(57)【要約】【課題】反応管の割れやコーキングを発生させることなく、反応炉内の温度差を小さくすることができる高温空気燃焼技術を用いた反応炉の燃焼制御方法を提供する。【解決手段】隣接する２本以上の反応管７の間に形成された空間に反応管７が延びる方向に向かって燃料を噴射するように、第２バーナ８を配置する。燃焼室２内の排気ガスを通気性を有する蓄熱体を通して炉外に排出し、蓄熱体の顕熱で高温に加熱した燃焼用空気を第２バーナ８に供給する第２バーナ用燃焼用部分空気供給装置１０，１１を設ける。炉本体１内が高温空気燃焼状態になるまでは第１バーナ３ａ〜６ａのみを燃焼させて反応炉内の温度を上昇させる。そして炉本体１内が高温空気燃焼状態になった後に、第２バーナ８の燃焼を開始し、以後第２バーナ８の燃焼量の増加に伴って複数の第１バーナ３ａ〜６ａの燃焼量を減少させて必要な燃焼状態を得る。【選択図】  図１
2004257607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に燃焼室を有する炉本体と、
前記炉本体の炉壁の対向する一対の壁部間に設置されて互いに同じ方向に延びるように並設された複数の反応管と、
前記複数の反応管の外側に配置され且つ前記炉本体の炉壁に設けられて前記燃焼室内において燃料を燃焼する複数の第１バーナと、
前記複数の反応管の隣接する２本以上の前記反応管の間に形成される空間に反応管管軸方向に向かって燃料を噴射するように、前記一対の壁部の前記複数の反応管が設置されている一対の固定領域の少なくとも一方に固定された１以上の第２バーナと、
前記燃焼室内の排気ガスを通気性を有する蓄熱手段を通して炉外に排出し且つ前記蓄熱手段の顕熱で高温に加熱した燃焼用空気を前記燃焼室内に供給する熱交換型燃焼用空気供給装置とを備えた反応炉の燃焼制御方法であって、
前記反応炉内が高温空気燃焼状態になるまでは前記複数の第１バーナのみを燃焼させて前記反応炉内の温度を上昇させ、
前記反応炉内が高温空気燃焼状態になった後に、前記１以上の第２バーナの燃焼を開始し、
以後前記１以上の第２バーナの燃焼量の増加に伴って前記複数の第１バーナの燃焼量を減少させて必要な燃焼状態を得ることを特徴とする反応炉の燃焼制御方法。
【請求項２】
内部に燃焼室を有する炉本体と、
前記炉本体の炉壁の対向する一対の壁部間に設置されて互いに同じ方向に延びるように並設された複数の反応管と、
前記複数の反応管の外側に配置され且つ前記炉本体の炉壁に設けられて前記燃焼室内において燃料を燃焼する複数の第１バーナと、
前記複数の反応管の隣接する２本以上の前記反応管の間に形成される空間に反応管管軸方向に向かって燃料を噴射するように、前記一対の壁部の前記複数の反応管が設置されている一対の固定領域の少なくとも一方に固定された１以上の第２バーナと、
前記燃焼室内の排気ガスを通気性を有する蓄熱手段を通して炉外に排出し且つ前記蓄熱手段の顕熱で高温に加熱した燃焼用空気を前記燃焼室内に供給する熱交換型燃焼用空気供給装置とを備えた反応炉の燃焼制御方法であって、
前記反応炉内が高温空気燃焼状態になるまでは主として前記複数の第１バーナを燃焼させて前記反応炉内の温度を上昇させ、
前記反応炉内が高温空気燃焼状態になった後に、前記１以上の第２バーナの燃焼量を増大させ、
以後前記１以上の第２バーナの燃焼量の増加に伴って前記複数の第１バーナの燃焼量を減少させて必要な燃焼状態を得ることを特徴とする反応炉の燃焼制御方法。
【請求項３】
前記必要な燃焼状態が得られた以降は、前記必要な燃焼状態が得られたときの前記複数の第１バーナの燃焼量と前記１以上の第２バーナの燃焼量との燃焼割合を維持することを特徴とする請求項１または２に記載の反応炉の燃焼制御方法。
【請求項４】
前記複数の第１バーナの燃焼量と前記１以上の第２バーナの燃焼量との燃焼割合が、８０：２０〜０：１００の範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の反応炉の燃焼制御方法。
【請求項５】
前記複数の反応管のそれぞれの円周方向の管壁温度分布が極端に不均一な状態にならない前記燃焼状態を得ることを特徴とする請求項１または２に記載の反応炉の燃焼制御方法。
【請求項６】
前記複数の第１バーナの燃焼量と前記１以上の第２バーナの燃焼量との燃焼割合が、５０：５０〜０：１００の範囲にあることを特徴とする請求項５に記載の反応炉の燃焼制御方法。
【請求項７】
前記排気ガス中の酸素濃度の平均値が、３．５〜６％の範囲になるように前記熱交換型燃焼用空気供給装置から前記燃焼室内に供給される空気の量が定められていることを特徴とする請求項６に記載の反応炉の燃焼制御方法。
【請求項８】
内部に燃焼室を有する炉本体と、
前記炉本体の炉壁の対向する一対の壁部間に設置されて互いに同じ方向に延びるように並設された複数の反応管と、
前記炉本体の炉壁に設けられて前記燃焼室内において燃料を燃焼する複数の第１バーナと、
前記複数の反応管の外側に配置され且つ前記燃焼室内の排気ガスを通気性を有する１以上の蓄熱体を通して炉外に排出し、前記１以上の蓄熱体の顕熱で高温に加熱した燃焼用空気を前記複数の第１バーナに供給するように構成された複数の第１バーナ用燃焼用部分空気供給装置と、
前記複数の反応管の隣接する２本以上の前記反応管の間に形成される空間に反応管管軸方向に向かって燃料を噴射するように、前記一対の壁部の前記複数の反応管が設置されている一対の固定領域の少なくとも一方に固定された１本以上の第２バーナと、
前記燃焼室内の排気ガスを通気性を有する１以上の蓄熱体を通して炉外に排出し、前記１以上の蓄熱体の顕熱で高温に加熱した燃焼用空気を前記１本以上の第２バーナに供給する１以上の第２バーナ用燃焼用部分空気供給装置とを具備し、
前記反応炉内が高温空気燃焼状態にあるときの前記複数の第１バーナの燃焼量と前記１以上の第２バーナの燃焼量との燃焼割合が、５０：５０〜０：１００の範囲にあることを特徴とする反応炉。
【請求項９】
前記排気ガス中の酸素濃度の平均値が、３．５〜６％の範囲になるように前記第１バーナ用燃焼用部分空気供給装置及び／または第２のバーナ用燃焼用部分空気供給装置から前記燃焼室内に供給される空気の量が定められていることを特徴とする請求項８に記載の反応炉。
【請求項１０】
前記複数の第１バーナが前記一対の壁部の一方に固定され、複数の前記第２バーナが前記一対の壁部の他方に固定されていることを特徴とする請求項８に記載の反応炉。
【請求項１１】
前記第２バーナは、最高ガス温度が５００℃以上となる部分燃焼火炎を形成する構造を有している請求項１０に記載の反応炉。
【請求項１２】
前記第１バーナと前記第１バーナ用燃焼用部分空気供給装置とが組み合わされて１台の高温空気燃焼型蓄熱バーナが構成されており、
前記第２バーナと前記第２バーナ用燃焼用部分空気供給装置とが組み合わされて１台の高温空気燃焼型蓄熱バーナが構成されている請求項８に記載の反応炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温空気燃焼技術を用いた反応炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１１−１７９１９１号公報（特願平９−３５７２６３号）には、複数の反応管により横に並んだ複数の反応管列を構成し、高温空気燃焼型蓄熱式燃焼装置を用いて炉内の温度を上昇させて複数の反応管における反応効率を向上させる技術が開示されている。また特開２００１−１５２１６６公報（特願平１１−３４３６２４号）には、燃焼室を大型化することなく、反応管列が配置される温度場の温度差をできるだけ小さくすることができる高温空気燃焼技術を用いた反応炉に関する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１７９１９１号公報
【０００４】
【特許文献２】特開２００１−１５２１６６公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
高温空気燃焼技術を用い反応炉内の温度差をできるだけ小さくしても、反応管の本数や反応管列が多くなると、反応管それ自体が伝熱の抵抗となり、複数の反応管間の空間の温度とこれらの空間の外側の空間の温度との差が大きくなる傾向が現れる。このような温度差は、反応管の割れの発生原因やコーキングの発生原因となるため、このような温度差を小さくする必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、反応管の割れやコーキングを発生させることなく、反応炉内の温度差を小さくすることができる高温空気燃焼技術を用いた反応炉の燃焼制御方法及び反応炉を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、上記目的に加えて、複数の反応管のそれぞれの円周方向の管壁温度分布に大きな不均一が生じるのを防止できる反応炉の燃焼制御方法及び反応炉を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、上記目的に加えて、熱効率を下げることなく、しかもＣＯ濃度の増加を抑制することができる反応炉の燃焼制御方法及び反応炉を提供することにある。
【０００９】
本発明の目的は、上記目的に加えて、従来よりも受熱量（伝熱効率）を大きくすることができる反応炉の燃焼制御方法及び反応炉を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
高温空気燃焼技術を用いる反応炉は、内部に燃焼室を有する炉本体と、炉本体の炉壁の対向する一対の壁部間に設置されて互いに同じ方向に延びるように並設された複数の反応管と、複数の反応管の外側に配置され且つ炉本体の炉壁に設けられて燃焼室内において燃料を燃焼する複数の第１バーナと、燃焼室内の排気ガスを通気性を有する蓄熱手段を通して炉外に排出し且つ蓄熱手段の顕熱で高温に加熱した燃焼用空気を燃焼室内に供給する熱交換型燃焼用空気供給装置とを備えている。
【００１１】
一般的に、複数の反応管は炉本体内の燃焼室を囲む炉壁の対向する一対の炉壁（例えば底壁と天井壁）間に直接または支持構造を介して取り付けられている。また複数の第１バーナは、炉壁の底壁、天井壁、側壁のいずれかに取り付けられる。燃焼用空気は、一般的に蓄熱体の顕熱で８００℃以上の高温に加熱される。第１バーナと第１バーナ用燃焼用部分空気供給装置とが組み合わされて１台の高温空気燃焼型蓄熱式バーナを構成してもよい。高温空気燃焼型蓄熱式バーナとしては、例えば特開平１１−２２３３３５号公報及び特開２０００−３９１３８公報等に示されている周知の連続燃焼式蓄熱バーナシステムを用いることができる。この種の連続燃焼式蓄熱バーナシステムでは、１台のバーナ内部に分割した蓄熱体を有し、一部の蓄熱体に燃焼用空気を供給し、同時に他の部分の蓄熱体は燃焼ガスを吸引して蓄熱を行う。空気供給及び燃焼ガス排出の流路は一定周期で切り換えられ、１台のバーナシステム内部で蓄熱／放熱が繰り返される。高温空気の吐出口は切換と共に周方向に移動するが、燃料は１本のバーナから連続的に供給できる。また高温空気燃焼型蓄熱式バーナは、いわゆる交番式蓄熱バーナを用いて構成することもできる。交番式蓄熱バーナは、１つの蓄熱体全体に燃焼用空気と排気ガスとを交互に流して、燃焼用空気を蓄熱体の顕熱で加熱するものであり、大別してバーナの燃焼を連続する連続燃焼タイプと、バーナの燃焼を断続する断続燃焼タイプとがある。連続燃焼タイプのものは、例えば特開平５−２５６４２３号公報や特開平６−１１１２１号公報に示されている。また断続燃焼タイプの一例は、特開平１−２２２１０２号公報に示されている。
【００１２】
特に本発明が制御の対象とする反応炉は、複数の反応管の隣接する２本以上の反応管の間に形成される空間に反応管管軸方向に向かって燃料を噴射するように、一対の壁部の複数の反応管が設置されている一対の固定領域の少なくとも一方に固定された１以上の第２バーナを備えている。本発明のように、複数の反応管の集合体の内部に１本以上の第２バーナを配置すれば、外側に位置する反応管の陰に位置する内側の反応管に対しても第２バーナからの熱を加えることができる。そのため、複数の反応管の集合体の内部における温度場をコントロールできるので、反応炉内の温度差を小さくすることができる。
【００１３】
しかしながら第２バーナの燃焼を燃焼開始当初から積極的に行うと、燃焼開始当初に第２バーナからの熱が温度場内に大きな温度差を生じさせたり、局部過熱を生じせる。また燃焼炉内の温度が高温空気燃焼状態に達した後には、複数の第１バーナからの熱が温度場内に温度差を生じさせる。そこで本発明の燃焼制御方法では、原則的に、反応炉内が高温空気燃焼状態になるまでは複数の第１バーナのみを燃焼させて反応炉内の温度を上昇させる。そして反応炉内が高温空気燃焼状態になった後に、１以上の第２バーナの燃焼を開始し、以後１以上の第２バーナの燃焼量の増加に伴って複数の第１バーナの燃焼量を減少させて必要な燃焼状態を得る。なお反応炉内が高温空気燃焼状態になるまでの間、影響が無い程度に第２バーナを燃焼させてもよい。その場合には、主として複数の第１バーナを燃焼させて反応炉内の温度を上昇させる。そして反応炉内が高温空気燃焼状態になった後に、１以上の第２バーナの燃焼量を増大させ、以後１以上の第２バーナの燃焼量の増加に伴って前記複数の第１バーナの燃焼量を減少させて必要な燃焼状態を得ればよい。
【００１４】
第１バーナと第２バーナを用いる場合に、本発明の燃焼制御方法を採用すると、燃焼開始時において反応炉内の温度場の温度差が、反応管に割れを生じさせたり、コーキングを発生させるほどに大きくなるのを防止できる。また反応炉内が高温空気燃焼状態になった後には、１以上の第２バーナの燃焼量の増加に伴って複数の第１バーナの燃焼量を減少させて必要な燃焼状態を得ることにより、反応炉内の温度場の温度差が、反応管に割れを生じさせたり、コーキングを発生させるほどに大きくなるのを防止できる。
【００１５】
必要な燃焼状態が得られた以降は、必要な燃焼状態が得られたときの複数の第１バーナの燃焼量と１以上の第２バーナの燃焼量との燃焼割合を維持すればよい。これによって温度差の少ない安定した温度場を提供することができる。
【００１６】
複数の第１バーナの燃焼量と１以上の第２バーナの燃焼量との燃焼割合は、８０：２０〜０：１００の範囲にあることが好ましい。８０：２０の燃焼割合では、第１バーナと第２バーナの配置を可能な範囲で様々に変更した場合でも、各反応管の受熱量を大きくすることができる。８０：２０〜５０：５０の燃焼割合でも程度の差はあるものの、受熱量を増大できる。
【００１７】
また複数の第１バーナの燃焼量と１以上の第２バーナの燃焼量との燃焼割合を、５０：５０〜０：１００の範囲にすると、複数の反応管のそれぞれの円周方向の管壁温度分布が極端に不均一な状態にならない前記燃焼状態を得ることができる。特に、最終的に燃焼割合を０：１００にした場合には、複数の反応管のそれぞれの反応管円周方向の管壁温度部分の不均一を最も小さくすることができて、しかもＮＯｘ，ＣＯの発生量を最も低減することができる。なおこれらの場合においては、排気ガス中の酸素濃度の平均値が、３．５〜６％の範囲になるように熱交換型燃焼用空気供給装置から燃焼室内に供給される空気の量を定めると、温度差を更に小さくすることができる。現時点で判っている範囲では、高温空気燃焼状態になった後に、最終的に燃焼割合を０：１００にして酸素濃度を６％にするのが最良の運転モードである。
【００１８】
複数の反応管のそれぞれの円周方向の管壁温度分布が極端に不均一な状態にならない燃焼状態を得るための具体的な本発明の反応炉は、次の構成を有する。内部に燃焼室を有する炉本体と、炉本体の炉壁の対向する一対の壁部間に設置されて互いに同じ方向に延びるように並設された複数の反応管と、前記複数の反応管の外側に配置され且つ炉本体の炉壁に設けられて前記燃焼室内において燃料を燃焼する複数の第１バーナと、燃焼室内の排気ガスを通気性を有する１以上の蓄熱体を通して炉外に排出し、１以上の蓄熱体の顕熱で高温に加熱した燃焼用空気を複数の第１バーナに供給するように構成された複数の第１バーナ用燃焼用部分空気供給装置と、複数の反応管の隣接する２本以上の反応管の間に形成される空間に反応管管軸方向に向かって燃料を噴射するように、一対の壁部の複数の反応管が設置されている一対の固定領域の少なくとも一方に固定された１以上の第２バーナと、燃焼室内の排気ガスを通気性を有する１以上の蓄熱体を通して炉外に排出し、１以上の蓄熱体の顕熱で高温に加熱した燃焼用空気を前記１以上の第２バーナに供給する１以上の第２バーナ用燃焼用部分空気供給装置とを、反応炉は具備する。そして反応炉内が高温空気燃焼状態にあるときの複数の第１バーナの燃焼量と１以上の第２バーナの燃焼量との燃焼割合が、５０：５０〜０：１００の範囲にある。そしてこの場合に、好ましくは、排気ガス中の酸素濃度の平均値が、３．５〜６％の範囲になるように第１バーナ用燃焼用部分空気供給装置及び／または第２のバーナ用燃焼用部分空気供給装置から燃焼室内に供給される空気の量を定める。
【００１９】
複数の第１バーナ及び第２バーナの配置は種々考えられるが、特に複数の第１バーナを一対の壁部の一方に固定し、複数の第２バーナを一対の壁部の他方に固定するのが好ましい。このようにすると第１バーナに対する燃焼用空気及び第１バーナからの熱の一部が第２バーナの近傍に近付くため、第２バーナの近傍に位置する複数の反応管の加熱を助けることになる。ただし第２バーナを一方の壁部に配置した場合でも、各反応管を局部加熱することなく、各反応管の受熱量を大きくすることが容易になる。
【００２０】
なお第２バーナとしては、最高ガス温度が５００℃以上となる部分燃焼火炎を形成する構造を有しているものを用いるのが好ましい。また第１バーナと第１バーナ用燃焼用部分空気供給装置とを組み合わせて１台の高温空気燃焼型蓄熱バーナを構成し、第２バーナと第２バーナ用燃焼用部分空気供給装置とを組み合わせて１台の高温空気燃焼型蓄熱バーナを構成するのが好ましい。このようにすると燃焼制御を最も効率的に実施できる。なお反応管列の内部にはスペースが十分に確保できない場合が多いので、第２バーナ用燃焼用部分空気供給装置は、複数の反応管の外側から１以上の第２のバーナに燃焼用空気を供給するように配置するのが好ましい。反応管の長さが短い場合には、第１バーナのための燃焼用空気供給装置を、第２バーナ用燃焼用部分空気供給装置として兼用することもできる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明を試験用の改質に適用した実施の形態の一例の概略の構成図である。符号１で示したものは、内部に燃焼室２を有する炉本体である。炉本体１は、一対の壁部である底壁（炉床）１ａ及び上壁（炉天井）１ｂと、幅方向（図１の紙面で見た前後方向）に位置する一対の壁部である側壁１ｃ及び１ｄと、横方向（図１の紙面で見た左右方向）の一対の壁部である側壁１ｅ及び１ｆとを備えている。
【００２２】
炉本体１の底壁（炉床）１ａは、実際には図示しない支持構造部によって支持されており、炉本体１の上壁（炉天井）１ｂにはそれぞれ高温空気燃焼型蓄熱式バーナを構成する４台の連続燃焼式蓄熱バーナ３乃至６が固定されている。そして炉本体１の底壁１ａと上壁１ｂとを貫通するように、複数本の反応管７…が配置されている。
【００２３】
ここで用いる連続燃焼式蓄熱バーナ３乃至６は、炉本体１の炉壁に設けられて燃焼室２内において燃料を燃焼する第１バーナ３ａ〜６ａと燃焼室２内の排気ガスを通気性を有する１以上の蓄熱体（図示せず）を通して炉外に排出し、１以上の蓄熱体の顕熱で高温に加熱した燃焼用空気を複数の第１バーナ３ａ〜６ａに供給するように構成された第１バーナ用燃焼用部分空気供給装置３ｂ〜６ｂとが組み合わされて構成されている。このような連続燃焼式蓄熱バーナの構造は、特開平１１−２２３３３５号公報及び特開２０００−３９１３８公報等に詳細に開示されているので説明は省略する。
【００２４】
燃焼用空気の加熱温度は、第１バーナ用燃焼用部分空気供給装置３ｂ〜６ｂ内の回転機構の回転速度、蓄熱体の通気性、蓄熱体の長さ等の要素によって決まる。この例では燃焼用空気の温度が８００℃以上になるようにこれらの要素が決定されている。勿論このような高温に耐えるように各部の材料も選択されている。そして第１バーナ用燃焼用部分空気供給装置３ｂ〜６ｂの後方には、燃焼用空気を供給する図示しない空気ダクトと排気ガスを排出する排気ガスダクトを有するダクト構造体とが設けられ、更にこのダクト構造体の後方には、燃焼用空気を空気ダクトに送り込む押し込み送風機と排気ガスを排気ガスダクトから引き出す誘引送風機とが配置されている。本実施の形態のように４台の連続燃焼式蓄熱バーナ３乃至６を用いる場合には、各連続燃焼式蓄熱バーナのダクト構造体は、例えば１台の押し込み送風機と誘引送風機とによって燃焼用空気の供給と排気ガスの排気とを行えるように、４台のダクト構造体を集合させて構成した集合構造を有している。この例では、２台の連続燃焼式蓄熱バーナ３及び４を反応管７の群の片側に反応管７の管軸方向に沿って燃料を噴射するように配置し、２台の連続燃焼式蓄熱バーナ５及び６を反応管７の群の反対側の片側に反応管７の管軸方向に沿って燃料を噴射するように配置している。図１においては、連続燃焼式蓄熱バーナ３乃至６から出た燃焼用空気の流れを矢印で示している。
【００２５】
７本の反応管７…は、六角形の頂点と六角形の中心にそれぞれ反応管が位置するように配置されている。そして７本の反応管７…の隣接する反応管間に形成される空間に向かって、第２バーナ８…及び９…が配置されている。
【００２６】
７本の反応管７…の隣接する２本以上の反応管の間に形成される空間に反応管７の管軸方向に向かって燃料を噴射するように、４本の第２バーナ８…がそれぞれ配置されている。これらの第２バーナ８…は、複数の反応管７…が設置されている底壁１ａの固定領域にそれぞれ固定されている。
【００２７】
また炉本体１の側壁１ｃには、上下方向に間隔をあけて２台の第２バーナ用燃焼用部分空気供給装置１０及び１１が配置されている。この２台の第２バーナ用燃焼用部分空気供給装置１０及び１１は、前述の連続燃焼式蓄熱バーナ３乃至６のバーナを除いた部分の構成と同様に構成されている。すなわち蓄熱体と回転機構と送風装置等から構成されており、燃焼室２内の排気ガスを通気性を有する蓄熱体を通して炉外に排出し、蓄熱体の顕熱で高温に加熱した燃焼用空気を対応する第２バーナ８に供給する構造を有している。ここで第２バーナ用燃焼用部分空気供給装置１０及び１１から供給される空気量は、第２バーナ８から供給される燃料流量に対する理論燃料空気量の５０％未満にする。そして空気量は、好ましくは３０％未満、より好ましくは５〜２０％にすることがよい。
【００２８】
この構造では反応管７…は、各バーナから出る高温燃焼ガスの輻射熱と炉壁からの輻射熱で加熱される。この実施の形態において、燃焼室２の内部の温度が８００℃以上になるように高温空気燃焼を行うと、燃焼室２内の温度を高くしても、燃焼室２内の反応管７…が配置される温度場の温度差を小さくすることができる。
【００２９】
なお燃焼開始当初から、第２バーナ８の燃焼を積極的に行うと、燃焼開始当初に第２バーナ８からの熱が温度場内に大きな温度差を生じさせたり、局部過熱を生じせることが発明者の研究により分かっている。また炉本体１内が、高温空気燃焼状態に達した後に、複数の第１バーナ３ａ〜６ａからの熱だけでは、温度場内に温度差を生じる。そこで本発明の燃焼制御方法では、原則的に、炉本体１内が高温空気燃焼状態になるまでは複数の第１バーナ３ａ〜６ａのみを燃焼させて炉本体１内の温度を上昇させる。なお炉本体１内が高温空気燃焼状態になるまでの間、影響が無い程度に第２バーナ８を燃焼させてもよい。具体的には、局部過熱が発生しないまたはコーキングが発生しない程度に第２バーナ８を燃焼させておいてもよい。なおその場合においても、高温空気燃焼状態になるまでは、主として複数の第１バーナ３ａ〜６ａを燃焼させて炉本体１内の温度を上昇させることになる。ちなみに高温空気燃焼状態とは、本実施の形態では、炉本体１内が８００℃以上になった状態と定義する。
【００３０】
炉本体１内が高温空気燃焼状態になった後は、第２バーナ８の燃焼を開始するか第２バーナ８の燃焼量の増加を開始する。そして以後第２バーナ８の燃焼量の増加に伴って複数の第１バーナ３ａ〜６ａの燃焼量を減少させて必要な燃焼状態を得る。そして必要な燃焼状態が得られた以降は、必要な燃焼状態が得られたときの複数の第１バーナ３ａ〜６ａの燃焼量と第２バーナ８の燃焼量との燃焼割合を維持する。
【００３１】
必要な燃焼状態は、目標とする運転状態によって変わる。例えば、複数の反応管７のそれぞれの円周方向の管壁温度分布が極端に不均一な状態にならない燃焼状態を得るためには、複数の第１バーナ３ａ〜６ａの燃焼量と第２バーナ８の燃焼量との燃焼割合を、５０：５０〜０：１００の範囲にするのが好ましい。また排気ガス中の酸素濃度の平均値は、３．５〜６％の範囲になるように熱交換型燃焼用空気供給装置を構成する第１バーナ用燃焼用部分空気供給装置３ｂ〜６ｂ及び２台の第２バーナ用燃焼用部分空気供給装置１０及び１１から燃焼室２内に供給される空気の量を定めるのが好ましい。
【００３２】
図２は、図１の構成においては、高温空気燃焼状態になった後に、第１バーナ３ａ〜６ａの燃焼量と第２バーナ８の燃焼量との燃焼割合を０％〜１００％まで変化させたときに各反応管７のそれぞれの円周方向の管壁温度分布中の最高温度差の平均値を測定した結果を示すデータである。この図から分かるように、高温空気燃焼状態になった後においては、第１バーナ３ａ〜６ａの燃焼量を０％に向かって減少させ、第２バーナ８の燃焼量１００％に向かって増加させると、管壁温度分布中の温度差は小さくなる。
【００３３】
図３は、本実施の形態のように第２バーナ８を炉本体１の底壁（炉床）１ａに設けた場合（Ａ）と、後述する別の実施の形態のように第２バーナを炉本体１の上壁（炉天井）１ｂに設けた場合（Ｂ）の第２バーナの使用割合と排気ガス中のＮＯｘの排出値の関係を測定した結果を示す図である。この測定結果から分かるように、高温空気燃焼状態になった後においては、第１バーナ３ａ〜６ａの燃焼量を０％に向かって減少させ、第２バーナ８の燃焼量を１００％に向かって増加させると、第２バーナの設置場所の如何にかかわらず、ＮＯｘを低減できることが分かる。
【００３４】
さらに図４は、高温空気燃焼状態になった後に、第１バーナ３ａ〜６ａの燃焼量と第２バーナ８の燃焼量との燃焼割合を００：１００にしたときに、燃焼室２に供給する空気比（残存酸素濃度）を変化させたときにおける排気ガス中のＮＯｘとＣＯの量の変化の状態を示している。空気比を増加させると（酸素残留濃度を増加させると）、ＣＯは漸次低減するものの、ＮＯｘは増加する傾向を示すことが分かる。
【００３５】
また図５は、高温空気燃焼状態になった後に、第１バーナ３ａ〜６ａの燃焼量と第２バーナ８の燃焼量との燃焼割合を４０：６０にしたときに、燃焼室２内の残存酸素濃度を変化させたときにおける各反応管７のそれぞれの円周方向の管壁温度分布中の最高温度差の平均値を測定した結果を示すデータである。この図５から分かるように、高温空気燃焼状態になった後においては、燃焼室２内の酸素濃度を増加させるほど、管壁温度差は小さくなる。しかしながら図４に示されるＮＯｘの増加傾向とＣＯの増加傾向を考慮すると、好ましい酸素残留濃度は３〜６％である。なお本実施の形態では、最終的に燃焼割合を０：１００にして酸素濃度を６％にするのが最良の運転モードであると考える。
【００３６】
高温空気燃焼状態になった後に、温度場中の温度差をあまり大きくすることなく、受熱量または伝熱効率をできるだけ大きくするためには、第１バーナ３ａ〜６ａの燃焼量を第２バーナの燃焼量よりも大きくするのが好ましいことが分かっている。なおこの点は、出願人の特願２００２−９５６９８に詳しく説明されている。ちなみに８０：２０の燃焼割合では、第１バーナ３ａ〜６ａと第２バーナ８の配置を可能な範囲で様々に変更した場合でも、各反応管の受熱量を大きくすることができる。また８０：２０〜５０：５０の燃焼割合でも程度の差あるものの、受熱量を増大できる。
【００３７】
複数の第１バーナ３ａ〜６ａ及び第２バーナ８の配置は種々考えられるが、本実施の形態のように、複数の第１バーナ３ａ〜６ａを底壁（炉床）１ａに固定し、複数の第２バーナ８を上壁（炉天井）１ｂに固定するのが好ましい。このようにすると、第１バーナ３ａ〜６ａに対する燃焼用空気及び第１バーナ３ａ〜６ａからの熱の一部が第２バーナ８の近傍に近付くため、第２バーナ８の近傍に位置する複数の反応管７の加熱を助けることにより、第２バーナを一方の壁部に配置した場合でも、各反応管を局部加熱することなく、各反応管の受熱量を大きくすることが容易になる。
【００３８】
なお第２バーナ８としては、最高ガス温度が５００℃以上となる部分燃焼火炎を形成する構造を有しているものを用いるのが好ましい。例えば、図６に概念的に示すように、第２バーナ８を炉壁１ｘの壁面よりも所定の距離下げて、第２バーナ８の前方に燃料と空気の混合室１２を形成することにより、部分燃焼火炎を形成することができる。
【００３９】
また第２バーナ８の配置は、均等配置である必要はなく、図７に示すように第２バーナを配置してもよい。また図８に示すように、第２のバーナ９を底壁１ａだけでなく上壁１ｂにも分散して配置してもよい。図８乃至図１２は、本発明が適用できる他の実施の形態における第１バーナと第２バーナの配置態様を示している。これらの図には、図１に示した実施の形態で用いる部材と同様の部材には、図１に付した符号と同じ符号を付して説明を省略する。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼開始時において反応炉内の温度場の温度差が、反応管に割れを生じさせたり、コーキングを発生させるほどに大きくなるのを防止できる利点がある。また反応炉内が高温空気燃焼状態になった後には、１以上の第２バーナの燃焼量の増加に伴って複数の第１バーナの燃焼量を減少させて必要な燃焼状態を得ることにより、反応炉内の温度場の温度差が、反応管に割れを生じさせたり、コーキングを発生させるほどに大きくなるのを防止できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を試験用の分解炉に適用した第１の実施の形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１の構成においては、高温空気燃焼状態になった後に、第１バーナの燃焼量と第２バーナの燃焼量との燃焼割合を０％〜１００％まで変化させたときに各反応管のそれぞれの円周方向の管壁温度分布中の最高温度差の平均値を測定した結果を示す図である。
【図３】第２バーナを炉本体の底壁（炉床）に設けた場合と、後述する別の実施の形態のように第２バーナを炉本体の上壁（炉天井）に設けた場合の第２バーナの使用割合と排気ガス中のＮＯｘの排出値の関係を測定した結果を示す図である。
【図４】高温空気燃焼状態になった後に、第１バーナの燃焼量と第２バーナの燃焼量との燃焼割合を００：１００にしたときに、燃焼室に供給する空気比（残存酸素濃度）を変化させたときにおける排気ガス中のＮＯｘとＣＯの量の変化の状態を示す図である。
【図５】高温空気燃焼状態になった後に、第１バーナの燃焼量と第２バーナの燃焼量との燃焼割合を４０：６０にしたときに、燃焼室内の残存酸素濃度を変化させたときにおける各反応管のそれぞれの円周方向の管壁温度分布中の最高温度差の平均値を測定した結果を示す図である。
【図６】第２バーナの出口部分の構造の一例を示す概略拡大断面図である。
【図７】第２バーナの異なる配置状態を示す図である。
【図８】本発明を試験用の分解炉に適用した第２の実施の形態の概略構成を示す図である。
【図９】本発明を試験用の分解炉に適用した第３の実施の形態の概略構成を示す図である。
【図１０】本発明を試験用の分解炉に適用した第４の実施の形態の概略構成を示す図である。
【図１１】本発明を試験用の分解炉に適用した第５の実施の形態の概略構成を示す図である。
【図１２】本発明を試験用の分解炉に適用した第６の実施の形態の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１  炉本体
２  燃焼室
３〜６  連続燃焼式蓄熱バーナ（第１バーナ）
７  反応管
８，９  第２バーナ
１０，１１  第２バーナ用燃焼用部分空気供給装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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