JP5966431B2

JP5966431B2 - ラジアントチューブバーナ

Info

Publication number: JP5966431B2
Application number: JP2012041779A
Authority: JP
Inventors: 桑原　雅人; 雅人桑原; 幹夫越智; 建太苅部
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: JP2013178013A

Description

本発明は、熱処理炉などにおいて鋼板や鋼材などの対象物を間接的に加熱するのに用いる、ラジアントチューブバーナ、特に、燃料を空気によって燃焼させるバーナからの燃焼気を加熱に用いた後の排気と、前記バーナに導入する空気とを熱交換することにより、該排気の持つ熱を回収する熱交換器を備える、ラジアントチューブバーナに関する。

ラジアントチューブバーナは、対象物を間接的に加熱するため、燃焼熱が有効に利用され難く、多くの熱が系外へ排出されている。そのため、熱交換器を介して排熱の回収を行うのが一般的である。
例えば、特許文献１には、通気性固体からなる仕切り壁を設けて、該仕切り壁を通過するガス顕熱を放射熱に変換し、ラジアントチューブおよび熱交換器に放射熱を付加することにより、ラジアントチューブの伝熱性能と熱交換器の熱回収率の向上を図ることが記載されている。

また、特許文献２には、熱交換チューブを設けて複数の排気通路を形成することによって、排気による２段階の空気予熱を可能とし、排熱回収率を向上させることが記載されている。

特公昭62−35013号公報特開2006−29638号公報

特許文献１に記載のラジアントチューブは、仕切り壁および熱交換器が炉壁より炉内側に配置されているため、炉系内のチューブ部分に付加されるべきバーナの燃焼気の熱（有効熱）を仕切り壁および熱交換器にて部分的に抜き取ることになり、ラジアントチューブにおける熱効率を結局は低下させることになる。

特許文献２に記載の技術は、炉系外へ排出された熱の回収率を向上させることに主眼があり、上記有効熱の炉系外への流出を低減することはできない。一方で、排熱の回収効率は向上するが、それに伴ってバーナに供給される燃焼用の予熱空気温度が上昇するため、この予熱空気を用いて燃焼するバーナの火炎温度も上昇することになる。この火炎温度の上昇は、ＮＯｘの発生量の上昇をまねくことになる。

そこで、本発明の目的は、ラジアントチューブの系外へ放出される熱を極力低減すること、熱交換後の予熱空気温度を低くしてバーナの火炎温度を低下させてＮＯｘの発生を抑えること、を同時に実現するための構成を有する、ラジアントチューブを提供することにある。

発明者らは、上記した課題を解決するための手段について鋭意究明したところ、ラジアントチューブ系内からの輻射熱並びに排気中の顕熱を遮蔽する通気性固体を適正に設置することが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の要旨構成は、次の通りである。
（１）炉の内壁から該炉内に突き出るチューブ本体をそなえるラジアントチューブバーナであり、該チューブ本体の一端側にバーナを有し、かつ他端側に熱交換器を有し、該熱交換器の前記排気の導入側で、かつ、前記炉内壁より前記排気の下流側に、多孔質でかつ排気の流通が可能の通気性固体を複数配置し、該複数配置した通気性固体のうち、排気上流側に配置した通気性固体は、排気下流側に配置した通気性固体よりも密度が小さいことを特徴とするラジアントチューブバーナ。

（２）前記通気性固体は、前記ラジアントチューブの軸方向と直交する断面と同じ端面形状を有することを特徴とする前記（１）に記載のラジアントチューブバーナ。

（３）前記通気性固体がセラミックスからなることを特徴とする前記（１）または（２）に記載のラジアントチューブバーナ。

本発明によれば、炉の内壁面より排気下流側に通気性固体次いで熱交換器が配置されることになるため、炉系外へ排出される有効熱の炉内への還元を可能とし、また熱交換器が有効熱を持ち去ることを回避できる。従って、ラジアントチューブのバーナからの熱を系内で有効活用できるとともに、熱交換後の予熱空気温度を低くしてバーナの火炎温度を低下させてＮＯｘの発生を抑制することができる。

本発明のラジアントチューブバーナの構成を示す図である。排気経路に設ける通気性固体における輻射状態を示す図である。

本発明のラジアントチューブバーナについて、図面を参照して詳しく説明する。
図１は、本発明のラジアントチューブバーナの構成を示す図である。
同図において、符号１はラジアントチューブ２のバーナであり、このバーナ１では空気が導入されて燃料を燃焼させて形成される、火炎を火炎ノズル１ａから吐出する。この火炎の形成に伴う燃焼気は、ラジアントチューブ２のチューブ本体２ａを介して熱処理炉内の加熱に供され、その後排気３としてチューブ本体２ａから熱交換器４へと導入される。

熱交換器４へと導入された排気３は、該排気３とは別に熱交換器４へ導入される空気６との間で熱交換器４において熱交換される。この熱交換器４における熱交換後の抜熱排気は、適宜の配管を介して系外へ放出される。一方、熱交換器４における熱交換後の予熱空気６ａはバーナ１に供給され、ここで燃料の燃焼に寄与することになる。

以上のラジアントチューブバーナにおいて、熱交換器４へ至る排気３の導入経路５に、多孔質でかつ排気の流通が可能の通気性固体５ａを設置する。該通気性固体５ａは、ラジアントチューブのバーナ１からの熱を熱交換器４に至る前に吸収し、ラジアントチューブのバーナ１からの輻射熱が直接熱交換器４に到達するのを回避し、逆にラジアントチューブ内に還流させることにより、炉内への有効熱を増大せしめるためのものである。

通気性固体５ａは、所定の厚みを有する多孔質の通気性固体であり、ラジアントチューブのバーナ１から排気下流側に放出される輻射熱および排気の顕熱は、通気性固体５ａにて遮蔽され、熱交換器４に直接達することを回避できる。上記輻射熱および排気顕熱を受けた通気性固体５ａでは、その遮蔽効果により、図２に二点鎖線で示すような温度勾配を生じることになる。すなわち、上記輻射熱および排気顕熱は、通気性固体５ａにおいて輻射熱に変換され、排気上流側および排気下流側へと、それぞれ放出されるが、排気下流側への輻射熱は、通気性固体５ａの厚みに応じて遮蔽されて減衰するため、大部分は排気上流側へ放出される。かように、バーナ１からの排気は通気性固体５ａにおいて大幅な温度降下を伴って通過し、熱交換器４側へと流れることになる。従って、熱交換器４へ供給される排気は低温度になり、熱交換器４の使用環境が改善される結果、熱回収性能を長期にわたって維持することができる。一方、熱交換器４にて排気からの熱を回収した予熱空気は、従前に比較してより低温になるため、上記バーナ１での火炎の温度が低下し、ＮＯｘの生成抑制が可能となる。さらに、排気が多孔質の通気性固体５ａを通過することにより整流効果が得られて、熱交換器４へ均一な流れの排気が導かれるため、熱交換効率を高めることができる。

ここで、通気性固体５ａは、図１に示すように、ラジアントチューブ２が設置される熱処理炉の内壁、すなわち炉壁７の内面より排気下流側に配置することが必須である。すなわち、炉の内壁より排気下流側に通気性固体５ａ次いで熱交換器４が配置されることになるため、チューブ本体２ａからの輻射熱並びに排気の顕熱を炉内において十分に消費し、その後、炉の内壁またはそれより炉系外において通気性固体５ａにて熱が遮蔽され、次いで熱交換器４での熱交換が行われることになる。従って、従来は熱処理炉系外へ排出されていた有効熱の還元を可能とし、また熱交換器４が有効熱を必要以上に持ち去ることを回避できるからである。

さらに、排気３が多孔質の通気性固体５ａを通過した際に、排気中のダストが除去され、熱交換器４におけるダストの付着が防止されるため、熱交換器４のダストによる効率低下を抑制することができる。

通気性固体５ａおよび熱交換器４の配置について、図１に示すように、通気性固体５ａは、ラジアントチューブ２が設置される熱処理炉の内壁７と面一となるように配置し、熱交換器４は炉壁部もしくは炉壁外に配置することが、熱効率向上の観点から推奨される。

なお、上記した通気性固体５ａに与える所定の厚みとは、光学的に遮蔽できる十分な厚みであり、具体的には10mm以上、好ましくは20〜60mmである。

また、通気性固体５ａは、ラジアントチューブの軸方向と直交する断面と同じ端面形状を有することが有利である。すなわち、通気性固体５ａを排気３の導入経路５内に配置した際に、ラジアントチューブ内周面との間に隙間が生じることがなく、排気３の全てが通気性固体５ａを通過し、排気３の顕熱が通気性固体５ａを介して炉系内へ確実に還元される。

さらに、図１において、通気性固体５ａの２つを離間して配置してあるが、通気性固体５ａは１つでもよいのは勿論である。なお、複数を配置することによって、上記した熱還元および整流の効果はより高めることができ、設置場所との関係において複数の増設を行うことが有効である。
例えば、複数の通気性固体５ａを配置する際に、排気上流側に密度の小さい通気性固体５ａを配置して熱遮蔽体とし、排気下流側に密度の大きい通気性固体５ａを配置して上記フィルター機能を担保することによって、排気中にダストが多く含まれる場合には、排気下流側の通気性固体５ａをフィルターとして交換することによって、メンテナンスをより容易にすることが可能である。

通気性固体５ａは、炭化珪素や窒化珪素は勿論、窒化ホウ素、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、チタニア、ハフニア、イットリア、ランタナなどの他、それらを適切な割合で混合させてなるムライト、コージェライト、酸化希土類安定化ジルコニア等の耐久性の高いセラミックスからなることが、高温耐久性を確保する上で好ましい。
さらに、通気性固体５ａの孔径は、遮蔽性と通気性とを兼ね備えることのできる、大きさであり、具体的には20mmφ以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.5mmφ〜４mmφである。

１バーナ
１ａ火炎ノズル
２ラジアントチューブ
２ａ未抜熱排気導入路
３排気
４熱交換器
５経路
５ａ通気性固体
６空気
６ａ予熱空気
７炉壁

Claims

炉の内壁から該炉内に突き出るチューブ本体をそなえるラジアントチューブバーナであり、該チューブ本体の一端側にバーナを有し、かつ他端側に熱交換器を有し、該熱交換器の前記排気の導入側で、かつ、前記炉内壁より前記排気の下流側に、多孔質でかつ排気の流通が可能の通気性固体を複数配置し、該複数配置した通気性固体のうち、排気上流側に配置した通気性固体は、排気下流側に配置した通気性固体よりも密度が小さいことを特徴とするラジアントチューブバーナ。
前記通気性固体は、前記ラジアントチューブの軸方向と直交する断面と同じ端面形状を有することを特徴とする請求項１に記載のラジアントチューブバーナ。
前記通気性固体がセラミックスからなることを特徴とする請求項１または２に記載のラジアントチューブバーナ。