JP2002089835A - 蓄熱式燃焼バーナ用蓄熱体 - Google Patents
蓄熱式燃焼バーナ用蓄熱体Info
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- F23C5/08—Disposition of burners
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
- C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
- C03B5/235—Heating the glass
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- C03B5/235—Heating the glass
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- F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 使用寿命が長く、長期間安定して高い熱回収
が行なえ、低圧力損失を実現することができる。 【解決手段】 ある一定時間の高温燃焼排ガスの通過に
よる蓄熱と、次の一定時間の燃焼空気の通過による前記
燃焼空気の加熱とを交互に繰り返しながら燃焼する蓄熱
式燃焼バーナの、アルミナを主成分とする材料からなる
蓄熱体において、前記燃焼排ガス中に金属ダストが含ま
れている場合、高温部、中温部および低温部のアルミナ
純度をこの順で低くする。
が行なえ、低圧力損失を実現することができる。 【解決手段】 ある一定時間の高温燃焼排ガスの通過に
よる蓄熱と、次の一定時間の燃焼空気の通過による前記
燃焼空気の加熱とを交互に繰り返しながら燃焼する蓄熱
式燃焼バーナの、アルミナを主成分とする材料からなる
蓄熱体において、前記燃焼排ガス中に金属ダストが含ま
れている場合、高温部、中温部および低温部のアルミナ
純度をこの順で低くする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、蓄熱式燃焼バー
ナ用蓄熱体、特に、使用寿命が長く、長期間安定して高
い熱回収が行なえ、また、低圧力損失を実現することが
可能な蓄熱式燃焼バーナ用蓄熱体に関するものである。
ナ用蓄熱体、特に、使用寿命が長く、長期間安定して高
い熱回収が行なえ、また、低圧力損失を実現することが
可能な蓄熱式燃焼バーナ用蓄熱体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ここで、蓄熱式燃焼バーナについて、こ
れを加熱炉に設置した態様を例をあげて、図面を参照し
ながら説明する。図１は、蓄熱式バーナが設置された加
熱炉を示す概略断面図である。
れを加熱炉に設置した態様を例をあげて、図面を参照し
ながら説明する。図１は、蓄熱式バーナが設置された加
熱炉を示す概略断面図である。
【０００３】図１において、１は、加熱炉、２ａ、２ｂ
は、それぞれ加熱炉１の炉壁に対向して設置された一対
の蓄熱式バーナ、３ａ、３ｂは、蓄熱式バーナ２ａ、２
ｂ内に設けられた蓄熱体である。蓄熱体３ａ、３ｂは、
比表面積の大きなものが良く、通常、複数個のハニカム
構造体によって構成されている。４ａ、４ｂは、燃料遮
断弁であり、この弁が開いている間は、図には示されて
いない燃料供給源より加圧された燃料が所定流量でバー
ナ２ａ、２ｂに供給される。５ａ、５ｂは、燃焼空気弁
であり、この弁が開いている間は、図には示されていな
い空気供給源より加圧された空気が所定流量でバーナ２
ａ、２ｂに供給される。６ａ、６ｂは、燃焼排ガス弁で
あり、この弁が開いている間は、図には示されていない
排気ブロワにより蓄熱体３ａ、３ｂを通過した燃焼排ガ
ス（以下、炉内ガスという）が所定流量で吸引され、大
気に放出される。
は、それぞれ加熱炉１の炉壁に対向して設置された一対
の蓄熱式バーナ、３ａ、３ｂは、蓄熱式バーナ２ａ、２
ｂ内に設けられた蓄熱体である。蓄熱体３ａ、３ｂは、
比表面積の大きなものが良く、通常、複数個のハニカム
構造体によって構成されている。４ａ、４ｂは、燃料遮
断弁であり、この弁が開いている間は、図には示されて
いない燃料供給源より加圧された燃料が所定流量でバー
ナ２ａ、２ｂに供給される。５ａ、５ｂは、燃焼空気弁
であり、この弁が開いている間は、図には示されていな
い空気供給源より加圧された空気が所定流量でバーナ２
ａ、２ｂに供給される。６ａ、６ｂは、燃焼排ガス弁で
あり、この弁が開いている間は、図には示されていない
排気ブロワにより蓄熱体３ａ、３ｂを通過した燃焼排ガ
ス（以下、炉内ガスという）が所定流量で吸引され、大
気に放出される。
【０００４】図１において、例えば、一方のバーナ２ａ
が燃焼状態にある場合には、燃料遮断弁４ａが開いて燃
料が供給される。また、燃焼空気弁５ａが開き、燃焼排
ガス弁６ａが閉じて一方の蓄熱体３ａに空気が押し込ま
れる。蓄熱体３ａを通過した空気は、蓄熱体３ａより熱
を奪って高温の予熱空気となってバーナ２ａに供給され
る。
が燃焼状態にある場合には、燃料遮断弁４ａが開いて燃
料が供給される。また、燃焼空気弁５ａが開き、燃焼排
ガス弁６ａが閉じて一方の蓄熱体３ａに空気が押し込ま
れる。蓄熱体３ａを通過した空気は、蓄熱体３ａより熱
を奪って高温の予熱空気となってバーナ２ａに供給され
る。
【０００５】一方、このとき他方のバーナ２ｂでは、燃
料遮断弁４ｂおよび燃焼空気弁５ｂが共に閉じ、燃焼排
ガス弁６ｂが開いており、炉内ガスは、バーナ２ｂより
吸引され、蓄熱体３ｂを経てこれが蓄熱された後、排気
ブロワにより排気される。
料遮断弁４ｂおよび燃焼空気弁５ｂが共に閉じ、燃焼排
ガス弁６ｂが開いており、炉内ガスは、バーナ２ｂより
吸引され、蓄熱体３ｂを経てこれが蓄熱された後、排気
ブロワにより排気される。
【０００６】上記蓄熱式バーナ２ａ、２ｂを用いた加熱
炉１において蓄熱燃焼を行う場合には、一定時間毎にバ
ーナ２ａと２ｂとの燃焼を交互に切り替える交番燃焼が
行われる。
炉１において蓄熱燃焼を行う場合には、一定時間毎にバ
ーナ２ａと２ｂとの燃焼を交互に切り替える交番燃焼が
行われる。
【０００７】そして、燃焼が切り替わり、他方のバーナ
２ｂが燃焼状態になった場合には、燃料遮断弁４ｂおよ
び燃焼空気弁５ｂが共に開き、燃焼排ガス弁６ｂが閉じ
て他方の蓄熱体３ｂに空気が供給される。高温の蓄熱体
３ｂを通過した空気は、蓄熱体３ｂより熱を奪って高温
の予熱空気となってバーナ２ｂに供給される。
２ｂが燃焼状態になった場合には、燃料遮断弁４ｂおよ
び燃焼空気弁５ｂが共に開き、燃焼排ガス弁６ｂが閉じ
て他方の蓄熱体３ｂに空気が供給される。高温の蓄熱体
３ｂを通過した空気は、蓄熱体３ｂより熱を奪って高温
の予熱空気となってバーナ２ｂに供給される。
【０００８】一方、このとき一方のバーナ２ａでは、燃
料遮断弁４ａおよび燃焼空気弁５ａが共に閉じ、燃焼排
ガス弁６ａが開いており、炉内ガスは、バーナ２ａより
吸引され、蓄熱体３ａを経てこれが蓄熱された後、排気
ブロワにより排気される。
料遮断弁４ａおよび燃焼空気弁５ａが共に閉じ、燃焼排
ガス弁６ａが開いており、炉内ガスは、バーナ２ａより
吸引され、蓄熱体３ａを経てこれが蓄熱された後、排気
ブロワにより排気される。
【０００９】炉長方向に隣接する別の一対のバーナ２ａ
１、２ｂ１においても、上述したようにして交番燃焼が
行われる。但し、燃焼のタイミングは、異なっている。
即ち、バーナ２ａの燃焼時には、隣接する別のバーナ２
ａ１は、蓄熱状態にある。
１、２ｂ１においても、上述したようにして交番燃焼が
行われる。但し、燃焼のタイミングは、異なっている。
即ち、バーナ２ａの燃焼時には、隣接する別のバーナ２
ａ１は、蓄熱状態にある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】一般に蓄熱体の材質と
しては、アルミナやコージライト等のセラミックスが使
用されているが、燃焼排ガスの温度や燃焼排ガス中の金
属ダストの有無等の使用環境により、その寿命が大きく
変わる。このため蓄熱体の材質に不適切なものを選択す
ると、蓄熱体の溶損、亀裂発生や目詰りを招き、蓄熱体
の寿命が大幅に短くなるばかりか、熱回収の半減、圧力
損失の急増により運転不可能な状態になる場合がある。
しては、アルミナやコージライト等のセラミックスが使
用されているが、燃焼排ガスの温度や燃焼排ガス中の金
属ダストの有無等の使用環境により、その寿命が大きく
変わる。このため蓄熱体の材質に不適切なものを選択す
ると、蓄熱体の溶損、亀裂発生や目詰りを招き、蓄熱体
の寿命が大幅に短くなるばかりか、熱回収の半減、圧力
損失の急増により運転不可能な状態になる場合がある。
【００１１】特に、アルミナの場合、通常使用されてい
るのが、アルミナ純度が９７％程度、気孔率が３０％以
上のものであり、高温排ガスが高温で且つ金属ダストを
有している場合、その温度によっては金属ダストとの反
応によって溶損が発生し、使用不可能の状態になる問題
があった。更に、アルミナ純度や気孔率によっても蓄熱
体の寿命が大幅に異なる。なお、気孔率とは、その材料
中の空孔の体積比率を示したものである。
るのが、アルミナ純度が９７％程度、気孔率が３０％以
上のものであり、高温排ガスが高温で且つ金属ダストを
有している場合、その温度によっては金属ダストとの反
応によって溶損が発生し、使用不可能の状態になる問題
があった。更に、アルミナ純度や気孔率によっても蓄熱
体の寿命が大幅に異なる。なお、気孔率とは、その材料
中の空孔の体積比率を示したものである。
【００１２】一般的にアルミナとコージライトと比較す
ると、アルミナの方がコージライトより値段が高く、ま
た、アルミナにおいても純度が高いほど、また、気孔率
が低いほど値段が高くなる傾向にある。
ると、アルミナの方がコージライトより値段が高く、ま
た、アルミナにおいても純度が高いほど、また、気孔率
が低いほど値段が高くなる傾向にある。
【００１３】従って、この発明の目的は、アルミナで
は、アルミナ純度、気孔率と雰囲気温度、金属ダストの
有無における耐久性、コージライトでは、雰囲気温度、
金属ダストの有無における使用条件を明確化し、低コス
トを保ち且つ最適構成にすることによって、長期間安定
して熱回収および低圧力損失を維持することが可能な蓄
熱式燃焼バーナ用蓄熱体を提供することにある。
は、アルミナ純度、気孔率と雰囲気温度、金属ダストの
有無における耐久性、コージライトでは、雰囲気温度、
金属ダストの有無における使用条件を明確化し、低コス
トを保ち且つ最適構成にすることによって、長期間安定
して熱回収および低圧力損失を維持することが可能な蓄
熱式燃焼バーナ用蓄熱体を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
ある一定時間の高温燃焼排ガスの通過による蓄熱と、次
の一定時間の燃焼空気の通過による前記燃焼空気の加熱
とを交互に繰り返しながら燃焼する蓄熱式燃焼バーナ
の、アルミナを主成分とする材料からなる蓄熱体におい
て、前記燃焼排ガス中に金属ダストが含まれている場
合、高温部、中温部および低温部のアルミナ純度をこの
順で低くすることに特徴を有するものである。
ある一定時間の高温燃焼排ガスの通過による蓄熱と、次
の一定時間の燃焼空気の通過による前記燃焼空気の加熱
とを交互に繰り返しながら燃焼する蓄熱式燃焼バーナ
の、アルミナを主成分とする材料からなる蓄熱体におい
て、前記燃焼排ガス中に金属ダストが含まれている場
合、高温部、中温部および低温部のアルミナ純度をこの
順で低くすることに特徴を有するものである。
【００１５】請求項２記載の発明は、前記高温部の気孔
率を前記中温部の気孔率に比べて小さくすることに特徴
を有するものである。
率を前記中温部の気孔率に比べて小さくすることに特徴
を有するものである。
【００１６】請求項３記載の発明は、ある一定時間の高
温燃焼排ガスの通過による蓄熱と、次の一定時間の燃焼
空気の通過による前記燃焼空気の加熱とを交互に繰り返
しながら燃焼する蓄熱式燃焼バーナの、アルミナを主成
分とする材料からなる蓄熱体において、前記燃焼排ガス
中に金属ダストが含まれている場合、前記燃焼排ガス温
度が１２００℃を超える高温部のアルミナ純度を９８％
以上とし、１１００℃超から１２００℃以下の中温部の
アルミナ純度を９５％とし、１１００℃以下の低温部を
コージライトとすることに特徴を有するものである。
温燃焼排ガスの通過による蓄熱と、次の一定時間の燃焼
空気の通過による前記燃焼空気の加熱とを交互に繰り返
しながら燃焼する蓄熱式燃焼バーナの、アルミナを主成
分とする材料からなる蓄熱体において、前記燃焼排ガス
中に金属ダストが含まれている場合、前記燃焼排ガス温
度が１２００℃を超える高温部のアルミナ純度を９８％
以上とし、１１００℃超から１２００℃以下の中温部の
アルミナ純度を９５％とし、１１００℃以下の低温部を
コージライトとすることに特徴を有するものである。
【００１７】請求項４記載の発明は、前記高温部の気孔
率を２０％以下にし、前記中温部の気孔率を５０％以下
にすることに特徴を有するものである。
率を２０％以下にし、前記中温部の気孔率を５０％以下
にすることに特徴を有するものである。
【００１８】請求項５記載の発明は、ある一定時間の高
温燃焼排ガスの通過による蓄熱と、次の一定時間の燃焼
空気の通過による前記燃焼空気の加熱とを交互に繰り返
しながら燃焼する蓄熱式燃焼バーナの、アルミナを主成
分とする材料からなる蓄熱体において、前記燃焼排ガス
中に金属ダストが含まれていない場合、前記燃焼排ガス
温度が１３００℃を超える高温部のアルミナ純度を９５
％以上とし、１３００℃以下の低温部をコージライトと
することに特徴を有するものである。
温燃焼排ガスの通過による蓄熱と、次の一定時間の燃焼
空気の通過による前記燃焼空気の加熱とを交互に繰り返
しながら燃焼する蓄熱式燃焼バーナの、アルミナを主成
分とする材料からなる蓄熱体において、前記燃焼排ガス
中に金属ダストが含まれていない場合、前記燃焼排ガス
温度が１３００℃を超える高温部のアルミナ純度を９５
％以上とし、１３００℃以下の低温部をコージライトと
することに特徴を有するものである。
【００１９】請求項６記載の発明は、前記高温部の気孔
率を２０％以下とすることに特徴を有するものである。
率を２０％以下とすることに特徴を有するものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】先ず、この発明の原理を説明す
る。
る。
【００２１】表１は、コージライトにおいて、燃焼排ガ
ス中の、鉄、ナトリウムまたはカルシウム等の金属ダス
トの有無によって、１ｋｇ／ｃｍ2の荷重をかけた場合
のコージライトが軟化する燃焼排ガス温度を調べた結果
である。
ス中の、鉄、ナトリウムまたはカルシウム等の金属ダス
トの有無によって、１ｋｇ／ｃｍ2の荷重をかけた場合
のコージライトが軟化する燃焼排ガス温度を調べた結果
である。
【００２２】
【表１】
【００２３】表１から明らかなように、金属ダストが無
い場合であれば、１３００℃の温度域でも使用上問題は
ないが、金属ダストが有る場合には、１１２０〜１１５
０℃と軟化する温度が著しく低下し、金属ダストが有る
場合、２０℃余裕をみるとコージライトの使用可能な温
度域は、１１００℃以下である。
い場合であれば、１３００℃の温度域でも使用上問題は
ないが、金属ダストが有る場合には、１１２０〜１１５
０℃と軟化する温度が著しく低下し、金属ダストが有る
場合、２０℃余裕をみるとコージライトの使用可能な温
度域は、１１００℃以下である。
【００２４】図３、４および５は、気孔率１０％のアル
ミナにおいて、アルミナ純度および燃焼排ガス中への
鉄、ナトリウムまたはカルシウム等の金属ダストの有無
の条件と燃焼排ガス温度との関係を、閉塞率の変化で整
理したグラフである。
ミナにおいて、アルミナ純度および燃焼排ガス中への
鉄、ナトリウムまたはカルシウム等の金属ダストの有無
の条件と燃焼排ガス温度との関係を、閉塞率の変化で整
理したグラフである。
【００２５】なお、閉塞率とは、蓄熱時に燃焼排ガスが
通通する流路面積に対し、閉塞部ができた際の閉塞比率
のことであって、図２のように、新品時の燃焼排ガス流
路面積をＡ１とし、燃焼排ガスを通過させて一定期間経
過した後に、閉塞部を除いた流路面積をＡ２とした場合
に、下記（１）式、 （Ａ１−Ａ２）／Ａ１×１００ ---（１） で定義したものである。
通通する流路面積に対し、閉塞部ができた際の閉塞比率
のことであって、図２のように、新品時の燃焼排ガス流
路面積をＡ１とし、燃焼排ガスを通過させて一定期間経
過した後に、閉塞部を除いた流路面積をＡ２とした場合
に、下記（１）式、 （Ａ１−Ａ２）／Ａ１×１００ ---（１） で定義したものである。
【００２６】図３は、燃焼排ガス中に金属ダストを有し
且つ燃焼排ガス温度が１３５０℃の条件において、アル
ミナ純度が９５％、９８％および９９％の場合における
閉塞率の時間変化を示したグラフである。
且つ燃焼排ガス温度が１３５０℃の条件において、アル
ミナ純度が９５％、９８％および９９％の場合における
閉塞率の時間変化を示したグラフである。
【００２７】図３から明らかなように、アルミナ純度が
９８％以上であれば、約９０００時間経過後であっても
閉塞率が３０％以下であり且つ閉塞率の変化が小さくな
っていることが分かる。一方、アルミナ純度が９５％の
場合には、閉塞率が８０％程度と完全開塞に近い状態に
なっていることが分かる。
９８％以上であれば、約９０００時間経過後であっても
閉塞率が３０％以下であり且つ閉塞率の変化が小さくな
っていることが分かる。一方、アルミナ純度が９５％の
場合には、閉塞率が８０％程度と完全開塞に近い状態に
なっていることが分かる。
【００２８】図４は、燃焼排ガス中に金属ダストを有し
且つ燃焼排ガス温度が約１２００℃の条件において、ア
ルミナ純度が９５％、９８％および９９％における閉塞
率の時間変化を示したグラフである。
且つ燃焼排ガス温度が約１２００℃の条件において、ア
ルミナ純度が９５％、９８％および９９％における閉塞
率の時間変化を示したグラフである。
【００２９】図４から明らかなように、何れのアルミナ
純度においても、約９０００時間経過後で閉塞率が２５
％以下であり且つ閉塞率の変化が小さくなっていること
が分かる。
純度においても、約９０００時間経過後で閉塞率が２５
％以下であり且つ閉塞率の変化が小さくなっていること
が分かる。
【００３０】これらのことから、金属ダストがある場
合、燃焼排ガス温度によりその閉塞率が大きく変化する
ことが分かる。
合、燃焼排ガス温度によりその閉塞率が大きく変化する
ことが分かる。
【００３１】図５は、燃焼排ガス中に金属ダストがなく
且つ燃焼排ガス温度１３５０℃の条件において、アルミ
ナ純度が９５％、９８％および９９％における閉塞率の
時間変化を示したグラフである。
且つ燃焼排ガス温度１３５０℃の条件において、アルミ
ナ純度が９５％、９８％および９９％における閉塞率の
時間変化を示したグラフである。
【００３２】図５から明らかなように、何れのアルミナ
純度においても、約９０００時間経過後で閉塞率が１０
％以下であり、新品時とほぼ同様の状況であることが分
かる。金属ダストが無い場合、燃焼排ガス温度が１３５
０℃と高い場合でも、閉塞率が大きくなることはないこ
とが分かる。
純度においても、約９０００時間経過後で閉塞率が１０
％以下であり、新品時とほぼ同様の状況であることが分
かる。金属ダストが無い場合、燃焼排ガス温度が１３５
０℃と高い場合でも、閉塞率が大きくなることはないこ
とが分かる。
【００３３】次に、燃焼排ガス中への鉄、ナトリウムま
たはカルシウム等の金属ダストの有無の条件と燃焼排ガ
ス温度と気孔率との関係を亀裂数の時間変化で整理し
た。亀裂数は、図６のように高さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍ
の平板部における亀裂の数を計測したものである。
たはカルシウム等の金属ダストの有無の条件と燃焼排ガ
ス温度と気孔率との関係を亀裂数の時間変化で整理し
た。亀裂数は、図６のように高さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍ
の平板部における亀裂の数を計測したものである。
【００３４】図７は、純度９８％のアルミナにおいて、
燃焼排ガス中に金属ダストを有し且つ燃焼排ガス温度が
１３５０℃の条件において、気孔率が１０％、２０％お
よび３０％のときの亀裂数の時間変化を示したグラフで
ある。
燃焼排ガス中に金属ダストを有し且つ燃焼排ガス温度が
１３５０℃の条件において、気孔率が１０％、２０％お
よび３０％のときの亀裂数の時間変化を示したグラフで
ある。
【００３５】図７から明らかなように、気孔率が２０％
以下であれば、約９０００時間経過後であっても亀裂数
が１０個以下であり、平板部の脱落や崩壊はみられなか
った。一方、気孔率が３０％の場合、約８０００時間経
過後に平板部の脱落や崩壊が若干見られたが、使用に支
障を来すものではなかった。しかし、次回の補修まで使
用を継続できる保証はなかった。
以下であれば、約９０００時間経過後であっても亀裂数
が１０個以下であり、平板部の脱落や崩壊はみられなか
った。一方、気孔率が３０％の場合、約８０００時間経
過後に平板部の脱落や崩壊が若干見られたが、使用に支
障を来すものではなかった。しかし、次回の補修まで使
用を継続できる保証はなかった。
【００３６】このことから、燃焼排ガス中に金属ダスト
が含まれている場合、燃焼排ガス温度が１２００℃を超
える高温部のアルミナ純度を９８％以上とした場合に、
アルミナの気孔率を２０％以下にすれば、更に、蓄熱体
の長寿命化を図ることができることが分かった。
が含まれている場合、燃焼排ガス温度が１２００℃を超
える高温部のアルミナ純度を９８％以上とした場合に、
アルミナの気孔率を２０％以下にすれば、更に、蓄熱体
の長寿命化を図ることができることが分かった。
【００３７】図８Ａは、アルミナ純度９８％のアルミナ
において、燃焼排ガス中に金属ダストがなく且つ燃焼排
ガス温度が１３５０℃の条件において、気孔率が１０
％、２０％および３０％のときの亀裂数の時間変化を示
したグラフである。
において、燃焼排ガス中に金属ダストがなく且つ燃焼排
ガス温度が１３５０℃の条件において、気孔率が１０
％、２０％および３０％のときの亀裂数の時間変化を示
したグラフである。
【００３８】図８Ａから明らかなように、気孔率が２０
％以下であれば、約９０００時間経過後であっても亀裂
数が１０個以下であり、平板部の脱落や崩壊はみられな
かった。一方、気孔率が３０％の場合、約８５００時間
経過後に平板部の崩壊および脱落が若干みられたが、使
用に支障を来すものではなかった。しかし、次回の補修
まで使用を継続できる保証はなかった。
％以下であれば、約９０００時間経過後であっても亀裂
数が１０個以下であり、平板部の脱落や崩壊はみられな
かった。一方、気孔率が３０％の場合、約８５００時間
経過後に平板部の崩壊および脱落が若干みられたが、使
用に支障を来すものではなかった。しかし、次回の補修
まで使用を継続できる保証はなかった。
【００３９】図８Ｂは、アルミナ純度９５％のアルミナ
において、燃焼排ガス中に金属ダストがなく且つ燃焼排
ガス温度１３５０℃の条件において、気孔率が１０％、
２０％および３０％のときの亀裂数の時間変化を示した
グラフである。
において、燃焼排ガス中に金属ダストがなく且つ燃焼排
ガス温度１３５０℃の条件において、気孔率が１０％、
２０％および３０％のときの亀裂数の時間変化を示した
グラフである。
【００４０】図８Ｂから明らかなように、アルミナ純度
９８％のアルミナと同様に、気孔率が２０％以下であれ
ば、９０００時間経過後であっても亀裂数が１０個以下
であり、平板部の脱落や崩壊はみられなかった。一方、
気孔率が３０％の場合、約８５００時間経過後に平板部
の崩壊および脱落が若干みられたが、使用に支障を来す
ものではなかった。しかし、次回の補修まで使用を継続
できる保証はなかった。
９８％のアルミナと同様に、気孔率が２０％以下であれ
ば、９０００時間経過後であっても亀裂数が１０個以下
であり、平板部の脱落や崩壊はみられなかった。一方、
気孔率が３０％の場合、約８５００時間経過後に平板部
の崩壊および脱落が若干みられたが、使用に支障を来す
ものではなかった。しかし、次回の補修まで使用を継続
できる保証はなかった。
【００４１】このことから、燃焼排ガス中に金属ダスト
が含まれていない場合、燃焼排ガス温度が１３００℃を
超える高温部のアルミナ純度を９５％以上とした場合
に、アルミナの気孔率を２０％以下にすれば、更に、蓄
熱体の長寿命化を図ることができることが分かった。
が含まれていない場合、燃焼排ガス温度が１３００℃を
超える高温部のアルミナ純度を９５％以上とした場合
に、アルミナの気孔率を２０％以下にすれば、更に、蓄
熱体の長寿命化を図ることができることが分かった。
【００４２】図９は、アルミナ純度９８％のアルミナに
おいて、燃焼排ガス中に金属ダストを有し且つ燃焼排ガ
ス温度１２００℃の条件において、気孔率が１０％、２
０％、５０％のときの亀裂数の時間変化を示したグラフ
である。
おいて、燃焼排ガス中に金属ダストを有し且つ燃焼排ガ
ス温度１２００℃の条件において、気孔率が１０％、２
０％、５０％のときの亀裂数の時間変化を示したグラフ
である。
【００４３】図９から明らかなように、１０％、２０％
および５０％の何れの気孔率であっても、９０００時間
経過後の亀裂数が１０個以下であり、平板部の脱落や崩
壊はみられなかった。
および５０％の何れの気孔率であっても、９０００時間
経過後の亀裂数が１０個以下であり、平板部の脱落や崩
壊はみられなかった。
【００４４】図１０は、アルミナ純度９８％のアルミナ
において、燃焼排ガス中に金属ダストがなく且つ燃焼排
ガス温度１２００℃の条件において、気孔率が１０％、
２０％および５０％のときの亀裂数の時間変化を示した
グラフである。
において、燃焼排ガス中に金属ダストがなく且つ燃焼排
ガス温度１２００℃の条件において、気孔率が１０％、
２０％および５０％のときの亀裂数の時間変化を示した
グラフである。
【００４５】図１０から明らかなように、１０％、２０
％および５０％の何れの気孔率であっても、約９０００
時間経過後の亀裂数が１０個以下であり、平板部の脱落
や崩壊はみられなかった。
％および５０％の何れの気孔率であっても、約９０００
時間経過後の亀裂数が１０個以下であり、平板部の脱落
や崩壊はみられなかった。
【００４６】以上の結果から、燃焼排ガス中に金属ダス
トが含まれている場合、蓄熱体に用いる材料は、図１１
のような構成にするのが最も好ましい。即ち、燃焼排ガ
ス温度が１２００℃を超える高温部ではアルミナ純度９
８％以上で且つ気孔率が２０％以下の材料を使用し、１
１００℃超から１２００℃以下の中温部ではアルミナ純
度が９５％以上で且つ気孔率が５０％以下の材料を使用
し、１１００℃以下の低温部では、コージライトを使用
するのが最適である。
トが含まれている場合、蓄熱体に用いる材料は、図１１
のような構成にするのが最も好ましい。即ち、燃焼排ガ
ス温度が１２００℃を超える高温部ではアルミナ純度９
８％以上で且つ気孔率が２０％以下の材料を使用し、１
１００℃超から１２００℃以下の中温部ではアルミナ純
度が９５％以上で且つ気孔率が５０％以下の材料を使用
し、１１００℃以下の低温部では、コージライトを使用
するのが最適である。
【００４７】一方、燃焼排ガス中に金属ダストが含まれ
ていない場合、蓄熱体に用いる材料は、図１２のような
構成にするのが最も好ましい。即ち、燃焼排ガス温度が
１３００℃を超える高温部ではアルミナ純度が９５％以
上で且つ気孔率が２０％以下の材料を使用し、１３００
℃以下の低温部では、コージライトを使用するの最も好
ましい。
ていない場合、蓄熱体に用いる材料は、図１２のような
構成にするのが最も好ましい。即ち、燃焼排ガス温度が
１３００℃を超える高温部ではアルミナ純度が９５％以
上で且つ気孔率が２０％以下の材料を使用し、１３００
℃以下の低温部では、コージライトを使用するの最も好
ましい。
【００４８】
【実施例】図１４は、燃焼排ガス中に金属ダストが含ま
れ、燃焼排ガス温度が１３５０℃の条件で、図１１に示
したこの発明の蓄熱体の場合と、図１３に示した従来の
蓄熱体の両者で、長期間蓄熱燃焼を行ない、定期的に蓄
熱体の熱効率測定した結果を示したグラフであり、図１
５は、そのときの圧力損失を示したグラフである。
れ、燃焼排ガス温度が１３５０℃の条件で、図１１に示
したこの発明の蓄熱体の場合と、図１３に示した従来の
蓄熱体の両者で、長期間蓄熱燃焼を行ない、定期的に蓄
熱体の熱効率測定した結果を示したグラフであり、図１
５は、そのときの圧力損失を示したグラフである。
【００４９】図１４から明らかなように、図１１に示す
この発明の蓄熱体では、約９０００時間経過後も９０％
以上の高い熱回収率を安定して得られるのに対して、図
１３に示す従来の蓄熱体では、使用直後から徐々に熱効
率が低下し、約５０００時間経過後からは顕著に低下
し、約９０００時間経過後では、熱効率が６０％程度ま
で低下した。使用直後から発生したコージライトの溶損
や、特に高温部に位置するアルミナ純度９７％、気孔率
３０％の蓄熱体に亀裂が多数発生し、その結果、伝熱面
積が減少し、熱効率の低下を招いた。
この発明の蓄熱体では、約９０００時間経過後も９０％
以上の高い熱回収率を安定して得られるのに対して、図
１３に示す従来の蓄熱体では、使用直後から徐々に熱効
率が低下し、約５０００時間経過後からは顕著に低下
し、約９０００時間経過後では、熱効率が６０％程度ま
で低下した。使用直後から発生したコージライトの溶損
や、特に高温部に位置するアルミナ純度９７％、気孔率
３０％の蓄熱体に亀裂が多数発生し、その結果、伝熱面
積が減少し、熱効率の低下を招いた。
【００５０】図１５は、使用当初の圧力損失をベース
１．０として、それぞれ一定期間経過後に使用当初と全
く同一の運転条件にて圧力損失を測定した結果を比較し
たものである。
１．０として、それぞれ一定期間経過後に使用当初と全
く同一の運転条件にて圧力損失を測定した結果を比較し
たものである。
【００５１】図１５から明らかなように、図１１に示す
この発明の蓄熱体では、約９０００時間経過後も圧力損
失が使用当初と変わらないのに対して、図１３に示す従
来の蓄熱体では、使用当初から圧力損失は増大傾向にあ
り、約５０００時間経過後では使用当初の２５倍の圧力
損失となり、約９０００時間経過後もほぼ同レベルの圧
力損失となった。これは使用開始直後からコージライト
の溶損が発生し、燃焼排ガス通過部が大きく閉塞された
ためである。
この発明の蓄熱体では、約９０００時間経過後も圧力損
失が使用当初と変わらないのに対して、図１３に示す従
来の蓄熱体では、使用当初から圧力損失は増大傾向にあ
り、約５０００時間経過後では使用当初の２５倍の圧力
損失となり、約９０００時間経過後もほぼ同レベルの圧
力損失となった。これは使用開始直後からコージライト
の溶損が発生し、燃焼排ガス通過部が大きく閉塞された
ためである。
【００５２】更に、約５０００時間経過した時点から、
高温部に位置するアルミナ純度９７％、気孔率３０％の
蓄熱体においても閉塞が発生する傾向がみられた。高温
の燃焼排ガス中に金属ダストが含まれている場合、この
発明の蓄熱体を使用すると、従来の蓄熱体に比べ、高い
熱回収および低い圧力損失の条件下での安定使用が可能
となる。
高温部に位置するアルミナ純度９７％、気孔率３０％の
蓄熱体においても閉塞が発生する傾向がみられた。高温
の燃焼排ガス中に金属ダストが含まれている場合、この
発明の蓄熱体を使用すると、従来の蓄熱体に比べ、高い
熱回収および低い圧力損失の条件下での安定使用が可能
となる。
【００５３】図１７は、燃焼排ガス中に金属ダストが含
まれておらず、燃焼排ガス温度が１３５０℃の条件に
て、図１２に示したこの発明の蓄熱体の場合と、図１６
に示した従来の蓄熱体の両者で、長期間蓄熱燃焼を行
い、定期的に蓄熱体の熱効率を測定した結果を示すグラ
フであり、図１８は、そのときの圧力損失を示したグラ
フである。
まれておらず、燃焼排ガス温度が１３５０℃の条件に
て、図１２に示したこの発明の蓄熱体の場合と、図１６
に示した従来の蓄熱体の両者で、長期間蓄熱燃焼を行
い、定期的に蓄熱体の熱効率を測定した結果を示すグラ
フであり、図１８は、そのときの圧力損失を示したグラ
フである。
【００５４】図１７から明らかなように、図１２に示す
この発明の蓄熱体では、約９０００時間経過後も９０％
以上と高い熱回収率を安定して示したのに対して、図１
６に示す従来の蓄熱体では、使用直後から熱効率が徐々
に低下し、約９０００時間経過後では熱効率が７０％程
度まで低下した。これは使用直後からコージライトが徐
々に軟化していき、特に高温部に位重するコージライト
の変形が顕著となり、蓄熱体に均一に燃焼排ガスが流れ
ず、その結果、蓄熱体における熱交換が円滑に行われ
ず、熱効率の低下を招いたものである。
この発明の蓄熱体では、約９０００時間経過後も９０％
以上と高い熱回収率を安定して示したのに対して、図１
６に示す従来の蓄熱体では、使用直後から熱効率が徐々
に低下し、約９０００時間経過後では熱効率が７０％程
度まで低下した。これは使用直後からコージライトが徐
々に軟化していき、特に高温部に位重するコージライト
の変形が顕著となり、蓄熱体に均一に燃焼排ガスが流れ
ず、その結果、蓄熱体における熱交換が円滑に行われ
ず、熱効率の低下を招いたものである。
【００５５】図１８は、使用当初の圧力損失をベース
１．０として、それぞれ一定期間経過後に使用当初と全
く同一の運転条件にて圧力損失を測定した結果を比較し
たものである。
１．０として、それぞれ一定期間経過後に使用当初と全
く同一の運転条件にて圧力損失を測定した結果を比較し
たものである。
【００５６】図１８から明らかなように、図１２に示す
この発明の蓄熱体では、約９０００時間経過も圧力損失
が使用当初と変わらないのに対して、図１８に示す従来
の蓄熱体では、使用当初から圧力損失は徐々に増大する
傾向にあり、約９０００時間経過後で１５倍の圧力損失
となった。これは使用開始直後からコージライトの変形
が発生し、燃焼排ガス通過部が除々に閉塞されたためで
ある。燃焼排ガス中に金属ダストが含まれている場合と
同様、この発明の蓄熱体を使用すると、従来の蓄熱体に
比べ、高い熱回収および低い圧力損失の条件下での安定
使用が可能となる。
この発明の蓄熱体では、約９０００時間経過も圧力損失
が使用当初と変わらないのに対して、図１８に示す従来
の蓄熱体では、使用当初から圧力損失は徐々に増大する
傾向にあり、約９０００時間経過後で１５倍の圧力損失
となった。これは使用開始直後からコージライトの変形
が発生し、燃焼排ガス通過部が除々に閉塞されたためで
ある。燃焼排ガス中に金属ダストが含まれている場合と
同様、この発明の蓄熱体を使用すると、従来の蓄熱体に
比べ、高い熱回収および低い圧力損失の条件下での安定
使用が可能となる。
【００５７】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、以下のような有用な効果がもたらされる。
ば、以下のような有用な効果がもたらされる。
【００５８】ある一定時間の高温燃焼排ガスの通過によ
る蓄熱と、次の一定時間の燃焼空気の通過による前記燃
焼空気の加熱とを交互に繰り返しながら燃焼する蓄熱式
燃焼バーナの、アルミナを主成分とする材料からなる蓄
熱体において、その材料として、一般的にはセラミック
スが用いられているが、その使用される温度条件、雰囲
気により、その寿命が大きく異なってくる。従って、ア
ルミナでは、アルミナ純度、気孔率と雰囲気温度、燃焼
排ガス中の金属ダストの有無における耐久性、コージラ
イトの場合は、雰囲気温度、燃焼排ガス中の金属ダスト
の有無における使用条件を明確化し、最適構成にするこ
とによって、従来の蓄熱体に比べ、使用寿命を長くで
き、長期間安定して高い熱回収が行なえ、また、低圧力
損失を実現することが可能となる。
る蓄熱と、次の一定時間の燃焼空気の通過による前記燃
焼空気の加熱とを交互に繰り返しながら燃焼する蓄熱式
燃焼バーナの、アルミナを主成分とする材料からなる蓄
熱体において、その材料として、一般的にはセラミック
スが用いられているが、その使用される温度条件、雰囲
気により、その寿命が大きく異なってくる。従って、ア
ルミナでは、アルミナ純度、気孔率と雰囲気温度、燃焼
排ガス中の金属ダストの有無における耐久性、コージラ
イトの場合は、雰囲気温度、燃焼排ガス中の金属ダスト
の有無における使用条件を明確化し、最適構成にするこ
とによって、従来の蓄熱体に比べ、使用寿命を長くで
き、長期間安定して高い熱回収が行なえ、また、低圧力
損失を実現することが可能となる。
【図１】一般的な蓄熱式バーナを採用した加熱炉を示す
概略平面図である。
概略平面図である。
【図２】閉塞率の定義を示す説明図である。
【図３】燃焼排ガス（温度１３００℃）中に金属ダスト
を含む場合のアルミナの閉塞率の時間変化を示すグラフ
である。
を含む場合のアルミナの閉塞率の時間変化を示すグラフ
である。
【図４】燃焼排ガス（温度１２００℃）中に金属ダスト
を含む場合のアルミナの閉塞率の時間変化を示すグラフ
である。
を含む場合のアルミナの閉塞率の時間変化を示すグラフ
である。
【図５】燃焼排ガス（温度１３００℃）中に金属ダスト
を含まない場合のアルミナの閉塞率の時間変化を示すグ
ラフである。
を含まない場合のアルミナの閉塞率の時間変化を示すグ
ラフである。
【図６】亀裂数の計測の定義の説明図である。
【図７】燃焼排ガス（温度１３００℃）中に金属ダスト
を含む場合の亀裂数の時間変化を示すグラフである。
を含む場合の亀裂数の時間変化を示すグラフである。
【図８】亀裂数の時間変化を示すグラフであり、図８Ａ
は、燃焼排ガス（温度１３５０℃）中に金属ダストを含
まず、アルミナ純度９８％の場合の亀裂数の時間変化を
示すグラフであり、図８Ｂは、燃焼排ガス（温度１３５
０℃）中に金属ダストを含まず、アルミナ純度９５％の
場合の亀裂数の時間変化を示すグラフである。
は、燃焼排ガス（温度１３５０℃）中に金属ダストを含
まず、アルミナ純度９８％の場合の亀裂数の時間変化を
示すグラフであり、図８Ｂは、燃焼排ガス（温度１３５
０℃）中に金属ダストを含まず、アルミナ純度９５％の
場合の亀裂数の時間変化を示すグラフである。
【図９】燃焼排ガス（温度１２００℃）中に金属ダスト
を含む場合の亀裂数の時間変化を示すグラフである。
を含む場合の亀裂数の時間変化を示すグラフである。
【図１０】燃焼排ガス（温度１２００℃）中に金属ダス
トを含まない場合の亀裂数の時間変化を示すグラフであ
る。
トを含まない場合の亀裂数の時間変化を示すグラフであ
る。
【図１１】燃焼排ガス中に金属ダストを含む場合のこの
発明の蓄熱体の一例を示す構成図である。
発明の蓄熱体の一例を示す構成図である。
【図１２】燃焼排ガス中に金属ダストを含まない場合の
この発明の蓄熱体の一例を示す構成図である。
この発明の蓄熱体の一例を示す構成図である。
【図１３】従来の蓄熱体を示す構成図である。
【図１４】燃焼排ガス中に金属ダストを含む場合の熱効
率の時間変化を示すグラフである。
率の時間変化を示すグラフである。
【図１５】燃焼排ガス中に金属ダストを含む場合の圧力
損失の時間変化を示すグラフである。
損失の時間変化を示すグラフである。
【図１６】従来の蓄熱体を示す構成図である。
【図１７】燃焼排ガス中に金属ダストを含まない場合の
熱効率の時間変化を示すグラフである。
熱効率の時間変化を示すグラフである。
【図１８】燃焼排ガス中に金属ダストを含まない場合の
圧力損失の時間変化を示すグラフである。
圧力損失の時間変化を示すグラフである。
１：加熱炉 ２ａ、２ｂ：蓄熱式バーナ ２ａ１、２ｂ１：別の蓄熱式バーナ ３ａ、３ｂ：蓄熱体 ４ａ、４ｂ：燃料遮断弁 ５ａ、５ｂ：燃焼空気弁 ６ａ、６ｂ：燃焼排ガス弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 功 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 鈴川 豊 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 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 笠井 義幸 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 Ｆターム(参考） 3K023 QB02 QC01 QC05 QC13 SA01
Claims (6)
- 【請求項１】 ある一定時間の高温燃焼排ガスの通過に
よる蓄熱と、次の一定時間の燃焼空気の通過による前記
燃焼空気の加熱とを交互に繰り返しながら燃焼する蓄熱
式燃焼バーナの、アルミナを主成分とする材料からなる
蓄熱体において、 前記燃焼排ガス中に金属ダストが含まれている場合、高
温部、中温部および低温部のアルミナ純度をこの順で低
くすることを特徴とする蓄熱式燃焼バーナ用蓄熱体。 - 【請求項２】 前記高温部の気孔率を前記低温部の気孔
率に比べて小さくすることを特徴とする、請求項１記載
の蓄熱体。 - 【請求項３】 ある一定時間の高温燃焼排ガスの通過に
よる蓄熱と、次の一定時間の燃焼空気の通過による前記
燃焼空気の加熱とを交互に繰り返しながら燃焼する蓄熱
式燃焼バーナの、アルミナを主成分とする材料からなる
蓄熱体において、 前記燃焼排ガス中に金属ダストが含まれている場合、前
記燃焼排ガス温度が１２００℃を超える高温部のアルミ
ナ純度を９８％以上とし、１１００℃超から１２００℃
以下の中温部のアルミナ純度を９５％とし、１１００℃
以下の低温部をコージライトとすることを特徴とする蓄
熱式燃焼バーナ用蓄熱体。 - 【請求項４】 前記高温部の気孔率を２０％以下にし、
前記中温部の気孔率を５０％以下にすることを特徴す
る、前記３記載の蓄熱体。 - 【請求項５】 ある一定時間の高温燃焼排ガスの通過に
よる蓄熱と、次の一定時間の燃焼空気の通過による前記
燃焼空気の加熱とを交互に繰り返しながら燃焼する蓄熱
式燃焼バーナの、アルミナを主成分とする材料からなる
蓄熱体において、 前記燃焼排ガス中に金属ダストが含まれていない場合、
前記燃焼排ガス温度が１３００℃を超える高温部のアル
ミナ純度を９５％以上とし、１３００℃以下の低温部を
コージライトとすることを特徴とする蓄熱式燃焼バーナ
用蓄熱体。 - 【請求項６】 前記高温部の気孔率を２０％以下とする
ことを特徴とする、請求項５記載の蓄熱体。
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|---|---|---|---|
| JP2000278580A JP2002089835A (ja) | 2000-09-13 | 2000-09-13 | 蓄熱式燃焼バーナ用蓄熱体 |
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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