JP4575957B2 - フレアスタック燃焼方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、大気に放出される不要な副産物の流れを燃やすために使用される、増強された大気の流れを有するフレアリングあるいはフレアスタックの構造および運転方法に関する。

本発明は、PCT/US02/12443（国際公開番号WO 02/086386）に示された装置と方法に改善を提供するものであり、その開示全体は参照によってこれによって組込まれる。

不要な処理副産物の流れのフレアリング（焼却処理）や支援された開放燃焼は、環境中へ放出するために、有毒ガスおよび蒸気をより有害でない燃焼生成物へ酸化させて転換するために一般に使用されている。

不要な生成物と燃料の混合物は、フレアや火炎を形成するための燃焼領域で混合物が点
火されるフレア先端部やフレアスタック排気口へ上昇するフィードストリームを形成する
ためにフレアスタックの基部に導かれる。

混合物の効率的かつ完全な燃焼は、必ずしも達成されるとは限らない。処理が適切に管理されない場合には、煤煙もこの処理によって生成される。煤煙は、燃焼プロセスが不完全であることや、有毒または不要な処理物質が、より有害でない形式に転換されていないことの指標になりえる。煤煙はさらに大気汚染の可視の成分である。そして、その排除や軽減は、一貫した運用上の目標である。

煤煙の生成を低減するために、フレアリングスタックと協動する補助加圧エアー設備および蒸気システムが先行技術として知られている。

低圧エアー補助システムは、無煙の運転に必要なエアーと燃料との混合を提供するために強制的なエアーを使用する。フレアスタックの底部に一般に設置されるファンは、燃焼に必要な空気を供給する。蒸気に補助されたフレアシステムは、無煙のフレームを生成するために、エアー、蒸気および燃料ガスが、ともに混合される火炎先端の燃焼領域に蒸気を注入するために蒸気リングとノズルを使用する。

フレアリングスタックの本体から放出されたガスに引き付けられて上昇する塊の中に空気を導くために、先行技術のいくつかのシステムにおいては、同心の障壁やシールドがフレア先端部や排気口を包囲する。

フレアリングのための蒸気および低圧エアー補助は、両システムは不要な副産物の処理のための代替手段と比較して一般に有効で比較的経済的な技術と考えられるため、一般的に使用されている。

しかしながら、これらの先行技術のシステムには両方とも様々な欠点および不備がある。低圧エアー補助は、少なくとも1つのファンのために、フレアスタックに専用の設備投資を必要とする。蒸気補助システムは、比較的高い設備要求およびメンテナンス/交換スケジュールを有する精巧な制御装置を一般的に必要とする。連続運転を行う場合には、正確な保全計画を必要とし、故障の場合や大修理の場合には、バックアップ・システムさえも必要とする。

WO 02/086386に示された先行技術のシステムの改善には、同心のシールドとフレアスタ
ック排気口の外側の間に位置するマニホールドに位置する複数の高圧エアージェットノズ
ルがある。シールドの隣接面は、シールドとフレアスタックの間の空間の中への空気の流
量を増大するために穴が空けられている。

実際上、この構造は、煤煙を除去し十分に低減するために有効であることがわかった。
しかしながら、フレアスタックの一番上の構造物は、非常に高温の燃焼ガスに露出される
ため、設備としての耐用年数が短くなる。

WO02/086386に示されるような先行技術の装置および方法での使用実績に基づいて、フィードストリームガス成分の向上した燃焼が、煤煙の抑制と共に達成されたことが分かった。

しかしながら、乱流ガス中の熱集中の増加は、高圧及び低圧エアージェットおよび関連する配管と同様に、フィードストリームのガスの流れと誘導された空気の流れとを制御し導くために使用される金属性の構成部材の寿命を短くすることわかった。

このように、フレアリング先端部に取り付けられた金属性の構成部材の有用な作動期間を延長する改善されたフレアリングのための装置および方法を提供する必要性が存在する。

したがって、本発明は、先端部の構成部材の付近の高温の乱流ガスの集中を回避するフ
レアスタックの運転の改善された装置および方法を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、フィードストリームの適切な混合を確実にするための加圧エアーの量と、所定の実際の化学量論的な必要量に基づいた、不要な化学物質および燃料の完全燃焼とを制御するための手段を提供することである。

さらに、本発明の他の目的は、最高温度で燃えているガスに対する暴露を低減するために、燃焼領域をシールドおよび他の関連する先端部の構成部材の上に上げるようにフレアリングスタックを運転することである。

本発明の他の主要な目的は、煤煙が生成されず燃料及び不要な化学物質の効率的かつ完全な燃焼を促進するのに非常に有効であり、最小限のメンテナンスしか要求せず、産業プラントの運転中で予想される日々の運転条件の変化に対して適応可能なフレアガスの完全燃焼を向上する装置および方法を提供することである。

本発明の他の目的は、既存のフレアスタック本体およびフィードストリーム成分の運搬
システムを著しく修正せずに、既存のフレアリングスタックへの使用に容易に適合する方
法と装置を提供することである。

なお、フレアリングスタックおよびフレアスタックという用語は、この説明の中で交換
可能に使用される。ここに使用されるように、空気とは、フレアスタックを取り巻く周囲
の空気を意味し、ノズルから放出され、および/または、高圧または低圧ダクトによって
運ばれる、加圧エアーとは区別される。

ノズルに送られる加圧エアーの発生源は、ノズルの運転に邪魔をしないようにするために残骸を含まないべきである。

上記の目的およびさらなる長所は、下記に述べられる新しい要素および機能を包含する本発明の装置および方法によって提供される。

1. エアー流量制御
本発明の1つの態様において、燃料とエアーとの比率を制御するための手段は、燃料および不要な化学物質を含むフィードストリームに少なくとも化学論量的に必要な量の酸素を供給することにより、フレアリングスタック先端部でこれらの成分の完全燃焼を保証するために備えられる。

流量計あるいは他の測定手段は、フレアリングシステムに供給されるエアーの量が、フィードストリーム成分の完全燃焼を保証するのに必要な最小限の化学量論的な量を越えるものであることを確認するために備えられる。

好ましい実施形態において、流量計は、現在のエアー流量に相当する信号（最も好ましくはデジタル信号)を生成する。流量計の信号は、演算装置へ入力される。それはプログラムされた汎用コンピューターである。

十分な量の酸素が、フレアリング領域に送られていることを処理信号が示す場合には、他の信号が、流量制御手段に出力される。流量制御手段は、電気信号(例えば、演算装置からの信号)に応答し、電子的に指示する制御器を有する流量制御弁を含む。そのような弁制御器および組み合わさる弁は当業者においてよく知られている。

さらに好ましくは、本発明の実施形態は、フィードストリーム成分の完全燃焼のための化学量論的な酸素必要量を決定する分析手段を含んでいる。フレアスタックのフィードストリームの燃料と不要な化学物質の完全燃焼をもたらすために十分な酸素を供給するためのエアーの最低量を決定するために、自動分析手段は、不要な物質を燃焼させることを可能とするフィードストリーム成分の完全燃焼のための化学量論的な酸素必要量を決定するために備えられる。

所定の設備については、フレアスタックに供給される可能性のある不要な物質は、よく知られており、それらの分析的な特性を判定することは可能である。

分析結果は、プログラムに入力される。そして、次に、そのプログラムは一般の条件の下で要求される最小限のエアー流量を少なくとも提供するために、弁制御器に所定の信号を提供する。

自動分析手段は、対応する信号を提供するために適切にプログラムされた汎用コンピューターが好ましくは用いられる。適切な分析装置は、当業者によく知られており、市販で入手可能である。

特に好ましい実施形態において、フレアリングスタックフィードストリームの規定のサンプルのための化学量論的な酸素必要量に対応する信号が格納され、一般の圧力および温度条件の下での加圧エアーの必要量を導くために較正された流量弁制御器に送信される。

本発明のさらに好ましい実施形態において、装置は、フレアリングスタックの中への高
圧エアー流量を直接制御し、かつ、フレアスタック上端部の燃焼領域に導入される空気量
をも間接的に制御するために使用される流量制御弁を含む。最も好ましくは、制御弁は、
プログラムされた汎用コンピューターから受信したデジタル信号に応答して自動操作され
る。

設備が、燃やされる不要な化学物質の量に関して十分に定常的な状態で運転する場合には、燃料と不要な化学物質の分析の必要性は、例えば月１回の頻度になりえ、分析機器および流量調節弁操作手段の一貫した運転を確認するのみでよい。

フレアスタックフィードストリームの混合物が、変化および／または著しい変化を受け
ない現場作業においては、サンプリングと較正チェックはより低い頻度で予定すればよい
。フィードストリームの混合物が、設備の全体の運転に関連した予測することが困難な変
数に依存する、あるより大きな頻度で変化することが知られているか予想される場合には
、フィードストリームの自動サンプリングは、所定の間隔で予定することが可能である。

サンプルの分析結果は、関連するシステムのメモリデバイスに格納されて供給されるエアーの現在の量と比較され、何らかの調整が決定され、適切な量の酸素がフィードストリームと混合するように、そのための信号は、流量制御弁のための電子制御器へ送信される。

設備の運転条件により、不要な化学物質の量および/または種類の変動が生じる場合には、その後、より頻繁な分析試験が、完全燃焼および煤煙の抑制を保証するために、燃料および酸素/エアーの適切な化学量論的量がフレアリングシステムへ導入されていることを保証するために要求される。

これらの運転条件の下では、分析手段からの信号は、流量制御弁の設定を動かすための制御手段に順番に送信される適切なデジタル信号の生成のためにプログラムされたコンピューターへ機械的に入力される。

計測と制御に関する当業者には明らかなように、上流の運転条件の変動は、フィードス
トリームの成分の混合物を判定する自動サンプリング装置を起動するために使用される。
さらに、当業者には明らかなように、フレアスタックへ導かれた空気の体積流量および/
または圧力の変化は、フレアスタックを通して、あるいは、フレアスタックの外側の面と
フレアスタック排気口付近に取り付けられたシールドの内部との間の環状空間へのシステ
ムに引き込まれるエアー量の変化を引き起こす。

これらの体積および質量流量は、よく確立している計算式を使用して計算することが可能であり、および/または、管理された実験室でのテストや、現場で経験的に判定することが可能である。

周囲の温度、湿度および風の条件のような環境要因を考慮して、化学量論的な酸素/エアー必要量の計算は、最小値を設定するために使用され、多数の設計要素が、環境上、また他の関連する外部要因のために、実際の高圧エアーの付加を増やすために適用される。

本発明の特に好ましい実施形態において、フレアスタックに向けられた加圧されたエア
ーは、フレアフィードストリームの燃焼を向上するためにフレアスタック排気口に移動し
ているエアーの塊とフィードストリームの中へ付加的な空気を引き寄せる低圧領域を生成
するために使用される。

システムに引き寄せられる空気の量は、実験的におよび/または経験的に決定され、システムに引き寄せられる空気の量は、流量制御弁によってシステムへ入れられた高圧エアーの量に関する考慮に入れられる。

2. フレアスタックエアージェット
１つの態様において、本方法と本装置は、火炎の直接の接触と、フレア先端の金属構造用部材へのふく射熱による負荷の低減とを広く包含する。この効果は、フィードストリームの完全燃焼を支援するだけでなく、火炎を引き上げて、かつ、先端の近辺から熱を運び去る役目をする増加したエアーを供給することにより達成される。

本発明のさらなる実施形態において、フレアスタック排気口の上方へ複数の高速に移動
するエアージェットを向けるために、高圧エアー増幅ノズルは、フレアスタック排気口付
近のフレアリングスタックの内部に設置される。

内部のエアー増幅ノズルの位置の上のフレアスタックの部分には、増幅ノズルから放出
された高速で移動するエアージェットによって生成された低圧領域の結果として、フレア
スタック中の移動するエアーの塊の中へ空気の流入を可能にする複数の穿孔が備えられて
いる。

ここで使用される用語である、「エアー流増幅器」および「エアー増幅器」は、高速度、高体積および低圧エアーの出力を生成するために、圧縮エアーの発生源と組み合わせたベンチュリを使用したノズルを指す。相応の装置は、米国特許4,046,492号および米国特許6,243,966号に記述される。それらの開示は、参照によってここに組込まれ、本出願の一部となる。

圧縮エアーは、ベンチュリの狭くなったスロートや高速度部の周囲の環状のチェンバーやマニホールドに供給される。その後、圧縮エアーは、マニホールド中の環状の絞り弁によって、排気口の方へベンチュリの内側の表面に沿って、下流に流れるように向けられる。

マニホールドから通常入る高圧エアー流は、コアンダ輪郭と一致する中心部分および排気口の内壁の滑らかななだらかな曲率に従う。この従うエアー流は、吸気口の中へ多くのエアーを引き込むベンチュリの中で低圧領域を生成し、増幅装置から、所望の高速度、高体積および低圧エアーの出力を生成する。

少なくとも10:1から75:1さらには300:1までの増幅比を有するエアー増幅ノズルの使用が好ましい。これは、従来のノズルの比率である約3:1と比較して優れている。

本発明の実施での使用に適しているエアー増幅ノズルは市販されており、シンシナティ(オハイオ)のエグザイア社や、アムハースト（ニューヨーク）のネックスフローテクノロジーズや、アーティックスリミテッド（各々の会社は、対応するアドレスのウェブサイトを有している）から購入可能である。

本発明の方法及び装置の1つの実施形態において、複数の高速度エアージェットあるい
は流れは、フレアスタック排気口より下の位置のフレアリングスタックの内部に位置する
。フレアスタックを取り巻く空気を導入するために、エアージェットの上の近接したフレ
アスタックの部分には、穿孔が備えられる。

空気より低い圧力である速く移動するエアーの内部の領域を生成するために、噴出口か
ら放出された高圧エアーは、火炎領域の方向に移動する。この低圧の内部領域は、フレア
スタックの穿孔を通じて空気を引き寄せ、燃焼領域の方向に移動する、エアーのより大き
な塊を生成する。

エアーのこのより大きな塊は、混合を支援し、かつ、フレアリング中にフィードストリ
ームの完全燃焼を達成するために燃焼領域へ向けられる。ノズルは、フレアスタック壁の
内部の表面を包囲する環状のマニホールドに好ましくは取り付けられ、フレアスタックの
壁を貫通する配管によって高圧エアーの発生源に接続される。

高圧エアーは、フレアスタックの壁を貫通して、高圧エアー分配リング環状マニホールドおよびエアージェットまで、フレアスタックの外部に延伸した配管によって供給される。それによって、無煙の運転に必要とされる乱気流の領域が、燃焼領域の中に生成される。

本発明の実施の中で使用される装置の特有の構成は、フレアガス比率、および、フレア先端や排気口の形状によって変化する。

本発明は、経済的な高圧エアーの使用を実現する。先行技術のシステムの中で使用される低圧エアーあるいは蒸気の必要量の一方と比較して、必要とされる圧縮エアーの量は比較的小さい。さらに、配管とノズルは、蒸気の悪影響にさらされない。上に言及されるように、加圧されたエアーは残骸が取り除かれるべきである。

本発明の特に好ましい実施形態において、フレアスタック排気口は、先行技術の設備の
ようなシールドに囲まれ、フレアバレルの穿孔は、エアー増幅ジェットから、包囲するシ
ールドの最下の縁に対応する垂直な位置までに広がる。

3. コアンダ効果本体部の設置
本発明のさらに好ましい実施形態において、フィードストリーム中の燃料および不要な
化学物質およびエアーの動きのパターンをさらに修正するために、そして、完全燃焼を促
進するエアーとの混合を増強するために、コアンダ効果本体部が、フレアスタック排気口
の上に取り付けられる。

ここで使用される用語の「コアンダ効果本体部」は、流体の流れの中に置かれる表面の輪郭あるいは形状を有する場合に、吹き付ける流体を表面に従わせ、そのために表面に接している間の流体の流量比率を増加させる閉曲面を意味する。

本発明で使用されるコアンダ効果本体部は、フレアリングスタックの軸に一致する垂直
軸に交差する1つの好ましくは2つの弧の回転によって定義される。コアンダ効果本体部は
、立体であり、フレアスタック排気口に面するその下部の表面は、上方へ湾曲している。

下部のアーチ形の表面は、コアンダ効果本体部の上部のアーチ形の表面より小さな直径を有する円弧によって定義され、結果として、松ぼっくりの断面に類似している横断面の形状となる。

コアンダ効果本体部の表面上で移動する流体の挙動は、文献によく明らかにされており、外表面の特定の構成は、特定のフレアリングスタック設備の中に存在する実寸法および運転条件に基づいて判定される。

本発明の実施に従って、フィードスタック成分およびフレアリングスタック排気口から放出されたすべての補助のエアーも、コアンダ効果本体部の下部の湾曲した部分に吹き付け、より高い速度でその外表面に沿って滑り、それにより、空気との混合に導く低圧エアーの包囲領域を生成する。

実際の燃焼が、コアンダ本体部の上部の領域および/または本体の上の領域で生じる。この運転方法は、同心のシールドや、存在する場合には支持部材、マニホールド及び接続する低圧エアージェット、などのようなフレアリングスタックの上部および関連する構成要素に対する熱負荷を低減する。

フレアリングスタックの構造および運転においてコアンダ効果を利用することは、先行技術から知られている。先行技術の装置は、「チューリップ端」として知られている。そのような装置の使用は、米国特許4,634,372に開示されている。

チューリップ端は、限定された運転条件の下でのみ、無煙の火炎を生成することが見出された。風の条件が不安定な場合には、チューリップ端は有効ではなく、正常な運転には比較的高いガス流速を必要とする。更に、火炎と先端の金属との大きな接触面積のために、これらの先行技術の装置は、比較的短い運転寿命となっている。

コアンダ効果本体部は、フレアスタック排気口の上のフィードストリームが下側に接触
し、フレアスタックと周囲のシールドの間で移動する高速で移動する大量の空気及び加圧
されたエアーが上部の表面に接触する位置に配置される。

混合は、閉じ込める発生源から出て来る流体の流れは、流れが接触し吹き付ける前の最初の方向からそれによって進路を変えられる曲面に従う傾向がある場合に生じるコアンダ効果の結果として達成される。

したがって、エアーの流れが、気流の最初の方向からわずかに遠ざけて湾曲した固体の表面に沿って流れている場合には、流れは、流体の流れと曲面との間の接触時間を最大限にするために、表面に従う傾向がある。

流体のタイプおよび運転条件によって、最大接触時間を維持する曲率半径は変化する。曲率半径が鋭すぎる場合には、流体の流れは、しばらくの接触を維持し、その後、はく離し、その流れを続ける。経験的な決定は、流動性の流れの圧力および吐出し量に基づいてなすことが可能である。

本発明のコアンダ効果本体部は、周囲のシールドに固定される複数の放射状に伸びる支持部材に好ましくは支持される。これらの支持物の形状および構成材料は、例えば、気流に関しての流線形のデザインの採用により、それらの耐用年数を最大限にするために選択されている。

特に好ましい構成材料は、ニッケル、鉄およびクロムからなる耐食合金であり、ハイパフォーマンスアロイ株式会社（インディアナ州46072チプトン）によりインコロイ（登録商標）として販売されている。

特に好ましい製品は、高いクリープ破断強度があるインコロイ（登録商標）800 HTである。

長期間にわたる燃焼の高温に対する金属部材の接触によって引き起こされる故障と疲労をさらに低減するために、合金の化学的バランスは、炭化、酸化および窒化環境に対する優れた耐性を持つべきである。

選択された合金は、華氏1200度から華氏1600度での長期の使用の後に、非脆性に耐えうるべきである。合金は、さらにステンレススチールに一般に使用される技術によって溶接することに適しているべきである。

本発明は、大気に開放している排気口や先端部(12)で終端となるフレアリングスタック(10)の上部が概略的に図示される図1を参照してさらに説明される。

スタックは、フィードストリームがスタック排気口(12)を出るときに、燃焼性のフィー
ドストリームに点火する一般的な方法で使用される1つの以上の点火器(14)を備える。本
実施形態において、同心の防壁やシールド(50)は、その上端部(54)をスタック排気口(12)
と同じ高さとして、スタックの上端部の周囲に位置する。

燃焼性のフィードストリーム(16)の構成、およびフレアスタック(10)、排気口(12)およ
び点火器の特定の構成は、先行技術における既知のあらゆる構成や、今後開発される任意
の新しいデザインでよい。

図１に示された本発明の実施形態の実施において、高圧マニホールド(80)は、フレアス
タック本体(10)の内面付近に位置し、その周囲には、一定間隔で配置され、フレアスタッ
ク排気口(12)に向けてエアーの噴出を上方へ向けたノズル(82)が取り付けられている。

特に好ましい実施形態において、ノズル(82)は、比較的少量の圧縮エアーを使用して、大量の移動するエアーを生成することが可能であるエアー増幅ノズルである。

ノズル(82)の上のフレアスタック壁の部分には、開口や穿孔(92)が備えられており、そ
れを介して、周囲の空気は、ノズル(82)によって放出されたエアーの急速に移動する噴出
によって生成された低圧領域の結果として引き寄せられる。

マニホールド(80)は、高圧ダクト(34)に付けられたダクト(86)によって供給される。使
用されたエアー増幅ノズルの数は、フレアスタックの直径、フィードストリームのボリュ
ーム、吐出し量および他の変数によって決定され、このことは、当技術の範囲内にある。

図1の実施形態において、高圧マニホールド(30)は、スタック(10)の外部を包囲してお
り、複数の高圧ノズル(32)あるいは他の排気口を備え、各々の高圧ノズル(32)あるいは他
の排気口は、フレアスタック排気口および火炎の方向に上方へ導かれるエアーの噴出を生
成する。

マニホールド(30)には、高圧エアーの安定した発生源と接続する高圧エアーダクト(34)によって供給される。好ましい実施形態において、エアーは約30〜35psiの圧力でノズルに送られる。

図2に示されるように、高圧ノズルは、フレアスタック、フレア先端部及び燃焼性のフィードストリームの混合物の形状及びその圧力に基づいた所定の間隔で、内部マニホールド(80)及び外部マニホールド(30)に配置される。

図1から理解されるように、高速度のノズル(32)および(82)からの加圧されたエアーの
放出は、エアーの上昇とともに、ノズルの近くに低圧領域を生成する。空気は、フレアス
タック及びフレアスタック(10)とシールド(50)の間の環状領域(56)に引き込まれる。

この引き起こされた気流は、火炎の方へ上昇する多くのエアーを供給し、最終的に燃料ガスとフィードストリーム中の不要な化学物質の完全燃焼を向上するために高温のガスと混合する。混合は乱流であり、それはさらにフィードストリームの完全燃焼を向上する。

高圧ノズル(32)及び(82)より下の周囲の領域から流入する十分な空気の量を確実にする
ため、フレアスタック(10)および外部シールド(50)には、それぞれの周囲に、一定間隔で
配置された複数の空気通路(52)および(92)が、好ましくは備えられている。

空気通路(52、92)のサイズ、数および間隔は、特定の設備の空気流の必要量から決定さ
れる。マニホールドが、フレアスタックの上へのフィードストリームの流れや、フレアス
タックとシールドとの間のエアーを妨げるサイズおよび形状である場合には、次に、追加
の空気通路(52、92)が、火炎領域での完全燃焼および乱流を向上するために必要な量を供
給するために十分な量のエアー流を保証するために備えられる。

先端部のまわりのシールド(50)は、さらに金属と空気の間の高い温度の差により、燃焼領域の乱流を増加させる役目をすることが可能である。反応または燃焼領域での低圧移動は、無煙の反応を促進し、さらに火炎のまわりの風を制御する。

本発明の実施の中で使用される圧縮エアーの量は、大気から誘導された空気と比較して
、非常に少量である。フレアスタックと環状空間に引き寄せられた空気に対する圧縮エア
ー量の比率は、リングとノズルの配置により、最大1:300とすることが可能である。

さらなる好ましい実施形態において、ダクト(42)によって供給される複数の低圧風制御
ノズル(40)は、フレアスタック排気口(12)の周囲に一定間隔で配置される。ノズル(40)に
は、低圧エアーの発生源によって供給される。

本発明の重要な態様は、周囲からの大量の空気を誘導するエアージェットの使用である。使用される主要な装置は、分配リングおよびノズルを含んでいる。分配リングは、その表面にノズルを設置することが可能である。さもなくば、エアージェットは、複数の適合する管継手を通してリングを出ることが可能である。

ノズルのデザインおよび型は、高速度のエアージェットと、フィードストリームの完全な反応を促進するために燃焼領域の近辺からの空気を誘導する相対的に低圧の関連領域とを生成するために選択される。

ここで、図5の概要図を参照すると、スタックフィードストリームダクト(70)が、多成
分の量のガスとともにフレアリング・スタック(10)の最下部に認められる。フィードスト
リームは、視覚的な読み出し及びライン(104)を経由して制御手段(120)へ送信されるデジ
タル信号の両方を提供することが可能な流量測定ゲージ(102)を有するサンプリング領域(
100)を通過する。

サンプリング領域(100)からのフィードストリームサンプリングダクト(106)は、所定の間隔で分析手段(110)に、フィードストリームのサンプルを提供する。分析の結果は、(110)でデジタル信号に変換され、信号ライン(112)を通じて制御手段(120)へ送信される。

分析手段と接続する変換器によるプログラムされたプロセッサ(122)は、分析手段(110)によって識別された燃焼性の混合物のための化学量論的な酸素必要量を計算し、メモリ素子中に格納されるヒストリカルなデータのすべてと共に結果を格納する。

適宜、プロセッサは、高圧ダクト(34)を介してフレアリング・スタック(10)の上部の中へのエアーの流量を調節するために、制御部(124)に対してデジタル命令を送信する。高圧エアーは、圧縮機(132)によって、あるいは設備で利用可能な他の都合のよい供給源から供給することができる。

流量制御弁(130)は、制御部(124)から信号を受信するために信号ライン(136)を介して接続されるバルブ制御部(134)を備える。高圧流量指示ゲージ(138)は、さらに視覚的な読み出し及びライン(139)を介してプロセッサ(122)に送信されるデジタル信号を提供することができる。

本発明の実施形態の運転方法において、供給ダクト(70)の中のフィードストリームの組成の変化は、プロセッサ(122)によって判定され、次に、流量制御弁(130)に対して適切な調節を行うために、バルブ制御部(134)にそのための信号を送信する制御部(124)に送信される。

例えば、化学量論的な酸素必要量が、フィードストリームの組成の変化の結果、増加す
る場合には、制御弁(130)は、フレアスタックの上部の端のマニホールド(80)およびノズ
ル(82)への供給ダクト(34)を介した高圧エアー流を増加させるために開かれる。

制御手段(120)のプログラムされた運転は、フレアスタックとシールド(50)との間の環
状空間へおよび/またはフレアスタックに引き寄せられた空気の量において、ノズルを介
して増加したエアー流のすべての影響を考慮に入れる。

ここで、図6の概要図を参照すると、コアンダ効果本体部(200)は、フレアスタック(10)の排気口の上に支持された位置に示される。

図示された実施形態において、複数の支持体(210)は、付近の包囲するシールド(50)から伸長し、通過する流体の流れの抵抗力および潜在的なその腐食作用を低減するために、好ましくは耐食材料であり、流線形をなす横断面を有する。

本実施形態において、高圧エアノズル(32)は、フレアスタックの上端部の外面を囲む環
状マニホールド(30)に接続している。高圧ノズルから噴射される高速で移動するエアーの
効果によって生成された環状の低圧領域に周囲の空気を導入するために、同心のシールド
は、穿孔(52)を備える。

コアンダ効果本体部(200)は、その外面に沿ったフィードストリームの流れを増大するように構成され、次に、混合領域でのエアーの乱流の混合と、本体の上の燃焼領域中の不要な化学物質および燃料の最終的な完全燃焼をもたらす。

図6から理解されるように、コアンダ効果本体部は、フレアリングスタックの縦方向の軸と整列する垂直軸を有する。この位置決定は、上昇するフィードストリーム(70)及びコアンダ本体部(200)の表面に吹き付け、最終的にはコアンダ本体部(200)の表面とのなだらかな接触へと変化する気流の対称的なフローを増強する。

本発明はいくつかの特定の実施形態に関して図示され記述された。当業者には明らかなように、構成要素と機能の変形および他の組み合わせは、本発明の原理原則から外れずに試みることが可能であり、本発明の範囲は請求の範囲の記載に基づいて判断される。

図１は、本発明の好ましい一実施形態を示すフレアスタックの上部の断面図である。 図２は、図1の実施形態の平面図である。 図３は、デザインが相違するフレアチップシールドと共に使用される本発明の他の実施形態を示すフレアチップの側面図である。 図４は、デザインがさらに相違するフレアチップシールドと共に使用される本発明のさらなる実施形態を示すフレアチップの側面図である。 図５は、本発明のエアー制御システムの概要図である。 図６は、部分的には、本発明の他の好ましい実施形態を示す部分的には断面図の側面透視図である。

Claims (22)

1. フレアスタックの運転中の煤煙の生成を低減するために、不要な化学物質の完全燃焼を
   向上する装置であって、
   前記フレアスタックは、前記不要な化学物質によって形成された燃焼性の混合物と燃料ガスを含むフレアフィードストリームの放出のための排気口で終端となる側壁部と、前記フレアスタックの排気口付近に位置する点火器と、前記フレアスタックの排気口付近で、前記フレアスタックの外面を囲み、前記フレアスタックの外面から一定の間隔を有して配置されたシールドと、を有し、
   前記装置は、
   a.前記フレアスタックの内面に沿って離れて間を置いて、前記フレアスタックの排気口の下流端より下に配置され、各々が前記フレアスタックの排気口に向けられ、前記フィードストリームの移動の方向に向けられている複数の高圧エアー増幅ノズルと、
   b.前記複数の増幅ノズルと接続する高圧エアー発生源と、
   c.前記エアー増幅ノズルの上方付近の前記フレアスタックの側壁部を貫通する複数の開口と、を含み、
   それによって、前記増幅ノズルからのエアーの放出は、移動するエアーの塊を生成するために複数の高速度のエアー噴出を形成し、前記移動するエアーの塊は、外部の空気と前記フレアフィードストリームの混合を向上するために前記フレアスタックを上へ移動する前記フィードストリームに付加的な空気を引き寄せることを特徴とする装置。
2. 高圧エアーマニホールドをさらに含み、
   前記高圧エアー増幅ノズルの各々は、前記マニホールドに取り付けられており、
   前記マニホールドは、前記高圧エアー源と接続していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記マニホールドは、前記フレアスタックの内壁の表面付近に位置することを特徴とす
   る請求項２に記載の装置。
4. 前記複数のエアー増幅ノズルの各々から放出されたエアージェットは、前記フレアスタックの軸に沿って配列されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記シールドは、前記フレアスタックと同軸であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記エアー増幅ノズルは、前記シールドの下流端より下の位置にあることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記フレアスタックの排気口の開放端の上に位置したコアンダ効果本体部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. a.所定の時間における前記フィードストリームを構成する前記不要な化学物質及び前記燃料ガスの完全燃焼を保証するために化学量論的な酸素要求量を判定するための分析手段と、
   b.前記ノズルに対して前記高圧エアーの流量を制御するための流量制御弁と、
   c.前記分析手段による最小限の前記酸素必要量の決定に応じて、前記高圧エアーの流量を調節するために流量調節弁を操作可能に接続した流量制御手段と、をさらに含み、
   それによって、前記高圧エアーの酸素含有量は、前記フィードストリームの完全燃焼のための前記必要量を満たすか上回ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 前記シールドの下流部分には前記シールドの壁部を貫通する複数の空気通路が配置さ
   れることを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. スタック排気口の周囲に一定間隔で配置され、低圧エアーの発生源と接続する複数の低圧風制御ノズルをさらに備え、
    それによって、エアーのカーテンが、火炎の底部の前記排気口から上方へ伸びるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 不要な化学物質の完全燃焼を向上し、排気口で終端となる側壁部を有するフレアスタックの運転中の煤煙の生成を低減する方法であって、
    前記方法は、
    a.前記不要な化学物質と燃料ガスとの燃焼性の混合物から形成されたフレアフィードストリームを供給するステップと、
    b.前記フレアスタックの排気口から前記フレアフィードストリームを放出するステップと、
    c.燃焼領域において火炎を形成するために前記フレアフィードストリームに点火するステップと、
    d.前記フレアスタックの排気口の上流かつ前記フレアスタックの内面の付近の位置で、離れて間を置いて配置されたエアージェットの形式で複数の高速度エアーを供給して、前記複数のエアージェットの各々は、前記燃焼領域に上方へ移動し、そのために前記フレアスタックの排気口の下側に低圧領域を生成するステップと、
    e.前記エアー増幅ジェットによって生成された前記低圧領域の付近に設けられた前記フレアスタックの側壁部を貫通して延びる複数の吸気口を介して、前記低圧領域への周囲の空気の流入を引き起こすステップと、を含み、
    それによって、前記低圧領域へ流入した周囲の空気は、前記燃焼領域の前の前記フレアフィードストリームと乱流的に混合し、それによって、前記フレアフィードストリームの向上された燃焼を提供することを特徴とする方法。
12. 前記複数のエアージェットの各々は、前記フレアスタックの排気口より下の位置から前記フレアスタックの内壁に沿って移動することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記吸気口は、前記フレアスタックの周囲の略円形の複数の開口によって提供され、
    それによって、前記フレアスタックの周囲の空気は、前記フレアスタックに引き込まれ、前記フィードストリームと混合することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記排気口付近の前記フレアスタックの外面部から一定間隔離れて配置された外部の同心のシールドを設けるステップと、
    前記フレアスタックの排気口の方の上方へ周囲の空気を導くステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
15. 複数の穿孔が前記同心のバリアシールドを貫通し、周囲の空気は、前記バリアシールドの前記穿孔、および前記同心のバリアシールドより下の前記フレアスタックの側壁部の前記吸気口を通り抜けることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 不要な化学物質の完全燃焼を向上し、排気口で終端となる側壁部を有するフレアスタックの運転中の煤煙の生成を低減するための方法であって、
    前記方法は、
    a.前記不要な化学物質と燃料ガスとの燃焼性の混合物から形成されたフレアフィードストリームを提供するステップと、
    b.前記フレアスタックの排気口から前記フレアフィードストリームを放出するステップと、
    c.燃焼領域の火炎を形成するために前記フレアフィードストリームに点火するステップと、
    d.前記フレアスタックの排気口より下の位置で前記フレアスタックの内面に沿って、前記フレアスタックの内面の付近で所定の間隔を有して離れて配置された、エアー増幅ジェットの形式で複数の高速度エアーを設け、前記複数のエアー増幅ジェットの各々は、前記燃焼領域の方へ向かう上方へのエアーを放出し、それによって前記フレアスタックの排気口より下に内部の低圧領域を生成するステップと、
    e.前記エアー増幅ジェットの付近の位置において設けられた、前記フレアスタックの側壁部を貫通して延びる複数の規則的に間隔を置かれた穿孔を介し、前記低圧領域への周囲の空気の流入を引き起こすステップと、を含み、
    それによって、前記フレアフィードストリームと前記空気との乱流の混合を引き起こし、それによって、前記フィードストリームの完全燃焼のために酸素を供給することを特徴とする方法。
17. 前記複数の空気ジェットの各々は、前記フレアスタックの前記穿孔より下に位置することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記排気口付近の前記フレアスタックの外面部から一定間隔離れて配置され、周囲に伸長した外部の同心のシールドと、前記シールドの下流端より下の位置で始まる前記フレアスタックの前記穿孔と、を設けるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
19. 前記同心のシールドの下流端付近に位置した複数の開口を設けるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記同心のシールドは前記フレアスタックの排気口の上の位置まで達することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
21. コアンダ効果本体部の表面を通じて前記フレアスタックの排気口から放出された前記エアーと前記フィードストリームとの混合物を通過させ、それによって、さらに、前記フィードストリームと空気とを混合するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
22. b.前記複数のノズルと接続する高圧エアーの発生源と、
    c.所定の時間における前記フィードストリームを構成する前記不要な化学物質及び前記燃料ガスの完全燃焼を保証するために化学量論的な酸素必要量を決定するための分析手段と、
    d.前記ノズルへの前記高圧エアーの流量を制御するための流量制御弁と、
    e.前記分析手段による最小限の前記酸素必要量の決定に応じて、前記高圧エアーの流量を調節するために前記流量制御弁を操作可能に接続した流量制御手段と、
    f.前記フィードストリームの完全燃焼のための前記必要量を満たすか越える前記フレア先端での酸素値を提供するためにエアージェットから放出された前記高圧エアーの流量の制御と、を設けるステップをさらに含み、
    それによって、前記ノズルからのエアーの放出は、前記フレアスタックの排気口に移動するエアーの塊に付加的な空気を引き寄せ、移動する空気の塊を生成する複数の高速度エアージェットを形成し、それによって前記フレアフィードストリームの燃焼を増強することを特徴とする請求項１６に記載の方法。