WO1993009203A1 - Tubular furnace and method of controlling combustion thereof - Google Patents

Description

明 細 書

管式加熱炉及びその燃焼制御方法

技術分野

本発明は管式加熱炉及びその燃焼制御方法に関する。

背景技術

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 se置されている加熱管 （纜管） 内を流れる 石油類を加熱する よ う に している。

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 力 — 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。

そ こで、 こ のコ ーキ ング防止対策と しては、 従来、 被加熱流体の境界 層温度をコーキ 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 内流速を適正に保っ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において ヒ 一 ト フ ラ ッ ク スゃ流速の一般値が 定め られてい るのは こ のためである。

一方、 省エ ネルギーの観点か ら、 従来の管式加熱炉は、 例えば F i g .

5 に示すよ う に、 主に対流伝熱によ って被加熱流体を加熱する対流伝熱 部 1 0 2 を加熱炉 1 0 1 の上部に、 主に放射伝熱によ っ て被加熱流体を 加熱する放射伝熱部 1 0 3 を加熱炉 1 0 1 の下部に設け、 炉底部のバー ナ燃焼装置 1 0 4 で発生した燃焼ガスを炉頂部の排気装置 1 0 5 か ら排 出するよ う に設け られている。 こ の加熱炉 1 0 1 におけ る コ イ ルノ、'ス は、 炉内に配管された加熱管 1 0 6 群を炉外の U型接続管 （図示省略） で連 結して 1 本に繋いだも ので、 対流伝熱部 1 0 2 の炉頂部付近に入口 1 0 7 が、 放射伝熱部 1 0 3 の炉底部付近に出口 1 0 8 が設けられている。 したがって、 入口 1 0 7 から加熱管 1 0 6 内に導入 した被加熱流体は、 対流伝熱部 1 0 2 において比較的低温の燃焼排ガス で加熱されてから流 下し、 放射伝熱部 1 0 3 において比較的高温の燃焼ガスの轜射熱で更に 加熱され出口 1 0 8 から取り出される。 このと き、 放射伝熱部 1 0 3 の コ イ ルパス の出口 1 0 8付近で被加熱流体の境界層温度が最高となるた め、 この出口付近の被加熱流体の境界層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。

しかしながら、 従来の管式加熱炉は、 炉底部に設けたパーナ 1 0 4 に よ って炉内全体を 1 つのゾーンと して加熱するため、 炉頂部側のコ イ ル パス入口 1 0 7側に向かう程炉内温度が低く なる。 しかも、 バーナ 1 0 4 の ヒー ト フ ラ ッ ク スは、 被加熱流体の境界層温度が最高となる コ イ ル パス出口 1 0 8 の付近において被加熟流体の境界層温度がコ 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 1 0 7 に向か う程ヒー ト フ ラ ッ ク スが過少な疽となってしま う。 また、 使用する加熱 管 1 0 6 の肉厚や材質などから も、 使用できる最高温度が限定されるが、 この場合における温度も加熱炉出口で求められるため、 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 スは過少な値となる。 加熱 効率を上げるにはコ ィ ルパスの全域においてコーキ ングを起こ さない限 界近く までヒー ト フ ラ ッ ク スを上げる こ とが望まれる。 しか し、 従来の 管式加熱炉はコ ィ ルパスの出口寄り の部分を除いて全体に ヒ ー ト フ ラ ッ ク スが少なめとな り、 特にコ ィ ルパス入口側寄り では過少な値となるた め、 加熱効率が良く な く、 処理量 · 石油精製量を上げる には大型の加熱 炉が必要とされている。

また、 従来の管式加熱炉は燃焼ガスが排出される炉頂部に対流伝熱部 1 0 2 を設けて低温と なっ た燃焼排ガス から更に熱を回収するよ う に し ている。 しか し、 パーナ燃料中には硫黄分が含ま れている こ とか ら、 加 熱管 1 0 6 の外壁面温度は低温腐食防止の点から酸露点温度以上に保持 する必要があ る。 この こ とから、 燃焼排ガ ス をあ ま り低温に して排出す る こ とができ ないため、 排熱回収によ る熱効率の改善が十分でないばか り か、 髙温の排ガスが周辺環境へ与える影響 も大き く な る。

発明の開示

本発明は、 被加熱流体の コー キ ン グあ るいは加熱管の焼損を防止 し、 しか もよ り少ない伝熱面積で所定の熱量を与え得る管式加熱炉及びそ の 燃焼制御方法、 即ち加熱効率の良い管式加熱炉並びにそ の燃焼制御方法 を提供する こ とを目的とする。 また、 本発明の他の目的は、 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 して高熱効率を達成する管 式加熱炉及びその燃焼制御方法の提供にある。

かかる 目的を達成するため、 本発明の管式加熱炉は、 炉体と、 該炉体 内に敷設され被加熱流体を通過させる加熱管で構成される コ イ ル パ ス と、 こ の コ イ ルパ スを複数のゾー ン に分割する手段と、 各ゾー ン に少な く と も 1 シ ス テ ム以上設置される蓄熱型パーナ シ ス テ ム とか ら成り、 かつ蓄 熱型パーナ シ ス テ ムは蓄熱体を通して燃焼用空気の供給及び燃焼排ガ ス の排出を行い蓄熱体に対する燃焼排ガ ス及び燃焼用空気の流れを相対的 に切り替える こ と に よ っ て燃焼排ガ ス の熱で加熱された蓄熱体を通 して 燃焼排ガ ス の温度に近い高温の燃焼用空気を供給するよ う に構成されて お り、 各ゾー ン毎に炉内温度を独立 して制御可能とする よ う に している。 こ こ で、 コ イ ルノ、' ス のゾー ン分割は、 例えば炉体の一部をコ イ ル パ ス に 向けて突出させた仕切壁を設け、 各仕切壁に コ ィ ル パ ス と平行に火炎を 形成する よ う に蓄熱型バーナ シ ス テ ムを設置 して成る。 また、 ゾー ン分 割は、 コ イ ルパ ス を構成する加熱管の一部を炉体の壁面から離して内側 に突出するよ うに設置し、 加熱管によって区画される。 また、 ゾーン分 割は、 互いに独立した炉体によ って構成される。

これによつて、 加熱管内を流れる被加熱流体は、 各ゾー ンの蓄熱型バ ーナ シス テムで主に辐射伝熱によって顢次加熱される。 このとき、 各ゾ ー ンで発生する燃焼ガスは各ゾーン内での蓄熱型バーナ シス テム の休止 中のパーナ及びそれに付属する蓄熟体を経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の燃焼排ガスをそのゾーンよ り流出させる こ とができる。 こ の燃焼による炉内温度変化は各ゾ一ン内においてのみ 起り、 ^る他のゾー ンにほとんど影響を与えない。 即ち、 各ゾー ンで発 生した燃焼排ガスがそのゾー ン内で炉外に排出されるため、 良好なゾ一 ン温度コ ン ト ロール ' ヒー ト フ ラ ッ ク スパター ン （デイ ス ト リ ビュ ー ジ ヨ ン） の コ ン ト ロ ールを実現できる。 そ こで、 各ゾーンの番熱型パーナ シス テムの燃焼量を調整する こ とによって、 各ゾー ン毎に独立して炉内 温度を変化させ、 各ゾーン毎にヒー ト フ ラ ッ ク スパターンを設定し得る。 そ こ で、 被加熱流体の境界層温度がコ ーキン グ温度以下あるいは加熱管 使用材料によ り決まる許容最髙温度以下でかつ全てのゾーンにおいてほ ぽ同じ温度レベルとなるよ う な ヒー ト フ ラ ツ ク スパター ンが各ゾー ン毎 に設定できる。 これによつて、 コーキング温度に対し余裕のある コ イ ル ス の入口ゾーンにおける ヒー ト フ ラ ツ ク ス即ち過少な値の ヒー ト フ ラ ツ ク スを コーキングを防止しつつコ ーキ ング温度近く まで引き上げる こ とができ、 加熱効率を向上させ得る。 したがって、 従来の管式加熱炉ょ り も少ない伝熱面積であっても所定の熱量を被加熱流体に与える こ とが でき る。 そこで、 高温流体を取扱う加熱炉のよ う に使用材料の髙温強度 から許容管壁温度が決まる高温加熱炉においては、 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。

こ のため、 従来の管式加熱伊と同じ処理量とする場合には加熱炉をコ ン パク ト にでき、 ま た従来と 同 じ大き さ の炉サ イ ズと すれば処 S量を増大 させる こ と力 ίでき る。 また、 コ ィ ノレ ' ス の入口の ゾー ン において もカロ熱 管の外壁面温度が高 く な る ため コ ィ ル パ ス の低温腐食を回避でき る。

ま た、 蓄熱型パーナ シス テ ム の蓄熱体を経て加熱炉外へ排気さ れる高 温の燃焼排ガ スは、 蓄熱体を通過する際にそ の顕熱が直接熱交換によ つ て蓄熱体に回収されて比較的低温で大気中に排気さ れる。 そ して、 蓄熱 体に回収された熱は直接熱交換によ って燃焼用空気を供給する予熱に使 われて再び加熱炉内へ民される。 こ のと きの燃焼用空気の温度は加熱炉 か ら蓄熱体へ流出する燃焼排ガスの温度に近い高温とで き る。 し たが つ て、 排熱回収によ る熱効率の向上、 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。

ま た、 本発明は、 被加熱流体の境界層温度がコ 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 においてほぼ同じ温度 レベルと なる よ う に、 各ゾー ン每の蓄熱型バ ーナ シ ス テム の ヒ ー ト フ ラ ッ ク '夕 一 ンを設定する よ う に して いる ので、 最 も高い加熱効率を得る こ とができ る。

また、 本発明の管式加熱炉において、 蓄熱型パーナ シ ス テ ム と しては、 蓄熱体が一体とな った 2基のバ ーナ を 1 対と して、 こ の 2 基のバ一ナ を 短時間に交互に切 り替えて燃焼させ る ものを採用すれば、 コ ィ ル パ ス 力 ら一定した位置で火炎位置が頻繁に移り 変わ るために各ゾー ン内での ヒ 一 ト フ ラ ッ ク '夕 一 ンを よ り 均一化で き る。

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 ン毎の蓄熱型パーナ シ ス テ ム の燃焼量をあ らか じ め求め、 加熱炉全体の燃焼量に対す る各 ゾー ン の燃焼量の割合を変えずに加熱炉 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 制御する場台、 管式加熱炉の燃焼制御が容易 と な る。 ま た、 ゾー ン每の 新たな用紙 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 を制御する場合、 より正確な燃焼制御が可能となる。

図面の簡単な説明

F i _ε. 1 は本発明の管式加熱炉のー実施例を断面して示す概略図で ある。 F i g. 2 Aは本発明の 管式加熱炉に実施される蓄熱型バーナ シ ス テムの一実旌例を示す概略原理図である。 F i g. 2 Bは蓄熱型バー ナ システムの他の実施例を示す概略原理図である。 F i g. 3 Aは本発 明の管式加熱炉の他の実施例を示す概略図、 F i g. 3 Bは F i g. 3 Aの HI— ΠΙ線に沿う断面図である。 F i g. 4 Aは更に本発明の管式加 熬炉の他の実施例を示す概略図、 F i g. 4 Bは F i g. 3 Aの IV— IV 繚に沿う断面図である。 F i g. 5は従来の管式加熱炉を示す概略図で ある。

発明を実施するための最良の形態

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。

F i g. 1 に本発明の管式加熱炉の第一実施例を示す。 こ の管式加熱 炉は、 例えば鋼板製ケーシングの内側を耐火断熱材で内張り した炉体 1 と、 この炉体 1内に被加熱流体を通過させる コ イ ルパス 3 と、 熱源とな る蓄熱型パーナシステム 4 とから構成されている。 本実施例は複数のコ ィ ル ノヽ*スを設けている。 各コ イ ルノ f ス 3 は、 各々 1 本の直管から成る加 熱管で構成されている。 この加熱管 （コ イ ルパス） 3 は、 炉体 1 の中央 に垂直に敷設され、 炉体 1 の外で加熱炉に導入する前の被加熱流体を複 数の流れに分 £する分流管 3 a と各加熱管 3 に分配された被加熱流体を 集めて一つの流れに戻す集合管 3 b とにそれぞれ連結されている。 尚、 F ί g. 1 では複数のコイ ルパスを図示しているがこれに特に限定され ず場合によってはコ イ ルパスを設ける こ と もある。

炉体 1 は図示の如く 炉壁の一部を内側に突出させる仕切壁 2 0 a， 2 O b を一体に形成する こ と によ って複数のゾー ン 2 a , 2 b , 2 c , 2 d を構成している。 換言する と、 ほぼ十字形状の炉を縱に 4 個接続し、 それらを縱方向に連通させたよ う な形状に構成されている。 上の仕切壁 2 0 a と下の仕切壁 2 0 との間の炉内空間 2 1 は火炎を形成するため の燃焼室を、 炉内空間 2 2 は少な く と も 1 シ ス テ ム以上の蓄熱型パーナ シ ス テ ム 4 を設置するためのバーナ据付空間と されている。 1 つの燃焼 室 2 1 を構成する上下の仕切壁 2 0 a , 2 0 b はそれぞれ他のゾー ン 2 b , 2 c , 2 d の燃焼室 2 1 を構成する上仕切壁 2 0 a 若し く は下仕切 壁 2 0 b とそれぞれ垂直な連結壁 2 0 c で連結されている。 そ して、 対 向する左右の連結壁 2 0 c， 2 0 c の間で各ゾー ン 2 a , 2 b , 2 c , 2 d を連通させる中央通路 2 3 が構成されている。

各ゾー ン 2 a , 2 b , 2 c , 2 d に は少な く と も 1 シ ス テ ム以上、 好 ま し く はゾー ン内における ヒー ト フ ラ ッ ク スパタ ー ンをよ り均一にする ために複数シ ス テ ム の蓄熱型パーナ シ ス テ ム 4， 4 , …， 4 が配置され て い る。 即ち、 各々独立した蓄熱型パー ナ シ ス テ ム 4 を装備 した複数の ゾー ン 2 a， 2 b , 2 c， 2 d を連結 して全体と して 1 つの管式加熱炉 を構成し、 そ の中を通過する コ イ ルパ ス · 加熱管 3 の加熱ゾー ンを複数 ゾー ン に分割 している。

こ こ で、 蓄熱型バーナ 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、 本実施例ではパーナのパーナ ボデ ィ に蓄熱体 を内蔵したダク ト を連結して蓄熱体とパーナ とを一体化 した も のを 2 基 組合せて交互に燃焼させ、 燃焼させていない停止中のパーナ及び蓄熱体 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、 F i g . 2 A に示すよ う に、 2 基のパーナ 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 1 0 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 空気の供耠を図る一方、 他方のパーナ 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 えば図示していない押 し込みフ ァ ン等によって供給され、 燃焼排ガス は 例えば図示していない誘引フ ァ ンなどの排気手段によ 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 1 1 は、 例えば三方弁 1 2 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 供耠する。 燃料ノ ズル 1 5 は、 例えばパーナボディ 1 4 のバーナ ス ロ ー ト部分に埋設されて噴射口のみがバーナ スロー トの内周面に開口され、 内側を燃焼ガスが通過する際にこれにさ らされないよう に設けられてい る。 本実施例の場合、 燃焼排ガスと燃焼用空気の轾路を切替える四方弁 1 0 と燃料の流路を切替える三方弁 1 2 とは、 単一ァク チユエータ 1 3 で同時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 のではない。 例えば、 三方弁 1 2 と四方弁 1 0 を別々に切り替え制御す 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 口 ッ トバー ナ ガン 1 6 に分配されている。 尚、 図中符号 1 4 はパーナボディ、 1 6 はパイ ロ ッ トバーナガン、 1 7 は火炎検出器、 1 8 はパイ 口 ツバーナ点 火用 ト ラ ンスであ り、 各ラ イ ンには図示していないが流体の流れを制御 する各々電磁弁、 手動弁等が設置されている。 こ こで、 燃焼用空気を供 耠する ラ イ ン 8 には蒸気を供耠する ラ イ ン 1 9 が接続されている。 こ の 蒸気は燃焼用空気の予熱に伴う N O X排出値の上昇を抑制するために使 甩する 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、 例えばセラ ミ プ タ スで成形されたハニカ ム形状のセル孔を多数有 する筒体の使用が好ま しい。 この場合、 燃焼排ガスから熱を回収する際 に排ガスが酸露点温度以下に低下してもセ ラ ミ ッ ク ス内に燃料中のィ ォ ゥ分やその化学変化物質が捕捉され、 下流の排気系のダク ト な どを低温 腐食させる こ とがない。 勿論、 特に これに限定される も のではな く セ ラ ミ ッ ク ボー ルやナゲッ ト な どの他の蓄熱体を使用 しても良い。

本実施例では、 蓄熱型パーナ シ ス テ ム ⁴ は、 加熱炉 1 の各ゾー ン 2 a , 2 b , 2 c ， 2 d の燃焼室 2 1 を構成する対向 した上下の仕切壁 2 0 a , 2 O b のそれぞれに配置された複数対のパーナ 5 , 6 の う ち、 同 じ仕切 壁 2 0 a (若 し く は 2 0 b ) に 置された隣同士のパーナ 5 , 6 を組み 合わせて構成されている。 そ して、 それら と対向する反対側の仕切壁 2 O b (若 し く は 2 0 a ) の一対のパーナ 5 , 6 (蓄熱型バーナ シ ス テ ム ） と の間で燃焼排ガスのやり と り を行う よ う に している。 更に具体的に述 ベる と、 例えば上仕切壁 2 0 a の蓄熱型バ一ナ シ ス テ ム 4 のパーナ 5 か ら噴出された燃焼ガ ス は対向する下仕切壁 2 0 b の異な る蓄熱型パーナ シ ス テ ム 4 のパーナ 6 から排気されるが、 同時に下仕切壁 2 0 b の蓄熱 型バーナ シ ス テ ム 4 のパー ナ 5 から噴射された燃焼ガ ス が上仕切壁 2 0 a .側のパーナ 6 か ら排気されるため、 実質的には陴同士の対とな ったバ ーナ同士で燃焼と燃焼ガ ス の排気を切り替える こ と と同 じ こ と と な る。 依って、 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する こ とでき るので、 最も短い距離で配管を行 な う こ とができる。 即ち、 蓄熱型パーナ シ ス テ ム 4 は同 じ仕切壁 2 0 a , 2 O b上のパーナ 5 ， 6 を組み合わせて構成 しているが、 ガスの流れは 燃焼室 2 1 を挟んで対向する 2 シ ス テ ム の蓄熱型パー ナ シ ス テ ム 4 ， 4 の間で切り替えられ、 加熱管 3 と平行に火炎を形成 して反対側の仕切壁 のパーナから燃焼ガス を排出するよ う に設け られている。 こ れは、 加熱 管 3 を挟んだ反対側の燃焼室 2 1 の蓄熱型バ一ナ シ ス テ ム において も同 様である。 尚、 パー ナ の配置方法は特に この場合に限られず、 例えば上 仕切壁' 2 0 a と下仕切壁 2 0 b に設置 したバ一ナを組み合わせて 1 つの 蓄熱型パーナ シス テム 4を構成する こ と も可能であ る。

以上のよ う に構成されているので、 蓄熱型ハ'一ナ シス テム 4 の一方の パーナ例えばバーナ 5 を燃焼させれば、 火炎及び燃焼ガスが加熱管 3 に 沿って平行に流れてから対向する他の蓄熱型パーナ シス テム 4 の停止中 のパーナ例えばバーナ 6 のバ一ナス ロー 卜から燃焼ガス排気系 9 を通つ て排気され、 他のゾー ン 2 には流出せずに炉外へ排出される。 このと き、 火炎及び燃焼ガス の輻射熱によ って加熱管 3 内を流れる被加熱流体は加 熱される。 こ こで、 燃焼用空気は蓄熱体 7 で予熱されてからバーナボデ ィ 1 4內に供拾されるため排ガス温度に近い髙温 （ 1 0 0 0。C前後） で ある。 したがって、 燃料ノ ズル 1 5 から噴射された燃料と混合されたと き、 少ない燃料でも安定燃焼し髙温の燃焼ガスが得られる。 しかも、 燃 焼量の増減に伴って燃焼用空気の湿度も即座に変化するので燃焼ガスの 温度調整の応答性が良い。 一方、 他方のパーナ 6 では該バーナ 6 向けの 燃料供耠系 1 1 が三方弁 1 2で閉じ られ、 かつ四方弁 1 0 の切替えによ つて燃焼ガス排気系 9 と接铳されているため、 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一ナ 6 及 びそれに付帯する蓄熟体 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 1 0 を通って排出される。

そこで、 各ゾー ン 2 a , 2 b , 2 c， 2 dで発生した燃焼ガス は他の ゾー ンに流出する こ とな く ゾー ン 2 a , 2 b , 2 c， 2 d毎に蓄熱体 7 を轾て炉外に排気される。 このため、 蓄熱型パーナ シス テム 4 によ って 各ゾーン 2 a， 2 b， 2 c , 2 d毎に互いに独立して温度制御が可能と なる。 そこで、 各ゾー ン 2 a， 2 b , 2 c , 2 d の燃焼量を独立して制 ¾する こ と によ っ て、 被加熱流体の境界層温度をコ 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 2 a , 2 b， 2 c， 2 d においてほぼ同じ温度レベルと な る よ う に、 各ゾー ン 2 a , 2 b , 2 c , 2 d毎に ヒ 一 ト フ ラ ッ ク ス ノ、'タ ー ン を設定 す る こ と がで き る。 即 ち、 各ゾー ン 2 a , 2 b， 2 c , 2 d 毎に コ ー キ ン グを起こ さ ない限界近く まで ヒ ー ト フ ラ ッ ク ス を大き く 設定でき る。 こ のよ う な状況におけ る加熱炉の運転は、 例えば、 上述の ヒ 一 ト フ ラ ッ ク ス パタ ー ン設定に見合う各ゾー ン 2 a , 2 b , 2 c , 2 d 毎の蓄熱型 パーナ シ ス テ ム 4 , 4 , ···, 4 の燃焼量をあ らか じめ求め、 加熱炉全体 の燃焼量に対する各ゾー ン 2 a , 2 b , 2 c , 2 d の燃焼貴の割合を変 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 体の燃焼量を制街すれば、 高い加熟効率を維持 しつつ加熟処理量を操作 でき る。 こ の と き、 加熱炉出口の温度セ ンサ 2 4 を用いて加熱炉出口で の被加熱流体温度を測定し、 これに基づいて各ゾー ンの蓄熱型バ一ナ シ ス テ ム 4 の燃焼量を同 じ割合で変化させ る。 燃焼と排気の切替えは例え ば 2 0秒〜 2 分間隔、 好ま し く は約 1 分以内、 最も好ま し く は 4 0 秒程 度の間隔で行うか、 あ るいは排出される燃焼ガスが所定の温度例えば 2 0 0 で程度と なった と きに行う。

F i g . 3 A及び F i g . 3 Bに他の実施例を示す。 こ の実旌例は、 コ ィ ルパ スを構成する加熱管 3 3 によ つ てコ ィ ル パ スを複数ゾー ン に区 画するよ う に した ものである。 即ち、 炉体 3 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 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 3 2 a , 3 2 b を形成す る よ う に している。 炉体 3 1 の底部付近か ら導入 した加熱管 3 3 は、 2 つ に分け られ左右の炉壁に沿って敷設され、 2 コ イ ル パ ス を構成す る。 各 加熱管 3 3， 3 3 , ···, 3 3 は炉外において ϋ型接統管 3 5 によ っ て連 結され、 各々 コ イ ルパ スを形成 している。 そ して、 炉壁に沿って敷設さ れる加熱管群 3 3 , 3 3 , ···, 3 3 の一部、 例えば加熱炉の中程の加熱 管 3 3 ' ， 3 3 ' を炉壁か ら離 して中央寄り に Ε管 し、 炉内を加熱管 3 3 ' , 3 3 ' で区画するよ う に している。 これによ つて、 炉内を仕切る 加熱管 3 3 ， ， 3 3 ， より も下に位置する加熱管 3 3 , 3 3 を第 1 の ゾ ー ン、 上に位置する加熱管 3 3 , 3 3 を第 2 のゾー ン と して、 2 つのコ ィ ルパスを 2 ゾー ン に分割している。 そ して、 各ゾー ン 3 2 a , 3 2 b の伊壁にそれぞれ 1 シ ス テ ム の蓄熱型パーナ シ ス テ ム 3 4 , · ·, 3 ⁴ が 配置され、 加熱管 3 3 , ···, 3 3 に沿って火炎が形成され対向する壁面 に設置された他の蓄熱型バ一ナ シス テ ム 3 のバ一 ナか ら燧'焼ガ ス が排 気される よ う に設け られている。 こ の場合にも、 各ゾー ン 3 2 a , 3 2 で発生した撚焼ガス は各ゾー ン 3 2 a， 3 2 の中で ¾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 ¾焼ガスが流出 して影響を与える こ とがない。 こ の実旌例の 場合、 F i g. 1 の実施例と同様に加熱炉出口の温度セ ンサ 2 1 を利用 して加熱炉全体で燧焼量が制御されている。

更に、 F i g. 4 A及び F i g. 4 B に他の実施例を示す。 この実施 例は、 互いに独立 した複数の炉体 4 1 a , 4 1 b , 4 1 c を設ける と共 にこれらを 1 コ イ ルパ スを構成する加熱管 4 3 で接続する こ とによ っ て、 I つ の コ イ ルパ ス 4 3 を複数ゾー ン に分割した も のであ る。 こ の実旌例 の場合、 各ゾー ンが互いに独立 した炉体 4 l a , 4 1 , 4 1 c によ つ て構成され、 各炉体 （即ち各ゾー ン） 4 1 a , 4 1 b, 4 1 c の出口に 温度セ ンサ 4 2 a , 4 2 b , 4 2 c が設置されて各ゾー ン毎に独立 して 燃垸量钊御が行われる点で他の実施例と異なる。 即ち、 各ゾー ン每に設 定された彼加熱流 の温度となるよ う に ゾー ン毎に最適の ヒ ー ト フ ラ ッ ク ス パタ ー ンが得られるよ う に燃焼量が制御されている。 尚、 苻号 4 4 は蓄熱型バーナ シ ス テ ムである。

尚、 上述の実施钶は本発明の好適な実施の一例ではあ るがこれ に隈定 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 変形宾 新たな用紙 施可能である。 例えば、 蓄熱型パー ナ シ ス テ ム 4 は一対のパー ナを交互 に燃焼させる も の に特に限定されず、 F i g . 2 B に示すよ う に、 燃焼 するバーナ 5 1 を一定と し、 蓄熱体 5 2 を排気系 5 3 と燃焼用空気供給 系 5 4 と の間で回転させる こ と によ って、 蓄熱体 5 2 に対する燃焼ガ ス 及び燃焼用空気の流れを相対的に切り替える よ う に して も良い。 即ち、 こ の蓄熱型パー ナ シ ス テ ム 5 0 の場合、 1 つ の バー ナ 5 1 と、 1 つ の排 気用ポー ト 5 5 と、 バーナ 5 1 に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給 系 （ダク ト） 5 4 と、 排気用ポー ト 5 5 と連結されてゾー ン 5 6 内の燃 焼排ガスを抜き出 して大気中な どに排気する排気系 （ダク ト ） 5 3 と、 燃焼用空気供給系 5 4 と排気系 5 3 とに跨っ て E置される回転型蓄熱体 5 2 とで構成されている。 回転型蓄熱体 5 2 は、 円盤状を成 し、 その中 心に S置された回転軸 5 7 を中心に耐熱性金属等か らな る ケー シ ング 5 8 内で回転するよ う に設け られている。 ケー シ ン グ 5 8 は回転軸 5 7 を 通過する径方向の仕切り 5 9 によ っ て 2 つのパ一 ト 6 0 a , 6 0 b に区 分され、 一方のパー ト 6 0 a が燃焼用空気供給系 5 4 のダク 卜 に、 他方 のパー ト 6 0 bが排気系のダク ト 5 3 にそれぞれ連通され、 燃焼用空気 供給系 5 4 と排気系 5 3 の一部をそれぞれ構成している。 したがって、 蓄熱体 5 2 は排気系 5 3 を経て排出される燃焼排ガスによ っ て加熱され、 燃焼排ガ ス と ほぼ同 じ位の高温と されてから燃焼用空気供給系 5 4 のパ 一ト 6 0 a に移り燃焼用空気と接触する。 そ して、 燃焼用空気を燃焼排 ガス よ り僅かに低い温度ま で加熱する。 また、 排気用ポー ト 5 5 は、 例 えば炉体 6 1 に穿孔されたバーナ取付用の孔ある いはそれに装着 される 耐火物の筒等によ って構成されている。 符号 6 1 は加熱管である。

ま た、 本実施例の場合、 燃焼用空気供給系 8 と排気系 9 と を選択的に 蓄熱体 7 に接続させるための流路切替手段と して四方弁を例示している がこれに特に隅定される も のではな く 、 ス プー ルタ ィ プの流路切替弁や その他の流路切替手段の採用が可能であ る

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 炉体と、 該炉体内に敷設され被加熱流体を通過させる加熱管で構 成される コ イ ルパ ス と、 こ の コ イ ルパ ス を複数のゾー ン に分割する手段 と、 各ゾー ン に少な く と も 1 シ ス テ ム以上設置さ れる蓄熱型パーナ シ ス テ ム とか ら成り、 かつ前記蓄熱型パーナ シス テ ム は蓄熱体を通して燃焼 用空気の供給及び燃焼排ガ ス の排出を行い前記蓄熱体に対する燃焼排ガ ス及び燃焼用空気の流れを相対的に切り替え る こ と によ っ て燃焼排ガス の熱で加熱された蓄熱体を通して燃焼排ガ ス の温度に近い高温の燃焼用 空気を供給するよ う に構成されてお り、 各ゾー ン毎に炉内温度を独立 し て制御可能と した こ と を特徴とする管式加熱炉。

2 . 前記コ イ ルパ ス のゾー ン分割は、 炉体の一部をコ イ ルパ ス に向け て突出させた仕切壁を設け、 各仕切壁に前記コ ィ ルパ ス と平行に火炎を 形成する よ う に蓄熱型バーナ シ ス テ ムを設置 して成る こ とを特徴とする 請求の範囲第 1 項記載の管式加熱炉。

3 . 前記コ イ ルパ ス のゾー ン分割は、 コ イ ルパ ス を構成する加熱管の —部を炉体の壁面から離して内側に突出する よ う に設置 し、 加熱管によ つ て区画される こ とを特徴とする請求の範囲第 1 項記載の管式加熱炉。

4 . 前記コ イ ルパ ス のゾー ン分割は、 互いに独立 した炉体に よ っ て構 成される こ と を特徴とする請求の範囲第 1 項記載の管式加熱炉。

5 . 前記蓄熱型バーナ シ ス テ ムは蓄熱体が一体と なっ た 2 基のパーナ を 1 対と して、 こ の 2 基のバーナを短時間に交互に切り替えて燃焼させ る こ とを特徴とする請求の範囲第 1 項記載の管式加熱炉。

6 . 被加熱流体の境界層温度をコ 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 ンにおいてほぼ 同 じ温度 レ ベ ル とする よ う に、 蓄熱型パー ナ シ ス テ ム の ヒ ー ト フ ラ ッ ク ス パ タ ー ンを各ゾー ン毎に独立 して設定する こ と を特徴とする請求の範 囲第 1 項記載の管式加熱炉の燃焼制御方法。

7 . 各ゾー ン毎に設定される ヒ ー ト フ ラ ッ ク スパター ン に見合う各ゾ 一ン毎の蓄熱型パーナ シス テム の燃焼量をあ らか じめ求め、 加熱炉全体 の燃焼量に対する各ゾー ンの燃焼量の割合い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の範囲第 6項記載の管式加熱炉の燃焼制御方法。

8 . ゾー ン毎の被加熱流体出口温度を検知 し、 被加熱流体が設定温度 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の範囲 第 6 項記載の管式加熱炉の燃焼制御方法。

補正された請求の範囲

[1993年 3月 29曰（29.03.93)国際事務局受理；出願当初の請求の範囲 1,6および 7は補正され た;他の請求の範囲は変更なし。 （2頁)】

1 . (補正後） 炉体と、 該炉体内に敷設され被加熱流体を通過 させ る 加熱管で構成される コ ィ ル パ ス と、 こ の コ ィ ルパ ス を複数の ゾー ン に 分 割する手段と、 各ゾー ン に少な く と も 1 シ ス テ ム以上設置さ れる蓄熱型 交番燃焼シ ス テ ムを設け、 各ゾー ン毎に炉内温度を独立 して制御可能と した こ とを特徴とする管式加熱炉。

2 . 前記コ イ ルパ ス のゾー ン分割は、 炉体の一部をコ イ ル パ ス に向け て突出させた仕切壁を設け、 各仕切壁に前記コ ィ ルパ ス と平行に火炎を 形成する よ う に蓄熱型バ一ナ シ ス テ ムを設置 して成る こ と を特徵とする 請求の範囲第 1 項記載の管式加熱炉。

3 . 前記コ イ ル パ ス のゾー ン分割は、 コ イ ルパ ス を構成する加熱管の —部を炉体の壁面から離して内側に突出する よ う に設置 し、 加熱管によ つ て区画される こ とを特徴とする請求の範囲第 1 項記載の管式加熱炉。

4 . 前記コ イ ルパ ス のゾー ン分割は、 互いに独立 した炉体に よ っ て構 成される こ と を特徴とする請求の範囲第 1 項記載の管式加熱炉。

5 . 前記蓄熱型パーナ シ ス テ ムは蓄熱体が一体と なっ た 2 基のバー ナ を 1 対と して、 こ の 2 基のパーナを短時間に交互に切り替えて燃焼させ る こ とを特徴とする請求の範囲第 1 項記載の管式加熱炉。

6 . (補正後） 被加熱流体の境界層温度を 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 に おいてほぼ同 じ温度レ ベル とするよ う に、 蓄熱型交番燃焼シ ス テ ム の ヒ 一 ト フ ラ ッ ク スパタ ー ンを各ゾー ン毎に独立 して設定する こ とを特徴と する請求の範囲第 1 項記載の管式加熱炉の燃焼制御方法。

7 . (補正後） 各ゾー ン毎に設定される ヒ ー ト フ ラ ッ ク ス パ タ ー ン に 見合う各ゾー ン毎の蓄熱型交番燃焼シ ス テ ム の燃焼量をあ らか じ め求め、 加熱炉全体の燃焼量に対する各ゾー ン の燃焼量の割合いを変えずに加熱 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の範囲第 6 項記載の管式加熱炉の燃焼 制御方法。

8 . ゾー ン毎の被加熱流体出口温度を検知 し、 被加熟流体が設定温度 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の範囲 第 6項記載の管式加熱炉の燃焼制鉀方法。