JP6904293B2 - Burner and heating method - Google Patents
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- Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
Description
本発明は、バーナに関し、特に、従来よりも高温かつ高速の火炎噴流を形成することができ、極めて高い加熱力を有するバーナに関する。また本発明は、前記バーナを用いた加熱方法に関する。 The present invention relates to a burner, and more particularly to a burner capable of forming a flame jet having a higher temperature and a higher speed than the conventional one and having an extremely high heating power. The present invention also relates to a heating method using the burner.
物品の加熱に用いられるバーナには様々なタイプのものがあるが、中でも、高温かつ高速のガス流を形成できるものとして、高速バーナが用いられている。 There are various types of burners used for heating articles, and among them, a high-speed burner is used as a burner capable of forming a high-temperature and high-speed gas flow.
高速バーナは、燃焼室内で燃料ガスを燃焼させることによって生じた高温の排ガスを、ノズルから吐出させて高速ガス流(ジェット流)を形成するものである(例えば、特許文献1)。高速バーナでは、燃焼室内の圧力を高くすることにより高速ガス流の速度を音速領域まで高くすることができる。 The high-speed burner forms a high-speed gas flow (jet flow) by discharging high-temperature exhaust gas generated by burning fuel gas in a combustion chamber from a nozzle (for example, Patent Document 1). In the high-speed burner, the speed of the high-speed gas flow can be increased to the sonic region by increasing the pressure in the combustion chamber.
しかし、従来の高速バーナには次のような問題があった。 However, the conventional high-speed burner has the following problems.
加熱効率を高めるために、より高温の高速ガス流を得ようとすると、燃焼室やノズルが極めて高い温度にさらされることになる。そのような高温、特に、1200℃を越えるような超高温に耐えられるような耐熱性を有する高速バーナを製造するためには、非常に高価な耐火物などを用いる必要があるため、コスト的に問題があった。 Attempts to obtain a hotter, faster gas stream to increase heating efficiency will expose the combustion chambers and nozzles to extremely high temperatures. In order to manufacture a high-speed burner having heat resistance capable of withstanding such a high temperature, particularly an ultra-high temperature exceeding 1200 ° C., it is necessary to use a very expensive refractory or the like, so that it is cost effective. There was a problem.
また、高速ガス流の吐出速度をさらに上げようとすると、吐出後の断熱膨張により高速ガス流の温度が低下してしまうという問題もあった。 Further, if an attempt is made to further increase the discharge speed of the high-speed gas flow, there is also a problem that the temperature of the high-speed gas flow drops due to adiabatic expansion after discharge.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも高温かつ高速の火炎噴流を形成することができ、極めて高い加熱力を有するバーナを提供することを目的とする。また、本発明は、前記バーナを用いた加熱方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a burner capable of forming a flame jet having a higher temperature and a higher speed than the conventional one and having an extremely high heating power. Another object of the present invention is to provide a heating method using the burner.
本発明の要旨構成は、次のとおりである。 The gist structure of the present invention is as follows.
1.燃料ガスを吐出する燃料ガスノズルと、
燃焼用空気を吐出する空気ノズルと、
前記燃料ガスに着火するための高温ガスを吐出する高温ガスノズルと、を備えるバーナ。
1. 1. A fuel gas nozzle that discharges fuel gas and
An air nozzle that discharges combustion air and
A burner including a high-temperature gas nozzle that discharges a high-temperature gas for igniting the fuel gas.
2.前記燃料ガスノズルおよび前記空気ノズルが、ラバールノズルである、上記1に記載のバーナ。 2. The burner according to 1 above, wherein the fuel gas nozzle and the air nozzle are Laval nozzles.
3.前記高温ガスが燃焼排ガスである、上記1または2に記載のバーナ。 3. 3. The burner according to 1 or 2 above, wherein the high temperature gas is combustion exhaust gas.
4.さらに、前記高温ガスを生成するための高温ガス生成用バーナと、
前記高温ガス生成用バーナが接続された燃焼室と、を備える、上記3に記載のバーナ。
4. Further, a burner for generating high temperature gas for generating the high temperature gas and a burner for generating high temperature gas,
3. The burner according to 3 above, comprising a combustion chamber to which the high temperature gas generating burner is connected.
5.さらに、前記燃焼室内へ温度調整用空気を供給する温度調整用空気供給部と、
前記燃焼室内の温度を測定する温度測定手段と、を備える、上記4に記載のバーナ。
5. Further, a temperature adjusting air supply unit that supplies temperature adjusting air to the combustion chamber, and a temperature adjusting air supply unit,
4. The burner according to 4 above, comprising a temperature measuring means for measuring the temperature in the combustion chamber.
6.さらに、前記燃焼室の冷却および前記燃焼用空気の予熱のための燃焼用空気室が、前記燃焼室の外側に設けられている、上記4または5に記載のバーナ。 6. 4. The burner according to 4 or 5, wherein a combustion air chamber for cooling the combustion chamber and preheating the combustion air is provided outside the combustion chamber.
7.さらに、前記燃料ガスの予熱のための燃料ガス室が、前記燃焼用空気室の外側に設けられている、上記6に記載のバーナ。 7. The burner according to 6 above, wherein a fuel gas chamber for preheating the fuel gas is provided outside the combustion air chamber.
8.上記1〜7のいずれか一項に記載のバーナを用いた加熱方法であって、
前記高温ガスの温度が800℃以上である、加熱方法。
8. The heating method using the burner according to any one of 1 to 7 above.
A heating method in which the temperature of the high temperature gas is 800 ° C. or higher.
9.上記5に記載のバーナを用いた加熱方法であって、
前記温度測定手段によって測定された温度に基づいて、前記温度調整用空気供給部から供給する温度調整用空気の供給量を制御することにより、前記高温ガスの温度を800℃以上1000℃以下に制御する、加熱方法。
9. The heating method using the burner according to 5 above.
The temperature of the high temperature gas is controlled to 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower by controlling the supply amount of the temperature adjusting air supplied from the temperature adjusting air supply unit based on the temperature measured by the temperature measuring means. How to heat.
10.上記9に記載の加熱方法であって、
前記燃料ガスノズルへ供給される前記燃料ガスの量に対する、前記高温ガス生成用バーナに供給される高温ガス生成用燃料ガスの量の比率が、10〜30%である、加熱方法。
10. The heating method according to 9 above.
A heating method in which the ratio of the amount of high-temperature gas-producing fuel gas supplied to the high-temperature gas-generating burner to the amount of the fuel gas supplied to the fuel-gas nozzle is 10 to 30%.
11.上記9に記載の加熱方法であって、
前記温度測定手段によって測定される温度が780℃以下となったときに、前記燃料ガスノズルおよび前記高温ガス生成用バーナへ燃料ガスを供給する配管へ窒素パージを行い、燃焼を遮断する、加熱方法。
11. The heating method according to 9 above.
A heating method in which when the temperature measured by the temperature measuring means becomes 780 ° C. or lower, nitrogen purging is performed on the fuel gas nozzle and the pipe for supplying fuel gas to the high temperature gas generation burner to shut off combustion.
12.前記高温ガスノズルから吐出される前記高温ガスの吐出速度が、100m/s以上である、上記8または9に記載の加熱方法。 12. 8. The heating method according to 8 or 9, wherein the discharge speed of the high temperature gas discharged from the high temperature gas nozzle is 100 m / s or more.
13.前記燃料ガスノズルから吐出される前記燃料ガスの吐出速度が、50Nm/s以上であり、
前記空気ノズルから吐出される前記燃焼用空気の吐出速度が、50Nm/s以上である、上記8〜12のいずれか一項に記載の加熱方法。
13. The discharge speed of the fuel gas discharged from the fuel gas nozzle is 50 Nm / s or more.
The heating method according to any one of 8 to 12 above, wherein the discharge speed of the combustion air discharged from the air nozzle is 50 Nm / s or more.
14.前記燃料ガスノズルから吐出される前記燃料ガスの吐出速度が、音速以上であり、
前記空気ノズルから吐出される前記燃焼用空気の吐出速度が、音速以上である、上記13に記載の加熱方法。
14. The discharge speed of the fuel gas discharged from the fuel gas nozzle is equal to or higher than the speed of sound.
13. The heating method according to 13 above, wherein the discharge speed of the combustion air discharged from the air nozzle is equal to or higher than the speed of sound.
15.空気比が0.7〜1.5となるように、前記空気ノズルから吐出される前記燃焼用空気の量を、前記燃料ガスノズルから吐出される前記燃料ガスの量に応じて制御する、上記8〜14のいずれか一項に記載の加熱方法。 15. The amount of the combustion air discharged from the air nozzle is controlled according to the amount of the fuel gas discharged from the fuel gas nozzle so that the air ratio is 0.7 to 1.5. The heating method according to any one of ~ 14.
本発明によれば、従来よりも高温かつ高速の火炎噴流を形成することができ、極めて高い効率で加熱を行うことができる。特に、本発明のバーナでは高温ガスノズルから吐出される高温ガスを用いて、燃料ガスノズルから吐出される燃料ガスに着火するため、従来の高速バーナのように燃焼室内で高温ガスを形成する必要が無い。そのため、バーナの材質や構造上の制約を受けることなく生成する火炎温度を上げることができ、例えば、1500℃以上といった、超高温かつ高速の火炎噴流を形成することができる。 According to the present invention, a flame jet having a higher temperature and a higher speed than the conventional one can be formed, and heating can be performed with extremely high efficiency. In particular, in the burner of the present invention, since the high temperature gas discharged from the high temperature gas nozzle is used to ignite the fuel gas discharged from the fuel gas nozzle, it is not necessary to form the high temperature gas in the combustion chamber as in the conventional high speed burner. .. Therefore, the generated flame temperature can be raised without being restricted by the material and structure of the burner, and an ultra-high temperature and high-speed flame jet such as 1500 ° C. or higher can be formed.
次に、本発明を実施する方法について具体的に説明する。なお、以下の説明は、本発明の好適な実施態様を示すものであり、本発明は以下の説明によって何ら限定されるものではない。 Next, the method of carrying out the present invention will be specifically described. The following description shows a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following description.
[バーナ]
図1は、本発明の一実施形態におけるバーナ1の構造を示す模式図である。バーナ1は、その先端に燃料ガスを吐出する燃料ガスノズル10と、燃焼用空気を吐出する空気ノズル20とを備えている。
[Burner]
FIG. 1 is a schematic view showing the structure of the burner 1 according to the embodiment of the present invention. The burner 1 includes a
[燃料ガスノズル、空気ノズル]
燃料ガスは、矢印G1で示されるように燃料ガス供給部11から供給され、燃料ガス室12を通って燃料ガスノズル10から吐出される。同様に、燃焼用空気は、矢印A1で示されるように燃焼用空気供給部21から供給され、燃焼用空気室22を通って空気ノズル20から吐出される。
[Fuel gas nozzle, air nozzle]
The fuel gas is supplied from the fuel gas supply unit 11 as indicated by the arrow G1, passes through the
燃料ガスノズル10および空気ノズル20は、任意の形状のノズルとすることができ、例えば、直管形のノズルとすることもできる。しかし、火炎の速度を高くするという観点からは、図1に示した実施形態のように、燃料ガスノズル10および空気ノズル20をラバールノズルとすることが好ましい。ラバールノズルとは、図1に示すようにノズルの長手方向中間部に縮径部を備えるノズルである。ラバールノズルを用いることにより、燃料ガスおよび燃焼用空気の吐出速度を、例えば、音速以上といった高速とし、その結果、高速の火炎噴流を形成することができる。
The
火炎から被加熱物表面への伝熱量は熱伝達係数に比例し、前記熱伝達係数αは火炎の速度が大きいほど大きくなる。したがって、火炎噴流を被加熱物の表面に高速で衝突させることによって、極めて高い効率で加熱を行うことができる。そしてその結果、被加熱物をより高速に、より高い温度まで加熱することができる。また、火炎の速度を上げることによって、同じ加熱温度を達成するために必要な燃料ガスの量を低減することができる。なお、燃料ガスの使用量を削減しつつ吐出速度を上げるためには、ノズル断面積を減少させればよい。 The amount of heat transferred from the flame to the surface of the object to be heated is proportional to the heat transfer coefficient, and the heat transfer coefficient α increases as the speed of the flame increases. Therefore, by colliding the flame jet with the surface of the object to be heated at high speed, heating can be performed with extremely high efficiency. As a result, the object to be heated can be heated to a higher temperature at a higher speed. Also, by increasing the speed of the flame, the amount of fuel gas required to achieve the same heating temperature can be reduced. In order to increase the discharge rate while reducing the amount of fuel gas used, the nozzle cross-sectional area may be reduced.
[高温ガスノズル]
バーナ1は、前記燃料ガスに着火するための高温ガスを吐出する高温ガスノズル30を備えている。図1に示した実施形態では、バーナ1は、さらに高温ガスノズル30に接続された燃焼室40、および前記燃焼室に接続された高温ガス生成用バーナ50を備えている。燃焼室40の壁面は、図1に示すように、外側を鉄皮構造とした断熱材からなる断熱壁41とすることが好ましい。燃焼室40には、点火プラグなどのイグナイターで点火されるパイロットバーナ54が設けられていてもよい。
[High temperature gas nozzle]
The burner 1 includes a high-
高温ガスノズル30の材質は特に限定されず、金属、セラミックなど、任意の材質とすることができる。しかし、耐熱性の観点からは、耐熱鋳物、SUS310S等の耐熱金属、あるいはSiCなどのセラミックとすることが好ましい。
The material of the high
高温ガス生成用バーナ50には、矢印G2で示されるように燃料ガスが供給され、前記燃料ガスは、高温ガス生成用燃料ガスノズル51から吐出される。また、高温ガス生成用バーナ50には、矢印A2で示されるように燃焼用空気が供給され、前記燃焼用空気は、高温ガス生成用空気ノズル52から吐出される。なお、高温ガス生成用空気ノズル52の内部には、燃料ガスと燃空の混合を促進し燃焼を安定化させるための旋回羽根53を設置することが望ましい。高温ガス生成用バーナ50は、パイロットバーナ54によって、あるいは直接イグナイター(図示せず)によって着火される。
Fuel gas is supplied to the high temperature
図2は、本発明の一実施形態における燃焼状態を示す模式図である。高温ガス生成用バーナ50から吐出された燃料ガスは着火され、燃焼室40内に火炎55が形成される。その結果、燃焼室40内で高温ガス(燃焼排ガス)が生成し、前記高温ガスは、高温ガスノズル30から吐出され、高温ガス流35を形成する。
FIG. 2 is a schematic view showing a combustion state in one embodiment of the present invention. The fuel gas discharged from the high-temperature
上述したように、燃料ガスノズル10からは燃料ガスが吐出されて燃料ガス流15が形成されており、空気ノズル20からは燃焼用空気が吐出されて燃焼用空気流25が形成されている。そのため、高温ガスノズル30から吐出された高温ガス流35によって燃料ガス流15に着火され、高速ジェット火炎60が形成される。
As described above, the fuel gas is discharged from the
なお、図1に示した実施形態では、バーナ1が燃焼室40および高温ガス生成用バーナ50を備えており、燃焼室40内で高温ガスを生成しているが、高温ガスの生成をバーナ1の外部で行うこともできる。その場合、例えば、バーナ1の外部に設けた高温ガス発生装置で高温ガスを生成し、得られた高温ガスを、配管等を通じてバーナ1の高温ガスノズル30へ送ればよい。
In the embodiment shown in FIG. 1, the burner 1 includes a
[温度調整用空気供給部]
バーナ1は、燃焼室40内へ温度調整用空気を供給する温度調整用空気供給部70を備えることが好ましい。燃焼室40の内部が過度に上昇すると、高温によるバーナ1の材質の劣化が問題となる場合がある。そのため、温度調整用空気によって燃焼室内の高温ガスを希釈することにより、高温ガスの温度を適切な範囲に調節することができる。
[Air supply unit for temperature control]
The burner 1 preferably includes a temperature adjusting
[温度測定手段]
バーナ1は、さらに前記燃焼室内の温度を測定する温度測定手段71を備えることが好ましい。温度測定手段71を用いることにより、上述した燃焼室40内の温度管理を容易に行うことができる。具体的には、後述するように温度測定手段71によって測定された温度に基づいて、温度調整用空気の供給量をコントロールすることが好ましい。なお、前記温度測定手段71としては、例えば、熱電対などを用いることができる。
[Temperature measuring means]
It is preferable that the burner 1 further includes a temperature measuring means 71 for measuring the temperature in the combustion chamber. By using the temperature measuring means 71, the temperature in the
[予熱]
燃焼用空気室22は、図1に示したように、燃焼室40の外側に設けることが好ましい。このように、燃焼室40に隣接するように燃焼用空気室22を設けることにより、燃焼室の熱によって燃焼用空気を予熱すると同時に、燃焼用空気によって燃焼室を冷却することができる。
[Preheating]
As shown in FIG. 1, the
さらに、燃料ガス室12は、図1に示したように、燃焼用空気室22の外側に設けることが好ましい。このように、燃焼用空気室22に隣接するように燃料ガス室12を設けることにより、燃料ガスを予熱し、燃焼性を向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 1, the
[燃料ガス]
上記燃料ガスとしては特に限定されることなく、可燃性ガスであれば任意のものを用いることができる。例えば、一般には天然ガスやLPGが使用可能であり、上記バーナを製鉄所において使用する場合には、製鉄所で副生するプロセスガスを前記燃料ガスとして用いることもできる。前記プロセスガスとしては、特にコークス炉ガスと高炉ガスを混合したMガスを用いることが好ましい。
[Fuel gas]
The fuel gas is not particularly limited, and any flammable gas can be used. For example, natural gas or LPG can be generally used, and when the burner is used in a steelworks, a process gas produced as a by-product in the steelworks can also be used as the fuel gas. As the process gas, it is particularly preferable to use M gas, which is a mixture of coke oven gas and blast furnace gas.
[高温ガス温度]
高温ガスノズル30から吐出される高温ガスの温度は特に限定されず、燃料ガスに着火できる温度であれば任意の温度とすることができる。しかし、燃料ガスとして用いられるガスの着火温度は一般的に500〜700℃程度であることから、高温ガスの温度を800℃以上とすることが好ましい。高温ガスの温度を800℃以上とすることにより十分な着火性を確保することができる。一方、前記高温ガスの温度の上限は特に限定されず、任意の温度とすることができる。しかし、燃焼室40および高温ガスノズル30の材質などを考慮すると、高温ガスの温度を1000℃以下とすることが好ましい。本発明では高温ガスによって燃料ガスに着火するため、高温ガス自体の温度が1000℃以下であっても、最終的な高速ジェット火炎60の温度を、例えば1400℃以上といった高温とすることができる。
[High temperature gas temperature]
The temperature of the high-temperature gas discharged from the high-
[高温ガスの温度制御]
高温ガスの温度調整は、任意の方法で行うことができるが、温度調整用空気供給部70から供給する温度調整用空気の供給量を制御することにより、容易に行うことができる。前記供給量の制御は、温度測定手段71によって測定された温度に基づいて行うことが好ましく、高温ガスの温度が800℃以上1000℃以下となるように制御することがより好ましい。前記制御は、シーケンサなど、任意の制御手段によって行うことができる。
[Temperature control of high temperature gas]
The temperature of the high temperature gas can be adjusted by any method, but it can be easily performed by controlling the supply amount of the temperature adjusting air supplied from the temperature adjusting
[窒素パージ]
温度測定手段71によって測定される温度が780℃以下となったときに、燃料ガスノズル10および高温ガス生成用バーナ50へ燃料ガスを供給する配管へ窒素パージを行い、燃焼を遮断することが好ましい。前記窒素パージは、任意の方法で行うことができる。例えば、燃料ガス供給用の配管の途中にパージ用窒素ガス供給配管を接続しておき、必要に応じてバルブを開いて窒素ガスを燃料ガス供給用の配管に送り込めばよい。
[Nitrogen purge]
When the temperature measured by the temperature measuring means 71 becomes 780 ° C. or lower, it is preferable to perform nitrogen purging to the piping for supplying the fuel gas to the
[燃料ガス量の比]
燃料ガスノズル10へ供給される燃料ガスの量に対する、高温ガス生成用バーナ50に供給される高温ガス生成用燃料ガスの量の比率を、10〜30%とすることが好ましい。
[Ratio of fuel gas amount]
The ratio of the amount of the high temperature gas generating fuel gas supplied to the high temperature
[空気比]
空気比が0.7〜1.5となるように、空気ノズル20から吐出される燃焼用空気の量を、燃料ガスノズル10から吐出される燃料ガスの量に応じて制御することが好ましい。ここで、空気比とは、燃料ガスが完全に燃焼するために必要な理論空気量を1としたときの、実際の燃焼用空気の量の比である。空気比が0.7以上とすることにより燃料ガスを適切に燃焼させることができる。また、空気比を1.5以下とすることにより、過剰の空気によって高速ジェット火炎60の温度が低下することを防止できる。
[Air ratio]
It is preferable to control the amount of combustion air discharged from the
[吐出速度]
形成される高速ジェット火炎60の速度が速いほど熱伝達効率が高くなる。そのため、高温ガスノズル30から吐出される高温ガスの吐出速度は速い方がよく、特に、100m/s以上とすることが好ましい。同様に、燃料ガスノズル10から吐出される燃料ガスの吐出速度と、空気ノズル20から吐出される燃焼用空気の吐出速度とを、50Nm/s以上とすることが好ましい。
[Discharge rate]
The faster the speed of the formed high-speed jet flame 60, the higher the heat transfer efficiency. Therefore, the discharge speed of the high temperature gas discharged from the high
燃焼ガスと空気を吐出して燃焼させる従来の一般的なバーナでは、吐出速度を上げようとすると燃焼速度とガス流速との釣り合いが破れ、火炎が下流へ吹き飛ばされて消える、いわゆる吹き消えが生じてしまう。そのため、従来のバーナでは吐出速度を大きく増加させることができず、したがって加熱効率の向上に限界があった。しかし、本発明のバーナでは、燃料ガスとともに高温ガスを吐出し、前記高温ガスによって着火するため、50Nm/s以上といった高速で燃料ガスや空気を吐出しても、吹き消えることなく安定してジェット火炎を形成することができる。前記燃料ガスの吐出速度および燃焼用空気の吐出速度は、いずれも音速以上とすることも可能である。なお、ここで「音速」とは、吐出させる燃焼用空気と燃料ガスの個々の温度における音速を意味するものとする。 In a conventional general burner that discharges combustion gas and air to burn, when the discharge speed is increased, the balance between the combustion speed and the gas flow velocity is broken, and the flame is blown downstream and extinguished, so-called extinguishing occurs. It ends up. Therefore, the discharge rate cannot be significantly increased with the conventional burner, and therefore, there is a limit to the improvement of the heating efficiency. However, in the burner of the present invention, since the high temperature gas is discharged together with the fuel gas and ignited by the high temperature gas, even if the fuel gas or air is discharged at a high speed of 50 Nm / s or more, the jet is stably jetted without being blown out. A flame can be formed. Both the discharge speed of the fuel gas and the discharge speed of the combustion air can be set to be equal to or higher than the speed of sound. Here, the "sound velocity" means the sound velocity at individual temperatures of the combustion air and the fuel gas to be discharged.
次に、本発明の効果を確認するために、以下の実験を行った。 Next, in order to confirm the effect of the present invention, the following experiment was carried out.
図1に示したバーナを用いて、断熱材の上に水平に置かれた厚さ10mm、縦300mm、横300mmの鋼材を加熱し、その際の鋼板の温度変化を、鋼板に取り付けた熱電対で計測した(実施例)。前記バーナは、前記鋼板の上部500mmの位置に、下向き火炎が吐出するように設置した。燃料ガスとしては発熱量2400kcal/Nm3のMガスを用い、燃焼量合計10万kcal/hの条件で加熱を行った。その際、燃料ガスおよび燃焼用空気の吐出速度は150Nm/sとし、空気比は1.05、燃料ガスに着火するための高温ガスの温度を820℃、燃料ガスノズルへ供給される前記燃料ガスの量に対する、前記高温ガス生成用バーナに供給される高温ガス生成用燃料ガスの量の比率を15%、高温ガスノズルから吐出するガスの流速は109m/sとした。 Using the burner shown in FIG. 1, a steel material having a thickness of 10 mm, a length of 300 mm, and a width of 300 mm placed horizontally on the heat insulating material is heated, and the temperature change of the steel plate at that time is measured by a thermocouple attached to the steel plate. Measured in (Example). The burner was installed at a position 500 mm above the steel plate so that a downward flame was discharged. As the fuel gas, M gas having a calorific value of 2400 kcal / Nm 3 was used, and heating was performed under the condition of a total combustion amount of 100,000 kcal / h. At that time, the discharge speed of the fuel gas and the combustion air is 150 Nm / s, the air ratio is 1.05, the temperature of the high temperature gas for igniting the fuel gas is 820 ° C., and the fuel gas supplied to the fuel gas nozzle. The ratio of the amount of the high-temperature gas-generating fuel gas supplied to the high-temperature gas-generating burner to the amount was 15%, and the flow velocity of the gas discharged from the high-temperature gas nozzle was 109 m / s.
また、比較のために、高温ガスノズルを有しない2重円管タイプの先混合式の拡散タイプのバーナを用いて同様の鋼材を加熱した(比較例)。実施例と比較例における燃料ガスの使用量は同じとした。また、比較例における燃料ガスおよび燃焼用空気の吐出速度は10Nm/sとした。 For comparison, a similar steel material was heated using a double circular tube type premixed diffusion type burner without a high temperature gas nozzle (comparative example). The amount of fuel gas used in the examples and the comparative examples was the same. The discharge speed of the fuel gas and the combustion air in the comparative example was set to 10 Nm / s.
実験の結果、実施例のバーナでは、燃料ガスのノズルからの吐出速度が高いにもかかわらず、安定な火炎を形成することができた。また、鋼板を常温から1000℃まで加熱するための時間が、比較例では5.3分、実施例では1.7分と約1/3に短縮できた。すなわち同一温度まで加熱するために使用するガス量が約1/3に削減できることになる。また、高速バーナは高熱伝達での加熱ができるため、同じ燃料ガスを使って加熱する場合、より高温までの加熱ができる。今回の条件では、比較例のバーナでは鋼板の温度が1100℃でサチュレートしたのに対し、実施例のバーナでは1300℃程度まで加熱することができた。 As a result of the experiment, in the burner of the example, a stable flame could be formed in spite of the high discharge speed of the fuel gas from the nozzle. In addition, the time required to heat the steel sheet from room temperature to 1000 ° C. was reduced to 5.3 minutes in the comparative example and 1.7 minutes in the example, which is about 1/3. That is, the amount of gas used for heating to the same temperature can be reduced to about 1/3. In addition, since the high-speed burner can be heated by high heat transfer, it can be heated to a higher temperature when it is heated using the same fuel gas. Under the present conditions, the temperature of the steel sheet was saturated at 1100 ° C. in the burner of the comparative example, whereas the burner of the example could be heated to about 1300 ° C.
1 バーナ
10 燃料ガスノズル
11 燃料ガス供給部
12 燃料ガス室
15 燃料ガス流
20 空気ノズル
21 燃焼用空気供給部
22 燃焼用空気室
25 燃焼用空気流
30 高温ガスノズル
35 高温ガス流
40 燃焼室
41 断熱壁
50 高温ガス生成用バーナ
51 高温ガス生成用燃料ガスノズル
52 高温ガス生成用空気ノズル
53 旋回羽根
54 パイロットバーナ
55 火炎
60 高温ジェット火炎
70 温度調整用空気供給部
71 温度測定手段
1
Claims (15)
燃焼用空気を吐出する空気ノズルと、
前記燃料ガスに着火するための高温ガスを吐出する高温ガスノズルとを備えるバーナであって、
前記高温ガスが燃焼排ガスであり、
さらに、前記高温ガスを生成するための高温ガス生成用バーナと、
前記高温ガス生成用バーナが接続された燃焼室とを備え、
前記燃焼室の冷却および前記燃焼用空気の予熱のための燃焼用空気室が、前記燃焼室の外側に設けられている、バーナ。 A fuel gas nozzle that discharges fuel gas and
An air nozzle that discharges combustion air and
A burner provided with a high-temperature gas nozzle that discharges high-temperature gas for igniting the fuel gas.
The high temperature gas is combustion exhaust gas,
Further, a burner for generating high temperature gas for generating the high temperature gas and a burner for generating high temperature gas,
A combustion chamber to which the high temperature gas generation burner is connected is provided.
A burner in which a combustion air chamber for cooling the combustion chamber and preheating the combustion air is provided outside the combustion chamber.
前記燃焼室内の温度を測定する温度測定手段と、を備える、請求項1〜3のいずれか一項に記載のバーナ。 Further, a temperature adjusting air supply unit that supplies temperature adjusting air to the combustion chamber, and a temperature adjusting air supply unit,
The burner according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a temperature measuring means for measuring the temperature in the combustion chamber.
前記高温ガスの温度が800℃以上である、加熱方法。 The heating method using the burner according to any one of claims 1 to 4.
A heating method in which the temperature of the high temperature gas is 800 ° C. or higher.
前記温度測定手段によって測定された温度に基づいて、前記温度調整用空気供給部から供給する温度調整用空気の供給量を制御することにより、前記高温ガスの温度を800℃以上1000℃以下に制御する、加熱方法。 The heating method using the burner according to claim 4.
The temperature of the high temperature gas is controlled to 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower by controlling the supply amount of the temperature adjusting air supplied from the temperature adjusting air supply unit based on the temperature measured by the temperature measuring means. How to heat.
前記燃料ガスノズルへ供給される前記燃料ガスの量に対する、前記高温ガス生成用バーナに供給される高温ガス生成用燃料ガスの量の比率が、10〜30%である、加熱方法。 The heating method according to claim 6.
A heating method in which the ratio of the amount of high-temperature gas-producing fuel gas supplied to the high-temperature gas-generating burner to the amount of the fuel gas supplied to the fuel-gas nozzle is 10 to 30%.
前記温度測定手段によって測定される温度が780℃以下となったときに、前記燃料ガスノズルおよび前記高温ガス生成用バーナへ燃料ガスを供給する配管へ窒素パージを行い、燃焼を遮断する、加熱方法。 The heating method according to claim 6.
A heating method in which when the temperature measured by the temperature measuring means becomes 780 ° C. or lower, nitrogen purging is performed on the fuel gas nozzle and the pipe for supplying fuel gas to the high temperature gas generation burner to shut off combustion.
前記バーナは、
燃料ガスを吐出する燃料ガスノズルと、
燃焼用空気を吐出する空気ノズルと、
前記燃料ガスに着火するための高温ガスを吐出する高温ガスノズルと、を備え、
前記高温ガスが燃焼排ガスであり、
さらに、前記高温ガスを生成するための高温ガス生成用バーナと、
前記高温ガス生成用バーナが接続された燃焼室と、
前記燃焼室内へ温度調整用空気を供給する温度調整用空気供給部と、
前記燃焼室内の温度を測定する温度測定手段と、を備え、
前記温度測定手段によって測定された温度に基づいて、前記温度調整用空気供給部から供給する温度調整用空気の供給量を制御することにより、前記高温ガスの温度を800℃以上1000℃以下に制御し、
前記温度測定手段によって測定される温度が780℃以下となったときに、前記燃料ガスノズルおよび前記高温ガス生成用バーナへ燃料ガスを供給する配管へ窒素パージを行い、燃焼を遮断する、加熱方法。 It is a heating method using a burner.
The burner
A fuel gas nozzle that discharges fuel gas and
An air nozzle that discharges combustion air and
A high-temperature gas nozzle for discharging high-temperature gas for igniting the fuel gas is provided.
The high temperature gas is combustion exhaust gas,
Further, a burner for generating high temperature gas for generating the high temperature gas and a burner for generating high temperature gas,
The combustion chamber to which the high temperature gas generation burner is connected and
A temperature control air supply unit that supplies temperature control air to the combustion chamber,
A temperature measuring means for measuring the temperature in the combustion chamber is provided.
The temperature of the high temperature gas is controlled to 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower by controlling the supply amount of the temperature adjusting air supplied from the temperature adjusting air supply unit based on the temperature measured by the temperature measuring means. And
A heating method in which when the temperature measured by the temperature measuring means becomes 780 ° C. or lower, nitrogen purging is performed on the fuel gas nozzle and the pipe for supplying fuel gas to the high temperature gas generation burner to shut off combustion.
前記燃料ガスノズルおよび前記空気ノズルが、ラバールノズルである、加熱方法。 The heating method according to claim 10.
A heating method in which the fuel gas nozzle and the air nozzle are Laval nozzles.
前記空気ノズルから吐出される前記燃焼用空気の吐出速度が、50Nm/s以上である、請求項5〜12のいずれか一項に記載の加熱方法。 The discharge speed of the fuel gas discharged from the fuel gas nozzle is 50 Nm / s or more.
The heating method according to any one of claims 5 to 12 , wherein the discharge rate of the combustion air discharged from the air nozzle is 50 Nm / s or more.
前記空気ノズルから吐出される前記燃焼用空気の吐出速度が、音速以上である、請求項13に記載の加熱方法。 The discharge speed of the fuel gas discharged from the fuel gas nozzle is equal to or higher than the speed of sound.
The heating method according to claim 13 , wherein the discharge speed of the combustion air discharged from the air nozzle is equal to or higher than the speed of sound.
The claim that the amount of the combustion air discharged from the air nozzle is controlled according to the amount of the fuel gas discharged from the fuel gas nozzle so that the air ratio is 0.7 to 1.5. The heating method according to any one of 5 to 14.
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