(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄熱式バーナーと少なくとも１台の循環送風機を備えた蓄熱式バーナー炉の操業方法であって、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度が９００℃以上に保たれた状態においては、蓄熱式バーナーの燃焼排ガスのうち蓄熱体を通過した燃焼排ガスを、混合後の酸素濃度が７〜１７％となるように空気と混合しながら前記循環送風機により吸引し、かつ、この酸素濃度が調整されたガスの内、燃焼に必要な量のガスは前記循環送風機により蓄熱式バーナーに供給して８００℃以上の温度となし、燃料と混合して燃焼を行い、蓄熱式バーナーに供給されなかった余分なガスは、加熱炉の煙道より系外に排気することを特徴とする蓄熱式バーナー炉の操業方法。
【請求項２】
複数の蓄熱式バーナーと少なくとも１台の循環送風機を備えた蓄熱式バーナー炉の操業方法であって、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度が９００℃未満に保たれた状態においては、蓄熱式バーナーの燃焼排ガスのうち蓄熱体を通過した燃焼排ガスを、混合後の酸素濃度が１７〜２０％となるように空気と混合しながら前記循環送風機により吸引し、かつ、この酸素濃度が調整されたガスの内、燃焼に必要な量のガスは前記循環送風機により蓄熱式バーナーに供給して燃料と混合して燃焼を行い、蓄熱式バーナーに供給されなかった余分なガスは、加熱炉の煙道より系外に排気することを特徴とする蓄熱式バーナー炉の操業方法。
【請求項３】
複数の蓄熱式バーナーと少なくとも１台の循環送風機を備えた蓄熱式バーナー炉の操業方法であって、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度が１１００℃以上に保たれた状態においては、蓄熱式バーナーの燃焼排ガスのうち蓄熱体を通過した燃焼排ガスを、混合後の酸素濃度が５〜１０％となるように空気と混合しながら前記循環送風機により吸引し、かつ、この酸素濃度が調整されたガスの内、燃焼に必要な量のガスは前記循環送風機により蓄熱式バーナーに供給して８００℃以上の温度となし、燃料と混合して燃焼を行い、蓄熱式バーナーに供給されなかった余分なガスは、加熱炉の煙道より系外に排気することを特徴とする蓄熱式バーナー炉の操業方法。
【請求項４】
複数の蓄熱式バーナーと少なくとも１台の循環送風機を備えた蓄熱式バーナー炉の操業方法であって、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度が９００℃以上に保たれた状態においては、蓄熱式バーナーの燃焼排ガスのうち蓄熱体を通過した燃焼排ガスを、混合後の酸素濃度が７〜１７％となるように空気と混合しながら前記循環送風機により吸引し、かつ、この酸素濃度が調整されたガスの内、燃焼に必要な量のガスは前記循環送風機により蓄熱式バーナーに供給して８００℃以上の温度となし、燃料と混合して燃焼を行い、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度が９００℃未満に保たれた状態においては、蓄熱式バーナーの燃焼排ガスのうち蓄熱体を通過した燃焼排ガスを、混合後の酸素濃度が１７〜２０％となるように空気と混合しながら前記循環送風機により吸引し、かつ、この酸素濃度が調整されたガスの内、燃焼に必要な量のガスは前記循環送風機により蓄熱式バーナーに供給して燃料と混合して燃焼を行い、いずれの場合にも、蓄熱式バーナーに供給されなかった余分なガスは、加熱炉の煙道より系外に排気することを特徴とする蓄熱式バーナー炉の操業方法。
【請求項５】
複数の蓄熱式バーナーと少なくとも１台の循環送風機を備えた蓄熱式バーナー炉の操業方法であって、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度が１１００℃以上に保たれた状態においては、蓄熱式バーナーの燃焼排ガスのうち蓄熱体を通過した燃焼排ガスを、混合後の酸素濃度が５〜１０％となるように空気と混合しながら前記循環送風機により吸引し、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度が９００℃以上１１００℃未満に保たれた状態においては、蓄熱式バーナーの燃焼排ガスのうち蓄熱体を通過した燃焼排ガスを、混合後の酸素濃度が７〜１７％となるように空気と混合しながら前記循環送風機により吸引し、かつ、前記いずれの場合にも、この酸素濃度が調整されたガスの内、燃焼に必要な量のガスは前記循環送風機により蓄熱式バーナーに供給して８００℃以上の温度となし、燃料と混合して燃焼を行い、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度が９００℃未満に保たれた状態においては、蓄熱式バーナーの燃焼排ガスのうち蓄熱体を通過した燃焼排ガスを、混合後の酸素濃度が１７〜２０％となるように空気と混合しながら前記循環送風機により吸引し、かつ、この酸素濃度が調整されたガスの内、燃焼に必要な量のガスは前記循環送風機により蓄熱式バーナーに供給して燃料と混合して燃焼を行い、いずれの場合にも、蓄熱式バーナーに供給されなかった余分なガスは、加熱炉の煙道より系外に排気することを特徴とする蓄熱式バーナー炉の操業方法。
【請求項６】
複数の蓄熱式バーナーと少なくとも１台の循環送風機を備えた蓄熱式バーナー炉であって、各蓄熱式バーナーの排気管を集合した集合排気管が前記循環送風機の吸い込み側に接続されると共に、空気管が吸い込み空気調節弁を介して前記集合排気管に接続され、前記循環送風機の吹き出し側の配管は、燃焼空気調節弁を介して各蓄熱式バーナーの燃焼空気供給管に接続されると共に、煙道に接続されており、前記循環送風機を通過するガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度計と、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度を測定する炉内温度計と、前記酸素濃度計で測定された酸素濃度が前記炉内温度計で測定された炉内雰囲気温度に応じた目標酸素濃度となるように、前記吸い込み空気調節弁を調節する手段と、燃焼に必要な燃焼空気量を蓄熱式バーナーに供給するように、前記燃焼空気調節弁を調節する手段とが設けられていることを特徴とする蓄熱式バーナー炉。
【請求項７】
複数の蓄熱式バーナーと少なくとも１台の循環送風機を備えた蓄熱式バーナー炉であって、各蓄熱式バーナーの排気管を集合した集合排気管が前記循環送風機の吸い込み側に接続されると共に、空気管が吸い込み空気調節弁を介して前記集合排気管に接続され、前記循環送風機の吹き出し側の配管は、燃焼空気弁を介して各蓄熱式バーナーの燃焼空気供給管に接続されると共に、排ガス調節弁を介して煙道に接続されており、前記循環送風機を通過するガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度計と、蓄熱式バーナー炉の炉内温度を測定する炉内温度計と、前記酸素濃度計で測定された酸素濃度が前記炉内温度計で測定された温度に応じた目標酸素濃度となるように、前記吸い込み空気調節弁を調節する手段と、燃焼に必要な燃焼空気量を蓄熱式バーナーに供給するように、前記排ガス調節弁を調節する手段とが設けられていることを特徴とする蓄熱式バーナー炉。
【請求項８】
酸素濃度計で測定された酸素濃度が炉内温度計で測定された温度に応じた目標酸素濃度となるように、吸い込み空気調節弁を調節する手段が、炉内温度が９００℃以上に保たれた状態においては、目標酸素濃度が７〜１７％となるように吸い込み空気調節弁を調節する手段であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の蓄熱式バーナー炉。
【請求項９】
酸素濃度計で測定された酸素濃度が炉内温度計で測定された温度に応じた目標酸素濃度となるように、吸い込み空気調節弁を調節する手段が、炉内温度が９００℃未満に保たれた状態においては、目標酸素濃度が１７〜２０％となるように吸い込み空気調節弁を調節する手段であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の蓄熱式バーナー炉。
【請求項１０】
酸素濃度計で測定された酸素濃度が炉内温度計で測定された温度に応じた目標酸素濃度となるように、吸い込み空気調節弁を調節する手段が、炉内温度が１１００℃以上に保たれた状態においては、目標酸素濃度が５〜１０％となるように吸い込み空気調節弁を調節する手段であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の蓄熱式バーナー炉。
【請求項１１】
酸素濃度計で測定された酸素濃度が炉内温度計で測定された温度に応じた目標酸素濃度となるように、吸い込み空気調節弁を調節する手段が、炉内温度が９００℃以上に保たれた状態においては、目標酸素濃度が７〜１７％となるように、かつ、炉内温度が９００℃未満に保たれた状態においては、目標酸素濃度が１７〜２０％となるように吸い込み空気調節弁を調節する手段であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の蓄熱式バーナー炉。
【請求項１２】
酸素濃度計で測定された酸素濃度が炉内温度計で測定された温度に応じた目標酸素濃度となるように、吸い込み空気調節弁を調節する手段が、炉内温度が１１００℃以上に保たれた状態においては、目標酸素濃度が７〜１０％となるように、炉内温度が９００℃以上１１００℃未満に保たれた状態においては、目標酸素濃度が５〜１７％となるように、かつ、炉内温度が９００℃未満に保たれた状態においては、目標酸素濃度が１７〜２０％となるように吸い込み空気調節弁を調節する手段であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の蓄熱式バーナー炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱式バーナー炉の操業方法及び蓄熱式バーナー炉に関するもので、特に、従来の蓄熱バーナー炉に比べて簡単な設備で高温予熱空気燃焼を可能として省エネルギーを達成すると共に、窒素酸化物の発生をも抑制することができる蓄熱式バーナー炉の操業方法及び蓄熱式バーナー炉に関するものでものである。
【０００２】
【従来の技術】
蓄熱式バーナは、個々のバーナに付随して蓄熱体を取付け、燃焼排気ガスと燃焼空気との間で熱交換を行い高温予熱空気を得て熱効率の高い燃焼を行うことのできるバーナである。また、蓄熱式バーナ炉は、蓄熱式バーナを取付けた加熱炉である。
【０００３】
図３に蓄熱式バーナ炉の概念図を示す。加熱炉に設置される蓄熱式バーナの台数は必要に応じて増減するが、ここでは例として４台の蓄熱式バーナを設置した例を示す。図３において、１は蓄熱式バーナー炉である。２は蓄熱式バーナーで、（あ）、（い）、（う）、（え）の４台が設けられている。３は燃料配管、４は空気供給ファン、５は排気ファンである。
【０００４】
２１は各蓄熱式バーナに取り付けた蓄熱体である。蓄熱体は比表面積が大きくガスの通過抵抗が小さいことが好ましい。さらに、質量が小さく温度変化に対する応答性が良いのが好ましく、例えばセラミックハニカムが用いられている。
【０００５】
２２は燃料調節弁で、図には示されていない燃料供給源より、加圧された燃料が燃料配管３を経て供給され、当該バーナの燃料調節弁２２が開いている時間内のみ、その開度に応じた量の燃料が当該バーナに供給される。
【０００６】
２３は燃焼空気調節弁で、空気供給ファン４より加圧された空気が供給される。当該バーナの燃焼空気調節弁２３が開いている時間内のみ、蓄熱体２１を通過して予熱された空気が、燃焼空気調節弁２３の開度に応じて、当該バーナに供給される。
【０００７】
２４は燃焼排ガス弁である。燃焼排ガス弁２４が開いている時間内のみ当該バーナの蓄熱体を通過した燃焼排ガスが排気ファン５に吸引され、排気管５１を経て加熱炉の煙道１１に放出される。Ａは蓄熱式バーナー炉１内の別な場所で発生した高温ガスの流れを示す。
【０００８】
図３において、例えば蓄熱式バーナー（あ）、（い）が燃焼状態にある場合には、蓄熱式バーナ（あ）、（い）の燃料調節弁２２が開いて燃料が供給される。また、蓄熱式バーナ（あ）、（い）の燃焼空気調節弁２３が開き、燃焼排ガス弁２４が閉じて蓄熱体２１に空気が押込まれる。蓄熱体を通過した空気は蓄熱体より熱を奪って高温の予熱空気となって炉内側に供給される。
【０００９】
一方、このとき蓄熱式バーナ（う）、（え）では、燃料調節弁２２、燃焼空気調節弁２３が閉じ、燃焼排ガス弁２４が開いており、燃焼排ガスは、バーナ（う）、（え）より吸引され、バーナ（う）、（え）の蓄熱体２１を経てこれを加熱した後、集合排気管２６を通って排気ファン５により排気される。また、余剰の燃焼排ガスがある場合には加熱炉の煙道１１からも排気される。
【００１０】
このとき、適切に設計されたハニカム式蓄熱体を備えた蓄熱式バーナにおいて、例えば炉内ガス温度が約１３００℃の場合、バーナ（あ）、（い）の蓄熱体に供給される燃焼空気の温度が約３０℃であるとすると、蓄熱体２１で加熱されて約１２５０℃の予熱空気となる。また、燃焼排ガスの大部分は約１３００℃の温度でバーナ（う）、（え）の蓄熱体２１を通過し、これを加熱して約２００℃で排気される。蓄熱式バーナを用いた加熱炉で蓄熱燃焼を行う場合には、一定時間毎にバーナ（あ）、（い）とバーナ（う）、（え）の燃焼を切り替える交番燃焼が行われる。切り替え時間は概略３０秒〜２分間と短いのが普通である。
【００１１】
そして、燃焼が切り替わり、バーナ（う）、（え）が燃焼状態になった場合には、バーナ（う）、（え）の燃料調節弁２２と燃焼空気調節弁２３が開き、燃焼排ガス弁２４が閉じて蓄熱体２１に空気が供給される。蓄熱体を通過した空気は蓄熱体より熱を奪って高温の予熱空気となって炉内側に供給される。一方、このときバーナ（あ）、（い）では、燃料調節弁２２、燃焼空気調節弁２３は閉じて燃焼排ガス弁２４が開いており、燃焼排気ガスは、バーナ（あ）、（い）より吸引され、蓄熱体２１を経てこれを加熱した後排気ファン５により排気される。
【００１２】
このような蓄熱式バーナでは、交番燃焼がおこなわれるため炉内温度分布が均一化され、かつ一方のバーナの燃焼で発生した燃焼排ガスを蓄熱中の他のバーナが吸引するため、バーナペア間でガス流れ収支が満足され、これらのバーナから離れた部分への燃焼排ガスの流れ込みが少なくなる。よって、他の部分への熱的影響が極めて小さくなる特徴がある。また、燃焼排ガスの顕熱を回収し極めて高温の予熱空気が得られるので、大幅な省エネルギが期待できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の蓄熱式バーナを設置した加熱炉では、蓄熱式バーナに空気を供給するための燃焼空気ファン４、蓄熱式バーナより燃焼排気ガスを吸引するための排気ファン５が必要であった。
【００１４】
さらに、蓄熱式バーナーでの燃焼は、高温の予熱空気による燃焼であるため窒素酸化物の生成量が増加しやすい。この対策として、特殊な低ＮＯｘバーナを用いたり、燃焼排気ガスで燃焼空気を希釈して低ＮＯｘ化を計る方法が取られている。
【００１５】
燃焼排気ガスで燃焼空気を希釈して低ＮＯｘ化を計る場合には、燃焼排気ガスで燃焼空気を希釈するために、燃焼排気ガスを加熱炉から抽気し、燃焼空気と混合するためのブロワが必要となる。
【００１６】
これらの理由により、従来の蓄熱式バーナを用いた加熱炉では設備費が高くなる傾向があった。
【００１７】
本発明は、これらの問題点を解決するためになされたもので、１種類のブロワで従来の複数種類のブロワを代替し、かつ低ＮＯｘ燃焼も同時に達成する、簡便で安価な蓄熱式バーナー炉の操業方法、及びこれらの方法を実施するのに適した蓄熱式バーナー炉を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、複数の蓄熱式バーナーと少なくとも１台の循環送風機を備えた蓄熱式バーナー炉の操業方法であって、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度が９００℃以上に保たれた状態においては、蓄熱式バーナーの燃焼排ガスのうち蓄熱体を通過した燃焼排ガスを、混合後の酸素濃度が７〜１７％となるように空気と混合しながら前記循環送風機により吸引し、かつ、この酸素濃度が調整されたガスの内、燃焼に必要な量のガスは前記循環送風機により蓄熱式バーナーに供給して８００℃以上の温度となし、燃料と混合して燃焼を行い、蓄熱式バーナーに供給されなかった余分なガスは、加熱炉の煙道より系外に排気することを特徴とする蓄熱式バーナー炉の操業方法（請求項１）により解決される。
【００１９】
また、前記課題は、複数の蓄熱式バーナーと少なくとも1台の循環送風機を備えた蓄熱式バーナー炉の操業方法であって、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度が９００℃未満に保たれた状態においては、蓄熱式バーナーの燃焼排ガスのうち蓄熱体を通過した燃焼排ガスを、混合後の酸素濃度が１７〜２０％となるように空気と混合しながら前記循環送風機により吸引し、かつ、この酸素濃度が調整されたガスの内、燃焼に必要な量のガスは前記循環送風機により蓄熱式バーナーに供給して燃料と混合して燃焼を行い、蓄熱式バーナーに供給されなかった余分なガスは、加熱炉の煙道より系外に排気することを特徴とする蓄熱式バーナー炉の操業方法（請求項２）によっても解決される。
【００２０】
前記課題は、さらに、複数の蓄熱式バーナーと少なくとも１台の循環送風機を備えた蓄熱式バーナー炉の操業方法であって、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度が１１００℃以上に保たれた状態においては、蓄熱式バーナーの燃焼排ガスのうち蓄熱体を通過した燃焼排ガスを、混合後の酸素濃度が５〜１０％となるように空気と混合しながら前記循環送風機により吸引し、かつ、この酸素濃度が調整されたガスの内、燃焼に必要な量のガスは前記循環送風機により蓄熱式バーナーに供給して８００℃以上の温度となし、燃料と混合して燃焼を行い、蓄熱式バーナーに供給されなかった余分なガスは、加熱炉の煙道より系外に排気することを特徴とする蓄熱式バーナー炉の操業方法（請求項３）によっても解決される。
【００２１】
さらに、これらを組み合わせた、複数の蓄熱式バーナーと少なくとも１台の循環送風機を備えた蓄熱式バーナー炉の操業方法であって、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度が９００℃以上に保たれた状態においては、蓄熱式バーナーの燃焼排ガスのうち蓄熱体を通過した燃焼排ガスを、混合後の酸素濃度が７〜１７％となるように空気と混合しながら前記循環送風機により吸引し、かつ、この酸素濃度が調整されたガスの内、燃焼に必要な量のガスは前記循環送風機により蓄熱式バーナーに供給して８００℃以上の温度となし、燃料と混合して燃焼を行い、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度が９００℃未満に保たれた状態においては、蓄熱式バーナーの燃焼排ガスのうち蓄熱体を通過した燃焼排ガスを、混合後の酸素濃度が１７〜２０％となるように空気と混合しながら前記循環送風機により吸引し、かつ、この酸素濃度が調整されたガスの内、燃焼に必要な量のガスは前記循環送風機により蓄熱式バーナーに供給して燃料と混合して燃焼を行い、いずれの場合にも、蓄熱式バーナーに供給されなかった余分なガスは、加熱炉の煙道より系外に排気することを特徴とする蓄熱式バーナー炉の操業方法（請求項４）によって、より大きな効果が得られる。
【００２２】
また、複数の蓄熱式バーナーと少なくとも１台の循環送風機を備えた蓄熱式バーナー炉の操業方法であって、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度が１１００℃以上に保たれた状態においては、蓄熱式バーナーの燃焼排ガスのうち蓄熱体を通過した燃焼排ガスを、混合後の酸素濃度が５〜１０％となるように空気と混合しながら前記循環送風機により吸引し、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度が９００℃以上１１００℃未満に保たれた状態においては、蓄熱式バーナーの燃焼排ガスのうち蓄熱体を通過した燃焼排ガスを、混合後の酸素濃度が７〜１７％となるように空気と混合しながら前記循環送風機により吸引し、かつ、前記いずれの場合にも、この酸素濃度が調整されたガスの内、燃焼に必要な量のガスは前記循環送風機により蓄熱式バーナーに供給して８００℃以上の温度となし、燃料と混合して燃焼を行い、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度が９００℃未満に保たれた状態においては、蓄熱式バーナーの燃焼排ガスのうち蓄熱体を通過した燃焼排ガスを、混合後の酸素濃度が１７〜２０％となるように空気と混合しながら前記循環送風機により吸引し、かつ、この酸素濃度が調整されたガスの内、燃焼に必要な量のガスは前記循環送風機により蓄熱式バーナーに供給して燃料と混合して燃焼を行い、いずれの場合にも、蓄熱式バーナーに供給されなかった余分なガスは、加熱炉の煙道より系外に排気することを特徴とする蓄熱式バーナー炉の操業方法（請求項５）によれば、更に大きな効果が得られる。
【００２３】
これらの操業方法を実施するのには、複数の蓄熱式バーナーと少なくとも１台の循環送風機を備えた蓄熱式バーナー炉であって、各蓄熱式バーナーの排気管を集合した集合排気管が前記循環送風機の吸い込み側に接続されると共に、空気管が吸い込み空気調節弁を介して前記集合排気管に接続され、前記循環送風機の吹き出し側の配管は、燃焼空気調節弁を介して各蓄熱式バーナーの燃焼空気供給管に接続されると共に、煙道に接続されており、前記循環送風機を通過するガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度計と、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度を測定する炉内温度計と、前記酸素濃度計で測定された酸素濃度が前記炉内温度計で測定された炉内雰囲気温度に応じた目標酸素濃度となるように、前記吸い込み空気調節弁を調節する手段と、燃焼に必要な燃焼空気量を蓄熱式バーナーに供給するように、前記燃焼空気調節弁を調節する手段とが設けられていることを特徴とする蓄熱式バーナー炉（請求項６）が好適である。
【００２４】
同様、複数の蓄熱式バーナーと少なくとも１台の循環送風機を備えた蓄熱式バーナー炉であって、各蓄熱式バーナーの排気管を集合した集合排気管が前記循環送風機の吸い込み側に接続されると共に、空気管が吸い込み空気調節弁を介して前記循環送風機の吸い込み側に接続され、前記循環送風機の吹き出し側の配管は、燃焼空気弁を介して各蓄熱式バーナーの燃焼空気供給管に接続されると共に、排ガス調節弁を介して煙道に接続されており、前記循環送風機を通過するガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度計と、蓄熱式バーナー炉の温度を測定する炉内温度計と、前記酸素濃度計で測定された酸素濃度が前記炉内温度計で測定された炉内雰囲気温度に応じた目標酸素濃度となるように、前記吸い込み空気調節弁を調節する手段と、燃焼に必要な燃焼空気量を蓄熱式バーナーに供給するように、前記排ガス調節弁を調節する手段とが設けられていることを特徴とする蓄熱式バーナー炉（請求項７）も、前記操業方法を実施するのに好適である。
ここに、燃焼空気弁とは、流量調節機能を有する弁及び有しない弁を総称するものである。
【００２５】
前記請求項６及び請求項７に記載の蓄熱式バーナー炉において、吸い込み空気調節弁を調節する手段を、炉内温度が９００℃以上に保たれた状態においては、目標酸素濃度が７〜１７％となるように吸い込み空気調節弁を調節する手段とする（請求項８）ことにより、請求項１に記載の操業方法が実施できる。
【００２６】
また、前記請求項６及び請求項７に記載の蓄熱式バーナー炉において、吸い込み空気調節弁を調節する手段を、炉内温度が９００℃未満に保たれた状態においては、目標酸素濃度が１７〜２０％となるように吸い込み空気調節弁を調節する手段とする（請求項９）ことにより、請求項２に記載の操業方法が実施できる。
【００２７】
さらに、前記請求項６及び請求項７に記載の蓄熱式バーナー炉において、吸い込み空気調節弁を調節する手段を、炉内温度が１１００℃以上に保たれた状態においては、目標酸素濃度が５〜１０％となるように吸い込み空気調節弁を調節する手段とする（請求項１０）ことにより、請求項３に記載の操業方法が実施できる。
【００２８】
前記請求項６及び請求項７に記載の蓄熱式バーナー炉において、吸い込み空気調節弁を調節する手段を、炉内温度が９００℃以上に保たれた状態においては、目標酸素濃度が７〜１７％となるように、かつ、炉内温度が９００℃未満に保たれた状態においては、目標酸素濃度が１７〜２０％となるように吸い込み空気調節弁を調節する手段とする（請求項１１）ことにより、請求項４に記載の操業方法が実施できる。
【００２９】
また、前記請求項６及び請求項７に記載の蓄熱式バーナー炉において、吸い込み空気調節弁を調節する手段を、炉内温度が１１００℃以上に保たれた状態においては、目標酸素濃度が５〜１０％となるように、炉内温度が９００℃以上１１００℃未満に保たれた状態においては、目標酸素濃度が７〜１７％となるように、かつ、炉内温度が９００℃未満に保たれた状態においては、目標酸素濃度が２０〜１７％となるように吸い込み空気調節弁を調節する手段とする（請求項１２）ことにより、請求項５に記載の操業方法が実施できる。
以上の請求項６ないし請求項１２の発明の説明において、燃焼空気調節弁、燃焼空気遮断弁は、各蓄熱式バーナー毎に設けてもよいし、複数の蓄熱式バーナーをグループとして使用する場合には、各グループ毎に設けてもよい。
【００３０】
（作用）
図２は、雑誌「省エネルギー」、Vol.48、No.10 、（1996年発行）に掲載された論文「進展する高温空気燃焼技術」に記載された図であり、酸素と窒素の混合物である希釈空気の温度と希釈空気中の酸素濃度を変数として、天然ガスの燃焼可能範囲を整理して示したものである。
【００３１】
図２において、「不燃域」は安定した燃焼ができない範囲で、工業用バーナの設計範囲として不可である領域である。領域Ｉ（通常火炎域）は金属管式熱交換器による熱回収を行い燃焼空気を予熱する、従来の工業用バーナの設計範囲である。領域II（高温火炎領域）は、例えば蓄熱式バーナにより高温の予熱空気を得て燃焼させるが、空気と燃料とをバーナ直近で混合させ高温の火炎を形成させる方式の工業用バーナの設計範囲であって、ＮＯｘの発生が問題となる領域である。領域III （新燃焼領域）は、燃焼空気を不活性ガスで希釈して酸素濃度を下げ、かつ希釈空気の温度を８００〜９００℃以上の高温に維持しつつ燃焼させる領域で、安定燃焼の継続が可能でかつ低ＮＯｘ燃焼が可能な領域である。従って、蓄熱式バーナを用いて高温の希釈空気を得て領域III での燃焼を行う燃焼システムを工業的に実現できれば、省エネルギと低ＮＯｘ燃焼の両立が可能となる。
【００３２】
本発明の請求項１に記載される発明によれば、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度が９００℃以上に保たれた状態において、蓄熱式バーナーの燃焼排ガスのうち蓄熱体を通過した燃焼排気ガスはその酸素濃度が７〜１７％に調整されるように空気と混合されながら前記循環送風機により吸引され、かつ、酸素濃度が調整されたガスの必要量は前記循環送風機により蓄熱バーナーに供給されて８００℃以上の高温の希釈空気として燃料と混合して燃焼が行われる。
【００３３】
これにより、蓄熱式バーナにより高効率で熱回収を行い、燃焼排ガスと空気との混合により酸素濃度を調整して図２の領域III での燃焼を実現することができる。かつそのような動作を１種類の循環送風機でまかない、設備費の低廉化をも達成することができる。
【００３４】
炉内雰囲気温度が９００℃以上の場合には、燃焼空気の酸素濃度が７％以上であれば、領域IIIでの燃焼とすることができる。よって、酸素濃度の下限を７％とする。また、燃焼空気の酸素濃度が１８％を超えると、ＮＯxの発生量が規制値に近づくので、酸素濃度の上限を１７％としている。
【００３５】
本発明の請求項２に記載される発明によれば、蓄熱式バーナー炉の炉内雰囲気温度が９００℃未満に保たれた状態においては、蓄熱式バーナーの燃焼排ガスのうち蓄熱体を通過した燃焼気ガスはその酸素濃度が１５〜２０％に調整されるように空気と混合されながら前記循環送風機により吸引され、かつ、酸素濃度が調整されたガスの必要量は前記循環送風機により蓄熱バーナーに供給されて助燃ガスとなって燃料と混合して燃焼が行わる。
【００３６】
これにより、図２の領域Ｉ（通常火炎域）での燃焼となるが、燃焼制御系に設置される循環送風機は１種類でよく、従って設備費の低廉化を達成することができる。
【００３７】
炉内雰囲気温度が１１００℃以上となると、燃焼空気中の酸素濃度が４％以上あれば図２の領域IIIでの燃焼が可能である。また、燃焼空気中の酸素濃度が１３％を超えると、ＮＯxの発生量が規制値に近づく。よって、請求項３に記載される発明においては、酸素濃度の範囲を５〜１０％としている。
【００３８】
請求項４及び請求項５に記載される発明は、炉内温度雰囲気温度が変化する炉において、それぞれ、請求項１と請求項２に記載される発明、請求項１ないし請求項３に記載される発明を組み合わせたものであり、各々の炉内雰囲気温度にて最適な燃焼を実施することができる。
【００３９】
請求項６に記載される発明においては、循環送風機が、集合排気管より蓄熱式バーナーを通過した排ガスを吸引すると共に、吸い込み空気調節弁を通して空気を吸引する。循環送風機を通過するガス中の酸素濃度は酸素濃度計で計測されている。そして、酸素濃度計で測定された酸素濃度が炉内温度計で測定された温度に応じた目標濃度となるように、前記吸い込み空気調節弁が調節される。そして、燃焼に必要な燃焼空気量を蓄熱式バーナーに供給するように、燃焼空気調節弁が調節される。よって、請求項１ないし請求項５に記載の発明を実施することができる。
【００４０】
請求項７に記載される発明においては、循環送風機が、集合排気管より蓄熱式バーナーを通過した排ガスを吸引すると共に、吸い込み空気調節弁を通して空気を吸引する。循環送風機を通過するガス中の酸素濃度は酸素濃度計で計測されている。そして、酸素濃度計で測定された酸素濃度が炉内温度計で測定された温度に応じた目標濃度となるように、前記吸い込み空気調節弁が調節される。そして、燃焼に必要な燃焼空気量を蓄熱式バーナーに供給するように、排ガス調節弁が調節される。よって、請求項１ないし請求項５に記載の発明を実施することができる。
【００４１】
請求項８ないし請求項１２に記載される発明は、それぞれ、請求項１ないし請求項５の発明が実施できるように、吸い込み空気調節弁を調節する手段の作用を特定したものである。
【００４２】
【発明の実施の態様】
図１は、本発明の実施の態様の１例を示す図である。図１において、図３と同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００４３】
蓄熱式バーナー炉１の一部に４台の蓄熱式バーナ２が設置されており、、かつ、蓄熱式バーナー炉１の図には示さない場所には別な蓄熱式バーナおよび蓄熱式ではないバーナが設置されている。加熱炉に設置される蓄熱式バーナの台数は４台に限らず、必要に応じて増減するが、ここでは例として４台の蓄熱式バーナ（あ）、（い）、（う）、（え）を設置した例について示す。
【００４４】
燃料調節弁２２には、図には示されていない燃料供給源より加圧された燃料が配管３を経て供給され、当該バーナの燃料調節弁２２が開いている時間内のみ、当該バーナに開度に応じた量の燃料が供給される。
【００４５】
燃焼空気調節弁２３には、循環送風機６より加圧された希釈空気が供給される。当該バーナの燃焼空気調節弁２３が開いている時間内のみ、当該バーナに蓄熱体２１を通過して予熱された希釈空気が、燃焼空気調節弁２３の開度に応じた量だけ供給される。
【００４６】
２４は燃焼排ガス弁であり、当該バーナの燃焼排ガス弁２４が開いている時間内のみ当該バーナの蓄熱体を通過した燃焼排ガスが集合排気管２６を通して循環送風機６により吸引される。
【００４７】
２５は蓄熱体の高温側に取り付けた温度計で、希釈空気の温度を確認するためのものである。７は集合排気管２６に結合された吸い込み空気調節弁、９は酸素濃度計である。
【００４８】
吸い込み空気調節弁７からは、その開度に応じた量の空気が、集合排気管２６を通して循環送風機６に吸い込まれ、燃焼排ガスと混合される。循環送風機６に吸引されるガスは酸素濃度計９により酸素濃度が測定され、図には示さない制御装置により、その濃度が所定の濃度になるように吸い込み空気調節弁７の開度が調整される。８は排ガス調節弁であって、循環送風機６より排気される希釈空気のうち、蓄熱式バーナに供給されない余剰分を流量制御または圧力制御しつつ加熱炉１の煙道１１から排気するためのものである。
【００４９】
なお、この実施の態様では、燃焼空気調節弁２３と排ガス調節弁８の２系統の調節弁を設置しているが、可能な場合には、排ガス調節弁８の変わりに単なる絞り又は流量調整機能を有しない弁を設け、燃焼空気調節弁２３のみで、燃焼に使用するガス量と放散されるガス量を調節してもよい。逆に、燃焼空気調節弁２３の代わりに遮断弁等の流量調節機能を有しない弁を設け、排ガス調節弁８のみで、燃焼に使用するガス量と放散されるガス量を調節してもよい。
【００５０】
１２は炉内雰囲気温度を測定するための温度計である。さらに、１３は加熱炉１の煙道１１中を流れる燃焼排ガス中のＮＯｘを測定するために臨時に設置するＮＯｘ濃度計である。 Ａは加熱炉内の別な場所で発生した蓄熱式バーナの燃焼排ガスのうちバーナに吸引されなかったガス、および蓄熱式ではないバーナよりの燃焼排ガスによる高温ガスの流れを示す。
【００５１】
図１において、例えばバーナ（あ）、（い）が燃焼状態にある場合には、バーナ（あ）、（い）の燃料調節弁２２が開いて燃料が供給される。また、バーナ（あ）、（い）の燃焼空気調節弁２３が開き燃焼排ガス弁２４が閉じて蓄熱体２１に希釈空気が押込まれる。蓄熱体を通過した空気は蓄熱体より熱を奪って高温の予熱空気となって炉内側に供給される。
【００５２】
一方、このときバーナ（う）、（え）では、燃料調節弁２２、燃焼空気調節弁２３が閉じ、燃焼排ガス弁２４が開いており、燃焼排ガスは、バーナ（う）、（え）より吸引され、バーナ（う）、（え）の蓄熱体２１を経てこれを加熱した循環送風機６により排気される。また、余剰の燃焼排ガスがある場合には加熱炉の煙道１１からも排気される。
【００５３】
このとき、本発明によるハニカム式蓄熱体を備えた蓄熱式バーナにおいては、例えば炉内ガス温度が１３００℃の場合、バーナ（あ）、（い）の蓄熱体に供給される希釈空気の温度が３０℃とすると、蓄熱体２１で加熱されて約１２５０℃の予熱希釈空気となる。また、燃焼排ガスの大部分は１３００℃の温度でバーナ（う）、（え）の蓄熱体２１を通過し、これを加熱して約２００℃で排気される。
【００５４】
この実施の態様においては、蓄熱体の高温側に温度計２５を設置し、高温希釈空気の温度を監視し、かつこの温度と温度計１２により測定される炉内ガス温度との偏差が既定値（例えば５０℃）以内となるように、循環送風機６にて各バーナより吸引する燃焼排ガス流量を調整している。これは、炉内ガス温度の変化や、バーナの燃焼負荷の変化、さらには希釈空気の酸素濃度の変化などにより、発生する燃焼排ガス量や希釈空気流量が変動するため、予熱された希釈空気の温度を常に所定の温度以上に維持するためである。
【００５５】
より具体的には、予熱希釈空気温度が所定の温度（例えば炉内雰囲気温度−５０℃）より低下する場合には、炉内より蓄熱バーナを経て吸引する燃焼排ガス流量を増加させ、予熱希釈空気温度が所定の温度より増加する場合には、炉内より蓄熱バーナを経て吸引する燃焼排ガス流量を減少させるのである。
【００５６】
燃焼排ガス流量の調節は、循環送風機６の回転数を変えるか、燃焼排ガス弁２４に流量調節機能を持たせて、その開度を変えることによって行う。
【００５７】
次に、希釈空気中の酸素濃度の調整方法について説明する。まず、本発明の試運転時にさまざまな条件で加熱炉の操業を行い、同時に加熱炉１の煙道１１中を流れる燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度測定、及びバーナの燃焼の安定性の調査を実施した。この測定調査結果に基づき、加熱炉操業条件別に、ＮＯｘ排出濃度が環境規制値を満たし、かつバーナの安定燃焼が維持できる希釈空気中の酸素濃度上限値をあらかじめ求めておき、さらには蓄熱式バーナの安定燃焼が維持できる酸素濃度の下限値をも求めておき、実操業においては、試運転で決定した希釈空気中の酸素濃度下限値となるように、酸素濃度計９で監視しながら吸い込み空気調節弁７の開度を調整するのである。
【００５８】
試運転結果によれば、製鉄所の副生ガスであるコークス炉ガスや高炉ガスおよび転炉ガスの混合ガスの混合物を燃料ガスとする操業において、炉温が９００℃以上１１００℃未満では希釈空気中の酸素濃度が７％以上で蓄熱式バーナの安定燃焼が可能で、酸素濃度を増加させると安定燃焼は維持できるもののＮＯｘ発生量が増加する傾向が見られ、希釈空気中の酸素濃度が１８％を超えると規制値に近づくことが確認された、従って、炉温が９００℃以上１１００℃未満では希釈空気中の酸素濃度を７〜１７％に調整して操業することとしている。
【００５９】
また、炉温が１１００℃以上では希釈空気中の酸素濃度が４％以上で蓄熱式バーナの安定燃焼が可能で、酸素濃度を増加させると安定燃焼は維持できるもののＮＯｘ発生量が増加する傾向が見られ、希釈空気中の酸素濃度が１３％を超えると規制値に近づくことが確認された、従って、炉温が１１００℃以上では希釈空気中の酸素濃度を５〜１０％に調整して操業することとしている。
【００６０】
また、試運転結果によれば、製鉄所の副生ガスであるコークス炉ガスや高炉ガスおよび転炉ガスの混合ガスの混合物を燃料ガスとする操業において、炉温が９００℃未満では、希釈空気中の酸素濃度が１５％以上で蓄熱式バーナの安定燃焼が可能で、ＮＯｘ発生量も問題がない。従って、炉温が９００℃未満では、希釈空気中の酸素濃度を１５〜２０％に調整して操業することとしている。
【００６１】
なお、本実施の態様では、加熱炉１の一部に蓄熱式バーナを設置しているが、加熱炉全体に蓄熱式バーナを設置した場合でも本発明を適用することができる。その場合には、希釈空気中の酸素濃度を本発明で示した温度範囲別希釈空気中酸素濃度設定範囲内のより低濃度側として操業することが可能である。
【００６２】
なお、６ヶ月程度の期間毎にＮＯｘ濃度の測定およびバーナ燃焼性調査を実施し、ＮＯｘ濃度が規制値以下であること、および燃焼が安定していることを確認し、規制値を超える場合には設定酸素濃度を変更するのである。
【００６３】
【発明の効果】
本発明による加熱炉では、例えば第３図に示す従来式の蓄熱式バーナ炉と比較し、送風機の削減と制御装置の簡略化、およびバーナ構造の単純化により設備費が軽減される。一方、加熱性能としては従来方法と遜色がなく、また窒素酸化物の発生量も従来設備並みである。さらに、設備の簡略化により保全費用が従軽減される。
【００６４】
また、運転操作は、複数の送風機のバランスを考慮する必要がないので容易になった。
【００６５】
なお、蓄熱バーナより抽気する燃焼排気ガスに空気を混合するため、送風機を通過するガス量が増加し、送風機動力が増加するが、その増分は電力換算で僅かである。
【００６６】
また、余剰ガスを炉尻煙道に流して炉尻煙道の温度を下げることで、僅かではあるが炉尻煙道の耐久性の向上にも寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の態様の例を示す図である。
【図２】天然ガスの燃焼可能範囲を示す図である。
【第３図】従来の蓄熱式バーナー炉の構成を示す図である。
【符号の説明】
１：  蓄熱式バーナー炉
２：  蓄熱式バーナー
３：  燃料配管
４：  空気供給ファン
５：  排気ファン
６：  循環送風機
７：  吸い込み空気調節弁
８：排ガス調節弁
９：酸素濃度計
１１：  煙道
１２：  温度計（炉内雰囲気温度測定用）
１３：  ＮＯｘ濃度計
２１：  蓄熱体
２２：  燃料調節弁
２３：  燃焼空気調節弁
２４：  燃焼排ガス弁
２５：  温度計（希釈空気温度測定用）
２６：集合排気管
【図１】
0003709649.tif 000002
【図２】
0003709649.tif 000003
【図３】
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