JP2006022381A - 熱風炉の操業方法および熱風炉 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室と蓄熱室を有する熱風炉の操業方法において、既存の熱風炉にも適用可能な蓄熱室の蓄熱量増加方法を提供する。
【解決手段】熱風炉１において、燃焼室２で発生した高温燃焼ガスは連結管５を経て燃焼室から蓄熱煉瓦が積層状に積まれている蓄熱室３に供給される。この蓄熱室上部に燃料吹き付け手段１１を設け、それによって燃料を蓄熱室内に吹き付け、この燃料を蓄熱煉瓦積み１０の上部で燃焼させることにより、蓄熱量の増加が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱風炉の操業方法および熱風炉に関するものである。

従来の熱風炉として、蓄熱室の上部に容積の小さな燃焼室を一体に設け、燃焼室で燃料を燃焼させて蓄熱室に熱を供給するとともに、燃焼室で燃料を完全燃焼させずに燃え残った燃料を蓄熱室の上部で燃焼させて、熱交換量（蓄熱量）を増加させたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開昭５７−８２４１５号公報（第２頁、第２図）

従来の熱風炉では、蓄熱室の上部に燃焼室を一体に設けなければならないため、例えば、いわゆる外燃式の熱風炉のように、燃焼室と蓄熱室が別々に設けられている場合に適用が困難である。
そこで、本発明は、既存の熱風炉にも適用でき、かつ蓄熱室の蓄熱量を増加できる熱風炉の操業方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、既存の熱風炉で蓄熱室の蓄熱量を増加させることである。

本発明は上記の目的を達成するために、以下の技術的手段を講じた。
すなわち、熱風炉の操業方法は、高温燃焼ガスを燃焼室から蓄熱室に供給するとともに蓄熱室に設けられた燃料吹き付け手段によって燃料を蓄熱室内に吹き付け、この燃料を蓄熱室で燃焼させることを特徴とする。
これによれば、燃焼室から蓄熱室に高温燃焼ガスを供給して蓄熱を行いながら、さらに、蓄熱室での燃料の燃焼による発熱によって蓄熱室の蓄熱量を増加することができる。
また、前記燃料吹き付け手段は、蓄熱室の蓄熱煉瓦積みの中途部に配置されていることを特徴とする。

これによれば、蓄熱煉瓦積みの中途部で燃料を燃焼させることで、蓄熱室の蓄熱量を増加させることができる。
また、前記燃料吹き付け手段は、蓄熱室の蓄熱煉瓦積みの上方に配置されていることを特徴とする。
これによれば、蓄熱煉瓦積みの上部で燃料を燃焼させることによって蓄熱煉瓦積みの上部の蓄熱量を増加させることができる。
また、高温燃焼ガスを燃焼室から蓄熱室に供給する熱風炉において、燃料を蓄熱室で燃焼させるための燃料吹き付け手段が蓄熱室に設けられていることを特徴とする。

これによれば、熱風炉は、燃焼室から蓄熱室に高温燃焼ガスを供給して蓄熱を行いながら、さらに、蓄熱室での燃料の燃焼による発熱によって蓄熱室の蓄熱量を増加することができる。
前記燃料吹き付け手段は、蓄熱室の蓄熱煉瓦積みの中途部に配置され、または蓄熱室の蓄熱煉瓦積みの上方に配置されていることが望ましい。

本発明によれば、既存の熱風炉で蓄熱室の蓄熱量を増加することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、燃焼室２と蓄熱室３とが独立して構成された外燃式の熱風炉１を例示している。この熱風炉１は、燃焼室２で発生した熱を蓄熱室３で蓄熱し、この熱を熱風として高炉（図示せず）に供給するものである。
前記燃焼室２の下部には、バーナ４が設けられており、燃焼室２内に送り込まれた燃料ガスと燃焼用空気をこのバーナ４で燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させるようになっている。

燃焼室２と蓄熱室３とは、その上部同士が連結管５によって連通されており、燃焼室２で発生した燃焼ガスが、連結管５を通じて蓄熱室３に送られるようになっている。
蓄熱室３は、円筒状の鉄皮６および断熱煉瓦７によって形成され、この蓄熱室３内には、蓄熱煉瓦８が積層状に設けられている。以下、積層状（複数段）に積まれた蓄熱煉瓦８の集合体を蓄熱煉瓦積み１０という。
蓄熱煉瓦８は六角柱状とされており、また、この蓄熱煉瓦８には上下貫通状の縦孔９が複数形成されている。この縦孔９は、図２に示すように、六角形状の蓄熱煉瓦８の対角線上に位置するように形成されている。

蓄熱煉瓦８が積層状に積まれた状態では、各蓄熱煉瓦８の各縦孔９が上下方向に連通した状態となっており、これによって蓄熱煉瓦積み１０は、燃焼室２から送られてきた高温燃焼ガスをその上端から下端まで流通させることができるようになっている。
蓄熱室３の中途部には、燃料を内部に吹き付ける燃料吹き付け手段１１が設けられている。この燃料吹き付け手段１１は、蓄熱煉瓦積み１０の中途部に設けられた配管１１ａと、この配管１１ａが設けられている段の各蓄熱煉瓦８に設けられた横孔１２とを備えている。

図２、３に示すように、蓄熱煉瓦積み１０の所定高さの１段の蓄熱煉瓦８には、横方向に貫通する横孔１２が形成されている。この横孔１２は、図３に示すように、平面視六角形状とされた蓄熱煉瓦８の対角線に沿って交差状に形成されている。このように、横孔１２は、蓄熱煉瓦８の対角線に沿って形成されているため、この対角線上に位置する縦孔９と連通している。
また、横孔１２は蓄熱煉瓦積み１０の中途部の１段の蓄熱煉瓦８の全てまたは、この段の多数の蓄熱煉瓦８に形成されており、隣接する蓄熱煉瓦８の横孔１２が網目状に連通された状態になっている。

前記配管１１ａは、横孔１２に挿通されていて蓄熱煉瓦積み１０の内側まで延設されており、その先端側に設けられた吹き付け口から燃料を噴出させて蓄熱煉瓦積み１０の内部（内側）に吹き付けるようになっている。
燃料吹き付け手段１１によって吹き付けられる燃料には、液体燃料が用いられる。燃料は蓄熱室３外に設けられたポンプ、ファン等の圧送手段によって配管１１ａを通じて蓄熱室３内部に吹き付けられる。吹き付けられた燃料は数百ミクロンの微粒状となっており、蓄熱煉瓦積み１０の内側に吹き付けられた燃料は、所定時間経過後に蓄熱室２内で燃焼するようになっている。なお、蓄熱室３内には、気体燃料を吹き付けるようにすることもできるが、液体燃料と気体燃料とを比較した場合、液体燃料の方が輝炎となりやすく、燃焼ガスの放射率が高いため、蓄熱煉瓦８への蓄熱効率はやや高くなるため、液体燃料を用いるのがよい。

蓄熱室３の下部には、蓄熱煉瓦積み１０を支持する煉瓦受け金物１３が設けられている。この煉瓦受け金物１３は、格子状に形成された板状の煉瓦受け部材１３ａと、この煉瓦受け部材１３ａを支持する複数の支柱１３ｂを備えている。
熱風炉１による蓄熱は、まず、燃焼室２の下部に接続された熱風炉ガス管１５、燃焼用空気管１６から燃料ガス、燃焼用空気を燃焼室２に送り込み、これらをバーナ４で燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させる。
そして、この燃焼ガスを蓄熱室３に送り込んで上から下に流す。このとき、燃焼ガスは蓄熱煉瓦８の孔９を通過し、燃焼ガスの熱が蓄熱煉瓦８に伝わって蓄熱される。

さらに、前記燃料吹き付け手段１１によって、燃料を蓄熱室３内に吹き付ける。この燃料の吹き付け量は、燃焼室２に送られる燃料の数％〜２０％程度が望ましい。
蓄熱室３に吹き付けられた燃料は、蓄熱煉瓦積み１０の内部で燃焼し、これによって発生した熱が蓄熱煉瓦８に蓄熱される。
前記蓄熱煉瓦積み１０を通過した燃焼ガスは、蓄熱室３の下部に接続された配管１７を経由して煙道管１８から排気される。
高炉への熱風供給に際しては、送風機（図示せず）を用いて図１に示す冷風管１９から蓄熱室３に送風し、この送風空気が蓄熱煉瓦８の熱と熱交換し、熱風となって燃焼室２側に送られ、燃焼室２からブラストミキサ２０に送られる。

この熱風は、ブラストミキサ２０に接続されている混合冷風管２１から送られた冷却風との混合によって温度調整され、ブラストミキサ２０に接続された熱風本管２２を通じて高炉に供給される。
燃料吹き付け手段１１を用いないで通常の熱風炉を操業した場合、蓄熱室３の温度分布は、図４に示すように燃焼末期最低温度（符号Ａで示す温度）、燃焼末期最高温度（符号Ｂで示す温度）、送風末期最高温度（符号Ｃで示す温度）、送風末期最低温度（符号Ｄで示す温度）を直線で結んだ平行四辺形状となっている。蓄熱室３の蓄熱量は、この平行四辺形の面積で表される。

一方、図５において、本発明の熱風炉１を操業した場合と、通常の熱風炉を操業した場合とを比較すると、本発明の場合には、蓄熱室３の燃焼末期の温度分布は、通常の熱風炉の燃焼末期の場合よりも温度が高くなっており、したがって、燃焼末期最低温度（符号Ｅで示す温度）、燃焼末期最高温度（符号Ｆで示す温度）、送風末期最高温度（符号Ｇで示す温度）、送風末期最低温度（符号Ｈで示す温度）を結んだ領域の面積は、通常の熱風炉の場合よりも大きくなっており、蓄熱室３の蓄熱量は通常の熱風炉よりも増加している。
図５に示すように、燃料吹き付け手段１１を用いた蓄熱は、煉瓦温度が約８００℃以上の範囲で行われることが望ましい。換言すれば、図５に例示する蓄熱室３の場合には煉瓦高さ２０ｍから４０ｍの範囲（または蓄熱煉瓦積み１０の上半分の範囲）で燃料を燃焼させるのが望ましく、より望ましくは、煉瓦温度が約９５０℃以上、すなわち煉瓦高さが約２８ｍ以上の範囲に燃料吹き付け手段１１を設けて燃料を燃焼させるのがよい。この範囲で燃料を燃焼させることで、ｐｐｍオーダーの未燃焼燃料が残存するのを防止できるからである。

図６の第２実施形態において、燃料吹き付け手段１１は、蓄熱室３の上部に設けられており、その配管１１ａは蓄熱煉瓦積み１０の上方に配置されている。配管１１ａの先端部は下向きに曲げられており、この先端部に設けられた吹き付け口によって燃料を下方に拡散させて噴出するようになっている。燃料吹き付け手段１１によって吹き付けられた燃料は、すぐには燃焼せずに、蓄熱煉瓦積み１０の上部に到達したときに燃焼させるようにす
るのが望ましい。このために、上述したように、液体燃料の場合には、吹き付け口から噴出される燃料の粒径を数百ミクロン程度とすることにより、噴出直後の燃料蒸発を防止し、また、例えば、燃料が吹き付け直後に空気と混合しないように空気比を下げておくのがよい。

他方、気体燃料を使用する場合には、炉内投入部分の空気との接触面積を低下させて空気との混合を抑制したり、または、気体燃料の噴出速度を周りのガスと同程度として、この周りのガスとのせん断混合を抑制することによって、噴出直後の燃焼を防止し、吹き付けられた気体燃料が蓄熱煉瓦積み１０の上部に到達したときに燃焼させることもできる。その他の点は第１実施形態と同様の構成であり、同様の作用効果を生ずる。
図７は本発明の第３実施形態を示しており、図７（ａ）は任意の１方向からみた蓄熱室３上部の一部断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＸ−Ｘ矢視線断面図である。

この第３実施形態では、図７（ａ）に示すように、燃料吹き付け手段１１の配管１１ａは、蓄熱煉瓦積み１０の上方に配置されており、そして蓄熱室３の内面の任意の一端部から対向する他端部まで架け渡すように設けている。この配管１１ａには、長手方向に沿って間隔をおいて多数の吹き出し口が形成されており、蓄熱室３内で広範囲に燃料を吹き付けることができるようになっている。
また、図７（ｂ）に示すように、蓄熱室３内には複数（図例では３本）の配管１１ａが間隔をおいて設けられており、これによっても、広範囲に燃料を吹き付けることができるようになっている。なお、その他の点は第２実施形態と同様の構成である。

本発明は上記の実施形態に限らず種々の変更・変形が可能である。
例えば、本発明は、いわゆる内燃式の熱風炉にも適用できる。蓄熱煉瓦８は、第１実施形態に示したものに限らず、種々の形状、材質のものを用いてよい。
第１実施形態では、蓄熱煉瓦積み１０の中途部の段の蓄熱煉瓦８に横孔１２を形成することによって燃料の流通路を形成していたが、これに限らず、任意の上下２段の蓄熱煉瓦８の間に空間ができるように別の煉瓦を介在させ、この空間に配管１１ａを通して燃料を吹き付けるようにしてもよい。

また、横孔１２は、蓄熱煉瓦８の対角線に沿って形成していたが、これに限らず、隣接する蓄熱煉瓦８同士で連通できるように形成すればよい。

本発明は、例えば、外燃式の熱風炉等に適用できる。

本発明の第１実施形態を示す熱風炉の断面図である。 蓄熱煉瓦の斜視図である。 蓄熱煉瓦の平面図である。 燃料吹き付け手段を用いない場合の蓄熱室の温度分布図である。 本発明における蓄熱室の温度分布図である。 本発明の第２実施形態を示す熱風炉の断面図である。 本発明の第３実施形態を示示す熱風炉の一部拡大断面図である。

符号の説明

１ 熱風炉
２ 燃焼室
３ 蓄熱室
１１ 燃料吹き付け手段

Claims (6)

1. 高温燃焼ガスを燃焼室（２）から蓄熱室（３）に供給するとともに蓄熱室（３）に設けられた燃料吹き付け手段（１１）によって燃料を蓄熱室（３）内に吹き付け、この燃料を蓄熱室（３）で燃焼させることを特徴とする熱風炉の操業方法。
2. 前記燃料吹き付け手段（１１）は、蓄熱室（３）の蓄熱煉瓦積み（１０）の中途部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱風炉の操業方法。
3. 前記燃料吹き付け手段（１１）は、蓄熱室（３）の蓄熱煉瓦積み（１０）の上方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱風炉の操業方法。
4. 高温燃焼ガスを燃焼室（２）から蓄熱室（３）に供給する熱風炉において、燃料を蓄熱室（３）で燃焼させるための燃料吹き付け手段（１１）が蓄熱室（３）に設けられていることを特徴とする熱風炉。
5. 前記燃料吹き付け手段（１１）は、蓄熱室（３）の蓄熱煉瓦積み（１０）の中途部に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の熱風炉。
6. 前記燃料吹き付け手段（１１）は、蓄熱室（３）の蓄熱煉瓦積み（１０）の上方に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の熱風炉。

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