工業炉

放射部は、管が炎からの放射によってほぼすべての熱を受ける部分です。垂直円筒形の炉では、管は垂直に配置されます。管は垂直または水平に、耐火壁に沿って、中央などに配置したり、セル状に並べたりすることができます。スタッドは、断熱材をまとめて炉の壁に固定するために使用されます。この炉内部の写真では、スタッドは約300mm間隔で 配置されています。 

下図に示す、腐食により赤褐色になっているチューブは炭素鋼管で、放射部の高さ全体にわたって設置されています。チューブは断熱材から一定の距離を保って配置されているため、放射熱がチューブの背面に反射され、チューブ壁の温度を均一に保つことができます。上部、中央部、下部にあるチューブガイドがチューブを所定の位置に保持します。

対流部は、放射部よりも温度が低い位置にあり、追加の熱を回収します。ここでは対流によって熱が伝達され、チューブにはフィンが取り付けられて熱伝達効率を高めています。対流部下部と放射部上部の最初の3列のチューブは、フィンが取り付けられていないむき出しのチューブの領域で、シールド部（「衝撃チューブ」）と呼ばれています。これは、これらのチューブが燃焼室からの強い放射にさらされるだけでなく、通常は燃焼室の高温に対する耐性が低い対流部チューブを遮蔽する役割も果たすためです。

放射部のうち、排気ガスが遮蔽部に入り対流部に入る直前の領域をブリッジゾーンと呼びます。クロスオーバーとは、対流部の出口から放射部の入口までをつなぐ管のことです。クロスオーバー配管は通常、温度を監視し対流部の効率を計算できるように屋外に設置されます。上部のサイトグラスにより、作業員は上から炎の形状やパターンを確認し、炎の衝突が発生していないかを目視で検査できます。炎の衝突とは、炎が管に接触し、非常に高温の小さな孤立したスポットが発生する現象です。

これは、両端で接続された水平/垂直ヘアピン型またはらせん状のチューブのシリーズです（180°の曲がりがあります）。放射コイルは放射によって熱を吸収します。プロセス側の許容圧力損失に応じて、シングルパスまたはマルチパスになります。放射コイルと曲がり部は放射ボックス内に収容されます。放射コイルの材料は、低温サービス用の炭素鋼から高温サービス用の高合金鋼まで様々です。これらは放射側壁から支持されるか、放射屋根から吊り下げられます。これらの支持部の材料は一般的に高合金鋼です。放射コイルを設計する際には、（高温条件下での）膨張に対応できるように配慮する必要があります。

上記の垂直円筒形炉のバーナーは床に設置され、上向きに燃焼します。鉄道機関車のように、側面燃焼式のバーナーを備えた炉もあります。バーナータイルは高温耐火材でできており、炎が閉じ込められる場所です。バーナーの下、送風機の出口にあるエアレジスターは、可動式のフラップまたは羽根を備えた装置で、炎の形状やパターン（炎が広がるか、渦を巻くかなど）を制御します。炎が広がりすぎると、炎同士が衝突する原因となるため、広がりすぎないようにする必要があります。エアレジスターは、空気の導入タイミングに応じて、一次、二次、そして必要に応じて三次に分類できます。

一次空気レジスターは、燃焼プロセスに最初に導入される一次空気をバーナーに供給する役割を担っています。この空気は、初期着火と燃料燃焼に不可欠です。二次空気は、一次空気の後に供給され、燃焼を補い、すべての燃料が完全に燃焼するようにすることで、より完全な燃焼を実現し、効率を向上させます。バーナーには、空気と燃料がバーナーに入る前に混合するプレミキサーが含まれている場合もあります。この混合は、均一な混合を確保するために重要であり、燃焼効率を高め、排出物を削減します。一部の高度なバーナーでは、蒸気をプレミックスとして使用して空気を予熱し^{[ 3 ] [ 4 ]}、燃料と加熱された空気の混合を改善しています。蒸気は混合を助けるだけでなく、特に大容量の燃焼システムでは、安定した炎の状態を維持するのにも貢献します。

炉の設計において、床面は通常、炉壁とは異なる材料で作られます。床面は一般的に、炉内の高温に耐え、耐久性も兼ね備えた硬質耐火材で構築されます。この種の耐火材は耐熱性に優れているだけでなく、メンテナンス作業中に技術者が安全に歩行しても表面を損傷しないという利点もあります。さらに、耐火材は、工業用燃焼プロセスでよく見られる激しい熱サイクルや化学的ストレス下でも、長期間にわたって構造的完全性を維持できるという特性から選ばれることが多いのです。

炉は、小さなパイロット炎で点火することも、古い機種では手動で点火することもできます。現在では、ほとんどのパイロット炎は点火トランス（自動車のスパークプラグのようなもの）で点火されます。パイロット炎が点火すると、メインの炎も点火されます。パイロット炎は天然ガスを使用し、メインの炎はディーゼルと天然ガスの両方を使用できます。液体燃料を使用する場合は、噴霧器を使用します。そうしないと、液体燃料が炉の床にこぼれて危険になります。手動点火（マッチなど）に比べて、パイロット炎で炉を点火する方が安全で簡単です。

煤吹き装置は対流部に設置されています。この部分は放射部よりも高い位置にあり、フィンによって空気の流れが遅くなるため、煤が蓄積しやすい傾向があります。煤吹きは通常、対流部の効率が低下した際に行われます。これは、クロスオーバー配管と対流部出口における温度変化を調べることで算出できます。

煤吹き装置は、水、空気、蒸気などの流動媒体を利用して、管内の堆積物を除去します。これは通常、メンテナンス時に送風機を稼働させて行われます。煤吹き装置にはいくつかの種類があります。回転式壁掛け型煤吹き装置は、炉の壁に取り付けられ、対流管の間に突き出ています。ランスは、長さに沿って一定間隔で穴が開けられた蒸気源に接続されています。電源を入れると回転し、管から煤を吹き飛ばして煙突から排出します。

排煙筒は、すべての熱伝達室の最上部に設置された円筒形の構造物です。その直下にある開口部から排ガスが集められ、作業員に危険を及ぼさないよう、大気圏上層部へと排出されます。

内部に内蔵されたスタックダンパーは、バタフライバルブのように機能し、炉内のドラフト（吸気口と排気口の圧力差）を調整します。このドラフトによって、排気ガスが対流部を通って引き込まれます。スタックダンパーは、煙突から失われる熱量も調整します。ダンパーが閉じると、煙突から炉外に放出される熱量は減少しますが、炉内の圧力（ドラフト）は上昇します。炉内に空気漏れがあると、周囲で作業する人に危険が及ぶ可能性があります。また、炎が燃焼室から噴き出したり、圧力が高すぎると爆発する恐れもあります。

断熱材は、加熱室からの熱損失を最小限に抑えることで効率を向上させるため、炉の重要な部分です。断熱材には、耐火レンガ、キャスタブル耐火材、セラミックファイバーなどの耐火材料が使用されます。炉の床は通常キャスタブルタイプの耐火材で、壁面は釘打ちまたは接着剤で固定されます。セラミックファイバーは炉の屋根と壁によく使用され、密度と最高使用温度によって等級分けされます。例えば、8# 2,300  °F は、密度が 8  lb/ft³^で最高使用温度が 2,300  °F であることを意味します。セラミックファイバーの実際の使用温度は、最高使用温度よりも若干低くなります（つまり、2,300  °F は、永久線収縮が発生する前に 2,145 °F までしか使用できません ）。

コンクリート製の柱は、ヒーターを取り付けるための基礎となります。小型ヒーターの場合は4本、大型ヒーターの場合は最大24本まで必要となります。柱と基礎全体の設計は、地盤の耐荷重能力と地域の地震状況に基づいて行われます。基礎ボルトは、ヒーター設置後に基礎にグラウト注入されます。

ヒーター本体には、複数の箇所にアクセスドアが設けられています。アクセスドアは、ヒーターの停止時のみ使用してください。アクセスドアの標準サイズは600×400mmで、人や物のヒーター内外への搬入・搬出に十分な大きさです。運転中は、アクセスドアは耐熱性の高いガスケットを用いてしっかりとボルトで固定してください。