WO2011049032A1 - 蓄熱式バーナーの燃焼設備及び燃焼方法 - Google Patents

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光紀 松浦
田中　智之
藤森　俊郎
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株式会社Ihi
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Definitions

  • the present invention relates to a combustion facility and a combustion method for a regenerative burner.
  • a heat storage burner designed for energy saving in an industrial furnace is provided with a pair of burners equipped with a heat storage body on the furnace side wall, etc. for combustion containing fuel gas and oxygen with one burner
  • a mixed gas of gas combustion air
  • the heat storage body is heated by discharging combustion exhaust gas from the other burner through the heat storage body.
  • combustion and exhaust gas emission are alternately performed, and the heat storage body heated by the combustion exhaust gas is used for combustion. Preheated as the gas passes.
  • a combustion facility using this regenerative burner for example, a regenerative burner installation furnace described in Patent Document 1 below can be cited.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a combustion facility and a combustion method for a regenerative burner that can reduce the amount of escape gas released and achieve high exhaust heat recovery efficiency and energy saving. Objective.
  • the present invention employs the following means. That is, (1)
  • the present invention includes a furnace body; a pair of burners provided with a heat storage body provided in the furnace body, and the pair of burners are alternately burned in the furnace, and the burner is in a non-burning state.
  • the combustion exhaust gas in the furnace is sucked to store heat in the heat storage body of the burner, and a predetermined amount of combustion gas is supplied to the burner in the combustion state to cool the heat storage body of the burner and to release heat from the heat storage body
  • a combustion facility of a regenerative burner that preheats the combustion gas, the non-combustion gas that does not disturb the combustion together with the predetermined amount of combustion gas is supplied to the burner in the combustion state,
  • a gas supply device for cooling the heat storage body is provided.
  • an exhaust line for exhausting the combustion exhaust gas remaining without being taken in from the non-burning burner to the outside of the furnace, and the exhaust gas exhausted from the exhaust line A cooling / heat recovery device that cools the combustion exhaust gas and recovers heat; and a non-combustion gas supply device that supplies the heat recovery recovered combustion exhaust gas as the non-combustion gas to the gas supply device. Also good.
  • an exhaust line for exhausting the combustion exhaust gas remaining without being sucked from the non-burning burner to the outside of the furnace, and the exhaust gas exhausted from the exhaust line A boiler that cools the combustion exhaust gas and recovers heat to generate steam, and supplies at least one of the heat recovery recovered combustion exhaust gas and the generated steam to the gas supply device as the non-combustion gas And a second non-combustion gas supply device.
  • a third non-combustion gas supply device that supplies an inert gas to the gas supply device as the non-combustion gas May be included.
  • the present invention is a combustion method for a regenerative burner, wherein a pair of burners provided with a heat accumulator are alternately burned in the furnace, and the combustion exhaust gas in the furnace is sucked from a non-burning burner.
  • an exhaust process for exhausting the combustion exhaust gas remaining without being sucked from the non-burning burner to the outside of the furnace, and exhausted in the exhaust process A cooling / heat recovery step for cooling the combustion exhaust gas and recovering heat; and a non-combustion gas supply step for supplying the heat recovered combustion exhaust gas as the non-combustion gas to the gas supply step. May be.
  • the method for burning a regenerative burner described in (5) to (7) above includes a third non-combustion gas supply step for supplying an inert gas as the non-combustion gas to the gas supply device. May be.
  • the combustion is provided by having the gas supply device and the gas supply step. Cooling of the regenerator with non-combustion gas that does not contribute to Thereby, the thermal radiation amount of a thermal storage body is increased, and the temperature rise of a thermal storage body is prevented.
  • the heat storage body can store the amount of heat that corresponds to the heat dissipation amount, so that the combustion exhaust gas can flow to the heat storage body more than before, resulting in the release of escape gas Can be reduced.
  • the generation amount of the combustion exhaust gas does not increase more than the supply amount of the non-combustion gas. Therefore, in the present invention, the amount of escape gas released can be reduced, and high exhaust heat recovery efficiency and energy saving can be achieved.
  • FIG.1 and FIG.2 is a figure which shows the structure of the heating furnace 1 in embodiment of this invention.
  • a heating furnace (combustion facility of a regenerative burner) 1 has a furnace body 2, and the furnace body 2 is surrounded by a furnace wall formed of a refractory material such as heat-resistant concrete.
  • a heat-treated product such as a steel material is arranged in the furnace body 2.
  • a pair of regenerative burners (10 is provided, protruding from the inside of the side wall of the furnace body 2.
  • the regenerative burner 10 includes a pair of burners 11A and 11B.
  • the regenerative burner 10 is The burner 11A and the burner 11B that are paired alternately perform combustion and intake air (see FIGS.
  • control device includes a computer system that comprehensively controls the operation of each component device included in the heating furnace 1, and operates the heating furnace 1. Control overall.
  • the burner 11A is provided with a heat storage body 12A
  • the burner 11B is provided with a heat storage body 12B.
  • As the heat storage body 12A and the heat storage body 12B for example, a form in which ceramic balls are filled, a form in which ceramic is formed in a honeycomb shape, or the like is employed.
  • the burner 11A and the burner 11B have a first gas supply line 20 for supplying fuel gas, a second gas supply line 30 for supplying non-combustion gas (combustion exhaust gas) to be described later together with combustion gas (combustion air), and Are connected.
  • the first gas supply line 20 is connected to the burners 11A and 11B at positions closer to the furnace body 2 than the heat storage bodies 12A and 12B.
  • the combustion blower (gas supply device) 31 supplies combustion gas and non-combustion gas to the second gas supply line 30 under a constant pressure. That is, when the burner is in a combustion state, the non-combustion gas that does not disturb the combustion is supplied from the combustion blower 31 together with a predetermined amount of combustion gas, whereby the heat storage body of the burner can be cooled.
  • the second gas supply line 30 is piped so that the gas pumped by the combustion blower 31 passes through the heat storage bodies 12A and 12B and is supplied to the burners 11A and 11B.
  • the first gas supply line 20 is provided with control valves 22A and 22B for switching the gas supply to the burner 11A or the burner 11B.
  • the second gas supply line 30 is provided with control valves 32A and 32B for switching the gas supply from the combustion blower 31 to the burner 11A or the burner 11B.
  • the burner 11A and the burner 11B are connected to an exhaust gas line 40 that sucks combustion exhaust gas generated in the furnace and exhausts it outside the furnace.
  • the exhaust gas line 40 is piped so that the gas sucked by the exhaust fan 41 passes through the heat storage bodies 12A and 12B and is released to the outside.
  • Control valves 42A and 42B are provided in the exhaust gas line 40, and the source of gas intake by the exhaust fan 41 is switched from the burner 11A or from the burner 11B.
  • the furnace body 2 is provided with an escape gas line (exhaust line) 50 that exhausts a part of the combustion exhaust gas in the furnace (escape gas) to the outside of the furnace without passing through the burners 11A and 11B.
  • the escape gas line 50 is provided with a cooling / heat recovery device 51 that cools the combustion exhaust gas exhausted outside the furnace as escape gas and recovers heat.
  • the cooling / heat recovery device 51 of the present embodiment adopts a boiler form that generates water vapor by exchanging heat between the combustion exhaust gas and water.
  • a well-known type such as a shell and tube type heat exchanger, a plate fin type heat exchanger, or the like can be adopted.
  • a non-combustion gas supply device 60 is provided that supplies the fuel 31 to the outside and discharges the remaining heat-recovered combustion exhaust gas to the outside.
  • the non-combustion gas supply device 60 includes a pressure feeding means such as a blower, a flow rate control device for controlling the return flow rate of the combustion exhaust gas, and piping (both not shown).
  • control valve 22A and the control valve 32A are opened based on a command from the control device to bring the burner 11A into a combustion state as shown in FIG. .
  • the control valve 22B and the control valve 32B are closed.
  • the inside of the furnace is heated by the combustion of the burner 11A, the combustion exhaust gas is sucked from the burner 11B in a non-combustion state.
  • the control valve 42B is opened, while the control valve 42A is closed.
  • the combustion exhaust gas (about 1200 ° C.) sucked from the burner 11B is deprived of heat by passing through the heat storage body 12B, and is discharged to the outside. At this time, the heat storage body 12B is heated from about 250 ° C. to about 1200 ° C. by heat storage due to passage of the combustion exhaust gas (heat storage step).
  • the combustion is switched from the burner 11A to the burner 11B based on a command from the control device as shown in FIG. That is, the control valve 22A and the control valve 32A are closed, while the control valve 22B and the control valve 32B are opened. Further, the control valve 42B is closed and the control valve 42A is opened.
  • the combustion gas (about 30 ° C.) supplied to the burner 11B is preheated when passing through the heat storage body 12B, and rises to a temperature close to the furnace temperature (combustion gas preheating step).
  • the heat storage body 12B cools down from about 1200 ° C. to about 250 ° C. due to heat radiation by passage of the combustion gas.
  • combustion exhaust gas is sucked and heat is stored in the heat storage body 12A. By continuing such a combustion cycle repeatedly, the inside of the furnace is heated.
  • the cooling / heat recovery unit 51 generates water vapor by recovering the waste heat of the combustion exhaust gas as described above.
  • the steam generated in the cooling / heat recovery unit 51 is transported to, for example, another heat treatment facility and used in the heat treatment process.
  • the combustion exhaust gas recovered by the cooling / heat recovery unit 51 is introduced into the non-combustion gas supply device 60.
  • the non-combustion gas supply device 60 supplies a part of the heat-recovered combustion exhaust gas to the combustion blower 31 via the escape gas return line 61 and discharges the remaining heat-recovered combustion exhaust gas to the outside. (Non-combustion gas supply process).
  • the low-temperature (about 300 ° C.) combustion exhaust gas supplied to the combustion blower 31 via the escape gas return line 61 is combined with a predetermined amount of combustion gas by the combustion blower 31 and any of the burners 11A and 11B in the combustion state. Supplied to
  • the combustion exhaust gas cools the heat storage body 12A together with the combustion gas (gas supply step). Since the combustion blower 31 supplies the combustion exhaust gas together with the combustion gas, the amount of gas supplied to the heat storage body 12A is increased, and the cooling capacity is improved. That is, since a predetermined amount of low-temperature combustion exhaust gas that does not contribute to combustion is supplied to the heat storage body 12A in addition to a predetermined amount of combustion gas that contributes to combustion, the heat dissipation amount of the heat storage body 12A increases. Then, the temperature rise of the heat storage body 12A is prevented.
  • the combustion exhaust gas preheated through the heat storage body 12A is blown into the furnace again, but does not contribute to combustion, but exclusively contributes to maintaining the furnace temperature.
  • generation of nitrogen oxides (NO x ) in the system can be reduced.
  • the burner 11A sucks the combustion exhaust gas and causes the heat storage body 12A to store heat.
  • the heat release amount in the heat storage body 12A is increased by the supply amount of the combustion exhaust gas. Since the heat storage body 12A can store the amount of heat corresponding to the amount of heat released, more combustion exhaust gas can flow to the heat storage body 12A. As a result, the escape gas release amount can be reduced. Further, since the combustion exhaust gas does not contribute to combustion, the amount of combustion exhaust gas generated in the furnace does not increase more than the supply amount of combustion exhaust gas, and the mass balance in the system can be taken.
  • the burners 11A and 11B that are paired with the heat storage elements 12A and 12B are alternately burned in the furnace, and the combustion exhaust gas in the furnace is burned from the non-burning burner. And heat is stored in the heat storage body of the burner. Then, a predetermined amount of combustion gas is supplied to the burner in the combustion state to cool the heat storage body of the burner, and the combustion gas is preheated by heat radiation of the heat storage body.
  • a combustion blower 31 that cools the heat storage body of the burner by supplying non-combustion gas that does not disturb the combustion to the burners 11A and 11B in the combustion state together with the predetermined amount of combustion gas is provided.
  • the heat storage bodies 12A and 12B are cooled with a non-combustion gas that does not contribute to combustion. .
  • the thermal radiation amount of heat storage body 12A, 12B is increased, and the temperature rise of heat storage body 12A, 12B is prevented.
  • the heat storage bodies 12A and 12B can store the amount of heat corresponding to the heat release amount, so that combustion exhaust gas can flow to the heat storage bodies 12A and 12B as compared with the conventional case.
  • the amount of escape gas released can be reduced.
  • the generation amount of the combustion exhaust gas does not increase more than the supply amount of the non-combustion gas.
  • the exhaust gas remaining after being not taken in from the non-combustion burners 11A and 11B is exhausted to the outside of the furnace, and the escape gas line 50 is exhausted from the escape gas line 50.
  • a cooling / heat recovery unit 51 that cools the combustion exhaust gas and recovers heat; and a non-combustion gas supply device 60 that supplies the heat-recovered combustion exhaust gas as the non-combustion gas to the combustion blower 31.
  • the exhaust gas remaining without being taken in from the non-burning burners 11A and 11B is discharged from the escape gas line 50 to the outside of the furnace, and then recovered, and the temperature is lowered.
  • the combustion exhaust gas is supplied to the combustion blower 31 as non-combustion gas. Thereby, the thermal radiation amount of a thermal storage body is increased, and the temperature rise of a thermal storage body is prevented. Further, generation of nitrogen oxides (NO x ) in the system can be reduced by circulation of the combustion exhaust gas.
  • NO x nitrogen oxides
  • combustion exhaust gas is used as the non-combustion gas.
  • water vapor generated by the cooling / heat recovery unit 51 may be used as the non-combustion gas. That is, instead of providing the cooling / heat recovery device 51 in the escape gas line 50 described above, a boiler that cools the combustion exhaust gas exhausted from the exhaust line and recovers heat to generate water vapor is provided. May be.
  • the non-combustion gas supply device (referred to as a second non-combustion gas supply device) here is at least one of the heat-recovered combustion exhaust gas and the generated water vapor. One of them is supplied to the gas supply device as the non-combustion gas.
  • the combustion exhaust gas remaining without being sucked from the burner in the non-combustion state is exhausted from the exhaust line to the outside of the furnace, and heat is recovered to generate water vapor, and the combustion exhaust gas in a state where the temperature is reduced and the generation At least one of the water vapor is supplied to the gas supply device as a non-combustion gas for cooling the heat storage body.
  • the thermal radiation amount of a thermal storage body can be increased, and the temperature rise of a thermal storage body can be prevented.
  • water vapor in addition to the above-described effects, rapid combustion in the furnace can be suppressed by supplying water vapor, and the amount of nitrogen oxides (NO x ) generated can be suppressed.
  • both the combustion exhaust gas recovered by heat and the water vapor may be used as non-combustion gas.
  • an inert gas for example, argon gas, helium gas, nitrogen gas or the like can be used.
  • an inert gas and a non-combustion gas supply device that supplies the inert gas referred to as a third non-combustion gas supply device
  • the heat accumulator in addition to the conventional cooling of the heat accumulator with a predetermined amount of combustion gas, the heat accumulator is cooled with an inert gas that does not contribute to combustion. Thereby, the thermal radiation amount of a thermal storage body can be increased, and the temperature rise of a thermal storage body can be prevented.
  • the amount of escape gas released can be reduced, and high exhaust heat recovery efficiency and energy saving can be achieved.
  • SYMBOLS 1 Heating furnace (combustion equipment of regenerative burner), 10 ... Regenerative burner, 11A, 11B ... Burner, 12A, 12B ... Regenerator, 31 ... Combustion blower (gas supply device), 50 ... Escape gas line (exhaust) Line), 51 ... cooling / heat recovery device (boiler), 60 ... non-combustion gas supply device

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Abstract

　炉体（２）と、炉体に設けられた、蓄熱体（１２Ａ，１２Ｂ）を備える一対のバーナー（１１Ａ，１１Ｂ）と、を有し、前記一対のバーナーを炉内において交互に燃焼させつつ、非燃焼状態のバーナーから炉内の燃焼排ガスを吸気して該バーナーの蓄熱体に熱を蓄熱させ、燃焼状態のバーナー（１１Ａ）に所定量の燃焼用ガスを供給して該バーナーの蓄熱体（１２Ｂ）を冷却すると共に該蓄熱体の放熱により該燃焼用ガスを予熱する蓄熱式バーナーの燃焼設備（１）であって、燃焼状態の前記バーナーに、所定量の燃焼用ガスと共に燃焼に外乱を与えない非燃焼用ガスを供給することで、該バーナーの蓄熱体を冷却するガス供給装置（３１）を有する。

Description

蓄熱式バーナーの燃焼設備及び燃焼方法
　本発明は、蓄熱式バーナーの燃焼設備及び燃焼方法に関する。
　本願は、２００９年１０月２３日に日本に出願された特願２００９－２４４３８１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　工業用炉の省エネルギー化のために考案された蓄熱式バーナー（リジェネレイティブバーナー）は、蓄熱体を具備した一対のバーナーを炉側壁等に設け、一方のバーナーで燃料ガスと酸素を含む燃焼用ガス（燃焼用空気）の混合ガスを燃焼させているとき、他方のバーナーから燃焼排ガスを、蓄熱体を通して排出させることによって蓄熱体を加熱する。そして、数十秒～数分の間隔でその両バーナーの状態を頻繁に交代させることにより、燃焼と燃焼排ガスの排出とが交互に行われるようにし、燃焼排ガスにより加熱された蓄熱体を燃焼用ガスが通過する際に予熱される。これにより、高い排熱回収効率が達成され、省エネルギー化を図るようにしている。この蓄熱式バーナーを用いた燃焼設備としては、例えば下記特許文献１に記載のリジェネバーナー設置炉が挙げられる。
特開２００７－３０３６号公報
　ところで、上記燃焼設備においては、炉内で発生する燃焼排ガスの全てを蓄熱体に流すことはできない。すなわち、燃焼用ガスの供給量よりも燃焼排ガスの発生量が大きいため、燃焼用排ガスにより蓄熱体に蓄熱された熱を、燃焼用ガスの予熱によって全て放熱できずに、蓄熱体の温度過昇となって焼損してしまう虞があるためである。
　このため、従来では蓄熱体の温度過昇を避けるために、燃焼排ガスの総発生量の約２０％をエスケープガス(escape gas)として、蓄熱体を通さずに高温のまま系外に放出している。しかし、エスケープガスの放出は、排熱回収効率及び省エネルギー化の観点からは好ましくない。
　エスケープガスの放出量を低減させるためには、蓄熱体の温度過昇を防止する必要がある。例えば燃焼時間（放熱時間）を非燃焼時間（蓄熱時間）よりも長くするように時間差をつけた運転をする手法が考えられるが、この手法はマスバランス(mass balance)が取れないため不可能である。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、エスケープガスの放出量を低減させ、高い排熱回収効率及び省エネルギー化を図ることのできる蓄熱式バーナーの燃焼設備及び燃焼方法の提供を目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用した。
すなわち、
（１）本発明は、炉体と；炉体に設けられた、蓄熱体を備える一対のバーナーとを有し、前記一対のバーナーを炉内において交互に燃焼させつつ、非燃焼状態のバーナーから炉内の燃焼排ガスを吸気して該バーナーの蓄熱体に熱を蓄熱させ、燃焼状態のバーナーに所定量の燃焼用ガスを供給して該バーナーの蓄熱体を冷却すると共に該蓄熱体の放熱により該燃焼用ガスを予熱する蓄熱式バーナーの燃焼設備であって、上記燃焼状態のバーナーに、上記所定量の燃焼用ガスと共に燃焼に外乱を与えない非燃焼用ガスを供給して、該バーナーの蓄熱体を冷却するガス供給装置を有する。
　（２）上記（１）に記載の蓄熱式バーナーの燃焼設備では、非燃焼状態のバーナーから吸気されずに残存した燃焼排ガスを炉外に排気する排気ラインと、上記排気ラインから排気された上記燃焼排ガスを冷却すると共に熱回収する冷却・熱回収器と、上記熱回収された上記燃焼排ガスを上記非燃焼用ガスとして上記ガス供給装置に供給する非燃焼用ガス供給装置と、を有しても良い。
　（３）上記（１）に記載の蓄熱式バーナーの燃焼設備では、非燃焼状態のバーナーから吸気されずに残存した燃焼排ガスを炉外に排気する排気ラインと、上記排気ラインから排気された上記燃焼排ガスを冷却すると共に熱回収して水蒸気を生成するボイラーと、上記熱回収された上記燃焼排ガス及び上記生成された上記水蒸気の少なくともいずれか一方を上記非燃焼用ガスとして上記ガス供給装置に供給する第２非燃焼用ガス供給装置と、を有しても良い。
　（４）上記（１）～（３）のいずれかに記載の蓄熱式バーナーの燃焼設備では、不活性ガスを上記非燃焼用ガスとして上記ガス供給装置に供給する第３非燃焼用ガス供給装置を、有しても良い。
　（５）また、本発明は、蓄熱式バーナーの燃焼方法であって、蓄熱体を備える一対のバーナーを炉内において交互に燃焼させつつ、非燃焼状態のバーナーから炉内の前記燃焼排ガスを吸気して該バーナーの蓄熱体に熱を蓄熱させる蓄熱工程と；燃焼状態のバーナーに所定量の前記燃焼用ガスを供給して該バーナーの蓄熱体を冷却すると共に該蓄熱体の放熱により該燃焼用ガスを予熱する燃焼用ガス予熱工程と；上記燃焼状態のバーナーに、上記所定量の燃焼用ガスと共に燃焼に外乱を与えない非燃焼用ガスを供給して、該バーナーの蓄熱体を冷却するガス供給工程を有する。
　（６）上記（５）に記載の蓄熱式バーナーの燃焼方法では、前記非燃焼状態のバーナーから吸気されずに残存した燃焼排ガスを炉外に排気する排気工程と、前記排気工程で排気された前記燃焼排ガスを冷却すると共に熱回収する冷却・熱回収工程と、前記熱回収された前記燃焼排ガスを前記非燃焼用ガスとして前記ガス供給工程に供給する非燃焼用ガス供給工程と、を有しても良い。
　（７）上記（５）に記載の蓄熱式バーナーの燃焼方法では、前記非燃焼状態のバーナーから吸気されずに残存した燃焼排ガスを炉外に排気する排気工程と、前記排気工程で排気された前記燃焼排ガスを冷却すると共に熱回収して水蒸気を生成する冷却・熱回収工程と、前記熱回収された前記燃焼排ガス及び前記生成された前記水蒸気の少なくともいずれか一方を前記非燃焼用ガスとして前記ガス供給工程に供給する第２非燃焼用ガス供給工程と、を有しても良い。
　（８）上記（５）～（７）に記載の蓄熱式バーナーの燃焼方法では、不活性ガスを前記非燃焼用ガスとして前記ガス供給装置に供給する第３非燃焼用ガス供給工程を有しても良い。
　本発明の蓄熱式バーナーの燃焼設備および蓄熱式バーナーの燃焼方法によれば、ガス供給装置およびガス供給工程を有することによって、従来の所定量の燃焼用ガスによる蓄熱体の冷却に加えて、燃焼に寄与しない非燃焼用ガスによる蓄熱体の冷却を行う。これにより、蓄熱体の放熱量を増加させて、蓄熱体の温度過昇を防止する。蓄熱体の放熱量が増加すると、その放熱量にみあった熱量を蓄熱体が蓄熱可能となるため、従来よりも燃焼排ガスを蓄熱体に対して流すことができ、結果、エスケープガスの放出量を低減させることができる。また、非燃焼用ガスは燃焼に寄与しないので、非燃焼用ガスの供給量以上に燃焼排ガスの発生量は増加しない。
　したがって、本発明では、エスケープガスの放出量を低減させ、高い排熱回収効率及び省エネルギー化を図ることができる。
本発明の実施形態における蓄熱式バーナーを用いた加熱炉の構成を示す図である。 本発明の実施形態における蓄熱式バーナーを用いた加熱炉の構成を示す図である。
　以下、本発明の蓄熱式バーナーの燃焼設備及び燃焼方法の実施形態について図面を参照して説明する。
　図１及び図２は、本発明の実施形態における加熱炉１の構成を示す図である。
　加熱炉（蓄熱式バーナーの燃焼設備）１は、炉体２を有し、炉体２は、耐熱性コンクリート等の耐火物で形成された炉壁で囲まれている。炉体２内には、鋼材等の被熱処理品が配置される。
　炉体２の側壁内部から外部に突出して、１組の蓄熱式バーナー（１０が設けられている。蓄熱式バーナー１０は、対となったバーナー１１Ａ及びバーナー１１Ｂを備える。蓄熱式バーナー１０は、対となったバーナー１１Ａ及びバーナー１１Ｂに交互に燃焼と吸気を行わせている（図１及び図２参照）。また、炉内には、炉内の圧力を計測する炉圧センサ及び炉温センサが設けられ、その計測情報は、制御装置（ともに不図示）に送られる。制御装置は、加熱炉１が備える各構成装置の動作を統括的に制御するコンピュータシステムを備え、加熱炉１の運転全般を制御する。
　バーナー１１Ａには蓄熱体１２Ａが、バーナー１１Ｂには蓄熱体１２Ｂが設けられている。蓄熱体１２Ａ及び蓄熱体１２Ｂには、例えばセラミックボールを充填した形態や、セラミックをハニカム状にした形態等が採用される。
　バーナー１１Ａ及びバーナー１１Ｂには、燃料ガスを供給する第１ガス供給ライン２０と、燃焼用ガス（燃焼用空気）と共に後述する非燃焼用ガス（燃焼排ガス）を供給する第２ガス供給ライン３０とが連結されている。第１ガス供給ライン２０は、の蓄熱体１２Ａ，１２Ｂより炉体２側の位置で、各バーナー１１Ａ，１１Ｂと連結されている。燃焼用ブロア（ガス供給装置）３１は、燃焼用ガスと非燃焼用ガスを、一定の圧力の下で第２ガス供給ライン３０に供給する。即ち、バーナーが燃焼状態の時、燃焼用ブロア３１より、所定量の燃焼用ガスと共に燃焼に外乱を与えない非燃焼用ガスを供給することで、該バーナーの蓄熱体を冷却することができる。第２ガス供給ライン３０は、燃焼用ブロア３１によって圧送されてくるガスを蓄熱体１２Ａ，１２Ｂを通過して各バーナー１１Ａ，１１Ｂに供給するように配管されている。
　第１ガス供給ライン２０には、ガスの供給をバーナー１１Ａあるいはバーナー１１Ｂに切り替える制御弁２２Ａ，２２Ｂが設けられている。また、第２ガス供給ライン３０には、燃焼用ブロア３１によるガスの供給を、バーナー１１Ａあるいはバーナー１１Ｂに切り替える制御弁３２Ａ，３２Ｂが設けられている。この構成により、バーナー１１Ａ，１１Ｂは、供給された燃料ガスに所定量の燃焼用ガスを混合して燃焼させるとともに、流量調整によって燃焼状態及び炉内温度を制御する。
　また、バーナー１１Ａ及びバーナー１１Ｂには、炉内で発生した燃焼排ガスを吸気して炉外に排気する排ガスライン４０が連結されている。排ガスライン４０は、排気ファン４１によって吸気したガスを蓄熱体１２Ａ，１２Ｂを通過して、外部に放出させるように配管されている。排ガスライン４０には、制御弁４２Ａ，４２Ｂが設けられており、排気ファン４１によるガスの吸気元を、バーナー１１Ａから、あるいはバーナー１１Ｂからに切り替える。
　炉体２には、炉内の燃焼排ガスの一部（エスケープガス）を、バーナー１１Ａ，１１Ｂを通さずに、炉外に排気するエスケープガスライン（排気ライン）５０が設けられている。エスケープガスライン５０には、エスケープガスとして炉外に排気された燃焼排ガスを冷却すると共に、熱回収する冷却・熱回収器５１が設けられている。本実施形態の冷却・熱回収器５１は、燃焼排ガスと水との間で熱交換させて水蒸気を生成するボイラーの形態を採用する。なお、冷却・熱回収器５１の形態としては、シェル＆チューブ型熱交換器、プレートフィン型熱交換器等、周知のものが採用できる。
　また、エスケープガスライン５０（escape gas line）の冷却・熱回収器５１が設けられる位置より下流側には、熱回収された燃焼排ガスの一部を、エスケープガス返送ライン６１を介して燃焼用ブロア３１に供給すると共に、熱回収された燃焼排ガスの残部を外部に放出する非燃焼用ガス供給装置６０が設けられている。非燃焼用ガス供給装置６０は、ブロア等の圧送手段、燃焼排ガスの返送流量を制御するための流量制御装置、及び配管等（ともに図示せず）を含んでいる。
　次に、上記構成の加熱炉１の動作について説明する。
　炉内に鉄やステンレス等の鋼材が搬入されると、制御装置からの指令に基づいて、図１に示すように、制御弁２２Ａ及び制御弁３２Ａを開放して、バーナー１１Ａを燃焼状態にする。このとき、制御弁２２Ｂ及び制御弁３２Ｂは、閉塞される。
　バーナー１１Ａの燃焼により、炉内が加熱されると、その燃焼排ガスは、非燃焼状態のバーナー１１Ｂから吸気される。このとき、制御弁４２Ｂは開放され、一方、制御弁４２Ａは閉塞されている。バーナー１１Ｂから吸気された燃焼排ガス（約１２００℃程度）は、蓄熱体１２Ｂを通過することで熱を奪われて冷やされ、外部に放出される。このとき、蓄熱体１２Ｂは、燃焼排ガスの通過による蓄熱により、約２５０℃程度から約１２００℃程度まで昇温する（蓄熱工程）。
　設定時間（例えば、３０秒）が経過すると、制御装置からの指令に基づいて、図２に示すように、バーナー１１Ａからバーナー１１Ｂに燃焼を切り替える。すなわち、制御弁２２Ａ及び制御弁３２Ａを閉塞して、一方、制御弁２２Ｂ及び制御弁３２Ｂを開放する。また、制御弁４２Ｂを閉塞して、制御弁４２Ａを開放する。バーナー１１Ｂに供給される燃焼用ガス（約３０℃程度）は、蓄熱体１２Ｂを通過する際に予熱されて、炉温に近い温度まで昇温する（燃焼用ガス予熱工程）。一方、蓄熱体１２Ｂは、燃焼用ガスの通過による放熱により、約１２００℃程度から約２５０℃程度まで降温する。また、バーナー１１Ａでは、燃焼排ガスを吸気し、蓄熱体１２Ａに熱を蓄熱させる。
　このような燃焼サイクルを繰り返し継続することにより、炉内が加熱される。
　上記加熱炉１においては、燃焼サイクルを繰り返すため、炉内で発生する燃焼排ガスの全てを蓄熱体１２Ａ，１２Ｂに流すことはできない。そのため、燃焼排ガスの総発生量の約２０％をエスケープガスとして、蓄熱体１２Ａ，１２Ｂを通さずに高温（約１２００℃程度）のままエスケープガスライン５０を介して炉外に排気する（排気工程）。
　エスケープガスライン５０を介して炉外に排気された燃焼排ガスは、冷却・熱回収器５１に導入される。冷却・熱回収器５１には、冷媒として水が供給されており、燃焼排ガスは、水との間で熱交換することにより約１２００℃程度から約３００℃程度まで冷却される（冷却・熱回収工程）。冷却・熱回収器５１は、燃焼排ガスの廃熱を上記のように回収することで、水蒸気を生成する。冷却・熱回収器５１において生成された水蒸気は、例えば他の熱処理設備に輸送されて熱処理プロセスの過程において使用される。
　冷却・熱回収器５１において熱回収された燃焼排ガスは、非燃焼用ガス供給装置６０に導入される。非燃焼用ガス供給装置６０は、熱回収された燃焼排ガスの一部を、エスケープガス返送ライン６１を介して燃焼用ブロア３１に供給すると共に、熱回収された燃焼排ガスの残部を外部に放出する（非燃焼用ガス供給工程）。
　エスケープガス返送ライン６１を介して燃焼用ブロア３１に供給された低温（約３００℃程度）の燃焼排ガスは、燃焼用ブロア３１によって所定量の燃焼用ガスと共に、燃焼状態のバーナー１１Ａ，１１Ｂのいずれかに供給される。
　図１に示すように、燃焼排ガスがバーナー１１Ａに供給された場合、燃焼排ガスは、燃焼用ガスと共に蓄熱体１２Ａの冷却を行う（ガス供給工程）。燃焼用ブロア３１は、燃焼用ガスと共に燃焼排ガスを供給するため、蓄熱体１２Ａに対するガス供給量が増加し、冷却能力が向上する。すなわち、蓄熱体１２Ａには、燃焼に寄与する所定量の燃焼用ガスに加えて、燃焼に寄与しない所定量の低温の燃焼排ガスが供給されることとなるため、蓄熱体１２Ａの放熱量が増加し、蓄熱体１２Ａの温度過昇が防止される。蓄熱体１２Ａを通過して予熱された燃焼排ガスは、再び炉内に吹き込まれるが、燃焼に寄与せずに、専ら炉内温度の維持を寄与する。また、このように燃焼排ガスを循環させることにより、系内の窒素酸化物（ＮＯＸ）の発生を低減できる。
　図２に示すように、燃焼がバーナー１１Ａからバーナー１１Ｂに切り替えられた場合、バーナー１１Ａでは、燃焼排ガスを吸気し、蓄熱体１２Ａに熱を蓄熱させる。ここで、蓄熱体１２Ａにおける放熱量は、燃焼排ガスの供給量だけ増加している。蓄熱体１２Ａは、放熱量にみあった熱量を蓄熱可能となるため、より多くの燃焼排ガスを蓄熱体１２Ａに対して流すことができる。その結果、エスケープガスの放出量を低減することができる。また、燃焼排ガスは燃焼に寄与しないので、燃焼排ガスの供給量以上に炉内で発生する燃焼排ガス量が増加することはなく、系内のマスバランスが取れる。
　したがって、本実施形態の加熱炉１によれば、蓄熱体１２Ａ，１２Ｂを具備する対となったバーナー１１Ａ，１１Ｂを炉内において交互に燃焼させつつ、非燃焼状態のバーナーから炉内の燃焼排ガスを吸気して該バーナーの蓄熱体に熱を蓄熱させる。そして、燃焼状態のバーナーに所定量の燃焼用ガスを供給して該バーナーの蓄熱体を冷却すると共に、該蓄熱体の放熱により該燃焼用ガスを予熱する。燃焼状態のバーナー１１Ａ，１１Ｂに、上記所定量の燃焼用ガスと共に燃焼に外乱を与えない非燃焼用ガスを供給して、該バーナーの蓄熱体を冷却する燃焼用ブロア３１を備える。
　この構成を採用することによって、本発明では、従来の所定量の燃焼用ガスによる蓄熱体１２Ａ，１２Ｂの冷却に加えて、燃焼に寄与しない非燃焼用ガスによる蓄熱体１２Ａ，１２Ｂの冷却を行う。これにより、蓄熱体１２Ａ，１２Ｂの放熱量を増加させて、蓄熱体１２Ａ，１２Ｂの温度過昇を防止する。蓄熱体１２Ａ，１２Ｂの放熱量が増加すると、その放熱量にみあった熱量を蓄熱体１２Ａ，１２Ｂが蓄熱可能となるため、従来よりも燃焼排ガスを蓄熱体１２Ａ，１２Ｂに対して流すことができ、結果、エスケープガスの放出量を低減させることができる。また、非燃焼用ガスは燃焼に寄与しないので、非燃焼用ガスの供給量以上に燃焼排ガスの発生量が増加することはない。
また、本実施形態の加熱炉１によれば、非燃焼状態のバーナー１１Ａ，１１Ｂから吸気されずに残存した燃焼排ガスを炉外に排気するエスケープガスライン５０と、エスケープガスライン５０から排気された燃焼排ガスを冷却すると共に熱回収する冷却・熱回収器５１と、上記熱回収された燃焼排ガスを上記非燃焼用ガスとして燃焼用ブロア３１に供給する非燃焼用ガス供給装置６０と、を更に有する。
　この構成を採用することによって、本発明では、非燃焼状態のバーナー１１Ａ，１１Ｂから吸気されずに残存した燃焼排ガスをエスケープガスライン５０から炉外に排出した後に熱回収し、温度が下がった状態の燃焼排ガスを非燃焼用ガスとして燃焼用ブロア３１に供給する。これにより、蓄熱体の放熱量を増加させて、蓄熱体の温度過昇を防止する。また、燃焼排ガスの循環により系内の窒素酸化物（ＮＯＸ）の発生を低減できる。
　以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
　例えば、上記実施形態では、非燃焼用ガスとして、燃焼排ガスを用いると説明したが、この構成に限定されない。
　例えば、非燃焼用ガスとして、冷却・熱回収器５１で生成された水蒸気を用いてもよい。即ち、上述したエスケープガスライン５０に冷却・熱回収器５１が設けられている代わりに、上記排気ラインから排気された上記燃焼排ガスを冷却すると共に熱回収して水蒸気を生成するボイラーが設けられていても良い。ボイラーが設けられていることで、ここでの非燃焼用ガス供給装置（第２非燃焼用ガス供給装置と呼ぶ）は、上記熱回収された上記燃焼排ガス及び上記生成された上記水蒸気の少なくともいずれか一方を上記非燃焼用ガスとして上記ガス供給装置に供給する。
　この構成によれば、非燃焼状態のバーナーから吸気されずに残存した燃焼排ガスを排気ラインから炉外に排出した後に熱回収して水蒸気を生成し、温度が下がった状態の燃焼排ガス及び生成した水蒸気の少なくともいずれか一方を、蓄熱体を冷却する非燃焼用ガスとしてガス供給装置に供給する。これにより、蓄熱体の放熱量を増加させて、蓄熱体の温度過昇を防止することができる。
　また、水蒸気を用いることによって、上記作用効果に加えて、水蒸気の供給により炉内における急激な燃焼を抑制することができ、窒素酸化物（ＮＯＸ）の発生量を抑えることができる。また、熱回収された燃焼排ガスと上記水蒸気とを共に、非燃焼用ガスとして用いてもよい。
　また、非燃焼用ガスとして、不活性ガスを用いても上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等を用いることができる。なお、非燃焼用ガスとして不活性ガスを用いる場合は、不活性ガス及び不活性ガスを供給する非燃焼用ガス供給装置（第３非燃焼用ガス供給装置と呼ぶ）を別途用意しなくてはらない。そのため、コストの観点からは、上述した加熱炉１の燃焼プロセスで生じるガス、すなわち、非燃焼用ガスとして、燃焼排ガス及び水蒸気の少なくともいずれか一方を用いることが好ましい。
　この構成によれば、従来の所定量の燃焼用ガスによる蓄熱体の冷却に加えて、燃焼に寄与しない不活性ガスによる蓄熱体の冷却を行う。これにより、蓄熱体の放熱量を増加させて、蓄熱体の温度過昇を防止することができる。
　本発明の蓄熱式バーナーの燃焼設備及び燃焼方法によれば、エスケープガスの放出量を低減させ、高い排熱回収効率及び省エネルギー化を図ることができる。
　１…加熱炉（蓄熱式バーナーの燃焼設備）、１０…蓄熱式バーナー、１１Ａ，１１Ｂ…バーナー、１２Ａ，１２Ｂ…蓄熱体、３１…燃焼用ブロア（ガス供給装置）、５０…エスケープガスライン（排気ライン）、５１…冷却・熱回収器（ボイラー）、６０…非燃焼用ガス供給装置

Claims (8)

  1. 　炉体と、
    　炉体に設けられた、蓄熱体を備える一対のバーナーと、を有し、
    　前記一対の
    　バーナーを炉内において交互に燃焼させつつ、非燃焼状態のバーナーから炉内の燃焼排ガスを吸気して該バーナーの蓄熱体に熱を蓄熱させ、燃焼状態のバーナーに所定量の燃焼用ガスを供給して該バーナーの蓄熱体を冷却すると共に該蓄熱体の放熱により該燃焼用ガスを予熱する蓄熱式バーナーの燃焼設備であって、
    　燃焼状態の前記バーナーに、所定量の燃焼用ガスと共に燃焼に外乱を与えない非燃焼用ガスを供給することで、該バーナーの蓄熱体を冷却するガス供給装置を有する。
  2. 　非燃焼状態のバーナーから吸気されずに残存した燃焼排ガスを炉外に排気する排気ラインと、
    　前記排気ラインから排気された前記燃焼排ガスを冷却すると共に熱回収する冷却・熱回収器と、
    　前記熱回収された前記燃焼排ガスを前記非燃焼用ガスとして前記ガス供給装置に供給する非燃焼用ガス供給装置と、
    　を更に有する請求項１に記載の蓄熱式バーナーの燃焼設備。
  3. 　非燃焼状態のバーナーから吸気されずに残存した燃焼排ガスを炉外に排気する排気ラインと、
    　前記排気ラインから排気された前記燃焼排ガスを冷却すると共に熱回収して水蒸気を生成するボイラーと、
    　前記熱回収された前記燃焼排ガス及び前記生成された前記水蒸気の少なくともいずれか一方を前記非燃焼用ガスとして前記ガス供給装置に供給する第２非燃焼用ガス供給装置と、
    　を更に有する請求項１に記載の蓄熱式バーナーの燃焼設備。
  4. 　不活性ガスを前記非燃焼用ガスとして前記ガス供給装置に供給する第３非燃焼用ガス供給装置を有する請求項１～３のいずれか一項に記載の蓄熱式バーナーの燃焼設備。
  5. 　蓄熱式バーナーの燃焼方法であって、
    　蓄熱体を備える一対のバーナーを炉内において交互に燃焼させつつ、非燃焼状態のバーナーから炉内の前記燃焼排ガスを吸気して該バーナーの蓄熱体に熱を蓄熱させる蓄熱工程と、
    燃焼状態のバーナーに所定量の前記燃焼用ガスを供給して該バーナーの蓄熱体を冷却すると共に該蓄熱体の放熱により該燃焼用ガスを予熱する燃焼用ガス予熱工程と、
    前記燃焼状態のバーナーに、前記所定量の燃焼用ガスと共に燃焼に外乱を与えない非燃焼用ガスを供給して、該バーナーの蓄熱体を冷却するガス供給工程を有する。
  6. 　前記非燃焼状態のバーナーから吸気されずに残存した燃焼排ガスを炉外に排気する排気工程と、
    　前記排気工程で排気された前記燃焼排ガスを冷却すると共に熱回収する冷却・熱回収工程と、
    　前記熱回収された前記燃焼排ガスを前記非燃焼用ガスとして前記ガス供給工程に供給する非燃焼用ガス供給工程と、
    　を更に有する請求項５に記載の蓄熱式バーナーの燃焼方法。
  7. 　前記非燃焼状態のバーナーから吸気されずに残存した燃焼排ガスを炉外に排気する排気工程と、
    　前記排気工程で排気された前記燃焼排ガスを冷却すると共に熱回収して水蒸気を生成する冷却・熱回収工程と、
    　前記熱回収された前記燃焼排ガス及び前記生成された前記水蒸気の少なくともいずれか一方を前記非燃焼用ガスとして前記ガス供給工程に供給する第２非燃焼用ガス供給工程と、
    　を更に有する請求項５に記載の蓄熱式バーナーの燃焼方法。
  8. 　不活性ガスを前記非燃焼用ガスとして前記ガス供給装置に供給する第３非燃焼用ガス供給工程を更に有する請求項５～７のいずれか一項に記載の蓄熱式バーナーの燃焼方法。
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