反应炉的燃烧控制方法及反应炉.pdf

本发明提供采用不使反应管破裂或裂缝、且可以减小反应炉内温度差的高温空气燃烧技术的反应炉控制方法和采用该方法的反应炉。在相邻的2个或2个以上的反应管(7)之间的空间内，配置着朝反应管(7)的延伸方向喷射燃料的第2燃烧器(8)。设有第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置(10、11)，该第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置(10、11)，把燃烧室(2)内的排气气体通过具有通气性的蓄热体排出炉外，把被蓄热体的显热加热成高温的燃烧用空气供给第2燃烧器(8)。在炉本体(1)内达到高温空气燃烧状态之前，只令第1燃烧器(3a～6a)燃烧，使反应炉内的温度上升。炉本体(1)内达到高温空气燃烧状态后，使第2燃烧器(8)开始燃烧，以后，随着第2燃烧器(8)的燃烧量增加，减少若干个第1燃烧器(3a～6a)的燃烧量，得到所需的燃烧状态。

1.  反应炉的燃烧控制方法，其特征在于，该反应炉备有炉本体、若干个反应管、若干个第1燃烧器、1个或1个以上的第2燃烧器、热交换型燃烧用空气供给装置；
上述炉本体，内部具有由炉壁围成的燃烧室；
上述若干个反应管，设置在上述炉本体的上述炉壁的相向一对壁部之间，且朝相同方向延伸地并排设置着；
上述若干个第1燃烧器，配置在上述若干个反应管的外侧，并且设在上述炉本体的上述炉壁上，在上述燃烧室内燃烧燃料；
上述1个或1个以上的第2燃烧器，在上述若干反应管的2个或2个以上相邻反应管之间的空间内，固定在上述一对壁部上的、设置着上述若干反应管的一对固定区域的至少一方上，该第2燃烧器朝着反应管管轴方向喷射燃料；
上述热交换型燃烧用空气供给装置，把上述燃烧室内的排出气体通过具有通气性的蓄热机构排出炉外，并且，把被上述蓄热机构的显热加热成高温的燃烧用空气供给上述燃烧室内；
该控制方法由以下工序构成：
在上述燃烧室内达到高温空气燃烧状态之前、只使上述若干个第1燃烧器燃烧、使上述燃烧室内的温度上升的工序；
在上述燃烧室内达到高温空气燃烧状态后、使上述1个或1个以上的第2燃烧器开始燃烧的工序；
随着上述1个或1个以上第2燃烧器的燃烧量增加、减少上述若干个第1燃烧器的燃烧量、得到所需的燃烧状态的工序。

2.  如权利要求1所述的反应炉的燃烧控制方法，其特征在于，在得到了上述所需的燃烧状态后，保持得到上述所需燃烧状态时的、上述若干个第1燃烧器的燃烧量与上述1个或1个以上的第2燃烧器的燃烧量的燃烧比例。

3.  如权利要求2所述的反应炉的燃烧控制方法，其特征在于，上述若干个第1燃烧器的燃烧量与上述1个或1个以上的第2燃烧器的燃烧量的燃烧比例，在80∶20～0∶100的范围。

4.  如权利要求1所述的反应炉的燃烧控制方法，其特征在于，得到防止上述若干反应管的各自圆周方向的管壁温度分布极端不均匀的燃烧状态。

5.  如权利要求4所述的反应炉的燃烧控制方法，其特征在于，上述若干个第1燃烧器的燃烧量与上述1个或1个以上的第2燃烧器的燃烧量的燃烧比例，在50∶50～0∶100的范围。

6.  如权利要求5所述的反应炉的燃烧控制方法，其特征在于，设定从上述热交换型燃烧用空气供给装置供给到上述燃烧室内的空气量，使上述排出气体中的氧浓度平均值在3.5～6％范围内。

7.  反应炉的燃烧控制方法，其特征在于，该反应炉备有炉本体、若干个反应管、若干个第1燃烧器、1个或1个以上的第2燃烧器、热交换型燃烧用空气供给装置；
上述炉本体，内部具有由炉壁围成的燃烧室；
上述若干个反应管，设置在上述炉本体的炉壁的相向一对壁部之间，且朝相同方向延伸地并排设置着；
上述若干个第1燃烧器，配置在上述若干个反应管的外侧，并且设在上述炉本体的炉壁上，在上述燃烧室内燃烧燃料；
上述1个或1个以上的第2燃烧器，在上述若干反应管的2个或2个以上相邻反应管之间的空间内，固定在上述一对壁部上的、设置着上述若干反应管的一对固定区域的至少一方上，该第2燃烧器朝着反应管管轴方向喷射燃料；
上述热交换型燃烧用空气供给装置，把上述燃烧室内的排气气体通过具有通气性的蓄热机构排出炉外，并且，把被上述蓄热机构的显热加热成高温的燃烧用空气供给上述燃烧室内；
该控制方法由以下工序构成：
在上述燃烧室内达到高温空气燃烧状态之前、主要使上述若干个第1燃烧器燃烧、使上述燃烧室内的温度上升的工序；
在上述燃烧室内达到高温空气燃烧状态后、增加上述1个或1个以上的第2燃烧器的燃烧量的工序；
随着上述1个或1个以上的第2燃烧器的燃烧量增加、减少上述若干个第1燃烧器的燃烧量、得到所需的燃烧状态的工序。

8.  如权利要求7所述的反应炉的燃烧控制方法，其特征在于，在得到了上述所需的燃烧状态后，保持得到上述所需燃烧状态时的、上述若干个第1燃烧器的燃烧量与上述1个或1个以上的第2燃烧器的燃烧量的燃烧比例。

9.  如权利要求8所述的反应炉的燃烧控制方法，其特征在于，上述若干个第1燃烧器的燃烧量与上述1个或1个以上的第2燃烧器的燃烧量的燃烧比例，在80∶20～0∶100的范围。

10.  如权利要求7所述的反应炉的燃烧控制方法，其特征在于，得到防止上述若干反应管的各自圆周方向的管壁温度分布极端不均匀的燃烧状态。

11.  如权利要求10所述的反应炉的燃烧控制方法，其特征在于，上述若干个第1燃烧器的燃烧量与上述1个或1个以上第2燃烧器的燃烧量的燃烧比例，在50∶50～0∶100的范围。

12.  如权利要求11所述的反应炉的燃烧控制方法，其特征在于，设定从上述热交换型燃烧用空气供给装置供给到上述燃烧室内的空气量，使上述排出气体中的氧浓度平均值在3.5～6％范围内。

13.  反应炉，其特征在于，备有炉本体、若干个反应管、若干个第1燃烧器、若干个第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置、1个或1个以上的第2燃烧器、1个或1个以上的第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置；
上述炉本体，内部具有燃烧室；
上述若干个反应管，设置在上述炉本体的炉壁的相向一对壁部之间，且朝相同方向延伸地并排设置着；
上述若干个第1燃烧器，设在上述炉本体的炉壁上，在燃烧室内燃烧燃料；
上述若干个第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置，配置在上述若干反应管的外侧，并且把上述燃烧室内的排出气体通过具有通气性的1个或1个以上的蓄热体排出炉外，把被上述1个或1个以上的蓄热体的显热加热成高温的燃烧用空气、供给上述若干个第1燃烧器；
上述1个或1个以上的第2燃烧器，在上述若干反应管的2个或2个以上相邻反应管之间的空间内，固定在上述一对壁部上的、设置着上述若干反应管的一对固定区域的至少一方上，该第2燃烧器朝着反应管管轴方向喷射燃料；
上述1个或1个以上第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置，把燃烧室内的排出气体通过具有通气性的1个或1个以上的蓄热体排出炉外，并且，把被上述1个或1个以上的蓄热体的显热加热成高温的燃烧用空气、供给上述1个或1个以上的第2燃烧器；
上述燃烧室内达到高温空气燃烧状态时的、上述若干第1燃烧器的燃烧量与上述1个或1个以上的第2燃烧器的燃烧量的燃烧比例在50∶50～0∶100的范围。

14.  如权利要求13所述的反应炉，其特征在于，设定从上述第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置和/或第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置供给到上述燃烧室内的空气量，使上述排气气体中的氧浓度平均值在3.5～6％范围内。

15.  如权利要求13所述的反应炉，其特征在于，上述若干个第1燃烧器，固定在上述一对壁部的一方上；上述若干个第2燃烧器，固定在上述一对壁部的另一方上。

16.  如权利要求15所述的反应炉，其特征在于，上述第2燃烧器，具有形成最高气体温度为500℃以上的部分燃烧火焰的构造。

17.  如权利要求13所述的反应炉，其特征在于，由上述第1燃烧器和上述第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置组合，构成一台高温空气燃烧型蓄热燃烧器；由上述第2燃烧器和上述第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置组合，构成一台高温空气燃烧型蓄热燃烧器。

18.  反应炉，其特征在于，备有炉本体、若干个第1燃烧器、若干个第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置、若干个反应管，
上述炉本体，内部具有燃烧室；
上述若干个第1燃烧器，设在上述炉本体的炉壁上，在燃烧室内燃烧燃料；
上述若干个第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置，把燃烧室内的排气气体通过具有通气性的1个或1个以上的蓄热体排出炉外，把被上述1个或1个以上的蓄热体的显热加热成高温的燃烧用空气，供给到上述若干个第1燃烧器；
上述若干个反应管，固定在上述炉壁的相向一对壁部之间，且朝着相同方向延伸地并排设置着；
在上述若干个反应管的外侧，若干个上述第1燃烧器固定在上述炉壁上，朝着反应管的延伸方向或者朝着与反应管延伸方向交叉的方向喷射燃料；
还备有1个或1个以上的第2燃烧器和1个或1个以上的第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置；
上述1个或1个以上的第2燃烧器，在上述若干反应管的2个或2个以上相邻反应管之间的空间内，固定在上述一对壁部上的、设置着上述若干反应管的一对固定区域的至少一方上，该第2燃烧器朝着反应管管轴方向喷射燃料；
上述1个或1个以上第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置，把燃烧室内的排出气体通过具有通气性的1个或1个以上蓄热体排出炉外，并且，把被上述1个或1个以上蓄热体的显热加热成高温的燃烧用空气、供给上述1个或1个以上的第2燃烧器；
设只用上述若干个第1燃烧器加热上述若干反应管时的、上述若干反应管的受热量为1时，使上述若干个反应管的传热效率大于1地、设定上述若干第1燃烧器和上述1个或1个以上的第2燃烧器的位置关系、以及上述若干第1燃烧器和上述1个或1个以上的第2燃烧器的燃烧比例。

19.  如权利要求18所述的反应炉，其特征在于，上述若干个第1燃烧器，固定在上述一对壁部的一方上；上述1个或1个以上的第2燃烧器，固定在上述一对壁部的另一方上；上述若干个第1燃烧器分散地配置，并将上述若干个反应管夹在其间。

20.  如权利要求18所述的反应炉，其特征在于，在上述一对壁部上，分别固定着上述1个或1个以上的第2燃烧器；在上述炉壁的与上述一对壁部不同的另外一对相向的壁部上，分散配置着上述若干个第1燃烧器，该若干个第1燃烧器将上述若干反应管夹在其间。

21.  如权利要求18所述的反应炉，其特征在于，上述若干个第1燃烧器和上述1个或1个以上第2燃烧器的燃烧比例是80∶20。

22.  如权利要求18所述的反应炉，其特征在于，1个或1个以上的上述第2燃烧器用燃烧用部分空气燃烧供给装置，从上述若干反应管的外侧，把上述燃烧用空气供给上述1个或1个以上的第2燃烧器；从上述第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置供给的空气量，少于相对于第2燃烧器供给的燃料量的理论燃料空气量的30％。

23.  如权利要求22所述的反应炉，其特征在于，上述若干个反应管，与相邻的其它反应管的距离相等；若干个上述第2燃烧器，与相邻的上述若干个反应管之间的距离相等。

24.  如权利要求18所述的反应炉，其特征在于，由上述第1燃烧器和上述第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置组合，构成一台高温空气燃烧型蓄热燃烧器；由上述第2燃烧器和上述第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置组合，构成一台高温空气燃烧型蓄热燃烧器。

反应炉的燃烧控制方法及反应炉
技术领域
本发明涉及采用高温空气燃烧技术的反应炉。
背景技术
日本特开平11-179191号公报(特愿平9-357263号)中，揭示了提高若干反应管的反应效率的技术。该技术，采用高温空气燃烧型蓄热式燃烧装置以提高炉内的温度，该炉内横向地并排设置了由若干个反应管分别构成的若干个反应管群。
另外，在日本特开2001-152166号公报(特愿平11-343624号)中，揭示了关于采用高温空气燃烧技术的反应炉的技术。这里所说的高温空气燃烧技术，是指把燃烧用空气预热到800℃以上的高温，将燃烧用空气高速吹入燃烧室，同时将燃料吹入该燃烧用空气中，进行燃烧的技术。采用该技术，不必加大燃烧室，可以尽量减小配置着反应管群的炉内的温度场的温度差。
采用高温空气燃烧技术，可以尽量减小反应炉内的温度差。但是，当反应管的根数或反应管群多时，反应管本身成为传热的阻力。因此，若干反应管间的空间的温度、与这些空间外侧空间的温度的差有加大的倾向。而该温度差正是造成反应管破裂或产生裂缝的原因。为此，必须减小该温度差。另外，对反应管的传热是借助壁辐射的壁控制，所以，对位于内侧的其它反应管的传热比对反应管自身的传热更多。因此，各反应管地加热缺乏均匀性，从而产生反应管整体的受热量(传热效率)降低的问题。
发明内容
本发明目的是提供反应炉的燃烧控制方法及反应炉，该反应炉的燃烧控制方法和反应炉采用了不使反应管发生破裂或裂缝、能减小反应炉内温度差的高温空气燃烧技术。
本发明的另一目的是提供反应炉的燃烧控制方法及反应炉，该反应炉的燃烧控制方法和反应炉能防止若干反应管在各自圆周方向的管壁温度分布产生过于不均匀的情况。
本发明的另一目的是提供不降低热效率、而且能抑制CO浓度增加的反应炉的燃烧控制方法及反应炉。
本发明的另一目的是提供与现有技术相比加大受热量(传热效率)的反应炉的燃烧控制方法及反应炉。
采用高温空气燃烧技术的反应炉具有炉本体，在该炉本体的内部具有被炉壁包围着的燃烧室。在该炉本体的内部有并排设置着的若干个反应管，这些反应管设置在与炉壁相对的一对壁部间，且相互朝着相同方向延伸。另外，反应炉备有若干个第1燃烧器，这些第1燃烧器配置在若干反应管的外侧，并设置在炉本体的炉壁上，且在燃烧室内燃烧燃料。另外，反应炉还备有热交换型燃烧用空气供给装置，该装置把燃烧室内的排出气体通过具有通气性的蓄热机构排出炉外，把被蓄热机构的显热加热成高温的燃烧用空气供给到燃烧室内。
通常，直接或通过支承构造，将若干个反应管安装在包围炉本体内燃烧室的一对相向炉壁之间(例如底壁与顶壁之间)。另外，若干个第1燃烧器，安装在炉壁的底壁、顶壁、侧壁中的任一方上。燃烧用空气通常被蓄热体的显热加热到800℃以上的高温。也可以将第1燃烧器和第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置进行组合，构成为一台高温空气燃烧型蓄热式燃烧器。高温空气燃烧型蓄热式燃烧器，可以采用例如日本特开平11-223335号公报和日本特开2000-39138号公报等揭示的、公知的连续燃烧式蓄热燃烧器系统。在此种连续燃烧式蓄热燃烧器系统中，一台燃烧器内部具有分割的蓄热体，将燃烧用空气供给一部分蓄热体，同时，另一部分蓄热体吸收燃烧气体、进行蓄热。空气供给和燃烧气体排出的流路以一定的周期切换，在一台燃烧器系统内部反复进行蓄热/散热。高温空气的排出口在切换的同时向周方向移动。但燃料是从一个燃烧器连续地供给。
另外，高温空气燃烧型蓄热式燃烧器，也可以由交替式蓄热燃烧器构成。交替式蓄热燃烧器为，在1个整个蓄热体中交替地流过燃烧用空气和排出气体，用蓄热体的显热加热燃烧用空气的装置。交替式蓄热燃烧器大致分为二种类型，一种是使燃烧器的燃烧连续的连续燃烧型，另一种是使燃烧器的燃烧断续的断续燃烧型。连续燃烧型，例如在日本特开平5-256423号公报和日本特开平6-11121号公报中揭示。断续燃烧型，在日本特开平1-222102号公报中揭示。
本发明中，作为控制对象的反应炉，备有1个或1个以上的第2燃烧器。该第2燃烧器形成在若干反应管的、2个或2个以上相邻反应管之间的空间内，朝着反应管的管轴方向喷射燃料。该1个或1个以上的第2燃烧器，固定在设置着若干反应管的一对壁部中的、一对固定区域的至少一方上。如本发明所示，如果在若干反应管集合体的内部配置1个或1个以上的第2燃烧器，则对于在外侧的反应管背面的内侧反应管，也能由第2燃烧器加热。因此，可以控制若干反应管集合体内部的温度场，可以减小反应炉内的温度差。
但是，在燃烧开始初期，如果积极地进行第2燃烧器的燃烧，则在燃烧开始初期，来自第2燃烧器的热会使温度场内产生大的温度差，或产生局部过热。另外，在燃烧炉内的温度达到高温空气燃烧状态后，来自若干第1燃烧器的热会使温度场内产生温度差。为此，本发明的燃烧控制方法，原则上，在燃烧室内达到高温空气燃烧状态之前，只令若干个第1燃烧器燃烧，使反应炉内的温度上升。另外，在反应炉内成为高温空气燃烧状态后，使1个或1个以上的第2燃烧器开始燃烧，此后随着1个或1个以上的第2燃烧器的燃烧量的增加，减少若干第1燃烧器的燃烧量，得到所需的燃烧状态。另外，在反应炉内达到高温空气燃烧状态之前，也可以在没有影响的程度下使第2燃烧器燃烧。这时，主要是使若干个第1燃烧器燃烧，使反应炉内的温度上升。在反应炉内达到高温空气燃烧状态后，使1个或1个以上的第2燃烧器的燃烧量增大，此后随着1个或1个以上第2燃烧器的燃烧量的增加，减少上述若干个第1燃烧器的燃烧量，得到所需的燃烧状态。
在采用若干个第1燃烧器和1个或1个以上第2燃烧器的情形下，如果采用本发明的燃烧控制方法，可以防止燃烧开始时反应炉内温度场的温度差增大到使反应管破裂或裂缝的程度。另外，在反应炉内达到高温空气燃烧状态后，随着1个或1个以上第2燃烧器的燃烧量的增加，减少上述若干个第1燃烧器的燃烧量，得到所需的燃烧状态从而，可防止反应炉内温度场的温度差增大到使反应管破裂或裂缝的程度。
得到了所需的燃烧状态后，只要保持得到所需燃烧状态时的、若干第1燃烧器的燃烧量与1个或1个以上第2燃烧器的燃烧量的燃烧比例即可。这样，可提供温度差小的、稳定的温度场。
若干个第1燃烧器的燃烧量与1个或1个以上第2燃烧器的燃烧量的燃烧比例，最好在80∶20～0∶100的范围。在80∶20的燃烧比例中，即使在可能的范围内变更第1燃烧器和第2燃烧器的配置，也能加大各反应管的受热量。即使是80∶20～50∶50的燃烧比例，虽然有一定程度的差，也能增加受热量。
另外，若干个第1燃烧器的燃烧量与1个或1个以上第2燃烧器的燃烧量的燃烧比例设为50∶50～0∶100的范围时，可得到能防止若干反应管的各自圆周方向管壁温度分布极端不均匀的燃烧状态。尤其是当最终的燃烧比例为0∶100时，可以使若干反应管的各自圆周方向管壁温度分布的不均匀最小，而且，可以使NOx、CO的产率最少。另外，在这些情形下，如果使排出气体中的氧浓度的平均值为3.5～6％地设定从热交换型燃烧用空气供给装置供给到燃烧室内的空气量，则可进一步减小温度差。在目前知道的范围中，达到高温空气燃烧状态后，最终的燃烧比例为0∶100、氧浓度为6％是最佳的运转模式。
本发明的反应炉，具有若干个第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置、和1个或1个以上第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置。若干个第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置，把燃烧室内的排气气体通过具有通气性的1个或1个以上蓄热体排出到炉外，把被1个或1个以上的蓄热体的显热加热成高温的燃烧用空气、供给若干个第1燃烧器。另外，1个或1个以上第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置，把燃烧室内的排气气体通过具有通气性的1个或1个以上蓄热体排出到炉外，把被1个或1个以上蓄热体的显热加热成高温的燃烧用空气、供给上述1个或1个以上的第2燃烧器。另外，由于燃烧室只有一个，所以，从若干个第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置供给的空气的一部分，当然也可用于第2燃烧器的燃烧；从第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置供给的空气的一部分，当然也可用于第1燃烧器的燃烧。另外，为使上述排出气体中的氧浓度的平均值成为3.5～6％、设定从第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置和/或第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置供给到燃烧室内的空气量。
虽然若干个第1燃烧器和第2燃烧器的配置方案有很多种，但是，最好是把若干个第1燃烧器固定在一对壁部的一方上，把若干个第2燃烧器固定在一对壁部的另一方上。这样，第1燃烧器的燃烧用空气以及来自第1燃烧器的一部分热靠近在第2燃烧器的附近，从而有助于对位于第2燃烧器附近的若干个反应管加热。但是，即使把第2燃烧器配置在一方的壁部，也不会使各反应管局部过热，可容易地加大各反应管的受热量。
另外，第2燃烧器，最好采用能形成最高气体温度为500℃以上部分燃烧火焰的构造。另外，最好将第1燃烧器和第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置组合，构成一台高温空气燃烧型蓄热燃烧器；将第2燃烧器和第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置组合，构成一台高温空气燃烧型蓄热燃烧器。这样，可最有效地实施燃烧控制。另外，由于在反应管群的内部常常不能确保充分的空间，所以，第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置，最好配置为从若干反应管的外侧，把燃烧用空气供给1个或1个以上的第2燃烧器。当反应管短时，也可以将第1燃烧器用的燃烧用空气供给装置兼作为第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置。
另外，若干个反应管，与相邻其它反应管之间的距离相等。若干个第2燃烧器，与相邻的若干反应管间的距离相等，这样，可以使若干反应管内部的温度场均匀。
另外，在实施本发明的方法时，设只用若干第1燃烧器加热若干反应管时的、若干反应管的受热量(传热效率)为1时，使若干反应管的受热量大于1地设定若干第1燃烧器和1个或1个以上第2燃烧器的位置关系、以及若干第1燃烧器和1个或1个以上第2燃烧器的燃烧比例。这样，可以比已往加大受热量(传热效率)。这里所说的传热效率，是指“使第2燃烧器燃烧时的若干个反应管的受热量/只用若干第1燃烧器加热若干反应管时的若干反应管的受热量”。
另外，当1个或1个以上第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置配置为，从若干反应管外侧、把燃烧用空气供给1个或1个以上第2燃烧器时，从第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置供给的空气量，最好少于相对于第2燃烧器供给的燃料流量的理论燃料空气量的30％。这样，可得到燃烧效率高的良好燃烧。
附图说明
图1是表示将本发明用于试验用反应炉的第1实施形态概略构造的图。
图2是表示在图1的构造中，达到高温空气燃烧状态后，使第1燃烧器的燃烧量与第2燃烧器的燃烧量的燃烧比例在0％～100％范围变化时，各反应管的各自圆周方向的管壁温度分布中的、最高温度差的平均值测定结果。
图3是表示把第2燃烧器设置在炉本体的底壁(炉床)上时，以及如后述其它实施形态所示那样把第2燃烧器设置在炉本体的上壁(炉顶)上时，第2燃烧器的使用比例和排出气体中NOx排出值关系的测定结果。
图4是表示达到高温空气燃烧状态后，第1燃烧器的燃烧量和第2燃烧器的燃烧量的燃烧比例为0∶100时，改变供给燃烧室的空气比(残存氧浓度)时，排出气体中的NOx和CO量的变化状态。
图5是表示达到高温空气燃烧状态后，第1燃烧器的燃烧量和第2燃烧器的燃烧量的燃烧比例为40∶60时，改变燃烧室内的残存氧浓度时，各反应管的各自圆周方向的管壁温度分布中的最高温度差的平均值测定结果。
图6是表示第2燃烧器出口部分构造的概略放大断面图。
图7是表示第2燃烧器的不同配置状态的图。
图8是表示将本发明用于试验用反应炉的第2实施形态概略构造的图。
图9是表示将本发明用于试验用反应炉的第3实施形态概略构造的图。
图10是表示将本发明用于试验用反应炉的第4实施形态概略构造的图。
图11是表示将本发明用于试验用反应炉的第5实施形态概略构造的图。
图12是表示将本发明用于试验用反应炉的第6实施形态概略构造的图。
图13是表示将本发明用于试验用反应炉的第7实施形态概略构造的图。
图14是表示将本发明用于试验用反应炉的第8实施形态概略构造的图。
图15是表示将本发明用于试验用反应炉的第9实施形态概略构造的图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施形态。图1是表示将本发明用于试验用的改性用的反应炉的实施形态的一例的概略构造的图。图1中，标记1是表示内部具有燃烧室2的炉本体。炉本体1备有构成一对壁部的底壁(炉床)1a及上壁(炉顶)1b、构成宽度方向(从图1看是垂直于纸面的前后方向)的一对壁部的侧壁1c及1d、构成横向(从图1看是左右方向)的一对壁部的侧壁1e及1f。
炉本体1的底壁(炉床)1a，由图未示的支承构造部支承着。在炉本体1的上壁(炉顶)1b上，固定着分别构成高温空气燃烧型蓄热式燃烧器的4台连续燃烧式蓄热燃烧器3～6。另外，配置着若干个贯通炉本体1的底壁1a和上壁1b的反应管7...。
这里所用的连续燃烧式蓄热燃烧器3～6，设在炉本体1的炉壁上。连续燃烧式蓄热燃烧器3～6，由在燃烧室2内燃烧燃料的第1燃烧器3a～6a和第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置3b～6b组合而成。第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置3b～6b，具有1个或1个以上的蓄热体(图未示)，该蓄热体具有通气性。第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置3b～6b，把燃烧室2内的排出气体通过具有通气性的1个或1个以上蓄热体(图未示)排出炉外，把被1个或1个以上的蓄热体的显热加热成高温的燃烧用空气，供给若干个第1燃烧器3a～6a。这种连续燃烧式蓄热燃烧器的构造，在日本特开平11-223335号公报及日本特开2000-39138号公报等中已详细揭示，其说明从略。
燃烧用空气的加热温度，由第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置3b～6b内的蓄热体的切换速度(或旋转速度)、蓄热体的通气性、蓄热体的长度等因素而决定。在本例中，根据这些因素，将燃烧用空气的温度设定为800℃以上。当然，所选的各部分的材料必须能承受该高温。另外，在第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置3b～6b的后方，设有管道构造体。管道构造体备有供给燃烧用空气的图未示的空气管道和将排出气体排出的排气管道。另外，在该管道构造体的后方，配置着将燃烧用空气送入空气管道的送风机、和将排出气体从排气管道中抽出的抽风机。
如本实施形态所示，采用4台连续燃烧式蓄热燃烧器3～6时，用于各连续燃烧式蓄热燃烧器的管道构造体，具有把4台管道构造体集合而成的集合构造。即，集合构造的管道构造体，对于4台管道构造体采用例如一台送风机和抽风机，用它们进行燃烧用空气的供给和排出气体的排气。该例中，将2台连续燃烧式蓄热燃烧器3及4配置在若干反应管7群的一侧，并沿着反应管7的管轴方向喷射燃料。另外，将2台连续燃烧式蓄热燃烧器5及6配置在若干反应管7群的相反的另一侧，并沿着反应管7的管轴方向喷射燃料。图1中，用箭头表示从连续燃烧式蓄热燃烧器3～6出来的燃烧用空气流。
7根反应管7，分别配置在六角形的各顶点和六角形中心的位置。朝着7根反应管7的相邻管间的空间，配置着第2燃烧器8。
在7根反应管7中的2根或2根以上相邻反应管间的空间内，配置着4个第2燃烧器8，该第2燃烧器8朝着反应管7的管轴方向喷射燃料。这些第2燃烧器8，分别固定在设置着若干反应管7的底壁1a上的固定区域。
另外，在炉本体1的侧壁1c上，上下方向隔开间隔地配置着2台第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置10及11。该2台第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置10及11的构造，与上述连续燃烧式蓄热燃烧器3～6中的、去除了燃烧嘴部分的构造相同。即，2台第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置10及11，由蓄热体、旋转机构和送风装置等构成。该2台第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置10及11，把燃烧室2内的排出气体通过具有通气性的蓄热体排出炉外，把被蓄热体的显热加热成高温的燃烧用空气，供给对应的第2燃烧器8。从该第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置10及11供给的空气量，不足相对于第2燃烧器8供给的燃料流量的理论燃料空气量的50％。该空气量，最好不足30％，在5％～20％则更好。
该构造中，若干个反应管7，被来自各燃烧器的高温燃烧气体的辐射热和来自炉壁的辐射热加热。该实施形态中，如果燃烧室2内部的温度为800℃以上地进行高温空气燃烧，则即使加高燃烧室2内的温度，也能够减小燃烧室2内的、配置着反应管7的温度场的温度差。
本发明者经研究发现，在燃烧开始的初期，如果积极地进行第2燃烧器8的燃烧，则在燃烧开始初期，来自第2燃烧器8的热使温度场内产生大的温度差，或者产生局部过热。另外，炉本体1内达到高温空气燃烧状态后，仅仅靠来自若干个第1燃烧器3a～6a的热，会使温度场内产生温度差。为此，本发明的燃烧控制方法，原则上，在炉本体1内达到高温空气燃烧状态之前，只令若干个第1燃烧器3a～6a燃烧，使炉本体1内的温度上升。另外，在炉本体1内达到高温空气燃烧状态之前，也可以在不产生影响的程度下，使第2燃烧器8燃烧。具体地说，也可以在不产生局部过热或不产生裂缝的程度下，使第2燃烧器8燃烧。即使在这种情况下，在达到高温空气燃烧状态之前，主要还是使若干个第1燃烧器3a～6a燃烧，使炉本体1内的温度上升。另外，这里所说的高温空气燃烧状态，在本实施形态中是指炉本体1内达到800℃以上的状态。
炉本体1内达到高温空气燃烧状态后，开始第2燃烧器8的燃烧，或者开始增加第2燃烧器8的燃烧量。以后，随着第2燃烧器8燃烧量的增加，使若干第1燃烧器3a～6a的燃烧量减少，从而得到所需的燃烧状态。得到了所需的燃烧状态后，保持得到该所需燃烧状态时的、若干个第1燃烧器3a～6a的燃烧量与第2燃烧器8的燃烧量的燃烧比例。
所需的燃烧状态，根据目标运转状态而变化。例如，为了得到防止若干反应管7各自圆周方向的管壁温度分布极端不均匀的燃烧状态，若干个第1燃烧器3a～6a的燃烧量与第2燃烧器8的燃烧量的燃烧比例，最好在50∶50～0∶100的范围。另外，最好设定从构成热交换型燃烧用空气供给装置的第1燃烧器用燃烧用部分空气供给装置3b～6b、以及2台第2燃烧器用燃烧用部分空气供给装置10及11供给燃烧室2内的空气量，使得排出气体中的氧浓度的平均值在3.5～6％的范围内。
图2是表示在图1的构造中，达到高温空气燃烧状态后，使第1燃烧器3a～6a的燃烧量与第2燃烧器8的燃烧量的燃烧比例在0％～100％范围变化时，各反应管7的各自圆周方向的管壁温度分布中的、最高温度差的平均值测定结果的数据。从图2可知，达到高温空气燃烧状态后，当使第1燃烧器3a～6a的燃烧量朝着0％减少、而第2燃烧器8的燃烧量朝着100％增加时，管壁温度分布中的温度差减小。
图3是表示如本实施形态所示那样把第2燃烧器8设置在炉本体1的底壁(炉床)1a上时(A)，以及如后述其它实施形态所示那样把第2燃烧器设置在炉本体1的上壁(炉顶)1b上时(B)，第2燃烧器的使用比例和排出气体中NOx排出值关系的测定结果。从该测定结果可知，达到高温空气燃烧状态后，当使第1燃烧器3a～6a的燃烧量朝着0％减少、而第2燃烧器8的燃烧量朝着100％增加时，无论第2燃烧器的设置在哪里，都能减小NOx。
图4是表示达到高温空气燃烧状态后，第1燃烧器3a～6a的燃烧量和第2燃烧器8的燃烧量的燃烧比例为0∶100时，改变供给燃烧室2的空气比(残存氧浓度)时，排出气体中的NOx和CO量的变化状态。从图4中可知，当增加空气(使氧残留浓度增加)时，虽然CO渐渐减少，但是NOx有增加的倾向。
图5是表示达到高温空气燃烧状态后，第1燃烧器3a～6a的燃烧量和第2燃烧器8的燃烧量的燃烧比例为40∶60时，改变燃烧室2内的残存氧浓度时，各反应管7各自圆周方向的管壁温度分布中的最高温度差的平均值测定结果。从该图5可知，在达到高温空气燃烧状态后，燃烧室2内的氧浓度越增加，管壁温度差越小。但是，考虑到图4所示的NOx增加倾向和CO增加倾向，氧残留浓度最好为3～6％。本实施形态中，最终保持燃烧比例为0∶100、氧浓度为6％，是最佳的运转模式。
达到高温空气燃烧状态后，为了使温度场中的温度差不太大，并且尽量加大受热量或传热效率，最好使第1燃烧器3a～6a的燃烧量大于第2燃烧器的燃烧量。
本实施形态中，设只用4台连续燃烧式蓄热燃烧器(第1燃烧器)3～6加热7根反应管7时的、7根反应管的受热量为1时，要使7根反应管7...的受热量大于1地设定连续燃烧式蓄热燃烧器(第1燃烧器)3～6与8个第2燃烧器8...及9...的位置关系、以及设定4台连续燃烧式蓄热燃烧器(第1燃烧器)3～6与8个第2燃烧器8...及9...的燃烧比例。如后所述效果，该例中，将连续燃烧式蓄热燃烧器(第1燃烧器)3～6与8个第2燃烧器8...及9...的燃烧比例，设定为80∶20。
在80∶20的燃烧比例中，即使在可能的范围内变更第1燃烧器3a～6a和第2燃烧器8的配置，也能加大各反应管的受热量。另外，即使是80∶20～50∶50的燃烧比例，虽然有一定程度的差，也能增加受热量。
虽然若干个第1燃烧器3a～6a和第2燃烧器8的配置方案有很多种。但是，最好如本实施形态这样，把若干个第1燃烧器3a～6a固定在底壁(炉床)1a上，把若干个第2燃烧器8固定在上壁(炉顶)1b上。这样，第1燃烧器3a～6a的燃烧用空气以及来自第1燃烧器3a～6a的一部分热靠近在第2燃烧器8的附近，有助于对位于第2燃烧器8附近的若干个反应管7加热。从而，即使把第2燃烧器配置在一方的壁部上，也不会使各反应管局部过热，可容易地加大各反应管的受热量。
另外，第2燃烧器8，最好采用能形成最高气体温度为500℃以上部分燃烧火焰的构造。例如，如图6所示，使第2燃烧器8从炉壁1x的壁面下伸预定距离，在第2燃烧器8的前方形成燃料和空气的混合室12，这样，可形成部分燃烧火焰。
另外，第2燃烧器8不必均等配置，也可以如图7所示那样地配置第2燃烧器。
如图8至图15所示，第2燃烧器的配置是任意的。图8至图15，表示本发明其它实施形态中第1燃烧器和第2燃烧器的配置形式。这些图中，与图1所示实施形态相同的部件，注以相同标记，其说明从略。
图8表示本发明反应炉的另一实施形态。该实施形态中，在7根反应管7...的2根以上相邻反应管之间的空间内，4个第2燃烧器8固定在底壁1a的固定区域，4个第2燃烧器9固定在上壁1b的固定区域，这些第2燃烧器8、9朝着反应管7延伸的方向喷射燃料。另外，在炉本体1的侧壁1c上，上下方向隔开间隔地配置着2台第2燃烧器用燃烧用空气供给装置10及11。该2台第2燃烧器用燃烧用空气供给装置10及11的构造，与上述连续燃烧式蓄热燃烧器3～6中的、去除了燃烧嘴部分的构造相同。即，2台第2燃烧器用燃烧用空气供给装置10及11，由蓄热体、旋转机构和送风装置等构成。该2台第2燃烧器用燃烧用空气供给装置10及11，把燃烧室2内的排出气体通过具有通气性的蓄热体排出炉外，把被蓄热体的显热加热成高温的燃烧用空气、供给对应的第2燃烧器8或9。从该第2燃烧器用燃烧用空气供给装置10及11供给的空气量，最好不足相对于第2燃烧器8及9供给的燃料流量的理论燃料空气量的30％。
图9是表示本发明反应炉另一实施形态的概略构造的图。该例中与图8实施形态不同之处是，只在上壁1b上配置了4个第2燃烧器9。
图10是表示本发明反应炉另一实施形态的概略构造的图。该例中与图8实施形态不同之处是，只在底壁1a上配置了4个第2燃烧器8。
图11是表示本发明反应炉另一实施形态的概略构造的图。该例中与图8实施形态不同之处是，只在炉本体1的底壁1a上配置了4个第2燃烧器8，以及把4台连续燃烧式蓄热燃烧器3～6固定在炉本体1的上壁1b上。另外，图11未画出图8所示的2台第2燃烧器用燃烧用空气供给装置10及11。图11的实施形态中，把2台连续燃烧式蓄热燃烧器3及4配置在反应管7群的一侧，并沿着反应管7喷射燃料；把2台连续燃烧式蓄热燃烧器5及6配置在反应管7群的相反的另一侧，并沿着反应管7喷射燃料。
图12是表示本发明反应炉另一实施形态的概略构造的图。该例中与图8实施形态不同之处是，只在炉本体1的上壁1b上配置了4个第2燃烧器9，以及把4台连续燃烧式蓄热燃烧器3～6固定在炉本体1的底壁1a上。另外，图12与图11同样地未画出图8所示的2台第2燃烧器用燃烧用空气供给装置10及11。图12的实施形态中，把2台连续燃烧式蓄热燃烧器3及4配置在反应管7群的一侧，并沿着反应管7喷射燃料；把2台连续燃烧式蓄热燃烧器5及6配置在反应管7群的相反的另一侧，并沿着反应管7喷射燃料。
下面的表，表示在图8至图12所示的实施形态中，改变连续燃烧式蓄热燃烧器3～6和第2燃烧器8或9的燃烧比例时，各反应管7的受热量或传热效率的变化。
表1