4加熱炉構造［DOC］.doc

４．加熱炉の構成と構造 一般に加熱炉は，ふく射伝熱部，対流伝熱部，廃熱回収部の熱移動が行なわれる部分と，燃焼装置および煙突通風装置の部分から構成される。 図―10　加熱炉の構造（直立円筒形） ⑴　ふく射伝熱部 加熱炉で必要とされる全熱負荷の70～80％の熱量が，このふく射伝熱部で伝達される最も重要な部分である。 燃料の燃焼はここで行なわれるため，炉内で最も高温になるところでもある。従って，ふく射伝熱部で使用される材料の強度，肉厚，材質等に十分な配慮がなされている。 ⑵　対流伝熱部 必要全熱負荷の20～30％が伝達される部分で，通常，ふく射伝熱部の直上に設置される。ふく射部からの燃焼ガスはここで速度を上げて通過し，有効な対流伝熱が行なわれる。 この対流伝熱部での吸収熱量が高いほど加熱炉全体としての熱効率が高くなる。そのため，ここに設置する加熱管にフイン（羽根）やスタッド（びょう）をつけるなど，伝熱面積を広くする工夫がなされている。 ⑶　廃熱回収部 対流伝熱部を通過した燃焼廃ガス（対流伝熱部をもたない加熱炉はふく射伝熱部の燃焼廃ガス）は，更に回収できる熱量をもっている。そのため，空気予熱器あるいは廃熱回収ボイラの熱源として熱回収を行っているものが多い。これは対流伝熱部に直結し，ふく射伝熱部の直上，もしくは地上にダクトとの連結で設置される。 この廃熱回収部を設置した加熱炉は，全体の熱効率が88～90％にも達するので，加熱炉設計上の一つのポイントでもある。 ⑷　燃焼装置 一般に管式加熱炉で用いられる燃焼装置といえばバーナである。燃料はガスあるいは液体燃料であり，製油所では燃料ガスとして装置からの発生ガス（プロセスガスまたはライトハイドロカーボンという）が多く，一部LPGも使用されることがある。また液体燃料としては，重油が主流であるが，近年，環境保全の点から次第に軽質化し，燈油，軽油からナフサに至るまで幅広く採用されるようになった。 バーナの設置で重要なことは，均一な熱伝達ができること，火炎（フレーム）と加熱管の距離が接触しにくいようにすること。完全燃焼ができることなどである。一方，操作，保全，あるいは安全の面でも容易でなければならない。 加熱炉運転では特にこの燃焼装置の取扱いが大切であり，後述する操作編でよく熟知してほしい。 ⑸　通風装置 バーナへの燃焼用空気の供給と，燃焼廃ガスを炉外に排出させる役目をするのが通風装置である。燃焼用廃ガスは最終的に煙突（スタック）から大気に放出されるが，その通風は，自然通風または強制通風によって行われる。前者は煙突の通風力のみで大気に放出させ，後者は送風機（ブロア）を設置して機械力で通風を行なう方式である。特に地上に設置する空気予熱器がある場合，あるいは構造上炉内の圧力損失が大きい場合は，この強制通風方式が採用される。 煙突は環境保全上，有害ガスをできる限り少なくし，地上に影響を与えないという考えから，従来，高さを主として設計され，超高層と呼ばれる煙突がみられてきたが，近年は高さのみでは解決されず，廃ガス中の硫黄酸化物（SOx），窒素酸化物（NOx）を左右する 燃料の選択と構造が考えられるようになった。 ⑹　一般的な管式加熱炉の構成部品 ①　加熱管（ヒータチューブ） ふく射部，対流部に配置されるこの加熱管は，受熱流体（被加熱流体）を効率よく，かつ安全に保護しながら加熱する最も重要な部分である。加熱管の本数，材質，管径，肉厚は，炉構造と熱負荷，熱効率を決める必要伝熱面積から決定されるが，一方，加熱管の寿命からみると10万時間をひとつの基準として設計されるのが一般的である。 加熱炉操作からは加熱管の局部過熱，流体の偏流に注意しなければならない。特に加熱管の局部過熱は加熱管の寿命を著しく短縮し，危険な状態になるので，バーナの燃焼状態（フレームの長さ，傾き等）と加熱管の状態（色，流体温度，管表面温度等）をつねに監視し，その変化をいち早くとらえることが大切である。 ②　チューブサポート，ガイド 加熱管の重量を支える役目をする。加熱管は熱による伸縮があるため，これを拘束しない構造になっているが，しばしば加熱管がこれをはずれ，あるいは浮き上る現象をみることがある。極端な例では管とサポートの管隔ができたため，管の振動でこの接触筒所に衝撃による管の減肉を起すことがある。これは運転中にその進行をみることができないので，定期修理を行なうとこには，よく注意し検査する必要がある。高クロム?ニッケル合金鋼を使用するのが通常であるが，高温ぜい性や，燃料中のバナジウムあるいは硫黄による腐食を受けやすい部品である。 ③　炉壁，炉床 最近構築される加熱炉の大半は，炉壁，炉床とも耐火材としてキヤスタブル耐火材を使用するか，または炉床の