JPS59210209A

JPS59210209A - 輻射バ−ナ

Info

Publication number: JPS59210209A
Application number: JP8405883A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Ochiai; 利行落合
Original assignee: Nippon Furnace Co Ltd
Current assignee: Nippon Furnace Co Ltd
Priority date: 1983-05-16
Filing date: 1983-05-16
Publication date: 1984-11-28
Also published as: JPS6345004B2

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】本発明は、火炎を出さずに耐火物のカップを白熱化し、
該カップからの輻射熱にて品物を加熱する輻射バーブに
関する。

第１図に従来の輻射バーナを示す。この従来の輻射バー
ナは、エアノズル１から僅かに退いた燃料ノズル２より
噴ぎ出される燃料ガスと燃料ノズル２の周囲のエアノズ
ル１から噴き出される燃焼用空気の旋回流とを耐火物の
ポートブロック３内で混合燃焼させ、ボートブロック３
を加熱して該ブロック３から発せられる輻射熱ににり被
加熱物を加熱するものである。この輻射バーナち他の秤
のバーナと同様に最も高い火炎温度をｔ７るため、理論
空気量より１０％程度多い過剰空気の下で燃焼させるこ
とが通常である。しかし、この最も火炎濡面の高い理論
空気量から１０％過剰空気吊の下での燃焼は、第２図の
ＮＯＸと空燃比との関係を示すグラフから明らかなよう
に、Ｎｏ　ｘ　ｍが最も増える傾向にある。これも、燃
焼ｍ１００％のどぎ即ら燃焼用空気の強い旋回流ににっ
てバーヅ内に炉内の排ガスを逆流させ１ｆｉる場合には
燃焼ガスを希釈し燃焼温度を下げるため幾分低く抑える
ことができるが、燃焼量を絞る場合には旋回力が弱まる
ため、炉内排ガスの逆流を起し得ずにＮ。

×＠急増させるし、燃焼用空気と始料との速やかな混合
や火炎の広がりを妨げて燃焼性を悪化さｌ±ることとな
る。例えば、燃焼最即も燃焼用空気の門が半分に絞られ
ると、速度が半減しエネルギは１／４となる。この場合
、火炎は混合不良を起して輻射バーナには好ましくない
輝炎となると共に広がらずに前方へ伸びるため、ボート
ブロックの加熱が不十分となる。特に、燃焼筒１００％
から２５％程度に大ぎく絞る（高ターンダウン）と、輝
炎が出たり炎が前に延びて輻射バーナどしての機能が大
きく損われる。

本発明は上述１ノだ従来の輻射バーナが右する問題点を
解決すべく成されたものであって、高ターンダウン時に
燃焼性を悪化さぜることの無い輻射バーナを提供するこ
とを第１の目的とし、更に加えてターンダウン時のＮＯ
ｘ昂の急増を抑λｉｒする幅口・１バーナを提供でるこ
とを第２の目的どする。

斯かる目的を達成する本発明の輻射バーナ（３１、燃料
ノズルの周囲のエアノズルがら内方へ哨ＱＪされる燃焼
用空気の旋回流と燃料ガスとを耐火物のポー１ヘブ１］
ツク内で混合燃焼させ、前記ボー１〜ブロツクを加熱し
て該ブロックがら発１士られる輻ｑ４熱により被加熱物
を加熱げる幅Ｑ＝１バーナにおいて、前記エアノズルを
大々別個に流量制御可能な複数のノズルに分割１ノで構
成したことを第１の特徴と【ノ、更に同バーナの燃料ノ
ズルを−［アノズルＪ：り突出さＩＪたことを第２の特
徴と覆る。

以下本発明の構成を図面に示す一実施例に基づいて詳細
に説明り−る。

この輻Ｑ・１バーナは、火炎を炉内へ噴用ゼずに耐火物
のボートブロック１１を加熱し、このボードブ【］ツク
１１から発−１！られる輻射熱によって品物を加熱する
ものであって、燃料と燃焼用空気を噴６１　ｉるバーブ
ノズル部１０と燃焼室を重ねるボートブロック１１とか
ら主に成る。

３− 前記バーナノズル部１０は、別個に流量制御可能な複数
のノズル１３．１４にて構成されているエアノズルと、
該エアノズルより突出して中央に配置される燃ｔ１１ノ
ズル１２とから成る。本実施例の場合、バーナノズル部
１０は、ボートブロック１１の燃焼室２４内へ突出する
燃料ノズル１２を中心として同心上に二本のエアノズル
１３．１４を配置した多重管構造とし、旋回でる燃焼用
空気の渦流に包囲された状態で燃料ガスを噴射させるも
のである。

内湾と伴流の２つのノズル１３．１４から成る本実施例
のエアノズルは、燃料ノズル１２の周りに同心上に配置
されている内筒１６と中仕切筒１９及び外筒２０の三重
管から構成されており、夫々別個に作動可能な流量制御
手段（図示省略）を備える空気導入管２６．２７から夫
々燃焼用空気を導入する。エアノズルの前端には、燃焼
用空気を内方へ向けて接線方向に噴射さぜる噴射口２１
２２がｇ段されたエアノズルキャップ２３が固着されて
いる。このエアノズルキャップ２３は、燃４− わ］ノズル１２の周りに燃焼用空気の旋回流を形成さぼ
るための凹部即リポートブロック１１内の燃焼室２４の
一部を成７トンネル２５を形成するものであって、略］
形を成し、イの内方の１ヘンネル２５内に向けて略接線
方向に燃焼用空気を噴口４する。噴射口２１．２２が大
々即日されている。エアノズル↑１１ツブ２３の内湾下
アノズル１３に連通Ｊる噴Ｑ＝Ｉ口２１と伴流Ｔアノズ
ル１４に連通Ｊる噴射口２２と＋、１１、トンネル２５
内に噴射する燃焼用空気を同一方向に旋回させて旋回力
が減少するのを防いでいる。したがって、燃焼用空気は
、向流エアノズル１３と伴流エアノズル１４のいずれか
一方或いは双方からエアノズルキャップ２３の１ヘンネ
ル２５内へ選択的に噴き出され、強力な旋回力をもって
燃料ガスと混合されてボートブロック１１の燃焼室２／
Ｉ内に拡げられる。

また、図示しないが、エアノズルは三流以上のノズル群
をもって構成してもよい。この場合、任意のノズルを閉
じることにより、他のノズルから噴き出される燃焼用空
気のｗｎｆｊ’ｔ　３！度を大ぎく低下さＶずに燃焼用
空気の唱ｍ吊換言すれば燃焼量を絞ることができる。尚
、複数のノズルから成るこのエアノズルは、本実施例の
如く多重管で構成される場合ばかりでなく、−木の管状
ノズルを縦割りに隔壁で複数に分割し、夫々異なる噴ｑ
４０に導かれるＪ：うに構成される場合もある。

前方、燃料ノズル１２は、スペーサ１５を介して内側の
エアノズル１３の内方に収容され、軸方向へ調整移ａノ
可能に設けられている。この燃料ノズル１２は内側のエ
アノズル１３を形成する内筒１６に取付けられた固定ね
じ１７によって締め付けられ固定され。また、燃料ノズ
ル１２と内筒１６との間には軸封シール１８が嵌着され
、燃焼ガスの逆流が防がれている。また、燃料ノズル１
２は、エアノズル１３及び１４よりも突出している。

即ち、燃ｒ１ノズル１２はエアノズル１３及び１４の先
端であるエアノズルキャップ２３のトンネル２５内に突
出し、イの噴ＩＮ　Ｉ：１をエアノズルキャップ２３の
噴射口２１，２２．Ｊ：り前方に位置させている。面１
ノて、燃料ノズル１２の噴射口の周囲に燃焼用空気の旋
回流を形成１ノでこの箭・旋回流の包囲の中に燃料をＲ
Ｉき出（Ｊ：うに設けられている。

燃焼用空気の旋回流に包囲された燃料ノズル１２から噴
ｑｉＩされる燃料ガスは、イの一部が高速旋回する燃焼
用空気の負圧部に引き戻され上流側において極めて過剰
なる燃焼用空気と混合される。このため、１０％程庶の
過剰空気で燃焼させる場合であっても、上流側において
希薄燃焼さ−１１だ後に下流側において）−Ｉ丁ルリツ
チ状態で追い焚ぎづることどなり、υ１出平均Ｎ０Ｘｆ
ｆｉを低下さゼ１りる。

この燃料ノズル１２の突出ａ　＋−とこの燃料ノズル１
２を囲繞づるエアノズルキャップ２３の１〜ンネル径り
との比は排出ＮＯｘ帛に多大な影響を与える。この突出
早１−どトンネル仔りどの比１−１０は、第４図のＬ　
／　ＤとＮＯｘ吊の関係を示すグラフから明らかなよう
に、人さくなる稈ＮＯｘ量が低減する。特に、１−／Ｄ
が０．９付近からＮＯｘ串は急激に低減づる。しかしな
がら、１−／Ｄが１を越えると、発煙傾向を示したり火
炎の形を崩し易いので燃焼不良を起し易い。特に、Ｉ−
／　Ｄが１．１７− となると、発煙を起しバーナとして十分に機能しない。

また、バーナの燃焼性はＬ　／　Ｉ）が大きくなる稈特
に１を越える稈ボー１へブロック１１外への熱の排出が
早くなると共に燃ａ！温度が低下するノ、：め、ポート
ブロック１１を加熱するに十分な熱量を得られず悪くな
る。そこで、燃料ノズル１２の突出缶部ｔ５＋−／　Ｄ
の値は、０．９〜１．１の範囲とすることが好ましく、
更に好ましくは０．９５〜１．０５の範囲であり、最も
好ましくは約１とすることである。尚、この燃料ノズル
１２の突出Ｗ１−は後端の固定ねじ１７を弛めてから出
入りさせることにより調整される。

また、第５図に示すように、燃料ノズル１２は固定式と
し、イの先端部分１２ａのみを取替え可能な別部材とす
ることもある。この場合、燃わ１ノズル先端部１２ａは
、ＳｉＣ系セラミックス、高アルミナ系あるいはＳｉＮ
系セラミックスないしはホウ化物系セラミックス若しく
はこれらの複合体はラミックス等（以下総称してニコー
セラミックスと呼ぶ）にて形成することが耐熱ｆ１の観
点よ８− り好ましい、。

前）ホのバーナノズル部１０の先端を包囲しかつ略円錐
形の燃焼室２／Ｉを構成するボート・ブロック１１は、
バーヅ火炎に晒されて自ら幅制熱を発するものであるこ
とから、耐火物例えばニーｌ−セラミックス等で形成さ
れている。このボードブｎツク１１１よ、バーナノズル
部１０の外筒２０に着脱口イ「に取付ｔ−Ｊられ支稍さ
れている。まＩこ、ボートブロック１１は、炉壁内の空
所に炉内面と同一面となるように収められ、完全に密着
Ｊるようにシールされている。

斯様に構成されに本実施例の幅１＝１バーナ（こよれば
、燃料ノズル１２を包囲するエアノズル１３゜１４から
内方へ噴射される燃焼用空気によって強力な旋回流が形
成された所へ燃料ガスが噴射される。したがって、燃ｒ
１１ガスの一部は高速旋回する燃焼用空気の負圧部に引
き戻されて上流側で極めて過剰なる燃焼空気と混合され
希薄燃焼する。他方、燃料ガスの残部は、上流の希薄燃
焼にｊ：つて形成される火炎に噴射されてフコエルリッ
チ状態で燃焼する。即ち、追い焚きでるのである。この
ため、理論空気量よりも１０％程度の過剰空気で燃焼さ
せる場合であっても、上流側において希薄燃焼１ノ、下
流側において極めて燃焼用空気が不足したフユ■ルリッ
チ状態で追い焚することとなるので、排出される平均Ｎ
Ｏｘ吊はそのまま１０％力条空気で燃焼させる従来の輻
射バーナに比べて極めて低い値に押えることができる。

例えば、燃焼ｆｆ１ｌｏｏ％のとぎには従来バーナから
排出されるＮ０ｘｆｆｉｔの５０％程度以下となる。

この輻射バーナにあっては、向流エアノズル１３と外流
エアノズル１４とから夫々噴射される燃焼用空気は或範
囲でおいて等しい。例えば、１００％燃焼のとぎには内
湾ノズル１３と俗流ノズル１４から夫々５０％ず噴射さ
れる。異なる速度で内湾ノズル１３と俗流ノズル１４か
ら燃焼ガスが噴射される場合には、互いに干渉して却っ
て旋回流が乱されるからである。内湾と伴流から夫々等
しく燃焼用空気が噴射されるのは本実施例の場合５０〜
１００％燃焼の間である。そ【ノて、燃焼量が５０％を
下回ったときに、内湾ノズル１３が俗流ノズル１４のい
ずれか一方を閉じて残るノズルからのみ燃焼用空気を噴
１寸させる。例えば、５０％燃焼のとぎに内湾ノズル１
３を閉じれば、噴射量が半減したにら係わらず俗流ノズ
ル１４からは１００％燃焼のときと同じ勢い・流速で燃
焼用空気が噴き出る。このＩζめ、燃焼用空気は強力な
旋回流を形成して速やかに燃ＰＩガスど混わると共にポ
ートブロック１１の燃焼室２４に沿って広がる。

もっども、輻射バーブどしての機能に支障を来すのは２
５％前後にターンダウンしたときであるから、４０％燃
焼頃まで両ノズル１３．１／ｌから夫々等しく燃焼用空
気を噴き出１ノでも大きな影響は無い。残るエアノズル
１４から噴射される燃焼用空気量が１００％燃焼時に当
該ノズル１４から噴射される空気量の２５％を下回る頃
にＮＯｘ吊が急増すると共に輝炎を生じかつ火炎が広が
らずに輻射バーナとして機能しなくなる。しかし、１つ
のエアノズル１／１かｌｆｌ射射される空気量の２５％
は輻射バーナ仝体から＋ｎ射される空気量の１２゜５％
に相当する。したがって、このバーナによれば、第６図
に示すように２５％燃焼時においてもほとんど１００％
燃焼時と変らない低ＮＯＸｍに抑えることができる。即
ち、ＮＯｘ吊を燃焼負荷の変動と無関係に低く抑えるこ
とができる。また、２５％燃焼時においても、従来の輻
射バーナの５０％燃焼時稈度の速度・混合エネルギを有
する燃焼用空気の旋回流を依然として形成し得るため、
混合不良を起１ノで輝炎となったり火炎の広がり不足を
招くことがない。即ち、輻射バーナとしての機能を損な
うことが無い。

以上の説明より明らかなように、本発明の輻射バーナは
、エアノズルを夫々別個に流量制御可能な複数のノズル
に分割して構成したので、所定絞り量までは各ノズルの
空気噴射量を均等に絞り、それを下回るとノズルの一部
を閉塞して残りのノズルから更に均等に燃焼用空気を噴
射させることにより、燃焼用空気の噴射速度を太き（低
下させずに燃焼（６）換言すれば噴射空気量を絞ること
ができる。したがって、高ターンダウン時においても、
−１３−ｒ：Ａ　１２− 燃焼用空気が強力な旋回流を形成維持し、速やかに燃ｔ
１１ガスと混合（）て不輝炎を形成すると共にボートブ
ロックの燃焼室の内壁部に沿って広がるため、燃焼↑１
を悪化さ［！ない。更に、同幅０１バーナの燃料ノズル
をエアノズルより突出さ１Ｌで燃焼用空気の旋回・渦流
の負っただ中に旋回流によって包囲するように燃料ノズ
ルを配同（〕、噴０・ｔ　ｉ′ｆ　４％の燃料ガスの一
部をＭ）回流の０圧部に引ぎ戻させて極めて燃焼用空気
が過剰’Ｊ　Ｎ　Ｒ燃焼域をト流側に形成さＩる一方、
この希薄燃焼火炎に残りの燃料ガスを下流側において噴
ｑ・１シて過剰燃料状態で追い焚ぎするように１ノだの
で、燃焼用空気がＩＩＩＩ論空気の１０％過剰状態であ
っても、実際に排出されるＮＯｘｆｔ’ｌは１０％過剰
時に排出されるＮ０ＸｆＷと空気過剰燃焼時へ及び燃料
過剰燃焼時日に排出されるＮＯｘ岱とを側ね平均させた
値に低減される。実験の結果、１００％燃焼時において
５０％程度ＮＯｘｍを低減できることが判明（）た。ま
たこの輻射バーナは、燃焼用空気の旋回流によって燃料
ガスの一部を逆流さ１！るとによってＮ０ｘｆｆｉ＝１
４− の低減を図ると共に２５％程度の高ターンダウン時にお
いても強い旋回空気流を形成し得るので、燃焼Ｉ即ち燃
焼用空気量を絞っても急激にＮＯｘ債が増大することが
なく、第６図に示すｊ；うに低い値に抑え臂る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の幅用バーナの一例を示す中央縦断面図、
第２図は空燃比とＮＯｘ最の関係を示すグラフ、第３図
は本発明に係る輻射バーナの一実施例を示す一部切欠断
面図、第４図は燃料ノズルの突出岱とトンネル径との比
１−／Ｄに対するＮＯｘ吊の関係を示すグラフ、第５図
は他の輻射バーナの実施例を示で中央断面図、第６図は
燃焼負荷とＮＯｘ吊の関係を示すグラフである。１１ポートブロツク、　　１２・・・燃ｒ１ノズル、１
３．１４・・・エアノズル、　２１．２２・・・噴絹口
、２３・・・エアノズルキャップ、　２４・・・燃焼室
、２５・・・トンネル、　　　　　　１．・・・ノズル
突出良さ、Ｄ・・・トンネル針。１５− 第１図　　　− 籐２図空燐゛尤　　　　Ａ創９％（０免用璧埼ゎ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）燃ｒ１ノズルの周囲のエアノズルから内方へ噴射
される燃焼用空気の旋回流と燃料ガスを耐火物のボー１
〜ブロツク内で混合燃焼さ１！、前記ボートブロックを
加熱１ノで該ブロックから発せられる輻射熱により被加
熱物を加熱゛づ−る輻射バーナにおいて、前記エアノズ
ルを夫々別個に流量制御可能な複数のノズルに分割（）
て構成したことを特徴とする輻射バーナ。
（２）燃料ノズルの周囲のエアノズルから内方へ噴射さ
れる燃焼用空気の旋回流と燃料ガスとを耐火物のポート
ブロック内で混合燃焼させ、前記ポートブロックを加熱
して該ブロックから発せられる輻射熱により被加熱物を
加熱する輻射バーナにおいて、前記エアノズルを夫々別
個に流量制御可能な複数のノズルに分割して構成すると
共に該エアノズルより下流側に前記燃料ノズルを突出さ
せたことを特徴とする輻射バーナ。