JPH06207531A - Heating device and control method therefor - Google Patents
Heating device and control method thereforInfo
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- JPH06207531A JPH06207531A JP14610291A JP14610291A JPH06207531A JP H06207531 A JPH06207531 A JP H06207531A JP 14610291 A JP14610291 A JP 14610291A JP 14610291 A JP14610291 A JP 14610291A JP H06207531 A JPH06207531 A JP H06207531A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、加熱炉外に設けたガス
タービンの排ガスを炉内に導入し、その排ガスに含まれ
る熱と、加熱炉内に供給される燃料の燃焼熱とを併用す
るタイプの加熱装置と、その加熱装置を制御する方法に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention introduces the exhaust gas of a gas turbine provided outside a heating furnace into the furnace, and uses the heat contained in the exhaust gas and the combustion heat of the fuel supplied into the heating furnace together. And a method of controlling the heating device.
【0002】[0002]
【従来の技術】これらの加熱炉は一般に蛇管式または管
板式などの被加熱管を内蔵しており、これらの被加熱管
にナフサなどの原料、水などを供給し、加熱するため使
用されるものである。これらの加熱装置においては、例
えば、ナフサを熱分解してエチレンや水素を製造する場
合、0.1〜0.3秒程度の短時間に被加熱管を貫流す
る大量の原料を400〜900℃の高温まで加熱する必
要がある。2. Description of the Related Art Generally, these heating furnaces have a built-in tube to be heated such as a serpentine tube type or a tube plate type, and are used for supplying and heating raw materials such as naphtha and water to these heated tubes. It is a thing. In these heating devices, for example, when naphtha is pyrolyzed to produce ethylene or hydrogen, a large amount of raw material flowing through the heated pipe in a short time of about 0.1 to 0.3 seconds is 400 to 900 ° C. It is necessary to heat up to the high temperature.
【0003】この加熱用の燃料消費は莫大であるため、
これまでも多くの省エネルギー技術が取り入れられてお
り、特に投資効果の大きいものとして、加熱炉にガスタ
ービンを付設してその高温排ガスを加熱炉内に導入し
て、加熱炉内に供給される燃料の燃焼熱と共に利用する
方法が提案されている。Since the fuel consumption for this heating is enormous,
Many energy-saving technologies have been adopted so far, and as a particularly significant investment effect, a gas turbine is attached to the heating furnace, the high-temperature exhaust gas is introduced into the heating furnace, and the fuel supplied to the heating furnace is supplied. A method of utilizing it with the heat of combustion has been proposed.
【0004】然しながら、これまで導入されたガスター
ビンは、いずれも一般産業向けの発電用、または熱電併
給用のものであった。これら陸上用のガスタービンは、
信頼性が高く長期にわたって連続運転が可能であるが、
大型であり広大な据付床面積を必要とすると言う問題が
あった。又、熱効率も概ね30%以下であり、総合的省
エネルギー推進のためには、熱効率の一層の向上が望ま
れている。However, the gas turbines that have been introduced so far are all for power generation for general industry or for combined heat and power supply. These onshore gas turbines
It is highly reliable and can be operated continuously for a long time.
There was a problem that it was large and required a vast installation floor area. Further, the thermal efficiency is generally 30% or less, and further improvement of the thermal efficiency is desired for the promotion of comprehensive energy saving.
【0005】一般に、航空機エンジン用のガスタービン
は、航空機に搭載できるように小型かつ軽量で、しかも
特に高い効率が得られるように設計されているので、こ
の航空機エンジン用のガスタービンを使用すれば、熱効
率を向上させ、しかも、所要床面積を節約できるもので
ある。Generally, a gas turbine for an aircraft engine is designed to be small and lightweight so that it can be mounted on an aircraft, and particularly high efficiency can be obtained. The thermal efficiency can be improved and the required floor area can be saved.
【0006】然しながら、航空機用のガスタービンは、
長期にわたる連続運転を前提として設計されておらず、
又、一般産業向けのものに比較して、格段に軽量化され
ているが、このことは一般産業用としては必ずしも全て
の点で好都合といえるものでなく、運転停止時に正常回
転数から完全に回転が止まるまでの時間が短か過ぎるた
め、これを直ちに産業用に転用することは不可能であっ
た。However, gas turbines for aircraft are
Not designed for long-term continuous operation,
Also, it is significantly lighter than that for general industry, but this is not necessarily convenient for general industry in all respects. Since it took too short a time to stop rotating, it was impossible to immediately convert it into an industrial one.
【0007】即ち、この種の加熱装置においては、不時
のガスタービン停止時にはガスタービンからの熱供給の
途絶を補うため、加熱炉への燃料及び空気の供給量を増
加して、加熱炉内の燃焼状態を大幅に切替え、被加熱物
へ供給する熱量を一定に保持するか、又は、加熱炉内に
供給される熱量の変動に応じて被加熱物の供給量を減少
させる必要があるが、何れにせよ航空機エンジン用のガ
スタービンは回転部分の慣性が少なく、その停止時にガ
スタービンからの高温排ガス流量が急激に減少し短時間
の内に途絶に至るため、通常の制御装置及び方法ではこ
の急激な変化に追随して加熱炉内の温度分布を安定に保
持することは困難であった。That is, in this type of heating device, in order to make up for the interruption of the heat supply from the gas turbine when the gas turbine is stopped unnecessarily, the supply amount of fuel and air to the heating furnace is increased to It is necessary to significantly change the combustion state of No. 1 to keep the amount of heat supplied to the object to be heated constant or to decrease the amount of object to be heated according to the fluctuation of the amount of heat supplied to the heating furnace. In any case, the gas turbine for an aircraft engine has a small inertia in the rotating part, and when it is stopped, the flow rate of the high temperature exhaust gas from the gas turbine sharply decreases and is interrupted within a short time. It was difficult to keep the temperature distribution in the heating furnace stable following the rapid changes.
【0008】又、通常は、このような産業用の加熱炉
は、その下流側に設けられている各種のプラントと結合
され、総合的に一体化されており、被加熱物の供給量を
減少させる方法は、それらのプラントへの生成物の供給
量の変動を伴い、プラント全体に大きな影響を及ぼすの
で採用できない。従って、燃料及び空気の供給量を大幅
に増大する必要があるが、その際特に問題となるのは、
空気供給量の制御である。というのも、燃料の供給量は
比較的敏速に切替え得るが、空気供給量を増大させるに
は相当の時間を要するからである。[0008] Usually, such an industrial heating furnace is combined with various plants provided on the downstream side thereof and integrated as a whole, so that the supply amount of the object to be heated is reduced. This method cannot be adopted because it involves fluctuations in the amount of products supplied to those plants and has a great impact on the entire plant. Therefore, it is necessary to greatly increase the supply amount of fuel and air.
This is the control of the air supply amount. This is because the fuel supply amount can be switched relatively quickly, but it takes a considerable time to increase the air supply amount.
【0009】例えば、このような制御を行うため非常用
の送風機を設置し、航空機エンジン用のガスタービンが
緊急停止した瞬間に、その非常用送風機を起動して加熱
炉に空気を供給するようにしようとしても、送風機が定
格回転数に達し、その風圧及び送風量が定格値に達する
迄の所要時間は、通常、ガスタービンからの高温排ガス
の供給が途絶する迄の時間より遙に長いので、加熱炉へ
の空気補給が間に合わず、又、送風機から供給される空
気と、ガスタービンから供給される排ガスの物理的状態
(例えば、温度、酸素濃度など)とは、その差があまり
にも大きいので、上記のような方法では加熱炉内の燃焼
状態にも大きな影響を生じ、そのため、燃料の不完全燃
焼や失火等が発生し、生成物の品位が損なわれるという
問題がある。For example, an emergency blower is installed to perform such control, and the emergency blower is started to supply air to the heating furnace at the moment when the gas turbine for the aircraft engine is urgently stopped. Even if you try, the time required for the blower to reach the rated speed, and its wind pressure and air flow rate to reach the rated value is usually much longer than the time until the supply of high-temperature exhaust gas from the gas turbine is interrupted. Since the air supply to the heating furnace is not in time, and the difference between the air supplied from the blower and the physical state of the exhaust gas supplied from the gas turbine (for example, temperature, oxygen concentration, etc.) is too large. However, the above-mentioned method has a great influence on the combustion state in the heating furnace, so that there is a problem that incomplete combustion or misfire of the fuel occurs and the quality of the product is impaired.
【0010】別の手段として、常時運転の送風機とし
て、正常運転に必要なものより大容量のものを設置し、
平常はその送風機を低速回転で運転するか、又は送風機
の流路を弁等で絞ることにより、常時は定格値以下の低
流量で空気を加熱炉に供給するよう構成しておき、ガス
タービンが緊急停止した瞬間から送風機の流量を増大さ
せる方法があるが、このようにすると、設備費及び正常
運転時の運転コストがかさむ上、この場合でも、送風機
の切替には相当の時間を要する上、送風機から供給され
る空気と、ガスタービンから供給される排ガスの物理的
状態の差が大きいので、加熱炉内の温度分布の大幅な変
動は不可避であり、これを短時間内に正常の状態に回復
することは困難であった。As another means, as an always operating blower, one having a larger capacity than that required for normal operation is installed.
Normally, the blower is operated at low speed, or the flow path of the blower is throttled with a valve or the like so that air is constantly supplied to the heating furnace at a low flow rate below the rated value, and the gas turbine is There is a method to increase the flow rate of the blower from the moment of an emergency stop, but doing so increases the equipment cost and the operating cost during normal operation, and even in this case, switching the blower requires a considerable time, Since there is a large difference in the physical state between the air supplied from the blower and the exhaust gas supplied from the gas turbine, it is inevitable that a large fluctuation in the temperature distribution within the heating furnace will occur, and this can be restored to a normal state within a short time. It was difficult to recover.
【0011】加熱炉の温度分布が大きく変動すれば、加
熱炉からの生成物の状態(例えば、構成成分、量、温
度、圧力)も大きく変動し、これが更に下流の工程にも
影響を及ぼすので、プラント全体が危険状態に陥り、事
故や災害が発生するおそれがある。If the temperature distribution of the heating furnace fluctuates greatly, the state of the products from the heating furnace (for example, constituents, amount, temperature, pressure) also fluctuates greatly, and this also affects downstream processes. , The entire plant may fall into a dangerous state and an accident or disaster may occur.
【0012】ガスタービンの緊急停止の前後の変動で、
特に影響の大きいものは加熱炉に内蔵されている被加熱
管の出口温度である。送風機から送られる空気の温度
は、ガスタービンから供給される排ガスの温度より遙か
に低いので、これまでの方法では、ガスタービンの緊急
停止の後、加熱炉内の温度が一時的に低下するのを避け
られず、加熱炉内の温度が低下すれば、加熱炉に内臓さ
れている被加熱管の出口温度も低下し、そのため加熱生
成物の組成などが大きく変動する。Due to fluctuations before and after the emergency stop of the gas turbine,
What has a particularly great influence is the outlet temperature of the heated tube built into the heating furnace. Since the temperature of the air sent from the blower is much lower than the temperature of the exhaust gas supplied from the gas turbine, the conventional method causes the temperature inside the heating furnace to temporarily drop after the gas turbine is shut down. Inevitably, if the temperature in the heating furnace is lowered, the outlet temperature of the heated pipe contained in the heating furnace is also lowered, so that the composition of the heated product and the like greatly fluctuate.
【0013】これを回避するために該被加熱管に供給す
る原料の流量を減少すれば、加熱炉からの生成物の量が
低下し、その影響は下流側のプラントに及ぶことにな
る。上記の様な事情のため、公知の何れの制御方法で
も、加熱炉の運転のみならず下流のプラントの操業にも
大きい影響が及ぼされることとなる。又、今日では、大
型ボイラでも、缶内に保持されている水量が極めて少な
くなっており、そのため、航空機エンジン用のガスター
ビンの排熱を利用しようとすると、上記と同様な問題が
生じる。If the flow rate of the raw material supplied to the tube to be heated is reduced in order to avoid this, the amount of the product from the heating furnace will be reduced, and the effect will reach the downstream plant. Due to the above-mentioned circumstances, any known control method has a great influence not only on the operation of the heating furnace but also on the operation of the downstream plant. Further, even in large boilers today, the amount of water retained in the can is extremely small. Therefore, when the exhaust heat of the gas turbine for aircraft engines is used, the same problem as described above occurs.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、エチ
レン、水素等の製造装置や、大型ボイラー等で用いられ
るガスタービン併用の加熱炉において、従来の制御技術
では不時の停止時の緊急対処が困難であったため利用で
きなかった航空機エンジン用の高効率ガスタービンを利
用する技術を提供し、これによりこれらエネルギー多消
費設備の一層の省エネルギーを図るものである。DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gas turbine combined heating furnace used in a production apparatus for ethylene, hydrogen, etc., or a large-scale boiler etc. It is intended to provide a technique for utilizing a high-efficiency gas turbine for an aircraft engine that could not be used because it was difficult to deal with, thereby further saving energy in these energy consuming facilities.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】叙上の本発明の目的は、
燃料燃焼装置と加熱される流体が貫流する被加熱管とを
具備した加熱炉と、その加熱炉外に設けたガスタービン
の高温排ガスを加熱炉内に導入する装置と、加熱炉の燃
料燃焼装置に燃料を供給する装置と、加熱炉内に空気を
供給する送風機と、加熱炉への燃料供給量に応じて加熱
炉への空気供給量を制御する装置と、加熱炉へのガスタ
ービンの排ガス供給量を制御する装置と、加熱炉への燃
料供給量を制御する装置を含み、その燃料供給量を制御
して被加熱管から流出する生成物の温度を制御する装置
とを具備し、加熱炉内で発生する燃焼熱と、ガスタービ
ンの高温排ガスの熱を併用して被加熱管内を貫流する流
体を加熱する装置において、ガスタービンが航空機エン
ジン用のガスタービンであり、排ガス供給量制御装置が
ガスタービン停止時に加熱炉への排ガス分配管を閉鎖す
る排ガス遮断弁を有し、生成物温度制御装置が、ガスタ
ービンの停止時に、温度設定値を一定時間その停止前の
値より高く設定する手段を具備し、空気供給量制御装置
が、生成物温度制御装置の燃料指示調節計の指示する燃
料供給量に対応して.加熱炉に供給する空気流量を制御
することを特徴とする上記の加熱装置によって達成され
る。The above object of the present invention is to:
A heating furnace equipped with a fuel combustion apparatus and a heated pipe through which a fluid to be heated flows, an apparatus for introducing high temperature exhaust gas of a gas turbine provided outside the heating furnace into the heating furnace, and a fuel combustion apparatus for the heating furnace Device for supplying fuel to the heating furnace, a blower for supplying air into the heating furnace, a device for controlling the air supply amount to the heating furnace according to the fuel supply amount to the heating furnace, and the exhaust gas of the gas turbine to the heating furnace. The apparatus includes a device for controlling the supply amount and a device for controlling the fuel supply amount to the heating furnace, and a device for controlling the fuel supply amount to control the temperature of the product flowing out of the heated pipe. In a device that heats a fluid flowing through a heated pipe by using combustion heat generated in a furnace and heat of a high temperature exhaust gas of a gas turbine, the gas turbine is a gas turbine for an aircraft engine, and an exhaust gas supply control device Gas turbine stopped In addition, the exhaust gas cutoff valve for closing the exhaust gas distribution pipe to the heating furnace, the product temperature control device, when the gas turbine is stopped, equipped with a means for setting a temperature set value higher than the value before the stop for a certain period of time. , The air supply control device corresponds to the fuel supply amount indicated by the fuel indicating controller of the product temperature control device. This is achieved by the above heating device characterized by controlling the flow rate of air supplied to the heating furnace.
【0016】尚、上記の航空機エンジン用のガスタービ
ンとしては、400〜700°Cの高温排ガスを発生
し、その停止時に高温排ガスの流量が正常流量から半減
するまでの時間が、0.5秒以上20秒以下のもの、更
に望ましくは2秒以上15秒以下のものを使用すること
が推奨される。As a gas turbine for the aircraft engine, a high temperature exhaust gas of 400 to 700 ° C. is generated, and when the high temperature exhaust gas is stopped, the time required for the flow rate of the high temperature exhaust gas to halve from the normal flow rate is 0.5 seconds. It is recommended to use the one for 20 seconds or more and more preferably for 2 seconds or more and 15 seconds or less.
【0017】さらに上記の目的は、上記の加熱装置を制
御するに当たって、ガスタービンが不時に停止した際、
原料の供給量を減少することなく、生成物の品質を一定
に保持するため、 トリップ検出制御器がガスタービンの停止を検出し
トリップ検出信号を発信するステップと、 ガスタービンから加熱炉への排ガス供給管路を閉鎖
するステップと、 加熱炉内に空気を供給する管路に設けた空気流量調
節弁を全開するステップと、 生成物温度制御装置の設定温度を、ガスタービン停
止直前の値より高温側に変更するステップと、 生成物温度制御装置により、前項記載のステップに
より高められた設定温度に対応して、加熱炉への燃料供
給量を増加するため、燃料調節弁の開度を制御するステ
ップと、 燃料制御計の指示する燃料供給量に対応する燃料の
燃焼に必要な空気流量を保持するため、加熱炉への供給
空気流量制御装置に制御動作を行わせるステップと、 予め定められた時間が経過した後に、生成物温度制
御装置の設定温度をもとの設定値に復帰するステップ
と、 前項記載のステップで正常値に戻された設定温度に
対応して、生成物温度制御装置により、加熱炉への燃料
供給量を制御するステップと、 燃料制御計の指示する燃料供給量に対応する燃料の
燃焼に必要な空気流量を保持するため、燃焼炉への供給
空気流量制御装置に正常な制御動作を行わせるステップ
と、から成る制御方法により、被加熱管の出口における
生成物の温度を一定に制御することによって達成され
る。Further, the above object is to control the above heating device, when the gas turbine is stopped unintentionally,
In order to maintain a constant product quality without reducing the supply of raw material, the trip detection controller detects the gas turbine stoppage and sends a trip detection signal, and the exhaust gas from the gas turbine to the heating furnace. Close the supply pipeline, fully open the air flow control valve provided in the pipeline that supplies air to the heating furnace, and set the product temperature controller to a temperature higher than the value immediately before the gas turbine was stopped. And the product temperature control device controls the opening of the fuel control valve in order to increase the fuel supply amount to the heating furnace in response to the set temperature increased by the step described in the preceding paragraph. In order to maintain the air flow rate required for the combustion of the fuel corresponding to the fuel supply amount indicated by the fuel control meter, the step for controlling the air supply flow rate control device to the heating furnace And the step of returning the set temperature of the product temperature control device to the original set value after the elapse of a predetermined time, and the set temperature returned to the normal value in the step described in the preceding paragraph. , The step of controlling the fuel supply amount to the heating furnace by the product temperature control device, and to maintain the air flow rate required for combustion of the fuel corresponding to the fuel supply amount indicated by the fuel control meter, This is achieved by controlling the temperature of the product at the outlet of the heated pipe to a constant value by a control method comprising the step of causing the supply air flow rate control device to perform a normal control operation.
【0018】[0018]
【作用】本発明によるときは、航空機エンジン用のガス
タービンを使用しても、その停止に即応して、燃料及び
空気の緊急制御が確実に行われるようになり、ガスター
ビンの緊急停止時においても、被加熱管への原料供給量
を変化させることなく、その出口における生成物の温度
を一定に制御できるので、生成物の品質及び量を常時一
定に保持できるものである。According to the present invention, even if a gas turbine for an aircraft engine is used, emergency control of fuel and air can be surely performed in response to the stop of the gas turbine. Also, since the temperature of the product at the outlet can be controlled to be constant without changing the supply amount of the raw material to the heated pipe, the quality and amount of the product can be constantly maintained.
【0019】[0019]
【実施例】以下、図面により、本発明の一実施例につい
て説明する。図1は、例えばエチレン製造用のナフサ分
解炉として利用できる加熱装置の構成を示す説明図であ
り、図2は航空機エンジン用のガスタービンの停止特性
を示すグラフ、図3は、図1に示した指示調節計の指示
値の変化を示すグラフであ。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a heating device that can be used as, for example, a naphtha cracking furnace for ethylene production, FIG. 2 is a graph showing stop characteristics of a gas turbine for aircraft engines, and FIG. 3 is shown in FIG. 7 is a graph showing changes in the indicated value of the indicating controller.
【0020】図1において、1は加熱炉、2はガスター
ビン排ガス供給装置、3は加熱炉1への空気供給量を制
御する装置、4は加熱炉1に供給する排ガスの供給量を
制御する装置、5は生成物の温度を制御する装置、6は
加熱炉1へ空気を供給する送風機、7は燃料供給装置、
8は原料供給装置、9は生成物を受け入れるプラントで
ある。In FIG. 1, 1 is a heating furnace, 2 is a gas turbine exhaust gas supply device, 3 is a device for controlling the air supply amount to the heating furnace 1, and 4 is a supply amount of the exhaust gas supplied to the heating furnace 1. A device, 5 is a device for controlling the temperature of the product, 6 is a blower for supplying air to the heating furnace 1, 7 is a fuel supply device,
Reference numeral 8 is a raw material supply device, and 9 is a plant that receives a product.
【0021】而して、実際のプラントでは、一基のガス
タービンに対して、多数の加熱炉を並列して設けるもの
であるが、ここには一組しか示されていない。In an actual plant, a large number of heating furnaces are provided in parallel for one gas turbine, but only one set is shown here.
【0022】加熱炉1は、炉体10、燃料燃焼装置1
1、被加熱管12、煙突13、排気ファン14、その駆
動モータ15、排気ダンパー16を具備し、原料供給装
置8から被加熱管12の内部に供給されたナフサなどの
原料を加熱、分解し、その分解生成物を送出し、管路9
1を介して、受け入れプラント9に供給する。The heating furnace 1 includes a furnace body 10 and a fuel combustion device 1.
1, a heated tube 12, a chimney 13, an exhaust fan 14, a drive motor 15 for the same, an exhaust damper 16, and heats and decomposes raw materials such as naphtha supplied from the raw material supply device 8 into the heated tube 12. , The degradation product is delivered, and the pipeline 9
1 to the receiving plant 9.
【0023】ガスタービン排ガス供給装置2は、航空機
エンジン用のガスタービン20、発電機21、ガスター
ビン20の停止を検出しその検出信号を発信するトリッ
プ検出器22、煙突23、排ガス圧力制御装置24、排
ガス供給管25、排ガス分配管26、排ガス放出管27
及び排ガス酸素計28などから成り、発電に際して発生
した排ガスを供給管25及び分配管26を通じて加熱炉
1に供給している。The gas turbine exhaust gas supply device 2 includes a gas turbine 20 for an aircraft engine, a generator 21, a trip detector 22 that detects the stoppage of the gas turbine 20 and sends a detection signal thereof, a chimney 23, and an exhaust gas pressure control device 24. , Exhaust gas supply pipe 25, exhaust gas distribution pipe 26, exhaust gas discharge pipe 27
And an exhaust gas oxygen meter 28, and the exhaust gas generated during power generation is supplied to the heating furnace 1 through a supply pipe 25 and a distribution pipe 26.
【0024】而して、このガスタービン20は航空機エ
ンジン用のもので、その排ガス温度が400〜700°
C、その停止時に排ガスの流量が正常流量から半減する
までの時間が0.5秒以上20秒以下のものを使用す
る。更に望ましいガスタービンの回転数半減時間は、2
秒以上15秒以下である。この回転数半減時間が0.5
秒然となると、本発明によっても制御が困難となり、
又、回転半減時間が20秒以上のものは、小型化、軽量
化が十分でなく、熱効率などの点で問題がある。Thus, this gas turbine 20 is for an aircraft engine, and its exhaust gas temperature is 400 to 700 °.
C, the time until the exhaust gas flow rate is reduced from the normal flow rate to half when stopped is used for 0.5 seconds or more and 20 seconds or less. A more desirable gas turbine rotation speed half time is 2
It is at least 15 seconds but not more than 2 seconds. This rotation speed half time is 0.5
In seconds, it becomes difficult to control even by the present invention,
If the rotation half-time is 20 seconds or more, the downsizing and weight saving are not sufficient, and there is a problem in terms of thermal efficiency.
【0025】空気供給量制御装置3は、空気流量演算制
御装置31、送風機6の風量を検出する空気流量指示調
節計32、及び空気流量調節弁33とから成り、他の制
御装置などから、加熱炉1への排ガス供給量、排ガス酸
素濃度、燃料供給量などの情報を受け入れ、所要空気量
を算出し、空気流量調節弁33の開度を調節して、最適
量の空気を加熱炉1に供給する。The air supply amount control device 3 comprises an air flow rate calculation control device 31, an air flow rate indicating controller 32 for detecting the air flow rate of the blower 6, and an air flow rate adjusting valve 33. Information such as the exhaust gas supply amount, exhaust gas oxygen concentration, and fuel supply amount to the furnace 1 is received, the required air amount is calculated, the opening of the air flow rate control valve 33 is adjusted, and the optimum amount of air is supplied to the heating furnace 1. Supply.
【0026】排ガス供給量制御装置4は、排ガス流量演
算制御装置41、排ガス流量指示制御計42、排ガス流
量調節弁43及び排ガス遮断弁44などから成り、排ガ
ス流量調節弁43の開度を調節して、加熱炉1に供給さ
れる流量を予め定められた値に保持する。The exhaust gas supply amount control device 4 includes an exhaust gas flow rate calculation control device 41, an exhaust gas flow rate instruction controller 42, an exhaust gas flow rate control valve 43, an exhaust gas cutoff valve 44, and the like, and controls the opening degree of the exhaust gas flow rate control valve 43. The flow rate supplied to the heating furnace 1 is maintained at a predetermined value.
【0027】生成物温度制御装置5は、温度演算制御装
置51、被加熱管12の出口に設けられる温度指示調節
計52、燃料供給量制御装置53、燃料遮断弁54など
からなり、燃料流量制御装置53は燃料供給管71に設
けられる燃料流量指示調節計531、燃料流量制御弁5
32から成る。この生成物温度制御装置5は、被加熱管
12から送出される生成物の温度が一定に保たれるよ
う、加熱炉1への燃料供給量を制御するものである。The product temperature control device 5 comprises a temperature calculation control device 51, a temperature indicating controller 52 provided at the outlet of the heated pipe 12, a fuel supply amount control device 53, a fuel cutoff valve 54, and the like, and the fuel flow rate control is performed. The device 53 includes a fuel flow rate indicator controller 531 and a fuel flow rate control valve 5 provided in the fuel supply pipe 71.
It consists of 32. The product temperature control device 5 controls the amount of fuel supplied to the heating furnace 1 so that the temperature of the product delivered from the heated pipe 12 is kept constant.
【0028】而して、この加熱装置が、例えば、エチレ
ン製造装置として利用されるときは、通常、ナフサ、エ
タン、液化石油ガス等の石油留分を原料とし、これに希
釈剤として水蒸気を重量比で0.3〜0.5の割合で混
合し、被加熱管12に供給する。When the heating device is used as, for example, an ethylene production device, a petroleum fraction such as naphtha, ethane and liquefied petroleum gas is usually used as a raw material, and steam as a diluent is added thereto by weight. The mixture is mixed at a ratio of 0.3 to 0.5 and supplied to the heated pipe 12.
【0029】被加熱管12に供給された混合物は、0.
1〜0.3秒間被加熱管2内に滞留し、この間に750
〜900°Cまで加熱され、熱分解され、その反応生成
ガスは間路91を経て、下流のプラント9に受入れられ
る。The mixture supplied to the heated tube 12 is 0.
Remains in the heated tube 2 for 1 to 0.3 seconds, during which 750
The reaction product gas is heated to ˜900 ° C. and pyrolyzed, and the reaction product gas is received by the downstream plant 9 through the passage 91.
【0030】図には1個しか示されていないが、燃料燃
焼装置11は、加熱路1の側壁部及び床面に複数個設置
されており、これらには、それぞれ流体燃料、燃焼用空
気及びガスタービンの排ガスが供給されている。Although only one fuel combustion device 11 is shown in the drawing, a plurality of fuel combustion devices 11 are installed on the side wall portion and floor surface of the heating passage 1, and these are respectively provided with fluid fuel, combustion air, and combustion air. Exhaust gas from the gas turbine is being supplied.
【0031】通常、この種の分解炉の運転制御は、原料
および蒸気の供給量の制御と、分解生成物の温度制御が
主なものである。このうち、前者は各々の原料供給管路
に設けた流量調節計(図示せず)により行われ、後者は
燃料供給管71に設けた燃料供給量制御装置53によっ
て燃料燃焼装置11へ供給する燃料を調節する方法で行
う。Generally, the operation control of this type of cracking furnace is mainly to control the supply amounts of raw materials and steam and to control the temperature of the cracked products. Of these, the former is performed by a flow rate controller (not shown) provided in each raw material supply pipe, and the latter is fuel supplied to the fuel combustion device 11 by the fuel supply amount control device 53 provided in the fuel supply pipe 71. To adjust.
【0032】航空機ジェットエンジン用のガスタービン
20は、それを駆動源とする発電機21を駆動してお
り、又、このガスタービン20には故障等で不時に停止
した場合に作動するトリップ検出器22が設けられてい
る。ガスタービン20の排ガス吐出口は、煙突23への
配管27と、加熱炉1へ排ガスを供給する配管25に接
続されている。A gas turbine 20 for an aircraft jet engine drives a generator 21 using the gas turbine 20 as a drive source, and the gas turbine 20 is a trip detector that operates when the gas turbine 20 is untimely stopped due to a failure or the like. 22 is provided. The exhaust gas discharge port of the gas turbine 20 is connected to a pipe 27 to the chimney 23 and a pipe 25 for supplying the exhaust gas to the heating furnace 1.
【0033】各加熱炉1にはそれぞれ送風機6が設けら
れており、送風機6により送られる空気は、吸入管6
1、吐出管62を経て、ガスタービン20から送られる
排ガスと合流し、燃料燃焼装置11に送られる。ガスタ
ービン20からの高温排ガスは、排ガス供給管25、各
分解炉への排ガス分配管26を経て各加熱炉1へ分配さ
れるが、その排ガスによる酸素供給量は各加熱炉1に供
給する燃料の燃焼に必要な酸素量以下とし、不足分を送
風機6により補給するよう構成することが望ましい。Each heating furnace 1 is provided with a blower 6, and the air blown by the blower 6 is sucked by a suction pipe 6
1. Through the discharge pipe 62, it merges with the exhaust gas sent from the gas turbine 20, and is sent to the fuel combustion device 11. The high temperature exhaust gas from the gas turbine 20 is distributed to each heating furnace 1 through the exhaust gas supply pipe 25 and the exhaust gas distribution pipe 26 to each cracking furnace, and the oxygen supply amount by the exhaust gas is the fuel supplied to each heating furnace 1. It is desirable that the amount of oxygen be equal to or less than the amount of oxygen required for combustion, and the blower 6 replenish the shortage.
【0034】これらの制御機器類からの情報信号を結合
して演算制御を総合的に行うため、演算制御装置31、
41及び51として、分散型直接式デジタル制御コンピ
ュータを用いることが推奨される。この場合、演算制御
装置の制御系統は、以下3系統となる。 第一系統: 空気供給量演算制御系統 ガスタービン20からの高温排ガスに含まれる酸素と、
送風機6から送られる空気に含まれる酸素とを併せて総
合的に調整し、加熱炉1に供給する空気量を最適制御す
る。 第二系統: ガスタービン排ガス供給量演算制御系統 ガスタービン20から加熱炉1に供給する排ガスの流量
を調節する。 第三系統: 生成物温度演算制御系統 被加熱管12から送出される生成物の温度を一定に保持
する。ガスタービン20の緊急停止時には、原料の供給
量と、加熱炉1の被加熱管12の出口温度、即ち生成物
の温度を一定に保つため、予め用意されたプログラムに
従って温度調節計52の設定値を一定時間、停止時の設
定値より高め、所定時間経過後に元の値に復する。The arithmetic and control unit 31, which combines the information signals from these control devices to comprehensively perform arithmetic control,
It is recommended to use a distributed direct digital control computer as 41 and 51. In this case, the control system of the arithmetic and control unit will be the following three systems. First system: Air supply amount calculation control system Oxygen contained in high temperature exhaust gas from the gas turbine 20,
The amount of air supplied to the heating furnace 1 is optimally controlled by comprehensively adjusting the oxygen contained in the air sent from the blower 6 together. Second system: Gas turbine exhaust gas supply amount calculation control system The flow rate of exhaust gas supplied from the gas turbine 20 to the heating furnace 1 is adjusted. Third system: product temperature calculation control system The temperature of the product sent from the heated pipe 12 is kept constant. At the time of an emergency stop of the gas turbine 20, the set value of the temperature controller 52 is set according to a program prepared in advance in order to keep the supply amount of the raw material and the outlet temperature of the heated tube 12 of the heating furnace 1, that is, the product temperature constant. Is raised for a certain period of time to a value higher than the set value at the time of stop, and is returned to the original value after a predetermined time has elapsed.
【0035】次に、この加熱装置の通常の制御動作につ
いて説明する。 (イ)加熱炉の起動 加熱炉1の運転停止中は、排ガス分配管26に設けた排
ガス流量調節弁43及び排ガス遮断弁44は全閉となっ
ており、加熱炉1とガスタービン20とを連通する管路
は遮断されている。この状態で燃料燃焼装置11に点
火、加熱炉1の昇温、原料供給開始などの加熱炉1を分
解炉として使用するための始動操作が行なわれる。定常
運転に至るまでは、燃料燃焼用の空気は、ガスタービン
20からは供給されることがなく、送風機6のみによっ
て供給される。Next, a normal control operation of this heating device will be described. (A) Startup of heating furnace During the operation stop of the heating furnace 1, the exhaust gas flow rate control valve 43 and the exhaust gas cutoff valve 44 provided in the exhaust gas distribution pipe 26 are fully closed, and the heating furnace 1 and the gas turbine 20 are connected. The communication line is blocked. In this state, the fuel combustion device 11 is ignited, the temperature of the heating furnace 1 is raised, and the starting operation for using the heating furnace 1 as a cracking furnace is performed such as starting the supply of raw materials. Until the steady operation, the air for fuel combustion is not supplied from the gas turbine 20, but is supplied only by the blower 6.
【0036】(ロ)ガスタービンの起動 加熱炉の排ガス分配管26に設けた排ガス流量調節弁4
3と緊急遮断弁44の開度が0である事を確認し、排ガ
ス放出管27に設けた排ガス圧力調節弁24を全開にし
てガスタービン20を始動し、逐次に回転速度を上げ、
定格回転数に達したらその回転数で定常運転を継続す
る。尚、排ガス流量調節弁43と緊急遮断弁44の開度
が0であり、かつ、圧力調節弁24が全開状態でなけれ
ば、ガスタービン20が起動できないように構成してお
くことが推奨される。(B) Startup of gas turbine Exhaust gas flow rate control valve 4 provided in the exhaust gas distribution pipe 26 of the heating furnace
3 and the degree of opening of the emergency cutoff valve 44 are 0, the exhaust gas pressure control valve 24 provided in the exhaust gas discharge pipe 27 is fully opened, the gas turbine 20 is started, and the rotation speed is sequentially increased.
When the rated speed is reached, steady operation is continued at that speed. Note that it is recommended that the gas turbine 20 cannot be started unless the exhaust gas flow rate control valve 43 and the emergency cutoff valve 44 have an opening of 0 and the pressure control valve 24 is not fully open. .
【0037】(ハ)ガスタービンと加熱炉の接続 排ガス供給管25の遠隔開閉弁242の全開を確認した
後、接続予定炉の排ガス分配管26の排ガス遮断弁44
を全開とし、排ガス流量指示調節計42を操作して排ガ
ス流量調節弁43を徐々に開く。これにより排ガス供給
管25の圧力が低下すると、煙突23に通じる排ガス放
出管27に設けた排ガス圧力調節弁243の開度が減少
する。ガスタービン20に繋がる加熱炉1の数が或る一
定数以上となるとこの排ガス圧力調節弁243は全閉と
なる。(C) Connection between gas turbine and heating furnace After confirming that the remote opening / closing valve 242 of the exhaust gas supply pipe 25 is fully opened, the exhaust gas cutoff valve 44 of the exhaust gas distribution pipe 26 of the planned connection furnace
Is fully opened, and the exhaust gas flow rate control valve 42 is operated to gradually open the exhaust gas flow rate control valve 43. As a result, when the pressure of the exhaust gas supply pipe 25 decreases, the opening degree of the exhaust gas pressure control valve 243 provided in the exhaust gas discharge pipe 27 leading to the chimney 23 decreases. When the number of heating furnaces 1 connected to the gas turbine 20 exceeds a certain number, the exhaust gas pressure control valve 243 is fully closed.
【0038】この間、空気流量演算制御装置31からの
信号により、送風機6の吸入管61に設けた空気流量調
節弁33はその開度を減少し、加熱炉1への送風量は、
空気流量指示調節計32、排ガス酸素濃度計28、燃料
流量指示調節計531の各々から送られた情報から算出
される最適値に制御される。During this period, a signal from the air flow rate calculation control device 31 reduces the opening of the air flow rate control valve 33 provided in the suction pipe 61 of the blower 6, and the air flow rate to the heating furnace 1 is
The optimum value calculated from the information sent from each of the air flow rate instruction controller 32, the exhaust gas oxygen concentration meter 28, and the fuel flow rate instruction controller 531 is controlled.
【0039】(ニ)ガスタービンと加熱炉の切り離し 被加熱管12の内壁には副反応によってコークスが生
成、堆積し、時間の経過に従って加熱炉1の生産効率が
低下するので、加熱炉1は一定期間毎に操業を中断し、
コークス除去運転を行う必要がある。このため、その加
熱炉1をガスタービン20と切り離す。この定期保全作
業の他にも各種のトラブル、生産調整、全炉停止などの
ため排ガス供給を遮断することがある。(D) Separation of gas turbine from heating furnace Coke is generated and accumulated on the inner wall of the heated tube 12 by a side reaction, and the production efficiency of the heating furnace 1 decreases with the passage of time. Operation is interrupted at regular intervals,
Coke removal operation is required. Therefore, the heating furnace 1 is separated from the gas turbine 20. In addition to this regular maintenance work, the exhaust gas supply may be interrupted due to various troubles, production adjustments, shutdown of the entire furnace, etc.
【0040】切り離しを行うときは、加熱炉1の排ガス
分配管26に設けた排ガス流量指示調節計42を操作
し、排ガス流量調節弁43を徐々に閉じて行く。このと
き、空気流量演算制御装置31からの信号により、送風
機6の吸入管61に設けた空気流量調節弁33は順次開
度を増加し、加熱炉1への送風量は、排ガス流量調節計
42、酸素濃度計28、燃料流量調節計531などから
の信号により算出された最適値に調節される。When performing the disconnection, the exhaust gas flow rate adjusting controller 42 provided in the exhaust gas distribution pipe 26 of the heating furnace 1 is operated, and the exhaust gas flow rate adjusting valve 43 is gradually closed. At this time, in response to a signal from the air flow rate calculation control device 31, the air flow rate control valve 33 provided in the suction pipe 61 of the blower 6 sequentially increases its opening degree, and the air flow rate to the heating furnace 1 is controlled by the exhaust gas flow rate controller 42. , The oxygen concentration meter 28, the fuel flow rate controller 531 and other signals are adjusted to the optimum values.
【0041】このとき、同時平行的に他の加熱炉をガス
タービン20に接続するようにすれば、排ガス供給管2
5の圧力変動は少なく、排ガス放出管27の圧力調節弁
243も殆ど動かない(平常運転時は通常全閉状態のま
まである)。排ガス流量調節弁43が全開となった後、
排ガス遮断弁44を全閉することにより切り離しが完了
する。At this time, if another heating furnace is connected to the gas turbine 20 in parallel at the same time, the exhaust gas supply pipe 2
The pressure fluctuation of No. 5 is small, and the pressure control valve 243 of the exhaust gas discharge pipe 27 hardly moves (in the normal operation, it is normally kept in the fully closed state). After the exhaust gas flow control valve 43 is fully opened,
The disconnection is completed by fully closing the exhaust gas cutoff valve 44.
【0042】この後、加熱炉1はコークス除去運転など
の必要な整備を行い、(イ)の方法による始動運転の
後、(ハ)の方法により再びガスタービン20に接続す
る。After that, the heating furnace 1 is subjected to necessary maintenance such as coke removing operation, and after the starting operation by the method (a), is connected to the gas turbine 20 again by the method (c).
【0043】(ホ)加熱炉の正常停止 前記の(ニ)の方法で加熱炉1をガスタービン20と切
り離し、その後で原料及び燃料の供給停止、加熱炉1の
冷却などの停止操作を行う。(E) Normal stop of heating furnace The heating furnace 1 is separated from the gas turbine 20 by the above-mentioned method (d), and thereafter, stop operations such as supply of raw materials and fuel and cooling of the heating furnace 1 are performed.
【0044】(ヘ)ガスタービンの正常停止 前記(ニ)の方法で全ての加熱炉1を逐次ガスタービン
20と切り離す。この過程で、排ガス供給管25の圧力
が順次上昇するので、煙突23に通じる排ガス放出管2
7の排ガス圧力調節弁243が順次開き始め、煙突23
からの排ガス放出が開始され、順次増加して行く。全て
の加熱炉1の切り離しが完了し、各排ガス分配管26の
排ガス流量調節弁43、排ガス遮断弁44の全てが全閉
であることを確認した後、規定に従って通常の停止操作
を行い、ガスタービン20を停止させる。(F) Normal stop of gas turbine All the heating furnaces 1 are sequentially disconnected from the gas turbine 20 by the method of (d) above. In this process, the pressure of the exhaust gas supply pipe 25 gradually increases, so that the exhaust gas discharge pipe 2 leading to the chimney 23
The exhaust gas pressure control valve 243 of No. 7 starts to open sequentially, and the chimney 23
The emission of exhaust gas from the plant has started and is gradually increasing. After confirming that all the heating furnaces 1 have been disconnected and that the exhaust gas flow rate control valve 43 and the exhaust gas cutoff valve 44 of each exhaust gas distribution pipe 26 are all fully closed, a normal stop operation is performed according to the regulations, The turbine 20 is stopped.
【0045】(ト)ガスタービン緊急停止時の制御動作 ガスタービン20が故障で緊急停止した場合、排ガスの
供給量は極めて急速に減少する。本実施側で使用した航
空機用のガスタービン(出力25000KW)の停止後
の排ガス供給量(排ガス供給管25内を流れる排ガス流
量)の経時変化を図3に示す。この図から停止後1秒以
内に排ガス供給量が40%以下に減少し、2秒経過後は
20%以下となることが知られる。(G) Control operation at the time of emergency stop of gas turbine When the gas turbine 20 is stopped due to a failure, the supply amount of exhaust gas decreases extremely rapidly. FIG. 3 shows the change over time in the exhaust gas supply amount (exhaust gas flow rate flowing in the exhaust gas supply pipe 25) after the gas turbine for an aircraft (output 25000 KW) used on the implementation side was stopped. From this figure, it is known that the exhaust gas supply amount decreases to 40% or less within 1 second after the stop, and becomes 20% or less after 2 seconds.
【0046】この様な急激な熱供給量の変化に対応し、
多数並列に運転する加熱炉の燃焼量を何らの干渉、騒乱
を生ずることなく、各加熱炉毎に正確、迅速に補償制御
することは通常の方法では不可能である。In response to such a rapid change in heat supply,
It is impossible to perform accurate and quick compensation control for each heating furnace without causing any interference or disturbance to the combustion amount of a large number of heating furnaces operating in parallel.
【0047】ガスタービン20が緊急停止した場合、ト
リップ検出制御器22は以下に示す〜の緊急処置の
指令信号を発信する。 指令1−1 空気流量調節弁33の全開指令信号(全開まで約2
秒)。 指令1−2 空気流量演算制御装置31への演算制御開始指令信号。 指令2−1 ガスタービン停止後1.5秒経過後発信。ガスタービン
20に接続している加熱炉1への排ガス分配管26に設
けられている排ガス遮断弁44の全閉指令信号(全開ま
で約3秒)。 指令2−2 排ガス流量演算制御装置41への演算制御開始指令信
号。 指令3 温度設定制御装置51への演算制御開始指令信号。When the gas turbine 20 is urgently stopped, the trip detection controller 22 issues the following emergency treatment command signals (1) to (3). Command 1-1 Full open command signal of the air flow control valve 33 (about 2 until full open)
Seconds). Command 1-2 Calculation control start command signal to the air flow rate calculation control device 31. Command 2-1 Transmitted 1.5 seconds after the gas turbine stopped. A full closing command signal for the exhaust gas cutoff valve 44 provided in the exhaust gas distribution pipe 26 to the heating furnace 1 connected to the gas turbine 20 (about 3 seconds until fully opened). Command 2-2 Calculation control start command signal to the exhaust gas flow rate calculation control device 41. Command 3 Calculation control start command signal to the temperature setting control device 51.
【0048】これらの指令信号により、以下の演算制御
が行われる。生成物温度制御装置5は、予め用意された
プログラムに従いガスタービン20に接続している加熱
炉1の被加熱管12の出口配管に設けられている温度調
節計52の設定温度をガスタービン20の停止直前の値
から一時的に高温側にシフトさせ、一定時間後に元の値
に戻す。The following arithmetic control is performed by these command signals. The product temperature control device 5 sets the set temperature of the temperature controller 52 provided in the outlet pipe of the heated pipe 12 of the heating furnace 1 connected to the gas turbine 20 according to a program prepared in advance, to the gas turbine 20. The value immediately before the stop was temporarily shifted to the high temperature side, and after a certain period of time, the original value was restored.
【0049】尚、上記の実施例に於いては、この設定温
度の変更を、変更前の温度から一定の波高値で立ち上が
り、所定時間経過後、シャープに立ち下がる矩形波状と
する例を示したが、これはこのような形式に限定される
ものでなく、例えば、常時の設定温度は一定であるか
ら、所望の設定温度に高めるよう構成しても良く、又、
その設定値を許の値に復元する際は、ステップ状とせ
ず、階段状、直線状又は指数関数的に引き下げることも
可能であり、又、その立ち上がりも三角波状などとする
ことも可能である。In the above embodiments, the change of the set temperature is shown as an example of a rectangular wave shape in which the temperature rises from the temperature before the change at a constant crest value and sharply falls after a lapse of a predetermined time. However, this is not limited to this type, and for example, since the set temperature at all times is constant, the set temperature may be increased to a desired set temperature.
When restoring the set value to a permissible value, it is possible not to make it stepwise, but to make it stepwise, linearly or exponentially lowered, and it is also possible to make its rise also triangular. .
【0050】而して、この設定温度の高温側へのシフト
量と、変化させる時間や関数形、及びその変化量の時間
積分値などは、加熱炉の使用目的や熱学的特性、ガスタ
ービンから加熱炉に供給する熱量と燃料燃焼により供給
される熱量との比、使用する制御装置の特性、ガスター
ビンの停止時の挙動などから予め算出できるものであ
る。The amount of shift of the set temperature to the high temperature side, the changing time and functional form, and the time integral value of the changing amount are the purpose of use of the heating furnace, the thermal characteristics, the gas turbine, and the like. Can be calculated in advance from the ratio of the amount of heat supplied to the heating furnace from the amount of heat supplied by fuel combustion, the characteristics of the control device used, the behavior when the gas turbine is stopped, and the like.
【0051】この温度設定値が高温側にシフトされる
と、燃料流量調節計531は、燃料流量調節弁532の
開度を増大し、燃料供給量を一定量だけ増加する。従っ
てこのとき、燃料流量調節計531の指示値が増大し、
その信号は加熱炉への供給空気流量制御装置3の空気流
量演算制御装置31に伝達される。When the temperature set value is shifted to the high temperature side, the fuel flow rate controller 531 increases the opening degree of the fuel flow rate control valve 532 and increases the fuel supply amount by a fixed amount. Therefore, at this time, the indication value of the fuel flow rate controller 531 increases,
The signal is transmitted to the air flow rate calculation control device 31 of the air supply flow rate control device 3 for the heating furnace.
【0052】然るときは、空気供給量制御装置3の空気
流量調節計32の設定値が、燃料流通調節計531のか
らの信号に対応する必要空気量に変化し、このため空気
流量調節弁33の開度が調節され、加熱炉1内の燃焼状
態が安定に保たれるよう空気の供給量が最適制御され
る。In such a case, the set value of the air flow rate controller 32 of the air supply amount control device 3 changes to the required air amount corresponding to the signal from the fuel flow controller 531. The opening degree of 33 is adjusted, and the supply amount of air is optimally controlled so that the combustion state in the heating furnace 1 is stably maintained.
【0053】ガスタービンの排ガス流量制御装置4は、
指令信号に応じて、排ガス流量調節計42の設定を流量
「零」に変更し、この設定出力により排ガス流量調節弁
43が全閉になる。The exhaust gas flow rate control device 4 of the gas turbine is
In accordance with the command signal, the setting of the exhaust gas flow rate controller 42 is changed to the flow rate "zero", and the output of this setting causes the exhaust gas flow rate control valve 43 to be fully closed.
【0054】叙上の如く、本発明においては、ガスター
ビンが不時に停止した際、被加熱管の出口の生成物温度
制御装置の設定温度を高くし、これにより加熱炉に供給
する燃料及び空気の供給量を高めるものである。As described above, according to the present invention, when the gas turbine is stopped unintentionally, the set temperature of the product temperature control device at the outlet of the pipe to be heated is increased, whereby the fuel and air supplied to the heating furnace are supplied. To increase the supply of.
【0055】生成物温度制御装置の設定温度を高くする
ことなく、加熱炉に供給する燃料供給量の設定値を、一
定時間、ガスタービンの停止直前の値より増加させるよ
う制御することは可能である。そしてその増加量を、本
発明に係る制御により増加せしめられるべき燃料増加量
に略等しく設定しておくことも理論上は可能である。然
しながらそのような制御方法では、本発明により実現で
きるような安定した高度の制御は達成できない。It is possible to control the set value of the fuel supply amount to be supplied to the heating furnace to be higher than the value immediately before the stop of the gas turbine for a certain period of time without raising the set temperature of the product temperature control device. is there. Then, it is theoretically possible to set the increase amount to be substantially equal to the fuel increase amount to be increased by the control according to the present invention. However, such a control method cannot achieve the stable and high level control that can be realized by the present invention.
【0056】ガスタービン停止前後の加熱炉の運転状態
の変化の一例として、図3に被加熱管12の出口の生成
物温度(温度指示調節計52の指示値)と、燃料供給量
(燃料流量指示調節計532の指示値)と、燃料流量調
節弁532の開度の変化を示す。このグラフから、本発
明によるときは、分解生成物の温度変化が正常運転時の
温度に対し±2°Cの範囲に保たれることが判明する。
又、その様な変動の生じる期間も数秒程度に止まるの
で、製品の品位に大きな影響が及ぶことがない。As an example of the change in the operating state of the heating furnace before and after the gas turbine is stopped, FIG. 3 shows the product temperature at the outlet of the heated pipe 12 (the value indicated by the temperature indicating controller 52) and the fuel supply amount (fuel flow rate). A change in the opening of the fuel flow rate control valve 532 is shown. From this graph, it is clear that according to the present invention, the temperature change of the decomposition product is kept within ± 2 ° C with respect to the temperature during normal operation.
Further, since the period in which such fluctuations occur is only about a few seconds, the quality of the product is not significantly affected.
【0057】[0057]
【発明の効果】以上のように、本発明装置及び方法によ
れば、ガスタービンを加熱炉に組み込んだ加熱装置に於
いて、不時の停止に際しその排ガスが極めて短時間に途
絶するような航空機用のガスタービンを使用しても、そ
の停止時に、加熱炉への原料供給量を変えることなく、
かつ、加熱炉に内蔵した被加熱管の出口温度を略一定に
保つことができ、そのため加熱炉の運転も安定に持続で
き、従って下流の工程を含めてプラント全体の安全を確
保できるものである。As described above, according to the apparatus and method of the present invention, an aircraft in which the exhaust gas is interrupted in an extremely short time at the time of an untimely stoppage in a heating apparatus having a gas turbine incorporated in a heating furnace. Even if a gas turbine for use is used, the amount of raw material supplied to the heating furnace is not changed when the gas turbine is stopped.
Moreover, the outlet temperature of the heated tube built into the heating furnace can be kept substantially constant, so that the operation of the heating furnace can be stably maintained, and therefore the safety of the entire plant including downstream processes can be secured. .
【0058】本発明によるときは、エチレン、水素等の
製造装置や大型ボイラー等の消費エネルギーの大きな装
置の加熱炉に熱効率の高い航空機用ガスタービンを組み
込む事が可能となるので、これらのプラントの総合エネ
ルギー効率向上に著しい効果がある。According to the present invention, it is possible to incorporate an aircraft gas turbine with high thermal efficiency into a heating furnace of a device for producing ethylene, hydrogen, etc. or a device with large energy consumption such as a large boiler. It has a remarkable effect on the improvement of total energy efficiency.
【図1】例えばエチレン製造用のナフサ分解炉として利
用できる加熱装置の構成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a heating device that can be used as, for example, a naphtha decomposition furnace for ethylene production.
【図2】航空機エンジン用のガスタービンの停止特性を
示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the shutdown characteristics of a gas turbine for an aircraft engine.
【図3】被加熱管出口の生成物温度と、燃料供給量と、
燃料流量調節弁の開度の変化を示すグラフである。FIG. 3 is a product temperature at an outlet of a heated pipe, a fuel supply amount,
It is a graph which shows the change of the opening of a fuel flow control valve.
1・・・・加熱炉 10・・・・・・炉体 11・・・・・・燃料燃焼装置 12・・・・・・被加熱管 2・・・・ガスタービン排ガス供給装置 20・・・・・・航空機エンジン用のガスタービン 21・・・・・・発電機 22・・・・・・トリップ検出器 23・・・・・・煙突 24・・・・・・排ガス圧力制御装置 25・・・・・・排ガス供給管 26・・・・・・排ガス分配管 27・・・・・・排ガス放出管 28・・・・・・排ガス酸素計 3・・・・空気供給量制御装置 31・・・・・・空気流量演算制御装置 32・・・・・・空気流量指示調節計 33・・・・・・空気流量調節弁 4・・・・排ガス供給量制御装置 41・・・・・・排ガス流量演算制御装置 42・・・・・・排ガス流量指示調節計 43・・・・・・排ガス流量調節弁 44・・・・・・排ガス遮断弁 5・・・・生成物温度制御装置 51・・・・・・温度演算制御装置 52・・・・・・温度指示調節計 53・・・・・・燃料供給量制御装置 531・・・・・燃料流量指示調節計 532・・・・・燃料流量調節弁 54・・・・・・燃料遮断弁 6・・・・送風機 7・・・・燃料供給装置 8・・・・原料供給装置 1 ... Heating furnace 10 ... Furnace body 11 ... Fuel combustion device 12 ... Heated tube 2 ... Gas turbine exhaust gas supply device 20 ... ... Gas turbine for aircraft engine 21 ... Generator 22 ... Trip detector 23 ... Chimney 24 ... Exhaust gas pressure control device 25 ... Exhaust gas supply pipe 26 Exhaust gas distribution pipe 27 Exhaust gas discharge pipe 28 Exhaust gas oxygen meter 3 Air supply amount control device 31 ··· Air flow rate calculation control device 32 ··· Air flow rate indicating controller 33 ··· Air flow rate control valve 4 ··· Exhaust gas supply amount control device 41 ··· Exhaust gas Flow rate control device 42 ... Exhaust gas flow rate indicator 43 ... Exhaust gas flow rate control valve 44 ... Exhaust gas shutoff valve 5 ... Product temperature control device 51 ... Temperature calculation control device 52 ... Temperature indicating controller 53 ... Fuel Supply amount control device 531 ... Fuel flow rate indicator controller 532 ... Fuel flow rate control valve 54 ... Fuel shutoff valve 6 ... Blower 7 ... Fuel supply device 8 .... Material supply device
Claims (7)
が貫流する被加熱管(12)とを具備した加熱炉(1)
と、その加熱炉外に設けたガスタービン(20)の高温
排ガスを加熱炉(1)内に導入する装置(2)と、加熱
炉(1)の燃料燃焼装置(11)に燃料を供給する装置
(7)と、加熱炉(1)内に空気を供給する送風機
(6)と、加熱炉(1)への燃料供給量に応じて加熱炉
(1)への空気供給量を制御する装置(3)と、加熱炉
(1)へのガスタービン(20)の排ガス供給量を制御
する装置(4)と、加熱炉(1)への燃料供給量を制御
する装置(53)を含み、その燃料供給量を制御して被
加熱管(12)から流出する生成物の温度を制御する装
置(5)とを具備し、加熱炉(1)内で発生する燃焼熱
と、ガスタービン(20)の高温排ガスの熱を併用して
被加熱管(12)内を貫流する流体を加熱する装置にお
いて、 ガスタービン(20)が航空機エンジン用のガスタービ
ンであり、 排ガス供給量制御装置(4)がガスタービン停止時に加
熱炉(1)への排ガス分配管(26)を閉鎖する排ガス
遮断弁(44)を有し、 生成物温度制御装置(5)が、ガスタービンの停止時
に、温度設定値を一定時間その停止前の値より高く設定
する手段を具備し、 空気供給量制御装置(3)が、生成物温度制御装置
(5)の燃料指示調節計(531)の指示する燃料供給
量に対応して.加熱炉(1)に供給する空気流量を制御
することを特徴とする上記の加熱装置。1. A heating furnace (1) comprising a fuel combustion device (11) and a heated pipe (12) through which a fluid to be heated flows.
And a device (2) for introducing high-temperature exhaust gas of a gas turbine (20) provided outside the heating furnace into the heating furnace (1) and a fuel combustion device (11) for the heating furnace (1). A device (7), a blower (6) for supplying air into the heating furnace (1), and a device for controlling the air supply amount to the heating furnace (1) according to the fuel supply amount to the heating furnace (1). (3), a device (4) for controlling the exhaust gas supply amount of the gas turbine (20) to the heating furnace (1), and a device (53) for controlling the fuel supply amount to the heating furnace (1), A device (5) for controlling the fuel supply amount to control the temperature of the product flowing out of the heated pipe (12), and the combustion heat generated in the heating furnace (1) and the gas turbine (20). ) Is used together with the heat of the high-temperature exhaust gas to heat the fluid flowing through the heated pipe (12), the gas turbine ( 20) is a gas turbine for an aircraft engine, and the exhaust gas supply amount control device (4) has an exhaust gas cutoff valve (44) for closing the exhaust gas distribution pipe (26) to the heating furnace (1) when the gas turbine is stopped. The product temperature control device (5) is provided with means for setting the temperature set value higher than the value before the stop for a certain time when the gas turbine is stopped, and the air supply amount control device (3) controls the product temperature Corresponding to the fuel supply amount indicated by the fuel indicating controller (531) of the control device (5). The heating device described above, characterized in that the flow rate of air supplied to the heating furnace (1) is controlled.
0)が、 400〜700°Cの高温排ガスを発生し、 その停止時に高温排ガスの流量が正常流量から半減する
までの時間が0.5秒以上20秒以下のものである請求
項1に記載の加熱装置。2. A gas turbine for an aircraft engine (2)
0) generates high temperature exhaust gas of 400 to 700 ° C., and the time until the flow rate of the high temperature exhaust gas is reduced from the normal flow rate to half when the high temperature exhaust gas is stopped is 0.5 seconds or more and 20 seconds or less. Heating device.
管(61、62)に設けられる空気流量指示調節計(3
2)および空気流量調節弁(33)と、流量指示調節計
(32)の出力に応答して空気流量調節弁(33)の開
度を調節する空気流量演算制御装置(31)とから成る
請求項1または2に記載の加熱装置。3. An air flow rate control device (3), wherein an air flow rate indicating controller (3) provided in an air supply pipe (61, 62).
2) and an air flow rate control valve (33), and an air flow rate operation control device (31) for adjusting the opening degree of the air flow rate control valve (33) in response to the output of the flow rate indicating controller (32). Item 3. A heating device according to item 1 or 2.
分配管(26)に設けられる排ガス流量指示調節計(4
2)および排ガス流量調節弁(43)と、排ガス流量指
示調節計(42)の出力に応答して排ガス流量調節弁
(43)の開度を調節する排ガス流量演算制御装置(4
1)とから成る請求項1乃至3の何れか一に記載の加熱
装置。4. An exhaust gas flow rate controller (4) provided in an exhaust gas distribution pipe (26), wherein the exhaust gas supply amount control device (4) is provided.
2) and the exhaust gas flow rate control valve (43) and the exhaust gas flow rate calculation control device (4) for adjusting the opening degree of the exhaust gas flow rate control valve (43) in response to the output of the exhaust gas flow rate control valve (42).
The heating device according to any one of claims 1 to 3, further comprising 1).
(12)の出口に接続される生成物輸送管(91)に設
けられる温度指示調節計(52)と、加熱炉(1)への
燃料供給管(71)に設けられる燃料供給量調節装置
(53)と、温度指示調節計(52)の出力に応答して
燃料供給量調節装置(53)の作動を制御する温度演算
制御装置(51)とから成る請求項1ないし4の何れか
一に記載の加熱装置。5. A product temperature control device (5), a temperature indicating controller (52) provided in a product transport pipe (91) connected to an outlet of a heated pipe (12), and a heating furnace (1). Fuel supply amount adjusting device (53) provided in the fuel supply pipe (71) for controlling the fuel supply amount, and a temperature calculation for controlling the operation of the fuel supply amount adjusting device (53) in response to the output of the temperature indicating controller (52). Heating device according to any one of claims 1 to 4, comprising a control device (51).
体が貫流する被加熱管(12)とを具備した加熱炉
(1)と、その加熱炉(1)外に設けたガスタービン
(20)と、そのガスタービン(20)の高温排ガスを
加熱炉(1)内に導入する装置と、加熱炉(1)に燃料
を供給する装置(7)と、加熱炉(1)内に空気を供給
する送風機(6)と、加熱炉(1)への燃料供給量に応
じて加熱炉(1)への空気供給量を制御する装置(3)
と、加熱炉(1)へのガスタービン(20)の排ガス供
給量を制御する装置(4)と、加熱炉(1)への燃料供
給量を制御する装置(53)を含み、その燃料供給量を
制御して被加熱管(12)から流出する生成物の温度を
制御する装置(5)とを具備する加熱装置において、ガ
スタービン(20)が緊急停止したときの、生成物の生
成状態を一定に保持するための、上記加熱装置を制御す
る方法であって、 トリップ検出制御器(22)がガスタービン(2
0)の停止を検出しトリップ検出信号を発信するステッ
プ。 ガスタービン(20)から加熱炉(1)へ排ガスを
分配する管路(26)を閉鎖するステップ。 加熱炉(1)内に空気を供給する管路(61、6
2)に設けた空気流量調節弁(33)を全開するステッ
プ。 生成物温度制御装置(5)の設定温度を、ガスター
ビン(20)停止直前の値より高温側に変更するステッ
プ。 生成物温度制御装置(5)により、前項記載のステ
ップにより高められた設定温度に対応して、加熱炉
(1)への燃料供給量を増加するため、燃料流量調節弁
(532)の開度を制御するステップ。 燃料流量指示調節計(531)の指示する燃料供給
量に対応する燃料の燃焼に必要な空気供給量を保持する
ため、加熱炉(1)への空気供給量制御装置(3)に制
御動作を行わせるステップ。 予め定められた時間が経過した後に、生成物温度制
御装置(5)の設定温度をもとの設定値に復帰するステ
ップ。 前項記載のステップで正常値に戻された設定温度に
対応して、生成物温度制御装置(5)により、加熱炉
(1)への燃料供給量を制御するステップ。及び、 燃料流量指示調節計(531)の指示する燃料供給
量に対応する燃料の燃焼に必要な空気流量を保持するた
め、加熱炉(1)への空気供給量制御装置(3)に正常
な制御動作を行わせるステップ。 とから成る上記加熱装置を制御する方法。6. A heating furnace (1) equipped with a fuel combustion device (11) and a heated pipe (12) through which a fluid to be heated flows, and a gas turbine (1) provided outside the heating furnace (1). 20), a device for introducing high-temperature exhaust gas of the gas turbine (20) into the heating furnace (1), a device (7) for supplying fuel to the heating furnace (1), and air in the heating furnace (1). A blower (6) for supplying air and a device (3) for controlling the air supply amount to the heating furnace (1) according to the fuel supply amount to the heating furnace (1)
And a device (4) for controlling the exhaust gas supply amount of the gas turbine (20) to the heating furnace (1) and a device (53) for controlling the fuel supply amount to the heating furnace (1). In a heating device comprising a device (5) for controlling the amount and controlling the temperature of the product flowing out of the heated pipe (12), the production state of the product when the gas turbine (20) is stopped suddenly. A method for controlling the above heating device for maintaining a constant value, wherein a trip detection controller (22) comprises a gas turbine (2
Step 0) detecting the stop and transmitting a trip detection signal. Closing the line (26) for distributing the exhaust gas from the gas turbine (20) to the heating furnace (1). Pipe lines (61, 6) for supplying air into the heating furnace (1)
The step of fully opening the air flow control valve (33) provided in 2). Changing the set temperature of the product temperature control device (5) to a higher temperature side than the value immediately before the gas turbine (20) is stopped. With the product temperature control device (5), the opening of the fuel flow rate control valve (532) is increased in order to increase the fuel supply amount to the heating furnace (1) corresponding to the set temperature increased by the steps described in the preceding paragraph. Controlling steps. In order to maintain the air supply amount necessary for combustion of the fuel corresponding to the fuel supply amount indicated by the fuel flow rate instruction controller (531), a control operation is performed in the air supply amount control device (3) to the heating furnace (1). Steps to take. A step of returning the set temperature of the product temperature control device (5) to the original set value after a predetermined time has elapsed. A step of controlling the fuel supply amount to the heating furnace (1) by the product temperature control device (5) corresponding to the set temperature returned to the normal value in the step described in the preceding paragraph. Also, in order to maintain the air flow rate required for combustion of the fuel corresponding to the fuel supply amount indicated by the fuel flow rate instruction controller (531), the air supply amount control device (3) for the heating furnace (1) is normally operated. A step for performing a control action. And a method of controlling the heating device.
変更が、予め定めた一定値だけ、一定時間、ガスタービ
ン(20)停止直前の値より高く、矩形波状に変更され
る請求項6に記載の加熱装置を制御する方法。7. The change of the set temperature of the product temperature control device (5) is changed to a rectangular wave shape by a predetermined fixed value, which is higher than the value immediately before the gas turbine (20) is stopped for a fixed time. 7. The method for controlling the heating device according to 6.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP14610291A JPH0696981B2 (en) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | Heating device and control method thereof |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH06207531A true JPH06207531A (en) | 1994-07-26 |
JPH0696981B2 JPH0696981B2 (en) | 1994-11-30 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7707837B2 (en) | 2004-01-09 | 2010-05-04 | Hitachi, Ltd. | Steam reforming system |
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1991
- 1991-06-18 JP JP14610291A patent/JPH0696981B2/en not_active Expired - Fee Related
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