JPH0526408A - ラジアントチユ−ブバ−ナ−及びその燃焼法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 設備の複雑化を極力抑えつつ設備への熱負荷
やＮＯ_X 生成量を顕著に低減でき、かつ良好な燃焼効率
が維持されるラジアントチュ−ブバ−ナ−の操業手段を
確立する。 【構成】 ラジアントチュ−ブバ−ナ−を、ラジアント
チュ−ブ端に設けられた主バ−ナ−２とは別に該ラジア
ントチュ−ブ１の両端間の位置に再燃焼用空気ノズル７
を設置して成る構成とする。また、該ラジアントチュ−
ブバ−ナ−での加熱処理に際し、前記主バ−ナ−２では
燃料ガスを空気比:1.0未満で燃焼させ、 また再燃焼用空
気ノズル７においては“バ−ナ−と再燃焼用空気ノズル
とにおける合計の空気比”が 1.0以上となるように空気
比を設定して未燃ガスの完全燃焼を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、雰囲気熱処理炉等の
ような工業用間接加熱炉に用いるラジアントチュ−ブバ
−ナ−、及び該ラジアントチュ−ブバ−ナ−での燃焼方
法に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】例えば“鋼板の焼入れ”や“鋼
帯の連続焼鈍”では熱処理中における被処理材の酸化が
問題となるが、このような熱処理時の酸化を防止する処
置として、熱処理炉内を〔Ｎ₂ ＋Ｈ₂ 〕ガス等で置換し
て非酸化性雰囲気とし、かつ加熱手段としてラジアント
チュ−ブバ−ナ−を用いることが一般的に行われてい
る。

【０００３】ところが、上記ラジアントチュ−ブバ−ナ
−には、ラジアントチュ−ブ内という狭い燃焼室の中で
燃料ガスの燃焼が行われるので燃焼部が高温となりがち
で、バ−ナ−付近のチュ−ブに亀裂や変形が発生しやす
い上、直火炉バ−ナ−に比較してＮＯ_X の生成量が多く
なるという問題が指摘されていた。

【０００４】そのため、従来、バ−ナ−からの排ガスを
バ−ナ−に再循環させて燃焼温度を下げる方法や、バ−
ナ−に一次空気ノズルと二次空気ノズルを併設して燃料
ガスが該バ−ナ−部で２段燃焼するようにし、これによ
って不本意な温度上昇を避ける方法（特開昭６２−３１
２４８号公報，特開平１−２６９８０２号公報参照）等
の提案もなされている。

【０００５】しかし、前記「排ガス循環方式」では、ラ
ジアントチュ−ブのバ−ナ−空間が非常に狭く限られて
いるのでバ−ナ−への排ガスの導入は外部配管を通じて
行わなければならず、従ってバ−ナ−の構造が複雑化し
てコスト高を招く他、点検，補修が困難になるという問
題があった。

【０００６】一方、前記「２段燃焼法」では、ラジアン
トチュ−ブバ−ナ−の狭いバ−ナ−空間にパイロットバ
−ナ−，燃料ガス，一次空気，二次空気の配管やノズル
等配設する必要があり、これらが入り組んだバ−ナ−部
の点検や補修が非常に困難となることに加えて、狭い空
間での配管故にその管径やノズル径が細くなるため不純
物による閉塞が起きやすい等の問題があった。また、該
「２段燃焼法」ではバ−ナ−の一部がラジアントチュ−
ブ内に突き出た構造を必要とするのでバ−ナ−ノズルが
損傷しやすく、このため２段燃焼の効果が減じてＮＯ_X
生成量の増加が起きる懸念もあった。

【０００７】しかるに、最近、高温，高負荷での処理が
要求される熱処理材が増加する傾向にあり、ラジアント
チュ−ブバ−ナ−における効果的なＮＯ_X 生成量の抑制
策や設備寿命の延長策の開発が急務となっている。

【０００８】このようなことから、本発明が目的とした
のは、設備の複雑化を極力抑えつつ設備への熱負荷やＮ
Ｏ_X 生成量を顕著に低減でき、かつ良好な燃焼効率が維
持されるラジアントチュ−ブバ−ナ−の操業手段を確立
することであった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記目的
を達成すべく鋭意研究を行った結果、「ラジアントチュ
−ブ端に設けたバ−ナ−とは別にラジアントチュ−ブの
後段位置（バ−ナ−よりも後方の位置）に簡単な再燃焼
用空気ノズルを取付けると共に、 端部位置のバ−ナ−で
は低い空気比の下で完全燃焼を避けつつ燃料ガスを燃焼
させ、 ここでの未燃ガスを後段に配置した前記再燃焼用
空気ノズルにて十分な空気比で完全燃焼させるという従
来に無い２段燃焼方式を採用すると、 局部的高温部が無
くなるためにＮＯ_X 生成量を低減できると同時に、ラジ
アントチュ−ブバ−ナ−の寿命が著しく延び、炉幅方向
の温度差が少なくなり均一加熱が可能になる」との知見
が得られたのである。

【００１０】本発明は、上記知見事項等に基づいてなさ
れたもので、「加熱用ラジアントチュ−ブバ−ナ−を、
ラジアントチュ−ブ端に設置したバ−ナ−とは別に、 該
ラジアントチュ−ブの両端間の位置に未燃ガス再燃焼用
空気ノズルを配設した構成とすることにより、 良好な燃
焼効率を維持しながら著しいＮＯ_X 生成量の低減や設備
寿命の延長を可能ならしめた点」に特徴を有し、更には
「ラジアントチュ−ブバ−ナ−での加熱処理に際し、 ラ
ジアントチュ−ブ端に設けられたバ−ナ−とは別に該ラ
ジアントチュ−ブの両端間の位置に再燃焼用空気ノズル
を設置すると共に、 前記バ−ナ−では燃料ガスを空気
比:1.0未満で燃焼させ、 また再燃焼用空気ノズルにおい
ては“バ−ナ−と再燃焼用空気ノズルとにおける合計の
空気比”が 1.0以上となるように空気比を設定して未燃
ガスの完全燃焼を図ることにより、 燃焼効率を阻害する
ことなく著しいＮＯ_X 生成量の低減や設備寿命の延長を
可能ならしめた点」にも大きな特徴を有するものであ
る。

【００１１】上述のように、本発明は、ラジアントチュ
−ブバ−ナ−のバ−ナ−本体には手を付けず、ラジアン
トチュ−ブの後段位置にバ−ナ−本体とは独立した再燃
焼用空気ノズルを配置し、バ−ナ−本体（主バ−ナ−）
部とラジアントチュ−ブ後段の再燃焼用空気ノズル部で
の２段燃焼を行わしめることにより燃焼温度の最高点を
低く抑えて、ＮＯ_X 生成の抑制とラジアントチュ−ブの
寿命延長を図ったものであるが、以下実施例に基づき本
発明をより詳細に説明する。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明に係わるＷ型ラジアントチュ
−ブバ−ナ−の概念図であり、ラジアントチュ−ブ(1)
端に設置した主バ−ナ−(2) とは別に、該ラジアントチ
ュ−ブ(1) の両端間の位置に未燃ガス再燃焼用空気ノズ
ル(7) が配設されている。なお、図は主バ−ナ−(2) が
主バ−ナ−本体(3) ，パイロットバ−ナ−(4) ，燃料ガ
スノズル(5) 及び空気ノズル(6) を有して成ることを示
している。再燃焼用空気ノズル(7) への空気流量は主バ
−ナ−空気流量調節弁と連動又は単独で調整できるよう
に構成されるが、図１で示すラジアントチュ−ブバ−ナ
−では再燃焼空気流量調節弁(8) により単独で調整する
構造とされている。ここで、符号９で示されるものはラ
ジアントチュ−ブの終端に取付けられたレペキュレ−タ
−であり、符号10は炉壁を示している。

【００１３】さて、上記ラジアントチュ−ブバ−ナ−で
炉の加熱を行うに際しては、主バ−ナ−空気流量調節弁
を調節して主バ−ナ−(2) の空気比が1.0未満になるよ
うに設定する。このように、主バ−ナ−(2) の空気比を
1.0よりも低い値にすると火炎長が長炎となり、燃焼温
度の最高点が低く抑えられる。従って、ＮＯ_X の生成量
が抑制され、ラジアントチュ−ブの熱的損傷も防止でき
る。

【００１４】ただ、この場合には空気比が低いので未燃
ガスが残るが、ここでの未燃ガスはラジアントチュ−ブ
後段に配置した再燃焼用空気ノズル(7) によって燃焼せ
しめられる。なお、再燃焼用空気ノズル(7) の空気比
は、未燃ガスを２次空気で完全燃焼させるため再燃焼空
気流量調節弁(8) を調節して“主バ−ナ−と再燃焼用空
気ノズルとにおける合計の空気比”が 1.0以上となるよ
うに設定される。

【００１５】即ち、主バ−ナ−の空気比をｍ₁ 、燃料ガ
スの理論空気量をＡ₀ ，主バ−ナ−の空気量をＡ₁ ，再
燃焼用空気量をＡ₂ とすると、主バ−ナ−の空気比ｍ₁
は ｍ₁ ＝Ａ₁ ／Ａ₀ ＜１ のように設定されるが、再燃焼用空気との合計空気比ｍ
が ｍ ＝（Ａ₁ ＋Ａ₂ ) ／Ａ₀ ＞１ を満足する値に再燃焼用空気ノズル(7) の空気比は設定
される。

【００１６】なお、ラジアントチュ−ブにおける再燃焼
用空気ノズル(7) の設置位置は、図１の実線で示した箇
所以外の例えば一点鎖線で示した箇所等であっても差支
えはなく、状況に応じて設置位置を定めれば良い。

【００１７】ところで、図１に示したラジアントチュ−
ブバ−ナ−で上記の通りの加熱操業を行い、その際、図
２の×印を付した点のラジアントチュ−ブ表面温度を測
定したところ、図３で示す結果が得られた。この図３で
示される結果からも、本発明によるとラジアントチュ−
ブの最高温度が大幅に低下してバ−ナ−近傍でのチュ−
ブの熱的損傷を懸念することのない好ましい操業ができ
る上、再燃焼用空気ノズル付近では低下傾向を見せる温
度が上昇して均一加熱に好ましい状態となっていること
を確認できる。

【００１７】また、図４は「燃焼負荷とＮＯ_X 値との関
係」の調査結果を示しているが、この図４からは、従来
のラジアントチュ−ブバ−ナ−では高負荷になるとＮＯ
_X 規制値の１５０ppm をオ−バ−する恐れがあったが、
本発明に係わるラジアントチュ−ブバ−ナ−での操業で
はフル炊きを行っても十分にＮＯ_X 規制値をクリア−で
きることが分かる。

【００１８】勿論、本発明は図１に示したような“Ｗ型
ラジアントチュ−ブバ−ナ−”のみではなく、例えば図
５に示したような“Ｕ型ラジアントチュ−ブバ−ナ−”
や、図６に示したような“ストレ−ト型ラジアントチュ
−ブバ−ナ−”等をも対象とするもので、この場合には
再燃焼用空気ノズル(7) の配置位置はそれぞれ各図に示
した位置とするのが好ましい。また、再燃焼用空気ノズ
ル(7) からは空気に加えて適宜割合の燃料ガスも吹き込
んでも良く、場合によっては適宜箇所に燃料ガス吹き込
みノズルを設置して再燃焼させたり、触媒による燃焼促
進を図っても良い。

【００１８】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、従来ラジアントチュ−ブバ−ナ−のバルブや配管が
比較的少ないラジアントチュ−ブの中程に空気ノズルを
設置するだけで、燃焼温度の最高点を低く抑えてＮＯ_X
生成量の抑制とラジアントチュ−ブの熱的損傷防止によ
る延命が図れる上に、燃料ガスの未燃損失を増加させる
こともないラジアントチュ−ブバ−ナ−が実現され、既
設炉の大幅な改造を要せずに経済的で効率の良い雰囲気
加熱操業を行うことが可能となるなど、産業上有用な効
果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるＷ型ラジアントチュ−ブバ−ナ
−の概念図である。

【図２】本発明Ｗ型ラジアントチュ−ブバ−ナ−での操
業時におけるラジアントチュ−ブ表面温度の測定箇所を
示す説明図である。

【図３】本発明Ｗ型ラジアントチュ−ブバ−ナ−での操
業時におけるラジアントチュ−ブ表面温度の測定結果を
示したグラフである。

【図４】本発明ラジアントチュ−ブバ−ナ−における燃
焼負荷とＮＯ_X 値との関係を示したグラフである。

【図５】本発明に係わるＵ型ラジアントチュ−ブバ−ナ
−の概念図である。

【図６】本発明に係わるストレ−ト型ラジアントチュ−
ブバ−ナ−の概念図である。

【符号の説明】

１ ラジアントチュ−ブ ２ 主バ−ナ− ３ 主バ−ナ−本体 ４ パイロットバ−ナ− ５ 燃料ガスノズル ６ 空気ノズル ７ 再燃焼用空気ノズル ８ 再燃焼空気流量調節弁 ９ レペキュレ−タ− 10 炉壁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱用ラジアントチュ−ブバ−ナ−にお
   いて、ラジアントチュ−ブ端に設置したバ−ナ−とは別
   に、該ラジアントチュ−ブの両端間の位置に未燃ガス再
   燃焼用空気ノズルを配設して成ることを特徴とするラジ
   アントチュ−ブバ−ナ−。
2. 【請求項２】 ラジアントチュ−ブバ−ナ−での加熱処
   理に際し、ラジアントチュ−ブ端に設けられたバ−ナ−
   とは別に該ラジアントチュ−ブの両端間の位置に再燃焼
   用空気ノズルを設置すると共に、前記バ−ナ−では燃料
   ガスを空気比:1.0未満で燃焼させ、また再燃焼用空気ノ
   ズルにおいては“バ−ナ−と再燃焼用空気ノズルとにお
   ける合計の空気比”が 1.0以上となるように空気比を設
   定して未燃ガスの完全燃焼を図ることを特徴とする、ラ
   ジアントチュ−ブバ−ナ−の燃焼方法。