JP3677797B2 - 加熱装置の加熱室内圧力制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は加熱室内に少なくとも一対のバーナを配設し、これらバーナを交互に燃焼させると共に、非燃焼側バーナから排出される廃ガスを蓄熱体で熱交換することにより蓄熱し、燃焼時に蓄熱体で燃焼空気を加熱するようにした蓄熱式バーナ装置を備えた加熱装置の加熱室内圧力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蓄熱式バーナ装置の燃焼制御装置としては、例えば特開平１−２１９４１１号公報に記載されているものが知られている。
この従来例では、加熱室に一対のバーナを配設し、このバーナに燃焼空気及び加熱室からの廃ガスを選択的に通過させる燃焼管を接続し、この燃焼管の途上に蓄熱器を配設することにより、一方のバーナを燃焼させているときには、この燃焼バーナに対して燃焼空気を蓄熱器を介して供給することにより蓄熱器の蓄熱で加熱し、他方の非燃焼バーナ側では、加熱室内の廃ガスを蓄熱器を介して一定の流量で外部に排出させるようにしている。
【０００３】
この従来装置によれば、燃焼バーナの切換が１０秒ないし数分毎に行われながら、廃ガスの熱量が非燃焼バーナ側の蓄熱器に効率良く蓄熱されようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の燃焼制御装置を連続式加熱炉に適用する場合、一対のバーナの切換え動作を行う切換え開始点においては、燃焼側バーナに燃料を供給している燃料遮断弁の閉動作を行うと炉内に発生する廃ガスが減少するので、炉内圧力が急激に低下する。また、一対のバーナの切換え動作の切換え終了点においても、非燃焼側とされている一方のバーナに対して燃料遮断弁の開動作が行われると炉内に発生する廃ガス量が増大するので、炉内圧力が急激に上昇する。このように、炉内圧力が変化すると、炉内圧力の低下によって炉の外部から空気が侵入して炉内の酸素濃度が増加してしまい、スラブの加熱に悪影響を及ぼすおそれがあるとともに、炉内圧力の上昇によって炉内のガスが外部に漏出してしまい、炉内温度を一定に保持することが難しい。
【０００５】
そこで、従来の燃焼制御装置では、炉内圧力の変動を抑制するため、目標とする炉室内圧力と、所定時間毎に計測されされている炉室内の圧力（実績炉室内圧力）との差を求め、その差の値に基づいて、炉室内と外部との間に介装されている開閉ダンパに対して開度調整を行う、所謂、フィードバック方式による炉内圧力制御装置を備えている。
【０００６】
しかしながら、従来装置の炉内圧力制御装置では、開閉ダンパの開度調整から所定の炉内圧に到達するまで、所定の時間遅れが存在してしまうので、一対のバーナの切換え動作の切換え開始点及び切換え終了点においては、以前として急激な圧力変動が発生してしまい、炉内の酸素濃度の増加と炉内温度の変化を抑制することはできない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、バーナの切換え動作の切換え開始点及び切換え終了点において炉内の圧力変動を抑制することができる加熱装置の加熱室内圧力制御装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の加熱装置の加熱室内圧力制御装置は、加熱室内に配設した少なくとも一対のバーナと、各バーナに接続された燃料供給管及び空気供給兼廃ガス排出管と、前記空気供給兼廃ガス排出管の途上に介装された蓄熱体とを有し、燃焼側とされている一方のバーナへの燃料供給を停止して非燃焼側バーナとすると共に、非燃焼側とされている他方のバーナへの燃料供給を開始して燃焼側バーナとしてそれらバーナを交互に切換え燃焼させ、非燃焼側バーナから前記加熱室内の廃ガスを前記蓄熱体に導入して熱交換を行う蓄熱式バーナ装置を備えた加熱装置において、一方の燃焼側バーナに対する燃料供給が停止したときに加熱室内からの廃ガス排出流量を減少させると共に、他方の非燃焼側バーナに対する燃料供給が開始したときに加熱室内からの廃ガス排出流量を所定値に戻す廃ガス排出流量調整手段を備えたことを特徴とする装置である。
【０００９】
また、請求項２記載の加熱装置の加熱室内圧力制御装置は、請求項１記載の装置において、廃ガス排出流量調整手段が、空気供給兼廃ガス排出管に接続して加熱室内の廃ガスを吸引して外部に排出する廃ガス吸引装置と、前記空気供給兼廃ガス排出管の途上に介装された廃ガス流量調節弁とを備え、一方の燃焼側バーナに対する燃料供給が停止したときに前記廃ガス調節弁の開度を絞る調整がなされ、他方の非燃焼側バーナに対する燃料供給が開始したときに前記廃ガス流量調節弁の開度を元に戻す調整がなされることを特徴とする装置である。
【００１０】
【作用】
本発明の請求項１記載の加熱装置の加熱室内圧力制御装置によれば、一方のバーナに対する燃料供給が停止したときに加熱室内からの廃ガス排出流量を減少させると共に、他方のバーナに対する燃料供給が開始したときに加熱室内からの廃ガス排出流量を所定値に戻す廃ガス排出流量調整手段を備えた。
【００１１】
このため、少なくとも一対のバーナを交互に切換え燃焼させ、非燃焼側バーナから前記加熱室内の廃ガスを前記蓄熱体に導入して熱交換を行う蓄熱式バーナ装置を備えた加熱装置は、各バーナの切換え動作の開始時点において、燃焼側とされている一方のバーナに対する燃料供給を停止するときに、前記廃ガス排出流量調整手段によって加熱室内からの廃ガス排出流量が減少せしめられるので、加熱室内の圧力は低下しない。また、前記切換え動作の終了時点において、非燃焼側とされている他方のバーナに対する燃料供給が開始されるときには、前記廃ガス排出流量調整手段により加熱室内からの廃ガス排出流量が所定値に戻されて排出流量が増大するので、加熱室内の圧力は上昇しない。
【００１２】
その結果、請求項１記載の発明においては、加熱室内の圧力変化が発生しやすいバーナの切換え燃焼時において、圧力変化が発生する前に廃ガス排出流量調整手段によって加熱室内からの廃ガス排出流量を調整するフィードフォワード制御が行われているので、加熱室内の圧力変動は生じなく、加熱室外部からの空気の侵入による加熱室内の酸素濃度の増加や、廃ガスの外部への漏出による加熱室内温度の変化が防止される。
【００１３】
また、請求項２記載の加熱装置の加熱室内圧力制御装置によれば、廃ガス排出流量調整手段を、空気供給兼廃ガス排出管に接続して加熱室内の廃ガスを所定流量で吸引する廃ガス吸引装置と、前記空気供給兼廃ガス排出管の途上に介装された廃ガス流量調節弁とで構成し、一方の燃焼側バーナに対する燃料供給が停止したときに前記廃ガス流量調節弁の開度を絞る調整がなされ、他方の非燃焼側バーナに対する燃料供給が開始したときに前記廃ガス流量調節弁の開度を元に戻す調整がなされるようにした。
【００１４】
これにより、請求項１記載の作用が得られるとともに、廃ガス流量調節弁の開度調整制御を行うだけで加熱室内の圧力変動を抑制することができるので、制御の簡便化及び装置の小型化が図られる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明を連続式加熱炉に適用した場合の第１実施例を示す概略構成図である。
図中、１は連続して搬送されるスラブを加熱する連続式加熱炉であって、スラブを左側から搬入し、予熱帯２、第１加熱帯３、第２加熱帯４及び均熱帯５を順次通過して加熱され、加熱を終了したスラブが右側から搬出されて次工程に搬送される。
【００１６】
第１加熱帯３及び第２加熱帯４には、夫々４台の蓄熱式バーナ装置６Ａ〜６Ｄ及び７Ａ〜７Ｄが取付けられ、これら蓄熱式バーナ装置６Ａ〜６Ｄ及び７Ａ〜７Ｄから排出される廃ガスが廃ガス吸引ファン（ＩＤＦ）８によって吸引されて煙突９から大気に放出される。
蓄熱式バーナ装置６Ａ〜６Ｄ及び７Ａ〜７Ｄの夫々は、図２に示すように、第１加熱帯３及び第２加熱帯４の左右側壁に互いに対向して配設された一対のガスバーナ１０ａ，１０ｂを有する。これらガスバーナ１０ａ，１０ｂの夫々は、図３に示すように、左右側壁に配設されるバーナ本体１１の中心部に内部にセンターエア管１２を配設し燃料ガス供給口１３ａから供給される燃焼ガスを噴射するガスノズル１３が配設され、且つこのガスノズル１３の回りに燃料空気給排口１４ａに接続された燃焼空気室１４が形成され、この燃焼空気室１４にガスノズル１３から噴射される燃料ガスに対して６０°の空気噴射角で燃焼空気を噴射する空気１次ノズル１５が連通されていると共に、これらの外側にガスノズル１３と平行に燃焼空気を噴射すると共に、第１加熱帯３又は第２加熱帯４の加熱廃ガスを吸引する空気２次ノズル１６が配設され、ガスノズル１３から噴射される燃料ガスと空気１次ノズル１５から噴射される燃焼空気との合流点近傍にパイロットバーナ１７ａ，１７ｂが配設された構成を有する。
【００１７】
そして、ガスバーナ１０ａ，１０ｂの燃料ガス供給口１３ａが燃料遮断弁１８ａ，１８ｂを介し、さらにメイン遮断弁１９、燃料流量調節弁２０を介して燃料ガスとしてのＭガスを供給するＭガス供給源２１に接続されている。また、パイロットバーナ１７ａ，１７ｂも燃料遮断弁２２ａ，２２ｂを介してＭガス供給源２１に接続されている。
【００１８】
また、ガスバーナ１０ａ，１０ｂの燃焼空気給排口１４ａが蓄熱体２３ａ，２３ｂの一端に接続され、この蓄熱体２３ａ，２３ｂの他端が空気遮断弁２４ａ，２４ｂを介し、さらに空気流量調節弁２５を介して燃焼空気を圧送する空気ブロアー２６に接続されていると共に、廃ガス遮断弁２７ａ，２７ｂを介し、さらに廃ガス流量調節弁２８を介して廃ガス吸引ファン８に接続されている。
【００１９】
ここで、蓄熱体２３ａ，２３ｂの夫々は、気体流通炉に沿って蓄熱媒体として例えば直径１９ｍｍのアルミナボールが９８０ｋｇ充填されており、このアルミナボールに第１加熱帯３又は第２加熱帯４から排出される高温（例えば１３００℃程度）の廃ガスと熱交換されて蓄熱され、この蓄熱が低温の燃焼空気と熱交換されて放熱される。
【００２０】
そして、ガスバーナ１０ａ，１０ｂの燃焼空気給排口１４ａと蓄熱体２３ａ，２３ｂとの間の流路に燃焼空気温度を検出する燃焼空気温度検出手段としての例えばＰＲ熱電温度計で構成される燃焼空気温度センサ３０ａ，３０ｂが配設されている。
そして、燃料遮断弁１８ａ，１８ｂ、メイン遮断弁１９、燃料流量流量調節弁２０、空気遮断弁２４ａ，２４ｂ、空気流量調節弁２５、廃ガス遮断弁２７ａ，２７ｂ及び廃ガス流量調節弁２８が連続式加熱炉１全体を統括するプロセスコンピュータ３１に接続されたダイレクトディジタルコントローラ（以下、ＤＤＣと称す）３２によって制御される。
【００２１】
ＤＤＣ３２は、少なくとも燃焼空気温度センサ３０ａ，３０ｂ及び第１加熱帯３及び第２加熱帯４間の炉温を検出する炉温センサ３３ａ，３３ｂの温度検出値を読込み、炉温センサ３３ａ，３３ｂの温度検出値に基づいて燃料ガス流量、燃焼空気流量及び廃ガス流量を設定して、これらに基づいて燃料流量調節弁２０，空気流量調節弁２５及び廃ガス流量調節弁２８の流量目標値を設定すると共に、燃焼空気温度センサ３０ａ，３０ｂの温度検出値に基づいて燃焼バーナの切換えタイミングを決定し、これに応じて廃ガス流量調節弁２８を所定の開度に調整制御すると共に、燃料遮断弁１８ａ，１８ｂ、空気遮断弁２４ａ，２４ｂ及び廃ガス遮断弁２７ａ，２７ｂを開閉制御し、燃焼状態の一方のガスバーナ例えば１０ａを燃焼停止させ、非燃焼状態の他方のガスバーナ１０ｂを燃焼状態に切換える。なお、前記廃ガス流量調節弁２８は、ＤＤＣ３２から所定の制御信号ＣＳFrが供給されることによって、所定流量の廃ガスが外部に排出可能となるように開度調整がなされるようになっている。
【００２２】
次に、上記第１実施例の動作をＤＤＣ３２の燃焼切換処理手順の一例を示す図４のフローチャートを伴って説明する。
ＤＤＣ３２は、連続式加熱炉１の操業を開始する際に、所定の初期化処理を行って炉内温度を予め設定された目標温度ＴT （例えば１３００℃）まで昇温する昇温処理を実行する。
【００２３】
この昇温処理は、簡単に説明すると、先ずパイロットバーナ１７ａ，１７ｂに点火した状態で、一対のガスバーナ１０ａ，１０ｂの双方の燃料遮断弁１８ａ，１８ｂ、メイン遮断部１９を開状態とすると共に、空気遮断弁２４ａ，２４ｂを開状態、廃ガス遮断弁２７ａ，２７ｂを閉状態に夫々制御することにより、両ガスバーナ１０ａ，１０ｂを燃焼状態に制御する。そして、炉温センサ３３ａ，３３ｂで検出される温度検出値ＴD1，ＴD2が共に設定温度ＴS （例えば燃料ガスの着火点以上の９００℃）に達したときに、予め設定された何れか一方例えばガスバーナ１０ｂを燃焼停止させて非燃焼状態に切換えるために、先ず燃料遮断弁１８ｂに対する指令信号ＣＳFbをオフ状態として、燃料遮断弁１８ｂを閉操作し、次いで、燃料遮断弁１８ｂが完全に閉状態となるまでに要する所定時間（例えば１秒以内）経過した後に空気遮断弁２４ｂに対する制御信号ＣＳAaをオフ状態として、空気遮断弁２４ｂを閉操作し、これと同時に廃ガス遮断弁２７ｂに対する制御信号ＣＳGbをオン状態として廃ガス遮断弁２７ｂを開操作する。その後、予め設定された所定時間ｔS （例えば６０秒以内）が経過する毎に、燃焼バーナを交互に切換え、炉温センサ３３ａ，３３ｂで検出される温度検出値ＴD1，ＴD2が目標温度ＴT に達すると、昇温処理を終了して、図４に示す定常切換制御処理を実行する。
【００２４】
この状態となると、各ガスバーナ１０ａ，１０ｂの蓄熱体２３ａ，２３ｂでの蓄熱が１０００℃以上１２００℃以下の範囲内となり、燃焼空気の予熱に好適な状態となる。
定常切換制御処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ１で、現在燃焼中のガスバーナ１０ｉ（ｉ＝ａ，ｂ）を検出し、次いで、ステップＳ２に移行して、燃焼中のガスバーナ側の燃焼空気温度センサ３０ｉで検出した燃焼空気温度ＴAiを読込み、次いでステップＳ３に移行して、燃焼空気温度ＴAiが予め設定した下限設定温度ＴL （例えば１０００℃）に達したか否かを判定する。この判定は、蓄熱体２３ｉで予熱された燃焼空気の温度が低下して、炉内温度を低下させる要因となるか否かを判定するものであり、ＴAi＞ＴL であるときには、蓄熱体２３ｉで予熱された燃焼空気によって炉内温度が低下することがないものと判断して、そのままタイマ割込処理を終了して炉内温度を監視制御する所定のメインプログラムに復帰し、ＴAi≦ＴL であるときには、炉内温度を低下させる要因となるものと判断してステップＳ４に移行する。
【００２５】
このステップＳ４では、所定の制御信号ＣＳFrを廃ガス流量調節弁２８に供給して廃ガス流量調節弁２８の開度が絞られるように開度操作を行う。これにより、第１加熱体３又は第２加熱体４から排出される廃ガス流量が減少する。次いでステップＳ５に移行する。
ステップＳ５では、現在燃焼状態のガスバーナ１０ｉを燃焼停止させて非燃焼状態に切換えるために、先ずガスバーナ１０ｉの燃料遮断弁１８ｉに対する制御信号ＣＳFiをオフ状態として、燃料遮断弁１８ｉを閉操作し、次いでステップＳ６に移行して、燃料遮断弁１８ｉが完全に閉じるまでに要する所定時間（例えば１秒以内）経過した後に空気遮断弁２４ｉに対する制御信号ＣＳAiをオフ状態として空気遮断弁２４ｉを閉操作し、且つ廃ガス遮断弁２７ｉに対する制御信号ＣＳGiをオフ状態として廃ガス遮断弁２７ｉを閉操作することにより、ガスバーナ１０ｉを非燃焼状態に切換える。
【００２６】
次いで、ステップＳ７に移行して、他の非燃焼状態のガスバーナ１０ｊ（ｊ＝ｂ、ａ）を燃焼状態に切換えるために、その廃ガス遮断弁２７ｊに対する制御信号ＣＳGjをオン状態として廃ガス遮断弁２７ｊを開操作し、且つ空気遮断弁２４ｊに対する制御信号ＣＳAjをオン状態として空気遮断弁２４ｊを開操作し、所定時間経過した後にステップＳ８に移行し、ガスバーナ１０ｊの燃料遮断弁１８ｊに対する制御信号ＣＳFjをオン状態として、燃料遮断弁１８ｊを開操作することにより、ガスバーナ１０ｊに燃料ガスを供給して、これをパイロットバーナ１７ｊで点火することにより、ガスバーナ１０ｊを燃焼状態に切換えてからステップＳ９に移行する。
【００２７】
ステップＳ９では、所定の制御信号ＣＳFrを廃ガス流量調節弁２８に供給し、第１加熱体３又は第２加熱体４から排出される廃ガス流量が増大するように、廃ガス流量調節弁２８の開度を戻した後、タイマ割込処理を終了してメインプログラムに復帰する。
したがって、連続式加熱炉が操業開始して、昇温制御処理によって炉内温度が目標温度に達すると、図４の定常切換制御処理が実行されることになる。このとき、一方のガスバーナ１０ａが燃焼状態にあり、他方のバスバーナ１０ｂが非燃焼状態にあるものとすると、この状態では、燃焼状態のガスバーナ１０ａに対しては、外気から空気ブロア２６によって圧送される冷風状態（例えば２０℃）の燃焼空気が空気流量調節弁２５、空気遮断弁２４ａを介して蓄熱体２３ａに供給され、この蓄熱体２３ａで蓄熱されたアルミナボールと熱交換されて１０００℃以上に予熱されてガスバーナ１０ａの燃焼空気給排口１４ａに供給され、ガスノズル１３から噴射される燃料ガスと混合されて燃焼されて、炉内を加熱する。
【００２８】
これと同時に、他方の非燃焼状態のガスバーナ１０ｂでは、空気一次ノズル１５及び空気２次ノズル１６が燃焼空気室１４、燃焼空気給排口１４ａ、蓄熱体２３ｂ、廃ガス遮断弁２７ｂ、廃ガス流量調節弁２８を介して廃ガス吸引ファン８に連通され、この廃ガス吸引ファン８によって炉内の廃ガスが吸引されて蓄熱体２３ｂを通って排出されることにより、蓄熱体２３ｂ内のアルミナボールと熱交換することにより、蓄熱体２３ｂの蓄熱温度が徐々に上昇される。
【００２９】
このとき、ガスバーナ１０ａが燃焼状態に、ガスバーナ１０ｂが非燃焼状態に夫々切換えられた直後であるものとすると、燃焼状態のガスバーナ１０ａ側の蓄熱体２ａで予熱された燃焼空気の温度は、図５で実線図示の特性曲線Ｌa で示すように、蓄熱体２３ａの飽和温度例えば１２００℃であり、一方、非燃焼状態のガスバーナ１０ｂの蓄熱体２３ｂの温度は、一点鎖線図示の特性曲線Ｌb で示すように、前回の燃焼時に放熱された設定下限温度ＴL である１０００℃となっており、ガスバーナ１０ｂ側の廃ガス遮断弁２７ｂの出側の温度は、図５の特性曲線Ｌc で示すように、例えば１９０℃程度になっている。
【００３０】
このため、図４の処理が実行されると、ステップＳ１で燃焼状態であるガスバーナ１０ａが検出され、次いで、このガスバーナ１０ａ側の燃焼空気温度センサ３０ａの燃焼空気温度ＴDaを読込み、次いでステップＳ３で読込んだ燃焼空気温度ＴDaが下限設定温度ＴL 以下であるか否かを判定するが、この状態ではガスバーナ１０ａで燃焼を開始した直後であるため、蓄熱体２３ａの蓄熱温度が１２００℃程度であり、燃焼空気温度も略等しいので、ＴDa＞ＴL となり、そのままタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
【００３１】
したがって、ガスバーナ１０ａでの燃焼状態が継続されると共に、ガスバーナ１０ｂでの廃ガス回収状態が継続されるが、ガスバーナ１０ａに供給される燃焼空気の温度は、図５の特性曲線Ｌa で示すように、時間の経過と共に徐々に低下する一方、ガスバーナ１０ｂ側の蓄熱体２３ｂの温度が図５の特性曲線Ｌb で示すように徐々に上昇し、これに伴って廃ガス遮断弁２７ｂの出側温度も図５の特性曲線Ｌc に示すように、徐々に上昇する。
【００３２】
その時、時点ｔ1 でガスバーナ１０ａに供給される燃焼空気温度ＴDaが下限設定温度ＴL に達すると、図４の処理が実行されたときに、ステップＳ３からステップＳ４に移行することになり、所定の制御信号ＣＳFrを廃ガス流量調節弁２８に供給して、廃ガス流量調節弁２８の開度を絞る操作を行う。これと同時に、ステップＳ５に移行して、ガスバーナ１０ａの燃料遮断弁１８ａに対する制御信号ＣＳFaをオフ状態として、燃料遮断弁１８ａを閉操作する。このため、図６に示すように、燃料遮断弁１８ａが徐々に閉じられる。
【００３３】
次いで、ステップＳ６に移行して、燃料遮断弁１８ａが完全に閉じるまでに要する所定時間（例えば１秒以内）経過した時点ｔ2 では、燃料遮断弁１８ａが閉じ切ることにより、バスバーナ１０ａへの燃料ガスの供給が完全に遮断され、これによってガスバーナ１０ａの燃焼が停止される。
これと同時に、時点ｔ2 で空気遮断弁２４ａに対する制御信号ＣＳAaをオフ状態として空気遮断弁２４ａを閉操作し、且つ他の非燃焼状態のガスバーナ１０ｂの廃ガス遮断弁２７ｂに対する制御信号ＣＳGbをオフ状態として廃ガス遮断弁２７ｂを閉操作することにより、図６に示すように、空気遮断弁２４ａが徐々に閉じられ、これと同時に廃ガス遮断弁２７ａが徐々に閉じられ、ガスバーナ１０ａが非燃焼状態の廃ガス回収状態に切換えられる。
【００３４】
これと同時に、ステップＳ７に移行して、廃ガス遮断弁２７ａに対する制御信号ＣＳGaをオン状態として廃ガス遮断弁２７ａを開操作し、且つ空気遮断弁２４ｂに対する制御信号ＣＳAbをオン状態として空気遮断弁２４ｂを開操作することにより、図６に示すように、廃ガス遮断弁２７ａが徐々に開かれると共に、空気遮断弁２４ｂが徐々に開かれ、廃ガス回収状態からガスバーナ１０ｂに高温の蓄熱体２３ｂで予熱された燃焼空気を供給する燃焼準備状態に移行する。
【００３５】
次いで、ステップＳ８に移行して、空気遮断弁２４ｂ及び廃ガス遮断弁２７ａが全開状態となった時点ｔ3 から所定時間経過した時点ｔ4 では、ガスバーナ１０ｂの燃料遮断弁１８ｂに対する制御信号ＣＳFbをオン状態として、図６に示すように、燃料遮断弁１８ｂを開操作することにより、ガスバーナ１０ｂに燃料ガスが供給開始され、これがパイロットバーナ１７ｂで点火されることにより、ガスバーナ１０ｂを燃焼状態に切換える。
【００３６】
これと同時に、ステップＳ９に移行して、所定の制御信号ＣＳFrを廃ガス流量調節弁２８に供給して、廃ガス流量調節弁２８の開度を元の状態に拡げる操作を行う。
このように、ガスバーナ１０ｂが燃焼状態に切換わると、時間の経過と共に図５の特性曲線Ｌb で示すように、燃焼空気温度ＴDbが徐々に低下し、逆にガスバーナ１０ａで回収された廃ガスによって蓄熱体２３ａの温度が徐々に上昇され、これに応じて廃ガス遮断弁２７ａの出側の廃ガス温度が特性曲線Ｌd で示すように、徐々に上昇する。
【００３７】
そして、このガスバーナ１０ｂの燃焼状態が、燃焼空気温度ＴDbが下限設定温度ＴL 以下となるまで継続され、燃焼空気温度ＴDbが加減設定温度ＴL 以下となると、ガスバーナ１０ｂが燃焼状態から非燃焼状態に、逆にガスバーナ１０ａが非燃焼状態から燃焼状態に切換えられる。その後、燃焼状態のガスバーナ１０ｉに供給される燃焼空気温度ＴDiが下限設定温度ＴL 以下となる毎に燃焼バーナの切換えが行われる。
【００３８】
次に、本実施例の作用効果について説明する。
本実施例の装置は、ＤＤＣ３２が廃ガス流量調節弁２８に対して、一方のバーナ１０ａに対する燃料供給を停止させる時点ｔ1 において、第１加熱帯３または第２加熱帯４からの廃ガス排出流量を減少させ、他方のバーナ１０ｂに対する燃料供給を開始させる時点ｔ4 において、第１過熱帯３または第２加熱帯４からの廃ガス排出流量を所定値に戻す開度調整制御を行う。これにより、図７に示すように、各バーナ１０ａ、１０ｂの切換え動作の開始時点ｔ1 から時点ｔ2 において、バーナ１０ａへの燃料Ｆの供給が徐々に停止されていくと、第１加熱帯３または第２加熱帯４内から排出される廃ガス流量Ｑも減少していくので、第１加熱帯３または第２加熱帯４内の廃ガス量は減少せず、第１加熱帯３または第２加熱帯４内は圧力が低下しない。また、切換え動作の終了時点ｔ4 から時点ｔ5 において、バーナ１０ｂへの燃料Ｆの供給が徐々に開始されていくと、第１加熱帯３または第２加熱帯４内からの廃ガス流量Ｑも上昇していくので、第１加熱帯３または第２加熱帯４内の廃ガス量は減少していき、第１加熱帯３または第２加熱帯４内は圧力が上昇しない。
【００３９】
このように、本実施例では、第１加熱帯３または第２加熱帯４内の圧力変化が発生しやすいバーナ１０ａ、１０ｂの切換え燃焼時において、予め、圧力変化が発生する前に、廃ガス流量調節弁２８によって廃ガス排出流量の増減を調整するフィードフォワード制御が行われているので、第１加熱帯３または第２加熱帯４内の圧力変動は生じなく、外部からの空気の侵入による第１加熱帯３または第２加熱帯４内の酸素濃度の増加や、廃ガスが外部へ漏出してしまうことによる加熱室内温度変化を防止することができる。
【００４０】
また、第１加熱帯３または第２加熱帯４内の圧力変動を防止する装置として、第１加熱帯３または第２加熱帯４内の廃ガスを吸引する廃ガス吸引ファン８と、この廃ガス吸引ファン８に連通する廃ガス路の途上に廃ガス流量調節弁２８とを備えただけの構成としているので、装置の小型化を図ることができるとともに、ＤＤＣ３２による制御の簡便化を図ることができる。
【００４１】
なお、上記実施例においては、燃焼空気温度センサ３０ａ、３０ｂで検出された燃焼空気温度によってバーナ１０ａ、１０ｂの燃焼切換え操作を行うものとしたが、これに限るものではなく、他のセンサによりバーナの燃料切換え操作を行っても、さらには、所定時間毎の切換え操作を行っても、本実施例の作用効果を得ることができる。
【００４２】
また、１つの廃ガス流量調節弁２８を使用して第１加熱帯３または第２加熱帯４内の圧力を調整する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、複数の廃ガス流量調節弁２８を適用することができる。
また、ガスバーナ１０ａ、１０ｂに供給する燃料としてＭガスを使用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の燃料ガスや重油等の液体燃料を適用することができるものである。
【００４３】
また、上記各実施例においては、ガスバーナ１０ａ、１０ｂの燃焼切換制御をＤＤＣ３２で行うようにした場合について説明したが、これに限らず他のプログラマブルコントローラやシーケンス制御回路等によってシーケンス制御するようにしてもよい。
さらに、上記各実施例においては、ガスバーナ１０ａ、１０ｂに対する燃焼空気の供給及び廃ガスの排出を個別の空気遮断弁２４ａ、２４ｂ及び廃ガス遮断弁２７ａ、２７ｂで行う場合について説明したが、これに限らずエアシリンダ等によって流路を切り換える方向切換弁や、特開平１−２１９４１１号公報に開示されているように流体力学的にコアンダ効果を利用して切換機構を構成するようにしてもよい。
【００４４】
さらにまた、上記各実施例においては、温度検出手段としてＰＲ熱電温度計を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の熱電温度計を適用することができる。
また、上記各実施例においては、本発明を連続式加熱炉に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の加熱炉や熱処理炉等にも適用し得るものである。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１記載の加熱装置の加熱室内圧力制御装置は、一方の燃焼側バーナに対する燃料供給が停止したときに加熱室内からの廃ガス排出流量を減少させると共に、他方の非燃焼側バーナに対する燃料供給が開始したときに加熱室内からの廃ガス排出流量を所定値に戻す廃ガス排出流量調整手段を備えたので、少なくとも一対のバーナを交互に切換え燃焼させ、非燃焼側バーナから前記加熱室内の廃ガスを前記蓄熱体に導入して熱交換を行う蓄熱式バーナ装置を備えた加熱装置は、各バーナの切換え動作の開始時点において、燃焼側とされている一方のバーナに対する燃料供給を停止するときに、前記廃ガス排出流量調整手段によって加熱室内からの廃ガス排出流量が減少せしめられるので、加熱室内の圧力は低下しない。また、前記切換え動作の終了時点において、非燃焼側とされている他方のバーナに対する燃料供給が開始されるときには、前記廃ガス排出流量調整手段により加熱室内からの廃ガス排出流量が所定値に戻されて排出流量が増大するので、加熱室内の圧力は上昇しない。
【００４６】
したがって、加熱室内の圧力変化が発生しやすいバーナの切換え燃焼時において、圧力変化が発生する前に廃ガス排出流量調整手段によって加熱室内からの廃ガス排出流量を調整するフィードフォワード制御が行われているので、加熱室内の圧力変動は生じなく、加熱室外部からの空気の侵入による加熱室内の酸素濃度の増加や、廃ガスの外部への漏出による加熱室内温度の変化を防止することができる。
【００４７】
また、請求項２記載の加熱装置の加熱室内圧力制御装置は、廃ガス排出流量調整手段を、空気供給兼廃ガス排出管に接続して加熱室内の廃ガスを所定流量で吸引する廃ガス吸引装置と、前記空気供給兼廃ガス排出管の途上に介装された廃ガス流量調節弁とで構成し、一方の燃焼側バーナに対する燃料供給が停止したときに前記廃ガス調整弁の開度を絞る調整がなされ、他方の非燃焼側バーナに対する燃料供給が開始したときに前記廃ガス調整弁の開度を元に戻す調整がなされるようにしたので、請求項１記載の発明の効果を得ることができるとともに、廃ガス流量調節弁の開度調整制御を行うだけで加熱室内の圧力変動を抑制することができるため、制御の簡便化及び装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を連続式加熱炉に適用した場合の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】蓄熱式バーナ装置を備えた加熱装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】ガスバーナの一例を示す断面図である。
【図４】ダイレクトディジタルコントローラでの定常切換処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】燃焼バーナの切換えによる蓄熱体の前後の温度変化及び廃ガス温度変化を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の動作の説明に供する各弁の切換タイミングを示すタイムチャートである。
【図７】本発明に係る廃ガス流量調整手段の作動による廃ガス流量の変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 連続式加熱炉
２ 予熱帯
３ 第１加熱帯
４ 第２加熱帯
５ 均熱帯
６Ａ〜６Ｄ、７Ａ〜７Ｄ 蓄熱バーナ装置
８ 廃ガス吸引ファン（廃ガス排出流量調整手段）
１０ａ、１０ｂ ガスバーナ
１８ａ、１８ｂ 燃料遮断弁
２０ 燃料流量調節弁
２５ 空気流量調節弁
２３ａ、２３ｂ 蓄熱体
２４ａ、２４ｂ 空気遮断弁
２７ａ、２７ｂ 廃ガス遮断弁
２８ 廃ガス流量調節弁（（廃ガス排出流量調整手段）
３２ ダイレクトディジタルコントローラ（ＤＤＣ）
ｔ1 燃焼側バーナに対する燃料供給を停止する時点
ｔ4 非燃焼側バーナに対する燃料供給を開始する時点
【産業上の利用分野】
本発明は加熱室内に少なくとも一対のバーナを配設し、これらバーナを交互に燃焼させると共に、非燃焼側バーナから排出される廃ガスを蓄熱体で熱交換することにより蓄熱し、燃焼時に蓄熱体で燃焼空気を加熱するようにした蓄熱式バーナ装置を備えた加熱装置の加熱室内圧力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蓄熱式バーナ装置の燃焼制御装置としては、例えば特開平１−２１９４１１号公報に記載されているものが知られている。
この従来例では、加熱室に一対のバーナを配設し、このバーナに燃焼空気及び加熱室からの廃ガスを選択的に通過させる燃焼管を接続し、この燃焼管の途上に蓄熱器を配設することにより、一方のバーナを燃焼させているときには、この燃焼バーナに対して燃焼空気を蓄熱器を介して供給することにより蓄熱器の蓄熱で加熱し、他方の非燃焼バーナ側では、加熱室内の廃ガスを蓄熱器を介して一定の流量で外部に排出させるようにしている。
【０００３】
この従来装置によれば、燃焼バーナの切換が１０秒ないし数分毎に行われながら、廃ガスの熱量が非燃焼バーナ側の蓄熱器に効率良く蓄熱されようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の燃焼制御装置を連続式加熱炉に適用する場合、一対のバーナの切換え動作を行う切換え開始点においては、燃焼側バーナに燃料を供給している燃料遮断弁の閉動作を行うと炉内に発生する廃ガスが減少するので、炉内圧力が急激に低下する。また、一対のバーナの切換え動作の切換え終了点においても、非燃焼側とされている一方のバーナに対して燃料遮断弁の開動作が行われると炉内に発生する廃ガス量が増大するので、炉内圧力が急激に上昇する。このように、炉内圧力が変化すると、炉内圧力の低下によって炉の外部から空気が侵入して炉内の酸素濃度が増加してしまい、スラブの加熱に悪影響を及ぼすおそれがあるとともに、炉内圧力の上昇によって炉内のガスが外部に漏出してしまい、炉内温度を一定に保持することが難しい。
【０００５】
そこで、従来の燃焼制御装置では、炉内圧力の変動を抑制するため、目標とする炉室内圧力と、所定時間毎に計測されされている炉室内の圧力（実績炉室内圧力）との差を求め、その差の値に基づいて、炉室内と外部との間に介装されている開閉ダンパに対して開度調整を行う、所謂、フィードバック方式による炉内圧力制御装置を備えている。
【０００６】
しかしながら、従来装置の炉内圧力制御装置では、開閉ダンパの開度調整から所定の炉内圧に到達するまで、所定の時間遅れが存在してしまうので、一対のバーナの切換え動作の切換え開始点及び切換え終了点においては、以前として急激な圧力変動が発生してしまい、炉内の酸素濃度の増加と炉内温度の変化を抑制することはできない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、バーナの切換え動作の切換え開始点及び切換え終了点において炉内の圧力変動を抑制することができる加熱装置の加熱室内圧力制御装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の加熱装置の加熱室内圧力制御装置は、加熱室内に配設した少なくとも一対のバーナと、各バーナに接続された燃料供給管及び空気供給兼廃ガス排出管と、前記空気供給兼廃ガス排出管の途上に介装された蓄熱体とを有し、燃焼側とされている一方のバーナへの燃料供給を停止して非燃焼側バーナとすると共に、非燃焼側とされている他方のバーナへの燃料供給を開始して燃焼側バーナとしてそれらバーナを交互に切換え燃焼させ、非燃焼側バーナから前記加熱室内の廃ガスを前記蓄熱体に導入して熱交換を行う蓄熱式バーナ装置を備えた加熱装置において、一方の燃焼側バーナに対する燃料供給が停止したときに加熱室内からの廃ガス排出流量を減少させると共に、他方の非燃焼側バーナに対する燃料供給が開始したときに加熱室内からの廃ガス排出流量を所定値に戻す廃ガス排出流量調整手段を備えたことを特徴とする装置である。
【０００９】
また、請求項２記載の加熱装置の加熱室内圧力制御装置は、請求項１記載の装置において、廃ガス排出流量調整手段が、空気供給兼廃ガス排出管に接続して加熱室内の廃ガスを吸引して外部に排出する廃ガス吸引装置と、前記空気供給兼廃ガス排出管の途上に介装された廃ガス流量調節弁とを備え、一方の燃焼側バーナに対する燃料供給が停止したときに前記廃ガス調節弁の開度を絞る調整がなされ、他方の非燃焼側バーナに対する燃料供給が開始したときに前記廃ガス流量調節弁の開度を元に戻す調整がなされることを特徴とする装置である。
【００１０】
【作用】
本発明の請求項１記載の加熱装置の加熱室内圧力制御装置によれば、一方のバーナに対する燃料供給が停止したときに加熱室内からの廃ガス排出流量を減少させると共に、他方のバーナに対する燃料供給が開始したときに加熱室内からの廃ガス排出流量を所定値に戻す廃ガス排出流量調整手段を備えた。
【００１１】
このため、少なくとも一対のバーナを交互に切換え燃焼させ、非燃焼側バーナから前記加熱室内の廃ガスを前記蓄熱体に導入して熱交換を行う蓄熱式バーナ装置を備えた加熱装置は、各バーナの切換え動作の開始時点において、燃焼側とされている一方のバーナに対する燃料供給を停止するときに、前記廃ガス排出流量調整手段によって加熱室内からの廃ガス排出流量が減少せしめられるので、加熱室内の圧力は低下しない。また、前記切換え動作の終了時点において、非燃焼側とされている他方のバーナに対する燃料供給が開始されるときには、前記廃ガス排出流量調整手段により加熱室内からの廃ガス排出流量が所定値に戻されて排出流量が増大するので、加熱室内の圧力は上昇しない。
【００１２】
その結果、請求項１記載の発明においては、加熱室内の圧力変化が発生しやすいバーナの切換え燃焼時において、圧力変化が発生する前に廃ガス排出流量調整手段によって加熱室内からの廃ガス排出流量を調整するフィードフォワード制御が行われているので、加熱室内の圧力変動は生じなく、加熱室外部からの空気の侵入による加熱室内の酸素濃度の増加や、廃ガスの外部への漏出による加熱室内温度の変化が防止される。
【００１３】
また、請求項２記載の加熱装置の加熱室内圧力制御装置によれば、廃ガス排出流量調整手段を、空気供給兼廃ガス排出管に接続して加熱室内の廃ガスを所定流量で吸引する廃ガス吸引装置と、前記空気供給兼廃ガス排出管の途上に介装された廃ガス流量調節弁とで構成し、一方の燃焼側バーナに対する燃料供給が停止したときに前記廃ガス流量調節弁の開度を絞る調整がなされ、他方の非燃焼側バーナに対する燃料供給が開始したときに前記廃ガス流量調節弁の開度を元に戻す調整がなされるようにした。
【００１４】
これにより、請求項１記載の作用が得られるとともに、廃ガス流量調節弁の開度調整制御を行うだけで加熱室内の圧力変動を抑制することができるので、制御の簡便化及び装置の小型化が図られる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明を連続式加熱炉に適用した場合の第１実施例を示す概略構成図である。
図中、１は連続して搬送されるスラブを加熱する連続式加熱炉であって、スラブを左側から搬入し、予熱帯２、第１加熱帯３、第２加熱帯４及び均熱帯５を順次通過して加熱され、加熱を終了したスラブが右側から搬出されて次工程に搬送される。
【００１６】
第１加熱帯３及び第２加熱帯４には、夫々４台の蓄熱式バーナ装置６Ａ〜６Ｄ及び７Ａ〜７Ｄが取付けられ、これら蓄熱式バーナ装置６Ａ〜６Ｄ及び７Ａ〜７Ｄから排出される廃ガスが廃ガス吸引ファン（ＩＤＦ）８によって吸引されて煙突９から大気に放出される。
蓄熱式バーナ装置６Ａ〜６Ｄ及び７Ａ〜７Ｄの夫々は、図２に示すように、第１加熱帯３及び第２加熱帯４の左右側壁に互いに対向して配設された一対のガスバーナ１０ａ，１０ｂを有する。これらガスバーナ１０ａ，１０ｂの夫々は、図３に示すように、左右側壁に配設されるバーナ本体１１の中心部に内部にセンターエア管１２を配設し燃料ガス供給口１３ａから供給される燃焼ガスを噴射するガスノズル１３が配設され、且つこのガスノズル１３の回りに燃料空気給排口１４ａに接続された燃焼空気室１４が形成され、この燃焼空気室１４にガスノズル１３から噴射される燃料ガスに対して６０°の空気噴射角で燃焼空気を噴射する空気１次ノズル１５が連通されていると共に、これらの外側にガスノズル１３と平行に燃焼空気を噴射すると共に、第１加熱帯３又は第２加熱帯４の加熱廃ガスを吸引する空気２次ノズル１６が配設され、ガスノズル１３から噴射される燃料ガスと空気１次ノズル１５から噴射される燃焼空気との合流点近傍にパイロットバーナ１７ａ，１７ｂが配設された構成を有する。
【００１７】
そして、ガスバーナ１０ａ，１０ｂの燃料ガス供給口１３ａが燃料遮断弁１８ａ，１８ｂを介し、さらにメイン遮断弁１９、燃料流量調節弁２０を介して燃料ガスとしてのＭガスを供給するＭガス供給源２１に接続されている。また、パイロットバーナ１７ａ，１７ｂも燃料遮断弁２２ａ，２２ｂを介してＭガス供給源２１に接続されている。
【００１８】
また、ガスバーナ１０ａ，１０ｂの燃焼空気給排口１４ａが蓄熱体２３ａ，２３ｂの一端に接続され、この蓄熱体２３ａ，２３ｂの他端が空気遮断弁２４ａ，２４ｂを介し、さらに空気流量調節弁２５を介して燃焼空気を圧送する空気ブロアー２６に接続されていると共に、廃ガス遮断弁２７ａ，２７ｂを介し、さらに廃ガス流量調節弁２８を介して廃ガス吸引ファン８に接続されている。
【００１９】
ここで、蓄熱体２３ａ，２３ｂの夫々は、気体流通炉に沿って蓄熱媒体として例えば直径１９ｍｍのアルミナボールが９８０ｋｇ充填されており、このアルミナボールに第１加熱帯３又は第２加熱帯４から排出される高温（例えば１３００℃程度）の廃ガスと熱交換されて蓄熱され、この蓄熱が低温の燃焼空気と熱交換されて放熱される。
【００２０】
そして、ガスバーナ１０ａ，１０ｂの燃焼空気給排口１４ａと蓄熱体２３ａ，２３ｂとの間の流路に燃焼空気温度を検出する燃焼空気温度検出手段としての例えばＰＲ熱電温度計で構成される燃焼空気温度センサ３０ａ，３０ｂが配設されている。
そして、燃料遮断弁１８ａ，１８ｂ、メイン遮断弁１９、燃料流量流量調節弁２０、空気遮断弁２４ａ，２４ｂ、空気流量調節弁２５、廃ガス遮断弁２７ａ，２７ｂ及び廃ガス流量調節弁２８が連続式加熱炉１全体を統括するプロセスコンピュータ３１に接続されたダイレクトディジタルコントローラ（以下、ＤＤＣと称す）３２によって制御される。
【００２１】
ＤＤＣ３２は、少なくとも燃焼空気温度センサ３０ａ，３０ｂ及び第１加熱帯３及び第２加熱帯４間の炉温を検出する炉温センサ３３ａ，３３ｂの温度検出値を読込み、炉温センサ３３ａ，３３ｂの温度検出値に基づいて燃料ガス流量、燃焼空気流量及び廃ガス流量を設定して、これらに基づいて燃料流量調節弁２０，空気流量調節弁２５及び廃ガス流量調節弁２８の流量目標値を設定すると共に、燃焼空気温度センサ３０ａ，３０ｂの温度検出値に基づいて燃焼バーナの切換えタイミングを決定し、これに応じて廃ガス流量調節弁２８を所定の開度に調整制御すると共に、燃料遮断弁１８ａ，１８ｂ、空気遮断弁２４ａ，２４ｂ及び廃ガス遮断弁２７ａ，２７ｂを開閉制御し、燃焼状態の一方のガスバーナ例えば１０ａを燃焼停止させ、非燃焼状態の他方のガスバーナ１０ｂを燃焼状態に切換える。なお、前記廃ガス流量調節弁２８は、ＤＤＣ３２から所定の制御信号ＣＳFrが供給されることによって、所定流量の廃ガスが外部に排出可能となるように開度調整がなされるようになっている。
【００２２】
次に、上記第１実施例の動作をＤＤＣ３２の燃焼切換処理手順の一例を示す図４のフローチャートを伴って説明する。
ＤＤＣ３２は、連続式加熱炉１の操業を開始する際に、所定の初期化処理を行って炉内温度を予め設定された目標温度ＴT （例えば１３００℃）まで昇温する昇温処理を実行する。
【００２３】
この昇温処理は、簡単に説明すると、先ずパイロットバーナ１７ａ，１７ｂに点火した状態で、一対のガスバーナ１０ａ，１０ｂの双方の燃料遮断弁１８ａ，１８ｂ、メイン遮断部１９を開状態とすると共に、空気遮断弁２４ａ，２４ｂを開状態、廃ガス遮断弁２７ａ，２７ｂを閉状態に夫々制御することにより、両ガスバーナ１０ａ，１０ｂを燃焼状態に制御する。そして、炉温センサ３３ａ，３３ｂで検出される温度検出値ＴD1，ＴD2が共に設定温度ＴS （例えば燃料ガスの着火点以上の９００℃）に達したときに、予め設定された何れか一方例えばガスバーナ１０ｂを燃焼停止させて非燃焼状態に切換えるために、先ず燃料遮断弁１８ｂに対する指令信号ＣＳFbをオフ状態として、燃料遮断弁１８ｂを閉操作し、次いで、燃料遮断弁１８ｂが完全に閉状態となるまでに要する所定時間（例えば１秒以内）経過した後に空気遮断弁２４ｂに対する制御信号ＣＳAaをオフ状態として、空気遮断弁２４ｂを閉操作し、これと同時に廃ガス遮断弁２７ｂに対する制御信号ＣＳGbをオン状態として廃ガス遮断弁２７ｂを開操作する。その後、予め設定された所定時間ｔS （例えば６０秒以内）が経過する毎に、燃焼バーナを交互に切換え、炉温センサ３３ａ，３３ｂで検出される温度検出値ＴD1，ＴD2が目標温度ＴT に達すると、昇温処理を終了して、図４に示す定常切換制御処理を実行する。
【００２４】
この状態となると、各ガスバーナ１０ａ，１０ｂの蓄熱体２３ａ，２３ｂでの蓄熱が１０００℃以上１２００℃以下の範囲内となり、燃焼空気の予熱に好適な状態となる。
定常切換制御処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ１で、現在燃焼中のガスバーナ１０ｉ（ｉ＝ａ，ｂ）を検出し、次いで、ステップＳ２に移行して、燃焼中のガスバーナ側の燃焼空気温度センサ３０ｉで検出した燃焼空気温度ＴAiを読込み、次いでステップＳ３に移行して、燃焼空気温度ＴAiが予め設定した下限設定温度ＴL （例えば１０００℃）に達したか否かを判定する。この判定は、蓄熱体２３ｉで予熱された燃焼空気の温度が低下して、炉内温度を低下させる要因となるか否かを判定するものであり、ＴAi＞ＴL であるときには、蓄熱体２３ｉで予熱された燃焼空気によって炉内温度が低下することがないものと判断して、そのままタイマ割込処理を終了して炉内温度を監視制御する所定のメインプログラムに復帰し、ＴAi≦ＴL であるときには、炉内温度を低下させる要因となるものと判断してステップＳ４に移行する。
【００２５】
このステップＳ４では、所定の制御信号ＣＳFrを廃ガス流量調節弁２８に供給して廃ガス流量調節弁２８の開度が絞られるように開度操作を行う。これにより、第１加熱体３又は第２加熱体４から排出される廃ガス流量が減少する。次いでステップＳ５に移行する。
ステップＳ５では、現在燃焼状態のガスバーナ１０ｉを燃焼停止させて非燃焼状態に切換えるために、先ずガスバーナ１０ｉの燃料遮断弁１８ｉに対する制御信号ＣＳFiをオフ状態として、燃料遮断弁１８ｉを閉操作し、次いでステップＳ６に移行して、燃料遮断弁１８ｉが完全に閉じるまでに要する所定時間（例えば１秒以内）経過した後に空気遮断弁２４ｉに対する制御信号ＣＳAiをオフ状態として空気遮断弁２４ｉを閉操作し、且つ廃ガス遮断弁２７ｉに対する制御信号ＣＳGiをオフ状態として廃ガス遮断弁２７ｉを閉操作することにより、ガスバーナ１０ｉを非燃焼状態に切換える。
【００２６】
次いで、ステップＳ７に移行して、他の非燃焼状態のガスバーナ１０ｊ（ｊ＝ｂ、ａ）を燃焼状態に切換えるために、その廃ガス遮断弁２７ｊに対する制御信号ＣＳGjをオン状態として廃ガス遮断弁２７ｊを開操作し、且つ空気遮断弁２４ｊに対する制御信号ＣＳAjをオン状態として空気遮断弁２４ｊを開操作し、所定時間経過した後にステップＳ８に移行し、ガスバーナ１０ｊの燃料遮断弁１８ｊに対する制御信号ＣＳFjをオン状態として、燃料遮断弁１８ｊを開操作することにより、ガスバーナ１０ｊに燃料ガスを供給して、これをパイロットバーナ１７ｊで点火することにより、ガスバーナ１０ｊを燃焼状態に切換えてからステップＳ９に移行する。
【００２７】
ステップＳ９では、所定の制御信号ＣＳFrを廃ガス流量調節弁２８に供給し、第１加熱体３又は第２加熱体４から排出される廃ガス流量が増大するように、廃ガス流量調節弁２８の開度を戻した後、タイマ割込処理を終了してメインプログラムに復帰する。
したがって、連続式加熱炉が操業開始して、昇温制御処理によって炉内温度が目標温度に達すると、図４の定常切換制御処理が実行されることになる。このとき、一方のガスバーナ１０ａが燃焼状態にあり、他方のバスバーナ１０ｂが非燃焼状態にあるものとすると、この状態では、燃焼状態のガスバーナ１０ａに対しては、外気から空気ブロア２６によって圧送される冷風状態（例えば２０℃）の燃焼空気が空気流量調節弁２５、空気遮断弁２４ａを介して蓄熱体２３ａに供給され、この蓄熱体２３ａで蓄熱されたアルミナボールと熱交換されて１０００℃以上に予熱されてガスバーナ１０ａの燃焼空気給排口１４ａに供給され、ガスノズル１３から噴射される燃料ガスと混合されて燃焼されて、炉内を加熱する。
【００２８】
これと同時に、他方の非燃焼状態のガスバーナ１０ｂでは、空気一次ノズル１５及び空気２次ノズル１６が燃焼空気室１４、燃焼空気給排口１４ａ、蓄熱体２３ｂ、廃ガス遮断弁２７ｂ、廃ガス流量調節弁２８を介して廃ガス吸引ファン８に連通され、この廃ガス吸引ファン８によって炉内の廃ガスが吸引されて蓄熱体２３ｂを通って排出されることにより、蓄熱体２３ｂ内のアルミナボールと熱交換することにより、蓄熱体２３ｂの蓄熱温度が徐々に上昇される。
【００２９】
このとき、ガスバーナ１０ａが燃焼状態に、ガスバーナ１０ｂが非燃焼状態に夫々切換えられた直後であるものとすると、燃焼状態のガスバーナ１０ａ側の蓄熱体２ａで予熱された燃焼空気の温度は、図５で実線図示の特性曲線Ｌa で示すように、蓄熱体２３ａの飽和温度例えば１２００℃であり、一方、非燃焼状態のガスバーナ１０ｂの蓄熱体２３ｂの温度は、一点鎖線図示の特性曲線Ｌb で示すように、前回の燃焼時に放熱された設定下限温度ＴL である１０００℃となっており、ガスバーナ１０ｂ側の廃ガス遮断弁２７ｂの出側の温度は、図５の特性曲線Ｌc で示すように、例えば１９０℃程度になっている。
【００３０】
このため、図４の処理が実行されると、ステップＳ１で燃焼状態であるガスバーナ１０ａが検出され、次いで、このガスバーナ１０ａ側の燃焼空気温度センサ３０ａの燃焼空気温度ＴDaを読込み、次いでステップＳ３で読込んだ燃焼空気温度ＴDaが下限設定温度ＴL 以下であるか否かを判定するが、この状態ではガスバーナ１０ａで燃焼を開始した直後であるため、蓄熱体２３ａの蓄熱温度が１２００℃程度であり、燃焼空気温度も略等しいので、ＴDa＞ＴL となり、そのままタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
【００３１】
したがって、ガスバーナ１０ａでの燃焼状態が継続されると共に、ガスバーナ１０ｂでの廃ガス回収状態が継続されるが、ガスバーナ１０ａに供給される燃焼空気の温度は、図５の特性曲線Ｌa で示すように、時間の経過と共に徐々に低下する一方、ガスバーナ１０ｂ側の蓄熱体２３ｂの温度が図５の特性曲線Ｌb で示すように徐々に上昇し、これに伴って廃ガス遮断弁２７ｂの出側温度も図５の特性曲線Ｌc に示すように、徐々に上昇する。
【００３２】
その時、時点ｔ1 でガスバーナ１０ａに供給される燃焼空気温度ＴDaが下限設定温度ＴL に達すると、図４の処理が実行されたときに、ステップＳ３からステップＳ４に移行することになり、所定の制御信号ＣＳFrを廃ガス流量調節弁２８に供給して、廃ガス流量調節弁２８の開度を絞る操作を行う。これと同時に、ステップＳ５に移行して、ガスバーナ１０ａの燃料遮断弁１８ａに対する制御信号ＣＳFaをオフ状態として、燃料遮断弁１８ａを閉操作する。このため、図６に示すように、燃料遮断弁１８ａが徐々に閉じられる。
【００３３】
次いで、ステップＳ６に移行して、燃料遮断弁１８ａが完全に閉じるまでに要する所定時間（例えば１秒以内）経過した時点ｔ2 では、燃料遮断弁１８ａが閉じ切ることにより、バスバーナ１０ａへの燃料ガスの供給が完全に遮断され、これによってガスバーナ１０ａの燃焼が停止される。
これと同時に、時点ｔ2 で空気遮断弁２４ａに対する制御信号ＣＳAaをオフ状態として空気遮断弁２４ａを閉操作し、且つ他の非燃焼状態のガスバーナ１０ｂの廃ガス遮断弁２７ｂに対する制御信号ＣＳGbをオフ状態として廃ガス遮断弁２７ｂを閉操作することにより、図６に示すように、空気遮断弁２４ａが徐々に閉じられ、これと同時に廃ガス遮断弁２７ａが徐々に閉じられ、ガスバーナ１０ａが非燃焼状態の廃ガス回収状態に切換えられる。
【００３４】
これと同時に、ステップＳ７に移行して、廃ガス遮断弁２７ａに対する制御信号ＣＳGaをオン状態として廃ガス遮断弁２７ａを開操作し、且つ空気遮断弁２４ｂに対する制御信号ＣＳAbをオン状態として空気遮断弁２４ｂを開操作することにより、図６に示すように、廃ガス遮断弁２７ａが徐々に開かれると共に、空気遮断弁２４ｂが徐々に開かれ、廃ガス回収状態からガスバーナ１０ｂに高温の蓄熱体２３ｂで予熱された燃焼空気を供給する燃焼準備状態に移行する。
【００３５】
次いで、ステップＳ８に移行して、空気遮断弁２４ｂ及び廃ガス遮断弁２７ａが全開状態となった時点ｔ3 から所定時間経過した時点ｔ4 では、ガスバーナ１０ｂの燃料遮断弁１８ｂに対する制御信号ＣＳFbをオン状態として、図６に示すように、燃料遮断弁１８ｂを開操作することにより、ガスバーナ１０ｂに燃料ガスが供給開始され、これがパイロットバーナ１７ｂで点火されることにより、ガスバーナ１０ｂを燃焼状態に切換える。
【００３６】
これと同時に、ステップＳ９に移行して、所定の制御信号ＣＳFrを廃ガス流量調節弁２８に供給して、廃ガス流量調節弁２８の開度を元の状態に拡げる操作を行う。
このように、ガスバーナ１０ｂが燃焼状態に切換わると、時間の経過と共に図５の特性曲線Ｌb で示すように、燃焼空気温度ＴDbが徐々に低下し、逆にガスバーナ１０ａで回収された廃ガスによって蓄熱体２３ａの温度が徐々に上昇され、これに応じて廃ガス遮断弁２７ａの出側の廃ガス温度が特性曲線Ｌd で示すように、徐々に上昇する。
【００３７】
そして、このガスバーナ１０ｂの燃焼状態が、燃焼空気温度ＴDbが下限設定温度ＴL 以下となるまで継続され、燃焼空気温度ＴDbが加減設定温度ＴL 以下となると、ガスバーナ１０ｂが燃焼状態から非燃焼状態に、逆にガスバーナ１０ａが非燃焼状態から燃焼状態に切換えられる。その後、燃焼状態のガスバーナ１０ｉに供給される燃焼空気温度ＴDiが下限設定温度ＴL 以下となる毎に燃焼バーナの切換えが行われる。
【００３８】
次に、本実施例の作用効果について説明する。
本実施例の装置は、ＤＤＣ３２が廃ガス流量調節弁２８に対して、一方のバーナ１０ａに対する燃料供給を停止させる時点ｔ1 において、第１加熱帯３または第２加熱帯４からの廃ガス排出流量を減少させ、他方のバーナ１０ｂに対する燃料供給を開始させる時点ｔ4 において、第１過熱帯３または第２加熱帯４からの廃ガス排出流量を所定値に戻す開度調整制御を行う。これにより、図７に示すように、各バーナ１０ａ、１０ｂの切換え動作の開始時点ｔ1 から時点ｔ2 において、バーナ１０ａへの燃料Ｆの供給が徐々に停止されていくと、第１加熱帯３または第２加熱帯４内から排出される廃ガス流量Ｑも減少していくので、第１加熱帯３または第２加熱帯４内の廃ガス量は減少せず、第１加熱帯３または第２加熱帯４内は圧力が低下しない。また、切換え動作の終了時点ｔ4 から時点ｔ5 において、バーナ１０ｂへの燃料Ｆの供給が徐々に開始されていくと、第１加熱帯３または第２加熱帯４内からの廃ガス流量Ｑも上昇していくので、第１加熱帯３または第２加熱帯４内の廃ガス量は減少していき、第１加熱帯３または第２加熱帯４内は圧力が上昇しない。
【００３９】
このように、本実施例では、第１加熱帯３または第２加熱帯４内の圧力変化が発生しやすいバーナ１０ａ、１０ｂの切換え燃焼時において、予め、圧力変化が発生する前に、廃ガス流量調節弁２８によって廃ガス排出流量の増減を調整するフィードフォワード制御が行われているので、第１加熱帯３または第２加熱帯４内の圧力変動は生じなく、外部からの空気の侵入による第１加熱帯３または第２加熱帯４内の酸素濃度の増加や、廃ガスが外部へ漏出してしまうことによる加熱室内温度変化を防止することができる。
【００４０】
また、第１加熱帯３または第２加熱帯４内の圧力変動を防止する装置として、第１加熱帯３または第２加熱帯４内の廃ガスを吸引する廃ガス吸引ファン８と、この廃ガス吸引ファン８に連通する廃ガス路の途上に廃ガス流量調節弁２８とを備えただけの構成としているので、装置の小型化を図ることができるとともに、ＤＤＣ３２による制御の簡便化を図ることができる。
【００４１】
なお、上記実施例においては、燃焼空気温度センサ３０ａ、３０ｂで検出された燃焼空気温度によってバーナ１０ａ、１０ｂの燃焼切換え操作を行うものとしたが、これに限るものではなく、他のセンサによりバーナの燃料切換え操作を行っても、さらには、所定時間毎の切換え操作を行っても、本実施例の作用効果を得ることができる。
【００４２】
また、１つの廃ガス流量調節弁２８を使用して第１加熱帯３または第２加熱帯４内の圧力を調整する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、複数の廃ガス流量調節弁２８を適用することができる。
また、ガスバーナ１０ａ、１０ｂに供給する燃料としてＭガスを使用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の燃料ガスや重油等の液体燃料を適用することができるものである。
【００４３】
また、上記各実施例においては、ガスバーナ１０ａ、１０ｂの燃焼切換制御をＤＤＣ３２で行うようにした場合について説明したが、これに限らず他のプログラマブルコントローラやシーケンス制御回路等によってシーケンス制御するようにしてもよい。
さらに、上記各実施例においては、ガスバーナ１０ａ、１０ｂに対する燃焼空気の供給及び廃ガスの排出を個別の空気遮断弁２４ａ、２４ｂ及び廃ガス遮断弁２７ａ、２７ｂで行う場合について説明したが、これに限らずエアシリンダ等によって流路を切り換える方向切換弁や、特開平１−２１９４１１号公報に開示されているように流体力学的にコアンダ効果を利用して切換機構を構成するようにしてもよい。
【００４４】
さらにまた、上記各実施例においては、温度検出手段としてＰＲ熱電温度計を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の熱電温度計を適用することができる。
また、上記各実施例においては、本発明を連続式加熱炉に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の加熱炉や熱処理炉等にも適用し得るものである。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１記載の加熱装置の加熱室内圧力制御装置は、一方の燃焼側バーナに対する燃料供給が停止したときに加熱室内からの廃ガス排出流量を減少させると共に、他方の非燃焼側バーナに対する燃料供給が開始したときに加熱室内からの廃ガス排出流量を所定値に戻す廃ガス排出流量調整手段を備えたので、少なくとも一対のバーナを交互に切換え燃焼させ、非燃焼側バーナから前記加熱室内の廃ガスを前記蓄熱体に導入して熱交換を行う蓄熱式バーナ装置を備えた加熱装置は、各バーナの切換え動作の開始時点において、燃焼側とされている一方のバーナに対する燃料供給を停止するときに、前記廃ガス排出流量調整手段によって加熱室内からの廃ガス排出流量が減少せしめられるので、加熱室内の圧力は低下しない。また、前記切換え動作の終了時点において、非燃焼側とされている他方のバーナに対する燃料供給が開始されるときには、前記廃ガス排出流量調整手段により加熱室内からの廃ガス排出流量が所定値に戻されて排出流量が増大するので、加熱室内の圧力は上昇しない。
【００４６】
したがって、加熱室内の圧力変化が発生しやすいバーナの切換え燃焼時において、圧力変化が発生する前に廃ガス排出流量調整手段によって加熱室内からの廃ガス排出流量を調整するフィードフォワード制御が行われているので、加熱室内の圧力変動は生じなく、加熱室外部からの空気の侵入による加熱室内の酸素濃度の増加や、廃ガスの外部への漏出による加熱室内温度の変化を防止することができる。
【００４７】
また、請求項２記載の加熱装置の加熱室内圧力制御装置は、廃ガス排出流量調整手段を、空気供給兼廃ガス排出管に接続して加熱室内の廃ガスを所定流量で吸引する廃ガス吸引装置と、前記空気供給兼廃ガス排出管の途上に介装された廃ガス流量調節弁とで構成し、一方の燃焼側バーナに対する燃料供給が停止したときに前記廃ガス調整弁の開度を絞る調整がなされ、他方の非燃焼側バーナに対する燃料供給が開始したときに前記廃ガス調整弁の開度を元に戻す調整がなされるようにしたので、請求項１記載の発明の効果を得ることができるとともに、廃ガス流量調節弁の開度調整制御を行うだけで加熱室内の圧力変動を抑制することができるため、制御の簡便化及び装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を連続式加熱炉に適用した場合の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】蓄熱式バーナ装置を備えた加熱装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】ガスバーナの一例を示す断面図である。
【図４】ダイレクトディジタルコントローラでの定常切換処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】燃焼バーナの切換えによる蓄熱体の前後の温度変化及び廃ガス温度変化を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の動作の説明に供する各弁の切換タイミングを示すタイムチャートである。
【図７】本発明に係る廃ガス流量調整手段の作動による廃ガス流量の変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 連続式加熱炉
２ 予熱帯
３ 第１加熱帯
４ 第２加熱帯
５ 均熱帯
６Ａ〜６Ｄ、７Ａ〜７Ｄ 蓄熱バーナ装置
８ 廃ガス吸引ファン（廃ガス排出流量調整手段）
１０ａ、１０ｂ ガスバーナ
１８ａ、１８ｂ 燃料遮断弁
２０ 燃料流量調節弁
２５ 空気流量調節弁
２３ａ、２３ｂ 蓄熱体
２４ａ、２４ｂ 空気遮断弁
２７ａ、２７ｂ 廃ガス遮断弁
２８ 廃ガス流量調節弁（（廃ガス排出流量調整手段）
３２ ダイレクトディジタルコントローラ（ＤＤＣ）
ｔ1 燃焼側バーナに対する燃料供給を停止する時点
ｔ4 非燃焼側バーナに対する燃料供給を開始する時点
Claims (2)
- 加熱室内に配設した少なくとも一対のバーナと、各バーナに接続された燃料供給管及び空気供給兼廃ガス排出管と、前記空気供給兼廃ガス排出管の途上に介装された蓄熱体とを有し、燃焼側とされている一方のバーナへの燃料供給を停止して非燃焼側バーナとすると共に、非燃焼側とされている他方のバーナへの燃料供給を開始して燃焼側バーナとしてそれらバーナを交互に切換え燃焼させ、非燃焼側バーナから前記加熱室内の廃ガスを前記蓄熱体に導入して熱交換を行う蓄熱式バーナ装置を備えた加熱装置において、
一方の燃焼側バーナに対する燃料供給が停止したときに加熱室内からの廃ガス排出流量を減少させると共に、他方の非燃焼側バーナに対する燃料供給が開始したときに加熱室内からの廃ガス排出流量を所定値に戻す廃ガス排出流量調整手段を備えたことを特徴とする加熱装置の加熱室内圧力制御装置。 - 廃ガス排出流量調整手段は、空気供給兼廃ガス排出管に接続して加熱室内の廃ガスを吸引して外部に排出する廃ガス吸引装置と、前記空気供給兼廃ガス排出管の途上に介装された廃ガス流量調節弁とを備え、一方の燃焼側バーナに対する燃料供給が停止したときに前記廃ガス調節弁の開度を絞る調整がなされ、他方の非燃焼側バーナに対する燃料供給が開始したときに前記廃ガス流量調節弁の開度を元に戻す調整がなされることを特徴とする請求項１記載の加熱装置の加熱室内圧力制御装置。
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| JP30667194A JP3677797B2 (ja) | 1994-12-09 | 1994-12-09 | 加熱装置の加熱室内圧力制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP30667194A JP3677797B2 (ja) | 1994-12-09 | 1994-12-09 | 加熱装置の加熱室内圧力制御装置 |
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-
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- 1994-12-09 JP JP30667194A patent/JP3677797B2/ja not_active Expired - Fee Related
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