JP2007309597A - 蓄熱式バーナーの蓄熱体の清掃方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄熱式バーナーの蓄熱層に配置されたボール状蓄熱体の清掃方法であって、作業負荷が少なく、作業に要する時間と経費を削減でき、ボール状蓄熱体の付着物を十分に除去することのできる蓄熱体の清掃方法を提供する。
【解決手段】ボール状蓄熱体４が蓄熱層２に配置された状態で蓄熱体４に振動を付与することにより該蓄熱体表面に付着した付着物を除去することを特徴とする蓄熱体の清掃方法である。ボール状蓄熱体４が配置された蓄熱層２に振動付与装置１２を埋設させることにより、蓄熱体４に振動を付与することができる。ボール状蓄熱体４が蓄熱層２に配置されたまま、蓄熱体４に振動を付与することにより蓄熱体表面に付着した付着物を除去するので、作業負荷が少なく、短時間で安価に清掃を行うことができ、かつ付着物を十分に除去することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄熱式バーナーの蓄熱層に配置されたボール状蓄熱体の清掃方法に関するものである。

鋼板の熱間圧延に供する鋼片を加熱する加熱炉において、蓄熱式熱交換器を用いて高効率排熱回収を実現する蓄熱式バーナーが実現されている（例えば特許文献１）。

蓄熱式バーナーは、図５に示すように、蓄熱層２とバーナー９を組み合わせた一対のセットを準備する。蓄熱式バーナー１は、図５（ａ）に示すように、蓄熱層２の下部に受け金物６とその上に網５が配置され、その上に蓄熱体４が収納される。蓄熱層２の加熱炉２０側の炉壁２１に吸排気口７、蓄熱層２下部の点検層３に吸排気口８が配置されている。バーナー９は、図５に示す例では吸排気口７の近傍に設けられている。バーナー９と吸排気口７を同軸に配置する例もある。

図５（ｂ）においては、加熱炉２０の図面左側に第１の蓄熱式バーナー１ａ、図面の右側に第２の蓄熱式バーナー１ｂが配置されている。一方の蓄熱式バーナー（図５（ｂ）では１ａ）では、蓄熱体４ａがすでに高温に加熱されており、低温の燃焼空気２２ｃが蓄熱体４ａを通過する間に加熱されて高温の燃焼空気２２ｈとなる。バーナー９ａからの燃料ガス２３と高温の燃焼空気２２ｈを燃焼させて加熱炉内を加熱する。同時に他方の蓄熱式バーナー（図５（ｂ）では１ｂ）で排気し、高温の排気ガス２４ｈから蓄熱層２ｂ中の蓄熱体４ｂに排気熱を回収し、低温の排気ガス２２ｃとなって排出される。

燃焼と排気を短時間で切替運転を行う。それまで排気を行っていた蓄熱式バーナー１ｂを燃焼に切り替える。蓄熱式バーナー１ｂの蓄熱層２ｂに配置された蓄熱体４ｂは、排気ガス２４からの熱で高温に加熱されているので、蓄熱体４ｂを通過する燃焼空気を高温に加熱することができる。つまり、排気のタイミングで排気ガス２４から蓄熱層４に熱交換し、次の燃焼のタイミングでは高温の蓄熱体４に燃焼空気２２を通過させることによって蓄熱体４から燃焼空気２２に熱交換する。

蓄熱式バーナーでは、蓄熱体４に対して排気と給気が逆方向に通過する非定常熱伝達の特性で極めて効率の高い熱回収が実現する。蓄熱体４としてセラミックハニカムやセラミックボール等を使用し、燃焼空気の予熱温度は非常に高温である。

蓄熱体としては、取り扱いが容易なことからボール状蓄熱体が多く使用されている。

蓄熱式バーナーの運転を継続すると、ボール状蓄熱体に多くの異物（すす、酸化物など）が付着する。ボール状蓄熱体の付着物が増大すると、蓄熱層の通気抵抗が大きくなり、これにより排ガスファンや燃焼空気ファンの負荷が大きくなる。また、燃料ガスや燃焼空気（高温予熱空気）を必要量送れなくなり、これにより正常な燃焼が得られなくなる。さらにこの結果、熱損失が多くなり、またバーナーへのダメージも大きくなる。そのため、ボール状蓄熱体の付着物を除去するために定期的に蓄熱体を掃除する必要がある。

従来、蓄熱層中のボール状蓄熱体表面の付着物を除去するに際しては、作業者が蓄熱層内に入り、蓄熱体をスコップ等により土壌袋等に詰め込み、その土壌袋をトラックで清掃作業所に搬送していた。清掃作業所では、作業者がコンクリートミキサー等によりボール状蓄熱体を攪拌し、蓄熱体表面の付着物を取り除く。付着物除去が完了した蓄熱体を再び土壌袋に詰め込み、トラックで搬送した後、土壌袋からボール状蓄熱体を取り出し、蓄熱層に充填していた。しかしこの方法は作業者に膨大な負荷がかかり、相当な作業時間が必要であった。

特許文献２においては、バキューム車のホース（管状体）によりボール状蓄熱体を蓄熱層から吸引し、管状体内を循環させ、管状体から排出して蓄熱層内に再び充填する方法が開示されている。管状体内を循環する過程で、蓄熱体表面の付着物が取り除かれるとしている。

特開２００３−１２９１３２号公報 特開２００５−１７２３９９号公報

作業者が蓄熱層からボール状蓄熱体を搬出して付着物除去し、再び蓄熱層に戻す方法では、大がかりな工事になり、作業者に膨大な負荷がかかり、相当な作業時間が必要であり、時間も経費もかかるという問題がある。また、特許文献２に記載の方法についても、蓄熱層から管状体へボール状蓄熱体を吸引して循環させるのみでは、付着物を十分に除去することが困難であった。人間が蓄熱層に入って作業する必要があり、炉の冷却加熱に長時間を要し、作業環境も望ましくない。また炉の大きさ・タイプによっては人間が入ることができない。更には、人間が出入りするためには大きな開口部が必要であり、そのため蓋のシールが困難である。

本発明は、蓄熱式バーナーの蓄熱層に配置されたボール状蓄熱体の清掃方法であって、作業負荷が少なく、作業に要する時間と経費を削減でき、ボール状蓄熱体の付着物を十分に除去することのできる蓄熱体の清掃方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）蓄熱式バーナー１の蓄熱層２に配置されたボール状蓄熱体４の清掃方法であって、ボール状蓄熱体４が蓄熱層２に配置された状態で蓄熱体４に振動を付与することにより該蓄熱体表面に付着した付着物を除去することを特徴とする蓄熱体の清掃方法。
（２）ボール状蓄熱体４が配置された蓄熱層２に振動付与装置１２を埋設させることにより、蓄熱体４に振動を付与することを特徴とする上記（１）に記載の蓄熱体の清掃方法。
（３）ボール状蓄熱体４を積載している受け金物を振動させることにより、蓄熱体４に振動を付与することを特徴とする上記（１）に記載の蓄熱体の清掃方法。
（４）蓄熱式バーナー１の蓄熱層２に配置されたボール状蓄熱体４の清掃方法であって、ボール状蓄熱体４が蓄熱層２に配置された状態で蓄熱体４を攪拌することにより該蓄熱体表面に付着した付着物を除去することを特徴とする蓄熱体の清掃方法。
（５）蓄熱式バーナー１の蓄熱層２に配置されたボール状蓄熱体４の清掃方法であって、ボール状蓄熱体４が蓄熱層２に配置された状態で蓄熱体４に振動を付与すると同時に蓄熱体４を攪拌することにより該蓄熱体表面に付着した付着物を除去することを特徴とする蓄熱体の清掃方法。

本発明は、ボール状蓄熱体が前記蓄熱層に配置されたまま、蓄熱体に振動を付与することにより蓄熱体表面に付着した付着物を除去するので、作業負荷が少なく、短時間で安価に清掃を行うことができ、かつ付着物を十分に除去することができる。

蓄熱式バーナー１においては、図１に示すように、蓄熱層２の下部に受け金物であるグレーチング６が敷かれ、グレーチング６の上にステンレス鋼製の網５を置く。網５のメッシュは、ボール状蓄熱体４が通過できない大きさとしている。この網５の上部の蓄熱層２にボール状蓄熱体４が載置される。グレーチング６より下の領域を点検層３と呼ぶ。

図５（ｂ）に示すように、蓄熱層２を排ガス２４が通過する際には、高温の排ガス２４ｈがボール状蓄熱体４の上部から下部に向けて流れ、排ガス２４からボール状蓄熱体４に熱交換される。次いで蓄熱層４を燃焼空気２２が通過する際は、燃焼空気２２がボール状蓄熱体４の下部から上部に向けて流れ、ボール状蓄熱体４から燃焼空気２２に熱交換される。

蓄熱層２の上部には、通常図５に示すように蓄熱層蓋１０が配置されている。この蓄熱層蓋１０を開けて蓄熱層開口部１１を開口することにより、図１に示すように外部から蓄熱層内に振動付与装置１２等を挿入することができる。

本発明の蓄熱式バーナー１の蓄熱層２に配置されたボール状蓄熱体４の清掃方法においては、ボール状蓄熱体４が蓄熱層２に配置された状態で蓄熱体４に振動を付与することにより蓄熱体表面に付着した付着物を除去する。蓄熱層内のボール状蓄熱体４に振動を付与すると、それによって蓄熱体表面に付着した付着物が蓄熱体４から離れてダストとなり、ダストは振動に伴って蓄熱層２の下部に移動し、グレーチング６を通して点検層３に落下する。点検槽３内に堆積したダストを回収することにより、ボール状蓄熱体４に付着した付着物の除去が完了する。

蓄熱体４に振動を付与するに際しては、ボール状蓄熱体４が配置された蓄熱層２に振動付与装置１２を埋設させることにより行うことができる。振動付与装置１２としては、例えば生コンクリートを打ち込んだ後に振動を付与するための市販のバイブレータを用いることができる。バイブレータ先端部の振動子１３の長さを調整し、蓄熱層上部の蓄熱層開口部１１を通してバイブレータ先端の振動子１３をボール状蓄熱体４に挿入する。この状態で蓄熱層中のボール状蓄熱体４に振動を付与すると、振動子１３に近い領域のボール状蓄熱体４から付着物が脱落する。図１に示すように、振動付与装置の位置を１２から１２ａに移動することによって振動子１３の位置を順次蓄熱層内で移動させることにより、蓄熱層中の全領域においてボール状蓄熱体４の付着物を除去することができる。

蓄熱層中に挿入した振動付与装置１２の先端の振動子１３をグレーチング６に接触するように埋設すると、グレーチング６も振動付与装置１２によって振動するので、ボール状蓄熱体４に対してより効率的に振動を伝えることができ、効率的に清掃を行うことが可能となる。

蓄熱体４に振動を付与するに際しては、ボール状蓄熱体４を積載しているグレーチング６等の受け金物を振動させることにより行うことができる。図２に示す例では、グレーチング６に振動付与装置１４を設置し、グレーチング６を振動させる。この振動がボール状蓄熱体４に伝わり、蓄熱体表面の付着物が除去される。

本発明の蓄熱式バーナー１の蓄熱層２に配置されたボール状蓄熱体４の清掃方法においては、ボール状蓄熱体４が蓄熱層２に配置された状態で蓄熱体４を攪拌することにより蓄熱体表面に付着した付着物を除去することもできる。蓄熱層内のボール状蓄熱体４を攪拌すると、攪拌にともなって蓄熱体同士が接触し、表面の付着物が脱落しダストとなる。ダストは蓄熱体の攪拌にともなって下部に移動し、グレーチングを通して点検層に落下する。点検槽内に堆積したダストを回収することにより、ボール状蓄熱体に付着した付着物の除去が完了する。

蓄熱体を攪拌するに際しては、図３（ａ）に示すように攪拌装置１５の攪拌羽根１６、あるいは図３（ｂ）に示すように攪拌装置１５のスクリュー１７を蓄熱層中に埋設して回転させ、これによって蓄熱体４を攪拌することができる。

本発明の蓄熱式バーナーの蓄熱層に配置されたボール状蓄熱体の清掃方法においては、ボール状蓄熱体が蓄熱層に配置された状態で蓄熱体に振動を付与すると同時に蓄熱体を攪拌することにより蓄熱体表面に付着した付着物を除去することもできる。図４に示す例では、攪拌振動付与装置１８によって攪拌と振動を同時に付与することができる。攪拌振動付与装置１８の先端の攪拌羽根１６が回転すると同時に、攪拌羽根１６が振動し、攪拌と振動が同時に付与される。振動を付与する振動付与装置と、攪拌する攪拌装置を別々に蓄熱層中に挿入することとしても良い。その場合、振動付与装置、攪拌装置として、上述の装置をそのまま用いることができる。

鋼板の熱間圧延装置において、スラブを加熱するための加熱炉に用いる蓄熱式バーナーのボール状蓄熱体の清掃に本発明の清掃方法を適用した。蓄熱式バーナーの形状は図５に示すとおりである。加熱炉２０全体で、蓄熱式バーナー１が合計５６基設置されている。それぞれの蓄熱式バーナー１において、蓄熱層２中のボール状蓄熱体４は、幅１４００ｍｍ、奥行き１０００ｍｍ、厚さ３５０ｍｍの容量で保持されている。ボール状蓄熱体４の形状は直径が１３ｍｍであり、材質はセラミック製である。

ボール状蓄熱体の清掃には、図１に示す振動付与装置１２を用いた。具体的には、通常の生コンクリートに用いるバイブレータを適用し、バイブレータの先端に取り付けた振動子１３の長さを調整し、振動子１３の先端を蓄熱層開口部１１から蓄熱層２中のボール状蓄熱体中に埋設し、蓄熱体４に振動を付与した。

バイブレータを作動させて振動付与を開始すると、振動子１３が埋設された周辺のボール状蓄熱体４の表面付着物が脱落し、振動に伴って付着物が蓄熱層２中を下降し、グレーチング６から下方の点検層３中へ落下する。振動子１３を埋設する位置を順次移動することにより、蓄熱層２中のすべての蓄熱体４の付着物を除去することができた。蓄熱式バーナー１基当たり、約３０分で清掃を完了することができた。

その結果、蓄熱層の通気抵抗はほぼ新設時に戻り、送風量も所定量、問題なく吹き込むことができた。

本発明の蓄熱式バーナー蓄熱体の清掃方法を示す断面図である。 本発明の蓄熱式バーナー蓄熱体の清掃方法を示す断面図である。 本発明の蓄熱式バーナー蓄熱体の清掃方法を示す断面図である。 本発明の蓄熱式バーナー蓄熱体の清掃方法を示す断面図である。 蓄熱式バーナーを示す図であり、（ａ）は蓄熱式バーナーの断面図であり、（ｂ）は１対の蓄熱式バーナーを用いて燃焼空気の加熱と排気ガスの冷却を行う様子を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 蓄熱式バーナー
２ 蓄熱層
３ 点検層
４ ボール状蓄熱体
５ 網
６ グレーチング
７ 吸排気口
８ 吸排気口
９ バーナー
１０ 蓄熱層蓋
１１ 蓄熱層開口部
１２ 振動付与装置
１３ 振動子
１４ 振動付与装置
１５ 攪拌装置
１６ 攪拌羽根
１７ スクリュー
１８ 攪拌振動付与装置
２０ 加熱炉
２１ 炉壁
２２ 燃焼空気
２２ｃ 低温燃焼空気
２２ｈ 昇温後燃焼空気
２３ バーナー火炎
２４ 排気ガス
２４ｈ 高温排気ガス
２４ｃ 冷却後排気ガス

Claims (5)

1. 蓄熱式バーナーの蓄熱層に配置されたボール状蓄熱体の清掃方法であって、
   前記ボール状蓄熱体が前記蓄熱層に配置された状態で該蓄熱体に振動を付与することにより該蓄熱体表面に付着した付着物を除去することを特徴とする蓄熱体の清掃方法。
2. 前記ボール状蓄熱体が配置された蓄熱層に振動付与装置を埋設させることにより、蓄熱体に振動を付与することを特徴とする請求項１に記載の蓄熱体の清掃方法。
3. 前記ボール状蓄熱体を積載している受け金物を振動させることにより、蓄熱体に振動を付与することを特徴とする請求項１に記載の蓄熱体の清掃方法。
4. 蓄熱式バーナーの蓄熱層に配置されたボール状蓄熱体の清掃方法であって、
   前記ボール状蓄熱体が前記蓄熱層に配置された状態で該蓄熱体を攪拌することにより該蓄熱体表面に付着した付着物を除去することを特徴とする蓄熱体の清掃方法。
5. 蓄熱式バーナーの蓄熱層に配置されたボール状蓄熱体の清掃方法であって、
   前記ボール状蓄熱体が前記蓄熱層に配置された状態で該蓄熱体に振動を付与すると同時に該蓄熱体を攪拌することにより該蓄熱体表面に付着した付着物を除去することを特徴とする蓄熱体の清掃方法。

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