JP2005248258A - 連続式加熱炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、排ガスによる熱損失を低減し、燃料原単位の低減が可能な連続式加熱炉の操業方法を提供することを主目的とするものである。
【解決手段】 上記目的を達成するために、本発明は、炉尻側から順に、予熱帯、加熱帯、および均熱帯が配置され、上記炉尻側端部に排ガス煙道が形成された連続式加熱炉の操業方法であって、上記予熱帯は、被加熱材により区画された、排ガス煙道が形成された側の領域である排ガス煙道側領域と、その反対側の領域である反排ガス煙道側領域とを有し、上記排ガス煙道側領域には炉長方向に複数組のバーナが備えられており、上記複数組のバーナは燃焼負荷量に応じて炉尻側と反対側から順に使用されることを特徴とする連続式加熱炉の操業方法を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スラブ等の被加熱材を所定の目標温度まで加熱する場合に用いる連続式加熱炉の操業方法に関するものである。

連続式加熱炉の構造は、炉尻側から順に、予熱帯、加熱帯、均熱帯が配置され，各ゾーンで燃焼された後の排ガスは炉尻側端部に備えられた排ガス煙道を通り、排ガス煙道に接続された煙突を介して、大気へ放散されるのが一般的である。このような連続式加熱炉においては、加熱能力の向上や燃料原単位の低減を目指し、その研究が進められている。

例えば、特許文献１には、燃料原単位の低減を図るために、予熱帯へ燃焼効率の高い蓄熱式バーナを設置する技術が開示されている。この連続式加熱炉においては、加熱帯および均熱帯よりも、予熱帯の炉温が高く設定されている。

しかし、このような連続式加熱炉において、燃料原単位を最小とする一般的なヒートパターンは、後段高負荷型と呼ばれる抽出側の帯の炉温を最大となるようにし、被加熱材を搬出する抽出口付近で被加熱材の目標温度に達するように加熱する加熱方法である。特許文献１のように予熱帯の温度が他の帯よりも高い場合、予熱帯の高温燃焼排ガスと他の帯の燃焼排ガスとが混合され、炉尻付近の温度が上昇する。炉尻付近の熱は、排ガスとして排ガス煙道より排出されてしまうため、予熱帯の炉温を他の帯と比べて高くする事は、排ガスによる熱損失の増加に繋がり、燃料原単位の低減という点においては不利である。

また、特許文献２には、予熱帯に燃焼効率の高い蓄熱式バーナを設置し、加熱帯および均熱帯へは連続燃焼式サイドバーナを設置して、被加熱材の温度分布を制御する方法が開示されている。一般に、連続燃焼式サイドバーナが設置された加熱帯および均熱帯の炉内温度は、幅方向の中央付近で最も低くなる「中落ちパターン」になることから、特許文献２においては、予熱帯で被加熱材の幅方向の温度分布を、中央付近で最も高い「中高パターン」として、上記「中落ちパターン」を相殺しようとするものである。

しかし、加熱帯、均熱帯に軸流バーナが設置されている場合には、サイドバーナによる燃焼が及ばない、幅方向の中央部の軸流バーナの出力を大きくし、サイドバーナにより加熱される部分の軸流バーナの出力を小さくすることにより、上述したような幅方向の温度ムラは解消することができる。よって、特許文献２に開示された方法は、単に高効率な蓄熱式バーナを予熱帯へ設置したことによる効果しか得られず、燃料原単位の低減への効果はあまり得ることができない。

上述したような、予熱帯に蓄熱式バーナを設置することによる燃料原単位の低減の試みは、炉内温度の設定や、被加熱材の温度分布の制御によるものであり、最適な燃焼制御方法については考慮がなされていなかったため、排ガス温度の増大を招き、燃料原単位の低減効果は得られていなかった。

特開平６−３２２４３４号公報 特開２００３−１２９１３２号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、排ガスによる熱損失を低減し、燃料原単位の低減が可能な連続式加熱炉の操業方法を提供することを主目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、炉尻側から順に、予熱帯、加熱帯、および均熱帯が配置され、上記炉尻側端部に排ガス煙道が形成された連続式加熱炉の操業方法であって、
上記予熱帯は、被加熱材により区画された、排ガス煙道が形成された側の領域である排ガス煙道側領域と、その反対側の領域である反排ガス煙道側領域とを有し、
上記排ガス煙道側領域には炉長方向に複数組のバーナが備えられており、上記複数組のバーナは燃焼負荷量に応じて炉尻側と反対側から順に使用されることを特徴とする連続式加熱炉の操業方法を提供する。

上記予熱帯において、炉尻側の温度を炉尻の反対側の温度に比べて低くすることにより、排ガスの温度を低く抑えることができるので、排ガスによる熱損失を低減することができ、燃料原単位を低減することができる。

また、本発明においては、上記バーナが蓄熱式バーナであることが好ましい。連続式加熱炉において、予熱帯は常温の被加熱材の温度を上昇させる帯であり、最も昇温能力が必要とされる帯である。そのため、予熱帯に燃焼効率の非常に高い蓄熱式バーナを設置することにより、炉全体の熱効率を向上することができるからである。

本発明の連続式加熱炉の操業方法は、排ガスによる熱損失を低減し、燃料原単位の低減ができるといった効果を奏する。

以下本発明の連続式加熱炉の操業方法について、詳細に説明する。なお、本明細書において、炉の装入口付近を「炉尻」とし、炉の炉尻の側を「炉尻側」、炉尻から遠い側を「反炉尻側」と称することとする。

本発明は、炉尻側から順に、予熱帯、加熱帯、および均熱帯が配置され、前記炉尻側端部に排ガス煙道が形成された連続式加熱炉の操業方法であって、
上記予熱帯は、被加熱材により区画された、排ガス煙道が形成された側の領域である排ガス煙道側領域と、その反対側の領域である反排ガス煙道側領域とを有し、
上記排ガス煙道側領域には炉長方向に複数組のバーナが備えられており、上記複数組のバーナは燃焼負荷量に応じて炉尻側と反対側から順に使用されることを特徴とする連続式加熱炉の操業方法である。

本発明においては、予熱帯の、排ガス煙道と同じ側である排ガス煙道側領域に備えられたバーナを、燃焼負荷量に応じて反炉尻側のバーナから優先的に使用することにより、反炉尻側の温度を炉尻側の温度に比べて高く設定する。それにより、温度の高い反炉尻側から温度の低い炉尻側への排ガス還流距離が確保でき、排ガスと被加熱材との熱交換が行なえるため、排ガスの顕熱を被加熱材を加熱する熱として回収でき、炉尻側の温度を低くすることができる。このように、従来排ガスとして排出されていた熱も有効的に利用することができるので、排ガスによる熱損失の低減、つまり、燃料原単位の低減をすることができる。

以下、本発明に用いられる連続式加熱炉について、図を用いて説明する。
図１は、本発明の連続式加熱炉の操業方法が適用される連続式加熱炉の一例を示す概略断面図であり、排ガス煙道が連続式加熱炉の上部に形成されている、アップテイク炉の連続式加熱炉の一例を示している。本発明に用いられる連続式加熱炉には、図１に例示するように、炉尻１側から順に、予熱帯２、加熱帯３、均熱帯４の３つの帯が連続して設けられており、被加熱材５は、予熱帯２側に設けられた装入口６から連続式加熱炉内に入れられ、上記予熱帯２、加熱帯３、均熱帯４を順に通過して均熱帯４側に設けられた抽出口７から取り出される。

予熱帯２の装入口６側である炉尻１側端部の上部には排ガス煙道８が形成されており、排ガスは炉の炉尻１側から排ガス煙道８を通じて排出され、排ガス煙道８に続く煙突９から大気中へ放出される。排ガス煙道８の途中には、熱交換装置であるレキュペレータ１０が設けられており、燃焼空気は燃焼前にこのレキュペレータ１０を通過し、排ガスの熱により予熱される。

上記加熱帯３および均熱帯４の上部には軸流バーナ１３、下部にはサイドバーナ１４が設置されている。予熱帯２は、被加熱材５により、排ガス煙道８が形成された側の領域である、排ガス煙道側領域１１と、その反対側の領域である反排ガス煙道側領域１２とに区画されており、排ガス煙道側領域１１には、蓄熱式バーナ１５が複数組設置されている。さらに、反排ガス煙道側領域１２にも複数組の蓄熱式バーナ１５が設置されている。

なお、図１は、排ガス煙道８が炉の上部に形成されている、アップテイク炉の場合を例示しているが、本発明においては、図２に例示するような、排ガス煙道８が炉の下部に形成されているダウンテイク炉も用いることができる。その場合は、被加熱材５の下側の領域が排ガス煙道側領域１１となり、被加熱材５の上側の領域が反排ガス煙道側領域１２となる。

本発明に用いられる連続式加熱炉は、上述したような、炉尻側から順に、予熱帯、加熱帯および均熱帯が配され、上記炉尻側端部に排ガス煙道が形成され、予熱帯の排ガス煙道側領域に複数組のバーナが備えられているものであれば、特に限定されるものではないが、通常は、予熱帯の反排ガス煙道側領域にも複数組のバーナが備えられている。

また、本発明においては、予熱帯に備えるバーナとして、蓄熱式バーナを用いることが好ましい。連続式加熱炉において、予熱帯は常温の被加熱材の温度を上昇させる帯であり、最も昇温能力が必要とされる帯である。そのため、予熱帯に燃焼効率の非常に高い蓄熱式バーナを設置することにより、炉全体の熱効率を向上することができるからである。この場合は、排ガス煙道側領域、および反排ガス煙道側領域の両方に蓄熱式バーナが用いられることが好ましい。

本発明に用いることができる蓄熱式バーナの構造の一例を図３に示す。蓄熱式バーナを用いる際は、通常２組の蓄熱式バーナを１対として用い、１対の蓄熱式バーナの片方ずつを交互に燃焼させる交番燃焼と呼ばれる燃焼方法により燃焼させる。図３に例示した状態においては、左側の蓄熱式バーナ２０が燃焼状態にあり、右側の蓄熱式バーナ２０は蓄熱状態にある。左側の蓄熱式バーナ２０が燃焼している間、右側の蓄熱式バーナ２０は炉内２１の炉内ガスを吸引し、蓄熱体２２を介して排ガスとして大気へ放散する。次に燃焼バーナの切り替えが発生し、左側の蓄熱式バーナ２０が燃焼状態から蓄熱状態になり、炉内ガスの吸引をする。同様に、右側の蓄熱式バーナ２０は空気を蓄熱体２２へ取り込み、燃料ガスを通風することで、燃焼状態に入る。この時蓄熱体２２出側のバーナ燃焼２３空気の温度は１０００℃以上という高温で炉内２１へ噴射される。このような交番燃焼を繰り返し、高効率の燃焼が可能となる。

上述したように、蓄熱式バーナは、高温の燃焼排ガスの顕熱を、蓄熱体に蓄熱し、燃焼時に、この蓄熱体を通して燃焼空気を高温とし、燃焼バーナへ供給するもので、燃焼効率が非常に高い。一般的な排ガス煙道へ設置されているレキュペレータによる回収空気温度が４００℃〜６００℃となるのに対して、蓄熱式バーナによる回収空気温度は９００℃〜１１００℃程度となる。このため、蓄熱式バーナは高燃焼効率を得ることが出来る。

本発明に用いられる連続式加熱炉の、加熱帯および均熱帯に用いられるバーナ等は、特に限定されるものではなく、一般的に連続式加熱炉に用いられるバーナ等を用いることができる。用いることができるバーナの例としては、上述したような、軸流バーナ、サイドバーナ、蓄熱式バーナ等を挙げることができる。

本発明は、上述したような連続式加熱炉を用いて、予熱帯の排ガス煙道側領域に炉長方向に複数組設置されたバーナを燃焼制御バーナとして用い、上記燃焼制御バーナを反炉尻側から優先して燃焼させることを特徴とする。

本発明の連続式加熱炉の操業方法における、燃焼制御バーナの制御方法を図を用いて説明する。
図４は、４組のバーナを燃焼制御バーナとして用いた場合の、それぞれのバーナの燃焼状態を例示する概略図である。本発明においては、まず、予熱帯全体の燃焼負荷量に応じて、予熱帯の排ガス煙道側領域および反排ガス煙道側領域それぞれの燃焼負荷量を決定する。決定された排ガス煙道側領域の燃焼負荷量に応じて、排ガス煙道側領域に配置した４組のバーナのそれぞれの燃焼負荷量を、反炉尻側のバーナを優先使用するように制御する。例えば、図４に例示するように、排ガス煙道側領域の燃焼負荷量を最大燃焼負荷量の１００％から７５％に低減するときは、いったんａ〜ｄの全てのバーナの燃焼負荷量を７５％とし、その後、反炉尻側から、ｄ、ｃ、ｂのバーナの燃焼負荷量を１００％、ａのバーナの燃焼負荷量を０％（消火状態）とする。また、最大燃焼負荷量の７５％から５０％に低減するときは、いったん燃焼中のｄ、ｃ、ｂのバーナの燃焼負荷量を６６．６％とし、その後、反炉尻側から、ｄ、ｃのバーナの燃焼負荷量を１００％とし、ｂ，ａのバーナの燃焼負荷量を０％とする。

このような燃焼負荷量の制御において、燃焼中の全バーナの燃焼負荷量をいったん下げた後に、炉尻側のバーナを消火するといった２段階の制御を行うのは、バーナの燃焼状態を変化させる過程において、失火などを防止し、安定した燃焼状態を確保するためである。一般的に安定した火焔を形成する燃焼負荷量は、バーナ定格燃焼負荷量の１／３までと言われている。このため、排ガス煙道側領域の燃焼負荷量を低減する場合に、例えば、ａのバーナの燃焼負荷量のみを１００％→７５％→５０％→２５％→０％というように低減させると、この安定した火焔を形成出来ない領域で燃焼させてしまう事になり、必要な燃焼効率を得られなくなったり、失火等を起こしたりする懸念も生じる。これを防止するために、ａ，ｂ，ｃ，ｄのバーナを安定した火焔形成範囲内において燃焼負荷量を低減していき、ａのバーナを消火しても良い燃焼負荷量（図４の場合、ａ，ｂ，ｃ，ｄのバーナが各７５％）になった瞬間に、ａのバーナを消火する。

各帯の燃焼負荷量の制御において、各バーナの燃焼負荷量を個々に制御するのは一般的ではなく、帯全体の燃焼負荷量を制御するのが通常である。上記のような燃焼負荷量の制御をする際も、予熱帯の排ガス煙道側領域の全バーナの燃焼負荷量を全体的に制御しているため、７５％まで減少したａ以外の各バーナは、ａのバーナの消火の瞬間に１００％まで上昇するが、バーナ定格燃焼負荷量の範囲内であるため、失火等の問題はない。よって、全てのバーナの燃焼負荷量を均等に変化させることが好ましい。

上述したような燃焼制御を行なった場合の予熱帯の平均温度を図５に示す。図５に例示するように、上述したような燃料制御を行なった場合は、従来の制御を行なった場合と比べて、反炉尻側の温度が高く、炉尻側の温度が低くなる。予熱帯の炉尻側は排ガス煙道に近いため、炉尻側の熱は排ガスと共に排出されやすく、排ガスによる熱損失に繋がる。本発明においては、温度の高い反炉尻側から温度の低い炉尻側への排ガス還流距離が確保できので、排ガスと被加熱材との熱交換が行なえるため、排ガスの顕熱を回収できる。そのため、従来排ガスとして排出されていた熱も有効的に利用することができ、排ガスによる熱損失を低減することができる。

一方、反排ガス煙道側領域に配置した４組の（燃焼制御バーナではない）バーナの燃焼負荷量は、ほぼ均等となるように制御する。例えば、反排ガス煙道側領域の全体燃焼負荷量を最大燃焼負荷量の５０％に低減するときは、４つ全てのバーナの燃焼負荷量を５０％にする。

反排ガス煙道側領域は、被加熱材により排ガス煙道側領域と寸断されている為、均熱帯および加熱帯から予熱帯への排ガスの流れは極めて少ない。それぞれの帯の反排ガス煙道側領域においては、炉の両側部に位置する、被加熱材と炉側面との隙間から、その上部へと排ガスが流れるのみであるので、排ガスと被加熱材との熱交換により、排ガスの熱を有効利用することはあまり期待できない。従って、ある一定の炉温を維持するために、反排ガス煙道側領域の全てのバーナを均一に燃焼させることが好ましい。

上述した予熱帯以外の、加熱帯および均熱帯の燃焼制御方法については、特に限定されるものではなく、被加熱材の種類および寸法や、被加熱材の最終的な目標温度などにより適宜制御することが好ましい。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下に実施例を示し、本発明をさらに説明する。
［実施例］
図１に例示するような、予熱帯、加熱帯、均熱帯を有し、炉尻上部に排ガス煙道が備えられた、有効炉長３７ｍの連続式加熱炉の予熱帯の排ガス煙道側領域および反排ガス煙道側領域に、それぞれ３組の蓄熱式バーナを炉長方向に設置した。上記連続式加熱炉を用いて、被加熱材を常温から１２００℃まで加熱した。

被加熱材の加熱に際し、予熱帯の排ガス煙道側領域に設置された３組の蓄熱式バーナの燃焼状態を、１００％（全バーナ燃焼状態）から０％（全バーナ消火状態）まで、繰り返し変動させた。予熱帯の反排ガス煙道側領域に設置された３組の蓄熱式バーナについては、それぞれの蓄熱式バーナの燃焼負荷量がほぼ同じになるように制御した。

本実施例においては、燃焼負荷量に応じて予熱帯の排ガス煙道側領域の蓄熱式バーナを反炉尻側から順に使用する。例えば、排ガス煙道側領域の蓄熱式バーナの負荷量が１００％の時は、３組の蓄熱式バーナそれぞれの負荷量を１００％とし、排ガス煙道側領域の蓄熱式バーナの負荷量が５０％のときは、反炉尻側から第３番目の蓄熱式バーナを０％とし、第１、第２番目の蓄熱式バーナをそれぞれ５０％、１００％とした。排ガス煙道側領域の蓄熱式バーナの負荷量が３３％のときは、反炉尻側から第２、第３番目の蓄熱式バーナを０％とし、第１番目の蓄熱式バーナを１００％とした。この際の各蓄熱式バーナの燃焼状態を図６に示す。図６において、上段の丸および半円が排ガス煙道側領域に設置されたバーナの燃焼状態を示し、下段の丸および半円が半排ガス煙道側領域に設置されたバーナの燃焼状態を示す。

［比較例］
上記実施例と同じ連続式燃焼炉を用い、排ガス煙道側領域の３組の蓄熱式バーナを、燃焼負荷量がそれぞれほぼ同じになるように制御したこと以外は実施例と同様に、被加熱材の加熱を行なった。この際の各蓄熱式バーナの燃焼状態を図７に示す。図７において、上段の丸および半円が排ガス煙道側領域に設置されたバーナの燃焼状態を示し、下段の丸および半円が半排ガス煙道側領域に設置されたバーナの燃焼状態を示す。

［評価］
上記実施例および比較例の燃料原単位をそれぞれ算出した。その結果、上記実施例の燃料原単位は、比較例の燃料原単位よりも、４％低かった。

本発明に用いられる連続式加熱炉の一例を示す概略工程図である。 本発明に用いられる連続式加熱炉の他の例を示す概略断面図である。 本発明に用いられる蓄熱式バーナの構造の一例を示す概略斜視図である。 本発明における、燃焼制御バーナの燃焼制御の一例を示す概略図である。 本発明の連続式加熱炉の操業方法により制御された予熱帯の平均温度の一例を示すグラフである。 本発明の実施例において行なった燃焼制御を示す概略図である。 本発明の比較例において行なった燃焼制御を示す概略図である。

符号の説明

１ … 炉尻
２ … 予熱帯
３ … 加熱帯
４ … 均熱帯
５ … 被加熱材
８ … 排ガス煙道
１１ … 排ガス煙道側領域
１２ … 反排ガス煙道側領域
１５ … バーナ

Claims (2)

1. 炉尻側から順に、予熱帯、加熱帯、および均熱帯が配置され、前記炉尻側端部に排ガス煙道が形成された連続式加熱炉の操業方法であって、
   前記予熱帯は、被加熱材により区画された、排ガス煙道が形成された側の領域である排ガス煙道側領域と、その反対側の領域である反排ガス煙道側領域とを有し、
   前記排ガス煙道側領域には炉長方向に複数組のバーナが備えられており、前記複数組のバーナは燃焼負荷量に応じて炉尻側と反対側から順に使用されることを特徴とする連続式加熱炉の操業方法。
2. 前記バーナが、蓄熱式バーナであることを特徴とする請求項１に記載の連続式加熱炉の操業方法。
   

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