JP5103521B2 - ヒータ及び運転方法 - Google Patents
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Description
図5及び図6は、従来の着火パターン及び本願に記載された新規の着火パターンを用いた、メタン/水素燃料に着火するエチレン炉の垂直温度プロファイルをそれぞれ示す、計算流体力学(CFD)シミュレーションからのデータを表している。全実施例に対する数値流体力学シミュレーションは、Fluent社から入手可能な市販の計算ソフトウェアパッケージであるFluentを用いて行われた。当該技術分野で既知のその他のソフトウェアを、本願に記載された結果を再現するために、本発明に用いることは可能である。
図7及び図8は、同じメタン/水素燃料に着火するエチレン炉の垂直熱流束プロファイルをそれぞれ示すCFDシミュレーションからのデータを表している。これらのケースは、図5及び図6に示されるケースと同一である。炉は、従来の着火パターン及び本願に記載された新規の着火パターンの実施形態に従って運転される。図7において、プロットは、火室の底部から約9メートルの高さにおいて1.2e+5w/m2のはっきりとした“ピーク熱流束”を有する。これは、そのヒータの一列のウォールバーナの高さである。コイルの最上部及び底部は、コイルの中央部より比較的低温である。従って、図7のよりはっきりとしたピークは、炉床式バーナの火炎がウォールバーナの火炎と出会う地点での、従来の着火状況下での火室内における流束の上昇の結果として形成される「ホットスポット」の存在を明らかにしている。
空気を火室のあたりで移動させる効果は、代替燃料が着火された場合に更に顕著であった。熱分解炉で、従来の90:10のメタン:水素混合物の代わりに合成ガスに着火するCFDシミュレーションが行われた。合成ガスの組成は以下の通りであった。
CFDは、従来の燃料による3つの異なるレベルの着火を用いて行われた。ウォールバーナの空気が化学量論量より少なくするにつれて、管金属温度は徐々に低下した。燃料は、90/10のメタン水素混合物であった。結果を以下の表2に示される。
Claims (34)
- 炉床式バーナ区域を含んだ下方部とウォールバーナ区域を含んだ上方部と、を有する輻射加熱領域と、
前記輻射加熱領域に配置された少なくとも1つの所定長さを有する管状加熱コイルと、
前記輻射加熱領域において着火するための、底面炉床部に隣接して配置された複数の炉床式バーナを含む前記炉床式バーナ区域と、
対向壁に隣接して配置された複数のウォールバーナを含む前記ウォールバーナ区域と、
を含むヒータを運転する方法であって、
前記ウォールバーナ区域に導入される燃料を燃焼させるための、化学量論量未満の空気を有する第1の空気燃料混合物を前記ウォールバーナ区域に導入し、
前記炉床式バーナ区域に導入される燃料を燃焼させるための、前記化学量論量より多い空気を有する第2の空気燃料混合物を前記炉床式バーナ区域に導入することを含み、
前記炉床式バーナ区域及び前記ウォールバーナ区域に導入される空気の総量は少なくとも化学量論量である方法。 - 前記第1の空気燃料混合物は、燃焼のための前記化学量論量の85%を超えない空気を含む
請求項1に記載の方法。 - 前記第1の空気燃料混合物は、燃焼のための前記化学量論量の50%〜80%の空気を含む
請求項1に記載の方法。 - 前記ウォールバーナのそれぞれに導入される空気及び燃料の前記混合物は、前記ウォールバーナに導入される燃料を燃焼させるための化学量論量より少ない空気を有する
請求項1に記載の方法 - 前記炉床式バーナのそれぞれに導入される空気及び燃料の前記混合物は、前記炉床式バーナに導入される燃料を燃焼させるための前記化学量論量より多い空気を有する
請求項4に記載の方法。 - 前記ウォールバーナのそれぞれに導入される空気及び燃料の前記混合物は、前記ウォールバーナに導入される燃料を燃焼させるための化学量論量より少ない空気を有する
請求項2に記載の方法。 - 前記複数の炉床式バーナは、前記ウォールバーナ区域に導入される燃料を燃焼させるための前記化学量論量の空気の残余分を供給する
請求項4に記載の方法。 - 前記ヒータは、全体として燃焼のための化学量論量より10〜15%多い空気で動作する
請求項1に記載の方法。 - 前記炉床式バーナ区域に導入される燃料を燃焼させるための前記化学量論量より多い空気は、20%〜100%の過剰空気を含む
請求項1に記載の方法。 - 前記ウォールバーナ区域及び前記炉床式バーナ区域の少なくとも1つは、空気及び燃料の少なくとも1つのための補助的導入地点を含む
請求項1に記載の方法。 - 前記燃料は、少なくとも25モル%の水素ガスを含む
請求項1に記載の方法。 - 前記ウォールバーナ区域での化学量論量より少ない空気の使用は、前記ウォールバーナ区域に化学量論量の空気が導入されるシステムと比較して、前記加熱コイルに沿った温度差を減らす
請求項1に記載の方法。 - 炉床式バーナ区域を含んだ下方部とウォールバーナ区域を含んだ上方部を有する輻射加熱領域と、
前記輻射加熱領域に配置された少なくとも1つの管状加熱コイルと、
前記輻射加熱領域において着火するための、底面炉床部に隣接して配置された複数の炉床式バーナを含む前記炉床式バーナ区域と、
前記対向壁に隣接して配置された複数のウォールバーナを含む前記ウォールバーナ区域と、
を含むヒータを運転する方法であって、
燃焼のための化学量論量未満の空気を有する第1の空気燃料混合物を、前記ウォールバーナ区域に導入し、
燃焼のための前記化学量論量より多い空気を有する第2の空気燃料混合物を、前記炉床式バーナ区域に、前記加熱コイルの長さに概して平行な方向で導入し、
前記燃料及び空気を前記輻射加熱領域において燃焼させることを含み、
前記ウォールバーナ区域で導入される空気及び一部の燃料は、第1の燃焼速度で燃焼し、前記炉床式バーナ区域で導入される空気の一部は、前記ウォールバーナ区域で導入される燃料の一部と共に、前記第1の燃焼速度より遅い第2の燃焼速度で燃焼する方法。 - 前記加熱コイルの長さに沿った温度差は、化学量論量の空気が前記ウォールバーナ区域で導入される、燃料及び空気の同等の総流量を用いるヒータのための同等の加熱コイルに沿った温度差より少なくとも10K小さい
請求項13に記載の方法。 - 前記第1の空気燃料混合物は、燃焼のための前記化学量論量の85%を超えない空気を有する
請求項13に記載の方法。 - 前記第2の空気燃料混合物は、燃焼のための前記化学量論量より20%〜100%多い空気を有する
請求項13に記載の方法。 - 前記ウォールバーナ区域は、空気及び燃料の少なくとも1つのための補助的導入地点を含む
請求項13に記載の方法。 - 前記炉床式バーナ区域は、空気及び燃料の少なくとも1つのための補助的導入地点を含む
請求項13に記載の方法。 - 前記ヒータは、全体として前記化学量論量より少なくとも10%多い空気で動作する
請求項13に記載の方法。 - 前記燃料は、少なくとも25モル%の水素ガスを含む
請求項13に記載の方法。 - a.炉床式バーナ区域を含んだ下方部とウォールバーナ区域を含んだ上方部と、を有する輻射加熱領域と、
b.前記輻射加熱領域に配置された少なくとも1つの所定長さを有する管状加熱コイルと、
c.底面炉床部に隣接して配置された複数の炉床式バーナを含み、化学量論量より多い空気で着火するように構成された前記炉床式バーナ区域と、
d.複数のウォールバーナを含み、各ウォールバーナは前記輻射加熱領域の対向壁に沿って化学量論量未満の空気で着火するように構成された前記ウォールバーナ区域と、
を備えたヒータであって、
少なくとも10%の過剰空気で運転するように構成されているヒータ。 - 前記ウォールバーナに着火するための空気の残余分は、前記炉床式バーナで導入される
請求項21に記載のヒータ。 - 前記炉床式バーナ区域は、空気及び燃料の少なくとも1つのための補助的導入地点を含む
請求項21に記載のヒータ。 - 前記ウォールバーナ区域は、空気及び燃料の少なくとも1つのための補助的導入地点を含む
請求項21に記載のヒータ。 - 前記ウォールバーナ区域は、前記化学量論量の85%未満の空気で着火する
請求項21に記載のヒータ。 - 前記炉床式バーナ区域は、前記化学量論量より20%〜100%多い空気で着火する
請求項21に記載のヒータ。 - 前記ウォールバーナ区域は、前記化学量論量の50%〜80%の空気で着火し、前記炉床式バーナ区域は、前記ウォールバーナに導入される燃料を燃焼させるべく前記化学量論量の空気の少なくとも残余分を供給する
請求項21に記載のヒータ。 - 前記炉床式バーナ及び前記ウォールバーナは、少なくとも25モル%の水素を含む燃料で運転される
請求項21に記載のヒータ。 - 下方炉床式バーナ区域及び上方ウォールバーナ区域を有するガスヒータのための着火パターンであって、
前記ヒータに供給される空気が最終的に全体として過剰となるように、燃焼のための化学量論量未満の空気と燃料の混合物を前記ウォールバーナ区域へ導入し、前記炉床式バーナ区域に追加の空気を供給することを含む着火パターン。 - 前記ウォールバーナ区域は、前記化学量論量の85%未満の空気で着火する
請求項29に記載の着火パターン。 - 前記炉床式バーナ区域は、前記化学量論量より20%〜100%多い空気で着火する
請求項29に記載の着火パターン。 - 前記ガスヒータは、加熱コイルを有する熱分解ヒータであり、前記着火パターンは、前記加熱コイルの長さに沿った最高外面温度及び最低外面温度の差を、同じ燃料分布パターンが用いられるものの前記ウォールバーナ区域が少なくとも化学量論量の空気を用いて運転される着火パターンを有する同等のヒータと比較して少なくとも10K減らす
請求項29に記載の着火パターン。 - 前記ガスヒータは、加熱コイルを有する熱分解ヒータであり、前記着火パターンは、前記加熱コイルの長さに沿った最高熱流束を、同じ燃料分布パターンが用いられるものの前記ウォールバーナ区域が少なくとも化学量論量の空気を用いて運転される着火パターンを有する同等のヒータと比較して少なくとも4%減らす
請求項29に記載の着火パターン。 - 炉床式バーナ区域を含んだ下方部とウォールバーナ区域を含んだ上方部とを有する輻射加熱領域と、
前記輻射加熱領域に配置された少なくとも1つの管状加熱コイルと、
前記輻射加熱領域において着火するための、底面炉床部に隣接して配置された複数の炉床式バーナを含む前記炉床式バーナ区域と、
対向壁に隣接して配置された複数のウォールバーナを含む前記ウォールバーナ区域と、
を含むヒータを運転する方法であって、
燃焼のための化学量論量の85%以下の空気を含み、燃焼のための前記化学量論量未満の空気を有する第1の空気燃料混合物を、前記ウォールバーナ区域に導入し、
燃焼のための前記化学量論量より20%〜100%多い空気を含み、燃焼のための前記化学量論量より多い空気を有する第2の空気燃料混合物を、前記炉床式バーナ区域に、前記加熱コイルに概して平行な方向で導入し、
前記燃料及び空気を前記輻射加熱領域において燃焼させることを含み、
前記ヒータの前記ウォールバーナ区域における全体としての燃焼速度が低下するように、前記ウォールバーナ区域で導入される前記空気及び一部の前記燃料は、第1の燃焼速度で燃焼し、前記炉床式バーナ区域で導入される空気の一部は、前記ウォールバーナ区域で導入される燃料の一部と共に、前記第1の燃焼速度より遅い第2の燃焼速度で燃焼し、
前記ヒータは、全体として前記化学量論量より少なくとも約10%多い空気で運転される方法。
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