JP3176786B2 - 酸素バーナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスラブ、ビレット、スト
リップ等の被加熱物を所定の目標温度まで加熱する加熱
炉、均熱炉、熱処理炉（本発明では加熱炉と総称する）
用の酸素バーナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の加熱炉では燃料を空気で
燃焼して被加熱物の加熱を行う空気バーナが一般的であ
ったが、最近、燃料を酸素もしくは酸素富化空気等で燃
焼して被加熱物の加熱を行う酸素バーナが注目されてい
る。この酸素バーナは従来の空気バーナに対して、燃焼
ガス量が約１／４と少なく、炭酸ガス（ＣＯ₂ ）と水蒸
気（Ｈ₂ Ｏ）の濃度が高いため、排ガス損失熱の減少と
炉内ガス放射伝熱の増加による省エネ効果が大であるこ
とに加えて、地球温暖化物質の炭酸ガスの回収が容易と
いう長所を有している。

【０００３】一方、酸素バーナは火炎温度が高く、燃焼
ガス量が少ないため被加熱物の均一加熱性が不良で、か
つ、窒素酸化物（ＮＯ_x ）の生成量が多いため加熱炉へ
適用できないという問題点があった。これに対して、例
えば特開昭５６−８２３０６号公報に示されているよう
な２段燃焼バーナがある。この技術の特徴は高温火炎と
窒素酸化物の抑制を目的とし、これを達成するために図
３に示すように、バーナタイル１０に１次燃焼室１１と
２次燃焼室１２を異径段違いに設け、燃料ノズル３から
供給した燃料を１次空気ノズル１３と２次空気ノズル１
４から供給した燃焼用空気で２段燃焼するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の方法ではバ
ーナタイル１０内の１次燃焼室１１と２次燃焼室１２で
燃料の２段燃焼を行うため、燃焼速度の速い酸素バーナ
では炉温分布が極端な手前高となり、被加熱物の均一加
熱ができないという問題点があった。この問題点を解決
する方法として、出願人は既に特願平５−４３８０９号
でバーナタイルすなわち燃焼室がない酸素２段燃焼バー
ナの提案を行っている。本発明は、上記問題点を解決す
べく創案されたもので、その目的は被加熱物の均一加熱
に必要なフラットな炉温分布の確保と、窒素酸化物の抑
制を図った加熱炉用の酸素バーナを提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は次の構成を要旨
とする。 （１）燃料を酸素もしくは酸素富化空気で燃焼する酸素
バーナにおいて、バーナの中心部を３重管ノズルで構成
し、該３重管ノズルを中心側より１次酸素ノズル、燃料
ノズル、水蒸気ノズルとすると共に、該水蒸気ノズルの
先端側の外周に設けたバッフルに複数の２次酸素ノズル
を配設したこと。 （２）前記水蒸気ノズルの先端に複数の遮蔽板を設けた
ことを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明の酸素バーナはバーナタイルレスの酸素
２段燃焼バーナで、１次燃焼炎の外周に水蒸気膜を形成
し、この水蒸気膜で未燃分を多量に含有した１次燃焼ガ
スと２次酸素の混合を抑制して緩慢燃焼を行うため、火
炎が長炎化して被加熱物の均一加熱に必要なフラットな
炉温分布の確保と窒素酸化物の抑制ができる。また、必
要に応じて水蒸気ノズルの先端に遮蔽板を設置して、１
次燃焼炎の外周の水蒸気膜の面積調整を行い、１次燃焼
炎と２次酸素の混合焼反応を調整するため、燃焼速度の
異なる燃料でも任意の炉温分布が形成できる。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の酸素バーナの一実施例を示す
縦断面図で、図２は図１の酸素バーナを炉内側から見た
側面図である。図１，２に示すごとくバーナ１の中心部
に３重管ノズルを配置し、この３重管ノズルの中心側よ
り１次酸素ノズル２、燃料ノズル３、水蒸気ノズル４の
順で配置し、１次酸素ノズル２から燃焼に必要な全酸素
量の１０〜３０％を供給すると共に、燃料ノズル３から
はコークス炉ガス、天然ガス等の燃料を通常６０ｍ／ｓ
以上の高速で噴射し、水蒸気ノズル４からは水蒸気を通
常３０ｍ／ｓ以上の速度で加熱炉内に噴射する。

【０００８】また、天然ガス等の燃焼速度の遅い燃料で
は必要に応じて、水蒸気ノズル４の先端に遮蔽板９を設
け、１次燃焼炎の外周の水蒸気膜の面積を調整する。さ
らに、この水蒸気ノズル４先端側の外周にバッフル５を
設け、このバッフル５の仮想円周線上に複数の２次酸素
ノズル６を配置し、２次酸素を通常６０ｍ／ｓ以上の高
速で加熱炉内へ噴出する。この２次酸素ノズル６は、通
常断面が円形状のものを円周方向に等ピッチで４〜８個
配置する。

【０００９】このように構成したバーナ１を加熱炉の炉
壁７の炉内側表面とバーナ１の先端がほぼ同一面となる
ように炉壁７に取り付け、バーナ１と炉壁７の隙間に充
填材８を充填する。なお、バーナノズル２，３，４，６
はシール性と耐熱性、耐酸化性が要求されるため通常ス
テンレス系の材料を使用し、バッフル５は耐熱性、耐酸
化性が要求されるため通常アルミナ系の高温耐火物を使
用する。

【００１０】次に本発明の作動機能について説明する。
バーナ１の中心から全酸素供給量（＝１次酸素量＋２次
酸素量）の１０〜３０％の１次酸素量を直接炉内に供給
し、この１次酸素を外周の高速の燃料で誘引して１次燃
焼を行い、この１次燃焼炎で火炎の安定を図る。一方、
１次燃焼炎の外方に配置した複数の２次酸素ノズルから
２次酸素を高速で噴射して、この噴射エネルギーで低酸
素濃度の炉内ガスの誘引混合を行い、２次酸素の酸素濃
度を低下する。さらに、１次燃焼炎の外周に水蒸気膜を
形成して、未燃分を多量に含有した１次燃焼ガスと２次
酸素の混合を抑制する。

【００１１】この結果、１次燃焼ガスと２次酸素の燃焼
反応が抑制されて火炎が長炎となり、被加熱物の均一加
熱に適したフラットな炉温分布の確保と窒素酸化物の生
成が抑制できる。また、水蒸気は放射性ガスのため多量
に添加してもガス放射能による伝熱量の低下がなく、さ
らに、燃焼排ガスの顕熱を利用して水蒸気を発生させれ
ば熱効率的にも有利である。なお、本発明は前記実施例
にのみ限定されるものでなく、例えば、火炎形状の調整
のため（１）１次酸素、燃料、水蒸気の任意のノズルに
旋回羽根を取り付けること。（２）２次酸素ノズルの噴
射角をバーナ中心軸に対して任意に傾斜させること。等
も可能で、本発明の要旨を逸脱しない限り種々変更を加
えることは勿論可能である。

【００１２】

【発明の効果】本発明の酸素バーナによれば、（１）燃
料と酸素を直接炉内に噴出して２段燃焼を行うと共に、
１次燃焼炎の外周に水蒸気膜を形成して２次燃焼の抑制
を行うため、火炎温度の低温化と長炎化により被加熱物
の均一加熱に必要なフラットな炉内温度分布の確保と窒
素酸化物の抑制ができる。（２）水蒸気ノズルの先端に
遮蔽板を設けて水蒸気膜の面積調整を行うため、燃焼速
度の遅い燃料でも均一加熱に適した炉温分布が確保でき
る。等の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る酸素バーナの実施例を示す縦断面
図である。

【図２】図１の酸素バーナを炉内側から見た正面図であ
る。

【図３】従来技術を示す２段燃焼バーナの縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ バーナ ２ １次酸素ノズル ３ 燃料ノズル ４ 水蒸気ノズル ５ バッフル ６ ２次酸素ノズル ７ 炉壁 ８ 充填材 ９ 遮蔽板 １０ バーナタイル １１ １次燃焼室 １２ ２次燃焼室 １３ １次空気ノズル １４ ２次空気ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ２３Ｄ 14/48 Ｆ２３Ｄ 14/48 Ｂ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23D 14/22 F23D 14/32 F23D 14/48 F23C 11/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料を酸素もしくは酸素富化空気で燃焼
   する酸素バーナにおいて、バーナの中心部を３重管ノズ
   ルで構成し、該３重管ノズルを中心側より１次酸素ノズ
   ル、燃料ノズル、水蒸気ノズルとすると共に、該水蒸気
   ノズルの先端側の外周に設けたバッフルに複数の２次酸
   素ノズルを配設したことを特徴とする酸素バーナ。
2. 【請求項２】 前記水蒸気ノズルの先端に複数の遮蔽板
   を設けたことを特徴とする請求項１記載の酸素バーナ。