JP4405944B2

JP4405944B2 - リジェネバーナ設置炉

Info

Publication number: JP4405944B2
Application number: JP2005180945A
Authority: JP
Inventors: 勇池田; 安司佐藤
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2025-06-21
Also published as: JP2007003036A

Description

本発明はリジェネバーナを設置した熱処理炉や鉄鋼加熱炉等のリジェネバーナ設置炉に関する。

大型の鉄鋼加熱炉では、図３に示すように、炉体１０１内の中央に被加熱物１０２がウオーキングビーム１０３により支持されるので、被加熱物１０２の上下にリジェネバーナ１０４Ａ，１０４Ｂ、１０４’Ａ，１０４’Ｂを設置することができる。このため、図３において上部の右側のリジェネバーェネバーナ１０４Ｂで燃焼し、左側のリジェネバーナ１０４Ａで排ガスを吸引する一方、下部の左側のリジェネバーェネバーナ１０５Ａで燃焼し、右側のリジェネバーナ１０５Ｂで排ガスを吸引することで、被加熱物１０２の周囲に良好な温度分布を確保することができる。

これ対し、中小型のバッチ炉では、被加熱物が炉床に直置きされるので、被加熱物の上方にしかバーナを設置することができない。図４に示すように、通常のバーナ１０５，１０６の場合、炉床近くに排ガス煙道１０７，１０８を設けることで、炉内排ガス流れの適正化が図れ、良好な炉内温度分布を確保することができる。図５に示すように、リジェネバーナ１０９Ａ，１０９Ｂの場合は、炉床近くにエスケープ排ガス煙道１１０Ａ，１１０Ｂを設けて、排ガスの８０パーセントを通常排ガスとしてリジェネバーナ１０９Ｂで吸引し、残りの２０パーセントをエスケープ排ガス煙道１１０Ｂからエスケープ排ガスとして大気に放出している。しかし、２０パーセントのエスケープ排ガスでは被加熱物１０２の周囲に均一な温度分布を確保することができない。また、炉のシール性が悪い場合は、排ガスが扉の隙間から漏出し、炉床近くのエスケープ排ガス煙道１１０Ｂには流れて行かず、温度分布はさらに悪化する。

温度分布を良好にするためには、エスケープ排ガスの割合を増加することが効果的であるが、エスケープ排ガスは大気に放出されるので、リジェネバーナの最大の利点である省エネルギー性が低下するという問題があった。

排ガスをエスケープするリジェネレータを設置した熱処理炉や鍛造加熱炉では、均熱時の低燃焼負荷条件において炉内温度分布が均一にならないため、空気比を高めた過剰空気条件で燃焼させて温度分布を確保する場合があった。このため、大量の酸化スケールが発生して生産性が低下するという問題があった。
特開平０８−３３８６２５号公報特開平０９−１１１３３４号公報特開２００１−１４１２３２号公報

本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、リジェネバーナの最大の特徴である省エネルギー性を損なうことなく、炉内温度分布の均一化を図ることができるリジェネレータ設置炉を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、第１の発明は、炉体の上部に一対のリジェネバーナを設置し、下部にエスケープ排ガス通路を設置した炉において、前記エスケープ排ガス通路を前記１対のリジェネバーナのうち吸引側のリジェネバーナの蓄熱器の高温側に接続して、エスケープ排ガスを前記蓄熱器に導入するようにし、前記エスケープ排ガス通路にエスケープ排ガスの流量を調整する流調弁を設けたものである。

前記第１の発明では、エスケープ排ガス通路のエスケープ排ガスが蓄熱器に導入されるので、エスケープ排ガスの排熱が回収される。

第２の発明は、前記１対のリジェネバーナのうち吸引側のリジェネバーナの蓄熱器の高温側に、前記吸引側リジェネバーナで吸引した通常排ガスの流量を調整する流調弁を設けたものである。

第３の発明は、前記吸引側のリジェネレータの蓄熱器の低温側に冷却空気通路を接続し、前記蓄熱器を通過した排ガスを冷却空気で冷却するようにしたものである。

第４の手段は、前記エスケープ排ガス通路にアフターバーン空気通路を接続し、前記蓄熱器に導入するエスケープ排ガス又は通常排ガスをアフターバーン空気で燃焼させるようにしたものである。

第１の発明によれば、エスケープ排ガス通路を１対のリジェネバーナのうち吸引側のリジェネバーナの蓄熱器の高温側に接続して、エスケープ排ガスを蓄熱器に導入するようにしたので、エスケープ排ガスの排熱が回収され、リジェネバーナの最大の特徴である省エネルギー性を損なうことなく、炉内温度分布の均一化を図ることができる。

また、エスケープ排ガス通路にエスケープ排ガスの流量を調整する流調弁を設けたので、この流調弁を調整することで、エスケープ排ガスの流量を制御することができる。このため、均熱時の低負荷燃焼条件下でも空気比を高めることなく温度分布を均一にすることができ、酸化スケールの発生を減少し、生産性を向上することができるとともに、被加熱物の表面品質を向上することも可能となる。

第２の発明によれば、１対のリジェネバーナのうち吸引側のリジェネバーナの蓄熱器の高温側に、吸引側リジェネバーナで吸引した通常排ガスの流量を調整する流調弁を設けたので、蓄熱器に導く通常排ガスとエスケープ排ガスの流量配分を厳密に制御することができる。

第３の発明によれば、吸引側のリジェネレータの蓄熱器の低温側に冷却空気通路を接続し、蓄熱器を通過した排ガスを冷却空気で冷却するようにしたので、蓄熱器の低温側に耐熱性のある切替弁を使用する必要がなくなる。

第４の発明によれば、エスケープ排ガス通路にアフターバーン空気通路を接続し、蓄熱器に導入するエスケープ排ガス又は通常排ガスをアフターバーン空気で燃焼させるようにしたので、還元燃焼時の排ガス中の未燃分を完全燃焼させ、煤の発生を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。

図１は本発明に係るリジェネバーナ設置炉である。炉体１の炉床には被加熱物２が直置きされるようになっている。炉体１の側壁上部には１対のリジェネバーナ３Ａ．３Ｂが対向して設置され、下部の炉床近傍にはエスケープ排ガス通路４Ａ，４Ｂが接続されている。エスケープ排ガス通路４Ａ，４Ｂの流入口は被加熱物２の上面より下方の側壁又は炉床に設けられている。１対のリジェネバーナ３Ａ．３Ｂとエスケープ排ガス通路４Ａ，４Ｂは図において対称に配置されているので、以下、左側の構成部材の符号にＡ、右側の構成部材の符号にＢを付して重複説明を省略する。

１対のリジェネバーナ３Ａ．３Ｂは、交互に燃焼と吸引を行わせるもので、燃焼ノズル５Ａ，５Ｂと、蓄熱体を有する蓄熱器６Ａ，６Ｂとからなっている。蓄熱器６Ａ，６Ｂの高温側には通常排気ガス用の流調弁７Ａ．７Ｂが設けられている。蓄熱器６Ａ，６Ｂの低温側は切替弁８Ａ，８Ｂを介して図示しない給気ブロアと排気ブロアに接続されている。また、蓄熱器６Ａ，６Ｂの低温側は、冷却空気管９Ａ，９Ｂが接続され、該冷却空気管９Ａ，９Ｂは開閉弁１０Ａ，１０Ｂを介して図示しない給気ブロアに接続されている。冷却空気管９Ａ，９Ｂは給気ブロアに接続する代わりに大気に開放してもよい。

エスケープ排ガス通路４Ａ，４Ｂは、蓄熱器６Ａ，６Ｂの高温側で、かつ、前記通常排ガス用の流調弁７Ａ，７Ｂよりも蓄熱器６Ａ，６Ｂ寄りの位置で、リジェネバーナ３Ａ．３Ｂに接続されている。エスケープ排ガス通路４Ａ，４Ｂには、エスケープ排ガス用の流調弁１１Ａ，１１Ｂが設けられている。また、エスケープ排ガス通路４Ａ，４Ｂには、アフターバーン空気管１２Ａ，１２Ｂが接続され、該アフターバーン空気管１２Ａ，１２Ｂは開閉弁１３Ａ，１３Ｂを介して前記冷却空気管９Ａ，９Ｂとともに図示しない給気ブロアに接続されている。

次に、右側のリジェネバーナ３Ｂを燃焼し、左側のリジェネバーナ３Ａで排ガスを吸引する場合の、炉の動作を説明する。右側のリジェネバーナ３Ｂの流調弁７Ｂを開き、エスケープ排ガス通路４Ｂの流調弁１１Ｂを閉じ、切替弁８Ｂを給気ブロア側に切り替えて、リジェネバーナ３Ｂを燃焼状態とする。一方、左側のリジェネバーナ３Ａの流調弁７Ａとエスケープ排ガス通路４Ａの流調弁１１Ａを共に開き、切替弁８Ａを排気ブロア側に切り替えて、左側のリジェネバーナ３Ａを吸引状態とする。

右側のリジェネバーナ３Ｂでは、給気ブロアにより切替弁８Ｂを介して供給される空気は蓄熱器６Ｂを通過し、ここで蓄熱状態にある蓄熱体により加熱され、燃料ノズル５Ｂからの燃料を燃焼させて、拡散火炎を形成する。炉内の約１３００℃の燃焼排ガスのうち、約８０パーセントは炉内上部を右側から左側に流動して左側のリジェネバーナ３Ａに吸引され、残りの約２０パーセントは炉内上部から下部に向かって流動して左側のエスケープ排ガス通路４Ａに流入する。これにより、被加熱物２に対する良好な温度分布を確保することができ、被加熱物２を均一に加熱することができる。

左側のリジェネバーナ３Ａに吸引された通常排ガスは、蓄熱器６Ａを通過し、ここで蓄熱体に熱を奪われて温度が約２００℃に低下し、切替弁８Ａを通って排気ブロアにより大気に排気される。左側のエスケープ排ガス通路４Ａに流入したエスケープ排ガスは、左側のリジェネバーナ３Ａの蓄熱器６Ａの高温側に導入され、通常排ガスの流れに合流して、通常排ガスとともに蓄熱体を通過し、大気に排気される。

左側のリジェネバーナ３Ａの通常排ガス用の流調弁７Ａと、エスケープ排ガス用の流調弁１１Ａを適宜調整して、通常排ガスとエスケープ排ガスの流量配分を厳密に制御することができる。例えば、被加熱物２の大きさや形状によりエスケープ排ガスが少なくても適度な温度分布を確保できるような場合には、通常排ガスの流量を多くし、エスケープ排ガスの流量を少なくすることができる。

左側のリジェネバーナ３Ａを燃焼し、右側のリジェネバーナ３Ｂで排ガスを吸引する場合は、前述の動作とは逆の動作を行えばよいので説明を省略する。

本発明のリジェネレータ設置炉では、通常排ガスにエスケープ排ガスを含めた排ガス全量を蓄熱器６Ａ，６Ｂに導入することになるので、通常のリジェネバーナよりも大型の蓄熱器６Ａ，６Ｂが必要であり、また切替弁８Ａ，８Ｂの耐熱性も要求される。しかし、左側の開閉弁１０Ａを開いて給気ブロアにより蓄熱器６Ａの低温側に冷却空気を導入することで、排ガス温度を低下することができるので、耐熱性のある切替弁８Ａ，８Ｂを設ける必要がなくなる。冷却空気は給気ブロアにより供給しなくても、排ガス吸引時の吸引圧力を利用して大気から吸引することもできる。

還元燃焼時には、排ガスを吸引している左側のリジェネバーナ３Ａの開閉弁１３Ａを開いて給気ブロアによりエスケープ排ガス通路４Ａにアフターバーン空気を導入し、エスケープ排ガス通路４Ａを通るエスケープ排ガス中の未燃分を完全燃焼させることができる。また、エスケープ排ガス通路４Ａを通るエスケープ排ガス中の未燃分だけでなく、蓄熱器６Ａの上流側でエスケープ排ガスが合流する通常排ガス中の未燃分も燃焼させるだけのアフターバーン空気を導入することが好ましい。

本発明のリジェネレータ設置炉では、前記実施形態のように、１対のリジェネバーナ３Ａ，３Ｂの各々に対してエスケープ排ガス通路４Ａ，４Ｂの流入口を対応させているが、リジェネバーナ設置台数とエスケープ排ガス通路の流入口数は、炉内温度分布をより均一にするために適宜設定することができる。例えば、図２に示すように、２対のリジェネバーナ３Ａ，３Ｂ，３’Ａ，３’Ｂに対してエスケープ排ガス通路４Ａ，４Ｂの流入口を４カ所に設けることができる。

本発明に係るリジェネバーナ設置炉の実施形態の概略断面図。本発明に係るリジェネバーナ設置炉の他の実施形態の概略平面図。従来の大型のリジェネバーナ設置炉の概略断面図。従来の中小型バッチ炉の概略断面図。従来の中小型のリジェネバーナ設置炉の概略断面図。

符号の説明

１炉体
２被加熱物
３Ａ，３Ｂリジェネバーナ
４Ａ，４Ｂエスケープ排ガス通路
６Ａ，６Ｂ蓄熱器
７Ａ，７Ｂ流調弁
９Ａ、９Ｂ冷却空気管
１１Ａ，１１Ｂ流調弁
１２Ａ，１２Ｂアフターバーン空気管

Claims

炉体の上部に一対のリジェネバーナを設置し、下部にエスケープ排ガス通路を設置した炉において、前記エスケープ排ガス通路を前記１対のリジェネバーナのうち吸引側のリジェネバーナの蓄熱器の高温側に接続して、エスケープ排ガスを前記蓄熱器に導入するようにし、前記エスケープ排ガス通路にエスケープ排ガスの流量を調整する流調弁を設けたことを特徴とするリジェネバーナ設置炉。
前記１対のリジェネバーナのうち吸引側のリジェネバーナの蓄熱器の高温側に、前記吸引側リジェネバーナで吸引した通常排ガスの流量を調整する流調弁を設けたことを特徴とする請求項１に記載のリジェネバーナ設置炉。
前記吸引側のリジェネレータの蓄熱器の低温側に冷却空気通路を接続し、前記蓄熱器を通過した排ガスを冷却空気で冷却するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のリジェネバーナ設置炉。
前記エスケープ排ガス通路にアフターバーン空気通路を接続し、前記蓄熱器に導入するエスケープ排ガス又は通常排ガスをアフターバーン空気で燃焼させるようにしたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のリジェネバーナ設置炉。