JP2605666Y2 - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、触媒燃焼装置に係り、
特に可燃成分を含む産業廃ガス中の臭気成分や有害成分
の燃焼除去に好適な触媒燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】化学工業などの反応工程において排出さ
れる廃ガスや、樹脂、合板、半導体などの製造工程（焼
成、乾燥、洗浄）で発生する廃ガス、あるいは塗装の焼
付乾燥工程から発生する廃ガスの中には、微量の臭気成
分や有害成分が含まれている。化学工業においては、原
料中の分解ガスや未収率分として、一酸化炭素や炭化水
素および酢酸などの有機酸類、アルデヒド類などが代表
的なものとして含まれる。また樹脂などの製造工程や塗
装工程からは溶剤として使われるトルエンやアセトン、
アルコール系炭化水素などが廃ガス中に含まれる。これ
らの成分を含む産業廃ガスは、そのまま排出すると悪臭
を発生すると共に、人体に対して有害なので、公害防止
の観点から排気前の脱臭無公害化設備が用いられる。こ
の廃ガス脱臭無公害化設備の代表的なものには、洗浄に
よるもの、吸着によるものおよび燃焼（焼却）によるも
のなどがある。しかし洗浄や吸着によるものは、その後
の吸着剤の再生や廃水の処理などが必要なため、一般に
燃焼による産業廃ガス処理方式が広く採用されている。
産業廃ガスの燃焼処理方式は、直接燃焼方式と触媒燃焼
方式に大別される。触媒燃焼方式は、白金、パラジウム
などの貴金属あるいはコバルト、ニッケルなどの遷移金
属等の酸化作用のある金属を触媒成分として活性アルミ
ナなどに担持した燃焼触媒を用い、産業廃ガスの接触酸
化処理をするものである。これは直接燃焼方式に比べ低
温で燃焼処理ができるので、補助燃料低減によるランニ
ングコストの低減や二次公害となるＮＯｘの発生がほと
んどないなどのメリットがあり、近年広く使用されるよ
うになってきた。しかし、産業廃ガスを触媒で安定燃焼
させるためには、産業廃ガスを触媒通過前に予熱し、触
媒燃焼反応開始温度以上に維持する必要がある。この触
媒燃焼反応開始温度は、産業廃ガス中に含まれる処理成
分によって異なる。水素や一酸化炭素などでは１００〜
２００℃、プロパンなどの炭化水素が含まれる場合は２
５０〜３５０℃程度である。この産業廃ガスの予熱に
は、産業廃ガス処理成分の燃焼による燃焼排ガスの温度
上昇を利用し、熱交換器により燃焼排ガスから廃熱を回
収して産業廃ガスを予熱する方式が一般的である。

【０００３】図３は従来技術による産業廃ガス処理用触
媒燃焼装置の一例を示す系統図である。産業廃ガス等の
可燃成分含有ガス１の流路２には、その可燃成分含有ガ
スの燃焼排ガス３によって可燃成分含有ガス１の予熱を
行う熱交換器５を通して起動炉６が接続されている。起
動炉６は、可燃成分含有ガス１の発熱量が手頃な場合に
は、予熱された可燃成分含有ガス１とブロワ７を使って
供給される燃焼空気８とでできる燃料ガス９の流路１０
を通って触媒燃焼炉１１と繋がる。触媒燃焼炉１１の中
には流路断面全域に配された燃焼触媒１２が存在する。
触媒燃焼炉１１には燃焼排ガスを熱源として利用する熱
交換器５が接続され、その先は燃焼排ガス流路１３を経
て煙突１４に繋がっている。煙突１４から排気される前
にボイラ等の廃熱回収装置が設置される場合もある。熱
交換器５の可燃成分含有ガス流路に対するバイパス流路
１６は、図示してあるけれども設けられていない例も設
けられている例もある。

【０００４】装置に供給される悪臭成分、有害成分を含
む産業廃ガス等の可燃成分含有ガス１は熱交換器５に供
給される。燃焼触媒１２の入口部Ａに検出点を有する触
媒入口温度調節計１７は、触媒入口部Ａの温度が触媒燃
焼の反応開始温度以上の一定値（通常３５０℃）に保た
れるよう可燃成分含有ガス調節弁１９、２０および燃焼
空気調節弁２１に制御指令を発する。触媒燃焼の反応開
始温度以上に予熱された悪臭成分、有害成分を含む燃料
ガス９が燃焼触媒１２を通過する時燃焼して燃焼排ガス
３になるが、この時悪臭成分、有害成分も燃焼して除去
される。可燃成分含有ガス１の発熱量が小さい場合に
は、図４の従来方式による可燃成分含有ガスの発熱量
（７０〜１６０Ｋｃａｌ／ｍ³Ｎ）に対する触媒入口部
温度と触媒出口部温度の関係例に示すように、熱交換器
５による予熱だけでは触媒入口部Ａの温度が所定の一定
温度（通常３５０℃）に達しない（助燃なしの特性）。
この場合には、起動時に燃焼触媒１２を予熱するための
補助燃料２２を助燃バーナ２３により燃焼させる起動炉
６の助燃運転を行わせ、触媒入口温度調節計１７の指令
に基づいて補助燃料調節弁２４と燃焼空気調節弁２１と
を調節する。この時、可燃成分含有ガス１の熱交換器５
の入口調節弁１９は全開、バイパス流路１６の入口調節
弁２０は全閉である。このようにして触媒入口部Ａの温
度が所定の一定温度（通常３５０℃）を保てるようバッ
クアップ予熱を行っている。また可燃成分含有ガス１の
発熱量が大きい場合には、起動炉６による助燃運転を行
わなくても、バイパス流路１６がない図４の２点鎖線の
特性の場合は燃焼排ガス３による熱交換器での予熱によ
り触媒出口部Ｂの温度が燃焼触媒１２の耐熱限界温度８
００℃（一般には７００℃の場合もある）を越えてしま
うこともある（図４の希釈なしの特性）。この場合に
は、触媒出口温度調節計２５の指令によって制御される
希釈空気調節弁２６を介して、希釈空気ブロワ２７によ
り希釈空気２８が触媒燃焼炉１１に供給される。こうし
て燃料ガス９を希釈して見掛けの発熱量を下げ触媒出口
部Ｂの温度を８００℃以下に制御する。図４から判るよ
うに、バイパス流路１６を設けず、起動炉６による助燃
運転も希釈運転もしないで触媒入口部Ａの温度が３５０
℃以上、触媒出口部Ｂの温度が８００℃以下の運用がで
きる可燃成分含有ガスの発熱量の範囲は、高高２０Ｋｃ
ａｌ／ｍ³Ｎ程度しかない。

【０００５】希釈運転に伴う触媒燃焼炉１１の大型化等
の問題を解決するべく、バイパス流路１６を設け、熱交
換器５に供給する可燃成分含有ガス１の流量制御をする
方式が考えられた。起動炉６による助燃運転とバイパス
流路１６による制御とを使用した場合、触媒出入口部温
度の可燃成分含有ガスの発熱量に対する特性は図４の実
線のものとなる。この方式では、可燃成分含有ガスの発
熱量の増加に伴って触媒出口部温度、即ち燃焼排ガス３
の温度が高くなった場合、触媒入口部Ａの温度を３５０
℃一定に保つべく触媒入口温度調節計１７から指令信号
が発せられる。これにより熱交換器５の可燃成分含有ガ
ス１の入口調節弁１９は閉方向に、バイパス流路１６の
入口調節弁２０は閉方向に動作して熱交換器５を通る可
燃成分含有ガス流量を絞り込む。図４に示す如く、可燃
成分含有ガスの発熱量の大きい側ではこの様にして触媒
入口部Ａの温度が３５０℃一定に制御され希釈空気２８
は必要なくなる。可燃成分含有ガスの発熱量の小さい側
では熱交換器５の伝熱面積が不充分で前述した起動炉６
による助燃運転を必要とする。この問題を解決すべく、
可燃成分含有ガスの発熱量が小さい場合に対して燃焼排
ガス３による可燃成分含有ガス１の予熱を充分行える程
大きな伝熱面積を有する熱交換器５を設置すると、安価
でメンテナンスの容易なプレート式熱交換器では熱交換
器５の伝熱性能を向上した伝熱材料耐熱温度制約が厳し
くなる。このため可燃成分含有ガスの発熱量が大きく、
燃焼排ガス３の温度が高い時には、熱交換器５に供給す
る冷却材、即ち可燃成分含有ガス１は絞り込み必要量迄
絞り込めなくなることもある。この場合には希釈空気２
８を供給する必要がある。燃焼触媒１２の耐熱限界温度
が７００℃の場合には、希釈運転の必要な範囲と量とが
もっと厳しいものとなる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】前述の如く、助燃運転
が必要なために補助燃料の消費が増大して運転コストが
嵩むことになる。これを解決するべく、可燃成分含有ガ
スの発熱量最小の場合に対して充分な伝熱面積を有する
熱交換器を使用すると、可燃成分含有ガスの発熱量最大
の場合に伝熱材料の耐熱温度制約故に熱交換器を通す可
燃成分含有ガス流量の絞り込みが思うようにできず、そ
のために希釈運転を余儀なくされると云う問題が存在し
た。希釈運転が必要な場合には、希釈運転設備（図３の
２５〜２７）が必要であり、また希釈空気の分だけ触媒
燃焼炉１１の流量が増えるので、その分触媒燃焼炉１
１、熱交換器５の燃焼排ガス流路、燃焼排ガス流路１
３、煙突１４等が大型化し、燃焼触媒の充填量も増大し
て設備コストが増大する。また希釈空気等のユーティリ
ティや動力費等の運転コストも増えることになる。

【０００７】本考案の目的は、補助燃料によるバックア
ップ予熱や空気等による可燃成分含有ガスの余計な希釈
をすることなく発熱量変動範囲の大きな産業廃ガス等の
可燃成分含有ガスを燃焼処理できる触媒燃焼装置を提供
することにある。

【０００８】前記の目的を達成するための本考案は、可
燃成分を含むガスを燃焼触媒の存在下で燃焼処理する触
媒燃焼炉と、この触媒燃焼炉から排出される燃焼排ガス
によって触媒燃焼炉へ供給する可燃成分含有ガスを予熱
する熱交換器とを備える触媒燃焼装置において、熱交換
器を複数に分割し、それぞれの分割熱交換器の燃焼排ガ
スの流路を直列に接続するとともに、それぞれの分割熱
交換器の可燃成分含有ガスの流路も直列に接続し、さら
に可燃成分含有ガスの流路については、それぞれの分割
熱交換器をバイパスする流量調整可能なバイパス流路を
設けたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】２個以上の熱交換器において、その燃焼排ガス
流路を直列接続して触媒燃焼炉からの燃焼排ガスを導入
し、本触媒燃焼装置の廃熱を回収する。またその可燃成
分含有ガス流路を直列に接続し、可燃成分含有ガスの発
熱量最小の場合に可燃成分含有ガス全量を全熱交換器に
通して必要な温度にまで予熱し、起動炉による助燃運転
の必要性を排除する。可燃成分含有ガスの発熱量が増大
するにつれて、各熱交換器に設けられたバイパス流路を
使って可燃成分含有ガス上流側の熱交換器から順次バイ
パス流量を増加させその熱交換器を通る可燃成分含有ガ
ス流量を減らしてやれば、可燃成分含有ガス全体の予熱
温度を触媒入口部温度で３５０℃一定になるように制御
することができる。可燃成分含有ガスの発熱量最大の場
合には、可燃成分含有ガス流路の最下流の熱交換器のみ
に可燃成分含有ガスの全部または一部を通すことによ
り、希釈運転なしに触媒入口部温度を３５０℃一定に制
御できるような熱交換器とすることが可能になる。

【００１０】

【実施例】以下、本考案による産業廃ガス処理用触媒燃
焼装置の実施例を、図１に示す系統図により説明する。
産業廃ガス等の可燃成分含有ガス１の第１流路２には、
その可燃成分含有ガスの燃焼排ガス３にによって可燃成
分含有ガス１の予熱を行う第１の熱交換器４と、第１の
熱交換器４の可燃成分含有ガス流路に直列に接続された
同じく燃焼排ガス３によって可燃成分含有ガス１を予熱
する第２の熱交換器５とを介して起動炉６が接続され
る。起動炉６は、予熱された可燃成分含有ガス１とブロ
ワ７により供給される燃焼空気８とでできる燃料ガス９
の流路１０を介して触媒燃焼炉１１と繋がる。触媒燃焼
炉１１の中には流路断面全域に配された燃焼触媒１２が
存在する。触媒燃焼炉１１には燃焼排ガス３を熱源とし
て利用する第２の熱交換器５が接続され、その先は直列
に接続された熱交換器４を介して燃焼排ガス流路１３を
通り煙突１４に繋がっている。可燃成分含有ガス第１流
路２の第１の熱交換器４の上流側には、第１の熱交換器
４の可燃成分含有ガス流路に対するバイパスの働きをす
る、第２の熱交換器５に繋がる可燃成分含有ガス第２流
路１５が接続される。さらに第２の熱交換器５の可燃成
分含有ガス流路に対するバイパス流路１６も設けられ
る。

【００１１】装置に供給される悪臭成分、有害成分を含
む産業廃ガス等の可燃成分含有ガス１は２台の熱交換器
４、５で構成される熱交換器に供給される。燃焼触媒１
２の入口部Ａに検出点を有する触媒入口温度調節計１７
は、触媒入口部Ａの温度が触媒燃焼反応開始温度以上の
一定値（通常３５０℃）に保たれるよう可燃成分含有ガ
ス調節弁１８、１９、２０に制御指令を発する。従って
可燃成分含有ガス１は、可燃成分含有ガス第１流路２、
可燃成分含有ガス調節弁１８を通って第１の熱交換器４
に入り予熱されて第２の熱交換器５に至る径路と、可燃
成分含有ガス第２流路１５、可燃成分含有ガス調節弁１
９を通って直接第２の熱交換器５に至る径路と、バイパ
ス流路１６、可燃成分含有ガス調節弁２０を経由して熱
交換器には入らない径路との３つの流路を経て、燃焼排
ガス３により全体として所定の温度になるように予熱さ
れて起動炉６に供給される。起動炉６では可燃成分含有
ガス１が燃焼空気調節弁２１により流量調節を行った燃
焼空気８を混合されて燃焼ガス９となり、燃料ガス流路
１０を経て触媒燃焼炉１１に送られる。通常の運転時に
は必要でない起動炉６は、起動時に燃焼触媒１２を予熱
するために補助燃料２２を助燃バーナ２３により燃焼さ
せるためのものである。触媒入口部Ａで所定温度（通常
３５０℃）を保持する燃料ガス９は燃焼触媒１２を通過
する時、燃焼触媒１２の酸化作用により悪臭成分、有害
成分をも燃焼させて燃焼排ガス３となる。燃焼排ガス３
は第２の熱交換器５、第１の熱交換器４を通る間に廃熱
回収が行われ、燃焼排ガス流路１３、煙突１４を経て大
気中に放出される。

【００１２】第２の熱交換器５の伝熱面積は、処理する
可燃成分含有ガス１の想定される最大発熱量の場合の流
量温度条件により決定される。第１の熱交換器４の伝熱
面積は、第２の熱交換器５の伝熱面積が決定された上
で、処理する可燃成分含有ガス１の想定される最小発熱
量の場合の流量温度条件により決定される。また、経済
的理由等から熱交換器の数をもっと増したい場合には、
第１の熱交換器を分割しても差支えない。したがって可
燃成分含有ガス１が最小発熱量の場合には、可燃成分含
有ガス調節弁１９および２０は全閉とし、可燃成分含有
ガス１の全量が可燃成分含有ガス第１流路２、可燃成分
含有ガス調節弁１８を通って第１の熱交換器４に供給さ
れる。ここで可燃成分含有ガス１は燃焼排ガス３により
予熱され、さらに第２の熱交換器５に送られて燃焼排ガ
ス３により触媒入口部Ａで所定温度を保持するに必要な
温度に迄予熱される。即ち、可燃成分含有ガス１が最小
発熱量の場合には、第２の熱交換器５に第１の熱交換器
４が付加された形で、伝熱面積の大きな熱交換器として
使用される。可燃成分含有ガス１の発熱量が最小発熱量
より大きくなると、燃焼排ガス３の温度が高くなり、熱
交換器伝熱性能が向上する。この状態では前述の可燃成
分含有ガス流路状態における第１の熱交換器４の出口可
燃成分含有ガス温度が高くなり過ぎて触媒入口部Ａの温
度を所定の一定温度に維持できなくなる。このため可燃
成分含有ガス発熱量が増大するにつれて第１の熱交換器
４の入口調節弁１８を徐除に閉め、第２の熱交換器５の
入口調節弁１９を除除に開いて第１の熱交換器４への可
燃成分含有ガス供給量を絞る。これによって第２の熱交
換器５の入口調節弁１９を通って直接第２の熱交換器５
に供給される可燃成分含有ガス流量が増え、交換熱量を
調節して触媒入口部Ａの温度を所定一定温度に制御す
る。可燃成分含有ガス１の発熱量が増大して第１の熱交
換器４の入口調節弁１８が全閉、第２の熱交換器５の入
口調節弁１９が全開となった段階で、更に可燃成分含有
ガス１の発熱量が増大すると、バイパス流路１６の入口
調節弁２０が除除に開きバイパス流路１６に可燃成分含
有ガスが流れる。これによって第２の熱交換器５の交換
熱量を調節すると同時に第２の熱交換器５の可燃成分含
有ガス出口において予熱可燃成分含有ガスとバイパス流
路１６からのバイパス可燃成分含有ガスとを混合し、予
熱温度を調節して触媒入口部Ａの温度を所定一定温度に
制御する。したがってこの方法により可燃成分含有ガス
１の発熱量の大きな変動幅全域に亘り、助燃運転や希釈
運転を必要としないで熱交換器４、５による燃焼排ガス
３との熱交換のみで触媒入口部Ａの温度を所定一定温度
に制御することが可能になる。

【００１３】図２に本実施例による可燃成分含有ガスの
発熱量（７０〜１６０Ｋｃａｌ／ｍ³Ｎ）に対する触媒
入口部温度と触媒出口部温度の関係例を示すが、触媒入
口部温度は可燃成分含有ガスの発熱量全域に亘って一定
に制御されていて、触媒出口部温度も燃焼触媒の耐熱限
界温度（８００℃）以下に保たれている。

【００１４】本考案によれば、熱交換器における燃焼排
ガスとの熱交換で可燃成分含有ガスの予熱が充分にで
き、触媒入口部温度を所定の一定温度に維持できるの
で、助燃運転や希釈運転が不要になる。これによりユー
ティリティや動力費等の低減ができ、希釈設備が不要に
なる上、希釈空気が不要になることにより触媒燃焼炉等
の設備のコンパクト化、燃焼触媒量の低減等設備の低コ
スト化が図れることになる。また第２の熱交換器５の伝
熱面積は最大発熱量を有する場合の可燃成分含有ガス１
をベースに決定されるので熱交換器の耐熱限界温度以下
で使用することが可能である。したがって第１の熱交換
器４も、第２の熱交換器５で熱交換を行って温度の低下
した燃焼排ガス３を通しているので、可燃成分含有ガス
を流していない時でさえも熱交換器の耐熱限界温度を超
えることはなく、安価でメンテナンスの容易なプレート
式熱交換器の使用が可能である。

【００１５】

【考案の効果】触媒燃焼装置の熱交換器を複数個に分割
して産業廃ガス等の可燃成分含有ガスの流路に直列に接
続し、おのおのの熱交換器に流量制御可能なバイパス流
路を備えることにより、可燃成分含有ガスの発熱量最小
の場合に全熱交換器を使って補助燃料によるバックアッ
プ予熱なしで触媒入口部温度を産業廃ガス成分中の最高
触媒燃焼反応開始温度３５０℃に予熱可能であり、可燃
成分含有ガスの発熱量最大の場合に可燃成分含有ガス流
路の最下流に接続された熱交換器のみに可燃成分含有ガ
スの全部または一部を通すことによって希釈運転なしで
触媒入口部温度の３５０℃一定制御可能な予熱を可能に
する。その結果発熱量変動範囲の大きな産業廃ガス等の
可燃成分含有ガスを助燃運転も希釈運転もなしで燃焼処
理できる触媒燃焼装置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示す系統図である。

【図２】本考案の実施例による可燃成分含有ガス発熱量
に対する触媒出入口部の温度特性曲線である。

【図３】従来の技術における実施例を示す系統図であ
る。

【図４】従来の技術における可燃成分含有ガス発熱量に
対する触媒出入口部の温度特性説明図である。

【符号の説明】

１ 可燃成分含有ガス ２ 可燃成分含有ガス第１流路 ３ 燃焼排ガス ４ 第１の熱交換器 ５ 第２の熱交換器 １１ 触媒燃焼炉 １２ 燃焼触媒 １３ 燃焼排ガス流路 １５ 可燃成分含有ガス第２流路 １６ バイパス流路 １８ 可燃成分含有ガス調節弁 １９ 可燃成分含有ガス調節弁 ２０ 可燃成分含有ガス調節弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 今村 三夫 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日 立株式会社 呉工場内 (56)参考文献 実開 平４−73716（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23G 7/06

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 可燃成分を含むガスを燃焼触媒の存在下
   で燃焼処理する触媒燃焼炉と、該触媒燃焼炉から排出さ
   れる燃焼排ガスによって前記触媒燃焼炉へ供給する可燃
   成分含有ガスを予熱する熱交換器とを備える触媒燃焼装
   置において、前記熱交換器を複数に分割し、該各分割熱
   交換器の前記燃焼排ガスの流路を直列に接続するととも
   に、前記各分割熱交換器の前記可燃成分含有ガスの流路
   も直列に接続し、さらに前記可燃成分含有ガスの流路に
   ついては前記各分割熱交換器をバイパスする流量調整可
   能なバイパス流路を設けたことを特徴とする触媒燃焼装
   置。