DE69228323T2

DE69228323T2 - PIPE OVEN AND METHOD FOR CONTROLLING THE COMBUSTION

Info

Publication number: DE69228323T2
Application number: DE69228323T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Yokohama-Shi Kanagawa 227 Kaji; Masao Yokohama-Shi Kanagawa 235 Kawamoto; Hirokuni Nippon Furnace Kogyo K.K. Yokohama-Shi Kanagawa 235 Kikukawa; Mamoru Zama-Shi Kanagawa 228 Matsuo; Hiroshi Yokosuka-Shi Kanagawa 237 Miyama; Tetsuhiko Suginami-Ku Tokyo 168 Ohki; Ryosuke Yokohama-Shi Kanagawa 245 Shimizu; Ryoichi Setagaya-Ku Tokyo 155 Tanaka
Original assignee: FURNACE TECHNO CO; Nippon Furnace Co Ltd; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd; Chiyoda Corp
Current assignee: FURNACE TECHNO CO; Nippon Furnace Co Ltd; Chiyoda Corp
Priority date: 1991-10-31
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1999-07-01
Anticipated expiration: 2012-10-31
Also published as: DE69228323D1; KR100194897B1

Description

TECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rohrofen und ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung des Rohrofens.The present invention relates to a tube furnace and a method for controlling the combustion of the tube furnace.

BACKGROUND OF THE INVENTION

Rohröfen werden hauptsächlich beim Raffinieren von Öl verwendet und sind zur Verbrennung von Brennstoff in einer Brennkammer vorgesehen, die ein aus Stahlplatten gefertigtes Gehäuse umfaßt, dessen Innenseite mit hitzebeständigem und wärmeisolierendem Material ausgekleidet ist, und zum Erhitzen von Petroleum oder anderem Öl, das in den innerhalb der Brennkammer angeordneten Heizrohren (Stahlrohren) fließt, unter Verwendung der erzeugten Hitze.Tube furnaces are mainly used in oil refining and are designed to burn fuel in a combustion chamber comprising a casing made of steel plates, the inside of which is lined with heat-resistant and heat-insulating material, and to heat petroleum or other oil flowing in the heating tubes (steel tubes) arranged inside the combustion chamber, using the heat generated.

Ein solcher Rohrofen weist ein erhebliches Problem der Verkokung auf. Unter dem Begriff "Verkokung" (coking) versteht man eine Erscheinung, daß ein zu erhitzendes Fluid zerfällt und in Koks verwandelt wird, wobei als ein wichtiges Thema vom Standpunkt der Gestaltung und des Betriebs in Rohröfen, die in erster Linie Kohlenwasserstoff verarbeiten, Maßnahmen zur Verhinderung der Verkokung betrachtet werden.Such a tube furnace has a significant problem of coking. The term "coking" refers to a phenomenon whereby a fluid being heated decomposes and is converted into coke, and measures to prevent coking are considered an important issue from the point of view of design and operation in tube furnaces that primarily process hydrocarbons.

Als Schritte zur Verhinderung der Verkokung ist daher üblicherweise in der Praxis die Auswahl des Werts von Wärmeströmung so vorgenommen worden, daß eine Grenzschicht- Temperatur niedriger gehalten wird als eine Verkokungs- Temperatur, und daß eine Abmessung eines Rohrdurchmessers so gewählt wurde, daß die Strömungsgeschwindigkeit im Rohr in einem angemessenen Bereich gehalten wird. Unter diesem Gesichtspunkt sind gewöhnliche Werte einer Wärmeströmung und einer Strömungsgeschwindigkeit in Öfen zum Erhitzen von Restöl spezifiziert, die sehr wahrscheinlich eine Verkokung verursachen, wie bei Öfen zum Erwärmen von Rohmaterial, beispielsweise für eine Vorrichtung zum atmosphärischen Destillieren oder eine Vorrichtung zum Vakuuum-Destillieren.As steps to prevent coking, therefore, it has been commonly practiced to select the value of heat flow so that a boundary layer temperature is kept lower than a coking temperature and that a dimension of a pipe diameter is so selected so that the flow rate in the pipe is kept within an appropriate range. From this point of view, usual values of a heat flow and a flow rate are specified in furnaces for heating residual oil which are very likely to cause coking, such as in furnaces for heating raw material, for example, for an atmospheric distillation apparatus or a vacuum distillation apparatus.

Unter dem Gesichtspunkt der Erhaltung der Energie ist dabei ein herkömmlicher Rohrofen, beispielsweise gemäß Fig. 4 angeordnet, und zwar so, daß ein Konvektionswärme- Übertragungsabschnitt 102, in dem ein zu erwärmendes Fluid in erster Linie durch Konvektionswärmeübertragung erwärmt wird, in einem oberen Teil eines Ofens 101 vorgesehen ist, ein Strahlungswärme-Übertragungsabschnitt 103, in dem das Fluid in erster Linie durch Strahlungswärmeübertragung erwärmt wird, in einem unteren Teil des Ofens 101 vorgesehen ist, und das am Bodenabschnitt des Ofens 101 durch eine Brenneranordnung 104 erzeugte Verbrennungsags durch einen Abzug 105 auf der Oberseite des Ofens 101 abgeführt wird. In diesem Ofen 101 ist eine Wendelstrecke durch ein miteinander Verbinden der im Ofen angeordneten Gruppen von Heizrohren 106 in eine Heizrohreinheit über U-förmige Verbindungsrohre (nicht dargestellt) gebildet. Die Wendelstrecke hat einen Einlaß 107, der neben der Oberseite des Ofens 101 in dem Konvektionswärme-Übertragungsabschnitt 102 gelegen ist, und einen Auslaß 108, der in der Nähe des Unterteils des Ofens 101 in dem Strahlungswärme-Übertragungsabschnitt 103 gelegen ist. Daher wird das zu erwärmende Fluid, das in die Heizrohre 106 vom Einlaß 107 aus eingeführt wird, durch das abgezogene Verbrennungsgas bei einer relativ niedrigen Temperatur in der Konvektionswärme-Übertragungssektion 102 erwärmt und in die stromabseitige Richtung geleitet, und durch die Strahlungswärme des Verbrennungsgases bei einer relativ hohen Temperatur in dem Strahlungswärme-Übertragungsabschnitt 103 weiter erwärmt. Danach wird das Fluid vom Auslaß 108 abgezogen. In diesem Fall wird die Wärmeströmung, da die Grenzschichttemperatur des zu erwärmenden Fluids neben dem Auslaß 108 der in dem Strahlungswärme-Übertragungsabschnitt 103 gelegenen Wendelstrecke maximal wird, so eingestellt, daß die Grenzschichttemperatur des Fluids neben dem Auslaß 108 der Wendelstrecke geringer gehalten wird als die Verkokungstemperatur.From the viewpoint of energy conservation, a conventional tube furnace is arranged, for example, as shown in Fig. 4, in such a way that a convection heat transfer section 102 in which a fluid to be heated is heated primarily by convection heat transfer is provided in an upper part of a furnace 101, a radiant heat transfer section 103 in which the fluid is heated primarily by radiant heat transfer is provided in a lower part of the furnace 101, and the combustion gas generated at the bottom portion of the furnace 101 by a burner assembly 104 is discharged through a flue 105 on the top of the furnace 101. In this furnace 101, a spiral section is formed by connecting the groups of heating tubes 106 arranged in the furnace to one another into a heating tube unit via U-shaped connecting tubes (not shown). The spiral path has an inlet 107 located near the top of the furnace 101 in the convection heat transfer section 102 and an outlet 108 located near the bottom of the furnace 101 in the radiation heat transfer section 103. Therefore, the fluid to be heated introduced into the heating tubes 106 from the inlet 107 is heated by the exhausted combustion gas at a relatively low temperature in the convection heat transfer section 102 and guided in the downstream direction, and further heated by the radiation heat of the combustion gas at a relatively high temperature in the radiation heat transfer section 103. Thereafter, the fluid is discharged from the outlet 108 In this case, since the boundary layer temperature of the fluid to be heated becomes maximum near the outlet 108 of the spiral section located in the radiant heat transfer section 103, the heat flow is adjusted so that the boundary layer temperature of the fluid near the outlet 108 of the spiral section is kept lower than the coking temperature.

Im herkömmlichen Rohrofen jedoch wird die Innenseite des Ofens durch den am Bodenabschnitt als eine Zone vorgesehenen Brenner 104 erwärmt, mit dem Ergebnis, daß eine Temperatur im Ofen fortschreitend zu dem am oberen Ende des Ofens gelegenen Auslaß der Wendelstrecke abnimmt. Wenn außerdem die Wärmeströmung des Brenners 104 so eingestellt ist, daß die Grenzschichttemperatur geringer gehalten ist als die Verkokungstemperatur neben dem Auslaß 108 der Wendelstrecke, wo die Grenzschichttemperatur maximal wird, nimmt die Wärmeströmung bei ihrem Fortschreiten zum Wendelstreckeneinlaß 107 hin auf einen exzessiv geringen Wert ab. Im allgemeinen ist eine brauchbare Maximaltemperatur des Ofens durch eine Wanddicke und ein Material des Heizrohrs 106 definiert, aber im vorliegenden herkömmlichen Fall ist eine solche Temperatur auch hinsichtlich des Auslasses 108 des Ofens 101 festgelegt, und damit nimmt die Wärmeströmung in der Nähe des Auslasses einen exzessiv kleinen Wert an, ähnlich dem vorhergehenden Fall der Verhinderung einer Verkokung. Es ist erwünscht, daß die Wärmeströmung in allen Bereichen der Wendelstrecke bis auf ein Niveau erhöht werden sollte, das nahe einem kritischen Limit liegt, innerhalb dem eine Verkokung nicht auftritt, um die Heizwirksamkeit zu erhöhen. Die Wärmeströmung im herkömmlichen Ofen 101 ist jedoch insgesamt geringer, außer um den Auslaß 108 des Ofens 101 herum, und insbesondere ist die Wärmeströmung in der Nähe des Einlasses 107 ein Wert, der geringer als erwünscht ist, so daß die Heizleistung nicht so gut ist und ein großdimensionierter Ofen erforderlich ist, um die behandelte Menge und die raffinierte Menge zu erhöhen.In the conventional tube furnace, however, the inside of the furnace is heated by the burner 104 provided as a zone at the bottom portion, with the result that a temperature in the furnace decreases as it advances toward the spiral path outlet located at the top of the furnace. In addition, if the heat flow of the burner 104 is set so that the boundary layer temperature is kept lower than the coking temperature adjacent to the spiral path outlet 108 where the boundary layer temperature becomes maximum, the heat flow decreases to an excessively low value as it advances toward the spiral path inlet 107. In general, a useful maximum temperature of the furnace is defined by a wall thickness and a material of the heating tube 106, but in the present conventional case, such a temperature is also fixed with respect to the outlet 108 of the furnace 101, and thus the heat flow in the vicinity of the outlet takes an excessively small value, similarly to the previous case of preventing coking. It is desirable that the heat flow in all the regions of the spiral section should be increased to a level close to a critical limit within which coking does not occur in order to increase the heating efficiency. However, the heat flow in the conventional furnace 101 is lower as a whole except around the outlet 108 of the furnace 101, and in particular, the heat flow near the inlet 107 is a value lower than desired, so that the heating efficiency is not so good and a large-sized furnace is required to increase the treated amount and the refined amount.

Außerdem ist der Konvektionswärme-Übertragungsabschnitt 102 im oberen Teil des Ofens 101 vorgesehen, von dem das Verbrennungsgas ausgestoßen wird, um aus dem Verbrennungsgas, das im herkömmlichen Ofen 101 auf eine niedrige Temperatur abfällt, Wärme zurückzugewinnen. Wegen des im Brennstoff enthaltenen Schwefels jedoch ist es erforderlich, eine Rohrwandtemperatur des Heizrohrs 106 höher zu halten als eine Säure-Taupunkttemperatur vom Standpunkt des Verhinderns einer Niedrigtemperaturkorrosion. Dies ergibt ein Problem insofern, als das ausgestoßene Verbrennungsgas nicht bei einer niedrigen Temperatur ausgestoßen werden kann, eine Verbesserung der Heizleistung durch Zurückgewinnen von Abgaswärme nicht so zufriedenstellend ist und Einflüsse auf die umgebende Umwelt verstärkt würden.In addition, the convection heat transfer section 102 is provided in the upper part of the furnace 101 from which the combustion gas is discharged in order to recover heat from the combustion gas which drops to a low temperature in the conventional furnace 101. However, because of sulfur contained in the fuel, it is necessary to keep a tube wall temperature of the heating tube 106 higher than an acid dew point temperature from the viewpoint of preventing low-temperature corrosion. This poses a problem in that the discharged combustion gas cannot be discharged at a low temperature, an improvement in heating performance by recovering exhaust heat is not so satisfactory, and influences on the surrounding environment would be increased.

DISCLOSURE OF THE INVENTION

Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen Rohrofen und ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung des Ofens bereitzustellen, durch die eine vorbestimmte Wärmemenge bei einem kleineren Wärmeübertragungsbereich gegeben ist, während eine Verkokung eines zu erwärmenden Fluids oder ein Ausbrennen eines Heizrohrs verhindert wird, mit anderen Worten, Rohröfen mit hoher Heizleistung bereitzustellen. Die andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen Rohrofen und ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung desselben bereitzustellen, durch die das Problem der Niedrigtemperaturkorrosion des Heizrohrs, die dem im Brennstoff enthaltenen Schwefel zuzuschreiben ist, gelöst wird, während eine hohe Heizleistung sichergestellt wird.The object of this invention is to provide a tube furnace and a method for controlling combustion of the furnace, which provide a predetermined amount of heat in a smaller heat transfer area while preventing coking of a fluid to be heated or burning out of a heating tube, in other words, to provide tube furnaces with high heating efficiency. The other object of this invention is to provide a tube furnace and a method for controlling combustion of the same, which solve the problem of low-temperature corrosion of the heating tube attributable to sulfur contained in the fuel while ensuring high heating efficiency.

Zur Lösung der obigen Aufgaben wird durch Unterteilung einer von einem Einlaß des Ofens zu seinem Auslaß fortlaufenden Heizschlangenstrecke in eine Anzahl von Zonen und Vorsehen von mindestens einem oder mehr Brennersystemen vom regenerativen Heizungstyp bzw. Speicherwärmetyp für jede der Zonen, welche zur wechselweisen Zufuhr von Verbrennungsluft und ausgestoßener Verbrennungsluft durch ein Wärmeaustauschbett arbeiten, die Temperatur im Ofen optional für jede der Zonen gesteuert. Die Unterteilung der Heizschlangenstrecke bezüglich der Zonen wird beispielsweise durch eine Durchgangs-Teilungsplatte gebildet, die ein Teil des in die Heizschlangenstrecke hineinragenden Ofenkörpers ist, und die Brennersysteme vom Speicherwärmetyp gebildet, die an den Durchgangs-Teilungsplatten vorgesehen sind, wobei ihre Flamme parallel zur Heizschlangenstrecke gebildet wird. Diese Unterteilung wird in einer anderen Ausführungsform durch Heizungsrohre gebildet, die einen Teil der Heizrohre darstellen und von der Wandfläche des Ofenkörpers zu der Innenseite hin ragen. Die andere Unterteilung der Heizschlangenstrecke bezüglich der Zonen wird durch die unabhängigen, mehreren Ofenkörper gebildet.To achieve the above objects, by dividing a heating coil section running from an inlet of the furnace to its outlet into a number of zones and providing at least one or more burner systems of the regenerative heating type or storage heat type for each of the zones which operate for alternately supplying combustion air and exhausted combustion air through a heat exchange bed, the temperature in the furnace is optionally controlled for each of the zones. The division of the heating coil section with respect to the zones is formed, for example, by a through-dividing plate which is a part of the furnace body projecting into the heating coil section, and the storage heat type burner systems which are provided on the through-dividing plates, with their flame being formed parallel to the heating coil section. This division is formed, in another embodiment, by heating pipes which are a part of the heating pipes and project from the wall surface of the furnace body toward the inside. The other division of the heating coil section with respect to the zones is formed by the independent, plural furnace bodies.

Mit einer solchen Anordnung wird ein zu erwärmendes Fluid, das durch ein Heizrohr strömt, fortschreitend durch das Brennersystem des regenerativen Heizungstyps bzw. des Speicherwärmetyps in jeder der Zonen der Heizschlangenstrecke mit Hilfe von Strahlungswärmeübertragung erwärmt. Andererseits wird das in jeder Zone erzeugte Verbrennungsgas über einen nicht betriebenen Brenner der Brennersysteme des Speicherwärmetyps und ein zugeordnetes Wärmeaustauschbett in derselben Zone vom Ofen nach außen ausgestoßen, womit bewirkt wird, daß das Verbrennungsgas aus jeder Zone in einer Menge ausfließt, die der in derselben Zone erzeugten entspricht. Ein solcher Temperaturaustausch im Ofen findet jeweils nur in jeder Zone statt und beeinflußt keine andere, benachbarte Zone. Das heißt, da das ausgestoßene Verbrennungsgas, das in jeder Zone erzeugt wird, vom Ofen aus derselben Zone nach außen abgeführt wird, kann eine Temperatursteuerung und ein Wärmeströmungsmuster (Verteilung) realisiert werden. Entsprechend wird durch Einstellen der Verbrennungsmenge der Brennersysteme des regenerativen Heizungstyps für jede der Zonen die Innentemperatur des Ofens in jeder Zone unabhängig für jede Zone verändert, und jedes Wärmeströmungsmuster für jede Zone kann optional eingestellt werden. Demgemäß kann jedes Wärmeströmungsmuster für jede Zone auf ein solches Muster eingestellt werden, daß die Grenzschichttemperaturen des zu erwärmenden Fluids für alle Zonen niedriger als die Verkokungstemperatur oder die zulässige Maximaltemperatur gehalten wird, die unter Berücksichtigung des als Heizrohr verwendeten Materials festgelegt wird, und beinahe denselben Temperaturpegel aufweist.With such an arrangement, a fluid to be heated flowing through a heating tube is progressively heated by the regenerative heating type burner system or the storage heat type burner system in each of the zones of the heating coil section by means of radiant heat transfer. On the other hand, the combustion gas generated in each zone is discharged to the outside of the furnace through an inoperative burner of the storage heat type burner systems and an associated heat exchange bed in the same zone, thereby causing the combustion gas to flow out of each zone in an amount equal to that generated in the same zone. Such temperature exchange in the furnace takes place only in each zone and does not affect any other adjacent zone. That is, since the discharged combustion gas generated in each zone is discharged to the outside of the furnace from the same zone, temperature control and heat flow pattern (distribution) can be realized. Accordingly, by adjusting the combustion amount of the regenerative heating type burner systems for each of the zones, the internal temperature of the furnace in each zone is independently for each zone, and each heat flow pattern for each zone can be optionally set. Accordingly, each heat flow pattern for each zone can be set to such a pattern that the boundary layer temperatures of the fluid to be heated for all zones are kept lower than the coking temperature or the allowable maximum temperature determined in consideration of the material used as the heating tube and have almost the same temperature level.

Dadurch kann die Wärmeströmung in einer Einlaßzone mit einem Spielraum relativ zur Verkokungstemperatur erhöht werden, während das Auftreten von Verkokung verhindert und die Heizleistung erhöht wird. Es ist somit möglich, für das zu erwärmende Fluid eine vorbestimmte Wärmemenge bei einem kleineren Wärmeübertragungsbereich als demjenigen des herkömmlichen Ofens zu liefern.This makes it possible to increase the heat flow in an inlet zone with a margin relative to the coking temperature while preventing the occurrence of coking and increasing the heating efficiency. It is thus possible to supply a predetermined amount of heat to the fluid to be heated in a smaller heat transfer area than that of the conventional furnace.

Entsprechend kann in einem Hochtemperaturofen, in dem die zulässige Rohrwandtemperatur aus der Widerstandsfähigkeit des verwendeten Materials gegenüber hohen Temperaturen bestimmt wird, z. B. bei einem Ofen, der Hochtemperaturfluide bearbeitet, eine höhere Leistung bei einer geringeren Gesamtwärmeübertragungsfläche erzielt werden, während die Bedingungen in der Benutzung des Heizrohrs erträglicher werden. Dies führt zu einer kompakteren Größe des. Ofens, falls die behandelte Menge dieselbe ist, und zu einer Erhöhung der behandelten Menge, falls die Größe des Ofens dieselbe ist. Außerdem ist auch die Wandoberflächentemperatur des Heizrohrs an der Einlaßzone der Heizschlangenstrecke höher, so daß eine Niedrigtemperaturkorrosion der Heizschlangenstrecke vermieden werden kann.Accordingly, in a high temperature furnace in which the allowable tube wall temperature is determined from the resistance of the material used to high temperatures, such as a furnace that processes high temperature fluids, higher performance can be achieved with a smaller total heat transfer area while the conditions of use of the heating tube become more tolerable. This leads to a more compact size of the furnace if the treated amount is the same and an increase in the treated amount if the size of the furnace is the same. In addition, the wall surface temperature of the heating tube at the inlet zone of the heating coil section is also higher, so that low temperature corrosion of the heating coil section can be avoided.

Auch wird das ausgestoßene Hochtemperatur- Verbrennungsgas, das durch das Wärmeaustauschbett des Brennersystems vom regenerativen Heizungstyp zur Außenseite des Ofens über das Wärmeaustauschbett bei einer relativ niedrigen Temperatur an die Atmosphäre abgegeben wird, nachdem die sensible Wärme des Verbrennungsgases durch das Austauschbett mittels direkten Wärmeaustauschs zurückgewonnen wird. Die durch das Wärmeaustauschbett zurückgewonnene Wärme wird verwendet, um die Verbrennungsluft durch direkten Wärmeaustausch vorzuheizen und wird wiederum zur Ofeninnenseite zurückgeführt. Mit einem solchen direkten Wärmeaustausch kann die Verbrennungsluft eine hohe Temperatur annehmen, die nahe der Temperatur des Verbrennungsgases liegt, das aus dem Ofen zum Wärmeaustauschbett strömt.Also, the high-temperature exhausted combustion gas passing through the heat exchange bed of the regenerative heating type burner system to the outside of the furnace via the heat exchange bed at a relatively low temperature after the sensible heat of the combustion gas is recovered by the exchange bed by means of direct heat exchange. The heat recovered by the heat exchange bed is used to preheat the combustion air by direct heat exchange and is in turn returned to the furnace interior. With such direct heat exchange, the combustion air can attain a high temperature which is close to the temperature of the combustion gas flowing from the furnace to the heat exchange bed.

Daher erzielt die Wärmerückgewinnung vom Verbrennungsgas die höhere Heizleistung durch Rückgewinnung von Abwärme, trägt zur Energieerhaltung bei und ermöglicht, daß der mit keinem Konvektionsabschnitt ausgestattete Ofen eine Heizleistung erzielt, die einer durch einen mit einem Konvektionsabschnitt versehenen Ofen erzielten vergleichbar ist.Therefore, heat recovery from combustion gas achieves the higher heating efficiency by recovering waste heat, contributes to energy conservation and enables the furnace not equipped with a convection section to achieve a heating efficiency comparable to that achieved by a furnace equipped with a convection section.

Mit dem Rohrofen der vorliegenden Erfindung kann das Wärme-Strömungsmuster durch die Brennersysteme des regenerativen Heizungstyps in den betreffenden Zonen auf ein solches Muster eingestellt werden, daß die Grenzschichttemperaturen des zu erwärmenden Fluids für alle Zonen niedriger gehalten werden als die Verkokungstemperatur oder die zulässige Maximaltemperatur, die unter Berücksichtigung des als Heizrohr verwendeten Materials bestimmt wird, wobei fast derselbe Temperaturpegel besteht, so daß die beste Heizleistung erzielt werden kann.With the tube furnace of the present invention, the heat flow pattern through the regenerative heating type burner systems in the respective zones can be set to such a pattern that the boundary layer temperatures of the fluid to be heated for all the zones are kept lower than the coking temperature or the allowable maximum temperature determined in consideration of the material used as the heating tube, with almost the same temperature level, so that the best heating performance can be achieved.

In dem Rohrofen der vorliegenden Erfindung kann die Anordnung der Brennersysteme des regenerativen Heizungstyps so sein, daß zwei Brenner, die jeweils ein Wärmeaustauschbett aufweisen, als ein Paar vorgesehen und miteinander kombiniert werden, um ein Paar von zwei Brennern darzustellen, und daß eine Verbrennung wechselweise zwischen den zwei Brennern für einen kurzen Zeitraum ausgeführt wird.In the tube furnace of the present invention, the arrangement of the regenerative heating type burner systems may be such that two burners each having a heat exchange bed are provided as a pair and combined with each other to constitute a pair of two burners, and that combustion is carried out alternately between the two burners for a short period of time.

Ferner wird eine Verbrennungssteuerung für den Rohrofen der vorliegenden Erfindung leicht in einer solchen Weise ausgeführt, daß im voraus eine Verbrennungsmenge des Brennersystems vom regenerativen Heizungstyps für jede der Zonen in Übereinstimmung mit dem Wärmeströmungsmuster festgelegt wird, und die Verbrennungsmenge im ganzen Ofen so gesteuert wird, daß die Temperatur des zu erwärmenden Fluids am Auslaß des Ofens auf einer festgesetzten Temperatur gehalten wird, ohne das Verhältnis der Verbrennungsmenge für jede Zone zur Gesamtverbrennungsmenge zu ändern. Auch kann durch Erfassen der Auslaßtemperatur des zu erwärmenden Fluids für jede der Zonen und durch Steuern der Verbrennungsmenge für jede Zone, so daß die Auslaßtemperatur des zu erwärmenden Fluids auf der festgesetzten Temperatur gehalten wird, eine höhere Genauigkeit in der Verbrennungssteuerung realisiert werden.Furthermore, combustion control for the tube furnace of the present invention is easily carried out in such a manner that a combustion amount of the regenerative heating type burner system is set in advance for each of the zones in accordance with the heat flow pattern, and the combustion amount in the entire furnace is controlled so that the temperature of the fluid to be heated at the outlet of the furnace is maintained at a set temperature without changing the ratio of the combustion amount for each zone to the total combustion amount. Also, by detecting the outlet temperature of the fluid to be heated for each of the zones and controlling the combustion amount for each zone so that the outlet temperature of the fluid to be heated is maintained at the set temperature, higher accuracy in combustion control can be realized.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht zur Darstellung einer Ausführungsform eines Rohrofens der vorliegenden Erfindung,Fig. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of a tube furnace of the present invention,

Fig. 2A eine schematische Grundansicht zur Darstellung einer Ausführungsform der in dem Rohrofen der vorliegenden Erfindung ausgeführten Brennersysteme vom regenerativen Heizungstyp bzw. vom Speicherwärmetyp,Fig. 2A is a schematic plan view showing an embodiment of the burner systems of the regenerative heating type or the storage heat type implemented in the tube furnace of the present invention,

Fig. 3A eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Rohrofens der vorliegenden Erfindung,Fig. 3A is a schematic view of another embodiment of the tube furnace of the present invention,

Fig. 3B eine Schnittansicht längs der Linie III-III von Fig. 3A, undFig. 3B is a sectional view along the line III-III of Fig. 3A, and

Fig. 4 eine schematische Ansicht zur Darstellung eines herkömmlichen Rohrofens.Fig. 4 is a schematic view showing a conventional tube furnace.

BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Aufbau der vorliegenden Erfindung im einzelnen erläutert.In the following, the structure of the present invention is explained in detail with reference to the embodiments shown in the figures.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Rohrofens der vorliegenden Erfindung. Der Rohrofen dieser Ausführungsform besteht aus einem Ofenkörper 1 mit einem aus Stahlblech gefertigten Gehäuse, wobei die Innenseite desselben mit hitzebeständigem und wärmeisolierendem Material ausgekleidet ist, Heizschlangenstrecken 3 im Ofenkörper 1 vorgesehen sind, durch die das zu erwärmende Fluid geschickt wird, sowie Brennersysteme 4 vom regenerativen Heizungstyp, welche die Wärmequelle darstellen. In dieser Ausführungsform sind viele Heizschlangenstrecken vorhanden. Jede der Heizschlangenstrecken 3 besteht aus einem geraden Heizrohr, und jedes der Heizrohre 3 (Heizschlangenstrecken 3) ist in der Mitte des Ofens 11 senkrecht vorgesehen, wobei dann das Ende jeder der Heizschlangenstrecken mit einem Strömungsverteilerrohr 3a verbunden ist, welches das zu erwärmende Fluid vor der Einführung in den Ofen aus dem Ofenkörper 1 herausführt, wobei das andere Ende mit einem Sammelrohr 3b verbunden ist, welches das auf jedes der Heizrohre 3 zu verteilende Fluid sammelt. In Fig. 1 sind zwar viele Heizschlangenstrecken dargestellt, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht speziell auf diesen Aufbau beschränkt, und die Heizschlangenstrecke kann auch anders ausgeführt sein. Der dargestellte Ofenkörper 1 ist in eine Anzahl von Zonen 2a, 2b, 2c und 2d durch Ausbildung von Durchgangs-Trennplatten 20a, 20b in einer einstückigen Weise unterteilt, die ein Teil der Ofenwand sind und extrudiert sind. Mit anderen Worten ist der Ofen durch Zusammenschließen von vier im allgemeinen kreuzförmigen Ofenkörpern in deren Vertikalrichtung gebildet, während eine offenstehende Verbindung zwischen ihnen in derselben Vertikalrichtung hergestellt ist. Innenräume 21 des Ofens zwischen der oberen Durchgangs-Trennwand 20a und der unteren Durchgangs-Trennwand 20b sind Brennkammern zur Flammenbildung, und Innenräume 22 des Ofens sind Anordnungsräume von Brennern zum Anordnen von mindestens einem oder mehr Brennersystemen 4 des regenerativen Heizungstyps. Die oberen und unteren Durchgangs-Trennwände 20a, 20b, aus denen die Brennkammer besteht, sind mit anderen Durchgangs-Trennplatten 20a, 20b in anderen Zonen 2b, 2c und 2d verbunden, und miteinander durch vertikale Verbindungswände 20c verbunden. Zwischen den gegenüberliegenden rechten und linken Verbindungswänden 20c ist auch ein zentraler Durchgang 23, der jede der Zonen 20a, 20b, 20c und 20d miteinander verbindet, vorgesehen.Fig. 1 shows a first embodiment of a tube furnace of the present invention. The tube furnace of this embodiment consists of a furnace body 1 having a casing made of steel sheet, the inside of which is lined with heat-resistant and heat-insulating material, heating coil sections 3 provided in the furnace body 1 through which the fluid to be heated is passed, and burner systems 4 of the regenerative heating type which are the heat source. In this embodiment, there are many heating coil sections. Each of the heating coil sections 3 consists of a straight heating tube, and each of the heating tubes 3 (heating coil sections 3) is provided vertically in the center of the furnace 11, then the end of each of the heating coil sections is connected to a flow distribution pipe 3a which leads the fluid to be heated out of the furnace body 1 before it is introduced into the furnace, the other end being connected to a collecting pipe 3b which collects the fluid to be distributed to each of the heating tubes 3. Although many heating coil sections are shown in Fig. 1, the present invention is not particularly limited to this structure and the heating coil section can also be designed differently. The furnace body 1 shown is divided into a number of zones 2a, 2b, 2c and 2d by forming Passage partition plates 20a, 20b in an integral manner which are a part of the furnace wall and are extruded. In other words, the furnace is formed by joining four generally cross-shaped furnace bodies together in their vertical direction while making an open connection between them in the same vertical direction. Interior spaces 21 of the furnace between the upper passage partition wall 20a and the lower passage partition wall 20b are combustion chambers for flame formation, and interior spaces 22 of the furnace are burner arrangement spaces for arranging at least one or more burner systems 4 of the regenerative heating type. The upper and lower passage partition walls 20a, 20b constituting the combustion chamber are connected to other passage partition plates 20a, 20b in other zones 2b, 2c and 2d, and connected to each other by vertical connecting walls 20c. Between the opposite right and left connecting walls 20c there is also provided a central passage 23 connecting each of the zones 20a, 20b, 20c and 20d.

Schließlich sind ein oder mehr Brennersysteme 4 vom regenerativen Heizungstyp, vorzugsweise eine Anzahl von Brennersystemen 4 zur gleichmäßigen Gestaltung des Wärmeströmungsmusters, in jeder der Zonen 2a, 2b, 2c und 2d angeordnet. Mit anderen Worten ist die Anzahl von Zonen 2a, 2b, 2c und 2d mit ihren jeweiligen Brennersystemen 4, 4, ..., 4, die unabhängig voneinander sind, untereinander verbunden, um den einzelnen Rohrofen als Gesamtheit zu bilden, und die Heizzonen der durch den Ofen verlaufenden Heizschlangenstrecken oder Heizrohr 3 ist in eine Anzahl von Zonen unterteilt.Finally, one or more burner systems 4 of the regenerative heating type, preferably a number of burner systems 4 for uniformly shaping the heat flow pattern, are arranged in each of the zones 2a, 2b, 2c and 2d. In other words, the number of zones 2a, 2b, 2c and 2d with their respective burner systems 4, 4, ..., 4, which are independent of each other, are interconnected to form the single tube furnace as a whole, and the heating zones of the heating coil sections or heating tube 3 running through the furnace are divided into a number of zones.

In diesem Fall wird bei den Brennersystemen 4 vom regenerativen Heizungstyp dieser Ausführungsform ein Brennersystem von der Art angewandt, daß zwei Einheiten, von denen jede ein Wärmeaustauschbett und einen Brenner umfaßt, die durch Koppeln einer Leitung, die darin das Wärmeaustauschbett eingebaut hat, an einen Brennerkörper einstückig zusammengebaut sind, kombiniert werden, um die Verbrennung wechselweise auszuführen, wobei ein Abgas durch den Brenner und das Wärmeaustauschbett, die gerade keine Verbrennung ausführen, abgeführt werden kann. Gemäß Fig. 2A sind beispielsweise ein Verbrennungsluft-Zuführsystem 8 zum Zuführen von Verbrennungsluft und ein Verbrennungsgas- Abführsystem 9 zum Abführen von Verbrennungsgas so vorgesehen, daß sie selektiv hinsichtlich der Wärmeaustauschbetten 7, 7 der Brenner 5, 6 in zwei Einheiten durch ein Vierwegventil 10 verbindbar sind, so daß die Verbrennungsluft einem Brenner 5 (oder 6) durch das Wärmeaustauschbett 7 zugeführt wird, und das Verbrennungsgas von dem anderen Brenner 6 (oder 5) durch das Wärmeaustauschbett 7 abgeführt wird. Die Verbrennungsluft wird beispielsweise durch ein nicht dargestelltes Umluftgebläse zugeführt, und das Verbrennungsgas wird von der Innenseite des Ofens durch Abzugsmittel abgezogen, z. B. ein Ansaugluftgebläse, und dann an die Atmosphäre abgegeben. Außerdem ist ein Brennstoffzuführsystem 11 selektiv mit einem der Brenner 5, 6 durch ein Dreiwegventil 12 in alternierender Weise zum Zuführen von Brennstoff verbunden. Brennstoffdüsen 15 sind beispielsweise in einem Halsabschnitt des Brennerkörpers 14 eingebettet, und ihr Einspritzabschnitt ist an der Innenfläche des Halsabschnitts vorgesehen, so daß die Düsen dem Verbrennungsgas nicht ausgesetzt sind. Im Fall dieser Ausführungsform sind das Vierwegventil 10 zum Wechseln der Strömungsdurchgänge des ausgestoßenen Verbrennungsgases und der Verbrennungsluft und das Dreiwegventil 12 zum Wechseln der Strömungsdurchgänge von Brennstoff als ein Schema zur gleichzeitigen Änderung bzw. Umschaltung der, Strömungsdurchgänge durch einen einzigen Betätiger 13 dargestellt. Das Umschaltschema ist jedoch nicht auf das Offenbarte beschränkt, und das Dreiwegventil 12 bzw. das Vierwegventil 10 können unabhängig voneinander gesteuert werden. Ferner werden die Verbrennungsluft und der Brennstoff auch teilweise auf Sparbrennerkanonen 16 verteilt. Zusätzlich ist in der Figur, durch Bezugsziffer 14 bezeichnet, ein Brennerkörper 16 eine Sparbrennerkanone, 17 ein Flammensensor, 18 ein Wandler zum Zünden des Sparbrenners und, wenn auch nicht dargestellt, sind Solenoidventile, manuelle Ventile etc. in jeder Reihe installiert. Eine Reihe 19 zum Zuführen von Dampf ist mit der Reihe 8 zum Zuführen von Verbrennungsluft verbunden. Der Dampf wird verwendet, um eine Erhöhung bzw. Zunahme eines NOx = Auslaßventils aufgrund der vorgeheizten Verbrennungsluft zu unterdrücken, wobei eine ähnliche Wirkung unter Anwendung von Wasser ebenso erreicht wird. Die Wärmeaustauschbetten 7, 7 umfassen jeweils vorzugsweise einen Zylinder mit einer Anzahl von bienenwabenartigen Zellöchern, der aus einem Material gebildet ist, das eine große Wärmekapazität und eine hohe Lebensdauer bei relativ geringem Druckverlust aufweist, beispeilsweise Feinkeramik. Das Wärmeaustauschbett ist jedoch nicht im einzelnen darauf beschränkt und kann aus irgendeinem anderen Wärmeaustauschbett bestehen.In this case, in the regenerative heating type burner systems 4 of this embodiment, a burner system is adopted of the type that two units each comprising a heat exchange bed and a burner are connected by coupling a line carrying therein the heat exchange bed are integrally assembled to a burner body, are combined to carry out combustion alternately, and an exhaust gas can be discharged through the burner and the heat exchange bed which are not carrying out combustion. For example, as shown in Fig. 2A, a combustion air supply system 8 for supplying combustion air and a combustion gas discharge system 9 for discharging combustion gas are provided so as to be selectively connectable with respect to the heat exchange beds 7, 7 of the burners 5, 6 in two units by a four-way valve 10 so that the combustion air is supplied to one burner 5 (or 6) through the heat exchange bed 7, and the combustion gas from the other burner 6 (or 5) is discharged through the heat exchange bed 7. The combustion air is supplied, for example, by a circulating air fan (not shown), and the combustion gas is discharged from the inside of the furnace by exhaust means such as a duct. B. an intake air blower, and then discharged to the atmosphere. In addition, a fuel supply system 11 is selectively connected to one of the burners 5, 6 through a three-way valve 12 in an alternate manner for supplying fuel. For example, fuel nozzles 15 are embedded in a neck portion of the burner body 14, and their injection portion is provided on the inner surface of the neck portion so that the nozzles are not exposed to the combustion gas. In the case of this embodiment, the four-way valve 10 for changing the flow passages of the exhausted combustion gas and the combustion air and the three-way valve 12 for changing the flow passages of fuel are shown as a scheme for simultaneously changing the flow passages by a single actuator 13. However, the switching scheme is not limited to that disclosed, and the three-way valve 12 and the four-way valve 10 may be controlled independently of each other. Furthermore, the combustion air and fuel are also partially distributed to economy burner cannons 16. In addition In the figure, designated by reference numeral 14, a burner body 16 is an economizer gun, 17 is a flame sensor, 18 is a converter for igniting the economizer, and, although not shown, solenoid valves, manual valves, etc. are installed in each row. A row 19 for supplying steam is connected to the row 8 for supplying combustion air. The steam is used to suppress an increase in a NOx exhaust valve due to the preheated combustion air, and a similar effect is also achieved using water. The heat exchange beds 7, 7 each preferably comprise a cylinder having a number of honeycomb-like cell holes formed of a material having a large heat capacity and a long life with a relatively low pressure loss, for example, fine ceramics. However, the heat exchange bed is not particularly limited thereto and may be any other heat exchange bed.

In dieser Ausführungsform ist ein Brennersystem 4 vom regenerativen Heizungstyp aus einem Paar Brenner 5, 6 zusammengesetzt, die auf derselben Durchgangs-Teilungsplatte 20a (oder 20b) Seite an Seite angeordnet sind, wobei das Paar eines der mehreren Brenner-Paare 5, 6 ist, die jeweils an gegenüberliegenden oberen und unteren Durchgangsteilungsplatten 20a, 20b angeordnet sind, welche gemeinsam die Brennkammer 21 in jeder der Zonen 2a, 2b, 2c und 2d des Ofens 1 bilden. Das ausgestoßene Verbrennungsgas wird wie in einem Zweiwegdurchgang zwischen dem oberen Paar und dem anderen Paar von Brennern 5, 6 (Brennersystem vom regenerativen Heizungstyp) an der gegenüberliegenden Durchgangs-Teilungsplatte 20b (oder 20a) ausgestoßen. Konkreter ausgedrückt, wird zum Beispiel das von dem Brenner 5 des Brennersystems 4 vom regenerativen Heizungstyp an der oberen Durchgangs-Teilungsplatte 20a ausgestoßene Verbrennungsgas durch den Brenner 6 des anderen Brennersystems vom regenerativen Heizungstyp an der gegenüberliegenden, unteren Durchgangsteilungsplatte 20b ausgestoßen, und gleichzeitig wird das vom Brenner 5 des Brennersystems 4 vom regenerativen Heizungstyp an der unteren Durchgangsteilungsplatte 20b durch den Brenner 6 an der oberen Durchgangsteilungsplatte 20a ausgestoßen, so daß festgestellt werden kann, daß die Verbrennung und der Ausstoß der Verbrennungsgase wechselweise zwischen den paarigen Brennern stattfindet. In diesem Fall kann die Rohrführung mit der kürzesten Distanz bzw. Strecke erzielt werden, da der Brennstoff und die Verbrennungsluft selektiv einem der aneinander angrenzenden Brenner an derselben Durchgangs- Teilungsplatte zugeführt wird. Das heißt, die an denselben Durchgangs-Teilungsplatten 20a, 20b angeordneten Brenner können kombiniert werden, um ein Brennersystem 4 vom regenerativen Heizungstyp zu bilden, und die Strömung des Verbrennungsgases wird zwischen den Systemen 4, 4 vom regenerativen Heizungstyp gewechselt, die gegenüberliegend und an beiden Seiten der Verbrennungskammer 21 angeordnet sind, wobei eine Flamme parallel zum Heizrohr 3 gebildet wird, und ferner das Verbrennungsgas durch den Brenner an der anderen Durchgangs-Teilungsplatte ausgestoßen wird. Dieselben Arbeitsvorgänge werden in dem Brennersystem vom regenerativen Heizungstyp der Brennkammer 21 ausgeführt, die dem Heizrohr 3 gegenüberliegt.In this embodiment, a regenerative heating type burner system 4 is composed of a pair of burners 5, 6 arranged side by side on the same passage dividing plate 20a (or 20b), the pair being one of the plurality of burner pairs 5, 6 respectively arranged on opposite upper and lower passage dividing plates 20a, 20b which collectively form the combustion chamber 21 in each of the zones 2a, 2b, 2c and 2d of the furnace 1. The exhausted combustion gas is exhausted as in a two-way passage between the upper pair and the other pair of burners 5, 6 (regenerative heating type burner system) on the opposite passage dividing plate 20b (or 20a). More specifically, for example, the combustion gas discharged from the burner 5 of the regenerative heating type burner system 4 at the upper passage partition plate 20a is discharged by the burner 6 of the other regenerative heating type burner system at the opposite lower passage dividing plate 20b, and at the same time, the fuel from the burner 5 of the regenerative heating type burner system 4 on the lower passage dividing plate 20b is discharged through the burner 6 on the upper passage dividing plate 20a, so that it can be confirmed that the combustion and the discharge of the combustion gases take place alternately between the paired burners. In this case, since the fuel and the combustion air are selectively supplied to one of the adjacent burners on the same passage dividing plate, the piping with the shortest distance can be achieved. That is, the burners arranged on the same passage dividing plates 20a, 20b can be combined to form a regenerative heating type burner system 4, and the flow of the combustion gas is switched between the regenerative heating type systems 4, 4 arranged oppositely and on both sides of the combustion chamber 21, whereby a flame is formed parallel to the heating tube 3, and further the combustion gas is discharged through the burner on the other passage dividing plate. The same operations are carried out in the regenerative heating type burner system of the combustion chamber 21 opposite to the heating tube 3.

Die Brenneranordnung ist übrigens nicht auf die obige beschränkt. Beispielsweise können an den oberen und unteren Durchgangs-Teilungsplatten angeordnete Brenner kombiniert werden, um ein (einziges) Brennersystem 4 vom regenerativen Heizungstyp zu bilden.Incidentally, the burner arrangement is not limited to the above. For example, burners arranged on the upper and lower passage partition plates may be combined to form a (single) regenerative heating type burner system 4.

Bei der oben erläuterten Anordnung, in dem man den Brenner 5 zur Verbrennung bringt und das Verbrennungsgas durch das Verbrennungsgas-Ausstoßsystem 9 des anderen, im Ruhezustand befindlichen Brenners, beispielsweise des Brenners 6 des anderen Brennersystems vom regenerativen Heizungstyp ausstößt, werden die Flamme und das Verbrennungsgas parallel zum Heizrohr 3 geführt und das Verbrennungsgas wird dann vom Ofen nach draußen ausgestoßen, ohne in irgendeine andere Zone 2 auszuströmen. Dabei wird das in die Heizrohre 3 einströmende, zu erwärmende Fluid durch die Strahlungswärme der Flamme und das Verbrennungsgas erwärmt. Da die Verbrennungsluft dem Brennerkörper 14 zugeführt wird, nachdem sie in dem Wärmeaustauschbett 7 vorgewärmt wurde, d. h. bei einer hohen Temperatur (etwa 1000ºC), die in der Nähe der Abgastemperatur liegt, ist deshalb im Fall der Durchmischung mit dem durch die Brennstoffdüse 15 eingespritzten Brennstoff die Verbrennung selbst bei einer geringeren Brennstoffmenge stabil, und das Hochtemperatur-Verbrennungsgas kann erzielt werden. Da die Temperatur des Verbrennungsgases sich schnell in Abhängigkeit von einer Zunahme oder Abnahme in der verbrannten Menge ändert, ist es leicht, eine erwünschte Anpassung bzw. Verstellung in der Temperatur des Verbrennungsgases mit hoher Ansprechcharakteristik durchzuführen. Was den anderen Brenner 6 betrifft, so wird das mit dem Brenner 6 verbundene Brennstoff-Zuführsystem 11 durch das Dreiwegventil 12 geschlossen, und das Vierwegventil 10 wird umgeschaltet, um den Brenner 6 mit dem Verbrennungsgas-Ausstoßsystem 9 zu verbinden, so daß der Brenner 6 nicht zur Verbrennung gebracht wird und als Auslaßpassage für das ausgestoßene Verbrennungsgas verwendet wird. Im einzelnen passiert das ausgestoßene Verbrennungsgas den Brenner 6 in Ruhestellung und das zugeordnete Wärmeaustauschbett 7, während es dem Wärmeaustauschbett 7 Wärme abgibt, und das resultierende Niedrigtemperaturgas wird durch das Vierwegventil 10 ausgestoßen. Daher werden die in jeder der Zonen 2a, 2b, 2c und 2d erzeugten Verbrennungsgase durch das Wärmeaustauschbett 7 vom Ofen nach draußen ausgestoßen, ohne durch irgendeine andere Zone auszuströmen. Infolgedessen kann die Temperatursteuerung für jede der Zonen 2a, 2b, 2c und 2d unabhängig voneinander durch die Brennersysteme des regenerativen Heizungstyps erzielt werden. Daher kann durch Steuern der Verbrennungsmenge jeder der Zonen 2a, 2b, 2c und 2d unabhängig voneinander jedes Wärmeströmungsmuster in den betreffenden Zonen 2a, 2b, 2c und 2d so eingestellt werden, daß die Grenzschichttemperatur des zu erwärmenden Fluids für alle Zonen niedriger gehalten wird als die Verkokungstemperatur oder die zulässige Höchsttemperatur, die unter Berücksichtigung des als Heizrohr verwendeten Materials festgelegt wird, wobei sie (die Zonen) fast den gleichen Temperaturpegel aufweisen. Das heißt, es kann in jeder der Zonen 2a, 2b, 2c und 2d eine höchstmögliche Wärmeströmung eingestellt werden, die nahe an einem kritischen Ausmaß liegt, innerhalb dem ein Verkoken verhindert wird. Der Betrieb des Ofens in dieser Situation wird beispielsweise derart durchgeführt, daß im voraus eine Verbrennungsmenge für die Brennersysteme 4, 4, ..., 4 vom regenerativen Heizungstyp jeder der Zonen 2a, 2b, 2c und 2d in Übereinstimmung mit dem obigen Wärmeströmungsmuster festgelegt wird, und daß die Verbrennungsmenge im gesamten Ofen unter Verwendung eines Temperatursensors 24 gesteuert wird, der am Auslaß des Ofens so angeordnet ist, daß die Temperatur des zu erwärmenden Fluids am Auslaß des Ofens auf einer eingestellten Temperatur gehalten wird, ohne die Verhältnisse jeder Verbrennungsmenge zur Gesamtverbrennungsmenge zu ändern. Daher kann die Verarbeitungsmenge unter Beibehaltung der hohen Heizleistung gesteuert werden. Zu diesem Betriebszweck arbeitet ein Temperatursensor 24, der am Auslaß des Ofens angeordnet ist, zur Bestimmung der Fluidtemperatur am Ofenauslaß, und in Abhängigkeit von einer so bestimmten Temperatur ist der Ofen so zu betreiben, daß sich die Verbrennungsmenge in den Brennersystemen 4 des regenerativen Heizungstyps in jeder Zone in einem gleichen Verhältnis ändert. Ein Umschalten zwischen Verbrennung und Gasausstoß wird beispielsweise in Intervallen im Bereich von 20 sek bis 2 min. vorzugsweise innerhalb etwa 1 min. am günstigsten um etwa 40 sek, durchgeführt, oder jedesmal, wenn das ausgestoßene Verbrennungsgas eine vorbestimmte Temperatur, beispielsweise etwa 200ºC, erreicht.In the arrangement explained above, by causing the burner 5 to burn and expelling the combustion gas through the combustion gas exhaust system 9 of the other burner in the idle state, for example the burner 6 of the other regenerative heating type burner system, the flame and the Combustion gas is supplied in parallel to the heating tube 3, and the combustion gas is then discharged from the furnace to the outside without flowing out into any other zone 2. At this time, the fluid to be heated flowing into the heating tubes 3 is heated by the radiant heat of the flame and the combustion gas. Therefore, since the combustion air is supplied to the burner body 14 after being preheated in the heat exchange bed 7, that is, at a high temperature (about 1000°C) which is close to the exhaust gas temperature, in the case of mixing with the fuel injected through the fuel nozzle 15, the combustion is stable even with a smaller amount of fuel, and the high-temperature combustion gas can be obtained. Since the temperature of the combustion gas changes rapidly in accordance with an increase or decrease in the amount burned, it is easy to perform a desired adjustment in the temperature of the combustion gas with a high response characteristic. As for the other burner 6, the fuel supply system 11 connected to the burner 6 is closed by the three-way valve 12, and the four-way valve 10 is switched to connect the burner 6 to the combustion gas exhaust system 9, so that the burner 6 is not caused to burn and is used as an exhaust passage for the exhausted combustion gas. Specifically, the exhausted combustion gas passes through the burner 6 at rest and the associated heat exchange bed 7 while giving off heat to the heat exchange bed 7, and the resulting low-temperature gas is exhausted through the four-way valve 10. Therefore, the combustion gases generated in each of the zones 2a, 2b, 2c and 2d are exhausted to the outside of the furnace through the heat exchange bed 7 without flowing out through any other zone. As a result, the temperature control for each of the zones 2a, 2b, 2c and 2d can be achieved independently by the regenerative heating type burner systems. Therefore, by controlling the combustion amount of each of the zones 2a, 2b, 2c and 2d each heat flow pattern in the respective zones 2a, 2b, 2c and 2d can be adjusted independently of each other so that the boundary layer temperature of the fluid to be heated for all zones is kept lower than the coking temperature or the maximum allowable temperature determined taking into account the material used as the heating tube, while they (the zones) have almost the same temperature level. That is, a maximum possible heat flow can be adjusted in each of the zones 2a, 2b, 2c and 2d which is close to a critical level within which coking is prevented. The operation of the furnace in this situation is carried out, for example, such that a combustion amount is set in advance for the regenerative heating type burner systems 4, 4, ..., 4 of each of the zones 2a, 2b, 2c and 2d in accordance with the above heat flow pattern, and the combustion amount in the entire furnace is controlled using a temperature sensor 24 arranged at the outlet of the furnace so that the temperature of the fluid to be heated at the outlet of the furnace is maintained at a set temperature without changing the ratios of each combustion amount to the total combustion amount. Therefore, the processing amount can be controlled while maintaining the high heating performance. For this operation purpose, a temperature sensor 24 arranged at the outlet of the furnace operates to determine the fluid temperature at the furnace outlet, and depending on such a determined temperature, the furnace is to be operated so that the combustion amount in the regenerative heating type burner systems 4 in each zone changes in an equal ratio. Switching between combustion and gas discharge is carried out, for example, at intervals in the range of 20 seconds to 2 minutes, preferably within about 1 minute, most preferably around 40 seconds, or each time the discharged combustion gas reaches a predetermined temperature, for example around 200°C.

Die Fig. 3A und 3B zeigen eine weitere Ausführungsform. In dieser Ausführungsform kann eine Vielzahl von Zonen durch Abwandeln der Anordnung des Heizrohrs 33, welches die Heizrohrstrecke bildet, festgelegt werden. Anders gesagt, kann der Ofenkörper 31 die einfache rechteckige Konfiguration aufweisen, und ein Teil der Heizrohre 33, die längs der Wandfläche des Ofens angeordnet sind, können zum Zentrum des Ofens hin abstehen, um dadurch eine Anzahl von Zonen 32a, 32b festzulegen. Das vom Boden des Ofens 31 eingeführte Heizrohr 33 ist in zwei Heizrohrstrecken unterteilt, und jede Heizrohrstrecke ist längs der beiden Seitenwandflächen des Ofens angeordnet. Jedes der Heizrohre 33, 33, ..., 33 ist durch ein U-förmiges Verbindungsrohr 35 verbunden und wird jeweils zur Heizrohrstrecke. Bei einem Teil der Heizrohre 33, 33, ..., 33, die längs der Ofenwand installiert sind, sind beispielsweise jene Heizungsrohre 33', 33', die in einem Zwischenbereich des Ofens gelegen sind, von der Ofenwand entfernt, zum Ofenzentrum hin, angeordnet, um den Ofen zu unterteilen. Durch diese Anordnung stellen die unterhalb der Heizrohre 33', 33' gelegenen Heizrohre 33, 33, ..., 33 eine erste Zone dar, und die oberhalb der Heizrohre 33', 33' gelegenen Heizrohre 33, 33, ..., 33 eine zweite Zone, wodurch jede der Heizrohrstrecken in zwei Zonen aufgeteilt ist. Es ist jeweils eines der Brennersysteme 34, 34, ..., 34 des regenerativen Heizungstyps für jede Ofenwand in den betreffenden Zonen 32a, 32b so angeordnet, daß eine Flamme parallel zu den Heizungsrohren 33, 33, ..., 33 gebildet wird und Verbrennungsgas durch einen Brenner des anderen Brennersystems 34 des regenerativen Heizungstyps an der gegenüberliegenden Wandfläche ausgestoßen wird. Auch in diesem Fall wird die Steuerung so durchgeführt, daß das in jeder der Zonen 32a, 32b erzeugte Verbrennungsgas aus dem System unter Verwendung des in derselben Zone liegenden, jedoch nicht im Verbrennungszustand befindlichen Brenner ausgestoßen wird; folglich wird das Verbrennungsgas nicht zu einer anderen Zone, insbesondere zu der stromabseitigen Zone, ausströmen, wodurch eine Beeinträchtigung dieser Zone verhindert wird. Im Fall dieser Ausführungsform wird die Verbrennungsmenge im gesamten Ofen unter Verwendung eines Temperatursensors 21 gesteuert, der wie bei der obigen Ausführungsform von Fig. 1 am Auslaß des Ofens gelegen ist.3A and 3B show another embodiment. In this embodiment, a plurality of zones can be defined by modifying the arrangement of the heating pipe 33 constituting the heating pipe line. In other words, the furnace body 31 may have the simple rectangular configuration, and a part of the heating pipes 33 arranged along the wall surface of the furnace may protrude toward the center of the furnace to thereby define a plurality of zones 32a, 32b. The heating pipe 33 inserted from the bottom of the furnace 31 is divided into two heating pipe lines, and each heating pipe line is arranged along the two side wall surfaces of the furnace. Each of the heating pipes 33, 33, ..., 33 is connected by a U-shaped connecting pipe 35 and becomes the heating pipe line, respectively. For example, in a part of the heating pipes 33, 33, ..., 33 that are installed along the furnace wall, those heating pipes 33', 33' that are located in an intermediate region of the furnace are arranged away from the furnace wall, towards the furnace center, in order to divide the furnace. With this arrangement, the heating pipes 33, 33, ..., 33 located below the heating pipes 33', 33' represent a first zone, and the heating pipes 33, 33, ..., 33 located above the heating pipes 33', 33' represent a second zone, whereby each of the heating pipe sections is divided into two zones. One of the regenerative heating type burner systems 34, 34, ..., 34 is arranged for each furnace wall in the respective zones 32a, 32b so that a flame is formed parallel to the heating tubes 33, 33, ..., 33 and combustion gas is discharged by a burner of the other regenerative heating type burner system 34 on the opposite wall surface. In this case too, the control is carried out so that the combustion gas generated in each of the zones 32a, 32b is discharged from the system using the burner located in the same zone but not in the combustion state; consequently, the combustion gas will not flow out to another zone, particularly to the downstream zone, thereby preventing deterioration of that zone. is prevented. In the case of this embodiment, the amount of combustion in the entire furnace is controlled using a temperature sensor 21 which is located at the outlet of the furnace as in the above embodiment of Fig. 1.

Jede der obigen Ausführungsformen ist eine bevorzugte Ausführungsform, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht besonders auf diese Aufbauten beschränkt und kann jegliche andere geeignete Ausführungsform annehmen, ohne von deren Kern und Rahmen abzuweichen. Die dargestellten Ausführungsformen verwenden zwar beispielsweise das Vierwegventil als Strömungsdurchgangs-Umschaltmittel zum selektiven Verbinden des Verbrennungsluft-Zuführsystems 8 und des Abgassystems 9 zu dem Wärmeaustauschbett 7, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht besonders auf diesen Aufbau beschränkt und kann jedes andere geeignete Strömungsdurchgangs-Umschaltmittel, beispielsweise ein Strömungsdurchgangs-Umschaltventil des Spulentyps, anwenden.Each of the above embodiments is a preferred embodiment, but the present invention is not particularly limited to these structures and may adopt any other suitable embodiment without departing from the gist and scope thereof. For example, while the illustrated embodiments use the four-way valve as the flow passage switching means for selectively connecting the combustion air supply system 8 and the exhaust system 9 to the heat exchange bed 7, the present invention is not particularly limited to this structure and may adopt any other suitable flow passage switching means, for example, a spool-type flow passage switching valve.

Claims

1. Tube furnace with a furnace body (1) and a heating tube for fluid to be heated, the tube being located within the furnace body and defining a fluid circulation path (3) through the interior of the furnace body, characterized in that

the interior of the furnace body (1) is divided into a number of heating zones (2a, 2b, 2c, 2d) arranged in series along the path (3), the heating zones being connected to one another, and that

each of the heating zones (2a, 2b, 2c, 2d) has a burner system (4) of the regenerative heating type or the storage heat type, which can be controlled independently of the burner systems (4) provided in the other heating zones, and that a control device (10, 11, 13) is provided for controlling each of the burner systems (4), whereby the heating condition or the heating state in each of the zones (2a, 2b, 2c, 2d) can be controlled independently of one another.

2. Tube furnace according to claim 1, wherein each burner system (4) has a pair of burners (5, 6) and a pair of heat accumulators or regenerators (7, 7), and the control device (10, 11, 13) for controlling an alternating switching operation of the burners (5, 6) and an alternating changeover operation of a combustion air passage and an exhaust gas passage is arranged in such a way that in a non-operating state the exhaust gases flow through the first regenerator (7) combined with the first burner (5) when the second burner (6) is in combustion operation using combustion air via the second regenerator (7), while in a non-operating state the exhaust gases flow through the second regenerator (7) combined with the second burner (6). when the first burner (5) is in combustion mode using combustion air via the first regenerator (7),

wherein the control device is arranged to carry out the switching operation of the first and second burners (5, 6) and the alternating operation of the passages for the combustion air and the exhaust gases at a predetermined interval time.

3. Tube furnace according to claim 1 or 2, wherein the heating zones (2a, 2b, 2c, 2d) are defined by means of a wall section (20a, 20b, 20c) of the furnace body (1) which projects inwards from an outer wall of the furnace body, and wherein each burner system for a corresponding heating zone is arranged on this wall section so that its flame is directed into the corresponding heating zone.

4. Tube furnace according to claim 2, wherein the burner (5, 6) of each burner system is positioned so that its flame is directed in the direction of the section (3) of the heating tube.

5. Tube furnace according to one of claims 1 to 4, wherein the control device further comprises a sensor (24) for detecting the temperature of the heated fluid at an outlet section of the heating tube emerging from the furnace body (1).

6. Tube furnace according to claim 3, wherein the wall section (20a, 20b, 20c) defines the heating zones (2a, 2b, 2c, 2d) so that they run transversely with respect to the length (3) of the heating tube, the burner system (4) is arranged on an upper wall section (20a) and/or a lower wall section (20b), and the zones (2a, 2b, 2c, 2d) in question are connected to one another via a vertical passage (23) inserted between the adjacent zones.

7. Tube furnace according to claim 2 or according to one of claims 3 to 6, as far as dependent on claim 2, wherein the regenerator (7) comprises a honeycomb-shaped ceramic body with cell holes.

8. A method for controlling a tube furnace according to claim 1, which comprises independently controlling the burner system (4) for each of the zones (2a, 2b, 2c, 2d) in order to achieve a set temperature in each of the zones.

9. The method of claim 8, wherein each of the burner systems (4) comprises a pair of burners (5, 6) and a pair of regenerators (7, 7), and (wherein) the operation of each burner system (40) is controlled to be alternately switched such that exhaust gases in a non-operating state flow through the first regenerator (7) combined with the first burner (5) when the second burner (6) is in combustion operation using combustion air via the second regenerator (7), while the exhaust gases in a non-operating state flow through the second regenerator (7) combined with the second burner (6) when the first burner (5) is in combustion operation using combustion air via the first regenerator (7), (and)

wherein the switching operation of the first and second burners (5, 6) and the alternating operation of the passages for the exhaust gases and the combustion are carried out at a predetermined interval time.

10. A method for controlling a tube furnace according to claim 9, wherein the predetermined interval time is not more than 60 seconds.

11. A method for controlling a tube furnace according to one of claims 9 or 10, wherein the heat flow pattern in the heating zones (2a, 2b, 2c, 2d) is formed such that a boundary layer temperature of the fluid within the tube is maintained at a temperature which is lower than a Coking temperature of the fluid and a permissible maximum temperature of a pipe material of the heating pipe.

12. A method for controlling a tube furnace according to claim 11, wherein the boundary layer temperature of the fluid in the entire heating tube is maintained at a substantially uniform temperature.

13. A method for controlling a tube furnace according to one of claims 8 to 12, wherein a magnitude of the combustion heat flow of the burner system (4) of the regenerative heating type or storage heat type in each of the heating zones (2a, 2b, 2c, 2d) is predetermined with respect to the respective heating zones (2a, 2b, 2c, 2d) so that a predetermined heat flow pattern is formed in the interior of the tube furnace (1), (wherein) a temperature of the heated fluid exiting from the furnace body (1) at an outlet portion of the heating tube is kept at a predetermined temperature, and a quantity ratio of the combustion heat flow of the burner system (4) in each of the heating zones (2a, 2b, 2c, 2d) relative to a total quantity of the combustion heat flow in the furnace is kept at a predetermined ratio (value) becomes.

14. A method for controlling a tube furnace according to one of claims 9 to 13, wherein a temperature of the heated fluid is detected at an outlet portion of each of the heating zones (2a, 2b, 2c, 2d), and a magnitude of the combustion heat flow in each of the heating zones (2a, 2b, 2c, 2d) is controlled so that the temperature of the heated fluid in each of the heating zones (2a, 2b, 2c, 2d) is maintained at a predetermined temperature.

15. A method for controlling a tube furnace according to claim 10 or according to any one of claims 11 to 14, as dependent on claim 10, wherein a flame on each of the burners (5, 6) in a direction along the length (3) of the heating tube.