JP6571581B2 - リジェネバーナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、リジェネバーナ装置に関するものである。

従来、加熱炉や燃焼炉等の燃焼装置において、省エネルギーを図ることを目的として、炉内で燃焼した燃焼ガスの熱を回収するとともに、燃焼用空気を加熱するようバーナに蓄熱体を設けたリジェネバーナ装置が知られている。そして、特許文献１及び２に示されるように、炉内導入部では、中心に燃料及び空気を供給するバーナが配置され、バーナの周囲に燃焼用空気を供給し、排気熱を回収する給排気管が配置されて、メイン火炎が形成されるものがある。

特開２００７−０２４３３５号公報 特開２０１０−１２７５２５号公報

これらの例では、バーナの燃焼用空気が常温であるため、リジェネバーナ装置のバーナの火炎温度が低く、バーナの火炎と蓄熱体で加熱された燃焼用空気との温度差が大きく、燃焼が不安定となり、バーナの火炎と燃焼用空気とがうまく混合せず、混合に濃淡ができ、その混合の濃淡部分で煤やＮＯｘが発生しやすいという課題があった。

そこで、本発明では、バーナの火炎と蓄熱体で加熱された燃焼用空気との温度差を低減し、バーナの火炎と燃焼用空気との燃焼を安定化させ、煤やＮＯｘの発生を抑制できるリジェネバーナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、
炉内で燃焼した燃焼ガスの熱を回収するとともに、燃焼用空気を加熱するようバーナに蓄熱体を設けたリジェネバーナ装置であって、
火炎を形成するバーナと、
燃焼用空気を供給し、排気熱を回収する給排気管と、を備えており、
前記バーナは、燃料が導入される燃料管と、燃料に加えられるための１次用空気が導入される空気管と、前記燃料管からの燃料と前記空気管からの１次用空気とが合流して炉内に燃料を噴射するよう、炉内に連通する主管と、を備えており、
前記空気管には、１次用空気を加熱する加熱装置が設けられていることを特徴とする。

前記構成によれば、加熱装置によって１次用空気を加熱するので、１次用空気と燃料との混合による燃焼の火炎温度を上昇させることができ、その結果、蓄熱体によって加熱された燃焼用空気との混合による燃焼の火炎を安定的に形成できる。また、１次用空気と燃料との混合による燃焼の火炎温度を上昇させることによって、１次用空気と燃料との混合の流速が大きくなり、蓄熱体によって加熱された燃焼用空気との混合が促進されることによって、煤やＮＯｘの発生割合を低減することができる。なお、燃料は、ガスやオイル等どのようなものであってもよい。

本発明は、更に、次のような構成を備えるのが好ましい。
（１）前記主管は、前記空気管が合流する第１部分と、前記燃料管が合流する第２部分と、を備えており、
前記第１部分は、前記第２部分に対して、空気及び燃料の流れ方向の上流側に位置しており、
前記第２部分が炉内に連通している。
（２）前記構成（１）において、前記第１部分の内径は、前記第２部分の内径よりも小さくなっている。
（３）前記構成（１）又は（２）において、前記加熱装置は、パイロットバーナであり、
前記パイロットバーナの火炎は、前記主管に至らない大きさとなっており、
前記第１部分の軸芯と前記第２部分の軸芯とは、同一直線上に位置しており、
前記第１部分の空気及び燃料の流れ方向の上流端に火炎監視器が設けられている。

前記構成（１）によれば、第１部分は、第２部分に対して、空気及び燃料の流れ方向の上流側に位置しており、第２部分が炉内に連通しているので、加熱装置によって加熱された１次用空気を燃料管からの燃料と効果的に混合させることができる。

前記構成（２）によれば、第１部分の内径は、第２部分の内径よりも小さくなっているので、燃料管からの燃料が、主管において、第２部分から第１部分に逆流しにくくすることができる。

前記構成（３）によれば、パイロットバーナの火炎が主管に至らず、第１部分と第２部分とが同一直線上に位置しているので、第１部分の上流端に位置する火炎監視器によって、一次用空気と燃料との混合による燃焼の火炎を容易に監視できる。

要するに、本発明によると、バーナの火炎と蓄熱体で加熱された燃焼用空気との温度差を低減し、バーナの火炎と燃焼用空気との燃焼を安定化させ、煤やＮＯｘの発生を抑制できるリジェネバーナ装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るリジェネバーナ装置の断面概略図である。 炉内側から見たリジェネバーナ装置の概略図である。 図２のIII-III断面図である。 空気排ガス切替装置の切り替えを説明する図である。 空気排ガス切替装置の切り替えを説明する図である。 図２のVI-VI断面図である。

（全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係るリジェネバーナ装置１０の断面概略図である。図１に示されるように、リジェネバーナ装置１０は、１つのバーナ１と、バーナ１の周囲に配置された複数の給排気管２を備えている。バーナ１は、炉内Ｓに燃料を供給するようになっており、一端が炉内Ｓに連通している。また、給排気管２は、炉内Ｓに燃焼用空気を供給するようになっており、一端が炉内Ｓに連通している。炉内Ｓでは、バーナ１からの火炎と給排気管２からの燃焼用空気とが混合し、メイン火炎が形成されるようになっている。

図２は、炉内Ｓ側から見たリジェネバーナ装置の概略図である。図２に示されるように、中心にバーナ１が配置されており、本実施形態では、４つの給排気管２が、バーナ１の同心円上に、対称となるように配置されている。なお、図１は、図２のI-I断面図でもある。

図３は、図２のIII-III断面図である。図１〜図３に示されるように、給排気管２は、給排気管２１〜２４を備えており、給排気管２１及び給排気管２２は、左右一対となっており、それぞれ、共通の給排気室３１に連通している。給排気室３１には、蓄熱体３２が配置されている。同様に、給排気管２３及び給排気管２４は、左右一対となっており、それぞれ、共通の給排気室４１に連通している。給排気室４１には、蓄熱体４２が配置されている。

給排気室３１は、配管５１を介して空気排ガス切替装置６１に連結されており、給排気室４１も、同様に、配管５２を介して空気排ガス切替装置６１に連結されている。給排気室３１と配管５１とは、フランジ３３を介して接続されており、給排気室４１と配管５２とは、フランジ４３を介して接続されている。空気排ガス切替装置６１は、空気供給管６２及び排ガス排出管６３に連結されており、空気供給管６２と配管５１又は配管５２を連通させ、同時に、排ガス排出管６３と配管５２又は配管５１を連通させる、切替弁６１ａを備えている。空気供給管６２には、燃焼用空気を供給するための空気供給用ブロア（図示せず）が設けられており、排ガス排出管６３には、燃焼排ガスを排出するための排気ファン（図示せず）が設けられている。

図４及び図５は、空気排ガス切替装置６１の切り替えを説明する図である。図４では、空気排ガス切替装置６１の切替弁６１ａは、空気供給管６２と配管５１とを連通させ、排ガス排出管６３と配管５２とを連通させる。その結果、空気供給管６２からの燃焼用空気は、配管５１を通過し、給排気室３１の蓄熱体３２によって加熱されて、給排気管２１、２２から炉内Ｓに噴射される。また、炉内Ｓからの燃焼排ガスは、排ガス排出管６３に設けられた排気ファンによって、給排気管２３、２４を通過し、給排気室４１の蓄熱体４２によって排熱が回収され、配管５２を通過して、排ガス排出管６３から排出される。

一方、図５では、空気排ガス切替装置６１の切替弁６１ａは、空気供給管６２と配管５２とを連通させ、排ガス排出管６３と配管５１とを連通させる。その結果、空気供給管６２からの燃焼用空気は、配管５２を通過し、給排気室４１の蓄熱体４２によって加熱されて、給排気管２３、２４から炉内Ｓに噴射される。また、炉内Ｓからの燃焼排ガスは、排ガス排出管６３に設けられた排気ファンによって、給排気管２１、２２を通過し、給排気室３１の蓄熱体３２によって排熱が回収され、配管５１を通過して、排ガス排出管６３から排出される。

上記のように、空気排ガス切替装置６１の切替弁６１ａを図４と図５との間で切り替えることによって、給排気管２１、２２と給排気管２３、２４との間で燃焼用空気の供給と燃焼排ガスの回収とを交互に繰り返し、炉内Ｓで燃焼した燃焼排ガスの熱を蓄熱体３２、４２で回収するとともに、蓄熱体３２、４２で回収した熱で燃焼用空気を加熱することができるようになっている。

図６は、図２のVI-VI断面図である。図６に示されるように、バーナ１は、燃料に加えられるための１次用空気が導入される空気管１１と、燃料が導入される燃料管１２と、燃料管１２からの燃料と空気管１１からの１次用空気とが合流して炉内Ｓに火炎を噴射するよう、炉内Ｓに連通する主管１３と、を備えている。また、バーナ１は、火炎を点火するため、適宜、スパークプラグ（図示せず）等の点火手段を備えている。

主管１３は、空気管１１が合流する第１部分１３１と、燃料管１２が合流する第２部分１３２と、を備えており、第１部分１３１は、第２部分１３２に対して、空気及び燃料の流れ方向の上流側に位置している。第１部分１３１と第２部分１３２とは一体として形成されており、第１部分１３１の軸芯と第２部分１３２の軸芯とが一致するよう、第１部分１３１と第２部分１３２とは同一直線上に延びている。第１部分１３１の内径は、第２部分１３２の内径よりも小さくなっており、第１部分１３１と第２部分１３２との接続部には、段差１３ａが形成されている。

空気管１１は、主管１３の第１部分１３１に対して９０度以下の角度θ１を有するように合流しており、燃料管１２は、主管１３の第２部分１３２に対して９０度以下の角度θ２を有するように合流している。空気管１１と第１部分１３１とのなす角度θ１は、燃料管１２と第２部分１３２とのなす角度θ２と同じ又は小さくなっている。

空気管１１は、主管１３の第１部分１３１に合流する下流部分１１ａと、下流部分１１ａの空気流れ方向の上流側に位置し、１次用空気が導入される上流部分１１ｂと、を備えている。上述したように、下流部分１１ａは、第１部分１３１に対して９０度以下の角度θ１を有するように合流しており、下流部分１１ａと上流部分１１ｂとは略９０度の角度θ３を有している。すなわち、下流部分１１ａと上流部分１１ｂとの間には、略９０度に屈曲する屈曲部１１ｃが形成されている。なお、下流部分１１ａ、上流部分１１ｂ及び屈曲部１１ｃは、一体として形成されている。

空気管１１の屈曲部１１ｃには、１次用空気を加熱する加熱装置であるパイロットバーナ１１１が設けられている。パイロットバーナ１１１は、パイロットバーナ１１１の火炎の形成する向きが下流部分１１ａに対して平行となるよう、下流部分１１ａに沿って延びるように、屈曲部１１ｃに取り付けられている。そして、空気管１１への１次用空気の導入位置は、パイロットバーナ１１１の取付位置より、空気流れ方向の上流側となっている。また、空気管１１には、パイロットバーナ１１１に点火するため、適宜、スパークプラグ（図示せず）等の点火手段、及び、パイロットバーナ１１１の火炎を監視するための火炎監視器（図示せず）が設けられている。

パイロットバーナ１１１の火炎は、下流部分１１ａに沿って延びるように形成され、主管１３に至らない大きさとなっている。主管１３の第１部分１３１の空気及び燃料の流れ方向の上流端に、主管１３や炉内Ｓで形成される火炎の状態を監視する火炎監視器１４が設けられている。また、パイロットバーナ１１１の本体１１１ａは、燃料だけを噴射し、空気管１１の空気と混合させることによって火炎を形成するものでも、燃料と空気を噴射して火炎を形成するものでもよい。

前記構成のリジェネバーナ装置１０によれば、次のような効果を発揮できる。

（１）パイロットバーナ１１１によって１次用空気を加熱するので、１次用空気と燃料との混合による燃焼の火炎温度を上昇させることができ、その結果、蓄熱体３２、４２によって加熱された燃焼用空気との混合による燃焼の火炎を安定的に形成できる。また、１次用空気と燃料との混合による燃焼の火炎温度を上昇させることによって、１次用空気と燃料との混合の流速が大きくなり、蓄熱体３２、４２によって加熱された燃焼用空気との混合が促進されることによって、煤やＮＯｘの発生割合を低減することができる。

（２）第１部分１３１は、第２部分１３２に対して、空気及び燃料の流れ方向の上流側に位置しており、第２部分１３２が炉内Ｓに連通しているので、パイロットバーナ１１１によって加熱された１次用空気を燃料管１２からの燃料と効果的に混合させることができる。

（３）第１部分１３１の内径は、第２部分１３２の内径よりも小さくなっており、第１部分１３１と第２部分１３２との接続部には、段差１３ａが形成されているので、燃料管１２からの燃料が、主管１３において、第２部分１３２から第１部分１３１に逆流しにくくすることができる。

（４）図中のＸで示されるように、パイロットバーナ１１１の火炎の先端が主管１３に至らず、第１部分１３１と第２部分１３２とが同一直線上に位置しているので、パイロットバーナ１１１の火炎を誤って検出することなく、第１部分１３１の上流端に位置する火炎監視器１４によって、一次用空気と燃料との混合による燃焼の火炎を容易に監視できる。

（５）空気管１１は、主管１３の第１部分１３１に対して９０度以下の角度θ１を有するように合流しているので、空気管１１からの１次用空気が主管１３内の空気及び燃料の流れ方向に沿って、円滑に流れるようにすることができる。

（６）燃料管１２は、主管１３の第２部分１３２に対して９０度以下の角度θ２を有するように合流しているので、燃料管１２からの燃料が主管１３内の空気及び燃料の流れ方向に沿って、円滑に流れるようにすることができる。

（７）空気管１１と第１部分１３１とのなす角度θ１は、燃料管１２と第２部分１３２とのなす角度θ２と同じ又は小さくなっているので、主管１３内において、空気管１１からの１次用空気と、燃料管１２からの燃料とをより混合しやすくすることができる。

（８）給排気管２１、２２は左右一対となっており、共通の給排気室３１に連通しており、また、給排気管２３、２４は左右一対となっており、共通の給排気室４１に連通しているので、単一の空気排ガス切替装置６１によって、燃焼用空気の供給及び燃焼排ガスの回収を切り替えることができる。

（９）給排気管２１〜２４は、バーナ１の同心円上に、対称となるように配置されているので、給排気管２１〜２４からの燃焼用空気の供給及び燃焼排ガスの回収がバーナ１に対して均等に行われやすくなっており、炉内Ｓにおいて、バーナ１回りの燃焼状態をより安定化させることができる。

上記実施形態では、１次用空気を加熱する加熱装置はパイロットバーナ１１１であるが、本発明の加熱装置はパイロットバーナに限定されず、１次用空気を加熱できる加熱装置であればよく、例えば、電気ヒータや熱交換器等であってもよい。

上記実施形態では、リジェネバーナ装置１０は、１つのバーナ装置が複数の給排気管２１〜２４を備え、複数の給排気管２１〜２４の間で給排気を交互に繰り返す、セルフリジェネバーナ装置であるが、本発明は、セルフリジェネバーナ装置に限定されず、一対の対向するバーナ装置を備え、一方のバーナ装置が火炎を形成しているとき、他方のバーナ装置が燃焼排ガスを回収し、蓄熱体に熱を回収する、リジェネバーナ装置にも適用できる。

上記実施形態では、リジェネバーナ装置１０は、１つのバーナ１と、４つの給排気管２１〜２４と、を備えているが、リジェネバーナ装置がセルフリジェネバーナ装置である場合、給排気管の数は２以上の偶数であればよい。また、リジェネバーナ装置がセルフリジェネバーナ装置で無い場合、給排気管の数は偶数である必要はなく、１以上であればよい。

上記実施形態では、給排気管２１〜２４は、バーナ１の同心円上に、対称となるように配置されているが、バーナ１に対して非対称に配置されてもよい。

上記実施形態では、給排気管２１、２２は左右一対となっており、共通の蓄熱体３２が設けられており、給排気管２３、２４は左右一対となっており、共通の蓄熱体４２が設けられているが、給排気管ごとに個別の蓄熱体が設けられてもよい。

特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、各種変形及び変更を行うことも可能である。

本発明では、本発明では、バーナの火炎と蓄熱体で加熱された燃焼用空気との温度差を低減し、バーナの火炎と燃焼用空気との燃焼を安定化させ、煤やＮＯｘの発生を抑制できるリジェネバーナ装置を提供することができるので、産業上の利用価値が大である。

１ バーナ
１１ 空気管
１１ａ 下流部分 １１ｂ 上流部分 １１ｃ 屈曲部
１１１ パイロットバーナ １１１ａ パイロットバーナ本体
１２ 燃料管
１３ 主管
１３１ 第１部分 １３２ 第２部分
１３ａ 段差
１４ 火炎監視器
２ 給排気管
２１ 給排気管 ２２ 給排気管 ２３ 給排気管 ２４ 給排気管
３１ 給排気室 ３２ 蓄熱体 ３３ フランジ
４１ 給排気室 ４２ 蓄熱体 ４３ フランジ
５１ 配管 ５２ 配管
６１ 空気排ガス切替装置 ６１ａ 切替弁
６２ 空気供給管 ６３ 排ガス排出管
１０ リジェネバーナ装置
Ｓ 炉内
θ１〜θ３ 角度

Claims (2)

1. 炉内で燃焼した燃焼ガスの熱を回収するとともに、燃焼用空気を加熱するようバーナに蓄熱体を設けたリジェネバーナ装置であって、
   火炎を形成するバーナと、
   燃焼用空気を供給し、排気熱を回収する給排気管と、を備えており、
   前記バーナは、燃料が導入される燃料管と、燃料に加えられるための１次用空気が導入される空気管と、前記燃料管からの燃料と前記空気管からの１次用空気とが合流して炉内に燃料を噴射するよう、炉内に連通する主管と、を備えており、
   前記空気管には、１次用空気を加熱する加熱装置が設けられており、
   前記主管は、前記空気管が合流する第１部分と、前記燃料管が合流する第２部分と、を備えており、
   前記第１部分は、前記第２部分に対して、空気及び燃料の流れ方向の上流側に位置しており、
   前記第２部分が炉内に連通しており、
   前記加熱装置は、パイロットバーナであり、
   前記パイロットバーナの火炎は、前記主管に至らない大きさとなっており、
   前記第１部分の軸芯と前記第２部分の軸芯とは、同一直線上に位置しており、
   前記第１部分の空気及び燃料の流れ方向の上流端に火炎監視器が設けられていることを特徴とする、リジェネバーナ装置。
   
2. 前記第１部分の内径は、前記第２部分の内径よりも小さくなっている、請求項１記載のリジェネバーナ装置。

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