JPS599003B2 - 窒素酸化物の抑制方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はノズルプレートの内域からガス、外域から燃
焼空気をそれぞれ高速噴射する工業炉用ガスバーナーに
おいて、液体微粒子を燃焼空気と混合する前のガス噴流
中に強制混合する前に、噴水系統が炉内高温ガスの影響
を受けることなく円滑に噴射され、かつ水性ガス化反応
が行なわれるようにして燃焼時に発生する窒素酸化物を
効果的に抑制する方法および装置に関する。

従来、工業炉用ガスバーナーの燃焼時に発生する窒素酸
化物の抑制手段として、加圧した水蒸気または水を通す
内管と、燃料を通す外管のそれぞれに噴出口を設ける２
重管バーナーにおいて、内管に設ける噴出口を外管に設
ける噴出口と近接して、バーナーの長手力向に対し直角
又は直角に近い角度で開口せしめてなるバーナーを、前
方固囲にバーナータイルを備えた加熱炉に装着したもの
がある（実願昭４９−１０５２６６号（実開昭５１−３
１８３４号）の願書に添付した明細書及び図面の内容を
撮影したマイクロフイルム参照）。

このものは燃焼空気と混合する前のガス噴流中に液体の
微粒子を強制混合させることによって燃焼排ガス中の窒
素酸化物を除去するものであるとはいえ、バーナー自体
は加熱炉中にむき出しの状態で突出させる構造としてお
り、しかも内管の噴出口から噴出する水量は極めて微量
である結果、噴出日付近の温度が炉内高温ガスによって
７００〜８００℃に熱せられると、噴出口からの水は高
温高圧水蒸気になりバックプレッシャーが働らき、水が
噴出しなくなる。

従って炉内温度が初期段階の比較的低温度下では、バー
ナーの内管から水が円滑に噴出するが、炉内が高温下で
は水の噴出機能が著しく低下し使用困難となるか、或い
はこれを解消するために多量の高圧噴水を行なう必要が
あり、微粒子の粒度も大きくなり熱効率を著しく下げた
り、又ガスとの混合により着火不良となる等窒素酸化物
抑制以前の問題が生ずること５なる。

この発明は上記の点に鑑みてなされたものでその目的と
するところは、ノズルプレートの内域からガス、外域か
ら燃焼空気をそれぞれ高速噴射する工業炉用ガスバーナ
ーにおいて、液体微粒子を燃焼空気と混合する前のガス
噴流中に強制混合する前に、噴水系統から噴出する高速
旋回流の液体を狭窄状の噴射空気膜にて炉内高温ガスか
ら効果的に保護する一方、前記旋回流の液体を一層微粒
化すると５もに十分攪拌混合されて水性ガス化を図り、
炉内高温下においてもバックプレッシャー等が働らくこ
となく噴水系統を円滑に機能させ、燃焼時に発生する窒
素酸化物を効果的に抑制する方法及びその装置を提供す
ることにある。

以下、本発明を図面に基いて説明する。

図において１はノズルプレートで、その内域にはガスａ
の噴射口２が、外域には燃焼空気ｂの噴射口３がそれぞ
れ設けられている。

前記ガスａの噴射口２は外方に傾斜し、燃焼空気ｂの噴
射口３は内方に傾斜する如く設けられ、これら噴射口２
，３から噴射されたガスａおよび燃焼空気ｂは混合せら
れ、パイロットバーナー（図示せず）により着火するこ
とにより火焔を形成する。

４はノズルプレート１の中心部に、該プレート１と直交
する如く該プレートの内側から嵌着した管状の伝熱部材
である。

伝熱部材４はその肉厚内の同心田上に所定間隔をおいて
軸線に沿って複数の空気通路を形成するとトもに、各対
応する空気通路と連通ずる伝熱部材４の前端面に複数の
空気噴出口４′を設ける。

しかして伝熱部材４の前端面に同心田上に配した複数の
空気吐出口４′からは前記燃焼空気ｂの一部ｂ′が内方
に向け狭窄状に噴射して噴射空気膜を形成し、該空気膜
が後述する高速旋回流の微粒状液体を炉内高温ガスから
有効に保護しバックプレッシャーが働らかないようにす
るものである。

噴射空気膜は伝熱部材の空気通路を通る過程で熱せられ
、さらに炉内高温ガスにより熱せられるとはいえ、連続
的に噴射して一種のエアーカーテンの役割を果すもので
あるから炉内温度に比べはるかに低く、バックプレッシ
ャーの発生を防ぐに十分な温度域であることを要する。

また空気吐出口４′と連通ずる空気通路の端部は前記ガ
スａの噴射口２に連通ずるガス流送管６内を縦通ずる空
気流送管７に連通する如くしている。

５は伝熱部材４内に一定の環状空隙Ｓを残し、かつ該伝
熱部材４より凹んだ位置に先端が位置するよう同心円状
に設けた液体ノズル体である。

液体ノズル体５の先端を伝熱部材４より凹ませたのは、
炉内高温ガスの熱的影響を少なくするためである。

該液体ノズル体５はその内部に液体Ｃを旋回させるため
のノズルピース９を設け、該ノズルピース９を通した旋
回流を微粒状に高圧噴射できる構造になっている。

そして液体ノズル体５の先端ノズルは該ノズルから噴射
する微粒状の液体が伝熱部材先端部内壁に向けて入・反
射し、該反射後の水性ガスが前記狭窄状の噴射空気膜を
突き破って燃焼空気と混合する前のガス噴流中に強制混
合するように形成されている。

また前記液体ノズル体５は前記空気流送管７内を縦通ず
る液体流送管８に連通している。

この液体流送管８はその先端部に設けた環状突起８′を
介して前記伝熱部材４の後部内壁に密接し、該環状突起
８′が空気流送管７にて流送された空気の漏出を防止す
ると５もに前記環状空隙Ｓのスペーサーを兼ね得るよう
になっている。

しかして液体ノズル体５内の液体Ｃはノズルピース９を
通って高速旋回し、液体ノズル体５の先端ノズルから微
粒状となって高速噴射し、該微粒状の液体が伝熱部材４
の先端部内壁に激しく当ってこ５で該微粒子をさらに一
層細かく破壊して極微細粒子（３０〜５０μ）となると
同時に伝熱部材４内壁からの熱を受けて高温化され、水
性ガス化することができる。

一方、該水性ガスはその外側周囲の空気吐出口４′から
狭窄状に噴出する噴射空気膜に覆われ炉内高温ガスから
保護されており、バックプレッシャーを発生させること
なく水性ガスが前記噴射空気膜を突き破って燃焼空気と
混合する前のガス噴流中に強制混合すること＼なる。

この発明は上記の説明から判るように、ノズルプレート
の内域からガス、外域から燃焼空気を高速噴射する工業
炉用ガスバーナーにおいて、前記ノズルプレートの中心
部の凹んだ位置から高速旋回流の液体を、ノズルプレー
トの中心部に嵌着した管状伝熱部材の先端部内壁に向け
て入・反射する如く微流状に高圧噴射せしめ、該反射時
に微粒化液体を高温化すると同時に一層微粒化して水性
ガス化する一方、前記伝熱部材の前端面から燃焼空気の
一部を内方に向け狭窄状に噴射して前記水性ガスを炉内
高温ガスから保護し、さらに反射後の水性ガスが前記狭
窄状の噴射空気膜を突き破って燃焼空気と混合する前の
ガス噴流中に強制混合することを特徴とする窒素酸化物
の抑制方法であるから、液体微粒子を燃焼空気と混合す
る前のガス噴流中に強制混合する前段において、噴水系
統から噴出する高速旋回流の液体を狭窄状の噴射空気膜
にて炉内高温ガスから効果的に保護する一方、前記旋回
流の液体を一層微粒化するとメもに十分攪拌混合されて
水性ガス化を図り、炉内高温下においてもバックプレッ
シャー等が働らくことなく噴水系統を円滑に機能させる
ことができる。

また前述の如く噴水系統はバックプレッシャーを受ける
ことがないために、従来のように噴水系統から多量に水
を高圧噴射させる必要がなく微量でよい結果、燃焼空気
と混合する前のガス噴流中には微量の水性ガスを混入さ
せることかでき、熱効率を低下させることがなく、しか
も着火不良も生ぜずに合理的に燃焼時の窒素酸化物を抑
制できる。

また、ノズルプレートの内域からガス、外域から燃焼空
気をそれぞれ高速噴射する工業炉用ガスバーナーにおい
て、前記ノズルプレートの中心部に管状の伝熱部材を嵌
着し、該伝熱部材の肉厚内の空気通路を通る燃焼空気の
一部が前方内方に向け狭窄状に噴射する如く伝熱部材の
前端面に複数の空気噴出口を設けるとともに、該伝熱部
材内に一定の環状空隙を残し、かつ該伝熱部材より凹ん
だ位置に先端が位置するよう同心円状に液体ノズル体を
設け、該液体ノズル体内に液体を旋回させるノズルピー
スを設け、さらに液体ノズル体の先端ノズルは該ノズル
から噴射する微粒状の液体が伝熱部材先端部内壁に向け
て入・反射し、該反射後の水性ガスが前記狭窄状の噴射
空気膜を突き破って燃称空気と混合する前のガス噴流中
に強制混合するように形成したことを特徴とする窒素酸
化物の抑制装置としたから、これによって上記効果を奏
する具体的手段が実現される上に、液体ノズル体の先端
が伝熱部材よりも凹んだ位置にあること５、伝熱部材前
端面の空気吐出口から狭窄状に噴射する空気噴射膜によ
って保護されること５が相俟って液体ノズル体は炉内高
温ガスによる熱的損傷を受けることなく長期使用が可能
となる。

実験例： 図面に示すノズルプレートを有する高速燃焼バーナー（
１ ４ ０，０ ０ ０ Ｋｃａｌ負荷）を用いて、
ノズルプレートの中心部から水を圧力２ ｋｇ／ｃｙａ
下に８４ ｃｃ／ｍｉｎの割合で微粒状に高速旋回流噴
射すると５もに、該プレートの内域から５， ０ ０
０ Ｋｃａｌのプロパンガスを、外域から燃焼空気をそ
れぞれ高速噴射し、前記プロパンガスが燃焼空気と混合
する以前に前記微粒状噴射水をプロパンガス中に強制混
合した。

この時の炉内温度における燃焼ガス中の窒素酸化物の低
減率は次の通りであった。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の装置の一例を示す断面図、第２図は
要部の拡大図である。 １・・・・・・ノズルプレート、２・・・・・・ガス噴
射口、３・・・・・・燃焼空気噴射口、４・・・・・・
伝熱部材、５・・・・・・ノズル体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ノズルプレートの内域からガス、外域から燃焼空気
   を高速噴射する工業炉用ガスバーナーにおいて、前記ノ
   ズルプレートの中心部の凹んだ位置から高速旋回流の液
   体を、ノズルプレートの中心部に嵌着した管状伝熱部材
   の先端部内壁に向けて入・反射する如く微粒状に高圧噴
   射せしめ、該反射時に微粒化液体を高温化すると同時に
   一層微粒化して水性ガス化する一方、前記伝熱部材の前
   端面から燃焼空気の一部を内方に向けて狭窄状に噴射し
   て前記水性ガスを炉内高温ガスから保護し、さらに反射
   後の水性ガスが前記狭窄状の噴射空気膜を突き破って燃
   焼空気と混合する前のガス噴流中に強制混合することを
   特徴とする窒素酸化物の抑制方法。 ２ ノズルプレートの内域からガス、外域から燃焼空気
   をそれぞれ高速噴射する工業炉用ガスバーナーにおりて
   、前記ノズルプレートの中心部に管状の伝熱部材を嵌着
   し、該伝熱部材の肉厚内の空気通路を通る燃焼空気の一
   部が前方内方に向け狭窄状に噴射する如く伝熱部材の前
   端面に複数の空気出口を設けるとともに、該伝熱部材内
   に一定の環状空隙を残し、かつ該伝熱部材より凹んだ位
   置に先端が位置するよう同心円状に液体ノズル体を設け
   、該液体ノズル体内に液体を旋回させるノズルピースを
   設け、さらに液体ノズル体の先端ノズルは該ノズルから
   噴射する微粒状の液体が伝熱部材先端部内壁に向けて入
   ・反射し、該反射後の水性ガスが前記狭窄状の噴射空気
   膜を突き破って燃焼空気と混合する前のガス噴流中に強
   制混合するように形成したことを特徴とする窒素酸化物
   の抑制装置。