JP4165993B2 - 予混合型蓄熱式交番燃焼装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、予混合型蓄熱式交番燃焼装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
近年、省エネルギーを図るために、燃料供給管を備えたバーナ部と蓄熱体を収納した蓄熱室とからなる蓄熱式直火バーナが少なくとも一対で構成され、一方の蓄熱式直火バーナを燃焼状態に、他方の蓄熱式直火バーナを排気状態とすることにより燃焼排ガスの顕熱を蓄熱体で回収する状態を所定時間毎に切換え、蓄熱体で回収した顕熱で燃焼用空気を加熱することにより熱効率の向上を図る蓄熱式交番燃焼装置が広く採用されている。
【0003】
具体的には、たとえば、特開平10−185128号公報に示される高温空気用低NOxバーナ(蓄熱式直火バーナ)では、燃料供給管を備えたバーナ部と蓄熱体を収納した蓄熱室とからなり、バーナ部後部は蓄熱室に連通している。そして、燃焼時には、排気工程で燃焼排ガスの吸引により加熱された蓄熱体に燃焼用空気を供給して加熱したのち前記バーナ部に供給するものである。
【0004】
しかしながら、前記蓄熱式直火バーナにおいて、燃料供給管は前記蓄熱室の高温気体流路を介してバーナ部に至っているため、燃料供給管を空冷構造もしくは水冷構造とし、その外周部を耐火物にて断熱施工する必要がある。
【0005】
その結果、燃料供給管を冷却することになり、燃焼排ガス温度、燃焼用空気温度が低下し熱損失があり、また、断熱施工のため燃料供給管の構造が複雑化するとともにバーナ本体が大型化する。
【0006】
さらに、冷却に冷却水を使用する場合、水質によっては冷却水通路に汚れが付着して冷却効果が大幅に低下するばかりか、冷却水通路が閉塞した場合は、燃料供給管が焼損する危険性があるという課題を有する。
【0007】
また、特開平9−243056号公報にて、燃焼室の外周のバーナタイルに相対向して一対以上の燃料ノズルを配置して、前記公報に記載のもののように冷却空気や冷却水を必要としない蓄熱式バーナも提案されている。
【0008】
しかしながら、この蓄熱式直火バーナは、パイロットバーナ等の点火手段がなく、かつ、高温の燃焼用空気の外周に燃料を吹き込む混合方式を採用しているため、燃料と燃焼用空気とが充分に撹拌混合されず、燃焼用空気温度が燃料の自燃着火温度以上でないと燃焼が不安定になり、かつ、自燃着火温度以下では燃焼できないという課題を有する。
【0009】
したがって、本発明は、燃料供給管を冷却構造とせず、かつ、燃焼用空気温度如何にかかわらず常に安定して着火燃焼する予混合型蓄熱式交番燃焼装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、燃料供給管を備えたバーナ部と蓄熱体を収納した蓄熱室とからなる蓄熱式直火バーナが少なくとも一対で構成され、前記一対の蓄熱式直火バーナを所定時間毎に交互に切換えて燃焼と排気とを行わせる蓄熱式交番燃焼装置において、先端部および後端部が先絞り形状を有する混合室の先端部をその口径よりも大径の燃焼室と連通する一方、後端部を前記蓄熱室に連通させてバーナ部を形成するとともに、前記混合室の入口近傍に燃料供給管を配置し、かつ、前記燃焼室にパイロットバーナを配置した予混合型蓄熱式交番燃焼装置としたものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態について図1〜図5にしたがって説明する。
図1は対向する炉壁Taに設置された本発明にかかる予混合型蓄熱式交番燃焼装置(以下、蓄熱式直火バーナという)Br(一方のみを示す)を示し、蓄熱式直火バーナBrは、バーナ部1と蓄熱体8を収納した蓄熱室6とからなり、蓄熱室6は図示しない排気手段と燃焼用空気供給手段に切換手段を介して接続されている。
【0012】
そして、バーナ部1は炉内に開口する燃焼室2を有し、この燃焼室2と前記蓄熱室6の空間7とは先端部3aおよび後端部3bが先絞り状となった混合室3で連通している。なお、前記燃焼室2の径Dは混合室3の先端口径dより大となっている。
【0013】
また、前記混合室3には燃料を混合室3の内周面に沿って旋回流として供給する燃料供給管4が混合室3の接線方向に設けてある(図2参照)。
【0014】
さらに、前記燃焼室2にはパイロットバーナ5が配設されている。
【0015】
なお、前記後端部3b、混合室3の内部および先端部3aを通過する気体の流速をそれぞれV1,V2,V3とすると、V3>V1>V2となるように設定してある。
【0016】
したがって、炉の操業時には、一方の蓄熱式直火バーナBrにおいては、蓄熱室6から燃焼用空気を供給するとともに燃料供給管4から燃料を混合室3に供給すると、燃料は混合室3の内周面に沿って旋回流を形成し前記燃焼用空気と撹拌混合して先絞り状に形成された混合室3の先端部3aから100〜130m/secの高速で燃焼室2内に噴出し、燃焼室2内のパイロットバーナ5により着火して燃焼を開始する。
【0017】
そして、もう一方の蓄熱式直火バーナ(図示せず)は炉内排ガスを吸引排気して炉内排ガスの顕熱を蓄熱体8で回収する。前記一対の蓄熱式直火バーナは前述の燃焼と排気を所定時間毎に交互に繰り返し、やがて、燃焼用空気が自燃着火温度(一般的に700〜800℃)まで加熱されると前記パイロットバーナ5を消火することになる。
【0018】
なお、燃焼用空気と燃料との混合をより促進するために、図3に示すように、混合室3の内周面で、かつ、燃料供給口の下流側に凹凸部aを設けて、凹凸部a近傍に乱流を発生させるようにしてもよい。
【0019】
また、図4に示すように、前記燃焼室2の噴出口2aと同心的に複数の2次燃焼用空気供給管9を形成して、蓄熱室6からの全燃焼用空気量の85〜62%を2次空気として炉内に供給することにより、1次燃焼用空気と燃料との混合気体と2次燃焼用空気との緩慢混合によりNOxの発生を制御するようにしてもよい。
【0020】
ところで、蓄熱室6からの燃焼用空気温度が燃料の自燃着火温度以上に加熱されると、前記混合室3内で燃焼反応が起こり蓄熱室6内に逆火し蓄熱室6が焼損する危険性がある。
【0021】
したがって、これを防止するために、混合室3の各部での前述した流速V1,V2,V3の関係をV3>V1>V2とすればよい。
【0022】
すなわち、燃料ガスとして使用するメタンガスあるいはプロパンガスの各雰囲気温度における燃焼速度(火炎伝播速度)の関係は表1に示す通りである。
【0023】
【表1】
【0024】
また、混合室3の後端部3bの内径と、混合室3の先端部3aの内径とを60mm、混合室3の内径を90mmとし、燃料をメタンガスとした場合の試験データは表2に示す通りであり、表1,表2から燃料および混合室各部の雰囲気(燃焼ガス)温度と燃焼(伝播)速度との関係をグラフに示すと、図5の通りである。
なお、燃料における287℃以上の温度に対する数値は計算上のデータによる。
【0025】
【表2】
【0026】
このことから、V3>V1>V2とすれば、V1はほぼ常にメタンガスあるいはプロパンガスの燃焼速度(火炎伝播速度)より高速となり蓄熱室6への逆火は生じない。
【0027】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、燃料供給管は蓄熱室を通ることなくバーナ部の混合室の入口近傍に開口するため十分に予混合され、かつ、燃料供給管を冷却する必要がなく、熱損失が少ないばかりか、冷却構造を不要とするためバーナ本体を小型化することができる。また、燃焼室にパイロットバーナを備え、かつ、燃焼用空気が低温でも十分に予混合されているため安定燃焼が可能となる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の予混合型蓄熱式交番燃焼装置の断面図。
【図2】 図1のII−II線断面図。
【図3】 図1の混合室の変形例。
【図4】 本発明の予混合型蓄熱式交番燃焼装置の他の実施形態を示す断面図。
【図5】 メタンガスの温度と火炎伝播速度との関係および混合室とその先端部と後端部の温度と燃焼速度との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
Br〜予混合型蓄熱式交番燃焼装置、1〜バーナ部、2〜燃焼室、3〜混合室、3a〜先端部、3b〜後端部、4〜燃料供給管、5〜パイロットバーナ、6〜蓄熱室。
Claims (1)
- 燃料供給管を備えたバーナ部と蓄熱体を収納した蓄熱室とからなる蓄熱式直火バーナが少なくとも一対で構成され、前記一対の蓄熱式直火バーナを所定時間毎に交互に切換えて燃焼と排気とを行わせる蓄熱式交番燃焼装置において、
先端部および後端部が先絞り形状を有する混合室の先端部をその口径よりも大径の燃焼室と連通する一方、後端部を前記蓄熱室に連通させてバーナ部を形成するとともに、前記混合室の入口近傍に燃料供給管を配置し、かつ、前記燃焼室にパイロットバーナを配置したことを特徴とする予混合型蓄熱式交番燃焼装置。
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