JPH09137937A - 蓄熱式燃焼システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼排ガスに含まれる未燃焼可燃成分を燃焼
させることのできる蓄熱式燃焼システムを得る。 【解決手段】 炉本体５３と燃料供給系、燃焼空気供給
系、燃焼排ガス吸引系とからなり、前記燃焼排ガス吸引
系の燃焼排ガス通路２に蓄熱体３を設け、かつ被加熱物
を還元性雰囲気中で加熱するように構成した蓄熱式燃焼
システムにおいて、前記燃焼排ガス通路２の蓄熱体３を
設けた位置よりも炉５３に近い位置に、燃焼排ガス中の
未燃焼可燃成分を燃焼させるための補助燃焼バーナ４を
設けた蓄熱式燃焼システム。 【効果】 被加熱物を酸化させず、かつ燃焼効率を低下
させない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、蓄熱式燃焼シス
テムに関し、特に被加熱物の酸化を抑え、かつ熱効率の
よい蓄熱式燃焼システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】蓄熱式燃焼システムは、燃焼排ガス通路
に付設した蓄熱体に、高温の燃焼排ガスの保有する顕熱
を蓄熱し、燃焼時に燃焼空気をこの蓄熱体を通して高温
に予熱して燃焼に供するので、燃焼効率の高い加熱シス
テムとして近年製鉄所等で採用されている。

【０００３】ところで、蓄熱式燃焼バーナを配置した加
熱炉において、被加熱物を加熱する場合に、燃料と燃焼
空気とが混合された状態で供給され、被加熱物の表面近
傍で燃焼が行われると、被加熱物の表面が容易に酸化さ
れ、発生したスケールが成品の表面に残留して、品質が
低下するという問題がある。

【０００４】上述のような問題があるため、特開平７−
１０２３１３号公報において開示された加熱炉用蓄熱型
交番燃焼バーナにおいては、図６に示すように、燃料供
給孔５１を炉壁５２から炉５３内に３０ｃｍ程度突き出
す状態に設けて、燃料５４が被加熱物５５を覆うように
噴射されるようにしている。

【０００５】そして、燃焼空気孔５６は、炉壁５２から
炉５３内に突き出さないように、かつ燃焼空気５７は前
記燃料５４よりも被加熱物５５から離れた位置に噴射さ
れるように設けられており、燃焼によって発生する火炎
５８は、燃料５４に遮られて直接被加熱物５５に当たら
ないようになっている。すなわち、被加熱物５５近傍の
炉５３内の雰囲気は、還元性雰囲気となっており、これ
により被加熱物５５の酸化が抑制されるというものであ
る。

【０００６】また、特公平７−２６７３０号公報に開示
された炉内燃焼方法は、緩慢燃焼により低ＮＯｘ化を目
的としたものであるが、この技術は燃料供給口の配置を
工夫して、供給した燃料で被加熱体が覆われるようにす
ることにより、被加熱体の酸化を抑え、かつ熱効率の高
い加熱を行うことができるというものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開平７−１０２３１３号公報において開示された加
熱炉用蓄熱型交番燃焼バーナを配置した加熱炉で、被加
熱物を加熱しようとする場合、次のような問題点があっ
た。すなわち、炉内に噴射された燃料がすぐに燃焼され
ないので、バーナと被加熱物の相対位置関係によって
は、未燃焼の燃料を含有した燃焼排ガスが、排気状態に
ある他の燃焼バーナに吸引されて炉外に排出されること
がある。未燃焼の可燃成分が炉外に排出されることは、
操業上好ましいことではない。さらに未燃焼の可燃成分
の濃度が高い時は、燃料原単位が低くなるという問題点
があった。

【０００８】また、特公平７−２６７３０号公報に開示
された炉内燃焼方法は、炉内の燃焼ガスの流れが不均一
になったり、燃料の組成が変化するような場合には、未
燃焼可燃成分が蓄熱体を通って炉外に排出され、上記同
様の問題が発生する。

【０００９】この発明は、従来技術の上述のような問題
点を解消するためになされたものであり、被加熱物の酸
化を抑制できるとともに、燃焼効率の高い蓄熱式燃焼シ
ステムを提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る第一の蓄
熱式燃焼システムは、炉本体と燃料供給系、燃焼空気供
給系、燃焼排ガス吸引系とからなり、前記燃焼排ガス吸
引系の燃焼排ガス通路に蓄熱体を設け、かつ被加熱物を
還元性雰囲気中で加熱するように構成した蓄熱式燃焼シ
ステムにおいて、前記燃焼排ガス通路の蓄熱体を設けた
位置よりも炉に近い位置に、燃焼排ガス中の未燃焼可燃
成分を燃焼させるための補助燃焼バーナを設けたもので
ある。

【００１１】被加熱物を酸化させないため、被加熱物付
近を還元性雰囲気とする。そのため、全体として空気比
が１．１程度であったとしても、流れの具合によって
は、燃焼排ガス吸引系により炉外に排出する燃焼排ガス
中に、未燃焼可燃成分が含まれる可能性がでてくる。

【００１２】そして、燃焼排ガスは炉内のガス流の如何
によらず、大部分が蓄熱体部分に集まる。

【００１３】この発明においては、燃焼排ガス吸引系の
蓄熱体入口より前方において、補助燃焼バーナの熱源に
より、燃焼排ガス中の未燃焼可燃成分を燃焼させる。

【００１４】また、この発明に係る第二の蓄熱式燃焼シ
ステムは、炉本体と燃料供給系、燃焼空気供給系、燃焼
排ガス吸引系とからなり、前記燃焼排ガス吸引系の燃焼
排ガス通路に蓄熱体を設け、かつ被加熱物を還元性雰囲
気中で加熱するように構成した蓄熱式燃焼システムにお
いて、前記燃焼排ガス通路の蓄熱体を設けた位置よりも
炉に近い位置に、燃焼排ガス中の未燃焼可燃成分を燃焼
させるための高温の補助燃焼空気を供給する高温補助燃
焼空気供給手段を設けたものである。

【００１５】この蓄熱式燃焼システムにおいても、第一
の蓄熱式燃焼システムにおける補助燃焼バーナに替え
て、燃料の着火点よりも高温に予熱された燃焼空気によ
り、燃焼排ガス吸引系の蓄熱体入口より前方において、
燃焼排ガス中の未燃焼可燃成分を燃焼させる。

【００１６】なお、ここでいう燃焼空気とは、酸素含有
ガスを意味するものであって、燃焼排ガスに純酸素を少
量添加したものであってもかまわない。

【００１７】

【発明の実施の形態】この発明の第一の実施形態の蓄熱
式燃焼システムおよびその操業方法を、未燃焼可燃成分
の燃焼に補助燃焼バーナを使用した場合の例で、図１お
よび図２により説明する。図１はこの蓄熱式燃焼システ
ムの蓄熱式燃焼バーナ部分の拡大図であり、図２はこの
蓄熱式燃焼システムの全体構成を示す説明図である。

【００１８】この蓄熱式燃焼システムにおいては、蓄熱
式燃焼バーナ１は、図１に示すように、炉壁５２を貫通
して設けられた燃料噴射口７と、炉５３内の燃焼排ガス
を排出したり、炉５３内に燃焼空気を供給するための流
体通路２と、流体通路２内に設けられた蓄熱体３と、蓄
熱体３を設けた位置よりも炉５３に近い位置に設けら
れ、燃焼排ガス中の未燃焼可燃成分を燃焼させる補助燃
焼バーナ４とから構成されている。

【００１９】また、補助燃焼バーナ４は、補助燃料供給
通路５と補助燃焼空気通路６とから構成されている。

【００２０】そして、流体通路２内を蓄熱体３に向かっ
て流れる燃焼排ガスの中に、未燃焼可燃成分がある場合
には、十分に過剰空気を供給し、補助燃焼バーナ４を点
火させて、未燃焼可燃成分を着火させて燃焼させ、未燃
焼可燃成分が排ガスとともに蓄熱体３を通って排出され
ないようにすることができる。

【００２１】したがって、この蓄熱式燃焼システムにお
いては、酸化が抑えられかつ未燃焼の可燃成分が完全燃
焼されて排出される。特に炉内ガス温度が低く、燃料の
自己着火が不可能な場合においても、確実に燃焼排ガス
中の未燃焼可燃成分を燃焼させることができるので、未
燃焼可燃成分が燃焼排ガスとともに排出されることがな
くなる。さらに、蓄熱体での燃焼排ガスの保有する顕熱
の熱回収量が増加するとともに、炉の燃焼効率が高ま
る。

【００２２】次に、この蓄熱式燃焼システムの操業方法
を、図２により説明する。図２は、交番燃焼させる蓄熱
式燃焼バーナ１ａおよび１ｂを使用した蓄熱式燃焼シス
テムの全体構成図であり、蓄熱式燃焼バーナ１ａで燃焼
排ガスの排気を、蓄熱式燃焼バーナ１ｂで燃焼を行って
いる状態を示している。そして、被加熱物１９の表面近
傍に向かって燃料遮断弁１６ｂを通った燃料が燃料噴射
口７ｂから供給され、流体通路２ｂを通って供給される
燃焼空気が直接被加熱物に接触しないようになってお
り、被加熱物１９付近は還元性雰囲気となっている。

【００２３】切替弁１１と流体通路２ａおよび２ｂを接
続する流体配管１２ａおよび１２ｂから、それぞれ流量
調節弁１３ａおよび１３ｂを配置した補助燃焼空気配管
１４ａおよび１４ｂが分岐され、補助燃焼空気配管１４
ａおよび１４ｂは、それぞれ補助燃焼バーナ４ａの補助
燃焼空気通路６ａおよび補助燃焼バーナ４ｂの補助燃焼
空気通路６ｂに接続されている。

【００２４】また、燃料配管１５ａおよび１５ｂのそれ
ぞれの燃料遮断弁１６ａおよび１６ｂの手前から、補助
燃料遮断弁１７ａおよび１７ｂを配置した補助燃料配管
１８ａおよび１８ｂが分岐され、補助燃料配管１８ａお
よび１８ｂは、それぞれ補助燃料供給通路５ａおよび５
ｂに接続されている。

【００２５】上述したような構成において、燃焼排ガス
を排気している蓄熱式燃焼バーナ１ａの流体通路２ａの
蓄熱体３ａの出側に設けた成分分析器（図示せず）によ
り、燃焼排ガス中の未燃焼可燃成分が検出されたときに
は、燃焼を行っている蓄熱式燃焼バーナ１ｂの流体配管
１２ｂから分岐した補助燃焼空気配管１４ｂの流量調節
弁１３ｂを開いて、補助燃焼空気を補助燃焼バーナ４ａ
の補助燃焼空気通路６ａに供給する。同時に、補助燃料
配管１８ａの補助燃料遮断弁１７ａを開いて、補助燃料
を補助燃焼バーナ４ａの補助燃料供給通路５ａに供給す
る。

【００２６】上述のようにして、補助燃焼バーナ４ａに
点火して、燃焼排ガス中の未燃焼可燃成分を着火させて
燃焼させる。

【００２７】図２に示している状態から、蓄熱式燃焼バ
ーナ１ａにより燃焼を行い、蓄熱式燃焼バーナ１ｂによ
り燃焼排ガスの排出を行うように切り替えられたら、蓄
熱式燃焼バーナ１ｂの補助燃焼バーナ４ｂにより燃焼排
ガス中の未燃焼可燃成分を燃焼させるよう、補助燃焼空
気配管１４ａの流量調節弁１３ａを開くとともに、補助
燃料配管１８ｂの補助燃料遮断弁１７ｂを開けばよい。

【００２８】また、燃焼排ガス中の未燃焼可燃成分の濃
度によって、補助燃焼バーナの空気比を変更する必要が
あるが、そのときには流量調節弁１３ａまたは１３ｂの
開度を変えることにより、変更すればよい。

【００２９】次に、この発明の第二の実施形態の蓄熱式
燃焼システムおよびその操業方法を、未燃焼可燃成分の
燃焼に補助燃焼空気供給手段を使用した場合の例で、図
３および図４により説明する。図３はこの蓄熱式燃焼シ
ステムの蓄熱式燃焼空気供給口の拡大図であり、図４は
この蓄熱式燃焼システムの全体構成を示す説明図であ
る。

【００３０】この蓄熱式燃焼システムにおいては、蓄熱
式燃焼空気供給口２１は、図３に示すように、炉５３内
の燃焼排ガスを排出したり、炉５３内に燃焼空気を供給
するための流体通路２２と、流体通路２２内に設けられ
た蓄熱体２３と、蓄熱体２３を設けた位置よりも炉５３
に近い位置に設けられ、燃焼排ガス中の未燃焼可燃成分
を燃焼させる補助燃焼空気供給手段２４とから構成され
ている。

【００３１】また、補助燃焼空気供給手段２４は、補助
燃焼空気通路２５と、この補助燃焼空気通路２５に設け
た補助燃焼空気加熱装置２６とから構成されている。

【００３２】そして、流体通路２２内を蓄熱体２３に向
かって流れる燃焼排ガスの中に、未燃焼可燃成分がある
場合には、補助燃焼空気加熱装置２６により高温に加熱
した高温の燃焼空気を、補助燃焼空気通路２５から流体
通路２２内に供給する。

【００３３】この実施形態で操業されるのは、炉５３内
の燃焼ガスの温度が、燃料の自己着火温度以上となって
いる場合であるので、高温の補助燃焼空気を供給するこ
とにより、燃焼排ガス中の未燃焼可燃成分は着火して燃
焼する。

【００３４】したがって、この蓄熱式燃焼空気供給口を
使用することにより、特別に補助燃焼バーナを必要とせ
ずに、未燃焼可燃成分を着火させて燃焼させ、未燃焼可
燃成分が排ガスとともに蓄熱体２３を通って排出されな
いようにすることができる。

【００３５】この場合も、蓄熱体２３での燃焼排ガスの
保有する顕熱の熱回収量が増加するとともに、炉の燃焼
効率が高まる。

【００３６】次に、この蓄熱式燃焼空気供給口を交番使
用する燃焼システムの操業方法を、図４により説明す
る。図４は、燃焼空気を交番供給させる蓄熱式燃焼空気
供給口２１ａおよび２１ｂを使用した蓄熱式燃焼システ
ム全体構成図であり、蓄熱式燃焼空気供給口２１ａで燃
焼排ガスの排気を、蓄熱式燃焼空気供給口２１ｂで燃焼
空気を供給している状態を示している。そして、この蓄
熱式燃焼システムの炉５３内は複数の開口５３ａを有す
る仕切り壁５３ｂにより、燃焼室５３ｃと加熱室５３ｄ
とに分かれており、加熱室５３ｄ内に被加熱物３９が装
入されている。被加熱物３９を加熱するための燃料は、
加熱室５３ｄの天井５２ａから燃料配管３５により供給
される。また、燃焼空気は蓄熱式燃焼空気供給口２２ｂ
から燃焼室５３ｃ内に供給され、加熱室５３ｄから仕切
り壁５３ｂの開口５３ａを通って燃焼室５３ｃ内に入っ
てきた燃料を燃焼させる。そして、発生した熱が仕切り
壁５３ｂを通して被加熱物３９を加熱する。

【００３７】被加熱物３９は、供給される燃料によりそ
の表面を覆われるので、被加熱物３９の付近は還元性の
雰囲気になっており、酸化が抑制されるようになってい
る。

【００３８】切替弁３１と流体通路２２ａおよび２２ｂ
を接続する流体配管３２ａおよび３２ｂから、それぞれ
流量調節弁３３ａおよび３３ｂを配置した補助燃焼空気
配管３４ａおよび３４ｂが分岐され、補助燃焼空気配管
３４ａおよび３４ｂは、それぞれ高温補助燃焼空気供給
手段２４ａおよび２４ｂの補助燃焼空気通路２５ａおよ
び２５ｂに接続されている。

【００３９】上述したような構成において、燃焼排ガス
を排気している蓄熱式燃焼空気供給口２１ａの流体通路
２２ａの蓄熱体２３ａの出側に設けた成分分析器（図示
せず）により、燃焼排ガス中の未燃焼可燃成分が検出さ
れたときには、燃焼空気を供給している蓄熱式燃焼空気
供給口２１ｂの流体配管３２ｂから分岐した補助燃焼空
気配管３４ｂの流量調節弁３３ｂを開いて、補助燃焼空
気を高温補助燃焼空気供給手段２４ａの補助燃焼空気通
路２５ａに供給する。

【００４０】そして、補助燃焼空気を補助燃焼空気加熱
装置２６ａで高温に加熱し、補助燃焼空気通路２５ａか
ら流体通路２２ａ内に供給して、燃焼排ガス中の未燃焼
可燃成分を着火させて燃焼させる。

【００４１】図４に示している状態から、蓄熱式燃焼空
気供給口２１ａから燃焼空気の供給を行い、蓄熱式燃焼
空気供給口２１ｂにより燃焼排ガスの排出を行うように
切り替えられたら、蓄熱式燃焼空気供給口２１ｂの高温
補助燃焼空気供給手段２４ｂから高温補助燃焼空気を供
給して、燃焼排ガス中の未燃焼可燃成分を燃焼させるよ
う、補助燃焼空気配管３４ａの流量調節弁３３ａを開け
ばよい。

【００４２】また、燃焼排ガス中の未燃焼可燃成分の濃
度によって、補助燃焼バーナの空気比を変更する必要が
あるが、そのときには流量調節弁３３ａまたは３３ｂの
開度を変えることにより、変更すればよい。なお、図４
中符号３６は燃料遮断弁である。

【００４３】次に、この発明の第三の実施形態の蓄熱式
燃焼システムを、図５により説明する。この蓄熱式燃焼
システムは、上述したこの発明の第二の実施形態の蓄熱
式燃焼システム補助燃焼空気供給口の構成のみが異なる
だけであるので、図５には補助燃焼空気供給口のみ示し
た。この蓄熱式燃焼空気供給口４１は、炉壁５２に設け
られ、炉５３内の燃焼排ガスを排出したり、炉５３内に
燃焼空気を供給するための流体通路４２と、流体通路４
２内に設けた蓄熱体４３と、流体通路４２付近の炉５３
内に、燃焼排ガス中の未燃焼可燃成分を燃焼させる高温
補助燃焼空気供給手段４４とから構成される。この高温
補助燃焼空気供給手段４４は、補助燃焼空気通路４５
と、この補助燃焼空気通路４５に設けた補助燃焼空気加
熱装置４６とから構成されている。

【００４４】なお、高温補助燃焼空気供給手段の補助燃
焼空気加熱装置は、ヒーター等の加熱手段を備えたもの
でもよいし、補助燃焼空気通路に蓄熱体を設け、燃焼排
ガスの一部を常時この蓄熱体を通して蓄熱しておき、必
要時に補助燃焼空気をこの蓄熱体を通して高温に予熱し
て供給するようにしてもよい。

【００４５】未燃焼の可燃成分が検出された時は、高温
補助燃焼空気供給手段から、高温に予熱された空気が炉
内に供給される。この空気は燃焼排ガスを排出している
流体通路４２に吸い込まれて、未燃焼の可燃成分が燃焼
される。

【００４６】そして、この実施形態の蓄熱式燃焼システ
ムと前述した第二の実施形態の蓄熱式燃焼システムとの
違いは、補助燃焼空気を直接炉５３内に供給するところ
だけであり、その他の部分においては違いがないので、
この実施形態の蓄熱式燃焼システムの操業も、図４によ
り説明した操業方法と大差ないので、詳細説明は省略す
る。

【００４７】また、第二の実施形態の蓄熱式燃焼システ
ムは、燃料多段供給方式のバーナでバーナタイルからの
燃料供給がない場合、第三の実施形態の蓄熱式燃焼シス
テムは、燃料多段供給方式のバーナでバーナタイルから
の燃料供給がある場合に適用すると有効である。

【００４８】

【発明の効果】この発明により、未燃焼の可燃成分が炉
外に排出されることがななる。

【００４９】また、被加熱物の酸化を防止することで
き、その場合に燃料原単位が低下することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態の蓄熱式燃焼システム
で使用する蓄熱式燃焼バーナの拡大図である。

【図２】本発明の第一の実施形態の蓄熱式燃焼システム
の全体構成図である。

【図３】本発明の第二の実施形態の蓄熱式燃焼システム
における蓄熱式燃焼空気供給口の拡大図である。

【図４】本発明の第二の実施形態の蓄熱式燃焼システム
の全体構成図である。

【図５】本発明の第三の実施形態の蓄熱式燃焼システム
における蓄熱式燃焼空気供給口および補助燃焼空気供給
口の拡大図である。

【図６】従来の蓄熱型交番燃焼バーナの説明図である。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ 蓄熱式燃焼バーナ ２、２ａ、２ｂ 流体通路 ３、３ａ、３ｂ 蓄熱体 ４、４ａ、４ｂ 補助燃焼バーナ ５、５ａ、５ｂ 補助燃料供給通路 ６、６ａ、６ｂ 補助燃焼空気通路 ７、７ａ、７ｂ 燃料噴射口 １１ 切替弁 １２ａ、１２ｂ 流体配管 １３ａ、１３ｂ 流量調節弁 １４ａ、１４ｂ 補助燃焼空気配管 １５ａ、１５ｂ 燃料配管 １６ａ、１６ｂ 燃料遮断弁 １７ａ、１７ｂ 補助燃料遮断弁 １８ａ、１８ｂ 補助燃料配管 １９ 被加熱物 ２１、２１ａ、２１ｂ 蓄熱式燃焼空気供給口 ２２、２２ａ、２２ｂ 流体通路 ２３、２３ａ、２３ｂ 蓄熱体 ２４、２４ａ、２４ｂ 高温補助燃焼空気供給手段 ２５、２５ａ、２５ｂ 補助燃焼空気通路 ２６、２６ａ、２６ｂ 補助燃焼空気加熱装置 ３１ 切替弁 ３２ａ、３２ｂ 流体配管 ３３ａ、３３ｂ 流量調節弁 ３４ａ、３４ｂ 補助燃焼空気配管 ３５ 燃料配管 ３６ 燃料遮断弁 ３９ 被加熱物 ４１ 蓄熱式燃焼システム ４２ 流体通路 ４３ 蓄熱体 ４４ 高温補助燃焼空気供給手段 ４５ 補助燃焼空気通路 ４６ 補助燃焼空気加熱装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉本体と燃料供給系、燃焼空気供給系、
   燃焼排ガス吸引系とからなり、前記燃焼排ガス吸引系の
   燃焼排ガス通路に蓄熱体を設け、かつ被加熱物を還元性
   雰囲気中で加熱するように構成した蓄熱式燃焼システム
   において、前記燃焼排ガス通路の蓄熱体を設けた位置よ
   りも炉に近い位置に、燃焼排ガス中の未燃焼可燃成分を
   燃焼させるための補助燃焼バーナを設けたことを特徴と
   する蓄熱式燃焼システム。
2. 【請求項２】 炉本体と燃料供給系、燃焼空気供給系、
   燃焼排ガス吸引系とからなり、前記燃焼排ガス吸引系の
   燃焼排ガス通路に蓄熱体を設け、かつ被加熱物を還元性
   雰囲気中で加熱するように構成した蓄熱式燃焼システム
   において、前記燃焼排ガス通路の蓄熱体を設けた位置よ
   りも炉に近い位置に、燃焼排ガス中の未燃焼可燃成分を
   燃焼させるための高温の補助燃焼空気を供給する高温補
   助燃焼空気供給手段を設けたことを特徴とする蓄熱式燃
   焼システム。