JPH06159613A

JPH06159613A - 低ＮＯｘ燃焼法及びそのバーナ

Info

Publication number: JPH06159613A
Application number: JP33488292A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Tanaka; 良一田中; Mamoru Matsuo; 護松尾; Atsushi Sudo; 淳須藤; Hitoshi Yahara; 仁矢原; Masao Kawamoto; 雅男川本; Hirokuni Kikukawa; 裕邦菊川; Takeshi Tada; 健多田; Toyokazu Teramoto; 豊和寺本; Shunichi Akiyama; 俊一秋山; Yukio Ishiguchi; 由紀男石口
Original assignee: Nippon Furnace Co Ltd; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: Nippon Furnace Co Ltd; JFE Engineering Corp
Priority date: 1992-11-24
Filing date: 1992-11-24
Publication date: 1994-06-07
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: JP2788698B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】従来の燃料二段燃焼法よりも、より低ＮＯｘ
化を可能とする。【構成】燃焼ガスの熱で加熱された蓄熱体を通して燃
焼用空気を供給するようにした蓄熱型バーナシステムを
少なくとも１組設置し、蓄熱体を通過したほぼ全量の通
常燃焼の場合よりも高温の燃焼用空気Ａをバーナスロー
ト６から噴射すると共にバーナスロートの内周面に向け
た一次燃料ノズル１を開口すると共にスロート６とほぼ
平行でかつ炉内側に直接二次燃料Ｆ₂を噴射する二次燃
料ノズル２を設置し、高温の燃焼用空気Ａの流れの周り
から一次燃料Ｆ₁を噴射して燃焼用空気Ａの周りに一次
火炎Ｂ₁を形成し、その外側に平行に噴射される二次燃
料を燃焼用空気から遮断し、一次燃料を超空気過剰状態
で燃焼させてからこの一次火炎中のＮＯｘを二次燃料で
還元すると共に炉内において高温の燃焼用空気と二次燃
料とを緩慢に混合させて二次燃焼Ｂ₂を起こさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低ＮＯｘ燃焼法及びそ
れを実施するバーナに関する。更に詳述すると、本発明
は、燃料を二段供給する低ＮＯｘ燃焼法及びバーナの改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より低ＮＯｘ燃焼法として、燃料を
二段階に分けて供給し燃焼させる方法は知られている
（以下この燃焼法を二段燃料燃焼法という）。この二段
燃料燃焼法は例えば図４に示すように、バーナスロート
１０３の中央に１本の一次燃料ノズル１０１を配置し、
その周りに一次燃料を包むように全量の燃焼用空気を噴
射して一次火炎を形成し、バーナスロート１０３の出口
において二次燃料ノズル１０２から前述の一次火炎に向
けて二次燃料を噴射するようにしている。そして、全量
の燃焼用空気によって一次燃料を空気過剰状態で一次燃
焼させ、そこに二次燃料を噴射して一次火炎の中のＮＯ
ｘを部分的に還元した後、更に下流で一次火炎中に残留
する燃焼用空気と二次燃料とを接触させて二次燃焼させ
るようにしたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の燃焼法およびバーナによると、燃焼用空気は一次火
炎の周りを包むようにしてバーナスロート１０３から噴
射されるため、バーナスロート１０３から噴射されるの
と同時に広がり、噴射直後の二次燃料と直接接触してこ
の部分で燃焼反応を起こしてしまう。即ち、二次燃料の
一部は一次火炎に触れる前にバーナスロート１０３から
漏れた燃焼用空気と直接接触して二次燃焼を開始するた
め、一次火炎中のＮＯｘの還元には使われず還元作用が
実際には十分行なわれていない問題を含んでいる。これ
でも、通常の燃焼法に比べると、濃淡燃焼による低ＮＯ
ｘ化には寄与しているが、未だ改善の余地がある。

【０００４】本発明は、従来の燃料二段燃焼法よりも、
より低ＮＯｘ化に寄与できる低ＮＯｘ燃焼法及びバーナ
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の低ＮＯｘ燃焼法は、通常燃焼の場合よりも
高温の燃焼用空気をバーナスロートにほぼ全量供給する
と共に前記バーナスロート内で燃焼用空気の流れの周り
から燃焼用空気に向けて一次燃料を噴射して燃焼用空気
の流れの周りに一次火炎を形成する一方、この一次火炎
の外側でかつバーナスロートとほぼ平行に二次燃料を炉
内に直接噴射し、炉温が低いときあるいはバーナ立ち上
げ時には一次燃料割合を多くし、炉温が高いときあるい
はバーナ立ち上げ後には二次燃料割合を多くする一方、
一次燃焼ガスと燃焼用空気とが混合した高温の低酸素空
気と二次燃料の炉内における混合を緩慢なものとするよ
うにしている。

【０００６】また、本発明の低ＮＯｘバーナは、蓄熱体
を通して燃焼用空気の供給及び燃焼ガスの排出を行いか
つ蓄熱体に対する燃焼ガス及び燃焼用空気の流れを相対
的に切り替えて燃焼ガスの熱で加熱された蓄熱体を通し
て燃焼用空気を供給するようにした蓄熱型バーナシステ
ムを少なくとも１組設置し、蓄熱体を通過したほぼ全量
の燃焼用空気をバーナスロートから噴射すると共にバー
ナスロートの内周面にスロート中心軸に噴射軸を向けた
一次燃料ノズルを開口すると共にスロートとほぼ平行で
かつ炉内側に直接二次燃料を噴射する二次燃料ノズルを
設置するようにしている。

【０００７】

【作用】したがって、ほぼ全量の燃焼用空気はその周囲
から噴射される一次燃料によって包まれてバーナスロー
トから炉内へ噴射され、バーナスロートに沿った一次火
炎を形成する。燃焼用空気と炉内に直接噴射される噴射
直後の二次燃料とは一次火炎で遮断され直に接触するこ
とがない。そこで、一次火炎の外からバーナスロートと
ほぼ平行に噴射される二次燃料は一次火炎の表面をなめ
るようにして一次火炎中のＮＯｘを還元する。そして、
一次燃焼ガスと燃焼用空気とが混合した高温の低酸素空
気とこの流れに誘引同伴される二次燃料とは、一次燃料
と比べて極めて緩やかに炉内のいずこかで混合する。し
かし、燃焼用空気は極めて高温（例えば１０００℃近い
あるいはそれ以上）であることから、通常燃焼（空気温
度は高くしても４００〜５００℃）の場合より極めて燃
焼速度が早く、混合と同時に燃焼する緩慢燃焼を起こ
す。

【０００８】しかも、炉温が低い時あるいはバーナ立上
げ時には一次燃料割合が多めにされることから、バ−ナ
スロートから流出する高温の一次燃焼ガスと燃焼用空気
の混合した低酸素空気によって二次燃焼の着火安定性が
確保される。また、炉温が高いときあるいはバーナ立上
げ後には燃焼用空気そのものの温度がきわめて高温とな
ることから、一次燃料割合を通常の燃料二段燃焼より極
めて少なくしても確実に高温熱風下に緩慢燃焼を行う。

【０００９】

【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。

【００１０】図１に本発明の低ＮＯｘ燃焼法の原理図を
示す。この低ＮＯｘ燃焼法は、燃料供給を一次と二次に
分け、バーナスロートから噴出させる熱風としたほぼ全
量の燃焼用空気Ａに対しバーナスロートの途中で高温燃
焼用空気Ａの周りから一次燃料Ｆ₁を噴射した後に、バ
ーナスロートの外で燃焼用空気Ａの流れとほぼ平行に二
次燃料Ｆ₂を炉内に直接噴射する。ここで、バーナスロ
ートに供給される燃焼用空気量をほぼ全量と表現したの
は、燃焼用空気の一部（通常数％程度）が常温のまま二
次燃料ノズル４の冷却用空気として使用される場合があ
るからである。しかし、実質的に全量となる燃焼用空気
Ａに対し一次燃料Ｆ₁が噴射されていると言える。ま
た、本明細書において熱風とは通常燃焼の場合の燃焼用
空気の温度（高くとも４００℃〜５００℃）よりもはる
かに高い温度例えば８００℃程度以上のものをいう。こ
の熱風は通常レキュペレータや蓄熱ベッド、熱交換器な
どを利用して得られる。また、一次燃料Ｆ₁と二次燃料
Ｆ₂との分配比は特に限定されるものではないが、バー
ナ立ち上げ時あるいは炉温が低いときには一次燃料割合
を多くしているが、バーナ立ち上がり後あるいは炉温が
高いときには二次燃料割合を多くする。例えば、炉温が
低いときなどには一次燃料を５０〜１００容量％とし、
炉温が高いときなどには一次燃料１０容量％〜２０容量
％に対し、二次燃料９０容量％〜８０容量％の範囲に設
定されることが好ましい。

【００１１】更に詳述すれば、本発明の低ＮＯｘ燃焼法
においては、まず、図１に示すように、バーナスロート
６の途中においてバーナスロート６内の高温の燃焼用空
気Ａの流れの周りからこの高温燃焼用空気Ａの流れに向
けて一次燃料Ｆ₁を噴射する。高温の燃焼用空気Ａと一
次燃料Ｆ₁とはバーナスロート６から炉内１０へ噴射さ
れ高温燃焼用空気Ａの周りに一次火炎Ｂ₁を形成する。
一次燃料Ｆ₁の噴射は、少なくとも１箇所以上のノズ
ル、好ましくはバーナスロート６の内周面上に均等に配
置された複数のノズル１，…，１から行なわれる。次い
で、この一次火炎Ｂ₁の外側からバーナスロート６とほ
ぼ平行に二次燃料Ｆ₂を直接炉内１０に噴射する。二次
燃料Ｆ₂はバーナスロート６とほぼ平行にかつその外か
ら噴射されるため一次火炎Ｂ₁によって中央の燃焼用空
気Ａの流れから遮断される。このため、一次火炎Ｂ₁の
表面と接触する二次燃料Ｆ₂は、残存酸素量が過少状態
の一次火炎Ｂ₁中においてＮＯｘを還元する。そして、
二次燃料Ｆ₂は一次火炎Ｂ₁よりも下流において、一次
火炎Ｂ₁を貫通した高温燃焼用空気Ａと接触して緩慢に
混合される。しかし、燃焼用空気Ａは極めて高温（燃焼
ガス温度に近い１０００℃程度）であるため、容易に二
次燃焼を起こす。しかも、一次火炎Ｂ₁が火種として存
在するため、安定して二次燃焼・緩慢燃焼を起こす。こ
こで、二次燃料ノズル４の開口部周辺にはバーナタイル
２０によって凹部２１が形成され、一次火炎Ｂ₁の保炎
性がより高められる。即ち、一次火炎Ｂ₁でバーナスロ
ート６から噴射される高温燃焼用空気Ａを二次燃料Ｆ₂
から遮断して、二次燃料Ｆ₂によるＮＯｘの還元を行な
ってから緩慢燃焼によって完結燃焼を行なわせるように
している。Ｂ₂は二次火炎である。

【００１２】図２に本発明の低ＮＯｘ燃焼法を実施する
バーナの一実施例として蓄熱型バーナに適用した場合を
示す。この低ＮＯｘ蓄熱型バーナは、２台で１組のバー
ナ１９ａ，１９ｂを交互に切替えて燃焼させるもので、
燃料を一次燃料ノズル１と二次燃料ノズル２から分けて
噴射する燃料供給系４と、蓄熱体１１を通して高温の燃
焼用空気を得てこれをバーナスロート６に全量供給する
燃焼用空気供給系１３及び炉内１０の燃焼ガスを休止中
のバーナの蓄熱体１１を通過させて排出する排気系１４
とを有する。尚、本実施例の場合、蓄熱体１１に対する
燃焼ガス及び燃焼用空気の流れは四方弁１５で切り替え
ている。また、燃料は、１組の電磁弁５ａ，５ｂによっ
て一次燃料と二次燃料とに分配されて供給される。

【００１３】この蓄熱型バーナシステムは、蓄熱体１１
を内蔵するダクト１２をバーナボディ８に連結した２台
のバーナ１９ａ，１９ｂを組合せ、一組のバーナ１９
ａ，１９ｂを交互に燃焼させると共に燃焼させていない
休止中のバーナ１９ａあるいは１９ｂのバーナスロート
６、バーナボディ８及び蓄熱体１１を通して燃焼ガスを
排出するように設けられている。即ち、２基のバーナ１
９，１９に燃焼用空気Ａを供給する燃焼用空気供給系１
３及び燃焼ガスを排出する燃焼ガス排気系１４を各バー
ナ１９ａ，１９ｂにそれぞれの蓄熱体１１を経て選択的
に接続可能とし、一方のバーナ１９ａあるいは１９ｂに
は蓄熱体１１を通して燃焼用空気の供給を図ると共に他
方のバーナ１９ｂあるいは１９ａからは蓄熱体１１を通
して燃焼ガスの排出を図るように設けられている。燃焼
ガス排気系１４と燃焼用空気供給系１３とは四方弁１５
と配管１８，１８によって、選択的にいずれか一方のバ
ーナ１９の蓄熱体１１に接続され、例えば押し込みファ
ン１６によって昇圧された燃焼用空気が加熱された蓄熱
体１１を経てバーナ１９ａ若しくは１９ｂに供給される
と同時に例えば誘引ファン１７によって炉内１０の燃焼
ガスが休止中のバーナ１９ａ若しくは１９ｂから吸引さ
れ冷えた蓄熱体１１を経て大気中に排出される。

【００１４】また、蓄熱体１１としては、通常、比較的
圧力損失が低い割りに熱容量が大きく耐久性の高い材料
例えばセラミックスで成形されたハニカム構造のセル孔
を多数有する筒体の使用が好ましいが、特にこれに限定
されるものではなく他の材料あるいは構造から成る蓄熱
体を使用しても良い。例えば、セラミックのボールを充
填したものや更に低温炉に用いる場合には耐熱性の金属
ハニカムなどを使用することができ、蓄熱の用途に適す
ものならどのようなものでも可能である。また、蓄熱体
１１はバーナボディ８内に充填しても良い。

【００１５】一次燃料ノズル１は、本実施例の場合、バ
ーナスロート６の途中でバーナスロート６を構成する耐
火断熱材に埋設されてスロート中心軸と交わる方向に開
口され、バーナスロート６を流れる高温燃焼用空気Ａの
周りに一次燃料Ｆ₁を噴射するように設けられている。
一次燃料ノズル１は環状ヘッダ３ａを介して燃料供給系
４に連結されている。また、一次燃料ノズル１の噴射角
度は、特に限定されるものではないが、通常４５°程度
の角度に設定されている。また、一次燃料ノズル１の数
は、特に限定されるものではないが、本発明者等による
実験では少なくとも８本以上設けた場合に高温燃焼用空
気Ａを二次燃料Ｆ₂から遮断する効果が高かった。勿
論、一次燃料ノズル１の設置数は多いほど軸対称の一次
火炎Ｂ₁がバ−ナスロート内に形成されて好都合である
が一次燃料Ｆ₁の噴射流速を適当に選べば一本でも実用
上問題を生じない。但し通常は二本以上にすることが望
ましく、更には二次燃料ノズル２の上流に配置されるこ
とが一次火炎Ｂ₁の遮断効果を高める上で好ましい。少
なくとも２本以上あれば遮断が可能である。更に噴射孔
の数を増やして一次火炎数を多数本にすると、１本当り
の火炎が小さくなって火炎の比表面積が増加するため、
熱が火炎内にこもらずに火炎温度を下げＮＯｘの発生を
抑制することができる。このことは二次燃料ノズル２に
ついても同様である。尚、図示していないが、各バーナ
１９ａ，１９ｂの一次燃料ノズル１の近傍には、通常電
気着火式のパイロットバーナなどの付帯設備が装備さ
れ、燃焼の切り換え毎に毎回点火される。そして、各バ
ーナ１９ａ，１９ｂには火炎監視装置７が設けられ、切
り換え毎に点火が確実に行われたことを確認し安全性を
確保するように構成されている。また、燃焼用空気供給
ラインには必要に応じて蒸気あるいは水が注入可能に設
けられ、燃焼用空気の予熱に伴うＮＯｘ抑制を図ること
がある。

【００１６】二次燃料ノズル２は、バーナスロート６を
構成する耐火断熱材に埋設されてバーナスロート６の端
面から炉内１０に直接燃料を噴出するように１本以上好
ましくは複数本が配置されている。例えば本実施例の場
合、環状ヘッダ３ｂで連結された４本の二次燃料ノズル
２，…，２がバーナスロート６と同心状に等間隔で配置
されている。二次燃料ノズル２の本数は特に限定を受け
るものではないが、本発明者等の実験によると、４本〜
８本の範囲で等間隔に設けたときに特にＮＯｘの低減に
効果がみられた。この二次燃料ノズル２は、その噴射軸
がバーナスロート６と平行あるいはややバーナスロート
６側に傾けて開口されている。この二次燃料ノズル２も
一次燃料ノズル１と同様に燃料供給ヘッダー３に接続さ
れている。尚、図示していないが、二次燃料ノズル２と
バーナスロート６を構成する耐火断熱材との間にわずか
な隙間を設けて全燃焼用空気量の一部（例えば数％相
当）を蓄熱体を通さずに常温のまま流すことによって二
次燃料ノズル２を冷却することもある。尚、二次燃料Ｆ
₂の噴射流速は適当な範囲ならどの様な流速であっても
構わないが、バ−ナスロート６から流出する空気流速と
ほぼ同流速としたときが最も火炎が長くなることから、
同一流速よりやや遅い流速例えば０．３倍から０．８倍
ぐらいであることが好ましい。したがって二次燃料Ｆ₂
は空気流の外周から供給され、空気流の同伴力によって
誘引混合され二次火炎を形成する。

【００１７】バーナタイル２０は図に示すようにバーナ
スロート６より口径を大きくして、このバ−ナタイル２
０とバ−ナスロート６の段差部分の凹部２１に二次燃料
ノズル２が開口するように設けられている。バ−ナスロ
ート６は、図に示すように平行に開口したものの他に、
ややらっぱ状に広がったものでも構わない。この場合に
も炉内熱輻射が直接二次燃料ノズル２の先端にかかるの
を防ぐと共に火炎安定性（保炎性）にも寄与する。図中
に示したバ−ナタイル２０はバ−ナ１９ａ，１９ｂと別
体で構成されているが一体でも構わない。さらに、バ−
ナ１９ａ，１９ｂとは別体であっても、炉内壁９と一体
の構造でも構わない。

【００１８】以上のように構成されたバーナによれば次
のようにして低ＮＯｘ燃焼を実現できる。

【００１９】まず、一対の蓄熱型バーナ１９ａ，１９ｂ
を交互に燃焼させ、その燃焼ガスを燃焼させていないバ
ーナの燃焼ガス排気系１４から排気し、蓄熱体１１で燃
焼ガスの顕熱を回収する。炉内１０で発生した燃焼ガス
のほぼ全量は休止中のバーナ１９ｂ若しくは１９ａ蓄熱
体１１を通過して炉外へ排出される。この時、燃焼ガス
の顕熱は、排気側のバ−ナに内装されあるいは近接して
設けられた蓄熱体１１に蓄えられる。したがって蓄熱体
１１を通過した排ガスの温度は切り換え直後は極めて低
い。しかし時間の経過と共に蓄熱体１１の温度が上がっ
てくるので、この排ガス温度も上がってくる。そこで、
排ガス温度が或る温度（例えば２００℃）まで上がった
とき、あるいは切り換え後ある一定時間（約１分以内、
より好ましくは４０秒程度）経過したときに、再度流れ
を切り換えて今まで燃焼していた側のバ−ナから排気
し、排気していた側のバ−ナを燃焼させる。燃焼用空気
Ａは、充分熱が蓄えられた蓄熱体１１を通ってバ−ナ１
９ａあるいは１９ｂに供給されるので極めて高温とな
る。切り換え時間を蓄熱体１１の熱容量に見合ったもの
として運転することにより熱風温度はほぼ燃焼排ガスの
温度と同程度にすることができる。

【００２０】しかし、バーナ１９ａ，１９ｂの立ち上が
り時には、炉温が低いことから炉内の燃料排ガス温度も
低くなる。このため、蓄熱体１１が十分に温まらず、熱
風温度も低い。そこで、このバーナ立ち上げ時あるいは
炉温が低い時には一次燃料割合を多くして、例えば全燃
料量の５０％から１００％として運転する。これにより
バ−ナスロート６から流出する燃焼用空気は、空気とい
うよりは酸素を多量に含んだ高温燃焼ガスとなる。この
ため、二次燃料は通常燃焼の場合の燃焼用空気（高くて
も４００〜５００℃）よりも極めて高温の燃焼ガスに同
伴誘引されて容易に燃焼する。

【００２１】そして、炉温が高まりバーナの立ち上がり
が完了すると、一次燃料Ｆ₁を少なくし、二次燃料Ｆ₂
を圧倒的に多くする。例えば、一次燃料量を全燃料量の
２０容量％かそれ以下として運転する。この場合は、バ
−ナスロートから流出する空気流は極めて高温熱風であ
ることから二次燃料との混合は穏やかなものであっても
混合と同時に燃焼する。いわゆる緩慢燃焼を起こす。そ
して、ＣＯ，スス等を発生することなく完全燃焼する。
また、高温熱風は同じ質量流量であっても低温の時より
ボリュームが増加するのでモーメンタムが増加し炉内排
ガスの同伴誘引量も増加する。このため、火炎内に局部
高温部が形成されずより一層低ＮＯｘとなる。一次燃料
ノズル１から噴射された一次燃料Ｆ₁は高温の燃焼用空
気の流れのモーメンタムによってバーナスロート６の出
口部に押し流されると同時に燃焼し、超過剰空気比の一
次火炎Ｂ₁を高温の燃焼用空気Ａのまわりに形成する。
例えば、一次燃料／二次燃料の比が２０／８０の場合、
バーナスロート６から燃焼用空気Ａのほぼ全量が入るた
め、一次燃料Ｆ₁は理論空気量の５倍の空気比率で燃焼
することになる。一次火炎Ｂ₁は、この超過剰空気比
と、あるいは必要に応じて設けられるマルチノズルによ
る火炎温度の冷却効果によって、発生ＮＯｘ量を最小限
にとどめることが可能となる。

【００２２】一方、燃焼用空気Ａは、バーナスロート６
から噴射されたときその周りに一次火炎Ｂ₁が形成され
るため、一次火炎Ｂ₁の外に噴射される二次燃料Ｆ₂と
は噴射直後に接触することがない。そこで、一次火炎Ｂ
₁の外から噴射される二次燃料Ｆ₂は一次火炎Ｂ₁の表
面で一次火炎Ｂ₁中のＮＯｘを還元する。即ち、一次燃
焼の結果、一次火炎の外周の残存Ｏ₂濃度は極度に減少
し、続いて炉内１０側で噴射される二次燃料Ｆ₂はこの
過少Ｏ₂の薄膜燃焼ガスに最初に接触するため急激な酸
化反応が抑制されると同時に一部ＮＯｘの還元反応を促
す。

【００２３】その後、未燃の二次燃料Ｆ₂と燃焼用空気
Ａとは炉内１０に拡がって一次火炎Ｂ₁の下流において
接触し、緩慢に混合される。このとき、燃焼用空気Ａと
二次燃料Ｆ₂はその流速を急速に低下させかつ混合領域
を広範囲に拡大していることから、通常燃焼では燃焼し
難い条件である。しかし、燃焼用空気Ａそのものが１０
００℃程度の高温であるため、通常燃焼時よりも極めて
燃焼温度が早くこのような条件でも燃料が空気と混合さ
えすれば直ちに容易に燃焼する。即ち、二次燃焼・緩慢
燃焼する。しかも、一次火炎が火種として存在するた
め、確実に緩慢燃焼を起こす。これによって、二次燃料
Ｆ₂がＮＯｘの発生を抑制して燃焼する。

【００２４】ここで、燃焼中のバ−ナスロート６内は、
炉温が高いときは高温熱風が流れ、一次燃料ノズル１か
ら噴射された一次燃料Ｆ₁と混合して一次火炎Ｂ₁を生
ずる。また排気孔として作用するときは、高温燃焼ガス
が流れる。したがって、スロート内温度はかなり高温と
ならざるを得ないが、一次燃料ノズル１はバーナスロー
ト６を構成する耐火断熱材に埋設されて設けられている
ので、高温の熱輻射を受けるのはノズル先端だけであ
り、燃焼中はノズル内を流れる燃料自身によって冷却さ
れる。排気孔として作用しているときも、ノズルを伝わ
って、即ち熱伝導で拡散するので、ノズル焼損までには
至らない。二次ノズルも同様にバ−ナスロートを構成す
る耐火断熱材に埋設されているので、焼損の恐れは極め
て小さい。仮に炉温が極めて高く焼損の恐れが高い場合
は、二次燃料ノズル２の先端は、耐熱性に優れることが
特徴のセラミックで構成することも可能である。

【００２５】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば本発明のバーナは、バーナスロートが円筒形
状のものに特に限定されるものではなく、矩形状のバー
ナスロートのバーナに適用することにより偏平な火炎に
ついても低ＮＯｘ燃焼を実現させることができる。ま
た、本実施例では、燃焼と排気の切り換えに四方弁と電
磁弁の組合せを示したが、各々切り換え弁を２台ずつ、
合計４台の切り換え弁を用いても構わないし、三方切り
換え弁を２台とすることもできる。同様に燃料切り換え
手段として電磁弁に代えて三方弁を用いることもできる
し、切り換え弁とバ−ナの間に一次燃料と二次燃料の比
率設定器を挿入することもできる。また、排気ブローワ
ーは必ずしも必要ではなく密閉性の高い炉、例えばボイ
ラー等では不要となる場合もある。更に本実施例では、
バ−ナは独立して二台設置しているが、実質的に二台を
構成する一台のバ−ナとすることも可能である。即ち、
一台のバ−ナの内部が仕切り壁によって隔絶されてい
て、各々に、蓄熱体、一次／二次ノズル、バ−ナスロー
トを有したごときものでも構わない。

【００２６】また、蓄熱型バーナシステムは、燃焼する
バーナを一定とし、蓄熱体を燃焼用空気供給系と排気系
との間で回転させることによって、蓄熱体に対する燃焼
ガス及び燃焼用空気の流れを相対的に切り替えるように
しても良い。例えば、図３に示すように、１つのバーナ
３１と、１つの排気用ポート３５と、バーナ３１に燃焼
用空気を供給する燃焼用空気供給系（ダクト）３４と、
排気用ポート３５と連結されて炉内の燃焼排ガスを抜き
出して大気中などに排気する排気系（ダクト）３３と、
燃焼用空気供給系３４と排気系３３とに跨って配置され
る回転型蓄熱体３２とで構成した蓄熱型バーナシステム
を採用しても良い。回転型蓄熱体３２は、円盤状を成
し、その中心に配置された回転軸３７を中心に耐熱性金
属等からなるケーシング３８内で回転するように設けら
れている。ケーシング３８は回転軸３７を通過する径方
向の仕切り３９によって２つのパート４０ａ，４０ｂに
区分され、一方のパート４０ａが燃焼用空気供給系３４
のダクトに、他方のパート４０ｂが排気系３３のダクト
にそれぞれ連通され、燃焼用空気供給系３４と排気系３
３の一部をそれぞれ構成している。したがって、蓄熱体
３２は排気系３３を経て排出される燃焼排ガスによって
加熱され、燃焼排ガスとほぼ同じ位の高温とされてから
燃焼用空気供給系３４のパート４０ａに移り燃焼用空気
と接触する。そして、燃焼用空気を燃焼排ガスより僅か
に低い温度まで加熱する。また、排気用ポート３５は、
例えば炉体３６に穿孔されたバーナ取付用の孔あるいは
それに装着される耐火物の筒等によって構成されてい
る。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の低ＮＯｘ燃焼法及びバーナは、通常燃焼の場合よりも
高温の燃焼用空気の流れの周りから一次燃料を噴射して
燃焼用空気の周りに一次火炎を形成し、この一次火炎に
よってその外側に平行に噴射される二次燃料を燃焼用空
気から遮断するようにしているので、一次燃料を超空気
過剰状態で燃焼させた後、この一次火炎中のＮＯｘを二
次燃料で還元し、更にその後炉内において高温の燃焼用
空気と二次燃料とを緩慢に混合させて二次燃焼を起こさ
せることができる。一次火炎は超空気過剰状態での燃焼
のためＮＯｘの発生が抑制される上に、二次燃料による
還元作用によって更にＮＯｘが低減される。また、二次
燃料は高温の燃焼用空気とで安定して緩慢燃焼するた
め、ＮＯｘの発生が抑制される。依って、全体としてＮ
Ｏｘの発生を従来よりも大幅に低減できる。

【００２８】しかも、炉温が低い時には、一次燃焼割合
を多くすることにより、バ−ナスロートから流出する燃
焼用空気と一次燃焼ガスの温度が高温に保たれ、また炉
温が高く燃焼用空気温度が高温の時には一次燃焼割合を
きわめて低率としても、高温熱風燃焼であることから、
二次燃料との混合がかなり緩慢なものであってもＣＯ、
スス等を発生することなく安定燃焼する。これは、高温
熱風燃焼では通常燃焼（空気温度は高くても４００〜５
００℃）の場合より、極めて燃焼速度が早いので燃料は
空気と混合しさえすれば直ちに燃焼するからである。

【００２９】更に、熱風化した燃焼用空気の大きなモー
メンタムに起因する炉内排ガス自己再循環の効果によっ
ても低ＮＯｘ性が高められている。

【００３０】また、一次燃料ノズル及び二次燃料ノズル
がバ−ナスロートを構成する耐火断熱材に埋設されてい
る場合、バ−ナスロート内を流れる高温燃焼ガス及び高
温熱風にさらされることがないので、高温下での酸化消
耗即ち焼損を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低ＮＯｘ燃焼法の原理図である。

【図２】本発明の低ＮＯｘバーナ燃焼法を実施する蓄熱
型低ＮＯｘバーナの一実施例を示す説明図である。

【図３】蓄熱型低ＮＯｘバーナの他の実施例を示す説明
図である。

【図４】従来の二段燃焼による低ＮＯｘバーナの原理図
である。

【符号の説明】

１一次燃料ノズル２二次燃料ノズル６バーナスロートＦ₁ 一次燃料Ｆ₂ 二次燃料Ａ高温燃焼用空気Ｂ₁ 一次火炎Ｂ₂ 二次火炎（緩慢燃焼）２１凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者須藤淳神奈川県横浜市鶴見区尻手２丁目１番53号日本ファーネス工業株式会社内 (72)発明者矢原仁神奈川県横浜市鶴見区尻手２丁目１番53号日本ファーネス工業株式会社内 (72)発明者川本雅男神奈川県横浜市鶴見区尻手２丁目１番53号日本ファーネス工業株式会社内 (72)発明者菊川裕邦神奈川県横浜市鶴見区尻手２丁目１番53号日本ファーネス工業株式会社内 (72)発明者多田健東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者寺本豊和東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者秋山俊一東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者石口由紀男東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者佐々木健人東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通常燃焼の場合よりも高温の燃焼用空気
をバーナスロートにほぼ全量供給すると共に前記バーナ
スロート内で前記燃焼用空気の流れの周りから前記燃焼
用空気に向けて一次燃料を噴射して前記燃焼用空気の流
れの周りに一次火炎を形成する一方、この一次火炎の外
側でかつ前記バーナスロートとほぼ平行に二次燃料を炉
内に直接噴射し、炉温が低いときあるいはバーナ立上げ
時には一次燃料割合を多くし、炉温が高いときあるいは
バーナ立上げ後には二次燃料割合を多くする一方、一次
燃焼ガスと燃焼用空気とが混合した高温の低酸素空気と
二次燃料の炉内における混合を緩慢なものとしたことを
特徴とする低ＮＯｘ燃焼法。
【請求項２】蓄熱体を通して燃焼用空気の供給及び燃
焼ガスの排出を行いかつ前記蓄熱体に対する燃焼ガス及
び燃焼用空気の流れを相対的に切り替えて燃焼ガスの熱
で加熱された蓄熱体を通して燃焼用空気を供給するよう
にした蓄熱型バーナシステムを少なくとも１組設置し、
前記蓄熱体を通過したほぼ全量の燃焼用空気をバーナス
ロートから噴射すると共に前記バーナスロートの内周面
にスロート中心軸に噴射軸を向けた一次燃料ノズルを開
口すると共に前記スロートとほぼ平行でかつ炉内側に直
接二次燃料を噴射する二次燃料ノズルを設置したことを
特徴とする低ＮＯｘバーナ。
【請求項３】一次燃料ノズルがバ−ナスロートを構成
する耐火断熱材に埋設されて前記バーナスロートの中心
軸と交わる方向に開口させて設置する一方、二次燃料ノ
ズルが前記バ−ナスロートを構成する耐火断熱材に埋設
されて前記バ−ナスロートの開口端面から炉内に向けて
開口させて設置することを特徴とする請求項２記載の低
ＮＯｘバーナ。
【請求項４】バ−ナタイルの口径がバ−ナスロートの
それよりも大きく、前記バ−ナスロートと前記バ−ナタ
イルとの段差部分に二次燃料ノズルが開口していること
を特徴とする請求項３記載の低ＮＯｘバーナ。