JP2765353B2

JP2765353B2 - ラジアントチューブ型加熱装置における燃焼方法

Info

Publication number: JP2765353B2
Application number: JP4084845A
Authority: JP
Inventors: 務北村; 耕市島村; 浩司神田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-03-06
Filing date: 1992-03-06
Publication date: 1998-06-11
Anticipated expiration: 2013-06-11
Also published as: JPH05248606A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼材の雰囲気加熱等に
使用されるラジアントチューブ型加熱装置における燃焼
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】亜鉛めっき鋼板、電磁鋼板、一般冷延鋼
板の製造や、厚板、鋼管の製造に使用される雰囲気熱処
理炉には、ラジアントチューブ型の加熱装置が多用され
ている。これは、図４に示すように、雰囲気熱処理炉の
両側の炉壁４０ａ，４０ｂ間にラジアントチューブ１０
を架装し、その両端部を炉外に出して、一方にバーナ２
０を取り付けた構造になっている。これによると、燃焼
排ガスがラジアントチューブ１０内を通って炉外へ排出
される。そのため、排ガスが炉内雰囲気に悪影響を与え
ることなく炉内を加熱できる。ラジアントチューブ１０
としては、図５に示すように、ストレート型のほか、Ｕ
字型、Ｗ字型等がある。

【０００３】ラジアントチューブ型の加熱装置では、チ
ューブ温度の長手方向分布を均一にすることが、炉内加
熱温度の均一化を図り、またチューブ寿命の延長を図る
ために必要である。しかし、一般的には、図２に破線で
示すように、バーナに近いチューブ入口付近が局部的に
高温となり、このピーク点から離れてチューブ出口に近
づくに連れて温度が徐々に低下する。そして、チューブ
寿命はこのピーク温度に支配される。従って、チューブ
寿命の延長のためには、とりもなおさず、このピーク温
度の低下が必要となる。

【０００４】ラジアントチューブのピーク温度は、単純
には、燃料を制限することで低下させることができる
が、そうしたのでは発熱量も低下する。そこで、従来か
ら、発熱量を低下させずにピーク点を取り除くための研
究が各所で行われており、簡単には、バーナの火炎を長
くする所謂ロングフレームの方法がある。また、特開平
２−４９２７号公報には、低温の雰囲気ガスをチューブ
入口付近のピーク点近傍に吹き付ける方法が開示されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ロング
フレームでは、図２に一点鎖線で示すように、ピーク点
がチューブ出口側へ移行するものの、ピーク点の温度を
低下させ、チューブ長手方向温度を平準化する効果は小
さい。これに対し、低温の雰囲気ガスをピーク点近傍に
吹き付ける方法は、ピーク点の温度を希望する温度まで
確実に低下させることができる。しかし、大量の雰囲気
ガスを必要とするので、不経済であり、また、そのガス
によってチューブおよび炉内が冷却されるので、熱損失
が大きく、結果的に発熱量が低下する。更に、ガス吹き
付け機構の増設により、装置が高価になるという欠点も
ある。

【０００６】本発明の目的は、発熱量の低下を伴わずに
ラジアントチューブの長手方向の温度分布を均一化で
き、しかも、構造簡単で低価格なラジアントチューブ型
加熱装置における燃焼方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のラジアントチュ
ーブ型加熱装置における燃焼方法は、ラジアントチュー
ブの入口にバーナを設けると共に、前記ラジアントチュ
ーブの途中に、該チューブ内を流れる排ガスの流れに沿
ってチューブ内へ空気を吹き込む空気ノズルを設け、ラ
ジアントチューブの入口に設けたバーナで燃料を燃焼さ
せる際に、前記バーナでの燃料供給量をチューブ全体で
の総発熱量を確保するのに必要な定格量とすると共に、
その燃料の燃焼で未燃燃料を生成させるべく前記バーナ
での空気量を空気比で表して定格量１．０５〜１．３よ
り少ない０．５〜１．０として燃料過剰の燃焼を行い、
且つ定格量に対して不足する量の空気を、ラジアントチ
ューブの途中に設けた空気ノズルからチューブ内に吹き
込んで、前記バーナで生じる未燃の過剰燃料を燃焼させ
ることを特徴とする。

【０００８】

【作用】バーナで燃料過剰の燃焼を行うことにより、ラ
ジアントチューブのバーナ前での最高温度が低下する。
ラジアントチューブの途中から不足の空気を補給するこ
とにより、バーナで生じた未然の過剰燃料が空気補給位
置の下流で燃焼する。その結果、ラジアントチューブ全
体での発熱量の低下はなく、またラジアントチューブの
出口付近で昇温し、温度低下が抑えられる。従って、発
熱量の低下を伴わずにラジアントチューブの長手方向の
温度分布が均一化される。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の燃焼方法を実施するのに適した加
熱装置の一例についてその構造を示す横断面図である。

【００１０】本加熱装置は、ラジアントチューブ１０、
その入口に取り付けた燃料過剰燃焼用のバーナ２０、お
よびラジアントチューブ１０の途中からそのチューブ内
に空気を吹き込み、過剰燃料を燃焼させる空気ノズル３
０を主要構成要件としている。

【００１１】ラジアントチューブ１０は、Ｕ字型であ
り、その両端部が一方の炉壁４０ａの外に突出してい
る。バーナ２０は、燃料を空気と混合して燃焼させる周
知の構成のものであり、その燃焼排ガスは、他方の炉壁
４０ｂに向かってラジアントチューブの一方の直管部１
１内を進み、湾曲部１２で反転した後、他方の直管部１
３内を進んでラジアントチューブ１０の出口から外へ排
出される。

【００１２】空気ノズル３０は、他方の炉壁４０ｂを貫
通して炉内に挿入され、その先端部は、ラジアントチュ
ーブ１０の湾曲部１２内を通って他方の直管部１３の入
口付近に達している。そして、空気ノズル３０の中心
は、直管部１３の中心に一致している。従って、ラジア
ントチューブ１０の折り直し直後のチューブ中心部に、
排ガスの流れに沿って補助空気が吹き込まれる。

【００１３】本加熱装置において本発明の燃焼方法を実
施するには、バーナ２０で燃料を燃焼させる際に、ラジ
アントチューブ１０の全体で所定の発熱量を確保するべ
く、燃料をチューブ全体に見合う定格量とし、空気は空
気定格量の例えば８０％とする。これにより、バーナ２
０では燃料過剰の燃焼となる。そして、前記空気定格量
に対して不足する例えば２０％の空気は、空気ノズル３
０からラジアントチューブ１０内に補助空気として供給
する。空気ノズル３０からラジアントチューブ１０内に
供給された補助空気は、バーナ２０で生じた未燃の過剰
燃料を燃焼させる。

【００１４】本燃焼方法によれば、バーナ２０での燃焼
が燃料過剰の燃焼となるので、バーナ前の温度が、完全
燃焼の場合に比して低下し、その部分の温度ピークが解
消される。空気ノズル３０による補助空気吹き込み位置
より下流側では、未然の過剰燃料が燃焼することにより
火力が強化されるので、ラジアントチューブ１０の温度
が上がる。しかし、元々の温度が低いので、ピークを生
じるまでには至らない。従って、ラジアントチューブ１
０の長手方向の温度分布が均一化される。

【００１５】また、ラジアントチューブ１０の全体とし
ては、定格の空気量および燃料量が確保されるので、燃
焼効率の低下、発熱量の低下は生じず、また、冷却によ
る熱損失もない。つまり、本燃焼方法は、バーナ前のチ
ューブ入口付近での発熱の一部を、チューブ出口の方へ
移行させる形で、温度分布の均一化を図るのである。

【００１６】次に、本燃焼方法の実施結果を説明する。

【００１７】ラジアントチューブはＵ字型であり、材質
は耐熱鋳鋼（ＨＫ）、管寸法は外径１７３ｍｍ×肉厚８
ｍｍ×総長３８６０ｍｍ、湾曲部半径は１９０ｍｍであ
る。燃料はコークス炉ガス（ＣＯＧ：発熱量４６００ｋ
ｃａｌ／ｍ^３Ｎ，理論空気量４．７１ｍ^３Ｎ／ｍ ^３Ｎ・
燃料）を使用した。バーナの定格焚き量は５５０００ｋ
ｃａｌ／Ｈ、定格空気比は１．１である。

【００１８】本法では、バーナでの空気量を定格より少
ない４５ｍ^３Ｎ／Ｈ（空気比換算で０．８）とした。ま
た、バーナでの燃料供給量は定格の約１２ｍ^３Ｎ／Ｈ
（焚き量５５０００ｋｃａｌ／Ｈ）とした。空気ノズル
は内径２５ｍｍのＳＵＳ管とし、ラジアントチューブの
折り返し直後の位置へ、バーナで不足する１７ｍ^３Ｎ／
Ｈの空気を吹き込んで、総合の空気比が定格の１．１と
なるようにした。

【００１９】ラジアントチューブの長手方向の表面温度
分布を図２に実線で示す。従来法（通常フレーム長）で
バーナ前に生じていた温度ピークがなくなる一方、燃料
ノズル前の温度が上がり、温度分布が均一化された。そ
の結果、ラジアントチューブの最高温度点での温度が約
５０℃下がり、小径鋼管の光輝焼鈍炉における使用結果
では、ラジアントチューブの寿命が１．５倍になった。
また、このピーク温度低下により、ラジアントチューブ
出口でのＮＯ_ｘの値が約３０％低下した。

【００２０】バーナでの空気比は、上記実施例では、定
格の１．１に対し０．８としたが、０．５〜１．０を選
択できる。０．５未満では、バーナでの燃焼が不安定と
なる。１．０を超えた場合は、未然の燃料が少なく、バ
ーナでの燃料過剰燃焼が困難となるため、バーナ前の温
度ピークが充分に解消されず、また、空気の吹き込みに
よるチューブ出口近くでの温度上昇効果が小さい。な
お、バーナでの定格空気比は、通常１．０５〜１．３で
あり、本発明でもこれを用いる。

【００２１】空気ノズルからの空気吹き込み量は、バー
ナからの空気供給量と合わせて空気比が定格となるよう
にする。

【００２２】空気の吹き込み位置は、図３に示すよう
に、複数箇所とすることができる。この位置は、ラジア
ントチューブの長手方向で分散させるのがよく、特に、
図１および図３に示す折り返し直後の位置がよい。その
理由は、吹き込み位置を炉壁に接近させ、空気ノズルと
炉外配管の接続を容易にすること、空気ノズルの長さを
短くし、高温による変形又は焼損を防ぐためなどであ
る。

【００２３】なお、上記実施例は、ＣＯＧ焚きで投入熱
量を一定としたが、他の燃料でも、また投入熱量が経時
的に変化する場合にも適用可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のラジアントチューブ型加熱装置における燃焼方法は、
ラジアントチューブの長手方向の温度分布を均一化で
き、バーナ前のチューブ入口付近の温度ピークを解消で
きるので、チューブ寿命を延長し、また、加熱温度分布
の均一化に寄与する。全体的な発熱量を低下させず、冷
却も使用しないので、加熱効率が良い。温度ピークの解
消によりバーナ出口でのＮＯ_ｘ量を低下させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃焼方法を実施するのに適したラジア
ントチューブ型加熱装置の一例についてその構造を示す
断面図である。

【図２】本発明におけるラジアントチューブの温度分布
を従来と比較して示すグラフである。

【図３】本発明の燃焼方法を実施するのに適したラジア
ントチューブ型加熱装置の他の例についてその構造を示
す断面図である。

【図４】ラジアントチューブ型加熱装置の概略構造を示
す斜視図である。

【図５】ラジアントチューブの型式説明図である。

【符号の説明】

１０ラジアントチューブ２０バーナ３０空気ノズル４０炉壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23C 3/00 F23D 14/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ラジアントチューブの入口にバーナを設
けると共に、前記ラジアントチューブの途中に、該チュ
ーブ内を流れる排ガスの流れに沿ってチューブ内へ空気
を吹き込む空気ノズルを設け、ラジアントチューブの入
口に設けたバーナで燃料を燃焼させる際に、前記バーナ
での燃料供給量をチューブ全体での総発熱量を確保する
のに必要な定格量とすると共に、その燃料の燃焼で未燃
燃料を生成させるべく前記バーナでの空気量を空気比で
表して定格量１．０５〜１．３より少ない０．５〜１．
０として燃料過剰の燃焼を行い、且つ定格量に対して不
足する量の空気を、ラジアントチューブの途中に設けた
空気ノズルからチューブ内に吹き込んで、前記バーナで
生じる未燃の過剰燃料を燃焼させることを特徴とするラ
ジアントチューブ式加熱装置における燃焼方法。