JP2010060157A - 加熱炉の排気設備 - Google Patents

Abstract

【課題】連続燃焼バーナと蓄熱式バーナとを備えた加熱炉の排気設備において、排気設備の設備費の低減化を図る。
【解決手段】加熱炉１内の燃焼排ガスを蓄熱式バーナ３の蓄熱体、吸引ファンを順次介して排出する第１の排気系４と、加熱炉１内の燃焼排ガスを加熱炉１の炉尻側からドラフトによって排出する第２の排気系５と、第１の排気系４及び第２の排気系５から排出される燃焼排ガスを大気中に放散する１本の煙突６と、第２の排気系５から排出される燃焼排ガスの排熱を回収して連続燃焼バーナ２に供給する燃焼空気を予熱する熱交換手段（好ましくは圧損が１０ｍｍＨ_２Ｏ以上２０ｍｍＨ_２Ｏ以下のレキュぺレータ）９を備え、加熱炉１に設置された全バーナの燃焼量に対する連続燃焼バーナ２の燃焼量の割合が１０容量％以上、５０容量％以下であり、煙突６の高さが４５ｍ以上６０ｍ未満であることを特徴とする加熱炉の排気設備。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続燃焼バーナと蓄熱式バーナとを備えた加熱炉の排気設備に関する。

近年、熱間圧延設備の連続式加熱炉では、省エネルギー対策として蓄熱式（リジェネ）バーナの導入が積極的に進められている（例えば、特許文献１を参照。) 。蓄熱式バーナは、蓄熱体を備えた一対のバーナによって構成されるものであり、これら一対のバーナが燃焼と排気とを交互に繰り返しながら、一方のバーナの燃焼により発生した燃焼排ガスを他方のバーナの蓄熱体に通過させることによって、その燃焼排ガス中の排熱を蓄熱体に蓄熱し、他方のバーナが燃焼する際に、この蓄熱体に燃焼空気を通過させることによって燃焼空気を予熱し、この燃焼空気の温度を上げて省エネルギー化を図るものである。この蓄熱式バーナでは、排気時に燃焼排ガスの排熱を蓄熱体によって蓄熱回収し燃焼時に燃焼空気が蓄熱体と直接熱交換により加熱されるため、一般的なレキュペレータを用いて排熱回収する場合よりも、高い熱交換率を得ることが可能である。
特開２０００−３４５２３７号公報

ところで、上記特許文献１に記載される蓄熱式バーナを備えた加熱炉の排気設備では、加熱炉内の燃焼排ガスを蓄熱式バーナを介して排出する第１の排気系と、加熱炉内の燃焼排ガスを加熱炉の炉尻側から排出する第２の排気系とのうち、第１の排気系に加熱炉内の燃焼排ガスを誘引する誘引ファンを設け、第２の排気系に加熱炉の炉圧を制御する炉圧ダンバを設けて、第１の排気系と第２の排気系とを１本の煙突に接続し、この煙突から燃焼排ガスを合流して排出することが行われている。

このような排気設備を備えた加熱炉では、蓄熱式バーナの蓄熱体で、該蓄熱式バーナから発生する燃焼排ガスの約８０％を排熱回収している。しかし、連続燃焼バーナで発生する燃焼排ガスは、排熱回収することなく、全て炉尻から炉外へと排出している。このため、加熱炉の炉尻から排出される燃焼排ガスには大きな排熱が存在することになる。

この加熱炉の炉尻から排出される燃焼排ガスから排熱回収するためにレキュペレータを設けることが行われている。しかし、このレキュペレータで発生する圧損を補償してドラフトを確保するために、このレキュペレータと煙突との間に誘引ファンを設けたり、煙突の高さを１００ｍ以上確保したりする必要があるため、このような排気設備の建設費が高くなるといった問題が発生してしまう。

そこで、本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、連続燃焼バーナと蓄熱式バーナとを備えた加熱炉の排気設備において、排気設備の設備費の低減化を実現可能とすることを目的とする。

上記課題を解決することを目的とした本発明の要旨は以下の通りである。
（１） 炉内を連続的に燃焼する連続燃焼バーナと、炉内で燃焼と排気とを交互に繰り返しながら、排気時に燃焼排ガスの排熱を蓄熱体によって蓄熱回収し、燃焼時に蓄熱体に蓄熱された熱によって燃焼空気を予熱する蓄熱式バーナとを備えた加熱炉の排気設備であって、
前記加熱炉内の燃焼排ガスを前記蓄熱式バーナの蓄熱体、吸引ファンを順次介して排出する第１の排気系と、
前記加熱炉内の燃焼排ガスを前記加熱炉の炉尻側からドラフト（自然通風）によって排出する第２の排気系と、前記第１の排気系及び前記第２の排気系から排出される燃焼排ガスを大気中に放散する１本の煙突と、
前記第２の排気系から排出される燃焼排ガスの排熱を回収して前記連続燃焼バーナに供給する燃焼空気を予熱する熱交換手段とを備え、
前記加熱炉に設置された全バーナの燃焼量に対する前記連続燃焼バーナの燃焼量の割合が１０容量％以上、５０容量％以下であり、前記煙突の高さが４５ｍ以上６０ｍ未満であることを特徴とする加熱炉の排気設備。
（２） 前記連続燃焼バーナとして、ルーフバーナ、サイドバーナ、軸流バーナの何れか１種又は２種以上を備えることを特徴とする前記（１）に記載の加熱炉の排気設備。
（３） 前記熱交換手段として、レキュペレータを用い、このレキュぺレータの圧損が１０ｍｍＨ_２Ｏ以上２０ｍｍＨ_２Ｏ以下であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の加熱炉の排気設備。

本発明によれば、加熱炉の燃焼排ガスを大気中に放散するのに必要な高さである４５ｍ以上で、かつ、建設費が大幅に増加しない高さ６０ｍ以下の煙突で得られる自然通風可能な領域で、連続燃焼バーナにおける燃焼量の比率を設定したので、その分、第１の排気系に接続された吸引ファンの容量を低減可能となり、該吸引ファンの設備コスト（ランニングコストを含む）を低減できる。

以下、本発明を適用した加熱炉の排気設備について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態では、図１に示すような熱間圧延設備の連続式加熱炉１に本発明の排気設備を適用した場合を例に挙げて説明する。

熱間圧延設備の連続式加熱炉（以下、加熱炉という。）１は、炉内に装入された被加熱材であるスラブ（鋳片）を、搬送手段であるウォーキングビームによって矢印方向に搬送しながら、炉内の予熱帯、加熱帯、均熱帯を順次通過する間に、炉内に設置されたバーナによって所定温度まで加熱するものであり、所定温度まで加熱されたスラブは加熱炉１から抽出され、次工程の圧延ラインへと送られる。

この加熱炉１には、炉内を連続的に加熱する連続燃焼バーナ２と炉内で燃焼と排気とを交互に繰り返しながら排気時に燃焼排ガスの排熱を蓄熱体によって排熱回収し、燃焼時に、蓄熱体に蓄熱された熱によって燃焼空気を予熱する蓄熱式バーナ３とが設置されている。

連続燃焼バーナ２は、例えば加熱炉１の上部に炉幅方向に並んで配置されたルーフバーナであり、このルーフバーナは、スラブ長手方向の温度分布を目標温度分布（均一又は傾斜）にするため、加熱炉１の出側の上部、具体的には均熱帯の上部に設置されている。なお、連続燃焼バーナ２としては、ルーフバーナ以外にも、加熱炉１の側部に配置されるサイドバーナや、加熱炉１の上部又は下部に炉長方向に沿って配置される軸流バーナなどを挙げることができ、これらの連続燃焼バーナ２を１種又は２種以上用いることができる。また、これらの連続燃焼バーナ２は、上述した配置に限らず予熱帯、加熱帯、均熱帯の何れかの上部下部又は側部に任意に設置することも可能である。

蓄熱式バーナ３は、蓄熱体を備えた一対のバーナを加熱炉１の側部に対向配置されてなり、これら一対のバーナが燃焼と排気とを交互に繰り返しながら、一方のバーナの燃焼により発生した燃焼排ガスを他方のバーナの蓄熱体に通過させることによってその燃焼排ガス中の排熱を蓄熱体に蓄熱し、他方のバーナが燃焼する際に、この蓄熱体に燃焼空気を通過させることによって燃焼空気を予熱するようになされている。この蓄熱式バーナ３は、加熱炉１の予熱帯及び加熱帯の側部において、搬送するスラブを挟んだ上部側と下部側とにそれぞれ設置されている。さらに、この蓄熱式バーナ３は、加熱炉１の均熱帯の側部において、搬送するスラブを挟んだ下部側に設置されている。なお、蓄熱式バーナ３は、上述した配置に限らず、予熱帯、加熱帯、均熱帯の何れかの側部に任意に設置することができる。

加熱炉１は、その排気設備として、炉内の燃焼排ガスを蓄熱式バーナ３を介して排出する第１の排気系４と、炉内の燃焼排ガスを炉尻側から排出する第２の排気系５と、第１の排気系４及び第２の排気系５から排出される燃焼排ガスを炉外に排出する１本の煙突６と、加熱炉１内の燃焼排ガスを第１の排気系４に誘引する排ガス誘引手段である誘引ファン（ＩＤＦ）７と、第２の排気系５に接続された炉圧制御手段である炉圧ダンパ８と、第２の排気系５から排出される燃焼排ガスの排熱を回収して燃焼空気を予熱する熱交換手段であるレキュぺレータ９とを備えている。

第１の排気系４は、加熱炉１に設置された各蓄熱式バーナ３から排出される燃焼排ガスを煙突６へと導くものである。第２の排気系５は、加熱炉１の炉尻から排出する燃焼排ガスを煙突６へと導くものである。煙突６は、これら第１の排気系４及び第２の排気系５から排出される燃焼排ガスを合流して外部に放出する。

また、第１の排気系４には、流量測定器（図示せず。）用のオリフィス１１と、排ガス量を調整するための流量調節弁１２とが設けられ、これらオリフィス１１と流量調節弁１２とを介して誘引ファン７により蓄熱式バーナ３からの燃焼排ガスを煙突６へと送り込む。

炉圧ダンバ８は、煙突６とレキュぺレータ９との間に配置されて、煙突６への合流部の圧力が煙突６のドラフトとバランスするように加熱炉１の炉圧を制御するものである。

レキュペレータ９は、第２の排気系５から排出される燃焼排ガスの排熱を回収し、燃焼空気ファン１０により導入された燃焼空気を予熱する。そして、この予熱された燃焼空気は連続燃焼バーナ２に供給される。

また、上述したように１本の煙突６から第１の排気系４及び第２の排気系５から排出される燃焼排ガスを加熱炉１の炉外に排出しており、この煙突６の高さは、ＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯ_２の着地濃度を満足する最低の高さである４５ｍ以上を確保する必要がある。また、航空法による航空障害灯の設置等の義務付けがない６０ｍ未満とすることによってその建設費を大幅に低く抑えることが可能である。

一方、連続燃焼バーナ２に対する蓄熱式バーナ３の設置比率が高くなるに従って、蓄熱式バーナ３からの燃焼排ガス量が多くなって容量の大きい誘引ファン７が必要となり、イニシャルコスト（設備費）、ランニングコスト（消費電力費用）が高くなる。

この両者のことから、煙突６の必要高さ（４５ｍ以上、６０ｍ未満）で発生するドラフト力を利用できる範囲内での連続燃焼バーナ２の燃焼量比率とし、それ以外を蓄熱式バーナ３とすることにより、該第１の排気系４に設置されている吸引ブロワ７の容量を小さくすることが可能となり、吸引ブロワ７のイニシャルコスト、ランニングコストを低減することができる。

このため、本発明は、加熱炉１内の全バーナに対する連続燃焼バーナ２の燃焼量の割合を１０％以上、４０％以下とするものである。つまり、連続燃焼バーナ２の燃焼量の割合が１０％未満であると、煙突６のドラフトに余裕が出来ると共に吸引ブロワ７の容量を大幅に低減できない。一方、５０％を超えると吸引ブロワ７の容量は大幅に低減するが、煙突６のドラフトが不足して、煙突６の高さを６０ｍ以上にすることが必要となる。

また、本発明を適用した加熱炉１の排気設備では、第２の排気系５に設けたレキュペレータ９は、低圧損型とし、その圧損が１０ｍｍＨ_２Ｏ以上２０ｍｍＨ_２Ｏ以下（ｍｍＨ_２Ｏ＝９．８Ｐａ）のものを用いることが、煙突６の高さを４５ｍに近づけることが可能となり好ましい。

なお本発明は、上述した熱間圧延設備の連続式加熱炉１に本発明の排気設備を適用した場合に限らず、連続燃焼バーナと蓄熱式バーナとを備えた加熱炉において本発明の排気設備を幅広く適用することが可能であり、これにより加熱炉の排気設備の低コスト化を実現することが可能である。

以下、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなくその要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

表１に本発明における実施例と比較例を示す。これは図１に示す加熱炉１を用いて、該加熱炉１の均熱帯の上部の炉幅方向に設置した連続燃焼バーナ２と、その他の部位に設置した蓄熱式バーナ３に供給する燃料量を変更した際における、煙突６の高さと吸引ファン７の吸引力を求めた例である。

実施例１及び実施例２では、連続燃焼バーナ２の燃焼割合が本発明の範囲内にすることにより、煙突６の高さを本発明の範囲内にすることができ、しかも、誘引ファン７の必要吸引力を１０００ｍｍＨ_２Ｏにすることができた。しかし、実施例２では、レキュペレータ９の圧損が請求項３の範囲を外れたため、実施例１に比較して、煙突６の高さが若干高くなった。

一方、比較例１では、連続燃焼バーナ２の燃焼割合が本発明の上限を外れたので、煙突６の高さが本発明の範囲より高くなった。また、比較例２では、連続燃焼バーナ２の燃焼割合が本発明の下限を外れたので、非常に大きな誘引ファン７の吸引力が必要となった。

図１は、本発明を適用した加熱炉の排気設備を示す模式図である。

符号の説明

１：加熱炉
２：連続燃焼バーナ
３：蓄熱式バーナ
４：第１の排気系
５：第２の排気系
６：煙突
７：誘引ファン
８：炉圧ダンパ
９：レキュペレータ

Claims (3)

1. 炉内を連続的に燃焼する連続燃焼バーナと、炉内で燃焼と排気とを交互に繰り返しながら、排気時に燃焼排ガスの排熱を蓄熱体によって蓄熱回収し、燃焼時に蓄熱体に蓄熱された熱によって燃焼空気を予熱する蓄熱式バーナとを備えた加熱炉の排気設備であって、
   前記加熱炉内の燃焼排ガスを前記蓄熱式バーナの蓄熱体、吸引ファンを順次介して排出する第１の排気系と、
   前記加熱炉内の燃焼排ガスを前記加熱炉の炉尻側からドラフトによって排出する第２の排気系と、
   前記第１の排気系及び前記第２の排気系から排出される燃焼排ガスを大気中に放散する１本の煙突と、
   前記第２の排気系から排出される燃焼排ガスの排熱を回収して前記連続燃焼バーナに供給する燃焼空気を予熱する熱交換手段とを備え、
   前記加熱炉に設置された全バーナの燃焼量に対する前記連続燃焼バーナの燃焼量の割合が１０容量％以上、５０容量％以下であり、前記煙突の高さが４５ｍ以上６０ｍ未満であることを特徴とする加熱炉の排気設備。
2. 前記連続燃焼バーナとして、ルーフバーナ、サイドバーナ、軸流バーナの何れか１種又は２種以上を備えることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉の排気設備。
3. 前記熱交換手段として、レキュペレータを用い、このレキュペレータの圧損が１０ｍｍＨ_２Ｏ以上２０ｍｍＨ_２Ｏ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱炉の排気設備。

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