JP3087266U - 触媒燃焼装置の構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高い燃焼率で汚染物質の発生を抑制し、同時に
安定して均一な燃焼を提供するべく触媒燃焼装置の構造
を提供する。 【解決手段】予備燃焼器２０と冷却管３０とマルチベン
ト式混合器４０と主燃焼器５０と均質燃焼器６０と気体
排出口７０とより構成し、該予備燃焼器２０は燃料／空
気混合室２１及び多数の孔を具有するセラミックス体２
２より構成されて初歩段階の燃焼を進行させ、先ず該冷
却管３０にて気体を燃焼させて温度を下げ、更に該マル
チベント式混合器４０で燃料と混合させ、該主燃焼器５
０の二段式触媒中で燃焼させ、最後に該均質燃焼器６０
中で完全に燃焼させた後、該気体排出口７０より気体を
排出させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は触媒燃焼装置の構造に係り、主に一般の燃焼炉，蒸気ボイラー，希薄 燃料（fuel lean）タービン発電機などに使用される触媒燃焼装置に関わる。

【０００２】

【従来の技術】

一般の燃焼炉で採用されている燃焼方式は拡散式燃焼であり、炎の周囲の空気 が拡散して炎の中に進入し、燃料と混合された後に燃焼反応を起すものである。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

炎の中では空気濃度の分布の不均等さより、燃料／空気比が不均等になり、温 度のばらつきが起こる。炎の中には燃焼が不完全な区域があり、よって一酸化炭 素や完全燃焼していない炭化水素（UHC）や光化学反応を引き起こすアルデヒド 等の汚染物質が発生する。また炎の中には高温区域があり、メタン燃焼を例にと ると該高温区の温度は2080℃にも達し、Zeldovich反応構造によると、このよう な高温の下では1ミリセカンドの瞬間内にも大量の窒素酸化物（NOX）が発生する ことになる。 そこで高い燃焼効率により汚染物質の発生を抑制し、燃焼が安定しており且つ 均等である本考案の触媒燃焼装置の構造を提供する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

触媒は燃焼反応のルートとフリーラジカルとのバランス（free radical equil ibrium）を換えることによって汚染物質の発生を抑制することもでき、全ての気 化した有機物質（例えば煤，タール，植物，ガス等）は広い燃料／空気比の範囲 内で、非常に安定した燃焼を達成することができ、また触媒燃焼は燃焼炉の温度 分布を均等に制御することができ、サーマルショックを和らげて発電機の寿命を 延長する目的が達成される。爆発限界（explosion boundaries）以外の燃料濃度 においては、触媒は燃焼の安定度を制御でき、燃焼の安全性を増進させる。燃料 ／空気比が燃焼限界（flammability limit）より低い範囲であるときは、触媒の カタリシスの下、安定した燃焼を達成することができる。

【０００５】 そこで予備燃焼器，冷却管，マルチベント式混合器，主燃焼器，均質燃焼器及 び気体排出口等により構成する。該予備燃焼器には燃料／空気混合室及び多孔セ ラミックス体を設け、該燃料／空気混合室には第一燃料入力ポート及び第一空気 入力ポートを設ける。該冷却管は該予備燃焼器の下流に設け、第二空気入力ポー トを該予備燃焼器付近に設ける。また該マルチベント式混合器は冷却管の下流に 設け、第二燃料／空気入力ポートを設け、更に該主燃焼器を該マルチベント式混 合器の下流に設け、且つ二段式触媒を含むものとし、該気体排出口においては該 均質燃焼器の下流に設置する。 該第一燃料入力ポート或いは第二燃料入力ポートの上流には気化器を設置し、 液体燃料を気化する。該予備燃焼器の多孔セラミックス体は各インチ毎の孔数を 20〜40ppi（pores per inch）を最も理想とし、該マルチベント式混合器におい ては多管式のものを最も理想的なものとする。また該二段式触媒はハニカム状の 触媒とし、且つ異なる活性を具有し、該ハニカム状の触媒は200〜400cpsiのセラ ミックスによるキャリアが最も理想的である。更にそのうちの前段触媒の活性が 比較的高く、例えばPd/Rh/Al2O3系列の貴金属触媒、後段触媒はSr0.8La0.2MnAl1 1O19（SLMA）触媒とする。該均質燃焼器の末端には観測窓口を設け、該観測窓口 には赤外線影像測定器を設置し、該ハニカム状の触媒の温度分布を測定する。ま た触媒燃焼装置の炉体は耐熱温度が1260℃以上の合金鋼材質のものをベストとす る。

【０００６】

【考案実施の形態】

図１に示すように、本考案の触媒燃焼装置１０には主に予備燃焼器２０，冷却 管３０，多管マルチベント式混合器４０，主燃焼器５０，均質燃焼器６０及び気 体排出口７０を含む。 該予備燃焼器２０は燃料／空気混合室２１及び多孔セラミックス２２体を含み 、該燃料／空気混合室２１には第一燃料入力ポート２１１及び第一空気入力ポー ト２１２を具有する。 該冷却管３０は該予備燃焼器２０の下流に設けられており、該冷却管３０は該 予備燃焼器２０の付近に第二空気入力ポート３１が設けられ、後段には流量調整 バルブ３２が設けられ、中段には支管３３が設けられ、該支管３３には流量調整 バルブ３４が設けられ、該冷却管３０の末端個所には多岐管３６が設けられてい る。 また該多管マルチベント式混合器４０においては、該第二空気入力ポート３０ の下流に設けられ、該多岐管３６のもう一端と連結されており、第二燃料入力ポ ート４１を具有する。 該主燃焼器５０は該多管マルチベント式混合器４０の下流に設けられており、 前段触媒５１と後段触媒５２より構成される二段式触媒を含む。 該均質燃焼器６０は該主燃焼器５０の下流に設けられており、該気体排出口７ ０は該均質燃焼器６０の下流に設けられている。

【０００７】 実施例においては該触媒燃焼器１０は天然ガス等の気体燃料を使用するが、デ ィーゼル燃料等の液体燃料を使用しようとする場合においては、該第一燃料入力 ポート２１１或いは第二燃料入力ポート４１の上流に気化器を設けることによっ て、該液体燃料を気化する。また本実施例中においては、該予備燃焼器２０の多 孔セラミックス２２の１インチ毎の孔数は20〜40ppi（pores per inch）となっ ている。また、該二段式触媒は直径50ｍｍのハニカム状触媒を採用しており、コ ージライトによる陶磁をキャリアとし、該キャリアの管道内壁には触媒がディッ プされている。 該前段触媒５１の活性が比較的高いPd/Rh/Al2O3系列の貴金属触媒であり、該 後段触媒５２はSr0.8La0.2MnAl11O19（SLMA）触媒である。該均質燃焼器６０の 末端には観測窓口６１が設けられており、該観測窓口６１には赤外線撮影測定器 が設置されており、該ハニカム状の触媒５１，５２の温度分布を測定する。また 該前段触媒５１，均質燃焼器６０及び気体放出口７０は全部で14本のサーモカッ プル８０を使用しており、例えば市販の商標名Delta V制御システムで燃料及び 空気の流量及び燃料／空気比を制御している。該触媒燃焼器１０の炉体は耐熱温 度が1260℃以上のInconel601合金鋼材料であり、耐震性と耐圧性に優れ、加工し 易い等の長所を具有する。

【０００８】 該触媒燃焼装置１０の主な機能については、先ず気体燃料或いは気化された液 体燃料は該第一燃料入力ポート２１１を経て該燃料／空気混合室２１に送入され 、該第一空気入力ポート２１２より送入された空気と混合される。 混合後の気体は該多孔セラミックス２２で初歩の燃焼を行い、該多孔セラミッ クス２２は低燃料／空気比の下で燃焼を進行させ、比較的低い燃焼温度によって 窒素酸化物の発生を抑制する。 初歩の燃焼後の気体は該冷却管３０にまで流れ、該第二空気入力ポート３１よ り来る空気と混合されて更に温度が低くなり、該窒素酸化物が発生するのを最低 限にまで抑え、該第二燃料入力ポート４１のホース部の燃料を均等に混合させ、 触媒燃焼の温度を予熱する目的を達成する。予熱後の気体は更に該前段触媒５１ に進入し、該前段触媒５１の活性が比較的高く、温度は400℃に制御されており 、混合された気体がスムーズに着火されて酸化反応を起すようにする。また該後 段触媒５２は耐熱温度が高く、温度が約900℃に制御されており、燃焼器の寿命 を延命させている。触媒のカタリシス作用の下、約70％の燃焼反応が完成してフ リーラジカルの気体を含有するものとなる。 高温の自由基が下流に流入すると、温度が約1090℃に制御された該均質燃焼器 ６０で完全に全部の燃焼反応が完成し、燃焼後の排気ガスは最後に気体放出口７ ０より排出される。

【０００９】 こうして該触媒燃焼器１０は触媒のカタリシス作用により、燃焼功率は99.9% 以上に達する。また圧力は20atmに達し、蒸気ボイラーの1atm（101325Pa），小 型蒸気タービンの3atm，及び大型蒸気タービンの15atm等のシステムの操作圧力 に応用される。よって該触媒燃焼器１０は一般の燃焼炉，蒸気ボイラー及び希薄 燃料のタービン発電機にも用いられ、一酸化炭素や不完全燃焼の炭化水素や窒素 酸化物等の汚染物質の排出濃度を10ppm以下に抑えることが可能となっている。 また赤外線撮影測定器で該ハニカム状の触媒５１，５２の温度を測定することで 温度が均等に分布され、メタンの燃料／空気比燃焼界限の最低値は0.46となる。 しかし実施例のようにメタンを燃料として燃焼を進行する際は、燃料／空気比が 0.02であり、メタンの濃度は1%であり、空気濃度は99%の状態の下、該触媒燃焼 器１０は完全燃焼を達成する。

【００１０】

【考案の効果】

本考案によると、高い燃焼率で汚染物質の発生を抑制し、同時に安定して均一 な燃焼の目的が同時に達成できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の触媒燃焼装置における説明図である。

【符号の説明】

１０ 触媒燃焼装置 ２０ 予備燃焼器 ２１ 燃料／空気混合室 ２１１ 第一燃料入力ポート ２１２ 第一空気入力バルブ ２２ 多孔セラミックス ３０ 冷却管 ３１ 第二空気入力バルブ ３２ 流量調整バルブ ３３ 支管 ３４ 流量調整バルブ ３６ 多岐管 ４０ 多管マルチベント式混合器 ４１ 第二燃料入力ポート ５０ 主燃焼器 ５１ 前段触媒 ５２ 後段触媒 ６０ 均質燃焼器 ６１ 観測窓口 ７０ 気体排出口 ８０ サーモカップル

Claims (7)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】予備燃焼器と冷却管とマルチベント式混合
   器と主燃焼器と均質燃焼器と気体排出口とより構成され
   る触媒燃焼装置の構造において、 第一燃料入力ポート及び第一空気入力ポートを具有する
   燃料／空気混合室，並びに多数の孔を具有するセラミッ
   クス体とを有する予備燃焼器と、 該予備燃焼器の下流に設置され、該予備燃焼器付近に設
   置されている第二空気入力ポートを具有する冷却管と、 該冷却管の下流に設けられ、第二燃料入力ポートが設置
   されているマルチベント式混合器と、 該マルチベント式混合器の下流に設けられ、前段触媒及
   び後段触媒より構成される二段式触媒を含む主燃焼器
   と、 該主燃焼器の下流に設けられている均質燃焼器と、 該均質燃焼器の下流に設けられている気体排出口と、 を具有することを特徴とする触媒燃焼装置の構造。
2. 【請求項２】該第一燃料入力ポートの上流には気化器が
   設けられ、液体燃料を気化することを特徴とする請求項
   １記載の触媒燃焼装置の構造。
3. 【請求項３】該予備燃焼器の多数の孔を有するセラミッ
   クス体のインチ毎の孔数は20〜40ppi（即ち、pores per
   inch）であることを特徴とする請求項１記載の触媒燃
   焼装置の構造。
4. 【請求項４】該第二燃料入力ポートの上流には気化器が
   設けられ、該液体燃料を気化することを特徴とする請求
   項１記載の触媒燃焼装置の構造。
5. 【請求項５】該マルチベント式混合器は多管マルチベン
   ト式混合器であることを特徴とする請求項１記載の触媒
   燃焼装置の構造。
6. 【請求項６】該均質燃焼器は耐熱温度1260℃以上の合金
   鋼材料であることを特徴とする請求項１記載の触媒燃焼
   装置の構造。
7. 【請求項７】該均質燃焼器の末端には観測窓口が設けら
   れており、該観測窓口には更に赤外線撮影測定器が設け
   られていることを特徴とする請求項１記載の触媒燃焼装
   置の構造。