JP5976585B2 - Heating furnace and heating furnace control method - Google Patents
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Description
本発明は、鋼材を加熱するに際に生じる廃熱を再利用する加熱炉、及び加熱炉における廃熱を効率的に再利用することのできる加熱炉の制御方法に関する。 The present invention relates to a heating furnace that reuses waste heat generated when heating a steel material, and a heating furnace control method that can efficiently reuse waste heat in the heating furnace.
製鋼工程において製造した、スラブ・ビレット・ブルーム等の鋼材(鋳片)を連続圧延して圧延材を製造する熱間圧延工程では、圧延材の元となる鋼材を加熱炉内で加熱し、下流側にある圧延機(粗圧延機、仕上げ圧延機)に送り、連続的に圧延を行う。
ところで、鋼材を加熱炉で加熱するにあたっては、鋼材を加熱炉内に装入して、圧延に適した温度まで昇温させている。炉内雰囲気の昇温は、炉内に備えられている燃焼バーナで行われるものとなっている。鋼材を昇温させた後の熱(廃熱)は、煙道を通過して、外部に排出される。このとき、廃熱が有する熱量は、煙道に備えられた熱交換器で回収されてブロワから送られた空気と熱交換されている。熱交換された空気は、予熱空気の経路を通過して、炉内に備えられた燃焼バーナに予熱空気として送られる。
In a hot rolling process in which a rolled material is produced by continuously rolling steel materials (slabs) such as slabs, billets, and blooms produced in the steelmaking process, the steel material that is the source of the rolled material is heated in a heating furnace, and downstream It is fed to a rolling mill on the side (rough rolling mill, finish rolling mill) and continuously rolled.
By the way, when heating a steel material in a heating furnace, the steel material is charged into the heating furnace and the temperature is raised to a temperature suitable for rolling. The temperature increase in the furnace atmosphere is performed by a combustion burner provided in the furnace. The heat (waste heat) after raising the temperature of the steel material passes through the flue and is discharged outside. At this time, the amount of heat of the waste heat is recovered by the heat exchanger provided in the flue and exchanged with the air sent from the blower. The heat-exchanged air passes through a path of preheated air, and is sent as preheated air to a combustion burner provided in the furnace.
この廃熱が有する熱量を有効に再利用することは、省エネなどの観点から好ましく、加熱炉における廃熱の再利用の技術として、例えば、特許文献1に開示されたものがある。
特許文献1は、被加熱材装入側の左右両側から廃ガスを誘引排出する2系統の煙道を有する連続式加熱炉において、各系統煙道に設置したレキュペレータ入側又は出側の廃ガス温度がレキュペレータの許容温度範囲内にあるときは、炉圧制御系により各煙道のダンパーを併動開閉制御し、上記各煙道のいずれか一方のレキュペレータ入側廃ガス温度が前記許容温度範囲の上限を超えた場合又は、上記各煙道のいずれか一方のレキュペレータ出側廃ガス温度が前記許容温度範囲の下限を下回った場合は、上記各煙道のいずれか一方のダンパーを炉圧制御系により開閉制御し、他方のダンパーを各レキュペレータ間の入側廃ガス温度差又は出側廃ガス温度差に基いて、該上限を超えた廃ガス温度又は下限を下回った廃ガス温度が該許容範囲に入る様に開閉制御することを開示する。つまり、特許文献1には、レキュペレータ(熱交換器)の入側と出側の排出ガスの温度を測定し、その測定したレキュペレータの前後の温度が予め設定した許容温度範囲内であるか否かで煙道のダンパの開閉制御を行う技術が開示されている。
Effectively reusing the amount of heat of the waste heat is preferable from the viewpoint of energy saving and the like, for example, disclosed in
従来、加熱炉で圧延材の元となる鋼材を加熱した後の排出ガスは、所定量の熱エネルギを有し、排出ガスが有する熱エネルギを高い効率で取り出して再利用するためには、特許文献1のように何らかの技術が必要となる。
ところが、加熱炉の操業に際しては、長期に亘って操業するにつれて加熱炉の煙道が経年劣化する。煙道が経年劣化すると、煙道内に少量の空気が流入したり(侵入空気)、煙道内を通過する排出ガスの熱量が外部に放出されたり(放散熱)して、煙道内の排出ガスの温度が低下することがあった。特に、加熱炉内の燃焼量が低下した状況下の煙道内では、熱交換器入側で排出ガスの温度が低下し、熱交換器での廃熱回収の効率が悪化してしまう問題があった。
Conventionally, the exhaust gas after heating the steel material that is the source of the rolled material in the heating furnace has a predetermined amount of thermal energy, and in order to take out the thermal energy of the exhaust gas with high efficiency and reuse it, a patent Some technique is required as in
However, when the heating furnace is operated, the flue of the heating furnace deteriorates over time as it operates over a long period of time. When the flue deteriorates over time, a small amount of air flows into the flue (intrusion air), or the amount of exhaust gas passing through the flue is released to the outside (radiated heat). The temperature sometimes dropped. In particular, in a flue where the amount of combustion in the heating furnace has decreased, the temperature of the exhaust gas decreases on the inlet side of the heat exchanger, and the efficiency of waste heat recovery in the heat exchanger deteriorates. It was.
しかしながら、特許文献1は、上述したような加熱炉内の燃焼量が低下した場合の侵入空気及び放散熱については全く考慮されていないため、長期間に亘って、煙道の熱交換器において効率的、且つ十分な廃熱回収が行われているか疑問が残る。また、煙道内の排出ガスの温度が低下し熱回収効率が悪化すると、燃焼バーナでの燃料の消費が多くなり、むだに製造コストがかかる虞もある。
However, since
本発明は、上述の問題に鑑み、加熱炉で鋼材を加熱するに際して、煙道内を通過する排出ガスの廃熱を十分、且つ効率的に熱回収することができる加熱炉、及び加熱炉の制御方
法を提供することを目的とする。
In view of the above problems, the present invention provides a heating furnace capable of sufficiently and efficiently recovering waste heat of exhaust gas passing through the flue when heating a steel material in a heating furnace, and control of the heating furnace It aims to provide a method.
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係る加熱炉は、排出ガスが通過する煙道を一対備えるとともに、各煙道に排出ガスの廃熱を回収する熱交換器が配備されている加熱炉において、前記煙道の少なくとも一方に備えられ且つ当該煙道の開口を閉鎖する閉止弁と、前記熱交換器の出側の空気の予熱温度を算出する空気温度算出手段と、前記空気温度算出手段の算出結果を基に、両方の煙道を開放しているときの熱交換器出側の空気の予熱温度が、一方の煙道のみ開放しているときの熱交換器出側の空気の予熱温度より低い場合、前記閉止弁を閉鎖する閉止弁操作手段と、を有することを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, the present invention takes the following technical means.
That is, the heating furnace according to the present invention includes a pair of flues through which the exhaust gas passes, and each of the flues is provided with a heat exchanger that recovers waste heat of the exhaust gas. Based on the calculation result of the shut-off valve provided in at least one and closing the opening of the flue, the air temperature calculating means for calculating the preheating temperature of the outlet air of the heat exchanger, and the air temperature calculating means If the preheating temperature of the air at the outlet side of the heat exchanger when both flues are open is lower than the preheating temperature of the air at the outlet side of the heat exchanger when only one flues are open, And a closing valve operating means for closing the closing valve.
好ましくは、前記空気温度算出手段は、前記加熱炉内の燃焼量を基に、当該加熱炉の煙道接続部での排出ガスの温度及び流量を算出する炉端排出ガス算出部と、前記炉端排出ガス算出部の算出結果、前記煙道内に侵入する空気量及び前記煙道から放散される熱量を基に、両方の煙道を開放しているときの熱交換器の入側の排出ガス温度と、一方の煙道のみを開放しているときの熱交換器の入側の排出ガス温度とを求める熱交換器入側排出ガス算出部と、前記熱交換器入側排出ガス算出部の算出結果を基に、両方の煙道を開放しているときの熱交換器の出側の空気の予熱温度と、一方の煙道のみを開放しているときの熱交換器の出側の空気の予熱温度とを求める熱交換器出側空気算出部と、を備えており、前記閉止弁操作手段は、熱交換器出側空気算出部の算出結果を基に、両方の煙道を開放しているときの熱交換器出側の空気の予熱温度が、一方の煙道のみ開放しているときの熱交換器出側の空気の予熱温度より低い場合、前記閉止弁を閉鎖するように構成されているとよい。 Preferably, the air temperature calculation means includes a furnace end exhaust gas calculation unit that calculates a temperature and a flow rate of exhaust gas at a flue connection part of the heating furnace based on a combustion amount in the heating furnace, and the furnace end discharge Based on the calculation result of the gas calculation unit, the amount of air entering the flue and the amount of heat dissipated from the flue, the exhaust gas temperature on the inlet side of the heat exchanger when both the flues are open and The calculation results of the heat exchanger inlet side exhaust gas calculation unit for obtaining the inlet side exhaust gas temperature of the heat exchanger when only one flue is opened, and the heat exchanger inlet side exhaust gas calculation unit The preheating temperature of the air at the outlet side of the heat exchanger when both flues are open and the preheating of the air at the outlet side of the heat exchanger when only one flues are open A heat exchanger outlet side air calculating unit for obtaining a temperature, and the shut-off valve operating means is a heat exchanger outlet side Based on the calculation result of the air calculation unit, the preheat temperature of the air at the outlet side of the heat exchanger when both flues are open is the same as that at the outlet side of the heat exchanger when only one flue is open. When the temperature is lower than the preheating temperature of the air, the closing valve may be configured to be closed.
本発明における加熱炉の制御方法は、排出ガスが通過する煙道を一対備えるとともに、各煙道に排出ガスの廃熱を回収する熱交換器が配備されている加熱炉の制御方法において、前記煙道の少なくとも一方には、当該煙道の開口を閉鎖する閉止弁が備えられるものとなっており、前記熱交換器の入側の排出ガスの温度及び前記熱交換器の出側の空気の予熱温度を算出する空気算出工程と、前記空気算出工程の算出結果を基に、両方の煙道を開放しているときの熱交換器出側の空気の予熱温度が、一方の煙道のみ開放しているときの熱交換器出側の空気の予熱温度より低い場合、前記閉止弁を閉鎖する閉止弁操作工程と、を有することを特徴とする。 The method for controlling a heating furnace in the present invention includes a pair of flues through which exhaust gas passes, and the method for controlling a heating furnace in which a heat exchanger for recovering waste heat of the exhaust gas is provided in each flue. At least one of the flues is provided with a closing valve for closing the opening of the flues, and the temperature of the exhaust gas on the inlet side of the heat exchanger and the air on the outlet side of the heat exchanger are Based on the air calculation step for calculating the preheating temperature and the calculation result of the air calculation step, the preheating temperature of the air at the outlet side of the heat exchanger when both flues are open, only one of the flues is open And a closing valve operating step of closing the closing valve when the temperature is lower than the preheating temperature of the air on the outlet side of the heat exchanger during operation.
好ましくは、前記空気算出工程は、前記加熱炉内の燃焼量を基に、当該加熱炉の煙道接続部の排出ガスの温度及び流量を算出する炉端排出ガス算出工程と、前記炉端排出ガス算出工程の算出結果、前記煙道内に侵入する空気量及び前記煙道から放散される熱量を基に、両方の煙道を開放しているときの熱交換器の入側の排出ガス温度と、一方の煙道のみを開放しているときの熱交換器の入側の排出ガス温度とを求める熱交換器入側排出ガス算出工程と、前記熱交換器入側排出ガス算出部の算出結果を基に、両方の煙道を開放しているときの熱交換器の出側の空気の予熱温度と、一方の煙道のみを開放しているときの熱交換器の出側の空気の予熱温度とを求める熱交換器出側空気算出工程と、を備えており、前記閉止弁操作工程は、熱交換器出側空気算出工程の算出結果を基に、両方の煙道を開放しているときの熱交換器出側の空気の予熱温度が、一方の煙道のみ開放しているときの熱交換器出側の空気の予熱温度より低い場合、前記閉止弁を閉鎖するとよい。 Preferably, the air calculation step includes a furnace end exhaust gas calculation step for calculating a temperature and a flow rate of an exhaust gas at a flue connection portion of the heating furnace based on a combustion amount in the heating furnace, and the furnace end exhaust gas calculation. Based on the calculation result of the process, the amount of air entering the flue and the amount of heat dissipated from the flue, the exhaust gas temperature on the inlet side of the heat exchanger when both the flues are open, Based on the calculation result of the heat exchanger inlet side exhaust gas calculation step for obtaining the inlet side exhaust gas temperature of the heat exchanger when only the flue is opened and the heat exchanger inlet side exhaust gas calculation unit The preheating temperature of the air on the outlet side of the heat exchanger when both flues are open and the preheating temperature of the air on the outlet side of the heat exchanger when only one flues are open A heat exchanger outlet side air calculating step for obtaining a heat exchanger, and Based on the calculation results of the air calculation process, the preheating temperature of the air at the outlet side of the heat exchanger when both flues are open is the same as that at the outlet side of the heat exchanger when only one flue is open. When the temperature is lower than the preheating temperature of the air, the closing valve may be closed.
本発明の技術を用いることで、加熱炉で鋼材を加熱するに際して、煙道内を通過する排出ガスの廃熱を十分、且つ効率的に熱回収することができる。 By using the technique of the present invention, when the steel material is heated in the heating furnace, the waste heat of the exhaust gas passing through the flue can be recovered sufficiently and efficiently.
以下、図を参照しながら、本発明の加熱炉について、説明する。
その前に、熱間圧延装置について説明する。
熱間圧延装置は、上流側から、ブルームやビレットなどの鋼材W(鋳片)を加熱する加熱炉1、デスケーラ、粗圧延機、仕上げ圧延機、巻き取り装置が順番に配設されている。
鋼材Wは、加熱炉1内に装入され所定の温度に昇温され加熱炉1から抽出される。その後、デスケーラで鋼材Wの表面についたスケールを剥離させ、粗圧延機及び仕上げ圧延機で圧延されて圧延材となる。製造された圧延材は巻き取り装置で巻回される。
Hereinafter, the heating furnace of the present invention will be described with reference to the drawings.
Before that, a hot rolling apparatus will be described.
In the hot rolling apparatus, a
The steel material W is charged into the
本願発明は、上記した熱間圧延装置に備えられた加熱炉1、及びこの加熱炉1の制御方法に関するものである。
以下、本発明の加熱炉1について、詳しく説明する。
図1は、加熱炉1を模式的に示したものであり、図2は図1に示された加熱炉1の煙道接続部での断面図、つまり加熱炉1の搬入口3側を断面視した図である。
The present invention relates to a
Hereinafter, the
FIG. 1 schematically shows the
なお、以降の説明において、図1の紙面に向かっての左右方向を、加熱炉1の前後方向とし、図1の紙面に向かっての貫通方向を、加熱炉1の左右方向とする。図1の紙面に向かっての上下方向を、加熱炉1の上下方向とする。
図1に示すように、本発明の加熱炉1は、鋼材Wを加熱する炉体2と、炉体2内の雰囲気温度を昇温させる燃焼バーナ6と、炉体2内で生じた排出ガスを外部に放出する煙道7(排出ガス経路)とを有している。また、煙道7には、煙道7内を通過する排出ガスの廃熱を回収する熱交換器11(レキュペレータ)が配備されている。また、燃焼に用いられる空気を燃焼バーナ6に供給するブロワ12と、このブロワ12から供給された空気を熱交換器11を介した上で燃焼バーナ6に送る予熱空気経路13が備えられている。
In the following description, the left-right direction toward the paper surface of FIG. 1 is the front-rear direction of the
As shown in FIG. 1, a
加えて、本発明の加熱炉1は、煙道7の少なくとも一方に備えられ、且つ当該煙道7の開口を閉鎖する閉止弁24と、熱交換器11の出側の空気の予熱温度を算出する空気温度算出手段20と、空気温度算出手段20の算出結果を基に、閉止弁24を開閉操作する閉止弁操作手段25と、を有している。
炉体2は、内部が空洞の筐体であって、鋼材Wを炉体2内に搬入するための搬入口3と、所定温度に加熱された鋼材Wを炉外へ搬出する搬出口4とが鋼材Wの搬送方向にそれぞれ形成されている。また、炉体2の内部には、鋼材Wを搬入口3から搬出口4へ一定時間(1〜2時間)かけて少しずつ搬送するウォーキングビーム5(鋼材搬送装置)が設けられている。図1の紙面の左側の搬入口3から連続して搬入された鋼材Wは、ウォーキングビーム5により加熱炉1内を図1の矢印方向に搬送されつつ加熱・昇温され、搬出口4から搬出される。本実施形態の加熱炉1は、鋼材Wの搬送方向に沿って予熱帯・燃焼帯とから構成されており、炉体2には、加熱炉1内の雰囲気温度を上昇させるための燃焼バーナ6が燃焼帯に複数設けられている。
In addition, the
The
燃焼バーナ6は、炉体2の側壁及び天井付近に配備され、図1,図2に示すように、側壁に配備した燃焼バーナ6は、ウォーキングビーム5で搬送されている鋼材Wを左右方向から挟み込むように配備されている。一対の燃焼バーナ6は、搬送方向に沿って複数配設されている(本実施形態では4対)。燃焼バーナ6には、熱交換器11で熱交換され昇温された空気が通過する予熱空気経路13が配備されている。その予熱空気経路13を介して送られてきた予熱空気は、重油、COG、LNGや都市ガスなどの燃料の燃焼に用いられる。燃料が燃焼することによって、加熱炉1内の雰囲気温度が上昇する。加熱炉1内の雰囲気温度の上昇に寄与した排出ガスは、所定の熱エネルギを有しつつも煙道7に送られて外部に排出される。
The
煙道7は、筒状に形成された長尺の構造体であり、加熱炉1の左右に一対備えられている。例えば、図2の左側の煙道7を第1の煙道7とし、図2の右側の煙道7を第2の煙道7とする。煙道7の流入口8は加熱炉1の搬入口3側(煙道接続部)に設けられており、煙道7の流出口9は上方に向かって突出するように設けられている。本実施形態では、煙道7は加熱炉1の下方を通過してから上方に突出する(略コ字状)ように備えられている
が、加熱炉1の上方を通過するように配備されていてもよい。
The
各煙道7には、加熱炉1内の圧力を調整する炉圧ダンパ10と、煙道7内を通過する排出ガスの廃熱を回収する熱交換器11(レキュペレータ)が配備されている。また、煙道7の少なくとも一方には、当該煙道7の開口を閉鎖する閉止弁24が備えられている。また、煙道7の側壁には、煙道7内の排出ガス温度などを測定する温度測定装置(例えば、シース熱電対)が備えられている。なお、従来の加熱炉1の操業では、両方の煙道7を用いて、排出ガスを外部へ放出している。
Each
熱交換器11は、煙道7の中途部に備えられ、ブロワ12から送られてきた空気と、熱エネルギを有する排出ガスとを熱交換するものである。つまり、熱交換器11は、排出ガスの廃熱を回収し、回収した廃熱をブロワ12から送られてきた空気を予熱するために再利用している。熱交換器11の一次側(排出ガス経路7)には、煙道7内の排出ガスが流通し、二次側(予熱空気経路13)にはブロワ12から送られた空気が流通しており、排出ガスから空気へと熱が付与される。
The
予熱空気経路13を通過する空気は、排出ガス経路7を通過する排出ガスの熱エネルギが付与されることにより、所定の温度にまで昇温した予熱空気となる。予熱空気は、予熱空気経路13を経て燃焼バーナ6に送られる。また、熱交換によって温度が低下した排出ガスは、煙道7の流出口9から外部に放出される。
ところで、加熱炉1の燃焼量Nk(Mcal/h)が少なくなった場合、熱交換器11出側における空気の予熱温度Ta(℃)が低下していることがある。すなわち、加熱炉1の燃焼量Nk(Mcal/h)が低下すると、煙道7の熱交換器11において効率的、且つ十分な廃熱回収が行われなくなる。
The air that passes through the
By the way, when the combustion amount Nk (Mcal / h) of the
そこで、本発明の加熱炉1では、空気温度算出手段20で熱交換器11の出側の空気の予熱温度Ta(℃)を算出し、その算出結果を基に、両方(2本)の煙道7を開放しているときの熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta2(℃)が、一方の煙道7のみ開放しているときの熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta1(℃)より低い場合、閉止弁操作手段25により閉止弁24を閉鎖している。言い換えれば、加熱炉1の燃焼量Nk(Mcal/h)が低下した場合、一方の煙道7のみを使用し、熱交換器11へ導入する熱量を大きなものとする。
Therefore, in the
以下、本発明の加熱炉1に備えられた閉止弁24、空気温度算出手段20及び閉止弁操作手段25について、詳細な説明を行う。
図3に示すように、閉止弁24は、加熱炉1の煙道接続部と熱交換器11との間に配備され、閉止弁操作手段25によって制御されている。本実施形態では、閉止弁24は、第2の煙道7側に備えられている。閉止弁24の開閉を切替するにあたって、空気温度算出手段20で算出された結果を基に行われている。
Hereinafter, the
As shown in FIG. 3, the closing
空気温度算出手段20は、図示しないが、加熱炉1に備えられている制御装置に設けられている。
空気温度算出手段20は、加熱炉1内の燃焼量Nkを基に、当該加熱炉1の煙道接続部での排出ガスの温度Tg及び流量Qgを算出する炉端排出ガス算出部21と、炉端排出ガス算出部21の算出結果、煙道7内に侵入する空気量Qair(Nm3/h)及び煙道7から放出される放散熱量Nh(Mcal/h)を基に、両方(2本)の煙道7を開放しているときの熱交換器11の入側の排出ガス温度Trin2(℃)と、一方の煙道7のみを開放しているときの熱交換器11の入側の排出ガス温度Trin1(℃)とを求める熱交換器入側排出ガス算出部22と、熱交換器入側排出ガス算出部22の算出結果を基に、両方の煙道7を開放しているときの熱交換器11の出側の空気の予熱温度Ta2(℃)と、一方の煙道7のみを開放しているときの熱交換器11の出側の空気の予熱温度Ta1(℃)とを求める熱交換器出側空気算出部23と、を備えている。
Although not shown, the air temperature calculation means 20 is provided in a control device provided in the
The air temperature calculation means 20 includes a furnace end exhaust
炉端排出ガス算出部21は、加熱炉1内の燃焼量Nk(Mcal/h)を基に、加熱炉1内の排出ガス温度Tg(℃)と排出ガス流量Qg(Nm3/h)とを算出するものである。
炉端排出ガス算出部21は、まず加熱炉1内の燃焼量Nkを算出する。加熱炉1内の燃
焼量Nkは、加熱炉1の燃焼帯の熱収支(例えば、加熱炉1の燃焼バーナ設置帯における鋼材W(スラブ)の顕熱、排出ガスの顕熱、及び固定損失熱など)から求められる。炉端排出ガス算出部21は、求めた加熱炉1内の燃焼量Nkを基に、加熱炉1の最も煙道7に近く、燃焼バーナ6を設置しない予熱帯の熱収支より、炉端の排出ガス温度Tgを算出する。
The furnace end exhaust
The furnace end exhaust
また、炉端排出ガス算出部21は、求めた加熱炉1内の燃焼量Nkを基に、加熱炉1の炉端の排ガス流量Qgを算出する。加熱炉1の炉端の排ガス流量Qgは、加熱炉1内の燃焼量Nkより燃料流量Fを求め式(1)に適用することで算出する。
Qg(Nm3/h)=Σ{[(mi−1)×A0+G0]×Fi} ・・・(1)
ただし、m:空気比、A0:理論空気量、G0:理論排出ガス量、F:燃料流量(Nm3/h)i:該当帯番号
このようにして求められた加熱炉1内の排出ガス温度Tgと排出ガス流量Qgは、熱交換器入側排出ガス算出部22で求められる熱交換器11(レキュペレータ)の入側における排出ガスの温度Trin(℃)を算出する際に用いられる。
Further, the furnace end exhaust
Qg (Nm 3 / h) = Σ {[(mi−1) × A0 + G0] × Fi} (1)
However, m: Air ratio, A0: Theoretical air amount, G0: Theoretical exhaust gas amount, F: Fuel flow rate (Nm 3 / h) i: Corresponding zone number The exhaust gas temperature in the
熱交換器入側排出ガス算出部22は、炉端排出ガス算出部21で算出した加熱炉1内の排出ガス温度Tgと排出ガス流量Qg(Nm3/h)と、煙道7内に入り込む侵入空気量Qair(Nm3/h)及び煙道7から放出される放散熱量Nh(Mcal/h)を基に、熱交換器11に流入する排出ガスの温度Trin(℃)を算出するものである。
熱交換器入側排出ガス算出部22は、まず、煙道7内への侵入空気量Qairを算出する。侵入空気量Qairは、加熱炉1の炉端及び熱交換器11の入側における排出ガスの酸素濃度(ppm)及び、熱交換器11の入側における排出ガスの酸素濃度(ppm)を測定し、その酸素濃度の差を基に、算出する。熱交換器11入側における排出ガスの流量Qrin(Nm3/h)は炉端における排出ガスの流量Qg(Nm3/h)と侵入空気量Qairの和となる。
The heat exchanger inlet side exhaust
The heat exchanger inlet-side exhaust
次に、煙道7の放散熱量Nh(Mcal/h)を算出する。放散熱量Nhを算出するにあたっては、炉端における排出ガスの顕熱Ng(Mcal/h)と、熱交換器11の入側における排出ガスの顕熱Nr(Mcal/h)との差(Nh=Ng−Nr)を算出する。
なお、炉端における排出ガスの顕熱Ngは、以下に示す式(2)よって求められる。
Ng=Cp×Tg×Qg ・・・(2)
ただし、Cp:排出ガス比熱(kcal/kg・℃)
また、熱交換器11の入側における排出ガスの顕熱Nrは、以下に示す式(3)よって求められる。
Next, the amount of heat dissipated in the
In addition, the sensible heat Ng of the exhaust gas at the furnace end is obtained by the following equation (2).
Ng = Cp × Tg × Qg (2)
However, Cp: exhaust gas specific heat (kcal / kg · ° C)
Further, the sensible heat Nr of the exhaust gas on the entry side of the
Nr=Cp×Trin×Qrin ・・・(3)
ただし、Cp:排出ガス比熱(kcal/kg・℃)
そして、熱交換器入側排出ガス算出部22は、算出された侵入空気量Qairと放散熱量Nhを基に、両方の煙道7(第1の煙道7及び第2の煙道7)を開放しているときの熱交換器11の入側の排出ガス温度Trin2(℃)と、一方の煙道7のみ(第1の煙道7)を開放しているときの熱交換器11の入側の排出ガス温度Trin1(℃)を算出する。
Nr = Cp × Tr in × Qr in (3)
However, Cp: exhaust gas specific heat (kcal / kg · ° C)
Then, the heat exchanger inlet-side exhaust
熱交換器11の入側の排出ガス温度Trin2及びTrin1を算出するにあたっては、算出された侵入空気量Qair及び放散熱量Nhと、平均燃焼量Nknで加熱炉1を操業しているときの熱測定結果(例えば、直近の3回分)と、で算出した値を熱交換器11の入側の排出ガス温度Trin2及びTrin1とする。
このようにして、算出された両方の煙道7を開放しているときの熱交換器11の入側の排出ガス温度Trin2と、一方の煙道7のみを開放しているときの熱交換器11の入側の排出ガス温度Trin1は、熱交換器出側空気算出部23で求められる熱交換器11の出側における空気の予熱温度Ta(℃)を算出する際に用いられる。
In calculating the exhaust
In this way, the heat when the exhaust gas temperature Tr in 2 of the incoming side of the
熱交換器出側空気算出部23は、熱交換器入側排出ガス算出部22で算出した熱交換器11入側における排出ガス温度Trin(℃)を基に、熱交換器11から流出する空気の予熱温度Ta(℃)を算出するものである。ここで、熱交換器11の伝熱面積を次のよう
に設定する。排出ガスの流路面積をAout(m2)とし、空気の流量面積をAin(m2)とする。
The heat exchanger outlet
熱交換器出側空気算出部23は、まず、熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta(℃)と、熱交換器11出側の排出ガスの温度Trout(℃)を仮定する。このとき、空気(予熱空気)の顕熱の差Nas(Mcal/h)=排出ガスの顕熱の差Ngs(Mcal/h)が成立するように、熱交換器11出側の排出ガスの温度Troutを設定する。
次に、熱交換器11入側と熱交換器11出側との間(二次側)の空気の予熱温度の平均値Tan(℃)及び、熱交換器11入側と熱交換器11出側との間(一次側)の排出ガスの温度の平均値Tgn(℃)に対する物性値を設定する。そして、設定した物性値を基に、熱交換器11内における空気(予熱空気)の通過流速Van(m/s)、及び熱交換器11内における排出ガスの通過流速Vgn(m/s)を算出する。
First, the heat exchanger outlet
Next, the average value Tan (° C.) of the preheating temperature of the air between the inlet side of the
さらに、熱交換器11内の経路(配管)の管外熱伝達率αout(kcal/m2・h・℃)及び、管内熱伝達率αin(kcal/m2・h・℃)を算出する。熱交換器11内の経路の管外熱伝達率αoutと管内熱伝達率αinとを基に、総括熱伝達率K(kcal/m2・h・℃)を算出する。また、熱交換器11入側及び出側との間(二次側)の空気の予熱温度の平均値Tan(℃)と、熱交換器11入側及び出側との間(一次側)の排出ガスの温度の平均値Tgn(℃)を基に、対数平均温度差ΔTm(℃)を算出する。
Further, the heat transfer coefficient αout (kcal / m 2 · h · ° C.) and the heat transfer coefficient α in (kcal / m 2 · h · ° C.) of the path (pipe) in the
以上の算出結果を基に、熱交換器11の伝熱量Nd(Mcal/h)を算出する。熱交換器11の伝熱量Ndを算出するにあたっては、以下に示す式(4)よって求める。
熱交換器11の伝熱量Nd=総括熱伝達率K×対数平均温度差ΔTm×空気の流量面積Ain ・・・(4)
そして、空気(予熱空気)の顕熱の差Nas(Mcal/h)=熱交換器11の伝熱量Nd(Mcal/h)が成立する熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta1、Ta2を算出する。
Based on the above calculation results, the heat transfer amount Nd (Mcal / h) of the
Heat transfer amount Nd of
Then, the sensible heat difference Nas (Mcal / h) of the air (preheated air) = the preheat temperature Ta1 and Ta2 of the air on the outlet side of the
以上の算出結果をまとめたものが、図4及び図5に示されている。
図4は、煙道7内に侵入する侵入空気量Qairに対して、空気の予熱温度Taをまとめたグラフである。なお、加熱炉1の生産性を157(t/h)とし、放散熱量Nhを200(Mcal/h)とする。
図4を見てみると、侵入空気量Qairが0(Nm3/h)である場合、両方(2本)の煙道7を開放しているときの熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta2は361℃(■印)であり、一方の煙道7のみ開放しているときの熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta1は348℃(◆印)である。つまり、Ta2>Ta1となり、両方の煙道7を開放して排出ガスの熱量を回収した方が有利であることが確認できる。
A summary of the above calculation results is shown in FIGS.
FIG. 4 is a graph summarizing the air preheating temperature Ta with respect to the intrusion air amount Qair entering the
Referring to FIG. 4, when the intrusion air amount Qair is 0 (Nm 3 / h), preheating of the air on the outlet side of the
次に、侵入空気量Qairが6000(Nm3/h)である場合、両方の煙道7を開放しているときの熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta2は275℃(■印)であり、一方の煙道7のみ開放しているときの熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta1は301℃(◆印)である。この傾向は、侵入空気量Qairが6000(Nm3/h)より大きくなったとしても続くことになる。つまり、侵入空気量Qair≧6000(Nm3/h)の場合には、Ta1>Ta2となり、一方の煙道7のみ開放して排出ガスの熱量を回収した方が有利であることが確認できる。
Next, when the intrusion air amount Qair is 6000 (Nm 3 / h), the preheating temperature Ta2 of the air on the outlet side of the
ゆえに、一方の煙道7のみ開放しているときの熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta1の曲線と、両方の煙道7を開放しているときの熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta2の曲線とが交わる交差点を境に、一方の煙道7のみ開放して排出ガスの熱量を回収した方よいか否かを確認することができる。この交差点を加熱炉1の燃焼量Nkごとに、プロットしてまとめたものが図5に示されている。
Therefore, the curve of the preheating temperature Ta1 of the air on the outlet side of the
図5は、加熱炉1の燃焼量Nkに対して、煙道7内に侵入する侵入空気量Qairをまとめたグラフである。
図5を見てみると、加熱炉1の燃焼量Nkがおよそ38×103(Mcal/h)のとき、侵入空気量Qairはおよそ1100(Nm3/h)である。また、加熱炉1の燃焼量Nkがおよそ44×103(Mcal/h)のとき、侵入空気量Qairはおよそ19
00(Nm3/h)である。加熱炉1の燃焼量Nkがおよそ72×103(Mcal/h)のとき、侵入空気量Qairはおよそ3500(Nm3/h)である。
FIG. 5 is a graph summarizing the intrusion air amount Qair that enters the
Referring to FIG. 5, when the combustion amount Nk of the
00 (Nm 3 / h). When the combustion amount Nk of the
つまり、加熱炉1の燃焼量Nkが少なく、且つ侵入空気量Qairが多い場合(図5に示す曲線より左側)、一方の煙道7のみ開放して排出ガスの熱量を回収した方が有利であることが確認できる。また、加熱炉1の燃焼量Nkが多く、且つ侵入空気量Qairが少ない場合(図5に示す曲線より右側)、両方の煙道7を開放して排出ガスの熱量を回収した方が有利であることが確認できる。
That is, when the combustion amount Nk of the
以上より、煙道7内に侵入する侵入空気量Qairが増大するにつれて、一方の煙道7のみ開放して排出ガスの熱量を回収した方が有利であることが確認できる。
このようにして、算出された熱交換器11(レキュレペータ)出側の空気(予熱空気)の温度Ta1、Ta2は、閉止弁操作手段25が閉止弁24を閉鎖するか否かを判断する際に用いられる。
From the above, it can be confirmed that it is advantageous to collect only the one
Thus, the calculated temperatures Ta1 and Ta2 of the air (preheated air) on the outlet side of the heat exchanger 11 (the recuperator) are used when the closing valve operating means 25 determines whether or not the closing
閉止弁操作手段25は、熱交換器出側空気算出部23の算出結果を基に、両方の煙道7を開放しているときの熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta2(℃)が、一方の煙道7のみ開放しているときの熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta1(℃)より低い場合、閉止弁24を閉鎖するように構成されており、加熱炉1の操業を制御する制御装置(図示せず)に格納されている。
The closing valve operating means 25 is based on the calculation result of the heat exchanger outlet
閉止弁24を閉鎖するか否かを判断するにあたっては、閉止弁操作手段25は、両方の煙道7を開放しているときの熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta2と、一方の煙道7のみ開放しているときの熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta1とを比較し、その結果を基に閉止弁24の開閉操作を行っている。
例えば、両方の煙道7を開放して加熱炉1の操業を行っている場合に、煙道7の熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta2が一方の煙道7のみ開放しているときの熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta1より下回った(Ta1>Ta2)と判断されると、熱交換器11入側の排出ガスの温度Trin2は低下していることとなり、第2の煙道7に備えられた閉止弁24を閉鎖(全閉)する。同時に、第2の煙道7側の予熱空気経路13に備えられた空気供給弁26も閉鎖(全閉)する。
In determining whether or not to close the shut-off
For example, when both the
一定の時間を経て、一方の煙道7のみ開放しているときの熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta1が煙道7の熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta2以下(Ta2≧Ta1)と判断されると、一方の煙道7のみ開放しているときの熱交換器11入側の排出ガスの温度Trin1は、両方の煙道7を開放しているときの熱交換器11入側の排出ガスの温度Trin2より上昇していることとなり、第2の煙道7に備えられた閉止弁24を開く。同時に、第2の煙道7側の予熱空気経路13に備えられた空気供給弁26も開く。このようにすることで、煙道7内を通過する排出ガスの熱量を十分、且つ効率的に回収することができる。
The preheating temperature Ta1 of the air on the outlet side of the
なお、閉止弁24及び空気供給弁26を開閉操作する際には、予熱空気経路13の熱交換器11の圧力損失ΔPa1=(Pa1−Pa1’)及び、ΔPa2=(Pa2−Pa2’)と、排出ガス経路7(煙道7)の熱交換器11の圧力損失ΔPg1=(Pg1−Pg1’)及び、ΔPg2=(Pg2−Pg2’)の関係が、ΔPa1/ΔPg1=ΔPa2/ΔPg2となるように閉止弁24及び空気供給弁26の開度を調整する。また、(圧力損失ΔP∝流量Q2)をQain1/Qgrin1=Qain2/Qgrin2となるように閉止弁24及び空気供給弁26の開度を調整する。また、ハンチング(制御応答結果が振動する)を防止するために、加熱炉1内の燃焼量Nkをオフセットし、空気の予熱温度Taを算出する。
When opening / closing the
以上述べた本発明の加熱炉1を用いて、加熱炉1を制御する方法、言い換えれば煙道7に備えられた閉止弁24の開閉操作をする方法について、説明する。
まず、本発明の加熱炉1に配備された空気算出手段は、炉端排出ガス算出部21で加熱炉1内の燃焼量を基に、当該加熱炉1の後端部(炉端)の排出ガスの温度Tg及び流量Qgを算出する。
A method for controlling the
First, the air calculating means provided in the
次に、炉端排出ガス算出部21の算出結果(炉端の排出ガスの温度Tg及び流量Qg)
、煙道7内に侵入する侵入空気量Qair及び煙道7から放散される放散熱量Nkを基に、両方の煙道7を開放しているときの熱交換器11の入側の排出ガス温度Trin2と、一方の煙道7のみを開放しているときの熱交換器11の入側の排出ガス温度Trin1とを求める。
Next, the calculation result of the furnace end exhaust gas calculation unit 21 (temperature Tg and flow rate Qg of the exhaust gas at the furnace end)
Based on the amount of air Qair entering the
さらに、熱交換器入側排出ガス算出部22の算出結果(排出ガス温度Trin2及び、排出ガス温度Trin1)を基に、両方の煙道7を開放しているときの熱交換器11の出側の空気の予熱温度Ta2と、一方の煙道7のみを開放しているときの熱交換器11の出側の空気の予熱温度Ta1とを求める。
そして、熱交換器出側空気算出部23の算出結果(空気の予熱温度Ta2及び、空気の予熱温度Ta1)を基に、両方の煙道7を開放しているときの熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta2が、一方の煙道7のみ開放しているときの熱交換器11出側の空気の予熱温度Ta1より低い場合、閉止弁24を閉鎖する。また、第2の煙道7側の予熱空気経路13に備えられた空気供給弁26も閉鎖する。
Furthermore, based on the calculation results (exhaust
And based on the calculation result (the air preheating temperature Ta2 and the air preheating temperature Ta1) of the heat exchanger outlet side
以上述べたように、本発明の加熱炉1及び加熱炉1の制御方法を用いることで加熱炉1で鋼材Wを加熱するに際して、煙道7内を通過する排出ガスの廃熱を十分、且つ効率的に熱回収することができる。そして、加熱炉1の燃焼量Nkに応じて、煙道7の本数(1つの煙道7、あるいは両方の煙道7)の切り替え制御を行うことで、加熱炉1の全燃焼量領域における廃熱の回収効率を最大にすることができるという効果をもたらす。
As described above, when heating the steel material W in the
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. In particular, in the embodiment disclosed this time, matters that are not explicitly disclosed, for example, operating conditions and operating conditions, various parameters, dimensions, weights, volumes, and the like of a component deviate from a range that a person skilled in the art normally performs. Instead, values that can be easily assumed by those skilled in the art are employed.
1 加熱炉
2 炉体
3 搬入口
4 搬出口
5 ウォーキングビーム(鋼材搬送装置)
6 燃焼バーナ
7 煙道(排出ガス経路、一次側)
8 流入口
9 流出口
10 炉圧ダンパ
11 熱交換器(レキュペレータ)
12 ブロワ
13 予熱空気経路(二次側)
20 空気温度算出手段
21 炉端排出ガス算出部
22 熱交換器入側排出ガス算出部
23 熱交換器出側空気算出部
24 閉止弁
25 閉止弁操作手段
26 空気供給弁
W 鋼材(鋳片)
DESCRIPTION OF
6
8 Inlet 9
12
20 Air temperature calculation means 21 Furnace end exhaust
Claims (4)
前記煙道の少なくとも一方に備えられ且つ当該煙道の開口を閉鎖する閉止弁と、
前記熱交換器の出側の空気の予熱温度を算出する空気温度算出手段と、
前記空気温度算出手段の算出結果を基に、両方の煙道を開放しているときの熱交換器出側の空気の予熱温度が、一方の煙道のみ開放しているときの熱交換器出側の空気の予熱温度より低い場合、前記閉止弁を閉鎖する閉止弁操作手段と、
を有することを特徴とする加熱炉。 In a heating furnace provided with a pair of flues through which exhaust gas passes and in which a heat exchanger for recovering waste heat of the exhaust gas is arranged in each flue,
A shut-off valve provided on at least one of the flues and closing an opening of the flue;
Air temperature calculating means for calculating the preheating temperature of the air on the outlet side of the heat exchanger;
Based on the calculation result of the air temperature calculation means, the preheat temperature of the air at the outlet side of the heat exchanger when both flues are open is the heat exchanger output when only one flue is open. A closing valve operating means for closing the closing valve when lower than the preheating temperature of the side air;
A heating furnace characterized by comprising:
前記加熱炉内の燃焼量を基に、当該加熱炉の煙道接続部での排出ガスの温度及び流量を算出する炉端排出ガス算出部と、
前記炉端排出ガス算出部の算出結果、前記煙道内に侵入する空気量及び前記煙道から放散される熱量を基に、両方の煙道を開放しているときの熱交換器の入側の排出ガス温度と、一方の煙道のみを開放しているときの熱交換器の入側の排出ガス温度とを求める熱交換器入側排出ガス算出部と、
前記熱交換器入側排出ガス算出部の算出結果を基に、両方の煙道を開放しているときの熱交換器の出側の空気の予熱温度と、一方の煙道のみを開放しているときの熱交換器の出側の空気の予熱温度とを求める熱交換器出側空気算出部と、
を備えており、
前記閉止弁操作手段は、熱交換器出側空気算出部の算出結果を基に、両方の煙道を開放しているときの熱交換器出側の空気の予熱温度が、一方の煙道のみ開放しているときの熱交換器出側の空気の予熱温度より低い場合、前記閉止弁を閉鎖するように構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の加熱炉。 The air temperature calculation means includes
Based on the amount of combustion in the heating furnace, a furnace end exhaust gas calculation unit that calculates the temperature and flow rate of the exhaust gas at the flue connection of the heating furnace,
Based on the calculation result of the furnace end exhaust gas calculation unit, the amount of air entering the flue and the amount of heat dissipated from the flue, the exhaust on the inlet side of the heat exchanger when both the flues are open A heat exchanger inlet side exhaust gas calculating unit for obtaining a gas temperature and an exhaust gas temperature on the inlet side of the heat exchanger when only one flue is opened;
Based on the calculation result of the heat exchanger inlet side exhaust gas calculation unit, the preheat temperature of the air on the outlet side of the heat exchanger when both flues are open, and only one of the flues is opened. A heat exchanger outlet air calculation unit for obtaining a preheat temperature of the outlet air of the heat exchanger when
With
Based on the calculation result of the heat exchanger outlet air calculation unit, the closing valve operating means is configured so that the preheat temperature of the air on the heat exchanger outlet side when both flues are open is only one of the flues. The heating furnace according to claim 1, wherein the shutoff valve is configured to be closed when the temperature is lower than the preheating temperature of the air on the outlet side of the heat exchanger when the heat exchanger is open.
前記煙道の少なくとも一方には、当該煙道の開口を閉鎖する閉止弁が備えられるものとなっており、
前記熱交換器の入側の排出ガスの温度及び前記熱交換器の出側の空気の予熱温度を算出する空気算出工程と、
前記空気算出工程の算出結果を基に、両方の煙道を開放しているときの熱交換器出側の空気の予熱温度が、一方の煙道のみ開放しているときの熱交換器出側の空気の予熱温度より低い場合、前記閉止弁を閉鎖する閉止弁操作工程と、
を有することを特徴とする加熱炉の制御方法。 In the control method of a heating furnace provided with a pair of flues through which exhaust gas passes, and a heat exchanger for recovering waste heat of the exhaust gas in each flue,
At least one of the flue is provided with a closing valve for closing the opening of the flue,
An air calculating step for calculating the temperature of the exhaust gas on the inlet side of the heat exchanger and the preheating temperature of the air on the outlet side of the heat exchanger;
Based on the calculation result of the air calculation step, the preheat temperature of the air on the outlet side of the heat exchanger when both flues are open is the outlet side of the heat exchanger when only one of the flues is open A closing valve operating step of closing the closing valve when the temperature is lower than the preheating temperature of the air;
A method for controlling a heating furnace, comprising:
前記加熱炉内の燃焼量を基に、当該加熱炉の煙道接続部の排出ガスの温度及び流量を算出する炉端排出ガス算出工程と、
前記炉端排出ガス算出工程の算出結果、前記煙道内に侵入する空気量及び前記煙道から放散される熱量を基に、両方の煙道を開放しているときの熱交換器の入側の排出ガス温度と、一方の煙道のみを開放しているときの熱交換器の入側の排出ガス温度とを求める熱交換器入側排出ガス算出工程と、
前記熱交換器入側排出ガス算出部の算出結果を基に、両方の煙道を開放しているときの熱交換器の出側の空気の予熱温度と、一方の煙道のみを開放しているときの熱交換器の出側の空気の予熱温度とを求める熱交換器出側空気算出工程と、
を備えており、
前記閉止弁操作工程は、熱交換器出側空気算出工程の算出結果を基に、両方の煙道を開
放しているときの熱交換器出側の空気の予熱温度が、一方の煙道のみ開放しているときの熱交換器出側の空気の予熱温度より低い場合、前記閉止弁を閉鎖する
ことを特徴とする請求項3に記載の加熱炉の制御方法。 The air calculating step includes
A furnace end exhaust gas calculation step for calculating the temperature and flow rate of the exhaust gas at the flue connection of the heating furnace based on the combustion amount in the heating furnace,
Based on the calculation result of the furnace end exhaust gas calculation process, the amount of air entering the flue and the amount of heat dissipated from the flue, the exhaust on the inlet side of the heat exchanger when both the flues are open A heat exchanger inlet side exhaust gas calculating step for obtaining a gas temperature and an exhaust gas temperature on the inlet side of the heat exchanger when only one of the flues is opened;
Based on the calculation result of the heat exchanger inlet side exhaust gas calculation unit, the preheat temperature of the air on the outlet side of the heat exchanger when both flues are open, and only one of the flues is opened. A heat exchanger outlet air calculation step for obtaining a preheat temperature of the outlet air of the heat exchanger when
With
The closing valve operating step is based on the calculation result of the heat exchanger outlet air calculation step, and the preheat temperature of the air at the outlet side of the heat exchanger when both flues are open is only one of the flues. The method for controlling a heating furnace according to claim 3, wherein the closing valve is closed when the temperature is lower than a preheating temperature of the air on the outlet side of the heat exchanger when it is open.
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