JPH10185128A - 高温空気用低ＮＯｘバーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自己の排ガスを循環させて二段燃焼させるこ
とにより、低ＮＯｘ化と高ターン・ダウン性に優れた単
一火炎を形成する高温空気用低ＮＯｘバーナを提供す
る。 【解決手段】 燃料を噴射する燃料ノズル１２の先端部
にバッフル１３を外嵌状に取り付けると共に、このバッ
フル１３の外周にスリット状の二次空気供給孔１４を形
成した構成である。燃料ノズル１２は、内周部を燃料通
路１２ａとし、外周部を冷却空気通路１２ｂとした二重
管に構成されている。バッフル１３は、中心に燃料と冷
却空気の噴出孔１３ａを設けると共に、この噴出孔１３
ａの外周側には、入口から出口に向けて同一のピッチ円
直径の面内において、３０〜５０°の角度を付けた複数
の一次空気供給孔１３ｃを設け、かつ、これら噴出孔１
３ａと一次空気供給孔１３ｃの出口に燃料、冷却空気、
一次空気の噴出口部１３ｄを形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばスラブを所
定の温度まで加熱する加熱炉に適用する高温空気用の低
ＮＯｘバーナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、加熱炉等に適用するバーナは、予
熱空気の温度が４００〜５００℃程度であった従来バー
ナの課題、すなわち、排熱回収効率が低く、加熱炉等の
燃料原単位をさらに向上させるために、８００℃以上の
高温の予熱空気を使用するようになってきている。

【０００３】このように、８００℃以上の高温の予熱空
気を使用する場合には、排熱回収効率が高く、加熱炉等
の燃料原単位が向上するが、その反面、予熱空気の高温
化により、火炎温度が上昇してＮＯｘ（窒素酸化物）の
濃度が高くなるという問題がある。そこで、高温の予熱
空気を使用するバーナにおける前記した問題点を解決す
るものとして、例えば特開平８−２８８３０号公報の高
温空気バーナが提案されている。

【０００４】特開平８−２８８３０号公報で提案された
高温空気バーナは、図７に示すように、燃料供給管１の
先端側の外周に、一次空気供給孔２を介してバッフル３
を設け、このバッフル３に複数の二次空気供給孔４を配
置すると共に、前記燃料供給管１の先端側のバッフル３
に一次燃焼室５を配置した構成であり、二次空気供給孔
４の仮想ピッチ円の直径Ｄと一次燃焼室５の直径ｄとの
比（Ｄ／ｄ）は２．０以上、一次燃焼室５の長さＬと前
記直径ｄとの比（Ｌ／ｄ）は１．５〜２．５とすること
が望ましいとしている。

【０００５】この特開平８−２８８３０号公報で提案さ
れた高温空気バーナでは、一次燃焼室５内において燃料
と一次空気で一次燃焼を行い、この未燃分を含有した一
次燃焼ガスと高温の二次空気を直接炉内に高速で噴射し
て加熱炉内で二次燃焼を行うことで、火炎から周囲への
放射伝熱量が増大して、最高火炎温度が低下すると共
に、低酸素濃度の炉内ガスの誘引により燃焼反応が抑制
されて火炎が長炎となり、被加熱材の均一加熱に必要な
フラットな炉温分布の確保と、ＮＯｘの生成が抑制でき
るとしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−２８８３０号公報で提案された高温空気バーナは、
ＮＯｘの生成が抑制できるとは言うものの、バーナタイ
ル直近の一次燃焼室内で一次燃焼を行っているので、炉
内のバーナタイル近傍が未だ高温となって、ＮＯｘ抑制
が十分発揮できない。

【０００７】本発明は、上記した従来の問題点に鑑みて
なされたものであり、炉内で二段燃焼させると共に、自
己の燃焼排ガスを循環させて、低ＮＯｘ化と高ターン・
ダウン性に優れた単一火炎を形成する高温空気用低ＮＯ
ｘバーナを提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明の高温空気用低ＮＯｘバーナは、燃料ノ
ズルを、内周部の燃料通路と外周部の冷却空気通路の二
重管構成すると共に、バッフルに形成する複数の一次空
気供給孔を、入口から出口に向けて同一ピッチ円直径の
面内において、３０〜５０°の角度を付けた構成として
いる。このようにすることで、冷却空気によってノズル
の冷却を行うと共に、燃料ノズルの先端で冷却空気と混
合して最適な噴射速度に増した後、一次空気供給孔から
旋回を寄与された一次空気は噴出口部を経て炉内に至
り、二次空気と混合して燃焼する。そして、この燃焼排
ガスは前記増速された燃料と一次空気の旋回流の作用に
より、自己再循環流をおこし、火炎の安定化を図る。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の高温空気用低ＮＯｘバー
ナは、燃料を噴射する燃料ノズルの先端部にバッフルを
外嵌状に取り付けると共に、このバッフルの外周にスリ
ット状の二次空気供給孔を形成した構成であり、前記燃
料ノズルは、内周部を燃料通路とし、外周部を冷却空気
通路とした二重管構成され、また、バッフルは、中心に
燃料と冷却空気の噴出孔あるいは燃料ノズルの貫通孔を
設けると共に、この噴出孔あるいは貫通孔の外周側に
は、入口から出口に向けて同一ピッチ円直径の面内にお
いて、３０〜５０°の角度を付けた複数の一次空気供給
孔を設け、かつ、これら噴出孔あるいは貫通孔と一次空
気供給孔の出口に燃料、冷却空気、一次空気の噴出口部
を形成しているのである。

【００１０】本発明の高温空気用低ＮＯｘバーナは、燃
料とノズルを冷却した後の冷却空気と混合されて、噴射
速度を６０〜１００ｍ／秒に増速される。そして、燃料
ノズルの先端から冷却空気と共に噴射された燃料は、バ
ッフルの噴出口部で複数の一次空気供給孔から噴射した
一次空気によって旋回を与えられて炉内に至り、二次空
気供給孔から噴射した二次空気と炉内で混合して燃焼す
る。

【００１１】本発明の高温空気用低ＮＯｘバーナにおい
て、一次空気供給孔を入口から出口に向けて同一ピッチ
円直径の面内において、３０〜５０°の角度を付けたの
は、炉内での燃焼促進と自己再循環流をより一層高め、
低空気比燃焼と低ＮＯｘ化を図るためである。本発明者
らの実験では、３０°未満では効果がなく、また、５０
°を超えるとバッフルを製造できない。また、５０°に
近づくほど低ＮＯｘ化が図れることを確認している。

【００１２】また、本発明の高温空気用低ＮＯｘバーナ
において、バッフルに形成する噴出口部はストレート状
であっても、出口側を絞った形状であってもよい。この
噴出口部の形状は、使用する燃料の種類によって適宜選
択するもので、例えばコークス炉ガス（ＣＯＧ）のよう
に着火速度の速いガスの場合には、旋回流の速度をより
速くして噴出口部で燃焼するのを防止するために、噴出
口部の出口側を絞ったものを使用する。一方、例えばＬ
ＰＧのように、着火速度があまり速くないガスの場合に
は、ストレート状の噴出口部のものを使用する。

【００１３】本発明の高温空気用低ＮＯｘバーナにおい
ては、一次空気供給孔と二次空気供給孔の総断面積の比
（一次空気供給孔：二次空気供給孔）は、低ＮＯｘ化の
観点からは、２０：８０〜４０：６０の間、特に４０：
６０とすることが望ましい。但し、制約された狭い空間
で燃焼させる場合は、一次空気供給孔の断面積比をさら
に小さくすることが望ましい。また、本発明の高温空気
用低ＮＯｘバーナにおいて供給する冷却空気量は、一次
空気及び二次空気を合わせた総空気量の２〜５％とする
のが望ましい。本発明者らの実験では、冷却空気量が５
％を超えると、混合気の噴出速度が高速になりすぎて、
燃焼が不安定になるからである。また、２％未満では冷
却効果がないからである。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の高温空気用低ＮＯｘバーナを
図１〜図３に示す実施例に基づいて説明する。図１は本
発明の高温空気用低ＮＯｘバーナの第１実施例を示し、
（ａ）は縦断面して示す正面図、（ｂ）は（ａ）図の矢
視Ａ−Ａ図、図２は本発明の高温空気用低ＮＯｘバーナ
の第２実施例を示し、（ａ）は縦断面して示す正面図、
（ｂ）は（ａ）図の矢視Ｂ−Ｂ図、図３は本発明の高温
空気用低ＮＯｘバーナの構成要素である燃料ノズルを拡
大して示す縦断面正面図である。

【００１５】図１及び図２において、１１は本発明の高
温空気用低ＮＯｘバーナであり、図１は例えばＬＰＧや
ＬＮＧのような着火速度があまり速くない燃料を使用す
るのに適したもの、図２は例えばＣＯＧのような着火速
度が速い燃料を使用するのに適したものを示している。

【００１６】１２は例えばＬＰＧやＣＯＧ等の燃料を噴
射する燃料ノズルであり、二重管構成されている。そし
て、内周の中心部を燃料通路１２ａと、また、外周の環
状空間を冷却空気通路１２ｂとし、この冷却空気通路１
２ｂの外側は耐火物１２ｃで覆っている。

【００１７】１３は前記燃料ノズル１２の先端部に外嵌
状に取り付けたバッフルで、例えばアルミナ等の耐火物
で構成され、図１に示す第１実施例では、中心に燃料と
冷却空気の噴出孔１３ａを、また、図２に示す第２実施
例では、中心に燃料ノズル１２の貫通孔１３ｂを設けて
いる。そして、この噴出孔１３ａあるいは貫通孔１３ｂ
の外周側には、入口から出口に向けて同一のピッチ円直
径の面内において、例えば３０°の角度を付けた６個の
一次空気供給孔１３ｃを設けると共に、これら噴出孔１
３ａあるいは貫通孔１３ｂと一次空気供給孔１３ｃの出
口に燃料、冷却空気、一次空気の噴出口部１３ｄを形成
している。

【００１８】ところで、前記噴出孔１３ａは、図１に示
す実施例では先端（噴出口部１３ｄ）側に向かって中央
部まで縮径し、その後はストレート状に形成したものを
示している。また、噴出口部１３ｄは、図１に示す実施
例ではストレート状に形成されたものを、また、図２に
示す実施例では中央部を縮径し、基端側と先端側はスト
レート状に形成したものを示している。この図２に示す
中央部を縮径した噴出口部１３ｄを採用したものでは、
冷却空気によって増速され、バッフル１３の噴出口部１
３ｄで複数の一次空気供給孔１３ｃから噴射した一次空
気によって旋回を与えられた燃料は、図１に示すストレ
ート状のものよりも、流速が増速されて炉内に至るの
で、ＣＯＧのように着火速度が速い燃料に適している。

【００１９】１４は前記したバッフル１３の外周とバー
ナタイル１５の間に形成したスリット状の二次空気供給
孔であり、本実施例では４つ設けたものを示している。
１６は入口１８から供給された燃焼用空気を昇温して高
温空気となす蓄熱室であり、例えばアルミナのボール１
６ａが多数充填されている。そして、この蓄熱室１６で
昇温された高温空気は、通路１７を通って前記した一次
空気供給孔１３ｃ及び二次空気供給孔１４に導かれる。

【００２０】上記した本発明の高温空気用低ＮＯｘバー
ナ１１において、一次空気供給孔１３ｃと二次空気供給
孔１４の総断面積の比（一次空気供給孔：二次空気供給
孔）は、例えば４０：６０となるように設定されてい
る。また、噴出口部１３ｄの内径をｄ₁ 、長さをＬ₁ 、
二次空気供給孔１４のピッチ円直径をＤ₁ とした場合、
本発明の高温空気用低ＮＯｘバーナ１１においては、Ｄ
₁ ／ｄ₁ は１．５〜１．８と、また、Ｌ₁ ／ｄ₁ は０．
５〜１とすることが、低ＮＯｘ化と高ターン・ダウン性
の点からは望ましいが、特にこれらの範囲に限定するも
のではない。

【００２１】本発明の高温空気用低ＮＯｘバーナ１１は
上記したような構成であり、次に例えば図１に示す高温
空気用低ＮＯｘバーナ１１を用いて火炎を形成する場合
について説明する。燃料通路１２ａから高カロリーのＬ
ＰＧを、また、冷却空気通路１２ｂから冷却空気を、ま
た、燃焼用空気の入口１８から燃焼用空気を供給する。
この時、冷却空気通路１２ｂに供給される冷却空気量
は、入口１８から供給される空気量の例えば２％が供給
される。

【００２２】燃料通路１２ａから供給されたＬＰＧは、
冷却空気通路１２ｂから供給された冷却空気によって増
速され、燃料ノズル１２の先端から噴射速度を例えば６
０ｍ／秒で噴射される。

【００２３】そして、燃料ノズル１２の先端から冷却空
気によって増速された状態で噴射された燃料は、バッフ
ル１３の噴出口部１３ｄで、前記入口１８から供給さ
れ、蓄熱室１６で例えば１０００℃に昇温されて複数の
一次空気供給孔１３ｃから噴射した一次空気によって旋
回を与えられて炉内に至り、同じく前記蓄熱室１６で１
０００℃に昇温されて二次空気供給孔１４から噴射した
二次空気と炉内で混合して燃焼する。

【００２４】燃焼後の排ガスは、前記した燃料と一次空
気の旋回流の作用により自己再循環流をおこし、火炎の
安定を図る。すなわち、本発明の高温空気用低ＮＯｘバ
ーナ１１は、自己の燃焼排ガスを循環し、炉内で二段燃
焼して単一の火炎を形成するので、図４に示すように、
従来型のバーナを使用した場合と比較して、最高火炎温
度が低くなり、かつ、従来型のバーナのように、バーナ
内の燃焼室６内で燃焼するのではなく、炉内で燃焼する
ので、バーナタイル近傍の火炎温度も極端に低くなる。
従って、図５に示すように、従来型のバーナを使用した
場合と比較してＮＯｘが大幅に低下した。

【００２５】なお、図４及び図５は燃料としてＣＯＧを
使用し、図２に示すバーナを使用した場合の結果であ
る。また、従来型のバーナは図６に示した構成である。
図６中に付した符号のうち、図１、図２と同一の符号は
同一部分あるいは相当部分を示す。

【００２６】本実施例では、前記した一次空気供給孔１
３ｃ及び二次空気供給孔１４への高温空気の供給は、同
一の蓄熱室１６から同一の通路１７を経て行うものを示
し、一次空気供給孔１３ｃ及び二次空気供給孔１４への
空気供給量は、一次空気供給孔１３ｃと二次空気供給孔
１４の総断面積比で調整するものを示したが、これに限
るものではなく、一次空気と二次空気、別々に蓄熱室と
通路を備えたものであってもよい。

【００２７】また、本実施例では燃料として気体燃料を
使用したものについて説明したが、燃料の搬送に問題が
なければ、液体燃料を使用したり、微粉炭等の固体燃料
を使用してもよいことは勿論である。また、本実施例で
はバッフル１３として耐火物製のものを示したが、耐熱
性と耐スポーリング性が良好なものであれば、金属製の
ものであってもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の高温空気
用低ＮＯｘバーナでは、自己の燃焼排ガスを循環させて
炉内で二段燃焼するので、火炎の最高温度が低くなると
共に、バーナタイルの近傍での火炎温度も低くなる。従
って、これらにより、低ＮＯｘ化と高ターン・ダウン性
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高温空気用低ＮＯｘバーナの第１実施
例を示し、（ａ）は縦断面して示す正面図、（ｂ）は
（ａ）図の矢視Ａ−Ａ図である。

【図２】本発明の高温空気用低ＮＯｘバーナの第２実施
例を示し、（ａ）は縦断面して示す正面図、（ｂ）は
（ａ）図の矢視Ｂ−Ｂ図である。

【図３】本発明の高温空気用低ＮＯｘバーナの構成要素
である燃料ノズルを拡大して示す縦断面正面図である。

【図４】本発明の高温空気用低ＮＯｘバーナを使用した
場合と、図６に示す従来型のバーナを使用した場合の、
バーナタイル先端からの距離と火炎温度の関係を示す図
である。

【図５】本発明の高温空気用低ＮＯｘバーナを使用した
場合と、図６に示す従来型のバーナを使用した場合の、
空気温度とＮＯｘとの関係を示す図である。

【図６】従来型のバーナを縦断面して示す正面図であ
る。

【図７】特開平８−２８８３０号公報で提案された高温
空気バーナを縦断面して示す正面図である。

【符号の説明】

１１ 高温空気用低ＮＯｘバーナ １２ 燃料ノズル １２ａ 燃料通路 １２ｂ 冷却空気通路 １３ バッフル １３ａ 噴出孔 １３ｂ 貫通孔 １３ｃ 一次空気供給孔 １３ｄ 噴出口部 １４ 二次空気供給孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 志保 治和 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 矢葺 邦弘 和歌山県和歌山市湊1850番地 住金マネジ メント株式会社熱流体事業部内 (72)発明者 北村 篤信 大阪府大阪市西区南堀江一丁目２−14 ロ ザイ工業株式会社内 (72)発明者 内本 武 大阪府大阪市西区南堀江一丁目２−14 ロ ザイ工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料を噴射する燃料ノズルの先端部にバ
   ッフルを外嵌状に取り付けると共に、このバッフルの外
   周にスリット状の二次空気供給孔を形成した構成であ
   り、前記燃料ノズルは、内周部を燃料通路とし、外周部
   を冷却空気通路とした二重管構成され、また、バッフル
   は、中心に燃料と冷却空気の噴出孔あるいは燃料ノズル
   の貫通孔を設けると共に、この噴出孔あるいは貫通孔の
   外周側には、入口から出口に向けて同一ピッチ円直径の
   面内において、３０〜５０°の角度を付けた複数の一次
   空気供給孔を設け、かつ、これら噴出孔あるいは貫通孔
   と一次空気供給孔の出口に燃料、冷却空気、一次空気の
   噴出口部を形成したことを特徴とする高温空気用低ＮＯ
   ｘバーナ。