JP6725507B2 - 再生式に加熱される放射管 - Google Patents

Description

本発明は、ＮＯｘ形成を低減させた放射加熱管、およびこれを動作させるための方法に関する。

放射加熱管は、産業炉を間接的に加熱するために用いられる。そのような放射加熱管において、燃料利用効率は空気を予熱することにより向上させることができる。空気を予熱するために、回収熱交換器または再生器を装備したバーナが用いられる。一般的に、再生器を装備したバーナの場合にはより効率が良いが、必要な切り換え機構のための装置関連の複雑度が増す。

放射管と、回収熱交換器または複数の再生器とを備える産業用バーナは、ＤＥ ４４ １９ ３３２ Ａ１から既知であり、この放射管の加熱は、無炎酸化として生じる。この目的のため、燃焼排ガスの広範囲にわたる再循環が放射管において維持される。

空気を予熱することにより、燃焼排ガス中でのサーマルＮＯｘ形成が激増する場合がある。ＤＥ １９７ ４０ ７８８ Ｃ１、ＤＥ ４４ １９ ３３２ Ａ１またはＥＰ ２ １８４ ５３８ Ａ１において提案された解決策は、主として、燃焼排ガスの非常に強い再循環を含む、無炎酸化（ＦＬＯＸ（登録商標））による燃焼の方法に基づいている。しかしながら、放射管の幾何学的形状がこの目的に適していなければならない。このことは、たとえば、炎管を備えるＰチューブ、ダブルＰチューブ、またはシングルエンド型の放射管として知られている管に当てはまる。

しかしながら、産業炉における設置スペースの制約により、放射管の直径と放射管の長さとの比が１：１０より小さい、非常に細い放射管が必要である。ＮＯｘを低減させるために多量の再循環を有するＦＬＯＸ（登録商標）燃焼プロセスは、ここで考慮に入れることができる選択肢ではない。

本発明は、サーマルＮＯｘ形成が実質的に抑えられることを可能にする、特に細い放射管のための概念を提供することを目的とする。

本発明によれば、この目的は、請求項１に記載の特徴を有する放射管を備えるバーナシステム、および請求項１５に記載のバーナシステムを動作させるための方法によって達成される。

本発明に係るバーナシステムは、放射加熱管と少なくとも２つの再生器とを備える。第１再生器は、放射加熱管の第１端部に配置され、第２再生器は、放射加熱管の第２端部に配置される。第１再生器および第２再生器は、弁機構に接続される。弁機構の第１動作状態において、燃焼用空気は第１再生器を介して放射加熱管に供給される。弁機構の第１動作状態において、さらに、燃焼排ガスは第２再生器を介して放射加熱管の外に導かれる。第２動作状態において、燃焼排ガスが第１再生器を通って排出されている間に、燃焼用の空気は第２再生器を介して放射加熱管に供給される。第１動作状態において、高温の燃焼排ガスは、第２再生器を加熱する。ある動作状態において予熱された第１発生器は、燃焼用空気に熱を放出する。弁機構が第１動作状態から第２動作状態に切り換えられた後、高温の燃焼排ガスが第１再生器を加熱している間に、燃焼用空気は第２再生器によって加熱される。第１動作状態と第２動作状態との切り換えは、周期的または交互に行われる。

放射加熱管の形状に倣うことが好ましい内管は、直線状または曲線状の放射加熱管の内側に配置される。内管は、少なくとも放射加熱管の一部を貫通して延在する。または、内管は、放射加熱管の全長に沿って軸方向に貫通して延在してもよい。別の代替案として、内管は放射加熱管の一部に沿ってのみ延在する。１以上の内管を放射加熱管に配置することができる。内管は、分岐していないことが好ましい。内管は、内管が燃料を供給される燃料供給ラインに接続される。内管は、燃料用または燃料との混合物用のガスダクトを形成する。内管は、放射加熱管の内部に導く複数の出口開口部を備える。出口開口部は、内管の長さに沿って配置される。

燃料、または燃料との混合物は、内管の長さにわたって分配されるように、内管に配置される出口開口部を通って放射加熱管の内室に移動される。たとえば、出口開口部は放射状に配向されることができる。燃料ガスの流れ、または混合物の流れは、放射加熱管を通って流れる燃焼用空気の流れの方向を横断して出口開口部から放射加熱管の燃焼室へ出ることが好ましい。燃料が段階的にまたは分配的に移動されることによって、放射管の長い部分にわたって分配されるエネルギー変換となる。放射管に沿った温度は、断熱火炎温度と比較して低下する。これによって、実質的にサーマルＮＯｘ形成が抑制され、その長さにわたって放射管のエネルギー移動を安定させる。

さらに、複数の出口開口部は、内管の円周に沿って内管に設けられることが好ましく、それによって、エネルギー変換は、長さにわたってのみではなく、内管または放射加熱管の円周を横断して分配されるようにも行われる。

特に、当該複数の出口開口部は、放射管が内管のバーナ部に沿って均一の温度を有するように内管に設けられる。バーナ部分は、開口部が設けられた内管の部分に沿って延在する。

第１再生器または第２再生器の中心線は、他方の再生器の中心線と一致させることができ、または、これらの中心線は互いに平行に、かつ、ある間隔を空けて延在させることができる。第１再生器および第２再生器は、放射加熱管を通る空気／燃焼排ガスの流路の軸方向に互いに離間して、または放射加熱管を通る空気／燃焼排ガス流路に沿って配置されることが好ましい。

第１再生器を、第１空気／燃焼排ガスラインに接続することができる。第２再生器を、第２空気／燃焼排ガスラインに接続することができる。第１再生器に対して、１つの空気流通方向および１つの燃焼排ガスの流通方向が定められ、これらは反対方向に配向されることが好ましい。第２再生器に対しても、１つの空気流通方向および１つの燃焼排ガスの流通方向のみが定められ、これも同様に反対方向に配向されることが好ましい。

内管は、一方側から燃料または燃料との混合物が供給されることが好ましい。たとえば、内管は、第１内管端部においては燃料供給ラインに接続することができる。第２内管端部を閉鎖することができる。一方側のみから供給されている内管によって、第１動作状態、および第２動作状態のどちらにおいても、２つの動作状態の間で切り換えることについての装置関連の複雑度は低い。内管の一方側から供給されることにより、１つの動作状態において、内管内の燃料、および放射加熱管内の空気／燃料との混合物または燃焼排ガスが反対方向に流れることが可能になり、別の動作状態において、内管内の燃料および放射加熱管内の燃料／空気の混合物または燃焼排ガスが同じ方向に流れることが可能になる。

一実施の形態において、１つの動作状態において、放射加熱管を通る空気の流れ、および長手方向に内管を通る燃料ガスの流れを同じ方向で発生させることができ、別の動作状態では反対方向で発生させることができる。別の実施の形態において、第１動作状態において、同じ方向に対応する燃料ガスおよび空気の流れは１つの内管に対して生成することができ、反対方向の流れは別の内管に対して生成することができる。空気の流れの方向は、第２動作状態において完全に逆にすることができるが、燃料ガスの流れの方向は、同じままであることが好ましい。

バーナシステムは、いずれの動作状態においても、燃料ガスについては出口開口部まで同じ流路を有することが好ましい。

内管は、水供給源または水蒸気供給源に接続されることが好ましい。具体的には、燃料は、内管の内側でカーボンブラックが形成されることを抑制するために、たとえば燃料供給ラインでの内管の始めにおいて、水霧または水蒸気と混合することができる。水蒸気は、放射加熱管から高温の燃焼排ガスが供給される熱交換器を介して生成されることが好ましい。

燃料に空気を混合することができるように、内管は、空気供給源に接続されることができる。これは、カーボンブラック形成を低減させるためにも用いられてもよく、そのため、特に内管における堆積を防ぐために用いられてもよい。

内管は、予混合室に接続されることが好ましい。予混合室は、燃料と水蒸気もしくは水との混合物、および／または、燃料と空気とによる混合物を生成するために用いられる。この目的のため、予混合室は、燃料経路ならびに水供給源もしくは水蒸気供給源および／または空気供給源に接続される。予混合室は、内管の燃料供給部分に配置された再生器の上流に配置されることが好ましい。

燃料と水および／または空気とによって混合物を形成することによって、カーボンブラックの形成を防ぐことができ、混合物における酸素対炭素の原子比は、たとえば予混合室において０．５から１．５の間であり、好ましくは１以下である。

放射加熱管は、燃料または混合物を予熱するために、回収熱交換器を備えることが好ましい。回収熱交換器は、熱の供給のために再生器のうちの１つに結合されることができる。回収熱交換器は、１つの、たとえば、第１再生器に同心円状に配置されることが好ましい。回収熱交換器は、第１再生器のみまたは第２再生器のみのいずれかに結合されることが好ましい。回収熱交換器は、燃焼排ガス熱を介する加熱プロセスの終わりと新たに加熱される間の時間を埋めることができるように、蓄熱性能を有することが好ましい。

本発明に係る放射加熱管は、円筒状の管などの長手方向の管であることが可能である。放射加熱管は、たとえば、Ｕ字型または他のいずれの形状を有することも可能である。一実施の形態において、好ましくは直線の内管は、Ｕ字型の放射加熱管における各直線脚部に配置することができる。したがって、これらの２つの内管を備える放射加熱管は比較的容易に作製することができる。燃料も、ここでは一方側から供給することができる。

放射加熱管の直径に対する長さの比は、１０以上であることが好ましい。

第１再生器が配置される第１端部においては、放射管が、第１空気／燃焼排ガスラインに接続されることが好ましい。第２再生器が配置される第２端部においては、放射加熱管が、第２空気／燃焼排ガスラインに接続されることが好ましい。１つの空気／燃焼排ガスラインは、１つの動作状態において燃焼室に燃焼用空気を運ぶために用いられ、バーナシステムの別の動作状態においては、燃焼室から燃焼排ガスを排出するために用いられる。第１流量制御装置は、第１空気／燃焼排ガスラインに配置されることが好ましい。第２流量制御装置は、第２空気／燃焼排ガスラインに配置されることが好ましい。流量制御装置は、たとえばオリフィス板などの流量計量装置を備えることができる。

本発明に係る産業炉は、上記バーナシステムを備え、当該バーナシステムは、１つ以上の、たとえば少なくとも２つの放射加熱管を備えることができる。放射加熱管は、燃料または燃料との混合物および燃焼用空気の供給に対して並列に接続される。燃料は、同じ方向に放射加熱管を通って流れることが好ましい。１つの動作状態から別の動作状態まで、流通方向の向きは、たとえば１８０度変更することができる。燃焼用空気は、同じ方向に放射加熱管を通って流れることが好ましい。燃料は、同じ方向に放射加熱管の内管を通って流れることが好ましい。たとえば１つの動作状態から別の動作状態まで、流通方向の向きは一定に保つことができる。したがって、燃料は、バーナシステムの一方側から供給されることが好ましい。

放射加熱管を備えるバーナシステムを動作させるための本発明に係る方法は、放射加熱管に空気を供給し、第１再生器を介して燃焼用空気を加熱するステップを含む。さらに、燃料、または燃料と空気および／もしくは水もしくは水蒸気との混合物は、内管に供給され、開口部を通って内管の長さにわたって分配されるように、放射加熱管の内部に移動される。燃料は放射加熱管内で燃焼され、燃焼燃料ガスは、放射加熱管からこのプロセスにおいて加熱された第２再生器を通って放出される。さらなる動作状態において、燃料または混合物は、第１動作状態と同様に同じ側から内管に供給されることが好ましい。空気の供給および燃焼排ガスの排出のための方向のみを逆にするため、第２動作状態において、空気は、第２再生器を通って放射加熱管に供給され、第２再生器を加熱し、その間に燃焼排ガスは放射加熱管から第１再生器を通って放出され、第１再生器が加熱される。本発明に係るバーナシステムを動作させるための方法によって、システムを第１動作状態から第２動作状態に繰り返し交互に切り換えることを実現する。

本発明の例示的な実施の形態を、図面の各図に示す。図面は、本明細書を補足する。図面において、

図１は、本発明に係るバーナシステムを備える産業炉を示す図である。 図２は、本発明に係る、複数の放射管を含むバーナシステムを備える産業炉を示す図である。 図３は、Ｕ字型の放射管を備えるバーナシステムを示す図である。

図１に示される産業炉１０は、炉筐体１２を備える。炉筐体１２は、断熱壁１４を備える。この壁１４は、産業炉１０の利用可能空間１６を囲む。炉筐体の壁１４は、第１開口部１８および反対側の第２開口部２０を備える。放射加熱管２２は、第１開口部１８、利用可能空間１６、および第２開口部２０を貫通して延在する。放射加熱管２２は、円筒状の長手方向の管である。放射加熱管２２は、第１開口部１８に第１端部２４、および第２開口部２０に第２端部２６を備える。第１空気／燃焼排ガス開口部２８は、炉筐体１２の外側の第１端部２４に設けられる。第２空気／燃焼排ガス開口部３０は、放射加熱管の第２端部２６に設けられる。接続開口部３２は、第１端部２４に設けられる。

内管３４は、接続開口部３２を貫通して延在し、この開口部は、内管３４によって完全に塞がれている。内管３４は、たとえば円筒状、または少なくとも、内管３４の長さに沿って一定直径または一定幅を有することができる。内管３４は、第１開口部１８および第２開口部２０における炉筐体の壁１４を貫通して放射加熱管２２の内側に同心円状に延在する。内管３４は、放射加熱管２２の第１端部２４に第１端部部分３６を備える。内管３４は、放射加熱管２２の第２端部２６に第２端部部分３８を備える。内管３４は、第１端部部分３６に燃料接続開口部４０を有する。内管３４は、第２端部部分３８に内管端部４２を備える。内管端部４２は閉鎖されていることが好ましいが、開口部も有してもよい。第１端部部分３６と第２端部部分３８との間で、内管３４は、内管３４の長手延在方向に沿って設けられた、好ましくは少なくとも３つの出口開口部４６を有するバーナ部分４４を備える。出口開口部４６は、たとえば、１以上の横列に配置することができる。出口開口部４６は、内管３４の円周に沿って設けることもできる。

第１端部部分３６では、内管３４は、第１端部部分３６に沿って延在する第１再生器４８に囲まれている。そうでない場合には、第１再生器４８は、内管３４の外側の第１端部部分３６において放射加熱管２２の断面を完全に塞ぐ。第１再生器４８は、少なくとも部分的に壁１４内に配置されることが好ましい。第１再生器４８は、第１空気／燃料ガス開口部２８の燃料の流れの方向の下流に配置され、その結果、１つの動作状態において、空気が第１空気／燃焼排ガス開口部を通って放射加熱管に流れ、そこから第１再生器を通って流れる。第２端部部分３８では、内管３４は、第２再生器５０に囲まれ、第２再生器５０は、第２端部部分３８に沿って延在し、そうでない場合には内管３４の外側の放射管２２の断面を塞ぐ。第２再生器５０は、少なくとも部分的に壁１４内に配置されることが好ましい。第２再生器５０は、第２空気／燃焼排ガス開口部３０の上流に配置され、その結果、動作状態において、燃焼排ガスは、第２再生器５０を長手方向に完全に通って流れ、その後、第２空気／燃焼排ガス開口部３０を通って放射加熱管２２から出る。回収熱交換器システム５２は、第１再生器４８の内側の内管３４内に配置される。第１再生器４８は、回収熱交換器システム５２を放射状かつ軸方向に囲む。回収熱交換器システム５２は、熱伝導するように第１再生器４８に接続される。第２再生器５０も同様に、回収熱交換器システムを備えることができる。しかしながら、図１の例示的な実施の形態において、回収熱交換器システムは第２再生器５０に与えられない。

バーナシステムは、切換弁５４を備える。切換弁は、第１空気／燃焼排ガスライン５６を介して放射加熱管２２の第１空気／燃焼排ガス開口部２８に接続される。第１空気流量計量装置５８は、第１空気／燃焼排ガスライン５６に配置される。切換弁５４は、第２空気／燃焼排ガスライン６０を介して放射加熱管２２の第２空気／燃焼排ガス開口部３０に接続される。第２空気流量計量装置６２は、第２空気／燃焼排ガスライン６０に配置される。

切換弁５４は、燃焼排ガスライン６４に接続される。空気制御弁６８は、空気ライン６６に配置される。空気ライン６６は、第１空気分岐ライン７０および第２空気分岐ライン７２に接続される。第１空気分岐ライン６８は、切換弁５４に接続される。第３空気流量計量装置７４は、第２空気分岐ライン７２に配置される。

バーナシステムは、さらに、燃料ガスライン７６を備える。ガス制御弁７８は、燃料ガスライン７６に配置され、ガス流量計量装置８０はガス制御弁７８の下流に配置される。

バーナシステムは、さらに、水ライン８２を備える。熱交換器８４は、水ライン８２に熱的に接続される。熱交換器８４は、燃焼排ガスライン６４に熱的に接続される。水蒸気流量計量装置８６は、熱交換器８４の下流の水ライン８２に配置される。バーナシステムは、予混合室８８を備える。予混合室８８は、出口側で内管３４の燃料接続開口部４０に接続される。予混合室８８は、入口側で燃料ガスライン７６と、第２空気分岐ライン７２と、水ライン８２とに接続される。

利用可能空間１６に提供される加熱される生成物９０を加熱するためのバーナシステムは、第１動作状態で以下のように動作する。

図１において矢印で示されるように、放射加熱管２２内で燃焼用空気によって燃料ガスが燃焼することによって生成された燃焼排ガスは、第２再生器５０を通って放射加熱管２２から出る。その結果、第２再生器５０は加熱される。燃焼排ガスは、第２空気／燃焼排ガスライン６０を通って、第１切換位置にある切換弁５４を通って流れて、燃焼排ガスライン６４を通ってバーナシステムから排出される。燃焼排ガスライン６４において、燃焼排ガスは、熱的に残留熱を供給するために熱交換器８４に残留熱を放出する。

燃焼用空気は、空気ライン６６を通って提供され、空気量は空気制御弁６８を介して調整される。空気は、第１空気分岐ライン７０を通って、さらに切換弁５４を通って第１空気／燃焼排ガスライン５６内に流れる。そこで、第１空気／燃焼排ガスライン５６を流れる空気量は、第１空気流量計量装置５８によって測定されて調節することができる。燃焼用空気は、第１空気／燃焼排ガス開口部２８を通って放射加熱管２２内に流れる。その後、燃焼用空気は、第１再生器４８を通って内管３４の外側に流れる。第１再生器４８は、１つの動作状態において、中を通って流れる高温の燃焼排ガスによって第１再生器４８に予め供給された熱を蓄えていた。第１再生器４８は、第１再生器４８を通って流れる空気に、蓄えられた熱を放出する。第１再生器４８の下流では、加熱された空気が、内管３４のバーナ部分４４において放射加熱管２２の部分に入る。

予混合室８８は、燃料ガスライン７６を介して、天然ガスなどの燃料ガスが供給される。ガス量はガス制御弁７８を介して調整され、ガス流量計量装置８０を介して下流で測定される。

熱交換器８４によって放出された熱を用いて水ライン８２において生成される水蒸気を、水ライン８２を介して予混合室８８にさらに供給することができる。水蒸気流量計量装置８６を介して、水蒸気の流れを測定して調節することができる。

第２空気分岐ライン８２を介して、予混合室８８に空気をさらに供給することができ、第３空気流量計量装置７４を介して空気量を測定して調節することができる。

燃料、または、燃料と空気および／または水蒸気との混合物は、予混合室８８から燃料接続開口部４０を通って、内管３４の第１端部部分３６内に流れる。そこで、燃料または混合物は、回収熱交換器システム５２によって放出された熱によって予熱される。予熱されたガスは、内管３４のバーナ部分４４内に流れる。

この動作状態において、燃焼用空気および燃料ガスは、放射加熱管２２を通って、第２端部２６に向かって同じ方向に流れる。ガスは、内管３４に沿って出口開口部４６を通って、バーナ部分４４における内管３４の外側の放射加熱管２２の内容積に漸増的に移動される。対照的に、第１空気／燃焼排ガスライン５６を通って供給された燃焼用空気の一部は、燃焼帯の内管３４の外側の内管３４に沿って燃焼ガスと既に反応した一部を除いて、常に完全に利用可能である。

そのため、第１再生器４８の下流に存在する過剰空気は、第２再生器５０に向かって減少する。ガスの量と空気の量との燃焼は、段階的に発生するため、反応した量によって放たれた熱を、次の段階の前に（次の出口開口部のうちの１つで）放射加熱管に局所的に放出することができる。空気が局所的に過剰になることにより、温度も、断熱火炎温度よりも大幅に低く維持される。これは、実質的にサーマルＮＯｘ形成を抑制する。

第２動作状態は、切換弁を第２切換位置に切り換えることにより達成される。切り換えプロセスによって、放射管における流れの方向が逆になる。既に燃焼プロセスが行われて、以前出口として動作していた再生器２６のすぐ上流にあった空気は、ここで、放射加熱管２２の全長を通って他方の再生器２４に押し戻される。この切り換えプロセスの間に、燃料の量が、たとえば一時的に減少するように調節することができる。

第２動作状態において、バーナシステムは以下のように動作する。ここでは、第１動作状態と比較して差異のみが記載され、特に、燃料ガスは、第１動作状態と同様に同じ出口開口部への流路を辿る。

空気ライン６６を通って供給された燃焼用空気は、第１空気分岐ライン７０を通り、さらに切換弁５４を通って第２空気／燃焼排ガスライン６０内に流れる。そこで、第２空気／燃焼排ガスラインを流れる空気量は、第２空気流量計量装置６２を介して測定されて調節することができる。燃焼用空気は、第２空気／燃焼排ガス開口部３０を通って放射加熱管２２内に流れる。その後、燃焼用空気は、第２再生器５０を通って内管３４の外側に流れる。第２再生器５０は、当該第２再生器５０を通って流れる空気に、第１動作状態において燃焼排ガスから予め取り込まれた熱を放出する。第２再生器５０の下流では、加熱された空気が、内管３４のバーナ部分４４において放射加熱管２２の部分に入る。この第２動作状態において、第１動作状態と比較して内管３４への燃料ガスまたは混合物の供給が変更されないため、燃焼用空気および燃料ガスの流れは、反対方向に発生する。そのため、燃料は、上記影響を有する内管３４の外側の放射加熱管２２の内容積に漸増的に移動される。

動作させるために、第１動作状態と第２動作状態との間の切り換えは、切換弁５４の切り換えによって継続的に行われる。

放射加熱管２２を起動するために、図示されていない補助バーナを利用して発火温度にしなければならない。また、図示されていない点火装置があってもよく、これを利用することによって、内管３４の外側の放射加熱管内の燃料／空気混合物が、バーナ部分４４で発火する。

図２は、出口開口部４６が設けられた内管３４をそれぞれ含む、本発明に係る複数の放射加熱管２２を備える産業炉１０の断面図を示す。

この構成は、第１動作状態と第２動作状態との間で切り換えるための切換弁５４を備える１つの弁機構を備える。第１空気／燃焼排ガス開口部２８は、それぞれ産業炉の一方側に設けられる。これらの第１空気／燃焼排ガス開口部２８は、同じ第１空気／燃焼排ガスライン５６に接続される。反対側の第２端部２６に設けられた第２空気／燃焼排ガス開口部は、同じ第２空気／燃焼排ガスライン６０に接続される。第１空気流量計量装置５８は、第１空気／燃焼排ガス開口部２８の上流に配置され、第１再生器を通って放射加熱管２２に供給される空気を、各放射加熱管２２に対して個別に測定して調節するために用いることができる。第２空気流量計量装置６２は、第２空気／燃焼排ガス開口部３０の上流に配置され、第２再生器５０を通って放射加熱管２２に送られる空気の流れを、各放射加熱管２２に対して個別に測定して調節するために用いることができる。放射加熱管２２は、各々専用の予混合室８８を備える。すべての予混合室８８は、第１端部２４と対向する放射加熱管の同じ側に配置される。これらの予混合室は、同じ第２空気分岐ライン７２に接続される。放射加熱管に与えられた第３空気流量計量装置７４は、各放射加熱管２２に対して、予混合室に供給された空気を個別に測定して調節するために用いることができる。

これらの放射加熱管２２の予混合室８８は、同じ燃料ガスライン７６に接続される。予混合室８８に供給されたガス量は、放射加熱管２２に個々に与えられたガス流量計量装置８０を介して各放射加熱管に対して測定して調節することができる。

この配置の結果、放射加熱管の並列接続が達成される。放射加熱管の供給には、１つの空気供給源または燃料ガス供給源で十分である。予混合室８８または第１空気／燃焼排ガス開口部２８などの、バーナシステムの相互に対応するデバイスは、産業炉１０または放射加熱管２２の配置の同じ側に配置される。これによって、並列接続が簡素化される。全体として、装置関連の複雑度が大幅に低減される。各動作状態において、放射加熱管２２を通る流れは、同じ方向で発生することが好ましい。各動作状態において、内管を通る流れは、互いに同じ方向、絶対的にはバーナシステムに対して同じ方向で発生する。放射加熱管を通る流れおよびそれに関連付けられた内管は、図１との関連で記載された第１動作状態と第２動作状態とが切り換わる機能として、同じ方向と反対方向とが交互に入れ換わる。

図３は、本発明に係るＵ字型の放射加熱管２２を備える産業炉１０を示す図である。放射加熱管の第１端部２４および第２端部２６では、放射加熱管が、炉筐体１２の壁１４と同じ側に載置される。炉筐体の反対側の壁１４は、ベアリングコネクタ９２用の取り付け台を備える。この例示的な実施の形態において、円筒状の内管３４は、Ｕ字型の放射加熱管２２における各直線脚部９４に与えられることが好ましい。内管３４は、各々、閉鎖された内管端部４２を有し、これは、Ｕ字型の放射加熱管２２の曲線部分９６と対向する。第１再生器４８および第２再生器５０は、各々、放射加熱管２２の端部に配置される。第１再生器４８および／または第２再生器５０は、図１の配置に対応して、回収熱交換器システムを備え、当該回収熱交換器システムに熱的に供給することができる。放射加熱管を通って内管３４の外側の第１再生器４８および第２再生器５０を通って流れる燃焼用空気を放射加熱管に供給することは、図１の放射加熱管の場合と本質的に同様に行われる。この場合、第１空気流量計量装置５８は、第１空気分岐ライン７０において、放射加熱管２２に移動された燃焼用空気量を測定して調節するために用いられている切換弁５４の上流に配置される。

複数の内管３４への燃料ガスまたは燃料ガス／空気の混合物の供給は、同時に行われる。２つの内管３４は、燃料ガスが交互に供給されないことが好ましいが、各動作状態において、２つの内管３４に燃料ガスが供給される。この目的のため、内管３４は、各々、予混合室８８を備える。これらの予混合室は、同じ第２空気分岐ライン７２に接続される。予混合室８８に移動された空気量を測定して調節するために用いることができる第３空気流量計量装置は、第２空気分岐ライン７２のＴ字に交差する形に形成された分枝における、予混合室８８に対して上流に配置される。予混合室８８には、さらに、燃料ガスが同時に供給される。この目的のため、これらは、同じ燃料ガスライン７６に接続される。燃料ガスライン７６の分岐点における予混合室８８に対して上流に、ガス流量計量装置８０が配置され、これによって、予混合室８８に供給された燃料ガス量を調整および／または測定することが可能になる。燃料または燃料と空気との混合物が同時に内管に供給されることにより、および炉壁１４の一方側から内管および放射加熱管に供給されることにより、構成のための装置関連の複雑度は大幅に低減される。放射加熱管は、一方側から産業炉１０内に設置することができる。各動作状態において、内管３４を通る流れは、互いに同じ方向に、曲線部分９６に向かって発生する。各動作状態において、１つの内管および放射加熱管を通る流れは、同じ方向に発生し、第２の内管および放射加熱管を通る流れは、反対方向に発生する。放射加熱管を通る流れの方向に対する、１つの内管を通る流れの方向は、２つの動作状態間で切り換えが行われる度に入れ換えられる。

産業炉１０用のバーナシステムのための、特に細い放射管２０を備える概念を提供する。本発明に係るバーナシステムは、少なくとも１つの放射加熱管２２を備える。バーナシステムは、第１再生器４８を備え、第１再生器４８は第１端部２４に配置される。バーナシステムの第２再生器５０は、放射加熱管２２の第２端部２６に配置される。第１再生器４８および第２再生器５０は、弁機構５４に接続される。弁機構５４は、一方の再生器４８、５０を介する放射加熱管２２への燃焼用空気の供給と、他方の再生器４８、５０を介する燃焼排ガスの排出とを交互に行うための、第１動作状態および第２動作状態を有する。少なくとも１つの内管３４は、放射加熱管２２の内側に配置される。内管は少なくとも部分的に放射加熱管２２に沿って延在する。内管３４は、燃料供給ライン７６に接続される。内管３４は、複数の出口開口部４６を有し、複数の出口開口部４６は、内管３４の長手延在方向に沿って内管３４に設けられ、内管の外側に位置する放射加熱管２２の容積に内管の内部を接続する。燃料を漸増的に移動させること、および任意に空気を大過剰に局所的に広く行き渡らせることによって、ＮＯｘ形成は実質的に抑制される。

１０ 産業炉
１２ 炉筺体
１４ 壁
１６ 利用可能空間
１８ 第１開口部
２０ 第２開口部
２２ 放射加熱管
２４ 第１端部
２６ 第２端部
２８ 第１空気／燃焼排ガス開口部
３０ 第２空気／燃焼排ガス開口部
３２ 接続開口部
３４ 内管
３６ 第１端部部分
３８ 第２端部部分
４０ 燃料接続開口部
４２ 内管端部
４４ バーナ部分
４６ 出口開口部
４８ 第１再生器
５０ 第２再生器
５２ 回収熱交換器システム
５４ 切換弁
５６ 第１空気／燃焼排ガスライン
５８ 第１空気流量計量装置
６０ 第２空気／燃焼排ガスライン
６２ 第２空気流量計量装置
６４ 燃焼排ガスライン
６６ 空気ライン
６８ 空気制御弁
７０ 第１空気分岐ライン
７２ 第２空気分岐ライン
７４ 第３空気流量計量装置
７６ 燃料ガスライン
７８ ガス制御弁
８０ ガス流量計量装置
８２ 水ライン
８４ 熱交換器
８６ 水蒸気流量計量装置
８８ 予混合室
９０ 加熱される生成物
９２ ベアリングコネクタ
９４ 直線脚部
９６ 曲線部分
Ｄ 直径
Ｌ 長さ

Claims (11)

1. 放射加熱管（２２）と、
   前記放射加熱管（２２）の第１端部（２４）に配置される第１再生器（４８）および前記放射加熱管（２２）の第２端部（２６）に配置される第２再生器（５０）とを備え、
   前記第１再生器（４８）および前記第２再生器（５０）は、弁機構（５４）に接続され、前記弁機構（５４）は、一方の再生器（４８、５０）を介する前記放射加熱管（２２）への燃焼用空気の供給と、他方の再生器（４８、５０）を介する燃焼排ガスの排出とを交互に行うための、第１動作状態および第２動作状態を有し、
   少なくとも部分的に前記放射加熱管（２２）に沿って延在する少なくとも１つの内管（３４）は、前記放射加熱管（２２）の内側に配置され、
   前記内管（３４）の一方側は、燃料供給ライン（７６）に接続され、
   前記内管（３４）の他方側は、閉鎖しており、
   前記内管（３４）は、前記内管（３４）の長手延在方向に沿って前記内管（３４）に設けられる複数の出口開口部（４６）を有し、
   前記内管（３４）は、水供給源もしくは水蒸気供給源（８２、８４）および／または空気供給源（６６）に接続され、燃料と水蒸気および／または空気との混合物を生成するための予混合室（８８）に接続され、
   前記予混合室（８８）は、前記燃料供給ライン（７６）ならびに、前記水供給源もしくは水蒸気供給源（８２、８４）および／または前記空気供給源（６６）に接続され、
   前記内管（３４）は、前記第１動作状態および前記第２動作状態のいずれにおいても、前記一方側から前記燃料または前記混合物が供給される
   バーナシステム。
2. 前記放射加熱管（２２）の直径（Ｄ）と長さ（Ｌ）との比は、１：５より小さい
   請求項１に記載のバーナシステム。
3. 前記内管（３４）は、前記内管（３４）の円周に沿って前記内管（３４）に設けられる複数の出口開口部（４６）を有する
   請求項１または２に記載のバーナシステム。
4. 前記複数の出口開口部（４６）は、前記内管（３４）のバーナ部分（４４）に沿って前記放射加熱管（２２）が均一の温度を有するように、前記内管（３４）に設けられる
   請求項１から３のいずれか１項に記載のバーナシステム。
5. 前記予混合室（８８）における前記混合物中の炭素に対する酸素の原子比は、１以下である
   請求項１から４のいずれか１項に記載のバーナシステム。
6. 前記燃料または燃料との混合物を予熱するための回収熱交換器（５２）を備える
   請求項１から５のいずれか１項に記載のバーナシステム。
7. 前記回収熱交換器（５２）は、前記第１再生器（４８）の内側において、前記第１再生器（４８）に対して同心円状に配置される
   請求項６に記載のバーナシステム。
8. 前記放射加熱管（２２）は、長手方向の管である
   請求項１から７のいずれか１項に記載のバーナシステム。
9. 前記放射加熱管（２２）は、Ｕ字型の放射加熱管である
   請求項１から８のいずれか１項に記載のバーナシステム。
10. 少なくとも２つの放射加熱管（２２）を含む請求項１から９のいずれか１項に記載のバーナシステムを備える産業炉（１０）であって、前記放射加熱管（２２）は、燃料または燃料との混合物および燃焼用空気の供給に対して並列に接続される
    産業炉（１０）。
11. 請求項１から９のいずれか１項に記載のバーナシステムを動作させるための方法であって、
    第１動作状態および第２動作状態において、燃料または混合物を前記内管（３４）内に供給し、前記内管（３４）における複数の出口開口部（４６）を介して前記内管（３４）の長さにわたって分配されるように、前記燃料または前記燃料との混合物を前記放射加熱管（２２）内に移動させるステップと、
    第１動作状態において、前記放射加熱管（２２）内に空気を供給し、第１再生器（４８）を介して当該空気を加熱し、前記放射加熱管（２２）から第２再生器（５０）を通って前記燃焼排ガスを排出し、前記第２再生器を加熱するステップと、
    第２動作状態において、前記放射加熱管（２２）内に空気を供給し、前記第２再生器（５０）を介して当該空気を加熱し、前記放射加熱管（２２）から前記第１再生器（４８）を通って前記燃焼排ガスを排出し、前記第１再生器を加熱するステップと、
    前記第１動作状態と前記第２動作状態との間で交互に切り換えるステップとを含む
    方法。

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