JPH0512575Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は燃焼装置に係り、特に触媒を用いて液
体燃料又はガス燃料を燃焼せしめるのに好適な接
触燃焼装置に関する。

〔従来の技術及び解決しようとする問題点〕 近年、触媒を用いた接触燃焼法は、通常の気相
燃焼に比べて、低温燃焼が可能で、排ガス中の窒
素酸化物（以下、NOxと称す）及び一酸化炭素
（以下、COと称す）等の未燃分が殆ど発生しない
ことから、注目されている技術である。

この接触燃焼法は、上記のような優れた特長を
有しているため、燃料資源の多様化や低公害燃焼
の要求に伴つて、石油精製プラント、製鉄所等の
オフガス処理や、自動車排ガスの浄化、加熱装置
並びにガスタービン等に利用されている。接触燃
焼に用いられる触媒としては、白金、パラジウ
ム、ロジウム等の貴金属類、又は酸化第二鉄、酸
化コバルト、酸化ニツケル等の金属酸化物や担持
させたものである。燃料としては液体燃料やガス
燃料が用いられている。

次に、従来の接触燃焼装置について説明する。

第４図はその系統図である。この接触燃焼装置
は、液体燃料用の燃料タンク１０、燃料ポンプ１
１、燃料の霧化室１２、混合器２０、整流板３
０、接触燃焼器４０、熱交換器５０、空気予熱器
６０及び送風器７０により構成されている。

まず、液体燃料は燃料ポンプ１１で加圧され、
霧化室１２内に設置されている噴霧ノズル１３で
微粒化されて、混合器２０内へ導入される。一
方、燃焼用空気は空気予熱器５０で加熱された
後、霧化室１２から混合器２０内に導入される。
混合器２０の断面は、通常、円形又は矩形であ
り、下流にいくに従つて断面積が拡大し、接触燃
焼器４０内に接続されている。前記霧化室１２内
で微粒化された液体燃料は、空気予熱器６０で加
熱された燃焼用空気と共に混合器２０内に導か
れ、そこで蒸発しつつ燃焼用空気と混合し、整流
板３０を経て接触燃焼器４０内の触媒層４１に達
し、触媒作用により燃焼して燃焼ガスとなり、熱
交換器５０、空気予熱器６０を経て大気中に放出
される。

また、図示してないが、燃焼用空気を空気予熱
器で予熱する代りに、燃焼ガスを霧化室１２内に
投入して廃熱を利用する方法もある。

ところで、上記混合器２０内では、微粒化され
た液体燃料と燃焼用空気又は燃焼ガスとの混合並
びに液体燃料の蒸発をすみやかに行わせる必要が
ある。しかし、一般に噴霧ノズル１３は圧力噴霧
方式又は二流体噴霧方式が採用されているが、噴
霧液滴の径は一様ではなく分布をもつているた
め、混合器２０の寸法が不適切であると、大粒径
の液滴が蒸発を完了しないで接触燃焼器４０内の
触媒層４１に達する。このような現象が生じる
と、燃焼用空気又は燃焼ガス中の燃料の濃度が不
均一となり、触媒層４１の入口部に付着した液滴
は炭化するので、目詰りによる流動抵抗の増大や
CO等の未燃分の発生が起るばかりでなく、触媒
層４１の部分的な過熱を招き、触媒層４１の焼損
の恐れもある。

そこで、このような欠点を解消する手段とし
て、例えば第５図に示すように、燃料ポンプ１１
と噴霧ノズル１３の間に気化器８０を設けて、こ
こで予め液体燃料を気化した後、噴霧ノズル１３
から噴出させる方法が採用されている。この方法
では、噴霧ノズル１３から噴出した燃料は既に気
体となつているため、前述のように未蒸発の液滴
が触媒層４１に達するという欠点はないが、しか
し、気化器８０を余分に設置することになる。

また、他の手段としては、第６図に示すよう
に、燃焼用空気又はは燃焼ガスの流路中に旋回器
１５を設け、燃焼用空気又は燃焼ガスに旋回を付
与して旋回流れ１６を形成し、その旋回力によつ
て噴霧ノズル１３からの燃料の流れ１７との混合
を促進し、前記欠点を解消しようとする方法もあ
る。しかし、この方法では、燃焼用空気又は燃焼
ガスに旋回力があるため、その流れ１６は遠心力
によつて霧化室１２及び混合器２０の壁近くを通
り、中心部には殆ど流れていない状態になる。こ
の状態において中心部の噴霧ノズル１３から液体
燃料を噴霧すると、燃料の流れ１７は燃焼用空気
又は燃焼ガスの流れの殆どない中心部を流れるこ
とになる。この場合、噴霧された液体燃料は微粒
液滴となつて後流になるにつれて拡がるので、そ
の一部は燃焼用空気又は燃焼ガスと接触し、蒸発
して混合するけれども、中心部の液滴は、燃焼用
空気又は燃焼ガスと接触する機会が少ないので、
蒸発し難く、液滴のままで触媒層４１に達する
か、或いは蒸発して気化したとしても、混合器２
０の寸法が不適切であれば、燃焼用空気又は燃焼
ガスと十分混合しないうちに触媒層４１に達する
ことが起こり得る。このように液滴のままで触媒
層４１に達することによつて生じる不都合は前述
の通りであるが、十分混合しないうちに触媒層４
１に達する場合でも、混合が十分でないため、触
媒層４１の入口部における燃料の濃度が不均一と
なり、触媒層４１内に燃焼不十分な部分が生じ、
CO等の未燃分が発生する恐れがあるという問題
がある。

この問題点に対しては、第７図に示すように、
レジスタタイプの旋回器１５を設け、霧化室１２
の側面から燃焼用空気又は燃焼ガスを旋回をかけ
ながら霧化室１２内に導く方法で解決が図られて
いる。この方法では、液体燃料が霧化室１２内に
噴霧された後に、旋回のかかつた燃焼用空気又は
燃焼ガスが霧化室１２内に導入されるので、液滴
が燃焼用空気又は燃焼ガスと接触する機会は第６
図に示した方法による場合よりも多く、液滴が蒸
発し易く、更に混合状態も良くなるので、濃度の
不均一も少なくなり、CO等の未燃分の発生も少
なくなる。しかし、この方法でも十分とは云えな
い。すなわち、まだ濃度の不均一が残るため、特
に燃料消費量が多いときなどは、CO等未燃分の
発生がみられるだけではなく、CO等未燃分の発
生を抑えようとすると触媒の使用量が多くなるな
ど、不都合の点も少なくない。

本考案の目的は、前述の従来技術の欠点を解消
し、気化器のような特別な装置を使用することな
くして液体燃料を効率よく気化させると共に、燃
焼用空気又は燃焼ガス中に該燃料を均一に分散さ
せることにより、触媒層内での局部的な燃焼を防
止し、燃焼効率が高く、CO等不燃分の発生も少
なく、触媒の使用量が少なく、かつ、その寿命も
長いコンパクトな接触燃焼装置を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は、上記接触燃焼装置において、噴霧ノ
ズルからの液体燃料、ガス燃料等の噴出を実質的
に旋回のない燃焼用空気又は燃焼ガスの流れ中に
行い、更にその後流側で、旋回した燃焼用空気又
は燃焼ガスの流れと混合させるようにするもの
で、そのために必要な燃焼用空気又は燃焼ガスの
供給機構を個別に設けたものである。

以下、本考案を図示の実施例に基づいて詳細に
説明する。

〔実施例〕

第１図は本考案の第１の実施例に係る接触燃焼
装置を示したものである。図中、１４は燃焼用空
気又は燃焼ガスを実質的に旋回を与えないで霧化
室１２に導入する通路（以下、非旋回通路と称
す）、１５は旋回を与えながら霧化室１２に導入
する旋回器である。１３は液体燃料（又はガス燃
料）の噴霧ノズルで、その先端から霧化された液
体燃料が霧化室１２内に噴出される。噴霧ノズル
１３より後流側に非旋回通路１４、更にその後流
側に旋回器１５を設置する。

上記構成において、噴霧ノズル１３から符号１
７の如く噴出された燃料は、まず初めに、非旋回
通路１４を矢１８の如く通過した燃焼空気又は燃
焼ガスと接触し、次いで、旋回器１５を矢１６の
如く通過して旋回を与えられた燃焼用空気又は燃
焼ガスと接触する。つまり、燃焼用空気又は燃焼
ガスは、非旋回通路１４を通過する流れ１８と旋
回器１５を通過する流れ１６に二分されて霧化室
１２に導かれる。

なお、２０は燃焼用空気又は燃焼ガスと燃料と
が混合する空間を構成する混合器で、その上流側
は霧化室１２を構成しており、３０は整流板、４
０は接触燃焼器、４１は触媒層を示しているが、
これらは第４図で説明したものと同一であるの
で、ここでは説明を省略する。

上記第１実施例の作用は次のとおりである。

液体燃料の噴霧ノズル１３から微細な液滴とな
つて霧化室１２の中に噴出される。一方、第４図
に示した送風器７０及び空気予熱器６０を介して
供給される燃焼用加熱空気又は燃焼ガスの一部
は、非旋回通路１４を通つて霧化室１２の中に１
８の如く導かれる。この非旋回通路１４を通つた
流れ１８は、全く或いは殆ど旋回がかかつていな
いため、遠心力は全く或いは殆どなく、したがつ
て、霧化室１２の壁面を通つて流れるようなこと
がなく、霧化室１２の中心部においても十分流れ
が存在する状態で後流側に流れる。このような流
れ１８の中に噴霧ノズル１３からの燃料が１７の
如く流れて接触するが、燃料は霧化室１２の前壁
（第１図で左側の壁）の中心付近から噴出される
ので当然に霧化室１２の中心部の濃度が高くなつ
ているため、第６図及び第７図に示した場合とは
異なり、中心部でも十分燃焼用加熱空気又は燃焼
ガスの流れが存在するので、中心部において燃料
が加熱されることにより、その分子運動が活発と
なり、従つて燃料に液滴が存在していてもこの液
滴の蒸発、混合が促進される。

更に後流側では、残りの燃焼用空気又は燃焼ガ
スが旋回器１５を通つて旋回しながら１６の如く
霧化室１２に導入され、燃料の流れ１７と非旋回
の燃焼用空気又は燃焼ガスの流れ１８と混合し、
１８の流れで蒸発しきれなかつた液滴を完全に蒸
発させると共に、その旋回力によつて混合が促進
される。最終的には、触媒層４１の入口部におい
て燃料濃度が殆ど均一で混合気を得ることができ
る。

第２図は本考案の第２の実施例を示している。
図中、非旋回通路１４は霧化室１２の前壁（第２
図で左側の壁）に設けられている。

この構成において、燃焼用空気又は燃焼ガスの
一部は、図示の如く、霧化室１２の前壁から全く
或いは殆ど旋回のかからない形で非旋回通路１４
を通つて霧化室１２の中に矢１８の如く導入され
る。その際、好ましくは、図示の如く流れ１８が
霧化室１２の中心を向くように、非旋回通路１４
の出口を少し内側に向けるようにするとよい。

本実施例においても、非旋回通路１４を通る流
れ１８が霧化室１２の中心部に向いているため、
霧化室１２の中心部においても十分燃焼用空気又
は燃焼ガスが存在し、したがつて、第１実施例の
場合と同様の効果を有する。

なお、第１実施例及び第２実施例のいずれの場
合にも、非旋回通路１４は、燃焼用空気又は燃焼
ガスを全く或いは殆ど旋回のない状態で、旋回器
１５よりも上流側で、霧化室１２に導入できるも
のであればよく、その形状、構造等は限定されな
い。

第３図は本考案の第３の実施例を示し、非旋回
通路１４を通る流れ１８の流量と旋回器１５を通
過する流れ１６の流量を個別に調整できるように
ダンパ４２を各々設けたものである。これによ
り、非旋回流れ１８と旋回流れ１６の割合を調整
可能となり、燃料使用量に応じたきめ細かい調整
が可能となる。

〔考案の効果〕

以上詳述したように、本考案によれば、気化器
のような特別の装置を設けることなく、燃料の蒸
発及び燃焼用空気又は燃焼ガスとの混合を殆ど完
全に行うことができるため、CO等未燃分の発生
を防止でき、触媒の損傷も防ぐことができるばか
りではなく、燃料の濃度も殆ど均一であるため、
高価な触媒の使用も必要最少限で有効に使用で
き、安価に装置を構成することができる。

更に、本考案によれば、燃料の蒸発や混合が非
常に良好であるので、従来と同程度のCO等未燃
分の発生を許容するならば、混合器の容積の小さ
くしても従来技術と同程度の燃料濃度分布を得る
ことができ、コンパクトな装置にすることができ
る。

また、液体燃料のみならず、予め気化させた液
体燃料やガス燃料を使用する場合においても、本
考案の装置を使用すれば、CO等未燃分の発生を
防止できる等、液体燃料使用の場合と同様の効果
が得られる。勿論、この場合、燃料を霧化させる
ための噴霧ノズルは不要で、単なる噴孔のある噴
出ノズルでよいことは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例に係る接触燃焼装
置の側断面図、第２図及び第３図は各々本考案の
他の実施例を示す側断面図、第４図乃至第７図は
従来の接触燃焼装置を示す図で、第４図及び第５
図はその系統図、第６図及び第７図はその側断面
図である。 １２……霧化室、１３……噴霧ノズル、１４…
…非旋回通路、１５……旋回器、１６……旋回流
れ、１７……燃料流れ、１８……非旋回流れ、２
０……混合器、３０……整流板、４０……接触燃
焼器、４１……触媒層、４２……調整ダンパ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 接触燃焼触媒層の上流側に燃焼用空気又は排
   ガスと燃料とを混合させる混合器を設けた接触
   燃焼装置において、前記混合器内の上流側に、
   霧化若しくは気化させた液体燃料又はガス燃料
   の噴出流に対して燃焼用加熱空気又は燃焼ガス
   を実質的に旋回させずに供給する機構を設け、
   更に前記混合器内の下流側に燃焼用空気又は燃
   焼ガスを旋回流を発生させつつ供給する機構を
   設けたことを特徴とする接触燃焼装置。 ２ 前記各機構は、供給すべき燃焼用空気又は燃
   焼ガスの流量を調節する流量調整機構を個別に
   備えている実用新案登録請求の範囲第１項記載
   の接触燃焼装置。