(57)【要約】【課題】　低カロリ−の燃料ガスでも燃焼できるので、環境上好ましくないガスを大気中に放散することもなく、かつ多大な処理費用も必要としないフレアスタックを得る。【解決手段】　一端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口した燃料吹き込み用ノズル及び酸素含有ガス吹き込み用ノズルを備え、前記燃料吹き込み用ノズル及び酸素含有ガス吹き込み用ノズルの噴射方向が燃焼室内周面の略接線方向と一致している管状火炎バ−ナ１２が配置されているフレアスタック１１であり、放散管１３を通して放散する燃料ガスを、空気配管により供給される空気により燃焼させてから大気中に放散する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　一端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口した燃料吹き込み用ノズル及び酸素含有ガス吹き込み用ノズルを備え、前記燃料吹き込み用ノズル及び酸素含有ガス吹き込み用ノズルの噴射方向が燃焼室内周面の略接線方向と一致している管状火炎バ−ナが配置されていることを特徴とするフレアスタック。
【請求項２】
　請求項１に記載のフレアスタックを使用した燃料ガス配管内のガス置換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、不用になったガスを大気中に放散する前に、ガス中の可燃性成分を燃焼するためのフレアスタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
　燃料配管の補修工事においては、配管内に残留する燃料ガスを空気に置換してから工事を行うが、空気に置換する前に燃料ガスをまず窒素等に置換する。その際、置換される燃料ガス中に含まれる可燃性成分の着地濃度が一定値を超えないように、燃料ガスの放散速度または放散量を抑えている。
【０００３】
　しかしながら、燃料ガスの放散速度または放散量を一定値以下に制限することが不可能な場合には、フレアスタック等の燃焼装置を設けて、燃料ガス中の可燃性成分を燃焼させてから、放散するようにしている。
【０００４】
　このようなフレアスタックに使用される従来のバ−ナは、バ−ナの先端から燃料の燃焼により発生する火炎を噴き出すバッフルタイプのバ−ナである（例えば、非特許文献１参照。）。このようなバ−ナにおいては、燃料通路により供給される燃料と空気通路により供給される燃焼用空気とは、ノズルからバ−ナ前方に噴出され、噴出された空気と燃料とにより乱流場が形成される。
【０００５】
　したがって、燃焼火炎も乱流となるため、部分的な消炎が発生する。このような部分的な消炎は、燃焼不安定化の要因となるので、このような現象ができるだけ起きないように、燃料固有の発熱量、燃焼速度に応じて、燃焼が流体力学的かつ熱的に安定して行なわれるように、ノズル流速が最適となるようなノズル設計が行なわれる。
【０００６】
　このため、ノズル設計の対象となった燃料の燃焼は安定的に行なわれるが、他の燃料では燃焼が不安定となる。
【０００７】
　さらに、燃焼反応は、常時ある体積を持った火炎の中で行われるため、反応に必要とする時間も長くなり、ＮＯｘやススが生成される時間的余裕も大きくなる。そして、局所的な高温部および低温部が存在することから、高温部ではＮＯｘ、低温部ではススが発生しやすい。
【非特許文献１】鉄鋼便覧　第３版　第３巻　５章３節１項　図５．３３（p126）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
　しかしながら、従来のバッフルタイプのバ−ナを配置したフレアスタックには、次のような問題点がある。
【０００９】
　バッフルタイプのバ−ナを使用しているので、燃焼を安定的に継続させるためには、燃料としてある程度高カロリ−のものを使用する必要があるが、上述したような置換作業中に、窒素によって希釈された燃料ガスは極めて低カロリ−で燃焼性に乏しく、そのままでは燃焼できない。
【００１０】
　したがって、着地濃度が一定値以上とならないように、時間をかけてそのまま大気中に放散するか、補助燃料を使用して燃焼させた後、大気中に放散する方法しかない。このため、そのまま放散する場合には、環境上好ましくないガスを大気中に放散することになるし、補助燃料を使用して燃焼させる場合には、多大な処理費用を必要とする。
【００１１】
　この発明は、従来技術の上述のような問題点を解消するためになされたものであり、窒素によって希釈された低カロリ−の燃料ガスでも、補助燃料を必要とせずに燃焼させることができ、環境上好ましくないガスを大気中に放散することもなく、かつ多大な処理費用も必要としないフレアスタック、及びそのフレアスタックを使用した燃料ガス配管内のガス置換方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
　本発明に係るフレアスタックは、一端が開放された管状の燃焼室と、ノズル噴射口が前記燃焼室の内面に開口した燃料吹き込み用ノズル及び酸素含有ガス吹き込み用ノズルを備え、前記燃料吹き込み用ノズル及び酸素含有ガス吹き込み用ノズルの噴射方向が燃焼室内周面の略接線方向と一致している管状火炎バ−ナが配置されているものである。
【００１３】
　また、本発明に係る燃料ガス配管内のガス置換方法は、上記の構成によるフレアスタックを使用する方法である。
【００１４】
　本発明に係るフレアスタックにおいては、管状火炎バ−ナが配置されているので、燃焼量の調節範囲が広く、１基のバ−ナで高範囲の燃焼量に対応することができる。また、配管内を窒素で置換した際に排出される窒素によって希釈された可燃性ガスのように、極めて低カロリ−で燃焼性に乏しいガスでも燃焼させることができる。
【００１５】
　このため、本発明のフレアスタックを使用し、配管内を窒素置換している際に排出されるガスを燃焼させれば、その排出ガスが低カロリ−で燃焼性に乏しいガスであっても、補助燃料を供給することなく燃焼させることができるので、不用になったガスを、環境を汚染させることなく、安価な処理費用で大気中に放散することができる。
【００１６】
　なお、燃料とは、気体燃料、液体燃料を予めガス化したもの、液体燃料を空気又は蒸気で霧化したもの、窒素等で気送される微粒の固体燃料等である。
【００１７】
　また、酸素含有ガスとは、空気、酸素、酸素富化空気、酸素・排ガス混合ガス等の燃焼用の酸素を供給するガスを指すものである。
【発明の効果】
【００１８】
　本発明により、不用となったガスを、環境を汚染させることなく、安価な処理費用で大気中に放散することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
　本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明のフレアスタックに配置される管状火炎バ−ナの説明図であり、（ａ）は管状火炎バ−ナの構成図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【００２０】
　この管状火炎バ−ナは、管状の燃焼室１を有しており、一端は開放端で燃焼排ガスの排出口になっている。そして、他端部には管軸方向に沿って長いスリットが形成されており、このスリットに接続させて燃料ガスと酸素含有ガスを別々に吹き込むノズル２が設けられている。
【００２１】
　ノズル２は燃焼室１の内壁面の略接線方向に向けて設けられており、燃料ガスと酸素含有ガスの吹き込みによって、燃焼室１内に旋回流が形成されるようになっている。又、ノズル２は先端部の形状が偏平で、かつその開口面積が縮小されており、燃料ガスおよび酸素含有ガスが高速で吹き込まれるようなになっている。３は点火プラグである。
【００２２】
　上記の構成によるバーナにおいて、ノズル２から吹き込まれて旋回流が形成された燃料ガスと酸素含有ガスとの混合気に点火すると、燃焼室１内のガスが密度差によって、遠心力により成層化され、火炎の両側に密度の異なるガス層ができる。すなわち、旋回速度の小さい燃焼室１の軸心側には密度の小さい高温の燃焼排ガスが存在し、旋回速度の大きい燃焼室１の内壁側には密度の高い未燃焼のガスが存在するようになる。
【００２３】
　又、内壁近傍では、中心へ向かう速度が火炎伝播速度を上回っているため、火炎は内壁近傍にとどまることはできない。このため、燃焼室１内には火炎が管状の形になって生成される。４は管状の火炎を示す。又、燃焼室の内壁付近には未燃焼の低温ガスが境界層の状態で存在しているので、燃焼室１の壁面が直接的な伝熱により高温に加熱されることはない。そして、燃焼室１内のガスは旋回しながら下流側へ流れるが、その間、内壁側のガスが順次燃焼して軸心側へ移動し、開放端部から排出される。
【００２４】
　上記の構成によるバーナには、次のような利点がある。燃料ガス成分が非常に希薄または遅流の状態になる条件でも燃焼させることができるので、バーナ自身の安定燃焼範囲が広がる。
【００２５】
　燃焼排ガスの温度のバラツキが小さく、燃焼時に局部的な高温部が発生しないことや、反応時間が非常に短くなる等の理由により、ＮＯｘなどの有害物質の生成量が少ない。
【００２６】
　反応時間が非常に短くなること、かつ局所的な低温領域ができないことから、炭化水素などの未燃焼分の残留量が極めて少なくなく、ススの生成も抑制される。
【００２７】
　図２は、本発明のフレアスタックの実施の形態を示す図である。このフレアスタック１１には、前述したような管状火炎バ−ナ１２が配置されており、管状火炎バ−ナ１２の燃焼室には、放散管１３を通して大気中に放散する燃料ガスが供給されるとともに、空気配管１４により燃焼用の空気が供給され、放散前の窒素で希釈された燃料ガスの燃焼が行われ、燃焼排ガスは大気中に放散される。
【００２８】
　なお、フレアスタックは放散管に常時接続されている形式のものでもよいし、可搬式として必要の都度放散管に接続する形式のものでもよい。
【００２９】
　本発明のフレアスタックにおいては、上述のようにして不用となったガスを、補助燃料を使用しないで燃焼させることができるので、不用ガスの放散を安価に、かつ環境を汚染させることなく行うことができる。
【実施例１】
【００３０】
　工場等に配管されているコ−クス炉ガス配管の補修工事を行なう際には、爆発事故を防止するため、配管内に残存するコ−クス炉ガスを窒素ガスで置換してから、工事を行なうようにしている。このように、配管内のコ−クス炉ガスを窒素ガスで置換する場合のガスの放散は、図３に示すように、コ−クス炉ガス配管１５の途中に設けられたガス放散管１６により行ない、その放散速度はガス放散管１６周辺の着地濃度の測定結果に基づいて、調整されるようになっている。
【００３１】
　本実施例においては、ガス放散管１６の突端に本発明のフレアスタック１７を設置し、燃焼用空気は近くに配管されている圧縮空気配管１８により供給するようにした。この実施例の場合、窒素置換によるガス放散開始時には、配管内にはコ−クス炉ガスが充満しているため、フレアスタック１７への点火は、点火ト−チにより容易に行なうことができた。また、フレアスタック１７のバ−ナには火炎検知器１９が設けられ、火炎が失火した場合には火炎検知器１９からの信号により、警報装置２０が作動するようになっている。
【００３２】
　したがって、窒素置換が進んで燃料（コ−クス炉ガス）が希釈され、難燃性ガスとなるまで、安全に燃焼しながらの放散が可能である。
【００３３】
　なお、燃料の燃焼性が乏しくなり、火炎検知器１９が失火を示した後は、従来の着地濃度管理に切り替える。
【００３４】
　図４は、上述のようにして管状火炎バ−ナを配置した本発明のフレアスタックで、完全燃焼させながら燃料（コ−クス炉ガス）の放散を行う場合の、配管内の燃料の発熱量の経時的な変化を、バッフルタイプのバ−ナを配置した従来のフレアスタックで放散する場合と比較して示した図である。
【００３５】
　従来のフレアスタックで放散する場合には、燃焼可能な範囲が配管内の燃料の発熱量が当初の４６００ｋｃａｌ／Ｎｍ3から１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ3になるまでの範囲であるのに対して、本発明のフレアスタックで放散する場合には、燃焼可能な範囲が配管内の燃料の発熱量が当初の４６００ｋｃａｌ／Ｎｍ3から６００ｋｃａｌ／Ｎｍ3になるまでに拡がる。
【００３６】
　このため、従来は燃料の発熱量が１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ3から自然放散していたものが、本発明のフレアスタックでは燃料の発熱量が６００ｋｃａｌ／Ｎｍ3からの自然放散となるため、配管内の燃料濃度は、従来は直線Ａのように変化していたのが、本発明では直線Ｂのように変化するので、放散終了までの時間は従来の１／２程度となり、作業時間が節約できるとともに、従来燃焼しないまま放散していたコ−クス炉ガスの大部分を燃焼させることができるので、環境の汚染防止に大いに効果があることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のフレアスタックに配置される管状火炎バ−ナの説明図であり、（ａ）は管状火炎バ−ナの構成図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【図２】本発明のフレアスタックの実施の形態を示す図である。
【図３】本発明のフレアスタックを使用したコ−クス炉ガスの放散方法を示す図である。
【図４】配管内の燃料の発熱量の経時的な変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
　　１　燃焼室
　　２　ノズル
　　３　点火プラグ
　　４　管状火炎
　１１　フレアスタック
　１２　管状火炎バ−ナ
　１３　放散管
　１４　空気配管
　１５　コ−クス炉ガス配管
　１６　ガス放散管
　１７　フレアスタック
　１８　圧縮空気配管
　１９　火炎検知器
　２０　警報装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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