WO2012153751A1 - 管状火炎バーナ及びラジアントチューブ式加熱装置 - Google Patents

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tubular flame
flame burner
slit
combustion
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久幹 若林
天勝 能登谷
悟 石塚
大右 下栗
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新日鉄住金エンジニアリング株式会社
Nsプラント設計株式会社
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • the present invention relates to a tubular flame burner and a radiant tube heating device equipped with the same.
  • a burner attached to a furnace or a combustor it has a tubular combustion chamber with an open front end, a slit-shaped nozzle that blows fuel gas near the closed end of the base end of this combustion chamber, and oxygen-containing
  • a non-premixed tubular flame burner in which a slit-shaped nozzle for injecting gas is provided in a tangential direction of the inner peripheral surface of the combustion chamber (see, for example, Patent Document 1).
  • a radiant tube type heating device equipped with a tubular flame burner provided with slit-shaped nozzles in four directions is known (for example, see Patent Document 2).
  • tubular flame burners form a stable flame in a high-speed swirling flow, the adjustment range of the combustion amount is wide and the temperature variation of the combustion exhaust gas is small. In addition, it is possible to reduce the oxygen and air ratios to reduce generation of harmful substances such as NOx, generation of soot, and unburned gas.
  • An object of the present invention is to improve a mixing property of a fuel gas and an oxygen-containing gas, and even when the mixing ratio of the fuel gas and the oxygen-containing gas fluctuates, a tubular flame burner capable of stable combustion and a radiant tube equipped with the same Is to provide a heating device.
  • a tubular flame burner in which first and second slit-like nozzles for supplying fuel gas and oxygen-containing gas separately are provided adjacent to the outer periphery of the tubular combustion chamber.
  • the first and second slit nozzles are provided at the same position in the length direction of the combustion chamber, and the first slit nozzle is tangential to the inner peripheral surface of the combustion chamber.
  • the second slit-shaped nozzle is provided so as to be parallel to the tangential direction.
  • the oxygen-containing gas can be supplied from the first slit-shaped nozzle, and the fuel gas can be supplied from the second slit-shaped nozzle.
  • the fuel gas can be supplied from a nozzle, and the oxygen-containing gas can be supplied from the second slit-like nozzle.
  • an outer tube is provided outside the combustion tube forming the combustion chamber, and a gap between the combustion tube and the outer tube is divided by a partition plate so as to form the fuel gas. And a passage for the oxygen-containing gas may be formed.
  • region of a tubular flame burner can be formed in the front side of a tubular flame burner.
  • the first and second slit-like nozzles may be provided in a plurality of sets with the gas blowing direction aligned at the same position in the longitudinal direction of the combustion chamber. is there.
  • the tubular flame burner according to the first invention is disposed at one end of the radiant tube.
  • the length of the outer tube provided outside the combustion tube forming the combustion chamber is longer than the thickness of the furnace wall of the radiant tube heating device, and the combustion region (including the front side of the combustion tube) is present. It is preferably located in the furnace of the radiant tube heating device.
  • a recuperator for preheating the oxygen-containing gas with combustion exhaust gas from the tubular flame burner may be provided at the other end of the radiant tube.
  • a recuperator for mixing a part of the combustion exhaust gas of the tubular flame burner with the oxygen-containing gas may be provided at the other end of the radiant tube.
  • another tubular flame burner is disposed at the other end of the radiant tube, and the oxygen-containing gas is exchanged by combustion exhaust gas obtained by alternately burning the two tubular flame burners. It is possible to have a recuperator that preheats.
  • the first and second slit nozzles are provided at the same position in the longitudinal direction of the combustion chamber, and the first slit nozzle is formed on the inner peripheral surface of the combustion chamber. Since the second slit-shaped nozzle is provided so as to be directed in the tangential direction and parallel to the tangential direction, even when the mixing ratio of the fuel gas and the oxygen-containing gas varies, the fuel gas and the oxygen-containing Since the gas mixing property is good, a tubular flame burner capable of stable combustion with a wide combustible range is obtained. Further, the temperature variation of the combustion exhaust gas is small, and the generation of harmful substances such as NOx, soot and unburned gas is reduced, and low pollution can be achieved.
  • the mixing property of the fuel gas and the oxygen-containing gas is further increased.
  • the fuel gas can be burned in the combustion chamber more efficiently.
  • a region where the fuel gas and the oxygen-containing gas are mixed and burned in a tubular shape can be formed on the front side of the tubular flame burner. Thereby, abnormal heating of the tubular flame burner can be prevented.
  • the tubular flame burner according to the first invention is disposed at one end of the radiant tube, so that the mixing property of the fuel gas and the oxygen-containing gas is increased, and the radiant tube type heating device is more efficiently Since the fuel gas can be burned and a flame is formed by the inner surface of the combustion chamber, the surface temperature of the radiant tube is made uniform, thermal deterioration due to partial heating of the radiant tube is reduced, and the radiant tube Long life can be achieved. Also, the radiant tube in the furnace can be actively heated by dividing the gap between the combustion tube and the outer tube of the tubular flame burner with a partition plate to form a fuel gas passage and an oxygen-containing gas passage. .
  • the radiant tube heating device when a recuperator for preheating oxygen-containing gas with the combustion exhaust gas of a tubular flame burner is provided at the other end of the radiant tube, the amount of heat of the self-exhaust gas is effective. Can be used to increase thermal efficiency.
  • the oxygen-containing gas to be supplied Reduction of NOx content can be achieved by reducing the oxygen content.
  • another tubular flame burner is disposed at the other end of the radiant tube, and the two oxygen flames are alternately combusted by the combustion exhaust gas obtained by alternately burning the two tubular flame burners.
  • the heat efficiency of the self-exhaust gas can be effectively used to increase the thermal efficiency.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a radiant tube heating device according to a first embodiment of the present invention. It is a schematic plan view of the radiant tube type heating apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. It is a schematic plan view of the radiant tube type heating apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. It is a schematic plan view of the radiant tube type heating apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention.
  • FIG. 10 is a sectional view taken along the line DD in FIG. 9.
  • A) is explanatory drawing of one use condition of the radiant tube type heating apparatus using the tubular flame burner which concerns on the 1st Embodiment of this invention
  • B) is the tubular shape which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. It is explanatory drawing of one use condition of the radiant tube type heating apparatus using a flame burner.
  • A), (B) is the schematic of the radiant tube type heating apparatus which concerns on a prior art example.
  • the tubular flame burner 10 supplies air b, which is an example of an oxygen-containing gas, to the outer periphery of a tubular combustion chamber 11.
  • the 1st slit-shaped nozzle 12 to perform and the 2nd slit-shaped nozzle 13 which supplies the fuel gas a are provided adjacent.
  • the first and second slit nozzles 12 and 13 are provided at the same position in the length direction of the combustion chamber 11.
  • the first slit-shaped nozzle 12 is provided so as to face the tangential direction of the inner peripheral surface of the combustion chamber 11, and the second slit-shaped nozzle 13 is provided so as to be parallel to the tangential direction.
  • the cross section of the first and second slit nozzles 12 and 13 is a rectangle whose long side is a short side, for example, about 5 to 20 times longer, and the open end portions 14 and 15 thereof have a circular cross section. It opens along the inner peripheral surface of the chamber 11.
  • the open end portions 14 and 15 are formed side by side with a slight gap at the same position with respect to the longitudinal direction (ie, the axial direction) of the combustion chamber 11.
  • An air supply pipe (not shown) that supplies air b to the combustion chamber 11 is connected to the first slit-shaped nozzle 12, and a fuel gas a is not illustrated to supply the second slit-shaped nozzle 13 to the combustion chamber 11.
  • a fuel gas supply pipe is connected.
  • combustion exhaust gas (exhaust gas) f is discharged from the open side of the combustion chamber 11.
  • the first and second slit-shaped nozzles 12 and 13 have the same cross-sectional area.
  • the cross-sectional area of the first slit-shaped nozzle 12 for supplying air is the same as that for supplying the fuel gas. It may be larger than the two slit-shaped nozzles 13.
  • the first and second slit-like nozzles 12 and 13 are provided close to each other in parallel, and the air b and the fuel gas a blown from the respective open end portions 14 and 15 are supplied to the combustion chamber 11.
  • the gas forming the parallel flow is swirled while the fuel gas a and air b are efficiently and rapidly mixed in a region near the inner peripheral surface of the combustion chamber 11. c is formed.
  • an ignition device such as an ignition plug or a pilot burner, a tubular flame is generated in the combustion chamber 11.
  • the first slit-shaped nozzle 12 and the second slit-shaped nozzle 13 are paired and provided on the inner peripheral surface of the combustion chamber 11 so as to face each other, but only one pair or three A pair or more may be provided. Further, the air b may be supplied by the second slit-shaped nozzle 13 and the fuel gas a may be supplied by the first slit-shaped nozzle 12.
  • the mixing efficiency of the fuel gas a and the air b is good, so that the oxygen utilization efficiency can be increased. Furthermore, since it is not necessary to supply excess oxygen gas, combustion can be performed even in a region where the fuel gas component is excessively rich. As a result, the combustible range of the tubular flame burner 10 itself is expanded, and stable combustion is possible even if the mixing ratio of the fuel gas a and air b varies. In addition, the temperature variation of the combustion exhaust gas f is small, and the generation of harmful substances such as NOx, soot and unburned gas is reduced, and low pollution can be achieved.
  • the radiant tube heating device 20 equipped with the tubular flame burner 10 according to the first embodiment of the present invention will be described.
  • the radiant tube heating device 20 includes a W-shaped radiant tube 21 disposed on the furnace wall 40 and a tubular flame burner 10 attached to one open end of the radiant tube 21. Has been.
  • the combustion exhaust gas f of the tubular flame d generated by the tubular flame burner 10 is ejected from the tip of the combustion chamber 11 into the radiant tube 21.
  • the radiant tube 21 is usually made of heat-resistant cast steel and is U-shaped or W-shaped.
  • the radiant tube 21 is heated by the flue gas f of the tubular flame d ejected from the tip of the tubular flame burner 10 attached to one open end, The object to be heated is heated by radiation from.
  • the combustion exhaust gas f is discharged
  • the temperature variation of the fuel gas of the tubular flame d generated by the tubular flame burner 10 is small, the temperature variation of the radiant tube 21 is also small, and the radiant tube. 21 lifespan can be extended.
  • the tubular flame burner 10 is attached to one end of the radiant tube 21, and the recuperator 22 is attached to the other end.
  • the air b is preheated by the combustion exhaust gas f of the tubular flame burner 10 using the recuperator 22.
  • the recuperator 22 is formed in a cylindrical shape on the outside, and includes an air introduction pipe 25 that introduces air b into the inside, and an air discharge pipe 23 that discharges the air b heated inside.
  • air b is taken in from the air introduction pipe 25, introduced into the recuperator 22, heat-exchanged with the combustion exhaust gas f discharged from the radiant tube 21, and supplied to the tubular flame burner 10 through the air discharge pipe 23. Further, the combustion exhaust gas f after the heat exchange is exhausted from the exhaust pipe 24.
  • the sensible heat of the combustion exhaust gas f of the tubular flame burner 10 is used, the consumption amount of the fuel gas a can be reduced and energy saving can be achieved.
  • a radiant tube heating device 42 equipped with the tubular flame burner 10 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the tubular flame burner 10 is attached to one end portion of the radiant tube 21, and the recuperator 26 is attached to the other end portion.
  • the recuperator 26 is formed in a cylindrical shape on the outside, and has an air introduction pipe 28 that introduces air into the inside and an air discharge pipe 27 that discharges the air heated inside the recuperator 26.
  • An ejector 30 is mounted on the outlet side of the air discharge pipe 27. The combustion exhaust gas f is exhausted through the exhaust pipe 29 and the ejector 30.
  • the flue gas f of the tubular flame burner 10 is extracted by the recuperator 26, and then a part thereof is contained in the air (oxygen-containing gas) b after heat exchange by the ejector 30 (that is, a part thereof is mixed). )
  • the combustion exhaust gas f of the tubular flame burner 10 is contained in the air b, so that the oxygen content of the air b can be reduced and a reduction in NOx is achieved. it can.
  • an alternating combustion type radiant tube heating device 43 equipped with a tubular flame burner 10 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the alternating combustion type radiant tube type heating device 43 is equipped with the tubular flame burner 10 at both ends of the radiant tube 21.
  • a recuperator 35, first to fourth switching valves 31 to 34, an air introduction pipe 36, an exhaust pipe 37, an exhaust introduction pipe 38, and an air discharge pipe 39 are provided.
  • the radiant tube type heating device 43 shown in FIG. 5 is an alternating combustion type, for example, a tubular flame burner provided at one end of the radiant tube 21 (provided at the top of FIG. 5).
  • the (lower) tubular flame burner 10 provided at the other end of the radiant tube 21 is at rest.
  • the combustion exhaust gas f is introduced into the recuperator 35 through the exhaust gas introduction pipe 38 via the first switching valve 31.
  • the second switching valve 32 is closed so as not to exhaust to the upper tubular flame burner 10 side.
  • air b is taken into the recuperator 35 from the air introduction pipe 36, heat exchange is performed with the combustion exhaust gas f in the recuperator 35, and the combustion exhaust gas f is exhausted through the exhaust pipe 37.
  • the heated air b is discharged to the air discharge pipe 39.
  • the third switching valve 33 is closed and sent to the upper tubular flame burner 10 via the fourth switching valve 34.
  • preheated air b is supplied through two first slit-like nozzles 12 provided on the inner peripheral surface of the combustion chamber 11 so as to face each other.
  • the plurality of tubular flame burners 10 are alternately and alternately burned, and the recuperator 35 and the first to fourth switching valves 31 to 34 are switched, so that the exhausted combustion exhaust gas f causes the tubular flame burners 10 to exchange with each other. Preheat air b to be supplied.
  • the sensible heat of the combustion exhaust gas f of the tubular flame burner 10 is used, the consumption amount of the fuel gas a can be further reduced and energy saving can be achieved. it can.
  • the vertical axis of the graph indicates the air ratio to the fuel gas.
  • the air ratio increases as the value increases.
  • the horizontal axis shows the embodiment of the present invention and the conventional example side by side.
  • the combustion combustible range of the conventional example is an air ratio range of 0.9 to 2.0
  • the tubular flame burner 10 according to the present invention is a combustion
  • the combustible range is an air ratio range of 0.6 to 2.0.
  • the air ratio was set to 1.2, for example, in consideration of misfire due to fluctuations.
  • the air ratio can be lowered to 1.1, and energy saving can be achieved correspondingly.
  • tubular flame burner 10 shown in FIG. 1 is used, and the flame length of the tubular flame d is long as in the radiant tube heating devices 20, 41, 42, and 43 shown in FIGS.
  • the tubular flame burner 10 is not heated.
  • FIG. 11A the position of the tubular flame burner 10 is at or near the outside of the furnace wall 40, and when the combustion air is hot, the flame length is shortened and the combustion position is at the furnace wall 40. Will be in.
  • the furnace wall 40 is usually made of a heat insulating material, the radiant tube 21 in contact with the furnace wall 40 is also insulated, and the radiant tube 21 in contact with the combustion tube 45 of the tubular flame burner 10 and the furnace wall 40 is also abnormal. May be heated. Therefore, a tubular flame burner 46 according to a second embodiment of the present invention that solves this problem will be described below.
  • a tubular flame burner 46 includes a combustion tube (inner tube) 45a forming a combustion chamber, and a combustion tube 45a. And an outer tube 48 which is disposed concentrically with a gap and on the outside, and from which at least one end or both ends project the combustion tube 45a. Both sides of the outer tube 48 are closed by annular plates 49 and 50, and a combustion tube 45 a is inserted inside the annular plates 49 and 50. A flange 51 is provided at the center of the outer tube 48 so that it can be screwed to the furnace wall 40.
  • the outer tube 48 is preferably longer than the thickness of the furnace wall 40.
  • first partition plates 52 and 53 and second partition plates 54 and 55 are provided in parallel and facing each other. Air passages 56 and 57 and fuel gas passages 58 and 59, which are examples of oxygen-containing gas passages, are formed.
  • the combustion pipe 45a located on the front side of the outer pipe 48 is provided with openings 60, 61 facing the position of 180 degrees, and the openings 60, 61 are provided as the second partition plate 54, 55, the first slit-like nozzles 62 and 63 and the second slit-like nozzles 64 and 65 are formed in two.
  • guide plates 66 and 66a are provided in parallel with the first and second partition plates 52 to 55, and guide plates 75 and 75a are provided vertically.
  • air is supplied from one slit-like nozzle 62, 63 in the tangential direction inside the combustion tube 45a.
  • the inner end portions of the second partition plates 54 and 55 are inclined (for example, about 15 to 25 degrees) in the inner tangential direction of the combustion tube 45a, and the fuel gas flows in the inner radial direction of the combustion tube 45a.
  • Two slit-shaped nozzles 64 and 65 are formed.
  • guide plates 74 and 74a are provided in parallel with the first and second partition plates 52 to 55, and guide plates 76 and 76a are further provided vertically.
  • air flows in the same circumferential direction from the inside of the first slit-shaped nozzles 62 and 63, respectively, and fuel gas flows from the second slit-shaped nozzles 64 and 65 substantially inward in the same circumferential direction of the combustion tube 45, respectively. It flows in the tangential direction.
  • connection pipes 67 and 68 for supplying air to the air passages 56 and 57 are provided on the base side of the outer pipe 48, respectively, and ends of the connection pipes 67 and 68 are respectively provided. Flange 67a, 68a is provided.
  • gas supply pipes 69 and 70 connected to the fuel gas passages 58 and 59 are provided on the base side of the outer pipe 48.
  • a closing plate 72 having an opening 71 into which the ignition device 71a is fitted is formed at the center of the combustion tube 45a at a position in front of which the openings 60 and 61 are formed. And the front-end
  • a radiant tube type heating device 73 using this tubular flame burner 46 is shown in FIG. 11 (B), and the air supplied from the first slit-like nozzles 62 and 63 and the second slit-like nozzles 64 and 65 and The fuel gas flows so as to form a swirling flow in the combustion tube 45a, and a tubular flame d is generated.
  • the combustion region B of the tubular flame burner 46 is located inside the furnace wall 40 (that is, inside the furnace), the heat is positively absorbed by the outer radiant tube 21, and the combustion pipe 45a, the outer pipe 48 does not become abnormally hot.
  • a recuperator that actively preheats combustion air using combustion exhaust gas is not provided.
  • the thermal efficiency can be further improved.

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Abstract

　高い燃焼安定性を備えた管状火炎バーナ及びこれを搭載したラジアントチューブ 式加熱装置を提供する。　管状の燃焼室１１の外周に燃料ガスａと酸素含有ガスｂを別々に供給する第１、第２のスリット状ノズル１２、１３が隣接して設けられ、第１、第２のスリット状ノズル１２、１３は、燃焼室１１の長さ方向同一位置に設けられ、かつ、第１のスリット状ノズル１２は燃焼室１１の内周面の接線方向を向いて設けられ、第２のスリット状ノズル１３は前記接線方向と平行になるように設けられている管状火炎バーナ１０及びこれを用いたラジアントチューブ式加熱装置２０、４１、４２、４３である。

Description

管状火炎バーナ及びラジアントチューブ式加熱装置
　本発明は、管状火炎バーナ及びそれを搭載したラジアントチューブ式加熱装置に関する。
　従来、炉や燃焼器に取り付けられるバーナとして、先端部が開放された管状の燃焼室を有し、この燃焼室の基端部の閉塞端部近傍に燃料ガスを吹き込むスリット形状のノズルと酸素含有ガスを吹き込むスリット形状のノズルが、前記燃焼室の内周面の接線方向に向けて設けられている非予混合型の管状火炎バーナが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、スリット形状のノズルを４方に設けた管状火炎バーナを搭載したラジアントチューブ式加熱装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
　これらの管状火炎バーナは、高速の旋回流中で安定な火炎が形成されるので、燃焼量の調節範囲が広く、燃焼排ガスの温度のバラツキも小さい。また、酸素比や空気比を下げて、ＮＯxなどの有害物質の発生、ススの発生、及び未燃焼のまま排出されるガスを低減することが可能である。
特許第３３５８５２７号公報 特開２００４－７７０１２号公報
　しかしながら、たとえば、図１２（Ａ）、（Ｂ）に示すように特許文献２に記載された管状火炎バーナ８０では、燃料ガスａを吹き込むスリット状ノズル８２と酸素含有ガスｂを吹き込むスリット状ノズル８３の開口端部８４の位置が互いに離れているため、燃焼室８１での燃料ガスａと酸素含有ガスｂの混合性が悪い。従って、燃料ガスａと酸素含有ガスｂの混合比が変動した場合、燃焼が不安定となり、燃焼排ガスの温度のバラツキが大きくなる。その結果、酸素比や空気比を下げることができず、ＮＯxなどの有害物質、スス及び未燃焼のまま排出されるガスも増加するという問題があった。
　本発明の目的は、燃料ガスと酸素含有ガスの混合性を高め、燃料ガスと酸素含有ガスの混合比が変動した場合においても、安定な燃焼が可能な管状火炎バーナ及びそれを搭載したラジアントチューブ式加熱装置を提供することである。
　前記目的に沿う第１の発明に係る管状火炎バーナは、管状の燃焼室の外周に燃料ガスと酸素含有ガスを別々に供給する第１、第２のスリット状ノズルが隣接して設けられた管状火炎バーナにおいて、前記第１、第２のスリット状ノズルは、前記燃焼室の長さ方向同一位置に設けられ、かつ、前記第１のスリット状ノズルは前記燃焼室の内周面の接線方向を向いて設けられ、前記第２のスリット状ノズルは前記接線方向と平行になるように設けられている。
　第１の発明に係る管状火炎バーナにおいて、前記第１のスリット状ノズルから前記酸素含有ガスを、前記第２のスリット状ノズルから前記燃料ガスを供給することもできるし、前記第１のスリット状ノズルから前記燃料ガスを、前記第２のスリット状ノズルから前記酸素含有ガスを供給することもできる。
　また、第１の発明に係る管状火炎バーナにおいて、前記燃焼室を形成する燃焼管の外側に外管を設けると共に、前記燃焼管と前記外管との隙間を仕切り板によって区分して前記燃料ガスの通路と、前記酸素含有ガスの通路を形成することもできる。これによって、管状火炎バーナの燃焼領域を管状火炎バーナの先側に形成することができる。また、第１の発明に係る管状火炎バーナにおいて、前記第１、第２のスリット状ノズルが、ガスの吹き出し方向を揃えて複数組、前記燃焼室の長さ方向同一位置に設けることも可能である。
　そして、第２の発明に係るラジアントチューブ式加熱装置は、以上の第１の発明に係る管状火炎バーナをラジアントチューブの一端部に配設している。ここで、前記燃焼室を形成する燃焼管の外側に設けられた外管の長さは、該ラジアントチューブ式加熱装置の炉壁の厚みより長く、燃焼領域（燃焼管の先側を含む）が該ラジアントチューブ式加熱装置の炉内に位置するのが好ましい。
　このラジアントチューブ式加熱装置において、前記ラジアントチューブの他端部に、前記酸素含有ガスを前記管状火炎バーナの燃焼排ガスにより予熱するレキュペレータを有することもできる。
　また、このラジアントチューブ式加熱装置において、前記ラジアントチューブの他端部に、前記酸素含有ガスに前記管状火炎バーナの燃焼排ガスの一部を混合させるレキュペレータを有することもできる。
　そして、このラジアントチューブ式加熱装置において、前記ラジアントチューブの他端部に別の前記管状火炎バーナを配設し、２つの前記管状火炎バーナを交番燃焼させた燃焼排ガスにより互いの前記酸素含有ガスを予熱するレキュペレータを有することもできる。
　第１の発明に係る管状火炎バーナは、第１、第２のスリット状ノズルが、燃焼室の長さ方向同一位置に設けられ、かつ、第１のスリット状ノズルは燃焼室の内周面の接線方向を向いて設けられ、第２のスリット状ノズルは接線方向と平行になるように設けられているので、燃料ガス及び酸素含有ガスの混合比が変動した場合においても、燃料ガスと酸素含有ガスの混合性が良いため、可燃範囲が広い安定燃焼が可能な管状火炎バーナが得られる。また、燃焼排ガスの温度のバラツキも小さく、ＮＯxなどの有害物質、スス及び未燃焼のまま排出されるガスの発生も少なく低公害化を達成できる。
　特に、第１、第２のスリット状ノズルが、燃焼室の長さ方向同一位置に、ガスの吹き出し方向を揃えて複数組設けられている場合は、燃料ガスと酸素含有ガスの混合性が更に向上し、より効率的に燃料ガスを燃焼室内で燃焼させることができる。
　また、燃焼室を形成する燃焼管の外側に外管を設けると共に、燃焼管と外管との隙間を仕切り板によって区分して燃料ガスの通路と、酸素含有ガスの通路を形成することによって、燃料ガスと酸素含有ガスが混合して管状に燃焼する領域を、管状火炎バーナの先側に形成できる。これによって、管状火炎バーナの異常加熱等を防止できる。
　第２の発明に係るラジアントチューブ式加熱装置は、第１の発明に係る管状火炎バーナをラジアントチューブの一端部に配設したので、燃料ガスと酸素含有ガスの混合性が増してより効率的に燃料ガスを燃焼させることができると共に、燃焼室の内面によって火炎が形成されるので、ラジアントチューブの表面温度を均一化させ、加熱ラジアントチューブの部分的加熱による熱的劣化を減少させ、ラジアントチューブの長寿命化を達成できる。また、管状火炎バーナの燃焼管と外管との隙間を仕切り板によって区分して燃料ガスの通路と、酸素含有ガスの通路を形成することによって、炉内にあるラジアントチューブを積極的に加熱できる。
　特に、第２の発明に係るラジアントチューブ式加熱装置において、ラジアントチューブの他端部に、酸素含有ガスを管状火炎バーナの燃焼排ガスにより予熱するレキュペレータを設けた場合には、自己排ガスの熱量を有効に使用して熱効率を上げることができる。
　第２の発明に係るラジアントチューブ式加熱装置において、ラジアントチューブの他端部に、酸素含有ガスに管状火炎バーナの燃焼排ガスの一部を混合させるレキュペレータを設けた場合には、供給する酸素含有ガス中の酸素含有率を低減して低ＮＯx化が達成できる。
　そして、第２の発明に係るラジアントチューブ式加熱装置において、ラジアントチューブの他端部に別の管状火炎バーナを配設し、２つの管状火炎バーナを交番燃焼させた燃焼排ガスにより互いの酸素含有ガスを予熱するレキュペレータを有する場合、更に自己排ガスの熱量を有効に使用して熱効率を上げることができる。
（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る管状火炎バーナの構造を示す側面図、（Ｂ)はＡ－Ａ矢視断面図、（Ｃ)はＢ－Ｂ矢視断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るラジアントチューブ式加熱装置の概略平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るラジアントチューブ式加熱装置の概略平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るラジアントチューブ式加熱装置の概略平面図である。 本発明の第４の実施の形態に係るラジアントチューブ式加熱装置の概略平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る管状火炎バーナの燃焼可燃範囲を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係る管状火炎バーナの側面図である。 同管状火炎バーナの背面図である。 図７におけるＣ－Ｃ矢視断面図である。 図９におけるＤ－Ｄ矢視断面図である。 （Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る管状火炎バーナを用いたラジアントチューブ式加熱装置の一使用状況の説明図、（Ｂ）は本発明の第２の実施の形態に係る管状火炎バーナを用いたラジアントチューブ式加熱装置の一使用状況の説明図である。 （Ａ）、（Ｂ)は従来例に係るラジアントチューブ式加熱装置の概略図である。
　続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明する。図１（Ａ）～（Ｃ）に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る管状火炎バーナ１０は、管状の燃焼室１１の外周に酸素含有ガスの一例である空気ｂを供給する第１のスリット状ノズル１２と、燃料ガスａを供給する第２のスリット状ノズル１３が隣接して設けられている。そして、第１、第２のスリット状ノズル１２、１３は、燃焼室１１の長さ方向同一位置に設けられている。また、第１のスリット状ノズル１２は燃焼室１１の内周面の接線方向を向いて設けられ、第２のスリット状ノズル１３は接線方向と平行になるように設けられている。
　第１、第２のスリット状ノズル１２、１３の断面は、長辺の長さが短辺の例えば、５～２０倍程度の長方形となって、その開口端部１４、１５が断面円形の燃焼室１１の内周面に沿って開口している。なお、開口端部１４、１５は燃焼室１１の長手方向（即ち、軸方向）に対して同一位置に僅少の間隔を有して並んで形成されている。
　この第１のスリット状ノズル１２には、燃焼室１１に空気ｂを供給する図示しない空気供給パイプが接続され、第２のスリット状ノズル１３には燃焼室１１に燃料ガスａを供給する図示しない燃料ガス供給パイプが接続されている。そして、燃焼室１１の開放された先側から燃焼排ガス（排ガス）ｆが排出される。なお、この実施の形態では第１、第２のスリット状ノズル１２、１３の断面積を同一としたが、空気を供給する第１のスリット状ノズル１２の断面積を、燃料ガスを供給する第２のスリット状ノズル１３に対して大きくしてもよい。
　そして、第１、第２のスリット状ノズル１２、１３は、近接して平行に設けられており、それぞれの開口端部１４、１５から吹き入れた空気ｂ及び燃料ガスａは、燃焼室１１の内周面に沿って平行流を形成したのちに、この平行流を形成したガスは、燃焼室１１の内周面に近い領域で燃料ガスａと空気ｂが効率良く急速に混合されながら旋回流ｃを形成するようになっている。その旋回流ｃとなった混合ガスに点火プラグ又はパイロットバーナ等の点火装置（図示せず）によって点火すると、燃焼室１１内に管状の火炎が生成される。
　本実施の形態では、第１のスリット状ノズル１２と、第２のスリット状ノズル１３を対として、燃焼室１１の内周面に互いに対向して２対設けているが、１対のみ又は３対以上設けてもよい。また、空気ｂを第２のスリット状ノズル１３によって、燃料ガスａを第１のスリット状ノズル１２によって供給してもよい。
　上記のように構成された管状火炎バーナ１０においては、燃料ガスａと空気ｂの混合性が良好なため、酸素利用効率を高めることができる。更に、余分な酸素ガスを供給する必要がなくなるため、燃料ガス成分が過濃な状態になる領域においても燃焼させることが可能となる。その結果、管状火炎バーナ１０自身の可燃範囲が広がり、燃料ガスａと空気ｂの混合割合が変動しても安定燃焼が可能となる。また燃焼排ガスｆの温度のバラツキも小さく、ＮＯｘなどの有害物質、スス及び未燃焼のまま排出されるガスの発生も少なく低公害化を達成できる。
　次に、本発明の第１の実施の形態に係る管状火炎バーナ１０を搭載したラジアントチューブ式加熱装置２０について説明する。図２に示すように、ラジアントチューブ式加熱装置２０は、炉壁４０に配設されたＷ字型のラジアントチューブ２１と、ラジアントチューブ２１の一方の開放端に装着された管状火炎バーナ１０によって構成されている。
　管状火炎バーナ１０により生成された管状の火炎ｄの燃焼排ガスｆは燃焼室１１の先端からラジアントチューブ２１内に噴出する。ラジアントチューブ２１は、通常耐熱鋳鋼製でＵ型又はＷ型をしており、一方の開放端に装着された管状火炎バーナ１０の先端から噴出した管状の火炎ｄの燃焼排ガスｆにより加熱され、表面からの輻射により被加熱物を加熱する。そして他端部から燃焼排ガスｆを炉外に排出する。
　上記のように構成されたラジアントチューブ式加熱装置２０においては、管状火炎バーナ１０で生成される管状の火炎ｄの燃料ガスの温度バラツキが小さいため、ラジアントチューブ２１の温度バラツキも小さくなり、ラジアントチューブ２１の寿命を延ばすことができる。
　次に、本発明の第２の実施の形態に係る管状火炎バーナ１０を搭載したラジアントチューブ式加熱装置４１について、図３にて説明する。なお、ラジアントチューブ式加熱装置２０と同一の構成要素については同一の符号を付して詳しい説明は省略する。ラジアントチューブ式加熱装置４１は、ラジアントチューブ２１の一端部に管状火炎バーナ１０を装着し、他端部にレキュペレータ２２を装着する。空気ｂは、レキュペレータ２２を用いて管状火炎バーナ１０の燃焼排ガスｆにより予熱される。ここで、レキュペレータ２２は、外部が筒状に形成されて、内部に空気ｂを導入する空気導入管２５と、その内部で温められた空気ｂを排出する空気排出管２３を有している。
　まず、空気導入管２５から空気ｂが取り入れられレキュペレータ２２の内部に導入され、ラジアントチューブ２１から排出される燃焼排ガスｆと熱交換され、空気排出管２３を通って管状火炎バーナー１０に供給される。また、熱交換されたあとの燃焼排ガスｆは、排気管２４から排出される。
　上記のように構成されたラジアントチューブ式加熱装置４１においては、管状火炎バーナ１０の燃焼排ガスｆの顕熱を用いるため、燃料ガスａの消費量を低減することができ省エネルギを達成できる。
　更に、本発明の第３の実施の形態に係る管状火炎バーナ１０を搭載したラジアントチューブ式加熱装置４２について、図４にて説明する。ラジアントチューブ式加熱装置４２は、ラジアントチューブ２１の一端部に管状火炎バーナ１０を装着し、他端部にレキュペレータ２６を装着する。レキュペレータ２６は、外部が筒状に形成されて、内部に空気を導入する空気導入管２８と、その内部で温められた空気を排出する空気排出管２７を有している。空気排出管２７の出口側にエジェクタ３０を装着している。燃焼排ガスｆは、排気管２９及びエジェクタ３０を介して排気される。ここで、管状火炎バーナ１０の燃焼排ガスｆは、レキュペレータ２６によって抜熱された後、エジェクタ３０によってその一部を熱交換後の空気（酸素含有ガス）ｂに含有させる（即ち、一部を混合させる）。
　上記のように構成されたラジアントチューブ式加熱装置４２においては、管状火炎バーナ１０の燃焼排ガスｆが空気ｂに含有されるため空気ｂの酸素含有率を低減することが可能で低ＮＯｘ化が達成できる。
　更に、本発明の第４の実施の形態に係る管状火炎バーナ１０を搭載した交番燃焼型ラジアントチューブ式加熱装置４３について、図５にて説明する。交番燃焼型ラジアントチューブ式加熱装置４３は、ラジアントチューブ２１の両端部に管状火炎バーナ１０を装着する。そして、レキュペレータ３５、第１～第４の切換え弁３１～３４、空気導入管３６、排気管３７、排気導入管３８、空気排出管３９が設けられている。
　次に、動作について説明すると、図５に示すラジアントチューブ式加熱装置４３は、交番燃焼型なので、たとえば、ラジアントチューブ２１の一端部に設けられた（図５の上部に設けられた）管状火炎バーナ１０が燃焼しているときは、ラジアントチューブ２１の他端部に設けられた（下部の）管状火炎バーナ１０は休止している。その場合、下部の管状火炎バーナ１０側より、燃焼排ガスｆは、第１の切換え弁３１を経由して排気導入管３８を通ってレキュペレータ３５に導入される。この時、第２の切換え弁３２は閉じられ上部の管状火炎バーナ１０側に排気させないようにしている。
　次に、レキュペレータ３５には、空気導入管３６から空気ｂが取り入れられ、レキュペレータ３５で燃焼排ガスｆと熱交換され、燃焼排ガスｆは排気管３７を通って排気される。ここで、温められた空気ｂは、空気排出管３９に排出される。空気排出管３９では、第３の切換え弁３３は閉じられており、第４の切換え弁３４を経由して上部の管状火炎バーナ１０に送られる。ここで、燃焼室１１の内周面に互いに対向して設けられた２つの第１のスリット状ノズル１２を通して予熱された空気ｂが供給される。
　上部の管状火炎バーナ１０が休止し、下部の管状火炎バーナ１０が燃焼している場合は、第１、第４の切換え弁３１、３４が閉じられた状態で燃焼動作を行う。
このように、複数の管状火炎バーナ１０を交互に交番燃焼させ、レキュペレータ３５と第１～第４の切換え弁３１～３４を切替えることで、排出される燃焼排ガスｆによって互いの管状火炎バーナ１０に供給する空気ｂを予熱する。
　上記のように構成されたラジアントチューブ式加熱装置４３においては、互いの管状火炎バーナ１０の燃焼排ガスｆの顕熱を用いるため、燃料ガスａの消費量をより低減することができ省エネルギを達成できる。
　次に、管状火炎バーナ１０の燃焼安定の効果を図６のグラフで示す。実験は、燃料ガスはメタンを使用し、空気流量を２００Ｎｍ3／ｈ固定とし、燃料ガス流量を変化させ燃焼可燃範囲を確認している。グラフ縦軸は、燃料ガスに対する空気比を示している。数値が大きくなるほど空気比が大きくなる。横軸には、本発明の実施例と従来例を並べて示している。
　図６のグラフより、従来例（図１２に示す管状火炎バーナ）の燃焼可燃範囲が空気比０．９～２．０の範囲であるのに対し、本発明に係る管状火炎バーナ１０は、燃焼可燃範囲が空気比０．６～２．０の範囲である。通常は、空気比１．０で燃焼されるのが標準であるので、燃料ガス過濃領域の燃焼可燃範囲が大幅に広がっている。従って、従来は、変動による失火を考慮して空気比を例えば１．２に設定していたが、本発明では空気比を１．１に下げることが可能となり、その分省エネルギを達成できる。
　なお、図１に示す管状火炎バーナ１０を使用して、図２～図５に示すラジアントチューブ式加熱装置２０、４１、４２、４３のように、管状の火炎ｄの火炎長が長く、炉壁４０の内側で燃焼している場合は、管状火炎バーナ１０が加熱されることはない。しかしながら、図１１（Ａ）に示すように、管状火炎バーナ１０の位置が炉壁４０の外側又は外側近傍にあり、燃焼空気が高温の場合は火炎長が短くなって、燃焼位置が炉壁４０内にあることになる。
　炉壁４０は通常断熱材によって構成されているので、炉壁４０に接するラジアントチューブ２１も断熱されていることになり、管状火炎バーナ１０の燃焼管４５及び炉壁４０に接するラジアントチューブ２１も異常加熱される場合がある。そこで、以下にこの問題を解決した本発明の第２の実施の形態に係る管状火炎バーナ４６について説明する。
　図７～図１０、図１１（Ｂ）に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る管状火炎バーナ４６は、燃焼室を形成する燃焼管（内管）４５ａと、燃焼管４５ａと隙間を有して同心上、かつ外側に配置され、少なくとも一端部又は両端部から燃焼管４５ａが突出する外管４８とを有している。外管４８の両側は環状板４９、５０によって閉塞され、環状板４９、５０の内側には燃焼管４５ａが挿通している。外管４８の中央にはフランジ５１が設けられ、炉壁４０にねじ固定できるようになっている。また、外管４８は炉壁４０の厚みより長くなっているのが好ましい。
　図９、図１０に示すように、燃焼管４５ａと外管４８との間には、第１の仕切り板５２、５３と、第２の仕切り板５４、５５がそれぞれ対向して平行に設けられ、酸素含有ガス通路の一例である空気通路５６、５７と、燃料ガス通路５８、５９を形成している。この実施の形態では、外管４８の先側に位置する燃焼管４５ａには１８０度位置に対向して開口部６０、６１が設けられ、この開口部６０、６１を第２の仕切り板５４、５５でそれぞれ２つに分けて、第１のスリット状ノズル６２、６３と、第２のスリット状ノズル６４、６５とを形成している。
　第１のスリット状ノズル６２、６３の外側には、第１、第２仕切り板５２～５５と平行に、ガイド板６６、６６ａが設けられ、かつ垂直にガイド板７５、７５ａが設けられ、第１のスリット状ノズル６２、６３から空気を燃焼管４５ａの内側接線方向に供給する構造となっている。また、第２の仕切り板５４、５５の内側端部は、燃焼管４５ａの内側接線方向に傾斜（例えば、１５～２５度程度）して、燃料ガスを燃焼管４５ａの内側半径方向に流す第２のスリット状ノズル６４、６５を形成している。この第２のスリット状ノズル６４、６５の外側には、第１、第２の仕切り板５２～５５と平行にガイド板７４、７４ａが設けられ、更に垂直にガイド板７６、７６ａが設けられている。ここで、第１のスリット状ノズル６２、６３の内側から同一円周方向にそれぞれ空気を流し、第２のスリット状ノズル６４、６５から燃料ガスをそれぞれ燃焼管４５の同一円周方向で略内側接線方向に流すようにしている。
　図８、図９に示すように、外管４８の基側には、それぞれ空気通路５６、５７に空気を供給する接続管６７、６８が設けられ、接続管６７、６８の端部にはそれぞれフランジ６７ａ、６８ａが設けられている。一方、外管４８の基側には、燃料ガス通路５８、５９に連結されるガス供給管６９、７０が設けられている。
　また、燃焼管４５ａの途中位置で開口部６０、６１が形成されている手前位置には、中央に点火装置７１ａが嵌入する開孔７１が形成された閉塞板７２が設けられている。そして、点火装置７１ａの先端は開孔７１から燃焼管４５ａの先側に突出し、点火装置７１ａの後端は前後に調整可能な支持部材７２ａによって支持されている。
　この管状火炎バーナ４６を用いたラジアントチューブ式加熱装置７３を図１１（Ｂ）に示すが、第１のスリット状ノズル６２、６３、及び第２のスリット状ノズル６４、６５から供給された空気及び燃料ガスが、燃焼管４５ａ内に旋回流を形成するようにして流れ、管状の火炎ｄを発生する。この場合は、管状火炎バーナ４６の燃焼領域Ｂは、炉壁４０の内側（即ち、炉内）に位置しているので、積極的に外側のラジアントチューブ２１に吸熱され、燃焼管４５ａ、外管４８が異常高温になることはない。
　前記実施の形態に係るラジアントチューブ式加熱装置７３においては、図３～図５に示すように、燃焼用空気を燃焼排ガスを用いて積極的に予熱するレキュペレータを設けていないが、図３～図５に示すように、レキュペレータ２２、２６、３５を設けることによって、更に熱効率を向上させることができる。
　以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
　１０：管状火炎バーナ、１１：燃焼室、１２：第１のスリット状ノズル、１３：第２のスリット状ノズル、１４、１５：開口端部、２０：ラジアントチューブ式加熱装置、２１：ラジアントチューブ、２２：レキュペレータ、２３：空気排出管、２４：排気管、２５：空気導入管、２６：レキュペレータ、２７：空気排出管、２８：空気導入管、２９：排気管、３０：エジェクタ、３１：第１の切換え弁、３２：第２の切換え弁、３３：第３の切換え弁、３４：第４の切換え弁、３５：レキュペレータ、３６：空気導入管、３７：排気管、３８：排気導入管、３９：空気排出管、４０：炉壁、４１：ラジアントチューブ式加熱装置、４２：ラジアントチューブ式加熱装置、４３：ラジアントチューブ式加熱装置、４５、４５ａ：燃焼管、４６：管状火炎バーナ、４８：外管、４９、５０：環状板、５１：フランジ、５２、５３：第１の仕切り板、５４、５５：第２の仕切り板、５６、５７：空気通路、５８、５９：燃料ガス通路、６０、６１：開口部、６２、６３：第１のスリット状ノズル、６４、６５：第２のスリット状ノズル、６６、６６ａ：ガイド板、６７、６８：接続管、６７ａ、６８ａ：フランジ、６９、７０：ガス供給管、７１：開孔、７１ａ：点火装置、７２：閉塞板、７２ａ：支持部材、７３：ラジアントチューブ式加熱装置、７４、７４ａ、７５、７５ａ、７６、７６ａ：ガイド板

Claims (10)

  1. 　管状の燃焼室の外周に燃料ガスと酸素含有ガスを別々に供給する第１、第２のスリット状ノズルが隣接して設けられた管状火炎バーナにおいて、
    　前記第１、第２のスリット状ノズルは、前記燃焼室の長さ方向同一位置に設けられ、
    　かつ、前記第１のスリット状ノズルは前記燃焼室の内周面の接線方向を向いて設けられ、
    　前記第２のスリット状ノズルは前記接線方向と平行になるように設けられていることを特徴とする管状火炎バーナ。
  2. 　請求項１記載の管状火炎バーナにおいて、前記第１のスリット状ノズルから前記酸素含有ガスを、前記第２のスリット状ノズルから前記燃料ガスを供給することを特徴とする管状火炎バーナ。
  3. 　請求項１記載の管状火炎バーナにおいて、前記第１のスリット状ノズルから前記燃料ガスを、前記第２のスリット状ノズルから前記酸素含有ガスを供給することを特徴とする管状火炎バーナ。
  4. 　請求項２又は３記載の管状火炎バーナにおいて、前記燃焼室を形成する燃焼管の外側に外管を設けると共に、前記燃焼管と前記外管との隙間を仕切り板によって区分して前記燃料ガスの通路と、前記酸素含有ガスの通路を形成したことを特徴とする管状火炎バーナ。
  5. 　請求項１～４のいずれか１に記載の管状火炎バーナにおいて、前記第１、第２のスリット状ノズルが、ガスの吹き出し方向を揃えて複数組、前記燃焼室の長さ方向同一位置に設けられていることを特徴とする管状火炎バーナ。
  6. 　請求項１～５のいずれか１に記載の管状火炎バーナをラジアントチューブの一端部に配設したことを特徴とするラジアントチューブ式加熱装置。
  7. 　請求項６記載のラジアントチューブ式加熱装置において、前記燃焼室を形成する燃焼管の外側に設けられた外管の長さは、該ラジアントチューブ式加熱装置の炉壁の厚みより長く、燃焼領域が該ラジアントチューブ式加熱装置の炉内に位置することを特徴とするラジアントチューブ式加熱装置。
  8. 　請求項６又は７記載のラジアントチューブ式加熱装置において、前記ラジアントチューブの他端部に、前記酸素含有ガスを前記管状火炎バーナの燃焼排ガスにより予熱するレキュペレータを有することを特徴とするラジアントチューブ式加熱装置。
  9. 　請求項６又は７記載のラジアントチューブ式加熱装置において、前記ラジアントチューブの他端部に、前記酸素含有ガスに前記管状火炎バーナの燃焼排ガスの一部を混合させるレキュペレータを有することを特徴とするラジアントチューブ式加熱装置。
  10. 　請求項６又は７記載のラジアントチューブ式加熱装置において、前記ラジアントチューブの他端部に別の前記管状火炎バーナを配設し、２つの前記管状火炎バーナを交番燃焼させた燃焼排ガスにより互いの前記酸素含有ガスを予熱するレキュペレータを有することを特徴とするラジアントチューブ式加熱装置。
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