(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部に燃焼ガス吐出口を、他端部に給排気管接続部をそなえたケーシング内に、蓄熱体を収容し、前記蓄熱体と前記燃焼ガス吐出口との間に形成した空気供給路に開口する一次燃料ノズルと、前記燃焼ガス吐出口近傍部において炉内側に開口する二次燃料ノズルとをそなえた蓄熱式バーナを、炉体に少なくとも一対設け、対をなす両蓄熱式バーナを燃焼側と排気側に交互に切替え、燃焼側の蓄熱式バーナにおいては空気比１．０未満で燃焼をおこなって炉内を無酸化雰囲気に維持する蓄熱式バーナによる燃焼方法において、前記一次燃料ノズルへの一次燃料ガス供給量Ｇ１と前記二次燃料ノズルへの二次燃料ガス供給量Ｇ２との比率をＧ１／Ｇ２＝３０／７０〜５０／５０の範囲内に維持するとともに、燃焼用空気の５〜２０％を前記一次燃料ノズルに供給される一次燃料ガスに予混合して予混合ガスとして前記空気供給路に吹込み、前記燃焼用空気の残部を前記蓄熱体を介して前記空気供給路に供給することを特徴とする蓄熱式バーナによる燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、蓄熱式バーナによる燃焼方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バーナと蓄熱体を組合わせて成る蓄熱式バーナを少なくとも一対そなえ、対をなす蓄熱式バーナを所定の切替サイクル時間で燃焼側と排気側に切替えて燃焼側の蓄熱式バーナの燃焼ガスを排気側の蓄熱式バーナの蓄熱体を通して排出させるようにした炉は、蓄熱体による燃焼ガスの回収熱を切替後の燃焼用空気の予熱に有効利用できるので熱効率がすぐれ、加熱炉その他の各種工業用炉として多く用いられるようになった。
【０００３】
そして上記の蓄熱式バーナにおいては、燃焼用空気が予熱され高温となるため火炎温度が上昇し、窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度が大きくなるので、これを抑制する二段燃焼方法をおこなうものとして、蓄熱体を通過して昇温した燃焼用空気中に一次燃料ノズルから一次燃料ガスを噴射して一次燃焼させ、炉内側に向って開口する二次燃料ノズルから二次燃料ガスを炉内に直接噴射して二次燃焼させる二段燃焼式のものがある。
【０００４】
ところが上記の二段燃焼式の蓄熱式バーナを用いて空気１．０未満で燃焼をおこなって炉内を無酸化雰囲気に維持しようとすると、すす（煤）が発生しやすく、このすすは排気側の蓄熱式バーナの蓄熱体に付着して熱交換効率を低下させたり、炉内各部や被処理材に付着し、あるいはその一部は排ガスと共にばい煙として大気中に放出されるので、これを防ぐために再燃焼装置を別途設ける必要があるなど、種々の問題を生じるものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記従来の問題点を解決しようとするもので、燃焼側の蓄熱式バーナにおいて空気比１．０未満で燃料ガスの燃焼をおこなった場合でもすすの発生を抑制できる蓄熱式バーナによる燃焼方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の蓄熱式バーナによる燃焼方法は、一端部に燃焼ガス吐出口を、他端部に給排気管接続部をそなえたケーシング内に、蓄熱体を収容し、前記蓄熱体と前記燃焼ガス吐出口との間に形成した空気供給路に開口する一次燃料ノズルと、前記燃焼ガス吐出口近傍部において炉内側に開口する二次燃料ノズルとをそなえた蓄熱式バーナを、炉体に少なくとも一対設け、対をなす両蓄熱式バーナを燃焼側と排気側に交互に切替え、燃焼側の蓄熱式バーナにおいては空気比１．０未満で燃焼をおこなって炉内を無酸化雰囲気に維持する蓄熱式バーナによる燃焼方法において、前記一次燃料ノズルへの一次燃料ガス供給量Ｇ１と前記二次燃料ノズルへの二次燃料ガス供給量Ｇ２との比率をＧ１／Ｇ２＝３０／７０〜５０／５０の範囲内に維持するとともに、燃焼用空気の５〜２０％を前記一次燃料ノズルに供給される一次燃料ガスに予混合して予混合ガスとして前記空気供給路に吹込み、前記燃焼用空気の残部を前記蓄熱体を介して前記空気供給路に供給することを特徴とする。
【０００７】
この発明においては、発明者が鋭意研究の結果得た知見に基づき、一次燃料ガスに予混合する予混合用空気の量、および一次燃料ガス供給量Ｇ１と二次燃料ガス供給量Ｇ２の比率を限定しているが、以下にその限定理由について述べる。
【０００８】
すなわち、一次燃料ガスに燃焼用空気の一部を予混合用空気として予混合することにより、一次燃料ガスと燃焼用空気との混合が促進され、すすの発生が抑制されることが確認されたので、上記の予混合用空気の量を燃焼用空気の（総量の）５〜２０％に限定した。上記予混合用空気の量が５％未満では、すす防止作用が不充分である。また、この数値が大きい程、蓄熱体を通過する燃焼用空気の量が減るため、熱効率の低下につながるので、２０％を越える数値とするのは、上記熱効率の点で好ましくない。なおこの予混合用空気の量は、さらに好ましくは燃焼用空気の１０〜１５％とするのがよく、１０％以上とすることによりすすの発生の抑制が一層確実となり、１５％以下とすることにより熱効率の低下を低く抑えることができるからである。
【０００９】
また一次燃料ガス供給量Ｇ１と二次燃料ガス供給量Ｇ２の比率Ｇ１／Ｇ２、すなわち一次燃料ガスと二次燃料ガスの混焼割合によって、すす発生の抑制効果に差異が生ずることが確認されたので、Ｇ１／Ｇ２の範囲を３０／７０〜５０／５０に限定した。上記の比率Ｇ１／Ｇ２が５０／５０を越えると、すすが発生しやすく、また３０／７０未満では、燃焼ガス吐出口から炉内へ吐出される一次燃焼ガスの種火効果が低く、二次燃料ガスの着火が困難になるからである。なおこの比率（混焼割合）Ｇ１／Ｇ２は、さらに好ましくは３５／６５〜４５／５５とするのがよく、４５／５５以下とすることによりすすの発生抑制が一層確実となり、また３５／６５以上とすることにより、燃料ガスの種類に左右されずに二次燃料ガスを一層確実に燃焼させることができるからである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図１に示す例により、この発明の実施の形態を説明する。図１において、１ａ，１ｂは対をなす蓄熱式バーナで同じ構造を有し、そのケーシング２は、炉体３への取付側である一端部に燃焼ガス吐出口４を、他端部には給排気管接続部５をそなえ、この給排気管接続部５寄りの内部に、通気性セラミックス等から成る蓄熱体６を収容してあり、７はこの蓄熱体６と燃焼ガス吐出口４との間に形成した空気供給路である。８は空気供給路７に開口する一次燃料ノズル、９は燃焼ガス吐出口４の近傍部において炉内側に開口する二次燃料ノズルである。
【００１１】
１１は図示しない燃料ガス供給源に接続された燃料ガス供給管で、その分岐管１２は一次燃料ノズル８に、分岐管１３は二次燃料ノズル９にそれぞれ接続されている。また給気用の送風機１５に接続された給気管１６の枝管１６ａは、分岐管１２の一次燃料ノズル８寄りの部分に接続され、分岐管１２からの一次燃料ガスに枝管１６ａからの予混合用空気Ａが混合されて予混合ガスとして一次燃料ノズル８に供給されるようになっている。この分岐管１２と枝管１６ａの接続部には、ベンチュリミキサなどの混合器を設けてもよい。１７〜１９は開閉弁である。なお一次燃料ノズル８の予混合ガス吹出口８ａの近傍部には、着火用のパイロットバーナが設けられているが、その図示は省略する。
【００１２】
またこの例では、給排気管接続部５内に、三方弁形式の方向切換弁２１を内蔵しており、直角状に屈曲したケーシング端壁に設けた空気供給口２２と排気口２３を、図示しないソレノイドにより回動操作される弁軸に固着した板状の弁体により開閉して、空気供給口２２と排気口２３の一方を開き、他方を閉じるようになっている。そして空気供給口２２は給気管１６に、排気口２３は排気管２４に、それぞれ接続され、排気管２４は排気用の送風機２５に接続されている。
【００１３】
上記のバーナ燃焼系統をそなえた炉において、炉体３内の加熱室３０を無酸化雰囲気にして図示しない被処理材の加熱をおこなうには、蓄熱式バーナ１ａ，１ｂは従来と同様に燃焼側と排気側に交互に切替えて燃料ガスの燃焼をおこなうのであるが、図１は蓄熱式バーナ１ａを燃焼側に切替えた状態を示し、この切替状態における空気やガスの流通方向を矢印で図示してある。
【００１４】
図に示すように、蓄熱式バーナ１ａにおいては、方向切換弁２１を空気供給口２２開放状態とし、開閉弁１７〜１９を開として、燃料ガス供給管１１より供給される燃料ガスの総量に対して、給気管１６より理論空気量より少ない空気量（たとえば理論空気量×０．９）の燃焼用空気（後述のようにその一部は予混合用に使用される）を供給し、空気比１．０未満で燃焼をおこない、加熱室３０内を無酸化雰囲気に維持する。なおこのとき空気供給口２２から送入される燃焼用空気は、前工程で排気側として使用中に蓄熱された蓄熱体６を通過する際に予熱される。一方排気側の蓄熱式バーナ１ｂにおいては、方向切換弁２１を排気口２３開放状態とし、開閉弁１７〜１９を閉とし、加熱室３０を流通した燃焼ガスは排気管２４を経て排気され、このとき蓄熱体６は燃焼ガスの通過により加熱されて昇温する。
【００１５】
上記の燃料ガス供給管１１より供給される燃料ガスは、分岐管１２を通る一次燃料ガスと分岐管１３を通る二次燃料ガスとに分流され、その供給量の比率（混焼割合）Ｇ１／Ｇ２は、３０／７０〜５０／５０の範囲内に維持される。また供給管１６より供給される燃焼用空気の総量の５〜２０％が、予混合用空気Ａとして枝管１６ａにより分流されて上記一次燃料ガスに予混合され、一次燃料ノズル８から予混合ガスとして空気供給路７内に噴射され、一次燃料ガスは蓄熱体６を通過して昇温した残りの燃焼用空気中に良好に拡散混合して、過剰空気中で完全燃焼してすすの少ない高温燃焼ガス（一次火炎）として燃焼ガス吐出口４から加熱室３０内に噴出し、二次燃料ノズル９から加熱室３０内に噴射された二次燃料ガスは上記高温燃焼ガス中に残存する燃焼用空気との接触により二次燃焼し、すすの発生も少量に抑制されるのである。
【００１６】
なお上記の一次燃料ガスと二次燃料ガスの各流量、および予混合用空気Ａの流量の設定は、各開閉弁１７〜１９の開度の調節あるいは選定によるほか、各分岐管１２，１３や枝管１６ａに設けた絞り弁あるいは流量調節弁（図示しない）を所定の開度にセットすることによりおこなうことができる。
【００１７】
上記の燃焼および排気を所定時間（たとえば３０秒間）おこなったら、蓄熱式バーナ１ｂを燃焼側に、蓄熱式バーナ１ａを排気側に切替える。この切替えは、各蓄熱式バーナの方向切換弁２１および開閉弁１７〜１９の開閉を、上記図１の場合と反対にすることによりおこなう。そして上記と同様にして蓄熱式バーナ１ｂにおいては燃料ガスを空気比１．０未満で燃焼させ、蓄熱式バーナ１ａにおいては燃焼ガスを排気して蓄熱体６を昇温させ、以下同様にして燃焼側と排気側の切替をおこなう。
【００１８】
この発明は上記の例に限定されるものではなく、たとえば一次燃料ノズル８や二次燃料ノズル９の本数、空気流通路７の中心軸線（燃料用空気流通方向）に対する傾斜角度などは上記以外のものとしてもよく、またケーシング２の具体的構造や、空気供給口２２および排気口２３に対する給排気の切替手段なども、上記以外のものとしてもよい。また図１においては、一対の蓄熱式バーナ１ａ，１ｂを炉体３の対向する両側壁に設けてあるが、一方の側壁に上下に位置をずらせるなどして設けてもよく、また二対以上の蓄熱式バーナを炉体にそなえた場合にも、この発明は適用できるものである。
【００１９】
【実施例】
以下、この発明の実施例および比較例を説明する。図１の装置において、燃料ガスであるブタンガスを空気比０．９で燃焼させた。下記の２つの条件のもとで、蓄熱式バーナ１ａと１ｂの燃焼・排気の切替を３０秒ごとに１回おこない、各切替ごとに炉内雰囲気のすす濃度および二次燃料ガスの着火性等を測定した。
【００２０】
〔条件１〕
一次燃料ガスに予混合される予混合用空気Ａの量を燃焼用空気の総量の１３．５％（一定）とし、一次燃料ガス供給量Ｇ１と二次燃料ガス供給量Ｇ２の比率Ｇ１／Ｇ２を変えたときの、すす濃度および着火性を測定した結果を、実施例１〜４および比較例１，２として表１に示す。なおすす濃度の測定法、および表中のすす濃度および着火性の評価は下記の通りである。
□すす濃度：米国バカラック社（Ｂａｃｈａｒａｃｈ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  Ｃｏ．）製のスモークテスタを用いたスモークテスタ法により、炉からの排ガス中のすすを吸引したろ紙上のダストスポットの黒さを、１０段階にわけたスモークスケールと比較して該当する濃度番号を各測定ごとに記録し、５０回の測定における濃度番号のばらつき範囲に応じて下記のマークで表示した。
◎：濃度番号０〜１
○：濃度番号１〜２
×：濃度番号３以上
□着火性：蓄熱式バーナ１ａ，１ｂにおける二次燃料ガスの３６０回の切替噴射に対する良好着火回数を計測した結果を、下記のマークで表示した。
◎：良好着火回数＝３６０回
○：良好着火回数＝３５４回
×：良好着火回数＝３１３回
【００２１】
【表１】
0004158313.tif 000002
【００２２】
〔条件２〕
一次燃料ガス供給量Ｇ１と二次燃料ガス供給量Ｇ２の比率Ｇ１／Ｇ２を４０／６０（一定）とし、一次燃料ガスに予混合する予混合用空気Ａの量を変えたときの、炉内雰囲気中のすす濃度を測定した結果を、表２に実施例５〜８および比較例３として示す。なお、すす濃度の測定法および評価は前記実施例と同じである。
【００２３】
【表２】
0004158313.tif 000003
【００２４】
表１および表２の結果から、一次燃料ガス供給量Ｇ１と二次燃料ガス供給量Ｇ２の比率、および一次燃料ガスに予混合する予混合用空気の量がこの発明の限定範囲内にある各実施例においては、比較例に対して、すすが少なく着火性も安定した燃焼がおこなわれていることが判る。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、燃焼側の蓄熱バーナにおいて空気比１．０未満で燃料ガスの燃焼をおこなった場合でも、一次燃料ノズルに供給される一次燃料ガスに、燃焼用空気の一部を予混合することにより、一次燃料ガスと燃焼用空気の混合・接触が良好となり、すすの発生がほとんどない高速燃焼がおこなわれ、この燃焼による高温燃焼ガスにより二次燃料ガスもすすの発生の少ない状態で燃焼するので、燃焼に伴うすすの発生を抑制でき、排気側の蓄熱体や炉内へのすすの付着堆積を防止でき蓄熱体の熱交換効率の低下を防止できるとともに、排ガス中のすすを除去するための再燃焼装置を設ける必要もなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の一例を示す蓄熱式バーナをそなえた加熱炉の配管系統図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…蓄熱式バーナ、２…ケーシング、４…燃焼ガス吐出口、５…給排気管接続部、６…蓄熱体、７…空気供給路、８…一次燃料ノズル、９…二次燃料ノズル、１１…燃料ガス供給管、１２…分岐管、１３…分岐管、１６…給気管、１６ａ…枝管、１７〜１９…開閉弁。
【図１】
0004158313.tif 000004