KR20030052884A - Recuperator type radiant tube for heat treatment furnace - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A recuperator type radiant tube for heat treatment furnace is provided to improve heating effect of the radiant tube for an object to be heated by installing a burner for combustion at more outer side in the radiant tube than exhaust position of flue gas. CONSTITUTION: In a recuperator type radiant tube for heat treatment furnace to preheat air for combustion flown into a burner using heat of combustion flue gas, the recuperator type radiant tube for heat treatment furnace comprises a fuel pipe(31) comprising a plurality of fuel supply ways(31b) which are cohesively inserted onto the inner wall surface of an outer pipe(33) whose one end part is closed, and at the end part of which a fuel injection port(31a) is installed, and which are longitudinally formed inside the fuel pipe(31) to supply fuel to the burner(35) through the fuel supply ways(31b) and supply the air for combustion to the burner(35) through an inner space of the fuel pipe(31); and an inner pipe(32) which is coaxially inserted into the inner part of the fuel pipe(31), and which is formed in such a way that an end part of the inserting side almost reaches a closed end part of the outer pipe(33) to emit combustion flue gas in the burner(35) to the outside through an inner space of the inner pipe(32) and preheat the air for combustion flown in through the inner space of the fuel pipe(31) when emitting the combustion flue gas in the burner(35) to the outside, wherein a heating pin(39) is attached to an inner section of the inner pipe(32) corresponding to a section through which the air for combustion proceeds to the outer side.

Description

열처리로용 리큐퍼레이터식 복사관{RECUPERATOR TYPE RADIANT TUBE FOR HEAT TREATMENT FURNACE}Recuperator Radiation Tube for Heat Treatment Furnace {RECUPERATOR TYPE RADIANT TUBE FOR HEAT TREATMENT FURNACE}

본 발명은 열처리로용 리큐퍼레이터식 복사관에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1000℃ 정도의 가열조건을 필요로 하는 열처리로에서 주로 사용되는 동축 2중관의 리큐퍼레이터식 복사관에 관한 것으로, 특히 연소가 이뤄지는 버너가 복사관내에서 배가스의 배기위치보다 외측이 되도록 하여 피가열물에 대한 복사관의 전열효과를 향상시킨 열처리로용 리큐퍼레이터식 복사관에 관한 것이다.The present invention relates to a recuperative radiator for a heat treatment furnace, and more particularly, to a recuperative radiator of a coaxial double tube mainly used in a heat treatment furnace requiring a heating condition of about 1000 ° C., In particular, the present invention relates to a recuperative radiator for a heat treatment furnace in which the burner in which the combustion takes place is located outside the exhaust position of the exhaust gas in the radiant tube, thereby improving the heat transfer effect of the radiant tube on the heated object.

도 1은 종래의 리큐퍼레이터식 복사관의 단면 구성도, 도 2는 종래의 리큐퍼레이터식 복사관에서의 축방향 온도분포를 나타내는 그래프이다.1 is a cross-sectional configuration diagram of a conventional recuperative radiation tube, and FIG. 2 is a graph showing an axial temperature distribution in a conventional recuperative radiation tube.

열처리로 등에서 사용되는 리큐퍼레이터식 복사관(recuperator-type radiant tube)은 도 1에 도시된 바와 같이 일반적으로 동축의 2중관 구조를 갖는다. 즉, 연료관(11)과 내측관(12)을 통해 연료와 공기가 버너(15)로 공급되어 연소가 이뤄지며, 복사관(10)끝에서 연소 배가스가 내측관(12)에서 동축의 외측관(13)으로 진행방향이 전환되어 배출되도록 되어 있다.Recuperator-type radiant tubes used in heat treatment furnaces or the like generally have a coaxial double tube structure as shown in FIG. 1. That is, fuel and air are supplied to the burner 15 through the fuel pipe 11 and the inner tube 12 to perform combustion, and the combustion exhaust gas at the end of the radiating tube 10 is coaxially disposed in the inner tube 12. At 13, the traveling direction is switched to discharge.

이때 고온의 배가스가 지나가는 외측관(13)은 복사 열전달을 통해 로내 피가열물 또는 로내 온도를 유지하게 되며, 고온의 배가스는 버너(15)측을 향해 역방향으로 이동하면서 점차 온도가 저하된다. 외측관(13)을 통과하면서 버너(15) 위치에 도달한 배가스는 여전히 900℃ 이상의 고온 상태를 유지하는데, 이를 이용하여 내측관(12)을 통해 버너(15)로 공급되는 연소용 공기에 열을 전달하여 450℃ 정도까지 예열하는 것이 종래의 리큐퍼레이터식 복사관의 기본 원리이다.At this time, the outer tube 13 through which the hot exhaust gas passes maintains the furnace heated object or the furnace temperature through radiant heat transfer, and the high temperature exhaust gas gradually decreases while moving in the opposite direction toward the burner 15 side. The exhaust gas reaching the position of the burner 15 while passing through the outer tube 13 still maintains a high temperature of 900 ° C. or higher, using it to heat the combustion air supplied to the burner 15 through the inner tube 12. Preheating to about 450 ° C. by transmitting a is a basic principle of the conventional recuperator radiant tube.

도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 종래의 리큐퍼레이터식 복사관에서의 축방향 온도분포는 2중관의 내측관의 온도가 외측관의 온도에 비해 50℃ 정도 높게 나타난다.As shown in Fig. 2, the axial temperature distribution in the conventional recuperative radiation tube shows that the temperature of the inner tube of the double tube is about 50 ° C higher than that of the outer tube.

그런데, 이러한 종래의 리큐퍼레이터식 복사관은 연소에 의한 최고 고온부(버너에 의한 연소 위치)가 복사관의 내측관 내에 존재하기 때문에 피가열물에 대한 전열 효과가 떨어지는 문제점을 안고 있었다. 특히 복사관의 열전달기구는 온도의 4승에 비례하는 복사열전달이기때문에 그 효과는 더욱 크게 떨어지게 된다.However, such a conventional recuperator radiant tube has a problem in that the heat transfer effect on the heated object is inferior since the highest temperature portion (combustion position by the burner) due to combustion is present in the inner tube of the radiant tube. In particular, since the heat transfer mechanism of the radiation tube is radiant heat transfer proportional to the quadratic power of the temperature, the effect is further reduced.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열처리로에서 주로 사용되는 동축 2중관의 리큐퍼레이터식 복사관에 있어서, 연소가 이뤄지는 버너가 복사관내에서 배가스의 배기위치보다 외측이 되도록 하여 피가열물에 대한 복사관의 전열효과를 향상시킬 수 있도록 한 열처리로용 리큐퍼레이터식 복사관을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, in the coaxial double tube recuperator radiation tube mainly used in the heat treatment furnace, the burner is burned to the outside of the exhaust gas exhaust position in the radiation tube to avoid It is an object of the present invention to provide a recuperative radiator for a heat treatment furnace capable of improving the heat transfer effect of a radiant tube on a heating material.

도 1은 종래의 리큐퍼레이터식 복사관의 단면 구성도,1 is a cross-sectional configuration diagram of a conventional recuperator radiation tube;

도 2는 종래의 리큐퍼레이터식 복사관에서의 축방향 온도분포를 나타내는 그래프,2 is a graph showing the axial temperature distribution in a conventional recuperative radiation tube;

도 3a는 본 발명에 의한 리큐퍼레이터식 복사관의 단면 구성도,3A is a cross-sectional configuration diagram of a recuperator radiation tube according to the present invention;

도 3b는 도 3a의 A-A부의 횡단면 구성도이다.3B is a cross-sectional view of the A-A portion of FIG. 3A.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

10,30: 복사관11,31: 연료관10,30: radiant tube 11,31: fuel tube

12,32: 내측관13,33: 외측관12,32: inner tube 13,33: outer tube

15,35: 버너16,36: 연료흐름15,35: burner 16,36: fuel flow

17,37: 공기흐름18,38: 배가스흐름17, 37: air flow 18, 38: flue gas flow

21: 내측관 온도분포22: 외측관 온도분포21: Inner tube temperature distribution 22: Outer tube temperature distribution

31a: 연료분사구31b: 연료공급로31a: fuel injection port 31b: fuel supply path

34: 지지대39: 핀(fin)34: support 39: fin

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연소 배가스의 열을 이용하여 버너로 유입되는 연소용 공기를 예열시키는 열처리로용 리큐퍼레이터식 복사관에 있어서, 일단부가 막힌 외측관(33)의 내벽면에 밀착 삽입되고, 단부에 연료분사구(31a)가 구비된 다수개의 연료공급로(31b)가 길이 방향을 따라 내부에 형성되어, 상기 연료공급로(31b)를 통해 버너(35)로 연료를 공급하고, 내측 공간을 통해 연소용 공기를 공급하는 연료관(31)과; 상기 연료관(31)의 내부에 동축으로 삽입 설치되고, 그 삽입측 단부가 상기 외측관(33)의 막힌 단부에 거의 이르도록형성되어, 상기 버너(35)에서의 연소 배가스를 내측 공간을 통해 외부로 배출시키며, 배출시 상기 연료관(31)의 내측 공간을 통해 유입되는 연소용 공기를 예열시키는 내측관(32)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is, in the recuperator radiator for heat treatment furnace for preheating the combustion air flowing into the burner by using the heat of the combustion exhaust gas, one end of the outer tube 33 is blocked. A plurality of fuel supply passages 31b are inserted in close contact with the inner wall surface and provided with a fuel injection port 31a at an end thereof in the longitudinal direction, and the fuel is supplied to the burner 35 through the fuel supply passage 31b. And a fuel pipe 31 for supplying combustion air through the inner space; Coaxially inserted into the fuel pipe 31, the insertion side end portion is formed to almost reach the closed end of the outer tube 33, the combustion exhaust gas in the burner 35 through the inner space It is characterized in that it comprises an inner tube 32 for discharging to the outside, preheating the air for combustion introduced through the inner space of the fuel pipe 31 when discharged.

또한 본 발명은, 외측으로 연소용 공기가 진행하는 구간에 해당되는 상기 내측관(32)의 내부 구간에 전열용 핀(39)을 부착하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the heat transfer fin 39 is attached to the inner section of the inner tube 32 corresponding to the section in which the combustion air proceeds to the outside.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 3a는 본 발명에 의한 리큐퍼레이터식 복사관의 단면 구성도, 도 3b는 도 3a의 A-A부의 횡단면 구성도이다.3A is a cross-sectional configuration diagram of a recuperative radiation tube according to the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional configuration diagram of an A-A portion in FIG. 3A.

본 발명에서는 종래의 리큐퍼레이터식 복사관의 기본 개념인 간접 배열회수방식을 그대로 사용하되, 피가열물에 대한 전열효과를 향상시키기 위하여 그 내부 구성을 도 3a 및 도 3b와 같은 구조로 변경한다.In the present invention, the indirect array recovery method, which is a basic concept of the conventional recuperator radiator, is used as it is, but the internal configuration thereof is changed to the structure shown in FIGS. 3A and 3B to improve the heat transfer effect on the heated object. .

외측관(33)의 내벽면에 밀착 삽입되는 연료관(31)과 내측관(32)을 통해 각각 분사된 연료와 공기를 혼합 연소시키는 버너(35)를 복사관(30)의 안쪽과 바깥쪽의 중간부에 설치하여, 연소가 외측관(33)과 내측관(32)의 사이 공간에서 이루어지고, 배가스가 복사관(30)의 내측관(32)을 따라 배출되도록 구성한다.The burner 35 which mixes and combusts fuel and air injected through the fuel pipe 31 and the inner pipe 32, which are tightly inserted into the inner wall surface of the outer pipe 33, is inside and outside of the radiation pipe 30. It is installed in the middle portion of the combustion, the combustion is made in the space between the outer tube 33 and the inner tube 32, the exhaust gas is configured to be discharged along the inner tube 32 of the radiation tube (30).

본 발명에 적용되는 버너(35)의 형태는 종래의 버너와는 다소 차이가 있는데, 외측관(33)의 내벽면에 밀착 삽입되고 다수개의 연료공급로(31b)가 형성된 연료관(31)이 내측관(32)의 지지대(34)가 설치된 부분까지 이르도록 하고, 각 연료공급로(31b)의 단부에 연료분사구(31a)를 형성시켜, 이곳에서 분사된 연료가 내측으로 분사되는 공기와 혼합되어 그 혼합기에 의해 연소가 이뤄지도록 한다.지지대(34)는 환형으로 형성되어 내측관(32)에 삽입 설치되는데, 연소에 의한 과도한 열변형을 방지하는 역할을 한다.The shape of the burner 35 applied to the present invention is somewhat different from the conventional burner, the fuel pipe 31 is inserted in close contact with the inner wall surface of the outer tube 33 and a plurality of fuel supply path 31b is formed A fuel injection port 31a is formed at the end of each fuel supply passage 31b, and the fuel injected therein is mixed with the air injected inwardly until the support 34 of the inner tube 32 is installed. The support 34 is formed in an annular shape and inserted into the inner tube 32, which serves to prevent excessive thermal deformation due to combustion.

지지대(34) 설치부와 공기가 최초 유입되는 공기공급구(부호 미부여) 사이의 구간에서 공기흐름(37)과 배가스흐름(38)이 내측관(32)의 관벽을 통해 열전달을 하여, 버너(35)로 공급되는 공기가 예열되도록 한다. 이때, 이 구간에서는 내측의 배가스로부터 외측의 공기로 열전달을 촉진할 수 있도록 내측관(32)의 내벽면에 핀(fin: 39)을 부착하는 것이 바람직하다.The air flow 37 and the exhaust gas flow 38 transfer heat through the pipe wall of the inner pipe 32 in the section between the support 34 installation portion and the air supply port (not shown) where the air first enters, and thus the burner Allow the air supplied to (35) to be preheated. At this time, in this section, it is preferable to attach a fin 39 to the inner wall surface of the inner tube 32 so as to promote heat transfer from the inner exhaust gas to the outer air.

이하 본 발명의 작용에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the operation of the present invention will be described in detail.

열처리로에서의 작업이 이루어지게 되면, 연료는 외측관(33)의 내벽면에 밀착 삽입된 연료관(31)의 연료공급로(31b)를 통해 공급되고, 공기는 연료관(31)의 내벽면과 내측관(32)의 외벽면의 중간 공간을 통해 공급된다. 연료분사구(31a)를 통해 공급된 연료와 그 내측으로 공급된 공기가 지지대(34)의 약 1cm 전단으로 분사되도록 하는데, 이때 연료와 공기가 잘 혼합될 수 있도록, 연료는 공기의 유동방향으로 분사되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 연료는 유동의 전 영역에 대하여 분사되는 것이 아니고 원주면을 따라 8개 또는 6개로 형성된 연료분사구(31a)를 통해 분사되도록 하여 공기와의 혼합이 촉진되도록 한다.When the work is performed in the heat treatment furnace, the fuel is supplied through the fuel supply path 31b of the fuel pipe 31 tightly inserted into the inner wall surface of the outer pipe 33, and the air is supplied into the fuel pipe 31. It is supplied through the intermediate space between the wall surface and the outer wall surface of the inner tube 32. The fuel supplied through the fuel injection port 31a and the air supplied to the inside thereof are injected to about 1 cm of the front end of the support 34, and the fuel is injected in the flow direction of the air so that the fuel and air can be mixed well. It is desirable to. In addition, the fuel is not injected over the entire region of the flow, but is injected through the fuel injection holes 31a formed of eight or six along the circumferential surface to promote mixing with the air.

한편, 초기 점화시에는 내부에 부착된 파이롯 버너(도면 미도시)를 통해 연료와 공기의 혼합기를 점화, 연소시키는 것이 바람직하나, 화염이 안정화된 이후에는 파이롯 버너의 도움을 받지 않아도 안정적인 연소가 이루어질 수 있게 된다.On the other hand, during initial ignition, it is preferable to ignite and combust a mixture of fuel and air through a pilot burner (not shown) attached to the inside, but after the flame is stabilized, stable combustion without assistance of the pilot burner Can be made.

연료와 공기의 혼합기가 상기와 같은 과정을 통해 연소된 후 연소 배가스는복사관(30)의 끝지점에 도달하는데, 이곳에서 복사관(30)의 내측관(32)으로 유입되어 반대 방향으로 진행되게 된다. 배가스가 지지대(34)를 통과한 후에는 고온의 배가스 열이 핀(39)과 내측관벽을 통해 외측의 공기로 전달되어, 공기의 온도는 상승하고 배가스의 온도는 점차 저하되게 되고, 이렇게 점차 온도가 저하된 배가스는 굴뚝을 통해 방출되게 된다. 예열된 공기는 버너(35)로 분사되고 연료와 혼합되어 연소반응의 산화제로 이용되게 된다.After the mixture of fuel and air is combusted through the above process, the combustion flue gas reaches the end point of the radiation pipe 30, from which it flows into the inner pipe 32 of the radiation pipe 30 and proceeds in the opposite direction. Will be. After the exhaust gas passes through the support 34, hot exhaust gas heat is transferred to the outside air through the fin 39 and the inner tube wall, so that the temperature of the air rises and the temperature of the exhaust gas gradually decreases. The flue gas depleted is discharged through the chimney. The preheated air is injected into the burner 35 and mixed with the fuel to be used as the oxidant of the combustion reaction.

이러한 구성을 통해 도 2에 도시된 바와 같은 내측관과 외측관의 온도 분포가 서로 바뀌게 되어, 외측관의 온도가 내측관의 온도보다 높아지게 된다. 이에 따라 복사관으로부터 피가열물에 대하여 전달되는 복사열전달량이 증가되는데, 특히 복사열전달은 온도의 4승에 비례하기 때문에 고온으로 갈수록 그 열전달량은 대폭 증가하게 되어 전열효과는 크게 향상되게 된다.Through this configuration, the temperature distribution of the inner tube and the outer tube as shown in FIG. 2 is changed to each other, so that the temperature of the outer tube is higher than the temperature of the inner tube. Accordingly, the radiant heat transfer amount transmitted from the radiant tube to the heated object is increased. In particular, since radiant heat transfer is proportional to the fourth power of the temperature, the heat transfer amount increases significantly with increasing temperature, and the heat transfer effect is greatly improved.

한편, 전열효과가 향상되므로 배가스의 배기온도는 약간 하락할 수 있으며, 이는 리큐퍼레이터에서의 대류열전달량의 감소로 이어져 공기의 예열온도가 다소 하락할 수도 있으나, 리큐퍼레이터의 길이를 좀 더 길게 제작하면 이러한 점은 해소될 수 있다.On the other hand, because the heat transfer effect is improved, the exhaust temperature of the exhaust gas may be slightly decreased, which leads to a decrease in the amount of convective heat transfer in the recuperator, but the preheating temperature of the air may decrease slightly, but the length of the recuperator is made longer. This can be solved.

이와 같은 본 발명 열처리로용 리큐퍼레이터식 복사관은, 열처리로의 조업시 동축 2중관의 리큐퍼레이터식 복사관 내에서 연소가 이뤄지는 버너가 배가스의 배기위치보다 외측이 되도록 함으로써, 피가열물에 대한 복사관의 전열을 향상시켜 보다 효율적인 열처리 조업을 할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.The recuperative radiator for the heat treatment furnace of the present invention is such that the burner, which is burned in the recuperative radiator of the coaxial double tube during the operation of the heat treatment furnace, is located outside the exhaust position of the exhaust gas. It provides the effect of improving the heat transfer of the radiation tube to the more efficient heat treatment operation.

Claims (2)

연소 배가스의 열을 이용하여 버너로 유입되는 연소용 공기를 예열시키는 열처리로용 리큐퍼레이터식 복사관에 있어서,In the recuperator radiator for a heat treatment furnace for preheating the combustion air flowing into the burner by using the heat of the combustion exhaust gas, 일단부가 막힌 외측관(33)의 내벽면에 밀착 삽입되고, 단부에 연료분사구(31a)가 구비된 다수개의 연료공급로(31b)가 길이 방향을 따라 내부에 형성되어, 상기 연료공급로(31b)를 통해 버너(35)로 연료를 공급하고, 내측 공간을 통해 연소용 공기를 공급하는 연료관(31)과;A plurality of fuel supply passages 31b having one end tightly inserted into the inner wall surface of the outer tube 33 and having a fuel injection hole 31a formed at an end thereof are formed in the longitudinal direction, and thus the fuel supply passage 31b. A fuel pipe 31 for supplying fuel to the burner 35 through) and supplying combustion air through an inner space; 상기 연료관(31)의 내부에 동축으로 삽입 설치되고, 그 삽입측 단부가 상기 외측관(33)의 막힌 단부에 거의 이르도록 형성되어, 상기 버너(35)에서의 연소 배가스를 내측 공간을 통해 외부로 배출시키며, 배출시 상기 연료관(31)의 내측 공간을 통해 유입되는 연소용 공기를 예열시키는 내측관(32)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열처리로용 리큐퍼레이터식 복사관.Coaxially inserted into the fuel pipe 31, the insertion side end portion is formed to almost reach the closed end of the outer tube 33, the combustion exhaust gas from the burner 35 through the inner space And an inner tube (32) for discharging to the outside and preheating combustion air introduced through the inner space of the fuel tube (31) when discharged. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 외측으로 연소용 공기가 진행하는 구간에 해당되는 상기 내측관(32)의 내부 구간에 전열용 핀(39)을 부착하는 것을 특징으로 하는 열처리로용 리큐퍼레이터식 복사관.Recuperator radiator for heat treatment furnace, characterized in that for attaching the heat transfer fin (39) in the inner section of the inner tube (32) corresponding to the section in which the combustion air proceeds to the outside.
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