JP2000274663A - 無酸化燃焼用リジェネバーナ - Google Patents
無酸化燃焼用リジェネバーナInfo
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
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Abstract
(57)【要約】
【課題】低空気比で安定した高温燃焼が可能であり、か
つサーマルNOxの発生も少ない燃料ガス用バーナを提
供する。 【解説手段】 高温燃焼ガスで加熱される蓄熱材1を内
蔵する蓄熱空気予熱器2と、蓄熱空気予熱器と連通する
旋回火炎炉4とを備え、蓄熱空気予熱器を通過した高温
空気中に旋回火炎炉内で燃料ガスを接線方向に噴射して
低空気比かつ高温で燃焼させる。
つサーマルNOxの発生も少ない燃料ガス用バーナを提
供する。 【解説手段】 高温燃焼ガスで加熱される蓄熱材1を内
蔵する蓄熱空気予熱器2と、蓄熱空気予熱器と連通する
旋回火炎炉4とを備え、蓄熱空気予熱器を通過した高温
空気中に旋回火炎炉内で燃料ガスを接線方向に噴射して
低空気比かつ高温で燃焼させる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低空気比かつ低N
Oxで安定に高温燃焼可能な無酸化燃焼用リジェネバー
ナに関する。
Oxで安定に高温燃焼可能な無酸化燃焼用リジェネバー
ナに関する。
【0002】
【従来の技術】鋼材等を加熱する加熱炉では、低NOx
化および省エネルギー化と共に、鋼材の高品質化が重要
となる。鋼材を加熱する方法は、間接加熱と直接加熱に
大別できるが、伝熱効率上、燃料ガスの燃焼による直接
加熱(直火加熱)がはるかに優れている。しかし、直火
加熱では、鋼材が燃焼ガスで直接加熱されるため、燃焼
雰囲気が鋼材の表面性状に大きく影響する。そこで、鋼
材表面を光輝状態に保ち得る還元雰囲気での加熱が望ま
れている。
化および省エネルギー化と共に、鋼材の高品質化が重要
となる。鋼材を加熱する方法は、間接加熱と直接加熱に
大別できるが、伝熱効率上、燃料ガスの燃焼による直接
加熱(直火加熱)がはるかに優れている。しかし、直火
加熱では、鋼材が燃焼ガスで直接加熱されるため、燃焼
雰囲気が鋼材の表面性状に大きく影響する。そこで、鋼
材表面を光輝状態に保ち得る還元雰囲気での加熱が望ま
れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】直火燃焼で還元雰囲気
を実現するためには、空気と燃料の比率(以下、空気
比)が1より小さい状態、すなわち完全燃焼に必要な空
気量よりも少ない空気量での安定燃焼を実現する必要が
ある。
を実現するためには、空気と燃料の比率(以下、空気
比)が1より小さい状態、すなわち完全燃焼に必要な空
気量よりも少ない空気量での安定燃焼を実現する必要が
ある。
【0004】従来の直火加熱炉では、予混合燃焼方式や
2段燃焼方式が主に採用されている。予混合燃焼方式
は、燃料と空気を予め混合して燃焼させる方式であり、
安定した燃焼と高い燃焼温度を保つためには、空気比を
例えば1.1程度に高める必要がある。この場合、空気
が過剰でかつ燃焼温度が高いために、空気中の窒素が酸
化して大量のNOx(以下、サーマルNOx)が発生す
る問題点がある。
2段燃焼方式が主に採用されている。予混合燃焼方式
は、燃料と空気を予め混合して燃焼させる方式であり、
安定した燃焼と高い燃焼温度を保つためには、空気比を
例えば1.1程度に高める必要がある。この場合、空気
が過剰でかつ燃焼温度が高いために、空気中の窒素が酸
化して大量のNOx(以下、サーマルNOx)が発生す
る問題点がある。
【0005】一方、2段燃焼方式は、例えば間接加熱に
より約650℃前後に加熱された高温空気へ燃料の一部
を一次燃料として供給して一次燃焼させ、次いで残りの
燃料を、炉内へ二次燃料として導入して二次燃焼させる
ものである。この方式では、一次燃焼での火炎温度が低
いため、サーマルNOxの発生を抑えることができる
が、低空気比(すなわち還元雰囲気中もしくは低酸素雰
囲気中)で燃焼させた場合、燃焼温度が低くなってしま
うという問題点が生じる。
より約650℃前後に加熱された高温空気へ燃料の一部
を一次燃料として供給して一次燃焼させ、次いで残りの
燃料を、炉内へ二次燃料として導入して二次燃焼させる
ものである。この方式では、一次燃焼での火炎温度が低
いため、サーマルNOxの発生を抑えることができる
が、低空気比(すなわち還元雰囲気中もしくは低酸素雰
囲気中)で燃焼させた場合、燃焼温度が低くなってしま
うという問題点が生じる。
【0006】本発明は、上述した問題点を解決するため
に創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、
低空気比で安定した高温燃焼が可能であり、かつサーマ
ルNOxの発生も少ない燃料ガス用バーナを提供するこ
とある。
に創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、
低空気比で安定した高温燃焼が可能であり、かつサーマ
ルNOxの発生も少ない燃料ガス用バーナを提供するこ
とある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の発明者等は、約
800℃〜1200℃まで予熱した高温空気を用いるこ
とにより、0.4〜0.6前後の低空気比で安定した燃
焼が可能であることを実験的に確認した。また、同様の
実験により、空気比を0.4〜0.6まで下げることに
より、高温燃焼にもかかわらず約100ppm以下の低
いNOx濃度(11%)に抑えることができることがわ
かった。本発明はかかる新規の知見に基づくものであ
る。
800℃〜1200℃まで予熱した高温空気を用いるこ
とにより、0.4〜0.6前後の低空気比で安定した燃
焼が可能であることを実験的に確認した。また、同様の
実験により、空気比を0.4〜0.6まで下げることに
より、高温燃焼にもかかわらず約100ppm以下の低
いNOx濃度(11%)に抑えることができることがわ
かった。本発明はかかる新規の知見に基づくものであ
る。
【0008】すなわち、本発明によれば、燃焼ガスで加
熱される蓄熱材(1)を内蔵する蓄熱空気予熱器(2)
と、該蓄熱空気予熱器と連通する旋回火炎炉(4)とを
備え、蓄熱空気予熱器を通過した高温空気中に旋回火炎
炉内で燃料ガスを接線方向に噴射して低空気比かつ高温
で燃焼させる、ことを特徴とする無酸化燃焼用リジェネ
バーナが提供される。
熱される蓄熱材(1)を内蔵する蓄熱空気予熱器(2)
と、該蓄熱空気予熱器と連通する旋回火炎炉(4)とを
備え、蓄熱空気予熱器を通過した高温空気中に旋回火炎
炉内で燃料ガスを接線方向に噴射して低空気比かつ高温
で燃焼させる、ことを特徴とする無酸化燃焼用リジェネ
バーナが提供される。
【0009】この構成によれば、蓄熱空気予熱器(2)
に内蔵された蓄熱材(1)を燃焼ガス(例えは炉内ガ
ス)で予め加熱しておくことにより、蓄熱空気予熱器を
通過した空気を約800℃〜1200℃の高温まで効率
よく予熱することができる。更にこの高温空気中に旋回
火炎炉(4)内で燃料ガスを接線方向に噴射して燃焼さ
せることにより、旋回火炎が形成される。これにより、
燃料と高温空気の混合が促進されかつ火炎の保炎が効率
的に行われるので、低空気比でも安定燃焼が可能とな
り、高温かつ還元状態(無酸化状態)で燃焼することが
できる。なお、発生した高温還元ガスは炉内の鋼材等を
加熱するとともに、燃焼状態にない別の蓄熱空気予熱器
(2)内の蓄熱材(1)を予熱するのに用いられる。
に内蔵された蓄熱材(1)を燃焼ガス(例えは炉内ガ
ス)で予め加熱しておくことにより、蓄熱空気予熱器を
通過した空気を約800℃〜1200℃の高温まで効率
よく予熱することができる。更にこの高温空気中に旋回
火炎炉(4)内で燃料ガスを接線方向に噴射して燃焼さ
せることにより、旋回火炎が形成される。これにより、
燃料と高温空気の混合が促進されかつ火炎の保炎が効率
的に行われるので、低空気比でも安定燃焼が可能とな
り、高温かつ還元状態(無酸化状態)で燃焼することが
できる。なお、発生した高温還元ガスは炉内の鋼材等を
加熱するとともに、燃焼状態にない別の蓄熱空気予熱器
(2)内の蓄熱材(1)を予熱するのに用いられる。
【0010】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
蓄熱空気予熱器と旋回火炎炉を連通する流路(4a)
は、蓄熱空気予熱器を通過した高温空気を旋回火炎炉内
に接線方向に供給するように構成されている。この構成
により、燃料ガスを接線方向に噴射する前に予め旋回火
炎炉内に高温空気の旋回流を形成することができる。
蓄熱空気予熱器と旋回火炎炉を連通する流路(4a)
は、蓄熱空気予熱器を通過した高温空気を旋回火炎炉内
に接線方向に供給するように構成されている。この構成
により、燃料ガスを接線方向に噴射する前に予め旋回火
炎炉内に高温空気の旋回流を形成することができる。
【0011】また、前記旋回火炎炉には、複数の燃料噴
射バーナ(6)が取付られ、該各バーナは、燃料ガスを
旋回火炎炉内に接線方向に供給するように構成されてい
る。この構成により、燃料ガスを旋回火炎炉(4)の接
線方向に容易に噴射することができる。
射バーナ(6)が取付られ、該各バーナは、燃料ガスを
旋回火炎炉内に接線方向に供給するように構成されてい
る。この構成により、燃料ガスを旋回火炎炉(4)の接
線方向に容易に噴射することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通
する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。
態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通
する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。
【0013】図1は、本発明による無酸化燃焼用リジェ
ネバーナの全体断面図であり、図2は図1のA−A線に
おける断面図である。図1および図2に示すように、本
発明の無酸化燃焼用リジェネバーナ10は、蓄熱空気予
熱器2と旋回火炎炉4からなる。
ネバーナの全体断面図であり、図2は図1のA−A線に
おける断面図である。図1および図2に示すように、本
発明の無酸化燃焼用リジェネバーナ10は、蓄熱空気予
熱器2と旋回火炎炉4からなる。
【0014】蓄熱空気予熱器2は、この例では、上下方
向に貫通した中空チャンバを有し、この中空チャンバに
蓄熱材1が充填されている。蓄熱材1は例えばセラミッ
クスのボール又はハニカム材であり、高温燃焼ガスが容
易に通過でき、高温燃焼ガスとの直接接触で高温(例え
ば1200℃)に加熱されて内部に熱を保有するように
なっている。また、蓄熱空気予熱器2の下部には耐熱性
のスクリーン2aが設けられ、蓄熱材1の落下を防止し
ている。更に、スクリーン2aの下部はガス流入チャン
バ8が取付られ、このチャンバ内にガス流入口8aから
燃焼用空気又は高温燃焼ガスがバッチ的に供給されるよ
うになっている。この高温燃焼ガスは、無酸化燃焼用リ
ジェネバーナ10が取付られた加熱炉11等からバーナ
が燃焼していないときに導入される。
向に貫通した中空チャンバを有し、この中空チャンバに
蓄熱材1が充填されている。蓄熱材1は例えばセラミッ
クスのボール又はハニカム材であり、高温燃焼ガスが容
易に通過でき、高温燃焼ガスとの直接接触で高温(例え
ば1200℃)に加熱されて内部に熱を保有するように
なっている。また、蓄熱空気予熱器2の下部には耐熱性
のスクリーン2aが設けられ、蓄熱材1の落下を防止し
ている。更に、スクリーン2aの下部はガス流入チャン
バ8が取付られ、このチャンバ内にガス流入口8aから
燃焼用空気又は高温燃焼ガスがバッチ的に供給されるよ
うになっている。この高温燃焼ガスは、無酸化燃焼用リ
ジェネバーナ10が取付られた加熱炉11等からバーナ
が燃焼していないときに導入される。
【0015】旋回火炎炉4は、この例では円筒形の中空
燃焼室5を有し、この中空燃焼室5の左端部下部が蓄熱
空気予熱器2の上部と連通し、右端部が加熱炉11に連
通している。蓄熱空気予熱器2と旋回火炎炉4を連通す
る流路4aは、旋回火炎炉4側が狭まったほぼ三角柱形
状に形成されている。この構成により、蓄熱空気予熱器
2を通過した高温空気を旋回火炎炉4内に接線方向にか
つ高速で噴射し、円筒形の中空燃焼室5内に高温空気の
旋回流を形成することができる。
燃焼室5を有し、この中空燃焼室5の左端部下部が蓄熱
空気予熱器2の上部と連通し、右端部が加熱炉11に連
通している。蓄熱空気予熱器2と旋回火炎炉4を連通す
る流路4aは、旋回火炎炉4側が狭まったほぼ三角柱形
状に形成されている。この構成により、蓄熱空気予熱器
2を通過した高温空気を旋回火炎炉4内に接線方向にか
つ高速で噴射し、円筒形の中空燃焼室5内に高温空気の
旋回流を形成することができる。
【0016】また、旋回火炎炉4のこの図で中間部分に
は、複数(この例で6本)の燃料噴射バーナ6が燃料ガ
スを旋回火炎炉内に接線方向に供給するように取付られ
ている。また、この例では、その中間部分上部にパイロ
ットバーナ7が取付られている。この構成により、燃料
ガスを旋回火炎炉4の接線方向に噴射して旋回火炎を形
成・保持しながら燃焼させることができる。
は、複数(この例で6本)の燃料噴射バーナ6が燃料ガ
スを旋回火炎炉内に接線方向に供給するように取付られ
ている。また、この例では、その中間部分上部にパイロ
ットバーナ7が取付られている。この構成により、燃料
ガスを旋回火炎炉4の接線方向に噴射して旋回火炎を形
成・保持しながら燃焼させることができる。
【0017】本発明の発明者等は、上記バーナ開発の基
礎試験を実施した。その結果を図3と図4に示す。図3
は、予熱空気温度と燃焼可能領域との関係図である。こ
の図は、予熱空気明度とその燃焼可能範囲となる空気比
との関係を示している。また図中のプロットは実験にお
いて実施した無酸化燃焼範囲である。この図から、約8
00℃〜1200℃の予熱空気温度で、0.4〜0.6
前後の低空気比での安定燃焼が可能であるがわかる。
礎試験を実施した。その結果を図3と図4に示す。図3
は、予熱空気温度と燃焼可能領域との関係図である。こ
の図は、予熱空気明度とその燃焼可能範囲となる空気比
との関係を示している。また図中のプロットは実験にお
いて実施した無酸化燃焼範囲である。この図から、約8
00℃〜1200℃の予熱空気温度で、0.4〜0.6
前後の低空気比での安定燃焼が可能であるがわかる。
【0018】図4は、空気比とNOx濃度との関係図で
ある。この図は、炉内温度1200℃において空気比を
変えて燃焼させたときの、無酸化室内のNOx濃度の変
化を示している。この図から、空気比を0.4〜0.6
まで下げることにより、高温燃焼にもかかわらず約10
0ppm以下の低いNOx濃度(11%)に抑えること
ができることがわかる。
ある。この図は、炉内温度1200℃において空気比を
変えて燃焼させたときの、無酸化室内のNOx濃度の変
化を示している。この図から、空気比を0.4〜0.6
まで下げることにより、高温燃焼にもかかわらず約10
0ppm以下の低いNOx濃度(11%)に抑えること
ができることがわかる。
【0019】上述したように、本発明の構成によれば、
蓄熱空気予熱器2に内蔵された蓄熱材1を燃焼ガス(例
えは炉内ガス)で予め加熱しておくことにより、蓄熱空
気予熱器2を通過した空気を約800℃〜1200℃の
高温まで効率よく予熱することができる。更にこの高温
空気中に旋回火炎炉4内で燃料ガスを接線方向に噴射し
て燃焼させることにより、旋回火炎が形成される。これ
により、燃料と高温空気の混合が促進されかつ火炎の保
炎が効率的に行われるので、低空気比でも安定燃焼が可
能となり、高温かつ還元状態(無酸化状態)で燃焼する
ことができる。
蓄熱空気予熱器2に内蔵された蓄熱材1を燃焼ガス(例
えは炉内ガス)で予め加熱しておくことにより、蓄熱空
気予熱器2を通過した空気を約800℃〜1200℃の
高温まで効率よく予熱することができる。更にこの高温
空気中に旋回火炎炉4内で燃料ガスを接線方向に噴射し
て燃焼させることにより、旋回火炎が形成される。これ
により、燃料と高温空気の混合が促進されかつ火炎の保
炎が効率的に行われるので、低空気比でも安定燃焼が可
能となり、高温かつ還元状態(無酸化状態)で燃焼する
ことができる。
【0020】言い換えれば、本発明の無酸化燃焼用リジ
ェネバーナは、低空気比燃焼すなわち還元雰囲気中もし
くは低酸素雰囲気中の燃焼においても、ガスと空気の優
れた混合性を有する。これは、燃焼空気と燃料のバーナ
への供給方法が従来とは異なる旋回型バーナを開発する
ことにより実現できたものである。この無酸化燃焼用リ
ジェネバーナにより、高温予熱空気が得られかつ低空気
比でもガスと空気を混合性よく燃焼させることができる
ため、高温燃焼と低空気比燃焼が同時に可能になる。従
って、低空気比燃焼すなわち還元雰囲気中もしくは低O
2 雰囲気中の燃焼においても高温燃焼を実現でき、かつ
低空気比燃焼によりサーマルNOxの生成を抑制できる
ため低NOx化を達成できる。
ェネバーナは、低空気比燃焼すなわち還元雰囲気中もし
くは低酸素雰囲気中の燃焼においても、ガスと空気の優
れた混合性を有する。これは、燃焼空気と燃料のバーナ
への供給方法が従来とは異なる旋回型バーナを開発する
ことにより実現できたものである。この無酸化燃焼用リ
ジェネバーナにより、高温予熱空気が得られかつ低空気
比でもガスと空気を混合性よく燃焼させることができる
ため、高温燃焼と低空気比燃焼が同時に可能になる。従
って、低空気比燃焼すなわち還元雰囲気中もしくは低O
2 雰囲気中の燃焼においても高温燃焼を実現でき、かつ
低空気比燃焼によりサーマルNOxの生成を抑制できる
ため低NOx化を達成できる。
【0021】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。例えば、上述した実施例では、鋼材
等を加熱する加熱炉への適用について詳述したが、本発
明はこれに限定されず、その他の種々の燃焼炉に適用す
ることができる。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。例えば、上述した実施例では、鋼材
等を加熱する加熱炉への適用について詳述したが、本発
明はこれに限定されず、その他の種々の燃焼炉に適用す
ることができる。
【0022】
【発明の効果】上述したように、本発明の無酸化燃焼用
リジェネバーナは、低空気比で安定した高温燃焼が可能
であり、かつサーマルNOxの発生も少ない等の優れた
効果を有する。
リジェネバーナは、低空気比で安定した高温燃焼が可能
であり、かつサーマルNOxの発生も少ない等の優れた
効果を有する。
【図1】本発明による無酸化燃焼用リジェネバーナの全
体断面図である。
体断面図である。
【図2】図1のA−A線における断面図である。
【図3】予熱空気温度と燃焼可能領域との関係図であ
る。
る。
【図4】空気比とNOx濃度との関係図である。
1 蓄熱材 2 蓄熱空気予熱器 2a スクリーン 4 旋回火炎炉 4a 連通流路 5 中空燃焼室 6 燃料噴射バーナ 7 パイロットバーナ 8 ガス流入チャンバ 8a ガス流入口 10 無酸化燃焼用リジェネバーナ 11 加熱炉
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 和美 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 石 川島播磨重工業株式会社横浜エンジニアリ ングセンター内 Fターム(参考) 3K017 AA06 AB01 AC06 AD11 AG06 DC03 DC04 3K023 QA03 QB02 QC05 QC07
Claims (3)
- 【請求項1】 高温燃焼ガスで加熱される蓄熱材(1)
を内蔵する蓄熱空気予熱器(2)と、該蓄熱空気予熱器
と連通する旋回火炎炉(4)とを備え、蓄熱空気予熱器
を通過した高温空気中に旋回火炎炉内で燃料ガスを接線
方向に噴射して低空気比かつ高温で燃焼させる、ことを
特徴とする無酸化燃焼用リジェネバーナ。 - 【請求項2】 前記蓄熱空気予熱器と旋回火炎炉を連通
する流路(4a)は、蓄熱空気予熱器を通過した高温空
気を旋回火炎炉内に接線方向に供給するように構成され
ている、ことを特徴とする請求項1に記載の無酸化燃焼
用リジェネバーナ。 - 【請求項3】 前記旋回火炎炉には、複数の燃料噴射バ
ーナ(6)が取付られ、該各バーナは、燃料ガスを旋回
火炎炉内に接線方向に供給するように構成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の無酸化燃焼用リジェ
ネバーナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11085377A JP2000274663A (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 無酸化燃焼用リジェネバーナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11085377A JP2000274663A (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 無酸化燃焼用リジェネバーナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000274663A true JP2000274663A (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=13857046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11085377A Pending JP2000274663A (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 無酸化燃焼用リジェネバーナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000274663A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102384476A (zh) * | 2011-11-24 | 2012-03-21 | 赵桐斌 | 用于燃气热值仪上的自预热燃烧器 |
| CN104036681A (zh) * | 2014-06-18 | 2014-09-10 | 中国科学技术大学 | 一种用于气体均匀燃烧的火灾实验装置 |
-
1999
- 1999-03-29 JP JP11085377A patent/JP2000274663A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102384476A (zh) * | 2011-11-24 | 2012-03-21 | 赵桐斌 | 用于燃气热值仪上的自预热燃烧器 |
| CN104036681A (zh) * | 2014-06-18 | 2014-09-10 | 中国科学技术大学 | 一种用于气体均匀燃烧的火灾实验装置 |
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