JPH09203513A

JPH09203513A - 可燃性ガス焼却方法およびその装置

Info

Publication number: JPH09203513A
Application number: JP1137496A
Authority: JP
Inventors: Kozo Asano; 皓三浅野; Kenzo Imagawa; 賢三今川; Hideyo Tatsuta; 英世龍田; Tamotsu Hayase; 保早瀬
Original assignee: N K K SOGO SEKKEI KK
Current assignee: N K K SOGO SEKKEI KK
Priority date: 1996-01-26
Filing date: 1996-01-26
Publication date: 1997-08-05

Abstract

(57)【要約】【課題】空気過剰率を増大しても、不安定燃焼せず、
安定燃焼が確実に実現できる可燃性ガス焼却方法および
その装置を得ること。【解決手段】混合気室に供給する混合気として可燃性
の気体または蒸気を含有する空気からなる排気ガスと燃
料との混合気を加熱帯に通過させて燃焼反応させる際
に、前記加熱帯が前記混合気の燃焼反応に必要な温度を
継続するように可燃性ガスと燃料との混合気を所望の空
気過剰率に設定して可燃性ガスを焼却するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば可燃性の気体
または蒸気が発生する塗料製造工場、塗装工場等におい
て、該可燃性物質を含有する排気ガスを処理する可燃性
ガス焼却方法およびその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】塗料工場、塗装工場など炭化水素系の物
質を主とする可燃性の気体または蒸気の発生する工場に
おいては、該可燃性の気体または蒸気は爆発の危険性が
あるほか、悪臭公害の原因となり人体にも有害なことか
ら、これらを含む空気（以下排気ガスと呼称する）を何
らかの手段を用いて処理を行ってから大気中に放出す
る。そのための処理技術としては、スクラバーを用い
て有害物質を水などの液体に吸収分離する方法、焼却
する方法、活性炭などに吸着する方法があり、前記
はさらに、(a) 補助燃料を用いて６００〜８００℃で直
接燃焼する方法、（ｂ）２００〜４００℃に加熱した触
媒に接触させ、比較的低温で燃焼させる方法がある。上
記のような各種の技術にはそれぞれ一長一短があり、ま
た、排ガスの種類によって適用の可不可もあるので、実
際にはいくつかの技術が組み合わされて用いられる場合
が多いが、設備費および維持費の比較的安価な直接燃焼
方式が多く採用されている。そして、直接燃焼方式で
は、従来、ガスや灯油などの燃料を新鮮空気と予混合し
て燃焼する燃焼室の中へ、処理すべき排気ガスを吹き込
んでこれを燃焼させる方式が多く用いられている。しか
し、この場合送り込まれた排気ガスが６００〜８００℃
の温度に０．３〜０．７秒間接触する必要があるとさ
れ、そのためには燃焼ガスと送り込まれた排気ガスとの
短時間での十分な混合が必要である。実際には完全な混
合がなされず、その結果不完全燃焼状態となり排出され
るガスの中に可燃性物質が多く残ってしまうことがあ
る。また、直接燃焼方式では、燃焼温度が触媒燃焼方式
より高く燃料を多く必要とするため、いかに少ない補助
燃料で目的を達するかという点も重要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】可燃性物質の例として
トルエンの場合その発火温度は５４０〜８１０℃、アセ
トンでは５４０〜７３０℃、ホルマリンでは４３０℃程
度と言われる。ガスや灯油などの補助燃料を用いて、上
記のような可燃性物質を含有した空気からなる排気ガス
を焼却処理する方法では、排気ガスが燃焼するのに必要
な温度まで加熱できれば十分であり、そのために最低限
必要な燃料を使用するだけで済ませたい。しかしながら
実際にはいくつかの制約条件があり、技術的な面からも
解決すべき問題点を有している。すなわち、燃料ガスと
して、例えばプロパンガスを用い理論空気量で燃焼させ
ると、その燃焼ガスの温度は２１００℃にもなり、空気
過剰率を大きくするに従って温度が下がり、空気過剰率
と燃焼ガスの温度との関係は理論計算によれば図７に示
すような状態になる。そして、燃焼ガスの温度が７００
℃になる空気過剰率の値は理論計算から３．９と求めら
れる。一方プロパンガス１ｍ³の燃焼に必要な理論空気
量は２３．８１ｍ³である。したがって、１ｍ³のプロ
パンガスに対して２３．８１ｍ³の新鮮空気を混合して
燃焼室で燃焼させている場合は、残りの２３．８１×
（３．９−１）＝６９．０ｍ³の排気ガスを送り込んで
焼却できる計算になる。しかしながら、このように大量
の排気ガスを燃焼室の中で十分混合することは極めて困
難であり、はじめに新鮮空気を用いる分だけ処理できる
排気ガスの量が減ることも不利である。

【０００４】補助燃料を燃焼させるために新鮮空気を取
り入れず、ここで処理すべき排気ガスだけを用いること
とし、さらに処理すべき排気ガスの燃焼ガスとの混合を
良くするために、排気ガスを一次空気として完全予混合
することにすると、２３．８１×３．９＝９２．９ｍ³
もの大量の空気を燃焼ガスと混合して燃焼させることに
なり、通常用いられているガスバーナーでは安定した燃
焼が全くできない。そこで安定燃焼できる最大の空気過
剰率＝例えば１．５で燃料ガスを燃焼し、残りに相当す
る空気として、この例では空気過剰率で３．９−１．５
＝２．４の分を燃焼室の中へ別途供給して燃焼ガスと混
合する方法をとると、単純計算では、燃焼ガスが冷却さ
れて７００℃になるはずであるが、このような場合も、
燃焼ガスとそこへ供給される空気とを十分に混合し、且
つ可燃性物質が確実に燃焼するために必要な接触時間
（例えば０．５秒）を確保するのは極めて困難なことで
あり、結果として可燃性物質のかなりの部分が燃焼しな
いまま大気中に排出されてしまうことになる。

【０００５】このような現象を避けるには、必要以上に
温度が上がることを承知の上で、空気過剰率を下げて燃
焼させなければならない。その分だけ燃料ガスが余分に
必要となる。例えば、一般のガスバーナーで安定燃焼で
きる空気過剰率＝１．５で燃焼ガスを燃焼させると、１
００ m³の排気ガスを処理するのに必要なプロパンガス
の量は１００／２３．８１／１．５＝２．８ m³であ
る。ところが空気過剰率を３．９まで高められれば、必
要なプロパンガスの量は１００／２３．８１／３．９＝
１．１ｍ³で済む計算になる。すなわち２．８−１．１
＝１．７ｍ³ものガスを無駄に燃焼させることになり
（その分の発熱量は約４万kcal）、これを有効利用しな
い限り、やはり環境にとっては重大な影響を与えること
になる。

【０００６】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、空気過剰率を増大しても、不
安定燃焼せず、安定燃焼が確実に実現でき、排気ガスを
良好に処理する技術の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る可燃性ガス
焼却方法は、混合気室に供給する混合気として可燃性の
気体または蒸気を含有する空気からなる排気ガスと燃料
との混合気を加熱帯に通過させて燃焼反応させる際に、
前記加熱帯が前記混合気の燃焼反応に必要な温度を継続
するように前記排気ガスと燃料との混合気を所望の空気
過剰率に設定するものである。本発明に係る可燃性ガス
焼却装置は、混合気室に供給する混合気として可燃性の
気体または蒸気を含有した空気からなる排気ガスと燃料
とを、空気過剰率が２となるように混合したものとし、
前記混合気室の燃焼面がファイバーマットであるバーナ
ーを有するものである。また、混合気室に供給する混合
気として可燃性の気体または蒸気を含有した空気からな
る排気ガスと燃料とを、空気過剰率が２以上になるよう
に混合したものとし、前記混合気室の燃焼面が反射板を
対向配置したファイバーマットであるバーナーを有する
ものである。また、環状混合気室に供給する混合気とし
て可燃性物質を含有した空気からなる排気ガスと燃料と
を、該燃料の燃焼温度が該排気ガスを焼却処理できる温
度になる空気過剰率となるように混合したものとし、前
記環状混合気室の内部空間が燃焼室になる燃焼面を形成
する内筒がファイバーマットであるバーナーを有するも
のである。また、環状混合気室に供給する混合気として
可燃性物質を含有した空気からなる排気ガスと燃料と
を、該燃料の燃焼温度が該排気ガスを焼却処理できる温
度になる空気過剰率の０．５〜０．７倍となるように混
合したものとし、前記環状混合気室の内部空間が燃焼室
になる燃焼面を形成する内筒がファイバーマットであ
り、さらに前記環状混合気室から供給されて燃焼した焼
却ガス中に可燃性物質を含有した空気からなる排気ガス
を供給して、空気過剰率が合わせて該排気ガスを焼却処
理できる温度になるように前記燃焼室の一端側に排気ガ
ス供給口を備えたバーナーを有するものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】

実施形態１．図１は本発明の可燃性ガス焼却方法を適用
した可燃性ガス焼却装置の一実施形態を構成するバーナ
ーを示す部分断面図であり、１は多孔質板のファイバー
マットであり、微細な空隙を有していて、可燃性の気体
または蒸気を含有する空気からなる排気ガスと燃料との
混合気を通過させて燃焼反応させるものである。３は周
囲空間と隔絶された混合気室である。前記混合気室３に
配置したファイバーマット１で燃焼面を形成するように
してバーナー２０が構成されている。上記ファイバーマ
ット１は直径１０〜５０μｍ×長さ１０〜１００ｍｍの
金属またはセラミックス繊維を焼結して得られる空隙率
８０〜９５％で、厚さが２〜５ｍｍの繊維焼結板であ
る。このような多孔質板のファイバーマット１を燃焼面
とするバーナー２０は、燃焼面が赤熱した状態で燃焼が
維持され、燃焼面の裏側は常時燃料ガスと空気との混合
気が供給されることにより冷却されて常に常温に保たれ
ている。

【０００９】図６はバーナー２０が燃焼している状態に
おけるファイバーマット１の厚みの中での温度分布の実
測値の１例であるが、表面が１０００℃前後の高温にな
っているにも関わらず、裏面では常温になっていること
が分かる。ファイバーマットの中では燃焼面から熱伝導
で伝わる熱と、裏側から供給される混合気による冷却効
果とがバランスしており、混合気はファイバーマットの
厚みの中を通り過ぎる間に極細の繊維と熱交換を行って
加熱され、燃焼面に到達する直前から燃焼反応を始め
る。また、ファイバーマット１は広い燃焼面全体から混
合気が吹き出すため、従来型のバーナーに比較してその
流速が極めて低くなり、炎の吹き消えが起こりにくくい
ので安定した燃焼状態を維持できる。上記実施形態のバ
ーナー２０による排気ガスの燃焼方法を以下に説明す
る。排気ガスを焼却する際の燃料ガスとして、例えばプ
ロパンガスを用い、これを理論空気量によって燃焼させ
ると、その燃焼ガスの温度は２０００℃以上にも到達す
る。理論空気量より多くの空気を混合して燃焼させる
と、その過剰空気率が大きくなるに従って燃焼ガスの温
度は低下する。

【００１０】従来のバーナーでは、完全予混合燃焼で高
い空気過剰率にして燃焼することは不可能であり、せい
ぜい空気過剰率１．５程度である。上記のように空気過
剰率が１．５の場合、１００ｍ³の排気ガスでプロパン
ガスを安定燃焼するためには、１００／２３．８１／
１．５＝２．８ｍ³の燃料ガスを必要とする。その際の
燃焼ガス温度は理論計算によればバーナー出口で約１５
６０℃である。したがって、この燃焼ガスの中へ処理す
べき排気ガスをさらに送り込めば、全体の平均温度が７
００℃になるまでこれを処理できる計算になる。近似的
には前述の空気過剰率＝３．９から上述の１．５を引い
た２．８×２３．８１×（３．９−１．５）＝１６０ｍ
³の排気ガスが処理できるはずである。しかし、これほ
ど大量の空気を後から送り込んでも十分な混合は極めて
難しくなり、安定した燃焼処理は不可能となる。上記実
施形態のバーナー２０においては、前記ファイバーマッ
ト１が前記混合気の燃焼反応に必要な温度を継続するよ
うに前記排気ガスと燃料とを空気過剰率２に混合しても
安定な状態で燃焼することができる。仮に１００ｍ³の
排気ガスを処理する場合を想定すれば、必要な燃料ガス
量は１００／２３．８１／２＝２．１ｍ³となる。この
結果、従来のバーナーに比較して多量の排気ガスを処理
できることとなり、これに要するプロパンガスの量は従
来型のバーナーの３／４となり、省エネルギーを達成で
きる。

【００１１】実施形態２．図２は本発明の可燃性ガス焼
却方法を適用した他の実施形態に係る可燃性ガス焼却装
置を構成するバーナーを示す部分断面図であり、前記フ
ァイバーマット１の外面側に反射板１０を対向配置した
バーナー２０で、ファイバーマット１と反射板１０とで
箱状燃焼室５を形成したものである。この結果、ファイ
バーマット１で形成される燃焼面から放出される放射熱
の一部を反射板１０で反射して燃焼面に返すとともに、
焼却ガスの流れも抑制することによって、燃焼面と反射
板とで囲われた箱状燃焼室内の温度を上昇できる。この
ように燃焼面の温度が上昇すると、前記実施形態１より
更に高い空気過剰率で燃焼が可能となる。従って混合気
室３に供給される混合気１４は可燃性物質を含有した空
気からなる排気ガスと燃料とを燃焼空気量が理論空気量
の２倍以上になるような混合とした高い空気過剰率のも
のでも燃焼でき、排気ガスを効率よく焼却することが可
能となる燃焼反応が実現できる。これに要するプロパン
ガスの量は従来型のバーナーの３／４（２．１ｍ³）よ
り少ない量で済み、さらに省エネルギーを達成できる。

【００１２】実施形態３．図３は本発明の可燃性ガス焼
却方法を適用した他の実施形態に係る可燃性ガス焼却装
置を構成するバーナーを示す部分断面図であり、燃焼面
が円筒状ファイバーマット２からなっている。前記円筒
状ファイバーマット２の内側に向けて燃焼面とし、円筒
状燃焼室６を形成するようにしたものであり、外側に環
状混合気室４を設けてバーナー２０を構成したものであ
る。この結果、燃焼面から発生する放射熱のほとんどは
外部へ逃げることなく再び燃焼面へ戻ってくるようにな
り、上記実施形態２の場合よりさらに高い空気過剰率で
排気ガスを焼却できる。前述の通り理論計算上燃焼ガス
の温度が７００℃になる過剰空気率は約３．９である。
これほどの大量の空気を一次空気として混合すると、普
通に用いられるバーナーでは安定した燃焼が全くできな
くなるが、円筒状ファイバーマット２の場合には、混合
気室３に供給される混合気１４は可燃性ガスまたは上記
を含有した空気からなる排気ガスと燃料とを高い空気過
剰率で混合したものでも燃焼でき、排気ガスを効率よく
焼却することが可能となる。この場合、燃焼温度が該排
気ガスの焼却処理温度になるような例えば下記の（１）
式から得られる空気過剰率の０．６〜１倍の間の排気ガ
スを混合したものとするものである。Ａ＝ 9.4×10^-6×Ｔｃ²−0.02×Ｔｃ＋13.3 但し、Ａ：空気過剰率Ｔｃ：焼却処理温度この結果、１００ｍ³の排気ガスを処理するのに必要な
プロパンガスの量は、最も少ない場合には１００／２
３．８１／３．９＝１．１ｍ³となり、十分な省エネル
ギー効果が得られる。

【００１３】実施形態４．図４は本発明の可燃性ガス焼
却方法を適用した他の実施形態に係る可燃性ガス焼却装
置を構成するバーナーを示す部分断面図であり、燃焼面
が円筒状ファイバーマット２からなり、前記円筒状ファ
イバーマット２の内側に向けて燃焼面として円筒状燃焼
室６を形成すようにし、外側に環状混合気室４を設け
る。そして、前記円筒状燃焼室６の一端側に排気ガス供
給口７を設けて、排気ガス１５を燃焼ガス内に供給でき
るようにバーナー２０を構成したものである。この場合
においては、燃焼温度が該排気ガスの焼却処理温度にな
るような前記の（１）式から得られる空気過剰率の０．
５倍の排気ガスを混合したものとし、さらに前記環状混
合気室から供給されて燃焼した焼却ガス中に、前記排気
ガス供給口７から可燃性物質を含有した空気からなる排
気ガスを供給して、空気過剰率が合わせて前記の（１）
式から得られる空気過剰率の０．６〜１倍を乗じたもの
となるようにする。

【００１４】すなわち、可燃性ガスまたは可燃性蒸気を
含有した空気からなる排気ガスと燃料とを混合した混合
気は、空気過剰率を実施形態３の場合の１／２として混
合気室３に供給して燃焼し、残りに相当する空気とし
て、この例では空気過剰率で最大３．９−２＝１．９の
分を排気ガス供給口７から燃焼室６の中へ別途供給する
ことによって、可燃性物質を含有した空気からなる排気
ガスと燃焼ガスとが燃焼室６から焼却ガス流路８を通過
する間に十分に混合することによって、排気ガスを効率
よく焼却することが可能となるものである。この場合
は、環状混合気室に供給する混合気の量を実施形態３の
場合のおよそ１／２とし、その結果円筒状ファイバーマ
ット２面を通過する混合気の量を減らすことによって、
燃焼面の必要面積を小さくすることが可能となる。これ
によって一定の排気ガスを焼却するのに必要な燃焼面積
が最も小さい理想的なバーナー２０が実現できる。燃焼
室６から焼却ガス流路８における燃焼ガスと排気ガスと
の混合をより確実にするため、旋回羽根２１または拡散
板２２などを設けて攪拌を促進することも有効な手段で
ある。また、焼却ガス流路８の外側は、この部分からの
放熱を防いで炉内温度をできるだけ高く維持できるよう
に、断熱材を設けることが必要であり、この点は実施形
態３においても同様である。

【００１５】実施形態５．図５は本発明の可燃性ガス焼
却方法を適用した他の実施形態に係る可燃性ガス焼却装
置の構成を示す系統図であり、前記バーナー２０を有す
る可燃性ガス焼却装置１８で発生した高温ガスを熱交換
器１６により熱回収するようにしたものである。該熱交
換器１６により燃焼ガスとを新鮮空気との間で熱交換を
行い、暖房用の放熱器１７に供給することによって排熱
を有効利用できるようにしたもので、大量に発生する熱
量を有効利用して、周囲環境に重大な影響を与えないよ
うにしたものである。

【００１６】上記本願発明の各実施形態においては、燃
料ガスとしてプロパンガスを例にとって述べたが、本発
明ではそれに限定されるものではなく、他の同様な機能
を有するもの、例えば液体燃料を気化する気化器を設け
てガス燃料に替えて灯油などの液体燃料を用いてもよ
い。ところで、上記の説明では排熱を暖房用として利用
する場合について述べたが、これに限定されるものでは
なく、例えば塗装乾燥炉の熱源として再び乾燥炉に戻す
ことも可能である。

【００１７】以上のように本発明によれば、燃料使用量
を少なくでき、排気ガス焼却用のバーナー燃焼面の面積
を小さくできるなどの優れた効果を有する可燃性ガス焼
却技術が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の可燃性ガス焼却方法を適用した一実
施形態に係る可燃性ガス焼却装置を構成するバーナーを
示す部分断面図である。

【図２】本発明の可燃性ガス焼却方法を適用した他の
実施形態に係る可燃性ガス焼却装置を構成するバーナー
を示す部分断面図である。

【図３】本発明の可燃性ガス焼却方法を適用した他の
実施形態に係る可燃性ガス焼却装置を構成するバーナー
を示す部分断面図である。

【図４】本発明の可燃性ガス焼却方法を適用した他の
実施形態に係る可燃性ガス焼却装置を構成するバーナー
を示す部分断面図である。

【図５】本発明の可燃性ガス焼却方法を適用した他の
実施形態に係る可燃性ガス焼却装置の主要構成を示す系
統図である。

【図６】排気ガスがファイバーマットで燃焼している
ときの温度分布を示すグラフ図である。

【図７】プロパンガスを燃焼させた場合の空気過剰率
と燃焼ガス温度との関係を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ファイバーマット２円筒状ファイバーマット３混合気室４環状混合気室５箱状燃焼室６円筒状燃焼室７排気ガス供給口８焼却ガス流路９ファイバーマット取付金物１０反射板１１ブロワー１２燃料１３ミキサー１４混合気１５排気ガス１６熱交換器１７放熱器１８可燃性ガス焼却装置１９新鮮空気２０バーナー２１旋回羽根２２拡散板２３断熱材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者早瀬保神奈川県横浜市鶴見区弁天町３番地エヌケーケー総合設計株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】混合気室に供給する混合気として可燃性
の気体または蒸気を含有する空気からなる排気ガスと燃
料との混合気を加熱帯に通過させて燃焼反応させる際
に、前記加熱帯が前記混合気の燃焼反応に必要な温度を
継続するように前記排気ガスと燃料との混合気を所望の
空気過剰率に設定することを特徴とする可燃性ガス焼却
方法。
【請求項２】混合気室に供給する混合気として可燃性
の気体または蒸気を含有した空気からなる排気ガスと燃
料とを、空気過剰率が２となるように混合したものと
し、前記混合気室の燃焼面がファイバーマットであるバ
ーナーを有することを特徴とする可燃性ガス焼却装置。
【請求項３】混合気室に供給する混合気として可燃性
の気体または蒸気を含有した空気からなる排気ガスと燃
料とを、空気過剰率が２以上になるように混合したもの
とし、前記混合気室の燃焼面が反射板を対向配置したフ
ァイバーマットであるバーナーを有することを特徴とす
る可燃性ガス焼却装置。
【請求項４】環状混合気室に供給する混合気として可
燃性物質を含有した空気からなる排気ガスと燃料とを、
該燃料の燃焼温度が該排気ガスを焼却処理できる温度に
なる空気過剰率となるように混合したものとし、前記環
状混合気室の内部空間が燃焼室になる燃焼面を形成する
内筒がファイバーマットであるバーナーを有することを
特徴とする可燃性ガス焼却装置。
【請求項５】環状混合気室に供給する混合気として可
燃性物質を含有した空気からなる排気ガスと燃料とを、
該燃料の燃焼温度が該排気ガスを焼却処理できる温度に
なる空気過剰率の０．５〜０．７倍となるように混合し
たものとし、前記環状混合気室の内部空間が燃焼室にな
る燃焼面を形成する内筒がファイバーマットであり、さ
らに前記環状混合気室から供給されて燃焼した焼却ガス
中に可燃性物質を含有した空気からなる排気ガスを供給
して、空気過剰率が合わせて該排気ガスを焼却処理でき
る温度になるように前記燃焼室の一端側に排気ガス供給
口を備えたバーナーを有することを特徴とする可燃性ガ
ス焼却装置。