KR20220119701A - 래디언트 튜브 버너, 래디언트 튜브, 및 래디언트 튜브 버너의 설계 방법 - Google Patents
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Abstract
간이한 구성에 의해서, NOx의 발생을 저감시킬 수 있는 래디언트 튜브 버너 및 래디언트 튜브를 제공하기 위해, 타원 형상의 개구 단면으로 이루어지는 튜브(1)에 삽입된 가스 분사부(2A)는 2차 연소용 공기 노즐(21)이 중앙부에 배치되고, 2차 연소용 공기 노즐(21)을 둘러싸도록, 복수의 1차 연소용 공기 노즐(22)과 복수의 연료 가스 노즐(23)이 배치된다. 튜브(1)의 개구 단면을, 타원의 단경의 축인 단축(X)을 타원의 중심을 중심(P)으로 해서 ±45도 기울어진 2개의 직선(X1, X2)을 경계로 하여 가상적으로 4개의 영역으로 구획하고, 타원의 단축(X)을 포함하는 영역에 위치하는 1차 연소용 공기 노즐(22)에서 분사되는 1차 연소용 공기의 유량은 타원의 단축(X)을 포함하지 않는 영역에 위치하는 1차 연소용 공기 노즐(22)에서 분사되는 1차 연소용 공기의 유량보다 적다.
Description
본 발명은 래디언트 튜브에 관한 기술이다.
래디언트 튜브는 래디언트 튜브 버너의 가스 분사부에서 튜브내에 연료 가스와 연소용 공기를 공급하여 연소시키고, 발생한 연소 가스에 의해 가열된 튜브에 의한 열로 튜브 외에 존재하는 피가열물을 간접 가열하는 장치이다. 그 때문에, 래디언트 튜브는 연소 공간이 한정되어 있으며 래디언트 튜브 단체에서는 열을 유효하게 다 사용할 수 없어, 열교환기나 축열 버너 등의 각종 배열 회수 장치를 이용하여, 연소용 공기의 예열이라는 형태로 열 회수를 실행하고 있는 경우가 많다.
여기서, 래디언트 튜브는 튜브내에서 발생한 연소 가스가 튜브내를 통과하여 배출되지만, 연소 가스의 온도가 상승하면, 유해한 질소산화물(이하, NOx라고 함)의 생성량이 증가한다는 과제가 있다. 이 때문에, NOx 배출량을 억제하기 위해 배열 회수량이 제한되는 경우가 있다.
종래, 래디언트 튜브에 있어서 NOx의 발생을 저감시키는 기술로서, 예를 들면 특허문헌 1이나 특허문헌 2에 기재된 기술이 있다.
특허문헌 1에는 팬을 이용하여, 배기 가스를 연료 가스 혹은 2차 연소용 공기에 혼입함으로써 연소 속도를 저하시켜, NOx의 발생을 저감시키는 기술이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 2에는 발생한 NOx를 촉매에 의해 정화하는 것이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1에서는 배기 가스를 연료 가스 혹은 2차 연소용 공기에 보내기 위한 팬이 필요하다. 예를 들면, 래디언트 튜브마다 팬을 설치하면, 메인터넌스성에 악영향을 미친다. 또, 특허문헌 1의 구성에서는 팬을 마련하는 분만큼 래디언트 튜브가 대형화된다는 과제도 있다.
또, 특허문헌 2에서는 부생 가스를 사용하고 있는 철강업에서 현저한 촉매의 피독에 의한 열화가 과제로 된다. 또, 특허문헌 2의 구성에서는 촉매를 마련하는 분만큼, 래디언트 튜브가 대형화된다는 과제도 있다.
본 발명은 상기와 같은 점에 주목해서 이루어진 것으로, 메인터넌스성에 악영향을 미치지 않고, 피독 등에 의한 저NOx 효과의 저하도 없으며, 간이한 구성에 의해서, NOx의 발생을 저감할 수 있는 래디언트 튜브 버너 및 래디언트 튜브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 저NOx의 래디언트 튜브 버너를 개발하기 위해, 기존의 래디언트 튜브 형상에 구애받지 않고, 버너 주위의 NOx의 생성을 포함하는 각종 연소 해석을 실행하였다. 그 결과로부터, 본 발명자들은 래디언트 튜브의 개구 단면 형상을 장경과 단경이 다른 타원 형상으로 하고, 그 래디언트 튜브의 중앙에 2차 연소용 공기 노즐을 배치하고, 그 2차 연소용 공기 노즐의 주위에, 둘레 방향을 따라 복수의 연료 가스 노즐과 복수의 1차 연소용 공기 노즐을 배치하여, 공기비 1.0이하에서 1차 연소시킴으로써 버너 주위의 1차 연소 영역에 순환류가 생겨, 버너 앞측에서의 NOx 농도가 내려간다는 지견을 얻었다. 또한, 발명자들은 복수의 1차 연소용 공기 노즐에서 분사되는 1차 연소용 공기의 유량을 튜브 형상의 타원의 장경측과 단경측에서 적절히 분배함으로써, 또한 NOx 농도가 내려가는 것을 찾아내었다. 본 발명은 이러한 지견에 의거하여 이루어진 것이다.
그리고, 과제 해결을 위해, 본 발명의 1양태는 타원 형상의 개구 단면으로 이루어지는 튜브에 삽입되어 설치되는 래디언트 튜브 버너이고, 또한 가스 분사부가, 2차 연소용 공기를 분사하는 2차 연소용 공기 노즐이 중앙부에 배치되고, 상기 2차 연소용 공기 노즐을 둘러싸도록, 1차 연소용 공기를 분사하는 복수의 1차 연소용 공기 노즐과 연료 가스를 분사하는 복수의 연료 가스 노즐이 배치된 래디언트 튜브 버너로서, 상기 튜브의 개구 단면을, 그 개구 단면 형상인 타원의 단축을 상기 타원의 중심을 중심으로 해서 ±45도 기울인 2개의 직선을 경계로 하여, 가상적으로 4개의 영역으로 구획하고, 가상적으로 구획된 상기 4개의 영역 중의 상기 타원의 단축을 포함하는 영역에 위치하는 상기 1차 연소용 공기 노즐에서 분사되는 1차 연소용 공기의 유량은 상기 4개의 영역 중의 상기 타원의 단축을 포함하지 않는 영역에 위치하는 상기 1차 연소용 공기 노즐에서 분사되는 1차 연소용 공기의 유량보다 적은 것을 요지로 한다.
본 발명의 양태에 따르면, 간이한 구성에 의해서, NOx의 발생을 저감할 수 있는 래디언트 튜브 버너 및 래디언트 튜브를 제공하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명에 의거하는 실시형태에 관한 래디언트 튜브 버너를 구비한 래디언트 튜브의 구성을 설명하기 위한 개요도이다.
도 2는 도 1의 A-A'단면으로 나타나는 튜브의 개구 단면 형상을 설명하는 도면이다.
도 3은 래디언트 튜브 버너의 가스 분사부와 튜브의 관계를 나타내는 모식적 사시도이다.
도 4는 가스 분사부의 각 노즐을 나타내는 개념도이다.
도 5는 4개의 영역과 각 노즐의 배치 관계를 나타내는 정면도이다.
도 6은 유량비와 NOx비의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 유량비와 단축측의 연소 가스 온도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A'단면으로 나타나는 튜브의 개구 단면 형상을 설명하는 도면이다.
도 3은 래디언트 튜브 버너의 가스 분사부와 튜브의 관계를 나타내는 모식적 사시도이다.
도 4는 가스 분사부의 각 노즐을 나타내는 개념도이다.
도 5는 4개의 영역과 각 노즐의 배치 관계를 나타내는 정면도이다.
도 6은 유량비와 NOx비의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 유량비와 단축측의 연소 가스 온도의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
여기서, 도면은 모식적인 것이며, 각 부품의 크기나 길이의 비율 등은 현실의 것과는 다르다. 또, 이하에 나타내는 실시형태는 본 발명의 기술적 사상을 구체화하기 위한 구성을 예시하는 것으로서, 본 발명의 기술적 사상은 구성부품의 재질, 형상 및 구조 등을 하기의 것으로 특정하는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상은 특허청구의 범위에 기재된 청구항이 규정하는 기술적 범위내에 있어서, 각종 변경을 가할 수 있다.
여기서, 본 명세서에 있어서 타원에는 진원이 포함되지 않으며, 타원의 단경이란 가장 짧은 직경을 가리키고, 장경이란 단경에 직교하는 방향의 직경을 가리키는 것으로 한다. 또, 단축이란 단경 방향으로 연장하는 축이며, 장축이란 장경 방향으로 연장하는 축이다.
(구성)
본 실시형태의 래디언트 튜브(100)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 연소 가스가 흐르는 튜브(1)와, 튜브(1)내에서 연소 가스를 발생하는 래디언트 튜브 버너(2)를 구비한다. 래디언트 튜브(100)는 전열 촉진체(4)나, 열교환기나 축열 버너 등의 각종 배열 회수 장치(5), 그 밖의 공지의 부품을 구비하고 있어도 좋고, 구비하고 있지 않아도 상관없다.
(튜브(1))
본 실시형태의 튜브(1)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 측면에서 보아 대략 W형상의 산길 형상으로 되어 있으며, 상하에 배열되는 4개의 직관부(1A∼1D)를 갖고, 서로 인접하는 직관부(1A∼1D)의 단부끼리가 원호 형상으로 연장되는 곡관부(1E∼1G)에 의해서 연결되어 구성된다. '6'은 서로 인접하는 직관부 사이가 좁아지는 것을 방지하는 세퍼레이터 부재이다. '7'은 돌출부(3A)에 지지되어, 튜브의 아래쪽으로의 변위를 억제하는 서포트 부재이다.
또, 최상류 위치의 직관부(1A)의 입구측과 최하류 위치의 직관부(1D)의 출구측이 노벽(3)에 고정됨으로써, 튜브(1)는 노벽(3)에 지지되어 있다.
튜브(1) 중, 적어도 최상류 위치의 직관부(1A)의 개구 단면은 도 2에 나타내는 바와 같이, 단경 La와 장경 Lb가 다른 타원 형상으로 되어 있다. 즉, 래디언트 튜브 버너(2)의 가스 분사부(2A)가 배치되는 최상류 위치의 직관부(1A)는 개구 단면이 단경 La와 장경 Lb가 다른 타원 형상으로 되어 있다. 본 실시형태에서는 튜브(1)의 전체 길이에 걸쳐, 장축 Y를 상하를 향하게 한 타원 형상의 경우로 한다.
즉, 튜브(1)는 상기 타원의 단경과 직교하는 장경의 축인 장축 Y가 상하 방향을 향하도록 설정되어 있다. 타원의 장축 Y가 상하 방향을 향해 튜브(1)를 배치함으로써, 튜브(1)의 개구 단면 형상이 진원 형상인 경우에 비해 튜브(1)의 강성이 향상되고, 자중이나 열 부하에 의해서, 튜브(1)를 구성하는 직관부(1A∼1D)의 아래쪽으로의 변위를 억제할 수 있도록 되어 있다.
튜브 단면을 규정하는 타원은 단경 La와 장경 Lb의 길이가 다르면, 진원 형상에 비해 강성이 향상되기 때문에, 특별히 한정은 없다. 타원은 예를 들면 (장경 Lb/단경 La)를 1.1이상 1.4이하로 한다.
여기서, 본 실시형태에서는 튜브(1)의 전방 및 후방을 피가열체(도시하지 않음)가 상하로 이동함으로써, 래디언트 튜브(100)로부터의 복사열로 해당 피가열체가 가열되는 구성으로 되어 있다. 도 2 중, '50'은 피가열체의 이동 방향의 예를 나타낸다.
(래디언트 튜브 버너(2))
래디언트 튜브 버너(2)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 가스 분사부(2A)가 최상류 위치의 직관부(1A)내에 있어서, 직관부(1A)의 상류측 단부로부터 직관부(1A)와 동축이 되도록 하여 삽입되어 있다. 가스 분사부(2A)는 연소용 공기 및 연료 가스를 분사하는 노즐이 형성된 헤더부이다.
본 실시형태의 가스 분사부(2A)는 도 3에 나타내는 바와 같이, 몸체의 외형이 원주 형상으로 되어 있고, 원주 형상의 중심 P축과, 튜브(1)의 중심 P축이 동축으로 되도록 배치되어 있다.
가스 분사부(2A)의 선단부에는 2차 연소용 공기 노즐(21), 복수의 1차 연소용 공기 노즐(22), 및 복수의 연료 가스 노즐(23)이 마련되어 있다. 이하, 가스 분사부(2A)의 선단부의 면을 가스 분사면이라고도 한다. 각 노즐의 가스의 분사축은 도 4에 나타내는 바와 같이, 가스 분사부(2A)의 중심 P축과 평행하게 설정되고, 튜브(1)의 연장 방향과 동일 방향을 향해 가스를 분사 가능하게 되어 있다.
여기서, 2차 연소용 공기 노즐(21)은 2차 연소용 공기를 분사하는 노즐이다. 1차 연소용 공기 노즐(22)은 1차 연소용 공기를 분사하는 노즐이다. 연료 가스 노즐(23)은 연료 가스를 분사하는 노즐이다.
2차 연소용 공기 노즐(21)은 도 3∼도 5에 나타내는 바와 같이, 원형의 가스 분사면의 중앙부에 배치되고, 가스 분사면에서 전방(가스 분사 방향)으로 연장된 통부로 구성되어 있다. 본 실시형태의 2차 연소용 공기 노즐(21)은 가스 분사부(2A)와 동축으로 되도록 설정되어 있다.
또, 가스 분사면에는 2차 연소용 공기 노즐(21)의 외경 방향 바깥쪽 위치에서, 해당 2차 연소용 공기 노즐(21)의 외주를 둘러싸도록 해서, 복수의 1차 연소용 공기 노즐(22)과 복수의 연료 가스 노즐(23)이 배치되어 있다. 그리고, 가스 분사면에, 복수의 1차 연소용 공기 노즐(22)과 복수의 연료 가스 노즐(23)의 선단부 개구를 형성하는 구멍이 개구되어 있다.
본 실시형태에서는 복수의 1차 연소용 공기 노즐(22)이 가스 분사면의 중앙부(타원의 중심 P)를 중심으로 해서 점 대칭으로 되도록, 좌우에 2개, 상하에 2개의 합계 4개 마련된 경우를 예시하고 있다. 또, 둘레 방향을 따라, 서로 인접하는 1차 연소용 공기 노즐(22) 사이에 각각 연료 가스 노즐(23)이 배치되어 있다.
또한, '24'는 백 플레이트로서, 해당 백 플레이트(24)의 형상은 튜브(1)의 타원 형상과 상사의 타원 형상으로 되어 있다.
(1차 연소용 공기에 대해)
공기비 1.0이하에서 1차 연소하도록, 모든 1차 연소용 공기 노즐(22)에서 분사되는 1차 연소용 공기의 공기 총량 mx의 유량을 설정한다.
또, 본 실시형태에서는 도 5에 나타내는 바와 같이, 최상류 위치의 직관부의 개구 단면 형상인 타원의 단경의 축인 단축 X를 타원의 중심 P를 중심으로 해서 ±45도 각각 둘레 방향으로 기울인 2개의 직선 X1, X2를 경계로 해서, 최상류 위치의 직관부의 개구 단면을 가상적으로 4개의 영역 ARA-1∼ARA-4로 구획한다.
그리고, 타원의 단축 X를 포함하는 영역 ARA-1, ARA-2에 위치하는 1차 연소용 공기 노즐(22A, 22B)에서 분사되는 1차 연소용 공기의 유량 mt를 타원의 단축 X를 포함하지 않는 영역(이하, 장축 Y를 포함하는 영역이라고도 함) ARA-3, ARA-4에 위치하는 1차 연소용 공기 노즐(22C, 22D)에서 분사되는 1차 연소용 공기의 유량보다 적어지도록 설정한다. 즉, 모든 1차 연소용 공기 노즐(22)에서 분사되는 1차 연소용 공기의 공기 총량 mx에 대한, 타원의 단축 X를 포함하는 영역 ARA-1, ARA-2에 위치하는 1차 연소용 공기 노즐(22A, 22B)에서 분사되는 1차 연소용 공기의 유량 mt의 비인 유량비(mt/mx)를 0.5미만으로 설정한다. 바람직하게는 유량비(mt/mx)를 0.45이하로 설정한다.
또, 본 실시형태에서는 유량비(mt/mx)를 La2/(La2+Lb2)이상으로 한다. 바람직하게는 유량비(mt/mx)를 La/(La+Lb)이상으로 한다.
즉, 본 실시형태에서는 하기 (1)식을 만족시키도록, 1차 연소용 공기의 유량 배분에 대해 설계한다.
La2/(La2+Lb2)≤(mt/mx)＜0.5…(1)
여기서, 본 실시형태에서는 단축 X측의 1차 연소용 공기 노즐(22A, 22B)로부터의 1차 연소용 공기의 유량 mt를 장축 Y측의 1차 연소용 공기 노즐(22C, 22D)로부터의 1차 연소용 공기의 유량보다 작게 하는 구성으로 하여, 타원의 단축 X를 포함하는 영역 ARA-1, ARA-2에 위치하는 1차 연소용 공기 노즐(22)의 전체 개구 단면적을, 타원의 장축 Y를 포함하는 영역 ARA-3, ARA-4에 위치하는 다음의 연소용 공기 노즐의 전체 개구 단면적보다 작게 설정하고, 그 2개의 전체 개구 면적의 비가 (1)식을 만족시키는 유량비로 되도록 조절한다.
또한, 단축 X측의 1차 연소용 공기 노즐(22A, 22B)로부터의 1차 연소용 공기의 유량 mt를, 장축 Y측의 1차 연소용 공기 노즐(22C, 22D)로부터의 1차 연소용 공기의 유량보다 작게 하는 구성으로 하여, 단축 X측과 장축 Y측에서 각 연소용 공기의 공급로를 독립적으로 마련하여 개개에 연소용 공기를 공급하거나, 유로 도중에 유량 조절 밸브를 마련하여 배합비를 조정하는 방법도 있다. 그러나, 상기 2개의 노즐의 개구 면적의 비를 조정하는 쪽이 간이한 구성으로 된다.
또, 타원의 중심 P에 대해 점 대칭의 영역 ARA-1∼ARA-4(상하의 영역, 좌우의 영역)로부터의 1차 연소용 공기의 유량은 각각 동일량인 것이 바람직하다. 즉, 위쪽의 영역 ARA-4에서 공급되는 1차 연소용 공기의 유량과 아래쪽의 영역 ARA-3에서 공급되는 1차 연소용 공기의 유량을 동일량으로 한다. 또, 좌측의 영역 ARA-1에서 공급되는 1차 연소용 공기의 유량과 우측의 영역 ARA-2에서 공급되는 1차 연소용 공기의 유량을 동일량으로 한다.
(노즐의 배치에 대해)
여기서, 도 5에서는 각 4개의 영역 ARA-1∼ARA-4에 각각, 1개의 1차 연소용 공기 노즐(22)이 배치되는 경우를 예시하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 각 영역 ARA-1∼ARA-4에 각각 2개 이상의 1차 연소용 공기 노즐(22)을 배치해도 좋다.
또, 도 5에서는 타원형의 장축 Y상 또는 단축 X상에 각 1차 연소용 공기 노즐(22)을 배치하는 경우가 예시되어 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 각 1차 연소용 공기 노즐(22)이 장축 Y상 또는 단축 X상에 중첩되도록 배치되어 있지 않아도 좋다.
또, 도 5에서는 각 1차 연소용 공기 노즐(22)을 구성하는 구멍의 개구 형상으로서, 타원의 중심 P에서 외경 방향으로 멀어질수록 둘레 방향의 거리가 커지는 부채꼴 형상의 형상을 예시하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 1차 연소용 공기 노즐(22)을 구성하는 구멍의 개구 형상은 특히 한정은 없으며, 부채꼴 형상 이외의 형상이어도 좋다.
또, 타원의 중심 P에서 각 1차 연소용 공기 노즐(22)까지의 거리는 단축 X측의 1차 연소용 공기 노즐(22A, 22B)과 장축 Y측의 1차 연소용 공기 노즐(22C, 22D)에서 다른 거리에 설정해도 좋다.
(동작 기타)
본 실시형태의 래디언트 튜브(100)에서는 래디언트 튜브 버너(2)로부터, 튜브(1)를 구성하는 최상류 위치의 직관부(1A)의 축과 평행한 방향에, 각 노즐로부터 연소용 공기나 연료 가스가 분사(토출)되어 공급된다.
본 실시형태는 연료 가스 노즐(23)에서 분사된 연료 가스는 1차 연소용 공기 노즐(22)에서 분사된 1차 연소용 공기와 혼합되어 불완전 연소하고, 계속해서 불완전 연소한 연소 가스를 2차 연소용 공기 노즐(21)에서 토출되는 2차 연소용 공기에 의해서 완전 연소시킴으로써, NOx를 저하시키는 2단 연소 방식으로 되어 있다. 또한, 발생한 연소 가스는 튜브(1)를 따라 흐른다.
또, 본 실시형태에서는 공급하는 1차 연소용 공기의 총량을, 상대적으로 단경의 축인 단축 X측의 1차 연소용 공기 노즐(22A, 22B)로부터의 1차 연소용 공기의 유량 mt를, 단경에 직교하는 장경의 축인 장축 Y측의 1차 연소용 공기 노즐(22C, 22D)로부터의 1차 연소용 공기의 유량보다 적게 함으로써, 또한 연소에 의한 NOx의 발생을 억제한다.
여기서, 튜브(1)의 개구 단면 형상을 타원(단경 La:188㎜, 장경 Lb:236㎜)으로 하여, 유량비(mt/mx)와 NOx의 관계에 대해, 유한 체적법을 이용한 NOx 생성 예측 시뮬레이션에 의해서 해석하였다. 그 결과를 도 6에 나타낸다.
도 6은 횡축에 유량비(mx/mt)를, 종축에 mx/mt=0.5의 경우에 생성된 NOx량을 1로 해서 정규화한 경우의 NOx비(NOx 생성량)를 나타내고 있다.
도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상대적으로, 장축 Y측의 1차 연소용 공기 노즐(22C, 22D)로부터의 1차 연소용 공기의 유량에 대해, 단축 X측의 1차 연소용 공기 노즐(22A, 22B)로부터의 1차 연소용 공기의 유량 mt를 적게 할수록, NOx가 감소하는 것을 알 수 있었다.
그 이유는 서로 인접하는 영역 ARA-1∼ARA-4로부터의 1차 연소용 공기의 토출량이 다른 것에 의해, 각각의 영역 ARA-1∼ARA-4마다 취입되는 공기비가 조정되고 적절한 N2 농도 분포로 됨으로써, NOx의 생성을 억제하는 것으로 이어진다고 추정된다.
한편, 래디언트 튜브(100)의 튜브 형상을 타원 형상으로 한 경우, 피가열물과의 복사 면적을 고려하여, 면적이 상대적으로 넓어지는 단경 La측의 면을 피가열물에 대향시키는 것이 바람직하다. 본 실시형태와 같이, 단경 La측에 분사되는 공기량을 감소시키는 것은 단경 La측의 영역 ARA-1, ARA-2에 있어서의 불연의 증가에 의해, 래디언트 튜브(100)의 단경 La측에서의 표면 온도가 저하하고, 전열 효율이 저하해 버릴 우려가 있다.
그래서, 유량비와 단축 X상에서의 평균 연소 가스 온도의 관계에 대해 구한 결과, 도 7에 나타내는 결과를 얻었다.
도 7은 1차 연소용 공기 노즐(22) 및 연료 가스 노즐(23)에서 즉 분출면에서 분사 방향으로 2000㎜ 떨어진 지점에서의 흐름 방향에 수직인 단면의 타원에 있어서의 단축 X상의 평균 온도를 구한 것이다.
도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 유량비(mx/mt)를 0.5보다 작게 할수록 단축 X측에서의 평균 가스 온도가 저하하고 있다.
이러한 결과로부터, 저NOx 효과를 발현하면서 전열 효율의 저하를 방지하기 위해서는 유량비(mx/mt)를 La2/(La2+Lb2)이상으로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 유량비(mx/mt)는 La/(La+Lb)이상이다.
이상과 같이, 본 실시형태에 있어서는 메인터넌스성에 악영향을 미치지 않고, 피독 등에 의한 저NOx 효과의 저하도 없으며, 간이한 구성에 의해서, NOx의 발생을 저감할 수 있는 래디언트 튜브 버너(2) 및 래디언트 튜브(100)를 제공하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 본원이 우선권을 주장하는 일본국 특허출원 2020-020549(2020년 02월 10일 출원)의 전체 내용은 참조에 의해 본 개시의 일부를 이룬다. 여기서는 한정된 수의 실시형태를 참조하면서 설명했지만, 권리 범위는 그들에 한정되는 것은 아니며, 상기의 개시에 의거하는 각 실시형태의 개변은 당업자에게 있어서 자명한 것이다.
1; 튜브
1A; 최상류 위치의 직관부
2; 래디언트 튜브 버너 2A; 가스 분사부
3; 노벽 21; 2차 연소용 공기 노즐
22; 1차 연소용 공기 노즐
22A, 22B; 단축측의 1차 연소용 공기 노즐
22C, 22D; 장축측의 1차 연소용 공기 노즐
23; 연료 가스 노즐
ARA-1∼ARA-4; 영역
La; 단경
Lb; 장경
X; 단축
Y; 장축
2; 래디언트 튜브 버너 2A; 가스 분사부
3; 노벽 21; 2차 연소용 공기 노즐
22; 1차 연소용 공기 노즐
22A, 22B; 단축측의 1차 연소용 공기 노즐
22C, 22D; 장축측의 1차 연소용 공기 노즐
23; 연료 가스 노즐
ARA-1∼ARA-4; 영역
La; 단경
Lb; 장경
X; 단축
Y; 장축
Claims (5)
- 타원 형상의 개구 단면으로 이루어지는 튜브에 삽입되어 설치되는 래디언트 튜브 버너이고, 또한 가스 분사부가, 2차 연소용 공기를 분사하는 2차 연소용 공기 노즐이 중앙부에 배치되고, 상기 2차 연소용 공기 노즐을 둘러싸도록, 1차 연소용 공기를 분사하는 복수의 1차 연소용 공기 노즐과 연료 가스를 분사하는 복수의 연료 가스 노즐이 배치된 래디언트 튜브 버너로서,
상기 튜브의 개구 단면을, 그 개구 단면 형상인 타원의 단축을 상기 타원의 중심을 중심으로 해서 ±45도 기울인 2개의 직선을 경계로 하여, 가상적으로 4개의 영역으로 구획하고,
가상적으로 구획된 상기 4개의 영역 중의 상기 타원의 단축을 포함하는 영역에 위치하는 상기 1차 연소용 공기 노즐에서 분사되는 1차 연소용 공기의 유량은 상기 4개의 영역 중의 상기 타원의 단축을 포함하지 않는 영역에 위치하는 상기 1차 연소용 공기 노즐에서 분사되는 1차 연소용 공기의 유량보다 적은 것을 특징으로 하는 래디언트 튜브 버너. - 제 1 항에 있어서,
상기 타원의 단경을 La, 해당 단경과 직교하는 장경을 Lb로 하는 경우,
모든 1차 연소용 공기 노즐에서 분사되는 1차 연소용 공기의 공기 총량 mx에 대한, 상기 단축을 포함하는 영역에 위치하는 상기 1차 연소용 공기 노즐에서 분사되는 1차 연소용 공기의 유량 mt의 비인 유량비(mt/mx)를 La2/(La2+Lb2)이상으로 하는 것을 특징으로 하는 래디언트 튜브 버너. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
1차 연소용 공기 노즐에서 분사되는 1차 연소용 공기의 유량의 조정은 상기 단축을 포함하는 영역에 위치하는 상기 1차 연소용 공기 노즐의 전체 개구 단면적을, 상기 타원의 단축을 포함하지 않는 영역에 위치하는 상기 1차 연소용 공기 노즐의 전체 개구 단면적보다 작게 함으로써 구성되는 것을 특징으로 하는 래디언트 튜브 버너. - 튜브의 개구 단면을 타원 형상으로 하는 동시에, 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 기재된 래디언트 튜브 버너를 갖는 것을 특징으로 하는 래디언트 튜브.
- 타원 형상의 개구 단면으로 이루어지는 튜브에 삽입되어 설치되는 래디언트 튜브 버너로서, 가스 분사부가, 2차 연소용 공기를 분사하는 2차 연소용 공기 노즐이 중앙부에 배치되고, 상기 2차 연소용 공기 노즐을 둘러싸도록, 1차 연소용 공기를 분사하는 복수의 1차 연소용 공기 노즐과 연료 가스를 분사하는 복수의 연료 가스 노즐이 배치된 래디언트 튜브 버너의 설계 방법으로서,
상기 튜브의 개구 단면을, 그 개구 단면 형상인 타원의 단축을 상기 타원의 중심을 중심으로 해서 ±45도 기울인 2개의 직선을 경계로 하여, 가상적으로 4개의 영역으로 구획하고,
상기 타원의 단경을 La, 해당 단경에 직교하는 장경을 Lb로 하는 경우,
모든 1차 연소용 공기 노즐에서 분사되는 1차 연소용 공기의 공기 총량 mx에 대한, 상기 단축을 포함하는 영역에 위치하는 상기 1차 연소용 공기 노즐에서 분사되는 1차 연소용 공기의 유량 mt의 비인 유량비(mt/mx)가 하기 (1)식을 만족시키도록, 각 1차 연소용 공기 노즐로부터의 1차 공기의 취출량을 설정하는 것을 특징으로 하는 래디언트 튜브 버너의 설계 방법:
La2/(La2+Lb2)≤(mt/mx)＜0.5…(1).
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