JPS6217506A - 加熱炉用低ＮＯ↓ｘバ−ナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、鉄鋼業などにおいて使用される金属加熱炉用
ガスバーナに関し、特に本発明は、加熱炉用低ＮＯＸバ
ーナに関するものである。

（従来の技術） 鋼片および鋼材類の加熱または均熱ないし熱処理炉にお
いては加熱源としてバーナが用いられ、通常製鉄所にお
いては、燃料ガスとしてコークス炉ガス（以下このガス
をＣガスと称す）Ｉ高炉ガス（以下このガスをＢガスと
称す）および転炉ガスなどの２種あるいは３種を混合し
た混合ガス（以下このガスをＭガスと称す）が用いられ
、支燃ガ゛　スとして空気が用いられるのが通例である
。この徨の加熱炉用ガスバーナは特に高温の火炎を必要
とすることならびに省エネルギーを図るために、燃焼排
ガスによって燃焼用空気および／または燃料ガスが高温
に予熱されている。

ところで、燃料ガスの高温燃焼に際して発生する窒素酸
化物、いわゆるＮＯＸを減少させることの規制が厳しく
、一方炉内の被加熱物の一様な昇温のために、燃焼火炎
特性についての調節が容易に行なえることが必要とされ
る。

この種のガスバーナの低ＮＯＸ化に関して、本出願人は
、特公昭５５−４０６４３号公報により燃料ガスと１次
空気との比が大きい高速火炎に、前記１次空気の理論量
から見た不足量を補充する２次空気に、　ＩＰ！ｆに燃
焼ガスを循環混入させて酸素濃度を低下させながら噴射
させる鋼片加熱炉用バーナを提案した。

また近時加熱炉等の省エネルギー化を目指した開発努力
がなされて、燃焼排ガスの顕熱を有効に回収する熱交換
器の性能改善が行なわれた結果、バーナに供給される空
気の温度はほぼ７００〜７５０℃に達しつつあり、一方
燃料ガスの予熱についても検討が加えられ、約４００℃
までの予熱温度が達成されるようになった。

（発明が解決しようとする問題点） 前記特公昭５５−４０６４３号公報記載の発明により、
ＮＯＸの低いバーナな提供することができたが、燃焼火
炎特性の調節の面ではなお問題点が残っていた。また前
述の空気ならびに燃料ガスの予熱によりＮＯＸを低下さ
せることはある程度できるが、低ＮＯＸレベルを所定の
程度に確保すると共にパー　。

ナ炎長な制御することのできるバーナは未だ知られてい
ない。

（問題点を解決するための手段） るものであシ、特許請求の範囲記載のバーナを提供する
ことによって前記目的を達成することができる。すなわ
ち本発明は、内筒、中間筒および外筒が同心状に組み合
されてなる構造を有するバーナであって： 前記内筒の後端側には、−夕空気量調節弁を有する空気
配管が接続されておυ、内筒の先端部には一次空気に旋
回流を与えるための旋回羽根が配設されており； 前記中間筒が内筒から離隔して内筒を囲繞配設され、中
間筒と内筒との先端部はほぼ同一位置で終っておシ、内
筒と中間筒とによって画成される空間の後端側には燃料
ガス供給管が接続されて前記空間は燃料ガス室を形成し
、前記燃料ガス室の先端部は開口されて環状ガスノズル
を形成しておン； 前記外筒は前記中間筒から離隔して同心状に中間筒を囲
繞しており、外筒の先端部は前記燃料ガス室の先端部よ
り所定長さだけ突出しており、前記外筒の先端部と外筒
の細心方向の後端部とＫよって画成゛される空間の中央
部には外筒と中間筒とによって画成される空間を区画す
る仕切壁が設けられており、前記仕切壁により区画され
た後端側空間を囲繞する外筒部には二次空気調節弁を有
する空気配管が接続されて前記後端空間は二次空気室を
形成しており、前記二次空気室の先端部にはバーナ軸心
とは！平行な複数の二次空気ノズルが配設されており、
また前記二次空気ノズルの互に隣接するノズルの間には
それぞれ戻流孔が配設されており； 前記環状ガスノズルの先端側部には該ノズルから離隔し
て該ノズルを囲繞するよう環状バッフルが配設されてお
り、前記環状バッフルと前記仕切壁とＫより画成される
空間は混合室を形成しており； 前記環状バッフルの内側面と中間筒外側面とによって画
成される空間領域は燃焼ガスならびに一次空気の噴出に
より誘発される吸引作用により前記混合室から燃焼ガス
を燃焼部に供給する再循環口を形成しており； さらに前記複数個の二次空気ノズルのそれぞれと前記二
次空気室とが二次空気接続管により接続されてなる； ことを特徴とする加熱炉用低ＮＯＸバーナに関するもの
である。

次に本発明の詳細な説明する。

本発明は、低ＮＯＸレベルを維持しつつ、火炎特性を適
切ＫＵ節することのできるバーナな提供することを第１
の目的とし、さらに高温の空気および燃料ガスの予熱下
においてもなお低ＮＯＸレベルを確保することを実現す
ることのできるバーナな提供することを第２の目的とす
るものである。

本発明のバーナの１つの態様を第１ｍ（ａ）に示すバー
ナの軸線に沿って切った縦断面図ならびに第１図（ｂ）
に示すバーナの軸線方向からバーナの先端部を見た側面
図を参照して説明する。

本発明のバーナは内筒ｌ、中間筒２および外筒３が同心
的３重両に組み合わされた構造を有し、内筒１はバーナ
の後端側に１次空気調節弁４を有する配管５に連絡して
おり、一方内筒ｌの先端側には耐熱製の旋回羽根６が配
設されており、内筒１の先端側から後端側方向の区間に
はエアチャンバ７が形成されている。中間筒２は内筒ｌ
をその後端側な除いて同心的に包囲しており、中間筒２
の後端側の端面は閉鎖されており、その後端側近傍には
燃料ガス供給管９が連通配設されており、また中間筒２
の先端側端面には、内筒１と中間筒２とにより画成され
たガスチャンバ１１が環状ノズル！０となって開口して
いる。

外筒３は中間筒２の後端側の一部を除いて中間筒２を同
心状に包囲しており、外筒３の後端側の端面は閉鎖され
【おり、その後端側近傍には２次エア調節弁１２を有す
るエア配管１３が連通配設されている。外筒３と中間筒
２とにより画成される空間は３つに区画されて２次エア
チャンツク１５Ｔ混合チャンバ１６および環状バッフル
１８となっておシ、前記２次エアチャンバ１５と混合チ
ャンバ１６とは中間仕切壁１７によって仕切られている
。なお予熱空気を用いる場合には外筒３の内側面を断、
熱材１４によって内張することは熱経済的に有利である
。

中間仕切壁１７には外筒３の軸心方向とほぼ平行な方向
に２次空気接続管１９が配設され、環状バッフル１８に
は２次空気接続管１９に連結され、かつバーナ軸心方向
とは！平行に設けられた複数個の２次エアノズル２０が
配設されている。さらに２次エアノズル２０のａｎ同士
のノズルの間には複数個の戻流孔２１が環状バッフル１
８に開口するよう配設されており、これら戻流孔２１は
環状ノズル１０および１次空気の旋回羽根６による吸引
流動の影響により燃焼ガスを混°合チャンバ１６内に導
入する作用を有する。環状バッフル１８は環状ガスノズ
ル１０から所定長さだけ突出した位置を占めるように配
設されることが有利であり、またその外周を囲繞するよ
うバーナタイル２２が配設されることが有利である。

環状ガスノズルｌＯから燃料ガスを薄膜環状にして放出
させるときに、エア調節弁５＋１２を開くと、まず１次
エアチャンバ７を経て１次エア旋回羽根６から羽根の傾
斜に沿って流動する１次エアが薄膜環状の燃料ガス気流
の内面に衝突して燃料ガスが着火し、燃料ガス気流の内
側に燃焼が生起する。一方、２次エアチャンバ１５から
２次エアノズル１９および２０を経て２次エアが噴出し
て薄膜環状の燃料ガス気流の外面に衝突し燃焼が生起す
る。このようにして環状バッフル１８の前面に生成する
燃焼ガスの一部は戻流孔２１を経て混合チャンバ１６内
に侵入する。

上記侵入は環状ノズル１０および１次エア旋回羽根６よ
り噴出する燃料ガスと１次エアの噴射エネルギーに基い
て誘発される吸引作用によって生起する。このように混
合チャンバ１６内に侵入したガスは再循環口２３を経て
燃料ガスと混合されて燃焼部の外面に噴射されて再循環
が生成する。すなわち薄膜環状の燃料ガス気流中に燃焼
ガスが混合されるので、緩慢な低温燃焼が生成するとと
Ｋより薄膜環状の燃焼火炎の外表面積が大きくなると共
にＮＯＸの発生が有効に抑制される。またエアｌ１１１
！ｒＪ弁４．１２の操作により、１次空気比率を高める
ことＫより、ショートフレーム（短炎）に、また逆に１
次空気比率を低くしてロングフレーム（長炎）にそれぞ
れ火炎特性を容易に調節できることは前述の通りであシ
、この時低ＮＯＸレベルを有効に持続しながら抑制する
ことができる。

なお第１図には一次空気および二次空気の！１Ｍ！ｉＢ
弁４，１２が内筒１．外筒３に直接取付けられた態様例
を示すが、これら調節弁４・１２に必ずしもバーナ近傍
に配設される必要はなく、それぞれの配管の任意の位置
に配設されることができる。

次に本発明を実施例について説明する。

実施例 下記の加熱炉に本発明のバーナを取付けて下記の条件に
より試験を行なった。

炉寸法： 炉内幅２．０　ｍ　ｉ炉内高２．１ｍｉ炉内長７．１ｍ
燃　料二Ｍガス（コークス炉ガスと転炉ガスとの混合ガ
ス） 発熱量　約２６００　ｋｃａｌ／ＮｍＳ予　熱：燃料ガ
ス　３００℃ 支燃用空気　６００℃ バーナ：　１５００　Ｘ　１０　　ｋｃａｌ／ｈ炉ｉ：
ｘａｏｏ〜１３３０℃ バーナ諸元： １次エアノズル径（１８１１）１３．２φ×１個２次エ
アノズル径（ｍ）：４３．ｏφ×６個燃料ガスノズル径
（＊ｊＩ）二内径　１０１．６φを外径１５５．２φ×
１個 戻　　　流　　　孔　＝　８０φｘ６個本発明のバーナ
および従来の２段燃焼型低ＮＯＸバーナ（２重管内筒に
Ｍガスを外筒に支燃用空気を供給する型式のバーナ）を
それぞれ用いて比較した。

上記条件によって行なった結果を第２および第３図に示
す。

第２図は１次エア：２次エア比を１０：９（１＋５０：
５０として本発明のバーナと従来の２段燃焼式バーナな
用いて加熱した加熱炉の温度と燃焼排ガス中のＮＯＸ濃
度（ｐｐｍ　）との関係を示す図であシ、図中実線は本
発明バーナを用いた場合の関係を一点線は従来２段燃焼
式バーナのそれを示す。

同図から判るように本発明バーナによればＮＯＸ値が顕
著に低減することが判る。なお同図の結果は０２１１％
換算値および煙道排ガス中の０２濃度１％として計算し
た。すなわち本発明のバーナによれば、１次エア対２次
エアの比率の小さいロングフレームから、その比率を大
きくしたショートフレームに推移する間におけるＮＯＸ
レベルが、従来のそれに比較して顕著に改善される。

第３図は火炎特性の可変性を示す図であり、１次エアと
２次エアとの比率の調節により火炎中心軸温度分布のみ
でなく、炉温も変動して炉内の被加熱材の位置の相異お
よび／または温度差に対応する調整により一様な加熱を
施すことができることが判る。

（発明の効果） 以上述べたように１本発明のバーナによれば、火炎特性
の調節が容易に可能であって、かかる調節の際にも低Ｎ
ＯＸレベルの激しい増加を伴なわず、１０００℃以上の
高ｍＶＣおける炉温制御を有利に実現することができる
。またエアのみならず燃料ガスにも施される高温の予熱
下における燃焼開園においても充分に低いＮＯＸレベル
を確保し、排熱回収利用の実効を挙げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はバーナの軸線に沿って切った縦断面図！
同図（ｂ）はバーナの先端部を軸線方向から見た側面図
・第２図は本発明のバーナと従来の２段燃焼式バーナの
１次エアと２次エアの比率を変化させた場合における炉
温（℃）とＮＯＸ濃度（ｐｐｍ　）との関係を示す図り
第３図は本発明のバーナにおいて、バーナ壁から距離（
ロ）とフレーム中心軸の温度ならびに天井内壁直近の炉
温との関係を示す図である。 １・・・内筒Ｔ２・・・中間筒、３・・・外筒・４・・
・１次空気調節弁・５・・・空気配管、６・・・旋回羽
根、７・・・エアチャンバ、９・・・燃料ガス供給管＋
１０・・・環状ノズル、１１・・・ガスチャンバ、１２
・・・２次エア調節弁、１３・・・エア配管、１４・・
・断熱内張、１５・・・２次エアチャンバ＋１６・・・
混合チャンバ、１７・・・中間仕切壁、１８・・・環状
バッフル、１９・・・２次空気接続管、２０・・・２次
空気ノズル、２１・・・戻流孔。 ２２・・・バーナタイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内筒、中間筒および外筒が同心状に組み合されてな
   る構造を有するバーナであつて： 前記内筒の後端側には、一次空気量調節弁 を有する空気配管が接続されており、内筒の先端部には
   一次空気に旋回流を与えるための旋回羽根が配設されて
   おり； 前記中間筒が内筒から離隔して内筒を囲繞 配設され、中間筒と内筒との先端部はほぼ同一位置で終
   つており、内筒と中間筒とによつて画成される空間の後
   端側には燃料ガス供給管が接続されて前記空間は燃料ガ
   ス室を形成し、前記燃料ガス室の先端部は開口されて環
   状ガスノズルを形成しており； 前記外筒は前記中間筒から離隔して同心状 に中間筒を囲繞しており、外筒の先端部は前記燃料ガス
   室の先端部より所定長さだけ突出しており、前記外筒の
   先端部と外筒の軸心方向の後端部とによつて画成される
   中央部には外筒と中間筒との間の空間を区画する仕切壁
   が設けられており、前記仕切壁により区画された後端側
   空間を囲繞する外筒部には二次空気量調節弁を有する空
   気配管が接続されて前記後端側空間は二次空気室を形成
   しており、前記二次空気室の先端部にはバーナ軸心とほ
   ぼ平行な複数の二次空気ノズルが配設されており、また
   前記二次空気ノズルの互に隣接するノズルの間にはそれ
   ぞれガス戻流孔が配設されており； 前記環状ガスノズルの先端側部には該ノズ ルから離隔して該ノズルを囲繞するよう環状バッフルが
   配設されており、前記環状バッフルと前記仕切壁とによ
   り画成される空間は混合室を形成しており； 前記環状バッフルの内側面と中間筒外側面 の間の空間領域は燃焼ガスならびに一次空気の噴出によ
   り誘発される吸引作用により前記混合室から燃焼ガスを
   燃焼部に供給する再循環口を形成しており； さらに前記複数の二次空気ノズルのそれぞ れと前記二次空気室とが二次空気接続管により接続され
   てなる； ことを特徴とする加熱炉用低ＮＯ＿Ｘバーナ。