JP3495509B2 - 水蒸気改質炉の燃焼ガス排出ダクト - Google Patents
水蒸気改質炉の燃焼ガス排出ダクトInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はメタノール製造装置
など水素を原料とする装置の水素供給設備として用いら
れる水蒸気改質炉の炉内構造である燃焼ガス排出ダクト
に関する。 【０００２】 【従来の技術】図４は従来の水蒸気改質炉の内部断面図
であり、メタノール製造装置等の水素を原料として必要
とする装置において水素供給設備として用いられるもの
である。図５はそのＣ−Ｃ矢視図である。両図におい
て、１は耐火断熱材で炉２０を構成している。２は燃焼
ガス排出ダクト、３は排出ダクト２の側面に設けられた
多数の開口からなる開口群、５は炉２０の頂部に配列し
た複数のバーナ、６は火炎、７はバーナ燃焼ガスであ
る。１０は原料ガス入口ヘッダで、原料ガスは触媒管１
５を通り、出口ヘッダ１１へと流出する。 【０００３】上記のように、耐火断熱材１に囲まれた炉
２０の頂部にバーナ５を多数配列し、これらバーナ列間
に原料とスチームの混合気を流通させる触媒管１５が設
けられ、原料ガス入口ヘッダ１０より混合気を出口ヘッ
ダ１１へと流通させる。バーナ燃焼ガス７はバーナ列の
直下の炉底部の排出ダクト２の側壁に分布させた開口群
３よりトンネル内に吸気され、炉外へと排出される。 【０００４】図６はこの排出ダクト２の平面図であり、
図７は左半分が図６のＤ−Ｄ矢視を、右半分がそのＥ−
Ｅ矢視を示している。両図に示すようにバーナ燃焼ガス
の排出量分布を均一にするためにその両側壁に設けた開
口群３は出口側に進むにつれて徐々に少なくしている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】前述の従来の水蒸気改
質炉ではバーナ群の燃焼負荷の均一性ならびにバーナ燃
焼ガス７の炉内流下の均一性（これにより触媒管群への
伝熱量が均等となる）や性能が重要であり、これは触媒
および触媒管１５の保全は維持のためには最も重要なも
のである。 【０００６】一旦運転に入ると燃焼ガス排出ダクト２は
調整不能となり、このためには排出ダクト２のガス排出
量分布が均一でなくてはならないが、図４，図７に示す
従来の排出ダクト２（トンネル）では、トンネルの両側
壁に分布配置する開口群３の分布の良否でトンネル長手
方向のガス吸気量が簡単に偏り、著しい場合はトンネル
出口片側半分に全ガスが偏って吸気される等の問題があ
った。 【０００７】トンネル内のガス量がトンネル出口側に行
くに従って増加することが必然であることから、トンネ
ル側壁の開口群を出口側に向かって徐々に減らすことは
基本であるが、この減少させ方が難しく、どうしてもガ
スの偏りをまねいていた。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために、次の手段を提供する。 【０００９】 水素を原料とする装置の水素供給設備と
して用いられる水蒸気改質炉の炉内で発生する燃焼ガス
排出ダクトにおいて、前記排出ダクトの上壁の位置を変
えることにより、同排出ダクトの燃焼ガス流れ方向の断
面積をガス出口側に進むにつれて高さ方向を漸時拡大さ
せると共に、同排出ダクトの両側壁下部に前後方向にお
いて一定数の開口を設け、前記排出ダクトの外側上壁中
央のガス流れ方向にガスの横流れ防止用仕切壁を設置し
たことを特徴とする水蒸気改質炉の燃焼ガス排出ダク
ト。 【００１０】 【００１１】 本発明は上記の手段により、ガスの吸気
量に合わせて排出ダクトの上壁の位置を変えて排出ダク
ト断面積を漸時拡大させたことにより、排出ダクト内を
流通するガスの流速はダクト内いたる場所で一定とな
る。即ち、ダクト内の静圧は一定となる。このダクトの
拡大については、例えばダクトの上壁を高さ方向にガス
吸気量に合わせて階段状に拡大させる。更に、排出ダク
ト下部の側壁の開口数は長手方向に一定で良く、開口数
は必要とする吸気力（炉内静圧と排出ダクト内静圧の
差）となるように決定されるが、排出ダクト下部に設け
ることで、触媒管群とガスの接触長さ、（言い換えれば
伝熱面積）も最大とすることができる。 【００１２】 また、炉内での排出ダクトの高さ方向に
ガス出口に向かって漸次拡大するように変化しているの
で、この上壁の変化を是正するため高さ一定となる中央
仕切壁が設けられ、これにより排出ダクト高さの差によ
るガスの横流れもなくなる。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の一形態に係る水蒸気改質炉の燃焼ガス排出ダクトの
全体の斜視図、図２はその平面図、図３は、その左半分
が図２におけるＡ−Ａ矢視、右半分がＢ−Ｂ矢視を示し
ている。 【００１４】これらの図において、１は改質炉壁、２２
は炉壁で囲まれた炉内の燃焼ガス排出ダクト（トンネ
ル）、２３はその排出ダクト２の両側面下部に設けられ
た開口、４は排出ダクト２２を流れ方向中央部において
区分する仕切壁、２１は排ガス出口の流れである。 【００１５】 上記の構成の燃焼ガス排出ダクト２２は
従来と同様に炉２０の底部に設けられ、図示のように上
部壁２４の位置を変えることにより出口側に行くに従っ
て上部壁２４でその断面積を段階的に拡大させて構成さ
れる。 【００１６】燃焼ガス排出ダクト２２の両側壁２２ａ，
２２ｂに設けられる開口２３の数は排出ダクト２２の長
手方向に一定数（図では長手方向に２段）設け、従来の
ように出口端に行くほど少なくするような調整が不要で
ある。 【００１７】更に燃焼ガス排出ダクト２２の長手方向の
階段状の上部壁２４の外側上部の中央部には仕切壁４が
取付けられている。 【００１８】以上、説明の実施の形態においては、ガス
の吸気量に合わせて燃焼ガス排出ダクト（トンネル）２
２断面積を拡大させたことにより、トンネル２２内を流
通するガスの流速は、トンネル２２内でいたる場所で一
定となる。即ち、トンネル２２内の静圧は一定となる。 【００１９】また、トンネル開口２３の数はトンネル２
２の両側壁２２ａ，２２ｂの長手方向に一定に設ければ
良く、開口２３の数は必要とする吸気力（炉内静圧とト
ンネル内静圧の差）となるように決定されるが、トンネ
ル下部に一定数設けることができるので、触媒管１５群
とガスの接触長さ（言い換えれば伝熱面積）も最大とす
ることができる。 【００２０】更に、炉２０内でのトンネル２２の高さの
変化を是正する中央仕切壁４によりトンネル２２の高さ
の差によるガスの横流れもなくなる。 【００２１】図８はトンネル内と炉内の静圧差のトンネ
ル長手方向の変化を従来例、本発明の実施の形態を
として示した図である。この図によれば、従来例では
トンネルの出口付近で静圧差（即ち吸気力）が大きく逆
サイドに行くに従って過小となる（これがガスの偏りを
招来し易い理由）。一方本発明の実施の形態ではこの
静圧差はトンネル長手方向に一定となる。 【００２２】 【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
は、燃焼ガス排出ダクトの上壁の位置を変えることによ
り、同排出ダクトのガス流れ方向の断面積をガス出口側
に向って高さ方向を漸次拡大させると共に、同排出ダク
トの両側壁下部に一定数の開口を設けた構成としたの
で、次のような効果を奏する。 【００２３】 排出ダクト内の静圧は一定となり、排出
ダクト内に開口する吸気される燃焼ガス量のダクト長手
方向の分布は均一となり、これにより触媒管群への伝熱
量が均一となる。 【００２４】 また、排出ダクト上部に設けた仕切壁に
より、その高さを変化させたダクトの形状差による炉内
ガス流れ（横切る流れ）も防げられ、ダクト長手方向分
布の均一化をより促進できる。 【００２５】 そして、排出ダクトの側壁の開口をトン
ネルの下部に設けたことで触媒管とガスとの接触長さ
（すなわち伝熱面積）を出来るだけ長く保てる。
など水素を原料とする装置の水素供給設備として用いら
れる水蒸気改質炉の炉内構造である燃焼ガス排出ダクト
に関する。 【０００２】 【従来の技術】図４は従来の水蒸気改質炉の内部断面図
であり、メタノール製造装置等の水素を原料として必要
とする装置において水素供給設備として用いられるもの
である。図５はそのＣ−Ｃ矢視図である。両図におい
て、１は耐火断熱材で炉２０を構成している。２は燃焼
ガス排出ダクト、３は排出ダクト２の側面に設けられた
多数の開口からなる開口群、５は炉２０の頂部に配列し
た複数のバーナ、６は火炎、７はバーナ燃焼ガスであ
る。１０は原料ガス入口ヘッダで、原料ガスは触媒管１
５を通り、出口ヘッダ１１へと流出する。 【０００３】上記のように、耐火断熱材１に囲まれた炉
２０の頂部にバーナ５を多数配列し、これらバーナ列間
に原料とスチームの混合気を流通させる触媒管１５が設
けられ、原料ガス入口ヘッダ１０より混合気を出口ヘッ
ダ１１へと流通させる。バーナ燃焼ガス７はバーナ列の
直下の炉底部の排出ダクト２の側壁に分布させた開口群
３よりトンネル内に吸気され、炉外へと排出される。 【０００４】図６はこの排出ダクト２の平面図であり、
図７は左半分が図６のＤ−Ｄ矢視を、右半分がそのＥ−
Ｅ矢視を示している。両図に示すようにバーナ燃焼ガス
の排出量分布を均一にするためにその両側壁に設けた開
口群３は出口側に進むにつれて徐々に少なくしている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】前述の従来の水蒸気改
質炉ではバーナ群の燃焼負荷の均一性ならびにバーナ燃
焼ガス７の炉内流下の均一性（これにより触媒管群への
伝熱量が均等となる）や性能が重要であり、これは触媒
および触媒管１５の保全は維持のためには最も重要なも
のである。 【０００６】一旦運転に入ると燃焼ガス排出ダクト２は
調整不能となり、このためには排出ダクト２のガス排出
量分布が均一でなくてはならないが、図４，図７に示す
従来の排出ダクト２（トンネル）では、トンネルの両側
壁に分布配置する開口群３の分布の良否でトンネル長手
方向のガス吸気量が簡単に偏り、著しい場合はトンネル
出口片側半分に全ガスが偏って吸気される等の問題があ
った。 【０００７】トンネル内のガス量がトンネル出口側に行
くに従って増加することが必然であることから、トンネ
ル側壁の開口群を出口側に向かって徐々に減らすことは
基本であるが、この減少させ方が難しく、どうしてもガ
スの偏りをまねいていた。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために、次の手段を提供する。 【０００９】 水素を原料とする装置の水素供給設備と
して用いられる水蒸気改質炉の炉内で発生する燃焼ガス
排出ダクトにおいて、前記排出ダクトの上壁の位置を変
えることにより、同排出ダクトの燃焼ガス流れ方向の断
面積をガス出口側に進むにつれて高さ方向を漸時拡大さ
せると共に、同排出ダクトの両側壁下部に前後方向にお
いて一定数の開口を設け、前記排出ダクトの外側上壁中
央のガス流れ方向にガスの横流れ防止用仕切壁を設置し
たことを特徴とする水蒸気改質炉の燃焼ガス排出ダク
ト。 【００１０】 【００１１】 本発明は上記の手段により、ガスの吸気
量に合わせて排出ダクトの上壁の位置を変えて排出ダク
ト断面積を漸時拡大させたことにより、排出ダクト内を
流通するガスの流速はダクト内いたる場所で一定とな
る。即ち、ダクト内の静圧は一定となる。このダクトの
拡大については、例えばダクトの上壁を高さ方向にガス
吸気量に合わせて階段状に拡大させる。更に、排出ダク
ト下部の側壁の開口数は長手方向に一定で良く、開口数
は必要とする吸気力（炉内静圧と排出ダクト内静圧の
差）となるように決定されるが、排出ダクト下部に設け
ることで、触媒管群とガスの接触長さ、（言い換えれば
伝熱面積）も最大とすることができる。 【００１２】 また、炉内での排出ダクトの高さ方向に
ガス出口に向かって漸次拡大するように変化しているの
で、この上壁の変化を是正するため高さ一定となる中央
仕切壁が設けられ、これにより排出ダクト高さの差によ
るガスの横流れもなくなる。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の一形態に係る水蒸気改質炉の燃焼ガス排出ダクトの
全体の斜視図、図２はその平面図、図３は、その左半分
が図２におけるＡ−Ａ矢視、右半分がＢ−Ｂ矢視を示し
ている。 【００１４】これらの図において、１は改質炉壁、２２
は炉壁で囲まれた炉内の燃焼ガス排出ダクト（トンネ
ル）、２３はその排出ダクト２の両側面下部に設けられ
た開口、４は排出ダクト２２を流れ方向中央部において
区分する仕切壁、２１は排ガス出口の流れである。 【００１５】 上記の構成の燃焼ガス排出ダクト２２は
従来と同様に炉２０の底部に設けられ、図示のように上
部壁２４の位置を変えることにより出口側に行くに従っ
て上部壁２４でその断面積を段階的に拡大させて構成さ
れる。 【００１６】燃焼ガス排出ダクト２２の両側壁２２ａ，
２２ｂに設けられる開口２３の数は排出ダクト２２の長
手方向に一定数（図では長手方向に２段）設け、従来の
ように出口端に行くほど少なくするような調整が不要で
ある。 【００１７】更に燃焼ガス排出ダクト２２の長手方向の
階段状の上部壁２４の外側上部の中央部には仕切壁４が
取付けられている。 【００１８】以上、説明の実施の形態においては、ガス
の吸気量に合わせて燃焼ガス排出ダクト（トンネル）２
２断面積を拡大させたことにより、トンネル２２内を流
通するガスの流速は、トンネル２２内でいたる場所で一
定となる。即ち、トンネル２２内の静圧は一定となる。 【００１９】また、トンネル開口２３の数はトンネル２
２の両側壁２２ａ，２２ｂの長手方向に一定に設ければ
良く、開口２３の数は必要とする吸気力（炉内静圧とト
ンネル内静圧の差）となるように決定されるが、トンネ
ル下部に一定数設けることができるので、触媒管１５群
とガスの接触長さ（言い換えれば伝熱面積）も最大とす
ることができる。 【００２０】更に、炉２０内でのトンネル２２の高さの
変化を是正する中央仕切壁４によりトンネル２２の高さ
の差によるガスの横流れもなくなる。 【００２１】図８はトンネル内と炉内の静圧差のトンネ
ル長手方向の変化を従来例、本発明の実施の形態を
として示した図である。この図によれば、従来例では
トンネルの出口付近で静圧差（即ち吸気力）が大きく逆
サイドに行くに従って過小となる（これがガスの偏りを
招来し易い理由）。一方本発明の実施の形態ではこの
静圧差はトンネル長手方向に一定となる。 【００２２】 【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
は、燃焼ガス排出ダクトの上壁の位置を変えることによ
り、同排出ダクトのガス流れ方向の断面積をガス出口側
に向って高さ方向を漸次拡大させると共に、同排出ダク
トの両側壁下部に一定数の開口を設けた構成としたの
で、次のような効果を奏する。 【００２３】 排出ダクト内の静圧は一定となり、排出
ダクト内に開口する吸気される燃焼ガス量のダクト長手
方向の分布は均一となり、これにより触媒管群への伝熱
量が均一となる。 【００２４】 また、排出ダクト上部に設けた仕切壁に
より、その高さを変化させたダクトの形状差による炉内
ガス流れ（横切る流れ）も防げられ、ダクト長手方向分
布の均一化をより促進できる。 【００２５】 そして、排出ダクトの側壁の開口をトン
ネルの下部に設けたことで触媒管とガスとの接触長さ
（すなわち伝熱面積）を出来るだけ長く保てる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る水蒸気改質炉の燃
焼ガス排出ダクトの斜視図である。 【図２】本発明の実施の一形態に係る水蒸気改質炉の燃
焼ガス排出ダクトの平面図である。 【図３】図２における矢視図で左側がＡ−Ａ、右側がＢ
−Ｂ矢視を示す。 【図４】従来の水蒸気改質炉の内部断面図である。 【図５】図４におけるＣ−Ｃ矢視図である。 【図６】従来の水蒸気改質炉の燃焼ガス排気ダクトの平
面図である。 【図７】図６における矢視図で、左側がＤ−Ｄ、右側が
Ｅ−Ｅ矢視を示す。 【図８】本発明と従来例とを比較した水蒸気改質炉のト
ンネル内のガス静圧分布図である。 【符号の説明】 １ 改質炉壁 ４ 仕切壁 ２２ 燃焼ガス排出ダクト ２２ａ，２２ｂ 側壁 ２３ 開口 ２４ 上部壁
焼ガス排出ダクトの斜視図である。 【図２】本発明の実施の一形態に係る水蒸気改質炉の燃
焼ガス排出ダクトの平面図である。 【図３】図２における矢視図で左側がＡ−Ａ、右側がＢ
−Ｂ矢視を示す。 【図４】従来の水蒸気改質炉の内部断面図である。 【図５】図４におけるＣ−Ｃ矢視図である。 【図６】従来の水蒸気改質炉の燃焼ガス排気ダクトの平
面図である。 【図７】図６における矢視図で、左側がＤ−Ｄ、右側が
Ｅ−Ｅ矢視を示す。 【図８】本発明と従来例とを比較した水蒸気改質炉のト
ンネル内のガス静圧分布図である。 【符号の説明】 １ 改質炉壁 ４ 仕切壁 ２２ 燃焼ガス排出ダクト ２２ａ，２２ｂ 側壁 ２３ 開口 ２４ 上部壁
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C01B 3/38
C01B 3/02
C07C 31/04
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 水素を原料とする装置の水素供給設備と
して用いられる水蒸気改質炉の炉内で発生する燃焼ガス
排出ダクトにおいて、前記排出ダクトの上壁の位置を変
えることにより、同排出ダクトの燃焼ガス流れ方向の断
面積をガス出口側に進むにつれて高さ方向を漸時拡大さ
せると共に、同排出ダクトの両側壁下部に前後方向にお
いて一定数の開口を設け、前記排出ダクトの外側上壁中
央のガス流れ方向にガスの横流れ防止用仕切壁を設置し
たことを特徴とする水蒸気改質炉の燃焼ガス排出ダク
ト。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15816096A JP3495509B2 (ja) | 1996-06-19 | 1996-06-19 | 水蒸気改質炉の燃焼ガス排出ダクト |
| EP97109225A EP0814055B1 (en) | 1996-06-19 | 1997-06-06 | Combustion gas exhaust duct for a steam reformer |
| DE69704457T DE69704457T2 (de) | 1996-06-19 | 1997-06-06 | Verbrennungsabgasleitung für Dampfreformer |
| US08/874,483 US5935532A (en) | 1996-06-19 | 1997-06-13 | Combustion gas exhaust duct for a steam reformer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15816096A JP3495509B2 (ja) | 1996-06-19 | 1996-06-19 | 水蒸気改質炉の燃焼ガス排出ダクト |
Publications (2)
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