JPS6080007A - 加熱炉等のバ−ナ−の火焔の輻射率を増大させる方法 - 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】 この発明は、加熱炉、熱処理炉、溶解炉等の工業用加熱
炉において、軽質燃料、ガス燃料を使用し次場合におけ
る火焔の輻射率を増大させる方法に関する。

従来鉄鋼等の加熱炉、熱処理炉、溶解炉等の工業用加熱
炉においてはＢ、Ｃ重油等の燃料を使用して加熱処理が
行われてきたが、近年大気汚染等の公害防止などの規制
が強化さ几ているため、重質油燃料から灯油、軽油、ナ
フサ等の軽質油燃料へ、更には石油、鉄鋼関係ではその
２− 工場内で副生ずるガス、また、市街地では都市ガス、圓
等を使用した燃料へと燃料の転換が々されている。

しかし上述のよう寿燃料の軽質化、ガス化への転換の結
果、今迄重質油を燃料として使用していた加熱炉、熱処
理炉、溶解炉等において同じカロリーになる様に軽質油
、ガス燃料を使用した場合、重質油の場合とは異なシ、
炉内雰囲気温度が２０チ程度低くなったり、被加熱物の
昇温速度が遅く々つたりする力どエネルギーロスと考え
られる現象が見られる。

本願発明者等の研究によれば、これ等の現象は次のよう
な原因によるものであると推定さ扛る。

即ち、一般に炉内の被加熱物体表面への熱の伝達は（９
）対流による熱伝達（ｂ）輻射による熱伝達があり、特
に燃料の分解成分である細かい炭素粒が炉内で発する光
、所桶輝焔からの輻射が大きな比重を占めている。

しかし、燃料の軽質化、ガス化に伴い輝焔が−３− 著しく減少させらｎ、る。

そして、この火焔輻射率の低下は火焔温度の上昇と局所
過熱の増大をもたらし、更に火焔温度の上昇は炉壁及び
被加熱物温度の低下をもたらし、更に排ガス温度を上昇
させ、また局所加熱の増大は炉内温度分布の不均一とザ
ーマルＮＯＺ生成の増加の原因と々す、結果的に熱効率
の低下、エネルギーロスを生ずることになる。

即ち従来使用さねていた重質油燃料は中乍比が太きく炉
内で分解生成する炭素粒により輝焔が多く発生し、熱効
果を高めるのに対して軽質油燃料、ガス燃料を使用した
場合には重質油に比べて炉内雰囲気中に飛散しているカ
ーボン質が減少するため、そｊ−だけ熱効率が低下する
のである。特に、８００℃以上の高温においては熱効率
を大ならしめるため、輻射伝熱が最も大きな影響を与え
る。

この輻射伝熱を大きくする方法としては、上述のような
火焔中のカーボン量の増大、及び火焔中に５原子以上の
化合分子を存在させる方法特開昭ＧＯ−８０００７（２
） がおり、燃料の軽質化に伴なった輻射伝熱の低下を補う
ために、例えば灯油にカーボンブラックを分散させて燃
焼させる方法やカーボンブラックを火炎中に吹き込む方
法等が試みられている。

しか１−々から、このカーボンの添加による方法では添
加量を増大させることが技術的に困難である。即ち、添
加量を多くすると未燃カーボンの割合が非常に多く々す
、添加方法も含めて実用化するには多くの問題点を有す
る。

一方火焔中の炭素粒添加による輻射率の向上は、その炭
素粒の粒径に大きく影響さ几、本願発明者等の研究によ
ればその粒径は１０〜２００μの範囲において輻射率の
向上効果が認めら几るが、炭素粒径が太き過ぎると輻射
効果が大きくなる一方、未燃カーボンの発生を生ずるの
で、炭素の最適粒径は５０〜１００μ前後である。更に
、本願発明者等の研究によｎば炭素粒による輻射は炭素
粒の質量が同一の場合、その体積に依存することが見出
されている。即ち、同一質量のｊ− 場合、その体積が大きくなる程、火焔中に炭素粒の占め
る体積割合が増大して輻射率が向上する。

ところが、前述の従来法のように灯油中にカーボンブラ
ックを分散させる方法或はカーボンブラックを火焔中に
吹き込む方法においては所望の粒径の炭素粒を得ること
も、またその質量に比べて体積の犬き々炭素粒を得るこ
ともできず、したがって大した輻射率の向上効果も得ら
れかかった。

この発明は、上記実情に鑑み工業用加熱炉における軽質
油燃料、ガス燃料等を主体に使用した場合の熱効率を増
大させることを目的とし、前述の本願発明者等の得た知
見に基いて鋭意研究の結果、加熱により発泡して炭素粒
を形成する炭素粒発生剤を燃料中に添加或は火焔中に噴
霧することにより、火焔中には適当な体積の炭素粒が形
成され、このため輻射率が向上し、熱効率を増大させる
ことができることを見出したものである。

６− 即ち、この発明によれば火焔中で形成さｊ、る炭素粒は
、同じ質量を有する従来の無発泡炭素粒と比較してその
体積が数〜数十倍になるため火焔中に炭素粒の占める体
積割合が多くなり、輻射率を向上させることができる。

即ち、この発明によれば火焔中において炭素粒の体積を
発泡により大きくすることにより効果的に輻射率を向上
させることができる。

なお、この発明において炭素粒の粒径が５０〜５０００
μにおいて輻射率の向上効果が認められるが、未燃カー
ボンの発生尋を考慮すると、１００〜１０００μが最適
粒径である。

更に、この発明においては例えば最大５０倍の発泡倍率
を有する炭素粒発生剤を使用した場合は従来のカーボン
添加法による１１５０、即ち１チを添加した場合には１
１５０００の添加量で同効の効果を発揮させることがで
き、非常な経済的メリットを有する。

この発明において加熱により発泡して炭素粒を形成する
炭素粒発生剤としては高温加熱によ−７− り発泡し、炭素粒を発生するものであれば、いすね２の
化合物或は糾成物を使用することができる。

例えば、炭素源としてはペンタエリスリトール、ソルビ
トール、澱粉、スチレンブタジェンラバー、糖蜜、廃糖
蜜、脱水炭化触媒としてはリン酸アンモニウム、リン酸
２水素アンモニウム、ポリメタリン酸ナトリウム、ポリ
リン酸アンモニウム、リン酸モノアンモニウム、リン酸
、ガス発生剤としてはジシアンジアミド、パラフォルム
アルデヒド、シアノグアニジン、メラミン、チオ尿素、
ジニトロソペンタメチレンテトラミン、バインダーとし
てはポリ酢酸ビニル、塩化ビニリデン−塩化ビニル共重
合体、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、アミン樹脂などを
組合せることにより得られ、また上記のうち２化合物で
２通シ、或は５通りの役割を発揮させることもできる。

以上の組合せ例としてはペンタエリスリトールとリン酸
アンモニウム、ジシアンジアミド等特開昭Ｇｏ−８００
０７（３） の難燃成分を酢酸ビニルエマルジョンまたはアミノ樹脂
に混合して成るもの、ペンタエリスリトールトリン酸モ
ノアンモニウム、モノリン酸アルミニウム、ポリメタリ
ン酸ナトリウム、シアノグアニジン、ソルビトール等の
難燃成分を酢酸ビニルエマルジョンに混合して成るもの
、リン酸メラミン、チオ尿素等の難燃成分と澱粉、パラ
フォルムアルデヒド等に混合して成るもの、リン酸アン
モニウムシリケート、メラミン、ジシアンジアミド、澱
粉、リン酸２水素アンモニウムを混合して成り水スラリ
ーで使用できるもの、エチレン酢酸ビニル共重合体エマ
ルジョン、メラミン、ポリリン酸アンモニウム、ペンタ
エリスリトール、水より成るもの、リン酸グアニジンホ
ルムアルデヒド樹脂、ペンタエリスリトール、リン酸、
メラミン樹脂よシ成るもの、エチレン酢酸ビニルとアゾ
ジカルボンアミドの組合せ、ポリ塩化ビニルとアゾジカ
ルボンアミドの組合せ、スチレンブタジェンラバーとジ
ニトロソペンタメチレンテトラミンの組合せ、及び−デ
ー その他に糖蜜、或は糖蜜よりショ糖等を抽出した後の廃
糖蜜等を組合せることができるが、勿論これ等の組合せ
に限定されるものでは々い。

以上の炭素粒発生剤は燃料中に添加或は直接火焔中に噴
霧させる等の手段により炉内に分散させ、炉内において
はこれ等の炭素粒発生剤は加熱されて発泡し、所望の粒
径を有する炭素粒が形成され、炉内における輻射率の向
上効果を発揮する。

なお、この発明において炭素粒発生剤の添加は、好まし
くはガス１Ｎ−に対して０．０５〜０．５−である。

以下、この発明の実施例を示す。

実施例 （ａ）炭素粒発生剤の組成例 （１）　ペンタエリスリトール、リン酸アンモニウム、
ジシアンジアミド、酢酸ビニル樹脂エマルジョンを同重
量比で混合し、加熱攪拌により微粉含有のエマルジョン
とした。

（１）　ペンタエリスリトール１重量部、リン酸−／θ
− アンモニウム１重量部、酢酸ビニル樹脂３重量部を混合
、加熱攪拌により微粉含有のエマルジョンとした。

０１１）　ペンタエリスリトール１０重量部、リン酸３
５重量部、リン酸グアニジン５０重量部を混合、加熱攪
拌によシスラリ−状の分散液を作成した。

ｈ）　砂糖５重量部、リン酸アンモニウム５重量部、メ
ラミン４重量部、アルキド樹脂４重量部を混合攪拌し、
スラリー状の分散液を作成した。

（Ｖ）　スチレンブタジェンラバー１００重量部、ジニ
トロソペンタメチレンテトラミン５重量部、キシレン５
０重量部を混合攪拌して微細粉体の分散溶液を作成した
。

（ｖｌ）　塩化ビニル樹脂１００重量部、アゾジカルボ
ンアミド６重量部、フタル酸ジオクチル７０重量部を混
合攪拌して微粉分散させた溶液を作成しｆＣ８ （ｖｌｌ）　エチレン−酢酸ビニル共重合物１００重量
−／／一 部、アゾジカルボンアミド６重量部、キシレン５０重量
部を混合攪拌して微粉分散させた溶液を作成１〜た。

（Ｖｌｌｌ）　ショ糖を分離した後の下記組成の廃糖蜜
の５０係水溶液を作成した。

廃糖蜜の組成 糖分；５８チ、全チッ素分二０．６係 全灰分：１０％、糖分以外の有機質：４チ比重　１．４
３ 比較例 ０沁　灯油９０部にカーボンブラック５部、分散安定剤
としてポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸（日
光ケミカルズ■製：ニツコールＴＤＰ−６）５部を混合
し、ホモミキサーで５０分間混合攪拌して安定に分散し
た溶液を作成した。

（ｂ）　実験方法 第１図に示す様な１．１３ｍＸ　１．９’ｙｎ　Ｘ　６
ｍの大きさの実験炉／を用いて燃焼試験を行なった。

実験炉／はその一端にパイロットバーナーロ特開昭ＧＯ
−８０００７（４） −が設けられ、他端上側には排気筒３が設けられる。一
方、パイロットバーナーロコの火焔放射方向に沿う実験
炉／の側壁には複数の水冷壁黒体グ、・・・を設け、こ
こに炉壁温度測定点（Ｘ印）を設ける。またパイロット
バーナーロコの火焔放射方向に沿う実験炉／の他の側壁
には上記水冷壁黒体り、・・・の対向する位置に輻射率
及び輻射強度測定点（○印）を設ける。更に排気筒３０
基端部には０□、　ｃｏ、　、　ｃｏ　。

ＮＯ２，の測定点を設ける。

第２図は、この実験に使用するバーナー５を示すもので
、バーナー左はその中心に内筒６、その外周に外筒り、
更に外筒７の外周に通気筒ざ、通気筒ｇの外周には着火
装置９を設けて、上記実験炉／のパイ、ロットバーナー
ロコに臨ませである。一方、内筒６の基端部にはミキサ
ーＩＯが設けられ、このミキサー１０には圧力空気の送
入管／／と炭素粒発生剤の注入管／２が接続され、更に
外筒りの基端部にはガス燃料の送入管／３が接続される
。

７３− そして、送入管７．２に導入されたガス燃料は、外筒７
を通してパイロットバーナーロコに供給さ１１ここで通
気筒ｇより送らｔ′した空気と混合さｎ−１更に着火装
置りにより着火されて火焔を発生する。

一方、炭素粒発生剤は薬注定量ポンプ（図示せず）によ
り注入管／スを通してミキザー／θ内に供給さｎｌ、こ
こで送入管／ｌより送られた圧力空気と混合され、更に
内管乙を通して火焔中に吹き込まれる。

（ｂ−１）実験条件 実験炉内の設定温度：　１２５０℃ 燃料ガス；東京ガス製１５Ａ（天然ガス主体）（発熱量
１１０００Ｋｃａｌ／Ｖ） バーナー：中外炉■製　匪ｎ−２０ＣＩ（ｂ−２）測定
項目 （−ｆ）実験炉内燃焼ガス温度 （ロ）実験炉壁温度 （ハ）輻射率 に）排ガス中の酸素濃度 一／１Ｉ− （ホ）排ガス中のＮＯｘ濃度 （へ）添加剤の発泡率 （Ｃ）　試験結果 ◆添加量：ガス燃料Ｎ−当りの炭素粒発生剤の使用量（
−） 以上の結果より明らかなように、単にカーボンブラック
を添加する場合には殆んど輻射率による向上が見らｎな
いのに対して、本発明にお−／に− いてはわずかな添加量で十分な効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例の燃焼試験に用いた実験炉の概略図、
第２図は、同上の試験に用いた概略図である。 特許出願人　タイホー、工業株式会社 特開昭Ｇｏ−８０００７（６） 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 工業用加熱炉において高温炉内雰囲気中に噴霧させるこ
   とにより発泡し炭素化層を形成する炭素粒によシ火焔の
   輻射率を増大させる方法。