JPH01222102A - 熱回収式燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、燃焼した後の排気ガスの熱を燃焼用空気の加
熱に使用するようにした熱回収式燃焼装置に関する。

（従来の技術） 鍛造炉、規準炉、調質炉などの工業用炉とか、タービン
の蒸気発生用加熱装置等に使用されている燃焼装置には
、省エネルギを図る上から、燃焼した後の排気ガスの熱
を利用して燃焼用空気を加熱するようにした熱回収式の
燃焼装置が多用されている。

この種燃焼装置に使用されるレキュペレータは、排気ガ
スラインと燃焼空気ラインとを近接するとともにこの両
ライン間に所定の熱交換器をして設け、この両ライン内
を流れる空気と排気ガスとの間で熱交換させるようにし
たものが一般的である。

確かに、このレキュペレータでも、温度レベルで見れば
、約半分程度の熱の回収が可能である。

例えば、前記工業用炉では、１２００℃の排気ガスで熱
交換した燃焼空気の温度は６００℃程度とされている。

このようなレキュペレータは、必然的に材料は元よりス
ペース的にも著しるしい制限を受け、時には炉とか加熱
装置等の本体よりも大きな場所をとることもある。

そこで、最近では、第９〜１１図に示すような燃焼装置
が提案されている。

第９図に示す燃焼装置は、炉１の下部にバーナーｂを取
付け、上部に煙突２を配置したもので、前記バーナーｂ
に供給する燃焼空気を、前記煙突２と空気ライン３との
間に設けられた熱交換器４″を利用して排気ガスと熱交
換し、前記燃焼空気を加熱するようにしたものである。

なお、図中「５」は燃焼空気を送るブロア、「６」は鋳
塊である。

第１０図に示すものは、蓄熱方式と称されるもので、炉
１に上下一対のバーナーｂを設け、これを交互に所定時
間燃焼し、燃焼していない側のバーナー側から排気ガス
を排出するようにしたものｊ、燃焼していない側のバー
ナーにおいて、このバーナーと同心的に設けられた蓄熱
体７に前記排気ガスの熱を蓄熱し、次にこのバーナーｂ
が点火されて燃焼を開始する時に燃焼用空気を加熱して
流すようにしたものである。

第１１図に示すものは、バーナーｂに併給する燃焼用空
気と、炉１から排出される排気ガスとを前記バーナーｂ
の外周面において熱交換し、このバーナーｂの周面温度
と排気ガスの熱を利用して燃焼用空気を加熱するように
したものである。

（発明が解決しようとする課題） ところが、第９図に示すものは、煙突２と燃焼空気のラ
イン３との間に熱交換器４を設置するなめに、全体的な
成形が面倒となり、しかも熱交換器４とバーナーｂとの
間に距離があるので、加熱された空気がバーナ一部分に
届くまでには温度低−下を来し、省エネ効果が低減する
虞れがある。

また、第１０図に示すものは、バーナーｂを付けなり消
したり繰り返し行なうために、点火不良を起す虞れがあ
り、安全性に問題が生じ、また、燃料の供給と停止も繰
り返して行なうので、燃料供給系に設けられたバルブ（
図示せず）が摩耗する度合が激しく、寿命の短い装置と
なる。しかも、この装置は、蓄熱体が蓄熱した熱を一度
放出すれば、それ以後の空気は加熱されないものとなる
ことから、熱補給が間歇的となり、高い省エネ効果を上
げるには、前記付けたり消したりの繰り遅しのサイクル
タイムを短くしなければならず、使用頻度が多くなり、
それだけ安全性の欠如あるいは寿命の短縮等という前述
の欠点が助長されることになる。さらに、バーナー等が
一対必要となるので、装置全体のコストが高くなること
も否めない。

第１１図に示すものは、伝熱面精が小さく、熱の回収効
率が悪（、燃焼用空気はほぼ６００℃程度までしか昇温
せず、また、密閉炉の場合は、炉内から速やかに排気ガ
スを外部に排出する必要性から、排気側に圧力損失を防
止するためのエゼクタ−８を設け、このエゼクタ−８を
利用して燃焼用空気の一部をエゼクタ−空気として使用
しなければならず、それだけ装置全体の構造が面倒とな
り、設備コストも高価なものとなっている。

本発明は、上述した従来技術に伴う欠点、問題点を解決
する。ためになされたもので、熱交換した空気を温度低
下させることなく直ちに燃焼用空気として使用でき、省
エネ効果が高く、バーナーの点火−消火を繰り返すこと
のないものであって、安全性が高く、寿命の長い、コス
ト的にも有利な熱回収式燃焼装置を提供することを目的
とする。

［発明の構成Ｊ （課題を解決するための手段） かかる目的を達成するために、本発明は、バーナーの近
傍に燃焼用空気が流通する空気通路を設け、燃焼した後
の排気ガスを排気ガス通路より排出するようにした燃焼
装置において、前記空気通路と排気ガス通路を、一つの
ダクト内を仕切板で仕切ることにより形成し、このダク
トの端部の前記仕切板のない円筒部にセラミックス製の
ハニカム状をした通気性のある蓄熱体を配置するととも
に該蓄熱体を所定回転させる回転軸を設けてなり、前記
空気通路又は排気ガス通路の前記ダクトの全通気面積に
対する比率を所定の値となるように構成したことを特徴
とするものである。

（作用） このようにすれば、空気通路と排気ガス通路との間で蓄
熱体が回転し、排気ガスの通路側で加熱された蓄熱体が
空気通路側に移動すると直ちに燃焼空気を加熱し、この
高温の空気によって燃焼作用を行なうことができること
になる。

そして、空気通路のダクトの全通気血清に対する比率を
１／８〜１／２．５とすれば、高温の排気ガスの圧損を
少なくし、空気側の流速を高めることができ、燃料と空
気との混合を速やかに行なうことができる。

また、バーナー若しくは燃焼用空気の流れの軸線を相対
的に２〜３０度傾斜させることにより、燃料流と空気と
の混合が一層助長される。

さらに、仕切板とセラミックス製蓄熱体との間に排気ガ
スの一部を空気通路に導く連通口を設けると、排気ガス
の一部が空気に混入し、ＮｏＸの排出量がコントロール
できる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の一実ＩＭ（！ＩＩを説明
する。

第１図は、本発明の一実施例に係る熱回収式燃焼装置の
概略断面図、第２図は、同然回収式燃焼装置の要部を示
す断面図、第３．４図は、第２図の■−■及びＩＶ　−
ＩＶ線に沿う断面図、第５図は、第２図の要部拡大断面
図、第６．７図は、実駒結果を示すグラフである。

この熱回収式燃焼装置１０は、例えば、第１図に示すよ
うに鍛造炉Ｒの下部に取付けられ、内部の鋳塊Ｗを加熱
し軟化するための熱源として使用することができる。

各熱回収式燃焼装置１０は、第２図に示すように、鍛造
炉Ｒの壁体に開設された開口部１１に傾斜して装着され
たバーナー１２と、前記開口部１１と連通するように水
平に装着された円筒状のダクト１３を有している。

前記バーナー１２は、周知に属するため詳述は避けるが
、通常のガスあるいは油バーナーである。

このバーナー１２は、前記開口部１１内に枠板１４及び
耐熱性のバーナタイル１５を介して取付けられ、このバ
ーナタイル１５は燃料噴流を囲むような形状に成形され
、これにより火炎が所定の長さとなるように保炎してい
る。特に、このバーナー１２は、燃焼用空気の流れの軸
線に対し２〜３０度傾斜され、ガスの燃料流と燃焼用の
空気との混合が確実になるように構成されている。なお
、この傾斜は相対的なものであり、前記ガスバーナー１
２を水平に設置し、燃焼用空気の流れの軸線を傾斜させ
てもよいことは言うまでもない。

前記水平に設置された円筒状のダクト１３は、第３．４
図に示すように、内部に燃焼用空気が流通する空気通路
１６と、燃焼した後の排気ガスが流通する排気ガス通路
１７が、仕切板１８により仕切られて形成されている。

この空気通路１６にはブロア等により給送５れる空気が
流通する空気管１９が連通され、排気ガス通路１９には
前記ダクト１３より垂直下方に連通した排気管２ｏが連
通されている。前記仕切板１８は断面が扇状をしたもの
であり、この空気通路１６の全ダクト断面積Ｓとの比率
は、後に詳述することがら明らかなように１／８〜１／
２．５に設定されている。

また、このダクト１３の先端部内には、前記仕切板１８
が設けられていない円筒部２１が形成され、この円筒部
２１内にハニカム状をした多数の通気孔０を有する通気
性のあるセラミックス製の蓄熱体２２が配設されている
。この蓄熱体２２は、前記空気道ｎ１６を流通する空気
を加熱するためのもので、排気ガス通路１７を流通する
排気ガスによって加熱された部分が空気通路１６側に回
、転移動し、ここにおいて燃焼用空気と熱交換して放熱
し、この燃焼用空気を加熱するものである。つまり、こ
の蓄熱体２２は、ダクト１３内で回転するように中心に
回転軸２３が取付けられ、この回転軸２３の端部には駆
動用のモータＭが装着されている。

前記仕切板１８は、第５図に示すように、前記セラミッ
クス製の蓄熱体２２の端面まで伸延せず、このセラミッ
クス製の蓄熱体２２との間に隙間を設け、この隙間を前
記空気通路１６と排気ガス通路１７とを連通ずる連通部
２４としている。この連通部２４は、排気ガスの一部を
図中破線の矢印で示すようにバイパスさせるもので、こ
れにより排気ガスを再燃焼し、排気ガス中のＮＯｘの量
を調整するようにしている。この連通部２４の大きさは
、後述するように前記空気通路１６の相当族径の　／　
　　〜５倍程度とされている。

ここに、相当直径Ｄｅとは、前記空気通路１５を円と仮
定したときの直径を意味し、次の式で表わされる。

Ｓａ：空気通路の断面積 第６図は、前記空気通路１６の面積を設定するに当って
の実験結果を示すもので、ダクト１３の全通気面積Ｓと
の比率を横軸に、火炎の長さを縦軸に取ったもので、ガ
スバーナーを使用した場合に、全通気面積Ｓの１／８以
下を空気通路１６とすると火炎は吹き消されることにな
ることから、１／８〜１／２．５程度とすることが望ま
しい。

第７図は、前記連通部２４の大きさを決定するた゛めの
実験結果を示すもので、横軸に相当直径Ｄｅを対数目盛
で示し、左縦軸にＮＯｘの址を、右縦軸に火炎リフトの
長さを示している。

この図より明らかなように、連通部２４の太きさが１／
１００Ｄｅに近ずくと、Ｎｏ　　は急激に増大し、５Ｄ
ｅ以上になると低減する。

また５Ｄｅの近傍になると火炎にとっての空気量が不足
し、火炎は次第にリストすることになり、５Ｄｅ以上に
なると火炎は吹き飛ぶことになる。

したがって、前記連通部２４の大きさは、相当直径Ｄｅ
の　／　　　〜５倍程度が好ましいことが分る。

次に作用を説明する。

この熱回収式燃焼装置１０を鍛造炉Ｒに取付け、モータ
Ｍを回転しつつバーナー１２に着火し、ブロアにより送
風する。

前記バーナー１２より噴射された燃料流は、空気道路１
６及び蓄熱体２２を通って流れてきた燃焼用空気により
酸素補給を受けて火炎となって鋳塊Ｗに向って伸びる。

これにより鍛造炉Ｒ内の温度は次第に上昇し、所定時間
が経過すると鍛造炉Ｒ内の鋳塊Ｗは加熱され軟化する。

この場合、排気ガスは、蓄熱体２２を通って排気ガス通
ｆ？８１７より流出することになるが、この蓄熱体２２
は、前記排気ガスにより加熱され高温となっているので
、これが前記空気通路１６と対応する位置まで回転する
と、この空気と熱交換して空気を加熱することになる・
。

この加熱は、排気ガスの通路１７側で加熱された蓄熱体
２２が空気通路１６側に移動すると直ちに燃焼空気を加
熱するという、いわば即時加熱方式となっているので、
加熱時に熱のロスがなく、高温の加熱空気を効率良（作
ることができ、この高温の加熱空気によって行なう燃焼
作用もきわめて高温領域で行なわれ、燃焼開始から所定
の高温に達する時間が短時間となる。なお、この場合、
排気ガスは蓄熱体２２より排気ガス通路１７を通って排
出されるので、煙突も必要としない。

特に、空気通路１６のダクト１３の全通気面積Ｓに対す
る比率を１／８〜１／２．５とすれば、高温の排気ガス
の圧損を少なくすることができ、したがって、炉内の背
圧もあまり上昇せず、また空気通路１６の面積が小さい
ために、空気側の流速を高めることもでき、これにより
燃料と空気との混合を速やかに行なうことも可能となり
、さらに蓄熱体２２の加熱ゾーンも大きくなるので、燃
焼用空気の加熱も確実となり、省エネ効果の高いものと
なる。

また、バーナー１２が燃焼用空気の流れの軸線に対し２
〜３０度傾斜していることから、燃料流と空気との混合
が助長され、きわめて良い燃焼状態が得られることにな
る。

前記燃焼中において、排気ガスは、仕切板１８とセラミ
ックス製蓄熱体２２との間の連通部２４を通り、その一
部が空気通路１６側の空気に混入して再度燃焼された後
に、再度排気ガス通路１７より排出されることになるが
、このようにすれば排気ガス中に含まれるＮＯｘの排出
量を所定値以下にコントロールすることができる。また
、この連通部２４を設けることにより空気通路１６と排
気ガス通路１７との間を不必要にシールすることもなく
なることから、装置全体の構造も簡素化され、装置の組
立て性も向上するというというメリットもある。

第８図は、本発明のに係る燃焼装置の他の実施例を示す
もので、前記燃焼装置をラジアントチューブと連結した
もので、排気ガスを炉内等に排出せず、雰囲気温度のみ
により、つまり、クリーンな空気で加熱する場合の燃焼
装置３０である。

この燃焼装置３０も構造的には、前述したものと同様で
あるが、排気ガスがラジアントチューブ３１内を直線的
に流れた後にＵターンして流通し、そして排気ガス通路
１７から排出されるようになっている。

なお、本発明に係る燃焼装置は上述した鍛造炉等の炉の
みに限定されるものでなく、他の種々の装置７、例えば
乾燥装置、タービンの蒸気発生装置等加熱に関するもの
ならば、種々の装置に対してに使用することができる。

［発明の効果コ 以上述べたように、本発明によれば、空気通路と排気ガ
ス通路を、一つのダクト内を仕切板で仕切り、このダク
トの端部の円筒部にセラミックス製のハニカム状をした
通気性のある蓄熱体を設け、これを所定回転させるよう
にしたため、高い温度状態で廃熱の回収が可能となるの
みでなく、排気ガスの通路側で加熱された蓄熱体が空気
通路側に移動して直ちに燃焼空気を加熱することになる
ので、−層熱回収が促進される。そして、従来の炉等の
加熱室内に生じ易いデッドゾーンもなくなり、加熱効率
が上がることになるとともに、空気等の流れ経路が簡略
化され、しかも伝熱面積が大きくなるので、装置全体の
外径寸法が小さくなり、装置の設置面積も少なく、工事
が迅速に安価にできることになる。特に、熱回収効率が
高いので、空気配管機器がすべて冷風使用のものを採用
でき、この点でもコスト的に有利となる。

また、空気通路のダクトの全通気面積に対する比率を１
／８〜１／２．５とすれば、高温の排気ガスの圧損を少
なくし、空気側の流速を高めることができ、燃料と空気
との混合を速やかに行なうことができる。

バーナー若しくは燃焼用空気の流れの軸線を相対的に２
〜３０度傾斜されているので、燃料流と空気との混合が
一層助長される。

さらに、仕切板とセラミックス製蓄熱体との間に連通部
を設けると、排気ガスの一部が空気に混入し、ＮＯの排
出量がコントロールできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る熱回収式燃焼装置の
概略断面図、第２図は、同然回収式燃焼装置の要部を示
す断面図、第３．４図は、第２図の■−■及びＩＶ　−
ＩＶ線に沿う断面図、第５図は、第２図の要部拡大断面
図、第６．７図は、実験結果を示すグラフ、第８図は、
本発明の応用例を示す断面図、第９〜１１図は、従来の
燃焼装置を示す概略断面図である。 １０・・・燃焼装置、　　　　　１１・・・開口部、１
２・・・バーナー、　　　　　　１３・・・ダクト、１
５・・・バーナタイル、　　　１６・・・空気通路、１
７・・・排気ガス通路、　　　１８・・・仕切板、２２
・・・蓄熱体、　　　　　　２３・・・回転、軸、２４
・・・連通部、　　　　　　　Ｒ・・・炉。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）バーナーの近傍に燃焼用空気が流通する空気通路を
   設け、燃焼した後の排気ガスを排気ガス通路より排出す
   るようにした燃焼装置において、前記空気通路と排気ガ
   ス通路を、一つのダクト内を仕切板で仕切ることにより
   形成し、このダクトの端部の前記仕切板のない円筒部に
   セラミックス製のハニカム状をした通気性のある蓄熱体
   を配置するとともに該蓄熱体を所定回転させる回転軸を
   設けてなり、前記空気通路又は排気ガス通路の前記ダク
   トの全通気面積に対する比率を所定の値となるように構
   成したことを特徴とする熱回収式燃焼装置。 ２）前記空気通路のダクトの全通気面積に対する比率は
   、１／８〜１／２．５である特許請求の範囲第１項に記
   載の熱回収式燃焼装置。 ３）前記バーナー若しくは燃焼用空気の流れの軸線は、
   相対的に２〜３０度傾斜させたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項又は第２項に記載の熱回収式燃焼装置。 ４）前記バーナーは、燃料噴流を囲むようにバーナタイ
   ルを設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第３項に記載の熱回収式燃焼装置。 ５）前記ダクトは、セラミックス製蓄熱体と仕切板との
   間に排気ガスの一部を空気通路に導く連通部を有する特
   許請求の範囲第１項乃至第４項に記載の熱回収式燃焼装
   置。 ６）前記連通部は、前記仕切板とセラミックス製蓄熱体
   との間に距離が前記空気通路の相当直径の１／１００〜
   ５倍程度離間してなる特許請求の範囲第５項に記載の熱
   回収式燃焼装置。