JPH08338615A - 熱処理炉用ラジアントチューブにおける燃焼用空気予熱方法及び熱交換器 - Google Patents
熱処理炉用ラジアントチューブにおける燃焼用空気予熱方法及び熱交換器Info
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- JPH08338615A JPH08338615A JP8084370A JP8437096A JPH08338615A JP H08338615 A JPH08338615 A JP H08338615A JP 8084370 A JP8084370 A JP 8084370A JP 8437096 A JP8437096 A JP 8437096A JP H08338615 A JPH08338615 A JP H08338615A
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- exhaust gas
- inner cylinder
- heat exchanger
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
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- Gas Burners (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ラジアントチューブの燃焼用空気熱交換器の
熱回収率の向上を目的とする。 【構成】 熱処理炉用ラジアントチューブの排ガス排出
管部での燃焼用空気の予熱方法において、ラジアントチ
ューブの排ガス排出部に設置した内筒、中筒、外筒から
なる３重管構造の熱交換器の内筒と中筒との間、および
外筒の外側に排ガスを通過させて排出するとともに、外
筒と中筒との間に燃焼用空気を炉内方向へ供給し、さら
に該熱交換器の炉内側先端部に設けた内筒への連通部か
ら内筒内へ燃焼用空気を供給して、前記排ガスとの熱交
換により燃焼用空気を予熱することを特徴とする熱処理
炉用ラジアントチューブにおける燃焼用空気予熱方法。
熱回収率の向上を目的とする。 【構成】 熱処理炉用ラジアントチューブの排ガス排出
管部での燃焼用空気の予熱方法において、ラジアントチ
ューブの排ガス排出部に設置した内筒、中筒、外筒から
なる３重管構造の熱交換器の内筒と中筒との間、および
外筒の外側に排ガスを通過させて排出するとともに、外
筒と中筒との間に燃焼用空気を炉内方向へ供給し、さら
に該熱交換器の炉内側先端部に設けた内筒への連通部か
ら内筒内へ燃焼用空気を供給して、前記排ガスとの熱交
換により燃焼用空気を予熱することを特徴とする熱処理
炉用ラジアントチューブにおける燃焼用空気予熱方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンパクトで高効
率な熱回収を行い、省エネルギーを図るに好適なラジア
ントチューブにおける燃焼用空気予熱装置に関する。
率な熱回収を行い、省エネルギーを図るに好適なラジア
ントチューブにおける燃焼用空気予熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来は、金属鋼帯加熱炉等の熱処理炉の
ラジアントチューブ内バーナの燃焼用空気予熱装置は、
図６に示すようにラジアントチューブ１に熱交換器４を
取り付け、熱交換器の内筒１２から導入した燃焼用空気
を熱交換器先端部で折り返し伝熱促進用フィンを設置し
た外筒１０を流れる際、外筒１０の外を流れる高温の排
ガスと並行流で熱交換させて予熱し、バーナに供給する
ようにしていた。（特開昭６３−１５００７号公報） 熱交換器外筒から燃焼用空気を導入し内筒を経由して燃
料着火バーナへ供給する対向流方式熱交換器も、従来型
熱交換器内の流れ方向を反対方向にしただけのものが一
部実現している。［レキュペレータ付き低ＮＯx ラジア
ントチューブバーナ技術資料／（株）ＯＴＴＯより］
ラジアントチューブ内バーナの燃焼用空気予熱装置は、
図６に示すようにラジアントチューブ１に熱交換器４を
取り付け、熱交換器の内筒１２から導入した燃焼用空気
を熱交換器先端部で折り返し伝熱促進用フィンを設置し
た外筒１０を流れる際、外筒１０の外を流れる高温の排
ガスと並行流で熱交換させて予熱し、バーナに供給する
ようにしていた。（特開昭６３−１５００７号公報） 熱交換器外筒から燃焼用空気を導入し内筒を経由して燃
料着火バーナへ供給する対向流方式熱交換器も、従来型
熱交換器内の流れ方向を反対方向にしただけのものが一
部実現している。［レキュペレータ付き低ＮＯx ラジア
ントチューブバーナ技術資料／（株）ＯＴＴＯより］
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のラジアントチュ
ーブの排ガス熱回収部分は（イ）並行流方式での熱回収
であることから予熱空気温度での回収に限度があるこ
と。（ロ）ＮＯx の規制値から燃焼用空気の温度を余り
上げられない、という制限から燃焼用空気は４００℃程
度、排熱回収後の排ガス温度も６００数十℃であり、エ
ネルギー利用効率の改善という観点からは改善余地が大
いに有る（図７）。すなわち、これまでの熱交換器は燃
焼バーナのＮＯx 値の制約、熱交換方式が並行流である
こと等により熱交換器の熱回収率は３０％程度であっ
た。このようなラジアントチューブにおいて、燃焼用空
気でもって熱回収強化を図ろうとすれば、従来の熱交換
器内の流れが並行流であることから熱交換器出口では燃
焼用空気温度は排ガス温度を越えられないという限界が
あり（図７）、これを対向流方式に変え熱交面積を増大
し、熱交換効率を高め、約７００℃までの排熱回収を可
能とする（図８）。
ーブの排ガス熱回収部分は（イ）並行流方式での熱回収
であることから予熱空気温度での回収に限度があるこ
と。（ロ）ＮＯx の規制値から燃焼用空気の温度を余り
上げられない、という制限から燃焼用空気は４００℃程
度、排熱回収後の排ガス温度も６００数十℃であり、エ
ネルギー利用効率の改善という観点からは改善余地が大
いに有る（図７）。すなわち、これまでの熱交換器は燃
焼バーナのＮＯx 値の制約、熱交換方式が並行流である
こと等により熱交換器の熱回収率は３０％程度であっ
た。このようなラジアントチューブにおいて、燃焼用空
気でもって熱回収強化を図ろうとすれば、従来の熱交換
器内の流れが並行流であることから熱交換器出口では燃
焼用空気温度は排ガス温度を越えられないという限界が
あり（図７）、これを対向流方式に変え熱交面積を増大
し、熱交換効率を高め、約７００℃までの排熱回収を可
能とする（図８）。
【０００４】本発明の目的は、従来構造のラジアントチ
ューブ内燃焼用空気熱交換器の不具合（熱回収率が低
く、これを高めようとするとＮＯx が増大する）を改善
するためのものであり、伝熱面積を大きくとると共に空
気側熱伝達率の向上を図り、供給燃焼用空気の温度を高
め熱回収量を増大させ、既存の熱交換器設置部分を大幅
に変更することなく、熱交換器とその周辺の一部手直し
だけで省エネルギーを可能とするものである。
ューブ内燃焼用空気熱交換器の不具合（熱回収率が低
く、これを高めようとするとＮＯx が増大する）を改善
するためのものであり、伝熱面積を大きくとると共に空
気側熱伝達率の向上を図り、供給燃焼用空気の温度を高
め熱回収量を増大させ、既存の熱交換器設置部分を大幅
に変更することなく、熱交換器とその周辺の一部手直し
だけで省エネルギーを可能とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するため、次のような対策を講じるものである。 （１）熱処理炉用ラジアントチューブの排ガス排出管部
での燃焼用空気の予熱方法において、ラジアントチュー
ブの排ガス排出部に設置した内筒、中筒、外筒からなる
３重管構造の熱交換器の内筒と中筒との間隙、および外
筒の外側に熱処理炉の排ガスを通過させて排出するとと
もに、外筒と中筒との間隙に燃焼用空気を炉内方向へ供
給し、さらに該熱交換器の炉内側先端部に設けた内筒へ
の連通部から内筒内へ燃焼用空気を供給して、前記排ガ
スとの熱交換により燃焼用空気を予熱することを特徴と
する。 （２）前記（１）に記載の ラジアントチューブの内筒
に燃焼用空気を供給する際に、内筒と中筒との間隙を通
過する熱処理炉の排ガスを内筒に設けた複数の排ガス吸
引孔より吸引して内筒内の燃焼用空気の酸素分圧を低下
させることを特徴とする。
決するため、次のような対策を講じるものである。 （１）熱処理炉用ラジアントチューブの排ガス排出管部
での燃焼用空気の予熱方法において、ラジアントチュー
ブの排ガス排出部に設置した内筒、中筒、外筒からなる
３重管構造の熱交換器の内筒と中筒との間隙、および外
筒の外側に熱処理炉の排ガスを通過させて排出するとと
もに、外筒と中筒との間隙に燃焼用空気を炉内方向へ供
給し、さらに該熱交換器の炉内側先端部に設けた内筒へ
の連通部から内筒内へ燃焼用空気を供給して、前記排ガ
スとの熱交換により燃焼用空気を予熱することを特徴と
する。 （２）前記（１）に記載の ラジアントチューブの内筒
に燃焼用空気を供給する際に、内筒と中筒との間隙を通
過する熱処理炉の排ガスを内筒に設けた複数の排ガス吸
引孔より吸引して内筒内の燃焼用空気の酸素分圧を低下
させることを特徴とする。
【０００６】（３）熱処理炉用ラジアントチューブ排ガ
ス排出管内部に配設した燃焼用空気を予熱する熱交換器
において、熱交換器が内筒、中筒、外筒の３重管からな
り、外筒と中筒との間隙を炉外側で燃焼用空気供給口に
接続し、かつ熱交換器の炉内側先端部で外筒と中筒との
間隙を内筒と連通させて設け、中筒と内筒との間隙を炉
外側で排ガス排出口に接続し、かつ熱交換器の炉内側先
端部に中筒と内筒の間隙へ排ガスを導入する開口部を設
け、内筒の炉外側の燃焼用空気取り出し口をラジアント
チューブの燃料着火用バーナへのつなぎ管と接続して設
けたことを特徴とする。
ス排出管内部に配設した燃焼用空気を予熱する熱交換器
において、熱交換器が内筒、中筒、外筒の３重管からな
り、外筒と中筒との間隙を炉外側で燃焼用空気供給口に
接続し、かつ熱交換器の炉内側先端部で外筒と中筒との
間隙を内筒と連通させて設け、中筒と内筒との間隙を炉
外側で排ガス排出口に接続し、かつ熱交換器の炉内側先
端部に中筒と内筒の間隙へ排ガスを導入する開口部を設
け、内筒の炉外側の燃焼用空気取り出し口をラジアント
チューブの燃料着火用バーナへのつなぎ管と接続して設
けたことを特徴とする。
【０００７】（４）前記（３）記載の燃焼用空気供給口
および燃焼用空気取り出し口を排ガス排出管の排ガス排
出出口に隣接させて配置したことを特徴とする。 （５）前記（３）または（４）記載の外筒と中筒との間
隙と内筒との連通部の内筒側に、内筒内面に対して摺動
可能な円筒状のすかし部を設けたことを特徴とする。 （６）前記（５）記載の円筒状のすかし部の円筒側先端
の径を絞るとともに、該すかし部の先端近傍の内筒に複
数の排ガス吸引孔を設けたことを特徴とする。
および燃焼用空気取り出し口を排ガス排出管の排ガス排
出出口に隣接させて配置したことを特徴とする。 （５）前記（３）または（４）記載の外筒と中筒との間
隙と内筒との連通部の内筒側に、内筒内面に対して摺動
可能な円筒状のすかし部を設けたことを特徴とする。 （６）前記（５）記載の円筒状のすかし部の円筒側先端
の径を絞るとともに、該すかし部の先端近傍の内筒に複
数の排ガス吸引孔を設けたことを特徴とする。
【０００８】以下、本発明について詳細に説明する。熱
処理炉におけるラジアントチューブの分散型小容量排ガ
スのエネルギーを従来の設備構造を大幅に変更すること
なく高温から低温まで、燃焼用空気で熱回収することに
より、その工程内でクローズしたエネルギーの有効利用
を図れる。熱交換器部分は従来の内筒から空気を導入
し、外筒部分で予熱される並行流タイプではなく、外筒
・中筒部分で予熱された空気が内筒を伝って回収しバー
ナ部分へ導く対向流タイプを採用するものとする（図
２）。通常排ガスが高温の場合、低温の燃焼用空気側の
伝熱を促進するため、外筒内面には伝熱促進用のフィン
を多数設置するが、さらに熱回収を強化するため熱交換
器部分を３重管にし、外筒と中筒の間を通過する空気を
外筒・中筒の両面から加熱する。こうすると伝熱面積が
大きくとれ、かつ相当直径が小さくなり流速も増し、熱
伝達率も向上する（図２，３）。
処理炉におけるラジアントチューブの分散型小容量排ガ
スのエネルギーを従来の設備構造を大幅に変更すること
なく高温から低温まで、燃焼用空気で熱回収することに
より、その工程内でクローズしたエネルギーの有効利用
を図れる。熱交換器部分は従来の内筒から空気を導入
し、外筒部分で予熱される並行流タイプではなく、外筒
・中筒部分で予熱された空気が内筒を伝って回収しバー
ナ部分へ導く対向流タイプを採用するものとする（図
２）。通常排ガスが高温の場合、低温の燃焼用空気側の
伝熱を促進するため、外筒内面には伝熱促進用のフィン
を多数設置するが、さらに熱回収を強化するため熱交換
器部分を３重管にし、外筒と中筒の間を通過する空気を
外筒・中筒の両面から加熱する。こうすると伝熱面積が
大きくとれ、かつ相当直径が小さくなり流速も増し、熱
伝達率も向上する（図２，３）。
【０００９】伝熱量はＱ＝Ｋ×Ｓ×ΔＴ（Ｋ：総合熱通
過率、Ｓ：伝熱面積、ΔＴ：温度差）で、外・中筒の両
面から加熱するので伝熱面積Ｓが大幅に増大する。ま
た、総合の熱通過率Ｋは近似的には、１／Ｋ≒１／α＋
１／β（α：排ガス側熱伝達率、β：燃焼用空気側熱伝
達率）となり、３重管にすることにより空気側通路面積
が狭まり、相当直径が小さくなり流速も増大し、空気側
熱伝達率βを増大させることができる。空気側熱伝達率
βは（流速ｖ）0.8 に比例し、（相当直径ｄ）0. 2 に反
比例する。 β∝ｖ0.8 ×１／ｄ0.2 従って、図８に示すように熱回収を強化することがで
き、排ガス出口部温度が下がり、大幅な省エネルギーが
図れることになる。
過率、Ｓ：伝熱面積、ΔＴ：温度差）で、外・中筒の両
面から加熱するので伝熱面積Ｓが大幅に増大する。ま
た、総合の熱通過率Ｋは近似的には、１／Ｋ≒１／α＋
１／β（α：排ガス側熱伝達率、β：燃焼用空気側熱伝
達率）となり、３重管にすることにより空気側通路面積
が狭まり、相当直径が小さくなり流速も増大し、空気側
熱伝達率βを増大させることができる。空気側熱伝達率
βは（流速ｖ）0.8 に比例し、（相当直径ｄ）0. 2 に反
比例する。 β∝ｖ0.8 ×１／ｄ0.2 従って、図８に示すように熱回収を強化することがで
き、排ガス出口部温度が下がり、大幅な省エネルギーが
図れることになる。
【００１０】本発明の３重管構造の熱交換器では外筒及
び中筒と、内筒との温度差は約１００℃あり、特に外筒
と中筒との間隙と内筒との連通部には両者の熱膨張差に
起因する応力が集中する。そこで、該連通部の内筒側に
すかし部を設け、このすかし部が内筒内面に対して摺動
できるようにすることで上記の熱膨張差を吸収すること
ができる。例えば、円筒状のすかし部を内筒との間隔を
約１ｍｍとして設置することにより摺動が可能になる。
び中筒と、内筒との温度差は約１００℃あり、特に外筒
と中筒との間隙と内筒との連通部には両者の熱膨張差に
起因する応力が集中する。そこで、該連通部の内筒側に
すかし部を設け、このすかし部が内筒内面に対して摺動
できるようにすることで上記の熱膨張差を吸収すること
ができる。例えば、円筒状のすかし部を内筒との間隔を
約１ｍｍとして設置することにより摺動が可能になる。
【００１１】さらに、すかし部の内筒側先端の径を絞
り、すかし部の先端近傍の内筒に複数の排ガス吸引孔を
設けることにより、すかし部からの内筒に燃焼用空気を
供給する際にエジェクター効果で減圧し、内筒と中筒と
の間隙を通過する酸素濃度が３％程度と低い熱処理炉の
排ガスを前記排ガス吸引孔より内筒内に吸引できる。従
って、排ガスの吸引量により燃焼用空気の酸素分圧を低
下させることができる。酸素分圧を１５〜１９％に調節
すれば、熱交換効率の向上とＮＯｘ低減が達成できる。
本発明におけるエジェクターとはノズル１８と排ガス吸
引孔１９とから成るものである。
り、すかし部の先端近傍の内筒に複数の排ガス吸引孔を
設けることにより、すかし部からの内筒に燃焼用空気を
供給する際にエジェクター効果で減圧し、内筒と中筒と
の間隙を通過する酸素濃度が３％程度と低い熱処理炉の
排ガスを前記排ガス吸引孔より内筒内に吸引できる。従
って、排ガスの吸引量により燃焼用空気の酸素分圧を低
下させることができる。酸素分圧を１５〜１９％に調節
すれば、熱交換効率の向上とＮＯｘ低減が達成できる。
本発明におけるエジェクターとはノズル１８と排ガス吸
引孔１９とから成るものである。
【００１２】例えば、熱交換器の内筒（戻り管）の中間
部に１３ｍｍφ程度の排ガス吸引孔１９を４箇所設けエ
ジェクター効果にて燃焼用空気の導入量に対して２０％
程度の高温（８００℃程度）排ガスを燃焼用空気側へ自
己循環するものである。（図４，５）。すなわち、エジ
ェクター部ではノズル１８により燃焼用空気の流速を高
め、その部分での静圧を下げて内筒の吸引孔１９より内
筒と中筒との間隙を通過する排ガスを吸引するものであ
る。
部に１３ｍｍφ程度の排ガス吸引孔１９を４箇所設けエ
ジェクター効果にて燃焼用空気の導入量に対して２０％
程度の高温（８００℃程度）排ガスを燃焼用空気側へ自
己循環するものである。（図４，５）。すなわち、エジ
ェクター部ではノズル１８により燃焼用空気の流速を高
め、その部分での静圧を下げて内筒の吸引孔１９より内
筒と中筒との間隙を通過する排ガスを吸引するものであ
る。
【００１３】燃焼用空気側は全圧（Ｐａ）＋静圧（Ｐａ
ｄ）であり、排ガス側は同様に全圧（Ｐｇ）＝動圧（Ｐ
ｇｄ）＋静圧（Ｐｇｓ）となる。通常は燃焼用空気側静
圧が排ガス側静圧よりも高いが（Ｐａｓ＞Ｐｇｓ）、エ
ジェクター部燃焼用空気流速Ｖを大きくすることにより
Ｐａｓを動圧に変換しＰａｓ＝Ｐａ−（ρａＶ2 ／２
Ｇ）＜Ｐｇｓ［ρａ：燃焼用空気密度、Ｇ：重力加速
度］とすることが可能であり、この静圧差（Ｐｇｓ−Ｐ
ａｓ）に相当する排ガス動圧ρｇＶ2 ／２Ｇ［ρｇ：排
ガス密度、Ｖ：エジェクター部排ガス流速］がエジェク
ター部で発生し、ほぼＶ×（排ガス吸引孔の合計面積）
の排ガス循環が発生することになる。排ガスの循環量２
０％でＯ2 が約１８％となり、排ガス循環をしない場合
に比べＮＯｘは約３０％低減でき発生許容値１２０ｐｐ
ｍ（酸素濃度１１％換算にて）以下になる。循環量が多
くなるほどＮＯｘ抑制効果は大であるが、あまり多くす
ると燃焼が不安定になるので排ガス循環量は燃焼用空気
量に対し２０〜３０％が限界とされている。［火原協会
講座ボイラ／（社）火力原子力発電技術協会］
ｄ）であり、排ガス側は同様に全圧（Ｐｇ）＝動圧（Ｐ
ｇｄ）＋静圧（Ｐｇｓ）となる。通常は燃焼用空気側静
圧が排ガス側静圧よりも高いが（Ｐａｓ＞Ｐｇｓ）、エ
ジェクター部燃焼用空気流速Ｖを大きくすることにより
Ｐａｓを動圧に変換しＰａｓ＝Ｐａ−（ρａＶ2 ／２
Ｇ）＜Ｐｇｓ［ρａ：燃焼用空気密度、Ｇ：重力加速
度］とすることが可能であり、この静圧差（Ｐｇｓ−Ｐ
ａｓ）に相当する排ガス動圧ρｇＶ2 ／２Ｇ［ρｇ：排
ガス密度、Ｖ：エジェクター部排ガス流速］がエジェク
ター部で発生し、ほぼＶ×（排ガス吸引孔の合計面積）
の排ガス循環が発生することになる。排ガスの循環量２
０％でＯ2 が約１８％となり、排ガス循環をしない場合
に比べＮＯｘは約３０％低減でき発生許容値１２０ｐｐ
ｍ（酸素濃度１１％換算にて）以下になる。循環量が多
くなるほどＮＯｘ抑制効果は大であるが、あまり多くす
ると燃焼が不安定になるので排ガス循環量は燃焼用空気
量に対し２０〜３０％が限界とされている。［火原協会
講座ボイラ／（社）火力原子力発電技術協会］
【００１４】即ち、本発明の要旨とするところは、ラジ
アントチューブの排ガス熱交換器において、高温流体
（排ガス）と低温流体（燃焼用空気）の流れの向きは対
向流方式として、対数平均温度差を大きくとり熱回収量
の増大を図り、かつ熱交換器を３重管構造とし、伝熱面
積を増大し、かつ、空気側熱伝達率を向上させ、排熱回
収率を６０％程度に迄高めて省エネルギーを図るもので
ある。
アントチューブの排ガス熱交換器において、高温流体
（排ガス）と低温流体（燃焼用空気）の流れの向きは対
向流方式として、対数平均温度差を大きくとり熱回収量
の増大を図り、かつ熱交換器を３重管構造とし、伝熱面
積を増大し、かつ、空気側熱伝達率を向上させ、排熱回
収率を６０％程度に迄高めて省エネルギーを図るもので
ある。
【００１５】また、熱回収強化に付随するＮＯｘ増大に
対しては、熱交換器中間部分での排ガスの燃焼空気側へ
の自己循環にて燃焼用空気のＯ2 濃度を下げ、火炎の燃
焼速度を遅らせＮＯｘの発生量を低減させることにより
対応し、外筒・中筒と内筒との熱伸び差には連結部にす
かし部を設けることで対応することを特徴とする排熱回
収強化型交換燃焼方法である。
対しては、熱交換器中間部分での排ガスの燃焼空気側へ
の自己循環にて燃焼用空気のＯ2 濃度を下げ、火炎の燃
焼速度を遅らせＮＯｘの発生量を低減させることにより
対応し、外筒・中筒と内筒との熱伸び差には連結部にす
かし部を設けることで対応することを特徴とする排熱回
収強化型交換燃焼方法である。
【００１６】
実施例１ 図１は本発明の実施例で、ラジアントチューブ１は燃料
供給配管３、空気供給配管５、燃料着火バーナ２と排ガ
ス排出管１３とを備えている。ここで燃焼用空気はラジ
アントチューブの排ガス排出部に設置された熱交換器４
により予熱され熱交換器部分とバーナ部分とのつなぎ管
６を通して燃料着火バーナ２に導かれる。このラジアン
トチューブ１へは製鉄副生ガスであるコークス炉ガス
（ＣＯＧ）や天然ガス（ＬＮＧ）等が使われバーナ部で
予熱燃焼用空気でもって燃焼し、ラジアントチューブ内
を通過する間にチューブ外表面から輻射で鋼材等に熱を
与えるものである。熱処理炉１４へは被加熱鋼材（冷延
鋼板等）が鋼板装入口より連続的に搬入され、炉内で約
８００℃程度に加熱され、鋼材搬出口より取り出され
る。炉内温度は約９００℃であり、これに伴い熱交換器
入り側の排ガスｂの温度も１０００℃程度と高くなる。
この排ガスｂを燃焼用空気ａと対向させ、熱交換器４に
より熱交換し、燃料着火バーナ２に導いて、燃料ｃと燃
焼させる。この時燃焼用空気ａが図８のように７００℃
迄予熱された分だけ省エネルギーとなる。
供給配管３、空気供給配管５、燃料着火バーナ２と排ガ
ス排出管１３とを備えている。ここで燃焼用空気はラジ
アントチューブの排ガス排出部に設置された熱交換器４
により予熱され熱交換器部分とバーナ部分とのつなぎ管
６を通して燃料着火バーナ２に導かれる。このラジアン
トチューブ１へは製鉄副生ガスであるコークス炉ガス
（ＣＯＧ）や天然ガス（ＬＮＧ）等が使われバーナ部で
予熱燃焼用空気でもって燃焼し、ラジアントチューブ内
を通過する間にチューブ外表面から輻射で鋼材等に熱を
与えるものである。熱処理炉１４へは被加熱鋼材（冷延
鋼板等）が鋼板装入口より連続的に搬入され、炉内で約
８００℃程度に加熱され、鋼材搬出口より取り出され
る。炉内温度は約９００℃であり、これに伴い熱交換器
入り側の排ガスｂの温度も１０００℃程度と高くなる。
この排ガスｂを燃焼用空気ａと対向させ、熱交換器４に
より熱交換し、燃料着火バーナ２に導いて、燃料ｃと燃
焼させる。この時燃焼用空気ａが図８のように７００℃
迄予熱された分だけ省エネルギーとなる。
【００１７】熱交換器４の外筒１０と中筒１１の外筒を
通過する排ガスｂは外筒１０と中筒１１との間を通過し
てくる燃焼用空気ａと対向流の関係で熱交換するが、外
筒内側と中筒外側には従来通り空気側フィン１５を多数
設置している。燃焼用空気取り出し口は排ガス排出口に
隣接して設置し、つなぎ管６を通して燃料着火バーナ２
へ供給する。（図１）但し、外筒・中筒部と内筒部との
熱伸びは図２のようにすかし部をもつことにより逃がす
ことにする。
通過する排ガスｂは外筒１０と中筒１１との間を通過し
てくる燃焼用空気ａと対向流の関係で熱交換するが、外
筒内側と中筒外側には従来通り空気側フィン１５を多数
設置している。燃焼用空気取り出し口は排ガス排出口に
隣接して設置し、つなぎ管６を通して燃料着火バーナ２
へ供給する。（図１）但し、外筒・中筒部と内筒部との
熱伸びは図２のようにすかし部をもつことにより逃がす
ことにする。
【００１８】実施例２ 図４、５に本発明の排ガスを循環させてＮＯｘの低減が
可能な熱交換器を示す。熱交換器４により燃焼用空気ａ
を排ガスｂと熱交換し予熱すると共に排ガスｂの一部を
内筒（戻り管）部のエジェクターを通じ燃焼用空気側へ
循環する。つまり、この排ガスを別配管で導入する場合
は圧送する装置が必要となるが、高効率エジェクターを
使用すれば、簡単な機構で排ガス混入量を効果的に増大
でき、燃焼用空気のＯ2 濃度を１８％に低減させ、燃料
着火バーナ２での燃焼速度を遅くすることにより、低Ｎ
Ｏｘ燃焼が可能になる。図４に示すようにエジェクター
部の穴径を最適設計することにより（例えば、排ガス吸
引孔の径：約１３φ×４、ノズル部の径：約３９φ）、
排ガス循環量が２０％程度となり、排ガス循環をしてい
ない時に比べ約３０％のＮＯｘ低減が達成できた。な
お、エジェクター効果としての排ガスの循環量は、燃焼
容量が変化しても（１／４〜４／４負荷）約２０％の循
環量が安定して得られた。排ガスの循環量は熱交換器４
で熱交換された燃焼用空気のＯ2 濃度を測定することに
より算出した。
可能な熱交換器を示す。熱交換器４により燃焼用空気ａ
を排ガスｂと熱交換し予熱すると共に排ガスｂの一部を
内筒（戻り管）部のエジェクターを通じ燃焼用空気側へ
循環する。つまり、この排ガスを別配管で導入する場合
は圧送する装置が必要となるが、高効率エジェクターを
使用すれば、簡単な機構で排ガス混入量を効果的に増大
でき、燃焼用空気のＯ2 濃度を１８％に低減させ、燃料
着火バーナ２での燃焼速度を遅くすることにより、低Ｎ
Ｏｘ燃焼が可能になる。図４に示すようにエジェクター
部の穴径を最適設計することにより（例えば、排ガス吸
引孔の径：約１３φ×４、ノズル部の径：約３９φ）、
排ガス循環量が２０％程度となり、排ガス循環をしてい
ない時に比べ約３０％のＮＯｘ低減が達成できた。な
お、エジェクター効果としての排ガスの循環量は、燃焼
容量が変化しても（１／４〜４／４負荷）約２０％の循
環量が安定して得られた。排ガスの循環量は熱交換器４
で熱交換された燃焼用空気のＯ2 濃度を測定することに
より算出した。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、既
存の熱交換器の設置スペースを使い、配管系統はそのま
まで大幅な設備改造をすることもなしに、高温の排ガス
を低温まで熱回収し燃焼用空気を高温化でき、効果的な
省エネルギーが図れる。さらに、熱交換器部分で排ガス
自己循環を行い、Ｏ2 濃度コントロールが可能なので、
燃焼バーナでの低ＮＯｘ燃焼が実現できる。従って、Ｎ
Ｏｘ発生を押さえる手段が保有できるので、高温の排ガ
スを低温まで熱回収し燃焼用空気を高温化でき、効率的
な省エネルギーが図られる。
存の熱交換器の設置スペースを使い、配管系統はそのま
まで大幅な設備改造をすることもなしに、高温の排ガス
を低温まで熱回収し燃焼用空気を高温化でき、効果的な
省エネルギーが図れる。さらに、熱交換器部分で排ガス
自己循環を行い、Ｏ2 濃度コントロールが可能なので、
燃焼バーナでの低ＮＯｘ燃焼が実現できる。従って、Ｎ
Ｏｘ発生を押さえる手段が保有できるので、高温の排ガ
スを低温まで熱回収し燃焼用空気を高温化でき、効率的
な省エネルギーが図られる。
【００２０】また、このように省エネルギーを強化する
と、燃料及び燃焼用空気の低減が図られ、さらに、排ガ
ス温度を低下させるために現在行われている空気希釈も
無くなり、排気系の排ガス温度低下と流量低減を実現で
き、排ガスブロワー９の負荷軽減及び熱処理炉配管系の
コンパクト化が図れる。なお、上記の排ガスを自己循環
することにより、バーナ部での燃焼が緩慢となりラジア
ントチューブ表面温度分布が平均化され、ラジアントチ
ューブ寿命が長くなる。
と、燃料及び燃焼用空気の低減が図られ、さらに、排ガ
ス温度を低下させるために現在行われている空気希釈も
無くなり、排気系の排ガス温度低下と流量低減を実現で
き、排ガスブロワー９の負荷軽減及び熱処理炉配管系の
コンパクト化が図れる。なお、上記の排ガスを自己循環
することにより、バーナ部での燃焼が緩慢となりラジア
ントチューブ表面温度分布が平均化され、ラジアントチ
ューブ寿命が長くなる。
【図１】本発明の一実施例を示す全体構成図、
【図２】図１の熱回収強化型熱交換器の側面図、
【図３】熱回収強化型熱交換器の断面図、
【図４】高効率エジェクターを内蔵した熱回収強化型熱
交換器の側面図、
交換器の側面図、
【図５】内筒（戻り管）の排ガス吸引孔開口部のＡ−Ａ
´断面図、
´断面図、
【図６】従来の熱交換器の側面図、
【図７】従来の熱交換器の温度パターンの例、
【図８】熱回収強化型熱交換器の温度パターンの例を示
す図である。
す図である。
1 ラジアントチューブ 2 燃料着火バーナ 3 燃料供給配管 4 熱交換器 5 空気供給配管 6 つなぎ管 7 炉壁 8 燃焼用空気ブロワー 9 排ガスブロワー 1 0 外筒 1 1 中筒 1 2 内筒 1 3 排ガス排出管 1 4 熱処理炉 1 5 外筒の空気側フィン 1 6 連通部（連通管） １７ すかし部 １８ ノズル １９ 排ガス吸引孔 a 燃焼用空気 b 排ガス c 燃料ガス
Claims (6)
- 【請求項１】 熱処理炉用ラジアントチューブの排ガス
排出管部での燃焼用空気の予熱方法において、ラジアン
トチューブの排ガス排出部に設置した内筒、中筒、外筒
からなる３重管構造の熱交換器の内筒と中筒との間隙、
および外筒の外側に熱処理炉の排ガスを通過させて排出
するとともに、外筒と中筒との間隙に燃焼用空気を炉内
方向へ供給し、さらに該熱交換器の炉内側先端部に設け
た内筒への連通部から内筒内へ燃焼用空気を供給して、
前記排ガスとの熱交換により燃焼用空気を予熱すること
を特徴とする熱処理炉用ラジアントチューブにおける燃
焼用空気予熱方法。 - 【請求項２】 ラジアントチューブの内筒に燃焼用空気
を供給する際に、内筒と中筒との間隙を通過する熱処理
炉の排ガスを内筒に設けた複数の排ガス吸引孔より吸引
して内筒内の燃焼用空気の酸素分圧を低下させることを
特徴とする請求項１記載の熱処理炉用ラジアントチュー
ブにおける燃焼用空気予熱方法。 - 【請求項３】 熱処理炉用ラジアントチューブ排ガス排
出管内部に配設した燃焼用空気を予熱する熱交換器にお
いて、熱交換器が内筒、中筒、外筒の３重管からなり、
外筒と中筒との間隙を炉外側で燃焼用空気供給口に接続
し、かつ熱交換器の炉内側先端部で外筒と中筒との間隙
を内筒と連通させて設け、中筒と内筒との間隙を炉外側
で排ガス排出口に接続し、かつ熱交換器の炉内側先端部
に中筒と内筒の間隙へ排ガスを導入する開口部を設け、
内筒の炉外側の燃焼用空気取り出し口をラジアントチュ
ーブの燃料着火用バーナへのつなぎ管と接続して設けた
ことを特徴とする熱処理炉用ラジアントチューブにおけ
る熱交換器。 - 【請求項４】 請求項３記載の燃焼用空気供給口および
燃焼用空気取り出し口を排ガス排出管の排ガス排出出口
に隣接させて配置したことを特徴とする熱処理炉用ラジ
アントチューブにおける熱交換器。 - 【請求項５】 外筒と中筒との間隙と内筒との連通部の
内筒側に、内筒内面に対して摺動可能な円筒状のすかし
部を設けたことを特徴とする請求項３または請求項４に
記載の熱処理炉用ラジアントチューブにおける熱交換
器。 - 【請求項６】 円筒状のすかし部の円筒側先端の径を絞
るとともに、該すかし部の先端近傍の内筒に複数の排ガ
ス吸引孔を設けたことを特徴とする請求項５記載の熱処
理炉用ラジアントチューブにおける熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8084370A JPH08338615A (ja) | 1995-04-12 | 1996-04-08 | 熱処理炉用ラジアントチューブにおける燃焼用空気予熱方法及び熱交換器 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8716295 | 1995-04-12 | ||
| JP7-87162 | 1995-04-12 | ||
| JP8084370A JPH08338615A (ja) | 1995-04-12 | 1996-04-08 | 熱処理炉用ラジアントチューブにおける燃焼用空気予熱方法及び熱交換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08338615A true JPH08338615A (ja) | 1996-12-24 |
Family
ID=26425419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8084370A Withdrawn JPH08338615A (ja) | 1995-04-12 | 1996-04-08 | 熱処理炉用ラジアントチューブにおける燃焼用空気予熱方法及び熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08338615A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013087985A (ja) * | 2011-10-14 | 2013-05-13 | Chugai Ro Co Ltd | ラジアントチューブバーナ及びその運転方法 |
| CN113432442A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-09-24 | 山东中杰特种装备股份有限公司 | 一种燃气退火炉用高效空气预热器 |
| CN113531528A (zh) * | 2021-07-23 | 2021-10-22 | 杭州中景科技有限公司 | 一种带烟气回流扩散式低NOx自身预热辐射管烧嘴及方法 |
-
1996
- 1996-04-08 JP JP8084370A patent/JPH08338615A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013087985A (ja) * | 2011-10-14 | 2013-05-13 | Chugai Ro Co Ltd | ラジアントチューブバーナ及びその運転方法 |
| CN113432442A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-09-24 | 山东中杰特种装备股份有限公司 | 一种燃气退火炉用高效空气预热器 |
| CN113531528A (zh) * | 2021-07-23 | 2021-10-22 | 杭州中景科技有限公司 | 一种带烟气回流扩散式低NOx自身预热辐射管烧嘴及方法 |
| CN113531528B (zh) * | 2021-07-23 | 2024-04-12 | 杭州中景科技有限公司 | 一种带烟气回流扩散式低NOx自身预热辐射管烧嘴及方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030701 |