JP3572537B2 - 蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を用いた連続炉の炉温制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストランド形のような連続炉に蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を用いる際の炉温制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属ストリップや線材等の極長尺物を加熱処理するためのストランド形のような連続炉において炉温の制御するための従来の方法としては、流量制御弁によりバーナの燃焼量を連続的に変化させるものが通常である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
１．このように流量制御弁によりバーナの燃焼量を連続的に変化させる制御方法では、バーナの性能や流量制御弁の性能等により、ターンダウンは１／５程度が限界である。
２．ラジアントチューブの温度分布は、燃焼量によって変化するのが普通であり、頻繁に燃焼量が変化する場合は温度分布の変化が大きくなって熱応力が発生し、またそれが繰り返されることにより、変形が生じやすくなってラジアントチューブの寿命を短くしてしまう。
３．そして、ラジアントチューブが破損すると次のような不都合が生じる。
ａ．破損時に流れている処理材は酸化、変色により商品価値を失う。
ｂ．ラジアントチューブそのものも高価であり、また交換のための工事費もかかる。
ｂ．ラジアントチューブ交換のための炉内冷却により損失がある。
ｃ．ライン停止により操業への影響がある。
４．さらに、空気比をターンダウン全域において、適性に保つことが困難であり、ＮＯｘの排出レベルが高めになる。
そこで、本発明はこのような課題を解決することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明では、まず、蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を用いた連続炉において、ラジアントチューブの両端に設置したリジェネレイティブバーナを交番燃焼させる際、夫々のバーナの、交番燃焼の燃焼設定時間内に、ラジアントチューブからの排気を行わない燃焼停止時間を必要に応じて設けて、燃焼時間と、この燃焼停止時間の割合を負荷に応じて調節することにより炉温を制御する炉温制御方法を提案する。
【０００８】
次に本発明では、蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を用いた連続炉において、ラジアントチューブの両端に設置したリジェネレイティブバーナを交番燃焼させる際、夫々のバーナの、交番燃焼の燃焼設定時間内に、ラジアントチューブからの排気を行わない燃焼停止時間を必要に応じて設けて、燃焼時間と、この燃焼停止時間の割合を負荷に応じて調節し、それまでの燃焼時間が設定時間を越えない場合には、バーナの切換を行わずに次の燃焼設定時間も同じバーナで燃焼を行わせて燃焼時間を加算し、加算された燃焼時間が設定時間を越えた際にバーナの切換を行う炉温制御方法を提案する。
【０００９】
そして本発明では、上記の構成において、夫々のリジェネレイティブバーナの点火時において、燃料の供給開始を燃焼用空気の供給開始よりも所定時間遅らせることを提案する。
【００１０】
また本発明では、上記の構成において、夫々のリジェネレイティブバーナの消火時において、燃焼用空気の供給停止を燃料の供給停止よりも所定時間遅らせることを提案する。
【００１１】
また本発明では、上記の構成において、夫々のリジェネレイティブバーナの点火時においては、燃料の供給開始を燃焼用空気の供給開始よりも所定時間遅らせると共に、消火時においては、燃焼用空気の供給停止を燃料の供給停止よりも所定時間遅らせることを提案する。
【００１２】
以上の本発明によれば、交番燃焼設定時間内における燃焼時間により負荷制御を行うことにより、理論上は、ターンダウンを無限に取れ、また負荷に応じて燃焼時間の長短はあっても、常に１００％負荷と同様な燃焼を行うので、ラジアントチューブの温度分布を変化させない。
【００１３】
また本発明によれば、炉に複数の蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を設けた場合において、交番燃焼による炉内の温度斑を防ぎ、良好な温度分布を保つことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を用いた連続炉の要部の構成を概念的に示す説明図であり、この例では、蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置は、吸気側にブロワを設けず、排気側にのみブロワを設けた構成としている。
符号１はラジアントチューブであり、符号２ａ，２ｂはラジアントチューブ１の両端に設置したリジェネレイティブバーナである。符号３は共通のブロワであり、このブロワ３の吸引側に夫々のリジェネレイティブバーナ２ａ，２ｂの給排気側に接続した排気配管４ａ，４ｂを接続しており、これらの排気配管４ａ，４ｂには夫々排気バルブ５ａ，５ｂを設けている。符号６ａ，６ｂは一端側を夫々の排気配管４ａ，４ｂの上流側に接続すると共に、他端側を大気に開口した給気配管であり、これらの給気配管６ａ，６ｂの夫々に吸気バルブ７ａ，７ｂを設けている。そして符号８は連続炉の炉壁である。また、この図では燃料供給系統の図示は省略している。
【００１５】
以上の構成において、まずある時点において、図中ハッチングを付していないバルブ５ｂ，７ａを開、ハッチングを付しているバルブ５ａ，７ｂを閉とした状態では、排気バルブ５ｂが開の排気配管４ｂを介してリジェネレイティブバーナ２ｂ側から排気が行われる。吸気バルブ７ｂは閉であるため、給気配管６ｂから大気が吸引されることはない。
【００１６】
リジェネレイティブバーナ２ａ側において、排気配管４ａの排気バルブ５ａは閉であるため排気は行われず、上述したようにリジェネレイティブバーナ２ｂ側からの排気によりラジアントチューブ１内が負圧となるので、吸気バルブ７ａが開の給気配管６ａから大気が吸引されてリジェネレイティブバーナ２ａに供給されると共に、リジェネレイティブバーナ２ａには、図示を省略している燃料供給系統の燃料バルブが開とされて燃料が供給されて燃焼が行われる。そして、その燃焼ガスは上述したとおりリジェネレイティブバーナ２ｂ側から排気される。
【００１７】
以上の動作においては、給気及び排気は図中実線矢印で示すように流れ、リジェネレイティブバーナ２ｂにおいて排気により蓄熱体に蓄熱が行われ、リジェネレイティブバーナ２ａにおいて蓄熱体の熱が空気の予熱に供される。
【００１８】
次の時点においては、上述したバルブ５ａ，５ｂ；７ａ，７ｂの開閉状態を逆にして、バルブ５ａ，７ｂを開、バルブ５ｂ，７ａを閉とすると、給気及び排気は図中２点鎖線矢印で示すように流れ、今度は、リジェネレイティブバーナ２ａにおいて排気により蓄熱体に蓄熱が行われ、リジェネレイティブバーナ２ｂにおいて蓄熱体の熱が空気の予熱に供される。
【００１９】
図２〜図５は本発明による交番燃焼の例を概念的に示すタイミングチャートであり、この例では、夫々のリジェネレイティブバーナ２ａ，２ｂは２０秒毎に切り換えられて上述した交番燃焼が行われる。即ち、この例では、交番燃焼の一周期は４０秒である。
【００２０】
まず図２、図３は１００％燃焼時、即ち炉温等で検出する負荷信号が１００％の場合であり、図２に示すように、一方側のリジェネレイティブバーナ２ａは２０秒連続して燃焼した後、燃焼を停止して排気状態となり、この状態が２０秒経過した後、再び燃焼状態となる。一方、他方側のリジェネレイティブバーナ２ｂは上記リジェネレイティブバーナ２ａとは位相が半周期ずれた状態、即ちリジェネレイティブバーナ２ａが燃焼状態において排気状態、逆に排気状態において燃焼状態となるように２０秒毎に状態が推移する。図３は、図２の燃焼状態との推移に対応する各バルブの開、閉状態の推移を示すものであり、図中太実線がバルブ開を示すものである。
このように１００％負荷に対しては夫々のリジェネレイティブバーナ２ａ，２ｂは通常の燃焼形態と同様に、夫々の燃焼設定時間２０秒の全ての時間中、燃焼が継続され、蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置としては、必ずいずれか一方側のリジェネレイティブバーナ２ａ，２ｂにより燃焼が継続される。
【００２１】
次に図４、図５は５０％燃焼時、即ち炉温等で検出する負荷信号が５０％の場合であり、この場合には、一方側のリジェネレイティブバーナ２ａは、上記燃焼設定時間２０秒の中、最初の１０秒間のみ燃焼状態となり、残りの１０秒間は燃焼停止状態となる。一方、他方側のリジェネレイティブバーナ２ｂでは、最初の１０秒間は排気状態であるが、残りの１０秒間は排気停止状態となる。従って、燃焼設定時間の上記残りの１０秒間は、いずれのリジェネレイティブバーナ２ａ，２ｂも燃焼状態ではない。
次いで燃焼設定時間２０秒経過後は、他方側のリジェネレイティブバーナ２ｂが１０秒間燃焼状態となった後、残りの１０秒間は燃焼停止状態となると共に、一方側のリジェネレイティブバーナ２ａは、最初の１０秒間は排気状態であるが、残りの１０秒間は排気停止状態となる。
このような運転経過とするために、まずリジェネレイティブバーナ２ａ側においては、最初の１０秒が経過した時点で燃料バルブと給気バルブ７ａを閉とすると共に、排気バルブ５ａを開としている。同時にリジェネレイティブバーナ２ｂ側では、燃料バルブと給気バルブ７ｂが、共に閉であると共に、排気バルブ５ｂが開となっている。このため、ラジアントチューブ１には、一端側と他端側の両方にブロワ３の吸引力が加わるため、ラジアントチューブ１内の圧力はバランスして流れは静止し、排気は行われない。従って、いずれのリジェネレイティブバーナ２ａ，２ｂが燃焼を停止していても、ラジアントチューブ１からの排気と、それに伴う外気の流入がなされないので、このような形でラジアントチューブ１内が冷却されることはない。そのためこの燃焼停止時の損失は、炉壁８からの放熱やバーナボディからの放熱等であり、燃焼時と同様である。
【００２２】
以上の状態で最初の２０秒が経過すると、今度は他方側のリジェネレイティブバーナ２ｂが燃焼する番となり、排気バルブ５ｂが閉とされると共に燃料バルブと給気バルブ７ｂが開となって燃焼を開始する。そして１０秒後には、前過程における一方側のリジェネレイティブバーナ２ａと同様に燃焼停止状態となる。一方、一方側のリジェネレイティブバーナ２ａでは、前過程の後の１０秒間と同様に排気バルブ５ａが次の２０秒間、開状態に維持されるが、残りの１０秒間は排気バルブ５ｂが開となるため、ラジアントチューブ１内の圧力がバランスされて流れが静止し、排気停止状態となる。
【００２３】
このようにして、交番燃焼の燃焼設定時間内にラジアントチューブからの排気を伴わない燃焼停止時間を必要に応じて設けて、燃焼時間と燃焼停止時間の割合を調節することにより、負荷に対応した制御を行い炉温を制御することができる。この制御では、理論上はターンダウンを無限に取れ、また負荷に応じて燃焼時間の長短はあっても、常に１００％負荷と同様な燃焼を行うので、ラジアントチューブの温度分布を変化させない。
【００２４】
以上の運転動作に関し、燃焼設定時間内におけるリジェネレイティブバーナ２ａ（又は２ｂ）の燃焼状態から、ラジアントチューブ１からの排気を伴わない燃焼停止状態への移行は、上述したように燃料バルブと給気バルブ７ａ，７ｂを閉とすると共に排気バルブ５ａ，５ｂを同時に開とすることにより行う他、ａ．給気バルブ７ａ，７ｂのみを開とする、ｂ．全てのバルブ５ａ，５ｂ；７ａ，７ｂを閉とすることによって行うこともできる。
【００２５】
以上に説明した方法では、燃焼設定時間が経過した後は、燃焼させるリジェネレイティブバーナを必ず切り換えているが、この方法では、負荷が小さく、燃焼時間が短い場合に、排気状態のリジェネレイティブバーナの蓄熱部への蓄熱量が小さくなってしまう。また夫々のバーナへの負荷が異なる場合、蓄熱のバランスがくずれてしまい、空気流量のバランスもくずれてしまう。そこで、これを防ぐために以下に説明する方法を適用することができる。
図６は、この方法を説明するタイミングチャートであり、この例においても燃焼設定時間は２０秒に設定されている。
この方法は、リジェネレイティブバーナ２ａ，２ｂを交番燃焼させる際、夫々のバーナ２ａ，２ｂは、交番燃焼の燃焼設定時間２０秒内にラジアントチューブ１からの排気を伴わない燃焼停止時間を必要に応じて設けて、燃焼時間と燃焼停止時間の割合を負荷に応じて調節することは、上述の方法と同様であるが、この方法では、それまでの燃焼時間が設定時間を越えない場合には、リジェネレイティブバーナの切換を行わずに次の燃焼設定時間も同じリジェネレイティブバーナで燃焼を行わせて燃焼時間を加算し、加算されたそれまでの燃焼時間が設定時間を越えた際にリジェネレイティブバーナの切換を行う。
【００２６】
即ち、図６において、最初の燃焼設定時間の２０秒間では、負荷信号４０％に対応した燃焼が行われ、０秒〜８秒までの８秒間だけ一方側のリジェネレイティブバーナ２ａが燃焼し、その後、８秒〜２０秒まで燃焼が停止する。一方、他方側のリジェネレイティブバーナ２ｂは、その間、上述と同様に排気状態から排気停止状態に移行する。
この際、図示を省略している制御手段は、一方側のリジェネレイティブバーナ２ａのそれまでの燃焼時間８秒を、設定時間、この例の場合、燃焼設定時間と同じ２０秒と比較し、設定値以下であるため、バーナを切り換える制御には移行しない。
【００２７】
即ち、最初の燃焼設定時間２０秒が経過した際には、再び、同じ一方側のリジェネレイティブバーナ２ａが、次の燃焼設定時間２０秒（２０秒〜４０秒）内において負荷に対応した燃焼時間だけ燃焼を行った後、燃焼停止を行う。図の例では、この燃焼設定時間では負荷信号が３０％であるため、一方側のリジェネレイティブバーナ２ａは、２０秒〜２６秒までの６秒間だけ燃焼し、その後、２６秒〜４０秒まで燃焼が停止する。他方側のリジェネレイティブバーナ２ｂは、上述と同様に排気状態から排気停止状態に移行する。
制御手段は、それまでの燃焼時間８秒に、今回の６秒を加え、その値１４秒を上記設定値と比較する。この場合も加算された燃焼時間が設定値に達していないので、次の燃焼設定時間２０秒（４０秒〜６０秒）も再びリジェネレイティブバーナ２ａが燃焼を行う。
【００２８】
次の燃焼設定時間２０秒（４０秒〜６０秒）ではリジェネレイティブバーナ２ａが負荷４０％に対応して８秒間燃焼するため、この燃焼時間をそれまでの燃焼時間に加算すると２２秒となり、上記設定値２０秒を越える。
従って制御手段は、バーナを切り換える制御に移行し、次の燃焼設定時間２０秒（６０秒〜８０秒）では、リジェネレイティブバーナ２ｂが負荷５０％に対応した燃焼を行う。即ち、リジェネレイティブバーナ２ｂは、６０秒〜７０秒までの１０秒間だけ燃焼を行い、その後、７０秒〜８０秒まで燃焼が停止する。燃焼時及び燃焼停止時における他方側のリジェネレイティブバーナ２ａの動作は、上述と同様であるため説明は省略する。
【００２９】
上述と同様に制御手段は、リジェネレイティブバーナ２ｂの燃焼時間１０秒を設定値２０秒と比較し、設定値以下であるため、バーナを切り換える制御には移行しない。従って、次の燃焼設定時間２０秒（８０秒〜１００秒）もリジェネレイティブバーナ２ｂが燃焼を行い、その燃焼時間は負荷５０％に対応した１０秒間であるため、加算された燃焼時間は２０秒となり設定値に達する。従って、制御手段はバーナを切り換える制御に移行する。こうして次の燃焼設定時間２０秒ではバーナが切り換ってリジェネレイティブバーナ２ａが燃焼する。
【００３０】
以上の制御を行うことにより、負荷がランダムに変化するような場合にも、排気状態のリジェネレイティブバーナ２ａ（又は２ｂ）の蓄熱体への蓄熱量を一定化することができ、給気との安定した熱交換が可能となる。
上述した例では、設定時間は２０秒であり、従って燃焼設定時間と同一としているが、適宜に設定することもできる。但し、燃焼設定時間と同等とすれば、蓄熱量は、１００％負荷の状態における連続的な交番燃焼と同程度とすることができる。
【００３１】
以上の運転動作において、リジェネレイティブバーナ２ａ（又は２ｂ）を燃焼停止状態から燃焼状態に移行する際、及び燃焼状態から燃焼停止状態に移行する際に、タイミングによっては、燃料の未燃分が排気されることも起るが、この未燃分の発生は、次のような方法により防ぐことができる。
【００３２】
まず図６に示す方法では、夫々のリジェネレイティブバーナの点火時において燃料バルブの開動作を給気バルブの開動作よりも所定時間、例えば０．１〜１秒程度遅らせることにより、点火時の未燃分の発生を確実に防止している。
また図７に示す方法では、夫々のリジェネレイティブバーナの消火時において給気バルブの閉動作を燃料バルブの閉動作よりも所定時間、例えば０．１〜１秒程度遅らせることにより、消火時の未燃分の発生を確実に防止している。
また図８に示す方法では、上記の２方法を組み合せ、夫々のリジェネレイティブバーナの点火時においては燃料バルブの開動作を給気バルブの開動作よりも所定時間遅らせると共に、消火時においては給気バルブの閉動作を燃料バルブの閉動作をよりも所定時間度遅らせることにより、点火時と消火時のいずれも未燃分の発生を確実に防止している。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は以上のとおりであるので、次のような効果がある。
１．交番燃焼の燃焼設定時間内に、ラジアントチューブからの排気を行わない燃焼停止時間を設けて、燃焼時間と、この燃焼停止時間の割合によって負荷制御を行うので、ａ．ターンダウンを非常に広く（理論上は無限）することができ、またｂ．負荷に応じて燃焼時間の長短はあっても、常に１００％負荷と同様な燃焼を行うので、ラジアントチューブの温度分布を変化させず、その寿命を長くすることが期待できる。
２．夫々のリジェネレイティブバーナの点火時、消火時における燃料の供給と燃焼用空気の供給、停止のタイミングを調節するものでは、未燃分の発生を抑制することができる。そのため、低空気比による燃焼が可能となり、効率が向上すると共に、ブロワや配管系統への負荷が軽減され、更に低ＮＯｘ化が計れる。
３．燃焼させるリジェネレイティブバーナの切り換えは、夫々のリジェネレイティブバーナの通算した燃焼時間が設定値に達したことを条件として行うようにすることにより、負荷がランダムに変化するような場合にも、排気状態のリジェネレイティブバーナの蓄熱体への蓄熱量を一定化することができ、給気との安定した熱交換が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を用いた連続炉の要部の構成を概念的に示す系統図である。
【図２】本発明による交番燃焼の例を概念的に示すタイミングチャートである。
【図３】本発明による交番燃焼の例を概念的に示すタイミングチャートである。
【図４】本発明による交番燃焼の他の例を概念的に示すタイミングチャートである。
【図５】本発明による交番燃焼の他の例を概念的に示すタイミングチャートである。
【図６】本発明による交番燃焼の更に他の例を概念的に示すタイミングチャートである。
【図７】本発明による点火時のバルブの動作を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明による消火時のバルブの動作を示すタイミングチャートである。
【図９】本発明による点火時と消火時のバルブの動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ ラジアントチューブ
２ａ，２ｂ リジェネレイティブバーナ
３ ブロワ
４ａ，４ｂ 排気配管
５ａ，５ｂ 排気バルブ
６ａ，６ｂ 給気配管
７ａ，７ｂ 給気バルブ
８ 炉壁
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストランド形のような連続炉に蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を用いる際の炉温制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属ストリップや線材等の極長尺物を加熱処理するためのストランド形のような連続炉において炉温の制御するための従来の方法としては、流量制御弁によりバーナの燃焼量を連続的に変化させるものが通常である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
１．このように流量制御弁によりバーナの燃焼量を連続的に変化させる制御方法では、バーナの性能や流量制御弁の性能等により、ターンダウンは１／５程度が限界である。
２．ラジアントチューブの温度分布は、燃焼量によって変化するのが普通であり、頻繁に燃焼量が変化する場合は温度分布の変化が大きくなって熱応力が発生し、またそれが繰り返されることにより、変形が生じやすくなってラジアントチューブの寿命を短くしてしまう。
３．そして、ラジアントチューブが破損すると次のような不都合が生じる。
ａ．破損時に流れている処理材は酸化、変色により商品価値を失う。
ｂ．ラジアントチューブそのものも高価であり、また交換のための工事費もかかる。
ｂ．ラジアントチューブ交換のための炉内冷却により損失がある。
ｃ．ライン停止により操業への影響がある。
４．さらに、空気比をターンダウン全域において、適性に保つことが困難であり、ＮＯｘの排出レベルが高めになる。
そこで、本発明はこのような課題を解決することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明では、まず、蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を用いた連続炉において、ラジアントチューブの両端に設置したリジェネレイティブバーナを交番燃焼させる際、夫々のバーナの、交番燃焼の燃焼設定時間内に、ラジアントチューブからの排気を行わない燃焼停止時間を必要に応じて設けて、燃焼時間と、この燃焼停止時間の割合を負荷に応じて調節することにより炉温を制御する炉温制御方法を提案する。
【０００８】
次に本発明では、蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を用いた連続炉において、ラジアントチューブの両端に設置したリジェネレイティブバーナを交番燃焼させる際、夫々のバーナの、交番燃焼の燃焼設定時間内に、ラジアントチューブからの排気を行わない燃焼停止時間を必要に応じて設けて、燃焼時間と、この燃焼停止時間の割合を負荷に応じて調節し、それまでの燃焼時間が設定時間を越えない場合には、バーナの切換を行わずに次の燃焼設定時間も同じバーナで燃焼を行わせて燃焼時間を加算し、加算された燃焼時間が設定時間を越えた際にバーナの切換を行う炉温制御方法を提案する。
【０００９】
そして本発明では、上記の構成において、夫々のリジェネレイティブバーナの点火時において、燃料の供給開始を燃焼用空気の供給開始よりも所定時間遅らせることを提案する。
【００１０】
また本発明では、上記の構成において、夫々のリジェネレイティブバーナの消火時において、燃焼用空気の供給停止を燃料の供給停止よりも所定時間遅らせることを提案する。
【００１１】
また本発明では、上記の構成において、夫々のリジェネレイティブバーナの点火時においては、燃料の供給開始を燃焼用空気の供給開始よりも所定時間遅らせると共に、消火時においては、燃焼用空気の供給停止を燃料の供給停止よりも所定時間遅らせることを提案する。
【００１２】
以上の本発明によれば、交番燃焼設定時間内における燃焼時間により負荷制御を行うことにより、理論上は、ターンダウンを無限に取れ、また負荷に応じて燃焼時間の長短はあっても、常に１００％負荷と同様な燃焼を行うので、ラジアントチューブの温度分布を変化させない。
【００１３】
また本発明によれば、炉に複数の蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を設けた場合において、交番燃焼による炉内の温度斑を防ぎ、良好な温度分布を保つことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を用いた連続炉の要部の構成を概念的に示す説明図であり、この例では、蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置は、吸気側にブロワを設けず、排気側にのみブロワを設けた構成としている。
符号１はラジアントチューブであり、符号２ａ，２ｂはラジアントチューブ１の両端に設置したリジェネレイティブバーナである。符号３は共通のブロワであり、このブロワ３の吸引側に夫々のリジェネレイティブバーナ２ａ，２ｂの給排気側に接続した排気配管４ａ，４ｂを接続しており、これらの排気配管４ａ，４ｂには夫々排気バルブ５ａ，５ｂを設けている。符号６ａ，６ｂは一端側を夫々の排気配管４ａ，４ｂの上流側に接続すると共に、他端側を大気に開口した給気配管であり、これらの給気配管６ａ，６ｂの夫々に吸気バルブ７ａ，７ｂを設けている。そして符号８は連続炉の炉壁である。また、この図では燃料供給系統の図示は省略している。
【００１５】
以上の構成において、まずある時点において、図中ハッチングを付していないバルブ５ｂ，７ａを開、ハッチングを付しているバルブ５ａ，７ｂを閉とした状態では、排気バルブ５ｂが開の排気配管４ｂを介してリジェネレイティブバーナ２ｂ側から排気が行われる。吸気バルブ７ｂは閉であるため、給気配管６ｂから大気が吸引されることはない。
【００１６】
リジェネレイティブバーナ２ａ側において、排気配管４ａの排気バルブ５ａは閉であるため排気は行われず、上述したようにリジェネレイティブバーナ２ｂ側からの排気によりラジアントチューブ１内が負圧となるので、吸気バルブ７ａが開の給気配管６ａから大気が吸引されてリジェネレイティブバーナ２ａに供給されると共に、リジェネレイティブバーナ２ａには、図示を省略している燃料供給系統の燃料バルブが開とされて燃料が供給されて燃焼が行われる。そして、その燃焼ガスは上述したとおりリジェネレイティブバーナ２ｂ側から排気される。
【００１７】
以上の動作においては、給気及び排気は図中実線矢印で示すように流れ、リジェネレイティブバーナ２ｂにおいて排気により蓄熱体に蓄熱が行われ、リジェネレイティブバーナ２ａにおいて蓄熱体の熱が空気の予熱に供される。
【００１８】
次の時点においては、上述したバルブ５ａ，５ｂ；７ａ，７ｂの開閉状態を逆にして、バルブ５ａ，７ｂを開、バルブ５ｂ，７ａを閉とすると、給気及び排気は図中２点鎖線矢印で示すように流れ、今度は、リジェネレイティブバーナ２ａにおいて排気により蓄熱体に蓄熱が行われ、リジェネレイティブバーナ２ｂにおいて蓄熱体の熱が空気の予熱に供される。
【００１９】
図２〜図５は本発明による交番燃焼の例を概念的に示すタイミングチャートであり、この例では、夫々のリジェネレイティブバーナ２ａ，２ｂは２０秒毎に切り換えられて上述した交番燃焼が行われる。即ち、この例では、交番燃焼の一周期は４０秒である。
【００２０】
まず図２、図３は１００％燃焼時、即ち炉温等で検出する負荷信号が１００％の場合であり、図２に示すように、一方側のリジェネレイティブバーナ２ａは２０秒連続して燃焼した後、燃焼を停止して排気状態となり、この状態が２０秒経過した後、再び燃焼状態となる。一方、他方側のリジェネレイティブバーナ２ｂは上記リジェネレイティブバーナ２ａとは位相が半周期ずれた状態、即ちリジェネレイティブバーナ２ａが燃焼状態において排気状態、逆に排気状態において燃焼状態となるように２０秒毎に状態が推移する。図３は、図２の燃焼状態との推移に対応する各バルブの開、閉状態の推移を示すものであり、図中太実線がバルブ開を示すものである。
このように１００％負荷に対しては夫々のリジェネレイティブバーナ２ａ，２ｂは通常の燃焼形態と同様に、夫々の燃焼設定時間２０秒の全ての時間中、燃焼が継続され、蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置としては、必ずいずれか一方側のリジェネレイティブバーナ２ａ，２ｂにより燃焼が継続される。
【００２１】
次に図４、図５は５０％燃焼時、即ち炉温等で検出する負荷信号が５０％の場合であり、この場合には、一方側のリジェネレイティブバーナ２ａは、上記燃焼設定時間２０秒の中、最初の１０秒間のみ燃焼状態となり、残りの１０秒間は燃焼停止状態となる。一方、他方側のリジェネレイティブバーナ２ｂでは、最初の１０秒間は排気状態であるが、残りの１０秒間は排気停止状態となる。従って、燃焼設定時間の上記残りの１０秒間は、いずれのリジェネレイティブバーナ２ａ，２ｂも燃焼状態ではない。
次いで燃焼設定時間２０秒経過後は、他方側のリジェネレイティブバーナ２ｂが１０秒間燃焼状態となった後、残りの１０秒間は燃焼停止状態となると共に、一方側のリジェネレイティブバーナ２ａは、最初の１０秒間は排気状態であるが、残りの１０秒間は排気停止状態となる。
このような運転経過とするために、まずリジェネレイティブバーナ２ａ側においては、最初の１０秒が経過した時点で燃料バルブと給気バルブ７ａを閉とすると共に、排気バルブ５ａを開としている。同時にリジェネレイティブバーナ２ｂ側では、燃料バルブと給気バルブ７ｂが、共に閉であると共に、排気バルブ５ｂが開となっている。このため、ラジアントチューブ１には、一端側と他端側の両方にブロワ３の吸引力が加わるため、ラジアントチューブ１内の圧力はバランスして流れは静止し、排気は行われない。従って、いずれのリジェネレイティブバーナ２ａ，２ｂが燃焼を停止していても、ラジアントチューブ１からの排気と、それに伴う外気の流入がなされないので、このような形でラジアントチューブ１内が冷却されることはない。そのためこの燃焼停止時の損失は、炉壁８からの放熱やバーナボディからの放熱等であり、燃焼時と同様である。
【００２２】
以上の状態で最初の２０秒が経過すると、今度は他方側のリジェネレイティブバーナ２ｂが燃焼する番となり、排気バルブ５ｂが閉とされると共に燃料バルブと給気バルブ７ｂが開となって燃焼を開始する。そして１０秒後には、前過程における一方側のリジェネレイティブバーナ２ａと同様に燃焼停止状態となる。一方、一方側のリジェネレイティブバーナ２ａでは、前過程の後の１０秒間と同様に排気バルブ５ａが次の２０秒間、開状態に維持されるが、残りの１０秒間は排気バルブ５ｂが開となるため、ラジアントチューブ１内の圧力がバランスされて流れが静止し、排気停止状態となる。
【００２３】
このようにして、交番燃焼の燃焼設定時間内にラジアントチューブからの排気を伴わない燃焼停止時間を必要に応じて設けて、燃焼時間と燃焼停止時間の割合を調節することにより、負荷に対応した制御を行い炉温を制御することができる。この制御では、理論上はターンダウンを無限に取れ、また負荷に応じて燃焼時間の長短はあっても、常に１００％負荷と同様な燃焼を行うので、ラジアントチューブの温度分布を変化させない。
【００２４】
以上の運転動作に関し、燃焼設定時間内におけるリジェネレイティブバーナ２ａ（又は２ｂ）の燃焼状態から、ラジアントチューブ１からの排気を伴わない燃焼停止状態への移行は、上述したように燃料バルブと給気バルブ７ａ，７ｂを閉とすると共に排気バルブ５ａ，５ｂを同時に開とすることにより行う他、ａ．給気バルブ７ａ，７ｂのみを開とする、ｂ．全てのバルブ５ａ，５ｂ；７ａ，７ｂを閉とすることによって行うこともできる。
【００２５】
以上に説明した方法では、燃焼設定時間が経過した後は、燃焼させるリジェネレイティブバーナを必ず切り換えているが、この方法では、負荷が小さく、燃焼時間が短い場合に、排気状態のリジェネレイティブバーナの蓄熱部への蓄熱量が小さくなってしまう。また夫々のバーナへの負荷が異なる場合、蓄熱のバランスがくずれてしまい、空気流量のバランスもくずれてしまう。そこで、これを防ぐために以下に説明する方法を適用することができる。
図６は、この方法を説明するタイミングチャートであり、この例においても燃焼設定時間は２０秒に設定されている。
この方法は、リジェネレイティブバーナ２ａ，２ｂを交番燃焼させる際、夫々のバーナ２ａ，２ｂは、交番燃焼の燃焼設定時間２０秒内にラジアントチューブ１からの排気を伴わない燃焼停止時間を必要に応じて設けて、燃焼時間と燃焼停止時間の割合を負荷に応じて調節することは、上述の方法と同様であるが、この方法では、それまでの燃焼時間が設定時間を越えない場合には、リジェネレイティブバーナの切換を行わずに次の燃焼設定時間も同じリジェネレイティブバーナで燃焼を行わせて燃焼時間を加算し、加算されたそれまでの燃焼時間が設定時間を越えた際にリジェネレイティブバーナの切換を行う。
【００２６】
即ち、図６において、最初の燃焼設定時間の２０秒間では、負荷信号４０％に対応した燃焼が行われ、０秒〜８秒までの８秒間だけ一方側のリジェネレイティブバーナ２ａが燃焼し、その後、８秒〜２０秒まで燃焼が停止する。一方、他方側のリジェネレイティブバーナ２ｂは、その間、上述と同様に排気状態から排気停止状態に移行する。
この際、図示を省略している制御手段は、一方側のリジェネレイティブバーナ２ａのそれまでの燃焼時間８秒を、設定時間、この例の場合、燃焼設定時間と同じ２０秒と比較し、設定値以下であるため、バーナを切り換える制御には移行しない。
【００２７】
即ち、最初の燃焼設定時間２０秒が経過した際には、再び、同じ一方側のリジェネレイティブバーナ２ａが、次の燃焼設定時間２０秒（２０秒〜４０秒）内において負荷に対応した燃焼時間だけ燃焼を行った後、燃焼停止を行う。図の例では、この燃焼設定時間では負荷信号が３０％であるため、一方側のリジェネレイティブバーナ２ａは、２０秒〜２６秒までの６秒間だけ燃焼し、その後、２６秒〜４０秒まで燃焼が停止する。他方側のリジェネレイティブバーナ２ｂは、上述と同様に排気状態から排気停止状態に移行する。
制御手段は、それまでの燃焼時間８秒に、今回の６秒を加え、その値１４秒を上記設定値と比較する。この場合も加算された燃焼時間が設定値に達していないので、次の燃焼設定時間２０秒（４０秒〜６０秒）も再びリジェネレイティブバーナ２ａが燃焼を行う。
【００２８】
次の燃焼設定時間２０秒（４０秒〜６０秒）ではリジェネレイティブバーナ２ａが負荷４０％に対応して８秒間燃焼するため、この燃焼時間をそれまでの燃焼時間に加算すると２２秒となり、上記設定値２０秒を越える。
従って制御手段は、バーナを切り換える制御に移行し、次の燃焼設定時間２０秒（６０秒〜８０秒）では、リジェネレイティブバーナ２ｂが負荷５０％に対応した燃焼を行う。即ち、リジェネレイティブバーナ２ｂは、６０秒〜７０秒までの１０秒間だけ燃焼を行い、その後、７０秒〜８０秒まで燃焼が停止する。燃焼時及び燃焼停止時における他方側のリジェネレイティブバーナ２ａの動作は、上述と同様であるため説明は省略する。
【００２９】
上述と同様に制御手段は、リジェネレイティブバーナ２ｂの燃焼時間１０秒を設定値２０秒と比較し、設定値以下であるため、バーナを切り換える制御には移行しない。従って、次の燃焼設定時間２０秒（８０秒〜１００秒）もリジェネレイティブバーナ２ｂが燃焼を行い、その燃焼時間は負荷５０％に対応した１０秒間であるため、加算された燃焼時間は２０秒となり設定値に達する。従って、制御手段はバーナを切り換える制御に移行する。こうして次の燃焼設定時間２０秒ではバーナが切り換ってリジェネレイティブバーナ２ａが燃焼する。
【００３０】
以上の制御を行うことにより、負荷がランダムに変化するような場合にも、排気状態のリジェネレイティブバーナ２ａ（又は２ｂ）の蓄熱体への蓄熱量を一定化することができ、給気との安定した熱交換が可能となる。
上述した例では、設定時間は２０秒であり、従って燃焼設定時間と同一としているが、適宜に設定することもできる。但し、燃焼設定時間と同等とすれば、蓄熱量は、１００％負荷の状態における連続的な交番燃焼と同程度とすることができる。
【００３１】
以上の運転動作において、リジェネレイティブバーナ２ａ（又は２ｂ）を燃焼停止状態から燃焼状態に移行する際、及び燃焼状態から燃焼停止状態に移行する際に、タイミングによっては、燃料の未燃分が排気されることも起るが、この未燃分の発生は、次のような方法により防ぐことができる。
【００３２】
まず図６に示す方法では、夫々のリジェネレイティブバーナの点火時において燃料バルブの開動作を給気バルブの開動作よりも所定時間、例えば０．１〜１秒程度遅らせることにより、点火時の未燃分の発生を確実に防止している。
また図７に示す方法では、夫々のリジェネレイティブバーナの消火時において給気バルブの閉動作を燃料バルブの閉動作よりも所定時間、例えば０．１〜１秒程度遅らせることにより、消火時の未燃分の発生を確実に防止している。
また図８に示す方法では、上記の２方法を組み合せ、夫々のリジェネレイティブバーナの点火時においては燃料バルブの開動作を給気バルブの開動作よりも所定時間遅らせると共に、消火時においては給気バルブの閉動作を燃料バルブの閉動作をよりも所定時間度遅らせることにより、点火時と消火時のいずれも未燃分の発生を確実に防止している。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は以上のとおりであるので、次のような効果がある。
１．交番燃焼の燃焼設定時間内に、ラジアントチューブからの排気を行わない燃焼停止時間を設けて、燃焼時間と、この燃焼停止時間の割合によって負荷制御を行うので、ａ．ターンダウンを非常に広く（理論上は無限）することができ、またｂ．負荷に応じて燃焼時間の長短はあっても、常に１００％負荷と同様な燃焼を行うので、ラジアントチューブの温度分布を変化させず、その寿命を長くすることが期待できる。
２．夫々のリジェネレイティブバーナの点火時、消火時における燃料の供給と燃焼用空気の供給、停止のタイミングを調節するものでは、未燃分の発生を抑制することができる。そのため、低空気比による燃焼が可能となり、効率が向上すると共に、ブロワや配管系統への負荷が軽減され、更に低ＮＯｘ化が計れる。
３．燃焼させるリジェネレイティブバーナの切り換えは、夫々のリジェネレイティブバーナの通算した燃焼時間が設定値に達したことを条件として行うようにすることにより、負荷がランダムに変化するような場合にも、排気状態のリジェネレイティブバーナの蓄熱体への蓄熱量を一定化することができ、給気との安定した熱交換が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を用いた連続炉の要部の構成を概念的に示す系統図である。
【図２】本発明による交番燃焼の例を概念的に示すタイミングチャートである。
【図３】本発明による交番燃焼の例を概念的に示すタイミングチャートである。
【図４】本発明による交番燃焼の他の例を概念的に示すタイミングチャートである。
【図５】本発明による交番燃焼の他の例を概念的に示すタイミングチャートである。
【図６】本発明による交番燃焼の更に他の例を概念的に示すタイミングチャートである。
【図７】本発明による点火時のバルブの動作を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明による消火時のバルブの動作を示すタイミングチャートである。
【図９】本発明による点火時と消火時のバルブの動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ ラジアントチューブ
２ａ，２ｂ リジェネレイティブバーナ
３ ブロワ
４ａ，４ｂ 排気配管
５ａ，５ｂ 排気バルブ
６ａ，６ｂ 給気配管
７ａ，７ｂ 給気バルブ
８ 炉壁
Claims (5)
- 蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を用いた連続炉において、ラジアントチューブの両端に設置したリジェネレイティブバーナを交番燃焼させる際、夫々のバーナの、交番燃焼の燃焼設定時間内に、ラジアントチューブからの排気を行わない燃焼停止時間を必要に応じて設けて、燃焼時間と、この燃焼停止時間の割合を負荷に応じて調節することにより炉温を制御することを特徴とする蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を用いた連続炉の炉温制御方法
- 蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を用いた連続炉において、ラジアントチューブの両端に設置したリジェネレイティブバーナを交番燃焼させる際、夫々のバーナの、交番燃焼の燃焼設定時間内に、ラジアントチューブからの排気を行わない燃焼停止時間を必要に応じて設けて、燃焼時間と、この燃焼停止時間の割合を負荷に応じて調節し、それまでの燃焼時間が設定時間を越えない場合には、バーナの切換を行わずに次の燃焼設定時間も同じバーナで燃焼を行わせて燃焼時間を加算し、加算された燃焼時間が設定時間を越えた際にバーナの切換を行うことを特徴とする蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を用いた連続炉の炉温制御方法
- 夫々のリジェネレイティブバーナの点火時において、燃料の供給開始を燃焼用空気の供給開始よりも所定時間遅らせることを特徴とする請求項１又は２記載の蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を用いた連続炉の炉温制御方法
- 夫々のリジェネレイティブバーナの消火時において、燃焼用空気の供給停止を燃料の供給停止よりも所定時間遅らせることを特徴とする請求項１又は２記載の蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を用いた連続炉の炉温制御方法
- 夫々のリジェネレイティブバーナの点火時においては、燃料の供給開始を燃焼用空気の供給開始よりも所定時間遅らせると共に、消火時においては、燃焼用空気の供給停止を燃料の供給停止よりも所定時間遅らせることを特徴とする請求項１又は２記載の蓄熱式ラジアントチューブ燃焼装置を用いた連続炉の炉温制御方法
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