JPS62248918A - 熱風炉の燃焼制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高炉操業における熱風炉の燃焼制御方法に関
する。

〔従来の技術〕

熱風炉の壁面を形成するための耐火物材料に要求される
品質は、耐火度、熱間容積安定性、耐ダスト性のほかに
、特に高温下での荷重軟化特性がある。このような要求
を満たす材料として、最近では、珪石れんがが使用され
ている。ところが、この珪石れんがは上記の特性に優れ
ている反面、１００〜３５０℃間でのトリジマイト、ク
リストバライトの変態及び５００〜６００℃間での石英
の変態による容積変化が著しく、これによる熱応力が発
生するという問題がある。そこで、珪石れんがの使用範
囲は高温部に限定する必要があり、下限管理値が５５０
℃と定められている。

しかるに、高炉操業がオイルレス操業に移行した後、送
風温度が大幅に低下してきた。送風温度が低下し、熱風
炉が低負荷になると、熱風炉の炉熱も下がることになる
。ところが、上に述べたように、珪石れんがの下限管理
値がネックとなり、実際の操業においては過剰燃焼を余
儀なくされてきた。このため、熱風炉の炉体設備管理及
び省エネルギー操業に大きな問題となっている。

この問題の対策として、たとえば、特開昭５４−１４０
３０５号公報による発明では、熱風炉のドーム温度を検
知し、ガス分析、ガスの混合比及び燃焼空気比等を可変
して熱風炉内温度を高温に保持している。また、特開昭
４９−６４５０５公報に記載された発明では、熱風炉に
ドーム温度、排ガス温度等を基準とした温度制御システ
ムを備えることにより、設備の保全を図っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ドーム温度で管理する方法では、ドーム
温度自体が熱風炉の蓄熱量の絶対値を代表するものでな
く、燃焼フレームの影響を直接受けることからガス組成
、ガスの配合比１通風空気の温度により大きなバラツキ
を生じ、安定操業が不可能である。

また、排ガス温度に基づいて燃焼を制御する方式では、
この排ガス温度は通風の際に通風により冷却されたギソ
ターの加熱排ガスであるため、通風用空気温度の影響を
受は易い。これはドーム温度を管理する場合についても
同様である。また、たとえば４基の熱風炉のうち２基の
みを通風する場合の通風比率によっても、排ガスの温度
は影響を受ける。更に、熱風炉の温度変化と排ガスの温
度変化との間には時間遅れがあるため、排ガスの温度を
制御に用いるとき、制御性が劣ることになる。したがっ
て、この検出されたガスの温度は燃焼管理の目安となっ
ても、蓄熱量を制御する方法としでは上記のような外乱
を受は易い面があった。

また、コンピュータによる炉熱制御システムも実行に移
されたが、シテスムが複雑過ぎ、たとえば２基を通風す
る場合、炉修の風量が明確でないこと、燃料及び排ガス
等の成分１分析が難しく、正確さを欠く面があること等
、外乱に弱いためオンライン操業とはなっていない。

したがって、現実の操業に際しては蓄熱量をコントロー
ルする燃焼ガス量の制御は人為的に行うことが多い。し
かし、人為的に行う制御には、個人差、燃焼管理の仕方
の違い、また忙しい時の放置等のため、蓄熱量に大きな
バラツキを避けることができず、熱効率の低下の原因と
なっていた。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みて開発された
ものであり、外乱に対して影響され難く、制御精度の向
上を図ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の熱風炉燃焼制御方法は、この目的を達成するた
め、熱風炉の蓄熱珪石れんが部の実測温度と予め設定さ
れた該蓄熱珪石れんが部の設定温度との差に応じて、供
給する燃料ガスの流量制御又は配合比制御を行うことを
特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、蓄熱珪石れんがの温度が熱風炉の蓄
熱量を最も良く表している点に着目し、蓄熱珪石れんが
部に温度計を取り付け、この温度計の出力を珪石れんが
温度調節計に入力する。この調節計の設定値は、燃焼期
の蓄熱最高温度と送風期の下限管理温度を考慮した蓄熱
量となるように、例えば予め必要な蓄熱量の最小極限値
に近いところに設定しておき、珪石れんが実測温度が設
定温度に達したときに自動的に燃焼ガス量を下限値まで
減少させるようにする。

実測温度は、連続測定値あるいは間欠測定値として得る
ことができる。この実測温度と設定温度との差は、燃焼
開始から終了の間、時々刻々と変化する。一方、燃焼期
は熱風炉操業条件、すなわち高炉操業条件によってスケ
ジュールが決定されている。したがって、本発明におい
ては、時々刻々変化する偏差分を設定された時間内に零
とするために、必要なエネルギー、すなわち燃料ガスの
流量、カロリーを制御するものである。

これによって、珪石れんが温度の上限値はほぼ一定とな
り、過剰燃焼が抑制され、蓄熱量を最小限値で一定にす
ることができ、省エネルギー化を図ることができる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明の特徴を具体的に説明する。

熱風炉においては、燃料を燃焼し、その熱量によってれ
んかに蓄熱させる行程と、蓄熱されたれんが内に燃焼ガ
スとは対向流に被加熱体を流して加熱する行程とがある
。炉の特性として、炉のドーム温度は燃焼ガスのフレー
ム温度に律束される。

一方、蓄熱室下端温度は被加熱体の温度に律束される。

そこで、被加熱体を過不足なく指定の温度に加熱するこ
とは、燃焼の管理、効率、省コスト達成上、特に重要で
ある。

それには、どのくらいの蓄熱量に燃焼するかがキーポイ
ントになる。

本発明においては、炉の蓄熱量を最も良く代表している
蓄熱用珪石れんが、たとえば炉高中央位置の蓄熱用珪石
れんかに蓄熱温度計を設置し、蓄熱温度が所定の設定値
に近づくように燃焼量を自動的にコントロールするもの
である。その結果として、蓄熱量が一定となる。

ここで、燃焼制御方法としては、次の３つの方法がある
。

■　蓄熱、加熱ｌサイクルの蓄熱温度の平均値及びその
変化率から燃焼量を設定する方法。

■　蓄熱中の蓄熱温度がある設定値以上になった場合、
燃焼量を低下させる方法。

■　蓄熱中の蓄熱温度がある設定値以下の場合、燃焼量
を増加させる方法。

これら■〜■のいずれの方法も、コンピュータ或いはデ
ィジタル計装による自動制御が可能である。また、■及
び■の方法は、簡単なアナログ計装システムによる制御
も可能である。

第１図は、本発明の燃焼制御方法を実施するための自動
制御の流れ図である。

第１図において、１及び２はそれぞれ熱風炉を構成する
燃焼室及び蓄熱室である。この蓄熱室２の蓄熱体である
珪石れんかには、それぞれ異なる個所に複数個の珪石れ
んが温度計３を挿入し、該蓄熱珪石れんがの炉径方向の
鉄皮内側部、比較的外側部及び中心部の温度を測定し、
それぞれの設定値を満足しているか否かを把握する。

この珪石れんが温度計３の各出力は、コンピュータ４及
び切換スイッチ５に入力される。切換スイッチ５は、複
数の珪石れんが温度計３のうちの一つを選択するもので
ある。選択された温度出力は、変換器６及び７を介して
珪石れんが温度調節計８に入力される。この珪石れんが
温度調節計８には蓄熱室２の珪石れんがの基準温度が設
定されており、この基準温度と実際の測定温度とを比較
してその偏差に応じた出力を次の自動選択器９に与える
。

Ｂガス流量設定器ｌＯは、Ｂガスすなわち高炉ガスの流
量の最大値を設定するものである。そして自動選択器９
は、珪石れんが温度調節計８の出力とＢガス流量設定器
ｌＯの出力とのうち、いずれか低い方の出力を選択して
次のＢガス流量調節計１１に与える。このＢガス流量調
節計１１は、自動選択器９の出力信号に基づいて油圧操
作器１２を制御し、燃焼室ｌに送られるＢガスの流量を
調節する。

なお、蓄熱室２と煙道との流路には排ガス温度計１３が
従来と同様に設けられ、その出力はコンピュータ４に入
力されている。

また、珪石れんが温度計３は、該蓄熱用珪石れんがの炉
径方向の鉄皮内側部、比較的外側部及び中心部のいずれ
か一点とし、この部位の温度に基づいて制御するか、或
いは鉄皮内側部、比較的外側部及び中心部にそれぞれ設
けてその部位の温度に基づいて制御してもよい。更にま
た、その部位における温度に基づき珪石れんが容積と比
熱から蓄熱量を求め、該蓄熱量を指標として管理するこ
とにより、より好ましい結果が得られる。

次に、上記の構成の自動制御システムの動作について説
明する。

＋１１　　燃焼の初期においては、珪石れんがの温度す
なわち蓄熱温度θは低く、設定温度θ、と大幅な開きが
ある。このため、珪石れんが温度調節計８の出力は、全
開出力（最大出力）となっている。

また、自動選択器９は、珪石れんが温度調節計８の出力
とＢガス流量設定器１０の出力のうちレベルの低い方を
選択するよう構成されているため、Ｂガス流量設定器１
０の出力の方を選択し、Ｂガス流量設定器１０の設定値
によるガス流量で燃焼が行われる。

（２）珪石れんがの温度θが上昇するに従って、珪石れ
んが調節計８の設定温度θＲとの差が小さくなる。その
結果、珪石れんが調節計８の出力が低下する。そして、
珪石れんがの温度θが設定値θ、に達すると、珪石れん
が温度調節計８の出力は、Ｂガス流量設定器ＩＯの出力
より下回る。このため、自動設定器９によって自動的に
珪石れんが調節計８の出力が選択される。これにより、
Ｂガス流量調節計１１は、温度偏差に応じた出力に基づ
いて油圧操作器１２に指令を与え、Ｂガス量を制御する
。

なお、該ステップ（２）において、Ｂガス流量調節計１
１の出力の下限値（あるいは上限値）を予めある数値に
設定しておくことにより、珪石れんが温度調節計８から
の出力が選択された時点で、その下限値（上限値）がＢ
ガス流量調節計１１で設定されるようにすることができ
る。これにより、温度調節計８の設定温度θ２と珪石れ
んがの温度θとの温度偏差が大きな場合においても、Ｂ
ガス量が自動的にその下限値（上限値）に対応する流量
に規制され、珪石れんが温度の上昇が抑制され、一定温
度に制御される。

なお、Ｃガス（コークス炉ガス）とＢガスとの流量比率
Ｃ／Ｂを一定に設定しておくことにより、Ｂガス量の増
減に応じてＣガス量を増減する流量制御を行うこととす
る。

このような制御方法により、珪石れんが温度を必要最小
の温度になるように抑制し、珪石れんが温度の変動を抑
えることができる。更に、珪石れんかに対する下限管理
限界値の極限での管理が可能となる。これにより、省エ
ネルギー操業と設備保全管理の両方を同時に達成するこ
とができる。

表１に、本発明の方法を用いた場合の熱風炉の操業結果
を、排ガス温度を制御する従来法と比較して示す。

表　　１ この表１から判るように、本発明法を用いることにより
熱風炉の温度バラツキを大幅に縮小できることから、炉
体を損傷することなく珪石れんが温度及び送風温度を下
限域に制御できる。また、本発明法による操業により、
熱効率も向上でき、結果として大幅な省エネルギー操業
を達成することができた。

この実施例においては、珪石れんがの温度に応した燃焼
制御をＢガス量の流量を制御することにより行う方法に
ついて述べているが、Ｂガスの配合比を制御することに
より燃焼制御を同様に行うことができることは当然であ
る。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明においては、蓄熱量を代表して
いる蓄熱珪石れんがの温度を直接検出して燃焼制御を行
うようにしている。このため、排ガスの温度から間接的
に蓄熱炉の温度を検出する従来の方法に比べて外乱の影
響を解消することができる。また、直接検出のため時間
遅れに起因する制御性の低下を抑えることができる。更
に、蓄熱珪石れんがの温度に基づいた直接的な制御方法
であるため、燃焼のバラツキがなく、風量変更やカロリ
ー変動等の外乱に対しても強く、蓄熱量を最小とする燃
焼、排ガス温度低下が可能となる。

また、蓄熱珪石れんが温度を一定に保つ制御を行うため
、珪石下限温度の管理限界値で極限で制御が可能となり
、設備保全、省エネルギー操業を同時に達成することが
可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制御方法を実施するための制御シ
ステムの流れ図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、熱風炉の蓄熱珪石れんが部の実測温度と予め設定さ
   れた該蓄熱珪石れんが部の設定温度との差に応じて、供
   給する燃料ガスの流量制御又は配合比制御を行うことを
   特徴とする熱風炉の燃焼制御方法。