JPS5855333Y2 - 工業炉 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は工業炉に関する。

昨今の省資源化、燃料費用の大幅な上昇に伴い各種の工
業炉はその熱効率を限界まで向上させることが要求され
る。

一般に工業炉の熱効率を向上させる手段の一つとして従
来より熱回収用の熱交換器即ち空気予熱器の使用が知ら
れている。

この空気予熱器は工業炉から排出される高温の燃焼ガス
と炉に送る燃焼用空気を熱交換即ち燃焼ガスの余熱を利
用して燃焼用空気を予熱するもので、伝熱面の形状等に
よりユングストローム形、シェルアンドチューブ形、プ
レート形等の種々の形式がある。

このような空気予熱器を使用すれば燃焼ガスの熱損失を
減少させると共に燃焼用空気温度を高めて燃焼効率を増
加し、過剰空気量を少なくさせ工業炉全体の熱効率を向
上させることができる。

しかしながらこのような従来の空気予熱器においては燃
焼ガスが伝熱部を流通する時に流通抵抗を受けて大きな
圧力損失を生じる欠点がある。

このため、通風ファンを設けて燃焼ガスを強、制約に吸
引する必要がある。

このような通風ファンの取付に伴って通常、地上に設置
される空気予熱器と工業炉及び該通風ファンとを接続す
るダクト工事が必要となり、空気予熱器付設に係る工事
が複雑なものとなり、これらの工事費用だけでも通常工
業炉システム全体の価格のかなりの部分を占める。

又、上記燃焼ガスの吸引通風ファンの駆動用動力費も無
視できないものである。

又、従来の空気予熱器では燃焼ガスの全量が管形、板形
等の伝熱部を流れるため工業炉の最大負荷時に合せてそ
の設計をせざるを得なかった。

この結果、通常極めて短い最大負荷以外の大部分の通常
運転時においては燃焼ガス吸引用及び燃焼用空気押込用
の通風ファンと共に不当に大きな能力を持つことになり
極めて不経済であった。

本考案は以上のような実情に鑑みてなしたものであって
、工業炉の負荷に応して環状空間からなる空気予熱室の
伝熱部への燃焼ガス流量を調節し得る空気予熱部と炉本
体とを有機的に結合し、工業炉システムの燃焼用空気−
燃焼−燃焼ガス系の圧力損失を小さく抑え得ると共に、
熱応力の発生が少ない該空気予熱部を工業炉の通常の煙
道ダクト又は煙突の一部として使用し、燃焼ガスの吸引
通路ファン並びにこれに付帯するダクト工事等を不要と
すると共に、動力の節減を図った熱効率の高い工業炉を
提供するものである。

以下本考案の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図Ａ、Ｂにおいて、１は炉本体、２及び３は夫々炉
本体１からの燃焼ガスが流通する煙道を構成する煙道ダ
クト及び煙突、４は夫々煙道ダクト２及び煙突３に取り
付けられた空気予熱部で、第２図にその基本的構造を示
す。

図において、５は上記煙道ダクｌ−２若しくは煙突３の
一部を構成し、両端の接続フランジ５ａを介して煙道ダ
クト２若しくは煙突３に接続される内筒、６は内筒５の
煙道５Ａの略中央に配設されたガス流量調節用のダンパ
で、外周端の相対向する２位置から延び内筒５及び後述
する外筒９の外壁を貫通して突出する支軸６Ａを介して
外筒９外壁に固設されたブラケット７に回転可能に支持
される。

このダンパ６は適宜回動することにより煙道５Ａを絞る
ことができるようになっており、図の２点鎖線で示す水
平位置に位置させた時には煙道５Ａを塞ぐ。

８はダンパ６をバイパスして該ダンパ６の上流と下流を
連通ずる外周面に多数のフィン１３を放射状に備えかつ
両側に曲りの部分を備えてなる伝熱パイプで、内筒５の
外周縦方向に沿ってこれを取り巻くよう列状に複数配設
される。

９は伝熱パイプ８が配列された内筒５外周に配設され、
該内筒５外周との間に炉本体１の燃焼部に至る燃焼用空
気が流通される環状の空気予熱室９Ａを構成する外筒で
ある。

該外筒９は図の上端及び下端外周部の相対する位置に夫
々空気導入口９ａ及び空気送出口９ｂを備え、燃焼用空
気が空気予熱室９Ａ内を煙道５Ａの燃焼ガス流と逆方向
に流通し得るようになっている。

１０は外筒９′ｙＪｒ−周面に固着された保温材である
。

そして、第１図に示すように、外筒９の空気導入に］９
ａには外部空気を吸込む通風ファン１１からの送風ダク
）ＩＩＡを接続し、空気送出口９ｂには空気送出用ダク
ト１２を接続して、該ダクト１２を炉本体１の燃焼用空
気供給部１Ａに接続する。

次にかかる構成の工業炉の作用について説明する。

炉本体１の煙道ダクト２から空気予熱部４における内筒
５内に導入された燃焼ガスの一部は伝熱パイプ８に流入
し、他部はダンパ６に向けて流れ、夫々伝熱パイプ８内
及び煙道５Ａを通って該煙道５Ａの下流に至り、ここで
合流し、煙道ダクト２を介して外部に排出される。

一方、通風ファン１１を作動すると外部空気は送風ダク
）ＩＩＡを介して外筒９の空気導入口９ａから空気予熱
室９Ａ内に強制的に導入される。

該空気予熱室９Ａ内に導入された空気は送出口９ｂに向
けて流れ、この間に該空気と伝熱パイプ８内並びに煙道
５Ａ内を流れる燃焼ガスとの間に伝熱パイプ８及び内筒
５の外壁を介して熱交換が行われる。

従って、空気予熱室９Ａを流通する空気は加熱され最適
な温度の燃焼用空気となって空気送出口９ｂから炉本体
１の燃焼用空気供給部１Ａに供給され、炉本体１内にお
いて被加熱物の加熱等の炉の目的がなされると共に燃焼
ガスが炉本体１から排出され、前記空気予熱部４に導入
されるわけである。

ここでダンパ６の作用・効果について説明する。

ダンパ６を操作し、その回動角度を変化させることによ
り煙道５Ａにおける燃焼ガス流通面積を変化させれば煙
道５Ａ及び伝熱パイプ８を夫々流れる燃焼ガス流量の割
合が変化する。

そして、特に、ダンパ６を前述したように２点鎖線で示
す水平位置に位置させれば煙道５Ａが塞がれ、燃焼ガス
の全量が伝熱パイプ８内を流れるわけである。

従って炉の極めて短い最大負荷時にはダンパ６を操作し
て煙道５Ａを適宜開き燃焼ガスの一部が該煙道５Ａを通
過するようにして、伝熱パイプ８内を流通する燃焼ガス
量を減らせば当該空気予熱部における燃焼ガスの圧力損
失を小さく抑えることができる。

又、炉の最大負荷時以外の大部分の通常運転時において
は、ダンパ６を操作して煙道５Ａを絞り、該煙道５Ａを
流れる燃焼ガス量を少なく抑えて伝熱パイプ８内を流れ
る燃焼ガス量を増大させることにより、効果的な熱回収
を図ることが可能になる。

第３図は空気予熱部の他の実施例を示すもので、伝熱パ
イプ８を内筒５の周りに２重に亙り配列したものである
。

このように構成すれば伝熱面が増大すると共に、伝熱パ
イプ８側の燃焼ガスの流通面積が増大しかつ必然的に空
気予熱室も大きくなり、しかも燃焼用空気量と燃焼ガス
には一定の比例関係があるので燃焼用空気側と燃焼ガス
側の圧力損失を一挙に小さなものにすることができる。

又、必要であれば伝熱パイプ８を３重、４重等多重に亙
り配列するようにしても良いことは勿論である。

尚、上記の各実施例においては伝熱パイプ８に外周面に
多数のフィンを放射状に備えてなるパイプ即ち、フィン
チューブを採用したことにより、伝熱面積を大幅に増加
できるため、熱交換部自身がコンパクトになるのは勿論
であるが、空気側にフィンが設けられているため、燃焼
ガスの流れる内側に比較して空気側の伝熱面積が大幅に
増大するため、結果として伝熱パイプ８の表面温度をよ
り空気側に近づける効果をもつ。

又、内筒５に関しては通常はダンパ６が閉じた状態で運
転するため、内筒５は表面温度はほば゛空気側の温度と
同一と考えてよい。

外筒９は外部から保温されているため外筒９の表面温度
は空気と同一である。

したがって伝熱パイプ８、内筒５、外筒９の間に熱応力
は殆ど発生しない。

またダンパ６を開いた状態で運転した場合であっても、
内筒５内を流れる燃焼ガスの流速は内筒５と外筒９間を
流れる空気に比較して遅いため、やはり内筒５の表面温
度は空気側とほは゛同一となり熱応力は発生しない。

本考案は以上のように構成したから、下記に列挙した様
々な利点を有する。

（１）炉の極めて短い最大負荷時にはダンパを操作して
煙道を開き、一部の燃焼ガスを該煙道を通過させること
により燃焼ガスの圧力損失に充分対処でき更に、この空
気予熱部は工業炉の通常の煙道ダクト又は煙突の一部と
して使用できるため、燃焼ガス吸引用の通風ファン及び
これを取り付けるためのダクト等付属部品を不要とし、
空気予熱部付段に係る工事が非常に簡単にできると共に
空気予熱部の設計値を通常負荷に合せて適宜設定できる
から実施化が容易である。

（２）中心の煙道を取り巻く伝熱パイプの数を多重的に
増加することにより燃焼ガスの伝熱パイプ内及び燃焼用
空気の空気予熱室における流速が小さくなり、しかも燃
焼用空気量と燃焼ガス量には一定の比例関係があるので
工業炉システムにおける燃焼用空気−燃焼−燃焼ガス系
の圧力損失は一挙により小さくすることができる。

（３）既設の炉を熱効率向上の目的で改造するため空気
予熱部を取り付ける場合、従来は必ず燃焼ガス吸引用の
通風ファンを取り付ける必要があり、この場合地上に該
通風ファンの他に燃焼用空気押込み通風ファン及びこれ
に付帯するダクト等を設置する必要があるため広い設置
面積を必要とし、これまでのような設置面積がない場合
には、この種の改造工事をあきらめなければならない場
合が多かったが、本考案の空気予熱部を使用した場合、
地上に設置するものは燃焼用空気押込み通風ファンのみ
となるため地上の設置面積が狭くてすみ、容易に改造工
事が行える。

ちなみに従来のユングストローム形に比較して３０〜４
０％程度節減される。

（４）通常の工業炉の場合、炉の設計をその最大負荷点
において行うため最大負荷時以外では通常１０〜２０
ｍｍＡｑ程度の余剰通風力を持っているのが常であるか
ら、本考案の空気予熱部は既設の工業炉に容易に適用で
き、熱効率の向上を図ることが可能である。

この場合、余剰通風力のなくなる最大負荷時には煙道の
ダンパを開いて燃焼ガスをバイパスし、当該空気予熱部
中における燃焼ガスの圧力損失を下げる。

又、通常の通風力に余剰のある場合には、ダンパを絞り
、燃焼ガスを伝熱パイプ側に送ることにより余剰通風力
を最大限に有効に活用し、確実に熱回収を図ることが可
能になる。

（５）既設の工業炉に改造工事を行うとして３週間〜１
ケ月程度の長機間を要したが、本考案の空気予熱部を採
用した場合、改造すべき部分が少なくしかも改造部分は
すべて工事にてあらかじめ製作しておくことができるた
め、改造工事期間を大幅に短縮でき、例えば１〜２週間
の短期間で現場改造工事を完遂できる。

（６）ダンパが煙道の伝熱パイプ人口が連通ずる一Ｌ流
位置と該伝熱パイプ出口か連通ずる下流位置との間に設
けられているから、前述したように燃焼ガスを１００％
熱交換に供することが可能であるばかりでなく、１００
％熱交換に供しない場合であっても伝熱パイプを通過し
ない燃焼力スにダンパによって損失を与えることができ
、熱交換器出口のガスより圧力を低くできるので伝熱パ
イプを通ってきたガスを再び煙道に戻すことができ、煙
突を単数用意すれば良い。

（７）一般に燃焼ガスの方が空気より塵埃等を多量に含
み汚れているから、当然、燃焼ガスが流れる側が汚れが
激しい。

本考案では内筒等によって構成される煙道を燃焼ガスが
流れ、該内筒等と外筒等の間に形成される空気予熱室を
空気が流れる構成であるから、燃焼ガスによって汚れた
内筒等の内側表面のみを清掃すれば良く、棒の先にタワ
シ等を取り付けた簡単な構造の清掃具で容易に清掃すこ
とができる。

（８）伝熱パイプに多数のフィンを備えた伝熱パイプを
採用したことにより、伝熱面積を大幅に増加できるため
、熱交換器自身がコンパクトになるのは勿論、空気側に
フィンが設けられているため燃焼ガスの流れる内側に比
較して空気側の伝熱面積が大幅に増大するため、結果と
して伝熱パイプの表面温度をより空気側に近づける効果
をもつ。

又、前述したように通常の運転では、内筒の正面温度、
外筒の表面温度とも空気と同一である。

したがって伝熱パイプ、内筒外筒の間に熱応力は殆ど発
生しない。

又、ダンパーを開いた状態で運転した場合であっても、
内筒内を流れる燃焼ガスの流速は内筒と外筒間を流れる
空気に比較して遅いため、内筒の表面温度は空気側とほ
は゛同一になり熱応力は発生しない。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、Ｂは夫々本考案に係る空気予熱部を燃焼用機
器に適用した例を示す図、第２図Ａ、Ｂは夫々同上の空
気予熱部の構造を説明する横断面図及び縦断面図、第３
図Ａ、Ｂは同上の空気予熱器の他の実施例を示す横断面
図及び縦断面図である。 １・・・・・・炉本体、１Ａ・・・・・・燃焼用空気供
給部、４・・・・・・空気予熱部、５Ａ・・・・・・煙
道、６・・・・・・ダンパ、８・・・・・・伝熱パイプ
、９Ａ・・・・・・空気予熱室、１１Ａ・・・・・・送
風ダクト、１２・・・・・・空気送出用ダクト、１３・
・・・・・フィン。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 炉本体上部の煙道間に、燃焼ガスが流通する内筒と、該
   内筒外周に配設され、燃焼用空気の導入口と送出口とを
   有する外筒と、の間に該燃焼用空気が流通する環状空間
   からなる空気予熱室を形成する一方、前記内筒内にガス
   流量調節用のダンパを設けると共に前記空気予熱室内に
   、前記内筒の外周縦方向に沿ってこれを取り巻くよう列
   状に複数配設され、かつ前記ダンパをバイパスして該内
   筒内のダンパの上流部と下流部とを連通ずる外周面に多
   数のファンを備えた伝熱パイプを設けた空気予熱部と、
   前記導入口に接続され通風ファンを介して燃焼用空気が
   供給される送風ダクトと、前記送出口から炉本体の燃焼
   用空気供給部に至る空気送出用ダクトと、を具備したこ
   とを特徴とする工業炉。