JPH0868531A - 蓄熱式バーナ装置の切り替え制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蓄熱体を備えた２個で１組の蓄熱式バーナ装
置の燃焼側と非燃焼蓄熱側との切り替え中における燃料
ガス供給不安定による一時的な熱不足を低減し、炉温の
安定性向上を達成する。 【構成】 蓄熱体２Ａを備えたバーナ１Ａおよび蓄熱体
２Ｂを備えたバーナ１Ｂを、燃焼側と非燃焼蓄熱側とに
交互に切り替える蓄熱式バーナ装置10を２以上のＮ組を
有する場合において、Ｎ組の蓄熱式バーナ装置10を燃焼
側と非燃焼蓄熱側とに１組づつ順次切り替えるに際し、
Ｎ組のうちある１組の蓄熱式バーナ装置10が燃焼側と非
燃焼蓄熱側とに切り替え流量の総和を変えずに、当該切
り替えを行うバーナ装置10への燃料供給を短時間遮断し
て燃焼を休止する一方、空気流量の総和を切り替え直前
のＮ／（Ｎ−１）倍にしてＮ組の装置10を順次切り替え
ていき、全Ｎ組の切り替えが終了したときに空気流量の
総和を（Ｎ−１）／Ｎ倍に戻す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蓄熱体を備えた２個で
１組の蓄熱式バーナのうち、一方のバーナへ燃料および
空気を供給して燃焼動作を行い、燃焼排ガスを他方のバ
ーナの蓄熱体に通して蓄熱動作を行う燃焼側と非燃焼蓄
熱側とに切り替えの際に、当該切り替えを行う蓄熱式バ
ーナ装置への燃料供給を短時間遮断して燃焼休止を行う
と共に、燃料流量および空気流量の調節を各組ごとに行
わず加熱装置全体を制御する調節弁を用いて燃料流量の
総和および空気流量の総和を制御するようにした蓄熱式
バーナ装置の切り替え制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、蓄熱体を備えた２個で１組のバー
ナペアを交互に燃焼させ、その燃焼排ガスを非燃焼側の
蓄熱体を通じて排出させる一方、燃焼側のバーナでは燃
焼用空気を蓄熱体を通して供給する蓄熱式バーナ装置が
知られている。焼鈍炉等の炉に配設されたラジアントチ
ューブの両端に前述のような蓄熱体を内蔵する一組のバ
ーナを装備し、そのバーナを交互に燃焼させて排出され
る燃焼排ガスの熱を蓄熱体で回収することが行われてい
る。

【０００３】図１に示すように蓄熱式バーナ装置10に
は、蓄熱体２Ａを備えたバーナ１Ａと、蓄熱体２Ｂを備
えたバーナ１Ｂとを２個で一組としてペアに配置してあ
る。バーナ１Ａおよびバーナ１Ｂには燃料供給管３およ
び燃料供給管３から分岐した燃料供給管３Ａ、３Ｂを介
して燃料ガスが供給される。燃料供給管３には燃料調節
弁15および燃料遮断弁18が配設してあり、また燃料供給
管３Ａ、３Ｂにはそれぞれ燃料遮断弁４Ａ、４Ｂが配設
してある。

【０００４】燃料ガス供給源５の燃料ガスは、燃料供給
管３の燃料遮断弁18が開の状態において燃料調節弁15の
開度を制御することにより複数であるＮ組の蓄熱式バー
ナ装置10が必要とする燃料ガスの総量が供給される。そ
して燃料供給管３Ａ、３Ｂに配設された燃料遮断弁４
Ａ、４Ｂの開、閉によりバーナ１Ａ、１Ｂに燃料ガスを
切り替えながら供給すると共に、他の（Ｎ−１）組の蓄
熱式バーナ装置10にも同様にして燃料ガスを供給するよ
うになっている。

【０００５】またバーナ１Ａ、１Ｂには、空気供給管６
および空気供給管６から分岐した空気供給管６Ａ、６Ｂ
を介して空気が供給される。空気供給管６には空気調節
弁16が配設してあり、空気供給管６Ａ、６Ｂにはそれぞ
れ空気遮断弁７Ａ、７Ｂが配設してある。送風機８から
供給される空気は空気調節弁16の開度を制御することに
よりＮ組の蓄熱式バーナ装置10が必要とする空気の総量
が供給される。そして空気供給管６Ａ、６Ｂに配設され
た空気遮断弁７Ａ、７Ｂの開閉によりバーナ１Ａ、１Ｂ
に空気を切り替えながら供給すると共に、他の（Ｎ−
１）組の蓄熱式バーナ装置10にも同様にして空気を供給
するようになっている。

【０００６】さらに排ガス管９には排ガス調節弁17が配
設されていると共に、排ガス管９から分岐した排ガス管
９Ａ、９Ｂにはそれぞれ排ガス遮断弁11Ａ、11Ｂが配設
されている。バーナ１Ａ、１Ｂの燃焼排ガスを排ガス遮
断弁11Ａ、11Ｂの開閉により、まず蓄熱体２Ａ、２Ｂの
いずれかに導いて蓄熱した後、排ガス管９Ａまたは９Ｂ
を介して排ガス管９に導いて送風機12から排出すると共
に、他の（Ｎ−１）組の蓄熱式バーナ装置10からの燃焼
排ガスも同様にして排出する。

【０００７】前述のようにＮ組の蓄熱式バーナ装置10に
供給する燃料ガスの総量を燃料調節弁15により、また空
気の総量を空気調節弁16により、さらに燃焼排ガスの総
量は排ガス調節弁17により調節し、各組のバーナペアの
独立した燃料流量および空気流量の調節は行われていな
い。そして各組の蓄熱式バーナ装置10におけるバーナ１
Ａ、１Ｂの燃焼側と非燃焼側への切り替えは、それぞれ
の組ごとに配設されている燃料遮断弁４Ａ、４Ｂ、空気
遮断弁７Ａ、７Ｂおよび排ガス遮断弁11Ａ、11Ｂを用い
て個別に行われる。

【０００８】なお、パイロットバーナ13Ａ、13Ｂにも燃
料ガスを供給して燃焼するが蓄熱式バーナ装置10を用い
て各種加熱炉を加熱する際に伴う蓄熱式バーナ装置10の
操業開始時にパイロットバーナ13Ａ、13Ｂに点火したら
そのまま燃焼を続けており、燃焼制御には直接関係しな
いので説明を省略する。従来、１組のバーナ１Ａ、１Ｂ
を有する蓄熱式バーナ装置10を燃焼側と非燃焼蓄熱側と
に切り替える動作は図２に示すように行われている。す
なわち、図２に示すように各種加熱炉に設置された加熱
装置を起動して蓄熱式バーナ装置10を稼働中は、パイロ
ットバーナ13Ａ、13Ｂは点火したらそのまま燃焼を続け
る。ここで燃焼側のバーナ１Ａを非燃焼側に、また非燃
焼蓄熱側のバーナ１Ｂを燃焼側に切り替える場合、すな
わちロジックモードＡを(ON)からオフ(OFF) に、ロジッ
クモードＢをオフ(OFF) からオン(ON)に切り替えると、
まずバーナ１Ａの燃料遮断弁４Ａが開から閉に作動を開
始切り替えがスタートする。

【０００９】この燃料遮断弁４Ａの閉動作が終了し、こ
れによってバーナ１Ａへの燃料ガス供給が停止したら空
気遮断弁７Ａが開から閉に、排ガス遮断弁11Ａが閉から
開に作動を開始すると同時にバーナ１Ｂの空気遮断弁７
Ｂが閉から開に、排ガス遮断弁11Ｂが開から閉に作動を
開始する。これによってバーナ１Ａへの空気供給停止お
よびバーナ１Ｂへの空気供給が開始されると共に、燃焼
排ガスの経路が排ガス管９Ｂから排ガス管９Ａに切り替
えることになる。

【００１０】これら開閉動作が終了すると送風機８から
供給される空気は、空気供給管６、６Ｂを経由し、さら
に蓄熱体２Ｂで予熱された後、バーナ１Ｂに供給され
る。バーナ１Ｂに供給される空気が安定するだけの時間
が経過した後、燃料遮断弁４Ｂを閉から開に作動を開始
し、バーナ１Ｂへの燃料ガス供給が始まるとパイロット
バーナ13Ｂにより点火され、バーナ１Ｂの燃焼が始ま
り、これにより切り替えが終了する。

【００１１】この時、バーナ１Ｂに供給された燃料ガス
は蓄熱体２Ｂによって予熱された空気によって燃焼さ
れ、その燃焼熱により加熱炉内に配置されたラジアント
チューブ14を加熱する。バーナ１Ｂの燃焼排ガスはラジ
アントチューブ14を介して蓄熱体２Ａに導かれ、ここで
蓄熱体２Ａを加熱して蓄熱させた後、排ガス管９Ａ、９
を経由して排風機12から排出される。

【００１２】このような一連の各遮断弁作動における燃
料遮断弁４Ａの閉作動開始から燃料遮断弁４Ｂの開作業
終了までには燃料供給を短時間遮断して燃焼休止が行わ
れ、この時間が１回の切り替え時間となる。かくして空
気を予熱する蓄熱体２Ｂの蓄熱量がしだいに少なくなる
一方、蓄熱体２Ａの蓄熱量が多くなってくるので、適宜
のタイミングでバーナ１Ｂからバーナ１Ａに同様の手順
により再び切り替えることになる。

【００１３】このような２個で１組をペアとする蓄熱式
バーナ装置10を複数のＮ組を有する加熱装置10（ここで
Ｎは２以上の自然数）においては、蓄熱式バーナ装置10
の切り替えは、図３に示すようにある一組の No.１バー
ナペアの切り替えが終了すると同時に次の一対の No.２
バーナペアの切り替えを開始するというように連続的に
No.Ｎバーナペアまで一つずつ順次切り替えを行うとい
うシーケンスに従って全配列のバーナペアの切り替えが
一応終了するまで行われていた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前述のようなシーケン
スに従って一組のバーナペア切り替えが開始されると、
切り替え時に燃料ガスは切り替えバーナペアを除くその
他の（Ｎ−１）のバーナペアにしか流れなくなるため加
熱装置全体の燃料ガス流量は、燃料調節弁15を用いて切
り替え開始直前の（Ｎ−１）／Ｎ倍になるように調節さ
れる。

【００１５】この時、燃焼用空気はバーナ１Ａへの空気
遮断弁７Ａの閉作動開始とバーナ１Ｂへの空気遮断弁７
Ｂの開作動開始とを同時に行うので、燃焼用空気流量は
バーナ切り替え中のバーナペアにも流れるので加熱装置
全体の空気量は切り替え開始直前と同じでよい。そして
No.１から No.Ｎまでの全てのバーナペアの切り替えが
終了すると、燃料ガスは全てのバーナペアに流れる安定
期に入るが、切り替え周期における安定期が極めて短い
ものになってしまう。このような安定期には加熱装置全
体を流れる燃料ガスの流量は切り替え終了直前のＮ／
（Ｎ−１）倍になるように調節され安定した加熱が達成
される。バーナペア切り替え前、切り替え中および切り
替え後の燃料流量、空気流量の推移を表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１に示すように切り替えを行う蓄熱式バ
ーナ装置（１組）の燃料流量は一旦零になるが空気流量
は切り替えの前後と同じであり、またその他の（Ｎ−
１）組の蓄熱式バーナ装置の燃料流量、空気流量は切り
替え前後と同じである。しかしながら加熱装置全体の燃
料流量は切り替え中には（Ｎ−１）／Ｎ倍の熱量しか投
入されないので、このような状態において加熱炉の炉温
制御を正常に実施することは不可能である。このため従
来は、燃料流量および燃焼用空気がそれぞれ一定値にな
るように制御する場合もあり、炉温が不安定となる欠点
があった。

【００１８】以上説明したように従来技術によれば、１
組のバーナペア切り替え中は、加熱炉には必要量の（Ｎ
−１）／Ｎ倍の熱量しか投入できないため、バーナペア
切り替え中は炉温制御が困難になる。このため炉温の安
定性、制御性があまりよくないばかりでなく、加熱能力
が低くなるという問題があった。本発明は、前記従来技
術の問題点を解決することができる蓄熱式バーナ装置の
燃焼切り替え制御方法を提供することを目的とするもの
である。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の請求項１記載の本発明は、蓄熱体を備えた２個で一組
のバーナを燃焼側と非燃焼蓄熱側とに交互に切り替える
蓄熱式バーナ装置をＮ組（Ｎは２以上の自然数）有し、
各組の蓄熱式バーナ装置に供給する燃料流量および空気
流量の調節を各組ごとに行わず加熱装置全体を制御する
調節弁を用いて燃料流量および空気流量の各総和を制御
するようにした蓄熱式バーナ装置の切り替え制御方法に
おいて、前記Ｎ組の蓄熱式バーナ装置が燃焼側と非燃焼
蓄熱側とに切り替え動作を開始したときは、燃料流量の
総和を変えずに当該切り替え動作を行うバーナ装置への
燃料供給を短時間遮断して燃焼を休止する一方、空気流
量の総和を切り替え開始直前のＮ／（Ｎ−１）倍にして
Ｎ組の蓄熱式バーナ装置を順次途切れなく燃焼側と非燃
焼蓄熱側とに切り替えていき、全Ｎ組の蓄熱式バーナ装
置が切り替え動作を終了したときに空気流量の総和を切
り替え動作直前の（Ｎ−１）／Ｎ倍に戻し、全Ｎ組の蓄
熱式バーナ装置により加熱を行う安定期に入ることを特
徴とする蓄熱式バーナ装置の切り替え制御方法である。

【００２０】請求項２記載の本発明は、Ｎ組の蓄熱式バ
ーナ装置のうちのある１組の蓄熱式バーナ装置が燃焼側
と非燃焼蓄熱側とに切り替え動作を行っているときにお
いても、他の（Ｎ−１）組の蓄熱式バーナ装置に流れる
燃料流量の総和および全Ｎ組の蓄熱式バーナ装置の総和
を、実績炉温と目標炉温との差に従って調整することを
特徴とする請求項１記載の蓄熱式バーナ装置の切り替え
制御方法である。

【００２１】

【作用】本発明によれば、Ｎ組のうちのある１組の蓄熱
式バーナ装置が燃焼側と非燃焼蓄熱側に切り替えを行っ
ているときにおいても、切り替え前と比較して加熱装置
に流れる燃料流量の総和は変化させない。すなわち、切
り替え中において、加熱炉の炉温を制御し得るだけの必
要熱量を空気不足による不完全燃焼を生ずることなく投
入することが可能になる。したがって切り替え中におい
ても燃料流量および空気流量を炉温を目標値に追従させ
るように操作することができる。

【００２２】また切り替え中において１組あたりに流れ
る空気流量は従来のＮ／Ｎ＝１に比較してＮ／（Ｎ−
１）と多くなるため蓄熱体および配管にたまっている排
ガスを追い出す時間が短縮することができるので、それ
だけ切り替え時間が短縮され、安定期を長くすることが
できる。

【００２３】

【実施例】本発明の方法で使用する蓄熱体を備えた２個
で１組の蓄熱式バーナ装置そのものは前述の従来と同じ
であるので説明を簡略化する。本発明では、図１に示す
ようにＮ組の蓄熱式バーナ装置10を No.１から No.Ｎま
でを従来と同様に図２に示すロジックモードに従うと共
に、図３に示すようにNo.１バーナペアの切り替えが終
了すると同時に、次の No.２バーナペアの切り替えを開
始するというように連続的に No.Ｎまで一つずつ順次切
り替えを行うシーケンスにしたがって全配列のバーナペ
アの切り替えが終了するまで行われる。

【００２４】各組の切り替えに際しては、図２に従って
燃焼側のバーナ１Ａを非燃焼蓄熱側に切り替えると共に
バーナ１Ｂを燃焼側に切り替えるべくロジックモードＡ
を OFFとしロジックモードＢをONとすると、まずバーナ
１Ａの燃料遮断弁４Ａが閉に作動を開始して切り替えが
スタートする。燃料遮断弁４Ａが閉じてバーナ１Ａへの
燃料ガス供給が停止すると同時に、空気遮断弁７Ａの閉
動作および排ガス遮断弁11Ａが開動作を開始し、さらに
バーナ１Ｂの空気遮断弁７Ｂが開動作を開始する。これ
によってバーナ１Ａへの空気供給停止およびバーナ１Ｂ
への空気供給が開始されると共に燃焼排ガスの経路が排
ガス管９Ｂから９Ａに切り替わる。

【００２５】蓄熱体２Ｂで予熱された空気がバーナ１Ｂ
に安定して供給されるだけの時間が経過した時点に、燃
料遮断弁４Ｂの開動作を開始し、バーナ１Ｂに供給され
た燃料ガスは予め供給されている空気によって燃焼さ
れ、１回の切り替えが終了する。このようにして切り替
え操作が終了したら燃料調節弁15を用いて実績炉温と目
標炉温との差に基いて再び燃料ガス流量の総和を制御す
る。

【００２６】本発明では図３に示すように最初の No.１
バーナペアの切り替えが開始されても表２に切り替え
前、切り替え中、切り替え後における燃料流量および空
気流量の推移を示すように加熱装置全体の燃料流量は切
り替え開始前と同様に加熱炉の実績炉温と目標炉温との
差に基いて燃料調節弁15を用いてＮ／Ｎ＝１になるよう
に操作される。

【００２７】

【表２】

【００２８】この時、切り替え中の No.１バーナには燃
料が流れないため切り替え中以外の（Ｎ−１）組のバー
ナペアにしか燃料が流れなくなり、１組当りの燃料流量
は、切り替え開始直前のＮ／（Ｎ−１）倍に増加する。
しかし空気は切り替え開始前と同様にＮ組全部に流れる
ため、１組あたりの空気流量は切り替え開始前と同じの
Ｎ／Ｎ＝１とすると、燃焼中の（Ｎ−１）組の蓄熱式バ
ーナ装置においてＮ／（Ｎ−１）倍の燃料を燃焼させる
には空気不足となり、不完全燃焼となる恐れがある。

【００２９】そこで本発明では、空燃比のバランスをと
るため１組当りの空気流量が切り替え開始前のＮ／（Ｎ
−１）倍になるように加熱装置全体に流れる空気流量を
空気調節弁16を用いて調節するものである。もちろん切
り替え中においても空気流量は燃料流量の変化に追従す
るように操作される。このようにして No.１から No.Ｎ
までの全ての組の切り替えが終了すると、燃料は全組の
蓄熱式バーナ装置に流れるようになるので、１組当りの
燃料流量は燃料調節弁15を用いて切り替え開始前の（Ｎ
−１）／Ｎ倍に減少されることになる。そこで空燃比の
バランスをとるため１組当りの空気流量を切り替え開始
前の（Ｎ−１）／Ｎ倍にするため加熱装置全体を流れる
空気流量を空気調節弁16を用いて調節するものである。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数組の蓄熱式バーナ装置を燃焼側と非燃焼蓄熱側とに切
り替える際においても、加熱装置の加熱に見合った燃料
流量および空気流量を与えることができるため、切り替
え時の一時的な熱不足がなくなり、安定した加熱炉の炉
温を保つことができる。

【００３１】また、切り替え時においても連続的に燃料
流量を操作できるため、炉温の制御性および応答性が向
上する。さらには、切り替え時の空気流量増加により、
蓄熱体および配管にたまっている排ガスを追い出す時間
が短縮され、これによって切り替え時間の短縮が達成で
きると共に、炉温の安定性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明および従来に係る蓄熱式バーナ装置のフ
ロー図である。

【図２】蓄熱式バーナ装置の切り替え手順を示す説明図
である。

【図３】従来の切り替えスケジュールを示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ バーナ ２ 蓄熱体 ３ 燃料供給管 ４ 燃料遮断弁 ５ 燃料ガス供給源 ６ 空気供給管 ７ 空気遮断弁 ８ 送風機 ９ 排ガス管 10 蓄熱式バーナ装置 11 排ガス遮断弁 12 排風機 13 パイロットバーナ 14 ラジアントチューブ 15 燃料調節弁 16 空気調節弁 17 排ガス調節弁 18 燃料遮断弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱体を備えた２個で１組のバーナを燃
   焼側と非燃焼蓄熱側とに交互に切り替える蓄熱式バーナ
   装置をＮ組（Ｎは２以上の自然数）有し、各組の蓄熱式
   バーナ装置に供給する燃料流量および空気流量の調節を
   各組ごとに行わず加熱装置全体を制御する調節弁を用い
   て燃料流量および空気流量の各総和を制御するようにし
   た蓄熱式バーナ装置の切り替え制御方法において、前記
   Ｎ組の蓄熱式バーナ装置が燃焼側と非燃焼蓄熱側とに切
   り替え動作を開始したときは、燃料流量の総和を変えず
   に当該切り替え動作を行うバーナ装置への燃料供給を短
   時間遮断して燃焼を休止する一方、空気流量の総和を切
   り替え開始直前のＮ／（Ｎ−１）倍にしてＮ組の蓄熱式
   バーナ装置を順次途切れなく燃焼側と非燃焼蓄熱側とに
   切り替えていき、全Ｎ組の蓄熱式バーナ装置が切り替え
   動作を終了したときに空気流量の総和を切り替え動作直
   前の（Ｎ−１）／Ｎ倍に戻し、全Ｎ組の蓄熱式バーナ装
   置により加熱を行う安定期に入ることを特徴とする蓄熱
   式バーナ装置の切り替え制御方法。
2. 【請求項２】Ｎ組の蓄熱式バーナ装置のうちのある１組
   の蓄熱式バーナ装置が燃焼側と非燃焼蓄熱側とに切り替
   え動作を行っているときにおいても、他の（Ｎ−１）組
   の蓄熱式バーナ装置に流れる燃料流量の総和および全Ｎ
   組の蓄熱式バーナ装置の総和を、実績炉温と目標炉温と
   の差に従って調整することを特徴とする請求項１記載の
   蓄熱式バーナ装置の切り替え制御方法。