JPS5819929B2 - 低ＮＯ↓ｘバ−ナ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は窒素酸化物を抑制するバーナーに関するもので
ある。

一般に金属加熱炉等に用いられるバーナーにおいて、Ｎ
Ｏｘの発生を抑制する機能を有するバーナー（以下低Ｎ
Ｏｘバーナーという）は二段燃焼式、排ガス再循環式、
蒸気吹込み式等のタイプに分類される。

しかし、いずれも従来型の低ＮＯｘバーナーは装置が大
型で、構造も複雑化されていて設備費が大となシ、かつ
メインテナンスも難点が多く、また既設の普通バーナー
をこれら低ＮＯｘバーナーに改造するに際しても、多額
の費用と長期間の炉体止が必要である。

従って整備費が安価な小型で単純化された機構でＮＯｘ
抑制効果の優れたバーナーの出現が強く望まれて（ハ）
る。

本発明は前記の欠点を解決することにあり、排ガス再循
環方式に属する低ＮＯｘバーナーにおいて、構造の単純
化をはかり、小型軽量化を可能にして新設の場合はもち
ろん既設バーナーについても簡単々改造によって得られ
る低ＮＯｘバーナーを提供するものである。

本発明のバーナーはバーナータイル内へ炉内の高温排ガ
ス自己循環を積極的に促進させ空気及び燃料の噴出流を
排ガス包み込むことにより燃焼空気と燃料の急速な接触
を遅らせると同時に燃料噴出流の表面を覆う高温の排ガ
ス中の残存酸素（通常４〜５％残存している）によ多燃
料噴出流の表面で一次燃焼を行わせ、次にこの一次燃焼
ガスと燃焼用空気の噴出流の表面を覆っていた排ガスが
時間と共に内部の空気と混合し、０□分圧の低くなった
燃焼用空気とによシ、二次燃焼させることで火炎温度を
下げることなく緩慢燃焼が行われ窒素の酸化反応を極め
て低いレベルに抑制出来るものである。

以下実施例によシ詳述する。

第１図は本発明による実施例バーナーの縦断面図を示し
、第２図は第１図のＡ−Ａ矢視図である。

１１は燃焼用空気を供給する風箱であシ、１０は耐熱度
を有する耐火物で製作されたバッフル（整流板）であっ
て、その中心部に燃料噴出ロアを有し、その周囲に少く
とも４個の空気噴出口８を放射状に位置する如く設けで
ある。

αは空気噴出口８の孔軸のバーナー軸心Ｃに対する傾き
角度（以後空気噴出口傾き角度という）であり、０°〜
５°外周に向けて末広がり状に拡げである。

まだバッフル１０の先端面２（以下バッフル表面トいう
）は平面又は略々平面状とする。

１はバーナータイルでバーナー軸芯Ｃに対して０°〜１
０°外側に向けて末広がり状に拡げである。

θは空気噴出流５及び燃料噴出流６の孔軸に対する拡が
り角度であり、本発明の低ＮＯｘバーナーではθ＝９゜
と推定して実用上問題ない事が判った。

△ｈは空気噴出流５の表面とバーナータイル表面１の間
の最も近い距離であり、ｔｌはエアーバッフル表面２上
でのお互いの空気噴出口８外周からの至近距離であり、
ノ２はエアーバッフル表面２上での空気噴出口８外周と
燃料噴出ロア外周の間の至近距離−ｒＭ。

本発明低ＮＯｘバーナーのＮＯｘ低減原理は第３図及び
第４図に示す如く炉内排ガスのバーナータイル内への再
循環挙動によって生ずるものである。

今燃料及び空気が噴出している状態での炉内排ガスの挙
動は、まず空気及び燃料の噴出エネルギーによるエジェ
クター効果によってタイル内が負圧になシ炉内空間にあ
る高温の燃焼排ガス３が吸引されＣ以下排ガス自己循環
という）、バックル表面２までタイル壁１に沿って吸引
される。

バッフル面２に到達した高温の排ガス３はその後バッフ
ル表面を流れ、バーナータイル内で空気噴出流５及び燃
料噴出流６を包み込む。

一次燃焼はこの燃料噴出流６を包み込んだ高温の排ガス
中の残存酸素（通常４〜５係残存している）によって空
気噴出流５と燃料噴出流６の衝突面９まで表層燃焼４し
、一次燃焼排ガスと燃料の混合が促進する。

一方燃焼用空気噴出流５を包み込んだ高温の排ガスは空
気噴出流５と燃料噴出流６の衝突面９ｔ−で燃焼用空気
との混合を促進し、０□分圧の低い燃焼用空気となる。

従って燃料噴出ロアを噴出した燃料噴出流６と空気噴出
口８を噴出した空気噴出流５はそれぞれの噴出口を噴出
した直後急速に混合攪拌されて急速燃焼をすることを抑
制されることになる。

さらに空気噴出流５と燃料噴出流６の衝突面９を過ぎた
一次燃焼ガスと０□分圧の低い燃焼用空気は直接混合し
ａの部分で二次燃焼を開始する。

［しかし燃焼空気中の酸素濃度は低く、かつ炉内の高温
排ガスを捲込んでいるため火炎温度を下げることなく燃
焼は緩慢となり、ＮＯｘの発生が非常に抑制された燃焼
となる。

この様な燃焼機能を維持するだめには空気噴出流５及び
燃料噴出流６を・十分包み込むだけのバーナータイル内
への炉内排ガス自己循環量を必要とし、その量は空気噴
出流５とバーナータイル壁の隙間で決定される。

まだバーナータイル内に流入した排ガスが燃焼用空気及
び燃料をそれぞれ独立に包み込むだけの；空気噴出口８
間及び空気噴出口８と燃料噴出ロア間の間隔が必要であ
ることがモデル実験等で確認された。

今Ｑをバーナーの燃焼容量（Ｋ ｃａ ＵＨ）としηを
η＝０．１１７４ （、／、１Ｘｌ、２）Ｑ−７で定１
義すると、ηとＮＯｘ増加率の間にある相関々係が第５
図に示すように認められた。

ηの大きい程すなわちＱ＝一定とすると空気噴出口と燃
料噴出口間の間隔の積ｔ１×ムが大きい程ＮＯｘは低下
している。

２ 尚、ηの値が太きければＮＯｘ低減効果は増すが、
あまシ犬きくなると燃料と燃焼用空気との混合が遅れて
燃焼が不安定になる。

従って本発明者等の実験によれば安定燃焼を継続させる
ためにはηの値を１．６以下におさえることが望ましい
こと１が明らかになった。

逆にηの値が小さくなるとＮＯｘは増加し、ηが０．５
以下になると急激にＮＯｘは増大する。

従ってＮＯｘ発生量が低くしかも安定燃焼を継続するた
めにはηの範囲を０，５〜１．６の間にとることが望ま
しい。

第６図は空気噴出ロンの孔軸に対してバッフル表面上の
空気噴出口外周部から９°に開いた末広が９面とバーナ
ータイル部との至近距離△ｈとＮＯｘ発生量との関係を
示したものである。

△ｈが一６０ｎ以下に々るとＮＯｘは急激に増太し、逆
に△ｈが１００＋＋ｉ以上になると燃焼が不安定になり
極端な場合には火炎の吹消えが生ずる。

従ってＮＯｘ発生量が低く、しかも安定燃焼を継続する
ためにはすなわち最適排ガス自己循環量を確保するため
には△ｈは一６０Ｂ〜１００５ｍの間にとることが望ま
しくハ）。

本発明者等の実験によればバーナータイル深さＬ３は、
火炎の安定性を保つために１００ｍ７′ｍ〜３５０ｒｒ
ｙｍの範囲をとることが望ましいことがわかった。

第７図は空気噴出口傾き角度αと火炎長さ比の関係を示
したものであ）、第８図は空気噴出口傾き角度αとＮＯ
ｘ低減率との関係を示したものである。

第１図から明らかなように空気噴出口傾き角度ａは大き
い程長炎で、バーナー壁付近の温度が低下するが、第８
図に示すようにＮＯｘ抑制に対しては有利となる。

従って火炎長さ、火炎温度等の火炎特性に対する性能要
求の度合によって空気噴出口傾き角度αを選択すればよ
い。

しかし、空気噴出口傾き角度αがあまシ大きいと火炎の
吹消え等燃焼が不安定になるため実用的には０８〜５゜
の範囲で選択するのが望ましい。

また、バッフル１０に穿孔される空気噴出口８の長さＬ
ｌ は空気噴出口８よシ噴出される燃焼用空気がバッフ
ル１０にて大略整流されるに必要な距離が必要であり、
通常は空気噴出口８の直径をｄ３とするとＬｌ／ｄの比
がおよそ２以上になるようにバッフル１０の厚みＬ２を
配慮すれば良い。

（第１図および第２図参照）しかし、比Ｌ１／ｄを犬き
ぐとるとバーナーが大型となるので実用上がらＬ１／ｄ
３の比は１０以下であることが望ましい。

以上詳細に説明したように、この発明のバーナーによる
燃料燃焼方法は従来の普通型バーナーと同様の簡単な構
造のバーナーで、窒素酸化物の発生を著しく少くして燃
料を燃焼することができる。

本発明のバーナーによる燃焼は従来の低ＮＯｘバーナー
を用いる燃焼のようにバーナータイル付近の火炎温度を
低下することはない。

したがって、炉内を均一に加熱することができ、鋼塊な
どを均一に加熱する均熱炉などに適している。

本発明の低ＮＯｘバーナーは、コークス炉ガス、重油、
微粉炭などの流体あるいは流体状に噴出可能な各種燃料
の燃焼に応用され、バッチ式加熱炉、連続加熱炉など各
種タイプの加熱炉に適用される。

次に本発明によるバーナーの実施例を示す。

公称１５０Ｔ／ピツトの分塊均熱炉を使用し、下記条件
で実炉実験を行った結果は下記の通シである。

バーナーの諸元は第１表に示す。表中、従来の普通型バ
ーナーは低ＮＯｘ燃焼を行なわない型のバーナーである
。

第１表に示すバーナーを用い、下記の燃焼条件で３チヤ
ージ、４５０Ｔの鋼塊を加熱しその結果を比較した。

バーナ一本数 ２本 バーナー容量 ６００ Ｘ １０’Ｋｃａｔ／時間・本 使用燃料 コークス炉ガス（発熱量 ４６００Ｋｃａ、
ｆｆ／ Ｎｍ３） 炉内設定温度 １３００℃ 予熱空気温度 ４２０℃ 排ガス温度 １０００℃ 排ガス中酸素濃度 ２係 第９図〜第１３図は、各実施例における燃焼状態をそれ
ぞれ模式的に示したものである。

第１４図は実施例の実験結果をまとめたグラフで、煙道
排ガス中の酸素濃度とＮＯｘ濃度との関係を示している
。

。このグラフから明らかなように、実施例Ｉおよび■に
おけるＮＯｘ濃度は従来の普通型バーナーを使用した場
合におけるＮＯｘ濃度の約３０係に減少している。

また、実施例■およ。び■におけるＮＯｘ濃度は実施例
Ｉに比べそれぞれ約３０％および１０係上昇しているが
、実用上許容され得るＮＯｘ濃度である。

第９図〜第１３図において斜線の部分は、空隙を表わし
ている。

第９図は従来の普通型バーナー。の場合を示しておシ、
空気噴出流とバーナータイル周面との間に空隙があるが
、この空隙の部分では空気噴出流の影響で雰囲気が乱れ
ている。

したがって、本発明ゐ効果を発揮するに十分な量の排ガ
スをバーナータイル内に吸引することができないＯ 第１０図〜第１３図は本発明のバーナーの場合であり、
排ガスをバ−ナータイル周面十分吸引しうる空隙が生じ
ている。

特に、第１２図は、前記至近距離△ｈが負の場合を示し
ている。

△ｈが負であっても、周方向に隣）合う空気噴出流の間
のバーナータイル出口周縁よシバーナータイル内に十分
な量の排ガスが吸引される。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例を示すもので第１
図はバーナーの縦断面図、第２図は第１図の側面図、第
３図は本発明によるＮＯｘ低減原理を説明するだめの縦
断面模式図、第４図は第３図の側面図、第５図、第６図
、第７図および第８図は本発明に係わるバーナーの燃焼
特性を種々の要素に基づいて示した図であシ、第９図、
第１０図、第１１図、第１２図および第１３図は実施例
Ｉ、ｎ、ＩＩＩ及び■の模式図でａは縦断面図すはａ・
の側面図であシ、第４４図は本発明の実施例バーナーの
ＮＯｘ濃度と排ガス中の０２％の関係を示す図である。 １・・・・・・バーナータイル表面、２・・・・・・エ
アーバッフル表面、３・・・・・・排ガス、４・・・・
・・表層燃焼域、５・・・・・・空気噴出流、１・・・
・・・燃料噴出口、８・・・・・・空気噴出口、９・・
・・・・空気噴出流および燃料噴出流の衝突面、１０・
・・・・・バッフル、１１・・・・・・Ｋ箱、ａ・・・
・・・二次燃焼領域、６・・・・・・燃料噴出流。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料管をバーナー軸芯に配設し、該燃料管から噴出
   する燃料噴出口の周囲の同一平面上に少な。 ぐとも４個の空気噴出口や放射状に設けた排ガス再循環
   式の低ＮＯｘバーナーにおいて、下記η値が０．５＜η
   ＜１．６となる如く空気噴出口を配置し、また下記Δｈ
   値が１００ｒｒ／ｍ≧△ｈ≧−６０ｒｙｍで、バーナー
   タイル深さが１１００ｒＶ〜３５０ｒｒ／ｍとなるバー
   ナータイルを設けたことを特徴とする低ＮＯｘバーナ−
   。 但し、η：０．１１７４（４ｔＸｔ２）Ｑ Ｈｔｌ：
   バッフル表面上でのお互いの空気 噴出口外周からの至近距離０貫） 、ｔ２：バッフル表面上での空気噴出外周と燃料噴出口
   外周の間の至近距離 （− Ｑ：バーナー容量Ｋｃａｌ／時間 △ｈ：空気噴出口の孔軸に対してバッフ ル表面上の空気噴出口外周部から ９°に開いた末広がシ面とバーナ ータイル部との至近距離（−