JP2011007448A

JP2011007448A - 燃焼設備構造

Info

Publication number: JP2011007448A
Application number: JP2009152889A
Authority: JP
Inventors: Noriyasu Kimura; 憲泰木村
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2029-06-26
Also published as: JP5385702B2

Abstract

【課題】外径側を金属スリーブで囲われたセラミックタイル層を備え、このセラミックタイル層の内径側に蓄熱体層を備えた燃焼設備構造において、金属スリーブの先端近傍部位から割れがセラミックタイル層の内部に進行するのを防止する。
【解決手段】蓄熱体層８の炉室側端面の少なくとも一部を、セラミックタイル層９の炉室側に設けられ、炉室側端面に沿って延びる蓄熱体支持部９ａにより支持するとともに、セラミックタイル層９の外径面を、炉壁５の全幅に渡ってバーナ取付け孔１１の内面に沿って延びる外径面として構成し、金属スリーブ１０の内径面をセラミックタイル層９の外径面に接触させて構成するとともに、金属スリーブ１０の炉室側端と炉室との間にセラミックボンド層１３を設け、当該セラミックボンド層１３で、金属スリーブ１０の炉室側端とセラミックタイル層９の外径面とを連結固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高温で使用されるバーナの損傷防止、長寿命化を図る技術に関する。

近年、加熱炉等のバーナでは、より熱効率の高い燃焼方法が求められている。その一環として燃焼排ガスを回収し、燃料及び燃焼用空気の予熱を用いることが検討されている。この種の蓄熱型の燃焼設備では、バーナチューブの近傍に蓄熱体（セラミックル、セラミックボール等）を設置し、それらをセラミックタイルによって抱き込んで炉壁に固定することが多い。即ち、炉内に燃料ガスを供給するガス供給ラインの外径側にガス供給ラインに沿って延びる蓄熱体層を設け、この蓄熱体層のさらに外径側にガス供給ラインに沿って延びるセラミックタイル層を設け蓄熱体層をガス供給ラインの軸方向で位置決めする構成で、セラミックタイル層の外径側にガス供給ラインに沿って延びる金属スリーブを設け、炉壁に穿たれたバーナ取付け孔に金属スリーブを介して、バーナを取付ける燃焼設備構造が提案されている。この種の燃焼設備構造は、例えば特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示の技術は、バーナ全体が炉壁から引退した構造のものであるが、本願明細書の図２に示される例にあるように、金属スリーブの長さを炉壁の厚みに合わせ、セラミックタイルの先端が炉内に突出した構造が採用されることもある。
図２に示す燃焼設備構造では、炉内に燃料ガスｇ１を供給するガス供給ライン２の外径側にガス供給ライン２に沿って延びる蓄熱体層８を設け、この蓄熱体層８の外径側にガス供給ライン２に沿って延びるセラミックタイル層９を設け、セラミックタイル層９の外径側にガス供給ライン２に沿って延びる金属スリーブ１０を設け、炉壁５に穿たれたバーナ取付け孔１１に金属スリーブ１０が取り付けられている。
この構成の燃焼設備構造では、セラミックタイル層で蓄熱体層を抱き込むとともに炉室に対してバーナを位置決めして、蓄熱効果を得ながら燃焼を良好に行うことができる。

特開２００８−２３２５３７号公報

上記の図２に示すような構造を採用する場合、セラミックタイル層を成すセラミックタイルには数十キログラムの重量がかかるため、高強度で高コストであるファインセラミック等を使用することは現実的でない。従って、廉価なコージェライト、ムライト系耐火物がセラミックタイル層を構成する材料とされるのが殆どである。コージェライト、ムライト系耐火物は、強度が低く、使用中に割れが発生することがあり、最悪の場合、タイルごと脱落することがある。

図２には、上記の割れ１４が、金属スリーブ１０の内径側先端から蓄熱体層８の外径面に向けて発生して例を示している。この構成の場合、セラミックタイル層９が炉室内に突出する構造を採用しているため、割れ１４より先端側のセラミックタイル層９が炉内に脱落することとなる。

本発明の目的は、上記のような燃焼設備構造において、外径側が金属スリーブで囲われたセラミックタイル層を備え、このセラミックタイル層の内径側に蓄熱体層を備えた燃焼設備構造において、金属スリーブの先端近傍部位から割れがセラミックタイル層の内部に進行する可能性が低く、信頼性の高い燃焼設備構造を得ることにある。

上記目的を達成するための、
炉内に燃料ガスを供給するガス供給ラインの外径側に前記ガス供給ラインに沿って延びる蓄熱体層を設け、
前記蓄熱体層の外径側に前記ガス供給ラインに沿って延びるセラミックタイル層を設け蓄熱体層をガス供給ラインの軸方向で位置決めする構成で、前記蓄熱体層の外径側に前記ガス供給ラインに沿って延びる金属スリーブを設け、
炉壁に穿たれたバーナ取付け孔に前記金属スリーブを介して、バーナを取付ける燃焼設備構造の特徴構成は、
前記蓄熱体層の炉室側端面の少なくとも一部を、前記セラミックタイル層の前記炉室側に設けられ、前記炉室側端面に沿って延びる蓄熱体支持部により支持するとともに、
前記セラミックタイル層の外径面を、前記炉壁の全幅に渡って前記バーナ取付け孔の内面に沿って延びる外径面として構成し、
前記金属スリーブの内径面を前記セラミックタイル層の外径面に接触させて構成するとともに、前記金属スリーブの炉室側端と前記炉室との間にセラミックボンド層を設け、当該セラミックボンド層で、前記金属スリーブの炉室側端と前記セラミックタイル層の外径面とを連結固定したことにある。

この燃焼設備構造では、セラミックタイル層により蓄熱体層を抱き込み、その位置決めを良好に行える。一方、セラミックタイル層と金属スリーブとの関係に関しては、セラミックタイル層の外径側には金属スリーブが配設されるが、この金属スリーブとセラミックタイル層とが例えばエッジで当たることはない。即ち、金属スリーブとセラミックタイル層との間で熱膨張率の差に基づいて、金属スリーブとセラミックタイル層の接頭部位から熱歪に基づいて割れが発生することはなく、従来技術に見られたようなセラミックタイル層内への割れの進行を避けることができる。
そして、金属スリーブとセラミックタイル層との接着状態は、セラミックボンド層で確保できる。

さて、上記構成において、前記金属スリーブがステンレス材からなり、前記蓄熱体層がセラミックウール層又はセラミックボール層からなることが好ましい。
安価で汎用性のある材料で蓄熱体層を構成するとともに、金属スリーブに耐久性を持たせることが可能となる。

さらに、前記金属スリーブの炉壁外面側にフランジ部を備え、前記フランジ部により前記バーナ部が炉壁に固定されることが好ましい。
金属スリーブにフランジ部を設けることにより、当該フランジ部でバーナを炉壁外面側から確実に支持できる。
本発明により、損傷の可能性を低減させ、高コストセラミックに変更することなく、耐久性の高いセラミックタイルを備えた燃焼設備構造が実現できた。

本願に係る燃焼設備構造を採用した炉のバーナ付近の構成を示す図従来構成を示す図

以下、本願に係る燃焼設備構造を採用した加熱炉のバーナ部１に関して説明する。
図１は、先に説明した図２と同様な断面図である。
この図では、炉内１２に燃料ガスｇ１を供給する燃料ガス供給ライン２を設けたバーナ部１を示すが、このバーナ部１の周囲には、別途、酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスライン（図外）が設けられ、炉内１２において、燃料ガス供給ライン２から供給された燃料ガスｇ１と、酸素含有ガス供給ラインから供給された酸素含有ガスが混合して、良好に燃焼が行われる。

以下、バーナ部１の詳細構成について説明する。
バーナ部１は、炉内１２に燃料ガスｇ１を供給するガス供給ライン２を形成する供給管状体（６・７）の外径側にガス供給ライン２に沿って延びる蓄熱体層８を設け、さらに、蓄熱体層８の外径側にガス供給ライン２に沿って延びるセラミックタイル層９を設け、蓄熱体層８をガス供給ライン２の軸方向で位置決めする構成が採用されている。さらに、蓄熱体層８の外径側にガス供給ラインに沿って延びる金属スリーブ１０を設け、炉壁５に穿たれたバーナ取付け孔に金属スリーブ１０を介して取付ける燃焼設備構造を取っている。

ここで、供給管状体は、通常の金属部材（ＳＵＳ等）からなる基端側供給管７と、その先端に設けられ、耐火性の合金材料（例えばインコネル601など）からなる供給ノズル６とから構成されている。蓄熱体層８はセラミックウール層又はセラミックボール層からなっている。

バーナ部１の全体は、図２で示した例とは異なり、前記供給ノズル６の先端が炉壁５から僅かに突出した位置に来るように炉壁５に取り付けられている。
そして、セラミックタイル層９の先端面の位置が炉壁５の内面（炉内１２に接する面）の位置とほぼ同様な位置となるように構成されている。従って、従来技術のように、セラミックタイル層９が脱落する等の問題は回避される。

蓄熱体層８の炉室側端面８ａの少なくとも一部が、セラミックタイル層９の炉室側に設けられ、炉室側端面８ａに沿って延びる蓄熱体支持部９ａにより支持されるとともに、セラミックタイル層９の外径面９ｃを、炉壁５の全幅に渡ってバーナ取付け孔１１の内面に沿って延びる外径面として構成し、さらに、金属スリーブ１０の内径面をセラミックタイル層９の外径面に接触させて構成されている。金属スリーブ１０はステンレス材からなり、金属スリーブ１０の炉壁外面側にフランジ部１０ａを備え、このフランジ部１０ａによりバーナ部１が炉壁５に固定されている。

ここで、セラミックタイル層９は、概略、円筒状の構成とされるが、その先端（炉内側）に内径側に延びる蓄熱体支持部９ａを備え、この蓄熱体支持部９ａのガス供給ラインに沿った方向の端面９ｂが蓄熱体層８を炉内側から位置保持して支持するように構成されている。

そして、本願では、金属スリーブ１０の炉室側端１０ｂと炉内１２との間にセラミックボンド層１３を設け、当該セラミックボンド層１３で、金属スリーブ１０の炉室側端１０ｂとセラミックタイル層９の外径面とを連結固定している。
結果、セラミックタイル層９が、膨張率の異なる蓄熱体層８及び金属スリーブ１０との間の両者からその膨張・収縮を規制される等の問題を回避でき、先に説明した割れの問題を回避できる。蓄熱体層８をアルミナウールで、セラミックタイル層９をコージェライト、ムライト系耐火物で、金属スリーブ１０をSUS310Sなどの耐熱ステンレスで構成する場合は、セラミックボンド層１３をアルミナベースの耐熱パテで構成することができる。このセラミックボンド層１３による結合は、金属スリーブ１０内にセラミックタイル層９を収納した状態で、両者を高温で焼成して、接合することができる。

１バーナ部
２燃料ガス供給ライン
５炉壁
６供給ノズル
８蓄熱体層
９セラミックタイル層
１０金属スリーブ
１２炉内
１３セラミックボンド層

Claims

炉内に燃料ガスを供給するガス供給ラインの外径側に前記ガス供給ラインに沿って延びる蓄熱体層を設け、
前記蓄熱体層の外径側に前記ガス供給ラインに沿って延びるセラミックタイル層を設け前記蓄熱体層を前記ガス供給ラインの軸方向で位置決めする構成で、前記蓄熱体層の外径側に前記ガス供給ラインに沿って延びる金属スリーブを設け、
炉壁に穿たれたバーナ取付け孔に前記金属スリーブを介して取付ける燃焼設備構造であって、
前記蓄熱体層の炉室側端面の少なくとも一部を、前記セラミックタイル層の前記炉室側に設けられ、前記炉室側端面に沿って延びる蓄熱体支持部により支持するとともに、
前記セラミックタイル層の外径面を、前記炉壁の全幅に渡って前記バーナ取付け孔の内面に沿って延びる外径面として構成し、
前記金属スリーブの内径面を前記セラミックタイル層の外径面に接触させて構成するとともに、前記金属スリーブの炉室側端と前記炉室との間にセラミックボンド層を設け、当該セラミックボンド層で、前記金属スリーブの炉室側端と前記セラミックタイル層の外径面とを連結固定した燃焼設備構造。
前記金属スリーブがステンレス材からなり、前記蓄熱体層がセラミックウール層又はセラミックボール層からなる請求項１記載の燃焼設備構造。
前記金属スリーブの炉壁外面側にフランジ部を備え、前記フランジ部により前記バーナ部が炉壁に固定される請求項１又は２記載の燃焼設備構造。