JP2002081641A

JP2002081641A - 加熱炉および加熱炉における空気予熱器の冷却方法

Info

Publication number: JP2002081641A
Application number: JP2000264835A
Authority: JP
Inventors: Isao Mori; 功森; Yutaka Suzukawa; 豊鈴川
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2002-03-22

Abstract

(57)【要約】【課題】蓄熱式バーナと空気予熱器を有する連続燃焼
式バーナとを併有する加熱炉において、空気予熱器に流
入する排ガス温度が空気予熱器の耐熱温度を超えないよ
うに、その排ガスの冷却を必要に応じて行い、さらに排
ガス量の必要以上の増加を防止して排気能力への負荷を
軽減するとともに、排ガスの過剰な冷却の防止を図り熱
損失の低下を抑制する。【解決手段】蓄熱式バーナ１と空気予熱器３２を有す
る連続燃焼式バーナ２とを併有する加熱炉において、蓄
熱式バーナ１から排出される熱交換後の低温の排ガスを
導入する蓄熱排ガス導入系７、８を空気予熱器３２の排
ガス入側および出側のそれぞれに設置し、そのいずれか
の系統または両方の系統に流量調整弁７２、８１を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スラブ等の鋼片の
加熱炉およびその加熱炉における空気予熱器の冷却方法
に関し、さらに詳しくは、燃焼と蓄熱を交互に行う蓄熱
式バーナと通常の連続燃焼式バーナとを併有する加熱炉
および連続燃焼式バーナ用に設置されている空気予熱器
（レキュペレータ）の冷却方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１６はスラブ等の加熱を行う従来の連
続式加熱炉の概要図である。この連続式加熱炉１００
は、予熱帯、加熱帯および均熱帯の全てに連続燃焼式バ
ーナ２を設置したもので、被加熱材であるスラブ１１０
を炉内で連続的に搬送しながら加熱を行うものである。
各バーナ２に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給系３
には燃焼用空気ファン３１、レキュペレータと呼ばれる
空気予熱器３２および流量制御弁３３が設けられ、空気
予熱器３２は燃焼排ガス排出系４の煙道４１に設置さ
れ、燃焼排ガスの廃熱によって各バーナ２に供給する燃
焼用空気を予熱するようになっている。なお、図１６で
は簡単のため、予熱帯におけるバーナ２の一部にのみ代
表的に燃焼用空気供給系３が示してあるが、その他のバ
ーナ２についても同様に同一の空気予熱器３２に通じる
燃焼用空気供給系３が配管で分岐接続されている。

【０００３】この連続式加熱炉１００において、各バー
ナ２からの燃焼排ガスは、その全量がスラブ入口側へ流
れ、煙道４１における空気予熱器３２にて熱交換されて
燃焼用空気の予熱に使われ、その後煙突４２を通過し炉
外に排出される。また、空気予熱器３２には耐熱温度が
あり、一般的には８００〜９００℃程度である。そのた
め、空気予熱器３２に流入する排ガス温度が高い場合に
備えて空気予熱器３２を冷却するための常温空気の供給
系５が空気予熱器３２入側（空気予熱器３２の排ガス入
側のことである。空気予熱器３２前ともいう。）の燃焼
排ガス排出系４に接続されており、冷却用空気ファン５
１から送気される常温空気の流量を流量調整弁５２によ
り調整することによって、空気予熱器３２入側の温度計
６による排ガス温度が空気予熱器３２の耐熱温度を超え
ないように制御されている。

【０００４】図１７は従来のバッチ式加熱炉の概要図で
あり、このバッチ式加熱炉１２０においても、上記連続
式加熱炉と同様、各バーナ２からの燃焼排ガスは、その
全量がスラブ入口側へ流れ、煙道４１を介し空気予熱器
３２にて熱交換されて燃焼用空気の予熱に使われ、その
後煙突４２を通過し炉外に排出される。また、空気予熱
器３２には耐熱温度があり、一般的には８００℃程度で
ある。従って、空気予熱器３２に流入する排ガス温度が
高い場合、冷却用ファン５１から送気される常温空気に
よって、空気予熱器３２入側の温度計６による排ガス温
度が空気予熱器３２の耐熱温度を超えないように制御さ
れている。図中、１２１は扉、１２２は被加熱材１１０
を支持する架台である。

【０００５】ところが、こうした常温空気を用いた空気
予熱器の冷却は、炉内の燃焼排ガスの量に加えて、新た
に燃焼排ガスの希釈を行うため、図１８に示すように、
冷却前排ガス温度が９００℃の場合、冷却前の排ガス量
に対し約１６％の希釈空気量となり、また冷却前排ガス
温度が１１００℃、１３００℃の場合であれば、それぞ
れ、約５０％、約８１％の希釈空気量となり、排ガス温
度が高いほど必要な希釈空気量は増加する傾向となり、
排ガス温度が１３００℃といった場合には冷却前の排ガ
ス量に匹敵するほどの希釈空気量が必要になる。なお、
このとき使用した燃料の組成は、ＣＯ：３０％、Ｃ
Ｏ₂：１０％、Ｈ₂：２７％、Ｎ₂：１９％、Ｃ₂Ｈ₄：１
４％である。

【０００６】このように希釈空気量が多いと、その希釈
空気量を賄うためのブロワ容量が大きくなり、また通常
の燃焼排ガスに加えて大容量の希釈空気が必要となり、
これら排ガスを大気に排気するためには煙突の通風力、
または煙突前に排ガスファンを設けて排気する場合に
は、通常の燃焼排ガス量に加えて希釈空気量による排ガ
ス量の増加も考慮して設計を行う必要がある。

【０００７】例えば、煙突のみによる排気を行う場合に
おいて、煙突の排気能力を示す式は下式であらわされ
る。ｈ＝３５５×Ｈ（１／Ｔ１−１／Ｔ２）・・・（１）ｈ：煙突に生じる通風力（ｍｍＡｑ）Ｈ：煙突高さＴ１：大気温度（℃）＋２７３（Ｋ）Ｔ２：煙突内排ガス温度（℃）＋２７３（Ｋ）

【０００８】いま例えば、燃焼排ガスが５００００Ｎｍ
³／ｈとし、必要な通風力が３０ｍＡｑ、このときの大
気温度が３０℃、煙突内排ガス温度が１５０℃の場合、
必要な煙突の高さは、９０ｍとなる。これに加えて、１
３００℃の条件の希釈空気量４０５００Ｎｍ³／ｈを追
加し、９０５００Ｎｍ³／ｈとすると、必要な通風力
は、配管等の圧力損失で決まるため、下式であらわされ
る。 ΔＰ＝λ×Ｌ／Ｄ×γ／２ｇ×ｖ² ・・・（２） ΔＰ：圧力損失 λ ：抵抗係数（配管内の表面粗さ等によって決まる定
数）Ｌ：配管長Ｄ：配管径 γ ：流体密度ｇ：重力加速度ｖ：配管内流速

【０００９】（２）式より、燃焼排ガスが５００００Ｎ
ｍ³／ｈとし、必要な通風力が３０ｍＡｑとすると、９
０５００Ｎｍ³／ｈの場合、必要な通風力は、９８ｍｍ
Ａｑとなり、Ｔ１，Ｔ２の温度条件が前記と同じであれ
ば、必要な煙突高さは２９６ｍと極端に大きくなる。排
ガスファンを設置する場合においても必要な誘引圧力お
よび排ガス量の増加に伴い、必要な動力は大きくなる。
このようなことから設備投資額の軽減を図る上で極力希
釈空気量を減ずる必要がある。

【００１０】しかしながら、連続式加熱炉においては、
能率が上がるほど、すなわちスラブ量が増加するほど、
短時間でのスラブ加熱が必要になるので炉内温度が全体
的に上昇し、その結果、煙道を流れる排ガス温度は上昇
する。バッチ式加熱炉においては、炉内温度と同等の排
ガス温度が煙道に流れるため、スラブの加熱温度が高い
ほど、煙道を流れる排ガス温度は上昇する。すなわち、
必要な希釈空気量を減ずる場合、排ガス温度の低減が最
も望ましいが、前述したように排ガス温度の低減を行う
と、連続式加熱炉の場合には能率の低下、バッチ式加熱
炉の場合にはスラブの加熱温度の低下を招き、操業条件
への影響が生じてくる。

【００１１】一方、特開平８−１９９２３１号公報に開
示された連続式加熱炉の概要を図１９に示す。図中、１
は燃焼と蓄熱を一定時間間隔で交互に行う蓄熱式バー
ナ、２は連続燃焼式バーナ、７は蓄熱式バーナ１で熱交
換された排ガスを空気予熱器３２の排ガス入側に導入す
るための、排ガスファン７１および流量調整弁７２を有
する蓄熱排ガス導入系である。この方法は、予熱帯に蓄
熱式バーナ１を設置し、加熱帯および均熱帯に連続燃焼
式バーナ２を設置した加熱炉において、予熱帯に複数設
置した蓄熱式バーナ１からの熱交換後の約２００℃の低
温の燃焼排ガスを希釈空気の代替として空気予熱器３２
入側の燃焼排ガス中に導入するものである。この方法に
よると、蓄熱式バーナの燃焼排ガスの活用により、前述
のごとき希釈空気を用いずに冷却を行うので、必要以上
に排ガス量を増やさないため、操業条件への影響が最小
限に止められる利点がある。

【００１２】しかし、蓄熱式バーナ１の熱交換に使用さ
れた排ガスの全量が空気予熱器３２入側の煙道４１に流
れる構成となっているため、炉内から煙道４１に流れる
排ガスの温度が冷却を不要とする場合であっても蓄熱式
バーナ１を経由した約２００℃の排ガスが流れるため、
必要以上に空気予熱器３２入側の排ガス温度を低下させ
ることになり、その結果、空気予熱器３２による熱交換
の性能が低減される問題がある。

【００１３】例えば、炉内から煙道に流れる排ガス温度
を７００℃、９００℃、１１００℃、１３００℃の条件
とし、また蓄熱式バーナからの排ガス温度を２００℃と
し、その排ガス量が炉内から煙道に流れる排ガス量に対
して０から６０％の割合とした場合に、共に排ガスの比
熱を同一として試算すると、図２０のような結果とな
る。空気予熱器の耐熱温度を一般的な８００℃とする
と、排ガス温度が１３００℃の場合、排ガス比率が６０
％であっても耐熱温度８００℃以下になることはなく、
蓄熱式バーナの排ガスによる冷却がこれ以上望めない場
合、別途希釈空気による冷却を行う必要がある。また排
ガス温度が１１００℃の場合、排ガス比率が５１％のと
ころで耐熱温度８００℃となるため、５１％未満の領域
では空気予熱器に流入する排ガス温度は耐熱温度８００
℃より高く、空気予熱器の耐熱温度を超え、冷却不足と
なり空気予熱器の破損を招くこととなる。一方、５１％
より高い比率であると、空気予熱器に流入する排ガス温
度は耐熱温度８００℃よりも低くなり、耐熱温度条件を
満足することになるが、その比率が高くなるに従い、空
気予熱器に流入する排ガス温度が必要以上に低下するた
め、熱回収性能が低下することになる。排ガス温度が９
００℃の場合では、耐熱温度８００℃になる排ガス比率
が１７％になり、その影響は排ガス温度１１００℃の場
合と同じである。排ガス温度が７００℃の場合では既に
耐熱温度以下となっており、蓄熱式バーナの排ガスによ
る冷却は不要であり、空気予熱器に流入する排ガス温度
を必要以上に低下させることとなるため、熱回収能力を
低下させることとなる。

【００１４】空気予熱器等の熱交換器における性能指標
としては、次式がよく用いられている。 η＝（Ｔa2−Ｔa1）／（Ｔg−Ｔa1）・・・（３） η ：温度効率Ｔa1：熱交換前の空気温度（℃）Ｔa2：熱交換後の空気温度（℃）Ｔg ：熱交換前の排ガス温度（℃）

【００１５】一般的な空気予熱器の温度効率ηとして
は、０．８程度であり、図２０の条件をもとに温度効率
ηを０．８として算出した予熱空気温度を図２１に示
す。このとき空気予熱器に流入する排ガス温度が８００
℃以上となっているものは、空気予熱器の耐熱温度以上
での使用はあり得ないので希釈空気により８００℃にな
ったと想定して算出している。排ガス温度が９００℃の
場合について述べると、排ガス比率が１７％までは排ガ
ス温度が８００℃であるため、得られる予熱空気温度は
６４６℃と一定であるが、１７％以上になると排ガス比
率が上がるに従い、排ガス温度が低下するため、排ガス
比率が６０％になると、得られる予熱空気温度は５１６
℃になり、必要以上に冷却することにより得られる予熱
空気温度が１３０℃分だけ熱損失を招くことになり、加
熱炉において余計なエネルギーを投じる必要が生じてし
まう。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、前述
したような蓄熱式バーナと空気予熱器を有する連続燃焼
式バーナとを併有する加熱炉において、空気予熱器に流
入する排ガス温度が空気予熱器の耐熱温度を超えないよ
うに、その排ガスの冷却を必要に応じて行い、さらに排
ガス量の必要以上の増加を防止して排気能力への負荷を
軽減するとともに、排ガスの過剰な冷却の防止を図り熱
損失の低下を抑制することを目的としたものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る加熱炉は、
蓄熱式バーナと空気予熱器を有する連続燃焼式バーナと
を併有する加熱炉において、前記蓄熱式バーナから排出
される熱交換後の低温の排ガスを導入する系統を前記空
気予熱器の排ガス入側および出側のそれぞれに設置し、
そのいずれかの系統または両方の系統に流量調整手段を
設けたことを特徴とするものである。なお、本発明にお
いて、蓄熱式バーナは少なくとも一対以上有するもので
あればよく、その設置個所は、連続式加熱炉の場合、予
熱帯、加熱帯、均熱帯のいずれでよく、また１つまたは
２つ以上の領域に設置されていてもよい。いずれにして
も連続燃焼式バーナと混在する形態の加熱炉（連続式加
熱炉あるいはバッチ式加熱炉を問わず）に本発明は適用
される。

【００１８】蓄熱式バーナから排出される熱交換後の低
温の排ガス（蓄熱排ガス）を空気予熱器入側に導入する
系統と空気予熱出側に導入する系統の２系統を設置し、
それぞれの系統に流れる蓄熱排ガス量を調整することに
より、空気予熱器入側の排ガス温度を空気予熱器の上限
耐熱温度の近傍となるよう制御を行う。これにより、常
温の希釈空気による冷却を必要とする場合であっても、
全体の排ガス量が必要以上に増えることがなく、そのた
め排気能力を圧迫することが抑制でき、更には空気予熱
器により熱回収される予熱空気温度を、空気予熱器の耐
熱温度の制約上考えられる最高温度に上げることができ
るため、熱回収効率が向上し、かつ省エネルギーを図る
ことが可能となる。

【００１９】また、本発明の加熱炉は、前記空気予熱器
の排ガス入側に温度検出手段を設け、該温度検出手段に
より前記流量調整手段を制御することを特徴とする。す
なわち、温度検出手段の温度検出値信号によって流量調
整手段の開度を制御することにより、空気予熱器の排ガ
ス入側および／または出側に導入する蓄熱排ガス量をそ
れぞれ調整する。

【００２０】また、本発明の加熱炉は、前記空気予熱器
の排ガス入側に常温空気を導入する系統を設置したこと
を特徴とする。

【００２１】空気予熱器の排ガス入側に導入する蓄熱排
ガス量のみでは空気予熱器入側の排ガスの冷却が不十分
な場合には、その冷却不足を補うために、空気予熱器の
排ガス入側に常温空気の導入系を設置し、冷却用ファン
から送られる常温空気と前記蓄熱排ガス量とで排ガスの
冷却を行う。

【００２２】本発明の加熱炉における空気予熱器の冷却
方法は、蓄熱式バーナと空気予熱器を有する連続燃焼式
バーナとを併有する加熱炉において、前記空気予熱器の
排ガス入側の排ガス温度が該空気予熱器の耐熱温度を超
えないように、該空気予熱器の排ガス入側および出側の
それぞれに設けられた前記蓄熱式バーナからの熱交換後
の排ガスの導入系における流量を調整することを特徴と
する。

【００２３】また、本発明の加熱炉における空気予熱器
の冷却方法は、前記空気予熱器の排ガス入側に常温空気
を導入する系統を設置し、該空気予熱器の冷却不足があ
る場合、その冷却不足を常温空気で補うことを特徴とす
る。

【００２４】また、本発明の加熱炉における空気予熱器
の冷却方法は、蓄熱式バーナと空気予熱器を有する連続
燃焼式バーナとを併有する加熱炉において、下記（ａ）
式に示す条件を常に満足する場合、前記蓄熱式バーナか
ら排出される熱交換後の低温の排ガスを前記空気予熱器
の排ガス入側および出側に導入することにより、空気予
熱器入側の排ガス温度を目標排ガス温度Ｔ0に調整する
ことを特徴とする加熱炉における空気予熱器の冷却方
法。Ｔ0≧（Ｑ1×Ｔ1×Ｃp1＋Ｑ2×Ｔ2×Ｃp2）／｛（Ｑ1＋Ｑ2）×Ｃp0｝…（ａ）Ｔ0：空気予熱器入側の目標排ガス温度Ｔ1：炉出口排ガス温度Ｔ2：蓄熱排ガス温度Ｑ1：炉出口排ガス量Ｑ2：蓄熱排ガス量Ｃp0：空気予熱器入側の目標排ガスの比熱Ｃp1：炉出口排ガスの比熱Ｃp2：蓄熱排ガスの比熱

【００２５】また、本発明の加熱炉における空気予熱器
の冷却方法は、前記（ａ）式に示す条件を常に満足する
ことができない場合、更に前記空気予熱器の排ガス入側
に常温空気を導入する系統を設置し、該空気予熱器の排
ガス入側に導入される蓄熱排ガスと常温空気により、空
気予熱器入側の排ガス温度を目標排ガス温度Ｔ0まで冷
却することを特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。

【００２７】実施の形態１．図１は本発明の実施の形態
１を示す連続式加熱炉の概要図である。この連続式加熱
炉１０は、予熱帯および加熱帯に蓄熱式バーナ１を設置
し、均熱帯に連続燃焼式バーナ２を設置したものであ
り、さらに、各蓄熱式バーナ１からの熱交換後の低温の
排ガス（蓄熱排ガス）を空気予熱器３２の排ガス入側お
よび出側のそれぞれに導入するための２系統の蓄熱排ガ
ス導入系７、８を設置したものである。また、蓄熱排ガ
スの流量調整弁７２は空気予熱器３２の排ガス入側に設
置した蓄熱排ガス導入系７に設けられている。なお、図
１では代表的に、一部の蓄熱式バーナ１に対してのみ蓄
熱排ガス導入系７、８が接続されているが、その他の蓄
熱式バーナ１に対しても同様に接続されている。また、
各蓄熱式バーナ１に対する燃焼用空気供給系は図示を省
略している。以下の図においても同様である。図中、４
３は煙道４１に設けられた炉圧制御弁で、その開度は圧
力計４４の炉圧によって制御される。その他の構成は従
来例を示した図１６と同じである。

【００２８】この連続式加熱炉１０においては、燃焼停
止期間中の全蓄熱式バーナ１から排出される熱交換後の
蓄熱排ガスは排ガスファン７１によりそれぞれ蓄熱排ガ
ス導入系７、８を通じて空気予熱器３２の排ガス入側お
よび出側に導入される。いま例えば、炉内から煙道４１
を流れる排ガスの温度が最大１１００℃、空気予熱器３
２の耐熱温度が８００℃とした場合において、蓄熱排ガ
ス導入系７より空気予熱器３２の排ガス入側に流れる蓄
熱式バーナ１からの蓄熱排ガス量と、炉内から空気予熱
器３２へ流れる排ガス量との比率が、図２０に示す蓄熱
排ガス／炉内排ガスで５１％以上、常に確保できる場
合、温度計６により空気予熱器３２前の排ガス温度を監
視しながら、流量調整弁７２による流量調整により常に
空気予熱器３２の耐熱温度が８００℃となるように制御
を行う。なお、排ガスの冷却に要しない蓄熱排ガスは、
第２の蓄熱排ガス導入系８を通じて空気予熱器３２の排
ガス出側に導入するが、同じくその出側に炉内圧力を調
整する炉圧制御弁４３がある場合、炉内圧制御への外乱
を抑制する観点から、図１に示すように炉圧制御弁４３
の二次側に第２の蓄熱排ガス導入系８を接続することが
望ましい。

【００２９】この連続式加熱炉１０において、炉内から
空気予熱器３２に流れる排ガスの温度が、例えば、図２
のように変化する場合（同図には冷却前の排ガス温度を
示してある。冷却後の排ガス温度はほぼ８００℃とな
る。）、空気予熱器３２前の温度をみながら、前記流量
調整弁７２による調整により常に空気予熱器３２の耐熱
温度が８００℃となるように制御を行うと、同図中に示
すように空気予熱器３２前に投入する蓄熱排ガスの比率
が変化する。これにより、空気予熱器３２前の排ガス温
度が常に実用上の最大値である８００℃に保たれ、空気
予熱器３２の破損を招くことなく、また熱回収される予
熱空気温度も温度効率ηを０．８とすれば、６４６℃と
なり、最大限の熱回収が実現できる。

【００３０】これに対して、図１９に示す従来例のよう
に、空気予熱器３２前の温度によらず、蓄熱式バーナ１
の蓄熱排ガスを成り行きで空気予熱器３２前に導入した
場合、蓄熱式バーナ１からの蓄熱排ガス量および炉内か
ら空気予熱器３２に流れる排ガスの温度によっては、空
気予熱器３２前の排ガス温度もこれら状況に応じて変化
するため、場合によっては、空気予熱器３２の耐熱温度
を超える場合やその耐熱温度よりも極端に低い温度にな
ることが考えられ、そうなると空気予熱器３２の破損や
熱回収能力の極端な低下を招き、操業に悪影響を及ぼす
ことが十分に考えられる。

【００３１】実施の形態２．図３は本発明の実施の形態
２を示す連続式加熱炉の概要図である。この実施の形態
では、空気予熱器３２の排ガス出側に接続した蓄熱排ガ
ス導入系８にも流量調整弁８１を設けたものである。第
１の蓄熱排ガス導入系７に設けた流量調整弁７１と第２
の蓄熱排ガス導入系８に設けた流量調整弁８１とをそれ
ぞれ調整することにより、空気予熱器３２入側に導入す
る蓄熱式バーナ１からの蓄熱排ガス量を調整し、空気予
熱器３２の耐熱温度を超えないように制御する。

【００３２】すなわち、この連続式加熱炉１０において
は、空気予熱器３２の排ガス入側に流れる蓄熱式バーナ
１からの蓄熱排ガス量と炉内から空気予熱器３２へ流れ
る排ガス量の比率が、図２０に示す蓄熱排ガス／炉内排
ガスで５１％以上の確保が不可能であるが、蓄熱式バー
ナ１から排ガスファン７０に流れるトータルの蓄熱排ガ
ス量で、蓄熱排ガス／炉内排ガスで５１％以上の確保が
可能な場合には、第２の流量調整弁８１により空気予熱
器３２の排ガス出側に流れる蓄熱排ガス量を減らし、逆
に空気予熱器３２の排ガス入側に流れる蓄熱排ガス量を
増加させる。

【００３３】例えば、空気予熱器３２の排ガス入側に流
れる蓄熱式バーナ１からの蓄熱排ガス量と炉内から空気
予熱器３２へ流れる排ガス量の比率が、図２０に示す蓄
熱排ガス／炉内排ガスで３０％までしか確保できない場
合において、３０％以上の蓄熱排ガスによる冷却が必要
となった場合、第２の流量調整弁８１を制御することに
より、空気予熱器３２の耐熱温度条件を満足させる。す
なわち、蓄熱排ガス／炉内排ガスで３０％以下の条件で
空気予熱器３２前の排ガス温度を８００℃に制御できる
場合は、第２の流量調整弁８１は弁開度が全開の状態
で、第１の流量調整弁７２により空気予熱器３２前の排
ガス温度を制御する。しかし、炉内から流れる排ガス温
度の上昇に伴い、蓄熱排ガス／炉内排ガスが３０％以下
で空気予熱器３２前の排ガス温度を８００℃に保持でき
ない状況の場合、第１の流量調整弁７２は全開となる。
このとき、これまで全開であった第２の流量調整弁８１
の弁開度は全開から閉じる方向となり、空気予熱器３２
出側に流れる蓄熱排ガス量を減少させることで、逆に空
気予熱器３２入側に流れる蓄熱排ガス量を増加させ、蓄
熱排ガス／炉内排ガス比率を増加させる。第１の流量調
整弁７２が全開になると、それまで弁開度が全開であっ
た第２の流量調整弁８１の開度を調整することにより、
空気予熱器３２入側に流れる蓄熱排ガス量を増減し、空
気予熱器３２前の排ガス温度を調整する。

【００３４】図４に、第１の流量調整弁７２、第２の流
量調整弁８１それぞれの制御により、空気予熱器３２入
側に流れる蓄熱排ガス量の比率の時間変化を示す。これ
により、空気予熱器３２前の排ガス温度が常に実用上の
最大値である８００℃に保たれ、空気予熱器３２の破損
を招くことなく、また熱回収される予熱空気温度も温度
効率ηを０．８とすれば、６４６℃となり、最大限の熱
回収が実現できる。

【００３５】実施の形態３．図５は本発明の実施の形態
３を示す連続式加熱炉の概要図である。この実施の形態
では、さらに常温空気供給系５に設けた流量調整弁５２
を用いて、常温空気（希釈空気）により排ガスの冷却不
足分を補うものである。すなわち、実施の形態２で述べ
た連続式加熱炉において、蓄熱式バーナ１から排ガスフ
ァン７１に流れるトータルの蓄熱排ガス量でも、蓄熱排
ガス／炉内排ガスで５１％以上の確保が不可能な場合に
は、この常温空気供給系５の流量調整弁５２により常温
空気を空気予熱器３２入側に導入して空気予熱器３２の
耐熱温度条件を満足させる。

【００３６】例えば、空気予熱器３２の排ガス入側に流
れる蓄熱式バーナ１からの蓄熱排ガス量と炉内から空気
予熱器３２へ流れる排ガス量の比率が、図２０に示す蓄
熱排ガス／炉内排ガスで２０％までしか確保できず、ま
た空気予熱器３２の排ガス出側に流れる蓄熱式バーナ１
からの蓄熱排ガス量を加えても蓄熱排ガス／炉内排ガス
で３０％までしか確保できない場合、この冷却不足分を
流量調整弁５２による希釈空気量の調整により補い、空
気予熱器３２の耐熱温度条件を満足させるのである。

【００３７】実施の形態４．本発明の実施の形態４を図
６に示す。この実施の形態は、実施の形態１における蓄
熱排ガス導入系７、８と、実施の形態３における常温空
気供給系５を有する構成としたものである。蓄熱式バー
ナ１の設置は既設炉の改造すなわち従来型の連続燃焼式
バーナ２からの代替となる場合もあり得る。こうした場
合、既に希釈空気ファン５１が設置されていることも考
えられ、設備投資費用の節約の観点から、その希釈空気
ファン５１との併用を前提で考える場合もある。例え
ば、図６に示すように、蓄熱式バーナ１から排出される
熱交換後の蓄熱排ガスを空気予熱器３２の排ガス入側に
導入する蓄熱排ガス導入系７に流量調整弁７２を、希釈
空気ファン５１から送られる常温空気の供給系５にも同
様の流量調整弁５２を設けておく。通常は、流量調整弁
７２の弁開度の調整により、空気予熱器３２前の排ガス
温度を制御し、耐熱温度条件を満足するように温度制御
を行い、流量調整弁７２の調整のみで対応可能な場合
は、常温空気供給系５の流量調整弁５２は弁開度が全
閉、あるいは最小開度の状態である。一方、流量調整弁
７２の調整のみでは空気予熱器３２前の排ガス冷却が不
十分な場合、空気予熱器３２前の排ガス温度は耐熱温度
以上になるため、流量調整弁７２の弁開度は全開とな
り、常温空気供給系５の流量調整弁５２がそれまで全
閉、あるいは最小開度であった状態から、開度が開方向
となり、空気予熱器３２前の排ガス温度を流量調整弁５
２の開度調整により、８００℃になるように制御を行う
のである。

【００３８】実施の形態５．次に、前記（ａ）式に基づ
く本発明の空気予熱器の冷却方法を図７を用いて説明す
る。この連続式加熱炉１０は、蓄熱式バーナ１を予熱帯
の一部、加熱帯の全部に設置し、連続燃焼式バーナ２を
予熱帯の残りの部分および均熱帯の全部に設置したもの
である。この連続式加熱炉において、炉内から煙道４１
に流れる排ガス量Ｑ１および温度Ｔ１がそれぞれ５００
００Ｎｍ³／ｈ、１０００℃、蓄熱式バーナ１から排出
される蓄熱排ガス量Ｑ２および温度Ｔ２がそれぞれ３０
０００Ｎｍ³／ｈ、２００℃、空気予熱器３２の耐熱温
度を考慮した目標排ガス温度Ｔ０が８００℃である場
合、各排ガスの比熱Ｃp0、Ｃp1、Ｃp2がいずれも０．３
５ｋｃａｌ／Ｎｍ³・℃とすると、（ａ）式の右辺は７
００℃という結果になる。このことは、炉内から煙道４
１に流れる排ガス温度Ｔ１（１０００℃）が蓄熱排ガス
による排ガス冷却のみで目標排ガス温度Ｔ０（８００
℃）まで冷却できることを意味している。このとき、目
標排ガス温度Ｔ０（８００℃）まで冷却するのに必要な
蓄熱式バーナ１からの蓄熱排ガス量は１７０００Ｎｍ³
／ｈであり、この量のみを図８あるいは図９のような蓄
熱排ガス導入系７、８にて空気予熱器３２前に送ること
にすれば、目標排ガス温度Ｔ０までの冷却が可能とな
る。

【００３９】図８および図９に示す蓄熱排ガス導入系
７、８は、それぞれ図１、図３に示したものと同じであ
る。すなわち、図８の系統においては、蓄熱式バーナ１
からの蓄熱排ガスを空気予熱器３２の排ガス入側および
出側にそれぞれ導入するとともに、空気予熱器３２入側
に接続した第１の蓄熱排ガス導入系７に流量調整弁７２
を設け、空気予熱器３２入側の排ガス温度が目標排ガス
温度Ｔ０となるように流量調整弁７２により、空気予熱
器３２入側に流れる蓄熱式バーナ１からの蓄熱排ガス量
を調整するものである。

【００４０】例えば、前述の条件で炉内から煙道に流れ
る排ガス温度Ｔ１が１０００℃から９００℃に変化した
場合、必要蓄熱排ガス量は８３００Ｎｍ³／ｈとなり、
蓄熱排ガス量の流量調整による温度制御を実施すれば対
応可能である。このように炉内から煙道に流れる排ガス
温度Ｔ１が変化しても、更には排ガス量Ｑ１が変化して
も、空気予熱器３２入側の温度の変化として現れるた
め、状況の変化に応じて、蓄熱排ガス量の流量調整によ
る温度制御を実施することで、適正な蓄熱排ガス量によ
る冷却が達成され、必要以上に排ガスの冷却を行い、空
気予熱器３２による熱回収率を損なうことなく、また排
ガス量を必要以上に増やすことなく、煙突等の排気処理
能力への圧迫が回避される。

【００４１】図９に示す系統においては、図３と同様
に、空気予熱器３２の排ガス入側および出側に接続した
蓄熱排ガス導入系７、８にそれぞれ流量調整弁７２、８
１を設け、空気予熱器３２入側の排ガス温度が目標排ガ
ス温度Ｔ０となるように各流量調整弁７２、８１によ
り、空気予熱器３２入側に流れる蓄熱式バーナ１からの
蓄熱排ガス量を調整するものである。

【００４２】例えば、前述の条件で炉内から煙道に流れ
る排ガス温度Ｔ１が１１００℃となった場合、必要蓄熱
排ガス量は２５０００Ｎｍ³／ｈとなる。このとき、排
出される蓄熱排ガス量Ｑ２は３００００Ｎｍ³／ｈであ
るため、約８３％を空気予熱器３２入側に冷却用として
送る必要がある。こうした場合、図８の系統であると、
空気予熱器３２入側に設置された流量調整弁７２が全開
となっても、よほど入出側各系統の配管系および配管長
による圧力損失差がないと、約８３％の量を流すことは
現実的に困難であると考えられる。これに対応するた
め、空気予熱器３２出側に設けた流量調整弁８１を調整
することで、空気予熱器３２出側に流れる蓄熱排ガス量
を減少させ、空気予熱器３２入側に流れる蓄熱排ガス量
を強制的に増加させることがあると考えられる。

【００４３】この例の場合であれば、冷却に用いること
ができる蓄熱排ガス量は、出側の流量調整弁８１を全閉
にした状態であるので、最大３００００Ｎｍ³／ｈとな
る。この場合の使用方法としては、通常時、空気予熱器
３２出側の流量調整弁８１は全開とし、炉内から煙道に
流れる排ガス温度Ｔ１が９００℃となった場合、必要蓄
熱排ガス量は８３００Ｎｍ³／ｈであり、排出される蓄
熱排ガス量Ｑ２は３００００Ｎｍ³／ｈに対し比率が低
いため、空気予熱器３２入側の流量調整弁７２のみで温
度制御を行う。炉内から煙道に流れる蓄熱排ガス量が変
わらずに排ガス温度Ｔ１が１０００℃、１１００℃と上
昇すると、冷却に要する蓄熱排ガス量は増加するため、
空気予熱器３２入側の流量調整弁７２の開度は全開の方
向になり、最終的に全開となっても前述したように空気
予熱器３２前後に接続された蓄熱排ガス導入系７、８の
圧力損失の関係から、入側に流すべき蓄熱排ガス量を必
要量確保できない場合がある。このような場合、空気予
熱器３２入側の温度検出値は、目標排ガス温度Ｔ０を超
えた温度指示値となる。すなわち、空気予熱器３２入側
の流量調整弁７２が全開であり、かつ空気予熱器３２入
側の温度検出値が目標排ガス温度Ｔ０を超えた場合に
は、空気予熱器３２出側の流量調整弁８１が全開から閉
側の方向の開度となり、空気予熱器３２入側に流れる蓄
熱排ガス量を増加し、空気予熱器３２入側の温度検出値
が目標排ガス温度Ｔ０となるように制御を行うものであ
る。

【００４４】このように炉内から煙道に流れる排ガス温
度Ｔ１が変化しても、更には排ガス量Ｑ１が変化して
も、空気予熱器３２入側の温度の変化として現れるた
め、状況の変化に応じて、空気予熱器３２の入出側に接
続された蓄熱排ガス導入系７、８の各流量調整弁７２、
８１を調整することにより、蓄熱排ガス量の流量調整に
よる温度制御を実施することで、適正な蓄熱排ガス量に
よる冷却が達成され、必要以上に排ガスの冷却を行い、
空気予熱器３２による熱回収率を損なうことなく、また
排ガス量を必要以上に増やすことなく、煙突等の排気処
理能力への圧迫が回避される。

【００４５】実施の形態６．図１０に示す実施の形態６
は基本的に前述した実施の形態４と同じである。例え
ば、図７のように蓄熱式バーナ１を予熱帯の一部、加熱
帯の全部に設置し、炉内から煙道４１に流れる排ガス量
Ｑ１および温度Ｔ１がそれぞれ５００００Ｎｍ ³／ｈ、
１０００℃、蓄熱式バーナ１から排出される蓄熱排ガス
量Ｑ２および温度Ｔ２がそれぞれ１００００Ｎｍ³／
ｈ、２００℃、空気予熱器３２の耐熱温度を考慮した目
標排ガス温度Ｔ０が８００℃である場合、各排ガスの比
熱Ｃp0、Ｃp1、Ｃp2がいずれも０．３５ｋｃａｌ／Ｎｍ
³・℃とすると、（ａ）式の右辺は８６７℃という結果
になり、このことは、炉内から煙道４１に流れる排ガス
温度Ｔ１（１０００℃）が蓄熱排ガスによる排ガス冷却
のみで目標排ガス温度Ｔ０（８００℃）まで冷却するこ
とは不可能であることを意味している。こうした場合、
例えば図１０に示すような構成とすることができる。

【００４６】図１０の構成に従って説明すると、前述の
条件では、蓄熱バーナ１からの蓄熱排ガスの全量による
冷却であっても８６７℃となり、図１０の構成の場合、
空気予熱器３２入側の流量調整弁７２が全開であって
も、空気予熱器３２出側に接続された第２の蓄熱排ガス
導入系８に幾分流れるため、蓄熱バーナ１からの蓄熱排
ガスの全量が空気予熱器３２入側に流れることはなく、
別の冷却源がなければ、空気予熱器３２入側の排ガス温
度は８６７℃を超えるものとなる。空気予熱器３２入側
の流量調整弁７２が全開で、かつ空気予熱器３２入側の
排ガス温度が目標排ガス温度Ｔ０を超えている場合は、
図１０に示すように常温空気供給系５の流量調整弁５２
が開き、空気予熱器３２入側の排ガス温度が目標排ガス
温度Ｔ０となるように制御を行うものである。

【００４７】このように炉内から煙道に流れる排ガス温
度Ｔ１、排ガス量Ｑ１が変化しても、更には排ガス量Ｑ
１が変化しても、空気予熱器３２入側の温度の変化とし
て現れるため、状況の変化に応じて、空気予熱器３２の
入側に接続された流量調整弁７２を調整することによ
り、蓄熱排ガス量の流量調整による温度制御を行うとと
もに、蓄熱排ガスのみでの冷却では目標排ガス温度Ｔ０
とすることが不可能である場合、常温空気供給系５の流
量調整弁５２による温度制御を実施することで、適正な
排ガスの冷却が達成され、必要以上に排ガスの冷却を行
い、空気予熱器３２による熱回収率を損なうことなく、
また排ガス量を必要以上に増やすことなく、煙突等の排
気処理能力への圧迫が回避される。

【００４８】また、図１０の系統に対して、システムお
よび配管の構成は複雑になるが、図１０の系統の場合よ
りも最大の全排ガス量を削減したい場合には、図１０の
系統に更に蓄熱排ガスの空気予熱器３２出側に接続した
蓄熱排ガス導入系８に流量調整弁８１を設けた図１１の
ような系統となる。前述の条件の場合で、この流量調整
弁８１が全閉となることで、蓄熱排ガスの全量を空気予
熱器３２入側に流すことが可能となり、図１０に示した
系統に対して、必要時には空気予熱器３２出側に流れて
いる蓄熱排ガス量の分だけ、図１１の場合は冷却に要す
る蓄熱排ガス量を増加させ、その結果、最終的に排出す
る排ガス量は低減される。これにより、必要以上に排ガ
スの冷却を行い、空気予熱器３２の熱回収率を損なうこ
となく、また排ガス量を必要以上に増やすことなく、煙
突等の排気処理能力への圧迫が回避される。

【００４９】以上の各実施の形態においては、連続式加
熱の予熱帯、加熱帯に蓄熱式バーナを適用した例として
述べたが、予熱帯、加熱帯、均熱帯のいずれかへの適
用、あるいは複数帯への適用をした場合でも各実施の形
態で述べた対応が可能であり、また、炉内から空気予熱
器に流れる排ガス温度の最大値が１１００℃の場合で述
べたが、９００℃、１３００℃の場合でも空気予熱器の
耐熱温度８００℃、あるいは目標排ガス温度Ｔ０まで冷
却するのに必要な蓄熱排ガス量の条件すなわち蓄熱排ガ
ス／炉内排ガスの比率が異なるだけで、各実施の形態に
おいて述べた作用および効果は同様である。また、炉内
から空気予熱器に流れる排ガス温度および蓄熱排ガス量
の条件についても同様である。

【００５０】また、各実施の形態では連続式加熱炉につ
いて述べたが、バッチ式加熱炉においても連続式加熱炉
と同様、蓄熱式バーナと空気予熱器を有する連続燃焼式
バーナとを併用することが考えられ、バッチ式加熱炉を
示す図１２は図１、図８に対応し、図１３は図３、図９
に対応し、図１４は図５、図１１に対応し、図１５は図
６、図１０に対応するものである。その作用および効果
は、連続式加熱炉と同様である。

【００５１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、蓄熱式
バーナと空気予熱器を有する連続燃焼式バーナとを併有
する加熱炉において、蓄熱式バーナから排出される熱交
換後の蓄熱排ガスを空気予熱器の排ガス入側および出側
に導入し、また必要に応じて常温空気を空気予熱器の排
ガス入側に導入するようにしたので、空気予熱器入側の
剥がす温度を適正な温度に制御することができるととも
に、必要以上の排ガス量の増加を抑制することができ、
そのため排気設備の能力の負荷を軽減でき、加えて、空
気予熱器の耐熱温度条件を満足しその破損を防止すると
もに、高い熱回収能力を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１を示す連続式加熱炉の概
要図である。

【図２】実施の形態１における作用を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態２を示す連続式加熱炉の概
要図である。

【図４】実施の形態２における作用を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態３を示す連続式加熱炉の概
要図である。

【図６】本発明の実施の形態４を示す連続式加熱炉の概
要図である。

【図７】本発明の空気予熱器の冷却方法図である。

【図８】本発明の実施の形態５を示す連続式加熱炉の概
要図である。

【図９】実施の形態５の他の例を示す連続式加熱炉の概
要図である。

【図１０】本発明の実施の形態６を示す連続式加熱炉の
概要図である。

【図１１】実施の形態６の他の例を示す連続式加熱炉の
概要図である。

【図１２】本発明の実施の形態を示すバッチ式加熱炉の
概要図である。

【図１３】本発明の実施の形態を示すバッチ式加熱炉の
概要図である。

【図１４】本発明の実施の形態を示すバッチ式加熱炉の
概要図である。

【図１５】本発明の実施の形態を示すバッチ式加熱炉の
概要図である。

【図１６】従来の連続式加熱炉の概要図である。

【図１７】従来のバッチ式加熱炉の概要図である。

【図１８】空気予熱器前の排ガス温度を８００℃までに
冷却する際に要する必要希釈空気量を示す図である。

【図１９】特開平８−１９９２３１号公報に示された連
続式加熱炉の概要図である。

【図２０】空気予熱器前の排ガス温度を蓄熱排ガスにて
冷却する際に要する蓄熱排ガス量と炉内から流れる排ガ
ス量との比率および冷却後排ガス温度の関係を示す図で
ある。

【図２１】図２０の排ガス温度から得られる予熱空気温
度を示す図である。

【符号の説明】

１蓄熱式バーナ２連続燃焼式バーナ３燃焼用空気供給系４燃焼排ガス排出系５常温空気供給系６温度計７第１の蓄熱排ガス導入系８第２の蓄熱排ガス導入系１０連続式加熱炉３２空気予熱器４１煙道４２煙突５１冷却用ファン５２流量調整弁７１排ガスファン７２流量調整弁８１流量調整弁１１０被加熱材（スラブ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蓄熱式バーナと空気予熱器を有する連続
燃焼式バーナとを併有する加熱炉において、前記蓄熱式バーナから排出される熱交換後の低温の排ガ
スを導入する系統を前記空気予熱器の排ガス入側および
出側のそれぞれに設置し、そのいずれかの系統または両
方の系統に流量調整手段を設けたことを特徴とする加熱
炉。
【請求項２】前記空気予熱器の排ガス入側に温度検出
手段を設け、該温度検出手段により前記流量調整手段を
制御することを特徴とする請求項１記載の加熱炉。
【請求項３】前記空気予熱器の排ガス入側に常温空気
を導入する系統を設置したことを特徴とする請求項１ま
たは請求項２記載の加熱炉。
【請求項４】蓄熱式バーナと空気予熱器を有する連続
燃焼式バーナとを併有する加熱炉において、前記空気予熱器の排ガス入側の排ガス温度が該空気予熱
器の耐熱温度を超えないように、該空気予熱器の排ガス
入側および出側のそれぞれに設けられた前記蓄熱式バー
ナからの熱交換後の排ガスの導入系における流量を調整
することを特徴とする加熱炉における空気予熱器の冷却
方法。
【請求項５】前記空気予熱器の排ガス入側に常温空気
を導入する系統を設置し、該空気予熱器の冷却不足があ
る場合、その冷却不足を常温空気で補うことを特徴とす
る請求項４記載の加熱炉における空気予熱器の冷却方
法。
【請求項６】蓄熱式バーナと空気予熱器を有する連続
燃焼式バーナとを併有する加熱炉において、下記（ａ）式に示す条件を常に満足する場合、前記蓄熱
式バーナから排出される熱交換後の低温の排ガスを前記
空気予熱器の排ガス入側および出側に導入することによ
り、空気予熱器入側の排ガス温度を目標排ガス温度Ｔ0
に調整することを特徴とする加熱炉における空気予熱器
の冷却方法。Ｔ0≧（Ｑ1×Ｔ1×Ｃp1＋Ｑ2×Ｔ2×Ｃp2）／｛（Ｑ1＋Ｑ2）×Ｃp0｝…（ａ）Ｔ0：空気予熱器入側の目標排ガス温度Ｔ1：炉出口排ガス温度Ｔ2：蓄熱排ガス温度Ｑ1：炉出口排ガス量Ｑ2：蓄熱排ガス量Ｃp0：空気予熱器入側の目標排ガスの比熱Ｃp1：炉出口排ガスの比熱Ｃp2：蓄熱排ガスの比熱
【請求項７】前記（ａ）式に示す条件を常に満足する
ことができない場合、更に前記空気予熱器の排ガス入側
に常温空気を導入する系統を設置し、該空気予熱器の排
ガス入側に導入される蓄熱排ガスと常温空気により、空
気予熱器入側の排ガス温度を目標排ガス温度Ｔ0まで冷
却することを特徴とする請求項６記載の加熱炉における
空気予熱器の冷却方法。