JP2000213736A - 蓄熱式燃焼バ―ナによる加熱方法 - Google Patents

蓄熱式燃焼バ―ナによる加熱方法

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JP2000213736A
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俊一 秋山
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Toshio Sasa
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    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の燃焼ゾ−ンを有する加熱炉において、
異常により蓄熱式燃焼バ−ナの一部が消火したときの加
熱方法を確立する。 【解決手段】 2本1組で交番燃焼する蓄熱式燃焼バー
ナ1aおよび1bの複数組2A〜2Eを1つの燃焼ゾー
ン3として複数の燃焼ゾーンを設け、各燃焼ゾーン3毎
に燃焼用空気の供給量を制御する流量制御弁5および燃
焼排ガスの排出量を制御する流量制御弁7を設けた蓄熱
式燃焼バーナ装置による加熱方法であって、同一燃焼ゾ
−ン3内のいずれかの組の蓄熱式燃焼バ−ナに異常が発
生した場合は、前記燃焼ゾ−ン3の排ガス排出量を制御
する流量制御弁7を全閉にして燃焼用空気が予熱されず
に供給される状態とし、前記異常が修復された後は、燃
焼排ガスの排出量を制御する流量制御弁7を開いて燃焼
用空気を予熱して交番燃焼するようにした蓄熱式燃焼バ
−ナによる加熱方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、2本1組で交番燃
焼する蓄熱式燃焼バーナの複数組を1つの燃焼ゾーンと
して複数の燃焼ゾーンを設け、各燃焼ゾーン毎に燃料の
供給量を制御する流量制御弁および燃焼排ガスの排出量
を制御する流量制御弁を設けた蓄熱式燃焼バーナ装置に
おいて、同一燃焼ゾ−ン内のいずれかの組の蓄熱式燃焼
バ−ナに異常が発生した場合の加熱方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は蓄熱式燃焼バーナ41aおよび4
1bで交番燃焼する2本1組のバ−ナの組42A、42
B、42C、42Dおよび42Eの5組を1つの燃焼ゾ
ーンとして複数の燃焼ゾーン43を設け、それぞれの燃
焼ゾーン43に燃料を供給する燃焼用空気ヘッダ−管4
4に、燃焼用空気の供給量を制御する流量制御弁45
を、またそれぞれの燃焼ゾ−ン43の燃焼排ガスを排出
する燃焼排ガスヘッダ−管46に、燃焼排ガスの排出量
を制御する流量制御弁47を設けた蓄熱式燃焼バーナ装
置を示すものである。
【0003】この蓄熱式燃焼バーナ装置においては、各
組の蓄熱式燃焼バーナ41aおよび41bには、三方切
替弁48aおよび48bが設けられている。そして、燃
料供給枝管49aの途中に設けた燃料遮断弁50aを開
き、燃料供給枝管49bの途中に設けた燃料遮断弁50
bを閉じて、蓄熱式燃焼バーナ41aに燃焼用空気を供
給して、蓄熱式燃焼バーナ41aで燃焼を行なっている
ときには、蓄熱式燃焼バーナ41bで燃焼排ガスの排出
をするように、三方切替弁48aは燃焼用空気を供給す
る側に、三方切替弁48bは燃焼排ガスを排出する側に
切り替えられる。
【0004】また、逆に燃料供給枝管49bの途中に設
けた燃料遮断弁50bを開き、燃料供給枝管49aの途
中に設けた燃料遮断弁50aを閉じて、蓄熱式燃焼バー
ナ41bに燃料を供給して、蓄熱式燃焼バーナ41bで
燃焼を行なっているときには、蓄熱式燃焼バーナ41a
で燃焼排ガスの排出をするように、三方切替弁48bは
燃焼用空気を供給する側に、三方切替弁48aは燃焼排
ガスを排出する側に切り替えられる。
【0005】そして、このような切り替えは、一定の時
間毎に繰り返される。なお、図示していないが、蓄熱式
燃焼バ−ナ41aおよび41bには、蓄熱体が設けられ
ており、それぞれのバ−ナで燃焼排ガスを排出している
ときには、燃焼排ガスの保有する顕熱を蓄熱体に蓄熱
し、燃焼時に蓄熱した熱で燃焼用空気を予熱して、燃焼
効率を高めるようにしている。
【0006】上述したような蓄熱式燃焼バーナ装置にお
いては、燃焼排ガスヘッダ−管46に合流する各バ−ナ
組42A、42B、42C、42Dおよび42Eの燃焼
排ガス分岐管51には、燃焼排ガス温度を測定する温度
計52が設置されており、測定した燃焼排ガスの温度
が、設定してある設定温度以上になると、その組の燃焼
バ−ナを消火させるシステムが採用されている。これ
は、燃焼バ−ナの各機器が破損した時に、高温の炉内ガ
スが吸引され、後流の流量調整弁47や吸引ファン(図
示せず)が熱で損傷されるのを防止するためである。
【0007】そして、燃焼バ−ナを消火させるに際して
は、破損した燃焼バ−ナが燃焼排ガスをそれ以上吸引し
て、排ガス温度をさらに上昇させないようにするため
に、図5に示すように、消火した燃焼バ−ナの組の燃料
遮断弁50aおよび50bを閉じて消火させるととも
に、前記三方切替弁48aおよび48bのいずれをも燃
焼用空気供給側に切り替え、燃焼用空気を消火した燃焼
バ−ナ41aおよび41bに供給し、消火している間に
燃焼バ−ナ41aおよび41bが熱により、ダメ−ジを
受けないようにして、点検や交換等の処置を行なうよう
にしている。そして、破損していない他の組の燃焼バ−
ナでは、燃焼と燃焼排ガスの排気とを交互に行なう。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の異常バーナのみを消火する方法には、次のよう
な問題点がある。
【0009】異常燃焼バーナのみを消火するだけでは、
燃焼排ガスの排出は燃焼ゾ−ンのバーナの全本数をN本
とすると、残りのN−1本のバーナで行わねばならず、
そのまま交番燃焼を継続すると、燃焼バーナ1本当たり
の蓄熱体を通過する燃焼排ガス量は、N本の燃焼バーナ
で燃焼排ガスの排出を行っているときよりもN/(N−
1)の割合で多くなる。
【0010】このため、蓄熱式燃焼バ−ナの蓄熱体で燃
焼排ガスの保有する顕熱を蓄熱しきれなくなるので、蓄
熱体通過後の燃焼排ガスの温度が異常に高くなる。その
ため、破損した燃焼バーナ以外の燃焼バーナも、燃焼排
ガス温度が異常に高くなり、連鎖的に消火されるように
なり、加熱炉の操業が不安定となる。
【0011】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、同一燃焼ゾ−
ンの何れかの蓄熱式燃焼バ−ナが消火状態になっても、
同一燃焼ゾ−ンの他の蓄熱式燃焼バ−ナに消火が波及し
ない、蓄熱式燃焼バ−ナによる加熱方法を提供すること
を目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明に係る蓄熱式燃
焼バ−ナによる加熱方法は、2本1組で交番燃焼する蓄
熱式燃焼バーナの複数組を1つの燃焼ゾーンとして複数
の燃焼ゾーンを設け、各燃焼ゾーン毎に燃焼用空気の供
給量を制御する流量制御弁および燃焼排ガスの排出量を
制御する流量制御弁を設けた蓄熱式燃焼バーナ装置によ
る加熱方法であって、同一燃焼ゾ−ン内のいずれかの組
の蓄熱式燃焼バ−ナに異常が発生した場合は、前記燃焼
ゾ−ンの排ガス排出量を制御する流量制御弁を全閉にし
て燃焼用空気が予熱されずに供給される状態とし、前記
異常が修復された後は、燃焼排ガスの排出量を制御する
流量制御弁を開いて燃焼用空気を予熱して交番燃焼する
ようにしたものである。
【0013】この蓄熱式燃焼バ−ナによる加熱方法にお
いては、燃焼排ガスの異常温度上昇等によって、同一燃
焼ゾ−ンの何れかの組の燃焼バ−ナが消火状態になった
ときには、同一燃焼ゾ−ンの他の組の燃焼バ−ナは、燃
焼排ガスを吸引しないで、換言すれば燃焼用空気を予熱
しない状態で、交番燃焼を行なう。このため、異常時に
は燃焼排ガスの保有する顕熱を蓄熱することはできなく
なるが、短時間で異常の修復が行なえるので、大きな熱
損失にはならない。
【0014】したがって、燃焼排ガス排出管に設けた温
度計で測定する燃焼排ガス温度は高くならないので、消
火が他の燃焼バ−ナに波及することはない。
【0015】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、図面を
参照して説明する。
【0016】図1は燃焼ゾ−ンを複数形成した鋼管等の
ような長尺材を加熱する加熱炉の説明図であり、図1
(a)は加熱炉の概略平面図、図1(b)は加熱炉の概
略断面図である。また、図2はこの加熱炉の燃焼制御系
を示す制御系統図である。
【0017】図1において、加熱炉20には、互いに対
向する炉壁に多数の蓄熱式燃焼バ−ナが装着され、隣接
する一対の蓄熱式燃焼バ−ナ21aと21b(22aと
22b)とで交番燃焼するバ−ナ組21(22)が形成
される。この加熱炉20においては、鋼管Pの炉内搬送
方向に沿って、加熱帯23aと均熱帯23bに区分され
ている。そして、加熱帯23aは、鋼管Pの長手方向に
沿って、入口帯A、中央帯Bおよび出口帯Cと3つの燃
焼ゾ−ンに分割され、均熱帯23bも入口帯A′、中央
帯B′および出口帯C′と同じく3つの燃焼ゾ−ンに分
割されている。
【0018】前記交番燃焼するバ−ナ組21および22
は、それぞれの火炎F1およびF2が鋼管Pの長手方向と
直交するするように、それぞれの炉壁に装着されてい
る。
【0019】そして、ある周期においては、図1(b)
に示すように、一方の燃焼バ−ナが送風機27により供
給された燃焼用空気を、蓄熱体によって予熱して燃焼を
行ない、他方の燃焼バ−ナが燃焼排ガスを蓄熱体を通し
て排出用送風機28により排出し、蓄熱体に燃焼排ガス
の保有する顕熱を蓄熱する。そして、次の周期では、そ
れぞれの燃焼バ−ナが反対の動作を行なう。なお、図1
(b)の符号25は排ガスを排出するための煙道、26
は煙突である。
【0020】このように、バ−ナ組21および22は、
短い周期で交番燃焼するので、熱回収率が高いものとな
る。
【0021】次に、この加熱炉の燃焼制御系統について
図2に基づき説明する。図2は、加熱炉の均熱帯23a
の1つの燃焼帯(ゾ−ン)とその燃焼制御系を示したも
のである。加熱炉20の壁面に蓄熱式燃焼バ−ナ21a
と21bとからなる複数のバ−ナ組211、212、…2
n-1、21nが、鋼管Pを均一に加熱するように配置さ
れている。そして、それぞれの蓄熱式燃焼バ−ナには、
蓄熱体29が設けられており、燃焼排ガスが蓄熱体29
を通過するときに、その顕熱が蓄熱され、燃焼用空気が
蓄熱体29を通過するときに、燃焼用空気を予熱する。
【0022】交番燃焼する蓄熱式燃焼バ−ナのバ−ナ組
211、212、…21n-1、21nには、燃料供給系L
1、燃焼用空気供給系L2、燃焼排ガス排出系L3およ
び電気制御による切替制御系L4が設けられ、かつ燃焼
用空気供給系L2と燃焼排ガス排出系L3とを切り替え
る1組の三方切替弁301、302、…30n-1、30n
それぞれ設けられている。三方切替弁301、302、…
30n-1、30nは、その切り替え操作によって、蓄熱式
燃焼バ−ナのバ−ナ組のいずれかの側の燃焼バ−ナに燃
焼用空気を供給し、いずれかの側の燃焼バ−ナから燃焼
排ガスを排出かを設定できるようになっている。この切
替制御は、各燃焼ゾ−ンの温度検出端T1、T2まあたは
3で検出したゾ−ン温度を基に、制御装置31からの
制御信号によってなされている。
【0023】なお、2つの三方切替弁とする代わりに、
四方切替弁1個で同じ機能を満たすことができる。
【0024】さらに、制御装置31からの制御信号によ
って、個々の蓄熱式燃焼バ−ナの燃料供給量と燃料供給
制御弁の弁開閉制御が行なわれる。なお、他の燃焼ゾ−
ンも同様な構成であるので、その説明は省略する。
【0025】上述した加熱炉では、蓄熱式燃焼バ−ナを
用い、一定時間、例えば30秒毎にバ−ナ組の燃焼する
バ−ナを切り替えており、加熱炉の各燃焼ゾ−ンに燃料
が供給されて、燃焼雰囲気が攪拌され、鋼管Pの長手方
向の温度分布がより均一になる。
【0026】また、同一燃焼ゾ−ンの蓄熱式燃焼バ−ナ
は、交番燃焼の周期を個々に調整したり、交番燃焼の燃
焼時間と蓄熱時間の長さを調整したり、燃料供給量を調
整することが可能であり、鋼管Pの長手方向の温度分布
を調整することができるようになっている。
【0027】また、交番燃焼する蓄熱式燃焼バ−ナは、
蓄熱体としてセラミック製等の材質のものが用いられて
いる。蓄熱体がセラミック製等高温に耐えられるもので
あるため、1000℃以上の高温の燃焼排ガスを蓄熱体
に導入させることができるので、効率よく燃焼排ガスの
保有する顕熱を回収することが可能である。例えば、燃
焼排ガスの温度が1000℃のときには、燃焼用空気を
900〜950℃に予熱することができ、熱回収効率が
極めて高いものになる。
【0028】次に、上述した複数の燃焼ゾ−ンを有する
加熱炉において、燃焼ゾ−ン内のいずれかの燃焼バ−ナ
が何らかの理由により、消火した場合の燃焼方法を説明
する。
【0029】図3は、燃焼バ−ナの1組(2C)が消火
した場合の蓄熱式燃焼バ−ナによる加熱方法を示す説明
図である。
【0030】この蓄熱式燃焼バ−ナによる加熱方法は、
2本1組で交番燃焼する蓄熱式燃焼バーナ1aおよび1
bの複数組(図3においては2A、2B、2C、2D、
2Eの5組)を1つの燃焼ゾーン3として複数の燃焼ゾ
ーン3を設け、それぞれの燃焼ゾーン3に燃焼用空気を
供給する燃焼用空気ヘッダ−管4に、燃焼用空気の供給
量を制御する流量制御弁5を、またそれぞれの燃焼ゾ−
ン3の燃焼排ガスを排出する燃焼排ガスヘッダ−管6
に、燃焼排ガスの排出量を制御する流量制御弁7を設け
た蓄熱式燃焼バーナ装置において、同一燃焼ゾ−ン3内
のいずれかの組の蓄熱式燃焼バ−ナ1aまたは1bに、
燃焼バ−ナを消火させるような異常が発生した場合の加
熱方法であって、燃焼排ガスヘッダ−管6に合流する各
燃焼バ−ナ組2A、2B、2C、2Dおよび2Eの燃焼
排ガス分岐管11に設けた温度計12により測定した燃
焼排ガスの温度が、燃焼バ−ナの各機器の破損を防止す
るために設定してある設定温度以上となって、燃焼バ−
ナが消火した場合、前記燃焼ゾ−ン3の排ガス排出量を
制御する流量制御弁7を全閉にするとともに、異常が発
生した組(図3の場合2C)の燃焼バーナ1aおよび1
bは、この組2Cの燃料供給枝管9aおよび9bのそれ
ぞれの燃料遮断弁10aおよび10bを閉じて、燃焼が
停止されている状態にするとともに、三方切替弁8aお
よび8bを燃焼用空気供給側に切り替えて、燃焼用空気
のみが供給される状態とする。
【0031】そして、異常が発生した組2C以外の組2
A、2B、2Dおよび2Eの燃焼バ−ナ1aおよび1b
には、燃料および燃焼用空気を交互に供給して、燃焼用
空気を予熱しないで交番燃焼する。
【0032】このようにして加熱するので、消火した蓄
熱式燃焼バ−ナが熱によりダメ−ジを受けないととも
に、同一燃焼ゾ−ンの他の蓄熱式燃焼バ−ナの蓄熱体を
過剰な燃焼排ガスが通過しないので、燃焼排ガス分岐管
11に設けた温度計12により測定した燃焼排ガスの温
度が、燃焼バ−ナの各機器の破損を防止するために設定
してある設定温度以上となることはなく、連鎖的に燃焼
バ−ナが消火することはない。
【0033】したがって、燃焼用空気を予熱しないの
で、燃焼効率が低下することはあるものの、多数本の燃
焼バ−ナが消火して、加熱炉の操業停止に至るようなト
ラブルには発展しない。
【0034】また、被加熱物の長手方向にゾ−ン分割さ
れ、ゾ−ン内が均一な温度分布となるので、長尺被加熱
物の長手方向温度ムラの発生を防止することができる。
【0035】
【発明の効果】本発明により、加熱炉の操業が安定して
行なえるとともに、燃焼バ−ナの耐久性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】燃焼ゾ−ンを複数形成した加熱炉の説明図であ
り、(a)は加熱炉の概略平面図、(b)は加熱炉の概
略断面図である。
【図2】燃焼ゾ−ンを複数形成した加熱炉の燃焼制御系
を示す制御系統図である。
【図3】本発明の実施の形態の蓄熱式燃焼バ−ナによる
加熱方法を示す説明図である。
【図4】従来の蓄熱式燃焼バ−ナによる加熱方法を示す
説明図である。
【図5】従来の異常燃焼バ−ナの消火方法を示す説明図
である。
【符号の説明】
1a、1b 蓄熱式燃焼バーナ 2A、2B、2C、2D、2E 蓄熱式燃焼バーナの組 3 燃焼ゾーン3 4 燃焼用空気ヘッダ−管 5 流量制御弁 6 燃焼排ガスヘッダ−管 7 流量制御弁 8a、8b 三方切替弁 9a、9b 燃料供給枝管 10a、10b 燃料遮断弁 11 燃焼排ガス分岐管 12 温度計 20 加熱炉 21a、21b 蓄熱式燃焼バ−ナ 22a、22b 蓄熱式燃焼バ−ナ 21、22 交番燃焼するバ−ナ組 211、212、…21n-1、21n 交番燃焼するバ−ナ
組 23a 加熱帯 23b 均熱帯 25 煙道 26 煙突 27 送風機 28 排出用送風機 29 蓄熱体 301、302、…30n-1、30n 三方切替弁 31 制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高士 弘一 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 笹 俊男 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 Fターム(参考) 3K003 EA08 FA01 FB04

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2本1組で交番燃焼する蓄熱式燃焼バー
    ナの複数組を1つの燃焼ゾーンとして複数の燃焼ゾーン
    を設け、各燃焼ゾーン毎に燃焼用空気の供給量を制御す
    る流量制御弁および燃焼排ガスの排出量を制御する流量
    制御弁を設けた蓄熱式燃焼バーナ装置による加熱方法で
    あって、同一燃焼ゾ−ン内のいずれかの組の蓄熱式燃焼
    バ−ナに異常が発生した場合は、前記燃焼ゾ−ンの排ガ
    ス排出量を制御する流量制御弁を全閉にして燃焼用空気
    が予熱されずに供給される状態とし、前記異常が修復さ
    れた後は、燃焼排ガスの排出量を制御する流量制御弁を
    開いて燃焼用空気を予熱して交番燃焼するようにしたこ
    とを特徴とする蓄熱式燃焼バ−ナによる加熱方法。
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