JP5868722B2 - フレア設備及びそのダスト低減方法 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば石炭ガス化複合発電設備等の各種プラントに適用されるフレア設備及びそのダスト低減方法に係り、特に、フレア設備から大気に排出されるダストの抑制技術に関する。

従来、石油精製、製鉄、石炭ガス化等の各種プラントにおいては、発生する可燃性ガス等の排ガスを焼却処理するため、一般的にはフレア設備が設置されている。ここで、フレア設備に導入される排ガス中にダストが含まれている場合、ダスト類がフレア設備から大気へ放出されることになるため、環境汚染対策の観点からダストの抑制が重要となる。
このようなフレア設備には、処理対象となる排ガスを地上に設置した円筒形状等のグランドフレア（焼却部）内で燃焼させる形式のグランドフレア設備がある。このグランドフレア設備は、夜間照明や騒音など周辺環境への影響が少ないことから、近年採用数が増加する傾向にある。

下記の特許文献１に開示されたグランドフレアシステムでは、グランドフレア上流側の処理ガス導管に逆火防止用のシールドラムが設けられ、さらに、シールドラム下流側の処理ガス導入管から分岐したバイパスラインにも、ドラム内に張水した水封装置が設けられている。

特公昭６０−３０４０５号公報

ところで、従来のグランドフレア設備においては、処理対象となる排ガス等の流速を低減するノックアウトドラムや逆火防止用のシールドラムが、排ガスを焼却処理するグランドフレアの上流側に設けられている。しかし、ノックアウトドラムやシールドラムを通過して流れる排ガス中にダスト類が含まれていても、これを十分に除去しきれない場合がある。このため、グランドフレア設備等のフレア設備においては、特に、炭化水素系燃料等から排出される排ガスを処理するグランドフレア設備等のフレア設備においては、処理対象となる排ガス中のダスト除去率をより一層向上させることが望まれる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、処理対象となる排ガス中に含まれているダスト類の除去率向上を可能にしたフレア設備及びそのダスト低減方法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。
本発明に係るフレア設備は、処理対象ガスを焼却処理して大気へ放出するフレア設備であって、前記処理対象ガスを燃焼させる焼却部の上流側に配置され、導入した前記処理対象ガスの流速を減速させるノックアウトドラム及び／または前記焼却部の上流側に配置された逆火防止用のシールドラムのドラム内へ前記処理対象ガスを導入するガス導入管と、前記ガス導入管の内部に設けられ、前記処理対象ガスの流れ方向と交差するスプレー水の水膜を形成する水膜形成部と、を備えることを特徴とするものである。

このようなフレア設備によれば、処理対象ガスを燃焼させる焼却部の上流側に配置され、導入した処理対象ガスの流速を減速させるノックアウトドラム及び／または焼却部の上流側に配置された逆火防止用のシールドラムのドラム内へ処理対象ガスを導入するガス導入管と、ガス導入管の内部に設けられ、処理対象ガスの流れ方向と交差するスプレー水の水膜を形成する水膜形成部と、を備えているので、処理対象ガスの流れが水膜を通過することにより、処理対象ガス中に含まれるダストの見かけ比重を増し、ダストの自重落下を促進することがきる。この結果、処理対象ガス中のダストは、処理対象ガスの流れから分離される。

上記のフレア設備において、前記水膜形成部は、前記処理対象ガスの流れ方向に前記水膜を複数段形成し、前記スプレー水の粒径を上流側ほど小さく設定する。これにより、上流（上段）側のスプレー水粒径を小さくすることにより、主に小さな粒径を有するダストとの接触面積を増して見かけ比重を増すことができる。また、下流（下段）側のスプレー水粒径を上段より大きくすることにより、粒径の大きいダストについても見かけ比重を増すことができる。この場合、ダストの見かけ比重が増すのは、ダストの周囲にスプレー水が付着して囲まれるためであり、従って、スプレー水の粒径については、処理対象とするダストの粒径より大きくすることが望ましい。

上記のフレア設備において、前記ノックアウトドラム及び／または前記シールドラムの内部に、前記水膜形成部を通過した後の前記処理対象ガスを通過させるミストセパレータを設けておくことが好ましく、これにより、ノックアウトドラム及び／またはシールドラムから処理対象ガスに随伴して流出しようとするミストの除去が可能になる。

上記のフレア設備において、前記水膜形成部は、前記スプレー水を噴霧する水膜形成ノズルと、前記スプレー水を前記水膜形成ノズルに供給する循環ポンプと、前記水膜形成ノズルと前記循環ポンプとの間を接続して前記スプレー水を循環させるスプレー水流路とを備えていることが好ましく、これにより、スプレー水を繰り返し使用することができる。なお、必要に応じて、蒸発等により減少したスプレー水を補給する給水ラインを設けておくことが望ましい。

本発明に係るフレア設備のダスト低減方法は、処理対象ガスを焼却処理して大気へ放出するフレア設備のダスト低減方法であって、前記処理対象ガスを燃焼させる焼却部の上流側に配置され、導入した前記処理対象ガスの流速を減速させるノックアウトドラム及び／または前記焼却部の上流側に配置された逆火防止用のシールドラムのドラム内へ前記処理対象ガスを導入するガス導入管の内部に、スプレー水の水膜を形成して前記処理対象ガスを通過させることを特徴とするものである。

このようなフレア設備のダスト低減方法によれば、ノックアウトドラム及び／またはシールドラムの内部へ処理対象ガスを導入するガス導入管の内部に、スプレー水の水膜を形成して処理対象ガスを通過させるようにしたので、水膜を通過した処理対象ガス中に含まれるダストは、スプレー水の付着により見かけ比重を増して自重落下が促進される。この結果、処理対象ガス中のダストは、処理対象ガスの流れから分離される。

上記のフレア設備のダスト低減方法においては、前記スプレー水の粒径を前記ガス導入管の内部の前記処理対象ガスの流れの上流側ほど小さくなるように前記処理対象ガスの流れ方向に前記水膜を複数段形成する。

さらに、上記のフレア設備のダスト低減方法においては、前記ノックアウトドラム及び／または前記シールドラムの内部に設けたミストセパレータに前記水膜を通過した後の前記処理対象ガスを通過させることが好ましい。

さらに、上記のフレア設備のダスト低減方法においては、前記スプレー水を噴霧する水膜形成ノズルと、前記スプレー水を前記水膜形成ノズルに供給する循環ポンプと、前記水膜形成ノズルと前記循環ポンプとの間を接続して前記スプレー水を循環させることが好ましい。

上述した本発明によれば、ノックアウトドラム及び／またはシールドラムの内部へ処理対象ガスを導入するガス導入管の内部に、スプレー水の水膜を形成して処理対象ガスが水膜を通過して流れるようにしたので、処理対象ガス中に含まれるダストは見かけ比重を増して自重落下が促進される。このため、処理対象ガス中のダストは、処理対象ガスの流れから効率よく分離されるようになり、従って、処理対象ガス中のダスト除去率をより一層向上させることが可能になる。
この結果、フレア設備に導入される排ガス中にダストが含まれていても、ノックアウトドラム及び／またはシールドラムを通過する際に略確実に除去されるので、環境汚染対策の観点から問題となるダスト類の大気放出を抑制できる。

本発明に係るフレア設備及びそのダスト低減方法について、第１実施形態を示す構成図である。 本発明に係るフレア設備及びそのダスト低減方法について、第２実施形態を示す構成図である。

以下、本発明に係るフレア設備及びそのダスト低減方法について、一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す第１実施形態において、フレア設備の一例であるグランドフレア設備１は、石油精製、製鉄、石炭ガス化等の各種プラントから発生する処理対象ガス（可燃性ガス等の排ガス）を焼却処理して、図示しない煙突から大気へ放出するものである。

図示のグランドフレア設備１は、処理対象ガスを燃焼させるグランドフレア（焼却部）１０と、このグランドフレア１０の上流側に配置されて導入した処理対象ガスの流速を減速させるノックアウトドラム２０と、グランドフレア１０の上流側に配置された逆火防止用のシールドラム３０とを備えている。
グランドフレア１０は、処理対象ガスを燃焼させる地上設置の焼却炉であり、燃焼により生じた燃焼排ガスを大気放出する煙突（不図示）に連結されている。

ノックアウトドラム２０は、たとえば横型のドラムであり、配管流路２を流れてきた処理対象ガスの流路を急拡大させて減速するものである。このようなノックアウトドラム２０は、ドラム上面の壁面部材を上下方向に貫通するガス導入管２１を備えている。
ガス導入管２１の下端部側は、ドラム内部の底面近傍において出口開口２１ｂが開口している。

従って、ノックアウトドラム２０で減速する処理対象ガスは、ガス導入管２１の出口開口２１ａからノックアウトドラム２０内の空間に流出して減速される。
こうして減速された処理対象ガスは、ノックアウトドラム２０の上面に設けられた１または複数の出口ノズル２２に連結された配管流路３を通って、後述するシールドラム３０へ向けて流出する。

シールドラム３０は、ノックアウトドラム２０とグランドフレア１０との間に配設されており、グランドフレア１０内で焼却処理される処理対象ガスの火炎が、処理対象ガスの発生元へ伝播する逆火現象を防止する装置である。図示のシールドラム３０は、たとえば横型ドラムの底部に封止水Ｗを充填しておき、グランドフレア１０へ供給される処理対象ガスが封止水Ｗを通過するようにしたものである。

シールドラム３０は、ドラム上面の壁面部材を上下方向に貫通するガス導入管３１を備えている。ガス導入管３１の下端部側は、ドラム内部の底面近傍において、出口開口３１ｂが封止水Ｗの水中に開口している。
また、シールドラム３０のドラム上面には、１または複数の出口ノズル３２が設けられている。この出口ノズル３２には、グランドフレア１０との間を接続する配管流路４が連結されている。

従って、シールドラム３０を通過する処理対象ガスは、配管流路３と連結されたガス導入管３１の上部から流入し、出口開口３１ｂから封止水Ｗの水中に流出した後、ドラム内を通過して出口ノズル３２から配管流路４へ流出する。このため、処理対象ガスの発生源と、処理対象ガスを焼却処理するグランドフレア１０とを接続する配管流路２，３，４には、シールドラム３０内に充填された封止水Ｗが存在するので、グランドフレア１０内で焼却処理される処理対象ガスの火炎が発生元へ伝播しようとしても、封止水Ｗを通過することにより逆火が防止される。

このように構成されたグランドフレア設備１において、図１に示す第１実施形態では、ノックアウトドラム２０の内部へ処理対象ガスを導入するガス導入管２１の内部に、処理対象ガスの流れ方向と交差するスプレー水の水膜を形成するように、水膜形成部４０を設けてある。
この水膜形成部４０は、処理対象ガスを上下方向に流すガス導入管２１の内部に、略水平方向の水膜を形成するものである。従って、ガス導入管２１を下向きに流れる処理対象ガスは、全量または略全量がガス流れ方向と交差する水平方向の水膜を通過することとなる。

上述した水膜形成部４０は、スプレー水を噴霧する水膜形成ノズル４１と、スプレー水を水膜形成ノズル４１に供給する循環ポンプ４２と、水膜形成ノズル４１と循環ポンプ４２との間を接続してスプレー水を循環させるスプレー水流路４３とを備えている。このような水膜形成部４０は、水膜形成ノズル４１で噴霧したスプレー水がノックアウトドラム２０の底部に溜まる。

そこで、ノックアウトドラム２０の底部に溜まったスプレー水を循環ポンプ４２の運転によりスプレー水流路４３に圧送すれば、スプレー水流路４３に導かれたスプレー水を再度水膜形成ノズル４１に供給して噴霧する循環流路が形成される。従って、上述した水膜形成部４０は、スプレー水を繰り返して使用することが可能になる。
また、水膜形成に使用するスプレー水は、高温の処理対象ガスとの接触により蒸発し、この蒸気が処理対象ガスとともに流出する。従って、長時間の連続運転を可能にするためには、循環するスプレー水の減少防止対策として、スプレー水の減少分となる補給水を供給する給水ライン４４を設けておくことが望ましい。

水膜形成部４０に使用する水膜形成ノズル４１は、たとえばスプレー水を略扇形平板形状に噴射するタイプが好適であり、噴射するスプレー水の粒径は、処理対象とする処理対象ガス中のダスト粒径より大きいものが好ましい。このような水膜形成ノズル４１は、ノズル性能やガス導入管２１の内径等に応じて、１または複数が設けられている。そして、複数の水膜形成ノズル４１は、各水膜形成ノズル４１が略水平方向へ噴射して扇形を形成するように、ガス導入管２１の内周面に沿って複数が略等ピッチに配置されている。
この結果、処理対象ガスを上下方向に流すガス導入管２１の内部には、各水膜形成ノズル４１で形成する扇形を適宜オーバーラップさせることにより、処理対象ガスの流れ方向と略直交し、ガス導入管２１の断面を略全域にわたってカバーする水平方向の水膜が形成される。

このようなグランドフレア設備１によれば、ノックアウトドラム２０の内部に水膜形成部４０を設けたことにより、処理対象ガスを導入するガス導入管２１の内部には、処理対象ガスの流れ方向（上下方向）と交差するスプレー水の水膜が水平方向に形成される。このため、処理対象ガスの流れは、ガス導入管２１を通過する際に必ず水膜を通過することとなる。
この結果、処理対象ガス中に含まれるダストは、スプレー水の粒子と接触することによって見かけ比重を増し、ダストの自重落下が促進される。すなわち、スプレー水の粒子が接触して付着した処理対象ガス中のダストは、スプレー水の分だけ見かけ比重が増加するので、自重により落下して処理対象ガスの流れから分離される。

上述したスプレー水は、ダストとともに落下してノックアウトドラム２０の底部に循環水Ｗｓとして溜まるので、この循環水Ｗｓの水中にガス導入管２１の出口開口２１ｂを位置させれば、循環水Ｗｓをスプレー水として繰り返し使用できるだけでなく、シールドラム３０で逆火防止機能を発揮する封止水と同様の機能を備えたものとなる。すなわち、ノックアウトドラム２０がシールドラム３０の機能も有することになるので、場合によっては、ノックアウトドラム２０とシールドラム３０との一体化も可能である。

また、上述した水膜形成部４０は、処理対象ガスの流れ方向に水膜を複数段形成するようにして、水膜形成ノズル４１を配置することが望ましい。この場合、噴霧するスプレー水の粒径は、上流側の水膜形成ノズル４１ほど小さく設定する。
このような水膜形成部４０は、入口開口２１ａに近い上流（上段）側のスプレー水粒径を小さくすることにより、主に小さな粒径を有するダストとの接触面積を増して見かけ比重を増すことができる。また、出口開口２１ｂに近い下流（下段）側のスプレー水粒径を上段より大きくすることにより、上流側のスプレー水により見かけ比重を増したダストについてもさらに見かけ比重を増すことができる。なお、ダストの見かけ比重が増すのは、ダストの周囲にスプレー水が付着して囲まれるためであり、従って、スプレー水の粒径については、処理対象とするダストの粒径より大きく設定することが望ましい。

また、上述したグランドフレア設備１は、ノックアウトドラム２０の内部に、水膜形成部４０を通過した後の処理対象ガスが通過するようにして、ミストセパレータ５０が設けられている。なお、図中の破線矢印Ｇは、処理対象ガスの主な流れを示している。
ミストセパレータ５０には、たとえば波形形状等に折曲した多数の板材を用い、隣接する板材間に複雑な流路を形成したものがある。図示の構成例では、ガス導入管２１の外周を囲むようにして、循環水Ｗｓの水面よりやや高い位置にリング形状のミストセパレータ５０が設置されている。

この場合、ミストセパレータを構成する波形形状の板材は、平面視において放射状に多数配置されており、従って、隣接する板材間に形成される波形の流路が放射状に多数形成されている。このような波形の流路は、処理対象ガスの流れにとともに通過しようとする蒸気等のミストが衝突することにより、処理対象ガスの流れから水分を分離・除去することができる。すなわち、ノックアウトドラム２０の内部にミストセパレータ５０を設置すれば、処理対象ガスに随伴して流出しようとするミストの除去が可能になるので、グランドフレア１０で焼却処理するガス中の水分を低減できる。なお、ミストセパレータ５０の設置位置については、図示の例に限定されることはなく、たとえばドラム内上部の出口ノズル２２付近に設置してもよい。

ところで、上述した第１実施形態では、ノックアウトドラム２０のガス導入管２１に水膜形成部４０を設けたが、図２に示す第２実施形態のように、シールドラム３０に同様の水膜形成部４０Ａを設けることも可能である。
この水膜形成部４０Ａは、シールドラム３０内の封止水Ｗをスプレー水としても使用する以外、上述したノックアウトドラム２０に設けたものと実質的に同じ構成となる。従って、第１実施形態の水膜形成部４０と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

このような水膜形成部４０Ａとしても、処理対象ガスの流れが水膜を通過することにより、処理対象ガス中に含まれるダストの見かけ比重が増す。このため、ダストの自重落下が促進され、処理対象ガス中のダストは処理対象ガスの流れから分離される。
従って、上述したグランドフレア設備１によれば、処理対象ガスを燃焼させるグランドフレア１０の上流側に配置され、導入した処理対象ガスの流速を減速させるノックアウトドラム２０及び／またはグランドフレア１０の上流側に配置された逆火防止用のシールドラム３０のドラム内へ処理対象ガスを導入するガス導入管２１，３１の内部に、スプレー水の水膜を形成して処理対象ガスを通過させるダスト低減方法を実現可能となる。

このように、本実施形態のグランドフレア設備１及びグランドフレア設備１のダスト低減方法によれば、ノックアウトドラム２０及び／またはシールドラム３０の内部へ処理対象ガスを導入するガス導入管２１，３１の内部に、スプレー水の水膜を形成して処理対象ガスを通過させるようにしたので、処理対象ガス中に含まれるダストは見かけ比重を増して自重落下が促進される。このため、処理対象ガス中のダストは、処理対象ガスの流れから効率よく分離されるようになり、従って、処理対象ガス中のダスト除去率をより一層向上させることが可能になる。

この結果、グランドフレア設備１に導入される排ガス中にダストが含まれていても、ノックアウトドラム２０及び／またはシールドラム３０を通過する際に略確実に除去されるので、環境汚染対策の観点から問題となるダスト類の大気放出を抑制できる。
また、上述した本実施形態のグランドフレア設備１及びグランドフレア設備１のダスト低減方法は、従来から設置されていたノックアウトドラム２０やシールドラム３０を利用するものであるから、ドラム等の機器や設備をダスト除去専用として新たに追加する必要がなく、設置スペースやコストの面でも有利になる。

また、上述した実施形態では、ノックアウトドラム２０またはシールドラム３０の何れか一方に水膜形成部４０，４０Ａを設けているが、両方に設ける構成や、ノックアウトドラム２０及びシールドラム３０を一体化した構成としてもよい。
なお、本発明は上述した実施形態のグランドフレア設備に限定されることはなく、たとえばフレア設備全般にも適用可能であるなど、そ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。

１ グランドフレア設備（フレア設備）
２，３，４ 配管設備
１０ グランドフレア（焼却部）
２０ ノックアウトドラム
２１，３１ ガス導入管
３０ シールドラム
４０，４０Ａ 水膜形成部
４１ 水膜形成ノズル
４２ 循環ポンプ
４３ スプレー水流路
４４ 給水ライン
５０ ミストセパレータ

Claims (6)

1. 処理対象ガスを焼却処理して大気へ放出するフレア設備であって、
   前記処理対象ガスを燃焼させる焼却部の上流側に配置され、導入した前記処理対象ガスの流速を減速させるノックアウトドラム及び／または前記焼却部の上流側に配置された逆火防止用のシールドラムのドラム内へ前記処理対象ガスを導入するガス導入管と、
   前記ガス導入管の内部に設けられ、前記処理対象ガスの流れ方向と交差するスプレー水の水膜を形成する水膜形成部と、
   を備え、
   前記水膜形成部は、前記処理対象ガスの流れ方向に前記水膜を複数段形成し、前記スプレー水の粒径を上流側ほど小さく設定したことを特徴とするフレア設備。
2. 前記ノックアウトドラム及び／または前記シールドラムの内部に、前記水膜形成部を通過した後の前記処理対象ガスを通過させるミストセパレータを設けたことを特徴とする請求項１に記載のフレア設備。
3. 前記水膜形成部は、前記スプレー水を噴霧する水膜形成ノズルと、前記スプレー水を前記水膜形成ノズルに供給する循環ポンプと、前記水膜形成ノズルと前記循環ポンプとの間を接続して前記スプレー水を循環させるスプレー水流路とを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のフレア設備。
4. 処理対象ガスを焼却処理して大気へ放出するフレア設備のダスト低減方法であって、
   前記処理対象ガスを燃焼させる焼却部の上流側に配置され、導入した前記処理対象ガスの流速を減速させるノックアウトドラム及び／または前記焼却部の上流側に配置された逆火防止用のシールドラムのドラム内へ前記処理対象ガスを導入するガス導入管の内部に、スプレー水の水膜を形成して前記処理対象ガスを通過させ、
   前記スプレー水の粒径を前記ガス導入管の内部の前記処理対象ガスの流れの上流側ほど小さくなるように前記処理対象ガスの流れ方向に前記水膜を複数段形成することを特徴とするフレア設備のダスト低減方法。
5. 前記ノックアウトドラム及び／または前記シールドラムの内部に設けたミストセパレータに前記水膜を通過した後の前記処理対象ガスを通過させることを特徴とする請求項４に記載のフレア設備のダスト低減方法。
6. 前記スプレー水を噴霧する水膜形成ノズルと、前記スプレー水を前記水膜形成ノズルに供給する循環ポンプと、前記水膜形成ノズルと前記循環ポンプとの間を接続して前記スプレー水を循環させることを特徴とする請求項４または５に記載のフレア設備のダスト低減方法。

Images