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JP4033851B2 - Furnace gas circulation unit - Google Patents
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JP4033851B2 JP2004139295A JP2004139295A JP4033851B2 JP 4033851 B2 JP4033851 B2 JP 4033851B2 JP 2004139295 A JP2004139295 A JP 2004139295A JP 2004139295 A JP2004139295 A JP 2004139295A JP 4033851 B2 JP4033851 B2 JP 4033851B2
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Description

本発明は、炉内ガス再循環ユニットに関するものであり、より詳細には、炉体の任意の位置に配置することができ、炉内ガスの炉内循環又は攪拌を制御することができる炉内ガス循環ユニットに関するものである。   The present invention relates to an in-furnace gas recirculation unit, and more particularly, to an in-furnace gas that can be disposed at any position of the furnace body and can control the in-furnace circulation or stirring of the in-furnace gas. It relates to a gas circulation unit.

一般に、管式加熱炉、金属加熱炉、窯業焼成炉、金属溶融炉、ガス化溶融炉又はボイラー等の燃焼炉は、燃焼設備を備え、燃焼設備は、炭化水素系燃料を供給する燃料供給装置、燃焼用空気を供給する空気供給装置、燃料及び燃焼用空気を混合し且つ燃料を燃焼させるバーナー装置等を含む。バーナ装置が混合した燃料及び燃焼用空気は、拡散燃焼による火炎を炉内燃焼域に生成する。バーナー装置供給前における燃料及び燃焼用空気の予混合は、予期せぬ逆火現象を生じさせることが懸念されており、一般には採用されていない。   In general, a combustion furnace such as a tubular heating furnace, a metal heating furnace, a ceramic firing furnace, a metal melting furnace, a gasification melting furnace, or a boiler is provided with a combustion facility, and the combustion facility is a fuel supply device that supplies hydrocarbon fuel. An air supply device that supplies combustion air, a burner device that mixes fuel and combustion air, and burns the fuel. The fuel mixed with the burner device and the combustion air generate a flame by diffusion combustion in the in-furnace combustion zone. Premixing of fuel and combustion air before supplying the burner apparatus is concerned about causing an unexpected flashback phenomenon, and is not generally employed.

一般的な燃焼装置において燃料の完全燃焼を図るには、燃焼用空気の実際空気量は、燃料の理論空気量を超える過剰な空気比に設定する必要があり、このため、燃焼用空気及び燃料の混合比(空燃費)は、概ね14乃至15程度に設定される。例えば、燃焼装置に供給されるメタン燃料の燃料容積は、必要空気量の1/15程度に設定される。多くの燃焼設備は、このような流量差を有する燃料噴射流と空気流とを所望の如く混合すべく、旋回流型又は保炎板型等の保炎器を備える。保炎器は、燃料及び空気の混合域に配設され、着火可能な高温循環流を形成し、これにより、火炎の吹き消えを防止し、火炎の安定性を確保する。   In order to achieve complete combustion of fuel in a general combustion apparatus, it is necessary to set the actual air amount of the combustion air to an excessive air ratio exceeding the theoretical air amount of the fuel. The mixing ratio (air fuel consumption) is set to approximately 14 to 15. For example, the fuel volume of methane fuel supplied to the combustion device is set to about 1/15 of the required air amount. Many combustion facilities include a flame holder such as a swirling flow type or a flame holding plate type in order to mix the fuel injection flow and the air flow having such a flow rate difference as desired. The flame holder is disposed in a mixed region of fuel and air to form a high-temperature circulating flow that can be ignited, thereby preventing the flame from blowing out and ensuring the stability of the flame.

このような従来の燃焼方法では、燃料流量に比して多量の空気流を炉内に吹込むことから、炉内に形成される火炎の特性、炉内ガス循環の性状等は、空気流の温度、流量、流速及び方向性等の制御により概ね決定され、炉内ガス循環及び火炎特性の制御には、自ずと限界が生じる。本発明者等は、炉内ガス循環及び火炎特性の制御性を改善すべく、炉外に導出した燃焼ガス(炉内ガス)、或いは、水蒸気を燃料とを混合し、炉内に噴射する燃料のモーメンタム(運動量)を増大する燃焼方法又は燃料供給方法を既に提案している(特開2001−124329号公報、特開2001−12405号公報参照)。
特開2001−124329号公報 特開2001−124305号公報
In such a conventional combustion method, a large amount of air flow is blown into the furnace as compared with the fuel flow rate. Therefore, the characteristics of the flame formed in the furnace, the characteristics of gas circulation in the furnace, etc. It is generally determined by control of temperature, flow rate, flow rate, directionality, etc., and limits are inherently imposed on the control of the furnace gas circulation and flame characteristics. In order to improve the control of the gas circulation in the furnace and the flame characteristics, the present inventors have mixed the combustion gas derived from the furnace (in-furnace gas) or the fuel mixed with water vapor and injected into the furnace. momentum and the combustion method or the fuel supply method for increasing (momentum) already proposed (JP 2001-124329, JP-see JP 2001-124 3 05 No.).
JP 2001-124329 A JP 2001-124305 A

しかしながら、従来の燃焼方法は、炉内における燃料供給口、燃焼用空気供給口及び燃焼排ガス排気口の位置を特定することを前提としたものであり、炉内ガス循環及び火炎特性の制御は、あくまで、これらの供給口及び排気口の位置を特定した上で設計される。従って、燃料供給口、燃焼用空気供給口及び燃焼排ガス排気口の位置的制約を受けずに炉内ガス循環を制御することはできない。   However, the conventional combustion method is based on the premise that the positions of the fuel supply port, the combustion air supply port, and the combustion exhaust gas exhaust port in the furnace are specified. It is designed after specifying the positions of these supply ports and exhaust ports. Therefore, the gas circulation in the furnace cannot be controlled without being subjected to positional restrictions of the fuel supply port, the combustion air supply port, and the combustion exhaust gas exhaust port.

これに対し、炉内ガスを攪拌する攪拌装置を炉内に配置し、炉内ガスを強制攪拌することも可能であるが、この場合、攪拌装置の駆動部又は駆動力伝達機構等が炉内の高温雰囲気に曝されるので、攪拌装置を特殊な耐熱性材料及び耐熱性機構により設計しなければならず、攪拌装置の初期設備費は、高額化する。現実には、攪拌装置の耐熱性及び耐久性を確保すること自体、困難であり、仮にこれを克服し得たとしても、炉内ガスを炉内ガスの直接的な攪拌により制御する場合、攪拌により生じる循環流の特性や、火炎に作用する循環流の作用等は、予測し難い。   On the other hand, a stirrer that stirs the gas in the furnace can be arranged in the furnace and the gas in the furnace can be forcibly stirred. However, in this case, the drive unit or the driving force transmission mechanism of the stirrer is installed in the furnace. Therefore, the stirrer must be designed with a special heat-resistant material and a heat-resistant mechanism, and the initial equipment cost of the stirrer is increased. In reality, it is difficult to ensure the heat resistance and durability of the stirring device itself, and even if this can be overcome, the stirring gas is controlled when the furnace gas is controlled by direct stirring of the furnace gas. It is difficult to predict the characteristics of the circulation flow caused by the above, the action of the circulation flow acting on the flame, and the like.

また、従来、炉内ガスの酸素分圧(酸素濃度)は、バーナ装置による空気及び燃料の噴射状態、火炎の燃焼反応、燃焼ガスの炉内循環、被加熱物又は可燃物の酸化又は燃焼反応等に影響されるが、炉内の酸素分圧を積極的に制御することは困難である。仮に、多量の空気又は酸素を炉内に供給した場合、炉内の酸素分圧が急激に増大し、酸化又は燃焼反応が急激に変化し易く、また、低温(例えば、大気温)の空気又は酸素を炉内に吹込む場合、予測困難な炉内温度場の変化が生じ得る。他方、多量の炉内ガスをバーナー装置に再循環させると、燃焼反応が抑制され、燃焼雰囲気の変化、例えば、酸化燃焼雰囲気から還元燃焼雰囲気への変化などが生じる虞がある。   Conventionally, the oxygen partial pressure (oxygen concentration) of the gas in the furnace is the injection state of air and fuel by the burner device, the combustion reaction of the flame, the circulation of the combustion gas in the furnace, the oxidation or combustion reaction of the object to be heated or combustible However, it is difficult to positively control the oxygen partial pressure in the furnace. If a large amount of air or oxygen is supplied into the furnace, the oxygen partial pressure in the furnace increases rapidly, and the oxidation or combustion reaction is likely to change rapidly. When oxygen is blown into the furnace, changes in the furnace temperature field that are difficult to predict can occur. On the other hand, when a large amount of the in-furnace gas is recirculated to the burner device, the combustion reaction is suppressed, and there is a possibility that a change in the combustion atmosphere, for example, a change from the oxidation combustion atmosphere to the reduction combustion atmosphere may occur.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料供給口、燃焼用空気供給口及び燃焼排ガス排気口の位置と関連した位置的制約を受けず、炉体の任意の位置に配置することができ、炉内ガスの炉内循環又は攪拌を制御することができる炉内ガス循環ユニットを提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is not subject to positional restrictions related to the positions of the fuel supply port, the combustion air supply port, and the combustion exhaust gas exhaust port, An object of the present invention is to provide an in-furnace gas circulation unit that can be disposed at any position of the furnace body and can control the in-furnace circulation or stirring of the in-furnace gas.

本発明は又、炉内温度場に影響を与えず炉内の燃焼雰囲気を可変制御することができる炉内ガス循環ユニットを提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide an in-furnace gas circulation unit that can variably control the combustion atmosphere in the furnace without affecting the in-furnace temperature field.

本発明は、上記目的を達成すべく、炉内ガスを炉外に導出する導出口として機能するとともに、炉内ガスの再導入流を炉内に噴射する噴射口として機能する給排口を備えた第1及び第2蓄熱装置と、
炉外に導出した前記炉内ガスを加圧し、前記蓄熱装置を介して炉内ガスを前記給排口に送出する循環ファンと、
第1蓄熱装置を介して炉内ガスを炉外に導出し、第2蓄熱装置を介して再導入ガスを炉内に噴射する第1位置と、第2蓄熱装置を介して炉内ガスを炉外に導出し、第1蓄熱装置を介して再導入ガスを炉内に噴射する第2位置とに切換可能な給排切換弁装置とを有し、
前記第1及び第2蓄熱装置は夫々、前記炉内ガスとの伝熱接触により受熱し、前記炉内ガスを冷却するとともに、前記再導入流との伝熱接触により放熱し、該再導入流を加熱する蓄熱体を備え、
前記第1及び第2蓄熱装置の各給排口は、炉内領域の特定部分に同方向の前記再導入流を継続的に噴射するように、炉体の内壁面に並列且つ互いに接近して配置され、前記給排切換弁装置は、前記第1位置及び第2位置に交互に切換えられることを特徴とする炉内ガス循環ユニットを提供することにある。
In order to achieve the above object, the present invention includes a supply / exhaust port that functions as a discharge port for deriving the gas in the furnace to the outside of the furnace and also functions as an injection port for injecting a reintroduction flow of the gas in the furnace into the furnace. First and second heat storage devices,
A circulating fan that pressurizes the gas in the furnace led out of the furnace and sends the gas in the furnace to the supply / exhaust port via the heat storage device;
A first position where the gas in the furnace is led out of the furnace through the first heat storage device, and the reintroduced gas is injected into the furnace through the second heat storage device, and the gas in the furnace is passed through the second heat storage device. A supply / exhaust switching valve device that is led out and can be switched to a second position for injecting reintroduced gas into the furnace via the first heat storage device;
Each of the first and second heat storage devices receives heat by heat transfer contact with the furnace gas, cools the furnace gas, and dissipates heat by heat transfer contact with the reintroduction flow. A heat storage body for heating
Each supply / exhaust port of the first and second heat storage devices is parallel to the inner wall surface of the furnace body and close to each other so as to continuously inject the reintroduction flow in the same direction to a specific portion of the furnace interior region. It is arranged to provide an in-furnace gas circulation unit characterized in that the supply / discharge switching valve device is alternately switched to the first position and the second position.

本発明の炉内ガス循環ユニットは、炉の燃焼設備とは独立した構造を有し、燃料供給口、燃焼用空気供給口及び燃焼排ガス排気口の位置による位置的制約を受けず、従って、炉体の任意に位置に配置することができる。高温の炉内ガスは、蓄熱体により冷却され、給排切換弁装置及び循環ファンは、炉外に配置される。従って、給排切換弁装置及び循環ファンには、過大な熱応力が作用せず、循環ファンには、熱劣化による弊害が生じない。冷却した炉内ガスは、蓄熱体により再加熱され、炉内ガスと同等の温度で炉内に再導入される。再導入流の流速及び流量は、循環ファンの流量・圧力設定により可変制御することができる。   The in-furnace gas circulation unit of the present invention has a structure independent of the combustion equipment of the furnace, and is not subject to positional restrictions due to the positions of the fuel supply port, the combustion air supply port, and the combustion exhaust gas exhaust port. It can be placed anywhere on the body. The high-temperature furnace gas is cooled by the heat storage body, and the supply / discharge switching valve device and the circulation fan are disposed outside the furnace. Therefore, excessive thermal stress does not act on the supply / discharge switching valve device and the circulation fan, and the circulation fan does not suffer from adverse effects due to thermal degradation. The cooled in-furnace gas is reheated by the heat accumulator and reintroduced into the furnace at a temperature equivalent to the in-furnace gas. The flow rate and flow rate of the reintroduction flow can be variably controlled by setting the flow rate and pressure of the circulation fan.

本発明は又、上記構成の炉内ガス循環ユニットにおいて、冷却後の炉内ガスに付加流体を添加する添加装置を更に有することを特徴とする炉内ガス循環ユニットを提供する。
付加装置は、炉内燃焼雰囲気を調整する酸化剤、水蒸気又は不活性ガス等を冷却後の炉内ガスに添加し、蓄熱装置は、付加流体を含む炉内ガスを加熱し、炉内に再導入する。炉内の燃焼雰囲気は、再導入流により調整され、しかも、再導入流は、蓄熱装置により加熱された後に炉内に噴射するので、炉内温度場の変化は生じ難い。従って、このような炉内ガス循環ユニットによれば、炉内温度場に実質的影響を与えずに炉内の燃焼雰囲気を制御することができる。
The present invention also provides an in-furnace gas circulation unit characterized in that the in-furnace gas circulation unit further includes an adding device for adding an additional fluid to the cooled in-furnace gas.
The additional device adds an oxidizer, water vapor, or inert gas that adjusts the combustion atmosphere in the furnace to the cooled furnace gas, and the heat storage device heats the furnace gas containing the additional fluid and re-enters the furnace. Introduce. The combustion atmosphere in the furnace is adjusted by the reintroduction flow, and since the reintroduction flow is heated by the heat storage device and then injected into the furnace, the change in the furnace temperature field hardly occurs. Therefore, according to the in-furnace gas circulation unit, the combustion atmosphere in the furnace can be controlled without substantially affecting the in-furnace temperature field.

本発明は更に、上記構成の炉内ガス循環ユニットを使用した炉内燃焼方法において、
(1) 前記再導入流を炉内ガスに噴射して炉内ガス循環を活性化し、
(2) 前記再導入流を炉内火炎に向けて噴射して該火炎の到達距離、方向及び/又は火炎容積を制御し、
(3) 燃焼設備の燃料噴流及び空気噴流と混合衝突するように前記再導入流を炉内に噴射して燃料及び燃焼用空気の燃焼反応を制御し、或いは、
(4) 前記付加流体を添加した再導入流を炉内に噴射し、炉の燃焼設備が形成する炉内火炎の性状又は炉内燃焼雰囲気を制御することを特徴とする炉内燃焼方法を提供する。
The present invention further provides an in-furnace combustion method using the in-furnace gas circulation unit configured as described above.
(1) Injecting the reintroduction flow into the furnace gas to activate the furnace gas circulation,
(2) Injecting the reintroduction flow toward the furnace flame to control the reach distance, direction and / or flame volume of the flame;
(3) Control the combustion reaction of the fuel and combustion air by injecting the reintroduction flow into the furnace so as to mix and collide with the fuel jet and air jet of the combustion facility, or
(4) A furnace combustion method characterized by injecting a reintroduction flow to which the additional fluid has been added into the furnace, and controlling the properties of the furnace flame formed by the furnace combustion equipment or the furnace combustion atmosphere. To do.

本発明の上記構成によれば、燃料供給口、燃焼用空気供給口及び燃焼排ガス排気口の位置と関連した位置的制約を受けず、炉体の任意の位置に配置することができ、炉内ガスの炉内循環又は攪拌を制御することができる炉内ガス循環ユニットが提供される。   According to the above configuration of the present invention, it is possible to dispose the fuel supply port, the combustion air supply port, and the combustion exhaust gas exhaust port in any position of the furnace body without being subjected to positional restrictions. An in-furnace gas circulation unit capable of controlling the in-furnace circulation or stirring of gas is provided.

また、本発明によれば、付加流体添加装置を炉内ガス循環ユニットに更に設けることにより、炉内温度場に影響を与えず炉内の燃焼雰囲気を可変制御可能な炉内ガス循環ユニットが提供される。   Further, according to the present invention, there is provided an in-furnace gas circulation unit capable of variably controlling the combustion atmosphere in the furnace without affecting the in-furnace temperature field by further providing the additional fluid addition device in the in-furnace gas circulation unit. Is done.

本発明の好適な実施形態によれば、炉内ガス循環ユニットは、炉体と一体化して炉内壁面を形成する支持基板を更に有し、上記蓄熱装置は、蓄熱体を収容したケーシングを備える。ケーシングは、支持基板に一体的に支持される。上記給排切換弁装置は、各々の蓄熱装置に直列に連結され、各給排切換弁装置の切換時期を調整する制御装置が炉内ガス循環ユニットに更に設けられる。再導入流は、例えば、火炎又はその輻射熱の作用が直接に及び難い炉内領域の部分や、炉内のガス循環が生じ難い炉内領域の部分に噴射し、或いは、炉内ガスの滞留領域又は死水領域に噴射し、炉内対流伝熱による燃焼炉の加熱作用を向上する。再導入流は又、火炎、燃焼ガス流、燃料噴流又は燃焼用空気噴流に混合衝突し、火炎又は燃焼ガスの性状を変化させる。   According to a preferred embodiment of the present invention, the in-furnace gas circulation unit further includes a support substrate that is integrated with the furnace body to form the inner wall surface of the furnace, and the heat storage device includes a casing that houses the heat storage body. . The casing is integrally supported by the support substrate. The supply / discharge switching valve device is connected in series to each heat storage device, and a control device for adjusting the switching timing of each supply / discharge switching valve device is further provided in the in-furnace gas circulation unit. The reintroduction flow is, for example, injected into a portion of the furnace region where the action of the flame or its radiant heat is difficult to reach, a portion of the furnace region where gas circulation in the furnace is difficult to occur, or a region where the gas in the furnace stays Or it injects into a dead water area | region and improves the heating effect | action of a combustion furnace by the convection heat transfer in a furnace. The re-introduction stream also collides with the flame, combustion gas stream, fuel jet or combustion air jet and changes the properties of the flame or combustion gas.

炉内領域の特定部分に同方向の再導入流が継続的に噴射されるように、各再導入流の中心軸線同士の相対的な角度(又は各蓄熱装置の中心軸線がなす角度)は、好ましくは、20°〜−20°の範囲内、更に好ましくは、10°〜−10°の範囲内に制限され、給排口の中心間距離は、給排口の直径Dに対し、好ましくは、5D以下、更に好ましくは、3D以下に制限される。 The relative angle between the central axes of each reintroduction flow (or the angle formed by the central axis of each heat storage device) is such that a reintroduction flow in the same direction is continuously injected into a specific part of the furnace area. Preferably, it is limited within the range of 20 ° to −20 °, more preferably within the range of 10 ° to −10 °, and the distance between the centers of the supply / discharge ports is preferably relative to the diameter D of the supply / discharge ports. 5D or less, more preferably 3D or less.

好ましくは、炉内ガス循環ユニットは、第3蓄熱装置を更に有し、上記給排切換弁装置は、いずれか1つの蓄熱装置の給排口から再導入ガスを炉内に噴射し、他の2つ蓄熱装置の給排口から炉内ガスを導出するように切換制御される。更に好ましくは、炉内ガス循環ユニットは、第4蓄熱装置を更に有し、給排切換弁装置は、いずれか1つの蓄熱装置の給排口から再導入ガスを炉内に噴射し、他の3つ蓄熱装置の給排口から炉内ガスを導出するように切換制御される。給排口から噴射する再導入流の流速に対して、給排口から吸引される炉内ガス流の流速が1/2以下に低下し、給排口間のガス流のショートパスは、抑制される。   Preferably, the in-furnace gas circulation unit further includes a third heat storage device, and the supply / discharge switching valve device injects reintroduced gas into the furnace from the supply / discharge port of any one of the heat storage devices, and the other Switching control is performed so that the gas in the furnace is led out from the supply / discharge port of the two heat storage devices. More preferably, the in-furnace gas circulation unit further includes a fourth heat storage device, and the supply / discharge switching valve device injects reintroduced gas into the furnace from the supply / discharge port of any one of the heat storage devices, and the other Switching control is performed so as to derive the gas in the furnace from the supply / exhaust port of the three heat storage devices. The flow rate of the in-furnace gas flow sucked from the supply / exhaust port is reduced to 1/2 or less of the flow rate of the reintroduction flow injected from the supply / exhaust port, and the short path of the gas flow between the supply / exhaust ports is suppressed Is done.

本発明の他の好適な実施形態によれば、炉内ガス循環ユニットは、冷却後の炉内ガスに付加流体を添加する添加装置を更に有する。好ましくは、付加流体として、空気、酸素、水蒸気及び/又は不活性ガスが上記再導入流に添加される。更に好ましくは、炉内ガス循環ユニットは、冷却後の炉内ガスの一部を系外に排気する排気手段を更に有する。   According to another preferred embodiment of the present invention, the in-furnace gas circulation unit further includes an adding device for adding an additional fluid to the cooled in-furnace gas. Preferably, as additional fluid, air, oxygen, water vapor and / or inert gas is added to the reintroduction stream. More preferably, the in-furnace gas circulation unit further includes an exhaust means for exhausting a part of the in-furnace gas after cooling out of the system.

図1は、本発明の好適な実施形態を示す炉内ガス循環ユニットの縦断面図である。図1(A) には、炉内ガス循環ユニットの第1作動状態が示され、図1(B) には、炉内ガス循環ユニットの第2作動状態が示されている。   FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a furnace gas circulation unit showing a preferred embodiment of the present invention. FIG. 1 (A) shows a first operating state of the in-furnace gas circulation unit, and FIG. 1 (B) shows a second operating state of the in-furnace gas circulation unit.

炉内ガス循環ユニット1は、蓄熱装置2(2A:2B)、給排切換弁装置3(3A:3B)及び循環ファン4を備え、蓄熱装置2及び給排切換弁装置3は、炉内領域9を区画する炉体91に配置される。蓄熱装置2は、蓄熱体ケース22内に蓄熱体21を収容した構造を有し、蓄熱体ケース22は、支持基板23を貫通する。支持基板23は、炉体91と同質の耐熱・耐火材料からなる。支持基板23は、炉体91と一体化し、炉内領域9に面する炉内壁面92を炉体91とともに形成する。   The in-furnace gas circulation unit 1 includes a heat storage device 2 (2A: 2B), a supply / discharge switching valve device 3 (3A: 3B) and a circulation fan 4, and the heat storage device 2 and the supply / discharge switching valve device 3 are located in the furnace region. 9 is disposed in a furnace body 91 that divides 9. The heat storage device 2 has a structure in which the heat storage body 21 is accommodated in the heat storage body case 22, and the heat storage body case 22 penetrates the support substrate 23. The support substrate 23 is made of the same heat and fire resistant material as the furnace body 91. The support substrate 23 is integrated with the furnace body 91 and forms a furnace inner wall surface 92 facing the furnace inner region 9 together with the furnace body 91.

各蓄熱体21は、円柱形の外形を有するハニカム構造のセラミックス製蓄熱体からなり、多数の狭小流路を有する。蓄熱体21の各流路は、蓄熱装置2の軸線方向に蓄熱体21を貫通する。蓄熱体21は、リジェネレータ型熱交換器を構成し、0.9以上の温度効率を発揮する。この形式の熱交換器の構造は、例えば、本願出願人による特願平5-6911号(特開平6-213585号公報)等に詳細に開示されているので、更なる詳細な説明は、省略する。   Each heat storage body 21 is made of a ceramic structure heat storage body having a honeycomb structure having a cylindrical outer shape, and has a large number of narrow flow paths. Each flow path of the heat storage body 21 penetrates the heat storage body 21 in the axial direction of the heat storage device 2. The heat storage body 21 constitutes a regenerator type heat exchanger and exhibits a temperature efficiency of 0.9 or more. The structure of this type of heat exchanger is disclosed in detail in, for example, Japanese Patent Application No. 5-6911 (Japanese Patent Laid-Open No. 6-213585) by the applicant of the present application, and further detailed description is omitted. To do.

蓄熱体ケース22は、支持基板23を貫通する金属製円筒形部材からなり、支持基板24に一体的に支持される。蓄熱体ケース22の先端部は、蓄熱体21の先端面から更に炉内側に延び、僅かに縮径して炉内領域9に開口する。蓄熱体ケース22の先端円形開口は、炉内ガス給排口20を構成する。給排口20は、炉内領域9の炉内ガスを吸引する炉内ガス吸引口として機能するとともに、加圧後の炉内ガスを炉内領域9に噴射する炉内ガス噴射口として機能する。   The heat storage case 22 is made of a metal cylindrical member that penetrates the support substrate 23 and is integrally supported by the support substrate 24. The front end portion of the heat storage body case 22 extends further from the front end surface of the heat storage body 21 to the inside of the furnace, and is slightly reduced in diameter and opened to the in-furnace region 9. The circular opening at the front end of the heat storage body case 22 constitutes the furnace gas supply / exhaust port 20. The supply / discharge port 20 functions as an in-furnace gas suction port for sucking the in-furnace gas in the in-furnace region 9 and also functions as an in-furnace gas injection port for injecting the pressurized in-furnace gas into the in-furnace region 9. .

各蓄熱装置2と対応する各給排切換弁装置3は、蓄熱装置2と同軸上に整列し、支持基板23から炉外に突出する。各弁装置3は、弁機構30、炉内ガス導入口31、炉内ガス導出口32及び弁駆動装置33を備える。弁駆動装置33は、弁機構30を駆動して、弁機構30を導出位置又は導入位置に切換える。弁機構30は、導入ポート34又は導出ポート35を選択的に開閉制御可能な二位置制御弁として機能する。   Each supply / discharge switching valve device 3 corresponding to each heat storage device 2 is aligned coaxially with the heat storage device 2 and projects out of the furnace from the support substrate 23. Each valve device 3 includes a valve mechanism 30, a furnace gas inlet 31, a furnace gas outlet 32, and a valve driving device 33. The valve drive device 33 drives the valve mechanism 30 to switch the valve mechanism 30 to the lead-out position or the introduction position. The valve mechanism 30 functions as a two-position control valve capable of selectively opening and closing the introduction port 34 or the derivation port 35.

循環ファン4の吐出口には、炉内ガス導入管41が接続され 炉内ガス導入管41は、導入管42、43に分岐し、導入管42、43は、各弁装置3の炉内ガス導入口31に夫々接続される。他方、循環ファン4の吸引口には、炉内ガス導出管46が接続され、炉内ガス導出管46は、導出管44、45に分岐し、導出管44、45は、各弁装置3の炉内ガス導出口32に夫々接続される。循環ファン4の吸引圧力は、炉内ガス導出管46、45、44、弁装置3及び蓄熱装置2を介して一方の給排口20に作用し、循環ファン4の給気押込み圧力は、導入管41、42、43、弁装置3及び蓄熱装置2を介して他方の給排口20に作用する。   An in-furnace gas introduction pipe 41 is connected to the discharge port of the circulation fan 4. The in-furnace gas introduction pipe 41 branches into introduction pipes 42 and 43, and the introduction pipes 42 and 43 are in-furnace gas of each valve device 3. Each is connected to the inlet 31. On the other hand, an in-furnace gas outlet pipe 46 is connected to the suction port of the circulation fan 4. The in-furnace gas outlet pipe 46 branches into outlet pipes 44 and 45, and the outlet pipes 44 and 45 are connected to the valve devices 3. Each is connected to the furnace gas outlet 32. The suction pressure of the circulation fan 4 acts on one supply / exhaust port 20 via the in-furnace gas outlet pipes 46, 45, 44, the valve device 3 and the heat storage device 2, and the supply air pushing pressure of the circulation fan 4 is introduced. It acts on the other supply / exhaust port 20 through the pipes 41, 42, 43, the valve device 3 and the heat storage device 2.

図1(A)に示す第1作動状態では、第1弁装置3Aの弁機構30は、炉内ガス導入ポート34を閉鎖し且つ炉内ガス導出ポート35を開放した導出位置に位置し、第2弁装置3Bの弁機構30は、導入ポート34を開放し且つ導出ポート35を閉鎖した導入位置に位置する。炉内ガスは、循環ファンの吸引圧力下に、矢印で示す如く、第1蓄熱装置2Aの給排口20から第1蓄熱装置2A内に流入し、蓄熱体21の流路を通過して第1切換弁3A内に流入する。高温の炉内ガスは、蓄熱体21と伝熱接触して放熱し、降温する。同時に、蓄熱体21は、炉内ガスが保有する顕熱を受熱して昇温する。蓄熱体21との熱交換により冷却した炉内ガスは、第1弁装置3Aの導出口32及び導出管45、46を介して循環ファン4に吸引される。循環ファン4は、比較的低温の炉内ガスを加圧し、導入管41、42を介して第2弁装置3Bの導入口31に供給する。炉内ガスは、第2弁装置3Bから第2蓄熱装置2Bに流入し、蓄熱体21と伝熱接触する。蓄熱体21は、比較的低温の炉内ガスとの熱交換により放熱し、冷却する。同時に、炉内ガスは、蓄熱体21が保有する顕熱を受熱して昇温し、高温の再導入ガスとして第2蓄熱装置2Bの給排口20から炉内領域9に吹出す。昇温後の炉内ガスは、第1蓄熱装置2に流入する炉内ガスと概ね同等の温度を有する。   In the first operating state shown in FIG. 1 (A), the valve mechanism 30 of the first valve device 3A is located at the lead-out position where the furnace gas introduction port 34 is closed and the furnace gas lead-out port 35 is opened. The valve mechanism 30 of the two-valve device 3B is located in the introduction position in which the introduction port 34 is opened and the outlet port 35 is closed. The in-furnace gas flows into the first heat storage device 2A from the supply / discharge port 20 of the first heat storage device 2A and passes through the flow path of the heat storage body 21 under the suction pressure of the circulation fan, as indicated by the arrows. 1 flows into the switching valve 3A. The high temperature in-furnace gas is radiated by heat transfer contact with the heat storage body 21 and the temperature is lowered. At the same time, the heat storage body 21 receives the sensible heat held in the furnace gas and raises the temperature. The in-furnace gas cooled by heat exchange with the heat storage body 21 is sucked into the circulation fan 4 through the outlet 32 and the outlet pipes 45 and 46 of the first valve device 3A. The circulation fan 4 pressurizes a relatively low temperature in-furnace gas and supplies it to the inlet 31 of the second valve device 3B via the inlet pipes 41 and 42. The in-furnace gas flows into the second heat storage device 2B from the second valve device 3B, and makes heat transfer contact with the heat storage body 21. The heat storage body 21 dissipates heat by heat exchange with a relatively low temperature in the furnace gas and cools it. At the same time, the in-furnace gas receives the sensible heat held by the heat storage body 21 and rises in temperature, and is blown out from the supply / discharge port 20 of the second heat storage device 2B to the in-furnace region 9 as a high-temperature reintroduction gas. The in-furnace gas after the temperature rise has a temperature substantially equal to the in-furnace gas flowing into the first heat storage device 2.

蓄熱装置2、弁装置3、循環ファン4、導出管44、45、46及び導入管41、42、43からなるガス循環回路を循環するガスの温度Ti、To、T1、T2は、例えば、以下のとおり設定される。   The temperatures Ti, To, T1, and T2 of the gas circulating through the gas circulation circuit including the heat storage device 2, the valve device 3, the circulation fan 4, the outlet pipes 44, 45, and 46 and the introduction pipes 41, 42, and 43 are, for example, It is set as follows.

導出時の炉内ガス温度(給排口20) Ti=1200℃
蓄熱体通過後の炉内ガス温度(弁装置3) T1=200℃
弁装置導入時のガス温度(導入口31) T2=100〜150℃
再導入時のガス温度(給排口20) To=1150℃
なお、蓄熱体21通過後のガス温度T1と、弁装置3に導入するガス温度T2との相違(温度降下)は、主として、導出管44、45、46及び導入管41、42、43の管壁表面からの放熱に起因する。
Furnace gas temperature at the time of derivation (supply / discharge port 20) Ti = 1200 ° C.
Gas temperature in the furnace after passing through the heat storage body (valve device 3) T1 = 200 ° C.
Gas temperature when introducing the valve device (inlet 31) T2 = 100 to 150 ° C.
Gas temperature at re-introduction (supply / discharge port 20) To = 1150 ° C
Note that the difference (temperature drop) between the gas temperature T1 after passing through the heat storage body 21 and the gas temperature T2 introduced into the valve device 3 is mainly the pipes of the outlet pipes 44, 45, 46 and the inlet pipes 41, 42, 43. Due to heat dissipation from the wall surface.

図1(B)に示す第2作動状態では、第2弁装置3Bの弁機構30は、導入ポート34を閉鎖し且つ導出ポート35を開放した導出位置に位置し、第1弁装置3Aは、弁機構30により導入ポート34を開放し且つ導出ポート35を閉鎖した導入位置に位置する。炉内ガスは、循環ファン4の誘引圧力下に、矢印で示す如く、第2蓄熱装置2Bの給排口20に流入し、蓄熱体21、第2弁装置3B、導出管44、46を介して、循環ファン4に吸引され、循環ファン4により加圧され、導入管41、43、第1弁装置3A及び第1蓄熱装置2Aを介して、第1蓄熱装置2Aの給排口20から炉内領域9に吹出す。この循環回路において、炉内ガスは、第2蓄熱装置2Bの蓄熱体21と熱交換して冷却し、第1蓄熱装置2Aの蓄熱体21と熱交換して昇温する。第1蓄熱装置2Aの給排口20は、第2蓄熱装置2Bの給排口20に流入する炉内ガスと同等温度の再導入ガスを炉内領域9に噴射する。   In the second operating state shown in FIG. 1 (B), the valve mechanism 30 of the second valve device 3B is located at the lead-out position where the introduction port 34 is closed and the lead-out port 35 is opened, and the first valve device 3A is The inlet port 34 is opened by the valve mechanism 30 and the outlet port 35 is closed. The gas in the furnace flows into the supply / exhaust port 20 of the second heat storage device 2B under the attraction pressure of the circulation fan 4 as shown by the arrow, and passes through the heat storage body 21, the second valve device 3B, and the outlet pipes 44 and 46. Then, the air is sucked into the circulation fan 4 and pressurized by the circulation fan 4, and is supplied from the inlet / outlet 20 of the first heat storage device 2A through the introduction pipes 41 and 43, the first valve device 3A and the first heat storage device 2A. Blow out to the inner area 9. In this circulation circuit, the furnace gas is cooled by exchanging heat with the heat storage body 21 of the second heat storage device 2B, and is heated by exchanging heat with the heat storage body 21 of the first heat storage device 2A. The supply / discharge port 20 of the first heat storage device 2A injects a reintroduction gas having the same temperature as the furnace gas flowing into the supply / discharge port 20 of the second heat storage device 2B into the furnace region 9.

上記循環回路は又、炉内ガスの一部を系外に排気する排気管47(破線で示す)を備える。排気管47は、導入管41に接続される。排気管47には、排気制御弁48が介装され、排気制御弁48は、蓄熱体21の過熱を防止すべく、所望により5〜10%程度の炉内ガスを大気等に排気する。   The circulation circuit also includes an exhaust pipe 47 (shown by a broken line) for exhausting a part of the furnace gas to the outside of the system. The exhaust pipe 47 is connected to the introduction pipe 41. An exhaust control valve 48 is interposed in the exhaust pipe 47, and the exhaust control valve 48 exhausts about 5 to 10% of the in-furnace gas to the atmosphere or the like as desired in order to prevent the heat storage body 21 from being overheated.

炉内ガス循環ユニット1は、弁駆動装置33、排気制御弁48及び循環ファン4の作動を制御する制御ユニットC/U(図1(A) のみに図示する) を備える。制御ユニットC/Uは、各弁駆動装置33の切換時期を協調制御し、各弁装置3の位相(導出位置又は導入位置)を逆位相に設定する。弁駆動装置33は、制御ユニットC/Uの制御下に所定時間毎に弁装置3の弁位置を切換え、炉内ガス循環ユニット1は、図1(A)に示す第1作動状態と、図1(B)に示す第2作動状態とを所定時間毎に交互に反復する。   The in-furnace gas circulation unit 1 includes a valve drive device 33, an exhaust control valve 48, and a control unit C / U (illustrated only in FIG. 1A) for controlling the operation of the circulation fan 4. The control unit C / U controls the switching timing of each valve drive device 33 in a coordinated manner, and sets the phase (derived position or introduction position) of each valve device 3 to an opposite phase. The valve drive device 33 switches the valve position of the valve device 3 every predetermined time under the control of the control unit C / U, and the in-furnace gas circulation unit 1 has the first operating state shown in FIG. The 2nd operation state shown to 1 (B) is repeated alternately every predetermined time.

弁装置3及び循環ファン4は、いずれの作動状態においても、蓄熱装置2で冷却した炉内ガスに接触するにすぎず、従って、弁装置3及び循環ファン4には、過大な熱応力が作用せず、これに伴う熱劣化の問題も発生しない。   The valve device 3 and the circulation fan 4 are only in contact with the in-furnace gas cooled by the heat storage device 2 in any operating state. Therefore, excessive thermal stress acts on the valve device 3 and the circulation fan 4. And the problem of thermal degradation associated with this does not occur.

図2及び図3は、給排切換弁装置3の各部構造を示す断面図であり、図2には、弁装置3の導出位置が示され、図3には、弁装置3の導入位置が示されている。   2 and 3 are sectional views showing the structure of each part of the supply / discharge switching valve device 3. FIG. 2 shows the lead-out position of the valve device 3, and FIG. 3 shows the introduction position of the valve device 3. It is shown.

給排切換弁装置3は、給排管61、弁ハウジング51及び弁駆動装置33を直列に連結した構造を有する。弁駆動装置33は、支持部材58によって弁ハウジング51に一体的に取付けられたアクチュエータ50からなる。給排管61は、蓄熱体ケース22のフランジ部に気密連結され、炉内ガスの給排流路6を管内領域に形成する。導出ポート35を有するエルボ管36が給排流路6内に配置され、エルボ管36は、給排管61の管壁を貫通し、管外に突出する。エルボ管36の突出端に形成された接続フランジ部分は、導出管44、45を接続可能な炉内ガス導出口32を形成する。   The supply / discharge switching valve device 3 has a structure in which a supply / discharge pipe 61, a valve housing 51, and a valve drive device 33 are connected in series. The valve driving device 33 includes an actuator 50 that is integrally attached to the valve housing 51 by a support member 58. The supply / discharge pipe 61 is hermetically connected to the flange portion of the heat storage body case 22, and forms the supply / exhaust flow path 6 for the in-furnace gas in the in-pipe region. An elbow pipe 36 having a lead-out port 35 is disposed in the supply / discharge passage 6, and the elbow pipe 36 penetrates the pipe wall of the supply / exhaust pipe 61 and projects out of the pipe. The connecting flange portion formed at the protruding end of the elbow pipe 36 forms the furnace gas outlet 32 to which the outlet pipes 44 and 45 can be connected.

弁ハウジング51は、給排管61の端部に気密連結され、炉内ガス再循環流の供給領域5がハウジング51内に形成される。弁ハウジング51は、ロッド挿通部52及び弁座部55を備える。アクチュエータ50のピストンロッド53が摺動可能にロッド挿通部52を貫通する。ピストンロッド53の先端部に固定された弁体54が弁座部55に着座する。給排管61、導出ポート35、弁体54、導入ポート34、弁座部55、アクチュエータ50、ロッド挿通部52及びピストンロッド53は、給排切換弁装置3の中心軸線CLを中心に同心状に配置される。導出ポート35、弁体54、導入ポート34及び弁座部55は、図1に示す弁機構30を構成する。   The valve housing 51 is hermetically connected to the end of the supply / exhaust pipe 61, and the supply region 5 for the in-furnace gas recirculation flow is formed in the housing 51. The valve housing 51 includes a rod insertion part 52 and a valve seat part 55. The piston rod 53 of the actuator 50 penetrates the rod insertion part 52 so that sliding is possible. A valve element 54 fixed to the tip of the piston rod 53 is seated on the valve seat 55. The supply / discharge pipe 61, the lead-out port 35, the valve body 54, the introduction port 34, the valve seat portion 55, the actuator 50, the rod insertion portion 52, and the piston rod 53 are concentric about the central axis CL of the supply / discharge switching valve device 3. Placed in. The lead-out port 35, the valve body 54, the introduction port 34, and the valve seat 55 constitute the valve mechanism 30 shown in FIG.

円形輪郭の導入ポート34が、弁座部55の中心に形成され、ピストンロッド53は、導入ポート34の中心部を貫通する。弁体54と気密接触可能な環状の着座部材56が、弁座部55に取付けられる。着座部材56は、給排流路6に面する弁座部55の面に配置される。ピストンロッド53の駆動側部分は、ロッド挿通部52を貫通して弁ハウジング51外に延び、アクチュエータ50内に延入する。アクチュエータ50は、流体圧作動型シリンダ装置(本例では、空気圧作動型シリンダ装置)からなり、作動流体回路(図示せず)がアクチュエータ5に接続されるとともに、制御ユニットC/Uの制御信号線59がアクチュエータ50の作動流体給排制御部(図示せず)に接続される。アクチュータ50の給排制御部は、制御信号線59を介して入力された制御信号に応答してピストンロッド53を伸縮し、上記の如く弁装置3を二位置制御する。   A circular contour introduction port 34 is formed at the center of the valve seat 55, and the piston rod 53 passes through the center of the introduction port 34. An annular seating member 56 capable of airtight contact with the valve body 54 is attached to the valve seat portion 55. The seating member 56 is disposed on the surface of the valve seat portion 55 facing the supply / discharge flow path 6. A drive side portion of the piston rod 53 extends through the rod insertion portion 52 to the outside of the valve housing 51 and extends into the actuator 50. The actuator 50 comprises a fluid pressure actuated cylinder device (pneumatically actuated cylinder device in this example), and a working fluid circuit (not shown) is connected to the actuator 5 and a control signal line of the control unit C / U. 59 is connected to a working fluid supply / discharge control unit (not shown) of the actuator 50. The supply / discharge control unit of the actuator 50 expands and contracts the piston rod 53 in response to the control signal input via the control signal line 59, and controls the valve device 3 in two positions as described above.

図2に示す弁装置3の導出位置では、アクチュエータ50は、アクチュエータ50内にピストンロッド53を引き込んでおり、弁体54は、弁座部55に着座し、弁体54及び着座部材56は、供給領域5及び給排流路6を通気不能に隔絶する。弁体54は、導出ポート35を完全に開放し、給排流路6は、炉内ガス導出口32と連通する。図1(A)に示す第1弁装置3A、図1(B)に示す第2弁装置3Bは、この導出位置の状態にある。   In the lead-out position of the valve device 3 shown in FIG. 2, the actuator 50 pulls the piston rod 53 into the actuator 50, the valve body 54 is seated on the valve seat portion 55, and the valve body 54 and the seating member 56 are The supply area 5 and the supply / exhaust flow path 6 are isolated so as not to be ventilated. The valve body 54 completely opens the outlet port 35, and the supply / exhaust flow path 6 communicates with the in-furnace gas outlet 32. The first valve device 3A shown in FIG. 1A and the second valve device 3B shown in FIG. 1B are in this derived position.

図3に示す弁装置3の導入位置では、アクチュエータ50は、ピストンロッド53をアクチュエータ50から伸長し、弁体54は、弁座部55から離座し、導出ポート35に着座する。弁体54及び導出ポート35は、給排流路6及び炉内ガス導出口32を通気不能に隔絶する。導入ポート34は完全に開放し、供給領域5は、給排流路6と連通する。図1(A)に示す第2弁装置3B、図1(B)に示す第1弁装置3Aは、この導入位置の状態にある。   In the introduction position of the valve device 3 shown in FIG. 3, the actuator 50 extends the piston rod 53 from the actuator 50, and the valve body 54 is separated from the valve seat portion 55 and seated on the outlet port 35. The valve body 54 and the outlet port 35 isolate the supply / exhaust flow path 6 and the in-furnace gas outlet 32 so that they cannot be vented. The introduction port 34 is completely opened, and the supply region 5 communicates with the supply / discharge channel 6. The second valve device 3B shown in FIG. 1 (A) and the first valve device 3A shown in FIG. 1 (B) are in this introduction position.

図4は、本発明の他の実施形態を示す炉内ガス循環ユニットの縦断面図であり、図4(A) には、炉内ガス循環ユニットの第1作動状態が示され、図4(B) には、炉内ガス循環ユニットの第2作動状態が示されている。なお、図4以下の各図において、図1乃至図3に示す構成要素と実質的に同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号が付されている。   FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the in-furnace gas circulation unit showing another embodiment of the present invention. FIG. 4 (A) shows a first operating state of the in-furnace gas circulation unit, and FIG. B) shows the second operating state of the in-furnace gas circulation unit. In addition, in each figure after FIG. 4, the same referential mark is attached | subjected about the component which is substantially the same as that of the component shown in FIG.

図4に示す炉内ガス循環ユニット1は、枢動式開閉弁構造の弁体65を給排流路6に備える。開閉弁65は、回転可能な支軸66に固定され、支軸66は、アクチュエータ50の動力により回転する。開閉弁65は、支軸66の回転に従って、導出口31又は導入口32を選択的に開閉制御する。第1及び第2弁装置3A:3Bの各開閉弁65の位置は、逆位相に設定され、例えば、第1弁装置3Aが導出位置にあるとき、第2弁装置3Bは、導入位置をとり(図4(A))、第2弁装置3Bが導出位置にあるとき、第1弁装置3Aは、導入位置をとる(図4(B))。アクチュエータ50は、制御ユニットC/Uの制御下に所定時間毎に開閉弁65の位置を切換え、炉内ガス循環ユニット1は、図4(A)に示す第1作動状態と、図4(B)に示す第2作動状態とを所定時間毎に交互に反復する   The in-furnace gas circulation unit 1 shown in FIG. 4 includes a valve body 65 having a pivotal on-off valve structure in the supply / discharge passage 6. The on-off valve 65 is fixed to a rotatable support shaft 66, and the support shaft 66 is rotated by the power of the actuator 50. The on-off valve 65 selectively opens / closes the outlet 31 or the inlet 32 according to the rotation of the support shaft 66. The positions of the on-off valves 65 of the first and second valve devices 3A: 3B are set in opposite phases. For example, when the first valve device 3A is in the derived position, the second valve device 3B takes the introduction position. (FIG. 4A), when the second valve device 3B is in the lead-out position, the first valve device 3A takes the introduction position (FIG. 4B). The actuator 50 switches the position of the on-off valve 65 every predetermined time under the control of the control unit C / U, and the in-furnace gas circulation unit 1 operates in the first operating state shown in FIG. ) And the second operating state shown in FIG. 6 are repeated alternately at predetermined time intervals.

図4に示す構造の弁装置3は、図2及び図3に示す弁構造に比べ、装置構造を小型化し且つ簡素化する上で有利に採用し得る。なお、図4に示す炉内ガス循環ユニット1の他の構造は、図1乃至図3に示す炉内ガス循環ユニットの各部構造と実質的に同じであるので、更なる詳細な説明は、省略する。   The valve device 3 having the structure shown in FIG. 4 can be advantageously used for downsizing and simplifying the device structure as compared with the valve structure shown in FIGS. The other structure of the in-furnace gas circulation unit 1 shown in FIG. 4 is substantially the same as the structure of each part of the in-furnace gas circulation unit shown in FIG. 1 to FIG. To do.

図5は、本発明の更に他の実施形態を示す炉内ガス循環ユニットの縦断面図である。
図5に示す炉内ガス循環ユニット1は、図1乃至図3に示す炉内ガス循環ユニットと同一構造の蓄熱装置2及び給排切換弁装置3を備え、循環回路の全体構成及び各部構造は、図1乃至図3に示す炉内ガス循環ユニット1と実質的に同一である。しかしながら、本実施形態の炉内ガス循環ユニット1は、循環回路内の炉内ガスに付加流体を添加する付加流体添加装置7を更に備える。添加装置7は、炉内ガス導入管41に介装される。付加流体供給管71が、添加装置7に接続され、制御弁72が、供給管71に介装される。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an in-furnace gas circulation unit showing still another embodiment of the present invention.
The in-furnace gas circulation unit 1 shown in FIG. 5 includes a heat storage device 2 and a supply / discharge switching valve device 3 having the same structure as the in-furnace gas circulation unit shown in FIG. 1 to FIG. These are substantially the same as the in-furnace gas circulation unit 1 shown in FIGS. However, the in-furnace gas circulation unit 1 of the present embodiment further includes an additional fluid addition device 7 for adding an additional fluid to the in-furnace gas in the circulation circuit. The addition device 7 is interposed in the furnace gas introduction pipe 41. The additional fluid supply pipe 71 is connected to the addition device 7, and the control valve 72 is interposed in the supply pipe 71.

付加流体として、空気又は酸素、或いは、水蒸気が供給管71から添加装置7に供給される。炉内ガス循環ユニット1が吸引する炉内ガスは、一般に、0%〜10%の範囲の残存酸素濃度を有するにすぎず、また、炉内ガスの温度は、燃焼域の温度と実質的に等しく(Ti=1200℃)、依然としてかなりの高温である。炉内ガスは、蓄熱体21との熱交換により冷却し(T1=200℃)、導出管44、45、46の放熱により更に温度降下し、比較的低温の炉内ガスとして循環ファン4に吸引される。   As an additional fluid, air, oxygen, or water vapor is supplied from the supply pipe 71 to the adding device 7. The in-furnace gas sucked by the in-furnace gas circulation unit 1 generally has only a residual oxygen concentration in the range of 0% to 10%, and the temperature of the in-furnace gas is substantially equal to the temperature of the combustion zone. Equally (Ti = 1200 ° C.) and still quite hot. The in-furnace gas is cooled by heat exchange with the heat storage body 21 (T1 = 200 ° C.), further lowered in temperature by heat radiation from the outlet pipes 44, 45, and 46, and sucked into the circulation fan 4 as a relatively low-temperature in-furnace gas. Is done.

循環ファン4は、炉内ガスを加圧し、炉内ガスは、循環ファン4の給気押込み圧力下に導入管41に送出される。添加装置7は、この炉内ガスに付加流体(空気又は酸素、或いは、水蒸気)を添加する。付加流体の添加量は、炉内ガス循環ユニット1の循環回路を循環する炉内ガス流量の5〜50%(重量比)の範囲内に設定され、制御弁72は、添加量を可変制御する。所望により、炉内ガスの一部が、排気制御弁48の制御下に排気管47(破線で示す)から系外に排気される。   The circulation fan 4 pressurizes the in-furnace gas, and the in-furnace gas is sent to the introduction pipe 41 under the supply air pressure of the circulation fan 4. The addition device 7 adds an additional fluid (air, oxygen, or water vapor) to the furnace gas. The addition amount of the additional fluid is set within a range of 5 to 50% (weight ratio) of the in-furnace gas flow rate circulating in the circulation circuit of the in-furnace gas circulation unit 1, and the control valve 72 variably controls the addition amount. . If desired, a part of the in-furnace gas is exhausted out of the system through an exhaust pipe 47 (shown by a broken line) under the control of the exhaust control valve 48.

再導入ガスは、付加流体の添加により、酸素量又は空気量、或いは、水蒸気量を調整した状態で蓄熱装置2の給排口20から炉内領域9に噴射する。酸素量又は空気量を調整した再導入ガスを炉内領域9に噴射することにより、炉内領域9の酸素分圧又は空気量を可変制御することができる。また、再導入ガスの噴流を火炎に差し向けることにより、炉内領域9の火炎帯の位置、ボリューム、方向性、或いは、燃焼反応自体を変化させることができる。逆に、再導入ガスの水蒸気量を増大することにより、炉内領域9の酸素分圧又は空気量を低減し、或いは、炉内に噴射した燃料に再導入ガスを混合衝突せしめ、燃料中の炭化水素を改質し、これにより、炉内燃焼反応の特性を変化させることが可能となる。   The reintroduced gas is injected into the in-furnace region 9 from the supply / exhaust port 20 of the heat storage device 2 in a state in which the amount of oxygen, the amount of air, or the amount of water vapor is adjusted by adding the additional fluid. By injecting the reintroduced gas whose oxygen amount or air amount is adjusted into the in-furnace region 9, the oxygen partial pressure or the air amount in the in-furnace region 9 can be variably controlled. Further, by directing the jet of reintroduced gas to the flame, the position, volume, directionality, or combustion reaction itself of the flame zone in the in-furnace region 9 can be changed. On the contrary, by increasing the water vapor amount of the reintroduced gas, the oxygen partial pressure or the air amount in the in-furnace region 9 is reduced, or the reintroduced gas is mixed and collided with the fuel injected into the furnace. The hydrocarbon can be reformed, thereby changing the characteristics of the in-furnace combustion reaction.

図6乃至図8は、炉内ガス循環ユニット1の給排パターンを示す正面図及び断面図である。
図6に示す炉内ガス循環ユニット1は、図1乃至図3に示す炉内ガス循環ユニットと同一であり、図6(B)及び図6(D)示す如く、上下一対の蓄熱装置2A:2B及び給排切換弁装置3A:3Bを備える。図6(A)及び図6(C)は、炉内領域から見た炉内ガス循環ユニット1の正面図であり、図6(B)及び図6(D)に示す炉内ガス循環ユニット1の各作動状態に夫々対応する。
6 to 8 are a front view and a cross-sectional view showing a supply / discharge pattern of the in-furnace gas circulation unit 1.
The in-furnace gas circulation unit 1 shown in FIG. 6 is the same as the in-furnace gas circulation unit shown in FIGS. 1 to 3, and as shown in FIGS. 6B and 6D, a pair of upper and lower heat storage devices 2A: 2B and supply / discharge switching valve device 3A: 3B. 6 (A) and 6 (C) are front views of the in-furnace gas circulation unit 1 viewed from the in-furnace region, and the in-furnace gas circulation unit 1 shown in FIGS. 6 (B) and 6 (D). Corresponds to each of the operating states.

図6(A)及び図6(B)に示す炉内ガス循環ユニット1の第1作動状態では、蓄熱装置2Aの給排口20は、炉内ガスを炉外に導出する導出口として機能し、蓄熱装置2Bの給排口20Bは、再導入ガスを炉内領域9に噴射する噴射口として機能する。他方、図6(C)及び図6(D)に示す炉内ガス循環ユニット1の第2作動状態では、蓄熱装置2Aの給排口20は、炉内ガスを炉内領域9に噴射する噴射口として機能し、蓄熱装置2Bの給排口20Bは、炉内ガスを炉外に導出する導出口として機能する。   In the first operating state of the in-furnace gas circulation unit 1 shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B), the supply / exhaust port 20 of the heat storage device 2A functions as an outlet for deriving the in-furnace gas to the outside of the furnace. The supply / discharge port 20B of the heat storage device 2B functions as an injection port for injecting the reintroduced gas into the in-furnace region 9. On the other hand, in the second operating state of the in-furnace gas circulation unit 1 shown in FIGS. 6 (C) and 6 (D), the supply / exhaust port 20 of the heat storage device 2A injects the in-furnace gas into the in-furnace region 9. The supply / exhaust port 20B of the heat storage device 2B functions as an outlet for deriving the furnace gas to the outside of the furnace.

制御ユニットC/Uは、アクチュエータ50の作動を制御し、給排切換弁装置3は、制御ユニットC/Uの制御下に導出位置及び導入位置の切換を所定時間毎に実行する。このような蓄熱装置2及び弁装置3の構成では、各給排口20の導出(吸引)流速及び噴射流速は、ほぼ等しい。なお、図6において、給排口20の導出(吸引)及び噴射の相違は、給排口20の明暗で表示されており、導出側(吸引側)の給排口20は、暗色で示され、噴射側の給排口20は、明色で示されている。   The control unit C / U controls the operation of the actuator 50, and the supply / discharge switching valve device 3 performs switching between the lead-out position and the introduction position at predetermined time intervals under the control of the control unit C / U. In such a configuration of the heat storage device 2 and the valve device 3, the derivation (suction) flow rate and the injection flow rate of each supply / discharge port 20 are substantially equal. In FIG. 6, the difference between derivation (suction) and injection of the supply / exhaust port 20 is indicated by the brightness of the supply / exhaust port 20, and the supply / exhaust port 20 on the derivation side (suction side) is shown in dark color. The supply / discharge port 20 on the injection side is shown in a bright color.

図7に示す炉内ガス循環ユニット1は、3箇所の給排口20を備えるとともに、これらの給排口20に相応する3機の蓄熱装置2A:2B:2C及び給排切換弁装置3A:3B:3Cを備える。各蓄熱装置2A:2B:2C及び各給排切換弁装置3A:3B:3Cの構造は、図1乃至図3に示すものと実質的に同一である。弁装置3A:3B:3Cは、単一の弁装置のみが噴射位置に位置し、他の2機の弁装置が導出位置に位置するように制御される。従って、3箇所の給排口20のうち、唯一の給排口が、再導入ガスを噴射する噴射口として機能し、他の2つの給排口が、炉内ガスを炉外に導出する導出口として機能する。弁装置3A:3B:3Cは又、3A→3B→3Cの順に噴射位置に切換えられる。従って、炉内ガス循環ユニット1は、図7(A)に示す第1作動状態では、蓄熱装置2Aの給排口20が噴射口として機能し、蓄熱装置2B:2Cの給排口20が導出口として機能し、図7(B)に示す第2作動状態では、蓄熱装置2Bの給排口20が噴射口として機能し、蓄熱装置2A:2Cの給排口20が導出口として機能し、更に、図7(C)に示す第3作動状態では、蓄熱装置2Cの給排口20が噴射口として機能し、蓄熱装置2A:2Bの給排口20が導出口として機能する。   The in-furnace gas circulation unit 1 shown in FIG. 7 is provided with three supply / discharge ports 20 and three heat storage devices 2A: 2B: 2C and supply / discharge switching valve devices 3A corresponding to these supply / discharge ports 20: 3B: 3C is provided. The structures of the heat storage devices 2A: 2B: 2C and the supply / discharge switching valve devices 3A: 3B: 3C are substantially the same as those shown in FIGS. The valve devices 3A: 3B: 3C are controlled such that only a single valve device is located at the injection position and the other two valve devices are located at the lead-out position. Accordingly, of the three supply / discharge ports 20, the only supply / discharge port functions as an injection port for injecting the reintroduction gas, and the other two supply / discharge ports guide the gas inside the furnace to the outside. Act as an exit. The valve devices 3A: 3B: 3C are also switched to the injection positions in the order 3A → 3B → 3C. Accordingly, in the in-furnace gas circulation unit 1, in the first operating state shown in FIG. 7A, the supply / discharge port 20 of the heat storage device 2A functions as an injection port, and the supply / discharge port 20 of the heat storage device 2B: 2C is guided. In the second operating state shown in FIG. 7 (B), which functions as an outlet, the supply / discharge port 20 of the heat storage device 2B functions as an injection port, and the supply / discharge port 20 of the heat storage device 2A: 2C functions as a discharge port, Further, in the third operating state shown in FIG. 7C, the supply / discharge port 20 of the heat storage device 2C functions as an injection port, and the supply / discharge port 20 of the heat storage device 2A: 2B functions as a discharge port.

この構成では、炉内領域9(図1)に開口する吸引側(導出側)開口の開口面積が、炉内領域9に開口する噴射側(導入側)開口の開口面積の2倍に設定されるので、噴射側開口を通過する炉内ガスの流速は、吸引側開口を通過する炉内ガスの流速の約2倍に高速化する。このような噴射流速の増大により、再導入ガス流に誘引される炉内ガス量が増加し、炉内ガス循環作用が更に活性化する。また、吸引流の流速低下により、噴射流が吸引側開口に誘引されるショートパス(短絡)作用を抑制することができる。   In this configuration, the opening area of the suction side (outflow side) opening that opens in the in-furnace region 9 (FIG. 1) is set to be twice the opening area of the injection side (introduction side) opening that opens in the in-furnace region 9. Therefore, the flow rate of the in-furnace gas passing through the injection side opening is increased to about twice the flow rate of the in-furnace gas passing through the suction side opening. By such an increase in the injection flow rate, the amount of gas in the furnace attracted by the reintroduction gas flow increases, and the gas circulation action in the furnace is further activated. Moreover, the short path | pass (short circuit) effect | action by which an injection flow is attracted | sucked by the suction side opening by the flow velocity reduction of a suction flow can be suppressed.

図8に示す炉内ガス循環ユニット1は、4箇所の給排口20を備えるとともに、これらの給排口20に対応する4機の蓄熱装置2A:2B:2C:2D及び給排切換弁装置3A:3B:3C:3Dを備える。各蓄熱装置2A:2B:2C:2D及び各給排切換弁装置3A:3B:3C:3Dの構造は、図1に示すものと実質的に同一である。弁装置3A:3B:3C:3Dは、単一の弁装置のみが噴射位置に位置し、他の3機の弁装置が導出位置に位置するように制御される。従って、給排口20のうち、唯一の給排口が、再導入ガスを炉内領域9に噴射する噴射口として機能し、他の3つの給排口が、炉内ガスを導出する導出口として機能する。弁装置3A:3B:3C:3Dは、3A→3B→3C→3Dの順に噴射位置に切換えられる。従って、炉内ガス循環ユニット1は、図7(A)に示す第1作動状態では、蓄熱装置2Aの給排口20が噴射口として機能し、蓄熱装置2B:2C:2Dの給排口20が導出口として機能し、図7(B)に示す第2作動状態では、蓄熱装置2Bの給排口20が噴射口として機能し、蓄熱装置2A:2C:2Dの給排口20が導出口として機能し、また、図7(C)に示す第3作動状態では、蓄熱装置2Cの給排口20が噴射口として機能し、蓄熱装置2A:2B:2Dの給排口20が導出口として機能し、更に、図7(D)に示す第4作動状態では、蓄熱装置2Dの給排口20が噴射口として機能し、蓄熱装置2A:2B:2Cの給排口20が導出口として機能する。   The in-furnace gas circulation unit 1 shown in FIG. 8 includes four supply / discharge ports 20 and four heat storage devices 2A: 2B: 2C: 2D and supply / discharge switching valve devices corresponding to these supply / discharge ports 20. 3A: 3B: 3C: 3D. The structures of the heat storage devices 2A: 2B: 2C: 2D and the supply / discharge switching valve devices 3A: 3B: 3C: 3D are substantially the same as those shown in FIG. The valve devices 3A: 3B: 3C: 3D are controlled such that only a single valve device is located at the injection position and the other three valve devices are located at the outlet position. Accordingly, of the supply / discharge ports 20, the only supply / discharge port functions as an injection port for injecting the reintroduction gas into the in-furnace region 9, and the other three supply / exhaust ports lead out the discharge gas from the furnace. Function as. The valve devices 3A: 3B: 3C: 3D are switched to the injection positions in the order of 3A 3B → 3C → 3D. Accordingly, in the in-furnace gas circulation unit 1, in the first operating state shown in FIG. 7A, the supply / discharge port 20 of the heat storage device 2A functions as an injection port, and the supply / discharge port 20 of the heat storage device 2B: 2C: 2D. 7B functions as the outlet, and in the second operating state shown in FIG. 7B, the supply / discharge port 20 of the heat storage device 2B functions as the injection port, and the supply / discharge port 20 of the heat storage device 2A: 2C: 2D is the discharge port. In the third operating state shown in FIG. 7C, the supply / discharge port 20 of the heat storage device 2C functions as an injection port, and the supply / discharge port 20 of the heat storage device 2A: 2B: 2D serves as a discharge port. Further, in the fourth operating state shown in FIG. 7D, the supply / discharge port 20 of the heat storage device 2D functions as an injection port, and the supply / discharge port 20 of the heat storage devices 2A: 2B: 2C functions as a discharge port. To do.

この構成では、炉内領域9(図1)に開口する吸引側(導出側)開口の開口面積が、炉内領域9に開口する噴射側(導入側)開口の開口面積の3倍となるので、噴射側開口を通過する炉内ガスの流速は、吸引側開口を通過する炉内ガスの流速の約3倍の流速に高速化する。このため、炉内ガス循環作用が活性化するとともに、前述のショートパス作用を確実に防止することができる。   In this configuration, the opening area of the suction side (outflow side) opening that opens in the in-furnace region 9 (FIG. 1) is three times the opening area of the injection side (introduction side) opening that opens in the in-furnace region 9. The flow rate of the in-furnace gas passing through the injection side opening is increased to about 3 times the flow rate of the in-furnace gas passing through the suction side opening. For this reason, the gas circulation action in the furnace is activated, and the above-mentioned short path action can be reliably prevented.

以下、上記構成の炉内ガス循環ユニット1を備えた燃焼炉の実施例について説明する。
図9は、図5に示す炉内ガス循環ユニット1を備えた燃焼炉の構成を示す横断面図である。
Hereinafter, an embodiment of a combustion furnace provided with the in-furnace gas circulation unit 1 having the above configuration will be described.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of a combustion furnace provided with the in-furnace gas circulation unit 1 shown in FIG.

燃焼炉は、炉体91内に形成された燃焼領域9を有し、燃焼領域9には、被加熱物95が配置される。燃焼炉には、被加熱物95を加熱するための燃焼設備として、バーナー8が配設される。バーナー8は、燃料供給設備、燃焼用空気供給設備、パイロットバーナ、保炎機構、燃焼制御装置等を備えた従来構成の燃焼炉用バーナーである。バーナー8の燃料及び燃焼用空気は、バーナータイル部分81から炉内領域9に噴出し、炉内領域9に火炎帯を形成する。なお、バーナー8として、ハニカム型蓄熱体又はペレット型蓄熱体等の蓄熱体を備えた交互燃焼式蓄熱型(リジェネレータ型)バーナーを採用しても良い。   The combustion furnace has a combustion region 9 formed in the furnace body 91, and an object to be heated 95 is disposed in the combustion region 9. In the combustion furnace, a burner 8 is disposed as combustion equipment for heating the article 95 to be heated. The burner 8 is a conventional burner for a combustion furnace including a fuel supply facility, a combustion air supply facility, a pilot burner, a flame holding mechanism, a combustion control device, and the like. The fuel and combustion air of the burner 8 are ejected from the burner tile portion 81 to the in-furnace region 9 to form a flame zone in the in-furnace region 9. As the burner 8, an alternate combustion type heat storage type (regenerator type) burner provided with a heat storage body such as a honeycomb type heat storage body or a pellet type heat storage body may be adopted.

バーナー8の燃料及び燃焼用空気が形成する火炎は、バーナー8の方向性、燃料噴射速度、空気噴射速度、空気比、バーナータイル部分81の形状、燃焼排ガス導出口の位置等により決定される。炉内ガス循環、火炎位置及び火炎性状等をバーナー8によってのみ制御するには自ずと限界があり、このため、炉内ガス循環ユニット1A:1Bが炉体91の適所に配置される。本例では、炉内ガス循環ユニット1Aは、燃焼炉の中心に対してバーナー8と対称な位置(対角線方向の位置)に配設され、炉内ガス循環ユニット1Bは、バーナー8を配置した炉壁と直交する炉壁に配設される。   The flame formed by the fuel and combustion air of the burner 8 is determined by the directionality of the burner 8, the fuel injection speed, the air injection speed, the air ratio, the shape of the burner tile portion 81, the position of the combustion exhaust gas outlet, and the like. There is a limit to controlling the in-furnace gas circulation, the flame position, the flame properties, and the like only by the burner 8. For this reason, the in-furnace gas circulation unit 1 </ b> A: 1 </ b> B is disposed at an appropriate position of the furnace body 91. In this example, the in-furnace gas circulation unit 1A is disposed at a position (diagonal position) symmetrical to the burner 8 with respect to the center of the combustion furnace, and the in-furnace gas circulation unit 1B is a furnace in which the burner 8 is disposed. It is arranged on the furnace wall orthogonal to the wall.

炉内ガス循環ユニット1A:1Bは、一方の給排口20から炉内ガスを吸引し、蓄熱装置2により冷却し、冷却後の炉内ガスを循環ファン4により加圧し、他方の蓄熱装置2で再熱し、給排口20から炉内領域9に噴射する。炉内ガス循環ユニット1Aの噴射流は、高温の炉内ガスを付勢し、火炎と反対側に位置する被加熱物95の裏面側領域に炉内ガス流を差し向けるように炉内ガスに作用する。炉内ガス循環ユニット1Bの噴射流は、被加熱物95の裏面側領域に差し向けられた炉内ガスをバーナー8の火炎基部に向けて変向させるように炉内ガスを付勢する。この結果、炉内ガスの炉内循環が活性化し、炉内ガスの滞留領域又は死水領域が解消し、炉内領域9の温度場は、全域に亘って平準化する。   The in-furnace gas circulation unit 1A: 1B sucks in-furnace gas from one supply / exhaust port 20, cools it by the heat storage device 2, pressurizes the cooled furnace gas by the circulation fan 4, and the other heat storage device 2 Then, it is reheated and injected into the in-furnace region 9 from the supply / discharge port 20. The injection flow of the in-furnace gas circulation unit 1A energizes the high-temperature in-furnace gas, and directs the in-furnace gas flow so that the in-furnace gas flow is directed to the back side region of the object to be heated 95 located on the opposite side of the flame. Works. The jet flow of the in-furnace gas circulation unit 1 </ b> B energizes the in-furnace gas so that the in-furnace gas directed to the back side region of the article to be heated 95 is turned toward the flame base of the burner 8. As a result, the in-furnace circulation of the in-furnace gas is activated, the in-furnace gas retention region or the dead water region is eliminated, and the temperature field in the in-furnace region 9 is leveled over the entire region.

炉内ガス循環ユニット1A:1Bは又、吸引し且つ冷却した炉内ガスに対し、添加装置7により酸化剤(空気又は酸素)を添加する。また、炉内ガスの一部は、排気管47から系外に排気される。炉内ガスの酸素濃度が一般に0%〜10%であるのに対し、炉内ガス循環ユニット1A:1Bが噴射する炉内ガス噴流の酸素濃度は、例えば、5〜50%(重量比)に増加する。炉内ガスに対する酸化剤の添加量は、添加装置7によって制御される。炉内領域9を循環する炉内ガスに含まれる燃料未燃分は、炉内ガス循環ユニット1A:1Bの炉内ガス噴流と混合衝突し、燃焼・発熱する。また、添加装置7の酸化剤添加により、炉内ガスの酸素分圧は増大し、炉内の燃焼反応は、促進する。かくして、炉内ガス循環ユニット1A:1Bは、炉内循環促進手段、燃焼促進手段及び酸素分圧制御手段として機能する。   The in-furnace gas circulation units 1 </ b> A and 1 </ b> B also add an oxidizing agent (air or oxygen) by the addition device 7 to the sucked and cooled in-furnace gas. A part of the in-furnace gas is exhausted from the exhaust pipe 47 to the outside of the system. While the oxygen concentration of the in-furnace gas is generally 0% to 10%, the oxygen concentration of the in-furnace gas jet injected by the in-furnace gas circulation unit 1A: 1B is, for example, 5 to 50% (weight ratio). To increase. The addition amount of the oxidizing agent with respect to the furnace gas is controlled by the addition device 7. Unburned fuel contained in the in-furnace gas circulating in the in-furnace region 9 mixes and collides with the in-furnace gas jet of the in-furnace gas circulation unit 1A: 1B, and burns and generates heat. Further, the oxygen partial pressure of the in-furnace gas is increased by the addition of the oxidizing agent in the adding device 7, and the combustion reaction in the furnace is promoted. Thus, the in-furnace gas circulation units 1A: 1B function as in-furnace circulation promotion means, combustion promotion means, and oxygen partial pressure control means.

図10は、図9に示す燃焼炉の変形例を示す横断面図である。
被加熱物95の形態は、各燃焼炉の使用目的及び設計条件により相違する。図10に示す如く、変形した被加熱物95を加熱する場合、バーナー8の火炎帯の形状は、被加熱物95の輪郭に適したものに変形することが望ましい。従来のバーナー構造の場合、複数のバーナーを適所に配置することにより、被加熱物95に対する火炎の作用を調整し得るにすぎず、このため、燃料配管及び燃焼空気供給路等との関係より、各種配管及び機器類の配置に困難が生じ、設計自由度等に制約が生じていた。しかしながら、炉内ガス循環ユニット1は、このような系統の配管又は機器類の配置との関係では、設計上の制約が比較的少なく、任意の位置に配置することができる。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a modification of the combustion furnace shown in FIG.
The form of the article to be heated 95 differs depending on the purpose of use and design conditions of each combustion furnace. As shown in FIG. 10, when heating the deformed article to be heated 95, it is desirable that the shape of the flame zone of the burner 8 be changed to a shape suitable for the contour of the article to be heated 95. In the case of the conventional burner structure, by arranging a plurality of burners at appropriate positions, it is only possible to adjust the action of the flame on the object to be heated 95. For this reason, from the relationship with the fuel pipe and the combustion air supply path, Difficulties occurred in the arrangement of various pipes and equipment, and the design flexibility was restricted. However, the in-furnace gas circulation unit 1 has relatively few design restrictions in relation to the arrangement of piping or equipment in such a system, and can be arranged at an arbitrary position.

図10に示す燃焼炉では、炉内ガス循環ユニット1Aは、バーナー8を配置した炉壁と直交する炉壁に配設され、バーナー8が噴射する燃料及び燃焼用空気の噴流を被加熱物95に接近させる方向に変位させ、被加熱物95の形状に相応するように火炎形状を変形させる。炉内ガス循環ユニット1Bは、燃焼炉の中心に対してバーナー8と対称な位置(対角線方向の位置)に配設され、高温の炉内ガスを付勢し、火炎と反対側に位置する被加熱物95の裏面側領域に炉内ガス流を差し向けるように作用する。これにより、被加熱物95に対する火炎の作用を最適化するとともに、炉内ガス循環を活性化し、炉内温度場の温度平準化を図ることができる。所望により、添加装置7により再導入ガスに酸化剤等を添加し、炉内の燃焼反応を促進し、或いは、炉内雰囲気の酸素分圧を可変制御しても良い。   In the combustion furnace shown in FIG. 10, the in-furnace gas circulation unit 1 </ b> A is disposed on the furnace wall orthogonal to the furnace wall in which the burner 8 is disposed, and the jet of fuel and combustion air injected by the burner 8 is heated 95. The flame shape is deformed so as to correspond to the shape of the object to be heated 95. The in-furnace gas circulation unit 1B is disposed at a position (diagonal position) symmetrical to the burner 8 with respect to the center of the combustion furnace, energizes high-temperature in-furnace gas, and is placed on the opposite side of the flame. It acts to direct the gas flow in the furnace to the back side region of the heated object 95. Thereby, while optimizing the flame | frame action with respect to the to-be-heated material 95, the gas circulation in a furnace can be activated and the temperature level of a furnace temperature field can be achieved. If desired, an oxidant or the like may be added to the reintroduced gas by the addition device 7 to promote the combustion reaction in the furnace, or the oxygen partial pressure in the furnace atmosphere may be variably controlled.

図11は、炉内ガス循環ユニットを備えた燃焼炉の他の実施例を示す横断面図である。
図11に示す燃焼炉は、図9に示す燃焼炉と同じく、燃焼領域9及びバーナー8を備える。バーナー8に隣接する炉体91の炉壁部分92は、バーナー8のバーナータイル部分81に対して所定角度をなして傾斜しており、この炉壁部分92には、図5に示す構造の炉内ガス循環ユニット1が配設される。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing another embodiment of the combustion furnace provided with the in-furnace gas circulation unit.
The combustion furnace shown in FIG. 11 includes a combustion region 9 and a burner 8 as in the combustion furnace shown in FIG. The furnace wall portion 92 of the furnace body 91 adjacent to the burner 8 is inclined at a predetermined angle with respect to the burner tile portion 81 of the burner 8, and the furnace wall portion 92 includes a furnace having the structure shown in FIG. An internal gas circulation unit 1 is provided.

バーナー8は、燃料及び燃焼用空気をバーナータイル部分81から炉内領域9に噴出し、炉内ガス循環ユニット1は、一方の給排口20から炉内ガスを吸引して蓄熱装置2により冷却し、冷却後の炉内ガスを循環ファン4により加圧し、他方の蓄熱装置2で再熱して給排口20から炉内領域9に噴射する。   The burner 8 ejects fuel and combustion air from the burner tile portion 81 to the in-furnace region 9, and the in-furnace gas circulation unit 1 sucks in-furnace gas from one supply / discharge port 20 and cools it by the heat storage device 2. Then, the cooled furnace gas is pressurized by the circulation fan 4, reheated by the other heat storage device 2, and injected from the supply / exhaust port 20 into the furnace area 9.

本実施例では、炉内ガス循環ユニット1は、前述のような炉内循環促進手段、燃焼促進手段及び酸素分圧制御手段としての作用に加えて、バーナー8の燃焼ガス運動量を増大するモーメンタム増大手段として有効に働く。即ち、バーナー8が噴射した燃料及び燃焼用空気は、炉内領域9で混合衝突し、燃焼・発熱するが、これに炉内ガス循環ユニット1の炉内噴流が更に混合衝突し、燃料及び燃焼用空気のモーメンタムは、増大する。炉内ガス循環ユニット1の炉内噴流は、バーナー8の燃料噴射流及び空気噴射流の方向に対して角度Θをなして衝突し、燃料及び空気の噴射流は、その運動量を増大し、火炎の到達距離を増大させる。   In the present embodiment, the in-furnace gas circulation unit 1 increases the momentum increase that increases the combustion gas momentum of the burner 8 in addition to the functions as the in-furnace circulation promotion means, the combustion promotion means, and the oxygen partial pressure control means as described above. Works effectively as a means. That is, the fuel and combustion air injected by the burner 8 are mixed and collided in the in-furnace region 9 to burn and generate heat, but the in-furnace jet of the in-furnace gas circulation unit 1 further collides with the fuel and combustion. The working air momentum increases. The in-furnace jet of the in-furnace gas circulation unit 1 collides with the direction of the fuel and air jets of the burner 8 at an angle Θ, and the fuel and air jets increase their momentum and flame. Increase the reach of.

炉内ガス循環ユニット1は又、添加装置7により酸化剤(空気又は酸素)を調整した高温の炉内ガスを噴射し、バーナー8の燃料噴射流及び空気噴射流に混合衝突せしめる。炉内ガス循環ユニット1の炉内ガス流は、バーナー8の燃焼用空気を希釈し、燃焼用空気の酸素濃度を低下するので、火炎は、緩慢燃焼による比較的低温の火炎として炉内領域9に生成する。このような火炎は、窒素酸化物(NOx)の生成を抑制する上で有利であるのみならず、燃焼反応の拡散、火炎容積の拡大、火炎温度の低下・平準化、火炎の局部高温の防止等を図る上で有利である。   The in-furnace gas circulation unit 1 also injects a high-temperature in-furnace gas in which an oxidant (air or oxygen) is adjusted by the addition device 7, and mixes and collides with the fuel injection flow and the air injection flow of the burner 8. The in-furnace gas flow of the in-furnace gas circulation unit 1 dilutes the combustion air of the burner 8 and lowers the oxygen concentration of the combustion air, so that the flame is a relatively low temperature flame due to slow combustion in the in-furnace region 9. To generate. Such a flame is not only advantageous for suppressing the formation of nitrogen oxides (NOx), but also diffusion of combustion reaction, expansion of flame volume, reduction and leveling of flame temperature, prevention of local high temperature of flame. This is advantageous for the purpose.

所望により、炉内ガス循環ユニット1は、吸引した炉内ガスに対して5〜50%の空気、或いは、更に多量の空気を混合しても良く、この場合、再導入ガスは、高温且つ高酸素分圧の酸化剤として炉内領域9に噴射する。炉内ガス循環ユニット1が噴射する炉内ガスは、バーナー8が炉内領域9に供給する燃料及び空気の噴流と衝突混合し、燃料の燃焼・発熱を促進する。   If desired, the in-furnace gas circulation unit 1 may mix 5 to 50% air or a larger amount of air with respect to the sucked in-furnace gas. It is injected into the in-furnace region 9 as an oxygen partial pressure oxidizing agent. The in-furnace gas injected by the in-furnace gas circulation unit 1 collides with the jet of fuel and air supplied to the in-furnace region 9 by the burner 8 and promotes combustion and heat generation of the fuel.

変形例として、炉内ガス循環ユニット1は、吸引した炉内ガスに対して水蒸気を添加しても良い。炉内ガスと混合した水蒸気は、蓄熱装置により加熱され、800℃以上の高温に加熱される。炉内ガス中の炭化水素及び未燃分は、水蒸気と反応し、改質され、適切な条件設定により、燃焼反応を変化させ又は最適化することができる。   As a modification, the in-furnace gas circulation unit 1 may add water vapor to the sucked in-furnace gas. The water vapor mixed with the furnace gas is heated by a heat storage device and heated to a high temperature of 800 ° C. or higher. Hydrocarbons and unburned components in the furnace gas react with steam and are reformed, and the combustion reaction can be changed or optimized by setting appropriate conditions.

図12は、炉内ガス循環ユニットと、炉内ガス循環ユニットと実質的に同様の構造を有する高温空気噴射装置とを備えた燃焼炉の実施例を示す横断面図である。   FIG. 12 is a cross-sectional view showing an embodiment of a combustion furnace including an in-furnace gas circulation unit and a high-temperature air injection device having a structure substantially similar to the in-furnace gas circulation unit.

図12に示す燃焼炉のバーナー8は、燃料供給管89に接続された燃料噴射ノズル87を備えるとともに、燃焼用空気供給管74に接続された空気供給装置88を備える。空気供給管74は、空気供給用主管73に接続され、主管73は、給気ファン75に接続される。付加流体供給管71が、主管73から分岐し、炉内ガス循環ユニット1の添加装置7に接続される。炉内ガス循環ユニット1は、バーナー8を配置した炉壁に配設され、バーナー8の両側に対をなして左右対称に位置決めされる。   A combustion furnace burner 8 shown in FIG. 12 includes a fuel injection nozzle 87 connected to a fuel supply pipe 89 and an air supply device 88 connected to a combustion air supply pipe 74. The air supply pipe 74 is connected to an air supply main pipe 73, and the main pipe 73 is connected to an air supply fan 75. An additional fluid supply pipe 71 branches from the main pipe 73 and is connected to the addition device 7 of the in-furnace gas circulation unit 1. The in-furnace gas circulation unit 1 is disposed on the furnace wall where the burner 8 is disposed, and is positioned symmetrically in pairs on both sides of the burner 8.

炉内ガス循環ユニット1は、前述の如く、炉内ガスの循環を促進し、燃焼反応を促進するとともに、炉内雰囲気の酸素分圧を制御する手段として機能する。前述の如く、炉内ガス循環ユニット1が噴射する再導入ガスは、バーナー8が噴射する燃焼ガスを補助し、その噴出運動量及び流れ方向の制御、或いは、混合促進等を図る。   As described above, the in-furnace gas circulation unit 1 promotes the circulation of the in-furnace gas, promotes the combustion reaction, and functions as a means for controlling the oxygen partial pressure of the in-furnace atmosphere. As described above, the reintroduction gas injected by the in-furnace gas circulation unit 1 assists the combustion gas injected by the burner 8 to control the ejection momentum and the flow direction, or promote mixing.

本例の燃焼炉は更に、バーナー8と対向する炉壁に配置された高温空気噴射装置80を備える。高温空気噴射装置80は、炉内ガス循環ユニット1と酷似した構造を有し、ハニカム構造の蓄熱体を収容した蓄熱装置82、蓄熱装置82に直列に連結された切換弁装置83を備える。蓄熱装置82及び切換弁装置83の構造は、前述の蓄熱装置2及び弁装置3の構造と実質的に同一である。空気供給用主管73から分岐する給気管76、77が、弁装置83の給気口に接続され、排気ファン94の吸引口に接続された排気管78、79が、弁装置83の排気口に接続される。   The combustion furnace of this example further includes a high-temperature air injection device 80 disposed on the furnace wall facing the burner 8. The high-temperature air injection device 80 has a structure very similar to the in-furnace gas circulation unit 1, and includes a heat storage device 82 that stores a heat storage body having a honeycomb structure, and a switching valve device 83 that is connected in series to the heat storage device 82. The structures of the heat storage device 82 and the switching valve device 83 are substantially the same as the structures of the heat storage device 2 and the valve device 3 described above. Air supply pipes 76 and 77 branched from the air supply main pipe 73 are connected to the air supply port of the valve device 83, and exhaust pipes 78 and 79 connected to the suction port of the exhaust fan 94 are connected to the exhaust port of the valve device 83. Connected.

図12に示す弁装置83の作動状態では、燃焼用空気が給気管76から弁装置83内の給気領域85に導入され、蓄熱装置82の蓄熱体と伝熱接触して800℃以上の高温に加熱され、高温の燃焼用空気として炉内領域9に噴射する。同時に、炉内ガスが、排気ファン94の排気誘引圧力下に蓄熱装置82の蓄熱体を通過して蓄熱体と伝熱接触し、冷却する。降温した炉内ガスは、弁装置83の給排領域86及び排気管79を介して排気ファン94に吸引され、系外に排気される。   In the operating state of the valve device 83 shown in FIG. 12, combustion air is introduced from the air supply pipe 76 into the air supply region 85 in the valve device 83, and is in heat transfer contact with the heat storage body of the heat storage device 82 so as to have a high temperature of 800 ° C. or higher. And is injected into the in-furnace region 9 as high-temperature combustion air. At the same time, the in-furnace gas passes through the heat storage body of the heat storage device 82 under the exhaust attraction pressure of the exhaust fan 94 and comes into heat transfer contact with the heat storage body to be cooled. The lowered in-furnace gas is sucked into the exhaust fan 94 via the supply / exhaust region 86 of the valve device 83 and the exhaust pipe 79 and exhausted outside the system.

図12に示す弁装置83の位置は、所定時間後に切換えられ、燃焼用空気は、給気管77から給気領域85に導入され、蓄熱装置82の蓄熱体と伝熱接触して800℃以上の高温燃焼用空気として炉内領域9に噴射し、炉内ガスは、排気ファン94の排気誘引圧力下に蓄熱装置82の蓄熱体を通過して蓄熱体と伝熱接触し、冷却し、給排領域86及び排気管78を介して排気ファン94に吸引され、系外に排気される。   The position of the valve device 83 shown in FIG. 12 is switched after a predetermined time, and the combustion air is introduced from the air supply pipe 77 into the air supply region 85 and is in heat transfer contact with the heat storage body of the heat storage device 82 to be 800 ° C. or higher. Injected into the furnace region 9 as high-temperature combustion air, the gas in the furnace passes through the heat storage body of the heat storage device 82 under the exhaust attraction pressure of the exhaust fan 94, contacts the heat storage body, cools, and supplies and discharges The air is sucked into the exhaust fan 94 via the region 86 and the exhaust pipe 78 and exhausted out of the system.

弁装置83の位置は、60秒以下に設定された所定時間毎に交互に切換えられ、高温空気噴射装置80は、いずれか一方の蓄熱装置82から高温の燃焼用空気を炉内領域9に噴射し、他方の蓄熱装置82から炉内ガスを系外に排気する。   The position of the valve device 83 is alternately switched every predetermined time set to 60 seconds or less, and the high-temperature air injection device 80 injects high-temperature combustion air from any one of the heat storage devices 82 into the in-furnace region 9. Then, the in-furnace gas is exhausted out of the system from the other heat storage device 82.

このような高温空気噴射装置80として、本発明の炉内ガス循環ユニットを使用しても良く、この場合、炉内ガス循環ユニットは、炉内ガスの全量を系外に排気して炉内ガスを付加流体(空気)に完全に置換するように制御される。   The in-furnace gas circulation unit of the present invention may be used as such a high-temperature air injection device 80. In this case, the in-furnace gas circulation unit exhausts the entire amount of the in-furnace gas out of the system and discharges the in-furnace gas. Is completely replaced with additional fluid (air).

図13は、炉内ガス循環ユニット1を配設した管式加熱炉の実施例を示す横断面図である。
図13に示す管式加熱炉は、区画壁93により区画された第1炉内領域9’及び第2炉内領域9”を備え、炉内領域9’9”は、連通部を介して連続する。被加熱流体が流通する被加熱管96、97が炉内領域9’9”に夫々配置され、炉内領域9’9”を垂直に貫通する。このような管式加熱炉として、例えば、水蒸気改質炉又はエチレン分解炉等を例示し得る。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing an embodiment of a tubular heating furnace provided with the in-furnace gas circulation unit 1.
13 includes a first in-furnace region 9 ′ and a second in-furnace region 9 ″ defined by a partition wall 93, and the in-furnace region 9′9 ″ is continuous through a communication portion. To do. Heated pipes 96 and 97 through which the fluid to be heated flow are arranged in the in-furnace region 9′9 ″, and vertically penetrate the in-furnace region 9′9 ″. Examples of such a tubular heating furnace include a steam reforming furnace or an ethylene decomposition furnace.

バーナー8が、炉内領域9’の炉壁に配置され、炉内領域9’内に火炎帯を形成し、火炎は、火炎方向に沿って炉内領域9’に配列した被加熱管96を加熱し、管内を流通する被加熱流体を加熱する。炉内領域9’の燃焼ガスは、連通部を介して炉内領域9”に流動し、排気口99の排ガス流路98を介して炉外に排気される。   A burner 8 is disposed on the furnace wall of the in-furnace region 9 ′, forms a flame zone in the in-furnace region 9 ′, and the flame is composed of heated tubes 96 arranged in the in-furnace region 9 ′ along the flame direction. The heated fluid flowing through the pipe is heated. The combustion gas in the in-furnace region 9 ′ flows to the in-furnace region 9 ″ through the communication portion, and is exhausted outside the furnace through the exhaust gas passage 98 of the exhaust port 99.

炉内ガス循環ユニット1A:1Bが、炉内領域9”の炉壁に配置され、ユニット1A:1Bは、炉内ガスを吸引し且つ冷却し、加圧した後、再熱して炉内領域9”に噴射する。炉内領域9”には、被加熱管97が炉内ガス循環ユニット1A:1Bの噴射方向と平行に複数列に配列され、垂直な被加熱管97内には、被加熱流体が流通する。炉内領域9”内に流入した炉内ガスは、炉内ガス循環ユニット1A:1Bの循環作用により炉内領域9”を活発に循環し、各被加熱管97を均等に加熱する。   An in-furnace gas circulation unit 1A: 1B is arranged on the furnace wall of the in-furnace region 9 ″. The unit 1A: 1B sucks and cools the in-furnace gas, pressurizes it, reheats it, and reheats it. ” In the in-furnace region 9 ″, the heated tubes 97 are arranged in a plurality of rows in parallel to the injection direction of the in-furnace gas circulation units 1A: 1B, and the heated fluid flows in the vertical heated tubes 97. The in-furnace gas flowing into the in-furnace region 9 ″ actively circulates in the in-furnace region 9 ″ by the circulation action of the in-furnace gas circulation units 1A: 1B, and uniformly heats the respective heated tubes 97.

炉内ガス循環ユニット1A:1Bは又、炉内領域9”に流入した高温の炉内ガスが短絡的に排気口99に流入するのを阻止するとともに、高温の炉内ガスが効果的に被加熱管97を加熱するように炉内ガス循環を活性化し且つ炉内温度場を平準化する。これにより、被加熱管97の密度及び配置の設計自由度を向上するとともに、管式加熱炉の全体サイズを小型化することが可能となる。なお、炉内ガス循環ユニット1を炉内領域9’の炉壁に更に設けても良い。   The in-furnace gas circulation unit 1A: 1B also prevents the hot in-furnace gas flowing into the in-furnace region 9 ″ from flowing into the exhaust port 99 in a short circuit, and the hot in-furnace gas is effectively covered. The furnace gas circulation is activated and the furnace temperature field is leveled so as to heat the heating tube 97. This improves the density of the tube 97 to be heated and the degree of freedom in design of the arrangement, and the tube heating furnace. In addition, the in-furnace gas circulation unit 1 may be further provided on the furnace wall of the in-furnace region 9 ′.

図14は、炉内ガス循環ユニット1の各給排口20の方向性及び相対位置を説明するための概念図である。   FIG. 14 is a conceptual diagram for explaining the directionality and the relative position of each supply / exhaust port 20 of the in-furnace gas circulation unit 1.

図14(A)には、中心軸線をα方向及びβ方向に夫々配向した蓄熱装置2から構成される炉内ガス循環ユニット1が示されている。前述の如く、各蓄熱装置2の給排口20は、一方が炉内ガスを吸引し、他方が加圧・再熱後の炉内ガスを炉内に噴射するが、図14においては、説明を簡略化すべく、給排口20が同時に炉内ガスを炉内に噴射する状態が示されている。   FIG. 14A shows the in-furnace gas circulation unit 1 including the heat storage device 2 in which the central axis is oriented in the α direction and the β direction, respectively. As described above, one of the supply / exhaust ports 20 of each heat storage device 2 sucks in-furnace gas, and the other injects in-furnace gas after pressurization and reheating into the furnace. In order to simplify the above, a state is shown in which the supply / exhaust port 20 simultaneously injects furnace gas into the furnace.

給排口20の自由噴流Gの拡り角度(半角)θ2は、通常は、10°程度であると考えられる。蓄熱装置2の各中心軸線(方向α、β)の相対的な角度θ1が20°以下であれば、給排口20の噴流は、少なくとも部分的に平行の噴流を形成する。従って、給排口20の各中心軸線(方向α、β)の角度θ1は、20°〜−20°の範囲内に設定され、給排口20は、炉内領域の特定部分に対して同方向の再導入流を噴射する。好ましくは、角度θ1は、10°〜−10°の範囲内に設定される。
The expansion angle (half angle) θ 2 of the free jet G at the supply / discharge port 20 is normally considered to be about 10 °. If the relative angle θ 1 of each central axis (direction α, β) of the heat storage device 2 is 20 ° or less, the jet of the supply / discharge port 20 forms at least a partially parallel jet. Therefore, the angle theta 1 of the central axis of the supply-discharge port 20 (direction alpha, beta) is set in the range of 20 ° ~-20 °, supply-discharge port 20 is for a particular portion of the furnace area Inject reintroduction flow in the same direction. Preferably, the angle θ 1 is set within a range of 10 ° to −10 °.

図14(B)には、給排口20の自由噴流Gの性状を示す概略側面図が示されている。   FIG. 14B shows a schematic side view showing the properties of the free jet G of the supply / exhaust port 20.

給排口20の直径を寸法値Dとした場合、中心軸線α:βに沿って給排口20から下流側に測定した距離が約4D〜5Dまでの領域には、噴流Gの中心部Fにポテンシャルコアと呼ばれる部分が形成される。この領域では、中心部Fは、給排口20の出口流速と実質的に同じ流速を維持する。給排口20からの距離が約5Dを超え、約10Dまでの範囲の領域は、遷移領域と呼ばれる領域であり、給排口20からの距離が約10Dを超える領域は、発達領域と呼ばれる領域である。一般に、噴流Gの流速は、発達領域では、かなり減衰する。従って、並列の噴流Gを同時に噴射した場合に発達領域で初めて合流するように各給排口20を配置するとすれば、各噴流Gは、互いの運動を干渉しない噴流、即ち、独立した別の噴流として把握される。   When the diameter of the supply / discharge port 20 is a dimension value D, the central portion F of the jet G is in a region where the distance measured from the supply / discharge port 20 to the downstream side along the central axis α: β is about 4D to 5D. A portion called a potential core is formed. In this region, the central portion F maintains a flow rate substantially the same as the outlet flow rate of the supply / exhaust port 20. A region in the range up to about 10D with a distance from the supply / discharge port 20 exceeding about 5D is a region called a transition region, and a region having a distance over about 10D from the supply / discharge port 20 is a region called a development region It is. In general, the flow velocity of the jet G is considerably attenuated in the development region. Therefore, if each supply / discharge port 20 is arranged so that it merges for the first time in the development region when parallel jets G are injected at the same time, the jets G are jets that do not interfere with each other's motion, that is, independent separate It is grasped as a jet.

互いに接近して配置された給排口20に関し、各給排口20が同時に噴流Gを噴射すると仮定すると、図14(C)に示す中心軸線間の距離(x+D)が約3D以下の範囲(y≦5D)であれば、中心部Fにポテンシャルコアを形成している領域同士の合流が少なくとも部分的に生じ、中心軸線間の距離(x+D)が約3〜5Dの範囲(5D<y≦10D)であれば、遷移領域同士の合流が少なくとも部分的に生じる。いずれの場合であっても、発達領域で初めて合流する場合と異なり、噴流Gが周囲に与える影響は、単一の給排口から噴射した噴流の影響と同等であると考えることができる。従って、給排口20の中心間距離(x+D)は、好ましくは、5D以下、更に好ましくは、3D以下に設定され、例えば、3D〜5Dの範囲内に設定される。   Assuming that each supply / discharge port 20 simultaneously injects the jet G with respect to the supply / discharge ports 20 arranged close to each other, the distance (x + D) between the central axes shown in FIG. If y ≦ 5D), the merging of the regions forming the potential core in the central portion F occurs at least partially, and the distance (x + D) between the central axes is in the range of about 3 to 5D (5D <y ≦ 10D), the merging of the transition regions occurs at least partially. In any case, unlike the case of the first merging in the development region, it can be considered that the influence of the jet G on the surroundings is equivalent to the influence of the jet injected from the single supply / discharge port. Accordingly, the center-to-center distance (x + D) of the supply / discharge port 20 is preferably set to 5D or less, more preferably 3D or less, for example, within a range of 3D to 5D.

なお、図14(C)に示す距離x、yの幾何学的関係は、以下のとおりである。
(i) y=5Dの場合
5D/0.5x=tan(90°−θ2) =tan 80°=5.6713
x=(5D/5.6713)/0.5=1.763D
x+D=2.763D=約3.0D
Note that the geometric relationship between the distances x and y shown in FIG. 14C is as follows.
(i) When y = 5D
5D / 0.5x = tan (90 ° −θ 2 ) = tan 80 ° = 5.6713
x = (5D / 5.6713) /0.5=1.763D
x + D = 2.763D = about 3.0D

(ii) y=10Dの場合
10D/0.5x=tan80°=5.6713
x=(10D/5.6713)/0.5=3.47D
x+D=4.47D=約5D
(ii) When y = 10D
10D / 0.5x = tan80 ° = 5.6713
x = (10D / 5.6713) /0.5=3.47D
x + D = 4.47D = about 5D

以上、本発明の好適な実施形態及び実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能であり、該変形例又は変更例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。   The preferred embodiments and examples of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and is within the scope of the present invention described in the claims. Various modifications or changes are possible, and it goes without saying that these modifications or modifications are also included in the scope of the present invention.

例えば、アニーリング等を行う鉄鋼加熱炉や、トンネル型キルン等の窯業焼成炉に上記炉内ガス循環ユニットを使用しても良い。この場合、炉内ガス循環ユニットは、炉内循環の活性化や、炉内温度場の平準化を図るために使用し得るばかりでなく、不活性ガスの炉内導入、焼成雰囲気の調整等の如く、燃焼設備の使用目的に相応した用途に適応し得る。   For example, the in-furnace gas circulation unit may be used in a steel heating furnace that performs annealing or the like, or a ceramic firing furnace such as a tunnel kiln. In this case, the in-furnace gas circulation unit can be used not only for activation of the in-furnace circulation and leveling of the in-furnace temperature field, but also for introduction of inert gas into the furnace, adjustment of the firing atmosphere, etc. As described above, the present invention can be applied to an application corresponding to the purpose of use of the combustion facility.

また、上記実施例では、炉内ガス循環ユニットは、炉の側壁に配置されているが、炉内ガス循環ユニットは、炉体の底壁又は頂壁に配置しても良い。   Moreover, in the said Example, although the in-furnace gas circulation unit is arrange | positioned at the side wall of the furnace, you may arrange | position an in-furnace gas circulation unit in the bottom wall or top wall of a furnace body.

更に、蓄熱体及び給排切換弁装置は、4機以下に限定されるものではなく、炉内ガス循環ユニットは、必要に応じて5機以上の蓄熱体及び給排切換弁装置を備えても良い。   Further, the heat storage body and the supply / discharge switching valve device are not limited to four or less, and the in-furnace gas circulation unit may include five or more heat storage bodies and supply / discharge switching valve devices as necessary. good.

本発明の炉内ガス循環ユニットは、管式加熱炉、金属加熱炉、窯業焼成炉、金属溶融炉、ガス化溶融炉又はボイラー等の燃焼炉に好ましく使用され、炉内ガス循環ユニットの作動により、炉内ガスの炉内循環又は攪拌、或いは、炉内の燃焼雰囲気は、制御される。   The in-furnace gas circulation unit of the present invention is preferably used for a combustion furnace such as a tubular heating furnace, a metal heating furnace, a ceramic firing furnace, a metal melting furnace, a gasification melting furnace, or a boiler. The in-furnace gas circulation or agitation or the combustion atmosphere in the furnace is controlled.

図1は、本発明の好適な実施形態を示す炉内ガス循環ユニットの縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a furnace gas circulation unit showing a preferred embodiment of the present invention. 図1に示す給排切換弁装置の各部構造を示す断面図であり、弁装置の導出位置が示されている。It is sectional drawing which shows each part structure of the supply / discharge switching valve apparatus shown in FIG. 1, and the derivation position of the valve apparatus is shown. 図2と同じく、給排切換弁装置の各部構造を示す断面図であり、弁装置の導入位置が示されている。Like FIG. 2, it is sectional drawing which shows each part structure of a supply / discharge switching valve apparatus, and the introduction position of the valve apparatus is shown. 本発明の他の実施形態を示す炉内ガス循環ユニットの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the in-furnace gas circulation unit which shows other embodiment of this invention. 本発明の更に他の実施形態を示す炉内ガス循環ユニットの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the in-furnace gas circulation unit which shows other embodiment of this invention. 炉内ガス循環ユニットの給排パターンを示す正面図及び断面図である。It is the front view and sectional drawing which show the supply / discharge pattern of the gas circulation unit in a furnace. 炉内ガス循環ユニットの他の給排パターンを示す正面図及び断面図である。It is the front view and sectional drawing which show the other supply / discharge pattern of the gas circulation unit in a furnace. 炉内ガス循環ユニットの更に他の給排パターンを示す正面図及び断面図である。It is the front view and sectional drawing which show another supply / exhaust pattern of the gas circulation unit in a furnace. 図5に示す炉内ガス循環ユニットを備えた燃焼炉の構成を示す横断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a combustion furnace including the in-furnace gas circulation unit illustrated in FIG. 5. 図9に示す燃焼炉の変形例を示す横断面図である。FIG. 10 is a transverse sectional view showing a modification of the combustion furnace shown in FIG. 9. 図5に示す炉内ガス循環ユニットを備えた燃焼炉の他の実施例を示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing another embodiment of the combustion furnace provided with the in-furnace gas circulation unit shown in FIG. 炉内ガス循環ユニットと、炉内ガス循環ユニットと実質的に同様の構造を有する高温空気噴射装置とを備えた燃焼炉の実施例を示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing an embodiment of a combustion furnace provided with an in-furnace gas circulation unit and a high-temperature air injection device having a structure substantially similar to the in-furnace gas circulation unit. 炉内ガス循環ユニットを配設した管式加熱炉の実施例を示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing an embodiment of a tubular heating furnace provided with an in-furnace gas circulation unit. 炉内ガス循環ユニットの各給排口の方向性及び相対位置を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the directionality and relative position of each supply / exhaust port of a gas circulation unit in a furnace.

符号の説明Explanation of symbols

1 炉内ガス循環ユニット
2 蓄熱装置
3 給排切換弁装置
4 循環ファン
9 炉内領域
20 炉内ガス給排口
21 蓄熱体
22 蓄熱体ケース
23 支持基板
30 弁機構
31 炉内ガス導入口
32 炉内ガス導出口
33 弁駆動装置
34 導入ポート
35 導出ポート
41、42、43 導入管
44、45、46 導出管
47 排気管
48 排気制御弁
91 炉体
92 炉内壁面
1 In-furnace gas circulation unit 2 Heat storage device 3 Supply / exhaust switching valve device 4 Circulating fan 9 In-furnace region 20 In-furnace gas supply / exhaust port 21 Heat storage body 22 Thermal storage body case 23 Support substrate 30 Valve mechanism 31 In-furnace gas introduction port 32 Furnace Inner gas outlet 33 Valve drive unit 34 Inlet port 35 Outlet ports 41, 42, 43 Inlet pipes 44, 45, 46 Outlet pipe 47 Exhaust pipe 48 Exhaust control valve 91 Furnace body 92 Furnace wall surface

Claims (16)

炉内ガスを炉外に導出する導出口として機能するとともに、炉内ガスの再導入流を炉内に噴射する噴射口として機能する給排口を備えた第1及び第2蓄熱装置と、
炉外に導出した前記炉内ガスを加圧し、前記蓄熱装置を介して炉内ガスを前記給排口に送出する循環ファンと、
第1蓄熱装置を介して炉内ガスを炉外に導出し、第2蓄熱装置を介して再導入ガスを炉内に噴射する第1位置と、第2蓄熱装置を介して炉内ガスを炉外に導出し、第1蓄熱装置を介して再導入ガスを炉内に噴射する第2位置とに切換可能な給排切換弁装置とを有し、
前記第1及び第2蓄熱装置は夫々、前記炉内ガスとの伝熱接触により受熱し、前記炉内ガスを冷却するとともに、前記再導入流との伝熱接触により放熱し、該再導入流を加熱する蓄熱体を備え、
前記第1及び第2蓄熱装置の各給排口は、炉内領域の特定部分に同方向の前記再導入流を継続的に噴射するように、炉体の内壁面に並列且つ互いに接近して配置され、前記給排切換弁装置は、前記第1位置及び第2位置に交互に切換えられることを特徴とする炉内ガス循環ユニット。
First and second heat storage devices each having a supply / discharge port functioning as an outlet for deriving the gas in the furnace to the outside of the furnace and functioning as an injection port for injecting the reintroduction flow of the gas in the furnace into the furnace;
A circulating fan that pressurizes the gas in the furnace led out of the furnace and sends the gas in the furnace to the supply / exhaust port via the heat storage device;
A first position where the gas in the furnace is led out of the furnace through the first heat storage device, and the reintroduced gas is injected into the furnace through the second heat storage device, and the gas in the furnace is passed through the second heat storage device. A supply / exhaust switching valve device that is led out and can be switched to a second position for injecting reintroduced gas into the furnace via the first heat storage device;
Each of the first and second heat storage devices receives heat by heat transfer contact with the furnace gas, cools the furnace gas, and dissipates heat by heat transfer contact with the reintroduction flow. A heat storage body for heating
Each supply / exhaust port of the first and second heat storage devices is parallel to the inner wall surface of the furnace body and close to each other so as to continuously inject the reintroduction flow in the same direction to a specific portion of the furnace interior region. The in-furnace gas circulation unit, wherein the supply / exhaust switching valve device is alternately switched to the first position and the second position.
炉体と一体化して炉内壁面を形成する支持基板を更に有し、前記蓄熱装置は、蓄熱体を収容したケーシングを備え、該ケーシングは、前記支持基板に一体的に支持されることを特徴とする請求項1に記載の炉内ガス循環ユニット。   The heat storage device further includes a support substrate that is integrated with the furnace body to form a furnace inner wall surface, and the heat storage device includes a casing that houses the heat storage body, and the casing is integrally supported by the support substrate. The in-furnace gas circulation unit according to claim 1. 第3蓄熱装置を更に有し、前記給排切換弁装置は、いずれか1つの前記蓄熱装置の給排口から再導入ガスを炉内に噴射し、他の2つ前記蓄熱装置の給排口から炉内ガスを導出するように切換制御されることを特徴とする請求項1又は2に記載の炉内ガス循環ユニット。   The supply / discharge switching valve device further injects reintroduced gas into the furnace from the supply / exhaust port of any one of the heat storage devices, and supplies the other two heat storage devices. The in-furnace gas circulation unit according to claim 1, wherein the switching is controlled so as to derive the in-furnace gas from the furnace. 第4蓄熱装置を更に有し、前記給排切換弁装置は、いずれか1つの前記蓄熱装置の給排口から再導入ガスを炉内に噴射し、他の3つ前記蓄熱装置の給排口から炉内ガスを導出するように切換制御されることを特徴とする請求項3に記載の炉内ガス循環ユニット。   And a supply / exhaust switching valve device that injects reintroduced gas into the furnace from the supply / exhaust port of any one of the heat storage devices, and the other three heat storage device supply / exhaust ports. 4. The in-furnace gas circulation unit according to claim 3, wherein the switching is controlled so as to derive the in-furnace gas from the furnace. 前記給排切換弁装置は、各々の前記蓄熱装置に直列に連結され、各給排切換弁装置の切換時期を調整する制御装置が更に設けられることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の炉内ガス循環ユニット。   The said supply / exhaust switching valve apparatus is connected in series with each said thermal storage apparatus, and the control apparatus which adjusts the switching timing of each supply / exhaust switching valve apparatus is further provided. The in-furnace gas circulation unit according to item 1. 冷却後の炉内ガスに付加流体を添加する添加装置を更に有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の炉内ガス循環ユニット。   The in-furnace gas circulation unit according to any one of claims 1 to 5, further comprising an addition device for adding an additional fluid to the cooled in-furnace gas. 冷却後の炉内ガスの一部を系外に排気する排気手段を更に有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の炉内ガス循環ユニット。   The in-furnace gas circulation unit according to any one of claims 1 to 6, further comprising exhaust means for exhausting part of the in-furnace gas after cooling out of the system. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の炉内ガス循環ユニットを使用した炉内燃焼方法において、
前記再導入流を炉内領域に噴射し、炉内ガス循環を活性化することを特徴とする炉内燃焼方法。
In the furnace combustion method using the furnace gas circulation unit according to any one of claims 1 to 7,
An in-furnace combustion method characterized by injecting the reintroduction flow into an in-furnace region to activate in-furnace gas circulation.
炉内に配置された被加熱物の周辺に形成され且つ前記火炎又はその輻射熱の作用が直接に及ばない炉内領域の部分に前記再導入流を噴射し、前記被加熱物の被加熱作用を改善することを特徴とする請求項8に記載の炉内燃焼方法。   Injecting the reintroduction flow into a portion of the furnace area formed around the object to be heated arranged in the furnace and where the action of the flame or its radiant heat does not directly affect the object to be heated. The in-furnace combustion method according to claim 8, which is improved. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の炉内ガス循環ユニットを使用した炉内燃焼方法において、
前記再導入流を炉内火炎に向けて噴射し、該火炎の到達距離、方向又は火炎容積を制御することを特徴とする炉内燃焼方法。
In the furnace combustion method using the furnace gas circulation unit according to any one of claims 1 to 7,
An in-furnace combustion method characterized by injecting the reintroduction flow toward an in-furnace flame and controlling an arrival distance, a direction, or a flame volume of the flame.
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の炉内ガス循環ユニットを使用した炉内燃焼方法において、
炉内火炎を形成するための燃焼設備が炉内に噴射する燃料及び燃焼用空気と混合衝突するように前記再導入流を炉内に噴射し、前記燃料及び燃焼用空気の燃焼反応を制御することを特徴とする炉内燃焼方法。
In the furnace combustion method using the furnace gas circulation unit according to any one of claims 1 to 7,
The reintroduction flow is injected into the furnace so that the combustion equipment for forming the furnace flame mixes and collides with the fuel and combustion air injected into the furnace, and the combustion reaction of the fuel and the combustion air is controlled. An in-furnace combustion method.
請求項6又は7に記載の炉内ガス循環ユニットを使用した炉内燃焼方法において、
前記付加流体を添加した再導入流を炉内に噴射し、炉の燃焼設備が形成する炉内火炎の性状又は炉内燃焼雰囲気を制御することを特徴とする炉内燃焼方法。
In the furnace combustion method using the furnace gas circulation unit according to claim 6 or 7,
An in-furnace combustion method characterized by injecting a reintroduction flow to which the additional fluid has been added into the furnace to control the properties of the in-furnace flame or the in-furnace combustion atmosphere formed by the combustion equipment of the furnace.
前記付加流体として、空気、酸素、水蒸気又は不活性ガスが前記再導入流に添加されることを特徴とする請求項12に記載の炉内燃焼方法。 The furnace combustion method according to claim 12, wherein air, oxygen, water vapor, or an inert gas is added to the reintroduction flow as the additional fluid. 請求項3又は4に記載の炉内ガス循環ユニットを使用した炉内燃焼方法において、
前記給排口から噴射する再導入流の流速に対して、前記給排口から吸引される炉内ガス流の流速を1/2以下に低下し、前記給排口の間のガス流のショートパスを防止することを特徴とする炉内燃焼方法。
In the furnace combustion method using the furnace gas circulation unit according to claim 3 or 4,
The flow rate of the in-furnace gas flow sucked from the supply / discharge port is reduced to 1/2 or less of the flow rate of the reintroduction flow injected from the supply / discharge port, and the gas flow between the supply / discharge ports is short-circuited. A furnace combustion method characterized by preventing a pass.
前記再導入流の中心軸線の相対的な角度が、20°〜−20°の範囲内に制限されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の炉内ガス循環ユニット。   The in-furnace gas circulation unit according to any one of claims 1 to 7, wherein a relative angle of a central axis of the reintroduction flow is limited to a range of 20 ° to -20 °. . 前記給排口の中心間距離は、該給排口の直径Dに対し、5D以下に設定されることを特徴とする請求項1乃至7又は15のいずれか1項に記載の炉内ガス循環ユニット。   The in-furnace gas circulation according to any one of claims 1 to 7 or 15, wherein a distance between centers of the supply and discharge ports is set to 5D or less with respect to a diameter D of the supply and discharge ports. unit.
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