JPH09159149A

JPH09159149A - 蓄熱式バーナ、その燃焼方法及びその燃焼装置

Info

Publication number: JPH09159149A
Application number: JP7316758A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Suzukawa; 豊鈴川; Isao Mori; 功森
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-12-05
Filing date: 1995-12-05
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】蓄熱式バーナが耐熱温度の異なる蓄熱体を備
え、耐熱温度の低い蓄熱体に合わせて蓄熱体温度を制御
し得る蓄熱式バーナ、その燃焼方法及びその燃焼装置を
提供することを目的とする。【解決手段】蓄熱式バーナ１がバーナタイル４に空気
ノズル５と燃料ノズル６が加熱炉側に開口し、空気ノズ
ル５に接続された蓄熱体収容容器３に多層の蓄熱体１
３，１４が収納され、燃料ノズル６に燃料遮断弁７、配
管１２の一方に燃焼空気遮断弁８、他方に燃焼排ガス遮
断弁９が設けられ、蓄熱体１３，１４間には温度計１５
が配置されており、温度計１５の検出出力が制御装置１
６に入力されて比較演算処理して、制御装置１６の制御
出力に基づいて、燃料遮断弁７、燃焼空気遮断弁８、燃
焼排ガス遮断弁９が制御され、蓄熱体の耐熱温度を越え
ないように制御されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄熱式バーナ、そ
の燃焼方法及びその燃焼装置に関し、特に、多段の蓄熱
体を具備する蓄熱式バーナであり、燃焼排ガスの顕熱の
蓄積による温度が蓄熱体の耐熱温度を越えないようにし
た蓄熱式バーナ、その燃焼方法及びその燃焼装置に係る
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来の蓄熱式バーナの一例を示
している。同図を参照して説明すると、蓄熱式バーナ１
は、バーナタイル４に空気ノズル５及び燃料ノズル６が
加熱炉２側に開口され、空気ノズル５が蓄熱体収納容器
３に接続され、蓄熱体収納容器３にはハニカム状の細管
が設けられた蓄熱体１０が収納されている。蓄熱体収納
容器３の一方には、空気ノズル５と連通する流路１ａが
形成され、他方には流路１ｂが形成され、流路１ｂは配
管１２に接続されている。配管１２は分岐されて、一方
に燃焼空気遮断弁８、他方に燃焼排ガス遮断弁９がそれ
ぞれ設けられている。燃料ノズル６には燃料遮断弁７が
設けられている。流路１ｂには温度計１１が配設されて
いる。蓄熱式バーナのバーナタイル４が加熱炉２の炉壁
に設けられ、通常、加熱炉２には少なくとも一対の蓄熱
式バーナが装備されている。一対の蓄熱式バーナは、燃
焼動作と燃焼排ガスの排出動作を予め設定した周期で交
互に繰り返して交番燃焼するように制御されている。

【０００３】蓄熱式バーナの燃焼動作期間では、燃料遮
断弁７を開いて、燃料を燃料ノズル６から加熱炉２内に
噴射させ、燃焼空気遮断弁８を開き、燃焼排ガス遮断弁
９を閉じた状態に設定して、燃焼空気は蓄熱体１０によ
って予熱されて加熱炉２内に噴出させて、燃料と混合さ
せて燃焼させている。一方、燃焼排ガスの排出動作期間
では、燃料遮断弁７、燃焼空気遮断弁８を閉じ、燃焼排
ガス遮断弁９を開いた状態に設定して、排気ブロワによ
って燃焼排ガスを炉外に吸引して排出している。炉内の
燃焼排ガスが排気ブロワによって吸引されて排出される
際に、燃焼排ガスが蓄熱体１０に流入して、燃焼排ガス
の顕熱が蓄熱体１０に蓄積される。この燃焼動作（燃焼
空気の予熱）と燃焼排ガスの排出動作（燃焼排ガスの顕
熱を蓄熱体に蓄積）は、予め設定した周期、例えば、３
０秒〜２分の間隔で交互に繰り返してなされる。

【０００４】次に、図８を参照して、蓄熱式バーナを取
り付けた加熱炉の燃焼状態について図７とともに説明す
る。なお、図８の横軸が時間であり、縦軸が温度を示し
ている。図８は燃焼容量が８０万ＫＣａｌ／ｈの蓄熱式
バーナ１が加熱炉２に装着され、発熱量が２７００Ｋｃ
ａｌ／Ｎｍ³の燃料を燃焼させた場合の温度変化を示し
ている。同図のは蓄熱式バーナ１の流路１ａ側（高温
側）の温度変化を示し、は蓄熱式バーナ１の流路１ｂ
側（低温側）の温度変化を示している。は炉内温度を
示している。この加熱炉２に使用した蓄熱式バーナ１の
蓄熱体１０は、断面積が約０．３ｍ²、高さが約０．４
ｍである。

【０００５】この図から明らかなように、蓄熱体１０の
高温側の平均温度は、に示した炉内温度（約１２３０
℃）より僅かに５０℃程低い温度（約１１８０℃）とな
り、その温度の変動幅は約３０℃である。それに対し
て、蓄熱体１０の低温側の平均温度は、約２００℃であ
り、その温度の変動幅は約１００℃である。このように
蓄熱体１０の高温側と低温側の温度差は約９８０℃とな
る。従って、蓄熱体１０の高温側は、加熱炉の最高炉内
温度に近い値となるので、この温度に耐え得る耐熱材料
が用いられ、更に、約９８０℃もの温度差に耐え得るも
のである必要がある。また、実際の加熱炉の操業では、
蓄熱式バーナ１の流路１ｂに温度計１１を設けて、その
温度計測値を観察して燃焼排ガス遮断弁９の耐熱温度を
越えないように蓄熱体温度を制御している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の蓄熱式バーナで
は、蓄熱体の材料を加熱炉の最高温度を基準として、こ
の温度に耐え得る耐熱材料によって製作する必要があり
高価な材料を必要とし、設備投資が高額なものとなる欠
点があった。このような観点から蓄熱体を分割して低温
側の蓄熱体を安価な材料による耐熱温度が低い材料によ
る蓄熱体を用いて製造価格の低減が図られている。その
反面、耐熱温度が低い蓄熱体では高温側の炉内温度に近
い高温度に対して耐え得ない材質で形成されることにな
る。従って、実際の加熱炉の操業においては、蓄熱体及
び燃焼排ガス遮断弁の耐熱温度を越えないように、蓄熱
体から排出される燃焼排ガスの温度を計測して、その測
定値が予め設定した値になるように燃焼排ガスを吸引し
て炉外に排出している。

【０００７】しかし、加熱炉内の温度が変化したとする
と、蓄熱体の炉内側温度が大きく変動し、炉温度との偏
差が大きくなる。しかし、加熱炉内温度が上昇している
にも係わらず、燃焼排ガスの蓄熱体出側温度が予め設定
した温度になるように調整されるので、実質的に加熱炉
の熱交換効率を低下させる欠点がある。また、蓄熱体が
燃焼排ガスの顕熱の蓄積による溶融を危惧して、蓄熱体
の温度を低く設定すると、燃焼排ガス中に含まれる水分
や硫黄分等が凝縮して、所謂、ドレンが発生して機器が
腐食する欠点がある。従って、蓄熱体の耐熱温度を越え
ない温度であって、しかも、加熱炉の熱交換効率を低下
させない温度に制御することが必要がある。更に、蓄熱
体や配管にドレンが発生しない温度に設定しなければな
らない。

【０００８】本発明は、上述のような課題に鑑みなされ
たものであり、蓄熱式バーナが耐熱温度の異なる蓄熱体
を備え、耐熱温度の低い蓄熱体に合わせて蓄熱体温度を
制御し得る蓄熱式バーナ、その燃焼方法及びその燃焼装
置を提供することを目的とするものである。また、本発
明は、加熱炉の熱交換効率を低下させることがなく、蓄
熱体を通過する燃焼排ガスの温度が蓄熱体の耐熱温度以
下であって蓄熱体や配管にドレンが発生しない温度以上
に燃焼排ガス排出を制御し得る蓄熱式バーナ、その燃焼
方法及びその燃焼装置を提供することを目的とするもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するためになされたものであり、請求項１に記載の多
段の蓄熱体を備える蓄熱式バーナの燃焼方法に於いて、
前記多段の蓄熱体が耐熱温度の高い第１蓄熱体と耐熱温
度の低い第２蓄熱体からなり、温度検出手段が前記第１
蓄熱体と前記第２蓄熱体間に設けられていることを特徴
とする蓄熱式バーナであり、温度検出手段を高温耐熱用
と低温用耐熱用の蓄熱体間に配置することによって、燃
焼排ガスの顕熱の蓄積による熱によって低温用耐熱用の
蓄熱体が溶融しないように制御することができる蓄熱式
バーナである。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、多段の蓄
熱体を備える蓄熱式バーナに於いて、前記多段の蓄熱体
間の温度を計測する温度検出手段を備え、前記温度検出
手段の出力に基づいて、交番燃焼する蓄熱式バーナの燃
焼排ガス排出動作時における燃焼排ガスの吸引流量及び
／又は吸引時間を制御することを特徴とする蓄熱式バー
ナの燃焼方法であり、蓄熱式バーナの燃焼排ガス排出期
間に燃焼排ガスの吸引流量及び／又は吸引時間を制御す
ることによって、蓄熱体に蓄積される燃焼排ガスの顕熱
の蓄積量が制御され、蓄熱体内部温度が制御され蓄熱体
の溶融を防止するとともに、燃焼排ガス遮断弁の熱破壊
から防止するものである。

【００１１】また、請求項３に記載の発明は、蓄熱式バ
ーナが多段の蓄熱体を備え、そのバーナタイルに開口し
た空気ノズル、燃料ノズル、及び前記蓄熱体間に設置し
た温度検出手段を備え、且つ、前記燃料ノズルに燃料を
供給する燃料遮断弁、前記空気ノズルに燃焼空気を供給
する燃焼空気遮断弁、燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス
遮断弁、前記蓄熱体を介して炉外に燃焼排ガスを排出す
る燃焼排ガス吸引手段、前記蓄熱体を介して前記空気ノ
ズルに予熱空気を供給する空気供給手段、及び制御手段
を具備する蓄熱式バーナの燃焼方法に於いて、前記制御
手段に基づいて、前記燃料遮断弁及び前記燃焼空気遮断
弁を閉じて、前記燃焼排ガス遮断弁を開いて蓄熱式バー
ナを燃焼排ガスの排出動作状態として、前記蓄熱式バー
ナの蓄熱体の内部温度が予め設定した温度範囲内にある
ように、前記燃焼排ガス吸引手段によって前記蓄熱体を
通過する燃焼排ガスの吸引流量及び／又は吸引時間を調
整することを特徴とする蓄熱式バーナの燃焼方法であ
り、蓄熱体に蓄積される燃焼排ガスの顕熱の蓄積量が制
御されるとともに、燃焼排ガス排出動作期間又は排出流
量を変えることによって、蓄熱体に蓄積される燃焼排ガ
スの顕熱の蓄積量及び蓄積時間が制御され、急峻な炉内
温度の変化に対しても対応できるので、蓄熱体の溶融を
防止できるとともに、燃焼排ガス遮断弁の熱破壊を防止
するものである。

【００１２】また、請求項４に記載の発明は、請求項３
に記載の蓄熱式バーナの燃焼方法に於いて、前記温度検
出手段が配置された位置の温度（Ｔ₁₅）が下記式を満た
すようにしたことを特徴とする蓄熱式バーナの燃焼方法
である。

【００１３】Ｔ_S≧Ｔ₁₅≧（Ｔ_S−Ｘ）但し、Ｔ_S：蓄熱体の耐熱温度Ｔ₁₅：蓄熱体温度Ｘ：蓄熱体内部温度の制御範囲

【００１４】請求項４に記載の発明では、蓄熱体内部温
度の最高温度の許容される範囲を設定して、蓄熱体内部
温度が予め設定した温度範囲内になるように制御するこ
とにより、加熱炉の熱交換効率を低減することなく、蓄
熱体の溶融を防止することができる。

【００１５】また、請求項５に記載の発明は、多段の蓄
熱体を備える蓄熱式バーナの燃焼装置に於いて、蓄熱式
バーナの燃焼動作期間と燃焼排ガス排出動作期間を交互
に切り換える燃焼切替制御手段と、前記多段の蓄熱体間
に配置した温度検出手段と、燃焼排ガスを炉外に吸引す
る燃焼排ガス吸引手段と、前記温度検出手段によって検
出した温度（Ｔ₁₅）を前記蓄熱体の耐熱温度と最低設定
温度と比較する温度差比較手段と、前記温度差比較手段
に基づいて、前記燃焼排ガス吸引手段を制御して前記燃
焼排ガスの吸引流量及び／又は吸引時間を制御する制御
手段と、を具備することを特徴とする蓄熱式バーナの燃
焼装置であり、蓄熱体内部に蓄積される燃焼排ガスの顕
熱の蓄熱量及び／又は蓄積時間が制御される。

【００１６】また、請求項６に記載の発明は、請求項４
に記載の多段の蓄熱体を備える蓄熱式バーナの燃焼装置
に於いて、前記温度差比較手段が下記式を演算処理する
手段であることを特徴とする蓄熱式バーナの燃焼装置で
ある。

【００１７】Ｔ_S≧Ｔ₁₅≧（Ｔ_S−Ｘ）但し、Ｔ_S：蓄熱体の耐熱温度Ｔ₁₅：蓄熱体温度Ｘ：蓄熱体内部温度の制御範囲

【００１８】請求項６に記載の発明では、蓄熱体内部温
度の最高温度の許容される範囲を設定して、蓄熱体内部
温度が予め設定した温度範囲内になるように制御するこ
とにより、加熱炉の熱交換効率を低減することなく、蓄
熱体の溶融を防止することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態に
ついて、図を参照して説明する。図１及び図２は、本発
明に係る蓄熱式バーナ及びその燃焼装置の概要を示す図
である。図１に於いて、蓄熱式バーナ１はバーナタイル
４に設けられた空気ノズル５と燃料ノズル６が加熱炉内
側に開口し、空気ノズル５が蓄熱体収容容器３に接続さ
れ、蓄熱体収納容器３にはハニカム状の細管が設けられ
た蓄熱体１３，１４が多段に積層されて収納されてい
る。蓄熱体収納容器３の一方は、空気ノズル５と連通す
る流路１ａが形成され、他方の流路１ｂには配管１２が
接続されている。配管１２は分岐して、一方に燃焼空気
遮断弁８、他方に燃焼排ガス遮断弁９が設けられてい
る。燃料ノズル６には燃料遮断弁７が設けられている。
蓄熱体１３，１４との間には温度計１５が設けられてい
る。バーナタイル４が加熱炉２の炉壁に装着され、加熱
炉２には少なくとも一対の蓄熱式バーナが装備されてい
る。なお、蓄熱体１３はアルミナ、ムライト、ＳｉＣ、
アルミナと酸化チタンとの混合物などの耐熱温度が高い
高耐熱材料が用いられ、蓄熱体１４はアルミナ、ムライ
ト、コージライト等の耐熱材料が用いられている。蓄熱
体１４は蓄熱体１３より耐熱性の低い材質が用いられ
る。

【００２０】この蓄熱式バーナは、蓄熱体１３，１４間
に設けられた温度計１５によって蓄熱体温度が計測され
ている。即ち、蓄熱体１４の最も高温部の温度が検出さ
れている。温度計１５の検出出力は制御装置１６に入力
されている。制御装置１６では蓄熱体温度が比較演算処
理されて、その出力結果に基づいて燃焼排ガス遮断弁９
の開閉と燃焼排ガス流量が制御され、燃焼排ガスの顕熱
による蓄積によって蓄熱体１４が溶融するのを防止して
いる。制御装置１６では、主に蓄熱式バーナが所定の周
期で燃焼動作と燃焼排ガス排出動作を交互に切り替える
ような制御手段を有する。また、制御装置１６には、蓄
熱体温度を検出して燃焼排ガス排出動作期間を一定にし
て燃焼排ガス流量を制御して蓄熱体温度を制御する。ま
た、蓄熱体温度の他の制御方法としては、温度計１５の
出力（蓄熱体温度）に基づいて燃焼排ガスの吸引流量を
一定にして燃焼排ガス排出動作する時間を制御して蓄熱
体温度を制御する。更に、蓄熱体温度の他の制御方法と
して、燃焼排ガスの吸引流量と燃焼排ガスの吸引時間を
制御して、蓄熱体温度を制御する。なお、蓄熱体温度の
制御の詳細については、以下に説明する。

【００２１】次に、図２を参照して、蓄熱式バーナの配
管系統及びその制御系統を含めた蓄熱式バーナの燃焼装
置について説明する。図２は一対の蓄熱式バーナが加熱
炉に装備されており、その蓄熱式バーナは燃焼空気等の
流路が屈曲したものを図示したが、実質的に図１の蓄熱
式バーナと同一のものである。同図において、加熱炉２
の互いに対峙する側壁に蓄熱式バーナ１ａ，１ｂが装着
され、蓄熱式バーナ１ａの燃料ノズル６ａには燃料遮断
弁７ａが設けられ、配管１２ａから分岐した一方の配管
には燃焼空気遮断弁８ａが設けられ、他方の配管には燃
焼排ガス遮断弁９ａが設けられている。蓄熱体１３ａ，
１４ａ間には温度計１５ａが設けられている。また、蓄
熱式バーナ１ｂについても同様に、燃料ノズル６ｂには
燃料遮断弁７ｂ、配管１２ｂから分岐した一方の配管に
は燃焼空気遮断弁８ｂ、他方の配管には燃焼排ガス遮断
弁９ｂがそれぞれ設けられ、蓄熱体１３ｂ，１４ｂ間に
は温度計１５ｂが設けられている。温度計１５ａ，１５
ｂの検出出力は制御装置１６に入力される。なお、Ｐは
加熱炉２内の鋼板等の被加熱物を示し、Ｆは炎を示して
いる。

【００２２】温度計１５ａ，１５ｂの検出出力は、制御
装置１６に入力されて演算処理されている。蓄熱体温度
の最高温度が蓄熱体１４ａ，１４ｂの耐熱温度以下であ
って、ドレンが発生しない温度範囲内にあるか、否かが
比較演算処理されている。その比較演算処理結果に基づ
いて、燃焼排ガス吸引流量及び／又は交番燃焼期間の燃
焼排ガス吸引時間が制御されている。制御装置１６には
一対の蓄熱式バーナ１ａ，１ｂが交番燃焼するための制
御プログラムと蓄熱体温度を制御するための制御プログ
ラムが制御装置１６の記憶装置に記憶されている。

【００２３】更に、図２を参照して、蓄熱式バーナの交
番燃焼による燃焼動作（予熱）及び燃焼排ガス排出動作
（蓄熱動作）を詳細に説明する。この交番燃焼は制御装
置１６による制御に基づいてなされる。同図に於いて、
蓄熱式バーナ１ａは、燃焼動作状態にあり、燃料遮断弁
７ａを開いて、燃料ノズル６ａから燃料を加熱炉２内に
噴射させ、同時に燃焼空気遮断弁８ａを開き、燃焼排ガ
ス遮断弁９ａを閉じ、蓄熱体１３ａ，１４ａによって燃
焼空気を予熱して加熱炉２内に噴出させ、燃料と混合さ
せて燃焼させている。一方、蓄熱式バーナ１ｂは燃焼排
ガスの排出動作期間にあり、燃焼遮断弁７ｂ及び燃焼空
気遮断弁８ｂを閉じ、燃焼排ガス遮断弁９ｂを開いて、
排気ブロワ１７によって燃焼排ガスを炉外に吸引してい
る。炉内の燃焼排ガスが排気ブロワ１７によって吸引さ
れる際に、燃焼排ガスが空気ノズル５ｂを介して蓄熱体
１３ｂ，１４ｂを通過して、燃焼排ガスの顕熱が蓄熱体
１３ｂ，１４ｂに蓄積される。蓄熱体に蓄積される熱
は、燃焼排ガスの吸引流量及び／又は吸引時間に依存す
る。この燃焼動作と燃焼排ガスの排出動作の周期は、例
えば、３０秒〜２分で交互に繰り返してなされる。

【００２４】図２の蓄熱式バーナの燃焼装置は、その機
能を図３に示す機能ブロック図で示すことができる。図
３に於いて、制御装置１６は蓄熱式バーナを交番燃焼す
るための燃焼切替手段ａ、蓄熱体温度を制御するための
出力を得る温度差比較手段ｂ、燃焼排ガス吸引流量設定
手段ｃ、切替時間設定手段（吸引時間設定）ｄを備えて
いる。記憶装置１９には蓄熱体の耐熱温度（Ｔ_S）、蓄
熱体温度（Ｔ₁₅）の許容温度範囲（Ｘ）が読み込まれて
いる。なお、記憶装置１９は内部記憶装置や外部記憶装
置の何れでもよい。

【００２５】燃焼開始信号入力手段２０からの操業開始
信号が燃焼切替手段ａによって、蓄熱式バーナ１が燃焼
を開始する。温度検出手段（温度計）１５からの出力は
温度差比較手段ｂに入力され、温度差比較手段ｂでは、
下記式に示した演算処理を行われている。（Ｔ_S）≧（Ｔ₁₅）≧（Ｔ_S−Ｘ）……（１）但し、Ｔ_S：蓄熱体の耐熱温度Ｔ₁₅：蓄熱体温度Ｘ：蓄熱体温度の許容温度範囲

【００２６】温度差比較手段ｂにより蓄熱体温度
（Ｔ_S）が（１）式の範囲を越える場合は、燃焼排ガス
吸引流量設定手段ｃ及び／又は切替時間設定手段ｄに基
づいて、燃焼排ガス吸引手段（排気ブロワ）１７或いは
排ガス遮断弁９ａ，９ｂを調節して燃焼排ガスの吸引時
間及び／又は吸引量を制御して蓄熱体温度（Ｔ₁₅）を調
整している。その蓄熱体温度の制御の詳細については以
下に説明する。

【００２７】次に、蓄熱式バーナの燃焼方法について、
図４のフローチャートャ及び上記実施例と図３の機能ブ
ロック図を参照して説明する。図４において、ステップ
Ｓ１は、蓄熱体の耐熱温度（Ｔ_S）、蓄熱体温度の制御
範囲Ｘがキー２０から入力され、記憶装置１９に書き込
まれる。Ｘは蓄熱体の最高温度の許容される範囲であ
る。ステップＳ１の入力が終了すると、ステップＳ２に
進み、蓄熱式バーナの交番燃焼を開始して、定常運転を
開始する。続いて、ステップＳ３に進み、蓄熱式バーナ
の蓄熱体温度（Ｔ₁₅）を計測して、ステップＳ４に進
む。ステップＳ４では比較演算処理手段〔Ｔ_S≧Ｔ₁₅〕
により蓄熱体温度（Ｔ₁₅）と蓄熱体の耐熱温度（Ｔ_S）
との比較がなされ、蓄熱体温度（Ｔ₁₅）が蓄熱体の耐熱
温度（Ｔ_S）を越えたか否かを判断し、蓄熱体温度（Ｔ
₁₅）が蓄熱体の耐熱温度（Ｔ_S）を越えている場合は、
ステップＳ６に進み、燃焼排ガス吸引手段（排気ブロ
ワ）１７を制御する。

【００２８】燃焼排ガス吸引手段（排気ブロワ）１７に
よる制御は、燃焼排ガス吸引時間を一定にして燃焼排ガ
ス吸引流量を変える場合と、燃焼排ガス吸引流量を一定
にして燃焼排ガス吸引時間を変える場合、更に、燃焼排
ガス吸引時間と変燃焼排ガス吸引流量の両方を制御する
場合とがある。これらの何れかの制御方法がなされた後
にステップＳ３に進む。ステップＳ４を満足する場合
は、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では比較演算処
理〔Ｔ₁₅≧（Ｔ_S−Ｘ）〕によって、蓄熱体温度
（Ｔ₁₅）が許容最低温度（Ｔ_S−Ｘ）と等しいか又はそ
れ以上であるか否かが判断される。蓄熱体温度（Ｔ₁₅）
が（Ｔ_S−Ｘ）を下回っている場合には、ステップＳ６
に進み、上記に説明した制御がなされてステップＳ３に
進む。また、ステップＳ５において、（Ｔ₁₅）≧（Ｔ_S
−Ｘ）の条件を満足する場合、即ち、ステップＳ４，Ｓ
５において、（１）式の条件〔（Ｔ_S）≧（Ｔ₁₅）≧
（Ｔ_S−Ｘ）〕を満足する場合には、ステップＳ７に進
む。ステップＳ７では加熱炉の燃焼を継続するか否かが
判断され、継続する場合はステップＳ３に進み同様な操
作を行う。また、継続しない場合は加熱炉の燃焼制御を
終了するための制御プログラムに移る。このように制御
して、蓄熱体が耐熱温度を越えないように制御し、且
つ、ドレンが発生しない温度に制御している。

【００２９】次に、図５を参照して、蓄熱体温度の制御
方法について具体的に説明する。先ず、種々の燃焼排ガ
ス排出条件による蓄熱体の内部温度を計測した結果を説
明する。なお、図５（Ａ）〜（Ｃ）において、横軸は燃
焼排ガスの流れ方向を示し、縦軸は温度を示している。
図中のドットが蓄熱体の温度測定点を示しており、は
最高温度（蓄熱完了時）の温度分布であり、は最低温
度（燃焼完了時）の温度分布である。また、（Ｉ）は高
温側（炉内側）の蓄熱体１３を示し、（II）は低温側
（燃焼空気の入り側）の蓄熱体１４を示している。Ｔ_S
は低温側の蓄熱体（II）の耐熱温度を示している。

【００３０】図５（Ａ）は、炉温度１３００℃において
炉内燃焼ガス吸引量と燃焼空気の流量が適切な比率に制
御された場合であり、蓄熱体の温度分布はＳ字状を呈し
ている。蓄熱体の炉側の蓄熱体（Ｉ）の最高温度が約１
２５０±２０℃であり、蓄熱体（II）の蓄熱体の最低温
度が約２２０±５０℃である。蓄熱体（Ｉ）と（II）と
の境界部分の温度は、約１０５０〜９５０℃である。こ
の実施例では蓄熱体（II）の耐熱温度（Ｔ_S）が１１０
０℃であるので、この状態では蓄熱体（II）が溶融する
ことはない。予熱空気温度は１２５０℃程度であり、加
熱炉の熱交換効率を悪化させることはなく、蓄熱体の機
能を十分に達成し得るとともに、蓄熱体の低温側でドレ
ンは発生していない。

【００３１】図５（Ｂ）は、加熱炉の炉温度が１３００
℃において燃焼排ガス吸引量に比べて、燃焼空気の流量
を１５％大きくした場合を示している。この場合は、蓄
熱体温度は上昇せず、蓄熱体（Ｉ）の最高温度が約１１
５０±５０℃であり、蓄熱体（II）の蓄熱体の最低温度
が約１００±２０℃である。蓄熱体（Ｉ）と（II）との
境界部分の温度は、約７５０〜４５０℃であった。境界
部の温度が約７５０℃であり、溶融する温度には至らな
いが、このような条件では蓄熱体の低温部にドレンが発
生して好ましくない。

【００３２】図５（Ｃ）は、加熱炉の炉温度が１３００
℃であり、図５（Ａ）の場合と比較し、炉内燃焼排ガス
吸引量を短時間のみ約１５％増加させた場合の温度分布
を示している。この場合には、蓄熱体の温度は（Ａ）の
場合より特に蓄熱体（II）で上昇している。蓄熱体
（Ｉ）の最高温度が約１２７０±１０℃であり、一定値
に収束せずに上昇する傾向にあり、蓄熱体（II）の蓄熱
体の最低温度が約３７５±１２５℃である。蓄熱体
（Ｉ）と（II）との境界部分の温度は、約１２００〜１
１５０℃であった。蓄熱体（II）が溶融する温度（Ｔs
）に達している。

【００３３】図５（Ａ）〜（Ｃ）から明らかなように、
最も高温となる部分の温度及び最も低温となる部分の温
度の変化よりも、蓄熱体（Ｉ）と（II）の境界部の温度
変動ΔＴが極めて大きいことが判った。この結果から蓄
熱式バーナの蓄熱体の温度を計測するには、図１で示し
たように、温度計１５の位置が蓄熱体１３，１４の間に
設けられることがよいことが理解できる。

【００３４】次に、図５の結果に基づいて、蓄熱体温度
の制御方法について説明する。（１）蓄熱式バーナが適切な条件で運転された状態で、
バーナ燃焼負荷を大きくするように運転条件が変更され
た場合には、燃料及び燃焼空気の流量が増加し、図５
（Ｂ）に示すように、蓄熱体温度が低下し、予熱燃焼空
気の温度も低下する。このような燃焼状態では、熱交換
効率が悪化し、ドレンが発生するおそれがある。このよ
うな場合には、温度計１５により蓄熱体温度を計測して
その状況を制御装置１６で判断して、図５（Ａ）の温度
分布になるように、燃焼排ガス吸引量を増加させるよう
に燃焼排ガス遮断弁９及び排気ブロワ１７に指令して操
作し、蓄熱体の温度分布を制御する。

【００３５】（２）蓄熱式バーナが適切な条件で運転さ
れた状態で、バーナ燃焼負荷を小さくするように運転条
件が変更された場合には、燃料及び燃焼空気の流量が減
少し、図５（Ｃ）に示すように、蓄熱体温度が上昇す
る。このような燃焼状態では、蓄熱体が溶融するおそれ
がある。従って、温度計１５により蓄熱体温度を計測し
てその状況を制御装置１６で判断して、図５（Ａ）の温
度分布になるように、燃焼排ガス吸引量を減少させるよ
うに燃焼排ガス遮断弁９及び排気ブロワ１７に指令して
操作し、蓄熱体の温度分布を制御する。

【００３６】（３）蓄熱式バーナが適切な条件で運転さ
れた状態で、加熱炉の炉内温度が上昇した場合には、蓄
熱体温度が上昇し、蓄熱体の溶融するおそれがある。こ
のような燃焼状態では、温度計１５によって蓄熱体温度
の上昇を検知し、制御装置１６によって、図５（Ａ）に
近づくように燃焼排ガス吸引量を減少させる操作を燃焼
排ガス遮断弁９と排気ブロワ１７に指令して操作し、蓄
熱体の温度分布を制御する。

【００３７】上記実施例に蓄熱式バーナの燃焼方法で
は、何れも温度計１５によって蓄熱体内部の温度を計測
して、その蓄熱体温度を検知して制御装置１６に基づい
て燃焼排ガス吸引量を増減させる操作を燃焼排ガス遮断
弁９及び排気ブロワ１７を操作することによって、蓄熱
体温度分布を改善している。しかし、このような制御方
法では、温度計により測定される蓄熱体温度の変化が緩
慢な場合に有効であるが、蓄熱体温度の変化が急峻な場
合には、蓄熱体の温度制御の応答性が悪くなる。このよ
うな場合には、燃焼排ガスの流量増減に加えて、燃焼排
ガスの吸引時間の増減を同時に行うことによって応答特
性の改善がなされる。それは、例えば、（２）式のよっ
て行われる。即ち、燃焼排ガスを排出する排ガス流量を
制御するとともに、排出ブロワの動作時間（ｔ＊）を調
整して吸引時間を制御することにより、蓄熱体温度を制
御することができる。この排出ブロワの動作時間（ｔ
＊）は交番燃焼における燃焼排ガス排出時間に等しい。
即ち、蓄熱体温度をΔＱ変化させるのに要する時間は、
時間（ｔｏ−ｔ＊）が調整された時間Δｔである。

【００３８】ｔ＊＝α・ｔｏ・（Ｑ＋ΔＱ）／Ｑ ………（２）但し、Ｑ：基準となる燃焼排ガス吸引量〔Ｎｍ³／
ｈ〕 ΔＱ：燃焼排ガスの増減量〔Ｎｍ³／ｈ〕ｔｏ：基準となる燃焼排ガス吸引時間〔ｈ〕ｔ＊：変更した燃焼排ガス吸引時間〔ｈ〕 α ：制御ゲインを調節するための係数

【００３９】また、本実施例は、図１の蓄熱式バーナに
限定することなく、図６に示す蓄熱式バーナであっても
よい。図６を参照して説明する。図６では図１と同一部
分には同一符号が付与されている。同図において、蓄熱
式バーナ１は、上記実施例と同様に蓄熱体収容容器３に
蓄熱体１３，１４が収納され、蓄熱体１３，１４間に温
度計１５が設けられており、温度計１５により蓄熱体温
度が計測されている。配管１２の一方には蓄熱式バーナ
１に接続され、その他端が切替弁１８に接続されてい
る。切替弁１８には他方の蓄熱式バーナの配管が接続さ
れ、且つ、燃焼排ガス排出系の排出ブロワ１９と燃焼空
気供給系の送風ブロワ２０が接続されている。図６で
は、蓄熱式バーナ１を介して燃焼排ガスが排出ブロワ１
９を介して炉外に排出されている状態を示しており、燃
焼排ガスは蓄熱体収容容器３の流路１ｂ、配管１２及び
切替弁１８を経て排気用ブロワ１９で吸引されて炉外に
排出されている。

【００４０】温度計１５の蓄熱体温度の検出出力は制御
装置１６に入力されている。制御装置１６には、上記実
施例と同様に、交番燃焼動作のための制御プログラム及
び蓄熱体温度を蓄熱体の耐熱温度（Ｔ_S）から許容最低
温度（Ｔ_S−Ｘ）の範囲内であるか否かが判断されてい
る。制御装置１６では、上記実施例と同様に、温度計１
５の検出出力に応じて、燃焼排ガスの吸引流量及び／又
は排出動作時間が制御され、蓄熱体温度が制御されてい
る。即ち、制御装置１６からの制御出力に基づいて、切
替弁１８と排気用ブロワ１９が操作して、燃焼排ガスの
吸引時間及び吸引流量が制御され、蓄熱体温度が制御さ
れている。

【００４１】なお、上記実施例では、二つの蓄熱体によ
って多層構造の蓄熱体であるが、三つ以上の蓄熱体で構
成してもよいことは明らかである。また、蓄熱式バーナ
の燃料ノズルが複数個設けられたものであってもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
蓄熱体温度分布が適切に維持されるとともに、耐熱温度
の低い蓄熱体の溶融が防止できるので、安価な蓄熱体を
備えた蓄熱式バーナ及びその燃焼装置が提供できる利点
がある。また、本発明によれば、加熱炉の燃焼条件、加
熱炉内温度が変化しても、多層構造の蓄熱体の間の温度
を計測することによって、適切な温度分布に制御される
ので、炉温度が変化したとしても得られる予熱空気温度
と炉内温度の偏差を最少にすることができる利点があ
り、加熱炉の熱交換効率を悪化させることがない。即
ち、安定した加熱炉の運転ができるとともに、蓄熱式バ
ーナの故障がなくなり、保全費用が大幅に低減できる効
果を有する。また、本発明によれば、低温側の蓄熱体の
材質をより安価な材質を選択することができる利点があ
り、蓄熱式バーナや燃焼設備のコストの上昇を抑制し得
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る蓄熱式バーナ及びその燃焼装置の
一実施例を示す図である。

【図２】本発明に係る蓄熱式バーナ及びその燃焼装置の
他の実施例を示す図である。

【図３】本発明に係る蓄熱式バーナの燃焼装置の機能ブ
ロック図である。

【図４】蓄熱式バーナの燃焼装置の制御フローチャート
である。

【図５】蓄熱体の温度分布特性を示す図である。

【図６】本発明に係る蓄熱式バーナの燃焼装置の他の実
施例を示す図である。

【図７】従来例の蓄熱式バーナの燃焼方法及びその燃焼
装置の一例を示す図である。

【図８】蓄熱式バーナの燃焼状態を示した図である。

【符号の説明】

１蓄熱式バーナ１ａ流路（１ｂ）２加熱炉３蓄熱体収容容器４バーナタイル５空気ノズル６燃料ノズル７燃料遮断弁８燃焼空気遮断弁９燃焼排ガス遮断弁１２配管１３高温側の蓄熱体１４低温側の蓄熱体１５温度計（温度計測手段）１６制御装置（制御手段）１７排気ブロワ（燃焼排ガス吸引手段）１８切替弁１９排気ブロワ（燃焼排ガス吸引手段）２０送風ブロワ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多段の蓄熱体を備える蓄熱式バーナの燃
焼方法に於いて、前記多段の蓄熱体が耐熱温度が高い第１蓄熱体と耐熱温
度が低い第２蓄熱体からなり、温度検出手段が前記第１
蓄熱体と前記第２蓄熱体間に設けられていることを特徴
とする蓄熱式バーナ。
【請求項２】多段の蓄熱体を備える蓄熱式バーナの燃
焼方法に於いて、前記多段の蓄熱体間の温度を計測する温度検出手段を備
え、前記温度検出手段の出力に基づいて、交番燃焼する
蓄熱式バーナの燃焼排ガス排出動作時における燃焼排ガ
スの吸引流量及び／又は吸引時間を制御することを特徴
とする蓄熱式バーナの燃焼方法。
【請求項３】蓄熱式バーナが多段の蓄熱体を備え、そ
のバーナタイルに開口した空気ノズル、燃料ノズル、及
び前記蓄熱体間に設置した温度検出手段を備え、且つ、
前記燃料ノズルに燃料を供給する燃料遮断弁、前記空気
ノズルに燃焼空気を供給する燃焼空気遮断弁、燃焼排ガ
スを排出する燃焼排ガス遮断弁、前記蓄熱体を介して炉
外に燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス吸引手段、前記蓄
熱体を介して前記空気ノズルに予熱空気を供給する空気
供給手段、及び制御手段を具備する蓄熱式バーナの燃焼
方法に於いて、前記制御手段に基づいて、前記燃料遮断弁及び前記燃焼
空気遮断弁を閉じて、前記燃焼排ガス遮断弁を開いて蓄
熱式バーナを燃焼排ガスの排出動作状態として、前記蓄
熱式バーナの蓄熱体の内部温度が予め設定した温度範囲
内になるように、前記燃焼排ガス吸引手段によって前記
蓄熱体を通過する燃焼排ガスの吸引流量及び／又は吸引
時間を調整することを特徴とする蓄熱式バーナの燃焼方
法。
【請求項４】請求項３に記載の蓄熱式バーナの燃焼方
法に於いて、前記温度検出手段が配置された位置の温度（Ｔ₁₅）が下
記式を満たすようにしたことを特徴とする蓄熱式バーナ
の燃焼方法。Ｔ_S≧Ｔ₁₅≧（Ｔ_S−Ｘ）但し、Ｔ_S：蓄熱体の耐熱温度Ｔ₁₅：蓄熱体温度Ｘ：蓄熱体温度の制御範囲
【請求項５】多段の蓄熱体を備える蓄熱式バーナの燃
焼装置に於いて、蓄熱式バーナの燃焼動作期間と燃焼排ガス排出動作期間
を交互に切り換える燃焼切替制御手段と、前記多段の蓄熱体間に配置した温度検出手段と、燃焼排ガスを炉外に吸引する燃焼排ガス吸引手段と、前記温度検出手段によって検出した温度（Ｔ₁₅）を前記
蓄熱体の耐熱温度と最低設定温度と比較する温度差比較
手段と、前記温度差比較手段に基づいて、前記燃焼排ガス吸引手
段を制御して前記燃焼排ガス吸引流量及び／又は吸引時
間を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする蓄熱式バーナの燃焼装置。
【請求項６】請求項５に記載の多段の蓄熱体を備える
蓄熱式バーナの燃焼装置に於いて、前記温度差比較手段が下記式を演算処理する手段である
ことを特徴とする蓄熱式バーナの燃焼装置。Ｔ_S≧Ｔ₁₅≧（Ｔ_S−Ｘ）但し、Ｔ_S：蓄熱体の耐熱温度Ｔ₁₅：蓄熱体温度Ｘ：蓄熱体温度の制御範囲