JP2004077005A

JP2004077005A - 連続無酸化炉及びその制御方法

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Publication number: JP2004077005A
Application number: JP2002236829A
Authority: JP
Inventors: Yoshimoto Fujii; 藤井　良基; Tatsuya Shimada; 島田　達哉; Koichi Takashi; 高士　弘一; Takamitsu Kusada; 艸田　隆充
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-08-15
Filing date: 2002-08-15
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】エネルギー効率が高く、かつ炉本体内における燃料の不完全燃焼を安定的に行うことができる連続無酸化炉及びその制御方法を提供すること。
【解決手段】燃料を不完全燃焼させることにより発生させた無酸化雰囲気ガス中で被加熱物を連続的に処理する炉であって、炉本体１０内が、被加熱物の進行方向に向かって、無酸化雰囲気ガスを発生させる少なくとも一つのゾーンと該ゾーンで発生した無酸化雰囲気ガスを２次燃焼させる少なくとも一つのゾーンからなる複数のゾーンに区分され、無酸化雰囲気ガスを発生させる加熱ゾーンＢには燃料を不完全燃焼させる燃焼装置１１が設けられ、無酸化雰囲気ガスを２次燃焼させる予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣ内には２次燃焼室であるラジアントチューブ１２，１３が設けられている。
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料を不完全燃焼させることにより発生させた無酸化雰囲気ガス中で被加熱物を連続的に処理する連続亜鉛めっき設備の無酸化炉や連続焼鈍設備の直火還元炉などに適用される連続無酸化炉及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材の加熱炉においては、スケールの発生を防止するために、空気比１．０未満で燃料を不完全燃焼させて不完全燃焼ガスを炉内に充満させ、この不完全燃焼ガス（無酸化雰囲気ガス）により鋼材を加熱する場合ある。しかし、上記のようにして生成させた無酸化雰囲気ガスには未燃分や一酸化炭素などの可燃性及び毒性を有するガスが含まれており、炉外へ排出された際に、ガス爆発の危険性があったり、又、そのガスの漏洩によってガス中毒が発生する危険性があるため、炉から排出される無酸化雰囲気ガスを燃焼させる処理、いわゆるアフタバーニング（２次燃焼）が行われている。
【０００３】
図５は従来の無酸化炉の構成を示す図である。図５において、７０は被加熱物である鋼材Ｘを加熱するための炉本体、７１は炉本体に備えているバーナ、７２はアフタバーニングを行う２次燃焼室、７３は２次燃焼室のバーナ、７４は燃焼用空気ファンである。８０は火炎を示す。
【０００４】
上記の無酸化炉による鋼材の加熱は次のように行われる。炉本体のバーナ７１に燃料と共に空気比１．０未満の燃焼用空気を供給することにより燃焼させて無酸化雰囲気ガスを生成させ、その無酸化雰囲気ガスにより炉内を所定温度に保ち、鋼材Ｘが所定温度に加熱されるようにする。炉本体７０から排出された無酸化雰囲気ガスは２次燃焼室７２へ導入されて未燃分の燃焼が行われた後、放散される。２次燃焼室７２においては、無酸化雰囲気ガスが低発熱量のガスであって、このガスを単独で燃焼させることは困難であるので、バーナ７３に多量の燃料を供給し、低発熱量のガスでも酸化できる温度まで２次燃焼室の温度を上昇させて燃焼させている。
【０００５】
ところで、無酸化雰囲気ガスを炉本体から排出させた後に燃焼させることにより、加熱炉へ供給した燃料が有していたエネルギーが鋼材の加熱に使用されずに廃棄されてしまうという問題に対処し、従来から、無酸化雰囲気ガスを炉本体内で燃焼させることの検討が行われている。例えば、特公昭６３−６００９４号公報においては、空気比１．０未満で燃焼させた燃焼ガスで被加熱物を囲み、又、この燃焼で発生した未燃分を上記燃焼ガスで囲んだ領域で燃焼させる方法が提案されている。すなわち、この方法においては、空気比１．０未満で燃焼させた無酸化雰囲気ガスで被加熱物を囲んで加熱し、その無酸化雰囲気領域の外側に酸化性ガスを吹き込んで無酸化雰囲気ガスを２次燃焼させている。
【０００６】
しかし、上記従来の加熱炉においては、無酸化雰囲気の領域と２次燃焼領域の間に境界が設けられている訳ではないので、燃焼負荷が変化して炉内ガスの流速が変化した場合、あるいは加熱炉自体に燃焼ガスや酸化性ガスの流れを妨げる構造物がある場合には、炉内ガスの乱れが起こって、２次燃焼で生成した酸化雰囲気のガスが被加熱物に接触し、スケール発生防止の機能が損なわれるようになる。
【０００７】
このように、上記従来の加熱炉は、特定の条件下において完全な無酸化雰囲気を形成することができる手段が取り入れられたものであって、この手段を一般の無酸化炉に適用し、被加熱物の周囲に完全な無酸化雰囲気を形成させることは困難である。このため、現状においては、基本的な構成が図５に示す無酸化炉が使用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示す構成の無酸化炉には、次のような問題点がある。無酸化炉内で生成した無酸化雰囲気ガス（不完全燃焼ガス）を炉外へ取り出して２次燃焼させているので、２次燃焼で発生する熱エネルギーが排ガスの顕熱となって大気放散されてしまい、エネルギー効率が低い。
【０００９】
しかも、無酸化炉から排出される無酸化雰囲気ガスは単独では燃焼できない低発熱量のガスであるため、その燃焼のために低発熱量のガスでも酸化できる温度まで２次燃焼室の温度を上昇させることが必要であり、別途に多量の燃料を必要とする。このため、エネルギー効率は一層低くなる。
【００１０】
又、従来の加熱炉には、燃料と燃焼用空気を予め混合した予混合気をバーナに吹き込むプレミックス型、あるいは燃料と燃焼用空気をバーナ内に別々に吹き込んでバーナ内及びその前方で拡散混合させるノズルミックス型のものが設けられているが、これらのバーナを使用した場合、ススが発生しやすい。特に、燃料を不完全燃焼させる無酸化炉の燃焼においては、空気比が非常に低い範囲で燃料の燃焼をしなければならないので、燃焼が不安定になり、ススが発生する。このため、ススが発生する燃焼が行われることにより、供給した燃料のエネルギーが有効に利用されない。又、発生したススにより鋼材や炉内が汚染されるという問題も発生する。
【００１１】
本発明は、上記の問題を解決し、エネルギー効率が高く、かつ炉本体内における燃料の不完全燃焼を安定的に行うことができる連続無酸化炉及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明に係る連続無酸化炉は、燃料を不完全燃焼させることにより発生させた無酸化雰囲気ガス中で被加熱物を連続的に処理する炉であって、炉本体内が、被加熱物の進行方向に向かって、無酸化雰囲気ガスを発生させる少なくとも一つのゾーンと該ゾーンで発生した無酸化雰囲気ガスを２次燃焼させる少なくとも一つのゾーンからなる複数のゾーンに区分され、前記無酸化雰囲気ガスを発生させるゾーンには燃料を不完全燃焼させる燃焼装置が設けられ、前記無酸化雰囲気ガスを２次燃焼させるゾーン内には隔壁で囲われて形成された２次燃焼室が設けられたことを特徴としている。
【００１３】
本発明においては、無酸化雰囲気ガスを２次燃焼させるゾーンが設けられており、無酸化雰囲気ガスの２次燃焼を炉内で行うが、その燃焼は２次燃焼させるゾーン内に設けられた２次燃焼室で行われるので、被加熱物を加熱する無酸化雰囲気ガスに酸化雰囲気ガスである２次燃焼ガスが混じることがなく、炉本体内の雰囲気が確実に無酸化雰囲気に維持される。又、２次燃焼室の隔壁からは放射熱によって炉本体内へ熱の還流が行われ、被加熱物の加熱熱源の一部として利用されるので、エネルギー効率が向上する。
【００１４】
請求項２に記載の発明に係る連続無酸化炉は、請求項１に記載の発明において、無酸化雰囲気ガスを発生させるゾーンに設けられる燃焼装置が管状火炎バーナであることを特徴としている。
【００１５】
本発明において、管状火炎バーナとは、基本的な構成が特開平１１−２８１０１５号公報に記載されているものと同じであって、図４に示すようなバーナを指す。このバーナは管状の燃焼室内で燃料と酸素含有ガスが旋回しながら燃焼して管状の火炎を形成し、燃焼ガスが燃焼室の端部から排出されるように構成されている。このバーナを使用すれば、安定した火炎を形成することができ、火炎各所の燃焼領域においては燃料や酸素の濃度が均一な状態で安定な燃焼が行われる。このため、局所的な低温領域ができることがなく、ススが生成しない。
【００１６】
請求項３に記載の発明に係る連続無酸化炉は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、２次燃焼室がラジアントチューブであることを特徴としている。
【００１７】
高温の炉内で２次燃焼を行うための２次燃焼室を設けるに際し、その隔壁が熱衝撃に対する強度の維持が容易なものの一つとしてラジアントチューブが採用されている。ラジアントチューブとしては、Ｕ字状、Ｗ字状などのものがあるが、どのような形状でもよい。
【００１８】
請求項４に記載の発明に係る連続無酸化炉は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の発明において、２次燃焼室の燃焼装置が管状火炎バーナであることを特徴としている。
【００１９】
本発明においては、２次燃焼させる燃焼装置として管状火炎バーナを採用する。無酸化雰囲気ガスは燃料ガス成分が非常に希薄な極低発熱量のガスであるので、通常のバーナでは単独で燃焼させることはできないが、管状火炎バーナによれば、燃焼させることができる。管状火炎バーナは燃料と酸素含有ガスとの混合性が良好であって、酸素利用効率が高く、余分な酸素を供給する必要がないので、燃焼温度を高くすることができる。このため、定常の操業状態においては、単独燃焼させることができ、２次燃焼用の燃料を供給する必要がない。これにより、エネルギー効率が大幅に向上する。
【００２０】
請求項５に記載の発明に係る連続無酸化炉は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、２次燃焼室がラジアントボックスであることを特徴としている。
【００２１】
本発明において、ラジアントボックスとは箱型状、中空楕円筒体状などのものであって、ラジアントチューブのように内部の燃焼ガスの流れが既定されるではなく、内面の各面から他の一面を直接的に指向することができる形状をなすものを指す。
【００２２】
請求項６に記載の発明に係る連続無酸化炉は、請求項５に記載の発明において、ラジアントボックスには無酸化雰囲気ガスを導入する少なくとも１つのガス導入部と排ガスの顕熱を蓄積する少なくとも２つの蓄熱部を有する燃焼装置が設けられていることを特徴としている。
【００２３】
２次燃焼室をラジアントボックスにすることで、低ＮＯｘ燃焼が可能となる。又、複数の蓄熱式燃焼装置を１つのラジアントボックスに配置することができるので、蓄熱式燃焼装置の燃焼切り替え時に発生する圧力変動が低減する。このため、ラジアントボックスの繰り返し応力が低減され、ラジアントボックスの寿命が延長される。
【００２４】
本発明においては、通常のバーナでは単独で燃焼させることはできない極低発熱量の無酸化雰囲気ガスを燃焼させるために、２次燃焼室の燃焼装置として蓄熱式の燃焼装置を備えている。燃焼用空気を燃焼排ガスと熱交換させて予熱する蓄熱式の燃焼装置によれば、高温燃焼することができるので、定常の操業状態においては、単独燃焼させることができる。これにより、定常の操業状態においては、２次燃焼用の燃料供給が不要になり、エネルギー効率が大幅に向上する。
【００２５】
請求項７に記載の発明に係る連続無酸化炉は、請求項１〜請求項６の何れかに記載の発明において、２次燃焼室の燃焼装置に接続された無酸化雰囲気ガスの配管に燃料配管が接続され、２次燃焼室の燃焼装置へ導入される無酸化雰囲気ガスに補助燃料の供給が可能に構成されたことを特徴としている。
【００２６】
２次燃焼室の燃焼装置への燃料供給を可能にしておくことにより、加熱手段として２次燃焼室を設けたゾーンに熱量の不足が起こった場合、補助燃料を供給することにより、上記熱量不足に対処することができる。
【００２７】
又、炉の立ち上げ時あるいは２次燃焼室の無酸化雰囲気ガスの温度が燃焼可能な範囲を下回る領域まで低下した場合には、少量の補助燃料を供給することにより、２次燃焼室へ導入された無酸化雰囲気ガスの温度を、常に燃焼可能な温度範囲に維持することができる。
【００２８】
又、補助燃料を燃焼装置へ導入される前の無酸化雰囲気ガス中に供給して混合させることにより、補助燃料用の燃焼装置が不要になるので、燃焼装置の構造の単純化を図ることができる。
【００２９】
請求項８に記載の発明に係る連続無酸化炉は、請求項１〜請求項７の何れかに記載の発明において、２次燃焼室から排出される排ガスの顕熱を回収する熱回収装置が設けられ、この熱回収装置へ燃焼用空気を導入して予熱するように構成されたことを特徴としている。
【００３０】
排ガスと燃焼用空気との熱交換を行わせる熱回収装置が設けられており、排ガスの顕熱が回収されて炉本体内へ還流されるので、エネルギー効率がさらに向上する。
【００３１】
ところで、上記各発明の連続無酸化炉の操業において、被加熱物の処理温度を上げる操業条件の変更を行う際には、炉内温度を速やかに上昇させる必要がある。次に記載する各発明は、上記操業条件への移行を速やかに行うための方法に係るものである。
【００３２】
請求項９に記載の発明に係る連続無酸化炉の制御方法は、請求項１〜請求項８の何れかに記載の連続無酸化炉において被加熱物の処理温度を上げる操業条件の変更を行う際に、２次燃焼室へ導入する無酸化雰囲気ガスと共に補助燃料を供給することを特徴としている。
【００３３】
本発明においては、２次燃焼室で無酸化雰囲気ガスを燃焼させることにより、２次燃焼室が設けられているゾーン内を加熱しているが、処理温度の変更に際し、無酸化雰囲気ガスが保有するＣＯ、Ｈ_２　などの未燃焼成分の潜熱のみでは、２次燃焼室で発生する燃焼熱が不足し、被加熱物の必要な加熱条件、目標炉内温度が維持できない場合、すなわち、目標温度まで上昇させることができない場合には、補助燃料を供給し設定炉内温度を維持するものである。
【００３４】
請求項１０に記載の発明に係る連続無酸化炉の制御方法は、請求項９に記載の連続無酸化炉の発明において、補助燃料を無酸化雰囲気ガスと混合して供給することを特徴としている。
【００３５】
補助燃料を無酸化雰囲気ガスと混合して供給すると、補助燃料用の燃焼装置が不要になるので、２次燃焼室に備える燃焼装置の構造の単純化を図ることができる。
【００３６】
請求項１１に記載の発明に係る連続無酸化炉の制御方法は、請求項１〜請求項８の何れかに記載の連続無酸化炉において被加熱物の処理温度を上げる操業条件の変更を行う際に、無酸化雰囲気ガスを発生させるゾーンにおける燃料の燃焼量を増加させることにより、無酸化雰囲気ガスを２次燃焼させるゾーン内の２次燃焼室における燃焼量を増加させ、この２次燃焼させるゾーン内の温度を所定温度まで上昇させることを特徴としている。
【００３７】
請求項１２に記載の発明に係る連続無酸化炉の制御方法は、請求項１〜請求項８の何れかに記載の連続無酸化炉において被加熱物の処理温度を上げる操業条件の変更を行う際に、無酸化雰囲気ガスを発生させるゾーン及び無酸化雰囲気ガスを２次燃焼させるゾーン内の被加熱物の温度を測定し、これらの温度測定値に基づいて、前記各ゾーン内の被加熱物の温度が所定値になるように、前記各ゾーンにおける燃料の燃焼量を調節することを特徴としている。
【００３８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の連続無酸化炉の構成に係る実施の形態の一例を示す図であり、連続焼鈍ラインに配置される連続無酸化炉に適用した場合の構成を示す。図１において、１０は被加熱物である鋼帯Ｘを加熱するための炉本体で、その内部が鋼帯Ｘの進行方向に向かって、予熱帯Ａ、加熱帯Ｂ、均熱帯Ｃ、冷却帯Ｄの４ゾーンに区分されている。上記ゾーンのうち、加熱帯Ｂには、燃料を不完全燃焼させて無酸化雰囲気ガスを発生させる燃焼装置１１として、図４に示す管状火炎バーナが設けられている。この管状火炎バーナについては後述する。
【００３９】
又、予熱帯Ａ及び均熱帯Ｃには、加熱手段として、それぞれ管状火炎バーナを備えたラジアントチューブ１２、１３が設けられている。１４、１５はラジアントチューブ１２、１３に備えた管状火炎バーナである。この管状火炎バーナバ１４、１５には、加熱帯Ｂの排気口１６及び予熱帯Ａの排気口３９に繋がる無酸化雰囲気ガスの分岐配管１７、１８が接続されており、加熱帯Ｂから排出された無酸化雰囲気ガスが導入されるようになっている。このため、ラジアントチューブ１２、１３が無酸化雰囲気ガスの２次燃焼室になっている。
【００４０】
又、ラジアントチューブに備えた管状火炎バーナ１４、１５に接続された無酸化雰囲気ガスの分岐配管１７、１８には、それぞれ燃料配管の分岐管１９、２０が接続されており、状況に応じて、管状火炎バーナへ導入される前の無酸化雰囲気ガスに補助燃料を混合することが可能になっている。
【００４１】
図中、４５は燃焼用空気との熱交換を行って排ガスの顕熱を回収する熱回収装置、４６は燃焼用空気ファン、４７は排ガス吸引ファンである。
【００４２】
次に、炉本体１０に備える管状火炎バーナについて詳述する。図４は本発明の連続無酸化炉に備える管状火炎バーナの基本的な構成を示す図である。（ａ）図は一部を切り欠いた側面図、（ｂ）図は（ａ）図におけるＡ−Ａ矢視の断面図である。５０は管状の燃焼室であり、一端が開放されて燃焼ガスの排気口になっている。この燃焼室５０の周囲には、燃料と酸素含有ガスを別々に吹き込むノズル、あるいは燃料ガスと酸素含有ガスよりなる予混合気を吹き込むノズルが設けられている。このノズル５１は噴射口が燃焼室の内面に開口し、噴射方向が燃焼室の内周面の略接線方向と一致するように向けられている。このため、燃料や酸素含有ガスの吹き込みによって、燃焼室５０内に旋回流が形成されるようになっている。そして、ノズル５１の先端部の形状を扁平に形成し、かつその開口面積を絞ることにより、燃焼室内に高速の旋回流を形成することができる。５２は点火プラグ、６０は火炎を示す。
【００４３】
なお、図４においては、ノズル５１が複数設けられたものが示されているが、ノズルは、必ずしも、複数でなければならない訳ではなく、１基だけのものであってもよい。
【００４４】
上記のように構成されたバーナにおいて、ノズル５１から吹き込まれて旋回流を形成している混合気に点火すると、燃焼室５０内のガスが密度差によって層別され、火炎の両側に密度の異なるガス層ができる。すなわち、旋回速度の小さい軸心側には高温の燃焼ガスが存在し、旋回速度の大きい内壁側には未燃焼のガスが存在するようになる。
【００４５】
又、内壁近傍では、旋回速度が火炎伝播速度を上回っており、火炎が内壁近傍までは伝播しないので、燃焼室５０内には火炎が管状の形になって生成する。又、燃焼室の内壁付近には未燃焼のガスが存在しているので、燃焼室５０の壁面が直接的に加熱されて高温に曝されることはない。燃焼室５０内のガスは旋回しながら下流側へ流れ、その間に、内壁側のガスが順次燃焼して軸心側へ移動し、開放端部から排出される。
【００４６】
上記の構成による管状火炎バーナは多くの利点を有するが、そのうち、本発明に関わる利点を挙げれば、次の通りである。燃料及び酸素含有ガスが高速で吹き込まれても、燃焼室５０内の中央部は旋回速度が小さいので、常に安定な火炎が形成される。このため、火炎各所の燃焼領域においては、燃料濃度や温度の差が生じない燃焼が行われ、局所的な低温領域ができることがないので、ススが生成しない。
【００４７】
又、燃料及び酸素含有ガスを高速で吹き込んで旋回流を形成させるため、燃料と酸素含有ガスとの混合性が良好であって、酸素利用効率が高く、余分な酸素を供給する必要がないので、燃焼温度を高くすることができる。
【００４８】
上記の構成による連続無酸化炉の操業は次のように行われる。加熱帯Ｂに設けられた管状火炎バーナ１１には、燃料配管から燃料が供給され、又、空気配管から、通常、空気比が０．４５〜０．９８の範囲内の所定値になるように流量調節された燃焼用空気が供給され、バーナ１１内で燃料の燃焼が行われる。この燃焼は空気比１．０未満で行う不完全燃焼であるので、炉本体１０内が無酸化雰囲気になる。
【００４９】
加熱帯Ｂの排気口１６及び予熱帯Ａの排気口３９から排気された無酸化雰囲気ガスは、２分されて、分岐配管１７，１８からラジアントチューブに設けられた管状火炎バーナバ１４，１５へ導入され、予熱された燃焼用空気が供給されて燃焼する。この燃焼により、ラジアントチューブ１２、１３の隔壁から放射熱が放散されて予熱帯Ａ、均熱帯Ｃが加熱される。この際、無酸化雰囲気ガスの燃焼がラジアントチューブ１２，１３内で行われるので、予熱帯Ａ、均熱帯Ｃにおいては、無酸化雰囲気ガスに酸化雰囲気ガスである２次燃焼ガスが混じるようなことは起こらず、各ゾーン内の雰囲気が確実に無酸化雰囲気に維持される。
【００５０】
ラジアントチューブ１２，１３から排出された排ガスは熱回収装置４５へ導入され、燃焼用空気との熱交換によって熱回収された後、放散される。予熱された燃焼用空気は加熱帯Ｂの管状火炎バーナ１１及びラジアントチューブに備えた管状火炎バーナ１４，１５へ供給される。
【００５１】
なお、予熱帯Ａ、均熱帯Ｃに設けられたラジアントチューブの管状火炎バーナ１４，１５に導入する無酸化雰囲気ガスには、補助燃料を混合することが可能になっているので、次のような場合には、状況に応じて、少量の補助燃料の供給を行う。例えば、炉の立ち上げ時や、ラジアントチューブ内の温度が低下して管状火炎バーナによっても燃焼できない領域に達することが予想される場合、又は予熱帯Ａあるいは均熱帯Ｃに熱量の不足が生じた場合に補助燃料の供給を行う。
【００５２】
図２は本発明の連続無酸化炉の構成に係る実施の形態の他の例を示す図であり、連続焼鈍ラインに配置される連続無酸化炉に適用した場合の構成を示す。図２において、図１と同じ構成の部分については、同一の符号を付し説明を省略する。この実施の形態においては、予熱帯Ａと均熱帯Ｃ内に、それぞれ隔壁で囲われて箱型状に形成されたラジアントボックス３０，３１が設けられている。ラジアントボックス３０，３１は加熱帯Ｂで発生させた無酸化雰囲気ガスを燃焼させる２次燃焼室であると共に、予熱帯Ａと均熱帯Ｃの加熱手段である。そして、ラジアントボックス３０，３１には、無酸化雰囲気ガスを導入する少なくとも１つのガス導入部と排ガスの顕熱を蓄熱する少なくとも２つの蓄熱部を有する燃焼装置３２、３３が設けられている。３４，３５はガス導入部、３６ａ，３６ｂと３７ａ，３７ｂは蓄熱部、３８は蓄熱体である。
【００５３】
予熱帯Ａと均熱帯Ｃのラジアントボックス３０，３１に設けられているガス導入部３４，３５には、加熱帯Ｂの排気口１６及び予熱帯Ａの排気口３９に繋がる無酸化雰囲気ガスの分岐配管１７，１８が接続されており、加熱帯Ｂから排出された無酸化雰囲気ガスが導入され、燃焼される。
【００５４】
蓄熱部３６ａ，３６ｂと蓄熱部３７ａ，３７ｂには燃焼用の空気配管と燃焼排ガスの配管が接続されており、それぞれの配管に備えている切替弁を開閉させることにより、蓄熱部が燃焼用空気の導入部又は燃焼排ガスの排出部として交互に切替えて使用される。
【００５５】
又、ラジアントボックスに設けられたガス導入部３４，３５に接続された無酸化雰囲気ガスの分岐配管１７、１８には、それぞれ燃料配管の分岐管１９，２０が接続されており、燃焼装置へ導入される前の無酸化雰囲気ガスに補助燃料を混合することが可能になっている。
【００５６】
なお、この実施の形態においては、均熱帯Ｃのガス導入部３５が管状火炎バーナであるが、均熱帯Ｃのガス導入部３５が管状火炎バーナに限定されるものではない。
【００５７】
図２の構成による連続無酸化炉の操業において、燃料を不完全燃焼させることにより発生させた加熱帯Ｂの無酸化雰囲気ガスは排気口１６及び予熱帯Ａの排気口３９から排出された後、２分されて、分岐配管１７，１８からラジアントボックスのガス導入部３４，３５へ導入される。そして、蓄熱部３６ａ，３６ｂの何れか一方と、蓄熱部３７ａ，３７ｂの何れか一方から予熱された燃焼用空気が供給され、ラジアントボックス３４，３５内で混合され、燃焼する。燃焼排ガスはそれぞれ他の蓄熱部から排出される。蓄熱部においては、燃焼排ガスにより蓄熱体が加熱されて蓄熱される。所定時間経過後、蓄熱部の切替えを行い、それぞれ蓄熱された蓄熱部へ燃焼用空気を導入し、他の蓄熱部から燃焼排ガスを排出させる。この燃焼により、ラジアントボックス３４，３５の隔壁から放射熱が放散され、予熱帯Ａ、均熱帯Ｃが加熱される。
【００５８】
ラジアントボックス３４，３５においては、蓄熱部で加熱された高温の燃焼用空気が導入されることにより、高温の火炎が発生するので、通常のバーナでは単独で燃焼させることはできない極低発熱量の無酸化雰囲気ガスを燃焼させることができる。このため、定常の操業状態においては、補助燃料を供給する必要がない。
【００５９】
図３は本発明の連続無酸化炉における炉内温度制御に係る実施の形態の一例を示す図である。図３において、図１で説明済みの部分については、同一の符号を付し説明を省略する。
【００６０】
図３に記す２１，２２，２３は、それぞれ予熱ゾーンＡ、加熱ゾーンＢ、均熱ゾーンＣの炉内温度を測定する温度計、２４，２５，２６は、予熱ゾーンＡの出口部、加熱ゾーンＢの出口部、均熱ゾーンＣの出口部のそれぞれにおける被加熱物の温度を測定する温度計である。
【００６１】
又、２７は加熱ゾーンＢの管状火炎バーナ１１に供給する燃料の流量調節装置、２８は加熱ゾーンＢの管状火炎バーナ１１に供給する燃焼用空気の流量調節装置、４２は予熱ゾーンＡの管状火炎バーナ１４に供給する燃焼用空気の流量調節装置、４３は均熱ゾーンＣの管状火炎バーナ１５に供給する燃焼用空気の流量調節装置、４０，４１は補助燃料の流量調節装置である。
【００６２】
そして、４４は炉内温度を測定する温度計による測定値又は被加熱物の温度を測定する温度計による測定値に基づいて、燃料及び／又は燃焼用空気の流量を調節する制御器である。
【００６３】
上記の構成による連続無酸化炉における加熱処理は次のように行われる。加熱ゾーンＢに設けられた管状火炎バーナ１１には、燃料配管から燃料が供給され、又、空気配管から、通常、空気比が０．４５〜０．９８の範囲内の所定値になるように流量調節された燃焼用空気が供給され、バーナ１１内で燃料の燃焼が行われる。この燃焼は空気比１．０未満で行う不完全燃焼であるので、炉本体１０内が無酸化雰囲気になる。
【００６４】
加熱ゾーンＢの無酸化雰囲気ガスは排気口１６及び予熱ゾーンＡの排気口３９から排出された後、分岐配管１７，１８からラジアントチューブに設けられた管状火炎バーナバ１４，１５へ導入され、予熱された燃焼用空気が供給されて燃焼する。この燃焼により、ラジアントチューブ１２，１３の隔壁から放射熱が放散されて予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣが加熱される。
【００６５】
制御器４４においては、予熱ゾーンＡ、加熱ゾーンＢ、均熱ゾーンＣの炉内温度を測定する温度計２１，２２、２３、又は予熱ゾーンＡの出口部、加熱ゾーンＢの出口部、均熱ゾーンＣの出口部における被加熱物の温度を測定する温度計２４，２５，２６の測定値に基づいて、管状火炎バーナ１１及び管状火炎バーナ１４，１５に供給する燃料と燃焼用空気の流量を変更する指示信号が発信され、これにより、各バーナの燃焼量の調節が行われる。
【００６６】
上記のようにして、被加熱物が所定温度になるように、予熱ゾーンＡ、加熱ゾーンＢ、均熱ゾーンＣの加熱が行われる。
【００６７】
次に、被加熱物の処理温度を上げる操業条件の変更を行う際の昇温方法について説明する。無酸化雰囲気ガスの燃焼熱により加熱されている予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣにおける加熱量が不足している場合、次の何れかの方法により、その加熱量の不足を補う操作を行う。
【００６８】
▲１▼　補助燃料の流量調節装置４０，４１の弁を開いて、予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣの管状火炎バーナ１４，１５へ導入する無酸化雰囲気ガス中に補助燃料の供給を開始し、予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣのラジアントチューブ１２，１３内の燃焼量を増加させる。この補助燃料の供給は予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣの炉内温度が所定温度に達するまで継続し、その供給流量は予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣの炉内温度を測定する温度計２１，２３の測定値に基づいて調節される。
【００６９】
▲２▼　加熱ゾーンＢに設けられた管状火炎バーナ１１へ供給する燃料と燃焼用空気の流量を増加させる。これにより、無酸化雰囲気ガスの発生量が増加し、予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣのラジアントチューブ１２，１３内の燃焼量が増加する。加熱ゾーンＢの管状火炎バーナ１１における燃焼量を増加させる処置は、予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣの炉内温度が所定温度に達するまで継続し、その燃料及び燃焼用空気の供給量は予熱ゾーンＡ、均熱ゾーンＣの炉内温度を測定する温度計２１，２３の測定値に基づいて調節される。
【００７０】
又、次の方法によれば、被加熱物を精度よく昇温させることができると共に、昇温操作を一体的に行うことができる。
【００７１】
被加熱物の目標加熱温度を各ゾーン毎に設定し、予熱ゾーンＡ、加熱ゾーンＢ、均熱ゾーンＣの出口部における被加熱物の温度を測定する温度計２４，２５，２６の測定値が、それぞれ所定値になるように、管状火炎バーナ１１及び管状火炎バーナ１４，１５に供給する燃料と燃焼用空気の供給量を調節する。
【００７２】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、エネルギー効率が高く、かつ炉本体内における燃料の不完全燃焼を安定的に継続することができる。又、被加熱物の処理温度を上げる操業条件の変更時には、炉内温度を速やかに上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の連続無酸化炉の構成に係る実施の形態の一例を示す図である。
【図２】本発明の連続無酸化炉の構成に係る実施の形態の他の例を示す図である。
【図３】図３は本発明の連続無酸化炉における炉内温度制御に係る実施の形態の一例を示す図である。
【図４】本発明の連続無酸化炉に備える管状火炎バーナの基本的な構成を示す図である。
【図５】従来の無酸化炉の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０　炉本体
１１　炉本体に設けられた管状火炎バーナ
１２，１３　ラジアントチューブ
１４，１５　ラジアントチューブに設けられた管状火炎バーナ
１６，３９　排気口
１７，１８　無酸化雰囲気ガスの分岐配管
１９，２０　燃料配管の分岐管
２１，２２，２３　炉内温度を測定する温度計
２４，２５，２６　被加熱物の温度を測定する温度計
２７，４０，４１　燃料の流量調節装置
２８，４２，４３　燃焼用空気の流量調節装置
３０，３１　ラジアントボックス
３２、３３　ラジアントボックスの燃焼装置
３４，３５　ガス導入部
３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ　蓄熱部
３８　蓄熱体
４４　制御器
４５　熱回収装置
４６　燃焼用空気ファン
４７　排ガス吸引ファン
５０　管状火炎バーナの燃焼室
５１　管状火炎バーナの吹き込みノズル
６０　管状火炎バーナの火炎

Claims

燃料を不完全燃焼させることにより発生させた無酸化雰囲気ガス中で被加熱物を連続的に処理する炉であって、炉本体内が、被加熱物の進行方向に向かって、無酸化雰囲気ガスを発生させる少なくとも一つのゾーンと該ゾーンで発生した無酸化雰囲気ガスを２次燃焼させる少なくとも一つのゾーンからなる複数のゾーンに区分され、前記無酸化雰囲気ガスを発生させるゾーンには燃料を不完全燃焼させる燃焼装置が設けられ、前記無酸化雰囲気ガスを２次燃焼させるゾーン内には隔壁で囲われて形成された２次燃焼室が設けられたことを特徴とする連続無酸化炉。
無酸化雰囲気ガスを発生させるゾーンに設けられる燃焼装置が管状火炎バーナであることを特徴とする請求項１に記載の連続無酸化炉。
２次燃焼室がラジアントチューブであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の連続無酸化炉。
２次燃焼室の燃焼装置が管状火炎バーナであることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の連続無酸化炉。
２次燃焼室がラジアントボックスであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の連続無酸化炉。
２次燃焼室には無酸化雰囲気ガスを導入する少なくとも１つのガス導入部と排ガスの顕熱を蓄熱する少なくとも２つの蓄熱部を有する燃焼装置が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５に記載の連続無酸化炉。
２次燃焼室の燃焼装置に接続された無酸化雰囲気ガスの配管に燃料配管が接続され、２次燃焼室の燃焼装置へ導入される無酸化雰囲気ガスに補助燃料の供給が可能に構成されたことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れかに記載の連続無酸化炉。
２次燃焼室から排出される排ガスの顕熱を回収する熱回収装置が設けられ、この熱回収装置へ燃焼用空気を導入して予熱するように構成されたことを特徴とする請求項１〜請求項７の何れかに記載の連続無酸化炉。
被加熱物の処理温度を上げる操業条件の変更を行う際に、２次燃焼室へ導入する無酸化雰囲気ガスと共に補助燃料を供給することを特徴とする請求項１〜請求項８の何れかに記載の連続無酸化炉の制御方法。
補助燃料を無酸化雰囲気ガスと混合して供給することを特徴とする請求項９に記載の連続無酸化炉の制御方法。
被加熱物の処理温度を上げる操業条件の変更を行う際に、無酸化雰囲気ガスを発生させるゾーンにおける燃料の燃焼量を増加させることにより、無酸化雰囲気ガスを２次燃焼させるゾーン内の２次燃焼室における燃焼量を増加させ、この２次燃焼させるゾーン内の温度を所定温度まで上昇させることを特徴とする請求項１〜請求項８の何れかに記載の連続無酸化炉の制御方法。
被加熱物の処理温度を上げる操業条件の変更を行う際に、無酸化雰囲気ガスを発生させるゾーン及び無酸化雰囲気ガスを２次燃焼させるゾーン内の被加熱物の温度を測定し、これらの温度測定値に基づいて、前記各ゾーン内の被加熱物の温度が所定値になるように、前記各ゾーンにおける燃料の燃焼量を調節することを特徴とする請求項１〜請求項８の何れかに記載の連続無酸化炉の制御方法。