JP3747481B2 - 蓄熱式バーナ装置における燃焼制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は加熱室内に少なくとも一対のバーナを配設し、これらバーナを交互に燃焼させると共に、非燃焼側バーナから排出される廃ガスを蓄熱体で熱交換することにより蓄熱し、燃焼時に蓄熱体で燃焼空気を加熱するようにした蓄熱式バーナ装置の燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の蓄熱式バーナ装置の燃焼制御装置としては、例えば特開平１−２１９４１１号公報に記載されているものがある。
この従来例では、加熱室に一対のバーナを配設し、このバーナに燃焼空気及び加熱室からの廃ガスを選択的に通過させる燃焼管を接続し、この燃焼管の途上に蓄熱器を配設することにより、一方のバーナを燃焼させているときには、この燃焼バーナに対して燃焼空気を蓄熱器を介して供給することにより蓄熱器の蓄熱で加熱し、他方の非燃焼バーナ側では加熱室内の廃ガスを蓄熱器を介して排出することにより、蓄熱器に蓄熱するようにし、燃焼バーナの切換を１０秒ないし数分毎に行うようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の蓄熱式バーナ装置の燃焼制御装置にあっては、燃焼バーナの切換を燃焼空気温度や廃ガス温度にかかわらず１０秒ないし数分毎に行うようにしているため、蓄熱体の蓄熱温度の利用効率が必ずしも高いものとはいえないものであった。
【０００４】
すなわち、非燃焼バーナ側の蓄熱体の蓄熱温度は加熱室内の廃ガス温度で飽和する一方、燃焼バーナ側の蓄熱体は燃焼空気との熱交換によって放熱されるため、蓄熱体の放熱が多くなると燃焼バーナに供給される燃焼空気温度が低下することにより、加熱室内温度が低下して、加熱室内を目標温度に制御することが困難となり、一方非燃焼側の蓄熱体の蓄熱温度は加熱室内の廃ガス温度で飽和するため、それ以上の時間蓄熱しても意味がないことから、燃焼バーナ側の放熱温度及び非燃焼側の蓄熱温度が最適状態となる切換時間を設定し、この切換時間毎に燃焼バーナを切換えることになり、最大限の燃焼効率を達成することができないという未解決の課題がある。
【０００５】
そこで、本出願には、先行技術として、非燃焼バーナ側の蓄熱体の出側における廃ガス温度を検出して、蓄熱体の蓄熱温度を推測し、これが所定温度に達したときに燃焼度バーナを切換えるようにした蓄熱式バーナ装置の燃焼制御装置を提案している。
この先行技術によれば、蓄熱体の蓄熱温度の管理を行うようにしているので、無駄な蓄熱時間を設けることなく、燃焼バーナの切換制御を効率良く行うことができるが、燃焼バーナ側の蓄熱体については何ら管理していないので、蓄熱体の過放熱による燃焼空気の温度低下が発生するおそれがあり、これによって加熱室の温度が目標温度より低下してしまうおそれがあると共に、蓄熱体の過放熱により、これを非燃焼バーナに切換えて廃ガスと熱交換したときに、排出される廃ガス温度が廃ガス中のＳ（硫黄）成分（ＳＯ3 、Ｈ2 Ｓ等）が化学反応して硫酸が生成されるときの温度である酸露点以下となって、酸腐食を発生させるという新たな課題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来例及び先行技術の未解決の課題に着目してなされたものであり、蓄熱体の蓄熱温度の利用効率を高めながら加熱室内の温度低下や廃ガス温度が酸露点以下となることを確実に防止することができる蓄熱式バーナ装置の燃焼制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る蓄熱式バーナ装置の燃焼制御装置は、加熱室内に配設した少なくとも一対のバーナと、各バーナに接続された燃料供給管及び空気供給兼廃ガス排出管と、前記空気供給兼廃ガス排出管の途上に介装された蓄熱体とを備え、各バーナを交互に切換燃焼させると共に、非燃焼側バーナから前記加熱室内の廃ガスを前記蓄熱体に導入して熱交換を行うようにした蓄熱式バーナ装置において、前記燃焼側のバーナに供給する燃焼空気の温度を蓄熱体の出側で検出する燃焼空気温度検出手段と、該燃焼空気温度検出手段の検出温度が前記加熱室温度を低下させる要因となる第１の設定値以下となったとき燃焼バーナの切換えを行う切換制御手段とを備えていることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２に係る蓄熱式バーナ装置の燃焼制御装置は、加熱室内に配設した少なくとも一対のバーナと、各バーナに接続された燃料供給管及び空気供給兼廃ガス排出管と、前記空気供給兼廃ガス排出管の途上に介装された蓄熱体とを備え、各バーナを交互に切換燃焼させると共に、非燃焼側バーナから前記加熱室内の廃ガスを前記蓄熱体に導入して熱交換を行うようにした蓄熱式バーナ装置において、前記燃焼側のバーナに供給する燃焼空気の温度を蓄熱体の出側で検出する燃焼空気温度検出手段と、非燃焼側バーナの蓄熱体から排出される廃ガスの温度を検出する廃ガス温度検出手段と、前記燃焼空気温度検出手段の空気温度が前記加熱室温度を低下させる要因となる第１の設定値以下となったとき及び前記廃ガス温度検出手段の廃ガス温度が第２の設定値以上となったときの何れか一方の条件を満たすときに燃焼バーナの切換えを行う切換制御手段とを備えていることを特徴としている。
【０００９】
【作用】
請求項１に係る発明においては、燃焼バーナに供給される燃焼空気の蓄熱体の出側の温度を燃焼空気温度検出手段で検出することにより、蓄熱体の放熱状態を検出することができ、これに基づいて切換制御手段で燃焼バーナの切換えを行うことにより、加熱室内の温度低下を抑制すると共に、蓄熱体の過放熱を防止して、非燃焼バーナ側への切換時に廃ガス温度の酸露点以下への低下を防止する。
【００１０】
また、請求項２に係る発明においては、燃焼バーナに供給される燃焼空気の蓄熱体の出側の温度を燃焼空気温度検出手段で検出することにより、蓄熱体の放熱状態を検出すると共に、非燃焼バーナから排出される廃ガスの蓄熱体出側の温度を廃ガス温度検出手段で直接検出することにより、切換制御手段で、燃焼空気温度の低下及び廃ガス温度の低下の何れか一方を検出したときに燃焼バーナを切換えることにより、加熱室内の温度低下及び廃ガス温度の酸露点への低下を確実に阻止する。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明を連続式加熱炉に適用した場合の第１実施例を示す概略構成図である。
図中、１は連続して搬送されるスラブを加熱する連続式加熱炉であって、スラブを左側から搬入し、予熱帯２、第１加熱帯３、第２加熱帯４及び均熱帯５を順次通過して加熱され、加熱を終了したスラブが右側から搬出されて次工程に搬送される。
【００１２】
第１加熱帯３及び第２加熱帯４には、夫々４台の蓄熱式バーナ装置６Ａ〜６Ｄ及び７Ａ〜７Ｄが取付けられ、これら蓄熱式バーナ装置６Ａ〜６Ｄ及び７Ａ〜７Ｄから排出される廃ガスが廃ガス吸引ファン（ＩＤＦ）８によって吸引されて煙突９から大気に放出される。
蓄熱式バーナ装置６Ａ〜６Ｄ及び７Ａ〜７Ｄの夫々は、図２に示すように、第１加熱帯３及び第２加熱帯４の左右側壁に互いに対向して配設された一対のガスバーナ１０ａ，１０ｂを有する。これらガスバーナ１０ａ，１０ｂの夫々は、図３に示すように、左右側壁に配設されるバーナ本体１１の中心部に内部にセンターエア管１２を配設し燃料ガス供給口１３ａから供給される燃焼ガスを噴射するガスノズル１３が配設され、且つこのガスノズル１３の回りに燃料空気給排口１４ａに接続された燃焼空気室１４が形成され、この燃焼空気室１４にガスノズル１３から噴射される燃料ガスに対して６０°の空気噴射角で燃焼空気を噴射する空気１次ノズル１５が連通されていると共に、これらの外側にガスノズル１３と平行に燃焼空気を噴射すると共に、第１加熱帯３又は第２加熱帯４の加熱廃ガスを吸引する空気２次ノズル１６が配設され、ガスノズル１３から噴射される燃料ガスと空気１次ノズル１５から噴射される燃焼空気との合流点近傍にパイロットバーナ１７ａ，１７ｂが配設された構成を有する。
【００１３】
そして、ガスバーナ１０ａ，１０ｂの燃料ガス供給口１３ａが燃料遮断弁１８ａ，１８ｂを介し、さらにメイン遮断弁１９、流量調節弁２０を介して燃料ガスとしてのＭガスを供給するＭガス供給源２１に接続されている。また、パイロットバーナ１７ａ，１７ｂも遮断弁２２ａ，２２ｂを介してＭガス供給源２１に接続されている。
【００１４】
また、ガスバーナ１０ａ，１０ｂの燃焼空気給排口１４ａが蓄熱体２３ａ，２３ｂの一端に接続され、この蓄熱体２３ａ，２３ｂの他端が空気遮断弁２４ａ，２４ｂを介し、さらに流量調節弁２５を介して燃焼空気を圧送する空気ブロアー２６に接続されていると共に、廃ガス遮断弁２７ａ，２７ｂを介し、さらに流量調節弁２８を介して廃ガス吸引ファン８に接続されている。
【００１５】
ここで、蓄熱体２３ａ，２３ｂの夫々は、気体流通炉に沿って蓄熱媒体として例えば直径１９ｍｍのアルミナボールが９８０ｋｇ充填されており、このアルミナボールに第１加熱帯３又は第２加熱帯４から排出される高温（例えば１３００℃程度）の廃ガスと熱交換されて蓄熱され、この蓄熱が低温の燃焼空気と熱交換されて放熱される。
【００１６】
そして、ガスバーナ１０ａ，１０ｂの燃焼空気給排口１４ａと蓄熱体２３ａ，２３ｂとの間の流路に燃焼空気温度を検出する燃焼空気温度検出手段としての例えばＰＲ熱電温度計で構成される燃焼空気温度センサ３０ａ，３０ｂが配設されている。
そして、燃料遮断弁１８ａ，１８ｂ、遮断弁１９、流量調節弁２０、空気遮断弁２４ａ，２４ｂ、流量調節弁２５、廃ガス遮断弁２７ａ，２７ｂ及び流量調節弁２８が連続式加熱炉１全体を統括するプロセスコンピュータ３１に接続されたダイレクトディジタルコントローラ（以下、ＤＤＣと称す）３２によって制御される。
【００１７】
ＤＤＣ３２は、少なくとも燃焼空気温度センサ３０ａ，３０ｂ及び第１加熱帯３及び第２加熱帯４間の炉温を検出する炉温センサ３３ａ，３３ｂの温度検出値を読込み、炉温センサ３３ａ，３３ｂの温度検出値に基づいて燃料ガス流量、燃焼空気流量及び廃ガス流量を設定して、これらに基づいて流量調節弁２０，２５及び２８の流量目標値を設定すると共に、燃焼空気温度センサ３０ａ，３０ｂの温度検出値に基づいて燃焼バーナの切換えタイミングを決定し、これに応じて燃料遮断弁１８ａ，１８ｂ、空気遮断弁２４ａ，２４ｂ及び廃ガス遮断弁２７ａ，２７ｂを開閉制御して、燃焼状態の一方のガスバーナ例えば１０ａを燃焼停止させ、非燃焼状態の他方のガスバーナ１０ｂを燃焼状態に切換える。
【００１８】
次に、上記第１実施例の動作をＤＤＣ３２の燃焼切換処理手順の一例を示す図４のフローチャートを伴って説明する。
ＤＤＣ３２は、連続式加熱炉１の操業を開始する際に、所定の初期化処理を行って炉内温度を予め設定された目標温度ＴT （例えば１３００℃）まで昇温する昇温処理を実行する。
【００１９】
この昇温処理は、簡単に説明すると、先ずパイロットバーナ１７ａ，１７ｂに点火した状態で、一対のガスバーナ１０ａ，１０ｂの双方の燃料遮断弁１８ａ，１８ｂ、メイン遮断部１９を開状態とすると共に、空気遮断弁２４ａ，２４ｂを開状態、廃ガス遮断弁２７ａ，２７ｂを閉状態に夫々制御することにより、両ガスバーナ１０ａ，１０ｂを燃焼状態に制御する。そして、炉温センサ３３ａ，３３ｂで検出される温度検出値ＴD1，ＴD2が共に設定温度ＴS （例えば燃料ガスの着火点以上の９００℃）に達したときに、予め設定された何れか一方例えばガスバーナ１０ｂを燃焼停止させて非燃焼状態に切換えるために、先ず燃料遮断弁１８ｂに対する指令信号ＣＳF2をオフ状態として、燃料遮断弁１８ｂを閉操作し、次いで、燃料遮断弁１８ｂが完全に閉状態となるまでに要する所定時間（例えば１秒以内）経過した後に空気遮断弁２４ｂに対する制御信号ＣＳA2をオフ状態として、空気遮断弁２４ｂを閉操作し、これと同時に廃ガス遮断弁２７ｂに対する制御信号ＣＳG2をオン状態として廃ガス遮断弁２７ｂを開操作する。その後、予め設定された所定時間ｔS （例えば６０秒以内）が経過する毎に、燃焼バーナを交互に切換え、炉温センサ３３ａ，３３ｂで検出される温度検出値ＴD1，ＴD2が目標温度ＴT に達すると、昇温処理を終了して、図４に示す定常切換制御処理を実行する。
【００２０】
この状態となると、各ガスバーナ１０ａ，１０ｂの蓄熱体２３ａ，２３ｂでの蓄熱が１０００℃以上１２００℃以下の範囲内となり、燃焼空気の予熱に好適な状態となる。
定常切換制御処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ１で、現在燃焼中のガスバーナ１０ｉ（ｉ＝ａ，ｂ）を検出し、次いで、ステップＳ２に移行して、燃焼中のガスバーナ側の燃焼空気温度センサ３０ｉで検出した燃焼空気温度ＴAiを読込み、次いでステップＳ３に移行して、燃焼空気温度ＴAiが予め設定した下限設定温度ＴL （例えば１０００℃）に達したか否かを判定する。この判定は、蓄熱体２３ｉで予熱された燃焼空気の温度が低下して、炉内温度を低下させる要因となるか否かを判定するものであり、ＴAi＞ＴL であるときには、蓄熱体２３ｉで予熱された燃焼空気によって炉内温度が低下することがないものと判断して、そのままタイマ割込処理を終了して炉内温度を監視制御する所定のメインプログラムに復帰し、ＴAi≦ＴL であるときには、炉内温度を低下させる要因となるものと判断してステップＳ４に移行する。
【００２１】
このステップＳ４では、現在燃焼状態のガスバーナ１０ｉを燃焼停止させて非燃焼状態に切換えるために、先ずガスバーナ１０ｉの燃料遮断弁１８ｉに対する制御信号ＣＳFiをオフ状態として、燃料遮断弁１８ｉを閉操作し、次いでステップＳ５に移行して、燃料遮断弁１８ｉが完全に閉じるまでに要する所定時間（例えば１秒以内）経過した後に空気遮断弁２４ｉに対する制御信号ＣＳAiをオフ状態として空気遮断弁２４ｉを閉操作し、且つ廃ガス遮断弁２７ｉに対する制御信号ＣＳGiをオン状態として廃ガス遮断弁２７ｉを開操作することにより、ガスバーナ１０ｉを非燃焼状態に切換える。
【００２２】
次いで、ステップＳ６に移行して、他の非燃焼状態のガスバーナ１０ｊ（ｊ＝ｂ、ａ）を燃焼状態に切換えるために、その廃ガス遮断弁２７ｊに対する制御信号ＣＳGjをオフ状態として廃ガス遮断弁２７ｊを閉操作し、且つ空気遮断弁２４ｊに対する制御信号ＣＳAjをオン状態として空気遮断弁２４ｊを開操作し、その後所定時間経過した後にガスバーナ１０ｊの燃料遮断弁１８ｊに対する制御信号ＣＳFjをオン状態として、燃料遮断弁１８ｊを開操作することにより、ガスバーナ１０ｊに燃料ガスを供給して、これをパイロットバーナ１７ｊで点火することにより、ガスバーナ１０ｊを燃焼状態に切換えてからタイマ割込処理を終了してメインプログラムに復帰する。
【００２３】
したがって、連続式加熱炉が操業開始して、昇温制御処理によって炉内温度が目標温度に達すると、図４の定常切換制御処理が実行されることになる。このとき、一方のガスバーナ１０ａが燃焼状態にあり、他方のバスバーナ１０ｂが非燃焼状態にあるものとすると、この状態では、燃焼状態のガスバーナ１０ａに対しては、外気から空気ブロア２６によって圧送される冷風状態（例えば２０℃）の燃焼空気が流量調節弁２５、空気遮断弁２４ａを介して蓄熱体２３ａに供給され、この蓄熱体２３ａで蓄熱されたアルミナボールと熱交換されて１０００℃以上に予熱されてガスバーナ１０ａの燃焼空気給排口１４ａに供給され、ガスノズル１３から噴射される燃料ガスと混合されて燃焼されて、炉内を加熱する。
【００２４】
これと同時に、他方の非燃焼状態のガスバーナ１０ｂでは、空気一次ノズル１５及び空気２次ノズル１６が燃焼空気室１４、燃焼空気給排口１４ａ、蓄熱体２３ｂ、廃ガス遮断弁２７ｂ、流量調節弁２８を介して廃ガス吸引ファン８に連通され、この廃ガス吸引ファン８によって炉内の廃ガスが吸引されて蓄熱体２３ｂを通って排出されることにより、蓄熱体２３ｂ内のアルミナボールと熱交換することにより、蓄熱体２３ｂの蓄熱温度が徐々に上昇される。
【００２５】
このとき、ガスバーナ１０ａが燃焼状態に、ガスバーナ１０ｂが非燃焼状態に夫々切換えられた直後であるものとすると、燃焼状態のガスバーナ１０ａ側の蓄熱体２ａで予熱された燃焼空気の温度は、図５で実線図示の特性曲線Ｌa で示すように、蓄熱体２３ａの飽和温度例えば１２００℃であり、一方、非燃焼状態のガスバーナ１０ｂの蓄熱体２３ｂの温度は、一点鎖線図示の特性曲線Ｌb で示すように、前回の燃焼時に放熱された設定下限温度ＴL である１０００℃となっており、ガスバーナ１０ｂ側の廃ガス遮断弁２７ｂの出側の温度は、図５の特性曲線Ｌc で示すように、酸露点温度（１７０℃前後）より高い例えば１９０℃程度になっている。
【００２６】
このため、図４の処理が実行されると、ステップＳ１で燃焼状態であるガスバーナ１０ａが検出され、次いで、このガスバーナ１０ａ側の燃焼空気温度センサ３０ａの燃焼空気温度ＴDaを読込み、次いでステップＳ３で読込んだ燃焼空気温度ＴDaが下限設定温度ＴL 以下であるか否かを判定するが、この状態ではガスバーナ１０ａで燃焼を開始した直後であるため、蓄熱体２３ａの蓄熱温度が１２００℃程度であり、燃焼空気温度も略等しいので、ＴDa＞ＴL となり、そのままタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
【００２７】
したがって、ガスバーナ１０ａでの燃焼状態が継続されると共に、ガスバーナ１０ｂでの廃ガス回収状態が継続されるが、ガスバーナ１０ａに供給される燃焼空気の温度は、図５の特性曲線Ｌa で示すように、時間の経過と共に徐々に低下する一方、ガスバーナ１０ｂ側の蓄熱体２３ｂの温度が図５の特性曲線Ｌb で示すように徐々に上昇し、これに伴って廃ガス遮断弁２７ｂの出側温度も図５の特性曲線Ｌc に示すように、徐々に上昇する。
【００２８】
その時、時点ｔ1 でガスバーナ１０ａに供給される燃焼空気温度ＴDaが下限設定温度ＴL に達すると、図４の処理が実行されたときに、ステップＳ３からステップＳ４に移行することになり、ガスバーナ１０ａの燃料遮断弁１８ａに対する制御信号ＣＳFaをオフ状態として、燃料遮断弁１８ａを閉操作する。このため、図６に示すように、燃料遮断弁１８ａが徐々に閉じられる。
【００２９】
次いで、ステップＳ５に移行して、燃料遮断弁１８ａが完全に閉じるまでに要する所定時間（例えば１秒以内）経過した時点ｔ2 では、燃料遮断弁１８ａが閉じ切ることにより、バスバーナ１０ａへの燃料ガスの供給が完全に遮断され、これによってガスバーナ１０ａの燃焼が停止される。これと同時に、時点ｔ2 で空気遮断弁２４ａに対する制御信号ＣＳAaをオフ状態として空気遮断弁２４ａを閉操作し、且つ廃ガス遮断弁２７ａに対する制御信号ＣＳGaをオン状態として廃ガス遮断弁２７ａを開操作することにより、図６に示すように、空気遮断弁２４ａが徐々に閉じられ、これと同時に廃ガス遮断弁２７ａが徐々に開かれ、これによってガスバーナ１０ａが非燃焼状態の廃ガス回収状態に切換えられる。
【００３０】
次いで、ステップＳ６に移行して、他の非燃焼状態のガスバーナ１０ｂの廃ガス遮断弁２７ｂに対する制御信号ＣＳGbをオフ状態として廃ガス遮断弁２７ｂを閉操作し、且つ空気遮断弁２４ｂに対する制御信号ＣＳAbをオン状態として空気遮断弁２４ｂを開操作することにより、図６に示すように、時点ｔ2 から廃ガス遮断弁２７ｂが徐々に閉じると共に、空気遮断弁２４ｂが徐々に開かれることにより、廃ガス回収状態からガスバーナ１０ｂに高温の蓄熱体２３ｂで予熱された燃焼空気を供給する燃焼準備状態に移行し、その後所定時間経過した空気遮断弁２４ｂ及び廃ガス遮断弁２４ａが全開状態となった後の時点ｔ4 でガスバーナ１０ｂの燃料遮断弁１８ｂに対する制御信号ＣＳFbをオン状態として、図６に示すように、燃料遮断弁１８ｂを開操作することにより、ガスバーナ１０ｂに燃料ガスが供給開始され、これがパイロットバーナ１７ｂで点火されることにより、ガスバーナ１０ｂを燃焼状態に切換える。
【００３１】
このように、ガスバーナ１０ｂが燃焼状態に切換わると、時間の経過と共に図５の特性曲線Ｌb で示すように、燃焼空気温度ＴDbが徐々に低下し、逆にガスバーナ１０ａで回収された廃ガスによって蓄熱体２３ａの温度が徐々に上昇され、これに応じて廃ガス遮断弁２７ａの出側の廃ガス温度が特性曲線Ｌd で示すように、徐々に上昇する。
【００３２】
そして、このガスバーナ１０ｂの燃焼状態が、燃焼空気温度ＴDbが下限設定温度ＴL 以下となるまで継続され、燃焼空気温度ＴDbが下限設定温度ＴL 以下となると、ガスバーナ１０ｂが燃焼状態から非燃焼状態に、逆にガスバーナ１０ａが非燃焼状態から燃焼状態に切換えられる。その後、燃焼状態のガスバーナ１０ｉに供給される燃焼空気温度ＴDiが下限設定温度ＴL 以下となる毎に燃焼バーナの切換えが行われる。
【００３３】
このように、上記第１実施例によると、燃焼状態のガスバーナ１０ｉに供給される燃焼空気温度ＴDiが下限設定温度ＴL 以下となる毎に燃焼バーナの切換えが行われるので、燃焼空気温度の低下により連続式加熱炉１の炉温が低下することを確実に防止することができると共に、燃焼バーナ１０ｉ側の蓄熱体２３ｉの過放熱を防止することができ、これに応じて燃焼バーナ１０ｉが非燃焼状態となって廃熱回収状態となったときに、蓄熱体２３ｊの出側温度が低下して例えば廃ガス遮断弁２７ｊの出側の廃ガス温度が酸露点以下となって、廃ガス中の硫黄成分が化学反応して硫酸が生成されることを確実に防止することができる。
【００３４】
次に、本発明の第２実施例を図７及び図８を伴って説明する。
この第２実施例は、前述した第１実施例に加えて熱回収効率も向上させるようにしたものである。
すなわち、図７に示すように、図２の構成において、蓄熱体２３ａ、２３ｂの出側にその廃ガス温度を検出する廃ガス温度検出手段としての例えばＰＲ熱電温度計で構成される廃ガス温度センサ３５ａ、３５ｂを設け、これら廃ガス温度センサ３５ａ、３５ｂで蓄熱体２３ａ、２３ｂで熱交換した直後の廃ガス温度ＴGa、ＴGbを検出し、この廃ガス温度ＴGa、ＴGbをＤＤＣ３２に供給して、このＤＤＣ３２で蓄熱体２３ａ、２３ｂの蓄熱許容量を越えているか否かを判断し、蓄熱許容量を越えているとき又は前述したように燃焼側ガスバーナ１０ｉに供給される燃焼空気温度ＴDiが下限設定温度ＴL 以下となったときの何れかの条件を満足したときに燃焼バーナの切換えを行うようにしたものであり、図２との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
【００３５】
この第２実施例では、ＤＤＣ３２で図８の定常切換制御処理が実行される。この定常切換制御処理は、図４の処理におけるステップＳ３〜Ｓ４間に非燃焼状態のガスバーナ１０ｊの廃ガス温度センサ３５ｊの廃ガス温度ＴGjを読込むステップＳ１１と読込んだ廃ガス温度ＴGjが予め設定された蓄熱体２３ｊの熱許容量に相当する上限設定温度ＴH に達したか否かを判定するステップＳ１２が介装され、このステップＳ１２でＴGi＜ＴH であるときには蓄熱体２３ｊの熱許容量を越えていないものと判断してそのままタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰し、ＴGi≧ＴH であるときには、蓄熱体２３ｊの熱許容量を越えたものと判断してステップＳ４に移行することを除いては図４と同様の処理を行い対応部分には同一符号を付して、その説明はこれを省略する。
【００３６】
この第２実施例によると、燃焼状態にあるガスバーナ１０ｉに供給する燃焼空気温度ＴAiが下限設定温度ＴL 以下となると、前述した第１実施例と同様に、燃焼バーナを切換えて、炉内温度の低下や蓄熱体の過放熱による廃ガス温度の低下を抑制することができると共に、燃焼状態にあるガスバーナ１０ｉに供給する燃焼空気温度ＴAiが下限設定温度ＴL 以下となっていない状態であっても、非燃焼状態即ち廃熱回収状態にあるガスバーナ１０ｊの蓄熱体２３ｊの廃ガス温度ＴGjが上限設定温度ＴH に達すると、ステップＳ４に移行して、燃焼バーナの切換処理が行われることになり、蓄熱体２３ｊの熱許容量を越えて外部に排出される廃ガス温度が不必要に高くなることを抑制して、熱回収効率を向上させることができる。
【００３７】
なお、上記各実施例においては、ガスバーナ１０ａ、１０ｂに供給する燃料としてＭガスを使用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の燃料ガスや重油等の液体燃料を適用することができるものである。
また、上記各実施例においては、ガスバーナ１０ａ、１０ｂの燃焼切換制御をＤＤＣ３２で行うようにした場合について説明したが、これに限らず他のプログラマブルコントローラやシーケンス制御回路等によってシーケンス制御するようにしてもよい。
【００３８】
さらに、上記各実施例においては、ガスバーナ１０ａ、１０ｂに対する燃焼空気の供給及び廃ガスの排出を個別の空気遮断弁２４ａ、２４ｂ及び廃ガス遮断弁２７ａ、２７ｂで行う場合について説明したが、これに限らずエアシリンダ等によって流路を切り換える方向切換弁や、特開平１−２１９４１１号公報に開示されているように流体力学的にコアンダ効果を利用して切換機構を構成するようにしてもよい。
【００３９】
さらにまた、上記各実施例においては、温度検出手段としてＰＲ熱電温度計を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の熱電温度計を適用することができる。
また、上記各実施例においては、本発明を連続式加熱炉に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の加熱炉や熱処理炉等にも適用し得るものである。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る蓄熱式バーナ装置における燃焼制御装置によれば、燃焼側のバーナに供給する燃焼空気の温度を燃焼空気温度検出手段で蓄熱体の出側で検出し、この検出温度が加熱室温度を低下させる要因となる第１の設定値以下となったとき切換制御手段で燃焼バーナの切換えを行うようにしたので、燃焼空気温度の低下によって加熱室温度の低下を確実に防止することができると共に、蓄熱体の過放熱を抑制して、非燃焼側に切換えたときの廃ガス温度の低下を抑制して、廃ガス温度が酸露点以下に低下して、硫黄成分による硫酸の生成を確実に阻止することができるという効果が得られる。
【００４１】
また、請求項２に係る蓄熱式バーナ装置における燃焼制御装置によれば、上記構成に加えて非燃焼側バーナの蓄熱体から排出される廃ガスの温度を検出する廃ガス温度検出手段を設け、切換制御手段で燃焼空気温度が加熱室温度を低下させる要因となる第１の設定値以下となるとき及び廃ガス温度が第２の設定値以上となるときの何れかの条件を満たすときに燃焼バーナの切換えを行うようにしたので、上記請求項１の効果に加えて非燃焼側バーナの蓄熱体の熱許容量を越える熱回収を抑制して、熱回収効率を向上させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を連続式加熱炉に適用した場合の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】蓄熱式バーナ装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】ガスバーナの一例を示す断面図である。
【図４】ダイレクトディジタルコントローラでの定常切換処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】燃焼バーナの切換えによる蓄熱体の前後の温度変化及び廃ガス温度変化を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の動作の説明に供する各弁の切換タイミングを示すタイムチャートである。
【図７】本発明の第２の実施例における蓄熱式バーナ装置を示す概略構成図である。
【図８】第２実施例における定常切換処理の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 連続式加熱炉
２ 予熱帯
３ 第１加熱帯
４ 第２加熱帯
５ 均熱帯
６Ａ〜６Ｄ、７Ａ〜７Ｄ 蓄熱バーナ装置
８ 廃ガス吸引ファン
１０ａ、１０ｂ ガスバーナ
１８ａ、１８ｂ 燃料遮断弁
２３ａ、２３ｂ 蓄熱体
２４ａ、２４ｂ 空気遮断弁
２７ａ、２７ｂ 廃ガス遮断弁
【産業上の利用分野】
本発明は加熱室内に少なくとも一対のバーナを配設し、これらバーナを交互に燃焼させると共に、非燃焼側バーナから排出される廃ガスを蓄熱体で熱交換することにより蓄熱し、燃焼時に蓄熱体で燃焼空気を加熱するようにした蓄熱式バーナ装置の燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の蓄熱式バーナ装置の燃焼制御装置としては、例えば特開平１−２１９４１１号公報に記載されているものがある。
この従来例では、加熱室に一対のバーナを配設し、このバーナに燃焼空気及び加熱室からの廃ガスを選択的に通過させる燃焼管を接続し、この燃焼管の途上に蓄熱器を配設することにより、一方のバーナを燃焼させているときには、この燃焼バーナに対して燃焼空気を蓄熱器を介して供給することにより蓄熱器の蓄熱で加熱し、他方の非燃焼バーナ側では加熱室内の廃ガスを蓄熱器を介して排出することにより、蓄熱器に蓄熱するようにし、燃焼バーナの切換を１０秒ないし数分毎に行うようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の蓄熱式バーナ装置の燃焼制御装置にあっては、燃焼バーナの切換を燃焼空気温度や廃ガス温度にかかわらず１０秒ないし数分毎に行うようにしているため、蓄熱体の蓄熱温度の利用効率が必ずしも高いものとはいえないものであった。
【０００４】
すなわち、非燃焼バーナ側の蓄熱体の蓄熱温度は加熱室内の廃ガス温度で飽和する一方、燃焼バーナ側の蓄熱体は燃焼空気との熱交換によって放熱されるため、蓄熱体の放熱が多くなると燃焼バーナに供給される燃焼空気温度が低下することにより、加熱室内温度が低下して、加熱室内を目標温度に制御することが困難となり、一方非燃焼側の蓄熱体の蓄熱温度は加熱室内の廃ガス温度で飽和するため、それ以上の時間蓄熱しても意味がないことから、燃焼バーナ側の放熱温度及び非燃焼側の蓄熱温度が最適状態となる切換時間を設定し、この切換時間毎に燃焼バーナを切換えることになり、最大限の燃焼効率を達成することができないという未解決の課題がある。
【０００５】
そこで、本出願には、先行技術として、非燃焼バーナ側の蓄熱体の出側における廃ガス温度を検出して、蓄熱体の蓄熱温度を推測し、これが所定温度に達したときに燃焼度バーナを切換えるようにした蓄熱式バーナ装置の燃焼制御装置を提案している。
この先行技術によれば、蓄熱体の蓄熱温度の管理を行うようにしているので、無駄な蓄熱時間を設けることなく、燃焼バーナの切換制御を効率良く行うことができるが、燃焼バーナ側の蓄熱体については何ら管理していないので、蓄熱体の過放熱による燃焼空気の温度低下が発生するおそれがあり、これによって加熱室の温度が目標温度より低下してしまうおそれがあると共に、蓄熱体の過放熱により、これを非燃焼バーナに切換えて廃ガスと熱交換したときに、排出される廃ガス温度が廃ガス中のＳ（硫黄）成分（ＳＯ3 、Ｈ2 Ｓ等）が化学反応して硫酸が生成されるときの温度である酸露点以下となって、酸腐食を発生させるという新たな課題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来例及び先行技術の未解決の課題に着目してなされたものであり、蓄熱体の蓄熱温度の利用効率を高めながら加熱室内の温度低下や廃ガス温度が酸露点以下となることを確実に防止することができる蓄熱式バーナ装置の燃焼制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る蓄熱式バーナ装置の燃焼制御装置は、加熱室内に配設した少なくとも一対のバーナと、各バーナに接続された燃料供給管及び空気供給兼廃ガス排出管と、前記空気供給兼廃ガス排出管の途上に介装された蓄熱体とを備え、各バーナを交互に切換燃焼させると共に、非燃焼側バーナから前記加熱室内の廃ガスを前記蓄熱体に導入して熱交換を行うようにした蓄熱式バーナ装置において、前記燃焼側のバーナに供給する燃焼空気の温度を蓄熱体の出側で検出する燃焼空気温度検出手段と、該燃焼空気温度検出手段の検出温度が前記加熱室温度を低下させる要因となる第１の設定値以下となったとき燃焼バーナの切換えを行う切換制御手段とを備えていることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２に係る蓄熱式バーナ装置の燃焼制御装置は、加熱室内に配設した少なくとも一対のバーナと、各バーナに接続された燃料供給管及び空気供給兼廃ガス排出管と、前記空気供給兼廃ガス排出管の途上に介装された蓄熱体とを備え、各バーナを交互に切換燃焼させると共に、非燃焼側バーナから前記加熱室内の廃ガスを前記蓄熱体に導入して熱交換を行うようにした蓄熱式バーナ装置において、前記燃焼側のバーナに供給する燃焼空気の温度を蓄熱体の出側で検出する燃焼空気温度検出手段と、非燃焼側バーナの蓄熱体から排出される廃ガスの温度を検出する廃ガス温度検出手段と、前記燃焼空気温度検出手段の空気温度が前記加熱室温度を低下させる要因となる第１の設定値以下となったとき及び前記廃ガス温度検出手段の廃ガス温度が第２の設定値以上となったときの何れか一方の条件を満たすときに燃焼バーナの切換えを行う切換制御手段とを備えていることを特徴としている。
【０００９】
【作用】
請求項１に係る発明においては、燃焼バーナに供給される燃焼空気の蓄熱体の出側の温度を燃焼空気温度検出手段で検出することにより、蓄熱体の放熱状態を検出することができ、これに基づいて切換制御手段で燃焼バーナの切換えを行うことにより、加熱室内の温度低下を抑制すると共に、蓄熱体の過放熱を防止して、非燃焼バーナ側への切換時に廃ガス温度の酸露点以下への低下を防止する。
【００１０】
また、請求項２に係る発明においては、燃焼バーナに供給される燃焼空気の蓄熱体の出側の温度を燃焼空気温度検出手段で検出することにより、蓄熱体の放熱状態を検出すると共に、非燃焼バーナから排出される廃ガスの蓄熱体出側の温度を廃ガス温度検出手段で直接検出することにより、切換制御手段で、燃焼空気温度の低下及び廃ガス温度の低下の何れか一方を検出したときに燃焼バーナを切換えることにより、加熱室内の温度低下及び廃ガス温度の酸露点への低下を確実に阻止する。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明を連続式加熱炉に適用した場合の第１実施例を示す概略構成図である。
図中、１は連続して搬送されるスラブを加熱する連続式加熱炉であって、スラブを左側から搬入し、予熱帯２、第１加熱帯３、第２加熱帯４及び均熱帯５を順次通過して加熱され、加熱を終了したスラブが右側から搬出されて次工程に搬送される。
【００１２】
第１加熱帯３及び第２加熱帯４には、夫々４台の蓄熱式バーナ装置６Ａ〜６Ｄ及び７Ａ〜７Ｄが取付けられ、これら蓄熱式バーナ装置６Ａ〜６Ｄ及び７Ａ〜７Ｄから排出される廃ガスが廃ガス吸引ファン（ＩＤＦ）８によって吸引されて煙突９から大気に放出される。
蓄熱式バーナ装置６Ａ〜６Ｄ及び７Ａ〜７Ｄの夫々は、図２に示すように、第１加熱帯３及び第２加熱帯４の左右側壁に互いに対向して配設された一対のガスバーナ１０ａ，１０ｂを有する。これらガスバーナ１０ａ，１０ｂの夫々は、図３に示すように、左右側壁に配設されるバーナ本体１１の中心部に内部にセンターエア管１２を配設し燃料ガス供給口１３ａから供給される燃焼ガスを噴射するガスノズル１３が配設され、且つこのガスノズル１３の回りに燃料空気給排口１４ａに接続された燃焼空気室１４が形成され、この燃焼空気室１４にガスノズル１３から噴射される燃料ガスに対して６０°の空気噴射角で燃焼空気を噴射する空気１次ノズル１５が連通されていると共に、これらの外側にガスノズル１３と平行に燃焼空気を噴射すると共に、第１加熱帯３又は第２加熱帯４の加熱廃ガスを吸引する空気２次ノズル１６が配設され、ガスノズル１３から噴射される燃料ガスと空気１次ノズル１５から噴射される燃焼空気との合流点近傍にパイロットバーナ１７ａ，１７ｂが配設された構成を有する。
【００１３】
そして、ガスバーナ１０ａ，１０ｂの燃料ガス供給口１３ａが燃料遮断弁１８ａ，１８ｂを介し、さらにメイン遮断弁１９、流量調節弁２０を介して燃料ガスとしてのＭガスを供給するＭガス供給源２１に接続されている。また、パイロットバーナ１７ａ，１７ｂも遮断弁２２ａ，２２ｂを介してＭガス供給源２１に接続されている。
【００１４】
また、ガスバーナ１０ａ，１０ｂの燃焼空気給排口１４ａが蓄熱体２３ａ，２３ｂの一端に接続され、この蓄熱体２３ａ，２３ｂの他端が空気遮断弁２４ａ，２４ｂを介し、さらに流量調節弁２５を介して燃焼空気を圧送する空気ブロアー２６に接続されていると共に、廃ガス遮断弁２７ａ，２７ｂを介し、さらに流量調節弁２８を介して廃ガス吸引ファン８に接続されている。
【００１５】
ここで、蓄熱体２３ａ，２３ｂの夫々は、気体流通炉に沿って蓄熱媒体として例えば直径１９ｍｍのアルミナボールが９８０ｋｇ充填されており、このアルミナボールに第１加熱帯３又は第２加熱帯４から排出される高温（例えば１３００℃程度）の廃ガスと熱交換されて蓄熱され、この蓄熱が低温の燃焼空気と熱交換されて放熱される。
【００１６】
そして、ガスバーナ１０ａ，１０ｂの燃焼空気給排口１４ａと蓄熱体２３ａ，２３ｂとの間の流路に燃焼空気温度を検出する燃焼空気温度検出手段としての例えばＰＲ熱電温度計で構成される燃焼空気温度センサ３０ａ，３０ｂが配設されている。
そして、燃料遮断弁１８ａ，１８ｂ、遮断弁１９、流量調節弁２０、空気遮断弁２４ａ，２４ｂ、流量調節弁２５、廃ガス遮断弁２７ａ，２７ｂ及び流量調節弁２８が連続式加熱炉１全体を統括するプロセスコンピュータ３１に接続されたダイレクトディジタルコントローラ（以下、ＤＤＣと称す）３２によって制御される。
【００１７】
ＤＤＣ３２は、少なくとも燃焼空気温度センサ３０ａ，３０ｂ及び第１加熱帯３及び第２加熱帯４間の炉温を検出する炉温センサ３３ａ，３３ｂの温度検出値を読込み、炉温センサ３３ａ，３３ｂの温度検出値に基づいて燃料ガス流量、燃焼空気流量及び廃ガス流量を設定して、これらに基づいて流量調節弁２０，２５及び２８の流量目標値を設定すると共に、燃焼空気温度センサ３０ａ，３０ｂの温度検出値に基づいて燃焼バーナの切換えタイミングを決定し、これに応じて燃料遮断弁１８ａ，１８ｂ、空気遮断弁２４ａ，２４ｂ及び廃ガス遮断弁２７ａ，２７ｂを開閉制御して、燃焼状態の一方のガスバーナ例えば１０ａを燃焼停止させ、非燃焼状態の他方のガスバーナ１０ｂを燃焼状態に切換える。
【００１８】
次に、上記第１実施例の動作をＤＤＣ３２の燃焼切換処理手順の一例を示す図４のフローチャートを伴って説明する。
ＤＤＣ３２は、連続式加熱炉１の操業を開始する際に、所定の初期化処理を行って炉内温度を予め設定された目標温度ＴT （例えば１３００℃）まで昇温する昇温処理を実行する。
【００１９】
この昇温処理は、簡単に説明すると、先ずパイロットバーナ１７ａ，１７ｂに点火した状態で、一対のガスバーナ１０ａ，１０ｂの双方の燃料遮断弁１８ａ，１８ｂ、メイン遮断部１９を開状態とすると共に、空気遮断弁２４ａ，２４ｂを開状態、廃ガス遮断弁２７ａ，２７ｂを閉状態に夫々制御することにより、両ガスバーナ１０ａ，１０ｂを燃焼状態に制御する。そして、炉温センサ３３ａ，３３ｂで検出される温度検出値ＴD1，ＴD2が共に設定温度ＴS （例えば燃料ガスの着火点以上の９００℃）に達したときに、予め設定された何れか一方例えばガスバーナ１０ｂを燃焼停止させて非燃焼状態に切換えるために、先ず燃料遮断弁１８ｂに対する指令信号ＣＳF2をオフ状態として、燃料遮断弁１８ｂを閉操作し、次いで、燃料遮断弁１８ｂが完全に閉状態となるまでに要する所定時間（例えば１秒以内）経過した後に空気遮断弁２４ｂに対する制御信号ＣＳA2をオフ状態として、空気遮断弁２４ｂを閉操作し、これと同時に廃ガス遮断弁２７ｂに対する制御信号ＣＳG2をオン状態として廃ガス遮断弁２７ｂを開操作する。その後、予め設定された所定時間ｔS （例えば６０秒以内）が経過する毎に、燃焼バーナを交互に切換え、炉温センサ３３ａ，３３ｂで検出される温度検出値ＴD1，ＴD2が目標温度ＴT に達すると、昇温処理を終了して、図４に示す定常切換制御処理を実行する。
【００２０】
この状態となると、各ガスバーナ１０ａ，１０ｂの蓄熱体２３ａ，２３ｂでの蓄熱が１０００℃以上１２００℃以下の範囲内となり、燃焼空気の予熱に好適な状態となる。
定常切換制御処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ１で、現在燃焼中のガスバーナ１０ｉ（ｉ＝ａ，ｂ）を検出し、次いで、ステップＳ２に移行して、燃焼中のガスバーナ側の燃焼空気温度センサ３０ｉで検出した燃焼空気温度ＴAiを読込み、次いでステップＳ３に移行して、燃焼空気温度ＴAiが予め設定した下限設定温度ＴL （例えば１０００℃）に達したか否かを判定する。この判定は、蓄熱体２３ｉで予熱された燃焼空気の温度が低下して、炉内温度を低下させる要因となるか否かを判定するものであり、ＴAi＞ＴL であるときには、蓄熱体２３ｉで予熱された燃焼空気によって炉内温度が低下することがないものと判断して、そのままタイマ割込処理を終了して炉内温度を監視制御する所定のメインプログラムに復帰し、ＴAi≦ＴL であるときには、炉内温度を低下させる要因となるものと判断してステップＳ４に移行する。
【００２１】
このステップＳ４では、現在燃焼状態のガスバーナ１０ｉを燃焼停止させて非燃焼状態に切換えるために、先ずガスバーナ１０ｉの燃料遮断弁１８ｉに対する制御信号ＣＳFiをオフ状態として、燃料遮断弁１８ｉを閉操作し、次いでステップＳ５に移行して、燃料遮断弁１８ｉが完全に閉じるまでに要する所定時間（例えば１秒以内）経過した後に空気遮断弁２４ｉに対する制御信号ＣＳAiをオフ状態として空気遮断弁２４ｉを閉操作し、且つ廃ガス遮断弁２７ｉに対する制御信号ＣＳGiをオン状態として廃ガス遮断弁２７ｉを開操作することにより、ガスバーナ１０ｉを非燃焼状態に切換える。
【００２２】
次いで、ステップＳ６に移行して、他の非燃焼状態のガスバーナ１０ｊ（ｊ＝ｂ、ａ）を燃焼状態に切換えるために、その廃ガス遮断弁２７ｊに対する制御信号ＣＳGjをオフ状態として廃ガス遮断弁２７ｊを閉操作し、且つ空気遮断弁２４ｊに対する制御信号ＣＳAjをオン状態として空気遮断弁２４ｊを開操作し、その後所定時間経過した後にガスバーナ１０ｊの燃料遮断弁１８ｊに対する制御信号ＣＳFjをオン状態として、燃料遮断弁１８ｊを開操作することにより、ガスバーナ１０ｊに燃料ガスを供給して、これをパイロットバーナ１７ｊで点火することにより、ガスバーナ１０ｊを燃焼状態に切換えてからタイマ割込処理を終了してメインプログラムに復帰する。
【００２３】
したがって、連続式加熱炉が操業開始して、昇温制御処理によって炉内温度が目標温度に達すると、図４の定常切換制御処理が実行されることになる。このとき、一方のガスバーナ１０ａが燃焼状態にあり、他方のバスバーナ１０ｂが非燃焼状態にあるものとすると、この状態では、燃焼状態のガスバーナ１０ａに対しては、外気から空気ブロア２６によって圧送される冷風状態（例えば２０℃）の燃焼空気が流量調節弁２５、空気遮断弁２４ａを介して蓄熱体２３ａに供給され、この蓄熱体２３ａで蓄熱されたアルミナボールと熱交換されて１０００℃以上に予熱されてガスバーナ１０ａの燃焼空気給排口１４ａに供給され、ガスノズル１３から噴射される燃料ガスと混合されて燃焼されて、炉内を加熱する。
【００２４】
これと同時に、他方の非燃焼状態のガスバーナ１０ｂでは、空気一次ノズル１５及び空気２次ノズル１６が燃焼空気室１４、燃焼空気給排口１４ａ、蓄熱体２３ｂ、廃ガス遮断弁２７ｂ、流量調節弁２８を介して廃ガス吸引ファン８に連通され、この廃ガス吸引ファン８によって炉内の廃ガスが吸引されて蓄熱体２３ｂを通って排出されることにより、蓄熱体２３ｂ内のアルミナボールと熱交換することにより、蓄熱体２３ｂの蓄熱温度が徐々に上昇される。
【００２５】
このとき、ガスバーナ１０ａが燃焼状態に、ガスバーナ１０ｂが非燃焼状態に夫々切換えられた直後であるものとすると、燃焼状態のガスバーナ１０ａ側の蓄熱体２ａで予熱された燃焼空気の温度は、図５で実線図示の特性曲線Ｌa で示すように、蓄熱体２３ａの飽和温度例えば１２００℃であり、一方、非燃焼状態のガスバーナ１０ｂの蓄熱体２３ｂの温度は、一点鎖線図示の特性曲線Ｌb で示すように、前回の燃焼時に放熱された設定下限温度ＴL である１０００℃となっており、ガスバーナ１０ｂ側の廃ガス遮断弁２７ｂの出側の温度は、図５の特性曲線Ｌc で示すように、酸露点温度（１７０℃前後）より高い例えば１９０℃程度になっている。
【００２６】
このため、図４の処理が実行されると、ステップＳ１で燃焼状態であるガスバーナ１０ａが検出され、次いで、このガスバーナ１０ａ側の燃焼空気温度センサ３０ａの燃焼空気温度ＴDaを読込み、次いでステップＳ３で読込んだ燃焼空気温度ＴDaが下限設定温度ＴL 以下であるか否かを判定するが、この状態ではガスバーナ１０ａで燃焼を開始した直後であるため、蓄熱体２３ａの蓄熱温度が１２００℃程度であり、燃焼空気温度も略等しいので、ＴDa＞ＴL となり、そのままタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
【００２７】
したがって、ガスバーナ１０ａでの燃焼状態が継続されると共に、ガスバーナ１０ｂでの廃ガス回収状態が継続されるが、ガスバーナ１０ａに供給される燃焼空気の温度は、図５の特性曲線Ｌa で示すように、時間の経過と共に徐々に低下する一方、ガスバーナ１０ｂ側の蓄熱体２３ｂの温度が図５の特性曲線Ｌb で示すように徐々に上昇し、これに伴って廃ガス遮断弁２７ｂの出側温度も図５の特性曲線Ｌc に示すように、徐々に上昇する。
【００２８】
その時、時点ｔ1 でガスバーナ１０ａに供給される燃焼空気温度ＴDaが下限設定温度ＴL に達すると、図４の処理が実行されたときに、ステップＳ３からステップＳ４に移行することになり、ガスバーナ１０ａの燃料遮断弁１８ａに対する制御信号ＣＳFaをオフ状態として、燃料遮断弁１８ａを閉操作する。このため、図６に示すように、燃料遮断弁１８ａが徐々に閉じられる。
【００２９】
次いで、ステップＳ５に移行して、燃料遮断弁１８ａが完全に閉じるまでに要する所定時間（例えば１秒以内）経過した時点ｔ2 では、燃料遮断弁１８ａが閉じ切ることにより、バスバーナ１０ａへの燃料ガスの供給が完全に遮断され、これによってガスバーナ１０ａの燃焼が停止される。これと同時に、時点ｔ2 で空気遮断弁２４ａに対する制御信号ＣＳAaをオフ状態として空気遮断弁２４ａを閉操作し、且つ廃ガス遮断弁２７ａに対する制御信号ＣＳGaをオン状態として廃ガス遮断弁２７ａを開操作することにより、図６に示すように、空気遮断弁２４ａが徐々に閉じられ、これと同時に廃ガス遮断弁２７ａが徐々に開かれ、これによってガスバーナ１０ａが非燃焼状態の廃ガス回収状態に切換えられる。
【００３０】
次いで、ステップＳ６に移行して、他の非燃焼状態のガスバーナ１０ｂの廃ガス遮断弁２７ｂに対する制御信号ＣＳGbをオフ状態として廃ガス遮断弁２７ｂを閉操作し、且つ空気遮断弁２４ｂに対する制御信号ＣＳAbをオン状態として空気遮断弁２４ｂを開操作することにより、図６に示すように、時点ｔ2 から廃ガス遮断弁２７ｂが徐々に閉じると共に、空気遮断弁２４ｂが徐々に開かれることにより、廃ガス回収状態からガスバーナ１０ｂに高温の蓄熱体２３ｂで予熱された燃焼空気を供給する燃焼準備状態に移行し、その後所定時間経過した空気遮断弁２４ｂ及び廃ガス遮断弁２４ａが全開状態となった後の時点ｔ4 でガスバーナ１０ｂの燃料遮断弁１８ｂに対する制御信号ＣＳFbをオン状態として、図６に示すように、燃料遮断弁１８ｂを開操作することにより、ガスバーナ１０ｂに燃料ガスが供給開始され、これがパイロットバーナ１７ｂで点火されることにより、ガスバーナ１０ｂを燃焼状態に切換える。
【００３１】
このように、ガスバーナ１０ｂが燃焼状態に切換わると、時間の経過と共に図５の特性曲線Ｌb で示すように、燃焼空気温度ＴDbが徐々に低下し、逆にガスバーナ１０ａで回収された廃ガスによって蓄熱体２３ａの温度が徐々に上昇され、これに応じて廃ガス遮断弁２７ａの出側の廃ガス温度が特性曲線Ｌd で示すように、徐々に上昇する。
【００３２】
そして、このガスバーナ１０ｂの燃焼状態が、燃焼空気温度ＴDbが下限設定温度ＴL 以下となるまで継続され、燃焼空気温度ＴDbが下限設定温度ＴL 以下となると、ガスバーナ１０ｂが燃焼状態から非燃焼状態に、逆にガスバーナ１０ａが非燃焼状態から燃焼状態に切換えられる。その後、燃焼状態のガスバーナ１０ｉに供給される燃焼空気温度ＴDiが下限設定温度ＴL 以下となる毎に燃焼バーナの切換えが行われる。
【００３３】
このように、上記第１実施例によると、燃焼状態のガスバーナ１０ｉに供給される燃焼空気温度ＴDiが下限設定温度ＴL 以下となる毎に燃焼バーナの切換えが行われるので、燃焼空気温度の低下により連続式加熱炉１の炉温が低下することを確実に防止することができると共に、燃焼バーナ１０ｉ側の蓄熱体２３ｉの過放熱を防止することができ、これに応じて燃焼バーナ１０ｉが非燃焼状態となって廃熱回収状態となったときに、蓄熱体２３ｊの出側温度が低下して例えば廃ガス遮断弁２７ｊの出側の廃ガス温度が酸露点以下となって、廃ガス中の硫黄成分が化学反応して硫酸が生成されることを確実に防止することができる。
【００３４】
次に、本発明の第２実施例を図７及び図８を伴って説明する。
この第２実施例は、前述した第１実施例に加えて熱回収効率も向上させるようにしたものである。
すなわち、図７に示すように、図２の構成において、蓄熱体２３ａ、２３ｂの出側にその廃ガス温度を検出する廃ガス温度検出手段としての例えばＰＲ熱電温度計で構成される廃ガス温度センサ３５ａ、３５ｂを設け、これら廃ガス温度センサ３５ａ、３５ｂで蓄熱体２３ａ、２３ｂで熱交換した直後の廃ガス温度ＴGa、ＴGbを検出し、この廃ガス温度ＴGa、ＴGbをＤＤＣ３２に供給して、このＤＤＣ３２で蓄熱体２３ａ、２３ｂの蓄熱許容量を越えているか否かを判断し、蓄熱許容量を越えているとき又は前述したように燃焼側ガスバーナ１０ｉに供給される燃焼空気温度ＴDiが下限設定温度ＴL 以下となったときの何れかの条件を満足したときに燃焼バーナの切換えを行うようにしたものであり、図２との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
【００３５】
この第２実施例では、ＤＤＣ３２で図８の定常切換制御処理が実行される。この定常切換制御処理は、図４の処理におけるステップＳ３〜Ｓ４間に非燃焼状態のガスバーナ１０ｊの廃ガス温度センサ３５ｊの廃ガス温度ＴGjを読込むステップＳ１１と読込んだ廃ガス温度ＴGjが予め設定された蓄熱体２３ｊの熱許容量に相当する上限設定温度ＴH に達したか否かを判定するステップＳ１２が介装され、このステップＳ１２でＴGi＜ＴH であるときには蓄熱体２３ｊの熱許容量を越えていないものと判断してそのままタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰し、ＴGi≧ＴH であるときには、蓄熱体２３ｊの熱許容量を越えたものと判断してステップＳ４に移行することを除いては図４と同様の処理を行い対応部分には同一符号を付して、その説明はこれを省略する。
【００３６】
この第２実施例によると、燃焼状態にあるガスバーナ１０ｉに供給する燃焼空気温度ＴAiが下限設定温度ＴL 以下となると、前述した第１実施例と同様に、燃焼バーナを切換えて、炉内温度の低下や蓄熱体の過放熱による廃ガス温度の低下を抑制することができると共に、燃焼状態にあるガスバーナ１０ｉに供給する燃焼空気温度ＴAiが下限設定温度ＴL 以下となっていない状態であっても、非燃焼状態即ち廃熱回収状態にあるガスバーナ１０ｊの蓄熱体２３ｊの廃ガス温度ＴGjが上限設定温度ＴH に達すると、ステップＳ４に移行して、燃焼バーナの切換処理が行われることになり、蓄熱体２３ｊの熱許容量を越えて外部に排出される廃ガス温度が不必要に高くなることを抑制して、熱回収効率を向上させることができる。
【００３７】
なお、上記各実施例においては、ガスバーナ１０ａ、１０ｂに供給する燃料としてＭガスを使用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の燃料ガスや重油等の液体燃料を適用することができるものである。
また、上記各実施例においては、ガスバーナ１０ａ、１０ｂの燃焼切換制御をＤＤＣ３２で行うようにした場合について説明したが、これに限らず他のプログラマブルコントローラやシーケンス制御回路等によってシーケンス制御するようにしてもよい。
【００３８】
さらに、上記各実施例においては、ガスバーナ１０ａ、１０ｂに対する燃焼空気の供給及び廃ガスの排出を個別の空気遮断弁２４ａ、２４ｂ及び廃ガス遮断弁２７ａ、２７ｂで行う場合について説明したが、これに限らずエアシリンダ等によって流路を切り換える方向切換弁や、特開平１−２１９４１１号公報に開示されているように流体力学的にコアンダ効果を利用して切換機構を構成するようにしてもよい。
【００３９】
さらにまた、上記各実施例においては、温度検出手段としてＰＲ熱電温度計を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の熱電温度計を適用することができる。
また、上記各実施例においては、本発明を連続式加熱炉に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の加熱炉や熱処理炉等にも適用し得るものである。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る蓄熱式バーナ装置における燃焼制御装置によれば、燃焼側のバーナに供給する燃焼空気の温度を燃焼空気温度検出手段で蓄熱体の出側で検出し、この検出温度が加熱室温度を低下させる要因となる第１の設定値以下となったとき切換制御手段で燃焼バーナの切換えを行うようにしたので、燃焼空気温度の低下によって加熱室温度の低下を確実に防止することができると共に、蓄熱体の過放熱を抑制して、非燃焼側に切換えたときの廃ガス温度の低下を抑制して、廃ガス温度が酸露点以下に低下して、硫黄成分による硫酸の生成を確実に阻止することができるという効果が得られる。
【００４１】
また、請求項２に係る蓄熱式バーナ装置における燃焼制御装置によれば、上記構成に加えて非燃焼側バーナの蓄熱体から排出される廃ガスの温度を検出する廃ガス温度検出手段を設け、切換制御手段で燃焼空気温度が加熱室温度を低下させる要因となる第１の設定値以下となるとき及び廃ガス温度が第２の設定値以上となるときの何れかの条件を満たすときに燃焼バーナの切換えを行うようにしたので、上記請求項１の効果に加えて非燃焼側バーナの蓄熱体の熱許容量を越える熱回収を抑制して、熱回収効率を向上させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を連続式加熱炉に適用した場合の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】蓄熱式バーナ装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】ガスバーナの一例を示す断面図である。
【図４】ダイレクトディジタルコントローラでの定常切換処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】燃焼バーナの切換えによる蓄熱体の前後の温度変化及び廃ガス温度変化を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の動作の説明に供する各弁の切換タイミングを示すタイムチャートである。
【図７】本発明の第２の実施例における蓄熱式バーナ装置を示す概略構成図である。
【図８】第２実施例における定常切換処理の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 連続式加熱炉
２ 予熱帯
３ 第１加熱帯
４ 第２加熱帯
５ 均熱帯
６Ａ〜６Ｄ、７Ａ〜７Ｄ 蓄熱バーナ装置
８ 廃ガス吸引ファン
１０ａ、１０ｂ ガスバーナ
１８ａ、１８ｂ 燃料遮断弁
２３ａ、２３ｂ 蓄熱体
２４ａ、２４ｂ 空気遮断弁
２７ａ、２７ｂ 廃ガス遮断弁
Claims (2)
- 加熱室内に配設した少なくとも一対のバーナと、各バーナに接続された燃料供給管及び空気供給兼廃ガス排出管と、前記空気供給兼廃ガス排出管の途上に介装された蓄熱体とを備え、各バーナを交互に切換燃焼させると共に、非燃焼側バーナから前記加熱室内の廃ガスを前記蓄熱体に導入して熱交換を行うようにした蓄熱式バーナ装置において、前記燃焼側のバーナに供給する燃焼空気の温度を蓄熱体の出側で検出する燃焼空気温度検出手段と、該燃焼空気温度検出手段の検出温度が前記加熱室温度を低下させる要因となる第１の設定値以下となったとき燃焼バーナの切換えを行う切換制御手段とを備えていることを特徴とする蓄熱式バーナ装置における燃焼制御装置。
- 加熱室内に配設した少なくとも一対のバーナと、各バーナに接続された燃料供給管及び空気供給兼廃ガス排出管と、前記空気供給兼廃ガス排出管の途上に介装された蓄熱体とを備え、各バーナを交互に切換燃焼させると共に、非燃焼側バーナから前記加熱室内の廃ガスを前記蓄熱体に導入して熱交換を行うようにした蓄熱式バーナ装置において、前記燃焼側のバーナに供給する燃焼空気の温度を蓄熱体の出側で検出する燃焼空気温度検出手段と、非燃焼側バーナの蓄熱体から排出される廃ガスの温度を検出する廃ガス温度検出手段と、前記燃焼空気温度検出手段の空気温度が前記加熱室温度を低下させる要因となる第１の設定値以下となったとき及び前記廃ガス温度検出手段の廃ガス温度が第２の設定値以上となったときの何れか一方の条件を満たすときに燃焼バーナの切換えを行う切換制御手段とを備えていることを特徴とする蓄熱式バーナ装置における燃焼制御装置。
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- 1994-09-29 JP JP23549294A patent/JP3747481B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH0894065A (ja) | 1996-04-12 |
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