JPH09273742A - 加熱炉燃料の蓄熱切替式水蒸気改質方法 - Google Patents
加熱炉燃料の蓄熱切替式水蒸気改質方法Info
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- JPH09273742A JPH09273742A JP8084371A JP8437196A JPH09273742A JP H09273742 A JPH09273742 A JP H09273742A JP 8084371 A JP8084371 A JP 8084371A JP 8437196 A JP8437196 A JP 8437196A JP H09273742 A JPH09273742 A JP H09273742A
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- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
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- Y02P10/25—Process efficiency
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料ガスと酸素含有ガスを混合、燃焼する加
熱炉における６００〜１５００℃の加熱炉燃焼ガスの顕
熱を回収する際の爆発を防止することを可能にした加熱
炉燃料の蓄熱切替式水蒸気改質方法を提供する。 【解決手段】 加熱炉の燃焼バーナーから酸素含有ガス
供給配管及び燃料供給配管へ排ガスを導入し、酸素含有
ガス供給配管に設けた予熱器に排ガス顕熱を蓄熱すると
ともに、燃料供給配管に設けた改質器内の改質触媒を排
ガス顕熱で加熱した後、前記酸素含有ガス供給配管及び
燃料供給配管への排ガスの導入を断ち、前記燃料供給配
管及び改質器内を蒸気または蒸気を含む不活性ガスで置
換した後、加熱炉バーナーへの酸素含有ガス及び燃料の
供給に切替え、前記予熱器で酸素含有ガスを予熱すると
ともに、前記改質器で燃料を水蒸気改質した後、前記燃
焼バーナーで水蒸気改質した燃料と予熱した酸素含有ガ
スとを混合燃焼させることを特徴とする加熱炉燃料の蓄
熱切替式水蒸気改質方法。
熱炉における６００〜１５００℃の加熱炉燃焼ガスの顕
熱を回収する際の爆発を防止することを可能にした加熱
炉燃料の蓄熱切替式水蒸気改質方法を提供する。 【解決手段】 加熱炉の燃焼バーナーから酸素含有ガス
供給配管及び燃料供給配管へ排ガスを導入し、酸素含有
ガス供給配管に設けた予熱器に排ガス顕熱を蓄熱すると
ともに、燃料供給配管に設けた改質器内の改質触媒を排
ガス顕熱で加熱した後、前記酸素含有ガス供給配管及び
燃料供給配管への排ガスの導入を断ち、前記燃料供給配
管及び改質器内を蒸気または蒸気を含む不活性ガスで置
換した後、加熱炉バーナーへの酸素含有ガス及び燃料の
供給に切替え、前記予熱器で酸素含有ガスを予熱すると
ともに、前記改質器で燃料を水蒸気改質した後、前記燃
焼バーナーで水蒸気改質した燃料と予熱した酸素含有ガ
スとを混合燃焼させることを特徴とする加熱炉燃料の蓄
熱切替式水蒸気改質方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料ガスと酸素含
有ガスを混合、燃焼する加熱炉において６００〜１５０
０℃の加熱炉燃焼排ガスの顕熱を回収する際の爆発を防
止することを可能にした加熱炉燃料の蓄熱切替式水蒸気
改質方法に関するものである。
有ガスを混合、燃焼する加熱炉において６００〜１５０
０℃の加熱炉燃焼排ガスの顕熱を回収する際の爆発を防
止することを可能にした加熱炉燃料の蓄熱切替式水蒸気
改質方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、加熱炉の排ガス顕熱回収方法は、
排ガスと空気の熱交換による燃焼空気予熱であった。例
えば、製鉄所の加熱炉では７００〜９００℃の排ガスを
シェルアンドチューブ式熱交換器のシェル部に導入し、
燃焼空気をチューブ部に流通させて４００〜６００℃に
予熱する。熱交換器から大気に放散される排ガス温度は
４００〜６００℃に低下し、排ガス顕熱の３０〜６０％
が回収される。回収された熱エネルギーは空気顕熱とし
て加熱炉で循環再利用されるため、空気予熱を行わない
場合に比べて加熱炉燃料原単位を２０〜３０％低減でき
る。すなわち、空気予熱温度が１００℃上昇する毎に約
５％の燃料原単位削減が可能となっているのが実状であ
る。
排ガスと空気の熱交換による燃焼空気予熱であった。例
えば、製鉄所の加熱炉では７００〜９００℃の排ガスを
シェルアンドチューブ式熱交換器のシェル部に導入し、
燃焼空気をチューブ部に流通させて４００〜６００℃に
予熱する。熱交換器から大気に放散される排ガス温度は
４００〜６００℃に低下し、排ガス顕熱の３０〜６０％
が回収される。回収された熱エネルギーは空気顕熱とし
て加熱炉で循環再利用されるため、空気予熱を行わない
場合に比べて加熱炉燃料原単位を２０〜３０％低減でき
る。すなわち、空気予熱温度が１００℃上昇する毎に約
５％の燃料原単位削減が可能となっているのが実状であ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】排ガスの顕熱を回収し
て加熱炉での熱利用率を上げるには、加熱炉燃焼バーナ
ーに供給される２つの物質、すなわち、燃料と空気のい
ずれかを予熱する。空気予熱温度は、近年、７００〜１
０００℃に達しており、空気予熱による排ガス顕熱回収
は限界まで到達している。一方、燃料は２５０℃以上に
予熱すると、炭化水素の熱分解反応によるススの発生が
顕著となるため、従来は予熱されなかった。そこで、発
明者らは、水蒸気改質反応を利用することによってスス
の発生を抑制しながら、燃料を１０００℃以上に予熱す
る方法を開発した。その装置は蓄熱切替式で改質触媒を
充填した反応器に、燃料と排ガスが交互に導入される。
反応器内部は６００〜１２００℃と高温なので、燃料を
導入するときには酸素含有ガス（排ガス、空気など）が
残存していないよう十分な監視を行わないと爆発する。
本発明はこれらの爆発を防止するための方法を提供する
ものである。
て加熱炉での熱利用率を上げるには、加熱炉燃焼バーナ
ーに供給される２つの物質、すなわち、燃料と空気のい
ずれかを予熱する。空気予熱温度は、近年、７００〜１
０００℃に達しており、空気予熱による排ガス顕熱回収
は限界まで到達している。一方、燃料は２５０℃以上に
予熱すると、炭化水素の熱分解反応によるススの発生が
顕著となるため、従来は予熱されなかった。そこで、発
明者らは、水蒸気改質反応を利用することによってスス
の発生を抑制しながら、燃料を１０００℃以上に予熱す
る方法を開発した。その装置は蓄熱切替式で改質触媒を
充填した反応器に、燃料と排ガスが交互に導入される。
反応器内部は６００〜１２００℃と高温なので、燃料を
導入するときには酸素含有ガス（排ガス、空気など）が
残存していないよう十分な監視を行わないと爆発する。
本発明はこれらの爆発を防止するための方法を提供する
ものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】その発明の要旨とすると
ころは、 （１）加熱炉の燃焼バーナーから酸素含有ガス供給配管
及び燃料供給配管へ排ガスを導入し、酸素含有ガス供給
配管に設けた予熱器に排ガス顕熱を蓄熱するとともに、
燃料供給配管に設けた改質器内の改質触媒を排ガス顕熱
で加熱した後、前記燃料供給配管及び燃料供給配管への
排ガスの導入を断ち、前記酸素含有ガス供給配管及び改
質器内を蒸気または蒸気を含む不活性ガスで置換した
後、加熱炉バーナーへの酸素含有ガス及び燃料の供給に
切替え、前記予熱器で酸素含有ガスを予熱するととも
に、前記改質器で燃料を水蒸気改質した後、前記燃焼バ
ーナーで水蒸気改質した燃料と予熱した酸素含有ガスと
を混合燃焼させることを特徴とする加熱炉燃料の蓄熱切
替式水蒸気改質方法。
ころは、 （１）加熱炉の燃焼バーナーから酸素含有ガス供給配管
及び燃料供給配管へ排ガスを導入し、酸素含有ガス供給
配管に設けた予熱器に排ガス顕熱を蓄熱するとともに、
燃料供給配管に設けた改質器内の改質触媒を排ガス顕熱
で加熱した後、前記燃料供給配管及び燃料供給配管への
排ガスの導入を断ち、前記酸素含有ガス供給配管及び改
質器内を蒸気または蒸気を含む不活性ガスで置換した
後、加熱炉バーナーへの酸素含有ガス及び燃料の供給に
切替え、前記予熱器で酸素含有ガスを予熱するととも
に、前記改質器で燃料を水蒸気改質した後、前記燃焼バ
ーナーで水蒸気改質した燃料と予熱した酸素含有ガスと
を混合燃焼させることを特徴とする加熱炉燃料の蓄熱切
替式水蒸気改質方法。
【０００５】（２）燃焼バーナー燃料供給配管に設けた
改質器内の改質触媒の温度が規定値以下に低下した場
合、直ちに燃焼バーナーへの酸素含有ガス及び燃料の供
給を断ち、前記燃料供給配管及び改質器内を蒸気または
蒸気を含む不活性ガスで置換した後、燃焼バーナーから
の排ガス導入に切替え、前記酸素含有ガス供給配管に設
けた予熱器に排ガス顕熱を蓄熱するとともに、前記改質
器内の改質触媒を排ガス顕熱で加熱することを特徴とす
る前記（１）記載の加熱炉燃料の蓄熱切替式水蒸気改質
方法。
改質器内の改質触媒の温度が規定値以下に低下した場
合、直ちに燃焼バーナーへの酸素含有ガス及び燃料の供
給を断ち、前記燃料供給配管及び改質器内を蒸気または
蒸気を含む不活性ガスで置換した後、燃焼バーナーから
の排ガス導入に切替え、前記酸素含有ガス供給配管に設
けた予熱器に排ガス顕熱を蓄熱するとともに、前記改質
器内の改質触媒を排ガス顕熱で加熱することを特徴とす
る前記（１）記載の加熱炉燃料の蓄熱切替式水蒸気改質
方法。
【０００６】（３）燃料供給配管及び改質器内を蒸気ま
たは蒸気を含む不活性ガスで置換する際に、前記燃料供
給配管及び改質器からの排出ガス中の酸素濃度を測定
し、酸素濃度が爆発範囲濃度以下の場合に、前記置換を
終了させることを特徴とする前記（１）または（２）記
載の加熱炉燃料の蓄熱切替式水蒸気改質方法。 （４）燃料供給配管及び改質器内を蒸気または蒸気を含
む不活性ガスで置換する際に、燃焼バーナー燃焼後の置
換は改質器の燃焼バーナー寄りの燃料供給配管に蒸気ま
たは蒸気を含む不活性ガスを導入し、排ガスによる改質
触媒加熱後の置換は改質器の燃焼バーナーから離れた燃
料供給配管に蒸気または蒸気を含む不活性ガスを導入す
るように、蒸気または蒸気を含む不活性ガス導入部位を
少なくとも２つ以上設けることを特徴とする前記（１）
〜（３）のいずれかに記載の加熱炉燃料の蓄熱切替式水
蒸気改質方法にある。
たは蒸気を含む不活性ガスで置換する際に、前記燃料供
給配管及び改質器からの排出ガス中の酸素濃度を測定
し、酸素濃度が爆発範囲濃度以下の場合に、前記置換を
終了させることを特徴とする前記（１）または（２）記
載の加熱炉燃料の蓄熱切替式水蒸気改質方法。 （４）燃料供給配管及び改質器内を蒸気または蒸気を含
む不活性ガスで置換する際に、燃焼バーナー燃焼後の置
換は改質器の燃焼バーナー寄りの燃料供給配管に蒸気ま
たは蒸気を含む不活性ガスを導入し、排ガスによる改質
触媒加熱後の置換は改質器の燃焼バーナーから離れた燃
料供給配管に蒸気または蒸気を含む不活性ガスを導入す
るように、蒸気または蒸気を含む不活性ガス導入部位を
少なくとも２つ以上設けることを特徴とする前記（１）
〜（３）のいずれかに記載の加熱炉燃料の蓄熱切替式水
蒸気改質方法にある。
【０００７】以下、本発明について詳細に説明する。バ
ーナーの燃焼切替え時において、蓄熱体が内蔵された配
管を、切替え弁によって酸素含有ガス送気側に切り替え
る前に、燃料供給配管及び燃料供給配管への排ガスの導
入を断ち、酸素含有ガス供給配管及び改質器内を蒸気ま
たは蒸気を含む不活性ガスで置換した後、加熱炉バーナ
ーへの酸素含有ガス及び燃料の供給に切替え、予熱器で
酸素含有ガスを予熱するとともに、改質器で燃料を水蒸
気改質した後、燃焼バーナーで水蒸気改質した燃料と予
熱した酸素含有ガスとを混合燃焼させるものである。こ
の場合、改質器内は、理想的には８００℃以上に維持さ
れ、常には６００℃以上に維持されている。ここに蒸気
（大気圧飽和蒸気は１００℃）、または蒸気を含む不活
性ガス（常温〜１００℃）によって改質器をパージする
ということは、改質器内の雰囲気ガスの温度を下げるこ
とに等しい。
ーナーの燃焼切替え時において、蓄熱体が内蔵された配
管を、切替え弁によって酸素含有ガス送気側に切り替え
る前に、燃料供給配管及び燃料供給配管への排ガスの導
入を断ち、酸素含有ガス供給配管及び改質器内を蒸気ま
たは蒸気を含む不活性ガスで置換した後、加熱炉バーナ
ーへの酸素含有ガス及び燃料の供給に切替え、予熱器で
酸素含有ガスを予熱するとともに、改質器で燃料を水蒸
気改質した後、燃焼バーナーで水蒸気改質した燃料と予
熱した酸素含有ガスとを混合燃焼させるものである。こ
の場合、改質器内は、理想的には８００℃以上に維持さ
れ、常には６００℃以上に維持されている。ここに蒸気
（大気圧飽和蒸気は１００℃）、または蒸気を含む不活
性ガス（常温〜１００℃）によって改質器をパージする
ということは、改質器内の雰囲気ガスの温度を下げるこ
とに等しい。
【０００８】一方、可燃性ガスの爆発濃度範囲はガスの
低温化によって狭まる。よって蒸気または蒸気を含む不
活性ガスによって改質器内をパージするということは、
可燃性ガスそのものの濃度を下げる効果と、可燃性ガス
の温度を下げ、爆発濃度範囲を狭める効果の２つあり、
その相乗効果で爆発を防止することになる。爆発範囲が
広く危険性が高いのは水素、一酸化炭素などの比重の軽
いガスである。よって、改質器内ガスの排出口は改質器
上部に設けて水素などが排出され易いようにし、さらに
パージガスは改質器下部から供給するのが良い。
低温化によって狭まる。よって蒸気または蒸気を含む不
活性ガスによって改質器内をパージするということは、
可燃性ガスそのものの濃度を下げる効果と、可燃性ガス
の温度を下げ、爆発濃度範囲を狭める効果の２つあり、
その相乗効果で爆発を防止することになる。爆発範囲が
広く危険性が高いのは水素、一酸化炭素などの比重の軽
いガスである。よって、改質器内ガスの排出口は改質器
上部に設けて水素などが排出され易いようにし、さらに
パージガスは改質器下部から供給するのが良い。
【０００９】本発明に係るパージガスは蒸気、蒸気を含
む不活性ガスまたは蒸気と１０ｐｐｍ〜３％の酸素を含
む不活性ガスとする。不活性ガスにはアルゴン、ヘリウ
ム、窒素、蒸気、炭酸ガスがある。比熱の大きな不活性
ガスほど希釈効果が高い（同体積を加えた時に、可燃性
ガスの爆発濃度範囲が狭まる効果の大小）ので、最適な
パージガスは炭酸ガス、次いで蒸気である。従って、蒸
気を含む不活性ガスとは、蒸気と炭酸ガスの混合ガスが
望ましい。
む不活性ガスまたは蒸気と１０ｐｐｍ〜３％の酸素を含
む不活性ガスとする。不活性ガスにはアルゴン、ヘリウ
ム、窒素、蒸気、炭酸ガスがある。比熱の大きな不活性
ガスほど希釈効果が高い（同体積を加えた時に、可燃性
ガスの爆発濃度範囲が狭まる効果の大小）ので、最適な
パージガスは炭酸ガス、次いで蒸気である。従って、蒸
気を含む不活性ガスとは、蒸気と炭酸ガスの混合ガスが
望ましい。
【００１０】また、パージガスは微少量を常時流した状
態にするのが望ましく、その効果は改質器内の高温雰囲
気ガス（排ガスまたは改質ガス）のパージガス供給系へ
の逆流を防ぎ、パージガス供給系のバルブ等（耐熱限界
のある計装品）への熱伝導による温度伝播を軽減する。
また、常時流した状態にしても、蒸気であれば水蒸気改
質反応の原料であるし、炭酸ガスまたはその他の不活性
ガスでも反応に悪影響を及ぼさないので問題はない。常
時流した状態にする場合のパージガスは、蒸気が最適で
ある。
態にするのが望ましく、その効果は改質器内の高温雰囲
気ガス（排ガスまたは改質ガス）のパージガス供給系へ
の逆流を防ぎ、パージガス供給系のバルブ等（耐熱限界
のある計装品）への熱伝導による温度伝播を軽減する。
また、常時流した状態にしても、蒸気であれば水蒸気改
質反応の原料であるし、炭酸ガスまたはその他の不活性
ガスでも反応に悪影響を及ぼさないので問題はない。常
時流した状態にする場合のパージガスは、蒸気が最適で
ある。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明について図面に従っ
て詳細に説明する。図１は、本発明に係る排ガス顕熱を
蓄熱する蓄熱器を備えた加熱炉の排ガス顕熱回収装置を
示す断面図である。図１において、燃焼バーナー１は水
蒸気改質した燃料を吹き込む内管と酸素含有ガスを吹き
込む外管よりなる二重燃焼バーナーであり、予熱・改質
燃料ノズル９及び予熱空気ノズル８より構成され、か
つ、この燃焼バーナー１は加熱炉外壁１０に配設されて
いる。そして予熱・改質燃料ノズル９は燃料供給配管４
とパージガス配管７及び改質器５に連結され、該改質器
５中にはＡｌ2 Ｏ3 ボールよりなる球状の耐火物、及び
ＮｉとＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ 2 よりなる改質触媒６を充填
すると共に、燃料は燃料開閉弁１１を、また水蒸気は水
蒸気開閉弁１２´を介して、それぞれ改質器５に供給さ
れるように構成されている。
て詳細に説明する。図１は、本発明に係る排ガス顕熱を
蓄熱する蓄熱器を備えた加熱炉の排ガス顕熱回収装置を
示す断面図である。図１において、燃焼バーナー１は水
蒸気改質した燃料を吹き込む内管と酸素含有ガスを吹き
込む外管よりなる二重燃焼バーナーであり、予熱・改質
燃料ノズル９及び予熱空気ノズル８より構成され、か
つ、この燃焼バーナー１は加熱炉外壁１０に配設されて
いる。そして予熱・改質燃料ノズル９は燃料供給配管４
とパージガス配管７及び改質器５に連結され、該改質器
５中にはＡｌ2 Ｏ3 ボールよりなる球状の耐火物、及び
ＮｉとＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ 2 よりなる改質触媒６を充填
すると共に、燃料は燃料開閉弁１１を、また水蒸気は水
蒸気開閉弁１２´を介して、それぞれ改質器５に供給さ
れるように構成されている。
【００１２】このような加熱炉燃料の蓄熱切替式水蒸気
改質装置において、加熱炉の燃焼バーナー１から酸素含
有ガス供給配管３及び燃料供給配管４へ排ガスを導入
し、酸素含有ガス供給配管３に設けた予熱器１３に排ガ
ス顕熱を蓄熱するとともに、排ガス吸引ブロア１５の作
動により、加熱炉内の排ガスを吸引することによって、
燃料供給配管４に設けた改質器５内の改質触媒６を排ガ
ス顕熱で加熱した後、酸素含有ガス供給配管３及び燃料
供給配管４への排ガスの導入を断ち、燃料供給配管４及
び改質器５内を水蒸気開閉弁１２、１２´を介して蒸気
または蒸気を含む不活性ガスで置換した後、加熱炉の燃
焼バーナー１への酸素含有ガス及び燃料の供給に切替
え、予熱器１３で酸素含有ガスを予熱すると共に、改質
器５で燃料を水蒸気改質した後、燃焼バーナー１で水蒸
気改質した燃料と予熱した酸素含有ガスとを混合燃焼さ
せるものである。
改質装置において、加熱炉の燃焼バーナー１から酸素含
有ガス供給配管３及び燃料供給配管４へ排ガスを導入
し、酸素含有ガス供給配管３に設けた予熱器１３に排ガ
ス顕熱を蓄熱するとともに、排ガス吸引ブロア１５の作
動により、加熱炉内の排ガスを吸引することによって、
燃料供給配管４に設けた改質器５内の改質触媒６を排ガ
ス顕熱で加熱した後、酸素含有ガス供給配管３及び燃料
供給配管４への排ガスの導入を断ち、燃料供給配管４及
び改質器５内を水蒸気開閉弁１２、１２´を介して蒸気
または蒸気を含む不活性ガスで置換した後、加熱炉の燃
焼バーナー１への酸素含有ガス及び燃料の供給に切替
え、予熱器１３で酸素含有ガスを予熱すると共に、改質
器５で燃料を水蒸気改質した後、燃焼バーナー１で水蒸
気改質した燃料と予熱した酸素含有ガスとを混合燃焼さ
せるものである。
【００１３】また、改質器５内の改質触媒６に温度検出
器１６を設け、改質器５内の温度を測定し、その測定の
結果、６００℃以下に低下した場合、直ちに燃焼バーナ
ー１への酸素含有ガス及び燃料の供給を断ち、燃料供給
配管４及び改質器５内を蒸気または蒸気を含む不活性ガ
スで置換した後、排ガス吸引ブロア１５を作動させて、
燃焼バーナー１からの排ガス導入に切替え、酸素含有ガ
ス供給配管３に設けた予熱器１３に排ガス顕熱を蓄熱す
るとともに、改質器５内の改質触媒６を排ガス顕熱で加
熱するものである。また、燃料供給配管４及び改質器５
内を蒸気または蒸気を含む不活性ガスで置換する場合
に、燃料供給配管４及び改質器５からの排出ガス中の酸
素濃度を改質器５への排ガス流入口に酸素濃度検出器２
を設置し、この酸素濃度検出器２にて測定し、酸素濃度
が爆発範囲濃度である４％以下の場合に、水蒸気開閉弁
１２、１２´を閉じて置換を終了させる。
器１６を設け、改質器５内の温度を測定し、その測定の
結果、６００℃以下に低下した場合、直ちに燃焼バーナ
ー１への酸素含有ガス及び燃料の供給を断ち、燃料供給
配管４及び改質器５内を蒸気または蒸気を含む不活性ガ
スで置換した後、排ガス吸引ブロア１５を作動させて、
燃焼バーナー１からの排ガス導入に切替え、酸素含有ガ
ス供給配管３に設けた予熱器１３に排ガス顕熱を蓄熱す
るとともに、改質器５内の改質触媒６を排ガス顕熱で加
熱するものである。また、燃料供給配管４及び改質器５
内を蒸気または蒸気を含む不活性ガスで置換する場合
に、燃料供給配管４及び改質器５からの排出ガス中の酸
素濃度を改質器５への排ガス流入口に酸素濃度検出器２
を設置し、この酸素濃度検出器２にて測定し、酸素濃度
が爆発範囲濃度である４％以下の場合に、水蒸気開閉弁
１２、１２´を閉じて置換を終了させる。
【００１４】さらに、燃料供給配管４及び改質器５内を
蒸気または蒸気を含む不活性ガスで置換する場合に、燃
焼バーナー１の燃焼後の置換は改質器５の燃焼バーナー
１寄りの燃料供給配管４に水蒸気開閉弁１２を開の制御
作動を行って、蒸気または蒸気を含む不活性ガスを導入
し、排ガスによる予熱器での蓄熱及び改質触媒６の加熱
後の置換は改質器５の燃焼バーナー１から離れた燃料供
給配管４に水蒸気開閉弁１２´を開の制御作動を行って
蒸気または蒸気を含む不活性ガスを導入するように、蒸
気または蒸気を含む不活性ガス導入口を少なくとも２つ
以上設けると良い。
蒸気または蒸気を含む不活性ガスで置換する場合に、燃
焼バーナー１の燃焼後の置換は改質器５の燃焼バーナー
１寄りの燃料供給配管４に水蒸気開閉弁１２を開の制御
作動を行って、蒸気または蒸気を含む不活性ガスを導入
し、排ガスによる予熱器での蓄熱及び改質触媒６の加熱
後の置換は改質器５の燃焼バーナー１から離れた燃料供
給配管４に水蒸気開閉弁１２´を開の制御作動を行って
蒸気または蒸気を含む不活性ガスを導入するように、蒸
気または蒸気を含む不活性ガス導入口を少なくとも２つ
以上設けると良い。
【００１５】また、この蒸気または蒸気を含む不活性ガ
スを導入するための水蒸気開閉バルブはせいぜい４００
℃耐熱なので、６００℃以上の高温ガスを扱う改質器か
ら離す必要があるが、あまり離れるとパージ空間が大き
くなり、パージガス量、パージ時間の増加を招くので出
来るだけパージ空間を最小にしてパージ時間を最短とす
る必要がある。これらを考慮して燃料と排ガスが若干接
触しても安全なように改質器内には大きな空間を作ら
ず、触媒かまたはＡｌ2 Ｏ3 ボールで充填するものであ
る。なお、耐熱の充填材や封止材をも使用することがで
きる。
スを導入するための水蒸気開閉バルブはせいぜい４００
℃耐熱なので、６００℃以上の高温ガスを扱う改質器か
ら離す必要があるが、あまり離れるとパージ空間が大き
くなり、パージガス量、パージ時間の増加を招くので出
来るだけパージ空間を最小にしてパージ時間を最短とす
る必要がある。これらを考慮して燃料と排ガスが若干接
触しても安全なように改質器内には大きな空間を作ら
ず、触媒かまたはＡｌ2 Ｏ3 ボールで充填するものであ
る。なお、耐熱の充填材や封止材をも使用することがで
きる。
【００１６】すなわち、改質器５の運転を改質から蓄熱
に切換える時は、排ガスが入ってくる方の配管に設けた
パージガス配管７の方の水蒸気供給口を使い、逆に蓄熱
から改質へ切替える時は、燃料が入ってくる方の配管に
設けた水蒸気供給口を使う。これには先ず、次の瞬間に
改質器５に導入されるガスの前面に、パージガスによる
バリヤを設け、改質器５内に残留する高温雰囲気ガス
（排ガスまたは改質ガス）との直接接触を避ける目的が
ある。パージガスの導入によって、改質器５内に残留す
る高温雰囲気ガスは、次第に冷却されながら、次の瞬間
に改質器５に導入されるガスと反対方向に効果的に追い
出される。
に切換える時は、排ガスが入ってくる方の配管に設けた
パージガス配管７の方の水蒸気供給口を使い、逆に蓄熱
から改質へ切替える時は、燃料が入ってくる方の配管に
設けた水蒸気供給口を使う。これには先ず、次の瞬間に
改質器５に導入されるガスの前面に、パージガスによる
バリヤを設け、改質器５内に残留する高温雰囲気ガス
（排ガスまたは改質ガス）との直接接触を避ける目的が
ある。パージガスの導入によって、改質器５内に残留す
る高温雰囲気ガスは、次第に冷却されながら、次の瞬間
に改質器５に導入されるガスと反対方向に効果的に追い
出される。
【００１７】改質器内での燃料と排ガスの流れ方向が逆
なのは、改質器内の温度分布を、経時的になるべく一定
にする配慮がなされているからである。図１において
は、６００〜１０００℃の排ガスが導入させる側である
改質器上部の内部温度は、常温の燃料ならびに１００℃
の蒸気が導入させる側である改質器下部の内部温度より
常に高温である。もし改質器５に、排ガスも燃料も改質
器上部から供給すると、改質器上部に充填された改質触
媒６は、短時間に高温ガスと低温ガスに交互にさらされ
るため、ヒートショック割れを起こし粉化する。この粉
が改質器５の内部に堆積してガス流通の妨げとなり、排
ガス及び燃料の流量減少や、改質器の閉塞を引き起こ
す。よって、改質器内での燃料と排ガスの流れ方向を逆
にし、さらに、改質から蓄熱に切替える時のパージガス
供給口と、蓄熱から改質へ切替える時のパージガス供給
口を別々に設けることにより、効果的な反応制御と爆発
防止を可能ならしめている。
なのは、改質器内の温度分布を、経時的になるべく一定
にする配慮がなされているからである。図１において
は、６００〜１０００℃の排ガスが導入させる側である
改質器上部の内部温度は、常温の燃料ならびに１００℃
の蒸気が導入させる側である改質器下部の内部温度より
常に高温である。もし改質器５に、排ガスも燃料も改質
器上部から供給すると、改質器上部に充填された改質触
媒６は、短時間に高温ガスと低温ガスに交互にさらされ
るため、ヒートショック割れを起こし粉化する。この粉
が改質器５の内部に堆積してガス流通の妨げとなり、排
ガス及び燃料の流量減少や、改質器の閉塞を引き起こ
す。よって、改質器内での燃料と排ガスの流れ方向を逆
にし、さらに、改質から蓄熱に切替える時のパージガス
供給口と、蓄熱から改質へ切替える時のパージガス供給
口を別々に設けることにより、効果的な反応制御と爆発
防止を可能ならしめている。
【００１８】図２は、パージ蒸気量１１、１５Ｎｍ3 ／
ｈｒでの、改質器中の酸素濃度３％、５％を含有する排
ガスのパージによる酸素濃度低下を示す図である。いず
れの条件でも、酸素濃度は時間とともに指数関数的に減
少し、式（１）で濃度低下を表現できることがわかっ
た。 ｐ＝Ｃｅｘｐ（−Ｑｔ／Ｖ） …… （１） ここで、ｐはある時間ｔ（秒）での酸素濃度（体積
％）、Ｃは初期酸素濃度（体積％）、Ｑはパージ蒸気流
量（ｍ3 ／秒）、Ｖはパージする空間体積（ｍ3 ）であ
る。Ｖ、Ｑを予め測定しておき、初期酸素濃度Ｃの排ガ
スが改質器内に残留しているとき、爆発が起きない酸素
濃度ｐまでパージするのに何秒必要かが決定できる。パ
ージを終了する酸素濃度については、以下に説明する。
ｈｒでの、改質器中の酸素濃度３％、５％を含有する排
ガスのパージによる酸素濃度低下を示す図である。いず
れの条件でも、酸素濃度は時間とともに指数関数的に減
少し、式（１）で濃度低下を表現できることがわかっ
た。 ｐ＝Ｃｅｘｐ（−Ｑｔ／Ｖ） …… （１） ここで、ｐはある時間ｔ（秒）での酸素濃度（体積
％）、Ｃは初期酸素濃度（体積％）、Ｑはパージ蒸気流
量（ｍ3 ／秒）、Ｖはパージする空間体積（ｍ3 ）であ
る。Ｖ、Ｑを予め測定しておき、初期酸素濃度Ｃの排ガ
スが改質器内に残留しているとき、爆発が起きない酸素
濃度ｐまでパージするのに何秒必要かが決定できる。パ
ージを終了する酸素濃度については、以下に説明する。
【００１９】図３は、排ガスが残留する改質器内に、燃
料ＣＯＧ（コークス炉ガス）と蒸気を体積比で２：１で
導入する場合の爆発範囲を示す図である。横軸に示す排
ガス中酸素濃度が２１％ある場合、改質器内に燃料と蒸
気の混合気が７から４９％存在する場合には爆発が起き
る。排ガス中の酸素濃度が低下するにつれ爆発範囲（改
質器内の燃料と蒸気の混合気の濃度）は次第に低下しな
がら狭まり、排ガス中の酸素濃度が４％未満では爆発が
起こらなくなる。従って、図２において、初期酸素濃度
が５％の場合には、パージ蒸気量１１Ｎｍ3 ／ｈｒで４
秒でパージを終了してよく、パージ蒸気量１５Ｎｍ3 ／
ｈｒでは２．５秒でパージが終了できる。改質から蓄熱
に切替える時には、改質器内に残存する改質ガスの濃度
が４％未満になるまで蒸気でパージすれば、酸素濃度が
何％の排ガスであろうとも改質器に導入しても爆発が起
こらないことを、本発明者らはコークス炉ガスを水蒸気
改質する場合について確認した。
料ＣＯＧ（コークス炉ガス）と蒸気を体積比で２：１で
導入する場合の爆発範囲を示す図である。横軸に示す排
ガス中酸素濃度が２１％ある場合、改質器内に燃料と蒸
気の混合気が７から４９％存在する場合には爆発が起き
る。排ガス中の酸素濃度が低下するにつれ爆発範囲（改
質器内の燃料と蒸気の混合気の濃度）は次第に低下しな
がら狭まり、排ガス中の酸素濃度が４％未満では爆発が
起こらなくなる。従って、図２において、初期酸素濃度
が５％の場合には、パージ蒸気量１１Ｎｍ3 ／ｈｒで４
秒でパージを終了してよく、パージ蒸気量１５Ｎｍ3 ／
ｈｒでは２．５秒でパージが終了できる。改質から蓄熱
に切替える時には、改質器内に残存する改質ガスの濃度
が４％未満になるまで蒸気でパージすれば、酸素濃度が
何％の排ガスであろうとも改質器に導入しても爆発が起
こらないことを、本発明者らはコークス炉ガスを水蒸気
改質する場合について確認した。
【００２０】このようにして、加熱炉燃料の蓄熱切替式
水蒸気改質装置において、燃焼バーナーに連設した予熱
器及び改質器から酸素含有ガス及び燃料供給と燃焼排ガ
ス経路とを切換えるための切替弁に至るまでの配管中に
酸素含有ガスを供給する前に配管中に蒸気または蒸気を
含む不活性ガスで供給することによって、配管あるいは
蓄熱体内に存在する爆発混合気体の燃焼、爆発を防止す
ることが出来、蓄熱体等の損傷を未然に防止することが
出来るものである。
水蒸気改質装置において、燃焼バーナーに連設した予熱
器及び改質器から酸素含有ガス及び燃料供給と燃焼排ガ
ス経路とを切換えるための切替弁に至るまでの配管中に
酸素含有ガスを供給する前に配管中に蒸気または蒸気を
含む不活性ガスで供給することによって、配管あるいは
蓄熱体内に存在する爆発混合気体の燃焼、爆発を防止す
ることが出来、蓄熱体等の損傷を未然に防止することが
出来るものである。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明により、配管
あるいは蓄熱体内に存在する爆発混合気体の燃焼、爆発
が防止でき、蓄熱体等の損傷を未然に防止することが出
来る共に、燃料予熱、燃焼潜熱増加により、燃焼消費量
を２０〜３０％削減可能となり、また、従来と同等の燃
料を消費しつつ、燃焼バーナー出力を２０〜３０％増加
させ、強いては加熱炉の鋼材処理能力を向上させるとい
う極めて優れた効果を奏するものである。
あるいは蓄熱体内に存在する爆発混合気体の燃焼、爆発
が防止でき、蓄熱体等の損傷を未然に防止することが出
来る共に、燃料予熱、燃焼潜熱増加により、燃焼消費量
を２０〜３０％削減可能となり、また、従来と同等の燃
料を消費しつつ、燃焼バーナー出力を２０〜３０％増加
させ、強いては加熱炉の鋼材処理能力を向上させるとい
う極めて優れた効果を奏するものである。
【図１】本発明に係る排ガス顕熱を蓄熱する蓄熱器を備
えた加熱炉の排ガス顕熱回収装置を示す断面図、
えた加熱炉の排ガス顕熱回収装置を示す断面図、
【図２】各パージ蒸気量での時間と酸素濃度との関係を
示す図、
示す図、
【図３】改質器内混合気の爆発範囲を示す図である。
１ 燃焼バーナー ２ 酸素濃度検出器 ３ 燃料空気供給配管 ４ 燃料供給配管 ５ 改質器 ６ 改質触媒 ７ パージガス配管 ８ 予熱空気ノズル ９ 予熱・改質燃料ノズル １０ 加熱炉外壁 １１ 燃料開閉弁 １２、１２´ 水蒸気開閉弁 １３ 予熱器 １４ 酸素含有ガス開閉弁 １５ 排ガス吸引ブロア １６ 温度検出器
Claims (4)
- 【請求項１】 加熱炉の燃焼バーナーから酸素含有ガス
供給配管及び燃料供給配管へ排ガスを導入し、酸素含有
ガス供給配管に設けた予熱器に排ガス顕熱を蓄熱すると
ともに、燃料供給配管に設けた改質器内の改質触媒を排
ガス顕熱で加熱した後、前記酸素含有ガス供給配管及び
燃料供給配管への排ガスの導入を断ち、前記燃料供給配
管及び改質器内を蒸気または蒸気を含む不活性ガスで置
換した後、加熱炉バーナーへの酸素含有ガス及び燃料の
供給に切替え、前記予熱器で酸素含有ガスを予熱すると
ともに、前記改質器で燃料を水蒸気改質した後、前記燃
焼バーナーで水蒸気改質した燃料と予熱した酸素含有ガ
スとを混合燃焼させることを特徴とする加熱炉燃料の蓄
熱切替式水蒸気改質方法。 - 【請求項２】 燃焼バーナー燃料供給配管に設けた改質
器内の改質触媒の温度が規定値以下に低下した場合、直
ちに燃焼バーナーへの酸素含有ガス及び燃料の供給を断
ち、前記燃料供給配管及び改質器内を蒸気または蒸気を
含む不活性ガスで置換した後、燃焼バーナーからの排ガ
ス導入に切替え、前記酸素含有ガス供給配管に設けた予
熱器に排ガス顕熱を蓄熱するとともに、前記改質器内の
改質触媒を排ガス顕熱で加熱することを特徴とする請求
項１記載の加熱炉燃料の蓄熱切替式水蒸気改質方法。 - 【請求項３】 燃料供給配管及び改質器内を蒸気または
蒸気を含む不活性ガスで置換する際に、前記燃料供給配
管及び改質器からの排出ガス中の酸素濃度を測定し、酸
素濃度が爆発範囲濃度以下の場合に、前記置換を終了さ
せることを特徴とする請求項１または２記載の加熱炉燃
料の蓄熱切替式水蒸気改質方法。 - 【請求項４】 燃料供給配管及び改質器内を蒸気または
蒸気を含む不活性ガスで置換する際に、燃焼バーナー燃
焼後の置換は改質器の燃焼バーナー寄りの燃料供給配管
に蒸気または蒸気を含む不活性ガスを導入し、排ガスに
よる改質触媒加熱後の置換は改質器の燃焼バーナーから
離れた燃料供給配管に蒸気または蒸気を含む不活性ガス
を導入するように、蒸気または蒸気を含む不活性ガス導
入部位を少なくとも２つ以上設けることを特徴とする請
求項１〜３のいずれかに記載の加熱炉燃料の蓄熱切替式
水蒸気改質方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8084371A JPH09273742A (ja) | 1996-04-08 | 1996-04-08 | 加熱炉燃料の蓄熱切替式水蒸気改質方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8084371A JPH09273742A (ja) | 1996-04-08 | 1996-04-08 | 加熱炉燃料の蓄熱切替式水蒸気改質方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09273742A true JPH09273742A (ja) | 1997-10-21 |
Family
ID=13828680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8084371A Withdrawn JPH09273742A (ja) | 1996-04-08 | 1996-04-08 | 加熱炉燃料の蓄熱切替式水蒸気改質方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09273742A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011152024A1 (ja) * | 2010-05-31 | 2011-12-08 | 日本板硝子株式会社 | ガラス製品の製造方法および製造装置 |
| CN110440593A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-11-12 | 蚌埠市昆宇机械加工厂 | 一种玻璃加工用加热装置 |
-
1996
- 1996-04-08 JP JP8084371A patent/JPH09273742A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011152024A1 (ja) * | 2010-05-31 | 2011-12-08 | 日本板硝子株式会社 | ガラス製品の製造方法および製造装置 |
| CN110440593A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-11-12 | 蚌埠市昆宇机械加工厂 | 一种玻璃加工用加热装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030701 |