JPH07305833A - 熱処理炉用ラジアントチューブにおける熱交換器及び燃焼用空気予熱方法 - Google Patents
熱処理炉用ラジアントチューブにおける熱交換器及び燃焼用空気予熱方法Info
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- JPH07305833A JPH07305833A JP7000778A JP77895A JPH07305833A JP H07305833 A JPH07305833 A JP H07305833A JP 7000778 A JP7000778 A JP 7000778A JP 77895 A JP77895 A JP 77895A JP H07305833 A JPH07305833 A JP H07305833A
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- heat exchanger
- exhaust gas
- combustion air
- radiant tube
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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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- Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
- Gas Burners (AREA)
- Air Supply (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高熱効率で排ガス自己循環機能を持つ熱交換
器を備えた低ＮＯｘラジアントチューブ燃焼システムを
確立し、大幅な省エネルギーを図る。 【構成】 伝熱面積増大型・対向流方式熱交換器を用い
て熱処理用ラジアントチューブ燃焼排ガスからの排熱を
燃焼用空気にて回収し、バーナ部でのＮＯｘ増大に対し
ては熱交換器先端部分での排ガス自己循環を行いＯ2 濃
度を低減することで対応し、排ガス循環ファンを必要と
しない高熱効率・低ＮＯｘラジアントチューブ燃焼を実
現する。 【効果】 現状の熱処理炉におけるラジアントチューブ
の熱回収を強化し、ＮＯｘ増大に対しては排ガス自己循
環にて対応し燃焼用空気温度を７００℃迄高め、約１５
％の大幅な省エネルギーが図れ、配管系統もコンパクト
になる。
器を備えた低ＮＯｘラジアントチューブ燃焼システムを
確立し、大幅な省エネルギーを図る。 【構成】 伝熱面積増大型・対向流方式熱交換器を用い
て熱処理用ラジアントチューブ燃焼排ガスからの排熱を
燃焼用空気にて回収し、バーナ部でのＮＯｘ増大に対し
ては熱交換器先端部分での排ガス自己循環を行いＯ2 濃
度を低減することで対応し、排ガス循環ファンを必要と
しない高熱効率・低ＮＯｘラジアントチューブ燃焼を実
現する。 【効果】 現状の熱処理炉におけるラジアントチューブ
の熱回収を強化し、ＮＯｘ増大に対しては排ガス自己循
環にて対応し燃焼用空気温度を７００℃迄高め、約１５
％の大幅な省エネルギーが図れ、配管系統もコンパクト
になる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】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。
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５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１１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
焼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５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１１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
焼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１０） 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。
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１０） 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。
【０００４】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はかろうとすれば、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１０）、これを対向流方式に変え熱
交面積を増大し、熱回収強化に伴うＮＯｘ増大に対して
は、燃焼用空気側に排ガスを自己循環することによりＮ
Ｏｘ低減をはかる。また、燃焼用空気取り出し口は熱交
換器の途中のバーナに最も近い部分とし、しかも空気戻
り管部は２重管の断熱構造とし燃焼用空気温度の低下を
防止すると共に、空気取り入れ口から取り出し部までの
間は単純１重管と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１１）
燃焼用空気でもって熱回収強化をはかろうとすれば、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１０）、これを対向流方式に変え熱
交面積を増大し、熱回収強化に伴うＮＯｘ増大に対して
は、燃焼用空気側に排ガスを自己循環することによりＮ
Ｏｘ低減をはかる。また、燃焼用空気取り出し口は熱交
換器の途中のバーナに最も近い部分とし、しかも空気戻
り管部は２重管の断熱構造とし燃焼用空気温度の低下を
防止すると共に、空気取り入れ口から取り出し部までの
間は単純１重管と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１１）
【０００５】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り供給燃焼
用空気の温度を高め熱回収量を増大させ、かつ低ＮＯｘ
を実現し、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り供給燃焼
用空気の温度を高め熱回収量を増大させ、かつ低ＮＯｘ
を実現し、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。
【０００６】
【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内
部に配設した導入空気予熱用熱交換器において、該熱交
換器を外筒と内筒からなる２重管とし、外筒と内筒とは
ラジアントチューブの炉内側で連通させるとともに、燃
焼用空気供給口を外筒に設け、内筒に予熱した燃焼用空
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。 （２）（１）の熱処理炉用ラジアントチューブの熱交換
器において、外筒の燃焼用空気供給口及び内筒の燃焼用
空気取り出し口とを排ガス排出管の排ガス排出口に隣接
させて配置したことを特徴とする。
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内
部に配設した導入空気予熱用熱交換器において、該熱交
換器を外筒と内筒からなる２重管とし、外筒と内筒とは
ラジアントチューブの炉内側で連通させるとともに、燃
焼用空気供給口を外筒に設け、内筒に予熱した燃焼用空
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。 （２）（１）の熱処理炉用ラジアントチューブの熱交換
器において、外筒の燃焼用空気供給口及び内筒の燃焼用
空気取り出し口とを排ガス排出管の排ガス排出口に隣接
させて配置したことを特徴とする。
【０００７】（３）（１）の熱処理炉用ラジアントチュ
ーブの熱交換器において、外筒の燃焼用空気供給口と排
ガス排出管の排ガス排出口とを隣接させて配置し、内筒
の燃焼用空気取り出し口を前記外筒の先端と排ガス取り
出し口との間に設けたことを特徴とする。 （４）（１）〜（３）において、熱交換器の外筒の燃焼
用空気供給口側の外面に、複数のフィンを設けたことを
特徴とする。 （５）（１）〜（４）において、熱交換器の内筒が２重
管からなり、該２重管の炉内側先端が閉じられ、該２重
管の他端の内側が解放された構造であることを特徴とす
る。 （６）（１）〜（５）において、熱交換器外筒の炉内側
先端に内筒に通ずるエジェクターを設けたことを特徴と
する。
ーブの熱交換器において、外筒の燃焼用空気供給口と排
ガス排出管の排ガス排出口とを隣接させて配置し、内筒
の燃焼用空気取り出し口を前記外筒の先端と排ガス取り
出し口との間に設けたことを特徴とする。 （４）（１）〜（３）において、熱交換器の外筒の燃焼
用空気供給口側の外面に、複数のフィンを設けたことを
特徴とする。 （５）（１）〜（４）において、熱交換器の内筒が２重
管からなり、該２重管の炉内側先端が閉じられ、該２重
管の他端の内側が解放された構造であることを特徴とす
る。 （６）（１）〜（５）において、熱交換器外筒の炉内側
先端に内筒に通ずるエジェクターを設けたことを特徴と
する。
【０００８】（７）外筒と内筒の２重管からなる熱交換
器を用いて、ラジアントチューブの燃焼用空気を予熱す
る際に、外筒に燃焼用空気を導入し、外筒壁面を通じて
ラジアントチューブ内燃焼排ガスと熱交換させた後、燃
焼用空気を内筒を経由して燃料着火バーナに送ることを
特徴とする。 （８）外筒と内筒の２重管からなる熱交換器を用いて、
ラジアントチューブの燃焼用空気を予熱する際に、外筒
に燃焼用空気を導入し、外筒壁面を通じてラジアントチ
ューブ内燃焼排ガスと熱交換させた後、熱交換器外筒の
炉内側先端に設けたエジェクターから内筒へラジアント
チューブ内の排ガスを導入し、燃焼用空気と排ガスの混
合気体を燃料着火バーナに送ることを特徴とする。
器を用いて、ラジアントチューブの燃焼用空気を予熱す
る際に、外筒に燃焼用空気を導入し、外筒壁面を通じて
ラジアントチューブ内燃焼排ガスと熱交換させた後、燃
焼用空気を内筒を経由して燃料着火バーナに送ることを
特徴とする。 （８）外筒と内筒の２重管からなる熱交換器を用いて、
ラジアントチューブの燃焼用空気を予熱する際に、外筒
に燃焼用空気を導入し、外筒壁面を通じてラジアントチ
ューブ内燃焼排ガスと熱交換させた後、熱交換器外筒の
炉内側先端に設けたエジェクターから内筒へラジアント
チューブ内の排ガスを導入し、燃焼用空気と排ガスの混
合気体を燃料着火バーナに送ることを特徴とする。
【０００９】
【作用】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
図れるが、燃焼用空気温度が上昇すると、それだけ燃焼
火炎の温度が上がるためＮＯｘの発生量は増大する。
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
図れるが、燃焼用空気温度が上昇すると、それだけ燃焼
火炎の温度が上がるためＮＯｘの発生量は増大する。
【００１０】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
部分で予熱された空気を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
炉外側へ延長して伝熱面積を大きくとり、外筒排ガス側
の低温部分にもフィンを設置し、熱回収能力を向上させ
た。（図３）
し、外筒部分で予熱される並行流タイプではなく、外筒
部分で予熱された空気を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
炉外側へ延長して伝熱面積を大きくとり、外筒排ガス側
の低温部分にもフィンを設置し、熱回収能力を向上させ
た。（図３）
【００１１】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、α＝αr ＋αc （αr ：輻射に
よる熱伝達率、αc ：対流による熱伝達率）で、図１１
に示すように熱回収を強化すると排ガス出口部温度が下
がりαr が大幅に減少することになる。従って、外筒外
側（排ガス側）は輻射による熱伝達率αr が大幅に減少
し熱通過率Ｋが低下するので、対流による熱伝達率αc
を増すようにフィンの数・長さ・高さを決め設置するこ
とが有効である。
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、α＝αr ＋αc （αr ：輻射に
よる熱伝達率、αc ：対流による熱伝達率）で、図１１
に示すように熱回収を強化すると排ガス出口部温度が下
がりαr が大幅に減少することになる。従って、外筒外
側（排ガス側）は輻射による熱伝達率αr が大幅に減少
し熱通過率Ｋが低下するので、対流による熱伝達率αc
を増すようにフィンの数・長さ・高さを決め設置するこ
とが有効である。
【００１２】ここで、燃焼用空気取り出し口は排ガス排
出口に隣接して配置し、外筒と内筒の熱伸びはラジアン
トチューブ内の炉内側へ逃がす構造（図１）と燃焼用空
気取り出し口は熱交換器先端と空気取り入れ口との中間
部分の燃料着火バーナに最も近い部分とし、燃焼用空気
取り入れ口と取り出し口の間の外筒の熱伸びは燃焼用空
気取り入れ口側へ逃がす構造（図５）とがある。しか
も、内筒を２重管にすることにより、燃焼用空気同士の
熱交換を防止し、熱交換器先端部で最高温度となった空
気温度の低下を防止するものである。（図８）すなわ
ち、内筒の壁面には空気遮熱層を生ぜしめ対流熱伝達を
防ぐと共に、２重管にすることにより輻射熱伝達も防止
し、燃焼用空気温度の保持を図る。
出口に隣接して配置し、外筒と内筒の熱伸びはラジアン
トチューブ内の炉内側へ逃がす構造（図１）と燃焼用空
気取り出し口は熱交換器先端と空気取り入れ口との中間
部分の燃料着火バーナに最も近い部分とし、燃焼用空気
取り入れ口と取り出し口の間の外筒の熱伸びは燃焼用空
気取り入れ口側へ逃がす構造（図５）とがある。しか
も、内筒を２重管にすることにより、燃焼用空気同士の
熱交換を防止し、熱交換器先端部で最高温度となった空
気温度の低下を防止するものである。（図８）すなわ
ち、内筒の壁面には空気遮熱層を生ぜしめ対流熱伝達を
防ぐと共に、２重管にすることにより輻射熱伝達も防止
し、燃焼用空気温度の保持を図る。
【００１３】さらに、熱交換器先端部分に１５ｍｍφ程
度の吸い込み口を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（１０００℃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
２）すなわち、エジェクター１２では燃焼用空気側の流
速を高め、その部分での静圧を下げて排ガスを引き込む
ものである。燃焼用空気側は全圧（Ｐａ）＝動圧（Ｐａ
ｄ）＋静圧（Ｐａｓ）であり、排ガス側は同様に全圧
（Ｐｇ）＝動圧（Ｐｇｄ）＋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（Ｐ
ａｓ＞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
−（ρa Ｖ2 ／２Ｇ）＜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−Ｐａｓ）に相当する排ガス動圧ρg ｖ2
／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×（排ガス導
入ノズル断面積）の排ガス循環が発生することになる。
また、熱交換器最先端部にエジェクターを設置すること
によりラジアントチューブ内排ガス動圧（Ｐｇｄ）もわ
ずかではあるが循環に寄与することになる。（図４）
度の吸い込み口を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（１０００℃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
２）すなわち、エジェクター１２では燃焼用空気側の流
速を高め、その部分での静圧を下げて排ガスを引き込む
ものである。燃焼用空気側は全圧（Ｐａ）＝動圧（Ｐａ
ｄ）＋静圧（Ｐａｓ）であり、排ガス側は同様に全圧
（Ｐｇ）＝動圧（Ｐｇｄ）＋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（Ｐ
ａｓ＞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
−（ρa Ｖ2 ／２Ｇ）＜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−Ｐａｓ）に相当する排ガス動圧ρg ｖ2
／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×（排ガス導
入ノズル断面積）の排ガス循環が発生することになる。
また、熱交換器最先端部にエジェクターを設置すること
によりラジアントチューブ内排ガス動圧（Ｐｇｄ）もわ
ずかではあるが循環に寄与することになる。（図４）
【００１４】従って、燃焼用空気側の熱交換器先端部分
の折り返し部での流速が増すよう流路を絞り、そこへ必
要とする排ガス循環量を確保するだけの穴径をもった排
ガス導入ノズルを設けると、エジェクター部１２で空気
側の静圧と排ガス側の全圧の差に見合って排ガスが燃焼
用空気側に循環する。こうすることにより、排ガス側の
動圧も有効に利用でき排ガス循環用のファンを設置する
必要がなくなり、排ガスの循環量２０％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３
０％低減でき発生許容値１２０ｐｐｍ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、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］
の折り返し部での流速が増すよう流路を絞り、そこへ必
要とする排ガス循環量を確保するだけの穴径をもった排
ガス導入ノズルを設けると、エジェクター部１２で空気
側の静圧と排ガス側の全圧の差に見合って排ガスが燃焼
用空気側に循環する。こうすることにより、排ガス側の
動圧も有効に利用でき排ガス循環用のファンを設置する
必要がなくなり、排ガスの循環量２０％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３
０％低減でき発生許容値１２０ｐｐｍ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、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］
【００１５】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、かつ熱交換器長さを増大させ外筒外側の
低温部にもフィンを強化し排熱回収率を５０％程度に迄
高めて省エネルギーを図るものである。熱回収強化に付
随するＮＯｘ増大に対しては、熱交換器先端部分での排
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することを特徴とする排熱回収
強化型熱交換燃焼方法である。
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、かつ熱交換器長さを増大させ外筒外側の
低温部にもフィンを強化し排熱回収率を５０％程度に迄
高めて省エネルギーを図るものである。熱回収強化に付
随するＮＯｘ増大に対しては、熱交換器先端部分での排
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することを特徴とする排熱回収
強化型熱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１１のように７０
０℃迄予熱された分だけ省エネルギーとなるが、燃焼に
伴うＮＯｘは増大することになる。
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１１のように７０
０℃迄予熱された分だけ省エネルギーとなるが、燃焼に
伴うＮＯｘは増大することになる。
【００１７】従って、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の一部を熱
交換器先端部分のエジェクター１２を通じ燃焼用空気側
へ循環する。つまり排ガスの動圧をも利用した高効率エ
ジェクターを使用すれば、排ガス混入量を効率的に増大
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ＮＯ
ｘ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（排ガス導入ノズル
径：約１５φ、内筒絞り部径：約３５φ）、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。
排ガスｂと熱交換し予熱すると共に排ガスｂの一部を熱
交換器先端部分のエジェクター１２を通じ燃焼用空気側
へ循環する。つまり排ガスの動圧をも利用した高効率エ
ジェクターを使用すれば、排ガス混入量を効率的に増大
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ＮＯ
ｘ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（排ガス導入ノズル
径：約１５φ、内筒絞り部径：約３５φ）、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。
【００１８】この熱回収を強化した排ガス自己循環機能
付き熱交換器を図２に示す。熱交換器４の外筒１０の外
側を通過する排ガスｂは内筒１１と外筒１０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、
外筒内側には従来通り外筒の空気側フィン１５を多数設
置している。今回は熱交換器４を熱処理炉１４の外側へ
延長しているので排ガスが比較的低温になる排ガス排出
部にも外筒の排ガス側フィン１６を設置している。（図
２、図３）また、燃焼用空気ａは熱交換器４の先端部で
最高温度となる故、燃焼用空気戻り管である内筒１１を
図８のように断熱構造の２重管とし、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） 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。
付き熱交換器を図２に示す。熱交換器４の外筒１０の外
側を通過する排ガスｂは内筒１１と外筒１０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、
外筒内側には従来通り外筒の空気側フィン１５を多数設
置している。今回は熱交換器４を熱処理炉１４の外側へ
延長しているので排ガスが比較的低温になる排ガス排出
部にも外筒の排ガス側フィン１６を設置している。（図
２、図３）また、燃焼用空気ａは熱交換器４の先端部で
最高温度となる故、燃焼用空気戻り管である内筒１１を
図８のように断熱構造の２重管とし、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） 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】実施例２ 実施例１の排ガス条件において、図５に示すように、加
熱された燃焼用空気を燃料着火バーナ２へ最短で供給
し、熱交換器及びつなぎ管６での放熱損失を最小にする
ことができる。また、既存設備にこの高効率交換器を適
用した場合、既存のつなぎ管６がそのまま使用できるメ
リットが有る。但し、燃焼用空気取り入れ口と取り出し
口の間の外筒の熱伸びは図６のＯリングによる外筒シー
ル部をもつことにより逃がすことになるが熱回収効果が
向上するため、熱交換器の長さが同じ場合には、放熱に
よる温度低下が約５０℃防止でき、７００℃の燃焼用空
気を得るための熱交換器が（実施例１）よりコンパクト
になる。この時やはり短くなった燃焼用空気の戻り管で
ある内筒１１には２重管による断熱構造を採用する。ま
た、ＮＯX 低減のために図２のようにエジェクターを設
け排ガス循環させればＮＯX 低減が図れる。
熱された燃焼用空気を燃料着火バーナ２へ最短で供給
し、熱交換器及びつなぎ管６での放熱損失を最小にする
ことができる。また、既存設備にこの高効率交換器を適
用した場合、既存のつなぎ管６がそのまま使用できるメ
リットが有る。但し、燃焼用空気取り入れ口と取り出し
口の間の外筒の熱伸びは図６のＯリングによる外筒シー
ル部をもつことにより逃がすことになるが熱回収効果が
向上するため、熱交換器の長さが同じ場合には、放熱に
よる温度低下が約５０℃防止でき、７００℃の燃焼用空
気を得るための熱交換器が（実施例１）よりコンパクト
になる。この時やはり短くなった燃焼用空気の戻り管で
ある内筒１１には２重管による断熱構造を採用する。ま
た、ＮＯX 低減のために図２のようにエジェクターを設
け排ガス循環させればＮＯX 低減が図れる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、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、ＮＯｘ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、効果的な省エネルギーが図れる。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。
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、ＮＯｘ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、効果的な省エネルギーが図れる。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。
【図１】本発明の一実施例を示す全体構成図（燃焼用空
気取り出し口と排ガス排出口が同じ位置のもの）
気取り出し口と排ガス排出口が同じ位置のもの）
【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】エジェクター部拡大図、
【図５】本発明の一実施例を示す全体構成図（燃焼用空
気取り出し口が燃料着火バーナ直下に位置するもの）、
気取り出し口が燃料着火バーナ直下に位置するもの）、
【図６】熱交中間部より燃焼用空気を取り出す熱交換器
の側面図、
の側面図、
【図７】図５熱交換器の断面図、
【図８】内筒の２重管構造を示す図、
【図９】従来の熱交換器の側面図、
【図１０】従来の熱交換器の温度パターンの例、
【図１１】熱回収強化型熱交換器の温度パターンの例で
ある。
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 １０ 外筒 １１ 内筒 １２ エジェクター １３ 排ガス排出管 １４ 熱処理炉 １５ 外筒の空気側フィン １６ 外筒の排ガス側フィン １７ 内筒絞り部 １８ 排ガス導入ノズル １９ 外筒シール部 ２０ 内筒の断熱用円筒管 a 燃焼用空気 b 排ガス c 燃料ガス Pa 燃焼用空気全圧 Pad 燃焼用空気動圧 Pas 燃焼用空気静圧 Pg 排ガス全圧 Pgd 排ガス動圧 Pgs 排ガス静圧 V エジェクター部燃焼用空気流速 v エジェクター部排ガス流速
Claims (8)
- 【請求項１】 熱処理炉用ラジアントチューブの排ガス
排出管内部に配設した導入空気予熱用熱交換器におい
て、該熱交換器を外筒と内筒からなる２重管とし、外筒
と内筒とはラジアントチューブの炉内側で連通させると
ともに、燃焼用空気供給口を外筒に設け、内筒に予熱し
た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２】 請求項１記載の熱処理炉用ラジアントチ
ューブの熱交換器において、外筒の燃焼用空気供給口及
び内筒の燃焼用空気取り出し口とを排ガス排出管の排ガ
ス排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３】 請求項１記載の熱処理炉用ラジアントチ
ューブの熱交換器において、外筒の燃焼用空気供給口と
排ガス排出管の排ガス排出口とを隣接させて配置し、内
筒の燃焼用空気取り出し口を前記外筒の先端と排ガス取
り出し口との間に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】 熱交換器の外筒の燃焼用空気供給口側の
外面に、複数のフィンを設けたことを特徴とする請求項
１〜３のいずれか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５】 熱交換器の内筒が２重管からなり、該２
重管の炉内側先端が閉じられ、該２重管の他端の内側が
解放された構造であることを特徴とする請求項１〜４の
いずれか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】 熱交換器外筒の炉内側先端に内筒に通ず
るエジェクターを設けたことを特徴とする請求項１〜５
のいずれか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７】 外筒と内筒の２重管からなる熱交換器を
用いて、ラジアントチューブの燃焼用空気を予熱する際
に、外筒に燃焼用空気を導入し、外筒壁面を通じてラジ
アントチューブ内燃焼排ガスと熱交換させた後、燃焼用
空気を内筒を経由して燃料着火バーナに送ることを特徴
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８】 外筒と内筒の２重管からなる熱交換器を
用いて、ラジアントチューブの燃焼用空気を予熱する際
に、外筒に燃焼用空気を導入し、外筒壁面を通じてラジ
アントチューブ内燃焼排ガスと熱交換させた後、熱交換
器外筒の炉内側先端に設けたエジェクターから内筒へラ
ジアントチューブ内の排ガスを導入し、燃焼用空気と排
ガスの混合気体を燃料着火バーナに送ることを特徴とす
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7000778A JPH07305833A (ja) | 1994-03-15 | 1995-01-06 | 熱処理炉用ラジアントチューブにおける熱交換器及び燃焼用空気予熱方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-42930 | 1994-03-15 | ||
| JP4293094 | 1994-03-15 | ||
| JP7000778A JPH07305833A (ja) | 1994-03-15 | 1995-01-06 | 熱処理炉用ラジアントチューブにおける熱交換器及び燃焼用空気予熱方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07305833A true JPH07305833A (ja) | 1995-11-21 |
Family
ID=26333845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7000778A Pending JPH07305833A (ja) | 1994-03-15 | 1995-01-06 | 熱処理炉用ラジアントチューブにおける熱交換器及び燃焼用空気予熱方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07305833A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101915421A (zh) * | 2010-08-25 | 2010-12-15 | 常熟喷嘴厂有限公司 | 辐射管燃烧器 |
| KR20110079636A (ko) * | 2008-09-10 | 2011-07-07 | 파이브스 스탕 | 복사 튜브 버너용 복열 장치 |
| JP2011523972A (ja) * | 2008-06-11 | 2011-08-25 | コルトゥス アーベー | 合成ガスを製造するための方法および装置 |
| JP2011241989A (ja) * | 2010-05-14 | 2011-12-01 | Nippon Steel Engineering Co Ltd | ラジアントチューブバーナ用熱交換器 |
| CN102607026A (zh) * | 2012-03-20 | 2012-07-25 | 佛山市科皓燃烧设备制造有限公司 | 一种管式自身预热式燃气烧嘴 |
| CN102636037A (zh) * | 2011-02-09 | 2012-08-15 | 中外炉工业株式会社 | 能量回收器 |
| CN102759108A (zh) * | 2012-07-31 | 2012-10-31 | 中冶南方(武汉)威仕工业炉有限公司 | 并联式空煤气双预热辐射管预热系统及预热方法 |
| US8875694B2 (en) | 2010-01-15 | 2014-11-04 | Lennox Industries, Inc. | Converging-diverging combustion zones for furnace heat exchanges |
| EP3242081A1 (en) * | 2016-04-27 | 2017-11-08 | Superior Radiant Products Ltd. | Optimization of gas fired radiant tube heaters |
| WO2018061531A1 (ja) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 熱交換器、ラジアントチューブ式加熱装置及び熱交換器の製造方法 |
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| JP2026028516A (ja) * | 2024-08-07 | 2026-02-20 | 中外炉工業株式会社 | レキュペレータ |
-
1995
- 1995-01-06 JP JP7000778A patent/JPH07305833A/ja active Pending
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| CN109790980A (zh) * | 2016-09-29 | 2019-05-21 | 杰富意钢铁株式会社 | 热交换器、辐射管式加热装置以及热交换器的制造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040907 |
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| A02 | Decision of refusal |
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