JPH01269802A - ラジアントチューブバーナにおける燃焼方法および燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、ラジアントチューブバーナにおける燃焼方
法および燃焼装置に関し、とくに好適には、１次燃焼と
２次燃焼における燃焼用エアーの流速を異ならしめてラ
ジアントチューブ内で２段燃焼を行うことにより、Ｎｏ
Ｘの生成量を効果的に低減しようとするものである。

（従来の技術） 鋼帯の連続焼鈍炉のように、熱処理時において、被処理
材の酸化が嫌われる場合には、炉内を（Ｎ２＋ＵＺ）ガ
スなどの非酸化性雰囲気にすると共に、加熱方式として
は間接加熱方式であるラジアントチューブノ々−すが一
般的に採用されている。

このバーナは、ラジアントチューブ（一般に１００〜２
００　ａａの直径を有する）という非常に狭い空間内で
燃焼を行うので、広い空間で燃焼する直火型バーナと比
べて、ＮＯ，の生成量が多いという欠点がある。

この点発明者らは先に、特開昭５７−１４１０６号公報
において、ＮＯＸの生成量を低減できるラジアントチュ
ーブバーナにおける燃焼方法及び装置を提供した。この
技術の概要を第１Ｏ図を基にして説明すると、１はラジ
アントチューブの一部を示しており、このチューブ１の
端部にバーナ２が装着されている。燃焼用ガスは、その
供給口３からガスチャンバー４に供給され、ガスパイプ
（３〜６本）５を通ってバーナヘッド６に開口するガス
ノズル７からチューブ１内に噴出する。一方燃焼用エア
ーは、その供給口８からチューブ１内を通って、このチ
ューブ内面とバーナヘッド６のフランジ部９で形成され
た１次エアーノズル１０から噴出して昇流空気（１次エ
アー）となり、また残りの燃焼用エアーはバーナヘッド
６に設けた２次エアーバイブ１１の２次エアーノズル１
２から噴出して２次エアー（向流空気）となる、そして
、ガスノズル７から噴出する燃焼用ガスと１次エアーノ
ズル１０から噴出する１次エアーにより一次燃焼させ、
次いで、未燃分のガスと２次エアーノズル１２から噴出
する２次エアーとで２次燃焼させるわけである。

この場合１次エアー量の全エアー量に対する比率を３５
〜８０％とし、また燃焼用ガスと１次エアーの運動量比
を０．４以上、さらに２次エアーパイプの長さを２００
閤以上とすることによってＮＯＸの生成を抑制している
。

（発明が解決しようとする課題） 最近では、例えば銅帯の連続焼鈍炉において高温焼鈍が
指向されるようになってきている。

すなわち従来は、調帯としては低炭素鋼が主体であった
けれども、最近では、焼鈍温度の高い極低炭素鋼（Ｃ≦
１０１００ｐｐも連続焼鈍に供される傾向にあり、また
低炭素鋼であっても炉内の各種制１ＴＪ（温度、張力、
速度など）技術の進歩に伴って高速通板が、可能になっ
てきていることから、炉温を高くして、高速通板による
生産性の向上を目指すようになってきている。さらに上
記のような普通鋼用の連続焼鈍炉で焼鈍温度の一層高い
ステンレス綱の焼鈍も試みられている。

このような高温焼鈍に応えるには、ラジアントチューブ
における燃焼量を増加させればよいわけであるが、単に
燃焼量を増加させた場合には、前述したようにチューブ
内が非常に狭いため、燃焼ガスの温度が上昇し、それに
伴ってサーマルＮＯｘの生成量が増加し、結局Ｎ０１ｌ
の環境基準値（１５０ｐｐｒａ以下）を満足できないと
いう問題があるため、かかる高負荷燃焼には限界があっ
た。

なおバーナを増設して対処することも考えられるが、設
備費の増大を招くだけでな（、配管や弁類が増加してメ
ンテナンス等が難しくなる不利も加わる。さらに炉が既
設の場合には、煩雑な改造工事を必要とするなどの問題
もある。

この発明は、上記の事情に鑑みて開発されたもので、高
負荷燃焼であっても、ＮＯＸの発生量を効果的に抑制す
ることができるラジアントチューブバーナにおける燃焼
方法を、その実施に用いて好適な燃焼装置と共に提案す
ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） さて発明者らは、特開昭５７−１４１０６号公報にも開
示したとおり、１次エアーに対する燃焼用ガスの運動量
比η Ｇ を０６４以上にするとＮＯｘの生成量を少なくできると
の知見を得てはいたが、この技術では運動量比ηが１．
０を越えるとその効果は飽和してしまい、それ以上の低
ＮＯｘ化は望み得なかった。また実際の運動量比は最大
１．７程度までしか高められなかった。

そこで発明者らは、さらにこの運動量比ηを大きくすれ
ばＮＯＸの一層の低減化が達成されるのではないかとの
考えに立脚して、かかる高運動量比化を達成できる装置
の開発を含めて鋭意研究を重ねたとこ゛ろ、ＮＯＸ生成
量は運動量比ηの変化に応じ第１図に示すような挙動を
示すことがわかった。

すなわち連動量比ηを更に大きくした場合にはＮＯ，の
生成量を一層低減できることの知見を得たのである。

この発明は、上記の知見に立脚するものである。

すなわちこの発明は、ラジアントチューブ内に配設した
先端にバーナヘッドを有する円筒体に燃焼用エアーを導
き、該バーナヘッド中心部に設けられた２次エアーノズ
ルおよびこの２次エアーノズルを取囲む配置になる１次
エアーノズルから、それぞれ２次エアーおよび１次エア
ーとして噴出させると共に、該２次エアーノズルを囲繞
するようにバーナヘッドに設けられた３〜６個の燃焼用
ガスノズルから燃焼用ガスを噴出させて、まず１次エア
ーで１次燃焼させ、ついで２次エアーにより２次燃焼さ
せる燃焼方法において、該１次エアーノズルの個数を燃
焼用ガスノズル数と同数とし、燃焼用エアー量における
１次エアー量の割合いを３５〜８０％にすると共に、１
次エアーに対する燃焼用ガスの運動量比を１．７以上と
したことから成るラジアントチューブバーナにおける燃
焼方法である。

またこの発明は、先端にバーナヘッドを有する円筒形の
燃焼装置であって、該バーナヘッドの中心部に突設した
２次エアーノズルと、この２次エアーノズルの周りを囲
むようにバーナヘッドに設けられた３〜６個の燃焼用ガ
スノズルと、この燃焼用ガスノズルと同心円上に同数個
設けられた１次エアーノズルとをそなえ、該１次エアー
ノズルの先端近傍に噴出エアーの絞り板を配設すること
により、ノズルの先端における流路断面積の方を絞り部
のそれよりも大きい管路構造としたことからなるラジア
ントチューブバーナにおける燃焼装置である。

（作　用） さて運動量比ηを大きくするための手法としては、次の
■〜■が考えられる。

■燃焼用ガスの流速を大きくするや ０１次エアーの流速を小さくする。

しかしながら、■については、−ａに製鉄所で使用する
燃料ガスはＣガスやＢガス等であることから、ガス供給
圧力には制限があるため、ガス流速にも限界がある。

一方■については、１次エアーノズルの開口面積を大き
くすればよいが、単に大きくしただけでは全エアー量に
対する１次エアー量の比率が変化して最適比率範囲を外
れてしまうことになる。従って１次エアーノズルの面積
を太き（するのであれば、それに応じて２次エアーノズ
ルの面積も大きくする必要があるが、前述したとおりラ
ジアントチューブの径は決まっているので、この方法に
も限界があり、かかる■の方法で達成できる最適運動量
比は前述したとおり１．７程度にすぎながった。

これに対しこの発明は、１次エアー量の全エアーｉに対
する比率を所定範囲内に維持しながらしかも１次エアー
の流速を２次エアーのそれより小さくすることによって
、運動量比ηを大きくし、もって低ＮＯｘ化を達成した
ものである。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明
する。第２〜４図に、ラジアントチューブの端部に組み
込んだこの発明に従うバーナを、局部断面、部分拡大お
よび継断面で示し、図中番号１３はラジアントチューブ
、そして１４がその端部に装着したラジアントチューブ
バーナである。１５は真円度の高い円筒体であって、そ
の一方の端部にはガスチャンバー１６が他端にはバーナ
ヘッド１７が設けられている。前記ガスチャンバー１６
には燃焼用ガスの供給口１８が接続されており、これよ
り供給される燃焼用ガスはガスチャンバー１６を介して
複数（３〜６本）のガスバイブ１９内を流れてバーナヘ
ッド１７に開口するガスノズル２０からチューブ１３内
に噴出する。また２１は円筒体１５に接続された燃焼用
エアーの供給口でありこれより供給されたエアーは、こ
の円筒体内を通って後述する１次エアーノズル及び２次
エアーノズルから、それぞれ１次エアー、２次エアーと
してチューブ１３内に噴出するようになっている。バー
ナヘッド１７において２２は内筒体１５の端部に取付け
られたバーナプレート、２３は１次エアーパイプ、２４
は絞り板、２５は１次エアーノズルであり、また２６は
中心部に設けられた２次エアーパイプ、２７は２次エア
ーノズルである。

さて前述のエアー供給口２１より供給されたエアー量の
３５〜８０％がこの１次エアーノズル２５からチューブ
内に噴出するがこの際、ノズル先端における流路断面積
の方が絞り部のそれよりも大きくなっているのでノズル
先端から噴出するエアーの流速は円筒体１５内における
流速より遅くなる。一方残りのエアー（全エアー量の２
０〜６５％）はそのままの流速で２次エアーノズル２７
から噴出することになる。そして、ガスノズル２０から
噴出する燃焼用ガスと１次エアーノズル２５から噴出す
る１次エアーとで１次燃焼がなされ、次いで未燃分の燃
焼用ガスと、２次エアーノズル２７から噴出する２次エ
アーとにより、２次燃焼がなされるのである。

ところでバーナヘッドにおいて、円周方向で燃焼ムラが
生じると局所的に高温部が生じてサーマルＮＯＸの増加
につながる。従って円周方向における燃焼ムラは極力避
ける必要があるが、そのためには、１次エアーノズル２
５とガスノズル２０との個数を同数にした上で、第４図
に示したように、１次エアーノズル２５とガスノズル２
０をそれぞれ、同心円上でかつ等ピッチ配置とすること
、さらには１次エアーノズル２５とガスノズル２０との
相互間隔も等しくすることが好ましい。

また１次エアーと２次エアーの流量配分は、１次エアー
ノズル２５の絞り板２４の合計開口断面積と２次エアー
ノズルの開口断面積との比が所定の範囲になるように調
整すればよい。

さらに１次エアーの流速は、絞り板２４の絞り部におけ
る開口断面積と、１次ノズル２５の先端における開口断
面積との比によって定まるから、これも運動量比ηが所
望の値になるように決めればよい。

以上の構成とすることによって、従来タイプのバーナで
は達成が困難であった１、７以上の運動量比を、この発
明では前掲第１図に示したようにη：１．７以上、４．
０程度まで高めることができ、特にηを２．５以上にす
れば、極めて優れたＮＯえ低減効果が得られるのである
。

第５図に示すＷ型のラジアントチューブｌ内に、第１０
図に示した従来のバーナと第２図に示したこの発明に従
うバーナをそれぞれ装着して、ＮＯｘの生成量について
調査した結果を、第６図に示す。

同図中、横軸はラジアントチューブの長手方向における
最高温度を、また継軸は１１％０□換算でのＮＯ，生成
量を示す。

同図より明らかなように、ラジアントチューブ温度が同
一であれば、この発明の方がＮＯ，生成量は約５０ｐｐ
ｍ少ない。

また環境基準値（Ｎｏつ≦１５０ｐｐｍ）を満足する上
からは、従来ラジアントチューブ温度は最高９５０°Ｃ
程度までしか上げられなかったのに対し、この発明では
ラジアントチューブ温度を１１００°Ｃ以上まで、上げ
ることができる。

第７〜９図に別の実施例を示す。

第７図は、１次エアーの流速を落とすのに、絞り板を使
用せずに、テーパ状のエアーパイプ２８を使用したもの
である。また、この実施例においては、エアーノズルか
ら噴出する１次エアーはバーナプレートの法線に対して
平行ではないので燃焼用ガスとの１次燃焼において拡散
が円滑に行われるという利点もある。

第８図は、第７図を発展させたもので、１次エアーノズ
ル２５にも絞り部２９を設けて噴出エアーの向きを更に
大きく変化させたものである。

第９図は、エアーバイブ３０を外側に傾けて１次エアー
とガスとの混合を促進させるようにしたもので、第７〜
８図のものと同様に、ＮＯｘ生成量を第２図に示したも
のよりもさらに１０ｐｐｍ前後低減できる。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、ＮＯｘ生成量を従来の２７
３〜３／４に低減することができ、また高負荷燃焼を行
っても充分環境基準を満足できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、１次エアーに対する燃焼用ガスの運動量比と
Ｎ′ＯＸの生成量との関係を示したグラフ、第２．３お
よび４図はそれぞれ、この発明に従う好適燃焼装置の局
部断面図、部分拡大図および縦断面図、 第５図は、Ｗ型ラジアントチューブの正面図、第６図は
、この発明に従う燃焼バーナと従来の燃焼バーナを用い
た場合におけるラジアントチュ・−ブ長手方向最高温度
とＮＯｘ生成量との関係を示したグラフ、 第７〜９図はそれぞれ、この発明に係る１次エアーノズ
ルの別の好適例を示した断面図、第１０図は、従来の燃
焼バーナの部分断面図である。 １３・・・ラジアントチューブ １４・・・ラジアントチューブバーナ １５・・・円筒体　　　　　　１６・・・ガスチャンバ
ー１７・・・バーナヘッド　　　１８・・・燃焼用ガス
供給口１９・・・ガスバイブ　　　　２ｏ・・・ガスノ
ズル２１・・・燃焼用エアー供給口 ２２・・・バーナプレート　　２３・・・１次エアーパ
イプ２４・・・絞り板　　　　　　２５・・・１次エア
ーノズル２６・・・２次エアーバイブ　２７・・・２次
エアーノズル２８・・・テーパー状エアーバイブ ２９・・・絞り部 第２図 ス 第３図 第４図 ２；欠１アーノス°ル 第５図 第６図 ＱＯＯＱ５０　　　　ｆｏｏｏ　　　　ｆ０５０　　　
　ｆｆ００ラジアン）−今ユーブ展＋ｈ句量高浦度（°
Ｃ〕第７図 〆べ ＠８図 ｆり

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ラジアントチューブ内に配設した先端にバーナヘッ
   ドを有する内筒体に燃焼用エアーを導き、該バーナヘッ
   ド中心部に設けられた２次エアーノズルおよびこの２次
   エアーノズルを取囲む配置になる１次エアーノズルから
   、それぞれ２次エアーおよび１次エアーとして噴出させ
   ると共に、該２次エアーノズルを囲繞するようにバーナ
   ヘッドに設けられた３〜６個の燃焼用ガスノズルから燃
   焼用ガスを噴出させて、まず１次エアーで１次燃焼させ
   、ついで２次エアーにより２次燃焼させる燃焼方法にお
   いて、 該１次エアーノズルの個数を燃焼用ガスノズル数と同数
   とし、燃焼用エアー量における１次エアー量の割合いを
   ３５〜８０％にすると共に、１次エアーに対する燃焼用
   ガスの運動量比を１．７以上としたことを特徴とするラ
   ジアントチューブバーナにおける燃焼方法。２、１次エ
   アーの流速を２次エアーの流速よりも減速してなる請求
   項１記載の燃焼方法。３、１次エアーの中心流を、円筒
   体の軸心に対し外側の向きに噴射してなる請求項１また
   は２記載の燃焼方法。 ４、先端にバーナヘッドを有する円筒形の燃焼装置であ
   って、 該バーナヘッドの中心部に突設した２次エアーノズルと
   、この２次エアーノズルの周りを囲むようにバーナヘッ
   ドに設けられた３〜６個の燃焼用ガスノズルと、この燃
   焼用ガスノズルと同心円上に同数個設けられた１次エア
   ーノズルとをそなえ、該１次エアーノズルの先端近傍に
   噴出エアーの絞り板を配設することにより、ノズル先端
   における流路断面積の方を絞り部のそれよりも大きい管
   路構造としたことを特徴とするラジアントチューブバー
   ナにおける燃焼装置。 ５、１次エアー中心流の噴出方向が、円筒体の軸心に対
   し外側に広がる向きになる請求項４記載の燃焼装置。