JPS63113211A - 排熱回収式バ−ナの燃焼方法ならびにその燃焼に使用する排熱回収式バ−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】 〈発明の目的〉 産業上の利用分野 本発明は排熱回収式バーナの燃焼方法ならびにその燃焼
に使用する排熱回収式バーナに係り、詳しくは、例えば
、タンディツシュの予熱等に供することができ、とくに
、予熱の際にバーナをタンディツシュ若しくは燃焼炉（
以下、単に燃焼炉等という。）に着装し、予熱終了債は
離脱させる型式の排熱回収式バーナにおいて、この着脱
時に先端のバーナを破損せず、燃焼時の火炎によって燃
焼炉等内から排ガスを円滑にバーナ内に吸引し、この排
ガスの顕熱によって燃焼用空気を予熱できる排熱回収式
バーナの燃焼方法ならびにその燃焼に使用する排熱回収
式バーナに係る。

従来の技術 従来から、燃焼用バーナの一つとして、排熱回収式バー
ナが知られている。この型式のバーナは燃焼時の排ガス
をバーナチップの外周からバーナ本体に吸引し、この排
ガスの顕熱によって、主として燃焼用空気を予熱する型
式のものであり、代表的なものを例示すると、第３図な
らびに第４図に示す通りである。

すなわち、第３図ならびに第４図には燃焼炉３に固定さ
れたままで使用される排熱回収式バーナが示され、この
バーナは、燃料ガスを供給する燃料通路５の周囲に少な
くとも１つの空気通路６が設けられ、この空気通路６か
らの燃焼用空気と燃料通路５からの燃料ガスとが混合室
１ａで混合し、この混合気がバーナチップ１から吐出し
て火炎を発生させて燃焼させる。このバーナチップ１の
周囲に近接させて排ガスの吸引口４を設け、この吸引口
４から吸引された排ガスが排ガス通路４ａを通る間にそ
の顕熱によって空気通路６内の燃焼用空気を予熱する。

なお、第４図に示す例では、空気通路６の先端部はバー
ナチップ１内に開孔し、このバーナチップ１内で燃焼用
空気は燃料ガスと混合する。

また、この型式の排熱回収式バーナでは、混合気がバー
ナチップ１から高温火炎を吐出させて燃焼されるため、
この高温火炎が排ガスの吸引口４を短絡して閉塞するこ
とがある。

また、バーナチップ１からの高温火炎によって排ガスの
吸引口４が短絡されると、吸引口４から高温火炎がバー
ナ本体９中に吸引されて、バーナ本体９が加熱、溶損す
る危険がある。この点から、これら高温火炎による吸引
口４の短絡を防止して加熱効率を上昇させるためには、
第３図ならびに第４図に示す如く、バーナチップ１の先
端は燃焼炉等３の炉内側にできる限り突出させるか、少
なくとも内壁面２と同一レベルまで突出させている。こ
の構造の排熱回収式バーナは、第３図ならびに第４図に
示す如く、燃焼炉等３に定置させて用いるときには、被
熱物の装入ならびに抽出に支障がなく、バーナチップの
先端が過熱されない限り、できるだけ炉内側にバーナチ
ップを突出させるのが、熱効率の上から好ましい。しか
し、燃焼炉やタンディツシュ等に着脱式に用いるときに
は、バーナチップの先端が上記の如く突出していると、
燃焼炉やタンディツシュ等への装着毎にバーナチップが
炉壁に衝突するおそれがあり、これによってバーナチッ
プの先端が破損して好ましくない。

まず、燃焼炉を加熱する毎に、排熱回収式バーナを装着
して使用する場合に、バーナチップの先端が上記の如く
炉内側に長く突出していると、このＨ＠毎にバーナチッ
プの先端が炉壁に衝突し損傷する危険があり、この危険
がきわめて多くなる。この危険を避けるのには、バーナ
の正確な移動装置が必要で、これには多大の投資が必要
になる。

次に、鉄鋼の連続鋳造機に付設されるタンディツシュの
予熱装置として従来例の排熱回収式バーナを用いるとき
にも、タンディツシュの予熱毎にバーナを着脱する口と
が必要になって従来例のものをそのまま用いることは一
層困難になっている。すなわち、第５図はタンディツシ
ュの予熱装置として排熱回収式バーナを用いた場合の全
体を示し、予熱時には、被加熱物のタンディツシュ１２
がクレーンによって架台の上に載せられ、排熱回収式バ
ーナ９は点線位置から実線位置まで旋回し、上部からタ
ンディツシュ蓋１２ａの装着孔１２ｂに装着される。こ
の場合では、排熱回収式バーナ９が旋回移動し、タンデ
ィツシュ１２が予熱毎に移動し、タンディツシュ１２は
クレーンによって架台に載せられるため、正確に定位置
に置くことが非常に困難である。

また、タンディツシュ１ｉ１２ａの装を子い２ｂは、使
用条件の苛酷さから頻繁に修理が行なわれ、この修理毎
に装着孔１２ｂの中心が少しづつずれ、さらに、タンデ
ィツシュ１２を連続鋳造機に装着する際、その直前にモ
ールドレベルまでタンディツシュ１２を上昇させ、移動
まで加熱を継続するため、タンディツシュ１２の位置が
ずれたままで加熱しなければならない口とがある。この
ことなどから、正確に排熱回収式バーナ９をタンディツ
シュ蓋１２ａの装着孔１２ｂに装着する口とが極めて困
難であり、とくに、この装着時にバーナチップが破損す
る可能性が高い。

以上要するに、従来例の排熱回収式バーナは燃焼炉等に
着脱式に構成若しくは用いるときには、バーナチップの
破損等の事故が起こり、これには多大の工数および修理
費がかかり、実操業上極めて困難な問題が残る。

なお、この点に対し、バーナチップを移動自在に構成し
、燃焼炉等への着装時には、バーナチップを引込ませて
、着装後は所定の位置（例えば燃焼炉内壁面より炉内側
）まで引き出して点火、加熱を行なう形式に構成するこ
とも考えられる。しかしながら、この構成であると、構
造が複雑になり、この可動部が繰り返し加熱によって破
損し、さらに、着装時の手間が増加するなどの欠点が残
る。

発明が解決しようとする問題点 本発明は上記欠点の解決を目的とし、具体的には、燃焼
炉等の排ガスの顕熱を有効に利用するためには、バーナ
チップの先端を炉内側に突出させなければならないこと
、この炉内側への突出にもとすくバーナチップ先端の破
損等の事故を防止すること、バーナチップからの高温火
炎によって排ガス吸引口が短絡される口とによって上記
の如き障害が生じることを解決することを目的とする。

〈発明の構成〉 問題点を解決するための 手段ならびにその作用 すなわち、本発明法によって排熱回収式バーナの燃料通
路を経て燃焼ガスを供給し、この燃料通路の周囲の空気
通路を経て燃焼用空気を供給すると共に、燃焼用空気を
その周囲から燃焼炉等よりの吸引排ガスの顕熱によって
予熱し、その後、この予熱燃焼用空気と燃料ガスとの一
部若しくは全部を混合してから、混合気をガスバーナ先
端のバーナチップから燃焼炉等の炉内側に吐出して高温
火炎を発生させて燃焼する際に、燃料ガスを燃料通路の
軸線に沿って直線流として吐出して燃料通路周囲からの
予熱燃焼用空気と混合して、この混合気を先端が燃焼炉
等の内壁面より炉外側にずらして位置するバーナチップ
から２０ｍ／秒以上の速度で吐出し、バーナチップから
火炎を直線状に吐出させる一方、この吐出速度以下の速
度で排ガスを空気通路の周囲に吸引することを特徴とす
る。

また、この燃焼時に使用する排熱回収式バーナは、従来
例と同様に、燃料ガスを供給する燃料通路の周囲に燃焼
用空気を供給する空気通路を設け、この空気通路ならび
に燃料通路の各先端開口部を混合室に連結すると共に、
この混合室の先端にバーナチップを接続し、このバーナ
チップの周囲から排ガスを吸引して燃焼用空気を予熱す
るものであるが、空気通路の一部には、燃焼用空気に旋
回運動を与える少なくとも１枚の案内羽根を空気通路の
軸線と平行若しくは２０゜以下傾斜させて設けると共に
、バーナチップの先端を燃焼炉等の内壁面のレベルより
炉外側にずらして位置決めして成ることを特徴とする。

そこで、これら手段たる構成ならびにその作用を図面に
よって更に具体的に説明すると、次の通りである。

まず、第１図ならびに第２図はそれぞれ本発明の一つの
実施例に係る排熱回収式バーナの一部を断面で示す各側
面図であって、これら第１図ならびに第２図に示す如く
、第３図ならびに第４図に示す従来例と同様に燃料ガス
はガス供給口５ａから入って燃料通路５から供給される
一方、燃焼用空気は空気供給口６ａから入って周囲の空
気通路６に供給され、混合室１ａにおいて中心からの燃
料ガスに対して周囲から燃焼用空気が混合し、この混合
気はバーナチップ１で燃焼し、高温火炎が燃焼炉々内に
向けて吐出される。また、バーナチップ１の周囲に燃焼
炉々内の排ガスを吸引する吸引口４を設け、この吸引口
４から排ガス通路４ａに排ガスを導入し、この排ガス顕
熱によって主として燃焼用空気を予熱して、排ガスの顕
熱を回収し、これを有効に利用して熱効率を上昇させる
。なお、この排ガスは熱交換後エゼクタ７を経て排出さ
れる。

次に、この構成に係る排熱回収式バーナ、つまり、バー
ナ本体９を燃焼炉等３に対して着脱自在に構成する。す
なわち、燃焼炉等３の外壁面３ａに対してシール材８を
介してバーナ本体、９を取付けるが、このときに、第１
図ならびに第２図に示す如く、バーナ本体９の外周にフ
ランジ部９ａを設けて、このフランジ部９ａにシール材
８を取付ける。

このように構成すると、装着時にはシール材を介してお
さえるのみでシールでき、容易にｎ脱自在に構成できる
。

また、第１図に示す如く、バーナチップ１の先端は突出
させるが、その突出の程度は燃焼炉専３の内壁面２より
炉内側に突出しない程度にとどめ、望ましくは、第２図
に示す如く、バーナチップ１の先端はバーナ本体９の前
面と同一レベルに位置させる。このように、バーナチッ
プ１の先端を炉外側にずらして位置決めすると、燃焼炉
等自体を大巾に改造しなくとも熱効率が低下せず、装着
時にバーナチップが損傷することもない。

すなわち、第３図ならびに第４図に示す従来例の如くバ
ーナチップ１の先端がバーナ本体９の前面より突出しか
つ燃焼炉等３の内壁面２から突出する型式のバーナでは
、着脱時にバーナチップ１の先端が燃焼炉等３の炉壁に
衝突し損傷する危険があり、とくに、燃焼炉に代ってタ
ンディツシュであると、タンディツシュが移動すること
もあって、この予熱に排熱回収式バーナを適用すること
は実際にはきわめてむづかしい。この点、本発明におい
ては、上記の如く、バーナチップ１の先端が第１図に示
す如く、燃焼炉の内壁面２よりも炉内側に突出しないよ
う位置決めするか、第２図に示す如く、バーナ本体９前
而と同一面に位置するよう位置決めする。このため、燃
焼炉等の改造に多大の経費をかける口となく、熱効率を
低下させることがない。

また、更に、燃焼用空気を供給する空気通路θの一部に
少なくとも２枚程度の旋回羽根１３を設け、この旋回羽
根１３は第６図に示す如く空気通路６の軸線に対して平
行に取付けるか、２０°以下の傾斜角θだけ傾けて取付
ける。各旋回羽根１３は一般に曲線を持った翼として構
成すれば十分であり、空気通路や燃料通路を保持する役
目を果たし、これら旋回羽根１３によって燃焼用空気に
旋回を与えると、混合気の形成が良好となり、傾斜角θ
が２０°以下ではバーナチップ１からの火炎にあまり旋
回がかけられることなく。

火炎は直線状に吐出できる。

次に、以上の如く構成される排熱回収式バーナにおいて
、燃焼炉等３内で燃焼させるときには、先端のバーナチ
ップ１から混合気を２０１１１／秒以上の速度で吐出し
て火炎を直線状に吐出させて燃焼する一方、この混合気
若しくは火炎の１１を比速度以下の速度で吸引口４から
排ガスを排ガス通路４ａ内に吸引する。

すなわち、上記の如く、バーナチップ１の先端を燃焼炉
３の内壁面２より炉内側に突出させることなく、望まし
くは、第２図に示す如く、バーナ本体９の前面と同一レ
ベルに位置させると、排ガスの吸引口４の少なくとも一
部が火炎によって短絡され易い。更に詳しく説明すると
、燃焼時に発生する排ガスは例えばエゼクタ７の如き排
ガス吸引装置によって吸引され、吸引口４は排ガスの顕
熱によって燃焼用空気が予熱されるため、バーナチップ
１の外周に隣接して設けられている。このため、従来例
と相違して上記の如くバーナチップ１の先端位置を突出
させないときには、バーナチップ１からの火炎によって
吸引口４が短絡し、吸引口４の一部若しくは全部が覆わ
れて閉塞する。この現象が起こると、加熱効率の低下、
火炎のバーナ本体内への吸引による過熱、あるいは、高
温火炎中の未燃分の排ガス通路４ａ内での燃焼（アフタ
ーバーニング）によるバーナ本体９の溶損等が起こる。

この点について、本発明者等は上記の如くバーナチップ
先端を突出させることのない排熱回収式バーナを試作し
て実験したところ、上述の問題を解決するには、バーナ
チップから火炎を直線状に吐出させ、この火炎の吐出速
度と排ガスの吸引速度との比をある値より大きくするこ
とが必要であるとの知見を得た。

まず、この条件としては、上記の如く空気通路あるいは
燃料通路に取付けられた旋回羽根を第６図（ａ）の如＜
２０℃以下の傾斜角θで取付けて、混合気乃至火炎に旋
回をかけずに吐出することである。

すなわち、この傾斜角θとバーナチップ１の温度のｐＡ
係を示すと、第７図に示す通りである。

この第７図の関係は炉温１２００℃、燃焼負荷５０万に
ｃａ　ｌ　／ｈ（１００％）、火炎の吐出速度（未燃焼
状態、つまり混合気の吐出速度）８０ｍ／秒の結果であ
って、第７図から明らかな通り、吐出混合気乃至火炎に
少しでも旋回をかけると、排ガスの吸引口４の面積が実
質的に減少し、吐出した高温火炎が吸引口４に短絡して
バーナチップ１の温度は急激に上昇し、旋回羽根の傾斜
角θが３０’の旋回をかけると炉温より１００℃以上高
くなり、旋回をあまりかけないのが好ましいことがわか
る。

しかし、バーナの燃焼を安定させるために、燃焼用空気
あるいは燃料ガスあるいは両方の通路に旋回羽根を設け
、吐出火炎を旋回させることが行なわれている。しかし
ながら、本発明においては、傾斜角θが２０°を越える
と、バーナチップ１の温度が１３００℃以上となり耐熱
性、寿命において大きな問題を生じる。このため、燃焼
用空気の空気通路、更には、燃料ガスの燃料通路で、各
旋回羽根の傾斜角θは２０°以下、望ましくは、０°、
つまり、軸線と平行にし、直線状に混合気乃至火炎を吐
出させる。

次に、第８図にはバーナチップ１からの混合気又は火炎
の吐出速度とバーナチップ部の温度との関係を示し、第
８図は炉温１２００℃、燃焼負荷２０〜１００％（１０
〜５０万にｃａｌ／旧の条件の結果である。第８図から
混合ガスの吐出速度が２０ｍ／ｓ以下であれば、火炎の
吐出運動量が小さく、高火炎は排ガスの吸引口４から吸
引され、バーナチップ１の温度がかなり上昇する。すな
わち、吐出速度が少なくとも２０ｍ７秒、望ましくは３
０ｍ／秒以上でなければ、バーナチップ部の温度は上昇
し、バーナの寿命や加熱効率は著しく低下する。

次に、第９図にはバーナチップ１からの火炎又は混合気
の吐出速度と排ガスの吸引速度との比′に対するバーナ
チップ１の温度の関係を示し、第９図は炉温１２００℃
、燃焼９荷２０〜１００９６ｆ１０〜５０万にｃａ　ｌ
　／ｈ）の条件での結果である。第９図から明らかな如
く、吐出速度と吸引速度の比が１゜８以下であれば、火
炎は吸引される排ガスの運動量に対抗できず、吸引口４
から吸引され、バーナチップ１の温度がかなり上昇する
。すなわち、速度比が少なくとも１．０、望ましくは１
，８以、ヒでなければ、バーナチップ１の温度は上昇し
、バーナの寿命や加熱効率は著しく低下する。

実施例 次に、実施例について説明する。

まず、第１０図に示す排熱回収式バーナを構成し、この
バーナを用いて容＠５０ｔの大型タンディツシュの予熱
を行なった。なお、第１０図で符号１はバーナチップ、
３はタンディツシュ蓋、４は排ガスの吸引口、５は燃料
ガスの供給口、６ａは燃焼用空気の供給口、７はエゼク
タ、８はシール材、９はバーナ本体、１１は軸線を示す
。

このバーナの容量は６０万にｃａｌ／ｈ、燃料ガス発熱
Ｍは４５００にｃａ１ｍ’（０℃、１気圧）であって、
排ガスの吸引口４とバーナチップ１の先端の面積比は９
：１であった。

また、このバーナの燃焼条件は１５〜６０万にＣａ１ｔ
’ｈ（負荷率２５〜１００％）で、その時の高温火炎の
吐出流速は４０〜１２０ｍ／秒、吐出流速と排ガス吸引
速度との比は３〜５の範囲とし、この条件によって、タ
ンディツシュの加熱実験を繰り返したところ、バーナチ
ップ１の温度は１２００〜１３００℃の炉温に対し％７
５０〜９８０℃であり、排ガス顕熱による予熱空気温度
は、雰囲気１２００℃で５４０〜５６０℃という結果を
得た。タンディツシュ１２内部の加熱状況は非常に良好
で、内面全体にほぼ均一な温度分布が得られ、特に問題
となるタンディツシュ両端に設けられた溶鋼が通過し、
モールドへ落ちるノズルの設置位置のキャスタブル耐火
物の加熱に対しては著しい効果を示した。また、本バー
ナによる燃料ガスの削減率は４０〜４５％に達した。

〈発明の効果〉 以上の通り構成される本発明に係る排熱回収式バーナに
よって燃焼させると、従来例の排熱回収式バーナでは実
用上非常に困難であったタンディツシュの予熱にも問題
なく使用でき、高負荷で加熱効率の非常に悪かった該予
熱装置の゛排熱回収、燃料の大幅な削減を行なうことが
できる。

すなわち、本発明に係るバーナでは、バーナチップがバ
ーナ本体側に引き込ませているため、毎回の脱着におい
て燃焼炉の壁面にバーナが衝突、損傷するという危険性
が全くない。従って、従来の装着本体の改造による移動
精度の向上、タンディツシュではその上面に置かれるバ
ーナ孔のある蓋の製作、修理の精度向上といったことに
よる費用発生の防止、また、毎回の操業での工数増、効
率低下の防止が達成できる。更に、本発明ではバーナチ
ップが燃焼炉のバーナ設備孔部分の内壁面よりもバーナ
本体側に引き込ませているにも拘らず、上記の如き条件
、つまり、吐出火炎の無旋回、火炎吐出速度およびそれ
と排ガス吸引速度との比が適正に定められているため、
従来例のバーナでは達成不可能であったバーナチップか
らの吐出高温火炎の吸引口への短絡の防止が可能となり
、バーナ本体の過熱、溶損といった危険も全く排除する
ことができる。

このため、寿命を低下させることなく、燃焼炉等を十分
高温まで加熱できると共に、排熱回収によって大幅な燃
料の削減ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ならびに第２図は本発明の各実施例に係る排熱回
収式バーナの一部を断面で示す各側面図、第３図ならび
に第４図は従来例に係る排熱回収式バーナの各縦断面図
、第５図は従来例に係る排熱回収式バーナをタンディツ
シュの予熱に適用した例の説明図、第６図（ａ）は本発
明における旋回羽根の傾斜角のとり方を横断面で示す説
明図、第６図（ｂ）は第６図（ａ）のＡ−Ａ視上の縦断
面図、第１図は炉温とバーナチップの温度差と、旋回羽
根の傾斜角θとの関係を示すグラフ、第８図は炉温とバ
ーナチップの温度差と混合気乃至火炎の吐出速度との関
係を示すグラフ、第９図は炉温とバーナチップの温度差
と混合気吐出速度／排ガス吸引速度との関係を示すグラ
フ、第１０図は本発明に係る排熱回収式バーナによって
タンディツシュの予熱を行なった例の説明図である。 符号１・・・・・・バーナチップ　２・・・・・・燃焼
炉内壁面３・・・・・・燃焼炉 ４・・・・・・排ガスの吸引口 ５・・・・・・燃料通路　　　Ｇ・・・・・・空気通路
７・・・・・・エゼクタ　　　８・・・・・・シール材
９・・・・・・バーナ本体 １１・・・・・・バーナ中心軸

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）燃焼ガスを燃料通路を経て供給し、この燃料通路の
   周囲の空気通路を経て燃焼用空気を供給すると共に、燃
   焼用空気をその周囲から燃焼炉等よりの吸引排ガスの顕
   熱によって予熱し、その後、この予熱燃焼用空気と燃料
   ガスとの一部若しくは全部を混合してから、混合気をガ
   スバーナ先端のバーナチップから燃焼炉等の炉内側に吐
   出して高温火炎を発生させて燃焼する際に、 前記燃料ガスを前記燃料通路の軸線に沿つて直線流とし
   て吐出して前記予熱燃焼用空気と混合して、この混合気
   を先端が燃焼炉等の内壁面より炉外側にずらして位置す
   る前記バーナチップから２０ｍ／秒以上の速度で吐出し
   て直線状の火炎を発生させて燃焼する一方、この吐出速
   度以下の速度で前記排ガスを前記空気通路の周囲に吸引
   することを特徴とする排熱回収式バーナの燃焼方法。 ２）燃料ガスを供給する燃料通路の周囲に燃焼用空気を
   供給する空気通路を設け、この空気通路ならびに前記燃
   料通路の各先端開口部を混合室に連結すると共に、この
   混合室の先端にバーナチップを接続し、このバーナチッ
   プの周囲から排ガスを吸引して前記空気通路の燃焼用空
   気を予熱する排熱回収式バーナにおいて、 前記空気通路の一部には、燃焼用空気に旋回運動を与え
   る少なくとも１枚の案内羽根を前記空気通路の軸線と平
   行若しくは２０°以下傾斜させて設けると共に、前記バ
   ーナチップの先端を燃焼炉等の内壁面のレベルより炉外
   側にずらして位置決めして成ることを特徴とする排熱回
   収式バーナ。