JP2017036902A - 蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知装置、蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知方法、並びに蓄熱式バーナーを用いた燃焼炉の改造方法 - Google Patents

蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知装置、蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知方法、並びに蓄熱式バーナーを用いた燃焼炉の改造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】蓄熱体のメンテナンス時期を適切に報知することが可能な蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知装置、蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知方法、並びに蓄熱式バーナーを用いた燃焼炉の改造方法を提供する。【解決手段】燃焼炉1の燃焼室2から排出される排ガスにより燃焼室内に供給される燃焼用空気を予熱する蓄熱体3aを有する蓄熱部3を備えた蓄熱式バーナー5に流通される燃焼用空気の流量を計測する供給流量計11と、計測された燃焼用空気の流量に基づき開閉調節される供給流量制御弁9と、燃焼用空気が所定流量流通したときの制御弁の開度を検出するコントローラ12と、流量計で計測された燃焼用空気の流量データとコントローラで検出された制御弁の開度データの相関情報に基づき、検出された制御弁の開度が予め設定された開度より大きくなるとき蓄熱部の蓄熱体に対するメンテナンス時期である旨を報知する報知部17とを備えた。【選択図】図2

Description

本発明は、蓄熱体のメンテナンス時期を適切に報知することが可能な蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知装置、蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知方法、並びに蓄熱式バーナーを用いた燃焼炉の改造方法に関する。
従来から、蓄熱状態と燃焼状態とを所定時間毎に繰り返し、燃焼により発生した排ガスが通過することで蓄熱した蓄熱体により、供給される燃焼用空気を予熱する蓄熱式バーナーとしては、対をなすバーナーを交互に燃焼させ、一方のバーナーの燃焼により発生した排ガスが通過することで蓄熱した蓄熱体により、他方のバーナーに供給される燃焼用空気を予熱する直火型のもの(例えば、特許文献1参照)や、火炎を金属製チューブ内で燃焼させる蓄熱式ラジアントチューブバーナー(例えば、特許文献2参照)が知られている。
蓄熱体に蓄熱させる排ガスには、炉内のダスト、処理材料のスケール、気化した化合物などが混ざっている。これらダスト等が蓄熱体に付着することにより、流通するガスの通路が次第に閉塞されていく。このため、蓄熱体は、定期的に清掃や交換などのメンテナンスが必要である。しかしながら、蓄熱体の状態は、外部から視認することができない。そのため、蓄熱体のメンテナンスの時期は、使用者等の経験に基づく周期に基づいて設定される、あるいは、蓄熱体の前後にて検出した排ガスの温度の異常に基づいて行われている(例えば、特許文献3参照)。
特開2002−98328号公報 特開平7−103435号公報 特開平9−68310号公報
上記のように、蓄熱体のメンテナンス時期を、経験に基づく周期や蓄熱体前後の温度に基づいて設定する場合、推定される蓄熱体の状態と、実際の蓄熱体の状態とが一致しているとは限らない。このため、蓄熱体間に形成されている流通ガスの通路が、設定した時期より早く閉塞されると、燃焼炉内に、燃焼に必要な十分な燃焼用空気が供給されない。また、流通ガスの通路が十分に確保されているにも拘わらず、設定された時期に至ったことに応じてメンテナンスを実行すると、燃焼炉が無用に停止され、稼働効率が低下するという課題がある。
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、蓄熱体のメンテナンス時期を適切に報知することが可能な蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知装置、蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知方法、並びに蓄熱式バーナーを用いた燃焼炉の改造方法を提供することを目的とする。
本発明にかかる蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知装置は、排ガスにより燃焼用空気を予熱する蓄熱体を有する蓄熱部を備えた蓄熱式バーナーに流通される流通ガスの流量を計測する流量計と、計測された流通ガスの流量に基づいて開閉調節される流通ガスの制御弁と、流通ガスが所定流量流通したときの上記制御弁の開度を検出する検出部と、上記流量計にて計測された流通ガスの流量データと上記検出部にて検出された上記制御弁の開度データとの相関情報に基づいて、検出された該制御弁の開度が予め設定された開度より大きくなるときに、上記蓄熱部の上記蓄熱体に対するメンテナンス時期である旨を報知する報知手段とを備えたことを特徴とする。
前記流通ガスの流量として前記燃焼室から排出される前記排ガスが計測されることを特徴とする。
前記流通ガスの流量として前記燃焼室内に供給される前記燃焼用空気が計測されることを特徴とする。
本発明にかかる蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知方法は、上記蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知装置を用い、排ガスにより燃焼用空気を予熱する前記蓄熱体を有する前記蓄熱部を備えた前記蓄熱式バーナーに流通される流通ガスの流量を前記流量計で計測する計測ステップと、計測された流通ガスの流量に基づいて開閉調節される流通ガスの前記制御弁における、流通ガスが所定流量流通したときの該制御弁の開度を前記検出部で検出する検出ステップと、上記流量計にて計測された流通ガスの流量データと上記検出部にて検出された上記制御弁の開度データとの相関情報に基づいて、検出された該制御弁の開度が予め設定された開度より大きくなるときに、上記蓄熱部の上記蓄熱体に対するメンテナンス時期である旨を前記報知手段にて報知する報知ステップとを含むことを特徴とする。
本発明にかかる蓄熱式バーナーを用いた燃焼炉の改造方法は、排ガスにより燃焼用空気を予熱する蓄熱体を有する蓄熱部を備えた蓄熱式バーナーに流通される流通ガスの流量を計測する流量計と、計測された流通ガスの流量に基づいて開閉調節される流通ガスの制御弁と、流通ガスが所定流量流通したときの上記制御弁の開度を検出する検出部とを有する蓄熱式バーナーを用いた燃焼炉に対し、上記流量計にて計測された流通ガスの流量データと上記検出部にて検出された上記制御弁の開度データとの相関情報に基づいて、検出された該制御弁の開度が予め設定された開度より大きくなるときに、上記蓄熱部の上記蓄熱体に対するメンテナンス時期である旨を報知する報知手段を増設するステップを含むことを特徴とする。
本発明にかかる蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知装置、蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知方法、並びに蓄熱式バーナーを用いた燃焼炉の改造方法にあっては、蓄熱体のメンテナンス時期を適切に報知することができる。
本発明に係る蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知装置及び蓄熱式バーナーを用いた燃焼炉の改造方法の好適な一実施形態を示す概略系統図である。 本発明に係る蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知方法の好適な一実施形態を示す燃焼用空気流量と供給流量制御弁の開度との相関情報のイメージ図である。 本実施形態において、メンテナンスからデータ収集日までの経過日数と、データの取得において得られた燃焼用空気流量が100%時の供給流量制御弁の開度との相関情報を示すイメージ図である。
以下に、本発明にかかる蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知装置、蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知方法、並びに蓄熱式バーナーを用いた燃焼炉の改造方法の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1に示すように、本実施形態における燃焼炉1は、直火型の交番燃焼方式の蓄熱式バーナーを用いた燃焼炉1であり、燃焼室2と、当該燃焼室2の両側に各々接続され、セラミックボールやハニカム構造等の蓄熱体3aを備えた蓄熱部3及び燃料ノズル4を有する蓄熱式バーナー5と、各々の蓄熱部3に接続されて燃焼用空気を供給するための供給管6と、各々の蓄熱部3に接続され煙突(不図示)に接続される排気管7とを有している。
燃焼炉1は、燃焼室2の両側に設けられた2つの蓄熱式バーナー5が互いに対向して対をなしており、そして、対をなす複数の蓄熱式バーナー5が、互いに対向する方向と直交する方向に、並べて設けられている。以下では、燃焼炉1に一対の蓄熱式バーナー5が設けられていることとして説明する。また、以下の説明においては、図1において左側の蓄熱式バーナー5を左蓄熱式バーナーL5とも称し、右側の蓄熱式バーナー5を右蓄熱式バーナーR5とも称する。
左蓄熱式バーナーL5と右蓄熱式バーナーR5とには、分岐部5aを介して、供給管6及び排気管7がそれぞれ接続されている。左蓄熱式バーナーL5側の供給管L6と、右蓄熱式バーナーR5側の供給管R6とは各々、開閉切替弁8を介して、互いに接続されており、互いに接続された供給管6の接続部5bより上流側に、供給流量制御弁9を介して、外気を取り込むための供給ブロア10が設けられている。
また、供給流量制御弁9と供給ブロア10との間には、供給流量計11が設けられており、供給流量計11により計測された情報(流量)に基づいて供給流量制御弁9の開度がコントローラー12により制御されている。このように、蓄熱式バーナー5は、周辺機器を合わせてシステム構成されている。
左蓄熱式バーナーL5側の排気管L7と、右蓄熱式バーナーR5側の排気管R7とは各々、開閉切替弁13を介して、互いに接続されており、互いに接続された排気管7の接続部5cより下流側に、排気流量制御弁14を介して、排ガスを吸引するための排気ブロア15が設けられている。
また、排気流量制御弁14と排気ブロア15との間には、排気流量計16が設けられており、排気流量計16により計測された情報(流量)に基づいて排気流量制御弁14の開度がコントローラー12により制御されている。
図1においては、コントローラー12が各蓄熱式バーナーL5、R5に対応させて各々示されているが、単一のコントローラー12により供給流量制御弁9および排気流量制御弁14の開度を制御する構成であっても構わない。
左蓄熱式バーナーL5と右蓄熱式バーナーR5とは、それらの一方に燃料ガスと燃焼用空気を供給して燃焼を行わせると同時に、他方からは排ガスを吸引させ、この燃焼動作と吸引動作とを相互で交互に行わせることにより、吸引動作時には蓄熱部3で排ガスから排熱を回収し、燃焼動作時には蓄熱部3で回収した排熱で燃焼用空気を加熱するように構成されている。
蓄熱式バーナーL5、R5における燃焼用空気や排ガス等の蓄熱式バーナーL5、R5への供給・排出系統を、左蓄熱式バーナーL5の運転状態に従って説明すると、燃焼動作に際しては、燃焼用空気が左蓄熱式バーナーL5へ供給される。燃焼用空気は、供給管L6の接続部5b上流側に設けた供給流量制御弁9が開かれると、供給ブロア10によって供給管6内に導入され、さらに接続部5bの下流側に設けた左蓄熱式バーナーL5の開閉切替弁8を開くことにより、蓄熱部3を通過して予熱されつつ左蓄熱式バーナーL5へと供給される。この燃焼動作に際しては、右蓄熱式バーナーR5側の開閉切替弁8は閉じられている。この際、右蓄熱式バーナーR5については吸引動作中であり、それに伴い、開閉切替弁13及び排気流量制御弁14は開かれている(図中、弁が開かれた状態は白抜きで示し、閉じられた状態は黒塗りで示している)。
他方、吸引動作に際しては、排ガスが燃焼室2から排出される。排ガスは、排気流量制御弁14を開いた状態で、接続部5c上流側に設けた右蓄熱式バーナーR5の開閉切替弁13を開くことにより、蓄熱部3を通過して排熱が回収されながら風量制御されつつ排気ブロア15によって燃焼室2から吸引される。この吸引動作に際しては、左蓄熱式バーナーL5側の開閉切替弁13は閉じられている。この際、左蓄熱式バーナーL5については燃焼動作中であり、それに伴い、開閉切替弁8及び供給流量制御弁9は開かれている。
交番燃焼方式の蓄熱式バーナーは、左右の蓄熱式バーナーL5、R5が備えている蓄熱体3aに、排ガスに含まれる処理材料のスケール、気化した化合物などが付着すると、供給ブロア10が正常に燃焼用空気を供給し、排気ブロア15が正常に排ガスを排出したとしても、蓄熱部3内が目詰まりして、排ガスおよび燃焼用空気の流量が低下する。燃焼用空気の供給量および排ガスの排出量が低下すると、燃焼室2内において所望の燃焼が得られなくなる。
このため、供給流量制御弁9と供給ブロア10との間に設けられた供給流量計11により計測された燃焼用空気の流量に基づいて、供給流量制御弁9の開度をコントローラー12により制御し、排気流量制御弁14と排気ブロア15との間に設けられた排気流量計16により計測された排ガスの流量に基づいて、排気流量制御弁14の開度をコントローラー12により制御している。
コントローラー12は、蓄熱体3aがクリーンで蓄熱部3内の隙間、すなわち蓄熱体3a間の隙間が大きいときには、供給流量制御弁9および排気流量制御弁14の開度を小さくし、蓄熱体3aに(例えば、セラミックボールの表面に)、スケールや気化した化合物などが付着して蓄熱部3内の隙間が小さくなると、供給流量制御弁9および排気流量制御弁14の開度を大きくして所望流量が得られるように制御している。
蓄熱式バーナー5は、使用するにつれて、蓄熱体3a同士の間で目詰まりを生じて蓄熱部3内の隙間が次第に小さくなり、供給流量制御弁9および排気流量制御弁14の開度を最大(例えば、100%)としても、所望の燃焼に必要な流通ガス流量(燃焼用空気流量、排ガス流量)が得られなくなる。このため、燃焼炉1には、所望の燃焼に必要な流通ガス流量が得られなくなる前に、使用者等にメンテナンスの時期に至った旨を報知する報知手段が備えられている。
報知手段は、例えばコントローラ12にて実行されるコンピュータプログラムで制御されて、メンテナンスの時期に至った旨を報知するブザーやディスプレイなどの報知部17で構成されている。すなわち、本実施形態においては、コントローラー12が、供給流量制御弁9および排気流量制御弁14の開度の検出部に相当し、報知部17が報知手段に相当する。ここで、報知部17は、コントローラー12が備えているブザーやディスプレイ等であっても構わない。
メンテナンスの時期を報知するコンピュータプログラムがコントローラー12により実行されると、所定時間毎、例えば数十分間〜1時間程度毎に、燃焼炉1内を流通する流通ガス、具体的には燃焼用空気や排ガスの流量が計測される(計測ステップ)。このとき、計測された流通ガスの流量は、供給流量制御弁9または排気流量制御弁14の開度と対応付けられたデータとして取得される。ここで、流通ガスとは、供給流量計11により計測される燃焼用空気であっても、排気流量計16により計測される排ガスであっても構わないが、ここでは、燃焼用空気を流通ガスとして説明する。
供給流量制御弁9の開度は、例えば、供給流量制御弁9が完全に閉じた状態を開度0%、完全に開かれた状態を開度100%とし、完全に開かれた状態に対する割合がデータとして取得される。また、燃焼用空気の流量は、流れていない時を0%、燃焼室2内において所望の燃焼を生じさせるために必要な燃焼用空気の流量を100%として、必要な燃焼用空気の流量に対する割合がデータとして取得される。このとき、蓄熱部3における圧力損失は、蓄熱部3の閉塞具合とは別に、燃焼室2内の温度にも影響されるため、一定の炉内温度、例えば、一般的操業炉温度に換算してデータが取得されるように設定される。
燃焼用空気の流量と供給流量制御弁9の開度とを対応付けたデータから燃焼用空気の流量と供給流量制御弁9の開度との相関を示す相関情報が求められ、燃焼用空気の流量に対する供給流量制御弁9の開度の関係を示す近似曲線が求められる。求められた近似曲線から、データの取得時点における、所望の燃焼を生じさせるために必要な燃焼用空気の流量(以下、必要流量という)を得るための供給流量制御弁9の開度(以下、必要開度という)として検出される(検出ステップ)。このような燃焼用空気の流量に対する供給流量制御弁9の開度との関係を示すデータが、数日に1回又は適宜順次繰り返し取得される。
図2は、燃焼用空気流量と供給流量制御弁9の開度の相関情報を示すイメージ図である。図2では、メンテナンス直後に取得されたデータのイメージを●にて、また、その近似曲線をAにて示し、蓄熱体3aにスケールや気化した化合物などが付着した後に取得されたデータのイメージを▲にて、また、その近似曲線をBにて示している。
図2では、近似曲線Bは、供給流量制御弁9の開度が100%であっても、燃焼用空気の流量が100%に至らないことが示されている。すなわち、燃焼炉1の稼働につれて、計測結果から得られるデータは、近似曲線A側から近似曲線B側に変化していく。
近似曲線Bのようなデータが取得される前であって、例えば、必要流量が100%であるとして、この必要流量が、供給流量制御弁9の開度が90%で得られるようにするなど、メンテナンスの時期に至った旨をブザーやディスプレイ表示等の報知部17により報知するように設定しておく。
すなわち、定期的に順次繰り返し実行されて、燃焼用空気の流量と供給流量制御弁9の開度との関係を示す近似曲線が求められ、図2に示すように、近似曲線Bとなる以前の近似曲線Cのように、必要流量(燃焼用空気流量100%)を得るための供給流量制御弁9の必要開度が90%となる近似曲線Cを導き出す。そして、燃焼用空気の流量と供給流量制御弁9の開度のポイントが、その近似曲線Cを上回ったときに、検出部としてのコントローラー12が、蓄熱体3aのメンテナンスの時期に至った旨を報知部17によって報知する(報知ステップ)。
図3は、メンテナンスからデータ収集日までの経過日数と、データの取得において得られた燃焼用空気流量が100%時の供給流量制御弁9の開度(100%流量開度)との相関情報を示すイメージ図である。図3に示すように、メンテナンス後からデータ取得日までの経過日数と、各回のデータ取得において得られた、100%流量のときの供給流量制御弁9の開度との関係を示す近似曲線Dを求めると、100%流量を得るための供給流量制御弁9の必要開度、例えば100%開度にしなければならない以前の、例えば必要開度を90%としたときに報知がなされるであろう日を推定することができる。ここで、図2及び図3のグラフは、説明の便宜上示したものであり、コントローラ12におけるプログラム処理上は、グラフや近似曲線は視覚化されなくとも構わない。
本実施形態の燃焼炉の蓄熱体メンテナンス時期報知装置、燃焼炉の蓄熱体メンテナンス時期報知方法、並びに燃焼炉の改造方法によれば、供給流量計11にて計測された燃焼用空気の流量データと、それに対して検出された供給流量制御弁9の開度データとの相関情報および近似曲線に基づいて、実体に即したより正確な蓄熱体3aの目詰まり状態を認識することができる。そして、供給流量制御弁9の開度が予め設定された開度(上記実施形態では90%)より大きくなるときに、蓄熱部3に設けられた蓄熱体3aのメンテナンス時期である旨を報知するので、蓄熱体3aのメンテナンス時期をより適切に報知することができる。
このように、外部から視認することができない蓄熱体3aのより適切なメンテナンス時期が報知されるので、作業者の経験等に拘わらず、蓄熱体3aのメンテナンス時期を認識することができる。また、蓄熱体3aの実態に即した、計測データおよび検知データに基づいてメンテナンスを行うことができるので、例えば、蓄熱部3が目詰まりしていない状態でメンテナンスを実行して無用に燃焼炉1を停止する、或いは、蓄熱部3が目詰まりした状態で燃焼炉1を稼働し続けることを防止することができる。このため、より効率良く燃焼炉1を稼働させることができる。
また、蓄熱体3aのメンテナンス時期を報知するために、計測される燃焼用空気の流量は、燃焼炉1に既に設けられている供給流量計9により計測できるので、コントローラ12に実行プログラムを組み込み、報知部17を備えることで、容易に、かつ、安価に実現することができる。すなわち、既存の燃焼炉1においても、コントローラ12にプログラムをインストールし、報知部17を増設するだけの簡単な改造により、蓄熱式バーナーを用いた燃焼炉1の蓄熱体メンテナンス時期報知装置、燃焼炉1の蓄熱体メンテナンス時期報知方法を実現することができる。
上記実施形態においては、計測される流通ガスを、燃焼室2へ供給される燃焼用空気としたが、これに限らず、燃焼室2から排出される排ガスであっても構わない。その場合は、上記説明中の符号「6,9,10,11」が、符号「7,14,15,16」に相当することになる。
また、上記説明は、直火型の蓄熱式バーナーを例にとったものであるが、蓄熱式ラジアントチューブバーナー等の蓄熱式バーナーであっても、同様に適用することができる。その場合は、上記説明中の燃焼室2が、ラジアントチューブのチューブ内空間に相当することになる。
1 燃焼炉
2 燃焼室
3 蓄熱部
3a 蓄熱体
4 燃焼ノズル
5 蓄熱式バーナー
5a 分岐部
5b 接続部
5c 接続部
6 供給管
7 排気管
8 開閉切替弁
9 供給流量制御弁
10 供給ブロア
11 供給流量計
12 コントローラー
13 開閉切替弁
14 排気流量制御弁
15 排気ブロア
16 排気流量計
17 報知部
A 近似曲線
B 近似曲線
C 近似曲線
D 近似曲線
L5 左蓄熱式バーナー
L6 供給管
L7 排気管
R5 右蓄熱式バーナー
R6 供給管
R7 排気管

Claims (5)

  1. 排ガスにより燃焼用空気を予熱する蓄熱体を有する蓄熱部を備えた蓄熱式バーナーに流通される流通ガスの流量を計測する流量計と、
    計測された流通ガスの流量に基づいて開閉調節される流通ガスの制御弁と、
    流通ガスが所定流量流通したときの上記制御弁の開度を検出する検出部と、
    上記流量計にて計測された流通ガスの流量データと上記検出部にて検出された上記制御弁の開度データとの相関情報に基づいて、検出された該制御弁の開度が予め設定された開度より大きくなるときに、上記蓄熱部の上記蓄熱体に対するメンテナンス時期である旨を報知する報知手段とを備えたことを特徴とする蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知装置。
  2. 前記流通ガスの流量として前記燃焼室から排出される前記排ガスが計測されることを特徴とする請求項1に記載の蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知装置。
  3. 前記流通ガスの流量として前記燃焼室内に供給される前記燃焼用空気が計測されることを特徴とする請求項1に記載の蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知装置。
  4. 請求項1〜3いずれかの項に記載の蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知装置を用い、
    排ガスにより燃焼用空気を予熱する前記蓄熱体を有する前記蓄熱部を備えた前記蓄熱式バーナーに流通される流通ガスの流量を前記流量計で計測する計測ステップと、
    計測された流通ガスの流量に基づいて開閉調節される流通ガスの前記制御弁における、流通ガスが所定流量流通したときの該制御弁の開度を前記検出部で検出する検出ステップと、
    上記流量計にて計測された流通ガスの流量データと上記検出部にて検出された上記制御弁の開度データとの相関情報に基づいて、検出された該制御弁の開度が予め設定された開度より大きくなるときに、上記蓄熱部の上記蓄熱体に対するメンテナンス時期である旨を前記報知手段にて報知する報知ステップとを含むことを特徴とする蓄熱式バーナーの蓄熱体メンテナンス時期報知方法。
  5. 排ガスにより燃焼用空気を予熱する蓄熱体を有する蓄熱部を備えた蓄熱式バーナーに流通される流通ガスの流量を計測する流量計と、
    計測された流通ガスの流量に基づいて開閉調節される流通ガスの制御弁と、
    流通ガスが所定流量流通したときの上記制御弁の開度を検出する検出部とを有する蓄熱式バーナーを用いた燃焼炉に対し、
    上記流量計にて計測された流通ガスの流量データと上記検出部にて検出された上記制御弁の開度データとの相関情報に基づいて、検出された該制御弁の開度が予め設定された開度より大きくなるときに、上記蓄熱部の上記蓄熱体に対するメンテナンス時期である旨を報知する報知手段を増設するステップを含むことを特徴とする蓄熱式バーナーを用いた燃焼炉の改造方法。
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