JP2010270962A

JP2010270962A - フレアスタック熱回収装置

Info

Publication number: JP2010270962A
Application number: JP2009123094A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Aoyanagi; 祐介青▲柳▼; Kiyoto Ogawa; 清登小川; Seiniro Mori; 誠二朗森
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2010-12-02

Abstract

【課題】酸露点以上の温度で燃焼ガスの熱を効率良く回収する。
【解決手段】炉床１を設けた燃焼部２の上部に、燃焼ガスの排気路周壁に沿って燃焼ガスの熱を回収する温水コイル３を設けた円筒部材４を取り付ける。炉床１に、バイオガスの供給管６を接続する。円筒部材４内の周方向の二箇所に、その上下両端それぞれで溶接などにより支持させて、アングル形状の支持部材８を設け、その支持部材８に温水コイル３が取り付け支持する。支持部材８の下方側の燃焼部２に近い箇所に、燃焼部２からの燃焼ガスを温水コイル３側に案内する逆円錐形状のガイド部材１１を支持ステー１２を介して設け、温水コイル３による排熱回収効率を向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、食品工場などからの廃棄物を嫌気発酵処理するに伴って発生するバイオガスなどといった発生ガスを燃焼処理するフレアスタック熱回収装置に関し、特には、硫化水素を含む発生ガスの燃焼排熱を回収する技術に関する。

この種のものとしては、従来、次のようなものが知られている。
バイオガスを供給して燃焼する燃焼室（フレアスタックを含む）の上部に、途中に冷却用の外気導入管を連結した排気ダクトが連結され、その排気ダクトに、気／液熱交換器、液／液熱交換器および循環ポンプで構成された熱交換ループが連結されている。
上記構成により、燃焼室での燃焼排熱を回収し、回収排熱によって、給水を加温するようになっている（特許文献参照）。

特表２００２−５１３６７８号公報

硫化水素を含むバイオガスからボイラ等で燃焼処理して熱回収する場合、燃焼前に脱硫処理する必要がある。そのため、脱硫塔の設置等の燃焼前の処理が必要となる。また、脱硫処理せずに燃焼処理すると燃焼ガス中に硫酸が生成し、燃焼ガスが酸露点以下となった場合に酸露点腐食が発生するため、排気ダクトや付帯機器が腐食損傷する問題がある。以上の理由から、排熱を回収せずに燃焼ガスを大気放散している事例が多い。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明は、酸露点以上の温度で燃焼ガスの熱を効率良く回収できるようにすることを目的とし、請求項２に係る発明は、排熱回収効率を向上できるようにすることを目的とし、請求項３に係る発明は、硫酸成分を含む燃焼ガスの熱を、生成硫酸による機器の腐食損傷を回避して良好に回収できるようにすることを目的とする。

請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
発生ガスを燃焼処理するフレアスタック熱回収装置において、
フレアスタック本体の燃焼部に近い箇所に、燃焼ガスの排気路周壁に沿って燃焼ガスの熱を回収する熱交換手段を付設するとともに、前記熱交換手段に、回収した熱を利用する熱利用設備を接続して構成する。
熱利用設備としては、ボイラー用給水タンクや、給湯栓に接続された温水タンクなどが挙げられる。

（作用・効果）
請求項１に係る発明のフレアスタック熱回収装置の構成によれば、燃焼部で燃焼されて発生した燃焼ガスの熱を、燃焼部に近い箇所に付設した熱交換手段で回収し、その回収した熱を熱利用設備で利用することができる。
したがって、酸露点以上の温度で燃焼ガスの熱を効率良く回収できる。しかも、脱硫設備が不要となるため、設備コストを安価にできる。

請求項２に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１に記載のフレアスタック熱回収装置において、
燃焼部からの燃焼ガスを熱交換手段側に案内するガイド部材を設けて構成する。

（作用・効果）
請求項２に係る発明のフレアスタック熱回収装置の構成によれば、ガイド部材によって燃焼部からの燃焼ガスを熱交換手段に集中させることができる。
したがって、熱交換手段に高温の燃焼ガスを接触させることができ、排熱回収効率を向上できる。

請求項３に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１または２に記載のフレアスタック熱回収装置において、
排気路の燃焼ガスの排気方向下流側箇所に設けられて、燃焼ガスの温度を測定するガス温度測定手段と、
熱交換手段に供給する被加熱媒体の供給量を調整する被加熱媒体供給量調整手段と、
前記ガス温度測定手段で測定される燃焼ガスの温度が酸露点よりも高い設定温度範囲内に維持されるように被加熱媒体の供給量を調整するように前記被加熱媒体供給量調整手段を作動する被加熱媒体供給量制御手段とを備えて構成する。

（作用・効果）
請求項３に係る発明のフレアスタック熱回収装置の構成によれば、バイオガスなどのように硫化水素を含んだガスを燃焼処理するような場合でも、熱交換後の燃焼ガスの温度が酸露点以上になるようにして、排熱回収に起因して酸露点腐食が発生することを回避できる。また、熱交換後の燃焼ガスの温度が設定温度を越えないようにして、高温の燃焼ガスを放出しないようにすることができる。
したがって、硫酸成分を含む燃焼ガスの熱を、生成硫酸による機器の腐食損傷を回避して良好に回収できるとともに、排熱回収効率を向上できる。

以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発明のフレアスタック熱回収装置の構成によれば、燃焼部で燃焼されて発生した燃焼ガスの熱を、燃焼部に近い箇所に付設した熱交換手段で回収し、その回収した熱を熱利用設備で利用することができる。
したがって、酸露点以上の温度で燃焼ガスの熱を効率良く回収できる。しかも、脱硫設備が不要となるため、設備コストが安価にできる。

本発明に係るフレアスタック熱回収装置の実施例の構成を示すブロック図である。要部の一部切欠側面図である。図２の要部の拡大図である。制御系を示すブロック図である。円筒部材の下端側および上端側それぞれでの燃焼ガスの温度の経時的変化を示すグラフである。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係るフレアスタック熱回収装置の実施例の構成を示すブロック図、図２は、要部の一部切欠側面図であり、炉床１を設けた燃焼部２の上部に、燃焼ガスの排気路周壁に沿って燃焼ガスの熱を回収する熱交換手段としての温水コイル３を設けた円筒部材４を取り付けてフレアスタック本体５が構成され、食品工場などから発生するバイオガスなどを燃焼処理するフレアスタック熱回収装置が構成されている。
炉床１に、バイオガスの供給管６が接続され、その供給管６に流量調整弁７が介装されている。

円筒部材４内の周方向の二箇所に、その上下両端それぞれで溶接などにより支持させて、アングル形状の支持部材８が設けられ、その支持部材８に、図３の要部の拡大図に示すように、Ｕ字状の支持ブラケット９をナット１０で止め付けることにより、温水コイル３が取り付け支持されている。
支持部材８の下方側の燃焼部２に近い箇所に、燃焼部２からの燃焼ガスを温水コイル３側に案内する逆円錐形状のガイド部材１１が支持ステー１２を介して設けられ、温水コイル３による排熱回収効率を向上できるように構成されている。
円筒部材４の上部には煙突１３が設けられている。

温水コイル３の下端に、吐出容量可変型の循環ポンプ１４と第１の開閉弁１５を介装した第１の配管１６を介して、熱利用設備としてのボイラー用給水タンク１７の下部が接続されるとともに、温水コイル３の上端とボイラー用給水タンク１７の上部とが第２の配管１８を介して接続されている。

ボイラー用給水タンク１７の下部に、第２の開閉弁１９を介装したボイラー用給水管２０が接続され、ボイラー用給水タンク１７の上部に、第３の開閉弁２１を介装した補給用の給水管２２が接続されている。

円筒部材４内の温水コイル３の上端に近い箇所でかつそれよりもやや上方箇所、すなわち、燃焼ガスの排気路の燃焼ガスの排気方向下流側箇所に、燃焼ガスの温度を測定するガス温度測定手段２３が設けられ、そのガス温度測定手段２３が、被加熱媒体供給量制御手段としてのコントローラ２４に接続され、コントローラ２４に、被加熱媒体供給量調整手段としての循環ポンプ１４の流量調整機構２５（図４参照）が接続されている。

コントローラ２４には、図４の制御系のブロック図に示すように、上限比較手段２６、下限比較手段２７、給水量増加手段２８および給水量減少手段２９が備えられている。
上限比較手段２６では、ガス温度測定手段２３で測定された燃焼ガスの温度と設定上限温度（例えば、１７０℃）とを比較し、燃焼ガスの温度が設定上限温度よりも高くなったときに給水量増加手段２８に増加信号を出力し、給水量増加手段２８からの駆動信号により循環ポンプ１４の流量調整機構２５を設定量だけ吐出容量が多くなるように調整し、ガス温度測定手段２３で測定される燃焼ガスの温度を設定上限温度よりも低下させるようになっている。
下限比較手段２７では、ガス温度測定手段２３で測定された燃焼ガスの温度と設定下限温度（例えば、１５０℃）とを比較し、燃焼ガスの温度が設定下限温度よりも低くなったときに給水量減少手段２９に減少信号を出力し、給水量減少手段２９からの駆動信号により循環ポンプ１４の流量調整機構２５を設定量だけ吐出容量が低くなるように調整し、ガス温度測定手段２３で測定される燃焼ガスの温度を設定下限温度よりも上昇させるようになっている。

以上の構成により、フレアスタック本体５の燃焼部２に近い箇所から燃焼ガスの熱を回収するとともに、フレアスタック本体５内での燃焼ガスの温度を酸露点よりも高い設定温度範囲内に維持するように、ボイラー用給水タンク１７から温水コイル３に供給される被加熱媒体である水の供給量を調整し、バイオガスなどのように硫化水素を含んだガスを燃焼処理するような場合でも、円筒部材４内で硫酸が生成することを回避し、円筒部材４や温水コイル３の腐食損傷を回避できる。また、必要以上に高温の燃焼ガスが放出されることを回避して、排熱回収効率を向上できる。

次に、バイオガスを燃焼処理した場合の具体例について説明する。
硫化水素濃度５２９ｐｐｍ、メタン濃度６１．５％、発生量６ｍ^３／ｈのバイオガスを燃焼処理したところ、排ガス発生量が１１９ｍ^３／ｈで、その水分濃度が６．２％、硫酸（ＳＯｘ）濃度が２６６ｐｐｍであった。そのときの円筒部材４の下端側での燃焼ガスの温度は４３９℃で、円筒部材４の上端側での燃焼ガスの温度（ガス温度測定手段２３で測定）は１５４℃であった。一方、ボイラー用給水タンク１７から温水コイル３に供給される温水量が４９２リットル／ｈで、その供給温水の温度は５２℃で、温水コイル３から取り出される温水の温度は６６℃であった。これらのことから、燃焼ガスの熱量が１０５１４ｋｃａｌ／ｈ〔＝（４３９−１５４）×１１９×０．３１（比熱）〕であるのに対して、温水に回収される熱量は６８８８ｋｃａｌ／ｈ〔＝（６６−５２）×４９２×１（比熱）〕であり、排熱回収効率は６６％（≒６８８８／１０５１４）であった。

また、温水コイル３への温水供給量を変えずに、発生量２．２ｍ^３／ｈのバイオガスを燃焼処理し、そのときの円筒部材４の上端側および下端側それぞれでの燃焼ガスの温度Ｔ１，Ｔ２の経時的変化を測定したところ、図５に示すグラフが得られた。
この結果、運転開始時および運転終了時において乱れがあるものの、温水コイル３との熱交換後での燃焼ガスの温度Ｔ１が１５０℃から２００℃の範囲で推移することが明らかであった。
したがって、温水コイル３への給水量を制御することで、燃焼ガスの温度Ｔ１を酸露点よりも高い設定温度範囲内に維持できることが推測できる。

上記実施例では、熱交換手段として温水コイル３を使用しているが、各種の構成のものが採用できる。
また、温水コイル３を経た温水をボイラー用給水タンク１７に供給し、バイオガスの燃焼で得た熱をボイラー用給水の余熱に利用しているが、給湯栓に接続された温水タンクなど、各種の熱利用設備が採用できる。

また、上記実施例では、温水コイル３に供給する水の流量を調整するのに、循環ポンプ１４の吐出容量を調整するようにしているが、例えば、第１の配管１６に流量調整弁を設け、その給水流量を調整するようにするとか、第１の配管１６と第２の配管１８とにわたって、温水コイル３と並列に三方弁を設けたバイパス配管を接続し、その分配量を調整して温水コイル３に供給する水の流量を調整するなど、各種の構成が採用できる。

２…燃焼部
３…温水コイル（熱交換手段）
５…フレアスタック本体
１１…ガイド部材
１７…ボイラー用給水タンク
２３…ガス温度測定手段
２４…コントローラ（被加熱媒体供給量制御手段）
２５…流量調整機構（被加熱媒体供給量調整手段）

Claims

発生ガスを燃焼処理するフレアスタック熱回収装置において、
フレアスタック本体の燃焼部に近い箇所に、燃焼ガスの排気路周壁に沿って燃焼ガスの熱を回収する熱交換手段を付設するとともに、前記熱交換手段に、回収した熱を利用する熱利用設備を接続してあることを特徴とするフレアスタック熱回収装置。
請求項１に記載のフレアスタック熱回収装置において、
燃焼部からの燃焼ガスを熱交換手段側に案内するガイド部材を設けてあるフレアスタック熱回収装置。
請求項１または２に記載のフレアスタック熱回収装置において、
排気路の燃焼ガスの排気方向下流側箇所に設けられて、燃焼ガスの温度を測定するガス温度測定手段と、
熱交換手段に供給する被加熱媒体の供給量を調整する被加熱媒体供給量調整手段と、
前記ガス温度測定手段で測定される燃焼ガスの温度が酸露点よりも高い設定温度範囲内に維持されるように被加熱媒体の供給量を調整するように前記被加熱媒体供給量調整手段を作動する被加熱媒体供給量制御手段と、
を備えているフレアスタック熱回収装置。