JPS6280222A - 多数バ−ナ炉における燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、少な（とも２本以上の多数のバーナを備えた
炉、例えば冷延コイルの焼鈍炉において、上記多数のバ
ーナの燃焼状態を１本の燃料本管内の燃料流量を調整す
ることにより一括制御するようにした燃焼制御装置に関
し、特に燃焼負荷の変動に対して燃料流量を一定に維持
できるようにした装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、例えば冷延コイルの焼鈍炉、スラブ（鋼片）の加
熱炉等には多数のバーナが備えられており、一般に、こ
の各バーナには燃料、燃焼用空気が１本の燃料木管、空
気本管から枝管を経て供給される。そしてこの場合、各
バーナの燃焼状態は各本管内の燃料流量、燃焼用空気流
量を調整することにより一括して行われる。

また、上記燃焼状態を制御する燃焼制御装置は、所定の
炉温あるいは被加熱物温度を得るために必要な入熱量を
演算する温度制御ループと、該制御ループからの出力を
受け、必要な入熱量を適正な空燃比でもって実現するた
めの燃料流量制御ループとから構成されている。一方、
製鉄所における主燃料であるコークス炉ガス、高炉ガス
、転炉ガス等の副圧ガスは、組成変動があり、発熱量、
理論空気量が変動し易い。

そのため、従来から上記燃料流量等の制御ループにおい
ては、適正な燃焼状態を保つために、各種の工夫が加え
られている０例えば、 ｆｉ＋　　燃焼排気ガス中の残存酸素量を検出し、この
酸素量が所定値になるように燃焼空気流量を制御する排
気ガス０□制御方式、 （２）予め複数種の燃料ガスを以下の条件で混合する方
式、即ち ■　発熱量が一定になるように混合する発熱量制御方式
、 ■　Ｗｏｂｂｅ数（讐Ｉ指数−発熱量／（１１を一定に
して入熱量が一定になるように混合するＷｌ指数制御方
式、 ■　空気過剰率（理論空気量／丁Ｔｉ＞が一定になるよ
うに混合する空気過剰率制御方式、が開発されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の燃焼制御装置では、炉全体でみれば適正空燃
比燃焼及び入熱コントロールが達成される。しかしなが
ら、多数のバーナを１本の燃料本管でもって一括制御す
る場合は、燃焼負荷の変動、特に保熱時、均熱時の低負
荷燃焼時に以下の問題点がある。

ｉｌｌ　　燃料−ｆＬｌの変化によって各バーナへの燃
料分配比が変化し、つまり各バーナに燃料が均一に分配
されず、そのためバーナ毎にみれば必ずしも適正な空燃
比燃焼とはならない。

（２）たとえ燃料分配比が変化しなくても、燃料流量の
減少により火炎形状、火炎温度分布が大きく変化し、適
正な伝熱量分布を維持できない。

（３）低流量域において、バーナノズル部の流速低下に
より燃料ガスと燃焼用空気との混合が十分に行われず、
そのため不完全燃焼になってススが発生し易い。

本発明はこのような従来の問題点を解消するためになさ
れたもので、燃焼負荷が変化しても各バーナへの燃料の
分布特性を一定に保ちつつ、バーナ内流速を所定流速に
維持でき、適正な空燃比燃焼、伝熱量分布を得ることの
できる多数バーナ炉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。

〔問題点を解決するための手段〕

ここで第１図は、本発明の詳細な説明するための機能ブ
ロック図であり、本図は混合ガスが高カロリーガスと低
カロリーガスとを混合してなるものである場合を示して
いる０本発明は、多数バーナ炉における燃焼制御装置に
おいて、差圧検出センサｌＯからの混合ガスのオリフィ
ス差圧が設定差圧になるよう複数の燃料ガスの少な（と
もいずれか１つ、この場合は高カロリーガス、の流量を
調節弁４ａにより制御する圧力損失特性制御手段２１と
、炉温計１ａからの炉温を設定炉温にするために必要な
目標入熱量を求める入熱量演算手段２２と、Ｗ！指数検
出センサ９ａからの混合ガスの引指数が上記入熱量演算
手段２２からの目標人２８！］に比例するよう上記複数
の燃料ガスの残りの少なくともいずれか１つ、この場合
は低カロリーガス、の流量を調節弁５ａにより制御する
入熱量制御手段２３と、燃焼用空気流量が混合ガスのオ
リフィス差圧と−■指数との積に比例するよう空気流量
を調節弁７ａにより制御する空気流量制御手段２４とを
備えたことを特徴とするものである。

ここで、上記混合ガスの−！指数を目標入熱量に比例さ
せる点、及び空気流量を混合ガスのオリフィス差圧とＷ
ｌ指数との積に比例させる点について、燃料ガスが高カ
ロリーガス、低カロリーガスの２種である場合を例にと
って詳述する。

ここで高カロリーガス、低カロリーガス及び混合ガスの
発熱量等は下記第１表の通りとする。

（以下空白） 第１表 １：Ｗ＋指数を目標入熱量に比例させる点について混合
ガスのＷｏｂｂｅ数−夏は、Ｈ／ｆコーであり、また炉
への入熱量Ｑは、式ｆｌ＋の通りである。

Ｑ＝　　　ＨＸＶ ＝　Ｗ　Ｉ　Ｘ　ｆ　Ｘ　Ｖ ＝ｗ■ｘ−、ｊ菖Ｆ　　　　　・・・＋１１ここでガス
本管のオリフィス差圧をΔＰとすれば、Δｐ＝ｃｘγｖ
ｔ であり、本発明ではΔＰは一定に制御されるからＴｌ＝
Ｃ，（一定）　　　　　・・・（２）となる、この式（
２）を式ｆｉｌに代入すれば、Ｑ＝ＷＩＸ丁でＴ ＝ＷＩＸ　　Ｃ。

従って炉への入熱量Ｑはガス本管のオリフィス差圧が一
定の条件下では混合ガスの−ｌ指数に比例する。よって
混合ガスの−Ｉ指数が入熱量演算手段２２の出力である
目標入熱量に比例するよう高。

低カロリーガスのいずれか一方のｔＩＬ量を制御すれば
、これにより設定炉温にするための入熱量が得られるこ
ととなる。

■二燃焼用空気流量をオリフィス差圧とＷ＋指数との積
に比例させる点について 燃焼用空気流量Ａは、 Ａ−Ｈｌ　Ｖｚ　Ａｔ　＋Ｈ１Ｖｌ　Ａ＋＝Ｈ１Ａｘ　
Ｖｌ　（Ｈｌ　ＡＩ　−Ｈｌ　Ａｘ　）Ｖｌ・　・　・
　（３） また入熱量Ｑは、 Ｑ−Ｈ，Ｖｚ＋Ｈ，Ｖ。

＝ＶＨｔ　＋　（ＨＩ　−Ｈｚ　）Ｖｌ　　　・・−１
４＞この弐（４）及び上記式＋１１から ＶＨ２＋−（ＨＩ　　Ｈｌ　）Ｖｌ　＝ＷＩ丁下ｙＺＶ
、　＝　（ＷＩＪ’Ｆ−Ｈｚ　）　Ｖ／　（Ｈ，−Ｈｚ
　）・・・（５） 式（５）を式（３）に代入すれば Ａ＝Ｖ　Ｉ　Ｈ２ＡＸ　＋（ＨＩ　ＡＩ　−Ｈｚ　Ａｘ
　）　Ｘ（ｉｕｆＴ−Ｈｚ　）／　（Ｈ，−Ｈｌ　）１
ここで一般にＡ　＋　’＝　Ａ　ｘであるからＡ＝ＶＸ
Ａ、ｘｗｘ丁Ｔ ＝ＡｚＸＷＩＸ７ −Ｃ３×ΔＰＸＡｇ　ｘＷＩ　　　　・−・＋６１上記
式（６）から明らかなように、燃焼用空気流量Ａは混合
ガスのオリフィス差圧ΔＰとｌ指数との積に略比例する
。よって燃焼用空気流量を上記積に比例するように制御
すれば設定空燃比が得られることとなる。

〔作用〕

本発明に係る多数バーナ炉における燃焼制御装置では、
入熱量演算手段２２が炉温を設定炉温にするために必要
な目標入熱量を演算し、混合ガスの−Ｉ指数が上記目標
入熱量に比例するよう入熱量制御手段２３が燃料ガスの
少なくともいずれか１つの流量を制御し、つまり目標入
熱量が大きいほど−Ｉ指数を大きく制御し、これにより
入熱量が変化し、炉温か設定炉温に確実に制御される。

一方、混合ガス流量制御手段２１が、ガス本管のオリフ
ィス差圧が設定差圧になるよう上記燃料ガスの残りのう
ち少なくともいずれか１つの流量を制御し、これにより
、混合ガスは流動特性（ガス密度Ｘ　（ｉＪ量）１）、
即ち圧力損失特性が一定になるようその流量が制御され
る。

また、空気流量が、上記ガス本管のオリフィス差圧とｌ
指数との積に比例するよう空気流量制御手段２４が空気
流量を制御し、これにより空燃比は設定値に制御される
こととなる。

その結果、本発明では、圧力損失特性が一定で、かつ空
燃比が所定値の状態で入熱量制御が行われ、燃焼負荷が
変動しても各バーナへの燃料分配比が一定になり、かつ
所定のバーナ内流速が維持され、所定の燃焼性能、伝熱
性能が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第２図は本発明の一実施例による多数バーナ炉における
燃焼制ｉ１装置のブロック構成を示し、図において、ｌ
は燃焼炉であり、該炉１には多数のガス燃焼バーナ２．
２・・・が配設されており、また炉温計１ａが取り付け
られている。

３はガス本管であり、該ガス本管３の上流端には高カロ
リーガスを供給する高カロリーガス管４゜低カロリーガ
スを供給する低カロリーガス管５が混合器３ａを介して
合流接続され、下流端はガスへフダ６に接続されている
。そして該ガスヘッダ６と上記各バーナ２とはガス枝管
６ａによりガス開閉弁６ｂを介して接続されている。

また７は燃焼用空気を上記各バーナ２に供給するための
空気本管であり、該空気本管７の上流端は燃焼用空気フ
ァン２５に接続され、下流端には空気ヘッダ８が接続さ
れている。この空気ヘッダ８と上記各バーナ２とは空気
枝管８ａにより空気開閉弁８ｂを介して接続されている
。

そして上記高カロリーガス管４．低カロリーガス管５及
び空気本管７にはそれぞれ、゛流量調節弁４ａ、５ａ及
び７ａが配設されている。またガス本管３には、混合ガ
スの−■積指数発熱量／ｆＷｉ＞を検出するためのＷｏ
ｂｂｅ計からなるｌ指数検出センサ９ａが設置され、さ
らに該センサ９ａの下流側には混合ガスのオリフィス差
圧、ひいては流量を検出するための、オリフィス１０ａ
と差圧計１０ｂとからなる差圧検出センサ１０が設置さ
れている。また空気本管７には空気ＶＬｉｌを検出する
ための、オリフィスｌｌａと差圧計１１ｂとからなる空
気流量検出センサ１１が配設されている。

１２は入熱量演算手段としての機能を果たす炉温調節計
であり、これは炉温計１ａからの実際炉温及び設定炉温
が入力され、実際炉温を設定炉温にするために必要な入
熱量を演算出力する。

１３は混合ガスの圧力損失特性制御手段としての機能を
果たす差圧調節計であり、これは差圧検出センサ１０か
らの実際オリフィス差圧及び設定差圧が入力され、実際
差圧が設定差圧に、つまり一定になるよう高カロリーガ
ス流量１１節弁４ａを開閉制御■する。

また１４は入熱量制御手段としての機能を果たすＷｏｂ
ｂｅ調節計であり、これはＷＩ指数検出センサ９ａから
のＷｌ指数及び炉温調節計１２からの目標入熱量が人力
され、上記引指数が目標入熱量に比例するよう低カロリ
ーガス流量調節弁５ａを開閉制御する。

１５は燃焼用空気流量を所定の空燃比が得られるよう制
御するための空気流量制御手段であり、これは空気流量
演算器１５ａと流量調節計１５ｂとからなる。上記空気
流量演算器１５ａは−■指数検出センサ９ａからの旧指
数、混合ガスのオリフィス差圧検出センサ１０からのオ
リフィス差圧及び設定空燃比が人力され、該空燃比を得
るための目標空気流量を演算出力する。また上記流量調
節計１５ｂは空気流量演算器１５ａからの目標空気流星
及び上記空気流量検出センサ１１からの実際空気流量が
入力され、該実際空気流量が目標空気流量になるように
空気流量調節弁７ａを開閉制御する。

次に本実施例の作用効果について説明する。

本実施例装置では、実際の炉温か予め設定された炉温に
なるようその入熱量を制御するとともに、混合ガスの圧
力損失特性が一定になるよう混合ガス流量を制御し、さ
らに空燃比が一定になるよう空気流量を制御する。

まず入熱量の制御について説明すれば、設定炉温Ｔｏ及
び炉温計１ａからの実際炉温Ｔが炉温調節計１２に入力
されると、該調節計１２において、炉温Ｔを設定炉温Ｔ
ｏにするために必要な目標入熱量Ｑｏが演算され、これ
がＷｏｂｂｅ調節計１４に入力される。このＷｏｂｂｅ
ＵＡ節計１４にはｌ指数検出センサ９ａから混合ガスの
実際の−■積指数入力されており、このＷｏｂｂｅ調節
計１４は上記実際旧指数が目標入熱１１Ｑｏに比例した
大きさとなるよう低カロリーガス流量調節弁５ａを開閉
制御する。

するとこれにより炉１への入熱量Ｑは上記目標入熱１１
Ｑｏになるよう制御され、その結果炉温Ｔは設定炉温Ｔ
Ｏに近づくこととなる。

次に圧力損失特性の制御について説明すれば、ガス本管
３の差圧検出センサ１０により混合ガスのオリフィス差
圧ΔＰが検出され、該実際差圧ΔＰ及び設定差圧ΔＰａ
が差圧調節計１３に人力される。すると該差圧調節計１
３は、実際差圧ΔＰが設定差圧ΔＰｏに、つまり一定に
なるよう高カロリーガス流量調節弁４ａを開閉制御する
。すると、これにより混合ガスはその圧力損失特性が一
定に制御されることとなる。

最後に空燃比制御について説明すれば、ｗｒ指数検出セ
ンサ９ａからの実際−Ｉ指数及び差圧検出センサ１０か
らの実際差圧ΔＰが空気流量演算器１５ａに入力され、
該演算器１５ａでは実際−！指数。

実際差圧ΔＰ及び別途入力された設定空燃比α０の＃！
算により目標空気流量Ａｏを演算出力する。

この目標空気流量Ａｏは流量調節計１５ｂに入力され、
該調節計１５ｂは、空気流量検出センサ１１から入力さ
れた実際空気流量Ａが上記目標流量Ａｏになるよう空気
流量調節弁７ａを開閉制御する。するとこれにより空気
本管７内の空気流量は空燃比がα０になるよう制御され
ることとなる。

このようにして本実施例では、混合ガスの流動特性、ひ
いては圧力損失特性は炉の燃焼負荷や燃料ガスの組成が
変化しても常に一定の状態に保たれ、この状態で炉１へ
の必要な入熱量が確保され、その結果各バーナ２への混
合ガスの分配は配管の汚れ、詰り等があっても一定に維
持される。また燃焼負荷が低下してもバーナ流速はあま
り低下せず、所定の燃焼性能、火炎形状が維持される。

ここで第３図は本実施例における発熱量制御による伝熱
特性の向上効果を説明するための実験結果を示す０本実
験は５０％負荷時におけるラジアントチューブの各部分
の表面温度を測定したもので、図において曲線Ａ、Ｂ、
Ｃはそれぞれ高カロリーガス、低カロリーガス、混合ガ
スの燃焼特性を示す。

図から明らかなように、高カロリーガスの場合は、５０
％にターンダウンするとバーナ近傍で燃焼が完結し、バ
ーナからの距離が大きくなると極端に偏熱する。これに
対して本実施例におけるように、発熱量を低カロリーガ
スと混合して行うことにより上記偏熱が軽減されること
がゎがる。

なお、上記実施例では高カロリーガスでもってガス流量
、つまり圧力損失特性を制御し、低カロリーガスでもっ
て−■指数、つまり入熱量を制御した場合について説明
したが、勿論逆に高カロリーガスで入熱量を、低カロリ
ーガスで圧力損失特性を制御してもよい。

また上記実施例では、高カロリー、低カロリーの２種の
ガスを混合した場合について説明したが、本発明では燃
料ガスは２種に限定されるものではなく、３種以上であ
ってもよい。

また上記実施例では、第１図の一点鎖線で囲まれた各制
御手段２１〜２４をハード回路で構成した場合について
説明したが、これらの制御手段２１〜２４の機能は勿論
マイクロコンピュータでもって達成できる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明に係る多数バーナ炉における燃焼制
御装置によれば、混合ガスのオリフィス差圧が一定にな
るよう燃料ガスの少なくとも１つの流量を制御し、混合
ガスの−■指数が必要な入熱量に比例するよう残りの燃
料ガスの少なくとも１つの２Ｉｔ量を制御し、かつ燃焼
空気ｆＬｔを混合ガスのオリフィス差圧と旧指数との積
に比例するよう制御したので、炉の燃焼負荷や燃料ガス
の組成が変動しても混合ガスの圧力損失特性が一定のま
まで入熱量を制御でき、混合ガスの各バーナへの分配比
を一定に維持できるとともに、バーナ流速の低下を抑制
して所定のＩ！焼性能、火炎形状を維持でき、過剰空気
損失、未燃焼損失を抑制できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための機能ブロック図
、第２図は本発明の一実施例による多数バーナ炉におけ
る燃焼制御装置の概略構成図、第３図は上記実施例の効
果を説明するためのラジアントチューブの表面温度分布
特性図である。 図において、２１は圧力損失特性制御手段、２２は入熱
量演算手段、２３は入熱量制御手段、２４は空気流量制
御手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数のバーナと、該各バーナに発熱量の異なる少
   なくとも２種の燃料ガスを混合してなる混合ガスを供給
   するためのガス供給装置と、上記各バーナに燃焼用空気
   を供給するための空気供給装置とを備えた多数バーナ炉
   において、上記全てのバーナの燃焼状態を一括制御する
   ようにした燃焼制御装置であって、上記混合ガスのオリ
   フィス差圧が設定差圧になるよう上記燃料ガスの少なく
   ともいずれか１つの流量を制御する圧力損失特性制御手
   段と、設定炉温を得るために必要な目標入熱量を演算出
   力する入熱量演算手段と、上記混合ガスのＷｏｂｂｅ数
   （ＷＩ指数＝発熱量／√密度）が目標入熱量に比例する
   よう上記燃料ガスの残りの少なくともいずれか１つの流
   量を制御する入熱量制御手段と、上記燃焼用空気流量を
   上記オリフィス差圧とＷＩ指数との積に比例するよう制
   御する空気流量制御手段とを備えたことを特徴とする多
   数バーナ炉における燃焼制御装置。