JP2017211100A - 排ガス処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、純酸素を用いず、空気により火炎を形成し、火炎に処理ガスを混合し比較的低温で処理ガスを加熱する方法も知られている。この場合、窒素酸化物(NOx)の発生は抑制されるが、高温の火炎が必要なPFCsなどの難分解性ガスの分解性能は低下する。また火炎が低温であるために、COが発生する問題を有している。
処理ガスにジクロロシラン(SiH2Cl2)のように、水と反応して固形物を生成する物質が含まれる場合、水膜を形成するための水供給ノズルの周辺部品上の不完全な水膜で濡らされる部分に固形物が付着成長し、燃焼室を閉塞させる可能性がある。
本発明の好ましい態様によれば、前記水溜め部は、前記燃焼室の側壁より半径方向外側に延びて水溜め部の底面を形成する環状の底板と、前記底板の外周端より略垂直方向に延びて水溜め部の側壁を形成する円筒状の側板とから構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記水供給ノズルは、前記水溜め部の内周面の接線方向に向けて水を噴出することにより、前記水溜め部内に旋回流の水膜を形成することを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記パージガス吹き込み部は、前記水供給ノズルの上方に配置された円筒状の部材からなり、前記円筒状の部材は、円形溝と、該円形溝にパージガスを噴出するパージガスノズルとを備え、前記円形溝の開口部からパージガスを円環状に吹き出すようにしたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記円形溝の開口部は、前記円形溝の溝幅と略同一寸法の下端開口からなるか、または前記円形溝に連通する環状スリットからなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記パージガスは、空気又は窒素であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記燃焼室は、燃料と支燃性ガスと処理ガスとをそれぞれ燃焼室の内周面の接線方向に向けて吹き込む燃料用ノズルと支燃性ガス用ノズルと処理ガス用ノズルとを備え、前記燃料用ノズルと支燃性ガス用ノズルと処理ガス用ノズルは、燃料と支燃性ガスと処理ガスとをそれぞれ燃焼室の内周面の接線方向に向けて吹き込んで、前記燃料と支燃性ガスと処理ガスの三種混合の旋回流を形成することを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記円筒状混合火炎の旋回力により、前記燃焼室の内周面上の水膜を旋回させることを特徴とする。
図1は、本発明の排ガス処理装置の燃焼室の構成例を示す模式的断面図である。燃焼室1は、一端(図示例では上端)が閉塞され他端(図示例では下端)が開口した円筒容器状の燃焼室として構成されている。円筒容器状の燃焼室1には、閉塞端部近傍で燃料(燃料ガス)と支燃性ガス(酸素含有ガス)と処理ガス(排ガス)とが吹き込まれるようになっている。燃焼室1の閉塞端部には、点火用のパイロットバーナ2が設置されており、パイロットバーナ2には燃料と空気が供給されるようになっている。なお、図1においては、燃焼室1の下方にある洗浄部などは図示を省略している。
図5(a),(b)は、水溜め部6に堰を設けた場合(図5(a))と堰を設けない場合(図5(b))を比較する図である。図5(a)に示す例においては、水溜め部6の底板6aの内端部に堰6wを設けているため、水が堰6wを越流する際にパージガスでせん断される形となり、流れが乱れて水撥ねが起こっている。これに対し、図5(b)に示す例においては、水溜め部6の底板6aの外周側から内周側の端部まで平坦になっているため、半径方向外側から内側に向かって斜め下方に向かって傾斜した水面を有する旋回流からなる水膜が形成され、パージガスが水面に当たっても、その部分がくぼむだけで水の流れは阻害されず、水は撥ねない。
図6(a)に示すように、濡れ壁水は、水溜め部6の側板6bの内周の接線方向に設置されたノズル5からある流速で供給され、その運動エネルギーによって水溜め部6の壁面内周に沿って流れる。濡れ壁水は円周上を移動するために遠心力が働き、図6(b)に示すように側板6bの壁面に沿って周回を続けようとする一方で、水は連続して供給されるため、1周目,2周目,3周目と周回を重ねるほど上に押し上げられていく。ただし周回するにつれて摩擦により運動エネルギーが小さくなっていき、同時に遠心力も弱まるので、上に押し上げられた水は重力によって円周の内側に向けて流れ落ちていく。このようにして水撥ねが上がらず、途切れることのない、半径方向外側から内側に向かって斜め下方に傾斜した水面を有する水膜が形成される。この傾斜した水面を有する水膜は、図1に示すように、水溜め部6の底板6aの内端から燃焼室1の内壁に沿って流れ落ちていき、燃焼室1の内壁に濡れ壁(水膜)が形成される。
処理ガスの燃焼室1への流入量により、処理ガス(主成分が窒素で成分の一つがジクロロシラン),燃料ガス,支燃性ガスの三種の混合気の組成を燃焼範囲としつつ、ガス処理に必要なガス温度を確保することができる適切な燃料および支燃性ガスの流量を設定する。
これに対して、パージガス吹き込み部7からパージガスを適正な流量で吹き込むことで、D部が濡れることを防止し、それによって固形物の付着を防止できるため、燃焼室1の閉塞を防ぐことができる。
図1および図2に示すように構成された燃焼室1において、燃料用ノズル3Aと支燃性ガス用ノズル3Bと処理ガス用ノズル3Cとから、燃料と支燃性ガスと処理ガスとを燃焼室1の内周面の接線方向に向けて、火炎の燃焼速度以上の流速で吹き込む。これにより、燃焼室1の内壁から浮いた三種混合の円筒状混合火炎が形成される。円筒状混合火炎は燃焼室1の軸線方向に沿って形成される。三種のガスを共に接線方向に吹き込むことで、旋回遠心力により円筒状混合火炎の外側は温度が低く重い未燃の三種混合ガス、内側は温度が高く軽い三種混合の燃焼後ガスの分布が形成される。したがって、円筒状混合火炎は、温度の低い未燃の三種混合ガスに覆われた自己断熱された状態となるため、放熱による温度低下がなく、燃焼効率の高いガス処理が行われる。また、処理ガスは通常N2ガス等により希釈されて排ガス処理装置へ流入するので、このN2ガスを含む処理ガスを燃料と支燃性ガスと混焼することで、緩慢な燃焼となり、局所的な高温部が形成されないため、NOxの発生が抑制される。
(1)燃料用ノズル3Aと支燃性ガス用ノズル3Bと処理ガス用ノズル3Cとが燃料(燃料ガス)と支燃性ガスと処理ガスとをそれぞれ燃焼室の内周面の接線方向へ吹き込んで、燃料と支燃性ガスと処理ガスの三種混合の旋回流を形成する。
(2)燃焼室に吹き込まれる燃料(燃料ガス)と支燃性ガスと処理ガスのうち、少なくとも1つのガスが燃焼室に最後に吹き込まれて三種混合の旋回流が形成されたときに、三種の混合気の組成が燃焼範囲に到達する。
上記(1)および(2)の条件を満たすことにより、燃焼室1の内壁から浮いた三種混合の円筒状混合火炎を形成することができるが、三種混合の円筒状混合火炎が形成された後においては、燃料用ノズル3A、支燃性ガス用ノズル3B、処理ガス用ノズル3Cの下流側(後段)に、さらに燃料用ノズル3Aおよび処理ガス用ノズル3Cを設け、これらのノズルから燃料と処理ガスを吹き込むことにより、燃焼温度を向上させ、ガス処理性能を向上させることもできる。
2 パイロットバーナ
3A 燃料用ノズル
3B 支燃性ガス用ノズル
3C 処理ガス用ノズル
5 水供給ノズル
6 水溜め部
6a 底板
6b 側板
6w 堰
7 パージガス吹き込み部
7g 円形溝
7n ノズル
7s スリット
Claims (12)
- 処理ガスを燃焼処理して無害化する排ガス処理装置において、
一端が閉塞され他端が開口した円筒容器状をなし、処理ガスを燃焼する燃焼室と、
前記燃焼室の上部壁面に設置され、燃焼室の内周面に水膜を形成するための水供給ノズルと、
前記燃焼室の内周面に形成される水膜の上端部およびその周辺に向けてパージガスを吹き込むパージガス吹き込み部とを備えたことを特徴とする排ガス処理装置。 - 前記水供給ノズルは、前記燃焼室の側壁から半径方向外側に拡がっている水溜め部に設置されていることを特徴とする請求項1記載の排ガス処理装置。
- 前記水溜め部は、前記燃焼室の側壁より半径方向外側に延びて水溜め部の底面を形成する環状の底板と、前記底板の外周端より略垂直方向に延びて水溜め部の側壁を形成する円筒状の側板とから構成されていることを特徴とする請求項2記載の排ガス処理装置。
- 前記水供給ノズルは、前記水溜め部の内周面の接線方向に向けて水を噴出することにより、前記水溜め部内に旋回流の水膜を形成することを特徴とする請求項2または3記載の排ガス処理装置。
- 前記水溜め部の底面を形成する前記底板は、外周側から内周側の端部まで平坦になっており、前記水膜は平坦な前記底板の内周側の端部から前記燃焼室の内壁に沿って流れ落ちることを特徴とする請求項3または4記載の排ガス処理装置。
- 前記パージガス吹き込み部は、前記水供給ノズルの上方に配置された円筒状の部材からなり、
前記円筒状の部材は、円形溝と、該円形溝にパージガスを噴出するパージガスノズルとを備え、前記円形溝の開口部からパージガスを円環状に吹き出すようにしたことを特徴とする請求項1記載の排ガス処理装置。 - 前記円形溝の開口部は、前記円形溝の溝幅と略同一寸法の下端開口からなるか、または前記円形溝に連通する環状スリットからなることを特徴とする請求項6記載の排ガス処理装置。
- 前記パージガスノズルは、パージガスを前記円形溝の外周側の面の接線方向に向けて噴出することを特徴とする請求項6記載の排ガス処理装置。
- 前記パージガスは、空気又は窒素であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
- 前記燃焼室は、燃料と支燃性ガスと処理ガスとをそれぞれ燃焼室の内周面の接線方向に向けて吹き込む燃料用ノズルと支燃性ガス用ノズルと処理ガス用ノズルとを備え、
前記燃料用ノズルと支燃性ガス用ノズルと処理ガス用ノズルは、燃料と支燃性ガスと処理ガスとをそれぞれ燃焼室の内周面の接線方向に向けて吹き込んで、前記燃料と支燃性ガスと処理ガスの三種混合の旋回流を形成することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。 - 前記燃料と支燃性ガスと処理ガスの三種混合の旋回流により、前記燃焼室内に円筒状混合火炎を形成することを特徴とする請求項10記載の排ガス処理装置。
- 前記円筒状混合火炎の旋回力により、前記燃焼室の内周面上の水膜を旋回させることを特徴とする請求項11記載の排ガス処理装置。
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