JPH09222223A - 燃焼バーナ及びその炉内燃焼方法 - Google Patents
燃焼バーナ及びその炉内燃焼方法Info
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- JPH09222223A JPH09222223A JP8026705A JP2670596A JPH09222223A JP H09222223 A JPH09222223 A JP H09222223A JP 8026705 A JP8026705 A JP 8026705A JP 2670596 A JP2670596 A JP 2670596A JP H09222223 A JPH09222223 A JP H09222223A
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- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
- F23C9/006—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D23/00—Assemblies of two or more burners
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
Abstract
(57)【要約】
【課題】 加熱炉の性能改善が容易であって、且つ、高
い空気予熱温度における燃焼であってもＮＯｘ生成が抑
制できる燃焼バーナ及びその炉内燃焼方法を提供する。 【解決手段】 蓄熱体収容容器２に蓄熱体８が収納さ
れ、蓄熱体収容容器２の上部空間２ａに連通する空気供
給路３がバーナタイル４に連通され、空気供給路３には
一次燃焼バーナ６とポイロットバーナ１０とが設けら
れ、バーナタイル４に二次燃料バーナ７が炉内側に開口
し、低ＮＯｘ化を図るために、炉内燃焼排ガスを巻き込
んで再燃焼し得るように、空気供給口３Ａから離間した
位置に二次燃焼バーナ７の燃料供給口７Ａが設けられ、
炉内温度に応じて一次と二次燃料ノズル６，７による燃
焼制御を行って排ガス中のＮＯｘ濃度を低減するもので
ある。
い空気予熱温度における燃焼であってもＮＯｘ生成が抑
制できる燃焼バーナ及びその炉内燃焼方法を提供する。 【解決手段】 蓄熱体収容容器２に蓄熱体８が収納さ
れ、蓄熱体収容容器２の上部空間２ａに連通する空気供
給路３がバーナタイル４に連通され、空気供給路３には
一次燃焼バーナ６とポイロットバーナ１０とが設けら
れ、バーナタイル４に二次燃料バーナ７が炉内側に開口
し、低ＮＯｘ化を図るために、炉内燃焼排ガスを巻き込
んで再燃焼し得るように、空気供給口３Ａから離間した
位置に二次燃焼バーナ７の燃料供給口７Ａが設けられ、
炉内温度に応じて一次と二次燃料ノズル６，７による燃
焼制御を行って排ガス中のＮＯｘ濃度を低減するもので
ある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工業用加熱炉に用
いられる窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）の生成を抑制し得
る燃焼バーナ及びその炉内燃焼方法に関し、特に、この
燃焼バーナは一次と二次燃料ノズルを備え、且つ、加熱
炉の熱変換効率を改善し得る蓄熱式バーナ等を含む燃焼
バーナであり、この燃焼バーナによる排ガス中のＮＯｘ
ガス濃度を低減することができる炉内燃焼方法に係るも
のである。
いられる窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）の生成を抑制し得
る燃焼バーナ及びその炉内燃焼方法に関し、特に、この
燃焼バーナは一次と二次燃料ノズルを備え、且つ、加熱
炉の熱変換効率を改善し得る蓄熱式バーナ等を含む燃焼
バーナであり、この燃焼バーナによる排ガス中のＮＯｘ
ガス濃度を低減することができる炉内燃焼方法に係るも
のである。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、排ガス中のＮＯｘの生成
に影響を与える主な要因は、燃焼温度と酸素濃度であ
り、燃焼温度が高いほど、又酸素濃度が高いほど排ガス
中のＮＯｘ濃度が大きくなることが知られている。ＮＯ
ｘガスの生成を抑制する方法が古くから多く提案されて
おり、大別すると、燃焼条件の変更による方法と、燃焼
方法自体の変更による方法とがある。
に影響を与える主な要因は、燃焼温度と酸素濃度であ
り、燃焼温度が高いほど、又酸素濃度が高いほど排ガス
中のＮＯｘ濃度が大きくなることが知られている。ＮＯ
ｘガスの生成を抑制する方法が古くから多く提案されて
おり、大別すると、燃焼条件の変更による方法と、燃焼
方法自体の変更による方法とがある。
【０００３】前者の方法には、低酸素燃焼（低空気比
燃焼）、燃焼室熱負荷の低減（低温燃焼）、燃焼用
空気の温度（予熱空気温度）の低下等による抑制方法で
ある。又、後者の方法としては、２段燃焼方法、オ
フストイキオメトリック燃焼方法、排ガス再循環燃焼
方法、蒸気吹き込み燃焼方法等による抑制方法があ
る。この方法の中には熱効率を低下させるものがあり、
熱効率の観点からＮＯｘガスの抑制方法として適用でき
ないものがある。
燃焼）、燃焼室熱負荷の低減（低温燃焼）、燃焼用
空気の温度（予熱空気温度）の低下等による抑制方法で
ある。又、後者の方法としては、２段燃焼方法、オ
フストイキオメトリック燃焼方法、排ガス再循環燃焼
方法、蒸気吹き込み燃焼方法等による抑制方法があ
る。この方法の中には熱効率を低下させるものがあり、
熱効率の観点からＮＯｘガスの抑制方法として適用でき
ないものがある。
【０００４】実用化されているＮＯｘ濃度を低下させた
燃焼バーナ（以下、低ＮＯｘバーナと称する。）は、基
本的には後者の〜の機能をコンパクトに内蔵したも
のであり、低空気比燃焼制御を行いつつ総合的な効果と
して低ＮＯｘ化を実現している。例えば、特公平５６−
８９２１号公報、特公昭５６−８９２２号公報には、こ
れらの機能を具体化した燃焼方法が開示されている（図
６）。また、近年では、特開平１−１６７５９１号公
報、特開平１−３００１０３号公報（図７）、特開平７
−４６１２号公報、及び特開平７−４６１３号公報（図
８）等に、加熱炉内に直接燃料を吹き込む方法によっ
て、更なる排ガス中のＮＯｘの低濃度化が図られる燃焼
方法が開示されている。
燃焼バーナ（以下、低ＮＯｘバーナと称する。）は、基
本的には後者の〜の機能をコンパクトに内蔵したも
のであり、低空気比燃焼制御を行いつつ総合的な効果と
して低ＮＯｘ化を実現している。例えば、特公平５６−
８９２１号公報、特公昭５６−８９２２号公報には、こ
れらの機能を具体化した燃焼方法が開示されている（図
６）。また、近年では、特開平１−１６７５９１号公
報、特開平１−３００１０３号公報（図７）、特開平７
−４６１２号公報、及び特開平７−４６１３号公報（図
８）等に、加熱炉内に直接燃料を吹き込む方法によっ
て、更なる排ガス中のＮＯｘの低濃度化が図られる燃焼
方法が開示されている。
【０００５】以下、図６乃至図８を参照して低ＮＯｘ燃
焼について説明する。先ず、図６の燃焼バーナについて
説明すると、一次燃料ノズル２０が空気導入管２２に設
けられ、予燃焼室２３の両側に二次燃料ノズル２１が設
けられている。空気旋回羽根４によって燃焼用空気が旋
回して一次燃料ノズル２０から噴出する燃料と混合され
て予燃焼室２３で予燃焼させる。更に、二次燃料ノズル
２１から燃料を主燃焼室２５に燃料が燃焼する。このよ
うな二段燃焼方法によって二次燃料ノズル２１から主燃
焼室２５に供給される燃料の燃焼はＮＯｘの生成を著し
く少なくできる。
焼について説明する。先ず、図６の燃焼バーナについて
説明すると、一次燃料ノズル２０が空気導入管２２に設
けられ、予燃焼室２３の両側に二次燃料ノズル２１が設
けられている。空気旋回羽根４によって燃焼用空気が旋
回して一次燃料ノズル２０から噴出する燃料と混合され
て予燃焼室２３で予燃焼させる。更に、二次燃料ノズル
２１から燃料を主燃焼室２５に燃料が燃焼する。このよ
うな二段燃焼方法によって二次燃料ノズル２１から主燃
焼室２５に供給される燃料の燃焼はＮＯｘの生成を著し
く少なくできる。
【０００６】図７の燃焼バーナは、燃焼空気供給口２２
に一次燃料ノズル２０が設けられ、低温燃焼時の一次燃
料ノズル２０であり、燃焼空気供給口２２の周囲に二次
燃料ノズルが設けられている。炉内排ガスは燃焼用空気
及び燃料に巻き込まれ、再燃焼して低ＮＯｘとする。図
８の交番燃焼バーナ３０は、一対の蓄熱式バーナ２７に
それぞれ一次燃焼ノズル２８が設けられ、一次燃焼ノズ
ル２８が低温燃焼を行いながら二次燃焼ノズル３１を自
己再循環による二次燃焼を行う。
に一次燃料ノズル２０が設けられ、低温燃焼時の一次燃
料ノズル２０であり、燃焼空気供給口２２の周囲に二次
燃料ノズルが設けられている。炉内排ガスは燃焼用空気
及び燃料に巻き込まれ、再燃焼して低ＮＯｘとする。図
８の交番燃焼バーナ３０は、一対の蓄熱式バーナ２７に
それぞれ一次燃焼ノズル２８が設けられ、一次燃焼ノズ
ル２８が低温燃焼を行いながら二次燃焼ノズル３１を自
己再循環による二次燃焼を行う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８の
燃焼バーナの燃焼方法は、加熱炉内に直接燃料を吹き込
む燃焼方法であり、ＮＯｘ生成抑制として有効である
が、炉の立ち上げのために、燃焼バーナの空気供給口内
に低温用の一次燃料ノズルが設けられている。そのため
に燃料供給系や他の配管系統が複雑になる傾向にあり、
更には、高温炉では燃料供給口を冷却するための冷却用
空気の配管が必要となる。従って、冷却用空気等の配管
系統が複雑になり初期設備費が高価になるばかりでな
く、例えば、加熱炉の性能改善には、燃料や燃焼用空気
の配管系統、その制御系統及び加熱炉の改善が必要とな
る。しかし、配管系等が複雑であるために、現実的には
若干の改造しかできないという問題があり、低ＮＯｘ化
を図るには燃焼バーナ及びその炉内燃焼方法に改善の余
地があった。
燃焼バーナの燃焼方法は、加熱炉内に直接燃料を吹き込
む燃焼方法であり、ＮＯｘ生成抑制として有効である
が、炉の立ち上げのために、燃焼バーナの空気供給口内
に低温用の一次燃料ノズルが設けられている。そのため
に燃料供給系や他の配管系統が複雑になる傾向にあり、
更には、高温炉では燃料供給口を冷却するための冷却用
空気の配管が必要となる。従って、冷却用空気等の配管
系統が複雑になり初期設備費が高価になるばかりでな
く、例えば、加熱炉の性能改善には、燃料や燃焼用空気
の配管系統、その制御系統及び加熱炉の改善が必要とな
る。しかし、配管系等が複雑であるために、現実的には
若干の改造しかできないという問題があり、低ＮＯｘ化
を図るには燃焼バーナ及びその炉内燃焼方法に改善の余
地があった。
【０００８】上記低ＮＯｘ燃焼方法では、図６，図７の
低ＮＯｘバーナは燃焼バーナ自体の構造が比較的単純で
あり、燃焼バーナを交換するだけで加熱炉の性能改善も
容易である利点がある。しかし、図８に示すようなＮＯ
ｘ生成抑制効果は炉内に直接燃料を吹き込む燃焼方法よ
り劣り、特に、省エネルギーの目的で空気予熱温度を高
くすると、図６，図７の低温燃焼が高温燃焼状態となっ
てＮＯｘ規制値を越える危険性がある。更に、図７の燃
焼バーナでは、加熱炉の幅が低ＮＯｘ化に重要な因子と
なっており、実施する上では、燃焼バーナに合わせて加
熱炉の幅を改良する必要がある欠点がある。
低ＮＯｘバーナは燃焼バーナ自体の構造が比較的単純で
あり、燃焼バーナを交換するだけで加熱炉の性能改善も
容易である利点がある。しかし、図８に示すようなＮＯ
ｘ生成抑制効果は炉内に直接燃料を吹き込む燃焼方法よ
り劣り、特に、省エネルギーの目的で空気予熱温度を高
くすると、図６，図７の低温燃焼が高温燃焼状態となっ
てＮＯｘ規制値を越える危険性がある。更に、図７の燃
焼バーナでは、加熱炉の幅が低ＮＯｘ化に重要な因子と
なっており、実施する上では、燃焼バーナに合わせて加
熱炉の幅を改良する必要がある欠点がある。
【０００９】本発明は、上述のような観点に鑑みなされ
たものであり、加熱炉の性能改善が容易であって、且
つ、高い空気予熱温度における燃焼であってもＮＯｘ生
成が抑制できる燃焼バーナ及びその炉内燃焼方法を提供
することを目的とするものである。
たものであり、加熱炉の性能改善が容易であって、且
つ、高い空気予熱温度における燃焼であってもＮＯｘ生
成が抑制できる燃焼バーナ及びその炉内燃焼方法を提供
することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明では、上述の課題
を達成するためになされたものであり、請求項１に記載
の空気供給路内に燃料供給口が開口する一次燃料ノズル
と、前記空気供給路の空気供給口周囲に配置した二次燃
料ノズルとを備える燃焼バーナに於いて、前記空気供給
口から噴射される燃焼用空気の噴出流速が所定に達した
際に、炉内排ガスを巻き込み再燃焼するようにし、前記
二次燃料ノズルの前記燃料供給口が前記空気供給口外周
から前記空気供給口の口径の１．０倍以上離間した位置
に配設したことを特徴とする燃焼バーナである。この発
明では、空気供給口に二次燃料ノズルが近接すると炉内
排ガスの巻き込み量が低減して再燃焼によるＮＯｘ量の
低減効果が薄れることから上記手段に示したように１．
０倍以上離間した位置に二次燃料ノズルの燃料供給口が
設けられることによってＮＯｘ量の低減効果が達成され
る。
を達成するためになされたものであり、請求項１に記載
の空気供給路内に燃料供給口が開口する一次燃料ノズル
と、前記空気供給路の空気供給口周囲に配置した二次燃
料ノズルとを備える燃焼バーナに於いて、前記空気供給
口から噴射される燃焼用空気の噴出流速が所定に達した
際に、炉内排ガスを巻き込み再燃焼するようにし、前記
二次燃料ノズルの前記燃料供給口が前記空気供給口外周
から前記空気供給口の口径の１．０倍以上離間した位置
に配設したことを特徴とする燃焼バーナである。この発
明では、空気供給口に二次燃料ノズルが近接すると炉内
排ガスの巻き込み量が低減して再燃焼によるＮＯｘ量の
低減効果が薄れることから上記手段に示したように１．
０倍以上離間した位置に二次燃料ノズルの燃料供給口が
設けられることによってＮＯｘ量の低減効果が達成され
る。
【００１１】又、請求項２に記載の発明は、空気供給路
内に燃料供給口が開口する一次燃料ノズルと、前記空気
供給路の空気供給口の周囲に配置した二次燃料ノズルを
備える燃焼バーナに於いて、加熱炉内の温度が燃料着火
温度以上の高温に達した際の前記空気供給口から前記加
熱炉内に噴出される空気流速に応じて、前記空気供給口
の直径Ｄａに対応して、前記空気供給口外周から前記二
次燃料ノズルの前記燃料供給口外周までの距離Ｌを設定
したことを特徴とする燃焼バーナである。この発明で
は、空気供給口から空気流速と、直径Ｄａ及び距離Ｌの
因子によって、排ガス中のＮＯｘ量の低減効果が達成さ
れる。
内に燃料供給口が開口する一次燃料ノズルと、前記空気
供給路の空気供給口の周囲に配置した二次燃料ノズルを
備える燃焼バーナに於いて、加熱炉内の温度が燃料着火
温度以上の高温に達した際の前記空気供給口から前記加
熱炉内に噴出される空気流速に応じて、前記空気供給口
の直径Ｄａに対応して、前記空気供給口外周から前記二
次燃料ノズルの前記燃料供給口外周までの距離Ｌを設定
したことを特徴とする燃焼バーナである。この発明で
は、空気供給口から空気流速と、直径Ｄａ及び距離Ｌの
因子によって、排ガス中のＮＯｘ量の低減効果が達成さ
れる。
【００１２】又、請求項３に記載の発明は、空気供給路
内に燃料供給口が開口する一次燃料ノズルと、前記空気
供給路の空気供給口周囲に配置した二次燃料ノズルとを
備える燃焼バーナに於いて、前記空気供給口の直径Ｄａ
と、前記空気供給口から炉内に噴出される空気実流速Ｖ
ａと、前記空気供給口外周から前記燃料供給口外周まで
の距離Ｌとが下記の関係式を満たすものであること特徴
とする燃焼バーナである。
内に燃料供給口が開口する一次燃料ノズルと、前記空気
供給路の空気供給口周囲に配置した二次燃料ノズルとを
備える燃焼バーナに於いて、前記空気供給口の直径Ｄａ
と、前記空気供給口から炉内に噴出される空気実流速Ｖ
ａと、前記空気供給口外周から前記燃料供給口外周まで
の距離Ｌとが下記の関係式を満たすものであること特徴
とする燃焼バーナである。
【００１３】（Ｌ√（Ｖａ／Ｖｏ））／Ｄａ＞１０ 但し、Ｌ ：空気供給口外周から二次燃料ノズルの燃料
供給口外周までの距離（ｍｍ） Ｖａ：噴出空気実流速（ｍ／ｓ） Ｄａ：空気供給口の直径（ｍｍ） Ｖｏ：単位噴出空気実流速（１ｍ／ｓ） この発明では、上記の関係式に基づいて、空気供給口か
ら空気流速と、直径Ｄａ及び距離Ｌを設定することによ
って、排ガス中のＮＯｘ量の低減効果が達成される。
供給口外周までの距離（ｍｍ） Ｖａ：噴出空気実流速（ｍ／ｓ） Ｄａ：空気供給口の直径（ｍｍ） Ｖｏ：単位噴出空気実流速（１ｍ／ｓ） この発明では、上記の関係式に基づいて、空気供給口か
ら空気流速と、直径Ｄａ及び距離Ｌを設定することによ
って、排ガス中のＮＯｘ量の低減効果が達成される。
【００１４】又、請求項４に記載の発明は、空気供給路
内に燃料供給口が開口する一次燃料ノズルと、前記空気
供給路の空気供給口の周囲に配置した二次燃料ノズルと
を備える燃焼バーナの燃焼方法に於いて、前記空気供給
口の周囲に、加熱炉内側に開口する二次燃料ノズルの燃
料供給口が配置され、前記空気供給口外周から前記二次
燃料ノズルの燃料供給口外周までの距離Ｌと、前記空気
供給口の直径Ｄａとが、前記加熱炉の温度が燃料着火温
度以上に達した際の前記空気供給口から加熱炉内に噴射
される噴出空気実流速に対応して設定されており、前記
加熱炉の炉内温度が燃料着火温度以下の低温時には、燃
料の全て或いは主に空気供給口内の前記一次燃料ノズル
から噴射させて燃焼させ、前記炉内温度が燃料着火温度
以上の高温に達した際は、前記二次燃焼ノズルから燃料
を噴射して燃焼するようにたことを特徴とする燃焼バー
ナの燃焼方法である。この発明では、空気供給口から空
気流速に基づいて、直径Ｄａ及び距離Ｌが設定され、且
つ、一次燃料ノズル及び二次燃料ノズルの燃焼状態を制
御することによって、排ガス中のＮＯｘ量の低減効果が
達成する炉内燃焼方法である。
内に燃料供給口が開口する一次燃料ノズルと、前記空気
供給路の空気供給口の周囲に配置した二次燃料ノズルと
を備える燃焼バーナの燃焼方法に於いて、前記空気供給
口の周囲に、加熱炉内側に開口する二次燃料ノズルの燃
料供給口が配置され、前記空気供給口外周から前記二次
燃料ノズルの燃料供給口外周までの距離Ｌと、前記空気
供給口の直径Ｄａとが、前記加熱炉の温度が燃料着火温
度以上に達した際の前記空気供給口から加熱炉内に噴射
される噴出空気実流速に対応して設定されており、前記
加熱炉の炉内温度が燃料着火温度以下の低温時には、燃
料の全て或いは主に空気供給口内の前記一次燃料ノズル
から噴射させて燃焼させ、前記炉内温度が燃料着火温度
以上の高温に達した際は、前記二次燃焼ノズルから燃料
を噴射して燃焼するようにたことを特徴とする燃焼バー
ナの燃焼方法である。この発明では、空気供給口から空
気流速に基づいて、直径Ｄａ及び距離Ｌが設定され、且
つ、一次燃料ノズル及び二次燃料ノズルの燃焼状態を制
御することによって、排ガス中のＮＯｘ量の低減効果が
達成する炉内燃焼方法である。
【００１５】又、請求項５に記載の発明は、空気供給路
内に燃料供給口が開口する一次燃料ノズルと、前記空気
供給路の空気供給口の周囲に配置した二次燃料ノズルと
を備える燃焼バーナの燃焼方法に於いて、前記一次燃料
ノズルの燃料供給口が前記空気供給口内に開口するよう
に設けられ、前記空気供給口の周囲に複数の二次燃料ノ
ズルの燃料供給口が配置され、前記空気供給口から加熱
炉内に噴出される空気実流速Ｖａに対して、前記空気供
給口外周から前記燃料供給口外周までの距離Ｌが下記の
関係式を満たす燃焼バーナの炉内燃焼方法であって、前
記加熱炉内温度が燃料着火温度以下の低温時には、燃料
の全て或いは主に前記空気供給口内の前記一次燃料ノズ
ルから噴射させて燃焼させ、炉内温度が燃料着火温度以
上の高温に達した際に、前記二次燃料ノズルの燃料供給
口から燃料を加熱炉内に噴射させて燃焼させるようにし
たことを特徴とする燃焼バーナの炉内燃焼方法。
内に燃料供給口が開口する一次燃料ノズルと、前記空気
供給路の空気供給口の周囲に配置した二次燃料ノズルと
を備える燃焼バーナの燃焼方法に於いて、前記一次燃料
ノズルの燃料供給口が前記空気供給口内に開口するよう
に設けられ、前記空気供給口の周囲に複数の二次燃料ノ
ズルの燃料供給口が配置され、前記空気供給口から加熱
炉内に噴出される空気実流速Ｖａに対して、前記空気供
給口外周から前記燃料供給口外周までの距離Ｌが下記の
関係式を満たす燃焼バーナの炉内燃焼方法であって、前
記加熱炉内温度が燃料着火温度以下の低温時には、燃料
の全て或いは主に前記空気供給口内の前記一次燃料ノズ
ルから噴射させて燃焼させ、炉内温度が燃料着火温度以
上の高温に達した際に、前記二次燃料ノズルの燃料供給
口から燃料を加熱炉内に噴射させて燃焼させるようにし
たことを特徴とする燃焼バーナの炉内燃焼方法。
【００１６】（Ｌ√（Ｖａ／Ｖｏ））／Ｄａ＞１０ 但し、Ｌ ：空気供給口外周から二次燃料ノズルの燃料
供給口外周までの距離（ｍｍ） Ｖａ：噴出空気実流速（ｍ／ｓ） Ｄａ：空気供給口の直径（ｍｍ） Ｖｏ：単位噴出空気実流速（１ｍ／ｓ） この発明では、空気供給口から空気流速に基づいて、直
径Ｄａ及び距離Ｌが設定され、且つ、上記関係式に基づ
いて、一次燃料ノズル及び二次燃料ノズルの燃焼状態を
制御することによって、排ガス中のＮＯｘ量の低減効果
が達成する炉内燃焼方法である。
供給口外周までの距離（ｍｍ） Ｖａ：噴出空気実流速（ｍ／ｓ） Ｄａ：空気供給口の直径（ｍｍ） Ｖｏ：単位噴出空気実流速（１ｍ／ｓ） この発明では、空気供給口から空気流速に基づいて、直
径Ｄａ及び距離Ｌが設定され、且つ、上記関係式に基づ
いて、一次燃料ノズル及び二次燃料ノズルの燃焼状態を
制御することによって、排ガス中のＮＯｘ量の低減効果
が達成する炉内燃焼方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態に
ついて、図面を参照して説明する。図１は、燃焼バーナ
の一実施形態である蓄熱式バーナであり、同図（ａ）は
燃焼バーナの断面図であり、同図（ｂ）はその正面図で
ある。同図に於いて、蓄熱式バーナ１は、耐熱性の蓄熱
体収容容器２に蓄熱体８が収納され、その上方に上部空
間２ａが設けられ、下方にウインドボックス５が装着さ
れて下部空間２ｂが形成されている。蓄熱体収容容器２
の上部空間２ａに連通する空気供給路３がバーナタイル
４に連設され、下部空間２ｂには流出入口９が設けられ
ている。バーナタイル４は加熱炉１１の側壁に装着され
る。空気供給路３には、一次燃料ノズル６とパイロット
バーナ１０が設けられ、バーナタイル４には複数の二次
燃料ノズル７が設けられている。空気供給路３の空気供
給口３Ａ及び燃料供給口７Ａが加熱炉内側に開口してお
り、空気供給口３Ａの外周から二次燃料ノズル７の燃料
供給口７Ａの外周までの距離Ｌは、概ね空気供給口３Ａ
の直径Ｄａの１．０倍以上に設定される。
ついて、図面を参照して説明する。図１は、燃焼バーナ
の一実施形態である蓄熱式バーナであり、同図（ａ）は
燃焼バーナの断面図であり、同図（ｂ）はその正面図で
ある。同図に於いて、蓄熱式バーナ１は、耐熱性の蓄熱
体収容容器２に蓄熱体８が収納され、その上方に上部空
間２ａが設けられ、下方にウインドボックス５が装着さ
れて下部空間２ｂが形成されている。蓄熱体収容容器２
の上部空間２ａに連通する空気供給路３がバーナタイル
４に連設され、下部空間２ｂには流出入口９が設けられ
ている。バーナタイル４は加熱炉１１の側壁に装着され
る。空気供給路３には、一次燃料ノズル６とパイロット
バーナ１０が設けられ、バーナタイル４には複数の二次
燃料ノズル７が設けられている。空気供給路３の空気供
給口３Ａ及び燃料供給口７Ａが加熱炉内側に開口してお
り、空気供給口３Ａの外周から二次燃料ノズル７の燃料
供給口７Ａの外周までの距離Ｌは、概ね空気供給口３Ａ
の直径Ｄａの１．０倍以上に設定される。
【００１８】図２は、上記燃焼バーナを加熱炉に装着し
てその配管系及び制御系の一実施形態を示す概略図であ
る。同図に於いて、加熱炉１１の炉壁に交番燃焼を行う
蓄熱式バーナ１ａ，１ｂが装着されている。加熱炉１１
内には鋼材等の被加熱物Ｈが投入され、Ｆは火炎を示し
ている。蓄熱式バーナ１ａ，１ｂには蓄熱体８ａ，８ｂ
がそれぞれ収納されている。空気供給路３ａ，３ｂに一
次燃料バーナ６ａ，６ｂの燃料供給口がそれぞれ開口さ
れ、二次燃料バーナ７ａ，７ｂの燃料供給口が炉内側に
開口している。一次燃料を空気供給口３ａ，３ｂ内に供
給する一次燃料ノズル６ａ，６ｂには燃料遮断弁１３
ａ，１３ｂがそれぞれ設けられ、二次燃料を炉内に供給
する二次燃料ノズル７ａ，７ｂには燃料遮断弁１４ａ，
１４ｂがそれぞ設けられている。又、排ガス及び燃焼用
空気は配管を経て切換弁１６を介して送風ブロワ１７，
１８によって排ガスは炉外への排出され、燃焼用空気は
炉内に供給されている。配管には流速計１２ａ，１２ｂ
及びＮＯｘガスセンサ２０ａ，２０ｂが設けられ、加熱
炉１１内には温度センサ１９が設けられている。流速計
１２ａ，１２ｂ、温度センサ１９及びＮＯｘガスセンサ
２０ａ，２０ｂの出力は制御装置１５に入力されてい
る。又、制御装置１５は、燃料遮断弁１３ａ，１３ｂ，
１４ａ，１４ｂが交番燃焼に応じて制御されるととも
に、切換弁１６の切り換え制御、及び送風ブロワ１７，
１８の駆動及び回転数制御がなされている。尚、流速計
１２ａ，１２ｂ、ＮＯｘガスセンサ２０ａ，２０ｂは空
気供給路３ａ，３ｂや排ガスの排出側に設けてもよい。
てその配管系及び制御系の一実施形態を示す概略図であ
る。同図に於いて、加熱炉１１の炉壁に交番燃焼を行う
蓄熱式バーナ１ａ，１ｂが装着されている。加熱炉１１
内には鋼材等の被加熱物Ｈが投入され、Ｆは火炎を示し
ている。蓄熱式バーナ１ａ，１ｂには蓄熱体８ａ，８ｂ
がそれぞれ収納されている。空気供給路３ａ，３ｂに一
次燃料バーナ６ａ，６ｂの燃料供給口がそれぞれ開口さ
れ、二次燃料バーナ７ａ，７ｂの燃料供給口が炉内側に
開口している。一次燃料を空気供給口３ａ，３ｂ内に供
給する一次燃料ノズル６ａ，６ｂには燃料遮断弁１３
ａ，１３ｂがそれぞれ設けられ、二次燃料を炉内に供給
する二次燃料ノズル７ａ，７ｂには燃料遮断弁１４ａ，
１４ｂがそれぞ設けられている。又、排ガス及び燃焼用
空気は配管を経て切換弁１６を介して送風ブロワ１７，
１８によって排ガスは炉外への排出され、燃焼用空気は
炉内に供給されている。配管には流速計１２ａ，１２ｂ
及びＮＯｘガスセンサ２０ａ，２０ｂが設けられ、加熱
炉１１内には温度センサ１９が設けられている。流速計
１２ａ，１２ｂ、温度センサ１９及びＮＯｘガスセンサ
２０ａ，２０ｂの出力は制御装置１５に入力されてい
る。又、制御装置１５は、燃料遮断弁１３ａ，１３ｂ，
１４ａ，１４ｂが交番燃焼に応じて制御されるととも
に、切換弁１６の切り換え制御、及び送風ブロワ１７，
１８の駆動及び回転数制御がなされている。尚、流速計
１２ａ，１２ｂ、ＮＯｘガスセンサ２０ａ，２０ｂは空
気供給路３ａ，３ｂや排ガスの排出側に設けてもよい。
【００１９】次に、燃焼バーナを装着した加熱炉の炉内
燃焼方法について、図１及び図２を参照して、図３の燃
焼制御フローチャートに基づいて説明する。先ず、ステ
ップＳ１において、パイロットバーナ１０が点火され、
一次燃料ノズル６ａから空気供給路３に一次燃料が供給
され、蓄熱式バーナ１ａ，１ｂは交番燃焼を開始し、燃
焼と排ガスの排出を交互に行う。続いて、ステップＳ２
において、温度センサ１９からの出力に基づいて加熱炉
１１内の温度を計測して、ステップＳ３に進む。ステッ
プＳ３では、（炉内温度＜燃料着火温度）の条件（１）
によって、炉内温度が燃料着火温度以下（低温）である
か否かが判断される。条件（１）を満たす場合は、ステ
ップＳ４に進み、一次燃料ノズル６によって空気供給路
３内に一次燃料を供給して燃焼を継続して、ステップＳ
２に戻る。ステップＳ３において、条件（１）を満たさ
ない場合は、ステップＳ５に進み、（炉内温度≧燃料着
火温度）の条件（２）により、炉内温度が燃料着火温度
以上（高温）に達しているか否かが判断される。条件
（２）を満たしていない場合は、ステップＳ４に戻り、
一次燃料ノズル６によって燃焼を継続する。条件（２）
を満した場合は、ステップＳ６に進み、二次燃料ノズル
７によって燃焼を開始する。続いて、ステップＳ７に進
み、ＮＯｘガスセンサ２０ａ，２０ｂによって排ガス中
のＮＯｘ濃度を計測して、ステップＳ８に進む。ステッ
プＳ８において、ＮＯｘ濃度が基準値以下であるか否か
が判断される。ＮＯｘ濃度が基準値以内であれば、ステ
ップＳ５に戻る。ＮＯｘ濃度が基準値を越える場合に
は、ステップＳ９に進み、空気供給口３Ａから炉内に噴
出される燃焼用空気の噴出流速が調整される。続いて、
ステップＳ１０に進み、加熱炉の運転を継続するか否か
が判断され、継続する場合はステップＳ５に戻り、同様
な操作を繰り返して、ＮＯｘ濃度が基準値内であるよう
に燃焼用空気の噴出流速を調節して燃焼制御がなされ
る。加熱炉の運転を終了する場合は、燃焼制御を終了す
る。無論、二次燃料ノズル７が燃焼している状態で、一
次燃料ノズル６から空気供給路３に燃料を供給して燃焼
を継続させてもよいことは明らかである。
燃焼方法について、図１及び図２を参照して、図３の燃
焼制御フローチャートに基づいて説明する。先ず、ステ
ップＳ１において、パイロットバーナ１０が点火され、
一次燃料ノズル６ａから空気供給路３に一次燃料が供給
され、蓄熱式バーナ１ａ，１ｂは交番燃焼を開始し、燃
焼と排ガスの排出を交互に行う。続いて、ステップＳ２
において、温度センサ１９からの出力に基づいて加熱炉
１１内の温度を計測して、ステップＳ３に進む。ステッ
プＳ３では、（炉内温度＜燃料着火温度）の条件（１）
によって、炉内温度が燃料着火温度以下（低温）である
か否かが判断される。条件（１）を満たす場合は、ステ
ップＳ４に進み、一次燃料ノズル６によって空気供給路
３内に一次燃料を供給して燃焼を継続して、ステップＳ
２に戻る。ステップＳ３において、条件（１）を満たさ
ない場合は、ステップＳ５に進み、（炉内温度≧燃料着
火温度）の条件（２）により、炉内温度が燃料着火温度
以上（高温）に達しているか否かが判断される。条件
（２）を満たしていない場合は、ステップＳ４に戻り、
一次燃料ノズル６によって燃焼を継続する。条件（２）
を満した場合は、ステップＳ６に進み、二次燃料ノズル
７によって燃焼を開始する。続いて、ステップＳ７に進
み、ＮＯｘガスセンサ２０ａ，２０ｂによって排ガス中
のＮＯｘ濃度を計測して、ステップＳ８に進む。ステッ
プＳ８において、ＮＯｘ濃度が基準値以下であるか否か
が判断される。ＮＯｘ濃度が基準値以内であれば、ステ
ップＳ５に戻る。ＮＯｘ濃度が基準値を越える場合に
は、ステップＳ９に進み、空気供給口３Ａから炉内に噴
出される燃焼用空気の噴出流速が調整される。続いて、
ステップＳ１０に進み、加熱炉の運転を継続するか否か
が判断され、継続する場合はステップＳ５に戻り、同様
な操作を繰り返して、ＮＯｘ濃度が基準値内であるよう
に燃焼用空気の噴出流速を調節して燃焼制御がなされ
る。加熱炉の運転を終了する場合は、燃焼制御を終了す
る。無論、二次燃料ノズル７が燃焼している状態で、一
次燃料ノズル６から空気供給路３に燃料を供給して燃焼
を継続させてもよいことは明らかである。
【００２０】次に、図４を参照して、この実施形態にお
ける燃焼バーナによる炉内燃焼について説明する。同図
は、バーナタイル４から炉内側に開口する空気供給路３
と燃焼ノズル７を示し、燃焼用空気Ａと二次燃料Ｆの噴
出方向を模式的に示した図である。空気供給口３Ａの直
径をＤａとし、空気供給路３と燃焼ノズル７の外周間の
距離をＬとする。空気供給口３Ａから距離Ｘで燃焼用空
気Ａと燃料Ｆが接して炉内排ガスを巻き込み、再燃焼を
行うことによってＮＯｘの低減を図るようになされてい
る。従って、空気供給路３と燃焼ノズル７の外周間の距
離Ｌが近接していると、炉内排ガスの巻き込みが不十分
となるので、距離Ｌは直径Ｄａの１．０倍以上に設定す
るのが望ましく、無論、空気供給路３と燃焼ノズル７の
外周間の距離が異常に離れていると、炉内排ガスの巻き
込みが不十分となり、ＮＯｘ低減効果が減衰する。
ける燃焼バーナによる炉内燃焼について説明する。同図
は、バーナタイル４から炉内側に開口する空気供給路３
と燃焼ノズル７を示し、燃焼用空気Ａと二次燃料Ｆの噴
出方向を模式的に示した図である。空気供給口３Ａの直
径をＤａとし、空気供給路３と燃焼ノズル７の外周間の
距離をＬとする。空気供給口３Ａから距離Ｘで燃焼用空
気Ａと燃料Ｆが接して炉内排ガスを巻き込み、再燃焼を
行うことによってＮＯｘの低減を図るようになされてい
る。従って、空気供給路３と燃焼ノズル７の外周間の距
離Ｌが近接していると、炉内排ガスの巻き込みが不十分
となるので、距離Ｌは直径Ｄａの１．０倍以上に設定す
るのが望ましく、無論、空気供給路３と燃焼ノズル７の
外周間の距離が異常に離れていると、炉内排ガスの巻き
込みが不十分となり、ＮＯｘ低減効果が減衰する。
【００２１】更に、説明を加えると、ＮＯｘ濃度の支配
的因子は火災温度である。火炎温度は燃料が燃焼開始点
までの距離Ｘにおける炉内排ガスの巻き込み量Ｑと炉内
排ガス温度Ｔによって支配される。従って、ＮＯｘ濃度
は炉内排ガスの巻き込み量Ｑと炉内排ガス温度Ｔに依存
することになる。
的因子は火災温度である。火炎温度は燃料が燃焼開始点
までの距離Ｘにおける炉内排ガスの巻き込み量Ｑと炉内
排ガス温度Ｔによって支配される。従って、ＮＯｘ濃度
は炉内排ガスの巻き込み量Ｑと炉内排ガス温度Ｔに依存
することになる。
【００２２】即ち、炉内燃焼ガスの巻き込み量Ｑは、燃
焼用空気の噴出流速Ｖａ、噴出口径Ｄａ、空気供給口３
Ａから燃焼開始点Ｐまでの距離Ｘの関数であることが知
られている。同図では、空気噴流と燃料噴流の広がりと
混合位置（燃焼開始点）Ｐを模式的に示したものであ
る。燃焼用空気及び二次燃料の噴流の広がり角度は、噴
流状態によらず略一定なので、空気供給口から混合開始
点Ｐまでの距離Ｘは空気供給口外周と燃料供給口外周の
距離Ｌに略比例する。同図に示すように軸対称噴流では
噴流吐出口から距離Ｘでの巻き込みガスを含めた全噴流
通過量Ｑａは距離Ｘに比例する。依って、全噴流通過量
Ｑａは距離Ｌに比例することになる。従って、ＮＯｘ濃
度は、炉内温度を一定にすると、噴出速度、燃焼用空気
の噴出口径、及び空気供給口外周から燃料供給口外周ま
での距離Ｌによって変化することになる。
焼用空気の噴出流速Ｖａ、噴出口径Ｄａ、空気供給口３
Ａから燃焼開始点Ｐまでの距離Ｘの関数であることが知
られている。同図では、空気噴流と燃料噴流の広がりと
混合位置（燃焼開始点）Ｐを模式的に示したものであ
る。燃焼用空気及び二次燃料の噴流の広がり角度は、噴
流状態によらず略一定なので、空気供給口から混合開始
点Ｐまでの距離Ｘは空気供給口外周と燃料供給口外周の
距離Ｌに略比例する。同図に示すように軸対称噴流では
噴流吐出口から距離Ｘでの巻き込みガスを含めた全噴流
通過量Ｑａは距離Ｘに比例する。依って、全噴流通過量
Ｑａは距離Ｌに比例することになる。従って、ＮＯｘ濃
度は、炉内温度を一定にすると、噴出速度、燃焼用空気
の噴出口径、及び空気供給口外周から燃料供給口外周ま
での距離Ｌによって変化することになる。
【００２３】そこで、発明者らは、炉内温度が一定にな
るように水冷管による奪熱量を調整して、噴出空気流速
Ｖａを１０〜１５０ｍ／ｓ、空気供給口径Ｄａを３０〜
１６０ｍｍ、空気供給口外周と燃料供給口外周の距離Ｌ
を１０〜８００ｍｍの範囲で変化させて実験を行った。
尚、排ガス中のＮＯｘ濃度における酸素（Ｏ2 ）濃度を
１１％と換算して測定した。
るように水冷管による奪熱量を調整して、噴出空気流速
Ｖａを１０〜１５０ｍ／ｓ、空気供給口径Ｄａを３０〜
１６０ｍｍ、空気供給口外周と燃料供給口外周の距離Ｌ
を１０〜８００ｍｍの範囲で変化させて実験を行った。
尚、排ガス中のＮＯｘ濃度における酸素（Ｏ2 ）濃度を
１１％と換算して測定した。
【００２４】この測定データから各因子の影響を調べた
結果が図５に示されている。同図の横軸は〔Ｌ√（Ｖａ
／Ｖ0 ）〕／Ｄａをパラメータとする値であり、縦軸が
ＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）である。同図によって、ＮＯｘ濃
度の分布曲線（イ）から明らかなように、〔Ｌ√（Ｖａ
／Ｖ0 ）〕／ＤａをパラメータとするとＮＯｘ濃度分布
がある統一した分布曲線上に分布することが明らかにな
った。同図から明らかなように、〔Ｌ√（Ｖａ／
Ｖ0 ）〕／Ｄａの値が１０以下ではＮＯｘ濃度が急激に
増加するのに対して１０以上では殆ど変わらなく飽和状
態になることが分かった。従って、〔Ｌ√（Ｖａ／
Ｖ0 ）〕／Ｄａ＞１０を満足するように各パラメータを
設定することにより、低ＮＯｘバーナが形成できること
を意味している。
結果が図５に示されている。同図の横軸は〔Ｌ√（Ｖａ
／Ｖ0 ）〕／Ｄａをパラメータとする値であり、縦軸が
ＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）である。同図によって、ＮＯｘ濃
度の分布曲線（イ）から明らかなように、〔Ｌ√（Ｖａ
／Ｖ0 ）〕／ＤａをパラメータとするとＮＯｘ濃度分布
がある統一した分布曲線上に分布することが明らかにな
った。同図から明らかなように、〔Ｌ√（Ｖａ／
Ｖ0 ）〕／Ｄａの値が１０以下ではＮＯｘ濃度が急激に
増加するのに対して１０以上では殆ど変わらなく飽和状
態になることが分かった。従って、〔Ｌ√（Ｖａ／
Ｖ0 ）〕／Ｄａ＞１０を満足するように各パラメータを
設定することにより、低ＮＯｘバーナが形成できること
を意味している。
【００２５】尚、（Ｌ√（Ｖａ／Ｖｏ））／Ｄａにおけ
る各パラメータのディメンジョンは、以下に示した通り
である。空気供給口外周から燃料供給口外周までの距離
Ｌは（ｍｍ）、噴出空気実流速Ｖａは（ｍ／ｓ）、空気
供給口の直径Ｄａは（ｍｍ）である。単位噴出空気実流
速Ｖｏは（１ｍ／ｓ）であり、噴出空気実流速値から単
位を消去するためのものである。
る各パラメータのディメンジョンは、以下に示した通り
である。空気供給口外周から燃料供給口外周までの距離
Ｌは（ｍｍ）、噴出空気実流速Ｖａは（ｍ／ｓ）、空気
供給口の直径Ｄａは（ｍｍ）である。単位噴出空気実流
速Ｖｏは（１ｍ／ｓ）であり、噴出空気実流速値から単
位を消去するためのものである。
【００２６】又、図５は炉内温度が１３５０℃の場合の
データだけを示しているが、炉内温度が９００℃以上で
は、炉内温度が高くなる程ＮＯｘ濃度が高くなる傾向が
あるものの、上記パラメータが１０以上の値では略一定
になることが確かめられた。このことにより、下記の関
係式（１）、 〔Ｌ√（Ｖａ／Ｖ0 ）〕／Ｄａ＞１０……（１） を満足するように燃焼させることにより、大幅なＮＯｘ
濃度の低減が達成されることが明らかになった。
データだけを示しているが、炉内温度が９００℃以上で
は、炉内温度が高くなる程ＮＯｘ濃度が高くなる傾向が
あるものの、上記パラメータが１０以上の値では略一定
になることが確かめられた。このことにより、下記の関
係式（１）、 〔Ｌ√（Ｖａ／Ｖ0 ）〕／Ｄａ＞１０……（１） を満足するように燃焼させることにより、大幅なＮＯｘ
濃度の低減が達成されることが明らかになった。
【００２７】従って、図１に示した燃焼バーナに於い
て、空気供給口３Ａから噴出する噴出空気の流速Ｖａ及
び空気供給口３Ａの直径Ｄａが定まっていれば、上記の
関係式に基づいて、距離Ｌを設定することによって低Ｎ
Ｏｘバーナが容易に構成できる。又、空気供給口３Ａの
直径Ｄａ及び距離Ｌが一定であれば、上記の関係式
（１）に基づいて、噴出空気流速Ｖａを調整すれば、低
ＮＯｘバーナを構成することができる。
て、空気供給口３Ａから噴出する噴出空気の流速Ｖａ及
び空気供給口３Ａの直径Ｄａが定まっていれば、上記の
関係式に基づいて、距離Ｌを設定することによって低Ｎ
Ｏｘバーナが容易に構成できる。又、空気供給口３Ａの
直径Ｄａ及び距離Ｌが一定であれば、上記の関係式
（１）に基づいて、噴出空気流速Ｖａを調整すれば、低
ＮＯｘバーナを構成することができる。
【００２８】又、上記のような燃焼方法は、ＮＯｘ濃度
の低減に極めて有効であることが明らかになったが、空
気供給口と燃料供給口との距離Ｌを離す必要があるため
に、炉内温度が燃料の自己着火温度以上の場合には問題
はないが、自己着火温度以下の場合には燃焼が生じない
ことになる。従って、炉内温度が燃料の自己着火温度以
下の低温時でも安定に燃焼させる方法として、空気供給
口内にもパイロットバーナとともに、一次燃料ノズルの
燃料供給口を開口する必要があり、図１に示した実施形
態の燃焼バーナが形成される。
の低減に極めて有効であることが明らかになったが、空
気供給口と燃料供給口との距離Ｌを離す必要があるため
に、炉内温度が燃料の自己着火温度以上の場合には問題
はないが、自己着火温度以下の場合には燃焼が生じない
ことになる。従って、炉内温度が燃料の自己着火温度以
下の低温時でも安定に燃焼させる方法として、空気供給
口内にもパイロットバーナとともに、一次燃料ノズルの
燃料供給口を開口する必要があり、図１に示した実施形
態の燃焼バーナが形成される。
【００２９】上記図３の燃焼制御フローチャートに基づ
いて説明したが、このような構造では、炉内温度が燃料
の自己着火温度以下の時には、燃料は「主に」空気供給
口内の一次燃料ノズルの燃料供給口から噴射させて燃焼
させ、炉内温度が燃料の自己着火温度以上の高温に達し
た際は、燃料を「主に」空気供給口外側の二次燃料ノズ
ルの燃料供給口から供給して燃焼させるようにする。
いて説明したが、このような構造では、炉内温度が燃料
の自己着火温度以下の時には、燃料は「主に」空気供給
口内の一次燃料ノズルの燃料供給口から噴射させて燃焼
させ、炉内温度が燃料の自己着火温度以上の高温に達し
た際は、燃料を「主に」空気供給口外側の二次燃料ノズ
ルの燃料供給口から供給して燃焼させるようにする。
【００３０】この「主に」と記したのは、ＮＯｘ濃度・
操業時の燃焼制御等によって、全ての燃料供給口から燃
料を供給することがあり得るからであり、一次と二次燃
料ノズルによる燃焼、即ち、「１００％」の燃焼状態の
場合も含まれることを意味するものである。
操業時の燃焼制御等によって、全ての燃料供給口から燃
料を供給することがあり得るからであり、一次と二次燃
料ノズルによる燃焼、即ち、「１００％」の燃焼状態の
場合も含まれることを意味するものである。
【００３１】無論、炉内温度が燃料の自己着火温度以下
の低温時では、どのような燃焼法であってもＮＯｘ濃度
は低く問題はないが、高温燃焼時であっても、〔Ｌ√
（Ｖａ／Ｖ0 ）〕／Ｄａ＞１０を満足するように燃焼制
御することよって低ＮＯｘ燃焼とすることができる。こ
のパラメータの値「１０」は、燃料の発熱量によって多
少変化するが、概ね「１０」の値で急激にＮＯｘ濃度が
上昇する分布曲線となる特性を有する。しかし、その燃
料の発熱量に応じてこのパラメータの値は多少変動する
ので、必ずしも「１０」の値に限定するものではない。
の低温時では、どのような燃焼法であってもＮＯｘ濃度
は低く問題はないが、高温燃焼時であっても、〔Ｌ√
（Ｖａ／Ｖ0 ）〕／Ｄａ＞１０を満足するように燃焼制
御することよって低ＮＯｘ燃焼とすることができる。こ
のパラメータの値「１０」は、燃料の発熱量によって多
少変化するが、概ね「１０」の値で急激にＮＯｘ濃度が
上昇する分布曲線となる特性を有する。しかし、その燃
料の発熱量に応じてこのパラメータの値は多少変動する
ので、必ずしも「１０」の値に限定するものではない。
【００３２】又、上記実施形態では、蓄熱体を備える燃
焼バーナとして説明したが、蓄熱体を備えない燃焼バー
ナであっても、上記に説明したような一次と二次燃料ノ
ズルを備える燃焼バーナであれば、〔Ｌ√（Ｖａ／
Ｖ0 ）〕／Ｄａのパラメータに基づいく概念によって各
パラメータを設定した燃焼バーナとすることにより、排
ガス中のＮＯｘ量を低濃度とすることができることは明
らかである。
焼バーナとして説明したが、蓄熱体を備えない燃焼バー
ナであっても、上記に説明したような一次と二次燃料ノ
ズルを備える燃焼バーナであれば、〔Ｌ√（Ｖａ／
Ｖ0 ）〕／Ｄａのパラメータに基づいく概念によって各
パラメータを設定した燃焼バーナとすることにより、排
ガス中のＮＯｘ量を低濃度とすることができることは明
らかである。
【００３３】又、空気供給口３Ａの直径Ｄａ及び空気供
給口３Ａから燃料供給口７Ａまでの距離Ｌが固定された
燃焼バーナであっても、上述のような炉内燃焼方法によ
って空気供給口３Ａから噴出される空気の噴出空気流速
Ｖａを調整することにより、加熱炉を改善することな
く、炉内排ガス中のＮＯｘ濃度を低濃度とすることがで
きる。又、燃料供給口７Ａの位置を調整するだけで低Ｎ
Ｏｘバーナとすることができる。
給口３Ａから燃料供給口７Ａまでの距離Ｌが固定された
燃焼バーナであっても、上述のような炉内燃焼方法によ
って空気供給口３Ａから噴出される空気の噴出空気流速
Ｖａを調整することにより、加熱炉を改善することな
く、炉内排ガス中のＮＯｘ濃度を低濃度とすることがで
きる。又、燃料供給口７Ａの位置を調整するだけで低Ｎ
Ｏｘバーナとすることができる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
加熱炉自体の改造、その制御系及び配管系統を改造をす
ることなく、低ＮＯｘ燃焼が達成できる利点がある。
又、本発明によれば、空気供給流速Ｖａが一定であれ
ば、〔Ｌ√（Ｖａ／Ｖ0）〕／Ｄａの値が、例えば「１
０」、又は、それ以上の値になるように、燃焼バーナを
構成することによって、低ＮＯｘ燃焼を達成し得る燃焼
バーナを提供することができる利点がある。又、逆に、
噴出空気供給口の直径Ｄａ及び噴出空気供給口の外周か
ら二次燃料ノズルの燃料供給口外周までの距離Ｌが設定
されている場合は、空気供給口から噴出する空気の空気
供給流速Ｖａを調整するように炉内燃焼制御することに
より、ＮＯｘ濃度を基準値以下にできる燃焼バーナが提
供できる利点がある。
加熱炉自体の改造、その制御系及び配管系統を改造をす
ることなく、低ＮＯｘ燃焼が達成できる利点がある。
又、本発明によれば、空気供給流速Ｖａが一定であれ
ば、〔Ｌ√（Ｖａ／Ｖ0）〕／Ｄａの値が、例えば「１
０」、又は、それ以上の値になるように、燃焼バーナを
構成することによって、低ＮＯｘ燃焼を達成し得る燃焼
バーナを提供することができる利点がある。又、逆に、
噴出空気供給口の直径Ｄａ及び噴出空気供給口の外周か
ら二次燃料ノズルの燃料供給口外周までの距離Ｌが設定
されている場合は、空気供給口から噴出する空気の空気
供給流速Ｖａを調整するように炉内燃焼制御することに
より、ＮＯｘ濃度を基準値以下にできる燃焼バーナが提
供できる利点がある。
【００３５】又、本発明によれば、〔Ｌ√（Ｖａ／
Ｖ0 ）〕／Ｄａ＞１０の条件を満足すれば、一定のＮＯ
ｘ低減効果が得られる燃焼バナーが提供できる利点があ
り、所定の炉内温度分布を設計する際に、従来のように
炉内に直接燃料を吹き込み炉内で低ＮＯｘを達成する燃
焼方法と比較して、燃焼バーナを自由に配置し得る設計
の自由度が増す利点がある。又、本発明によれば、既存
の燃焼バーナを低ＮＯｘバーナに交換するだけで加熱炉
の性能改善ができる利点がある。
Ｖ0 ）〕／Ｄａ＞１０の条件を満足すれば、一定のＮＯ
ｘ低減効果が得られる燃焼バナーが提供できる利点があ
り、所定の炉内温度分布を設計する際に、従来のように
炉内に直接燃料を吹き込み炉内で低ＮＯｘを達成する燃
焼方法と比較して、燃焼バーナを自由に配置し得る設計
の自由度が増す利点がある。又、本発明によれば、既存
の燃焼バーナを低ＮＯｘバーナに交換するだけで加熱炉
の性能改善ができる利点がある。
【図１】本発明に係る燃焼バーナの一実施形態を示す図
である。
である。
【図２】本発明に係る燃焼バーナを装着した一実施形態
を示す図である。
を示す図である。
【図３】燃焼制御のフローチャートを示す図である。
【図４】燃焼状態を模式的に示す図である。
【図５】ＮＯｘの測定結果を示す図である。
【図６】従来の燃焼バーナの一例を示す図である。
【図７】従来の燃焼バーナの他の例を示す図である。
【図８】従来の蓄熱式バーナによる燃焼装置を示す図で
ある。
ある。
１ 蓄熱式バーナ ２ 蓄熱体収容容器 ３ 空気供給路 ３Ａ 空気供給口 ４ バーナタイル ５ ウインドボックス ６ 一次燃料ノズル ７ 二次燃料ノズル ７Ａ 二次燃料ノズルの燃料供給口 ８ 蓄熱体 ９ 流出入口 １０ ポイロットバーナ １１ 加熱炉 １２ａ，１２ｂ 流速計 １３ａ，１３ｂ 燃料遮断弁 １４ａ，１４ｂ 燃料遮断弁 １５ 制御装置 １６ 切換弁 １７，１８ 送風ブロワ １９ 温度センサ ２０ａ，２０ｂ ＮＯｘガスセンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２３Ｄ 14/22 Ｆ２３Ｄ 14/22 Ｋ 14/66 14/66 Ｃ
Claims (5)
- 【請求項１】 空気供給路内に燃料供給口が開口する一
次燃料ノズルと、前記空気供給路の空気供給口周囲に配
置した二次燃料ノズルとを備える燃焼バーナに於いて、 前記空気供給口から噴射される燃焼用空気の噴出流速が
所定に達した際に、炉内排ガスを巻き込み再燃焼するよ
うにし、前記二次燃料ノズルの前記燃料供給口が前記空
気供給口外周から前記空気供給口の口径の１．０倍以上
離間した位置に配設したことを特徴とする燃焼バーナ。 - 【請求項２】 空気供給路内に燃料供給口が開口する一
次燃料ノズルと、前記空気供給路の空気供給口周囲に配
置した二次燃料ノズルとを備える燃焼バーナに於いて、 加熱炉内の温度が燃料着火温度以上の高温に達した際の
前記空気供給口から前記加熱炉内に噴出される空気流速
に応じて、前記空気供給口の直径Ｄａに対応して、前記
空気供給口外周から前記二次燃料ノズルの前記燃料供給
口外周までの距離Ｌを設定したことを特徴とする燃焼バ
ーナ。 - 【請求項３】 空気供給路内に燃料供給口が開口する一
次燃料ノズルと、前記空気供給路の空気供給口周囲に配
置した二次燃料ノズルとを備える燃焼バーナに於いて、 前記空気供給口の直径Ｄａと、前記空気供給口から炉内
に噴出される空気実流速Ｖａと、前記空気供給口外周か
ら前記燃料供給口外周までの距離Ｌとが下記の関係式を
満たすものであることを特徴とする燃焼装置。 （Ｌ√（Ｖａ／Ｖｏ））／Ｄａ＞１０ 但し、Ｌ ：空気供給口外周から二次燃料ノズルの燃料
供給口外周までの距離（ｍｍ） Ｖａ：噴出空気実流速（ｍ／ｓ） Ｄａ：空気供給口の直径（ｍｍ） Ｖｏ：単位噴出空気実流速（１ｍ／ｓ） - 【請求項４】 空気供給路内に燃料供給口が開口する一
次燃料ノズルと、前記空気供給路の空気供給口周囲に配
置した二次燃料ノズルとを備える燃焼バーナの炉内燃焼
方法に於いて、 前記空気供給口の周囲に、加熱炉内側に開口する二次燃
料ノズルの燃料供給口が配置され、前記空気供給口外周
から前記二次燃料ノズルの燃料供給口外周までの距離Ｌ
と、前記空気供給口の直径Ｄａとが、前記加熱炉の温度
が燃料着火温度以上に達した際の前記空気供給口から加
熱炉内に噴射される噴出空気実流速に対応して設定され
ており、前記加熱炉の炉内温度が燃料着火温度以下の低
温時には、燃料の全て或いは主に空気供給口内の前記一
次燃料ノズルから噴射させて燃焼させ、前記炉内温度が
燃料着火温度以上の高温に達した際は、前記二次燃焼ノ
ズルから燃料を噴射して燃焼するようにしたことを特徴
とする燃焼バーナの炉内燃焼方法。 - 【請求項５】 空気供給路内に燃料供給口が開口する一
次燃料ノズルと、前記空気供給路の空気供給口周囲に配
置した二次燃料ノズルとを備える燃焼バーナの炉内燃焼
方法に於いて、 前記一次燃料ノズルの燃料供給口が前記空気供給口内に
開口するように設けられ、前記空気供給口の周囲に複数
の二次燃料ノズルの燃料供給口が配置され、前記空気供
給口から加熱炉内に噴出される空気実流速Ｖａに対し
て、前記空気供給口外周から前記燃料供給口外周までの
距離Ｌが下記の関係式を満たす燃焼バーナの炉内燃焼方
法であって、前記加熱炉内温度が燃料着火温度以下の低
温時には、燃料の全て或いは主に前記空気供給口内の前
記一次燃料ノズルから噴射させて燃焼させ、炉内温度が
燃料着火温度以上の高温に達した際に、前記二次燃料ノ
ズルの燃料供給口から燃料を加熱炉内に噴射させて燃焼
させるようにしたことを特徴とする燃焼バーナの炉内燃
焼方法。 （Ｌ√（Ｖａ／Ｖｏ））／Ｄａ＞１０ 但し、Ｌ ：空気供給口外周から二次燃料ノズルの燃料
供給口外周までの距離（ｍｍ） Ｖａ：噴出空気実流速（ｍ／ｓ） Ｄａ：空気供給口の直径（ｍｍ） Ｖｏ：単位噴出空気実流速（１ｍ／ｓ）
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