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JPH01159511A - ラジアントチューブバーナ - Google Patents

ラジアントチューブバーナ

Info

Publication number
JPH01159511A
JPH01159511A JP63090365A JP9036588A JPH01159511A JP H01159511 A JPH01159511 A JP H01159511A JP 63090365 A JP63090365 A JP 63090365A JP 9036588 A JP9036588 A JP 9036588A JP H01159511 A JPH01159511 A JP H01159511A
Authority
JP
Japan
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radiant tube
primary
combustion
secondary fuel
fuel
Prior art date
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Granted
Application number
JP63090365A
Other languages
English (en)
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JPH0623605B2 (ja
Inventor
Masao Kawamoto
川本　雅男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Furnace Co Ltd
Original Assignee
Nippon Furnace Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Furnace Co Ltd filed Critical Nippon Furnace Co Ltd
Priority to JP63090365A priority Critical patent/JPH0623605B2/ja
Priority to US07/195,107 priority patent/US4856492A/en
Priority to KR1019880005892A priority patent/KR970001465B1/ko
Priority to CA000567278A priority patent/CA1297396C/en
Priority to EP88304688A priority patent/EP0293168B1/en
Priority to DE8888304688T priority patent/DE3879273T2/de
Priority to CN88103192A priority patent/CN1014179B/zh
Priority to US07/284,596 priority patent/US4870947A/en
Publication of JPH01159511A publication Critical patent/JPH01159511A/ja
Publication of JPH0623605B2 publication Critical patent/JPH0623605B2/ja
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F23C3/002—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber having an elongated tubular form, e.g. for a radiant tube
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/042—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with fuel supply in stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L15/00—Heating of air supplied for combustion
    • F23L15/02—Arrangements of regenerators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2201/00—Staged combustion
    • F23C2201/30—Staged fuel supply
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24149—Honeycomb-like

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
  • Gas Burners (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はバーナに関する。更に詳述すると、本発明は、
ラジアントチューブバーナに関する。
（従来の技術） 近年、廃棄ガスから相当量の熱量を回収して熱効率を高
めるべく、燃焼用空気のプレヒート技術が開発されてい
る。例えば、ラジアントチューブの両端に蓄熱体を有す
るバーナを設け、これらを交互に燃焼させてその燃焼ガ
スを燃焼させていないバーナ側の蓄熱体を通して排出す
るようにし、蓄熱体に蓄熱された燃焼ガスの熱を使って
燃焼用空気をプレヒートするラジアントチューブバーナ
が提案されている（米国特許筒４（３０４０５１号）、
このバーナは、第１０図に示すように、ラジアント、チ
ューブ１０１内に突出する燃料ノズル１０３の周囲を炉
外において囲繞するバーナシェル１０４内にコーン状の
蓄熱体１０２を設け、該蓄熱体１０２を通して燃焼用空
気の供給あるいは燃焼ガスの排出を図るようにしたもの
である。尚、符号１０５は炉壁、１０６は送風機、１０
７は四方回転弁、１０８はエゼクタである。
一方、バーナの低ＮＯｘ化を図ることは公害を防止する
上で重要な技術課題とされている。従来、この低Ｎｏｘ
燃焼方法としては、燃料を二段供給するバーナが有力で
ある（特許筒１　、０６８．７７２号、１、１０４．１
６０号、米国特許４５０５６６６号）、このバーナは燃
料の一部と燃焼用空気の全量を一次燃焼室内へ供給して
、一次燃料を高空気比下で急速燃焼させる一方、残りの
燃料（二次燃料）を一次燃焼室の外縁から火炉内へ供給
し、一次燃料の燃焼ガスの中に残存する低濃度の酸素で
熱拡散を伴いつつゆるやかに低燃焼させるものである。
この燃料二段供給燃焼バーナは、低ＮＯｘを実現できる
ものと考えられる。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述の蓄熱式ラジアントチューブバーナ
は、蓄熱された熱を利用したプレヒートによって燃焼空
気が１０００℃程度に加熱されるため、火炎温度が非常
に高くなり、ＮＯｘが多量に発生する欠点がある９日本
の大気汚染防止法によって規制されている排出量（１２
０１１ｆｌ１１）を大幅に上回る７　００１）ｔ）１１
以上のＮＯｘが発生する欠点がある。また、このバーナ
は燃焼させていない場合にも燃料ノズル１０３が高温の
燃焼ガスにさらされているため、絶えず加熱されてオー
バヒートを起し、焼損ないし破裂を惹き起す問題がある
。
一方、オープンフレームバーナで確立された燃料二段供
給燃焼方式をラジアントチューブバーナに適用しようと
しても、通常、空気が適正空気比を大幅に超える状態に
あると少量の燃料では可燃範囲を超えて燃焼しない、ま
た、過剰空気だと短炎になるため、一次燃焼の近くで二
次燃焼させなければならず、即ち炉外あるいはバング内
で二次燃焼させなければならず、バーナの末端部分及び
ラジアントチューブを破裂させる虞がある。また、上述
したバーナノズルのオーバヒートによる焼損ないし破裂
の問題も有する。
このため、従来のラジアントチューブバーナにオープン
フレームバーナの燃料二段供給燃焼理論を組合せること
は容易に実現できないものである。
本発明は、低ＮＯｘのラジアントチューブバーナを提供
することを第１の目的とする。また、本発明はノズルの
焼損や破裂の虞れがなく、チューブ寿命も長いラジアン
トチューブバーナを提供することを第２の目的とする。
更に本発明は、排出する燃焼ガスから廃熱を回収するシ
ステムに応用するときに好適なラジアントチューブバー
ナを提供することを第３の目的とする。
（問題点を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本発明のラジアントチュー
ブバーナは、炉外に設置されると共に燃焼ガスの噴き出
し口がほぼラジアントチューブのバンクより炉内側に位
置する一次燃焼室を有し、該一次燃焼室に一次燃料を噴
射する一次燃料ノズルを配置すると共に前記噴き出し口
付近からラジアントチューブ内へ二次燃料を噴射する二
次燃料ノズルを耐火材で囲繞して設け１．前記一次燃焼
室内に燃焼用空気のほぼ全量を供給して一次燃焼させる
と共にラジアントチューブ内で二次燃料と一次燃焼ガス
中に残存する低濃度の酸素で二次燃焼させるようにして
いる。
また、上述のバーナをラジアントチューブバーナの一端
に設ける一方、前記ラジアントチューブの他＠側にレキ
ュペレータを設け、他端１ｕｌｌから排出される燃焼ガ
スを利用して燃焼用空気を予熱して供給するようにして
いる。
また、本発明のラジアントチューブバーナは、炉外に設
置されると共に燃焼ガスの噴き出し口がほぼラジアント
チューブのバングより炉内側に位置する一次燃焼室を有
し、該一次燃焼室の排ガス系路から退避した位置に一次
燃料を噴射する一次燃料ノズルを配置すると共に前記噴
き出し口付近からラジアントチューブ内へ二次燃料を噴
射する二次燃料ノズルを耐火材で囲繞して設け、前記一
次燃焼室内に燃焼用空気のほぼ全量を供給して一次燃焼
させると共にラジアントチューブ内で二次燃料と一次燃
焼ガス中に残存する低濃度の酸素で二次燃焼させる前記
バーナをラジアントチューブバーナの両端に設ける一方
、各バーナを蓄熱体を介して燃焼用空気供給系と燃焼ガ
ス排気系とに選択的に接続し、前記バーナを交互に燃焼
させてその燃焼ガスを非燃焼側バーナの蓄熱体を通して
排出する一方燃焼用空気を蓄熱体を通して供給するよう
にしている。
また、本発明において一次燃料は５〜５０％、好ましく
は約２０％、二次燃料は５０〜９５％、好ましくは約８
０％であることを特徴とする。
また、本発明において二次燃料ノズルは一次燃焼室の中
央に配置され、その周囲が耐火材で被覆されていること
を特徴とする。また、この場合において二次燃料ノズル
は一次燃焼室より突出していることを特徴とする。また
、この場合において二次燃料ノズルは、二次燃料を径方
向と軸方向とに分けて噴射することを特徴とする。更に
この場合において二次燃料は径方向に５〜５０％、好ま
しくは約４０％、軸方向に５０〜９５％、好ましくは約
６０％噴射することを特徴とする。
更に、本発明において、二次燃料ノズルは前記一次燃焼
室を形成する耐火材内に埋設し、一次燃焼ガスの噴き出
し口周囲から二次燃料を噴射させることを特徴とする。
（作用） したがって、一次燃焼室内に噴射された燃焼用空気の全
量に相当する大量の燃焼用空気と燃料の一部である少量
の一次燃料とが急速に混合されて高空気比下に高負荷燃
焼しラジアントチューブのバングより炉内側の一次燃焼
室出口まで到達する火炎を形成し、ラジアントチューブ
内へ供給される二次燃料との間で低空気比の二次燃焼を
起す。
しかも、一次燃料ノズルは排ガス系路より外れ、二次燃
料ノズルは耐火材によって囲繞されており、高温の燃焼
ガスに直接さらされることがない。
また、一次燃焼室の中央に二次燃料ノズルを配置する場
合、二次燃焼火炎を一次燃焼ガスが包囲するため、火炎
が直接ラジアントチューブの内面に接触するのを防ぐ。
しかも、この場合一次燃焼ガスの流路面積を大きくとっ
て一次燃焼ガスを低速化させて一次燃焼ガスと二次燃料
との混合を緩慢なものとし、ラジアントチューブ内に長
炎を形成する。
また、ラジアントチューブ内に挿入される一次燃焼室を
形成する耐火材が、ラジアントチューブのバンク部分を
保護し、この部分が一次燃焼ガスに接触するのを防ぐ。
また、二次燃料ノズルを一次燃焼室がら突出させる場合
、二次撚＃１頭域に燃焼ガスの自己再循環流が発生ずる
。
また、二次燃料を径方向と軸方向とに分けて噴射すると
、一次燃焼ガスと径方向に噴射された燃料によって二次
燃焼が起り、更に軸方向に噴射された燃料と二次燃焼ガ
スとで三次燃焼が起る。
（実施例） 以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細
に説明する。
第１図に本発明のラジアントチューブバーナの一実施例
を概略説明図で示す。
このラジアントチューブバーナは、ラジアントチューブ
１の両端に、蓄熱＃％２を介して燃焼用空気供給系９と
燃焼ガス排気系１ｏとに選択的に接続される一対のバー
ナ３を夫々装備し、該バーナ３を交互に燃焼させてその
燃焼排ガスを非燃焼側バーナの蓄熱体２を通して排出さ
せると共に燃焼側バーナの蓄熱体２を通して燃焼用空気
を供給する構成とされている。
前記バーナ３は燃料の一部（一次燃料）を噴射する一次
燃料ノズル４と、燃焼用空気の全量を噴射する燃焼空気
ダクト５と、燃料の一部と燃焼用空気の全量を高空気比
下で燃焼させる一次燃焼室６と、残りの燃料（二次燃料
）を一次燃焼室６の出口即ち一次燃焼ガスの噴き出し口
２１においてラジアントチューブ１内へ噴射する二次燃
料ノズル７とから成る。燃焼用空気ダクト５には蓄熱体
２が接続され、該蓄熱体２を通して燃焼ガスを排出し、
あるいは燃焼用空気を供給するように設けられている。
ラジアントチューブｌにおいては、二次燃料ノズル７か
ら噴射される残りの燃料と一次燃焼の燃焼ガス中に残存
する酸素とで二次燃焼する。一次燃焼室６内とラジアン
トチューブ１内とに二段に分けて供給される燃料の分配
比は、通常一次燃料５〜５０％に対し二次燃料５０〜９
５％、好ましくは一次燃料役２０％に対し二次燃料的８
０％である。また、燃焼用空気は、一次燃焼室６にほぼ
全量が供給される。ここで、はぼ全量とは燃料二段供給
燃焼に支障をきたさない範囲において燃焼用空気の一部
例えば５〜１０％程度を二次燃料と共にラジアントチュ
ーブ１内に直接噴射させることも可能である。
各蓄熱体２は四方切替弁８を介して燃焼用空気供給系９
と燃焼ガス排気系１０とに選択的に接続可能に設けられ
ている。そして、燃焼用空気供給系９の押込み送風機１
１から供給される燃焼用空気をいずれか一方のバーナ３
へ蓄熱体２を通して供給し燃焼させる一方、他方のバー
ナ３の蓄熱体２を経て燃焼ガスを排気ブロワ１２によっ
て誘引排気するように設けられている。この燃焼用空気
と燃焼ガスの流れの切替えはタイマ（図示省略）を使っ
て一定時間置きにあるいは通気性固体を通過した燃焼ガ
ス温度をサーモセンサ（図示省略）で測定してこれが所
定温度に達したときに、燃料噴射と同期して流れを切換
え得るように前記ダンパが駆動される。
また、各バーナ３の一次燃料ノズル４と二次燃料ノズル
７には電磁弁１３Ａ、１３Ｂを介して燃料供給源１４か
ら供給される燃料が分配されて供給し得るように設けら
れている。また、点火直後に二次燃焼が不安定になる虞
があるが、電磁弁１３Ｂを電磁弁１３Ａよりやや遅らせ
て開けることにより容易にこれを防ぐことができる。
前記一次燃料ノズル４は、炉１４の外側に位置する一次
燃焼室６の奥、即ち燃焼ガスの排出系路から退避した位
置に設置され、燃焼ガスに直接さらされないように設け
られている６本実施例の場合、一次燃料ノズル４は、一
次燃焼室６を形成する耐火断熱レンガの後壁２２部分に
埋設され、その先端開口部のみが一次燃焼室６内に臨む
ように設けられている。尚、この一次燃料ノズル４の近
傍にはパイロットバーナ１８が設けられている。
また符号１９は覗き窓である。
二次燃料ノズル７は、一次燃焼室６の中央に該一次燃焼
室６を貫通するように設置され、一次燃焼室６の出口即
ち燃焼ガス噴き出し口２１において二次燃料を噴射する
ように設けられている。更に詳述すると、二次燃料ノズ
ル７は、耐火成形レンガ１６で形成されている一次燃焼
室６の中央に設置され、耐火性インシュレータ１７で保
護されている。インシュレータ１７としては、本実施例
の場合、軽量かつ安価なグラスクールの筒が採用され、
二次燃料ノズル７によって支持するよう◆こ設けられて
いる。しかし、これに限定されるものではなく、例えば
成形レンガや炭化ケイ素系セラミックスなどの剛性のあ
る耐火材でインシュレータ１７を形成し、その中に二次
燃料ノズル７を埋設するようにしても良い、また、二次
燃料ノズル７を石英ガラスのチューブあるいはファイン
セラミックスなどの耐火材で形成することも可能であり
、この場合にはインシュレータ１７は必ずしも設けなく
とも良い０本実施例の場合、二次燃料ノズル７は、基端
部が一次燃焼室６の後壁部２２に支持される一方、先端
部が十字形の支持フレーム２０を介して成形レンガ１６
に支持されている。
そして、インシュレータ１７は、後壁部２２を一次燃焼
室６の主要部を形成する本体とは別体に形成することに
よって取外し可能として容易に交換できるように設けら
れている。
一次燃焼室６は通常、成形レンガ、炭化ケイ素系セラミ
ックス、窒化ケイ素系セラミックス、サイアロン等のセ
ラミックス類等の耐火材を使用して筒状に成形されてい
る０本実施例の場合、一次燃焼室６は成形レンガ１６に
よって形成されている。また、成形レンガ１６は外側が
フランジ付耐熱金属２３で被覆され、フランジを利用し
てラジアントチューブ１に接続し得るように設けられて
いる。なお、一次燃焼室６を形成する耐火材１６は、二
次ノズル７及びインシュレータ１７の取替えを容易にす
るため、後壁部２２が他の部分とは別体に成形され、着
脱可能に設けられている。また、一次燃焼室の噴き出し
口２１は、はぼラジアントチューブ１のバング部分より
炉内１４１１１１に位置するように設けられている０本
明細書において、はぼラジアントチューブ１のバンク部
分より炉内側に位置するとは、炉壁１５の内面と面一か
あるいは若干炉外側に凹んだ状態を含んでそれよりも炉
内１４側であることを意味する。
前記蓄熱体２は、燃焼排ガスの顕熱を一時的に蓄えるた
めのもので、蓄熱体として一般に使用されかつ燃焼ガス
と反応したり燃焼用空気に悪影響を与えないものであれ
ばいがなる構造、材質のものであっても採用可能である
。一般に、蓄熱体２としては、伝熱面積が大きく圧力損
失の小さいこと、耐熱性、耐熱衝撃性、耐食性に優れる
ことが要求されることから、セラミックスやアルミナ、
耐熱金属等が採用される０例えば、海綿状に発泡した通
気性のあるセラミックスを用いて燃焼ガスの流れ方向に
沿うハニカム状のセル孔を多数形成した所謂ハニカムセ
ラミックスを採用している。
尚、本明細書において通気性蓄熱体とは、材質あるいは
材料自体が多孔質であるものは勿論のこと、それ自体に
通気性がなくとも構造的に通気性を確保し得るものら含
まれる。また、燃焼排ガス温度が１０００℃前後の場合
、鉄−クロム−アルミニウムの耐熱合金ＦＣＨ−２の線
材を線径１ｍｍ程度で織り込んだ金網を適宜厚さに重ね
合せなｔｌｌｌｍの通気性固体でも実施可能である。こ
の蓄熱体２は燃焼用空気ダクト５内に充填したり、ある
いはカートリッジ方式として交換可能に設けられている
。
尚、ラジアントチューブ１の形式はストレート形（直管
形）、Ｕ形、Ｔ形、Ｗ形、Ｏ形、Ｕ形などの公知の形状
の他、新規形状であっても実施可能である。
以上のように構成されたラジアントチューブバーナは次
のように作動する。まず、いずれか一方のバーナ３に押
込み送風ｓｉｔの働きによって燃焼用空気を供給し燃焼
させると共に他方のバーナ３の燃焼用空気ダクト５から
ラジアントチューブ１内の高温の燃焼ガスを排気ファン
１２の作動によって排出させる。この時排出される燃焼
ガスの熱は蓄熱体２を通過する間に回収される。一定時
間経過後、停止していた反対側のバーナ３を燃焼させて
それまで燃焼させていたバーナ蓄熱体２を通して燃焼ガ
スを排出する。他方、燃焼用空気は燃焼排ガスが蓄熱体
２に捨てた熱を拾って、例えば７００〜１．０００℃の
高温に予熱されて供給される。この燃焼と排出を交互に
繰返して徐々にラジアントチューブ１と蓄熱体２の温度
を上昇させる。チューブ１と蓄熱体２が設定温度に達す
ると、定常燃焼に移行する。燃焼用空気と燃焼ガスの切
替えは、適宜間隔例えば２０秒〜５分間隔に行なうか、
排出される燃焼ガスが制御温度例えば２００℃程度とな
れば行なう。
また、第５図に他の実施例を示す。この実施例は、二次
燃料ノズル７を一次燃焼室６より突出させ、ＮＯｘ抑制
効果を更に改善したものである。
二次燃料ノズル７は耐火材例えばグラスウールのような
軽量なインシュレータ１７で被覆されている。二次燃料
ノズルやの突出量は、あまり大き過ぎると熱によってノ
ズル７が曲がる虞があり、小さ過ぎるとＮＯｘ低減に寄
与しないことがら、５０市〜３００市、好ましくは２０
０市程度に取られている。
また、第６図に更に他の実施例を示す。この実施例は、
ラジアントチューブ１内に僅かに突出させた二次燃料ノ
ズル７の先端と円周上に噴射口２４をそれ夫々設け、軸
方向と径方向に二次ガスを噴出させるようにしたもので
ある。この場合、径方向に噴射した燃料は一次燃焼ガス
に残存する酸素濃度の低い（約１７％程度）燃焼用空気
によって二次燃焼し、軸方向に噴射した燃料は更に酸素
濃度の低い（約１１％程度）二次燃焼ガスの残存燃焼用
空気によって三次燃焼する。即ち、燃料３段供給燃焼を
起こす、尚、一次燃焼室６内に噴射される一次燃料をほ
とんど０に近い状態あるいは０とすることもあり、二次
燃焼と三次燃焼とで実質的な２ステージ燃焼を達成する
こととなる。このときの燃料配分は、一次燃料が５〜５
０％、二次燃料（三次燃料を含む）が５０〜９５％の範
囲で実施可能であり、好ましくは、一次燃料が一次約２
０％、二次的８０％（二次４０％、三次６０％）とする
ことである。
第７図に他の実施例を示す、この実施例は、燃料の一部
（一次燃料）を噴射する一次燃料ノズル４と、燃焼用空
気の全量を一次燃焼室６に対して接線方向に噴射する燃
焼空気ダクト５と、燃料の一部と燃焼用空気の全量を高
空気比下で層流燃焼させる一次燃焼室６と、残りの燃料
（二次燃料）を一次燃焼室６の出口の周囲からラジアン
トチューブ１内へ噴射する二次燃料ノズル７とでバーナ
を構成し、一次燃焼室６に噴射されて旋回する燃焼用空
気の層の中に噴射される少量の燃料を封じ込めて層流燃
焼させ、ラジアントチューブ１まで到達する長炎を形成
するようにしたものである。
ラジアントチューブ１においては、二次燃料ノズル７か
ら噴射される残りの燃料と一次燃焼の燃焼ガス中に残存
する酸素とで二次燃焼する。
前記一次燃料ノズル４は、炉１４の外側に位置する一次
燃焼室６の奥、即ち燃焼ガスの排出系路を回避する後退
した位置に設置され、燃焼ガスに直接さらされないよう
に設けられている。本実施例の場合、一次燃料ノズル４
は、一次燃焼室６を形成する耐火レンガの後壁２２部分
に埋設され、その先端開口部のみが一次燃焼室６内に臨
むように設けられている。尚、この一次燃料ノズル４は
パイロットバーナを兼ねている。
二次燃料ノズル７は、一次燃焼室６を形成する成形レン
ガ１６内に埋設され、一次燃焼ガス噴き出し口２１と平
行に成形レンガ１６の端部に開口されている。二次燃料
ノズル７は、炉壁１５より炉内１４１１１Ｊに存在し、
一次燃焼ガスの噴き出し口２１の周囲に複数個所例えば
４箇所開口されている。この実施例の場合、最もＮＯｘ
の発生を低く抑えることができ、実験によれば１００１
）１１１１以下に抑えることができる。しかし、この場
合、一次燃焼室６の内径が小さくなる程、燃料と燃焼用
空気の混合拡散性が良くなり、火炎が広がり短くなる傾
向がある。即ち、オープンフレームバーナに応用する場
合には好適なまり青な短炎を形成する。
そこで、一次燃焼室６の内径は二次燃料のコーキングを
引き起こさない程度に可能な限り広くすることが好まし
い０例えば、ラジアントチューブ１の径を大きくするこ
とによって実質的に一次燃焼室６の内径を広げることも
可能である。
第８図に他の実施例を示す、この実施例は、ラジアント
チューブ１の一端にバーナ３を、他端側にレキュペレー
タ３０を設け、排出燃焼ガスを利用して燃焼用空気を予
熱するようにしたものである。通常、ラジアントチュー
ブバーナでは燃焼ガスの温度が１０００℃程度であるこ
とから、これをレキュペレータ３０で廃熱回収すること
で廃棄温度を５００℃程度まで下げる一方、燃焼用空気
を３５０〜４５０℃程度に予熱する。
レキュペレータ３０は例えば、ラジアントチューブ１内
に挿入される二重管から成り、内側の管３１に導入され
た燃焼用空気を先端部において外側の管３２に流す間に
周囲を流れる燃焼ガスとの間で熱交換するようにしたも
のである。このレキュペレータ３０の外管３２は、連結
管３３を介してラジアントチューブ１の反対側に設置さ
れているバーナ３の燃焼空気供給ダクト５に接続され、
予熱された燃焼用空気を供給するように設けられている
。なお、図面には一次燃焼室６の中央に二次燃料ノズル
７を有するバーナ３を採用した実施例を挙げているが、
これに限定されるものではなく、一次燃焼室６を形成す
る耐火材１６に二次ノズル７を埋設するタイプのバーナ
（第７図参照）を採用することもある。
更に、図示していないが、蓄熱体２やレキュペレータ３
０を利用せず、廃熱回収を図らないタイプのラジアント
チューブもある。この場合にもＮＯｘの発生量を従来の
ものより著しく抑制することができる点で効果的である
。
（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明のラジアントチ
ューブバーナは、一次燃焼室内に噴射された燃焼用空気
の全量に相当する大量の燃焼用空気と燃料の一部である
少量の一次燃料とが急速に混合されて高空気比下に高負
荷燃焼しラジアントチューブのバンクより炉内側の一次
燃焼室出口まで到達する火炎を形成し、ラジアントチュ
ーブ内へ供給される二次燃料との間で低空気比の二次燃
焼を起すようにしているので、一次燃焼域では火炎温度
が低く、二次燃焼域では低空気比燃焼となり、全体とし
てＮＯｘ発生量を極めて低く抑えることができる。しか
も、一次燃料ノズルは排ガス糸路より外れ、二次燃料ノ
ズルは耐火材によって囲続されており、高温の燃焼ガス
に直接さらされることがないので、燃料ノズルが焼損し
たり、燃料がコーキングを起すことを防止できる。
また、一次燃焼室の中央に二次燃料ノズルを配置する場
合、二次燃焼火炎を一次燃焼ガスが包囲するため、火炎
が直接ラジアントチューブの内面に接触するのを防ぐの
で、ラジアントチューブの局所加熱を回避でき、第９図
に示すような均一な温度分布を得ることができるし、チ
ューブ寿命も延びる。しかも、この場合にはチューブ径
を変えずに一次燃焼ガスの流路面積を大きくとって一次
燃焼ガスを低速化させることによって、一次燃焼ガスと
二次燃料との混合を緩慢なものとし、ラジアントチュー
ブ内に長炎を形成することができるので、既存のラジア
ントチューブに適用する場合あるいはチューブの大径化
を招かずにチューブの局所加熱の防止と温度分布の均一
化が一層可能となる。
また、ラジアントチューブ内に挿入される一次燃焼室を
形成する耐火材が、ラジアントチューブのバンク部分を
保護し、この部分が一次燃焼ガスに接触するのを防ぐの
で、バング部のラジアントチューブの破裂を防止できる
。
また、二次燃料ノズルを一次燃焼室から突出させる場合
、燃焼ガスの自己再循環流が発生するので、ＮＯｘの発
生をより低減できる。
また、一次燃焼室の中央に設置した二次燃料ノズルから
二次燃料を径方向と軸方向とに分けて噴射すると、一次
燃焼ガスと径方向に噴射された燃料によって二次燃焼が
起り、更に軸方向に噴射された燃料と二次燃焼ガスとで
三次燃焼が起る所謂３ステージ燃焼となるので、ＮＯｘ
＠減効果があがると共に温度分布の均一化が良くなる。
実験によると、この場合、ＮＯｘを１１００ｐｐ以下に
抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のラジアントチューブバーナの一実施例
を示す概略図、第２図はバーナ部分を詳細に説明する拡
大中央縦断面図、第３図は第２図のＤＩ−１線断面図、
第４図は第２図のＩＶ−ＩＶ線断面図、第５図は本発明
の他の実施例を示す断面図、第６図は更に他の実施例を
示す断面図、第７図は他の実施例を示すバーナ部分の中
央縦断面図、第８図は池の実施例を示す概略図、第９図
は本発明のラジアントチューブバーナの温度分布状態を
説明するグラフ、第１０図は従来のラジアントチューブ
バーナの一例を示す断面図である。 １・・・ラジアントチューブ、　２・・・蓄熱体、３・
・・バーナ、 ４・・・一次燃料ノズル、　５・・・空気ダクト、６・
・・一次燃焼室、　７・・・二次燃料ノズル、８・・・
四方弁、　９・・・空気供給系、１０・・・燃料供給系
、 １６・・・一次燃焼室を形成する耐火材。 １７・・・耐火材 ２１・・・一次燃焼ガス噴き出し口、 ３０・・・レキュペレータ。 第７図 第８図

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）炉外に設置されると共に燃焼ガスの噴き出し口が
    ほぼラジアントチューブのバングより炉内側に位置する
    一次燃焼室を有し、該一次燃焼室に一次燃料を噴射する
    一次燃料ノズルを配置すると共に前記噴き出し口付近か
    らラジアントチューブ内へ二次燃料を噴射する二次燃料
    ノズルを耐火材で囲繞して設け、前記一次燃焼室内に燃
    焼用空気のほぼ全量を供給して一次燃焼させると共にラ
    ジアントチューブ内で二次燃料と一次燃焼ガス中に残存
    する低濃度の酸素で二次燃焼させることを特徴とするラ
    ジアントチューブバーナ。
  2. （２）前記一次燃料は５〜５０％、二次燃料は５０〜９
    ５％であることを特徴とする請求項１に記載のラジアン
    トチューブバーナ。
  3. （３）前記一次燃料は約２０％、二次燃料は約８０％で
    あることを特徴とする請求項１に記載のラジアントチュ
    ーブバーナ。
  4. （４）前記二次燃料ノズルは、一次燃焼室の中央に配置
    され、その周囲を耐火材で被覆されたことを特徴とする
    請求項１に記載のラジアントチューブバーナ。
  5. （５）前記二次燃料ノズルが一次燃焼室の噴き出し口よ
    り突出していることを特徴とする請求項４に記載のラジ
    アントチューブバーナ。
  6. （６）前記二次燃料ノズルが径方向と軸方向とに分けて
    二次燃料を噴射することを特徴とする請求項４に記載の
    ラジアントチューブバーナ。
  7. （７）前記二次燃料は径方向に５〜５０％、軸方向に５
    ０〜９５％噴射することを特徴とする請求項６に記載の
    ラジアントチューブバーナ。
  8. （８）前記二次燃料は径方向に約４０％、軸方向に約６
    ０％噴射することを特徴とする請求項６に記載のラジア
    ントチューブバーナ。
  9. （９）前記二次燃料ノズルは前記一次燃焼室を形成する
    耐火材内に埋設し、一次燃焼ガスの噴き出し口の周囲か
    ら二次燃料を噴射させることを特徴とする請求項１に記
    載のラジアントチューブバーナ。
  10. （１０）前記バーナをラジアントチューブバーナの一端
    に設ける一方、前記ラジアントチューブの他端側にレキ
    ュペレータを設け、他端側から排出される燃焼ガスを利
    用して燃焼用空気を予熱して供給することを特徴とする
    請求項１に記載のラジアントチューブバーナ。
  11. （１１）炉外に設置されると共に燃焼ガスの噴き出し口
    がほぼラジアントチューブのバングより炉内側に位置す
    る一次燃焼室を有し、該一次燃焼室に一次燃料を噴射す
    る一次燃料ノズルを排ガス系路から退避した位置に配置
    すると共に前記噴き出し口付近からラジアントチューブ
    内へ二次燃料を噴射する二次燃料ノズルを耐火材で囲繞
    して設け、前記一次燃焼室内に燃焼用空気のほぼ全量を
    供給して一次燃焼させると共にラジアントチューブ内で
    二次燃料と一次燃焼ガス中に残存する低濃度の酸素で二
    次燃焼させるバーナをラジアントチューブバーナの両端
    に設ける一方、各バーナを蓄熱体を介して燃焼用空気供
    給系と燃焼ガス排気系とに選択的に接続し、前記バーナ
    を交互に燃焼させてその燃焼ガスを非燃焼側バーナの蓄
    熱体を通して排出する一方燃焼用空気を蓄熱体を通して
    供給することを特徴とするラジアントチューブバーナ。
  12. （１２）前記一次燃料は５〜５０％、二次燃料は５０〜
    ９５％であることを特徴とする請求項１１に記載のラジ
    アントチューブバーナ。
  13. （１３）前記一次燃料は約２０％、二次燃料は約８０％
    であることを特徴とする請求項１１に記載のラジアント
    チューブバーナ。
  14. （１４）前記二次燃料ノズルは、一次燃焼室の中央に配
    置され、その周囲を耐火材で被覆されたことを特徴とす
    る請求項１１に記載のラジアントチューブバーナ。
  15. （１５）前記二次燃料ノズルが一次燃焼室の噴き出し口
    より突出していることを特徴とする請求項１４に記載の
    ラジアントチューブバーナ。
  16. （１６）前記二次燃料ノズルが径方向と軸方向とに分け
    て二次燃料を噴射することを特徴とする請求項１５に記
    載のラジアントチューブバーナ。
  17. （１７）前記二次燃料は径方向に５〜５０％、軸方向に
    ５０〜９５％噴射することを特徴とする請求項１６に記
    載のラジアントチューブバーナ。
  18. （１８）前記二次燃料は径方向に約４０％、軸方向に約
    ６０％噴射することを特徴とする請求項１６に記載のラ
    ジアントチューブバーナ。
  19. （１９）前記一次燃料ノズルは一次燃焼室を形成する耐
    火材の、他の部分とは別体に形成されて着脱可能な後壁
    部に埋設したことを特徴とする請求項１１に記載のラジ
    アントチューブバーナ。
  20. （２０）前記二次燃料ノズルは前記一次燃焼室を形成す
    る耐火材内に埋設し、一次燃焼ガスの噴き出し口の周囲
    から二次燃料を噴射させることを特徴とする請求項１１
    に記載のラジアントチューブバーナ。
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