JP2017194189A - 工業炉の運転方法、工業炉のコントローラ、及び工業炉システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な作業にてバーナの点火をより確実に遂行することができる工業炉の運転方法、工業炉のコントローラ、及び工業炉システムを提供する。【解決手段】工業炉の運転方法は、複数のバーナと、第一管路と、第一管路から分岐して複数のバーナにそれぞれ接続された複数の第二管路と、第一管路に設けられた第一バルブと、複数の第二管路にそれぞれ設けられた複数の第二バルブと、を備える工業炉を運転対象とし、バーナと第一バルブとの間における燃料の圧力を第一目標値に追従させるように第一バルブの開度を制御する第一制御を実行しながら、複数の第二バルブを順次開いて複数のバーナに順次点火することと、複数のバーナにおける点火が完了した後に、第一管路を通過する燃料の流量を第二目標値に追従させるように第一バルブの開度を制御する第二制御を実行することと、を含む。【選択図】図４

Description

本開示は、工業炉の運転方法、工業炉のコントローラ、及び工業炉システムに関する。

鋼板処理設備等における焼鈍炉のように、複数のバーナを有する工業炉として、燃料を供給するための第一管路と、第一管路から分岐して複数のバーナにそれぞれ接続された第二管路と、第一管路に設けられた第一バルブと、複数の第二管路にそれぞれ設けられた第二バルブと、を備えるものが知られている。第一バルブは、燃料の供給量を調節するために制御される。第二バルブは、接続先のバーナの点火又は消火に際して開閉される。このような工業炉を起動するときには、一つの第二バルブを開いてその接続先のバーナに点火することが順次行われる。この作業では、既に点火されたバーナの失火を伴わずに、各バーナの点火を確実に遂行することが求められる。

例えば特許文献１には、各々のバーナに点火するときに、燃料圧力制御手段の制御を停止してその弁開度を固定すると共に、燃料流量制御手段の制御を停止してその弁開度を固定する点火制御方法が開示されている。

特開平７−２７３２９号公報

特許文献１に記載の点火制御方法によれば、バーナに点火するときには弁開度が固定されるので、弁開度の制御のハンチングに起因する点火不良は防止される。しかしながら、各バーナ用のバルブを開く度に個々のバーナへの燃料の供給量は低下する。このため、点火されたバーナの数が増えるのに応じて弁開度をマニュアル操作で大きくし、燃料供給の総量を増やすことが必要となる場合がある。この場合、バーナに点火する作業者と、弁開度を調節する作業者との連携による煩雑な作業が求められる。

そこで本開示は、簡単な作業にてバーナの点火をより確実に遂行することができる工業炉の運転方法、工業炉のコントローラ、及び工業炉システムを提供することを目的とする。

本開示に係る工業炉の運転方法は、複数のバーナと、燃料を送るための第一管路と、第一管路から分岐して複数のバーナにそれぞれ接続された複数の第二管路と、第一管路に設けられ、燃料の流路の開度を調節する第一バルブと、複数の第二管路にそれぞれ設けられ、燃料の流路が遮断された状態と開放された状態とを切り替える複数の第二バルブと、を備える工業炉を運転対象とし、バーナと第一バルブとの間における燃料の圧力を第一目標値に追従させるように第一バルブの開度を制御する第一制御を実行しながら、複数の第二バルブを順次開いて複数のバーナに順次点火することと、複数のバーナにおける点火が完了した後に、第一管路を通過する燃料の流量を第二目標値に追従させるように第一バルブの開度を制御する第二制御を実行することと、を含む。

この運転方法によれば、各バーナにおける点火が完了した後には、燃料の流量を第二目標値に追従させるように第一バルブの開度が制御されるので、第二目標値の調節によって各バーナを所望の燃焼状態にすることができる。これに対し、各バーナの点火中には、バーナと第一バルブとの間における燃料の圧力を第一目標値に追従させるように第一バルブの開度が制御される。第一バルブの開度の制御に応じた圧力の応答遅れは、流量の応答遅れに比べ小さいので、バーナと第一バルブとの間における燃料の圧力は、第二バルブの開放に応じて低下した後に、迅速に第一目標値の近傍に戻される。バーナと第一バルブとの間における燃料の圧力が第一目標値の近傍に保たれた状態で第二バルブを順次開放すると、これに応じて燃料の供給量が増える。このため、燃料の圧力を第一目標値に追従させる制御によって、点火されたバーナの数が増えるのに応じて第一バルブの開度を大きくし、燃料の総流量（第一管路を通る燃料の流量）を増やすことが自動的に実行される。また、点火されたバーナの数が増えるのに応じて第一バルブの開度を大きくすることは、一つのバーナが点火される度に実行されるので、燃料の総流量の調整がより細やかに実行される。従って、簡単な作業にてバーナの点火をより確実に遂行することができる。

第一制御においては、第一バルブの開度を所定の上限値以下に保ってもよい。この場合、第一制御において第一バルブが過剰に開くことが抑制されるので、第一目標値に対する燃料の圧力のオーバーシュートが抑制される。また、燃料の圧力の検出系統に異常が生じた場合等においても、燃料の流量を適正な範囲内に保つことができる。従って、バーナの点火をより確実に遂行することができる。

第二目標値は、空燃比を第三目標値に一致させるのに必要な燃料の流量であり、所定の上限値は、複数の第二バルブを順次開いて複数のバーナに順次点火する際の空気の供給量に対応する第二目標値であってもよい。この場合、所定の上限値は、第一制御における空燃比が、第二制御における空燃比を下回ることがないように設定される。このため、第一制御における第一バルブの開度の変動範囲がよりバーナの燃焼に適した範囲に保たれる。従って、バーナの点火をより確実に遂行することができる。

本開示に係るコントローラは、複数のバーナと、燃料を導くための第一管路と、第一管路から分岐して複数のバーナにそれぞれ接続された複数の第二管路と、第一管路に設けられ、燃料の流路の開度を調節する第一バルブと、複数の第二管路にそれぞれ設けられ、燃料の流路が遮断された状態と開放された状態とを切り替える複数の第二バルブと、を備える工業炉を制御対象とし、複数の第二管路が順次開かれて複数のバーナが順次点火される際に、バーナと第一バルブとの間における燃料の圧力を第一目標値に追従させるように第一バルブの開度を制御する第一制御と、複数のバーナにおける点火が完了した後に、第一管路を通過する燃料の流量を第二目標値に追従させるように第一バルブの開度を制御する第二制御とを実行するように構成されている。

上記コントローラは、第一制御において、第一バルブの開度を所定の上限値以下に保つように構成されていてもよい。

第二目標値は、空燃比を第三目標値に一致させるのに必要な燃料の流量であり、所定の上限値は、複数の第二バルブを順次開いて複数のバーナに順次点火する際の空気の供給量に対応する第二目標値であってもよい。

上記コントローラは、複数のバーナのそれぞれが、メインバーナと、メインバーナにおいて燃料を燃焼させるためのパイロットバーナとを含む工業炉を制御対象とし、パイロットバーナが点火されるのに応じて実行対象の制御モードを第一制御にすることを更に実行するように構成されていてもよい。パイロットバーナは、工業炉の起動に際して点火される。このため、パイロットバーナが点火されるのに応じて実行対象の制御モードを第一制御にすることによって、複数のバーナの点火に際してより確実に第一制御を実行できる。従って、バーナの点火をより確実に遂行することができる。

上記コントローラは、パイロットバーナの失火を伴わずにメインバーナが失火するのに応じて実行対象の制御モードを第一制御にするように構成されていてもよい。パイロットバーナの失火を伴わずにメインバーナが失火する場合、その後にメインバーナが再点火されることが想定される。このため、パイロットバーナの失火を伴わずにメインバーナが失火するのに応じて実行対象の制御モードを第一制御にすることによって、メインバーナの再点火をもより確実に遂行することができる。

本開示に係る工業炉システムは、複数のバーナと、燃料を導くための第一管路と、第一管路から分岐して複数のバーナにそれぞれ接続された複数の第二管路と、第一管路に設けられ、燃料の流路の開度を調節する第一バルブと、複数の第二管路にそれぞれ設けられ、燃料の流路が遮断された状態と開放された状態とを切り替える複数の第二バルブと、を有する工業炉と、工業炉を制御するコントローラと、を備え、コントローラは、複数の第二管路が順次開かれて複数のバーナが順次点火される際に、バーナと第一バルブとの間における燃料の圧力を第一目標値に追従させるように第一バルブの開度を制御する第一制御と、複数のバーナにおける点火が完了した後に、第一管路を通過する燃料の流量を第二目標値に追従させるように第一バルブの開度を制御する第二制御とを実行するように構成されている。

本開示によれば、簡単な作業にてバーナの点火をより確実に遂行することができる。

工業炉システムの概略構成を示す模式図である。 図１中の各ゾーンの概略構成を示す模式図である。 コントローラのハードウェア構成を例示するブロック図である。 複数のバーナが点火されるまでの制御手順を示すフローチャートである。 複数のバーナが点火された後の制御手順を示すフローチャートである。 燃料の圧力、燃料の流量、及び燃料流調バルブの開度目標値の推移を示すグラフである。

以下、実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

＜工業炉システム＞
（全体構成）
図１に示すように、工業炉システム１は、工業炉１０と、工業炉１０を制御するコントローラ１００とを備える。

工業炉１０は、例えば鋼板の連続処理ラインに設置される処理炉である。このような処理炉の具体例としては、焼鈍炉等が挙げられる。工業炉１０は、炉本体１１と、複数の加熱系統２０（ゾーン）と、燃料供給系統３０と、空気供給系統４０と、排気系統５０とを有する。

炉本体１１は、加熱対象物を収容する。複数の加熱系統２０のそれぞれは、燃料を燃焼させることで炉本体１１内を加熱する。燃料は可燃性ガスである。可燃性ガスの具体例としては、コークスガスが挙げられる。燃料供給系統３０は、加熱系統２０に燃料を供給する。空気供給系統４０は、燃料を燃焼させるための空気を加熱系統２０に供給する。排気系統５０は、燃焼後のガスを排気する。なお、加熱系統２０の数に制限はなく、炉本体１１の大きさなどに応じて適宜設定可能である。以下、各部の具体的な構成例を説明する。

（加熱系統）
図２に示すように、加熱系統２０は、複数（例えば数十機）のバーナ２１を有する。複数のバーナ２１は、炉本体１１の周壁に設けられており、炉本体１１内を加熱する。

例えばバーナ２１は、メインバーナ２２と、パイロットバーナ２３と、フレームディテクタ２４とを有する。バーナ２１は、ラジアントチューブ型のメインバーナ２２を有するラジアントチューブバーナであってもよい。ラジアントチューブ型のメインバーナ２２は、燃料及び空気の混合ガスを一端の開口（入口）からを受け入れ、燃焼後のガス（以下、「排ガス」という。）を他端の開口（出口）から排出する。

パイロットバーナ２３は、メインバーナ２２において燃料を燃焼させる。例えばパイロットバーナ２３は、メインバーナ２２の入口の近傍に設けられており、燃料及び空気の混合ガスを燃焼させることで点火用の炎を発生する。パイロットバーナ２３が発生する炎により、メインバーナ２２内に向かう混合ガスが点火され、メインバーナ２２内を通過しながら燃焼する。

フレームディテクタ２４は、例えば赤外線を用いた検出方式等によってメインバーナ２２及びパイロットバーナ２３の少なくとも一方の炎の有無を検出する。バーナ２１は、メインバーナ２２及びパイロットバーナ２３にそれぞれ対応する二つのフレームディテクタ２４を有してもよい。

（燃料供給系統）
図１及び図２に示すように、燃料供給系統３０は、燃料基管３１と、複数のゾーン別燃料本管３３（第一管路）と、複数の燃料流調バルブ３４（第一バルブ）と、複数の燃料遮断バルブ３５と、複数の燃料流量センサ３６と、複数の燃料圧力センサ３７と、複数の燃料枝管３８（第二管路）と、複数の燃料枝管３８と、複数のバーナ前バルブ３９（第二バルブ）とを有する。

燃料基管３１は、燃料源３２に接続され、燃料を炉本体１１側に導く。

複数のゾーン別燃料本管３３は、燃料基管３１から分岐して複数の加熱系統２０にそれぞれ燃料を導く。

複数の燃料流調バルブ３４は、複数のゾーン別燃料本管３３にそれぞれ設けられ、燃料の流路（ゾーン別燃料本管３３の内部）の開度を調節する。燃料流調バルブ３４の具体例としては、空気圧によってバルブの開度を調節する空気式のバルブが挙げられる。

複数の燃料遮断バルブ３５は、複数のゾーン別燃料本管３３にそれぞれ設けられ、燃料の流路が遮断された状態と、燃料の流路が開放された状態とを切り替える。燃料遮断バルブ３５の具体例としては、電磁式又は機械式のバルブが挙げられる。燃料遮断バルブ３５は、開閉機能に特化したもの（開度調節機能を有しないもの）であってもよい。

燃料流量センサ３６は、ゾーン別燃料本管３３に設けられ、燃料の流量を検出する。燃料流量センサ３６は、燃料流調バルブ３４よりも上流側（バーナ２１の逆側）に設けられていてもよいし、燃料流調バルブ３４よりも下流側（バーナ２１側）に設けられていてもよい。燃料流量センサ３６の具体例としては、差圧伝送器が挙げられる。差圧伝送器は、燃料の流量に関する情報として、絞り部の前後における差圧を検出してコントローラ１００に伝送する。

燃料圧力センサ３７は、ゾーン別燃料本管３３において燃料流調バルブ３４よりも下流側（バーナ２１側）に設けられ、バーナ２１と燃料流調バルブ３４との間における燃料の圧力を検出する。燃料圧力センサ３７は、燃料流調バルブ３４と燃料遮断バルブ３５との間に設けられていてもよいし、燃料遮断バルブ３５よりも更に下流側に設けられていてもよい。

複数の燃料枝管３８は、ゾーン別燃料本管３３から分岐して複数のバーナ２１にそれぞれ接続されている。例えば燃料枝管３８は、メインバーナ２２の入口に接続されている。

複数のバーナ前バルブ３９は、複数の燃料枝管３８にそれぞれ設けられ、燃料の流路（燃料枝管３８の内部）が遮断された状態と開放された状態とを切り替える。

（空気供給系統）
空気供給系統４０は、空気基管４１と、ブロワ―４２と、ダンパー４３と、複数のゾーン別空気本管４４と、複数の空気流調バルブ４５と、複数の空気流量センサ４６と、複数の空気枝管４７とを有する。

空気基管４１は、空気を炉本体１１側に導く。ブロワ―４２は、空気基管４１に設けられ、空気を炉本体１１側に圧送する。ダンパー４３は、空気基管４１に設けられ、空気の流路（空気基管４１の内部）の開度を調節する。

複数のゾーン別空気本管４４は、空気基管４１から分岐して複数の加熱系統２０にそれぞれ空気を導く。

複数の空気流調バルブ４５は、複数のゾーン別空気本管４４にそれぞれ設けられ、空気の流路（ゾーン別空気本管４４の内部）の開度を調節する。

複数の空気流量センサ４６は、複数のゾーン別空気本管４４にそれぞれ設けられ、空気の流量を検出する。空気流量センサ４６の具体例としては、差圧伝送器が挙げられる。

複数の空気枝管４７は、ゾーン別空気本管４４から分岐して複数のバーナ２１にそれぞれ接続されている。例えば空気枝管４７は、燃料枝管３８と共にメインバーナ２２の入口に接続されている。

（排気系統）
排気系統５０は、排気管５１と、プレナムチャンバ５２と、チャンバ圧力調節バルブ５３と、排ガスブロワ―５４とを有する。

排気管５１は、複数のバーナ２１から導出された排ガスを導く。

プレナムチャンバ５２は、排気管５１と複数のバーナ２１との間に介在する。例えばプレナムチャンバ５２は、複数のバーナ２１にそれぞれ対応する複数の導入口５２ａを有する。それぞれの導入口５２ａは、対応する加熱系統２０における複数のメインバーナ２２の出口に接続されている。

排ガスブロワ―５４は、排気管５１においてプレナムチャンバ５２よりも下流側（バーナ２１の逆側）に設けられており、プレナムチャンバ５２内のガスを吸い出すことでプレナムチャンバ５２内を負圧に保つ。これにより、各メインバーナ２２における排ガスがプレナムチャンバ５２内に導入される。

チャンバ圧力調節バルブ５３は、排気管５１においてプレナムチャンバ５２と排ガスブロワ―５４との間に設けられ、排ガスの流路の開度を調節する。これにより、プレナムチャンバ５２からのガスの吸い出し量が調節され、プレナムチャンバ５２内の圧力が調節される。

（コントローラ）
コントローラ１００は、工業炉１０を制御対象とし、複数の燃料枝管３８が順次開かれて複数のバーナ２１が順次点火される際に、複数のバーナ２１と燃料流調バルブ３４との間における燃料の圧力を第一目標値に追従させるように燃料流調バルブ３４の開度を制御する第一制御と、複数のバーナ２１（点火対象の全てのバーナ２１）における点火が完了した後に、ゾーン別燃料本管３３を通過する燃料の流量を第二目標値に追従させるように燃料流調バルブ３４の開度を制御する第二制御とを実行するように構成されている。

第一目標値は、点火の遂行の確実性を高める観点で予め設定される。いかなる値が適切であるかは、例えば事前実験及びシミュレーションの少なくとも一方によって導出可能である。第二目標値は、例えば外部から入力される温度又は熱量指令値に実際の温度又は熱量を追従させるように設定される。

コントローラ１００は、第一制御において、燃料流調バルブ３４の開度を所定の上限値以下に保つように構成されていてもよい。

第二目標値は、空燃比を第三目標値に一致させるのに必要な燃料の流量であってもよい。空燃比は、燃料の質量（燃料供給系統３０がバーナ２１に供給する燃料の質量）に対する空気の質量（空気供給系統４０がバーナ２１に供給する空気の質量）の比率である。第三目標値は、工業炉の燃焼負荷に対応した空燃比の設定値であり、燃料の不完全燃焼の抑制及び二酸化炭素の発生抑制等の観点から適宜設定される。

第二目標値が空燃比に基づいて設定される場合、所定の上限値は、複数のバーナ前バルブ３９を順次開いて複数のバーナ２１に順次点火する際の空気供給量（空気供給系統４０がバーナ２１に供給する空気の質量）に対応する第二目標値であってもよい。バーナ２１に順次点火する際の空気供給量は、例えば、点火の遂行を妨げない範囲で最小の値に設定される。

例えばコントローラ１００は、機能モジュールとして、第一制御部１１１と、第二制御部１１２と、ローセレクト部１１３と、制御出力部１１４とを有する。

第一制御部１１１は、複数のバーナ２１と燃料流調バルブ３４との間における燃料の圧力を第一目標値に追従させるように燃料流調バルブ３４の開度指令値（以下、「第一開度指令値」という。）を導出し、出力する。また、第一制御部１１１は、空気の流量を第四目標値に追従させるように空気流調バルブ４５の開度指令値を導出し、出力する。更に、第一制御部１１１は、点火対象となるバーナ２１に対応する燃料遮断バルブ３５に対する開放指令を出力する。第四目標値は一定値であり、例えば、燃料の圧力が第一目標値に一致している場合に、空燃比が点火に最適な値となるように設定される。

第二制御部１１２は、ゾーン別燃料本管３３を通過する燃料の流量を第二目標値に追従させるように燃料流調バルブ３４の開度指令値（以下、「第二開度指令値」という。）を導出し、出力する。また、第二制御部１１２は、空気の流量を第五目標値に追従させるように空気流調バルブ４５の開度指令値を導出し、出力する。第二目標値及び第五目標値は、空燃比を第三目標値の近傍に保ちつつ、外部から入力される温度又は熱量指令値に実際の温度又は熱量を追従させるように設定される。

ローセレクト部１１３は、第一制御部１１１により導出された第一開度指令値と所定の上限値とを比較し、いずれか低い方を出力する。一例としてローセレクト部１１３は、第二制御部１１２により導出された第二開度指令値を所定の上限値として用いる。

制御出力部１１４は、制御モードを第一制御又は第二制御にセットする。例えば制御出力部１１４は、パイロットバーナ２３の点火に応じて制御モードを第一制御にする。制御出力部１１４は、パイロットバーナ２３の失火を伴わずにメインバーナ２２が失火するのに応じて実行対象の制御モードを第一制御にするように構成されていてもよい。

更に、制御出力部１１４は、オペレータによる指示入力に応じて実行対象の制御モードを第二制御にするように構成されていてもよい。この場合、工業炉システム１は、オペレータによる制御モードの指示入力を可能とするための切替スイッチ２００を更に備えてもよい。切替スイッチ２００は、トグルスイッチ又は押しボタンスイッチのようなハードウェアスイッチであってもよいし、タッチパネル上に描画されるソフトウェアスイッチであってもよい。

制御モードを第一制御としている場合、制御出力部１１４は、第一制御部１１１からの指令値を燃料流調バルブ３４、燃料遮断バルブ３５及び空気流調バルブ４５に出力する。ただし、制御出力部１１４は、ローセレクト部１１３が上記第二開度指令値を選択した場合には、第一制御部１１１からの第一開度指令値に代えて、第二制御部１１２からの第二開度指令値を燃料流調バルブ３４に出力する。

制御モードを第二制御としている場合、制御出力部１１４は、第二制御部１１２からの指令値を燃料流調バルブ３４及び空気流調バルブ４５に出力する。

図３は、コントローラ１００のハードウェア構成を例示するブロック図である。図３に示すように、コントローラ１００は回路１２０を有し、回路１２０は、一つ又は複数のプロセッサ１２１と、メモリ１２２と、ストレージ１２３と、入出力ポート１２４とを有する。

入出力ポート１２４は、燃料流量センサ３６、燃料圧力センサ３７、空気流量センサ４６、燃料流調バルブ３４、燃料遮断バルブ３５、空気流調バルブ４５、及び切替スイッチ２００との間で電気信号の入出力を行う。ストレージ１２３は、コントローラ１００の各機能モジュールを構成するためのプログラムを記録している。ストレージ１２３は、コンピュータ読み取り可能であればどのようなものであってもよい。具体例として、ハードディスク、不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク及び光ディスク等が挙げられる。メモリ１２２は、ストレージ１２３からロードしたプログラム及びプロセッサ１２１の演算結果等を一時的に記憶する。プロセッサ１２１は、メモリ１２２と協働してプログラムを実行することで、上述した各機能モジュールを構成する。

なお、コントローラ１００のハードウェア構成は、必ずしもプログラムにより各機能モジュールを構成するものに限られない。例えばコントローラ１００の各機能モジュールは、専用の論理回路又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により構成されていてもよい。

＜工業炉の運転方法＞
続いて、工業炉の運転方法の一例を示す。この運転方法は、工業炉１０を運転対象とし、バーナ２１と燃料流調バルブ３４との間における燃料の圧力を第一目標値に追従させるように燃料流調バルブ３４の開度を制御する第一制御を実行しながら、複数のバーナ前バルブ３９を順次開いて複数のバーナ２１に順次点火することと、複数のバーナ２１における点火が完了した後に、ゾーン別燃料本管３３を通過する燃料の流量を第二目標値に追従させるように燃料流調バルブ３４の開度を制御する第二制御を実行することと、を含む。

以下、複数のバーナ２１が点火されるまでの手順と、複数のバーナ２１が点火された後の手順とを詳細に例示する。

（複数のバーナ２１が点火されるまでの手順）
図４は、複数のバーナ２１に点火するまでに、コントローラ１００により実行される制御手順を示すフローチャートである。図４に示すように、コントローラ１００は、まずステップＳ０１を実行する。ステップＳ０１では、パイロットバーナ２３用のフレームディテクタ２４によりパイロットバーナ２３の点火が検出されているか否かを制御出力部１１４が確認する。制御出力部１１４は、フレームディテクタ２４によりパイロットバーナ２３の点火が検出されるまでステップＳ０１を繰り返す。

フレームディテクタ２４によりパイロットバーナ２３の点火が検出されると、コントローラ１００はステップＳ０２を実行する。ステップＳ０２では、制御出力部１１４が制御モードを第一制御にセットする。ステップＳ０２に例示されるように、工業炉１０の運転方法は、パイロットバーナ２３が点火されるのに応じて実行対象の制御モードを第一制御にすることを更に含んでいてもよい。

次に、コントローラ１００はステップＳ０３を実行する。ステップＳ０３では、第一制御部１１１が、燃料流調バルブ３４及び空気流調バルブ４５に対する初期の開度指令値を導出して出力し、第一制御部１１１からの開度指令値を制御出力部１１４が燃料流調バルブ３４及び空気流調バルブ４５に出力する。燃料流調バルブ３４の初期の開度指令値は、例えば一つ目のバーナ前バルブ３９が開放された状態において、燃料の圧力が第一目標値に近い値となるように設定される。空気流調バルブ４５の初期の開度指令値は、例えば空気の流量を第四目標値に追従させるように設定される。

次に、コントローラ１００はステップＳ０４を実行する。ステップＳ０４では、第一制御部１１１が、燃料遮断バルブ３５の開放指令を出力し、第一制御部１１１からの開放指令を制御出力部１１４が燃料遮断バルブ３５に出力する。これにより、バーナ２１の点火が可能な状態となる。この状態にて、オペレータが、複数のバーナ前バルブ３９を順次開いて複数のバーナ２１に順次点火することを開始する。オペレータがバーナ前バルブ３９を開くと、当該バーナ前バルブ３９に対応するバーナ２１に燃料と空気の混合ガスが供給され、当該混合ガスがパイロットバーナ２３の炎によって点火される。

次に、コントローラ１００はステップＳ０５を実行する。ステップＳ０５では、第一制御部１１１が、複数のバーナ２１と燃料流調バルブ３４との間における燃料の圧力の検出結果を燃料圧力センサ３７から取得する。

次に、コントローラ１００はステップＳ０６を実行する。ステップＳ０６では、第一制御部１１１が、複数のバーナ２１と燃料流調バルブ３４との間における燃料の圧力を第一目標値に追従させるように燃料流調バルブ３４の第一開度指令値を算出する。

次に、コントローラ１００はステップＳ０７を実行する。ステップＳ０７では、第二制御部１１２が、ゾーン別空気本管４４における空気の流量の検出結果を空気流量センサ４６から取得する。

次に、コントローラ１００はステップＳ０８を実行する。ステップＳ０８では、第二制御部１１２が、空燃比を第三目標値に一致させるために必要な燃料の流量を第二目標値として算出し、燃料の流量を第二目標値に追従させるための燃料流調バルブ３４の第二開度指令値を算出する。

次に、コントローラ１００はステップＳ０９を実行する。ステップＳ０９では、第一開度指令値が第二開度指令値以下であるか否かを制御出力部１１４が確認する。ステップＳ０９において、第一開度指令値が第二開度指令値以下であると判定された場合、コントローラ１００はステップＳ１０を実行する。ステップＳ１０では、制御出力部１１４が、第一開度指令値を燃料流調バルブ３４に出力する。

ステップＳ０９において、第一開度指令値が第二開度指令値を超えていると判定された場合、コントローラ１００は、ステップＳ１０に代えてステップＳ１１を実行する。ステップＳ１１では、制御出力部１１４が、第二開度指令値を燃料流調バルブ３４に出力する。

ステップＳ０７〜Ｓ１１に例示されるように、第一制御においては、燃料流調バルブ３４の開度を所定の上限値以下に保ってもよい。また、第二目標値が、空燃比を第三目標値に一致させるのに必要な燃料の流量である場合に、所定の上限値は、複数のバーナ前バルブ３９を順次開いて複数のバーナ２１に順次点火する際の空気の供給量に対応する第二目標値であってもよい。

次に、コントローラ１００はステップＳ１２を実行する。ステップＳ１２では、制御出力部１１４が、制御モードの切替指示が切替スイッチ２００に入力されているか否かを判定する。

ステップＳ１２において、制御モードの切り替え指示が入力されていないと判定された場合、コントローラ１００は処理をステップＳ０５に戻す。これにより、制御モードの切替指示が入力されるまでは、第一制御が継続される。

ステップＳ１２において、制御モードの切り替え指示が入力されたと判定された場合、コントローラ１００はステップＳ１３を実行する。ステップＳ１３では、制御出力部１１４が、制御モードを第二制御に切り替える。以上で、複数のバーナ２１が点火されるまでの手順が完了する。

（複数のバーナ２１が点火された後の手順）
図５は、複数のバーナ２１に点火した後に、コントローラ１００により実行される制御手順を示すフローチャートである。図５に示すように、コントローラ１００は、まずステップＳ２１を実行する。ステップＳ２１では、第二制御部１１２が、クロスリミット演算により燃料流調バルブ３４及び燃料遮断バルブ３５の開度指令値を算出する。

具体的に、第二制御部１１２は、空燃比を第三目標値の近傍に保ちつつ、外部から入力される温度又は熱量指令値に実際の温度又は熱量を追従させるように第二目標値及び第五目標値を設定する。その後、第二制御部１１２は、ゾーン別燃料本管３３を通過する燃料の流量を第二目標値に追従させるように燃料流調バルブ３４の開度指令値を導出し、空気の流量を第五目標値に追従させるように空気流調バルブ４５の開度指令値を導出し、これらを出力する。

次に、コントローラ１００はステップＳ２２を実行する。ステップＳ２２では、制御出力部１１４が、第二制御部１１２からの指令値を燃料流調バルブ３４及び空気流調バルブ４５に出力する。

次に、コントローラ１００はステップＳ２３を実行する。ステップＳ２３では、メインバーナ２２用のフレームディテクタ２４によりメインバーナ２２の失火が検出されているか否かを制御出力部１１４が確認する。制御出力部１１４は、オペレータによりメインバーナ２２を失火させる操作がなされたか否かに基づいて、メインバーナ２２が失火しているか否かを判定してもよい。メインバーナ２２を失火させる操作としては、燃料遮断バルブ３５を閉じる操作又はバーナ前バルブ３９を閉じる操作等が挙げられる。これらの操作は、例えば燃料遮断バルブ３５又はバーナ前バルブ３９を遠隔操作するためのユーザインタフェースから取得可能である。また、燃料遮断バルブ３５及びバーナ前バルブ３９にセンサを配置し、当該センサによって燃料遮断バルブ３５及びバーナ前バルブ３９に対する操作を検知することも可能である。

ステップＳ２３において、メインバーナ２２が失火していないと判定された場合、コントローラ１００は処理をステップＳ２１に戻す。これにより、メインバーナ２２の失火が検知されるまでは第二制御が繰り返される。

ステップＳ２３において、メインバーナ２２が失火していると判定された場合、コントローラ１００はステップＳ２４を実行する。ステップＳ２４では、パイロットバーナ２３が失火しているか否かを制御出力部１１４が確認する。

ステップＳ２４において、パイロットバーナ２３が失火していないと判定された場合、コントローラ１００はステップＳ２５を実行した上で処理を終了する。ステップＳ２５では、制御出力部１１４が、制御モードを第一制御に切り替え、第一制御の制御手順を上記ステップＳ０３から再開させる。

ステップＳ２４において、パイロットバーナ２３が失火していると判定された場合、コントローラ１００は、ステップＳ２５を実行することなく処理を終了する。以上で、複数のバーナ２１が点火された後の手順が完了する。

＜本実施形態の効果＞
以上に説明したように、本実施形態に係る工業炉の運転方法は、複数のバーナ２１と、燃料を送るためのゾーン別燃料本管３３と、ゾーン別燃料本管３３から分岐して複数のバーナ２１にそれぞれ接続された複数の燃料枝管３８と、ゾーン別燃料本管３３に設けられ、燃料の流路の開度を調節する燃料流調バルブ３４と、複数の燃料枝管３８にそれぞれ設けられ、燃料の流路が遮断された状態と開放された状態とを切り替える複数のバーナ前バルブ３９と、を備える工業炉１０を運転対象とし、バーナ２１と燃料流調バルブ３４との間における燃料の圧力を第一目標値に追従させるように燃料流調バルブ３４の開度を制御する第一制御を実行しながら、複数のバーナ前バルブ３９を順次開いて複数のバーナ２１に順次点火することと、複数のバーナ２１における点火が完了した後に、ゾーン別燃料本管３３を通過する燃料の流量を第二目標値に追従させるように燃料流調バルブ３４の開度を制御する第二制御を実行することと、を含む。

この運転方法によれば、各バーナ２１における点火が完了した後には、燃料の流量を第二目標値に追従させるように燃料流調バルブ３４の開度が制御されるので、第二目標値の調節によって各バーナ２１を所望の燃焼状態にすることができる。これに対し、各バーナ２１の点火中には、バーナ２１と燃料流調バルブ３４との間における燃料の圧力を第一目標値に追従させるように燃料流調バルブ３４の開度が制御される。燃料流調バルブ３４の開度の制御に応じた圧力の応答遅れは、流量の応答遅れに比べ小さいので、バーナ２１と燃料流調バルブ３４との間における燃料の圧力は、バーナ前バルブ３９の開放に応じて低下した後に、迅速に第一目標値の近傍に戻される。バーナ２１と燃料流調バルブ３４との間における燃料の圧力が第一目標値の近傍に保たれた状態でバーナ前バルブ３９を順次開放すると、これに応じて燃料の供給量が増える。このため、燃料の圧力を第一目標値に追従させる制御によって、点火されたバーナ２１の数が増えるのに応じて燃料流調バルブ３４の開度を大きくし、燃料の総流量（ゾーン別燃料本管３３を通る燃料の流量）を増やすことが自動的に実行される。また、点火されたバーナ２１の数が増えるのに応じて燃料流調バルブ３４の開度を大きくすることは、一つのバーナ２１が点火される度に実行されるので、燃料の総流量の調整がより細やかに実行される。

図６は、上述した運転方法を採用した場合の燃料の圧力、燃料の流量、及び燃料流調バルブの開度目標値の推移を示すグラフである。グラフの横軸は経過時間を示し、縦軸は各値の大きさを示している。期間Ｔ１では第一制御が実行され、期間Ｔ２では第二制御が実行されている。複数のバーナ２１の点火は、期間Ｔ１の前半の期間Ｔ３にて実行されている。燃料の圧力Ｄ１は、期間Ｔ３の初期において急降下している。これは、最初のバーナ前バルブ３９が開放されることにより、燃料の流出が開始されたためである。第一制御により、圧力Ｄ１の降下は圧力目標値Ｄ２の近傍で停止している。その後、二つ目以降のバーナ前バルブ３９が順次開放され、二つ目以降のバーナ２１が順次点火されているが、圧力Ｄ１は大きく変動することなく圧力目標値Ｄ２の近傍に保たれている。開放されたバーナ前バルブ３９の数が増えても圧力Ｄ１を圧力目標値Ｄ２の近傍に保つために、開度指令値Ｄ４は徐々に増えている。これに応じ、燃料流量Ｄ３も徐々に増えている。

このように、上述した運転方法によれば、点火されたバーナ２１の数が増えるのに応じて燃料流調バルブ３４の開度を大きくし、燃料の総流量を増やすことが自動的に実行され、燃料の総流量の調整が細やかに実行される。従って、簡単な作業にてバーナ２１の点火をより確実に遂行することができる。

第一制御においては、燃料流調バルブ３４の開度を所定の上限値以下に保ってもよい。この場合、第一制御において燃料流調バルブ３４が過剰に開くことが抑制されるので、第一目標値に対する燃料の圧力のオーバーシュートが抑制される。また、燃料の圧力の検出系統に異常が生じた場合等においても、燃料の流量を適正な範囲内に保つことができる。従って、バーナ２１の点火をより確実に遂行することができる。

第二目標値は、空燃比を第三目標値に一致させるのに必要な燃料の流量であり、所定の上限値は、複数のバーナ前バルブ３９を順次開いて複数のバーナ２１に順次点火する際の空気の供給量に対応する第二目標値であってもよい。この場合、所定の上限値は、第一制御における空燃比が、第二制御における空燃比を下回ることがないように設定される。このため、第一制御における燃料流調バルブ３４の開度の変動範囲がよりバーナ２１の燃焼に適した範囲に保たれる。従って、バーナ２１の点火をより確実に遂行することができる。

コントローラ１００は、複数のバーナ２１のそれぞれが、メインバーナ２２と、メインバーナ２２において燃料を燃焼させるためのパイロットバーナ２３とを含む工業炉１０を制御対象とし、パイロットバーナ２３が点火されるのに応じて実行対象の制御モードを第一制御にすることを更に実行するように構成されていてもよい。パイロットバーナ２３は、工業炉１０の起動に際して点火される。このため、パイロットバーナ２３が点火されるのに応じて実行対象の制御モードを第一制御にすることによって、複数のバーナ２１の点火に際してより確実に第一制御を実行できる。従って、バーナ２１の点火をより確実に遂行することができる。

コントローラ１００は、パイロットバーナ２３の失火を伴わずにメインバーナ２２が失火するのに応じて実行対象の制御モードを第一制御にするように構成されていてもよい。パイロットバーナ２３の失火を伴わずにメインバーナ２２が失火する場合、その後にメインバーナ２２が再点火されることが想定される。このため、パイロットバーナ２３の失火を伴わずにメインバーナ２２が失火するのに応じて実行対象の制御モードを第一制御にすることによって、メインバーナ２２の再点火をもより確実に遂行することができる。

以上、実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。炉本体１１内を加熱する構成は、必ずしも複数の加熱系統２０（ゾーン）に分かれている必要はなく、全てのバーナ２１が単一のゾーンにまとめられていてもよい。本発明の適用対象は、焼鈍炉に限られず、複数のバーナに順次点火する作業を要する工業炉であればどのようなものにも適用し得る。

１…工業炉システム、１０…工業炉、１００…コントローラ、３３…ゾーン別燃料本管（第一管路）、３４…燃料流調バルブ（第一バルブ）、３８…燃料枝管（第二管路）、３９…バーナ前バルブ（第二バルブ）

Claims (9)

1. 複数のバーナと、
   燃料を導くための第一管路と、
   前記第一管路から分岐して前記複数のバーナにそれぞれ接続された複数の第二管路と、
   前記第一管路に設けられ、前記燃料の流路の開度を調節する第一バルブと、
   前記複数の第二管路にそれぞれ設けられ、前記燃料の流路が遮断された状態と開放された状態とを切り替える複数の第二バルブと、を備える工業炉を運転対象とし、
   前記バーナと前記第一バルブとの間における前記燃料の圧力を第一目標値に追従させるように前記第一バルブの開度を制御する第一制御を実行しながら、前記複数の第二バルブを順次開いて前記複数のバーナに順次点火することと、
   前記複数のバーナにおける点火が完了した後に、前記第一管路を通過する前記燃料の流量を第二目標値に追従させるように前記第一バルブの開度を制御する第二制御を実行することと、を含む工業炉の運転方法。
2. 前記第一制御においては、前記第一バルブの開度を所定の上限値以下に保つ、請求項１記載の工業炉の運転方法。
3. 前記第二目標値は、空燃比を第三目標値に一致させるのに必要な前記燃料の流量であり、
   前記所定の上限値は、前記複数の第二バルブを順次開いて前記複数のバーナに順次点火する際の空気の供給量に対応する前記第二目標値である、請求項２記載の工業炉の運転方法。
4. 複数のバーナと、
   燃料を導くための第一管路と、
   前記第一管路から分岐して前記複数のバーナにそれぞれ接続された複数の第二管路と、
   前記第一管路に設けられ、前記燃料の流路の開度を調節する第一バルブと、
   前記複数の第二管路にそれぞれ設けられ、前記燃料の流路が遮断された状態と開放された状態とを切り替える複数の第二バルブと、を備える工業炉を制御対象とし、
   前記複数の第二管路が順次開かれて前記複数のバーナが順次点火される際に、前記バーナと前記第一バルブとの間における前記燃料の圧力を第一目標値に追従させるように前記第一バルブの開度を制御する第一制御と、
   前記複数のバーナにおける点火が完了した後に、前記第一管路を通過する前記燃料の流量を第二目標値に追従させるように前記第一バルブの開度を制御する第二制御とを実行するように構成されている、工業炉のコントローラ。
5. 前記第一制御において、前記第一バルブの開度を所定の上限値以下に保つように構成されている、請求項４記載の工業炉のコントローラ。
6. 前記第二目標値は、空燃比を第三目標値に一致させるのに必要な前記燃料の流量であり、
   前記所定の上限値は、前記複数の第二バルブを順次開いて前記複数のバーナに順次点火する際の空気の供給量に対応する前記第二目標値である、請求項５記載の工業炉のコントローラ。
7. 前記複数のバーナのそれぞれが、メインバーナと、前記メインバーナにおいて前記燃料を燃焼させるためのパイロットバーナとを含む前記工業炉を制御対象とし、
   前記パイロットバーナが点火されるのに応じて実行対象の制御モードを前記第一制御にすることを更に実行するように構成されている、請求項４〜６のいずれか一項記載の工業炉のコントローラ。
8. 前記パイロットバーナの失火を伴わずに前記メインバーナが失火するのに応じて前記実行対象の制御モードを前記第一制御にするように構成されている、請求項７記載の工業炉のコントローラ。
9. 複数のバーナと、
   燃料を導くための第一管路と、
   前記第一管路から分岐して前記複数のバーナにそれぞれ接続された複数の第二管路と、
   前記第一管路に設けられ、前記燃料の流路の開度を調節する第一バルブと、
   前記複数の第二管路にそれぞれ設けられ、燃料の流路が遮断された状態と開放された状態とを切り替える複数の第二バルブと、を有する工業炉と、
   前記工業炉を制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、
   前記複数の第二管路が順次開かれて前記複数のバーナが順次点火される際に、前記バーナと前記第一バルブとの間における前記燃料の圧力を第一目標値に追従させるように前記第一バルブの開度を制御する第一制御と、
   前記複数のバーナにおける点火が完了した後に、前記第一管路を通過する燃料の流量を第二目標値に追従させるように前記第一バルブの開度を制御する第二制御とを実行するように構成されている、工業炉システム。

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