JP6570836B2 - 工業用炉、工業用炉の省エネルギ稼働方法及び工業用炉の改造方法 - Google Patents

Description

本発明は、スス等によるトラブルの発生を防止しつつ、発電をすることが可能な工業用炉、工業用炉の省エネルギ稼働方法及び工業用炉の改造方法に関する。

燃焼室と煙突を接続する排気管を備えた工業用炉としては、例えば特許文献１及び２が知られている。特許文献１の「加熱炉の炉圧制御方法」は、交互に燃焼及び排気を繰り返す対となる蓄熱式バーナーを有する加熱炉の炉圧制御方法であって、前記蓄熱式バーナーからの排ガス流路に設けられた流量調整弁の開度調整又は排ガス吸引ブロワーの吸引量の調整を行い、炉圧が一定になるように制御するものである。

特許文献１は、燃焼室と煙突を接続する排ガス流路（排気管）を有し、燃焼室からの排ガスを、燃焼室と煙突との間に設けられた排ガス吸引ブロワにより吸引して、煙突から排出する加熱炉を開示している。

特許文献２の「排ガス発電浄化システム」は、サイクロン集塵機を通過した高温排ガスの膨張力で回転するタービン車室にブロワーを用いて排ガスを導入すると共に、タービン車室入口またはタービン車室内もしくはその両方に尿素水のミストを噴霧し気化させ、タービン車室内における該ミストの気化膨張時のエネルギーを直接タービン駆動に利用することでタービンの回転力を増加させ、連結された発電用モーターによりエネルギー回収し、該タービン排気を湿式浄化装置へ送り込んで排ガスの浄化を行うと共に該気化したミストを凝縮したのちフィルターにより微細な塵埃を濾過したものを該タービンへの噴霧用ミストとして再び用い、炉内または煙道にも噴霧し、湿式浄化装置から排出された排気の一部又は全部を炉内へ還流させて還流させない排気を活性炭吸着塔に送り込み、又は該排気を活性炭吸着塔へ送り込み、該活性炭吸着塔から排出される排ガスの一部又は全部を炉内へ還流させるようにしている。

特開平７−２８０４６１号公報 国際公開第２０１４／０１７３７７号パンフレット

上記のように、工業用炉における排ガスをタービン車室等に導入して発電する場合には、機関の稼働時に発生する排ガスがタービン車室等に導入されるので、タービンが排ガスに晒され、タービンにスス等が付着して回転し難くなる、あるいは回転不能になるというトラブルが発生するおそれがあり、これらのトラブルを回避するためには、定期的な清掃を余儀なくされるという課題があった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、スス等によるトラブルの発生を防止しつつ、発電をすることが可能な工業用炉、工業用炉の省エネルギ稼働方法及び工業用炉の改造方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる工業用炉は、燃焼室と煙突を接続する排気管と、開放されて、上記排気管内に外気を取り込む開閉弁と、ジェネレータに接続され、開放された上記開閉弁から取り込まれて上記排気管を流れる外気により回転されて発電する羽根車とを備え、前記燃焼室の排ガスを吸引して前記煙突に送る吸引ブロワが、前記羽根車を有する前記ジェネレータを構成し、炉運転の非稼働時に、前記開閉弁が開放されることを特徴とする。

本発明にかかる工業用炉は、燃焼室と煙突を接続する排気管と、該排気管と炉外部とを連通する分岐管と、該分岐管内で回転可能な羽根車を備えたジェネレータと、該ジェネレータの上記羽根車と上記排気管との間に設けられ、炉運転の非稼働時に、外気を取り込む開閉弁とを備えたことを特徴とする。

前記排気管は、蓄熱式交番燃焼バーナの排気管であることを特徴とする。

本発明にかかる工業用炉の省エネルギ稼働方法は、上記工業用炉を用い、前記開閉弁を開くステップと、前記開閉弁から取り込まれた外気による気流により、前記羽根車を回転させて発電するステップとを有することを特徴とする。

前記発電するステップにより発電された電気は、蓄電池に蓄えることを特徴とする。

本発明にかかる工業用炉の改造方法は、燃焼室と煙突を接続する排気管と、該燃焼室の排ガスを吸引して該煙突に送る吸引ブロワとを備えた既存の工業用炉に対し、羽根車を有するジェネレータを前記吸引ブロアで構成すると共に、炉運転の非稼働時に、開放されて該排気管内に外気を取り込む開閉弁を設けるステップを備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる工業用炉の改造方法は、燃焼室と煙突を接続する排気管を備えた既存の工業用炉に対し、該排気管と炉外部とを連通する分岐管と、該分岐管内で回転可能な羽根車を備えたジェネレータと、上記排気管と上記ジェネレータとの間に介設され、炉運転の非稼働時に開放されて該排気管内に外気を取り込む開閉弁とを設けるステップを備えたことを特徴とする。

本発明にかかる工業用炉、工業用炉の省エネルギ稼働方法及び工業用炉の改造方法にあっては、排気管に開閉弁（吸気開閉弁）を取り付けただけで、羽根車（ジェネレータに転用される吸引ブロワの羽根車）を回転して、スス等によるトラブルの発生を防止しつつ、発電をすることができる。また、既存の工業用炉を簡単な部品の追加で、上記のような省エネルギータイプに改造することができる。

本発明に係る工業用炉、工業用炉の省エネルギ稼働方法及び工業用炉の改造方法の好適な一実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る工業用炉、工業用炉の省エネルギ稼働方法及び工業用炉の改造方法の変形例を示す概略構成図である。 図２に示した変形例に関し、ジェネレータを複数備えた場合を示す概略構成図である。 本発明に係る工業用炉、工業用炉の省エネルギ稼働方法及び工業用炉の改造方法について、羽根車にシロッコファンを用いた場合を示す概略斜視図である。

以下に、本発明にかかる工業用炉、工業用炉の省エネルギ稼働方法及び工業用炉の改造方法の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態にかかる工業用炉、工業用炉の省エネルギ稼働方法及び工業用炉の改造方法を示す概略構成図である。

本実施形態に係る工業用炉１は、蓄熱式交番燃焼バーナを用いた工業用炉１である。図１に示すように、工業用炉１は、燃焼室２と、当該燃焼室２の両側に各々接続され、蓄熱体が設けられた蓄熱室３ａ及び燃料ノズル（図示せず）を有する、２つで対の蓄熱式バーナ３と、各々の蓄熱室３ａに連結されて燃焼用空気を供給するための供給管４と、各々の蓄熱室３ａに連結されて煙突５に接続される、煙道をなす排気管６とを備えている。排気管６は、左右の蓄熱室３ａを介して、燃焼室２と煙突５とを接続する。以下の説明においては、図１において左側の蓄熱式バーナ３を左蓄熱式バーナＬ３とも称し、右側の蓄熱式バーナ３を右蓄熱式バーナＲ３とも称する。

供給管４は、供給開閉弁７を介して、各蓄熱室３ａに連結される。供給管４には、供給開閉弁７よりも上流側に、外気を取り込むための供給ブロワ８が設けられる。

排気管６は、排気開閉弁９を介して、各蓄熱室３ａに連結される。排気管６には、排気開閉弁９の下流側に、具体的には、排気開閉弁９と煙突５との間に、蓄熱室３ａ側から排ガスを吸引して煙突５に送るための吸引ブロワ１０が設けられる。吸引ブロワ１０を駆動するモータ１１には、当該モータ１１をジェネレータ（発電機）として使用した際に、モータ１１で発電された電気エネルギを蓄えるためのバッテリ１２が接続される。

排気管６には、排気開閉弁９及び吸引ブロワ１０よりも上流側に、開放されることで排気管６内に外気（ＡＴＭ）を取り込むための吸気開閉弁１３が設けられる。

以下の説明においては、左蓄熱式バーナＬ３側の供給開閉弁７を左供給開閉弁Ｌ７、左蓄熱式バーナＬ３側の排気開閉弁９を左排気開閉弁Ｌ９と称し、右蓄熱式バーナＲ３側の供給開閉弁７を右供給開閉弁Ｒ７、右蓄熱式バーナＲ３側の排気開閉弁７を右排気開閉弁Ｒ９と称する。

本実施形態にかかる工業用炉１では、２つの蓄熱式バーナ３のうち、例えば左蓄熱式バーナＬ３の左供給開閉弁Ｌ７を開き、左排気開閉弁Ｌ９を閉じると共に、右蓄熱式バーナＲ３の右供給開閉弁Ｒ７を閉じ、右排気開閉弁Ｒ９を開いて、燃料を左蓄熱式バーナＬ３の燃料ノズルに供給することにより、燃焼室２内に火炎を生成する。このとき、吸気開閉弁１３は閉止されていて、燃焼により発生した排ガスは、右蓄熱式バーナＲ３の蓄熱室３ａに導入され、蓄熱体を昇温した後に、右排気開閉弁Ｒ９から排気管６を流通して煙突５から排出される。

次いで、左蓄熱式バーナＬ３の左供給開閉弁Ｌ７を閉じ、左排気開閉弁Ｌ９を開くと共に、右蓄熱式バーナＲ３の右供給開閉弁Ｒ７を開き、右排気開閉弁Ｒ９を閉じて、燃料を右蓄熱式バーナＲ３の燃料ノズルに供給することにより、燃焼室２内に火炎を生成する。このときも、吸気開閉弁１３は閉止されていて、燃焼により発生した排ガスは、左蓄熱式バーナＬ３の蓄熱室３ａに導入され、蓄熱体を昇温した後に、左排気開閉弁Ｌ９から排気管６を流通して煙突５から排出される。このように左蓄熱式バーナＬ３と右蓄熱式バーナＲ３とを交互に切り替えて、工業用炉１を稼働する。

工業用炉１の稼働時には、燃焼により発生する高温の排ガスが吸引ブロワ１０により、排気管６から煙突５に排出されるので、排気管６は高温の排ガスによって加熱される。他方、工業用炉１の非稼働時には、左供給開閉弁Ｌ７、左排気開閉弁Ｌ９、右供給開閉弁Ｒ７及び右排気開閉弁Ｒ９はいずれも閉止されていて、排ガスの発生及び流通はないが、排ガスにより加熱された排気管６内では、高温の排ガスが煙突５を上昇するように空気が移動していて、僅かなドラフト効果が生じている。このとき、排気管６に設けた吸気開閉弁１３が開放されることにより、外気が排気管６内に取り込まれ、排気管６内には、煙突５に向かって流れる強い気流が発生する。

排気管６には、吸引ブロワ１０が設けられている。排ガスが発生しない工業用炉１の非稼働時には、吸引ブロワ１０も駆動されない。しかしながら、吸引ブロワ１０の羽根車１０ａは、排気管６に連通された、吸引ブロワ１０のガス流路に位置されている。このため、羽根車１０ａは、吸気開閉弁１３が開放されると、排気管６に取り込まれて流れる外気により回転駆動される。吸引ブロワ１０の羽根車１０ａが回転駆動されると、吸引ブロワ１０の羽根車１０ａに接続されてこれを駆動するモータ１１は、ジェネレータとして機能される。これにより、電気エネルギが生成され、モータ１１に接続されたバッテリ１２に充電される。

本実施形態の工業用炉１にあっては、開放されることによって、煙突５と接続される排気管６内に外気を取り込む吸気開閉弁１３が設けられているので、高温の排ガスにより加熱された排気管６の温度が高いときに、吸気開閉弁１３を開放することで、排気管６内に煙突５に向かう強い気流を発生させることができる。そして、排気管６には、排ガスを吸引するための吸引ブロワ１０が設けられているので、強い気流が発生した際には、排気管６に設けた吸引ブロワ１０の羽根車１０ａが回転駆動されるので、これにより、モータ１１をジェネレータとして回転駆動し発電することができる。

そしてまた、本実施形態では、工業用炉の省エネルギ稼働方法として、吸気開閉弁１３を開くステップと、吸気開閉弁１３から排気管６に取り込まれた外気の気流により、羽根車１０ａを回転させて発電するステップとを有していて、これにより、外気のドラフトを利用した省エネルギ化を促進することができる。

さらに、上記構成では、専用のジェネレータを設けることなく、既存の工業用炉１の排気管６に、外気を取り込む吸気開閉弁１３を設けるだけで、発電可能な工業用炉１を構成することができる。すなわち、排気用の吸引ブロワ１０を備えた既存の工業用炉１に、当該吸引ブロワ１０へ外気を送り込む吸気開閉弁１３を設けるステップを備えることで、既存の工業用炉１を発電可能な工業用炉１に改造することができる。

そして本実施形態の工業用炉１は、非稼働時に吸気開閉弁１３を開放して、外気で発電するので、排ガスで羽根車１０ａを回転して発電する場合と比べて、羽根車１０ａにスス等が付着することを確実に抑えることができる。このため、スス等が付着して、羽根車１０ａが回転し難くなる、あるいは回転不能になるというトラブル発生を防止でき、また、このようなトラブル発生を回避するための清掃も不要とすることができる。また、吸引ブロワ１０のモータ１１で生成しバッテリ１２に充電した電気エネルギは、どのような用途にも、例えば、次回稼働時に供給ブロワ８や吸引ブロワ１０を駆動するための電力として使用することができる。

図２は、本発明に係る工業用炉、工業用炉の省エネルギ稼働方法及び工業用炉の改造方法の変形例を示す概略構成図である。

上記実施形態においては、発電用のジェネレータとして、吸引ブロワ１０のモータ１１を使用する例について説明したが、これに限るものではない。図２に示す変形例のように、煙突５に接続された排気管６に、排気管６内と工業用炉１の外部とを連通する分岐管１４を設け、分岐管１４内に羽根車が配置されるジェネレータ１５を備え、排気管６とジェネレータ１５との間に外気を取り込むための吸気開閉弁１３を設けるようにしても良い。

この変形例にあっても、工業用炉１の非稼働時に吸気開閉弁１３を開放することにより、分岐管１４から外気（ＡＴＭ）が排気管６内に取り込まれると共に、排気管６内及び分岐管１４内に煙突５に向かって流れる強い気流が発生する。そして、分岐管１４に発生した強い気流により、羽根車が回転されて、当該羽根車に接続されたジェネレータ１５が電気エネルギを生成し、生成された電気エネルギはバッテリ１２に充電される。

変形例の場合には、羽根車を回転させるのは外気のみによる気流なので、たとえ工業用炉１が稼働中に吸気開閉弁１３を開放して発電をしても、羽根車にスス等が付着することはない。すなわち、変形例では、工業用炉１の稼働中であり、吸引ブロワ１０を発電に使えない時であっても発電することができる。また、工業用炉１の稼働中に発電できるので、ジェネレータ１５により発電した電気エネルギを用いて供給ブロワ８や吸引ブロワ１０を駆動することができる。

この変形例の上記構成では、既存の工業用炉１の排気管６に、外気を取り込む吸気開閉弁１３に加えて、分岐管とジェネレータを設けることにより、発電可能な工業用炉１を構成することができる。すなわち、排気管６を備えた既存の工業用炉１に、排気管６と工業用炉１の外部とを連通する分岐管１４と、分岐管１４内で回転可能な羽根車を備えたジェネレータ１５と、排気管６とジェネレータ１５との間に介設され、開放されて排気管６内に外気を取り込む吸気開閉弁１３とを設けるステップを備えることで、既存の工業用炉１を発電可能な工業用炉１に改造することができる。

図３は、図２に示した変形例に関し、ジェネレータを複数備えた場合を示す概略構成図である。図示したように、分岐管１４には、複数のジェネレータ１５を設けても良く、その場合、バッテリ１２は、各ジェネレータ１５に対し個別に設けても、あるいは複数のジェネレータ１５に対し、単体で設けるようにしても良い。

図４は、本発明に係る工業用炉、工業用炉の省エネルギ稼働方法及び工業用炉の改造方法について、羽根車にシロッコファンを用いた場合を示す概略斜視図である。例えば、分岐管１４にジェネレータ１５を複数設ける場合には、図４に示すように、ジェネレータ１５の羽根車としてシロッコファン１６を使用することにより、省スペース化及び気流の圧損低減を図ることができる。

上記実施形態においては、工業用炉１として、蓄熱式交番燃焼バーナ３を用いた工業用炉１を例に挙げて説明したが、燃焼室２と煙突５を接続する排気管６を備えた工業用炉１であれば、どのような構成のものであってもよい。

また、ジェネレータ１５によって発電された電気は、一般周知のように、蓄電池（図示せず）に蓄えるようにしてもよいことはもちろんである。このようにすれば、いつでも任意の時に、上記工業用炉１で、あるいは他の設備でも利用することができるようになる。

１ 工業用炉
２ 燃焼室
３ 蓄熱バーナ
３ａ 蓄熱室
４ 供給管
５ 煙突
６ 排気管
７ 供給開閉弁
８ 供給ブロワ
９ 排気開閉弁
１０ 吸引ブロワ
１０ａ 羽根車
１１ モータ
１２ バッテリ
１３ 吸気開閉弁
１４ 分岐管
１５ ジェネレータ
１６ シロッコファン
Ｌ３ 左蓄熱式バーナ
Ｌ７ 左供給開閉弁
Ｌ９ 左排気開閉弁
Ｒ３ 右蓄熱式バーナ
Ｒ７ 右供給開閉弁
Ｒ９ 右排気開閉弁

Claims (7)

1. 燃焼室と煙突を接続する排気管と、開放されて、上記排気管内に外気を取り込む開閉弁と、ジェネレータに接続され、開放された上記開閉弁から取り込まれて上記排気管を流れる外気により回転されて発電する羽根車とを備え、
   前記燃焼室の排ガスを吸引して前記煙突に送る吸引ブロワが、前記羽根車を有する前記ジェネレータを構成し、炉運転の非稼働時に、前記開閉弁が開放されることを特徴とする工業用炉。
2. 燃焼室と煙突を接続する排気管と、該排気管と炉外部とを連通する分岐管と、該分岐管内で回転可能な羽根車を備えたジェネレータと、該ジェネレータの上記羽根車と上記排気管との間に設けられ、炉運転の非稼働時に、外気を取り込む開閉弁とを備えたことを特徴とする工業用炉。
3. 前記排気管は、蓄熱式交番燃焼バーナの排気管であることを特徴とする請求項１または２に記載の工業用炉。
4. 請求項１〜３いずれかの項に記載の工業用炉を用い、
   前記開閉弁を開くステップと、
   前記開閉弁から取り込まれた外気による気流により、前記羽根車を回転させて発電するステップとを有することを特徴とする工業用炉の省エネルギー稼働方法。
5. 前記発電するステップにより発電された電気は、蓄電池に蓄えることを特徴とする請求項４に記載の工業用炉の省エネルギー稼働方法。
6. 燃焼室と煙突を接続する排気管と、該燃焼室の排ガスを吸引して該煙突に送る吸引ブロワとを備えた既存の工業用炉に対し、羽根車を有するジェネレータを前記吸引ブロアで構成すると共に、炉運転の非稼働時に、開放されて該排気管内に外気を取り込む開閉弁を設けるステップを備えたことを特徴とする工業用炉の改造方法。
7. 燃焼室と煙突を接続する排気管を備えた既存の工業用炉に対し、該排気管と炉外部とを連通する分岐管と、該分岐管内で回転可能な羽根車を備えたジェネレータと、上記排気管と上記ジェネレータとの間に介設され、炉運転の非稼働時に開放されて該排気管内に外気を取り込む開閉弁とを設けるステップを備えたことを特徴とする工業用炉の改造方法。

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