JPS6086319A - 後混合型バ−ナ用冷却系統 - 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】 発明の分野 本発明は、炉内にバーナ面において開口する別々の燃料
及び酸化体導管を具備する後混合型バーナ用の冷却系統
に関するものである。

発明の背景 高温炉において作動するバーナは、バーナ部品の構造保
全性を維持する為また高温金属質表面の酸化を抑制する
為冷却される。酸化体として周囲空気を使用する従来型
式のバーナにおいては、バーナの充分なる冷却が一般的
に燃焼空気自体により与えられている。

最近、酸素或いは酸素富化空気をバーナ用酸化体として
使用することが有用視されてきた。これは、その方が空
気の使用よりエネルギー効率に優れそして汚染物の発生
量が少いからである。しかし、バーナ酸化体として酸素
或いは酸素富化空気の使用は、酸化体として空気を使用
するバーナを冷却する為設計された従来型式の冷却系統
を使用した場合多くの問題を生じた。

第１に、周知のように、酸素或いは酸素富化空気は代表
的に空気により発生される火炎より一層高温の火炎を発
生する。従って酸素バーナは火炎からの一層高い熱束に
曝される。酸素バーナに伴う第２の問題は、燃料単位量
を燃やすに要する酸化体の容積は空気バーナ、と比較し
て著しく減少されるという事実から生じる。従って、酸
化体を使用してバーナの充分なる冷却を与えることは困
難である。

酸素或いは酸素富化空気を使用するバーナの冷却はしば
しば、別個の冷却用流体により提供される。もつとも一
般的な冷却用流体は水である。冷却水が除去しうる熱量
は、高温表面から水冷面への伝熱熱伝達と水冷表面から
水への対流熱伝達の関数である。一般的に、なるたけ高
温表面に近接して充分の流速において冷却水を提供して
、高温表面から水に熱を効果的に伝達することが所望さ
れる。

炉或いは小さなバーナブロック内にバーナ面において噴
出口を開く別々の燃料及び酸化体導管を具備する後混合
型バーナに対して、有効な冷却を与える為には、燃料及
び酸化体導管両方並びにバーナ外面が水により直接冷却
されることが所望される。

後混合型バーナに冷却を与える為の一つの既知の方法は
、燃料及び環状酸化体導管の間で流入及び流出環状流れ
としてそして酸化体導管の外側で別個の流入及び流出環
状流れとして冷却用流体を提供することである。こうし
た冷却系統は、燃料及び酸化体導管を充分に冷却しそし
てバーナ面にごく近接した状態に冷却用流体を持ちきた
すけれども、２つの別個の冷却用流路の加工に対して必
要とされる高い作製費用がかかることによりまたバーナ
外径を著しく増大することｋより不利である。

酸化体及び燃料が別々の即ち非同心管においてバーナ面
に送給される時に使用されうる後混合型バーナに対する
また別の既知冷却用系統は、冷却水中に浸漬される多数
の酸化体管を使用する。この冷却系統は、バーナを有効
に冷却するが、特に酸化体管の数が４本を越えるような
多数に及ぶ時高い作製費がかかること及び、酸化体管の
小さな総断面積により酸化体管における圧力降下が高い
ことという不利益を呈する。

酸化体管の放出端に酸化体流れを真直ぐ前方以外の方向
に差向ける指向性ノズルを装備することがしばしば所望
される。こうしたノズルは様々の流れ方向を許容するよ
う交換自在であることが更に所望される。しかし、こう
した交換自在のノズルは、ノズルを保持する為のねじ付
き台座を与える為にバーナ面に近接して中実部分即ちバ
ーナヘッドを必要とする。この部分はバーナ面に近接し
ているが故に過熱を一層受けやすい。一番最初に述べた
もののような冷却系統を有するバーナは、それが環状酸
化体管を使用するからこの状況に応用しえない。取替え
可能なノズルは別の酸化体通路においてのみ使用される
。こうしたバーナを冷却する問題は、ねじ部において酸
化により固着して取外しを不可ならしめる事態を招きや
すい取替ノズルの冷却要件により一層大きくなる。

発明の目的 本発明の目的は、改善された冷却系統を具備するバーナ
な提供することである。

本発明のまた別の目的は、酸化体として酸素或いは酸素
富化空気を使用する後混合型バーナ向けのコンパクトな
冷却系統を提供することである。

本発明の更に別の目的は、取替可能なノズルを使用する
バーナ用の効果的な冷却系統を提供することである。

発明の概要 概述すれば、本発明は、 （ａ）　バーナ面において放出端を有する燃料管と、（
ｂ）　該燃料管を周回的に取巻きそしてバーナ面の手前
の地点まで該燃料管に軸線方向に沿って延び、以って眩
地点とバーナ面との間にヘッドを画成する環状酸化体通
路と、 （Ｃ）　前記ヘッドを通して伸延する複数の酸化体通路
ｆあって、前記地点において前記環状酸化体通路に接続
されてそこと連通しそしてバーナ面において放出端を有
する複数の酸化体通路と、（ｄ）　前記燃料管に沿って
前記ヘッド内に伸延しそして該燃料管を周回的に取巻く
第２の環状通路であって冷却用流体を流しそして該燃料
管と前記環状酸化体通路との間に位置決めされる第２環
状通路と、 （ｅ）　前記燃料管及び酸化体通路の周囲を取巻き、前
記ヘッド内に伸延しそして冷却用流体を流すための第６
環状通路と、 （ｆ）　前記ヘッドにおいて前記第２及び第３環状通路
を連結する少くとも１つの連結導管とを包含するバーナ
な提供する。

具体例の説明 第１及び２図はバーナ９を示す。燃料は、燃料管１を通
して炉に送給されそして燃料管１を通しての燃料の流れ
方向に実質上直交するバーナ面２において炉内に放出さ
れる。バーナは炉壁と同一平面状に頭を揃えるか或いは
バーナブロックを配して炉壁から僅かの距離凹入される
ようにできる。

これらは当業者に周知の事項である。酸化体現状通路３
が燃料管１のまわりに周回しそして地点１０まで燃料管
に沿って軸線方向に延在している。

この地点１０において、酸化体現状通路３は複数の酸化
体通路１１と連結されそしてそれらと連通ずる。酸化体
通路１１は酸化体現状通路６からバーナ面２まで伸延し
そして炉内に開口している。

バーナは、バーナ面２から地点１０まで比較的中実の部
分１２を構成している。この部分は一般にバーナヘッド
と呼ばれる。バーナヘッドは単一部材であることが好ま
しい。その方が、溶接その他の方法で互いに止着された
部品より一層熱伝達な促進するからである。複数の酸化
体通路１１は、燃料管１に実質平行に酸化体現状通路か
らバーナ面まで部分１２を通して伸延する。ヘッド１２
は都合良くは取替可能なノズルの容易な付設及び取外し
の為ねじ付き坐を含みうる。

第１及び２図の具体例は、一本の中央燃料管のまわりに
等間隔で設けられた８つの酸化体通路が存在する好まし
い具体例である。各酸化体通路は容易な取外しＥ交換の
為ねじ切りされているノズル４を装備している。この好
ましい具体例はまた火炎を安定化する為燃料流れに環状
の酸化体流れを放出する為の小さな環状導管５をも具備
している。こうした小さな環状導管は、酸化体が酸素で
ある時に特に有用である。

冷却用流体は好ましくは、第２環状通路６を通してバー
ナに提供される。第２環状通路６は燃料管１ｋｉｌｌｌ
＆方向に沿ってそしてその半径方向周囲を取巻いて位置
づけられる。この第２環状通路はヘッド１２内に伸延し
そして好ましくはバーナ面２になるたけ近接して伸延す
る。冷却用流体は好ましくは第３の環状通路７を通して
バーナから取出される。第３環状通路７は、燃料管１及
び環状酸化体通路３両者を取巻いてそれらに沿って軸線
方向に位置づけられそしてヘッド１２内にも伸延する。

好ましくは、第３環状通路７も第２環状通路６と同じく
バーナ面２になるたけ接近して伸延する。第２及び第３
環状通路６及び７は少（とも１つの連結導管８により互
いに連結される。例示具体例は、各２つの隣りあう酸化
体通路１１の間に配した計８つの連結導管８が存在する
好ましい構成を示す。各連結導管８はバーナ面に平行で
ありそして第２及び第６環状通路両方もそれぞれのバー
ナ面に最近接した地点において連結している。

上述したように、冷却用流体が通路６を通してバーナに
供給されそして通路７を通してバーナから取出されるこ
とが好ましい。しかし、所望なら、これら通路の役割は
逆にされうる、即ち冷却用流体は通路７を通してバーナ
に供給されそして通路６を通してバーナから取出される
。

操作において、一般にコークス炉ガス或いは天然ガスで
ある燃料及び酸化体はそれぞれの別個の導管を流れそし
て各導管の放出端を通してバーナ面において炉内に放出
される。燃料と酸化体との混合に際して燃焼が起る。バ
ーナ面近くで創生される強力な火炎により、バーナ部品
は高い熱束下に曝され、バーナ部品の昇温を生じる。

一般にそして好ましくは水である冷却用流体は好ましく
は第２環状通路６を通して高温域に持ちきたされる。冷
却水はバーナヘッド１２内部の通路６の端まで流れ、こ
こで連結導管８を通して半径方向外方に第３環状通路７
内へと差向けられる。

第５環状通路７を通して昇温した冷却水はバーナから取
出される。

冷却がもつと重要であるバーナ部品は、バーナ面、液化
体ノズル及び燃料管である。バーナ面は燃焼反応に最近
接の部位であり従って他のバーナ部品より多くの熱に曝
されるから、冷却はバーナ面に対して非常に重要である
。冷却は酸化体ノズルに対しても非常に重要である。こ
れは、高温になると酸化速度が増加し、ねじ部の固着化
が進行してノズルの取外しができなくなるからである。

小さな環状酸化体導管により燃料管表面は直接水冷され
ないから燃料管に対しても冷却は非常に重要である。

本発明のバーナの冷却系統はこれら重要部各々への冷却
を好適に行う。第１に、好ま−しくは、冷却水は、最低
温条件にある時に燃料管に最近接して流れ、従って高温
燃料管と水冷表面との間に直接的な接触は存在しないけ
れども輻射熱伝達により燃料管からの熱除去を促進する
。第２に、冷却水はヘッド１２内で酸化体通路を完全に
取巻いて或いは横切ってそしてバーナ面に近接して流れ
る。

これは、従来設計を使用して可能であるより多くの酸化
体ノズル部分からの熱除去を促進する。第３に、冷却水
は酸化体通路の内側で燃料管に近接して流入し、酸化体
通路を横切ってそして酸化体通路の外側から流出するか
ら、バーナ面に近接して従来より広い帯域を横切って流
れるととＫなる。

冷却水が連結導管８を通して酸化体通路を横切ってバー
ナ面に近接した広い帯域を流れることは、バーナ面から
の熱除去を大巾に改善する。

次の例は、従来型式の冷却構成の使用の場合に得られる
冷却効果に較べて本発明のバーナの長所を示す。

例１ 第１及び２図に示したのと同様のバーナが高温炉に挿設
されそして８．１ガロン／分（ｇｐｍ　）の流量でバー
ナを通して冷却水を流すことにより冷却された。冷却水
は、通路６においてバーナ面に向い、連結導管８を通し
て半径方向外方にそして通路７を通してバーナ面から離
れるという好ましい流れ方向において流された。定常状
態において、炉温は２ｓｃｐｙ”Ｆ、燃料管の放出端に
おける温度は１９０１°Ｆそして酸化体ノズルの温度は
２３２〒であった。水温上昇度及び流量に基いて計算し
た、冷却水により運び去られた熱量はα０７５−（リオ
ンＢＴＵ／時間であった。流入冷却水の温度は６１’Ｆ
でありそして流出水の温度は７９′Ｆであった。

その後、冷却水流量は４．１１ｐｍに減ぜられそして定
常状態において燃料管放出端の温度は１９０２下、酸化
体ノズルの温度は２４６′Ｆそして熱除去率はｃｌ、０
６６ミリオンＢＴＵ／時間であった。流入冷却水温度は
６２′Ｆでありそして流出水の温度は９４’Ｆであった
。

比較目的で、後混合型バーナが高温炉に挿設されそして
従来型式の冷却系統を通して流れる冷却水を使用して冷
却された。この場合、冷却水は、環状酸素通路から半径
方向外方の環状空洞を通して供給されそしてそれから半
径方向外方の別の環状空洞内に１８０°転向して水流を
差向けることにより取出された。冷却水流量は８　ｇｐ
ｍであった。

炉温は２３２６下であり、燃料管の放出端における温度
は１９９４°Ｆでありそして酸化体ノズルの温度は４９
０〒であった。熱除去率は、０．０４０ミリオンＢＴＵ
／時間にすぎなかった。流入冷却水温度は５２′Ｆそし
て流出水温度は６２１１１″であった。

本発明のバーナの冷却系統が後混合型バーナ用の従来型
式の冷却系統によ°り得られるより著しく改善された冷
却効果を奏することが実証された。

先に示したように、本発明のバーナの利点は酸素或いは
酸素富化空気が酸化体である時一層顕著である。、これ
ら長所に加えて、本発明の利点は、内面ねじな持たない
はるかに小さなバーナヘッドによる作製の容易さと水分
布の容易さである。

本発明のバーナ及び冷却系統の使用により、バーナ面に
おいて取替自在の酸化体ノズルを使用できしかもバーナ
面及びノズル支持に必要とされるバーナ面に近接したバ
ーナ部分を充分に冷却することができる。この冷却は、
冷却流体をバーナ面に向けて、好ましくは内部燃料管に
近接してそして虫酸化体環状路の内側で差向けることに
より達成される。冷却流体は、主酸素環状路の端を越え
て複数の酸化体通路が通るヘッド内へと流通する。

ヘッドにおいて、冷却用流体は複数の酸化体通路を横切
ってそしてバーナ面に近接して流通しうる。

この地点から、冷却用流体は好ましくは虫酸化体通路の
外側でバーナ面から離れて流出していく。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のバーナの好ましい具体例の炉側から見
た正面図、そして第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿う断面
図である。 ９：　バーナ １：　燃料管 ６：　第２環状通路 ７：　第３環状通路 ５：　環状導管 ７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）（ａ）バーナ面において放出端を有する燃料管と、
   （ｂ）該燃料管を周回的に取巻きそしてバーナ面の手前
   の地点まで該燃料管に軸線方向に沿って延び、以って該
   地点とバーナ面との間にヘッドを画成する環状酸化体通
   路と、（Ｃ）前記ヘッドを通して伸延する複数の酸化体
   通路であって、前記地点において前記環状酸化体通路に
   接続されてそこと連通しそしてバーナ面において放出端
   を有する複数の酸化体通路と、 （ｄ）前記燃料管ＫＧつて前記ヘッド内に伸延しそして
   該燃料管を周回的に取巻く第２の環状通路であって冷却
   用流体を流しそして該燃料管と前記環状酸化体通路との
   間に位置決めされる第２環状通路と、 （ｅ）前記燃料管及び酸化体通路の周囲を取巻き、前記
   ヘッド内に伸延しそして冷却用流体を流すための第３環
   状通路と、 （ｆ）前記ヘッドにおいて前記第２及び第３環状通路を
   連結する少くとも１つの連結導管とを包含するバーナ。 ２）酸化体通路の放出端に取外し自在のノズルが装備さ
   れる特許請求の範囲第１項記載のバーナ。 ３）ノズルが取外し可能であるようねじ切りされている
   特許請求の範囲第２項記載のバーナ。 ４）複数の酸化体通路が燃料管の周囲に等間隔で配置さ
   れている特許請求の範囲第１項記載のバーナ。 ５）火炎安定用酸化体の供給の為小さな環状導管が燃料
   管を取巻いて該燃料管に＠線方向ＫｆＥ３って設けられ
   ている特許請求の範囲第１項記載のバーナ。 ６）第２及び第３環状蓬路両方がバーナ面へのそれらの
   最近接点においてバーナ面から等距離にある特許請求の
   範囲第１項記載のバーナ。 ７）連結導管がバーナ面に平行である特許請求の範囲第
   １項記載のバーナ。 ８）異った酸化体通路の各対間に１つの連結導管が存在
   する特許請求の範囲第１項記載のバーす。 ？）連結導管がバーナ面に最近接するそれぞれの地点に
   おいて第２及び第３環状通路を連結する特許請求の範囲
   第１項記載のバーナ。 １０）取外し自在のノズルが指向性である特許請求の範
   囲第２項記載のバーナ。