JP4074929B2 - 連続加熱炉の運転方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロガスタービンの発電機が発電する電力を、連続加熱炉の高温域の加熱に、該マイクロガスタービンからの燃焼排ガスを該連続加熱炉の低温域の加熱に使用するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロガスタービンによる分散発電は、燃料を原料とし、電力消費の現場で小規模の発電を効率よく得ることができるので、近時その利用が注目されている。かかる分散発電の長所は、エネルギー源の燃料が入手しやすく、その輸送と保存が容易であることである。これらの長所は、膨大な発送電回路を必要とし、蓄電が困難な在来の集中型の発電と比較すると、その有利性は明らかである。
【０００３】
マイクロガスタービンによって発電された電力は、そのまま使用されるが、この発電に伴なって生じる高熱な排ガスは、必ずしも効率よく利用されているとは言えない。排ガスで水を加熱して、一旦そのエネルギーを熱湯や蒸気等の媒体に変えて利用することが多く、これではエネルギーコストを総合的に算定し、評価すると、効率的な利用方法とは言い得ない。
【０００４】
今日市場に見られるマイクロガスタービンの一代表機種では、１９ｍ^３／Ｈの都市ガスを消費して、２８ＫＷＨの電力と共に８００ｍ^３／Ｈの排ガスを出すものがある。この排ガスは６００℃の高温で、１８％の残留酸素を含む。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明では、かかるマイクロガスタービンの電力を使用すると共に、この電力が使用される場と同一の場で、しかも排ガスの熱エネルギーを熱湯や蒸気等の媒体へ熱交換することなしに、工業用加熱炉の分野で効率よく利用することができないかと考え、この問題を真摯に追求した。
【０００６】
【問題を解決するための手段】
金属等の被加熱物品を熱処理するための連続加熱処理炉において、トンネル状の炉室内へ被加熱処理物品は、ベルトコンベヤーまたはトレイプッシャーによって送られる。常温の被加熱処理物品は、炉の入り口から炉内に入り、順次に連続して炉内を進むが、多くの場合、低温域の予熱等の炉内区域と、高温域のろう付け加熱等の炉内区域と、冷却あるいは焼戻し等の炉内区域とを経て熱処理されて、炉外に取り出される。
【０００７】
この種の炉の低温域の炉内区域に、マイクロガスタービンからの高熱排ガスをガスのままで直接に送るか、または輻射管を通して送って、被加熱処理物品を５００℃付近まで予熱できることに、本発明者は想到した。
一方、マイクロガスタービンによって発電された電力は、主として、高温域の炉内区域を加熱するための電気加熱に使用されるが、特にガスによる加熱の困難な１１００℃以上の高温加熱と、精密な加熱温度の制御が求められる時に、かかる電気加熱は有利である。
【０００８】
この様にして、本発明の方法では、マイクロガスタービンからの電力と高熱排ガスとが、そのままで、しかも同一の場で使用、利用できるので、マイクロガスタービンからのエネルギーの損失がない。また、マイクロガスタービンを、連続加熱炉に組み込んで設計すれば、炉を加熱するための電気、ガス等の配線、配管をコンパクトに纏めることが出来る。更にまた、炉のかかるコンパクト化に伴って、本発明の方法によれば、連続加熱炉を、その加熱源が一体となったユニットとしてアッセンブリーして出荷でき、炉が設置される現場での配線、配管等の付帯工事の多くを省くことができる。
【０００９】
本発明の方法には、更に以下に述べる効果もある。
連続加熱炉に送り込まれる被加熱物品には、多くの場合にその加工の工程で付着もしくは添加された油脂や有機高分子樹脂が含まれる。これらが高温域の炉内区域で加熱され、気化して、該高温炉内区域中の炉内雰囲気を汚染しないようにするために、低温域の炉内区域で予め脱脂される。この時、１８％程の多量の残存酸素と、若干の炭酸ガスと水とを含むマイクロガスタービンからの排ガスは、上記した有機質が被加熱処理物品から良好に分解、気化するのを助長する効果がある。
【００１０】
また、加熱回路に補充的に輻射管バーナーを併用することは、本発明において妨げられないが、このバーナーに、多量の残存酸素を含むマイクロガスタービンの排ガスを利用して、希薄酸素燃焼を行うこともできる。
【００１１】
更にまた、マイクロガスタービンの排気回路に、過剰な圧力負荷が課からぬように配慮することが必要であるが、排ガスを追加的に燃焼して、そこに含まれる残留酸素を消費し、炉内での熱交換によって３００℃以下にまで温度が低下して、炉外へ最終的に排出される排ガスを、冷却脱水して、炭酸ガスと窒素からなる保護ガスとして炉内雰囲気に利用することもできる。このように排ガスを追加的に燃焼する時に、燃料ガスを制御してガス中に水素と一酸化炭素を残留させて、被加熱処理物品に対しての還元性を、排ガスに持たせることもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明の連続加熱炉の運転方法を実施するのに好適な炉の構成を、先ず説明する。その次に、この炉を本願発明の方法によって運転して、鉄合金の銅ろう接（図２）、アルミニウムのろう接（図３）、鉄合金粉の焼結（図４）、および鉄鋼の浸炭焼き入れ焼き戻し（図５）の各実施例を述べることとする。
【００１３】
説明的に図１にて図示される連続加熱炉１では、入口２と、乾燥、予熱、脱脂等のために比較的に低温に加熱される低温炉内域４と、ろう付け、焼結、浸炭等のために高温に加熱される高温炉内域５と、冷却または焼戻し等のための冷却域６と、出口３とが連続してつながってトンネル状の長尺な炉室を構成する。この炉室中を動くベルトコンベヤーまたはトレイプッシャー（何れも図示せず）によって、被加熱処理物品は図中で左から右に炉内を移動して、熱処理される。
【００１４】
連続加熱炉１の一部として、またはそれに隣接あるいは近接してマイクロガスタービン７が設置されている。このマイクロガスタービンの発電機（図示せず）が発電する電力は、電線８より取り出され、SCRを介して電気加熱ヒーター９を働かせて、高温炉内域５を加熱する。一方、マイクロガスタービン７からの高熱の排ガスは、取り出し管１０を通って、低温炉内域４中の輻射管１１に入り、該低温炉内域４を加熱する。輻射管１１を通り終え、炉内雰囲気との熱交換によって温度の下がった排ガスは、排気管１２より大気中に排出される。輻射管を介さずに、排ガスをそのまま取り出し管１０より低温炉内域４内に送り、排気管１２によって炉外に放出してもよい。
【００１５】
符号１６は、取り出し管１０と輻射管１１との間につなげられて設けられた管状加熱バーナーで、このバーナー中で排ガスに例えば、プロパンガスが添加され、この排ガスはそこに多量に含まれる残留酸素により追加的に燃焼される。このようにして追加燃焼した排ガスはその一部または全部を、冷却・脱水器１３に送り、管１４から保護ガスとして高温炉内域５内に入れて、炉内雰囲気とすることもできる。なお、符号１５は、通常の炉内雰囲気ガスの送気管である。
【００１６】
実施例１：
図２にて示されるヒートパタンを、図１にて図示され上記で説明した連続加炉１内につくるために、本願発明の方法が用いられた。各図中で符号（Ｇ）は、マイクロガスタービン７からの高熱排ガスを通した輻射管１１による加熱を、符号（E)はマイクロガスタービンの電力による電気加熱ヒータ９による加熱を、それぞれ示す。
このマイクロガスタービンの発電力は、１９ｍ^３／Ｈの都市ガスの消費で２８ＫＷＨであり、鉄合金の銅ろう接の加熱のために充分であった。また、このマイクロガスタービンからの排ガスは、６００℃の高温で８００ｍ^３／Ｈであり、この熱量は１５８４００Kcal/Hであった。その有効発熱は約５５％であって、この熱量は、図２のヒートパタン中の予熱のために要する熱量の約８３０００Kcal/H を供給するのに充分であった。
【００１７】
実施例２：
図３にて示される、アルミニウムのろう接のためのヒートパタンを、本発明の方法に従って炉内につくった。雰囲気導入管１５より、炉内雰囲気として窒素ガスを送った。脱脂と乾燥・予熱のために用いられた６００℃の排ガスを、管状加熱バーナー１６で追加燃焼させ、低温炉内域４内での熱交換によって温度が約３００℃に低下して、炉外に排出されたこの排ガスの一部を、冷却・脱水器１３にて冷却、脱水して炭酸ガスと窒素からなる保護ガスとした。雰囲気導入管１５よりの窒素ガスに加えて、この保護ガスを管１４より高温炉域５に送って、炉内雰囲気の一部とした。
【００１８】
実施例３：
図４にて図示される、鉄合金粉の焼結のためのヒートパタンを、本願発明の方法に従って炉内につくった。加熱焼結のための高温炉内域５の加熱は、マイクロガスタービン７よりの電力を用いた電気加熱ヒーター９によった。この高温炉内域には、導入管１５より窒素雰囲気を送った。
【００１９】
被処理物品の予熱・脱脂のための低温炉内域４の加熱は、他の実施例と同様に、マイクロガスタービンからの高熱排ガスによったが、この実施例では輻射管１１を通さずに、該排ガスを直接に該低温炉内域に送り、強制的に排出口１２から排出した。鉄合金粉は、これにバインダーワックスを添加して、成形された未焼結圧縮体として、低温炉内域４に送られ、ここで多量の残存酸素と若干量の炭酸ガスと水素とを含む高熱の排ガスに直接に接して、予加熱され、有機質のバインダーワックスが、鉄合金の圧縮成型体からよく分解・気化して、被加熱処理物品の脱脂が終わった。
【００２０】
実施例４：
鉄鋼の浸炭焼入れ焼戻しのために、連続加熱炉内に、図５にて示される通りのヒートパタンを、本願発明の方法に従って形成した。低温炉内域４での被処理物品の脱脂のための加熱に、マイクロガスタービン７からの排ガスを使う一方、他方の高温炉内域５での浸炭のための加熱には、該マイクロガスタービンからの電力を使うのは、他の実施例と同様である。ただし、この実施例では、冷却域６をもマイクロガスタービンから分岐した管（図示せず）に排ガスを通して低温に加熱した。
【００２１】
【発明の効果】
今までの発送電方式に比して、それ自体で卓越したエネルギー効率を有するマイクロガスタービンの電力と排ガスとの双方を、他の媒体を介することなくそのまま、且つその場で利用して、連続加熱炉を所望のヒートパタンで加熱して運転できる優れた効果が、本発明の方法によって得られる。マイクロガスタービンは、本発明の方法においては、連続加熱炉の一部として、或いはそれに極く隣接して設けられるので、従来のこの種の炉の如くに、遠方な外部からのエネルギー供給のための多々な配線、配管等が不要になり、かつ炉周りがコンパクトになる有利性をも、本発明の方法は有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法を実施するのに好適な連続加熱炉の一つを示す、説明的な一部が断面の側面図である。
【図２】 本発明の方法による鉄合金の銅ろう接におけるヒートパタンを示すグラフである。
【図３】 本発明の方法によるアルミニウムのろう接におけるヒートパタンを示すグラフである。
【図４】 本発明の方法による鉄合金粉の焼結におけるヒートパタンを示すグラフである。
【図５】 本発明の方法による鉄鋼の浸炭焼入れ焼き戻しにおけるヒートパタンを示すグラフである。
【符号の説明】
１−連続加熱炉の全体
２−炉入口
３−炉出口
４−低温炉内区域
５−高温炉内区域
６−冷却域
７−マイクロガスタービン
８−電気出力線
９−電気ヒーター
１０−排ガス導管
１１−輻射管
１２−ガス排出口
１３−冷却・脱水器
１４−変成排ガス導入管
１５−雰囲気供給管
１６−管状バーナー
(G)−排ガスを利用した加熱
(E)−電力による加熱

Claims (1)

1. 連続加熱炉の高温域の加熱にマイクロガスタービンによる電力を使用し、該炉の低温域の加熱にマイクロガスタービンの高熱排ガスを利用する方法であって、上記高熱排ガスを追加的に燃焼してその組成を変え、炉内区域の雰囲気として再利用することを特徴とする連続加熱炉の運転方法。

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