JP3656930B2

JP3656930B2 - 工業炉

Info

Publication number: JP3656930B2
Application number: JP27513796A
Authority: JP
Inventors: 敏明長谷川; 俊文星野
Original assignee: 日本ファーネス工業株式会社
Priority date: 1996-10-17
Filing date: 1996-10-17
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2016-10-17
Also published as: JPH10122551A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーナを熱源として加熱、溶融、乾燥、焼成などの用に供される工業炉に関する。更に詳述すると、本発明は、蓄熱体を備えた第１の燃焼装置と第２の燃焼装置とを交互に燃焼させて蓄熱体を介して排ガスを排気すると共にこの排ガスの温度に近い高温に予熱した燃焼用空気を供給する交互燃焼式蓄熱型燃焼システムを備える工業炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、蓄熱体を備える一対のバーナを交互に燃焼させる蓄熱型燃焼システムを備えた工業炉が知られている。この工業炉は、図３に示すように、炉１０１の対向する側壁に同じ構造・燃焼量の一対を成すバーナ１０２，１０３を据え付けて、これら一対のバーナ１０２，１０３を所定時間毎に交互に燃焼させることで火炎の非定在化を図り、炉１０１内空間の温度分布をできるだけ平坦化して被加熱物の温度むらの発生を防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、同じ構造・燃焼量の２つのバーナ１０２，１０３を対として１組の交互燃焼式蓄熱型燃焼システムを構成する場合、炉１０１内空間の温度分布の平担化には有効ではあるが、逆に、炉１０１内空間の温度分布を不均一にして積極的に特定位置に温度ピークを作ることができなかった。
【０００４】
即ち、炉１０１内の温度場を一様にすることは加熱制御の基本ではあるが、例えば管式加熱炉のように被加熱物によってはその熱吸収分布が一様ではない場合もあり、この場合には被加熱物の熱吸収分布に応じて炉１０１内の温度場の発熱分布を制御することが望ましい。そのため、炉１０１内の温度場の一様性を改めて、被加熱物毎に本来異なる固有の熱吸収分布に応じた適正な温度場を工業炉内空間に形成することが必要である。
【０００５】
本発明は、被加熱物の熱吸収分布に応じた温度場を形成することができる工業炉を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明は、蓄熱体を備えた第１の燃焼装置と第２の燃焼装置とを交互に燃焼させて前記蓄熱体を介して排ガスを排気させると共にこの排ガスの温度に近い高温に予熱した燃焼用空気を供給する交互燃焼式蓄熱型燃焼システムを備える工業炉において、前記第１の燃焼装置と第２の燃焼装置とは互いに異なる台数のバーナを備えかつ前記第１と第２の燃焼装置のバーナの総燃焼量は互いに等しくされていると共に、第１の燃焼装置と第２の燃焼装置のうち、バーナ台数の多い方はバーナを２以上の炉壁面に分散配置させるようにしている。
【０００７】
したがって、第１あるいは第２の燃焼装置の一方を燃焼させた場合と他方を燃焼させた場合とで発生する火炎の数が異なると共に排ガスの流れも異なる。即ち、所定時間毎に排ガスの流れと火炎の大きさおよび位置が非対称に形成される。しかも、バーナ台数の多い方の燃焼装置のバーナが２以上の炉壁面に分散配置されているため、所定時間毎に形成される非対称な排ガスの流れと火炎の位置はより一層非対称性を増す。このため、被加熱物の熱吸収分布が不均一の度合いが大きくともそれに応じた発熱分布を形成することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
図１の（Ａ），（Ｂ）に、本発明の工業炉の実施形態の一例を示す。この工業炉１は、交互に燃焼する第１の燃焼装置２と第２の燃焼装置３とから成る１組の交互燃焼式蓄熱型燃焼システムを備えている。第１および第２の各燃焼装置２，３は互いに異なる台数のバーナ４，５を備えている。ここで、一方の燃焼装置のバーナ台数は他方の燃焼装置のバーナ台数より多ければ良く、その台数比は特に限られず、被加熱物の加熱条件に応じて適宜選択される。例えば、第１の燃焼装置２は１台のバーナ４を備え、第２の燃焼装置３は４台のバーナ５，５，５，５を備えている。各バーナ４，５には蓄熱体７，８がそれぞれ備えられ、交互に燃焼する際に蓄熱体７，８を介して排ガスの排気あるいは燃焼用空気の供給を行うように設けられている。炉壁１ａに一方の燃焼装置例えば第１の燃焼装置２のバーナ４を設置し、当該炉壁１ａ以外の炉壁１ｂ〜１ｄに第２の燃焼装置３の４台のバーナ５を分散配置している。ここで、第２の燃焼装置を構成する４台のバーナ５，５，５，５は互いに同じ構造・燃焼量である。そして、第１の燃焼装置２の総燃焼量と第２の燃焼装置３の総燃焼量とは互いに等しくなるように燃焼制御される。即ち、第１の燃焼装置２のバーナ４が燃焼量Ｑ _１であり、第２の燃焼装置３の各バーナ５，５，５，５がそれぞれ燃焼量Ｑ _２であるとすると、Ｑ _１＝Ｑ _２ ×４の関係を満たすようにしている。尚、第２の燃焼装置３側の４台のバーナ５，５，５，５はそれらの配置間隔、燃焼量及び配置位置などには特に限定されず、同じ燃焼量の複数のバーナを等間隔で同じ壁面の同じ高さ位置に配置しても良いし、被加熱物の熱吸収分布に応じて燃焼量を相互に異ならせたり設置間隔や設置高さなどの位置を異ならせても良い。この場合においても、４台のバーナ５，５，５，５の燃焼量の総計は第１の燃焼装置２のバーナ４の総燃焼量と同じである。また、第１の燃焼装置２のバーナの台数、大きさ・燃焼量並びに設置位置などについても、被加熱物の加熱条件例えば熱吸収分布などに応じて適宜決定される。
【０００９】
燃焼用空気は、四方弁６の切り換えによって第１および第２の燃焼装置２，３のいずれかに選択的に供給され、同時に燃焼用空気が供給されない方の燃焼装置のバーナからは炉内の排ガスが抜き取られて四方弁６から排気系へ排出される。また、第１および第２の燃焼装置２，３には、図示しない燃料供給系から燃料が燃焼用空気の供給と同期して適宜タイミングで交互に供給される。
【００１０】
ここで、各バーナ４，５に供給される燃焼用空気は、蓄熱体７，８を通過して排ガス温度に近い高温、例えば８００℃以上、好ましくは１０００℃以上に加熱される。したがって、炉１内に別々に噴射されても高温燃焼用空気と燃料とが接触したところから酸化発熱反応が開始することで発熱領域が広域化した燃焼を起こし、火炎が形成される。高温燃焼用空気は高温になる過程でそのボリュームが増加し、炉１内に高速で噴射される。また、エアノズル・エアスロートの口径を絞って更に燃焼用空気の噴射速度を上げて高速噴射させることもある。そこで、高温燃焼用空気と燃料との燃焼反応は、炉内排ガスを巻き込みながら通常の拡散燃焼よりも低酸素濃度下に酸化発熱反応を起こすため酸化発熱反応が極めて低速に進行し、酸化発熱領域が広域化して温度ピークが低く抑えられた平坦な温度分布の火炎が形成される。即ち、燃焼用空気及び燃料が供給されて作動状態になった第１及び第２の燃焼装置２，３の各バーナ４，５には、当該バーナ４，５の燃焼量Ｑ_１，Ｑ_２に応じた火炎が形成される。第１及び第２の燃焼装置２，３の作動は例えば４０〜５０秒以下の短時間（ｔ）、好ましくは１０秒程度毎に切り換えられる。
【００１１】
なお、排ガスは第１及び第２の燃焼装置２，３の燃焼停止側のバーナ４あるいは５を通じて排出される。このとき、排ガスは、蓄熱体７，８を加熱する。
【００１２】
図１の（Ａ）に示すように、第１の燃焼装置２が作動し第２の燃焼装置３が停止している状態では、第１の燃焼装置２のバーナ４が燃焼してＱ_１の燃焼量に応じた比較的大きな火炎が形成され、同時に排ガスが第２の燃焼装置３の４台のバーナ５に分配されて排出される。したがって、排ガスの流れは第２の燃焼装置３寄りでは４方向に分配されて広がる。この状態でｔ時間経過すると、第１の燃焼装置２の燃焼が止められると共に第２の燃焼装置の４台のバーナ５，５，５，５に燃焼が切り換えられる（図１の（Ｂ））。この状態では、第３の燃焼装置３の４台のバーナ５，５，５，５が燃焼してＱ_２の燃焼量に応じた比較的小さな火炎を４箇所に形成する。
【００１３】
斯くして、第１及び第２の燃焼装置２，３を短時間で交互に燃焼させることによって、炉１内の空間にはｔ時間毎に非対称な火炎と図中矢印で示す燃焼排ガスの流れが発生し、不均一な温度分布を形成される。第１及び第２の燃焼装置２，３のバーナ４，５は、被加熱物の熱吸収分布に応じて最適な発熱分布を示すように設置されているので、炉１内に形成される火炎及び燃焼排ガスの流れの切り換えにより最適な状態で被加熱物を加熱することができる。しかも、１つの炉壁面１ａに設置されている第１の燃焼装置２のバーナ４に対し、これを囲む残りの３つの炉壁面１ｂ，１ｃ，１ｄのそれぞれに第２の燃焼装置３の４台のバーナ５，５，５，５が分散配置されているので、所定時間毎に形成される非対称な排ガスの流れと火炎の位置はより一層非対称性を増す。したがって、各バーナ４，５を交番燃焼させると、炉１内空間に所定時間毎に非対称な排ガスの流れ（図中矢印）と火炎が形成され、被加熱物の不均一な熱吸収分布に対応して発熱量分布制御を行うことができる。
【００１４】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の説明では、第１の燃焼装置２を単数のバーナ４で構成しているが、双方の燃焼装置２，３とも複数のバーナ４，５で構成しても良い。例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、第１の燃焼装置２を２台のバーナ４，４で構成すると共に第２の燃焼装置３を４台のバーナ５，５，５，５で構成しても良い。即ち、第１及び第２の燃焼装置２，３を構成するバーナ４，５の台数は、被加熱物の加熱条件に応じて適宜選択すれば良く、単数であっても複数であっても良い。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、蓄熱体を備えた第１の燃焼装置と第２の燃焼装置とを交互に燃焼させて蓄熱体を介して排ガスを排気させると共にこの排ガスの温度に近い高温に予熱した燃焼用空気を供給する交互燃焼式蓄熱型燃焼システムを備える工業炉において、第１の燃焼装置と第２の燃焼装置とが互いに異なる台数のバーナを備えかつ第１と第２の燃焼装置のバーナの総燃焼量を互いに等しくすると共に、第１の燃焼装置と第２の燃焼装置のうち、バーナ台数の多い方はバーナを２以上の炉壁面に分散配置させるようにしているので、炉内空間に排ガスの流れと火炎の大きさ及び位置が所定時間毎に非対称に形成される。しかも、バーナ台数の多い方の燃焼装置のバーナが２以上の炉壁面に分散配置されているため、所定時間毎に形成される非対称な排ガスの流れと火炎の位置はより一層非対称性を増す。このため、炉空間内に非対称な平均温度場を形成することができ、被加熱物の熱吸収分布に対応させて各燃焼装置のバーナをそれぞれ設置することで、当該熱吸収分布のばらつきの度合いが大きい場合であっても、それに応じた発熱分布を形成することが可能となり被加熱物に適した状態で当該被加熱物を加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した工業炉の実施形態の一例を示す原理図で、（Ａ）は第１の燃焼装置が作動している状態を、（Ｂ）は第２の燃焼装置が作動している状態をそれぞれ示す。
【図２】本発明の工業炉の他の実施形態を示す原理図で、（Ａ）は第１の燃焼装置が作動している状態を、（Ｂ）は第２の燃焼装置が作動している状態をそれぞれ示す。
【図３】従来の工業炉の概略構成図である。
【符号の説明】
１炉
２，３１組の交互燃焼式蓄熱型燃焼システムを構成する第１及び第２の燃焼装置
４，５バーナ

Claims

蓄熱体を備えた第１の燃焼装置と第２の燃焼装置とを交互に燃焼させて前記蓄熱体を介して排ガスを排気させると共にこの排ガスの温度に近い高温に予熱した燃焼用空気を供給する交互燃焼式蓄熱型燃焼システムを備える工業炉において、前記第１の燃焼装置と第２の燃焼装置とは互いに異なる台数のバーナを備えかつ前記第１と第２の燃焼装置のバーナの総燃焼量は互いに等しいと共に、前記第１の燃焼装置と第２の燃焼装置のうち、バーナ台数の多い方は前記バーナを２以上の炉壁面に分散配置させていることを特徴とする工業炉。