KR100194897B1 - 관식가열로 및 그 연소제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피가열유체의 코오킹 혹은 가열관의 소손(燒損)을 방지하고, 보다 적은 전열면적으로 소정의 열량을 가할 수 있고, 연료중의 유황분에 기인하는 가열관의 저온부식 문제를 해소하여 고열효율을 달성하는 관식 가열로 및 그 연소 제어방법을 제공한다.

본 발명에 따른 관식가열로는 입구에서 출구에 걸쳐 연속하는 코일패스를 복수의 존으로 분할하고, 축열체를 통하여 연소용 공기의 공급 및 연소배기가스의 배출을 교대로 행하는 축열형 교번연소시스템을 적어도 1시스템이상 상기 각 존마다에 설치하는 것에 의해, 각 존마다에 로 내부 온도를 독립하여 제어 가능하게 하도록 되어있다. 여기에서, 코일패스의 존 분할은 예를 들면 로체의 일부를 코일패스를 향하여 돌출시킨 간막이벽을 설치하고, 각 간막이벽에 코일패스와 평행하게 화염을 형성하도록 축열형 교번연소시스템을 설치하여 이루어진다. 또, 존 분할은 코일패스를 구성하는 가열관의 일부를 로체의 벽면으로부터 분리하여 내측으로 돌출하도록 설치하고, 가열관에 의해 구획됨으로써 이루어질 수도 있다. 또, 존 분할은 서로 독립한 로체의 의해 이루어질 수도 있다.

Description

관식 가열로 및 그 연소제어방법

관식 가열로는 주로 석유정제에 사용되는 가열로로서, 강판제 케이싱의 내측을 내화 단열재로 내장한 연소실 내부에서 연료를 연소시키고, 발생한 열에 의해 연소실내부에 배치되어 있는 가열관(강관) 내부를 흐르는 석유류를 가열하도록 되어 있다.

이 관식 가열로에 있어서 코오킹은 중요한 문제이다. 코오킹은 피가열 유체르 분해, 변질, 코오크스화 시키는 현상이며, 하이드로카본을 주로 하여 취급하는 관식 가열로에 있어서 코오킹 방지대책은 설계상, 운전상의 중요한 문제가 된다.

그래서 이 코오킹 방지대책으로서는 종래, 피가열유체의 경계층 온도를 코오킹 온도 이하로 하기 위한 히트 플럭스(heat flux)의 선정이나 관내부 유속을 적절히 유지하기 위한 관 직경의 선정 등이 행해지고 있다. 예를 들면, 상압장치 혹은 감압증류장치용 원료가열로와 같이 코오킹의 우려가 강한 잔사유(殘渣油)를 가열하는 가열로에 있어서 히트 플럭스나 유속의 일반값이 정해져 있는 것은 이 때문이다.

한편, 에너지 절약의 관점으로부터 종래의 관식 가열로는 예를 들면 제5도에 도시한 바와 같이 주로 대류전열에 의해 피가열유체를 가열하는 대류전열부(102)를 가열로(101)의 상부에 마련하고, 주로 방사전열에 의해 피가열유체를 가열하는 방사전열부(103)을 가열로(101)의 하부에 마련하여, 로 하부의 버너 연소장치(104)에서 발생한 연소가스를 로 상부의 배기장치(105)로부터 배출하도록 설치되어 있다. 이 가열로(101)에 있어서 코일패스(coil pass)는 로 내부에 배관된 가열관(106)군을 로 외부의 U형 접속관(도시생략)에 연결하여 1개로 연결한 것으로, 대류전열부(102)의 로 상부부근에 입구(107)가 마련되고, 방사전열부(103)의 로 하부부근에는 출구(108)가 마련되어 있다. 따라서, 입구 (107)로부터 가열관(106)으로 도입된 피가열유체는 대류전열부(102)에 있어서 비교적 저온의 연소배기가스로 가열되어서 흘러내리고, 방사전영부(103)에 있어서 비교적 고온의 연소가스의 복사열로 다시 가열되어 출구(108)로 빠져나온다. 이때, 방사전열부(103)의 코일패스의 출구(108)부슨에서 피가열유체의 경계층 온도가 최고로 되기 때문데, 이 출구부근의 피가열유체의 경계층 온도가 코오킹 온도 이하로 되도록 히트 플럭스가 설정되어 있다.

그러나, 종래의 관식 가열로는 로 하부에 설치된 버너(104)에 의해 로 내부 전체를 1개의 존(zone)으로하여 가열하기 때문에 로 상부측의 코일패스입구(107) 측으로 향할수록 로 내부 온도가 낮아진다. 더욱이, 버너(102)의 히트 플럭스는 피가열유체의 경계층 온도가 최고로 되는 코일패스출구(108)의 부근에 있어서 피가열유체의 경계층 온도가 코오킹 온도 이하로 되도록 설정되어 있기 때문에 코일패스입구(107)를 향할수록 히트 플럭스가 과소한 값으로 되어 버린다. 또, 사용하는 가열관(106)의 두께나 재질 등으로부터도 사용할 수 있는 최고 온도가 한정되지만, 이 경우에 있어서 온도도 가열로 출구에서 구해지기 때문에, 코오킹 방지의 경우와 같이 입구부근에서의 히트 플럭스는 과소한 값으로 된다. 가열효율을 올리려면 코일패스의 전역에 있어서 코오킹을 일으킬 수 없는 한계부근까지 히트 플럭스를 올리는 것이 바람직하다. 그러나, 종래의 관식 가열로는 코일패스의 출구근방의 부분을 제외하고 전체에 히트 플럭스가 작아지게 되고, 특히 코일패스 입구 근방에서는 과소한 값으로 되기 때문에 가열효율이 좋지 않고, 처리량, 석유 정제량을 올리려면 대형의 가열로가 필요하게 되어 있다.

또, 종래의 관식 가열로는 연소가스가 배출되는 로 상부에 대류전열부(1020를 마련하여 저온으로 된 연소배기가스로부터 다시 열을 회수하도록 되어있다. 그러나, 버너 연료 중에는 유황분이 포함되어 있으므로, 가열관(106)의 외벽면 온도는 저온부식 방지의 점에서 산로점(酸露点) 온도 이상으로 유지할 필요가 있다. 이것으로부터 연소배기가스를 너무 저온으로 하여 배출할 수 없기 때문에 배출열 회수에 의한 열효율의 개선이 충분하지 않을 뿐만 아니라, 고온의 배기가스가 주변환경에 미치는 영향도 크게 된다.

본 발명은 관식 가열로 및 그 연소제어 방법에 관한 것이다.

제1도는 본 발명의 관식 가열로의 일실시예를 나타내는 개략단면도이다. 제 2a도는 본 발명의 관식 가열로에 실시된 축열형 교번연소 시스템의 일실시예를 나타내는 개략원리도이다. 제3a도는 본 발명의 관식 가열로의 다른 실시예를 나타내는 개략도. 제3b도는 제3a도의 Ⅲ - Ⅲ선을 따라 취한 단면도이다. 제4a도는 본 발명의 관식 가열로의 또다른 실시예를 나타내는 개략도. 제4b도는 제3a도의 Ⅳ - Ⅳ선을 따라 취한 단면도이다. 제5도는 종래의 관식 가열로를 나타내는 개략도이다.

본 발명은 피가열유체의 코오킹 혹은 가열관의 소손(燒損)을 방지하고, 보다 적은 전열면적으로 소정의 열량을 가할 수 있는 관식 가열로 및 그 연소제어방법, 즉 가열효율이 좋은 관식 가열로 및 그 연소제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또 본 발명의 다른 목적은 연료중의 유황분에 기인하는 가열관의 저온부식 문제를 해소하여 고열효율을 달성하는 관식 가열로 및 그 연소제어방법의 제공에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 관식 가열로는 입구에서 출구에 걸쳐 연속하는 코일패스를 복수의 존으로 분할하고, 축열체를 통하여 연소용 공기의 공급 및 연소배기가스의 배출을 교대로 행하는 축열형 교번 연소시스템을 적어도 1 시스템이상 상기 각 존마다에 설치하는 것에 의해, 각 존마다에 로 내부 온도를 독립하여 제어 가능하게 하도록 되어있다. 여기에서, 코일패스의 존 분할은 예를 들면 로체의 일부를 코일패스를 향하여 돌출시킨 간막이벽을 설피하고, 각 간막이벽에 코일패스와 평행하게 화염을 형성하도록 축열형 교번연소시스템을 설치하여 이루어진다. 또, 존 분할은 코일패스를 구성하는 가열관의 일부를 로체의 벽면으로부터 분리하여 내측으로 돌출하도록 설치하고, 가열관에 의해 구획됨으로써 이루어진다. 또, 존 분할은 서로 독립한 로체의 의해 구성된다.

이것에 의해 가열관 내부를 흐르는 피가열유체는 각 존의 축열형 교번연소시스템에서 주로 복사전열에 의해 순차 가열된다. 이때, 각 존에서 발생하는 연소 가스는 각 존 내에서의 축열형 교번연소시스템의 휴지(休止)중의 버너 및 그것에 부속하는 축열체를 거쳐 가열로의 밖으로 배출되며, 발생한 연소가스량에 대응한 양의 연소배기가스를 그 존에서 유출시킬 수 있다. 이 연소에 의한 로내부 온도 변화는 각 존 내에 있어서만 일어나며, 인접한 다른 존에 거의 영향을 주지 않는다. 즉, 각 존에서 발생한 연소배기가스가 그 존 내에서 로 밖으로 배출되기 때문에, 양호한 존 온도제어-히트 플럭스 패턴(붙포도)의 제어를 실현할 수 있다. 그리고, 각 존의 축열형 교번연소시스템의 연소량을 조정함으로써 각 존마다에 독립하여 로 내부 온도를 변화시키고, 각 존마다에 히트 플럭스 패턴을 설정할 수 있다. 그리고 피가열유체의 경계층 온도가 코오킹온도 이하 혹은 가열관 사용재료에 의해 결정되는 허용최고온도 이하이며, 모든 존에 있어서 거의 동일한 온도레벨로 되도록 한 히트 플럭스 패턴이 각 존마다에 설정될 수 있다. 이것에 의해 코오킹 온도에 대하여 여유가 있는 코일패스의 입구 존에 있어서의 히트 플럭스 즉 과소한 값의 히트플럭스를 코오킹을 방지하면서 코오킹온도 부근까지 끌어올릴 수 있으며, 가열효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 종래의 관식 가열로 보다도 적은 전열면적으로도 소정의 열량을 피가열 유체에 가할 수 있다. 그리고, 고온유체를 취급하는 가열로와 같이 사용재료의 고온강도로부터 허용관벽온도가 결정되는 고온가열로에 있어서는 가열관의 사용조건을 완화시키면서 총 전열면적을 작게 하여 고효율화를 달성할 수 있다. 이 때문에, 종래의 관식 가열로와 동일한 처리량으로 하는 경우에는 가열로를 소형화 할 수 있고, 또 종래와 동일한 크기의 로 사이즈로 하면 처리량을 증대시킬 수 있다. 또, 코일패스의 입구의 존에 있어서도 가열관의 외벽면온도가 높게 되기 때문에 코일패스의 저온부식을 회피할 수 있다.

또, 축열형 교번연소시스템의 축열체를 거쳐 가열로 밖으로 배기되는 고온의 연소배기가스는 축열체를 통과할 때에 그 현열(顯熱)이 직접 열교환에 의해 축열체에 회수되어서 비교적 저온으로 대기중에 배기된다. 그리고 축열체에 회수된 열은 직접 열교환에 의해 연소용 공기를 공급하는 예열로 사용되어서 다시 가열로 내부로 되돌아온다. 이때의 연소용 공기의 온도는 가열로로부터 축열체로 유출하는 연소배기가스의 온도에 가까운 온도로 할 수 있다. 따라서, 배출열 회수에 의한 열효율의 향상, 에너지절약에서 기여할 수 있으며, 대류부가 없어도 대류부 부착의 가열로와 같은 열효율이 달성될 수 있다.

또, 본 발명은 피가열유체의 경계층 온도가 코오킹온도 이하 혹은 가열관 사용재료에 의해 결정되는 허용최고온도 이하이며 모든 존에 있어서 거의 동일한 온도레벨로 되도록 각 존마다의 축열형 교번연소시스템의 히트플럭스 패턴을 설정하도록 되어 있으므로, 가장 높은 가열효율을 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 관식 가열로에 있어서, 축열형 교번연소시스템으로서는 축열체가 일체로된 2기의 버너를 1쌍으로 하고, 이 2기의 버너를 단시간에 교대로 바꾸어 연소시키도록 하고 있다.

또한 본 발명의 관식 가열로의 연소제어는 히트 플럭스 패턴에 대응하는 각 존마다의 축열형 교번연소시스템의 연소량을 미리 구하고, 가열로 전체의 연소량에 대한 각 존의 연소량의 비율을 변화시키지 않고 가열로 출구에서의 피가열유체온도가 설정온도로 되도록 가열로 전체의 연소량을 제어하는 경우, 관식 가열로의 연소제어가 용이하게 된다. 또, 존마다의 피가열유체 출구 온도를 검지하여 설정온도로 되도록 존 마다에 연소량을 제어하는 경우, 보다 정확한 연소제어가 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 도시한 실시예에 의거하여 상세하게 설명한다. 제1도에 본 발명의 관식 가열로의 제1실시예를 나타낸다. 이 관식 가열로는 예를 들면 강판제 케이싱의 내측을 내화단열재로 내장한 로체(1)와, 이 로체(1)내부에 피가열유체를 통과시키는 코일패스(3)와, 열원(熱願)인 축열형 교번연소시스템(4)으로 구성되어 있다. 본 실시예는 복수의 코일패스를 설치하고 있다. 각 코일패스(3)는 각각 1개의 곧은 관으로 이루어진 가열관으로 구성되어 있다. 이 가열관(코일패스)(3)은 로체(1)의 중앙에 수직으로 부설되고, 로체(1)의 외부에서 가열로로 도입하기 전의 피가열유체를 복수의 흐름으로 분배하는 분류관(3a)과 각 가열관(3)에 분배된 피가열 유체를 모아서 1개의 흐름으로 되돌아오는 집합관(3b)에 각각 연결되어 있다. 또, 제1도에서는 복수의 코일패스를 도시하고 있지 않으나, 이것에 특히 한정되지 않으며 경우에 따라서는 1개의 코일패스를 설치하는 것도 있다.

로체(1)는 도시한 바와 같이 로벽의 일부를 내측으로 돌출시키는 간막이벽(20a, 20b)을 일체로 형성하는 것에 의하여 복수의 존(2a, 2b, 2c, 2d)을 구성하고 있다. 환언하면, 거의 십자형상의 로를 종방향으로 4개 접속하고, 이것들을 종방향으로 연통시키도록 한 형상으로 구성되어 있다. 위의 간막이벽(20a)과 아래의 간막이벽(20b)과의 사이의 로내부공간(21)을 화염을 형성하기 위한 연소실용 공간이고, 다른 로내부공간(22)은 적어도 1시스템 이상의 축열형 교번연소시스템(4)을 설치하기 위한 버너부착 공간으로 되어있다. 1개의 연소실(21)을 구성하는 상하의 간막이벽(20a, 20b)은 각각 다른 존(2b, 2c, 2d)의 연소실(21)을 구성하는 위 간막이벽(20a) 또는 간막이벽(20b)과 각각 수직한 연결벽(20c)으로 연결되어 있다. 그리고 대향하는 좌우의 연결벽(20c, 20c)의 사이에 각 존 (2a, 2b, 2c, 2d)을 연통시키는 중앙통로(23)가 형성되어 있다.

각 존(2a, 2b, 2c, 2d)에는 적어도 1시스템 이상, 양호하게는 존 내부에 있어서 히트플럭스 패턴을 보다 균일하게 하기 위하여 복수시스템의 축열형 교번연소시스템(4,4,....4)이 배치되어 있다. 즉, 각각 독립한 축열형 교번 연소 시스템(4)을 장비한 복수의 존(2a, 2b, 2c, 2d)을 연결하여 전체로서 1개의 관식 가열로를 구성하고 그 속을 통과하는 코일패스-가열관(3)의 가열존을 복수존으로 분할하고 있다.

여기에서, 축열형 교번연소시스템(4)은 버너의 버너본체에 축열체를 내장한 덕트를 연결하여 축열체와 버너를 일체화한 것을 2기 조합하여 교대로 연소시키고, 연소시키지 않은 정지중의 버너 및 축열체를 통하여 배기가스를 배출할 수 있도록 설치한 것이 사용되고 있다. 예를 들면, 제2a도에 도시한 바와 같이, 2기의 버너(5,6)의 각각의 축열체 (7,7)에 대하여 연소용 공기를 공급하는 연소용 공기공급계(8)와 연소가스를 배출하는 연소가스 배기계(9)를 사방밸브(10)의 개재에 의해 선택적으로 접속 가능하게 하고, 한쪽의 버너(5) (혹은6)에는 축열체(7)를 통하여 연소용 공기의 공급을 도모하는 한편, 다른 쪽의 버너(6) (혹은 5)에서는 축열체97)를 통하여 연소가스의 배출을 도모하도록 마련되어 있다. 연소용 공기는 예를 들면 도시지 않은 압입팬 등에 의해 공급되고, 연소배기가스는 예를 들면 도시하지 않은 유인팬 등의 배기 수단에 의해 로내부에서 흡인되어 대기중으로 배출된다. 또, 연료공급계(11)는 예를 들면 삼방밸브(12)를 통하여 어느 한 쪽의 버너(5)(6)에 선택적으로 교대로 접속되어 연료를 공급한다. 연료노즐(15)은 예를 들면 버너본체(14)의 버너스로트 부분에 매설되어서 분사구만이 버너스로트의 내주면에 개구되고, 내측을 연소가스가 통과할 때에 이것에 노출되지 않도록 설치되어 있다. 본 실시예의 경우, 연소배기가스와 연료용 공기의 경로를 바꾸는 사방밸브(10)와 연료의 유로를 바꾸는 삼방밸브(12)는 단일 액츄에이터(13)로 동시에 유로를 바꾸는 방식을 도시하고 있으나 특히 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 삼방밸브(12)와 사방밸브(10)를 별도로 바꾸어 제어하여도 좋다. 또, 연소용 공기와 연료의 일부는 파이로트 버너건(16)에 분배되어 있다. 또, 부호14는 버너본체, 16은 파이로트 버너건, 17은 화염검출기, 18은 파이로트 버너 점화용 트랜스이며, 각 라인에는 도시하지 않았으나 유체의 흐름을 제어하는 각 전자밸브, 수동밸브 등이 설치되어 있다. 여기에서, 연소용 공기를 공급하는 라인(8)에는 증기를 공급하는 라인(19)이 접속되어 있다. 이 증기는 연소용 공기의 예열에 수반되는 NOx 배출치의 상승을 억제하기 위하여 사용하는 것이며, 물을 이용하여도 동일한 효과가 얻어진다. 또, 축열체(7)(7)로서는 비교적 압력손실이 낮은 비율로 열 용량이 크고 내구성이 높은 재료, 예를 들면 세라믹스로 성형된 벌집 형상의 셀 구멍을 다수 가지는 통체의 사용이 바람직하나, 특히 이것에 한정되는 것은 아니며, 다른 축열체를 사용하여도 좋다.

본 실시예에서는 축열형 교번연소시스템(4)은 가열로(1)의 각 존(2a, 2b, 2c, 2d)의 연소실(21)을 구성하는 대향한 상하의 간막이벽(20a, 20b)의 각각에 배치된 복수쌍의 버너(5)(6)중, 동 간막이벽(20a) (혹은 20b)에 배치된 이웃끼리의 버너(5)(6)를 조합하여 구성되어 있다. 그리고 그들과 대향하는 반대측의 간막이벽(20b)(혹은 20a)의 한 쌍의 버너(5)(6)(축열형 교번연소시스템)와의 사이에서 연소배기가스의 교환을 행하도록 하고 있다. 더 구체적으로 설명하면, 예를 들면 위 간막이벽(20a)의 축열형 교번연소시스템(4)의 버너(5)에서 분출된 연소가스는 대향하는 아래 간막이벽(20b)의 축열형 교번연소시스템(4)의 버너(6)에서 배기되지만, 동시에 아래 간막이별(20b)의 축열형 교번연소시스템(4)의 버너(5)에서 분사된 연소가스가 위 간막이벽(20a)측의 버너(6)로부터 배기되기 때문에, 실질적으로는 이웃끼리의 쌍으로 된 버너끼리로 연소와 연소가스의 배기를 교환하는 것도 동일하게 된다. 그러므로, 이 경우 연료 및 연소용 공기의 공급은 동일벽면 상의 이웃한 버너의 사이에서 선택적으로 공급할 수 있으므로, 가장 짧은 거리로 배관을 행할 수 있다. 즉, 축열형 교번연소시스템(4)은 동일한 간막이벽(20a)(20b)상의 버너(5)(6)를 조합하여 구성하고 있으나, 가스의 흐름은 연소실(21)을 사이에 두고 대향하는 2 시스템의 축열형 교번연소시스템(4)(4)의 사이에서 바뀌어지고, 가열관(3)과 평행하게 화염을 형성하여 반대측의 간막이벽의 버너로부터 연소가스를 배출하도록 설치되어 있다. 이것은 가열관(3)을 사이에 둔 반대측의 연소실(21)의 축열형 교번연소시스템에 있어서도 동일하다. 또, 버너의 배치방법은 특히 이 경우에 한정되지 않으며, 예를 들면 위 간막이벽(20a)과 아래 간막이벽(20b)에 설치한 버너를 조합하여 1개의 축열형 교번연소시스템(4)을 구성하는 것도 가능하다.

이상과 같이 구성되어 있으므로, 축열형 교번연소시스템(4)의 한쪽의 버너 예를 들면 버너(5)를 연소시키면, 화염 및 연소가스가 가열관(3)을 따라서 평행하게 흐르므로 대향하는 다른 축열형 교번연소시스템(4)의 정지 중의 버너 예를 들면 버너(6)의 버너스로트에서 연소가스배기계(9)를 통하여 배기되고, 다른 존(2)에는 유출되지 않고 로 외부로 배출된다. 이때, 화염 및 연소가스의 복사열에 의해 가열관(3)내부를 흐르는 피가열유체는 가열된다. 여기에서, 연소용 공기는 축열체(7)로 예열되어서 버너본체(14)내부에 공급되기 때문에 배기가스 온도에 가까운 고온(1000도 전후)이다. 따라서, 연료노즐(15)에서 분사된 연료와 혼합되었을 때, 적은 연료로도 안정연소하여 고온의 연소가스가 얻어진다. 더욱이, 연소량의 증감에 따라서 연소용 공기의 온도도 즉각 변화하므로 연소가스의 온도조정의 응답성이 좋다. 한편, 다른 쪽의 버너(6)에서는 이 버너(6)쪽의 연료공급계(11)가 심방밸브(12)로 닫혀짐과 동시에 사방밸브(10)의 쵸레에 의해 연소가스배기계(9)와 접속되어 있기 때문에, 연소는 행해지지 않고 연소배기가스의 배출로로서 이용된다. 즉, 연소배기가스는 정지중의 버너(6) 및 그것에 부대하는 축열체(7)를 통해 축열체(7)에 열을 방출한 후, 저온의 가스로 되어 있으므로 사방밸브(10)를 통하여 배출된다.

그리고, 각 존(2a, 2b, 2c, 2d)에서 발생한 연소가스는 다른 존으로 유출하는 것이 아니라 존(2a, 2b, 2c, 2d)마다에 축열체(7)를 거쳐 로 외부로 배기된다. 이 때문에 축열형 교번연소시스템(4)에 의해 각 존(2a, 2b, 2c, 2d)마다에 서로 독립하여 온도제어가 가능하게 된다. 각 존(2a, 2b, 2c, 2d)의 연소량을 독립하여 제어하는 것에 의해 피가열유체의 경계층 온도를 코오킹 온도 이하 혹은 가열과 사용재료에 의해 결정되는 허용최고온도 이하로 하고 아울러 모든 존(2a, 2b, 2c, 2d)에 있어서, 거의 동일한 온도레벨로 되도록 각 존(2a, 2b, 2c, 2d)마다에 히트 플럭스 패턴을 설정할 수 있다. 즉, 각 존(2a, 2b, 2c, 2d)마다에 코오킹을 일으키지 않는 한계부근까지 히트 플럭스를 크게 설정할 수 있다. 이와 같은 상황에서 가열로의 운전은 예를 들면 상술한 히트 플럭스 패턴설정에 대응하는 각 존(2a, 2b, 2c, 2d)마다의 축열형 교번연소시스템(4,4,....,4)의 연소량을 미리 구하고, 가열로 전체의 연소량에 대한 각 존(2a, 2b, 2c, 2d)의 연소량의 비율을 변화시키지 않고 가열로 출구에서의 피가열유체 온도가 설정온도로 되도록 가열로 전체의 연소량을 제어하면, 높은 가열효율을 유지하면서 가열처리량을 조작할 수 있다. 이 때, 가열로 출구의 온도센서(24)를 이용하여 가열로 출구에서의 피가열유체 온도를 측정하고, 이것에 의거하여 각 존의 축열형 교번연소시스템(4)의 연소량을 동일한 비율로 변화시킨다. 연소와 배기의 교환은 예를 들면 20초 내지 2분 간격, 양호하게는 약 1분이내, 가장 양호하게는 40초 정도의 간격으로 행하거나, 혹은 배출되는 연소가스가 소정의 온도 예를 들면 200도 정도로 되었을 때에 행한다.

제3a도 및 제3b도에 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예는 코일패스를 구성하는 가열관(33)에 의해 코일패스를 복수존으로 구획하도록 한 것이다. 즉, 로체(31)는 단순한 직방체를 이루고, 그 로벽면을 따라서 배관되는 가열관(33)의 일부를 로내부의 중앙부근으로 돌출시켜 배관하는 것에 의해 복수의 존(32a, 32b)을 형성하도록 하고 있다. 로체(31)의 저부 부근에서 도입한 가열관(33)은 2개로 나누어지고 좌우의 로벽을 따라서 부설되어 2 코일패스를 구성한다. 각 가열관(33,33,...,33)은 로 외부에 있어서 U형 접속관(35)에 의해 연결되고, 각각 코일패스를 형성하고 있다. 그리고, 로벽을 따라서 부설되는 가열관군(33, 33, ..., 33)의 일부, 예를 들면 가열로의 중앙정도의 가열관(33', 33')을 로벽으로부터 분리하여 중앙부근에 배관하고, 로내부를 가열관(33', 33')으로 구획하도록 하고 있다. 이 것에 의해 로내부를 구분하는 가열관(33', 33')보다도 아래에 위치하는 가열관(33, 33)을 제1존, 위에 위치하는 가열관(33, 33)을 제 2존으로 하여, 2개의 코일패스를 2존으로 분할하고 있다. 그리고, 각 존(32a, 32b)의 로벽에 각각 1시스템의 축열형 교번연소시스템(34, 34, ...., 34)이 배치되고, 가열관(33, ..., 33)을 따라서 화염이 형성되며, 대향하는 벽면에 설치된 다른 축열형 교번연소시스템(34)의 버너로부터 연소가스가 배출되도록 설치되어 있다. 이 경우에도, 각 존(32a, 32b)에서 발생한 연소가스는 각 존 (32a, 32b) 중에서 연소하고 있지 않은 버너를 이용하여 계(系)밖으로 배출되게 되며, 다른 존 특히 하류측의 존에 연소가스가 유출하여 영향을 주는 것이 아니다. 이 실시예의 경우, 제1도의 실시예와 동일하게 가열로 출구의 온도센서(21)를 이용하여 가열로 전체로 연소량이 제어되고 있다.

제4a도 및 제4b도에 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예는 서로 독립한 복수의 로체(41a, 41b, 41c)를 설치함과 동시에 이것들을 1코일패스를 구성하는 가열관(43)으로 접속하는 것에 의해 1개의 코일패스(43)를 복수존으로 분할한 것이다. 이 실시예의 경우, 각 존이 서로 독립한 로체 (41a, 41b, 41c)에 의해 구성되고, 각 로체(즉, 각각의 존)(41a, 41b, 41c)의 출구에 온도센서(42a, 42b, 42c)가 설치되어서 각 존마다 독립하여 연소량 제어가 행해지는 점에서 다른 실시예와 다르다. 즉 각 존마다 설치된 피가열유체의 온도로 되도록 존 마다에 최적의 히트플럭스 패턴이 얻어지도록 연소량이 제어되어 있다. 또, 부호 44는 축열형 교번연소시스템이다.

또, 상술한 실시예는 본 발명의 적당한 실시의 일예이나, 이것에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형실시가 가능하다. 예를 들면, 본 실시예의 경우, 연소용 공기공급계(8)와 배기계(9)를 선택적으로 축열체(7)에 접촉시키기 위한 유로교환수단으로서 사방밸브를 예시하고 있으나 이것에 특히 한정되는 것은 아니며, 스풀형의 유로 교환밸브나 그 밖의 로 교환수단의 채용이 가능하다.

Claims (8)

1. 로체와, 이 로체내부에 부설되어 피가열유체를 통과시키는 가열관으로 구성되는 코일패스와, 이 코일패스를 복수의 존으로 분할하는 수단과, 각 존에 적어도 1시스템 이상 설치되는 축열형 교번연소시스템을 설치하고, 각 존마다에 로내부온도를 독립하여 제어가능하게 한 것을 특징으로 하는 관식 가열로.
2. 제1항에 있어서, 상기 코일패스의 존 분할은 로체의 일부를 코일패스를 향하여 돌출시킨 간막이벽을 설치하고, 각 간막이벽에 상기 코일패스와 평행하게 화염을 형성하도록 축열형 교번연소시스템을 설치하여 된 것을 특징으로 하는 관식 가열로.
3. 제1항에 있어서, 상기 코일패스의 존 분할은 코일패스를 구성하는 가열관의 일부를 로체의 벽면으로부터 분리하여 내측으로 돌출하도록 설치하고, 가열관에 의해 구획되는 것을 특징으로 하는 관식 가열로.
4. 제1항에 있어서, 상기 코일패스의 존 분할은 서로 독립한 로체에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 관식 가열로.
5. 제1항에 있어서, 상기 축열형 교번연소시스템은 축열체가 일체로 된 2기의 버너를 한쌍으로 하여, 이 2기의 버너를 단시간에 교대로 바꾸어서 연소시키는 것을 특징으로 하는 관식가열로.
6. 피가열유체의 경계층 온도를 코오킹온도 이하 혹은 가열관 사용재료에 의해 결정되는 허용최고온도 이하로 동시에 모든 존에 있어서 거의 동일한 온도레벨로 되도록, 축열형 교번연소시스템의 히트 플럭스 패턴을 각 존마다에 독립하여 설정하는 것을 특징으로 하는 청구항1의 관식 가열로의 연소제어방법.
7. 제6항에 있어서, 각 존마다에 설정되는 히트플럭스 패턴에 대응하는 각 존마다의 축열형 교번연소시스템의 연소량을 미리 구하고, 가열로 전체의 연소량에 대한 각 존의 연소량의 비율을 변화시키지 않고 가열로 출구에서의 피가열유체온도가 설정온도로 되도록 가열로 전체의 연소량을 제어하는 것을 특징으로 하는 관식 가열로의 연소제어방법.
8. 제6항에 있어서, 존마다의 피가열유체 출구온도를 검지하고, 피가열유체가 설정온도로 되도록 존마다에 연소량을 제어하는 것을 특징으로 하는 관식 가열로의 연소제어방법.