JPH08159451A

JPH08159451A - 蓄熱式バーナ装置における燃焼制御装置

Info

Publication number: JPH08159451A
Application number: JP6306672A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Shigemori; 弘靖茂森; Yoji Fujimoto; 洋二藤本; Masayasu Fukui; 雅康福井; Atsushi Shimizu; 淳清水
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1994-12-09
Filing date: 1994-12-09
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】非燃焼バーナ側の蓄熱体を飽和状態とせずに熱
回収効率を高めながら燃焼バーナの切換え制御を行うこ
とが可能な蓄熱式バーナ装置における燃焼制御装置を提
供することを目的としている。【構成】加熱室６Ａ内に少なくとも一対のバーナ１０
ａ、１０ｂが配設され、それぞれに蓄熱体２３ａ、２３
ｂが備えられている。そして、これら蓄熱体には、非燃
焼側バーナの蓄熱体の温度を検出することが可能な蓄熱
体温度検出手段３０ａ、３０ｂが配設されている。そし
て、蓄熱体温度検出手段３０ｂにより検知された非燃焼
側バーナの蓄熱体２３ｂの温度は切換制御手段に入力さ
れる。そして、この切換制御手段は、所定の計測時間内
において、蓄熱体温度検出手段３０ｂで検出された検出
温度の昇温変化Ｔ_dが、所定の設定偏差値Ｔ_Lを下回っ
たときに、燃焼側バーナ１０ａが非燃焼側バーナとなる
ように切換制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【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の燃焼制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の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
されているものがある。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排出することにより、蓄熱器に
蓄熱するようにし、燃焼バーナの切換を１０秒ないし数
分毎に行うようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
蓄熱式バーナ装置の燃焼制御装置にあっては、燃焼バー
ナの切換を燃焼空気温度や廃ガス温度にかかわらず１０
秒ないし数分毎に行うようにしているため、蓄熱体の蓄
熱温度の利用効率が必ずしも高いものとはいえないもの
であった。

【０００４】すなわち、非燃焼バーナ側の蓄熱体の蓄熱
温度は加熱室内の廃ガス温度で飽和する一方、燃焼バー
ナ側の蓄熱体は燃焼空気との熱交換によって放熱される
ため、蓄熱体の放熱が多くなると燃焼バーナに供給され
る燃焼空気温度が低下することにより、加熱室内温度が
低下して、加熱室内を目標温度に制御することが困難と
なり、一方非燃焼側の蓄熱体の蓄熱温度は加熱室内の廃
ガス温度で飽和するため、それ以上の時間蓄熱しても意
味がないことから、燃焼バーナ側の放熱温度及び非燃焼
側の蓄熱温度が最適状態となる切換時間を設定し、この
切換時間毎に燃焼バーナを切換えることになり、最大限
の燃焼効率を達成することができないという未解決の課
題がある。

【０００５】そこで、本出願は、先行技術として非燃焼
バーナ側の蓄熱体の出側における廃ガス温度を検出し
て、蓄熱体の蓄熱温度を推測し、これが所定温度に達し
たときに燃焼側バーナを切換えるようにした蓄熱式バー
ナ装置の燃焼制御装置を提案している。この先行技術に
よれば、蓄熱体の蓄熱温度の管理を行うようにしている
ので、無駄な蓄熱時間を設けることなく、燃焼バーナの
切換制御を効率良く行うことができる。

【０００６】しかしながら、この先行技術は、前記蓄熱
体の出側の廃ガス温度を検出して燃焼バーナの切換制御
を行っているので、加熱室内から供給される廃ガスによ
って飽和状態、即ち熱許容量を越えた蓄熱体となる可能
性が大きく、これによって高温の廃ガスが外部に排出さ
れて熱回収率が大幅に低下してしまうおそれがある。そ
こで、本発明は、上記従来例及び先行技術の未解決の課
題に着目してなされたものであり、非燃焼バーナ側の蓄
熱体を飽和状態とさせずに熱回収効率を高めながら燃焼
バーナの切換え制御を行うことが可能な蓄熱式バーナ装
置における燃焼制御装置を提供することを目的としてい
る。

【０００７】

【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の発明は、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備え、各バーナを交互
に切換燃焼させると共に、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よう
にした蓄熱式バーナ装置において、非燃焼側バーナの蓄
熱体の温度を検出する蓄熱体温度検出手段と、当該蓄熱
体温度検出手段の検出温度に基づいて燃焼側バーナの切
換えを行う切換制御手段とを備えていることを特徴とす
る蓄熱式バーナ装置における燃焼制御装置である。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の蓄熱式バーナ装置における燃焼制御装置において、
切換制御手段は、所定の計測時間内において蓄熱体温度
検出手段で検出された検出温度の昇温変化が所定の設定
偏差値以下となったときに燃焼側バーナの切換えを行う
ことを特徴とする装置である。

【０００９】

【作用】請求項１の蓄熱式バーナ装置における燃焼制御
装置は、蓄熱体温度検出手段によって検出される非燃焼
側バーナの蓄熱体の温度に基づき、燃焼側バーナを非燃
焼側バーナとし、且つ非燃焼側バーナが燃焼側バーナと
なるように切換制御が行われるようにした。このため、
切換制御を行う非燃焼側バーナの蓄熱体の温度設定値
を、非燃焼側バーナの蓄熱体の熱許容量が越えてしまう
直前の蓄熱体の許容温度範囲に設定しておくと、加熱室
内から高温の廃ガスが供給されてきても蓄熱体は飽和状
態とならず、この蓄熱体は燃焼側バーナの放熱状態の蓄
熱体として有効利用される。したがって、外部に排出さ
れる廃ガス温度が不必要に高くなることが抑制され、熱
回収率が大幅に向上する装置が得られる。

【００１０】また、請求項２記載の蓄熱式バーナ装置に
おける燃焼制御装置は、請求項１記載の作用に加えて、
切換制御手段が、所定の計測時間内において、蓄熱体温
度検出手段で検出された検出温度の昇温変化が所定の設
定偏差値以下となったときに、燃焼側バーナを非燃焼側
バーナとし、且つ非燃焼側バーナが燃焼側バーナとなる
ように切換制御を行うようにしている。ところで、蓄熱
状態とされている非燃焼側バーナの蓄熱体の昇温特性
は、熱許容量を越える直前では昇温勾配が緩やかな状態
となり、即ち、所定の計測時間内において小さな偏差値
となる。そこで、この小さな偏差値を前述した所定の設
定偏差値とすると、蓄熱体が緩やかな昇温特性を示した
ときに、燃焼側及び非燃焼側バーナの切換制御が行われ
るので、加熱室内から高温の廃ガスが供給されてきて
も、蓄熱体は確実に飽和状態が防止される。したがっ
て、さらに熱回収率が大幅に向上する装置が得られる。

【００１１】

【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。

【００１２】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（ＩＤ
Ｆ）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１
２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。

【００１３】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、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
遮断弁２２ａ，２２ｂを介してＭガス供給源２１に接続
されている。

【００１４】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２４
ａ，２４ｂを介し、さらに流量調節弁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。

【００１５】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。

【００１６】そして、蓄熱体２３ａ、２３ｂの内部に
は、蓄熱体温度を検出する蓄熱体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蓄熱体温度センサ３
０ａ，３０ｂが配設されている。そして、燃料遮断弁１
８ａ，１８ｂ、遮断弁１９、流量調節弁２０、空気遮断
弁２４ａ，２４ｂ、流量調節弁２５、廃ガス遮断弁２７
ａ，２７ｂ及び流量調節弁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）３
２によって制御される。

【００１７】ＤＤＣ３２は、少なくとも蓄熱体温度セン
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、これらに基づいて流量調節弁２０，２５及び
２８の流量目標値を設定すると共に、蓄熱体温度センサ
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、これに応じて燃料遮断弁１８
ａ，１８ｂ、空気遮断弁２４ａ，２４ｂ及び廃ガス遮断
弁２７ａ，２７ｂを開閉制御して、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。

【００１８】次に、本実施例の動作を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Ｔ_T（例えば１３００℃）まで昇温
する昇温処理を実行する。

【００１９】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１８
ａ，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２７
ａ，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
Ｔ_D1，Ｔ_D2が共に設定温度Ｔ_S（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ＣＳ_F2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ＣＳ_A2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ＣＳ_G2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ｔ_R（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３３
ａ，３３ｂで検出される温度検出値Ｔ_D1，Ｔ_D2が目標温
度Ｔ_T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。

【００２０】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、所定周期ΔＴ_s
（例えば１０msec）毎のタイマ割込処理として実行され
るが、この演算処理で使用されている時間計測手段は、
実質的にカウント値から構成されるタイマｎ₁が使用さ
れており、ｎ₁・Δｔ_sで算出された経過時間と、後述
する切換え判定時間ｔ_Hとが比較判定されるようになっ
ている。

【００２１】先ず、ステップＳ１では、現在非燃焼側で
あるガスバーナ１０ｊ（ｊ＝ｂ，ａ）を検出し、次い
で、ステップＳ２に移行して、非燃焼側の蓄熱体温度セ
ンサ３０ｊで検出した蓄熱体温度Ｔ_Ajを読込む。次いで
ステップＳ３に移行して、非燃焼側の蓄熱体２３ｊの温
度を計測中であることを表す温度計測フラグＦが“１”
にセットされているか否かを判定し、温度計測フラグＦ
が“１”である場合には、ステップＳ４に移行してカウ
ンタｎ₁に“１”を加算し、ステップＳ８に移行する。

【００２２】また、ステップＳ３の判定結果により、非
燃焼側の蓄熱体２３ｊの温度を計測していないことを表
す温度計測フラグＦが“０”とされているときには、ス
テップＳ５に移行して温度計測フラグＦを“１”にセッ
トする。次いでステップＳ６に移行してカウンタｎ₁を
“０”にセットする。次いで、ステップＳ７に移行して
非燃焼側の蓄熱体温度センサ３０ｊで検出した蓄熱体温
度Ｔ_Ajを、測定開始温度Ｔ_Mに記憶してから、前述した
ステップＳ４移行してカウンタｎ₁に“１”を加算した
後にステップＳ８に移行する。

【００２３】ステップＳ８では、カウンタｎ₁のカウン
ト値ｎ₁にサンプリング時間Δｔ_sを乗じた値（ｎ₁・
ΔＴ_s）が、予め設定された所定時間（切換え判定時
間）ｔ _Hに達しているか否かを判定し、ｎ₁・ΔＴ_s＜
ｔ_Hであるときには、計測開始から切換え判定時間ｔ_H
を経過していないと判断して、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、ｎ₁・ΔＴ_s≧ｔ_Hであるときには、計
測開始から切換え判定時間ｔ_Hを経過していると判断し
てステップＳ９に移行する。

【００２４】このステップＳ９では、切換え判定時間Ｔ
_Hを経過した時点の非燃焼側の蓄熱体温度センサ３０ｊ
の蓄熱体温度Ｔ_Ajから、計測開始時の測定開始温度Ｔ_M
を減じた値を温度偏差値Ｔ_dとして一次記憶し、ステッ
プＳ１０に移行して、前記温度偏差値Ｔ_dが、予め設定
した下限温度偏差値Ｔ_L（例えば５〜１０℃）に達して
いるか否かを判定する。

【００２５】このステップＳ１０の判定は、廃ガスとの
熱交換により蓄熱している蓄熱体２３ｊが飽和領域に達
しているか否か、即ち、蓄熱体２３ｊが蓄熱許容量を越
えているか否かを判定するものであり、Ｔ_L＜Ｔ_dであ
るときには、蓄熱体２３ｊの蓄熱許容量が越えていない
ものと判断してステップＳ１６に移行する。一方、Ｔ _L
≧Ｔ_dであるときには、蓄熱体２３ｊの蓄熱許容量が越
えているものと判断してステップＳ１２に移行する。

【００２６】このステップＳ１２では、現在燃焼状態と
されているガスバーナ１０ｉ（ｉ＝ａ、ｂ）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１
０ａの燃料遮断弁１８ｉに対する制御信号ＣＳ_Fiをオフ
状態として、燃料遮断弁１８ｉを閉操作する。次いでス
テップＳ１３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ＣＳ_Ai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ＣＳ_Giをオン状態として廃ガ
ス遮断弁２７ｉを開操作することにより、ガスバーナ１
０ｉを非燃焼状態に切換える。

【００２７】次いで、ステップＳ１４に移行して、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ＣＳ_Gjをオフ状態として廃ガス遮断弁２７ｊを閉操
作し、且つ空気遮断弁２４ｊに対する制御信号ＣＳ_Ajを
オン状態として空気遮断弁２４ｊを開操作する。次い
で、ステップＳ１５に移行した後に、ガスバーナ１０ｊ
の燃料遮断弁１８ｊに対する制御信号ＣＳ_Fj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１０
ｊを燃焼状態に切換えてからステップＳ１６に移行す
る。

【００２８】そして、ステップＳ１６では、再度、切換
え判定時間Ｔ_Hを経過した時点における非燃焼側の蓄熱
体２３ｊの温度上昇偏差を計測するために、温度計測フ
ラグＦを“０”にセットし、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、
他方のガスバーナ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。

【００２９】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、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
ナボールと熱交換して蓄熱体２３ｂの蓄熱温度が徐々に
上昇していく。

【００３０】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２３ａの温度は、図５で実線図示の特性曲線
Ｌ_aで示すように、前回の蓄熱時に蓄熱された飽和温度
が例えば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Ｌ_bで示すように、下限温度１０００℃程度にな
っている。

【００３１】このため、図４の処理が実行されると、非
燃焼状態であるガスバーナ１０ｂを検出し（ステップＳ
１）、次いで、このガスバーナ１０ｂ側の蓄熱体温度セ
ンサ３０ｂの蓄熱体温度Ｔ_Dbを読込み（ステップＳ
２）、蓄熱体温度センサ３０ｂにより検出した蓄熱体温
度Ｔ_Ab（１０００℃程度）を測定開始温度Ｔ_Mとして記
憶される（ステップＳ７）。そして、カウンタｎ₁に
“１”を加算し（ステップＳ４）、タイマ割込処理を終
了してメインプログラムへの復帰を繰り返すが、ｎ₁・
ΔＴ_sが、第１回目の切換え判定時間Ｔ_H1に達すると
（ステップＳ８）、温度偏差値Ｔ_d（現時点の蓄熱体温
度Ｔ_Abから測定開始温度Ｔ_Mを減じた値）が下限温度偏
差値Ｔ_Lを下回っているか否かを判定するが、図５で明
らかなように、ガスバーナ１０ｂを非燃焼状態に切換え
た直後の蓄熱体２３ｂは温度上昇偏差が大きく（数１０
℃）、温度偏差値Ｔ_dは下限温度偏差値Ｔ_Lを大きく上
回ってＴ_L＜Ｔ_dとなるので、再度、次回の切換え判定
時間Ｔ_H2における非燃焼側の蓄熱体２３ｊの温度上昇偏
差を計測する準備を行い（ステップＳ１１）、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してい
く。

【００３２】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と、図５に示すように、ガスバーナ
１０ａ側の蓄熱体２３ａの温度が特性曲線Ｌ_aで示すよ
うに時間の経過とともに低下していき、ガスバーナ１０
ｂ側の蓄熱体２３ｂの温度も特性曲線Ｌ_bで示すように
徐々に上昇していくが、第１回目の切換え判定時間Ｔ_H1
から第５回目の切換え判定時間Ｔ_H1〜Ｔ_H5においては、
温度偏差値Ｔ_dが下限温度偏差値Ｔ_Lに対して数１０℃
の偏差で上回りＴ_L＜Ｔ_dの判定結果となるので、燃焼
バーナの切換え制御は行われず、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。

【００３３】そして、第６回目の切換え判定時間Ｔ_H6が
経過した後に、温度偏差値Ｔ_dが下限温度偏差値Ｔ_Lを
下回っているか否かを判定すると（ステップＳ１０）、
図５で明らかなように、蓄熱体２３ｂの温度上昇偏差が
小さくなり、判定結果がＴ_L≧Ｔ_dとなると、図４の処
理が実行されたときに、ステップＳ１０からステップＳ
１２に移行することになり、ガスバーナ１０ａの燃料遮
断弁１８ａに対する制御信号ＣＳ_Fa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。

【００３４】次いで、ステップＳ１３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１８
ａが閉じ切ることにより、ガスバーナ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１
０ａ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ＣＳ_Aaをオフ状態とし
て空気遮断弁２４ａを閉操作し、且つ廃ガス遮断弁２７
ａに対する制御信号ＣＳ_Gaをオン状態として廃ガス遮断
弁２７ａを開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が徐々に開かれ、これによってガスバー
ナ１０ａが非燃焼状態の廃ガス回収状態に切換えられ
る。

【００３５】次いで、ステップＳ１４に移行して、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ＣＳ_Gbをオフ状態として廃ガス遮断弁２７ｂ
を閉操作し、且つ空気遮断弁２４ｂに対する制御信号Ｃ
Ｓ_Ab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、時点ｔ₂から廃ガス遮断
弁２７ｂが徐々に閉じると共に、空気遮断弁２４ｂが徐
々に開かれることにより、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し、その後所定時間経過し
た空気遮断弁２４ｂ及び廃ガス遮断弁２４ａが全開状態
となった後の時点ｔ₄でガスバーナ１０ｂの燃料遮断弁
１８ｂに対する制御信号ＣＳ_Fb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、時間の経過と共に蓄熱体２３ｂの温度が
徐々に低下し（図５のｔ₁後の特性曲線Ｌ_bを参照）、
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していく（図５のｔ₁後の
特性曲線Ｌ_aを参照）。そして、このガスバーナ１０ｂ
の燃焼状態は、切換え判定時間Ｔ_H毎の温度偏差値Ｔ_d
と下限温度偏差値Ｔ_Lとの比較判定結果がＴ_L≧Ｔ_dと
なるまで継続され、温度偏差値Ｔ_dが下限温度偏差値Ｔ
_L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、非燃焼状態のガスバーナ
１０ｊの温度偏差値Ｔ_dが、下限温度偏差値Ｔ_L以下と
なる毎に、燃焼バーナの切換えが行われる。

【００３７】したがって、本実施例においては、予め設
定された切換え判定時間Ｔ_H毎に、非燃焼状態のガスバ
ーナ１０ｊ側の蓄熱体２３ｊの温度偏差値Ｔ_dと下限温
度偏差値Ｔ_Lとの比較判定を行い、その判定結果により
Ｔ_L≧Ｔ_dとなる時点、即ち、蓄熱体２３ｂの温度上昇
勾配が緩やかになった時点において蓄熱体２３ｊが熱許
容量を越える直前に燃焼バーナの切換え制御が行われる
ので、蓄熱体２３ｊの熱容量を越えて外部に排出される
廃ガス温度が不必要に高くなることを抑制し、熱回収効
率を向上させることができる。

【００３８】なお、上記各実施例においては、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。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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の蓄熱式
バーナ装置における燃焼制御装置は、蓄熱体温度検出手
段によって非燃焼側バーナの蓄熱体の温度を検出するこ
とにより、燃焼側バーナを非燃焼側バーナとし、且つ非
燃焼側バーナが燃焼側バーナとなるように切換制御が行
われるので、切換制御を行う温度設定値を、非燃焼側バ
ーナの蓄熱体の熱許容量が越えてしまう直前の蓄熱体の
許容温度に設定しておくと、加熱室内から高温の廃ガス
が供給されてきても蓄熱体は飽和状態とならず、この蓄
熱体は燃焼側バーナの放熱状態の蓄熱体として有効利用
される。したがって、外部に排出される廃ガス温度が不
必要に高くなることが抑制され、熱回収率を大幅に向上
させることができる。

【００４２】また、請求項２記載の蓄熱式バーナ装置に
おける燃焼制御装置は、請求項１記載の効果に加えて、
切換制御手段が、所定の計測時間内において蓄熱体温度
検出手段で検出された検出温度の昇温変化が所定の設定
偏差値以下となったときに、燃焼側バーナを非燃焼側バ
ーナとし、且つ非燃焼側バーナが燃焼側バーナとなるよ
うに切換制御を行うようにしており、蓄熱状態とされて
いる非燃焼側バーナの蓄熱体の昇温特性が、熱許容量を
越える直前では昇温勾配が緩やかな状態となるので、所
定の計測時間内において小さな値となる偏差値を前述し
た所定の設定偏差値とすると、蓄熱体が緩やかな昇温特
性を示したときに、燃焼側及び非燃焼側バーナの切換制
御を行うことができる。したがって、加熱室内から高温
の廃ガスが供給されてきても蓄熱状態の蓄熱体は確実に
飽和状態が防止され、さらに熱回収率を大幅に向上させ
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実施例
を示す概略構成図である。

【図２】蓄熱式バーナ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。

【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１０ａ、１０ｂガスバーナ１８ａ、１８ｂ燃料遮断弁１９メイン遮断弁２０流量調節弁２１Ｍガス供給源２２ａ、２２ｂ遮断弁２３ａ、２３ｂ蓄熱体２４ａ、２４ｂ空気遮断弁２５、２８流量調節弁２６空気ブロアー２７ａ、２７ｂ廃ガス遮断弁３０ａ、３０ｂ蓄熱体温度センサ（蓄熱体温度検出セ
ンサ）ｔ_H 切換判定時間（所定の計測時間）Ｔ_d 温度偏差値（所定の計測時間内の検出温度の昇温
変化）Ｔ_L 下限温度偏差値（所定の設定偏差値）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福井雅康岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者清水淳岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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備え、各バーナを交互に切換燃
焼させると共に、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ようにした蓄
熱式バーナ装置において、非燃焼側バーナの蓄熱体の温度を検出する蓄熱体温度検
出手段と、当該蓄熱体温度検出手段の検出温度に基づいて燃焼側バ
ーナの切換えを行う切換制御手段とを備えていることを
特徴とする蓄熱式バーナ装置における燃焼制御装置。
【請求項２】切換制御手段は、所定の計測時間内にお
いて、蓄熱体温度検出手段で検出された検出温度の昇温
変化が所定の設定偏差値を下回ったときに燃焼側バーナ
の切換えを行うことを特徴とする請求項１記載の蓄熱式
バーナ装置における燃焼制御装置。