JPH026429B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炉中の加熱管を加熱することにより該
管内の被加熱流体を加熱する加熱炉に関する。

この種の加熱炉として、石炭液化プロセスのお
けるコールスラリーの予熱工程に用いられるコー
ルスラリーを加熱する加熱炉が知られている。

この加熱炉は、熱発生源としてのバーナを備え
た燃焼室と、該燃焼室内に配設された１−1/2^B〜
6^B程度の加熱管を主要部として構成され、火炎を
輻射熱源または燃焼による高温ガスを熱源として
該加熱管内に供給されたコールスラリーを加熱す
る構成である。

ところで、前記コールスラリーは、固体（石
炭）、液体（溶剤）、気体（水素ガス）の三相の流
体である。なお、石炭液化プロセス（コールスラ
リー）において使用する溶剤は芳香族系化合物ま
たは脂肪族系化合物を主体とする溶剤であり、水
素ガスは水素ガスを主成分とし軟質炭化水素ガス
や一酸化炭素等を含有する水素リツチガスまたは
水素ガス単独のものである。

従つて、加熱管内におけるコールスラリー流速
が速すぎる場合には、流体中に含まれる固体（石
炭）と加熱管内壁との摩擦が大きく、該加熱管内
壁が削り取られるという事態が生じ、加熱管の寿
命が短くなる欠点が生じると共にコールスラリー
の流動圧力損失が増加してスラリー供給系側のポ
ンプの動力費が不当に大きくなり不経済となる欠
点が生じる。

又、コールスラリー流速が遅すぎる場合には、
前記固体（石炭）が管内において沈殿し易く、加
熱管に詰まりを生じる。又、コールスラリーの境
膜伝熱係数が低下し、該境界部における流体温度
が上昇して溶剤又は溶剤に石炭が溶解した液体の
コーキング（炭化）が発生し、加熱管の閉塞の原
因となると共に、加熱管表面温度が大幅に上昇し
ね加熱管破損の原因となる。

このため、コールスラリー流速を比較的狭い範
囲（例えば加熱管の入口流速で1.2ｍ／ｓ〜2.0
ｍ／ｓ、出口流速で2.0ｍ／ｓ〜3.2ｍ／ｓ程度）
内に保持する必要があり、保持すべき流速は、固
体粒子の大きさ、溶剤の種類、粘土により大きく
変化するため、固定粒子の大きさ、溶剤の粘土の
測定を行い、石炭、溶剤の種類、量によりその設
定を行なうようにしている。

さらに、上記コールスラリーの場合に限らず、
石油精製や石油化学等のプラントで使用されてい
る各種石油類等の有機炭化水素を加熱する加熱炉
においても、加熱炉は最大負荷に合わせて設計さ
れるので、プラントの負荷を低下させて加熱管内
の被加熱流体流速を減じて運転した場合、該被加
熱流体の境膜伝熱係数が低下し、コーキングが発
生し、加熱管の閉塞の原因となると共に、加熱管
表面温度が大幅に上昇して加熱管破損の原因とな
る。従つて、やはり被加熱流体流速を比較的狭い
範囲内に保持する必要がある。当然、加熱炉は最
大負荷以上にし加熱管内の被加熱流体流速を増大
して運転した場合は、所定の加熱が出来ないばか
りか炉本体の破損にも繋がりかねないことにな
り、何れにしても従来の加熱炉は、負荷に対する
融通性に乏しかつた。

そこで、本発明は以上のような従来の実情に鑑
み、被加熱流体供給系から分岐させた複数の加熱
管を加熱炉本体内に通過させて配設し、該加熱炉
入口部に配管させた複数の加熱管の中から被加熱
流体を供給する加熱管（使用加熱管）を選択する
選択手段を設け、被加熱流体流量に応じて被加熱
流体を供給する加熱管（使用加熱管）を選択する
ことにより、流体流速を適性範囲に保持して上記
従来の欠点を解消し、しかも被加熱流体を供給す
る加熱管（使用加熱管）の選択に伴い被加熱流体
供給が停止することになる加熱管（停止加熱管）
に、その選択した加熱管（使用加熱管）を流通さ
せた被加熱流体を導入させて流通させることによ
り、被加熱流体供給が停止することになる加熱管
（停止加熱管）がから炊き状態になるのを防止し
た加熱管を提供するものである。

なお、本明細書においては、本発明を説明する
上で便宜的に上記選択手段によつて被加熱流体を
供給するように選択された加熱管を使用加熱管と
称し、又この被加熱流体を供給する加熱管の選択
に伴い被加熱流体供給が停止されることになる加
熱管を停止加熱管と称する。

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図に
基づいて説明する。

第１図において、１はコールスラリーの加熱炉
本体であり底部に取り付けたバーナ２によつて炉
内に並列に配設された加熱管３Ａ，３Ｂを加熱
し、該加熱管３Ａ，３Ｂ内を流通するコールスラ
リーを一定温度に加熱するようになつている。

４はバーナ２への燃料供給管で、パイロツトバ
ーナとメインバーナへの供給管４Ａ，４Ｂに分岐
し、これら供給管４Ａ，４Ｂには夫々流量制御弁
５Ａ，５Ｂが介装されている。１Ａは加熱炉本体
１の上部に開口する排気流出口、６は該排気流出
口１Ａ内に配設され排気流量を制御して加熱炉本
体１内に導入される空気量を制御するためのダン
パである。

上記加熱管３Ａ，３Ｂは加熱炉本体１内に入る
前に炉入口部でコールスラリー入口管路７から複
数分岐され次いで加熱炉本体１内で複数並列に設
けられ、さらにこれら加熱管３Ａ，３Ｂは加熱炉
本体１内を出た炉出口部で合流して再び１つの管
路となりコールスラリー出口管路１０に接続され
る。

１１は水素ガス入口管路で、二叉に分岐した水
素ガス供給管１２，１３に接続され、この水素ガ
ス供給管１２，１３は夫々炉入口部の前記加熱管
３Ａ，３Ｂの上流側に接続される。

１４はコールスラリー入口管路７に介装された
開閉弁である。１５，１６は夫々加熱管３Ａ，３
Ｂの上記水素ガス供給管１２，１３連通部より上
流側に介装された流量制御弁、１７，１８は夫々
該流量制御弁１５，１６を作動さす警報付流量記
録調節装置で、流量制御弁１５，１６の上流側の
夫々加熱管３Ａ，３Ｂに介装されている。１９，
２０は夫々水素ガス供給管１２，１３に介装され
た流量制御弁、２１，２２は夫々該流量制御弁１
９，２０を作動さす流量記録調節装置で、該流量
制御弁１９，２０の上流側の夫々水素ガス供給管
１２，１３に介装されている。２３，２４及び２
５，２６は夫々加熱管３Ａ，３Ｂの上記水素ガス
供給管１２，１３接続点より加熱炉本体１入口側
に介装された入口部圧力計測装置及び入口部温度
計測装置、２７，２８及び２９，３０は加熱管３
Ａ，３Ｂの加熱炉本体１より出口側に介装された
出口部圧力計測装置及び出口部温度計測装置、３
１はコールスラリー出口管路１０に介装された警
報付温度記録調節計、３２は一方の加熱管３Ａの
出口部圧力計測装置２７直下流から分岐して他方
の加熱管３Ｂの入口部圧力計測装置２４と前記水
素ガス供給管１３連通部との間に至るコールスラ
リー流通管である。

尚、このコールスラリー流通管３２は加熱炉本
体１内を通るものではない。３３，３４及び３５
は使用加熱管の切り換え弁で、弁３３は一方の加
熱管３Ａの前記コールスラリー流通管３２連通部
直下流側に、弁３４は他方の加熱管３Ｂのコール
スラリー流通管３２連通部直上流側に、弁３５は
該コールスラリー流通管３２に、夫々介装されて
いる。３６は後述する使用停止加熱管等に水素ガ
スを強制的に送出するパージ用水素ガス供給回路
である。

ここで、前記一方の加熱管３Ａの出口側とコー
ルスラリー流通管３２とに夫々介装された切り換
え弁３３，３５は夫々第２図に示すような手動締
切り弁からなる。この手動締切り弁は図に示す如
くハンドル３７の回転操作によつて上・下動する
弁体３８により開閉されるコールスラリー入口ポ
ート３９と出口ポート４０とを備えると共に、こ
れらポート３９，４０に連通する水素ガス入口ポ
ート４１を備えた構造である。

そして、前記切り換え弁３３及び３５の水素ガ
ス入口ポート４１には夫々前記パージ用水素ガス
供給回路３６における供給管３６Ａ，３６Ｂ及び
３６Ｃ，３６Ｄが連通接続される。

一方、加熱管３Ｂの入口側に介装された切り換
え弁３４は第２図に示した手動締切り弁における
コールスラリー入口ポート３９側の水素ガス入口
ポート４１が欠除した構造のものであり、コール
スラリー出口ポート４０側の水素ガス入口ポート
４１には前記パージ用水素ガス供給回路３６にお
ける供給管３６ｅが連通接続される。

４２，４３，４４は夫々供給管３６Ａ，３６Ｂ
及び３６Ｃ及び３６Ｄ，３６ｅに介装された手動
弁、４５は流量記録計である。

以上、本実施例においては、上記切り換え弁３
４によつて本発明に係る使用加熱管の選択手段が
構成され、コールスラリー流通管３２によつて本
発明に係る被加熱流体流通路が構成され、切り換
え弁３３，３５によつて本発明に係る切り換え手
段が構成されている。

次に、上記構成の加熱炉の作動について説明す
る。

まず、加熱管３Ａ，３Ｂを同時使用して運転す
る場合、固体（石炭）と液体（溶剤）のスラリー
はコールスラリー入口管路７から警報付流量記録
調節装置１７，１８及び流量制御弁１５，１６を
介して２つの加熱管３Ａ，３Ｂに等量に分けられ
て供給される。

一方、該スラリーに添加される水素ガスとその
水素ガス入口管路１１から流量記録調節装置２
１，２２及び流量制御弁１９，２０を介して２つ
の水素ガス供給管１２，１３に等量に分けられ、
前記加熱管３Ａ，３Ｂに混入される。

このコールスラリーは入口部圧力計測装置２
３，２４及び入口部温度計測装置２５，２６を
夫々通過してから加熱炉本体１内に夫々送り込ま
れる。

コールスラリーは加熱炉本体１内においてバー
ナ２による輻射熱伝達を受けて加熱され出口部温
度計測装置２９，３０及び出口部圧力計測装置２
７，２８を通過して合流し、コールスラリー出口
管路１０に送出される。尚、この時切り換え弁３
３，３４を開に、弁３５を閉にしておく。

そして、加熱炉の負荷が減少し、上記２つの加
熱管運転では加熱管３Ａ，３Ｂ中のコールスラリ
ーの最低流速を確保できなくなつた時は１つの加
熱管による運転に減少選択を行う。この場合は、
切り換え弁３３，３４を閉に、弁３５を開にして
おき、流量制御弁１６，２０を閉止すると、コー
ルスラリー入口管路７及び水素ガス入口管路１１
から供給されるすべてのスラリー及び水素ガスは
一方の加熱管３Ａのみを通つて加熱炉本体１内に
て加熱される。このような１つの加熱管使用運転
時には上述した如くすべてのコールスラリーは一
方の加熱管３Ａのみに供給され、他方の加熱管３
Ｂには供給がなされないため、何ら流体の流通の
ない加熱管３Ｂは加熱炉本体１内において、から
炊き状態となる。

従つて、本発明では、コールスラリー流通路３
２を設けたことにより加熱管３Ａを流通したコー
ルスラリーを加熱管３Ｂに導いて流通させ、から
炊きを防止する。

即ち、加熱管３Ａを流通して加熱されたコール
スラリーは切り換え弁３３が閉止されているた
め、該切り換え弁３３上流からコールスラリー流
通管３２に入り、切り換え弁３５を通つて加熱管
３Ｂの切り換え弁３４下流側に至り、該加熱管３
Ｂを通つて加熱炉本体１内に流入し、ここで再び
加熱されてコールスラリー出口管路１０に戻る。

以上のようにして加熱管３Ａ，３Ｂの使用加熱
管の選択を行うわけであるが、上述したような使
用加熱管の選択に伴いコールスラリーが流通する
管路にはポケツトになる部分が生じる。

従つて、本実施例では、このポケツトになる部
分に前記パージ用水素ガス供給回路３６からの水
素ガスを送り込む。

即ち、例えば上述した１つの加熱管使用による
運転の場合、切り換え弁３３，３４は完全に閉止
しているため、一方の加熱管３Ａにおける切り換
え弁３３上・下流側及び他方の加熱管３Ｂにおけ
る弁３４の下流側にコールスラリーが流入して残
留するため、この場合には水素ガス供給回路３６
から供給される水素ガスを供給管３６Ａ，３６Ｂ
の弁４２を通じて前記加熱管３Ａの切り換え弁３
３上・下流側に少量づつ吹き込みつづけると共
に、供給管３６ｅの弁４４を通じて前記加熱管３
Ｂの弁３４下流側に吹き込みつづけ流入する又は
残留しているコールスラリーを加熱管３Ａ，３Ｂ
に流し込んで排除しつづける。

又、２つの加熱管使用による運転の場合、切り
換え弁３５は完全に閉止しているためコールスラ
リー流通管３２にコールスラリーが流入して残留
する。従つて、パージ用水素ガス供給回路３６に
おける供給管３６Ｃ，３６Ｄの弁４３を通じてコ
ールスラリー流通管３２の弁３５上・下流側に少
量づつ水素ガスを吹き込みつづけ、コールスラリ
ー流通管３２に流入し又は残留しているコールス
ラリーを夫々２つの加熱管３Ａ，３Ｂに流し込ん
で排除しつづける。

尚、上記加熱管３Ｂの弁３４上流側において
は、そこに存在するコールスラリーは一度も加熱
されてないわけであるから固化の心配がなく、水
素ガスの吹き込みは特に必要ない。

又、パージ用の水素ガスは本来コールスラリー
に混入されているものであるから少量の水素ガス
が各加熱管３Ａ，３Ｂに流し込まれても何ら影響
を与えない。

上述の実施例ではパージ用流体として水素ガス
が利用したが、石炭液化プラントにおいてコール
スラリーに混入されている溶剤を利用しても良
く、要するにスラリー成分中の液体又は気体を利
用すれば良い。

又、上述の実施例ではコールスラリー流通管３
２に使用加熱管の切り換え弁３５を１つ介装した
が、コールスラリー流通管３２の両端部即ちコー
ルスラリー流通管３２の加熱管３Ａ，３Ｂ連通部
近傍に夫々使用加熱管の切り換え弁３５，３５を
設けてもよい。この場合、切り換え弁３５，３５
間のコールスラリー流通管３２にドレン弁を設
け、１つの加熱管使用による運転後２つの加熱管
使用による運転に選択した際の該コールスラリー
流通管３２中の残留コールスラリーをパージ用流
体で上記ドレン弁を介して排出するようにする。

又、上記実施例では使用加熱管の切り換え用弁
３３，３４，３５及び弁４２，４３，４４は手動
による例であるが、これに限定されることなく、
これらを自動弁とし使用加熱管の選択に伴い自動
的に作動させるようにしても良く、又、被加熱流
体が固化の心配がなくパージ用流体の吹き込みが
不要の場合は切り換え弁３３，３４，３５はパー
ジ用流体入口ポートがない単なる開閉弁で良いこ
とは無論である。

さらに、本実施例では２つの加熱管３Ａ，３Ｂ
を並列に分岐したが、さらに切り換え弁３３，３
４，３５及びコールスラリー流通管等を必要によ
り個々に増し、加熱管３を三つ以上の複数列にし
ても良いことは無論である。

以上の実施例によれば、加熱炉の負荷変動に応
じて加熱管３の使用加熱管を適宜選択して使用す
ることができるから、予め適正範囲に設定された
加熱管内におけるコールスラリー流速をほぼ保持
することができ、コールスラリー流速が速すぎた
場合に生じる加熱管の破損、寿命低下及びスラリ
ー供給ポンプの動力費高騰等の欠点を解消できる
と共にコールスラリー流速が遅すぎた場合に生じ
る加熱管の詰まり、コーキングの発生及び加熱管
の破損等の欠点を解消できる。

又、本実施例によれば、使用加熱管の選択に伴
つて流体流通が停止した加熱管に使用加熱管を流
通したコールスラリーを停止加熱管にも導くよう
にしたから、停止加熱管が加熱炉本体１内におい
て、から炊き状態になるのを防止することができ
る。

尚、以上説明した加熱炉は、固体、液体、気体
からなる三相の被加熱流体を問題なく加熱できる
わけであり、これができれば、他の被加熱流体は
当然問題なく加熱することができる。

換言すれば、本構成の加熱炉は、最も難しいと
される固体、液体、気体からなる三相の被加熱流
体をも問題なく加熱できると言う高い目標を達成
でき、完成度の高い加熱炉と言えるものである。

従つて、ただ通常の加熱炉と同様に加熱したい
被加熱流体を加熱管に流せば、種々の用途に使用
できるものである。

上記以上説明したように本発明によれば、加熱
管の使用加熱管の選択装置を設けたことにより、
加熱炉の負荷変動に対応して使用加熱管の選択を
行え、これによつて加熱管内におけるスラリー等
の被加熱流体流速を適正な範囲に保持することが
でき、加熱管の損傷及び詰まりを防止することが
でき、加熱管の寿命向上を図れると共に本発明に
おいては、使用加熱管の選択に伴いスラリー供給
が停止することになる加熱管に流入又は残留する
スラリー等の被加熱流体流通が停止した加熱管に
使用加熱管流通後の被加熱流体を流通させるよう
にしたから、停止加熱管の加熱炉本体内におけ
る、から炊きを防止でき、加熱管の破損等を防止
できる。

本発明の加熱炉は、各種被加熱流体を問題なく
加熱することができるものであるが、特に、石炭
液化プラントにおいて、コールスラリーの予熱工
程で用いられるコールスラリー加熱炉に適用すれ
ば気体（水素ガス）、液体（溶剤）、固体（石炭）
の三相のコールスラリーの加熱に際して溶剤又は
石炭が溶剤に溶解した液体のコーキング等に対す
る耐久性、寿命の問題等を技術的に解決できる多
大なる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る加熱炉の一実施例を示す
構成図、第２図は同上装置における切り換え弁の
構造を示す半断面図である。 １……加熱炉本体、３Ａ，３Ｂ……加熱管、１
０……コールスラリー出口管路（下流側流通路）、
３２……コールスラリー流通管（被加熱流体流通
路、３４……切り換え弁（選択手段）、３３，３
５……切り換え弁（切り換え手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被加熱流体供給系から分岐され加熱炉本体内
   を通過して配設された複数の加熱管と、 前記複数の加熱管において被加熱流体を供給す
   る加熱管を選択し前記炉本体入口部に設けられた
   選択手段と、 前記選択手段によつて選択されて被加熱流体が
   供給される加熱管の炉本体出口部と該選択に伴な
   い被加熱流体の供給が停止することになる加熱管
   の炉本体入口部とを連絡させる被加熱流体流通路
   と、 被加熱流体が供給される前記加熱管と前記被加
   熱流体流通路との連絡部から該加熱管の炉本体内
   を通過してきた被加熱流体の流れを該被加熱流体
   流通路または該加熱管の下流側流通路に選択的に
   切り替え、被加熱流体を供給する加熱管の減少選
   択時に該加熱管流通後の被加熱流体を前記被加熱
   流体流通路を介して被加熱流体の供給が停止され
   ることになる前記加熱管に導入する切り換え手段
   と、 を具備したことを特徴とする加熱炉。