成果報告書詳細
管理番号20100000002403
タイトル平成21年度-平成22年度成果報告書 「省エネルギー革新技術開発事業/実用化開発(事前研究)/中小型の次世代高効率工業炉(ハイパー工業炉)の事前研究」
公開日2011/1/25
報告書年度2009 - 2010
委託先名東京瓦斯株式会社
プロジェクト番号P09015
部署名エネルギー対策推進部
和文要約日本の「ものづくり」を支えている中小規模工業炉は、小容量でも数が多いため、全体としてのエネルギー消費量は多大である。産業分野では大幅な省エネルギーが進んでいるものの、中小型工業炉では小規模であるが故スケールメリットが活かせず、熱効率は5-30%と低いものが多い。全国には約26,000基の工業炉があり、そのエネルギー消費量は原油換算で約3,700万kL/年と推定され、その内中小規模工業炉は約14,000基で、エネルギー消費量は200-350万kL/年と想定される。これらに革新的な省エネ技術が導入されれば、数10万kL/年の省エネ効果の可能性がある。本研究の目的は、これら中小規模の工業炉の高効率化を目指し、革新的かつ具体的なエネルギー使用合理化技術として6点の要素技術に焦点を当て、それらを適用した次世代高効率工業炉「ハイパー工業炉」の実証・実用化に向けた事前検討を行うことにある。各要素技術の導入よる省エネ効果の目標値は20%とした。以下に検討結果を示す。 1.「高性能断熱材の検討による炉体放熱損失の低減」断熱材の効果検証と課題抽出を目的として、伝熱解析シミュレーションを行い、低熱伝達率セラミックファイバー系断熱材の最適組合せにより、放熱損失の低減が予測された。(アルミ溶解炉10.5%、バッチ式小型炉2.5%、誘導加熱炉1.0%)但し、コストが普及の障害となるため、低熱伝達率と強度を併せ持つセラミックファイバー系断熱材の低コスト化が課題となる。 2.「端部損失の少ない高効率電気ヒータの検討」端部での発熱損失を抑える手法として、端部長さ変更、発熱部形状変更の電気ヒータを試作し、実炉での実験を行い、端部長さ変更で3%の消費電力が削減された。端部長さ変更による端子構造の低コスト化、端子部で抵抗熱を減らすヒータ本体の材料開発(傾斜材など)が課題である。 3.「酸素燃焼による排気ガス損失の低減」汎用空気燃焼バーナによる排ガス循環式酸素燃焼の実験を行い、酸素富化率30%にて28%の省エネ効果を確認した。併せて伝熱効率の向上も認められた。課題としては、安価で高効率の酸素発生装置の開発が望まれる。 4.「廃熱回収による総合効率の向上」小型廃熱ボイラを試作し、負荷変動時でも良好な制御性(圧力、湿り度)を確認した。廃熱回収により23.2%の省エネ効果が確認できた。但し、通風を確保するための誘引ファンの必要性が課題となり、システムの簡素化や低コスト化開発が望まれる。 5.「誘導炉用耐火チューブによる冷却損失の低減」無冷却に耐える材料として7種を選定し、耐熱衝撃、熱膨張影響、耐熱摺動加熱の実験を行い、3つの材料の有効性を確認した。この材料で無冷却のスキッドレールを開発した場合、冷却水損失の低減で4.5%、口径縮小によるコイル損失の低減で5.5%、併せて10%の省エネ効果が試算された。今後、実機での耐久試験により経年変化や保守性を確認する必要がある。 6.「燃焼加熱と電気加熱の最適組合せによる省エネルギー」燃焼炉の昇温の速さと、電気炉の精密温度制御の利点を組合せることに加え、前述1-5の要素技術を適用することで、16.5%の省エネ効果が試算される。今後の課題として、実機の試作とフィールドテストを行い、経年変化、耐久性、実際の効果、コストダウン要素等を明らかにしていく。 以上、上記要素技術の組合せにより可能となる「ハイパー工業炉」の省エネ効果は、算術平均で20.9%と試算され、当初の目標値を達成した。
英文要約Title:Energy conservation reformation technology development project /Practical use development (prior research) /Prior research on the next generation highly effective small and medium-sized industrial furnace(hyper- industrial furnace)(FY2009-FY2010)Final report
The energy consumption of a small-sized scale industrial furnace is large because there are a lot of numbers. However, the thermal efficiency of the furnace is low, 5-30%. There are about 14,000 among those, and the energy consumption is assumed to be 2- 3.5million kL/year. There is a possibility of the energy-saving effect of several 100,000 kL/year if energy-saving technology is introduced into these. The purposes of this research is to apply the focus to the element technology of six points, and to examine prior for proof and the practical use of next generation industrial furnace "Hyper industrial furnace". The target value of the energy-saving effect was assumed to be 20%. The result is shown as follows. 1."Decrease of heat radiation loss by efficient heat insulator" The heat analysis simulation was done, and the decrease of the heat radiation loss was forecast by the best combination of a low heat transfer coefficient heat insulator. (aluminums melting 10.5%, 2.5% in batch type, and 1.0% in induction heating) However, because the cost becomes the trouble of the spread, the lowering the cost of heat insulator with a low heat transfer coefficient becomes a task. 2."Reduction of electric heater edge heat loss" An electric heater of the edge length change and the generation of heat part shape change were made for trial purposes, and the power consumption of 3% has been reduced. The material development of the main body of the heater will be a next task. 3."Decrease of exhaust heat loss by oxygen combustion" It experimented on the exhaust gas circulation oxygen combustion with the normal burner, and the energy-saving effect of 28% the enrich oxygen rate 30% was confirmed. The development of a low cost, highly effective oxygen generation device is hoped for. 4."Improvement of total efficiency by exhaust heat collection" The small exhaust gas heat recovery boiler was made for trial purposes. The energy-saving effect of 23.2% was able to be confirmed by the exhaust gas heat collection. However, the necessity of the induced fan becomes a problem, and the simplification system are hoped for. 5."Decrease of skid pipe cooling loss for induction heating furnace" Seven kinds were selected as a material that endured no cooling, it experimented on a heatproof impact, the heat expansion influence, and the heatproof sliding heating, and the effectiveness of three materials were confirmed. The energy-saving effect of 10% was provisionally calculated. It will be necessary to confirm the durability and maintainability by the endurance test in a real furnace. 6."Best combination of combustion and electric heating" The energy-saving effect of 16.5% is provisionally calculated by applying an element technology above-mentioned 1-5 in addition to combining. The energy-saving effect of "Hyper industrial furnace" became possible by combining the above-mentioned element technology was provisionally calculated by 20.9%, which achieved a first target value above.
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