JPH0467090B2 - - Google Patents

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JPH0467090B2
JPH0467090B2 JP60040961A JP4096185A JPH0467090B2 JP H0467090 B2 JPH0467090 B2 JP H0467090B2 JP 60040961 A JP60040961 A JP 60040961A JP 4096185 A JP4096185 A JP 4096185A JP H0467090 B2 JPH0467090 B2 JP H0467090B2
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radiant
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combustion burner
burner
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Ansonii Seshiru Makukoosurando Dominitsuku
Chaaruzu Shaauiru Rezurii
Furederitsuku Kooruzu Kenisu
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Shell Internationale Research Maatschappij BV
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    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/12—Radiant burners
    • F23D14/16—Radiant burners using permeable blocks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/002—Manufacture of articles essentially made from metallic fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
    • C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
    • C22C33/0285—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with Cr, Co, or Ni having a minimum content higher than 5%
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2203/00—Gaseous fuel burners
    • F23D2203/10—Flame diffusing means
    • F23D2203/105—Porous plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
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    • F23D2212/20—Burner material specifications metallic
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  • Organic Chemistry (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、前面により燃焼面を画成する多孔質
部材と、燃焼性ガス混合物を、ガス分配空間から
多孔質部材の後面まで移送すると共に前記部材を
通してその燃焼面まで移送する手段とを備えた輻
射面燃焼バーナに関する。
輻射面燃焼バーナにおいて燃焼性ガス混合物を
多孔質部材に強制通過させ、かつこの部材の前面
近傍で着火させる場合、燃焼ガスは前面を加熱し
て白熱させるので、エネルギの大部分は輻射熱と
して放出される。
燃焼性ガス混合物は、一般に燃料ガスと空気と
の混合物である。燃料ガスは、たとえば天然ガス
および石油ガスである。
自由炎表面燃焼とは異なり、輻射面燃焼は、反
応帯域が多孔質部材の表面層内に存在しかつ周囲
温度環境へ自由に放射する際に表面層の温度が一
般に1000〜1300〓となるような燃焼過程である。
自由炎表面燃焼の場合、燃焼性混合物は、反応
帯域が多孔質部材の前面の前方（すなわち下流）
近くに存在するような条件で多孔質部材を通過す
る。反応帯域におけるガスの温度は一般にこの混
合物の断熱値（化学量論的な天然ガス／空気混合
物については2200〓）に近く、かつ多孔質部材の
表面層は800〓未満の温度を有する。自由炎表面
燃焼の場合には、輻射面バーナによるよりもずつ
と少ない輻射は主として燃焼生成物による放熱か
ら生じ、多孔質部材の表面層からは殆んど生じな
い。
材料特性に対する要求は、自由炎表面燃焼に対
するよりも輻射面燃焼に対しずつと厳しいことが
明らかであろう。
市販の輻射面燃焼バーナは一般に、粒状化セラ
ミツク材料またはセラミツク繊維で形成された多
孔質部材を備える。これら多孔質部材のための主
たる要件は、高温度の表面燃焼環境において熱衝
撃および酸化に耐える能力である。セラミツク材
料は、良好な酸化耐性を有することが知られてい
る。しかしながら、制約条件は、加えられる極め
て高い熱的および機械的応力に耐えるセラミツク
の能力は限定されているということである。セラ
ミツク部材に関する他の問題は、これら部材が脆
くかつ室温でさえ容易に破壊することである。セ
ラミツク材料で経験される上記欠点を克服するた
め、金属線メツシユを多孔質部材に使用すること
が既に提案されている。全体的に金属性の輻射面
燃焼バーナは、極めて丈夫でありかつより良好な
熱衝撃耐性を有する点において、セラミツク部材
を有するバーナよりも極めて有利である。しかし
ながら、たとえばステンレス鋼のような入手しう
る金属は、1200〓よりも高い温度に遭遇するよう
な表面燃焼条件下において急速に酸化する。酸化
による劣化は多孔質部材の流動抵抗を増大させ、
これがその使用寿命を著しく制限する。公知の金
属輻射バーナ部材は、したがつて、かなり緩るい
温度条件下での用途に限定される。
本発明の目的は、高温度の表面燃焼条件下にて
高い酸化耐性と熱衝撃耐性とを室温における機械
強度と組み合せて有する金属多孔質部材を備えた
改良輻射面燃焼バーナを提供することである。
本発明による輻射面燃焼バーナは、クロムとア
ルミニウムとを含有する不織鋼繊維の焼結壁部か
らなる多孔質部材を備える。
本発明による多孔質部材は、たとえば不織構造
の平板または円筒壁部よりなり、多かれ少なかれ
鋼繊維のランダム充填構造を扁平シートまたはパ
ネルまで圧縮し、次いでこれを焼結して形態の強
度、凝着性および安定性並びに透過性を得ること
により作成される。焼結したパネルまたはシート
は、変形可能であり、機械加工することができか
つ熔接可能であるという他の利点をも有する。
これらは、焼結の前または後にその最終形態に
することができる。
クロムとアルミニウムとを含有する鋼は、高温
度において高い酸化耐性を有しかつ輻射面燃焼バ
ーナ部材で生ずるような熱サイクルに対し耐性を
有する。本発明による部材の初期機械強度は長時
間にわたり維持され、脆性が生じない。
典型的には、本発明による多孔質部材の場合、
60〜90％の多孔度が使用される。より好ましく
は、50μ未満の直径を有する極めて細い繊維が使
用され、これは典型的には300〜3000Kg／m3の密
度をもたらす。金属線メツシユは、不織繊維より
も所望特性の多孔質部材に変化させるのがずつと
困難である。
驚ろくことに、本発明による輻射バーナは100
〜1000KWm-2の熱投入量にて操作することがで
きるのに対し、セラミツク繊維多孔質部材を使用
する輻射面燃焼バーナは100〜400kWm-2の熱投
入量（kWm-2の熱投入量は多孔質部材輻射面１
m2当りの熱投入量である）でしか操作することが
できない。
焼結不織鋼繊維を用いれば、セラミツク繊維に
よるよりも薄い多孔質部材を作成することがで
き、したがつてより低い多孔質部材の流動抵抗を
得ることができる。
少量のイツトリウムを含有するCrAl鋼によつ
て良好な結果が得られた。本発明による多孔質部
材に使用するのに特に適した種類の耐熱性かつ耐
酸化性の鋼は、15.0〜22.0重量％のクロムと4.0〜
5.2重量％のアルミニウムと0.05〜0.5重量％のイ
ツトリウムと0.2〜0.4重量％の珪素と0.03重量％
未満の炭素とを含有する。
加熱すると、アルミナ含有量がこの種類の鋼か
ら作成された繊維の表面に形成され、高温度にお
いて高い酸化耐性を与える。アルミナ含有量は、
層中に生じた全ての亀裂が酸素の存在下で自己治
癒するという利点を有する。
さらに本発明は、本発明による上記バーナの操
作方法にも関し、この方法においては燃料／空気
の混合物を100〜1000kWm-2の熱投入量にて多孔
質部材に通過させる。これにより、輻射面燃焼が
達成される。
多孔質部材を流動方向に通る熱伝導性を最小化
させるため、繊維は主として流動方向に対し垂直
な面に載置することができる。
輻射面燃焼バーナは一般に、多孔質部材を支持
するための不透過性材料のフレームと、燃焼性ガ
ス混合物を前記フレームおよび／または多孔質部
材により包囲されたガス分配空間中へ導くための
導管手段とからなつている。多孔質部材の前面層
は反応帯域であるため、この多孔質部材は比較的
薄く、たとえば数ミリに作成することができる。
耐性の低い多孔質材料の裏打材として、支持体を
多孔質部材の後面に取り付けることもできるであ
ろう。
輻射バーナのフレーム部分は、好適にはたとえ
ばステンレス鋼のような金属で作成され、多孔質
部材を支持しかつガス混合物の充満空間を形成す
るのに必要な形状に加工し、押圧し、または成形
することができる。多孔質部材は、たとえばボル
ト固定、錠固定または熔接のような任意適当な方
法でフレーム部分へ固定することができる。
優秀な酸化耐性および強度を有するという利点
の他、さらに本発明によるバーナは操作可能にお
いて利点を有する。操作に際し、本発明によるバ
ーナは、従来の輻射バーナ（特に粒状セラミツク
材料で形成された多孔質部材を有するバーナ）と
比較して、低いNOx放出と組み合せて改良され
た表面加熱の均一性を有することが判明した。こ
の均一な熱放出パターンは、恐らく試験した多孔
質媒体の均一な孔分布から生ずると思われる。
本発明による型式の輻射バーナは、さらに典型
的には10：１までの絞り比（turndown ratio）
を有することが判明し、これは入手しうる輻射バ
ーナよりも著しく大である。絞り比とは、輻射面
燃焼を与えるための最大熱投入量と最小熱投入量
との比であると理解される。
以下、添付図面を参照して本発明を説明する。
第１図には、たとえばステンレス鋼のような耐
熱性金属のバーナフレーム１が示され、これはク
ロムとアルミニウムとを含有する鋼の繊維で作成
され、かつ焼結された多孔質部材２を支持する。
この多孔質部材２は、ボルト止フランジ４により
バーナフレーム１にしつかり固定される。バーナ
ナフレーム１と多孔質部材２とは、分配用邪魔板
６を設けたガス分配空間５を包囲し、前記分配邪
魔板は、入口７を介して導入された燃焼性ガス混
合物を多孔質部材２のほぼ全領域にわたつて均一
分配する。バーナを炉の操作に使用しうるように
するため、バーナフレーム１を耐火材の本体８に
収納する。
第２図は他のバーナを示し、このバーナはたと
えばガス燃焼の代りに石油燃焼を用いるようなボ
イラーに使用するのに特に有利である。このバー
ナは、閉鎖端部を有するチユーブの形態の多孔質
部材１０からなつている。
この多孔質部材をボルト固定によりフレーム１
１に接続する。フレーム１１と部材１０との間の
気密接続を確保するため、ガスケツト１２をこれ
らバーナ部品の間に配置する。
フレーム１１には、燃焼性ガス混合物を多孔質
部材１０により包囲された分配空間１４へ供給す
るためのガス入口１３を設ける。空間１４の容積
を最小にするため、この分配空間１４にはプラグ
１５を中央に設ける。このプラグ１５は、たとえ
ば金属のような任意の不透過性材料で作成するこ
とができる。
さらに、本発明によるバーナは、多孔質部材に
より包囲された燃焼空間を有するトンネルとして
成形することもできる。
上記の例は、使用する材料の高展延性により多
孔質部材を全く異なる方法で成形しうることを示
している。
以下、実施例により本発明をその使用および操
作につき説明する。
実施例 パネルの形態の多数のバーナ部材を、登録商標
フエクラロイ（Fecralloy）として入手しうる
15.8重量％のクロムと4.8重量％のアルミニウム
と0.3重量％の珪素と0.03重量％の炭素と0.3重量
％のイツトリウムとを含有する鋼繊維よりなるベ
キポール（Bekipor）という名称の特許製品から
作成した。これらのパネルを、不規則に置いた直
径22μの繊維から形成し、圧縮しかつ焼結して多
孔度約80％の剛板を得た。不規則に置かれた繊維
により形成された迷路構造は、これらパネル中に
高度の透過性を与える流路を形成する。パネルの
透過度は、これらパネルに対する空気流動の際に
測定した圧力損失から決定した。パネルの粘性
（ダルシー）透過性は101μm2（ダルシー）である
ことが判明した。これらパネルは公称厚さ４mmお
よび６mmで150mm平方であつた。これらパネルを、
第１図に示すように、ステンレス鋼の箱体に装着
した。これらパネルを、化学量論的天然ガス／空
気混合物を用いる屋外空気において、100〜
2500kWm-2の熱出力範囲にわたり、ガスの全カ
ロリー値およびパネル表面の表面積に基づいて燃
焼試験した。200kWm-2において、パネル表面は
数秒間で均一加熱されるようになり、表面温度
（消失フイラメント光学パイロメータにより測定）
は1050〓であつた。100kWm-2においても、パネ
ル表面は均一加熱されたが、温度はパイロメータ
の下限値よりも低く、1020〓であつた。熱投入量
の増加は、表面温度を800kWm-2にて1160〓の最
大値まで増大させた。2000kWm-2を越えると、
火炎はパネルの表面層には確立されず、自由炎と
して表面上方に確立され、パネル表面は冷温度に
保たれ、すなわちパネルはもはや放射燃焼しなか
つた。1000〜2000kWm-2の範囲に遷移領域が存
在し、接合部に表面燃焼と自由炎燃焼との両者が
存在した。
均一な表面燃焼条件の下で、充気室におけるガ
ス圧力は均等な空気流速値から200kWm-2におけ
る3.2と1000kWm-2における1.6との間の係数だけ
増大した。完全な自由炎条件下、すなわち
2000kWm-2より大きい場合、燃焼の際のガス圧
力は、周囲空気の均等流速で得られる値と同じで
あつた。
全ての安定操作条件において、パネルの後面温
度は320〓以下に留まつた。使用した鋼の伝熱性
はセラミツク材料と比較して高く、すなわち800
〓において28Wm-1K-1であるが、パネルに対す
る流動方向の有効伝熱性は極めて低い。何故な
ら、互いの熱接触が貧弱である繊維が、流動方向
に対し垂直な平面に主として載置されているから
である。
輻射面燃焼方式で数時間試験した後、パネルの
透過性を再測定したが、変化は見られなかつた。
長時間加熱が透過性に悪影響を及ぼさないことを
証明するため、１個の全パネルを空気中で1400〓
にて全部で25時間焼成したが、透過性の変化は観
察されなかつた。
燃焼実験の際、パネル下流のガスを採取し、窒
素酸化物につき分析した。輻射面燃焼方式におい
て、ピーク濃度は表面の直ぐ下流に見られた。見
出されたNOの濃度は極めて低く、200および
600kWm-2において、それぞれ12〜24ppmvの範
囲であつた。これは、輻射面燃焼方式で得られる
比較的低い燃焼温度に基づいている。自由炎方式
の操作では、NO値はそれよりずつと高く、150
〜250ppmvの範囲であり、ピーク濃度は表面の
約150mm下流に生じた。このような濃度は、断熱
値に近い火炎温度に達するような慣用のプレミツ
クス型ガスバーナを象徴する。
表面燃焼バーナに対する高温操作の限界は、フ
ラツシユバツク（充満室へ逆行する燃焼）をもた
らすような不安定な侵入燃焼が生ずる場合に達す
る。最高安定表面温度は、輻射損失を漸次減少さ
せるようバーナを炉箱内に封入しかつ表面温度を
不安定性の点において記録することにより測定し
た。400kWm-2の熱投入量において、この最高安
定表面温度は1420〓であることが判明し、これは
800kWm-2にて1520〓まで増大した。
上記の結果は全て厚さ６mmのパネルについての
ものであるが、厚さ４mmのパネルでは充満室にお
ける低圧力が得られた点においてのみその性能が
異なつていた。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による第１のバーナの断面図、
第２図は本発明による第２のバーナの断面図であ
る。 １…フレーム、２…多孔質部材、４…フラン
ジ、５…空間、６…邪魔板、７…入口、８…本
体。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 前面により燃焼面を画成する多孔質部材と、
    燃焼性ガス混合物をガス分配空間から前記多孔質
    部材の後面まで移送すると共にこの多孔質部材を
    通してその燃焼面まで移送する手段とを備える輻
    射面燃焼バーナにおいて多孔質部材がクロムおよ
    びアルミニウムを含有する不織鋼繊維の焼結壁部
    を含むことを特徴とする輻射面燃焼バーナ。 ２ 鋼がさらに少量のイツトリウムを含有する特
    許請求の範囲第１項記載の輻射面燃焼バーナ。 ３ 鋼が15.0〜22.0重量％のクロムと4.0〜5.2重
    量％のアルミニウムと0.05〜0.4重量％のイツト
    リウムと0.2〜0.4重量％の珪素と0.03重量％未満
    の炭素とを含む特許請求の範囲第２項記載の輻射
    面燃焼バーナ。 ４ 多孔質部材は、当該輻射面燃焼バーナの操作
    時に燃料／空気の混合物が100〜1000kWm-2の熱
    投入量にて該多孔質部材を通過するよう構成され
    ている特許請求の範囲第１項から第３項のいずれ
    かに記載の輻射面燃焼バーナ。
JP60040961A 1984-03-05 1985-03-01 輻射面燃焼バーナ Granted JPS60213717A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB848405681A GB8405681D0 (en) 1984-03-05 1984-03-05 Surface-combustion radiant burner
GB8405681 1984-03-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60213717A JPS60213717A (ja) 1985-10-26
JPH0467090B2 true JPH0467090B2 (ja) 1992-10-27

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ID=10557589

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60040961A Granted JPS60213717A (ja) 1984-03-05 1985-03-01 輻射面燃焼バーナ

Country Status (6)

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US (1) US4597734A (ja)
EP (1) EP0157432B1 (ja)
JP (1) JPS60213717A (ja)
CA (1) CA1249214A (ja)
DE (1) DE3566832D1 (ja)
GB (1) GB8405681D0 (ja)

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