(57)【要約】【課題】  可燃性ガスの完全燃焼を促進し、未燃状態の可燃性ガスの排出量を削減することのできる放散ブリーダーを提供すること。【解決手段】  可燃性ガスを燃焼させて大気中へと放出する放散ブリーダーであって、一端部において可燃性ガスの発生部と連通し、内側に可燃性ガスを通すブリーダー管と、一端部において大気と接し、前記ブリーダー管の他端部を内包する外管と、外管の内壁とブリーダー管の外壁との間に形成された間隙にガスを注入する注入管と、を備えることを特徴とする放散ブリーダー。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性ガスを燃焼させて大気中へと放出する放散ブリーダーであって、
一端部において可燃性ガスの発生部と連通し、内側に可燃性ガスを通すブリーダー管と、
一端部において大気と接し、前記ブリーダー管の他端部を内包する外管と、
外管の内壁とブリーダー管の外壁との間に形成された間隙にガスを注入する注入管と、を備えることを特徴とする放散ブリーダー。
【請求項２】
前記注入管の軸線方向が、前記ブリーダー管の軸線方向に対して０°以上９０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の放散ブリーダー。
【請求項３】
前記注入管は、空気、窒素ガス、及び水蒸気の少なくとも１種以上からなるガスを注入することを特徴とする請求項１又は２に記載の放散ブリーダー。
【請求項４】
前記可燃性ガスの発生部が、コークス炉の炭化室であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の放散ブリーダー。
【請求項５】
前記注入管は、消費ガスを供給する小口径管と、
前記小口径管よりも大きい内径を有し、かつ前記小口径管から供給された消費ガス及び該消費ガスに随伴して吸入される吸引ガスが混合されてなる注入ガスを、前記間隙に注入する大口径管と、を有する請求項１から４までのいずれか一項に記載の放散ブリーダー。
【請求項６】
前記大口径管の内径（Ｄ）に対する、前記小口径管の内径（ｄ）の比（ｄ／Ｄ）が、０．４以下である請求項５に記載の放散ブリーダー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃性ガスの完全燃焼を促進し、未燃状態の可燃性ガスの排出量を削減することのできる放散ブリーダーに関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所及び石油化学工場等では、各種の燃焼プロセスにおける不完全燃焼による副産物として、メタン、一酸化炭素、水素等の可燃性ガスが排出される。これらの可燃性ガスは、大気中への排出時に黒煙を発生させることがあるほか、人体に有害な影響を与える。よって、可燃性ガスを大気中へ排出する際には、可燃性ガスを完全燃焼させてから排出することが望まれる。
【０００３】
可燃性ガスの排出時に用いられる装置として、放散ブリーダーが広く知られている。図１のように、放散ブリーダー１は、図面上部の開口部において大気に通ずる外管２と、外管２の開口部とは反対側の端部に内包され、可燃性ガスの発生源に通ずるブリーダー管３と、からなる二重管構造を備える。従来の一般的な放散ブリーダー１では、ブリーダー管３に可燃性ガスを圧送し、これにより生じた負圧で外管２とブリーダー管３との間の間隙５から酸素を含んだガス（例えば、空気）が外管２の内側に取り込まれ、これらのガスが混合し、点火装置６によって点火されることで可燃性ガスの完全燃焼が行われる。しかし、上述のような負圧による空気の取り込みのみでは、ガスの混合・攪拌が十分でなく、可燃性ガスを完全に燃焼させることが難しく、多量の未燃状態の可燃性ガスが大気中へと放出されるという問題がある。
【０００４】
このような放散ブリーダーに関する技術を開示した文献として、特許文献１が挙げられる。特許文献１では、外管に設けられた空気通路（５２、９２）のサイズ、数及び間隔等を調節することで、外管から取り込まれる空気量を調節し、燃焼効率を向上させている（特許文献１の［００９１］及び図３等参照）。
【０００５】
また、放散ブリーダーに関する技術を開示した他の文献として、特許文献２が挙げられる。特許文献２では、ブリーダー管に空気を通し、ブリーダー管と外管との間隙から可燃性ガスを取り込ませることで、燃焼効率を向上させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２３６８５６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８６２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された技術では、外管からの空気取り込み量を制御するための部品やシステム等を新たに設ける必要があり、装置の構成や運転方法が複雑になってしまうという問題がある。特に放散ブリーダーの外管について大幅な改造を施す必要がある。
【０００８】
また、特許文献２に開示された技術を従来の一般的な放散ブリーダーに適用するためには、ブリーダー管に可燃性ガスを通して外管に空気を取り込ませるという、従来のガスの流れとは異なる流れにしなければならず、設備全体の改造を余儀なくされるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みて完成されたものであり、従来用いられている放散ブリーダーの改造コストを抑えながら、可燃性ガスの燃焼効率を向上させることのできる放散ブリーダーを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の手段は、次の通りである。
［１］可燃性ガスを燃焼させて大気中へと放出する放散ブリーダーであって、一端部において可燃性ガスの発生部と連通し、内側に可燃性ガスを通すブリーダー管と、一端部において大気と接し、前記ブリーダー管の他端部を内包する外管と、外管の内壁とブリーダー管の外壁との間に形成された間隙にガスを注入する注入管と、を備えることを特徴とする放散ブリーダー。
［２］前記注入管の軸線方向が、前記ブリーダー管の軸線方向に対して０°以上９０°以下であることを特徴とする前記［１］に記載の放散ブリーダー。
［３］前記注入管は、空気、窒素ガス、及び水蒸気の少なくとも１種以上からなるガスを注入することを特徴とする前記［１］又は［２］に記載の放散ブリーダー。
［４］前記可燃性ガスの発生部が、コークス炉の炭化室であることを特徴とする前記［１］から［３］までのいずれか一つに記載の放散ブリーダー。
［５］前記注入管は、消費ガスを供給する小口径管と、前記小口径管よりも大きい内径を有し、かつ前記小口径管から供給された消費ガス及び該消費ガスに随伴して吸入される吸引ガスが混合されてなる注入ガスを、前記間隙に注入する大口径管と、を有する前記［１］から［４］までのいずれか一つに記載の放散ブリーダー。
［６］前記大口径管の内径（Ｄ）に対する、前記小口径管の内径（ｄ）の比（ｄ／Ｄ）が、０．４以下である前記［５］に記載の放散ブリーダー。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によって、可燃性ガスの完全燃焼を促進し、放散ブリーダーにおける未燃状態の可燃性ガスの排出量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、従来の放散ブリーダーの説明図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る放散ブリーダーの説明図である。
【図３】図３は、放散ブリーダーが設けられたコークス炉の説明図である。
【図４】図４は、本発明の実施例で用いた試験装置の断面図及び側面図である。
【図５】図５は、本発明例１及び比較例１の結果を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明例１及び比較例１の結果を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る注入管の一例を示す説明図である。
【図８】図８は、注入管における（小口径管の内径ｄ／大口径管の内径Ｄ）に対する、（注入ガス流量Ｑ／消費ガス流量ｑ）の関係を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明例３の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について具体的に説明する。
【００１４】
図２のように、本発明に係る放散ブリーダー１は、外管２とブリーダー管３と注入管４とを備える。
【００１５】
ブリーダー管３は、図示されていない一端部（図の下方の端面）で可燃性ガスの発生部と連通し、可燃性ガスを外管２に向かって通す。図２において、可燃性ガスは下部から上部へと流れる。外管２は、ブリーダー管３から送気されてきた可燃性ガスを、図示されていない一端部（図の上方の端面）から大気中へと放出する。また、ブリーダー管３の他端部３Ａは、外管２の内側に内包される。より具体的には、外管２の他端部２Ａ（下端面）は、ブリーダー管３の他端部３Ａ（上端面）よりも下側に位置することで、外管２の内側にブリーダー管３が内包される領域が形成される。この外管２の内側にブリーダー管３が内包される領域では、外管２の内壁とブリーダー管３の外壁との間に間隙５が形成される。尚、外管２の内壁には、可燃性ガスを最初に点火させる点火装置６が設けられる。
【００１６】
本発明では、ブリーダー管３と外管２とによって形成される前記間隙５から外管２の内側へと、ガス（以下、「注入ガス」と称することがある。）を注入することのできる注入管４が設けられる。注入管４は、注入ガスを圧送することができるように、例えば図示されていないポンプ等に接続されていればよい。注入管４から注入ガスを吹き込む際、注入ガスだけでなく、注入ガスの周囲から巻き込まれて間隙５へと流入するガス（以下、「随伴ガス」と称することがある。）の流れが発生する。これにより、注入ガスに加えて、多量の随伴ガスが外管２に持ち込まれることになる。間隙５に注入された注入ガス及び随伴ガスは、ブリーダー管３の外壁に沿って上がっていき、やがてブリーダー管３の内側から送られてくる可燃性ガスと、外管２の内側において混ざりあい、攪拌される。攪拌されたガスが燃焼することで、ブリーダー管３の上端面から上方向へと向かって火炎（図示せず）が形成される。本発明では、注入管４からの注入ガスとともに、多量の随伴ガス（特に空気）が外管２の内側に持ち込まれることで、可燃性ガスと注入ガス及び随伴ガスとの攪拌が十分に起こり、可燃性ガスの完全燃焼が促進される。
【００１７】
注入管４は、間隙５にガスを注入できる位置に設ければよく、例えばブリーダー管３の上端面よりも注入管４の上端面が下に位置するように設ければよい。注入管４は、１組のブリーダー管３と外管２との組み合わせに対して１つ以上設けられていればよく、１つのブリーダー管３の周方向に沿って複数の注入管４を設けることもできる。本発明では、注入管４を１つ設ければ、十分な随伴空気が間隙５に持ち込まれるので、可燃性ガスの完全燃焼を促進することができる。
【００１８】
次に、注入管４の取付角度として、注入管４の軸線方向がブリーダー管３の軸線方向に対して０°以上９０°以下とすることが好ましい。これにより、注入ガスの拡散を防ぎつつ、外管２の内側に随伴ガスを取り込ませることができる。尚、図２では、「α」が注入管４のブリーダー管３に対する取付角度を示す。前記角度が０°である場合とは、注入管４が注入口を間隙５へ向けつつ、ブリーダー管３の軸線方向と注入管４の軸線方向とが平行となる場合をいう。また、０°＜α≦９０°の場合、図２で示すように、注入管４は、注入口をブリーダー管３の外壁に向けて傾いた状態にある。尚、前記取付角度は、３０°以上６０°以下であることがより好ましい。取付角度が３０°以上６０°以下であると、随伴ガスの持ち込み量を十分に確保することができるので、外管２内部において可燃性ガスと随伴ガスとを十分に攪拌することができるとともに、注入ガス及び随伴ガスがブリーダー管３の外壁に当たって拡散することにより、外管２内部へと持ち込まれるガスの量がロスしてしまうことをより抑えることができる。
【００１９】
注入ガスは、気体であれば特に制限されないが、外管２内における爆発や不完全燃焼を防ぐために、非可燃性のガスであることが好ましい。非可燃性ガスの中でも、特に、空気、窒素ガス、及び水蒸気の少なくとも１種以上からなるガスが特に好ましい。注入ガスとして窒素ガスを採用する場合でも、前述したように窒素ガスに随伴して外管２内に持ち込まれる空気等の随伴ガス中に含まれる酸素と可燃性ガスとが反応するので、可燃性ガスの完全燃焼は促進される。
【００２０】
外管２内に注入する注入ガスと、外管２へと持ち込まれる可燃性ガスとの体積比は、１：１０〜７：１０であることが好ましい。前記体積比が１：１０よりも注入ガスの割合が小さくなると、ガスの攪拌効果が弱く可燃性ガスを完全燃焼できない可能性がある。また、前記体積比が７：１０よりも注入ガスの割合が大きいと、開口部から離れた位置で火炎が発生するリフトという現象や、火炎の吹き消えが起こる可能性がある。
【００２１】
可燃性ガスとは、例えば、Ｈ２、ＣＯ、及び各種の炭化水素を主成分として含むガスであり、例えば、コークス炉の炭化室から出されるＣＯＧガスを好適例として挙げることができる。
【００２２】
次に、本発明の放散ブリーダー１を製鉄所のコークス炉に適用する例について説明する。
【００２３】
図３を用いてコークス炉の概要について説明する。コークス炉１１では、炭化室１２と
燃焼室１３とが、交互に配置される。燃焼室１３では、燃焼ガスの燃焼によって熱が発生する。炭化室１２では、隣接する燃焼室１３で発生した熱により、石炭が乾留される。石炭の乾留の過程では、可燃性ガスの一種であるＣＯＧガスと呼ばれる可燃性ガスが発生する。ＣＯＧガスの主な成分としては、Ｈ２、ＣＯ、及びその他の各種炭化水素ガスが挙げられる。尚、図３では炭化室１２と燃焼室１３とを２つずつのみ示しているが、実際にはこれら炭化室１２と燃焼室１３との組み合わせは図の奥へと向かって多数設けられている。
【００２４】
それぞれの炭化室１２の上部には、上昇してきたＣＯＧガスを集める上昇管１４と、複数の炭化室１２から上昇管１４を介して吸い上げられたＣＯＧガスを集約するドライメーン１５とが設けられる。放散ブリーダー１は、ドライメーン１５に接続される。複数の炭化室１２で産生されたＣＯＧガスは、上昇管１４及びドライメーン１５を通って、放散ブリーダー１にて大気中へと放出される。
【００２５】
工場の通常操業時には、炭化室から産生されるＣＯＧガスは、ガス吸引設備（図示せず）によって吸引・回収され、各種設備の操業用ガスとして再利用している。一方で、工場の停電等のトラブル時には、炭化室で発生するＣＯＧガスを十分に回収、再利用することができず、放散ブリーダー１を介してＣＯＧガスを大気中へと放出する必要がある。
【００２６】
本発明の放散ブリーダー１をコークス炉１１に適用することで、停電等のトラブル時においても、炭化室１２において発生するＣＯＧガスの完全燃焼を促し、ＣＯ２やＨ２Ｏ等の害の少ない物質として大気中へ放出することができる。また、コークス炉１１に適用する際に、注入管４から注入するガスとしては、空気を用いることが好ましい。工場内で、水蒸気又は窒素ガスを供給するためには、非常用ボイラや空気分離装置等を稼動させる必要があるのに対し、空気を注入ガスとして用いることにより、非常時であっても迅速かつ簡便に放散ブリーダー１に注入ガスを供給することができる。
【００２７】
また注入管としては、図７に示すようにエジェクター効果を発現する二重管を用いることもできる。
【００２８】
注入管４は、内径の大きさがｄ（単位は例えば「ｍｍ」）である小口径管４Ａと、ｄよりも大きい内径Ｄ（単位は例えば「ｍｍ」）を備えた大口径管４Ｂとを有する。注入管４では、小口径管４Ａの一部を大口径管４Ｂの内部に差し込んだ状態であってもよいし、小口径管４Ａの一部を大口径管４Ｂの内部に差し込まずに、小口径管４Ａの先端（図の右端面）と大口径管４Ｂの後端（図の左端面）とを離した状態としてもよい。小口径管４Ａから大口径管４Ｂへと消費ガスを吹き込むと、該消費ガスに随伴して大口径管４Ｂ内に周辺のガス（例えば空気）が吸引される。大口径管４Ｂ内で消費ガスと吸引ガスとが混合されることにより、注入ガスが形成される。
【００２９】
尚、小口径管４Ａの一部を大口径管４Ｂの内部に差し込む場合には、小口径管４Ａの先端（図の右端面）と大口径管４Ｂの後端（図の左端面）との距離は、３Ｄ以内とすることが好ましい。また、小口径管４Ａの一部を大口径管４Ｂの内部に差し込まない場合には、小口径管４Ａの先端と大口径管４Ｂの一端との距離は、１Ｄ以内とすることが好ましい。上記のように小口径管４Ａと大口径管４Ｂとの位置を調節することによって、十分な量の吸引ガスを大口径管４Ｂに吸引させることができる。尚、前述した距離は、注入管４の軸線方向における距離であればよい。
【００３０】
上記のように、注入管を二重管構造とすることにより、小口径管から注入される消費ガスに随伴して、ガス（吸引ガス）が大口径管内に吸引されるエジェクター効果が発現され、大口径管への消費ガスの注入量よりも、大口径管から放出される注入ガスの量を多くすることができる。よって、注入管を二重管構造とすることで、放散ブリーダーでの可燃性ガスの完全燃焼に必要な消費ガスの量を低減することができる。
【００３１】
また、小口径管４Ａの内径ｄと、大口径管４Ｂの内径Ｄとを調節することによっても、ガスの吸引量を調節することができる。より具体的には、ｄ／Ｄを小さくすることによって、ガスの吸引量を多くし、Ｑ／ｑを大きくすることができる。一例として、Ｑ／ｑを１．５倍以上とするためには、ｄ／Ｄを０．４以下とすることが好ましい。
【実施例】
【００３２】
（本発明例１）
図４で示される放散ブリーダーを模した試験装置を用いて実験を行った。図４（ｂ）は試験装置の側面図であり、図４（ａ）は図４（ｂ）のＸ−Ｘ´視断面図である。尚、図４（ａ）でも説明のために採取管７を示した。実験では、ブリーダー管３から外管２へと可燃性ガスを送るとともに、図示しない注入管によって外管２の内側へ注入ガスとして空気を吹き込み、図示しない点火装置を用いて外管２の内側で混合ガスを燃焼させた。この際、外管２の上部に設けられた採取管７によって、外管２の中心部におけるガスと、外管２の内壁近傍（外周部）におけるガスとを採取し、ガスの組成を分析した。また、図示しない温度計によって、ブリーダー管３の中心部の温度（ブリーダー管３の上部に形成される火炎の中心部における温度）、及び外管２の内壁近傍（火炎の外周部）の温度を測定した。結果を図５に示す。尚、試験装置におけるブリーダー管３の内径は１００ｍｍであり、外管２の内径は１２５ｍｍであり、外管２へと流入する可燃性ガスと注入管４による注入ガスとの比は、２．５：１０（体積比）であった。また、試験装置における注入管４の取付角度は、３０°であった。可燃性ガスとしては、組成がＣＯ２：４．３％、Ｏ２：０．８％、Ｎ２：１１．１％、Ｈ２：３０．６％、ＣＯ：７．０６％、ＣＨ４：２３．７％、ＣｎＨｎ：３．３％、及びその他：１９．１％（前記％はいずれも体積％であり、その他にはＣ６Ｈ６、及びＨ２Ｏ等が含まれる。）であるガスを用いた。
（比較例１）
上記本発明例と同様の試験装置を用いて、注入管４によって気体を注入しないこと以外は、本発明例と同様に実験を行った。結果を図５及び図６に示す。尚、図５における分析結果の欄にあるグラフの縦軸の単位は、体積％である。図６の縦軸は、採取されたガス量を示す。
【００３３】
図５のガス組成の分析結果から分かるように、注入管から注入ガスとして空気を吹き込むことで、外管２内に持ち込まれた空気により、窒素と酸素との割合が大きく上昇するとともに、未燃状態の可燃性ガスの割合が著しく少なくなっている。一方で、比較例では、未燃状態の可燃性ガスが大きな割合を占めている。さらに、図６を見ると、比較例では、Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４等の可燃性ガスの成分が完全燃焼されることなく、一定程度残存しているが、本発明例ではこれらのガスがほとんど見られず、より完全燃焼に近いことが分かる。以上より、本発明を用いることで外管における可燃性ガスの完全燃焼を促すことができることが示された。
【００３４】
また、本発明例と比較例とで火炎の温度を比較すると、特に火炎の中心部の温度について、比較例（３６０℃）は本発明例（６４０℃）に比べて低いことが示された。これは、本発明例では、外管２内に十分な量の随伴ガス（空気）が持ち込まれ、可燃性ガスと空気との攪拌が十分に起こったために、火炎の中心部でも十分な完全燃焼が起こっていることによる。よって、火炎の温度からも、本発明を用いることで可燃性ガスの完全燃焼が促進されることが確認された。
【００３５】
（本発明例２）
次に、注入管４として二重管を採用し、二重管の大口径管の内径Ｄと小口径管の内径ｄとの比（ｄ／Ｄ）を変更し、小口径管から大口径管に消費ガスを供給した際の、注入ガスの流量（Ｑ）に対する消費ガスの流量（ｑ）の流量比（ｆ＝Ｑ／ｑ）を調べた。結果を図８に示す。尚、Ｄ＝２８ｍｍとして固定し、ｄの大きさを変更して実験を行った。また、小口径管の先端面と大口径管の後端面とを同一平面上に配置し、小口径管から０．０２Nm3/Sの消費ガスを供給した。図８から分かるように、少なくともｄ／Ｄが０．１５〜０．８の範囲では、ｄ／Ｄが小さいほど消費ガスよりも注入ガスを増やすことができ、特にｄ／Ｄが０．４以下では消費ガスの１．５倍もの流量の注入ガスを噴出させることができた。
【００３６】
（本発明例３）
図７に示すような構造によりエジェクター効果を発現する二重管を注入管として使用し、本発明例１と同様の実験を行った。放散ブリーダーの中心と外周でのガス分析の結果を図９に示す。図９に示すように、本発明例３では、本発明例１と同等程度に未燃状態の可燃性ガスの割合を著しく小さくすることができた。尚、本発明例３では注入管におけるｄ／Ｄを０．２９とした。
【００３７】
本発明例３では、本発明例１と同量の注入ガスを確保したが、吸引ガスの分だけ実際に必要となる消費ガス量を削減することができた。具体的には、図８から読み取れるように、ｄ／Ｄは０．２９であることから、消費ガス量は本発明例１に比べて１／１．８程度に削減することができた。
【符号の説明】
【００３８】
１          放散ブリーダー
２          外管
２Ａ        外管の他端部
３          ブリーダー管
３Ａ        ブリーダー管の他端部
４          注入管
４Ａ        小口径管
４Ｂ        大口径管
５          間隙
６          点火装置
７          採取管
１１        コークス炉
１２        炭化室
１３        燃焼室
１４        上昇管
１５        ドライメーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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