JPH10324919A - 加熱炉の設計方法 - Google Patents
加熱炉の設計方法Info
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- JPH10324919A JPH10324919A JP9149923A JP14992397A JPH10324919A JP H10324919 A JPH10324919 A JP H10324919A JP 9149923 A JP9149923 A JP 9149923A JP 14992397 A JP14992397 A JP 14992397A JP H10324919 A JPH10324919 A JP H10324919A
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- furnace
- heat transfer
- model
- gas
- heating furnace
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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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- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Control By Computers (AREA)
- Air Supply (AREA)
- Control Of Heat Treatment Processes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 蓄熱式バーナを用いた炉の最適な設計を、低
コストで短時間に行う方法を提供する。 【解決手段】 蓄熱式バーナを備えた加熱炉の被加熱物
と炉内ガス、炉内構造物の間の放射・吸収を考慮した伝
熱モデルにより炉内の被加熱物への伝熱量のシュミレー
ション計算を行い、その結果に基づいて加熱炉の設計を
行う。
コストで短時間に行う方法を提供する。 【解決手段】 蓄熱式バーナを備えた加熱炉の被加熱物
と炉内ガス、炉内構造物の間の放射・吸収を考慮した伝
熱モデルにより炉内の被加熱物への伝熱量のシュミレー
ション計算を行い、その結果に基づいて加熱炉の設計を
行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼反応を利用し
た、金属等の加熱炉、溶解炉等における蓄熱式バーナを
用いた炉の設計方法に関するものである。
た、金属等の加熱炉、溶解炉等における蓄熱式バーナを
用いた炉の設計方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃焼反応を利用して金属の溶解や加熱を
行う炉においては、過去の経験に基づいて炉の設計がな
されている。このため、加熱効率や熱効率の向上のため
に新しい装置の付加等を行う場合、工業的に最適な炉の
形状、寸法を実験的に検討して決定する必要があり、膨
大なコストが必要であった。しかしながら、従来型の炉
においては、今日までに長期間にわたって経験が積み重
ねられており、これらの経験に基づいて設計を行うこと
が可能であった。
行う炉においては、過去の経験に基づいて炉の設計がな
されている。このため、加熱効率や熱効率の向上のため
に新しい装置の付加等を行う場合、工業的に最適な炉の
形状、寸法を実験的に検討して決定する必要があり、膨
大なコストが必要であった。しかしながら、従来型の炉
においては、今日までに長期間にわたって経験が積み重
ねられており、これらの経験に基づいて設計を行うこと
が可能であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、蓄熱式
バーナを燃焼機器の一部又は全部に用いる炉の最適化に
おいては、熱回収時における熱流が、従来の燃焼方式を
用いた炉と極端に異なるため、従来の炉の経験を使用す
ることができない。
バーナを燃焼機器の一部又は全部に用いる炉の最適化に
おいては、熱回収時における熱流が、従来の燃焼方式を
用いた炉と極端に異なるため、従来の炉の経験を使用す
ることができない。
【０００４】また、蓄熱式バーナを使用している場合、
炉内のガス流れも従来の燃焼方式を用いた炉と大幅に異
なるため、炉の適正寸法や適正形状が従来型の炉と異な
り、それを容易に推定することができないという問題点
がある。
炉内のガス流れも従来の燃焼方式を用いた炉と大幅に異
なるため、炉の適正寸法や適正形状が従来型の炉と異な
り、それを容易に推定することができないという問題点
がある。
【０００５】従って、蓄熱式バーナを用いた炉の最適化
を行うには、多大なコストと時間を投じて実験等を行う
必要があった。
を行うには、多大なコストと時間を投じて実験等を行う
必要があった。
【０００６】本発明はこのような問題点を解決するため
なされたもので、蓄熱式バーナを用いた炉の最適な設計
を、低コストで短時間に行う方法を提供することを目的
とする。
なされたもので、蓄熱式バーナを用いた炉の最適な設計
を、低コストで短時間に行う方法を提供することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題は、蓄熱式バー
ナを備えた加熱炉の被加熱物と炉内ガス、炉内構造物の
間の放射・吸収を考慮した伝熱モデルにより炉内の被加
熱物への伝熱量のシミュレーション計算を行い、その結
果に基づいて加熱炉の設計を行うことを特徴とする加熱
炉の設計方法（請求項１）により解決される。
ナを備えた加熱炉の被加熱物と炉内ガス、炉内構造物の
間の放射・吸収を考慮した伝熱モデルにより炉内の被加
熱物への伝熱量のシミュレーション計算を行い、その結
果に基づいて加熱炉の設計を行うことを特徴とする加熱
炉の設計方法（請求項１）により解決される。
【０００８】シミュレーション計算を行って、その結果
に基づいて炉の最適設計を行うので、多大なコストと時
間を必要とする実験を行うことなく、加熱炉の設計が可
能である。
に基づいて炉の最適設計を行うので、多大なコストと時
間を必要とする実験を行うことなく、加熱炉の設計が可
能である。
【０００９】シミュレーションに際しては、炉内ガスの
流動とそれに伴うエネルギー移送を考慮した伝熱モデル
により、被加熱物への伝熱量を推定すること（請求項
２）が効果的である。蓄熱式バーナを備えた炉において
は、炉内ガスの流動とそれに伴うエネルギー移送の状態
が従来型の炉と大きく異なっている。よって、これらの
項目をシミュレーション計算中に含ませることにより、
蓄熱式バーナを備えた炉の正確な設計が可能となる。
流動とそれに伴うエネルギー移送を考慮した伝熱モデル
により、被加熱物への伝熱量を推定すること（請求項
２）が効果的である。蓄熱式バーナを備えた炉において
は、炉内ガスの流動とそれに伴うエネルギー移送の状態
が従来型の炉と大きく異なっている。よって、これらの
項目をシミュレーション計算中に含ませることにより、
蓄熱式バーナを備えた炉の正確な設計が可能となる。
【００１０】シミュレーションに際しては、さらに、燃
料と空気の燃焼反応を考慮した伝熱モデルにより、被加
熱物への伝熱量を推定する機能を加えること（請求項
３）が効果的である。これにより、炉内の現象を正確に
シミュレーションすることができ、被加熱物への伝熱量
を正確に推定することが可能となる。
料と空気の燃焼反応を考慮した伝熱モデルにより、被加
熱物への伝熱量を推定する機能を加えること（請求項
３）が効果的である。これにより、炉内の現象を正確に
シミュレーションすることができ、被加熱物への伝熱量
を正確に推定することが可能となる。
【００１１】さらに、蓄熱式バーナ又は排気ガスの熱交
換モデルを有すること（請求項４）により、炉の熱効率
をシミュレーションモデルを用いて設計に反映させるこ
とができる。
換モデルを有すること（請求項４）により、炉の熱効率
をシミュレーションモデルを用いて設計に反映させるこ
とができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図１は、実施の形態の例を示すフ
ローチャートである。
図を用いて説明する。図１は、実施の形態の例を示すフ
ローチャートである。
【００１３】まず、ステップＳ１において、加熱炉の初
期設計を行う。初期設計とは、炉の寸法（長さ、幅、高
さ、天井形状等）、ゾーンの配置、バーナ配置、炉の容
量（能力）、排ガスの排出口の位置・寸法等である。ま
た、炉壁の材質、厚さ、水冷スキッドの位置、材質等も
含まれる。次に、ステップ２において、伝熱計算を行
う。この内容を更に詳しく説明する。
期設計を行う。初期設計とは、炉の寸法（長さ、幅、高
さ、天井形状等）、ゾーンの配置、バーナ配置、炉の容
量（能力）、排ガスの排出口の位置・寸法等である。ま
た、炉壁の材質、厚さ、水冷スキッドの位置、材質等も
含まれる。次に、ステップ２において、伝熱計算を行
う。この内容を更に詳しく説明する。
【００１４】ステップＳ２１において、目標とすべき炉
内温度場を設定する。そして、放射モデル（Ｓ２２）、
ガス流れモデル（Ｓ２３）、燃焼モデル（Ｓ２４）、熱
交換モデル（Ｓ２５）の計算を逐次行い、これらの計算
結果が、エネルギー的に自己無撞着となったかどうかを
確認する（Ｓ２６）、エネルギー的に自己無撞着となら
ない場合には、少しずつ温度場を修正して（Ｓ２７）、
Ｓ２２〜Ｓ２５までの逐次的伝熱モデル計算を繰り返
す。そして、計算結果がエネルギー的に自己無撞着とな
った場合に温度場を確定する（Ｓ２８）。
内温度場を設定する。そして、放射モデル（Ｓ２２）、
ガス流れモデル（Ｓ２３）、燃焼モデル（Ｓ２４）、熱
交換モデル（Ｓ２５）の計算を逐次行い、これらの計算
結果が、エネルギー的に自己無撞着となったかどうかを
確認する（Ｓ２６）、エネルギー的に自己無撞着となら
ない場合には、少しずつ温度場を修正して（Ｓ２７）、
Ｓ２２〜Ｓ２５までの逐次的伝熱モデル計算を繰り返
す。そして、計算結果がエネルギー的に自己無撞着とな
った場合に温度場を確定する（Ｓ２８）。
【００１５】伝熱計算の結果確定された温度場がすべて
許容範囲、又は最適範囲に入っているかどうかを判断し
（Ｓ３０）、入っている場合には場合には、炉の設計を
終了する（Ｓ５０）。許容範囲又は最適範囲に入らない
温度場がある場合には、炉自体の設計変更を行う（Ｓ４
０）。
許容範囲、又は最適範囲に入っているかどうかを判断し
（Ｓ３０）、入っている場合には場合には、炉の設計を
終了する（Ｓ５０）。許容範囲又は最適範囲に入らない
温度場がある場合には、炉自体の設計変更を行う（Ｓ４
０）。
【００１６】図２におけるＳ２’は、図１における伝熱
モデル計算ステップＳ２に変わるもので、放射モデル
（Ｓ２２）、ガス流れモデル（Ｓ２３）、燃焼モデル
（Ｓ２４）、熱交換モデル（Ｓ２５）の計算を逐次的に
行うのでなく、これらを相互に関連させながら平行して
行い、温度場を確定させる例を示している。
モデル計算ステップＳ２に変わるもので、放射モデル
（Ｓ２２）、ガス流れモデル（Ｓ２３）、燃焼モデル
（Ｓ２４）、熱交換モデル（Ｓ２５）の計算を逐次的に
行うのでなく、これらを相互に関連させながら平行して
行い、温度場を確定させる例を示している。
【００１７】以下、各モデルの例について詳細に説明す
る。 （１）放射モデル 放射モデルは、図３におけるような熱伝達を仮定して行
う。図３において各矢印は、伝熱の方向を示す。すなわ
ち、ゾーン内における燃焼ガス各点の温度（炉温パター
ンの初期値）を仮定し、波長に依存する選択放射特性を
考慮して、その点から出る放射エネルギーの炉内ガス層
における吸収、炉壁での吸収・反射、鋼片への入熱を計
算する。これらによって、ゾーン内各要素間での熱の伝
達が計算される。
る。 （１）放射モデル 放射モデルは、図３におけるような熱伝達を仮定して行
う。図３において各矢印は、伝熱の方向を示す。すなわ
ち、ゾーン内における燃焼ガス各点の温度（炉温パター
ンの初期値）を仮定し、波長に依存する選択放射特性を
考慮して、その点から出る放射エネルギーの炉内ガス層
における吸収、炉壁での吸収・反射、鋼片への入熱を計
算する。これらによって、ゾーン内各要素間での熱の伝
達が計算される。
【００１８】従来の放射伝熱モデルは、炉内ガス層にお
ける吸収、炉壁での吸収・反射、鋼片への入熱が考慮さ
れていたが、波長に依存する選択放射性が考慮されてい
なかった。蓄熱式バーナによって高温予熱された燃焼用
空気を用いる燃焼においては、炉内ガスを巻き込みなが
らの緩慢燃焼となるので、火炎部分の波長に依存する選
択放射性の効果が大となり、これを考慮することによっ
て、より正確な放射伝熱解析ができるようになった。
ける吸収、炉壁での吸収・反射、鋼片への入熱が考慮さ
れていたが、波長に依存する選択放射性が考慮されてい
なかった。蓄熱式バーナによって高温予熱された燃焼用
空気を用いる燃焼においては、炉内ガスを巻き込みなが
らの緩慢燃焼となるので、火炎部分の波長に依存する選
択放射性の効果が大となり、これを考慮することによっ
て、より正確な放射伝熱解析ができるようになった。
【００１９】（２）ガス流れモデル 通常、炉内の燃焼ガス流れは、時間に対して流速が一定
値になる層流ではなく、常に流れに乱れを有する乱流で
ある。そのため、炉内のガス流れを解析する際には、ガ
ス流速ｕiを流速の平均値である
値になる層流ではなく、常に流れに乱れを有する乱流で
ある。そのため、炉内のガス流れを解析する際には、ガ
ス流速ｕiを流速の平均値である
【数１】 （バーは平均することを、添字は三次元の方構成分を示
す。以下、同じ）と、変動分であるｕi’（ダッシュは
変動成分を示す。以下同じ）に分離することが一般的に
行われている。また、燃焼現象自体は非定常現象である
ので、非定常条件で解析すべきであるが、炉内の燃焼現
象は多くの部分、定常と仮定して問題ないこと、また、
非定常解析では計算時間が長くなり、解析精度も大幅に
は向上しないことから、定常現象で取り扱うこととす
る。
す。以下、同じ）と、変動分であるｕi’（ダッシュは
変動成分を示す。以下同じ）に分離することが一般的に
行われている。また、燃焼現象自体は非定常現象である
ので、非定常条件で解析すべきであるが、炉内の燃焼現
象は多くの部分、定常と仮定して問題ないこと、また、
非定常解析では計算時間が長くなり、解析精度も大幅に
は向上しないことから、定常現象で取り扱うこととす
る。
【００２０】このことは、実炉において数秒間隔で起き
うる燃焼ガスの流動変動など燃焼条件の短時間変化を平
均化して、鋼片の加熱時間（通常数時間程度）内におけ
る加熱条件を計算することを示している。
うる燃焼ガスの流動変動など燃焼条件の短時間変化を平
均化して、鋼片の加熱時間（通常数時間程度）内におけ
る加熱条件を計算することを示している。
【００２１】解析に使用する基礎方程式を以下に示す。
なお、本発明は解析によって得られた結果を有効に活用
する方法を示すものであるから、解析方法を限定するも
のではない。
なお、本発明は解析によって得られた結果を有効に活用
する方法を示すものであるから、解析方法を限定するも
のではない。
【００２２】解析に使用する方程式をFavre平均（時間
平均）した形で、以下にまとめて示す。
平均）した形で、以下にまとめて示す。
【００２３】質量保存を示す連続の式（ｘは方向を、
ρは密度を示す）
ρは密度を示す）
【数２】 運動量保存を示す運動方程式（μは粘性係数を、Ｐは
圧力を示す）
圧力を示す）
【数３】 速度及び圧力の４変数であれば、上記の方程式を用いれ
ばガスの流れを解析することができる。そこで、レイノ
ルズストレスと呼ばれる
ばガスの流れを解析することができる。そこで、レイノ
ルズストレスと呼ばれる
【数４】 を何らかの方法でモデル化する必要がある。このモデル
化に乱流モデルを使用する。
化に乱流モデルを使用する。
【００２４】乱流モデル 炉内流動場における乱流モデルに関しては、工業的に多
く採用されている高レイノズル数型のｋ−εモデルを採
用した。（δは、クロネッカ記号を、添字のｔは、乱流
効果を含むことを示す。以下同じ）
く採用されている高レイノズル数型のｋ−εモデルを採
用した。（δは、クロネッカ記号を、添字のｔは、乱流
効果を含むことを示す。以下同じ）
【数５】 乱流エネルギーを表わすｋと、消散率を表わすε、及び
μtは、次式で定義する。
μtは、次式で定義する。
【数６】 乱流エネルギーと消散率は、多くの場合、次の保存式を
使って解析する。
使って解析する。
【数７】 各種定数は、通常使用されている数値を使用する。 Ｃ1＝1.44、Ｃ2＝1.92、Ｃμ＝0.09、ρk＝1.0、σε＝
1.3 このように、乱流エネルギーと消散率の２変数と２方程
式を追加することで、６変数と６方程式により表現され
ることとなり、流動解析が可能になる。
1.3 このように、乱流エネルギーと消散率の２変数と２方程
式を追加することで、６変数と６方程式により表現され
ることとなり、流動解析が可能になる。
【００２５】これらは従来から使われているモデルなの
で、モデル自体に新規性はないが、従来は、炉内伝熱計
算に使用できる程度の精度が得られなかった。しかし、
蓄熱式バーナを使用した場合には、単位炉内で発生した
ガスの大部分（製鉄所副生ガスの場合８０％）が単位炉
内で熱回収され、隣接する単位炉に流れる部分は残りの
ごくわずかな部分である。よって、計算精度が向上し、
実用に耐える計算ができるようになる。
で、モデル自体に新規性はないが、従来は、炉内伝熱計
算に使用できる程度の精度が得られなかった。しかし、
蓄熱式バーナを使用した場合には、単位炉内で発生した
ガスの大部分（製鉄所副生ガスの場合８０％）が単位炉
内で熱回収され、隣接する単位炉に流れる部分は残りの
ごくわずかな部分である。よって、計算精度が向上し、
実用に耐える計算ができるようになる。
【００２６】（３）燃焼モデル 燃焼反応により発生する熱量をエネルギー保存方程式の
ソース項に代入するため、燃焼モデルが必要となる。そ
の解析方法は、空気と燃料との混合比率を表わす混合割
合係数ｆと、乱流の拡散効果を考慮するための確率密度
関数を用いる。
ソース項に代入するため、燃焼モデルが必要となる。そ
の解析方法は、空気と燃料との混合比率を表わす混合割
合係数ｆと、乱流の拡散効果を考慮するための確率密度
関数を用いる。
【００２７】燃焼反応のモデルは、反応速度が流体が計
算領域を通過する時間に比べて十分早いと仮定して、各
計算セルにおいて、熱平衡計算と確率密度から求まる組
成に、直ちに変化すると仮定したモデル用いる。
算領域を通過する時間に比べて十分早いと仮定して、各
計算セルにおいて、熱平衡計算と確率密度から求まる組
成に、直ちに変化すると仮定したモデル用いる。
【００２８】平均のガス組成、ガス温度及びガスのエン
タルピーを表わすφは、平均値として以下の式で表現さ
れる。
タルピーを表わすφは、平均値として以下の式で表現さ
れる。
【数８】 ここで、Ｐ（ｆ）は確率密度関数と呼ばれるものであ
る。φi（ｆ，ｈ*）は、あるエンタルピーを持った燃焼
ガスの瞬間のガス組成、ガス温度、エンタルピーを表わ
し、確率密度関数を乗じることより、平均値を求めるこ
とができる。積分範囲０〜１は、確率密度の全範囲に亘
って積分することを示す。
る。φi（ｆ，ｈ*）は、あるエンタルピーを持った燃焼
ガスの瞬間のガス組成、ガス温度、エンタルピーを表わ
し、確率密度関数を乗じることより、平均値を求めるこ
とができる。積分範囲０〜１は、確率密度の全範囲に亘
って積分することを示す。
【００２９】確率密度関数に関しては、通常、β関数を
使用するために下式を解く。混合割合関数の平均値
使用するために下式を解く。混合割合関数の平均値
【数９】 と、乱流による変動値の二乗平均値
【数１０】 は、下記の保存式から求める。ＣgとＣdは定数である。
【数１１】 すなわち、混合割合関数の平均値と変動値の２変数と２
方程式を追加することにより、解析が可能になる。
方程式を追加することにより、解析が可能になる。
【００３０】（４）熱交換モデル 蓄熱体における熱交換は、燃焼排ガスの顕熱と燃焼用空
気の予熱を蓄熱体を介して行う。蓄熱式バーナの形式に
よって、熱交換の実績値が分かっているので、これを用
いることによって熱交換の効率が正確に計算でき、予熱
空気温度や熱効率を正確に計算することができる。
気の予熱を蓄熱体を介して行う。蓄熱式バーナの形式に
よって、熱交換の実績値が分かっているので、これを用
いることによって熱交換の効率が正確に計算でき、予熱
空気温度や熱効率を正確に計算することができる。
【００３１】これらの方程式群を離散化して計算機を用
いて解析すると、炉内の温度分布を正確に知ることが可
能となる。一例として、下記の条件で炉内温度分布のシ
ミュレーションを行った結果を図４に示す。
いて解析すると、炉内の温度分布を正確に知ることが可
能となる。一例として、下記の条件で炉内温度分布のシ
ミュレーションを行った結果を図４に示す。
【００３２】 ・計算領域： 炉幅4.0ｍ、炉高4.0ｍ、炉長8.0ｍ ・空気吐出口： ４個所 ・燃料吐出口： 空気吐出口１個所につき２個所 ・排ガス出口： 空気吐出口と対向する個所に１個所
（空気吐出口と同寸法） ・エスケープ： 上記排ガス口とは別途に設置 各種境界条件に関しては、以下の条件を使用する。
（空気吐出口と同寸法） ・エスケープ： 上記排ガス口とは別途に設置 各種境界条件に関しては、以下の条件を使用する。
【００３３】 ・燃焼量： １バーナあたり1.175ＭＷ（100万kcal/h) ・空気比： 1.05 ・空気流速： 96ｍ／ｓ、1300℃ ・燃料流速： 99ｍ／ｓ、27℃ ・排気条件：排ガスの80％は対向する排ガス出口、20％
はエスケープ ・壁条件： ノンスリップ（壁関数使用） ・壁境界： 総括熱伝達率２Ｊ／ｍ2ｓ、大気温度300Ｋ スラブは伝導伝熱を考慮、スラブ下部は断熱条件 ・スラブ速度： 1.2mm／ｓ 図４において、１は加熱炉、２はバーナ、３は排ガス排
出口、４はエスケープ、５は仕切り壁である。図中にお
ける数字は温度（℃）を示す。
はエスケープ ・壁条件： ノンスリップ（壁関数使用） ・壁境界： 総括熱伝達率２Ｊ／ｍ2ｓ、大気温度300Ｋ スラブは伝導伝熱を考慮、スラブ下部は断熱条件 ・スラブ速度： 1.2mm／ｓ 図４において、１は加熱炉、２はバーナ、３は排ガス排
出口、４はエスケープ、５は仕切り壁である。図中にお
ける数字は温度（℃）を示す。
【００３４】実験用の炉において操業試験を行った結
果、各種相乗条件において、計算で予想される鋼片の抽
出温度に対する実測値の誤差は±１０℃以内であり、本
実施の形態におけるモデルが炉の設計を行うのに十分な
ものであることが実証できた。
果、各種相乗条件において、計算で予想される鋼片の抽
出温度に対する実測値の誤差は±１０℃以内であり、本
実施の形態におけるモデルが炉の設計を行うのに十分な
ものであることが実証できた。
【００３５】
【実施例】本発明の実施例として、バーナの炉長方向設
置位置の最適値を求めた例を図５に示す。このシミュレ
ーションにおいては、鉄鋼用連続加熱炉に対し、ゾーン
法伝熱モデルと炉内のガス流れによるエネルギー移送を
ガス温度と流量により計算するモデルを使用し、燃焼モ
デルは、バーナ付近で一様な発熱が行われているとして
省略し、蓄熱式バーナの熱交換状況を温度交換で近似し
た。
置位置の最適値を求めた例を図５に示す。このシミュレ
ーションにおいては、鉄鋼用連続加熱炉に対し、ゾーン
法伝熱モデルと炉内のガス流れによるエネルギー移送を
ガス温度と流量により計算するモデルを使用し、燃焼モ
デルは、バーナ付近で一様な発熱が行われているとして
省略し、蓄熱式バーナの熱交換状況を温度交換で近似し
た。
【００３６】図５は、挿入口から最初のバーナまでの距
離と、最小の燃料投入量で規格化した燃料投入量の比率
を示したものである。図から明らかなように、バーナの
設置開始位置を挿入口から所定の距離にとることによ
り、炉の最適化ができる。
離と、最小の燃料投入量で規格化した燃料投入量の比率
を示したものである。図から明らかなように、バーナの
設置開始位置を挿入口から所定の距離にとることによ
り、炉の最適化ができる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、蓄熱式バーナを備えた加熱炉の被加熱物と炉内ガ
ス、炉内構造物の間の放射・吸収を考慮した伝熱モデル
により炉内の被加熱物への伝熱量のシミュレーション計
算を行い、その結果に基づいて加熱炉の設計を行うの
で、多大なコストと時間を必要とする実験を行うことな
く、加熱炉の設計が可能である。
は、蓄熱式バーナを備えた加熱炉の被加熱物と炉内ガ
ス、炉内構造物の間の放射・吸収を考慮した伝熱モデル
により炉内の被加熱物への伝熱量のシミュレーション計
算を行い、その結果に基づいて加熱炉の設計を行うの
で、多大なコストと時間を必要とする実験を行うことな
く、加熱炉の設計が可能である。
【図１】本発明の実施の形態の例を示すフローチャート
である。
である。
【図２】本発明の他の実施の形態の例を示すフローチャ
ートである。
ートである。
【図３】放射モデルを計算するときに仮定した伝熱状態
を示す図である。
を示す図である。
【図４】シミュレーションによって求まった炉内温度分
布を示す図である。
布を示す図である。
【図５】バーナの位置と総燃料比の関係を示す図であ
る。
る。
１ 加熱炉 ２ バーナ ３ 排ガス排出口 ４ エスケープ ５ 仕切り壁
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年７月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【図３】
【図５】
【図１】
【図４】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｆ２７Ｂ 3/20 Ｆ２７Ｂ 3/20 Ｆ２７Ｄ 17/00 １０１ Ｆ２７Ｄ 17/00 １０１Ａ Ｇ０５Ｂ 17/02 Ｇ０５Ｂ 17/02
Claims (4)
- 【請求項１】 蓄熱式バーナを備えた加熱炉の被加熱物
と炉内ガス、炉内構造物の間の放射・吸収を考慮した伝
熱モデルにより炉内の被加熱物への伝熱量のシミュレー
ション計算を行い、その結果に基づいて加熱炉の設計を
行うことを特徴とする加熱炉の設計方法。 - 【請求項２】 炉内ガスの流動とそれに伴うエネルギー
移送を考慮した伝熱モデルにより、被加熱物への伝熱量
を推定することを特徴とする請求項１に記載の加熱炉の
設計方法。 - 【請求項３】 燃料と空気の燃焼反応を考慮した伝熱モ
デルにより、被加熱物への伝熱量を推定する機能を加え
た請求項２に記載の加熱炉の設計方法。 - 【請求項４】 蓄熱式バーナ又は排気ガスの熱交換モデ
ルを有することを特徴とする請求項１から請求項３のい
ずれか１項に記載の加熱炉の設計方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9149923A JPH10324919A (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 加熱炉の設計方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9149923A JPH10324919A (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 加熱炉の設計方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10324919A true JPH10324919A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=15485543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9149923A Pending JPH10324919A (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 加熱炉の設計方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10324919A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10200090A1 (de) * | 2002-01-03 | 2003-07-24 | Cad Fem Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Simulation von wärmetransportprozessen |
| JP2009125740A (ja) * | 2007-11-28 | 2009-06-11 | Kanto Auto Works Ltd | 乾燥炉内の揮発溶剤による未硬化膜再溶解の不具合予防方法 |
| CN111859697A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-10-30 | 西安建筑科技大学 | 一种辐射管加热炉板坯加热模拟仿真方法 |
| CN113255242A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-08-13 | 南京钢铁股份有限公司 | 一种线材加热炉炉内热过程仿真方法 |
-
1997
- 1997-05-26 JP JP9149923A patent/JPH10324919A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10200090A1 (de) * | 2002-01-03 | 2003-07-24 | Cad Fem Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Simulation von wärmetransportprozessen |
| JP2009125740A (ja) * | 2007-11-28 | 2009-06-11 | Kanto Auto Works Ltd | 乾燥炉内の揮発溶剤による未硬化膜再溶解の不具合予防方法 |
| CN111859697A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-10-30 | 西安建筑科技大学 | 一种辐射管加热炉板坯加热模拟仿真方法 |
| CN113255242A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-08-13 | 南京钢铁股份有限公司 | 一种线材加热炉炉内热过程仿真方法 |
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