JPH0666421A

JPH0666421A - 燃焼装置

Info

Publication number: JPH0666421A
Application number: JP4022205A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Hirose; 靖夫広瀬
Original assignee: FURNESS TECHNO KK; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd; Chiyoda Corp
Current assignee: FURNESS TECHNO KK; Chiyoda Corp
Priority date: 1992-02-07
Filing date: 1992-02-07
Publication date: 1994-03-08

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】燃焼装置内で燃焼した後の排気ガスが燃焼装
置本体外に排出された直後の熱を回収しつつ、燃焼空気
とガス体燃料の予熱に利用することができ、しかも構成
が簡単で、大型化が可能で、省エネ効果及び安全性が高
い燃焼装置を提供する。【構成】セラミック製の熱交換部材２６を燃焼装置本
体２１に設け、これに燃焼空気及び低カロリーの燃料ガ
スが流通する空気−燃料ダクトを連設し、熱交換部材２
６と空気−燃料ダクト２９のいずれか一方を回転させる
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼装置内で燃焼した
後の排気ガスの熱を回収し、燃焼空気と燃料ガスの予熱
に使用するようにした燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】加熱炉、鍛造炉、焼準炉、調質炉などの
工業用炉とか、タービンの蒸気発生用加熱装置等に使用
されている燃焼装置には、省エネルギを図る上から、炉
内で燃焼した後の排気ガスの熱を回収して燃焼空気を加
熱するようにした燃焼装置がある。

【０００３】この種燃焼装置に使用されるレキュペレー
タは、一般的に、相互に近接して設けられた排気ガスラ
インと燃焼空気ラインとの間に所定の熱交換器を配し、
この両ライン内を流れる空気と排気ガスとの間で熱交換
させ、燃焼した後の排気ガスの熱を利用して燃焼空気を
加熱するようにしたものである。このレキュペレータの
使用により回収される熱は、温度レベルで見れば、約５
０％程度であり、前記工業用炉では、１２００℃の排気
ガスを利用する場合で熱交換した後の燃焼空気は６００
℃程度になるものとされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、燃焼装置内
で燃焼した後の排気ガスの熱を、単に燃焼空気を加熱す
るのみに利用するものでは、熱効率が低く、これをさら
に向上させることは困難である。排気ガスの熱によって
燃焼空気のみでなく燃料までも加熱することができれば
熱効率が向上するはずである。

【０００５】しかし、一般に、燃料を予熱することは、
一定の場合危険を伴なうことから行なわれていない。予
熱は、排気ガスが燃焼炉から吐出された後、出来るだけ
早い時期に行なうことが好ましいが、排気ガスが燃焼装
置から吐出された直後の極めて高温排気ガスを用いて燃
料を予熱すれば、一層燃料が燃焼し易く危険を伴なう虞
があることから、予熱は極めて難しいものとなってい
る。

【０００６】本発明は、上述した従来技術に伴う課題を
解決するためになされたもので、燃焼装置本体から排出
された直後の排気ガスの熱を熱交換部材により回収し、
この熱により燃焼空気と燃料ガスを予熱し、熱効率の向
上を図るとともに装置全体の構成が簡単で、安全性も高
い燃焼装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成する本
発明は、燃焼装置本体に取付けられたバーナーと、この
バーナーにより着火される燃料ガスを導く燃料通路と、
燃料ガスを燃焼させるための燃焼空気が流通する空気通
路と、前記燃焼装置本体に開設された排気ガス吐出口に
設けられ排気ガスの熱を回収する熱交換部材と、前記排
気ガス吐出口に連設され排気ガスを燃焼装置本体外に排
出する排気ガス通路とを有する燃焼装置において、前記
熱交換部材をセラミックス製で通気性のある蓄熱体によ
り構成し、前記燃料通路には低カロリーの燃料ガスを流
し、前記燃料通路と空気通路とが内部で独立に形成され
た空気−燃料ダクトを前記排気ガス通路内を貫通して伸
延するとともに両通路の先端に設けられた空気ノズルと
燃料ノズルの先端開口部を前記熱交換部材の端面に近接
配置し、この空気−燃料ダクトと前記熱交換部材の略中
心を挿通するように前記バーナーを設けてなり、前記空
気−燃料ダクトと熱交換部材とのいずれか一方を回転手
段により回転するように構成したことを特徴とする燃焼
装置である。前記空気ノズル及び燃料ノズルの先端開口
部と熱交換部材との間に所定の隙間を形成することが好
ましく、また前記空気−燃料ダクトは、周方向に空気通
路と燃料通路が交互に位置するようにしてもよい。

【０００８】

【作用】このようにすれば、燃焼装置の作動中は、燃焼
による輻射熱と、吐出口から排出された直後の排気ガス
自体の熱とにより熱交換部材が高温に加熱され、この熱
交換部材に熱が蓄えられることになる。この熱交換部材
中に燃焼空気又は低カロリーの燃料ガスを通過させる
と、前記熱交換部材の熱により空気と燃料ガスは予熱さ
れ、高温の空気と燃料ガスとなって燃焼装置本体内に吐
出され、熱効率良く燃焼される。この場合、燃料ガスは
低カロリーのものであり、しかも空気と分離されて供給
されているので、高温で予熱しても燃焼する虞はなく、
燃焼装置本体内に吐出された後に燃焼されることにな
る。また仮に熱交換部材中で燃焼が起っても燃焼装置本
体内に吹き出されるので、危険を伴なうこともない。特
に、低カロリー燃料ガスは、一般的に燃焼性が悪いが、
予熱すると火炎温度を上昇させ、安定燃焼が可能になる
と同時に炉の熱効率向上につながることになる。また、
燃料通路と空気通路が周方向に交互に独立に形成し、熱
交換部材あるいは空気−燃料ダクトを相対的に回転させ
ると、空気ノズル及び燃料ノズルの先端開口部から吐出
される空気あるいは燃料ガスにより熱交換部材が冷却さ
れても、熱交換部材あるいは空気−燃料ダクトの回転に
より空気あるいは燃料ガスは次々と高温の熱交換部材部
分で加熱されることになるので、空気あるいは燃料ガス
の予熱温度が低下することはなく、燃焼作用もきわめて
高温領域で行なわれ、燃焼開始から所定の高温に達する
時間が短時間となる。さらに、空気ノズル及び燃料ノズ
ルと熱交換部材との間に所定の隙間を形成すれば、燃焼
後の排気ガスの一部を再循環してＮＯ_ｘの排出量も低減
乃至コントロールすることができる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１は、本発明の一実施例に係る燃焼装置の概
略断面図、図２は、図１の２ー２線に沿う断面図、図３
は、本発明の他の実施例に係る燃焼装置の概略断面図、
図４は、図３の４ー４線に沿う断面図である。

【００１０】図１に示す燃焼装置２０は、例えば、耐火
レンガ等の耐火材よりなる鍛造炉などの工業用炉からな
る燃焼装置本体２１の下部に取付けられ、燃焼装置本体
２１の内部に設けられた鋳塊等の被加熱物に向って火炎
を放射し加熱する熱源として使用される。この燃焼装置
２０は、燃焼装置本体２１の中心部分に取付けられたパ
イロット用のバーナー２２と、このパイロット用のバー
ナー２２により着火されるように燃料ガス（破線白抜き
矢印で示す）を吐出する燃料通路２３と、燃料ガスを燃
焼させるための燃焼空気（実線白抜き矢印で示す）を吐
出する空気通路２４と、前記燃焼装置本体２１内で燃焼
した後の排気ガスが排出される吐出口２５に設けられ排
気ガスの熱を回収し燃焼空気等を予熱する熱交換部材２
６と、前記排気ガスの吐出口２５に連設され排気ガスを
燃焼装置外に排出する排気ガス通路２７とを有してい
る。

【００１１】前記燃焼装置本体２１は、側壁に開口部２
１ａが開設され、この開口部２１ａの内部に設けられた
モルタル部２８により前記熱交換部材２６が固定的に設
けられている。本実施例の熱交換部材２６は、セラミッ
クス製であってハニカム状の通孔が一端から他端まで貫
通するように多数開設された通気性のある円盤状のもの
で、セラミックス製であることから熱を良く蓄える蓄熱
体が構成されることになる。この熱交換部材２６の外端
面は、前記燃焼装置本体２１に取付られた排気ガス通路
２７により覆われ、この熱交換部材２６を通過した後の
排気ガスが排気ガス通路２７を通って排出されるように
なっている。

【００１２】この排気ガス通路２７には、図２に示すよ
うに、前記燃料通路２３と空気通路２４とが相互に独立
に区画形成された空気−燃料ダクト２９が貫通して伸延
され、この空気−燃料ダクト２９の先端に設けた空気ノ
ズル３０と燃料ノズル３１の先端開口部３０ａ，３１ａ
が熱交換部材２６の外端面２６ａに近接配置され、両者
間の隙間は、所定の間隔ｔに設定されている。この隙間
ｔは、排気ガスの一部を図中破線の矢印で示すようにバ
イパスさせるもので、これにより排気ガスを再燃焼し、
排気ガス中のＮＯ_ｘの量を調整することができる。

【００１３】この空気−燃料ダクト２９は、熱交換部材
２６と同軸的に設けられ、空気−燃料ダクト２９と熱交
換部材２６の略中心には、パイロット用のバーナー２２
が挿通されている。そして、このバーナー２２を中心と
して前記空気−燃料ダクト２９が回転手段Ｄにより回転
されるようになっている。回転手段Ｄは、モータＭと歯
車３２，３３及びチェーン３４等から構成されている。

【００１４】また、燃料通路２３内を流れる燃料ガス
は、低カロリーのものが使用される。例えば、高炉ガス
のように発熱量が７５０〜９００Kcal／ｍ³N 程度の燃
料ガスが望ましい。燃料を完全燃焼させるための空気量
と燃料量は下記の表のようになっている。

【００１５】

【表１】

【００１６】この表から明らかなように、完全燃焼させ
るための空気量と燃料量との差は、ＬＰＧや天然ガス等
のような高カロリーガスの方が多量の空気量を必要と
し、高炉ガスのような低カロリーガスは、空気量と燃料
ガス量が略同じ程度かあるいはむしろ空気量の方が少な
いぐらいである。したがって、空気と燃料を同時に予熱
することは、火炎温度の上昇になり、安定燃焼に寄与す
ると同時に炉の熱効率の向上につながる。なお、図１中
の符号「３５」は、軸受とシール材との総称である。

【００１７】次に実施例の作用を説明する。この燃焼装
置２０を、例えば、鍛造炉に取付け、モータＭを回転し
つつパイロット用のバーナー２２に着火し、ブロアによ
り燃焼空気及び低カロリーの燃料ガスを燃焼装置本体２
１内に送る。バーナー２２の火炎は、空気通路２４及び
燃料通路２３を通って流れてきた燃焼空気及び低カロリ
ーの燃料ガスを燃焼させ、大きな火炎となって被加熱物
である、例えば鋳塊等に向って伸びる。そして、炉内の
温度は次第に上昇し、所定時間が経過すると鍛造炉内の
鋳塊は加熱され軟化する。

【００１８】この場合、排気ガスは、熱交換部材２６を
通って排気ガス通路２７より流出することになるが、こ
の熱交換部材２６は、燃焼により輻射熱及び排気ガス自
体が通過することにより加熱され高温となっているの
で、この中に空気通路２２及び燃料通路から吐出された
空気及び低カロリーの燃料ガスが流入すると、この空気
及び低カロリーガスは熱交換部材２６により予熱される
ことになる。この場合、燃料ガスは低カロリーのもので
あり、しかも空気と分離されて供給されているので、高
温で予熱しても燃焼する虞はなく、燃焼装置本体２１内
に吐出された後に燃焼されることになる。また仮に熱交
換部材２６中で燃焼が起っても燃焼装置本体２１内に吹
き出されるので、危険を伴なうこともない。特に、低カ
ロリー燃料ガスは、一般的に燃焼性が悪いが、後述する
計算から明らかなように、予熱すると火炎温度を上昇さ
せ、安定燃焼が可能になると同時に炉の熱効率向上につ
ながることになる。

【００１９】一般に、理論火炎温度は次のように表され
る。Ｔ_g＝（Ｈ_l＋Ｃ_pＡＴ_a＋Ｃ_pＦＴ_f）／（Ｇ×
Ｃ_p）ここに、Ｔ_g；理論火炎温度、Ｈ_l；発熱量、Ｃ_p；比
熱、Ａ；空気量、Ｔ_a；空気の温度、Ｆ；燃料流量、Ｔ
_f；燃料の温度、Ｇ；排気ガス流量、である。ここで、高カロリーガスであるＬＰＧの場合と低カロリ
ーガスである高炉ガスの場合について、空気だけを１０
００℃まで予熱した場合の火炎温度を計算すれば、ＬＰＧの場合Ｔ_g＝（24000 ＋0.35×25×1000＋0.32×1 ×20）／（1 ＋25）×0.4 ＝３１５０℃ 高炉ガスの場合Ｔ_g＝（900 ＋0.35×0.8 ×1000＋0.32×1 ×20）／（1 ＋0.8 ）×0.4 ＝１６４８℃ 次に、燃料ガスも１０００℃まで予熱すると次のように
なる。ＬＰＧの場合Ｔ_g＝（24000 ＋0.35×25×1000＋0.35×1 ×1000）／（1 ＋25）×0.4 ＝３１８３℃ 高炉ガスの場合Ｔ_g＝（900 ＋0.35×0.8 ×1000＋0.35×1 ×1000）／（1 ＋0.8 ）×0.4 ＝２１２５℃ このように、高カロリーガスであるＬＰＧを予熱しても
火炎温度は３３℃（１％）の上昇であるが、低カロリー
ガスである高炉ガスを予熱すると火炎温度は４７７℃
（約３３％）の温度上昇となる。

【００２０】また、熱交換部材２６に対して空気−燃料
ダクト２９を回転させると、空気ノズル３１及び燃料ノ
ズル３０の先端開口部３１ａ，３０ａから吐出される空
気あるいは燃料ガスにより熱交換部材２６が冷却されて
も、空気−燃料ダクト２９の回転により空気あるいは燃
料ガスは次々と高温の熱交換部材部分で加熱されること
になるので、空気あるいは燃料ガスの予熱温度が低下す
ることはなく、燃焼作用もきわめて高温領域で行なわ
れ、燃焼開始から所定の高温に達する時間が短時間とな
る。特に、この予熱は、燃焼装置本体２１から吐出され
た直後の高温の排気ガスにより行なう、いわば即時加熱
方式となっているので、加熱時に熱のロスがなく、高温
の燃焼空気及び低カロリーの燃料ガスを効率良く作るこ
とができ、この高温の空気及び低カロリーの燃料ガスに
よって行なう燃焼作用は、略完全燃焼となる。したがっ
て、燃焼は、きわめて高温領域で行なわれることにな
り、燃焼開始から所定の高温に達する時間が短時間とな
る。

【００２１】なお、燃焼中において、排気ガスが、空気
−燃料ダクト２９と熱交換部材２６との間の隙間ｔを通
ると、排気ガスの一部が燃焼空気等に混入して再加熱さ
れた後に、再度排気ガス通路２７より排出されることに
なるので、排気ガス中に含まれるＮＯ_ｘの排出量が所定
値以下にコントロールできる。また、この隙間ｔを設け
ることにより空気−燃料ダクト２９と排気ガス通路２７
との間を不必要にシールすることもなくなることから、
装置全体の構造も簡素化され、装置の組立て性も向上す
るというというメリットもある。

【００２２】図３は、本発明に係る燃焼装置の他の実施
例を示すもので、熱交換部材側を回転せるようにしたも
のであり、図１，２に示す部材と共通する部材には同一
符号を付してある。この燃焼装置２０Ａは、前記バーナ
ー２２としての中心軸管２２ａを回転手段Ｄにより回転
させ、この回転軸管２２ａの先端に取付けれられた熱交
換部材２６を回転させ、燃焼空気を上方から、低カロリ
ーの燃料ガスを下方から導入するようにしたものであ
る。

【００２３】このようにしても、先の実施例と同様に燃
焼装置２０Ａの作動中は、燃焼による輻射熱と、吐出口
２５から排出された直後の排気ガス自体の熱とにより熱
交換部材２６が高温に加熱され、この熱交換部材２６に
熱が蓄えられ、この熱交換部材２６中を空気と低カロリ
ーの燃料ガスを通過すると、熱交換部材２６の熱により
空気と燃料ガスは予熱され、高温の空気と燃料ガスとな
って燃焼装置本体２１内に吐出され、熱効率良く燃焼さ
れる。この場合、燃料ガスは低カロリーのものであり、
しかも空気と分離されて供給されているので、高温で予
熱しても燃焼する虞はなく、燃焼装置本体２１内に吐出
された後に燃焼されることになる。また仮に熱交換部材
２６中で燃焼が起っても燃焼装置本体２１内に吹き出さ
れるので、危険を伴なうこともない。特に、低カロリー
燃料ガスは、一般的に燃焼性が悪いが、予熱すると火炎
温度を上昇させ、安定燃焼が可能になると同時に炉の熱
効率向上につながることになる。なお、空気ノズル及び
燃料ノズルと熱交換部材２６との間に所定の隙間を形成
すれば、燃焼後の排気ガスの一部を再循環してＮＯ_ｘの
排出量も低減乃至コントロールすることができることも
先の実施例と同様である。

【００２４】本発明は、上述した鍛造炉等の工業用炉の
みに限定されるものでなく、他の種々の装置、例えば乾
燥装置、タービンの蒸気発生装置等のような加熱に関す
るものならば、種々の装置に対して使用することができ
ることはいうまでもなく、また、上述した実施例は、空
気通路２４と燃料ガス通路２３とを空気−燃料ダクト２
９内に１本づつ形成したが、本発明は、これのみに限定
されるものではなく、多数の空気通路と燃料ガス通路と
を空気−燃料ダクト２９内に形成してもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
温に加熱された熱交換部材中を空気と低カロリーの燃料
ガスを通過させるようにしたので、空気と燃料ガスは予
熱された後に燃焼装置本体内に吐出され、熱効率良く燃
焼される。燃料ガスは低カロリーのものであり、しかも
空気と分離されて供給されているので、高温で予熱して
も燃焼する虞はなく、燃焼装置本体内に吐出された後に
燃焼されることになる。特に、低カロリー燃料ガスは、
一般的に燃焼性が悪いが、予熱すると火炎温度を上昇さ
せ、安定燃焼が可能になると同時に炉の熱効率向上につ
ながることになる。また、燃料通路と空気通路が周方向
に交互に独立に形成し、熱交換部材あるいは空気−燃料
ダクトを相対的に回転させるので、空気あるいは燃料ガ
スにより熱交換部材が冷却されても、空気あるいは燃料
ガスの予熱温度が低下することはなく、燃焼作用もきわ
めて高温領域で行なわれ、燃焼開始から所定の高温に達
する時間が短時間となる。この結果、装置全体の構成が
簡単で、安全性も高い燃焼装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の一実施例に係る燃焼装置の概略断
面図、

【図２】は、図１の２−２線に沿う断面図、

【図３】は、本発明のさらに他の実施例を示す概略断面
図、

【図４】は、図３の４−４線に沿う断面図である。

【符号の説明】

２１…燃焼装置本体、２２…バーナ
ー、２３…燃料通路、２４…空
気通路、２５…排気ガス吐出口、２６
…熱交換部材、２７…排気ガス通路、
２９…空気−燃料ダクト、３０…空気ノズル、
３１…燃料ノズル、３０ａ…空気ノズル
の先端開口部、３１ａ…燃料ノズルの先端開口
部、Ｄ…回転手段。

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１１月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼装置本体(21)に取付けられたバーナ
ー(22)と、このバーナー(22)により着火される燃料ガス
を導く燃料通路(23)と、燃料ガスを燃焼させるための燃
焼空気が流通する空気通路(24)と、前記燃焼装置本体(2
1)に開設された排気ガス吐出口(25)に設けられ排気ガス
の熱を回収する熱交換部材(26)と、前記排気ガス吐出口
(25)に連設され排気ガスを燃焼装置本体(21)外に排出す
る排気ガス通路(27)とを有する燃焼装置において、前記
熱交換部材(26)をセラミックス製で通気性のある蓄熱体
により構成し、前記燃料通路(23)には低カロリーの燃料
ガスを流し、前記燃料通路(23)と空気通路(24)とが内部
で独立に形成された空気−燃料ダクト(29)を前記排気ガ
ス通路(27)内を貫通して伸延するとともに両通路(23,2
4) の先端に設けられた空気ノズル(30)と燃料ノズル(3
1)の先端開口部(30a,31a) を前記熱交換部材(26)の端面
(26a) に近接配置し、この空気−燃料ダクト(29)と前記
熱交換部材(26)の略中心を挿通するように前記バーナー
(22)を設けてなり、前記空気−燃料ダクト(29)と熱交換
部材(26)とのいずれか一方を回転手段(D) により回転す
るように構成したことを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】前記空気ノズル(30)及び燃料ノズル(31)
は、熱交換部材(26)との間に所定の隙間(t) を形成する
ようにしたことを特徴とする請求項１に記載の燃焼装
置。
【請求項３】前記空気−燃料ダクト(29)は、周方向に
空気通路(24)と燃料通路(23)が交互に位置するようにし
たことを特徴とする請求項１乃至２に記載の燃焼装置。