JPH11515081A - 精製されるキャリヤガス中の酸化可能な成分の燃焼のための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、精製されるべきキャリヤガス中の酸化可能な成分を燃焼させるための装置及び方法に関するもので、ガス入口（３６）と、底壁及び側壁を有する主燃焼室（２４）に向けて開口した煙管（２２）が取付けられたバーナ（１９）と、主燃焼室の底部（２１）から導かれる環状室と、熱交換器と、ガス出口（３８）とを有し、前記熱交換器のまわりに精製されたガスが流れると共に該熱交換器に精製されるべきガスが流れる構成である。小型の構造で良好な燃焼効果を得るため、特に主燃焼室における滞留時間を最も有効に利用するために、主燃焼室が案内部材（４０，４２，４４）を有するように構成され、これによって、底部から環状室に向かって流れるガスが主燃焼室の横断面全体にわたって殆ど均一に分布される。

Description

【発明の詳細な説明】 精製されるキャリヤガス中の酸化可能な成分の燃焼のための装置及び方法 本発明はガス入口、底壁及び側壁を具備する主燃焼室に通じる煙管が接続する バーナ、好ましくは主燃焼室の底壁と相対する側に配置された燃焼室出口、熱交 換器及びガス出口を具備する、精製されるキャリアガス中の酸化可能な成分の燃 焼のための装置に関する。 また本発明は、煙管から出て底壁及び側壁により画成された主燃焼室を具備し 、この主燃焼室の中で精製ガスが底壁から、煙管に対して半径方向又は接線方向 に同軸に配設された燃焼室出口の方向に反転される装置で、精製されるキャリヤ ガス中の酸化可能な成分を燃焼するための方法に関する。 前述の種類の装置は例えば欧州特許第０２３５２７７Ｂ１号に見られる。この 装置では高速混合室と呼ばれる煙管が、その横断面が高速混合室内の自由流れ断 面より大きい主燃焼室に通じている。主燃焼室は高速混合室の外側に沿って伸張 し、高速混合室は管として形成され、高速混合室と同軸に走る環状通路に移行し 、一方環状通路は同じく高速混合室及び部分的に環状通路の周囲に配設された別 の通路状環状室に移行し、この環状室に熱交換器が配設され、その管の冷端が外 側へ折り曲げられている。 別の公知の設備では、その流れ断面が同じく高速混合 室より大きい主燃焼室が高速混合室の全体に沿って伸張し、次に好ましくは半径 方向に熱交換器に通じている。熱交換器は好ましくは環状路に配設されている。 熱交換器を別設のハウジングの中に格納した設備も知られている。 これらのすべての先公知の燃焼設備ではガスが自由噴流として高速混合室を退 出する。この噴流は主燃焼室の底壁に衝突し、そこでバッフルプレート通過流の 流れの幾何学的形状に応じて回転対称に分配される。高い遠心力は、ガスを底壁 に沿って流れさせると共に、更に反転した後に環状噴流のように燃焼室の側壁に 軸方向に沿って流れさせる。その場合この環状噴流の横断面は主燃焼室の側壁に 沿って燃焼室出口に至るまで僅かしか増加しないから、環状噴流と高速混合室の 外壁の間に定常な渦流域が形成される。こうして主燃焼室の最適でない利用が行 われる。なぜなら渦流の形成の結果、ガスの極めて広い滞留時間分布が生じるの で、主混合室内のガスの最小滞留時間は主燃焼室の容積とそこのガス流量の商と して計算される理論滞留時間より遥かに小さいからである。 本発明の根底にあるのは、主燃焼室の容積がキャリヤガスの酸化可能な成分の 燃焼のために最適に利用されるように、前述の種類の装置又は方法を改良する問 題である。 装置に関してこの課題は次のようにして解決される。 即ち底壁から燃焼室出口の方向に流れるガスが主燃焼室の横断面全体にわたって 均一に分配されるように、主燃焼室が形成されるようにする少なくとも１個の案 内部材を有するのである。 その場合案内部材は案内板、穴あき板及び／又は案内リング又は類似の流れ分 配手段、例えば円錐反射体、円錐形デフレクタ及び案内羽根であることができる 。少なくとも２個の案内部材を主燃焼室に配設することが好ましい。 本発明の１つの改良は、主燃焼室の縦軸が走る平面に対して案内部材が対称に 形成される構成である。 案内部材は遮蔽例えば抵抗格子であることもできる。 単数個又は複数個の案内部材を煙管の出口と主燃焼室の底壁の間に配設するこ とが好ましい。また案内部材を煙管の周囲に同軸に配設することができ又は案内 部材を煙管の出口と底壁の間及び煙管と同軸に配設することもできる。 本発明に基づき、全主燃焼室でガス混合物の流れの分配が行われる。本発明に 基づく装置によって特に精製キャリヤガス中の酸化可能な成分の一定不変の残留 濃度のもとで主燃焼室温度の顕著な低下又は主燃焼室容積の減少若しくは一定不 変の主燃焼室温度及び一定不変の主燃焼室容積のもとで残留濃度の減少を得るこ とができる利点が生じる。 方法に関して本発明は、特に底壁から燃焼室出口の方 向に反転される部分的に精製されたガスが、主燃焼室の少なくとも一部の横断面 で均一に分配されて流れるように案内されるのが特徴である。その場合特に反転 されたガスをおおむね渦流なしかつ逆流なしで燃焼室出口へ導くことができる。 このことは燃焼室の完全な利用をもたらし、より精製されたガスとあまり精製さ れていないガスの混合を阻止する。 本発明のその他の細部、利点及び特徴は請求の範囲、請求の範囲から察知され る単独の特徴及び特徴の組合せだけでなく、下記の図面の説明から察知される好 適な実施例からも明らかである。 図１は精製されるキャリアガスの酸化可能な成分の燃焼のための装置の第１の 実施形態、 図２は装置の第２の実施形態を示す。 図１及び２には精製されるキャリアガスの酸化可能な成分の燃焼のための、再 燃焼装置と呼ぶこともできる装置が示されている。装置（１０）は端壁（１４） 及び（１６）によって画定された各々１個の円筒形の外被（１２）を具備する。 その場合図１では一方の端壁（１６）が同時に主燃焼室（２４）の底部（２１） であるが、図２ではこの端壁が入口環状室（４５）を画定し、その反対側の壁体 が同時に主燃焼室（２４）の底部（２１）である。 夫々端壁（１４）の区域に装置の縦軸に対して同心にバーナ（１９）が配設さ れ、好ましくは高速混合室とし て形成された煙管（２２）及び主燃焼室（２４）がこのバーナに接続する。その 場合煙管（２２）が主燃焼室（２４）の中に突出することは必ずしも必要でない 。 図１による実施例では主燃焼室（２４）が大きな横断面を有する第１の部分（ ２３）と小さな横断面を有する第２の部分（２５）に区分されている。第１の部 分（２３）は装置（１０）の軸線に対して環状に配設され、端壁（１６）、外被 （１２）の部分（１７）及び隔壁（５０）により画成される。主燃焼室の第２の 部分（２５）は隔壁から始まり煙管（２２）を取り囲む環状室であって、別の環 状室（２８）に通じている。環状室（２８）の中に直交向流形熱交換器（３２） の熱交換管（３０）が装置（１０）の軸線（１８）に対して同心に、従って煙管 （２２）に対しても同心に配設されている。熱交換管（３０）は外壁（１２）に 隣接する外側の環状室（３４）に通じており、環状室（３４）に入口（３６）が ある。熱交換管（３０）を有する環状室（２８）は、外側の環状室（３４）と主 燃焼室（２４）を画成する端壁（１６）との間で出口（３８）に接続する。出口 （３８）は装置（１０）の外壁（１２）を貫通する。 図２による実施例では、煙管（２２）が主燃焼室（２４）によって完全に取り 囲まれ、装置（１０）の軸線（１８）に対して同心に配設された環状室（２８） に直接に半径方向に接続する。環状室（２８）の中に熱交 換管（３０）がある。反対側で熱交換管（３０）は、外被（１２）の内部に配置 された入口室（４５）に接続する。入口室（４５）は外被（１２）の一部、端面 側底部（１６）、燃焼室底部（２１）、主燃焼室（２４）を取り囲む外被（２０ ）の一部及び管板として形成された隔壁（５３）によって画成され、接続管状に 形成されたキャリヤガス入口（３６）を有する。 本発明によれば主燃焼室（２４）の全横断面にわたり又は主燃焼室の個々の部 分の横断面にわたり均一な、おおむね整流された流れを生じさせる案内部材（４ ２）、（４４）が主燃焼室（２４）の中に配設されている。 案内部材は小さな形状抵抗によっても、また大きな形状抵抗によっても、流れ を案内することができる。例えば案内リング又は案内板の形の案内部材（４０） 及び（４２）は小さな形状抵抗を形成し、これに対して穴あき板又は抵抗格子の 形又は遮蔽の形の案内部材（４４）は大きな形状抵抗を形成する。 本発明に基づく効果を得るには、回転対称な流れの部分体積流量が主燃焼室（ ２４）の底部（２１）で切り取られ、燃焼室出口（２６）の方向へ９０°反転さ れるように、案内部材、特に案内部材（４０）及び（４２）の形状を形成しなけ ればならない。 実施例で夫々煙管（２２）の端部区域を取り囲む穴あき板、抵抗格子、遮蔽等 の形の案内部材（４４）は高い流れ抵抗を示す。この流れ抵抗は案内部材にある 自由断 面での高い速度に基づき、主燃焼室（２４）の外被の片側に形成される流れの、 主燃焼室（２４）の全横断面への分配をもたらす。 本発明に基づく装置（１０）によるキャリヤガスの有害物質の燃焼の例として 、次に図１の装置の過程を説明する。 有害物質が負荷された粗ガス即ち酸化可能な成分を含むキャリヤガスは、入口 接続管として形成されたガス入口（３６）を通って装置（１０）に入り、煙管（ ２２）に対して同心に配列された熱交換管（３０）に通され、熱交換器（３２） を退出して、バーナ（１９）に対して同軸に配設され、端壁（１４）により画定 された隔室（４６）に入り、少なくとも部分的にバーナ（１９）に沿って導かれ る。熱交換器（３２）を貫流する時に、主燃焼室（２４）から出て熱交換管（３ ０）の周囲を流れるガスからの熱交換管（３０）の熱吸収により予熱が行われる 。 予熱された、有害物質が負荷された粗ガスの一部は、バーナ（１９）の炎と接 触し、燃焼ガスとして利用される。他の部分はバーナ（１９）又は炎に沿って流 れる。 全負荷運転でν＞６０ｍ／ｓという煙管の中の高い流速νに基づきバーナ（１ ９）の高熱の中心帯のガスと、隔室（４６）のバーナ側を画定するギャップ（４ ８）を経てバーナに沿って導かれる冷たい、いわゆる環状ギャップ流とが煙管（ ２２）の末端に至るまで混合され る。それによって全粗ガスで有害物質の燃焼が開始される。既に反応している有 害物質を含む粗ガスは主燃焼室（２４）の第１の部分（２３）に入り、そこで流 れ案内取付物として働く案内部材（４０）及び／又は（４２）及び／又は（４４ ）によって主燃焼室（２４）の全流れ断面に分配されるから、整流された流れが 発生し、主燃焼室の横断面にわたって均一に燃焼が起こる。 ギャップ（４８）を経て流れ、バーナ（１９）に沿って導かれる冷たい環状流 とバーナ（１９）を貫いて導かれる高温の中心流を煙管の中で混合するために、 煙管（２２）のほぼ全長が必要であり、従って煙管の壁体の内側と煙管の壁体の 外側の間に温度差が成立するから、主燃焼室（２４）の第２の部分（２５）の熱 いキャリヤガスと煙管（２２）の中の冷たい精製されたキャリヤガスとの間で熱 交換が行われる。従って煙管（２２）は補助熱交換面として利用される。定常運 転で熱交換は主燃焼室（２４）の第２の部分（２５）の入口と、主燃焼室からの 出口（２６）即ち熱交換器（３２）が配設された環状室（２８）への入口との間 に、２０℃ないし６０℃温度差をもたらす。 精製されたキャリヤガスは、次に管群形熱交換器（３２）の熱交換管（３０） の周囲に導かれ、精製するキャリヤガスに熱を放出し、同じく接続管として形成 されたガス出口（３８）へ導かれる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年２月２８日 【補正内容】 高速混合室と同軸に走る環状通路に移行し、一方環状通路は同じく高速混合室及 び部分的に環状通路の周囲に配設された別の通路状環状室に移行し、この環状室 に熱交換器が配設され、その管の冷端が外側へ折り曲げられている。 別の公知の設備では、その流れ断面が同じく高速混合室より大きい主燃焼室が 高速混合室の全体に沿って伸張し、次に好ましくは半径方向に熱交換器に通じて いる。熱交換器は好ましくは環状路に配設されている。 熱交換器を別設のハウジングの中に格納した設備も知られている。 これらのすべての先公知の燃焼設備ではガスが自由噴流として高速混合室を退 出する。この噴流は主燃焼室の底壁に衝突し、そこでバッフルプレート通過流の 流れの幾何学的形状に応じて回転対称に分配される。高い遠心力は、ガスを底壁 に沿って流れさせると共に、更に反転した後に環状噴流のように燃焼室の側壁に 軸方向に沿って流れさせる。その場合この環状噴流の横断面は主燃焼室の側壁に 沿って燃焼室出口に至るまで僅かしか増加しないから、環状噴流と高速混合室の 外壁の間に定常な渦流域が形成される。こうして主燃焼室の最適でない利用が行 われる。なぜなら渦流の形成の結果、ガスの極めて広い滞留時間分布が生じるの で、主混合室内のガスの最小滞留時間は主燃焼室の容積とそこのガス流量の商と して計算される理論滞留時間より遥かに小さいからであ る。 不燃性物質を保留すると共に可燃性固形物粒子に対してなるべく長い滞留時間 を得るために、燃焼室が外側に異形リングを有するという制限があるが、欧州特 許第０２３５２７１Ｂ１号の装置に相当する、精製されるキャリヤガスの酸化可 能な成分の燃焼のための装置がフランス特許第Ａ２２４８４７０号により知られ ている。これによって異形リングの区域に定常な渦流が形成され、そのため燃焼 室を自由に流れるガスの有効断面が縮小される。当該のガスのこうして減少され た滞留時間は、キャリヤガス中の酸化可能な成分を所要の程度燃焼するために、 燃焼室の温度の上昇を必要とする。 本発明の根底にあるのは、主燃焼室の容積がキャリヤガスの酸化可能な成分の 燃焼のために最適に利用されるように、前述の種類の装置又は方法を改良する問 題である。 請求の範囲 ３．案内部材が穴あき板（４４）であることを特徴とする請求項１に記載の装 置。 ４．案内部材が案内リング（４０、４２）であることを特徴とする請求項１に 記載の装置。 ５．案内部材が案内羽根で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の 装置。 ６．少なくとも２個の案内部材（４０、４２、４４）が主燃焼室（２４）の異 なる平面に配設されていることを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載の 装置。 ７．案内部材（４０、４２、４４）が、主燃焼室（２４）の縦軸（１８）が通 る平面に対して対称に形成されていることを特徴とする上記請求項のいずれか１ つに記載の装置。 ８．案内部材（４０、４２、４４）が縦軸（１８）に対して回転対称に形成さ れていることを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載の装置。 ９．案内部材（４４）が遮蔽又は抵抗格子又は穴あき板又は静的混合器である ことを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載の装置。 １０．異なる形状抵抗を形成する少なくとも２個の案内部材（４０、４２、４ ４）が主燃焼室（２４）の中に配設されていることを特徴とする上記請求項のい ずれか１つに記載の装置。 １１．案内部材（４０、４２）が煙管（２２）の出口と主燃焼室（２４）の底 壁（２１）の間に配設されていることを特徴とする上記請求項のいずれか１つに 記載の装置。 １２．少なくとも１個の案内部材（４４）が煙管（２２）と主燃焼室（２４） の側壁（２０）の間に配設されていることを特徴とする上記請求項のいずれか１ つに記載の装置。 １３．煙管（２２）から出て底壁及び側壁（２０）により画成された主燃焼室 （２４）を具備し、精製されたガスがこの主燃焼室（２４）の中で底壁（２１） から好ましくは煙管と同軸に配設された燃焼室出口（２６）の方向へ反転される 装置（１０）で、精製するキャリヤガスの酸化可能な成分を燃焼するための方法 において、底壁（２１）から燃焼室出口（２６）の方向へ反転されたガスが、主 燃焼室（２４）の横断面におおむね均一に分配されて流れるように、環状室の横 断面によって案内されることを特徴とする方法。 １４．反転したガスが主燃焼室（２４）の中で逆流を回避しつつおおむね渦流 なしに燃焼室出口（２６）へ導かれることを特徴とする請求項１３に記載の方法 。 【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年６月１日 【補正内容】 装置に関して、この課題は次のようにして解決される。すなわち、主燃焼室に 少なくとも１個の流れを導く案内部材が取り付けられ、煙管を退出し、燃焼室出 口の方向に流れるガスはこの案内部材によって主燃焼室の全横断面に分配され、 整流されたガス流が発生し、燃焼が主燃焼室の横断面に均一に行われる。 その場合案内部材は案内板、穴あき板及び／又は案内リング又は類似の流れ分 配手段、例えば円錐反射体、円錐形デフレクタ及び案内羽根であることができる 。少なくとも２個の案内部材を主燃焼室に配設することが好ましい。 本発明の１つの改良は、主燃焼室の縦軸が走る平面に対して案内部材が対称に 形成される構成である。 案内部材は遮蔽例えば抵抗格子であることもできる。 単数個又は複数個の案内部材を煙管の出口と主燃焼室の底壁の間に配設するこ とが好ましい。また案内部材を煙管の周囲に同軸に配設することができ又は案内 部材を煙管の出口と底壁の間及び煙管と同軸に配設することもできる。 本発明に基づき、全主燃焼室でガス混合物の流れの分配が行われる。本発明に 基づく装置によって特に精製キャリヤガス中の酸化可能な成分の一定不変の残留 濃度のもとで主燃焼室温度の顕著な低下又は主燃焼室容積の減少若しくは一定不 変の主燃焼室温度及び一定不変の主燃焼室容積のもとで残留濃度の減少を得るこ とができる 利点が生じる。 請求の範囲 １．ガス入口（３６）、底壁及び側壁（２０、２１）を具備し、場合によって は部分（２３、２５）に区分された主燃焼室（２４）に通じる煙管（２２）が接 続するバーナ（１９）、主燃焼室の好ましくは底壁（２１）の反対側に配置され た燃焼室出口（２６）、熱交換器（３２）及びガス出口（３８）を具備する、精 製されるキャリヤガスの酸化可能な成分の燃焼のための装置において主燃焼室（ ２４）に少なくとも１個の流れを導く案内部材（４０、４２、４４）が取り付け られ、煙管（２２）を退出し、燃焼室出口（２６）の方向へ流れるガスがこの案 内部材によって主燃焼室（２４）の全横断面に分配され、整流されたガス流が発 生し、燃焼が主燃焼室の横断面にわたって均一に行われることを特徴とする装置 。 ２．案内部材（４０、４２、４４）が案内板であることを特徴とする請求項１ に記載の装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ガス入口（３６）、底壁及び側壁（２０、２１）を具備し、場合によって は部分（２３）及び（２５）に区分される主燃焼室（２４）に通じる煙管（２２ ）が接続するバーナ（１９）、好ましくは主燃焼室の底壁（２１）の反対側に配 置された燃焼室出口（２６）、熱交換器（３２）及びガス出口（３８）を具備す る、精製されるキャリアガス中の酸化可能な成分の燃焼のための装置において、 底壁（２１）から燃焼室出口（２６）の方向に流れるガスが主燃焼室の横断面に 見て均一に又はほぼ均一に分配されるように、主燃焼室（２４）が形成され及び ／又は少なくとも１個の案内部材（４０、４２、４４）を有することを特徴とす る装置。 ２．案内部材（４０、４２、４４）が案内板、穴あき板及び／又は案内リング 及び／又は円錐反射体及び／又は静的混合器であり及び／又は案内羽根で構成さ れていることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ３．少なくとも２個の案内部材（４０、４２、４４）が主燃焼室（２４）の異 なる平面に配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。 ４．案内部材（４０、４２、４４）が、主燃焼室（２４）の縦軸（１８）が通 る平面に対して対称に形成されていることを特徴とする上記請求項のいずれか１ つに記載の装置。 ５．案内部材（４０、４２、４４）が縦軸（１８）に対して回転対称に形成さ れていることを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載の装置。 ６．案内部材（４４）が遮蔽又は抵抗格子又は穴あき板又は静的混合器である ことを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載の装置。 ７．異なる形状抵抗を形成する少なくとも２個の案内部材（４０、４２、４４ ）が主燃焼室（２４）の中に配設されていることを特徴とする上記請求項のいず れか１つに記載の装置。 ８．案内部材（４０、４２）が煙管（２２）の出口と主燃焼室（２４）の底壁 （２１）の間に配設されていることを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記 載の装置。 ９．少なくとも１個の案内部材（４４）が煙管（２２）と主燃焼室（２４）の 側壁（２０）の間に配設されていることを特徴とする上記請求項のいずれか１つ に記載の装置。 １０．煙管（２２）から出て底壁及び側壁（２０）により画成された主燃焼室 （２４）を具備し、精製されたガスがこの主燃焼室（２４）の中で底壁（２１） から好ましくは煙管と同軸に配設された燃焼室出口（２６）の方向へ反転される 装置（１０）で、精製するキャリヤガスの酸化可能な成分を燃焼するための方法 において、底壁（２１）から燃焼室出口（２６）の方向へ反転された ガスが、主燃焼室（２４）の横断面におおむね均一に分配されて流れるように、 環状室の横断面によって案内されることを特徴とする方法。 １１．反転したガスが主燃焼室（２４）の中で逆流を回避しつつおおむね渦流 なしに燃焼室出口（２６）へ導かれることを特徴とする請求項１０に記載の方法 。