JPH05231623A

JPH05231623A - 触媒燃焼装置

Info

Publication number: JPH05231623A
Application number: JP3216192A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Sei; 直幸瀬井; Hiroyuki Kako; 宏行加来; Kunikatsu Yoshida; 邦勝吉田; Yasutsune Katsuta; 康常勝田
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1992-02-19
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1993-09-07

Abstract

(57)【要約】［目的］燃焼触媒管と保持部材を接合固定しないで燃
焼触媒管に自由度をもたせて、熱による燃焼触媒管の伸
びを逃がせるようにして熱衝撃に強い触媒燃焼装置を提
供すること。［構成］ガス流路中に燃焼触媒３を担持する一本以上
の燃焼触媒管２を配設し、この燃焼触媒管２の管壁を隔
壁としてガスの触媒燃焼流路１２と予熱流路１１を形成
し、この予熱流路１１を触媒燃焼流路１２の前流側に設
けるようにするとともに、前記燃焼触媒管２を保持部材
５を用いて複数箇所で保持するようにした触媒燃焼装置
において、前記燃焼触媒管２を保持部材５を用いて保持
する際に燃焼触媒管２の１か所のみを保持部材５に接合
固定し、他の保持部は、燃焼触媒管２と保持部材５を接
合せず自由度をもたせて支持するようにしたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は触媒燃焼装置に係り、特
に高カロリー燃料を含む廃ガスを燃焼させるのに好適な
触媒燃焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】化学工業などの反応工程において排出さ
れる廃ガスや樹脂、合板、半導体などの製造工程におけ
る廃ガスあるいは塗装の焼付け乾燥工程から発生する廃
ガス中には、微量な臭気成分や可燃性の有害成分が含ま
れている。化学工業においては、原料の未収率分や分解
ガスとして、一酸化炭素、炭化水素や酢酸などの有機酸
類、アルデヒド類などが代表的なものとして含まれる。
また、樹脂などの製造工程や塗装工程からは溶剤として
使われるトルエン、アセトンおよびアルコール系炭化水
素などが廃ガス中に含まれる。これらを含む廃ガスは、
そのまま大気中に排出されると悪臭を発生したり、有害
物質であったりすることから、公害防止の観点より排気
前に脱臭、無公害化する必要がある。この廃ガスの脱
臭、無公害化のための処理法としては、燃焼法、吸着
法、薬液吸収法、酸化法などが知られているが、その中
でも燃焼法は、脱臭効果が高く、メンテナンスが簡単
で、負荷変動にも強いことから、多くの業種にわたって
広く使用されている。廃ガスの燃焼処理方式としては、
バーナにより別な燃料源を助燃料として用い、炉内で廃
ガスを８００℃〜９００℃程度に加熱し、臭気成分や有
害成分を酸化燃焼させる直接燃焼法が一般的であった。
しかし、近年、直接燃焼法に比べ低温処理ができ、助燃
料が節約でき、運転コストの低減が図れることや、地球
汚染、環境破壊などで問題となっている酸性雨の原因と
なるといわれる窒素酸化物の発生がほとんどないことか
ら、酸化触媒を用いた触媒燃焼法が採用されるようにな
った。

【０００３】図７に燃焼触媒を用いた従来の触媒燃焼装
置の例を示す。触媒成分の一例としては白金、パラジウ
ムのような貴金属触媒がよく使用される。この貴金属触
媒を用いた場合の着火温度は、ガスの種類によっても異
なるが、通常、廃ガスの触媒燃焼において難燃性といわ
れるプロパン、メタンなどのガスで２５０〜３００℃程
度であり、自然発火温度よりも著しく低くなっている。
図７において、廃ガスＧと空気Ａを混合器６で混合して
混合ガスＭとした後、装置起動時にはスタートアップバ
ーナ７で助燃料Ｆを燃焼させ、その時の発熱を利用して
ガスの種類に応じて予め２００〜４００℃に加熱し、こ
れを触媒燃焼器１に送って燃焼触媒３で燃焼させる。燃
焼触媒３で燃焼した廃ガスＧは排ガスＥとなって熱交換
器１０を通って排出される。また、定常運転時には熱交
換器１０における排ガスＥと混合ガスＭの熱交換によ
り、混合ガスＭを着火温度まで昇温した後これを触媒燃
焼器１に送り込み、燃焼触媒３により焼却する。従っ
て、定常運転時ではスタートアップバーナ７の助燃料Ｆ
の供給は停止し、熱交換器１０による熱量だけで混合ガ
スＭを予熱するため、運転コストは軽減される。

【０００４】また、貴金属触媒は１０００℃以上の高温
域において劣化する。このため触媒燃焼流路と冷却流路
とを隔壁を介して隣接して交互に積層して設けるように
したものとして特開昭６１−２８９２２０号がある。

【０００５】さらに、耐熱性の向上とコンパクト化を目
的として熱交換器１０と触媒燃焼器１を一体化した触媒
燃焼装置がある。その例を図８に示し、図９にその触媒
燃焼装置の系統図を示す。図８および９において、廃ガ
スＧは混合器６で空気Ａと混合され混合ガスＭとなった
後に、運転起動時にはスタートアップバーナ７で助燃料
Ｆを燃焼させ、その時の発熱を利用して予め加熱し、こ
れを触媒燃焼装置に送り込んで触媒燃焼流路１２で燃焼
させる。そして、定常運転時にはスタートアップバーナ
７での予熱動作は停止され、混合器６からの混合ガスＭ
は熱交換器１０と触媒燃焼器１を一体化した触媒燃焼装
置の予熱流路１１に導入され、この予熱流路１１におい
て燃焼熱を利用して予熱される。予熱された混合ガスＭ
は次に触媒燃焼流路１２に供給され、ここで燃焼した後
に排ガスＥとなって排出される。この装置では、予熱流
路１１と触媒燃焼流路１２は隔壁で仕切られているが、
隣接して一体化されているため、予熱流路１１と触媒燃
焼流路１２の間で直接熱交換をすることができる。その
結果、燃焼触媒の温度は下げられ、その耐熱温度以下に
抑えることができる利点がある。

【０００６】図８および９に示す触媒燃焼装置は、触媒
成分を波板状または平板状に担持したものである。ま
た、この触媒燃焼装置の一種として管形材料を触媒燃焼
流路として用いた装置がある。これを図１０に示す。図
１０において、触媒燃焼器１内には、燃焼触媒管２が複
数本配設されており、その管内面は燃焼触媒３を担持し
て触媒燃焼流路１２を形成している。一方、燃焼触媒管
２は複数の保持部材５によって保持されており、その一
方端は保持部材の一種であるフランジ１３に保持固定さ
れて触媒燃焼流路１２を通って燃焼の終了した廃ガスを
ヘッダ４へ導き排ガスＥとして排出する。また、複数の
保持部材５には互い違いに上下に切欠き１４が設けられ
ており、矢印で示す方向へ混合ガスＭを導き燃焼触媒管
２の管外面に予熱流路１１を形成して、管２の他方端か
ら、予熱された混合ガスＭを触媒燃焼流路１２へ導入す
る。

【０００７】このように構成された触媒燃焼器１は次の
ように作用する。触媒燃焼器１の定常運転時、混合ガス
Ｍは入口１５から導入され、内部において矢印で示す予
熱流路１１を通って加熱されつつ燃焼触媒管２の管内部
に入る。この混合ガスＭは予熱流路１１を通る間に所定
以上の温度に上がっており、管内部に形成された触媒燃
焼流路１２を通る間に管内面に担持された燃焼触媒３に
よって燃焼し、燃焼を終了した混合ガスＭはヘッダ４へ
導かれ、ここから排気口８を介して排気ガスＥとして排
出される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７乃
至図１０に示すような従来の触媒燃焼装置には次のよう
な問題点があった。図７に示すものでは、熱交換器を別
に設けるため装置が大型化するという問題があった。こ
の点、特開昭６１−２８９２２０号や図８および９に示
されるものは、触媒燃焼流路と冷却流路もしくは予熱流
路を一体化して装置のコンパクト化を達成しているもの
の、触媒燃焼流路と冷却流路もしくは予熱流路の間のシ
ール等が難しく製造上問題があり、また、触媒の交換等
が容易でなくメンテナンス上も問題があった。この意味
では、図９に示すものの場合、触媒燃焼流路として管形
材料を用いるために触媒燃焼流路と予熱流路の間のシー
ル等の施工が簡易になり、比較的製作が簡単に行える、
しかも、燃焼触媒管の交換をすれば触媒を容易に交換で
きる等メンテナンスも容易で、かつ経済的である。しか
し、図１０に示すものの場合、触媒燃焼器１内において
燃焼触媒管２を保持する際に、保持部材５に接合し固定
して保持させている。このため触媒燃焼器１内の温度が
上昇すると燃焼触媒管２が高温になるため、燃焼触媒管
２に熱応力がかかり破損等の問題を生じていた。

【０００９】従って、本発明の目的は、この欠点を解消
するため燃焼触媒管と保持部材を接合固定しないで燃焼
触媒管に自由度をもたせて、熱による燃焼触媒管の伸び
を逃がせるようにして熱衝撃に強い触媒燃焼装置を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の本発明の目的は、
触媒燃焼装置を以下の構成とすることによって達成され
る。即ち、ガス流路中に燃焼触媒を担持する一本以上の
燃焼触媒管を配設し、この燃焼触媒管の管壁を隔壁とし
てガスの触媒燃焼流路と予熱流路を形成し、この予熱流
路を触媒燃焼流路の前流側に設けるようにするととも
に、前記燃焼触媒管を保持部材を用いて複数箇所で保持
するようにした触媒燃焼装置において、前記燃焼触媒管
を保持部材を用いて保持する際に燃焼触媒管の１か所の
みを保持部材に接合固定し、他の保持部は、燃焼触媒管
と保持部材を接合せず自由度をもたせて支持するように
したことを特徴とする。

【００１１】この触媒燃焼装置において、燃焼触媒管の
１か所のみを保持部材に接合固定する場合に、ねじ等の
取外し可能な固定方法を用いることを特徴とする。

【００１２】また、本発明の触媒燃焼装置において、燃
焼触媒管の管内面に燃焼触媒を担持させるか、または、
ハニカム触媒、粒状触媒等の触媒担持物質を管内部に充
填するようにしたことを特徴とする。

【００１３】さらに、本発明の触媒燃焼装置において、
燃焼触媒管としてフィンチューブを用いることを特徴と
する。

【００１４】

【作用】触媒燃焼器内のガス流路中に燃焼触媒を担持す
る一本以上の燃焼触媒管を配設し、この燃焼触媒管の管
壁を隔壁としてガスの触媒燃焼流路と予熱流路を形成
し、この予熱流路を触媒燃焼流路の前流側に設けるよう
にするとともに、前記燃焼触媒管を保持部材を用いて複
数箇所で保持するようにする。そして、この触媒燃焼器
内の燃焼触媒管を保持部材を用いて保持する際に燃焼触
媒管の１か所のみを保持部材に接合し固定して、他の保
持部は、燃焼触媒管と保持部材を接合せず自由度をもた
せて保持するようにしたので、熱による燃焼触媒管の伸
びを逃がせることができる。

【００１５】このような触媒燃焼器において、燃焼触媒
管の１か所のみを保持部材に接合固定する場合に、ねじ
等の取外し可能な固定方法を用いるのようにしたで、燃
焼触媒管の交換、ひいては触媒の交換を容易にでき、メ
ンテナンスが容易となる。

【００１６】また、このような触媒燃焼器において、燃
焼触媒管の管内面に燃焼触媒を担持させるか、または、
ハニカム触媒、粒状触媒等の触媒担持物質を管内部に充
填するようにしたので、触媒の担持が容易になるととも
に触媒の剥離を生じる恐れがない等の利点もある。

【００１７】さらに、このような触媒燃焼器において、
燃焼触媒管としてフィンチューブを用いるようにしたの
で、伝熱性能を向上させることができる。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照しなが
ら説明する。図１は本発明の一実施例の概略構成図であ
り、図２も本発明の別の一実施例の概略構成図である。
図１および図２は基本的には図１０において説明した触
媒燃焼器の構成と同じである。即ち、触媒燃焼器１内に
は、燃焼触媒管２が複数本配設されており、その管内面
は燃焼触媒３を担持して触媒燃焼流路１２を形成してい
る。一方、燃焼触媒管２は複数の保持部材５によって保
持されており、その一方端は保持部材の一種であるフラ
ンジ１３に保持固定されて触媒燃焼流路１２を通って燃
焼の終了した廃ガスをヘッダ４へ導き排気口８から排ガ
スＥとして排出する。また、複数の保持部材５には互い
違いに上下に切欠き１４が設けられており、矢印で示す
方向へ混合ガスＭを導き燃焼触媒管２の管外面側に予熱
流路１１を形成して、管２の他方端２´から、予熱され
た混合ガスＭを触媒燃焼流路１２へ導入する。図１０と
図１との相違点は、図１０では触媒燃焼器１内において
燃焼触媒管２を保持する際に、複数の保持部材５および
フランジ１３に接合し固定して保持させているのに対
し、図１にあっては燃焼触媒管２はフランジ１３（管
板）のみに溶接またはロー付け等の接合法により固定さ
れ、他の保持部材５とは固定されず、燃焼触媒管２と保
持部材５は自由な状態で支持されている。また、図２の
場合は燃焼触媒管２とフランジ１３の接合をねじ等の取
外しできる固定方法としている点が図１の場合と異な
る。このように構成することによって熱による燃焼触媒
管２の伸びを逃がせることができ、熱衝撃に対して強く
なり燃焼触媒管２の破損が少なくなる。図２の場合に
は、さらに燃焼触媒管２の交換、ひいては触媒の交換を
容易にでき、メンテナンスが容易となり、また、個々の
燃焼触媒管２をそれぞれ一本ずつ交換することができる
ので、燃焼触媒管２が部分的に劣化した際に、経済的に
燃焼触媒管２の交換ができる。さらに、このように構成
したので、数百ｋｃａｌ／Ｎｍ³の高カロリーの燃料お
よび１００ｋｃａｌ／Ｎｍ³前後の廃ガス等の未燃焼ガ
スの燃焼に好適な触媒燃焼器１となった。なお、燃焼触
媒管２としては金属管が用いられているが、その他には
セラミックス管等も使用可能である。

【００１９】このように構成された触媒燃焼器１は次の
ように作用する。廃ガスＧは混合器６で空気Ａと混合さ
れ混合ガスＭとなった後に入口１５から導入され、運転
起動時にはスタートアップバーナ７で助燃料Ｆを燃焼さ
せ、その時の発熱を利用して予め加熱し、これを燃焼触
媒管２に送り込んで触媒燃焼流路１２で燃焼させる。そ
して、定常運転時にはスタートアップバーナ７での予熱
動作は停止され、混合器６からの混合ガスＭは入口１５
から導入され、燃焼触媒管２の間において流れを保持部
材５により屈曲されながら矢印で示すように予熱流路１
１を通って管内部の燃焼熱により加熱されつつ管２の他
方端２´から燃焼触媒管２の管内部に入る。この混合ガ
スＭは予熱流路１１を通る間に触媒での着火温度以上の
温度に上がっており、管内部に形成された触媒燃焼流路
１２を通る間に管内面に担持された燃焼触媒３によって
燃焼し、燃焼を終了した混合ガスＭはヘッダ４へ導か
れ、ここから排気口８を介して排気ガスＥとして排出さ
れる。

【００２０】図３は基本的構成は図１および２に示され
るものと同じで、燃焼触媒管２としてフィンチューブを
用いた場合を示している。この場合、フィン９側を予熱
流路１１として使用し、フィン９の表面積を変えること
により伝熱性能を調整できる。よって、燃焼触媒管２に
入る混合ガスＭの温度を変えることで触媒温度やガス温
度が設定できる利点がある。

【００２１】図４は図３と同様伝熱性能の向上のため
に、燃焼触媒管２としてスパイラルフィンチューブを用
いた場合を示している。この場合には、さらに伝熱面積
を増やすことができ、図３の場合と同様の効果が期待で
きる。

【００２２】図５は基本的構成は図１および２に示され
るものと同じで、燃焼触媒管２として燃焼触媒３を管内
面に担持させたものを用いる替わりに、燃焼触媒管２の
内部にハニカム触媒を充填したものである。また、図６
は、ハニカム触媒の替わりに粒状触媒を充填したもので
ある。このように燃焼触媒管２の内部に触媒担持物質を
充填することは、伝熱性能は若干低下するものの、製造
上触媒の担持が容易になる利点がある。さらに、ハニカ
ム触媒または粒状触媒の充填と併用してフィンチューブ
を用いることも勿論可能である。

【００２３】図１乃至４に示される触媒燃焼器１におい
ては、燃焼触媒管２は管内面に燃焼触媒３を担持してお
り、また、図５および６に示されるものでは、燃焼触媒
管２の内部に触媒担持物質を充填するので、保持部材５
との支持部分において触媒剥離の恐れはない。また、燃
焼触媒管２の交換のときにも触媒は剥離しない。

【００２４】なお、図３および４に示される燃焼触媒管
２としてフィンチューブを用いる場合、管内面に燃焼触
媒３を担持させる替わりにフィン９側即ち管外面側に触
媒を担持させることもできる。こうすることによって、
フィン９の表面積を変化させることにより触媒の表面積
が調整でき、燃焼触媒の量を変化させることができるよ
うになる。このために、混合ガスＭの処理量を調整で
き、触媒燃焼装置の燃焼性能を変えることができる利点
がある。この場合、触媒燃焼器１内の混合ガスＭの流れ
る向きは、図１および２の場合の逆となる。即ち、燃焼
触媒管２の管内面側が予熱流路となり、管の外面側が触
媒燃焼流路となる。そして、混合ガスＭはヘッダ４の方
向から導入され、燃焼触媒管２の管内面側の予熱流路を
通りつつ管外面側の燃焼熱により加熱され、管外面側に
形成された触媒燃焼流路を通る間に触媒によって燃焼し
て入口１５から排ガスとして排出されることになる。

【００２５】

【００２６】

【発明の効果】上記のように、本発明によれば、従来型
の熱交換器と一体化した触媒燃焼装置に比較して、メン
テナンスが容易、即ち、触媒の交換を部分的にも全体で
も容易にでき、種々の形状の触媒も使用できる。しか
も、製造が簡易になるという利点がある。また、燃焼触
媒管と保持部材を接合固定していないので、熱による燃
焼触媒管の伸びを逃がせる構造となっている。このため
熱応力に強く、燃焼触媒管の破損が少なくなった。さら
に、伝熱面積を増加させるために、単位体積当たりの燃
焼触媒管を増やし、これら燃焼触媒管の間の隙間が小さ
くなった場合にも、触媒を管内面または管内部に担持さ
せている場合には、触媒の剥離を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略構成図である。

【図２】本発明の別の一実施例の概略構成図である。

【図３】燃焼触媒管としてフィンチューブを用いたもの
を示している。

【図４】燃焼触媒管としてスパイラルフィンチューブを
用いたものを示している。

【図５】燃焼触媒管の内部にハニカム触媒を充填したも
のを示すものである。

【図６】燃焼触媒管の内部に粒状触媒を充填したものを
示すものである。

【図７】従来技術になる触媒燃焼装置の系統図である。

【図８】従来技術になる触媒燃焼装置の一部破断斜視図
である。

【図９】図８の系統図である。

【図１０】従来技術になる触媒燃焼装置の一部破断斜視
図である。

【符号の説明】

１触媒燃焼器２燃焼触媒管３燃焼触媒４ヘッダ５保持部材６混合器７スタートアップバーナ８排気口９フィン１０熱交換器１１予熱流路１２触媒燃焼流路１３フランジ１４切欠き１５入口Ａ空気Ｅ排ガスＦ助燃料Ｇ廃ガスＭ混合ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者勝田康常広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス流路中に燃焼触媒を担持する一本以
上の燃焼触媒管を配設し、該燃焼触媒管の管壁を隔壁と
してガスの触媒燃焼流路と予熱流路を形成し、該予熱流
路を触媒燃焼流路の前流側に設けるようにするととも
に、前記燃焼触媒管を保持部材を用いて複数箇所で保持
するようにした触媒燃焼装置において、前記燃焼触媒管
を保持部材を用いて保持する際に燃焼触媒管の１か所の
みを保持部材に接合固定し、他の保持部は、燃焼触媒管
と保持部材を接合せず自由度をもたせて支持するように
したことを特徴とする触媒燃焼装置。
【請求項２】請求項１において、燃焼触媒管の１か所
のみを保持部材に接合固定する場合に、ねじ等の取外し
可能な固定方法を用いることを特徴とする触媒燃焼装
置。
【請求項３】請求項１において、燃焼触媒管の管内面
に燃焼触媒を担持させるか、または、ハニカム触媒、粒
状触媒等の触媒担持物質を管内部に充填するようにした
ことを特徴とする触媒燃焼装置。
【請求項４】請求項１において、燃焼触媒管としてフ
ィンチューブを用いることを特徴とする触媒燃焼装置。