JP2009198092A - グランドフレア - Google Patents

Abstract

【課題】 より簡易な構成により低周波音を防止することができるグランドフレアを提供すること。
【解決手段】 下部において供給された排ガス及び空気が燃焼され、その処理ガスを上方へ排出する排気管を有するグランドフレア１であって、前記排ガス、前記空気および前記処理ガスの流路の内少なくともいずれか一つには、複数の貫通孔１２を有する多孔円筒１１が備えられている、グランドフレア１を提供する。多孔円筒１１の設置箇所、形状等は、共鳴モードに対応して種々に選択することができる。例えば、スタック４の上端に、多孔円筒１１を設けることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種プラントから排出される排ガスを処理するために好適なグランドフレアの構成に関する。

従来より、石油・石炭・コークス等を扱う石油精製・化学、鉄鋼業界、及びＩＧＣＣ（ガス化複合発電：石炭・石油他）、廃棄物発電（ガス化溶融、炭化、他）等の各種プラントにおいては、プラントの起動時、停止時あるいは負荷変動・緊急停止時に大量の可燃性ガスが排出される。これらの可燃性ガスは、一酸化炭素（毒性ガス）、水素、炭化水素を主成分とし、保安上の必要性から排ガス燃焼処理装置（フレアスタック）において燃焼処理無害化している。

これまで、上記適用分野にて適用されてきたフレアスタックは、エレベーテッドフレアスタックが主であり、５０〜１５０ｍの高さを持つ煙突状の燃焼筒を用い、プラントから排出される可燃性ガスを煙突（スタック）上部に設置されたフレアバーナ（燃焼装置）から大気中に放出・燃焼させるものである。

しかしながら、このエレベーテッドフレアスタックは、可燃性ガスを大気中で燃焼させるために、可視炎（数十から数百メートルの火炎を形成するので、視覚公害となる。）、騒音、黒炎、火炎からの輻射熱、景観などの問題が環境保全上の社会問題として取り上げられその改善が必要である。

一方、グランドフレアスタックは、５０ｍ程度迄の煙突状の燃焼筒を用い、プラントから排出される可燃性ガスを煙突（スタック）下部に設置された複数のフレアバーナ（燃焼装置）からスタック中に放出し、燃焼させるものである。

この結果、グランドフレアスタックは、火炎が見えない（スタックの中で燃焼完了）、低騒音（複数の低容量バーナによりスタック内で燃焼するため燃焼音が小さく、且つ防音暴風壁により音が漏れない。）、発煙無し、火炎からの輻射無し、スタックが低く景観を損なわないという利点を有する。

このグランドフレアスタックの一例を図８及び図９に示す。図８（ａ）はグランドフレア１１５の断面概略図であり、図８（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面矢視図、図８（ｃ）は（ｂ）の一部拡大図（バーナ１１１及び着火手段１１４）である。図９は図８（ａ）の部分拡大図である。

これらに示すように、スタック１１０内の地上近傍には、複数のバーナ１１１が配設されており、該バーナ１１１にプラントからの放出ガス１１２を供給する供給管１１３と、バーナに供給された放出ガスを着火させる着火手段（例えば点火トーチ等）１１４により、グランドフレア１１５を構成している。なお、燃焼は自然通風によって行うので、スタック１１０の周囲には風防壁１１６が設けられている。風防壁１１６の形状は、屋根を持つ等、種々に異なる場合がある。なお、図８（ｂ）に示すように、主バーナ（図中中心部に位置するバーナ）の周囲には、主バーナを取り囲むように従バーナが複数設けられており、放出ガス１１２の放出量に応じて放出ガスを燃焼処理するようにしている。

また、図８（ｃ）及び図９に示すように、前記バーナ１１１は供給管１１３と連通するヘッダ１１７と該ヘッダ１１７に放射状に配設された扁平細長ガスノズル（以下「扁平ノズル」という）１１８により構成されており、イグナイタ１１４ａを備えた着火手段１１４により、放出されたガス１１２を着火・燃焼させている。扁平ノズル１１８は断面が三角形状としており、ヘッダ１１７とスリット内とを連通させ、放出ガス１１２をスリット開口部１１８ａから外部へ放出させている。なお、着火手段１１４は扁平ノズル１１８の間に複数配設するようにしてもよい。
特公昭６０−３０４０５号公報

グランドフレアは、その構造上、比較的長い（１０〜３０ｍ程度）排煙スタックが必要であるが、予期せぬ低周波音が生じることが知られている。発生する低周波音の原因で最も考えられるのは、スタックの長手方向または直径方向の気柱共鳴に、燃焼の擾乱による励振力が選択共鳴し、大きな応答となって低周波音を発生するケースである。
これに対し、従来技術においてはバーナの改良など、燃焼器側の対策を行なっていた。しかしこの方法では、スタックの長さがこれまでより長くなる場合には、発生する低周波音の周波数が低くなるため、これまでのバーナでの対策が効果を発揮しない場合が予想される。また、スタック側の対策として、床下に音響レゾネータを取り付けることや、スタックに音響サイドブランチを取り付けることも原理的には考えられるが、低減対象となる低周波音の波長が最大１００ｍ程度と極めて高いため、非現実的である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、より簡易な構成により低周波音を防止することができるグランドフレアを提供することを目的とする。

本発明は、下部において供給された排ガス及び空気が燃焼され、その処理ガスを上方へ排出する排気管を有するグランドフレアであって、前記排ガス、前記空気および前記処理ガスの流路の内少なくともいずれか一つには、複数の貫通孔を有する多孔壁部が備えられている、グランドフレアを提供する。

グランドフレア内で発生する共鳴音は、その一部が多孔壁部の貫通孔を通って逃がされるので、この共鳴音の大きさが減衰される。言い換えれば、共鳴倍率が低減されるので、グランドフレアが発生する低周波音を抑制することができる。
多孔壁の設置箇所、形状等は、共鳴モードに対応して種々に選択することができる。例えば、多孔壁として、前記排気管の上端に、多孔状の円筒を設けることができる。また、前記多孔壁として、前記排気管の下端に、多孔状の円筒を設けることができる。

また、前記空気の流路である空気流路は、前記排気管と略同軸であって前記排気管を径方向から包囲してなり、前記空気流路の内周側に、前記多孔壁部として、多孔状の円筒が設けられていることとしてよい。
また、前記空気流路は、前記排気管と略同軸であって該排気管を径方向から包囲してなり、その一部が、前記多孔壁部であることとしてよい。

また、本発明は、前記排ガスの流路であるガス供給路は、前記排気管と交差するように形成され、前記排気管の入口部分に前記多孔壁部を備えていることとしてもよい。

本発明によれば、共鳴音を減衰する多孔壁を用いることにより、簡易な構成でグランドフレアの低周波音を防止することができる。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るグランドフレアを模式的に示した縦断面図である。なお、概略構成は上記図８及び図９に示した従来例と同様であり、詳細な説明を省略する。
本実施形態に係るグランドフレア１は、石油精製・化学、鉄鋼業界、及びＩＧＣＣ、廃棄物発電等の各種プラントに用いられる排ガスを燃焼して処理し、その燃焼ガス、すなわち、処理ガスを外部へ排出するものである。
グランドフレア１は、不図示のプラントの排ガスを燃焼させるバーナ（図８及び図９参照）と、バーナへ燃料としてのガスタービン排ガスを供給するガス供給路２と、バーナ燃焼用の空気を導く空気流路３と、バーナの燃焼ガスを導いて吐出するスタック（排気管）４とを備える。

スタック４は略円筒形であり、空気流路３はスタック４と略同軸であってスタック４を外側から包囲する風防壁５により区画されて形成されている。スタック４は、上端が開口部４ａにて開放されているとともに、下端も空気流路３を介した開放端となっている。空気流路３は、径方向外側にむけて開放した開口３ａを有すると共に、スタック４の下端４ｂを介してスタック４と連通している。

スタック４の上端開口部４ａには、多孔円筒（多孔壁部）１１が連続して設けられている。多孔円筒１１にはその周壁に管の内外を連通する連通孔１２が多数設けられている。

図１に矢印５で示したように、スタック４の長手方向で共鳴する低周波音が発生した場合、または、図２に矢印６で示したように、スタック４から開口３ａに至るように共鳴する低周波音が発生した場合、この低周波音の一部が貫通孔１２から漏れる、言い換えれば、逃げることによって音のエネルギが減衰される。このように、スタック４の頂部に多孔円筒１１が設置されていることにより、共鳴倍率が低減されるので、低周波音を抑制することができる。

このように、本実施形態においては、バーナ１１１での共鳴対策が困難な場合でも、スタック側での対策で共鳴を抑制することができる。また、音響サイドブランチよりもコンパクトなサイズで実現することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
図３に、本実施形態に係るグランドフレア２０を示した。グランドフレア２０は、スタック４上端に設けられた多孔円筒１１に加え、空気流路３の周壁３ｂの上端から上方に多孔円筒（多孔壁部）２１が延在して設けられている。
多孔円筒２１には多孔円筒１１と同様にその周壁に管の内外を連通する連通孔２２が多数設けられている。

図３に矢印７で示したように、スタック４から周壁３ｂに至るようの長さで共鳴しているモードの場合、この低周波音の一部が貫通孔１２，２２から漏れる、言い換えれば、逃げることによって音のエネルギが減衰される。このように、スタック４の頂部に多孔円筒１１が、周壁３ｂの延長部分に多孔円筒１１，２１が設置されていることにより、共鳴倍率が低減されるので、低周波音を抑制することができる。
したがって、バーナでの対策が困難な場合でも、スタック側での対策で問題を解決できる。また、音響サイドブランチよりもコンパクトなサイズで実現できる。また、第１実施形態と比較し、より長い波長（低い周波数の）低周波音にも対応できる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について図４により説明する。なお、上記第２実施形態と同様の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
図４に、本実施形態に係るグランドフレア３０を示した。グランドフレア３０は、多孔円筒１１（図３等参照）を備えず、空気流路３の周壁３ｂの上端にのみ多孔円筒２１が設けられている。
図４のように矢印７の長さで共鳴しているモードの場合、多孔円筒２１により共鳴倍率が低減し、低周波音が抑制される。
したがって、バーナでの対策が困難な場合でも、スタック側での対策で問題を解決できる。また、音響サイドブランチよりもコンパクトなサイズで実現できる。また、スタックの頂部に対策を行なわなくても効果を実現できるので低コストである。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について図５により説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
図５に、本実施形態に係るグランドフレア４０を示した。グランドフレア４０は、空気流路３の内部に位置するスタック４の下端部が、多孔円筒（多孔壁部）４１となっている。多孔円筒４１には多孔円筒１１と同様にその周壁に管の内外を連通する連通孔４２が多数設けられている。

図５のように矢印８の長さで共鳴しているモードの場合、多孔円筒４１により共鳴倍率が低減し、低周波音が抑制される。
したがって、バーナでの対策が困難な場合でも、スタック側での対策で問題を解決できる。また、音響サイドブランチよりもコンパクトなサイズで実現できる。また、スタックの頂部に対策を行なわなくても効果を実現できるので低コストである。
発生する低周波音の中でも、比較的波長の短い（周波数の高い）低周波音を低減できる。また、スタック４の外観が変らないという特徴を有する。

［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について図６により説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
図６に、本実施形態に係るグランドフレア５０を示した。グランドフレア５０は、空気流路３の周壁３ｂの内周側であって該周壁３ｂの近傍に、多孔円筒（多孔壁部）５１を備えている。多孔円筒５１には多孔円筒１１と同様にその周壁に管の内外を連通する連通孔５２が多数設けられている。

図６のように矢印９の長さで共鳴しているモードの場合、スタックの内部に設けられた多孔円筒５１により共鳴倍率が低減され、低周波音を抑制することができる。
したがって、バーナでの対策が困難な場合でも、スタック側での対策で問題を解決できる。また、音響サイドブランチよりもコンパクトなサイズで実現できる。また、スタックの頂部や下部の外側に対策を行なわなくても効果を実現できるので低コストである。
発生する低周波音の中でも、比較的波長の短い（周波数の高い）低周波音を低減できる。また、スタックの外観が変らないという特徴を有する。
多孔円筒５１の外周は従来のスタックの下部円筒なので、火が外に漏れない。

［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態について図７を用いて説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
図７に、本実施形態に係るグランドフレア６０の一部を示した。図７は図１における符号Ａ部に相当する、ガス供給路２の一部である。ガス供給路２は、スタック４と交差するように設けられている。すなわち、排ガス供給路とスタック４とは略直角に交差している。
スタック４の入口部には、径が大きくされた拡径部６３が設けられている。この拡径部６３を覆うように多孔円筒（多孔壁部）６１が設けられている。
多孔円筒６１には多孔円筒１１と同様にその周壁に管の内外を連通する連通孔６２が多数設けられている。

本実施形態においては、スタック内で共鳴する低周波音が発生した場合、この低周波音の一部が貫通孔６２から拡径部６３内へ逃げることによって音のエネルギが減衰されるので、共鳴倍率が低減され、低周波音を抑制することができる。

このように、本実施形態においては、バーナ１１１での共鳴対策が困難な場合でも、スタック側での対策で共鳴を抑制することができる。また、音響サイドブランチよりもコンパクトなサイズで実現することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
たとえば、多孔壁部として多孔円筒、すなわち、円形断面を用いているが、楕円形断面、多角形断面であってもよいし、全周でなく周面の一部で構成されるようにしてもよい。

本発明の第１実施形態に係るグランドフレアを模式的に示した縦断面図である。 同グランドフレアの縦断面図であり、異なる共鳴モードを示した図である。 本発明の第２実施形態に係るグランドフレアを模式的に示した縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係るグランドフレアを模式的に示した縦断面図である。 本発明の第４実施形態に係るグランドフレアを模式的に示した縦断面図である。 本発明の第５実施形態に係るグランドフレアを模式的に示した縦断面図である。 本発明の第６実施形態に係るグランドフレアの一部を拡大して示した断面図である。 従来のグランドフレアの断面概略図である。 同グランドフレアの部分拡大図である。

符号の説明

１ グランドフレア
２ ガス供給路
３ 空気流路
３ａ 開口
３ｂ 周壁
４ スタック（排気管）
１１ 多孔円筒（多孔壁部）
１２ 貫通孔
２０ グランドフレア
２１ 多孔円筒（多孔壁部）
２２ 貫通孔
３０ グランドフレア
４０ グランドフレア
４１ 多孔円筒（多孔壁部）
４２ 貫通孔
５０ グランドフレア
５１ 多孔円筒（多孔壁部）
５２ 貫通孔
６０ グランドフレア
６１ 多孔壁（多孔壁部）
６２ 貫通孔

Claims (6)

1. 下部において供給された排ガス及び空気が燃焼され、その処理ガスを上方へ排出する排気管を有するグランドフレアであって、
   前記排ガス、前記空気および前記処理ガスの流路の内少なくともいずれか一つには、複数の貫通孔を有する多孔壁部が備えられている、グランドフレア。
2. 前記多孔壁部として、前記排気管の上端に、多孔状の円筒が設けられている、請求項１に記載のグランドフレア。
3. 前記多孔壁部として、前記排気管の下端に、多孔状の円筒が設けられている、請求項１または２に記載のグランドフレア。
4. 前記空気の流路である空気流路は、前記排気管と略同軸であって前記排気管を径方向から包囲してなり、前記空気流路の内周側に、前記多孔壁部として、多孔状の円筒が設けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載のグランドフレア。
5. 前記空気流路は、前記排気管と略同軸であって該排気管を径方向から包囲してなり、その一部が、前記多孔壁部である、請求項１から４のいずれか１項に記載のグランドフレア。
6. 前記排ガスの流路であるガス供給路は、前記排気管と交差するように形成され、前記排気管の入口部分に前記多孔壁部を備えている、請求項１から５のいずれか１項に記載のグランドフレア。
   

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