JP7141266B2 - Combustion device - Google Patents
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Description
本発明は、燃焼装置に関する。 The present invention relates to combustion devices.
バイオマス原料から生成されるバイオガスは、約５５～６５％のメタン（ＣＨ4）と約３５～４５％の二酸化炭素（ＣＯ2）を主成分として含んでいる。バイオガスを発電設備、天然ガス自動車燃料、都市ガス燃料等に有効利用するため、ガス精製設備等でバイオガス中のＣＯ2や不純物等の成分を分離して、バイオガス中のＣＨ4濃度を高濃度（例えば、９７％以上）に高めている。これにより、バイオガスは、高濃度のＣＨ4を含む精製ガスとして回収して利用されている。その際、低濃度のＣＨ4を含むバイオガスがオフガス（精製排ガス）として排出される。 Biogas produced from biomass feedstock contains approximately 55-65% methane (CH 4 ) and approximately 35-45% carbon dioxide (CO 2 ) as main components. In order to effectively utilize biogas for power generation equipment, natural gas vehicle fuel, city gas fuel, etc., components such as CO 2 and impurities in biogas are separated by gas refining equipment, etc., and the CH 4 concentration in biogas is reduced. It is increased to a high concentration (eg, 97% or more). As a result, the biogas is recovered and used as a purified gas containing a high concentration of CH 4 . At that time, biogas containing low-concentration CH 4 is discharged as off-gas (refined exhaust gas).
ＣＨ4は、ＣＯ2よりも温暖化係数が高い温室効果ガスであるため、オフガスが大気中に放出されると、オフガス中に含まれるＣＨ4がオフガスに同伴して大気中に放出され、地球温暖化がより促進される。ＣＨ4が大気中に放出されるのを抑えるため、燃焼装置でオフガス中に含まれるＣＨ4を燃焼させる方法が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
CH4 is a greenhouse gas that has a higher global warming potential than CO2 . Warming is promoted more. In order to suppress CH 4 from being released into the atmosphere, a method of burning CH 4 contained in off-gas in a combustion apparatus has been proposed (see, for example,
例えば、特許文献１では、ＣＨ4分離装置から排出されたオフガスを、バーナから排ガスラインに排出された燃焼排ガスと熱交換器において熱交換して加熱した後にバーナに供給するオフガス燃焼装置が提案されている。
For example,
また、特許文献２では、ガス精製部でバイオガスを精製した際に発生したオフガスを、燃料電池から流通路に排出されたカソードガス（燃料電池排ガス）と熱交換器において熱交換して加熱した後に、加熱炉に送るガス製造装置が提案されている。 Further, in Patent Document 2, the off-gas generated when refining the biogas in the gas refining unit is heat-exchanged with the cathode gas (fuel cell exhaust gas) discharged from the fuel cell into the flow path in a heat exchanger and heated. Later, a gas production device that feeds into a heating furnace was proposed.
しかしながら、特許文献１のオフガス燃焼装置は、燃焼排ガスがバーナから排ガスラインを通して熱交換器に送られる間に燃焼排ガスの熱が外部に放熱されるため、熱交換器で燃焼排ガスが保有する熱をオフガスの加熱に十分に利用できない可能性がある。
However, in the offgas combustion apparatus of
また、特許文献２のガス製造装置でも、燃料電池排ガスが燃料電池から流通路を通して熱交換器に送られる間に燃料電池排ガスの熱が外部に放熱されるため、熱交換器で燃料電池排ガスの熱をオフガスの加熱に有効に利用できない可能性がある。また、燃料電池から排出される燃料電池排ガスの温度は、一般に、燃焼装置から排出される燃焼排ガスの温度よりも低いため、オフガスの加熱効率はさらに低くなるといえる。 Also, in the gas production apparatus of Patent Document 2, the heat of the fuel cell exhaust gas is radiated to the outside while the fuel cell exhaust gas is sent from the fuel cell through the flow path to the heat exchanger. The heat may not be effectively used to heat the offgas. In addition, since the temperature of the fuel cell exhaust gas discharged from the fuel cell is generally lower than the temperature of the flue gas discharged from the combustion device, it can be said that the off-gas heating efficiency is further reduced.
ガス精製設備等のバイオガスの精製効率の向上に伴い、バイオガスを精製した際に生じるオフガス中に含まれるＣＨ4濃度も低くなる（例えば、１０％以下）傾向にある。オフガス中に含まれるＣＨ4濃度が低くなると、その分、オフガスの保有する熱量が低くなるため、オフガスは加熱させ難くなる。今後、ＣＨ4濃度が低いオフガスでも、安定して燃焼させることができる燃焼装置が求められている。 As the efficiency of biogas refining in gas refining equipment improves, the concentration of CH 4 contained in the offgas generated when refining biogas tends to decrease (for example, 10% or less). When the concentration of CH 4 contained in the off-gas decreases, the amount of heat possessed by the off-gas decreases accordingly, making it difficult to heat the off-gas. In the future, there will be a demand for a combustion apparatus capable of stably burning even off-gas with a low CH 4 concentration.
本発明の一態様は、ＣＨ4を含有するオフガスを安定して燃焼させることができる燃焼装置を提供することを目的とする。 An object of one aspect of the present invention is to provide a combustion apparatus capable of stably burning off-gas containing CH 4 .
本発明の一態様に係る燃焼装置は、ＣＨ4を含有し、かつ熱量が所定量以下のオフガスを燃焼する燃焼装置であって、ガス導入口及びガス排出部を有し、前記ガス導入口から導入される前記オフガスのみを燃焼し、燃焼排ガスを前記ガス排出部から排出する燃焼部と、前記ガス排出部に設けられ、前記オフガスを前記燃焼排ガスと熱交換して４００℃以上に加熱する熱交換器と、前記熱交換器で加熱されたオフガスを前記燃焼部の前記ガス導入口に供給する予熱ガス供給ラインと、前記オフガスの流量は、前記燃焼部の内径１００ｍｍの燃焼面の面積当たりにおける、前記オフガス中のＣＨ4流量が４．０～６．０Ｌ／ｍｉｎとなるように調整される。
A combustion apparatus according to an aspect of the present invention is a combustion apparatus that contains CH 4 and burns off-gas having a calorific value equal to or less than a predetermined amount, comprising a gas inlet and a gas discharge part, wherein from the gas inlet a combustion unit that burns only the introduced off-gas and discharges combustion exhaust gas from the gas discharge unit; and heat that is provided in the gas discharge unit and heats the off-gas to 400 ° C. or higher by exchanging heat with the combustion exhaust gas. an exchanger, a preheating gas supply line for supplying the off-gas heated by the heat exchanger to the gas inlet of the combustion section, and the flow rate of the off-gas per area of the combustion surface with an inner diameter of 100 mm of the combustion section , the CH 4 flow rate in the off-gas is adjusted to 4.0 to 6.0 L/min.
本発明の一態様に係る燃焼装置は、ＣＨ4を含有するオフガスを安定して燃焼させることができる。 A combustion apparatus according to an aspect of the present invention can stably burn off-gas containing CH 4 .
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１に、一実施形態による燃焼装置の外観を示す。なお、理解の容易のため、図面における各部材の縮尺は実際とは異なる場合がある。本明細書では、３軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の３次元直交座標系を用い、燃焼装置１０の幅方向をＸ軸方向とし、奥行き方向をＹ軸方向とし、高さ方向をＺ軸方向とする。燃焼装置１０の下から上に向かう方向を＋Ｚ軸方向とし、その反対方向を－Ｚ軸方向とする。以下の説明において、＋Ｚ軸方向を上といい、－Ｚ軸方向を下という場合がある。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1 shows the appearance of a combustion device according to one embodiment. For ease of understanding, the scale of each member in the drawings may differ from the actual scale. In this specification, a three-dimensional orthogonal coordinate system with three axial directions (X-axis direction, Y-axis direction, Z-axis direction) is used, the width direction of the
＜燃焼装置＞
一実施形態による燃焼装置について説明する。図２は、図１のI－I断面図であり、燃焼装置の構成を簡略に示す。図２に示すように、燃焼装置１０は、燃焼部である燃焼塔２０、熱交換器３０、断熱材４０及び予熱ガス供給ラインＬ１０を有する。
<Combustion device>
A combustion device according to one embodiment will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 1, and simply shows the configuration of the combustion apparatus. As shown in FIG. 2, the
本実施形態では、燃焼装置１０で燃焼処理されるガスは、メタン（ＣＨ4）を含有し、かつ熱量が所定量以下のオフガスである。本実施形態では、一例として、バイオガスを精製する際に発生するオフガスを用いる。熱量が所定量以下とは、熱量が約３．６ＭＪ／ｍ3以下であることをいう。約３．６ＭＪ／ｍ3をオフガスのＣＨ4濃度に換算すると、ＣＨ4濃度は約１０％となる。
In the present embodiment, the gas to be combusted by the
バイオガスは、約５５～６５％のＣＨ4と約４５～３５％のＣＯ2を主成分として含み、硫化水素、シロキサン類、アンモニア又はメチルメルカプタン等の微量の不純物成分を含んでいてもよい。オフガスは、ガス精製設備において、バイオガス中のＣＨ4とＣＯ2とを分離して高濃度のＣＨ4を含有する精製ガスを生成する際に排出されるＣＯ2リッチガスである。オフガスはＣＨ4及びＣＯ2を含有しており、本実施形態において、オフガスのＣＨ4濃度は約３～１０％であり、ＣＯ2濃度は約９０～９７％である。このオフガスのガス組成は、その元となるバイオガスのガス組成やガス精製設備におけるバイオガスの精製能力等によって変化する。 Biogas is primarily composed of about 55-65% CH 4 and about 45-35% CO 2 , and may contain minor impurity components such as hydrogen sulfide, siloxanes, ammonia or methyl mercaptan. Off-gas is CO 2 -rich gas discharged when CH 4 and CO 2 in biogas are separated from gas refining equipment to produce purified gas containing a high concentration of CH 4 . The off-gas contains CH 4 and CO 2 , and in this embodiment the off-gas has a CH 4 concentration of about 3-10% and a CO 2 concentration of about 90-97%. The gas composition of this off-gas changes depending on the gas composition of the original biogas, the biogas refining capacity of the gas refining equipment, and the like.
燃焼装置１０には、オフガス中のＣＨ4と空気（燃焼用空気）とを、オフガス中のＣＨ4と空気との空気比（ＣＨ4が完全燃焼する時に必要な理論空気量に対する実空気量の比）が所定の値（例えば、約１．０５）となるように混合した予混合気Ｇ１が供給される。本実施形態では、熱交換器３０に供給される予混合気を予混合気Ｇ１とし、熱交換器３０から燃焼塔２０に予熱ガス供給ラインＬ１０を通って供給される予混合気を加熱された予混合気Ｇ２とする。
In the
次に、燃焼装置１０を構成する、燃焼塔２０、熱交換器３０、断熱材４０及び予熱ガス供給ラインＬ１０について説明する。
Next, the
［燃焼塔］
図２に示すように、燃焼塔２０は、燃焼筒２１、蓋部２２、バーナ２３及びスパークロッド２４を有する。燃焼塔２０の内部には、燃焼筒２１及び蓋部２２に囲まれた、燃焼空間である燃焼室２６が形成されている。燃焼室２６において、燃焼室２６内に流入する加熱された予混合気Ｇ２が加熱されて、加熱された予混合気Ｇ２が燃焼することで、燃焼排ガスＨＧが生成される。
[Combustion tower]
As shown in FIG. 2, the
図２に示すように、燃焼筒２１は、円筒状に形成された筒状体である。燃焼筒２１は、基台５１上に設置されている。
As shown in FIG. 2, the
燃焼筒２１は、側面２１１の下部近傍に、側面２１１の外側に突出した覗き窓２５を有する。覗き窓２５より、外部から燃焼室２６内の状態が確認される。
The
図２に示すように、蓋部２２は、燃焼筒２１の上部２１２に設けられている。蓋部２２は、平面視において、中央部に、ガス排出口２２１を有する。本実施形態では、蓋部２２が、燃焼室２６内に生じる燃焼排ガスＨＧを排出するガス排出部となる。なお、図２では、ガス排出口２２１は一つであるが、ガス排出口２２１の数や大きさ等は、適宜設計可能である。
As shown in FIG. 2 , the
燃焼塔２０を構成する燃焼筒２１及び蓋部２２は、例えば、鉄、Ｎｉ－Ｆｅ系合金、Ｎｉ－Ｃｒ－Ｆｅ系合金、Ｎｉ－Ｃｏ－Ｆｅ系合金、ステンレス等の耐熱性金属やキャスタブル等で形成することができる。Ｎｉ－Ｃｒ－Ｆｅ系合金としては、例えば、インコネル等を用いることができる。Ｎｉ－Ｃｏ－Ｆｅ系合金として、例えば、コバール等を用いることができる。ステンレスとしては、例えば、ＳＵＳ３０４等を用いることができる。
The
図２に示すように、バーナ２３は、予混合気Ｇ１のガス流れ方向の上流側である、燃焼筒２１の下部に基台５１を貫通した状態で設けられている。バーナ２３は、チャンバ部２３１とメタルニット部２３２とを有する表面燃焼バーナ（メタルニットバーナ）である。バーナ２３を構成する各部材は、ステンレス等の耐熱性金属で形成することができる。なお、バーナ２３は、有線の通信回線又は無線通信回線を介してインターネット等のネットワークに接続される不図示の制御装置により制御可能に構成されている。
As shown in FIG. 2, the
チャンバ部２３１は、有底筒状に形成されている。図２に示すように、チャンバ部２３１は、その下部に予熱ガス供給ラインＬ１０と連結されるガス導入口２３１ａを有する。ガス導入口２３１ａが、熱交換器３０で加熱された予混合気Ｇ２が燃焼室２６内に供給される、燃焼塔２０のガス導入口となる。
The
図３に、バーナ２３の外観の斜視図を示す。図２及び図３に示すように、メタルニット部２３２は、平板状に形成され、チャンバ部２３１の上部開口を塞ぐように設けられている。
FIG. 3 shows a perspective view of the appearance of the
メタルニット部２３２は、繊維径が数ミクロン～数百ミクロンの耐熱金属繊維を編み込んで形成された織布であり、内部に空隙を有する。メタルニット部２３２は、前記空隙を介して、燃焼室２６とチャンバ部２３１との通気性を確保しつつ、燃焼室２６とチャンバ部２３１とを仕切っている。
The
耐熱金属繊維としては、例えば、フェクラロイ（Fecralloy）（登録商標）等のＣｒ－Ｆｅ系合金等を用いることができる。 As the heat-resistant metal fiber, for example, a Cr--Fe alloy such as Fecralloy (registered trademark) can be used.
メタルニット部２３２は、メタルニット部２３２の表面に炎を発生させることで、メタルニット部２３２の表面には燃焼面が形成される。メタルニット部２３２から発生する炎の大きさは、メタルニット部２３２への加熱された予混合気Ｇ２の供給量、加熱された予混合気Ｇ２のオフガス中のＣＨ4と空気との空気比又は加熱された予混合気Ｇ２の温度等を制御することにより、調整できる。
The
メタルニット部２３２のメタルニット径Ｄ１は、燃焼筒２１の内径Ｄ２と同等程度であることが好ましい。具体的には、メタルニット部２３２のメタルニット径Ｄ１の燃焼筒２１の内径Ｄ２に対する比（Ｄ１／Ｄ２）は、０．８０～１．００の範囲内であることが好ましく、０．８７～１．０であることがより好ましく、０．９０～１．００であることがさらに好ましい。上記比Ｄ１／Ｄ２が０．８０～１．００の範囲内であれば、燃焼筒２１の内壁又はその近傍までメタルニット部２３２から生じる炎の燃焼面が形成される。
The metal knit diameter D1 of the
メタルニット部２３２の表面負荷は、２０００～４０００ｋＷ／ｍ2であることが好ましく、２５００～３０００ｋＷ／ｍ2であることがより好ましい。メタルニット部２３２の表面負荷が上記範囲内であれば、加熱された予混合気Ｇ２は完全燃焼させやすくなる。
The surface load of the
図２に示すように、スパークロッド２４は、燃焼筒２１の側面２１１に、側面２１１を貫通して燃焼室２６内に突出させた状態で設けられている。スパークロッド２４の先端の放電部２４ａは、メタルニット部２３２の上方であって、平面視においてメタルニット部２３２の略中央部分に位置している。スパークロッド２４は、不図示の給電部に不図示のケーブル等により連結されており、前記給電部より高電圧の電流が給電される。スパークロッド２４に高電圧の電流を給電して、放電部２４ａでスパークを発生させることで、メタルニット部２３２の表面で燃焼室２６内に供給されるオフガスに含まれるＣＨ4を点火させる。
As shown in FIG. 2 , the
［熱交換器］
図２に示すように、熱交換器３０は、熱交換器本体３１と、熱交換部３２とを有している。
[Heat exchanger]
As shown in FIG. 2 , the
図２に示すように、熱交換器本体３１は、燃焼塔２０のガス排出部である蓋部２２の上部に設けられている。熱交換器本体３１は、内部に熱交換部３２を収容するための空間を有する。
As shown in FIG. 2 , the heat exchanger
熱交換器本体３１は、溶接、ねじ止め、焼きばめ又はロウ材等の高温での耐熱性を有する接合材を用いた接着等により、蓋部２２の上部に固定できる。熱交換器本体３１は、溶接、ねじ止め、焼きばめ又は接着等を用いて蓋部２２に固定することにより、蓋部２２と一体化させることができる。
The heat exchanger
熱交換器本体３１は、熱交換器本体３１の底部３１１にガス流入口３１１ａを有する。ガス流入口３１１ａは、蓋部２２のガス排出口２２１に対応する位置に設けられ、燃焼室２６でオフガスが燃焼することで生じる燃焼排ガスＨＧが流入可能に形成されている。
The heat exchanger
熱交換器本体３１は、熱交換器本体３１の上部３１２にガス流出口３１２ａを有する。ガス流出口３１２ａは、ガス排出ラインＬ２０と連結されている。
The heat exchanger
熱交換器本体３１は、内周面３１３に、熱交換部３２を熱交換器本体３１内で保持するための保持部３１４を有する。保持部３１４は、内周面３１３に熱交換部３２の上下両端を挟み込むように設けられている。熱交換部３２の上下両端に設けた保持部３１４により、熱交換部３２は熱交換器本体３１内に着脱可能に固定されている。
The
熱交換器本体３１は、その内周面３１３に、予混合気Ｇ１が供給されるガス供給ラインＬ１と連結された予混合気供給口３１３ａと、熱交換器本体３１内の加熱された予混合気Ｇ２を排出する予熱ガス供給ラインＬ１０と連結された予混合気排出口３１３ｂとを有する。
The heat exchanger
図４に、熱交換部３２の外観の斜視図を示す。図２及び図４に示すように、熱交換部３２は、熱交換器本体３１内に保持部３１４により保持されている。熱交換部３２は、予混合気Ｇ１と、燃焼塔２０で発生する燃焼排ガスＨＧとを熱交換して、予混合気Ｇ１を加熱する。
FIG. 4 shows a perspective view of the appearance of the
図４に示すように、熱交換部３２は、予混合気Ｇ１が通過する第１通路Ｌ３２１と、燃焼排ガスＨＧが通過する第２通路Ｌ３２２とを交互に配置した状態でそれぞれ複数有する。第１通路Ｌ３２１と、第２通路Ｌ３２２とは、それぞれのガス流れ方向が直交するように配置されている。第１通路Ｌ３２１及び第２通路Ｌ３２２の数は、適宜設計可能である。
As shown in FIG. 4, the
図２に示すように、第１通路Ｌ３２１の吸気口３２１ａは、熱交換器本体３１の予混合気供給口３１３ａ側に設けられ、第１通路Ｌ３２１の排気口３２１ｂは、熱交換器本体３１の予混合気排出口３１３ｂ側に設けられている。
As shown in FIG. 2, the
第２通路Ｌ３２２の吸気口３２２ａは、熱交換器本体３１のガス流入口３１１ａ側に設けられ、第２通路Ｌ３２２の排気口３２２ｂは、熱交換器本体３１のガス流出口３１２ａ側に設けられている。
The
［断熱材］
図２に示すように、断熱材４０は、燃焼筒２１の側面２１１と、バーナ２３のチャンバ部２３１の側壁及び下部と、熱交換器３０の熱交換器本体３１の側壁及び上部３１２との外表面に設けられている。
[Insulation]
As shown in FIG. 2 , the
断熱材４０は、外部の熱を遮断できる材料で形成することができ、断熱材４０としては、例えば、ガラスウールや羊毛等の繊維又は硬質ウレタンフォームやフェノールフォーム等の発砲樹脂等を用いることができる。
The
断熱材４０の厚さは、１００ｍｍ～１５０ｍｍであることが好ましい。断熱材４０の厚さが１００ｍｍ以上であれば、燃焼排ガスＨＧの放熱が軽減され、燃焼室２６内の温度を所定の温度（例えば、８００℃）以上に保持できる。断熱材４０は厚いほど断熱効果が得られるが、厚くし過ぎても断熱効果がそれほど向上せず、費用が増大することになる。そのため、断熱材４０の厚さは、断熱効果の発揮と費用負担とのバランスの観点から、１５０ｍｍ以下であることが好ましい。
The thickness of the
［予熱ガス供給ライン］
図２に示すように、予熱ガス供給ラインＬ１０は、加熱された予混合気Ｇ２を熱交換器３０から燃焼塔２０のガス導入口２３１ａに供給するラインであり、予混合気排出口３１３ｂとチャンバ部２３１のガス導入口２３１ａとを連結している。
[Preheating gas supply line]
As shown in FIG. 2, the preheating gas supply line L10 is a line that supplies the heated premixed gas G2 from the
燃焼装置１０は、予熱ガス供給ラインＬ１０に、加熱された予混合気Ｇ２のオフガスに含まれるＣＨ4の流量を測定する流量計５２を有する。流量計５２は、加熱された予混合気Ｇ２中のＣＨ4の流量を測定できる装置であれば用いることができる。
The combustion apparatus 10 has a
図２に示すように、燃焼装置１０では、熱交換器本体３１のガス流出口３１２ａにガス排出ラインＬ２０の一端が連結されており、ガス排出ラインＬ２０の他端は大気に開放されている。
As shown in FIG. 2, in the
燃焼装置１０は、ガス排出ラインＬ２０に、燃焼排ガスＨＧ中のＣＨ4濃度を測定するＣＨ4濃度測定部５４と、燃焼排ガスＨＧ中のＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度測定部５５とを有する。ＣＨ4濃度測定部５４及びＣＯ濃度測定部５５は、それぞれ、ＣＯ濃度及びＣＨ4濃度を測定できる測定装置であれば用いることができる。
The
次に、燃焼装置１０を用いて、予混合気Ｇ１中のオフガスを燃焼処理する場合について説明する。
Next, a case where the
図２に示すように、オフガスに空気を混合した予混合気Ｇ１は、ガス供給ラインＬ１を通って、熱交換器本体３１の予混合気供給口３１３ａから熱交換器本体３１内に供給される。
As shown in FIG. 2, premixed gas G1 obtained by mixing off-gas with air is supplied into heat exchanger
予混合気Ｇ１中のオフガスと空気とは、空気比が所定の値（例えば、約１．０５）となるように混合される。 The off-gas and air in the premixed gas G1 are mixed so that the air ratio becomes a predetermined value (for example, approximately 1.05).
加熱された予混合気Ｇ２中のオフガスのＣＨ4流量が４．０～６．０Ｌ／ｍｉｎとなるように、予混合気Ｇ１の流量は調整される。予混合気Ｇ１の流量は、ガス供給ラインＬ１に設けられる不図示の送風機等により調整される。加熱された予混合気Ｇ２中のオフガスのＣＨ4流量は、流量計５２により測定される。なお、本実施形態では、予混合気Ｇ１及びオフガスのＣＨ4の流量は、０℃、１ａｔｍでの基準状態（Ｎｏｒｍａｌ状態）で求めた値である。
The flow rate of the premixed gas G1 is adjusted so that the CH 4 flow rate of the offgas in the heated premixed gas G2 is 4.0 to 6.0 L/min. The flow rate of the premixed gas G1 is adjusted by an air blower or the like (not shown) provided in the gas supply line L1. The off-gas CH 4 flow rate in the heated premixture G2 is measured by a
予混合気Ｇ１は、熱交換部３２の第１通路Ｌ３２１の吸気口３２１ａから第１通路Ｌ３２１内を通過する。予混合気Ｇ１は、第１通路Ｌ３２１を通過しながら燃焼室２６から第２通路Ｌ３２２に流れてきた燃焼排ガスＨＧと熱交換する。燃焼排ガスＨＧは、予混合気Ｇ１よりも高温であるため、予混合気Ｇ１は燃焼排ガスＨＧと熱交換することで加熱（予熱）される。これにより、予混合気Ｇ１の温度は、所定の温度（例えば、４００℃）以上に昇温できる。
The premixed gas G1 passes through the first passage L321 from the
その後、加熱された予混合気Ｇ２は、熱交換器本体３１の予混合気排出口３１３ｂから予熱ガス供給ラインＬ１０を通って、チャンバ部２３１のガス導入口２３１ａからチャンバ部２３１内に流れる。
After that, the heated premixed gas G2 flows through the preheated gas supply line L10 from the premixed
そして、加熱された予混合気Ｇ２は、チャンバ部２３１内をメタルニット部２３２に向かって流れる。このとき、スパークロッド２４に給電して放電部２４ａでスパークを発生させることで、オフガスに含まれるＣＨ4を点火して、メタルニット部２３２の表面に炎を発生させる。
The heated premixed gas G2 then flows through the
加熱された予混合気Ｇ２は、メタルニット部２３２の表面に発生させた炎により加熱されることにより、メタルニット部２３２の表面付近において、加熱された予混合気Ｇ２が燃焼する。
The heated premixed gas G2 is heated by the flame generated on the surface of the
加熱された予混合気Ｇ２が燃焼するとは、加熱された予混合気Ｇ２中のオフガスの燃焼を意味し、具体的には、オフガスに含まれるＣＨ4が燃焼することである。加熱された予混合気Ｇ２中のオフガスはＣＨ4及びＣＯ2を含むため、オフガスがメタルニット部２３２の表面に発生させた炎によってＣＨ4の発火点（例えば、５３７℃）以上に加熱されることで、オフガスに含まれるＣＨ4が燃焼する。
Combustion of the heated premixed gas G2 means combustion of the off-gas in the heated pre-mixed gas G2, specifically, combustion of CH 4 contained in the off gas. Since the off-gas in the heated premixed gas G2 contains CH 4 and CO 2 , the off-gas is heated above the ignition point of CH 4 (eg, 537° C.) by the flame generated on the surface of the
ＣＨ4が完全燃焼する場合には、下記式（１）の通り、ＣＨ4は、加熱された予混合気Ｇ２中の酸素と反応（酸化）して、ＣＯ２と水とに分離される。ＣＨ4が不完全燃焼の場合には、下記式（２）の通り、ＣＨ4は酸化して、ＣＯと水とに分離される。
ＣＨ4＋２Ｏ2 → ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ ・・・（１）
２ＣＨ4＋３Ｏ2 → ２ＣＯ＋４Ｈ2Ｏ ・・・（２）
When CH 4 is completely combusted, CH 4 reacts (oxidizes) with oxygen in the heated premixed gas G2 and is separated into CO 2 and water as shown in formula (1) below. When CH 4 is incompletely burned, CH 4 is oxidized and separated into CO and water as shown in formula (2) below.
CH4+ 2O2- > CO2 + 2H2O (1)
2CH4 +3O2->2CO + 4H2O ( 2 )
メタルニット部２３２の表面に発生させる炎の大きさは、メタルニット部２３２への加熱された予混合気Ｇ２の供給量、加熱された予混合気Ｇ２のオフガス中のＣＨ4と空気との空気比又は加熱された予混合気Ｇ２の温度等を調整することにより調整できる。メタルニット部２３２の表面に発生させた炎の大きさを調整して、加熱された予混合気Ｇ２を適切な温度に加熱することで、加熱された予混合気Ｇ２を燃焼できる。
The size of the flame generated on the surface of the
燃焼室２６内で、加熱された予混合気Ｇ２が燃焼することにより、加熱された予混合気Ｇ２は、燃焼排ガスＨＧとなる。
By combusting the heated premixed gas G2 in the
燃焼室２６内に発生した燃焼排ガスＨＧは、燃焼室２６内を上昇して、蓋部２２のガス排出口２２１及び熱交換器本体３１のガス流入口３１１ａを通り、熱交換器本体３１内に流れる。その後、燃焼排ガスＨＧは、熱交換部３２の第２通路Ｌ３２２の吸気口３２２ａから第２通路Ｌ３２２内に流れる。
The flue gas HG generated in the
燃焼排ガスＨＧは、第２通路Ｌ３２２内を通りながら、第１通路Ｌ３２１内を流れる予混合気Ｇ１と熱交換して予混合気Ｇ１を加熱しながら、排気口３２２ｂから流出する。このとき、燃焼排ガスＨＧは、燃焼室２６と熱交換部３２との移動距離が短いため、燃焼排ガスＨＧが保有する熱は、放熱することなく熱交換部３２に伝えられる。
While passing through the second passage L322, the combustion exhaust gas HG flows out from the
その後、燃焼排ガスＨＧは、熱交換器本体３１のガス流出口３１２ａからガス排出ラインＬ２０を通って、ＣＨ4濃度測定部５４及びＣＯ濃度測定部５５で燃焼排ガスＨＧ中のＣＨ4濃度及びＣＯ濃度が測定された後、大気中に放出される。
After that, the flue gas HG passes through the gas discharge line L20 from the
以上のように構成された、燃焼装置１０は、熱交換器３０を燃焼塔２０の蓋部２２に設け、熱交換器３０で加熱された予混合気Ｇ２を予熱ガス供給ラインＬ１０を通して燃焼室２６内に供給している。燃焼塔２０で発生した燃焼排ガスＨＧの熱が熱交換器３０で予混合気Ｇ１と熱交換する前に放出されるのを軽減できる。そのため、熱交換器３０で予混合気Ｇ１を燃焼排ガスＨＧと熱交換して加熱する際、燃焼排ガスＨＧの熱を予混合気Ｇ１の加熱に有効に利用することができる。これにより、熱交換器３０で予混合気Ｇ１を予め所定の温度（例えば、４００℃）以上に加熱できるので、燃焼塔２０において予混合気Ｇ１に含まれるオフガスは燃焼させやすくなる。
The
一般に、オフガスに含まれるＣＨ4等の炭化水素系燃料は、アンモニア等の難燃性燃料に比べて燃焼速度が速く、安定して燃焼させ易い。ガス製造設備においてより高濃度のＣＨ4を含む精製ガスが得られるようになることで、オフガスのＣＨ4濃度はさらに低くなる。そして、オフガス中のＣＨ4濃度が低濃度（例えば、１０％以下）になると、オフガスの熱量は低くなり、オフガスの燃焼速度は難燃性燃料の燃焼速度よりも遅くなる。その結果、オフガスは、安定して燃焼させ難くなる傾向にある。 In general, hydrocarbon fuel such as CH 4 contained in off-gas has a higher burning speed than flame-retardant fuel such as ammonia, and is easy to burn stably. The availability of purified gas containing higher concentrations of CH 4 in the gas production facility further reduces the CH 4 concentration of the off-gas. When the CH 4 concentration in the off-gas becomes low (for example, 10% or less), the calorific value of the off-gas becomes low, and the combustion speed of the off-gas becomes slower than the combustion speed of the flame-retardant fuel. As a result, the off-gas tends to be difficult to stably burn.
本実施形態では、燃焼装置１０は、燃焼塔２０で加熱された予混合気Ｇ２を燃焼させる前に、予混合気Ｇ１を予め所定の温度（例えば、４００℃）以上に加熱できるため、燃焼塔２０において加熱された予混合気Ｇ２中のＣＨ4を安定して燃焼できる。よって、燃焼装置１０は、オフガスがＣＨ4濃度が例えば１０％以下のガスでも、加熱された予混合気Ｇ２を安定して燃焼させることができる。
In the present embodiment, the
したがって、燃焼装置１０は、ガス精製設備においてバイオガスを精製する際に排出されるオフガス等、ＣＨ4を含有する排ガスの燃焼に有効に用いることができる。
Therefore, the
また、ＣＨ4は、ＣＯ2の２５倍の温暖化係数を有するため、ＣＨ4の大気放散は、ＣＯ2の大気放散よりも温室効果を高めることになり、地球温暖化を助長する。燃焼装置１０は、オフガス中のＣＨ4が燃焼して除去されることで、地球温暖化への影響を軽減できる。
In addition, since CH4 has a
燃焼装置１０は、燃焼塔２０の蓋部２２に熱交換部３２の熱交換器本体３１を固定して、燃焼塔２０と熱交換器３０とを一体化している。これにより、燃焼排ガスＨＧの保有する熱が予混合気Ｇ１と熱交換する前に放熱されるのを軽減できるため、熱交換部３２でより効率良く予混合気Ｇ１を加熱できる。
In the
燃焼装置１０は、断熱材４０を、燃焼筒２１の側面２１１と、バーナ２３のチャンバ部２３１の側壁及び下部と、熱交換器３０の熱交換器本体３１の側壁及び上部３１２との外表面に設け、断熱材４０の厚さを１００ｍｍ以上としている。これにより、燃焼装置１０は、燃焼排ガスＨＧの保有する熱が予混合気Ｇ１と熱交換する前に放熱するのをより軽減でき、燃焼室２６内の温度を所定の温度（例えば、８００℃）以上にできる。そのため、燃焼排ガスＨＧをその熱量を維持した状態で熱交換部３２に供給できる。よって、燃焼装置１０は、熱交換部３２で予混合気Ｇ１をさらに効率良く加熱できる。
In the
燃焼塔２０は、バーナ２３としてメタルニットバーナを用いている。メタルニットバーナは、加熱された予混合気Ｇ２を安定して加熱させ易いため、加熱された予混合気Ｇ２の燃焼効率を向上させることができる。
The
メタルニット部２３２のメタルニット径Ｄ１の燃焼筒２１の内径Ｄ２に対する比（Ｄ１／Ｄ２）を、０．８０～１．００としている。上記比Ｄ１／Ｄ２を上記範囲内とすることで、平面視において、燃焼筒２１のほぼ全面でＣＨ4を燃焼させることができるので、予混合気Ｇ１中のオフガスの燃焼量当たりの予混合気Ｇ１の放熱を抑えることができる。
A ratio (D1/D2) of the metal knit diameter D1 of the
燃焼装置１０は、バーナ２３のメタルニット部２３２の表面負荷を、２０００～４０００ｋＷ／ｍ2としている。これにより、燃焼室２６内の温度を所定の温度（８００℃以上）に安定して加熱できるので、バーナ２３で加熱された予混合気Ｇ２を完全燃焼させやすくなる。
In the
燃焼装置１０は、オフガス中のＣＨ4の流量が４．０～６．０Ｌ／ｍｉｎとなるように、予混合気Ｇ１の流量は調整している。オフガス中のＣＨ4の流量が上記範囲内であれば、燃焼室２６において、メタルニット部２３２の表面に発生させる炎をオフガスが通過する際、加熱された予混合気Ｇ２を完全燃焼させることができ、オフガスの不完全燃焼を抑えることができる。これにより、加熱された予混合気Ｇ２の不完全燃焼により生じるＣＯが燃焼排ガス中に含まれるのを抑制できる。
The
（変形例）
燃焼装置１０の変形例について説明する。
(Modification)
A modification of the
本実施形態では、バーナ２３がメタルニットバーナである場合について説明したが、バーナ２３は旋回流バーナでもよい。図５は、燃焼装置１０を図１のI－I断面と同じ位置から＋Ｙ軸方向に向かって見た時の一例を示す断面図であり、図６は、旋回流バーナの外観の斜視図である。図５及び図６に示すように、バーナ２３は、有底筒状に形成された外筒２３３と、円柱部２３４と、羽根２３５とを有する。図６に示すように、外筒２３３と円柱部２３４との間には、リング状流通路２３６が上下方向に形成されている。
In this embodiment, the
外筒２３３は、図６に示すように、円筒状に形成されており、図５に示すように、底部に、予混合気Ｇ２が流入する導入口２３３ａを有する。
As shown in FIG. 6, the
図６に示すように、羽根２３５は、円柱部２３４と外筒２３３との間に、円柱部２３４の周方向に複数（図６では７枚）設けられている。複数の羽根２３５は、円柱部２３４の側面に、バーナ軸方向Ｊに対して同一方向に傾斜するように取り付けられると共に、円柱部２３４の周方向に互いに離間して配置されている。羽根２３５は、外筒２３３と円柱部２３４との間に嵌め込んで固定して一体化させている。なお、羽根２３５の数は７枚に限定されず、適宜設計可能である。
As shown in FIG. 6, a plurality of blades 235 (seven blades in FIG. 6) are provided between the
図５に示すように、バーナ２３の導入口２３３ａからリング状流通路２３６に加熱された予混合気Ｇ２に導入される。図６に示すように、バーナ２３の羽根２３５同士の間に流入した加熱された予混合気Ｇ２は、羽根２３５の傾斜によって旋回し、バーナ２３の出口である上方に向けて噴射される。そして、燃焼室２６に加熱された予混合気Ｇ２の旋回流を形成する。このとき、スパークロッド２４の放電部２４ａでスパークを発生させることで、オフガスに含まれるＣＨ4を点火して、バーナ２３の上方に炎を発生させる。加熱された予混合気Ｇ２は炎で加熱されることで、加熱された予混合気Ｇ２を燃焼させる。よって、バーナ２３が旋回流バーナでも、燃焼塔２０において加熱された予混合気Ｇ２を安定して燃焼できる。
As shown in FIG. 5, the heated premixed gas G2 is introduced into the ring-shaped
本実施形態では、燃焼筒２１は、平面視において、楕円形や矩形等の多角形に形成されていてもよい。
In this embodiment, the
本実施形態では、バーナ２３のチャンバ部２３１及びメタルニット部２３２は、平面視において、楕円形や多角形に形成されていてもよい。
In this embodiment, the
本実施形態では、メタルニット部２３２は、半球状又は円錐状等に形成されていてもよい。
In this embodiment, the
本実施形態では、蓋部２２と熱交換器本体３１との少なくとも一方がフランジ部を有する場合、燃焼塔２０と熱交換器３０とは、前記フランジ部を介して蓋部２２と熱交換器本体３１とを連結させてもよい。
In this embodiment, when at least one of the
本実施形態では、断熱材４０は、少なくとも、燃焼筒２１の側面２１１の外表面に設けられていればよい。断熱材４０は、例えば、燃焼筒２１の側面２１１の外表面のみに設けられてもよい。また、断熱材４０は、側面２１１とバーナ２３のチャンバ部２３１の側壁及び下部の外表面に設けられてもよいし、側面２１１と熱交換器３０の熱交換器本体３１の側壁及び上部３１２との外表面に設けられてもよい。これらの場合でも、燃焼排ガスＨＧの放熱は抑えられる。また、断熱材４０が特に不要の場合には、断熱材４０は設けなくてもよい。
In this embodiment, the
以下、実施例及び比較例を示して実施形態を更に具体的に説明するが、実施形態はこれらの実施例により限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the embodiments will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, but the embodiments are not limited to these examples.
＜実施例１＞
［実施例１－１］
図１に示す燃焼装置を準備した。燃焼筒２１の内径は約１１４ｍｍとし、断熱材の厚さｔは１００ｍｍとし、バーナとしてメタルニットバーナ（メタルニット径Ｄ１＝１００ｍｍ）を用いた。以下の、予混合気の条件に従って、燃焼室内にＣＨ4、ＣＯ2及び空気を含む予混合気を供給し、ＣＨ4の流量は５．０Ｌ／ｍｉｎで固定とし、ＣＨ4と空気との空気比は１．０５とした。燃焼室内の予混合気中のオフガスのＣＨ4濃度を所定の濃度に調整した後、予混合気を燃焼した。オフガスのＣＨ4濃度は、最大で２０％として、燃焼室内の予混合気を５分以上燃焼させることができた時のＣＨ4濃度の最小値を求めた。測定結果を表１に結果を示す。
（予混合気の条件）
予混合気の成分：ＣＨ4、ＣＯ2、空気
ＣＨ4の流量：５．０Ｌ／ｍｉｎ
空気比：１．０５
<Example 1>
[Example 1-1]
A combustion apparatus shown in FIG. 1 was prepared. The inner diameter of the
(Conditions of premixed gas)
Premixed gas components: CH 4 , CO 2 , air CH 4 flow rate: 5.0 L/min
Air ratio: 1.05
また、予混合気を燃焼させている時の、燃焼室内の温度（燃焼室内部温度）及び燃焼筒の側壁の外表面の温度（燃焼室外壁温度）を測定した。燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度と、燃焼室内部温度との関係を図７に示し、燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度と、燃焼室外壁温度との関係を図８に示す。 Further, the temperature inside the combustion chamber (combustion chamber internal temperature) and the temperature of the outer surface of the side wall of the combustion cylinder (combustion chamber outer wall temperature) were measured when the premixture was burned. FIG. 7 shows the relationship between the CH 4 concentration of off-gas in the combustion chamber and the internal temperature of the combustion chamber, and FIG. 8 shows the relationship between the CH 4 concentration of off-gas in the combustion chamber and the outer wall temperature of the combustion chamber.
［実施例１－２］
実施例１－１において、断熱材の厚さｔを１５０ｍｍに変更したこと以外は、実施例１－１と同様にして行った。この結果、燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度が６．９％まで予混合気を燃焼させることができた。燃焼室内の予混合気を５分以上燃焼させることができた時のオフガスのＣＨ4濃度の最小値を表１に結果を示す。また、燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度と、燃焼室内部温度及び燃焼室外壁温度との関係を図７及び図８に示す。
[Example 1-2]
The procedure of Example 1-1 was repeated except that the thickness t of the heat insulating material was changed to 150 mm. As a result, the premixed gas could be burned until the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber was 6.9%. Table 1 shows the minimum CH 4 concentration in the off-gas when the premixture in the combustion chamber could be burned for 5 minutes or longer. 7 and 8 show the relationship between the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber and the temperature inside the combustion chamber and the outside wall temperature of the combustion chamber.
［実施例１－３］
実施例１－１において、断熱材の厚さｔを１５０ｍｍに変更し、バーナを旋回流バーナに変更したこと以外は、実施例１－１と同様にして行った。この結果、燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度が６．５％まで予混合気を燃焼させることができた。燃焼室内の予混合気を５分以上加熱させることができた時のオフガスのＣＨ4濃度の最小値を表１に結果を示す。燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度と、燃焼室内部温度及び燃焼室外壁温度との関係を図７及び図８に示す。
[Example 1-3]
Example 1-1 was carried out in the same manner as in Example 1-1 except that the thickness t of the heat insulating material was changed to 150 mm and the burner was changed to a swirl burner. As a result, the premixed gas could be burned until the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber was 6.5%. Table 1 shows the minimum CH 4 concentration in the offgas when the premixture in the combustion chamber could be heated for 5 minutes or more. 7 and 8 show the relationship between the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber and the temperature inside and outside the combustion chamber.
［比較例１－１］
実施例１－１において、断熱材の厚さｔを５０ｍｍに変更し、メタルニットバーナのメタルニット径Ｄを６４ｍｍに変更したこと以外は、実施例１－１と同様にして行った。この結果、燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度が１２．０％まで予混合気を燃焼させることができた。燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度と、燃焼室内部温度及び燃焼室外壁温度との関係を図７及び図８に示す。
[Comparative Example 1-1]
Example 1-1 was carried out in the same manner as in Example 1-1 except that the thickness t of the heat insulating material was changed to 50 mm and the metal knit diameter D of the metal knit burner was changed to 64 mm. As a result, the premixed gas could be burned until the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber was 12.0%. 7 and 8 show the relationship between the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber and the temperature inside the combustion chamber and the outside wall temperature of the combustion chamber.
［比較例１－２］
比較例１－１において、さらに、燃焼室に供給する予混合気を予め電気ヒータを用いて約４００℃まで加熱したこと以外は、実施例１－１と同様にして行った。この結果、燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度が９．７％まで予混合気を燃焼させることができた。燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度と、燃焼室内部温度及び燃焼室外壁温度との関係を図７及び図８に示す。
[Comparative Example 1-2]
Comparative Example 1-1 was carried out in the same manner as in Example 1-1, except that the premixed gas supplied to the combustion chamber was previously heated to about 400° C. using an electric heater. As a result, the premixed gas could be burned until the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber was 9.7%. 7 and 8 show the relationship between the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber and the temperature inside and outside the combustion chamber.
上記各実施例及び比較例における、熱交換器の有無、断熱材の厚さｔ、バーナの種類、及び燃焼室内の予混合気を５分以上加熱させることができた時のオフガスのＣＨ4濃度の最小値を表１にまとめた。 In each of the above examples and comparative examples, the presence or absence of a heat exchanger, the thickness t of the heat insulating material, the type of burner, and the CH 4 concentration of the offgas when the premixed gas in the combustion chamber could be heated for 5 minutes or more. are summarized in Table 1.
表１より、実施例１－１～１－３では、燃焼室内のオフガス中のＣＨ4濃度が７．５％以下でも、燃焼室内の予混合気を５分以上加熱させることができた。これに対し、比較例１－１では、燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度が約１０％以上でなければ、燃焼室内の予混合気を５分以上加熱させることができなかった。比較例１－２では、燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度が約１０％まで燃焼室内の予混合気を５分以上加熱させることができたが、外部熱源として電気ヒータを使用する必要があるため、運転費用等が新たに発生することになり、好ましくない。 From Table 1, in Examples 1-1 to 1-3, even if the CH 4 concentration in the off-gas in the combustion chamber was 7.5% or less, the premixed gas in the combustion chamber could be heated for 5 minutes or longer. In contrast, in Comparative Example 1-1, the premixed gas in the combustion chamber could not be heated for 5 minutes or more unless the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber was about 10% or more. In Comparative Example 1-2, the premixed gas in the combustion chamber could be heated for more than 5 minutes until the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber reached about 10%. , operating costs, etc. will be newly generated, which is not preferable.
また、図７及び図８に示すように、実施例１－１～１－３では、燃焼室内部温度は約８００℃以上の高い温度を維持でき、燃焼室外壁温度は約２００℃以下で低い温度であった。これに対し、比較例１－１及び１－２では、燃焼室内部温度は最高でも約６００℃であった。また、燃焼室外壁温度は、約２２０℃以上と高く、燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度が低くなるほど高くなっていった。 Further, as shown in FIGS. 7 and 8, in Examples 1-1 to 1-3, the internal temperature of the combustion chamber can be maintained at a high temperature of about 800° C. or more, and the temperature of the outer wall of the combustion chamber is low at about 200° C. or less. was the temperature. On the other hand, in Comparative Examples 1-1 and 1-2, the temperature inside the combustion chamber was about 600° C. at maximum. The temperature of the outer wall of the combustion chamber was as high as about 220° C. or higher, and increased as the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber decreased.
よって、燃焼塔のガス排出部である蓋部に熱交換器を配置して、熱交換器で燃焼排ガスの熱を予混合気の加熱に有効に利用しつつ、燃焼室から排出される燃焼排ガスの熱が放熱されるのを軽減することで、オフガスのＣＨ4濃度が低くても予混合気を安定して燃焼できることが確認された。これは、予混合気を燃焼させる前に予め予混合気のガス温度をより高温に高めると共に燃焼室内部温度を高温に保持することで、オフガス中のＣＨ4濃度が低くても、予混合気を安定して燃焼できたためといえる。 Therefore, by arranging a heat exchanger in the lid portion, which is the gas discharge portion of the combustion tower, the heat of the flue gas is effectively used to heat the premixed gas in the heat exchanger, and the flue gas is discharged from the combustion chamber. It was confirmed that the premixed gas can be stably burned even if the CH 4 concentration of the off-gas is low by reducing the heat radiation of . By raising the gas temperature of the premixed gas to a higher temperature and maintaining the temperature inside the combustion chamber at a high temperature before burning the premixed gas, even if the CH4 concentration in the off gas is low, the premixed gas was able to stably burn.
＜実施例２＞
［実施例２－１］
上記の実施例１－１において、燃焼室内の予混合気を燃焼させている時の、メタルニットバーナの表面負荷を測定すると共に、燃焼室から排出される燃焼排ガス中のＣＯ濃度を測定した。燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度と、メタルニットバーナの表面負荷との関係を図９に示し、燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度と、ＣＯ濃度との関係を図１０に示す。
<Example 2>
[Example 2-1]
In Example 1-1 above, the surface load of the metal knit burner was measured while the premixture in the combustion chamber was being burned, and the CO concentration in the flue gas discharged from the combustion chamber was also measured. FIG. 9 shows the relationship between the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber and the surface load of the metal knit burner, and FIG. 10 shows the relationship between the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber and the CO concentration.
［実施例２－２］
上記の実施例１－２において、実施例２－１と同様に、燃焼室内の予混合気を燃焼させている時の、メタルニットバーナの表面負荷を測定すると共に、燃焼室から排出される燃焼排ガス中のＣＯ濃度を測定した。燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度と、メタルニットバーナの表面負荷との関係を図９に示し、燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度と、ＣＯ濃度との関係を図１０に示す。
[Example 2-2]
In Example 1-2 above, as in Example 2-1, the surface load of the metal knit burner was measured while the premixture in the combustion chamber was being burned, and the combustion discharged from the combustion chamber was measured. The CO concentration in the flue gas was measured. FIG. 9 shows the relationship between the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber and the surface load of the metal knit burner, and FIG. 10 shows the relationship between the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber and the CO concentration.
［比較例２－１］
実施例２－１において、上記実施例１－１の予混合気の条件のＣＨ4流量を７．０Ｌ／ｍｉｎに変更したこと以外は、実施例２－１と同様にして行った。燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度と、メタルニットバーナの表面負荷との関係を図９に示し、燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度と、ＣＯ濃度との関係を図１０に示す。
[Comparative Example 2-1]
Example 2-1 was carried out in the same manner as in Example 2-1, except that the CH 4 flow rate in the premixed gas conditions in Example 1-1 was changed to 7.0 L/min. FIG. 9 shows the relationship between the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber and the surface load of the metal knit burner, and FIG. 10 shows the relationship between the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber and the CO concentration.
［比較例２－２］
実施例２－１において、上記実施例１－１の予混合気の条件のＣＨ4流量を９．０Ｌ／ｍｉｎに変更したこと以外は、実施例２－１と同様にして行った。燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度と、メタルニットバーナの表面負荷との関係を図９に示し、燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度と、ＣＯ濃度との関係を図１０に示す。
[Comparative Example 2-2]
Example 2-1 was carried out in the same manner as in Example 2-1, except that the CH 4 flow rate in the premixed gas conditions in Example 1-1 was changed to 9.0 L/min. FIG. 9 shows the relationship between the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber and the surface load of the metal knit burner, and FIG. 10 shows the relationship between the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber and the CO concentration.
［比較例２－３］
実施例２－１において、上記実施例１－１の予混合気の条件のＣＨ4流量を３．０Ｌ／ｍｉｎに変更したこと以外は、実施例２－１と同様にして行った。燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度と、メタルニットバーナの表面負荷との関係を図９に示し、燃焼室内のオフガスのＣＨ4濃度と、ＣＯ濃度との関係を図１０に示す。
[Comparative Example 2-3]
Example 2-1 was carried out in the same manner as in Example 2-1, except that the CH 4 flow rate of the premixed gas conditions in Example 1-1 was changed to 3.0 L/min. FIG. 9 shows the relationship between the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber and the surface load of the metal knit burner, and FIG. 10 shows the relationship between the CH 4 concentration of the off-gas in the combustion chamber and the CO concentration.
図９及び図１０に示すように、実施例２－１及び２－２では、メタルニットバーナの表面負荷は約２０００～４０００ｋＷ／ｍ2であり、ＣＨ4はほぼ完全燃焼して燃焼排ガスにＣＯは殆ど発生しなかった。これに対し、比較例２－１及び２－２では、メタルニットバーナの表面負荷が高く、燃焼排ガスのＣＯ濃度は約１００ｐｐｍ以上であった。比較例２－３では、メタルニットバーナの表面負荷が低すぎ、燃焼排ガスのＣＯ濃度は約４００ｐｐｍ以上であった。 As shown in FIGS. 9 and 10, in Examples 2-1 and 2-2, the surface load of the metal knit burner was about 2000 to 4000 kW/m 2 , CH 4 was almost completely burned and CO almost never occurred. On the other hand, in Comparative Examples 2-1 and 2-2, the surface load of the metal knit burner was high, and the CO concentration of the combustion exhaust gas was about 100 ppm or more. In Comparative Example 2-3, the surface load of the metal knit burner was too low, and the CO concentration of the flue gas was about 400 ppm or more.
よって、予混合気を燃焼させる際、ＣＨ4流量を所定の範囲内に調整することで、メタルニットバーナの表面負荷を所定の範囲に調整できるため、予混合気中のＣＨ4を完全燃焼でき、ＣＯの発生を抑えることができるといえる。 Therefore, when burning the premixed gas, the surface load of the metal knit burner can be adjusted to a predetermined range by adjusting the CH4 flow rate within a predetermined range, so that the CH4 in the premixed gas can be completely burned. , the generation of CO can be suppressed.
以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更等を行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As described above, the embodiment has been described, but the above embodiment is presented as an example, and the present invention is not limited by the above embodiment. The above embodiments can be implemented in various other forms, and various combinations, omissions, replacements, changes, etc. can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
１０ 燃焼装置
２０ 燃焼塔
２２ 蓋部
２３１ａ ガス導入口
２３２ メタルニット部
３０ 熱交換器
３１ 熱交換器本体
３２ 熱交換部
４０ 断熱材
Ｌ１０ 予熱ガス供給ライン
REFERENCE SIGNS
Claims (7)
ガス導入口及びガス排出部を有し、前記ガス導入口から導入される前記オフガスのみを燃焼し、燃焼排ガスを前記ガス排出部から排出する燃焼部と、
前記ガス排出部に設けられ、前記オフガスを前記燃焼排ガスと熱交換して４００℃以上に加熱する熱交換器と、
前記熱交換器で加熱されたオフガスを前記燃焼部の前記ガス導入口に供給する予熱ガス供給ラインと、
前記オフガスの流量は、前記燃焼部の内径１００ｍｍの燃焼面の面積当たりにおける、前記オフガス中のＣＨ4流量が４．０～６．０Ｌ／ｍｉｎとなるように調整される燃焼装置。 A combustion apparatus for burning off-gas containing CH 4 and having a calorific value equal to or less than a predetermined amount,
a combustion portion having a gas inlet and a gas discharge portion, for burning only the off-gas introduced from the gas inlet and discharging combustion exhaust gas from the gas discharge portion;
a heat exchanger that is provided in the gas discharge part and heats the off-gas to 400° C. or higher by exchanging heat with the combustion exhaust gas;
a preheating gas supply line for supplying the off-gas heated by the heat exchanger to the gas inlet of the combustion unit;
The combustion apparatus, wherein the flow rate of the off-gas is adjusted so that the flow rate of CH 4 in the off-gas is 4.0 to 6.0 L/min per area of the combustion surface having an inner diameter of 100 mm of the combustion portion.
前記断熱材の厚さが、１００～１５０ｍｍである請求項１又は２に記載の燃焼装置。 Including a heat insulating material surrounding the outer surface of the combustion part,
3. The combustion device according to claim 1, wherein the heat insulating material has a thickness of 100 to 150 mm.
前記メタルニットバーナのメタルニット径の前記燃焼部の内径に対する比が、０．８０～１．００である請求項４に記載の燃焼装置。 When the combustion unit has the metal knit burner,
5. The combustion apparatus according to claim 4, wherein the ratio of the metal knit diameter of said metal knit burner to the inner diameter of said combustion portion is 0.80 to 1.00.
前記メタルニットバーナの表面負荷が、２０００～４０００ｋＷ／ｍ2である請求項４又は５に記載の燃焼装置。 When the combustion unit has the metal knit burner,
6. The combustion apparatus according to claim 4, wherein the metal knit burner has a surface load of 2000 to 4000 kW/m 2 .
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