JPH1026340A

JPH1026340A - 加熱炉およびその操業方法

Info

Publication number: JPH1026340A
Application number: JP8228669A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Oishi; 均大石; Kuniaki Okada; 邦明岡田
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-05-08
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】蓄熱式燃焼バ−ナを備えた加熱炉において、
炉圧が急上昇することによって加熱炉のシ−ル性が損な
われるのを防止する。【解決手段】交番燃焼する蓄熱式燃焼バ−ナを１組以
上備えた配置した加熱炉において、炉内圧力が一定圧力
を超えたときに、炉内の燃焼廃ガスを排出する燃焼排ガ
ス排出装置を設けた加熱炉。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、蓄熱式燃焼バー
ナを配置した加熱炉および加熱炉の操業方法に関し、特
にバーナの燃焼量が大きく変化したり、交番燃焼の切替
え時にバ−ナ対全体への燃料供給量が短時間０となる場
合でも、炉内圧力が一定圧力以下に保たれるようにした
加熱炉および加熱炉の操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】交番燃焼する蓄熱式燃焼バーナを有する
加熱炉（熱処理炉も含む、以下同じ）に関しては、特開
平７−１０３４３０号公報に開示されたコイルを焼鈍す
るためのコイル焼鈍炉がある。この焼鈍炉は、図１０に
示すように、コイル７１をバッチ焼鈍するための炉であ
り、炉内に装入されたコイル７１は、インナーカバー７
２で覆われ、インナーカバー７２内は無酸化雰囲気とな
っている。炉殻７３には、装入されたコイル７１を挟ん
で、複数対の蓄熱式燃焼バーナ７４（図１０においては
１対しか示していないので、７４ａおよび７４ｂで代表
する）が配置されている。この蓄熱式燃焼バーナ７４ａ
および７４ｂは、バーナケース７５中に、燃焼排ガスの
保有する熱エネルギを吸収して蓄熱する蓄熱体（セラミ
ックハニカム）７６とパイロットバーナ（図示せず）を
収納している。

【０００３】このバッチ式焼鈍炉の操業方法を詳述する
と、次のとおりである。すなわち、燃焼バーナ７４ａの
バーナケース７５に接続された燃料ガス供給配管に設け
た遮断弁７８ａを開いて、燃料ガスを供給するととも
に、燃焼用空気供給配管に設けた遮断弁７９ａを開い
て、燃焼用空気ブロア８１により燃焼用空気を蓄熱体７
６に供給し、燃焼用空気を高温に予熱する。また、燃焼
排ガス排気管に設けた遮断弁８０ａを閉じる。このよう
にして、パイロットバーナで着火して、燃焼用バーナ７
４ａでの燃焼を開始する。

【０００４】また、同時に燃焼バーナ７４ｂのバーナケ
ース７５に接続された燃料ガス供給配管に設けた遮断弁
７８ｂを閉じて、燃料の供給を停止するとともに、燃焼
用空気供給配管に設けた遮断弁７９ｂを閉じて燃焼用空
気を蓄熱体７６に供給するのを停止する。また、燃焼排
ガス排気管に設けた遮断弁８０ｂを開いて、燃焼排ガス
が蓄熱式燃焼バーナ７４ｂの蓄熱体７６を通って排出さ
れるようにし、蓄熱体７６で熱回収を行う。そして、こ
の状態で一定時間燃焼を行った後、上述した各種遮断弁
を切替えて、蓄熱式燃焼バーナ７４ｂで燃焼し、蓄熱式
燃焼バーナ７４ａで熱回収するというサイクルを繰り返
す。

【０００５】燃料供給配管および燃焼用空気供給配管に
は、それぞれ流量発信器８２および８３が設けられ、こ
こからの流量信号が燃焼制御装置８４に送られ、この流
量信号に基づきそれぞれの配管に設けた流量調整弁８５
および８６の開度が調整される。

【０００６】また、前述した各種遮断弁の切替えは燃焼
切替装置８７からの指令により行われる。

【０００７】操業開始後一定時間を経過すると、蓄熱体
を通過した燃焼用空気は蓄熱体に蓄えられた熱で予熱さ
れ、蓄熱体に熱を与える燃焼排ガスの温度と量によって
は、燃料の着火温度以上に上昇している場合もある。

【０００８】燃料と燃焼用空気は、パイロットバーナで
着火しつつ炉内に吹込まれて、炉内の燃焼排ガスを巻き
込みながら、緩慢な燃焼をする。

【０００９】燃料に製鉄所副生ガス（Ｃガス）を用いる
場合、燃焼排ガスを全量蓄熱体７６を通して排出する
と、蓄熱体７６出側の燃焼排ガス排気管および燃焼排ガ
ス排気管に設けた遮断弁８０ａおよび８０ｂが過熱さ
れ、使用限界温度を超えてしまうので、一部の燃焼排ガ
スは、炉の天井部に設けた補助逃がし煙道８８の燃焼排
ガス流量調整ダンパ８９を通して、外部に直接逃がすよ
うにしている。

【００１０】上述したようにして直接外部に逃がす燃焼
排ガスの流量は、全燃焼排ガスの流量の２０％程度であ
るが、現実の問題としては燃焼排ガス流量調整ダンパ８
９を通過する燃焼排ガスの流量を測定することは困難で
ある。

【００１１】前記特開平７−１０３４３０号公報に開示
された技術においては、燃焼排ガス流量が蓄熱体７６で
十分に蓄熱される流量であれば、蓄熱体を出た燃焼排ガ
スの温度はほぼ２００℃になることに着目し、蓄熱体７
６に接続された燃焼排ガス排気管に温度計９０を設け、
この温度計９０により燃焼排ガスの温度を測定しなが
ら、燃焼排ガス流量調整ダンパ８９を全閉の状態から徐
々に開く。燃焼排ガス流量調整ダンパ８９の開度が大き
くなるにつれて、蓄熱体７６を通過する燃焼排ガスの流
量は減少していくので、燃焼排ガスの保有する熱エネル
ギは十分に蓄熱体７６に吸収され、蓄熱体７６を出た後
の燃焼排ガスの温度は徐々に下がっていく。そして、２
００℃近傍に達するので、この時点で燃焼排ガス流量調
整ダンパ８９の開度を固定し、この状態で操業を続行す
る。

【００１２】なお、図１０中、符号７７は雰囲気攪拌フ
ァン、９１は安全弁、９２および９３は水またはオイル
シールによる水封装置である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の加熱炉で操業するときには、次のような問題点
があった。

【００１４】すなわち、被加熱物の均熱性を改善するた
めに、複数対の蓄熱式燃焼バーナ全体の燃焼量を一定量
に保持しながら、バーナ対毎に燃焼量を変化させる（バ
ーナ対が１対であればバーナ間）場合がある。このよう
な場合、必ず燃焼量が今までよりも増加する蓄熱式燃焼
バーナがある。このような蓄熱式燃焼バーナにおいて、
蓄熱から燃焼への切替を今までと同じタイミングで行う
と、燃焼バーナ切替え時に燃焼排ガスの流れの方向が反
転するのに時間がかかるので、炉内燃焼排ガス流れの状
況によってはその蓄熱式燃焼バーナと対になって燃焼排
ガスを排出している蓄熱式燃焼バーナからのみでは全量
排出しきれなくなることがある。この場合、炉内に滞留
する燃焼排ガス量が増加するため、瞬時的に炉内圧力が
上昇する状況が発生することがある。

【００１５】そして、このように増加した炉内の燃焼排
ガスを、前述した補助煙道を通して排出しようとして
も、補助煙道に設けた流量調整ダンパの開度を短時間で
大きくすることができないので、炉内圧力を上昇させな
い程の速さで燃焼排ガスを補助煙道から排出することは
できない。

【００１６】このため、例えばバッチ式コイル焼鈍炉の
場合、ベル（外殻部）水封部やインナーカバーのオイル
シール部のシール性が損われ（飛封と称する）、操業が
不可能になることがあるという問題点があった。特にイ
ンナーカバーのオイルシール部については、一般的なベ
ル焼鈍炉ではインナーカバー内部の無酸化雰囲気の圧力
を高める手段を有しており、この圧力を高めれば炉圧の
上昇に抵抗でき、インナーカバー内部への飛封を防止で
きるのに対して、ベル水封部は、このような手段を有し
ていないので、より飛封しやすい。

【００１７】このような、飛封をもたらす炉内圧力の異
常上昇は、蓄熱式燃焼バ−ナへの燃料や燃焼用空気の供
給あるいは供給停止のタイミングの微妙なずれに起因す
る過剰燃焼や、他の蓄熱式燃焼バ−ナの燃焼停止にとも
なう燃料や燃焼用空気の圧力上昇に起因する過剰燃焼に
よっても発生する。

【００１８】図１１は、２組のバ−ナ対Ａ（交番燃焼す
るバ−ナＡ₁およびＡ₂で構成）およびＢ（交番燃焼す
るバ−ナＢ₁およびＢ₂で構成）を有する加熱炉におけ
る交番燃焼切替サイクルを示すグラフである。バ−ナ対
Ａ内で、燃焼サイクルをバ−ナＡ₁からバ−ナＡ₂に、
またはバ−ナＡ₂からバ−ナＡ₁に切り替えるときに
は、燃焼用空気の供給は時間的なずれがない状態で、相
手のバ−ナに切り替えられている。すなわち、バ−ナ対
Ａ内における燃焼用空気の供給量は、常に一定量に保持
されている。

【００１９】これに対して、一方のバ−ナの燃料の供給
が停止されてから、他方のバ−ナで燃料の供給が開始さ
れるまでには、図に示すａ₁、ａ₂およびａ₃の時間帯
に見られるようなずれがある。これは、それぞれのバ−
ナに供給される燃料が不完全燃焼されるのを防止するた
めの措置であるが、このためにバ−ナ対Ａ全体として、
燃料が供給されていないａ₁、ａ₂およびａ₃のような
時間帯が発生する。これは、加熱炉全体として見た場合
は、燃料供給量が一時的に減少することであり、この結
果燃料配管内の燃料の供給圧力が高まり、図１２の燃料
の供給量の経時的な変化を示すグラフに見られるよう
に、バ−ナ対Ｂに供給される燃料が、上記ａ₁、ａ₂お
よびａ₃の時間帯に対応して一時的に増大し、過剰燃焼
を引き起こして、炉内圧力が異常上昇し、飛封につなが
るのである。

【００２０】このような過剰燃焼はバ−ナ対Ａにおいて
も、バ−ナ対Ｂへの燃料供給が０となるｂ₁、ｂ₂およ
びｂ₃の時間帯において発生する。

【００２１】飛封を防止する対策としては、既存のベル
水封部の水封レベル自体を大きくするように改造するこ
とが考えられるが、これはベル本体および床面側の両方
の水封部の改造が必要となるため、費用がかかり過ぎる
という問題点がある。

【００２２】この発明は、従来技術の上述のような問題
点を解消するためになされたものであり、２本１組で交
番燃焼する蓄熱式燃焼バーナを１組以上備えた加熱炉に
おいて、燃焼量が今までの燃焼量から増加する蓄熱式燃
焼バーナがあった場合でも、加熱炉の炉圧が所定値以内
に抑えることができる加熱炉および加熱炉の操業方法を
提供することを目的としている。

【００２３】

【課題を解決するための手段】この発明に係る加熱炉
は、交番燃焼する蓄熱式燃焼バーナを１組以上配置した
加熱炉において、炉内圧力が一定圧力を超えたときに、
炉内の燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス排出装置を設け
たものである。

【００２４】操業中において、蓄熱式燃焼バーナの燃焼
が切り替えられると、燃焼排ガスの炉内での燃焼排ガス
の流れの方向が急転するので、燃焼排ガスの排出を分担
する蓄熱式燃焼バーナないし燃焼排ガス流量調整ダンパ
に達するまでの燃焼排ガスの流れが運動量の変化を受け
る。このため、炉内・燃焼の状況によっては発生した燃
焼排ガスが吸引側の蓄熱式燃焼バーナから排出されにく
くなり、燃焼排ガスが炉内に蓄積されるので、炉内圧力
が急上昇することがある。

【００２５】そして、炉内圧力が一定圧力を超えた時
に、燃焼排ガス排出装置（水封式等瞬時に大量排出でき
る形式のものがよい）が作動して、燃焼排ガスが瞬時に
排出される。

【００２６】燃焼排ガスが瞬時に排出されることによ
り、炉内圧力は大気圧に近づくことになり、炉内の燃焼
排ガスの容積が減少するので、炉内圧力が急上昇するこ
とはない。

【００２７】また、この発明に係る第一の加熱炉の操業
方法は、交番燃焼する蓄熱式燃焼バーナを１組以上配置
し、水封装置をもった加熱炉の操業方法であって、蓄熱
式燃焼バーナの燃焼量を所定値以上に増加させるときに
は、蓄熱式燃焼バーナへの単位時間当りの燃料供給量を
徐々に増加させることにより、炉内圧力が一定圧力以下
に保たれるようにしたものである。

【００２８】蓄熱式燃焼バーナへの単位時間当りの燃料
供給量を徐々に増加させることにより、生成する燃焼排
ガス量の増加が緩慢なものとなる。また、ある方向に流
れていた燃焼排ガスの流れが大きな抵抗を受けることが
なくなり、発生した燃焼排ガスはスムーズに蓄熱式燃焼
バーナから排出される。

【００２９】このため、燃焼排ガスが炉内に蓄積される
ことはなく、炉内圧力は急上昇しない。

【００３０】また、燃焼排ガス排出装置を水封式等の形
式で構成しておくことにより、炉内圧力が一定圧力以下
に低下したときに、燃焼排ガスの排出を自然に停止する
ことができる。

【００３１】また、この発明に係る第二の加熱炉の操業
方法は、交番燃焼する蓄熱式燃焼バーナを１組以上配置
し、水封装置をもった加熱炉の操業方法であって、交番
燃焼している蓄熱式燃焼バ−ナの燃焼を切り換えるとき
には、燃焼している側の燃焼バ−ナに供給されている燃
料を、所定の時間かけて定常燃焼状態から徐々に減少さ
せて供給を停止するとともに、燃焼排ガスを排気してい
た側の燃焼バ−ナにおいては、前記所定時間内に燃料の
供給量を徐々に増加させながら定常燃焼状態に到達させ
て、交番燃焼している蓄熱式燃焼バ−ナ対全体に対する
燃料の供給量を一定に保持することにより、炉内圧力が
一定圧力以下に保たれるようにしたものである。

【００３２】交番燃焼している蓄熱式燃焼バ−ナの燃焼
を切り換えるときに、燃焼している側の燃焼バ−ナへの
燃料の供給を完全に停止してから、燃焼排ガスを排気し
ている側の燃焼バ−ナへの燃料の供給を開始すると、交
番燃焼している蓄熱式燃焼バ−ナ対全体に対する燃料の
供給がゼロになる瞬間がある。

【００３３】このように、ある燃焼バ−ナ対に対する燃
料の供給量がゼロになると、燃料供給配管内では燃料の
供給圧力が高まる。この結果として、他の燃焼バ−ナ対
に対する燃料の供給量が増加し、過剰燃焼となり炉内圧
力が異常に上昇する。

【００３４】この発明においては、蓄熱式燃焼バ−ナ対
全体に対する燃料の供給量が、常に一定量となるように
しているので、過剰燃焼が発生せず、炉内圧力が異常に
上昇することがなくなり、炉内圧力を一定圧力以下に保
つことができる。

【００３５】また、この発明に係る第三の加熱炉の操業
方法は、交番燃焼する蓄熱式燃焼バーナを１組以上配置
し、水封装置をもった加熱炉の操業方法であって、蓄熱
式燃焼バーナへの燃料の供給量が、他の蓄熱式燃焼バー
ナへの燃料の供給停止にともなって過剰とならないよう
に、蓄熱式燃焼バーナへの燃料の供給圧力を一定に保つ
ことにより、炉内圧力が一定圧力以下に保たれるように
したものである。

【００３６】蓄熱式燃焼バーナで燃焼中に、他の蓄熱式
燃焼バーナが燃焼を停止すると、燃料配管内での燃料の
供給圧力が上昇する。このため、燃焼中の蓄熱式燃焼バ
ーナへの燃料の供給量が増大する。

【００３７】この発明においては、燃料配管内で、燃料
の圧力が上昇しても、燃焼中の蓄熱式燃焼バーナへ供給
する燃料の供給圧力を一定圧力に保つようにしているの
で、燃料の供給が過剰となることはない。

【００３８】したがって、過剰燃焼により炉内圧力が異
常に上昇することがなくなり、炉内圧力を一定圧力以下
に保つことができる。

【００３９】

【発明の実施の形態】この発明の加熱炉を、第一の実施
の形態として、図１により説明する。図１は、この加熱
炉の縦断面図である。図１において図１０で説明した従
来の加熱炉と同じ構成の部分は、図１０と同じ符号を付
し、同じ部分の詳細説明は省略する。

【００４０】この加熱炉には、燃焼排ガス排出装置とし
て、水頭圧力が設定できる炉圧調整用水封機構１を備え
た炉圧調整用排気管１０を設け、炉圧の上昇原因となる
炉内の余剰な燃焼排ガスを、速やかに炉外に排出するよ
うにする。ここで炉圧調整用水封機構１は、制御すべき
炉圧を一定の範囲で設定できるように炉圧調整用排気管
１０の水封流体（たとえば水）への浸漬深さを炉圧範囲
に見合うように調整できるようにしてもよい。

【００４１】図２はこの加熱炉において、燃焼排ガス排
出装置として使用する炉圧調整用水封機構１の詳細を示
す正面図である。炉圧調整用排気管１０の先端は、水封
流体供給管３によりシールポット２中に供給される水封
流体４に浸漬されている。炉圧調整用排気管１０の浸漬
深さＨは、次のようにして決定すればよい。すなわち、
前述したようにインナーカバーのオイルシール部は、カ
バー内部の無酸化雰囲気圧力を調整することにより、飛
封しにくくすることが可能であるので、より飛封しやす
い水封部が飛封する圧力（たとえば１５０ｍｍＡｑ）を
基準とし、これに安全率を掛けた圧力（たとえば１１０
ｍｍＡｑ）とバランスする水頭となるように設定すれば
よい。

【００４２】さらに、シールポット２の側面に鉛直方向
に複数の溢水弁５を設けた水封圧力調整用溢水管６を設
け、蓄熱式燃焼バーナ自体の燃焼負荷やこの対間（バー
ナ間）の燃焼負荷の違いによって変動する（たとえば蓄
熱式燃焼バーナ自体の燃焼負荷が低ければ炉圧上限値を
低く設定し得る）炉圧上限値に応じて、開状態にする溢
水弁５を変更して水封レベルを調整できるようにしても
よい。

【００４３】なお、図中符号７は溢水容器であり、溢水
が一定レベルになったら、排水弁８を開いて排水する。

【００４４】第一の実施形態の加熱炉における燃焼排ガ
ス排出装置の作用を説明すると、次のとおりである。す
なわち、被加熱物の均熱性を改善するために、蓄熱式燃
焼バーナの対間（対の数が１対であればバーナ間）の燃
焼負荷の調整を行う場合、低燃焼負荷側の蓄熱式燃焼バ
ーナの燃焼を停止する場合もあるので、低燃焼負荷側と
高燃焼負荷側の負荷の較差は大きくなる。そして、高燃
焼負荷側の蓄熱式燃焼バーナの燃焼用バーナを構成する
燃料ノズルからは、燃料が短時間の間に炉内に噴出され
るとともに、燃焼反応も急速に進行するので、燃焼排ガ
スの生成速度も極めて速くなる。そのため、別の消火サ
イクルにある蓄熱式燃焼バーナから排出する燃焼排ガス
の排出量が、燃焼排ガスの発生量よりも少なくなるため
に、燃焼排ガス炉内に蓄積されることになり、瞬時的に
炉内圧力が上昇する。そして、炉内圧力が一定圧力を超
えたときに、上述した燃焼排ガス排出装置が作動して、
炉内の燃焼排ガスの一部を炉外に排出する。

【００４５】燃焼切り替え直後の一定時間を過ぎると、
炉内における燃焼排ガスの流れが安定するので圧力上昇
が再発することはなく、燃焼排ガスの流れはスムーズに
燃焼排ガスの排出を担当する燃焼用バーナに到達し排出
されるようになる。

【００４６】さらに、燃焼排ガス排出装置を水封機構に
より構成しておくと、炉内圧力の低下とともに、燃焼排
ガス排出装置の排出口が自然に閉ざされ、必要以上に燃
焼排ガスが大気中に排出されることはない。

【００４７】上記実施形態は、燃焼排ガス排出装置とし
て水封機構を有するもので説明したが、燃焼排ガスを短
時間で大量に排出でき、かつ排出後には速やかに排出を
停止できる構造のものであれば他の形式でもよく、例え
ばカウンターウェイトを備えた形式のものでもよい。炉
圧を代表する部分に炉圧検出器を取り付け、これが所定
値を超えたときに、燃焼排ガスの滞留している部分から
オンオフ弁で炉外に排出するようにすることもできる。

【００４８】次に、この発明の加熱炉の操業方法を、第
二の実施の形態として図３および図４により説明する。
図３（ａ）は本操業方法を適用する加熱炉の蓄熱式燃焼
バーナの説明図、図３（ｂ）はこの蓄熱式燃焼バーナに
燃料を供給するための燃料の配管系統図である。

【００４９】図３（ａ）により、この蓄熱式燃焼バーナ
を説明すると、この蓄熱式燃焼バーナは、バーナスロー
ト１１の途中において、蓄熱体を通って高温になったバ
ーナスロート１１内の燃焼空気Ａの流れの周りから、こ
の高温燃焼空気Ａの流れに向けて、一次燃料Ｆ₁を噴射
する一次燃料噴射ノズル１２が、バーナスロート１１の
内周に沿って複数個設けられているとともに、バーナス
ロート１１とほぼ平行に二次燃料Ｆ₂を直接炉内１４に
噴射する二次燃料噴射ノズル１３が、バーナスロート１
１の周りに複数配置されている。

【００５０】そして、この蓄熱式燃焼バーナで燃焼する
場合には、高温の燃焼空気Ａと一次燃料Ｆ₁とが、バー
ナスロート１１から炉内１４に噴射され、高温の燃焼空
気Ａの周りに一次火炎Ｂ₁が形成される。

【００５１】次いで、この一次火炎Ｂ₁の外側から、バ
ーナスロート１１とほぼ平行に二次燃料Ｆ₂が直接炉内
１４に噴射される。この時、二次燃料Ｆ₂はバーナスロ
ート１１とほぼ平行にかつその外側から噴射されるた
め、一次火炎Ｂ₁によって、中央の燃焼空気Ａの流れか
ら遮断される。このため、一次火炎Ｂ₁の表面と接触す
る二次燃料Ｆ₂は、残存酸素量が過少状態の一次火炎Ｂ₁
中において、Ｎｏｘを還元する。

【００５２】そして、二次燃料Ｆ₂は一次火炎Ｂ₁よりも
下流において、雰囲気ガスを巻き込みながら、一次火炎
Ｂ₁を貫通した高温の燃焼空気Ａと接触して混合され
る。この時、燃焼空気Ａは極めて高温（炉内燃焼排ガス
温度に近い７００℃程度）であるため、二次燃料Ｆ₂は
容易に二次燃焼を起こす。しかも、一次火炎Ｂ₁が火種
として存在するため、安定して二次燃焼を起こす。

【００５３】なお、図３（ａ）における符号２０は、パ
イロットバーナである。また、図３（ｂ）により、上述
した蓄熱式燃焼バーナに燃料を供給する燃料配管を説明
すると、一次燃料Ｆ₁を噴射する一次燃料噴射ノズル１
２には、燃料配管１５が接続されており、この燃料配管
１５には燃料の流れる方向に沿って、流量調整弁１５ａ
および燃料遮断弁１５ｂが設けられている。また、二次
燃料Ｆ₂を噴射する二次燃料噴射ノズル１３には燃料配
管１６が接続されており、この燃料配管１６には燃料の
流れる方向に沿って、流量調整弁１６ａおよび燃料遮断
弁１６ｂが設けられている。

【００５４】また、燃料遮断弁１５ｂおよび１６ｂをバ
イパスするバイパス管１７および１８が設けられてお
り、バイパス管１７および１８にはそれぞれスローオー
プン型電磁弁１７ａおよび１８ａが設けられている。

【００５５】この実施の形態の加熱炉の操業方法におい
ては、上述した燃料配管に設けた流量調整弁１５ａおよ
び１６ａを流れる燃料流量が、この蓄熱式バーナの最大
燃焼時の燃料流量を１０Ｑとした時に、流量調整弁１５
ａは３Ｑ（全体の３／１０）、流量調整弁１６ａは７Ｑ
（全体の７／１０）、となるようにあらかじめ設定して
ある。

【００５６】そして、低負荷（燃焼量が少ない）操業時
はスローオープン型電磁弁１７ａおよび１８ａを閉状態
のまま、燃料遮断弁１５ｂおよび１６ｂを動作させて点
火・消火切替を行うが、蓄熱式燃焼バーナの交番燃焼す
る対間の燃焼負荷を所定値以上に較差を付ける時、また
は、対自体の数を変更する時に、その時点での蓄熱式燃
焼バーナトータルの燃焼負荷等、前述した燃焼制御装置
で処理している操業データから瞬時的に炉内圧力が上昇
するものと燃焼制御装置で判断する場合、高燃焼負荷側
の蓄熱式燃焼バーナにおいて燃料遮断弁１５ｂおよび１
６ｂを閉状態のまま、スローオープン型電磁弁１７ａお
よび１８ａを動作させて点火・消火切替を行うようにす
る。この状態でスローオープン型電磁弁１７ａおよび１
８ａは１０秒間で全閉から全開になるようにしている。
このようにして、燃焼を開始すると、スローオープン型
電磁弁１７ａおよび１８ａにより、燃料が徐々に増やさ
れていく。したがって、燃焼開始時に急激な燃焼によっ
て炉内圧力の急上昇は発生せず、炉のシール機構が破損
されることはない。

【００５７】なお、炉圧上昇の状況によっては、スロー
オープン型電磁弁１７ａまたは１８ａのいずれか一方の
みを使用するようにしてもよい。

【００５８】なお、上記の燃焼においては、前述したよ
うに、高温の燃焼空気の周りに二次燃料が噴射されるの
で、ＮＯｘの発生を防止するという効果もある。

【００５９】図４は、第二の実施の形態の操業方法を実
施した経過時間と燃料流量との関係を示すグラフであ
る。このグラフにおいては、Ａの領域は、被加熱物の各
部において温度偏差がなく、全ての蓄熱式燃焼バーナの
各対間で燃焼量が同じ状態で燃焼している状態を示して
いる。また、Ｂの領域は、被加熱物に温度偏差が生じて
高燃焼量の蓄熱式燃焼バーナ対と低燃焼量の蓄熱式燃焼
バーナ対とで燃焼している状態を示している。また、Ｃ
の領域は、高燃焼量の蓄熱式燃焼バーナ対と低燃焼量の
蓄熱式燃焼バーナ対との間の燃焼量の較差を更に大きく
して燃焼している状態を示している。また、Ｄの領域
は、被加熱物の温度偏差が小さくなってきて、高燃焼量
の蓄熱式燃焼バーナ対と低燃焼量の蓄熱式燃焼バーナ対
との間の燃焼量の較差をＢの領域と同じにして燃焼して
いる状態を示している。また、Ｅの領域は、被加熱物の
温度偏差がなくなり、全ての蓄熱式燃焼バーナ対の燃焼
量を同じに戻して燃焼している状態を示している。

【００６０】そして、特にＣの領域においては、高燃焼
量の蓄熱式燃焼バーナ対と低燃焼量の蓄熱式燃焼バーナ
対との間の燃焼量の較差が大きいため、高燃焼量の蓄熱
式燃焼バーナ対に燃料を短時間に大量に供給すると、前
述したような炉内圧力の急激な上昇を引き起こすので、
この領域においては、高燃焼量の蓄熱式燃焼バーナ対に
おいては、図３において説明したスローオープン型電磁
弁を燃料供給配管に設け、電磁弁を１０秒間で全閉から
全開になるようにして、燃料供給を行うようにしてい
る。

【００６１】なお、蓄熱式燃焼バーナが１対しか配置さ
れていない加熱炉においても、交番燃焼を高燃焼量と低
燃焼量とに切り替えて加熱することがあるが、この場合
においても、高燃焼量の燃焼サイクルにおいては、上述
したスローオープン型電磁弁を使用するとよい。

【００６２】次に、この発明の加熱炉の操業方法を、第
三の実施の形態として図５および図６により説明する。

【００６３】図５は加熱炉の蓄熱式燃焼バーナに燃料を
供給するための燃料の配管系統図である。なお、この炉
の蓄熱式燃焼バーナは、図３により説明した蓄熱式燃焼
バーナと同じであるので説明は省略し、燃料の配管系統
図だけを説明する。この場合、一次燃料Ｆ₁を噴射する
一次燃料噴射ノズル１２には、燃料配管１５が接続され
ており、この燃料配管１５には燃料の流れる方向に沿っ
て、流量調整弁１５ａおよび燃料遮断弁１５ｂが設けら
れている。また、二次燃料Ｆ₂を噴射する二次燃料噴射
ノズル１３には燃料配管１６が接続されており、この燃
料配管１６には燃料の流れる方向に沿って、流量調整弁
１６ａおよび燃料遮断弁１６ｂが設けられている。

【００６４】この加熱炉の操業方法においては、上述し
た燃料配管に設けた流量調整弁１５ａおよび１６ａを流
れる燃料流量が、この蓄熱式バーナの最大燃焼時の燃料
流量を１０Ｑとした時に、流量調整弁１５ａは３Ｑ、流
量調整弁１６ａは７Ｑ、となるようにあらかじめ設定し
てある。

【００６５】そして、通常操業時は燃料遮断弁１５ｂお
よび１６ｂを同時に動作させて点火・消火切替を行う
が、蓄熱式燃焼バーナの交番燃焼する対間の燃焼負荷を
変更または対自体の数を変更する時に、その時点での蓄
熱式燃焼バーナトータルの燃焼負荷等、燃焼制御装置で
処理している操業データから瞬時的に炉内圧力が上昇す
るものと燃焼制御装置で判断する場合、高燃焼負荷側の
蓄熱式燃焼バーナにおいて燃料遮断弁１５ｂおよび１６
ｂの動作開始タイミングを１５ｂの方が１６ｂよりも全
閉からの開動作が３秒早く始るようにずらして点火・消
火切替を行うようにする。このようにして、燃焼を開始
すると、各遮断弁の動作タイミングのずれに対応して燃
料が段階的に増やされていくので燃料の流速が遅く、燃
焼用空気と燃料が拡散混合する時間が十分にとれるとい
う作用により、炉内に未燃焼の燃料を大量に供給させる
ことなく、短時間で完全燃焼に移行させることができ
る。したがって、燃焼開始時に急激な燃焼によって炉内
圧力の急上昇は発生せず、炉のシール機構が破損される
ことはない。

【００６６】なお、上記の燃焼においては、前述したよ
うに、高温の燃焼空気の周りに二次燃料が噴射されるの
で、ＮＯｘの発生を防止するという効果もある。

【００６７】図６は、第三の実施の形態における経過時
間と燃料流量との関係を示すグラフである。このグラフ
において、Ａ〜Ｅの各領域における燃焼状態は、図５で
説明したのと同じ燃焼状態を示している。

【００６８】そして、特にＣの領域においては、高燃焼
量の蓄熱式燃焼バーナ対と低燃焼量の蓄熱式燃焼バーナ
対との間の燃焼量の較差が大きいため、高燃焼量の蓄熱
式燃焼バーナ対に燃料を短時間に大量に供給すると、前
述したような炉内圧力の急激な上昇を引き起こすので、
この領域においては、高燃焼量の蓄熱式燃焼バーナ対に
おいては、図５において説明したように、高燃焼負荷側
の蓄熱式燃焼バーナにおいて燃料遮断弁１５ｂおよび１
６ｂの動作開始タイミングを１５ｂの方が１６ｂよりも
全閉からの開動作が３秒早く始るようにずらして点火・
消火切替を行うようにする。

【００６９】なお、蓄熱式燃焼バーナが１対しか配置さ
れていない加熱炉においても、交番燃焼を高燃焼量と低
燃焼量とに切り替えて加熱することがあるが、この場合
においても、上述のようにして燃料遮断弁１５ｂおよび
１６ｂを動作させるとよい。

【００７０】次に、この発明の加熱炉の操業方法を、第
四の実施の形態として図７により説明する。なお、この
実施の形態においては、燃焼切り替え時の燃料供給方法
に特徴があり、燃料遮断弁をスロ−オ−プン・スロ−ク
ロ−ズ型電磁弁とした以外は、特に限定するところがな
いので、特徴点以外の説明は省略する。

【００７１】図７は本実施の形態の加熱炉の操業方法に
おいて、加熱炉の交番燃焼型蓄熱式燃焼バーナに供給し
ている燃料の供給を、一方のバ−ナＡ₁から他方のバ−
ナＡ ₂に切り替えるときの切替方法を説明するための、
経過時間と燃料遮断弁の開度（すなわち単位時間当たり
の燃料供給量）との関係を示すグラフである。

【００７２】燃焼サイクルにあったバ−ナＡ₁の燃焼を
停止するときには、ｔ₁の時点においてバ−ナＡ₁の燃
料遮断弁を閉じる。この燃料遮断弁はスロ−オ−プン・
スロ−クロ−ズ型電磁弁であるので、バ−ナＡ₁の燃料
遮断弁が完全に閉じるのはｔ ₂の時点である。すなわ
ち、バ−ナＡ₁においては、定常燃焼状態から燃料の供
給停止までｔ₂−ｔ₁＝ｔの時間がかかる。

【００７３】同時に、燃焼排ガス排気サイクルにあった
バ−ナＡ₂の燃料遮断弁が、前記ｔ ₁の時点において開
かれる。この燃料遮断弁もまたスロ−オ−プン・スロ−
クロ−ズ型電磁弁であり、バ−ナＡ₂の燃料遮断弁が完
全に開くのはｔ₂の時点である。

【００７４】同じように、燃焼サイクルにあったバ−ナ
Ａ₂の燃焼を停止するときには、ｔ ₃の時点においてバ
−ナＡ₂の燃料遮断弁を閉じる。この燃料遮断弁はスロ
−オ−プン・スロ−クロ−ズ型電磁弁であるので、バ−
ナＡ₂の燃料遮断弁が完全に閉じるのはｔ₄の時点であ
る。すなわち、バ−ナＡ₂においては、定常燃焼状態か
ら燃料の供給停止までｔ₄−ｔ₃＝ｔの時間がかかる。

【００７５】同時に、燃焼排ガス排気サイクルにあった
バ−ナＡ₁の燃料遮断弁が、前記ｔ ₃の時点において開
かれる。この燃料遮断弁もまたスロ−オ−プン・スロ−
クロ−ズ型電磁弁であり、バ−ナＡ₁の燃料遮断弁が完
全に開くのはｔ₄の時点である。

【００７６】本実施の形態においては、燃焼サイクルの
切り替えを上述のようにして行うので、ｔ₁からｔ₂ま
での間の時間帯またはｔ₃からｔ₄までの間の時間帯に
おいても、バ−ナＡ₁とバ−ナＡ₂で構成されるバ−ナ
対全体としては定常燃焼時と同量の燃料が供給されるこ
とになり、常時一定量の燃料が供給されることになる。
したがって、燃焼サイクルの切り替えにともなってある
バ−ナ対への燃料供給が停止し、その影響で燃料の供給
圧力が高まり、他のバ−ナ対への燃料供給量が増えた結
果異常燃焼が発生し、炉内圧力が異常に上昇することは
ない。

【００７７】次に、この発明の加熱炉の操業方法を、第
五の実施の形態として図８により説明する。なお、この
実施の形態においては、燃焼切り替え時に一時的にバ−
ナ対内における燃料の供給が停止ても、その影響により
他のバ−ナ対で異常燃焼が発生するのを防止する対策以
外は、特に限定するところがないので、特徴点以外の説
明は省略する。

【００７８】図８は、各燃焼バ−ナへの燃料供給配管系
統図である。この加熱炉の操業方法においては、蓄熱式
燃焼バ−ナの燃料噴射ノズル２１に接続される燃料配管
２２の途中に、燃料の流れる方向に沿って、流量調整弁
２３、燃料遮断弁２４および圧力調整弁２５が設けられ
ている。

【００７９】このような燃料供給配管系統になっている
ので、他のバ−ナ対における燃焼切り替え時に、そのバ
−ナ対の燃料供給量が０となって、燃料供給配管２２内
の燃料供給圧力が高くなり、その影響で燃料供給量が増
えそうになっても、圧力調整弁２５により配管内の圧力
上昇の影響を阻止できるので、燃料噴射ノズル２１に対
する燃料の供給量が増えることはない。したがって、異
常燃焼が発生せず、炉内圧が異常に上昇することはな
い。

【００８０】図９のグラフは、本発明における炉内圧力
の時間的な推移を示すものであり、（ａ）が従来の操業
方法における炉内圧力の時間的な推移を示し、（ｂ）が
本発明の操業方法における炉内圧力の時間的な推移を示
したものである。従来の操業方法（ａ）では、蓄熱式燃
焼バーナの交番燃焼する対間の燃焼負荷を変更した場
合、燃焼切替時に炉内圧力が１８０ｍｍＡｑまで上昇し
た例を示している。本発明の加熱炉ないし操業方法にお
いては、（ｂ）に示すように１１０ｍｍＡｑまでしか上
昇せず、したがって１５０ｍｍＡｑの水封高さを持って
いる炉のシール性が損われることはない。

【００８１】なお本発明は、複数対の蓄熱式燃焼バーナ
を有する炉で各蓄熱式燃焼バーナ間の燃焼負荷を変化さ
せる技術全般に適用し得るものであり、たとえば蓄熱式
燃焼バーナを上下方向に配置した加熱炉にも適用可能な
技術である。

【００８２】

【発明の効果】この発明により、炉内で部分的に燃焼量
が増加しても、炉内圧力が急上昇することがなくなった
ので、炉内圧力を一定値以内に保つことができる。

【００８３】また、燃焼量の急激な増加を防止する対策
を講じているので、同じように炉内圧力を一定値以内に
保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態の加熱炉の縦断面図で
ある。

【図２】本発明の第一の実施形態の加熱炉の炉圧調整用
水封機構の側面図である。

【図３】本発明の第二の実施形態の加熱炉の操業方法を
適用した加熱炉の説明図であり、（ａ）はこの加熱炉の
蓄熱式燃焼バーナの説明図、（ｂ）はこの蓄熱式燃焼バ
ーナに燃料を供給するための燃料の配管系統図である。

【図４】本発明の第二の実施形態の加熱炉の操業方法を
実施した実施例の経過時間と燃料流量との関係を示すグ
ラフである。

【図５】本発明の第三の実施形態の加熱炉の操業方法を
適用した加熱炉の蓄熱式燃焼バーナに燃料を供給するた
めの燃料の配管系統図である。

【図６】本発明の第三の実施形態の加熱炉の操業方法を
実施した実施例の経過時間と燃料流量との関係を示すグ
ラフである。

【図７】本発明の第四の実施形態の加熱炉の操業方法を
実施した場合の経過時間と燃料遮断弁の開度との関係を
示すグラフである。

【図８】本発明の第五の実施形態の加熱炉の操業方法を
適用した加熱炉の蓄熱式燃焼バーナに燃料を供給するた
めの燃料の配管系統図である。

【図９】経過時間と炉内圧力との関係を示すグラフであ
り、（ａ）は従来の操業方法により操業した場合、
（ｂ）は本発明により操業した場合である。

【図10】従来の交番燃焼する蓄熱式燃焼バーナを配置し
た加熱炉の縦断面図である。

【図11】２組のバ−ナ対を有する加熱炉における交番燃
焼切替サイクルを示すグラフである。

【図12】燃料の供給量の経時的な変化を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１炉圧調整用水封機構２シールポット３水封流体供給管４水封流体５溢水弁６水封圧力調整用溢水管７溢水容器８排水弁１０炉圧調整用排気管１１バーナスロート１２一次燃料噴射ノズル１３二次燃料噴射ノズル１４炉内１５燃料配管１５ａ流量調整弁１５ｂ燃料遮断弁１６燃料配管１６ａ流量調整弁１６ｂ燃料遮断弁１７バイパス管１７ａスローオープン電磁弁１８バイパス管１８ａスローオープン電磁弁２０パイロットバーナ２１燃料噴射ノズル２２燃料配管２３流量調整弁２４燃料遮断弁２５圧力調整弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交番燃焼する蓄熱式燃焼バーナを１組以
上配置した加熱炉において、炉内圧力が一定圧力を超え
たときに、炉内の燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス排出
装置を設けたことを特徴とする加熱炉。
【請求項２】交番燃焼する蓄熱式燃焼バーナを１組以
上配置し、水封装置をもった加熱炉の操業方法であっ
て、蓄熱式燃焼バーナの燃焼量を所定値以上に増加させ
るときには、蓄熱式燃焼バーナへの単位時間当りの燃料
供給量を徐々に増加させることにより、炉内圧力が一定
圧力以下に保たれるようにしたことを特徴とする加熱炉
の操業方法。
【請求項３】交番燃焼する蓄熱式燃焼バーナを１組以
上配置し、水封装置をもった加熱炉の操業方法であっ
て、交番燃焼している蓄熱式燃焼バ−ナの燃焼を切り換
えるときには、燃焼している側の燃焼バ−ナに供給され
ている燃料を、所定の時間かけて定常燃焼状態から徐々
に減少させて供給を停止するとともに、燃焼排ガスを排
気していた側の燃焼バ−ナにおいては、前記所定時間内
に燃料の供給量を徐々に増加させながら定常燃焼状態に
到達させて、交番燃焼している蓄熱式燃焼バ−ナ対全体
に対する燃料の供給量を一定に保持することにより、炉
内圧力が一定圧力以下に保たれるようにしたことを特徴
とする加熱炉の操業方法。
【請求項４】交番燃焼する蓄熱式燃焼バーナを１組以
上配置し、水封装置をもった加熱炉の操業方法であっ
て、蓄熱式燃焼バーナへの燃料の供給量が、他の蓄熱式
燃焼バーナへの燃料の供給停止にともなって過剰となら
ないように、蓄熱式燃焼バーナへの燃料の供給圧力を一
定に保つことにより、炉内圧力が一定圧力以下に保たれ
るようにしたことを特徴とする加熱炉の操業方法。