工业炉以及工业炉的燃烧控制方法与流程

本发明涉及使燃烧用空气和燃料混合、使燃料燃烧的工业炉。尤其涉及具备以下特征的工业炉：在使燃烧用空气和燃料混合、使其燃烧时，与以往的情况相比可进一步抑制燃烧时的火焰温度变高、nox的产生量变多，在可得到安全的环境条件的同时、可稳定进行高效燃烧。

背景技术：

以往，在加热炉等工业炉中，使燃烧用空气和燃料混合、使燃料燃烧，在燃烧的炉内对被处理物进行加热处理。

因此，在这样的工业炉中，使燃烧用空气和燃料混合、使燃料燃烧时，以往如专利文献1和专利文献2等所示，已知使通过燃烧用空气供给管供给的燃烧用空气、和通过燃料供给管供给的燃料混合，这样、使与燃烧用空气混合的燃料在炉内燃烧，或者从燃料供给管向着从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气供给燃料，在炉内以使供给的燃烧用空气和上述的燃料接触的方式进行混合，使燃料燃烧。

此处，在从燃料供给管对通过燃烧用空气供给管供给的燃烧用空气供给燃料、使燃烧用空气和燃料混合、使燃料燃烧的情况下，为了使燃烧用空气和燃料迅速混合、燃烧，通常，一方面燃烧时的火焰的温度变高、炉内的温度迅速上升，另一方面如果在该状态下持续燃烧，则存在nox的产生量变多的问题。

此外，从燃料供给管向着从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气供给燃料，以使燃料在炉内与燃烧用空气接触的方式混合、使燃料燃烧的情况下，燃料一边与燃烧用空气缓慢接触、一边燃烧，与如上的使通过燃烧用空气供给管供给的燃烧用空气和从燃料供给管供给的燃料直接混合、使其燃烧的情况相比，可使nox的产生量变少。

但是，近年来，为了充分抑制nox导致的大气污染和对人体的不良影响、得到安全的环境条件，希望进一步减少nox的产生量，希望一种进一步使燃烧时的nox的产生量减少的工业炉。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3031908号公报

专利文献2：日本专利第5171065号公报

技术实现要素：

本发明的课题是解决使燃烧用空气和燃料混合、使燃料燃烧的工业炉中的如上所述的问题。

即，本发明的工业炉中，在使燃烧用空气和燃料混合、使其燃烧时，与以往的情况相比可进一步抑制燃烧时的火焰温度等变高、炉内温度上升、nox的产生量增加，在可得到安全的环境条件的同时、可稳定进行高效燃烧。

本发明的工业炉为了解决如上所述的课题，具有以下特征：在使燃烧用空气和燃料混合、使燃料燃烧的工业炉中，在设置使燃料与从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气接触·混合、使燃料燃烧的接触混合式燃烧机构，和向着自从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气离开的方向、以与上述的燃烧用空气不直接接触的方式、向炉内供给燃料、使该燃料与通过上述的接触混合式燃烧机构使燃料燃烧后的燃烧废气中含有的燃烧用空气混合、燃烧的非接触式燃烧机构的同时，作为控制该工业炉的控制机构，设置如下的控制机构：通过上述的接触混合式燃烧机构，使从燃烧用空气供给管供给的燃烧用空气和燃料混合、使燃料燃烧、使炉内温度上升到燃料的自燃温度后，如果炉内的nox的产生量增加，则减少接触混合式燃烧机构中供给的燃料的量，另一方面通过上述的非接触式燃烧机构，向着自从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气离开的方向、以与上述的燃烧用空气不直接接触的方式向炉内供给燃料，使该燃料与通过上述的接触混合式燃烧机构使燃料燃烧后的燃烧废气中含有的燃烧用空气混合、燃烧的控制机构。

此处，本发明的工业炉中，作为上述的接触混合式燃烧机构，可设置在燃烧用空气供给管内、对通过燃烧用空气供给管供给的燃烧用空气供给来自第一燃料供给管的燃料、在燃烧用空气供给管内使燃料与燃烧用空气混合、燃烧的第一接触混合式燃烧机构，和从第二燃料供给管向着从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气供给燃料、以使燃料在炉内与燃烧用空气接触的方式混合、使燃料燃烧的第二接触混合式燃烧机构，但优选至少设置上述的第二接触混合式燃烧机构。

此外，本发明的上述的工业炉中，作为上述的非接触式燃烧机构，可使用具有向着自从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气离开的方向、以与上述的燃烧用空气不直接接触的方式、向炉内供给燃料的第三燃料供给管，使从该第三燃料供给管供给的燃料与通过上述的接触混合式燃烧机构使燃料燃烧后的燃烧废气中含有的燃烧用空气混合、燃烧的机构。

此外，上述的工业炉中，可在远离上述的接触混合式燃烧机构的非接触式燃烧机构中的第三燃料供给管的附近的炉内，设置检出燃烧废气中含有的氧和一氧化碳的至少一方的浓度的浓度传感器。

此外，本发明的上述的工业炉中，在以成对的方式设置上述的燃烧用空气供给管的同时，可在成对的各燃烧用空气供给管中分别设置收容了蓄热材料的蓄热部，一方面通过收容在上述的蓄热部中的蓄热材料加热通过一个燃烧用空气供给管供给的燃烧用空气，另一方面通过另一个燃烧用空气供给管将炉内的燃烧废气导至收容上述的蓄热材料的蓄热部，将燃烧废气的热量储热在蓄热部中的蓄热材料中并进行排气。这样，可通过对燃料燃烧后的燃烧废气的热量进行蓄热的蓄热部，对通过燃烧用空气供给管供给的燃烧用空气进行加热，有效利用燃烧废气的热量。

此处，本发明的上述的工业炉中，设置控制工业炉的控制机构，使用该控制机构，通过上述的接触混合式燃烧机构，使从燃烧用空气供给管供给的燃烧用空气和燃料混合、使燃料燃烧、使炉内温度上升到燃料的自燃温度后，如果增加炉内的nox的产生量，则减少接触混合式燃烧机构中供给的燃料的量，另一方面通过上述的非接触式燃烧机构，向着自从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气离开的方向向炉内供给燃料，使该燃料与通过上述的接触混合式燃烧机构使燃料燃烧后的燃烧废气中含有的燃烧用空气混合、燃烧。

这样，能够抑制通过接触混合式燃烧机构使供给的燃料大量燃烧而nox的产生量增加的情况，同时可通过非接触式燃烧机构、利用向着自从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气离开的方向供至炉内的燃料使通过上述的接触混合式燃烧机构使燃料燃烧后的燃烧废气中含有的燃烧用空气燃烧，藉此能够有效利用从燃烧用空气供给管供给的燃烧用空气，使燃料高效燃烧。

此外，在本发明的上述的工业炉中，作为上述的接触混合式燃烧机构，优选如下形态：设置上述的第一接触混合式燃烧机构和第二接触混合式燃烧机构，通过上述的第一接触混合式燃烧机构，使从燃烧用空气供给管供给的燃烧用空气和自第一燃料供给管供给的燃料混合、使燃料燃烧，在使炉内温度上升到燃料的自燃温度、使第一接触混合式燃烧机构停止后，通过上述的第二接触混合式燃烧机构，从第二燃料供给管向着从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气供给燃料，以使燃料在炉内与燃烧用空气接触的方式混合、使燃料燃烧，之后，如果通过基于第二接触混合式燃烧机构的燃烧nox的产生量增加、则减少从第二燃料供给管供给的燃料的量，另一方面通过上述的非接触式燃烧机构，以不与从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气直接接触的方式，向着从上述的燃烧用空气离开的方向从第三燃料供给管向炉内供给燃料，使该燃料与通过上述的接触混合式燃烧机构使燃料燃烧后的燃烧废气中含有的燃烧用空气混合、燃烧。

这样，可通过上述的第一接触混合式燃烧机构，使从燃烧用空气供给管供给的燃烧用空气和从第一燃料供给管供给的燃料混合、使燃料燃烧，使炉内温度迅速上升到燃料的自燃温度。因此，如果在炉内温度上升到燃料的自燃温度后，使第一接触混合式燃烧机构停止，通过上述的第二接触混合式燃烧机构，向着从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气从第二燃料供给管供给燃料，以使燃料在炉内与燃烧用空气接触的方式进行混合，使燃料燃烧，则与通过第一接触混合式燃烧机构使燃料燃烧的情况相比，燃料的燃烧变得缓慢，抑制了炉内温度急剧上升，抑制了nox的产生量增加。

此外，即使在通过上述的第二接触混合式燃烧机构，向着从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气从第二燃料供给管供给燃料，以燃料在炉内与燃烧用空气接触的方式混合、使燃料燃烧的情况下，如果炉内温度上升、nox的产生量增加，则减少如上所述从第二燃料供给管供给的燃料的量，另一方面通过上述的非接触式燃烧机构，以不与从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气直接接触的方式，向着从上述的燃烧用空气离开的方向从第三燃料供给管将燃料供至炉内，使该燃料与通过上述的接触混合式燃烧机构使燃料燃烧后的燃烧废气中含有的燃烧用空气混合、燃烧，藉此可维持对炉内温度上升的抑制和对nox的产生的抑制，同时可有效利用燃烧废气中含有的燃烧用空气、进行高效的燃烧。

此外，在本发明的上述的工业炉中，如果如上所述通过基于第二接触混合式燃烧机构的燃烧而nox的产生量增加，则减少从第二燃料供给管供给的燃料的量，另一方面通过上述的非接触式燃烧机构，以不与从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气直接接触的方式，向着从上述的燃烧用空气离开的方向从第三燃料供给管向炉内供给燃料，使该燃料与燃烧废气中含有的燃烧用空气混合、燃烧时，优选在上述的第三燃料供给管的附近的炉内，设置检出燃烧废气中含有的氧和一氧化碳的至少一方的浓度的浓度传感器，基于通过上述的浓度传感器检出的氧和一氧化碳的至少一方的浓度，控制从上述的第二燃料供给管供给的燃料的量和从上述的第三燃料供给管供给的燃料的量。

此处，如果通过上述的浓度传感器检出的氧浓度下降到规定值、或一氧化碳浓度达到规定值以上，则从第三燃料供给管供给的燃料没有恰当地燃烧、成为过剩存在的状态，由于该燃料有爆炸的危险性，因此在该情况下，在减少从第三燃料供给管供给的燃料的量的同时，增加从第二燃料供给管供给的燃料的量。如果像这样控制从第三燃料供给管供给的燃料的量、和从第二燃料供给管供给的燃料的量，则可在抑制基于燃烧的nox的产生的同时、进行安全的燃烧。

本发明的工业炉中，在设有使燃料与从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气接触·混合、使燃料燃烧的接触混合式燃烧机构，和向着自从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气离开的方向将燃料供至炉内、使该燃料与通过上述的接触混合式燃烧机构使燃料燃烧后的燃烧废气中含有的燃烧用空气混合、燃烧的非接触式燃烧机构的同时，设置控制该工业炉的控制机构，使用该控制机构，通过上述的接触混合式燃烧机构，使从燃烧用空气供给管供给的燃烧用空气和燃料混合、使燃料燃烧，使炉内温度上升至燃料的自燃温度，如果炉内的nox的产生量增加，则减少接触混合式燃烧机构中供给的燃料的量，另一方面通过上述的非接触式燃烧机构，以不与从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气直接接触的方式，向着从上述的燃烧用空气离开的方向从第三燃料供给管向炉内供给燃料，使该燃料与通过上述的接触混合式燃烧机构使燃料燃烧后的燃烧废气中含有的燃烧用空气混合、燃烧。

其结果是，本发明的工业炉中，在抑制通过接触混合式燃烧机构使供给的燃料大量燃烧而nox的产生量增加的同时，可使燃烧废气中含有的燃烧用空气通过非接触式燃烧机构利用供给的燃料不浪费地燃烧，藉此能够有效利用从燃烧用空气供给管供给的燃烧用空气、使燃料高效地燃烧。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的工业炉中，在炉的相向的一对的炉壁上，作为分别在燃烧用空气供给管设置收容有蓄热材料的蓄热部的一对蓄热式的燃烧机构、设有使燃料与从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气接触·混合、使燃料燃烧的第一以及第二的接触混合式燃烧机构，和以不与从燃烧用空气供给管供至炉内的燃烧用空气直接接触的方式向炉内供给燃料、使该燃料与燃烧废气中含有的燃烧用空气混合、燃烧的非接触式燃烧机构的状态的简单剖面图。

图2是表示上述的实施方式的工业炉中，使用第一以及第二的接触混合式燃烧机构和非接触式燃烧机构、使从上述的燃烧用空气供给管供给的燃烧空气和燃料燃烧的状态，(a)是表示第一接触混合式燃烧机构中，对于通过燃烧用空气供给管供给的燃烧用空气，以使燃料从第一燃料供给管直接混合的方式供给、使其燃烧的状态的部分简单剖面图，(b)是表示使燃料停止从上述的第一燃料供给管供给，在第二接触混合式燃烧机构中，向着通过燃烧用空气供给管供给的燃烧用空气从第二燃料供给管供给燃料，以使该燃料在炉内与燃烧用空气接触的方式混合、燃烧的状态的部分简单剖面图，(c)是表示将上述的第二接触混合式燃烧机构与上述的非接触式燃烧机构组合、在抑制nox的产生的同时使燃料燃烧的状态的部分简单剖面图。

具体实施方式

基于附图，对本发明的实施方式的工业炉进行具体说明。另外，本发明的工业炉不限于下述实施方式所示，在不改变发明的技术思想的范围内，可实施适当变更。

在该实施方式中的工业炉中，如图1所示，在炉10的相向的一对炉壁11上，在分别以成对的方式设置燃烧用空气供给管20的同时，在成对的各个燃烧用空气供给管20中分别设置收容有蓄热材料21a的蓄热部21，一方面利用被上述的蓄热部21收容、蓄热的蓄热材料21a将通过一个燃烧用空气供给管20供至炉10内的燃烧用空气a1加热，另一方面通过另一个燃烧用空气供给管20将使炉10内燃料f(f1～f3)燃烧后的燃烧废气a2导至上述的蓄热部21中，使该燃烧废气a2的热量蓄热在收容在该蓄热部21中的蓄热材料21a中，使其从燃烧用空气供给管20排气。

于是，在该实施方式的工业炉中，设有：对于上述的各燃烧用空气供给管20，从第一燃料供给管31向分别通过燃烧用空气供给管20供给的燃烧用空气a1供给燃料f1，使燃料f1与燃烧用空气a1混合、使其燃烧的第一接触混合式燃烧机构；自第二燃料供给管32向从燃烧用空气供给管20供至炉10内的燃烧用空气a1供给燃料f2，以使该燃料f2在炉10内中与燃烧用空气a1接触的方式使其混合、使燃料f2燃烧的第二接触混合式燃烧机构；向着离开从燃烧用空气供给管20供至炉10内的燃烧用空气a1的方向，以不与上述的燃烧用空气a1直接接触的方式自第三燃料供给管33对炉10内供给燃料f3，使该燃料f3通过上述的第一接触混合式燃烧机构或第二接触混合式燃烧机构在炉10内与燃料f1、f2燃烧后的燃烧废气a2中含有的燃烧用空气a1混合、使其燃烧的非接触式燃烧机构。

此外，在该实施方式中，对上述的第一燃料供给管31设置调整燃料f1的供给·停止等的第一阀31a，对上述的第二燃料供给管32设置调整燃料f2的供给·停止等的第二阀32a，对上述的第三燃料供给管33设置调整燃料f3的供给·停止等的第三阀33a。

此外，设置检出上述的第三燃料供给管33的附近中的炉10内的氧或一氧化碳的浓度的浓度传感器41，将通过该浓度传感器41检出的氧或一氧化碳的浓度的检出结果输出到控制装置40。于是，基于这样从浓度传感器41输出的氧或一氧化碳的浓度的检出结果，通过上述的控制装置40，控制上述的第二燃料供给管32中的第二阀32a、或第三燃料供给管33中的第三阀33a，以调整通过第二燃料供给管32供至炉10内的燃料f2的量、或通过第三燃料供给管33供至炉10内的燃料f3的量。

接着，对在该实施方式中的工业炉中，从上述的燃烧用空气供给管20供给燃烧用空气a1、使燃料f(f1～f3)燃烧的情况进行具体说明。

首先，在从燃烧用空气供给管20供给燃烧用空气a1、使燃料f(f1～f3)燃烧时，在炉10内的温度没有到达燃料f自燃的温度的情况下，如图2(a)所示，将上述的第二阀32a以及第三阀33a设为关闭状态、仅打开上述的第一阀31a，利用上述的第一接触混合式燃烧机构，对通过收容有上述的蓄热材料21a的蓄热部21由燃烧用空气供给管20供给的燃烧用空气a1供给来自上述的第一燃料供给管31的燃料f1，使上述的燃烧用空气a1与燃料f1混合，通过引燃器(没有图示)等使燃烧用空气a1和燃料f1的混合物点火燃烧，在上述的一对燃烧用空气供给管20中，交替重复进行这样的操作，将炉10内的温度加热到使燃料f1自燃的温度为止。

于是，这样将炉10内的温度加热到使燃料f1自燃的温度为止之后，如图2(b)所示，在关闭上述的第一阀31a的同时，将上述的第三阀33a设为关闭状态、仅打开第二阀32a，通过上述的第二接触混合式燃烧机构，如上所述，从第二燃料供给管32向着从燃烧用空气供给管20供至炉10内的燃烧用空气a1供给燃料f2，以使该燃料f2在炉10内与燃烧用空气a1接触的方式混合、使其燃烧，在上述的一对燃烧用空气供给管20中交替重复进行这样的动作，将炉10加热到规定温度为止。

此处，这样，在将炉10内加热到规定温度为止的情况下，由于燃烧温度的上升等，炉10内的nox的产生量增加，如果通过nox传感器(没有图示)检测到燃烧废气a2中含有的nox的量达到规定量，则为了抑制炉10内的nox的产生，通过设于上述的第三燃料供给管33的附近的浓度传感器41，检出存在于第三燃料供给管33的附近的炉10内的燃烧废气a2中含有的氧或一氧化碳的浓度，将该结果输出到上述的控制装置40。

于是，如图2(c)所示，基于通过上述的浓度传感器41检出的存在于第三燃料供给管33的附近的炉10内的燃烧废气a2中含有的氧或一氧化碳的浓度的结果，通过上述的控制装置40，将处于上述的关闭状态的第三阀33a以适当量打开，在通过第三燃料供给管33将适当量的燃料f3供至炉10内的同时，控制上述的第二阀32a的打开状态，调整从第二燃料供给管32供至炉10内的燃料f2的量，将通过第三燃料供给管33供给的燃料f3的量和从第二燃料供给管32供至炉10内的燃料f2的量的总量(f3+f2)设为与通过第三燃料供给管33供给燃料f3之前从第二燃料供给管32供至炉10内的燃料f2的量相等的量，炉10内的整体的燃烧容量达到等量。

此处，在通过上述的浓度传感器41检出的存在于第三燃料供给管33的附近的炉10内的燃烧废气a2中含有的氧浓度变少、一氧化碳的浓度变多的情况下，通过上述的控制装置40，使通过上述的第三燃料供给管33供给的燃料f3减少，防止由于燃料f3而产生的爆炸或燃料f3与燃烧废气a2一起排出到外部的情况，另一方面使从上述的第二燃料供给管32供给的燃料f2的量增加与燃料f3减少的相同的量。反之，在通过上述的浓度传感器41检出的第三燃料供给管33的附近的炉10内的燃烧废气a2中含有的氧浓度变多、一氧化碳的浓度变少的情况下，通过上述的控制装置40，使通过上述的第三燃料供给管33供给的燃料f3增加，使燃烧后的气体中含有的氧充分燃烧，另一方面使从上述的第二燃料供给管32供给的燃料f2的量减少与燃料f3增加的相同的量。

如果这样设置，在抑制通过上述的第二接触混合式燃烧机构使供给的燃料f2大量燃烧而nox的产生量增加的同时，可使燃烧废气a2中含有的燃烧用空气a1利用通过非接触式燃烧机构的第三燃料供给管33供给的燃料f3燃烧，藉此可有效利用从燃烧用空气供给管20供给的燃烧用空气a1、使燃料f高效燃烧。

另外，在该实施方式的工业炉中，作为接触混合式燃烧机构，设有从第一燃料供给管31对通过燃烧用空气供给管20供给的燃烧用空气a1供给燃料f1，使燃料f1与燃烧用空气a1混合、使其燃烧的第一接触混合式燃烧机构，和从第二燃料供给管32向从燃烧用空气供给管20供至炉10内的燃烧用空气a1供给燃料f2，以使该燃料f2在炉10内与燃烧用空气a1接触的方式混合、使燃料f2燃烧的第二接触混合式燃烧机构这2个接触混合式燃烧机构，但例如也可在从第二燃料供给管32向从上述的燃烧用空气供给管20供至炉10内的燃烧用空气a1供给燃料f2的附近设置引燃器(没有图示)，使从该第二燃料供给管32供给的燃料f2在与燃烧用空气a1混合的状态下点火、使其燃烧，藉此不设置上述的第一接触混合式燃烧机构。

此外，在该实施方式的工业炉中，炉10中相向的一对炉壁11中，分别仅设置1个成对的燃烧用空气供给管20、仅设置一对蓄热式燃烧机构，但虽然没有图示，但也可以对各个炉壁11设置多对蓄热式燃烧机构。

而且，在该实施方式的工业炉中，在成对的燃烧用空气供给管20中分别设有收容有蓄热材料21a的蓄热部21，设置一方面通过被上述的蓄热部21收容、蓄热的蓄热材料21a加热通过一个燃烧用空气供给管20供至炉10内的燃烧用空气a1，另一方面将在炉10内使燃料f(f1～f3)燃烧后的燃烧废气a2通过另一个燃烧用空气供给管20导至上述的蓄热部21，将该燃烧废气a2的热量蓄热在收容于该蓄热部21的蓄热材料21a中的蓄热式燃烧机构，但也可设为使用不设有蓄热部21的通常的燃烧机构。

符号说明

10：炉

11：炉壁

20：燃烧用空气供给管

21：蓄热部

21a：蓄热材料

31：第一燃料供给管

31a：第一阀

32：第二燃料供给管

32a：第二阀

33：第三燃料供给管

33a：第三阀

40：控制装置

41：浓度传感器

a1：燃烧用空气

a2：燃烧废气

f(f1～f3)：燃料