(57)【要約】【課題】雰囲気ガスが流動しており、酸素濃度が低い環境においても、都市ガス、プロパンガス等を使用することなく、雰囲気ガスを燃焼用空気としてバイオガスを燃焼できるバーナの提供【解決手段】本発明のバーナ１０は、バイオガス流通路２と、雰囲気ガス流通路３と、少なくともバイオガス流通路２に接続されたノズル４と、そのノズル４の下流に設置されたフード５とを備える。このバーナは、雰囲気ガスが流動している環境に設置され、雰囲気ガスを燃焼用空気としてバイオガスを燃焼させるのに有用である。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
雰囲気ガスが流動している環境に設置され、その雰囲気ガスおよびバイオガスを燃焼させるバーナであって、
バイオガス流通路と、雰囲気ガス流通路と、少なくともバイオガス流通路に接続されたノズルと、そのノズルの下流に設置されたフードとを備えることを特徴とするバーナ。
【請求項２】
流速を低減した雰囲気ガスを雰囲気ガス流通路に導入することを特徴とする請求項１に記載のバーナ。
【請求項３】
バイオガス流通路が、ガス旋回羽根を備えるものであることを特徴とする請求項１または２に記載のバーナ。
【請求項４】
ガスタービンからの排ガスをボイラに供給する際に、その排ガスを追焚きするために設置されたバーナであることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載のバーナ。
【請求項５】
バイオガスが、メタンを主成分とするものであることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載のバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
ビールなどの製造工程で発生した有機性排水を嫌気性発酵することにより、メタンを主成分とするバイオガスが発生する（特許文献１、２など参照）。このバイオガスをコジェネレーション設備の燃料として発電または蒸気・温水へ効率よく変換することにより、省エネルギー化を図る取り組みが行われている。
【０００３】
コジェネレーション設備では、例えば、図１に示すように、発電機１００で発生したタービン排ガス（図中、白抜き矢印）がボイラ２００に送られ、そこで熱交換されることによりタービン排ガスが熱源として再利用される。しかし、タービン排ガスの温度では熱量が足りないため、発電機とボイラとの間において追焚きが行われている。追焚きは、追焚きバーナ３００によって、タービン排ガスの流動方向と同じ向きに火炎３０１を生じさせて、タービン排ガスを加熱するものである。
【０００４】
タービン排ガスは、５００℃程度の温度で、酸素濃度が１５ｖｏｌ．％程度と低く、また、発電機とボイラとの間を１５ｍ／ｓ程度の流速で搬送される。このように、雰囲気ガスが流動しており、酸素濃度が低い環境においては、従来のバーナの形状を用いた装置では、バイオガスのみでは燃焼が困難であり、都市ガス、プロパンガス等とバイオガスとを併用しているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−３６１６１
【特許文献２】特開２００９−１１９３６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の都市ガス、プロパンガス等とバイオガスとを併用する方法でも、ボイラへの負荷が大きい場合には発生したバイオガスを全量エネルギー源として用いることが可能となるが、ボイラの負荷が小さい場合にはバイオガスのみでは安定して燃焼が持続できないため都市ガス、プロパンガス等での燃焼となり、ビールの製造中、常に発生しているバイオガスはフレアスタックで処分される。
【０００７】
本発明は、雰囲気ガスが流動しており、酸素濃度が低い環境においても、都市ガス、プロパンガス等を使用することなく、雰囲気ガスを燃焼用空気としてバイオガスを燃焼できるバーナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の課題を解決するべく鋭意研究を重ね、下記の知見を得た。
【０００９】
（ａ）雰囲気ガスが流動している環境では、バーナは、着火しにくく、消火されやすい。特に、タービン排ガスなどの酸素濃度が低い環境ではなおさらである。このため、バーナに着火した後、外部環境の影響を受けにくい構成とすることが重要である。そのためにはバーナの先端にフードを設けることが必要である。
【００１０】
（ｂ）雰囲気ガスの流速が速い場合（特に１０ｍ／ｓ以上の流速で雰囲気ガスが流動している環境の場合）、または更に、酸素濃度が１５ｖｏｌ．％以下という低酸素環境の場合には、その流速のままではバーナに着火しにくい場合がある。このような場合には、雰囲気ガスの流速を十分に低下させたのち、バーナに着火することが重要である。
【００１１】
本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、下記の（１）〜（５）に示すバーナを要旨としている。
【００１２】
（１）雰囲気ガスが流動している環境に設置され、その雰囲気ガスおよびバイオガスを燃焼させるバーナであって、バイオガス流通路と、雰囲気ガス流通路と、少なくともバイオガス流通路に接続されたノズルと、そのノズルの下流に設置されたフードとを備えるバーナ。
【００１３】
（２）流速を低減した雰囲気ガスを雰囲気ガス流通路に導入する上記（１）のバーナ。
【００１４】
（３）バイオガス流通路が、ガス旋回羽根を備えるものである上記（１）または（２）のバーナ。
【００１５】
（４）ガスタービンからの排ガスをボイラに供給する際に、その排ガスを追焚きするために設置されたバーナである上記（１）〜（３）のいずれかのバーナ。
【００１６】
（５）バイオガスが、メタンを主成分とするものである上記（１）〜（４）のいずれかのバーナ。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のバーナは、雰囲気ガスが流動しており、酸素濃度が低い環境においても、都市ガス、プロパンガス等のガスまたはこれらのガスとバイオガスとの混合ガスを使用することなく、雰囲気ガスを燃焼用空気としてバイオガスを燃焼でき、燃料燃焼用空気を供給するためのブロワも不要となり、省エネルギー化に寄与する。このバーナは、特に、ビール工場の排水から得られたバイオガスを用いて、コジェネレーション設備におけるタービン排ガスの追焚きを行うのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】コジェネレーション設備の例を示す概略図
【図２】本発明に係るバーナの例を示す上面図
【図３】本発明に係るバーナの例を側面方向から見た断面図
【図４】本発明に係るバーナで用いることができるノズル形状の例を示す図                （ａ）正面図                                                                （ｂ）側面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図を使って本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
本発明に係るバーナは、雰囲気ガスが流動している環境に設置され、その雰囲気ガスおよびバイオガスの混合ガスを燃焼させるバーナである。雰囲気ガスが流動している環境とは、例えば、前掲の図１に示すように、発電機１００で発生したタービン排ガス（白抜き矢印）をボイラ２００に送る間の環境などがあげられる。そして、本発明に係るバーナ１０は、例えば、図1に示される追焚きバーナ３００として使用可能であり、この場合、タービン排ガスの流動方向と同じ向きに火炎３０１を生じさせてタービン排ガスを加熱させることで、タービン排ガスの追焚きが可能となる。
【００２１】
図２および３に示すように、本発明に係るバーナ１０は、例えば、バイオガス流通路１，２と、雰囲気ガス流通路３と、少なくともバイオガス流通路２に接続されたノズル４と、そのノズルの下流に設置されたフード５とを備えるものである。図３に示すように、例えば、工場内の嫌気処理設備などで発生したバイオガスは、バイオガス流通路１内の内管１ｂ内を図面手前から奥方向に向けて供給され、バイオガス流通路２が設置されているのと反対側周面に設けられた貫通孔から排出され、外管１ａを経由して、バイオガス流通路２内に導入される。このように、バイオガス流通路２が設置されているのと反対側周面に設けられた貫通孔からバイオガスを排出する構成とすれば、それぞれのバーナに供給するバイオガス量を均一にすることが可能となる。
【００２２】
バイオガス流通路２内を通過したバイオガスは、そのまま搬送されるか、または、図３に示す例のように、途中でガス旋回羽根２ａによって渦流を生じさせた後、搬送され、ノズル４出口付近で雰囲気ガスと混合される。この混合ガスは、点火トーチなどにより、着火され、火炎を生じさせ、流動する雰囲気ガスを加熱する。このとき、ガス旋回羽根２ａを用いると、ノズル４出口付近での雰囲気ガスとの混合が行われやすく、バイオガスを燃焼させやすくなる。
【００２３】
一方、雰囲気ガスの一部は、例えば、バイオガス流通路２を覆うように設置された雰囲気ガス流通路３内に導入され、ノズル４を通過した後、バイオガスと混合され、着火されたバイオガスの酸素源として用いられる。雰囲気ガス流通路３は、例えば、図２および図３に示すように、２枚の板３ｂでバイオガス流通路２を覆うことにより形成することができる。雰囲気ガス流通路３内に導入する雰囲気ガスの導入量および流速は、調整弁３ａによって調整可能である。なお、調整弁を開けすぎると、雰囲気ガスの流速が大きくなり、バイオガスの着火が容易でなくなる場合がある。雰囲気ガスは、外部雰囲気、すなわち、雰囲気ガス流路３の外側の雰囲気のガス流速よりも低減させることが好ましい。
【００２４】
ノズル４の下流には、フード５が配置されていることが必要である。フード５が配置されていないと、雰囲気ガスとバイオガスとを混合した後、着火することができたとしても、外部環境（前掲のガスタービン排ガスの追焚きの例では、５００℃程度、酸素濃度１５ｖｏｌ．％程度で、流速１５ｍ／ｓ程度のガス雰囲気環境）と接触した時に消火され、安定的な追焚きが困難になるからである。
【００２５】
フード５の形状は、限定がないが、例えば、雰囲気ガス流通路３を構成する板３ｂと一体で構成されたものを採用することができる。ここで、バーナ開口部（図３、４に示す例ではノズル傘部４ｂの最大径部）の外径をＤ（ｍｍ）、ノズルの引き込み代をＬ（ｍｍ）とするとき、Ｌ／Ｄは、小さすぎると、前述のように着火直後に外部雰囲気にさらされ、消火されるおそれがあるので、０．２以上であることが好ましい。一方、Ｌ／Ｄは、大きすぎると、燃焼火炎によるフード５が焼損するおそれがあるので、０．５以下とすることが好ましい。
【００２６】
ノズルは、バイオガスと雰囲気ガスとを十分に混合できるものであれば、特に制約はないが、例えば、図４に示すように、複数の孔４ａを備える円錐台形状の傘部４ｂを有するコーン型ノズルを用いることができる。円錐台形状の傘部４ｂの外径は、バイオガス流通路の外径よりも大きい。このコーン型ノズルは、例えば、図２、３などに示すように、バイオガス流通路２の先端に取り付けられ、中心部からバイオガスを、複数の孔４ａから雰囲気ガスを導出し、混合する機能を有するものである。また、図示しないが、金属板に複数の孔が開いた蜂の巣型ノズルなども使用することもできる。蜂の巣型ノズルを用いる場合には、例えば、バイオガス流通路２の出側の雰囲気ガス流通路３を構成する３ｂで挟まれる空間を覆うように配置することで、バイオガスと雰囲気ガスの混合を行うことができる。ただし、着火が容易であることから、コーン型ノズルを用いることが好ましい。
【００２７】
バーナは、雰囲気ガスの流動方向に垂直な方向に複数個を等間隔に並べて配置するのが好ましい。バーナへの点火方法は、特に制約がないが、例えば、点火トーチによる手動点火、または、パイロットバーナによる自動点火を採用することが可能である。また、バーナは、片端または両端にあるバーナに点火すれば、火移りし、すべてのバーナの点火が完了するように十分に近接して配置することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明のバーナは、雰囲気ガスが流動しており、酸素濃度が低い環境においても、都市ガス、プロパンガス等のガスまたはこれらのガスとバイオガスとの混合ガスを使用することなく、雰囲気ガスを燃焼用空気としてバイオガスを燃焼でき、燃料燃焼用空気を供給するためのブロワも不要となり、省エネルギー化に寄与する。このバーナは、特に、ビール工場の排水から得られたバイオガスを用いて、コジェネレーション設備におけるタービン排ガスの追焚きを行うのに適している。
【符号の説明】
【００２９】
１０  本発明に係るバーナ
１  バイオガス流通路
１ａ  外管
１ｂ  内管
２  バイオガス流通路
２ａ  ガス旋回羽根
３  雰囲気ガス流通路
３ａ  調整弁
３ｂ  板
４  ノズル
４ａ  孔
４ｂ  ノズル傘部
５  フード
１００  発電機
２００  ボイラ
３００  追焚きバーナ
３０１  火炎
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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