機のバーナ装置が、放散塔１００の周縁で略等間隔にサポートガイド１１を介して取付けられたもので、ガスミキサー１２によって燃焼用のブタンガスとともに１次空気が混合された気体が供給されるガス管１０の先端部１０ａが放散塔１００の頂部で放散塔１００の内方側に略４５度の角度で傾けられ、しかもガス管１０の先端部１０ａには着火された火炎（図示しない）を包囲する円筒状の保炎筒１５が設けられている。保炎筒１５もガス管１０の先端部１０ａと同様に略４５度の角度で傾けられている。
また、保炎筒１５の内部には着火用の点火器１６と温度検出用の熱電対１７が設けられている。
さらに、保炎筒１５の周面後側には複数の孔１５ａが設けられ、２次空気を保炎筒１５内に自然吸気するようになっている。

しかしながら、図７で示したような従来の技術では、燃焼放散中にバーナが失火するといった問題がある。
失火の原因としては２次空気の不足があげられる。
燃焼用のガスと１次空気が混合された気体は、逆火を防ぐため空気が不足した状態で供給されている。ガス管１０の先端部１０から保炎筒１５内に吐出された気体に、二次空気が供給されることで完全燃焼する。
このとき、２次空気は自然吸気であるため、放散塔の頂部に強風が吹くと吸込口である孔１５ａの部分が負圧になって安定して２次空気が供給されないといった問題がある。また、１次空気及び２次空気の流れが悪いと大気粉塵が保炎筒１５内に沈着しやすいといった問題もある。

特に、放散塔１００の周縁に取付けられたバーナ装置は例えば５０ｍといった高所にあるため、保炎筒１５にたまったススや大気粉塵の除去などのメンテナンス時には作業者が放散塔１００の頂上まで上って、保炎筒１５の取り外し、分解、清掃、組立、組みつけの作業をしなければならないので、安全上短時間で作業が済むようにしなければならない。
そのため、保炎筒１５に大掛かりな装置や器具を取り付けたり、保炎筒１５の内部構造を複雑にすることができず、従来品と同等に簡素な構造にしなければならないという制約がある。

そこで、本発明の目的とするところは、安定的な燃焼を保持し得る、かつ簡素な構造のバーナ装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明のバーナ装置は、放散塔（１００）の周縁に取付けられ前記放散塔（１００）から大気中に放散される可燃性ガスを燃焼するもので、燃焼用ガスとともに１次空気が供給されるガス管（１０）の先端部（１０ａ）が前記放散塔（１００）の頂部で放散塔（１００）の内方側に傾けられ、前記ガス管（１０）の先端部（１０ａ）の至端で着火された火炎を包囲する保炎筒（２５，３５）が設けられ、しかも前記保炎筒（２５，３５）の内部に２次空気が取り込まれるようにしてなるバーナ装置であって、
前記保炎筒（２５，３５）は前記ガス管（１０）の径より大径で前面（２５ａ）が開放された略円筒形状で、その円形後面（２５ｂ）の中心から差し込まれた前記ガス管（１０）の先端部（１０ａ）を環状に囲むように設けられるとともに、
前記２次空気を強制吸気して圧縮空気で前記保炎筒（２５，３５）の内部に２次空気供給管（２０）を介して送るエア供給装置（２１，２２）を備え、前記エア供給装置（２０，２１，２２）は、大気を取り込むことにより前記圧縮空気を増倍させる空気増倍器（２２）を有することを特徴とする。

また、本発明のバーナ装置は、前記保炎筒（２５，３５）内で前記ガス管（１０）の先端部（１０ａ）の至端より後側に設けられ、前記エア供給装置（２１，２２）によって送られる２次空気の渦流を抑制して均一に整流化する多孔整流板（３０）を備えることを特徴とする。

さらに、本発明のバーナ装置は、前記２次空気は、前記保炎筒（２５）の円形後面（２５ｂ）の接線方向に設けられた導入管（２５Ｘ）から旋回流状態で前記保炎筒（２５）の内部に送られることを特徴とする。

また、本発明のバーナ装置は、前記２次空気は、前記保炎筒（２５）の円形後面（２５ｂ）から斜めに挿入された一本又は二本以上の導入管（２０Ｊ，２０Ｋ）から旋回流状態で前記保炎筒（２５）の内部に送られることを特徴とする。

また、本発明のバーナ装置は、前記２次空気は、前記２次空気供給管（２０）から先端が複数に分けられしかも前記保炎筒（３５）の円形後面（３５ｂ）から前記ガス管（１０）の先端部（１０ａ）を中心にして等間隔に配置された分配管（２０Ａ〜２０Ｈ）から直流状態で前記保炎筒（３５）の内部に送られることを特徴とする

なお、括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に記載された対応要素または対応事項を示す。

本発明のバーナ装置によれば、略円筒形状でその円形後面の中心から差し込まれたガス管の先端部を環状に囲むように設けられた保炎筒の内部に、２次空気を強制吸気して圧縮空気で確実に送るようにしたので、従来例で示したように、ガス管から１次空気が送り込まれなくなったりあるいは送り込まれてもその量が少ないといった事態が発生したとしても、火炎が失火することはなく安定した燃焼処理を実施することができる。すなわち、２次空気を従来の自然吸気から強制吸気方式に変更することによって１次空気が変動したとしても２次空気によって連続的に完全燃焼させることができる。
また、本発明によれば、エア供給装置は、大気を取り込むことにより圧縮空気を増倍させる空気増倍器を有するので２次空気として圧縮空気だけを供給する場合と比較してコスト的に有利である。

また、本発明によれば、保炎筒内に多孔整流板を設けて２次空気の渦流を抑制して均一に整流化するようにしたので、火炎のゆらぎをなくしてさらに安定した燃焼処理を実施することができる。

さらに、本発明によれば、２次空気は、保炎筒の円形後面の接線方向に設けられた一本の導入管から旋回流状態で保炎筒の内部に送られるので、全周に均一でしかも流速が高められた空気が供給される。これによれば、流速が高められた空気によって特に傾斜された保炎筒内に溜まり易いススや大気粉塵を保炎筒から外に排出させやすい。そして、その後、多孔整流板を通過させることよって均一で整流化された空気が供給されるのでさらに安定した燃焼処理を実施することができる。

また、本発明によれば、２次空気は、保炎筒の円形後面から斜めに挿入された一本又は二本以上の導入管から旋回流状態で保炎筒の内部に送られるので、全周に均一でしかも流速が高められた空気が極めて簡単な機構で供給される。

また、本発明によれば、２次空気は、２次空気供給管から先端が複数に分けられた分配管から直流状態で保炎筒の内部に送られ、しかも分配管はガス管の先端部を中心にして等間隔に配置されているので、保炎筒内に特に多孔整流板を設けなくても均一な流れにすることができる。なお、この場合、保炎筒内に多孔整流板を設けるとさらに均一に整流化された空気流にすることができる。

本発明の実施形態に係るバーナ装置の構成概要を示す側面図である。 図１に示すＡ−Ａ線拡大断面図である。 図１に示す空気増幅器の内部構成を示す拡大断面図である。 図１に示す多孔整流板を示す拡大正面図である。 本発明の実施形態に係る別のバーナ装置のバーナ本体部を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るさらに別のバーナ装置のバーナ本体部を示す斜視図である。 従来例に係るバーナ装置の構成概要を示す側面図である。 本発明の実施形態に係るさらにもう一つ別のバーナ装置のバーナ本体部を示すもので、（ａ）は側面図，（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線拡大断面図である。

図１乃至図４を参照して本発明の実施形態に係るバーナ装置について説明する。なお、従来例と同一箇所には同一符号を付した。

本発明の実施形態に係るバーナ装置は、図１に示すように、放散塔１００の周縁に取付けられ放散塔１００から大気中に放散される高炉ガス（可燃性ガス）を燃焼するものであり、ここでは放散塔１００の頂部において周方向に略等間隔で４機のバーナ装置がサポートガイド１１を介してそれぞれ取付けられている。

バーナの本体部は、主に、燃焼用のブタンガスと１次空気が混合された気体が供給されるガス管１０の先端部１０を保炎筒１５で覆う部分である。保炎筒１５の内部に設けられた着火用の点火器１６によってガス管１０の先端部１０の至端に火炎（図示しない）が着火されると、火炎は保炎筒１５によって保護される。
ガス管１０の先端部１０ａは、放散塔１００の頂部で放散塔１００の内方側に略４５度の角度で傾けられ、火炎を包囲する保炎筒１５もガス管１０の先端部１０ａと同様に略４５度の角度で上向きに傾けられている。

保炎筒２５は、ガス管１０の径より大径で前面２５ａ（図１では斜め上方を向いた面）が開放されるとともに後面２５ｂ（図１では斜め下方を向いた面）は閉鎖された略円筒形状をしていて、その円形後面２５ｂの中心から差し込まれたガス管１０の先端部１０ａを環状に囲むように設けられている。保炎筒２５の前後方向の長さは後面２５ｂの直径よりも長く全体的に細長くしている。
また、図２に示すように、保炎筒２５の円形後面２５ｂの接線方向には一本の導入管２５Ｘが設けられている。

ガス管１０に供給されるブタンガスと１次空気は、従来例（図７）で示したものと同様に、下流側に設けられたガスミキサー１２によって混合される。このとき、１次空気は、ガスミキサー１２によって強制的に吸気されるようになっている。

そして、導入管２５Ｘには、２次空気が供給される２次空気供給管２０の上流側先端部２０ａが接続されている。２次空気供給管２０の下流側には、コンプレッサ２１と空気増幅器２２からなるエア供給装置が設けられている。コンプレッサ２１から送られた圧縮空気は減圧弁２６を通して、図３に示すように、空気増幅器２２の圧縮空気供給口２２ａに送られる。図３に示したものは、サンワ・エンタープライズ株式会社製の「ラウンド・ブロー」という商品で、空気増幅器２２の一例としてあげたものであるが、他の空気増幅器を使用してもよい。
空気増幅器２２は、送られた圧縮空気を動力源として周囲の空気（２次空気）を大量に吸引（強制吸気）して増倍された空気（２次空気＋圧縮空気）を保炎筒２５側に向けて吐出するようになっている。この空気増幅器２２は、電源を一切使用することなくバキュームとブローの２つの用途に対応した空気増倍器として機能するものであり、電気ブロアと比較すると騒音を大幅に減少することができしかも圧縮空気の消費量を減少することができるといった特徴を有している。なお、空気増幅器２２の上流側には保炎筒２５側に供給される空気量を測定する流量計２７が設けられている。

このようにして２次空気供給管２０を介し圧縮空気を利用して供給される２次空気は、導入管２５Ｘから周方向に円を描くように旋回流状態で保炎筒２５の内部に投入される。これにより２次空気は、保炎筒２５の内部においてその全周に均一でしかも流速が高められた流れとされている。

また、保炎筒２５内には、図４で示すような、一定の厚みを有するドーナツ状で複数の貫通する孔３０ａが形成された多孔整流板３０が設けられている。多孔整流板３０は、ガス管１０の先端部１０ａの至端と保炎筒２５の後面２５ｂの間に設けられ、２次空気供給管２０及び導入管２５Ｘから保炎筒２５内に旋回流状態で送られた２次空気の渦流を抑制して均一に整流化するはたらきをする。
なお、本実施形態では、多孔整流板３０の厚み（図４では紙面の表裏方向）をｔとし、孔３０ａの直径をｄとした場合、ｔ／ｄ＝０．７となるような多孔整流板３０を採用することで整流効果を高めている。さらに、保炎筒２５の前面２５ａからの多孔整流板３０までの距離をＺとし、保炎筒２５の前面２５ａの直径をＤとした場合、Ｚ＞Ｄとなるような多孔整流板３０を位置決めすることによっても整流効果を高めている。

また、保炎筒１５の内部には温度検出用の熱電対１７が着火用の点火器１６に併設されている。熱電対１７は、ガス管１０の先端部１０ａの至端より前側に設けられた点火器１６よりもさらに前方に設けられ、その温度検出部によって、特に限定されるわけではないが、本実施形態では保炎筒１５の内部中央位置の温度を測定している。

このように構成されたバーナ装置によれば、ガス管１０の先端部１０ａを環状に囲むように設けられた保炎筒２５の内部に、２次空気を従来の自然吸気から強制吸気方式に変更して圧縮空気で確実に送るようにしたので、従来例で示したように、ガス管１０から１次空気が送り込まれなくなったりあるいは送り込まれてもその量が少ないといったように１次空気の量が変動したとしても、火炎を失火させることなく安定した燃焼処理を途切れなく実施することができる。
また、２次空気は、保炎筒２５の円形後面２５ｂの接線方向に設けられた一本の導入管２５Ｘから旋回流状態で保炎筒２５の内部に送られるので、全周に均一でしかも流速が高められた空気が供給され、その後、多孔整流板３０を通過させることよって均一で整流化された空気が供給されるのでさらに安定した燃焼処理を実施することができる。また、流速が高められた空気によって特に傾斜された保炎筒２５内に溜まり易いススや大気粉塵を保炎筒２５から外に排出させることができる。

また、エア供給装置として機能する空気増幅器２２は、圧縮空気だけを供給するのではなく、大気（空気）を大量に取り込み圧縮空気とともに吐出するので、２次空気として圧縮空気だけを供給する場合と比較してコスト的に有利である。

なお、本発明の実施形態では、２次空気を保炎筒２５に設けられた一本の導入管２５Ｘから旋回流状態で保炎筒２５の内部に送るようにしたが、図５及び図６に示すように、２次空気供給管２０から先端が複数に分けられしかも保炎筒３５の円形後面３５ｂからガス管１０の先端部１０ａを中心にして周方向に等間隔に配置された分配管２０Ａ〜２０Ｈから直流状態で保炎筒３５の内部に送るようにしてもよい。なお、分岐点については図示を省略した。
分配管の数は特に限定されるものではなく、図５では８本の分配管２０Ａ〜２０Ｈ，図６では４本の分配管２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅ，２０Ｇを使用した例を示した。

これによれば、２次空気は、２次空気供給管２０から先端が複数に分けられた分配管２０Ａ〜２０Ｈから直流状態で保炎筒３５の内部に送られ、しかも分配管２０Ａ〜２０Ｈはガス管１０の先端部１０ａを中心にして等間隔に配置されているので、図５に示したように、保炎筒３５内に特に多孔整流板３０を設けなくても均一な流れにすることができる。なお、図６に示したように、保炎筒３５内に多孔整流板３０を設けるとさらに均一に整流化された空気流にすることができる。また、図１に示した場合において多孔整流板３０を設けないようにすることも考えられる。

さらに、図８に示すように、保炎筒２５の円形後面２５ｂから二本の導入管２０Ｊ，２０Ｋを斜めに挿入することによって、二次空気を旋回流状態で保炎筒２５の内部に送るようにしてもよい。二本の導入管２０Ｊ，２０Ｋは、２次空気供給管２０から先端が分岐したものであり、互いに平行で保炎筒２５の中心から等間隔の位置に設けられている。なお、分岐点については図示を省略した。
導入管２０Ｊ，２０Ｋの先端は、図８（ｂ）に示したように矢印Ｔ，Ｓの方向に、すなわち内周面側により近接する方向にそれぞれ向けるようにしてもよい。また、ここでは二本の導入管２０Ｊ，２０Ｋを示したが、保炎筒２５の円形後面２５ｂから導入管を斜めに挿入することで二次空気を旋回流状態で保炎筒２５の内部に送ることができれば導入管は一本でも二本以上でもよく、また配置位置も限定されるものではない。
これによれば、全周に均一でしかも流速が高められた２次空気を極めて簡単な機構で供給することできる。

１０ ガス管
１０ａ 先端部
１１ サポートガイド
１２ ガスミキサー
１５ 保炎筒
１５ａ 孔
１６ 点火器
１７ 熱電対
２０ ２次空気供給管
２０ａ 先端部
２０Ａ〜２０Ｈ 分配管
２０Ｊ，２０Ｋ 導入管
２１ コンプレッサ
２２ 空気増幅器
２２ａ 圧縮空気供給口
２５ 保炎筒
２５ａ 前面
２５ｂ 後面
２５Ｘ 導入管
２６ 減圧弁
２７ 流量計
３０ 多孔整流板
３０ａ 孔
３５ 保炎筒
３５ａ 前面
３５ｂ 後面
１００ 放散塔

Claims (5)

1. 放散塔の周縁に取付けられ前記放散塔から大気中に放散される可燃性ガスを燃焼するもので、燃焼用ガスとともに１次空気が供給されるガス管の先端部が前記放散塔の頂部で放散塔の内方側に傾けられ、前記ガス管の先端部の至端で着火された火炎を包囲する保炎筒が設けられ、しかも前記保炎筒の内部に２次空気が取り込まれるようにしてなるバーナ装置であって、
   前記保炎筒は前記ガス管の径より大径で前面が開放された略円筒形状で、その円形後面の中心から差し込まれた前記ガス管の先端部を環状に囲むように設けられるとともに、
   前記２次空気を強制吸気して圧縮空気で前記保炎筒の内部に２次空気供給管を介して送るエア供給装置を備え、前記エア供給装置は、大気を取り込むことにより前記圧縮空気を増倍させる空気増倍器を有することを特徴とするバーナ装置。
2. 前記保炎筒内で前記ガス管の先端部の至端より後側に設けられ、前記エア供給装置によって送られる２次空気の渦流を抑制して均一に整流化する多孔整流板を備えることを特徴とする請求項１に記載のバーナ装置。
3. 前記２次空気は、前記保炎筒の円形後面の接線方向に設けられた導入管から旋回流状態で前記保炎筒の内部に送られることを特徴とする請求項１又は２に記載のバーナ装置。
4. 前記２次空気は、前記保炎筒の円形後面から斜めに挿入された１本又は２本以上の導入管から旋回流状態で前記保炎筒の内部に送られることを特徴とする請求項１又は２に記載のバーナ装置。
5. 前記２次空気は、前記２次空気供給管から先端が複数に分けられしかも前記保炎筒の円形後面から前記ガス管の先端部を中心にして等間隔に配置された分配管から直流状態で前記保炎筒の内部に送られることを特徴とする請求項１又は２に記載のバーナ装置。