JPS5833447B2 - フレアスタツク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は無煙燃焼する廃ガス燃焼の分野に属する。

より詳細には、本発明は炭酸の上流の及び炭酸内の上昇
ガス柱体へ種々の個所へ及び種々の方向に複数のジェッ
ト状態にて付与されたスチームを使用する分野に属する
。

更により詳細には、本発明は特定型式のスチームマニホ
ルドを有し、このマニホルドが種々の幾何学的配置をな
すパイプ及びジコットと共にフレアスタックの頂部を形
成しているものである。

フレアスタックの頂部の方へ動いている廃ガス柱体内へ
噴入されかつ該柱体と混合されるスチーム及び／又はガ
ス及び炎から成る上昇柱体の円筒状壁内へのスチームジ
ェットの噴入が、ガスを無煙燃焼するに際し種々の方法
にて助けになるということは以前から知られている。

スチーム噴射は、異なった方法にて付与された場合に、
３つの目的を達成する。

第１は燃焼点の上流にスチームとガスとから成る完全混
合体を提供することである。

このことは高温の炎内にて、無煙燃焼する一酸化炭素と
水素とを提供するよう化学的に変形された化学成分を提
供するのである。

スチームによってもたらされる第２の作用はガスの燃焼
に必要な空気の吸込み及び噴出を提供することである。

ガス自体は比較的低圧であるので、ガスがそれ自身のエ
ネルギでもって必要な燃焼空気を吸込むことは出来ない
。

即ちスチームのエネルギはこの目的のために使用される
のである。

ストームの第３の作用は無煙燃焼を行なうため、スチー
ムと空気とガスとから威る完全混合を生じる高速ジェッ
トを提供することである。

発煙性ガスが無煙燃焼をなしうるためには２つの独立し
た方法がある。

一つは十分な空気と、十分に混合されたスチーム及び空
気とを提供して炭化水素ガス内の全炭素を完全に燃焼し
、こうして煙を生じる炭素を残さないようにすることで
ある。

発煙性の炭化水素ガス友び空気がスチームと共に無煙燃
焼されうる第２の方法は、燃焼直前にスチームをガスと
予備的に混合することによりガス内に化学変化をもたら
し、燃焼される成分が炭素及び水素ではなく燃焼して不
可視的最終成生物即ち二酸化炭素及び水をもたらすよう
な一酸化炭素と水素とにすることである。

過去において、無煙燃焼を増進するため上記３つの要件
のうちの１つ又は２つを利用するためガス流及びスチー
ム流について種々の幾何学的配設が提供された。

本発明においては、フレアガスの無煙燃焼をもたらすた
めに、スチーム利用の、可能な３つの方法の全てを利用
する手段を提供している。

即ち廃ガスを無煙燃焼するための本発明のスチーム噴出
用装置は、フレアスタックの頂部と実質的に同一内径の
環状室を有し、この室はフレアスタックの頂部に載置さ
れかつ所定の半径方向距離だけ外方に伸び、更にフレア
スタックの頂部上方に所定の高さだけ垂直に伸びている
。

スチームはこの環状室へ供給される。

この環状室の頂部には複数の円周方向に間隔ずけられた
パイプが設けられており、これらのパイプは半径方向面
内にて所定角度だけ外方に曲げられている。

環状室の頂部上には複数の内方及び上方に指向されたオ
リフィスが設けられ、このオリフィスからスチームが燃
焼中のガスの炎内へ同様にまた燃焼する前のガス内へ噴
出される。

更に該室の頂部から所定距離だけ下方の水平面内には該
環状室の内壁を貫通して複数の半径方向に向いたパイプ
が円周上に間隔ずけられて配設されている。

これらのパイプはスタックの軸線方向に伸びかつパイプ
の上部四分円に複数のオリフィスを有し、燃焼面の上流
に所定距離はなれた個所のガス上昇流内にスチームを噴
出している。

本発明の主目的は、炭酸の前にてスチームとガスとを完
全に予備混合し、十分な燃焼空気の吸込みと噴出とをも
たらしかつまた炭酸内へスチームとガスと空気とを完全
混合するために必要な乱流を提供するような方法によっ
てスチームを噴出し。

フレアガスの無煙燃料をなす装置を提供することである
。

これら及びそれ以外の目的は矩形断面の環状室形状をな
すスチームマニホルドを配設することによジ明白とな９
、かつ公知技術の制限はかかる本発明によって打破され
るのである。

本発明の環状室はフレアスタックの頂部へ取付けられか
つ該室は実質的にスタックの内径と同一の内容を有して
いる。

環状室の半径方向寸法及び垂直伸長量は所定の寸法を有
している。

スチームをルアスタックの頂部の方向に流れるガスと予
かじめ混合する目的のために燃焼が始壕る該室の頂部か
ら所定寸法だけ下方の水平面内の環状スチーム室の内壁
を介して複数の半径方向パイプが差込まれている。

これらのパイプはフレアスタックの中心方向に指向され
かつ半径方向パイプの上部間半分に複数のオリフィスを
有している。

これらのオリフィスは上方面上の垂直直径方向面上にあ
ってスチームジェットを垂直に放出し、又はこれとは別
にオリフィスは該垂直面の両側に所定角度をもって傾斜
された直径方向面上にあり、これにようこれらのジェッ
トとスチームとがパイプを介して垂直面の両側へ外方に
指向され、垂直に流れるガスと乱流状によりよく混合す
るようになっている。

複数の短かい垂直パイプが環状スチーム室の頂面上に円
形状に間隔すけて設けられている。

これらの垂直パイプは半径方向面に所定角度をもって外
方に傾斜した伸長部を有している。

これらの半径方向内方に指向された各パイプに設けられ
た１個又はそれ以上のオリフィスは、高速スチームジェ
ットを提供し、このスチームジェットはカス及びスチー
ムと、これらのジェットによって吸込まれる空気と、の
乱流混合をもたらす。

これらのパイプの上方にある傾斜部分には、複数のオリ
フィスがあり、これらのオリフィスは環状室の頂部にお
ける半径方向面にて上昇炭柱体内の方に内方及び上方に
指向されている。

これらのスチームジェットは大量の空気を吸込む作用を
し、この空気は炎と乱流混合しかつガスの完全燃焼を増
進する。

以下具体例を述べる。図面、特に第１図及び第２図を参
照すると、ここには夫々本発明の１実施例の平面図及び
立面図が示されている。

円筒形のフレアスタック１６は、その上方に垂直伸長部
を有している。

この伸長部はスタック１６より重い鋼板から成る円筒形
壁１８を有している。

該壁１８の周囲にはそれと平行をなす短かい壁部２０が
あり、該壁部２０はその上下に夫々環状リング板２２．
２４を有し、これらの板２２．２４は溶接２１．２３に
て固着され、蒸気室間ち蒸気マニホルドとして使用する
ため矩形断面の環状室１２を提供している。

蒸気は例えばパイプ２６によりこのマニホルドへ供給さ
れ、ついでこの蒸気は矢印２８のように室内へ流入する
。

スタック１６及び室２０の軸線は中心線３１にて示され
ている。

スタック内方空間は番号３５にて示されている。

被燃焼ガスはこの空間３５の横断部分を介して矢印４０
のように垂直に流動する。

環状室１２の上部環状リング板２２には複数の短かい垂
直方向管２９が差込１れている。

該管２９の頂部には伸長部３０が設けである。

この伸長部３０は第２図に示すように直線状をなしかつ
垂直に対しである角度３２をなして位置ずけられかつｌ
た第２図に示すようにリング板２２の周囲において垂直
半径方向面内に相称的に間隔ずけられている。

スタックの寸法及び環状室の寸法は適当な値に選択され
うるが、スタックの直径の一般的寸法としては例えば２
４吋とすることができる。

この場合、環状室は、その半径方向寸法４４が２１／２
〜３吋となり、垂直方向寸法４２が１１／２吸台である
。

環状室即ちマニホルドへ対してスチームを供給している
スチームパイプは例えば６吋である。

垂直パイプ２９．３０は例えばも吋の鋼製パイプとなす
ことが出来る。

垂直パイプ２９の内側の半径方向面内には番号３４で表
示する１個又はそれ以上のオリフィスが設けである。

同様に半径方向面内にはパイプ３０に沿って複数のオリ
フィス３４が配設されている。

パイプ３０の端部はプラグ３６にて閉鎖されている。

パイプ２９．３０は１体のパイプから曲げ成形すること
が出来ると共に真直な部材とエルボ部材１４とを溶接す
ることも可能である。

垂直方向管２９のあるものにはリング板２２へ溶着され
た小さいバッフル３８が設けである。

これらのバッフル３８はリング板２２の内縁１８上に伸
び上昇ガスのいくらかを捕縛して開口３９を介してガス
を半径方向外方へ流動させて例えばオリフィス３４の前
方及び下方の空間へ導入する。

第１図はこれらのバッフル３８がパイプ２９．３０の数
より少なくなっている場合を示している。

第１図はまたフレアスタックの頂部付近に載置された２
個のパイロット炎４６を示している。

パイロット炎は１個又はそれ以上とすることが出来よう
が少なくとも２個を車重しくは９０°だけ通常の風の方
向に引はなして間隔ずけるのがよい。

リング板２２の外縁にはパイロット炎の部分に中心がく
るように溶接された鋼板形状の小さい風防バリア４８が
設けである。

これらのバリアはパイロット炎による着火を補助するた
め、該バリアの内側（風下側）に静的空間を提供する作
用をしている。

これらのパイロット炎４６（第５図）は先端５０と遮蔽
物４９とから成り、該遮蔽物４９は矢印５１によって示
したような風の影響下での炎を保護している。

ガス・空気混合体は垂直パイプ５２から供給される。

パイロット炎の設計及び構造は公知でありかつまたこれ
らは本発明の部分を構成してないので第５図に示すパイ
ロット炎の詳細は省略する。

第３及び４図には２つのパイプ構造が示されている。

第３図にはパイプ構造２９，２７．３０が、第４及び４
Ａ図にはパイプ構造２９．３ＯＡが開示され、これらの
環状のスチーム室１２から続いているパイプから半径方
向内方かつ上方へスチームを噴出している。

第３図は第２図に類似した直線状パイプを示している。

またオリフィス５７．５８が夫々スチーム室の内壁１８
とスチーム室の頂板２２とを介して穿孔されている。

更にパイプ２９にはオリフィス５６その他のものが設け
られ、パイプ３０の内面にはオリフィス３４Ａ、３４Ｂ
、３４Ｃ，３４Ｄなどが配設されている。

フレアスタックの内方開口３５及びフレアスタックの頂
部の面即ち板２２の頂部に対するこれらオリフィスの位
置の詳細な検討は後述する。

第４図においてはパイプ３０Ａが真直でなく曲状をなし
ている。

これにより、オリフィス６４から噴出するジェットスチ
ーム６４′は上昇ガス柱体の外壁１８Ａ上の例えば１点
６６に集中する。

この線１８Ａはスチーム室１２の内方円筒形壁１８の伸
長部に相当し、上昇するガスと炎との柱体の外壁を形成
している。

第４図はまた第３図に示すと同様のオリフィス５７，５
８．５６を示している。

複数のオリフィス５７．５８が示しである。第７図は本
発明の別の具体例であり、それ自体でも又は第１図及び
第２図の実施例との組合せとしても使用されるものであ
る。

第６図は環状のスチーム室１２をおおっている環状板２
２の上面図を示す。

スチーム室１２の内壁１８は複数の水平半径方向に伸び
るパイプ７０を有し、これらのパイプ７０は望１しくは
円周側りに相称的に間隔ずけられている。

これらのパイプは壁１８を介して差込１れかつ溶接７１
にてシールされている。

パイプ７０の長手方向には複数の開ロア４が設けてあり
、これらのパイプは内端を板７２にて閉じられている。

第８図は第７図の面８−９に沿ってみたパイプ７０の断
面であう、パイプ７０の垂直軸線の両側上に、ある角度
７８だけ引離した２本の長手方向線上に開口、又はオリ
フィス７４を有しているのが示されている。

これは１つの可能な配置である。別の配置としては、パ
イプの垂直軸線に沿ってオリフィス又は開口を配置する
ことであり、この場合ジェットは外方ではなく上方に噴
出される。

しかしながら第８図に示すような配置は、外方に指向さ
れたスチームジェット７４′と上昇ガス流４０との間に
よう大きい混合可能性を提供すると思われるので好まし
いのである。

パイグア０の長手方向に沿うオリフィス７４に加え、該
パイプ７０の端部にある閉鎖板７２に１つ又はそれ以上
の内方及び上方に傾斜したオリフィス７３が設けられ、
これらは例えばスチームジェット７３′を提供する。

これらのジェットは複数のパイプ７０からフレアスタッ
クの軸線３１近くの断面３５中心へ流動してこの中心柱
体内の上昇ガスと混合するスチームを供給する。

前述の如く、スチームは種々の方法にてガス柱体内へ噴
出されうる。

ある１つの重要な方法は、要式の上流のガス柱体内へス
チームを噴出することであり、これにようスチームとガ
スとが高温の炭酸へ近ずくと完全に混合し、ここでガス
・スチームが化学変化を起して一酸化炭素と水素とを生
じる。

こうしてその後この可燃性の炭素と水素とが無煙燃焼を
して二酸化炭素と水とになる。

この変化は第６．７．８図の構造によって非常に効果的
に行なわれる。

なぜならジェット７４′が上昇ガス４０を乱流状に混合
し、ガスとスチームとの適切な乱流混合体が燃焼域へ接
近するからである。

ｌた適切な量の燃焼空気の存在が必要であり、かつガス
が低圧下にあり、かな９低速度であるので、ガス流によ
る空気吸込の機会はほとんどない。

そのためパイプ２９．３０からのスチームジェットは、
炎内への空気の吸込み及び噴出のために更には空気、ス
チーム、ガスの乱流状混合のために重要である。

少なくとも１平方吋当り１５ポンド（ゲージ）即ち少な
くとも（絶対）大気圧の２倍のスチームを使用すること
により、スチームがオリフィスから流出するとき２：１
の比の圧力降下がある。

オリフィスの上流と下流の圧力が２：１の比である場合
、スチームの速度は実質的に音速となシかつスチームが
空気及びガスと非常な乱流混合を提供する。

スチームジェットが第１．２．３．４図のように空気中
にある場合、このスチームジェットは空気中へ流れてそ
こを移動中に迅速に速度が低下する。

このことは空気の・混合及び空気吸込過程における空気
の従動的加速によってもたらされるのである。

スチームジェットがオリフィスの直径のほぼ４倍程の距
離に至ると、オリフィスから排出されたスチームの残存
流れエネルギはオリフィスの出口面にあったときの値の
約８３係となろう。

スチームがオリフィスの直径の８倍の距離に至ると残存
流れエネルギは約５３係となろう。

また１２倍に至ると約２４係となる。

１６倍では１５係、８倍では約１１係となる。

これから、スチームジェットが空気中を介してオリフィ
スからガス及び炭柱体１で長い距離移動すると、非常に
大量の空気が吸込１れ、かつ長い距離を流れると残存エ
ネルギが減少して、よう少ない乱流状の混合を提供する
ことになることがわかる。

しかし一方これらはより大量の空気を運び、この空気は
オリフィスから流れるスチームと混合する。

然して例えばオリフィス５７はスチームジェット５７′
を提供し、このジェット５７′は高速度でガス内に直接
流入して非常に大きい乱流混合をもたらす。

板２２の頂部にあるオリフィス５８はジェット５８′を
提供し、このジェット５８′は空気を介して非常に少な
い距離だけ流れガス・炎上昇柱体の壁内に入る。

ジェット５８′は空気全吸込みかつ取入れる機会がない
ので非常に大量の空気を供給することはないが、乱流混
合を提供する。

パイプ２９の側部からのジェット５６′は更に炭酸の壁
１８Ａからはなれて釦り、このためそのジェット５６′
はより長い距離だけ移動し、ジェット５８′よりは多い
量の空気を捕縛し、よってジェット５６′はかなりの空
気を運び、空気を炎内へ混入するかなりのエネルギを有
している。

ジェット３４Ａ’、３４Ｂ’、３４Ｃ’、３４Ｄ’など
が、これらのジェットの軸線に沿って炎の壁１８Ａから
独立的にかつ漸進的に隔たるように配置されている。

このようにパイプ３０に沿って進むことにより、最も遠
いジェット３４Ｄ′は大量の空気を炎内に運ぶが、残存
流れエネルギが少ないため非常にはなれた炎内へ噴入す
ることはないであろう。

−万歳も近いジェット３４Ａ′は、より大きい残存流れ
エネルギを有するが空気量が少ない。

よって番号５６で示すようなオリフィスを設けかつスチ
ーム室の内縁から所定の半径方向距離に所定の角度でパ
イプ２９．３０を位置ずけるように設計することによう
、残存流れエネルギと混合空気との適当な関係が、頂板
２２の上方の炎内の垂直位置において選択されることが
出来る。

第４図は第３図と異なる装置を示してお９、ここでは全
てのオリフィス６４が炎の壁面１８Ａから実質的に等距
離に配置されており、そのためこの流れは、所定量の空
気を有しかつ未だ所定の残存流れエネルギを保有するよ
うな所定距離に位置ずけられることが出来る。

更にこの流れは例えば第３図の装置によって可能である
よシも多くの乱流を提供するよう、焦点又は同時に、集
中されるように出来る。

ここではフレアスタックの頂部を形成している環状のス
チーム室の表面に配設されたスチームジェット系として
述べられてきた。

室の表面上にかつまた該室の頂部にある垂直管又は曲状
管に沿って複数のオリフィスを設けることが出来、各々
のオリフィスは、空気を捕縛するため空気中を僅か又は
中程度の距離だけ通って、直接フレアスタックの出口の
スチーム上昇流中へ又はフレアスタックの頂部上方のガ
ス柱体及び炎内へ所定の速度で所定の方向にスチームを
提供し、同時に乱流を提供し、かつ垂直な又は曲状の管
を介して、大量の空気を具有しているが、残存流れエネ
ルギが少なく乱流混合度合の少ないスチームジェットを
提供するように設計されている。

こうしてこの装置のスチーム室及びオリフィスは、無煙
燃焼のために、流動ガス柱体に対するスチーム付与に関
し３つの方法を提供出来るのである。

更に第６．７．８図には別の具体例が示しである。

この例ではスチームは高速度噴射をして炭酸の上流にて
ガスと乱流混合するというだけの目的を有している。

然しなから本発明は第６．７．８図の装置を第１．２，
３．４．５図の装置へ組合せたものをも含む。

よってこの組合せは無煙燃焼のための最も効果的なガス
に対するスチームの最適な存在を提供する。

本発明はある程度特定したものについて述べたが、この
開示の精神及び範囲から出ることなく要素の構成及び配
置の詳細について多くの変更をなしうろことは明白であ
る。

この発明は説明のためにここに開放した具体例に限定さ
れるものではなく特許請求の範囲及びそこに開示した要
素の均等物にのみ制限されることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の１具体例の夫々平面図及び
立面図であり、ｉＺＡ図及び第２Ｂ図は第２図の付加的
詳細図であり、第３図及び第４図及び第４Ａ図はガス柱
体内、及びガス、空気、スチームの乱流混合体内へ空気
を吸込むためのスチーム噴出手段の２つの具体例を示す
図であり、第５図はパイロットライトの１つの可能な配
置を示す図であり、第６図及び第７図及び第８図は本発
明の別の具体例の夫々平面、立面及び一部詳細図を示す
図である。 符号の説明、１２・・・・・・マニホルド、１４・・・
・・・エルボ部材、１６・・・・・・フレアスタック、
１８・・・・・・円筒形壁、２０・・・・・・壁部、２
２・・・・・・上部環状リング板、２４・・・・・・下
部環状リング板、２６・・・・・・パイプ、２９・・・
・・・垂直方向管、３０・・・・・・パイプ、３４・・
・・・・オリフィス、３６・・・・・・プラグ、３８・
・・・・・バッフル、３９・・・・・・開口、４６・・
・・・・パイロット炎、５２・・・・・・垂直パイプ、
５６．５７，５８．６４・・・・・・オリフィス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 頂部方向へ上方に可燃性廃ガスを流し、ガス点火の
   ためのパイロット炎手段を含む所定の高さと所定の内径
   りとを有しているフレアスタックにおいて、 （ａ）７レアスタツクの垂直伸長部を形成している、内
   壁直径がＤの矩形断面をなす環状スチーム室であって、
   所定高さの外壁と、Ｄよシ大きい所定の半径長と、環状
   リング形状をなす上下の閉鎖板と、を有し、かつスチー
   ムを室へ導入するための導管手段を含んでいる環状スチ
   ーム室と、（ｂ） 所定角度で前記室の上部閉鎖板に
   設置されかつ封止されている周辺上に間隔づけられた複
   数のパイプと、 （ｃ） 半径方向面内側に前記室の内壁を介して穿孔
   され、前記上部板の上流の所定距離にて少なくとも１つ
   の水平列に周辺に沿って間隔づけられている複数の第１
   オリフイスと、 （ｄ） 前記室の上部板を介し半径方向内方かつ上方
   に穿孔され、前記上部板と少くとも１つの円形同心状に
   周辺に間隔うけられかつその内縁から所定の半径方向距
   離にある複数の第２オリノイスと、 （ｅ） 前記パイプの内壁を介して穿孔され前記室の
   上部板上方の所定距離に複数の点から半径方向及び内方
   に指向されたスチームジェットを提供する複数の第３オ
   リフイスと、 を有し、 第１オリフイスからの第１スチームジエツトが炭酸の上
   流で廃ガスと乱流混合し、所定の短い距離にわたって空
   気中を移動した後に、第２オリフイスからの第２スチー
   ムジエツトが前記上部板上方でガス・炎柱体と交差し、
   所定のより長い距離にわたって空気中を移動した後、第
   ３オリフイスからの第３スチームジエツトが前記炎柱体
   と交差する、無煙燃焼用のスチーム噴出装置を備えたフ
   レアスタック。 ２、特許請求の範囲第１項記載のフレアスタックが、水
   平面内にて炭酸の上流の所定距離に、前記環状室の内壁
   へ差込壕れかつその内端が閉鎖されている複数の半径方
   向に水平に伸びるパイプと、該水平に伸びるパイプの上
   面に沿って設けられた複数のオリフィスと、を有してい
   るフレアスタック。 ３ 特許請求の範囲第２項記載のフレアスタックにおい
   て、複数のオリフィスが水平に伸びるパイプの頂部中心
   線に沿って設けられているフレアスタック。 ４ 特許請求の範囲第２項記載のフレアスタックにおい
   て、前記オリフィスが垂直面の両側の所定角度をもつ２
   つの直径方向平面の交差部にある２つの線に沿って設け
   られているフレアスタック。 ５ 特許請求の範囲第２項記載のフレアスタックが前記
   水平に伸びる管の閉鎖端壁に少なくとも１つのオリフィ
   スを有し、該オリフィスが内方かつ上方に指向されてい
   るフレアスタック。 ６ 特許請求の範囲第１項記載のフレアスタックにおい
   て、前記上部閉鎖板に封止された前記複数のパイプが、
   垂直をなす第１部分−と、半径方向外方に傾斜している
   第２部分と、から成るフレアスタック。 ７ 特許請求の範囲第６項記載のフレアスタックにおい
   て、前記第２部分が垂直面の外方に所定の角度をなして
   いる直線状パイプであるフレアスタック。 ８ 特許請求の範囲第６項記載のフレアスタックにおい
   て、前記第２部分が所定半径の円の弧状に曲げられてい
   るフレアスタック。 ９ 特許請求の範囲第１項記載のフレアスタックが、風
   防部材として前記スチーム室の外壁へ取付けられた短か
   い垂直バッフルを各パイロット炎と協働して有している
   フレアスタック。