JPS60245734A - 熱風炉操業方法 - 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】 本発明は熱風炉の操業方法に関するものである。

製錬所において熱風炉が製錬炉に併設されている場合が
ある。例えは、銅製線断における自溶炉の代表的操業法
の一つとして、銅精鉱が高温熱風（８５０〜１０５０℃
）と燃料（重油及び（或いは）炭材）と共に炉内に吹込
まれ、鉱石の反応熱と燃料の燃焼熱を利用して溶錬が行
われている。

この高温熱風を得るのに外燃式熱風炉が一般に採用され
ている。

熱風炉は、第１及び２図に示すように、燃焼炉Ａと蓄熱
炉Ｂとの組合せを１基として２基以上の゛複数基より構
成される。一つが送風中は他のいずれかが燃焼−蓄熱中
であるよう一定のサイクルで各基が交互に送風サイクル
と燃焼−蓄熱サイクルとを繰返している。燃焼−蓄熱サ
イクル中、燃焼炉Ａの下方の燃焼室１内には、重油バー
ナ２を通して重油が吹込まれると共に、溶鉱炉ガス（例
えばＢガスと呼はれるフェロニッケル溶鉱炉からの排ガ
ス）、コークス炉ガス等の燃料ガス及び燃焼空気が吹込
まれ、燃焼ガスは蓄熱炉に流入し、その主体を構成する
蓄熱用チェッカーレンガ３を加熱した後排ガスとして煙
突へ放出される。他方、送風サイクルにおいては、蓄熱
炉下方部から取込まれた冷風がチェッカーレンガ３を通
過中昇温し、燃焼炉から熱風として取出されて製錬炉に
送られる。熱風温度は、測定熱風温度に応じて自動的に
開度を変える混冷弁４を通して冷風を導入することによ
りほぼ一定値に管理される。希釈空気は炉内のレンガ保
護の為所定温度以上になると燃焼室に導入される。第１
〜２図には、重油−燃料ガス混焼式として示したが、重
油専焼式の場合もある。

従来の熱風炉の燃焼管理は左程厳密には行われておらず
、重油或いは重油と燃料ガスの燃焼に必要な燃焼空気量
を定める空燃比制御を行うと共に、せいぜいドーム温度
の上限設定と炉出口排ガス温度に上下限を設けること程
度が実施された程度であった。このうち、ドーム温度制
御は、ドーム温度計（第１図、参照番号５）により測定
したものとしてのドーム温度が設定値以上になると自動
的に希釈空気を導入してレンガ保護を行うものである。

炉出口排ガス温度制御は、排ガス温度計（第１図、参照
番号６）により測定した排ガス温度に基いて上限値で燃
料の無駄焚きを防止すると共に、下限値で硫酸の結露を
防止するものである。その他、なるたけ効率的操業をめ
ざしてオペレータの経駿と勘による総合的判断による管
理も行われてはいた。しかしながら、オペレータの判断
に個人差があり、細い管理はなしえないまま、はぼ一定
量の重油を燃焼して負荷の変動に対応できるよう通常蓄
熱過剰気味に操業を行っていたのが実情であった。

斯うした実情に鑑み、本発明は、熱風炉燃焼制御の効′
率化というテーマの下に熱風炉操業の適切化及び自動化
を計ることを目的とする。

この目的のためには、蓄熱量をできるだけ定量的に把握
し、負荷変動にも途やかに対応できるように適正な蓄熱
量を絶えず保つだめの燃焼制御方法を確立し、熱風炉の
個別の制御が必要であり、オペレータの介入が最小限で
す訃よう自励制御系統の導入が必要である。

蓄熱炉における蓄熱部の蓄熱量を定量的にとらえるには
、蓄熱部の温度分布とその変化を盾１宇できれはよいが
、その実施は仲々困難である。しかし、混冷弁の開度と
燃焼時の燃焼排ガス温度から蓄熱量のかなりの程度まで
の定量的把握が可能であることが判明した。

熱風温度は、既述したように、熱風炉冷風入口及び熱風
出口間に冷風バイパスを設け、熱風温１度の測定値に応
じて自動的に開度を設定する混冷弁を通してバイパスを
通過した冷風で希釈することにより設定値になるように
制御されている＠通常操業では、送風初期には蓄熱が十
分あるため熱風温度が高くそれを設定値まで下げるため
に、冷風が多く流れるが、送風が終了に近ずくにつれ熱
風温度が低下し、冷風量もそれに比例して少なくなる（
第３図参照）。この熱風炉と冷風量をコントロール゛し
ているのが、混冷弁で送風終了時のその開度が蓄熱量の
目安となる。すなわち、送風終了時に混冷弁が開いてお
れＦｉＭ熱にはまだ余裕があり、開度０で熱風温度が設
定値であれは、蓄熱量と放熱量がバランスしており、開
度０で熱風温度が設定値以下になってしまえは、蓄熱不
足ということが言える。従って、蓄熱量の代表値の一つ
として混冷弁開度は有用な意味を持っている。

燃焼制御は、所定時間内に所定蓄＠量になるよう蓄熱量
推移をみながら燃料調整を行うのが理想的である。

しかし、前述のように蓄熱部の目安を混冷弁の開度だけ
でみると、送風を終了した時点でしか目安が得られず、
またそれを次の燃焼にフィードバックする方法がない。

そのため、燃焼中の蓄熱量推移もみるために燃焼排ガス
温度をもう１つの代表値として採用した。

すなわち、燃焼開始直後は、蓄熱がないため排ガス温度
も低いが、蓄熱量が増えるにつれて排ガス温度が上昇し
ている。従って排ガス温度の目標値を蓄熱量（送風終了
時の混冷弁開度）から決定してやれば、ある程度理想的
な燃焼管理に近ずく。

混冷弁開度と燃焼終了時排ガス温度との間には、経験的
に、適正蓄熱ラインが確立しつる。第４図のその一例で
ある。適正蓄熱ライン上方では蓄熱不足であり、それよ
り下方では蓄熱過剰である。

この図は、送風終了時の７（り弁開度が、０％の時次の
燃焼で排ガス温度が３１０℃になるまで蓄熱する必要が
あり、開度３０％の場合は、２２０°Ｃで蓄熱が十分に
なることを示している。

従って、混冷弁開反と適正蓄熱量を示す燃焼終了時排ガ
ス温度は、次の式によって表わされる。

第４図のグラフに基くと、 ＴＦ＝３１０℃−（混冷弁開度％）ｘ３℃／１％こうし
て、最終目標排ガス温度ＴＦが決定されると、ＴＦまで
の排ガス温度の上昇に合せて段階的に重油流量を変える
ことにより、熱風炉個別の効率的な燃焼が可能となる。

この燃焼法を図式的に示すと第５図のようになる。

第５図において Ｔ１〜Ｔ４　＝重油削減設定温度、任意に設定可Ｘ　＝
初期重油流量　、任意に設定可 Ｙ　−重油削減量　、任意に設定可 Ｔｐ　までの温度において適宜の温度Ｔ１・・・・・・
・・・Ｔｎにおいて重油流量の段階的削減が計られる。

個数ｎは上記のように４に限られるものでなく任意に設
定可能である。Ｙの量は、特定の熱風炉において、燃焼
不足の状態にならない細度の重油流量を確保する範囲で
任意に設定可能である。

重油は、初期流量ｘ　ｌ／Ｈｒ　で燃焼開始し、排ガス
温度がＴ１〜Ｔ４で各々Ｙｌ／Ｈｒずつ減少していき、
ＴＦにおいて最適蓄熱状態を達成するＯＴＦ　は１前述
した通り、燃焼開始前の送風終了時点の混冷バタ弁の開
度から計算してめた温度である。状況によっては、１　
でこれ以上燃焼をｇ続するか否かオペレータに判断をあ
おぐため一部等で知らせるようにすることもできる。

こうして、効率的な燃焼制御方法が達成しうるが、これ
を例えばワンループコントローラのような自動制御装置
によって自動制御方式の下で操業することにより前述し
た目的に適う熱風炉操業方法が達成しうる。

斯くして、本発明は、燃焼−蓄熱サイクルと熱風送風サ
イクルとを交互に行う熱風炉において、熱風温度を制御
する為冷風を恩人する混冷弁の開度と燃焼終了時排ガス
温度との間で適正蓄熱量を示す関係式から最適蓄熱排ガ
ス温度ＴＦ　を決定し、そしてＴＦ　までの複数の排ガ
ス濡ｋＴｓ〜Ｔｎ　において重油流量を段階的に削減す
ることを特徴とする熱風炉操業方法を提供する。

第６図は、本発明を具体化した熱風炉操業制御系統の一
例を示す。第１〜２図と対比すれば理解されるように、
冷風は蓄熱炉Ｂを燃焼炉Ａを通って熱風となって使用場
所へと送られる。冷風の一部は混冷弁４を経由して燃焼
炉Ａの下流の熱風通路にバイパスしている。熱風温度計
８は熱風温度を測定し、その測定信号に基いて弁作動器
１ｏは例えばバタフライ弁構造の混冷弁４の開度を自動
設定する。燃焼−蓄熱サイクル中の折力゛スの温度は排
ガス温度計６により計測されている。また、燃焼室Ａに
は、重油、燃料ガス、燃焼空気及び希釈空気が制御下で
導入される。このうち、希釈ガスは、ドーム温度計５の
温度が設定以上になると、レンガ保護の為希釈ガス制御
器１１及び弁１２により自動的に導入される。

熱風炉の操業には、重油専焼方式と重油−燃料ガス混焼
方式とがあるが、本発明はそれらのいずれにも適応しう
る。燃料ガスとしては、例えは溶鉱炉排ガスが使用され
るが、その濃度が変動する可能性がある。そこで、燃料
ガスの濃度に応じてその発熱量を計算して、重油相当量
に換算し、重油量設定分からその燃料ガス量を差引いた
分を正味重油量とする。いずれの方式を採るにせよ、本
発明はいずれにも等しく応用しうる。第６図において、
重油量制御器１２及び燃料ガス景制御器１４には、■混
焼信号及び■重油専焼信号が入力され、操業方式に応じ
て制御様式が決定される。

重油流量は、流量計１６により重油社制御器１２に伝達
される。燃料ガス原意は流量計１８により燃料ガス量制
御器１４に伝達される。燃料ガスの濃度及び発熱量を計
算して、それを重油等個分に変換した信号が燃量ガス１
制御器１４から重油社制御器１２に入力される。方式■
及び■に応じて、重油＋燃料ガスの重油相当分或いは重
油単独分の信号が、重油量制御器１２から燃焼空気量制
御器２０へと入力され、それに基いて所要燃焼空気量が
計算され、弁２１を介して所要燃焼空気を燃焼室ＡＫ導
入する。番号２３及び３０は、燃料ガス及び重油調節弁
をそれぞれ示す。

本発明に従う自動制御系を実現する為に、混冷弁４−排
ガス温度計６−重油鰍制御器１２の間に、例えはマイク
ロプロセッサ−を内蔵しそしテ演算を行いながら制御を
行うワンループコントローラがｖＲされる。

排ガス温度簡節計２８は次の機能を行う：■　排ガス温
度を排ガス温度計６から入力として取込む。

■　混冷弁４の開度を読取器２９を介して入力として取
込む。

■　読取りタイミング信号により混冷弁開度を読取り、
口Ｕ述した式に従い終点燃焼温度ＴＰ　を演算する。

■　これら信号を重油量制御器へ出力する。

■　必要に応じ、排ガス温度が終点温度に達した時警報
を発生する。

重油量制御器１２は次の機能を行う： ■　排ガス温度調節計２８より重油量設定信号を入力す
る。

■　重油流量計１６より重油流量を入力する。

■　燃料ガス組成及び流量信号（流量計１４から）を入
力して、重油量設定信号からそれを差引いた分をｍ節信
号として出力し、峨節弁５０に伝達する。（方式■の混
焼式の場合） ■　重油量段階制御を行うべく重油量を演算する。

■　燃焼空気比率を演算し、燃焼空気制御器２０にカス
ケード出力する。

こうして、本発明に基いての自動化熱風炉操業が実現さ
れる。

従来の燃焼方法は、任意の重油流量を決め、排ガス温度
の上昇傾向をみながら、途中で重油をしほり目標排ガス
温度になるように手動でコントロールしていた。重油を
しほるタイミング、飯については、オペレーターの経験
に基く感で行っていた。しかし、実際には頻ばんに調整
を行うのは不可能であり、はぼ一定社の重油を燃焼させ
ていた。

また、二基の熱風炉は、各々送風性れ社、チェッカーレ
ンガの有効面積の相違等があり、同じ操業条件でも蓄熱
量に大きな違いがあった。従って、目標排ガス湿度も蓄
熱針の少い一方の熱風炉に合わせて調整するため（前述
のように、両差での切換え毎に重油設定量を変更するの
は無理であった）他方の熱風炉は蓄熱過剰で操業を行っ
ていた。

本発明の実施により次のような効果が得られる：（イ）
排ガス温度上昇速度を下げ、ムダ焚きを少くし、重油使
用量を節約しうる。

（ロ）差筋に重油使用蓋が変えられるため、蓄熱量の差
がなくなるのでこれまで一方の基で余分に焚いていた重
油を減らすことができる。

（ハ）　送風亀、熱風温度等の変更に対してスムーズに
対応できる。

に）　オペレータの判断の介入を最小限とし、操業が自
動化できる。

以下、従来操業法と本発明操業法とを比較した操業実際
例を示す。操業は、２基（轟１及び屋２）を使用して銅
製錬自溶炉向けを目的としだものである。

第７及び８図は、従来の燃焼方法と本発明方法の重油流
量の変化様相を示している。従来は、特に人手で流量を
変更しないかぎり、一定流量で操業を行っていたが、本
発明では排ガス温度が設定位置に達したところで、自動
的に減少していくのがわかる。第９図は従来の一定流量
での燃焼方法と燃焼制御した場合の重Ｍ使用意を排ガス
温度を等しくして比較したものである。

これから、従来１５６０１／Ｈｒ程度焚いていた重油が
自動制御することにより１４９０　ＩＩ／Ｈｒと約７０
１／Ｈｒ減少している。また、第１０図は、バーナーの
仕様能力いっばいで燃焼開始した時の従来法と、本発明
自動制御法との比較である。これから、重油使用量差１
７０１７Ｈｒ、排ガス温度着で６５℃あることがわかる
。

なお、これらのデータをまとめると下表のようになる。

ここで、排ガス温度上昇速度とは、燃焼開始２０分から
の温反上昇速度のことで、いずれの場合も自動制御した
方が速度が遅くムダ焚きを少なくできることがわかる。

第１１及び１２図は、操業が安定している時点の燃焼制
御する以前と制御開始してからの燃焼排ガス温度の違い
を表わしている。

制御開始以前は、燃焼終了時点の排ガス温度（排ガス温
度のピーク）が燃焼毎にまちまちで、更にＡ１と屋２熱
風炉で違っていることがわかる。

それが今回の改善でピーク温度の変動が少なくなるとと
もにＡ１とＡ２の間での差もなくなっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱風炉の作動原理を示す説明図、第２図は２基
の熱風炉の操業状態を示す説明図、第３図は送風開始か
ら終了までの熱風温度と熱風及び冷風送風倉との関係を
示すグラフ、第４図は混冷弁開度と燃焼終了時排ガス温
度との関係を示すグラフ、第５図は本発明に従う重油段
階制御を表すグラフ、第６図は本発明の制御系統の一例
を示す制御系＆図、第７及び８図は従来法と本発明法の
重油流量変化の実例を示すグラフ、第９及び１０図は従
来法と本発明法の制御態様の差異を示すグラフ、そして
第１１及び１２図は従来法と本発明法の排ガス温度の変
化様相を示すグラフである。 Ａ二燃焼炉 Ｂ：蓄熱炉 １：燃焼室 ２：重油バーナ ３：蓄熱用レンガ ４二混冷弁 ５：ドーム温度計 ６：排ガス温肛計 ８＝熱風温度計 １０：弁作動器 １１：希釈ガス制御器 １２：重油量制御器 １４二燃料ガス量制御器 １６：ｍ油流置針 １８：燃料ガス流振計 ２０：燃焼空気量制御器 ２１：燃焼空気調節弁 ２３：燃料ガス調節弁 ３０：重油調節弁 ２８：排ガス温度ＷＪＭ　ｍ計 ２９：混冷弁開度読取器 シｒユに升開（ 第５図 ↑仲力゛７．五＆　＜’Ｃ） 第１１図 手続袖正書 昭和５９年６月２５日 特許庁長官　志　賀　学　殿 事件の表示　昭和５９年特願第１００６９５号発明の名
称　熱風炉操業方法 補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　日本鉱業株式会社 代理人 〒１０３ 住　所　東京都中央区日本橋３丁目１３番１１号油脂工
業会館順・ 補正の対象 一９白　−ｆ［ 明細書の発明の名　＝５　１発明の詳細な説明の欄補正
の内容　別紙の通り 特願昭５９−１００６９？１号明細書を以下の通り補正
します。 １　第１４頁、４行「従来の燃焼方法」と「と」との間
に「（第７図）」を挿入し、そして「本発明方決」の後
に「（第８図）」を挿入します。 ２　提出図面第７図及び第８図を添付のものと差替えま
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）燃焼−蓄熱サイクルと熱風送風サイクルとを交互に
   行う熱風炉において、熱風温度を制御する為冷風を導入
   する混冷弁の開度と燃焼終了時排ガス温度との間で適正
   蓄熱量を示す関係式から最適蓄熱排ガス温度Ｔ　を決定
   し、そして野　までの複数の排ガス温度Ｔ！〜Ｔ　にお
   いて重油流電を段階的に削減することを特徴とする熱風
   炉操業方法。 ２）燃焼が重油専焼式で行われる特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ３）燃焼が重油−燃料ガス混焼式で行われる特許請求の
   範囲第１項記載の方法。