JPH05157212A - ラジアントチューブバーナの低NOx燃焼方法及びそれを実施するラジアントチューブバーナ - Google Patents

ラジアントチューブバーナの低NOx燃焼方法及びそれを実施するラジアントチューブバーナ

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JPH05157212A
JPH05157212A JP3047394A JP4739491A JPH05157212A JP H05157212 A JPH05157212 A JP H05157212A JP 3047394 A JP3047394 A JP 3047394A JP 4739491 A JP4739491 A JP 4739491A JP H05157212 A JPH05157212 A JP H05157212A
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JP
Japan
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fuel
radiant tube
gas
burner
nozzle
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JP3047394A
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English (en)
Inventor
Masao Kawamoto
雅男 川本
Hirokuni Kikukawa
裕邦 菊川
Takeshi Tada
健 多田
Shunichi Akiyama
俊一 秋山
Yoshimoto Fujii
良基 藤井
Toshinori Ozawa
俊典 小沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Furnace Co Ltd
JFE Engineering Corp
Original Assignee
Nippon Furnace Co Ltd
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 NOxの低減効果が確実に得られるようにす
る。そして、それを簡単でかつ場所を取らないバーナ構
造で実施可能とする。 【構成】 燃焼に寄与しない燃料以外のガスを燃料に混
入させて燃料ノズル4から噴射させ、火炎の存在する領
域の全てに供給して燃焼させずに吸熱させて火炎の最高
温度を引き下げる。また、これを実施するため、燃料ノ
ズル4の元部に該燃料ノズル4と同軸状に燃料以外のガ
スを噴射するノズル7を配置し、燃料と同方向に燃料以
外のガスを燃料内に直接噴射させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はラジアントチューブバー
ナに関する。更に詳述すると、本発明は低NOx燃焼を
実現するラジアントチューブバーナの燃焼方法及びラジ
アントチューブバーナに関する。
【0002】
【従来の技術】一般的なラジアントチューブバーナは、
バーナハウジングに連結された口径90〜200mmの
耐熱合金チューブ内に燃料ノズル(バーナガンとも言
う)を突出させ、ラジアントチューブ内で燃焼させて同
チューブを加熱し同チューブ外表面から放射されるふく
射熱によって被加熱物を加熱するように構成されてい
る。この従来のラジアントチューブバーナ構造ではラジ
アントチューブ内に排ガスを再循環するための十分なス
ペースをとることはできない。
【0003】そこで、図5に示すように、ラジアントチ
ューブ101の出口側とラジアントチューブバーナ10
2のバーナハウジング103とを連結して排ガスの一部
を燃焼用空気と共にラジアントチューブバーナ102に
供給する排ガス再循環装置104を設けた排ガス再循環
燃焼方式の低NOxラジアントチューブバーナが提案さ
れている。排ガス再循環装置104は、燃焼用空気を噴
射する空気ノズル105とラジアントチューブ101の
出口側とバーナハウジング103とを連通する還流管1
06とが同芯状に設置され、燃焼用空気の噴射速度エネ
ルギによってラジアントチューブ101の出口側から排
ガスの一部を吸引して燃焼用空気と共に強制的にバーナ
102に供給する。尚、符号107は排気ファンであ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バーナ
102とラジアントチューブ102の出口側との間に排
ガス再循環装置104を装備することは、ラジアントチ
ューブバーナ装置全体が大掛りとなる上に構造も複雑と
なる。一般にこのラジアントチューブバーナは、雰囲気
ガスを汚染せずに加熱することができることから均熱炉
のような熱処理炉の熱源として利用されている。しか
し、これら熱処理炉などでは、炉壁に対し数十から数百
個のラジアントチューブバーナが使用されることから、
装置の大型化や複雑化は好ましくない。また、ラジアン
トチューブ101の出口側に排ガス再循環装置104を
設置するため、ラジアントチューブ101の両端に蓄熱
体を装備した一対のバーナを設けて交互に燃焼させる蓄
熱式ラジアントチューブバーナには適用できない問題が
ある。
【0005】本発明は、確実にNOxの低減効果が得ら
れるラジアントチューブバーナの燃焼方法およびそれを
実施可能とする簡単でかつ場所を取らない構造の低NO
xラジアントチューブバーナを提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明のラジアントチューブバーナの低NOx燃焼
方法は、燃料に燃料以外のガスを混入させて燃料ノズル
から噴射させ、火炎の存在する領域の全てに燃料以外の
ガスを供給するようにしている。ここで、燃料以外のガ
スは燃料ノズルの元部で燃料に混入されることが好まし
く、スチームの他、排ガスあるいは窒素などの不活性ガ
スが使用され、特に好ましくはスチームが使用される。
【0007】また、本発明の低NOxラジアントチュー
ブバーナは、燃料ノズルの元部に該燃料ノズルと同軸状
に燃料以外のガスを噴射するノズルを配置し、燃料と同
方向に燃料以外のガスを燃料内に直接噴射するようにし
ている。
【0008】
【作用】したがって、燃料中の燃料以外のガスの全量が
火炎が形成される領域の全てにおいて燃焼せずに火炎温
度まで周囲から吸熱して温められ、火炎の最高温度を引
き下げる。特に燃料以外のガスとしてスチームを使用す
る場合、熱解離エネルギを火炎及びその周辺の高温部で
吸収して火炎の最高温度を下げ、低温部即ち火炎よりも
ラジアントチューブの出口側寄りの領域における熱解離
したものの最結合反応によって熱を放出し、ラジアント
チューブからの放熱量を補充する。
【0009】
【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。尚、本実施例は蓄熱式のラジア
ントチューブバーナに適用した場合を示している。
【0010】図1に本発明を適用した蓄熱式ラジアント
チューブバーナ装置の一実施例を示す。この蓄熱式ラジ
アントチューブバーナ装置は、ラジアントチューブ1
と、その両端に装備された一組のバーナ3,3と、各バ
ーナ3,3の空気供給系9に配置された蓄熱体2と、各
バーナ3,3を空気供給系9と燃焼ガス排気系12との
いずれかに選択的に接続する四方弁11と、各バーナ
3,3の燃料供給系13に配置されていずれか一方のバ
ーナ3,3に燃料を選択的に供給する三方弁10及びパ
イロットバーナ(図示省略)とから主に構成されてい
る。ラジアントチューブの両端のバーナ3,3は交互に
燃焼してその燃焼ガスを燃焼させていない方のバーナ側
から蓄熱体2を通して排出させる一方、燃焼させている
側のバーナには蓄熱体2を通して予熱された燃焼用空気
を供給する。
【0011】バーナ3,3は、燃料ノズル4と、この燃
料ノズル4を囲繞して燃焼用空気の流路を構成するバー
ナハウジング5と、燃料ノズル4の元部に配置されてい
る燃料室6と、この燃料室6内において燃料ノズル4内
に燃料以外のガスを噴射するノズル7とから主に構成さ
れている。ノズル7は燃料ノズル4と同芯状に配置さ
れ、燃料室6内に供給される燃料例えばガスの流れの中
央に直接噴射される。この場合、燃料以外のガスが燃料
の流れと同方向に噴射されるため、圧力損失がなくかつ
その噴射モーメンタムによってターンダウン時の火炎の
形状維持ができる。尚、図示していないが、バーナハウ
ジング5にはパイロットバーナなどの必要な付帯設備が
装備されている。
【0012】両バーナ3,3のバーナハウジング5には
四方弁11を介して燃焼用空気供給系9と燃焼ガス排気
系12とが接続されている。四方弁11の操作によっ
て、燃焼用空気供給系9の押込み送風機13から供給さ
れる燃焼用空気を2つのバーナ3,3のいずれか一方へ
供給して燃焼させる一方、この燃焼ガスを他方のバーナ
の蓄熱体2を経て燃焼ガス排気系12の排気ブロワ14
によって誘引排気するように設けられている。この燃焼
用空気と燃焼ガスの流れの切替えは、タイマ(図示省
略)を使って一定時間置きに行なわれるか、あるいは蓄
熱体2を通過した燃焼ガス温度をサーモセンサ(図示省
略)で測定してこれが所定温度に達したときに行なわれ
る。
【0013】本発明のラジアントチューブバーナの低N
Ox燃焼方法は、例えば上述のように構成されたラジア
ントチューブバーナにおいて次のように実施される。
【0014】四方弁11と三方弁10とが切替えられ
て、一方のバーナ3に燃焼用空気と燃料ガスが供給され
ると共に他方のバーナ3への燃料ガスと燃焼用空気の供
給が停止されて燃焼用空気供給系9から四方弁11及び
燃焼ガス排気系12を経て燃焼ガスが排気される。燃料
は、燃料供給系8から燃料室6に供給され、燃料室6内
に配置されている燃料ノズル4を通してラジアントチュ
ーブ1内に噴射される。このとき、燃料中には燃料ノズ
ル4の元部に配置されているノズル7から燃料以外のガ
スが混入される。燃料以外のガスとしては、スチームや
燃焼排ガスあるいは窒素(N2 )やアルゴン(Ar)な
どの不活性ガスが挙げられるが、中でもスチームの使用
が好ましい。また、このスチームの混入量は、特に限定
されるものではないが、火炎が失火しない範囲において
多いほど低NOx化に貢献する。例えば、図2のNOx
とスチーム量との関係を求めたグラフに示すように、ス
チーム量を増加するに従ってNOxは急激に減少する。
しかも、図3のNOxと空気比λとの関係を求めたグラ
フに示すように、同じ空気比でもスチームが多くなるほ
ど、空気比が大きくなるに従ってNOxが多くなる傾向
が抑制されることが理解できる。そこで、例えば燃料ガ
ス10000Kcalに対しスチーム0.6kgが混入
される。この燃料以外のガス例えばスチームは、燃料と
混合され、燃料のあるところの全て換言すれば火炎の存
在する領域の全てに供給される。
【0015】一方、燃焼用空気供給系9から供給された
空気は、蓄熱体2で燃焼排ガスから回収された排熱によ
って予熱された後バーナハウジング5内に供給される。
【0016】そして、この空気と燃料ノズル4から噴射
された燃料が混合して燃焼し、火炎を形成する。このと
き、燃料中の燃料以外のガスの全量が火炎が形成される
領域の全てにおいて燃焼せずに火炎温度まで周囲から吸
熱して温められ、火炎の最高温度を引き下げる。特に燃
料以外のガスとしてスチームを使用する場合、熱解離エ
ネルギを火炎及びその周辺の高温部で吸収して火炎の最
高温度を下げ、低温部即ち火炎よりもラジアントチュー
ブ1の出口側寄りの領域における熱解離したものの最結
合反応によって熱を放出し、ラジアントチューブ1から
の放熱量を補充する。これによって、ラジアントチュー
ブ1の管軸方向における温度分布を平坦化する。
【0017】燃焼ガスはラジアントチューブ1を加熱し
た後、燃焼していない方のバーナ3の燃焼用空気供給系
9の蓄熱体2を経て四方弁11をおよび燃焼ガス排気系
12を介して排気ブロワ14によって排気される。そし
て、燃焼ガスの熱で蓄熱体2を加熱して排熱を回収す
る。
【0018】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、本実施例は蓄熱式ラジアントチューブバー
ナ装置に適用した場合について説明したが、特にこれに
限定されるものではなく、通常のラジアントチューブバ
ーナに適用することも可能である。また、燃料以外のガ
スは燃料ノズル4に直接噴射することに特に限定され
ず、図4に示すように燃料ノズル4の上流側に予混合器
15を設け、燃料と燃料以外のガスとをあらかじめ混合
してから燃料ノズル4に供給しラジアントチューブ1内
に噴射するようにしても良い。
【0019】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
のラジアントチューブバーナの低NOx燃焼方法は、燃
料に燃料以外のガスを混入させて燃料ノズルから噴射さ
せ、火炎の存在する領域の全てに燃料以外のガスを供給
するようにしているので、燃料中の燃料以外のガスの全
量が火炎が形成される領域の全てにおいて燃焼せずに火
炎温度まで温められるまで周囲から吸熱し、火炎の最高
温度を引き下げNOxを効果的に低減させる。特に、本
発明において燃料以外のガスとしてスチームを使用する
場合、熱解離エネルギを火炎及びその周辺の高温部で吸
収して火炎の最高温度を更に下げ、低温部即ち火炎より
もラジアントチューブの出口側寄りの領域における熱解
離したものの最結合反応によって熱を放出し、ラジアン
トチューブからの放熱量を補充するので、ラジアントチ
ューブの管軸方向における温度分布を平坦化することが
できる。しかも、燃料に混入された燃料以外のガスは火
炎の存在する領域の全てに供給されるので、その全量が
確実に低NOx化に効果を持つ。
【0020】また、また、本発明の低NOxラジアント
チューブバーナは、燃料ノズルの元部に該燃料ノズルと
同軸状に燃料以外のガスを噴射するノズルを配置し、燃
料と同方向に燃料以外のガスを燃料内に直接噴射するよ
うにしているので、圧力損失がなくかつその噴射モーメ
ンタムによってターンダウン時の火炎の形状維持がで
き、良好な燃料性を保持できる。しかも、このバーナは
燃料ノズルの元部から燃焼に寄与しない燃料以外のガス
を直接噴射するようにしているので、燃焼に無関係に常
時噴射させ、燃料ノズルを冷却すると共にクリーニング
してコーキングを防ぐことができる。更に、このバーナ
によると、燃料以外のガスを噴射するノズルをバーナ面
・フロントプレートに設置することがないので、バーナ
周辺が簡潔でコンパクトになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の低NOx燃焼方法を実施する低NOx
ラジアントチューブバーナの一実施例を示す概略図であ
る。
【図2】スチーム量とNOx量との関係を示すグラフで
ある。
【図3】空気比とNOx量との関係を示すグラフであ
る。
【図4】本発明のラジアントチューブバーナの他の実施
例を示す概略図である。
【図5】従来の強制排ガス再循環燃焼方式のラジアント
チューブバーナを示す概略説明図である。
【符号の説明】
1 ラジアントチューブ 3 バーナ 4 燃料ノズル 5 バーナハウジング 7 燃料以外のガスを噴射するノズル
フロントページの続き (72)発明者 多田 健 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 秋山 俊一 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 藤井 良基 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 小沢 俊典 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ラジアントチューブを連結し該チューブ
    内で燃焼させるラジアントチューブバーナの燃焼方法に
    おいて、燃料に燃料以外のガスを混入させて燃料ノズル
    から噴射させ、火炎の存在する領域の全てに燃料以外の
    ガスを供給することを特徴とするラジアントチューブバ
    ーナの低NOx燃焼方法。
  2. 【請求項2】 前記燃料以外のガスは燃料ノズルの元部
    で燃料に混入されることを特徴とする請求項1記載のラ
    ジアントチューブバーナの低NOx燃焼方法。
  3. 【請求項3】 前記燃料以外のガスはスチームであるこ
    とを特徴とする請求項1または2記載のラジアントチュ
    ーブバーナの低NOx燃焼方法。
  4. 【請求項4】 前記燃料以外のガスは排ガスあるいは不
    活性ガスであることを特徴とする請求項1または2記載
    のラジアントチューブバーナの低NOx燃焼方法。
  5. 【請求項5】 ラジアントチューブを連結し該チューブ
    内で燃焼させるラジアントチューブバーナにおいて、燃
    料ノズルの元部に該燃料ノズルと同軸状に燃料以外のガ
    スを噴射するノズルを配置し、燃料と同方向に燃料以外
    のガスを燃料内に直接噴射することを特徴とするラジア
    ントチューブバーナ
JP3047394A 1991-02-21 1991-02-21 ラジアントチューブバーナの低NOx燃焼方法及びそれを実施するラジアントチューブバーナ Pending JPH05157212A (ja)

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