JP6521905B2

JP6521905B2 - ラジアントチューブバーナーユニット及び工業炉

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Publication number: JP6521905B2
Application number: JP2016113151A
Authority: JP
Inventors: 健介川端; 毅有松; 寿雄惠上
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2036-06-07
Also published as: JP2017219235A; TW201743013A; WO2017212744A1; TWI746538B; TWI736499B; TW202129199A

Description

本発明は、ラジアントチューブの一端部における燃焼バーナー部に燃料ガスと燃焼用空気とを供給し、前記の燃焼バーナー部において燃料ガスをラジアントチューブ内で燃焼させて、燃焼後の燃焼排ガスをラジアントチューブの他端部から排出させるラジアントチューブバーナーを備えたラジアントチューブバーナーユニット及びこのようなラジアントチューブバーナーユニットが複数設けられた工業炉に関するものである。特に、前記のようなラジアントチューブバーナーユニットにおいて、燃焼バーナー部に燃料ガスと燃焼用空気とを供給して、燃料ガスをラジアントチューブ内で燃焼させ、燃焼後の燃焼排ガスをラジアントチューブの他端部から外部に排出させるにあたり、燃焼排ガス中に有害な窒素酸化物（以下、ＮＯｘという。）や、またＣＯガスや炭化水素ガス（ＨＣ）等の未燃成分ガスが含まれた状態で、燃焼排ガスが外部に排出されるのを防止すると共に、燃焼排ガスの熱を有効に利用するようにした点に特徴を有するものである。

従来から、加熱炉や熱処理炉等の工業炉においては、被加熱物を加熱させるにあたり、火炎が被加熱物に接触して、被加熱物が酸化されたりするのを防止するため、ラジアントチューブバーナーを備えたラジアントチューブバーナーユニットが利用されている。

そして、このようなラジアントチューブバーナーユニットにおいては、一般に、ラジアントチューブの一端部における燃焼バーナー部に燃料ガスと燃焼用空気とを供給し、前記の燃焼バーナー部において燃料ガスと燃焼用空気とを混合させて、燃料ガスをラジアントチューブ内で燃焼させ、燃焼後の燃焼排ガスをラジアントチューブの他端部から排出させるようになっている。

ここで、前記のラジアントチューブバーナーにおいて、前記のように燃焼バーナー部において燃料ガスを燃焼用空気と混合させて、燃料ガスをラジアントチューブ内において燃焼させるにあたり、燃焼排ガスに含まれるＮＯｘを減量化するために、燃料ガスに対する燃焼用空気の量を少なくし、空気比μ（実際の空気量／理論空気量）を１．０以下にして燃焼を行うと、燃焼排ガス中にＣＯガスや炭化水素（ＨＣ）ガス等の未燃成分ガスが多く残り、この未燃成分ガスがラジアントチューブの他端部から外部に排出されてしまい、安全性や環境の点において問題があった。

一方、燃料ガスに対する燃焼用空気の量を多くし、空気比μが１．０を超えるようにして燃焼を行うと、燃焼排ガス中に未燃成分ガスが残るのが抑制されるが、燃焼時にＮＯｘが多く発生し、ＮＯｘを多く含む燃焼排ガスがラジアントチューブの他端部から外部に排出されて、環境を大きく害するという問題があった。特に、近年においては、燃焼排ガス中におけるＮＯｘを大幅に低減させることが要望されている。

そして、近年においては、特許文献１に示されるように、ラジアントチューブバーナーからの燃焼排ガスを、窒素酸化物還元触媒を用いて浄化し、得られたＮＯｘ浄化ガスに空気比が１．０以上となるように燃焼用空気を添加した後、更に酸化触媒を用いて未燃成分を酸化除去させるようにしたものが提案されている。

ここで、特許文献１に示されるものにおいては、窒素酸化物還元触媒を収容させた第１の排ガス処理部と、酸化触媒を収容させた第２の排ガス処理部とを設けると共に、この第１の排ガス処理部と第２の排ガス処理部との間に空気を供給させることが必要になり、装置が複雑になって大型化する等の問題があった。

また、排ガス処理の一つとしては、三元触媒によって、安全、環境、人体などに悪影響なＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを酸化、還元し、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２、Ｎ_２に変化させて浄化するものが知られている。

また、従来においては、ラジアントチューブバーナーを備えたラジアントチューブバーナーユニットにおいて、燃料ガスをラジアントチューブ内で燃焼させた後における燃焼排ガスの熱を利用するため、特許文献２に示されるように、燃焼排ガスを排出させるラジアントチューブの排出側の端部に熱交換手段を設け、燃焼バーナー部に供給する燃焼用空気を燃焼排ガスの熱によって加熱させ、このように加熱された燃焼用空気を燃料ガスと混合させて燃焼バーナー部において燃焼させるようにして、燃焼排ガスの熱を利用するようにしたものが提案されている。

しかし、特許文献２に示されるものにおいては、前記のように燃焼排ガスに含まれるＮＯｘを軽減させたり、燃焼排ガス中にＣＯガスや炭化水素（ＨＣ）ガス等の未燃成分ガスが多く残ったりするのを解決することについては一切示されておらず、これらの問題を解決することはできないものである。

特開２００１−２４１６１９号公報特開平９−２１０３０５号公報

本発明は、ラジアントチューブの一端部における燃焼バーナー部に燃料ガスと燃焼用空気とを供給し、前記の燃焼バーナー部において燃料ガスをラジアントチューブ内で燃焼させて、燃焼後の燃焼排ガスをラジアントチューブの他端部から排出させるラジアントチューブバーナーを備えたラジアントチューブバーナーユニットにおける前記のような問題を解決することを課題とするものである。

すなわち、本発明におけるラジアントチューブバーナーユニットにおいては、燃料ガスを燃焼バーナー部において燃焼用空気と混合させて、ラジアントチューブ内において燃焼させた後、燃焼排ガスをラジアントチューブの他端部から外部に排出させるにあたり、燃焼排ガス中に有害なＮＯｘや、またＣＯガスや炭化水素（ＨＣ）ガス等の未燃成分ガスが含まれた状態で、燃焼排ガスが外部に排出されるのを適切に防止すると共に、燃焼排ガスの熱を有効に利用できるようにすることを課題とするものである。

本発明に係るラジアントチューブバーナーユニットにおいては、前記のような課題を解決するため、ラジアントチューブの一端部における燃焼バーナー部に燃料ガスと燃焼用空気とを供給し、前記の燃焼バーナー部において燃料ガスをラジアントチューブ内で燃焼させて、燃焼後の燃焼排ガスをラジアントチューブの他端部から排出させるラジアントチューブバーナーを備えたラジアントチューブバーナーユニットにおいて、前記のラジアントチューブにおける燃焼排ガスの排出方向下流側の位置に、三元触媒を収容させた排ガス処理部を設けると共に、前記の排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に、燃焼排ガスの熱によって燃焼バーナー部に供給する燃焼用空気を加熱させる第１熱交換手段を設け、さらに前記の排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向下流側の位置に、排ガス処理部から排出される燃焼排ガスの熱によって燃焼バーナー部に供給する燃焼用空気を加熱させる第２熱交換手段を設けると共に、前記の燃焼バーナー部に供給する燃料ガスの一部を前記の排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に導く燃料ガス案内路と、この燃料ガス案内路を通して案内する燃料ガスの量を制御する制御手段とを設けた。

そして、前記のラジアントチューブバーナーユニットにおいては、ラジアントチューブ内で燃料ガスを燃焼させた後の燃焼排ガスを前記の排ガス処理部に導き、この排ガス処理部に収容された三元触媒により、燃焼排ガスに含まれるＮＯｘを燃焼排ガスに含まれる未燃成分ガスによって還元させるようにする。

ここで、前記のように燃焼バーナー部に燃料ガスと燃焼用空気とを供給するにあたり、燃料ガスに対する燃焼用空気の量を少なくして、空気比μを１．０以下にすると、燃焼時に発生するＮＯｘの量が少なくなって燃焼排ガスに含まれるＮＯｘが減少し、更にその燃焼排ガスに含まれるＮＯｘが前記の三元触媒により燃焼排ガスに含まれる未燃成分ガスによって十分に還元されるようになる。

また、前記のラジアントチューブバーナーユニットにおいては、排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に設けた第１熱交換手段において、燃焼バーナー部に供給する燃焼用空気を燃焼排ガスの熱によって加熱させると共に、排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向下流側の位置に設けた第２熱交換手段において、燃焼バーナー部に供給する燃焼用空気を燃焼排ガスの熱によって加熱させるようにする。このようにすると、第１熱交換手段と第２熱交換手段とにおいて、燃焼バーナー部に供給される燃焼用空気が燃焼排ガスの熱により加熱され、燃焼排ガスの熱が有効に利用されるようになる。

ここで、前記のラジアントチューブバーナーユニットにおいては、前記の第２熱交換手段において加熱された燃焼用空気を前記の第１熱交換手段に導き、この第１熱交換手段において、第２熱交換手段から導かれた加熱された燃焼用空気を燃焼排ガスの熱によりさらに加熱させて、前記の燃焼バーナー部に供給させるようにすることもできる。

また、本発明に係るラジアントチューブバーナーユニットにおいては、前記のように燃焼バーナー部に供給する燃料ガスの一部を、前記の排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に導く燃料ガス案内路と、この燃料ガス案内路を通して案内する燃料ガスの量を制御する制御手段とを設けるようにした。

そして、このように燃料ガス案内路を通して案内する燃料ガスの量を制御する制御手段を設けた場合、この制御手段において、前記の燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物の量に対応させて、燃料ガス案内路を通して案内する燃料ガスの量を制御させるようにする。

ここで、前記のように燃焼バーナー部に燃料ガスと燃焼用空気とを供給するにあたり、燃料ガスに対する燃焼用空気の量が多くなった状態で、燃料ガスを前記の燃焼バーナー部において燃焼させた結果、燃焼排ガス中にＮＯｘが多く含まれるようになった場合には、前記の制御手段により燃料ガス案内路を通して前記の三元触媒を収容させた排ガス処理部に導かれる前に適当量の燃料ガスを供給させるようにすることができる。このようにすると、ＮＯｘが多く含まれる燃焼排ガスと適当量の燃料ガスとが一緒になって排ガス処理部に導かれ、前記の三元触媒の作用によって、燃焼排ガス中におけるＮＯｘが十分に還元されて排出されるようになる。

また、本発明に係る前記のラジアントチューブバーナーユニットにおいては、ラジアントチューブの一端部における燃焼バーナー部に燃料ガスと燃焼用空気とを供給し、前記の燃焼バーナー部において燃料ガスをラジアントチューブ内で燃焼させて、燃焼後の燃焼排ガスをラジアントチューブの他端部から排出させるラジアントチューブバーナーを備えたラジアントチューブバーナーユニットにおいて、前記のラジアントチューブにおける燃焼排ガスの排出方向下流側の位置に、三元触媒を収容させた排ガス処理部を設けると共に、前記の排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に、燃焼排ガスの熱によって燃焼バーナー部に供給する燃焼用空気を加熱させる第１熱交換手段を設け、さらに前記の排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向下流側の位置に、排ガス処理部から排出される燃焼排ガスの熱によって燃焼バーナー部に供給する燃焼用空気を加熱させる第２熱交換手段を設けると共に、前記の排ガス処理部と前記の第２熱交換手段との間に、前記の排ガス処理部から排出された燃焼排ガスに含まれる未燃成分ガスを燃焼させる後燃焼装置を設けた。このようにすると、排ガス処理部において処理された燃焼排ガス中に未燃成分ガスが残っていても、この未燃成分ガスが前記の後燃焼装置により燃焼されてＣＯ_２やＨ_２Ｏに酸化され、燃焼排ガス中に未燃成分ガスが残った状態で排出されるのが防止されると共に、このように後燃焼装置により燃焼された燃焼排ガスが前記の第２熱交換手段に導かれ、この第２熱交換手段において、燃焼バーナー部に供給する燃焼用空気が、後燃焼装置により燃焼された燃焼排ガスの熱によってさらに十分に加熱されるようになり、燃焼排ガスの熱がさらに効率よく利用されるようになる。

また、本発明に係る工業炉においては、ラジアントチューブバーナーユニットを複数設けるにあたり、前記のようなラジアントチューブバーナーユニットを複数設けるようにした。

ここで、前記の工業炉においては、各ラジアントチューブバーナーユニットにおける各排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向下流側の位置に、各排ガス処理部から排出される燃焼排ガスの熱によって、各ラジアントチューブバーナーユニットにおける燃焼バーナー部に供給する燃焼用空気を加熱させる１つの第２熱交換手段を設けるようにすることができる。

本発明におけるラジアントチューブバーナーユニットにおいては、燃焼バーナー部に燃料ガスと燃焼用空気とを供給し、燃料ガスをラジアントチューブ内で燃焼させて、燃焼後の燃焼排ガスをラジアントチューブの他端部から排出させるにあたり、前記のように燃焼排ガスを三元触媒が収容された排ガス処理部に導いて、燃焼排ガス中における有害なＮＯｘや、ＣＯガスや炭化水素（ＨＣ）ガスからなる未燃成分ガスを処理すると共に、前記の排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に設けた第１熱交換手段によって、燃焼バーナー部に供給する燃焼用空気を燃焼排ガスの熱によって加熱させ、さらに排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向下流側の位置に設けた第２熱交換手段によって、燃焼バーナー部に供給する燃焼用空気や予備加熱帯における雰囲気ガスを排ガス処理部から排出された燃焼排ガスの熱によって加熱させるようにした。

この結果、本発明におけるラジアントチューブバーナーユニットにおいては、燃料ガスを燃焼用空気と混合させて、ラジアントチューブ内において燃焼させた場合に、燃焼排ガス中におけるＮＯｘや未燃成分ガスが排ガス処理部において適切に処理され、燃焼排ガス中にＮＯｘや未燃成分ガスが含まれない安全な状態で、燃焼排ガスを外部に適切に排出できるようになると共に、第１熱交換手段と第２熱交換手段とにおいて、燃焼バーナー部に供給される燃焼用空気や予備加熱帯における雰囲気ガスが燃焼排ガスの熱により十分に加熱され、燃焼排ガスの熱が有効に利用されるようになる。

本発明の実施形態に使用する参考形態に係るラジアントチューブバーナーユニットを工業炉に設けた状態を示した概略説明図である。前記の実施形態に係るラジアントチューブバーナーユニットにおいて、排ガス処理部と第２熱交換手段との間に、排ガス処理部から排出される燃焼排ガスに含まれる未燃成分ガスを燃焼させる後燃焼装置を設けた第１の変更例を示した概略説明図である。前記の実施形態に係るラジアントチューブバーナーユニットにおいて、燃焼バーナー部に供給する燃料ガスの一部を排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に導く燃料ガス案内路と、この燃料ガス案内路を通して案内する燃料ガスの量を制御する制御手段とを設けると共に、排ガス処理部と第２熱交換手段との間に、排ガス処理部から排出される燃焼排ガスに含まれる未燃成分ガスを燃焼させる後燃焼装置を設けた第２の変更例を示した概略説明図である。本発明の実施形態に係る第１の工業炉の使用状態を示した概略説明図である。本発明の実施形態に係る第２の工業炉の使用状態を示した概略説明図である。

以下、本発明の実施形態に係るラジアントチューブバーナーユニット及びラジアントチューブバーナーユニットが複数設けられた工業炉を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係るラジアントチューブバーナーユニット及び工業炉は、下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。

ここで、実施形態に係るラジアントチューブバーナーユニットに使用する図１に示す参考形態に係るラジアントチューブバーナーユニットにおいては、ラジアントチューブバーナー１０におけるラジアントチューブ１１としてＵ字型に形成されたものを用い、このＵ字型になったラジアントチューブ１１を工業炉１の内部に配置させる一方、このラジアントチューブ１１の両端部を、炉壁１ａを通して工業炉１の外部に延出させるようにしている。なお、ラジアントチューブ１１の形状はＵ字型に限られず、Ｗ字型やＩ字型等の公知のどのような形状のものであってもよい。

そして、この実施形態においては、ラジアントチューブ１１の一端側における燃焼バーナー部１２に、燃料ガス供給管２１を通して炭化水素（ＨＣ）ガス等の燃料ガスを供給すると共に、後述する第１熱交換手段３１と第２熱交換手段３２とにおいて、燃焼排ガスの熱により加熱された燃焼用空気を、燃焼用空気供給管２２を通して供給し、この燃焼バーナー部１２において、燃料ガスと加熱された燃焼用空気とを混合させて、燃料ガスをラジアントチューブ１１内で燃焼させ、燃焼後の燃焼排ガスをラジアントチューブ１１の他端部から排気管２３を通して煙突（図示せず）等から排出させるようにしている。

ここで、この実施形態においては、前記の燃焼排ガスを排出させるラジアントチューブ１１の他端部に、三元触媒を収容させた排ガス処理部２４を設け、ラジアントチューブ１１内で燃焼させた後の燃焼排ガスをこの排ガス処理部２４に導いて処理するようにしている。

また、この実施形態においては、燃焼用空気を燃焼排ガスの熱によって加熱させる第１熱交換手段３１として、排ガス処理部２４よりも燃焼排ガスの排出方向上流側におけるラジアントチューブ１１内に第１熱交換部３１を設けると共に、燃焼用空気を燃焼排ガスの熱によって加熱させる第２熱交換手段３２として、排ガス処理部２４よりも燃焼排ガスの排出方向下流側における排気管２３内に第２熱交換部３２を設けるようにしている。なお、この実施形態においては、第１熱交換部３１をラジアントチューブ１１内に設けると共に、第２熱交換部３２を排気管２３内に設けるようにしたが、第１熱交換部３１をラジアントチューブ１１内から取り出した位置や、第２熱交換部３２を排気管２３内から取り出した位置に設けるようにすることもできる。

そして、この実施形態においては、燃焼用空気を、送風装置３３により燃焼用空気案内管３４を通して前記の第２熱交換部３２に導き、この第２熱交換部３２において、燃焼用空気を排ガス処理部２４から導かれた燃焼排ガスの熱によって加熱させ、燃焼用空気を加熱させた後の燃焼排ガスを、前記のように排気管２３を通して排出させるようにしている。

また、前記のように第２熱交換部３２において加熱された燃焼用空気を、第２熱交換部３２よりも下流側における燃焼用空気案内管３４を通して前記の第１熱交換部３１に導き、この第１熱交換部３１において、前記のように加熱された燃焼用空気を排ガス処理部２４に導かれる前の燃焼排ガスの熱によってさらに加熱させ、このように加熱させた燃焼用空気を、前記の燃焼用空気供給管２２を通して燃焼バーナー部１２に供給し、前記のように加熱された燃焼用空気と燃料ガスとを混合させて、燃料ガスを燃焼させるようにしている。

このようにすると、第１熱交換部３１と第２熱交換部３２とにおいて、燃焼排ガスの熱により燃焼用空気が十分に加熱され、この状態で、燃焼バーナー部１２に導かれて燃料ガスが燃焼されるようになり、燃焼排ガスの熱を有効に利用できるようになると共に、前記の第１熱交換部３１において燃焼排ガスと燃焼用空気との間で熱交換が行われて、ラジアントチューブ１１から前記の排ガス処理部２４に導かれる燃焼排ガスの温度が低下し、燃焼排ガスの温度が、排ガス処理部２４に収容させた三元触媒が機能できる温度領域を超えた温度になるのが防止され、三元触媒によって燃焼排ガスを適切に処理できるようになる。なお、三元触媒が機能できる温度領域は約４００℃〜８００℃である。

ここで、前記のラジアントチューブバーナーユニットにおいて、前記の燃焼バーナー部１２に、燃料ガス供給管２１と燃焼用空気供給管２２とを通して燃料ガスと燃焼用空気とを供給するにあたり、燃焼時に発生するＮＯｘの量を少なくするため、燃料ガスに対する燃焼用空気の量を少なくし、例えば、空気比μを１．０以下にして、前記の燃焼バーナー部１２において燃料ガスを燃焼させるようにすることが行われている。

そして、このように燃料ガスに対する燃焼用空気の量を少なくして、燃料ガスを燃焼させると、燃焼排ガスに含まれるＮＯｘが減少すると共に、この燃焼排ガス中にＣＯガスや炭化水素（ＨＣ）ガス等の未燃成分ガスが残るようになる。

ここで、このようにＮＯｘと未燃成分ガスとが残った燃焼排ガスを、ラジアントチューブ１１における燃焼排ガスの排出方向下流側に設けられた前記の排ガス処理部２４に導くと、この排ガス処理部２４に収容された三元触媒により、燃焼排ガスに残ったＮＯｘと未燃成分ガスとが反応して、ＮＯｘがＮ_２に還元されると共に、未燃成分ガスがＣＯ_２やＨ_２Ｏに酸化された状態で排出されるようになる。

そして、このようにＮＯｘと未燃成分ガスとが残った燃焼排ガスを排ガス処理部２４に収容された三元触媒によって処理するようにした場合において、燃料ガスに対する燃焼用空気の量が少なくなると、燃焼排ガス中における未燃成分ガスが多くなって、排ガス処理部２４に収容された三元触媒によって未燃成分ガスが十分に処理されず、排ガス処理部２４から未燃成分ガスが残った燃焼排ガスが排出されるおそれがある。

このため、前記の実施形態に係るラジアントチューブバーナーユニットにおいて、図２に示すように、前記の排ガス処理部２４よりも燃焼排ガスの排出方向下流側で、前記の第２熱交換部３２よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置における排気管２３に後燃焼装置２５を設け、この後燃焼装置２５に対して、後燃焼用燃料ガス供給管２５ａから後燃焼用燃料ガスと、後燃焼用空気供給管２５ｂから後燃焼用空気とを供給させるようにしている。

そして、前記のように排ガス処理部２４から未燃成分ガスが残った燃焼排ガスが排出される場合には、前記の後燃焼装置２５に対して、必要に応じて、後燃焼用燃料ガス供給管２５ａと後燃焼用空気供給管２５ｂとから後燃焼用燃料ガスと後燃焼用空気とを供給して、この後燃焼装置２５により燃焼排ガス中における未燃成分ガスを燃焼させ、未燃成分ガスをＣＯ_２やＨ_２Ｏに酸化させた状態で排出させるようにすることができる。

また、このように後燃焼装置２５により燃焼排ガス中における未燃成分ガスを燃焼させると、この後燃焼によって加熱された燃焼排ガスが前記の第２熱交換部３２に導かれ、この加熱された燃焼排ガスにより、前記のように第２熱交換部３２に導かれた燃焼用空気がさらに加熱されるようになり、後燃焼によって加熱された燃焼排ガスの熱も有効に利用されるようになる。なお、この実施形態においては、燃焼排ガスに残った未燃成分ガスを火炎によって燃焼させる後燃焼装置２５を用いるようにしたが、後燃焼装置２５はこのようなものに限定されず、電気加熱等によって燃焼排ガスに残った未燃成分ガスを燃焼させることもできる。

また、前記のようなラジアントチューブバーナーユニットにおいて、図３に示すように、燃料ガス供給管２１を通して燃焼バーナー部１２に供給する燃料ガスの一部を、前記の排ガス処理部２４よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に導く燃料ガス案内路２６と、この燃料ガス案内路２６を通して排ガス処理部２４よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に案内する燃料ガスの量を制御する制御弁（制御手段）２６ａとを設けるようにすることができる。

そして、このラジアントチューブバーナーユニットにおいては、前記の燃焼バーナー部１２において燃焼された後の燃焼排ガスに含まれるＮＯｘの量に対応させて、前記の制御弁２６ａにより、燃料ガス案内路２６を通して案内する燃料ガスの量を制御するようにしている。

ここで、前記のように燃料ガス供給管２１と燃焼用空気供給管２２とを通して燃焼バーナー部１２に供給する燃料ガスと燃焼用空気とを供給するにあたり、燃焼用空気の量を多くし、例えば、空気比μが１．０を超えるようにして、燃料ガスを前記の燃焼バーナー部１２において燃焼させた場合、十分な量の燃焼用空気によって燃料ガスが燃焼され、燃焼排ガス中におけるＣＯガスや炭化水素（ＨＣ）ガス等の未燃成分ガスが減少する一方、燃焼時にＮＯｘが多く発生して、燃焼排ガス中にＮＯｘが多く含まれるようになる。

そして、このように燃焼排ガス中にＮＯｘが多く含まれるようになった場合には、前記の制御弁２６ａにより、前記の燃料ガス案内路２６を通して排ガス処理部２４よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に案内する燃料ガスの量を制御して、適当量の燃料ガスを排ガス処理部２４よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に供給し、この燃料ガスを前記のＮＯｘが多く含まれる燃焼排ガスと一緒にして、三元触媒を収容させた排ガス処理部２４に導くようにする。このようにすると、排ガス処理部２４に収容された三元触媒の作用によって、燃焼排ガス中におけるＮＯｘが前記のように燃料ガス案内路２６を通して燃料ガスと反応して、ＮＯｘがＮ_２に還元されるようになる。

なお、このように燃料ガス案内路２６を通して燃料ガスを供給するようにした場合において、燃料ガス案内路２６を通して排ガス処理部２４に導かれる燃料ガスの量が多くなって、排ガス処理部２４から未燃成分ガスが残った燃焼排ガスが排出される場合には、前記のように後燃焼装置２５により、排ガス処理部２４から排出された燃焼排ガス中における未燃成分ガスを燃焼させて、ＣＯ_２やＨ_２Ｏに酸化させた状態で排出させるようにすることができる。

次に、図４に示す本発明の実施形態における第１の工業炉１においては、前記の図３に示すラジアントチューブバーナーユニットのように、燃料ガス供給管２１を通して燃焼バーナー部１２に供給する燃料ガスの一部を、前記の排ガス処理部２４よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に導く燃料ガス案内路２６と、この燃料ガス案内路２６を通して排ガス処理部２４よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に案内する燃料ガスの量を制御する制御弁２６ａを設けたラジアントチューブバーナー１０を用い、このようなラジアントチューブバーナー１０を、工業炉１の炉壁１ａに対して複数設けるようにしている。

そして、この第１の工業炉１においては、前記の各ラジアントチューブバーナー１０において、それぞれ排ガス処理部２４から排出される燃焼排ガスを導く各排気管２３を合流させ、このように合流させた排気管２３に前記の後燃焼装置２５を設け、前記のように排ガス処理部２４から未燃成分ガスが残った燃焼排ガスが排出される場合には、各排ガス処理部２４から排出された燃焼排ガス中における未燃成分ガスを、この後燃焼装置２５により燃焼させて、ＣＯ_２やＨ_２Ｏに酸化させるようにしている。

また、この第１の工業炉１においては、前記の後燃焼装置２５よりも燃焼排ガスの排出方向下流側における排気管２３に径が大きくなった径大部２３ａを設け、この径大部２３ａ内に前記の第２熱交換部３２を設け、送風装置３３により燃焼用空気案内管３４を通して、燃焼用空気を前記の第２熱交換部３２に導くようにしている。

そして、この第１の工業炉１においては、前記のように第２熱交換部３２に導かれた燃焼用空気を、この第２熱交換部３２において、前記の径大部２３ａに導かれた排ガス処理部２４からの燃焼排ガスの熱や、前記の後燃焼装置２５における後燃焼された後の燃焼排ガスの熱によって加熱させ、このように燃焼用空気を加熱させた後の燃焼排ガスを、前記の排気管２３を通して煙突２３ｂから排出させるようにしている。

また、前記のように第２熱交換部３２において加熱された燃焼用空気を、第２熱交換部３２よりも下流側における燃焼用空気案内管３４を通して、各ラジアントチューブバーナー１０における前記の第１熱交換部３１に導くようにしている。

そして、この第１熱交換部３１において、前記のように第２熱交換部３２において加熱された燃焼用空気を、排ガス処理部２４に導かれる前の燃焼排ガスの熱によってさらに加熱させ、このように加熱させた燃焼用空気を前記の燃焼用空気供給管２２を通して燃焼バーナー部１２に供給し、前記のように加熱された燃焼用空気と燃料ガスとを混合させて、燃料ガスを燃焼させるようにしている。

なお、図４に示す第１の工業炉１においては、前記のように各ラジアントチューブバーナー１０における排ガス処理部２４から排出される燃焼排ガスを導く各排気管２３を合流させ、このように合流させた排気管２３に後燃焼装置２５と第２熱交換部３２とを設けるようにしたが、前記の図３に示すラジアントチューブバーナーユニットのように、各ラジアントチューブバーナー１０に、それぞれ後燃焼装置２５と第２熱交換部３２とを個別に設けるようにすることもできる。

また、図５に示す本発明の実施形態における第２の工業炉１においては、燃焼用空気を送風装置３３により、各ラジアントチューブバーナー１０における前記の第１熱交換部３１に燃焼用空気案内管３４を通して導き、各第１熱交換部３１において加熱された燃焼用空気を、それぞれ前記の燃焼用空気供給管２２を通して各ラジアントチューブバーナー１０における燃焼バーナー部１２に供給し、各燃焼バーナー部１２において、それぞれ燃料ガスと加熱された燃焼用空気とを混合させて、燃料ガスを各ラジアントチューブ１１内で燃焼させ、燃焼後の燃焼排ガスをラジアントチューブ１１の他端部から排気管２３を通して煙突（図示せず）等から排出させるようにしている。

ここで、この第２の工業炉１においても、前記の図４に示した第１の工業炉１と同様に、図３に示すように、燃料ガス供給管２１を通して燃焼バーナー部１２に供給する燃料ガスの一部を、前記の排ガス処理部２４よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に導く燃料ガス案内路２６と、この燃料ガス案内路２６を通して排ガス処理部２４よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に案内する燃料ガスの量を制御する制御弁２６ａを設けたラジアントチューブバーナー１０を用い、このようなラジアントチューブバーナー１０を、工業炉１の炉壁１ａに対して複数設けるようにしている。

そして、この第２の工業炉１においても、前記の各ラジアントチューブバーナー１０において、それぞれ排ガス処理部２４から排出される燃焼排ガスを導く各排気管２３を合流させ、このように合流させた排気管２３に前記の後燃焼装置２５を設け、前記のように排ガス処理部２４から未燃成分ガスが残った燃焼排ガスが排出される場合には、各排ガス処理部２４から排出された燃焼排ガス中における未燃成分ガスを、この後燃焼装置２５により燃焼させて、ＣＯ_２やＨ_２Ｏに酸化させるようにしている。

また、この第２の工業炉１においても、前記の第１の工業炉１と同様に、前記の後燃焼装置２５よりも燃焼排ガスの排出方向下流側における排気管２３に径が大きくなった径大部２３ａを設け、この径大部２３ａ内に前記の第２熱交換部３２を設けるようにしている。

ここで、第２の工業炉１においては、鋼帯等の長尺状の処理物（図示せず）を連続して処理するために、前記の処理物を予備加熱するため予備加熱帯１ｃを、前記の工業炉１と案内路１ｂを介して連通するように設けている。

そして、この第２の工業炉１においては、前記の予備加熱帯１ｃ内における雰囲気ガスを、送風装置４１により雰囲気ガス循環管４２を通して前記の第２熱交換部３２に導き、この第２熱交換部３２において、前記の径大部２３ａに導かれた排ガス処理部２４からの燃焼排ガスの熱や、前記の後燃焼装置２５における後燃焼された後の燃焼排ガスの熱によって加熱させ、このように加熱された雰囲気ガスを、雰囲気ガス循環管４２を通して予備加熱帯１ｃ内に戻すようにして、予備加熱帯１ｃ内における雰囲気ガスを、第２熱交換部３２において加熱させて循環させるようにしている。

また、このように第２熱交換部３２において雰囲気ガスを加熱させた後の燃焼排ガスを、前記の排気管２３を通して煙突（図示せず）から排出させるようにしている。

なお、前記の第１及び第２の工業炉１においては、図３に示すラジアントチューブバーナーユニットのように、燃料ガス供給管２１を通して燃焼バーナー部１２に供給する燃料ガスの一部を、前記の排ガス処理部２４よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に導く燃料ガス案内路２６と、この燃料ガス案内路２６を通して排ガス処理部２４よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に案内する燃料ガスの量を制御する制御弁２６ａとを設けると共に、各排ガス処理部２４から排出される燃焼排ガスを導く排気管２３に後燃焼装置２５を設けるようにしたが、必ずしもこれらを設ける必要はない。

１：工業炉
１ａ：炉壁
１ｂ：案内路
１ｃ：予備加熱帯
１０：ラジアントチューブバーナー
１１：ラジアントチューブ
１２：燃焼バーナー部
２１：燃料ガス供給管
２２：燃焼用空気供給管
２３：排気管
２３ａ：径大部
２３ｂ：煙突
２４：排ガス処理部
２５：後燃焼装置
２５ａ：燃焼用燃料ガス供給管
２５ｂ：後燃焼用空気供給管
２６：燃料ガス案内路
２６ａ：制御弁（制御手段）
３１：第１熱交換部（第１熱交換手段）
３２：第２熱交換部（第２熱交換手段）
３３：送風装置
３４：燃焼用空気案内管
４１：送風装置
４２：雰囲気ガス循環管

Claims

ラジアントチューブの一端部における燃焼バーナー部に燃料ガスと燃焼用空気とを供給し、前記の燃焼バーナー部において燃料ガスをラジアントチューブ内で燃焼させて、燃焼後の燃焼排ガスをラジアントチューブの他端部から排出させるラジアントチューブバーナーを備えたラジアントチューブバーナーユニットにおいて、前記のラジアントチューブにおける燃焼排ガスの排出方向下流側の位置に、三元触媒を収容させた排ガス処理部を設けると共に、前記の排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に、燃焼排ガスの熱によって燃焼バーナー部に供給する燃焼用空気を加熱させる第１熱交換手段を設け、さらに前記の排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向下流側の位置に、排ガス処理部から排出される燃焼排ガスの熱によって燃焼バーナー部に供給する燃焼用空気を加熱させる第２熱交換手段を設けると共に、前記の燃焼バーナー部に供給する燃料ガスの一部を前記の排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に導く燃料ガス案内路と、この燃料ガス案内路を通して案内する燃料ガスの量を制御する制御手段とを設けたことを特徴とするラジアントチューブバーナーユニット。
ラジアントチューブの一端部における燃焼バーナー部に燃料ガスと燃焼用空気とを供給し、前記の燃焼バーナー部において燃料ガスをラジアントチューブ内で燃焼させて、燃焼後の燃焼排ガスをラジアントチューブの他端部から排出させるラジアントチューブバーナーを備えたラジアントチューブバーナーユニットにおいて、前記のラジアントチューブにおける燃焼排ガスの排出方向下流側の位置に、三元触媒を収容させた排ガス処理部を設けると共に、前記の排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に、燃焼排ガスの熱によって燃焼バーナー部に供給する燃焼用空気を加熱させる第１熱交換手段を設け、さらに前記の排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向下流側の位置に、排ガス処理部から排出される燃焼排ガスの熱によって燃焼バーナー部に供給する燃焼用空気を加熱させる第２熱交換手段を設けると共に、前記の排ガス処理部と前記の第２熱交換手段との間に、前記の排ガス処理部から排出された燃焼排ガスに含まれる未燃成分ガスを燃焼させる後燃焼装置を設けたことを特徴とするラジアントチューブバーナーユニット。
請求項２に記載のラジアントチューブバーナーユニットにおいて、前記の燃焼バーナー部に供給する燃料ガスの一部を前記の排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向上流側の位置に導く燃料ガス案内路と、この燃料ガス案内路を通して案内する燃料ガスの量を制御する制御手段とを設けたことを特徴とするラジアントチューブバーナーユニット。
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のラジアントチューブバーナーユニットにおいて、前記の第２熱交換手段によって加熱された燃焼用空気を前記の第１熱交換手段に導き、この第１熱交換手段において、第２熱交換手段から導かれた加熱された燃焼用空気を燃焼排ガスの熱によりさらに加熱させて、前記の燃焼バーナー部に供給させ、前記の排ガス処理部に収容させた三元触媒により、燃焼排ガスに含まれる窒素酸化物を燃焼排ガスに含まれる未燃成分ガスによって還元させることを特徴とするラジアントチューブバーナーユニット。
ラジアントチューブバーナーユニットが複数設けられた工業炉において、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のラジアントチューブバーナーユニットを用いたことを特徴とする工業炉。
請求項５に記載した工業炉において、前記の各ラジアントチューブバーナーユニットにおける各排ガス処理部よりも燃焼排ガスの排出方向下流側の位置に、各排ガス処理部から排出される燃焼排ガスの熱によって、各ラジアントチューブバーナーユニットにおける燃焼バーナー部に供給する燃焼用空気を加熱させる１つの第２熱交換手段を設けたことを特徴とする工業炉。