JPS59129312A - 加熱炉用、低ＮＯｘガスバ−ナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、加熱炉用、低ＮＯｘガスバーナに関するも
のである。

鋼片、調相類の加熱又は均熱炉ないしは熱処理炉では、
炉壁面がら燃焼火炎を放射して、炉内に所定の昇温を導
く、いわゆるサイドバーナが用いられ、通常製鉄所にお
いては、この燃焼火炎を気体燃料とくにコークス炉ガス
（Ｃガス）やＬＰＧに、高炉ガス（Ｂガス）その他転炉
ガスなどを混ぜた混合ガス（Ｍガス）〔以下燃料ガスと
いう〕を、支燃ガスに普通、エアーを用いて燃焼させる
のが通例である。

この４ｆｆｌの加熱炉用、ガスバーナは、とくに高温の
燃焼火炎を必要とするので、燃料ガスの高温燃焼に際し
て発生する窒素酸化物、いわゆるＮｏＸを減少させるこ
との要請が酷しく、また炉内の一様な昇温のために４燃
焼火炎特性についてのＡ節が容易に行えることも必要で
ある。

（従来技術） この楓のガスバーナの低ＮｏＸ化に関して出゛願人はさ
ぎに、燃料ガスリッチとなる１次空気比による高速燃焼
火炎に、理論空燃比に対し残量に当る二次空気を、とく
に、燃焼ガスの循猿混１人による１１１Ｂ磯度の低下の
下に噴射させることによって著大な実効を挙げ、そのＲ
発成果につき、特公昭５５−４０６４８号公報もって開
示されたが、この低ＮＯｘガスバーナは、燃焼火炎特性
の調節に関して稍、難点を残す憾みなしとしない。

一方ニおいて出願人は１だ、環状ガスノズルから薄膜状
に流出する燃料ガスに内包さｎる１次エアーと、該ガス
を外包する２次エアーとによる、いわゆる２段燃焼法を
もってする、低ＮＯｘ化の開発成果についても、特開昭
５８−７８４８号、同一１８８２５号両公報にて開示を
し、これらによれば燃焼火炎特性の調節が１次エアー比
率の増力Ｕによ名ショートフレーム、逆にその減少によ
るロングフレームのように、容易に可能な反面、ショー
トフレーム燃焼制御を加えるとき、ＮＯｘの急増が不所
望にもたらされて−１やはり、低ＮＯｘレベルをＪツク
切に維持することと、燃焼火炎特性の調節とを両立させ
ることは、困難であった。

加えて最近、加熱炉等の省エネルギー化を目指した開発
努力による、燃焼排ガスの顕熱を有効に回収１−る熱交
換器の性能改善の精米として、バーナに支燃気体として
供給されるエアーの予熱温度はほぼ７００〜７５０℃に
も達しつつあり、一方、燃料ガスの予熱についても検討
が進められて約４００°Ｃにも至る予熱温度が見込まれ
るようにな。

つたが、このように高温に予熱さｎたエアーおよび燃料
カスを使用して、なおかつ低ＮＯｘレベルを所望の程度
に確保することができる対策は、現状において未だ確定
′されるに至ってはいない。

（発明の目的） 上掲の問題点に関してこの発明は第１に、低ＮＯｘレベ
ルの悪化を伴うことのない燃料火炎特性の適切な調節を
可能にすることを目的とするものであシ、第２には、さ
らに高温のエアーおよび燃料ガスの予熱下になお低ＮＯ
ｘレベルの確保を実現することを、もう一つの目的とす
るものである。

（発明の構成） この発明の上記第１．第２の各目的は、次にのべる各構
成に従い、有利に達成される。

Ｌ　内筒、中筒及び外筒の同心３重筒より主として成り
、内筒の内部に、その１端価で１次エアー調節弁を有す
るエアー配管を連結した、１次エアーチャンバをば、そ
の他端にて軸心のまわシの環状配列でもって斜めに開口
する、数個の１次エアーノズルをそなえる内方バックル
で区画したごと、内置−中尚間に、燃料ガス供給・ｅと
１　山、ｊ：４で連通し、↑：Ｕ端に環状ガスノズルを
Ｎ口させたカスチャンバを設けたこと、外筒には、その
一端側で２次エアー調節弁を有するエアー配管を連結し
かつ、軸心とほぼ平行な向きで開１」する数個のエジェ
クタ企もつ中間仕切シ壁で区画した２次エアーチャンバ
と、ばエジェクタに対してその開口との間に軸心方向距
離をへだてて擬合する同数の２次支燃気ノズルの開口の
ほかに、互いに隣接する該ノズルの相互間で上記エジェ
クタによる吸引流動を導＜ｔ％％戻流孔の開［コを５そ
なえる外環状バッフルで区画した支・燃成混合チャンバ
とを設けたこと。

区　該支燃気混合チャンバを、環状ガスノズルにと０ この発明の上記各構成においては外包エアーの酸２ξａ
度を、燃焼ガスの再循環によシ、大気の酸素濃度が一般
に２１％１哩度であるのを、２０ｑ６以゛下、なかでも
１６〜１７％前後に１で下げることによシ、第２次燃焼
における火炎温度の適切な低下を導いて薄膜状火炎の一
層の低ＮＯｘ化を、それに内包される１次エアーの比率
変更による火炎特性の調節に拘ずして確保するものであ
り、ここに低ＮＯｘレベルと、火炎特性の調節を５両立
的に成就し、またとくに第２発明にょシ、環状ガスノズ
ルから薄膜状に噴射される燃料ガスの噴出流動の外周に
再循環燃焼ガス被包を生じさせる燃焼速度の抑制作用で
、とくに燃料カスの予熱による燃焼速度の昂進と相殺し
、もって、燃焼用エアーのみならず燃料ガスにも施され
得る高温予熱に随伴するＮＯｘ増々ａの有効適切な回避
を達成するわけである０ さて第１図（ａ）　、　（ｂ）と、第２図（ａ）　、　
（ｂ）　、！：　ニ（ｌ−ｎ　（’・れ上描の第１．第
２各発明の実施例を個別に示し、共通部分についてまず
、統一的に説明をし、ついで第２発明の特異部分に言及
する。

各図の（ａ）は、バーナーの側面を、同図（ｂ）のＡ−
Ａ線上の部分断面とともに、また同図（ｂ）はバーナの
前面を、それぞれ示す。

番号１は内筒、２は中筒そして８は外筒であって、これ
らは図のように３重筒に組合わせる。

まず、内筒１は１端を閉ざし、他端細分テーパー状に拡
開し、その内部に対し１次エアー調節弁４を有するエア
ー配管５に１端側で連結し、他端すなわち拡開端に耐火
物の内方バッフル６を固着してエアーチャンバ７を区画
形成する。

内方バッフル６は、内筒１の軸方のまわりの環状配列を
もって斜めにエアーチャンバ内から開通する、図示例で
にの１次エアーノズル８を有し、該ノズル８の軸心は内
筒１の軸心に対して２０〜４０°の角度範囲で傾斜させ
ることが好丑しい。

中筒２は内筒１をその１端側を除いて同心に包囲し、該
ｌ端側を閉鎖して燃料ガス供給管９と連通し、かつ他端
側に環状ガスノズル１０を開口させたガスチャンバ１１
を、内筒１との間に形成する。

外筒３もまた中筒２をその１端側を除いて同心に包囲し
、該１端側を閉鎖して、その内部に対して２次エアー、
調節弁１２を有するエアー配管１８を連結する。外筒３
は、予熱エアーを用いる場合。

図のように耐火物の断熱内張り１４を設けるを可とする
。

外筒３は中筒２との間に２次エアーチャンバ１５と、引
続き述べる支燃気混合チャンバ１６とを、中間仕切シ壁
１７と、外環状バッフル１８とによりそれぞれ区画形成
する。

中間仕切シ壁Ｌ？は、外筒８の軸心とほぼ平行な向きに
２次エアーチャンバー１５から支燃気混合チャンバー１
６内に管状を−なして突出する図示例では６個のエジェ
クタ１９をそなえ、外環状バッフル１８は、このジェク
タ１９に対しその開口との間に軸心方向距離をへだでて
整合しエジェクタ１９と同数の２次支燃気ノズル２ｏを
有するほか、これらノズル２ｏの隣接相互間に開口して
、エンジエクタ１９にょｐ吸引流動の影響を支燃先混合
チャンバ１６内にもたらす数個の渓流孔２１をそなえる
。

外環状バッフル１８は、環状ガスノズルｌｏからやや突
出した位置を占めるのが良く、葦だその外周を取囲むバ
ーナタイル２２を組合わせるを町とする０ 第２図においては上記したところのほか、支燃先混合チ
ャンバ１６を、環状ガスノズル１０による燃料ガス噴流
の外周に開通させる吸引すき間２８を、外環状バッフル
１８と中筒２との間に設けた付加構成を消する。

従ってい甘、環状ガスノズル１０から燃料ガスを放出さ
せるとき、エアー調節弁５，９を開くと・甘ず１次エア
ーチャンバ７を経て１次エアーノズル８にてその傾斜れ
に沿って流動する一部エアーが、薄膜環状の燃料ガス気
流の内面に仙ｊ突し、ここに図示しないが適宜、Ｍ火を
して、燃料ガス気流の内側に燃焼を生じさせる一方、二
次エアーチャンバ１５から、エジェクタ１９および２次
支燃気ノズル２０を介し薄膜環状の燃料ガス気流の外向
に衝突する二次エアーが燃料ガス気流の外側における燃
焼を起し、こうして外環状ノぐツフル１８の前面に生成
する燃焼ガスの一部は、実流孔２１を通して、２次支燃
気混合チャンバ１６内に、エジェクタ１９における噴射
エネルギーに基く吸引でもって侵入し、該エジェクタ１
９の噴射流と混合されて２次支燃気ノズル２０を通して
燃料ガス気流の外面に噴射される再循環を生じるわけで
ある。

ここに内方バッフル６の前面近傍で１次エアーは、薄膜
環状の燃料ガス気流と急速混合し、該バッフル６の直前
中央域は負圧になるのでこの急速混合による１次燃焼ガ
スは、バッフル６に向けて逆向きに流れてこの部分に表
定着火領域が持続形成され、燃焼の表定に寄与する一方
、薄膜環状の燃料ガス気流の外周に２次支燃気ノズル２
０から噴射する支燃気体は、二次エアーに混入再循環し
た燃焼ガスにより希釈さｒ＋１素濃度が低下しているの
で、緩慢な低湿燃焼となることが薄膜環状の燃焼火炎の
外表面積が大きいことと相筐ってＮＯｘの発生が、有効
に抑制される〇 かように薄膜環状の燃料ガス気流を内外に挾んで、急速
燃焼と緩慢燃焼とを生じさせる間に、エアー−４節介５
．１２の操作によｐ、１次エアー比を高めることにより
ショートフレームに、１だ逆に１次エアー比を低くして
ロングフレームに、それぞれ火炎特性を容易に調節する
ことができのは。

すでにのべたとおシであり、このとさ、低ＮＯｘレベル
の有効な抑制が、持続さｎ得るのである。

次に第２図において吸引すき間２３が付加されたとき、
実流孔２１から支燃先混合チャンバ１６内に吸引さした
燃焼ガスの一部が％環状ガスノズル１０における燃料ガ
スの噴射流動の方へざらに吸引帯同さｎて燃料ガス中に
混入し、その燃焼速度分域じるので、該燃料ガスとして
、とくにＣガスと転炉排ガスとの混合ガスの如さ、理論
火炎温度が高く、燃焼速度の大きく、それ故元来ＮＯｘ
　＋／ベベル高くなり勝ちな燃料ガスを予熱下に用いる
場合にも、有効なＮＯｘ抑制に寄与させることがでさる
〇 とは云え、現時点では燃料ガスの予熱は未だ一般的に普
及しているわけではないし、従ってこれを行わない場合
とか、さらには、Ｂガスと、ＣガスまたはＬＰＧとの混
合ガスのように比較的ＮＯｘ発生の少ない燃料ガスにつ
いて軽度の予熱を行うような場合には、燃焼ガスの燃料
ガスへの上記混入を必ずしも行うことなしに、十分な低
ＮＯｘレベルを、第１発明によって、火炎特性の必要な
調節の下で確保することができる。

発明者は、Ｃガスと転炉ガスとを混合した、発１＆ｆｎ
約２６００　Ｋｃａｌ／Ｎｍ’　（７）　Ｍガスを用い
て実験を行ったところ、２重管の内管にＭガス、外管に
支燃用空気を供給する形式の従来型同軸噴流バーナおよ
び、はじめに述べた２段燃焼型低ＮＯｘバーナと比較し
て、この発明により燃焼排ガス中、ＮＯｘ一度を、それ
ぞれ約６０％、４０％減の好成績が実現された。

この発明の実験炉における性能試験成績の一例を次に描
ける。

炉寸法：炉内幅２．０５　ｍ 炉内高２．０６７Ａ 有効民７．１５　ｍ 燃　料二Ｍガス（コークス炉ガス十転炉ガス）発熱Ｖｎ
　　２６００　ＫＯｅＬｌ／Ｎｍ’予　熱：燃料ガス　
８００°Ｃ 支燃用エアー　６００°Ｃ バーナ燃焼容Ｍ　：　１５０　Ｘ　１０’　Ｋｃａｌ／
ｈＸ１本炉　　′／ｆｉＬ：　１３３０〜１３７０℃煙
道排ガス中酸素濃度＝１〜８％ バーナ諸元、 一部エアーノズル径：　３４　ｍｍ’　Ｘ　６　ｆｌ！
１エジエクタロ径：４１．２ｍｍφ×６個二次支燃気ノ
ズル径：５５謔φ×６個 燃料ガスノズル：内径２９５１Ｘ１１１１φ×外径３０
５．５朋φ戻流孔：短径５５朋×民径１２７１堀×６個
内方バッフル：厚み　１００朋 ：ノズル配列ピッチ円直径１８０ｍｍ ：ノズル孔の傾斜用３００ 外環状バッフル：厚み　２００ｒ綿 ：エジェクタとの距離３０１４ ：中筒との間のすさ間１０゜７５朋 以上の条件に従う燃焼実験による、煙道排ガス中の残存
酸累濃度とＮＯｘ濃度との、１吹射２次エアー比をパラ
メータとする関係につぎ、はじめに述べた従来の２段燃
ａ型バーナと対比して示した。

図から明かにこの発明によるバーナは、１次、２次エア
ー比率１５：８５の場合に、煙道排ガス中Ｏが１％のと
ぎ、従来バーナのＮＯｘがほぼ６０ｐｐｍであったのが
約３５　ｐｐｍにまで下シ、そして１次エアー比率の増
加でＮＯｘはやや増加するにしてもＮＯｘ値自体の顕著
な低減が明かである。

ここに、１吹射２次エアー比の値が小さいロングフレー
ムから、該比の値を小さくしたショートフレームに至る
間におけるＮＯｘレベルが、従来バーナに比し、顕著に
改善されることが知れる。

また第４図には、−次空気比率をチで横軸にと９、煙道
排ガス中酸素濃度と炉温をパラメータとするＮＯｘ濃度
に及はす影響を示した。この発明によるバーナでは、通
常の加熱炉において最もＮＯｘが高くなる（ｏ２−ｓ係
、炉温１３７０℃）条件にあっても、十分に低いＮＯｘ
濃度となっていて、ここに０２濃度の増加や、炉温の上
昇に伴うＮＯｘ増加が従来バーナに比し非常に少い。さ
らに、第５図にて、火炎特性の可変性を示したように１
次、２次エアー比率の調節によりフレーム中心軸の温度
分布のみならず、炉温も大さく変動して、炉内の該加熱
材の位置のちがいや温度差に応じる調整により一様な加
熱を行うことが可能になる０（効　果〕 以上述べたようにして、第１発明により、火炎特性の調
節が容易に可能であって、しかもそれに伴つ低ＮＯｘレ
ベルの激しい変動を伴うことなく、１０００℃以上の高
温における炉温制御を有利に実現することができ、第２
発明によって、ざらに支燃用エアーのみならず燃料ガス
にも施される高度の予熱下における燃焼制御においてす
ら、充分に低いＮＯｘレベルを確保し、廃熱の回収利用
の実効をあげることができる０

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）は、第１発明の実施例につき、
要部を断面であられした側面図と前面図、第２図（ａ）
　、　（ｂ）は第２発明の実施例を同様に示す側面図と
前面図、 第８図〜第５図は何れも効果線図である〇１・・・内筒
　　　　　　　２・・・中筒３・・・外筒　　　　　　
　４・・１次エア〜調節弁６・・・内方バッフル　　　
７・・・１次エアーチャンバ８・・・１次エアーノズル
　９・・・燃料ガス供給管１０・・・環状ガスノズル　
　１１・・・ガスチャンバ１２・・・２次エアー調節弁
　１５・・・２次エアーチャンバ】６・・・支燃気混合
チャンバ　１７・・・中間仕切＃）壁１８・・・外環状
バッフル　　　１９・・・エジェクタ２０・・・２次支
燃気ノズル　　２１・・・戻流口。 特許出願人　川崎製叔株式会社 第２図 （ａ） （ｂ　） 第３図 煙逢排ガ°スψθ２ｚ 第４図 １η流！喧ヒ阜（％） 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　内筒、中筒及び外筒の同心３重筒よシ主として或
   シ５ 内筒の内部に、そのｌ端側で１次エアー調節介を有１″
   るエアー配管を連結した、１次エアーチャンバをば、そ
   の他端にて軸心のまわシの環状配列でもって斜めに開口
   する、数個の１次エアーノズルをそなえる内方バッフル
   で区画したこと、 内筒−中筒間に、燃料ガス供給管と１端で連通し、他端
   に環状ガスノズルを開口させたガスチャンバを設けたこ
   と、 外筒には、その一端側で２次エアー調節弁を有−リーる
   エアー配管を連結しかつ、細心とほぼ平行な向ぎで開口
   する数個のエジェクタ分もつ中間仕切り壁で区画した２
   次工了−チャンハと、該エジェクタに対してその開口と
   の間に軸心方向距離をへだでて整合する同数の２次支燃
   気ノズルの開口のほかに、互いに隣接する該ノズルの相
   互間で上記エジェクタによる吸引流動を導く層流孔′の
   開口をもそなえる外環状バッフルで区画した支燃気混合
   チャンバとを設けたこと、 の結合を特徴とする、加熱炉用、低ＮＯｘガスバーナ。 λ　内筒、中筒及び外筒の同心８重筒より主として成り
   、 内筒の内部に、その１端側で１次エアー調節弁を有する
   エアー配管を連結した、１次エアーチャンバをは、その
   池端にて軸心のまわりの環状配列でもって斜めに開口す
   る、数個の１次エアーノズルをそなえる内方バッフ　／
   ｌｚで区画したこと、 内筒−中筒間に、燃料ガス供給管と１端で連通し、池端
   に環状ガスノズルを開口させたカスチャンバを設けたこ
   と、 外筒には、その一端側で２次エアー調節弁を有するエア
   ー配管を連結しかつ、細心とはぼ平行な向きで開口する
   数個のエジェクタをもつ中１８１仕切り壁で区画した２
   次エアーチャンバと、該エジェクタに対してその開口と
   の間に細心方向距離をへだてて整合する同数の２次支燃
   気ノズルの開口のはかに、互いに隣接する該ノズルの相
   互間で上記エジェクタによる吸引流動を導く戻流孔の開
   口をもそなえる外環状バッフルで区画した支燃先混合チ
   ャンバとを設けたこと、 該支燃先混合チャンバを、環状ガスノズルによる燃料ガ
   ス噴流の外周に開通させる吸引すき間を、外環状バッフ
   ルと中筒との間に設けたこと、の結合を特徴とする、加
   熱炉用、低ＮＯｘガスバーナ。