JPH11325421A - 予混合バーナ - Google Patents

予混合バーナ

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JPH11325421A
JPH11325421A JP12640798A JP12640798A JPH11325421A JP H11325421 A JPH11325421 A JP H11325421A JP 12640798 A JP12640798 A JP 12640798A JP 12640798 A JP12640798 A JP 12640798A JP H11325421 A JPH11325421 A JP H11325421A
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JP
Japan
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flame
premixed gas
burner
combustion
gas
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Withdrawn
Application number
JP12640798A
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English (en)
Inventor
Hideaki Suemori
秀昭 末盛
Takanori Nagai
孝典 永井
Kenji Shinya
謙治 新屋
Shigenari Horie
茂斉 堀江
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 逆火と自然発火の防止を図り、予熱空気の使
用を可能とし、コストの削減を図る。 【解決手段】 燃料と空気を予め混含した予混合ガスを
燃焼させる予混合バーナであって、予混合ガスを燃焼す
る燃焼ノズルと、該燃焼ノズルに接続され、予混合ガス
の流速を火炎伝播速度以上に設定する狭流路部とを有す
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、鋼板の連続焼鈍設
備や連続亜鉛メッキ設備等の加熱帯で使用される予混合
バーナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は、従来における燃料と空気を予め
混合して供給し燃焼させる予混合バーナ50を示すもの
である。この予混合バーナ50は、バーナ本体51の先
端に燃焼筒52と燃焼ノズル53を有し、バーナ本体5
1内に供給した予混合ガス54を燃焼ノズル53から燃
焼筒52内に吹出し、火炎を形成させるように構成され
ている。また、図3において、符号55はバーナ本体5
1の軸心部を通し先端を燃焼ノズル53吹出し部に位置
させた点火プラグ管、56は予混合ガス54の混合を助
ける多孔板である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】予混合ガス54がプロ
パンガスと空気の場合、予混合ガス54中を火炎が伝播
する速度である火炎伝播速度Sは、 予混合ガス温度 火炎伝播速度S 30℃ S=約0.40m/秒 250℃ S=約0.94m/秒 となる。上述の予混合バーナ50では、燃焼ノズル53
の予混合ガス54の流速を、火炎伝播速度S以上となる
ように設定し、火炎がバーナ部に逆火することを防止し
ている。
【0004】しかし、このような予混合バーナ50にお
いては、以下のような問題が発生していた。 (1)予混合バーナ50の燃焼負荷(熱カロリー量%)
を調節するために、予混合ガス54の流量を減少させ
て、燃焼ノズル53での予混合ガス54の流速が火炎伝
播速度S以下になった場合、火炎が予混合バーナ50内
部に逆火してバーナ本体51を焼損させるということが
あった。また、逆火が予混合バーナ50に接続された配
管中に及んだ場合、配管内で予混合ガス54が爆発する
という問題があった。
【0005】(2)上記の現象は、予混合バーナ50の
接続される炉内の圧力の僅かな変動や、予混含ガス54
の僅かな脈動によっても発生するため、予混合バーナ5
0の燃焼負荷(熱カロリー量%)を調節する場合に、燃
焼ノズル53における流速を火炎伝播速度Sの3倍以下
に下げることが出来なかった。ここで、予混合バーナ5
0を、最低燃焼負荷5%で燃焼可能なプロパン焚きバー
ナに使用する場合、最低燃焼負荷5%時の燃焼ノズル5
3における予混合ガス54の流速VBminは、 予混合ガス温度 燃焼ノズル流速VBmin 30℃ VBmin=3×S=1.2m/秒 250℃ VBmin=3×S=2.82m/秒 であるため、この予混合バーナ50における、最大燃焼
負荷100%時の燃焼ノズル流速VBmaxは、 予混合ガス温度 燃焼ノズル流速VBmax 30℃ VBmax=3×S×100/5=24m/秒 250℃ VBmax=3×S×l00/5=56.4m/秒 のように、最低燃焼負荷5%時の燃焼ノズル流速VBmin
に比べて過大な流速が必要になり、予混含ガス54が燃
焼ノズル53を通過する際の圧力損失が大きくなるとい
う問題があった。さらに、この場合予混合バーナ50に
供給する予混合ガス54には、過大な流速が必要なた
め、予混含ガス54を燃焼ノズル53に送り込むための
送風機の能力増大が必要であり、これらのため、設備コ
スト、運転コストが嵩んでいた。
【0006】(3)炉内および火炎の熱が、燃焼ノズル
53からバーナ本体51に伝わることで、燃焼ノズル5
3近傍のバーナ本体51温度が高温となり、バーナ本体
51内で予混合ガス54が自然発火し、バーナ本体51
を焼損させるということがあった。また、逆火が予混合
バーナ50に接続された配管中に及んだ場含、配管内で
混合ガスが爆発する可能性があった。
【0007】(4)供給する予混合ガス54の温度が上
がるにつれて、火炎伝播速度Sが上がること、また、バ
ーナ本体51が高温になり自然着火の危険があることか
ら、この予混合バーナ51では、予熱空気を使用するこ
とが難しく、予熱空気を使用する場合でも、250℃程
度が予熱の限界とされていた。
【0008】(5)上述の理由から、予混合バーナ50
からの逆火によって配管中で生じる爆発を防止するた
め、配管中に高価なフレームアレスタや破裂孔装置を設
けることが必要であり、これらのコストがかかるという
問題があった。
【0009】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、コストの上昇を招くことなく逆火と自然発火の防
止を図るとともに、予熱空気の使用を可能とすることを
目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃料と空気を
予め混含した予混合ガスを燃焼させる予混合バーナであ
って、予混合ガスを燃焼する燃焼ノズルと、該燃焼ノズ
ルに接続され、予混合ガスの流速を火炎伝播速度以上に
設定する狭流路部とを有することにより上記を課題を解
決した。本発明において、前記狭流路部の長さを、前記
予混合バーナの取り付けられる炉壁の耐火材厚さの1/
5以上にすることが望ましい。また、本発明において、
前記狭流路における予混合ガス流速が、燃焼ノズルにお
ける予混合ガス流速の80%以上に設定される手段を採
用することが望ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る予混合バーナ
の一実施形態を、図面に基づいて説明する。図1は、本
発明による予混合バーナの実施例の縦断面図、図2は、
狭流路部の構成を説明する断面図である。
【0012】図1において、予混合バーナ10は、バー
ナ本体11と、バーナ本体11の先端に設けられた燃焼
筒12および燃焼ノズル13とを有する。ここで、符号
14は燃焼ノズル13の複数個の燃焼ノズル孔である。
バーナ本体11は、軸心部に燃焼ノズル13に達する点
火プラグ管15と、点火プラグ管15のまわりに燃焼ノ
ズル13の燃焼ノズル孔14と通じる複数個の狭流路部
16とを有する。狭流路部16は、バーナ本体11と燃
焼ノズル13とに接続され、先端側が燃焼ノズル13と
接するフランジ17を支持し、他端側がバーナ本体11
の炉壁外に配置された予混合ガス20の流通室21に連
通する管状とされる。なお、図1において、符号26は
燃焼筒12の固定ナット、27は予混合ノズル10から
噴出される火炎、28は火炎27で加熱処理される被加
熱材、29は予混合バーナ10の取り付けられる炉壁1
8の耐火材である。
【0013】図2において、予混合バーナ10が最低燃
焼負荷で燃焼される時に、狭流路部16内における予混
合ガスのガス流速Vcが火炎伝播速度Sより大きくなる
ように設定されている。ここで、 狭流路部16内にお
けるガス流速VC は、燃焼ノズル孔14内におけるガス
流速VB の約80%以上に設定される。つまり、狭流路
部16内におけるガス流速VC と、燃焼ノズル孔14内
におけるガス流速VB とは、 VC ≧(8/10)×VB の関係を満たすように設定されている。。
【0014】従って、ノズル孔14の断面積をAB 、狭
流路部16の流路断面積AC とすると、これらの関係
は、 AC ≦(10/8)×AB を満たすように設定されている。また、狭流路部16
は、炉内及び火炎の熱が、バーナ本体11側へ伝わるの
を抑えるために、炉壁18の耐火材29厚さの1/5以
上の長さ、より好ましくは1/3以上の長さに設定され
ている。
【0015】このような予混合バーナ10においては、
図示しない配管から予混合ガス20を供給し、バーナ本
体11の共通の流通室21から各狭流路部16を通って
燃焼ノズル13のノズル孔14から燃焼筒12内に予混
合ガス20を噴出し、点火プラグ管15により予混合ガ
ス20に点火して火炎27を形成し、この火炎27によ
り被加熱材28を直接加熱する。
【0016】ここで、予混合バーナ10においては、燃
焼負荷を調節する場合でも、燃焼負荷が設定された最低
燃焼負荷以下にならない限り、狭流路部16内の混含ガ
ス流速VC が火炎伝播速度S以上に保持されているた
め、火炎27が予混合バーナ10内部に逆火することが
なくなる。このため、バーナ本体11の焼損と、配管中
での混合ガス20の爆発の危険を解消することができ
る。
【0017】また、狭流路部16において生じる圧損に
より、バーナ本体11に予混合ガス20を供給する図示
しない配管内部は静圧を増す。そのため、炉内圧力の僅
かな変動や、予混合ガス20の僅かな脈動下にあって
も、狭流路部16においては所定の流速を保持すること
ができる。このため、火炎27が予混合バーナ10内部
に逆火することがなくなる。また、狭流路部16の長さ
を、炉壁18の耐火材29厚さの1/5以上に設定し
て、予混含ガス20が流速VC で流れる部分を延長した
ため、火炎27が逆火することを防ぐ効果を飛躍的に向
上することができる。このため、予混合バーナ10の燃
焼負荷の可燃範囲を拡大することができる。その結果、
予混合バーナ10の燃焼負荷を最大1/20まで絞るこ
とが可能になる。
【0018】狭流路部16での予混合ガス流速VC を、
火炎伝播速度S以上に保つことにより、狭流路部16の
内壁温度が予混合ガス20の自然着火温度に達した場合
でも、狭流路部16内においては、火炎が形成されず、
狭流路部16中において逆火が発生することを防止でき
る。従って、燃焼ノズル13を高温の炉内に近づけて配
置することが可能になる。また、狭流路部16により、
バーナ11本体の共通の流通室21を炉壁18の耐火材
29の裏側に配置することが可能なため、流通室21が
高温となって混合ガスを自然発火させる危険を回避する
ことができる。
【0019】その結果、予混合バーナ10からの逆火、
および、配管中での爆発防止のために、配管中に高価な
フレームアレスタ及び破裂孔装置を設ける必要を解消し
た。
【0020】前述のような、逆火防止効果の向上によ
り、予熱によって予混合ガス20の温度を自然着火温度
近くまで上げることが可能になる。例えばプロパンガス
を使用する予混合バーナ10において、プロパンガスの
着火温度520℃に対し、燃焼空気の予熱温度を約50
0℃にまで高めることが可能となる。
【0021】さらに、高温の予混合ガス20を使用でき
るため、排ガスを利用して予混合ガス20を予熱して熱
回収率を向上することができ、運転コストの削減が可能
になる。また、高温の予混合ガス20を使用できるた
め、予混合燃焼で燃焼温度が2200℃以上の火炎を得
ることができる。その結果、被加熱材28を急速昇温す
る能カを飛躍的に向上することができる。このような、
予混合の高温火炎によって、燃焼ガスの分子が電離し、
多くの活性基を存在させるようになるため、空気比0.
9以下の広い範囲で被加熱材28の還元加熱を可能にな
る。
【0022】
【発明の効果】本発明の予混合バーナによれば、狭流路
部内の混含ガス流速が火炎伝播速度以上に保持されて火
炎が予混合バーナ内部に逆火することがなくなる。この
ため、バーナ本体の焼損と、配管中での混合ガスの爆発
の危険を解消することができる。また、狭流路部の長さ
を、炉壁の耐火材厚さの1/5以上に設定し、予混含ガ
スが火炎伝播速度以上の流速で流れる部分を延長したた
め、火炎が逆火することを防ぐ効果を飛躍的に向上する
ことができるという効果を奏する。したがって、これら
のことから、予熱空気の使用を可能とすることができ
る。さらに、上述したことから、配管中に高価なフレー
ムアレスタ及び破裂孔装置を設けること、および、予混
含ガスを燃焼ノズルに送り込むための送風機の能力を増
大することが必要なくなるため、上記の効果を、設備コ
スト,運転コストの上昇を招くことなく奏することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の予混合バーナの一実施形態を示す縦
断面図である。
【図2】 図1の燃焼ノズルおよび狭流路部を示す拡大
断面図である。
【図3】 従来の予混合バーナを示す断面図である。
【符号の説明】
10…予混合バーナ 11…バーナ本体 12…燃焼筒 13…燃焼ノズル 14…燃焼ノズル孔 15…点火プラグ管 16…狭流路部 18…炉壁 20…予混合ガス 27…火炎 29…耐火材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀江 茂斉 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料と空気を予め混含した予混合ガスを
    燃焼させる予混合バーナであって、 予混合ガスを燃焼する燃焼ノズルと、 該燃焼ノズルに接続され、予混合ガスの流速を火炎伝播
    速度以上に設定する狭流路部とを有することを特徴とす
    る予混合バーナ。
  2. 【請求項2】 前記狭流路部の長さを、前記予混合バー
    ナの取り付けられる炉壁の耐火材厚さの1/5以上にし
    たことを特徴とする請求項1記載の予混合バーナ。
  3. 【請求項3】 前記狭流路における予混合ガス流速が、
    燃焼ノズルにおける予混合ガス流速の80%以上に設定
    されることを特徴とする請求項1または2記載の予混合
    バーナ。
JP12640798A 1998-05-08 1998-05-08 予混合バーナ Withdrawn JPH11325421A (ja)

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Effective date: 20050802