JP3721032B2

JP3721032B2 - リジェネバーナ

Info

Publication number: JP3721032B2
Application number: JP35869599A
Authority: JP
Inventors: 勝博太田; 敏博大河内
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2019-12-17
Also published as: JP2001173946A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱体の寿命の長期化を図ることができるリジェネバーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、加熱炉や燃焼炉等の燃焼装置には省エネルギを図ることを目的として、炉内で燃焼した排ガスの熱を回収するとともに、燃焼用空気を加熱するようバーナタイル内に蓄熱体を設けたリジェネバーナが知られている。この場合、前記蓄熱体としては、セラミックやステンレス等の耐熱性金属をハニカム状にしたものが通常用いられている。
【０００３】
このうち、蓄熱体として耐熱性金属を用いたものは、セラミックに比べて軽量化および大型化が可能である、破壊強度が優れている、薄いため圧力損失が少ない等の種々の利点を有しているものの、耐熱温度に限界があるため使用温度条件に制限（約１０００℃以下）があった。また、耐熱温度を越えて使用していると熱変形や熱破壊して短期間で交換しなければならないという問題点もあった。更には、耐熱温度近傍で使用している場合でも、蓄熱体の外周部の熱損傷が激しく想定した使用期間を確保することができないという問題点もあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような従来の問題点を解決して、軽量化および大型化が可能で破壊強度にも優れ、また圧力損失も少ないことは勿論のこと、使用温度に制限がなく、しかも蓄熱体の熱変形や熱破壊を生じることなく長期間にわたって継続使用することができるリジェネバーナを提供することを目的として完成されたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明のリジェネバーナは、燃焼炉のバーナタイル内に耐熱性金属からなるハニカム状の蓄熱体を設け、この蓄熱体へ流入する燃焼用空気が蓄熱体の中心部に比べて外周部へ多く流入するように燃焼用空気流入量の径方向流量分配を制御する流量制御手段を設けたリジェネバーナであって、前記流量制御手段が、蓄熱体へ供給される燃焼用空気の流路内に設置される流量制御板であり、該流量制御板により中心部を流通する燃焼用空気が外周部に向け流れ方向を変化するよう構成されており、外周側の流路内へより多くの燃焼用空気を流入することによって、燃焼用空気が蓄熱体中心部に比べて外周部へ多く流入するように燃焼用空気流入量の径方向流量分配を制御することを特徴とするものである。
【０００６】
【０００７】
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
図面は、製鉄工場における溶鉄鍋（例えば取鍋）の内張り耐火物の乾燥加熱、または受鋼前、受銑前の予熱加熱に用いられる溶鉄鍋予熱・乾燥設備に組み込まれる切り換え式のリジェネバーナを示すものである。図において、１は炉壁のバーナタイル２０内に取り付けられたバーナ本体であり、このバーナ本体１は先端を炉内へ臨ませた燃料ノズル２と、該燃料ノズル２を覆うバーナ外筒３からなり、前記燃料ノズル２の前方部はバーナタイル２０内に装着したステンレスに代表される耐熱性金属からなるハニカム状の蓄熱体４に挿入した状態となっている。この蓄熱体４は、炉内で燃焼した排ガスの熱をバーナ外筒３より排出する際に加熱されて蓄熱し、一方、バルブを切り換えてバーナ外筒３より燃焼用空気を炉内へ送り込む際には蓄熱したエネルギにより燃焼用空気を予熱してバーナの燃焼効率を向上させることにより、省エネルギを図るものである。
なお、ここでいう切り換え式のリジェネバーナとは、炉の対角線方向に一対のバーナを設置し、一方を燃焼状態とし他方を排ガスの排出状態として一定時間燃焼した後、今度は燃焼状態と排ガスの排出状態を交代して一定時間燃焼し、これを交互に切り換えて行うタイプのものであり、図１は、その一対のうちの片側を示すものである。
【０００９】
そして、本発明においては蓄熱体４へ流入する燃焼用空気が蓄熱体４の中心部に比べて外周部へ多く流入するように燃焼用空気流入量の径方向流量分配を制御する流量制御手段を設けた点に特徴的構成を有している。
これは、本発明者らが研究した結果、排ガスが蓄熱体４に対しては外周部に多く流入して中心部に比べ昇温しやすく、そのため外周部の方から酸化や熱変形が生じ寿命を短くする要因となっており、また機械的にも外周部は中心部に比べて周が長いため熱膨張代が大きくそれだけ変形する要素が大きい要因となっているということを究明した結果に基づくものである。
従って、低温度の燃焼用空気をバーナに流入させる際に、熱的な損傷を受けやすい蓄熱体４の外周部を中心部に比べてより多くの燃焼用空気が流入するようにすることで冷却効果を高め、蓄熱体全体に均等に熱負荷が加わるようにし、従来のような外周部における局部的な熱的損傷の発生を回避して耐久性の向上を図るのである。
【００１０】
前記流量制御手段の参考例として、図１を示す。図１のものでは、蓄熱体４へ供給される燃焼用空気の流路内に、蓄熱体の径方向に同心円状の仕切り５が設置されて蓄熱体４の中心部に続く流路６ａと蓄熱体４の外周部に続く流路６ｂの二つの流路に分割されているとともに、それぞれの流路内へ独立して燃焼用空気が流入するよう構成されており、外周側の流路６ｂ内へより多くの燃焼用空気を流入することによって、燃焼用空気が蓄熱体４の中心部に比べ外周部へ多く流入するように燃焼用空気流入量の径方向流量分配を制御している。
なお、前記流路６ａ、６ｂにはそれぞれ燃焼用空気の流入量を調整するためのダンパ７ａ、７ｂが設けられ、該ダンパ７ａ、７ｂの開度を調整することによって燃焼用空気の流入量を任意に変化させるよう構成してあり、図１(b) に示されるように、ダンパ７ｂを全開としダンパ７ａを約半開とすることで蓄熱体４の外周部へより多くの燃焼用空気を流入し、冷却効果を高めている。
【００１１】
以上は、参考例として切り換え式のリジェネバーナの場合について説明したが、以下に本発明のセルフ型のリジェネバーナについて説明する。
セルフ型のリジェネバーナとは、図２に示されるように、蓄熱体の後端に接続する燃焼用空気供給ダクトをバーナ軸の周方向に連続的あるいは間欠的に回転移動させることで、燃焼用空気をダクトより蓄熱体の蓄熱された部位を経由して予熱空気を供給するとともに、燃焼用空気の通過により蓄熱体の抜熱された部位には高温排ガスが通過して蓄熱するという一連の動作により１本のバーナで燃焼用空気の予熱と蓄熱が可能なタイプのバーナをいう。
【００１２】
具体的には図２に示されるように、バーナ本体１は先端を炉内へ臨ませた燃料ノズル２の周囲に耐熱性金属からなる蓄熱体４を炉壁のバーナタイル２０内に組み込む形で設け、この蓄熱体４の後端に隣接してバーナ外筒３の燃焼用空気供給口１１に連通するダクト１２を燃料ノズル２の周方向に回転自在に設けるとともに、バーナ外筒３に排ガス吸引口１３を設けるように構成されている。
そして、燃焼加熱に際しては、燃料ノズル２の燃料供給口１４から燃料を燃料ノズル２の先端へ供給すると同時に、燃焼用空気供給口１１からダクト５へ燃焼用空気を供給し蓄熱体４を通過させ予熱して、燃料ノズル２の先端へ供給することで燃料を燃焼し燃焼ガスを溶鉄鍋内（炉内）へ噴射し内張り耐火物を加熱する。一方、加熱後の溶鉄鍋内（炉内）の高温排ガス（燃焼ガス）は、蓄熱体２の燃焼用空気通過部以外の部位を通過して、その部位を蓄熱した後、排ガス吸引口１３より外部へ放散する。
次いで、ダクト１２をモータ１５で駆動しバーナ軸を中心として周方向に回転し、蓄熱体４の蓄熱部位に回転移動しつつ燃焼用空気をダクト１２から蓄熱体４を通過させ常時安定した予熱空気を燃料ノズル２へ供給するとともに、燃焼用空気の予熱により抜熱された蓄熱部位には高温排ガスが通過して蓄熱する。
以上のように連続的あるいは間歇的にダクト５を回転させ、蓄熱体４へ蓄えられた熱エネルギにより燃焼用空気を予熱してバーナの燃焼効率を向上させることにより、省エネルギを図るよう構成されている。
【００１３】
そして、流量制御手段として、蓄熱体４へ供給される燃焼用空気の流路１２ａ内に流量制御板１５が設置されており、該流量制御板１５により中心部を流通する燃焼用空気が外周部に向け流れ方向を変化するよう構成され、外周側の流路内へより多くの燃焼用空気を流入することによって、燃焼用空気が蓄熱体中心部に比べて外周部へ多く流入するように燃焼用空気流入量の径方向流量分配を制御するものとなっている。
【００１４】
以上のように構成したものは、蓄熱体４が炉内で燃焼した排ガスの熱をバーナ外筒３より排出する際に加熱されて蓄熱し、一方、バーナ外筒３を回転してバーナ外筒３より燃焼用空気を炉内へ送り込む際には蓄熱したエネルギにより燃焼用空気を予熱してバーナの燃焼効率を向上させることにより、省エネルギを図りつつ運転される点は従来のこの種のリジェネバーナと基本的に同じである。
そして本発明では、前記蓄熱体４へ流入する燃焼用空気が蓄熱体４の中心部に比べて外周部へ多く流入するように燃焼用空気流入量の径方向流量分配を制御する流量制御手段が設けられているため、従来のように蓄熱体４の外周部のみが局部的に昇温することがない。
即ち、蓄熱体４は排ガスの流通時には外周部のみが局部的に昇温することとなるが、低温度の燃焼用空気を流入する時には流量制御手段の作用で燃焼用空気は蓄熱体４の中心部に比べて外周部へ多く流入するようになり、外周部の冷却が促進されることとなって、蓄熱体全体が均等な温度分布なる。この結果、従来のように外周部のみが局部的に昇温せず熱的損傷の発生も的確に回避することができ、蓄熱体４の大幅な耐久性の向上が図られることとなる。なお、本発明者らの実験によれば、継続使用期間を５年以上保証することができ、従来に比べて約１０倍の寿命が得られることが確認できた。
【００１５】
【実施例】
燃料ガスとしてコークス炉ガスを用いる発熱量４４５０kcal/m^３(Normal) の切り換え式のリジェネバーナを取鍋の内張り耐火物の乾燥加熱用バーナに用いて寿命の測定を行った結果を表１に示す。バーナの基本的な設計は図２に示すとおりであり、燃料ガス流量は５００m^３(Normal)/h、空気比は１．３とした。また、転炉内雰囲気の平均温度は１１００℃、蓄熱体吸引排ガスの平均温度は１０００±５０℃、蓄熱体通過後排ガスの平均温度（初期値）は３００℃とした。また、ハニカム状の蓄熱体の設計条件は下記のとおりである。
材質：ＳＵＳ４３０
箔厚み：５０μm
メッシュ：１００セル／inch^２
外径：７８０mm
内径：３８０mm
長さ：１５０mm
また、流量制御板５は長さ（Ｌ）が７０mm、燃焼用空気の流入時における流量制御板５の開き角度（θ）は３０°に設定した。
なお、蓄熱体の耐久性を評価する一つの指標として、蓄熱体前後の熱間圧力損失値で評価し、初期の熱間圧力損失値の約５倍の値を蓄熱体の耐熱限界とした。
【００１６】
【表１】

【００１７】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明は軽量化および大型化が可能で破壊強度にも優れ、また圧力損失も少ないことは勿論のこと、使用温度に制限がなく、しかも蓄熱体の熱変形や熱破壊を生じることなく長期間にわたって継続使用することができるものである。
よって本発明は従来の問題点を一掃したリジェネバーナとして、産業の発展に寄与するところは極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１バーナ本体
２燃料ノズル
３バーナ外筒
４蓄熱体
５同心円状の仕切り
6a 蓄熱体の中心部に続く流路
6b 蓄熱体の外周部に続く流路
15 流量制御板
20 バーナタイル

Claims

燃焼炉のバーナタイル内に耐熱性金属からなるハニカム状の蓄熱体を設け、この蓄熱体へ流入する燃焼用空気が蓄熱体の中心部に比べて外周部へ多く流入するように燃焼用空気流入量の径方向流量分配を制御する流量制御手段を設けたリジェネバーナであって、前記流量制御手段が、蓄熱体へ供給される燃焼用空気の流路内に設置される流量制御板であり、該流量制御板により中心部を流通する燃焼用空気が外周部に向け流れ方向を変化するよう構成されており、外周側の流路内へより多くの燃焼用空気を流入することによって、燃焼用空気が蓄熱体中心部に比べて外周部へ多く流入するように燃焼用空気流入量の径方向流量分配を制御することを特徴とするリジェネバーナ。