JPH09166319A - 二重円筒型間接加熱炉 - Google Patents

二重円筒型間接加熱炉

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Publication number
JPH09166319A
JPH09166319A JP7327505A JP32750595A JPH09166319A JP H09166319 A JPH09166319 A JP H09166319A JP 7327505 A JP7327505 A JP 7327505A JP 32750595 A JP32750595 A JP 32750595A JP H09166319 A JPH09166319 A JP H09166319A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
combustion
furnace
burner
burners
regenerative
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7327505A
Other languages
English (en)
Inventor
Hitoshi Oishi
均 大石
Kuniaki Okada
邦明 岡田
Yukio Ishiguchi
由紀男 石口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NKK Corp, Nippon Kokan Ltd filed Critical NKK Corp
Priority to JP7327505A priority Critical patent/JPH09166319A/ja
Publication of JPH09166319A publication Critical patent/JPH09166319A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Landscapes

  • Air Supply (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
  • Muffle Furnaces And Rotary Kilns (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蓄熱式燃焼バーナを配備した加熱炉におい
て、炉内の温度分布を均一にする。 【解決手段】 交番燃焼し、燃焼ガスの円周に沿った噴
出方向が互いに逆方向となるように上下に近接して配置
された2本1組の蓄熱式燃焼バーナ4a、4b(5a、
5b)を、炉壁2の高さ方向に間隔をおいて2組配置し
た二重円筒型間接加熱炉において、前記2組の蓄熱式燃
焼バーナ4a、4bと5a、5b間の距離Lb と炉壁2
の高さLo との比Lb /Lo が0.35〜0.6で、か
つ上下2組の蓄熱式燃焼バーナ4a、4bと5a、5b
のバ−ナスロートの中心から炉の中心軸に向けて引いた
それぞれの垂線の挟む角度がほぼ180度となるように
配置した二重円筒型間接加熱炉。

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、蓄熱式燃焼バー
ナを配置した二重円筒型間接加熱炉(マッフル炉)に関
する。
【0002】
【従来の技術】交番燃焼する蓄熱式燃焼バーナを配置し
た加熱炉(熱処理炉も含む、以下同じ)としては、特開
平7ー103430号公報に開示されたコイルを焼鈍す
るためのコイル焼鈍炉がある(以下第1引用例とい
う)。この焼鈍炉は、図5に示すように、コイル21を
バッチ焼鈍するための炉であり、炉内に装入されたコイ
ル21は、インナーカバー22で覆われ、インナーカバ
ー22内は無酸化雰囲気となっている。炉殻23には、
装入されたコイル21を挟んで、複数対の蓄熱式燃焼器
24(図5においては1対しか示していないので、24
aおよび24bで代表する)が配置されている。この蓄
熱式燃焼器24aおよび24bは、燃焼用バーナ25
と、燃焼排ガスの保有する熱エネルギを吸収して蓄熱す
る蓄熱体(セラミックハニカム)26とから構成されて
いる。
【0003】インナーカバー22は、燃焼用バーナ25
で燃焼した燃焼ガスにより直接加熱され、その熱が雰囲
気攪拌ファン27により攪拌されている無酸化雰囲気に
伝達され、コイル21が均一に加熱されるようになって
いる。
【0004】また、交番燃焼する蓄熱式燃焼バ−ナを有
する加熱炉の他の例としては、特開平6−257951
号公報に開示されたものがある(以下第2引用例とい
う)。
【0005】この技術による加熱炉は、アルミ溶解炉の
上下方向に交番燃焼する蓄熱式燃焼バーナを2本1対と
して配置し、これらの蓄熱式燃焼バーナによる燃焼、燃
焼排ガス排気を頻繁に切り替え、炉の上下方向の温度分
布を均一にしようとするものである。
【0006】さらに、交番燃焼する蓄熱式燃焼バ−ナを
有する加熱炉のその他の例としては、特開平7−485
5号公報に開示されたものがある(以下第3引用例とい
う)。この技術に基づく間接加熱炉は、蓄熱式燃焼バ−
ナを2本1組としてマッフルの上部および下部に配置
し、上部および下部の蓄熱式燃焼バ−ナは、燃料の噴射
および燃焼排ガスの吸引がそれぞれ逆方向となるように
配置したものであり、これにより燃焼ガスが循環しない
デッドスペースを無くし、炉温の均一化を図ったもので
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
た従来の二重円筒型間接加熱炉には、次のような問題点
があった。
【0008】(1)第1引用例 燃焼サイクルにある燃焼バ−ナから発生する燃焼排ガス
は、内外筒間の燃焼室を半周した後に燃焼排ガス排気中
の燃焼バーナに大部分が吸引される。燃焼側と吸引側が
接近しているため燃焼排ガスの偏流が発生しやすく、炉
内の被加熱物が均一に加熱されない。
【0009】(2)第2引用例 加熱容量の小さい炉であれば、この技術を適用すること
により、炉内温度の均一化を図ることが可能と考えられ
るが、外径や炉高の大きい加熱容量の大きい炉において
は、燃焼バーナの炉の高さ方向の設置間隔等を具体的に
規定しないと、炉温の均一化は図れないと考えられる
が、そのようなことは示唆されていない。
【0010】(3)第3引用例 炉内における燃焼排ガスの循環しないデッドスペースは
無くなるが、炉内の燃焼排ガスの循環する方向が常に同
じであるため、燃焼排ガスが循環を開始する炉内の領域
では高温、循環が終了する炉内の領域では低温となり、
十分な炉温の均一性が得られない。
【0011】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、蓄熱式燃焼バ
ーナを配備した炉高の高い炉において、炉内の炉温の分
布が均一となる二重円筒型間接加熱炉を提供することを
目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明に係る二重円筒
型間接加熱炉は、交番燃焼し、燃焼ガスの噴出方向が互
いに逆方向となるように近接して配置された2本1組の
蓄熱式燃焼バーナを、炉壁の高さ方向に間隔をおいて2
組以上配置した二重円筒型間接加熱炉である。
【0013】また、前記蓄熱式燃焼バーナが2組であ
り、それらの高さ方向距離Lb と炉壁の高さLo との比
b /Lo が0.35〜0.6で、かつ上下2組の蓄熱
式燃焼バーナを円周方向の対向する位置に配置した二重
円筒型間接加熱炉とする。
【0014】2本1組の蓄熱式燃焼バーナを近接して配
置し、かつ燃焼ガスの円周に沿った噴出方向が互いに逆
方向となるように配置したので、一定時間毎に燃焼を切
り替えることにより、燃焼ガスの円周に沿った流れが逆
方向となり、円周方向の同一位置が交互に燃焼排ガスの
燃焼開始位置となるとともに燃焼終了位置となるので、
円周方向の炉温の均一化を図ることができる。
【0015】また、蓄熱式燃焼バーナは燃焼排ガスの大
部分が吸引側のバーナーで炉外に排出される。連続燃焼
バーナに比べ炉内上下方向のガス流れが少ないので、上
下二組以上を独立して燃焼負荷を調節することによっ
て、炉内の上下方向の温度分布が均一になる。
【0016】また、蓄熱式燃焼バーナを2組上下に配置
した場合、前記2組の蓄熱式燃焼バーナの高さ方向距離
b と炉壁の高さLo との比Lb /Lo が0.35〜
0.6で、かつ上下2組の蓄熱式燃焼バーナを円周方向
の対向する位置に配置した二重円筒型間接加熱炉とする
ことによって最も攪拌性が高い均一な加熱ができること
が実験的に確かめられた。
【0017】
【発明の実施の形態】この発明の第一の実施形態の二重
円筒型間接加熱炉を図1により説明する。
【0018】図1(a)は、この二重円筒型間接加熱炉
の縦断面図、図1(b)は、この二重円筒型間接加熱炉
の横断面図である。
【0019】この加熱炉においては、インナ−カバ−1
と炉壁2との間の燃焼室3で燃焼された燃焼ガスが、イ
ンナ−カバ−1の長手方向および円周方向に沿って均等
に当たるように、蓄熱式燃焼バーナ4a、4bを交番燃
焼する第1のバーナ対、5a、5bを第二のバーナ対と
して、炉壁2の炉高方向に沿って両バーナ対間の間隔が
一定間隔Lb となるように配置している。そして、この
b は、炉高をLO とした場合、Lb /LO が0.35
〜0.6の範囲に入るように選定している。
【0020】また、蓄熱式燃焼バーナ4aと4bとは、
燃焼ガスのインナ−カバ−1の円周方向に添った流れの
方向が逆方向となっており、蓄熱式燃焼バーナ4aで燃
焼しているときには、蓄熱式燃焼バーナ4bは蓄熱式燃
焼バーナ4aの燃焼排ガスを吸引し、燃焼排ガスを蓄熱
体6bを通過させて、燃焼排ガスの有する顕熱を蓄熱体
6bに蓄熱するようにしている。逆に蓄熱式燃焼バーナ
4bで燃焼しているときには、蓄熱式燃焼バーナ4aは
蓄熱式燃焼バーナ4bの燃焼排ガスを吸引し、燃焼排ガ
スを蓄熱体6aを通過させて、燃焼排ガスの有する顕熱
を蓄熱体6aに蓄熱するようにしている。
【0021】蓄熱体6aや6bに蓄熱された熱エネルギ
ーは、燃焼用空気の予熱に使用され、予熱された燃焼用
空気はそれぞれのバーナ4aおよび4bでの燃焼時に使
用される。
【0022】蓄熱式燃焼バーナ5aと5bも、それぞれ
の燃焼ガスのインナ−カバ−1の円周に沿った流れの方
向が、蓄熱式燃焼バーナ4aと4bの場合と同じよう
に、逆方向となっている。そして、蓄熱式燃焼バーナ5
aと5bの燃焼と排ガス吸引の関係は、蓄熱式燃焼バー
ナ4aと4bの関係と同じようになっており、蓄熱体7
aや7bに蓄熱された熱エネルギーは、蓄熱体6aや6
bと同様に燃焼用空気の予熱に使用され、予熱された燃
焼用空気はそれぞれのバーナ5aおよび5bでの燃焼時
に使用される。
【0023】また、蓄熱式燃焼バーナ5aと5bの設置
位置は、蓄熱式燃焼バーナ4aと4bが設置された位置
から、炉壁2の円周方向に沿って180度離れた位置で
ある。そして、図1(a)に示すように、蓄熱式燃焼バ
ーナ4aが紙面に向かって燃焼ガスを噴出しているよう
に配置したときには、蓄熱式燃焼バーナ5aは、逆に紙
面の方から燃焼ガスを噴出している。このとき蓄熱式燃
焼バーナ4bは紙面に向かって燃焼ガスを吸引してお
り、蓄熱式燃焼バーナ5bは紙面に向かって燃焼ガスを
吸引している(図において、○中に・印を表示したもの
は燃焼ガスが紙面の方から流れ出していることを表し、
○中に×印を表示したものは燃焼ガスが紙面に向かって
流れて込んでいることを表す)。
【0024】蓄熱式燃焼バーナ4aと5aとは、約30
秒毎に、同一タイミングで燃焼と排ガス吸引を繰り返
し、蓄熱式燃焼バーナ4bと5bも、また同一タイミン
グで燃焼と排ガス吸引を繰り返す。そして、蓄熱式燃焼
バーナ4aと5aとで燃焼しているときには、蓄熱式燃
焼バーナ4bと5bでは排ガスを吸引し、逆に蓄熱式燃
焼バーナ4bと5bとで燃焼しているときには、蓄熱式
燃焼バーナ4aと5aでは排ガスを吸引する。
【0025】なお、図1(b)の符号10および11は
各バーナへの燃料の流量を調整する流量調整弁である。
【0026】蓄熱式バーナは高温の予熱空気が得られ、
雰囲気ガスを巻き込みながら緩慢な燃焼をするので、燃
焼ガスの長手方向について通常の連続燃焼バーナよりも
温度差の小さい加熱を行うことができる。この実施例
は、上記のように構成したので、一定時間毎に燃焼を切
り替えることにより、燃焼ガスの円周に沿った流れが逆
方向となり、円周方向の同一位置が交互に燃焼排ガスの
燃焼開始位置となるとともに燃焼終了位置となるので、
さらに円周方向の炉温の均一化を図ることができる。
【0027】また、蓄熱式燃焼バーナは燃料の種類にも
よるが、製鉄所の副生ガス(Cガス)を用いた場合、燃
焼排ガスの約80%が吸引側のバーナーで炉外に排出さ
れる。煙道以外に炉外への排出口を持たない連続燃焼バ
ーナに比べ炉内上下方向のガス流れが少ないので、各バ
ーナ組の付近の温度が燃焼負荷を調整することによって
他部分の影響を受けずに調整できる。炉内の高さ方向の
数点で、炉内温度ないし実体温度を計測し、目標値から
ずれた場合は上下二組以上を独立して燃焼負荷を調節す
ることによって、炉内の上下方向の温度分布が均一にな
る。
【0028】2本1組の蓄熱式燃焼バーナを2組を、炉
の高さ方向にLb /Lo が0.35〜0.6の範囲とな
るように配置し、かつ上段の組と下段の組の蓄熱式燃焼
バーナを円周方向で対向する位置に配置したのは、次の
理由によるものである。
【0029】すなわち、炉の高さ方向の炉温の均一化
を、燃焼バーナの数を極力少なくして達成するために、
炉の高さ方向に一定間隔をおいて上述したような2本1
組の蓄熱式燃焼バーナを2組配置した場合に、炉の高さ
方向の間隔をどの程度にし、かつ上下の組の蓄熱式燃焼
バーナを炉の円周方向にどの程度ずらして(以下設置角
度という)配置すれば、燃焼排ガスの攪拌性が最もよく
なり、したがって最も均熱性が高まるかを炉高5.3
m、内径4.6m、インナーカバー高さ4.7m、同外
径3.6mの加熱炉について検討した。
【0030】そのための実験装置としては、図2(a)
の斜視図および図2(b)の平面図に示す1/40スケ
ールの水モデル装置を使用した。実験に際しては、連続
燃焼中の燃焼ガス速度に対応する速度でバーナ位置から
水を噴出させ、アルミ微粉のトレーサを瞬間的に注入
し、炉内で拡散する状態を観測した。
【0031】そして、上述した燃焼排ガスの攪拌性の良
否を判断する指標として、吸引側バーナ位置で観測した
トレーサの濃度分布から、次の式(1)で求められる値
Kを使用した。
【0032】 K=σ/(S/Sref 1/2 …………(1) ただし、 S:トレーサ分布パターンの作る面積(下
記の数1により定義される) Sref :トレーサ分布パターンの作る基準面積 σ:標準偏差(下記の数2により定義される)
【0033】
【数1】
【0034】
【数2】
【0035】図3は、トレーサー注入後の経過時間tと
炉内でのトレーサーの集積・離散にともなう輝度E
(t)の変化との関係を示すグラフ、換言すればトレー
サーの分布状態を示すグラフである。(a)は燃焼側の
バーナ位置で、(b)、(c)は吸引側バーナ位置で測
定した輝度E(t)の変化状態を示す図であり、(b)
は炉内でトレーサが良く攪拌されている状態が観測され
たとき、(c)はトレーサが炉内の一部しか観測されず
いわゆるショートパスが発生しているときの分布状態を
示す図である。基準化するために、吸引側バーナ位置で
トレーサ分布パターンの作る基準面積をSref とし、
(1)式によって評価すると、炉内のトレーサの攪拌状
態がKに比例して表現できることがわかった。このKの
値は式の構成上、大きい程攪拌性がよくなる。
【0036】図2(a)斜視図に示す炉高LO を一定と
し、上下段のバーナ対の間隔Lb を種々変化させるとと
もに、図2(b)に示す上下段のバーナ対間の設置角度
θを0度と180度に変化させて、上述したKの値がど
のように変化するかを調べた。
【0037】その結果を図4のグラフに示す。図4は、
横軸に上述した炉高LO と上下段のバーナ対間の間隔L
b との比Lb /LO を、縦軸に攪拌性の良否を示すKを
とり、設置角度θと燃焼バーナの流速(実機流速に換
算)とをパラメターとして、整理したものである。
【0038】この図から、Lb /LO が0.35〜0.
6程度にすることにより、均熱性がよくなることが推定
できる。
【0039】また、実機流速4.91m/sで比較する
と、上下段のバーナ設置角度は、0度よりも180度の
対向配置とするほうが、攪拌性がよく、したがって均熱
性がよくなることが分かる。
【0040】以上のような結果から、本発明の範囲をL
b /LO が0.35〜0.6でかつ上下段のバーナを対
向配置としたのである。
【0041】本発明の実施形態の二重円筒型間接加熱炉
は、上述のように構成されているので、インナ−カバ−
1が一様に加熱され、加熱されるコイル12もまた均一
に加熱される。
【0042】
【発明の効果】この発明により、炉内のの円周方向およ
び炉高さ方向の温度分布が均一となるので、被加熱物を
均一に加熱することができる。また、蓄熱式バーナを用
いているので、高い熱効率が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施形態の加熱炉の操業方法を
適用した加熱炉の説明図であり、(a)は本発明の実施
例の二重円筒型間接加熱炉の縦断面図、(b)は本発明
の実施例の二重円筒型間接加熱炉の横断面図である。
【図2】二重円筒型間接加熱炉の攪拌性を調査した水モ
デル装置の説明図であり、(a)は斜視図、(b)は平
面図である。
【図3】トレーサー注入後の経過時間tと炉内でのトレ
ーサーの集積・離散にともなう輝度E(t)の変化との
関係を示すグラフであり、(a)は燃焼側のバーナ位置
で、(b)、(c)は吸引側バーナ位置で測定した輝度
E(t)の変化状態を示す図である。
【図4】Lb /LO とKの関係を、バーナの炉円周方向
の設置位置をパラメターとして表したグラフである。
【図5】従来の二重円筒型間接加熱炉の側断面図であ
る。
【符号の説明】
1 インナ−カバ− 2 炉壁 3 燃焼室 4a、4b 蓄熱式燃焼バーナ 5a、5b 蓄熱式燃焼バーナ 6a、6b 蓄熱体 7a、7b 蓄熱体 8 三方弁 9 四方弁 10 流量調整弁 11 流量調整弁

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交番燃焼し、燃焼ガスの噴出方向が互い
    に逆方向となるように近接して配置された2本1組の蓄
    熱式燃焼バーナを、炉壁の高さ方向に間隔をおいて2組
    以上配置した二重円筒型間接加熱炉。
  2. 【請求項2】 前記蓄熱式燃焼バーナが2組であり、そ
    れらの高さ方向距離L b と炉壁の高さLo との比Lb
    o が0.35〜0.6で、かつ上下2組の蓄熱式燃焼
    バーナを円周方向の対向する位置に配置したことを特徴
    とする請求項1記載の二重円筒型間接加熱炉。
JP7327505A 1995-12-15 1995-12-15 二重円筒型間接加熱炉 Pending JPH09166319A (ja)

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JP7327505A JPH09166319A (ja) 1995-12-15 1995-12-15 二重円筒型間接加熱炉

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JP7327505A JPH09166319A (ja) 1995-12-15 1995-12-15 二重円筒型間接加熱炉

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JP (1) JPH09166319A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111400958A (zh) * 2020-04-15 2020-07-10 天华化工机械及自动化研究设计院有限公司 一种基于ansys的高温碳化炉氧含量分布的模拟方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111400958A (zh) * 2020-04-15 2020-07-10 天华化工机械及自动化研究设计院有限公司 一种基于ansys的高温碳化炉氧含量分布的模拟方法

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