JPS638367B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、工場テールガス（排出ガス）を処理
するための方法及び装置に関し、特には、酸素の
限られた雰囲気中で燃料を燃焼させることによつ
て還元ガスを発生させ、その還元ガスと工場排出
ガスとを混合させるための加熱装置に関する。

例えば、米国特許第3752877号には、クラウス
プラント等からのテールガスのような工場排出ガ
ス内に存在する硫黄酸化物や窒素酸化物等の化合
物を還元するための方法が開示されている。その
方法によれば、まずテールガスを、慣用のバーナ
により、テールガスと燃焼生成物とが混合しない
ようにする熱交換器を介して高い温度に加熱す
る。加熱後、テールガスを、水素及び一酸化炭素
を含有する還元ガスと混合させる。この還元ガス
は、スチームの存在下で空気と燃料を準化学量論
的燃焼反応の形で燃焼させることによつて生成す
る。炭化水素を化学量論的に、あるいは準化学量
論的に燃焼させた場合、爾後の処理工程にとつて
有害な遊離炭素即ちすすの形成を回避することは
困難である。又、還元ガス内に含まれることが望
ましくない遊離酸素が燃焼によつて完全に費消さ
れるようにすることも困難である。

本発明は、還元ガスを発生させ、それと同時に
還元ガスの生成によつて生じる熱を利用して工場
排出ガスを予熱し、次いで該工場排出ガスを還元
ガスと混合させるための新規な方法及び装置を提
供する。従来、還元ガス発生器内の高い作動温度
は、通常の金属の動作温度を越えるので、これを
冷却させなければならないという問題がある。本
発明は、工場排出ガスを燃焼室の壁のための冷却
剤として利用することにより効率を高めるもので
ある。略述すれば、本発明の装置は、好ましくは
２：１の長さ対直径比を有する。耐火材で内張り
した細長い金属製シリンダと、該シリンダを同心
的に囲包し、該シリンダとの間に工場排出ガスを
通流させるための環状通路を形成する外側シリン
ダとから成る。

燃焼室の終端には、放熱端壁を設け、該端壁に
その約50％までの断面積の出口オリフイスを設け
る。好ましくはスチームと予め混合させた燃料ガ
スを、多数の噴出孔を有するバーナリングを通し
て上記燃焼室内に噴射する。空気又は酸素は、燃
焼部の後方に配置した風箱を通して燃焼帯域内へ
導入する。燃焼帯域へは、酸素源（通常は空気）
を接線方向に導入して燃焼室内に渦流を形成する
ようにする。燃焼室への入口に設けた狭窄喉部に
よつて空気流に比較的高い回転速度を与える。こ
の狭窄喉部は、約50〜150ft／秒の範囲にある風
箱内のガスの流速を２倍にするように構成するこ
とが好ましい。燃焼生成物は、火炎出口オリフイ
スを通過した後工場排出ガスと混合させる。

図面を参照すると、耐火材の内張り１４を有す
る内側金属製シリンダ１２を備えた燃焼及び混合
装置１０が示されている。シリンダ１２は燃焼室
１６を形成するシリンダ１２内に開口２０を有す
る金属壁１８を配設し、該金属壁にも開口２０を
囲繞して耐火材２２の内張りを施し、燃焼室１６
の入口端に狭窄喉部を形成する。燃焼室１６の他
端２４は、貫通出口開口２６を有する耐火材で形
成する。出口開口２６は、火炎出口オリフイスを
形成する。

金属壁１８の開口２０の外側を取巻いて環状の
バーナ即ちバーナリング２８を配設する。第５図
に明示されるように、バーナリング２８は、燃料
ガスを燃焼室内へ噴射させるための複数の等間隔
に配置した孔３０を内周縁に有する中空パイプで
形成する。燃料導入パイプ３２をバーナ２８に接
続し、直角エルボ３４を介して金属シリンダ１２
の側壁を貫通して外部へ延長させる。パイプ３２
は、Ｔ字継手３６を介してガス状又は液体燃料源
に接続する。燃料源としては、天然ガス、メタン
等の炭化水素、水素、一酸化炭素又はその混合物
を含む燃料ガス、液体炭化水素等が使用される。
Ｔ字継手３６は又、スチーム源にも接続し、かく
してスチームと燃料とを混合し、その混合物がバ
ーナ２８を通して燃焼室内へ噴射されるようにす
る。

金属シリンダ１２の入口端にフランジ３８を設
け、該フランジにボルト又はその他の手段によつ
て端板４０を固定する。端板４０と内部壁１８と
の間のシリンダ１２内の空間によつて風箱４２を
画定させ、風箱４２内へ導入パイプ４４を介して
空気、酸素、又はその他の酸素含有ガスの供給源
を接続する。第２図に明示されるように、導入パ
イプ４４は、風箱４２内への空気流がシリンダ１
２の側壁に対して接続方向になるように、偏心的
に配置してある。かくして、パイプ４４からの空
気流により風箱４２内の空気に回転運動が付与さ
れる。

風箱からの空気は、開口２０を通して燃焼室１
６に入り、開口２０内においてバーナリング２８
からの燃料及びスチームと混合する。この混合物
は、パイロツト炎、電気火花等の適当な手段によ
つて点火されるようにする。

耐火材２２を貫通した開口によつて形成される
喉帯域４８内に高い乱流を起させるために、パイ
プ４４を通して50〜150ft／秒の速度で空気を導
入し、それによつて風箱４２内に高い回転速度を
維持し、喉部４８内にはそれより更に高い速度
を、好ましくは約100〜約300ft／秒即ち風箱内の
空気流速度の２倍の速度を維持するようにする。
喉部４８によつて形成される狭窄部は、燃焼室１
６の直径の1/2より小さくすることが好ましい。

燃焼室１６に冷却を施すとともに、工場排出ガ
ス又はテールガスに予熱を施すために、燃焼室に
円筒状の外殻即ちジヤケツト５０を設ける。ジヤ
ケツト５０は、内部壁１８と同一の平面内におい
てシリンダ１２を囲繞してそれに溶接した端部リ
ング５２によつて支持させる。ジヤケツト５０に
環状フランジ５４を設け、該フランジを端部リン
グ５２にボルト又はその他の手段によつて固定す
る。

外側ジヤケツト５０は、燃焼室１６のオリフイ
ス付耐火材端壁２４を越えて相当長く延長させ端
壁５６に終端させる。端壁５６は、ジヤケツト５
０の端部に溶接又はその他の手段によつて固定す
る。オリフイス２６の断面積は、燃焼ガスの流れ
を妨害することなく、熱の逆輻射を最大限にする
ように端壁２４の面積の最大限約1/2までの大き
さとする。工場排出ガスは、導入パイプ分節５８
を通して燃焼室１６のシリンダ１２とジヤケツト
５０との間の環状空間内へ導入する。第４図に明
示されるように、パイプ分節５８の軸線は、シリ
ンダ１２及びジヤケツト５０の回転軸線から偏心
させてあり、更に、パイプ分節５８の内部にはジ
ヤケツト５０の環状空間内への入口に近接させて
一連の反せ板６０，６２，６４を配設し、それに
よつて工場排出ガスをシリンダ１２に対して接線
方向に向けるようにする。かくして、燃焼室１６
の外面に沿つての工場排出ガスの流れに対して回
転運動成分を与える。

工場排出ガスは、燃焼室の外面から長手方向に
離れると、燃焼室の端部と端壁５６との間の領域
に入り、この領域において燃焼室から火炎出口オ
リフイス２６を通して噴出する燃焼生成物と混合
する。そしてこの混合物は、導出オリフイス６６
を通して導出される。燃焼室からのガス（燃焼生
成物）が比較的高い温度で混合領域に入るので、
導出口６６及びジヤケツト５０には耐火材６８の
層で内張りしてある。この耐火材層は又、熱を燃
焼室１６へ逆輻射させる働きもする。ジヤケツト
５０の耐火材６８は、ジヤケツトの温度がジヤケ
ツトと円筒壁１２との間の環状空間内に流れる工
場排出ガスの冷却効果によつて安全なレベルに維
持されている個所にまで後方へ（第３図でみて左
方へ）延長させてある。

作動において、燃料ガスにスチームを加える
と、実質的にすすを生じない燃焼が得られること
が判明した。炭化水素ガス（燃料）に混合させた
スチームは、炭化水素分子から炭素を遊離させる
熱反応又はクラツキング過程を減少させる効果を
有する。たとえ炭化水素のある程度のクラツキン
グが燃焼室内において生じても、水分子の緊密な
混合体が遊離した炭素の酸素との反応を高め、一
酸化炭素及び二酸化炭素を形成させる。通常、燃
料１ポンド当り最高約５ポンドのスチーム（水蒸
気）を混合させる。

本発明によれば、燃料ガスと空気との混合を良
くするための大きな乱流と、燃焼室内の高い温度
と、エネルギーを燃焼室内へ再輻射させるように
耐火材製の端壁２４を設けたことと、燃料ガスに
スチームを添加することとが相俟つて、より完全
な酸化を起させ、それにより燃焼によつて生じる
還元ガスからすべての遊離酸素を除去させる。燃
焼室は、0.1〜１秒のガス滞留時間に相当する容
積をもつように長さ対直径の比を約２：１とする
ことが好ましい。燃料ガスが10％又はそれ以上の
プロパン及び比較的重い炭化水素分子を含有する
ものである場合、ガス滞留時間が0.5秒となるよ
うにすることが好ましい。プロパン又は比較的重
い成分の少い燃料ガスの場合は、その燃料ガスに
はごく少量のスチームを予備混合するだけでよ
い。例えば、１ポンド当りの燃料に対して約１ポ
ンドのスチームを混合することが好ましい。比較
的重い成分を有する燃料ガス又は液体燃料の場合
は、スチームの割合を燃料１ポンド当りスチーム
５ポンドにまで増大させることができる。液体燃
料を使用する場合は、燃料を燃焼室内へ噴射させ
るための手段としてバーナリングの代りにスチー
ムによる霧化スプレーノズルを使用することがで
きる。

以上の説明では燃焼過程が還元ガスを創生する
ものとして説明したが、中性ガスを必要とする場
合にもこの同じ装置を使用することができる。還
元ガスが得られるか、中性ガスが得られるかは、
燃料ガスに対して供給される酸素の量によつてき
まることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の側立面図、第２図は同
装置の端面図、第３図は第２図の線３−３に沿つ
てみた断面図、第４図は第３図の線４−４に沿つ
てみた部分断面図、第５図はバーナを示す部分図
である。 図面中、主要な符号は以下の通りである。１
０：燃焼及び混合装置、１２：内側シリンダ、１
４：内張り、１６：燃焼室、１８：内部金属壁、
２０：開口、狭窄喉部、２２：耐火材、２４：端
壁、２６：出口開口、火炎出口オリフイス、２
８：バーナ、４２：風箱、４４：空気導入パイ
プ、４８：喉帯域、５０：ジヤケツト、５６：端
壁、５８：パイプ分節、６０，６２，６４：反せ
板、６６：導出パイプ、６８：耐火材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭化水素燃料を燃焼させることによつて分子
   状酸素及びすすのない高温ガスを発生させ、該高
   温ガスを工場排出ガスと混合させるための燃焼及
   び混合装置において、 内側耐火表面を有する円筒状の燃焼室を設け、
   該燃焼室の一端に喉部を形成する細長い入口開口
   を設け、該室の他方の端壁に該入口開口と軸方向
   に整列する出口開口を形成し、該他方の出口端壁
   は、第１輻射表面の一部分を形成する耐火表面を
   有するものとし、該入口開口及び出口開口は、い
   ずれも燃焼室の断面積より小さい断面積を有する
   ものとし、前記出口端壁を同軸的に囲包し、燃焼
   室の出口開口に対面する第２の平面状の輻射性耐
   火端表面を備えた円筒状ジヤケツトを設け、該ジ
   ヤケツトの一部分によつて燃焼室の円筒状部分を
   囲繞させて両者の間に環状の通路を形成し、該ジ
   ヤケツトを燃焼室の出口端壁を越えて延長させる
   ことによつて混合帯域を形成し、酸素含有ガスを
   導入するための風箱を、燃焼室の前記入口開口を
   囲包するようにして配設し、前記酸素含有ガスが
   前記喉部を通過する際回転運動をしながら通過す
   るように該ガスを燃焼室の軸線に対して接線方向
   をなして前記風箱内へ導くための酸素含有ガス導
   入手段を設け、前記喉部を回転運動をしながら通
   過する前記酸素含有ガスと共に、該喉部を通して
   燃焼室内へ向けられる燃料及びスチームの複数の
   噴流を形成するための燃料・スチーム噴射手段を
   該喉部のところに配設し、工場排出ガスを前記ジ
   ヤケツト内へ導入するための工場排出ガス導入口
   を前記環状通路に接続し、該工場排出ガス及び燃
   焼室からの燃焼生成物を排出させるための導出口
   を前記第２輻射端表面の近くにおいて該ジヤケツ
   トに形成したことを特徴とする燃焼及び混合装
   置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   酸素含有ガスを前記風箱内へ導入するための前記
   酸素含有ガス導入手段は、前記喉部内において
   100〜300ft／秒の回転速度のガス流を創生するよ
   うにしたことを特徴とする燃焼及び混合装置。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の装置において、
   前記喉部は、前記風箱内のガス流の回転速度を少
   くとも２倍にするように構成したことを特徴とす
   る燃焼及び混合装置。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   燃料の噴流を形成する前記手段は、前記燃焼室の
   喉部を形成する前記入口開口の周りに延在させ前
   記風箱内に配置した環状管を含み、該環状管は、
   燃料およびスチームを前記喉部へ噴射させるため
   の複数の孔を備えていることを特徴とする燃焼及
   び混合装置。 ５ 特許請求の範囲第４項記載の装置において、
   予め混合したスチームと燃料の混合物を前記環状
   管へ導くための燃料・スチーム導入手段を設けた
   ことを特徴とする燃焼及び混合装置。 ６ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   前記工場排出ガスが前記燃焼室とジヤケツトとの
   間の前記環状通路内を円周方向に回りながら流れ
   るように、前記工場排出ガス導入口を該円筒状ジ
   ヤケツトに対して接線方向に延長させたことを特
   徴とする燃焼及び混合装置。 ７ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   前記円筒状燃焼室の前記他方の端壁の出口開口の
   断面積を燃焼室の断面積の50％までとしたことを
   特徴とする燃焼及び混合装置。 ８ 工場排出ガスを、炭化水素燃料の燃焼によつ
   て形成される分子状酸素及びすすのない燃焼生成
   ガスと混合させることにより加熱するための、工
   場排出ガスの回収等に用いる加熱装置において、 内側耐火表面を有する細長い円筒状の燃焼室を
   設け、該燃焼室の一端に細長い喉部を形成する入
   口開口を設け、該室の他方の端部において前記内
   側耐火表面の一部を形成する平面状の壁に出口開
   口を設け、該入口開口及び出口開口は、いずれも
   燃焼室の軸方向の断面積の50％の断面積を有する
   ものとし、燃焼室の入口開口へ燃料及びスチーム
   の複数の噴流を導入するための燃料・スチーム噴
   射手段を設け、該入口開口を通して酸素含有ガス
   の流れを導入するための酸素含有ガス導入手段を
   前記燃料・スチーム導入手段の後方に配設し、該
   酸素含有ガス導入手段は、燃焼室内に渦流を生じ
   させるべく該酸素含有ガス流に回転運動成分を付
   与するように構成し、前記燃焼室を囲包して該燃
   焼室との間に環状通路を形成し、かつ、該燃焼室
   の出口端を囲包して混合帯域を形成する環状の室
   を設け、該環状室は、燃焼室の前記出口開口に対
   面する平面状の耐火表面を呈するように構成し、
   工場排出ガスを前記環状室の一方の側において前
   記燃焼室の長手軸線に対して横断方向に該環状室
   内へ導くための工場排出ガス導入手段を設け、前
   記燃焼室の出口端の近くにおいて前記環状室から
   ガスを導出するための手段を設けたことを特徴と
   する加熱装置。 ９ 特許請求の範囲第８項記載の装置において、
   前記燃料を前記燃焼室へ導入する前に該燃料にス
   チームを混合するための混合手段を設けたことを
   特徴とする加熱装置。 １０ 工場排出ガスを、炭化水素燃料の燃焼によ
   つて形成される分子状酸素のない燃焼生成ガスと
   混合させることにより加熱するための、工場排出
   ガスの回収等に用いる加熱装置において、２：１
   の長さ／直径比を有し、内側耐火表面を有する細
   長い燃焼室を設け、該燃焼室の一端に入口開口を
   形成し、燃焼室の他端において前記内側耐火表面
   の一部を形成する平面状の壁に出口開口を設け、
   該入口開口及び出口開口は、いずれも燃焼室の軸
   方向の断面積より小さい断面積を有するものと
   し、該入口開口は狭窄喉部を形成するように構成
   し、前記出口開口を第１の輻射端壁によつて形成
   し、該出口開口の断面積を該端壁の断面積の50％
   までとし、炭化水素燃料をスチームと混合させ、
   複数の孔を通して前記燃焼室内へ導入するための
   環状の燃料・スチーム噴射手段を設け、前記入口
   開口を通して酸素含有ガスの流れを導入するため
   の酸素含有ガス導入手段を配設し、該酸素含有ガ
   ス導入手段は、該ガス流を燃焼室の内表面に対し
   て接線方向に通すことによつて燃焼室内に渦流を
   生じさせるべく該酸素含有ガス流に回転運動成分
   を付与するように構成し、前記燃焼室を囲包して
   該燃焼室との間に環状通路を形成し、かつ、該燃
   焼室の出口端を囲包する環状の室を設け、該環状
   室は、燃焼室の前記第１輻射端壁に対して平行
   な、かつ、それから離隔した第２の耐火表面を呈
   するように構成し、工場排出ガスを前記環状室内
   へ導入するための工場排出ガス導入手段を設け、
   該導入手段には、該環状室の一方の側において前
   記燃焼室の長手軸線に対して横断方向に前記工場
   排出ガスを向けるための反せ部材を設け、前記燃
   焼室の出口端の近くにおいて前記環状室からガス
   を導出するためのガス導出手段を設けたことを特
   徴とする加熱装置。