JP2002213711A - 低ＮＯｘで燃焼する燃焼方法及びその燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料ガスを低カロリーにして燃焼時の高熱に
よる窒素酸化物ＮＯｘ）の発生を減少させる。 【解決手段】 加熱炉１においてガスバーナで燃料ガス
Ｆを燃焼する燃焼方法であって、燃料ガスＦの噴射によ
るエジェクタ効果を利用して、加熱炉１内で循環する燃
焼排ガスＥを燃料ガスＦ中に混合し、燃料ガスＦを発熱
量が低い低カロリーガスにすることにより、この燃焼に
際して窒素酸化物ＮＯｘの発生を抑制する燃焼方法であ
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、加熱炉、工業炉、
ボイラ等の加熱装置に使用する燃焼装置に係り、特に低
ＮＯｘで燃焼する燃焼方法及びその燃焼装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、加熱炉としては、図３の断面
図に示すように、石油精製、石油化学において、ガス、
オイル等を加熱するための管式加熱炉等がある。この管
式加熱炉１は、内壁面を耐火材２で形成した輻射部３を
備えた加熱炉本体４の底部にバーナー５を配置したもの
である。この加熱炉本体４の内部であって、バーナー５
からの火炎を包囲するように、ガス、オイル等を搬送さ
せる加熱管６を配管してある。この加熱炉本体４の上部
には対流部７を設け、加熱管６を配管してある。この対
流部７の上部には煙突８を設けたものである。

【０００３】このような加熱炉１では燃焼に際して、窒
素酸化物（ＮＯｘ）が発生し易かった。窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）の発生は、火炎の温度に比例して増加する傾向が
ある。そこで、低カロリーガスは、燃焼温度が通常の火
炎に比較して低下し、このよう火炎の温度を低く抑える
ことにより、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生は低くするこ
とができる。

【０００４】そこで、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を低
く抑えるために、多段空気式バーナーや多段燃焼式バー
ナー等の種々の燃焼装置が提案されている。例えば、多
段空気式バーナー９は、図４の断面図に示すように、燃
焼空気を多段に分けて炎口部に送り込み、速やかに燃焼
する方式のバーナーである。図示例では、バーナー９の
中心位置にガスノズル１０を設け、このガスノズル１０
の周囲に円筒形の第一バーナータイル１１を配置し、こ
の第一バーナータイル１１とガスノズル１０との隙間に
一次の空気穴を形成したものである。この第一バーナー
タイル１１の周囲に、これより大径の円筒形の第二バー
ナータイル１２を配置し、この第二バーナータイル１２
と第一バーナータイル１１との隙間に二次の空気穴を形
成したものである。同様に、この第二バーナータイル１
２の周囲にこれより大径の円筒形の第三バーナータイル
１３を配置し、この第三バーナータイル１３と第二バー
ナータイル１２との隙間に三次の空気穴を形成したもの
である。ガスノズル１０の火炎に向けて燃焼空気を、一
次、二次、三次の空気穴に分けて供給することで、緩や
かに、かつ火炎のp 温度を下げて燃焼できるようになっ
ている。

【０００５】この多段空気式バーナー９では、ガスノズ
ル１０より噴出した燃料ガスＦは第一 の空気穴で、空
気取入口１４から空気と混合して、第一のバーナータイ
ル１１から噴出して点火され、酸素濃度の低い安定した
濃火炎が形成される。この濃火炎は、第二バーナータイ
ル１２との隙間に供給された空気と混合して希薄混合気
となる。更に、第三バーナータイル１３との隙間から供
給される空気とも混合して燃焼し、酸素濃度の高い希薄
炎を形成する。これらの濃火炎及び希薄火炎は各バーナ
ータイル１１，１２，１３の上に形成される小さな渦の
効果で火炎の基部が安定化され、火炎の温度を低く抑え
ることにより、全体としてＮＯｘの発生を低減させてい
た。

【０００６】また、図５の断面図に示すように、燃焼ガ
スを多段に分けて送り込み、燃焼する多段燃焼式バーナ
ー１５が提案されている。この多段燃焼式バーナー１５
は、中心位置にメインノズル１６を設けた炎口部１７を
構成し、このメインノズル１６の周囲に、このメインノ
ズル１６のガス供給配管１８から分岐したサブノズル１
９を複数本を配置した。このようにガスノズルをメイン
ノズル１６とサブノズル１９との２種類を配置したもの
である。

【０００７】この多段燃焼式バーナー１５では、メイン
ノズル１６より噴出した燃料ガスＦは炎口部１７におい
て大量の空気Ａと混合して点火され、酸素濃度の低い安
定した濃火炎が形成される。この濃火炎における不完全
燃焼ガスを第一炎口部１７の上方かつ周囲位置に配置し
たサブノズル１９で、燃料ガスＦを多段に分けて供給す
ることで、緩やかに燃焼させ、かつ燃焼排ガスの再循環
を図り、火炎の温度を低く抑えることにより、全体とし
てＮＯｘの発生を低減させていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の多
段空気式バーナー９は、燃料ガスを多段で燃焼させる構
造であり、空気を二段或いは三段にするために、空気取
入口１４に多数のダンパー１４ａを取り付ける必要があ
るために、バーナーの構造が複雑化するという問題があ
った。

【０００９】また、多段燃焼式バーナー１５も、燃料ガ
スＦを多段で燃焼させる構造であり、メインノズル１６
とサブノズル１９の多数のガスノズルが必要になるため
に、バーナーの構造が複雑化するという問題があった。

【００１０】なお、燃焼排ガスを再循環して、空気と共
に燃焼装置に供給し、燃焼空気中の酸素分圧を低くして
ＮＯｘの発生を抑制する燃焼方法も提案されている。し
かし、この燃焼方法では、燃焼空気用ブロワーの他に高
温燃焼排ガスを循環させるブロワーを装備して、バーナ
ーに供給する必要があり、空気の供給装置に再循環する
ためのダクト、ブロワー等が必要になるために装置全体
が大掛かりになりやすいという問題があった。

【００１１】本発明は、上述した問題点を解決するため
に創案されたものである。すなわち本発明の目的は、加
熱炉内で燃焼排ガスを燃料ガスに混合させる簡単な構造
のバーナーノズルを設けることで、この燃料ガスを低カ
ロリーにして燃焼時の高熱による窒素酸化物（ＮＯｘ）
の発生を減少させることができる低ＮＯｘ化できる燃焼
方法及びその燃焼装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の燃焼方法によれ
ば、加熱炉（１）においてガスバーナで燃料ガス（Ｆ）
を燃焼する燃焼方法であって、該燃料ガス（Ｆ）の噴射
によるエジェクタ効果を利用して、前記加熱炉（１）内
で循環する燃焼排ガス（Ｅ）を該燃料ガス（Ｆ）中に混
合し、該燃料ガス（Ｆ）を発熱量が低い低カロリーガス
にすることにより、この燃焼に際して窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）の発生を抑制する、ことを特徴とする低ＮＯｘで燃
焼する燃焼方法が提供される。

【００１３】上記発明の方法では、加熱炉（１）内のガ
スノズル（２３）自身で、燃料ガス（Ｆ）の噴射による
エジェクタ効果を利用して、加熱炉（１）内に循環する
燃焼排ガス（Ｅ）を燃料ガス（Ｆ）の中に混合すること
ができる。この燃焼排ガス（Ｅ）が混合された燃料ガス
（Ｆ）は、発熱量の低い低カロリーガスとなるので、窒
素酸化物（Ｎｏｘ）の発生を抑えることができる。

【００１４】本発明の燃焼装置によれば、加熱炉（１）
内に設ける燃焼装置であって、バーナータイル（２４）
の炎口部内に、燃焼チップ（２１）が配置され、該バー
ナータイル（２４）の炎口部外に、該燃焼チップ（２
１）に燃料ガス（Ｆ）を供給する吸込口（２２）が配置
されるように設けたガスノズル（２３）と、前記吸込口
（２２）に向け、かつ隙間（２６）が形成されるように
炎口部外に設けた燃料供給ノズル（２５）と、を備え、
前記加熱炉（１）内で循環する燃焼排ガス（Ｅ）を、燃
料ガス（Ｆ）で前記隙間（２６）から吸込むように構成
した、ことを特徴とする低ＮＯｘで燃焼する燃焼装置が
提供される。

【００１５】前記バーナータイル（２４）は略円筒形状
であり、該バーナータイル（２４）の炎口部内に前記燃
焼チップ（２１）を配置し、該バーナータイル（２４）
の炎口部外に前記吸込口（２２）を配置したものであ
る。また、前記ガスノズル（２３）は、前記バーナータ
イル（２４）の炎口部内に配置した前記燃焼チップ（２
１）に、直角に曲げたガス供給管（２７）の一端を連結
し、該ガス供給管（２７）の他端に吸込口（２２）を水
平方向に接続したものである。

【００１６】上記発明の構成では、加熱炉（１）内にお
いて、燃料供給ノズル（２５）から供給した都市ガス等
の燃料ガス（Ｆ）を燃焼させて加熱炉（１）を加熱す
る。このときに発生した燃焼排ガス（Ｅ）は、燃料供給
ノズル（２５）とガスノズル（２３）の吸込口（２２）
との間に形成された隙間（２６）から、燃料ガス（Ｆ）
の噴射によるエジェクタ効果を利用して吸い込むことが
できる。この燃焼排ガス（Ｅ）を混合した燃料ガス
（Ｆ）は、その発熱量の低い低カロリーガスになるた
め、燃焼に際して窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を低くす
ることができる。

【００１７】また、バーナータイル（２４）の炎口部内
に前記燃焼チップ（２１）を配置し、該バーナータイル
（２４）の炎口部外に前記吸込口（２２）を配置し、又
はバーナータイル（２４）の炎口部内に配置した前記燃
焼チップ（２１）に、直角に曲げたガス供給管（２７）
の一端を連結し、該ガス供給管（２７）の他端に吸込口
（２２）を水平方向に接続しただけの簡単な構造であっ
ても、燃焼排ガス（Ｅ）を再循環することにより効率よ
く低ＮＯｘ化することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略す
る。図１は本発明の低ＮＯｘで燃焼することができる燃
焼装置の断面図である。図２はガスノズルの吸込口と燃
料ガスの供給ノズルとの位置関係を示す拡大断面図であ
る。本発明の低ＮＯｘで燃焼することができる燃焼装置
は、上述した図３に示すような管式加熱炉等に用いるも
のである。この管式加熱炉１は、その内壁面を耐火材２
で形成した輻射部３を構成する加熱炉本体４と、この上
部に対流部７と煙突８を設けたものである。この加熱炉
１内にガス、オイル等を搬送させる加熱管６を配管し、
この加熱管６を効率的に加熱できるように、加熱炉本体
４の底部中央に本発明の燃焼装置を配置する。

【００１９】なお、本発明の燃焼装置は、図示例の管式
加熱炉１に限定されず、他の種々の構造になる加熱炉、
工業炉、ボイラ等の加熱装置に用いることができる。ま
た、本発明の燃焼装置は加熱炉本体４の底部中央に必ず
しも配置する必要はなく、加熱炉本体４の形状に応じ
て、例えば加熱炉本体４の側面等に種々変更することが
できることは勿論である。

【００２０】本発明の燃焼装置は、ガスノズル２３とこ
のガスノズル２３に燃料ガスＦを供給する燃料供給ノズ
ル２５とをバーナータイル２４の挿通孔２４ａに貫通配
置したものである。ガスノズル２３は、燃焼チップ２１
と燃料ガスＦを取り入れる吸込口２２とから成るもので
ある。このガスノズル２３は、バーナータイル２４の炎
口部内に燃焼チップ２１を配置し、このバーナータイル
２４の炎口部外に吸込口２２をそれぞれ配置したもので
ある。図示例では略円筒形状のバーナータイル２４に２
組のガスノズル２３を配置した例を示しているが、燃焼
装置の大小に応じてガスノズルを１組又は３組以上の何
れに構成することができる。

【００２１】燃料供給ノズル２５は、ガスノズル２３の
吸込口２２に向けて配置してある。この燃料供給ノズル
２５は、都市ガス等を供給し、燃焼させて加熱炉１を加
熱するためのものである。本発明では、この燃料供給ノ
ズル２５とガスノズル２３の吸込口２２との間に隙間２
６を開けて配置してある。この隙間２６は、加熱炉１内
に循環する燃焼排ガスＥを吸込むためのものである。こ
の隙間２６から燃料ガスＦの噴射によるエジェクタ効果
を利用して、加熱炉１内に循環する燃焼排ガスＥを吸い
込み、燃料ガスＦ中に混合する。この燃焼排ガスＥを混
合した燃料ガスＦは、その発熱量が低い低カロリーガス
になり、燃焼に際して窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生が低
くなる。

【００２２】本発明のバーナータイル２４は略円筒形状
に形成したものであり、このバーナータイル２４の炎口
部内にガスノズル２３の燃焼チップ２１を配置し、この
バーナータイル２４の炎口部外に吸込口２２を配置して
あるので、火炎の基部が安定化され、この火炎の温度を
低く抑えることができ、全体としてＮＯｘの発生を低減
させることができる。

【００２３】また、ガスノズル２３は、前記バーナータ
イル２４の炎口部内に配置した前記燃焼チップ２１に、
直角に曲げたガス供給管２７の一端を連結し、該ガス供
給管２７の他端に吸込口２２を水平方向に接続しただけ
の簡単な構造であっても、燃焼排ガスＥを再循環するこ
とにより効率よく低ＮＯｘ化することができる。

【００２４】なお、上述した図示例では、略円筒形状の
バーナータイル２４の炎口部内に燃焼チップ２１を配置
し、バーナータイル２４の炎口部外に吸込口２２が配置
した構成の燃焼装置について詳述したが、本発明はこの
ような実施形態に限定されず、必ずしも略円筒形状のバ
ーナータイルである必要がなく、また種々の形状に構成
することができ、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変更できることは勿論である。

【００２５】

【発明の効果】上述したように、本発明の低ＮＯｘで燃
焼する燃焼方法は、加熱炉内において発生した燃焼排ガ
スを、燃料ガスの噴射によるエジェクタ効果を利用して
ガスノズル内に吸い込み、この混合した燃焼排ガスで燃
料ガスを発熱量の低い低カロリーガスにして燃焼させる
ので、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を低くすることがで
きる。

【００２６】また、本発明の低ＮＯｘで燃焼する燃焼装
置は、加熱炉内において発生した燃焼排ガスを、燃料供
給ノズルとガスノズルの吸込口との間に形成された隙間
から吸い込み、この燃焼排ガスを混合した燃料ガスを、
発熱量の低い低カロリーガスにして窒素酸化物の発生を
抑える構成であるために、従来のような煙突から排気し
た燃焼排ガスを冷却して再循環して利用する装置と比較
して、装置全体をコンパクトにすることができるので、
効率よく低ＮＯｘ化することができる、等の優れた効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低ＮＯｘで燃焼することができる燃焼
装置の断面図である。

【図２】ガスノズルの吸込口と燃料ガスの供給ノズルと
の位置関係を示す拡大断面図である。

【図３】本発明の燃焼装置を設けた管式加熱炉の構成を
示す断面図である。

【図４】従来の多段空気式バーナーの構造を示す断面図
である。

【図５】従来の多段燃焼式バーナーの構造を示す断面図
である。

【符号の説明】

１ 加熱炉 ２１ 燃焼チップ ２２ 吸込口 ２３ ガスノズル ２４ バーナータイル ２５ 燃料供給ノズル ２６ 隙間 ２７ ガス供給管 Ｆ 燃料ガス Ｅ 燃焼排ガス

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２７Ｄ 7/04 Ｆ２７Ｄ 7/04 Ｆターム(参考） 3K017 AA06 AB05 AB07 AC02 AD04 AD06 AD11 CA06 CB09 CC08 CE03 3K019 AA06 BA02 BA04 BB02 BD04 BD09 3K065 TA01 TC01 TC03 TD04 TD05 TF02 TL03 TL04 4K063 AA13 CA02 DA08 DA14 DA26

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱炉（１）においてガスバーナで燃料
   ガス（Ｆ）を燃焼する燃焼方法であって、 該燃料ガス（Ｆ）の噴射によるエジェクタ効果を利用し
   て、前記加熱炉（１）内で循環する燃焼排ガス（Ｅ）を
   該燃料ガス（Ｆ）中に混合し、 該燃料ガス（Ｆ）を発熱量が低い低カロリーガスにする
   ことにより、この燃焼に際して窒素酸化物（ＮＯｘ）の
   発生を抑制する、ことを特徴とする低ＮＯｘで燃焼する
   燃焼方法。
2. 【請求項２】 加熱炉（１）内に設ける燃焼装置であっ
   て、 バーナータイル（２４）の炎口部内に、燃焼チップ（２
   １）が配置され、該バーナータイル（２４）の炎口部外
   に、該燃焼チップ（２１）に燃料ガス（Ｆ）を供給する
   吸込口（２２）が配置されるように設けたガスノズル
   （２３）と、 前記吸込口（２２）に向け、かつ隙間（２６）が形成さ
   れるように炎口部外に設けた燃料供給ノズル（２５）
   と、を備え、 前記加熱炉（１）内で循環する燃焼排ガス（Ｅ）を、燃
   料ガス（Ｆ）で前記隙間（２６）から吸込むように構成
   した、ことを特徴とする低ＮＯｘで燃焼する燃焼装置。
3. 【請求項３】 前記バーナータイル（２４）は略円筒形
   状であり、該バーナータイル（２４）の炎口部内に前記
   燃焼チップ（２１）を配置し、該バーナータイル（２
   ４）の炎口部外に前記吸込口（２２）を配置した、こと
   を特徴とする請求項２の低ＮＯｘで燃焼する燃焼装置。
4. 【請求項４】 前記ガスノズル（２３）は、前記バーナ
   ータイル（２４）の炎口部内に配置した前記燃焼チップ
   （２１）に、直角に曲げたガス供給管（２７）の一端を
   連結し、該ガス供給管（２７）の他端に吸込口（２２）
   を水平方向に接続したものである、ことを特徴とする請
   求項２又は３の低ＮＯｘで燃焼する燃焼装置。