JPH0622729U - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 助燃運転や希釈運転を必要とすることなく発
熱量変動範囲の大きい産業廃ガス等の可燃成分含有ガス
の燃焼処理可能な触媒燃焼装置を提供するのが目的であ
る。 【構成】 触媒燃焼装置の熱交換器を複数個に分割して
可燃成分含有ガス１流路と燃焼排ガス３流路とをそれぞ
れ直列に接続し、各熱交換器可燃成分含有ガス流路のそ
れぞれに流量調節可能なバイパス流路１６を設ける。 【効果】 発熱量最小の場合に可燃成分含有ガス流路に
直列の全熱交換器を使い、発熱量最大の場合に可燃成分
含有ガス流路最下流の熱交換器のみに可燃成分含有ガス
を供給することによって助燃運転も希釈運転も不要にす
る熱交換器を選定できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、触媒燃焼装置に係り、特に可燃成分を含む産業廃ガス中の臭気成分 や有害成分の燃焼除去に好適な触媒燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

化学工業などの反応工程において排出される廃ガスや、樹脂、合板、半導体な どの製造工程（焼成、乾燥、洗浄）で発生する廃ガス、あるいは塗装の焼付乾燥 工程から発生する廃ガスの中には、微量の臭気成分や有害成分が含まれている。 化学工業においては、原料中の分解ガスや未収率分として、一酸化炭素や炭化水 素および酢酸などの有機酸類、アルデヒド類などが代表的なものとして含まれる 。また樹脂などの製造工程や塗装工程からは溶剤として使われるトルエンやアセ トン、アルコール系炭化水素などが廃ガス中に含まれる。これらの成分を含む産 業廃ガスは、そのまま排出すると悪臭を発生すると共に、人体に対して有害なの で、公害防止の観点から排気前の脱臭無公害化設備が用いられる。この廃ガス脱 臭無公害化設備の代表的なものには、洗浄によるもの、吸着によるものおよび燃 焼（焼却）によるものなどがある。しかし洗浄や吸着によるものは、その後の吸 着剤の再生や廃水の処理などが必要なため、一般に燃焼による産業廃ガス処理方 式が広く採用されている。産業廃ガスの燃焼処理方式は、直接燃焼方式と触媒燃 焼方式に大別される。触媒燃焼方式は、白金、パラジウムなどの貴金属あるいは コバルト、ニッケルなどの遷移金属等の酸化作用のある金属を触媒成分として活 性アルミナなどに担持した燃焼触媒を用い、産業廃ガスの接触酸化処理をするも のである。これは直接燃焼方式に比べ低温で燃焼処理ができるので、補助燃料低 減によるランニングコストの低減や二次公害となるＮＯｘの発生がほとんどない などのメリットがあり、近年広く使用されるようになってきた。しかし、産業廃 ガスを触媒で安定燃焼させるためには、産業廃ガスを触媒通過前に予熱し、触媒 燃焼反応開始温度以上に維持する必要がある。この触媒燃焼反応開始温度は、産 業廃ガス中に含まれる処理成分によって異なる。水素や一酸化炭素などでは１０ ０〜２００℃、プロパンなどの炭化水素が含まれる場合は２５０〜３５０℃程度 である。この産業廃ガスの予熱には、産業廃ガス処理成分の燃焼による燃焼排ガ スの温度上昇を利用し、熱交換器により燃焼排ガスから廃熱を回収して産業廃ガ スを予熱する方式が一般的である。

【０００３】 図３は従来技術による産業廃ガス処理用触媒燃焼装置の一例を示す系統図であ る。産業廃ガス等の可燃成分含有ガス１の流路２には、その可燃成分含有ガスの 燃焼排ガス３によって可燃成分含有ガス１の予熱を行う熱交換器５を通して起動 炉６が接続されている。起動炉６は、可燃成分含有ガス１の発熱量が手頃な場合 には、予熱された可燃成分含有ガス１とブロワ７を使って供給される燃焼空気８ とでできる燃料ガス９の流路１０を通って触媒燃焼炉１１と繋がる。触媒燃焼炉 １１の中には流路断面全域に配された燃焼触媒１２が存在する。触媒燃焼炉１１ には燃焼排ガスを熱源として利用する熱交換器５が接続され、その先は燃焼排ガ ス流路１３を経て煙突１４に繋がっている。煙突１４から排気される前にボイラ 等の廃熱回収装置が設置される場合もある。熱交換器５の可燃成分含有ガス流路 に対するバイパス流路１６は、図示してあるけれども設けられていない例も設け られている例もある。

【０００４】 装置に供給される悪臭成分、有害成分を含む産業廃ガス等の可燃成分含有ガス １は熱交換器５に供給される。燃焼触媒１２の入口部Ａに検出点を有する触媒入 口温度調節計１７は、触媒入口部Ａの温度が触媒燃焼の反応開始温度以上の一定 値（通常３５０℃）に保たれるよう可燃成分含有ガス調節弁１９、２０および燃 焼空気調節弁２１に制御指令を発する。触媒燃焼の反応開始温度以上に予熱され た悪臭成分、有害成分を含む燃料ガス９が燃焼触媒１２を通過する時燃焼して燃 焼排ガス３になるが、この時悪臭成分、有害成分も燃焼して除去される。可燃成 分含有ガス１の発熱量が小さい場合には、図４の従来方式による可燃成分含有ガ スの発熱量（７０〜１６０Ｋｃａｌ／ｍ³Ｎ）に対する触媒入口部温度と触媒出 口部温度の関係例に示すように、熱交換器５による予熱だけでは触媒入口部Ａの 温度が所定の一定温度（通常３５０℃）に達しない（助燃なしの特性）。この場 合には、起動時に燃焼触媒１２を予熱するための補助燃料２２を助燃バーナ２３ により燃焼させる起動炉６の助燃運転を行わせ、触媒入口温度調節計１７の指令 に基づいて補助燃料調節弁２４と燃焼空気調節弁２１とを調節する。この時、可 燃成分含有ガス１の熱交換器５の入口調節弁１９は全開、バイパス流路１６の入 口調節弁２０は全閉である。このようにして触媒入口部Ａの温度が所定の一定温 度（通常３５０℃）を保てるようバックアップ予熱を行っている。また可燃成分 含有ガス１の発熱量が大きい場合には、起動炉６による助燃運転を行わなくても 、バイパス流路１６がない図４の２点鎖線の特性の場合は燃焼排ガス３による熱 交換器での予熱により触媒出口部Ｂの温度が燃焼触媒１２の耐熱限界温度８００ ℃（一般には７００℃の場合もある）を越えてしまうこともある（図４の希釈な しの特性）。この場合には、触媒出口温度調節計２５の指令によって制御される 希釈空気調節弁２６を介して、希釈空気ブロワ２７により希釈空気２８が触媒燃 焼炉１１に供給される。こうして燃料ガス９を希釈して見掛けの発熱量を下げ触 媒出口部Ｂの温度を８００℃以下に制御する。図４から判るように、バイパス流 路１６を設けず、起動炉６による助燃運転も希釈運転もしないで触媒入口部Ａの 温度が３５０℃以上、触媒出口部Ｂの温度が８００℃以下の運用ができる可燃成 分含有ガスの発熱量の範囲は、高高２０Ｋｃａｌ／ｍ³Ｎ程度しかない。

【０００５】 希釈運転に伴う触媒燃焼炉１１の大型化等の問題を解決するべく、バイパス流 路１６を設け、熱交換器５に供給する可燃成分含有ガス１の流量制御をする方式 が考えられた。起動炉６による助燃運転とバイパス流路１６による制御とを使用 した場合、触媒出入口部温度の可燃成分含有ガスの発熱量に対する特性は図４の 実線のものとなる。この方式では、可燃成分含有ガスの発熱量の増加に伴って触 媒出口部温度、即ち燃焼排ガス３の温度が高くなった場合、触媒入口部Ａの温度 を３５０℃一定に保つべく触媒入口温度調節計１７から指令信号が発せられる。 これにより熱交換器５の可燃成分含有ガス１の入口調節弁１９は閉方向に、バイ パス流路１６の入口調節弁２０は閉方向に動作して熱交換器５を通る可燃成分含 有ガス流量を絞り込む。図４に示す如く、可燃成分含有ガスの発熱量の大きい側 ではこの様にして触媒入口部Ａの温度が３５０℃一定に制御され希釈空気２８は 必要なくなる。可燃成分含有ガスの発熱量の小さい側では熱交換器５の伝熱面積 が不充分で前述した起動炉６による助燃運転を必要とする。この問題を解決すべ く、可燃成分含有ガスの発熱量が小さい場合に対して燃焼排ガス３による可燃成 分含有ガス１の予熱を充分行える程大きな伝熱面積を有する熱交換器５を設置す ると、安価でメンテナンスの容易なプレート式熱交換器では熱交換器５の伝熱性 能を向上した伝熱材料耐熱温度制約が厳しくなる。このため可燃成分含有ガスの 発熱量が大きく、燃焼排ガス３の温度が高い時には、熱交換器５に供給する冷却 材、即ち可燃成分含有ガス１は絞り込み必要量迄絞り込めなくなることもある。 この場合には希釈空気２８を供給する必要がある。燃焼触媒１２の耐熱限界温度 が７００℃の場合には、希釈運転の必要な範囲と量とがもっと厳しいものとなる 。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

前述の如く、助燃運転が必要なために補助燃料の消費が増大して運転コストが 嵩むことになる。これを解決するべく、可燃成分含有ガスの発熱量最小の場合に 対して充分な伝熱面積を有する熱交換器を使用すると、可燃成分含有ガスの発熱 量最大の場合に伝熱材料の耐熱温度制約故に熱交換器を通す可燃成分含有ガス流 量の絞り込みが思うようにできず、そのために希釈運転を余儀なくされると云う 問題が存在した。希釈運転が必要な場合には、希釈運転設備（図３の２５〜２７ ）が必要であり、また希釈空気の分だけ触媒燃焼炉１１の流量が増えるので、そ の分触媒燃焼炉１１、熱交換器５の燃焼排ガス流路、燃焼排ガス流路１３、煙突 １４等が大型化し、燃焼触媒の充填量も増大して設備コストが増大する。また希 釈空気等のユーティリティや動力費等の運転コストも増えることになる。

【０００７】 本考案の目的は、補助燃料によるバックアップ予熱や空気等による可燃成分含 有ガスの余計な希釈をすることなく発熱量変動範囲の大きな産業廃ガス等の可燃 成分含有ガスを燃焼処理できる触媒燃焼装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】 前記の目的を達成するための本考案は、触媒燃焼装置の熱交換器を複数個に分 割し、それぞれの熱交換器の可燃成分含有ガス流路と燃焼排ガス流路とをそれぞ れ直列に接続、各熱交換器の可燃成分含有ガス流路のそれぞれに流量調節可能な バイパス流路を設けることを特徴とする。

【０００９】

【作用】

２個以上の熱交換器において、その燃焼排ガス流路を直列接続して触媒燃焼炉 からの燃焼排ガスを導入し、本触媒燃焼装置の廃熱を回収する。またその可燃成 分含有ガス流路を直列に接続し、可燃成分含有ガスの発熱量最小の場合に可燃成 分含有ガス全量を全熱交換器に通して必要な温度にまで予熱し、起動炉による助 燃運転の必要性を排除する。可燃成分含有ガスの発熱量が増大するにつれて、各 熱交換器に設けられたバイパス流路を使って可燃成分含有ガス上流側の熱交換器 から順次バイパス流量を増加させその熱交換器を通る可燃成分含有ガス流量を減 らしてやれば、可燃成分含有ガス全体の予熱温度を触媒入口部温度で３５０℃一 定になるように制御することができる。可燃成分含有ガスの発熱量最大の場合に は、可燃成分含有ガス流路の最下流の熱交換器のみに可燃成分含有ガスの全部ま たは一部を通すことにより、希釈運転なしに触媒入口部温度を３５０℃一定に制 御できるような熱交換器とすることが可能になる。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案による産業廃ガス処理用触媒燃焼装置の実施例を、図１に示す系 統図により説明する。産業廃ガス等の可燃成分含有ガス１の第１流路２には、そ の可燃成分含有ガスの燃焼排ガス３にによって可燃成分含有ガス１の予熱を行う 第１の熱交換器４と、第１の熱交換器４の可燃成分含有ガス流路に直列に接続さ れた同じく燃焼排ガス３によって可燃成分含有ガス１を予熱する第２の熱交換器 ５とを介して起動炉６が接続される。起動炉６は、予熱された可燃成分含有ガス １とブロワ７により供給される燃焼空気８とでできる燃料ガス９の流路１０を介 して触媒燃焼炉１１と繋がる。触媒燃焼炉１１の中には流路断面全域に配された 燃焼触媒１２が存在する。触媒燃焼炉１１には燃焼排ガス３を熱源として利用す る第２の熱交換器５が接続され、その先は直列に接続された熱交換器４を介して 燃焼排ガス流路１３を通り煙突１４に繋がっている。可燃成分含有ガス第１流路 ２の第１の熱交換器４の上流側には、第１の熱交換器４の可燃成分含有ガス流路 に対するバイパスの働きをする、第２の熱交換器５に繋がる可燃成分含有ガス第 ２流路１５が接続される。さらに第２の熱交換器５の可燃成分含有ガス流路に対 するバイパス流路１６も設けられる。

【００１１】 装置に供給される悪臭成分、有害成分を含む産業廃ガス等の可燃成分含有ガス １は２台の熱交換器４、５で構成される熱交換器に供給される。燃焼触媒１２の 入口部Ａに検出点を有する触媒入口温度調節計１７は、触媒入口部Ａの温度が触 媒燃焼反応開始温度以上の一定値（通常３５０℃）に保たれるよう可燃成分含有 ガス調節弁１８、１９、２０に制御指令を発する。従って可燃成分含有ガス１は 、可燃成分含有ガス第１流路２、可燃成分含有ガス調節弁１８を通って第１の熱 交換器４に入り予熱されて第２の熱交換器５に至る径路と、可燃成分含有ガス第 ２流路１５、可燃成分含有ガス調節弁１９を通って直接第２の熱交換器５に至る 径路と、バイパス流路１６、可燃成分含有ガス調節弁２０を経由して熱交換器に は入らない径路との３つの流路を経て、燃焼排ガス３により全体として所定の温 度になるように予熱されて起動炉６に供給される。起動炉６では可燃成分含有ガ ス１が燃焼空気調節弁２１により流量調節を行った燃焼空気８を混合されて燃焼 ガス９となり、燃料ガス流路１０を経て触媒燃焼炉１１に送られる。通常の運転 時には必要でない起動炉６は、起動時に燃焼触媒１２を予熱するために補助燃料 ２２を助燃バーナ２３により燃焼させるためのものである。触媒入口部Ａで所定 温度（通常３５０℃）を保持する燃料ガス９は燃焼触媒１２を通過する時、燃焼 触媒１２の酸化作用により悪臭成分、有害成分をも燃焼させて燃焼排ガス３とな る。燃焼排ガス３は第２の熱交換器５、第１の熱交換器４を通る間に廃熱回収が 行われ、燃焼排ガス流路１３、煙突１４を経て大気中に放出される。

【００１２】 第２の熱交換器５の伝熱面積は、処理する可燃成分含有ガス１の想定される最 大発熱量の場合の流量温度条件により決定される。第１の熱交換器４の伝熱面積 は、第２の熱交換器５の伝熱面積が決定された上で、処理する可燃成分含有ガス １の想定される最小発熱量の場合の流量温度条件により決定される。また、経済 的理由等から熱交換器の数をもっと増したい場合には、第１の熱交換器を分割し ても差支えない。したがって可燃成分含有ガス１が最小発熱量の場合には、可燃 成分含有ガス調節弁１９および２０は全閉とし、可燃成分含有ガス１の全量が可 燃成分含有ガス第１流路２、可燃成分含有ガス調節弁１８を通って第１の熱交換 器４に供給される。ここで可燃成分含有ガス１は燃焼排ガス３により予熱され、 さらに第２の熱交換器５に送られて燃焼排ガス３により触媒入口部Ａで所定温度 を保持するに必要な温度に迄予熱される。即ち、可燃成分含有ガス１が最小発熱 量の場合には、第２の熱交換器５に第１の熱交換器４が付加された形で、伝熱面 積の大きな熱交換器として使用される。可燃成分含有ガス１の発熱量が最小発熱 量より大きくなると、燃焼排ガス３の温度が高くなり、熱交換器伝熱性能が向上 する。この状態では前述の可燃成分含有ガス流路状態における第１の熱交換器４ の出口可燃成分含有ガス温度が高くなり過ぎて触媒入口部Ａの温度を所定の一定 温度に維持できなくなる。このため可燃成分含有ガス発熱量が増大するにつれて 第１の熱交換器４の入口調節弁１８を徐除に閉め、第２の熱交換器５の入口調節 弁１９を除除に開いて第１の熱交換器４への可燃成分含有ガス供給量を絞る。こ れによって第２の熱交換器５の入口調節弁１９を通って直接第２の熱交換器５に 供給される可燃成分含有ガス流量が増え、交換熱量を調節して触媒入口部Ａの温 度を所定一定温度に制御する。可燃成分含有ガス１の発熱量が増大して第１の熱 交換器４の入口調節弁１８が全閉、第２の熱交換器５の入口調節弁１９が全開と なった段階で、更に可燃成分含有ガス１の発熱量が増大すると、バイパス流路１ ６の入口調節弁２０が除除に開きバイパス流路１６に可燃成分含有ガスが流れる 。これによって第２の熱交換器５の交換熱量を調節すると同時に第２の熱交換器 ５の可燃成分含有ガス出口において予熱可燃成分含有ガスとバイパス流路１６か らのバイパス可燃成分含有ガスとを混合し、予熱温度を調節して触媒入口部Ａの 温度を所定一定温度に制御する。したがってこの方法により可燃成分含有ガス１ の発熱量の大きな変動幅全域に亘り、助燃運転や希釈運転を必要としないで熱交 換器４、５による燃焼排ガス３との熱交換のみで触媒入口部Ａの温度を所定一定 温度に制御することが可能になる。

【００１３】 図２に本実施例による可燃成分含有ガスの発熱量（７０〜１６０Ｋｃａｌ／ｍ³ Ｎ）に対する触媒入口部温度と触媒出口部温度の関係例を示すが、触媒入口部 温度は可燃成分含有ガスの発熱量全域に亘って一定に制御されていて、触媒出口 部温度も燃焼触媒の耐熱限界温度（８００℃）以下に保たれている。

【００１４】 本考案によれば、熱交換器における燃焼排ガスとの熱交換で可燃成分含有ガス の予熱が充分にでき、触媒入口部温度を所定の一定温度に維持できるので、助燃 運転や希釈運転が不要になる。これによりユーティリティや動力費等の低減がで き、希釈設備が不要になる上、希釈空気が不要になることにより触媒燃焼炉等の 設備のコンパクト化、燃焼触媒量の低減等設備の低コスト化が図れることになる 。また第２の熱交換器５の伝熱面積は最大発熱量を有する場合の可燃成分含有ガ ス１をベースに決定されるので熱交換器の耐熱限界温度以下で使用することが可 能である。したがって第１の熱交換器４も、第２の熱交換器５で熱交換を行って 温度の低下した燃焼排ガス３を通しているので、可燃成分含有ガスを流していな い時でさえも熱交換器の耐熱限界温度を超えることはなく、安価でメンテナンス の容易なプレート式熱交換器の使用が可能である。

【００１５】

【考案の効果】

触媒燃焼装置の熱交換器を複数個に分割して産業廃ガス等の可燃成分含有ガス の流路に直列に接続し、おのおのの熱交換器に流量制御可能なバイパス流路を備 えることにより、可燃成分含有ガスの発熱量最小の場合に全熱交換器を使って補 助燃料によるバックアップ予熱なしで触媒入口部温度を産業廃ガス成分中の最高 触媒燃焼反応開始温度３５０℃に予熱可能であり、可燃成分含有ガスの発熱量最 大の場合に可燃成分含有ガス流路の最下流に接続された熱交換器のみに可燃成分 含有ガスの全部または一部を通すことによって希釈運転なしで触媒入口部温度の ３５０℃一定制御可能な予熱を可能にする。その結果発熱量変動範囲の大きな産 業廃ガス等の可燃成分含有ガスを助燃運転も希釈運転もなしで燃焼処理できる触 媒燃焼装置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示す系統図である。

【図２】本考案の実施例による可燃成分含有ガス発熱量
に対する触媒出入口部の温度特性曲線である。

【図３】従来の技術における実施例を示す系統図であ
る。

【図４】従来の技術における可燃成分含有ガス発熱量に
対する触媒出入口部の温度特性説明図である。

【符号の説明】

１ 可燃成分含有ガス ２ 可燃成分含有ガス第１流路 ３ 燃焼排ガス ４ 第１の熱交換器 ５ 第２の熱交換器 １１ 触媒燃焼炉 １２ 燃焼触媒 １３ 燃焼排ガス流路 １５ 可燃成分含有ガス第２流路 １６ バイパス流路 １８ 可燃成分含有ガス調節弁 １９ 可燃成分含有ガス調節弁 ２０ 可燃成分含有ガス調節弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 今村 三夫 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 可燃成分を含むガスを燃焼触媒の存在下
   で燃焼処理する触媒燃焼炉と、該触媒燃焼炉から排出さ
   れる燃焼排ガスによって前記触媒燃焼炉へ供給する可燃
   成分含有ガスを予熱する熱交換器とを備える触媒燃焼装
   置において、前記熱交換器を複数に分割し、該各分割熱
   交換器の前記燃焼排ガスの流路と前記可燃成分含有ガス
   流路のそれぞれを直列に接続し、さらに前記各分割熱交
   換器の前記可燃成分含有ガス流路のそれぞれに流量調節
   可能なバイパス流路を設けたことを特徴とする触媒燃焼
   装置。