JP5520661B2

JP5520661B2 - 加熱炉

Info

Publication number: JP5520661B2
Application number: JP2010080222A
Authority: JP
Inventors: 貴弘藤田
Original assignee: Dowa Thermotech Co Ltd
Current assignee: Dowa Thermotech Co Ltd
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: JP2011214729A

Description

本発明はバーナを複数設置した熱処理炉や加熱炉に関する。さらには、従来よりも熱効率の優れたバーナの構成に関するものである。

鉄や非鉄金属用の多くの加熱炉や熱処理炉などには、リジェネバーナが備え付けられている。このリジェネバーナは、対向して設けられた一対のバーナを交互に燃焼させ、一方のバーナの燃焼で発生した高温の廃熱を（排気熱）を、他方のバーナの蓄熱器で蓄え、その廃熱を他方のバーナを燃焼させる際に利用するもので、熱効率が高く、省エネルギーに貢献するといった利点を持つ。

２００４−２７１１３０号公報

しかしながら、リジェネバーナであっても廃熱を蓄える量には蓄熱器自身の限界があり、通常のラジアントチューブバーナと比べれば廃熱は回収されているが、まだ廃熱のうちの多くはバーナの構造上利用することができない。また、複数のバーナを使用する加熱炉において、バーナの数が増加すると、それに応じて燃焼用エアを供給するブロアの能力を向上させる必要があり、設備コストも高くなることは避けられない。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、複数のラジアントチューブバーナが設置されている加熱炉において、ある（第１の）ラジアントチューブバーナから排出される排ガスを、別の（第２の）ラジアントチューブバーナに取り込んでその廃熱を含め排ガスそのものを利用するとともに、第２のラジアントチューブバーナにおいて所望の熱量を得るために適量の燃料ガスと酸素を供給して燃焼させる。すなわち、第１のラジアントチューブバーナから排出された排ガスの熱を、配管からの放熱ロスを除き、全て第２のラジアントチューブバーナに利用することができ、飛躍的に高い熱効率を実現することができる。

すなわち、本発明による加熱炉は、３以上の複数のラジアントチューブバーナが設置された加熱炉であって、第１のラジアントチューブバーナは、燃料ガス供給用の燃料ガス供給管と、燃焼用酸素供給用の燃焼用酸素供給管と、排ガスを排出する排ガス排出管を備え、第２のラジアントチューブバーナは、燃料ガス供給用の燃料ガス供給管と、燃焼用酸素供給用の燃焼用酸素供給管と、第１のラジアントチューブバーナの前記排ガス排出管と１つの管で連通する排ガス供給管と、排ガスを排出する排ガス排出管を備え、第３のラジアントチューブバーナは、燃料ガス供給用の燃料ガス供給管と、燃焼用酸素供給用の燃焼用酸素供給管と、第２のラジアントチューブバーナの前記排ガス排出管と１つの管で連通する排ガス供給管と、排ガスを排出する排ガス排出管を備えている加熱炉である。

また、前記ラジアントチューブバーナがリジェネバーナであることが好ましい。

また、前記第１のラジアントチューブバーナの燃焼用酸素が空気であることが好ましく、前記第２または第３のラジアントチューブバーナの燃焼用酸素が純酸素であることが好ましい。また、前記空気がブロアによって供給されることがさらに好ましい。

本発明の加熱炉によると、従来のラジアントチューブバーナと比べると、排ガスの廃熱のほとんどを利用することができ、熱効率が飛躍的に高くなる。

本発明の複数のバーナを備える加熱炉の模式図である。従来の複数のバーナを備える加熱炉の模式図である。

本発明の加熱炉を従来の加熱炉と比較して説明する。

まず、例えば図２に示すように、従来の複数のラジアントチューブバーナ２を備える加熱炉１は、３本のラジアントチューブバーナ２を備え、それぞれのラジアントチューブバーナ２に、燃料ガスＡを供給するための燃料ガス供給管３と、燃焼用酸素Ｂ、例えば空気（エア）、を供給するための燃焼用酸素供給管４と、燃焼用ガスＡと酸素Ｂが燃焼した後に発生する排ガスＣを排出するための排ガス排出管５を備えている。また、残りの２個のラジアントチューブバーナも同様の構成を有する。すなわち、１つ１つ独立したラジアントチューブバーナ２が加熱炉１に設置された状態である。

これに対し、本発明の複数のラジアントチューブバーナ２を設置した加熱炉１は、図１に示すように、少なくとも一つのラジアントチューブバーナ２は、従来と同様、燃料ガスＡを供給するための燃料ガス供給管３と、燃焼用酸素Ｂ、例えば空気（エア）、を供給するための燃焼用酸素供給管４と、燃焼用ガスＡと酸素Ｂが燃焼した後に発生する排ガスＤを排出するための排ガス排出管６を備えている。これを便宜上、第１のラジアントチューブバーナ２とする。

本発明において、第１のラジアントチューブバーナ２でない、第２のラジアントチューブバーナ２は燃料ガスＡを供給するための燃料ガス供給管３と、燃焼用酸素Ｂ、例えば純酸素、を供給するための燃焼用酸素供給管４と、第１のラジアントチューブバーナ２の排ガス排出管６と連通し、第１のラジアンドチューブバーナ２の排ガスＤを第２のラジアントチューブバーナ２に供給する排ガス供給管７と、第２のラジアントチューブバーナ２の燃焼により発生する排ガスＤ’を排出する排ガス排出管６’を備えている。

上記において、第１のラジアントチューブバーナ２は、従来と同様に、燃料ガス供給管３から供給された燃料ガスＡ（例えば１３Aガス）と燃焼用酸素供給管４から供給された燃焼用酸素Ｂを含むガスである例えばエアの混合気体を燃焼させるものである。これにより発生した排ガスは排ガス排出管６から排出される。

本発明は、前記第１のラジアントチューブバーナ２の排ガスＤを、前記第２のラジアントチューブバーナ２の熱量として利用することが特徴である。第１のラジアントチューブバーナ２の排ガスＤを、前記第１のラジアントチューブバーナの排ガス排出管６と連通する第２のラジアントチューブバーナの排ガス供給管７から、第２のラジアントチューブバーナ２に導入しその熱量を第２のラジアントバーナ２の放出熱（量）として利用する。ただし、通常、排ガスＤの熱のみでは第２のラジアントチューブバーナ２に求められる放出熱（量）として不足である。これについて、所望の熱量を得るために、第２のラジアントチューブバーナ２に備えられた燃料ガス供給管３から供給される、所望の熱量を得るための差分の燃料ガスＡと、それに必要な燃焼用酸素Ｂを燃焼用酸素供給管４より供給し、燃焼させる。なお、第２のラジアントチューブバーナ２で燃焼後の排ガスＤ’は排ガス排出管６’から排出される。排ガスＤ’の中には第２のラジアントチューブバーナ２の中での燃焼により発生した排ガスと、第１のラジアントチューブバーナ２の排ガスＤが混合された状態のガスといえる。

なお、前記第１のラジアントチューブバーナ２の排ガス排出管６と、前記第２のラジアントチューブバーナ２の排ガス供給管７は１つの管であり、前述の通り、第１のラジアントチューブバーナ２側から第２のラジアントチューブバーナ２側に排ガスＤが送られる。よって、第１のラジアントチューブバーナ２と第２のラジアントチューブバーナ２は排ガス排出管６と排ガス供給管７からなる排ガス移送管で繋がっているとも言うこともできる。また、排ガスＤは必ずしもその全ての量を第２のラジアンドチューブバーナに供給する必要はなく、排ガス排出管６あるいは排ガス供給管の途中から分岐する管を設け、外部に排ガスＤの一部を外部に排気し、残りを第２のラジアントチューブバーナに供給すれば良い。

また、前記第２のラジアントチューブバーナ２の供給される燃焼用酸素Ｂは純酸素が好ましい。仮にエアを導入すると約８０％は窒素であり、燃焼に寄与しない窒素を加熱するという無駄が発生するからである。

前記第２のラジアントチューブ２に供給する燃料ガスＡの量は、所望の熱量から前記排ガスＤの熱量を引いた分に相当する量を供給すればよいので、前記従来例より燃料ガス量を少なくすることができる。

第１のラジアントチューブバーナ２からの排ガスＤは、基本的には第２のラジアントチューブバーナ２中で、燃焼して熱を発生させることはないので、不活性ガスと同等の作用と考えられる。従来例におけるエア中の窒素と同様の作用といえるが、排ガスＤは加熱された状態であるので、エア中の窒素より熱量的に有利である。

さらに、３以上のラジアントチューブバーナ２を備える加熱炉１のときに、第１のラジアントチューブバーナ２、第２のラジアントチューブバーナ２とは別の第３のラジアントチューブバーナ２の構成が、第２のラジアントチューブバーナ２と同様に排ガスを熱源として利用する構成を有することが好ましい。この場合、第２のラジアントチューブバーナ２から排出する排ガスＤ’を排気ガス供給管７’より第３のラジアントチューブバーナ２に導入し、熱源（熱量）として利用する。また、第２のラジアンドチューブバーナ２と同様に、通常、排ガスＤ’の熱のみでは第３のラジアントチューブバーナ２に求められる放出熱（量）として不足であるので、所望の熱量を得るために、第３のラジアントチューブバーナ２に備えられた燃料ガス供給管３から供給される差分の燃料ガスＡと、それに必要な燃焼用酸素Ｂを燃焼用酸素供給管４から供給し、燃焼させる。なお、第３のラジアントチューブバーナ２で燃焼後の排ガスＣ’は排ガス排出管５から外部（例えば大気中）排出される。排ガスＣ’の中には第３のラジアントチューブバーナ２の中での燃焼により発生した排ガスと、第２のラジアントチューブバーナ２の排ガスＤ’が混合された状態のガスといえる。

さらに、ラジアントチューブバーナの数が増えても、第２または第３のラジアントチューブバーナ２と同様の構成を備えればよい。

また、ラジアントチューブバーナの数が増えると、従来技術の場合はエアを供給する図示しないブロアの供給能力を大きくする必要があるが、本発明は第１のラジアントチューブバーナ２に必要な供給能力のブロアを設置すればよく、ブロアの能力は最小限で良い。

また、本発明のラジアントチューブバーナ２はリジェネバーナであっても良い。その他は通常の加熱炉の構成でよく、例えばワークの移動はローラハース或いはプッシャー、ベルト等で行われ、雰囲気は不活性雰囲気、酸化雰囲気などである。

（第１の具体例）
ここで、第１の具体例を説明する。なお、第１の具体例は上述の図１の構成の３つのラジアントチューブバーナを直線状の箱型連続炉に備えたものである。

「第１のラジアントチューブバーナ」
まず、第１のラジアントチューブバーナ２に燃料ガス供給管３より燃料ガスＡ（１３Aガス）を０．９９Nｍ^３／ｈｒ、燃焼用酸素供給管４より燃焼用酸素Ｂとしてエアを１４．４Nｍ^３／ｈｒ供給し燃焼させる。このときの第１のラジアントチューブバーナ２の燃焼量（発熱量）は９８８５ｋｃａｌ／ｈｒであった。
このときの排ガスＤは１５．８Nｍ^３／ｈｒでその温度は約４２０℃、その熱量は２１３２ｋｃａｌ／ｈｒであった。

「第２のラジアントチューブバーナ」
前記排ガスＤは、前記第１のラジアントチューブバーナ２の排ガス排出管６から、第２のラジアントチューブバーナの排ガス供給管７に送られ、第２のラジアントチューブバーナ２に供給される。それと同時に、第２のラジアントチューブバーナ２の燃料ガス供給管３より燃料ガスＡ（１３Aガス）を０．６４Nｍ^３／ｈｒ、燃焼用酸素供給管４より燃焼用酸素Ｂとして純酸素を２．３８Nｍ^３／ｈｒ供給し燃焼させる。このときの第２のラジアントチューブバーナ２の燃焼量（発熱量）は８６４２ｋｃａｌ／ｈｒであった。
このときの排ガスＤ’は１４．３Nｍ^３／ｈｒでその温度は約４０７℃、その熱量は１８６５ｋｃａｌ／ｈｒであった。

「第３のラジアントチューブバーナ」
前記第２のラジアントチューブバーナ２の排ガスＤ’は、前記第２のラジアントチューブバーナ２の排ガス排出管６’から、第３のラジアントチューブバーナ２の排ガス供給管７’に送られ、第３のラジアントチューブバーナ２に供給される。それと同時に、第３のラジアントチューブバーナ２の燃料ガス供給管３より燃料ガスＡ（１３Aガス）を０．７３Nｍ^３／ｈｒ、燃焼用酸素供給管４より燃焼用酸素Ｂとして酸素を２．７１Nｍ^３／ｈｒ供給し燃焼させる。このときの第３のラジアントチューブバーナ２の燃焼量（発熱量）は８６４２ｋｃａｌ／ｈｒであった。
このときの排ガスは１４．３Nｍ^３／ｈｒでその温度は約４０７℃、その熱量は１８６５ｋｃａｌ／ｈｒであった。

（第２の具体例）
ここで、第２の具体例を説明する。なお、ラジアントチューブバーナは３本であり、その全てがリジェネバーナである以外は、第１の具体例と同様の構成である。

「第１のラジアントチューブバーナ」
まず、第１のラジアントチューブバーナに燃料ガス供給管より燃料ガス（１３Aガス）を１．８９Nｍ^３／ｈｒ、燃焼用酸素供給管より燃焼用酸素としてエアを４１．３Nｍ^３／ｈｒ供給し燃焼させる。このときの第１のラジアントチューブバーナの燃焼量（発熱量）は１８７６７ｋｃａｌ／ｈｒであった。
このときの排ガスは１０３．１Nｍ^３／ｈｒでその温度は約２３３℃、その熱量は７３７２ｋｃａｌ／ｈｒであった。

「第２のラジアントチューブバーナ」
前記排ガスは、前記第１のラジアントチューブバーナの排ガス排出管から、第２のラジアントチューブバーナの排ガス供給管に送られ、第２のラジアントチューブバーナに供給される。それと同時に、第２のラジアントチューブバーナの燃料ガス供給管より燃料ガス（１３Aガス）を１．３３Nｍ^３／ｈｒ、燃焼用酸素供給管より酸素を１５．１５Nｍ^３／ｈｒ供給し燃焼させる。このときの第２のラジアントチューブバーナの燃焼量（発熱量）は１８７６７ｋｃａｌ／ｈｒであった。
このときの排ガスは１０３．１Nｍ^３／ｈｒでその温度は約２３３℃であった。

「第３のラジアントチューブバーナ」
前記第２のラジアントチューブバーナの排ガスは、前記第２のラジアントチューブバーナの排ガス排出管から、第３のラジアントチューブバーナの排ガス供給管に送られ、第３のラジアントチューブバーナに供給される。それと同時に、第３のラジアントチューブバーナの燃料ガス供給管より燃料ガス（１３Aガス）を１．３３Nｍ^３／ｈｒ、燃焼用酸素供給管より酸素を１５．１５Nｍ^３／ｈｒ供給し燃焼させる。このときの第３のラジアントチューブバーナの燃焼量（発熱量）は１８７６７ｋｃａｌ／ｈｒであった。
このときの排ガスは１０３．１Nｍ^３／ｈｒでその温度は約２３３℃、その熱量は７３７２ｋｃａｌ／ｈｒであった。

（第１の従来例）
第１の従来例を説明する。上述の図２にかかわる従来技術の構成であり、それぞれのラジアントチューブバーナに燃料ガス供給管、燃焼用酸素供給管、排ガス排出管を備えており、第１の具体例と同様に直線状の箱型連続炉に備える。

「１つ目のラジアントチューブバーナ」
１つ目のラジアントチューブバーナ２に燃料ガス供給管３より燃料ガスＡ（１３Aガス）を０．９９Nｍ^３／ｈｒ、燃焼用酸素供給管４より燃焼用酸素Ｂとしてエアを１４．４Nｍ^３／ｈｒ供給し燃焼させる。このときのラジアントチューブバーナ２の燃焼量（発熱量）は９８８５ｋｃａｌ／ｈｒであった
このときの排ガスＣは１５．８Nｍ^３／ｈｒでその温度は約４２０℃、その熱量は２１３２ｋｃａｌ／ｈｒであった。

「２つ目のラジアントチューブバーナ」
２つ目のラジアントチューブバーナ２に燃料ガス供給管３より燃料ガスＡ（１３Aガス）を０．８７Nｍ^３／ｈｒ、燃焼用酸素供給管４より燃焼用酸素Ｂとしてエアを１３．１Nｍ^３／ｈｒ供給し燃焼させる。このときのラジアントチューブバーナ２の燃焼量（発熱量）は８６４２ｋｃａｌ／ｈｒであった。
このときの排ガスＣは１４．１Nｍ^３／ｈｒでその温度は約４０７℃、その熱量は１８３９ｋｃａｌ／ｈｒであった。

「３つ目のラジアントチューブバーナ」
３つ目のラジアントチューブバーナ２に燃料ガス供給管３より燃料ガスＡ（１３Aガス）を０．８７Nｍ^３／ｈｒ、燃焼用酸素供給管４より燃焼用酸素Ｂとしてエアを１３．１Nｍ^３／ｈｒ供給し燃焼させる。このときのラジアントチューブバーナ２の燃焼量（発熱量）は８６４２ｋｃａｌ／ｈｒであった。
このときの排ガスＣは１４．１Nｍ^３／ｈｒでその温度は約４０７℃、その熱量は１８３９ｋｃａｌ／ｈｒであった。
第１の従来例においては、排ガスは全てその熱量とともに系外、大気中に排出される。

（第２の従来例）
第２の従来例を説明する。なお、ラジアントチューブバーナの全てがリジェネバーナである以外は、第１の従来例と同様の構成である。

「１つ目のラジアントチューブバーナ」
１つ目のラジアントチューブバーナに燃料ガス供給管より燃料ガス（１３Aガス）を１．８９Nｍ^３／ｈｒ、燃焼用酸素供給管よりエアを４１．３Nｍ^３／ｈｒ供給し燃焼させる。このときのラジアントチューブバーナの燃焼量（発熱量）は１８７６７ｋｃａｌ／ｈｒであった
このときの排ガスは１０３．１Nｍ^３／ｈｒでその温度は約２３３℃、その熱量は７３７２ｋｃａｌ／ｈｒであった。

「２つ目のラジアントチューブバーナ」
２つ目のラジアントチューブバーナに燃料ガス供給管より燃料ガス（１３Aガス）を１．８９Nｍ^３／ｈｒ、燃焼用酸素供給管よりエアを４１．３Nｍ^３／ｈｒ供給し燃焼させる。このときのラジアントチューブバーナの燃焼量（発熱量）は１８７６７ｋｃａｌ／ｈｒであった。
このときの排ガスは１０３．１Nｍ^３／ｈｒでその温度は約２３３℃、その熱量は７３７２ｋｃａｌ／ｈｒであった。

「３つ目のラジアントチューブバーナ」
３つ目のラジアントチューブバーナに燃料ガス供給管より燃料ガス（１３Aガス）を１．８９Nｍ^３／ｈｒ、燃焼用酸素供給管よりエアを４１．３Nｍ^３／ｈｒ供給し燃焼させる。このときのラジアントチューブバーナの燃焼量（発熱量）は１８７６７ｋｃａｌ／ｈｒであった。
このときの排ガスは１０３．１Nｍ^３／ｈｒでその温度は約２３３℃、熱量は７３７２ｋｃａｌ／ｈｒであった。
第２の従来例においては、排ガスはその熱量の一部を利用するが、それ以外は系外、大気中に排出される。

１加熱炉
２ラジアントチューブバーナ
３燃料ガス供給管
４燃焼用酸素供給管
６排ガス排出管
７排ガス供給管
Ａ燃料ガス
Ｂ燃焼用酸素
Ｄ排ガス

Claims

３以上の複数のラジアントチューブバーナが設置された加熱炉であって、第１のラジアントチューブバーナは、燃料ガス供給用の燃料ガス供給管と、燃焼用酸素供給用の燃焼用酸素供給管と、排ガスを排出する排ガス排出管を備え、第２のラジアントチューブバーナは、燃料ガス供給用の燃料ガス供給管と、燃焼用酸素供給用の燃焼用酸素供給管と、第１のラジアントチューブバーナの前記排ガス排出管と１つの管で連通する排ガス供給管と、排ガスを排出する排ガス排出管を備え、第３のラジアントチューブバーナは、燃料ガス供給用の燃料ガス供給管と、燃焼用酸素供給用の燃焼用酸素供給管と、第２のラジアントチューブバーナの前記排ガス排出管と１つの管で連通する排ガス供給管と、排ガスを排出する排ガス排出管を備えている加熱炉。
前記ラジアントチューブバーナがリジェネバーナである、請求項１に記載の加熱炉。
前記第１のラジアントチューブバーナの燃焼用酸素が空気である、請求項１または２に記載の加熱炉。
前記第２または第３のラジアントチューブバーナの燃焼用酸素が酸素である、請求項１〜３のいずれかに記載の加熱炉。
前記空気がブロアによって供給される、請求項３に記載の加熱炉。