JP5072640B2 - ガス燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、液化天然ガス（ＬＮＧ）を輸送する船舶（以下、「ＬＮＧ船」と呼ぶ）に装備されるガス燃焼装置に係り、特に、ＬＮＧタンクから漏出するボイル・オフ・ガス（ＢＯＧ）を燃焼させて安全に処理するためのガス燃焼装置に関するものである。

従来、ＬＮＧ船においては、ＬＮＧタンクから漏出したＢＯＧを安全に処理する必要がある。このＢＯＧはメタンガスを主成分とするものであり、生ガスのまま大気へ放出することはできないため、ガス焚きボイラで燃焼させるなどして処理されている。
しかし、たとえばディーゼルエンジンで航行するＬＮＧ船のように、ガス焚きボイラのない船舶では、ＢＯＧを燃焼させて大気へ放出するためのガス燃焼装置が必要となる。

このようなガス燃焼装置は、船舶に搭載されることから設置スペースの制約を受け、しかも、船舶航行に常時必要となる装置でもないため、コンパクト化や低コスト化が求められている。また、ガス焼却装置近傍の熱影響を最小限に抑えるため、燃焼室出口の燃焼ガス温度はできるだけ均一にすることが望ましい。
このため、燃焼室の壁面を空冷とし、燃焼ガスに希釈用空気を投入することが行われている。（たとえば、特許文献１参照）
国際公開第０６／０５１３１５号パンフレット

しかしながら、特許文献に記載された従来技術は、炉後部より冷却空気を投入する方式であり、火炎温度の高い炉前部（下部）では、炉内壁の温度がかなり上昇するものと考えられる。従って、炉前部の壁面には、厳しい温度条件に耐えられるコストの高い高級材を使用することが必要となる。また、この従来技術は、燃焼ガスの排気流路に絞りはあるものの、ガス流れに並行して希釈用空気が投入されることから、ガス流れの中央部には混合遅れによる高温部が残りやすい。従って、燃焼ガスの流れにはかなり後流部まで温度差が残り、燃焼ガス温度の均一化は不十分になる。
なお、炉内壁面については、部分的に耐火材を使用したものもあるが、重量増及びコスト増となるため好ましくない。

このように、ＬＮＧ船に装備されるガス燃焼装置については、燃焼室炉壁の冷却構造を簡素化して効率よく冷却するとともに、燃焼室出口の燃焼ガス温度をできるだけ均一化して排出可能な構造とすることにより、装置のコンパクト化や低コスト化を実現することが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、炉壁冷却構造の簡素化や燃焼ガス出口温度の均一化を実現し、コンパクトで低コストのガス燃焼装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るガス燃焼装置は、液化天然ガスを輸送する船舶に装備されてボイル・オフ・ガスを燃焼させるガス燃焼装置であって、燃焼室を形成する略有底円筒形状の内筒と、該内筒の側壁部外周に希釈用空気の供給を受ける空間部を形成するように配設された外筒との二重構造を有する燃焼器本体と、該燃焼器本体の下部に形成されて燃焼用空気の供給を受ける風室と、前記燃焼室の底面近傍に配設されたバーナと、前記燃焼室の上部から大気へ放出する燃焼ガスを導く燃焼ガス排気流路とを備え、前記空間部から前記燃焼室の内部に希釈用空気を投入する空気側壁投入孔が前記内筒の側壁部に穿設され、前記空気側壁投入孔が、前記バーナから炉軸方向へ延びて円周方向に複数形成される火炎流間の周方向位置に、炉軸方向の複数一列孔配置されていることを特徴とするものである。

このようなガス燃焼装置によれば、燃焼室を形成する略有底円筒形状の内筒と、該内筒の側壁部外周に希釈用空気の供給を受ける空間部を形成するように配設された外筒との二重構造を有する燃焼器本体と、該燃焼器本体の下部に形成されて燃焼用空気の供給を受ける風室と、前記燃焼室の底面近傍に配設されたバーナと、前記燃焼室の上部から大気へ放出する燃焼ガスを導く燃焼ガス排気流路とを備え、前記空間部から前記燃焼室の内部に希釈用空気を投入する空気側壁投入孔が前記内筒の側壁部に穿設され、前記空気側壁投入孔が、前記バーナから炉軸方向へ延びて円周方向に複数形成される火炎流間の周方向位置に、炉軸方向の複数一列孔配置されているので、火炎流の間より希釈用空気が迅速に燃焼室（炉）中央部に拡散するようになり、燃焼室内における燃焼ガスと希釈用空気との混合が促進される。すなわち、燃焼室内の炉壁を空冷により効率よく冷却するとともに、燃焼室出口の燃焼ガス温度を均一化することができる。

上記の発明において、前記空気側壁投入孔は、前記燃焼室のバーナ近傍となる内壁面に取り付けられ、前記希釈用空気の流れを前記内壁面と平行に導くためのルーバー機構を備えていることが好ましく、これにより、バーナ近傍では燃焼室の内壁面（炉壁）に沿って希釈用空気を略平行に流すことができる。この結果、火炎と同方向に希釈用空気を投入することができ、着火に大きな影響を与えないようにするとともに、火炎の拡がりを阻害しないようにすることもできる。

上記の発明において、前記燃焼室内の底面外周部に設けられ、前記燃焼用空気の一部を前記燃焼室内に導入して前記内壁面に沿って流す底面空気投入部を備えていることが好ましく、これにより、燃焼室の底面に設置されているバーナ近傍では、燃焼用空気の一部が火炎と同方向に流れる希釈用空気となる。従って、燃焼室の底面から導入される希釈用空気は、バーナの着火に影響を及ぼすことがなく、また、火炎の拡がりを阻害することもないので、燃焼室内の炉壁を空冷により効率よく冷却することができる。

上記の発明において、前記燃焼ガス排気流路は、流路断面積を狭めた絞り部の下流側を緩やかに拡径させることが好ましく、これにより、燃焼排ガス流路の圧力損失を低減して希釈用空気を効率よく拡散させ、燃焼ガス温度を均一化することができる。

上記の発明において、前記絞り部には、全周にわたって千鳥配列された希釈空気投入孔を設けることが好ましく、これにより、希釈用空気を迅速に拡散させて燃焼ガス温度の均一化を促進することができる。

上述した本発明によれば、燃焼室炉壁の冷却構造を空冷にして簡素化し、効率よく冷却するとともに、燃焼室出口の燃焼ガス温度を均一化して排出可能なガス燃焼装置となり、コンパクト化や低コスト化を実現してＬＮＧ船に適したガス燃焼装置を提供することができる。すなわち、炉壁冷却構造の簡素化や燃焼ガス出口温度の均一化を実現し、コンパクトで低コストとなるガス燃焼装置の提供を可能にするという顕著な効果が得られる。

以下、本発明に係るガス燃焼装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１から図３に示すガス燃焼装置１０は、ＬＮＧを輸送する船舶に装備され、ＬＮＧタンクから漏出するＢＯＧを燃焼させる装置である。
このガス燃焼装置１０は、燃焼室１１を形成する燃焼器本体１２と、燃焼器本体１２の下部に形成された風室２０と、燃焼室１１の底面近傍に配設されたバーナ３０と、燃焼室１１の上部から大気へ放出する燃焼ガスを導く燃焼ガス排気流路４０とを備えている。

燃焼器本体１２は、燃焼室１１となる空間を形成する略有底円筒形状の内筒１３と、この内筒１３を取り囲むようにして外側に設置されている外筒１４との二重構造を有している。内筒１３と外筒１４との間には、内筒１３の側壁部１３ａを取り囲むようにして、側壁部１３ａの外周に希釈用空気の供給を受ける空間部１５が形成されている。この空間部１５は、図示しないファン等の送風手段により希釈用空気を供給する希釈空気供給流路１６に連結されているので、後述する壁面冷却及び燃焼ガス温度低減に用いられる希釈用空気が満たされている。なお、図中の符号１７は、燃焼室１１の底面を形成するとともに、燃焼器本体１２と風室２０との間を仕切る底板である。

風室２０は、図示しないファン等の送風手段により燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給流路２１に連結されているので、内部が燃焼用空気により満たされている空間となる。この風室２０は、燃焼器本体１２との間を仕切る底板１７に穿設されたバーナ用空気孔２２及び底面空気投入部２３を介して、燃焼室１１と連通している。
バーナ用空気孔２２は、風室２０及び底板１７を貫通して設けられたバーナ３０から燃焼室１１内に噴射される燃料の燃焼用空気を供給するものである。
また、底面空気投入部２３は、燃焼用空気の一部を希釈用空気として燃焼室１１内へ投入するものである。この底面空気投入部２３は、燃焼室１１内の底面外周部において、略全周にわたって燃焼用空気の一部を燃焼室１１内に導入し、内筒１３の内壁面に沿って流すものである。

バーナ３０は、燃焼室１１の底面近傍に配設されている。図示の構成例では、１本のバーナ３０が燃焼室１１内の平面視中央位置にあり、底板１７から所定の間隔をもって固定支持されている。このバーナ３０には、燃焼としてＢＯＧが供給される。また、図示のバーナ３０には、周方向に均等配置された５箇所の燃料噴射口３１が設けられている。
従って、バーナ３０から噴射される燃料が燃焼して形成されるバーナ火炎は、略均等に分割されている５つの火炎流（図２参照）が一体化したものとなる。なお、図中の符号３２は、バーナ３０にＢＯＧを供給する燃料供給管である。

燃焼ガス排気流路４０は、燃焼室１１の上部に連通して設けたダクト等の流路であり、燃焼室１１内で燃料を燃焼させて生成された燃焼ガスを大気へ導いて放出するための排気流路となる。この燃焼ガス排気流路４０は、略円筒形状とした燃焼室１１の上端部から流路断面積を狭めた直管部の絞り部４１を有している。
そして、この絞り部４１の下流側には、流路断面積を緩やかに拡径させた拡径流路部４２が設けられている。すなわち、燃焼ガス排気流路４０は、燃焼室１１の円形断面を比較的急激に縮径した絞り部４１を設けた後、燃焼室１１から絞り部４１に至る縮径割合と比較して大幅に緩やかな拡径割合とした拡径流路部４２を備えている。

従って、燃焼室１１で生成された燃焼ガスは、絞り部４１に至る急激な縮径により、高温の燃焼ガスと低温の希釈用空気とが効率よく撹拌されて温度の均一化が促進される。こうして温度が均一化された燃焼ガスは、絞り部４１の下流に設けられた拡径流路部４２を通って大気へ放出されるため、燃焼排ガス流路４０全体としての圧力損失を低減することができる。このため、希釈用空気や燃焼用空気を供給するファン等の送風手段は、燃焼ガスの排気流路抵抗が低減されることにより送風能力を小さくすることができ、この結果、送風手段の小型化や低コスト化が可能となる。

上述した燃焼器本体１２は、内筒１３の側壁部１３ａに穿設され、空間部１５から燃焼室１１の内部に希釈用空気を投入する空気側壁投入孔１８を備えている。この空気側壁投入孔１８は、バーナ３０から炉軸（上下）方向へ延びて円周方向に複数形成される火炎流間の周方向位置において、炉軸方向の複数一列孔配置とされる。
すなわち、図示の構成例においては、周方向に形成されている５つの火炎流間と対向する側壁部１３ａに複数一列孔配置の空気側壁投入孔１８が５列穿設され、各空気側壁投入孔１８から燃焼室１１内に希釈用空気を投入するようになっている。換言すれば、この空気側壁投入孔１８は、周方向に等間隔で５箇所設けられている燃料噴射口３１から水平方向へ放射状に延長した線が側壁部１３ａと交差する５箇所の壁面交差位置（点）を定め、互いに隣接する壁面交差位置の中間位置を通る炉軸方向の鉛直線に沿って、複数個を一列に並べて穿設したものである。

図３は、内筒１３の側壁部１３ａを示す展開図であり、上下方向に多数の空気側壁投入孔１８を並べて５列が穿設された様子を示している。従って、各空気側壁投入孔１８は、バーナ３０から上下方向に延びる５つの火炎流が隣接する中間位置に向かって穿設されている。
そして、バーナ３０の近傍となる着火部側壁（外筒１４の内壁面）には、空気側壁投入孔１８から投入される希釈用の空気を外筒１４の側壁と平行に流すように、燃焼室１１の内壁面に取り付けられたルーバー機構１９を備えていることが望ましい。

このルーバー機構１９は、希釈用空気が外筒１４の内壁面と平行に流れるよう導く板状部材である。そして、このルーバー機構１９は、空気側壁投入孔１８から燃焼室１１内に投入された希釈用空気が火炎流に向かって流れることを妨げるとともに、内壁面に沿って上向きに流れるよう導くため、板材の下端部側を固定し、内壁面との間に所定の間隙を形成して、略並行に取り付けられている。なお、図示の構成例では、上下方向に配列された３個の空気側壁投入孔１８毎に一枚のルーバー機構１９を取り付けてあるが、これに限定されることはなく、空気側壁投入孔１８の上下方向ピッチや穿設数等の諸条件に応じて適宜変更可能である。

このような空気側壁投入孔１８を設けることにより、火炎流の間より希釈用空気が迅速に燃焼室１１の中央部に拡散するようになり、燃焼室１１内における燃焼ガスと希釈用空気との混合が促進される。すなわち、火炎流の中心と比較して上向きとなる火炎流の勢いが弱い位置を狙って希釈用空気を投入するため、低温の希釈用空気が高温のバーナ火炎中心位置へ流入して拡散しやすくなるので、低温の希釈用空気と高温の燃焼ガスとの混合が促進され、燃焼室１１の出口における燃焼ガス温度を均一化することができる。
また、希釈用空気は、ルーバー機構１９の作用により内壁面に沿って流れるので、火炎と同方向に投入されることになり、バーナ３０の着火に影響を与えないようにするとともに、火炎の拡がりを阻害するようなこともない。なお、この希釈空気は、底面空気投入部２３から希釈用空気として燃焼室１１内に導入された燃焼用空気と協働して、燃焼室１１内の炉壁を空冷により効率よく冷却することもできる。

また、燃焼ガス排気流路４０の絞り部４１には、すなわち、絞り部４１に至る縮径壁面４３には、全周にわたって千鳥配列された希釈空気投入孔４４を設けることが好ましい。このような希釈用空気投入孔４４を設けることにより、縮径により流れに乱れが生じて撹拌される領域には、希釈用空気が全周から略均等に投入されるため、低温の希釈用空気を高温の燃焼ガス中へ迅速に拡散させることができる。従って、高温の燃焼ガスは、温度が低下するとともに、流路断面における温度差も小さくなり、温度分布の均一化が促進されて温度差の小さい流れとなる。

このように、上述した本発明のガス燃焼装置１０によれば、燃焼室１１の炉壁冷却構造を空冷にして簡素化し、効率よく冷却することができる。また、燃焼室１１の出口及び燃焼ガス排気流路４０の絞り部出口においては、燃焼ガス温度を均一化して排出可能となるため、本発明のガス燃焼装置１０は、コンパクト化や低コスト化を実現してＬＮＧ船に適したものとなる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえばバーナ３０の本数や燃料噴射口３１の数など、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係るガス燃焼装置の一実施形態を示す構成図である。 （ａ）は図１の内筒（燃焼室）を示す水平断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１に示した内筒の側壁部展開図である。

符号の説明

１０ ガス燃焼装置
１１ 燃焼室（炉）
１２ 燃焼器本体
１３ 内筒
１３ａ 側壁部
１４ 外筒
１５ 空間部
１６ 希釈空気供給流路
１７ 底板
１８ 空気側壁投入孔
１９ ルーバー機構
２０ 風室
２１ 燃焼用空気供給流路
２２ バーナ用空気孔
２３ 底面空気投入部
３０ バーナ
３１ 燃料噴射口
３２ 燃料供給管
４０ 燃焼ガス排気流路
４１ 絞り部
４２ 拡径流路部
４３ 縮径壁面
４４ 希釈空気投入孔

Claims (5)

1. 液化天然ガスを輸送する船舶に装備されてボイル・オフ・ガスを燃焼させるガス燃焼装置であって、
   燃焼室を形成する略有底円筒形状の内筒と、該内筒の側壁部外周に希釈用空気の供給を受ける空間部を形成するように配設された外筒との二重構造を有する燃焼器本体と、該燃焼器本体の下部に形成されて燃焼用空気の供給を受ける風室と、前記燃焼室の底面近傍に配設されたバーナと、前記燃焼室の上部から大気へ放出する燃焼ガスを導く燃焼ガス排気流路とを備え、
   前記空間部から前記燃焼室の内部に希釈用空気を投入する空気側壁投入孔が前記内筒の側壁部に穿設され、
   前記空気側壁投入孔が、前記バーナから炉軸方向へ延びて円周方向に複数形成される火炎流間の周方向位置に、炉軸方向の複数一列孔配置されていることを特徴とするガス燃焼装置。
2. 前記空気側壁投入孔が、前記燃焼室のバーナ近傍となる内壁面に取り付けられ、前記希釈用空気の流れを前記内壁面と平行に導くルーバー機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載のガス燃焼装置。
3. 前記燃焼室内の底面外周部に設けられ、前記燃焼用空気の一部を前記燃焼室内に導入して前記内壁面に沿って流す底面空気投入部を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス燃焼装置。
4. 前記燃焼ガス排気流路は、流路断面積を狭めた絞り部の下流側を緩やかに拡径させたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガス燃焼装置。
5. 前記絞り部には、全周にわたって千鳥配列された希釈空気投入孔が設けられていることを特徴とする請求項４に記載のガス燃焼装置。
   

Images