| 【発明の名称】 |
排ガス循環型低ＮＯｘラジアントチューブバーナ |
| 【発明者】 |
【氏名】池田 勇
|
| 【要約】 |
【課題】構成が簡単で、燃焼安定性がよく低ＮＯｘ化を図ることのできる排ガス循環型低ＮＯｘラジアントチューブバーナを提供する。
【解決手段】先端部に先絞型コンバスタ１４を有する燃焼用空気供給管１１と、この燃焼用空気供給管内の中心に位置するとともに、先端に直進用ガス噴出孔１７と先端近傍の外周面に放射状ガス噴出孔１８とを有するガスノズル１６を設けた燃料ガス供給管１５と、前記放射状ガス噴出孔の近傍後方に位置するとともに、複数の直進用空気噴出孔２１を有するスタビライザ２０と、このスタビライザの前方に突出して設けた着火装置２２と前記先絞型コンバスタ１４の前方に同芯配置した円筒状コンバスタ２５とから構成した排ガス循環型低ＮＯｘラジアントチューブバーナ。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 先端部に先絞型コンバスタを有する燃焼用空気供給管と、この燃焼用空気供給管内の中心に位置するとともに、先端に直進用ガス噴出孔と先端近傍の外周面に放射状ガス噴出孔とを有するガスノズルを設けた燃料ガス供給管と、前記放射状ガス噴出孔の近傍後方に位置するとともに、複数の直進用空気噴出孔を有するスタビライザと、このスタビライザの前方に突出して設けた着火装置と、から構成したことを特徴とする排ガス循環型低Ｎｏｘラジアントチューブバーナ。
【請求項２】 前記先絞型コンバスタの前方に、円筒状コンバスタを前記先絞型コンバスタと同心に配置したことを特徴とする請求項１に記載の排ガス循環型低Ｎｏｘラジアントチューブバーナ。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、排ガス循環型低Ｎｏｘラジアントチューブバーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の排ガス循環型低Ｎｏｘラジアントチューブバーナは、殆どがスローコンバッションタイプであって火炎噴流速度が小さくて、自己排ガス循環効果が悪いため、排ガス循環方式により低Ｎｏｘ化を図るためには強制排ガス循環方式とする必要があった。すなわち、図５に示すように、ラジアントチューブ１の排ガス排出口２近傍とバーナ部６とを連通するとともに、この連通部３に燃焼用空気供給管４の先端に設けたエダクタ５を前記バーナ部６に指向させて、燃焼用空気の供給により排ガスの一部をバーナ部６に吸引循環させるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記のものでは、ラジアントチューブ１の上流側と下流側とを連通させ、連通部３に燃焼用空気を供給するエダクタ５を設けねばならず、構造が複雑になるという課題を有する。しかも、排ガスを燃焼用空気に混合させ、この混合ガスの一部をバーナ部６内に貫通孔７を介して流入させて燃料ガスを燃焼させるものであるが、排ガスが混入しているため混合ガス中の酸素濃度が低くて燃焼安定性が悪く、ターンダウン比が大きくとれず、かつ、空気比を低く抑えることが難しいという課題を有する。なお、８は燃料ガス供給管である。したがって、本発明は構成が簡単で、燃焼用空気として通常の空気を使用することにより燃焼安定性が十分確保できて低Ｎｏｘ化を図ることのできる排ガス循環型低Ｎｏｘラジアントチューブバーナを提供することを目的とする。
【０００４】
【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、排ガス循環型低Ｎｏｘラジアントチューブバーナを、先端部に先絞型コンバスタを有する燃焼用空気供給管と、この燃焼用空気供給管内の中心に位置するとともに、先端に直進用ガス噴出孔と先端近傍の外周面に放射状ガス噴出孔とを有するガスノズルを設けた燃料ガス供給管と、前記放射状ガス噴出孔の近傍後方に位置するとともに、複数の直進用空気噴出孔を有するスタビライザと、このスタビライザの前方に突出して設けた着火装置と、から構成したものである。また、前記先絞型コンバスタの前方に、円筒状コンバスタを前記先絞型コンバスタと同心に配置してもよい。
【０００５】
【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にしたがって説明する。図１は第１の実施の形態を示し、排ガス循環型低ＮｏｘラジアントチューブバーナＡは炉壁Ｔに取り付けたラジアントチューブ１０ａとバーナ部１０ｂとで構成され、このバーナ部１０ｂは前記ラジアントチューブ１０ａの上流側に取り付けた燃焼用空気供給管１１と燃料ガス供給管１５とスタビライザ２０および着火装置である点火プラグ２２とからなる。そして、前記燃焼用空気供給管１１は、その後端部をフェイスプレート１２により閉鎖され、かつ、燃焼用空気供給口１３を有するとともに、その先端部は絞られて、先絞型コンバスタ１４を構成している。
【０００６】前記燃料ガス供給管１５は前記燃焼用空気供給管１１内の中心に配設されたもので、その先端には、図２、図３に示すように、先端面には直進用ガス噴出孔１７が同一円周上に複数個設けられ、また、この直進用ガス噴出孔１７より若干後方の外周面には複数の放射状ガス噴出孔１８を有するガスノズル１６を備えている。そして、前記ガスノズル１６の先端部は前記先絞型コンバスタ１４の形成基部に位置している。
【０００７】前記スタビライザ２０は、図２に示すように、前記ガスノズル１６の放射状ガス噴出孔１８より若干後方に取り付けられた円板からなり、同一円周上に複数の直進用空気噴出孔２１を有する。なお、スタビライザ２０と前記燃焼用空気供給管１１の円筒部１１ａ内面との間には数ｍｍの間隙αが形成されている。
【０００８】前記点火プラグ２２は、後端を前記フェイスプレート１２から外方に貫通し、先端を前記スタビライザ２０に保持取り付けられたもので、プラグ先端部２３はスタビライザ２０の前方に若干突出している。
【０００９】前記構成からなるバーナ部１０ｂは、燃焼用空気供給管１１をラジアントチューブ１０ａの上流側開口内に挿入し、フランジ部１０ｃ，１１ｃ同志を取付ボルト等で取り付けられる。そして、燃焼用空気を前記燃焼用空気供給口１３から供給すると、この燃焼用空気の一部はスタビライザ２０の外方（間隔α）を通過して前進し、他はスタビライザ２０で一旦阻止され、複数の直進用空気噴出孔２１を通過して直進する。したがって、スタビライザ２０の前面部（炉内側）の近傍には渦流が発生して負圧部が形成される。
【００１０】一方、前記燃料ガス供給管１５に供給された燃料ガスの一部は、燃料ガス供給管１５の先端面に設けた直進用ガス噴出孔１７から先絞型コンバスタ１４内へ直進的に噴出し、他は放射状ガス噴出孔１８からスタビライザ２０の前面部近傍（負圧部）へ噴出する。この放射状ガス噴出孔１８から噴出した燃料ガスは、前述した前記スタビライザ２０の前面部近傍に生じた渦流によって燃焼用空気と十分混合される。また、直進用ガス噴出孔１７から噴出した燃料ガスは、前記燃焼用空気と先絞型コンバスタ１４内部で十分混合される。
【００１１】この状態において、点火プラグ２２を操作することによりプラグ先端部２３に火種を形成することにより点火する。そして、先絞型コンバスタ１４の内部で燃焼した火炎は先絞りとなったコンバスタ１４の噴出口１４ａから炉内へ高速で噴出される。このとき、高速噴流火炎内部では燃焼反応が進行しているが、火炎自身が保有する高い運動量によって、その周囲に存在する酸素濃度が低い排ガスが火炎内部に同伴されて酸素希薄燃焼状態となり火炎温度が低下し、結果的にＮｏｘ生成量が低下し、低Ｎｏｘバーナとすることができる。
【００１２】また、排ガス循環燃焼は、先絞型コンバスタ１４から出たところであり、コンバスタ１４内での燃焼は通常の空気燃焼であり、かつ、前述のように前記スタビライザ２０の前面部近傍は燃焼用空気によって常に負圧部が形成されるため、この負圧部で放射状ガス噴出孔１８からの燃料ガスによりパイロット火炎が安定した状態で形成されることとなる。さらに、先絞型コンバスタ１４内での燃焼は、前述のように通常の空気燃焼であるため、従来の排ガス混合空気を燃焼用空気として利用する場合と異なり、ターンダウン比を大きくすることが可能であるとともに、煤の発生のない低過剰空気燃焼が可能となる。
【００１３】なお、前記先絞型コンバスタ１４は前述の燃焼火炎により加熱されるが、コンバスタ１４の内周面には前記間隙αからの温度の低い燃焼用空気の層が存在するため、温度を耐熱金属の許容温度以下の１０００℃程度（炉温が９５０℃程度の時）に抑えることができる。
【００１４】また、先絞型コンバスタ１４は、その大径部１４ｂと小径部１４ｃとの直径比は２〜３倍となっており、かつ、前記スタビライザ２０から小径部先端までの距離ｘは小径部１４ｃの直径の１．５〜２．０倍が望ましい。前記直径比が２倍未満となるように先絞型コンバスタ１４の小径部１４ｃの口径を大きくしすぎると、燃焼ガスの噴出速度が低下し、排ガスの同伴量が減少してＮｏｘ値が低下せず、逆に３倍より大きくすると噴出速度が上昇するものの圧力損失が大きくなり、大容量の送風機を必要とするからである。
【００１５】一方、前記距離ｘが２．０倍よりも長いと、先絞型コンバスタ１４内での燃焼割合が高くなって温度が上昇しすぎて先絞型コンバスタ１４が焼損する危険性があるばかりでなく、大半の燃焼反応が先絞型コンバスタ１４内で完了するため、その後、排ガスを循環させてもＮｏｘ値が低下せず、逆に１．５倍より短いと、先絞型コンバスタ１４内での燃焼割合が低くなって火炎温度が低下し、その結果、先絞型コンバスタ１４の噴出口１４ａでの噴出速度が低下し、火炎に同伴される排ガス量が減少し、Ｎｏｘ値が低下しないからである。
【００１６】図４は実施の第２形態を示す。この実施の形態は、図１に示す実施の第１形態のものにおいて、前記先絞型コンバスタ１４の前方に、円筒状のコンバスタ２５を前記先絞型コンバスタ１４と同心となるように設置したものである。その他は前述の実施の第１形態と同じである。本形態によれば、先絞型コンバスタ１４から高速で噴出した火炎を円筒状コンバスタ２５内に噴出させることにより、排ガスが円筒状のコンバスタ２５の上流側からコンバスタ２５内に同伴供給されるため、該コンバスタ２５の長さを調節することにより循環する排ガスの燃焼完結度を変化させることができる。すなわち、円筒状コンバスタ２５の長さを十分長くすれば、該コンバスタ２５内で噴出燃焼ガス（火炎）中の未燃分は完全に燃焼し、この燃焼完結排ガスが円筒状コンバスタ２５内に火炎に同伴して供給されるため十分な酸素希薄燃焼状態とすることができる。
【００１７】前記円筒状コンバスタ２５の外径はラジアントチューブ１０ａの内径の７０〜８０％であることが望ましい。これ以上であると、両者間の隙間が小さくなり過ぎて、循環排ガス量が減少し、逆に７０％より小さいと、円筒状コンバスタ２５内の圧力が高くなって循環排ガス量が減少するからである。
【００１８】また、円筒状コンバスタ２５の長さは、その適正外径の約２倍が望ましい。これより短いと、未燃ガスを含んだ排ガスが循環してＮｏｘ値が上昇し、逆に２倍より長くしても２倍の位置ですでに燃焼が完結しておりＮｏｘ値は殆ど変わらず、無駄になるからである。
【００１９】なお、前記円筒状コンバスタ２５の設置位置はラジアントチューブ１０ａのなかで最も高温の位置であるため、ラジアントチューブ１０ａの局所的な過熱が緩和され、ラジアントチューブ１０ａの寿命を長くすることができる。ただし、円筒状コンバスタ２５は高温となるためファインセラミックス等の耐高温性材で形成する必要がある。前記各実施の形態では、着火装置２２として点火プラグを採用したが、パイロットバーナであってもよい。
【００２０】
【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、燃焼火炎は先絞型コンバスタから高速で噴出し、この高速噴出流に同伴してラジアントチューブ内の排ガスが自己循環して混入し低Ｎｏｘ化を図るものであって、エダクタ等により燃焼空気中に排ガスを強制的に混入するものでなく構成が簡単である。また、燃焼用空気として排ガス混合空気でなく通常の空気を使用するため燃焼安定性が十分確保でき、ターンダウン比も大きくとれ、空気比も煤を発生することなく１．１程度まで低下させることができる。しかも、燃焼用空気供給管の先端近傍に直進用空気噴出孔を備えたスタビライザを設け、このスタビライザ先方の負圧部に燃料ガスの一部を供給して急速混合させるため、この部分に安定した火種を形成させることができる。さらに、前記先絞型コンバスタの前方に円筒状コンバスタを設けることにより、酸素希薄燃焼が可能となり、低Ｎｏｘ化を図ることができるとともに、円筒状コンバスタの存在によりラジアントチューブの局所過熱を防止し、ラジアントチューブの長寿命化を図ることができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００２１１１２３
【氏名又は名称】中外炉工業株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）１月６日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 葆 （外３名）
|
| 【公開番号】 |
特開平１１−２０１４１６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）７月３０日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１０７１ |
|