(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼炉のバーナタイル内に耐熱性金属からなるハニカム状の蓄熱体を設けたリジェネバーナにおいて、蓄熱体の炉内側前方部にあるバーナタイルのバーナ挿入用の孔部周壁に排ガスの蓄熱体外周部への流入量を制限するリング状の堰からなる絞りスリーブを設けたことを特徴とするリジェネバーナ。
【請求項２】
絞りスリーブは、次式を満たすものである請求項１に記載のリジェネバーナ。
Ｄ２／Ｄ１＝０．５〜０．９
Ｂ１／Ｄ２＝０．１〜０．５
Ｂ２／Ｂ１＝０．１〜０．３
Ｂ１：絞りスリーブのバーナ軸方向厚み
Ｂ２：蓄熱体と絞りスリーブとの隙間距離
Ｄ１：バーナ挿入用の孔部の内径
Ｄ２：絞りスリーブの内径
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱体の寿命の長期化を図ることができるリジェネバーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、加熱炉や燃焼炉等の燃焼装置には省エネルギを図ることを目的として、炉内で燃焼した排ガスの熱を回収するとともに、燃焼用空気を加熱するようバーナタイル内に蓄熱体を設けたリジェネバーナが知られている。この場合、前記蓄熱体としては、セラミックやステンレス等の耐熱性金属をハニカム状にしたものが通常用いられている。
【０００３】
このうち、蓄熱体として耐熱性金属を用いたものは、セラミックに比べて軽量化および大型化が可能である、耐破壊強度が優れている、薄いため圧力損失が少ない等の種々の利点を有しているものの、耐熱温度に限界があるため使用温度条件に制限（約１０００℃以下）があった。また、耐熱温度を越えて使用していると熱変形や熱破壊して短期間で交換しなければならないという問題点もあった。更には、耐熱温度近傍で使用している場合でも、蓄熱体の外周部の熱損傷が激しく想定した使用期間を確保することができないという問題点もあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような従来の問題点を解決して、軽量化および大型化が可能で耐破壊強度にも優れ、また圧力損失も少ないことは勿論のこと、使用温度に制限がなく、しかも蓄熱体の熱変形や熱破壊を生じることなく長期間にわたって継続使用することができるリジェネバーナを提供することを目的として完成されたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明のリジェネバーナは、燃焼炉のバーナタイル内に耐熱性金属からなるハニカム状の蓄熱体を設けたリジェネバーナにおいて、蓄熱体の炉内側前方部にあるバーナタイルのバーナ挿入用の孔部周壁に排ガスの蓄熱体外周部への流入量を制限するリング状の堰からなる絞りスリーブを設けたことを特徴とするものである。
【０００６】
また、前記絞りスリーブは、バーナタイルのバーナ挿入用の孔部周壁に形成されるリング状の堰からなるものであって、次式を満たすよう構成してあるものを請求項２に係る発明とする。
Ｄ2 ／Ｄ1 ＝０．５〜０．９
Ｂ1 ／Ｄ2 ＝０．１〜０．５
Ｂ2 ／Ｂ1 ＝０．１〜０．３
Ｂ1 ：絞りスリーブのバーナ軸方向厚み
Ｂ2 ：蓄熱体と絞りスリーブとの隙間距離
Ｄ1 ：バーナ挿入用の孔部の内径
Ｄ2 ：絞りスリーブの内径
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
図面は、製鉄工場における溶鉄鍋（例えば取鍋）の内張り耐火物の乾燥加熱、または、受鋼前、受銑前の予熱加熱に用いられる切り換え式のリジェネバーナを示すものであって、図中１は炉壁のバーナタイル２０内に取り付けられたバーナ本体であり、このバーナ本体１は先端を炉内へ臨ませたバーナノズル２と、該バーナノズル２を覆うダクト３からなり、前記バーナノズル２の前方部はバーナタイル２０内に装着したステンレスのような耐熱性金属からなるハニカム状の蓄熱体４に挿入した状態となっている。この蓄熱体４は、炉内で燃焼した排ガスの熱をダクト３より排出する際に加熱されて蓄熱し、一方、バルブを切り換えてダクト３より燃焼用空気を炉内へ送り込む際には蓄熱したエネルギにより燃焼用空気を予熱してバーナの燃焼効率を向上させることにより、省エネルギを図るものである。
なお、ここでいう切り換え式のリジェネバーナとは、炉の対角線方向に一対のバーナを設置し、一方を燃焼状態とし他方を排ガスの排出状態として一定時間燃焼した後、今度は燃焼状態と排ガスの排出状態を交代して一定時間燃焼し、これを交互に切り換えて行うタイプのものである。
【０００８】
そして、本発明においては前記蓄熱体４の炉内側前方部に排ガスの蓄熱体外周部への流入量を制限する絞りスリーブ５を設けた点に特徴的構成を有している。これは、本発明者らが研究した結果、排ガスが蓄熱体４に対しては外周部に多く流入して中心部に比べて昇温しやすく、そのため外周部の方から酸化や熱変形が生じ寿命を短くする要因となっており、また機械的にも外周部は中心部に比べて周が長いため熱膨張代が大きくそれだけ変形する要素が大きい要因となっているということを究明した結果に基づくものである。
従って、熱的な損傷を受けやすい蓄熱体外周部への流入量を絞りスリーブ５で制限することで蓄熱体全体に均等に熱負荷が加わるようにし、従来のような局部的な熱的損傷の発生を回避して耐久性の向上を図るのである。
【０００９】
図示のものでは、前記絞りスリーブ５はバーナタイルのバーナ挿入用の孔部周壁に形成されるリング状の堰から構成されている。この場合、図２に示されるように、絞りスリーブ５のバーナ軸方向厚み（Ｂ1 ）、蓄熱体４と絞りスリーブ５との隙間距離（Ｂ2 ）、バーナ挿入用の孔部の内径（Ｄ1 ）、絞りスリーブ５の内径（Ｄ2 ）とすると、次式を満たすことが好ましい。
次式を満たす範囲にあれば排ガスが蓄熱体全体に対して均等に流入し、局部的な熱的損傷の発生を回避できることを実験的に確認したからである。
Ｄ2 ／Ｄ1 ＝０．５〜０．９
Ｂ1 ／Ｄ2 ＝０．１〜０．５
Ｂ2 ／Ｂ1 ＝０．１〜０．３
【００１０】
このように構成したものは、蓄熱体４が炉内で燃焼した排ガスの熱をダクト３より排出する際に加熱されて蓄熱し、一方、バルブを切り換えてダクト３より燃焼用空気を炉内へ送り込む際には蓄熱したエネルギにより燃焼用空気を予熱してバーナの燃焼効率を向上させることにより、省エネルギを図りつつ運転される点は従来のこの種のリジェネバーナと基本的に同じである。
そして本発明では、前記蓄熱体４の炉内側前方部に排ガスの蓄熱体外周部への流入量を制限する絞りスリーブ５が設けられているため、従来のように排ガスが蓄熱体４の外周部に多く流入することがなく蓄熱体全体に均等に熱負荷が加わるため、外周部のみが局部的に昇温せず熱的損傷の発生も的確に回避することができ、蓄熱体４の大幅な耐久性の向上が図れることとなる。この結果、継続使用期間を５年以上保証することができ、従来に比べて約１０倍の寿命が得られることとなる。
なお、以上は切り換え式のリジェネバーナの場合について説明したが、セルフ型のリジェネバーナ、つまりは、蓄熱体後端に隣接して燃焼用空気供給ダクトをバーナ軸の胴周方向に回転（連続的、あるいは間歇的に）移動させることで、燃焼用空気をダクトより蓄熱体の蓄熱された部位を経由して予熱空気を供給するとともに、燃焼用空気通過により蓄熱体の抜熱された部位には高温排ガスが通過して蓄熱するという一連の動きにより１本のバーナで燃焼用空気の予熱と蓄熱が可能なタイプのバーナについても適用できることは勿論である。
【００１１】
【実施例】
燃料ガスとしてコークス炉ガスを用いる発熱量４４５０kcal/m3(Normal) の切り換え式のリジェネバーナを取鍋の内張り耐火物の乾燥加熱用バーナに用いて寿命の測定を行った結果を表１に示す。バーナの基本的な設計は図１に示すとおりであり、燃料ガス流量は５００m3(Normal)/h、空気比は１．３とした。また、転炉内雰囲気の平均温度は１１００℃、蓄熱体吸引排ガスの平均温度は１０００±５０℃、蓄熱体通過後排ガスの平均温度（初期値）は３００℃とした。また、ハニカム状の蓄熱体の設計条件は下記のとおりである。
材  質  ：ＳＵＳ４３０
箔厚み  ：５０μm
メッシュ：１００セル／inch2 
外  径  ：７８０mm
内  径  ：３８０mm
長  さ  ：１５０mm
更に、絞りスリーブの形状的設計条件は下記のとおりである。
Ｄ2 ／Ｄ1 ＝０．８５
Ｂ1 ／Ｄ2 ＝０．１２
Ｂ2 ／Ｂ1 ＝０．２２
なお、蓄熱体の耐久性を評価する一つの指標として、蓄熱体前後の熱間圧力損失値で評価し、初期の熱間圧力損失値の約５倍の値を蓄熱体の耐熱限界とした。
【００１２】
【表１】
0003721030.tif 000002
【００１３】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明は軽量化および大型化が可能で耐破壊強度にも優れ、また圧力損失も少ないことは勿論のこと、使用温度に制限がなく、しかも蓄熱体の熱変形や熱破壊を生じることなく長期間にわたって継続使用することができるものである。
よって本発明は従来の問題点を一掃したリジェネバーナとして、産業の発展に寄与するところは極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す要部の拡大断面図である。
【符号の説明】
４  蓄熱体
５  絞りスリーブ
20  バーナタイル
【図１】
0003721030.tif 000003
【図２】
0003721030.tif 000004