(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内に燃料を供給する燃料供給部と、前記炉内に燃焼用酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部とを個別に有し、前記燃料と前記燃焼用酸素含有ガスとを前記炉内の前記燃料供給部側で混合燃焼させる加熱炉用バーナ設備であって、
前記燃料供給部に、主燃料を前記炉内に吐出する主燃焼用吐出口を有する主燃焼用バーナを設けると共に、
前記主燃料吐出口とは別に、前記主燃焼用吐出口を全周にわたって包囲する外周部位から、副燃料を、前記主燃料の吐出速度よりも遅い吐出速度で前記炉内に吐出する副燃焼用吐出口を有する副燃焼用バーナを設けた加熱炉用バーナ設備。
【請求項２】
前記副燃料が、前記炉内に吐出された前記主燃料を外周全周にわたって包囲する副炎を形成し、前記主燃料が前記副炎とは別の主炎を形成する請求項１に記載の加熱炉用バーナ設備。
【請求項３】
前記副燃焼用バーナが、前記主燃焼用バーナと同軸芯状であり、前記主燃焼用バーナの外側に形成してある請求項１又は２に記載の加熱炉用バーナ設備。
【請求項４】
前記主燃焼用吐出口に前記主燃料の流路断面積を縮小する絞り部位を設けた請求項１から３の何れか１項に記載の加熱炉用バーナ設備。
【請求項５】
副燃料の吐出速度が、前記主燃料の吐出速度に対して、０．１％から４０％の範囲内である請求項１から４の何れか１項に記載の加熱炉用バーナ設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炉内に燃料を供給する燃料供給部と、前記炉内に燃焼用酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部とを個別に有し、前記燃料と前記燃焼用酸素含有ガスとを前記炉内の前記燃料供給部側で混合燃焼させる加熱炉用バーナ設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の加熱炉用バーナ設備にあっては、炉の内部に対して燃料と燃焼用酸素含有ガスとを別々に供給し、これら燃料と燃焼用酸素含有ガスとを炉内の燃料供給部側で混合燃焼させることで炉の内部に火炎を形成し、被加熱物を均等に加熱しようとするものがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ただし、上記従来の加熱炉用バーナ設備を用いて加熱炉内の加熱を行う場合には次のような問題があった。
例えば、前記加熱炉がガラス溶解炉である場合には、炉内温度を１５００〜１６００℃にする必要がある。この場合には、ガラス原料を容器などに溜めて間接的に加熱することが困難な為、主に、火炎の輻射熱によって加熱する必要がある。
しかし、このように炉内を高温にする為に、燃料の供給量を増加させて前記高温燃焼領域でのガス燃焼量を増加させた場合には、当該高温燃焼領域の温度がより高まってＮＯｘの発生の要因となっていた。
【０００４】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度を低下することができる加熱炉用バーナ設備を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明の加熱炉用バーナ設備は、炉内に燃料を供給する燃料供給部と、前記炉内に燃焼用酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部とを個別に有し、前記燃料と前記燃焼用酸素含有ガスとを前記炉内の前記燃料供給部側で混合燃焼させる加熱炉用バーナ設備であって、請求項１に記載されているように、前記燃料供給部に、主燃料を前記炉内に吐出する主燃焼用吐出口を有する主燃焼用バーナを設けると共に、
前記主燃料吐出口とは別に、前記主燃焼用吐出口を全周にわたって包囲する外周部位から、副燃料を、前記主燃料の吐出速度よりも遅い吐出速度で前記炉内に吐出する副燃焼用吐出口を有する副燃焼用バーナを設けた点に特徴を有する。
【０００６】
本構成のように、燃料供給部において、主燃焼用吐出口から主燃料を吐出し、その主燃焼用吐出口の外周部位から、例えば気体燃料の副燃料を噴出する構成とし、副燃料の吐出速度を主燃料の吐出速度よりも小さく設定することで、該副燃料によって形成される副炎は、主燃焼用吐出口の近傍を外周全周にわたって包囲するような状態、即ち主炎の根元を副炎が包み込むような状態となり、更に、副燃料の吐出方向に対して副炎の下流側には副燃料が燃焼後の排ガスが存在することになる。このことによって、主燃料吐出口から吐出された主燃料は、炉内の主燃料吐出口近傍を全周にわたって包囲する副炎及びその下流の排ガスによって燃焼用酸素含有ガスとの反応を抑制され、温度は上昇するがすぐには燃焼せずに、徐々に酸素含有ガスと反応して燃焼し、主炎を形成することになる。よって、主燃料の燃焼状態は、所謂緩慢燃焼となり、火炎温度を低下するので、低ＮＯｘ化を実現することができる。
【０００７】
また、このような加熱炉用バーナ設備は、請求項２に記載されているように、前記副燃料が、前記炉内に吐出された前記主燃料を外周全周にわたって包囲する副炎を形成し、前記主燃料が前記副炎とは別の主炎を形成することが好ましい。このように、主燃料の吐出速度に対する副燃料の吐出速度を設定し、主炎とは別に、主炎の根元部の主燃料吐出口近傍を外周全周にわたって包囲するような副炎を形成することで、確実に、主燃料が急激に酸素含有ガスと反応することを防いで緩慢燃焼させ、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【０００８】
また、このような加熱炉用バーナ設備は、以下のように構成することができる。即ち、請求項３に記載されているように、前記副燃焼用バーナが、前記主燃焼用バーナと同軸芯状であり、前記主燃焼用バーナの外側に形成してある。
このように、例えば、２重の筒状部材を利用して、内側の筒状部材の内部に主燃料を流通させて炉内へ吐出し、内側の筒状部材と外側の筒状部材の間に副燃料を流通させて主燃料の吐出速度よりも遅く炉内へ吐出するように構成することで、副燃料の燃焼火炎によって、主燃料の酸素含有ガスとの接触を遅らせ、主燃料を緩慢燃焼し、低ＮＯｘ化を実現することができる。
また、主燃料吐出口の形状を円形とした場合、副燃料吐出口の形状を、その円形の主燃料吐出口を外周全周にわたって包囲するリング状にし、主燃料吐出口の開口面積に対して副燃料吐出口の開口面積を０．１から２倍程度に設定することが好ましく、主炎の根元部分を副炎によって外周全周にわたって包囲し、安定した緩慢燃焼を実現することができる。
しかも、この様なバーナであれば、比較的簡単に作製することができる。
【０００９】
また、これらのような加熱炉用バーナ設備において、請求項４に記載されているように、前記主燃焼用吐出口に前記主燃料の流路断面積を縮小する絞り部位を設けることができる。
主燃料の吐出速度を稼ぐ為に、主燃焼用吐出口に絞り部位を設けることが有るが、このように絞り部位を設けた場合、絞り部位において、炉内からの輻射を受け加熱される面ができてしまい、この面を冷却することが重要である。
そこで、本願の加熱炉用バーナ設備においては、主燃焼用吐出口の外周に副燃焼用吐出口を備えており、この吐出口から噴出する副燃料は、上記の加熱される面に沿って流通することになるので、この加熱される面は副燃料によって常に冷却されるのとになり、バーナの破損等の問題が解決される。
【００１０】
更に、これまでの加熱炉用バーナ設備において、請求項５に記載されているように、副燃料の吐出速度が、前記主燃料の吐出速度に対して、０．１％から４０％の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは、２％から１５％の範囲内である。
主燃料及び副燃料の吐出速度をこのような範囲内に設定することで、最もＮＯｘの発生を抑制することができ、主燃料の吐出速度に対する副燃料の吐出速度が４０％以上の場合は、主燃料による火炎が乱れてしまい、副燃料の吐出速度が０．１％以下の場合は、充分に主燃料の燃焼を緩慢にすることができず、主燃焼用吐出口の絞り部位を冷却する場合はその冷却効果が少ない。また、、主燃料の吐出速度に対する副燃料の吐出速度を上記の２％から１５％の範囲内とすることで、さらに主炎を乱すこと無く、好ましい状態で主燃料の燃焼を緩慢にすることができ、低ＮＯｘを好ましい状態で実現できる。
また、燃料として気体燃料を使用する場合、燃料の吐出速度は、１００ｍ／ｓから２００ｍ／ｓの範囲内に設定され、この燃料の吐出速度に対して、排ガスの吐出速度は０．１ｍ／ｓから８０ｍ／ｓの範囲内に設定することが好ましく、２ｍ／ｓから３０ｍ／ｓの範囲内に設定することがさらに好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の加熱炉用バーナ設備を用いる加熱炉１の一例として図１及び図２にガラス溶解炉を示す。図１は、ガラス原料２の搬送方向と同方向から見た場合の側面図であり、図２は図１の加熱炉１の平断面図である。
当該ガラス溶解炉はガラス原料２の搬送方向に対して左右対称の構成を有する。図１に示すごとく、中央に溶解槽３を備えると共に、当該溶解槽３の両側部を形成する炉壁４の上部には、夫々、燃料Ｇを供給する燃料供給部５と、燃焼用酸素含有ガスとして燃焼用空気Ａを供給する酸素含有ガス供給部６とを備えている。更に、その外側には蓄熱室７を備えている。
【００１２】
図１は、ガラス溶解炉の内部に対し、左側の酸素含有ガス供給部６から燃焼用空気Ａを供給すると共に、酸素含有ガス供給部６の下方に設けた燃料供給部５から燃料Ｇを供給する場合を示している。当該ガラス溶解炉は、いわゆるアンダーポート式で構成される。燃焼用空気Ａは、左側の蓄熱室７で加熱された後に酸素含有ガス供給部６を介してガラス溶解炉の内部に供給される。
【００１３】
燃料Ｇと燃焼用空気Ａとは、ガラス溶解炉の内部であって燃料供給部５及び酸素含有ガス供給部６の近傍で混合燃焼させる。この燃料Ｇは、ガラス溶解炉の内部において火炎８を形成し、当該燃焼の輻射熱によってガラス原料２を溶解する。図２に示すごとく、当該ガラス溶解炉においては、ガラス原料２の搬送方向に対して直角方向に火炎８が形成される。ガラス溶解炉の天井部はアーチ状を呈しており、火炎８からの輻射熱を反射させる機能を有する。
【００１４】
燃焼により発生した燃焼排ガスｇは、火炎８が形成されていない側の酸素含有ガス供給部６及び蓄熱室７を介して排出される。即ち、酸素含有ガス供給部６及び蓄熱室７は、排ガス排出部９としても機能する。燃焼側と排気側とは、所定時間毎に双方の役割を交代し、いわゆる交番燃焼が行われる。
蓄熱室７には、例えば煉瓦１０等の蓄熱材を設けてあり、排ガス排出部９として機能している間に燃焼排ガスｇの保有熱を蓄熱する。当該蓄熱は、後に酸素含有ガス供給部６として機能する際に、燃焼用空気Ａを加熱する為の熱源として利用する。
尚、図２において、ガラス原料２は溶解槽３の内部を投入口から作業槽１１に向かって流下する。溶解槽３と作業槽１１との間には挿通孔１２を有する隔壁１３を設けてあり、溶融及び清澄を完了したガラスのみを作業槽に導くように構成してある。
【００１５】
図３には、本発明に関する燃料供給部５の断面を示す。
当該燃料供給部５は、主燃焼用バーナ５ａと副燃焼用バーナ５ｂとからなる。前記主燃焼用バーナ５ａにおいては、流路１４に流通する主燃料Ｇ１のみを吐出口１５から炉内に吐出し、前記副バーナ５ｂにおいては、主燃焼用バーナ５ａの外側の流路１６に流通する副燃料Ｇ２のみを吐出口１７から炉内に吐出する。また、副燃料Ｇ２の吐出速度は主燃料の吐出速度よりも遅く設定されており、主燃料Ｇ１を吐出する吐出口１５には吐出速度を稼ぐ為の絞り部位１８か形成されている。
また、このような加熱炉１内の温度は１０００℃以上と高温であって、炉内の壁面やガラス原料２からの輻射によって、絞り部位１８の外側の面が加熱される虞があるが、本発明の加熱炉１においては、この絞り部位１８の外側の面に沿って副燃料Ｇ２が流れており、この副燃料Ｇ２によって常に冷却され、バーナの損傷等を防止することができる。
主燃料Ｇ１と副燃料Ｇ２とは、通常、同一種類のガスを用いるが、別種類のガスであっても差し支えなく、例えば、主燃料Ｇ１として液体燃料を使用し、副燃料Ｇ２として気体燃料を利用することも可能である。
【００１６】
以上のような本発明の加熱炉１において、吐出口１７から吐出した副燃料Ｇ２は、その吐出速度が遅い為に、吐出口１７近傍で燃焼し、副炎８２を形成し、更に、副炎８２の下流側に、副燃料Ｇ２が燃焼後の排ガスが存在することになる。この副炎８２及びその排ガスは、その吐出口１７の開口状体から、吐出口１５の外周を囲うような形状であり、吐出口１５付近に燃焼用空気Ａ流入することを防ぐことになる。
よって、吐出口１５から吐出した主燃料Ｇ１は、吐出口１５付近を外周全周にわたって包囲される副炎８２や排ガスによって燃焼用空気Ａの供給を妨げられ周囲の酸素濃度が低下し、吐出速度が副燃料Ｇ２よりも速いことから、緩慢に燃焼して主炎８１を形成することになる。
このような緩慢燃焼を行うことで、炉内において低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００１７】
次に、本発明の加熱炉１におけるＮＯｘ排出量と、比較例として、副燃料Ｇ２の吐出を停止したときにおけるＮＯｘ排出量をそれぞれ測定した。
結果、副燃料Ｇ２を停止した加熱炉におけるＮＯｘ排出量に対して、本発明に係る加熱炉のＮＯｘ排出量は４０％程度に低減し、効果が認められた。
尚、このときの、本発明の加熱炉１において、副燃料Ｇ２を吐出する吐出口１７の開口面積は、主燃料Ｇ２を吐出する吐出口１５の開口面積の１倍程度であり、主燃料Ｇ１及び副燃料Ｇ２は共に天然ガスを使用し、主燃料Ｇ１の吐出速度を１５０ｍ／ｓ、副燃料の吐出速度を１０ｍ／ｓに設定した。
【００１８】
〔別実施の形態〕
（イ）  上記実施形態では、ガラス溶解炉の型式としてガラス原料２の搬送方向に対して直角方向に火炎８を形成するものを示したが、図４に示すごとく、ガラス原料２の搬送方向に沿って火炎８を形成するものであってもよい。
本別実施形態の場合には、ガラス原料２の投入側に例えば四組の燃料供給部５と酸素含有ガス供給部６とを設け、更に、これら燃料供給部５等の上手側には蓄熱室７を設ける。そして、左右夫々二組ずつを燃焼側と排気側とに区別して交番燃焼させるものとする。
（ロ）  上記の実施の形態においては、主燃料Ｇ１及び副燃料Ｇ２として共に天然ガスを使用したが、加熱炉の加熱に利用する気体燃料若しくは液体燃料を主燃料Ｇ１として使用することができ、副燃料Ｇ２としては気体燃料を利用するのが好ましい。
（ハ）  また、酸素含有ガス供給部６において、主燃料の燃焼の為の空気を含有する燃焼用酸素含有ガスを供給すればよいが、例えば、燃焼用酸素含有ガスとして空気を使用することが一般的である。しかしながら、このようなガスとしては、例えば、酸素成分含有量が空気に対して高い酸素富化ガス等を使用することが可能である。
（ニ）  上記の実施の形態においては、副燃焼用バーナ５ｂが、主燃焼用バーナ５ａと同軸芯状且つ主燃焼用バーナ５ａの外側に形成してあるものを使用したが、別に、断面が多角形の２重管を利用して、外側の流路を副燃焼用バーナとして利用し、内側の流路を主燃焼用バーナとして利用することができる。
また、主燃焼用バーナ及び副燃焼用バーナの構成状態としては、副燃焼用バーナの副燃焼用吐出口を、主燃焼用バーナの主燃焼用吐出口の外周から副燃料を吐出する構成であればよく、上記の構成に限るのではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱炉用バーナ設備を用いた加熱炉の一例を示す側面図
【図２】図１に示す加熱炉の平断面図
【図３】燃料供給部の断面図
【図４】別実施形態に係る加熱炉を示す平面図
【符号の説明】
１    加熱炉
５    燃料供給部
６    酸素含有ガス供給部
５ａ  主燃焼用バーナ
５ｂ  副燃焼用バーナ
８    火炎
１５  吐出口
１７  吐出口
６    酸素含有ガス供給部
Ａ    燃焼用空気
Ｇ    燃料
【図１】
0003580735.tif 000002
【図２】
0003580735.tif 000003
【図３】
0003580735.tif 000004
【図４】
0003580735.tif 000005