JP6556316B1

JP6556316B1 - 工業炉及び工業炉の燃焼制御方法

Info

Publication number: JP6556316B1
Application number: JP2018217116A
Authority: JP
Inventors: 祐作河本
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2019-08-07
Anticipated expiration: 2038-11-20
Also published as: KR102201570B1; CN111197737B; TW202020388A; KR20200059128A; CN111197737A; JP2020085282A; TWI704324B

Abstract

【課題】燃焼用空気と燃料とを混合させて燃焼させる工業炉において、燃焼時におけるＮＯｘの発生を十分に抑制し、安全な環境条件が得られると共に、効率の良い燃焼が安定して行えるようにする。【解決手段】燃焼用空気Ａ１と燃料Ｆとを混合させて燃料Ｆを燃焼させる工業炉において、燃焼用空気供給管２０から炉１０内に供給される燃焼用空気Ａ１に、第１燃料供給管３１、第２燃料供給管３２から燃料Ｆ１，Ｆ２を接触・混合させて燃料Ｆ１，Ｆ２を燃焼させる第１、第２接触混合式燃焼機構と、燃焼用空気供給管２０から炉１０内に供給された燃焼用空気Ａ１と直接接触しないようにして炉１０内に第３燃料供給管３３から燃料Ｆ３を供給し、この燃料Ｆ３を燃焼排ガスＡ２中に含まれる燃焼用空気Ａ１と混合させて燃焼させる非接触式燃焼機構とを設けた。【選択図】図２

Description

本発明は、燃焼用空気と燃料とを混合させて燃料を燃焼させる工業炉に関するものである。特に、燃焼用空気と燃料とを混合させて燃焼させるにあたり、燃焼時における火炎温度が高くなったりして、ＮＯｘの発生量が多くなるのを、従来の場合よりも一層抑制できるようにして、安全な環境条件が得られると共に、効率の良い燃焼が安定して行えるようにした点に特徴を有するものである。

従来から、加熱炉等の工業炉においては、燃焼用空気と燃料とを混合させて燃料を燃焼させ、燃焼させる炉内において被処理物を加熱処理することが行われている。

そして、このような工業炉においては、燃焼用空気と燃料とを混合させて燃料を燃焼させるにあたり、従来から、例えば、特許文献１や特許文献２等に示されるように、燃焼用空気供給管を通して供給される燃焼用空気と、燃料供給管を通して供給される燃料とを混合させ、このように燃焼用空気と混合された燃料を炉内において燃焼させるようにしたものや、燃焼用空気供給管から炉内に供給された燃焼用空気に向けて燃料供給管から燃料を供給し、炉内において供給された燃焼用空気と前記の燃料を接触させるように混合させて燃料を燃焼させるようにしたものが知られている。

ここで、燃焼用空気供給管を通して供給される燃焼用空気に燃料供給管から燃料を供給し、燃焼用空気と燃料とを混合させて燃料を燃焼させるようにした場合には、燃焼用空気と燃料とが速やかに混合されて燃焼されるため、一般に、燃焼時における火炎の温度が高くなり、炉内の温度を速やかに上昇できる一方、このような状態で燃焼を続けると、ＮＯｘの発生量が多くなるという問題があった。

また、燃焼用空気供給管から炉内に供給された燃焼用空気に向けて燃料供給管から燃料を供給し、燃料を炉内において燃焼用空気と接触するように混合させて燃料を燃焼させるようにした場合、燃料が燃焼用空気と徐々に接触しながら燃焼されるようになり、前記のように燃焼用空気供給管を通して供給される燃焼用空気と燃料供給管から供給された燃料とを直ぐに混合させて燃焼させる場合に比べて、ＮＯｘの発生量を少なくすることができるようになる。

しかし、近年においては、ＮＯｘによる大気汚染や人体への悪影響を十分に抑制して、安全な環境条件が得られるようにするため、ＮＯｘの発生量をさらに減少させることが要望されるようになり、燃焼時におけるＮＯｘの発生量をさらに減少させる工業炉が要望されるようになった。

特許第３０３１９０８号公報特許第５１７１０６５号公報

本発明は、燃焼用空気と燃料とを混合させて燃料を燃焼させる工業炉における前記のような問題を解決することを課題とするものである。

すなわち、本発明における工業炉においては、燃焼用空気と燃料とを混合させて燃焼させるにあたり、燃焼時における火炎温度等が高くなって、炉内温度が上昇してＮＯｘの発生量が増加するのを、従来の場合よりも一層抑制できるようにして、安全な環境条件が得られると共に、効率の良い燃焼が安定して行えるようにすることを課題とするものである。

本発明に係る工業炉においては、前記のような課題を解決するため、燃焼用空気と燃料とを混合させて燃料を燃焼させる工業炉において、燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気に燃料を接触・混合させて燃料を燃焼させる接触混合式燃焼機構と、燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気から離れる方向に向けて前記の燃焼用空気と直接接触しないようにして炉内に燃料を供給し、この燃料を前記の接触混合式燃焼機構によって燃料を燃焼させた後の燃焼排ガス中に含まれる燃焼用空気と混合させて燃焼させる非接触式燃焼機構を設けると共に、この工業炉を制御する制御機構として、前記の接触混合式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から供給された燃焼用空気と燃料とを混合させて燃料を燃焼させ、炉内温度を燃料の自燃温度まで上昇させた後、炉内におけるＮＯｘの発生量が増加すると、接触混合式燃焼機構において供給する燃料の量を減少させる一方、前記の非接触式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気から離れる方向に向けて前記の燃焼用空気と直接接触しないようにして炉内に燃料を供給し、この燃料を前記の接触混合式燃焼機構によって燃料を燃焼させた後の燃焼排ガス中に含まれる燃焼用空気と混合させて燃焼させる制御機構を設けたことを特徴としている。

ここで、本発明に係る工業炉において、前記の接触混合式燃焼機構としては、燃焼用空気供給管を通して供給される燃焼用空気に第１燃料供給管から燃料を燃焼用空気供給管内に供給して、燃料を燃焼用空気供給管内で燃焼用空気と混合させて燃焼させる第１接触混合式燃焼機構と、燃焼用空気供給管から炉内に供給された燃焼用空気に向けて第２燃料供給管から燃料を供給し、燃料を炉内において燃焼用空気と接触するように混合させて燃料を燃焼させる第２接触混合式燃焼機構とを設けることができるが、少なくとも前記の第２接触混合式燃焼機構を設けることが好ましい。

また、本発明における前記の工業炉において、前記の非接触式燃焼機構としては、燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気から離れる方向に向けて燃料を炉内に供給する第３燃料供給管を有し、この第３燃料供給管から供給された燃料を、前記の燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気と直接接触しないようにして、前記の接触混合式燃焼機構によって燃料を燃焼させた後の燃焼排ガス中に含まれる燃焼用空気と混合させて燃焼させるようにしたものを用いることができる。

また、前記の工業炉においては、前記の接触混合式燃焼機構から離れた非接触式燃焼機構に設けた第３燃料供給管の近傍における炉内に、燃焼排ガス中に含まれる酸素と一酸化炭素との少なくとも一方の濃度を検出する濃度センサーを設けるようにすることができる。

また、本発明における前記の工業炉においては、前記の燃焼用空気供給管を対になるように設けると共に、対になった各燃焼用空気供給管にそれぞれ蓄熱材を収容させた蓄熱部を設け、一方の燃焼用空気供給管を通して供給される燃焼用空気を前記の蓄熱部に収容された蓄熱材により加熱させる一方、他方の燃焼用空気供給管を通して炉内における燃焼排ガスを前記の蓄熱材を収容させた蓄熱部に導き、燃焼排ガスの熱を蓄熱部における蓄熱材に蓄熱させて排気させるようにすることができる。このようにすると、燃料を燃焼させた後の燃焼排ガスの熱を蓄熱させた蓄熱部を通して、燃焼用空気供給管を通して供給される燃焼用空気を加熱させることができ、燃焼排ガスの熱を有効に利用できるようになる。

ここで、本発明における前記の工業炉においては、工業炉を制御する制御機構を設け、この制御機構を用いて、前記の接触混合式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から供給された燃焼用空気と燃料とを混合させて燃料を燃焼させ、炉内温度を燃料の自燃温度まで上昇させた後、炉内におけるＮＯｘの発生量が増加すると、接触混合式燃焼機構において供給する燃料の量を減少させる一方、前記の非接触式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気から離れる方向に向けて炉内に燃料を供給し、この燃料を前記の接触混合式燃焼機構によって燃料を燃焼させた後の燃焼排ガス中に含まれる燃焼用空気と混合させて燃焼させるようにする。

このようにすると、接触混合式燃焼機構によって供給された燃料が多く燃焼されて、ＮＯｘの発生量が増加するのを抑制することができると共に、前記の接触混合式燃焼機構によって燃料を燃焼させた後の燃焼排ガス中に含まれる燃焼用空気を、非接触式燃焼機構により燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気から離れる方向に向けて炉内に供給させた燃料によって燃焼させることができ、燃焼用空気供給管から供給された燃焼用空気を有効に利用して、燃料を効率よく燃焼できるようになる。

また、本発明における前記の工業炉において、前記の接触混合式燃焼機構として、前記の第１接触混合式燃焼機構と第２接触混合式燃焼機構とを設け、前記の第１接触混合式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から供給された燃焼用空気と第１燃料供給管から供給された燃料とを混合させて燃料を燃焼させ、炉内温度を燃料の自燃温度まで上昇させて、第１接触混合式燃焼機構を停止させた後、前記の第２接触混合式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から炉内に供給された燃焼用空気に向けて第２燃料供給管から燃料を供給し、燃料を炉内において燃焼用空気と接触するように混合させて燃料を燃焼させ、その後、第２接触混合式燃焼機構による燃焼によりＮＯｘの発生量が増加すると、第２燃料供給管から供給させる燃料の量を減少させる一方、前記の非接触式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気と直接接触しないように、前記の燃焼用空気から離れる方向に向けて第３燃料供給管から炉内に燃料を供給し、この燃料を前記の接触混合式燃焼機構によって燃料を燃焼させた後の燃焼排ガス中に含まれる燃焼用空気と混合させて燃焼させるようにすることが好ましい。

このようにすると、前記の第１接触混合式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から供給された燃焼用空気と第１燃料供給管から供給された燃料とを混合させて燃料を燃焼させ、炉内温度を燃料の自燃温度まで速やかに上昇させることができる。そして、炉内温度を燃料の自燃温度まで上昇させた後、第１接触混合式燃焼機構を停止させ、前記の第２接触混合式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から炉内に供給された燃焼用空気に向けて第２燃料供給管から燃料を供給し、燃料を炉内において燃焼用空気と接触するように混合させて燃料を燃焼させるようにすると、第１接触混合式燃焼機構によって燃料を燃焼させる場合に比べて、燃料の燃焼が緩慢になって、炉内温度が急激に上昇よるのが抑制されるようになり、ＮＯｘの発生量が増加するのが抑制される。

また、前記の第２接触混合式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から炉内に供給された燃焼用空気に向けて第２燃料供給管から燃料を供給し、燃料を炉内において燃焼用空気と接触するように混合させて燃料を燃焼させた場合においても、炉内温度が上昇してＮＯｘの発生量が増加すると、前記のように第２燃料供給管から供給する燃料の量を減少させる一方、前記の非接触式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気と直接接触しないように、前記の燃焼用空気から離れる方向に向けて第３燃料供給管から炉内に燃料を供給し、この燃料を前記の接触混合式燃焼機構によって燃料を燃焼させた後の燃焼排ガス中に含まれる燃焼用空気と混合させて燃焼させることにより、炉内温度が上昇するのが抑制されて維持されるようになり、ＮＯｘの発生が抑制されると共に、燃焼排ガス中に含まれる燃焼用空気が有効に利用されて、効率の良い燃焼が行えるようになる。

また、本発明における前記の工業炉において、前記のように第２接触混合式燃焼機構による燃焼によりＮＯｘの発生量が増加すると、第２燃料供給管から供給させる燃料の量を減少させる一方、前記の非接触式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気と直接接触しないように、前記の燃焼用空気から離れる方向に向けて第３燃料供給管から炉内に燃料を供給し、この燃料を燃焼排ガス中に含まれる燃焼用空気と混合させて燃焼させるにあたり、前記の第３燃料供給管の近傍における炉内に、燃焼排ガス中に含まれる酸素と一酸化炭素との少なくとも一方の濃度を検出する濃度センサーを設け、前記の濃度センサーによって検出された酸素と一酸化炭素との少なくとも一方の濃度に基づいて、前記の第２燃料供給管から供給させる燃料の量と、前記の第３燃料供給管から供給する燃料の量とを制御することが好ましい。

ここで、前記の濃度センサーによって検出された酸素濃度が所定値まで低下したり、一酸化炭素濃度が所定値以上になると、第３燃料供給管から供給された燃料が適切に燃焼されなくなって過剰に存在した状態になり、この燃料が爆発したりする危険性があるため、この場合には、第３燃料供給管から供給する燃料の量を減少させると共に、第２燃料供給管から供給させる燃料の量を増加させるようにする。このようにして、第３燃料供給管から供給させる燃料の量と、第２燃料供給管から供給させる燃料の量とを制御させると、燃焼によりＮＯｘの発生を抑制させると共に、安全な燃焼が行えるようになる。

本発明における工業炉においては、燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気に燃料を接触・混合させて燃料を燃焼させる接触混合式燃焼機構と、燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気から離れる方向に向けて炉内に燃料を供給し、この燃料を前記の接触混合式燃焼機構によって燃料を燃焼させた後の燃焼排ガス中に含まれる燃焼用空気と混合させて燃焼させる非接触式燃焼機構を設けると共に、この工業炉を制御する制御機構を設け、この制御機構を用いて、前記の接触混合式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から供給された燃焼用空気と燃料とを混合させて燃料を燃焼させ、炉内温度を燃料の自燃温度まで上昇させるようにし、炉内におけるＮＯｘの発生量が増加すると、接触混合式燃焼機構において供給する燃料の量を減少させる一方、前記の非接触式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気と直接接触しないように、前記の燃焼用空気から離れる方向に向けて第３燃料供給管から炉内に燃料を供給し、この燃料を前記の接触混合式燃焼機構によって燃料を燃焼させた後の燃焼排ガス中に含まれる燃焼用空気と混合させて燃焼させるようにした。

この結果、本発明における工業炉においては、接触混合式燃焼機構によって供給された燃料が多く燃焼されて、ＮＯｘの発生量が増加するのを抑制することができると共に、燃焼排ガス中に含まれる燃焼用空気を非接触式燃焼機構により供給させた燃料によって無駄なく燃焼させることができ、燃焼用空気供給管から供給された燃焼用空気を有効に利用して燃料を効率よく燃焼できるようになった。

本発明の実施形態に係る工業炉において、炉の対向する一対の炉壁に、それぞれ燃焼用空気供給管に蓄熱材を収容させた蓄熱部を設けた一対の蓄熱式の燃焼機構として、燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気に燃料を接触・混合させて燃料を燃焼させる第１及び第２の接触混合式燃焼機構と、燃焼用空気供給管から炉内に供給された燃焼用空気と直接接触しないようにして炉内に燃料を供給し、この燃料を燃焼排ガス中に含まれる燃焼用空気と混合させて燃焼させる非接触式燃焼機構を設けた状態を示した概略断面図である。前記の実施形態に係る工業炉において、第１及び第２の接触混合式燃焼機構と非接触式燃焼機構とを用いて前記の燃焼用空気供給管から供給された燃焼空気と燃料とを燃焼させる状態を示し、（Ａ）は第１接触混合式燃焼機構において、燃焼用空気供給管を通して供給される燃焼用空気に対して、第１燃料供給管から燃料を直接混合させるように供給して燃焼させる状態を示した部分概略断面図、（Ｂ）は前記の第１燃料供給管から燃料を供給するのを停止させ、第２接触混合式燃焼機構において、燃焼用空気供給管を通して供給される燃焼用空気に向けて第２燃料供給管から燃料を供給し、この燃料を炉内において燃焼用空気と接触するように混合させて燃焼させる状態を示した状態を示した部分概略断面図、（Ｃ）は前記の第２接触混合式燃焼機構と前記の非接触式燃焼機構とを組み合わせてＮＯｘの発生を抑制しながら、燃料を燃焼させる状態を示した部分概略断面図である。

本発明の実施形態に係る工業炉を、添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係る工業炉は、下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。

この実施形態における工業炉においては、図１に示すように、炉１０の対向する一対の炉壁１１に、それぞれ燃焼用空気供給管２０を対になるように設けると共に、対になった各燃焼用空気供給管２０にそれぞれ蓄熱材２１ａを収容させた蓄熱部２１を設け、一方の燃焼用空気供給管２０を通して炉１０内に供給させる燃焼用空気Ａ１を前記の蓄熱部２１に収容されて蓄熱された蓄熱材２１ａにより加熱させる一方、炉１０内において燃料Ｆ（Ｆ１〜Ｆ３）を燃焼させた後の燃焼排ガスＡ２を、他方の燃焼用空気供給管２０を通して前記の蓄熱部２１に導き、この燃焼排ガスＡ２の熱をこの蓄熱部２１に収容された蓄熱材２１ａに蓄熱させて燃焼用空気供給管２０から排気させるようにしている。

そして、この実施形態の工業炉においては、前記の各燃焼用空気供給管２０に対して、それぞれ燃焼用空気供給管２０を通して供給される燃焼用空気Ａ１に第１燃料供給管３１から燃料Ｆ１を供給して、燃料Ｆ１を燃焼用空気Ａ１と混合させて燃焼させる第１接触混合式燃焼機構と、燃焼用空気供給管２０から炉１０内に供給された燃焼用空気Ａ１に向けて第２燃料供給管３２から燃料Ｆ２を供給し、この燃料Ｆ２を炉１０内において燃焼用空気Ａ１と接触するように混合させて燃料Ｆ２を燃焼させる第２接触混合式燃焼機構と、燃焼用空気供給管２０から炉１０内に供給される燃焼用空気Ａ１から離れる方向に向けて、前記の燃焼用空気Ａ１と直接接触しないように第３燃料供給管３３から燃料Ｆ３を炉１０内に供給し、この燃料Ｆ３を前記の第１接触混合式燃焼機構や第２接触混合式燃焼機構により炉１０内において燃料Ｆ１，Ｆ２が燃焼された後の燃焼排ガスＡ２中に含まれる燃焼用空気Ａ１と混合させて燃焼させる非接触式燃焼機構を設けている。

また、この実施形態においては、前記の第１燃料供給管３１に対して燃料Ｆ１の供給・停止などを調整する第１バルブ３１ａを設け、前記の第２燃料供給管３２に対して燃料Ｆ２の供給・停止などを調整する第２バルブ３２ａを設け、前記の第３燃料供給管３３に対して燃料Ｆ３の供給・停止などを調整する第３バルブ３３ａを設けている。

また、前記の第３燃料供給管３３の近傍における炉１０内における酸素や一酸化炭素の濃度を検出する濃度センサー４１を設け、この濃度センサー４１によって検出された酸素や一酸化炭素の濃度の検出結果を制御装置４０に出力するようにしている。そして、このように濃度センサー４１から出力された酸素や一酸化炭素の濃度の検出結果に基づいて、前記の制御装置４０により、前記の第２燃料供給管３２における第２バルブ３２ａや、第３燃料供給管３３における第３バルブ３３ａを制御し、第２燃料供給管３２を通して炉１０内に供給する燃料Ｆ２の量や、第３燃料供給管３３を通して炉１０内に供給する燃料Ｆ３の量を調整するようにしている。

次に、この実施形態における工業炉において、前記の燃焼用空気供給管２０から燃焼用空気Ａ１を供給させて、燃料Ｆ（Ｆ１〜Ｆ３）を燃焼させる場合について具体的に説明する。

先ず、燃焼用空気供給管２０から燃焼用空気Ａ１を供給させて燃料Ｆ（Ｆ１〜Ｆ３）を燃焼させるにあたり、炉１０内の温度が、燃料Ｆが自燃する温度に達していない場合には、図２（Ａ）に示すように、前記の第２バルブ３２ａ及び第３バルブ３３ａを閉じた状態で、前記の第１バルブ３１ａだけを開け、前記の第１接触混合式燃焼機構により、前記の蓄熱材２１ａが収容された蓄熱部２１を通して燃焼用空気供給管２０に供給された燃焼用空気Ａ１に前記の第１燃料供給管３１を通して燃料Ｆ１を供給して、前記の燃焼用空気Ａ１と燃料Ｆ１とを混合させ、パイロットバーナー（図示せず）等により、燃焼用空気Ａ１と燃料Ｆ１とを混合させたものを着火させて燃焼させ、前記の一対の燃焼用空気供給管２０において、このような操作を交互に繰り返して行い、炉１０内の温度を燃料Ｆ１が自燃される温度まで加熱させる。

そして、このように炉１０内の温度を燃料Ｆ１が自燃される温度まで加熱させた後は、図２（Ｂ）に示すように、前記の第１バルブ３１ａを閉じると共に、前記の第３バルブ３３ａを閉じた状態で、第２バルブ３２ａだけを開けて、前記の第２接触混合式燃焼機構により、前記のように燃焼用空気供給管２０から炉１０内に供給された燃焼用空気Ａ１に向けて第２燃料供給管３２から燃料Ｆ２を供給し、この燃料Ｆ２を炉１０内において燃焼用空気Ａ１と接触するように混合させて燃焼させ、このような動作を、前記の一対の燃焼用空気供給管２０において交互に繰り返して行って炉１０内を所定温度まで加熱させるようにする。

ここで、このように炉１０内を所定温度まで加熱させた場合において、燃焼温度の上昇等により炉１０内におけるＮＯｘの発生量が増加して、燃焼排ガスＡ２に含まれるＮＯｘの量が所定量になったことをＮＯｘセンサー（図示せず）によって検知すると、炉１０内におけるＮＯｘの発生を抑制するため、前記の第３燃料供給管３３の近傍に設けた濃度センサー４１により、第３燃料供給管３３の近傍における炉１０内に存在する燃焼排ガスＡ２中に含まれる酸素や一酸化炭素の濃度を検出し、その結果を、前記の制御装置４０に出力させる。

そして、図２（Ｃ）に示すように、前記の濃度センサー４１によって検出された第３燃料供給管３３の近傍における炉１０内に存在する燃焼排ガスＡ２中に含まれる酸素や一酸化炭素の濃度の結果に基づいて、前記の制御装置４０により、前記の閉じた状態にある第３バルブ３３ａを適当量開けて、第３燃料供給管３３を通して適当量の燃料Ｆ３を炉１０内に供給させると共に、前記の第２バルブ３２ａの開き状態を制御し、第２燃料供給管３２から炉１０内に供給する燃料Ｆ２の量を調整させて、第３燃料供給管３３を通して供給される燃料Ｆ３の量と第２燃料供給管３２から炉１０内に供給する燃料Ｆ２の量との合計量（Ｆ３＋Ｆ２）が、第３燃料供給管３３を通して燃料Ｆ３を供給する前における第２燃料供給管３２から炉１０内に供給されていた燃料Ｆ２の量と同量になるようにし、炉１０内における全体の燃焼容量が同量になるようにしている。

ここで、前記の濃度センサー４１によって検出された第３燃料供給管３３の近傍における炉１０内に存在する燃焼排ガスＡ２中に含まれる酸素濃度が少なくなったり、一酸化炭素の濃度が多くなったりした場合には、前記の制御装置４０により、前記の第３燃料供給管３３を通して供給させる燃料Ｆ３を減少させて、燃料Ｆ３により爆発が生じたり、燃料Ｆ３が燃焼排ガスＡ２と一緒に外部に排出されたりするのを防止する一方、燃料Ｆ３を減少させた分だけ、前記の第２燃料供給管３２から供給する燃料Ｆ２の量を増加させるようにする。逆に、前記の濃度センサー４１によって検出された第３燃料供給管３３の近傍の炉１０内における燃焼排ガスＡ２中に含まれる酸素濃度が多くなったり、一酸化炭素の濃度が少なくなったりした場合には、前記の制御装置４０により、前記の第３燃料供給管３３を通して供給させる燃料Ｆ３を増加させて、燃焼後のガス中に含まれる酸素を十分に燃焼させるようにする一方、燃料Ｆ３を増加させた分だけ、前記の第２燃料供給管３２から供給する燃料Ｆ２の量を減少させるようにする。

このようにすると、前記の第２接触混合式燃焼機構によって供給された燃料Ｆ２が多く燃焼されて、ＮＯｘの発生量が増加するのを抑制することができると共に、燃焼排ガスＡ２中に含まれる燃焼用空気Ａ１を、非接触式燃焼機構の第３燃料供給管３３を通して供給させた燃料Ｆ３によって燃焼させることができ、燃焼用空気供給管２０から供給された燃焼用空気Ａ１を有効に利用して燃料Ｆを効率よく燃焼させることができるようになる。

なお、この実施形態の工業炉においては、接触混合式燃焼機構として、燃焼用空気供給管２０を通して供給される燃焼用空気Ａ１に第１燃料供給管３１から燃料Ｆ１を供給して、燃料Ｆ１を燃焼用空気Ａ１と混合させて燃焼させる第１接触混合式燃焼機構と、燃焼用空気供給管２０から炉１０内に供給された燃焼用空気Ａ１に向けて第２燃料供給管３２から燃料Ｆ２を供給し、この燃料Ｆ２を炉１０内において燃焼用空気Ａ１と接触するように混合させて燃料Ｆ２を燃焼させる第２接触混合式燃焼機構との２つの接触混合式燃焼機構を設けるようにしたが、例えば、前記の燃焼用空気供給管２０から炉１０内に供給された燃焼用空気Ａ１に向けて第２燃料供給管３２から燃料Ｆ２を供給させる近傍にパイロットバーナー（図示せず）を設け、この第２燃料供給管３２から供給された燃料Ｆ２を燃焼用空気Ａ１と混合させた状態で着火させて燃焼させるようにし、前記の第１接触混合式燃焼機構を設けないようにすることも可能である。

また、この実施形態の工業炉においては、炉１０において対向する一対の炉壁１１に、それぞれ対になった燃焼用空気供給管２０を１つだけ設け、一対の蓄熱式燃焼機構を設けるようにしただけであるが、図示していないが、各炉壁１１に対して複数対の蓄熱式燃焼機構を設けるようにすることもできる。

さらに、この実施形態の工業炉においては、対になった燃焼用空気供給管２０にそれぞれ蓄熱材２１ａを収容させた蓄熱部２１を設け、一方の燃焼用空気供給管２０を通して炉１０内に供給させる燃焼用空気Ａ１を前記の蓄熱部２１に収容されて蓄熱された蓄熱材２１ａにより加熱させる一方、炉１０内において燃料Ｆ（Ｆ１〜Ｆ３）を燃焼させた後の燃焼排ガスＡ２を、他方の燃焼用空気供給管２０を通して前記の蓄熱部２１に導き、この燃焼排ガスＡ２の熱をこの蓄熱部２１に収容された蓄熱材２１ａに蓄熱させる蓄熱式燃焼機構を設けるようにしたが、蓄熱部２１を設けていない一般的な燃焼機構を用いたようにすることもできる。

１０：炉
１１：炉壁
２０：燃焼用空気供給管
２１：蓄熱部
２１ａ：蓄熱材
３１：第１燃料供給管
３１ａ：第１バルブ
３２：第２燃料供給管
３２ａ：第２バルブ
３３：第３燃料供給管
３３ａ：第３バルブ
４０：制御装置
４１：濃度センサー
Ａ１：燃焼用空気
Ａ２：燃焼排ガス
Ｆ（Ｆ１〜Ｆ３）：燃料

Claims

燃焼用空気と燃料とを混合させて燃料を燃焼させる工業炉において、燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気に燃料を接触・混合させて燃料を燃焼させる接触混合式燃焼機構と、燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気から離れる方向に向けて前記の燃焼用空気と直接接触しないようにして炉内に燃料を供給し、この燃料を前記の接触混合式燃焼機構によって燃料を燃焼させた後の燃焼排ガス中に含まれる燃焼用空気と混合させて燃焼させる非接触式燃焼機構を設けると共に、この工業炉を制御する制御機構として、前記の接触混合式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から供給された燃焼用空気と燃料とを混合させて燃料を燃焼させ、炉内温度を燃料の自燃温度まで上昇させた後、炉内におけるＮＯｘの発生量が増加すると、接触混合式燃焼機構において供給する燃料の量を減少させる一方、前記の非接触式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気から離れる方向に向けて前記の燃焼用空気と直接接触しないようにして炉内に燃料を供給し、この燃料を前記の接触混合式燃焼機構によって燃料を燃焼させた後の燃焼排ガス中に含まれる燃焼用空気と混合させて燃焼させる制御機構を設けたことを特徴とする工業炉。
請求項１に記載の工業炉において、前記の接触混合式燃焼機構としては、燃焼用空気供給管を通して供給される燃焼用空気に第１燃料供給管から燃料を燃焼用空気供給管内に供給して、燃料を燃焼用空気供給管内で燃焼用空気と混合させて燃焼させる第１接触混合式燃焼機構と、燃焼用空気供給管から炉内に供給された燃焼用空気に向けて第２燃料供給管から燃料を供給し、燃料を炉内において燃焼用空気と接触するように混合させて燃料を燃焼させる第２接触混合式燃焼機構とが存在し、少なくとも前記の第２接触混合式燃焼機構が設けられていることを特徴とする工業炉。
請求項１又は請求項２に記載の工業炉において、前記の非接触式燃焼機構は、燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気から離れる方向に向けて燃料を炉内に供給する第３燃料供給管を有し、この燃料を前記の接触混合式燃焼機構によって燃料を燃焼させた後の燃焼排ガス中に含まれる燃焼用空気と混合させて燃焼させることを特徴とする工業炉。
請求項３に記載の工業炉において、前記の接触混合式燃焼機構から離れた第３燃料供給管の近傍における炉内に、燃焼排ガス中に含まれる酸素と一酸化炭素との少なくとも一方の濃度を検出する濃度センサーを設けたことを特徴とする工業炉。
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の工業炉において、前記の燃焼用空気供給管を対になるように設けると共に、対になった各燃焼用空気供給管にそれぞれ蓄熱材を収容させた蓄熱部を設け、一方の燃焼用空気供給管を通して供給される燃焼用空気を前記の蓄熱部に収容された蓄熱材により加熱させる一方、他方の燃焼用空気供給管を通して炉内における燃焼排ガスを前記の蓄熱材を収容させた蓄熱部に導き、燃焼排ガスの熱を蓄熱部における蓄熱材に蓄熱させて排気させることを特徴とする工業炉。
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の工業炉において、前記の接触混合式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から供給された燃焼用空気と燃料とを混合させて燃料を燃焼させ、炉内温度を燃料の自燃温度まで上昇させた後、炉内におけるＮＯｘの発生量が増加すると、接触混合式燃焼機構において供給する燃料の量を減少させる一方、前記の非接触式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気から離れる方向に向けて前記の燃焼用空気と直接接触しないようにして炉内に燃料を供給し、この燃料を前記の接触混合式燃焼機構によって燃料を燃焼させた後の燃焼排ガス中に含まれる燃焼用空気と混合させて燃焼させることを特徴とする工業炉の燃焼制御方法。
請求項６に記載の工業炉の燃焼制御方法において、前記の接触混合式燃焼機構として、前記の請求項２に記載の第１接触混合式燃焼機構と第２接触混合式燃焼機構とを設け、前記の第１接触混合式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から供給された燃焼用空気と第１燃料供給管から供給された燃料とを混合させて燃料を燃焼させ、炉内温度を燃料の自燃温度まで上昇させて、第１接触混合式燃焼機構を停止させた後、前記の第２接触混合式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から炉内に供給された燃焼用空気に向けて第２燃料供給管から燃料を供給し、燃料を炉内において燃焼用空気と接触するように混合させて燃料を燃焼させ、その後、第２接触混合式燃焼機構による燃焼によりＮＯｘの発生量が増加すると、第２燃料供給管から供給させる燃料の量を減少させる一方、前記の非接触式燃焼機構により、燃焼用空気供給管から炉内に供給される燃焼用空気から離れる方向に向けて前記の燃焼用空気と直接接触しないようにして炉内に燃料を供給し、この燃料を前記の接触混合式燃焼機構によって燃料を燃焼させた後の燃焼排ガス中に含まれる燃焼用空気と混合させて燃焼させることを特徴とする工業炉の燃焼制御方法。
請求項７に記載の工業炉の燃焼制御方法において、前記の請求項３に示した第３燃料供給管の近傍における炉内に、前記の接触混合式燃焼機構によって燃料を燃焼させた後の燃焼排ガス中に含まれる酸素と一酸化炭素との少なくとも一方の濃度を検出する濃度センサーを設け、前記の濃度センサーによって検出された酸素と一酸化炭素との少なくとも一方の濃度に基づいて、前記の第２燃料供給管から供給させる燃料の量と、前記の第３燃料供給管から供給させる燃料の量とを制御することを特徴とする工業炉の燃焼制御方法。