JPH0616263Y2 - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、ラジアントチューブ型の触媒燃焼装置に係
り、特に、ホットスポットの発生を防止し間接加熱する
のに好適な触媒燃焼装置に関する。

〔従来の技術〕

従来は鉄鋼業をはじめとしてその他広い分野で間接加熱
が求められる各種熱処理炉、加熱炉及び乾燥炉等の熱源
には、細長い管内で燃焼を起し管を赤熱させ、その輻射
エネルギーで管外の被熱処理物を、燃焼ガスに直接曝さ
せずに加熱する間接加熱方式が採用されている。いわゆ
るラジアントチューブ（ＲＴ）と称されるものである
が、このＲＴ形式の炉では、直管，Ｕ字管及びＷ字管等
が状況に応じて用いられている。

従来のＵ字管タイプのラジアントチューブの構造が第７
図に示される。

ラジアントチューブ１６は、例えば一般の製鉄所におい
て、薄板の製造過程に設備される加熱炉で、処理材を非
酸化の状態で加熱するために設置されている。

ラジアントチューブ１６は炉壁２０Ａと２０Ｂとの間に
架設され、その内部に熱交換器１８とラジアントバーナ
１７が内蔵されている。このラジアントチューブ１６で
は、燃料ガスは入口ノズル２からラジアントチューブ１
６内に供給され、パイロットバーナ１９により点火され
て火炎を呈する。次にラジアントバーナ１７により燃焼
した燃焼ガスは、Ｕ字状のラジアントチューブ１６内を
下から上へ流動し、ラジアントチューブ１６の出口に配
設された熱交換器１８で空気入口３から供給される冷空
気と熱交換し、ラジアントチューブ１６からの排ガスは
排ガス出口２５へ導かれ、また加熱された空気は連絡管
２１からのラジアントバーナ１７の燃焼用空気としてラ
ジアントチューブ１６内に導かれる。

このようなラジアントチューブ１６に代表される間接加
熱を求められる細長い管内での燃焼については、第７図
のラジアントバーナ１７による通常の気相燃焼では燃焼
温度が１５００〜２０００℃を超え、かつ燃焼温度の制
御が困難なため、ラジアントバーナ１７の出口部のラジ
アントチューブ１６は局所的な高温部（ホットスポッ
ト）を生じ、ラジアントチューブ１６の耐熱性の劣化及
び過大な伸び等によってクラックが発生する問題が生
じ、これを抑制することは困難な状況にある。

また、実開昭６２−０６９０９１号公報の提案に示され
る「チューブの軸方向に主燃料ガスを多段に分散して供
給する」方法も、設計、製作及び制御面でラジアントチ
ューブ内の温度の均一化を計ることに対しても改良の余
地がある。

そのひとつに燃料低減により省エネルギー化を計る策と
して、燃焼排ガス／空気の熱交換器を設置していること
があげられるが装置を複雑化している。

また、触媒燃焼方式を採用する場合は、燃焼させる装置
の管径に制限があり、触媒単位体積当りの処理ガス量を
大きくとる必要があるときはその燃焼機構から、第５図
に示されるように、触媒層９の入口ガス３の温度を燃料
２の着火温度以上に常時確保する必要があり、空気加熱
器１２は（たとえば、電気ヒータ又は補助バーナ等）等
の設置が必要となる。また第６図は、第５図の燃焼形態
で燃費低減を計る方策として排ガスの再循環系統が示さ
れてあり、排ガスの昇圧用ファン１４及び高温排ガスを
扱うファンの保護のための冷却器１３等が必要であって
いずれも装置の複雑化が避けられない。

〔考案が解決しようとする課題〕

従来の間接加熱を必要とする燃焼装置にあっては、ラジ
アントバーナの燃焼によってラジアントチューブが局所
的に加熱されてクラックを生じるため、温度の均一化を
図って機器を追加したり、或いは触媒層を設けたりして
いるが、触媒層の温度を燃料の着火温度以上に加熱する
加熱器や燃費低減のための機器が必要になって装置を複
雑化している問題点がある。

本考案の目的は、ラジアントチューブの局部加熱を防止
して燃焼領域を拡大し、長寿命化を図ったコンパクトな
触媒燃焼装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記の目的を達成するため、本考案に係る触媒燃焼装置
は、燃料と燃焼用空気との混合ガスが入口ノズルから供
給されるラジアントチューブに混合ガスを燃焼させる触
媒層を内装するとともに、燃焼排ガスをラジアントチュ
ーブを経由して排出させる出口ノズルを備えた触媒燃焼
装置において、ラジアントチューブ内にその長手方向に
そって外周に小孔を有するパイプバーナを挿着し、パイ
プバーナとラジアントチューブとの間にパイプバーナの
長手方向にそって触媒層を配設し、触媒層とパイプバー
ナとの間を離間させて離間させた部分に混合ガスの入口
流路を形成するとともに、パイプバーナに向けて点火装
置を配置し、触媒層により燃焼させた燃焼排ガスの出口
流路をラジアントチューブの内壁側に形成した構成とす
る。

〔作用〕

本発明によれば、触媒燃焼装置のラジアントチューブ内
にその長手（軸）方向にそって外周に小孔を有するパイ
プバーナと、バイプバーナとラジアントチューブとの間
に触媒層を設けることによって、混合ガスの燃焼領域が
分散し燃焼量及び発熱量は下ることがない。

また、パイプバーナで触媒層を予熱した後、混合ガスを
一度カットし、再供給することにより、混合ガスは触媒
層前面の輻射熱を受けて予熱される。

〔実施例〕

本考案の一実施例を第１図〜第４図を参照しながら説明
する。

第１図に示されるように、燃料２と燃焼用空気３との混
合ガス４を入口ノズル５から供給されるラジアントチュ
ーブ１に混合ガス４を燃焼させる触媒層９を内装すると
ともに、燃焼排ガスをラジアントチューブ１の内壁を経
由して排出させる出口ノズル２５を備えた触媒燃焼装置
において、ラジアントチューブ１内にその長手（軸）方
向にそって外周に小孔８を有するパイプバーナ７を挿着
し、パイプバーナ７とラジアントチューブ１の内壁との
間に円管型の触媒層９をパイプバーナ７の長手方向にそ
って配設し、触媒層９とパイプバーナ７との間を離間さ
せてその離間させた部分に混合ガス４の入口流路を形成
し、パイプバーナ７に向けて点火装置１１を配置し、触
媒層９で燃焼された燃焼排ガス１０の出口流路をラジア
ントチューブ１の内壁側に形成し、図示矢印のように長
手方向に混合ガスを分散しかつ燃焼排ガス１０を排出す
るように構成されている。さらに、入口ノズル５の出口
端とパイプバーナ７の入口端との間を所定寸法離間し、
パイプバーナ７に細まり部、スロート及びデイフユーザ
を成形し、燃焼排ガス１０又は混合ガス４をパイプバー
ナ７に吸引させるエゼクタ６を形成している。

そしてパイプバーナ７には起動時の点火装置１１による
着火燃焼を可能にする小孔（炎孔）８が火炎伝播可能な
ピッチで配置され、安定した炎で完全燃焼できるよう
に、炎孔径、炎孔負荷が定められている。

またパイプバーナ７は、定常運転時には触媒層９へ供給
される燃料／空気混合ガスの分散器の役目を担ってお
り、パイプバーナ７の周囲に触媒層９をパイプバーナ７
管長の範囲内で囲むように配置してある。

ラジアントチューブ１の一端部側に配置されている混合
ガスの入口ノズル５へは、燃料２と燃焼用空気３との混
合ガス４の混合器から配管で連結されており、起動時の
着火用として点火装置１１が配置されている。

エゼクタ６に接続して取付けられたパイプバーナ７は、
触媒層９に囲まれており、パイプバーナ７の小孔８を出
た混合ガスはパイプバーナ７の一端部側がフランジでシ
ールされているため、混合ガスはすべて触媒層９へ導か
れるようになっている。

触媒層９は第２図に示されるように、パイプバーナ７を
取り囲むように配置されており、その形状は円筒型の一
体物又は図面のように３ヶ以上のブロックから構成され
ている。

つぎに本実施例の作用について説明する。

まず燃料及び燃焼用空気の混合ガス４は混合器を経て触
媒燃焼装置のラジアントチューブ１の入口ノズル５に供
給される。と同時に点火装置１１を作動させてパイプバ
ーナ７のそれぞれに小孔８上に火炎を形成させ、触媒層
９の予熱を開始する。触媒層９の入口温度が４００〜５
００℃まで昇温された後、燃料（混合ガス４）の供給を
一旦停止させ、ついで瞬時に供給を再開する。

触媒層９の温度は燃料の着火開始温度／燃焼継続温度以
上に保持されているため、燃料の再投入と同時に触媒層
９は燃焼を開始するとともに、触媒層９の入口部が燃焼
熱により高温となり、その輻射熱を受けて触媒層９の入
口ガス温度は常に着火開始温度以上に保持される。

燃焼排ガスの発生と共に、エゼクタ効果によりスロート
部へ吸引される燃焼排ガスの温度が上昇するので、所定
の運転条件を得るため燃料供給量を絞るかまたは空気量
を増加させる等の調整を行うが、従来の熱交換器設置の
場合に比べてはるかに安定運転域が拡げられ、操作性が
容易になる利点を生み出せる。

スロート部に吸引された以外の燃焼排ガス１０は出口ノ
ズル２５を経由して系外へ排出される。

このように、主燃料ガス（混合ガス）は本触媒燃焼装置
のラジアントチューブ１の長手（軸）方向にパイプバー
ナ７を経由して均等に分散され、またパイプバーナ７と
相対して配置された触媒層９における燃焼により、従来
のバーナでは達成出来なかった軸方向の温度分布を抑制
することによってホットスポットは防止でき、燃焼温度
の突出を防止して任意の燃焼温度を保持することが容易
となる。

第３図及び第４図に本考案の他の実施例が示される。触
媒燃焼装置３０を複数個配備した熱処理炉であって、各
装置への供給は燃料と空気との混合ガス配管１本のみで
済み、装置内にエゼクタ作用による燃焼排ガスのリサイ
クル機構が組み込まれているため、装置をコンパクトに
納めることができると共に、安定燃焼下での運転操作域
を拡げることができて安定運転が可能となる。

本実施例によれば、触媒層による低温燃焼により、ま
た、ラジアントチューブ軸方向に触媒層を配置すること
で、燃焼領域が拡げられ、ホットスポットの発生をほと
んど回避できる。従って高温によるラジアントチューブ
の劣化や熱応力等によるラジアントチューブの亀裂等の
損傷も抑制可能となる。

そして触媒層面負荷を小さくすること及び燃焼排ガスの
混合ガスへの直接の混入により従来の空気予熱器を削除
できるシステムを構築できる。

さらに、エゼクタ方式により直接燃焼排ガスを混入出来
ることから、従来の熱交換器より熱回収率を向上するこ
とができ、また燃焼空気量の増減によってそれと呼応し
て燃焼排ガス吸引量が増減することから、燃焼温度設定
／制御に裕度を見い出せるので、運転操作性は向上す
る。

〔考案の効果〕

本考案によれば、ラジアントチューブの長手方向に挿着
した小孔を有するパイブバーナにそって触媒層を配設
し、触媒層とパイブバーナとを離間した部分に混合ガス
の入口流路を形成するとともに、点火装置をパイブバー
ナに向けて配置し、ラジアントチューブの内壁側に燃焼
排ガスの出口流路を形成したため、混合ガスが触媒層の
長手方向に均等に分散され、小孔に安定した火炎が形成
されて完全燃焼により触媒層が所定温度で均一に予熱さ
れ、触媒燃焼領域を拡大できかつラジアントチューブの
ホットスポットによる損傷を防止できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す断面図、第２図は第１
図のII−II断面図、第３図は本考案の他の実施例を示す
断面図、第４図は第３図の正面図、第５図及び第６図は
従来の技術を示すフローチャート、第７図は従来の技術
を示す断面図である。 １……ラジアントチューブ、２……燃料 ３……燃焼用空気、４……混合ガス ５……入口ノズル、６……エゼクタ ７……パイプバーナ、８……小孔 ９……触媒層、10……燃焼排ガス 25……出口ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 西田 隆弘 広島県呉市宝町６番９号 バブコツク日立 株式会社呉工場内 (72)考案者 今村 三夫 広島県呉市宝町６番９号 バブコツク日立 株式会社呉工場内 (56)参考文献 実開 昭54−168645（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料と燃焼用空気との混合ガスが入口ノズ
   ルから供給されるラジアントチューブに前記混合ガスを
   燃焼させる触媒層を内装するとともに、燃焼排ガスを前
   記ラジアントチューブを経由して排出させる出口ノズル
   を備えた触媒燃焼装置において、前記ラジアントチュー
   ブ内にその長手方向にそって外周に小孔を有するパイプ
   バーナを挿着し、該パイプバーナと前記ラジアントチュ
   ーブとの間に前記パイプバーナの長手方向にそって前記
   触媒層を配設し、該触媒層と前記パイプバーナとの間を
   離間させて該離間させた部分に前記混合ガスの入口流路
   を形成するとともに、前記パイプバーナに向けて点火装
   置を配置し、前記触媒層により燃焼させた前記燃焼排ガ
   スの出口流路を前記ラジアントチューブの内壁側に形成
   したことを特徴とする触媒燃焼装置。
2. 【請求項２】入口ノズルの出口端とパイプバーナの入口
   端との間を所定寸法離間し、該パイプバーナの入口部に
   スロートを成形して燃焼排ガス又は混合ガスを吸引する
   エゼクタを形成したことを特徴とする請求項１記載の触
   媒燃焼装置。