(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交番燃焼する蓄熱式燃焼バーナを１組以上配置した加熱炉において、蓄熱体の燃焼排ガス出側で燃焼排ガス中の可燃成分を検出する可燃成分検出手段と、蓄熱体の燃焼排ガス入側の流体通路に燃焼排ガス中の可燃成分を完全燃焼させるための燃焼用空気供給手段と、前記流体通路内の燃焼排ガスの温度を検出する温度計と、該温度計により検出された燃焼排ガスの温度が蓄熱体の耐熱温度以下になるように酸素含有ガス、常温空気、窒素ガスのいずれかを前記流体通路内に供給するガス供給手段とを設けたことを特徴とする加熱炉。
【請求項２】
前記可燃成分検出手段により検出された可燃成分を完全燃焼させるための理論空気量を算出する理論空気量算出手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の加熱炉。
【請求項３】
交番燃焼する蓄熱式燃焼バーナを１組以上配置した加熱炉の操業方法において、燃焼排ガスを排出している蓄熱式燃焼バーナの蓄熱体燃焼排ガス出側で、燃焼排ガス中の可燃成分を検出し、燃焼排ガス中に可燃成分が含まれると判定された場合には、前記蓄熱式燃焼バーナの蓄熱体燃焼排ガス入側の流体通路において、燃焼排ガス中の可燃成分を完全燃焼させ、かつ完全燃焼させた後の燃焼排ガス温度が蓄熱体の耐熱温度以下となるように酸素含有ガス、常温空気、窒素ガスのいずれかを前記流体通路内に供給することを特徴とする加熱炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、蓄熱式燃焼バーナを備えた加熱炉およびその操業方法、特に未燃焼の可燃成分が燃焼排ガスとともに排出されるのを防止することのできる加熱炉およびその操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蓄熱式燃焼バーナを配置した加熱炉は、燃焼バーナに付設した蓄熱体に、高温の燃焼排ガスの保有する顕熱を蓄熱し、燃焼時に燃焼用空気をこの蓄熱体を通して高温に予熱して燃焼に供するので、燃焼効率の高い加熱炉として近年製鉄所等で採用されている。
【０００３】
ところで、蓄熱式燃焼バーナを配置した加熱炉において、被加熱物を加熱する場合に、燃料と燃焼用空気とが混合された状態で供給され、被加熱物の表面近傍で燃焼が行われると、被加熱物の表面が容易に酸化され、発生したスケールが成品の表面に残留して、品質が低下するという問題がある。
【０００４】
上述のような問題があるため、特開平７−１０２３１３号公報において開示された加熱炉用蓄熱型交番燃焼バーナにおいては、図４に示すように、燃料供給孔３１を炉壁３２から炉３３内に３０ｃｍ程度突き出す状態に設けて、燃料３４が被加熱物３５を覆うように噴射されるようにしている。
【０００５】
そして、燃焼用空気孔３６は、炉壁３２から炉３３内に突き出さないように、かつ燃焼用空気３７は前記燃料３４よりも被加熱物３５から離れた位置に噴射されるように設けられており、燃焼によって発生する火炎３８は、燃料３４に遮られて直接被加熱物３５に当たらないようになっている。すなわち、被加熱物３５近傍の炉３３内の雰囲気は、還元性雰囲気となっており、これにより被加熱物３５の酸化が抑制されるというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開平７−１０２３１３号公報において開示された加熱炉用蓄熱型交番燃焼バーナを配置した加熱炉で、被加熱物を加熱する場合、次のような問題点があった。すなわち、炉内の被加熱物の配置状況や、燃焼バーナの火炎の経時変化の度合いによっては、炉内に噴射された燃料がすぐに燃焼されないので、未燃焼の可燃成分を含有した燃焼排ガスが、排気状態にある他の燃焼バーナに吸引されて炉外に排出されるので、燃焼効率が低くなるという問題点があった。
【０００７】
また、上記以外の蓄熱式燃焼バーナを用いた場合であっても、燃料の組成が変動するようなときには、一定空気比で燃焼していても、未燃焼の可燃成分が発生する場合があり、このことに起因しても燃焼効率が低下するという問題点がある。
【０００８】
この発明は、従来技術の上述のような問題点を解消するためになされたものであり、被加熱物の配置や火炎の経時変化あるいは燃料組成の変動等があっても、燃焼効率が低下しない加熱炉およびその操業方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る加熱炉は、交番燃焼する蓄熱式燃焼バーナを１組以上配置した加熱炉において、蓄熱体の燃焼排ガス出側で燃焼排ガス中の可燃成分を検出する可燃成分検出手段と、蓄熱体の燃焼排ガス入側の流体通路に燃焼排ガス中の可燃成分を完全燃焼させるための燃焼用空気供給手段と、前記流体通路内の燃焼排ガスの温度を検出する温度計と、該温度計により検出された燃焼排ガスの温度が蓄熱体の耐熱温度以下になるように酸素含有ガス、常温空気、窒素ガスのいずれかを前記流体通路内に供給するガス供給手段とを設けたものである。
【００１０】
この発明に係る加熱炉においては、可燃成分検出手段により蓄熱体通過後の燃焼排ガス中に含まれる可燃成分を検出する。そして、可燃成分が含まれると判断された場合には、その燃焼排ガスを排出中の蓄熱式燃焼バーナの蓄熱体燃焼排ガス入側に設けた燃焼用空気供給手段により、可燃成分を完全燃焼させるための燃焼用空気を供給する。
【００１１】
したがって、可燃成分が燃焼排ガスとともに、炉外に排出されることがなく、可燃成分が燃焼されることによって発生する燃焼排ガス中の顕熱が、蓄熱体に蓄熱できるので、燃焼効率が高まる。
【００１２】
また、前記可燃成分検出手段により検出された可燃成分を完全燃焼させるための理論空気量を算出する理論空気量算出手段を設けたものである。
【００１３】
この発明に係る加熱炉においては、理論空気量算出手段により可燃成分を完全燃焼させるための理論空気量を算出し、算出した理論空気量に基づいて燃焼用空気を燃焼用空気供給手段に供給するので、燃焼用空気を過剰に供給することがなくなり、蓄熱体が過剰空気により冷却されることもなく、燃焼排ガス中の保有する顕熱を効率よく蓄熱できる。
【００１４】また、この発明に係る加熱炉の操業方法は、交番燃焼する蓄熱式燃焼バーナを１組以上配置した加熱炉の操業方法において、燃焼排ガスを排出している蓄熱式燃焼バーナの蓄熱体燃焼排ガス出側で、燃焼排ガス中の可燃成分を検出し、燃焼排ガス中に可燃成分が含まれると判定された場合には、前記蓄熱式燃焼バーナの蓄熱体燃焼排ガス入側の流体通路において、燃焼排ガス中の可燃成分を完全燃焼させ、かつ完全燃焼させた後の燃焼排ガス温度が蓄熱体の耐熱温度以下となるように酸素含有ガス、常温空気、窒素ガスのいずれかを前記流体通路内に供給するものである。
【００１５】
この操業方法により、可燃成分が燃焼排ガスとともに、炉外に排出されることがなく、可燃成分が燃焼されることによって発生する燃焼排ガス中の顕熱が、蓄熱体に蓄熱できるので、燃焼効率が高まる。
【００１７】また、可燃成分が燃焼排ガスとともに、炉外に排出されることがなく、可燃成分が燃焼されることによって発生する燃焼排ガス中の顕熱が、蓄熱体に蓄熱できるので、燃焼効率が高まる。
【００１８】
また、可燃成分が燃焼された後の燃焼排ガスにより、蓄熱体の温度が耐熱温度を超えることがないので、蓄熱体の寿命が低下することはない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
この発明の第一の実施の形態の蓄熱式燃焼バーナを備えた加熱炉の操業方法を、図１により説明する。図１の加熱炉１においては、蓄熱式燃焼バーナ２ａおよび２ｃで燃焼しており、蓄熱式燃焼バーナ２ａと対になっている蓄熱式燃焼バーナ２ｂおよび蓄熱式燃焼バーナ２ｃと対になっている蓄熱式燃焼バーナ２ｄで燃焼排ガスを排出している状況を示している。そして、空気比１．０５程度のほぼ完全燃焼状態で操業している場合の例である。
【００２０】
この加熱炉の操業方法においては、加熱炉１の燃焼している蓄熱式燃焼バーナ２ａおよび２ｃで発生した燃焼排ガス３は、燃焼排ガス３を排出している蓄熱式燃焼バーナ２ｂおよび２ｄの蓄熱体４ｂおよび４ｄを通過し、それぞれの切替弁５Ａおよび５Ｂを通って燃焼排ガス本管６に達し、系外に排出される。そして、燃料の組成が変化した場合には、未燃焼可燃成分が上記のような経路を経て、系外に排出される可能性がある。
【００２１】
この燃焼排ガス本管６には、試料採取管７が設けられており、この試料採取管７には燃焼排ガス中の未燃焼の可燃成分を検出するための成分分析器８が接続されている。この成分分析器８には、ＣＯガスを対象とした赤外線分析器等を用いるとよい。
【００２２】
この成分分析器８により、燃焼排ガス３中の未燃焼の可燃成分の濃度を検出する。そして、未燃焼の可燃成分が検出された場合には、信号が補助燃焼用空気弁制御器９に送られ、補助燃焼用空気弁制御器９からは弁の開指令が発せられ、補助燃焼用空気弁１０ｂおよび１０ｄが開状態となり、補助燃焼用空気が燃焼用空気配管１１から分岐した補助燃焼用空気配管１２ｂおよび１２ｄを通って、燃焼排ガスを排出している蓄熱式燃焼バーナ２ｂおよび２ｄのそれぞれの蓄熱体４ｂおよび４ｄの炉１に近い側に供給される。
【００２３】
一方、燃焼中の蓄熱式燃焼バーナ２ａおよび２ｃに対する補助燃焼用空気弁１０ａおよび１０ｃは閉じられている。
【００２４】
この補助燃焼用空気の供給は、蓄熱式燃焼バーナ２ｂおよび２ｄで燃焼排ガスの排出が行われており、かつ成分分析器８で燃焼排ガス中の未燃焼の可燃成分が検出される間中継続される。
【００２５】
また、燃焼を行う蓄熱式燃焼バーナが、蓄熱式燃焼バーナ２ａおよび２ｃから２ｂおよび２ｄに切り替わった場合に、成分分析器８により未燃焼の可燃成分が検出された場合には、補助燃焼用空気弁制御器９からの弁の開指令は補助燃焼用空気弁１０ａおよび１０ｃに発せられる。そして、補助燃焼用空気弁１０ａおよび１０ｃが開状態となり、補助燃焼用空気が燃焼用空気配管１１から分岐した補助燃焼用空気配管１２ａおよび１２ｃを通って、燃焼排ガスを排出している蓄熱式燃焼バーナ２ａおよび２ｃのそれぞれの蓄熱体４ａおよび４ｃの炉１に近い側に供給される。
【００２６】
一方、燃焼中の蓄熱式燃焼バーナ２ｂおよび２ｄに対する補助燃焼用空気弁１０ｂおよび１０ｄは閉じられている。
【００２７】
補助燃焼用空気の供給位置は、図１においては、蓄熱体４ａ、４ｂ、４ｃおよび４ｄの炉１側に近い流体通路１３ａ、１３ｂ、１３ｃおよび１３ｄ内となっているが、バーナ口に近い炉内１ａでもよい。
【００２８】
この実施の形態においては、燃焼排ガス中に未燃焼可燃成分が検出された場合には、未燃焼可燃成分を燃焼させるための補助燃焼用空気が蓄熱体の燃焼排ガス入側（炉側）に供給されるので、燃焼排ガス中の未燃焼の可燃成分は蓄熱体の入側で燃焼される。
【００２９】
したがって、蓄熱体を通過する燃焼排ガスの保有する顕熱量が多くなり、蓄熱体での回収熱量が増加する。
【００３０】
そして、蓄熱体で回収された熱エネルギは、その蓄熱体を備えた蓄熱式燃焼バーナで燃焼を行うときに、燃焼用空気の予熱に用いられる。
【００３１】
したがって、未燃焼の可燃成分が系外に排出されなくなり、燃焼に利用されるので、炉の燃焼効率は低下しない。
【００３２】
図１において、符号１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび１４ｄは、燃料遮断弁である。
【００３３】
なお、図１においては、４本のバーナ（２本燃焼、２本排気）の例で説明したが、必ずしもこのような本数にとらわれることはなく、同一燃焼ゾーンの同一燃焼タイミングのバーナを同一グループとして、そのグループの燃焼排ガスを１つの分析計で分析して、補助燃焼用空気の供給を制御するようにしてもよい。
【００３４】
また、補助燃焼用空気弁も必ずしもバーナ毎に設ける必要はなく、前記同一グループの全バーナに対して、１つの補助燃焼用空気弁を設けて補助燃焼用空気を供給するようにしてもよい。
【００３５】
次に、この発明の第二の実施の形態の蓄熱式燃焼バーナを備えた加熱炉の操業方法を、図２により説明する。図２の加熱炉１においては、図１の場合と同様に、蓄熱式燃焼バーナ２ａおよび２ｃで燃焼しており、蓄熱式燃焼バーナ２ａと対になっている蓄熱式燃焼バーナ２ｂおよび蓄熱式燃焼バーナ２ｃと対になっている蓄熱式燃焼バーナ２ｄで燃焼排ガスを排出している状況を示している。
【００３６】
また、図２においては、図１と同じ機器が多く使用されているので、同じ機器に対しては図１と同一符号を使用し、詳細説明は省略する。
【００３７】
この実施の形態においては、成分分析器８により検出された未燃焼の可燃成分の濃度の値を理論空気量演算器１５に送り、この値とあらかじめ設定してある単位時間当りの燃焼排ガス発生量とから、未燃焼の可燃成分を完全燃焼させるための理論空気量が演算される。未燃焼の可燃成分をＣＯで検出している場合には、下記（１）式に基づいて算出すればよい。
【００３８】
Ｑ＝｛Ｇ０  ・［ＣＯ］／（２×０．２１）｝・ｋ…………（１）
ただし、    Ｑ：補助燃焼用空気流量（Ｎｍ３  ／ｈ）
Ｇ０  ：理論排ガス流量（Ｎｍ３  ／ｈ）
［ＣＯ］：ＣＯ濃度（比）
ｋ：補正計数
補正計数ｋは、炉況に応じて定める。
【００３９】
そして、演算された理論空気量の値が補助燃焼用空気流量制御器１６に送られ、理論空気量の信号を受けた補助燃焼用空気流量制御器１６からは、補助燃焼用空気流量調整弁２０に指令が発せられ、演算された理論空気量の値に応じて、補助燃焼用空気流量調整弁２０の開度が調整される。同時に、補助燃焼用空気流量制御器１６からは補助燃焼用空気弁１７ｂおよび１７ｄに対して弁の開指令が発せられ、補助燃焼用空気弁１７ｂおよび１７ｄが開状態となる。
【００４０】
そして、補助燃焼用空気が補助燃焼用空気本管１８から分岐した補助燃焼用空気枝管１９ｂおよび１９ｄを通って、燃焼排ガスを排出している蓄熱式燃焼バーナ２ｂおよび２ｄのそれぞれの蓄熱体４ｂおよび４ｄの炉１に近い側に供給される。
【００４１】
この補助燃焼用空気の供給は、蓄熱式燃焼バーナ２ｂおよび２ｄで燃焼排ガスの排出が行われており、かつ成分分析器８で燃焼排ガス中の未燃焼の可燃成分が検出される間中継続される。
【００４２】
そして、この間燃焼している蓄熱式燃焼バーナ２ａおよび２ｃに補助燃焼用空気を供給するための補助燃焼用空気弁１７ａおよび１７ｃは閉状態となっている。
【００４３】
また、燃焼を行う蓄熱式燃焼バーナが、蓄熱式燃焼バーナ２ａおよび２ｃから２ｂおよび２ｄに切り替わった場合に、成分分析器８により未燃焼の可燃成分が検出された場合には、補助燃焼用空気流量制御器１６からからの弁の開指令は補助燃焼用空気流量調整弁２０に発せられ，演算された理論空気量の値に応じて、補助燃焼用空気流量調整弁２０の開度が調整される。同時に、補助燃焼用空気流量制御器１６からは補助燃焼用空気弁１７ａおよび１７ｃに対して弁の開指令が発せられ、補助燃焼用空気弁１７ａおよび１７ｃが開状態となる。
【００４４】
そして、補助燃焼用空気が補助燃焼用空気本管１８から分岐した補助燃焼用空気枝管１９ａおよび１９ｃを通って、燃焼排ガスを排出している蓄熱式燃焼バーナ２ａおよび２ｃのそれぞれの蓄熱体４ａおよび４ｃの炉１に近い側に供給される。
【００４５】
この補助燃焼用空気の供給は、蓄熱式燃焼バーナ２ａおよび２ｃで燃焼排ガスの排出が行われており、かつ成分分析器８で燃焼排ガス中の未燃焼の可燃成分が検出される間中継続される。
【００４６】
そして、この間燃焼している蓄熱式燃焼バーナ２ｂおよび２ｄに補助燃焼用空気を供給するための補助燃焼用空気弁１７ｂおよび１７ｄは閉状態となっている。
【００４７】
補助燃焼用空気の供給位置は、図２においては、蓄熱体４ａ、４ｂ、４ｃおよび４ｄの炉１側に近い流体通路１３ａ、１３ｂ、１３ｃおよび１３ｄ内となっているが、炉内１ａのバーナ口に近い位置でもよい。
【００４８】
この実施の形態においては、燃焼排ガス中に未燃焼の可燃成分が検出された場合には、未燃焼の可燃成分を完全燃焼させるための理論空気量が演算され、この理論空気量に応じた補助燃焼用空気が蓄熱体の燃焼排ガス入側（炉側）に供給されるので、燃焼排ガス中の未燃焼の可燃成分は蓄熱体の入側で燃焼されるとともに、燃焼排ガス中に過剰な空気が含まれることもない。
【００４９】
したがって、蓄熱体を通過する燃焼排ガスの保有する顕熱量が多くなるとともに、過剰な空気により燃焼排ガスの温度が低下することもないので、蓄熱体での熱回収量が第一の実施の形態を実施したとき以上に向上する。このため、炉の燃焼効率が低下することはない。
【００５０】
次に、この発明の第三の実施の形態の蓄熱式燃焼バーナを備えた加熱炉の操業方法を、図３により説明する。この実施の形態においては、燃焼排ガス中の未燃焼可燃成分を燃焼させるために、補助燃焼用空気配管が蓄熱体の燃焼排ガス入側の流体通路に接続され、成分分析器により燃焼排ガス中に未燃焼の可燃成分が検出された場合に、補助燃焼用空気が前記流体通路に供給されるのは、前述した第一の実施の形態または第二の実施の形態の場合と同一であるので、同一である部分の説明は省略し、この実施の形態の特徴点を、図３の蓄熱式燃焼バ−ナ２の断面図に基づいて説明する。この蓄熱式燃焼バーナを備えた加熱炉の操業方法においては、補助燃焼用空気を補助燃焼用空気配管２１から流体通路１３に供給して未燃焼の可燃成分を燃焼させた後の燃焼排ガスの温度を、流体通路１３に設けた温度計２２で検出し、検出した燃焼排ガスの温度が、蓄熱体４の耐熱温度を超える場合には、流体通路１３に接続した常温空気配管２３から、温度計２２で検出した燃焼排ガス温度が、蓄熱体４の耐熱温度以下に低下する量の常温空気を流体通路１３に供給する。
【００５１】
なお、常温空気配管２３から供給するガスは、燃焼排ガスの温度を調整することのできるガスならば、常温空気に限定する必要はなく、例えば窒素ガス等にしてもよい。
【００５２】
また、温度計２２や常温空気配管２３を用いず、別途測定している炉内温度の条件と未燃焼ガスの量に応じて、所定量の冷風を補助燃焼用空気配管２１から吹き込むようにしてもよい。
【００５３】
この実施の形態においては、第一および第二の実施の形態の場合の効果に加えて、蓄熱体４の寿命が低下しないという効果がある。
【００５４】
【実施例】
幅２ｍ、長さ４ｍ、高さ２ｍの炉容積を有し、幅方向の炉壁に軸中心間距離１ｍを離して１組の交番燃焼型蓄熱式燃焼バ−ナを設けたバッチ式加熱炉において、２６００ｋｃａｌ／Ｎｍ３  のＭガス（製鉄所副生混合ガス）を空気比０．９５で燃焼させる操業を行った。このとき、蓄熱体の燃焼排ガス入側に設置した温度計により測定した燃焼排ガスの温度は１３７０℃（一定時間内の平均温度）であった。
【００５５】
また、燃焼排ガス排出用ブロワ−前に設置したＣＯ計で燃焼排ガス中のＣＯ濃度を測定したところ、ＣＯ濃度は３５０ｐｐｍであったので、未燃焼の可燃成分を完全に燃焼させるために、８Ｎｍ３  ／ｈの補助燃焼用空気を供給した。
【００５６】
この結果、前記ＣＯ計で測定したＣＯ濃度はほとんど０に近くなったが、前記温度計で測定した未燃焼の可燃成分を完全に燃焼させた後の燃焼排ガス温度は、蓄熱体の耐熱温度に基づく上限温度である１４００℃を超えたため、蓄熱体の燃焼排ガス入側における燃焼排ガス温度を低下させるために、補助燃焼用空気を３７Ｎｍ３  ／ｈで供給したところ、蓄熱体の燃焼排ガス入側における燃焼排ガス温度は１３７５℃となり、上限温度の１４００℃未満になった。すなわち、このようにすることにより、蓄熱体の寿命を低下させないとともに、燃焼効率も低下させない操業が可能となる。
【００５７】
なお、上記燃焼排ガスの上限温度の基になる蓄熱体の耐熱温度は、使用する蓄熱体の材質に基づくものである。
【００５８】
【発明の効果】
この発明により、燃焼効率が高まるとともに、熱回収効率も高まる。
【００５９】
また、被加熱物の酸化を防止しようとした場合に、燃焼効率が低下することがない。
【００６０】
さらには、未燃焼の可燃成分を完全燃焼させても、蓄熱体の寿命が低下しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態の加熱炉の操業方法の説明図である。
【図２】本発明の第二の実施形態の加熱炉の操業方法の説明図である。
【図３】本発明の第三の実施形態の加熱炉の操業方法の説明図である。
【図４】従来の蓄熱型交番燃焼バーナの説明図である。
【符号の説明】
１  加熱炉
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  蓄熱式燃焼バーナ
３  燃焼排ガス
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  蓄熱体
５Ａ、５Ｂ  切替弁
６  燃焼排ガス本管
７  試料採取管
８  成分分析器
９  補助燃焼用空気弁制御器
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ  補助燃焼用空気弁
１１  燃焼用空気配管
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ  補助燃焼用空気配管
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３  流体通路
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ  燃料遮断弁
１５  理論空気量演算器
１６  補助燃焼用空気流量制御器
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ  補助燃焼用空気弁
１８  補助燃焼用空気本管
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ  補助燃焼用空気枝管
２０  補助燃焼用空気流量調整弁
２１  補助燃焼用空気配管
２２  温度計
２３  常温空気配管
【図１】
0003617202.tif 000002
【図２】
0003617202.tif 000003
【図３】
0003617202.tif 000004
【図４】
0003617202.tif 000005