(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアントチューブバーナシステムが３カ所以上の端部を有するラジアントチューブを具備し、前記端部の少なくとも２箇所に廃熱回収手段を有するバーナを配置し、バーナを配置しない残りの端部から前記ラジアントチューブ内に流れる流体を、燃焼排ガスと燃焼用空気との流通経路の切り換えを行う切換弁を経ることなく、排ガス排出用配管に排出し、
バーナを配置しない前記ラジアントチューブの端部から前記排ガス排出用配管までの配管路に、燃焼排ガスを冷却する冷却手段を設けたことを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記廃熱回収手段が、通気性を有する蓄熱体又は蓄熱体と多孔板であることを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
バーナを配置しない前記ラジアントチューブの炉内長さが炉幅の１／２以上の長さを有することを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項４】
請求項１，２又は３記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
バーナを配置しない前記ラジアントチューブの端部から前記排ガス排出用配管までの配管路間に、前記排ガス排出用配管から排出される流体量を調整する流量調整手段を設けたことを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項５】
請求項１，２，３又は４に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記廃熱回収手段を通過した流体と、バーナを配置しない前記ラジアントチューブの端部から排出される流体とを調整してそれぞれの流体を合流させて排気するための流量調整手段を前記排ガス排出用配管までの間に設けたことを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項６】
請求項１，２，３，４又は５に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
加熱炉の炉壁に設けられた開口部に合致する前記炉壁と同等の耐火壁構造の小耐火壁に、前記ラジアントチューブが装着され、前記ラジアントチューブが装着された前記小耐火壁を、前記開口部から着脱できる構造であることを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項７】
３カ所以上の端部を有するラジアントチューブと；
前記端部の少なくとも２箇所に配置され、廃熱回収手段を有するバーナと；
前記バーナへの燃焼用空気の供給と、前記バーナから排ガス排出用配管への燃焼排ガスの排出とを交互に切り換える切換弁と；
バーナを配置しない前記ラジアントチューブの端部から排出される流体の温度を低下させる冷却手段と；
前記冷却手段によって冷却された流体の流量を調整する流量調整手段と；
バーナを配置しない前記ラジアントチューブの端部から前記ラジアントチューブ内の流体を前記排ガス排出用配管から排出する吸引排ガス遮断手段と；
前記バーナを交番燃焼させるとともに、前記吸引排ガス遮断手段、前記流量調整手段及び前記吸引排ガス遮断手段を操作して前記ラジアントチューブ内温度を制御する制御装置と；
を具備することを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記ラジアントチューブ内に冷却媒体を供給して、前記ラジアントチューブ内の温度を調整する温度制御手段を具備することを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記温度制御手段が、前記各バーナには一切燃料を投入せず全バーナ又は一部のバーナから前記ラジアントチューブ内に冷却媒体を投入し、投入された冷却媒体の全量又は一部を、バーナを配置しない前記端部から前記排ガス排出用配管を介して排出する手段であることを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項１０】
請求項８に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記温度制御手段が、前記冷却媒体を投入するバーナの数又は／及び前記冷却媒体の投入量を変化させる手段であることを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項１１】
請求項８に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記温度制御手段が、現状の炉内温度と低下させる目標炉内温度との偏差によって、前記冷却媒体の供給量を制御する手段であることを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項１２】
請求項８に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記温度制御手段が、単位時間当たりの炉内温度低減量によって、冷却媒体の供給量を制御する手段であることを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項１３】
請求項８に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記温度制御手段が、各バーナには一切燃料を投入せず一部のバーナから冷却媒体を投入し、燃焼用空気の空気投入口は各バーナ交互切替で切り替わり、投入された冷却媒体の全量又は一部にバーナを配置しない前記ラジアントチューブの端部から排出して、炉温を下げる手段であることを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項１４】
請求項８に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記温度制御手段が、炉内温度が設定温度に達しない間は、前記ラジアントチューブバーナ内に冷却媒体を供給するとともに、前記ラジアントチューブ内の燃焼排ガス全量をバーナを配置しない前記ラジアントチューブの管端から排出する手段であることを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項１５】
請求項８ないし１４の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記冷却媒体が、空気，窒素，燃焼ガスなどの可燃性でない流体又はそれらの混合流体であることを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項１６】
請求項１ないし１５の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記ラジアントチューブ内から排出された流体中のドレンを排出するドレン排出装置を具備することを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項１７】
請求項１ないし１６の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記ラジアントチューブバーナシステムを配置した加熱炉の任意の場所の温度が所定温度に達しない間は、前記ラジアントチューブに配置したバーナを通常運転時の点火本数より多い本数によって燃焼状態とする制御手段を有することを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項１８】
請求項１ないし１６の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記ラジアントチューブバーナシステムを配置した加熱炉の任意の場所の温度が所定温度に達しない間は、前記ラジアントチューブに配置した全バーナを点火する制御手段を有することを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項１９】
請求項１ないし１６の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記ラジアントチューブバーナシステムを配置した加熱炉の任意の場所の温度に複数の所定温度を設定し、その各所定の温度毎にラジアントチューブに配置されたバーナの点火本数を変化させる制御手段を有することを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項２０】
請求項１ないし１６の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
加熱炉の各ゾーンの炉内温度によって、炉内温度の上昇・低下させる制御手段を有することを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項２１】
請求項１ないし１６の何れかに記載のラジアントチュ−ブバーナシステムにおいて、
前記ラジアントチューブの端部から排出される流体の温度によって炉内温度を調整する制御手段を有することを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項２２】
請求項１ないし１６の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記ラジアントチューブの表面温度によって炉内温度を調整する制御手段を有することを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項２３】
請求項１ないし１６の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記廃熱回収手段から排出される流体の温度によって炉内温度を調整する制御手段を有することを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項２４】
請求項１ないし２３の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
バーナを配置しない前記ラジアントチューブの管端の径がバーナを配置した前記ラジアントチューブの径より小さいことを特徴とするラジアントチューブバーナシステム。
【請求項２５】
ラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
ラジアントチューブの３カ所以上の端部の内の少なくとも２カ所以上に、廃熱回収手段を有するバーナを配置して交番燃焼させる工程と；
前記ラジアントチューブ内の温度を低下させる際、バーナを配置した前記ラジアントチューブの管端から排出される燃焼排ガスを、冷却手段を用いて冷却処理した後、燃焼排ガスと燃焼用空気の切り換えを行う切換弁を経ることなく、排ガス排出用配管を介して排出し、前記ラジアントチューブ内温度を低下させる工程とを有することを特徴とするラジアントチューブバーナシステムの運転方法。
【請求項２６】
ラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
ラジアントチューブの３カ所以上の端部の内の少なくとも２カ所以上に、廃熱回収手段を有するバーナを配置して交番燃焼させる工程と；
前記ラジアントチューブ内の温度を低下させる際、前記ラジアントチューブ内に冷却媒体を流入させて、バーナを配置した前記ラジアントチューブの管端から排出される燃焼排ガスを冷却して、燃焼排ガスと燃焼用空気の切り換えを行う切換弁を経ることなく、排ガス排出用配管から排出して、前記ラジアントチューブ内温度を低下させる工程とを有することを特徴とするラジアントチューブバーナシステムの運転方法。
【請求項２７】
ラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
ラジアントチューブの３カ所以上の端部の内の少なくとも２カ所以上に、廃熱回収手段を有するバーナを配置して交番燃焼させる工程と；
前記ラジアントチューブ内の温度を低下させる際、各バーナには一切燃料を投入せず全バーナ又は一部のバーナから冷却媒体を投入し、投入冷却媒体の全量又は一部をバーナを配置しない端部から排出する工程とを有することを特徴とするラジアントチューブバーナシステムの運転方法。
【請求項２８】
請求項２５ないし２７の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
単位時間当たりの炉内温度の変化量によって、前記ラジアントチューブ内温度を制御する工程を有することを特徴とするラジアントチューブバーナシステムの運転方法。
【請求項２９】
請求項２５ないし２７の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
バーナを配置しない前記端部から排出される流体と、前記廃熱回収手段と四方弁を通過した流体との流量を調整して、排ガス排出用配管から合流させて排出する工程を有することを特徴とするラジアントチューブバーナシステムの運転方法。
【請求項３０】
請求項２５ないし２７の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
前記ラジアントチューブ内の温度を低下させる際に、各バーナには一切燃料を投入せず一部のバーナから冷却媒体を投入し、燃焼用空気の空気投入口は各バーナの交番燃焼に同期させて切り替え、投入冷却媒体の全量又は一部にバーナを配置しない前記端部から排出する工程を有することを特徴とするラジアントチューブバーナシステムの運転方法。
【請求項３１】
請求項２５ないし２７の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
前記交番燃焼において、前記炉内温度が任意の温度まで上昇しない間は燃焼排ガス全量をバーナを配置しないラジアントチューブバーナ端部から排出する工程を有することを特徴とするラジアントチューブバーナシステムの運転方法。
【請求項３２】
請求項２５ないし２７の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
前記ラジアントチューブバーナシステムを配置した炉の任意の場所の温度が任意の温度に達しない間は、前記ラジアントチューブに配置されたバーナを通常運転時の点火本数より多い燃焼状態とする工程を有することを特徴とするラジアントチューブバーナシステムの運転方法。
【請求項３３】
請求項２５ないし２７の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
前記ラジアントチューブバーナシステムを配置した炉の任意の場所の温度が任意の温度に達しない間は、前記ラジアントチューブに配置された全バーナを点火する工程を有することを特徴とするラジアントチューブバーナシステムの運転方法。
【請求項３４】
請求項２５ないし２７の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
前記ラジアントチューブバーナシステムを配置した炉の任意の場所の温度に複数の任意の温度を設定し、その各任意の温度毎にラジアントチューブに配置されたバーナの点火本数を変化させる工程を有することを特徴とするラジアントチューブバーナシステムの運転方法。
【請求項３５】
請求項２５ないし３４の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
温度制御の対象とする温度が、炉内温度、または／及び前記ラジアントチューブ表面温度、または／及び廃熱回収装置から排出される流体の温度、または／及び前記ラジアントチューブ端部から排出される流体の温度であることを特徴とするラジアントチューブバーナシステムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業用加熱炉、熱処理炉等の加熱源として使用されるラジアントチューブバーナシステム及びその運転方法に関し、詳しくは、加熱炉を間接的に加熱して炉内雰囲気を所望の温度に調整することができるラジアントチューブバーナシステム及びその運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来のラジアントチューブバーナであり、実開昭６２−１１８９２５号公報に開示されている。ラジアントチューブ８１の両端には、燃焼ノズル８３と蓄熱体８４とを備えるバーナ８２が装着されている。このバーナは、両端のバーナ８２を交互に切り替えて燃焼を行う、所謂交番燃焼を行うバーナであり、蓄熱式ラジアントチューブバーナ（リジェネレーティブラジアントチューブバーナ）と呼ばれ、加熱炉の熱効率の向上、ラジアントチューブの温度分布の均一化による長寿命、補修費の低減等が図られる。
【０００３】
また、図１１は、実開平６−６５７０５号公報に開示された三又路型のラジアントチューブがある。このラジアントチューブ９１は、その一端部にバーナ９２が装着され、他の両端部には蓄熱体９３が配置されている。バーナ９２を燃焼させながら蓄熱体９３を通過する燃焼ガスを交互に切り換えている。
【０００４】
また、本出願人による特開平８−２４７４２１号で開示したラジアントチューブは、その燃焼用空気ノズルをラジアントチューブ内で偏心させた配置とし、燃焼用噴出流速を１００ｍ／ｓ以上の高速にして、ラジアントチューブ内で自己排ガス循環流を形成し、焼排ガスを多量に巻き込みながら強力に燃焼させている。このような燃焼方法では、局部的な高温域を形成することなく、燃焼を実現することができるとともに、蓄熱式ラジアントチューブバーナの最大の欠点であった窒素酸化物の大量発生を抑制できるので、低ＮＯｘ燃焼が達成できるラジアントチューブバーナである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の蓄熱式ラジアントチューブバーナシステムでは、通常、ラジアントチューブ内で燃焼した燃焼排ガスの全量が非燃焼バーナから蓄熱体を通過し排出され、燃焼用空気は燃焼排ガスから蓄熱体が抜熱した熱を予熱源として高温予熱空気を得て高熱効率を達成している。しかしながら、高温排ガスが蓄熱体に放熱可能な熱量と蓄熱体で燃焼用空気が抜熱可能な熱量は同一量ではない。すなわち、排ガスが放出する熱量は、燃焼用空気が蓄熱体から抜熱し得る熱量より多量であり、連続燃焼した場合、蓄熱体から放出される燃焼排ガス温度は漸次上昇する傾向を示す。従って、無限に連続燃焼した場合は、蓄熱体の外周の壁から放散される熱相当分の熱量のみが排ガス温度低下分相当の熱量となる。すなわち、熱源側の水当量と被加熱側の水当量が一致しない問題があった。
【０００６】
ここで、都市ガス１３Ａを燃料としたラジアントチューブバーナシステムを例にして考える。都市ガス１３Ａの理論空気量は約１１ｍ3 N ／ｍ3 N 、理論湿り排ガス量は約１２ｍ3 N ／ｍ3 N である。空気比１．２で燃焼しているラジアントチューブの場合、燃料１ｍ3 N 当たり発生する燃焼排ガスは約１４ｍ3 N である。仮に、燃焼排ガスと空気の比熱を同等として水当量を考えると、排ガスは空気の約１．３倍である。理想的な蓄熱式熱交換器では、運転開始時、その排ガス出口温度が常温で排出され、燃焼用空気が蓄熱式熱交換器を介して流入し、燃焼用空気の空気温度が入口排ガス温度であったとすると、排ガスが蓄熱体に放出した熱量と燃焼用空気が蓄熱体からの抜熱した熱量の差が、それらの流量差分だけ発生することになる。
【０００７】
しかしながら、空気比熱は排ガス比熱より小さいので、排ガス放出熱量と空気抜熱量の差はさらに生じる。この状態で連続運転すると蓄熱体の排ガス出口の排ガス温度は漸次上昇する。実際には、蓄熱体を囲む壁からの放散熱量が存在するので、蓄熱体の配置によって蓄熱体の排ガス出口の排ガス温度の上昇の程度は変化する。また、蓄熱式熱交換器の放散熱量と排ガス放出熱量と空気抜熱量の差が合致した状態が発生すれば、各部の温度状態は維持されることになる。
【０００８】
製鉄所副生ガスであるコークス炉ガス（ＣＯＧ）を同様に考えると、ＣＯＧの理論空気量は約４．７Ｎｍ3 ／Ｎｍ3 、理論湿り排ガス量は約５．４Ｎｍ3 ／Ｎｍ3 である。空気比１．２で燃焼しているラジアントチューブの場合、燃料１Ｎｍ3 当たり発生する燃焼排ガスは約６．４Ｎｍ3 である。仮に、燃焼排ガスと空気の比熱が同等とし水当量を考えると排ガスは空気の約１．３５倍で都市ガス１３Ａと同様の問題が発生していた。
【０００９】
一方、蓄熱式ラジアントチューブバーナシステムが、高効率の排熱回収システムであることは公知である。ラジアントチューブの使用方法として、バーナを配置し加熱源として使用するのに加え、燃料を遮断して燃焼用空気のみをラジアントチューブに流してクーリングバイプとして利用するラジアントチューブバーナシステムがある。この加熱冷却兼用型のラジアントチューブでは、蓄熱式ラジアントチューブバーナシステムをそのまま採用した場合に、高効率の排熱回収システムであるので、加熱時の熱回収効率は高いが、ラジアントチューブをクーリングパイプとして利用する際には、予熱空気がラジアントチューブ内に流入することになり、冷却能力が低下する。すなわち、常温空気が連続投入できる従来式のラジアントチューブよりも、冷却能力が低下する欠点があった。
【００１０】
また、蓄熱式ラジアントチューブバーナシステムを加熱冷却兼用型として利用する場合、ラジアントチューブの両端に装着されたバーナの切替時間、すなわち空気流路切替時間を長くし空気温度を低下させる方法が考えられる。しかし、蓄熱体以降の排気設備は低温排ガスに対応した材料でよいが、ラジアントチューブをクーリングパイプとして利用する際には、高温流体が排出されることになり、高温の流体に対応した材料にする必要が生じる。従って、材料費が上昇し設備費が高騰する欠点があった。
【００１１】
さらに、炉内温度を常温から設定温度に立ち上げる際、高効率の排熱回収システムであるが故に、炉内温度が低い時点、すなわち立ち上げ直後から炉内温度が上昇するまでの間、低温の排ガスが蓄熱体に急速に流れ込むことになる。このとき、燃焼排ガスが蓄熱体から排出される出口側の温度（以下、蓄熱体出側排ガス温度と称する）は排ガス露点温度以下となる。その結果、使用燃料に硫黄分を含む場合は結露が生じて低温腐食が発生する。炉が運転状態となり、蓄熱体出側排ガス温度が上昇し、酸露点温度以上となれば低温腐食の問題はない。しかし、長期間使用していると低温腐食状態にさらされる時間が蓄積され、最終的には低温腐食による設備破壊が発生する問題があった。
【００１２】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、加熱炉の加熱冷却が容易なラジアントチューブバーナ及びその運転方法を提供することを目的とするものである。
【００１３】
また、本発明は、連続燃焼でも蓄熱体から排出される燃焼排ガスの温度の上昇を抑制し得るとともに、クーリングパイプとしての機能を兼ね備えるラジアントチューブバーナシステム及びその運転方法を提供することを目的とするものである。
【００１４】
また、本発明は、連続燃焼状態であっても蓄熱体から排出される燃焼排ガスの温度の上昇を抑制し、ラジアントチューブバーナをクーリングパイプ機能時の冷却性能を高め、低炉温操業時の低温腐食による設備破壊を阻止することができる高熱効率のラジアントチューブバーナシステム及びその運転方法を提供することを目的とするものである。
【００１５】
また、本発明は、１００％負荷連続燃焼であっても蓄熱体の燃焼排ガスの温度が安定しており、かつ蓄熱式ラジアントチューブバーナシステムのクーリングバイプ機能時の冷却性能を高めることができ、低炉温操業時の低温腐食による設備破壊を阻止することが可能であり、高熱効率を達成し得るラジアントチューブバーナシステム及びその運転方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、請求項１の発明のラジアントチューブバーナシステムは、ラジアントチューブバーナシステムが３カ所以上の端部を有するラジアントチューブを具備し、前記端部の少なくとも２箇所に廃熱回収手段を有するバーナを配置し、バーナを配置しない残りの端部から前記ラジアントチューブ内に流れる流体を、燃焼排ガスと燃焼用空気との流通経路の切り換えを行う切換弁を経ることなく、排ガス排出用配管に排出することを特徴とする。この発明は、燃焼排ガスを廃熱回収手段を通過することなく、排ガス排出用配管から排出して、ラジアントチューブ内温度を制御する。
【００１７】
また、請求項１の発明のラジアントチューブバーナシステムは、
バーナを配置しない前記ラジアントチューブの端部から前記排ガス排出用配管までの配管路に、燃焼排ガスを冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする。この発明は、燃焼排ガスを冷却手段を冷却して排出するので、排ガス排出用配管の耐熱温度を低下させることができる。
【００１８】
また、請求項２の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項１に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記廃熱回収手段が、通気性を有する蓄熱体又は蓄熱体と多孔板であることを特徴とし、燃焼排ガスの廃熱回収手段による流動抵抗が少なく、異常なラジアントチューブ内圧力を回避できる。
【００１９】
また、請求項３の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項１又は２に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
バーナを配置しない前記ラジアントチューブの炉内長さが炉幅の１／２以上の長さを有することを特徴とする。この発明は、炉幅方向の炉内温度を均一な温度分布とすることができる。
【００２０】
また、請求項４の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項１，２又は３記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
バーナを配置しない前記ラジアントチューブの端部から前記排ガス排出管路までの配管路間に、前記排ガス排出用配管から排出される流体量を調整する流量調整手段を設けたことを特徴とする。この発明は、燃焼排ガスの排出される流量を調整することで、排ガス排出用配管の耐熱温度を越えることがないように制御できる。
【００２１】
また、請求項５の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項１，２，３又は４に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記廃熱回収手段を通過した流体と、バーナを配置しない前記ラジアントチューブの端部から排出される流体とを調整してそれぞれの流体を合流させて排気するための流量調整手段を前記排ガス排出用配管路までの間に設けたことを特徴とする。この発明は、流量調整手段によって、蓄熱体を通過した燃焼排ガスと蓄熱体を通過しない燃焼排ガスを、流量調整して、排ガス排出用配管から排出する。
【００２２】
また、請求項６の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項１，２，３，４又は５に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
加熱炉の炉壁に設けられた開口部に合致する前記炉壁と同等の耐火壁構造の小耐火壁に、前記ラジアントチューブが装着され、前記ラジアントチューブが装着された前記小耐火壁を、前記開口部から着脱できる構造であることを特徴とする。この発明は、施工時のラジアントチューブの装着作業性や保守点検時の作業性を高める。
【００２３】
また、請求項７の発明のラジアントチューブバーナシステムは、３カ所以上の端部を有するラジアントチューブと；
前記端部の少なくとも２箇所に配置され、廃熱回収手段を有するバーナと；
前記バーナへの燃焼用空気の供給と、前記バーナから排ガス排出用配管への燃焼排ガスの排出を交互に切り換える切換弁と；
バーナを配置しない前記ラジアントチューブの端部から排出される流体の温度を低下させる冷却手段と；
前記冷却手段によって冷却された流体の流量を調整する流量調整手段と；
バーナを配置しない前記ラジアントチューブの端部から前記ラジアントチューブ内の流体を前記排ガス排出用配管から排出する吸引排ガス遮断手段と；
前記バーナを交番燃焼させるとともに、前記吸引排ガス遮断手段、前記流量調整手段及び前記吸引排ガス遮断手段を操作して前記ラジアントチューブ内温度を制御する制御装置と；
を具備することを特徴とする。この発明は、ラジアントチューブ内の燃焼排ガスを流量制御と温度制御を行いながら排出してラジアントチューブ内温度を制御することができる。
【００２４】
また、請求項８の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項１ないし７の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記ラジアントチューブ内に冷却媒体を供給して、前記ラジアントチューブ内の温度を調整する温度制御手段を有することを特徴とする。冷却媒体によってラジアントチューブ内の温度を低下させることができる。
【００２５】
また、請求項９の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項８に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記温度制御手段が、前記各バーナには一切燃料を投入せず全バーナ又は一部のバーナから前記ラジアントチューブ内に冷却媒体を投入し、投入された冷却媒体の全量又は一部を、バーナを配置しない前記端部から前記排ガス排出用配管を介して排出する手段であることを特徴とする。この発明は、ラジアントチューブ内温度を急速に低下させることができるので、異常温度を回避できる。
【００２６】
また、請求項１０の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項８に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記温度制御手段が、前記冷却媒体を投入するバーナの数又は／及び前記冷却媒体の投入量を変化させる手段であることを特徴とする。この発明は、ラジアントチューブ内温度に応じて、冷却の度合いを制御して異常温度を回避できる。
【００２７】
また、請求項１１の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項８に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記温度制御手段が、現状の炉内温度と低下させる目標炉内温度との偏差によって、前記冷却媒体の供給量を制御する手段であることを特徴とし、冷却の度合いを制御して異常温度を回避する。
【００２８】
また、請求項１２の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項８に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記温度制御手段が、単位時間当たりの炉内温度低減量によって、系脚媒体の供給量を制御する手段であることを特徴とし、冷却の度合いを制御して異常温度を回避する。
【００２９】
また、請求項１３の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項１０に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記温度制御手段が、各バーナには一切燃料を投入せず一部のバーナから冷却媒体を投入し、燃焼用空気の空気投入口は各バーナ交互切替で切り替わり、投入された冷却媒体の全量又は一部にバーナを配置しない前記ラジアントチューブの端部から排出して、炉温を下げる手段であることを特徴とし、ラジアントチューブバーナ内温度を制御する。
【００３０】
また、請求項１４の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項１０に記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記温度制御手段が、炉内温度が設定温度に達しない間は、前記ラジアントチューブバーナ内に冷媒体を供給するとともに、前記ラジアントチューブ内の燃焼排ガス全量をバーナを配置しない前記ラジアントチューブの管端から排出する手段であることを特徴とし、ラジアントチューブ内温度に応じて制御する。
【００３１】
また、請求項１５の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項８ないし１４の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記冷却媒体が、空気，窒素，燃焼ガスなどの可燃性でない流体又はそれらの混合流体であることを特徴とし、ラジアントチューブ内温度に応じて、選択して異常温度を回避する。
【００３２】
また、請求項１６の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項１ないし１５の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記ラジアントチューブ内からドレンを排出するドレン排出装置を具備することを特徴とし、ドレンを排出する装置を具備することによって、蓄熱体の細管内に付着して、燃焼用空気の流量低下やドレンによるラジアントチューブ内温度の低下を防止する。
【００３３】
また、請求項１７の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項１ないし１６の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記ラジアントチューブバーナシステムを配置した加熱炉の任意の場所の温度が所定温度に達しない間は、前記ラジアントチューブに配置したバーナを通常運転時の点火本数より多い本数によって燃焼状態とする制御手段を有することを特徴とする。この発明は、ラジアントチューブバーナが設置された炉内温度を、急速に上昇させるためであり、炉内の被加熱物の熱処理に多様性を与えることができる。
【００３４】
また、請求項１８の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項１ないし１６の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記ラジアントチューブバーナシステムを配置した加熱炉の任意の場所の温度が所定温度に達しない間は、前記ラジアントチューブに配置した全バーナを点火する制御手段を有することを特徴とする。この発明は、ラジアントチューブバーナが設置された炉内温度を、急速に上昇させるためであり、炉内の被加熱物の熱処理に多様性を与えることができる。
【００３５】
また、請求項１９の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項１ないし１６の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記ラジアントチューブバーナシステムを配置した加熱炉の任意の場所の温度に複数の所定温度を設定し、その各所定の温度毎にラジアントチューブに配置されたバーナの点火本数を変化させる制御手段を有することを特徴とする。この発明では、炉内温度を、ラジアントチューブバーナの燃焼箇所を選択することで、温度分布を与えることができる。
【００３６】
また、請求項２０の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項１ないし１６の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
加熱炉の各ゾーンの炉内温度によって、炉内温度の上昇・低下を調整する制御手段を有することを特徴とする。この発明では、炉内温度を、ラジアントチューブバーナの燃焼箇所を選択することで、温度分布を与えることができる。
【００３７】
また、請求項２１の発明のラジアントチューブバーナシステムは、前記請求項１ないし１６の何れかに記載のラジアントチュ−ブバーナシステムにおいて、
前記ラジアントチューブの端部から排出される流体の温度によって炉内温度を調整する制御手段を有することを特徴とし、ラジアントチューブバーナから排出される流体の温度から炉内温度を計測することができる。
【００３８】
また、請求項２２の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項１ないし１６の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記ラジアントチューブの表面温度によって炉内温度を調整する制御手段を有することを特徴とし、炉外の炉壁近傍のラジアントチューブに装着することで、炉内温度を計測することができる。
【００３９】
また、請求項２３の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項１ないし１６の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
前記廃熱回収手段から排出される流体の温度によって炉内温度を調整する制御手段を有することを特徴とし、炉外で炉内温度を計測することができる。
【００４０】
また、請求項２４の発明のラジアントチューブバーナシステムは、請求項１ないし２３の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムにおいて、
バーナを配置しない前記ラジアントチューブの管端の径がバーナを配置した前記ラジアントチューブの径より小さいことを特徴とし、燃焼排ガスのラジアントチューブ内流動の悪影響を与えることなく、燃焼制御が可能である。
【００４１】
また、請求項２５の発明のラジアントチューブバーナシステムの運転方法は、ラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
ラジアントチューブの３カ所以上の端部の内の少なくとも２カ所以上に、廃熱回収手段を有するバーナを配置して交番燃焼させる工程と；
前記ラジアントチューブ内の温度を低下させる際、バーナを配置した前記ラジアントチューブの管端から排出される燃焼排ガスを、冷却手段を用いて冷却処理した後、燃焼排ガスと燃焼用空気の切り換えを行う切換弁を経ることなく、排ガス排出用配管を介して排出し、前記ラジアントチューブ内温度を低下させる工程とを有することを特徴とする。この発明では、燃焼排ガスを廃熱回収手段を経ることなく、排出することで、ラジアントチューブ内温度を制御する。
【００４２】
また、請求項２６の発明のラジアントチューブバーナシステムの運転方法は、ラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
ラジアントチューブの３カ所以上の端部の内の少なくとも２カ所以上に、廃熱回収手段を有するバーナを配置して交番燃焼させる工程と；
前記ラジアントチューブ内の温度を低下させる際、前記ラジアントチューブ内に冷却媒体を流入させて、バーナを配置した前記ラジアントチューブの管端から排出される燃焼排ガスを冷却して、燃焼排ガスと燃焼用空気の切り換えを行う切換弁を経ることなく、排ガス排出用配管から排出して、前記ラジアントチューブ内温度を低下させる工程とを有することを特徴とする。この発明では、ラジアントチューブ内に冷却媒体を流入させて、ラジアントチューブ内温度を制御する。
【００４３】
また、請求項２７の発明のラジアントチューブバーナシステムの運転方法は、ラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
ラジアントチューブの３カ所以上の端部の内の少なくとも２カ所以上に、廃熱回収手段を有するバーナを配置して交番燃焼させる工程と；
前記ラジアントチューブ内の温度を低下させる際、各バーナには一切燃料を投入せず全バーナ又は一部のバーナから冷却媒体を投入し、投入冷却媒体の全量又は一部をバーナを配置しない端部から排出する工程とを有することを特徴とする。この発明では、投入冷却媒体のラジアントチューブ内量を制御して温度を制御する。
【００４５】
また、請求項２８の発明のラジアントチューブバーナシステムの運転方法は、請求項２５ないし２７の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
単位時間当たりの炉内温度の変化量によって、前記ラジアントチューブ内温度を制御する工程を有することを特徴とし、高速に温度制御ができる。
【００４６】
また、請求項２９の発明のラジアントチューブバーナシステムの運転方法は、請求項２５ないし２７の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
バーナを配置しない前記端部から排出される流体と、前記廃熱回収手段と四方弁を通過した流体との流量を調整して、排ガス排出配管から合流させて排出する工程を有することを特徴とし、ラジアントチューブ内温度の温度制御が容易である。
【００４７】
また、請求項３０の発明のラジアントチューブバーナシステムの運転方法は、請求項２５ないし２７の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
前記ラジアントチューブ内の温度を低下させる際に、各バーナには一切燃料を投入せず一部のバーナから冷却媒体を投入し、燃焼用空気の空気投入口は各バーナの交番燃焼に同期させて切り替え、投入冷却媒体の全量又は一部にバーナを配置しない前記端部から排出する工程を有することを特徴とし、ラジアントチューブ内温度の温度制御が容易である。
【００４８】
また、請求項３１の発明のラジアントチューブバーナシステムの運転方法は、請求項２５ないし２７の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
前記交番燃焼において、前記炉内温度が任意の温度まで上昇しない間は燃焼排ガス全量をバーナを配置しないラジアントチューブバーナ端部から排出する工程を有することを特徴とし、ラジアントチューブ内温度の温度制御が容易である。
【００４９】
また、請求項３２の発明のラジアントチューブバーナシステムの運転方法は、請求項２５ないし２７の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
前記ラジアントチューブバーナシステムを配置した炉の任意の場所の温度が任意の温度に達しない間は、前記ラジアントチューブに配置されたバーナを通常運転時の点火本数より多い燃焼状態とする工程を有することを特徴とし、ラジアントチューブ内温度の温度制御が容易である。
【００５０】
また、請求項３３の発明のラジアントチューブバーナシステムの運転方法は、請求項２５ないし２７の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
前記ラジアントチューブバーナシステムを配置した炉の任意の場所の温度が任意の温度に達しない間は、前記ラジアントチューブに配置された全バーナを点火する工程を有することを特徴とし、ラジアントチューブ内温度の温度制御が容易である。
【００５１】
また、請求項３４の発明のラジアントチューブバーナシステムの運転方法は、請求項２５ないし２７の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
前記ラジアントチューブバーナシステムを配置した炉の任意の場所の温度に複数の任意の温度を設定し、その各任意の温度毎にラジアントチューブに配置されたバーナの点火本数を変化させる工程を有することを特徴とし、バーナの点火本数で温度制御をする。
【００５２】
また、請求項３５の発明のラジアントチューブバーナシステムの運転方法は、請求項２５ないし３４の何れかに記載のラジアントチューブバーナシステムの運転方法において、
温度制御の対象とする温度が、炉内温度、または／及び前記ラジアントチューブ表面温度、または／及び廃熱回収装置から排出される流体の温度、または／及び前記ラジアントチューブ端部から排出される流体の温度であることを特徴とする。この発明では、これらの因子からラジアントチューブ内温度が制御できる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のラジアントチューブバーナシステム及びその運転方法の一実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のラジアントチューブバーナシステムの一実施形態を示している。同図に於いて、ラジアントチューブバーナ５は、ラジアントチューブ３の両端部に装着され、ラジアントチューブ３の内部を燃焼ガスが通過して加熱され、その外表面から放射される放射熱で加熱炉、熱処理炉等の内部を加熱するバーナである。ラジアントチューブ３は、その管端部が加熱炉の炉壁７に穿設された取付孔７ａに支持され、その端部が炉外に位置するように固定されている。バイパス管３ｂの端部も同様に、炉壁７に配置されている。ラジアントチューブ３は、略Ｕ字状に湾曲したラジアントチューブから分岐したバイパス管３ｂが設けられ、ラジアントチューブ３の両管端部３ａにはバーナ５が配置され、バーナが配置されていないバイパス管３ｂの端部はガスクーラ９が接続されて、順次、排ガス流量調整弁６、排ガス吸引遮断弁８、四方弁４へと接続されている。排ガス流量調整弁６と排ガス吸引遮断弁８との間には、ラジアントチューブ３内の排ガス流体を排気する排ガス排出用配管１９が設けられている。バイパス管３ｂの径はバーナを配置したラジアントチューブの管端部３ａの径より小さい。なお、ラジアントチューブ３の管端部３ａを複数個設けて各管端部にバーナ５を挿着し、かつバイパス管３ｂを複数個設けてもよい。
【００５４】
ラジアントチューブ３の管端部３ａにはバーナ５が装着され、バーナボディ５ａ内には蓄熱体１７が設けられている。バーナ５には、燃料ノズル（燃料通路）１２とパイロット燃焼用空気が流通する燃焼用空気ノズル（パイロット燃焼用空気通路）１３とからなるバーナガン１１が挿通され、バーナガン１１の周囲には燃焼用空気通路１６が設けられている。バーナ５の先端のバッフル１５には、燃焼用空気噴出口１４が設けられ、バーナ５は燃焼用空気と排ガスとが交互に流れる配管１０を介して四方弁４に接続されている。なお、排ガス流量調整弁６は手動で調整しても、目的とする制御量に併せて自動制御する方式でもよい。
【００５５】
また、加熱炉内には、炉内温度を検出する温度センサＴ1 が設けられ、蓄熱体１７の排ガスが排出される側に温度センサＴ2 が設けられている。これら温度センサＴ1 ，Ｔ2 の出力は制御装置２に入力されている。四方弁４、排ガス流量調整弁６、排ガス吸引遮断弁８等は制御装置２によって制御されている。なお、炉内温度は、ラジアントチューブ３の表面温度を計測して、炉内温度を検出するようにしてもよい。
【００５６】
また、バーナ５は、上記実施形態に限定することなく、図２に示した実施形態であってもよい。以下、図２のバーナについて説明すると、ラジアントチューブ３の管端部が加熱炉の炉壁７に穿設した取付孔７ａに支持され、その端部が炉外に位置し、その端部にはフランジ３ｃが設けられ、炉壁７の外面に設けられた取付部７ｂに固定されている。ラジアントチューブ３の両端部と炉壁７との隙間は、図示しないシール部材で封止され、バイパス管３ｂも同様な構成で炉壁７に配置されている。
【００５７】
図２のバーナは、バーナガン１１、バッフル１５、及び蓄熱体収納部１８等から構成され、バーナ５のノズル部は略円筒状であり、ラジアントチューブ３内に挿着され、その端部にフランジ１５ｆが設けられている。フランジ１５ｆには、直角に折曲された蓄熱体収納部１８が設けられている。この蓄熱体収納部１８の上部には、バーナガン１１を挿入する孔１８ａが穿設され、蓄熱体収納部１８には、燃焼用空気が流入する蓄熱体１７又は多孔板と蓄熱体１７が積層状態で収容されている。蓄熱体収納部１８の下端には、フランジ１８ｂが形成され、配管１０が接続される。図示されていないが、多孔板は蓄熱体１７とバッフル１５との間に配置され、バッフル１５にもっとも近い多孔板は非作動時に流入する燃焼用空気噴射口１４より吸引される高温の排ガスが偏流して流入する燃焼用排ガスや、燃焼用排ガスがＬ字に流れを変更する際に生じる偏流を是正する目的で配置される。各蓄熱体１７は、蓄熱体１７に多数設けられた細管を流れる流体の圧力損失が比較的低く、熱容量が大きく、しかも耐久性の高い材料、例えば、セラミックスを筒形状に成形したハニカム状のものが用いられる。蓄熱体１７は、排ガスが通過する際はその顕熱が蓄積され、燃焼用空気が各蓄熱体１７を通過する際には、燃焼用空気は蓄熱体１７から熱を奪って昇温する。
【００５８】
また、バーナガン１１には、図１と同様に、燃料通路、パイロット燃焼用空気通路及び図示しない点火プラグなどにより構成されている。バーナガン１１はパイロット燃焼用空気通路内に、これと同心円状に燃料通路である燃料ノズルが配置され、蓄熱体収納部１８の孔１８ａから挿入されて、バッフル１５で支持されている。従って、図１に示したように、バーナガン１１、すなわちガイドパイプの周りの空間が燃焼用空気通路１３になり、バーナガン１１の先端は、ガイドパイプ内で炉壁７内面の近傍位置にまで達している。また、バーナ５においては、各蓄熱体１７を蓄熱体収容部１８内の下側に並べて収容しているが、主燃焼用空気通路１６内、または、これに接続される空気通路の配管１０の通路途中であれば各蓄熱体１７の収容位置はこれに限るものではなく、例えば蓄熱体１７をバーナガン１１の周囲に並べて収容してもよい。
【００５９】
更に、本実施形態におけるバーナガン１１の燃料配管系について、図３を参照して説明すると、燃料供給源は燃料供給通路２３でバーナガン１１に接続され、その途中に制御弁２５が介装されている。バイパス通路２７はこの制御弁２５を迂回するように設けられている。バイパス通路２７の途中には、流量制御弁２９及び制御弁３１が介装されている。従って、燃料供給源から圧送された燃料は、制御弁２５が閉じている場合であってもバイパス通路２７を介してバーナガン１１に供給される。しかしながら、バイパス通路２７では、流量制御弁２９がバイパス通路２７内の燃料流量が制限され、バーナガン１１に供給される燃料をバーナガン１１がパイロット燃焼として最低限必要な量に調整されている。
【００６０】
また、図４はバーナ５の概略を示す正面図であり、バッフル１５は、円筒状であり、その正面が円板部１５ａであり、その全周縁からバーナガン１１の方向に延在する周壁部１５ｂとフランジ１５ｆとから構成されている。フランジ１５ｆはラジアントチューブ３のフランジ３ｃに固定されて一体的に成形されている。円板部１５ａの直径はラジアントチューブ３の内壁と概略同一値に設定され、円板部１５ａはラジアントチューブ３内を閉塞している。
【００６１】
この円板部１５ａには、切り欠き部１５ｄ及び小径孔１５ｃが設けられている。この円板部１５ａの切り欠き部１５ｄは、円板部１５ａの下端部分を半月状に切り欠いている。この切り欠き部１５ｄは、燃焼用空気噴射口（ノズル）１４は、ラジアントチューブ３の横断面に対して偏心して設けられており、燃焼用空気はラジアントチューブ３内空間の偏心した位置に噴出する。なお、バッフル１５は、例えばラジアントチューブ３内の炉壁７内面に略対応する位置に配置されているが炉外方向に後退しても特段のことではない。また、切り欠き部１５ｄは、半月状に限定するものではない。
【００６２】
また、円板部１５ａの小径孔１５ｃは、蓄熱体収容部１８の孔１８ａに対向しており、その直径は、バーナガン１１の先端の外径と略同一寸法値に設定されている。小径孔１５ｃの周縁は、蓄熱体収容部１８に向けて延出し、円筒状部分１５ｅを構成し、バーナガン１１を内装するガイドパイプが配置されて支持されている。従って、バーナガン１１は、ラジアントチューブ３と略平行に配置され、先端は燃焼用空気噴射口１４と離間している。バッフル１５の周壁１５ｂはラジアントチューブ３の内周面に略固定されている。なお、バーナ５は燃焼用空気通路である配管１０が接続されており、この配管１０を介して図示しない燃焼用空気供給源から適量の燃焼用空気がバーナ５に圧送されている。
【００６３】
さらに、上記バーナガン１１はパイロット燃焼用空気通路１３内に燃料通路１２を配置することで、パイロット燃焼用空気通略１３を燃料通路１２に隣接して設けている。バーナガン１１の周りの空間は燃焼用空気通路１３となっており、バーナ５が非作動の待機状態となっている場合には、この燃焼用空気通路１６内を高温の排ガスが流れる。しかし、パイロット燃焼用空気通路１３内には燃焼前で低温（常温）の燃焼用空気が常に供給され、燃料通路１２内には、パイロット燃焼に必要な量の燃料が流れている。なお、このバーナ５では、燃料通路１２内の燃料が燃焼用空気通路１６内の排ガスの熱で加熱され高温になることはない。
【００６４】
また、ラジアントチューブバーナを連続燃焼した際に、蓄熱体１７を通過する流体のバーナ軸に直交する流量分布を調整して、排ガスと燃焼用空気の交換熱量がバランスするように熱交換上余剰となる排ガスの一部をバイパス管３ｂを通して排気される。この流量分布の調整は、切り欠き部１５ｄによって、ラジアントチューブ３と共に燃焼用空気噴射口１４を規定される。燃焼用空気噴射口１４は、ラジアントチューブ３の横断面に対して偏心し、燃焼用空気はラジアントチューブ３内空間の偏心した位置に噴出する。
【００６５】
ここで、図５を参照して、燃焼用空気とバーナ５との作動との関係について説明する。同図（ａ）は燃料供給サイクル、同図（ｂ）は燃焼と排気サイクルを示す波形である。燃焼モードでは、バーナ５にパイロット燃焼用空気に加えてメイン燃焼用空気が圧送される。このバーナ５には、メインバーナ燃焼を行うのに適した量のメイン燃焼用空気が供給されている。一方、排気モードでは、バーナ５が待機状態となり、パイロット燃焼用空気のみが圧送され、パイロト燃焼するのに適した量の燃焼用空気が供給されている。バーナガン１１のパイロット燃焼時は、例えば５０００Ｋｃａｌ／Ｈ程度の燃焼量である。すなわち、バーナガン１１のパイロット燃焼用空気通路にはバーナ５の作動状態とは無関係に常にパイロット燃焼用空気が供給されている。
【００６６】
次に、バーナ５の動作について、図３を参照して説明する。
先ず、パイロツト燃焼を行う場合は、燃料供給通路２３の制御弁２５を閉弁し、燃料をバイパス通路２７を介してのみバーナガン１１へ供給する。このバーナガン１１へは、燃焼用空気供給源から常に燃焼用空気が圧送されており、燃料と燃焼用空気とがパイロット燃焼に適した空気比の混合ガスになる。そして、この混合ガスを点火プラグで着火し、パイロット燃焼を行う。
【００６７】
バーナガン１１がパイロット燃焼している状態から、燃料供給通路２３の制御弁を開き、且つ、燃焼用空気供給源からの燃焼用空気の供給を開始すると、バーナガン１１は主燃焼を行う。つまり、燃料供給通路２３の制御弁２５が開かれると、燃料供給源から多重の燃料がバーナガン１１の燃料通路１２に圧送される。そして、この主燃焼状態から燃料供給通路２３の制御弁２５を閉じると、燃焼用空気供給源からの燃焼用空気の供給が停止して、バーナガン１１はパイロット燃焼を行う状態に戻る。この状態でも、バーナガン１１へは燃料供給通路２３のバイパス通路２７を介して少量の燃料が供給され、また、燃焼用空気供給源は常に燃焼用空気を供給している。バーナガン１１は、安定したパイロット燃焼を行う。このように作動を交互に行うことにより、交番燃焼を実施する。
【００６８】
続いて、一対のバーナ５の交番燃焼について、図１を参照して説明する。なお、一方のバーナの動作に関連する符号にＡを付与し、他方のバーナに関連する符号にＢを付与して説明する。バーナ５Ａには大量の燃料と主燃焼用空気及びパイロット燃焼用空気が供給され、火炎Ｆ1 に示したように主燃焼が行われる。一方、バーナ５Ｂのバーナガン１１Ｂには少量の燃料とパイロト燃焼用空気が供給され、パイロット燃焼Ｆ2 が行われる。待機状態であってもバーナ５Ｂでは、パイロット燃焼に適した量の燃料及びパイロット燃焼用空気が供給され、パイロット火炎Ｆ2 で示したように燃焼している。
【００６９】
バーナ５Ａの主燃焼で発生した排気ガスは、ラジアントチューブ３内を流れながらこれを加熱し、バーナ５Ｂに向けて流れる。この排気ガスは、バッフル１５Ｂの主燃焼用空気噴射口１４Ｂから主燃焼用空気通路１６Ｂ内に流入し、空気通路の配管１０を介して排出される。このとき排気ガスは、バーナボディ５ａＢ内の各蓄熱体１７Ｂでその熱が回収され、各蓄熱体１７Ｂの温度は上昇する。
【００７０】
そして、バーナ５Ａが主燃焼を開始し、所定時間Ｔ（例えば、２０秒位）だけ経過すると、図３に示したように、燃料供給通路２３Ａの制御弁２５Ａが閉弁し、燃料供給通路２３Ｂの制御弁２５Ｂが開弁する。同時に、四方弁４が切り替わり、作動側と待機側のバーナ５Ａ、５Ｂが切り替わり、バーナ５Ｂで主燃焼が行われ、バーナ５Ａはパイロット燃焼が行われる。
【００７１】
図６（ａ），（ｂ）は、上記交番燃焼を動作波形で示したのであり、時点ｔ１では、バーナ５Ａが主燃焼を開始し、バーナ５Ｂがパイロット燃焼を開始する。そして、時間Ｔだけ経過した時点ｔ２では、主燃焼を行っていたバーナ５Ａがパイロット燃焼に切り替わり、パイロト燃焼を行っていたバーナ５Ｂが主燃焼を開始する。それ以後は、時間Ｔの経過毎に、作動側と待機側のバーナ５Ａ、５Ｂが切り替わり、ラジアントチューブバーナ１は交番燃焼を行う。
【００７２】
次に、本実施形態におけるクーリングパイプモードについて、図１を参照して説明する。炉内温度は、温度センサＴ1 ，Ｔ2 の出力が制御装置２によって監視されており、炉内温度が設定温度以上を越えた場合や緊急運転停止時の動作モードがクーリングパイプモードである。このモードの基本動作は、両端のバーナ５の燃焼を停止して燃料は遮断状態を維持し、パイロットバーナへの燃料供給も遮断する。さらに、蓄熱体１７を通過した排ガスの排出は、四方弁４の排気口に配置された排ガス吸引遮断弁８を全閉にして遮断し、四方弁４を中間位置に設定して両管端部３ａのバーナ５から冷却媒体として燃焼用空気をラジアントチューブ３に通して、冷却媒体としての燃焼用空気はバイパス管３ｂを介して全量が排気されてラジアントチューブは冷却される。
【００７３】
本実施形態は、クーリングパイプモードで作動させて、炉内温度を温度センサＴ1 ，Ｔ2 で計測して、制御装置２で処理した結果が、炉内温度が制御目標値に到達したら燃焼用空気の吹き込みを停止する。その後、目標炉内温度下限値よりも炉内温度が低下した場合は再度バーナ５を燃焼モードに切り換えて燃焼を開始する。また、炉内温度が回復し目標炉内温度の上限値を超えた場合も同様に、クーリングパイプモードで作動させる。このような定常燃焼においても、クーリングパイプモードが温度制御の手段として用いられる。また、ラジアントチューブをクーリングパイプモードとして、独立して作動させることができる。また、冷却媒体は、例えば、空気、窒索、燃焼ガスなど可燃性でない流体またはそれらの混合流体であり、炉内温度が高温の場合でも引火爆発の危険が無い物質が選択される。
【００７４】
また、本実施形態では、バイパス管３ｂの端部から排出される流体量を調整する排ガス流量調整弁６が設けられており、バイパス管３ｂを介してラジアントチューブ３内の排ガスが蓄熱体１７へ流れる量を調整することができるので、蓄熱体１７に吸収される排ガスの顕熱と燃焼用空気が得る顕熱をバランスさせることができる。排ガスと燃焼用空気とによる熱量の交換、すなわち、水当量を一致させることが可能であり、１００％燃焼負荷で連続燃焼させても蓄熱体出側排ガス温度が異常に上昇するようなことがなく、熱効率最高運転点での連続燃焼を可能にする調整ができる。
【００７５】
また、本実施形態のラジアントチューブバーナシステムでは、異常高温状態である場合の緊急時に、ラジアントチューブ冷却手段によって、クーリングパイプとして機能させることができる。このような緊急時、炉温を急激に下げるために、各バーナ５には一切燃料を投入せず全バーナまたは一部のバーナから冷却媒体をラジアントチューブ３内に供給する。投入冷却媒体の全量または一部をバーナ５を配置しないラジアントチューブのバイパス管３ｂから排出されることで、ラジアントチューブ内温度を急激に低下させることができる。
【００７６】
また、ラジアントチューブの管端部３ｂから冷却媒体を排出する場合は、加熱モードで高温予熱空気を供給していた状態からクーリングパイプモードの運転状態に変更しても連続的に常温空気を蓄熱体１７に供給することが可能である。クーリングパイプモードとして、初期に蓄熱体１７が保有している熱を放出した後は、常温空気を蓄熱体１７を通してもラジアントチューブ３内に供給することができる。無論、冷却媒体をバーナ５を通して排気するのと、バイパス管３ｂの端部から排出する動作を両立させて制御する場合は、ラジアントチューブ３への冷却媒体温度調整が可能となり冷却能力の制御が可能になる。また、冷却媒体をバーナ５を介して投入するバーナ５の数または／及び冷却媒体没入量を変化させることで冷却能力を変化させることが可能である。
【００７７】
また、制御装置２には、炉内温度を制御する制御手段が備えられており、クーリングパイプモードでは、炉内から抜熱する抜熱量の制御を行う場合の指標として、現状の炉内温度と低下させる目標炉内温度との偏差を演算処理して使用することができる。この偏差によって、冷却媒体温度調整が可能である。すなわち排ガスのバーナ５からの排出量とバイパス管３ｂからの排ガス出量比の制御、冷却媒体を投入するバーナ５の数または及び冷却媒体投入量の制御が可能になる。
【００７８】
また、制御装置２によって、クーリングパイプが炉内から抜熱する抜熱量の制御を行う場合の指標として、単位時間当たりの炉内温度低減量を使用することができる。単位時間当たりの炉内温度低減量によって、前述の冷却媒体温度調整、すなわちバーナ５からの排出量とバイパス管３ｂからの排出量比の制御、冷却媒体を投入するバーナの数または／及び冷却媒体投入量の制御が可能である。
【００７９】
このとき、ラジアントチューブバーナ容量で連続燃焼した際に、蓄熱体１７で排ガスと燃焼用空気の交換熱量がバランスするように熱交換上余剰となる排ガスの一部をバイパス管３ｂを通して排気するように調整することができる。排ガス流量調整弁６はクーリングパイプとして使用する際は全開となるように２位置制御可能な自動弁で全開と燃焼モードは中間位置とする方式のものでもよい。また、さらに微妙な排ガスバイパス量の制御が可能な方式で排ガス流量調整弁６の開度を制御してもかまわない。
【００８０】
さらに、炉温を下げる際に、各バーナ５には一切燃料を投入しないか、または一部のバーナ５から冷却媒体を投入し、空気投入口は各バーナ５を交互切替で切り替えて燃焼させる交番燃焼に同期させて、投入冷却媒体の全量または一部を、バイパス管３ｂの端部から排出する手段を保有している。このよう手段によって、常時冷却空気が吹き込まれるとラジアントチューブの内外面の温度差が生じ、温度差が大きい場合はラジアントチューブに亀裂を生じるおそれがあるので、ラジアントチューブの熱慣性を考慮してサイクリックに冷却空気を投入したり、あいは冷却空気を投入を中止しながら運転することで、ラジアントチューブの内外面の温度差を小さくして、ラジアントチューブの亀裂の発生を回避することができる。また、クーリングパイプモードは、交番燃焼時に燃料を遮断するのみで、作動モードを切り換えることができるので、加熱モード、冷却モードの２種類のシーケンスでなく、基本的な運転シーケンスと冷却モードとを共用できる制御システムである。
【００８１】
また、本実施形態では、ガスクーラ９が設けられており、バイパス配管３ｂの管端から排出される燃焼排ガスをガスクーラ９によって冷却して排出することができるので、排ガス排出用配管１９を異常高温状態とすることがない。
【００８２】
また、本実施形態のラジアントチューブバーナシステムでは、低温から炉を立ち上げて昇温させる場合、炉内温度が任意の温度に達しない間は、排ガス全量を、バイパス管３ｂの端部から排出するように制御されているので、バイパス管３ｂの端部には蓄熱体が収納されたバーナが挿着されていないので、バーナ内での結露が防止できる。従って、低温腐食による設備破壊箇所を最小限に抑えることができる。
【００８３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定することなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施例が可能である。例えば、図７の実施形態では、バイパス管３ｂから排出される燃焼排ガスを冷却するガスクーラを配置しないシステムであり、バイパス管３ｂは炉壁７から突出して、排ガス流量調整弁６を経て四方弁４に接続されている。四方弁４と通過ガス流量調整弁６との間に排ガス排出用配管１９が設けられている。基本的な燃焼動作は前述と同様であるので説明を省略する。但し、排ガス流量調整弁６は耐熱金属で構成され、排ガスが通過しても支障ないように構成されている。例えば、ラジアントチューブバーナ１では、各バーナ５の作動待機状態の切替えを、Ｔ時間毎に繰り返す構成としたがこれに限るものではなく、各蓄熱体１７Ａ、１７Ｂの温度を監視し、この温度が設定温度以上に達した時点で、手動で各バーナ５Ａ、５Ｂの作動、待機を切り替える構成としてもよい。
【００８４】
図８は、本発明のラジアントチューブバーナシステムの他の実施形態を示している。図８は、加熱炉が、加熱ゾーンＺ1 ，Ｚ2 ，Ｚ3 ……で構成され、各加熱ゾーン毎にラジアントチューブ３がＵ字状の管端部３ａと二本のバイパス管３ｂとから装備されている。ラジアントチューブ３の炉内の管端部３ａと二本のバイパス管３ｂは、炉幅をＬとすると、その炉内の長さＬａは、Ｌａ＞Ｌ／２の関係にある。なお、上記実施形態においても同様な構成である。これらの加熱ゾーンは、各加熱ゾーン毎に独立に炉内温度を制御することができる。また、バーナ５が配置されている管端を２箇所以上にすることもできるので、対となるバーナの交番燃焼の組み合わせを切り換えて燃焼させることが可能である。具体的に説明すると、ラジアントチューブ３の４箇所にバーナが装着されている場合、４箇所にバーナの何れか２箇所を燃焼状態とし、他の２箇所を排気状態とし、次のサイクルで、１箇所を燃焼状態とし、他の３箇所を排気状態とする。次のサイクルでは、３箇所を燃焼状態とし、他の１箇所を排気状態とするように制御することで、ラジアントチューブが局部的に高温になるのを解消することができる。これらの切り替え制御は制御装置２によって制御することができる。無論、炉内温度の検出は、上記実施形態と同様であり、クーリングパイプモードとして動作させる場合も上記実施形態と同様である。
【００８５】
また、排ガス排出用配管１９にドレン排出装置２０を設けることによって、ラジアントチューブ内で発生したドレンを排出することができる。ドレン排出装置２０は、ラジアントチューブ内の温度が急激に低下した際に発生する酸性物質等の結露を排出する装置であり、ラジアントチューブの腐食を防止したり、ドレンによる急激な温度低下させる等の悪影響かを防止することができる。また、ドレン排出装置２０は、蓄熱式バーナ１７の近傍に設けられてもよい。さらに、本実施形態のラジアントチューブバーナシステム外にドレンを排出する手段を設けることによって、酸腐食性流体のシステム内滞在時間が最小にでき低温腐食による設備破壊を最小限にできる。
【００８６】
無論、本実施形態では、クーリングパイプモード時に、炉内温度を計測して結露の発生を監視しながら燃焼排ガスを蓄熱体を通過させることなく、バイパス管からその全量を排出することができるので、低温腐食による設備破壊を最小限にできる。
【００８７】
また、本実施形態は、加熱炉のゾーン毎に設けられたラジアントチューブバーナシステムでは、ラジアントチューブバーナシステムを配置した加熱炉の各ゾーンの温度が、所定の温度まで上昇しない間は、ラジアントチューブに配置されたバーナを通常運転時の点火本数より多くして、燃焼量を増大させることが可能になりラジアントチューブの熱負荷は予熱空気顕熱がなくとも燃焼量をバーナ容量の範囲内で増加させることが可能になる。
【００８８】
また、本実施形態のラジアントチューブバーナシステムでは、ラジアントチューブバーナシステムを配置した加熱炉の任意のゾーンの炉内温度を、ゾーン毎に任意の温度を設定し、その各任意の温度毎にラジアントチューブに配置されたバーナの点火本数を変化させて、ラジアントチューブの熱負荷をラジアントチューブに配置された各バーナの総燃焼量まで高めることが可能である。最小熱負荷はラジアントチューブに配置されたバーナの１つの最小燃焼量とすることもできる。また、ゾーンの炉内温度としたことで制御目標値を設定して熱負荷制御が可能になる。
【００８９】
また、本発明のラジアントチューブバーナシステムの他の実施形態について、図９を参照して説明する。同図において、ラジアントチューブバーナ１は、炉壁７を穿孔した開口部７ｂに、その開口部に合致する炉壁と同等の小耐火壁７ｃに、上記実施形態のラジアントチューブバーナを配置し、炉壁７から小耐火壁７ｃ毎、着脱することが可能な構造として保全性が向上する。また、ラジアントチューブバーナを小耐火壁７ｃに組み込んで後に、開口部７ｂに小耐火壁７ｃを装着することで、ラジアントチューブバーナ燃焼炉を施工することができる。また、開口部７ｂから小耐火壁７ｃを脱着して、ラジアントチューブバーナの修理、保全が可能である。
【００９０】
また、本実施形態のバーナに用いられる蓄熱体は、ハニカム状蓄熱体に限るものではなく、ボール状、塊状などセラミックス、金属など如何なる形状、材質の物が適用可能である。
また、本実施形態に用いられるラジアントチューブバーナはＵ字状に限るものではなく、Ｗ型、Ｓ型いかなる形状、表面にフィンの有無、断面形状がいかなる形状のものでも適用可能である。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ラジアントチューブにバイパス管を設け、バイパス管からの排ガスを排出することで、ラジアントチューブ内温度の昇温と冷却が容易になる利点がある。
【００９２】
また、ラジアントチューブに、一対のバーナを交番燃焼させるとともに、一対以上のバーナを設置して、対となるバーナを切り換えることで、ラジアントチューブ温度の局部的な高温化が防止できるので、火災の発生要因を低減できる利点がある。
【００９３】
また、ラジアントチューブバーナシステムの熱効率が向上すると共に、バイパス管に設けられたガスクーラによって燃焼排ガスを低下させて排出することができるので、温度低下が急速になし得る利点がある。
【００９４】
また、バイパス管の端部から排出される流体量を、排ガス流量調整手段で調整して、排ガスが蓄熱体で放出する顕熱と、燃焼用空気が得る顕熱をバランスさせて、略１００％燃焼負荷で連続燃焼させても蓄熱体出側排ガス温度が異常に上昇することがなく、熱効率を最高の状態に維持して運転できる利点がある。
【００９５】
また、加熱モードからクーリングパイプモード、またはクーリングパイプモードから加熱モードへの運転状態を切り替えが、連続的になし得る利点がある。また、冷却媒体を投入するバーナの数または／及び冷却媒体没入量を変化させることで冷却能力を変化させることが可能であり、急速に温度を低下させることができる。また、バイパス管の炉内長さが炉内幅の１／２以上の長さを保有しており、炉内で前記バイパス管が熱放射管の役割を果たすので加熱と温度の低下が急速になし得る。
【００９６】
また、クーリングパイプが炉内から抜熱する抜熱量の制御を行う場合の指標として、単位時間当たりの炉内温度低減量を使用することで、冷却媒体のバーナからの排出量とバイパス管からの排出量比の制御、冷却媒体を投入するバーナの数または／及び冷却媒体投入量の制御が可能になり、炉内温度の温度調整が容易となる。
【００９７】
また、常時冷却空気が吹き込まれるとラジアントチューブの内外面の温度差が付き、温度差が大きい場合はラジアントチューブに亀裂を生じるので、ラジアントチューブの肉厚による熱慣性を考慮してサイクリックに冷却空気を投入することで、ラジアントチューブの内外面の温度差を小さくしてラジアントチューブの亀裂の発生を解消できる効果を有する。
【００９８】
また、クーリングパイプモードは、特別なシーケンスを設けることなく、加熱モードの使用状態でも燃料遮断のみで、冷却モードとすることが可能であり、２種類のシーケンスでなく、基本的な運転シーケンスにこれらのモードを組み込むことができるので、安価な制御システムとすることができる。
【００９９】
また、低温から炉を立ち上げ昇温する場合、任意の温度に達しない間は排ガス全量をバーナを配置しないラジアントチューブ端部から排出し得るので、複雑な蓄熱体を組み込んだバーナを介することなく、燃焼排ガスを排出することができるので、バーナ内での結露が防止でき低温腐食による設備破壊箇所を最小限にできる。無論、炉内温度を高温から低温にする場合も同様の効果が得られる。さらに、ラジアントチューブバーナシステム外にドレンを排出する手段を設けたことによって、酸腐食性流体のシステム内滞在時間が最小にでき低温腐食による設備破壊を最小限にできる利点がある。
【０１００】
また、ラジアントチューブバーナシステムには、多数のバーナを設置し、合計した最大燃焼量から１本のバーナの最小燃焼量の範囲まで燃焼量の幅を持たせることができるので、従来のラジアントチューブの場合のように、１本のバーナのターンダウン（温度を低下させる運転）に比べ、大きなターンダウンを実現できり利点がある。
【０１０１】
また、バーナを配置しないラジアントチューブ径がバーナを配置したラジアントチューブ径より小さいので、排ガス流速がこのラジアントチューブによる損失が少なく、チューブ内の熱伝達率が向上し炉内への熱放射能力が向上する。
【０１０２】
また、ラジアントチューブバーナを装着した耐火壁を、炉壁の開口部に着脱可能な構造とすることで、保全性及び施工が容易となる利点がある。
また、本発明は、上記効果を全て内在するラジアントチューブバーナシステムである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のラジアントチューブバーナシステムの一実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明に適用したラジアントチューブバーナシステムの一実施形態を示す断面図である。
【図３】本実施形態の燃料供給通路を示す系統図である。
【図４】本発明の実施形態のラジアントチューブバーナの先端方向からの正面図である。
【図５】本実施形態の燃焼状態と空気供給量との関係を示す説明図である。
【図６】本実施形態の交番燃焼を示す説明図である。
【図７】本発明のラジアントチューブバーナシステムの他の実施形態を示す構成図である。
【図８】本発明のラジアントチューブバーナシステムの他の実施形態を示す構成図である。
【図９】本発明のラジアントチューブバーナシステムの他の実施形態を示す構成図である。
【図１０】従来のラジアントチューブバーナシステムの構成図である。
【図１１】従来のラジアントチューブバーナシステムの構成図である。
【符号の説明】
１    ラジアントチューブバーナ
２    制御装置
３    ラジアントチューブ
３ａ  管端部
３ｂ  バイパス管
４    四方弁
５    バーナ
６    排ガス流量調整弁
９    ガスクーラ
７    炉壁
８    排ガス遮断弁
１０  配管
１１  バーナガン
１２  燃料ノズル（燃料通路）
１３  パイロット燃焼用空気通路
１４  燃焼用空気噴射口
１５  バッフル
１６  燃焼用空気通路
１７  蓄熱体
１８  蓄熱体収容部
１９  排ガス排出用配管
【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】
0003823403.tif 000009
【図９】
0003823403.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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