JPH09229351A - 加熱炉の燃焼方法 - Google Patents
加熱炉の燃焼方法Info
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- JPH09229351A JPH09229351A JP8036857A JP3685796A JPH09229351A JP H09229351 A JPH09229351 A JP H09229351A JP 8036857 A JP8036857 A JP 8036857A JP 3685796 A JP3685796 A JP 3685796A JP H09229351 A JPH09229351 A JP H09229351A
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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)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製鉄副生ガスの中で約５０％を占める低カロ
リーの高炉ガス（ＢＦＧ）を加熱炉で高熱効率で安定燃
焼することを目的とする。 【解決手段】 ＢＦＧ及び燃焼用空気を予熱した後、燃
焼バーナで燃焼させる加熱炉の燃焼方法において、加熱
炉の排ガスを燃焼バーナに導入し、燃焼バーナに設置し
たＢＦＧ予熱用及び燃焼用空気予熱用の蓄熱体を加熱し
た後、排ガスの導入を停止し、燃焼バーナのＢＦＧ予熱
用蓄熱体にＢＦＧを供給して予熱するとともに、燃焼用
空気予熱用の蓄熱体に燃焼用空気を供給して予熱した
後、予熱したＢＦＧ及び燃焼用空気を混合、点火して燃
焼させることを特徴とする加熱炉の燃焼方法。
リーの高炉ガス（ＢＦＧ）を加熱炉で高熱効率で安定燃
焼することを目的とする。 【解決手段】 ＢＦＧ及び燃焼用空気を予熱した後、燃
焼バーナで燃焼させる加熱炉の燃焼方法において、加熱
炉の排ガスを燃焼バーナに導入し、燃焼バーナに設置し
たＢＦＧ予熱用及び燃焼用空気予熱用の蓄熱体を加熱し
た後、排ガスの導入を停止し、燃焼バーナのＢＦＧ予熱
用蓄熱体にＢＦＧを供給して予熱するとともに、燃焼用
空気予熱用の蓄熱体に燃焼用空気を供給して予熱した
後、予熱したＢＦＧ及び燃焼用空気を混合、点火して燃
焼させることを特徴とする加熱炉の燃焼方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】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加熱炉
・熱処理炉等の燃料ガス・燃焼用空気予熱装置に関す
る。
率な熱回収を行い、省エネルギーを図るに好適な加熱炉
・熱処理炉等の燃料ガス・燃焼用空気予熱装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来一貫製鉄所においては、ＢＦＧ（高
炉ガス）は７００〜８００ｋｃａｌ／／ｍ3 の低カロリ
ーガスで、上工程の熱回収率が高く、排ガス温度の低い
ボイラー、熱風炉、コークス炉等で使用されてきた。Ｂ
ＦＧ等の理論火炎温度の低い低カロリーガスは、下工程
の加熱炉・熱処理炉に使用する場合、燃料ガス予熱なし
では、表２に示すとおり加熱ポテンシャルが低く投入熱
量が数倍にもなり熱効率の面で使用されていなかった。
また、どうしてもＢＦＧ等を使用するに当たっては、わ
ざわざ電気、ガスなどの外部エネルギーを使い８００℃
迄予熱し、高カロリーガス並の火炎温度を得、かつ排ガ
スにて燃焼用空気を６００℃に予熱しエネルギー使用効
率の向上を図ることが考えられていた。（特開昭５８−
１０４１２２号公報、特開昭５８−２２８１２号公報）
炉ガス）は７００〜８００ｋｃａｌ／／ｍ3 の低カロリ
ーガスで、上工程の熱回収率が高く、排ガス温度の低い
ボイラー、熱風炉、コークス炉等で使用されてきた。Ｂ
ＦＧ等の理論火炎温度の低い低カロリーガスは、下工程
の加熱炉・熱処理炉に使用する場合、燃料ガス予熱なし
では、表２に示すとおり加熱ポテンシャルが低く投入熱
量が数倍にもなり熱効率の面で使用されていなかった。
また、どうしてもＢＦＧ等を使用するに当たっては、わ
ざわざ電気、ガスなどの外部エネルギーを使い８００℃
迄予熱し、高カロリーガス並の火炎温度を得、かつ排ガ
スにて燃焼用空気を６００℃に予熱しエネルギー使用効
率の向上を図ることが考えられていた。（特開昭５８−
１０４１２２号公報、特開昭５８−２２８１２号公報）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】製鉄工程から発生する
製鉄副生ガスは高炉微粉炭吹き込み（ＰＣＩ）の増大、
スクラップの大量使用などにより高カロリーのコークス
炉ガス（ＣＯＧ）は減少傾向にあり、ＢＦＧ等の低カロ
リーガスは比較的大量に発生する傾向にある。従って低
カロリーガスの有効利用は今後の重要課題となる。一般
的にコークス炉ガス（ＣＯＧ）や天然ガス（ＬＮＧ）な
どの高カロリーガスの場合、理論燃焼空気量はＣＯＧで
４．６ｍ3 ／ｍ3 −ＣＯＧ、ＬＮＧで９．５ｍ3 ／ｍ3
−ＬＮＧとなり燃料ガスの予熱効果は空気予熱の予熱効
果に比べて非常に小さい。しかし、ＢＦＧを燃焼させる
場合、この燃料の理論燃焼用空気量は０．６４ｍ3 ／ｍ
3 −ＢＦＧであり、従来通り空気予熱だけによる排ガス
からの熱回収を考えた場合、熱回収量は小さく、むしろ
熱回収の面から言えば燃料ガスの予熱に熱回収の余地が
ある。即ち、低カロリーの燃料ガス予熱は空気予熱以上
に予熱効果が大きいと言える。
製鉄副生ガスは高炉微粉炭吹き込み（ＰＣＩ）の増大、
スクラップの大量使用などにより高カロリーのコークス
炉ガス（ＣＯＧ）は減少傾向にあり、ＢＦＧ等の低カロ
リーガスは比較的大量に発生する傾向にある。従って低
カロリーガスの有効利用は今後の重要課題となる。一般
的にコークス炉ガス（ＣＯＧ）や天然ガス（ＬＮＧ）な
どの高カロリーガスの場合、理論燃焼空気量はＣＯＧで
４．６ｍ3 ／ｍ3 −ＣＯＧ、ＬＮＧで９．５ｍ3 ／ｍ3
−ＬＮＧとなり燃料ガスの予熱効果は空気予熱の予熱効
果に比べて非常に小さい。しかし、ＢＦＧを燃焼させる
場合、この燃料の理論燃焼用空気量は０．６４ｍ3 ／ｍ
3 −ＢＦＧであり、従来通り空気予熱だけによる排ガス
からの熱回収を考えた場合、熱回収量は小さく、むしろ
熱回収の面から言えば燃料ガスの予熱に熱回収の余地が
ある。即ち、低カロリーの燃料ガス予熱は空気予熱以上
に予熱効果が大きいと言える。
【０００４】一方、下工程における加熱炉では被加熱鋼
材の最終到達温度が１２５０℃程度と高く、炉温も高く
なりかつ温度幅も１０００〜１３００℃程度になる。現
状の加熱炉では鋼材装入口側に設置した金属製密閉式熱
交換器で熱回収しており、材料の耐熱性の点で常温空気
により熱交換器入り口の排ガスを８００℃程度まで希釈
冷却しなければ熱交換できず、また空気だけでなく燃料
ガスも予熱し熱回収せねば熱効率が低い。製鉄工程に於
いて排ガス温度が９００℃程度の加熱炉に蓄熱切替式熱
交換器による熱交換システムを導入し、ＢＦＧ等の低カ
ロリーガス及び燃焼用空気の極限迄の予熱を行うことに
より、排ガス温度の高い加熱炉には使用されてこなかっ
たＢＦＧ等の低カロリーガスの用途拡大を可能とする。
本発明は、加熱炉の高温排ガス顕熱により、ＢＦＧ及び
燃焼用空気を効率よく予熱し、安定燃焼させることを目
的とする。
材の最終到達温度が１２５０℃程度と高く、炉温も高く
なりかつ温度幅も１０００〜１３００℃程度になる。現
状の加熱炉では鋼材装入口側に設置した金属製密閉式熱
交換器で熱回収しており、材料の耐熱性の点で常温空気
により熱交換器入り口の排ガスを８００℃程度まで希釈
冷却しなければ熱交換できず、また空気だけでなく燃料
ガスも予熱し熱回収せねば熱効率が低い。製鉄工程に於
いて排ガス温度が９００℃程度の加熱炉に蓄熱切替式熱
交換器による熱交換システムを導入し、ＢＦＧ等の低カ
ロリーガス及び燃焼用空気の極限迄の予熱を行うことに
より、排ガス温度の高い加熱炉には使用されてこなかっ
たＢＦＧ等の低カロリーガスの用途拡大を可能とする。
本発明は、加熱炉の高温排ガス顕熱により、ＢＦＧ及び
燃焼用空気を効率よく予熱し、安定燃焼させることを目
的とする。
【０００５】
【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）ＢＦＧ及び燃焼用空気を予熱した後、燃焼バーナ
で燃焼させる加熱炉の燃焼方法において、加熱炉の排ガ
スを燃焼バーナに導入し、燃焼バーナに設置したＢＦＧ
予熱用及び燃焼用空気予熱用の蓄熱体を加熱した後、排
ガスの導入を停止し、燃焼バーナのＢＦＧ予熱用蓄熱体
にＢＦＧを供給して予熱するとともに、燃焼用空気予熱
用の蓄熱体に燃焼用空気を供給して予熱した後、予熱し
たＢＦＧ及び燃焼用空気を混合、点火して燃焼させるこ
とを特徴とする。 （２）前記（１）においてＢＦＧ及び燃焼用空気を９０
０〜１２００℃に予熱することを特徴とする。
決するため、次のような対策を講じるものである。 （１）ＢＦＧ及び燃焼用空気を予熱した後、燃焼バーナ
で燃焼させる加熱炉の燃焼方法において、加熱炉の排ガ
スを燃焼バーナに導入し、燃焼バーナに設置したＢＦＧ
予熱用及び燃焼用空気予熱用の蓄熱体を加熱した後、排
ガスの導入を停止し、燃焼バーナのＢＦＧ予熱用蓄熱体
にＢＦＧを供給して予熱するとともに、燃焼用空気予熱
用の蓄熱体に燃焼用空気を供給して予熱した後、予熱し
たＢＦＧ及び燃焼用空気を混合、点火して燃焼させるこ
とを特徴とする。 （２）前記（１）においてＢＦＧ及び燃焼用空気を９０
０〜１２００℃に予熱することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。従来、燃料ガスの高温迄の予熱は、（１）熱交換
器の破損による重大トラブルの危険性、（２）カーボン
（Ｃ）が析出し、配管を閉塞させかつ熱効率も低下する
ことなどの問題が有り、実施されてこなかった。ＢＦＧ
は７００〜８００ｋｃａｌ／ｍ3 と低カロリーガスであ
り、一酸化炭素（ＣＯ）を２０数％含み、あとは大部分
二酸化炭素（ＣＯ2 ）、窒素（Ｎ2 ）の不活性ガスであ
り、炭化水素成分を含んでいないため（表１）９００℃
以上に予熱してもカーボン析出を殆ど起こさない。
する。従来、燃料ガスの高温迄の予熱は、（１）熱交換
器の破損による重大トラブルの危険性、（２）カーボン
（Ｃ）が析出し、配管を閉塞させかつ熱効率も低下する
ことなどの問題が有り、実施されてこなかった。ＢＦＧ
は７００〜８００ｋｃａｌ／ｍ3 と低カロリーガスであ
り、一酸化炭素（ＣＯ）を２０数％含み、あとは大部分
二酸化炭素（ＣＯ2 ）、窒素（Ｎ2 ）の不活性ガスであ
り、炭化水素成分を含んでいないため（表１）９００℃
以上に予熱してもカーボン析出を殆ど起こさない。
【０００７】
【表１】
【０００８】ここで燃料ガス及び燃焼用空気の予熱に分
散型の蓄熱体を持った熱交換器を使うと、流路の相当直
径が小さくなり熱伝達率が増すと共に伝熱面積を数倍多
くとることができ、かつ万一蓄熱体が破損しても燃料ガ
スと燃焼用空気とが混合する恐れが無い。一方、通常の
密閉式熱交換器の場合では、熱交換器の隔壁が破損して
燃料ガスと燃焼用空気とが混合すると爆発等の危険性が
あり、かつ９００℃以上の予熱を行うとステンレス等の
熱交換器材質そのものの最高温度が９５０℃以上とな
り、耐熱性が格段に低下し、破損の可能性が大きくな
る。
散型の蓄熱体を持った熱交換器を使うと、流路の相当直
径が小さくなり熱伝達率が増すと共に伝熱面積を数倍多
くとることができ、かつ万一蓄熱体が破損しても燃料ガ
スと燃焼用空気とが混合する恐れが無い。一方、通常の
密閉式熱交換器の場合では、熱交換器の隔壁が破損して
燃料ガスと燃焼用空気とが混合すると爆発等の危険性が
あり、かつ９００℃以上の予熱を行うとステンレス等の
熱交換器材質そのものの最高温度が９５０℃以上とな
り、耐熱性が格段に低下し、破損の可能性が大きくな
る。
【０００９】加熱炉における蓄熱切替式燃焼バーナにお
いて、排ガスのエネルギーを燃料ガス及び燃焼用空気で
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。燃料ガス及び燃焼用空気温
度が上昇すると、それだけ燃焼火炎の温度が上がるため
この回収エネルギーは加熱ポテンシャルを高め、ほぼ１
００％に近い効率で有効利用でき、また高温領域では輻
射伝熱が支配的で火炎温度が上昇するとそれだけ加熱速
度も増大する。
いて、排ガスのエネルギーを燃料ガス及び燃焼用空気で
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。燃料ガス及び燃焼用空気温
度が上昇すると、それだけ燃焼火炎の温度が上がるため
この回収エネルギーは加熱ポテンシャルを高め、ほぼ１
００％に近い効率で有効利用でき、また高温領域では輻
射伝熱が支配的で火炎温度が上昇するとそれだけ加熱速
度も増大する。
【００１０】すなわち、断熱火炎温度Ｔｆと加熱炉出口
の排ガス温度Ｔｅとの差（Ｔｆ−Ｔｅ）で炉内放散熱
（加熱ポテンシャル）が決まり、一般的に鋼材加熱量は
Ｑ＝Ｃｐ×Ｇ×（Ｔｆ−Ｔｅ）−Ｌとなる（Ｃｐ：平均
比熱ｋｃａｌ／ｋｇ・℃、Ｇ：重量流量ｋｇ／ｈ、Ｌ：
熱ロスｋｃａｌ／ｈ）。表２に示すように１０００℃の
排ガスを用いて空気とＢＦＧとを予熱しない場合、（１
２８０−１０００）×Ｃｐ×Ｇが炉内放散熱（加熱ポテ
ンシャル）になる。
の排ガス温度Ｔｅとの差（Ｔｆ−Ｔｅ）で炉内放散熱
（加熱ポテンシャル）が決まり、一般的に鋼材加熱量は
Ｑ＝Ｃｐ×Ｇ×（Ｔｆ−Ｔｅ）−Ｌとなる（Ｃｐ：平均
比熱ｋｃａｌ／ｋｇ・℃、Ｇ：重量流量ｋｇ／ｈ、Ｌ：
熱ロスｋｃａｌ／ｈ）。表２に示すように１０００℃の
排ガスを用いて空気とＢＦＧとを予熱しない場合、（１
２８０−１０００）×Ｃｐ×Ｇが炉内放散熱（加熱ポテ
ンシャル）になる。
【００１１】
【表２】
【００１２】これに対し、燃料ガス・燃焼用空気を予熱
すると燃焼ガス温度の上昇分ΔＴｆはそのまま有効エネ
ルギーとして鋼材加熱に寄与し、Ｑ＝Ｃｐ×Ｇ×｛（Ｔ
ｆ＋ΔＴｆ）−Ｔｅ｝−Ｌとなる。蓄熱切替式燃焼バー
ナを予熱帯に適用して、１０００℃の排ガスを用いＢＦ
Ｇと燃焼用空気共に９００℃迄予熱するとすれば、炉内
放散熱は（２０３０−１０００）×Ｃｐ×Ｇで、予熱無
しの場合と比べて約３．７倍になり、同量の鋼材を加熱
するのに予熱無しの場合の約３割の入熱で良いというこ
とになる。
すると燃焼ガス温度の上昇分ΔＴｆはそのまま有効エネ
ルギーとして鋼材加熱に寄与し、Ｑ＝Ｃｐ×Ｇ×｛（Ｔ
ｆ＋ΔＴｆ）−Ｔｅ｝−Ｌとなる。蓄熱切替式燃焼バー
ナを予熱帯に適用して、１０００℃の排ガスを用いＢＦ
Ｇと燃焼用空気共に９００℃迄予熱するとすれば、炉内
放散熱は（２０３０−１０００）×Ｃｐ×Ｇで、予熱無
しの場合と比べて約３．７倍になり、同量の鋼材を加熱
するのに予熱無しの場合の約３割の入熱で良いというこ
とになる。
【００１３】また、加熱帯・均熱帯の炉内放散熱（加熱
ポテンシャル）は、加熱帯で（２１２０−１１００）×
Ｃｐ×Ｇ、均熱帯で（２３１０−１３００）×Ｃｐ×Ｇ
である。即ち、鋼材が加熱されると共に排ガス温度Ｔｅ
も上昇しＢＦＧ・燃焼用空気の温度も上がり、結果的に
断熱火炎温度Ｔｆが上昇し、加熱ポテンシャルは予熱帯
とほぼ同じである。この加熱ポテンシャルは、断熱火炎
温度Ｔｆが約２０００℃の燃焼用空気を予熱していない
コークス炉ガス（ＣＯＧ）とほぼ等しい。もしＢＦＧ・
燃焼用空気予熱無しとすれば、加熱ポテンシャルは加熱
帯で（１２８０−１１００）×Ｃｐ×Ｇと極端に減少
し、均熱帯では加熱不可能になる。
ポテンシャル）は、加熱帯で（２１２０−１１００）×
Ｃｐ×Ｇ、均熱帯で（２３１０−１３００）×Ｃｐ×Ｇ
である。即ち、鋼材が加熱されると共に排ガス温度Ｔｅ
も上昇しＢＦＧ・燃焼用空気の温度も上がり、結果的に
断熱火炎温度Ｔｆが上昇し、加熱ポテンシャルは予熱帯
とほぼ同じである。この加熱ポテンシャルは、断熱火炎
温度Ｔｆが約２０００℃の燃焼用空気を予熱していない
コークス炉ガス（ＣＯＧ）とほぼ等しい。もしＢＦＧ・
燃焼用空気予熱無しとすれば、加熱ポテンシャルは加熱
帯で（１２８０−１１００）×Ｃｐ×Ｇと極端に減少
し、均熱帯では加熱不可能になる。
【００１４】また、高温の加熱炉内では鋼材への熱伝達
は輻射熱伝達が支配的であり、これは雰囲気と鋼材の絶
対温度の４乗の差に比例するので火炎温度が上昇した分
だけ加熱速度能力も大幅に増大する。加熱速度は｛（Ｔ
ｆ＋ΔＴｆ）4 −Ｔｓ4 ）｝に比例し、鋼材の加熱能力
も大幅に上昇することになる（図１）。加熱炉に配設し
た一対の蓄熱切替式燃焼は内筒と外筒とからなる２重管
構造とし、ＢＦＧを内筒部、燃焼用空気を内筒と外筒と
の間に流し、内筒内にＢＦＧ予熱用、内筒と外筒の間に
燃焼用空気予熱用の蓄熱体をもつ構造とする。ここで比
較的排ガス温度の低い予熱帯・加熱帯の蓄熱体は、伝熱
効率が高く圧損も低くバーナ部に組み込み可能なハニカ
ム構造のセラミックスとし、その素材にはアルミナに比
べて融点が低くハニカム状に成形することが比較的容易
なコージライト等を使用する。一方排ガス温度の高い均
熱帯では蓄熱体高温部に耐熱性の高いアルミナを使用す
る。
は輻射熱伝達が支配的であり、これは雰囲気と鋼材の絶
対温度の４乗の差に比例するので火炎温度が上昇した分
だけ加熱速度能力も大幅に増大する。加熱速度は｛（Ｔ
ｆ＋ΔＴｆ）4 −Ｔｓ4 ）｝に比例し、鋼材の加熱能力
も大幅に上昇することになる（図１）。加熱炉に配設し
た一対の蓄熱切替式燃焼は内筒と外筒とからなる２重管
構造とし、ＢＦＧを内筒部、燃焼用空気を内筒と外筒と
の間に流し、内筒内にＢＦＧ予熱用、内筒と外筒の間に
燃焼用空気予熱用の蓄熱体をもつ構造とする。ここで比
較的排ガス温度の低い予熱帯・加熱帯の蓄熱体は、伝熱
効率が高く圧損も低くバーナ部に組み込み可能なハニカ
ム構造のセラミックスとし、その素材にはアルミナに比
べて融点が低くハニカム状に成形することが比較的容易
なコージライト等を使用する。一方排ガス温度の高い均
熱帯では蓄熱体高温部に耐熱性の高いアルミナを使用す
る。
【００１５】加熱炉の排ガス温度は各ゾーン毎に取り出
すとすれば１０００〜１３００℃程度であり、この排ガ
スでもって蓄熱体を９５０〜１２５０℃に加熱すれば、
ＢＦＧ及び燃焼用空気を温度効率約９０％で９００〜１
２００℃に加熱することができ、大幅な省エネルギーと
ＢＦＧの安定燃焼とを可能にする（図３、図４）。ＢＦ
Ｇ及び燃焼用空気を９００〜１２００℃に加熱すれば７
００、８００ｋｃａｌ／ｍ3 の低カロリーガスの燃焼温
度を２０００〜２３００℃に高めることができ、ＣＯＧ
やＬＰＧ・高カロリーガスの燃焼温度なみとすることが
できる。
すとすれば１０００〜１３００℃程度であり、この排ガ
スでもって蓄熱体を９５０〜１２５０℃に加熱すれば、
ＢＦＧ及び燃焼用空気を温度効率約９０％で９００〜１
２００℃に加熱することができ、大幅な省エネルギーと
ＢＦＧの安定燃焼とを可能にする（図３、図４）。ＢＦ
Ｇ及び燃焼用空気を９００〜１２００℃に加熱すれば７
００、８００ｋｃａｌ／ｍ3 の低カロリーガスの燃焼温
度を２０００〜２３００℃に高めることができ、ＣＯＧ
やＬＰＧ・高カロリーガスの燃焼温度なみとすることが
できる。
【００１６】この時、ＢＦＧと燃焼用空気との断面積比
は１：０．６４とし、排ガスによりＢＦＧ及び燃焼用空
気の蓄熱体を加熱する時には蓄熱体を通過し熱交換した
排ガスが両方とも所定温度（３００℃程度）以下になる
ように蓄熱体とバルブ切り替え時間とを設定することが
好ましい。図２に示すように蓄熱切替式バーナ２本を１
セットとして、一方の蓄熱バーナはバルブを開いてＢＦ
Ｇと燃焼用空気とを予め加熱したＢＦＧ予熱用及び燃焼
用空気予熱用の蓄熱体を通過させて予熱した後に混合し
て燃焼させ、他方の蓄熱バーナは高温の炉内排ガスを吸
引し、その顕熱でもってＢＦＧ予熱用及び燃焼用空気予
熱用の蓄熱体を加熱している。このサイクルを数十秒の
サイクルで繰り返す。
は１：０．６４とし、排ガスによりＢＦＧ及び燃焼用空
気の蓄熱体を加熱する時には蓄熱体を通過し熱交換した
排ガスが両方とも所定温度（３００℃程度）以下になる
ように蓄熱体とバルブ切り替え時間とを設定することが
好ましい。図２に示すように蓄熱切替式バーナ２本を１
セットとして、一方の蓄熱バーナはバルブを開いてＢＦ
Ｇと燃焼用空気とを予め加熱したＢＦＧ予熱用及び燃焼
用空気予熱用の蓄熱体を通過させて予熱した後に混合し
て燃焼させ、他方の蓄熱バーナは高温の炉内排ガスを吸
引し、その顕熱でもってＢＦＧ予熱用及び燃焼用空気予
熱用の蓄熱体を加熱している。このサイクルを数十秒の
サイクルで繰り返す。
【００１７】
【実施例】図２，３は本発明の実施例で、蓄熱切替式燃
焼バーナ１は燃料ガス供給配管２、燃焼用空気供給配管
３、排ガス排出管４とを備えている。ここで燃料ガス・
燃焼用空気は蓄熱切替式バーナの内部に設置された蓄熱
体５で予熱してバーナ先端部に導く。そしてこの蓄熱切
替式燃焼バーナは図３に示すように、予熱帯１２、加熱
帯１３及び均熱帯１４にそれぞれ複数個設置される。こ
の複数の蓄熱切替式バーナ１の燃料ガスは製鉄副生ガス
である高炉ガス（ＢＦＧ）を使用し、バーナ先端部で予
熱燃焼用空気と混合し、点火して燃焼する。一方、鋼材
７は鋼材装入口１１から連続的に加熱炉６に供給され予
熱帯１２，加熱帯１３，均熱帯１４の各ゾーンを通過す
る間に高温燃焼ガスから主に輻射熱伝達でもって加熱さ
れ、所定温度１２５０℃程度で鋼材搬出口１５から取り
出される。炉内温度も各ゾーンでそれぞれ１０００℃以
上であり、これに伴い蓄熱体５へ導かれる排ガス８の温
度Ｔｅも１０００〜１３００℃程度と高くなる。
焼バーナ１は燃料ガス供給配管２、燃焼用空気供給配管
３、排ガス排出管４とを備えている。ここで燃料ガス・
燃焼用空気は蓄熱切替式バーナの内部に設置された蓄熱
体５で予熱してバーナ先端部に導く。そしてこの蓄熱切
替式燃焼バーナは図３に示すように、予熱帯１２、加熱
帯１３及び均熱帯１４にそれぞれ複数個設置される。こ
の複数の蓄熱切替式バーナ１の燃料ガスは製鉄副生ガス
である高炉ガス（ＢＦＧ）を使用し、バーナ先端部で予
熱燃焼用空気と混合し、点火して燃焼する。一方、鋼材
７は鋼材装入口１１から連続的に加熱炉６に供給され予
熱帯１２，加熱帯１３，均熱帯１４の各ゾーンを通過す
る間に高温燃焼ガスから主に輻射熱伝達でもって加熱さ
れ、所定温度１２５０℃程度で鋼材搬出口１５から取り
出される。炉内温度も各ゾーンでそれぞれ１０００℃以
上であり、これに伴い蓄熱体５へ導かれる排ガス８の温
度Ｔｅも１０００〜１３００℃程度と高くなる。
【００１８】この排ガスエネルギーを燃焼していない方
の蓄熱切替式燃焼バーナ１の蓄熱体５と熱交換して蓄熱
体の最高温度を９５０〜１２５０℃に加熱した（図
４）。数十秒後に切り替えバルブを開いて燃料ガス９・
燃焼用空気１０をそれぞれ９００〜１２００℃に予熱し
て、バーナ先端部に導き点火して燃焼させる。蓄熱体５
の排ガス温度は所定温度３００℃以下になり、蓄熱体の
温度は排ガス出口部から、直線的に２００℃から９５０
〜１２５０℃程度の温度勾配をとる。ここで、予熱帯を
一例として燃料ガス９・燃焼用空気１０の予熱前と予熱
後の温度を２５℃、９００℃とし、排ガス８の温度を１
０００℃とすると、熱回収率の指標となる温度効率は
（９００−２５）／（１０００−２５）＝０．９０であ
った。この時、燃料ガス・燃焼用空気が予熱された分だ
け大幅な省エネルギーとなり、熱回収率は約９０％であ
る。
の蓄熱切替式燃焼バーナ１の蓄熱体５と熱交換して蓄熱
体の最高温度を９５０〜１２５０℃に加熱した（図
４）。数十秒後に切り替えバルブを開いて燃料ガス９・
燃焼用空気１０をそれぞれ９００〜１２００℃に予熱し
て、バーナ先端部に導き点火して燃焼させる。蓄熱体５
の排ガス温度は所定温度３００℃以下になり、蓄熱体の
温度は排ガス出口部から、直線的に２００℃から９５０
〜１２５０℃程度の温度勾配をとる。ここで、予熱帯を
一例として燃料ガス９・燃焼用空気１０の予熱前と予熱
後の温度を２５℃、９００℃とし、排ガス８の温度を１
０００℃とすると、熱回収率の指標となる温度効率は
（９００−２５）／（１０００−２５）＝０．９０であ
った。この時、燃料ガス・燃焼用空気が予熱された分だ
け大幅な省エネルギーとなり、熱回収率は約９０％であ
る。
【００１９】従って、上記対策を施すことによりＢＦＧ
等の低カロリーガスを使い、省エネルギーと熱伝達効率
の改善が達成でき、かつ低カロリーガスをガス構成可燃
成分（ＣＯ）の着火温度（６０５℃）以上に予熱するこ
とにより安定して燃焼させることができた。この場合表
２に示すように断熱火炎温度（Ｔｆ）は２０３０℃とな
り、ＣＯＧやＬＮＧ等の高カロリーガスなみの加熱ポテ
ンシャルになった。加熱帯・均熱帯でＴｆはそれぞれ２
１２０℃と２３１０℃であった。
等の低カロリーガスを使い、省エネルギーと熱伝達効率
の改善が達成でき、かつ低カロリーガスをガス構成可燃
成分（ＣＯ）の着火温度（６０５℃）以上に予熱するこ
とにより安定して燃焼させることができた。この場合表
２に示すように断熱火炎温度（Ｔｆ）は２０３０℃とな
り、ＣＯＧやＬＮＧ等の高カロリーガスなみの加熱ポテ
ンシャルになった。加熱帯・均熱帯でＴｆはそれぞれ２
１２０℃と２３１０℃であった。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、単位体積当たりの伝熱
面積（ｍ2 ／ｍ3 ）の大きいコンパクトな蓄熱体を持つ
熱交換器部分で燃料ガス・燃焼用空気の予熱を行うこと
ができる。加熱炉への入熱制御は予熱前の低温度の領域
で流量コントロールが可能なので、容易に燃焼制御が実
現でき、蓄熱体出口の排ガスも３００℃以下になってい
るので排ガス流量コントロールも容易である。従って、
通常の安価な配管・バルブ類を使用でき、高温の排ガス
を低温まで熱回収し燃料ガス・燃焼用空気を高温化で
き、効果的な省エネルギーと伝熱特性の改善が図れる。
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ると共に、これらの低カロリ
ーガスでは燃料ガス予熱を行っていない場合と比べる
と、空気及びＢＦＧは共に９００℃以上に予熱されるか
らＧＦＧ中の可燃成分である一酸化炭素（ＣＯ）の着火
温度６０５℃以上であり、従来にも増して安定燃焼が可
能となる。
面積（ｍ2 ／ｍ3 ）の大きいコンパクトな蓄熱体を持つ
熱交換器部分で燃料ガス・燃焼用空気の予熱を行うこと
ができる。加熱炉への入熱制御は予熱前の低温度の領域
で流量コントロールが可能なので、容易に燃焼制御が実
現でき、蓄熱体出口の排ガスも３００℃以下になってい
るので排ガス流量コントロールも容易である。従って、
通常の安価な配管・バルブ類を使用でき、高温の排ガス
を低温まで熱回収し燃料ガス・燃焼用空気を高温化で
き、効果的な省エネルギーと伝熱特性の改善が図れる。
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ると共に、これらの低カロリ
ーガスでは燃料ガス予熱を行っていない場合と比べる
と、空気及びＢＦＧは共に９００℃以上に予熱されるか
らＧＦＧ中の可燃成分である一酸化炭素（ＣＯ）の着火
温度６０５℃以上であり、従来にも増して安定燃焼が可
能となる。
【００２１】さらに、蓄熱体に耐高温のセラミックス等
の材料が、構造上無理なく使用でき熱交換器入り側の温
度制約がなくかつ排ガス温度を３００℃以下に低下させ
ることができる。現状の加熱炉で鋼材装入口部から一括
して取り出される排ガスを燃焼用空気と集中的に熱交換
する金属製密閉式熱交換器では、熱交換器の保護のため
熱交換器前に希釈空気を注入し排ガス温度を所定の温度
以下にすることが行われているが、このことが不要にな
り、希釈空気無しで排ガス系統の流量低減と熱交換器以
降の温度低下とを実現できる。
の材料が、構造上無理なく使用でき熱交換器入り側の温
度制約がなくかつ排ガス温度を３００℃以下に低下させ
ることができる。現状の加熱炉で鋼材装入口部から一括
して取り出される排ガスを燃焼用空気と集中的に熱交換
する金属製密閉式熱交換器では、熱交換器の保護のため
熱交換器前に希釈空気を注入し排ガス温度を所定の温度
以下にすることが行われているが、このことが不要にな
り、希釈空気無しで排ガス系統の流量低減と熱交換器以
降の温度低下とを実現できる。
【図１】本発明の理論的根拠を示す図、
【図２】本発明の一実施例を示す正面図、
【図３】本発明の一実施例を示す側面図、
【図４】蓄熱体部分の温度分布の一例を示す図である。
１ 蓄熱切替式燃焼バーナ ２ 燃料ガス供給配管 ３ 空気供給配管 ４ 排ガス排出管 ５ 蓄熱体熱交換器 ６ 加熱炉 ７ 鋼材 ８ 排ガス ９ 燃料ガス １０ 燃焼用空気 １１ 鋼材装入口 １２ 予熱帯 １３ 加熱帯 １４ 均熱帯 １５ 鋼材搬出口 Ｔ f 断熱火炎温度 Ｔｅ 蓄熱体入り口ガス温度 Ｔｓ 鋼材温度
Claims (2)
- 【請求項１】 ＢＦＧ及び燃焼用空気を予熱した後、燃
焼バーナで燃焼させる加熱炉の燃焼方法において、加熱
炉の排ガスを燃焼バーナに導入し、燃焼バーナに設置し
たＢＦＧ予熱用及び燃焼用空気予熱用の蓄熱体を加熱し
た後、排ガスの導入を停止し、燃焼バーナのＢＦＧ予熱
用蓄熱体にＢＦＧを供給して予熱するとともに、燃焼用
空気予熱用の蓄熱体に燃焼用空気を供給して予熱した
後、予熱したＢＦＧ及び燃焼用空気を混合、点火して燃
焼させることを特徴とする加熱炉の燃焼方法。 - 【請求項２】 ＢＦＧ及び燃焼用空気を９００〜１２０
０℃に予熱することを特徴とする請求項１記載の加熱炉
の燃焼方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8036857A JPH09229351A (ja) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | 加熱炉の燃焼方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8036857A JPH09229351A (ja) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | 加熱炉の燃焼方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09229351A true JPH09229351A (ja) | 1997-09-05 |
Family
ID=12481463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8036857A Withdrawn JPH09229351A (ja) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | 加熱炉の燃焼方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09229351A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100703557B1 (ko) * | 2005-12-21 | 2007-04-03 | 주식회사 포스코 | 혼합가스의 발열량 변동 감소를 위한 제철 부생가스의 혼합방법 |
| CN100363700C (zh) * | 2003-05-30 | 2008-01-23 | 中国铝业股份有限公司 | 保持炉燃烧*** |
| JP2012117795A (ja) * | 2010-12-03 | 2012-06-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 超低カロリーガスバーナ構造及びバーナ装置 |
| WO2014189109A1 (ja) * | 2013-05-24 | 2014-11-27 | 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 | 直接還元鉄の製造装置、及び直接還元鉄の製造方法 |
-
1996
- 1996-02-23 JP JP8036857A patent/JPH09229351A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100363700C (zh) * | 2003-05-30 | 2008-01-23 | 中国铝业股份有限公司 | 保持炉燃烧*** |
| KR100703557B1 (ko) * | 2005-12-21 | 2007-04-03 | 주식회사 포스코 | 혼합가스의 발열량 변동 감소를 위한 제철 부생가스의 혼합방법 |
| JP2012117795A (ja) * | 2010-12-03 | 2012-06-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 超低カロリーガスバーナ構造及びバーナ装置 |
| WO2014189109A1 (ja) * | 2013-05-24 | 2014-11-27 | 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 | 直接還元鉄の製造装置、及び直接還元鉄の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030506 |