JPH1061945A - バーナを用いた炉およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バーナの間引き運転時においても、複数本の
バーナーのうちの間引き本数にかかわらず、完全燃焼状
態を維持できる炉およびその制御方法を提供すること。 【解決手段】 炉本体の内壁上には複数本のバーナが設
置されており、これらのバーナにはそれぞれ、燃料配管
および空気配管を介して燃料および空気が供給される。
燃料配管および空気配管には、それぞれ、燃料メインコ
ントロール弁および空気メインコントロール弁が設けら
れ、流量が制御されている。これらのメインコントロー
ル弁は、燃焼制御システムにより、前記各バーナに供給
される燃料に対して、空気の供給量を所定の空気過剰率
となるように制御される。一方、前記複数本のバーナの
うち、一部のバーナに対して燃料の供給を停止するとと
もに、これらのバーナから空気をリークさせることによ
り、間引き運転を行う手段が設けられている。この手段
による間引き運転時に、前記制御システムは、前記空気
過剰率の値を間引き本数の増加に対応して嵩上げ修正す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複数本のバーナを用
いた加熱炉あるいは焼鈍炉のような炉に関し、特に、加
熱温度に応じてバーナを間引いて燃焼させる際の、炉内
における空気・燃料比率（空燃比）の制御方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数本のバーナを用いた加熱炉あ
るいは焼鈍炉のような炉においては、複数本のバーナに
共通の配管から燃料および空気を供給するとともに、個
々のバーナーについては、燃料および空気を遮断あるい
は供給料を調整可能なバルブが設けられている。このよ
うな炉の運転においては、炉内の温度調整のため、複数
本のバーナのうち、何本かのバーナの燃料バルブおよび
空気バルブを遮断して消火する、いわゆる、間引き運転
が行われているいる。しかしこの間引き運転において
は、間引き（消火）されたバーナの先端からも、バーナ
ヘッド（先端）の破損を防止するために、エアをリーク
させていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の炉
においては、バーナの間引き運転に際しては、間引きを
行ったバーナの先端からもエアをリークさせるため、間
引き本数が多くなるにつれて残りの燃焼中のバーナーに
おける空気と燃料の比率、いわゆる空燃比がくずれ、空
気が不足し、燃料が過多（リッチ）の燃焼となってい
た。この燃料リッチの燃焼は、不完全燃焼状態による熱
損失及び黒煙発生等の問題を生じ、公害上も問題であっ
た。

【０００４】したがって、本発明の目的はこのような問
題点に鑑み、バーナの間引き運転時においても、間引き
本数にかかわらず、完全燃焼状態を維持できる炉および
その制御方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数本
のバーナが内壁上に設置された炉本体と、前記バーナに
燃料を供給する燃料配管と、この燃料配管内に供給され
る燃料の量を制御する燃料メインコントロール弁と、前
記バーナに空気を供給する空気配管と、この空気配管内
に供給される空気の量を制御する空気メインコントロー
ル弁と、前記各バーナに供給される燃料に対して、空気
の供給量が所定の空気過剰率となるように、前記燃料メ
インコントロール弁および空気メインコントロール弁を
制御する制御システムと、前記複数本のバーナのうち、
一部のバーナに対して燃料の供給を停止するとともに、
これらのバーナから空気をリークさせることにより、間
引き運転を行う手段と、この手段による間引き運転時
に、前記制御手段における空気過剰率の値を修正する手
段とを備えたことを特徴とするバーナを用いた炉が得ら
れる。

【０００６】また、本発明によれば、前記制御システム
は、前記炉本体内の温度をプロセス値とし、これに基づ
いて炉内温度を制御する温度制御指示コントローラと、
この温度制御指示コントローラの操作出力値が第１の乗
算器を介して供給され、その制御出力が前記燃料メイン
コントロール弁に供給される燃料流量制御指示コントロ
ーラと、前記温度制御指示コントローラの操作出力値が
第２の乗算器を介して供給され、その制御出力が前記空
気メインコントロール弁に供給される空気流量制御指示
コントローラと、前記燃料配管内に供給される燃料の流
量に比例した出力値を発生し、これを前記燃料メインコ
ントロール弁に供給するとともに、前記第２の乗算器に
第２の入力として供給する燃料用差圧発信器と、この燃
料用差圧発信器の出力値に前記空気過剰率に比例する係
数を乗じ、これを前記空気流量制御指示コントローラの
入力として供給する第１の関数器と、前記空気配管内に
供給される空気の流量に比例した出力値を発生し、これ
を前記空気メインコントロール弁に供給するとともに、
前記出力値に前記空気過剰率に反比例する係数を乗じ、
これを前記第１の乗算器に第２の入力として供給する空
気用差圧発信器と、前記第１および第２の関数器に対
し、前記空気過剰率の値を修正するテーブル手段とを備
え、このテーブル手段は、前記複数本のバーナのうちの
間引き本数に対する前記空気過剰率の修正係数を出力し
て、前記第１および第２の関数器の空気過剰率の値を修
正するすることを特徴とする前記バーナを用いた炉が得
られる。

【０００７】さらに、本発明によれば、炉本体内壁上に
設置された複数本のバーナに、燃料配管および空気配管
を介して燃料および空気を供給する手段と、この手段に
より燃料および空気が供給される前記複数本のバーナの
うち、一部のバーナに対して燃料の供給を停止するとと
もに、これらのバーナから空気をリークさせることによ
り、間引き運転を行う手段と、この手段による間引き運
転時に、燃焼中の前記バーナに供給される燃料に対し、
空気過剰率の値を修正する手段とを備えたことを特徴と
するバーナを用いた炉の燃焼制御方法が得られる。

【０００８】さらに、本発明によれば、前記空気過剰率
修正手段は、前記複数本のバーナに対する間引き本数を
変化させて前記炉を運転し、各間引き本数に対する最適
空気過剰率を測定し、この結果得られる間引き本数対最
適空気過剰率への修正係数を予めテーブルとして準備
し、間引き運転に際してこのテーブルを参照して前記空
気過剰率の値を修正することを特徴とする前記バーナを
用いた炉の燃焼制御方法が得られる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて詳細に説明する。

【００１０】図１は、本発明のバーナを用いた炉の要部
の構成を概略的に示す断面図である。炉本体１１はその
入り口に扉１２を備え、入り口と反対側部分の破線ａを
境にして、左側がＡゾーン、右側はＢゾーンに分かれて
いる。ただし、Ｂゾーンは一部のみ示されている。炉本
体１１のＡゾーン内壁上にはその天井部１１−１と床部
１１−２に、複数対のバーナ１３、１４、１５、１６、
１７が固定されている。すなわち、各バーナ１３、１
４、１５、１６、１７対は、天井部１１−１と床部１１
−２の上下の対応する位置にそれぞれ１本ずつ固定され
バーナ対を構成している。これらの各対のバーナ１３、
１４、１５、１６、１７にはそれらに共通の燃料配管１
８および空気配管１９が接続され、これらの配管１８、
１９にはそれぞれ燃料用メインコントロール弁２０およ
び空気用メインコントロール弁２１を介して燃料２２お
よび空気２３が供給されている。複数対のバーナー１
３、１４、１５、１６、１７にはこれらの燃料２２およ
び空気２３が供給され、それらの炎２４は炉本体１１内
部に向けて発生する仕組みとなっている。

【００１１】図２は、図１に示される複数対のバーナの
中からバーナ１３を取り出して示す概略図で、図１と同
一の構成部分には同一の番号を付しその説明は省略す
る。このバーナ１３には、共通の燃料配管１８および空
気配管１９とバーナ１３とをそれぞれ接続する個別配管
２５２６の途中に、それぞれ、燃料遮断弁２６および空
気遮断弁２７が挿入されている。これらの燃料遮断弁２
６および空気遮断弁２７はその開閉により、バーナ１３
への燃料２２および空気２３を供給しあるいは遮断す
る。またこれらの燃料遮断弁２６および空気遮断弁２７
はそこを流れる燃料２２あるいは空気２３の流量を調整
可能に構成されている。

【００１２】図３は図１に示した炉において、間引き運
転を行った場合のバーナーの燃焼状態を示す概略図であ
る。図から明らかなように、この状態においては、偶数
番目の対を成すバーナ１４、１６の合計４本が消火さ
れ、奇数番目のバーナ１３、１５が燃焼状態におかれて
いる。これらのバーナ対１４、１６には図２に示した燃
料遮断弁２６により、バーナ１４あるいは１６への燃料
２２の供給を完全に遮断するが、空気遮断弁２７は、バ
ーナヘッドの破損を防止するために、少量の空気２３を
供給しバーナヘッドからリークさせる。

【００１３】ここで、各バーナ間の距離は充分離れてお
り、間引きされたバーナからリークされた空気が燃焼中
のバーナーに移動して、その燃焼に影響を与えることは
なく、個々のバーナに供給される燃料２０および空気２
３はそれぞれのバーナで完結した燃焼を行う。

【００１４】このように間引きされたバーナ対１４、１
６の各先端から空気がリークするため、燃焼中のバーナ
対１３、１５、１７に供給される空気と燃料の比率が乱
れ、間引き本数が多くくなるにつれて空気量が減少して
燃料リッチの燃焼となる恐れがある。

【００１５】図４は、このような減少を防止するため
に、本発明の炉に設けられた燃焼制御方式を示すブロッ
ク図である。同図において、複数対のバーナ１３〜１７
は代表して１本のみ示されており、図１に示した配管１
８、１９を介して燃料２２および空気２３が供給されて
いる。そしてこれらの各配管１８、１９の途中には前述
したように、燃料用メインコントロール弁２０および空
気用メインコントロール弁２１が挿入されている。配管
１８、１９の前記コントロール弁２０、２１の上流側に
は燃料用差圧発信器４１および空気用差圧発信器４２が
挿入されている。これらの発信器４１、４２は配管１
８、１９内を流れる燃料あるいは空気の流量に比例した
電気信号出力値を発生し、それぞれ燃料流量制御指示コ
ントローラ４３および空気流量制御指示コントローラ４
４に供給する。

【００１６】他方、炉本体１１内の温度を測定する温度
計４５が設けられており、この温度計４５の測定温度を
表す電気信号出力値は温度制御指示コントローラ４６に
供給される。温度制御指示コントローラ４６の操作出力
は、第１の乗算器４７を介して、燃料流量制御指示コン
トローラ４３に与えられる。温度制御指示コントローラ
４６の操作出力は、また、第２の乗算器４８および第１
の関数器４９を介して、空気流量制御指示コントローラ
４４に供給される。この第１の関数器４９は、第２の乗
算器４８の出力値にβ・μを乗ずる演算を行う。前記空
気用差圧発信器４２の出力は、また、第２の関数器５０
を介して、第１の乗算器４７に供給される。この第１の
乗算器４７は第１の乗算器４７の出力値に１／β・μを
乗ずる演算を行う。ここで、μは空気過剰率で、燃料の
理論的な完全燃焼条件下での理論空気量に対する実際の
空気量の比を表し、完全燃焼状態で通常１．０２から
１．１であることが知られている。また、βは変換係数
を示している。このような燃焼制御方式は、ダブルクロ
スリミット制御方式として知られており、要求燃焼負荷
量の急変事に、燃料と空気制御ループの双方が、相手の
制御量に応じて自ループの目標値に上下限制限を与えな
がら、燃焼要求量に追随していく制御方式で、これによ
りμの値を最適燃焼ゾーンに閉じ込める方式である（工
業技術社発行、広井和男著「ディジタル計装制御システ
ムの基礎と応用」ｐ１６２）。

【００１７】第１および第２の関数器４９、５０には、
空気過剰率（μ）補正テーブル５１の出力信号が与えら
れる。図５はμ補正テーブル５１の内容を示すグラフ
で、横軸にバーナの間引き本数を、縦軸にμの補正係数
αを取っている。同図の折れ線グラフは、バーナの間引
き本数が増加すると、それに応じてαの値がα１、α
２、α３のように、段階的に増加する関係が示されてい
る。ここで、αは１以上の値で、制御対象となる炉１１
毎に予め測定し、設定しておく。すなわち、αの値は、
炉１１の全てのバーナ１３〜１７を燃焼させる場合のμ
の値を基準とし、間引き対数毎に係数αを乗じた値が、
その間引き運転に対する最適な燃焼状態となるように設
定する。このようなμ補正テーブル５１には、入力信号
として間引き本数ｎがオペレータにより与えられると、
これに対応した補正係数αが出力として与えられる。そ
してこの出力係数αが、第１および第２の関数器４９、
５０に与えられると、これらの関数におけるμの値はα
μに嵩上げ修正される。

【００１８】以上のように構成された、炉の燃焼制御装
置において間引き運転を行う場合には、オペレータが間
引きすべきバーナの本数を決定するとともに、これをμ
補正テーブル５１に入力する。これによって、燃焼制御
装置の２つの制御ループに含まれる第１および第２の関
数器４９、５０のμの値がαμに修正される。燃焼制御
装置は温度計４５の出力であるプロセス値を元に温度制
御指示コントローラ４６の操作出力値が燃料流量制御指
示コントローラ４３および空気流量制御指示コントロー
ラ４４に与えられる。燃料流量制御指示コントローラ４
３および空気流量制御指示コントローラ４４は、第１お
よび第２の関数器４９、５０を含む制御ループにより、
与えられた間引き運転における最適な燃焼条件となるよ
うに、燃料用メインコントロール弁２０および空気用メ
インコントロール弁２１を制御する。 以上説明した本
発明の実施形態においては、バーナ１１〜１７は５対の
み示したが、この対数に限定されるものではないことは
いうまでもない。また、これらのバーナは炉の天井と床
で対を成すように配置したが、このように対にする必要
もない。

【００１９】このように本発明は上記実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形が可能
である。

【００２０】

【発明の効果】このように本発明においては、バーナー
を用いた炉の間引き運転に際し、間引いたバーナの本数
に応じて空気過剰率μを嵩上げすることにより、最適な
燃焼状態が得られる。すなわち、従来問題とされた間引
き運転による燃料リッチ状態の招来、これに基づく不完
全燃焼、これに伴う熱損失および黒煙発生等を防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバーナを用いた炉の要部の構成を概略
的に示す断面図である。

【図２】図１に示される複数対のバーナの中から１つの
バーナを取り出して示す概略図である。

【図３】図１に示した炉において、間引き運転を行った
場合のバーナーの燃焼状態を示す概略図である。

【図４】本発明の炉の燃焼制御方式を示すブロック図で
ある。

【図５】本発明の炉の燃焼制御方式に用いられるμ補正
テーブルの内容を示す図である。

【符号の説明】

１１ 炉本体 １３〜１７ バーナ対 １８ 燃料配管 １９ 空気配管 ２０ 燃料用メインコントロール弁 ２１ 空気用メインコントロール弁 ２２ 燃料 ２３ 空気 ２６ 燃料遮断弁 ２７ 空気遮断弁 ４１ 燃料用差圧発信器 ４２ 空気用差圧発信器 ４３ 燃料流量制御指示コントローラ ４４ 空気流量制御指示コントローラ ４５ 温度計 ４６ 温度制御指示コントローラ ４７ 第１の乗算器 ４８ 第２の乗算器 ４９ 第１の関数器 ５０ 第２の関数器 ５１ 空気過剰率（μ）補正テーブル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数本のバーナが内壁上に設置された炉
   本体と、前記バーナに燃料を供給する燃料配管と、この
   燃料配管内に供給される燃料の量を制御する燃料メイン
   コントロール弁と、前記バーナに空気を供給する空気配
   管と、この空気配管内に供給される空気の量を制御する
   空気メインコントロール弁と、前記各バーナに供給され
   る燃料に対して、空気の供給量が所定の空気過剰率とな
   るように、前記燃料メインコントロール弁および空気メ
   インコントロール弁を制御する制御システムと、前記複
   数本のバーナのうち、一部のバーナに対して燃料の供給
   を停止するとともに、これらのバーナから空気をリーク
   させることにより、間引き運転を行う手段と、この手段
   による間引き運転時に、前記制御手段における空気過剰
   率の値を修正する手段とを備えたことを特徴とするバー
   ナを用いた炉。
2. 【請求項２】 前記制御システムは、前記炉本体内の温
   度をプロセス値とし、これに基づいて炉内温度を制御す
   る温度制御指示コントローラと、この温度制御指示コン
   トローラの操作出力値が第１の乗算器を介して供給さ
   れ、その制御出力が前記燃料メインコントロール弁に供
   給される燃料流量制御指示コントローラと、前記温度制
   御指示コントローラの操作出力値が第２の乗算器を介し
   て供給され、その制御出力が前記空気メインコントロー
   ル弁に供給される空気流量制御指示コントローラと、前
   記燃料配管内に供給される燃料の流量に比例した出力値
   を発生し、これを前記燃料メインコントロール弁に供給
   するとともに、前記第２の乗算器に第２の入力として供
   給する燃料用差圧発信器と、この燃料用差圧発信器の出
   力値に前記空気過剰率に比例する係数を乗じ、これを前
   記空気流量制御指示コントローラの入力として供給する
   第１の関数器と、前記空気配管内に供給される空気の流
   量に比例した出力値を発生し、これを前記空気メインコ
   ントロール弁に供給するとともに、前記出力値に前記空
   気過剰率に反比例する係数を乗じ、これを前記第１の乗
   算器に第２の入力として供給する空気用差圧発信器と、
   前記第１および第２の関数器に対し、前記空気過剰率の
   値を修正するテーブル手段とを備え、このテーブル手段
   は、前記複数本のバーナのうちの間引き本数に対する前
   記空気過剰率の修正係数を出力して、前記第１および第
   ２の関数器の空気過剰率の値を修正するすることを特徴
   とする請求項１記載のバーナを用いた炉。
3. 【請求項３】 炉本体内壁上に設置された複数本のバー
   ナに、燃料配管および空気配管を介して燃料および空気
   を供給する手段と、この手段により燃料および空気が供
   給される前記複数本のバーナのうち、一部のバーナに対
   して燃料の供給を停止するとともに、これらのバーナか
   ら空気をリークさせることにより、間引き運転を行う手
   段と、この手段による間引き運転時に、燃焼中の前記バ
   ーナに供給される燃料に対し、空気過剰率の値を修正す
   る手段とを備えたことを特徴とするバーナを用いた炉の
   燃焼制御方法。
4. 【請求項４】 前記空気過剰率修正手段は、前記複数本
   のバーナに対する間引き本数を変化させて前記炉を運転
   し、各間引き本数に対する最適空気過剰率を測定し、こ
   の結果得られる間引き本数対最適空気過剰率への修正係
   数を予めテーブルとして準備し、間引き運転に際してこ
   のテーブルを参照して前記空気過剰率の値を修正するこ
   とを特徴とする請求項３記載のバーナを用いた炉の燃焼
   制御方法。