CN105723154A - 管道式蓄热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够在短时间内迅速地完成全部的蓄热材料的更换作业的管道式蓄热装置。该管道式蓄热装置包括：铅垂管道(2)，上部连接有上部管道(3)，且下部连接有下部管道(4)，在至少到下部管道上方为止的空间内收容有粒状蓄热材料(11)，燃烧用空气(A)与废气(B)交替地在上部管道与下部管道之间经由粒状蓄热材料流通；供给料斗(12)，其设置在铅垂管道上，而用于向该铅垂管道内部供给粒状蓄热材料；上部门(14)，其开闭自如地设置在供给料斗与铅垂管道之间，且用于通过关闭而将粒状蓄热材料保持在供给料斗内，并且用于通过打开而从供给料斗向铅垂管道内部投下粒状蓄热材料；以及下部门(15)，其开闭自如地设置在铅垂管道下端(2b)，且通过关闭而将粒状蓄热材料保持在铅垂管道内，并且通过打开而从该铅垂管道内部排出粒状蓄热材料。

Description

管道式蓄热装置

技术领域

本发明涉及一种能够在短时间内迅速完成全部蓄热材料的更换作业的管道式蓄热装置。

背景技术

工业炉中使用的蓄热式烧嘴中具备利用废气的废热来加热燃烧用空气的蓄热装置。在该蓄热装置中收容有球状蓄热材料，当交替流通的废气与燃烧用空气中的废气流通时，废热积蓄在球状蓄热材料中，之后，当燃烧用空气流通时，该燃烧用空气被球状蓄热材料加热。

关于这种蓄热装置，专利文献1以及2中开示了更换球状蓄热材料的更换装置。在专利文献1的“蓄热式烧嘴的蓄热体更换装置”中，在蓄热室上部外侧设有蓄热体补充室，通过一个或者多个蓄热体供给部将所述蓄热室与蓄热体补充室连通，所述蓄热室的底部由蓄热体适量落下底板构成，与从该蓄热体适量落下底板落下的量相应地，从所述蓄热体补充室经由蓄热体供给部向蓄热室供给蓄热体。

专利文献2的“具备蓄热体更换机构的蓄热式交替燃烧装置”包括至少一对蓄热式燃烧器，该一对蓄热式燃烧器包括：具备燃料喷嘴的燃烧器部、由收纳蓄热体的蓄热室，将所述一对蓄热式燃烧器交替地进行燃烧与排气的蓄热式交替燃烧装置的蓄热室形成为大致L字状，所述蓄热室的前端经由多孔板与所述燃烧器部的燃烧室后端连接，在所述蓄热室的底部设置有具备蓄热体排出用开闭阀的蓄热体排出管，另外，通过具备分配器以及位于该分配器的下游的蓄热体供给用开闭阀的蓄热体供给管来连接所述蓄热室的上部与蓄热体贮存罐。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-159148号公报

专利文献2：日本特开2001-317732号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在任一背景技术中，为了避免一口气向蓄热室供给蓄热体，或者从蓄热室一口气排出蓄热体，而将蓄热装置设置成如下的结构，即，具备具有与蓄热室的容积相比非常窄或者细的通路部分的蓄热体供给部及蓄热体适量落下底板、蓄热体供给管、蓄热体排出管，以能够缓慢供给、排出蓄热体。因此，存在蓄热体在这些通路部分处堵塞导致无法更换蓄热体的课题。

另外，关于蓄热体的更换，与每次少量地更换相比在一口气更换全部蓄热体的情况下，不会产生未更换的蓄热体始终残留在蓄热室内等不良现象，因而在设备管理方面优选。在更换全部蓄热体的情况下，需要停止蓄热式烧嘴、工业炉设备。为了缩短该停止期间要求迅速进行更换作业，然而难以满足这样的要求。

本发明鉴于上述现有的课题而完成，其目的在于提供一种能够在短时间内迅速地完成全部蓄热材料的更换作业的管道式蓄热装置。

用于解决课题的方案

本发明所涉及的管道式蓄热装置的特征在于，所述管道式蓄热装置包括：铅垂管道，其上部连接有上部管道，并且下部连接有下部管道，在至少到所述下部管道上方为止的空间内收容有粒状蓄热材料，燃烧用空气与废气经由所述粒状蓄热材料交替地在所述上部管道与所述下部管道之间流通；供给料斗，其设置在所述铅垂管道上，用于向所述铅垂管道内部供给所述粒状蓄热材料；上部门，其开闭自如地设置在所述供给料斗与所述铅垂管道之间，用于通过关闭将所述粒状蓄热材料保持在所述供给料斗内，并且通过打开从所述供给料斗向所述铅垂管道内部投下所述粒状蓄热材料；以及下部门，其开闭自如地设置在所述铅垂管道下端，通过关闭将所述粒状蓄热材料保持在所述铅垂管道内，并且通过打开从所述铅垂管道内部排出所述粒状蓄热材料。

所述管道式蓄热装置的特征在于，在所述铅垂管道下方配置有回收从所述下部门排出的所述粒状蓄热材料的回收容器。

所述管道式蓄热装置的特征在于，所述下部门以双扇对开的方式开闭。

所述管道式蓄热装置的特征在于，在所述上部管道以及所述下部管道的任一方连接有具有供气阀的燃烧用空气供给管和具有排气阀的废气排出管，在关闭所述排气阀且打开所述供气阀而使燃烧用空气在所述铅垂管道中流通的状态下，与关闭所述供气阀对应地，在所述下部门的开闭动作之后进行所述上部门的开闭动作。

所述管道式蓄热装置的特征在于，所述粒状蓄热体是球体形状的球状蓄热材料。

发明效果

对于本发明所涉及的管道式蓄热装置而言，能够在短时间内迅速地完成全部蓄热材料的更换作业。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的管道式蓄热装置的优选的一实施方式的侧剖视图。

图2是表示利用图1的管道式蓄热装置进行的蓄热材料排出阶段的侧剖视图。

图3是表示利用图1的管道式蓄热装置进行的蓄热材料投下阶段的侧剖视图。

图4是表示利用图1的管道式蓄热装置进行的蓄热材料更换作业的完成状态的侧剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的管道式蓄热装置的优选的一实施方式进行详细说明。图1是本实施方式所涉及的管道式蓄热装置的侧剖视图，图2是表示利用图1的管道式蓄热装置进行的蓄热材料排出阶段的侧剖视图，图3是表示利用图1的管道式蓄热装置进行的蓄热材料投下阶段的侧剖视图，图4是表示利用图1的管道式蓄热装置进行的蓄热材料更换作业的完成状态的侧剖视图。

本实施方式所涉及的管道式蓄热装置1具备沿上下铅直方向立起设置的笔直的铅垂管道2。铅垂管道2形成为上端2a向上方开放、下端2b向下方开放的空心筒体状。铅垂管道2的内径从上端2a至下端2b形成为相同的尺寸。

铅垂管道2的上部连接有上部管道3。铅垂管道2的下部连接有下部管道4。在铅垂管道2上连接的上部管道3的端部设有多孔板(格栅)5。在与铅垂管道2连接的下部管道4的端部也设有多孔板6。

在下部管道4连接有具有供气阀7的燃烧用空气供给管8、具有排气阀9的废气排出管10。燃烧用空气供给管8与供给燃烧用空气A的空气供给鼓风机(未图示)连接，废气排出管10与排出废气B的烟道(未图示)连接。

蓄热式烧嘴由交替进行燃烧动作与排气动作的一对燃烧器单元构成。各图中示出了一方的燃烧器单元的主要部分。上部管道3朝向例如工業用炉的炉内开口，在进行燃烧动作时，燃料与从燃烧用空气供给管8供给的燃烧用空气A(图中用实线箭头表示)混合，朝向炉内生成火焰。在进行排气动作时，炉内的废气B(图中用虚线箭头表示)被朝向废气排出管10吸引。

如图1所示，从燃烧用空气供给管8向炉内供给的燃烧用空气A从下部管道4经由铅垂管道2向上部管道3流通。从废气排出管10排出的废气B与燃烧用空气A的流动相反，从上部管道3经由铅垂管道2向下部管道4流通。即，燃烧用空气A以及废气B的流通路径使这些燃烧用空气A以及废气B相互以相反的朝向流通，使燃烧用空气A从下部管道4向上部管道3流通，使废气B从上部管道3向下部管道4流通。另外，也可以使燃烧用空气供给管8以及废气排出管10与上部管道3连接，而取代与下部管道4连接，使下部管道4与炉内侧连接。总之，在设置在上部管道3与下部管道4之间的铅垂管道2内交替地流通有燃烧用空气A与废气B。

在铅垂管道2的内部的、至少到下部管道4上方为止的空间内，收容有陶瓷制等的粒状蓄热材料，在本实施方式中为球状形态的球状蓄热材料11。当然，如图1中的假想线D所示，也可以在直至上部管道3附近或者上部管道3上方为止的空间内收容球状蓄热材料11。由此，从上部管道3、下部管道4流入在铅垂管道2内部流动的燃烧用空气A以及废气B经由球状蓄热材料11流通，从而与该球状蓄热材料11接触。

球状蓄热材料11在废气B流通时，从废气B回收废热，而在燃烧用空气A流通时，通过回收的废热来加热燃烧用空气A。上部管道3以及下部管道4的多孔板5、6使燃烧用空气A、废气B流通，并且对球状蓄热材料11进行保持以避免球状蓄热材料11从铅垂管道2内部向上部管道3、下部管道4掉落。

多孔板5、6设置成面向铅垂管道2内部的表面5a、6a与铅垂管道2的内面2c大致共面，由此，在如后述那样将球状蓄热材料11从铅垂管道2内部排出时，球状蓄热材料11会顺畅地落下，不会残留在多孔板5、6的周边。

在铅垂管道2的上端2a上设有用于向铅垂管道2内部供给球状蓄热材料11的供给料斗12。供给料斗12如所熟知那样下端部由朝向供给方向倾斜的倾斜面形成。

供给料斗12的下端12a的开口以与铅垂管道2的开口的尺寸大致相同的尺寸形成。在向铅垂管道2内部供给球状蓄热材料11以前，预先从球状蓄热材料供给路径13将球状蓄热材料11送入供给料斗12内进行贮存。一次的贮存量设定为球状蓄热材料11的更换总量。

在供给料斗12的下端12a与铅垂管道2的上端2a之间开闭自如地设有上部门14。通过关闭上部门14，从而将供给料斗12与铅垂管道2内部隔断，将球状蓄热材料11保持在供给料斗12内。同时，上部门14使铅垂管道2内部保持气密。另一方面，通过打开上部门14，使供给料斗12与铅垂管道2内部连通，从供给料斗12向铅垂管道2内部投下球状蓄热材料11。

在本实施方式中，上部门14沿水平方向滑动驱动，以使左右一对上部门板14a相互接近分离，通过接近而将上部门14关闭，通过分离而将上部门14打开。各上部门板14a优选分离驱动至铅垂管道2的上端2a全开的位置。作为驱动机构，例如，可以使用液压缸等。

在铅垂管道2的下端2b开闭自如地设有下部门15。通过关闭下部门15，从而将铅垂管道2内部与外部隔断，将球状蓄热材料11保持在铅垂管道2内部。同时，下部门15使铅垂管道2内部保持气密。另一方面，通过打开下部门15，使铅垂管道2内部与外部连通，从铅垂管道2内部排出球状蓄热材料11。

在本实施方式中，下部门15以双扇对开的方式开闭驱动，以使左右一对下部门板15a相互接近分离。具体而言，各下部门板15a的基端被设于铅垂管道2的外侧部分的支轴15b支承为旋转自如，各下部门板15a绕基端旋转，通过使它们的前端15c相互接近从而将下部门15关闭，通过使它们的前端15c分离，从而将下部门15打开。

由此，各下部门板15a分离移动至铅垂管道2的下端2b全开的位置。作为驱动机构，例如，可以使用齿轮机构等。

下部门15也可以与上部门14相同，通过沿水平方向滑动驱动来实现开闭。另外，上部门14也可以与下部门15相同，而以双扇对开的方式开闭驱动。

若采用滑动驱动，则能够减小设置所需的上下尺寸，能够使管道式蓄热装置1小型化。另一方面，在铅垂管道2的上下存在富余空间的情况下，设置成双扇对开能够瞬时且迅速地进行球状蓄热材料11的供给、排出。

在本实施方式中，为了使下部门板15a轻量化，而在该下部门板15a的下表面配置加强肋15d，由此实现了下部门板15a的薄壁化。另外，在图示例中，下部门15的下方设置成空余空间，然而也可以在下部门15正下方设置对球状蓄热材料11的排出进行引导的排出槽。

下部管道4连接在比设有下部门15的铅垂管道2的下端2b靠上方的位置，由此在铅垂管道2的下端2b周边形成有底部区域C。一旦废气B等进入，那么比下部管道4靠下方的铅垂管道2的下端2b周边的底部区域C的压力稳定，因此之后阻碍了废气B等向该底部区域C的流通。

即，废气B等不会进入底部区域C，与球状蓄热材料11彼此之间的空气层相结合，能够呈现出隔热性。因此，能够防止下部门15周边加热至高温。因此，能够削减向下部门15施工的耐热材料，能够实现下部门15的轻量化、低成本化。

在管道式蓄热装置1的设置面17上配置有回收容器18，该回收容器18位于铅垂管道2下方，回收从下部门15排出的球状蓄热材料11。回收容器18具有朝向上方的开口部18a。只要能够收容球状蓄热材料11，则回收容器18便可以采用箱形态等任意形态的容器。在本实施方式中，为了提高移动的便利性，在回收容器18设有在设置面17上行驶自如的车轮18b。

管道式蓄热装置1具备控制器19，该控制器19与上部门14、下部门15、供气阀7以及排气阀9连接并对它们进行控制。

供气阀7在蓄热式烧嘴进行燃烧动作时打开(打开动作在图中用空心标志表示)，来自燃烧用空气供给管8的燃烧用空气A从铅垂管道2向上部管道3送入。送入上部管道3的燃烧用空气A之后与燃料混合，由此朝向炉内生成火焰。此时，排气阀9关闭(关闭动作在图中用实心标志表示)。另一方面，在蓄热式烧嘴进行排气动作时供气阀7关闭并且排气阀9打开，由此，来自炉内的废气B经由上部管道3向铅垂管道2内部流通，之后，向废气排出管10排出。

对于蓄热式烧嘴的成对的燃烧器单元的一方的燃烧器单元，在关闭排气阀9且打开供气阀7而使燃烧用空气A在铅垂管道2内流通的状态的燃烧动作时(另一方的燃烧器单元处于排气动作状态)，若控制器19关闭供气阀7从供气阀7输入该操作信号，则能够进行球状蓄热材料11的更换操作。或者，若在进行燃烧动作时，向控制器19输入有供气阀7的关闭信号，则能够通过该输入操作来触发实施球状蓄热材料11的更换操作。

与关闭供气阀7而使铅垂管道2内的气流暂时停止相应地，从控制器19向下部门15发送打开信号。之后，在通过控制器19所具备的计时器等的计时，根据经过了规定时间等而确认全部的球状蓄热材料11落入回收容器18时，向下部门15发送关闭信号。之后，在通过检测下部门15的开闭的传感器等确认下部门15关闭后，从控制器19向上部门14发送打开信号。

之后，在通过控制器19的计时器等的计时，根据经过了规定时间等而确认全部的球状蓄热材料11从供给料斗12投入铅垂管道2内时，从控制器19向上部门14发送关闭信号。最后，在通过检测上部门14的开闭的传感器等确认上部门14关闭后，从控制器19向排气阀9发送打开信号而使该一方的燃烧器单元转变为排气动作，由此，在成对的另一方的燃烧器单元开始燃烧动作。

阀7、9及门14、15的动作控制也可以不依靠控制器19的计时器等的累计，而通过工作人员一边通过目视观察确认状况一边操作控制器19来对门14、15及阀7、9进行开闭操作。在该情况下，控制器19也以排气阀9关闭为条件，与供气阀7关闭相应地容许更换操作的控制。因此，控制器19在排气阀9打开的排气动作时禁止更换操作的控制。

接下来，对本实施方式所涉及的管道式蓄热装置1的作用进行说明。图1～图4按依次示出球状蓄热材料11的更换操作的步骤。图1示出蓄热式烧嘴的正常运转时的一方的燃烧器单元的燃烧运转状态。

在进行燃烧动作时打开供气阀7且关闭排气阀9，燃烧用空气A从燃烧用空气供给管8经由铅垂管道2向上部管道3流通。在该燃烧动作时进行球状蓄热材料11的更换操作。

如图2所示，首先，在铅垂管道2下方的设置面17上，以朝向上方的开口部18a朝向下部门15的方式配置回收容器18。另外，在供给料斗12中贮存有更换总量的球状蓄热材料11。接下来，关闭供气阀7。由此，停止燃烧用空气A的流通。此时，还停止燃料的供给。

之后，通过控制器19打开下部门15。由此，铅垂管道2内部的球状蓄热材料11瞬时且一口气地从下部门15向回收容器18内排出。接下来，通过控制器19关闭下部门15。

接下来，如图3所示，通过控制器19打开上部门14。由此，供给料斗12内的球状蓄热材料11瞬时且一口气地从上部门14向铅垂管道2内投下。

之后，如图4所示，通过控制器19关闭上部门14。之后，打开排气阀9。由此，在该一方的燃烧器单元中废气B开始流通而转变为排气运转状态，与此同时，在另一方的燃烧器单元中开始燃烧运转。回收容器18在下部门15关闭后的适宜的时机向清洗设备等输送。通过清洗等方法再生后的球状蓄热材料11从球状蓄热材料供给路径13向供给料斗12供给而被再利用。

在以上说明的本实施方式所涉及的管道式蓄热装置1中，将球状蓄热材料11收容于沿上下方向笔直的形态的铅垂管道2，因此，不管是更换球状蓄热材料11时的排出作业，还是用于再填充的投下作业，都不会产生堵塞而能够瞬时且一口气地完成作业，从而能够在非常短的时间内迅速地完成全部球状蓄热材料11的更换作业。

因此，能够简化以球状蓄热材料11为对象的蓄热式烧嘴的维护。另外，由于能够一口气更换全部球状蓄热材料11，因此不会产生未更换的球状蓄热材料11始终残留等不良现象，能够提高设备的管理。

在本实施方式中，以与铅垂管道2的开口的尺寸大致相同的尺寸形成供给料斗12的下端12a的开口，并且，将多孔板5、6设置成面向铅垂管道2内部的表面5a、6a与铅垂管道2的内表面2c大致共面，因此不会在这些供给料斗12及多孔板5、6周边残留球状蓄热材料11，能够更顺畅且适当地完成更换作业。

特别是，在排出作业中，若打开下部门15便能够直接排出全部球状蓄热材料11，从而能够去除掏取球状蓄热材料11等繁琐的作业。另外，由于是铅垂管道2，因此构造非常简单，从而无论是投下球状蓄热材料11还是将其排出，都能够防止由此产生损伤。

在铅垂管道2下方配置有回收容器18，通过回收容器18来回收球状蓄热材料11，因此能够容易将排出的球状蓄热材料11向其他位置移动。

通过利用加强肋15d来加强下部门板15a、在下部门15正上方形成具有隔热性的底部区域C，能够确保下部门板15a的薄壁化及耐热材料的施工量的削减，由此，能够缩短下部门15的开闭动作时间，能够进一步缩短更换作业时间。

球状蓄热材料11的更换作业仅通过下部门15以及上部门14的开闭操作便可以实现，从而能够容易地在短时间内完成作业，能够缩短蓄热式烧嘴的运转停止期间。

由于将下部门15设为双扇对开，因此与滑动式相比能够瞬时而迅速地排出球状蓄热材料11，由此也能够促进更换时间的缩短化。

下部管道4上连接有具有供气阀7的燃烧用空气供给管8和具有排气阀9的废气排出管10，在关闭排气阀9且打开供气阀7而使燃烧用空气A在铅垂管道2内流通的状态下，与关闭供气阀7的动作相应地，在下部门15的开闭动作之后进行上部门14的开闭动作，因此高温废气B流通时禁止更换作业，而另一方面在燃烧用空气A流通期间，仅在更换作业时停止燃烧用空气A的供给，通过该供给停止、即供气阀7的关闭操作来尽量抑制炉内温度的变动，并且即使在蓄热式烧嘴的运转期间内也能够进行球状蓄热材料11的更换作业。

另外，在低温的燃烧用空气A流通时进行更换作业，因此能够降低球状蓄热材料11的温度而将其排出，能够提高作业的安全性。

而且，在一方的燃烧器单元中，在完成了球状蓄热材料11的更换作业而将上部门14关闭后切换成排气运转，因此与之相应地能够将另一方的燃烧器单元从排气运转马上切换成燃烧运转，从而能够在进行球状蓄热材料11的更换作业的同时确保蓄热式烧嘴的连续运转，由此能够连续地对炉进行操作。

另外，刚刚更换后的低温的球状蓄热材料11首先在排气运转时被废气B加热从而蓄热、升温，因此在之后的燃烧运转时燃烧用空气A流通的情况下达到足够的高温状态，从而能够适当地加热该燃烧用空气A，将炉内生成的火焰温度维持在较高的温度。

另外，在运转多个蓄热式烧嘴的情况下，通过间歇式运转使得某一方的蓄热式烧嘴停止运转。当然可以在该运转停止期间内进行更换作业。

由于底部区域C具有隔热性，因此形成该底部区域C的铅垂管道2部分可以不使用耐火材料而由铁质外壳形成。像这样设置能够降低铅垂管道2的制作费。

需要说明的是，对于粒状蓄热体，以球体形状的球状蓄热材料11为例而进行了说明，然而粒状不局限于球状，只要是椭圆状或圆筒状、破碎了的形状等呈现出滚动性的形态，则可以是任意的形态。对于球状，也无需是正球体，而可以是存在形变或凹凸的球状。

附图标记说明

1管道式蓄热装置

2铅垂管道

2a铅垂管道的上端

2b铅垂管道的下端

2c铅垂管道的内表面

3上部管道

4下部管道

5、6多孔板

5a、6a多孔板的表面

7供气阀

8燃烧用空气供给管

9排气阀

10废气排出管

11球状蓄热材料

12供给料斗

12a供给料斗的下端

13球状蓄热体供给路径

14上部门

14a上部门板

15下部门

15a下部门板

15b支轴

15c前端

15d加强肋

17设置面

18回收容器

18a朝向上方的开口部

18b车轮

19控制器

A燃烧用空气

B废气

C底部区域

D表示球状蓄热材料的收容高度的假想线

Claims (5)

1.一种管道式蓄热装置，其特征在于，

所述管道式蓄热装置包括：

铅垂管道，其上部连接有上部管道，并且下部连接有下部管道，在至少到所述下部管道上方为止的空间内收容有粒状蓄热材料，燃烧用空气与废气经由所述粒状蓄热材料交替地在所述上部管道与所述下部管道之间流通；

供给料斗，其设置在所述铅垂管道上，用于向所述铅垂管道内部供给所述粒状蓄热材料；

上部门，其开闭自如地设置在所述供给料斗与所述铅垂管道之间，用于通过关闭将所述粒状蓄热材料保持在所述供给料斗内，并且通过打开从所述供给料斗向所述铅垂管道内部投下所述粒状蓄热材料；以及

下部门，其开闭自如地设置在所述铅垂管道下端，通过关闭将所述粒状蓄热材料保持在所述铅垂管道内，并且通过打开从所述铅垂管道内部排出所述粒状蓄热材料。

2.根据权利要求1所述的管道式蓄热装置，其特征在于，

在所述铅垂管道下方配置有回收从所述下部门排出的所述粒状蓄热材料的回收容器。

3.根据权利要求1或2所述的管道式蓄热装置，其特征在于，

所述下部门以双扇对开的方式开闭。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的管道式蓄热装置，其特征在于，

在所述上部管道以及所述下部管道的任一方连接有具有供气阀的燃烧用空气供给管和具有排气阀的废气排出管，在关闭所述排气阀且打开所述供气阀而使燃烧用空气在所述铅垂管道中流通的状态下，与关闭所述供气阀对应地，在所述下部门的开闭动作之后进行所述上部门的开闭动作。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的管道式蓄热装置，其特征在于，

所述粒状蓄热体是球体形状的球状蓄热材料。