JPH0762135B2 - 管式加熱炉及びその燃焼制御方法 - Google Patents
管式加熱炉及びその燃焼制御方法Info
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- JPH0762135B2 JPH0762135B2 JP3311562A JP31156291A JPH0762135B2 JP H0762135 B2 JPH0762135 B2 JP H0762135B2 JP 3311562 A JP3311562 A JP 3311562A JP 31156291 A JP31156291 A JP 31156291A JP H0762135 B2 JPH0762135 B2 JP H0762135B2
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- Japan
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- heating furnace
- temperature
- zone
- burner
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
- C10G9/14—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils in pipes or coils with or without auxiliary means, e.g. digesters, soaking drums, expansion means
- C10G9/18—Apparatus
- C10G9/20—Tube furnaces
- C10G9/206—Tube furnaces controlling or regulating the tube furnaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
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- C10G9/20—Tube furnaces
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- Organic Chemistry (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
- Air Supply (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は管式加熱炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】管式加熱炉は主に石油精製で用いられる
加熱炉であって、鋼板製ケーシングの内側を耐火断熱材
で内張りした燃焼室内で燃料を燃焼させ、発生した熱に
よって燃焼室内に配置されている加熱管（鋼管）内の石
油類を加熱するようにしている。
加熱炉であって、鋼板製ケーシングの内側を耐火断熱材
で内張りした燃焼室内で燃料を燃焼させ、発生した熱に
よって燃焼室内に配置されている加熱管（鋼管）内の石
油類を加熱するようにしている。
【０００３】この管式加熱炉においてコーキングは重要
な問題である。コーキングは被加熱流体を分解、変質、
コークス化させる現象であり、ハイドロカーボンを主と
して取扱う管式加熱炉において、コーキング防止対策は
設計上、運転上の重要課題である。
な問題である。コーキングは被加熱流体を分解、変質、
コークス化させる現象であり、ハイドロカーボンを主と
して取扱う管式加熱炉において、コーキング防止対策は
設計上、運転上の重要課題である。
【０００４】そこで、このコーキング防止対策として
は、従来、境膜温度をコーキング温度以下とするための
ヒートフラックスの選定や管内流速を適正に保つための
管径の選定等が実施されている。例えば、常圧装置ある
いは減圧蒸留装置用原料加熱炉の如くコーキングの恐れ
の強い残渣油を加熱する加熱炉でヒートフラックスや流
速の一般値が定められているのはこのためである。
は、従来、境膜温度をコーキング温度以下とするための
ヒートフラックスの選定や管内流速を適正に保つための
管径の選定等が実施されている。例えば、常圧装置ある
いは減圧蒸留装置用原料加熱炉の如くコーキングの恐れ
の強い残渣油を加熱する加熱炉でヒートフラックスや流
速の一般値が定められているのはこのためである。
【０００５】一方、省エネルギーの観点から、従来の管
式加熱炉では、例えば図５に示すように、加熱炉１０１
の上部に対流伝熱部１０２を、下部に放射伝熱部１０３
を設け、炉底部のバーナ燃焼装置１０４で発生した燃焼
ガスを炉頂部の排気装置１０５で排出するように設けら
れている。この加熱炉１０１におけるコイルパスは、対
流伝熱部１０２の炉頂部付近に入口が放射伝熱部１０３
の炉底部付近に出口が設けられた加熱管１０６によって
構成され、導入した被加熱流体例えば石油を比較的低温
の燃焼排ガスで加熱してから比較的高温の燃焼ガスの輻
射熱で加熱して排出するようにしている。このとき、放
射伝熱部１０３に占位するコイルパスの出口付近で境膜
温度が最高となるため、この出口付近の境膜温度がコー
キング温度以下となるようにヒートフラックスが設定さ
れている。
式加熱炉では、例えば図５に示すように、加熱炉１０１
の上部に対流伝熱部１０２を、下部に放射伝熱部１０３
を設け、炉底部のバーナ燃焼装置１０４で発生した燃焼
ガスを炉頂部の排気装置１０５で排出するように設けら
れている。この加熱炉１０１におけるコイルパスは、対
流伝熱部１０２の炉頂部付近に入口が放射伝熱部１０３
の炉底部付近に出口が設けられた加熱管１０６によって
構成され、導入した被加熱流体例えば石油を比較的低温
の燃焼排ガスで加熱してから比較的高温の燃焼ガスの輻
射熱で加熱して排出するようにしている。このとき、放
射伝熱部１０３に占位するコイルパスの出口付近で境膜
温度が最高となるため、この出口付近の境膜温度がコー
キング温度以下となるようにヒートフラックスが設定さ
れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
管式加熱炉におけるヒートフラックスは、境膜温度が最
高となるコイルパス出口付近において境膜温度がコーキ
ング温度以下となるように設定されているためコイルパ
ス入口付近では被加熱流体の温度が低い分だけ過少な値
となってしまい加熱効率が良くない。このため、加熱炉
を大型化するか、処理量を小さくせざるを得ない。ま
た、加熱管は加熱管肉厚算定に用いた高温強度データに
対応する温度以上での使用もできない。この場合におけ
る温度も加熱炉出口で求めるため、コーキング防止の場
合と同様に入口付近でのヒートフラックスは過少な値と
なり加熱効率は良くない。
管式加熱炉におけるヒートフラックスは、境膜温度が最
高となるコイルパス出口付近において境膜温度がコーキ
ング温度以下となるように設定されているためコイルパ
ス入口付近では被加熱流体の温度が低い分だけ過少な値
となってしまい加熱効率が良くない。このため、加熱炉
を大型化するか、処理量を小さくせざるを得ない。ま
た、加熱管は加熱管肉厚算定に用いた高温強度データに
対応する温度以上での使用もできない。この場合におけ
る温度も加熱炉出口で求めるため、コーキング防止の場
合と同様に入口付近でのヒートフラックスは過少な値と
なり加熱効率は良くない。
【０００７】また、従来の加熱炉は燃焼ガスの出口側に
対流伝熱部１０２を設けて燃焼ガスの熱を回収するよう
にしていることから対流部出口の管壁温度を被加熱流体
入口温度に近づけるほど省エネルギー効果は上がるが、
燃料中には硫黄分が含まれていることから、低温腐食防
止の点から管壁温度は酸露点温度以上に保持する必要が
ある。このため、あまり燃焼ガスの熱を利用し切れない
問題を有する。排ガス温度があまり高くなると周辺環境
へ与える影響も大きくなるし熱経済も悪化する。
対流伝熱部１０２を設けて燃焼ガスの熱を回収するよう
にしていることから対流部出口の管壁温度を被加熱流体
入口温度に近づけるほど省エネルギー効果は上がるが、
燃料中には硫黄分が含まれていることから、低温腐食防
止の点から管壁温度は酸露点温度以上に保持する必要が
ある。このため、あまり燃焼ガスの熱を利用し切れない
問題を有する。排ガス温度があまり高くなると周辺環境
へ与える影響も大きくなるし熱経済も悪化する。
【０００８】本発明は、被加熱流体のコーキングを防止
しあるいは加熱管の焼損を防止つつ、しかもより少ない
伝熱面積で所定の熱量を与えるとともに、燃料中の硫黄
分に起因する加熱管の低温腐食問題を解消し高効率を達
成する管式加熱炉及びその燃焼制御方法を提供すること
を目的とする。
しあるいは加熱管の焼損を防止つつ、しかもより少ない
伝熱面積で所定の熱量を与えるとともに、燃料中の硫黄
分に起因する加熱管の低温腐食問題を解消し高効率を達
成する管式加熱炉及びその燃焼制御方法を提供すること
を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の管式加熱炉は、入口から出口にかけ連続す
るコイルパスを複数のゾーンに分割し、蓄熱体を通して
バーナへの燃焼用空気の供給及びバーナからの燃焼ガス
の排出を交互に行なう蓄熱型交番燃焼バーナシステムを
少なくとも１システム以上前記各ゾーン毎に設け、各ゾ
ーン毎に炉内温度を任意に制御するようにしている。
め、本発明の管式加熱炉は、入口から出口にかけ連続す
るコイルパスを複数のゾーンに分割し、蓄熱体を通して
バーナへの燃焼用空気の供給及びバーナからの燃焼ガス
の排出を交互に行なう蓄熱型交番燃焼バーナシステムを
少なくとも１システム以上前記各ゾーン毎に設け、各ゾ
ーン毎に炉内温度を任意に制御するようにしている。
【００１０】また、本発明の管式加熱炉は、コーキング
あるいは加熱管使用材料により決まる許容最高温度以下
でかつ全てのゾーンがほぼ同じ温度レベルとなるよう
に、各ゾーン毎の蓄熱型交番燃焼バーナシステムのヒー
トフラックスパターンを設定するようにしている。
あるいは加熱管使用材料により決まる許容最高温度以下
でかつ全てのゾーンがほぼ同じ温度レベルとなるよう
に、各ゾーン毎の蓄熱型交番燃焼バーナシステムのヒー
トフラックスパターンを設定するようにしている。
【００１１】また、本発明の管式加熱炉において、蓄熱
型交番燃焼バーナシステムは蓄熱体とバーナとが一体と
なった２基を１対として構成し、２基のバーナを交互に
かつ短時間に燃焼させるようにしている。
型交番燃焼バーナシステムは蓄熱体とバーナとが一体と
なった２基を１対として構成し、２基のバーナを交互に
かつ短時間に燃焼させるようにしている。
【００１２】更に、本発明の管式加熱炉の燃焼制御は、
ヒートフラックスパターンに見合う各ゾーン毎の燃焼量
パターンをあらかじめ求めそのパターンを変えずに加熱
炉出口での被加熱流体温度が設定温度となるように加熱
炉全体の燃焼量を制御したり、あるいはゾーン毎の被加
熱流体出口温度を検知し、設定温度となるようにゾーン
毎に燃焼量を制御するようにしている。
ヒートフラックスパターンに見合う各ゾーン毎の燃焼量
パターンをあらかじめ求めそのパターンを変えずに加熱
炉出口での被加熱流体温度が設定温度となるように加熱
炉全体の燃焼量を制御したり、あるいはゾーン毎の被加
熱流体出口温度を検知し、設定温度となるようにゾーン
毎に燃焼量を制御するようにしている。
【００１３】
【作用】したがって、加熱管内を流れる被加熱流体は、
コイルパスの各ゾーンの蓄熱型交番燃焼バーナシステム
で輻射伝熱によって順次加熱される。一方、各ゾーンで
発生する燃焼ガスは燃焼してない方のバーナの蓄熱体を
通して加熱炉の外に排出され、発生した燃焼ガス量に見
合う量をそのゾーンより流出させることができる。そこ
で、この炉内温度変化は各ゾーン内においてのみ起り、
隣る他のゾーンに影響を与えない。各ゾーンの燃焼量を
調整することによって、各ゾーンの炉内温度が各ゾーン
毎に変化する。そこで、各ゾーン毎に独立して温度設定
が行われて管式加熱炉全体としてのヒートフラックスパ
ターンがコーキングあるいは加熱管使用材料により決ま
る許容最高温度以下でかつ全てのゾーンがほぼ同じ温度
レベルとなるようなフラックスパターンが任意に設定さ
れる。また、高温のまま他方のバーナを経て加熱室外へ
排気される燃焼ガスは、蓄熱体においてその熱が回収さ
れて比較的低温で大気中に排気される。回収された熱は
燃焼用空気の予熱に使われて再び燃焼室外へ戻される。
コイルパスの各ゾーンの蓄熱型交番燃焼バーナシステム
で輻射伝熱によって順次加熱される。一方、各ゾーンで
発生する燃焼ガスは燃焼してない方のバーナの蓄熱体を
通して加熱炉の外に排出され、発生した燃焼ガス量に見
合う量をそのゾーンより流出させることができる。そこ
で、この炉内温度変化は各ゾーン内においてのみ起り、
隣る他のゾーンに影響を与えない。各ゾーンの燃焼量を
調整することによって、各ゾーンの炉内温度が各ゾーン
毎に変化する。そこで、各ゾーン毎に独立して温度設定
が行われて管式加熱炉全体としてのヒートフラックスパ
ターンがコーキングあるいは加熱管使用材料により決ま
る許容最高温度以下でかつ全てのゾーンがほぼ同じ温度
レベルとなるようなフラックスパターンが任意に設定さ
れる。また、高温のまま他方のバーナを経て加熱室外へ
排気される燃焼ガスは、蓄熱体においてその熱が回収さ
れて比較的低温で大気中に排気される。回収された熱は
燃焼用空気の予熱に使われて再び燃焼室外へ戻される。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。
づいて詳細に説明する。
【００１５】図１に本発明の管式加熱炉の一実施例を示
す。この管式加熱炉１は加熱炉内を複数のゾーン２，
２，…，２に区画して、加熱炉１内の加熱管３によって
形成されるコイルパスを複数ゾーンに分割したものであ
る。加熱炉１は、例えば縦方向に加熱炉の幅を一定間隔
置きに狭めて矩形波状の炉形状となし、互いに連通する
複数のゾーン２，２，…，２を形成している。各ゾーン
２，２，…，２には少なくとも１システム以上の蓄熱型
交番燃焼システム４が配置されている。即ち、各々独立
した熱源を有する複数のゾーン２，２，…，２を連結し
て全体として１つの管式加熱炉１を構成し、その中を通
過する加熱管３によって１つのパスが構成されている。
す。この管式加熱炉１は加熱炉内を複数のゾーン２，
２，…，２に区画して、加熱炉１内の加熱管３によって
形成されるコイルパスを複数ゾーンに分割したものであ
る。加熱炉１は、例えば縦方向に加熱炉の幅を一定間隔
置きに狭めて矩形波状の炉形状となし、互いに連通する
複数のゾーン２，２，…，２を形成している。各ゾーン
２，２，…，２には少なくとも１システム以上の蓄熱型
交番燃焼システム４が配置されている。即ち、各々独立
した熱源を有する複数のゾーン２，２，…，２を連結し
て全体として１つの管式加熱炉１を構成し、その中を通
過する加熱管３によって１つのパスが構成されている。
【００１６】ここで、蓄熱型交番燃焼バーナシステム４
はその構造及び燃焼方式に特に限定を受けるものではな
いが、本実施例では蓄熱体とバーナとを一体化したもの
を２基組合せて交互に燃焼させ、燃焼させていない方の
バーナ及び蓄熱体を通して排ガスを排出し得るように設
けたものが使用されている。例えば、図２に示すよう
に、２基のバーナ５，６のそれぞれの蓄熱体７，７に対
し燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給系８と燃焼ガス
を排出する燃焼ガス排気系９とを四方弁１０の介在によ
って選択的に接続可能とし、一方のバーナ５（あるいは
６）には蓄熱体７を通して燃焼用空気の供給を図る一
方、他方のバーナ６（あるいは５）からは蓄熱体７を通
して燃焼ガスの排出を図るように設けられている。燃焼
用空気は例えば押し込みファン等によって供給され、燃
焼排ガスは排気手段例えば誘引ファンによって炉内から
吸引され大気中に排出される。また、燃料供給系１１は
三方弁１２を介していずれか一方のバーナ５，６に選択
的に交互に接続され燃料を供給する。本実施例の場合、
燃焼排ガスと燃焼用空気の経路を切替える四方弁１０と
燃料の流路を切替える三方弁１２とは特開平 -109668号
公報に示す切替方式、即ち単一アクチュエータ１３で一
度に流路を切替える方式を図示しているが特にこれに限
定されるものではなく、三方弁１２と四方弁１０を別々
に制御するようにしても良い。また、燃焼用空気と燃料
の一部はパイロットバーナガン１６に分配されている。
尚、図中符号１４はバーナ本体（ウィンドボックス）、
１５はメインバーナガン、１６はパイロットバーナガ
ン、１７は火炎検出器、１８はパイロッバーナ点火用ト
ランスであり、各ラインには図示していないが各々電磁
弁、手動弁等が設置されている。ここで、燃焼用空気を
供給するライン８には蒸気を供給するライン１９が接続
されている。この蒸気は燃焼用空気の予熱に伴うＮＯｘ
排出値の上昇を抑制するために使用するものであり、水
を用いても同様の効果が得られる。また、蓄熱体７，７
としては比較的圧力損失が低い割に熱容量が大きく耐久
性の高い材料、例えばファインセラミックスで成形され
たハニカム状筒体の使用が好ましいが、特にこれに限定
されるものではなく他の蓄熱体を使用しても良い。
はその構造及び燃焼方式に特に限定を受けるものではな
いが、本実施例では蓄熱体とバーナとを一体化したもの
を２基組合せて交互に燃焼させ、燃焼させていない方の
バーナ及び蓄熱体を通して排ガスを排出し得るように設
けたものが使用されている。例えば、図２に示すよう
に、２基のバーナ５，６のそれぞれの蓄熱体７，７に対
し燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給系８と燃焼ガス
を排出する燃焼ガス排気系９とを四方弁１０の介在によ
って選択的に接続可能とし、一方のバーナ５（あるいは
６）には蓄熱体７を通して燃焼用空気の供給を図る一
方、他方のバーナ６（あるいは５）からは蓄熱体７を通
して燃焼ガスの排出を図るように設けられている。燃焼
用空気は例えば押し込みファン等によって供給され、燃
焼排ガスは排気手段例えば誘引ファンによって炉内から
吸引され大気中に排出される。また、燃料供給系１１は
三方弁１２を介していずれか一方のバーナ５，６に選択
的に交互に接続され燃料を供給する。本実施例の場合、
燃焼排ガスと燃焼用空気の経路を切替える四方弁１０と
燃料の流路を切替える三方弁１２とは特開平 -109668号
公報に示す切替方式、即ち単一アクチュエータ１３で一
度に流路を切替える方式を図示しているが特にこれに限
定されるものではなく、三方弁１２と四方弁１０を別々
に制御するようにしても良い。また、燃焼用空気と燃料
の一部はパイロットバーナガン１６に分配されている。
尚、図中符号１４はバーナ本体（ウィンドボックス）、
１５はメインバーナガン、１６はパイロットバーナガ
ン、１７は火炎検出器、１８はパイロッバーナ点火用ト
ランスであり、各ラインには図示していないが各々電磁
弁、手動弁等が設置されている。ここで、燃焼用空気を
供給するライン８には蒸気を供給するライン１９が接続
されている。この蒸気は燃焼用空気の予熱に伴うＮＯｘ
排出値の上昇を抑制するために使用するものであり、水
を用いても同様の効果が得られる。また、蓄熱体７，７
としては比較的圧力損失が低い割に熱容量が大きく耐久
性の高い材料、例えばファインセラミックスで成形され
たハニカム状筒体の使用が好ましいが、特にこれに限定
されるものではなく他の蓄熱体を使用しても良い。
【００１７】本実施例では、蓄熱型交番燃焼バーナシス
テム４は、加熱炉１の各ゾーン２，２，…，２を構成す
る対向した水平炉壁２０ａ，２０ｂのそれぞれに一対の
バーナ５，６を夫々配置し、加熱管３と平行に火炎を形
成して反対側の壁面のバーナから燃焼ガスを排出するよ
うに設けられている。バーナの配置方法は特にこの場合
に限られず、例えば同一壁面２０ａ（あるいは２０ｂ）
に並べられたバーナを組合せて１つの蓄熱型交番燃焼バ
ーナシステム４を構成し、対向する他の壁面２０ｂ（あ
るいは２０ａ）の蓄熱型交番燃焼バーナシステム４との
間で燃焼ガスを交互に排出するようにしても良い。この
場合、燃料及び燃焼用空気の供給は同一壁面上の隣なる
バーナの間で選択的に供給されるので、最も短い距離で
配管を行なうことができる。
テム４は、加熱炉１の各ゾーン２，２，…，２を構成す
る対向した水平炉壁２０ａ，２０ｂのそれぞれに一対の
バーナ５，６を夫々配置し、加熱管３と平行に火炎を形
成して反対側の壁面のバーナから燃焼ガスを排出するよ
うに設けられている。バーナの配置方法は特にこの場合
に限られず、例えば同一壁面２０ａ（あるいは２０ｂ）
に並べられたバーナを組合せて１つの蓄熱型交番燃焼バ
ーナシステム４を構成し、対向する他の壁面２０ｂ（あ
るいは２０ａ）の蓄熱型交番燃焼バーナシステム４との
間で燃焼ガスを交互に排出するようにしても良い。この
場合、燃料及び燃焼用空気の供給は同一壁面上の隣なる
バーナの間で選択的に供給されるので、最も短い距離で
配管を行なうことができる。
【００１８】以上のように構成されているので、蓄熱型
交番燃焼バーナシステム４の一方のバーナ例えばバーナ
５を燃焼させてその燃焼ガスを停止中のバーナ例えばバ
ーナ６の燃焼ガス排気系９を通して排気させれば、火炎
及び燃焼ガスは加熱管３に沿って平行に流れてから他の
ゾーン２には流出せずに炉外へ排出される。即ち、一方
のバーナ５が燃焼中であるとすると、このバーナ５には
四方弁１０と三方弁１２を通って燃焼用空気と燃料が供
給される。燃焼用空気は蓄熱体７で予熱されてからバー
ナ本体・ウィンドボックス１４内に供給され、メインバ
ーナガン１５から噴射された燃料と混合されて燃焼す
る。一方、他方のバーナ６では該バーナ６向けの燃料供
給系１１が三方弁１２で閉じられ、かつ四方弁１０の切
替えによって燃焼ガス排気系９と接続されているため、
燃焼は行われず燃焼排ガスの排出路として利用される。
即ち、燃焼排ガスは停止中のバーナ６及びそれに付帯す
る蓄熱体７を通り蓄熱体７に熱を放出した後、低温のガ
スとされてから四方弁１０を通って排出される。そこ
で、各ゾーン２，２，…，２毎に蓄熱型交番燃焼システ
ム４の燃焼量を制御して炉内温度を所定温度に調整すれ
ば、各ゾーン２，２，…，２毎にコーキングあるいは加
熱管使用材料により決まる許容最高温度以下でかつ全て
のゾーン２，２，…，２がほぼ同じ温度レベルとなるよ
うなヒートフラックスパターンに制御することができ
る。この場合における燃焼制御は、ヒートフラックスパ
ターンに見合う各ゾ２，２，…，２ーン毎の燃焼量パタ
ーンをあらかじめ求め、そのパターンを変えずに加熱炉
出口での被加熱流体温度が設定温度となるように加熱炉
出口の温度センサ２１を用いて加熱炉全体の燃焼量を制
御するようにしている。燃焼と排気の切替えは従来の交
番燃焼よりもはるかに短いサイクル、例えば２０秒〜２
分間隔、好ましくは約１分間隔に行うか、あるいは排出
される燃焼ガスが所定の温度例えば２００℃程度となっ
たとき行う。
交番燃焼バーナシステム４の一方のバーナ例えばバーナ
５を燃焼させてその燃焼ガスを停止中のバーナ例えばバ
ーナ６の燃焼ガス排気系９を通して排気させれば、火炎
及び燃焼ガスは加熱管３に沿って平行に流れてから他の
ゾーン２には流出せずに炉外へ排出される。即ち、一方
のバーナ５が燃焼中であるとすると、このバーナ５には
四方弁１０と三方弁１２を通って燃焼用空気と燃料が供
給される。燃焼用空気は蓄熱体７で予熱されてからバー
ナ本体・ウィンドボックス１４内に供給され、メインバ
ーナガン１５から噴射された燃料と混合されて燃焼す
る。一方、他方のバーナ６では該バーナ６向けの燃料供
給系１１が三方弁１２で閉じられ、かつ四方弁１０の切
替えによって燃焼ガス排気系９と接続されているため、
燃焼は行われず燃焼排ガスの排出路として利用される。
即ち、燃焼排ガスは停止中のバーナ６及びそれに付帯す
る蓄熱体７を通り蓄熱体７に熱を放出した後、低温のガ
スとされてから四方弁１０を通って排出される。そこ
で、各ゾーン２，２，…，２毎に蓄熱型交番燃焼システ
ム４の燃焼量を制御して炉内温度を所定温度に調整すれ
ば、各ゾーン２，２，…，２毎にコーキングあるいは加
熱管使用材料により決まる許容最高温度以下でかつ全て
のゾーン２，２，…，２がほぼ同じ温度レベルとなるよ
うなヒートフラックスパターンに制御することができ
る。この場合における燃焼制御は、ヒートフラックスパ
ターンに見合う各ゾ２，２，…，２ーン毎の燃焼量パタ
ーンをあらかじめ求め、そのパターンを変えずに加熱炉
出口での被加熱流体温度が設定温度となるように加熱炉
出口の温度センサ２１を用いて加熱炉全体の燃焼量を制
御するようにしている。燃焼と排気の切替えは従来の交
番燃焼よりもはるかに短いサイクル、例えば２０秒〜２
分間隔、好ましくは約１分間隔に行うか、あるいは排出
される燃焼ガスが所定の温度例えば２００℃程度となっ
たとき行う。
【００１９】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、図１に示す実施例の場合、加熱炉の幅を一
定間隔毎に狭めて矩形波状の炉形状とし複数のゾーン
２，２，…，２を物理的に形成して各ゾーン毎に少なく
とも１システム以上の蓄熱型交番燃焼バーナシステム
４，４，…，４を配置するようにしているが特にこれに
限定されるものではなく、コイルパスを形成する加熱管
３の配置の仕方によってゾーンを複数形成するようにし
ても良い。即ち、図３に示すように、加熱炉１は単純な
直方体を成し、その炉壁面に沿って配管される加熱管
３，３，…，３の一部を炉内の中央寄りに突出させて配
管することによって複数のゾーン２，２を形成するよう
にしても良い。即ち、直方体の加熱炉１の底部から天井
部分へ向けて加熱炉１を貫通するように炉壁に沿って敷
設される加熱管３，３，…，３の一部、例えば加熱炉１
の中程の加熱管３，３，…，３を炉壁から離して中央寄
りに配管し被加熱流体の入口から出口に向かう流れと直
交する方向へ突出させ炉内を配管３，３，…，３で区画
するようにしている。これによって、加熱炉１の下半分
の加熱管３，３，…，３を第１のゾーンとし、上半分の
加熱管３，３，…，３を第２のゾーンとしてコイルパス
を２ゾーンに分割している。そして、各ゾーン２，２の
炉壁にそれぞれ１システムの蓄熱型交番燃焼バーナシス
テム４，４，…，４が配置され、加熱管３，３，…，３
に沿って火炎が形成され対向する壁面の他の蓄熱型交番
燃焼バーナシステム４のバーナから燃焼ガスが排気され
るように設けられている。この実施例の場合、図２の実
施例と同様に加熱炉出口の温度センサ２１を利用して加
熱炉全体で燃焼量が制御されている。しかし、各ゾーン
２，２で発生した燃焼ガスはそのゾーン２の中で燃焼し
ていないバーナを利用して系外に排出されることにな
り、他のゾーン特に下流側のゾーンに燃焼ガスが流出し
て影響を与えることがないようにコントロールされてい
る。この実施例では２つのコイルパスが複数の加熱管
３，３，…，３を炉外あるいは炉内（図示省略）で連結
することによって形成されている。そして、入口から出
口にかけ各コイルパスが２つのゾーンに分割されヒート
フラックスの制御は加熱炉全体の燃焼量を制御すること
によって行われている。
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、図１に示す実施例の場合、加熱炉の幅を一
定間隔毎に狭めて矩形波状の炉形状とし複数のゾーン
２，２，…，２を物理的に形成して各ゾーン毎に少なく
とも１システム以上の蓄熱型交番燃焼バーナシステム
４，４，…，４を配置するようにしているが特にこれに
限定されるものではなく、コイルパスを形成する加熱管
３の配置の仕方によってゾーンを複数形成するようにし
ても良い。即ち、図３に示すように、加熱炉１は単純な
直方体を成し、その炉壁面に沿って配管される加熱管
３，３，…，３の一部を炉内の中央寄りに突出させて配
管することによって複数のゾーン２，２を形成するよう
にしても良い。即ち、直方体の加熱炉１の底部から天井
部分へ向けて加熱炉１を貫通するように炉壁に沿って敷
設される加熱管３，３，…，３の一部、例えば加熱炉１
の中程の加熱管３，３，…，３を炉壁から離して中央寄
りに配管し被加熱流体の入口から出口に向かう流れと直
交する方向へ突出させ炉内を配管３，３，…，３で区画
するようにしている。これによって、加熱炉１の下半分
の加熱管３，３，…，３を第１のゾーンとし、上半分の
加熱管３，３，…，３を第２のゾーンとしてコイルパス
を２ゾーンに分割している。そして、各ゾーン２，２の
炉壁にそれぞれ１システムの蓄熱型交番燃焼バーナシス
テム４，４，…，４が配置され、加熱管３，３，…，３
に沿って火炎が形成され対向する壁面の他の蓄熱型交番
燃焼バーナシステム４のバーナから燃焼ガスが排気され
るように設けられている。この実施例の場合、図２の実
施例と同様に加熱炉出口の温度センサ２１を利用して加
熱炉全体で燃焼量が制御されている。しかし、各ゾーン
２，２で発生した燃焼ガスはそのゾーン２の中で燃焼し
ていないバーナを利用して系外に排出されることにな
り、他のゾーン特に下流側のゾーンに燃焼ガスが流出し
て影響を与えることがないようにコントロールされてい
る。この実施例では２つのコイルパスが複数の加熱管
３，３，…，３を炉外あるいは炉内（図示省略）で連結
することによって形成されている。そして、入口から出
口にかけ各コイルパスが２つのゾーンに分割されヒート
フラックスの制御は加熱炉全体の燃焼量を制御すること
によって行われている。
【００２０】更に、図４に他の実施例を示す。この実施
例は、複数の加熱炉１ａ，１ｂ，１ｃを設けてこれらを
接続することによって１つのコイルパスを複数ゾーン
２，２，２に分割したものである。この実施例の場合、
各ゾーン２，２，２が互いに独立した加熱炉１ａ，１
ｂ，１ｃによって構成され、各ゾーン２，２，２の出口
に温度センサ２１ａ，２１ｂ，２１ｃが設置されて各ゾ
ーン毎に燃焼量制御が行われる点で他の実施例と異な
る。即ち、各ゾーン２，２，２毎に設定された被加熱流
体の温度となるようにゾーン２，２，２毎に燃焼量が制
御されている。
例は、複数の加熱炉１ａ，１ｂ，１ｃを設けてこれらを
接続することによって１つのコイルパスを複数ゾーン
２，２，２に分割したものである。この実施例の場合、
各ゾーン２，２，２が互いに独立した加熱炉１ａ，１
ｂ，１ｃによって構成され、各ゾーン２，２，２の出口
に温度センサ２１ａ，２１ｂ，２１ｃが設置されて各ゾ
ーン毎に燃焼量制御が行われる点で他の実施例と異な
る。即ち、各ゾーン２，２，２毎に設定された被加熱流
体の温度となるようにゾーン２，２，２毎に燃焼量が制
御されている。
【００２１】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の管式加熱炉は、コイルパスを複数のゾーンに分割し、
蓄熱体を通してバーナへの燃焼用空気の供給及びバーナ
からの燃焼ガスの排出を交互に行なう蓄熱型交番燃焼バ
ーナシステムを各ゾーン毎に少なくとも１システム以上
設け、各ゾーン毎に炉内温度を任意に制御させ得るよう
にしたので、各ゾーン毎に独立して燃焼量を制御してゾ
ーン毎に所望のヒートフラックスパターンを設定し得
る。
の管式加熱炉は、コイルパスを複数のゾーンに分割し、
蓄熱体を通してバーナへの燃焼用空気の供給及びバーナ
からの燃焼ガスの排出を交互に行なう蓄熱型交番燃焼バ
ーナシステムを各ゾーン毎に少なくとも１システム以上
設け、各ゾーン毎に炉内温度を任意に制御させ得るよう
にしたので、各ゾーン毎に独立して燃焼量を制御してゾ
ーン毎に所望のヒートフラックスパターンを設定し得
る。
【００２２】したがって、コイルパスの各ゾーンを境膜
温度をコーキング温度以下あるいは加熱管使用材料によ
り決まる許容最高温度以下でかつ全てのゾーンでほぼ同
じに設定することができ、コーキングを防止しつつコー
キング温度に対し余裕のある入口ゾーンでのヒートフラ
ックスを上げられる。依って、少ない伝熱面積でも所定
の熱量を与えることができるとともに、入口ゾーンにお
いても管壁温度が高くなるため低温腐食を回避できる。
しかも、燃焼排ガスからの熱回収をバーナと一体となっ
た蓄熱体を介して燃焼用空気が直接行うため、省エネル
ギーにも寄与できるとともに対流部が無くとも対流部付
加熱炉並の熱効率が達成できる。このため、加熱炉をコ
ンパクトにするか、あるいは処理量を増大させることが
できる。
温度をコーキング温度以下あるいは加熱管使用材料によ
り決まる許容最高温度以下でかつ全てのゾーンでほぼ同
じに設定することができ、コーキングを防止しつつコー
キング温度に対し余裕のある入口ゾーンでのヒートフラ
ックスを上げられる。依って、少ない伝熱面積でも所定
の熱量を与えることができるとともに、入口ゾーンにお
いても管壁温度が高くなるため低温腐食を回避できる。
しかも、燃焼排ガスからの熱回収をバーナと一体となっ
た蓄熱体を介して燃焼用空気が直接行うため、省エネル
ギーにも寄与できるとともに対流部が無くとも対流部付
加熱炉並の熱効率が達成できる。このため、加熱炉をコ
ンパクトにするか、あるいは処理量を増大させることが
できる。
【００２３】また、本発明の管式加熱炉は、各ゾーンで
発生した燃焼排ガスがそのゾーンで系外に排出されるた
め、良好なゾーンコントロール性を実現できる。
発生した燃焼排ガスがそのゾーンで系外に排出されるた
め、良好なゾーンコントロール性を実現できる。
【００２４】更に、２基を１対としたバーナが交互にか
つ短時間に燃焼を繰返すことによりゾーン内でのヒート
フラックスをより均一化できる。
つ短時間に燃焼を繰返すことによりゾーン内でのヒート
フラックスをより均一化できる。
【００２５】また、高温流体を取扱う加熱炉のように使
用材料の高温強度から許容管壁温度が決まる高温加熱炉
において、加熱管の使用条件を緩和させつつ総伝熱面積
を少なく高効率化を達成することができる。
用材料の高温強度から許容管壁温度が決まる高温加熱炉
において、加熱管の使用条件を緩和させつつ総伝熱面積
を少なく高効率化を達成することができる。
【図１】本発明の管式加熱炉の一実施例を示す概略図で
ある。
ある。
【図２】本発明の管式加熱炉に実施される蓄熱型交番燃
焼バーナシステムの一実施例を示す概略原理図である。
焼バーナシステムの一実施例を示す概略原理図である。
【図３】本発明の管式加熱炉の他の実施例を示す概略図
である。
である。
【図４】更に本発明の管式加熱炉の他の実施例を示す概
略図である。
略図である。
【図５】従来の加熱処理炉を示す概略図である。
【符号の説明】 １ 管式加熱炉 ２ コイルパスを分割するゾーン ３ 加熱管 ４ 蓄熱型交番燃焼バーナシステム ５，６ 一対のバーナ ７，７ 蓄熱体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 良亮 神奈川県横浜市戸塚区原宿町523−12 (72)発明者 田中 良一 東京都世田谷区北沢１−11−８ (72)発明者 松尾 護 神奈川県座間市東原４−12−５ (72)発明者 川本 雅男 神奈川県横浜市磯子区磯子５−10−１− 206 (72)発明者 菊川 裕邦 神奈川県横浜市磯子区杉田２−15−25 日 本ファーネス工業株式会社 杉田寮
Claims (5)
- 【請求項１】 入口から出口にかけ連続するコイルパス
を複数のゾーンに分割し、蓄熱体を通してバーナへの燃
焼用空気の供給及びバーナからの燃焼ガスの排出を交互
に行なう蓄熱型交番燃焼バーナシステムを少なくとも１
システム以上前記各ゾーン毎に設け、各ゾーン毎に炉内
温度を任意に制御することを特徴とする管式加熱炉。 - 【請求項２】 コーキングあるいは加熱管使用材料によ
り決まる許容最高温度以下でかつ全てのゾーンがほぼ同
じ温度レベルとなるように、各ゾーン毎の蓄熱型交番燃
焼バーナシステムのヒートフラックスパターンを設定す
ることを特徴とする請求項１記載の管式加熱炉。 - 【請求項３】 上記蓄熱型交番燃焼バーナシステムは蓄
熱体とバーナとが一体となった２基を１対として構成
し、２基のバーナを交互にかつ短時間に燃焼させること
を特徴とする請求項１記載の管式加熱炉。 - 【請求項４】 ヒートフラックスパターンに見合う各ゾ
ーン毎の燃焼量パターンをあらかじめ求め、そのパター
ンを変えずに加熱炉出口での被加熱流体温度が設定温度
となるように加熱炉全体の燃焼量を制御することを特徴
とする請求項２記載の管式加熱炉の燃焼制御方法。 - 【請求項５】 ゾーン毎の被加熱流体出口温度を検知
し、設定温度となるようにゾーン毎に燃焼量を制御する
ことを特徴とする請求項２記載の管式加熱炉の燃焼制御
方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3311562A JPH0762135B2 (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 管式加熱炉及びその燃焼制御方法 |
| EP92922460A EP0641851B1 (en) | 1991-10-31 | 1992-10-30 | Tubular furnace and method of controlling combustion thereof |
| CA002122482A CA2122482C (en) | 1991-10-31 | 1992-10-30 | Tubular furnace and method of controlling combustion thereof |
| KR1019940700922A KR100194897B1 (ko) | 1991-10-31 | 1992-10-30 | 관식가열로 및 그 연소제어방법 |
| DE69228323T DE69228323T2 (de) | 1991-10-31 | 1992-10-30 | Rohrofen und methode zum regeln dessen verbrennung |
| PCT/JP1992/001413 WO1993009203A1 (en) | 1991-10-31 | 1992-10-30 | Tubular furnace and method of controlling combustion thereof |
| US08/241,015 US5410988A (en) | 1991-10-31 | 1994-05-11 | Tubular furnace and method of controlling combustion thereof |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3311562A JPH0762135B2 (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 管式加熱炉及びその燃焼制御方法 |
| US08/241,015 US5410988A (en) | 1991-10-31 | 1994-05-11 | Tubular furnace and method of controlling combustion thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05117664A JPH05117664A (ja) | 1993-05-14 |
| JPH0762135B2 true JPH0762135B2 (ja) | 1995-07-05 |
Family
ID=26566799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3311562A Expired - Fee Related JPH0762135B2 (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 管式加熱炉及びその燃焼制御方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5410988A (ja) |
| EP (1) | EP0641851B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0762135B2 (ja) |
| CA (1) | CA2122482C (ja) |
| WO (1) | WO1993009203A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9354183B2 (en) | 2012-05-03 | 2016-05-31 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Method to optimize run lengths and product quality in coking processes and system for performing the same |
| RU2614154C1 (ru) * | 2016-03-31 | 2017-03-23 | Государственное унитарное предприятие "Институт нефтехимпереработки Республики Башкортостан" (ГУП "ИНХП РБ") | Трубчатая печь |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2688589A (en) * | 1951-07-03 | 1954-09-07 | Sinclair Refining Co | Apparatus |
| US3267915A (en) * | 1965-06-11 | 1966-08-23 | Foster Wheeler Corp | Fired heater |
| US3407789A (en) * | 1966-06-13 | 1968-10-29 | Stone & Webster Eng Corp | Heating apparatus and process |
| JPS5530037B2 (ja) * | 1972-06-16 | 1980-08-07 | ||
| JPS5815587A (ja) * | 1981-07-20 | 1983-01-28 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 熱分解炉の反応管装置 |
| JPS58109590A (ja) * | 1981-12-24 | 1983-06-29 | Babcock Hitachi Kk | 熱分解炉の燃焼室 |
| US4494485A (en) * | 1983-11-22 | 1985-01-22 | Gas Research Institute | Fired heater |
| US4574746A (en) * | 1984-11-14 | 1986-03-11 | The Babcock & Wilcox Company | Process heater control |
| US4658762A (en) * | 1986-02-10 | 1987-04-21 | Gas Research Institute | Advanced heater |
| US4986222A (en) * | 1989-08-28 | 1991-01-22 | Amoco Corporation | Furnace for oil refineries and petrochemical plants |
| US5057010A (en) * | 1990-05-15 | 1991-10-15 | Tsai Frank W | Furnace for heating process fluid and method of operation thereof |
-
1991
- 1991-10-31 JP JP3311562A patent/JPH0762135B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-10-30 CA CA002122482A patent/CA2122482C/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-10-30 EP EP92922460A patent/EP0641851B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-10-30 WO PCT/JP1992/001413 patent/WO1993009203A1/ja active IP Right Grant
-
1994
- 1994-05-11 US US08/241,015 patent/US5410988A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0641851A1 (en) | 1995-03-08 |
| US5410988A (en) | 1995-05-02 |
| JPH05117664A (ja) | 1993-05-14 |
| CA2122482A1 (en) | 1993-05-13 |
| CA2122482C (en) | 1998-06-16 |
| WO1993009203A1 (en) | 1993-05-13 |
| EP0641851A4 (en) | 1995-07-05 |
| EP0641851B1 (en) | 1999-01-27 |
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