JPH1151369A - 蓄熱式バーナを有する炉 - Google Patents
蓄熱式バーナを有する炉Info
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- JPH1151369A JPH1151369A JP9205135A JP20513597A JPH1151369A JP H1151369 A JPH1151369 A JP H1151369A JP 9205135 A JP9205135 A JP 9205135A JP 20513597 A JP20513597 A JP 20513597A JP H1151369 A JPH1151369 A JP H1151369A
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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】 長火炎で設備破壊が起こらず、そして、省エ
ネルギー及び低ＮＯｘ燃焼を達成した蓄熱式バーナを有
する炉を提供する。 【解決手段】 低ＮＯｘ燃焼を可能とした蓄熱式バーナ
１２を配置し、蓄熱式バーナ１２とその対抗壁との間隔
Ｌと、バーナの燃焼容量Ｂc との関係が下記の関係式を
満たすように、前記の間隔Ｌ又はバーナの燃焼容量Ｂc
を設定する。但し、ａ，ｂ，ｃ，ｄは係数である。 Ｌ≧ａ・Ｂc 3 ＋ｂ・Ｂc 2 ＋ｃ・Ｂc ＋ｄ≧Ｌ／２
ネルギー及び低ＮＯｘ燃焼を達成した蓄熱式バーナを有
する炉を提供する。 【解決手段】 低ＮＯｘ燃焼を可能とした蓄熱式バーナ
１２を配置し、蓄熱式バーナ１２とその対抗壁との間隔
Ｌと、バーナの燃焼容量Ｂc との関係が下記の関係式を
満たすように、前記の間隔Ｌ又はバーナの燃焼容量Ｂc
を設定する。但し、ａ，ｂ，ｃ，ｄは係数である。 Ｌ≧ａ・Ｂc 3 ＋ｂ・Ｂc 2 ＋ｃ・Ｂc ＋ｄ≧Ｌ／２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃焼反応を熱源とす
る工業炉その他熱設備（これらを炉と総称する）に関
し、特に、低ＮＯｘ燃焼を可能とした蓄熱式バーナとそ
の対向壁との間隔及びそのバーナの燃焼容量に関するも
のである。
る工業炉その他熱設備（これらを炉と総称する）に関
し、特に、低ＮＯｘ燃焼を可能とした蓄熱式バーナとそ
の対向壁との間隔及びそのバーナの燃焼容量に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、炉に使用されているバーナの火炎
長は、図２の特性図に示されるように４ｍ程度が最大で
あり、バーナの配置は火炎長を考慮して設計するのでは
なく、炉内構造物、被加熱物などとの干渉を主体に設計
するのが一般的であった。また、炉内幅は被加熱物の炉
幅方向最大長さに搬送時の蛇行量を加味して決定するの
が一般的である。
長は、図２の特性図に示されるように４ｍ程度が最大で
あり、バーナの配置は火炎長を考慮して設計するのでは
なく、炉内構造物、被加熱物などとの干渉を主体に設計
するのが一般的であった。また、炉内幅は被加熱物の炉
幅方向最大長さに搬送時の蛇行量を加味して決定するの
が一般的である。
【０００３】また、近年には、金属加熱炉、熱処理炉等
の炉の熱効率を高める燃焼装置として、特開昭６２−９
４７０３号公報、特開平２−１０００２号公報等に代表
される構造の蓄熱式バーナが提案されている。この蓄熱
式バーナは、第１のバーナと第２のバーナとを一対とし
て、一対又は複数対のバーナ群を１つの燃焼室に配置
し、各バーナはそれぞれ燃焼用空気及び燃焼排ガスが通
過する蓄熱体を有し、第１のバーナ群と第２のバーナ群
とを交互に燃焼させてバーナが非燃焼時にそのバーナの
蓄熱体を通過する燃焼排ガスの熱をその蓄熱体に伝熱、
蓄熱させて、燃焼時にその蓄熱体に蓄熱された熱を、通
過する燃焼用空気が抜熱して予熱（加熱）されるサイク
ルを繰り返すように構成されている。この蓄熱式バーナ
は、高温の燃焼排ガス顕熱を蓄熱体に一旦蓄えて、燃焼
用空気が通過する際に保持していた熱を燃焼用空気に伝
熱して高温の燃焼用空気としてバーナに供給すること
で、高熱効率を達成している。
の炉の熱効率を高める燃焼装置として、特開昭６２−９
４７０３号公報、特開平２−１０００２号公報等に代表
される構造の蓄熱式バーナが提案されている。この蓄熱
式バーナは、第１のバーナと第２のバーナとを一対とし
て、一対又は複数対のバーナ群を１つの燃焼室に配置
し、各バーナはそれぞれ燃焼用空気及び燃焼排ガスが通
過する蓄熱体を有し、第１のバーナ群と第２のバーナ群
とを交互に燃焼させてバーナが非燃焼時にそのバーナの
蓄熱体を通過する燃焼排ガスの熱をその蓄熱体に伝熱、
蓄熱させて、燃焼時にその蓄熱体に蓄熱された熱を、通
過する燃焼用空気が抜熱して予熱（加熱）されるサイク
ルを繰り返すように構成されている。この蓄熱式バーナ
は、高温の燃焼排ガス顕熱を蓄熱体に一旦蓄えて、燃焼
用空気が通過する際に保持していた熱を燃焼用空気に伝
熱して高温の燃焼用空気としてバーナに供給すること
で、高熱効率を達成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の排熱
回収技術の代表的なものとしてレキュペレータ（燃焼用
空気予熱器）が挙げられるが、このレキュペレータは炉
尻から煙突間の煙道に配置され、一般的に金属製のパイ
プ内に燃焼用空気を流して外側に炉尻から排出された燃
焼ガスを通過させて熱交換を行うものである。高温の燃
焼ガスを通過させて高温の燃焼用空気を得るには、熱交
換器を構成する金属材料の耐熱度、耐熱金属価格、熱交
換器の大きさ等、設備費と省エネルギー効果との見合い
で、経済的には予熱空気温度６００℃程度がレキュペレ
ータ方式の排熱回収の最良策と言われてきた。
回収技術の代表的なものとしてレキュペレータ（燃焼用
空気予熱器）が挙げられるが、このレキュペレータは炉
尻から煙突間の煙道に配置され、一般的に金属製のパイ
プ内に燃焼用空気を流して外側に炉尻から排出された燃
焼ガスを通過させて熱交換を行うものである。高温の燃
焼ガスを通過させて高温の燃焼用空気を得るには、熱交
換器を構成する金属材料の耐熱度、耐熱金属価格、熱交
換器の大きさ等、設備費と省エネルギー効果との見合い
で、経済的には予熱空気温度６００℃程度がレキュペレ
ータ方式の排熱回収の最良策と言われてきた。
【０００５】一方、燃焼技術の面では、同一バーナで燃
焼用空気温度が高温化すると、火炎温度が上昇し、それ
に伴って燃焼用空気中の窒素が酸化し、いわゆるサーマ
ルＮＯｘが大量に生成され大気を汚染する。一般的に
は、大気汚染防止法の許容するＮＯｘ排出量を満足でき
ず、７００℃を越えるような高温の予熱空気を用いる工
業用炉の実用化は不可能であると考えられてきた。
焼用空気温度が高温化すると、火炎温度が上昇し、それ
に伴って燃焼用空気中の窒素が酸化し、いわゆるサーマ
ルＮＯｘが大量に生成され大気を汚染する。一般的に
は、大気汚染防止法の許容するＮＯｘ排出量を満足でき
ず、７００℃を越えるような高温の予熱空気を用いる工
業用炉の実用化は不可能であると考えられてきた。
【０００６】しかしながら、近年、地球温暖化など環境
問題がクローズアップされ、ＣＯ2削減対策としての省
エネルギーの有用性が検討されるに至り、前述のような
従来では考えられないような高温の予熱空気を用いても
低ＮＯｘ燃焼が可能な燃焼方法（例えば、特開平６−１
５９６１３号号公報、特開平７−１３９７２７号公報）
が提案されている。
問題がクローズアップされ、ＣＯ2削減対策としての省
エネルギーの有用性が検討されるに至り、前述のような
従来では考えられないような高温の予熱空気を用いても
低ＮＯｘ燃焼が可能な燃焼方法（例えば、特開平６−１
５９６１３号号公報、特開平７−１３９７２７号公報）
が提案されている。
【０００７】本発明者らは、低ＮＯｘ燃焼が可能な蓄熱
式バーナを用いた炉を設計するに当たり様々な燃焼実験
を繰り返し以下のような知見を得た。 （１）すなわち、前述のような、高温の燃焼用空気を用
いた燃焼で低ＮＯｘを達成するには（上記各公報の燃焼
方法）、それ以前のような燃料と空気の混合を確保して
火炎内にある程度の高温領域を形成し安定燃焼させる保
炎機構の考え方ではなく、燃料の自己着火温度（４００
〜６００℃）を遥かに越える高温の予熱空気（８００℃
以上）が着火エネルギーをも保持しているので、出来う
る限り空気と燃料の混合を遅らせる燃焼方法を採ること
となるが、その場合には従来に比べて極端な長火炎とな
る、という問題点がある。 （２）さらに、対向する炉壁に蓄熱式バーナがそれぞれ
配置された炉において、その蓄熱式バーナとその対抗壁
との間隔を、バーナの火炎長さ以下に設定した場合に
は、そのバーナが排ガスを吸引する際に、未燃焼分と酸
素分とを含む高温の混合ガスを吸引することとなり、バ
ーナ吸引孔又は蓄熱体充填層で急速燃焼し、バーナ内は
断熱構造と成っているので、最悪の場合に、耐火物又は
／及び蓄熱体の耐熱温度を越える超高温ガスが発生し、
バーナ耐火物又は／及び蓄熱体の溶損などの設備破壊が
発生する、という実用上許されないような問題点があ
る。
式バーナを用いた炉を設計するに当たり様々な燃焼実験
を繰り返し以下のような知見を得た。 （１）すなわち、前述のような、高温の燃焼用空気を用
いた燃焼で低ＮＯｘを達成するには（上記各公報の燃焼
方法）、それ以前のような燃料と空気の混合を確保して
火炎内にある程度の高温領域を形成し安定燃焼させる保
炎機構の考え方ではなく、燃料の自己着火温度（４００
〜６００℃）を遥かに越える高温の予熱空気（８００℃
以上）が着火エネルギーをも保持しているので、出来う
る限り空気と燃料の混合を遅らせる燃焼方法を採ること
となるが、その場合には従来に比べて極端な長火炎とな
る、という問題点がある。 （２）さらに、対向する炉壁に蓄熱式バーナがそれぞれ
配置された炉において、その蓄熱式バーナとその対抗壁
との間隔を、バーナの火炎長さ以下に設定した場合に
は、そのバーナが排ガスを吸引する際に、未燃焼分と酸
素分とを含む高温の混合ガスを吸引することとなり、バ
ーナ吸引孔又は蓄熱体充填層で急速燃焼し、バーナ内は
断熱構造と成っているので、最悪の場合に、耐火物又は
／及び蓄熱体の耐熱温度を越える超高温ガスが発生し、
バーナ耐火物又は／及び蓄熱体の溶損などの設備破壊が
発生する、という実用上許されないような問題点があ
る。
【０００８】本発明は、前述のような課題を解決するた
めになされたものであり、長火炎で設備破壊が起こら
ず、そして、省エネルギー及び低ＮＯｘ燃焼を達成した
蓄熱式バーナを有する炉を提供することにある。
めになされたものであり、長火炎で設備破壊が起こら
ず、そして、省エネルギー及び低ＮＯｘ燃焼を達成した
蓄熱式バーナを有する炉を提供することにある。
【０００９】
（１）本発明の一つの態様に係る蓄熱式バーナを有する
炉は、低ＮＯｘ燃焼を可能とした蓄熱式バーナを配置
し、そして、蓄熱式バーナとその対抗壁との間隔Ｌと、
バーナの燃焼容量Ｂc との関係が下記関係式を満たすよ
うに、前記の間隔Ｌ又は前記バーナの燃焼容量Ｂc を設
定する。但し、ａ，ｂ，ｃ，ｄは係数である。 Ｌ≧ａ・Ｂc 3 ＋ｂ・Ｂc 2 ＋ｃ・Ｂc ＋ｄ≧Ｌ／２ …（１） （２）本発明の他の態様に係る蓄熱式バーナを有する炉
は、上記（１）の炉において、蓄熱式バーナが炉壁の壁
面に対して傾斜して配置して、上記の関係式を満たすよ
うにする。 （３）本発明の他の態様に係る蓄熱式バーナを有する炉
は、上記（１）の炉において、対向する炉壁に蓄熱式バ
ーナがそれぞれ配置される炉において、対向配置される
蓄熱式バーナを、その空気吐出孔兼炉内ガス吸引孔が同
軸とならないようにずらして配置する。 （４）本発明の他の態様に係る蓄熱式バーナを有する炉
は、上記（１）〜（３）いずれかに記載の炉において、
蓄熱式バーナの燃焼容量Ｂc の単位を千Kcal／Ｈとした
場合に、前記の関係式の係数が、 ７．２×１０-12 ≦ａ≦１０．８×１０-12 、 −３．６×１０-7≦ｂ≦−２．４×１０-7、 ０．００２０≦ｃ≦０．００３０、 １．２６９３６≦ｄ≦１．９０４０ …（２） の範囲になるように設定される。
炉は、低ＮＯｘ燃焼を可能とした蓄熱式バーナを配置
し、そして、蓄熱式バーナとその対抗壁との間隔Ｌと、
バーナの燃焼容量Ｂc との関係が下記関係式を満たすよ
うに、前記の間隔Ｌ又は前記バーナの燃焼容量Ｂc を設
定する。但し、ａ，ｂ，ｃ，ｄは係数である。 Ｌ≧ａ・Ｂc 3 ＋ｂ・Ｂc 2 ＋ｃ・Ｂc ＋ｄ≧Ｌ／２ …（１） （２）本発明の他の態様に係る蓄熱式バーナを有する炉
は、上記（１）の炉において、蓄熱式バーナが炉壁の壁
面に対して傾斜して配置して、上記の関係式を満たすよ
うにする。 （３）本発明の他の態様に係る蓄熱式バーナを有する炉
は、上記（１）の炉において、対向する炉壁に蓄熱式バ
ーナがそれぞれ配置される炉において、対向配置される
蓄熱式バーナを、その空気吐出孔兼炉内ガス吸引孔が同
軸とならないようにずらして配置する。 （４）本発明の他の態様に係る蓄熱式バーナを有する炉
は、上記（１）〜（３）いずれかに記載の炉において、
蓄熱式バーナの燃焼容量Ｂc の単位を千Kcal／Ｈとした
場合に、前記の関係式の係数が、 ７．２×１０-12 ≦ａ≦１０．８×１０-12 、 −３．６×１０-7≦ｂ≦−２．４×１０-7、 ０．００２０≦ｃ≦０．００３０、 １．２６９３６≦ｄ≦１．９０４０ …（２） の範囲になるように設定される。
【００１０】本発明者らは、低ＮＯｘ燃焼が可能な蓄熱
式バーナを用いて炉を設計するに当たり様々な燃焼実験
を繰り返して以下のような知見を得た。従来方式のバー
ナの場合には、可燃物は燃料から得ており、酸素は燃焼
用空気から得ており、そして、着火源はパイロットバー
ナ又は高温火炎域からの高温循環ガス保有エネルギー及
びガス放射エネルギーであった。鉄鋼の連続鋼材加熱炉
のような炉内温度が１０００℃を越え、大容量バーナが
多数配置されている炉に使用されているバーナの場合に
は、高温火炎域からの高温循環ガス保有エネルギーを着
火源とする保炎方式が広く採用されている。そして、火
炎から発生する窒素酸化物、主として燃焼用空気中の窒
素分が火炎の高温域で酸化することによって発生するサ
ーマルＮＯｘは前述の高温火炎域で大量に生成され、予
熱空気温度が６００℃以下の従来燃焼装置においては、
火炎の安定性と低ＮＯｘ燃焼の両立が実用化技術課題の
第１番目に挙げられていた。
式バーナを用いて炉を設計するに当たり様々な燃焼実験
を繰り返して以下のような知見を得た。従来方式のバー
ナの場合には、可燃物は燃料から得ており、酸素は燃焼
用空気から得ており、そして、着火源はパイロットバー
ナ又は高温火炎域からの高温循環ガス保有エネルギー及
びガス放射エネルギーであった。鉄鋼の連続鋼材加熱炉
のような炉内温度が１０００℃を越え、大容量バーナが
多数配置されている炉に使用されているバーナの場合に
は、高温火炎域からの高温循環ガス保有エネルギーを着
火源とする保炎方式が広く採用されている。そして、火
炎から発生する窒素酸化物、主として燃焼用空気中の窒
素分が火炎の高温域で酸化することによって発生するサ
ーマルＮＯｘは前述の高温火炎域で大量に生成され、予
熱空気温度が６００℃以下の従来燃焼装置においては、
火炎の安定性と低ＮＯｘ燃焼の両立が実用化技術課題の
第１番目に挙げられていた。
【００１１】前述のように、高温の燃焼用空気を用いた
燃焼において低ＮＯｘを達成するには、従来のような燃
料と空気の混合を確保し火炎内にある程度の高温領域を
形成し安定燃焼させる保炎機構を有する（一般的にはバ
ーナと称する）燃焼装置の考え方ではなく、燃料の自己
着火温度（一般に使用される燃料の場合、４００〜６０
０℃）を遥かに越える高温の予熱空気（８００℃以上）
が、燃焼の３要素（可燃物、酸素、着火源）の内、空気
中の酸素のみならず着火エネルギーをも保持しているの
で、前述の従来バーナのような高温領域を形成させずと
も、高温の空気と可燃物（燃料）を接触させることで燃
焼が起こることを発明者らは数種のテストバーナ形式で
確認した。
燃焼において低ＮＯｘを達成するには、従来のような燃
料と空気の混合を確保し火炎内にある程度の高温領域を
形成し安定燃焼させる保炎機構を有する（一般的にはバ
ーナと称する）燃焼装置の考え方ではなく、燃料の自己
着火温度（一般に使用される燃料の場合、４００〜６０
０℃）を遥かに越える高温の予熱空気（８００℃以上）
が、燃焼の３要素（可燃物、酸素、着火源）の内、空気
中の酸素のみならず着火エネルギーをも保持しているの
で、前述の従来バーナのような高温領域を形成させずと
も、高温の空気と可燃物（燃料）を接触させることで燃
焼が起こることを発明者らは数種のテストバーナ形式で
確認した。
【００１２】さらに、そのときの燃料と空気の混合を遅
らせる形式の燃焼方法を採用したバーナが低ＮＯｘ燃焼
となることを確認した。ただ、そのとき同時に、出来う
る限り空気と燃料の混合を遅らせる燃焼方法を採ると、
従来に比べて極端な長火炎となる問題があることをも確
認した。加えて、蓄熱式バーナが対向する炉壁にそれぞ
れ配置された炉において、その蓄熱式バーナとその対抗
壁との間隔を、バーナの火炎長さ以下に設定した場合に
は、そのバーナが排ガスを吸引する際に、未燃焼分と酸
素分とを含む高温の混合ガスを吸引することとなり、バ
ーナ吸引孔又は蓄熱体充填層で急速燃焼し、バーナ内は
断熱構造と成っているので、最悪の場合に、耐火物又は
／及び蓄熱体の耐熱温度を越える超高温ガスが発生し、
バーナ耐火物又は／及び蓄熱体の溶損などの設備破壊が
発生する、という実用上許されないような問題が発生す
ることをも確認した。
らせる形式の燃焼方法を採用したバーナが低ＮＯｘ燃焼
となることを確認した。ただ、そのとき同時に、出来う
る限り空気と燃料の混合を遅らせる燃焼方法を採ると、
従来に比べて極端な長火炎となる問題があることをも確
認した。加えて、蓄熱式バーナが対向する炉壁にそれぞ
れ配置された炉において、その蓄熱式バーナとその対抗
壁との間隔を、バーナの火炎長さ以下に設定した場合に
は、そのバーナが排ガスを吸引する際に、未燃焼分と酸
素分とを含む高温の混合ガスを吸引することとなり、バ
ーナ吸引孔又は蓄熱体充填層で急速燃焼し、バーナ内は
断熱構造と成っているので、最悪の場合に、耐火物又は
／及び蓄熱体の耐熱温度を越える超高温ガスが発生し、
バーナ耐火物又は／及び蓄熱体の溶損などの設備破壊が
発生する、という実用上許されないような問題が発生す
ることをも確認した。
【００１３】さらに研究を進めた結果、燃料の自己着火
温度を遥かに越える高温の予熱空気を用い実用上使用可
能なＮＯｘ排出レベルとなるバーナの火炎長さはバーナ
容量Ｂc を変数として、 ａ・Ｂc 3 ＋ｂ・Ｂc 2 ＋ｃ・Ｂc ＋ｄ …（３） で整理可能であることを見い出した。そして、その研究
結果を整理すると、蓄熱式バーナの燃焼容量Ｂc の単位
を千Kcal／Ｈとした場合に、前記火炎長さの式の係数
が、 ａ＝９×１０-12 、ｂ＝−３×１０-7、ｃ＝０．００２
５、ｄ＝１．５８６７ となった。そして、上記の係数値ついてその許容範囲を
±２０％とすることにより、上記の（２）式のようにそ
の範囲を定めている。
温度を遥かに越える高温の予熱空気を用い実用上使用可
能なＮＯｘ排出レベルとなるバーナの火炎長さはバーナ
容量Ｂc を変数として、 ａ・Ｂc 3 ＋ｂ・Ｂc 2 ＋ｃ・Ｂc ＋ｄ …（３） で整理可能であることを見い出した。そして、その研究
結果を整理すると、蓄熱式バーナの燃焼容量Ｂc の単位
を千Kcal／Ｈとした場合に、前記火炎長さの式の係数
が、 ａ＝９×１０-12 、ｂ＝−３×１０-7、ｃ＝０．００２
５、ｄ＝１．５８６７ となった。そして、上記の係数値ついてその許容範囲を
±２０％とすることにより、上記の（２）式のようにそ
の範囲を定めている。
【００１４】以上のような、研究成果を炉に適用して実
用化するためには、火炎長に見合った炉内構造を採用す
る必要がある、或いは炉内構造に見合った火炎長さの蓄
熱式バーナを採用する必要があるという認識を得て、本
発明に至ったものである。従って、低ＮＯｘ燃焼を可能
とした蓄熱式バーナを配置する炉においては、上記
（１）式のように、蓄熱式バーナとその対抗壁との間隔
Ｌ又は蓄熱式バーナの燃焼容量を、前述の火炎長の関連
から設定することにより、炉内構造物、炉内耐火物と火
炎との衝突が回避され、設備寿命を向上させることにな
る。また、前述の火炎長が蓄熱式バーナとその対抗壁と
の間隔Ｌの１／２以上の長さになるようにその間隔Ｌを
設定することにより、蓄熱式バーナによる火炎が被加熱
物に対して有効に作用して熱効率を向上させるようにし
ている。
用化するためには、火炎長に見合った炉内構造を採用す
る必要がある、或いは炉内構造に見合った火炎長さの蓄
熱式バーナを採用する必要があるという認識を得て、本
発明に至ったものである。従って、低ＮＯｘ燃焼を可能
とした蓄熱式バーナを配置する炉においては、上記
（１）式のように、蓄熱式バーナとその対抗壁との間隔
Ｌ又は蓄熱式バーナの燃焼容量を、前述の火炎長の関連
から設定することにより、炉内構造物、炉内耐火物と火
炎との衝突が回避され、設備寿命を向上させることにな
る。また、前述の火炎長が蓄熱式バーナとその対抗壁と
の間隔Ｌの１／２以上の長さになるようにその間隔Ｌを
設定することにより、蓄熱式バーナによる火炎が被加熱
物に対して有効に作用して熱効率を向上させるようにし
ている。
【００１５】また、蓄熱式バーナの炉壁への配置を、壁
面に対して垂直ではなく傾斜させて前記関係式を満足さ
せることによって、短炉幅の炉においても炉内構造物、
炉内耐火物と火炎との衝突を回避させることができ、設
備寿命を向上させることができる。
面に対して垂直ではなく傾斜させて前記関係式を満足さ
せることによって、短炉幅の炉においても炉内構造物、
炉内耐火物と火炎との衝突を回避させることができ、設
備寿命を向上させることができる。
【００１６】さらに、蓄熱式バーナが相互に対向する炉
壁にそれぞれ配置された炉において、蓄熱式バーナの空
気吐出孔兼炉内ガス吸引孔を同軸（又は対称）とならな
いようにずらして配置することによって、バーナの排ガ
ス吸引中に、火炎長が操業異常で炉幅以上の火災長とな
っても、壁面に未然分と酸素分を含む高温の混合ガスが
衝突することとなり、衝突時の混合ガスの乱れによって
燃焼が完了するので、バーナ吸引孔又は蓄熱体充填層で
急速な２次燃焼が発生せず、従って、耐火物又は／及び
蓄熱体の耐熱温度を越える超高温ガスの発生はなく、バ
ーナ耐火物又は／及び蓄熱体の溶損などの設備破壊が未
然に防止できる。
壁にそれぞれ配置された炉において、蓄熱式バーナの空
気吐出孔兼炉内ガス吸引孔を同軸（又は対称）とならな
いようにずらして配置することによって、バーナの排ガ
ス吸引中に、火炎長が操業異常で炉幅以上の火災長とな
っても、壁面に未然分と酸素分を含む高温の混合ガスが
衝突することとなり、衝突時の混合ガスの乱れによって
燃焼が完了するので、バーナ吸引孔又は蓄熱体充填層で
急速な２次燃焼が発生せず、従って、耐火物又は／及び
蓄熱体の耐熱温度を越える超高温ガスの発生はなく、バ
ーナ耐火物又は／及び蓄熱体の溶損などの設備破壊が未
然に防止できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】図２はバーナの燃焼量と火炎長と
の関係について、発明者らの知見をまとめた特性図であ
る。この図２の火炎長の長い方が本発明で見出された低
ＮＯｘ燃焼を可能にした蓄熱式バーナの火炎長であり、
短い方が従来型の燃焼方式の火炎長さを表している。
の関係について、発明者らの知見をまとめた特性図であ
る。この図２の火炎長の長い方が本発明で見出された低
ＮＯｘ燃焼を可能にした蓄熱式バーナの火炎長であり、
短い方が従来型の燃焼方式の火炎長さを表している。
【００１８】図１は本発明の一実施形態に係る蓄熱式バ
ーナを有する炉の説明図である。炉内幅Ｌは、図２に示
される燃焼量と火炎長さとの関係から決定しており、本
実施形態において最大燃焼量は４０００Mcal／Ｈである
ので、炉内幅Ｌ（本実施形態においては蓄熱式バーナと
その対向壁との間隔と一致）を８ｍとしている。また、
蓄熱式バーナ１２の配置は、そのノズルが対向しないよ
うにバーナを両サイドでずらして配置しており、炉壁に
対して直角に設置されている。なお、この蓄熱式バーナ
１２は、低ＮＯｘ燃焼が可能なように構成されており、
その火炎長は上記の（３）式により表現されるものであ
る。
ーナを有する炉の説明図である。炉内幅Ｌは、図２に示
される燃焼量と火炎長さとの関係から決定しており、本
実施形態において最大燃焼量は４０００Mcal／Ｈである
ので、炉内幅Ｌ（本実施形態においては蓄熱式バーナと
その対向壁との間隔と一致）を８ｍとしている。また、
蓄熱式バーナ１２の配置は、そのノズルが対向しないよ
うにバーナを両サイドでずらして配置しており、炉壁に
対して直角に設置されている。なお、この蓄熱式バーナ
１２は、低ＮＯｘ燃焼が可能なように構成されており、
その火炎長は上記の（３）式により表現されるものであ
る。
【００１９】炉１０は２つのゾーンに分割されている。
１ゾーンには５ペア計１０台の蓄熱バーナが配置され、
２ゾーンには３ペア計６台の蓄熱式バーナが配置されて
いる。各バーナには、燃料噴射を制御する燃料電磁弁２
０、燃焼用空気噴射を制御する燃焼用空気電磁弁３０、
さらに、炉内雰囲気すなわち燃焼排ガス吸引を制御する
排ガス電磁弁４０が各々配置されている。さらに、各バ
ーナには着火源としてパイロットバーナ（図示せず）、
関連機器配管等が配置されている。
１ゾーンには５ペア計１０台の蓄熱バーナが配置され、
２ゾーンには３ペア計６台の蓄熱式バーナが配置されて
いる。各バーナには、燃料噴射を制御する燃料電磁弁２
０、燃焼用空気噴射を制御する燃焼用空気電磁弁３０、
さらに、炉内雰囲気すなわち燃焼排ガス吸引を制御する
排ガス電磁弁４０が各々配置されている。さらに、各バ
ーナには着火源としてパイロットバーナ（図示せず）、
関連機器配管等が配置されている。
【００２０】各ゾーンには、投入熱量を制御すべく燃料
流調弁２１、２２が、また、投入燃料に見合った燃焼用
空気投入量を燃焼用空気流調弁３１、３２が、さらに、
排ガス吸引量を制御すべく排ガス流調弁４１、４２が配
置され、燃料投入量を制御する炉内温度制御、燃料と空
気の比率を制御する空気比制御を行いつつ、吸引排ガス
量を制御する炉圧制御を行って炉を運転している。蓄熱
体での排ガス放出顕熱、燃焼用空気吸収顕熱のバランス
をとる場合には、燃焼排ガスの一部を直接炉外へ放出す
る方式を炉に採用する場合があるがこのような炉に本発
明を適用しても何ら支障がない。燃料には、本実施形態
においては供給圧力自体で圧送出来る天然ガスを適用し
ているが、その他の気体燃料、重油等の液体燃料、微粉
炭等の固体燃料等如何なる燃料にも本発明は適用可能で
ある。燃料用空気は燃焼用空気ブロワ３３より大気が圧
送され、燃焼排ガスは排ガス誘引ファン４３によって誘
引され煙突より大気に放散される。
流調弁２１、２２が、また、投入燃料に見合った燃焼用
空気投入量を燃焼用空気流調弁３１、３２が、さらに、
排ガス吸引量を制御すべく排ガス流調弁４１、４２が配
置され、燃料投入量を制御する炉内温度制御、燃料と空
気の比率を制御する空気比制御を行いつつ、吸引排ガス
量を制御する炉圧制御を行って炉を運転している。蓄熱
体での排ガス放出顕熱、燃焼用空気吸収顕熱のバランス
をとる場合には、燃焼排ガスの一部を直接炉外へ放出す
る方式を炉に採用する場合があるがこのような炉に本発
明を適用しても何ら支障がない。燃料には、本実施形態
においては供給圧力自体で圧送出来る天然ガスを適用し
ているが、その他の気体燃料、重油等の液体燃料、微粉
炭等の固体燃料等如何なる燃料にも本発明は適用可能で
ある。燃料用空気は燃焼用空気ブロワ３３より大気が圧
送され、燃焼排ガスは排ガス誘引ファン４３によって誘
引され煙突より大気に放散される。
【００２１】本実施形態において、その被加熱物の炉内
幅方向長さを７ｍとした場合には、バーナ燃焼容量（火
炎長）との関係において決められる炉内幅Ｌ（本実施形
態においては８ｍ）は、被加熱物の炉内幅方向長さとの
関係から適切なものとなっており、その炉内幅Ｌを採用
して、蓄熱式バーナを炉壁に対して垂直に配置できる。
このことは被加熱物の炉内幅方向長さが８ｍ以上のもの
の場合においても同様であり、蓄熱式バーナを炉壁に対
して垂直に配置できる。ところが、被加熱物の炉内幅方
向長さが５ｍ程度の短い場合に、上記と同一の燃焼容量
の蓄熱式バーナを使用した場合には、炉内幅を火炎長に
合わせて十分に確保すると、５ｍ程度の被加熱物に対す
る通常の炉設置スペースに対して、その炉設置スペース
を大幅に増大させることになるので、バーナを炉壁設置
する際に、設置角度を垂直でなく傾斜設置することによ
り、火炎を斜向して炉内に発生させることで上記の
（１）式を満足させて、炉設置スペースの巨大化を防止
する。
幅方向長さを７ｍとした場合には、バーナ燃焼容量（火
炎長）との関係において決められる炉内幅Ｌ（本実施形
態においては８ｍ）は、被加熱物の炉内幅方向長さとの
関係から適切なものとなっており、その炉内幅Ｌを採用
して、蓄熱式バーナを炉壁に対して垂直に配置できる。
このことは被加熱物の炉内幅方向長さが８ｍ以上のもの
の場合においても同様であり、蓄熱式バーナを炉壁に対
して垂直に配置できる。ところが、被加熱物の炉内幅方
向長さが５ｍ程度の短い場合に、上記と同一の燃焼容量
の蓄熱式バーナを使用した場合には、炉内幅を火炎長に
合わせて十分に確保すると、５ｍ程度の被加熱物に対す
る通常の炉設置スペースに対して、その炉設置スペース
を大幅に増大させることになるので、バーナを炉壁設置
する際に、設置角度を垂直でなく傾斜設置することによ
り、火炎を斜向して炉内に発生させることで上記の
（１）式を満足させて、炉設置スペースの巨大化を防止
する。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば次の
ような効果が得られている。 （１）低ＮＯｘ燃焼を可能とした蓄熱式バーナを有する
炉において、蓄熱式バーナとその対抗壁との間隔Ｌと、
バーナの燃焼容量Ｂc との関係を上記の（１）式を満た
すように、前記の間隔Ｌ又はバーナの燃焼容量Ｂc を設
定したことにより、火炎と炉内構造物、炉内耐火物との
衝突が回避させることができ、設備寿命が向上する。ま
た、このようにして火炎と炉内構造物等との衝突が回避
させることができるので、低ＮＯｘ燃焼を可能とした蓄
熱式バーナを配置して操業することができ、省エネルギ
ー、低ＮＯｘ燃焼が実現されている。 （２）また、蓄熱式バーナの炉壁への配置を、壁面に対
して垂直ではなく傾斜させて上記の（１）式を満足させ
ることによって、短炉幅の炉においても、火炎と炉内構
造物、炉内耐火物との衝突が回避させることができ、設
備寿命が向上する。 （３）さらに、蓄熱式バーナが相互に対向する炉壁にそ
れぞれ配置された炉において、対向配置される蓄熱式バ
ーナを、その空気吐出孔兼炉内ガス吸引孔が同軸（又は
対称配置）とならないようにずらして配置することによ
って、蓄熱式バーナが排ガス吸引中の場合に、火炎長が
操業異常で炉幅以上になっても、壁面に未燃焼分と酸素
分を含む高温の混合ガスを衝突することとなり、衝突時
の混合ガスの乱れによって燃焼が完了するので、バーナ
吸引孔又は蓄熱体充填層で急速な２次燃焼は発生せず、
従って、耐火物又は／及び蓄熱体の耐熱温度を越える超
高温ガスの発生はなく、バーナ耐火物又は／及び蓄熱体
の溶損等の設備破壊が未然に防止できる効果がある。
ような効果が得られている。 （１）低ＮＯｘ燃焼を可能とした蓄熱式バーナを有する
炉において、蓄熱式バーナとその対抗壁との間隔Ｌと、
バーナの燃焼容量Ｂc との関係を上記の（１）式を満た
すように、前記の間隔Ｌ又はバーナの燃焼容量Ｂc を設
定したことにより、火炎と炉内構造物、炉内耐火物との
衝突が回避させることができ、設備寿命が向上する。ま
た、このようにして火炎と炉内構造物等との衝突が回避
させることができるので、低ＮＯｘ燃焼を可能とした蓄
熱式バーナを配置して操業することができ、省エネルギ
ー、低ＮＯｘ燃焼が実現されている。 （２）また、蓄熱式バーナの炉壁への配置を、壁面に対
して垂直ではなく傾斜させて上記の（１）式を満足させ
ることによって、短炉幅の炉においても、火炎と炉内構
造物、炉内耐火物との衝突が回避させることができ、設
備寿命が向上する。 （３）さらに、蓄熱式バーナが相互に対向する炉壁にそ
れぞれ配置された炉において、対向配置される蓄熱式バ
ーナを、その空気吐出孔兼炉内ガス吸引孔が同軸（又は
対称配置）とならないようにずらして配置することによ
って、蓄熱式バーナが排ガス吸引中の場合に、火炎長が
操業異常で炉幅以上になっても、壁面に未燃焼分と酸素
分を含む高温の混合ガスを衝突することとなり、衝突時
の混合ガスの乱れによって燃焼が完了するので、バーナ
吸引孔又は蓄熱体充填層で急速な２次燃焼は発生せず、
従って、耐火物又は／及び蓄熱体の耐熱温度を越える超
高温ガスの発生はなく、バーナ耐火物又は／及び蓄熱体
の溶損等の設備破壊が未然に防止できる効果がある。
【図１】本発明の一実施形態に係る蓄熱式バーナを有す
る炉の説明図である。
る炉の説明図である。
【図２】燃焼量と火炎長さとの関係を示した特性図であ
る。
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ２７Ｂ 9/36 Ｆ２７Ｂ 9/36 (72)発明者 佐々木 健人 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 勝島 裕和 神奈川県横浜市鶴見区尻手２丁目１番53号 日本ファーネス工業株式会社内 (72)発明者 須藤 淳 神奈川県横浜市鶴見区尻手２丁目１番53号 日本ファーネス工業株式会社内 (72)発明者 佐野 敏幸 名古屋市熱田区六野１−２−５ 大同特殊 鋼株式会社内 (72)発明者 高橋 康弘 名古屋市熱田区六野１−２−５ 大同特殊 鋼株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 低ＮＯｘ燃焼を可能とした蓄熱式バーナ
を配置し、そして、前記蓄熱式バーナとその対抗壁との
間隔Ｌと、バーナの燃焼容量Ｂc との関係が下記関係式
を満たすように、前記間隔Ｌ又は前記バーナの燃焼容量
Ｂc を設定したことを特徴とする蓄熱式バーナを有する
炉。但し、ａ，ｂ，ｃ，ｄは係数である。 Ｌ≧ａ・Ｂc 3 ＋ｂ・Ｂc 2 ＋ｃ・Ｂc ＋ｄ≧Ｌ／２ - 【請求項２】 蓄熱式バーナが炉壁の壁面に対して傾斜
して配置されることを特徴とする請求項１記載の蓄熱式
バーナを有する炉。 - 【請求項３】 対向する炉壁に蓄熱式バーナがそれぞれ
配置される炉において、対向配置される前記蓄熱式バー
ナを、その空気吐出孔兼炉内ガス吸引孔が同軸とならな
いようにずらして配置したことを特徴とする請求項１記
載の蓄熱式バーナを有する炉。 - 【請求項４】 蓄熱式バーナの燃焼容量Ｂc の単位を千
Kcal／Ｈとした場合に、前記係数が、 ７．２×１０-12 ≦ａ≦１０．８×１０-12 、 −３．６×１０-7 ≦ｂ≦−２．４×１０-7、 ０．００２０≦ｃ≦０．００３０、 １．２６９３６≦ｄ≦１．９０４０ であることを特徴とする前記請求項１〜請求項３項のい
ずれかに記載の蓄熱式バーナを有する炉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20513597A JP3893677B2 (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 蓄熱式バーナを有する炉 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20513597A JP3893677B2 (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 蓄熱式バーナを有する炉 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1151369A true JPH1151369A (ja) | 1999-02-26 |
| JP3893677B2 JP3893677B2 (ja) | 2007-03-14 |
Family
ID=16502011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20513597A Expired - Fee Related JP3893677B2 (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 蓄熱式バーナを有する炉 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3893677B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012062516A (ja) * | 2010-09-15 | 2012-03-29 | Kobe Steel Ltd | 還元金属の製造方法 |
| JP2014199175A (ja) * | 2013-03-14 | 2014-10-23 | 新日鐵住金株式会社 | 加熱炉 |
| JP2017036901A (ja) * | 2015-08-13 | 2017-02-16 | 中外炉工業株式会社 | 工業用炉及び工業用炉の点火方法 |
| JP2019210531A (ja) * | 2018-06-07 | 2019-12-12 | 日本製鉄株式会社 | 加熱炉用蓄熱式交番燃焼装置 |
-
1997
- 1997-07-31 JP JP20513597A patent/JP3893677B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012062516A (ja) * | 2010-09-15 | 2012-03-29 | Kobe Steel Ltd | 還元金属の製造方法 |
| JP2014199175A (ja) * | 2013-03-14 | 2014-10-23 | 新日鐵住金株式会社 | 加熱炉 |
| JP2017036901A (ja) * | 2015-08-13 | 2017-02-16 | 中外炉工業株式会社 | 工業用炉及び工業用炉の点火方法 |
| JP2019210531A (ja) * | 2018-06-07 | 2019-12-12 | 日本製鉄株式会社 | 加熱炉用蓄熱式交番燃焼装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3893677B2 (ja) | 2007-03-14 |
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