JP2680983B2 - 蓄熱式バーナの燃焼制御方法 - Google Patents

蓄熱式バーナの燃焼制御方法

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JP2680983B2
JP2680983B2 JP5302566A JP30256693A JP2680983B2 JP 2680983 B2 JP2680983 B2 JP 2680983B2 JP 5302566 A JP5302566 A JP 5302566A JP 30256693 A JP30256693 A JP 30256693A JP 2680983 B2 JP2680983 B2 JP 2680983B2
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    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、蓄熱式バーナの燃焼制
御方法に関する。詳しくは、蓄熱媒体で排ガスの熱を回
収し、この熱を燃焼用空気の予熱に利用する蓄熱式バー
ナシステムにおいて、バーナを非燃焼状態から燃焼状態
に切り換える際の、燃料と燃焼用空気の供給を開始する
タイミングの制御に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、排ガスの熱を利用して燃焼用
空気を予熱する蓄熱式バーナシステムとして、燃料と燃
焼用空気を2組のバーナに交互に供給して切換え燃焼す
るものが知られている。この種の蓄熱式バーナシステム
を運転する場合、安全性の点から、まず燃焼用空気を噴
射し、一定の遅延時間後に燃料を噴射して、燃料だけが
炉内に供給される状態を回避している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、炉内で燃料
を燃焼する場合、バーナからは燃料の燃焼に必要なだけ
の空気を供給し余分な空気の存在を少なくして、炉内酸
素濃度の安定化、NOxの低減を図る必要がある。しか
しながら、従来の蓄熱式バーナシステムでは、上記遅延
時間を燃焼や炉内温度とは無関係に一定に設定してい
た。そのため、例えば燃焼量が多い場合、つまり燃焼用
空気の単位時間の供給量が多い場合などでは、燃料供給
開始までに必要以上の燃焼用空気が炉内に供給されるこ
とになり、炉内酸素濃度やNOxの増加の原因となって
いた。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明にかかる
蓄熱式バーナの燃焼方法は、上記問題点を解決するため
になされたもので、蓄熱式バーナシステムにおいて、燃
料と燃焼用空気を2組のバーナに交互に供給して切換え
燃焼するとともに、排ガスの熱を回収して燃焼用空気を
予熱する蓄熱式バーナシステムにおいて、バーナ切換え
に伴う燃焼開始時、燃焼用空気の供給開始から所定の遅
延時間後に燃料を供給するとともに、上記遅延時間を燃
焼量、又は燃焼用空気供給量、若しくは炉内の温度に対
応して変化させるよう制御するものである。
【0005】
【作用】上記蓄熱式バーナの燃焼方法によれば、バーナ
を非燃焼状態から燃焼状態に切り換える場合、まずバー
ナには燃焼用空気だけが供給される。次に、上記遅延時
間後に、バーナに燃料が供給され、これが上記燃焼用空
気により燃焼される。上記遅延時間は、本発明では例え
ば燃焼量が大きい程短くなるよう制御される。つまり、
単位時間当たりの燃焼用空気の供給量が多いほど、遅延
時間は短くする。したがって、必要以上に燃焼室に燃焼
用空気が送り込まれることがなく、炉内酸素濃度やNO
xの急激な増加がない。
【0006】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。図1において、1は鉄鋼加熱炉、熱処
理炉、溶解炉、焼却炉、ボイラなどの炉で、炉内2を囲
む耐熱材からなる炉壁3には一対のバーナタイル4a,
4bと、これらバーナタイル4a,4bの外側に位置す
るバーナ装着部5a,5bが形成されている。
【0007】6は本発明にかかる蓄熱式バーナシステム
(以下「バーナシステム」という。)で、このバーナシ
ステム6は同一形式の2組の蓄熱式バーナ(以下「バー
ナ」という。)7(7a,7b)を備えている。これら
のバーナ7は、図2に示すように、耐熱材からなるバー
ナ本体8を備えており、このバーナ本体8の内部に燃焼
用空気供給室9が形成されている。バーナ本体8の前部
10には、複数の燃焼用空気噴射口11が例えば同一円
周上に設けてあり、これらの燃焼用空気噴射口11を介
して燃焼用空気供給室9が外部に連絡されている。ま
た、前部10には、燃焼室12が形成されている。そし
て、燃焼用空気供給室9の中央部には、後部14から燃
焼室12の中心部にわたり燃料噴射ノズル16が挿入さ
れている。なお、以下の説明において、バーナ7aに関
連した構成部材の符号には“a”、バーナ7bに関連し
た構成部材の符号には“b”を付して区別する。
【0008】上記バーナ7a,7bは、図1に示すよう
に、燃焼用空気噴射口11a,11bと一次燃焼室12
a,12bをバーナタイル4a,4bに臨ませて炉壁3
に固定される。燃料噴射ノズル16a,16bは、それ
ぞれ燃料切換弁F1,F2、さらに燃料調節弁17を介
して燃料供給源18に接続される。燃焼用空気供給室9
a,9bは、蓄熱媒体19a,19bを有する蓄熱器2
0a,20bにそれぞれ接続される。また、蓄熱器20
a,20bは、燃焼用空気切換弁A1,A2、さらに燃
焼用空気調節弁21を介して燃焼用空気供給源であるブ
ロア22に接続されるとともに、排ガス切換弁E1,E
2、さらに排ガス調節弁23を介して排ガス吸引手段で
ある吸引ファン24に接続される。ブロア22と燃焼用
空気調節弁21の間には空気量計測手段例えば流量計2
5が設けてあり、流量計25の計測データが遅延制御装
置26に出力され、遅延制御装置26からの出力に基づ
いて燃料切換弁F1,F2の開閉タイミングが制御され
るようになっている。
【0009】上記バーナシステム6は、2つのバーナ7
a,7bを所定時間ごとに燃焼状態と排ガス排気状態に
切り換えて運転される。つまり、まず最初の所定時間、
一方のバーナ7a(7b)で燃料を燃焼しながら、他方
のバーナ7b(7a)で燃焼室2の排ガスを排気し、次
の所定時間、上記一方のバーナ7a(7b)で排ガスを
排気しながら、他方のバーナ7b(7a)で燃料を燃焼
し、これらの2つの状態を所定時間ごとに繰り返す。
【0010】具体的な運転方法を図3のタイムチャート
を参照して説明すると、バーナ7aで燃料を燃焼し、他
方のバーナ7bで排ガスを排気する場合、バーナ7aに
ついて、燃料切換弁F1、燃焼用空気切換弁A1を開放
するとともに排ガス切換弁E1を閉鎖する。また、バー
ナ7bについて、燃料切換弁F2、燃焼用空気切換弁A
2を閉鎖し、排ガス切換弁E2を開放する。
【0011】これにより、燃料供給源18から供給され
た燃料がバーナ7aの燃料噴射ノズル16aから燃焼室
2に噴射される。ブロア22から送り出された燃焼用空
気は蓄熱器20aを介してバーナ7aの燃焼用空気供給
室9aに供給され、ここから燃焼室12aに噴射され、
燃料を燃焼する。
【0012】一方、炉内2の排ガスは、バーナ7bの燃
焼用空気噴射口11bを通じて燃焼用空気供給室9bに
吸引され、蓄熱器20bを介して吸引ファン24に送ら
れる。このとき、蓄熱器20bを通過する排ガスの熱が
蓄熱媒体19bに回収され、その後バーナ7bに供給さ
れる燃焼用空気の予熱に利用される。
【0013】燃焼バーナを切り換える場合、まず燃料切
換弁F1を閉鎖する。次に、燃焼用空気切換弁A1を閉
鎖する。また、並行して、排ガス切換弁E2を閉鎖し、
排ガス切換弁E1と燃焼用空気切換弁A2を開放する。
【0014】これにより、バーナ7aの燃焼用空気供給
口11aに炉内2の排ガスが吸い込まれ、蓄熱器20a
を介して吸引ファン24に排出される。また、排ガスの
熱が蓄熱媒体19aに回収され、次回のバーナ7aの燃
焼時に使用する燃焼用空気の予熱に利用される。
【0015】一方、バーナ7bには燃焼用空気が供給さ
れる。この燃焼用空気は、排ガス排気時に蓄熱器20b
に回収された熱で予熱されている。しかし、バーナ7b
には燃料は供給されず、依然として非燃焼状態に維持さ
れる。そして、燃焼用空気切換弁A2が完全に開放され
てから所定の遅延時間(t)後、燃料切換弁F2が開放
されてバーナ7bの燃料噴射ノズル16bに燃料が供給
され、これが燃焼室2に噴射されて燃焼用空気により燃
焼される。なお、切換え燃焼を行う蓄熱式バーナシステ
ムにおいては、燃焼用空気切換弁を完全に開放しても直
ちに大気中の酸素濃度を持つ空気が炉内に供給するわけ
でない。まず、直前の排熱回収時に燃焼用空気室や蓄熱
器に充満した排ガスを炉内に押し出し、徐々に酸素の比
率が増加する。したがって、遅延時間(t)は排ガスに
対する酸素の比率が増加し、着火しても安全性が確保で
きるまでの着火可能な時間ということができる。
【0016】上記遅延時間(t)は、流量計25で測定
された燃焼用空気の供給量に基づいて制御装置26で決
定される。すなわち、ある燃焼量について最適の基準遅
延時間を決定しておき、この燃焼量に対応する基準燃焼
用空気供給量よりも実際の燃焼用空気供給量が多けれ
ば、遅延時間(t)を上記基準遅延時間よりも短くし、
逆に、実際の燃焼用空気供給量が上記基準燃焼用空気供
給量よりも少なければ、遅延時間(t)を長くする。し
たがって、燃焼量が大きいときでも、必要以上に炉内に
燃焼用空気が供給されることがなく、炉内酸素濃度やN
Ox量の変動が少ない。また、燃焼量が小さいとき、遅
延時間(t)を上記基準遅延時間よりも長くして、燃焼
用空気の噴射状態を確実に形成したうえで燃料を炉内2
に噴射して着火する。
【0017】所定時間後、燃焼バーナがバーナ7bから
バーナ7aに切り換わる。この切換時、まず燃料切換弁
F2を閉鎖する。次に、燃焼用空気切換弁A1と排ガス
切換弁E2を開放する。また、排ガス切換弁E1と燃焼
用空気切換弁A2を閉鎖する。
【0018】これにより、バーナ7bの燃焼用空気供給
口11bに炉内2の排ガスが吸い込まれ、蓄熱器20b
を介して吸引ファン24に排出される。また、排ガスの
熱が蓄熱媒体19bに回収され、次回のバーナ7bの燃
焼時に燃焼用空気の予熱に利用される。
【0019】一方、バーナ7aには蓄熱器20aで予熱
された燃焼用空気が供給される。また、燃焼用空気切換
弁A2が開放されてから所定の遅延時間(t)後、燃料
切換弁F2が開放されて燃料噴射ノズル16bに燃料が
供給され、燃焼用空気と共に燃焼される。このときの遅
延時間(t)も流量計25の出力に基づいて上述のよう
に決定されている。したがって、大量の燃焼用空気が炉
内に送り込まれることがなく、炉内酸素濃度、NOxの
発生量が急激に大きくなることはない。
【0020】なお、以上の説明では、燃焼用空気の供給
量を流量計で測定し、その測定結果に基づいて燃料切換
弁の開放開始タイミングを制御するものとしたが、燃料
と燃焼用空気量とは一定の関係に設定されるべきもので
あるから、燃料の供給量を測定し、その測定結果に基づ
いて燃焼用空気切換弁の開放開始タイミングを制御して
もよい。また、それぞれの炉について、燃焼用空気の供
給量と燃焼室の温度も一定の関係を有するので、炉内2
の内部温度を測定し、その測定結果に基づいて上記遅延
置換を制御してもよい。さらに、上記実施例では、炉1
には一対のバーナ7a,7bだけを設けた場合について
説明したが、これらのバーナ7a,7bを複数組設けて
もよい。
【0021】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
にかかる蓄熱式バーナシステムでは、バーナ切換えに伴
う燃焼開始時、燃焼用空気燃料供給から所定の遅延時間
後に燃料を供給し、上記遅延時間を燃焼量に対応して制
御している。したがって、バーナを非燃焼状態から燃焼
状態に切り換える場合、まずバーナには燃焼用空気だけ
が供給され、その後上記遅延時間後に、バーナに燃料が
供給され燃焼用空気により燃焼される。また、上記遅延
時間は、燃焼量が大きい程短いほど短く設定される。そ
のため、必要以上に燃焼室に燃焼用空気が送り込まれる
ことがなく、炉内酸素濃度やNOxの変動を少なく抑え
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかる蓄熱式バーナシステムの構成
図である。
【図2】 蓄熱式バーナの断面図である。
【図3】 蓄熱式バーナシステムの切換弁制御を示すタ
イムチャートである。
【符号の説明】
1…炉、2…燃焼室、6…蓄熱式バーナシステム、7
a,7b…蓄熱式バーナ、16a,16b…燃料噴射ノ
ズル、20a,20b…蓄熱器、25…流量計、26…
制御装置、F1,F2…燃料切換弁、A1,A2…燃焼
用空気切換弁、E1,E2…排ガス切換弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広川 広司 大阪府大阪市西区京町堀2丁目4番7号 中外炉工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−94703(JP,A) 実開 昭59−55247(JP,U) 実開 平4−92118(JP,U)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料と燃焼用空気を2組のバーナに交互
    に供給して切換え燃焼するとともに、炉内の排ガスの熱
    を回収して燃焼用空気を予熱する蓄熱式バーナシステム
    において、バーナ切換えに伴う燃焼開始時、燃焼用空気
    の供給開始から所定の遅延時間後に燃料を供給するとと
    もに、上記遅延時間を燃焼量に対応して制御することを
    特徴とする蓄熱式バーナの燃焼制御方法。
  2. 【請求項2】 燃料と燃焼用空気を2組のバーナに交互
    に供給して切換え燃焼するとともに、炉内の排ガスの熱
    を回収して燃焼用空気を予熱する蓄熱式バーナシステム
    において、バーナ切換えに伴う燃焼開始時、燃焼用空気
    の供給開始から所定の遅延時間後に燃料を供給するとと
    もに、上記遅延時間を燃焼用空気供給量に対応して制御
    することを特徴とする蓄熱式バーナの燃焼方法。
  3. 【請求項3】 燃料と燃焼用空気を2組のバーナに交互
    に供給して切換え燃焼するとともに、炉内の排ガスの熱
    を回収して燃焼用空気を予熱する蓄熱式バーナシステム
    において、バーナ切換えに伴う燃焼開始時、燃焼用空気
    の供給開始から所定の遅延時間後に燃料を供給するとと
    もに、上記遅延時間を炉内の温度に対応して制御するこ
    とを特徴とする蓄熱式バーナの燃焼方法。
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