JPS5848806B2 - 自然通風型加熱炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自然通風型加熱炉に関し、特に燃焼状態を良好
かつ安全に維持すると共に燃料経済性を高めた加熱炉に
関する。

石油化学工場等で広く用いられている自然通風型加熱炉
では、バーナの空気導入口から炉内に自然通風される燃
焼用空気の供給量を排気流出口に取り付けたダンパを開
度制御して微調整している。

この場合、炉内への空気供給量が不必要に多過ぎると燃
焼に供しない空気によって炉内が冷却されその分無駄な
加熱が行ｉわれるため燃費が悪化し不経済となる。

即ち、燃焼用空気量は被加熱体の加熱熱量に要求される
だけの量を供給することが好ましく、このためには炉内
のドラフト圧力（通風圧力）を大気圧に近い微小な負圧
に維持し必要最小限の空気量を供給するのがよい。

しかし、一方において、自然通風型加熱炉ではドラフト
圧力が炉内で局部的に増減することがあり必ずしも炉内
の空気量即ち酸素量に対応しないことがある。

このためドラフト圧力を大気圧に近い微小な負圧に維持
して供給空気量を最小限に抑えようとする場合、局部的
に測定されたドラフト圧力が正常値を示していても炉内
全体の酸素量は不足していて不完然燃焼を起こすことが
あり、又この後空気供給量が瞬間的に急増すると爆発的
に燃焼し加熱炉破壊に至る危険性を有している。

したがってかかる酸素量不足時には一時的にダンパ開度
を大きくしてやる必要がある。

ところで、従来の自然通風型加熱炉にふ・けるダンバ開
度制御はドラフト圧力計を見ながら指示圧力に応じてダ
ンパ開度を適宜手動によシ制御する方式か（圧力指示メ
ータは制御室におかれ、ここで遠隔制御する場合が多い
）、又はドラフト圧力計により検出したドラフト圧力に
対応してダンバが設定開度に連動される自動制御方式等
がある。

しかし、前者の手動制御方式は精度性に劣り十分な燃料
経済性が満たされず、又後者は前記した炉内の一時的な
酸素不足に対処することができず安全性に問題があるた
め実際には余り使用されていない。

本発明は、かかる従来の欠点に鑑み為されたものでドラ
フト圧カダンバ開度、排気中酸素濃度、被加熱体の流量
及び加熱炉出入口での温度等を定時間毎に測定し、ドラ
フト圧力測定値の現測定値を含む適数回の平均値に対応
したダンパ開度に制御する高精度かつ安定性に優れた主
制御系に加え、ドラフト圧力、ダンパ開度の異常測定値
に対しては上記ドラフト圧力によるダンバ開度制御が正
常に行々われないためこれを停止させ、又排気中酸素濃
度が異常に低下したときには炉内の酸素不足につ々がる
ためドラフト圧力にかかわりなくダンパを開動作させる
補助制御系を備えたダンパ開度制御装置を設けると共に
、加熱炉の熱負荷に応じて排気中酸素濃度の目標値を定
め加熱炉運転中排気中酸素濃度を常時目標値近傍の低濃
度に保ち燃料経済性をより高めることのできる排気中酸
素濃度制御装置を設けた自然通風型加熱炉を提供するこ
とを第ｌの目的とする。

さらに、加熱炉の熱負荷が増加中には空気供給量も増加
する必要があるためドラフト圧力が低下してもダンパを
閉じないようにした補助制御系を上記ダンパ制御装置に
加えた自然通風型加熱炉を提供することを第２の目的と
する。

以下に本発明を原油常圧蒸留装置に適用した実施例を図
面に基づいて説明する。

第１図に釦いて１は加熱炉本体であり、底部に取り付け
たバーナ２によって炉内を通過する被加熱体をその流通
管３管壁の加熱を介して一定温度に高めるようになって
いる。

流通管３の本体１人口部には流量計４及び入口部温度計
５が取り付けられ、本体１出口部には出口部温度計６が
取り付けられている。

該出口部温度計６によって測定された被加熱体の加熱後
の温度に応じてバーナ２に通じる燃料供給管７に介装さ
れた流量制御弁８が自動的に開度制御され、被加熱体の
要求加熱熱量に応じた燃料量がバーナ２に供給されるよ
うにしてある。

本体１上部に開口された排気流出口１ａには排気流量を
制御して本体１に導入される空気量を制御するためのダ
ンパ９が取ジ付けられている。

排気流出口１ａにはダンパ９の上流及び下流に夫々ドラ
フト圧力計１０及び酸素濃度計１１を取り付け、ダンパ
９にはその開度計１２及び該ダンパ９を回転駆動させる
駆動機１３を連結する。

そして、前記被加熱体の流量計４、温度計５，６及びド
ラフト圧力計１０、酸素濃度計１１から発せられる夫々
の測定信号をコンピュータ１４に定時間毎に入力させ、
コンピュータ１４は該入力信号に応じて計算されたダン
バ開度制御信号を前記駆動機１３に送信してこれを駆動
させダンバ９を適当な開度に制御する。

又、コンピュータ１４は後述するように制御途中で各測
定値に異常を検出した時、該情報をテレビ１５及びタイ
プライタ１６に送信して異常を伝達する。

かかる構成からなる燃焼制御システムの制御プログラム
を第２図によって説明する。

各測定計による測定信号は３分毎にコンピュータ１４に
入力され、現測定値と前回及び前々回の測定値が入力ご
とに更新されデータ処理部にセットされる。

そして入力開始後２回目まではダンパ開度を現状に維持
する。

入力開始後３回目からの制御プログラムは以下の如く進
行する。

まず酸素濃度計１１の異常をチェックする。

排気中酸素濃度の現測定値が３〜９多の範囲内にあるか
、又、現測定値と前回測定値との差が±１％以内である
かどうか判別し、これらのいずれかが満たされない場合
には酸素濃度計が異常であると判定し、これをテレビ１
５及びタイプライタ１６を介してモニタに通報し（以下
テレビ、タイプライタを介しての通報は“通報する“と
略記する）、後述する排気中酸素濃度測定値と目標酸素
濃度との比較は行なわすダンパ開度及びドラフト圧力の
異常を調べた上でドラフト圧力によるダンパ開度制御を
行なう。

次に、排気中酸素濃度の現測定値が例えば３．５多以下
であるかどうか判別し、３．５％以下である場合には該
測定値と目標酸素濃度との比較を行なった上でダンパ９
を例えば３％開動作（ダンパ開度はダンパ全開時の排気
流出口断面積を１００％としたときの断面積割合に対応
して示す）したときの開度を算出し、該算出開度が設定
下限開度以上であるときは算出開度に、設定下限開度を
下まわるときは該下限開度にダンパ９を制御する。

即ち排気中酸素濃度が低過ぎる場合炉内の酸素量が不足
していることが多く前記したように不完全燃焼を生じた
り爆発的な燃焼を生じたりし易いため一時的にダンバ開
度を大きくして炉内への空気供給量を増大させる。

この構成は詳細には上記状態を初めて検出したときにダ
ンバ９を開動作させるが、次回入力時の測定値が連続し
て３．５％を下まわるときにはもう１回即ち３分開様子
をみるためそのときのダンバ開度に保ち、さらに３回連
続して同状態が継続したときには再度ダンバ９を３多開
動作させる。

そして、かかるダンパ開度制御にもかかわらず同状態が
４回以上連続したときには該酸素濃度測定値の異常は酸
素濃度計１１の異常が原因であると判定し該情報を通報
し後述するドラフト圧力によるダンパ開度制御を行なう
構成とする。

このようにすれば酸素濃度計１１の異常により誤ってダ
ンバ９が長時間開度大に保たれ実際の酸素濃度が異常上
昇し燃料経済性が悪化することを防止できる。

次に被加熱体の流量と加熱炉出入口の温度差から被加熱
体の加熱に要する熱量即ち加熱炉の熱負荷を計算し、予
め定められた熱負荷と排気中酸素濃度との関係式から目
標酸素濃度を割り出し記憶部にセットする。

そして排気中酸素濃度の測定値が目標酸素濃度より０．
５％以上低い状態が１２時間以上継続した場合には該目
標酸素濃度を所定量減じた値（目標酸素濃度式の定数項
を例えば０．２％減じる）を新たな目標酸素濃度として
セットし、逆に目標酸素濃度が０．５％以上高い状態が
２時間以上継続した場合にはこの状態を通報し、バーナ
２の空気導入口開度を小さくして空気供給量を減少させ
るように指示する。

即ち、酸素濃度の測定値が目標酸素濃度に比べ所定時間
以上継続して低いときは目標酸素濃度が高過ぎると判定
して自動的に目標酸素濃度が切り下げられ、測定値が切
り下げられた目標酸素濃度の設定範囲内に納まればこれ
が新たな目標酸素濃度となる。

又、測定値が修正された目標酸素濃度よシ所定時間以上
継続して高くなった時通報によって空気供給量が減量制
御されるため結局酸素濃度は目標酸素濃度に設定範囲内
に納まる結果となり排気中の酸素濃度を低濃度に安定さ
せひいては燃料経済性をより高めることができる。

次にダンバ開度計１２の異常を判別し、ダンパ開度が設
定下限開度である６０％を下まわるとき又は現測定値と
前回測定値との差が±５％以上あるときにはダンパ開度
計１２が異常であると判定し、該異常状態を通報すると
共にドラフト圧力によるダンバ開度制御は行なわすダン
パ開度を現状に維持する。

続いて、ドラフト圧力計１０の異常を調べ、現測定値が
設定圧力範囲例えば−４〜３ｗｎＡｑから外れていると
き又は現測定値と前回測定値との圧力差が例えば±２ｍ
Ａｑ以上あるときには前記と同様ダンバ開度を現状に維
持する。

そして、これら異常項目にかいて異常が通報された場合
には速やかに異常箇所を点検又は手動制御によって正常
状態に修正する。

次に上記ダンバ開度、ドラフト開度が正常であると判定
された場合又は排気中酸素濃度の異常測定値が酸素濃度
計１１の異常が原因である場合には主たる制御であるド
ラフト圧力によるダンパ開度制御を行なう。

まず、ドラフト圧力の現測定値と前回及び前々回測定値
の３回の平均値Ｐｍを求め、次にＰｍ）１．ＯｗｎＡｑ
（以下単位省略）のときダンパ９を２．０％開、Ｏ（Ｐ
ｍ≦１１０では１．１多開としてダンパ開度を算出し、
該算出開度が下限開度のときには算出開度に、下限開度
を下まわるときには下限開度に制御する。

次いでＰｍ≦０．０にかいて被加熱体の流量及び加熱炉
出入口での温度差に基づき加熱炉の熱負荷が増加中か否
かを調べ、増加中の場合にはダンパ９をその現状開度が
下限開度以上のときは現状開度に、下限開度を下まわる
ときには下限開度に制御する。

即ち、熱負荷増加中には空気供給量が増加する過程にあ
るからＰｍ≦０．０の場合でもダンパ開度を閉動作しな
いようにする。

熱負荷増加中でない場合には−１＜Ｐｍ≦０．０ではダ
ンパ開度を現状維持、−２（Ｐｍ≦−１．０では１．１
％閉、Ｐｍ（−２では２．０条閉として算出し、該算出
開度が下限開度以上では算出開度に下限開度を下まわる
ときには下限開度に制御する。

このように、基本的な制御としてはドラフト圧力の増減
に応じてダンバを閉又は開動作して炉内への空気供給量
が適量となるように調整するものである。

原油常圧蒸留装置の加熱炉に釦ける制御例では本発明装
置の場合、ドラフト圧力の設定値をＯ〜２ｔｒｒｒｔｔ
Ａｑとしたときドラフト圧力の実測平均値が−１．１
２ｍＡｑとなり、従来の手動ダンバ制御方式ドラフト
圧力の管理目標を同様に０〜−２ｔｅｒｍ Ａｑとした
ときの実測平均値−１．７６糊Ａｑに比べて一段と正圧
に近い負圧が得られた。

さらにドラフト圧力の設定値をＯ〜−１ｍＡｑとしたと
きには実測平均値は−０． ６ １ ｗＡｑにまで低下
し、この場合でも正圧となることは殆んどなかった。

この結果を燃料経済性の指標となる燃料原単位［：’−
／，］（被加熱体１ｋｌを所定温度加熱するのに要する
燃料のｔ量）に換算すると加熱炉の稼動率９０条では第
３図に示すように前記実測平均値−１．１ ２ｍＡｑ
（ドラフト圧力の設定値０〜−２ｍｍＡｑ）Ｑとき８．
７ ０ Ｃ’／１，１’３ （図示Ｂ点）、実測平均値
−０．６ １ｍｍＡｑ （設定値Ｏ〜−１ｔｍＡｑ）の
とき８．６５〔ｔ／ｋｌ〕（図示Ｃ点）となう、手動制
御方式の−１．７ ６ｍｍＡｑ （ドラフト圧力管理目
標値Ｏ〜−２ｍｎＡｑ）のときのｓ． ７ ５ ［：ｔ
／Ａｆ］ （図示Ａ点）に比べ夫々０．６％及び１．１
条減少している。

即ち燃費をこれだけ減少することができ特にこの種加熱
炉のように長時間運転し続けるものでは経済的有利性が
大きい。

以上説明したように本発明によれば、主たる空気供給量
制御が現在及び過去数回のドラフト圧力測定値の平均値
に基づいたダンパ開度に制御することによって行なわれ
るので一時的なドラフト圧力上昇による影響を受けるこ
とが少なく安定した燃焼性が保たれかつ燃料経済性が大
幅に向上する。

又、排気中酸素濃度が設定濃度を下まわり炉内の酸素量
が不足傾向にあるときはドラフト圧力にかかわりなくダ
ンパな開動作させるので不完全燃焼及び爆発燃焼を防止
でき、さらにドラフト圧力及びダンパ開度の異常時には
ドラフト圧力によるダンバ開度制御を停止させるので異
常測定値に基づく誤った制御を防止することができる。

又、排気中の目標酸素濃度を割り出し、測定値を該目標
値に比較してこれに近づけるような酸素濃度制御を行な
うので炉内酸素量はさらに適量に保たれ安全性及び燃料
経済性をより高めることができる。

さらに熱負荷増加中にドラフト圧力が低下していてもダ
ンパを閉じない構成とした場合には、該熱負荷増大に伴
なう要求空気量の増加を満たすことができ炉内の酸素量
不足を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置を示す構成図、第２図Ａ
，Ｂ，Ｃは同装置の制御プログラム図、第３図は同装置
の制御方式と手動制御方式におけるドラフト圧力一燃料
原単位の関係を示すグラフである。 １・・・加熱炉本体、４・・・流量計、５・・・入口部
温度計、６・・・出口部温度計、９・・・ダンパ、１０
・・・ドラフト圧力計、１１・・・酸素濃度計、１２・
・・ダンパ開度計、１４・・・コンピュータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉内に自然通風される燃焼用空気の供給量を排気流
   出口に取り付けたダンパを開度制御することによって調
   整する自然通風型加熱炉に釦いて、加熱炉内のドラフト
   圧力、排気中酸素濃度、ダンパ開度、被加熱体流量、被
   加熱体の加熱炉出入口温度の夫々の測定値を定時間毎に
   入力し、ドラフト圧力及びダンバ開度の各測定値が正常
   であり、かつ、排気中酸素濃度が設定下限濃度以上ある
   時にはドラフト圧力の現在及び過去適数回の測定値を平
   均し該平均値を大気圧に近い圧力に近づけるようにダン
   バ開度を制御する第１制御系と、ドラフト圧力及びダン
   パ開度の各測定値が正常であり、かつ、排気中酸素濃度
   が前記設定下限濃度より下まわるときドラフト圧力にか
   かわりなくダンパを所定量開動作させる第２制御系と、
   ドラフト圧力及びダンバ開度の少なくとも一方の測定値
   が異常であるとき無条件にダンパ開度を現状に維持する
   第３制御系とからなるダンパ開度制御装置を設ける一方
   、かかるダンパ開度制御と併行して排気中酸素濃度の現
   測定値を被加熱体の流量及び加熱炉出入口に釦ける温度
   差に基づき割り出された粗目標酸素濃度と比較し、前者
   が後者を設定濃度以上下まわる状態が所定時間以上継続
   したとき前記粗目標酸素濃度を所定量減じた値を新たな
   目標酸素濃度として設定し、前者が後者を設定濃度以上
   上まわる状態が所定時間以上継続したとき空気導入量を
   増量させるようにした排気中酸素濃度制御装置を設けた
   ことを特徴とする自然通風型加熱炉。 ２ 第１制御系はドラフト圧力の現測定値と前回及び前
   々回の測定値の平均値に応じてダンパ開度を制御してな
   る特許請求の範囲第１項記載の自然通風型加熱炉。 ３ 炉内に自然通風される燃焼用空気の供給量を排気流
   出口に取り付けたダンバを開度制御することによって調
   整する自然通風型加熱炉に於いて、加熱炉内のドラフト
   圧力、排気中酸素濃度、ダンパ開度、被加熱体流量、被
   加熱体の加熱炉出入口温度の夫々の測定値を定時間毎に
   入力し、ドラフト圧力及びダンパ開度の各測定値が正常
   であり、かつ、排気中酸素濃度が設定下限濃度以上ある
   時にはドラフト圧力の現在及び過去適数回の測定値を平
   均し該平均値を大気圧に近い圧力に近づけるようにダン
   パ開度を制御する第１制御系と、ドラフト圧力及びダン
   パ開度の各測定値が正常であり、かつ、排気中酸素濃度
   が前記設定下限濃度より下回るときドラフト圧力にかか
   わりなくダンバを所定量開動作させる第２制御系と、ド
   ラフト圧力及びダンバ開度の少女くとも一方の測定値が
   異常であるとき、無条件にダンパ開度を現状に維持する
   第３制御系と、前記第１制御系が作動する条件下で前記
   ドラフト圧力の平均値が負圧であり、かつ、被加熱体の
   流量及び加熱炉出入口に釦ける温度差に基づき検出され
   る加熱炉の熱負荷が増大中である時には、ダンパ開度を
   閉じないようにする第４制御系とからなるダンバ開度制
   御装置を設ける一方、かかるダンバ開度制御と併行して
   排気中酸素濃度の現測定値を被加熱体の流量及び加熱炉
   出入口に釦ける温度差に基づき割り出された粗目標酸素
   濃度と比較し、前者が後者を設定濃度以上下まわる状態
   が所定時間以上継続したとき前記粗目標酸素濃度を所定
   量減じた値を新たな目標酸素濃度として設定し、前者が
   後者を設定濃度以上上まわる状態が所定時間以上継続し
   たとき空気導入量を増量させるようにした排気中酸素濃
   度制御装置を設けたことを特徴とする自然通風型加熱炉
   。