JP2016217620A

JP2016217620A - 蓄熱式燃焼脱臭装置、及びその操業方法

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Publication number: JP2016217620A
Application number: JP2015102639A
Authority: JP
Inventors: 俊博村元; Toshihiro Muramoto; 俊彦森川; Toshihiko Morikawa
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 2015-05-20
Filing date: 2015-05-20
Publication date: 2016-12-22
Anticipated expiration: 2035-05-20
Also published as: JP6275666B2

Abstract

【課題】高濃度のＶＯＣ及び微量の酸素を含む被処理ガス、又は酸素が全く含まれていない高濃度のＶＯＣからなる被処理ガスを酸化分解させて完全に浄化できる蓄熱式燃焼脱臭装置、及びその操業方法を提供する。
【解決手段】蓄熱式燃焼脱臭装置１において、処理済みガス排気管８に設けられ、処理済みガス中の残留酸素濃度を計測する酸素濃度計４０と、ＶＯＣが酸化分解反応するに必要な補助空気（酸化性ガス）を燃焼室３内に供給する給気ノズル４２Ａ〜４２Ｃと、酸素濃度計４０により計測された処理済みガス中の残留酸素濃度と、予め定められた制御基準との比較結果に基づき、残留酸素濃度が制御基準の範囲内となるよう給気ノズル４２Ａ〜４２Ｃによる補助空気の供給を制御する制御部４４とを備えている。これにより、高濃度のＶＯＣを含有した被処理ガスを完全に浄化できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、揮発性有機化合物（Volatile Organic Compounds：以下、「ＶＯＣ」と称する。）含有の排ガスを燃焼処理し、ＶＯＣを除去した浄化ガスを大気中に排出する蓄熱式燃焼脱臭装置、及びその操業方法に関する。

自動車の塗装工場、金属洗浄、印刷工場、粘着・接着紙製造工場等からは例えば、トルエン（Ｃ_６Ｈ_５ＣＨ_３）、キシレン（Ｃ_８Ｈ_１０）等を代表とするＶＯＣを含んだ排ガスが発生する。ＶＯＣを含んだ排ガスは、公害防止の観点から直接大気中に排出できないため、無害化処理を施して大気中に排出する必要がある。

従来、ＶＯＣを含んだ排ガス（以下、「被処理ガス」と称する。）の主な処理方法としては、燃焼法、吸着法、オゾン酸化法、微生物分解法等がある。これらの中で、特にトルエン、キシレン類等のＶＯＣについては、コストと処理効率の点から燃焼法が最適である。

燃焼法には、さらに直接燃焼法、触媒燃焼法、及び蓄熱燃焼法等がある。それらのうち、蓄熱燃焼法は熱回収効率が８５％以上得られるという利点を有することから、上述の工場では、蓄熱式燃焼脱臭装置（Regenerative Thermal Oxidizer：RTO）が普及している。蓄熱式燃焼脱臭装置には特許文献１、２に開示されている３塔式（多塔式）のものや、特許文献３に開示されている２塔式のものがある。以下の説明では、３塔式の蓄熱式燃焼脱臭装置１´を例示して説明する。

図３に示すように、蓄熱式燃焼脱臭装置１´は、バーナ２を備えた燃焼室３と、この燃焼室３にそれぞれ連通すると共に蓄熱体４をそれぞれ内蔵した３つの蓄熱室（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）と、ファン６と連通し、不図示の被処理ガス供給源から供給される被処理ガスをいずれかの蓄熱室、例えば５Ａに通して燃焼室３へ供給する被処理ガス供給管７（被処理ガス供給流路）と、燃焼室３で加熱分解（酸化分解）処理された処理済みガスを他の蓄熱室、例えば５Ｂに通して排気する処理済みガス排気管８（処理済みガス排気流路）と、燃焼完了後の処理済みガスの一部をパージガスとして前工程で被処理ガスが通過した蓄熱室、例えば５Ｃに通してファン６の上流側に還流させるパージガス抽出管９（パージガス流路）とからなる。

被処理ガス供給管７には第１開閉弁１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが介設されている。処理済みガス排気管８には第２開閉弁１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃが介設されている。パージガス抽出管９には第３開閉弁１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが介設されている。なお、パージガス抽出管９には、パージガスの流量が一定になるように弁開度が調節された調節弁１３が設けられている。また、ファン６の吸い込み側に接続されている被処理ガス導入流路１４とパージガス抽出管９との合流点の上流側には被処理ガス供給弁１５が設けられている。

次に、上述の蓄熱式燃焼脱臭装置１´の操業について、図３、図４を参照して説明する。以下の説明では、ＶＯＣとしてトルエンを例示して説明する。先ず、不図示の被処理ガス供給源から供給された被処理ガスは、被処理ガス供給弁１５を介してファン６の吸い込み側に導入される。そして、ファン６から供給された被処理ガスは、被処理ガス供給管７から３つの蓄熱室５Ａ，５Ｂ，５Ｃのうち前工程で蓄熱されている蓄熱室、例えば５Ａに供給された後、当該蓄熱室５Ａの蓄熱体４との熱交換により予熱されて燃焼室３に導入される（被処理ガス供給工程）。

続いて、被処理ガス中のトルエン（Ｃ_６Ｈ_５ＣＨ_３）は、燃焼室３において下式のように被処理ガス中に含まれる酸素（Ｏ_２）との燃焼反応により二酸化炭素（ＣＯ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）に酸化分解されて例えば、約８００℃の処理済みガスとなる。図４（ａ）に示すように、処理済みガス中には酸化分解反応で余った余剰の酸素が残存する。図４（ａ）において、点線より上側は被処理ガス中の成分、下側は処理済みガス中の成分を示している。なお、これらは説明上のものであり、それぞれを示した枠の幅については含有する気体成分の割合とは関係がない。

［数１］
Ｃ_６Ｈ_５ＣＨ_３＋９Ｏ_２→７ＣＯ_２＋４Ｈ_２Ｏ

その後、高温の処理済みガスは、前工程で被処理ガスとの熱交換により降温し、後述するパージ工程が完了した蓄熱室、例えば５Ｂを通過し、当該蓄熱室５Ｂの蓄熱体４と熱交換してその蓄熱体４を約８００℃に加熱しながら１００℃〜１５０℃に降温した後、処理済みガス排気管８から大気に放散される（処理済みガス排気工程）。

また、燃焼室３で生成された処理済みガスの一部は、パージガスとして前工程で被処理ガスが通過した蓄熱室、例えば５Ｃの蓄熱体４に供給され、当該蓄熱体４の内部に残留している有機化合物を含む被処理ガスを除去した後、パージガスはパージガス抽出管９を介して被処理ガス導入流路１４に環流される（パージ工程）。

そして、第１開閉弁１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、第２開閉弁１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ、第３開閉弁１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、所定時間毎に切り換わる。即ち、所定時間（例えば１分）が経過すると、第１開閉弁１０Ａ、第２開閉弁１１Ｂ、及び第３開閉弁１２Ｃは開から閉、第１開閉弁１０Ｂ、第２開閉弁１１Ｃ、及び第３開閉弁１２Ａが閉から開となり、前工程で処理済みガスにより加熱された蓄熱室５Ｂの蓄熱体４に被処理ガスが被処理ガス供給管７から供給され、蓄熱体４との熱交換により予熱された後、燃焼室３内で加熱分解（酸化分解）処理され、その処理済みガスは前工程でパージされた蓄熱室５Ｃから第２開閉弁１１Ｃ及び処理済みガス排気管８を介して大気中に排出される。なお、残りの第１開閉弁１０Ｃ、第２開閉弁１１Ａ、第３開閉弁１２Ｂは閉状態を保持する。

一方、蓄熱室５Ａには、燃焼室３で生成された処理済みガスの一部がパージガスとして供給される。パージガスは、第１開閉弁１０Ａが開から閉になった時に蓄熱体５Ａの蓄熱体４内に残留した有機化合物を含む被処理ガスを除去した後、第３開閉弁１２Ａ及びパージガス抽出管９を介して被処理ガス導入流路１４に環流される。このようにして、蓄熱室５Ｂは被処理ガス供給工程、蓄熱室５Ｃは処理済みガス排気工程、蓄熱室５Ａはパージ工程となる。続いて、所定時間経過後に各開閉弁を切り換えて蓄熱室５Ｃで被処理ガス供給工程、蓄熱室５Ａで処理済みガス排気工程、第２蓄熱室５Ｂでパージ工程をそれぞれ行う。このように蓄熱式燃焼脱臭装置１´の操業中は、各蓄熱室５Ａ，５Ｂ，５Ｃ間で被処理ガス供給工程、処理済みガス排気工程、及びパージ工程が所定時間毎に順次切り換わる動作が所定時間継続する。

特開２０１１−１０２６６４号公報特開平１０−４７６３６号公報特開２００１−３２４１２１号公報

ところで、被処理ガスには、例えば印刷工場から発生するＶＯＣが空気に混合された被処理ガスや、例えば化学工場の原料タンクや製品タンクから排気されるＶＯＣ濃度が非常に高い被処理ガスがある。近年、後者の被処理ガスを蓄熱式燃焼脱臭装置で浄化処理したいという要望が高まりつつある。上述したＶＯＣ濃度が非常に高い被処理ガスは通常、爆発防止の観点から、タンク内を窒素ガス等の不活性ガスでパージした状態で当該タンク内に貯留されている。

ここで、図３に示した従来の蓄熱式燃焼脱臭装置１´を用いて上述の被処理ガスを浄化処理することを以下に検討する。従来の蓄熱式燃焼脱臭装置１´は、図４（ａ）に示すようにＶＯＣが空気に混合された被処理ガスの浄化処理を目的とした構成である。一方、図４（ｂ）に示すように、化学工場の原料タンクや製品タンクから排気されるＶＯＣ濃度が非常に高い被処理ガスには、安全上、酸素が殆ど含まれていない（厳密には微量の酸素が残存すると考えられるが、図４（ｂ）ではゼロと見做して例示している。）。実際には、上述のような微量の酸素が含まれている被処理ガスのほか、酸素が全く含まれていない高濃度のＶＯＣからなる被処理ガスも存在する。このような被処理ガスを蓄熱式燃焼脱臭装置１´の燃焼室３内に供給した場合、燃焼室３内に残留する酸素（バーナ２が燃焼した後の余剰の酸素）では、当該被処理ガスの燃焼反応が十分に進行せず、ＶＯＣを含有した処理済みガスを大気に放出させてしまうという課題を有する。

そこで、本発明は、高濃度のＶＯＣ及び微量の酸素を含む被処理ガス、又は酸素が全く含まれていない高濃度のＶＯＣからなる被処理ガスを酸化分解させて完全に浄化できる蓄熱式燃焼脱臭装置、及びその操業方法を提供することを目的とする。

本発明の蓄熱式燃焼脱臭装置は、バーナを備えた燃焼室と、前記燃焼室にそれぞれ連通すると共に、蓄熱体をそれぞれ配置した少なくとも２つ以上の蓄熱室と、流体供給源から供給される被処理ガスを前記蓄熱室のうち前工程で蓄熱されている蓄熱室に通過させて当該蓄熱室の蓄熱体との熱交換により予熱し、前記燃焼室へ供給する被処理ガス供給流路と、前記燃焼室で加熱分解処理された処理済みガスを前記蓄熱室のうち前工程で前記被処理ガスとの熱交換により降温した蓄熱室に通過させて当該蓄熱室の蓄熱体との熱交換により降温させて排気する処理済みガス排気流路と、前記各蓄熱室間で前記被処理ガスの供給、前記処理済みガスの排気を順次切り換える流路切り換え機構とを備えた蓄熱式燃焼脱臭装置において、前記処理済みガス排気流路に設けられ、前記処理済みガス中の残留酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段と、前記被処理ガスの燃焼を促進するための酸化性ガスを前記燃焼室内に供給する酸化性ガス供給手段と、前記酸素濃度計測手段により計測された前記処理済みガス中の残留酸素濃度と、予め定められた基準値との比較結果に基づき、前記残留酸素濃度が前記基準値内となるよう前記酸化性ガス供給手段を制御する制御手段とを備えている。なお、本発明において、蓄熱体を配置した蓄熱室とは、それぞれが壁で囲まれて独立した空間のみを意図するものではなく、蓄熱体自体の構造によって少なくとも２つ以上に区分された空間（ガスの流路）であってもよい。

前記酸素濃度計測手段に代えて、前記処理済みガス中のＶＯＣ濃度を計測するＶＯＣ濃度計測手段を備えてもよい。

前記酸化性ガス供給手段は前記各蓄熱室に対応して設けられており、前記制御手段は、前記被処理ガスが前記燃焼室へ供給される被処理ガス供給工程を実行中の蓄熱室側に設けられた前記酸化性ガス供給手段を制御してもよい。

前記酸化性ガスは、前記被処理ガスが前記燃焼室へ供給される被処理ガス供給工程を実行中の蓄熱室に配置されている前記蓄熱体の上方空間に供給されることが好ましい。

前記酸化性ガス供給手段を前記各蓄熱室の被処理ガス供給流路に接続し、被処理ガス供給工程を実行中の蓄熱室の被処理ガス供給流路内に前記酸化性ガスを供給してもよい。

前記酸化性ガスは、前記バーナの燃焼用空気供給経路から前記バーナを介して供給される燃焼用空気であることが好ましい。

また、蓄熱式燃焼脱臭装置の操業方法は、バーナを備えた燃焼室と、前記燃焼室にそれぞれ連通すると共に、蓄熱体をそれぞれ配置した少なくとも２つ以上の蓄熱室と、流体供給源から供給される被処理ガスを前記蓄熱室のうち前工程で蓄熱されている蓄熱室に通過させて当該蓄熱室の蓄熱体との熱交換により予熱し、前記燃焼室へ供給する被処理ガス供給流路と、前記燃焼室で加熱分解処理された処理済みガスを前記蓄熱室のうち前工程で前記被処理ガスとの熱交換により降温した蓄熱室に通過させて当該蓄熱室の蓄熱体との熱交換により降温させて排気する処理済みガス排気流路と、前記各蓄熱室間で前記被処理ガスの供給、前記処理済みガスの排気を順次切り換える流路切り換え機構と、前記被処理ガスの燃焼を促進するための酸化性ガスを前記燃焼室内に供給する酸化性ガス供給手段とを備えた蓄熱式燃焼脱臭装置の操業方法であって、前記酸素濃度計測手段により前記処理済みガス中の残留酸素濃度を計測するステップと、前記ステップで計測された前記処理済みガス中の残留酸素濃度と予め定められた基準値とを比較するステップと、前記ステップでの比較結果に基づき、前記残留酸素濃度が前記基準値内となるよう前記酸化性ガス供給手段による前記酸化性ガスの供給を制御するステップとを含んでいる。

前記酸素濃度計測手段により前記処理済みガス中の残留酸素濃度を計測するステップに代えて、ＶＯＣ濃度計測手段により前記処理済みガス中のＶＯＣ濃度を計測するステップを有していてもよい。

本発明によれば、高濃度のＶＯＣ及び微量の酸素を含む被処理ガス、又は酸素が全く含まれていない高濃度のＶＯＣからなる被処理ガスを酸化分解させて完全に浄化できる蓄熱式燃焼脱臭装置、及びその操業方法を提供できる。

本発明の実施の形態に係る蓄熱式燃焼脱臭装置の概略構成図である。本発明の実施の形態に係る蓄熱式燃焼脱臭装置の変形例を示す概略構成図である。従来の蓄熱式燃焼脱臭装置の概略構成図である。（ａ）はＶＯＣ（トルエン）が空気に混合された被処理ガスの酸化分解反応を示す模式図、（ｂ）は高濃度のＶＯＣを含有する被処理ガスを従来の蓄熱式燃焼脱臭装置で処理した場合の問題点を説明する模式図、（ｃ）は高濃度のＶＯＣを含有する被処理ガスを浄化できる本発明を説明する模式図である。

以下、本発明の実施の形態に係る蓄熱式燃焼脱臭装置、及びその操業方法について、添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本発明の一形態の例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

本明細書において「酸化性ガス」とは、処理ガス中のＶＯＣを二酸化炭素と水に酸化分解できるガスであり、酸素富化空気、純酸素ガス等を用いることができる。好ましくは大気中に豊富に存在する空気を用いることが望ましい。以下の実施の形態の説明では、酸化性ガスを「補助空気」と記して説明する。

図１は、本実施の形態の蓄熱式燃焼脱臭装置１の概略構成を示す。この蓄熱式燃焼脱臭装置１は、被処理ガスをバーナ２で加熱して該被処理ガス中に含有するＶＯＣを加熱分解（酸化分解）処理する燃焼室３と、該燃焼室３によって加熱された被処理ガスとの熱の授受を行う蓄熱体４が収容されてなる３つの蓄熱室５Ａ，５Ｂ，５Ｃとを備えており、所謂、３塔式の蓄熱式燃焼脱臭装置として構成されている。蓄熱式燃焼脱臭装置１は被処理ガス導入流路１４を介して生産プロセス５０（例えば化学工場の原料タンクや製品タンク）と連通している。

図示するように、本実施の形態の蓄熱式燃焼脱臭装置１の基本構造は、図３で説明した蓄熱式燃焼脱臭装置１´と同じであるので、同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。

図１に示すように、蓄熱式燃焼脱臭装置１の燃焼室３には、該燃焼室３内の温度を計測する温度計３０が備えられている。温度計３０は不図示の温度調節計と電気的に接続され、不図示の温度調節計はバーナ２と電気的に接続されている（本図ではこれらの電気的接続を省略している。）。これにより、温度計３０にて検出された実測値と不図示の温度調節計に予め設定された上限・下限設定値との偏差に基づいてバーナ２がＯＮ／ＯＦＦ又はターンダウンすることにより燃焼容量が制御され、燃焼室３内の温度が所定温度に保持される。

燃焼室３の温度は被処理ガスに含有する溶剤熱量によって次第に上昇する。この状態が続くと、燃焼室３の温度が更に上昇し、蓄熱体４、処理済みガス排気管８、及び第２開閉弁１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃが熱損傷する虞がある。このため、燃焼室３の上部には、当該燃焼室３内の高温の燃焼ガスの一部を大気に放散させるホットバイパス弁３４が設けられている。

図示するように、ホットバイパス弁３４は処理済みガス排気管８の末端側８´の近傍に設けられており、当該処理済みガス排気管８と連通している。ホットバイパス弁３４は、燃焼室３の温度が被処理ガスに含有する溶剤熱量によって燃焼室３の温度が例えば、８８０℃以上に上昇した場合、ホットバイパス弁３４を開き、高温の燃焼ガスの一部を放出口３２から処理済みガス排気管８の末端側８´を通じて大気へ放出させ、燃焼室３の温度が過上昇するのを防止する。

次に、本発明の実施の形態に係る蓄熱式燃焼脱臭装置１の特徴について以下に説明する。図１に示すように、蓄熱式燃焼脱臭装置１は、処理済みガス中の残留酸素濃度（燃焼室３内の残留酸素濃度と同義。）を計測するための酸素濃度計（酸素濃度計測手段）４０と、ＶＯＣの酸化分解に必要な補助空気（酸化性ガス）を燃焼室３内に供給するための給気ノズル（酸化性ガス供給手段）４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃと、給気ノズル４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃから燃焼室３内への補助空気の供給を制御する制御部（制御手段）４４を有する。

酸素濃度計４０は例えば、公知のジルコニア式酸素濃度計が用いられる。実施の形態において酸素濃度計４０は処理済みガス排気管８の経路に設けられる。酸素濃度計４０を設ける位置としては、ホットバイパス弁３４の下流側が好ましい。この位置に設けることでホットバイパス弁３４が開状態の時に燃焼室３内の残留酸素濃度の挙動（ＶＯＣ濃度の挙動）も検出でき、実際に大気に放出される処理済みガスの酸素濃度に応じて補助空気の供給量を制御できる。

給気ノズル４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃはそれぞれ、蓄熱室５Ａ，５Ｂ，５Ｃに対応して蓄熱式燃焼脱臭装置１の周壁部にそれぞれ貫通して設けられている。給気ノズル４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃには給気管４５が接続されており、別途設けられた給気ファン４６と連通している。給気管４５には当該給気管４５の流路を開閉可能な開閉弁４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃが介設されている。

なお、給気ノズル４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃのいずれかから燃焼室３内に供給される補助空気は、各蓄熱室５Ａ，５Ｂ，５Ｃに配置された蓄熱体４の直上（即ち、蓄熱式燃焼脱臭装置１の被処理ガス供給工程において、被処理ガスが蓄熱体４を通過した直後の上方空間。）に供給することでＶＯＣの酸化分解反応を確実にできる。

［発明が解決しようとする課題］で述べたように、高濃度のＶＯＣ及び微量の酸素を含む被処理ガス、又は酸素が全く含まれていない高濃度のＶＯＣからなる被処理ガスを従来のように蓄熱式燃焼脱臭装置１の燃焼室３内に供給しても、当該被処理ガスの燃焼反応が十分に進行せず、ＶＯＣを含有した処理済みガスを大気に放出させてしまう。このため、本発明の実施の形態に係る蓄熱式燃焼脱臭装置１では、図４（ｃ）に示すように、ＶＯＣが酸化分解反応するに必要な酸素、即ち、補助空気を外部から燃焼室３内に供給する構成を有している。補助空気の供給制御は制御部４４が実行する。

図示するように、制御部４４は酸素濃度計４０、及び各開閉弁４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃとそれぞれ電気的に接続されている。制御部４４は、酸素濃度計４０から出力される処理ガス中の酸素濃度を示す信号と後述する制御基準とを比較し、この比較結果に基づいて、各蓄熱室５Ａ，５Ｂ，５Ｃのうち被処理ガス供給工程を実行中のいずれかの蓄熱室側に配置された給気ノズル４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃのうちのいずれかに対応する開閉弁４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃの弁開度を制御する。

制御部４４は、主にＣＰＵ、記憶手段等のハードウェア部分と、各開閉弁４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃの弁開度を制御するプログラム等のソフトウェア部分とで構成されている。制御部４４には、処理済みガス中の残留酸素濃度を所定濃度範囲に制御するため、制御目標値の上下に予め設定された幅を有する残留酸素濃度の下限値と上限値が設けられた制御基準が予め記憶されている。

具体的に、制御基準には、制御目標値として「残留酸素濃度５％」が設定されており、下限値として「残留酸素濃度３％」が、上限値として「残留酸素濃度７％」が設定されている。即ち、処理済みガス中の残留酸素濃度が５％±２％の範囲内に入るよう補助空気の供給を制御する。なお、上述の制御目標値、下限値、及び上限値は一例であり、処理すべき被処理ガスの組成や蓄熱式燃焼脱臭装置１の操業条件に応じて適宜に設定変更できるが、下限値は３％以上の値に設定することが好ましい。なお、処理済みガス中のＶＯＣ濃度を測定し、ＶＯＣを検出した後に補助空気の供給を実行する方法も考えられるが、この場合、補助空気を供給するまでにＶＯＣが大気に放散されてしまう。このため、処理済みガス中のＶＯＣ濃度を測定する場合は、燃焼室３にＶＯＣ濃度計測ポートを設けてＶＯＣをサンプリングする形態が好ましい。よって、本実施の形態では、処理済みガス中に酸素が残存していることをもって（図４（ｃ）のＸで示した部分）ＶＯＣが全量酸化分解したものと見做し、補助空気の供給制御で下限値を設定することで余裕を持たせている（残留酸素濃度が３％を下回ると処理済みガス中にＶＯＣが残存している可能性があることを経験的に知見している。）。このように、本実施の形態では処理済みガス中にＶＯＣが残存しないようにしている。

制御部４４は、処理済みガス中の残留酸素濃度の変化に応じて以下のような制御を実行する。
（ａ）酸素濃度計４０の指示値が例えば下限値の３％を下回った場合、開閉弁４８Ａ〜４８Ｃのうち該当する開閉弁を制御して該当する給気ノズルから燃焼室３内に補助空気を供給し、処理済みガス中の残留酸素濃度が５％±２％の範囲内に入るよう制御する。
（ｂ）また、例えば、処理済みガス中の残留酸素濃度が５％±２％の範囲内に入った場合や、酸素濃度計４０の指示値が例えば上限値の７％を上回った場合、開閉弁４８Ａ〜４８Ｃのうち該当する開閉弁を閉止して補助空気の供給を停止、又は該当する開閉弁の弁開度を絞って補助空気の供給量を少なくする。また、上限値は下限値のように余裕を持たせても補助空気の給気管４５や給気ファン４６が大型化するため１０％以下の設定値にするのが好ましい（経験上、処理済みガス中の残留酸素濃度が１０％あれば処理済みガス中にＶＯＣが残存している可能性はない。）。

なお、被処理ガスは可燃性ガスであるため、被処理ガス供給ファン５２、及びファン６は防爆型を用いることが好ましい。

続いて、本発明の実施の形態に係る蓄熱式燃焼脱臭装置１の操業について図１、図４（ｃ）を参照して説明する。なお、本操業例は被処理ガス供給工程、及び処理済みガス排気工程に着目したものであり、蓄熱式燃焼脱臭装置１の「パージ工程」は、図３で説明した蓄熱式燃焼脱臭装置１´と同じであるので、ここでの再度の説明は省略する。また、本操業例では、被処理ガスの一例として、高濃度のＶＯＣ及び微量の酸素を含む被処理ガスを例示して説明する。

先ず、蓄熱式燃焼脱臭装置１の燃焼室３がバーナ２により所定温度に昇温されており、しかも、処理すべき被処理ガス量が蓄熱式燃焼脱臭装置１の定格処理量であるとする。

生産プロセス５０（例えば化学工場の原料タンクや製品タンク）から供給され、酸素が殆ど含まれていない高濃度のＶＯＣ（例えば高濃度のトルエン）を含有する被処理ガスは、被処理ガス供給ファン５２から被処理ガス供給弁１５を介してファン６の吸い込み側に導入される。そして、ファン６から供給された被処理ガスは、被処理ガス供給管７から３つの蓄熱室５Ａ，５Ｂ，５Ｃのうち前工程で蓄熱されている蓄熱室、例えば５Ａに供給された後、当該蓄熱室５Ａの蓄熱体４との熱交換により予熱されて燃焼室３に導入される。

そして、燃焼室３で処理され、蓄熱室５Ｂから処理済みガス排気管８に排気された処理済みガス中の残留酸素濃度が酸素濃度計４０で計測される。ここで、酸素濃度計４０の指示値が制御基準の下限値である３％を下回っている場合、制御部４４は、開閉弁４８Ａ〜４８Ｃのうち、例えば開閉弁４８Ａを制御して給気ノズル４２Ａから燃焼室３内に補助空気を供給する。

補助空気の供給により上述の被処理ガス供給工程で燃焼室３に導入された被処理ガス中の高濃度のＶＯＣは、燃焼室３において二酸化炭素と水に酸化分解されて例えば、８００℃の処理ガスとなる（図４（ｃ）参照）。

その後、高温の処理ガスは、前工程で被処理ガスとの熱交換により降温し、パージ工程が完了した蓄熱室、例えば５Ｂを通過し、当該蓄熱室５Ｂの蓄熱体４と熱交換し、蓄熱体４を約８００℃に加熱しながら１００℃〜１５０℃に降温した後、処理済みガス排気管８から大気に放散される。その際、処理済みガス中の残留酸素濃度が酸素濃度計４０で計測され、処理済みガス中の残留酸素濃度が制御基準の５％±２％の範囲内に入っていれば、制御部４４は、開閉弁４８Ａ〜４８Ｃのうち該当する開閉弁を閉止して補助空気の供給を停止する。又は該当する開閉弁の弁開度を絞って補助空気の供給量を少なくする制御を実行する。また、仮に、酸素濃度計４０の指示値が制御基準の上限値である７％を上回った場合、制御部４４は、開閉弁４８Ａ〜４８Ｃのうち該当する開閉弁を閉止して補助空気の供給を停止する。以降、上述の補助空気の供給制御を被処理ガス供給工程が切り換わる毎に実行される。

このように、本発明の実施の形態に係る蓄熱式燃焼脱臭装置１は、酸素が殆ど含まれていない高濃度のＶＯＣを含有する被処理ガスを燃焼処理（酸化分解）することを目的に、補助空気（即ち、ＶＯＣが酸化分解反応するに必要な酸素）を外部から燃焼室３内に供給する構成を有している。これにより、高濃度のＶＯＣを含有した被処理ガスを完全に浄化できる。また、処理済みガス排気管８に酸素濃度計４０（又はＶＯＣ分析計）を設けて処理済みガス中の残留酸素濃度（即ち、ＶＯＣの濃度）を計測し、残留酸素濃度が例えば５％±２％の範囲内に入るよう補助空気の供給を制御している。このため、ＶＯＣの濃度が変動してもその濃度変化に追随して補助空気を供給でき、ＶＯＣの酸化分解を確実にできる。

また、本発明の実施の形態に係る蓄熱式燃焼脱臭装置１は、ＶＯＣの酸化分解に必要な補助空気を蓄熱式燃焼脱臭装置１の燃焼室３内に直接投入するので、被処理ガスに大気を混合（被処理ガスを大気で希釈）した後、蓄熱式燃焼脱臭装置１に導入する形態と比較すると、設備全体が大型化することなくファン６の容量も小さくでき、イニシャルコスト及びランニングコストを低減できる。

さらに、補助空気は、各蓄熱室５Ａ，５Ｂ，５Ｃのうち被処理ガス供給工程を実行中のいずれかの蓄熱室の上方空間に供給されるため、燃焼室３内全体に補助空気を供給する形態と比較すると、ＶＯＣの酸化分解反応の促進が確実になる。

上述した本発明の実施の形態に係る蓄熱式燃焼脱臭装置１では、蓄熱室５Ａ，５Ｂ，５Ｃに対応する蓄熱式燃焼脱臭装置１の周壁部に給気ノズル４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ貫通して設け、当該給気ノズル４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃから補助空気を蓄熱式燃焼脱臭装置１の燃焼室３内に供給する形態を例示したが、本発明はこのような形態に限るものでない。例えば、給気ノズル４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃを削除し、給気管４５の末端（給気管４５の流れ方向下流側端部）を、被処理ガス供給管７における第１開閉弁１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの下流側に接続して補助空気を供給してもよい。

また、図２に示すように、給気ノズル４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃに代えてバーナ２を用い、バーナ２の燃焼用空気供給源２２から燃焼用空気供給経路２４を介して供給される燃焼用空気を補助空気として燃焼室３内に供給することも可能である。即ち、この変形例の場合、蓄熱式燃焼脱臭装置１の被処理ガス供給工程では、燃焼室３内が所定温度に昇温してバーナ２は稼働していないため、当該バーナ２を給気ノズル４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃとして、また、バーナ２の燃焼用空気供給源２２を補助空気の供給源として転用でき、制御部４４を設けて開閉弁２０Ａ〜２０Ｃの弁開度を制御する構成以外は既存の蓄熱式燃焼脱臭装置１の機器を用いることができる。また、常温の補助空気を燃焼室３内に供給した際、燃焼室３内の温度保持に影響が出る場合は、補助空気を予熱する手段を別途設けてもよい。

本実施の形態では、酸素濃度計４０を処理済みガス排気管８の経路に設けて処理済みガス中の残留酸素濃度を計測する形態を例示したが、これに限らず、酸素濃度計４０に代えてＶＯＣ分析計を設けて処理済みガス中のＶＯＣ濃度を計測して燃焼室３内に補助空気を供給してもよい。また、本実施の形態では、酸素濃度計４０（又はＶＯＣ分析計）を処理済みガス排気管８の経路に設けて処理済みガス中の残留酸素濃度（即ち、ＶＯＣの濃度）を計測する形態を例示したが、処理済みガス排気管８の経路に代えて、燃焼室３に酸素濃度計測ポートを設けてＶＯＣが酸化分解した後のガスをサンプリングする形態でも本発明を実施できる。

本実施の形態では、高濃度のＶＯＣ及び微量の酸素を含む被処理ガス、又は酸素が全く含まれていない高濃度のＶＯＣからなる被処理ガスを燃焼処理（酸化分解）するため、前工程で被処理ガスが通過した蓄熱体４にパージガスを供給し、当該蓄熱体の内部に残留している有機化合物を含む被処理ガスを除去することが望ましいが、このパージの機構自体は必須の構成ではない。

なお、本実施の形態においては、３塔式の蓄熱式燃焼脱臭装置を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、２つの蓄熱室を有する２塔式の蓄熱式燃焼脱臭装置にも適用可能である。また、本実施の形態のように、必ずしも各蓄熱室毎に複数の開閉弁を設ける必要はなく、例えば、１つの回転式の切り換え弁（分配弁）で複数の蓄熱室から所望の蓄熱室に接続を切り換える回転切り換え弁タイプの蓄熱式燃焼脱臭装置にも適用可能である。また、本実施の形態では、被処理ガスの一例として「高濃度のＶＯＣ及び微量の酸素を含む被処理ガス」、又は「酸素が全く含まれていない高濃度のＶＯＣからなる被処理ガス」を例示した。本発明は、上述した自己燃焼が不可能な被処理ガスのほか、例えば何らかの要因で一酸化炭素を含有する被処理ガスや、燃焼したとしても処理済みガス中の残留酸素濃度が３％を下回るような被処理ガスであっても燃焼処理（酸化分解）することが可能である。

１蓄熱式燃焼脱臭装置、２バーナ、３燃焼室、４蓄熱体、５Ａ〜５Ｃ蓄熱室、６ファン、７被処理ガス供給管、８処理済みガス排気管、８´ （処理済みガス排気管８の）末端側、９パージガス抽出管、１４被処理ガス導入流路、２０Ａ〜２０Ｃ開閉弁、２２燃焼用空気供給源、２４燃焼用空気供給経路、４０酸素濃度計（酸素濃度計測手段）、４２Ａ〜４２Ｃ給気ノズル（酸化性ガス供給手段）、４４制御部（制御手段）、４５給気管、４６給気ファン、４８Ａ〜４８Ｃ開閉弁（酸化性ガス供給手段の一部）

Claims

バーナを備えた燃焼室と、
前記燃焼室にそれぞれ連通すると共に、蓄熱体をそれぞれ配置した少なくとも２つ以上の蓄熱室と、
流体供給源から供給される被処理ガスを前記蓄熱室のうち前工程で蓄熱されている蓄熱室に通過させて当該蓄熱室の蓄熱体との熱交換により予熱し、前記燃焼室へ供給する被処理ガス供給流路と、
前記燃焼室で加熱分解処理された処理済みガスを前記蓄熱室のうち前工程で前記被処理ガスとの熱交換により降温した蓄熱室に通過させて当該蓄熱室の蓄熱体との熱交換により降温させて排気する処理済みガス排気流路と、
前記各蓄熱室間で前記被処理ガスの供給、前記処理済みガスの排気を順次切り換える流路切り換え機構とを備えた蓄熱式燃焼脱臭装置において、
前記処理済みガス排気流路に設けられ、前記処理済みガス中の残留酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段と、
前記被処理ガスの燃焼を促進するための酸化性ガスを前記燃焼室内に供給する酸化性ガス供給手段と、
前記酸素濃度計測手段により計測された前記処理済みガス中の残留酸素濃度と、予め定められた基準値との比較結果に基づき、前記残留酸素濃度が前記基準値内となるよう前記酸化性ガス供給手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする蓄熱式燃焼脱臭装置。
前記酸素濃度計測手段に代えて、前記処理済みガス中のＶＯＣ濃度を計測するＶＯＣ濃度計測手段を備える請求項１に記載の蓄熱式燃焼脱臭装置。
前記酸化性ガス供給手段は前記各蓄熱室に対応して設けられており、
前記制御手段は、前記被処理ガスが前記燃焼室へ供給される被処理ガス供給工程を実行中の蓄熱室側に設けられた前記酸化性ガス供給手段を制御する請求項１又は請求項２に記載の蓄熱式燃焼脱臭装置。
前記酸化性ガスは、前記被処理ガスが前記燃焼室へ供給される被処理ガス供給工程を実行中の蓄熱室に配置されている前記蓄熱体の上方空間に供給される請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄熱式燃焼脱臭装置。
前記酸化性ガス供給手段を前記各蓄熱室の被処理ガス供給流路に接続し、被処理ガス供給工程を実行中の蓄熱室の被処理ガス供給流路内に前記酸化性ガスを供給する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄熱式燃焼脱臭装置。
前記酸化性ガスは、前記バーナの燃焼用空気供給経路から前記バーナを介して供給される燃焼用空気である請求項１又は請求項２に記載の蓄熱式燃焼脱臭装置。
バーナを備えた燃焼室と、
前記燃焼室にそれぞれ連通すると共に、蓄熱体をそれぞれ配置した少なくとも２つ以上の蓄熱室と、
流体供給源から供給される被処理ガスを前記蓄熱室のうち前工程で蓄熱されている蓄熱室に通過させて当該蓄熱室の蓄熱体との熱交換により予熱し、前記燃焼室へ供給する被処理ガス供給流路と、
前記燃焼室で加熱分解処理された処理済みガスを前記蓄熱室のうち前工程で前記被処理ガスとの熱交換により降温した蓄熱室に通過させて当該蓄熱室の蓄熱体との熱交換により降温させて排気する処理済みガス排気流路と、
前記各蓄熱室間で前記被処理ガスの供給、前記処理済みガスの排気を順次切り換える流路切り換え機構と、
前記被処理ガスの燃焼を促進するための酸化性ガスを前記燃焼室内に供給する酸化性ガス供給手段とを備えた蓄熱式燃焼脱臭装置の操業方法であって、
前記酸素濃度計測手段により前記処理済みガス中の残留酸素濃度を計測するステップと、
前記ステップで計測された前記処理済みガス中の残留酸素濃度と予め定められた基準値とを比較するステップと、
前記ステップでの比較結果に基づき、前記残留酸素濃度が前記基準値内となるよう前記酸化性ガス供給手段による前記酸化性ガスの供給を制御するステップとを含む蓄熱式燃焼脱臭装置の操業方法。
前記酸素濃度計測手段により前記処理済みガス中の残留酸素濃度を計測するステップに代えて、ＶＯＣ濃度計測手段により前記処理済みガス中のＶＯＣ濃度を計測するステップを有する請求項７に記載の蓄熱式燃焼脱臭装置の操業方法。