JPH05106974A - 加熱炉の排ガス温度バランス制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 左右の排ガス温度が均一となるように制御す
ることができる加熱炉の排ガス温度バランス制御方法を
提供する。 【構成】 加熱炉３の左右には西煙道排ガス管２と東煙
道排ガス管１があり、東西の煙道排ガス管１，２内には
炉内圧力を制御するためのダンパ４，５が設置されてい
る。制御系は、排ガス温度バランス制御モードスイッチ
２３が「入」の状態にあると、東西の煙道排ガス管１，
２を流れる排ガス温度を検出し、この東西の排ガス温度
差に基づいて排ガス用ダンパ４，５の開度の比率を演算
し、東西の排ガス温度が均一になるように東西の排ガス
用ダンパ４，５の開度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃焼装置を備える加熱炉
の排ガス温度バランス制御方法に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、鋼材等を加熱する、例えばト
ンネル形状をした燃焼式の加熱炉では、加熱炉の材料装
入口から材料が装入されると、その材料は燃焼バーナー
により目標温度に加熱される。加熱中は煙道に設けられ
た炉圧制御用ダンパにより炉内圧力が調節され、加熱処
理が終了すると、材料は材料抽出口から抽出される。燃
焼した排ガスは加熱炉の左右に設置された二つの煙道を
通って排出される。

【０００３】

【従来技術の課題】ところで、従来の加熱炉では、加熱
炉内の材料の装入位置により、炉内の排ガスの流れに偏
流が生じ炉内の雰囲気温度が均一でなくなるとともに、
左右の煙道のうちの片側のみの排ガス温度が上昇し、煙
道に設けられた熱交換器保護の点からも悪影響を及ぼす
場合がある。しかしながら、従来のこの種の加熱炉で
は、かかる場合の対策については何ら考慮されていなか
った。

【０００４】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、左右の排ガス温度が均一になるように制御する
ことができる加熱炉の排ガス温度バランス制御方法を提
供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明は、加熱用の燃焼装置と、炉体の左右に設け
られた二つの煙道と、炉内の圧力を調整するために前記
二つの煙道に設置された炉圧制御用ダンパとを有する加
熱炉において、前記二つの煙道を流れる排ガスの排ガス
温度を検出し、前記左右の排ガス温度の差に基づいて、
前記左右の煙道に設置された左右の前記炉圧制御用ダン
パの開度の比率を演算し、左右の排ガス温度が均一にな
るように左右の前記炉圧制御用ダンパの開度を制御する
ことを特徴とするものである。

【０００６】本発明は上記の構成により、二つの煙道を
流れる排ガスの排ガス温度を検出し、左右の排ガス温度
の差に基づいて、左右の煙道に設置された炉圧制御用ダ
ンパの開度の比率を演算し、左右の炉圧制御用ダンパの
開度を制御することにより、炉内の圧力を一定に維持し
つつ、炉内の温度制御を行う。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明による実施例を示す概略構成図で
ある。本実施例装置は、図１に示すように、東煙道排ガ
ス管１及び西煙道排ガス管２と、加熱炉の炉体３と、東
西の煙道排ガス管１，２に設けられた排ガス用ダンパ
４，５と、東西の排ガス温度計６，７と、東西の燃焼バ
ーナ８，９と、東西の排出ブロワ１３，１４と、東西の
熱交換器１６と、制御系とを備える。

【０００８】加熱炉の炉体３の前後にはそれぞれ材料装
入口１１と材料抽出口１２が設けられている。材料装入
口１１から装入された材料１０は、炉体３の両側面に設
けられた東西の燃焼バーナ８，９にて目標温度に加熱さ
れ、材料抽出口１２から抽出される。また、炉体３の左
右にはそれぞれ西煙道排ガス管２と東煙道排ガス管１が
設けられており、東・西煙道排ガス管１，２内には、排
ガス用ダンパ４，５と排出ブロワ１３，１４とが設置さ
れている。炉体３と東・西煙道排ガス管１，２との間に
は東西の熱交換器１６が設置され、熱交換器１６の入口
には排ガス温度計６，７が設置されている。

【０００９】東西の排ガス用ダンパ４，５は炉内圧力を
一定に保持するためのもので、制御系内の炉圧調節計１
７によりダンパ開度が調節される。燃焼した排ガス１５
は、排出ブロワ１３，１４によって炉体３の炉内から吸
引され、東西の熱交換器１６を経て、東・西煙道排ガス
管１，２から外部に排出される。

【００１０】ところで、一般に炉体３内に搬送された材
料１０は、材料毎に寸法が異なり、通常は例えば炉体の
西側に材料先端を揃えるために、材料の末端が疎らにな
る東側は西側よりも炉内温度が高くなりやすい。このた
め、東煙道排ガス管１の排ガス温度が西煙道排ガス管２
のものより高くなり、熱交換器１６に悪影響を及ぼすこ
とになる。この困難を解消するために、本実施例の排ガ
ス用ダンパ４，５は炉内圧力維持だけを目的とするもの
ではなく、両煙道排ガス管１，２の排ガス温度を均一に
するためにも用いられる。

【００１１】次に、本実施例の排ガス温度バランス制御
方法を説明する。図２は本発明の一実施例である加熱炉
の排ガス温度バランス制御方法の概略ブロック図であ
る。排ガス温度バランス制御モードスイッチ２３を
「入」の状態にすると、排ガス温度計６，７で検知した
温度入力情報により、東西の排ガス温度指示計２１，２
２の温度差を温度差指示計Ａに指示する。東西排ガス温
度の温度差により、東西の排ガス用ダンパ４，５の開度
を演算装置２０が演算し、この演算結果を東西の排ガス
用ダンパ４，５に電流信号として出力し、東西の排ガス
用ダンパ４，５の開度をフィードバック制御する。こう
して、排ガス用ダンパ４，５により、加熱炉３内の圧力
を維持すると共に、東西の煙道排ガス管１，２の排ガス
温度を均一に保つように制御する。

【００１２】尚、排ガス温度バランス制御モードスイッ
チ２３を「切」の状態にしたときには、炉圧調節計１７
により東西の排ガス用ダンパ４，５の開度を調節する。

【００１３】図３は排ガス温度バランスを制御するため
フローチャートである。排ガス温度を制御するには、東
西の排ガス用ダンパの開度を所定の値に設定する必要が
あるが、排ガス用ダンパへの開度出力値は、一般に、 東排ガス用ダンパへの出力Ｗ₁ ＝東排ガス用ダンパの開度比率設定値Ｋ₁ ×炉圧調節計の出力値Ｐ₀ （１） 西排ガス用ダンパへの出力Ｗ₂ ＝西排ガス用ダンパの開度比率設定値Ｋ₂ ×炉圧調節計の出力値Ｐ₀ （２） により算出される。

【００１４】排ガス温度バランス制御モードスイッチ２
３を「切」にした場合は、炉圧制御のみとなる。また、
排ガス温度バランス制御モードスイッチ２３を「入」に
したが、東西の排ガス温度の温度差が設定値以下であれ
ば、式（１），（２）における排ガス用ダンパの開度比
率設定値Ｋ₁ ，Ｋ₂ はオペレーターが予め設定した値
（東ダンパ開度比１８，西ダンパ開度比１９の値）と
し、演算装置２０によって炉圧調節計の出力値にＫ₁ ，
Ｋ₂ を乗した値が排ガス用ダンパへの出力Ｗ₁ ，Ｗ₂ と
なる。

【００１５】排ガス温度バランス制御モードスイッチ２
３を「入」の状態にしたときに、東西排ガス温度差が温
度差設定値より大きくなった場合は、演算装置２０が東
西排ガス温度差に基づき排ガス用ダンパの開度比率設定
値Ｋ₁ ，Ｋ₂ を自動設定する。以下、この場合の開度比
率設定値Ｋ₁ ，Ｋ₂ を算出する方法を詳細に説明する。

【００１６】いま、排ガス用ダンパの開度比率設定値Ｋ
₁ ，Ｋ₂として、炉圧調節計の出力値Ｐ₀ に対する排ガ
ス用ダンパの開度の比率ｒを用いる。特に、Ｐ₀ に対す
る東排ガス用ダンパの開度の比率をｒ₁ 、Ｐ₀ に対する
西排ガス用ダンパの開度の比率をｒ₂ とする。このと
き、排ガス用ダンパへの開度出力値は、 東排ガス用ダンパへの出力Ｗ₁ ＝東排ガス用ダンパの開度の比率ｒ₁ ×炉圧調節計の出力値Ｐ₀ （３） 西排ガス用ダンパへの出力Ｗ₂ ＝西排ガス用ダンパの開度の比率ｒ₂ ×炉圧調節計の出力値Ｐ₀ （４） により算出することになる。

【００１７】また、例えば、この開度比率ｒが２．０の
ときを１００％、０．２のときを０％となるように開度
比率ｒをパーセンテージで表したものをレンジ比Ｒとい
う。開度比率ｒ₁ ，ｒ₂ と同様に東レンジ比Ｒ₁ と西レ
ンジ比Ｒ₂ が定義される。開度比率ｒ₁ ，ｒ₂ とレンジ
比Ｒ₁ ，Ｒ₂ とは、 ｒ₁ ＝（１．８／１００）×Ｒ₁ ＋０．２ （５） ｒ₂ ＝（１．８／１００）×Ｒ₂ ＋０．２ （６） という関係がある。例えば、東西の排ガス用ダンパの開
度が同じであるときはレンジ比Ｒ₁ ，Ｒ₂ はともに４
４．４（＝（０．８／１．８）×１００）％である。

【００１８】さて、最初に、東レンジ比をＲ₀₁、西レン
ジ比をＲ₀₂としたときに、東排ガス温度がｔ_E °Ｃ、西
排ガス温度がｔ_W °Ｃになったとする。ただし、この東
西の排ガス温度の温度差ｔ_W −ｔ_E の絶対値が温度差設
定値ｔ₀ （≧０）より大きいとする。このとき、この温
度差ｔ_W −ｔ_E に基づいて、レンジ比Ｒ₁ ，Ｒ₂ をどの
ように設定するかを考える。

【００１９】レンジ比Ｒ₁ ，Ｒ₂ は、レンジ比Ｒ₀₁，Ｒ
₀₂と排ガス温度の温度差ｔ_W −ｔ_E に基づくレンジ比Ｒ
₀₁，Ｒ₀₂に対する補正値△Ｒ₁ ，△Ｒ₂ との和になる。
すなわち、 Ｒ₁ ＝Ｒ₀₁＋△Ｒ₁ （７） Ｒ₂ ＝Ｒ₀₂＋△Ｒ₂ （８） である。

【００２０】図４には、西排ガス温度から東排ガス温度
を引いた西−東排ガス温度差Ｔ_W −Ｔ_E と、排ガス用ダ
ンパの開度を調節する設定値である東レンジ比Ｚ₁ 及び
西レンジ比Ｚ₂ との関係を示す。ここで、排ガス温度Ｔ
は、例えば温度ｔが１０００°Ｃのときを１００％、０
°Ｃのときを０％となるように温度ｔをパーセンテージ
で表したものであり、温度ｔと温度Ｔとは、 Ｔ＝（１００／１０００）×ｔ （９） なる関係を有する。また、レンジ比Ｚ₁ ，Ｚ₂ はレンジ
比Ｒ₁ ，Ｒ₂ と Ｚ₁ ＝Ｒ₁ ＋５０／９ （１０） Ｚ₂ ＝Ｒ₂ ＋５０／９ （１１） なる関係を有するものである。図４に示すように、西−
東排ガス温度差Ｔ_W−Ｔ_E とレンジ比Ｚ₁ とは、予め ｔ_W −ｔ_E ＞ｔ₀ のとき Ｚ₁ ＝ａ×（Ｔ_W −Ｔ_E ）＋ｂ₁ （１２） ｔ_W −ｔ_E ＜−ｔ₀ のとき Ｚ₁ ＝ａ×（Ｔ_W −Ｔ_E ）＋ｂ₂ （１３） のように設定しておき、また、西−東排ガス温度差Ｔ_W
−Ｔ_E とレンジ比Ｚ₂ とは、予め ｔ_W −ｔ_E ＞ｔ₀ のとき Ｚ₂ ＝−ａ×（Ｔ_W −Ｔ_E ）＋ｂ₂ （１４） ｔ_W −ｔ_E ＜−ｔ₀ のとき Ｚ₂ ＝−ａ×（Ｔ_W −Ｔ_E ）＋ｂ₁ （１５） のように設定しておく。ここで、ａは直線の傾きを表
し、ゲイン設定値と称される。また、ｂ₁ ，ｂ₂ はそれ
ぞれの直線のｙ切片を表し、レンジ定数と称される。
尚、式（１２）と（１３）、式（１４）と（１５）をそ
れぞれまとめて、簡単に Ｚ₁ ＝ａ×（Ｔ_W −Ｔ_E ）＋ｂ （１６） Ｚ₂ ＝−ａ×（Ｔ_W −Ｔ_E ）＋ｂ （１７） とも書くことにする。

【００２１】排ガス温度の温度差ｔ_W −ｔ_E に基づく補
正値△Ｒ₁ ，△Ｒ₂ は、式（７），（８），（１０），
（１１），（１６），（１７）により、 △Ｒ₁ ＝Ｒ₁ −Ｒ₀₁ ＝Ｚ₁ −Ｚ₀₁ ＝ａ×（Ｔ_W −Ｔ_E ）＋ｂ−Ｚ₀₁ （１８） △Ｒ₂ ＝Ｒ₂ −Ｒ₀₂ ＝Ｚ₂ −Ｚ₀₂ ＝−ａ×（Ｔ_W −Ｔ_E ）＋ｂ−Ｚ₀₂ （１９） となる。ただし、 Ｚ₀₁＝Ｒ₀₁＋５０／９ Ｚ₀₂＝Ｒ₀₂＋５０／９ である。ゆえに、レンジ比Ｒ₁ ，Ｒ₂ は、 Ｒ₁ ＝Ｒ₀₁＋△Ｒ₁ ＝Ｒ₀₁＋ａ×（Ｔ_W −Ｔ_E ）＋ｂ−Ｚ₀₁ （２０） Ｒ₂ ＝Ｒ₀₂＋△Ｒ₂ ＝Ｒ₀₂−ａ×（Ｔ_W −Ｔ_E ）＋ｂ−Ｚ₀₂ （２１） で与えられる。こうして得られたレンジ比Ｒ₁ ，Ｒ₂ を
式（５），（６）によりそれぞれ開度比率ｒ₁ ，ｒ₂ に
変換し、この開度比率ｒ₁ ，ｒ₂ に炉圧調節計の出力値
Ｐ₀ を掛けることにより東西排ガス用ダンパへの出力が
算出される。

【００２２】例えば、炉圧調節計の出力値Ｐ₀ が５０％
のときに、東排ガス温度ｔ_E が５３０°Ｃ、西排ガス温
度ｔ_W が５００°Ｃであったとする。ただし、この例で
は、温度差設定値ｔ₀ を２０°Ｃ、ゲイン設定値ａを
３、レンジ定数ｂ₁ を４５％、ｂ₂ を５５％、レンジ比
Ｒ₀₁，Ｒ₀₂を４４．４（＝４００／９）％に設定した。

【００２３】まず、東排ガス用ダンパへの出力Ｗ₁ を計
算する。東排ガス温度が西排ガス温度より高いので、式
（１８）においてＺ₁ として式（１３）を用いる。この
とき排ガス温度の温度差に基づく補正値△Ｒ₁は、 △Ｒ₁ ＝ａ×（Ｔ_W −Ｔ_E ）＋ｂ₂ −Ｚ₀₁ ＝３×｛（５００−５３０）×１００／１０００｝＋５５−５０ ＝−４ であり、東レンジ比Ｒ₁ は、 Ｒ₁ ＝Ｒ₀₁＋△Ｒ₁ ＝４４．４−４ ＝４０．４ である。また、開度比率ｒ₁ は、式（５）により ｒ₁ ＝（１．８／１００）×Ｒ₁ ＋０．２ ＝（１．８／１００）×４０．４＋０．２ ＝０．９２７ である。したがって、東排ガス用ダンパへの出力Ｗ
₁ は、式（３）により Ｗ₁ ＝ｒ₁ ×Ｐ₀ ＝０．９２７×５０ ＝４６．３（％） となる。

【００２４】同様に、西排ガス用ダンパへの出力Ｗ₂ が
算出される。この場合は、Ｒ₀₂＝４４．４であり、式
（１９）でＺ₂ として式（１５）を用いると、 △Ｒ₂ ＝−ａ×（Ｔ_W −Ｔ_E ）＋ｂ₁ −Ｚ₀₂ ＝−３×｛（５００−５３０）×１００／１０００｝＋４５−５０ ＝４ Ｒ₂ ＝Ｒ₀₂＋△Ｒ₁ ＝４４．４＋４ ＝４８．４ ｒ₂ ＝｛（２．０−０．２）／１００｝×４８．４＋０．２ ＝１．０７１ Ｗ₂ ＝ｒ₂ ×Ｐ₀ ＝１．０７１×５０ ＝５３．５（％） となる。

【００２５】このように、東排ガス温度が西排ガス温度
より高い場合は、演算手段２０が東排ガス用ダンパの開
度を小さく、西排ガス用ダンパの開度を大きくするよう
に開度設定を行い、東排ガス温度を下げる。

【００２６】図５は本発明の一実施例である排ガス温度
制御バランス制御方法を用いたときの排ガス温度と時間
との関係を示す図である。尚、同図において実線は本実
施例の場合を示し、点線は炉内制御用ダンパを手動で変
えた場合を示している。図５に示すように本実施例によ
れば、炉内制御用ダンパを手動で変えた場合に比較し東
西の排ガス温度を確実に一定値に一致させることができ
る。このように、本実施例によれば、炉内の雰囲気温度
を均一にすることができるので、材料を均一な温度で加
熱することができ、また一方の排ガス温度だけが上昇す
ることもなくなるので、熱交換器の保護を図ることがで
きる。更に、既存の炉内制御用ダンパを用いて温度制御
を行うので、安価に実施することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、左
右の煙道に設置された炉圧制御用ダンパの開度の比率を
演算し、左右の炉圧制御用ダンパの開度を制御すること
により、左右の排ガス温度が均一になるように制御する
ことができるので、加熱炉内の雰囲気温度を均一に保つ
ことができると共に、煙道に配置された熱交換器の保護
を図ることができる加熱炉の排ガス温度バランス制御方
法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例を示す概略構成図である。

【図２】本発明の一実施例である加熱炉の排ガス温度バ
ランス制御方法の概略ブロック図である。

【図３】排ガス温度バランスを制御するためのフローチ
ャートである。

【図４】排ガス温度バランスを制御する際の排ガス用ダ
ンパの開度の比率を算出するための説明図である。

【図５】本発明の一実施例である排ガス温度制御バラン
ス制御方法を用いたときの排ガス温度と時間との関係を
示す図である。

【符号の説明】

１ 東煙道排ガス管 ２ 西煙道排ガス管 ３ 加熱炉 ４ 東排ガス用ダンパ ５ 西排ガス用ダンパ ６ 東排ガス温度計 ７ 西排ガス温度計 ８ 東燃焼バーナ ９ 西燃焼バーナ １０ 材料 １１ 材料装入口 １２ 材料抽出口 １３ 東排出ブロワ １４ 西排出ブロワ １５ 排ガス １６ 熱交換器 １７ 炉圧調節計 ２０ 演算装置 ２１ 東排ガス温度指示計 ２２ 西排ガス温度指示計 ２３ 排ガス温度バランス制御モードスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥村 勝幸 千葉県君津市君津１番地 新日本製鐵株式 会社君津製鐵所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱用の燃焼装置と、炉体の左右に設け
   られた二つの煙道と、炉内の圧力を調整するために前記
   二つの煙道に設置された炉圧制御用ダンパとを有する加
   熱炉において、前記二つの煙道を流れる排ガスの排ガス
   温度を検出し、前記左右の排ガス温度の差に基づいて、
   前記左右の煙道に設置された左右の前記炉圧制御用ダン
   パの開度の比率を演算し、左右の排ガス温度が均一にな
   るように左右の前記炉圧制御用ダンパの開度を制御する
   ことを特徴とする加熱炉の排ガス温度バランス制御方
   法。