KR100214176B1

KR100214176B1 - 관식가열로의 연소제어방법 및 관식가열로

Info

Publication number: KR100214176B1
Application number: KR1019940036889A
Authority: KR
Inventors: 가지히토시; 요시오카도시아키
Original assignee: 가시와라마사아키; 치요다가코겐세츠가부시키가이샤
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1994-12-26
Publication date: 1999-08-02
Also published as: JP3595360B2; EP0661497B1; DE69419709T2; EP0661497A2; DE69419709D1; EP0661497A3; US5443040A; JPH07234018A

Abstract

본 발명은 대형의 산화제 예열기를 사용하지 않고 열효율을 올리는 것을 목적으로 하는 관식가열로의 연소제어방법 및 관식가열로에 관하여 개시한 것으로서, 개스배출로(109)를 통해 배출되는 배기개스의 열로 피가열유체를 예열하는 대류부(102)를 복사부(101) 상에 구비한 관식가열로를 대상으로 한다. 로벽부의 일부를 구성하는 로상부(103)에 버너와 열교환기가 조합된 연소장치(1)를 설치한다. 연소장치(1)의 열교환기는 배기개스로 가열된 산화제를 가열하는 축열체(8)와, 산화제가 흐르는 산화제통로와 축열체로부터 나온 배기개스가 흐르는 배기개스통로를 구비한 덕트구조체를 가진다. 축열체(8)와 산화제 통로 및 배기개스통로를 상대적으로 회전시킨다. 개스배출로(109)와 연소장치의 배기개스(23f)의 양측으로 배기개스를 흘린다. 복사부(101) 내에 배치한 가열용관로(105)의 출구부분의 관벽온도가 가열관 설계온도보다 낮게 되도록 개스배출로(109)를 흐르는 배기개스의 양과 전체의 연소장치의 배기개스통로를 흐르는 배기개스량의 비율을 정한다.

Description

관식가열로의 연소제어방법 및 관식가열로

제1도는 본 발명의 종래의 관식가열로에 적용한 일실시예의 개략적 구성도이다.

제2도는 연소장치의 일례의 단면도이다.

제3도는 제2도의 A-A선 단면도이다.

제4도는 전체 배기개스량에 대한 대류부를 유통하는 개스량의 비율과, 열효율의 변화와 가열용관로의 최고관벽온도와의 관계를 나타내보인 도면이다.

제5a도 및 b도는 본 발명의 변형예를 나타낸 도면이다.

제6a도는 종래의 관식가열로의 구조를 나타낸 일부파단사시도이고,

제b도는 가열관과 연소장치의 배치상태의 일례를 나타내 보인 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 연소장치 2 : 결합용 볼트

3 : 연소장치용 열교환기 4 : 결합판

5 : 관통공 6 : 나사공

7 : 볼트 8 : 축열체

9-10 : 축열체 유니트 11-12 : 고정부시

13 : 필라멘트 14 : 내화재

15 : 버너 노즐 17 : 버너 후드

22 : 흡배기용 덕트구조체 23 : 배기덕트

24 : 산화제 덕트 24a : 분할 산화제 덕트

27 : 노즐외통 28 : 노즐내통

34 : 벨로우즈 35, 37 : 실링부재

100 : 케이스 101 : 복사부

102 : 대류부 103 : 로상부

104 : 연소장치 105 : 가열용관로

106 : 직관 107 : 예열용관로

108 : 유인(誘引) 송풍기 109 : 개스배출로

111 : 압입송풍기 112 : 송풍측 접속관로

114 : 산화제 도입관 115 : 사이렌서

116 : 배기측 접속관로 117 : 유량제어밸브

118 : 유인송풍기 120 : 온도센서

121 : 밸브제어장치 122 : 산소센서

본 발명은 연소장치로부터 나오는 배기개스의 열에 의해 피가열유체를 예열하는 대류부와 복사부를 구비한 관식가열로 및 그 연소제어방법에 관한 것이다.

제6도 (A)는 종래의 관식가열로의 구성을 나타내 보인 것이고, (B)는 개략적 횡단면도를 나타내 보인 것이다. 강판제 케이스(100)의 내에 복사부(101)와 대류부(102)를 구비하고 있다. 복사부(101)의 로벽부의 일부를 구성하는 로상부(103)에는 복수대의 연소장치(104)가 설치되어 있다. 복사부(101) 내에는 내부에 흐르는 피가열유체가 연소장치(104)의 연소로부터의 복사전열에 의해 가열되는 가열용관로(105)가 배치되어 있다. 가열용관로(105)는, 대표적인 예로서는 복수개 직관(106)의 상단과 하단에 있어서 인접하는 2개의 직관이 U자관을 사용하여 직렬접속된 구조를 가지고 있다. 또 복사부(101)로부터 배출되는 배기개스의 배출유로의 하류측에 위치하는 대류부(102) 내부에는 가열용관로(105)에 접속된 예열용관로(107)가 배치되어 있다. 예열용관로(107) 내를 흐르는 피가열유체는 가열용관로(105)에 들어가기 전에 연소장치(104)로부터 나오는 배기개스의 열에 의해 예열된다. 예열용관로(107)도 가열용관로(105)와 동일한 형태로 하여 복수개의 직관을 U자관을 사용해서 직렬 접속하여 구성되어 있다. 대류부(102)를 통과한 배기개스는 도중의 유로에 유인(誘引)송풍기(108)를 구비한 개스배출로(109)를 통하여 배출된다. 또 유인송풍기(108)를 사용하지 않고 자연배기하는 경우도 있다. 종래 사용되어지는 연소장치에서는 압입송풍기(미도시)로부터 공급되는 연소용 공기가 유량제에 댐퍼를 구비한 덕트(104a)를 개재시켜 버너(104b)에 공급되고 있다. 또 종래부터 압입송풍기를 사용하지 않고, 연돌(煙突)효과에 의해 연소용 공기를 자연흡인하는 것도 행하여지고 있다.

이러한 관식가열로의 열효율은 통상 60 내지 85%이다. 열효율은 90% 이상으로 높이기 위해서는, 연소용공기 등의 산화제를 예열하는 산화제 예열기를 설치할 필요가 있다. 그러나, 산화제 예열기를 설치하는 경우에는 넓은 부지가 필요하게 되는 바, 로본체 수준의 건설비가 필요하게 된다. 그렇기 땜누에, 어느 정도의 연수(年數)가 지나서 산화제 예열기를 교환할 필요성이 생긴 경우에는 많은 비용이 필요하게 된다. 또 최근에는 로에 부설하는 공해방지기기의 새로운 추가가 필요하게 되는 경우가 있고, 기설치된 로에서는 추가기기의 설치공간을 확보하는 것이 상당히 어렵게 되어 있는 문제가 있다.

본원발명의 목적은 대형의 산화제 예열기를 사용하지 않고, 열효율을 올릴 수 있는 관식가열로 및 그 연소제어방법을 제공하는 것에 있다.

본원발명의 다른 목적은 부속기기의 설치공간을 적게 할 수 있고, 저렴한 비용으로 열효율을 올릴 수 있는 관식가열로 및 그 연소제어방법을 제공하는 것이다.

본원발명에서는 내부에 배치된 가열용관내를 흐르는 피가열유체를 주로 복사전열에 의해 가열하는 복사부와, 복사부의 로벽부에 배치된 적어도 1대의 연소장치와, 내부의 가열용관로에 접속된 예열용관로가 배치되어 예열용관로내를 흐르는 피가열유체를 연소장치로부터 나오는 배기개스의 열에 의해 예열하는 대류부와, 대류부를 통과한 배기개스를 배출하는 개스배출로를 구비하여 된 관식가열로 및 그 연소제어방법을 개량의 대상으로 한다.

본 발명에서는 버너와 열교환기가 조합된 열회수식 연소장치를 사용한다. 본 발명에 사용할 수 있는 열회수식 연소장치는 통기성을 가지는 적어도 1개의 축열체와, 축열체의 적어도 일부를 통하여 복사부에 산화제를 공급하는 산화제 통로와, 축열체의 적어도 일부를 통하여 배기개스의 일부를 복사부로부터 배출하는 배기개스 통로를 구비하고, 배기개스의 일부에 의해 축열체를 가열하여 가열된 축열체에 의해 산화제를 예열하는 열교환기와 버너를 구비한 것이다.

본 발명에 사용가능한 열회수식 연소장치로서는, 예를 들어 미국 특허 제485,649호, 유럽 특허출원공개 제526,172A2호, 영국 특허출원공개 제2,208,423호 A, 일본 특허공개 평1-159511호 공보, 일본 특허공개 평1-222102 공보, 일본 특허공개 평5-256423호 공보 등에 개시되어 있는 것을 사용할 수 있다.

미국 특허 제485,649호, 일본 특개평1-159511호 공보 및 특개평5-256423호 공보에 개시되어 있는 제1형의 열회수식 연소장치는, 기본적으로는 1개의 버너에 대하여 2개 이상의 축열체를 사용한다. 이들 장치에서는 배기개스 통로 또는 산화제 통로로 이루어지는 2개의 통로내에 예를 들어 2개의 축열체를 배치한 경우, 일측의 축열체를 배기개스로 가열하고, 배기개스로 가열된 타측의 축열체를 통하여 산화제를 로내에 공급한다.

또 유럽 특허출원공개 제526,172A2호, 영국 특허출원공개제2,208,423호 A 및 일본 특개평1-222102호 공보 등에 개시되어 있는 제2형의 열회수식 연소장치에서는 1개의 버너에 대하여 마련된 1개의 축열체에 대해, 산화제 덕트와 배기개스 덕트를 구비한 흡배기용 덕트를 구비하고, 축열체와 흡배기용 덕트(통상은 산화제 덕트)의 사이에 상대적으로 회전운동을 발생시키고 있다. 이와 같이 하면 1개의 축열체 일부를 통하여 배기개스를 배출하여 축열체를 가열하고, 이 축열체의 나머지부를 통합권 산화제를 로내에 공급함으로써 축열체의 현열(顯熱)에 의해 산화제를 예열할 수 있다.

본 발명에 있어서는 상기 2개 형의 어느 열회수식 연소장치도 사용할 수 있다. 본 발명의 방법에서는 개스배출로와 연소장치의 배기개스 통로의 양측으로 배기개스를 흘리며, 그리고 가열용관로의 최고관벽온도가 가열관 설계온도보다 낮게 되도록 개스배출로를 흐르는 배기개스(대류부를 휴통하는 배기개스)량과 전체 연소장치의 배기개스 통로롤 흐르는 배기개스량의 비율을 정한다.

여기서, 가열관 설계온도란 가열관의 재질이나 피가열유체의 가열온도 등의 조건에 따라 로의 설계단계에서 정하는 가열관 표면의 허용될 수 있는 최고온도이다. 최고관벽온도는 가장 최고로 되는 관벽부분의 온도이고, 통상 복사부에 배치되는 가열용관로의 출구관부분에서 계측한다. 전술한 배기개스의 비율은 복사부와 대류부의 전열면적의 비율, 축열체의 사양(유효표면적, 개구율, 열용량), 축열체의 전열면적에 따라 다르게 되어 있다.

본원 명세서에 있어서, 산화제란 일반적인 순수산소, 공기, 산소부화공기와 같은 분자상 산소를 함유한 개스를 총칭하는 것이다. 그러나, 특별한 경우에는 산화제로서 할로겐, 산화질소와 같은 산화성 원소 또는 화합물을 사용하는 것도 가능하다.

특히, 열회수식 연소장치의 열교환기로서 복사부와 그 복사부의 외부를 연통하는 복수의 연통로를 구비한 로상부에 결합된 축열체와, 연소용 공기 등의 산화제가 흐르는 산화제 통로와 배기개스가 흐르는 배기개스 통로를 구비하여 축열체의 복사부와는 반대측의 단부로부터 복수의 연통로의 일부를 통하여 연소용 공기를 복사부 내에 공급함과 동시에 축열체의 단부로부터 복수의 연통로의 나머지부를 통하여 배기개스를 배출하는 덕트구조체와, 축열체와 산화제 통로 및 배기개스 통로와의 사이에 상대적인 회전운동을 발생시키는 회전기구를 구비한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또 버너의 선단부가 축열체의 중앙부를 관통하도록 배치된 연소장치를 사용하면, 기존의 관식가열로에도 본 발명을 간단히 적용할 수 있다.

개스배출로를 흐르는 배기개스(대류부를 유통하는 배기개스)의 양과 전체 연소장치의 배기개스 통로를 흐르는 배기개스량의 비율은, 열교환기의 배기개스 통로로부터 배출되는 배기개스의 유량을 제어하는 유량제어밸브를 배기개스 통로에 대하여 마련하거나, 또는 대류부를 나온 배기개스의 개스배출로에 유량제어밸브를 마련하고, 가열용관로의 최고관벽온도에 따라 양측 유량제어밸브의 적어도 일측을 제어함으로써 조정할 수 있다.

본 발명에서는 산화제 통로에 연소용 공기 등의 산화제를 흘리는 동시에 개스배출로 및 연소장치의 배기개스 통로의 양측으로 배기개스를 흐르게 하는 송풍장치를 사용한다. 이 송풍장치로 사용하는 송풍기의 종류 및 대수는 임의이지만, 송풍장치는 연소용 공기를 흐르게 하며, 또 개스배출로와 배기개스 통로의 양측으로 배기개스를 흐르게 할 수 있는 것이라면 어떠한 구성이라도 좋다. 예를 들면, 산화제 통로에의 산화제이 공급을 위해서는 송풍기와 배기개스 통로로부터 배기개스를 유인하기 위한 송풍기를 별개로 구비하여도 좋다. 또 공통의 1대의 송풍기에 의해서 산화제의 송풍과 배기개스 유인의 양쪽을 행하여도 좋다. 예를 들면, 연소장치의 산화제 통로에 산화제를 공급하는 압입송풍기르 마련하고, 연소장치의 배기개스 통로를 관로를 개재시켜 로의 개스배출로의 하류측에 접속하면, 압입송풍기만으로 산화제의 송풍과 배기개스 유인의 양쪽을 행할 수 있다. 이 경우 복사부 내부는 정압(正壓)으로 유지한다. 더욱이, 연소용장치의 배기개스 통로로부터 배기개스를 유인하는 유인송풍기를 마련하고, 이 유인송풍기의 배출구를 관로를 개재시켜 로의 개스배출로의 하류측에 접속하면, 유인송풍기만으로 산화제의 송풍과 배기개스 유인의 양쪽을 행할 수 있다. 이 경우 복사부 내부는 부압(負壓)으로 유지한다. 어느 것으로 하여도 송풍장치에서는 가열용관로의 최고관벽온도가 가열관 설계온도보다 낮게 되도록 개스배출로를 흐르는 배기개스의 양과 배기개스 통로를 흐르는 배기개스량의 비율을 정하면 좋다. 또 대류부를 유통하는 배기개스의 양과 배기개스 통로를 흐르는 배기개스량의 비가 2 대 8에서 4 대 6의 범위에 있으면, 대부분의 관식연소로에 있어서 양호한 결과를 얻을 수 있다.

본 발명에 사용하는 연소장치에서는 산화제를 축열체를 통하여 복사부에 공급할 때, 산화제는 배기개스로 가열된 축열체의 열에 의해 가열된다. 산화제가 가열된 만큼은 이론화염의 온도는 높게 되므로 동일한 배기개스 온도라도 열교환효율은 높아진다. 따라서, 본 발명에서와 같이 열교환기와 버너가 조합된 연소장치를 사용하면, 대형이면서 고가인 산화제 예열기를 사용할 필요가 없어지므로, 배기개스의 열을 유효하게 이용하여 저렴한 비용으로 열교환을 높일 수 있다. 또 기존의 관식가열로에도 약간의 개조비만으로 본 발명을 적용할 수 있다. 그 상축열체를 로벽부에 결합하면 송풍장치만이 로외에 설치되기 때문에, 종래의 산화제 예열기를 구비한 관식가열로에 비하여 설치공간을 작게할 수 있고, 잔여공간을 다른 기기의 설치를 위해 유효하게 이용할 수 있다.

본 발명에서와 같이, 열교환기와 버너가 조합된 열회수식 연소장치를 사용하는 경우에 열교환기의 열교환효율을 최대한 높게 하면, 배기개스의 거의 전부가 축열체를 통하여 배출되기 때문에 대류부를 통과하여 개스배출로로부터 배출된 배기개스가 대부분 없어져 버린다. 그 결과 피가열유체는 대류부에서 거의 예열되지 않고 복사부 내에서의 복사전열에 의해 가열되게 된다. 복사전열로 피가열유체의 대부분을 가열하려고 하면 복사부 내의 온도는 높게 하지 않으면 안된다. 특히 기존의 관식가열로에 본 발명을 적용하는 경우에, 이러한 것을 행하면 복사부의 온도가 설계허용온도 보다도 높게 되어 로의 수명이 단축되는 한편 가열관의 단위면적당 흡수열량이 증가해버리고, 피가열유체가 하이드로카본의 경우에는 코킹을 발생할 우려가 있다. 그래서 본 발명에서와 같이 개스배출로와 배기개스통로의 양측으로 배기개스를 흘리며, 또 가열용관로의 최고관벽온도가 가열관 설계온도보다 낮게 되도록 개스배출로를 흐르는 배기개스의 양과 배기개스 통로를 흐르는 배기개스양의 비율을 정하면, 대류부에서의 예열을 유효하게 이용하고, 또 복사부 내의 온도를 저하시킬 수 있다. 따라서, 기존의 관식가열로에 본 발명을 적용하여도 로의 수명이 단축되지 않고, 코킹이 발생하지 않는다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 제1도는 본 발명을 기존의 관식가열로에 적용한 일실시예의 개략적 구성을 나타낸 것이다. 따라서 제6도에 도시한 종래의 관식가열로와 동일한 부재에는 제6도에 기재한 부호와 동일한 부호를 기재하였다. 본 실시예는 종래의 관식가열로와 비교해서 연소장치(1)의 구성과 송풍장치의 구성이 다르다. 우선적으로, 본 실시예에 사용하는 연소장치(1)의 일례의 구체적인 구성에 대해 설명한다.

제2도는 본 실시예에 사용하는 산화제를 예열하기 위한 열교환기와 버너가 일체로 된 열회수식 연소장치(1)의 일례의 단면도를 나타낸 것이고, 제3도는 제2도의 A-A선 단면도를 나타낸 것이다. 또 이들 도면에서는 세부의 단면부분에 표시하는 해칭을 생략하였다. 제2도에 있어서 103은 관식가열로의 로벽부의 일부를 구성하는 로상부이고, 이 로상부(103)에는 연소장치(1)의 열교환기를 배치하는 결합공(103a)이 형성되어 있다. 결합공(103a)의 주위에는, 복수의 결합용 볼트(2...)가 원주 방향으로 소정의 간격을 두고 매설되어 있다. 이들 복수의 결합용 볼트(2...)에는 연소장치용 열교환기(3)를 결합하기 위한 금속제 결합판(4)에 형성한 복수의 관통공(5...)이 끼워맞춤되어 있다. 결합판(4)은 원형고리형상을 이루고 있으며, 외주부 근처의 위치에 원주방향으로 소정의 간격을 두고 형성된 복수의 관통공(5...)과 복수의 나사공(6...)을 가지고 있다. 복수의 나사공(6...)은, 관통공(5...)의 사이에 위치하도록 형성되어 있으며, 이 나사공(6...)에는 후술하는 흡배기용 덕트구조체(22)를 고정하기 위한 볼트(7...)가 나사결합되어 있다.

결합판(4)의 흡배기용 덕트구조체(22)측의 측면에는, 축열체(8)의 저온측 블럭 또는 저온측 섹션을 구성하는 축열체 유니트(9)를 고정하기 위한 금속제 고정부시(11)가 볼트와 너트(미도시)로 이루어진 고정수단(미도시)에 의해 고정되어 있다. 또한 결합판(4)의 복사부측의 측면에는, 축열체(8)의 고온측 블럭 또는 고온측 섹션을 구성하는 축열체 유니트(10)를 고정하기 위한 금속제 고정부시(12)가 볼트와 너트(미도시)로 이루어진 고정수단에 의해 고정되어 있다. 고정부시(11)는, 통형부분(11a)의 양단에 플렌지부(11b, 11c)를 구비하고 있다. 플렌지부(11b)에는 볼트(미도시)가 관통하는 복수의 관통공이 형성되어 있으며, 플렌지부(11c)의 외측단면은 후술하는 실링부재와 접촉하여 실링부를 구성하도록 매끄러운 표면을 가지고 있다. 또한, 고정부시(12)는 통형의 링부의 외부면에 볼트가 관통하는 구멍을 가진 복수의 결합편(미도시)를 가지고 있고, 이 복수의 결합편에 일단이 결합판(4)에 용접된 볼트부재(미도시)가 삽입되며, 이들 볼트부재에 너트가 나사결합되어 고정부시(12)는 결합판(4)에 고정되어 있다.

본 실시예에서 사용한 저온측 블럭을 구성하는 축열체 유니트(9)는 금속으로 형성되어 있고, 평판상의 띠형강판과 파판상(波板狀)의 띠형강판을 중첩시켜 이루어진 합판을 통형의 권회틀(9a)에 권회하여 코러게이트(corrugate)상으로 구성한 것이다.

고온측 섹션을 구성하는 축열체 유니트(10)는 평판상의 띠형 세라믹지와 파판상의 세라믹지를 중첩시켜서 이루어진 합판을 통형의 권회틀에 권회하여 구성하고, 이것을 소성하여 형성한 세라믹제의 축열체이다. 또 세라믹제의 축열체 유니트(10)로서는 공지의 압출성형법에 의해 제조한 것도 사용할 수 있다. 축열체 유니트의 중앙부에는 권회틀(9c)의 외경치수와 거의 동일한 직경치수를 가지는 관통공(10a)이 형성되어 있다. 그리고 축열체 유니트(10)의 내부에 형성되어 있는 축열체의 복수의 연통로 일부를 구성하는 관통공 각각은, 축선방향 또는 길이방향과 직교하는 방향의 단면형상이 산(山)형 또는 삼각형을 이루고 있다. 축열체 유니트(10)의 외주면과 고정부시(12)와의 사이에는 내열성을 가지는 열팽창성 세라믹화이버 복합재로 이루어지는 완충재(13)가 배치되어 있으며, 고정부시(12)에 축열체 유니트(10)를 고정할 때, 축열체 유니트(10)가 파손되는 것을 방지하고 있다. 본 실시예에 있어서는, 결합판(4)으로부터 완충재(13)까지의 부재에 의해 축열구조체가 구성되어 있다.

축열체 유니트(10)와 고정부시(12)의 외주측에는 세라믹화이버 또는 캐스터블로 이루어지는 내화재(14)가 배치되어 있다. 축열체 유니트(9)의 권회틀(9a) 중심부의 관통공과 축열체 유니트(10)의 관통공(10a) 내에 배치한 세라믹화이버제 통(16a)의 내부에는 버너노즐(15)의 선단부분이 축선방향으로의 이동을 허용할 정도의 약간의 간격을 두도록 하여 삽입되어 있다. 그리고 통(16)의 선단에는 세라믹제 버너후드(17)가 결합되어 있다. 이 버너후드(17)는, 버너 노즐(15)의 선단으로부터 분사되는 불꽃을 안정화하고, 불꽃이 직접 축열체 유니트(10)에 되돌아오는 것을 방지하기 위하여 설치되어 있다. 버너후드(17)는 통형부(17a)의 외주에 직경방향으로 돌출하여 원주방향으로 연속하여 연장되는 원형고리형상의 플렌지부(17b)를 가지고 있으며, 플렌지부(17b)와 축열체 유니트(10)와의 사이의 위치에 원주방향으로 소정의 간격을 두고 형성된 복수의 관통공(17c...)을 구비하고 있다.

노즐(15)은 연료가스 파이프(18)의 내부에 스페이서(19)를 개재시켜 동심상으로 모티브산화제 파이프(20)를 배치하고, 연료가스 파이프(18)의 선단부에 버너팁(21)을 결합한 구조를 가지고 있다. 연료가스 파이프(18)의 후방단부에는 연료가스 입구부(18a)가 설치되고, 모티브산화제 파이프(20)의 후방단부에는 모티브산화제 입구(20a)가 마련되어 있다. 모티브산화제 파이프(20)에는 산화제만이 아니고, 증기가 공급되는 경우도 있다.

결합판(4)의 외벽부에는 흡배기용 덕트구조체(22)가 결합되어 있다. 이 흡배기용 덕트구조체(22)는 배기덕트(23)의 내부공간에 산화제 덕트(24)가 회전 가능하게 수납된 구조를 가지고 있다. 배기덕트(23)는 통형의 덕트본체(23a)의 축선방향이 양단에 플렌지부(23b 및 23c)를 가지고 있고, 일측의 플랜지부(23b)에는 결합판(4)을 관통하여 연장되는 결합용 볼트(2)가 관통하는 관통공(23b1...)과 결합판(4)에 형성된 나사공(6...)과 정합하여 볼트(7)가 삽입되는 복수의 관통공(23b2)을 가지고 있다. 또한 타측의 플렌지부(23c)에는 단판(端板: 23d)이 볼트로 고정되어 있다. 단판(23d)의 중앙부에는 패킹수용부(23e)가 형성되어 있으며, 이 패킹수용부(23e)에 그랜드패킹(25)이 수용되어 있다. 26은 그랜드패킹(25)을 패킹수용부(23e)에 지지하기 위한 패킹압압판이며, 패킹압압판(26) 단판(23d)에 볼트로 고정되어 있다. 덕트본체(23a)에는 배기가스 출구통(23f)이 결합되어 있다.

그랜드패킹(25)에 의해 실링된 상태에서 배기덕트(23)의 내부의 배기통로에 삽입된 노즐 외통(27)의 선단부에는 산화제덕트(24)가 결합되어 있다. 노즐 외통(27)의 내부에는 동심원상으로 노즐 내통(28)이 배치되어 있으며, 노즐 외통(27)과 노즐 내통(28)과의 사이에는 산화제 공급로(29)가 형성되어 있다. 노즐 외통(27)의 선단부에는 통형의 스토퍼부재(30)가 고정되어 있으며, 이 스토퍼부재(30)에 노즐 내통(28)의 일단이 용접되어 있다. 또한 노즐 외통(27)의 후단에는 엔드캡(31)이 고정되어 있으며, 이 엔트캡(31)에 노즐 내통(28)의 타단이 용접되어 있다. 노즐 외통(27)의 선단부에는 원주방향으로 120도씩의 간격을 두고 3개의 연통공(32: 제2도에서는 1개의 연통공만을 나타내고 있다.)이 형성되어 있다. 산화제 덕트(24)는, 이들 3개의 연통공(32)에 대응하여 설치된 3개의 분할 산화제 덕트(24a...)로 구성되어 있다. 각 분할 산화제 덕트(24a)의 선단부에는 산화제 노즐부(33)가 고정되어 있다.

제3도에 도시된 바와 같이, 산화제 노즐부(33)는 각 분할 산화제 덕트(24a)의 선단부에 대응한 3개의 통형부(33a...)와 이들 3개의 통형부를 상호 연결하는 연결부(33b)로 구성되어 있다. 통형부(33a)의 내부에는 각각 일단이 각 분할 산화제 덕트(24a)의 개구단부에 고정된 통상의 벨로우즈(34)가 배치되어 있다. 벨로우즈(34)의 선단에는 환상의 실링부재(35)가 고정되어 있다. 실링부재(35)는 축열체 유니트(9)의 단면과 접촉하면서 회전한다.

축열체 유니트(9)의 권회틀(9c)의 단부에는, 실링고정용 통형부재(36)의 일단이 고정되어 있다. 이 통형부재(36)는 산화제 노즐(33)의 연결부(33b)를 연장하여, 그 타단은 통형의 스토퍼부재(30)의 내부에서 종단되어 있다. 통형부재(36)의 타단에 형성된 플렌지부에는 금속제의 벨로오즈로 이루어지는 실링부재(37)의 일단이 고정되어 있다. 실링부재(37)는 스토퍼부재(30)의 플렌지부와 접촉하여, 버너노즐(15)을 따라서 스토퍼부재(30)의 내부에 침입하는 배기가스와 산화제 노즐(33)의 연결부(33b)와 통형부재(36)와이 사이에 간격을 통해 누설되는 것을 방지하고 있다.

노즐 외통(27)을 회전 가능하게 지지하는 회전지지기구(38,39)는 배기 덕트(23)의 단판(23d)에 노즐 외통(27)을 감싸도록 고정된 4개의 로드(40...)에 고정되어 있다. 4개의 로드(40...)는, 사각형의 중심에 노즐 외통(27)이 위치하고, 그 사각형의 모서리부에 각 로드가 위치하도록 한 위치관계로 배치되어 있다. 지지기구(38,39)는, 각 로드(40...)에 고정되어 노즐 외통(27)을 향해 연장되는 4개의 아암(38a...,39a...)의 선단에 각각 회전롤러(38b...,39b...)가 결합된 구조를 가지고 있다.

노즐 외통(27)의 회전지지기구(38.39)의 사이에 위치하는 부분에는, 산화제를 도입하는 도입구(27a)가 적어도 1개 형성되어 있다. 그리고 이 부분을 감싸도록, 패킹압압부재(41)가 노즐 외통(27)의 외주를 감싸도록 하여 결합되어 있다. 패킹압압부재(41)의 내부에는, 도입구(27a)의 양측에 위치하여 도입구(27a)의 주위에 형성한 산화제 도입공간(41a)을 기밀상태로 하기 위한 2개의 패킹(42,43)이 배치되어 있다. 노즐 외통(27)은 패킹압압부재(41)의 내부에서 회전하며, 패킹압압부재(41)는 2개의 로드(40)에 고정되어 있다. 패킹압압부재(41)에는 산화제 도입공간(41a)에 연통하도록 한 공기취입통(44)이 고정되어 있다.

4개의 로드(40)의 단부에는, 결합판(45)이 고정되어 있으며, 이 결합판(45)의 하단부에는 구동용 모터(46)가 결합되어 있다. 모터(46)의 출력축에는 스프로켓(47)이 결합되며, 이 스프로켓(47)에 결린 체인(48)은 노즐 외통(27)의 단부에 결합된 앤드캡(31)에 고정한 스프로켓(49)에도 걸려 있다. 모터(46)가 회전하면, 그 회전력이 노즐 외통(27)에 전달되어 노즐 외통(27)이 회전한다. 모터(46)과 스프로켓(47)과, 체인(48)과 스프로켓(49)과 회전지지기구(38,39)에 의해 흡배기용 덕트구조체(22)의 공기통로 및 배기통로와 축열구조체와의 사이에 상대적인 회전운동을 발생시키는 회전기구가 구성되어 있다. 엔트캡(31)에는 스토퍼부재(50)가 유격을 갖고 결합되어 있다. 이 스토퍼부재(50)는 엔트갭(31)의 외주에 돌출되게 설치된 고리형의 볼록부(31a)와 엔드캡(31)의 외주에 결합되어 고정된 스토퍼링(51)과의 사이에 배치되어 있으며, 스토퍼부재(50)의 선단에 설치된 당접부재(50a)가 결합판(4)에 설치된 당접부에 맞닿음으로써 노즐 외통(27)의 축열체측으로의 이동을 규제한다.

또한 결합판(45)의 상측부분의 중앙부에는, 선단부에 나사가 형성된 나사붙이 로드(52)가 고정되어 있다. 이 로드(52)는 버너노즐(15)과 평행하게 연장되어 있으며, 이 나사부에는 나사부재(53)가 나사결합되어 있다. 나사부재(53), 버너노즐의 연료가스파이프(18)에 일단이 고정된 아암부재(54)의 타단에 회동 가능하게 지지되어 있다. 버너노즐(15)의 축선방향의 위치를 조정하는 경우에는, 나사부재(53)을 회전한다.

다음에 연소장치의 작동상태에 대하여 설명한다. 우선 송풍기가 가동하고 있는 상태에서, 산화제 덕트(24)로부터 산화제인 연소용 공기가 축열체(8)의 연통공을 통해 복사부(101: 제1도)로 공급된다. 복사부(101)에 공급된 연소용 공기는 버너노즐(15)로부터 분출된 연료와 혼합되어 미리 점화한 빠이롯트 화염(미도시)에 의해 착화되어 화염을 형성한다. 연소용 공기는 축열체(8)의 관통공을 지날 때 배기가스로 가열된 축열체(8)에 의해 가열된다. 연소 중에는 산화제 덕트(24)가 모터(46)에 의해 소정의 회전수로 회전하고 있다. 구체적으로는 산화제 덕트(24)는 1분간에 2 내지 4회전 이상의 회전속도로 회전한다. 산화제 덕트(24)의 회전에 의해 축열체(8)의 온도가 저하된 부분은, 복사부측으로부터 배기가스가 배기덕트(23)로 유동됨으로써 재가열된다.

제1도에는 이 연소장치(1)를 개략적으로 2대 도시하고 있지만, 실제로는 로의 크기에 따라 더욱 많은 연소장치가 사용된다. 본 실시예에서는 복수대의 연소장치(1...)에 대하여 1대의 압입송풍기(111)와 1대의 유인송풍기(118)가 사용되고 있다. 압입송풍기(111)의 송풍구와 복수대의 연소장치(1...)의 각 산화제 통로에 연결되는 공기취입통(44)은 송풍측 접속관로(112)에 의해 접속되어 있다. 또 압입송풍기(111)의 흡입구에는 유량제어밸브(113)를 개재시켜 산화제 도입관로(114)가 접속되어 있다. 산화제 도입관로(114)에는 사이렌서(115)가 접속되어 있다.

배기측 접속관로(116)의 일단에는 복수의 분기관로가 마련되며, 각 분기관로는 복수대의 연소장치(1...)의 배기개스통로의 일부를 구성하는 각 배기개스 출구통(23f)에 각각 접속되어 있다. 배기측 접속관로(116)에는 유량제어밸브(117)를 개재시켜 유인송풍기(118)의 흡입구가 접속되어 있다. 유인송풍기(118)의 송풍구는 관로(119)를 개재시켜 대류부(107)의 하류측에 위치하는 개스배출로(109)의 앞의 연도(煙道)에 접속되어 있다.

복사부(101) 내에 배치된 가열량관로(105)의 출구부분을 구성하는 관(106)의 외벽에는 관(106)의 관벽온도를 검출하는 온도센서(120)가 결합되어 있다. 수동으로 연소제어를 행하는 경우에는 온도센서(120)의 검출치를 제어반(미도시) 위에 배치된 표시장치에 표시하고, 온도센서(120)로 측정한 온도를 보면서 유량제어밸브(117)를 조정하여 연소장치의 연소제어를 행한다. 자동으로 연소제어를 행하는 경우에는 도면에 파선으로 나타낸 바와 같이, 온도센서(120)의 검출치에 기초를 두고 유량제어밸브(117)를 자동제어한다. 또 유량제어밸브(126)를 온도센서(120)로 측정한 온도를 보면서, 또는 자동조정하여 연소장치의 연소제어를 행하는 것도 좋다. 어느는 것으로 하여도 개스배출로(109)와 연소장치(1...)의 배기개스통로(또는 배기측 접속관로:116)의 양측으로 배기개스를 흘리며, 또 가열용관로(105)의 출구부분을 관벽온도(최고관벽온도)가 가열관 설계온도보다 낮게 되도록 개스배출로를 흐르는 배기개스의 양과 배기개스통로(109)를 흐르는 배기개스량의 비율을 정하여 연소를 제어한다.

밸브제어장치(121)는 산소센서(122)의 출력에 따라 복사부(101)내의 산소농도가 미리 정해진 값으로 되도록, 유량제어밸브(113)를 제어한다. 통상, 복사부(101) 내의 산소농도가 1.5% 내지 2.0%의 값으로 되도록 제어를 행한다. 또 축열체(8)에 산화촉매를 담지시켜 배기개스 중의 CO의 농도를 허용치까지 저감시키는 경우에는 산소농도를 0.5% 내지 3.4%로 되도록 제어하면 좋다.

유인송풍기(118)에 의해 흡출된 배기개스는 대류부(102)를 통하지 않고 배기관로(119) 및 개스배출로(109)의 앞 연도를 통해 외부로 배출된다.

본 실시예에서는 복사부(101) 내의 압력을 일정하게 제어하기 위해 압력센서(123)와, 유량제어밸브(댐퍼: 126)의 제어부(124)와 밸브제어장치(125)를 구비하고 있다. 압력센서(123)는 복사부(101) 내의 압력을 검출하며, 밸브제어장치(125)는 검출한 압력이 미리 정해진 범위에 들어가도록 개스배출로의 유량제어밸브(126)를 제어한다. 일반적으로, 복사부(101) 내의 압력이 -2㎜H₂O로 되도록 제어가 행하여진다.

관식가열로가 다음과 같은 성능을 가지는 경우에 대해서 구체적으로 설명한다.

설계흡수열량 : 1.70 × 10⁶Kcal/H

유체 입구온도/출구온도 : 300/310 ℃

연료 : 정유개스

열효율 : 78%(본 발명에 사용하는 연소장치설치전)

가열관재료 : 탄소강

허용평균유속 : 27,000 Kal/㎡H

가열관 설계온도 : 375 ℃*

이 관식가열로를 사용하여 전체 배기개스의 양(대류부: 102를 통하는 배기개스의 양 + 연소장치: 1...의 배기개스통로를 흐르는 배기개스의 양)에 대한 대류부(102)를 통하는 배기개스량의 비율과, 열효율의 변화와 가열용관로(105)의 출구부분의 관벽온도(최고관벽온도)와의 관계를 시뮬레이션에 의해 구한 바, 제4도에 도시한 바와 같이 되었다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 대류부(102)를 통하는 배기개스가 10%이상이면, 최고관벽온도가 가열관 설정온도 이하로 되는 것을 알 수 있다. 또한, 대류부(102)를 통하는 배기개스의 양을 적당한 값(본 예에서는 30%)으로 하면, 최고의 열효율을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 산화제 예열용의 열교환기를 구비하지 않은 연소장치를 사용한 종래의 관식가열로와 본 실시예의 관식가열로를 비교한 경우, 버너의 연소량이 같다고 한다면, 본 실시예의 관식가열로측이 10% 이상 열효율을 높일 수 있다.

실제의 연소제어에서는, 단순히 최고관벽온도가 가열관 설계온도 이하가 되지 않도록 함과 동시에, 열효율이 될 수 있는 한 최고열효율로 근접하도록 대류부(102)를 흐르는 배기개스의 양과 연소장치의 배기개스 통로를 흐르는 배기개스의 양을 정하게 된다. 상기 조건의 가열로이라면, 개스배출로(대류부: 102)를 흐르는 배기개스의 양과 배기개스 통로를 흐르는 배기개스량의 비를 2 대 8에서 4 대 6의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 또 이 범위라면, 가열로의 조건이 다소 다르더라도 거의 만족할 만한 정도의 결과가 얻어진다.

상기 실시예에 있어서는 축열체(8)를 세라믹제의 고음측 섹션(10)과 금속제의 저온측 섹션(9)으로 나뉘어 구성되어 있지만, 축열체의 재질 및 구조는 임의이고, 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또, 상기 실시예의 연소장치에서는 버너노즐이 열교환기의 중심을 관통하도록 배치되어 있으므로 기존의 관식가열로의 로상부에 마련된 연소장치 결합공을 그대로 이용하여 연소장치를 결합할 수 있는 이점이 있다.

그러나, 본 발명에 사용하는 열회수식 연소장치는 이것에 한정되는 것은 아니고, 버너와 특정 구조의 열교환기가 조합되어 있는 것이라면, 어떠한 구조의 연소장치라도 좋은 것은 물론이다. 예를 들면, 미국 특허 485,649호, 일본 특개평1-159511호 공보 및 특개평5-256423호 공보에 개시된 열회수식 연소장치와 같이 배기개스 통로 또는 산화제 통로가 되는 2개의 통로 내에 예를 들어 2개 이상이 축열체를 배치하고, 일측의 통로측의 축열체를 배기개스로 가열하며, 배기개스로 가열된 타측의 통로측의 축열체를 통해 산화제를 로내에 공급하는 타입의 열교환기와 버너를 조합시킨 열회수식 연소장치를 사용해도 좋다.

상기 실시예에서는 산화제의 공급과 배기개스의 배출을 위해 각각 별개의 송풍기(111, 118)를 사용하고 있지만, 산화제의 공급과 배기개스의 배출을 공통의 송풍기에 의해 행할 수 있다. 제5도 (A)의 예에서는 산화제의 공급을 위해 연소장치의 산화제 통로에 압입송풍기(111)를 배치하고 있다. 그리고, 배기개스 통로를 배기관로(119)를 개재시켜 로의 개스배출로(109)의 하류측으로 접속하고 있다. 이 경우에는 복사부(101) 내부가 정압으로 되도록 제어밸브(126,127)의 개폐정도를 조절한다. 도면 중의 수치는 각부의 압력을 나타낸 것이고, 단위는 ㎜H₂O이다. 또 제5도 (B)의 예에서는 연소용장치의 배기개스 통로로부터 배기개스를 유인하는 유인송풍기(118)만을 구비한다. 그리고, 유인송풍기(118)의 배출구를 관로(119)를 개재시켜 로의 개스배출로(109)의 하류측에 접속한다. 이 경우에는 복사부(101) 내부가 부압으로 되도록 제어밸브(126,127)의 개폐정도를 조절한다. 이 도면에 있어서도 도면 중의 수치는 각부의 압력을 나타낸 것이고, 단위는 ㎜H₂O이다. 이와 같은 구성을 사용하면, 상기 실시예와 비교하여 송풍기의 수를 반감할 수 있는 이점이 있다.

상기 실시예에서는 로상부(103)에 연소장치(1)를 배치하고 있지만, 상자형 수평관식 가열로에서는 연소장치의 버너가 로벽의 측벽부에 배치되는 경우가 있다. 본 발명은 이와 같은 경우에도 당연히 적용할 수 있는 것이다.

본 발명에 의하면, 열교환기와 버너가 조합된 열회수식 연소장치를 사용하기 때문에 대형이면서 고가인 산화제 예열기를 사용할 필요가 없게 되고, 배기개스의 열을 유효하게 이용하여 저렴한 비용으로 열효율을 높일 수 있다. 특히, 본 발명에서와 같이 개스배출로와 배기개스 통로의 양측으로 배기개스를 흘리며, 또 가열용관로의 출구부분의 관벽온도가 가열관 설계온도보다 낮게 되도록 개스배출로를 흐르는 배기개스의 양과 배기개스 통로를 흐르는 배기개스량의 비율은 정하면, 대류부에서의 예열을 유효하게 이용하고, 또한 복사부 내의 온도를 낮출 수 있다. 따라서, 기존의 관식가열로에 본 발명을 적용하여도 로의 수명이 단축되지 않고, 코킹이 발생하지 않는다는 이점이 있다.

Claims

내부에 배치된 가열용관로(105) 내를 흐르는 피가열유체를 주로 복사전열에 의해 가열하는 복사부와, 상기 복사부(101)의 로상부(103)에 배치된 적어도 1대의 연소장치(1)와, 내부에 상기 가열용관로(105)에 접속된 예열용관로(107)가 배치되며, 상기 예열용관로(107) 내를 흐르는 상기 피가열류체를 상기 연소장치(1)로부터 나오는 배기개스의 열에 의해 예열하는 대류부(102)와, 상기 대류부(102)를 통과한 상기 배기개스를 배출하는 개스배출로(109)를 구비하여 된 관식가열로의 연소제어방법에 있어서, 상기 연소장치(1)로서, 통기성을 가지는 적어도 1개의 축열체(8)와, 상기 축열체(8)의 적어도 일부를 통하여 상기 복사부에 산화제를 공급하는 산화제 통로(24)와, 상기 축열체(8)의 적어도 일부를 통하여 상기 배기개스의 일부를 상기 복사부로부터 배출하는 배기개스통로(23)를 구비하고, 상기 배기개스의 일부에 의해 상기 축열체(8)를 가열하여 가열된 축열체(8)에 의해 상기 산화제를 예열하는 열교환기와 버너(15)를 구비한 열회수식 연소장치를 사용하며, 상기 개스배출로(109)와 상기 배기개스통로(23)의 양측으로 배기개스를 흘리며, 그리고, 상기 가열용관로(105)의 최고관벽온도가 가열관 설계온도보다 낮아지도록 상기 개스배출로(109)를 흐르는 배기개스의 양과 상기 연소장치(1)의 상기 배기개스통로(23)를 흐르는 배기개스량의 비율을 정하는 것을 특징으로 하는 관식가열로의 연소제어방법.
제1항에 있어서, 상기 열교환기는 상기 복사부(101)와 그 복사부의 외부를 연통하는 복수의 연통로를 구비하여 상기 로벽(103)에 결합된 축열체(8)와, 상기 산화제가 흐르는 산화제 통로(24)와 상기 배기개스가 흐르는 상기 배기개스통로(23)를 구비하여 상기 축열체(8)의 상기 복사부(101)와는 반대측의 단부로부터 상기 복수의 연통로의 일부를 통하여 상기 산화제를 상기 복사부(101) 내에 공급하는 동시에 상기 축열제(8)의 상기 단부로부터 상기 복수의 연통로의 나머지부를 통하여 배기개스를 배출하는 덕트구조체(22)와, 상기 축열체(8)와 상기 산화제 통로(24) 및 상기 배기개스통로(23)와의 사이에 상대적인 회전운동을 발생시키는 회전기구(46 내지 49)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관식가열로의 연소제어방법.
제2항에 있어서, 상기 버너(15)의 선단부는 상기 축열체(8)의 중앙부를 관통하도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 관식가열로의 연소제어방법.
제1항에 있어서, 상기 가열용관로(105)의 상기 최고관벽온도를 상기 가열용관로의 출구관(106) 부분의 관벽의 온도를 측정하여 구하는 것을 특징으로 하는 관식가열로의 연소제어방법.
제1항에 있어서, 상기 배기개스통로(23)로부터 배출되는 상기 배기개스의 유량을 제어하는 유량제어밸브(117)가 상기 배기개스통로(23)에 대하여 마련되고, 상기 가열용관로(105)의 상기 최고관벽온도에 따라서 상기 유량제어벨브(117)을 제어하는 것을 특징으로 하는 관식가열로의 연소제어방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연소장치(1)의 상기 배기개스통로(23)와 상기 개스배출로의 하류부분을 연통시키고, 상기 복사부(101) 내를 정(+)압으로 유지하도록 압입송풍기를 사용하여 상기 산화제 통로에 상기 산화제를 공급하는 것을 특징으로 하는 관식가열로의 연소제어방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연소장치(1)의 상기 배기개스통로(23)와 상기 개스배출로의 하류부분을 연통시키고, 유인송풍기(118)를 사용하여 상기 복사부(101) 내를 부(-)압으로 유지하도록 상기 배기개스통로(23)를 통하여 배기개스를 유인하는 것을 특징으로 하는 관식가열로의 연소제어방법.
제2항에 있어서, 상기 축열체(8)과 상기 산화제 통로(24) 및 상기 배기개스통로(23)와의 사이에 상기 상대적인 회전운동의 운동속도를 1분간에 2회전 이상의 회전속도로 하는 것을 특징으로 하는 관식가열로의 연소제어방법.
제2항에 있어서, 상기 덕트구조체(22)는 상기 배기덕트(23)의 내부를 산화제덕트(24)가 회전하도록 구성되며, 상기 산화제덕트는 1분간에 2 내지 4회전의 회전속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 관식가열로의 연소제어방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산화제로서 산소를 사용하며,

상기 산화제 통로(24)를 통하여 압입되는 상기 산화제의 유량을, 상기 복사부(101) 내의 산소농도가 0.5% 내지 3.4%로 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 관식가열로의 연소제어방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복사부(101) 내의 압력을 검출하여, 상기 복사부(101) 내의 압력이 미리 정해진 범위에 들어가도록 상기 개스배출(109)를 통하여 배출하는 상기 배기개스의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 관식가열로의 연소제어방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 대류부(102)를 유통하는 상기 배기개스의 양과 상기 배기개스통로(23)를 흐르는 상기 배기개스량의 비가 2 대 8에서 4 대 6의 범위인 것을 특징으로 하는 관식가열로의 연소제어방법.
내부에 배치된 가열용관로(105) 내를 흐르는 피가열유체를 주로 복사전열에 의해 가열하는 복사부와, 상기 복사부(101)의 로벽부(103)에 배치된 적어도 1대의 연소장치(1)와, 내부에 상기 가열용관로에 접속된 예열용관로(107)가 배치되며, 상기 예열용관로내를 흐르는 상기 피가열유체를 상기 연소장치로부터 나오는 배기개스의 열에 의해 예열하는 대류부(102)와, 상기 대류부(102)를 통과한 상기 배기개스를 배출하는 개스배출로(109)를 구비하여 된 관식가열로에 있어서, 상기 연소장치(1)는 버너(15)와 배기개스를 사용하여 상기 버너에 공급하는 산화제를 예열하는 열교환기 조합되어 구성된, 열회수식 연소장치로 이루어지고, 상기 열교환기는 적어도 1개의 통기성을 가지는 축열체(8)와, 상기 축열체(8)의 적어도 일부를 통하여 상기 복사부에 산화제를 공급하는 산화제 통로(24)와, 상기 축열체(8)의 적어도 일부를 통하여 상기 배기개스의 일부를 상기 복사부로부터 배출하는 배기개스통로(23)를 구비하고, 상기 배기개스의 일부에 의해 상기 축열체(8)를 가열하여 가열된 축열체(8)에 의해 상기 산화제를 예열하도록 구성되며, 또한 상기 산화제 통로에 상기 산화제를 흘리는 동시에 상기 개스배출로 및 상기 연소장치의 상기 배기개스통로의 양측으로 상기 배기개스를 흘리는 송풍장치가 마련되어 있고, 상기 가열용관로의 최고관벽온도가 가열관 설계온도보다 낮게 되도록, 상기 개스배출로를 흐르는 배기개스의 양과 상기 배기개스통로를 흐르는 배기개스량의 비율이 상기 송풍장치에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 관식가열로.
제13항에 있어서, 상기 열교환기는 상기 복사부(101)와 그 복사부의 외부를 연통하는 복수의 연통로를 구비하여 상기 로상부(103)에 결합된 축열체(8)와, 상기 산화제가 흐르는 산화제 통로(24)와 상기 배기개스가 흐르는 상기 배기개스통로(23)를 구비하여 상기 축열체(8)의 상기 복사부(101)와는 반대측의 단부로부터 상기 복수의 연통로의 일부를 통하여 상기 산화제를 상기 복사부(101) 내에 공급하는 동시에 상기 축열체(8)의 상기 단부로부터 상기 복수의 연통로의 나머지부를 통하여 배기개스를 배출하는 덕트구조체(22)와, 상기 축열체(8)와 상기 산화제 통로(24) 및 상기 배기개스통로(23)와의 사이에 상대적인 회전운동을 발생시키는 회전기구(46 내지 49)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 관식가열로.
제2항에 있어서, 상기 버너(15)의 선단부는 상기 축열체(8)의 중앙부를 관통하도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 관식가열로.
제13항에 있어서, 상기 가열용관로(105)의 상기 가열용관로의 출구관(106) 부분에 상기 최고관벽온도를 측정하는 온도센서가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 관식가열로.
제16항에 있어서, 상기 송풍장치는 제1의 유량제어밸브(117)를 통하여 상기 배기개스통로(23)로부터 상기 배기개스를 유인하는 유인송풍기(118)와, 제2의 유량제어밸브(113)를 통하여 상기 산화제 통로(24)에 산화제를 압입하는 압입송풍기(111)로 이루어지고, 대류부(102)를 나오는 배기개스를 제어하는 제3의 유량제어밸브(126)가 상기 개스배출로(109)에 마련되며, 상기 온도센서(120)의 출력에 따라서 상기 제1의 유량제어밸브(117) 및 상기 제3의 유량제어밸브(126)의 적어도 일측이 제어되는 것을 특징으로 하는 관식가열로.
제17항에 있어서, 상기 산화제로서 산소를 사용하며, 상기 복사부(101) 내의 산소농도를 측정하는 산소센서(122)를 구비하고, 상기 산화제통로(24)를 통하여 압입하는 상기 산화제의 유량을, 상기 복사부(101) 내의 산소농도가 0.5% 내지 3.4%로 이루어지도록 상기 제2의 유량제어밸브(113)가 제어되는 것을 특징으로 하는 관식가열로.
제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 송풍장치로서 상기 복사부(101) 내를 정압으로 유지하도록 상기 산화제 통로에 상기 산화제를 공급하는 상기 압입송풍기가 사용되고, 상기 연소장치(1) 의 상기 배기개스통로(23)와 상기 개스배출로의 하류부분이 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 관식가열로.
제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 송풍장치로서 상기 복사부(101) 내를 부압(負壓)으로 유지하도록 상기 배기개스통로(23)를 통하여 상기 배기개스를 유인하는 것을 특징으로 하는 관식가열로.