JP2007017029A - Waste heat recovery device for industrial furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加熱炉等の工業用炉の煙道の途中に設けられ排ガスの顕熱によって燃焼用空気を予熱する排熱回収装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust heat recovery apparatus that is provided in the middle of a flue of an industrial furnace such as a heating furnace and preheats combustion air by sensible heat of exhaust gas.
加熱炉、熱処理炉、焼却炉等の工業用炉では、その煙道の途中に複数本の熱交換チューブからなるレキュペレータを設け、燃焼用空気が該熱交換チューブを通してバーナ等に供給されるようにすることで、該煙道を通る高温度の排ガスの顕熱により該燃焼用空気を予熱し、熱効率を向上させることが通常行われる。 In industrial furnaces such as heating furnaces, heat treatment furnaces, and incinerators, a recuperator consisting of a plurality of heat exchange tubes is provided in the middle of the flue so that combustion air is supplied to the burner and the like through the heat exchange tubes. Thus, the combustion air is usually preheated by the sensible heat of the high-temperature exhaust gas passing through the flue to improve the thermal efficiency.
ところで上記レキュペレータの熱交換チューブは、従来から高温強度が優れたSUS304等のオーステナイト系ステンレス鋼が使用されていたが、同材料は高温酸化性があり耐食性が必ずしも良くないという問題がある。このため高温度の排ガスにより変形、破損し易く、寿命が短いのが問題であった。また、フェライト系耐熱ステンレス鋼のシクロマル(Cr−Si−Al鋼)は、比較的耐高温腐食性が良好であるものの、高温強度が弱く材料温度が850℃以上になると強度不足による変形が激しいという問題がある。
このため、従来では煙道に冷風を導入し排ガス温度を下げた後に熱交換チューブに接触(ダイリューション)させるようにしたり、或いは、下記特許文献1に提示されたように煙道に冷却水を吹き込むことも考えられた。
For this reason, conventionally, cold air is introduced into the flue and the exhaust gas temperature is lowered, and then the heat exchange tube is brought into contact (dilution), or cooling water is supplied to the flue as disclosed in Patent Document 1 below. It was also possible to blow in.
しかし、煙道に冷風を導入することでは熱回収効率が悪くなるという問題があり、また、煙道に冷却水を吹き込むと、排ガス中の硫黄と水とが反応して硫酸が発生し熱交換チューブを一層腐食させるおそれがある。 However, introducing cold air into the flue has the problem of poor heat recovery efficiency, and when cooling water is blown into the flue, sulfur in the exhaust gas reacts with water to generate sulfuric acid and heat exchange. There is a risk of further corroding the tube.
また、熱交換チューブの熱膨脹代を吸収し得る間隙を設けることにより該熱交換チューブの変形,破損を防止する構造は採られていたが、この間隙には排ガス中のダストが非常に堆積し易いにも拘わらず、従来では操業を一旦停止しレキュペレータを上方に吊り出してからでないとこの間隙のダストを除去することができなかったので、長期連続操業を行うことを常とする加熱炉においては操業中にもこの間隙にダストが充満してしまい、熱交換チューブを変形させることが多かった。 In addition, a structure for preventing deformation and breakage of the heat exchange tube by providing a gap capable of absorbing the thermal expansion allowance of the heat exchange tube has been adopted, but dust in the exhaust gas is very easily accumulated in this gap. In spite of this, in the past, it was not possible to remove dust in the gaps until the operation was temporarily stopped and the recuperator was lifted upward. In many cases, the gap was filled with dust, and the heat exchange tube was often deformed.
本発明は上記課題を解決しようとするもので、請求項1に記載の排熱回収装置は、煙道の途中に設けられる筒体の上壁部にレキュペレータの上部ヘッダを支持し、該上部ヘッダから下部ヘッダに連なる複数本の熱交換チューブを筒体内に垂下し、該レキュペレータに燃焼用空気を循環させることにより該煙道を通って排出される排ガスの顕熱により該燃焼用空気が予熱されるようにした排熱回収装置において、筒体の下部側壁に扉によって開閉可能なるダスト清掃口を設け、該ダスト清掃口から該筒体の底面と下部ヘッダとの間隙に溜まるダストを排出し得るようにしたことを特徴とする。
また請求項2に記載の発明は、上記排熱回収装置において、レキュペレータの熱交換チューブはオーステナイト系ステンレス鋼(SUS310S)を材料とし、カロライズ処理をすることによりその表面にアルミ拡散浸透層を形成してなるものであることを特徴とする。
The present invention is intended to solve the above-mentioned problem, and the exhaust heat recovery apparatus according to claim 1 supports an upper header of a recuperator on an upper wall portion of a cylinder provided in the middle of a flue, and the upper header. The combustion air is preheated by the sensible heat of the exhaust gas discharged through the flue by suspending a plurality of heat exchange tubes connected to the lower header in the cylinder and circulating the combustion air through the recuperator. In the exhaust heat recovery apparatus configured as described above, a dust cleaning port that can be opened and closed by a door is provided on the lower side wall of the cylinder, and dust accumulated in a gap between the bottom surface of the cylinder and the lower header can be discharged from the dust cleaning port. It is characterized by doing so.
Further, in the second aspect of the present invention, the heat exchange tube of the recuperator is made of austenitic stainless steel (SUS310S) and calorized to form an aluminum diffusion / permeation layer on the surface thereof. It is characterized by the above.
請求項1に記載した排熱回収装置では、レキュペレータの下部ヘッダと筒体の底面との間隙に溜まったダストをその側壁のダスト清掃口から容易に排出することができるので、メンテナンスが容易となり、熱交換チューブの変形,破損を容易に防止することができる。
請求項1に記載の排熱回収装置では、熱交換チューブが優れた耐食性、耐熱性を備えていることから、レキュペレータの寿命を向上させる。
In the exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, since dust accumulated in the gap between the lower header of the recuperator and the bottom surface of the cylindrical body can be easily discharged from the dust cleaning port of the side wall, maintenance becomes easy. Deformation and breakage of the heat exchange tube can be easily prevented.
In the exhaust heat recovery apparatus according to claim 1, since the heat exchange tube has excellent corrosion resistance and heat resistance, the life of the recuperator is improved.
図1は本発明に係る排熱回収装置の縦断面図、図2はそのA−A線断面拡大図である。1は加熱炉の排ガスを矢印で示した方向に流す煙道の途中に設けられる筒体、2a,2bは該筒体に設けられ該排ガスの顕熱を回収する高温側のレキュペレータと低温側のレキュペレータである。該各レキュペレータは、一対の上部ヘッダ4,5と下部ヘッダ6とを複数本の熱交換チューブ7により連結することにより構成されている。そして、筒体1の上壁部に開口8a,8bを開設すると共に、筒体1の下壁部にピット9a,9bを形成し、上部ヘッダ4,5を該筒体1の上壁部上面に設けられた支持縁10上に乗架することにより熱交換チューブ7を該筒体1内に垂下し下部ヘッダ6をピット9a,9b中にて筒体1の底面とそれぞれ間隙10a,10bを隔てて対峙するように宙づりにすることで該下部ヘッダ6が熱交換チューブ7の熱膨張・収縮に合わせて自在に昇降するようにしている。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an exhaust heat recovery apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view taken along line AA. 1 is a cylinder provided in the middle of a flue through which the exhaust gas of the heating furnace flows in the direction indicated by the arrow, 2a and 2b are a high temperature side recuperator that is provided in the cylinder and collects sensible heat of the exhaust gas, and a low temperature side It is a recuperator. Each of the recuperators is configured by connecting a pair of
そして図2に示したように、煙道1の下部側壁にダスト清掃口11を開設し、該ダスト清掃口に扉12を設け、該扉をボルト13で締め付けることで、該ダスト清掃口が常態では閉止状態に保たれるようにしている。なお、14a,14bはピット9a,9bの上流側堤上に積んだレンガで、該レンガを積むことにより排ガス中のダストが該ピット9a,9b中に流れ込み難いようにしている。
And as shown in FIG. 2, the
なお、このレキュペレータ2a,2bの各熱交換チューブ7は、25Cr−20Niのオーステナイト系ステンレス鋼(SUS310S)からなり、これをカロライズ処理することにより表面にアルミ拡散浸透処理層を形成する。カロライズ処理は、熱交換チューブをFe・Al合金粉およびNH4Cl粉よりなる調合剤と共に鋼製ケース内に埋め込んで密閉し、900〜1000℃に加熱することにより、Fe・Al合金粉中のAlがHClと反応してAlCl3蒸気となりそのAlを熱交換チューブの表面に拡散浸透させるものであり、図3に示したように、このアルミ拡散浸透処理層が高温排ガス中でO2と反応しAl2O3(アルミナ)を生じさせることから耐食性が向上する。
The
図4は、上記オーステナイト系ステンレス鋼(SUS310S)と、同じくオーステナイト系ステンレス鋼(SUS303)と、フェライト系ステンレス鋼(Cr−Si−Al鋼)として知られているシクロマル(SICRMAL12)の高温引張強度を比較したグラフであり、また、図5はこれらの高温酸化性を比較したグラフである。この両グラフからSUS310Sは高温引張強度が優れているものの、高温酸化性がSUS303と比べて良くないことが分かる。 FIG. 4 shows the high-temperature tensile strengths of the austenitic stainless steel (SUS310S), the austenitic stainless steel (SUS303), and the cyclomal (SICRMAL12) known as ferritic stainless steel (Cr-Si-Al steel). FIG. 5 is a graph comparing these high-temperature oxidation properties. From these graphs, it can be seen that SUS310S is excellent in high-temperature tensile strength, but high-temperature oxidation is not as good as SUS303.
一方、図6はこれらの3つの材料を用いて作ったチューブ、および上記カロライズ処理によりSUS310Sの表面にアルミ拡散浸透処理層を形成したチューブを約1000℃の排ガスが通過する均熱炉の排ガス通路に1月間置いて耐久テストを実施し、その腐食減量を測定した結果をグラフに示すものである。この結果、SUS310Sの表面にアルミ拡散浸透処理層を形成した熱交換チューブは、上記のように表面がAl2O3の皮膜によって保護されシクロマルと同等に腐食減量が非常に少なく抑えられること分かった。これによって、カロライズ処理をしたSUS310Sからなる熱交換チューブは非常に優れた耐食性、耐熱性を備えていることが確かめられた。 On the other hand, FIG. 6 shows an exhaust gas passage of a soaking furnace through which exhaust gas of about 1000 ° C. passes through a tube made using these three materials and a tube in which an aluminum diffusion permeation treatment layer is formed on the surface of SUS310S by the calorizing treatment. The graph shows the results of the endurance test conducted for 1 month and the corrosion weight loss measured. As a result, it was found that the heat exchange tube in which the aluminum diffusion permeation treatment layer was formed on the surface of SUS310S was protected by the Al 2 O 3 film as described above, and the corrosion weight loss was suppressed to be as low as cyclomal. . As a result, it was confirmed that the heat exchange tube made of SUS310S subjected to calorizing treatment has very excellent corrosion resistance and heat resistance.
そして、この排熱回収装置では扉12を開けダスト清掃口11よりピット9a,9bに溜まったダストを排出することができ、従来のように清掃のためにレキュペレータ2a,2bをいちいち吊り出す必要がない。このため熱交換チューブ7の熱膨張・収縮を吸収する下部ヘッダ6と筒体1の底面との間隙10a,10bが容易に確保でき、熱交換チューブ7の変形,破損を防止するためのメンテナンスが容易となる。
In this exhaust heat recovery device, the
1 筒体
2a,2b レキュペレータ
4,5 上部ヘッダ
6 下部ヘッダ
7 熱交換チューブ
9a,9b ピット
10a,10b 間隙
11 ダスト清掃口
12 扉
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
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JP2005196690A JP2007017029A (en) | 2005-07-05 | 2005-07-05 | Waste heat recovery device for industrial furnace |
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---|---|---|---|---|
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