JPS6287724A - 管式加熱炉の燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は管式加熱炉の燃焼方法に関し、殊にその省エネ
ルギ化をはかると共に、環境公害の低減をはかりうる管
式加熱炉の燃焼方法に関するものである。

〔従来技術〕

従来一般に使用されている管式加熱炉では、第４図の第
１の従来例に示すごとく加熱炉本体１内に加熱管２を配
設し、その加熱管２の中に被加熱流体りを導入し、燃料
Ｆと燃焼用空気Ａとを燃焼装置で燃焼させ、加熱管２を
介して被加熱流体りを加熱し、燃焼排ガスは矢印Ｇ−の
ごとく排出している。

そこで、例えば３００℃の被加熱流体りを、この管式加
熱炉の加熱管２内で３２０℃に昇温する場合、昇温に必
要な熱量は１０　Ｘ　１０６ｋｃａｌ／Ｈｒ、とする。

この吸収熱量は燃料Ｆの燃焼熱量で充当される。また、
燃料Ｆを燃焼用空気Ａで燃焼し、生成される燃焼排ガス
Ｇｗは被加熱流体りの入口温度よりも高く、この従来例
では３５０℃の燃焼排ガスＧｗとして大気に放散され、
熱損失となり、この損失熱量は燃焼熱量に対して大きな
割合を占める。

この他の損失熱量としては加熱炉本体ｌの炉壁等から大
気に放散されるものがあるが、燃焼排ガスＧｗの放散熱
量と比べて非常に少ない。

従って、燃焼排ガスＧｗの放散熱量を極力少なくするこ
とによって燃焼熱量を減少することは省エネルギ上極め
て重要なことである。

次に、第５図の第２の従来例は、第４図の第１の従来例
における管式加熱炉の燃焼方法を改善した省エネルギ型
の燃焼方法を示−しており、燃焼用空気Ａを燃焼排ガス
Ｇ−と空気予熱器８を介して熱交換させたものであり、
燃焼排ガスＧｗを３５０℃から１５０℃まで冷却し、こ
の熱量は燃焼用空気Ａを昇温することによって回収して
加熱炉本体１に循環し有効活用をはかることによって熱
損失を減らし、燃焼熱量の低減をはかるものである。

更に、第６図の第３及び第４の各従来例では、酸素富化
膜設備３を利用した従来の改善された省エネルギ型の管
式加熱炉の燃焼方法を示しており、この酸素富化膜設備
３では、大気ａを、酸素を良く透過する酸素富化膜を利
用して酸素富化空気Ａ。と窒素富化空気ＡＮとに分離し
ている。

一般に、燃料Ｆを燃焼するためには一定量の酸素を必要
とし、燃焼用ガスＧ＆４として空気を使用する場合には
空気中に２１％の酸素が含まれているので、必要とする
酸素堆の１１０．２１倍の空気量を必要とすることにな
る。

空気中の酸素以夕（ば燃焼の役目を果さないのであるか
ら、供給する空気の７９％は大気温度から第４図の第１
の従来例では３５０℃、第５図の第２の従来例では１５
０℃まで加熱し、大気に無駄に捨てられていることにな
る。

そこで、第６図の第３及び第４の従来例では燃焼に寄与
しない酸素以外の気体の割合を少なくすることによって
その管式加熱炉の省エネルギ化を図るものである。

すなわち、近年その技術開発が著し２く進んでいる、酸
素富化膜を利用した酸素富化膜設備３を設け、そこで酸
素濃度の高い燃焼用空気をつくり、その酸素富化空気Ａ
。を燃料Ｉパと加熱炉本体１の燃焼装置に供給し、燃焼
させるも／７）である。

なお、この第３の従来例は２５％、そして第４の従来例
は２８％の酸素を含む酸素富化空気Ａ。

をそれぞれつくった場合の改善例である。

当然のことながら、第３及び第４の従来例と第２の従来
例とを組合せることによって熱効率等の改善度合を大き
くすることが可能なことは明らかである。

次に、燃料Ｆとしてメタンを過剰酸素率１０％で、燃焼
用空気Ａにて燃焼すると、燃焼排ガスＣｗの組成は下記
のＭｏｌχで示す表のとおりとなる。

上記表のうち、炭酸ガスＣＯ２，水０２０は燃料Ｆの燃
焼に伴なって必然的に生ずるものであり、酸素０□は燃
料Ｆを完全に燃焼させるために理論的必要量の１１０χ
を供給したもののうち、過剰な１０％分のものである。

一方、窒素Ｎ２は燃焼に寄与せず、そのため余分に燃料
Ｆを必要とさせる空気中に７９％含まれているＮ２であ
る。

次に、前記第５図の第２の従来例では、１５０℃まで排
熱回収しているものの、燃焼排ガスＧ饅の７２．１％を
減少させる余地がある。ずなわら、大気へ放散する燃焼
排ガスＧｗを３．６分の１にして大きな改善をはかる余
地を残している。

また、前記第６図の第３及び第４の従来例では、酸素富
化膜設備３を利用してそれぞれ２５％及び２８％の酸素
濃度とすることによって、７５０．、ｌ；及び７２％の
Ｎ２含有空気を供給するものであるから、大気に放出し
ているＮ２の割合を少なくｌ、、燃焼排ガス量を減少せ
しめている。

この方法では、上記酸素富化膜設備３を用いる他に、例
えば窒素発生プラント等で発生する余剰な純酸素、ある
いは高ン農度の酸素を含有するガスを発生する装置等を
利用して、管式加熱炉の省エネルギ化をはかりうるとい
う利点がある。

しかしながら、この方法の場合、それぞれ２５％及び２
８％の酸素濃度では火炎温度はそれぞれ３００℃及び５
００℃上昇し、このため加熱炉本体１の炉壁材質、バー
ナクイル及びバーナチップ等の材質の高級化が余儀なく
され、設備コストが嵩むことになるばかりでなく、火炎
温度の上界に伴って、ＮＯｘが急増して環境公害問題が
発生する。

〔発明の目的〕

本発明は、前記各従来例の問題点を解消するためになさ
れたものであり、熱効率を向上させて省エネルギ化をは
かると共に、環境公害の低減をはかりうる管式加熱炉の
燃焼方法を提供することを目的としたものである。

〔発明の構成〕

本発明の管式加熱炉の燃焼方法は、管式加熱炉からの燃
焼排ガスの少なくとも一部を咳管式加熱炉の燃料の燃焼
用ガスとして循環供給させると共に、その循環される燃
焼排ガス中に純酸素および／または酸素を高濃度に含有
するガスを供給し混合させることにより構成されるもの
であり、すなわち、その概要は、管式加熱炉から大気へ
放出される燃焼排ガスを取り出し、純酸素あるいは酸素
を高濃度に含有するガスと混合し、その混合ガス中の酸
素濃度を大気中の酸素濃度と同程度にして、その管式加
熱炉の燃料用の燃焼ガスとして循環供給することを特徴
とするものである。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の詳細な説明するが、第１図
及び第２図の各実施例及び第４図、第５図及び第６図の
各従来例においてそれぞれ同じ部品または同じ部分は同
じ番号または記号で示している。

まず、第１図の実施例１の管式加熱炉では、第６図の第
３の従来例とほぼ同様に加熱炉本体１内に加熱管２を配
設し、加熱管２の中に被加熱流体りを導入し、燃料Ｆの
燃焼により加熱管２を介して被加熱流体りを加熱するも
のであり、本発明では燃焼後の燃焼排ガスＧｓの排ガス
通路４に設けられたダンパー５の手゛前から燃焼排ガス
Ｇｈの少なくとも一部を取り出し、それを燃料Ｆの燃焼
用ガスＧとして、燃料Ｆと共に燃焼装置に循環して供給
させる循環路６を設けている。なお、上記燃焼排ガスＧ
−の循環路６の燃焼排ガスＧｗの取り出し位置は上記実
施例１のダンパー５の手前の位置に限定されるものでは
なく、加熱炉本体１の排ガス通路４への途中におけるど
のような位置であっても良い。

次にこの循環路６に、純酸素および／または酸素を高濃
度に含有するガスを供給しうる設備７から供給管９を接
続し、この循環路６内の燃焼排ガスＧｗに上記の純酸素
および／または酸素を高濃度に含有するガスである酸素
富化空気ＡＯを供給し、混合し、それを燃焼用ガスＧと
して燃焼装置に供給している。

なお、上記設備７としては、第６図の従来例の酸素富化
膜設備３を使用しても良く、また、窒素発生プラント等
で産出される純酸素または酸素を高濃度に含有するガス
を供給する設備等どのような設備を用いても良い。

以上の構成からなる第１図の実施例１では、燃焼装置に
入る燃焼用ガスＧの酸素濃度は大気並みであるから、前
記第６図の第３及び第４の従来例における欠点を解消す
ることができ、また、加熱炉本体ｌから大気へ放出する
燃焼排ガスＧｗは、加熱炉系外から取り入れて燃焼装置
へ供給する燃焼用ガスＧのうち、酸素成分以外の成分が
大気と比べて減少した分だけ少なくなり、第５図の第２
の従来例における不満を解消することになる。

たとえば、大気を燃焼用空気Ａとして取り入れた場合に
比し、純酸素を燃焼用ガスＧとして取り入れた場合では
、前記燃焼排ガスＧ−の組成を示す表のＮ２成分が少な
くなるのと、大気へ放出する燃焼排ガスＧｈは、（１，
０−０，７２１）　／１．０＝　１．０／３．６と非常
に少なくなり、大きな省エネルギ効果を発揮することに
なる。

なお、この実施例１゛に、第５図の第２の従来例と同様
に空気予熱器８等の廃熱回収システムを取り入れること
によって、更に大きな省エネルギ効果を発揮することが
できる。

次に、第２図の実施例２は第１図の実施例１とほぼ同様
な構成及び機能を有するものであるが、純酸素および／
または酸素を高濃度に含有するガスを供給しうる設置７
からの供給管９の途中に排ガス通路４を設けた空気予熱
器８を設けて、燃焼排ガスＧｗとの熱交換により加熱さ
れた純酸素などの酸素富化空気Ａ。を循環路６に導入し
、熱効率の向上をはかったものである。

以上のごとく、第１図及び第２図の本発明の管式加熱炉
においては、加熱炉本体１内を通る燃焼ガスの量や温度
、火炎温度が、第４図の第１図の従来例及び第５図の第
２の従来例とほぼ同じであるので設備の大幅な変更が不
要であり、たとえ純酸素あるいは酸素高含有ガスの供給
が一時的に中断したとしても管式加熱炉の運転が可能で
ある。

次に、本発明の実施例１及び実施例２と、前記第１．第
２．第３及び第４の各従来例の各管式加熱炉において得
られた加熱量、損失熱量、燃焼熱量、熱効率、燃焼排ガ
ス温度、燃焼排ガス量及び節減燃料を下記の表に示して
おり、この表からも本発明の管式加熱炉の熱効率等が従
来のものより著しく向上し、省エネルギの目的に適して
いることが判る。

（本頁以下余白） また、第３図は燃焼排ガスＧｗの温度が３５０℃の場合
における純酸素供給割合１００χの第１図の本発明の実
施例１及び純酸素供給を行っていない第４図の第１の従
来例について、その燃焼排ガス量（Ｎｍ’／Ｈｒ）をＷ
で、そして熱効率をＴｅ（Ｘ）で表した線図であり、本
発明を採用すれば曲線Ｍに示すように燃焼排ガスＩＷが
著しく低減し、かつ曲線Ｎに示すようにその熱効率Ｔｅ
が著しく向上することがこの線図からも確認することが
できる。

〔発明の効果〕 本発明の燃焼方法を管式加熱炉に採用ずねば従来大気へ
放散されていた燃焼排ガス量を大幅に減少させ、かつそ
の排熱を有効に利用できるので加熱炉としての熱効率が
著しく向上し、省エネルギ効果を発揮することができる
。

また、本発明の管式加熱炉では、燃焼装置に入る燃焼ガ
スの酸素濃度は大気並みであるので、火炎温度の上昇も
従来の加熱炉と同等であり、炉壁材質、バーナタイル及
びバーナチップ材質に高級なものを使用する必要がない
ので設備費が嵩まないと共に、火炎温度上昇に伴うＮＯ
ｘの急増による環境公害の問題も発生しない。

一方、本発明の燃焼方法は従来の既説の管式加熱炉にも
大幅な変更なしに容易に採用でき、しかも純酸素等の供
給が一時的に中断した場合でも従来の加熱炉と同様な運
転は可能であるという利点がある。

なお、本発明は窒素発生プラント等余剰な酸素または酸
素高含有のガスが容易に入手可能な地域に設置される管
式加熱炉に対して特に有効に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の各実施例における管式加熱
炉の概略系統図であり、第１図がその実施例１、第２図
がその実施例２である。 第３図は第１図の実施例１及び第４図の第１の従来例の
管式加熱炉の燃焼排ガス量及び熱効率を対比する線図で
ある。 第４図、第５図及び第６図はそれぞれ異なる従来例にお
ける管式加熱炉の概略系統図である。 １・・・加熱炉本体、２・・・加熱管、３・・・酸素富
化膜設備、６・・・循環路、７・・・純酸素および／ま
たは酸素を高濃度に含有するガスを供給しうる設備、８
・・・空気予熱器、９・・・供給管、Ｇ・・・燃焼用ガ
ス、Ｇ＆４・・・燃焼排ガス、Ａｏ・・・酸素富化空気
、Ｆ・・・燃料。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 管式加熱炉からの燃焼排ガスの少なくとも一部を該管式
   加熱炉の燃料の燃焼用ガスとして循環供給させると共に
   、その循環される燃焼排ガス中に純酸素および／または
   酸素を高濃度に含有するガスを供給し混合させる管式加
   熱炉の燃焼方法。