JP5211943B2 - Heating furnace exhaust equipment - Google Patents
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Description
本発明は、連続燃焼バーナと蓄熱式バーナとを備えた加熱炉の排気設備に関する。 The present invention relates to an exhaust facility for a heating furnace including a continuous combustion burner and a regenerative burner.
近年、熱間圧延設備の連続式加熱炉では、省エネルギー対策として蓄熱式(リジェネ)バーナの導入が積極的に進められている(例えば、特許文献1を参照。) 。蓄熱式バーナは、蓄熱体を備えた一対のバーナによって構成されるものであり、これら一対のバーナが燃焼と排気とを交互に繰り返しながら、一方のバーナの燃焼により発生した燃焼排ガスを他方のバーナの蓄熱体に通過させることによって、その燃焼排ガス中の排熱を蓄熱体に蓄熱し、他方のバーナが燃焼する際に、この蓄熱体に燃焼空気を通過させることによって燃焼空気を予熱し、この燃焼空気の温度を上げて省エネルギー化を図るものである。この蓄熱式バーナでは、排気時に燃焼排ガスの排熱を蓄熱体によって蓄熱回収し燃焼時に燃焼空気が蓄熱体と直接熱交換により加熱されるため、一般的なレキュペレータを用いて排熱回収する場合よりも、高い熱交換率を得ることが可能である。
ところで、上記特許文献1に記載される蓄熱式バーナを備えた加熱炉の排気設備では、加熱炉内の燃焼排ガスを蓄熱式バーナを介して排出する第1の排気系と、加熱炉内の燃焼排ガスを加熱炉の炉尻側から排出する第2の排気系とのうち、第1の排気系に加熱炉内の燃焼排ガスを誘引する誘引ファンを設け、第2の排気系に加熱炉の炉圧を制御する炉圧ダンバを設けて、第1の排気系と第2の排気系とを1本の煙突に接続し、この煙突から燃焼排ガスを合流して排出することが行われている。 By the way, in the exhaust equipment of the heating furnace provided with the thermal storage type burner described in the said patent document 1, the 1st exhaust system which discharges | emits the combustion exhaust gas in a heating furnace via a thermal storage type burner, and the combustion in a heating furnace Of the second exhaust system that discharges exhaust gas from the furnace bottom side of the heating furnace, an induction fan that induces combustion exhaust gas in the heating furnace is provided in the first exhaust system, and the furnace of the heating furnace is provided in the second exhaust system A furnace pressure damper for controlling the pressure is provided, the first exhaust system and the second exhaust system are connected to one chimney, and the combustion exhaust gas is joined and discharged from this chimney.
このような排気設備を備えた加熱炉では、蓄熱式バーナの蓄熱体で、該蓄熱式バーナから発生する燃焼排ガスの約80%を排熱回収している。しかし、連続燃焼バーナで発生する燃焼排ガスは、排熱回収することなく、全て炉尻から炉外へと排出している。このため、加熱炉の炉尻から排出される燃焼排ガスには大きな排熱が存在することになる。 In a heating furnace equipped with such an exhaust facility, about 80% of the combustion exhaust gas generated from the regenerative burner is exhausted and recovered by the heat storage body of the regenerative burner. However, the exhaust gas generated in the continuous combustion burner is exhausted from the furnace bottom to the outside of the furnace without recovering exhaust heat. For this reason, large exhaust heat exists in the combustion exhaust gas discharged from the bottom of the heating furnace.
この加熱炉の炉尻から排出される燃焼排ガスから排熱回収するためにレキュペレータを設けることが行われている。しかし、このレキュペレータで発生する圧損を補償してドラフトを確保するために、このレキュペレータと煙突との間に誘引ファンを設けたり、煙突の高さを100m以上確保したりする必要があるため、このような排気設備の建設費が高くなるといった問題が発生してしまう。 In order to recover exhaust heat from the combustion exhaust gas discharged from the bottom of the heating furnace, a recuperator is provided. However, in order to compensate for the pressure loss generated in this recuperator and to secure a draft, it is necessary to provide an induction fan between this recuperator and the chimney, or to ensure the height of the chimney to be 100 m or more. Such a problem arises that the construction cost of the exhaust equipment becomes high.
そこで、本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、連続燃焼バーナと蓄熱式バーナとを備えた加熱炉の排気設備において、排気設備の設備費の低減化を実現可能とすることを目的とする。 Therefore, the present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and in the exhaust equipment of a heating furnace equipped with a continuous combustion burner and a heat storage type burner, the equipment cost of the exhaust equipment is reduced. The purpose is to make it possible.
上記課題を解決することを目的とした本発明の要旨は以下の通りである。
(1) 炉内を連続的に燃焼する連続燃焼バーナと、炉内で燃焼と排気とを交互に繰り返しながら、排気時に燃焼排ガスの排熱を蓄熱体によって蓄熱回収し、燃焼時に蓄熱体に蓄熱された熱によって燃焼空気を予熱する蓄熱式バーナとを備えた加熱炉の排気設備であって、
前記加熱炉内の燃焼排ガスを前記蓄熱式バーナの蓄熱体、吸引ファンを順次介して排出する第1の排気系と、
前記加熱炉内の燃焼排ガスを前記加熱炉の炉尻側からドラフト(自然通風)によって排出する第2の排気系と、前記第1の排気系及び前記第2の排気系から排出される燃焼排ガスを大気中に放散する1本の煙突と、
前記第2の排気系から排出される燃焼排ガスの排熱を回収して前記連続燃焼バーナに供給する燃焼空気を予熱する熱交換手段とを備え、
前記加熱炉に設置された全バーナの燃焼量に対する前記連続燃焼バーナの燃焼量の割合が10容量%以上、50容量%以下であり、前記煙突の高さが45m以上60m未満であることを特徴とする加熱炉の排気設備。
(2) 前記連続燃焼バーナとして、ルーフバーナ、サイドバーナ、軸流バーナの何れか1種又は2種以上を備えることを特徴とする前記(1)に記載の加熱炉の排気設備。
(3) 前記熱交換手段として、レキュペレータを用い、このレキュぺレータの圧損が10mmH2O以上20mmH2O以下であることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の加熱炉の排気設備。
The gist of the present invention aimed at solving the above problems is as follows.
(1) Continuous combustion burner that continuously burns in the furnace, and combustion and exhaust are alternately repeated in the furnace, and the exhaust heat of the combustion exhaust gas is stored and recovered by the heat storage body during exhaust, and is stored in the heat storage body during combustion. An exhaust system for a heating furnace including a regenerative burner that preheats combustion air with the generated heat,
A first exhaust system for exhausting the combustion exhaust gas in the heating furnace through the heat storage body of the regenerative burner and the suction fan sequentially;
A second exhaust system that exhausts the combustion exhaust gas in the heating furnace from the furnace bottom side of the heating furnace by a draft (natural ventilation), and the combustion exhaust gas that is exhausted from the first exhaust system and the second exhaust system A chimney that radiates to the atmosphere,
A heat exchanging means for recovering exhaust heat of the combustion exhaust gas discharged from the second exhaust system and preheating the combustion air supplied to the continuous combustion burner,
The ratio of the combustion amount of the continuous combustion burner to the combustion amount of all the burners installed in the heating furnace is 10 volume% or more and 50 volume% or less, and the height of the chimney is 45 m or more and less than 60 m. Heating furnace exhaust equipment.
(2) The exhaust equipment for a heating furnace according to (1), wherein the continuous combustion burner includes one or more of a roof burner, a side burner, and an axial flow burner.
(3) A recuperator is used as the heat exchange means, and the pressure loss of the recuperator is not less than 10 mmH 2 O and not more than 20 mmH 2 O. Exhaust of the heating furnace as described in (1) or (2) above Facility.
本発明によれば、加熱炉の燃焼排ガスを大気中に放散するのに必要な高さである45m以上で、かつ、建設費が大幅に増加しない高さ60m以下の煙突で得られる自然通風可能な領域で、連続燃焼バーナにおける燃焼量の比率を設定したので、その分、第1の排気系に接続された吸引ファンの容量を低減可能となり、該吸引ファンの設備コスト(ランニングコストを含む)を低減できる。 According to the present invention, natural ventilation is possible with a chimney having a height of 45 m or more, which is a height necessary for dissipating combustion exhaust gas from a heating furnace into the atmosphere, and a height of 60 m or less, which does not significantly increase the construction cost. Since the ratio of the combustion amount in the continuous combustion burner is set in such a range, the capacity of the suction fan connected to the first exhaust system can be reduced correspondingly, and the equipment cost of the suction fan (including the running cost) Can be reduced.
以下、本発明を適用した加熱炉の排気設備について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態では、図1に示すような熱間圧延設備の連続式加熱炉1に本発明の排気設備を適用した場合を例に挙げて説明する。
Hereinafter, an exhaust system of a heating furnace to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
In this embodiment, the case where the exhaust equipment of the present invention is applied to the continuous heating furnace 1 of the hot rolling equipment as shown in FIG. 1 will be described as an example.
熱間圧延設備の連続式加熱炉(以下、加熱炉という。)1は、炉内に装入された被加熱材であるスラブ(鋳片)を、搬送手段であるウォーキングビームによって矢印方向に搬送しながら、炉内の予熱帯、加熱帯、均熱帯を順次通過する間に、炉内に設置されたバーナによって所定温度まで加熱するものであり、所定温度まで加熱されたスラブは加熱炉1から抽出され、次工程の圧延ラインへと送られる。 A continuous heating furnace (hereinafter referred to as a heating furnace) 1 of a hot rolling facility conveys a slab (slab), which is a material to be heated, placed in the furnace in the direction of an arrow by a walking beam as a conveying means. However, the slab heated to a predetermined temperature is heated from the heating furnace 1 by a burner installed in the furnace while sequentially passing through the pre-tropical zone, heating zone, and soaking zone in the furnace. It is extracted and sent to the rolling line of the next process.
この加熱炉1には、炉内を連続的に加熱する連続燃焼バーナ2と炉内で燃焼と排気とを交互に繰り返しながら排気時に燃焼排ガスの排熱を蓄熱体によって排熱回収し、燃焼時に、蓄熱体に蓄熱された熱によって燃焼空気を予熱する蓄熱式バーナ3とが設置されている。
The heating furnace 1 includes a
連続燃焼バーナ2は、例えば加熱炉1の上部に炉幅方向に並んで配置されたルーフバーナであり、このルーフバーナは、スラブ長手方向の温度分布を目標温度分布(均一又は傾斜)にするため、加熱炉1の出側の上部、具体的には均熱帯の上部に設置されている。なお、連続燃焼バーナ2としては、ルーフバーナ以外にも、加熱炉1の側部に配置されるサイドバーナや、加熱炉1の上部又は下部に炉長方向に沿って配置される軸流バーナなどを挙げることができ、これらの連続燃焼バーナ2を1種又は2種以上用いることができる。また、これらの連続燃焼バーナ2は、上述した配置に限らず予熱帯、加熱帯、均熱帯の何れかの上部下部又は側部に任意に設置することも可能である。
The
蓄熱式バーナ3は、蓄熱体を備えた一対のバーナを加熱炉1の側部に対向配置されてなり、これら一対のバーナが燃焼と排気とを交互に繰り返しながら、一方のバーナの燃焼により発生した燃焼排ガスを他方のバーナの蓄熱体に通過させることによってその燃焼排ガス中の排熱を蓄熱体に蓄熱し、他方のバーナが燃焼する際に、この蓄熱体に燃焼空気を通過させることによって燃焼空気を予熱するようになされている。この蓄熱式バーナ3は、加熱炉1の予熱帯及び加熱帯の側部において、搬送するスラブを挟んだ上部側と下部側とにそれぞれ設置されている。さらに、この蓄熱式バーナ3は、加熱炉1の均熱帯の側部において、搬送するスラブを挟んだ下部側に設置されている。なお、蓄熱式バーナ3は、上述した配置に限らず、予熱帯、加熱帯、均熱帯の何れかの側部に任意に設置することができる。 The regenerative burner 3 is formed by arranging a pair of burners provided with heat accumulators so as to face the side of the heating furnace 1, and the pair of burners are generated by combustion of one burner while alternately repeating combustion and exhaust. The exhaust gas in the combustion exhaust gas is stored in the heat storage body by passing the burned exhaust gas through the heat storage body of the other burner, and when the other burner burns, the combustion air is passed through the heat storage body. It is designed to preheat the air. The regenerative burner 3 is installed on the upper side and the lower side across the slab to be transported in the pre-tropics and the side of the heating zone of the heating furnace 1, respectively. Furthermore, the regenerative burner 3 is installed on the side of the soaking zone of the heating furnace 1 on the lower side across the slab to be conveyed. The regenerative burner 3 is not limited to the above-described arrangement, and can be arbitrarily installed on any side of the pre-tropical zone, heating zone, and soaking zone.
加熱炉1は、その排気設備として、炉内の燃焼排ガスを蓄熱式バーナ3を介して排出する第1の排気系4と、炉内の燃焼排ガスを炉尻側から排出する第2の排気系5と、第1の排気系4及び第2の排気系5から排出される燃焼排ガスを炉外に排出する1本の煙突6と、加熱炉1内の燃焼排ガスを第1の排気系4に誘引する排ガス誘引手段である誘引ファン(IDF)7と、第2の排気系5に接続された炉圧制御手段である炉圧ダンパ8と、第2の排気系5から排出される燃焼排ガスの排熱を回収して燃焼空気を予熱する熱交換手段であるレキュぺレータ9とを備えている。
The heating furnace 1 has, as its exhaust equipment, a first exhaust system 4 that exhausts combustion exhaust gas in the furnace via a regenerative burner 3 and a second exhaust system that exhausts combustion exhaust gas in the furnace from the furnace bottom side. 5, one chimney 6 for discharging the combustion exhaust gas discharged from the first exhaust system 4 and the
第1の排気系4は、加熱炉1に設置された各蓄熱式バーナ3から排出される燃焼排ガスを煙突6へと導くものである。第2の排気系5は、加熱炉1の炉尻から排出する燃焼排ガスを煙突6へと導くものである。煙突6は、これら第1の排気系4及び第2の排気系5から排出される燃焼排ガスを合流して外部に放出する。
The first exhaust system 4 guides the combustion exhaust gas discharged from each regenerative burner 3 installed in the heating furnace 1 to the chimney 6. The
また、第1の排気系4には、流量測定器(図示せず。)用のオリフィス11と、排ガス量を調整するための流量調節弁12とが設けられ、これらオリフィス11と流量調節弁12とを介して誘引ファン7により蓄熱式バーナ3からの燃焼排ガスを煙突6へと送り込む。
The first exhaust system 4 is provided with an orifice 11 for a flow rate measuring device (not shown) and a flow
炉圧ダンバ8は、煙突6とレキュぺレータ9との間に配置されて、煙突6への合流部の圧力が煙突6のドラフトとバランスするように加熱炉1の炉圧を制御するものである。
The
レキュペレータ9は、第2の排気系5から排出される燃焼排ガスの排熱を回収し、燃焼空気ファン10により導入された燃焼空気を予熱する。そして、この予熱された燃焼空気は連続燃焼バーナ2に供給される。
The
また、上述したように1本の煙突6から第1の排気系4及び第2の排気系5から排出される燃焼排ガスを加熱炉1の炉外に排出しており、この煙突6の高さは、NOx、SOx、CO2の着地濃度を満足する最低の高さである45m以上を確保する必要がある。また、航空法による航空障害灯の設置等の義務付けがない60m未満とすることによってその建設費を大幅に低く抑えることが可能である。
Further, as described above, the combustion exhaust gas discharged from the first exhaust system 4 and the
一方、連続燃焼バーナ2に対する蓄熱式バーナ3の設置比率が高くなるに従って、蓄熱式バーナ3からの燃焼排ガス量が多くなって容量の大きい誘引ファン7が必要となり、イニシャルコスト(設備費)、ランニングコスト(消費電力費用)が高くなる。
On the other hand, as the installation ratio of the regenerative burner 3 with respect to the
この両者のことから、煙突6の必要高さ(45m以上、60m未満)で発生するドラフト力を利用できる範囲内での連続燃焼バーナ2の燃焼量比率とし、それ以外を蓄熱式バーナ3とすることにより、該第1の排気系4に設置されている吸引ブロワ7の容量を小さくすることが可能となり、吸引ブロワ7のイニシャルコスト、ランニングコストを低減することができる。
From both of these, the combustion amount ratio of the
このため、本発明は、加熱炉1内の全バーナに対する連続燃焼バーナ2の燃焼量の割合を10%以上、50%以下とするものである。つまり、連続燃焼バーナ2の燃焼量の割合が10%未満であると、煙突6のドラフトに余裕が出来ると共に吸引ブロワ7の容量を大幅に低減できない。一方、50%を超えると吸引ブロワ7の容量は大幅に低減するが、煙突6のドラフトが不足して、煙突6の高さを60m以上にすることが必要となる。
For this reason, this invention makes the ratio of the combustion quantity of the
また、本発明を適用した加熱炉1の排気設備では、第2の排気系5に設けたレキュペレータ9は、低圧損型とし、その圧損が10mmH2O以上20mmH2O以下(mmH2O=9.8Pa)のものを用いることが、煙突6の高さを45mに近づけることが可能となり好ましい。
Also, in the exhaust system of the heating furnace 1 according to the present invention,
なお本発明は、上述した熱間圧延設備の連続式加熱炉1に本発明の排気設備を適用した場合に限らず、連続燃焼バーナと蓄熱式バーナとを備えた加熱炉において本発明の排気設備を幅広く適用することが可能であり、これにより加熱炉の排気設備の低コスト化を実現することが可能である。 The present invention is not limited to the case where the exhaust system of the present invention is applied to the above-described continuous heating furnace 1 of the hot rolling facility, and the exhaust system of the present invention is provided in a heating furnace including a continuous combustion burner and a heat storage type burner. Can be widely applied, and thereby, it is possible to reduce the cost of the exhaust equipment of the heating furnace.
以下、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなくその要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。 Hereinafter, the present invention is not limited to the following examples, and can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the present invention.
表1に本発明における実施例と比較例を示す。これは図1に示す加熱炉1を用いて、該加熱炉1の均熱帯の上部の炉幅方向に設置した連続燃焼バーナ2と、その他の部位に設置した蓄熱式バーナ3に供給する燃料量を変更した際における、煙突6の高さと吸引ファン7の吸引力を求めた例である。
Table 1 shows examples and comparative examples in the present invention. This is the amount of fuel supplied to the
実施例1及び実施例2では、連続燃焼バーナ2の燃焼割合が本発明の範囲内にすることにより、煙突6の高さを本発明の範囲内にすることができ、しかも、誘引ファン7の必要吸引力を1000mmH2Oにすることができた。しかし、実施例2では、レキュペレータ9の圧損が請求項3の範囲を外れたため、実施例1に比較して、煙突6の高さが若干高くなった。
In Example 1 and Example 2, the height of the chimney 6 can be within the range of the present invention by setting the combustion rate of the
一方、比較例1では、連続燃焼バーナ2の燃焼割合が本発明の上限を外れたので、煙突6の高さが本発明の範囲より高くなった。また、比較例2では、連続燃焼バーナ2の燃焼割合が本発明の下限を外れたので、非常に大きな誘引ファン7の吸引力が必要となった。
On the other hand, in Comparative Example 1, since the combustion ratio of the
1:加熱炉
2:連続燃焼バーナ
3:蓄熱式バーナ
4:第1の排気系
5:第2の排気系
6:煙突
7:誘引ファン
8:炉圧ダンパ
9:レキュペレータ
1: Heating furnace
2: Continuous combustion burner
3: Regenerative burner
4: First exhaust system
5: Second exhaust system 6: Chimney
7: Attraction fan
8: Furnace pressure damper
9: Recuperator
Claims (3)
前記加熱炉内の燃焼排ガスを前記蓄熱式バーナの蓄熱体、吸引ファンを順次介して排出する第1の排気系と、
前記加熱炉内の燃焼排ガスを前記加熱炉の炉尻側からドラフトによって排出する第2の排気系と、
前記第1の排気系及び前記第2の排気系から排出される燃焼排ガスを大気中に放散する1本の煙突と、
前記第2の排気系から排出される燃焼排ガスの排熱を回収して前記連続燃焼バーナに供給する燃焼空気を予熱する熱交換手段とを備え、
前記加熱炉に設置された全バーナの燃焼量に対する前記連続燃焼バーナの燃焼量の割合が10容量%以上、50容量%以下であり、前記煙突の高さが45m以上60m未満であることを特徴とする加熱炉の排気設備。 While continuously repeating combustion in the furnace and combustion and exhaust in the furnace alternately, the exhaust heat of the combustion exhaust gas is stored and recovered by the heat storage body during exhaust, and the heat stored in the heat storage body during combustion An exhaust system of a heating furnace provided with a regenerative burner for preheating combustion air by
A first exhaust system for exhausting the combustion exhaust gas in the heating furnace through the heat storage body of the regenerative burner and the suction fan sequentially;
A second exhaust system for exhausting the combustion exhaust gas in the heating furnace from the furnace bottom side of the heating furnace by a draft;
A single chimney that diffuses the combustion exhaust gas discharged from the first exhaust system and the second exhaust system into the atmosphere;
A heat exchanging means for recovering exhaust heat of the combustion exhaust gas discharged from the second exhaust system and preheating the combustion air supplied to the continuous combustion burner,
The ratio of the combustion amount of the continuous combustion burner to the combustion amount of all the burners installed in the heating furnace is 10 volume% or more and 50 volume% or less, and the height of the chimney is 45 m or more and less than 60 m. Heating furnace exhaust equipment.
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