燃焼装置およびそれを備えたグランドフレアー
【課題】排ガス等の処理ガスを安定的に燃焼処理することができる燃焼装置およびそれを備えたグランドフレアーを提供する。
【解決手段】円筒状の燃焼筒内に排ガス管を通じて低発熱量の排ガスを導入し、上記燃焼筒内の複数の燃焼装置によって上記排ガスを燃焼させるグランドフレアーの燃焼装置において、上記燃焼装置７が、略水平方向に配置され上部に複数の処理ガス噴出孔８ａが配列されている管状のバーナ８と、上記処理ガス噴出孔からの火炎を保護するための保炎ガード９とを有し、上記保炎ガードは、上記処理ガス噴出孔が配列されている範囲に対応して上記バーナ８の長手方向に設けられるとともに、上記バーナの各側壁から少なくとも上方側に向けて突設されていることを特徴とする。
【解決手段】円筒状の燃焼筒内に排ガス管を通じて低発熱量の排ガスを導入し、上記燃焼筒内の複数の燃焼装置によって上記排ガスを燃焼させるグランドフレアーの燃焼装置において、上記燃焼装置７が、略水平方向に配置され上部に複数の処理ガス噴出孔８ａが配列されている管状のバーナ８と、上記処理ガス噴出孔からの火炎を保護するための保炎ガード９とを有し、上記保炎ガードは、上記処理ガス噴出孔が配列されている範囲に対応して上記バーナ８の長手方向に設けられるとともに、上記バーナの各側壁から少なくとも上方側に向けて突設されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石油精製工業、石油化学工業、製鉄工業などにおける各種プラントから放出される処理ガスを燃焼処理する燃焼装置およびそれを備えたグランドフレアーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石油精製等の各種プラントや製鉄製造設備において発生する余剰ガスを燃焼処理するための設備としてフレアースタックがある。
【０００３】
一般的なフレアースタックとしては、石油精製基地に設置される架構支持型フレアースタックが知られている。この種のフレアースタックは、排ガスを高所に導いて燃焼させるようになっており、高さ方向に距離を取ることによって輻射熱を軽減させることができるようになっている。
【０００４】
しかしながら、上記フレアースタックでは輻射熱や火炎が周囲に影響するため、これらの問題を解消すべくグランドフレアーが開発され、各所に設置されている。
【０００５】
グランドフレアーは、地上に設置した円筒状燃焼筒内で排ガスを燃焼させるため、火炎が見えることがなく、しかも低騒音で排ガスを燃焼処理することができるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
上記グランドフレアーによって排ガスを処理する方法では、周辺環境に対して影響が少ないという利点がある。
【特許文献１】特開平６−３４１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記したグランドフレアーは一般的に一箇所のパイロットバーナの火種を複数のメインバーナに点火させるように構成されているため、高発熱量の排ガスについては安定して燃焼させることができるものの、例えば未燃焼ガスを含む低発熱量の排ガスについては周囲の空気の流れの影響を受けて火炎が安定せず、着火→失火→着火を繰り返す、いわゆる燃焼振動が起きる場合がある。
【０００８】
失火時には大気中に未燃焼のガスを放出するばかりか、燃焼筒内に未燃ガスが充満すると爆発する虞れもある。
【０００９】
さらに、排ガスとして溶解炉等から排出されるガスを使用した場合、ガス組成や量が常に変動するため、安定した燃焼を維持することが難しく、安定したスタック温度を維持できなければ不完全燃焼が起きて大気を汚染することになる。
【００１０】
また、グランドフレアーは、直立した燃焼筒内の最下部にバーナを上向きに配置して燃焼させる構成が一般的であり、燃焼筒内で燃焼させる際に、バーナで発生する微小な燃焼振動が増幅されて大きく振動したり、また、気柱共鳴のように構造を揺るがすほどの振動を起こす場合もある。
【００１１】
上記振動の原因となる微小な燃焼振動は、上記したように燃料の発熱量レベルや発熱量の変動以外にも、燃料流量（噴流速レベル）、燃料流量の変動等、様々な要因によって発生し、そのメカニズムについては解明されていない部分もある。
【００１２】
しかしながら、上記微小な燃焼振動は、バーナ近傍における空気の流れ、混合比等の乱れが主な原因と考えられており、バーナ近傍の空気の乱れを抑制すれば、燃焼振動、引いてはグランドフレアーにおける燃焼振動を抑制できると期待されている。したがって、メインバーナをいかにして安定燃焼させるかがグランドフレアーにおいて課題となっている。
【００１３】
なお、上記した低発熱量の排ガス、またはガス組成や量が変化する排ガスを処理する場合、助燃ガスをその排ガスに混合すれば、火炎を安定させることは可能である。
【００１４】
しかしながら、常時、助燃ガスを使用すると燃焼筒内の温度が上昇し過ぎて設備が危険な状態になり、さらには、無駄な燃料を消費してしまうことになり環境上問題がある。
【００１５】
本発明は以上のような従来のグランドフレアーにおける課題を考慮してなされたものであり、排ガス等の処理ガスを安定的に燃焼処理することができる燃焼装置およびそれを備えたグランドフレアーを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の燃焼装置は、燃焼筒内に処理ガス導入管を通じて処理ガスを導入し、上記燃焼筒内の複数の燃焼装置によって上記処理ガスを燃焼させるグランドフレアーの燃焼装置において、
上記燃焼装置が、略水平方向に配置され上部に複数の処理ガス噴出孔が配列されている管状のバーナと、上記処理ガス噴出孔からの火炎を保護するための保炎ガードとを有し、
上記保炎ガードは、上記処理ガス噴出孔が配列されている範囲に対応して上記バーナの長手方向に設けられるとともに、上記バーナの各側壁から少なくとも上方側に向けて突設されていることを要旨とする。
【００１７】
上記燃焼装置において、上記保炎ガードに通気孔を設けることができる。
【００１８】
また、上記保炎ガードは、上記処理ガス噴出孔上に形成される火炎列の周囲を囲むように窓枠状に配置することもできる。
【００１９】
保炎ガードを窓枠状に配置した場合、上記処理ガス噴出孔から上記処理ガスが噴射されることによって上記保炎ガード内が減圧され、上記保炎ガード外部の空気が上記通気孔から上記保炎ガード内に吸い込まれるように構成することができる。
【００２０】
また、上記保炎ガードは、上記バーナの各側壁から下方側にも突設することができる。
【００２１】
また、上記バーナの各側壁から突設される保炎ガード同士を、ボルトを介して上記バーナに固定することができる。
【００２２】
また、上記バーナの燃焼を補助する補助バーナを備えることができる。
【００２３】
また、上記処理ガス噴出孔上に形成される火炎列の周囲を囲むように窓枠状に配置されている上記保炎ガードに、上記補助バーナの火炎を上記保炎ガード内に導き入れるための開口部を設けることができる。
【００２４】
また、上記燃焼筒の中心から放射状に延びる仮想線上に上記各燃焼装置を配置し、それらの中心部に上記補助バーナを配置した場合、この補助バーナの複数の燃料噴出孔をそれぞれ上記開口部と対向する位置に配置することが好ましい。
【００２５】
また、上記処理ガスの発熱量を高めるための助燃ガスを供給する助燃ガス供給管を、開閉弁を介して上記処理ガス導入管に接続すれば、処理ガス成分が変化してその発熱量が低すぎる状態になっても安定した燃焼を得ることができる。
【００２６】
本発明のグランドフレアーは、上記構成を有する燃焼装置と、上記バーナに供給する空気の量を調節する空気量調節装置とを備えてなることを要旨とする。
【００２７】
なお、本発明において発熱量が低い処理ガスとは、例えば製鉄設備、溶解炉等から排出される未燃ガスを含む低発熱量からなる排ガスが示され、具体的には、12,600 kＪ／Nm3（HHV）以下であるが、本発明の燃焼装置によれば、特に、8,400ｋＪ／Nm３以下の低発熱量の排ガスについても安定燃焼させることが可能になる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の燃焼装置によれば、処理ガスを安定的に燃焼処理することができるため、燃焼振動が防止され、また、大気汚染を防止することができるなど、環境保全が図れるという長所を有する。
【００２９】
また、保炎ガード同士をボルトを介して上記バーナに固定した本発明の燃焼装置によれば、保炎ガードの取り付けまたは取り外しが簡便に行なえるため、メンテナンス性に優れている。
【００３０】
本発明のグランドフレアーによれば、処理ガスの成分等に応じてバーナに送り込む空気量を、空気量調節装置によって適切に調節することができるため、処理ガス成分、処理ガス量が変動しても処理ガスを確実に燃焼させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００３２】
図１〜図６は、本発明の第一実施形態の燃焼装置をグランドフレアーに適用した場合の構成を示したものである。
【００３３】
図１は、第一実施形態の燃焼装置を備えたグランドフレアーの縦断面図である。
【００３４】
同図においてグランドフレアー１は、垂直に配置された円筒状の燃焼筒２を有し、この燃焼筒２は、コンクリート製の台座３上に立設されている。
【００３５】
上記台座３上における燃焼筒２の中心軸上には、縦型管５が立設されており、この縦型管５の上部５ａは、上記燃焼筒２の下部に収納されている。
【００３６】
上記縦型管上部５ａの胴部からは複数（本実施形態では８本）の分岐管６が分岐し、それぞれ上向きに延設されている。
【００３７】
上記分岐管６の各上端部には水平方向に向けて、燃焼装置７が設けられている。
【００３８】
図２は上記燃焼装置７の構成を拡大して示したものであり、同図(ａ)は平面図、同図(ｂ)は燃焼筒２の中心側から見た側面図、同図(ｃ)は正面図（図１のＢ部拡大図）である。
【００３９】
これらの図において、燃焼装置７は、メインバーナ（管状のバーナ）８と、メインバーナ８の火炎を保護するための保炎ガード９とから主として構成されている。
【００４０】
上記メインバーナ８は、起立している分岐管６に対し直交する方向（水平方向）に接続された管状部材からなり、その上面にはバーナ管軸方向に沿って５個の処理ガス噴出孔８ａがジグザクに配置されている（図２(ａ)参照）。
【００４１】
なお、処理ガス噴出孔８ａの個数は、処理ガスの流量に応じて適宜設定される。所望の噴出速度が得られない場合には処理ガス噴出孔８ａの個数を減らすことによって噴出速度を設計通りの仕様に近づけ、それにより、残された各処理ガス噴出孔８ａから処理ガスを均等に噴出させ、且つ逆火も防止することができる。
【００４２】
上記保炎ガード９は、処理ガス噴出孔８ａが配列されている範囲に対応してメインバーナ８の長手方向に設けられるとともに、メインバーナ８の各側壁から上方側に向けて突設されている。
【００４３】
詳しくは、上記保炎ガード９は、メインバーナ８の左右胴部に下縁が溶接され、垂直方向に向けて平行に立てられた一対の縦板部９ａおよび９ｂを有している。
【００４４】
図２(ｃ)において、これら縦板部９ａおよび９ｂの左側開口は、第一の接続板９ｃをそれら縦板部９ａおよび９ｂに架設することによって部分的に閉塞されている。
【００４５】
また、縦板部９ａおよび９ｂの右側端部は、第二の接続板９ｄをそれら縦板部９ａおよび９ｂに架設することによって全面的に閉塞されている。
【００４６】
それにより、保炎ガード９は、その左側のみ開口部Ｃが形成された状態で、処理ガス噴出孔８ａ上に形成される火炎列の周囲を囲むように窓枠状に配置される。
【００４７】
また、縦板部９ａおよび９ｂにおける下側には、それぞれ複数の通気孔９ｅがメインバーナ８の管軸方向に沿って設けられている（本実施形態では直列に３個設けられている）。
【００４８】
上記構成を有する保炎ガード９が各メインバーナ８に設けられている。
【００４９】
図３は、燃焼装置７の配置を平面から見た図を示している。
【００５０】
燃焼筒２の中心Ｏから放射状に延びる仮想線上に、保炎ガード９付きのメインバーナ８が配置され、複数のメインバーナ８の中心部に補助バーナ１０が設けられている。
【００５１】
この補助バーナ１０は、各メインバーナ８の着火を確実にするために火種として機能するようになっており、着火後はメインバーナ８に向けて火炎を出し続けるようになっている。
【００５２】
第一実施形態の燃焼装置７では、上記保炎ガード付きのメインバーナ８に補助バーナ１０が組み合わされている。
【００５３】
図４は補助バーナ１０を拡大して示したものであり、同図(ａ)は平面図、同図(ｂ)は正面断面図である。
【００５４】
両図において補助バーナ１０は、中空の円盤部（ヘッダーとして機能する）１０ａと、その円盤部１０ａの胴部から、水平面上で３方向に向けて燃料噴出孔が設けられている。
【００５５】
図４(ａ)において、第一の燃料噴出孔１０ｂは、上述した各保炎ガード９の開口部Ｃに向けて配置されている。
【００５６】
第二の燃料噴出孔１０ｃは、第一の燃料噴出孔１０ｂに対し、２５°左側（紙面において）に向けて傾斜した状態で設けられ、第三の燃料噴出孔１０ｄは第一の燃料噴出孔１０ｂに対し２５°右側（紙面において）に傾斜した状態で設けられている。
【００５７】
上記第二および第三の燃料噴出孔１０ｃおよび１０ｄは、隣接する燃料噴出孔へ（１０ｄから１０ｃへ、またはその逆に）火移りさせるために設けられたものである。
【００５８】
この補助バーナ１０には燃料として例えば天然ガスが供給されるようになっている。
【００５９】
図１に戻って説明する。
【００６０】
縦型管５の縦方向略中央部には処理ガス導入管１１が接続されており、未燃ガスを含む処理ガスがブロアによって加圧された状態で縦型管５に供給されるようになっている。
【００６１】
詳しくは、処理ガス導入管１１の上流側には水封槽（図示しない）が設けられ、燃焼処理すべき処理ガスはブロアによって上記水封槽内に送り込まれ、空気の逆流を防ぐ滞水部から気泡となって浮上し、上記処理ガス導入管１１に送られるようになっている。
【００６２】
なお、処理ガスの発熱量が低すぎる場合には上記処理ガス導入管１１に助燃ガス供給管を接続し、低発熱量からなる処理ガスに助燃ガスを混合し、発熱量を高めることができる。また、上記助燃ガスは必要に応じて供給できるよう、処理ガス導入管１１に対し切換弁を介して助燃ガス供給管を接続することが好ましい。
【００６３】
図中、１２はメインバーナ８に着火するためのパイロットバーナ、１３は点検用マンホール、１４は目視で行う点検口、１５，１６は上部ダクトである。
【００６４】
また、上記燃焼筒２の下部にはダクト４が接続され、そのダクト４内にはダンパ４ａが設けられている。それにより、メインバーナ８の上部に供給する空気の量を調節することができるようになっている。なお、上記ダンパ４ａ付きのダクト４は、空気量調節装置として機能する。
【００６５】
また、メインバーナ８上部に温度計ＴＥ１を配置し、上部ダクト１５の上部に温度計ＴＥ２を配置し、それらの温度計ＴＥ１，ＴＥ２によって測定された温度に基づいて燃焼状態を監視することで、未燃ガスが排出されない温度となるように、助燃ガス量を調整することができる。さらに、温度計ＴＥ１，ＴＥ２によって測定された温度に基づいて、上記ダンパ４ａの開度を調節すれば、ダクト４から供給する空気量を適切に調節することができる。
【００６６】
なお、図３に示すように、パイロットバーナ１２の火炎ｆは、補助バーナ１０の外周に到達しているため、パイロットバーナ１２→補助バーナ１０の順で点火する。この補助バーナ１０の火炎は、メインバーナ８の長手方向略半分の位置まで到達するため、補助バーナ１０→メインバーナ８の順で点火する。
【００６７】
次に、上記構成を有する燃焼装置７の燃焼動作について図１および図２を参照しながら説明する。
【００６８】
処理ガス導入管１１を通じて縦型管５に導入された処理ガスは、各分岐管６に分岐され、各分岐管６からメインバーナ８に導入される。
【００６９】
メインバーナ８には保炎ガード９が設けられているため、メインバーナ８の処理ガス噴出孔８ａから放出される処理ガスはその保炎ガード９の内壁に沿って上方に流れ、保炎ガード９内にドラフト（吸引）効果が生じる。
【００７０】
一方、保炎ガード９の縦板部９ａおよび９ｂには通気孔９ｅが形成されているため、上記ドラフト効果により、保炎ガード９の内部に向かう空気の流れＤが形成される。そして、左右の通気孔９ｅから保炎ガード９内に流れ込んだ空気の流れＤは、メインバーナ８の処理ガス噴出孔８ａの上方で集合する。
【００７１】
事前に、パイロットバーナ１２→補助バーナ１０の順に点火され、補助バーナ１０に火炎を保持させた状態でメインバーナ８に低発熱量の処理ガスが導入されると、補助バーナ１０の火炎が安定して各メインバーナ８に供給されることで確実に着火できるため、燃焼振動を発生することなく燃焼が始まる。
【００７２】
一旦、メインバーナ８に点火すると、保炎ガード９内に生じるドラフト効果により、保炎ガード９の開口部Ｃを通して空気が保炎ガード９内に吸い込まれ、各メインバーナ８の処理ガス噴出孔８ａから噴出される処理ガスに着火して処理ガスを燃焼させる。
【００７３】
着火後においても、保炎ガード９の通気孔９ｅからは外部の空気が取り込まれ、上記したようにこの空気の流れＤがメインバーナ８の処理ガス噴出孔８ａの近傍に導かれ、メインバーナ８の火炎はその周囲に配置された保炎ガード９によって保護されるため、メインバーナ８の安定燃焼が維持される。
【００７４】
次に、第一実施形態の燃焼装置が適用されるグランドフレアーの別の構成について図５を参照しながら説明する。
【００７５】
なお、図５において図１と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【００７６】
円筒状の燃焼筒２は、台座３上に円形に配設された複数の支柱１７によって支持されている。
【００７７】
燃焼筒２の下端は台座３から離間しており、それによって開口部Ａが形成され、この開口部Ａを通じて燃焼筒２内に空気が自由に流入できるようになっている。
【００７８】
次に、メインバーナ８に供給する空気量を調節する構成について図６を参照しながら説明する。
【００７９】
図６において、燃焼筒２の下部外周面に沿わせた状態で筒状のスカート２０が設けられ、このスカート２０を同期した状態で矢印Ｅ方向に昇降させる複数のエアーシリンダ２１が備えられている。なお、上記スカート２０およびエアーシリンダ２１は空気量調節装置として機能する。
【００８０】
各エアーシリンダ２１は、燃焼筒２の胴部外壁において円周方向に等間隔（本実施形態では９０°置き）に設けられており、４分割された断面円弧状のプレートで燃焼筒２の全周を覆っている。
【００８１】
エアーシリンダ２１のチューブ２１ａは、燃焼筒２の胴部外壁に対し垂直方向に向けて固定され、ロッド２１ｂの先端部はスカート２０の外壁上部に設けられているブラケット２０ａに連結されている。
【００８２】
ロッド２１ｂをストローク限界まで縮小させると、スカート２０の下方に高さＨからなる開口（空気取入れ口）が形成され、この逆に、ロッド２１ｂをストローク限界まで伸張させると、高さＨ′に狭められた開口（空気取入れ口）が形成される。
【００８３】
このように、エアーシリンダ２１を伸縮させると、開口高さをＨ〜Ｈ′の範囲で変更することができ、それにより、メインバーナ８および補助バーナ１０に取り込む空気量を調節することができる。
【００８４】
なお、上記スカート２０において処理ガス導入管１１と干渉する部分については、Ｕ字状の切欠きを設けて干渉を避けるものとする。
【００８５】
なお、上記実施形態では８個のメインバーナ８を放射状に配置する構成について説明したが、メインバーナ８の個数はそれ以上であってもよく、また、それ以下であってもよい。ただし、補助バーナ１０の第一の燃料噴出孔１０ｂの個数は、メインバーナ８の個数と一致させる必要がある。
【００８６】
また、メインバーナ８の処理ガス噴出孔８ａの個数については、対象となる処理ガスの成分等に応じて増減させることができる。
【００８７】
また、保炎ガード９の縦板部９ａおよび９ｂに設ける通気孔９ｅの個数および径は、対象となる処理ガスの成分等に応じて増減させることができる。
【００８８】
次に、図７〜図１６は、本発明の第二実施形態の燃焼装置をグランドフレアーに適用した場合の構成を示したものである。
【００８９】
図７において、グランドフレアー３０は、円筒状（煙突状）の燃焼筒３１と、燃焼筒３１の地上近傍に配置された複数、例えば１３個のバーナクラスタ３２と、各バーナクラスタ３２にプラントから放出される処理ガスを供給するためのガス供給マニホールド管（処理ガス導入管）３３と、燃焼筒３１の外側にこれと同心状に設けられた円筒状のフェンス３４と、着火用点火トーチ３５とを備えている。
【００９０】
燃焼筒３１は、鉄皮の内面に断熱材を施した構造であり、フェンス３４は、燃焼筒３１内の火炎光を遮光すること、燃焼音を吸収すること、フェンス３４表面温度を低温に維持することなどの機能を有している。
【００９１】
なお、このグランドフレアー３０は、自然通風方式により燃焼用の空気が供給されるようになっている。
【００９２】
図８は、図７に示したバーナクラスタ３２の配置の一例を示す平面図であり、図９は、図８に示すバーナクラスタ３２のステージングを説明するための図である。
【００９３】
図８に示すように、燃焼筒３１内に、この例では１３個のバーナクラスタ３２が亀甲状に配置されており、各バーナクラスタ３２は、それぞれ、放射状に配置された複数の燃焼装置を備えている（図１３参照）。
【００９４】
これらのバーナクラスタ３２は、図９に示すように３つにグループ化されており、プラントから放出される処理ガスが少量のときは、第１ステージのＮｏ．１の１個のバーナクラスタ３２による燃焼処理が行なわれる。
【００９５】
処理ガス流量が増加すると、それを検知して第２ステージ用のバルブＶ２が開き、前記第１ステージの１個のバーナクラスタ３２に加えて、第２ステージのＮｏ．２の４個のバーナクラスタ３２による燃焼処理が行なわれる。
【００９６】
処理ガス流量がさらに増加すると、それを検知して第３ステージ用のバルブＶ３が開き、前記第１及び第２ステージの計５個のバーナクラスタ３２に加えて、第３ステージのＮｏ．３の８個のバーナクラスタ３２による燃焼処理が行なわれる。
【００９７】
このように、ステージング型のバーナは、プラントからの処理ガスの流量変化幅が広い場合には、良好な火移り性能を維持しながらステージングをすることにより安定な燃焼運転が確保されるようになされている。なお、図中、３６はステージングヘッダ管、３７はガス供給マニホールド管３３から分岐されるガス供給ヘッダ管である。
【００９８】
図１０はバーナクラスタ３２を構成している燃焼装置を拡大した側面図、図１１はその燃焼装置の正面図、図１２は同じく平面図である。
【００９９】
図１０〜図１２に示すように、第二実施形態による燃焼装置は、水平方向に延びる円筒状バーナ３８を備え、その円筒状バーナ３８におけるバーナ胴部３８ａの上部側部分（周壁の頂部近傍）には、処理ガスを噴き出す複数の処理ガス噴出孔３８ｂが、バーナ胴部３８ａの長手方向（軸線方向）へ連ねて設けられている。また、バーナ胴部３８ａの中央部の下部側部分（周壁の底部）には、処理ガスの導入部としてのガス管接続部３８ｃが設けられている。
【０１００】
上記処理ガス噴出孔３８ｂは、第二実施形態の燃焼装置ではバーナ胴部３８ａの長手方向へ２列をなして各列に１０個連ねて設けられている（図１２参照）。
【０１０１】
また、円筒状バーナ３８のガス管接続部３８ｃには、上記ガス供給ヘッダ管３７から分岐したガス供給枝管３９が接続されるようになっている。なお、３９ａは管接続用のスリーブである。
【０１０２】
第二実施形態の燃焼装置は、上記円筒状バーナ３８と保炎器としての保炎ガード４０から主として構成されている。
【０１０３】
保炎ガード４０は、バーナ胴部３８ａをその両側の側面から挟む状態で対向配置される２枚の平板状からなる保炎板としての縦板部４１，４１と、これらの縦板部４１，４１が互いに平行をなすようにバーナ胴部３８ａに固定する複数組のボルト４２およびナット４３とから構成されている。
【０１０４】
上記縦板部４１，４１の固定方法は、詳しくは、円筒状バーナ３８の真上に架設される３組のボルト４２およびナット４３と、円筒状バーナ３８の真下に架設される２組のボルト４２およびナット４３を用いて、各縦板部４１，４１を連結することにより、バーナ胴部３８ａにその２枚の縦板部４１，４１を着脱可能に取り付けている。
【０１０５】
２枚の縦板部４１，４１は、それぞれバーナ胴部３８ａの長手方向において、上記処理ガス噴出孔３８ｂ（バーナ胴部の長手方向に連ねて設けられている）全体にわたって延設されるとともに、高さ方向においては、バーナ胴部３８ａから上方および下方へそれぞれ所定長さ突出するように設けられている。
【０１０６】
すなわち、バーナ胴部３８ａから上方に延設された縦板部４１，４１は、ガスジェットのコアを保護するのに十分な長さで突出（空気流の下流側に）されているのに対し、バーナ胴部３８ａから下方に延設された縦板部４１，４１は、バーナ胴部３８ａの下部に衝突した周囲空気流の方向を変更させて十分に乱れを与え、縦板部４１，４１の外側壁に沿って上昇させる邪魔板としての効果を発揮し得る長さで突出（空気流の上流側に）されている。
【０１０７】
また、縦板部４１，４１には、バーナ胴部３８ａに設けられている処理ガス噴出孔３８ｂ列の近傍、かつその上方側（空気流の下流側）の位置に、その処理ガス噴出孔３８ｂ列に沿って複数の通気孔４４が設けられている（図１０、図１１参照）。
【０１０８】
このように構成される上記燃焼装置を、例えば、６台放射状に配置することにより、図１３に示すように、１つのバーナクラスタ３２を構成することができる。
【０１０９】
図１４は図１０に示した燃焼装置の動作を説明するための断面図、図１５は比較のために示した、縦板部を備えていない円筒状バーナの断面図である。
【０１１０】
図１５において、縦板部４１を備えていない円筒状バーナ５０のみの構成では、その円筒状バーナ５０における空気流の下流側（円筒状バーナ５０の上方側）に、周囲の空気流を巻き込んで不安定な渦流が発生するため、円筒状バーナ５０からの火炎が不規則な状態で処理ガス噴出孔５０ａから上方に浮き上がり、処理ガス噴出孔５０ａに常にアンカーされた安定な火炎が形成されず、その結果、振動燃焼が発生することとなる。
【０１１１】
これに対して、前記のように構成される第二実施形態の燃焼装置では、図１４に示すように、保炎ガード４０において対向配置された縦板部４１，４１を、バーナ胴部３８ａより下方に所定長さ突出させている。よって、バーナ胴部３８ａの真下を流れてきた周囲の空気流は、バーナ胴部３８ａの下面に衝突し、縦板部４１，４１における垂下部４１ａ，４１ａによってその方向が変更され、縦板部４１，４１の外側面に沿って上昇する。
【０１１２】
このように、円筒状バーナ３８周囲の空気流がその円筒状バーナ３８上流側で一旦、整流されるため、円筒状バーナ３８周囲の空気流を安定させることができる。
【０１１３】
また、バーナ胴部３８ａより上方側には、対向する縦板部４１，４１を所定長さ突出させているため、処理ガス噴出孔３８ｂが設けられている範囲の円筒状バーナ３８上方で、周囲の空気流の巻き込みによる不安定な渦流が発生することを防止することができる。
【０１１４】
さらに、縦板部４１，４１には、前記した複数の通気孔４４が設けられているため、処理ガスの噴出速度の変化（静圧変化）に見合った周囲空気がこれらの通気孔４４から保炎ガード４０内に取り込まれる。
【０１１５】
それにより、円筒状バーナ３８の処理ガス噴出孔３８ｂ近傍が、常に適正な空気比の可燃混合気の状態となり、処理ガス噴出孔３８ｂに常にアンカーされた安定した火炎を形成することができる。
【０１１６】
このようにして、第二実施形態の燃焼装置によれば、縦板部４１，４１を設けることにより、処理ガス噴出孔３８ｂ近傍に安定した火炎を形成することができ、また、処理ガス噴出孔３８ｂからの流れに変動が生じたとしても、常時、種火があることにより、円筒状バーナ３８の火炎は安定し、それにより、燃焼振動を抑制することができる。
【０１１７】
また、ボルト４２とナット４３によって縦板部４１，４１を円筒状バーナ３８に固定するように構成された保炎ガード４０は、保炎ガード４０の取り付け、取り外しが容易に行なえるため、燃焼装置において重要な点である、健全性とメンテナンス性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の第一実施形態の燃焼装置を備えたグランドフレアーの構成を示す、一部切欠きを有する正面縦断面図である。
【図２】(ａ)は第一実施形態の燃焼装置の平面図、(ｂ)は側面図、(ｃ)は正面図である。
【図３】図１の燃焼装置と補助バーナの配置を示す平面図である。
【図４】(ａ)は図１の補助バーナを拡大した平面図、(ｂ)は図４(ａ)の正面縦断面図である。
【図５】グランドフレアーの別の構成を示す図１相当図である。
【図６】空気量調節装置を示す要部縦断面図である。
【図７】本発明の第二実施形態の燃焼装置を備えたグランドフレアーの構成を示す正面縦断面図である。
【図８】図７に示すバーナクラスタの配置例を示す平面図である。
【図９】図８に示すバーナクラスタのステージングを説明するための説明図である。
【図１０】本発明の第二実施形態の燃焼装置の構成を示す側面図である。
【図１１】図１０に示す燃焼装置の正面図である。
【図１２】図１０に示す燃焼装置の平面図である。
【図１３】図１０に示す燃焼装置を６台放射状に配置して構成されるバーナクラスタの平面図である。
【図１４】図１０に示す燃焼装置の動作を説明するための断面図である。
【図１５】縦板部を備えない円筒状バーナの断面図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１ グランドフレアー
２ 燃焼筒
３ 台座
４ ダクト
５ 縦型管
５ａ 縦型管上部
６ 分岐管
７ 燃焼装置
８ メインバーナ
８ａ 処理ガス噴出孔
９ 保炎ガード
９ａ，９ｂ 縦板部
９ｃ 第一の接続板
９ｄ 第二の接続板
９ｅ 通気孔
１０ 補助バーナ
１０ａ 円盤部
１０ｂ 第一の燃料噴出孔
１０ｃ 第二の燃料噴出孔
１０ｄ 第三の燃料噴出孔
１１ 処理ガス導入管
１２ パイロットバーナ
１３ 点検用マンホール
１４ 点検口
１５，１６ 上部ダクト
１７ 支柱
２０ スカート
２１ エアーシリンダ
３０ グランドフレアー
３１ 燃焼筒
３２ バーナクラスタ
３３ ガス供給マニホールド管
３４ フェンス
３５ 着火用点火トーチ
３６ ステージングヘッダ管
３７ ガス供給ヘッダ管
３８ 円筒状バーナ
３８ａ バーナ胴部
３８ｂ 処理ガス噴出孔
３８ｃ ガス管接続部
３９ ガス供給枝管
４０ 保炎ガード
４１ 縦板部
４２ ボルト
４３ ナット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石油精製工業、石油化学工業、製鉄工業などにおける各種プラントから放出される処理ガスを燃焼処理する燃焼装置およびそれを備えたグランドフレアーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石油精製等の各種プラントや製鉄製造設備において発生する余剰ガスを燃焼処理するための設備としてフレアースタックがある。
【０００３】
一般的なフレアースタックとしては、石油精製基地に設置される架構支持型フレアースタックが知られている。この種のフレアースタックは、排ガスを高所に導いて燃焼させるようになっており、高さ方向に距離を取ることによって輻射熱を軽減させることができるようになっている。
【０００４】
しかしながら、上記フレアースタックでは輻射熱や火炎が周囲に影響するため、これらの問題を解消すべくグランドフレアーが開発され、各所に設置されている。
【０００５】
グランドフレアーは、地上に設置した円筒状燃焼筒内で排ガスを燃焼させるため、火炎が見えることがなく、しかも低騒音で排ガスを燃焼処理することができるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
上記グランドフレアーによって排ガスを処理する方法では、周辺環境に対して影響が少ないという利点がある。
【特許文献１】特開平６−３４１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記したグランドフレアーは一般的に一箇所のパイロットバーナの火種を複数のメインバーナに点火させるように構成されているため、高発熱量の排ガスについては安定して燃焼させることができるものの、例えば未燃焼ガスを含む低発熱量の排ガスについては周囲の空気の流れの影響を受けて火炎が安定せず、着火→失火→着火を繰り返す、いわゆる燃焼振動が起きる場合がある。
【０００８】
失火時には大気中に未燃焼のガスを放出するばかりか、燃焼筒内に未燃ガスが充満すると爆発する虞れもある。
【０００９】
さらに、排ガスとして溶解炉等から排出されるガスを使用した場合、ガス組成や量が常に変動するため、安定した燃焼を維持することが難しく、安定したスタック温度を維持できなければ不完全燃焼が起きて大気を汚染することになる。
【００１０】
また、グランドフレアーは、直立した燃焼筒内の最下部にバーナを上向きに配置して燃焼させる構成が一般的であり、燃焼筒内で燃焼させる際に、バーナで発生する微小な燃焼振動が増幅されて大きく振動したり、また、気柱共鳴のように構造を揺るがすほどの振動を起こす場合もある。
【００１１】
上記振動の原因となる微小な燃焼振動は、上記したように燃料の発熱量レベルや発熱量の変動以外にも、燃料流量（噴流速レベル）、燃料流量の変動等、様々な要因によって発生し、そのメカニズムについては解明されていない部分もある。
【００１２】
しかしながら、上記微小な燃焼振動は、バーナ近傍における空気の流れ、混合比等の乱れが主な原因と考えられており、バーナ近傍の空気の乱れを抑制すれば、燃焼振動、引いてはグランドフレアーにおける燃焼振動を抑制できると期待されている。したがって、メインバーナをいかにして安定燃焼させるかがグランドフレアーにおいて課題となっている。
【００１３】
なお、上記した低発熱量の排ガス、またはガス組成や量が変化する排ガスを処理する場合、助燃ガスをその排ガスに混合すれば、火炎を安定させることは可能である。
【００１４】
しかしながら、常時、助燃ガスを使用すると燃焼筒内の温度が上昇し過ぎて設備が危険な状態になり、さらには、無駄な燃料を消費してしまうことになり環境上問題がある。
【００１５】
本発明は以上のような従来のグランドフレアーにおける課題を考慮してなされたものであり、排ガス等の処理ガスを安定的に燃焼処理することができる燃焼装置およびそれを備えたグランドフレアーを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の燃焼装置は、燃焼筒内に処理ガス導入管を通じて処理ガスを導入し、上記燃焼筒内の複数の燃焼装置によって上記処理ガスを燃焼させるグランドフレアーの燃焼装置において、
上記燃焼装置が、略水平方向に配置され上部に複数の処理ガス噴出孔が配列されている管状のバーナと、上記処理ガス噴出孔からの火炎を保護するための保炎ガードとを有し、
上記保炎ガードは、上記処理ガス噴出孔が配列されている範囲に対応して上記バーナの長手方向に設けられるとともに、上記バーナの各側壁から少なくとも上方側に向けて突設されていることを要旨とする。
【００１７】
上記燃焼装置において、上記保炎ガードに通気孔を設けることができる。
【００１８】
また、上記保炎ガードは、上記処理ガス噴出孔上に形成される火炎列の周囲を囲むように窓枠状に配置することもできる。
【００１９】
保炎ガードを窓枠状に配置した場合、上記処理ガス噴出孔から上記処理ガスが噴射されることによって上記保炎ガード内が減圧され、上記保炎ガード外部の空気が上記通気孔から上記保炎ガード内に吸い込まれるように構成することができる。
【００２０】
また、上記保炎ガードは、上記バーナの各側壁から下方側にも突設することができる。
【００２１】
また、上記バーナの各側壁から突設される保炎ガード同士を、ボルトを介して上記バーナに固定することができる。
【００２２】
また、上記バーナの燃焼を補助する補助バーナを備えることができる。
【００２３】
また、上記処理ガス噴出孔上に形成される火炎列の周囲を囲むように窓枠状に配置されている上記保炎ガードに、上記補助バーナの火炎を上記保炎ガード内に導き入れるための開口部を設けることができる。
【００２４】
また、上記燃焼筒の中心から放射状に延びる仮想線上に上記各燃焼装置を配置し、それらの中心部に上記補助バーナを配置した場合、この補助バーナの複数の燃料噴出孔をそれぞれ上記開口部と対向する位置に配置することが好ましい。
【００２５】
また、上記処理ガスの発熱量を高めるための助燃ガスを供給する助燃ガス供給管を、開閉弁を介して上記処理ガス導入管に接続すれば、処理ガス成分が変化してその発熱量が低すぎる状態になっても安定した燃焼を得ることができる。
【００２６】
本発明のグランドフレアーは、上記構成を有する燃焼装置と、上記バーナに供給する空気の量を調節する空気量調節装置とを備えてなることを要旨とする。
【００２７】
なお、本発明において発熱量が低い処理ガスとは、例えば製鉄設備、溶解炉等から排出される未燃ガスを含む低発熱量からなる排ガスが示され、具体的には、12,600 kＪ／Nm3（HHV）以下であるが、本発明の燃焼装置によれば、特に、8,400ｋＪ／Nm３以下の低発熱量の排ガスについても安定燃焼させることが可能になる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の燃焼装置によれば、処理ガスを安定的に燃焼処理することができるため、燃焼振動が防止され、また、大気汚染を防止することができるなど、環境保全が図れるという長所を有する。
【００２９】
また、保炎ガード同士をボルトを介して上記バーナに固定した本発明の燃焼装置によれば、保炎ガードの取り付けまたは取り外しが簡便に行なえるため、メンテナンス性に優れている。
【００３０】
本発明のグランドフレアーによれば、処理ガスの成分等に応じてバーナに送り込む空気量を、空気量調節装置によって適切に調節することができるため、処理ガス成分、処理ガス量が変動しても処理ガスを確実に燃焼させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００３２】
図１〜図６は、本発明の第一実施形態の燃焼装置をグランドフレアーに適用した場合の構成を示したものである。
【００３３】
図１は、第一実施形態の燃焼装置を備えたグランドフレアーの縦断面図である。
【００３４】
同図においてグランドフレアー１は、垂直に配置された円筒状の燃焼筒２を有し、この燃焼筒２は、コンクリート製の台座３上に立設されている。
【００３５】
上記台座３上における燃焼筒２の中心軸上には、縦型管５が立設されており、この縦型管５の上部５ａは、上記燃焼筒２の下部に収納されている。
【００３６】
上記縦型管上部５ａの胴部からは複数（本実施形態では８本）の分岐管６が分岐し、それぞれ上向きに延設されている。
【００３７】
上記分岐管６の各上端部には水平方向に向けて、燃焼装置７が設けられている。
【００３８】
図２は上記燃焼装置７の構成を拡大して示したものであり、同図(ａ)は平面図、同図(ｂ)は燃焼筒２の中心側から見た側面図、同図(ｃ)は正面図（図１のＢ部拡大図）である。
【００３９】
これらの図において、燃焼装置７は、メインバーナ（管状のバーナ）８と、メインバーナ８の火炎を保護するための保炎ガード９とから主として構成されている。
【００４０】
上記メインバーナ８は、起立している分岐管６に対し直交する方向（水平方向）に接続された管状部材からなり、その上面にはバーナ管軸方向に沿って５個の処理ガス噴出孔８ａがジグザクに配置されている（図２(ａ)参照）。
【００４１】
なお、処理ガス噴出孔８ａの個数は、処理ガスの流量に応じて適宜設定される。所望の噴出速度が得られない場合には処理ガス噴出孔８ａの個数を減らすことによって噴出速度を設計通りの仕様に近づけ、それにより、残された各処理ガス噴出孔８ａから処理ガスを均等に噴出させ、且つ逆火も防止することができる。
【００４２】
上記保炎ガード９は、処理ガス噴出孔８ａが配列されている範囲に対応してメインバーナ８の長手方向に設けられるとともに、メインバーナ８の各側壁から上方側に向けて突設されている。
【００４３】
詳しくは、上記保炎ガード９は、メインバーナ８の左右胴部に下縁が溶接され、垂直方向に向けて平行に立てられた一対の縦板部９ａおよび９ｂを有している。
【００４４】
図２(ｃ)において、これら縦板部９ａおよび９ｂの左側開口は、第一の接続板９ｃをそれら縦板部９ａおよび９ｂに架設することによって部分的に閉塞されている。
【００４５】
また、縦板部９ａおよび９ｂの右側端部は、第二の接続板９ｄをそれら縦板部９ａおよび９ｂに架設することによって全面的に閉塞されている。
【００４６】
それにより、保炎ガード９は、その左側のみ開口部Ｃが形成された状態で、処理ガス噴出孔８ａ上に形成される火炎列の周囲を囲むように窓枠状に配置される。
【００４７】
また、縦板部９ａおよび９ｂにおける下側には、それぞれ複数の通気孔９ｅがメインバーナ８の管軸方向に沿って設けられている（本実施形態では直列に３個設けられている）。
【００４８】
上記構成を有する保炎ガード９が各メインバーナ８に設けられている。
【００４９】
図３は、燃焼装置７の配置を平面から見た図を示している。
【００５０】
燃焼筒２の中心Ｏから放射状に延びる仮想線上に、保炎ガード９付きのメインバーナ８が配置され、複数のメインバーナ８の中心部に補助バーナ１０が設けられている。
【００５１】
この補助バーナ１０は、各メインバーナ８の着火を確実にするために火種として機能するようになっており、着火後はメインバーナ８に向けて火炎を出し続けるようになっている。
【００５２】
第一実施形態の燃焼装置７では、上記保炎ガード付きのメインバーナ８に補助バーナ１０が組み合わされている。
【００５３】
図４は補助バーナ１０を拡大して示したものであり、同図(ａ)は平面図、同図(ｂ)は正面断面図である。
【００５４】
両図において補助バーナ１０は、中空の円盤部（ヘッダーとして機能する）１０ａと、その円盤部１０ａの胴部から、水平面上で３方向に向けて燃料噴出孔が設けられている。
【００５５】
図４(ａ)において、第一の燃料噴出孔１０ｂは、上述した各保炎ガード９の開口部Ｃに向けて配置されている。
【００５６】
第二の燃料噴出孔１０ｃは、第一の燃料噴出孔１０ｂに対し、２５°左側（紙面において）に向けて傾斜した状態で設けられ、第三の燃料噴出孔１０ｄは第一の燃料噴出孔１０ｂに対し２５°右側（紙面において）に傾斜した状態で設けられている。
【００５７】
上記第二および第三の燃料噴出孔１０ｃおよび１０ｄは、隣接する燃料噴出孔へ（１０ｄから１０ｃへ、またはその逆に）火移りさせるために設けられたものである。
【００５８】
この補助バーナ１０には燃料として例えば天然ガスが供給されるようになっている。
【００５９】
図１に戻って説明する。
【００６０】
縦型管５の縦方向略中央部には処理ガス導入管１１が接続されており、未燃ガスを含む処理ガスがブロアによって加圧された状態で縦型管５に供給されるようになっている。
【００６１】
詳しくは、処理ガス導入管１１の上流側には水封槽（図示しない）が設けられ、燃焼処理すべき処理ガスはブロアによって上記水封槽内に送り込まれ、空気の逆流を防ぐ滞水部から気泡となって浮上し、上記処理ガス導入管１１に送られるようになっている。
【００６２】
なお、処理ガスの発熱量が低すぎる場合には上記処理ガス導入管１１に助燃ガス供給管を接続し、低発熱量からなる処理ガスに助燃ガスを混合し、発熱量を高めることができる。また、上記助燃ガスは必要に応じて供給できるよう、処理ガス導入管１１に対し切換弁を介して助燃ガス供給管を接続することが好ましい。
【００６３】
図中、１２はメインバーナ８に着火するためのパイロットバーナ、１３は点検用マンホール、１４は目視で行う点検口、１５，１６は上部ダクトである。
【００６４】
また、上記燃焼筒２の下部にはダクト４が接続され、そのダクト４内にはダンパ４ａが設けられている。それにより、メインバーナ８の上部に供給する空気の量を調節することができるようになっている。なお、上記ダンパ４ａ付きのダクト４は、空気量調節装置として機能する。
【００６５】
また、メインバーナ８上部に温度計ＴＥ１を配置し、上部ダクト１５の上部に温度計ＴＥ２を配置し、それらの温度計ＴＥ１，ＴＥ２によって測定された温度に基づいて燃焼状態を監視することで、未燃ガスが排出されない温度となるように、助燃ガス量を調整することができる。さらに、温度計ＴＥ１，ＴＥ２によって測定された温度に基づいて、上記ダンパ４ａの開度を調節すれば、ダクト４から供給する空気量を適切に調節することができる。
【００６６】
なお、図３に示すように、パイロットバーナ１２の火炎ｆは、補助バーナ１０の外周に到達しているため、パイロットバーナ１２→補助バーナ１０の順で点火する。この補助バーナ１０の火炎は、メインバーナ８の長手方向略半分の位置まで到達するため、補助バーナ１０→メインバーナ８の順で点火する。
【００６７】
次に、上記構成を有する燃焼装置７の燃焼動作について図１および図２を参照しながら説明する。
【００６８】
処理ガス導入管１１を通じて縦型管５に導入された処理ガスは、各分岐管６に分岐され、各分岐管６からメインバーナ８に導入される。
【００６９】
メインバーナ８には保炎ガード９が設けられているため、メインバーナ８の処理ガス噴出孔８ａから放出される処理ガスはその保炎ガード９の内壁に沿って上方に流れ、保炎ガード９内にドラフト（吸引）効果が生じる。
【００７０】
一方、保炎ガード９の縦板部９ａおよび９ｂには通気孔９ｅが形成されているため、上記ドラフト効果により、保炎ガード９の内部に向かう空気の流れＤが形成される。そして、左右の通気孔９ｅから保炎ガード９内に流れ込んだ空気の流れＤは、メインバーナ８の処理ガス噴出孔８ａの上方で集合する。
【００７１】
事前に、パイロットバーナ１２→補助バーナ１０の順に点火され、補助バーナ１０に火炎を保持させた状態でメインバーナ８に低発熱量の処理ガスが導入されると、補助バーナ１０の火炎が安定して各メインバーナ８に供給されることで確実に着火できるため、燃焼振動を発生することなく燃焼が始まる。
【００７２】
一旦、メインバーナ８に点火すると、保炎ガード９内に生じるドラフト効果により、保炎ガード９の開口部Ｃを通して空気が保炎ガード９内に吸い込まれ、各メインバーナ８の処理ガス噴出孔８ａから噴出される処理ガスに着火して処理ガスを燃焼させる。
【００７３】
着火後においても、保炎ガード９の通気孔９ｅからは外部の空気が取り込まれ、上記したようにこの空気の流れＤがメインバーナ８の処理ガス噴出孔８ａの近傍に導かれ、メインバーナ８の火炎はその周囲に配置された保炎ガード９によって保護されるため、メインバーナ８の安定燃焼が維持される。
【００７４】
次に、第一実施形態の燃焼装置が適用されるグランドフレアーの別の構成について図５を参照しながら説明する。
【００７５】
なお、図５において図１と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【００７６】
円筒状の燃焼筒２は、台座３上に円形に配設された複数の支柱１７によって支持されている。
【００７７】
燃焼筒２の下端は台座３から離間しており、それによって開口部Ａが形成され、この開口部Ａを通じて燃焼筒２内に空気が自由に流入できるようになっている。
【００７８】
次に、メインバーナ８に供給する空気量を調節する構成について図６を参照しながら説明する。
【００７９】
図６において、燃焼筒２の下部外周面に沿わせた状態で筒状のスカート２０が設けられ、このスカート２０を同期した状態で矢印Ｅ方向に昇降させる複数のエアーシリンダ２１が備えられている。なお、上記スカート２０およびエアーシリンダ２１は空気量調節装置として機能する。
【００８０】
各エアーシリンダ２１は、燃焼筒２の胴部外壁において円周方向に等間隔（本実施形態では９０°置き）に設けられており、４分割された断面円弧状のプレートで燃焼筒２の全周を覆っている。
【００８１】
エアーシリンダ２１のチューブ２１ａは、燃焼筒２の胴部外壁に対し垂直方向に向けて固定され、ロッド２１ｂの先端部はスカート２０の外壁上部に設けられているブラケット２０ａに連結されている。
【００８２】
ロッド２１ｂをストローク限界まで縮小させると、スカート２０の下方に高さＨからなる開口（空気取入れ口）が形成され、この逆に、ロッド２１ｂをストローク限界まで伸張させると、高さＨ′に狭められた開口（空気取入れ口）が形成される。
【００８３】
このように、エアーシリンダ２１を伸縮させると、開口高さをＨ〜Ｈ′の範囲で変更することができ、それにより、メインバーナ８および補助バーナ１０に取り込む空気量を調節することができる。
【００８４】
なお、上記スカート２０において処理ガス導入管１１と干渉する部分については、Ｕ字状の切欠きを設けて干渉を避けるものとする。
【００８５】
なお、上記実施形態では８個のメインバーナ８を放射状に配置する構成について説明したが、メインバーナ８の個数はそれ以上であってもよく、また、それ以下であってもよい。ただし、補助バーナ１０の第一の燃料噴出孔１０ｂの個数は、メインバーナ８の個数と一致させる必要がある。
【００８６】
また、メインバーナ８の処理ガス噴出孔８ａの個数については、対象となる処理ガスの成分等に応じて増減させることができる。
【００８７】
また、保炎ガード９の縦板部９ａおよび９ｂに設ける通気孔９ｅの個数および径は、対象となる処理ガスの成分等に応じて増減させることができる。
【００８８】
次に、図７〜図１６は、本発明の第二実施形態の燃焼装置をグランドフレアーに適用した場合の構成を示したものである。
【００８９】
図７において、グランドフレアー３０は、円筒状（煙突状）の燃焼筒３１と、燃焼筒３１の地上近傍に配置された複数、例えば１３個のバーナクラスタ３２と、各バーナクラスタ３２にプラントから放出される処理ガスを供給するためのガス供給マニホールド管（処理ガス導入管）３３と、燃焼筒３１の外側にこれと同心状に設けられた円筒状のフェンス３４と、着火用点火トーチ３５とを備えている。
【００９０】
燃焼筒３１は、鉄皮の内面に断熱材を施した構造であり、フェンス３４は、燃焼筒３１内の火炎光を遮光すること、燃焼音を吸収すること、フェンス３４表面温度を低温に維持することなどの機能を有している。
【００９１】
なお、このグランドフレアー３０は、自然通風方式により燃焼用の空気が供給されるようになっている。
【００９２】
図８は、図７に示したバーナクラスタ３２の配置の一例を示す平面図であり、図９は、図８に示すバーナクラスタ３２のステージングを説明するための図である。
【００９３】
図８に示すように、燃焼筒３１内に、この例では１３個のバーナクラスタ３２が亀甲状に配置されており、各バーナクラスタ３２は、それぞれ、放射状に配置された複数の燃焼装置を備えている（図１３参照）。
【００９４】
これらのバーナクラスタ３２は、図９に示すように３つにグループ化されており、プラントから放出される処理ガスが少量のときは、第１ステージのＮｏ．１の１個のバーナクラスタ３２による燃焼処理が行なわれる。
【００９５】
処理ガス流量が増加すると、それを検知して第２ステージ用のバルブＶ２が開き、前記第１ステージの１個のバーナクラスタ３２に加えて、第２ステージのＮｏ．２の４個のバーナクラスタ３２による燃焼処理が行なわれる。
【００９６】
処理ガス流量がさらに増加すると、それを検知して第３ステージ用のバルブＶ３が開き、前記第１及び第２ステージの計５個のバーナクラスタ３２に加えて、第３ステージのＮｏ．３の８個のバーナクラスタ３２による燃焼処理が行なわれる。
【００９７】
このように、ステージング型のバーナは、プラントからの処理ガスの流量変化幅が広い場合には、良好な火移り性能を維持しながらステージングをすることにより安定な燃焼運転が確保されるようになされている。なお、図中、３６はステージングヘッダ管、３７はガス供給マニホールド管３３から分岐されるガス供給ヘッダ管である。
【００９８】
図１０はバーナクラスタ３２を構成している燃焼装置を拡大した側面図、図１１はその燃焼装置の正面図、図１２は同じく平面図である。
【００９９】
図１０〜図１２に示すように、第二実施形態による燃焼装置は、水平方向に延びる円筒状バーナ３８を備え、その円筒状バーナ３８におけるバーナ胴部３８ａの上部側部分（周壁の頂部近傍）には、処理ガスを噴き出す複数の処理ガス噴出孔３８ｂが、バーナ胴部３８ａの長手方向（軸線方向）へ連ねて設けられている。また、バーナ胴部３８ａの中央部の下部側部分（周壁の底部）には、処理ガスの導入部としてのガス管接続部３８ｃが設けられている。
【０１００】
上記処理ガス噴出孔３８ｂは、第二実施形態の燃焼装置ではバーナ胴部３８ａの長手方向へ２列をなして各列に１０個連ねて設けられている（図１２参照）。
【０１０１】
また、円筒状バーナ３８のガス管接続部３８ｃには、上記ガス供給ヘッダ管３７から分岐したガス供給枝管３９が接続されるようになっている。なお、３９ａは管接続用のスリーブである。
【０１０２】
第二実施形態の燃焼装置は、上記円筒状バーナ３８と保炎器としての保炎ガード４０から主として構成されている。
【０１０３】
保炎ガード４０は、バーナ胴部３８ａをその両側の側面から挟む状態で対向配置される２枚の平板状からなる保炎板としての縦板部４１，４１と、これらの縦板部４１，４１が互いに平行をなすようにバーナ胴部３８ａに固定する複数組のボルト４２およびナット４３とから構成されている。
【０１０４】
上記縦板部４１，４１の固定方法は、詳しくは、円筒状バーナ３８の真上に架設される３組のボルト４２およびナット４３と、円筒状バーナ３８の真下に架設される２組のボルト４２およびナット４３を用いて、各縦板部４１，４１を連結することにより、バーナ胴部３８ａにその２枚の縦板部４１，４１を着脱可能に取り付けている。
【０１０５】
２枚の縦板部４１，４１は、それぞれバーナ胴部３８ａの長手方向において、上記処理ガス噴出孔３８ｂ（バーナ胴部の長手方向に連ねて設けられている）全体にわたって延設されるとともに、高さ方向においては、バーナ胴部３８ａから上方および下方へそれぞれ所定長さ突出するように設けられている。
【０１０６】
すなわち、バーナ胴部３８ａから上方に延設された縦板部４１，４１は、ガスジェットのコアを保護するのに十分な長さで突出（空気流の下流側に）されているのに対し、バーナ胴部３８ａから下方に延設された縦板部４１，４１は、バーナ胴部３８ａの下部に衝突した周囲空気流の方向を変更させて十分に乱れを与え、縦板部４１，４１の外側壁に沿って上昇させる邪魔板としての効果を発揮し得る長さで突出（空気流の上流側に）されている。
【０１０７】
また、縦板部４１，４１には、バーナ胴部３８ａに設けられている処理ガス噴出孔３８ｂ列の近傍、かつその上方側（空気流の下流側）の位置に、その処理ガス噴出孔３８ｂ列に沿って複数の通気孔４４が設けられている（図１０、図１１参照）。
【０１０８】
このように構成される上記燃焼装置を、例えば、６台放射状に配置することにより、図１３に示すように、１つのバーナクラスタ３２を構成することができる。
【０１０９】
図１４は図１０に示した燃焼装置の動作を説明するための断面図、図１５は比較のために示した、縦板部を備えていない円筒状バーナの断面図である。
【０１１０】
図１５において、縦板部４１を備えていない円筒状バーナ５０のみの構成では、その円筒状バーナ５０における空気流の下流側（円筒状バーナ５０の上方側）に、周囲の空気流を巻き込んで不安定な渦流が発生するため、円筒状バーナ５０からの火炎が不規則な状態で処理ガス噴出孔５０ａから上方に浮き上がり、処理ガス噴出孔５０ａに常にアンカーされた安定な火炎が形成されず、その結果、振動燃焼が発生することとなる。
【０１１１】
これに対して、前記のように構成される第二実施形態の燃焼装置では、図１４に示すように、保炎ガード４０において対向配置された縦板部４１，４１を、バーナ胴部３８ａより下方に所定長さ突出させている。よって、バーナ胴部３８ａの真下を流れてきた周囲の空気流は、バーナ胴部３８ａの下面に衝突し、縦板部４１，４１における垂下部４１ａ，４１ａによってその方向が変更され、縦板部４１，４１の外側面に沿って上昇する。
【０１１２】
このように、円筒状バーナ３８周囲の空気流がその円筒状バーナ３８上流側で一旦、整流されるため、円筒状バーナ３８周囲の空気流を安定させることができる。
【０１１３】
また、バーナ胴部３８ａより上方側には、対向する縦板部４１，４１を所定長さ突出させているため、処理ガス噴出孔３８ｂが設けられている範囲の円筒状バーナ３８上方で、周囲の空気流の巻き込みによる不安定な渦流が発生することを防止することができる。
【０１１４】
さらに、縦板部４１，４１には、前記した複数の通気孔４４が設けられているため、処理ガスの噴出速度の変化（静圧変化）に見合った周囲空気がこれらの通気孔４４から保炎ガード４０内に取り込まれる。
【０１１５】
それにより、円筒状バーナ３８の処理ガス噴出孔３８ｂ近傍が、常に適正な空気比の可燃混合気の状態となり、処理ガス噴出孔３８ｂに常にアンカーされた安定した火炎を形成することができる。
【０１１６】
このようにして、第二実施形態の燃焼装置によれば、縦板部４１，４１を設けることにより、処理ガス噴出孔３８ｂ近傍に安定した火炎を形成することができ、また、処理ガス噴出孔３８ｂからの流れに変動が生じたとしても、常時、種火があることにより、円筒状バーナ３８の火炎は安定し、それにより、燃焼振動を抑制することができる。
【０１１７】
また、ボルト４２とナット４３によって縦板部４１，４１を円筒状バーナ３８に固定するように構成された保炎ガード４０は、保炎ガード４０の取り付け、取り外しが容易に行なえるため、燃焼装置において重要な点である、健全性とメンテナンス性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の第一実施形態の燃焼装置を備えたグランドフレアーの構成を示す、一部切欠きを有する正面縦断面図である。
【図２】(ａ)は第一実施形態の燃焼装置の平面図、(ｂ)は側面図、(ｃ)は正面図である。
【図３】図１の燃焼装置と補助バーナの配置を示す平面図である。
【図４】(ａ)は図１の補助バーナを拡大した平面図、(ｂ)は図４(ａ)の正面縦断面図である。
【図５】グランドフレアーの別の構成を示す図１相当図である。
【図６】空気量調節装置を示す要部縦断面図である。
【図７】本発明の第二実施形態の燃焼装置を備えたグランドフレアーの構成を示す正面縦断面図である。
【図８】図７に示すバーナクラスタの配置例を示す平面図である。
【図９】図８に示すバーナクラスタのステージングを説明するための説明図である。
【図１０】本発明の第二実施形態の燃焼装置の構成を示す側面図である。
【図１１】図１０に示す燃焼装置の正面図である。
【図１２】図１０に示す燃焼装置の平面図である。
【図１３】図１０に示す燃焼装置を６台放射状に配置して構成されるバーナクラスタの平面図である。
【図１４】図１０に示す燃焼装置の動作を説明するための断面図である。
【図１５】縦板部を備えない円筒状バーナの断面図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１ グランドフレアー
２ 燃焼筒
３ 台座
４ ダクト
５ 縦型管
５ａ 縦型管上部
６ 分岐管
７ 燃焼装置
８ メインバーナ
８ａ 処理ガス噴出孔
９ 保炎ガード
９ａ，９ｂ 縦板部
９ｃ 第一の接続板
９ｄ 第二の接続板
９ｅ 通気孔
１０ 補助バーナ
１０ａ 円盤部
１０ｂ 第一の燃料噴出孔
１０ｃ 第二の燃料噴出孔
１０ｄ 第三の燃料噴出孔
１１ 処理ガス導入管
１２ パイロットバーナ
１３ 点検用マンホール
１４ 点検口
１５，１６ 上部ダクト
１７ 支柱
２０ スカート
２１ エアーシリンダ
３０ グランドフレアー
３１ 燃焼筒
３２ バーナクラスタ
３３ ガス供給マニホールド管
３４ フェンス
３５ 着火用点火トーチ
３６ ステージングヘッダ管
３７ ガス供給ヘッダ管
３８ 円筒状バーナ
３８ａ バーナ胴部
３８ｂ 処理ガス噴出孔
３８ｃ ガス管接続部
３９ ガス供給枝管
４０ 保炎ガード
４１ 縦板部
４２ ボルト
４３ ナット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼筒内に処理ガス導入管を通じて処理ガスを導入し、上記燃焼筒内の複数の燃焼装置によって上記処理ガスを燃焼させるグランドフレアーの燃焼装置において、
上記燃焼装置が、
略水平方向に配置され上部に複数の処理ガス噴出孔が配列されている管状のバーナと、
上記処理ガス噴出孔からの火炎を保護するための保炎ガードとを有し、
上記保炎ガードは、上記処理ガス噴出孔が配列されている範囲に対応して上記バーナの長手方向に設けられるとともに、上記バーナの各側壁から少なくとも上方側に向けて突設されていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
上記保炎ガードに通気孔が設けられている請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】
上記保炎ガードが、上記処理ガス噴出孔上に形成される火炎列の周囲を囲むように窓枠状に配置されている請求項１または２記載の燃焼装置。
【請求項４】
上記処理ガス噴出孔から上記処理ガスが噴射されることによって上記保炎ガード内が減圧され、上記保炎ガード外部の空気が上記通気孔から上記保炎ガード内に吸い込まれるように構成されている請求項３記載の燃焼装置。
【請求項５】
上記保炎ガードが、上記バーナの各側壁から下方側にも突設されている請求項１記載の燃焼装置。
【請求項６】
上記バーナの各側壁から突設される保炎ガード同士が、ボルトを介して上記バーナに固定されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項７】
上記バーナの燃焼を補助する補助バーナが備えられている請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項８】
上記処理ガス噴出孔上に形成される火炎列の周囲を囲むように窓枠状に配置されている上記保炎ガードに、上記補助バーナの火炎を上記保炎ガード内に導き入れるための開口部が設けられている請求項７記載の燃焼装置。
【請求項９】
上記燃焼筒の中心から放射状に延びる仮想線上に上記各燃焼装置が配置され、それらの中心部に上記補助バーナが配置され、この補助バーナの複数の燃料噴出孔がそれぞれ上記開口部と対向する位置に配置されている請求項８記載の燃焼装置。
【請求項１０】
上記処理ガスの発熱量を高めるための助燃ガスを供給する助燃ガス供給管が、開閉弁を介して上記処理ガス導入管に接続されている請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃焼装置と、
上記バーナに供給する空気の量を調節する空気量調節装置とを備えてなることを特徴とするグランドフレアー。
【請求項１】
燃焼筒内に処理ガス導入管を通じて処理ガスを導入し、上記燃焼筒内の複数の燃焼装置によって上記処理ガスを燃焼させるグランドフレアーの燃焼装置において、
上記燃焼装置が、
略水平方向に配置され上部に複数の処理ガス噴出孔が配列されている管状のバーナと、
上記処理ガス噴出孔からの火炎を保護するための保炎ガードとを有し、
上記保炎ガードは、上記処理ガス噴出孔が配列されている範囲に対応して上記バーナの長手方向に設けられるとともに、上記バーナの各側壁から少なくとも上方側に向けて突設されていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
上記保炎ガードに通気孔が設けられている請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】
上記保炎ガードが、上記処理ガス噴出孔上に形成される火炎列の周囲を囲むように窓枠状に配置されている請求項１または２記載の燃焼装置。
【請求項４】
上記処理ガス噴出孔から上記処理ガスが噴射されることによって上記保炎ガード内が減圧され、上記保炎ガード外部の空気が上記通気孔から上記保炎ガード内に吸い込まれるように構成されている請求項３記載の燃焼装置。
【請求項５】
上記保炎ガードが、上記バーナの各側壁から下方側にも突設されている請求項１記載の燃焼装置。
【請求項６】
上記バーナの各側壁から突設される保炎ガード同士が、ボルトを介して上記バーナに固定されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項７】
上記バーナの燃焼を補助する補助バーナが備えられている請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項８】
上記処理ガス噴出孔上に形成される火炎列の周囲を囲むように窓枠状に配置されている上記保炎ガードに、上記補助バーナの火炎を上記保炎ガード内に導き入れるための開口部が設けられている請求項７記載の燃焼装置。
【請求項９】
上記燃焼筒の中心から放射状に延びる仮想線上に上記各燃焼装置が配置され、それらの中心部に上記補助バーナが配置され、この補助バーナの複数の燃料噴出孔がそれぞれ上記開口部と対向する位置に配置されている請求項８記載の燃焼装置。
【請求項１０】
上記処理ガスの発熱量を高めるための助燃ガスを供給する助燃ガス供給管が、開閉弁を介して上記処理ガス導入管に接続されている請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃焼装置と、
上記バーナに供給する空気の量を調節する空気量調節装置とを備えてなることを特徴とするグランドフレアー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−１０３４３２（Ｐ２００９−１０３４３２Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４６２４９（Ｐ２００８−２４６２４９）
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（５０４３５８１４８）株式会社神鋼エンジニアリング＆メンテナンス (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（５０４３５８１４８）株式会社神鋼エンジニアリング＆メンテナンス (8)
【Ｆターム（参考）】
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