JPH10267264A - 燃焼炉用モニターシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高圧の燃焼炉において着火状態を完全に確認し
て燃焼炉を安全に運転することができる燃焼炉用モニタ
ーシステムを提供する。 【解決手段】光ファイバー型ライトパイプセンサーによ
り燃焼炉における着火状態の確認および温度測定を行う
高圧燃焼炉用モニターシステム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に高圧の燃焼炉
の起動時における着火状態の確認および温度測定のため
の燃焼炉用モニターシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃焼炉は固体燃料から液体または
気体燃料への転換が図られ、これに伴って燃料の着火不
良や失火による爆発事故が頻発する状況となった。この
ため燃焼炉における着火状態の変化を早期に発見して、
燃焼炉への燃料停止等の安全措置操作を的確に行うため
の自動装置が設置されている。

【０００３】燃焼炉における着火不良や失火の検出方法
は、温度を検出するよりも光学的な方法が早期発見に有
効であることから、一般に火炎が放つ赤外線、紫外線や
可視光線等の電磁波を捉える火炎監視装置が最も広く用
いられている。

【０００４】水素は将来のクリーンな燃料として、また
はメタノールは低公害で輸送が容易で安価な燃料として
大量に使用するために大型装置の開発が要請されてい
る。大型の水素およびメタノール製造装置の開発におい
て最も問題となるのは炭化水素から合成ガスを製造する
ためのガス改質装置であり、熱効率が高く大型化が有利
なガス改質装置として、加圧下で水蒸気改質と部分酸化
を組み合わせた方式が最近注目されている。

【０００５】この方式は、炭化水素と水蒸気の接触反応
による一次改質反応を行い、得られる一次改質ガスに酸
化剤ガスを加えて部分酸化した後、二次改質反応を行
い、得られた高温ガスを一次改質反応の熱源に用いるも
のである。これは他から熱を供給することなく、従って
一次改質反応管を外熱する改質炉を用いる必要もないの
で、ガス改質装置を高圧化することができ、大型化が容
易である等の利点がある。このように一次改質反応、部
分酸化および二次改質反応を行う自己熱交換型反応器
（以下「断熱リフォーマー」という）については、特開
昭６０−１８６４０１号、特開平１−２６１２０１号お
よび特開平２−１８３０３号等に具体的な構造が示され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】火炎が放つ赤外線、紫
外線や可視光線等の電磁波を捉える火炎監視装置は、適
切な位置に検出端を設置することにより火炎の有無が性
格に検知され、その応答が早いことから、一般の燃焼炉
において広く用いられている。しかしながらこれらに用
いられる光学センサー（光電管）は透明ガラスにより覆
われていることから、高圧下で使用することができず、
一般に１０気圧程度の圧力に耐える設計となっている。
特別に設計されたセンサーであっても２０〜３０気圧が
限度であり、この特別に設計のセンサーは極めて高価で
ある。

【０００７】本発明者らは、断熱リフォーマーを用いた
大型水素製造装置の開発を行い、ガス改質装置を８０気
圧以上の圧力として反応を行うプロセスを検討している
が、このプロセスにおいて一次改質ガスを部分酸化する
工程を安全に起動するために、酸化剤ガスを導入した時
の着火状態を確認することが必要である。

【０００８】また、一般の燃焼炉の着火では燃料ガスと
酸化剤ガスを少量導入しながら電気スパークを発生させ
ることにより行われるが、上記の断熱リフォーマーの燃
焼室（炉）の内部温度は１５００℃以上となるため、電
気スパークを設置することが困難である。このため燃料
ガスを着火点よりも高温に加熱して、酸化剤ガスを少量
導入し、着火させる方式を採らざる得ないが、その着火
の確認がされずに可燃性ガスと酸化剤ガスの導入を継続
した場合には炉内爆発の危険があり、その被害は極めて
大きいものとなるのでこのような事態は絶対に避けなけ
ればならない。本発明の目的は、以上の如き高圧燃焼炉
において着火状態を完全に確認して燃焼炉を安全に運転
することができる燃焼炉用モニターシステムを提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の如
き課題を有する高圧燃焼炉用モニターシステムについて
鋭意検討した結果、光ファイバー型センサーを酸化剤ガ
スの供給流路ライン中に挿入し検出機器として利用する
ことにより、燃焼炉の着火状態を速やかに確認でき、燃
焼炉を安全に運転できることを見出した。本発明はかか
る知見に基いて完成したものである。

【００１０】すなわち本発明は、光ファイバー型ライト
パイプセンサーを具備し、燃焼炉における着火状態の確
認および／または温度測定を行うことを特徴とする燃焼
炉用モニターシステムである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明における燃焼炉は、燃料と
酸化剤ガスを混合して酸化反応が行われる装置であり、
各種物質の加熱炉、焼却炉や、水蒸気の発生および加熱
用のボイラ等の一般の燃焼炉が含まれるが、水素や一酸
化炭素の製造、メタノールやアンモニア等の合成ガスの
製造のために炭化水素の部分酸化を行う部分燃焼炉、ア
ンモニア製造装置における二次改質炉、前述の断熱リフ
ォーマーの如き反応器の燃焼室も含まれ、本発明のモニ
ターシステムは特にこのように高圧で燃焼が行われる燃
焼炉に好適に用いられる。

【００１２】本発明において燃焼炉に使用される燃料
は、石炭や各種廃棄物などの固体燃料、石油や重油など
の液体燃料の場合にも適用されるが、特に天然ガスやＬ
ＰＧの如き気体燃料が好適であり、前述の断熱リフォー
マーにおいて部分酸化が行われるための水蒸気改質ガ
ス、アンモニア、メタノールや有機化学物質の合成装置
等から放出されるパージガス、或いはこれらのガスの混
合物も好適に用いられる。酸化剤ガスとしては、酸素ガ
ス、空気および酸素富化された空気等が挙げられる。上
記の如き気体燃料を用いる場合、燃料ガスおよび酸化剤
ガスは燃焼炉における燃焼状態を好適に維持するため
に、燃焼炉に加熱して供給されることが多く、また部分
酸化を行う場合等の炭素析出を防止するために水蒸気が
燃料ガスまたは酸化剤ガスに混合されることもある。

【００１３】燃料が酸化剤ガスと接触して着火燃焼した
瞬間から可視光線が発生する。本発明では、光ファイバ
ー型ライトパイプセンサーを検出機器として用い、上記
の可視光線を検出するものである。ライトパイプセンサ
ーは、様々なものが使用可能であるが、通常は直径１〜
２ｍｍの石英製またはサファイア製の光ファイバーから
なり、外経３〜４ｍｍのＳＵＳ等の金属製保護管を有す
るものが、好適に用いられる。

【００１４】上記の如き気体燃料を用いて部分酸化を行
う場合に、燃焼中の燃焼炉の内部温度は１５００℃以上
となる。一般に、石英製の光ファイバー型ライトパイプ
センサーは１０００℃の耐熱性を有し、サファイア製の
光ファイバー型ライトパイプセンサーは１９００℃の耐
熱性を有するが、より低温で使用することにより耐久性
が向上する。酸化剤ガスは２００℃程度に加熱されるこ
とが多いが、ライトパイプセンサーを燃焼炉における酸
化剤ガス導入部の供給配管内に設置することにより、酸
化剤ガスによりセンサーの加熱が抑制される。ライトパ
イプセンサーの先端は燃焼状態を好適に監視する位置に
設置される。

【００１５】本発明の燃焼炉用モニターシステムは常圧
の燃焼炉にも用いられるが、従来の火炎監視装置では使
用することのできない高圧燃焼炉でも使用できることが
特徴である。水素や一酸化炭素の製造、メタノールやア
ンモニア等の合成ガスの製造のために炭化水素の部分酸
化を行う部分燃焼炉、アンモニア製造装置における二次
改質炉、前述の断熱リフォーマーの如き反応器の燃焼室
に好適に用いられ、燃焼炉の内圧は２０気圧以上、８０
〜１００気圧の高圧の燃焼炉にも用いられる。燃焼炉の
内部温度は前述の如く１５００℃以上のものにも用いら
れる。

【００１６】燃焼状態を好適に監視できるようにするた
めに、ライトパイプセンサーは金属製保護管の先端より
も若干（数ミリ程度）突出すようにし、センサーの上部
はごみ溜まりを防止するために金属製保護管の先端を面
取りしてライトパイプセンサーを中心とした山なり構造
とすることが好ましい（図１（Ｃ）参照）。また、ライ
トパイプセンサーの振動を防止するために酸化剤ガス供
給管等の内部に揺れ止めワイヤーを取り付け、該ライト
パイプセンサーの保護管を固定することが好ましい。

【００１７】次に、図面に基いて本発明を更に詳しく説
明すれば、次の通りである。図１は、本発明の燃焼炉用
モニターシステムを断熱リホーマーに適用した例を示
し、（Ａ）図は断熱リホーマーＡの概略断面図、（Ｂ）
図は断熱リホーマーＡの酸素バーナー部（破線囲繞部
Ｂ）を拡大した拡大断面図、（Ｃ）図は（Ｂ）図におい
てセンサー上端部（破線囲繞部Ｃ）を拡大した拡大断面
図である。

【００１８】（Ａ）において、１１は酸素バーナー、１
２は燃焼室、１３は酸素ガス、１５は一次触媒、１６は
二次触媒、１７は合成ガス、１８は天然ガスとスチーム
の混合物を示している。（Ｂ）に示すように、断熱リホ
ーマーＡの酸化剤（酸素ガス）導入部に本発明の高圧燃
焼炉用モニターシステムが設置され、酸化剤ガス供給管
２の内部に、（Ｃ）に示すように金属製保護管４を有す
るライトパイプセンサー３が配置されると共に該ライト
パイプセンサー３の先端側が酸化剤ガス導入部のノズル
部１に臨んでいる。

【００１９】この場合、ノズル径ｄに対してライトパイ
プセンサー３の先端をノズル出口から５ｄ（ノズル径の
５倍）以下とすることにより、センサーの開口角度が５
０°以上となるようにする。ライトパイプセンサー３と
保護管４の先端部構造は（Ｃ）に示され、保護管４の先
端は面取り部４ａが形成されてライトパイプセンサー３
の先端３ａを中心とした山なり構造とすることにより、
ごみ溜まりが防止されるようになっている。（Ｂ）に示
すように、酸化剤ガス配管２中に通したライトパイプセ
ンサー３の振動を防止するために、揺れ止めワイヤー５
を任意の間隔で位相をずらして配置してこれを保護管４
と酸化剤ガス配管２の内壁に溶接する。また、ライトパ
イプセンサー３を挿入のため酸化剤ガス供給部６の下方
においてフランジ７，７によるフランジ構造となってお
り、高圧継手８によりライトパイプセンサー３の保護管
４が固定されている。

【００２０】

【発明の効果】本発明の燃焼炉用モニターシステムによ
れば、高圧の燃焼炉においても起動時における着火状況
を迅速に確認できるため、燃焼炉を安全に起動すること
ができる。また、本発明のモニターシステムで平常運転
時において炉内の温度計測を行うことにより、例えば酸
素バーナーの失火などの燃焼の異常を確認することもで
きる。従って本発明により従来困難であった高圧燃焼炉
の燃焼管理を極めて安全、且つ有効に行うことができ、
本発明の工業的意義が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃焼炉用モニターシステムを断熱リホ
ーマーの燃焼炉に適用した実施例を示す断面図であり、
（Ａ）は断熱リホーマーの概略断面図、（Ｂ）は断熱リ
ホーマーＡの酸素バーナー部（破線囲繞部Ｂ）を拡大し
た拡大断面図、（Ｃ）は（Ｂ）においてセンサー上端部
（破線囲繞部Ｃ）を拡大した拡大断面図。

【符号の説明】

１ ノズル部 ２ 酸化剤ガス供給管 ３ ライトパイプセンサー ３ａ 先端 ４ 保護管 ４ａ 面取り部 ５ 揺れ止めワイヤー ６ 酸化剤ガス供給部 ７ フランジ ８ 高圧継手

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバー型ライトパイプセンサーを
   具備し、燃焼炉における着火状態の確認および／または
   温度測定を行うことを特徴とする燃焼炉用モニターシス
   テム。
2. 【請求項２】 燃焼炉における酸化剤ガス導入部の供給
   配管内に、ライトパイプセンサーを設置する請求項１に
   記載の燃焼炉用モニターシステム。
3. 【請求項３】 燃焼炉の内圧が２０気圧以上である請求
   項１または請求項２に記載の燃焼炉用モニターシステ
   ム。
4. 【請求項４】 加圧下において、炭化水素と水蒸気の接
   触反応による一次改質反応を行い、次いで得られた一次
   改質ガスに酸化剤ガスを加えて燃焼炉で部分酸化した
   後、二次改質反応を行い、得られた高温ガスを一次改質
   反応の熱源に用いるガス改質装置における部分酸化反応
   用燃焼炉に設置された請求項１〜３のいずれかに記載の
   燃焼炉用モニターシステム。