JPS644825Y2 - - Google Patents

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JPS644825Y2
JPS644825Y2 JP6839085U JP6839085U JPS644825Y2 JP S644825 Y2 JPS644825 Y2 JP S644825Y2 JP 6839085 U JP6839085 U JP 6839085U JP 6839085 U JP6839085 U JP 6839085U JP S644825 Y2 JPS644825 Y2 JP S644825Y2
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radiant tube
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tube
fuel
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【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案は、特にNOxと黒煙(スモーク)の排
出量(濃度)の少ないラジアントチユーブの燃焼
装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention particularly relates to a radiant tube combustion device that has a low emission amount (concentration) of NOx and black smoke.

(従来技術) 従来、第5図a及び第5図bに示すように、熱
処理炉の炉壁1を挿通するラジアントチユーブ2
の端部にバーナ本体3が連結され、先端に保炎板
4を有する燃料噴出管5をラジアントチユーブ2
のチユーブ軸心Tに一致(同軸心)させて設け、
燃料Gを燃料噴出管5から噴出すると同時に、該
燃料噴出管5の外周に形成された燃料空気噴出通
路6から燃焼空気Aを噴出するようにした燃焼装
置が提案されている。
(Prior Art) Conventionally, as shown in FIGS. 5a and 5b, a radiant tube 2 is inserted through the furnace wall 1 of a heat treatment furnace.
The burner main body 3 is connected to the end of the radiant tube 2.
Provided so as to coincide with (coaxial center) the tube axis T of
A combustion device has been proposed in which fuel G is ejected from a fuel ejection pipe 5 and at the same time combustion air A is ejected from a fuel air ejection passage 6 formed on the outer periphery of the fuel ejection pipe 5.

しかしながら、該燃焼装置では、低負荷燃焼率
時は未燃分、特に黒煙(スモーク)が発生しやす
くなる。
However, in this combustion device, unburned matter, especially black smoke, is likely to be generated when the combustion rate is low.

即ち、高温の燃焼空気A(500℃以上)といえど
も、火炎(900〜1200℃)よりも温度が低いので、
密度の小さい火炎は浮力でラジアントチユーブ2
の上層流へ、密度の大きい燃焼空気Aは下層流へ
と流れる力が働く。特に低負荷燃焼率時は、燃料
Gや燃焼空気Aの噴出流速及びラジアントチユー
ブ2内のガス流速が遅くなるので、火炎の浮力が
支配的となる。したがつて、燃料Gは燃焼が始ま
ると、燃焼空気Aと交差混合し、空気不足の燃焼
状態で上層流へ移り、また、燃料流より真下の燃
焼空気Aはもとより、燃料流の横の燃焼空気流も
下層流へと流れが移る。そして、ラジアントチユ
ーブ2内の流れは、マクロ的に未燃分を多く含ん
だ上層流の火炎と下層流の燃焼空気流の二相流に
なり、層流混合しながら下流へと流れて行く。し
かし、下流へ行くと燃焼熱よりもチユーブ2の抜
熱量が大きくなるので、ガス温度が下がり、未燃
分は燃焼しにくくなり、黒煙(スモーク)が発生
しやすくなるのである。
In other words, even though the combustion air A is at a high temperature (500°C or higher), its temperature is lower than that of the flame (900-1200°C), so
Flame with low density becomes radiant tube 2 due to buoyancy.
A force acts to flow the dense combustion air A to the upper flow and to the lower flow. Particularly at low load combustion rates, the ejection flow velocity of the fuel G and combustion air A and the gas flow velocity within the radiant tube 2 are slow, so the buoyancy of the flame becomes dominant. Therefore, when combustion begins, fuel G cross-mixes with combustion air A and moves to the upper flow in an air-starved combustion state. The airflow also shifts to the lower flow. Then, the flow inside the radiant tube 2 becomes a two-phase flow consisting of an upper flow of flame containing a large amount of unburned matter macroscopically and a lower flow of combustion air, and flows downstream while mixing in a laminar flow. However, as it goes downstream, the amount of heat removed from the tube 2 becomes larger than the combustion heat, so the gas temperature decreases, making it difficult for unburned components to burn, and making it easier to generate black smoke.

また、高温燃焼空気(500℃以上)の高負荷燃
焼率時はNOxが多量に発生しやすくなる。
Additionally, large amounts of NOx are likely to be generated during high-load combustion rates of high-temperature combustion air (500°C or higher).

即ち、ラジアントチユーブ2の燃焼は、燃料G
の燃料量に対して燃焼室が狭いため、燃焼室負荷
率が大きくて、10×106kcal/m3h以上である。
したがつて、従来では燃焼効率を良くするため
に、燃料Gと燃焼空気Aとを早期に均一混合さ
せ、急速な燃焼に主眼がおかれていたため、燃焼
初期の酸素分圧の高い所で火炎温度が高くなり、
NOxが発生しやすくなるのである。
That is, the combustion of the radiant tube 2 causes the fuel G
Since the combustion chamber is narrow for the amount of fuel, the combustion chamber load factor is large and is 10×10 6 kcal/m 3 h or more.
Therefore, in the past, in order to improve combustion efficiency, the main focus was on uniformly mixing fuel G and combustion air A at an early stage to achieve rapid combustion. The temperature increases,
This makes it easier for NOx to be generated.

このため、燃焼設備のNOx、黒煙(スモー
ク)等の環境が悪くなるばかりでなく、黒煙が
レキユペレータの伝熱管に付着し、熱交換能力を
低下させると共に圧損の増大をきたす。ま
た、ラジアントチユーブ2の下層に未燃炭素が堆
積し、ラジアントチユーブ2の炉内での伝熱能力
が低下する。そして、排ガス温度が高くなりレ
キユペレータの耐久性が悪くなる等の問題があ
る。
For this reason, not only does the environment of the combustion equipment deteriorate with NOx, black smoke, etc., but the black smoke adheres to the heat exchanger tubes of the requilerator, reducing heat exchange ability and increasing pressure loss. Further, unburned carbon is deposited in the lower layer of the radiant tube 2, and the heat transfer ability of the radiant tube 2 in the furnace is reduced. Further, there are problems such as the exhaust gas temperature becoming high and the durability of the recuperator becoming poor.

また、第6図a及び第6図bに示すように燃料
噴出管15をラジアントチユーブ2のチユーブ軸
心Tの上側に偏位された燃料軸心に沿つて設けら
れた燃料噴出管5′から燃料Gを噴出すると同時
に、該チユーブ軸心Tの下側に偏位された空気軸
心に沿つて形成された燃料空気噴出通路6′から
燃焼空気Aを噴出するようにした燃焼装置が提案
されている。
Further, as shown in FIGS. 6a and 6b, the fuel injection pipe 15 is connected to the fuel injection pipe 5' provided along the fuel axis which is offset above the tube axis T of the radiant tube 2. A combustion device has been proposed in which, at the same time as fuel G is injected, combustion air A is injected from a fuel air injection passage 6' formed along an air axis offset below the tube axis T. ing.

しかしながら、該燃焼装置では、高負荷燃焼率
時のNOxは少量になるが、低負荷燃焼率時にな
ると火炎の浮力が支配的となり、黒煙(スモー
ク)の発生量が非常に多くなるという問題があ
る。
However, with this combustion device, the amount of NOx is small at high load combustion rates, but at low load combustion rates, the buoyancy of the flame becomes dominant, resulting in an extremely large amount of black smoke. be.

このため、排熱回収率を向上させた高温レキユ
ペレータを採用する場合、その燃焼空気温度の上
限が、NOxの規制濃度や、黒煙(スモーク)濃
度で制約されるため、排熱回収率の高いレキユ
ペレータの採用が困難である。高温燃焼空気用
の蒸発添加等による低NOx対策はランニングコ
ストが高くなるため、高効率排熱回収の投資メリ
ツトが少なくなる等の問題がある。
Therefore, when adopting a high-temperature recuperator with improved exhaust heat recovery rate, the upper limit of the combustion air temperature is restricted by the NOx regulatory concentration and black smoke concentration. It is difficult to employ a requioperator. Measures to reduce NOx by adding evaporation to high-temperature combustion air increase running costs, which reduces the investment benefits of high-efficiency waste heat recovery.

かかる従来の諸問題に鑑み、本出願人は、低
NOxと低黒煙のターンダウン特性の良いラジア
ントチユーブの燃焼装置を提供することを目的と
し、ラジアントチユーブのチユーブ軸心の上側に
偏位された空気軸心に沿つて燃焼空気噴出通路が
形成され、該チユーブ軸心の下側に偏位された燃
料軸心に沿つて燃料噴出管が設けられて構成され
た燃焼装置を提案している。
In view of these conventional problems, the applicant has decided to
In order to provide a radiant tube combustion device with good turndown characteristics of NOx and low black smoke, a combustion air jetting passage is formed along the air axis of the radiant tube, which is offset upward from the tube axis of the radiant tube. proposes a combustion device in which a fuel injection pipe is provided along a fuel axis that is offset below the tube axis.

(考案の目的) 本考案は、本出願人の提案に係る前記燃焼装置
の改良に関するものである。
(Purpose of the invention) The present invention relates to an improvement of the combustion device proposed by the present applicant.

即ち、燃料噴出管の先部の保炎板とラジアント
チユーブの下部内面と接している所から約150mm
下流側のラジアントチユーブの円周方向の上下で
大きな温度偏差が生じる。つまり、燃焼空気の冷
却効果が少なくなり、局部加熱されるため、ラジ
アントチユーブの局部加熱による加熱割れが生
じ、ラジアントチユーブの耐久性が悪くなる。
That is, approximately 150mm from the point where the flame-holding plate at the tip of the fuel injection pipe contacts the lower inner surface of the radiant tube.
A large temperature deviation occurs above and below the circumferential direction of the radiant tube on the downstream side. In other words, the cooling effect of the combustion air is reduced and local heating occurs, so that heating cracks occur due to local heating of the radiant tube, which deteriorates the durability of the radiant tube.

そこで本考案は、ラジアントチユーブの局部加
熱割れを防止して、ラジアントチユーブの耐久性
を向上させることを目的とするものである。
Therefore, the present invention aims to improve the durability of the radiant tube by preventing local heating cracking of the radiant tube.

(考案の構成) このため本考案は、ラジアントチユーブのチユ
ーブ軸心の上側に偏位された空気軸心に沿つて燃
焼空気噴出通路が形成され、該チユーブ軸心の下
側に偏位された燃料軸心に沿つて、先部に保炎板
を有する燃料噴出管が設けられており、該保炎板
の下側に、ラジアントチユーブの下流側へ伸長す
る伝熱緩和板が取付けられて構成されたものであ
る。
(Structure of the invention) Therefore, in the present invention, a combustion air jetting passage is formed along the air axis of the radiant tube, which is offset to the upper side of the tube axis; A fuel injection pipe having a flame holding plate at the tip is provided along the fuel axis, and a heat transfer relaxation plate extending toward the downstream side of the radiant tube is attached to the lower side of the flame holding plate. It is what was done.

(考案の効果) 本考案によれば、燃料噴出管の保炎板の下側
に、ラジアントチユーブの下流側へ伸長する伝熱
緩和板が取付けられたものであるから、高温排ガ
ス循環流によるラジアントチユーブへの直接的な
対流伝熱や輻射伝熱がさえぎられるので、ラジア
ントチユーブの局部加熱割れが防止され、耐久性
が向上するようになる。
(Effect of the invention) According to the invention, a heat transfer relaxation plate extending toward the downstream side of the radiant tube is attached to the lower side of the flame stabilizing plate of the fuel injection tube, so that the radiant due to the high-temperature exhaust gas circulation flow is Since direct convection heat transfer and radiant heat transfer to the tube is blocked, localized heating cracking of the radiant tube is prevented and durability is improved.

また、ラジアントチユーブの保全のために炉の
稼動を止める回数が減少するので、生産性も向上
するようになる。
Furthermore, the number of times the furnace must be stopped for maintenance of the radiant tube is reduced, so productivity is also improved.

(実施例) 以下、本考案の実施例を添付図面について詳細
に説明する。
(Embodiments) Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第1図aおよび第1図bに示すように、熱処理
炉の炉壁11を挿通するラジアントチユーブ12
の端部にバーナ本体13が連結され、先部に保炎
板14を有する燃料噴出管15を、基部をラジア
ントチユーブ12のチユーブ軸心Tと一致させ、
先部をチユーブ軸心Tの下側に偏位させて斜めに
設けるとともに、チユーブ軸心Tの上側に偏位さ
れた空気軸心に沿つて燃焼空気噴出通路16を形
成している。
As shown in FIGS. 1a and 1b, a radiant tube 12 inserted through the furnace wall 11 of the heat treatment furnace
The burner main body 13 is connected to the end of the fuel injection pipe 15 having a flame stabilizing plate 14 at the tip, the base of which is aligned with the tube axis T of the radiant tube 12,
The tip is provided obliquely with the tip offset below the tube axis T, and a combustion air jetting passage 16 is formed along the air axis shifted above the tube axis T.

一方、保炎板14の下側には、ラジアントチユ
ーブ12の下流側へ伸長する円弧状の伝熱緩和板
17が取付けられている。
On the other hand, an arcuate heat transfer relaxation plate 17 extending downstream of the radiant tube 12 is attached to the lower side of the flame stabilizing plate 14 .

該伝熱緩和板17は、燃料Gの噴出幅程度で、
排ガス循環流G1が生じる長さのもので良く、例
えば、弧長幅が60mm、長さが150mm程度に設定さ
れている。
The heat transfer moderating plate 17 has a width approximately equal to the jetting width of the fuel G.
The length may be such that the exhaust gas circulation flow G1 is generated, and for example, the arc width is set to about 60 mm and the length is set to about 150 mm.

なお、燃料噴出管15は、保炎板14が炉内に
面した炉壁11面より、炉内側に位置する長さに
設定するのが好ましい。
Note that the fuel injection pipe 15 is preferably set to a length such that the flame stabilizing plate 14 is located on the inside of the furnace from the furnace wall 11 surface facing the inside of the furnace.

上記のような構成であれば、燃焼空気噴出通路
16から噴出された燃焼空気Aは、燃料空気噴出
管15から噴出された燃料Gと混合燃焼するが、
燃焼初期は燃料Gに近い空気A1,A2、と空気不
足の状態(保炎板14とラジアントチユーブ12
の接点18からは空気が供給されない)で燃焼す
るので、高負荷燃焼率時はNOxが低くなる。
With the above configuration, the combustion air A jetted out from the combustion air jetting passage 16 is mixed and combusted with the fuel G jetted out from the fuel air jetting pipe 15.
At the beginning of combustion, air A 1 and A 2 are close to the fuel G, and there is an air shortage (flame holding plate 14 and radiant tube 12
No air is supplied from the contact point 18), so NOx is low at high load combustion rates.

そして、燃料流は火炎の浮力で上層流へ、残り
の燃焼空気流A3,A4,A5は下層流へと移行して
ゆき、この過程で燃料Gや未燃分は完全燃焼する
ので、低負荷燃焼率時は黒煙(スモーク)の排出
が少なくなる。
Then, the fuel flow moves to the upper flow due to the buoyancy of the flame, and the remaining combustion air flows A 3 , A 4 , A 5 shift to the lower flow, and in this process, the fuel G and unburned components are completely combusted. , less black smoke is emitted at low load combustion rates.

一方、高温の排ガス循環流G1は伝熱緩和板1
7の上側に生じる。したがつて、伝熱緩和板17
は高温排ガス循環流G1によるラジアントチユー
ブ12への直接的な対流伝熱や輻射伝熱をさえぎ
る機能を有すると共に、循環流G1へ燃焼空気A
が混入し、NOxの生成の増加を防止する機能を
有する。
On the other hand, the high temperature exhaust gas circulation flow G 1 is generated by the heat transfer relaxation plate 1
Occurs above 7. Therefore, the heat transfer relaxation plate 17
has the function of blocking direct convective heat transfer and radiant heat transfer to the radiant tube 12 by the high temperature exhaust gas circulation flow G1 , and also directs combustion air A to the circulation flow G1 .
It has the function of preventing NOx from being mixed in and increasing the production of NOx.

なお、燃料噴出管15の保炎板14を炉内に位
置させると、ラジアントチユーブ12の放散熱を
大きくして、局部加熱を緩和する機能を有してい
る。即ち、第2図aに示したように、保炎板14
近辺のラジアントチユーブ12の外側を断熱材1
9(t=50、l=300(mm))で断熱した実験を行
なつたが、後述のように本考案に係る装置では50
℃以下の温度差であつたものが、第2図bに示す
ように、実験装置では160℃程度の温度差が生じ
たことからも明らかである。
In addition, when the flame stabilizing plate 14 of the fuel injection tube 15 is located in the furnace, it has the function of increasing the heat dissipated from the radiant tube 12 and alleviating local heating. That is, as shown in FIG. 2a, the flame holding plate 14
Insulating material 1 on the outside of the nearby radiant tube 12
9 (t = 50, l = 300 (mm)), but as described later, the device according to the present invention
This is clear from the fact that the temperature difference in the experimental apparatus was about 160°C, as shown in Figure 2b, whereas the temperature difference was less than 160°C.

第3図aおよび第3図bは、いずれも第1図a
の装置をベースにして、第3図aは伝熱緩和板1
7のないもの、第3図bは伝熱緩和板17のある
ものについて、保炎板14付近のラジアントチユ
ーブ12の温度特性を測定したデータである。
Figure 3a and Figure 3b are both Figure 1a.
Based on the device shown in FIG.
FIG. 3b is data obtained by measuring the temperature characteristics of the radiant tube 12 near the flame stabilizing plate 14 for the case without 7 and the one with the heat transfer moderation plate 17.

○印は保炎板14の位置(0mm)、△印は保炎
板14から65mmの位置、□印は保炎板14から
165mmの位置、実線はラジアントチユーブ12の
上位置、鎖線はラジアントチユーブ12の下位置
をそれぞれ示す。
○ mark is the position of the flame holding plate 14 (0 mm), △ mark is the position 65 mm from the flame holding plate 14, □ mark is from the flame holding plate 14
The 165 mm position, the solid line indicates the upper position of the radiant tube 12, and the chain line indicates the lower position of the radiant tube 12.

同図からも明らかなように、伝熱緩和板17の
ない装置では、保炎板14の下流65mmで、加熱初
期に150℃〜90℃ものラジアントチユーブ12の
円周方向上下温度差があつたが(第3図a)、伝
熱緩和板17のある装置では、いずれの時期にお
いても、50℃以下におさまつた(第3図b)。
As is clear from the figure, in the device without the heat transfer relaxation plate 17, there was a temperature difference between the top and bottom of the radiant tube 12 in the circumferential direction of 150°C to 90°C at 65 mm downstream of the flame stabilizing plate 14 at the initial stage of heating. However, in the device equipped with the heat transfer moderation plate 17, the temperature remained below 50°C at all times (Fig. 3b).

この結果、ラジアントチユーブ12の寿命が従
来では3年であつたものが、5年に延びて耐久性
が向上した。
As a result, the life of the radiant tube 12, which was conventionally three years, has been extended to five years, improving durability.

第4図aは、20%燃焼負荷率時の従来装置(第
5図a)と本案装置(第1図a)のラジアントチ
ユーブ長手方向の温度特性、第4図bは、同じく
100%燃焼負荷率時の温度特性を測定したデータ
である。
Fig. 4a shows the temperature characteristics in the longitudinal direction of the radiant tube of the conventional device (Fig. 5a) and the proposed device (Fig. 1a) at 20% combustion load rate, and Fig. 4b shows the same temperature characteristics.
This is data obtained by measuring temperature characteristics at 100% combustion load rate.

○印は本案装置、□印は従来装置のデータをそ
れぞれ示す。
The ○ mark indicates the data of the proposed device, and the □ mark indicates the data of the conventional device.

同図からも明らかなように、ラジアントチユー
ブ長手方向の温度差も本案装置の方が少ないこと
がわかる。
As is clear from the figure, the temperature difference in the longitudinal direction of the radiant tube is also smaller in the present device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図aは本考案に係る燃焼装置の側面断面
図、第1図bは第1図aの−断面図、第2図
aは断熱材を嵌装したラジアントチユーブの側面
断面図、第2図bは断熱材を嵌装したラジアント
チユーブの保炎板付近の温度特性グラフ、第3図
aは伝熱緩和板のない燃焼装置におけるラジアン
トチユーブの保炎板付近の温度特性グラフ、第3
図bは伝熱緩和板のある燃焼装置におけるラジア
ントチユーブの保炎板付近の温度特性グラフ、第
4図aおよび第4図bは所定の燃焼負荷率時のラ
ジアントチユーブ長手方向の温度特性グラフ、第
5図aは従来の燃焼装置の側面断面図、第5図b
は第5図aの−断面図、第6図aは従来の燃
焼装置の側面断面図、第6図bは第6図aの−
断面図である。 12……ラジアントチユーブ、13……バーナ
本体、14……保炎板、15……燃料噴出管、1
6……燃焼空気噴出通路、17……伝熱緩和板、
T……チユーブ軸心。
FIG. 1a is a side sectional view of the combustion device according to the present invention, FIG. 1b is a cross-sectional view taken from FIG. 1a, and FIG. Figure b is a temperature characteristic graph near the flame holding plate of a radiant tube fitted with a heat insulating material.
Figure b is a temperature characteristic graph near the flame stabilizing plate of the radiant tube in a combustion device with a heat transfer moderation plate, Figures 4a and 4b are temperature characteristic graphs in the longitudinal direction of the radiant tube at a predetermined combustion load rate, Figure 5a is a side sectional view of a conventional combustion device, Figure 5b
is a sectional view of FIG. 5a, FIG. 6a is a side sectional view of a conventional combustion device, and FIG. 6b is a sectional view of FIG. 6a.
FIG. 12...Radiant tube, 13...Burner body, 14...Flame holding plate, 15...Fuel injection pipe, 1
6... Combustion air jetting passage, 17... Heat transfer relaxation plate,
T...Tube axis center.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] ラジアントチユーブのチユーブ軸心の上側に偏
位された空気軸心に沿つて燃焼空気噴出通路が形
成され、該チユーブ軸心の下側に偏位された燃料
軸心に沿つて、先部に保炎板を有する燃料噴出管
が設けられており、該保炎板の下側に、ラジアン
トチユーブの下流側へ伸長する伝熱緩和板が取付
けられていることを特徴とするラジアントチユー
ブの燃焼装置。
A combustion air jetting passage is formed along the air axis of the radiant tube, which is offset upward from the tube axis, and is maintained at the tip along the fuel axis, which is offset below the tube axis. 1. A radiant tube combustion device, comprising: a fuel injection pipe having a flame plate; and a heat transfer moderation plate extending downstream of the radiant tube is attached to the lower side of the flame stabilizing plate.
JP6839085U 1985-05-08 1985-05-08 Expired JPS644825Y2 (en)

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