JP2016511385A

JP2016511385A - 煙を生成および処理する設備

Info

Publication number: JP2016511385A
Application number: JP2015556558A
Authority: JP
Inventors: ジョゼクソー; フィリップルソー
Original assignee: イーノトゥフィ
Priority date: 2013-02-12
Filing date: 2014-02-12
Publication date: 2016-04-14
Also published as: CN105026835A; FR3002024A1; EP2956716A2; US20160030783A1; WO2014125210A3; CA2899681A1; FR3002024B1; WO2014125210A2

Abstract

煙を生成および処理する設備は、煙生成器（１）と、煙生成器（１）により生成された煙を閉じ込めるための閉じ込め筐体（４）とを備えている。煙生成器（１）は、燃焼スリーブが設けられている少なくとも一つの燃焼器（２）、および燃焼器（２）の炎（２１）が進入するように構成されている少なくとも一つの燃焼領域あるいは炉床（３１）と煙を排出するための煙排出口（３２）とを有している燃焼室（３）を備えている。閉じ込め筐体（４）は、煙排出口（３２）に接続された入口（４１）、煙再循環路（５）を介して煙生成器（１）に接続された出口（４２）、および煙再循環路（５）から燃焼室（３）内に延びており、煙フィードヘッド（６）と称される排気部を備えている。燃焼室（３）は、煙フィードヘッド（６）を燃焼器（２）の炎（２１）から保護するための保護スクリーン（７）を備えている。保護スクリーン（７）は、炉床（３１）と煙フィードヘッド（６）の間に配置されている。入口（４１）は、閉じ込め筐体（４）の上部三分の一の位置に配置されている。閉じ込め筐体（４）には、凝結物を除去するために開閉される排出口（４３）が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、煙を生成および処理する設備に関する。

より具体的には、本発明は、煙を生成および処理し、少なくとも以下に列挙するものを備えている設備に関する。
・少なくとも一つの燃焼器、燃焼室、および煙排出口を備えている煙生成器。燃焼室は、燃焼器の炎が進入するように構成された少なくとも一つの燃焼帯または「炉床」を有している。煙排出口は、燃焼室から煙を排出する。
・煙生成器により生成された煙を閉じ込めるための閉じ込め筐体。閉じ込め筐体は、入口と出口を有している。入口は、燃焼室から煙を除去するために煙生成器の煙排出口に接続されている。出口は、煙再循環路を介して煙生成器に接続されている。煙循環路から燃焼室内へ延びている排気部は、「煙フィードヘッド」と称される。

このような設備は、当業者には周知であり、特許文献１から３に例示されている。しかしながら、現在のところ、効率は低く、燃料消費は高いままである。

仏国特許出願公開２９６１２９１号公報仏国特許出願公開２２９１４５４号公報米国特許出願公開２００９／００６０７７９号公報

よって、本発明の目的は、上記のような種別の設備であって、効率を上げ、燃焼器の燃料消費を抑制することを可能にする構成を有するものを提供することにある。

よって、本発明は、煙を生成および処理する設備であって、
燃焼スリーブが設けられている少なくとも一つの燃焼器、および当該燃焼器の炎が進入するように構成されている少なくとも一つの燃焼領域あるいは炉床と煙を排出するための煙排出口を有している燃焼室を備えている煙生成器と、
前記煙排出口に接続された入口、煙再循環路を介して前記煙生成器に接続された出口、および当該煙再循環路から前記燃焼室内に延びており、煙フィードヘッドと称される排気部を備えており、前記煙生成器により生成された煙を閉じ込めるための閉じ込め筐体と、
を備えており、
前記燃焼室は、前記煙フィードヘッドを前記燃焼器の炎から保護するための火炎防止用の保護スクリーンを備えており、
前記保護スクリーンは、前記炉床と前記煙フィードヘッドの間に配置されており、
前記入口は、前記閉じ込め筐体の上部三分の一、好ましくは四分の一の位置に配置されており、
前記出口は、前記入口の上方に配置されており、
前記閉じ込め筐体には、内部の凝結物の嵩に応じて開閉されることにより当該凝結物を除去するための排出口が設けられており、
前記排出口は、前記閉じ込め筐体の底部に配置されており、
前記煙フィードヘッドの少なくとも一部は、鉄からなり、
前記煙フィードヘッドは、前記燃焼スリーブの側方において前記燃焼器から離れて配置されていることを特徴とする設備を提供する。

このような設備は、高い効率をもたらし、排出される煙により環境を視覚的あるいは物理的に害することがなく、設備内で行なわれる化学反応により消費される燃料の削減を可能にする。

燃焼器から延びる燃焼スリーブは、好ましくは筒状であり、特に煙フィードヘッドへ向けて炎の案内を可能にする。よって、煙フィードヘッドは、燃焼スリーブの自由端側に、好ましくは燃焼スリーブと軸を揃えて配置される。これにより、鉄製ヘッドの加熱を可能にする。この鉄製ヘッドは、吸熱性の反応炉を形成することにより、再循環された煙、燃焼器の煙、およびヘッドの鉄とのフィッシャー・トロプシュ型の再結合反応を引き起こすことを可能にする。

具体的には、燃焼スリーブによって案内された燃焼器の炎の最も高熱である部分へ、再循環路によって煙が帰還される。フィッシャー・トロプシュ効果により、煙フィードヘッドの鉄を触媒として未燃焼炭素が水素と再結合される。このようにして再結合された炭化水素は、燃焼器の炎により燃焼される。

すなわち、燃焼スリーブは、燃焼器と鉄製の煙フィードヘッドの間に配置される。これにより、再循環された煙は、炎の軸（具体的には、最も高熱である青い部分）に揃うように排出される。

有利には、前記閉じ込め筐体の容積は、前記燃焼器が一時間に吸気可能である空気の容積以上である。

よって、煙は、燃焼器の炉床（すなわち外気の吸入口よりも下流に位置する燃焼器の炎）に再注入され、公知技術のように外気の吸入口へは注入されない。

本発明の構成によれば、外気の吸入口が汚染されないため、蓄積される煙は僅かである。僅かに蓄積された煙は、燃焼器の炎により再燃焼される。本発明の構成によれば、燃料消費の約１５％の削減が可能になる。

これに対し、特許文献２において公知の構成においては、煙は燃焼器における外気の吸入口へ再循環される。これにより、吸入される空気が汚染され、設備の効率が低下する。特許文献３において公知の構成においても、煙は燃焼器における外気へ帰還される。これにより、燃焼器がチョークされる。

好ましくは、前記閉じ込め容器は、外気に開放された煙道を有していない。

本発明の具体的な態様においては、前記閉じ込め筐体の三分の一（すなわち、煙の凝結物を収容するための領域）に煙を導入するためのダクトが設けられていない。

これに対し、特許文献２に記載の構成においては、煙は閉じ込め筐体の底部に存在する水に向けて排出される。これにより、当該水は、二酸化炭素と窒素により汚染される。他方、本発明においては、煙は閉じ込め筐体の頂部へのみ排出される。これにより、凝結物より得られる水の純度は高く、灌漑などに直接使用されうる。

好ましくは、前記閉じ込め筐体の容積は、前記燃焼器に吸気されうる空気の容積以上である。

有利には、前記閉じ込め筐体の三分の一に煙を導入するためのダクトが設けられていない。

好ましくは、前記保護スクリーンは、耐熱性材料からなる。

前記保護スクリーンは、前記燃焼器のヘッドに概ね対向するように延びており、前記ヘッドは、前記燃焼器から前記燃焼室へ燃料と酸化性物質の混合物が注入される注入領域として形成されており、かつ前記炎の基部に対応している。

好ましくは、前記保護スクリーンは、湾曲した板状の形態をとって前記煙フィードヘッドの少なくとも一部を包囲しており、前記煙フィードヘッドは、複数の穴が設けられたダクト形状を呈しており、前記複数の穴は、前記煙フィードヘッドの長さ方向における少なくとも一部にわたって設けられおり、前記複数の穴の向きは、煙の流れが前記保護スクリーンに向かうように定められている。

具体的には、前記保護スクリーンは、前記燃焼器の炎の軸に直交する向きに延びる軸を中心に湾曲している。前記煙フィードヘッドは、第一ダクトの燃焼室において閉じられている。第一ダクトは、第一ダクトと直交する向きに延びる第二ダクトへ排気を行なう。第二ダクトは、複数の穴が設けられ、前記燃焼器の炎の軸に直交する向きに延びる軸に沿って延びるダクトである。

好ましくは、立方メートル（ｍ^３）で表される前記閉じ込め筐体の体積は、毎時立方メートル（ｍ^３／ｈ）で表される前記燃焼器の流量とほぼ等しい。よって、前記燃焼器における燃料と酸化性物質の混合物の流量が１５ｍ^３／ｈに設定されている場合、前記閉じ込め筐体の体積は、１５ｍ^３となる。

好ましくは、前記煙フィードヘッドに形成された複数の穴の面積の合計は、過剰圧を避けるために、当該煙フィードヘッドのダクトの断面積に等しい。

好ましくは、前記煙フィードヘッドは、前記保護スクリーンからの熱放射領域内において、前記保護スクリーンから２０ｃｍ以下の距離に配置されている。

前記保護スクリーンは、前記燃焼器の前記注入領域から２０ｃｍ以下の距離に配置されている。

前記燃焼器が点火状態にあるとき、前記保護スクリーンは、前記炎の先端から概ね１０ｃｍ以下の距離に配置されている。

ヘッドロスの増大により凝結を促進するために、前記燃焼室は、少なくとも一つのバッフルを備えている循環路を介して前記閉じ込め筐体の前記入口と連通している。

好ましくは、全体的なコンパクト性を向上させるために、前記煙再循環路の少なくとも一部は、前記燃焼室から前記閉じ込め筐体へ煙を循環させる煙循環路内を延びている。

また、好ましくは、前記再循環路が前記循環路内を延びている領域は、再循環する煙が前記燃焼室から排出された煙と接触することにより加熱されるように、前記循環路における前記煙フィードヘッドに近い側に配置されている。

好ましくは、前記閉じ込め筐体の前記入口には閉塞フラップ弁が設けられており、前記閉塞フラップ弁は、前記燃焼器が消火状態にあるときに前記入口を閉塞するするとともに、自重により閉塞状態を保つ。前記フラップ弁は、前記燃焼器によって前記循環路内に生成された圧力の作用により閉塞位置から開放位置へ移行するように構成されている。

前記閉じ込め筐体は、概ね半埋設型の筐体である。この構成は、凝結物の生成をさらに促進する。

本発明は、添付の図面を参照しつつ以下の実施形態に係る説明を読むことにより、よりよく理解されうる。

本発明に係る設備を模式的に示す図である。燃焼器の炎に対向するように配置されたフィードヘッドとスクリーンの簡略化された斜視図である。図２に対応する模式断面図である。フィードヘッドとスクリーンを示す模式平面図である。

上述のように、本発明に係る設備は、煙を生成し、良好な燃焼効率の確保と燃料消費の抑制を行ないつつ、環境への排出を制限するように当該煙を処理することを可能にするものである。

この設備は、ボイラなどの煙生成器１を備えている。煙生成器１は、燃焼器２を備えている。燃焼器２は、燃料（燃料油など）と酸化性物質（空気など）を混合するのに適している。混合は、実現される燃焼に応じて選ばれた比率で行なわれる。

この燃焼器２の少なくとも一部は、燃焼室３の内部に配置されている。具体的には、燃料と酸化性物質の混合物が注入される注入部あるいは「燃焼器ヘッド」が、燃焼室３内に配置されている。燃焼室３もまた煙生成器１の一部である。

燃焼器２の炎が進入する燃焼室３の一部は、「炉床」３１として知られている。この炉床３１は、「燃焼ポット」あるいは「燃焼スリーブ」と称されるポット状に形成され、燃焼器ヘッドにより形成された底部を有している。燃焼室３の一部は、炉床３１を超えて延びている。本例においては、燃焼室３の周側壁は、当該ポットの周側壁を囲むように延びている。このような筒状体は、その一端において当該ポットを受け止めている。燃焼室３の他端は、後述するフィードヘッドが貫通・突出している壁によって塞がれている。

燃焼室３は、煙排出口３２を備えている。煙排出口３２は、煙循環路を介して閉じ込め筐体４（具体的には、閉じ込め筐体４の入口４１）に接続されている。煙排出口３２は、筒状の燃焼室３の一端における燃焼ポットの周側壁と燃焼室３の周側壁の間に開口されている隙間により形成されている。

閉じ込め筐体４は、第一煙排出口４２を有している。第一煙排出口４２は、再循環路を介して燃焼室３の端部に接続されている。当該端部は、燃焼器２が設けられている端部とは反対側である。なお、閉じ込め筐体４は、外気温に対して温度差を形成し、煙を冷却して凝結させる半埋設型の筐体であることが一般的である。

閉じ込め筐体４の入口４１には、フラップ弁１１が設けられている。フラップ弁１１は、燃焼器２の炎が消沈状態である場合において閉じ込め筐体４の入口４１を閉塞し、自重により閉塞状態を保つ。よって、フラップ弁１１は、燃焼器２が点火されると開く。

閉じ込め筐体４は、内部の過剰圧力を解放する手段も有している。過剰圧力の解放手段は、単純な弁により形成されうる。

閉じ込め筐体４は、必要に応じて燃焼器２を消火するために、筐体内の圧力を測定する手段も有している。

閉じ込め筐体４は、筐体から凝結物を除去する凝結物出口４３も有している。

図１に示されるように、煙の入口４１は、閉じ込め筐体４１の上部四分の一の位置に配置されている。他方、凝結物出口４３は、閉じ込め筐体４１の底部に配置されている。

凝結物出口４３は、閉塞部材８（ソレノイド弁など）を備えている。閉塞部材８は、レベルセンサ９より出力される信号を受信するように構成されている。レベルセンサ９は、筐体内の内容物の高さに応じた信号を出力する。レベルセンサ９は、筐体内の内容物の高さが所定値を超えると、閉塞部材８に閉じ込め筐体４を開放させる。

凝結されなかった煙の一部は、煙出口４２を通じて閉じ込め筐体４の頂部から出て、再循環路５を通じて燃焼室３に到達する。その位置は、燃焼器２が設けられている側と反対側である。

再循環路５から燃焼室３内に延びている排気部は、煙を燃焼室３へ供給するための「煙フィードヘッド」６と称される。煙フィードヘッド６の少なくとも一部は、後述する理由により、鉄からなる。

燃焼室３は、さらにスクリーン７を備えている。スクリーン７は、セラミックのような耐熱性材料からなる。スクリーン７は、燃焼室３の炉床３１（燃焼器２の炎に占有される箇所に対応する位置）を煙フィードヘッド６から隔離している。

図示の例においては、保護機能を有するスクリーン７は、燃焼器２のヘッド２２に対向するように延びている。ヘッド２２は、燃料と酸化性物質の混合物が燃焼器２から燃焼室３へ注入される注入領域として形成されている。当該領域は、炎の基部に対応する。すなわち、図示の例のように燃焼室３が筒状の形態をとり、燃焼器２の注入領域が筒状体の一端に配置され、煙フィードヘッド６が筒状体の他端に配置されている場合、スクリーン７は、燃焼室３内における両端の間を延びている。具体的には、スクリーン７は、煙フィードヘッド６と燃焼器２のスリーブの間を延びている。

保護機能を有するスクリーン７は、湾曲した板状の形態をとっている。スクリーン７は、煙フィードヘッド６の少なくとも一部を包囲している。煙フィードヘッド６は、複数の穴６１が設けられたダクト形状を呈している。複数の穴６１は、煙フィードヘッド６の長さ方向における少なくとも一部にわたって設けられている。複数の穴６１の向きは、煙の流れがスクリーン７に向かうように定められている。

板状のスクリーン７は、燃焼器２の炎の軸の向きと略直交する向きの軸を中心として湾曲されている。同様に、拡散機能を有する煙フィードヘッド６のダクトの少なくとも一部は、炎の長手軸と略直交する向きに延びている。

スクリーン７からの熱放射を受ける領域に配置されている煙フィードヘッド６は、スクリーン７から離間している。その距離は２０ｃｍ以下である。

スクリーン７は、燃焼器２の注入領域から離間している。その距離は２０ｃｍ以下である。

燃焼器２が点火状態にあるとき、保護機能を有するスクリーン７は、炎の先端から離間している。その距離は１０ｃｍ以下である。

よって、スクリーン７は、燃焼器２の炎に対向し、燃焼器２の動作時に温度が上昇する「熱い」面を有する。この面は、燃焼器２の炎から発せられる熱の作用に曝される。

スクリーン７は耐熱性の材料からなるため、温度上昇に耐え、少なくとも一部が鉄からなるためにより脆弱である煙フィードヘッド６を保護する。鉄は、触媒として使用されている。

燃焼室３における燃焼中は、二酸化炭素と水が生成される。水の一部は、閉じ込め筐体４内で凝結する。煙の残りは、燃焼室３へ排出される。煙内に残る炭化水素（より具体的には一酸化炭素）は、凝結により得られる水素と再結合する。スクリーン７により生成される熱の作用と、煙フィードヘッド６に存在する鉄の存在により、炭化水素と水が生成される。

すなわち、煙の不完全燃焼ガスと、閉じ込め筐体４内において形成された凝結物の水蒸気に含まれる水素とが再結合し、鉄からなる煙フィードヘッド６において炭化水素が得られる。この炭化水素は再び燃焼に供される。この炭化水素の存在により、燃焼に使用される燃料の量が低減される。

上記の理由により、この設備は、低燃料消費と燃焼効率の向上を達成可能にできる。

Claims

煙を生成および処理する設備であって、
燃焼スリーブが設けられている少なくとも一つの燃焼器（２）、および当該燃焼器（２）の炎（２１）が進入するように構成されている少なくとも一つの燃焼領域あるいは炉床（３１）と煙を排出するための煙排出口（３２）を有している燃焼室（３）を備えている煙生成器（１）と、
前記煙排出口（３２）に接続された入口（４１）、煙再循環路（５）を介して前記煙生成器（１）に接続された出口（４２）、および当該煙再循環路（５）から前記燃焼室（３）内に延びており、煙フィードヘッド（６）と称される排気部を備えており、前記煙生成器（１）により生成された煙を閉じ込めるための閉じ込め筐体（４）と、
を備えており、
前記燃焼室（３）は、前記煙フィードヘッド（６）を前記燃焼器（２）の炎（２１）から保護するための火炎防止用の保護スクリーン（７）を備えており、
前記保護スクリーン（７）は、前記炉床（３１）と前記煙フィードヘッド（６）の間に配置されており、
前記入口（４１）は、前記閉じ込め筐体（４）の上部三分の一、好ましくは四分の一の位置に配置されており、
前記出口（４２）は、前記入口（４１）の上方に配置されており、
前記閉じ込め筐体（４）には、内部の凝結物の嵩に応じて開閉されることにより当該凝結物を除去するための排出口（４３）が設けられており、
前記排出口（４３）は、前記閉じ込め筐体（４）の底部に配置されており、
前記煙フィードヘッド（６）の少なくとも一部は、鉄からなり、
前記煙フィードヘッド（６）は、前記燃焼スリーブの側方において前記燃焼器（２）から離れて配置されていることを特徴とする、
設備。
前記閉じ込め筐体（４）の三分の一に煙を導入するためのダクトが設けられていないことを特徴とする、
請求項１に記載の設備。
前記保護スクリーン（７）は、耐熱性材料からなることを特徴とする、
請求項１または２に記載の設備。
前記保護スクリーン（７）は、前記燃焼器（２）のヘッド（２２）に対向するように延びており、
前記ヘッド（２２）は、前記燃焼器（２）から前記燃焼室（３）へ燃料と酸化性物質の混合物が注入される注入領域として形成されており、かつ前記炎（２１）の基部に対応していることを特徴とする、
請求項１から３のいずれか一項に記載の設備。
前記保護スクリーン（７）は、湾曲した板状の形態をとって前記煙フィードヘッド（６）の少なくとも一部を包囲しており、
前記煙フィードヘッド（６）は、複数の穴（６１）が設けられたダクト形状を呈しており、
前記複数の穴（６１）は、前記煙フィードヘッド（６）の長さ方向における少なくとも一部にわたって設けられおり、
前記複数の穴（６１）の向きは、煙の流れが前記保護スクリーン（７）に向かうように定められていることを特徴とする、
請求項１から４のいずれか一項に記載の設備。
前記煙フィードヘッド（６）は、前記保護スクリーン（７）からの熱放射領域内において、前記保護スクリーン（７）から２０ｃｍ以下の距離に配置されており、
前記保護スクリーン（７）は、前記燃焼器（２）の炎（２１）の軸に直交する向きに延びる軸を中心に湾曲していることを特徴とする、
請求項１から５のいずれか一項に記載の設備。
前記保護スクリーン（７）は、前記燃焼器（２）の前記注入領域から２０ｃｍ以下の距離に配置されていることを特徴とする、
請求項４を引用する請求項５または６に記載の設備。
前記燃焼器（２）が点火状態にあるとき、前記保護スクリーン（７）は、前記炎（２１）の先端から１０ｃｍ以下の距離に配置されていることを特徴とする、
請求項１から７のいずれか一項に記載の設備。
前記燃焼室（３）は、少なくとも一つのバッフル（１０）を備えている循環路を介して前記閉じ込め筐体（４）の前記入口（４１）と連通していることを特徴とする、
請求項１から８のいずれか一項に記載の設備。
前記煙再循環路（５）の少なくとも一部は、前記燃焼室（３）から前記閉じ込め筐体（４）へ煙を循環させる煙循環路内を延びていることを特徴とする、
請求項１から９のいずれか一項に記載の設備。
前記閉じ込め筐体（４）の前記入口（４１）には閉塞フラップ弁（１１）が設けられており、
前記閉塞フラップ弁（１１）は、前記燃焼器（２）が消火状態にあるときに前記入口（４１）を閉塞するするとともに、自重により閉塞状態を保つことを特徴とする、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の設備。
前記閉じ込め筐体（４）は、半埋設型の筐体であることを特徴とする、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の設備。