JP2003519773A - 管式加熱炉 - Google Patents
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Abstract
Description
加熱されるサーマル・プロセッシング・プラント(Thermoprozessanlage)に関
する。
d)が間接的に加熱され、この場合熱エネルギは、加熱のため、相変換(Phasenu
mwandlung)のため、反応熱(熱吸収性の反応(endotherme Reaktion))として
又はこれらの効果の複合のために使用される。流体は、多くの場合その熱限界に
まで負荷される加熱管内において案内される。この場合局部的な過熱が生じるこ
とは許されない。
ラント1が示されている。サーマル・プロセッシング・プラント1は、例えば煉
瓦積みされた炉壁2によって取り囲まれた各1つの内室を有しており、この内室
の中には加熱管4が配置されている。これらの加熱管4を加熱するために、炉壁
2の貫通孔内にはバーナ6が配置されている。図7に示された構成では加熱管4
は、それぞれ鉛直方向に互いに並んで列を成して配置されているので、対を成し
た管列7の間には各1つの通路(Gasse)8が形成されている。バーナ6は
燃料及び空気に軸方向の流出インパルスを与え、通路8内に火炎を放射する。こ
の場合熱は特に火炎及びガス放射によって、加熱管4に伝達される。炉壁2から
の放射は加熱管4に不均一に衝突する。
火炎なしの酸化作用を有するバーナの使用のためには構成されておらず、このよ
うなバーナは、加熱管4に対しては有害である還元雰囲気の比較的大きな領域を
形成する。
に内室3のほぼ真ん中に配置されている。炉壁2の貫通孔には渦流バーナ(Dral
lbrenner)6′が設けられており、これらの渦流バーナ6′は燃料及び供給され
る燃焼空気に、ほぼ半径方向の流出インパルスを与える。火炎及び炉壁2の加熱
された領域は、火炎からのエネルギの大部分を放射によって加熱管4に伝達する
。放射強度の高いゾーンは小さく、そのため、多数の渦流バーナ6′を設けるこ
とが必要である。
回避しながら管を均一に加熱することができる加熱装置を提供することである。
そしてこの場合可能な限りコンパクトな配置形式の得られることが望まれている
。
は対向して位置している炉壁に、より高温の大きなゾーンを生ぜしめることがで
き、このようなゾーンは陰影形成なしに、加熱管と放射交換する。エネルギは固
体放射(壁−管)、ガス放射(反応ゾーン−管)及び対流(完全に反応した燃焼
成分−管)によって均一に伝達される。
パルスを与える。この流出インパルスは有利には次のような、すなわち噴流が対
向して位置している炉壁に達し、かつそこで高温のスポット/領域を生ぜしめる
。バーナは燃料空気混合物・流出開口を有していても、又は燃料と空気のための
別個の流出開口を有していてもよい。そしてこれによって熱が加熱管に放射され
る。
ナ近傍においては温度ピークが形成されないので、バーナの前において互いに角
度をおいて位置する管列区分は、比較的近くにおいてまとめられることができる
。燃焼ガスの広域にわたる再循環は、特に火炎なしの酸化時に、極めて高い空気
予加熱時にもNOx放出の最適な降下を可能にする。形成される比較的大きな還
元領域は、管の配置形式に基づいて加熱管と接触しない。さらに管の配置形式は
、コンパクトな構造形式と、加熱管における温度ピークなしの高い熱伝達性能と
を可能にする。
をも可能にし、通常火炎形成時に安定性に関する問題を生ぜしめるような組成の
変化する燃料の使用をも可能にする。
セッシング・プラントを示す水平方向断面図である。
面図である。
斜視図である。
る。
図である。
ある。
ある。
図である。
していて壁を形成している煉瓦積みされた炉壁2(2a,2b)を備えている。
炉室3内には複数の加熱管4が配置されていて、これらの加熱管4内を、加熱さ
れる又は高温に保たれる流体が流れる。この流体は、加熱管4を通る途中で化学
的に変化させられる。
ザグの列10を成して配置されている。この場合加熱管4の各グループ11は管
列区分を形成しており、これらの管列区分は、互いに対して平行に方向付けられ
ているのではなく、0とは異なった有利には鋭角(例えば30°〜80°)を互
いに間に成している。列区分11,12によって形成される角度は、互いに向か
い合っている両方の炉壁2a,2bに向かって交互に開放している。図1に示さ
れた実施例では、グループ11,12によって形成された列区分は、それ自体そ
れぞれ真っ直ぐであり、この場合グループ11の区分は互いに平行である。グル
ープ12の列区分もまたこの実施例では真っ直ぐでありかつ互いに平行である。
しかしながらまた、グループ11,12の列区分がそれぞれ湾曲されていたり、
円弧状になるように、加熱管4を配置することも可能である。
ーナ6a,6bは炉壁2a,2bの相応な開口に位置決めされている。バーナ6
a,6bは図1に示された実施例では、火炎なしの酸化(flammenlose Oxidatio
n)のために調整されたバーナである。これらのバーナ6a,6bは燃料空気噴
流、つまり軸方向の流出インパルスを有する量流14a,14bを生ぜしめ、こ
の軸方向の流出インパルスは、それぞれ対向して位置している炉壁2a,2bに
向けられている。バーナ流出部においては相応な流体技術的な構成によって、炎
の安定化が阻止される。
合う2つの加熱管4の間を通り、この隣接し合う2つの加熱管4のうちの1つは
、グループ11に所属し、他方の加熱管4はグループ12に所属している。これ
によって、図1に矢印15で示された広域にわたる再循環流が形成され、そして
グループ11,12の列区分の間には広域にわたる反応ゾーンが生じる。
torbrenner)又は蓄熱式バーナ(Regeneratorbrenner)として構成されており、
このようなバーナは高い空気予加熱を可能にする。例えば図6に、レキュペレー
タバーナ6の原理図が示されている。このレキュペレータバーナ6は中央の燃料
供給導管17を有しており、この燃料供給導管17は軸方向の流出インパルスを
もって流出させる。さらにバーナ6は空気供給部18を有しており、この空気供
給部18は流出する燃焼空気に同様に軸方向の流出インパルスを与える。空気供
給部18はレキュペレータ管19を介して、逆方向で排ガス導管20を介して炉
室から導かれる排ガス流との間で熱交換する。レキュペレータ管19は熱交換器
である。バーナ6を通して排ガスを排出することによって、温度調整ゾーンは互
いに僅かしか影響し合わなくなる。
のバーナ6が配置されており、この場合バーナ6(6a,6b)はそれぞれ、加
熱管4に対して横方向に向けられた流出インパルスを生ぜしめ、かつグループ毎
に、加熱管4に対して平行に向けられた列を成して配置されている。バーナ6a
は均一な間隔をおいて配置されていても又は異なった間隔をおいて配置されてい
てもよい。例えば下流に向けられた流体流の場合第1ゾーンにおいては比較的大
きなバーナ数(高いバーナ密度)が存在しており、これによって流入する流体流
をまず初めに迅速に加熱することができ、この場合その下に位置しているゾーン
2,3には相応に僅かな数のバーナ6で、得られた温度を十分に維持することが
できる。
管4に対して平行に向けられていて、ひいてはこれらの加熱管4に対して平行に
向けられた流出インパルスを有している。これらのバーナは有利にはジグザグに
、グループ11,12(図1)によって制限された炉室3の領域16の上もしく
は下に配置されている。これらのバーナは例えばプラントの始動時、つまり最初
の加熱のために働き、この場合これらのバーナは加熱管4に対して平行に火炎を
放射し、かつ後で遮断され、火炎なしの酸化に切り換えられるか又はさらに運転
される。有利な実施例ではバーナ6′は、火炎を生ぜしめる火炎ホルダ(Flamme
nhalter)を備えたバーナであり、これに対してバーナ6a,6bは、火炎なし
の酸化のために構成されていて例えば加熱された状態において初めて接続される
、火炎ホルダのないバーナである。必要とあらば、バーナ6a,6bはしかしな
がらまた切換え可能なバーナであってもよく、このようなバーナは点火のために
はまず初め火炎をもって作動し、必要な温度が得られると、火炎なしの運転に切
り換わる。
する: 運転中、バーナ6a,6bは加熱管4に対して横方向にかつ炉壁2a,2bに
対してほぼ直角に、燃料空気噴流を放出し、この燃料空気噴流はそれぞれ対向し
て位置している炉壁2a,2bに向けられている。噴流は隣接し合う加熱管4の
間を貫流して、火炎なしの酸化が行われる酸化ゾーン16に達する。この酸化ゾ
ーン16において自由になる熱はガス流が炉壁2a,2bに達し、この炉壁2a
,2bにおいて、強く加熱された相応な領域21が形成される。この領域21か
らの熱放射は、酸化ゾーン16からの熱放射同様、陰影(Abschattung)なしに
加熱管4に衝突する。熱分布は比較的均一であり、つまりすべての加熱管4はほ
ぼ等しい熱量を有している。
生ぜしめられる(矢印15参照)。この広域にわたる再循環は、各グループ11
,12の加熱管4をそれぞれ取り囲み、これによって均一かつ対流的な熱伝達が
達成される。加熱管4は、還元雰囲気(reduzierende Atmosphaere)が存在する
酸化ゾーン16の外側に位置しており、これによって相応な管摩耗が防止される
。
置されている。加熱管の数、加熱管相互の間隔及び、グループ11,12の区分
が互いに成す角度とによって、加熱管4への熱分布に有利な影響を与えることが
できる。加熱管の角度、数及び間隔によって、管表面に対する炉壁2の綿製の比
を規定することができ、この場合有利には、管表面の面積と炉壁の面積とが互い
にほぼ同じであることが望ましい。
っていると、炉室3内における熱分布に対して所望のように付加的に影響を与え
ることができる。
が示されている。この実施例では、火炎なしの酸化のために構成されたバーナの
代わりに、それぞれ対向して位置する炉壁2a,2bに向けられた火炎を生ぜし
めるバーナ6が設けられている。しかしながら加熱管4のジグザグ状の配置形式
及び広域にわあたる流れ状態は、図1に示された実施例におけると同様である。
また、図3に示されているように付加的なバーナ6′が設けられていてもよい。
熱管4を波形に形成された列に配置することが可能である。このような列もまた
、加熱管4のグループ11,12によって形成されかつ互いに平行に方向付けら
れていない区分を有している。図1及び図2に示された実施例と同じに、グルー
プ11,12は有利には同数の加熱管4を有しており、この場合グループ11の
加熱管4とグループ12の加熱管4との間の間隔は、対応するバーナ6を起点と
して対向して位置している炉壁に到るまで増大している。間隔の増大は直線的で
ある必要はない。同様に加熱管4同士の間における間隔も等間隔である必要はな
い。
でき、この加熱管4′は例えば過熱管(Ueberhitzerrohr)として働き、別のプ
ロセス段階に配属されているか、又はさもなくば加熱管4とは基本的に異なった
条件下にある。しかしながら付加的な管4′を、これらの管4′がサーマル・プ
ロセッシング・プラント1の上記運転に対して殆ど影響を与えないように、配置
することが望まれる。
配置されている加熱管4を有している。それぞれ「波の山」及び「波の谷」にバ
ーナが設けられていて、これらのバーナは、対向して位置している炉壁に向けら
れたガス噴流を生ぜしめる。炉壁及び反応ゾーンの放射熱(燃焼熱)が加熱管を
均一に加熱する。
グ・プラントを示す水平方向断面図である。
る。
ある。
。
。
Claims (8)
- 【請求項1】 加熱装置、特にサーマル・プロセッシング・プラント(1)
であって、 加熱可能な内室(3)を少なくとも部分的に制限する壁装置(2)が設けられ
ており、 単数又は複数の加熱される流体を案内する加熱管(4)が設けられていて、こ
れらの加熱管(4)が、内室(3)内において互いにほぼ平行に配置されており
、 内室(3)を加熱するために加熱管(4)に対して横方向に配置されたバーナ
(6)が設けられていて、これらのバーナ(6)が、壁装置(2)の対向して位
置している区分(21)に向かって方向付けられており、加熱管(4)が、少な
くとも2つの区分(11,12)を有する列(10)を成して配置されており、
前記区分(11,12)がそれぞれバーナ(6)から離れる方向に開放している
ことを特徴とする加熱装置。 - 【請求項2】 管が互いに間隔をおいて、ジグザグ状、波形又は蛇行状の列
(10)に配置されており、該列(10)が、壁装置(2)の互いに平行な2つ
の壁(2a,2b)の間を延びている、請求項1記載の加熱装置。 - 【請求項3】 バーナが次のように、すなわち各バーナ(6)からのガス噴
流が互いに隣接し合う2つの加熱管(4)の間を通ってほぼ自由な内室領域に向
けられるように、方向付けられている、請求項1記載の加熱装置。 - 【請求項4】 加熱管(4)に対して横方向に方向付けられたそれぞれ複数
のバーナ(6)が、1つのグループ(11,12)に配置されており、該グルー
プにおいてバーナがそれぞれ列を成して配置されていて、互いに対して平行に方
向付けられている、請求項1記載の加熱装置。 - 【請求項5】 幾つかのバーナ(6′′)がほぼ加熱管(4)に対して平行
に方向付けられている、請求項1記載の加熱装置。 - 【請求項6】 バーナ(6)が、空気予加熱のための装置を備えている、請
求項1記載の加熱装置。 - 【請求項7】 バーナ(6)が、内室(3)内に導入される燃料の火炎なし
の酸化を生ぜしめる状態を形成するように、構成されている、請求項1記載の加
熱装置。 - 【請求項8】 バーナが、内室(3)に導入される燃料及び燃焼空気に、渦
流を殆ど又はまったく有していない主として軸方向の流出インパルスを与える、
請求項1記載の加熱装置。
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