JPS6029845B2

JPS6029845B2 - 燃焼性に優れる低ＮＯｘバ−ナ

Info

Publication number: JPS6029845B2
Application number: JP56074719A
Authority: JP
Inventors: 典久白石
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1981-05-18
Filing date: 1981-05-18
Publication date: 1985-07-12
Also published as: JPS57188909A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は燃焼性に優れる低Ｎ○ｋバーナに関するもの
で、とくにターンダウン時にあっても高遠燃焼させるこ
とができる低Ｎ○×バーナについて提案するものである
。

従来使われている低ＮＯｋを目的としたバーナには、排
ガス循環方式のものあるいは２段燃焼方式のものがあっ
た。

前者のものは低ＮＯ広の効果によって燃焼速度が遅くな
り、また後者のものは１次・２次空気の最適比率のとき
にのみ低Ｎ○×が果されるようになっているので例えば
フレーム長を変えるために１次・２次空気比率を変える
時には低Ｎ○×が得られにくくなるという欠点があった
。要するに、両者とも低Ｎ０×を実現しようとすれば、
ターンダウンに備えたフレームのバリアブル性というも
のが蟻性になるか、または全く無かったのである。この
ことをさらに詳述すると次のように説明できる。■燃焼
性に関して；従釆のガスバーナに共通したことであるが
、設計条件では良い燃焼状態であっても、設計条件から
絞られたターンダウンした状態では良い燃焼性は得られ
ない。

たとえば設計条件から１／３に流量が減少した時ノズル
から噴出する流速は、ェア、ガス共に１／３になる。（
噴出部の断面積が一定であるため）噴出するガスの持つ
運動量は、（質量）×（速度）で表わされるので、設計
した最適燃焼条件のものと比較すると１′９となり、ェ
アとガスの混合状態が悪くなると同時にフレームの持つ
エネルギーが減少して、フレームの温度パターンが設計
条件と大きく異なることになる。しかも、炉内の蝿梓能
力が減少し均一な炉温分布を作ることができなたかつた
。このような理由で設計条件の１／鏡崖度以下では、良
好な燃焼性が得られなかったのである。

これに対し前述した場合の燃焼性を確保するのに設計条
件でいたずらに高速性を持たせると必要な圧力は流速の
２案に比例するので、必常に大きな動力（送風機等の）
を必要とするから実用的ではない。■燃焼フレームのバ
リアブル性に関して；従来のガスバーナにおいては、た
とえば１次・２次空気の比率を変えることにより、フレ
ーム長を変えることができた。

しかしながら、設計条件から減少した流量条件において
は、ェア、ガスの混合然性が悪くなることと、その運動
量が急速に減少するので、十分なバリアブル性は持つこ
とができなかった。■低Ｎ○ｘ性に関して；従来のガス
バーナにあっては、低Ｎ○×性を追求すると望ましい燃
焼性やフレームのバリアブル性を持つことができなかつ
た。

以上述べたように従来のガスバーナにおいては、広い使
用範囲（大きくターンダウンした時）で低Ｎ○×、フレ
ームのバリアブル性、良好な燃焼性ならびに均一な炉内
温度分布を持つことはできなかった。

本発明は上述した従来技術の欠点の克服を目的として開
発したバーナであり、とくに低Ｎ○×バーナに高速燃焼
性を付与するとともに、それがターンダウンしたときに
も同じように優れた燃焼性が保持できるように構成した
ものである。

以下図示した好適実施例にもとづいて本発明低Ｎ○×バ
ーナについて詳述する。本発明低Ｎ○×バーナは、中心
部に燃料ガス送給部を、そのまわりに１次空気送給部を
、さらにその外側に２次空気送給部を同Ｄ‘こ配置して
なるバ−ナ構造のうち、前言己燃焼ガス送給部を、先端
側が先拡がりになるガスノズル孔とそれに対応する先拡
がり円錐状のノズル芯とで構成し、前記１次空気送給部
を、先端側が先細りになる環状１次空気ノズル孔とそれ
に対応して設けた先端の尖った環状ノズル芯とで構成し
、前記２次空気送給部を、先端側が先細りになる複数個
のものを環状配列した２次空気ノズル孔群とそれに対応
して設けた先端の尖った円錐状ノズル芯とで構成し、そ
して、前記各送給部の前面に、予混合空間を介在させて
、中心に１次空気燃焼空間を提供する中央孔を具え且つ
それらの囲りに前記２次空気送給部に対応させて設けた
複数個の２次空気孔とそれら２次空気孔の間に位置させ
た複数個の燃焼ガス再循環孔とを設けてなるバッフルを
配置した構成にしたことを特徴とするものである。

上述した構造において、燃料ガスは、燃料ガス送給部１
０を通してこれに蓮適する先拡がりの燃料ガスノズル孔
１部に供給される。

この時、燃料ガス送給部の断面積は、燃焼ガスノズル孔
１の断面積調節用のために設けた先拡がり円錐状のガス
ノズル芯２と連結したガスノズル調節用ロッド３を移動
させることにより調節される。１次空気は、１次空気供
給管１１を通してこれを蓮適する先細り状の１次空気ノ
ズル孔４部に供給される。

この１次空気送給部の断面積は、先細り断面の環状１次
空気ノズル孔４に対応して設けた先端の尖った環状のノ
ズル芯５をそれに連結した１次空気ノズル調節用ロッド
６を移動させることにより自由に調節される。同様に２
次空気は、２次空気供給管１２より導入され、断面にし
て先細りの円錐上にした２次空気ノズル孔７より噴出す
る。２次空気送給部の断面積は２次空気ノズル孔７の形
状に見合って設けた先端の尖った円錐状ノズル芯８と連
結する２次空気ノズル調節用ロッド９を移動させること
により調節される。上述した燃料ガスと１次空気は、各
ノズル孔１，４の出口部の予混合室１６で混合し、その
前面に設けたバッフル２０の中央孔１３を１次燃焼室と
して空気不足状態で燃焼する。

そして、このバッフル２０の外周囲寄り｝こは環状に配
列した複数個の２次空気孔１４が設けてあり、同時にこ
れは前記２次空気ノズル孔７と対応していて、再循環し
た燃焼ガスと合体した２次空気が噴出するようになって
いる。さらに、このバッフル２０の各２次空気孔１４の
間には燃焼ガス再循環孔１５が設けてあり、この燃焼ガ
ス再循環孔１５からは燃焼ガスの一部が２次空気ノズル
から高速で噴出する２次空気の吸引効果によって還流す
る。尤も、この燃料ガスの還流は燃料ガス及び１次空気
の吸引効果によっても該燃焼ガス再循環孔１５を通って
還流する。なお、図示の１８はノズルホルダ一、１９は
シール室を示す。前述したこの発明において、噴出する
燃料ガス及び空気の流速は、ノズル前の燃料ガス及び空
気の圧力（それぞれＰｇ，Ｐａ）の平方根にほぼ比例す
る。

従って噴出するガス、空気の流速を一定に保とうとする
場合には、ＰｇおよびＰａがそれぞれ一定となるように
前記ロッド３，６，９を調節すればよい。また、噴出す
るガス、空気の流速を変える場合においてもＰｇおよび
Ｐａをある値に変化させるためにロッド３，６，９を調
節する。このような構成の故に本発明バーナは設計条件
から夕ーンダウソした条件でも、燃料ガス及び空気の流
速を一定に保つか、あるいはある目標値に制御すること
によって、フレームの持つ運動量を大きくしかつ良好な
燃焼性を持たすことが可能となるのである。要するに、
本発明バーナは表・１に示したようにバーナに要求され
る特質を十分満足することができ、しかもこれは設計状
態のみならず任意のターンダウンした状態においても発
揮することができるものである。

表１なお、上述した本発明バーナが低Ｎ○×となる理由は、
次のように考えられる。

従来のバーナにおいては、設計条件では高速燃焼させる
ことができるが、ターンダウンすると流速が低下する。
従って燃焼性が悪くなりその状態では相当に空気過剰に
しないと正常な燃焼が得られない。そのために０２過剰
となりＮＯか誓を招いていた。これに対し本発明バーナ
は、２段燃焼・排ガス再循環方式の構造にしたことにあ
わせ、各／ズル送給部をいずれも流量可変構造にしたこ
とから、高負荷の状態から低負荷の状態に至る全領域で
高速燃焼させることができ、ェア／ガスの混合特性がよ
く常に低０２燃焼が果され、所謂ターンダウンしたよう
なときでも設計条件のときと同じ低Ｎ○×最低値が得ら
れるのである。また、本発明のノズルにおいて、燃料ガ
スノズル１，２の構造は噴射方向に先拡がりとなる形状
にしてあるので、予混合室’６、１次燃焼室１７に向け
て噴出するガスを、薄い円筒状の膜となって外側に拡が
りながら吐出させることができる。

そのために、１次燃焼用空気と混合して生成するフレー
ムの表面積が大きくなり放熱量がその分増大する。従っ
て、そのフレームの平均最高火焔温度が低くなり、Ｎ○
×低減に効果的に作用する。しかも、本発明ノズルの場
合、前記ガスノズルー，２を先拡がり円錐状の構造にし
たので、そのノズル前面の子漉合室１６のその中心付近
に強い負圧域をつくる。従って、子混合室１６の中心部
へ１次燃焼室で燃焼した燃焼ガスが流れ込むという特徴
がある。そのため、一般的にこの種のものでは中心部に
生じやすいフレームの局部的な高温城が無くなりフレー
ム温度が低下するのである。この点従来バーナにあって
は、フレームの外周部は周囲への放熱により温度低下す
るが、中心部は放熱がなく高熱になりやすい欠点があり
Ｎ○×低減が弱まる。以上説明した本発明のバーナは、ｍ燃焼ガス、１次空気、２次空気噴出ノズルの断面積
を、全閉から全開までの範囲で制御できるので、設計条
件の流量から微小な流量まで減少（ターンダウン）して
も、その噴出流速は任意に制御できるので、常に良好な
燃焼性が維持できる。

｛２）１次、２次空気流量比率、燃料ガス、１次、２
次空気流速、ノズル流速を制御することによってフレ−
ム長が制御できるから常に均一な炉内温度分布を得られ
る。

（３’燃焼ガス再循環孔から還流する燃焼ガスが、２次
空気の吸引作用、燃料ガスと１次空気の混合気の吸引作
用により、バッフル２０の中心軸上に形成される負圧部
に流入するから、いかなる状況下でも低Ｎ○×が果され
る。

以上説明したように本発明の低Ｎ○×バーナによれば、
広い使用の範囲（大きくターンダウンした時）で低Ｎ○
×が得られ、フレームのバリアブル性、良好な燃焼性、
ならびに均一な炉内温度分を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面の第１図は本発明低Ｎ○×バーナの断面図、第２図
は第１図のＡ−Ａ部矢視断面図、第３図は第１図のＢ−
Ｂ部矢視断面図である。１・・・・・・燃料ガスノズル孔、２・…・・燃料ガス
ノズル用ノズル芯、３・・・・・・ガスノズル調節用ロ
ッド、４……１次空気ノズル孔、５・・・・・・１次空
気ノズル用ノズル芯、６・…・・１次空気ノズル調節用
ロッド、７・・・・・・２次空気ノズル孔、８・・・・
・・２次空気ノズル用ノズル芯、９・・・・・・２次空
気ノズル調節用ロッド、１０・・・・・・燃料ガス供給
管、１１・・・・・・１次空気供給管、１２…・・・２
次空気供給管、１３・・…・バッフル中央孔、１４・・
・・・・２次空気孔、１５・・・・・・燃焼ガス再循環
孔、１６…・・・予混合室、１７・・・・・・１次燃焼
室、１８…・・・ノズルホルダー、１９…・・・シール
室、２０……バッフル。第１図第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

１中心部に燃料ガス送給部を、そのまわりに１次空気
送給部を、さらにその外側に２次空気送給部を同心に配
置し、さらにその前面に燃焼ガス再循環用バツフルを設
けてなるバーナにおいて、前記燃料ガス送給部を、先端
側が先拡がりになるガスノズル孔とそれに対応する先拡
がり円錐状のノズル芯とで構成されるノズル断面積可変
構造とし、前記１次空気送給部を、先端側が先細りにな
る環状１次空気ノズル孔とそれに対応して設けた先端の
尖つた環状ノズル芯とで構成されるノズル断面積可変構
造とし、前記２次空気送給部を、先端側が先細りになる
複数個のものを環状配列した２次空気ノズル孔群とそれ
に対応して設けた先端の尖つた円錐状ノズル芯とで構成
されるノズル断面積可変構造とし、そして、いずれも流
量が可変である前記各送給部の前面に、１次空気燃焼空
間を提供する中央孔のまわりに、前記２次空気吐出部の
対応する前面に設けた複数個の２次空気孔とそれら２次
空気の間に挾まれた位置に設けた複数個の燃焼ガス再循
環孔とをいずれも同心状に設けてなるバツフルを、予混
合空気を介在させて配置したことを特徴とする燃焼性に
優れる低ＮＯｘバーナ。