JP2006250472A

JP2006250472A - 蓄熱式燃焼バーナーの制御方法

Info

Publication number: JP2006250472A
Application number: JP2005069381A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nozaki; 洋野崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2025-03-11
Also published as: JP4347244B2

Abstract

【課題】蓄熱式燃焼バーナーに部分的に不具合があっても、加熱炉全体の影響を極力少なくすることが可能で、かつ、従来対となって制御していた蓄熱式燃焼バーナーの枠を外して、個別に制御可能な蓄熱式燃焼バーナーの制御方法を提供する。
【解決手段】複数のバーナー１Ａ、１Ｂ〜４Ａ、４Ｂを備え、各バーナー１Ａ、１Ｂ〜４Ａ、４Ｂが燃焼と蓄熱を繰り返す蓄熱式燃焼バーナーの制御方法において、例えば、他のバーナー１Ｂ、２Ａ、２Ｂ、３Ａ、４Ａ、４Ｂとの関係においてバーナー１Ａ、３Ｂに運転属性（パラメータ）を設定し、各バーナー１Ｂ、２Ａ、２Ｂ、３Ａ、４Ａ、４Ｂが燃焼中であっても運転属性を変更可能とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば金属（特に鉄鋼）の加熱を目的とする工業炉（加熱炉）で使用する蓄熱式燃焼バーナーの制御方法に関する。

製鉄所等で鋼材を加熱するバーナーとして近年蓄熱式燃焼バーナーが使用され、対となるバーナーの燃焼と蓄熱を短時間（例えば、１分）毎に繰り返して、熱効率を向上させることが一般に行われている。そして、トンネル状の加熱炉の側壁にこのバーナーを複数（通常は偶数台）対向するように配置して、隣り合うバーナーが一方が燃焼、もう一方が蓄熱という運転状態を採る千鳥燃焼や、一方の側壁のバーナーが燃焼、対向する側壁のバーナーが蓄熱という運転状態を採る片側燃焼が一般に使用されている。この蓄熱式燃焼バーナーの燃焼制御方法としては、例えば、特許文献１に記載のように、それぞれ燃焼と蓄熱を交互に行う対となるバーナーを単位として制御を行っている。従って、蓄熱式燃焼バーナーの制御プログラムは、対となるバーナーを単位として作成されており、対を構成するバーナーを運転中に自由に変更することはできなかった。

特開平８−３５６２３号公報

しかしながら、このような従来の蓄熱式燃焼バーナーの制御方法において、１台のバーナーに不具合が発生した場合には、この１台のバーナーと対となっている他の１台のバーナーの運転も止める必要がある。従って、異なる対のあるバーナーの片側が故障した場合には、４台のバーナーを間引いて運転する必要があり、これでは加熱炉に供給される熱量に不足が生じる場合があった。
一方、バーナー対の構成を変えて運転しようとすることも考えられるが、不具合状態に応じた制御プログラムの大規模な変更が発生するので行われておらず、特に、オンラインでの変更は非常に困難であった。従来の蓄熱式燃焼バーナーのプログラムは、一般にあるバーナーの燃焼−蓄積の１サイクルが、基準となる１サイクル（通常２分程度）の中のどのタイミングで起動されるのか、起動のタイミングでどの様に運転されるのかがいくつかの場合に従って限定的に記述されている。従って、運転の形態を変更しようとする場合には、プログラムそのものを変更する必要が生じる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、例えば、蓄熱式燃焼バーナーに部分的に不具合があっても、加熱炉全体の影響を極力少なくすることが可能で、かつ、従来対となって制御していた蓄熱式燃焼バーナーの枠を外して、個別に制御可能な蓄熱式燃焼バーナーの制御方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明の蓄熱式燃焼バーナーの制御方法は、複数のバーナーを備え、前記各バーナーが燃焼と蓄熱を繰り返す蓄熱式燃焼バーナーの制御方法において、
前記他のバーナーとの関係において前記各バーナーにそれぞれ独立に運転属性（パラメータ）を設定し、前記各バーナーを燃焼中であっても運転属性を変更可能としている。

本発明に係る蓄熱式燃焼バーナーの制御方法において、前記運転属性には、連続及び交番の選択、間引き運転の有無、運転順序、切替えタイミング及び燃料の投入比率を含むようにしてもよい。

請求項１及び２記載の蓄熱式燃焼バーナーの制御方法においては、例えば、バーナーの一つに不具合が生じても、該不具合となったバーナーと対となっているバーナーを止めることがなく、即ち、運転から除外するバーナーの数を最低限にして燃焼状態を継続させることができる。
また、このバーナーを使用する加熱炉全体のバーナーの加熱パターンの変更がある場合、対となるバーナー毎の制御では必要とする加熱パターンに制御できないことがあるが、本発明の場合、加熱状況に関係する運転属性を変更することによって、より適正な加熱パターンの変更が容易にできる。
更に、従来の蓄熱式燃焼バーナーの制御方法においては、全体が対となるバーナーの運転を条件として一つのプログラムによって構成されているので、変更が極めて困難であるが、本願発明の場合、プログラムの変更を伴うことなく設定できる。本発明では、前記燃焼−蓄熱又は蓄熱−燃焼の１サイクル中に前記属性の値を常時監視して燃焼状態、蓄熱状態や休止状態に移行するタイミングと属性に応じてどの様な状態に移行するのかという運転内容を決定・実行する様に記述したプログラムを、加熱炉に設置された全バーナー毎に個別に準備する。例えば、切替えタイミング属性が２の時は１サイクル中の２秒目に切替え動作を起動するが、この切替えタイミング属性が８に変更された場合は１サイクル中の８秒目に切替え動作を起動する、この時運転順序属性が１で千鳥燃焼中であれば燃焼−蓄熱という動作を選択して動作する、という具合である。この様に属性を変更すれば異なった運転形態をプログラムの変更無しに実現することが出来る。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る蓄熱式燃焼バーナーの制御方法における正常運転時の蓄熱式燃焼バーナーの燃焼と蓄熱を示す説明図、図２は同方法を用いて加熱炉の全体で燃焼ゾーンの切替えを行った場合の説明図である。

まず、バーナー１本毎に、（１）蓄熱燃焼をするか（交番燃焼）又は連続燃焼をするか、（２）間引き運転をするか否か、（３）燃焼蓄熱の運転順序、（４）燃焼と蓄熱の切替えタイミング、（５）燃料投入量割合（燃料投入比率）、の燃焼条件（パラメータ）を設定する。
そして、（１）の場合、蓄熱燃焼を１、連続燃焼を０と定義する。（２）の場合、間引きをする場合には１、間引かない場合には０とする。（３）の場合、片側燃焼と千鳥燃焼でそれぞれ燃焼と蓄熱を行う順番を定義する。例えば、１を選択した千鳥燃焼の時には燃焼−蓄熱、片側燃焼の時には燃焼−蓄熱、２を選択した千鳥燃焼の時には蓄熱−燃焼、片側燃焼の時には蓄熱−燃焼、３を選択した千鳥燃焼の時には蓄熱−燃焼、片側燃焼の時には燃焼−蓄熱、４を選択した千鳥燃焼の時には燃焼−蓄熱、片側燃焼の時には蓄熱−燃焼、という具合である。（４）の場合、切替え時間（通常６０秒）のどのタイミングで燃焼／蓄熱の切替えを開始するかを定義する。（５）の場合、最大燃料投入量を１００としての実際に投入する燃料の割合で定義する。
以上の定義によって、一つの燃焼区間に、例えば８台のバーナー（１Ａ、１Ｂ〜４Ａ、４Ｂ）が対向するように配置される加熱炉の場合には、以下の表１のように、パラメータを設定する。

この例では、１Ａのバーナーは、（１）交番燃焼、（２）運転（間引きされない）、（３）片側燃焼時：燃焼−蓄熱、千鳥燃焼時：燃焼−蓄熱、（４）切替え周期の２秒目に切替え動作開始、（５）燃料投入量８０％（即ち、１００回の切替え動作のうち８０回のみ燃焼と蓄熱を行い、２０回は自動的に休止する）、という燃焼条件を有する。
また、２Ｂのバーナーは、（１）交番燃焼、（２）運転（間引きされない）、（３）片側燃焼時：蓄熱−燃焼、千鳥燃焼時：燃焼−蓄熱、（４）切替え周期の５秒目に切替え動作開始、（５）燃料投入量９０％（即ち、１００回の切替え動作のうち９０回のみ燃焼と蓄熱を行い、１０回は自動的に休止する）、という燃焼条件を有する。
これら以外のバーナーについても表１の燃焼条件に設定して加熱炉を運転する。この様子を、図１に示す。なお、図２に示すように、この加熱炉においては、８ゾーンの加熱帯があって、それぞれのゾーンにバーナー１Ａ、１Ｂ〜バーナー４Ａ、４Ｂを有する。

蓄熱式燃焼バーナーの運転を行っている途中に、例えばバーナー１Ａに不具合が発生した場合、従来技術では、バーナー１Ａとバーナー１Ｂを対として間引いて運転対象から外し、更にバーナー３Ｂに不具合が発生した場合にはバーナー３Ａとバーナー３Ｂとを対として運転対象から外す処置を行っている。
一方、本発明の場合には、前記の運転条件（運転属性）で蓄熱式燃焼バーナーの運転を行っている途中に、バーナー１Ａに不具合が発生した場合には、表２のようにバーナー１Ａとバーナー１Ｂとを間引く（即ち、１）にする。なお、ここで、バーナー１Ａのみを間引いてバーナー１Ｂを燃焼させることもできる。この場合、千鳥燃焼であれば、一方の側壁の燃焼バーナーが２台で蓄熱バーナーが１台、もう一方の側壁の燃焼バーナーが２台で蓄熱バーナーが２台という状態と、一方の側壁の燃焼バーナーが１台で蓄熱バーナーが２台、もう一方の側壁の燃焼バーナーが２台で蓄熱バーナーが２台という状態が繰り返されることとなる。この様な場合には、燃料や空気、排ガスの配管の圧力損失に不均衡が生じて、バーナーの蓄熱時に排ガス温度の上昇傾向が見られることが懸念されるが、配管の径を大きくして圧力損失の不均衡を極力抑える処置を行い、それでも排ガス温度上昇が許容範囲を超えた場合には対で間引く等の処置を行うことで問題を回避することが出来る。

そして、バーナー１Ａとバーナー３Ｂが不具合になった場合には、バーナー１Ａとバーナー３Ｂのみを間引く。この場合、表３に示すように、バーナー３Ａの切替えタンミングを、バーナー１Ｂに合わせて、２秒とする。これによって、バーナー１Ｂとバーナー３Ａとがバーナー対となって燃焼及び蓄熱が円滑に行われる。

以上の表１〜３に示す例では、１つのゾーンについて説明を行ったが、この本発明を加熱炉に設定されているバーナー全て（図２参照）に適用することによって、自由自在に運転の形態を変更することができる。
表４に示す例は、急速加熱パターンの例で、加熱炉の入口側では加熱炉の入熱が高く、出口側に向けて徐々に入熱が低くなっている。

前記実施の形態は、バーナー１Ａ、３Ｂについて不具合が発生した場合について説明したが、その他のバーナーに不具合が生じた場合、加熱炉の運転状況（加熱条件、加熱温度）を変更する場合においても本発明は適用できる。

本発明の一実施の形態に係る蓄熱式燃焼バーナーの制御方法における正常運転時の蓄熱式燃焼バーナーの燃焼と蓄熱を示す説明図である。同方法を用いて加熱炉の全体で燃焼ゾーンの切替えを行った場合の説明図である。

符号の説明

１Ａ〜４Ａ、１Ｂ〜４Ｂ：バーナー

Claims

複数のバーナーを備え、前記各バーナーが燃焼と蓄熱を繰り返す蓄熱式燃焼バーナーの制御方法において、
前記他のバーナーとの関係において前記各バーナーにそれぞれ独立に運転属性（パラメータ）を設定し、前記各バーナーを燃焼中であっても運転属性を変更可能としたことを特徴とする蓄熱式燃焼バーナーの制御方法。
請求項１記載の蓄熱式燃焼バーナーの制御方法において、前記運転属性には、連続及び交番の選択、間引き運転の有無、運転順序、切替えタイミング及び燃料の投入比率を含むことを特徴とする蓄熱式燃焼バーナーの制御方法。