特許 7142750 燃焼設備およびその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-15

(45)【発行日】2022-09-27

(54)【発明の名称】燃焼設備およびその制御方法

(51)【国際特許分類】

   F23L 1/00 20060101AFI20220916BHJP

   F23G 7/06 20060101ALI20220916BHJP

   F23N 3/00 20060101ALI20220916BHJP

【ＦＩ】

F23L1/00 C

F23G7/06 B

F23N3/00

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021109291

(22)【出願日】2021-06-30

【審査請求日】2021-06-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000211123

【氏名又は名称】中外炉工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100144200

【弁理士】

【氏名又は名称】奥西 祐之

(72)【発明者】

【氏名】高坂 篤

【審査官】藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１０２０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－０６６９４８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭５２－００７３１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５１－０５９７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９４３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１８３８９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｌ １／００

Ｆ２３Ｇ ７／０６

Ｆ２３Ｎ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料供給経路から供給される燃料ガスを、空気供給経路から供給される空気で燃焼する加熱炉と、
前記加熱炉の内で燃焼によって発生した燃焼排ガスを前記加熱炉の外に排出する煙道と、
前記煙道に接続される煙突と、
前記空気供給経路から分岐されて外気に連通する外気連通経路と、
前記外気連通経路から分岐されて前記煙道または前記煙突の底部と連通するバイパス経路と、
前記空気供給経路を流れる燃料ガスの流量を測定する流量計と、
前記外気連通経路に設けられるブリード弁と、
前記流量計によって測定された燃料ガスの流量に基づいて前記ブリード弁を制御するコントローラと、を備え、
前記加熱炉における燃焼に供されなかった余剰空気は、前記バイパス経路を通じて前記煙道または前記煙突の前記底部に供給されることを特徴とする、燃焼設備。

【請求項2】

前記煙道は、前記加熱炉の内での圧力を制御する炉圧制御ダンパを前記加熱炉の側に有し、
前記バイパス経路は、前記炉圧制御ダンパよりも前記煙突の側に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼設備。

【請求項3】

前記コントローラは、燃料ガスの流量が少なくなるほど、前記ブリード弁の開度を小さくする制御を行うことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の燃焼設備。

【請求項4】

請求項１に記載の燃焼設備において、燃料ガスの流量が少なくなるほど、前記ブリード弁の開度を小さくする制御を行うことによって、前記バイパス経路を流れる余剰空気の流量を多くして、前記加熱炉に対する前記煙突のドラフトによる吸引力を小さくすることを特徴とする、燃焼設備の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、燃焼設備およびその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、加熱炉の内で発生した燃焼排ガスを加熱炉の外に排出させる煙道を備える加熱炉を開示する。

【0003】

特許文献１には開示されていないが、通常、煙道に対して煙突が接続されており、燃焼排ガスは、煙突のドラフト（上昇気流）によって加熱炉の外に排出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－４８０２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

煙突のドラフトによる吸引力は、煙突の高さによって決まるため、燃焼量に応じて適宜に変化させることが難しい。言い換えると、バーナの燃焼量を少なくして炉内に排出される燃焼排ガス量が少ない場合でも、煙突は、大きな吸引力によって、炉内の燃焼排ガスを炉外に吸引しようとする。そのため、加熱炉において、バーナの燃焼量を少なくする場合、バーナの燃焼がバランスを失い、燃焼および炉内圧力を安定して制御することが難しいという問題がある。

【0006】

一方、バーナの燃焼量を少なくする場合、必要となる燃焼空気量が少なくなるので、ブロアで供給された燃焼空気の一部は、ブリード弁を開けることによって炉外に捨てられている。

【0007】

そこで、この発明の課題は、加熱炉において、燃焼量を少なくする場合でも燃焼および炉内圧力を安定して制御する燃焼設備を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、この発明の一態様に係る燃焼設備は、
燃料供給経路から供給される燃料ガスを、空気供給経路から供給される空気で燃焼する加熱炉と、
前記加熱炉の内で燃焼によって発生した燃焼排ガスを前記加熱炉の外に排出する煙道と、
前記煙道に接続される煙突と、
前記空気供給経路から分岐されて外気に連通する外気連通経路と、
前記外気連通経路から分岐されて前記煙道または前記煙突の底部と連通するバイパス経路とを備え、
前記加熱炉における燃焼に供されなかった余剰空気は、前記バイパス経路を通じて前記煙道または前記煙突の前記底部に供給されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

この発明によれば、燃焼量が少ない場合に、炉外に捨てられていた余剰空気をバイパス経路を通じて燃焼排ガスと合流させることによって、炉内に対する煙突のドラフトによる吸引力が小さくなるので、加熱炉における燃焼および炉内圧力を安定して制御できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態に係る燃焼設備を模式的に説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら、この発明に係る燃焼設備１の実施の形態を説明する。

【0012】

〔実施形態〕
図１を参照しながら、一実施形態に係る燃焼設備１を説明する。図１は、一実施形態に係る燃焼設備１を模式的に説明する図である。なお、図１において、弁の白抜き表示は弁の開状態を示し、弁の黒ベタ表示は弁の閉状態を示す。

【0013】

図１に示すように、燃焼設備１は、加熱炉２と、煙道５と、煙突６とを備える。加熱炉２は、複数の燃焼バーナ３によって燃料ガスを燃焼空気で燃焼して、被加熱材を所定温度に加熱する。加熱炉２は、例えば、熱間圧延設備における連続式の加熱炉２である。連続式の加熱炉２は、例えば、加熱炉２の内に装入された被加熱材であるスラブ（鋳片）を、搬送手段であるウォーキングビームによって搬送しながら、加熱炉２での予熱帯、加熱帯および均熱帯を順次通過する間に加熱する。なお、加熱炉２には、加熱炉２の内で燃焼と排気とを交互に繰り返しながら排気時に燃焼排ガスの排熱を蓄熱体によって排熱を回収し、燃焼時に、蓄熱体に蓄熱された熱によって燃焼空気を予熱する蓄熱式バーナを設置することもできる。

【0014】

煙道５は、加熱炉２に接続されて、加熱炉２の内で燃焼によって発生した燃焼排ガスを加熱炉２の外に排出する排気経路である。煙道５の一側が、加熱炉２の上部に接続され、煙道５の他側が、煙突６の底部７に接続される。ここで、煙突６の底部７とは、煙突６の底面に限らず、煙突６の底に近い側面であってもよい。

【0015】

煙道５には、炉圧制御ダンパ１８が設けられる。炉圧制御ダンパ１８は、煙道５における加熱炉２の側に配置されて、加熱炉２の圧力が煙突６のドラフトによる吸引力（以下、煙突６のドラフト力という。）とバランスするように圧力を制御する働きを有する。煙突６は、煙道５に接続されて、煙道５を流通する燃焼排ガスを外部に放出する排気経路である。

【0016】

燃焼バーナ３の空気供給経路２１には、外部の空気（以下、外気という。）を取り込むための空気供給ブロワ１１が設けられる。空気供給経路２１は、複数の燃焼バーナ３に対応して、複数の分岐空気経路に分岐される。分岐空気経路のそれぞれには、燃焼空気制御弁１４が設けられる。燃焼空気制御弁１４は、空気供給経路２１を流れる燃焼空気を制御する。

【0017】

燃焼バーナ３の燃料供給経路２２には、燃料ガスの供給または停止を行う燃料ガス用開閉弁１２が設けられる。燃料供給経路２２は、複数の燃焼バーナ３に対応して、複数の分岐ガス経路に分岐される。分岐ガス経路のそれぞれには、燃料ガス制御弁１５が設けられる。燃料ガス制御弁１５は、燃料供給経路２２を流れる燃料ガスを制御する。燃料供給経路２２における燃料ガス用開閉弁１２と燃料ガス制御弁１５との間には、流量計１３が設けられる。流量計１３は、燃料供給経路２２を流れる燃料ガスの流量を測定する。

【0018】

燃焼空気制御弁１４を開いて燃焼空気を燃焼バーナ３に供給するとともに、燃料ガス制御弁１５を開いて燃料ガスを燃焼バーナ３に供給することによって、燃料ガスを燃焼空気で燃焼する。これにより、火炎が生成されるとともに燃焼排ガスが生成される。

【0019】

空気供給経路２１には、燃焼空気制御弁１４の手前（上流側）で分岐されるとともに外気に連通する外気連通経路２３が接続される。外気連通経路２３には、バイパス弁１６が設けられる。加熱炉２での燃焼量が多い場合、バイパス弁１６が閉じられて、空気供給経路２１から供給される空気の全量が、燃焼空気として燃焼に利用される。

【0020】

外気連通経路２３におけるバイパス弁１６の下流側（外気側）には、ブリード弁１７が設けられる。ブリード弁１７は、燃焼量が少ない場合に、加熱炉２における燃焼に供されずに余分となった余剰空気を外気に逃がす働きを有する。

【0021】

バイパス弁１６およびブリード弁１７の両方が開けられると、外気連通経路２３を流通する空気が外気に放出される。加熱炉２での燃焼量が少ない場合、バイパス弁１６が開けられるとともにブリード弁１７が閉じられると、外気連通経路２３を流通する空気が、バイパス経路２４を流通するようになる。したがって、空気供給経路２１から供給される空気は、燃焼空気および余剰空気となる。

【0022】

外気連通経路２３からは、バイパス経路２４が分岐される。バイパス経路２４の一端が、外気連通経路２３におけるバイパス弁１６とブリード弁１７との間に接続される。バイパス経路２４の他端が、煙道５または煙突６の底部７に接続される。したがって、バイパス経路２４は、外気連通経路２３と、煙道５または煙突６の底部７とを連通する。煙道５または煙突６の底部７では、余剰空気が、バイパス経路２４を通じて燃焼排ガスと合流する。

【0023】

図１に示した実施の形態では、バイパス経路２４の他端が煙道５に接続される。上述したように、炉圧制御ダンパ１８が、煙道５における加熱炉２の側に設けられる。そして、例えば、バイパス経路２４は、炉圧制御ダンパ１８よりも煙突６の側に接続される。すなわち、煙道５において、炉圧制御ダンパ１８の設置場所と、バイパス経路２４の接続場所とが離間している。これにより、加熱炉２における炉圧が、バイパス経路２４を流通する余剰空気の影響を受けにくくなる。

【0024】

コントローラ１０は、流量計１３およびブリード弁１７に電気的に接続される。コントローラ１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）を含むコンピュータなどを用いて構成される。コントローラ１０は、流量計１３で測定される燃料ガスの流量データを受け取る。コントローラ１０は、燃料ガスの流量データに基づいて、ブリード弁１７の開度を制御する。ブリード弁１７を閉じると、余剰空気は、バイパス経路２４を通じて、煙道５または煙突６の底部７に供給される。ブリード弁１７を開けると、余剰空気は、外気連通経路２３を通じて、外気に放出される。

【0025】

コントローラ１０は、流量計１３によって燃料ガスの流量を測定しており、流量計１３によって測定された燃料ガスの流量に基づいて、ブリード弁１７を制御する。コントローラ１０は、流量計１３によって測定された燃料ガスの流量が少ない場合には、燃焼バーナ３の燃焼量、つまり加熱炉２での燃焼量が少なく、排出される燃焼排ガスの量も少ないと判断する。空気供給ブロワ１１によって空気供給経路２１に供給される空気の流量は、ほぼ一定であるので、加熱炉２での燃焼量が少ない場合に、余剰空気が発生する。

【0026】

コントローラ１０は、加熱炉２での燃焼量が少ないと判断すると、ブリード弁１７の開度が小さくなるように制御する。余剰空気は、バイパス経路２４を通じて、煙道５または煙突６の底部７に供給され、加熱炉２において燃焼によって発生した燃焼排ガスと合流する。コントローラ１０がブリード弁１７の開度を小さくする制御を行うことによって、バイパス経路２４を流れる余剰空気の流量が多くなる。バイパス経路２４を通じて煙道５または煙突６の底部７に供給される余剰空気の流量が多くなるほど、炉内の燃焼排ガスを吸引して排出しようとする煙突６のドラフト力が小さくなる。また、余剰空気は、燃焼排ガスと比較して低温であるので、煙突６のドラフト力を抑制する。これにより、燃焼量が少ない場合でも、加熱炉２における燃焼および炉内圧力を安定して制御できる。

【0027】

この発明の具体的な実施の形態や数値について説明したが、この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

【0028】

この発明および実施形態をまとめると、次のようになる。

【0029】

この発明の一態様に係る燃焼設備１は、
燃料供給経路２２から供給される燃料ガスを、空気供給経路２１から供給される空気で燃焼する加熱炉２と、
前記加熱炉２の内で燃焼によって発生した燃焼排ガスを前記加熱炉２の外に排出する煙道５と、
前記煙道５に接続される煙突６と、
前記空気供給経路２１から分岐されて外気に連通する外気連通経路２３と、
前記外気連通経路２３から分岐されて前記煙道５または前記煙突６の底部７と連通するバイパス経路２４とを備え、
前記加熱炉２における燃焼に供されなかった余剰空気は、前記バイパス経路２４を通じて前記煙道５または前記煙突６の前記底部７に供給されることを特徴とする。

【0030】

上記構成によれば、燃焼量が少ない場合に、余剰空気がバイパス経路２４を通じて燃焼排ガスと合流するので、加熱炉２における燃焼および炉内圧力を安定して制御できる。

【0031】

また、一実施形態の燃焼設備１では、
前記煙道５は、前記加熱炉２の内での圧力を制御する炉圧制御ダンパ１８を前記加熱炉２の側に有し、
前記バイパス経路２４は、前記炉圧制御ダンパ１８よりも前記煙突６の側に接続される。

【0032】

上記実施形態によれば、加熱炉２における炉圧が、バイパス経路２４を通じて供給される余剰空気の影響を受けにくくなる。

【0033】

また、一実施形態の燃焼設備１では、
前記空気供給経路２１を流れる燃料ガスの流量を測定する流量計１３と、
前記外気連通経路２３に設けられるブリード弁１７と、
前記流量計１３によって測定された燃料ガスの流量に基づいて前記ブリード弁１７を制御するコントローラ１０をさらに備える。

【0034】

上記実施形態によれば、燃焼の自動制御を低コストで実現できる。

【0035】

また、流量計１３およびブリード弁１７は、通常、燃焼設備１に既に設けられているため、新たに設ける必要が無い。これにより、従来の構造にバイパス経路２４を新たに設けるだけで、少ない燃焼量でも安定して燃焼させることを低コストで実現できる。

【0036】

また、一実施形態の燃焼設備１では、
前記コントローラ１０は、燃料ガスの流量が少なくなるほど、前記ブリード弁１７の開度を小さくする制御を行う。

【0037】

上記実施形態によれば、余剰空気が燃焼排ガスと合流することによって、炉内の燃焼排ガスに対する煙突６のドラフト力が小さくなるので、加熱炉２における燃焼および炉内圧力を安定して制御できる。

【0038】

この発明の別の局面に係る燃焼設備１の制御方法は、
上述した燃焼設備１において、燃料ガスの流量が少なくなるほど、前記ブリード弁１７の開度を小さくする制御を行うことによって、前記バイパス経路２４を流れる余剰空気の流量を多くして、前記加熱炉２に対する前記煙突６のドラフトによる吸引力を小さくすることを特徴とする。

【0039】

上記実施形態によれば、余剰空気が燃焼排ガスと合流することによって、炉内の燃焼排ガスに対する煙突６のドラフト力が小さくなるので、加熱炉２における燃焼および炉内圧力を安定して制御できる。

【符号の説明】

【0040】

１…燃焼設備
２…加熱炉
３…燃焼バーナ
５…煙道
６…煙突
７…底部
１０…コントローラ
１１…空気供給ブロワ
１２…燃料ガス用開閉弁
１３…流量計
１４…燃焼空気制御弁
１５…燃料ガス制御弁
１６…バイパス弁
１７…ブリード弁
１８…炉圧制御ダンパ
２１…空気供給経路
２２…燃料供給経路
２３…外気連通経路
２４…バイパス経路

【要約】

【課題】加熱炉における燃焼および炉内圧力を安定して制御する燃焼設備を提供する。
【解決手段】燃焼設備１は、燃料供給経路２２から供給される燃料ガスを、空気供給経路２１から供給される空気で燃焼する加熱炉２と、加熱炉２の内で燃焼によって発生した燃焼排ガスを加熱炉２の外に排出する煙道５と、煙道５に接続される煙突６と、空気供給経路２１から分岐されて外気に連通する外気連通経路２３と、外気連通経路２３から分岐されて煙道５または煙突６の底部７と連通するバイパス経路２４とを備え、加熱炉２における燃焼に供されなかった余剰空気は、バイパス経路２４を通じて煙道５または煙突６の底部７に供給される。
【選択図】図１

【図1】