JPS63688B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプロセスガスを燃焼し、乾燥に直接利
用できる熱風を製造するための装置に関し、ガ
ス、軽油、重油等の形態をした補足燃料の助勢の
もとに上記熱風の製造をおこなう装置に関するも
ので、燃焼室自体は選定した１つの補足燃料に適
合するように形成される。

本発明による装置は金属板構造を有し、特定の
冷却技術と混合技術によつて燃焼室における金属
板の利用が可能になつているのである。そして、
金属構造を用いることによつて極めて制御性が良
くなりかつ装置内におけるエネルギー節約を向上
せしめるのである。すなわちこれは、冷却条件や
加熱条件等の諸条件を変える場合に冷却容量又は
加熱容量が大きい重囲壁構造が無く、かつ装置の
始動、停止をほとんど瞬時的におこなえることに
よるものである。また、本発明による装置の重量
はセラミツク囲壁構造の従来装置の重量の何分の
１にしかならないのである。更にこの本発明構造
の装置では種々のプラント、プロセスに対してど
のような燃料が最も適しているかに応じて種々の
補足燃料に容易に適合させることができ、かつま
た従来は、金属板燃焼器（バーナ）では燃焼が困
難とされた重油燃焼にも用いることができるので
ある。従来、金属板構造において重油を用いるこ
とが困難であり、かつまた軽油の利用にも一定の
制限が加わる理由は耐用度が低いことにある。完
全かつ無煤煙燃焼の達成には温度を高温に保持し
なければならない。この高温によつて燃焼室を形
成する材料が大きな応力を受けることになる。従
つて従来は充分に耐用度のある材料を得るために
例えば耐火れんが等のセラミツク材料を用いるこ
とが必要とされたのである。ガスや軽油等の燃料
を使用する場合に金属板構造で深刻な問題となる
点が重油を使用する場合にはよりもつと深刻な問
題点となる。即ち、重油中の汚染物質、特に少量
のバナジウムやナトリウムが易溶性のスラツグを
形成し、このスラツグが燃焼室の壁面に付着して
550℃の温度においてすら錆を生ぜしめることに
なるのである。また従来は完全燃焼と低壁温とい
う両特徴点を結合することが不可能であつた。然
るに本発明によれば、高温にさらされる部分には
特定等級の鋼材、例えば高けい素ニツケル・クロ
ム鋼を用い、かつ特定の設計技術で決定された構
造を採用することにより極めて長寿命の装置を得
ることができたのである。ところで燃焼室の壁温
は550℃を越えてはいけない。これはその温度を
超過すると重油を使用した場合に特に危険な錆が
生ずるからである。この状況を明確にすべく燃焼
プロセスに付いて若干言及する。

燃焼室の壁が受ける熱は対流成分や放射成分か
ら形成される。この場合にガス燃焼や軽質の精留
油製品は微量の放射熱に寄与するのみであるが、
重油の場合には炎中に粒状含有物があることから
燃焼室壁を多量の放射熱にさらすことになるので
ある。この炎からの放射熱はステフアンボルツマ
ンの法則に従い、即ちλをとりわけ放射係数の函
数とした場合にはλ×T⁴に等しく、天然ガスの
場合にはλは約0.1、軽油の場合には約0.25、そ
して重油の場合には約0.45であり、天然ガスのほ
ぼ５倍にもなるのである。

さて、流入するプロセスガスは、先ずそのガス
を燃焼室の外側に沿つて導くことにより予熱され
る。逆にこの流入プロセスガスによつて燃焼室の
外側又は炎管は皮膜冷却される。この場合に燃焼
室の外側又は炎管は内部温度と外部温度との略中
間の温度を有している。本発明による装置を添付
図面に基いて更に詳細に説明する。なお、図中、
対応部分は同一番号で示してある。

第１図に示す燃焼装置は管状燃焼室１からな
り、その一端には補足燃料用の燃焼器（バーナ）
２が設けられている。燃焼器２は流入して来るプ
ロセスガスに充分な高温を付与してプロセスガス
中の全有機混合物を完全燃焼させるために用いる
ものである。この燃焼器２に供給される燃料は、
本実施例の場合には軽油燃料又は天然ガス、都市
ガス、プロパンガス等のガス燃料であり、この燃
料は供給源（図示なし）から管３を通して導入さ
れ、補足燃料を燃焼するためのプロセスガスは管
４を介して導入される。燃焼室１自体は内部炎管
５と外部ジヤケツト６から構成されている。これ
ら炎管と外部ジヤケツトとの間の環状空間７を介
してプロセスガスが導入され、予熱されるが、こ
のプロセスガスは燃焼器２中で燃焼ガスとして使
用されないものである。即ち、このプロセスガス
は炎管の後端に設けられた環状ジヤケツト８を介
して導入され、空間７を通つて燃焼室の前端９に
向けて流れ、このときプロセスガスが予熱される
と同時に向流方式によつて炎管５は対流的に冷却
されるのである。このように予熱すると有機汚染
物が引続き酸化されるのを容易にし、かつ補足燃
料の必要量を減少させるのである。次にプロセス
ガスは端部９によつて180゜の方向転換を受け、導
入錐体１１に形成されている流出孔１０を通して
炎管内部に導入される。この導入錐体１１は燃焼
器２の終端に接続しており、この錐体１１を通つ
て燃焼器２から炎が流入する。上記流出孔１０は
長孔形状でかつ燃焼器２からの炎中にプロセスガ
スの流入が所期の設定通りになされ着火不良を生
ずる危険が最少限に止められるような形状に形成
される。同様に外部ジヤケツト６は孔付錐体１２
を有するプロセスガスの入口部で終端しており、
この孔付き錐体１２は炎管の端部に封止結合され
ている。この錐体１２の錐状傾斜部の周りにはプ
ロセスガスの集合室１３が設けられており、プロ
セスガスはこの集合室１３から錐体１２のプロセ
スガス取入孔を通して外部ジヤケツトと炎管との
間の空間内部に導入されて流れむら又は偏流のな
い円滑流に形成される。炎管に対し外部ジヤケツ
トは両端のフランジ１４，１５と共に取りはずし
可能に保持されかつ膨張を許容するスペーサボル
ト１６，１７によつて保持されている。従つて炎
管に別異の外部ジヤケツトを簡単に取り付け、装
置を異る条件下でも使用可能にすることができ
る。第２図に示す装置は補足燃料として重油を使
用する装置である。炎管はガスを使用する場合と
同一であるが外部ジヤケツトは変えられている。
プロセスガスの導入は上述の第１の実施例の場合
と同じに環状ジヤケツト８、集合室１３、および
外部ジヤケツト６の孔付き金属板錐体１２を介し
ておこなわれる。然しながら、外部ジヤケツト６
と炎管５との間の空間はガスの場合より小さく形
成されてガス流を高速化させ、以つて炎管の冷却
をより効果的にしかつ重油炎からの放射熱を奪取
している。

重油例の場合には燃焼室の前端に環状室１９が
後端と同様にして配設されており、従つてプロセ
スガスは流れむら又は偏流を形成する傾向もなく
円滑に流れる。また円滑流をより円滑にすべく、
羽根２０の冠体が炎管５と導入錐体１１との間に
設けられており、その導入錐体１１においてガス
は180゜転向され、環状室の延長部１９ａ内に流入
する。この結果としてガス流は回転させられ、層
状化を解消され、次いで導入錐体１１に形成され
た孔１０を介して燃焼器室内に導入される。導入
錐体は相当に加熱され、重油炎の放射熱による応
力を受ける。このとき羽根２０の冠体を介して流
入するプロセスガスの旋回流によつて導入錐体の
冷却効果が改善され、更に導入錐体の燃焼器開口
における直径は設計上許容される限りの寸法に拡
張されている。導入錐体１１において、特に燃焼
器からの熱による作用を受ける個所を冷却すべ
く、燃焼器と導入錐体の前端との間には環状溝孔
２１が配置されている。プロセスガスの一部はこ
の溝孔２１を通つて流入し、導入錐体の内側、即
ち熱応力が最大となる個所に沿つて保護皮膜とし
て流動する。従つてプロセスガスの流動方向が転
向されることから錐体の外側の冷却もまた特に効
果的におこなわれる。このような冷却膜構成は導
入錐体１１に沿つても配置されており、この導入
錐体１１ではプロセスガスの付加保護膜が導入錐
体の環状隙２２を介して流入するようになつてい
る。装置の作用を制御するために燃焼室の例えば
出口には熱電対等からなる温度検出器２３が配設
されており、この温度検出器は制御装置を介して
燃焼器に対する補足燃料とプロセスガスとの供給
量を調整する。また熱リミツトスイツチが安全手
段として接続されており、このスイツチは吐出ガ
スの温度が危険値、例えば850℃を超過すると直
ちに燃焼器を遮断して事故発生を防止する。な
お、温度検出器２３の取付位置は上述の燃焼室出
口が望ましいが、場合によつては炎管室に接続さ
れた他の装置内等の他の場所にも選定設置でき
る。

第３図は補足燃料として重油を使用する本発明
の燃焼装置の場合における装置作動中の材料温度
を示したものである。この場合に上述した制御法
によつて吐出熱空気の温度は約800℃に保たれる。
プロセスガスの流量が最小量のときにはT_Qnioで
表示した温度曲線が得られ、導入錐体の端部では
約510℃の最高温度値に達し、次いで連続的に燃
焼器出口に向けて降温する。

同様にして曲線T_Qnaxは装置を流れるプロセス
ガス流量が最大値の場合における炎管の壁温を示
しており、また中間流量値の場合には壁温は上記
２曲線間の斜線領域内にある。

また図中には外部ジヤケツトの温度曲線T_y（略
Ｑに対して独立である）が示されており、炎管温
度より約200℃低くなつている。なお、温度は燃
焼器の開口からの距離の函数として表示されてお
り、従つて横軸には燃焼室の上部が画いてあり、
従つて装置の各位置の函数として温度が直読でき
るようになつている。なお、横軸はこのように示
すことによつて可及的に明確に装置の大きさ寸法
に対する温度曲線の独立性を示すようにしてい
る。

既述のように本発明による燃焼装置はプロセス
ガスの燃焼用として設計されており、かつまた例
えば高純度の熱ガスが要求される乾燥用等の種々
のプロセスに直接利用できる熱空気を形成するた
めに設計されている。本装置を使用する場合にお
ける熱空気の純度は正しい熱力学思想に基いて構
成された種々の構造部品を既述のとおり組合わせ
た結果として得られている。プロセスガスを直接
的に炎に加えることはできない。もちろんこのよ
うにすると極めて良好な混合体を形成することが
可能であろうが、同時に部分的に不完全燃焼を形
成してガス中に煤含有物を多く有することにな
る。本発明による導入流の案内流によれば極めて
迅速に均質混合体を得て温度分布も平滑になる。
製造された装置の長さは、種々異る補足燃料とプ
ロセスガスとの完全燃焼が得られかつ充分に無煤
で純粋な煙管ガスを得て熱交換なしに種々のプロ
セスに直接利用できるガスを得るように選択され
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は軽油をガス性補足燃料として用いる本
発明の燃焼装置の実施例を示す図、第２図は補足
燃料として重油を使用する実施例の図、第３図は
補足燃料として重油を使用する場合の温度状態を
示すグラフ図。 図中、１…燃焼室、２…燃焼器（バーナ）、５
…炎管、６…外部ジヤケツト、７…空間、１０…
出口孔、１１…導入錐体、１３…環状室、１９…
環状室、２０…羽根、２１…溝孔、２２…環状
室、２３…温度検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少量の有機混合物を含有する非爆発性のプロ
   セスガスを燃焼させて乾燥、加熱用に直接利用で
   きる熱風を形成する装置が、金属製の燃焼室と、
   前記燃焼室の一端外側に設けられてガス、軽油、
   重油等の種々の形態の補足燃料の燃焼に適合した
   バーナとを備え、前記燃焼室は、前記バーナ側に
   前端を有した金属板材料製の炎管と、前記炎管の
   前端側に設けられて前記バーナからの炎を導入す
   る後方拡開形の導入錐体と、前記炎管の周囲に同
   心かつ空間を隔てて着脱交換可能に設けられると
   共に該空間に前記プロセスガスを導入して流動さ
   せることにより前記炎管の管壁を対流冷却せしめ
   る外部ジヤケツトと、前記炎管の後端出口近くに
   おいて前記空間中に前記プロセスガスを外部から
   取り入れるプロセスガス取入孔と、前記炎管の前
   端側に配置され、前記空間からのプロセスガス流
   を前記炎管前端部と前記導入錐体との間に転向流
   入させることにより該導入錐体外周に冷却効果を
   付与せしめるように設けられた環状室と、前記導
   入錐体の前端側に配置され、前記環状室から前記
   プロセスガス流の一部を前記導入錐体内に導入
   し、該導入錐体の内側面に皮膜冷却効果を付与せ
   しめるように設けられた環状溝孔と、前記導入錐
   体の後端拡開部に開設され、前記炎管前端部と前
   記導入錐体との間に転向流入した前記プロセスガ
   スを該導入錐体内で炎中に混合しそのガス中の有
   機混合物を燃焼させるように設けられたプロセス
   ガス流出孔と、前記環状室における前記プロセス
   ガスの転向流入位置に設けられて該プロセスガス
   流に回転運動を付与し、層状ガス流の発生を解消
   せしめる複数の羽根とを具備して構成されたこと
   を特徴とするプロセスガスの燃焼装置。 ２ 前記導入錐体に開設されると共に該導入錐体
   の前端側に配置された前記溝孔と該導入錐体に開
   設された前記プロセスガス流出孔との間に配置さ
   れ、前記炎管前端部と前記導入錐体との間に転向
   流入した前記プロセスガスの一部を該導入錐体内
   に導入して内壁面に皮膜冷却効果を付与させる環
   状溝２２を具備したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載のプロセスガスの燃焼装置。 ３ 前記プロセスガス取入孔の周囲に環状室を形
   成して前記空間への取入前に前記プロセスガスを
   該環状室内に均等分布させるようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のプロセス
   ガスの燃焼装置。 ４ 前記炎管の後端出口近くに設けられて、前記
   バーナに対する補足燃料と前記プロセスガスの各
   供給量を制御するための温度を検出する温度検出
   器２３を具備したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載のプロセスガスの燃焼装置。