JPH0989223A - 高温空気バーナ - Google Patents

高温空気バーナ

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JPH0989223A
JPH0989223A JP24920495A JP24920495A JPH0989223A JP H0989223 A JPH0989223 A JP H0989223A JP 24920495 A JP24920495 A JP 24920495A JP 24920495 A JP24920495 A JP 24920495A JP H0989223 A JPH0989223 A JP H0989223A
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JP
Japan
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carbon dioxide
nozzle
combustion
air
burner
Prior art date
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Pending
Application number
JP24920495A
Other languages
English (en)
Inventor
Toyohiko Morita
豊彦 森田
Masataka Hase
政孝 長谷
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低負荷時でのバーナ燃焼をより一層安定させ
るために二酸化炭素をモーチブ流体として使用し、被加
熱材の均一加熱とNOxの生成量の抑制を更に効率的に
実現できる加熱炉用の高温空気バーナを提供すること。 【解決手段】 燃料ガスを供給するための燃料ノズル
と、高温の燃焼用空気を供給するための空気ノズルと、
火炎を伸長するためのモーチブ流体ノズルを備えた高温
空気バーナにおいて、モーチブ流体を二酸化炭素とし、
この二酸化炭素を前記燃料ノズル内に設けた二酸化炭素
ノズルから供給することによって、炉内温度分布の均一
化を図ると同時にNOxの生成を抑制する。また、二酸
化炭素は燃焼排ガスから回収したものを使用し、これを
炉の燃焼状況に応じて供給することによって、バーナ負
荷の変動に対応した燃焼制御が可能とすると共に、二酸
化炭素の供給のための設備の簡略化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スラブ,ビレッ
ト,ブルーム等の被加熱材を所定の目標温度まで加熱す
る加熱炉用の高温空気バーナに関する。
【0002】
【従来技術】従来、この種の加熱炉用のバーナでは燃焼
量が低下するとバーナからの燃料ガスと燃焼空気の流出
速度が低下して、火炎のリフティング現象が発生し、こ
の結果、バーナ側の炉内温度が高くなって被加熱材が均
一に加熱できないという間題があった。
【0003】これに対して、たとえば特公昭63−23
447号公報に示されているような低負荷燃焼対策のバ
ーナがある。
【0004】このバーナは、加熱炉の低負荷燃焼時の炉
巾方向の温度分布を均一にした被加熱材を均一に加熱す
ることを目的とし、低負荷燃焼時に作動するようにして
適量のモーチブ空気が適当な圧力で供給されるモーチブ
空気供給手段を設け、このモーチブ空気は内流空気用バ
ッフルあるいは外流空気用バッフルあるいは気体燃料噴
出孔領域内に設けたモーチブ噴出孔から直進させる構造
としたものである。
【0005】ところが、このような高温空気バーナで
は、燃焼用空気の予熱温度が燃料の着火温度(例えばコ
ークス炉ガスでは約700℃)以下の比較的燃焼速度の
遅い、従来空気バーナに対しては非常に有効である。し
かしながら、最近のリジェネバーナのように予熱空気温
度が燃料の着火温度以上の例えば予熱空気温度が100
0℃となるような高温空気バーナでは燃焼速度が極端に
早くなるため、火炎の伸長のためにモーチブ空気を使用
すると、逆にこのモーチブ空気で燃料の燃焼反応が促進
されて、火炎が高温の短炎となる。したがって、炉内温
度分布が不均一になると共に、窒素酸化物(以下、「N
Ox」と略記する)の生成量が増加するという問題があ
った。
【0006】このような問題に対し、本願出願人は、水
蒸気をモーチブ流体として適用し、この水蒸気を燃料ノ
ズル内に設けた水蒸気ノズルから供給する高温空気バー
ナを提案して特願平7−6625号として既に出願し
た。この水蒸気を供給する高温空気バーナであれば、火
炎の伸長が効率的に行えると共に、水蒸気は燃料との燃
焼反応を起こさないので炉内温度分布の均一化が図られ
るほか、水蒸気による希釈効果によって最高火炎温度も
低下するのでNOxの生成も抑制される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、先の出願に
おける高温空気バーナは、燃料ノズルに供給される水蒸
気は、燃焼排ガスの顕熱を利用して発生させる蒸気発生
機によって得るシステムに含まれたものである。このよ
うなシステムでは、水蒸気を発生させるためのエネルギ
源として燃焼排ガスの顕熱を利用するので、バーナ負荷
が小さいときには水蒸気の量が不足してしまう。
【0008】図4はこのような現象を説明する線図であ
って、横軸をバーナ負荷及び縦軸を発生水蒸気量とした
ものであり、バーナ負荷は排ガス量に置き換えてもよ
い。
【0009】この線図から判るように、発生する水蒸気
の量は排ガスの顕熱をエネルギ源とすることから、図中
の実線で示すようにバーナ負荷の増大に伴って増加す
る。これに対し、NOxの低減や炉内温度の均一化のた
めに必要な水蒸気は図中の一点鎖線で示すようにバーナ
負荷の増加に従って次第に低下していく。このため、図
4の(a)の領域のようにバーナ負荷が小さいときに
は、水蒸気の発生量がその必要量よりも下回ってしま
い、水蒸気を供給することによる作用効果に大きな影響
を及ぼすことになる 本発明は、低負荷時でのバーナ燃焼をより一層安定させ
るために二酸化炭素をモーチブ流体として使用し、被加
熱材の均一加熱とNOxの生成量の抑制を更に効率的に
実現できる加熱炉用の高温空気バーナを提供することに
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃料ガスを供
給するための燃料ノズルと、高温の燃焼用空気を供給す
るための空気ノズルと、火炎を伸長するためのモーチブ
流体ノズルを備えた高温空気バーナにおいて、前記モー
チブ流体を二酸化炭素とし、該二酸化炭素を前記燃料ノ
ズル内に設けた二酸化炭素ノズルから供給することを特
微とする。
【0011】このような構成において、二酸化炭素を燃
焼排ガスの中から回収してこれを貯溜する系を備え、貯
溜した二酸化炭素を燃焼状況に応じて二酸化炭素ノズル
に供給する系を付加したものとすることもできる。
【0012】
【発明の実施の形態】燃料中にモーチブ流体として二酸
化炭素を吹き込むことにより、火炎の伸長ができ、また
二酸化炭素では燃料との燃焼反応が起こらないため、燃
料中に直接吹き込めば燃焼反応が遅延して炉内温度分布
が均一になると共に、燃焼の抑制効果により最高火炎温
度が低下してNOxの生成が抑制される。また、二酸化
炭素は空気に比べると熱伝達率が高いので、被加熱材へ
の伝熱量が増加する。
【0013】更に、二酸化炭素を燃焼排ガス中から回収
してこの回収したものを炉の燃焼状況に合わせて供給す
ることによって、バーナ負荷の変動に対しても安定した
燃焼の維持が可能となり、二酸化炭素を別途供給するこ
となく自己完結型の設備として有効利用できる。
【0014】
【実施例】図1は本発明の高温空気バーナの概略を示す
縦断面図、図2は加熱炉における排ガス及び二酸化炭素
の回収の系を示す概略図である。
【0015】図2において、合計8基の高温空気バーナ
を備えた加熱炉10には、燃焼用の空気及び燃料の供給
系統の他に、燃焼排ガスから二酸化炭素を回収してこれ
をバーナに供給するための供給系統を設ける。この二酸
化炭素の供給系統は、加熱炉1の排ガス出口と煙突11
との間に組み込まれ二酸化炭素のみを排ガス中から回収
して残りを煙突11側に排出する二酸化炭素回収装置1
2と、この回収装置12から各高温空気バーナに向かう
流路中に組み込まれた二酸化炭素の貯溜タンク13とを
備えたものである。
【0016】貯溜タンク13は二酸化炭素回収装置12
によって回収した二酸化炭素が供給され、加熱炉10の
操業状況に合わせて燃焼に最も好適な流量となるように
バルブ等によって流量を調整して二酸化炭素を加熱炉1
0に供給可能としたものである。このような貯留タンク
13からの二酸化炭素の供給は、加熱炉10の操業に合
わせて自動制御されることは無論である。
【0017】図1に示すように加熱炉10においては、
その炉壁1に貫通させて組み込んだバッフル2にバーナ
本体3が一体に連結されている。
【0018】バーナ本体3は、環状断面の燃料ノズル4
とl次空気ノズル5とを同軸に配置し、更に燃料ノズル
4の中に二酸化炭素ノズル7を配置し、更に2次空気ノ
ズル6を燃料ノズル4と同軸の仮想円周上に複数個の穴
状のものとして配置した構造を持つ。そして、これらの
各ノズル4〜7は、供給孔2a,2b,2c,2dにそ
れぞれ連通可能とし、供給孔2a,2bは環状断面であ
り、供給孔2cは穴状で炉内側に開放し、供給孔2dは
バーナ中心に開口している。
【0019】燃料ノズル4には、例えばコークス炉ガス
等の燃料の供給源を接続し、2次空気ノズル6には炉操
業の際に熱回収して利用する高温(700℃以上)の予
熱空気の供給源に接続され。そして、二酸化炭素ノズル
7は先に述べたように、二酸化炭素を溜めておき燃焼操
業時での要求に従って二酸化炭素を供給する貯溜タンク
13に接続されている。
【0020】以上の構成において、燃料ノズル4及び1
次、2次空気ノズル5、6からそれぞれ燃料及び空気が
供給されて加熱炉10内での燃焼が行われる。そして、
二酸化炭素ノズル7からは、燃焼負荷に適合した流量の
二酸化炭素が供給される。
【0021】二酸化炭素ノズル7からの二酸化炭素は、
加熱炉10の操業状況に従って貯溜タンク13から流量
を制御して供給することによって、燃焼の負荷が低いと
きでも被加熱材の均一な加熱が維持されると共に、NO
x生成量の抑制も図られることになる。
【0022】また、二酸化炭素を加熱炉10内に供給す
ることにより、加熱炉10内の二酸化炭素濃度が上昇す
る。そして、空気よりも二酸化炭素のほうが熱伝達率が
高いので、従来技術の項で述べたような空気の供給の場
合に比べると、被加熱材への伝熱が促進されることにな
り、効率的な加熱操作が可能となる。
【0023】図3は本発明の高温空気バーナと、モーチ
ブ流体として空気を使用した場合及び水蒸気を使用した
場合の低負荷燃焼時すなわち図4の(a)の領域での炉
内温度分布の概要である。すなわち、(a)モーチブ流
体として空気を使用したときの炉内温度分布、(b)は
モーチブ流体とし水蒸気を使用したときの炉内温度分
布、及び(c)はモーチブ流体として二酸化炭素を使用
した高温空気燃焼の炉内温度分布である。
【0024】空気を使用した場合では、バーナに近い部
分の温度がかなり高く、炉中央側へ向けて低下していく
分布となる。これは高温空気によって燃焼が促進され、
さらにモーチブ空気も燃焼を速めるよう働くからであ
る。このパターンの燃焼では火炎が高温の短炎となるた
めNOxが発生しやすい。
【0025】また、水蒸気を使用したものでは、バーナ
の近傍においても、過度の温度上昇がなく、炉中央方向
へ向けての温度降下も(a)と比較してその度合いが小
さい傾向にある。
【0026】更に、本発明のバーナでは、モーチブ流体
として水蒸気を使用したものと比べてみても、炉内温度
の均一性が更に向上している。このような燃焼の現象の
特性は、次のように説明できる。
【0027】ー般に、高温空気燃焼では燃焼反応が促進
されて火炎が高温の短炎となるが、本発明の高温空気バ
ーナでは燃料との燃焼反応がない二酸化炭素をモーチブ
流体として燃料ノズル4内に吹き込むため、燃焼反応の
遅延化と低負荷燃焼時の火炎のリフティング現象の防止
により、炉内温度分布が均一になるためである。
【0028】また、燃焼火炎中の断面中央へ向けて供給
孔2dから二酸化炭素が噴出されて火炎に添加されるの
で、燃焼の抑制効果により、最高火炎温度を下げること
ができる。従って、火炎温度の過度な高温化を避けるこ
とができ、NOxの発生も抑制することが可能となる。
【0029】このような加熱炉1における燃焼の制御に
際し、燃焼排ガス中の二酸化炭素を二酸化炭素回収装置
12によって回収したものを貯溜タンク13に溜めてお
くので、加熱炉1の操業状況に適合した流量の二酸化炭
素を供給することができる。このため、バーナ負荷に応
じた量の二酸化炭素を適宜供給することによって安定し
た燃焼が可能となり、燃焼排ガスの顕熱を利用して得ら
れる水蒸気を使用する図3の(b)に示したモーチブ流
体として水蒸気を吹き込む場合に比べ、より一層炉内温
度の均一性を向上させることができることは明らかであ
る また、加熱炉1内の二酸化炭素濃度の上昇によって、被
加熱材への伝熱量はモーチブ流体として空気を使用する
場合に比べると増加する。このため、被加熱材の加熱処
理も効率的に行え、操業効率の向上が図られる。
【0030】
【発明の効果】本発明では、モーチブ流体として二酸化
炭素を燃料ノズル内に吹き込むので、火炎の伸長によっ
て加熱炉内の温度分布を一様化できると共に、燃料との
燃焼反応が起こらないため、最高火炎温度が低下してN
Oxの生成も抑制される。
【0031】また、空気をモーチブ流体とする場合に比
べて二酸化炭素の濃度上昇によ熱伝達が促進されるの
で、被加熱材の加熱能力も向上し、操業効率が大幅に改
善される。
【0032】更に、燃焼排ガス中から二酸化炭素を回収
してその流量等を制御して加熱炉に供給できるような系
としておけば、加熱炉の操業状況に適合した燃焼の制御
が可能となり、バーナ負荷の変動に対しても常に安定し
た燃焼を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のバーナの概略縦断面図である。
【図2】 加熱炉周りの二酸化炭素の回収及び供給のた
めのシステムを示す概略図である。
【図3】 本発明の二酸化炭素をモーチブ流体とする場
合と、空気または水蒸気をモーチブ流体とするときの炉
内温度分布を示す線図である。
【図4】 従来例における水蒸気の発生量と低負荷時に
必要な量の関係を示す線図である。
【符号の説明】
1 :炉壁 2 :バッフル 3 :バーナ本体 4 :燃料ノズル 5 :1次空気ノズル 6 :2次空気ノズル 7 :二酸化炭素ノズル 10 :加熱炉 12 :二酸化炭素回収装置 13 :貯溜タンク

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料ガスを供給するための燃料ノズル
    と、高温の燃焼用空気を供給するための空気ノズルと、
    火炎を伸長するためのモーチブ流体ノズルを備えた高温
    空気バーナにおいて、前記モーチブ流体を二酸化炭素と
    し、該二酸化炭素を前記燃料ノズル内に設けた二酸化炭
    素ノズルから供給することを特微とする高温空気バー
    ナ。
  2. 【請求項2】 前記二酸化炭素を燃焼排ガスの中から回
    収してこれを貯溜する系を備え、貯溜した二酸化炭素を
    燃焼状況に応じて前記二酸化炭素ノズルに供給する系を
    付加してなる請求項1記載の高温空気バーナ。
JP24920495A 1995-09-27 1995-09-27 高温空気バーナ Pending JPH0989223A (ja)

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JP24920495A JPH0989223A (ja) 1995-09-27 1995-09-27 高温空気バーナ

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101043295B1 (ko) * 2009-03-20 2011-06-22 주식회사 진성에너텍 터보차저의 다양한 성능시험 및 내구성시험용 연소장치 및 이를 포함한 연소제어시스템
KR101102062B1 (ko) * 2009-05-18 2012-01-10 김광주 고압 기류 버너를 이용한 질소산화물 저감시스템

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KR101043295B1 (ko) * 2009-03-20 2011-06-22 주식회사 진성에너텍 터보차저의 다양한 성능시험 및 내구성시험용 연소장치 및 이를 포함한 연소제어시스템
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Effective date: 20040604

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02