JPH07248103A

JPH07248103A - 低ＮＯｘ型ガスバーナ

Info

Publication number: JPH07248103A
Application number: JP6067580A
Authority: JP
Inventors: Yuuichi Ichiraku; 祐一一楽; Takashi Yamagami; 俊山上; Yoshihiro Ogura; 啓宏小倉; Toshio Tawa; 敏雄田和
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1994-03-11
Filing date: 1994-03-11
Publication date: 1995-09-26

Abstract

(57)【要約】【目的】従来長炎化が避けられなかった低ＮＯｘ型バ
ーナを短炎化する。【構成】燃料ノズル１とその周囲に同心状に設けた排
ガス供給管２により複合噴出口３を構成すると共に、こ
の複合噴出口３を環状に取り囲むように複数の予熱空気
噴出口４を配設し、あるいは単一の予熱空気噴出口４を
環状に取り囲むように複数の複合噴出口３を配設し、更
に低温時に排ガス供給管２に排ガスに代えて燃焼用空気
を供給する切り替え手段を設けた。【効果】炉温が高いときは、燃料ノズル１の周囲から
排ガスが噴出して燃料と急速に混合攪拌され、その後燃
焼用空気と混合して燃焼するので、酸素濃度の低い空気
との混合が短時間で完了し、それによって従来両立させ
ることができなかった低ＮＯｘ化と短炎とを同時に実現
することができる。炉温が低いときは、排ガス供給管２
に供給する排ガスを空気に切り替えることにより、酸素
濃度を高くして安定な燃焼を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として工業用加熱炉
に用いられるＮＯｘ発生量の少ないバーナに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図１は、バーナ自体にはＮＯｘ対策を講
じていない従来のバーナの構造を示したもので、燃料ノ
ズル１から噴出する燃料ガスは、バーナタイル１８内で
燃焼用空気と急速に混合して燃焼する。従って図２や図
３の低ＮＯｘ型バーナと比較して、バーナはコンパクト
で炉内に占める火炎の容積割合も小さい。しかしＮＯｘ
発生率は高く、特に熱効率を向上するために排熱で予熱
した空気を使用すると、ＮＯｘ発生量は急激に増加す
る。このため通常は、予熱空気供給管１９に高温排ガス
の一部を還流させて強制循環させることにより、燃焼を
緩慢にしてＮＯｘを低減する方法をとっている。しかし
高温炉（例えば１３００℃）で高温予熱空気（例えば１
０００℃）を使用する場合、排ガス循環量は理論空気量
の３０％以上必要となり、しかもＮＯｘ発生量も約３０
０ｐｐｍ（Ｏ2 ：０％）であまり低下しないという欠点
があった。

【０００３】図２は低ＮＯｘ化のため燃焼用空気を複数
段に分割して供給するようにした、いわゆる空気二段燃
焼バーナの構造を示したものである。この構成によれ
ば、二次空気噴出口２０から出た空気が、燃料と混合す
る前に炉内の排ガスと一部混合するために、燃焼が緩慢
になって火炎温度を低く抑えることができ、低ＮＯｘ化
を図ることができる。しかしこの方式も、バーナタイル
１８内では一部高温燃焼するために予熱空気（例えば１
０００℃）を用いる場合にはＮＯｘの低減は不完全であ
り、やはり排ガスを強制的に循環させる必要がある。し
かし予熱空気に排ガスを混入させると、燃焼が完了する
までに時間がかかって火炎が長くなるという問題があ
り、また炉温が低い時には、燃焼によるＣＯの発生や振
動燃焼を起こす等の問題があった。

【０００４】図３は図２のバーナを更に発展させたもの
で、燃料ノズル１と予熱空気供給管１９を若干の距離を
隔てて並設したものである。この構成によれば、燃料と
予熱空気は炉内に別々に噴射供給され、燃料と空気が互
いに混合する前にそれぞれ排ガスと混合されるために、
火炎温度が図２のバーナよりも低く抑制され、それによ
って低ＮＯｘ化が図れる上に、排ガスを再循環させる機
構が不要となる。またこの場合は、炉温が低い場合には
安定に燃焼が続けられないので、予熱空気供給管１９内
に別に燃料ノズル１ａを設けて、低温時にはこのノズル
１ａから燃料を噴射することにより酸素の豊富な燃焼を
行わせ、高温時には並設ノズル１に切り換えて燃焼させ
る方法がとられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図３の方
式によれば、高温の予熱空気（例えば１０００℃）でも
排ガス再循環なしに低ＮＯｘ（１００ｐｐｍ）が達成で
きるという利点がある反面、燃料が単独で炉内に噴出す
るので、燃料と炉内排ガスとの混合、及びこの混合ガス
と予熱空気との混合がきわめて緩慢で、火炎が非常に長
くなり、そのために既設の高ＮＯｘバーナ（例えば図
１）を装備していた炉には適用できないという問題があ
った。すなわち排熱を利用して燃焼空気を予熱すると、
燃焼温度が高くなってＮＯｘ発生量が増加するが、排熱
利用と低ＮＯｘを両立させるために、図２のように予め
燃焼用空気に排ガスを混合し、あるいは図３のように燃
料と炉内の排ガスを混合して、酸素濃度を低下させる
と、燃焼温度が下がっＮＯｘ発生量は低下するが、その
結果火炎が長くなって適用できる炉の種類が限定される
という新たな欠点を生じていたのである。本発明は従来
のバーナにおける上述のような問題点を解決し、低ＮＯ
ｘでしかも火炎長の短いバーナを提供することを目的と
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による低ＮＯｘ型
ガスバーナは、図４に示すように、燃料ノズル１とその
周囲に同心状に設けた排ガス供給管２により複合噴出口
３を構成すると共に、この複合噴出口３を環状に取り囲
むように複数の予熱空気噴出口４を配設し、あるいは図
５に示すように、単一の予熱空気噴出口４を環状に取り
囲むように複数の複合噴出口３を配設し、更に低温時に
排ガス供給管２に排ガスに代えて燃焼用空気を供給する
切り替え手段５を設けたものである。

【０００７】

【作用】本発明の構成によれば、炉温が高いときには燃
料ノズル１の周囲を完全に囲むように排ガスが供給さ
れ、しかもそれが高速で噴出するので、燃料はまず排ガ
スと急速に混合攪拌され、その後予熱空気と混合する。
これを図３の従来例と比較すると、図３の場合は、燃料
ノズル１の周囲に排ガス噴出口が設けられていないの
で、燃料が炉内に拡散しながら炉内の排ガスと混合さ
れ、更に燃焼用空気と混合される。従って僅かな流量の
燃料が多量の排ガス混合空気中に拡散しなければなら
ず、燃焼に時間がかかって火炎が長くなる。しかるに本
発明では、予め排ガスが燃料と瞬時に強制混合され、燃
料混合ガスの容積が増加して、燃料混合ガスと予熱空気
とが接触する面積が大きくなる上に、この界面に炉内の
排ガスが介在しないために燃焼速度が速くなって、燃焼
が遥かに短い時間で完了し、火炎が短くなる。こうして
従来両立させることができなかった低ＮＯｘ化と短炎化
とを同時に実現することができるのである。また再循環
した排ガスが無駄なく燃料と混合されるために、図２の
従来例に比し、排ガス循環量を大幅に節減することがで
きる。またこの方式は、酸素濃度を下げることにより燃
焼温度を下げてＮＯｘ発生量を抑えるものであるから、
炉温が低い場合には火炎の遡上速度が減少して安定な燃
焼を確保できなくなる。そこで低温時には、排ガス供給
管２に供給していた排ガスを燃焼用空気に切り替えるこ
とにより、酸素濃度を高くして火炎の遡上速度を大きく
するものであり、これによって安定な燃焼が得られるの
である。

【０００８】

【実施例】図４は本発明の一実施例を示したもので、燃
料ノズル１とその周囲の排ガス供給管２とが同心状に配
設されて、その先端に複合噴出口３が形成され、この複
合噴出口の周囲に環状に且つ等角度間隔に４個の予熱空
気噴出口４が配設されている。図中６は保炎板、７は通
気孔である。炉温が低い時に排ガス供給管２に排ガスに
代えて燃焼用空気を供給するための切り替え手段として
は、図５に示すように、排ガス供給管２の途中に三方弁
５を介して燃焼用空気供給管８が連結されている。この
構成によれば、燃料はまず一定量の排ガスと強制的に混
合攪拌されたのちに、周囲の予熱空気と混合されて燃焼
するので、図２の２段燃焼方式で排ガス混合空気を供給
していたもの、あるいは図３のように予め排ガスが混合
された予熱空気に燃料を接触させて燃焼させていたもの
に比し、燃焼がきわめて短時間に行われ、低Ｎ０ｘ化と
短炎化が同時に実現できた。

【０００９】図５は図４の低ＮＯｘバーナＡを用いた加
熱炉の一例を示したもので、一対のバーナＡを数分毎に
交番燃焼させて、高温排ガスで加熱された蓄熱体９によ
り燃焼用空気を予熱するようにした蓄熱式燃焼装置であ
り、各バーナＡはそれぞれ三方弁５を介して給気管１０
又は排気管１１から燃焼空気又は排ガスを供給されるよ
うになっている。同図中、１２は給気用ファン、１３は
排気用ファン、１４は遮断弁、１５は比例制御弁であ
る。この燃焼装置によって、炉温１３００℃、予熱空気
１０００℃で、ＮＯｘ値１２０〜１５０ｐｐｍ（Ｏ2 ＝
０％）を得た。またこのときの火炎形状（燃焼量＝６０
万ｋｃａｌ／ｈ）を従来のものと比較すると、次のよう
になった。炎長炎径従来４〜５ｍ４００〜５００ｍｍφ 本発明２ｍ以下８００ｍｍφ

【００１０】更に図６は本発明の他の実施例を示したも
ので、燃料ノズル１とその周囲に同心状に設けた排ガス
供給管２とにより複合噴出口３を構成すると共に、予熱
空気噴出口４の方を中心に配置して、この予熱空気噴出
口４を取り囲むように複数の複合噴出口３を環状に配設
し、更に低温時に排ガス供給管２に供給する排ガスを燃
焼用空気に切り替える手段５を設けたものである。この
場合もまず燃料は一定量の排ガスと強制的に混合攪拌さ
れたのち予熱空気層と接触して燃焼するので、予め排ガ
スが混合された予熱空気と接触させていた従来例に比し
燃焼が短時間に行われ、低Ｎ０ｘ化と短炎化が実現でき
る。

【００１１】図７の実施例は、更に炎長を短くするため
に燃料ノズル１の形状を変えたもので、燃料噴出口１６
をノズル１の先端周側面に複数穿設して燃料を側方へ噴
出させたものであり、図８の実施例はノズル１の先端を
円錐形にして、この円錐面に燃料噴出口１６を設けて、
燃料を斜め前方に噴出させたものである。このように構
成すれば、噴出方向が広がるので炎径が大きくなるため
に、燃料と排ガスとの攪拌効果が増加することと相まっ
て、炎長を一層短くすることができる。なお図７に示す
ように、排ガス供給管２に旋回羽根１７を設けると共
に、予熱空気噴出口４を若干螺旋形に傾ければ、更に短
炎化を助長することができる。また図８において、予熱
空気噴出口４をやや斜め前方に向けているのも同一の効
果を狙ったものである。

【００１２】

【発明の効果】本発明によれば上述のように、炉温が高
いときには、燃料ノズル１の周囲から排ガスが噴出して
燃料と急速に混合攪拌され、その後予熱空気と混合して
燃焼するので、酸素濃度の低い空気との混合が短時間で
完了し、それによって従来両立させることができなかっ
た低ＮＯｘ化と短炎化とを同時に実現することができる
上に、所要排ガス循環量を大幅に減少することができる
という利点があり、また炉温が低いときには、排ガス供
給管２に供給していた排ガスを燃焼空気に切り替えて酸
素濃度を高くすることにより、安定な燃焼を得ることが
できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は従来のガスバーナの縦断面図。

【図２】他の従来例を示す縦断面図。

【図３】更に他の従来例を示すもので、（ａ）は縦断面
図、（ｂ）は正面図。

【図４】本発明による低ＮＯｘ型ガスバーナの一実施例
を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は正面図。

【図５】本発明によるガスバーナを使用した燃焼装置の
一例を示す系統図。

【図６】本発明の他の実施例を示すもので、（ａ）は縦
断面図、（ｂ）は正面図。

【図７】本発明の更に他の実施例を示すもので、（ａ）
は縦断面図、（ｂ）は正面図。

【図８】本発明の更に他の実施例を示すもので、（ａ）
は縦断面図、（ｂ）は正面図。

【符号の説明】

１燃料ノズル２排ガス供給管３複合噴出口４予熱空気噴出口５三方弁又は切り替え手段６保炎板７通気孔８燃焼用空気供給管９蓄熱体１０給気管１１排気管１２給気用ファン１３排気用ファン１４遮断弁１５比例制御弁１６燃料噴出口１７旋回羽根

フロントページの続き (72)発明者田和敏雄大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ノズルとその周囲に同心状に設けた
排ガス供給管とにより複合噴出口を構成すると共に、こ
の複合噴出口を環状に取り囲むように複数の予熱空気噴
出口を配設し、更に低温時に上記排ガス供給管に排ガス
に代えて燃焼用空気を供給する切り替え手段を設けて成
る低ＮＯｘ型ガスバーナ。
【請求項２】燃料ノズルとその周囲に同心状に設けた
排ガス供給管とにより複合噴出口を構成すると共に、単
一の予熱空気噴出口を環状に取り囲むように複数の上記
複合噴出口を配設し、更に低温時に上記排ガス供給管に
排ガスに代えて燃焼用空気を供給する切り替え手段を設
けて成る低ＮＯｘ型ガスバーナ。