JPS6014246B2

JPS6014246B2 - 熱設備の燃焼制御方法

Info

Publication number: JPS6014246B2
Application number: JP55052577A
Authority: JP
Inventors: 峻一杉山; 脩三福田; 正広阿部
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1980-04-21
Filing date: 1980-04-21
Publication date: 1985-04-12
Also published as: JPS56149513A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、鋼材の連続加熱炉、ボイラー等、炉長方向に
複数のバーナを有する熱設備における空気比の制御法を
改良した燃焼制御方法に関する。

一般に鋼材Ｓの連続加熱炉は第１図に示すように、均熱
帯１，加熱帯２，子熱帯３を有しており、それぞれのゾ
ーンに軸流バーナあるいはサイドバーナ等のバーナ４を
有している。これらのバーナ４では、燃料流量および空
気流量を調節すると同時に、各ゾーンおよび煙道５から
、燃焼排ガスをサンブルして０２濃度を実測し、この測
定値をフィードバックさせて空気比を制御している。従
来の空気比制御は、多くの場合各ゾーンでの区別なく一
律で例えば空気比１．１〜１．２で、排ガス中０２濃度
２〜３％の範囲で制御している。最近では、省エネルギ
ー対策として低空気比燃競技術が提案されているが、こ
れは空気比をあくまで１．０以上で出来るだけ１．０に
近づけようとするものである。従ってこの場合も排ガス
中の０２濃度測定のみでコントロールしようとするもの
である。しかし従来方法によれば鋼材の加熱に多くの燃
料を必要とし加熱効率が十分とはいえない問題がある。
このようなことから本発明者は鋭意研究を行った結果、
次のことを見出した。

すなわち炉内温度が１０００午０以上の高温状態では、
空気比１．０すなわち燃料が完全燃焼し得る空気量を供
給したとしても平衡状態では、Ｃ０，日２および中間成
分が存在する。例えば、ＣＯを考えると、ＣＯ＋１／２
０２ごＣ０２の平衡反応が成り立っているわけであり、ＣＯを燃やし
尽す為には多量の余分な空気を投入する必要がありこの
空気加熱に熱量が奪われこの結果、燃焼ガス温度が低下
する。

一方、空気比を１．０以下にして行くとさらにＣ０２，
日２等の未燃成分が増えるが、投入する空気量を減らす
ことができ、未燃成分の増加分に相当する発熱量ロスを
空気加熱に必要な熱量の減少分で補えるうちは空気比を
下げて行った方がガス温度が上昇していくことになる。
空気比１．０での燃焼時と比較して空気比を下げていく
と、ある範囲内では従来法（空気比１．０以上の燃焼）
では得られなかった高いガス温度が得られることになる
。このことは以下の実験で確認された。

各種炭化水素系燃料およびＣＯ．日２について火炎およ
び燃焼ガスからの総熱流東を第２図に示した加熱炉にお
いて、空気比を変えて実測し、最高の加熱効果を得るこ
とができる空気比を求めた。

その結果を第３図に示す。ここで第２図中、１１は炉本
体、１２はバード・ナ、１３はブロワー、１４は煙道、
１５は総熱流東側定装置である。第３図の曲線ａ．〜ａ
８はそれぞれＣ比，Ｃ３日８，Ｃ４日，ｏ，Ｃ４日８，
Ｃ２伍，日２，ＣＯの実測した熱流東を空気比１．０で
の実測値で割って鱒次元化した値を示す。

この結果から、本発明者はいずれの燃料の場合でも空気
比１．０以下の空気比で最高の熱流東が得られることを
見し、出した。本発明は上述した知見にもとづいてなさ
れたもので〜その目的とするところは炉内の各領域にお
いてそれぞれ最適の空気比で制御することにより、加熱
効率を向上することができる熱設備の加熱制御方法を得
んとするものである。

すなわち本発明は、炉長方向に複数のバーナを有しかつ
炉内温度が１０００℃以上の領域を有する熱設備の燃焼
制御方法において、炉内温度１０００℃以上の領域での
空気比ｍ■を２ｍｏ−１．０ミｍ＜１．０とし、炉内温
度１０００００以下の領域ではｍＺＩ．０とすることを
特徴とする熱設備の燃焼制御方法である。

ただしｍｏは燃焼ガスからの放射熱流東が最大となる最
適空気比である。又本発明は、加熱に用いる燃料が炭化
水素系燃料で、恥＝‐９．１５ＸＩＯ−４１Ａ十１．５
９（Ａ≧６５０）である加熱炉の燃焼制御方法である。

真発熱量ここでＡ＝理論湿り排ガス量（Ｋｃａｌ／ｋ９）更に
本発明は、加熱に用いる燃料がＣＯで、ｍｏ＝０．８３
である特許請求の範囲第１項記載の熱設備の燃焼制御方
法である。

又本発明は加熱に用いる燃料が日２で、肌＝０．９４で
ある熱設備の燃焼制御方法である。

又本発明は加熱に用いる燃料が２種以上の混合燃料で、
恥ニ（ｍｏ），・Ｗ１・Ｇ，十（肌だ・Ｗ２・Ｇ２十・
・・Ｗ，Ｇ，十Ｗ２０２十…である熱設備の燃焼制御方
法である。

ここで（ｍｏ）ｉ：混合燃料中ｉ成分の最適空気比Ｗｉ
：混合燃料中ｉ成分の理論湿り排ガス量（ｋ９／ｋ９）Ｇｉ：可燃分を１００％としたときのｉ成分の重量濃度（％）なお加熱炉の燃焼制御法として多段燃焼法があるが、こ
の方法は本発明とは技術的思想が全く異なる。

すなわち、これは均熱帯の空気比を０．６〜０．９とし
、不足空気を他のゾーンで投入（加熱帯、子熱帯で空気
比１．２〜１．４）し完全燃焼させるもので、均熱帯に
おける０２濃度の低下および火炎温度の低下を図ること
によりサーマルＮ○×を抑制しようとするものである。
しかし、この方法では空気比が低すぎるため加熱効果が
大きく低下する欠点があり、試験的には行なわれている
が、実操業ではほとんど行なわれていない。従ってこの
方法は本発明の如く各ゾーンごとで空気比を別々に制御
するものであるが、本発明のものとは制御目的、制御方
法、得られる効果が全く異なるものである。以下本発明
につき説明する。

本発明は、炉長方向に複数のバーナを有し、かつ炉内温
度が１０００ｑｏ以上の領域を有する熱設備の燃焼制御
方法に関するものである。

ここで厳密にはガス温度で１３００℃以上であるが、一
般的には、ガス温度を実測することは不可能であり、ま
た保護管入り熱電対で炉内温度を測定する場合１００び
○付近では略３００℃程度実際のガス温度より低めとな
るため、１００ぴ０以上の領域を有する熱設備とした。
本発明は、炉内温度１００ぴ０以上の領域で空気比を１
．０以下の所定の範囲とし、１０００ｑｏ以下の領域で
空気比を１．０以上としたものである。

その理由は１０００ｑｏ以上ではＣ○，日２０の解離反
応が多く生じ、この反応の影響を考慮する必要があるが
、１０００００以下では解離反応はほとんど生じず、こ
の反応の影響を考慮する必要がないためである。以下こ
の熱設備として鋼材の連続加熱炉を例にとると、鋼材の
抽出温度が】２０ぴ０程度である場合、均熱帯で炉内温
度１３００ｏｏ、加熱帯１１００〜１３００ｑ○子熱帯
で１０００℃以下である。各ゾーンにおける空気比（ｍ
）の設定は炉温に※よって定める。

すなわち、〈均熱帯）公〜一１〈ｍ＜１．０好ましくは三芳二と／ｍ＜三宴ことするここで叫は、燃焼ガスからの放射熱流東が最大となる最
適空気比である。

〈加熱帯）公〜−１＜ｍ＜１．０冊ま＊／ｍく畔この場合炉内温度の平均値が１０００℃に近い場合は、
空気比１．０又はこれに近い値とする。

〈子熱帯〉ここでは均熱帯、加熱帯での禾燃分の完全燃
焼に要する空気量と、このゾーンでの燃焼（空気比１．
０以上）に要する空気量を投入する。

従って空気比ｍは１以上としとくに１．０十ｍ＊が好適
である。

ここでｍ＊は、各ゾーンとも同一燃料を使用するとして
その理論空気量をＡｏとし、灼熱帯での燃料投入量Ｑ，
Ｎわ／日，空気比ｍ，（＜１．０），加熱帯での燃料投
入量Ｑ２Ｎ〆／日，空気比ｍ２（＜１．０），子熱帯で
の燃料投入量ＱＮ〆／日とすると、ｍ＊＝（１‐ｍ，）ん・Ｑ，十（１‐ｍ２）・Ａｏ・Ｑ
戦Ａ。

Ｑ３で与えられる。

なお予熱帯における均熱帯および加熱帯での未燃分を完
全燃焼させるのに必要な空気は、子熱帯用バーナの燃焼
用空気と一緒に供給すればよいが、未燃成分が自然発火
しうる最低温度（６００ｑ０）以上の炉温を有する領域
のいずれの場所からでも別個に供給しても良い。しかし
て均熱帯、加熱帯における最低空気比心は、各種燃料に
ついて次のようになる。

‘１｝炭化水素系燃料第３図の結果から熱流東が最大となる空気比と、燃料特
有値（真発熱量，理論湿り排ガス量）との因果関係を調
べた結果、第４図に直線０で示したように次式で最適空
気比恥を求めることができることがわかった。

岬ニー９．１５ｘｌ０‐４・Ａ＋１，５９（Ａ＞６５０
）ここで、Ａ＝Ｈ／ＷＨ＝真（低位）発熱量（Ｋｃａｌ／ｋ９一ｆｕｅｌ）Ｗ＝理論湿り排ガス量（Ｋｃａｌ／ｋ９一ｆｕｅｌ）である。

‘２１Ｃ０，日２は特殊で第４図に点Ｑ＋広で示した
ように定式化できないが、ＣＯ．ｍｏ＝０．８６４，肌＝０．９７である。

脚次に‘１１，■の各巣体ガスが混合された燃料、例
えばコークス炉ガス，高炉ガス，都市ガス，ＬＮＧ等の
最適空気比ｍｏは、混合成分中のガス＊の最適空気比
を用い次式で示すことができる。

血＝（ｍｏ）．・Ｗ．・Ｇ，十（叫と・ＷがＧ２十・・
・Ｗ，Ｇ，十Ｗ２Ｇ２十…ここで１、（肌）ｉ；ｉ成分の最適空気比Ｗｉ；ｉ成分の理論湿り排ガス量（ｋ９ノｋｇ）Ｇｉ；混合燃料中可燃成分のみを１００％としたときの
ｉ成分の重量％このことは第１表に示す組成の混合燃料につき、上式に
よる計算値と実測による最適空気比との関係を調べた結
果（第５図に示す）確認された。

なお図中ｆ，〜Ｗま第１表の燃料１〜４に対応している
。第１表一例としてコークス炉ガスＣＯＧ（投入熱量１５×１ぴ
Ｋｃａｌ／比）について、上式による最適空気比を算出
すると、コークス炉ガスの組成は第２表のとおりであり
、ＮＬ＝０．９７である。

以上の如く加熱炉では灼熱帯，加熱帯での空気比を１．
０以下の所定範囲とするが、その範囲を具体的な数値で
示すと、■ Ｃ２比，ＣＯを除く炭化水素系燃料および
日２の単体、あるいはこれらの混合ガスでは、空気比：
０．９〜１．０の範囲に最適空気比範囲があり、 ■ Ｃ２４およびＣＯあるいはこれらを主成分とする混
合ガスでは、空気比；０．７〜１．０の範囲に最適空気比範囲がある。

上述した本発明方法によれば、各ゾーンをそれぞれ最適
空気比又はその附近で制御するので、その加熱効率を高
めることができる。

このことは以下の実施例で確認された。

実施例加熱炉として第１表に示す如く厚板用加熱炉を用い、鋼
材処理量を１６ｍノ日として、燃料にコークス炉ガス（
恥０．９７）を用いた。

また均熱帯（炉内平均温度１２５０℃）で空気比０．９
６、加熱帯（炉内平均温度１２００℃）で１．０とし、
予熱帯（炉内平均温度１００ぴ○）で均熱帯での未燃分
を完全燃焼せしめる分の空気量を供Ｖ給した。ここで比
較のために均熱帯、加熱帯でそれぞれ空気比１．１とし
、予熱帯は消火している場合についてもおこない、実施
例ではこの比較例の場合と炉温が同等になるまで燃料供
給量を減らし、燃料原単位の低減量を求めた。

その結果を第３表に示すように投入熱量が大幅に減少し
た。第３表又燃料原単位を比較すると比較例３３．８×１びＫｃａｌ／ｔに対し、本発明方法では２
９．５×１ぴＫｃａｌ／ｔと約４．３×１ぴＫｃａｌ／
ｔ低減（約１３％の燃料原単位の減少）でき、本発明方
法によれば加熱効率を高めることができるこが確認され
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に用いる熱設備（加熱炉）を示す説
明図、第２図は本発明方法の実験例に用いる加熱炉の説
明図、第３図は空気比と熱流東（Ｑ／Ｑｍ＝１．０）と
の関係を示す特性図、第４図は（真発熱量）／（理論湿
り排ガス）と最適空気比との関係を示す特性図、第５図
はｍｏの推定値と実験値との関係を示す特性図である。１・・・・・・均熱帯、２・・…・加熱帯、３・・・・
・・予熱帯、４・・・・・・バーナ、５・・・・・・煙
道。第１図第２図第３図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】１炉長方向に複数のバーナを有しかつ炉内温度が１０
００℃以上の領域を有する熱設備の燃焼制御方法におい
て、炉内温度１０００℃以上の領域での空気比ｍを２ｍ
＿０−１．０≦ｍ＜１．０とし、炉内温度１０００℃以
下の領域ではｍ≧１．０とすることを特徴とする熱設備
の燃焼制御方法。ただしｍ＿０は燃焼ガスからの放射熱流束が最大となる
最適空気比である。２加熱に用いる燃料は炭化水素系
燃料で、ｍ＿０＝−９．１５×１０＾−＾４・Ａ＋１．
５９（Ａ≧６５０）である特許請求の範囲第１項記載の
熱設備の燃焼制御方法。ここでＡ＝（真発熱量）／（理論湿り排ガス量）（Ｋ
ｃａｌ／ｋｇ）３加熱に用いる燃料はＣＯで、ｍ＿０
＝０．８３である特許請求の範囲第１項記載の熱設備の
燃焼制御方法。４加熱に用いる燃料はＨ＿２で、ｍ＿０＝０．９４で
ある特許請求の範囲第１項記載の熱設備の燃焼制御方法
。５加熱に用いる燃料は２種以上の混合燃料で、ｍ＿０
＝（（ｍ＿０）＿１・Ｗ＿１・Ｇ＿１＋（ｍ＿０）＿２
・Ｗ＿２・Ｇ＿２＋…）／（Ｗ＿１Ｇ＿１＋Ｗ＿２Ｇ＿
２＋…）である特許請求の範囲第１項記載の熱設備の燃
焼制御方法。ここで（ｍ＿０）ｉ：混合燃料中ｉ成分の最適空気比
Ｗｉ：混合燃料中ｉ成分の理論湿り排ガス量（ｋｇ／ｋ
ｇ）Ｇｉ：可燃分を１００％としたときのｉ成分の重量濃度（％）