JPH08285217A - 加熱炉における低NOx燃焼方法 - Google Patents

加熱炉における低NOx燃焼方法

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JPH08285217A
JPH08285217A JP7093871A JP9387195A JPH08285217A JP H08285217 A JPH08285217 A JP H08285217A JP 7093871 A JP7093871 A JP 7093871A JP 9387195 A JP9387195 A JP 9387195A JP H08285217 A JPH08285217 A JP H08285217A
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JP
Japan
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combustion
burners
burner
flame
oxygen
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JP7093871A
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English (en)
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Junichi Hayashi
順一 林
Hideki Murakami
英樹 村上
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 蓄熱燃焼切替え方式の加熱炉において、燃焼
用空気を高温予熱した場合のNOx発生を抑制し、かつ
炉内温度分布および被加熱材温度分布の不均一化を防止
して、鋼片等の高温高効率加熱を実現する。 【構成】 蓄熱体を有するバーナを対にして設け、燃焼
と蓄熱を交互に行う蓄熱燃焼切替え方式の加熱炉におい
て、該バーナの燃焼炎を酸素欠乏炎にするとともに、該
バーナから離れた複数の位置にて、該燃焼炎の主流に助
燃剤を投入する。 【効果】 鋼片等の高温加熱に適した、小規模な設備の
環境対策高効率加熱炉が実現される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、蓄熱燃焼切替え方式の
高効率加熱炉において、窒素酸化物(NOx)の発生を
抑制する燃焼方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高効率加熱炉として、蓄熱体を有するバ
ーナを対にして設け、燃焼と蓄熱を交互に行う蓄熱燃焼
切替え方式の炉が知られている。この炉は、一方のバー
ナで燃焼する間、他方のバーナから排気することで廃熱
を蓄熱体に蓄え、その熱で燃焼用空気を予熱するので、
廃熱の回収効率が優れている。近年、優れた蓄熱体が開
発されたことにより、高速切替えで高温予熱が可能とな
り、鋼片加熱用等の高温加熱炉における実用化が期待さ
れている。
【0003】しかし、このような燃焼用空気の高温予熱
を行う加熱炉においては、高濃度のNOxが発生すると
いう問題があり、従来、NOx発生を抑制する技術が種
々提案されている。特開平6−229509号公報に
は、炉壁に設けた複数の蓄熱体から交互に燃焼用予熱空
気を噴出させ、該蓄熱体を設けない炉壁から燃料ガスを
噴出させて、炉内に浮遊火炎を形成する、低NOx燃焼
法が提案されている。この方法は、予熱用空気と燃料ガ
スが炉内で混合しながら燃焼し、火炎が周囲の燃料ガス
を巻込みながら緩慢燃焼するので、火炎温度の上昇が抑
制され、NOxの生成を低レベルにできると記載されて
いる。
【0004】また、低NOx燃焼を目的としたものでは
ないが、特開平5−26583号公報には、サイドバー
ナ方式の加熱炉において、サイドバーナに供給する燃焼
空気量を減らし、未燃焼ガスを含む火炎に向けて、炉床
の耐火物を通した配管から、スキッドビーム近傍に空気
を吹き込んで未燃焼ガスを燃焼させることにより、鋼材
等のスキッドマーク発生を抑制する方法および装置が開
示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記特開平6−229
509号公報の技術においては、炉内の温度分布につい
ては考慮されておらず、また、蓄熱体を設ける炉壁の位
置に制約があり、被加熱材の温度分布が不均一になると
いう問題がある。特開平5−26583号公報の技術
は、炉内に空気を吹き込むために大きな配管を設ける必
要があり、また予熱空気を使用し難く、燃料原単位を悪
化させるという問題がある。
【0006】本発明は、蓄熱燃焼切替え方式の加熱炉に
おいて、燃焼用空気を高温予熱した高効率加熱の際のN
Ox発生を抑制し、かつ炉内温度分布および被加熱材温
度分布の不均一化を防止し、さらに小規模の配管で燃料
原単位を悪化させない、鋼片等の環境対策高温高効率加
熱を実現すること目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、蓄熱体を有するバーナを対にして設け、燃焼と蓄
熱を交互に行う蓄熱燃焼切替え方式の加熱炉において、
該バーナの燃焼炎を酸素欠乏炎にするとともに、該バー
ナから離れた複数の位置にて、該燃焼炎の主流に助燃剤
を投入することを特徴とする加熱炉における低NOx燃
焼方法である。
【0008】
【作用】本発明法を図面に示す例により説明する。図1
は連続加熱炉の長さ方向断面図の例である。被加熱材5
1がスキッドビーム52の上を、図の左から右へとつぎ
つぎに移送され、蓄熱燃焼切替え方式のバーナ1,2,
3,4・・・により上下から加熱される。この加熱炉の
幅方向断面の例を図2に示す。各バーナは蓄熱体を有
し、炉の側壁に対向させて設けてあり、バーナ1aおよ
び2aで燃焼炎56を形成しているときは、対向するバ
ーナ1bおよび2bから排気し、バーナ1bおよび2b
の蓄熱体に廃熱を蓄積している。そして図3のように、
燃焼と蓄熱を切替え、バーナ1bおよび2bで燃焼し、
バーナ1aおよび2aで蓄熱する。
【0009】本発明法は、図2の例のように、被加熱材
51の上方および下方に、1個のバーナあたり複数個の
助燃剤投入孔11〜15および21〜25を設け、各バ
ーナの燃焼炎56を酸素欠乏炎とし、助燃剤投入孔から
酸素または酸素富化空気を投入する。そして、図2のよ
うにバーナ1aおよび2aで燃焼しているときは、該バ
ーナ1aおよび2aに近い助燃剤投入孔11,12およ
び21,22からは助燃剤を投入せず、離れた助燃剤投
入孔13,14,15および23,24,25から助燃
剤を投入する。
【0010】各バーナの燃焼と蓄熱を切替えた後は、図
3のように、助燃剤投入孔14,15および24,25
からは助燃剤を投入せず、離れた助燃剤投入孔11,1
2,13および21,22,23から投入する。図2お
よび図3の○印は助燃剤投入を示し、×印は助燃剤不投
入を示す。なお、被加熱材51の上側の助燃剤投入孔1
1〜15は、図1に示すように仕切壁54に設置し、下
側の助燃剤投入孔21〜25はサポートビーム55に設
置しているが、下側に仕切壁を設け、該仕切壁に助燃剤
投入孔21〜25を設置することもできる。
【0011】図2において、バーナ1aには空気等など
助燃剤の供給量を不足させて、燃焼炎56を酸素欠乏炎
とし、助燃剤投入孔13,14,15から不足分の助燃
剤を分散投入する。すると、酸素欠乏炎の燃料と反応し
て燃焼するが、助燃剤投入孔13,14,15からの分
散投入位置が、燃焼バーナ1aから空間的に離れている
ので、投入された助燃剤と未反応の燃料との混合が悪
く、緩慢燃焼となり、燃焼ガス温度の上昇が抑えられ
る。このとき、未燃焼の燃料が残っても、図3のように
切替えた後に燃焼がすすむ。したがって、本発明法によ
りNOxの発生が抑制される。図2において、被加熱材
56の下側についても同様にNOxの発生が抑制され
る。また、バーナ1a,2aおよび1b,2bの燃焼と
蓄熱を切替えた図3においても、同様にNOx発生が抑
制される。
【0012】図4の平断面図に示すように、助燃剤投入
孔11〜15および31〜35からの分散投入位置は、
一点鎖線で示す燃焼炎の主流上とする。このようにする
ことで、未燃の燃料が排気側の蓄熱体に流入して蓄熱体
内で燃焼し、あるいは燃焼炎が該蓄熱体内に入ることが
防止される。なお、図4はバーナ1aおよび1bと、3
aおよび3bの燃焼と蓄熱の切替えを平行状にして行う
例を示しているが、バーナ1aで燃焼しているときは、
隣接するバーナ3aは蓄熱する、千鳥状にして行うこと
もできる。
【0013】本発明において、各助燃剤投入孔は、酸素
または酸素富化空気を炉内に投入するものであり、小径
の耐熱鋼管やセラミックス管等を採用して、炉内の仕切
壁やサポートビーム等に、あるいは炉天井や炉床に設置
することができ、設備的に小規模なものとすることがで
きる。また、燃料の原単位悪化のおそれもない。
【0014】以上の例は、バーナを加熱炉の側壁に設
け、燃焼炎を被加熱材の移送方向に直交させて形成する
ものであるが、本発明法はこの例に限らず、バーナの燃
焼炎を被加熱材の移送方向と平行に形成する場合にも適
用することができる。また、上記のような連続加熱炉の
ほか、被加熱材を静止状態で加熱する小規模の炉に適用
することもでき、その場合は、バーナが1対の場合もあ
る。
【0015】つぎに、本発明法における燃焼制御機構に
ついて、図5の例により説明する。図5は、図2に相当
する幅方向断面図であり、配管および制御系統は、被加
熱材51の上側についてのみ示している。バーナ1aお
よび1bには、流量制御弁68で調整された量の燃料
と、流量制御弁69で調整された量の空気とを、交互に
供給する。図6の例は、バーナ1aで燃焼し1bで蓄熱
する状態を示し、燃料は切替弁70を経て、空気は切替
弁71を経てそれぞれバーナ1aに供給され、燃焼排ガ
スがバーナ1bの蓄熱体を通り、切替弁71を経て排気
される。切替弁70および71を切替えると、バーナ1
bで燃焼し1aで蓄熱する状態となる。切替は制御器7
2の指令により行われる。
【0016】助燃剤投入孔11〜16には流量制御弁6
1〜66が設けてあり、バーナ1aで燃焼しているとき
は、例えば流量制御弁61および62を閉、流量制御弁
63〜66を開とし、バーナ1bで燃焼しているとき
は、例えば流量制御弁66および65を閉、流量制御弁
61〜64を開とする。なお、開とした各流量制御弁の
開度を調整することもできる。そして、バーナ1aまた
は1bへ供給する空気量は、燃焼炎が酸素欠乏炎となる
量とする。また、バーナ1aまたは1bへ供給する酸素
量と、助燃剤投入孔11〜16へ供給する助燃剤の酸素
量との割合を流量制御弁67および69で調整する。
【0017】各流量制御弁の開閉制御および流量制御
は、制御器72の指令により行う。このような助燃剤供
給量の制御により、被加熱材51の長さ方向温度分布を
制御することができる。温度分布の制御は、加熱炉装入
前の被加熱材温度分布に基づくフィードフォワード制
御、加熱後の温度分布や炉内温度分布に基づくフィード
バック制御、あるいは被加熱材の種類やサイズによって
経験的に得られる情報に基づく制御などを行うことがで
きる。
【0018】
【実施例】図1に示すような連続加熱炉の均熱帯におい
て、炉幅方向の炉内温度分布を測定した結果を図6に示
す。実線は助燃剤投入孔からの酸素の分散投入比率を0
%とした、すなわち、所要酸素の全量をバーナから供給
した従来例であり、燃焼バーナ側が高温であった。これ
に対し、破線は、所要酸素の50〜60%を助燃剤投入
孔から分散投入し、図2のように、燃焼バーナ側の助燃
剤投入孔からは投入せず、バーナから離れた位置にて、
図4のように、燃焼炎の主流に投入した本発明例であ
り、従来例のような突出した高温部がなく、幅方向にほ
ぼ均一な温度分布が得られた。
【0019】また、助燃剤投入孔からの分散投入比率を
変化させた場合のNOx発生状況を図8に示す。縦軸
は、11%O2 換算のNOxレベルであり、分散投入比
率0%の従来例では、300ppm程度であるのに対
し、本発明法で分散投入比率を20%以上とした場合に
は明瞭な効果が認められ、50〜60%では、50〜8
0ppm程度に低減した。
【0020】
【発明の効果】本発明により、蓄熱燃焼切替え方式の加
熱炉において、バーナ近傍の燃焼炎の高温化が防止され
ることで、燃焼用空気を高温予熱した場合のNOx発生
が抑制され、かつ炉内温度分布および被加熱材温度分布
が均一化される。そして、酸素または酸素富化空気を供
給する助燃剤配管等は小規模の設備で可能である。した
がって、鋼片等の高温加熱に適した、小規模な設備の環
境対策高効率加熱炉が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明法を実施する装置例の長さ方向縦断面図
である。
【図2】本発明法を実施する装置例の幅方向縦断面図で
ある。
【図3】本発明法を実施する装置例の幅方向縦断面図で
ある。
【図4】本発明法を実施する装置例の平断面図である。
【図5】本発明法における制御機構を示す説明図であ
る。
【図6】本発明例および従来例の実施例のグラフであ
る。
【図7】本発明例および従来例の実施例のグラフであ
る。
【符号の説明】
1〜8…バーナ 11〜16,21〜25,31〜35…助燃剤投入孔 51…被加熱材 52…スキッドビーム 53…炉壁 54…仕切壁 55…サポートビーム 56…燃焼炎 61〜69…流量制御弁 70,71…切替弁 72…制御器
【手続補正書】
【提出日】平成8年5月10日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図1
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図5
【補正方法】変更
【補正内容】
【図5】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蓄熱体を有するバーナを対にして設け、
    燃焼と蓄熱を交互に行う蓄熱燃焼切替え方式の加熱炉に
    おいて、該バーナの燃焼炎を酸素欠乏炎にするととも
    に、該バーナから離れた複数の位置にて、該燃焼炎の主
    流に助燃剤を投入することを特徴とする加熱炉における
    低NOx燃焼方法。
JP7093871A 1995-04-19 1995-04-19 加熱炉における低NOx燃焼方法 Pending JPH08285217A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103939915A (zh) * 2014-04-15 2014-07-23 福建沃丰达环保科技有限公司 一种用于旋转炉的径向多级二次风加温系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103939915A (zh) * 2014-04-15 2014-07-23 福建沃丰达环保科技有限公司 一种用于旋转炉的径向多级二次风加温系统
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