(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Air比率が30%〜35%のAir希釈天然ガスを燃料ガスとして使用し、燃料供給管とその前方に支持板によって支持された二段燃焼を行うための一次燃焼筒を有するラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナにおいて、一次燃焼筒の内径（D）と燃料供給管の内径（ｄ）との比率が下記（Ａ）式を満足することを特徴とする低NOxラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナ。
３.８≦Ｄ／ｄ≦７.７・・・・（Ａ）
【請求項２】
燃料ガスの入側における一次燃焼筒の端部と一次燃焼筒支持板との距離Ｘを100mm以上とすることを特徴とする請求項１に記載の低NOxラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナ。
【請求項３】
前記燃料供給管の周囲に冷却Airを供給する冷却Air供給管を配設したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の低NOxラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナ。
【請求項４】
請求項３に記載の低NOxラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナの操業方法であって、冷却Air供給管への冷却Air流量（ｖ）と燃料ガス流量（Ｖ）との比が下記（Ｂ）式を満足することを特徴とする低 NOxラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナの操業方法。
ｖ／Ｖ ≦ 0.4・・・・（Ｂ）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼と蓄熱とを交互に切り替える低NOxラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナおよびその操業方法に関する。具体的には、例えば、鋼帯の連続焼鈍ラインにおけるラジアントチューブ式焼鈍炉に用いる低NOxラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナおよびその操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蓄熱型熱交換器を内蔵したラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナは、比較的高温の焼鈍炉の省エネルギーに大幅な改善をもたらすことから、近年注目を集めている技術である。
また、急激な燃焼による火炎温度の上昇を抑え、燃焼を二段に分けて行う「二段燃焼」により緩慢燃焼させて火炎温度を低下させることによりNOxの低下を図ることが従来から提案されている。
例えば、特開平 10-132224号公報には、燃料供給管の前方に一次燃焼筒を設けることにより低NOx化を図る燃焼機構が開示されており、また、計装 2000 Vol.43 No.2にはバーナ内部に二段燃焼用の筒が具備された構造のラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナが開示されている。
【０００３】
しかし、これらの従来技術は、低NOxラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナの考え方を提案したものであり、燃料供給管や一次燃焼筒の内径、一次燃焼筒の支持板の設置位置、冷却Air流量という、低NOx化を実現するための具体的なバーナ構造と操業条件について十分な検討がなされていなかったため、実際のラジアントチューブ式焼鈍炉に適用して低NOx操業を実現できる実用化技術が確立されていなかった。
例えば、特開平10-132224号公報には、一次支持部材は、空気流れを邪魔する構成としているが、Air希釈天然ガスを燃料とした場合は、逆に空気流れを邪魔するような位置関係に設置した場合、一次燃焼比率が高まり高NOx化してしまう。
【０００４】
また、燃料供給管の外側に冷却Airを供給する方法は、燃料供給管や火炎監視装置であるウルトラビジョン、また点火装置であるスパークロッドの保護目的等でしばしば用いられる。その一方でこの冷却Airは、蓄熱帯を通過しない予熱されない燃焼Airとしても用いることができ、効率は低下するが、低NOx化手段の１つとして用いられることもある。ところが、この冷却Air流量を明確に規定した例はなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決し、燃料ガスとしてAir希釈天然ガスを使用して二段燃焼を行う低NOxラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナおよびその操業方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Air希釈天然ガスを使用して二段燃焼を行う低NOxラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナの最適な構造およびその操業方法を提供するものであり、その要旨とするところは、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
【０００７】
（１）Air比率が30%〜35%のAir希釈天然ガスを燃料ガスとして使用し、燃料供給管とその前方に支持板によって支持された二段燃焼を行うための一次燃焼筒を有するラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナにおいて、一次燃焼筒の内径（D）と燃料供給管の内径（ｄ）との比率が下記（Ａ）式を満足することを特徴とする低NOxラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナ。
３.８≦Ｄ／ｄ≦７.７・・・・（Ａ）
（２） 燃料ガスの入側における一次燃焼筒の端部と一次燃焼筒支持板との距離Ｘを100mm以上とすることを特徴とする請求項１に記載の低NOxラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナ。
【０００８】
（３）前記燃料供給管の周囲に冷却Airを供給する冷却Air供給管を配設したことを特徴とする（１）または（２）に記載の低NOxラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナ。
（４）（３）に記載の低NOxラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナの操業方法であって、冷却Air供給管への冷却Air流量（ｖ）と燃料ガス流量（Ｖ）との比が下記（Ｂ）式を満足することを特徴とする低 NOxラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナの操業方法。
ｖ／Ｖ ≦ 0.4・・・・（Ｂ）
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１乃至図４を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明のラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナの構造を示す横断面図である。
燃料ガスは、燃料供給管１から供給され、蓄熱体７によって予熱された空気と混合され、パイロットバーナ６により着火されて燃焼する。
ラジアントチューブ型焼鈍炉のバーナ容量は60,000 〜100,000 kcal/hが一般的であり、燃料ガスにはAir比率が30%〜35% のAir希釈天然ガスを用いる。
燃料供給管１の前方５０ｍｍ〜１００ｍｍの位置には、一次燃焼筒３が設けられており、燃料ガスのほぼ全量と予熱された空気の３０〜４０％が、この一次燃焼筒３に供給されて一次燃焼し、残りのガスは、一次燃焼筒３の下流側で二次燃焼する。
【００１０】
このように、ラジアントチューブ５の内部で二段燃焼させることにより、緩慢燃焼による低NOx化を実現することができる。
また、燃料供給管１の周囲には冷却Air供給管２が設けられており、燃料供給管１と燃料ガスの双方の過熱を防止する。
なお、一次燃焼筒３の下部には、一次燃焼筒支持板４が設けられている。
図２は、燃料供給管と一次燃焼筒の内径とNOxとの関係を示す図である。
発明者らは、燃料供給管と一次燃焼筒の内径とNOxとの関係を鋭意検討した結果、一次燃焼筒の内径（D）と燃料供給管の内径（ｄ）との比が下記（Ａ）式を満足するときに、NOxの低減のために顕著な効果があることを１５０ｐｐｍ（O2=11%換算）程度に抑制できることを見出した。
３.８≦Ｄ／ｄ≦７.７・・・・（Ａ）
Ｄ／ｄが３．８未満では、一次燃焼筒の外側でも燃焼して高NOx化する、一方、Ｄ／ｄが７．７を超えると一次燃焼率が高くなり高NOx化する。
なお、ラジアントチューブ径は 5 〜 7 インチの径のものが一般に多く使用されており、一次燃焼筒は、3〜4 インチが一般的である。
【００１１】
図３は、本発明におけるラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナの燃焼ガスの流れを示す図である。
蓄熱体７によって予熱された空気の30〜40％を一次燃焼筒３に入れる必要があるが、燃料ガスの入側における一次燃焼筒３の端部と一次燃焼筒支持板４との距離Ｘが短いと、この一次燃焼筒支持板４により空気の下流方向への流れが遮蔽され一次燃焼筒３に流入する空気の量が多くなり過ぎるため、一次燃焼時に発生するNOxが大きくなる。
図４は、燃料ガスの入側における一次燃焼筒３の端部と一次燃焼筒支持板４との距離ＸとNOxとの関係を示す図である。
図４に示すように、距離Ｘが１００ｍｍ以上であればNOxの発生を約１３０ｐｐｍ（O2=11%換算）程度まで抑えることができる。
【００１２】
図５は、冷却Air流量／燃料ガス流量とNOxおよび燃焼効率との関係を示す図である。
図５からわかるように、燃料供給管の周囲に配設された冷却Air供給管への冷却Air流量（ｖ）と燃料ガス流量（Ｖ）との比が下記（Ｂ）式を満足する範囲では、燃焼効率を大きく低下させることなくNOxの発生が抑制され、NOxの発生を１１５ｐｐｍ（O2=11%換算）以下に抑えることができる。
ｖ／Ｖ ≦ 0.4・・・・（Ｂ）
ここに、冷却Air流量（ｖ）、燃料ガス流量（Ｖ）は一対のバーナの合計量を云う。
冷却Airを投入することで、予熱空気温度が低下し燃焼効率は低下するが、
冷却Airの投入量が燃焼ガス量比で0.4程度までは効率を大きく低下させることなく、NOxを低減することができる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料ガスとしてAir希釈天然ガスを使用して二段燃焼を行う低NOxラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナおよびその操業方法を提供することができ、産業上有用な、顕著な効果を奏するものであり、具体的には以下の効果がある。
（１）一次燃焼筒の内径（D）と燃料供給管の内径（ｄ）との比を適切な範囲にすることにより一次燃焼における燃料と空気の割合を適正に保つことができる。
（２） 燃料ガスの入側における一次燃焼筒の端部と一次燃焼筒支持板との距離Ｘを100mm以上とすることにより一次燃焼筒に流入する空気量を適正範囲にすることができる。
（３）燃料供給管の周囲に配設された冷却Air供給管への冷却Air流量（ｖ）と燃料ガス流量（Ｖ）との比を特定範囲にすることにより、燃焼効率を大きく低下させることなくNOx量を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナの構造を示す横断面図である。
【図２】  燃料供給管と一次燃焼筒の内径とNOxとの関係を示す図である。
【図３】 本発明におけるラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナの燃焼ガ    スの流れを示す図である。
【図４】 燃料ガスの入側における一次燃焼筒の端部と一次燃焼筒支持板との距離Ｘ    とNOxとの関係を示す図である。
【図５】冷却Air流量／燃料ガス流量とNOxおよび燃焼効率との関係を示す図である。
【符号の説明】
１：燃料供給管
２：冷却Air供給管
３：一次燃焼筒
４：一次燃焼筒支持板
５：ラジアントチューブ
６：パイロットバーナ
７：蓄熱体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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