JPH10324928A - 加熱炉の燃焼制御方法 - Google Patents
加熱炉の燃焼制御方法Info
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- JPH10324928A JPH10324928A JP14992197A JP14992197A JPH10324928A JP H10324928 A JPH10324928 A JP H10324928A JP 14992197 A JP14992197 A JP 14992197A JP 14992197 A JP14992197 A JP 14992197A JP H10324928 A JPH10324928 A JP H10324928A
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- Japan
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- combustion
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- conditions
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- Regulation And Control Of Combustion (AREA)
- Control Of Heat Treatment Processes (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被加熱物の焼き上がり温度が目標値にでき、
かつ安定した低ＮＯｘ操業ができる加熱炉の燃焼制御方
法を提供する 【解決手段】 各操業条件でのシュミレーションデータ
を予め計算しておき（Ｓ１０１）、加熱炉の操業条件を
変更する際に（Ｓ１０２）、各燃焼ゾーン毎の熱伝達と
ＮＯｘの解析計算を行うことにより、許容されるＮＯｘ
量の範囲となる変更条件を見出すことができる。そし
て、この条件の中で、変更前・変更後の条件を境界条件
としてシュミレーション計算を行い、燃料投入量が最小
となる変更条件を算出する（Ｓ１０３）。又は、変更前
・変更後の条件を境界条件としてシュミレーション計算
を行い、条件の変更時間が最小となる変更条件を算出す
る（Ｓ１０４）。そして、算出した変更条件に従って燃
焼制御設定を変更する（Ｓ１０５）。
かつ安定した低ＮＯｘ操業ができる加熱炉の燃焼制御方
法を提供する 【解決手段】 各操業条件でのシュミレーションデータ
を予め計算しておき（Ｓ１０１）、加熱炉の操業条件を
変更する際に（Ｓ１０２）、各燃焼ゾーン毎の熱伝達と
ＮＯｘの解析計算を行うことにより、許容されるＮＯｘ
量の範囲となる変更条件を見出すことができる。そし
て、この条件の中で、変更前・変更後の条件を境界条件
としてシュミレーション計算を行い、燃料投入量が最小
となる変更条件を算出する（Ｓ１０３）。又は、変更前
・変更後の条件を境界条件としてシュミレーション計算
を行い、条件の変更時間が最小となる変更条件を算出す
る（Ｓ１０４）。そして、算出した変更条件に従って燃
焼制御設定を変更する（Ｓ１０５）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工業用加熱炉の燃
焼制御方法に関し、特に被加熱材の目標温度や抽出ピッ
チを任意に変更でき、かつ低ＮＯｘ操業が安定して行え
る工業用加熱炉の燃焼操業方法に関するものである。
焼制御方法に関し、特に被加熱材の目標温度や抽出ピッ
チを任意に変更でき、かつ低ＮＯｘ操業が安定して行え
る工業用加熱炉の燃焼操業方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、工業用加熱炉、特に鉄鋼用加熱炉
においては、加熱温度（焼き上がり温度）、加熱能力
（Ｔ／ｈ）、使用する燃料等に基づいて炉の構造やバー
ナの配置を決め、被加熱物の焼き上がり温度状況を監視
しながら、燃料投入量や在炉時間を調節する燃焼制御が
行われていた。
においては、加熱温度（焼き上がり温度）、加熱能力
（Ｔ／ｈ）、使用する燃料等に基づいて炉の構造やバー
ナの配置を決め、被加熱物の焼き上がり温度状況を監視
しながら、燃料投入量や在炉時間を調節する燃焼制御が
行われていた。
【０００３】特に、加熱炉を複数のゾーンに分け、経験
に基づいて、各時間帯における各ゾーンの目標炉内温度
を決定し、各ゾーン内の経験的に決められた位置に取り
付けられた温度検出端の実測値を基に、温度調節計と燃
料流量調節計によるフィードバック制御が行われてい
た。被加熱物の温度を的中させるためには、熱伝達係数
の同定による燃焼制御が行われていた。操業条件の変更
は、予め実験的に求められた操業パターン間での手動変
更が行われていた。
に基づいて、各時間帯における各ゾーンの目標炉内温度
を決定し、各ゾーン内の経験的に決められた位置に取り
付けられた温度検出端の実測値を基に、温度調節計と燃
料流量調節計によるフィードバック制御が行われてい
た。被加熱物の温度を的中させるためには、熱伝達係数
の同定による燃焼制御が行われていた。操業条件の変更
は、予め実験的に求められた操業パターン間での手動変
更が行われていた。
【０００４】環境基準を満たすための排ガス中のＮＯｘ
の制御は、空燃比の調節で行われていた。
の制御は、空燃比の調節で行われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】近年、バーナの空気口
に蓄熱体を設置した2本の蓄熱式バーナをペアにして使
用し、燃焼していない蓄熱式バーナにおいては、炉内ガ
スを吸引して蓄熱体に貯え、燃焼しているバーナにおい
ては、空気を外部から供給して蓄熱体の熱で、燃焼空気
を1000℃以上にまで予熱して使用し、蓄熱式バーナを交
互に燃焼させることにより高温の燃焼空気を使用して加
熱を行う新燃焼技術が開発され、省エネルギーの有力手
段として着目されている。
に蓄熱体を設置した2本の蓄熱式バーナをペアにして使
用し、燃焼していない蓄熱式バーナにおいては、炉内ガ
スを吸引して蓄熱体に貯え、燃焼しているバーナにおい
ては、空気を外部から供給して蓄熱体の熱で、燃焼空気
を1000℃以上にまで予熱して使用し、蓄熱式バーナを交
互に燃焼させることにより高温の燃焼空気を使用して加
熱を行う新燃焼技術が開発され、省エネルギーの有力手
段として着目されている。
【０００６】この技術においては、燃焼空気温度が燃料
ガスの自己着火温度以上になっていること等から、燃焼
現象が、レキュペレータを用いた従来の燃焼（燃焼空気
温度は約300℃）とは大幅に変化している。すなわち、
被加熱物への伝熱影響要素が従来の加熱方法における火
炎・排ガス伝熱主体の要素と大きく異なるため、次のよ
うな問題点がある。 （１）通常の炉内燃焼のような空燃比調節によるＮＯｘ
低減が非常に難しい。 （２）被加熱物への熱伝達モデルが従来のように決めら
れない。 （３）加熱パターンの変更が複雑で手動設定に限界があ
る。
ガスの自己着火温度以上になっていること等から、燃焼
現象が、レキュペレータを用いた従来の燃焼（燃焼空気
温度は約300℃）とは大幅に変化している。すなわち、
被加熱物への伝熱影響要素が従来の加熱方法における火
炎・排ガス伝熱主体の要素と大きく異なるため、次のよ
うな問題点がある。 （１）通常の炉内燃焼のような空燃比調節によるＮＯｘ
低減が非常に難しい。 （２）被加熱物への熱伝達モデルが従来のように決めら
れない。 （３）加熱パターンの変更が複雑で手動設定に限界があ
る。
【０００７】本発明は、このような新燃焼技術における
上記の問題点を解決して、被加熱物の焼き上がり温度が
目標値にでき、かつ安定した低ＮＯｘ操業ができる加熱
炉の燃焼制御方法を提供することを目的とする。
上記の問題点を解決して、被加熱物の焼き上がり温度が
目標値にでき、かつ安定した低ＮＯｘ操業ができる加熱
炉の燃焼制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記課題は、加熱炉の操
業条件を変更する際に、各燃焼ゾーン毎の熱伝達とＮＯ
ｘの解析計算を行い、許容されるＮＯｘ量の範囲となる
変更条件を見出し、その変更条件の中で、燃料投入量が
最小となる変更条件を選択して、燃焼制御設定を変更す
ることを特徴とする加熱炉の燃焼制御方法、又は、加熱
炉の操業条件を変更する際に、各燃焼ゾーン毎の熱伝達
とＮＯｘの解析計算を行い、許容されるＮＯｘ量の範囲
となる変更条件を見出し、その変更条件の中で、条件の
変更時間が最小となる変更条件を選択して、燃焼制御設
定を変更することを特徴とする加熱炉の燃焼制御方法に
よって解決される。
業条件を変更する際に、各燃焼ゾーン毎の熱伝達とＮＯ
ｘの解析計算を行い、許容されるＮＯｘ量の範囲となる
変更条件を見出し、その変更条件の中で、燃料投入量が
最小となる変更条件を選択して、燃焼制御設定を変更す
ることを特徴とする加熱炉の燃焼制御方法、又は、加熱
炉の操業条件を変更する際に、各燃焼ゾーン毎の熱伝達
とＮＯｘの解析計算を行い、許容されるＮＯｘ量の範囲
となる変更条件を見出し、その変更条件の中で、条件の
変更時間が最小となる変更条件を選択して、燃焼制御設
定を変更することを特徴とする加熱炉の燃焼制御方法に
よって解決される。
【０００９】炉の形状、燃焼用空気口と燃料投入口の位
置、被加熱物の搬送条件によって、燃焼状況を数値計算
することが可能である。これにより、被加熱物への伝熱
要素を推定すると同時に、発生するＮＯｘの量も推定可
能となる。また、操業条件を変更するときは、変更前・
変更後の条件を境界条件とすれば、その間の変更状態に
おける燃料使用量、変更時間も計算できる。ＮＯｘが許
容値以下である複数の条件で操業条件変更の計算を行う
ことによって、燃料使用量最小又は変更時間最小の条件
を見つけることができる。
置、被加熱物の搬送条件によって、燃焼状況を数値計算
することが可能である。これにより、被加熱物への伝熱
要素を推定すると同時に、発生するＮＯｘの量も推定可
能となる。また、操業条件を変更するときは、変更前・
変更後の条件を境界条件とすれば、その間の変更状態に
おける燃料使用量、変更時間も計算できる。ＮＯｘが許
容値以下である複数の条件で操業条件変更の計算を行う
ことによって、燃料使用量最小又は変更時間最小の条件
を見つけることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態を示
すフローチャートである。図１に示すように、各操業条
件でのシミュレーションデータを予め計算しておき（Ｓ
１０１）、加熱炉の操業条件を変更する際に（Ｓ１０
２）、各燃焼ゾーン毎の熱伝達とＮＯｘの解析計算を行
うことにより、許容されるＮＯｘ量の範囲となる変更条
件を見出すことができる。そして、この条件の中で、燃
料投入量が最小となる条件を選択する場合は、変更前・
変更後の条件を境界条件としてシミュレーション計算を
行い、燃料投入量が最小となる変更条件を算出する（Ｓ
１０３）。条件の変更時間が最小となる条件を選択する
場合は、変更前・変更後の条件を境界条件としてシミュ
レーション計算を行い、条件の変更時間が最小となる変
更条件を算出する（Ｓ１０４）。そして、算出した変更
条件に従って燃焼制御設定を変更する（Ｓ１０５）。
すフローチャートである。図１に示すように、各操業条
件でのシミュレーションデータを予め計算しておき（Ｓ
１０１）、加熱炉の操業条件を変更する際に（Ｓ１０
２）、各燃焼ゾーン毎の熱伝達とＮＯｘの解析計算を行
うことにより、許容されるＮＯｘ量の範囲となる変更条
件を見出すことができる。そして、この条件の中で、燃
料投入量が最小となる条件を選択する場合は、変更前・
変更後の条件を境界条件としてシミュレーション計算を
行い、燃料投入量が最小となる変更条件を算出する（Ｓ
１０３）。条件の変更時間が最小となる条件を選択する
場合は、変更前・変更後の条件を境界条件としてシミュ
レーション計算を行い、条件の変更時間が最小となる変
更条件を算出する（Ｓ１０４）。そして、算出した変更
条件に従って燃焼制御設定を変更する（Ｓ１０５）。
【００１１】以下、シミュレーションの例を図を用いて
説明する。図２は、本シミュレーションにおいて、炉内
温度分布とＮＯｘ発生量を計算する手順を示すフローチ
ャートである。
説明する。図２は、本シミュレーションにおいて、炉内
温度分布とＮＯｘ発生量を計算する手順を示すフローチ
ャートである。
【００１２】まず、ステップＳ２０１において、炉形と
操業条件を入力して計算を開始する。ここで、炉形と
は、燃焼室の寸法、燃焼バーナの位置、被加熱物の位
置、排ガスの排出条件、使用する燃料の条件、炉体の冷
却条件等を示す。また、操業条件とは、生産量（Ｔ／
ｈ）、在炉時間（ｈ）、ＮＯｘ環境基準などを含む。
操業条件を入力して計算を開始する。ここで、炉形と
は、燃焼室の寸法、燃焼バーナの位置、被加熱物の位
置、排ガスの排出条件、使用する燃料の条件、炉体の冷
却条件等を示す。また、操業条件とは、生産量（Ｔ／
ｈ）、在炉時間（ｈ）、ＮＯｘ環境基準などを含む。
【００１３】次に、ステップＳ２０２において、数式モ
デルを使用して、炉内燃焼ガス流れの解析、炉内温度場
の解析、被加熱物の温度の変化の解析を行う。 （１）燃焼ガス流れの熱計算 通常、炉内の燃焼ガス流れは、時間に対して流速が一定
値になる層流ではなく、常に流れに乱れを有する乱流で
ある。そのため、炉内のガス流れを解析する際には、ガ
ス流速ｕiを流速の平均値である
デルを使用して、炉内燃焼ガス流れの解析、炉内温度場
の解析、被加熱物の温度の変化の解析を行う。 （１）燃焼ガス流れの熱計算 通常、炉内の燃焼ガス流れは、時間に対して流速が一定
値になる層流ではなく、常に流れに乱れを有する乱流で
ある。そのため、炉内のガス流れを解析する際には、ガ
ス流速ｕiを流速の平均値である
【数１】 （バーは平均することを、添字は三次元の方向成分を示
す。以下、同じ）と、変動分であるｕi’（ダッシュは
変動成分を示す。以下同じ）に分離することが一般的に
行われている。また、燃焼現象自体は非定常現象である
ので、非定常条件で解析すべきであるが、炉内の燃焼現
象は多くの部分、定常と仮定して問題ないこと、また、
非定常解析では計算時間が長くなり、解析精度も大幅に
は向上しないことから、定常現象で取り扱うこととす
る。このことは、実炉において数秒間隔で起きうる燃焼
ガスの流動変動など燃焼条件の短時間変化を平均化し
て、鋼片の加熱時間（通常数時間程度）内における加熱
条件を計算することを示している。
す。以下、同じ）と、変動分であるｕi’（ダッシュは
変動成分を示す。以下同じ）に分離することが一般的に
行われている。また、燃焼現象自体は非定常現象である
ので、非定常条件で解析すべきであるが、炉内の燃焼現
象は多くの部分、定常と仮定して問題ないこと、また、
非定常解析では計算時間が長くなり、解析精度も大幅に
は向上しないことから、定常現象で取り扱うこととす
る。このことは、実炉において数秒間隔で起きうる燃焼
ガスの流動変動など燃焼条件の短時間変化を平均化し
て、鋼片の加熱時間（通常数時間程度）内における加熱
条件を計算することを示している。
【００１４】解析に使用する基礎方程式を以下に示す。
なお、本発明は解析によって得られた結果を有効に活用
する方法を示すものであるから、解析方法を限定するも
のではない。
なお、本発明は解析によって得られた結果を有効に活用
する方法を示すものであるから、解析方法を限定するも
のではない。
【００１５】解析に使用する方程式をFavre平均した形
で、以下にまとめて示す。
で、以下にまとめて示す。
【００１６】質量保存を示す連続の式（ｘは方向を、
ρは密度を示す）
ρは密度を示す）
【数２】 運動量保存を示す運動方程式（μは粘性係数を、Ｐは
圧力を示す）
圧力を示す）
【数３】
【００１７】速度及び圧力の４変数であれば、上記の方
程式を用いればガスの流れを解析することができる。そ
こで、レイノルズストレスと呼ばれる
程式を用いればガスの流れを解析することができる。そ
こで、レイノルズストレスと呼ばれる
【数４】 を何らかの方法でモデル化する必要がある。このモデル
化に乱流モデルを使用する。
化に乱流モデルを使用する。
【００１８】乱流モデル 炉内流動場における乱流モデルに関しては、工業的に多
く採用されている高レイノズル数型のｋ−εモデルを採
用した。（δは、クロネッカ記号を、添字のｔは、乱流
効果を含むことを示す。以下同じ）
く採用されている高レイノズル数型のｋ−εモデルを採
用した。（δは、クロネッカ記号を、添字のｔは、乱流
効果を含むことを示す。以下同じ）
【数５】 乱流エネルギーを表わすｋと、消散率を表わすε、及び
μtは、次式で定義する。
μtは、次式で定義する。
【数６】 乱流エネルギーと消散率は、多くの場合、次の保存式を
使って解析する。
使って解析する。
【数７】 各種定数は、通常使用されている数値を使用する。 Ｃ1＝1.44、Ｃ2＝1.92、Ｃμ＝0.09、ρk＝1.0、σε＝
1.3 このように、乱流エネルギーと消散率の２変数と２方程
式を追加することで、６変数と６方程式により表現され
ることとなり、流動解析が可能になる。
1.3 このように、乱流エネルギーと消散率の２変数と２方程
式を追加することで、６変数と６方程式により表現され
ることとなり、流動解析が可能になる。
【００１９】エネルギー保存を表わす保存式 炉内は温度が均一でないため、温度場を解析する方程式
を追加する必要がある。そこで、エネルギー保存の方程
式を追加する。
を追加する必要がある。そこで、エネルギー保存の方程
式を追加する。
【数８】 ここで、ｈは排ガスのエンタルピー、μe／σhは、乱流
の効果を加味した実効熱伝達率、Ｓhはソース項であ
り、化学反応による発熱及び放射伝熱による熱授受によ
る発熱量、発散熱量を代入する。
の効果を加味した実効熱伝達率、Ｓhはソース項であ
り、化学反応による発熱及び放射伝熱による熱授受によ
る発熱量、発散熱量を代入する。
【００２０】輻射伝熱モデル 輻射伝熱に関しては、多くのモデルが提案されており、
Ｐ−Ｎモデル、ＤＴＲＭモデルや、熱線追跡法等のモデ
ルを使用して解析し、これで求まった輻射伝熱量は、エ
ネルギー方程式のソース項Ｓhに代入する。
Ｐ−Ｎモデル、ＤＴＲＭモデルや、熱線追跡法等のモデ
ルを使用して解析し、これで求まった輻射伝熱量は、エ
ネルギー方程式のソース項Ｓhに代入する。
【００２１】燃焼モデル 燃焼反応により発生する熱量をエネルギー保存方程式の
ソース項に代入するため、燃焼モデルが必要となる。そ
の解析方法は、空気と燃料との混合比率を表わす混合割
合係数ｆと、乱流の拡散効果を考慮するための確率密度
関数を用いる。
ソース項に代入するため、燃焼モデルが必要となる。そ
の解析方法は、空気と燃料との混合比率を表わす混合割
合係数ｆと、乱流の拡散効果を考慮するための確率密度
関数を用いる。
【００２２】燃焼反応のモデルは、反応速度が流体が計
算領域を通過する時間に比べて十分早いと仮定して、各
計算セルにおいて、熱平衡計算と確率密度から求まる組
成に、直ちに変化すると仮定したモデル用いる。
算領域を通過する時間に比べて十分早いと仮定して、各
計算セルにおいて、熱平衡計算と確率密度から求まる組
成に、直ちに変化すると仮定したモデル用いる。
【００２３】平均のガス組成、ガス温度及びガスのエン
タルピーを表わすφは、平均値として以下の式で表現さ
れる。
タルピーを表わすφは、平均値として以下の式で表現さ
れる。
【数９】 ここで、Ｐ（ｆ）は確率密度関数と呼ばれるものであ
り、ｈはエンタルピーである。φi（ｆ，ｈ）は、あるエ
ンタルピーを持った燃焼ガスの瞬間のガス組成、ガス温
度、エンタルピーを表わし、確率密度関数を乗じること
より、平均値を求めることができる。積分範囲０〜１
は、確率密度の全範囲に亘って積分することを示す。
り、ｈはエンタルピーである。φi（ｆ，ｈ）は、あるエ
ンタルピーを持った燃焼ガスの瞬間のガス組成、ガス温
度、エンタルピーを表わし、確率密度関数を乗じること
より、平均値を求めることができる。積分範囲０〜１
は、確率密度の全範囲に亘って積分することを示す。
【００２４】確率密度関数に関しては、通常、β関数を
使用するために下式を解く。混合割合関数の平均値
使用するために下式を解く。混合割合関数の平均値
【数１０】 と、乱流による変動値の二乗平均値
【数１１】 は、下記の保存式から求める。ＣgとＣdは定数である。
【数１２】 すなわち、混合割合関数の平均値と変動値の２変数と２
方程式を追加することにより、解析が可能になる。
方程式を追加することにより、解析が可能になる。
【００２５】（２）炉内温度場の計算と被加熱物温度変
化の解析 炉内温度場の計算と、被加熱物温度変化の計算について
は、公知の数式モデルを適宜選択して使用できる。
化の解析 炉内温度場の計算と、被加熱物温度変化の計算について
は、公知の数式モデルを適宜選択して使用できる。
【００２６】次に、図２のステップＳ２０３により炉内
各点のＮＯｘ分布を計算する。そして、ステップＳ２０
４において、炉形、操業条件による炉内温度分布と排ガ
ス中のＮＯｘ量を最終的に計算する。
各点のＮＯｘ分布を計算する。そして、ステップＳ２０
４において、炉形、操業条件による炉内温度分布と排ガ
ス中のＮＯｘ量を最終的に計算する。
【００２７】ＮＯｘ生成に関しては、未だに解明されて
いない部分も多く存在するが、現在一般的に使用されて
いる手法を使用して計算する。
いない部分も多く存在するが、現在一般的に使用されて
いる手法を使用して計算する。
【００２８】ＮＯｘ発生のメカニズムは、サーマルＮＯ
ｘ、プロンプトＮＯｘ、フューエルＮＯｘとＮＯｘを分
解するリバーニングに大別される。このうち、工業用加
熱炉においてはフューエルＮＯｘは殆ど発生しないので
無視し、残りのメカニズムで発生するＮＯｘを計算す
る。
ｘ、プロンプトＮＯｘ、フューエルＮＯｘとＮＯｘを分
解するリバーニングに大別される。このうち、工業用加
熱炉においてはフューエルＮＯｘは殆ど発生しないので
無視し、残りのメカニズムで発生するＮＯｘを計算す
る。
【００２９】なお、この計算においては、通常、ＮＯｘ
の発生量が他のガス成分に比べて少ないこと、よって、
ＮＯｘの発生が燃焼ガス温度に与える影響が小さいこと
を考慮し、燃焼計算の結果を利用して、ＮＯｘの発生量
を計算する。
の発生量が他のガス成分に比べて少ないこと、よって、
ＮＯｘの発生が燃焼ガス温度に与える影響が小さいこと
を考慮し、燃焼計算の結果を利用して、ＮＯｘの発生量
を計算する。
【００３０】（ｉ）サーマルＮＯ Extended Zeldvich mechanism と呼ばれるモデルを使用
した。以下、ｋ±ｉは反応速度を、Ｏ、Ｎ、Ｎ2、Ｏ2、
Ｈ、ＯＨ、ＮＯはガス成分を、Ｔは絶対温度を示す。符
号の±の意味は、＋が化学反応式で左項から右項への反
応速度を、−が右項から左項への反応速度を示す。ま
た、Ａi、Ｂi、Ｃiは定数である。[ ]内は濃度を示
す。（以下同じ）
した。以下、ｋ±ｉは反応速度を、Ｏ、Ｎ、Ｎ2、Ｏ2、
Ｈ、ＯＨ、ＮＯはガス成分を、Ｔは絶対温度を示す。符
号の±の意味は、＋が化学反応式で左項から右項への反
応速度を、−が右項から左項への反応速度を示す。ま
た、Ａi、Ｂi、Ｃiは定数である。[ ]内は濃度を示
す。（以下同じ）
【数１３】 ラジカル酸素に関しては、次式から求める。
【数１４】 ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは定数である。
【００３１】（ii）プロンプトＮＯ プロンプトＮＯｘは、De Soete の提案した以下の式に
より求めた。
より求めた。
【数１５】 ここで、Ａ’、Ｅ、Ｒは定数である。
【００３２】（iii）ＮＯリバーニング ＮＯが減少するリバーニングは、下記のメカニズムで考
慮する。
慮する。
【数１６】
【００３３】（iv）ＮＯ生成に関する乱流の効果 燃焼計算に使用した確率密度関数を使用して、燃焼計算
と同様の乱流効果を考慮した計算を行う。
と同様の乱流効果を考慮した計算を行う。
【００３４】以上の方程式を離散化して、計算機を用い
て解析すると、炉内各点の燃焼ガス流速分布、温度分
布、各種ガス濃度分布を知ることができる。
て解析すると、炉内各点の燃焼ガス流速分布、温度分
布、各種ガス濃度分布を知ることができる。
【００３５】
【００３６】一例として、下記の炉形状及び境界条件を
用いた計算の結果を図３、図４に示す。炉形状に関する
条件を下記に示す。
用いた計算の結果を図３、図４に示す。炉形状に関する
条件を下記に示す。
【００３７】 ・計算領域： 炉幅4.0ｍ、炉高3.0ｍ、炉長8.0ｍ ・空気吐出口： ４個所 ・燃料吐出口： 空気吐出口１個所につき２個所 ・排ガス出口： 空気吐出口と対向する個所に１個所
（空気吐出口と同寸法） ・エスケープ： 上記排ガス口とは別途に設置 各種境界条件に関しては、以下の条件を使用する。
（空気吐出口と同寸法） ・エスケープ： 上記排ガス口とは別途に設置 各種境界条件に関しては、以下の条件を使用する。
【００３８】 ・燃焼量： １バーナあたり1.175ＭＷ ・空気比： 1.05 ・空気流速： 96ｍ／ｓ、1300℃ ・燃料流速： 99ｍ／ｓ、27℃ ・排気条件：排ガスの80％は対向する排ガス出口、20％
はエスケープ ・壁条件： ノンスリップ（壁関数使用） ・壁境界： 総括熱伝達率２Ｊ／ｍ2ｓ、大気温度300Ｋ
スラブは伝導伝熱を考慮、スラブ下部は断熱条件 ・スラブ速度： 1.2mm／ｓ
はエスケープ ・壁条件： ノンスリップ（壁関数使用） ・壁境界： 総括熱伝達率２Ｊ／ｍ2ｓ、大気温度300Ｋ
スラブは伝導伝熱を考慮、スラブ下部は断熱条件 ・スラブ速度： 1.2mm／ｓ
【００３９】図３、図４において、１は加熱炉、２はバ
ーナ、３は排ガス排出口、４はエスケープ、５は仕切り
壁である。図中における数字は温度（℃）を示す。図３
と図４の違いは、炉内に設けたエスケープ４の位置であ
る。この結果からエスケープ４の位置の設定変更が燃焼
現象に大きく関与していることがわかる。
ーナ、３は排ガス排出口、４はエスケープ、５は仕切り
壁である。図中における数字は温度（℃）を示す。図３
と図４の違いは、炉内に設けたエスケープ４の位置であ
る。この結果からエスケープ４の位置の設定変更が燃焼
現象に大きく関与していることがわかる。
【００４０】また、空気流速や燃料流速の流速比変更も
燃焼現象を大きく変化させる。今回の計算で使用した予
熱空気温度は、通常の炉内燃焼で使用される予熱空気温
度（多くは８００℃以下）に比べて大幅に高い温度であ
ることと、燃料供給方法が、従来のように空気供給口と
燃料供給口とが隣接したものではなく、一定以上の距離
を有しているために、炉内温度が均一化する傾向にあ
る。そのため、従来の炉内の代表温度を設定する方法で
は、炉内の温度状況が大幅に変化している。
燃焼現象を大きく変化させる。今回の計算で使用した予
熱空気温度は、通常の炉内燃焼で使用される予熱空気温
度（多くは８００℃以下）に比べて大幅に高い温度であ
ることと、燃料供給方法が、従来のように空気供給口と
燃料供給口とが隣接したものではなく、一定以上の距離
を有しているために、炉内温度が均一化する傾向にあ
る。そのため、従来の炉内の代表温度を設定する方法で
は、炉内の温度状況が大幅に変化している。
【００４１】そこで、加熱炉の操業条件（各スラブの焼
き上がり温度、搬送ピッチ、スラブ初期温度等）を変更
する際に、各ゾーンの燃料投入量の変更、エスケープ位
置の調整を行った場合等の条件下での、各燃焼ゾーンで
のスラブへの加熱状況、ＮＯｘ発生量予測を炉内の熱流
動解析により行う。
き上がり温度、搬送ピッチ、スラブ初期温度等）を変更
する際に、各ゾーンの燃料投入量の変更、エスケープ位
置の調整を行った場合等の条件下での、各燃焼ゾーンで
のスラブへの加熱状況、ＮＯｘ発生量予測を炉内の熱流
動解析により行う。
【００４２】そして、その中で、各種条件を変更した場
合に、許容されるＮＯｘ発生量の範囲となる条件を見出
し、その条件の中でも、特に燃料投入量が最小になる条
件、あるいは操業条件の変更時間が最小になる条件のい
ずれかの選択により、燃焼制御設定を変更することが可
能となる。
合に、許容されるＮＯｘ発生量の範囲となる条件を見出
し、その条件の中でも、特に燃料投入量が最小になる条
件、あるいは操業条件の変更時間が最小になる条件のい
ずれかの選択により、燃焼制御設定を変更することが可
能となる。
【００４３】シミュレーションの結果によれば、一般
に、燃料投入量を小さくするには、各ゾーンでの燃料投
入バランスを変更することが有効であり、変更時間の短
縮には、エスケープ位置の変更および仕切り壁の有無が
有効である。
に、燃料投入量を小さくするには、各ゾーンでの燃料投
入バランスを変更することが有効であり、変更時間の短
縮には、エスケープ位置の変更および仕切り壁の有無が
有効である。
【００４４】
【発明の効果】本発明においては、加熱炉の操業条件を
変更する際に、各燃焼ゾーン毎の熱伝達とＮＯｘの解析
計算を行い、許容されるＮＯｘ量の範囲となる変更条件
を見出し、その変更条件の中で、燃料投入量が最小とな
る変更条件、条件の変更時間が最小となる変更条件のい
ずれかの条件を選択して、燃焼制御設定を変更している
ので、被加熱物の焼き上がり温度が目標値にでき、かつ
安定した低ＮＯｘ操業ができる。
変更する際に、各燃焼ゾーン毎の熱伝達とＮＯｘの解析
計算を行い、許容されるＮＯｘ量の範囲となる変更条件
を見出し、その変更条件の中で、燃料投入量が最小とな
る変更条件、条件の変更時間が最小となる変更条件のい
ずれかの条件を選択して、燃焼制御設定を変更している
ので、被加熱物の焼き上がり温度が目標値にでき、かつ
安定した低ＮＯｘ操業ができる。
【図１】本発明の実施の形態を示すフローチャートであ
る。
る。
【図２】本発明の実施の形態におけるシミュレーション
の手順を示すフローチャートである。
の手順を示すフローチャートである。
【図３】シミュレーションによって得られた炉内温度分
布を示す図である（各ゾーンにエスケープがある場
合）。
布を示す図である（各ゾーンにエスケープがある場
合）。
【図４】シミュレーションによって得られた炉内温度分
布を示す図である（各ゾーンにエスケープがない場
合）。
布を示す図である（各ゾーンにエスケープがない場
合）。
１ 加熱炉 ２ バーナ ３ 排ガス排出口 ４ エスケープ ５ 仕切り壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０５Ｂ 15/00 Ｇ０５Ｂ 15/00
Claims (2)
- 【請求項１】 加熱炉の操業条件を変更する際に、各燃
焼ゾーン毎の熱伝達とＮＯｘの解析計算を行い、許容さ
れるＮＯｘ量の範囲となる変更条件を見出し、その変更
条件の中で、燃料投入量が最小となる変更条件を選択し
て、燃焼制御設定を変更することを特徴とする加熱炉の
燃焼制御方法。 - 【請求項２】 加熱炉の操業条件を変更する際に、各燃
焼ゾーン毎の熱伝達とＮＯｘの解析計算を行い、許容さ
れるＮＯｘ量の範囲となる変更条件を見出し、その変更
条件の中で、条件の変更時間が最小となる条件を選択し
て、燃焼制御設定を変更することを特徴とする加熱炉の
燃焼制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14992197A JPH10324928A (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 加熱炉の燃焼制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14992197A JPH10324928A (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 加熱炉の燃焼制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10324928A true JPH10324928A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=15485499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14992197A Pending JPH10324928A (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 加熱炉の燃焼制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10324928A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115638665A (zh) * | 2022-07-29 | 2023-01-24 | 鞍钢集团朝阳钢铁有限公司 | 降低加热炉SO2、NOx和颗粒物排放浓度的方法 |
-
1997
- 1997-05-26 JP JP14992197A patent/JPH10324928A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115638665A (zh) * | 2022-07-29 | 2023-01-24 | 鞍钢集团朝阳钢铁有限公司 | 降低加热炉SO2、NOx和颗粒物排放浓度的方法 |
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