JP5958856B2 - CO boiler - Google Patents
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Description
本発明は、石油精製設備から排出される高温のCO含有ガスを燃焼するCOボイラの構造に関するものである。 The present invention relates to a structure of a CO boiler that burns a high-temperature CO-containing gas discharged from an oil refining facility.
石油産業は基幹産業の一つであり、石油精製設備などにはガソリンの需要増加に伴って、重質油からガソリンを精製する重油流動分解接触装置が設置されている。重油流動分解接触装置(以下、RFCC装置という)は、常圧残渣油を原料とし、触媒上での高温分解により、ガソリン、灯油、軽油などの高付加価値留分を精製する装置である。 The oil industry is one of the key industries, and oil refinery facilities are equipped with a heavy oil fluid cracking contact device for refining gasoline from heavy oil as demand for gasoline increases. A heavy oil fluid cracking contact apparatus (hereinafter referred to as RFCC apparatus) is an apparatus for purifying high-value-added fractions such as gasoline, kerosene, and light oil by using high-pressure cracking on a catalyst using atmospheric residual oil as a raw material.
そして、このRFCC装置からは高温の一酸化炭素(CO)を含有するガスが排出されるため、重油流動分解接触装置の排ガス流路後流側にはCO含有ガスを燃料とするボイラ(以下、COボイラという)も設置されている。CO含有ガス(以下、COガスという)を燃焼することでCOの大気への排出を防止すると共に、COボイラによって高温のCOガスから熱を回収し、工場内ユーティリティ、発電などに有効利用している。 And since the gas containing high-temperature carbon monoxide (CO) is discharged from this RFCC device, a boiler (hereinafter referred to as “CO” -containing gas) is used on the downstream side of the exhaust gas flow path of the heavy oil fluid cracking contact device. A CO boiler is also installed. Combustion of CO-containing gas (hereinafter referred to as CO gas) prevents the emission of CO into the atmosphere, and recovers heat from the high-temperature CO gas using a CO boiler, which is effectively used for in-plant utilities, power generation, etc. Yes.
COガスと同様の低カロリーガスである、製鉄所での生産過程で発生する高炉ガス(以下、BFGという)を利用するボイラとして、下記特許文献1がある。特許文献1には、主バーナのすぐ下に低カロリー用のガスバーナを設け、低カロリー用のガスバーナのノズルを斜め下方に向けた燃焼装置が開示されている。難燃性の低カロリーガスを主バーナ部の旋回燃焼と分離して主バーナの着火に悪影響を及ぼすことを防止し、炉底で反転した低カロリーガスを主バーナ部の高温領域で燃焼させることで燃焼効率を向上させている。 As a boiler using a blast furnace gas (hereinafter referred to as BFG) generated in a production process at an ironworks, which is a low calorie gas similar to CO gas, there is the following Patent Document 1. Patent Document 1 discloses a combustion apparatus in which a low-calorie gas burner is provided immediately below a main burner, and the nozzle of the low-calorie gas burner is directed obliquely downward. Combusting low-calorie gas, which has been reversed at the bottom of the furnace, in the high-temperature region of the main burner by preventing flame-retardant low-calorie gas from swirling combustion in the main burner to prevent adverse effects on main burner ignition The combustion efficiency is improved.
BFGを燃焼する場合は、ボイラ投入前に熱交換器でCOガスを200℃前後に加熱するが、COガスの温度が低温であるため、一般に用いられている低カロリー用のガスバーナで、燃料とガスを同時にボイラに供給することが可能である。 When burning BFG, the CO gas is heated to around 200 ° C. with a heat exchanger before the boiler is charged. However, since the temperature of the CO gas is low, the low-calorie gas burner generally used It is possible to supply gas to the boiler at the same time.
しかし、RFCC装置からは700℃前後の高温のCOガスが大量に発生するため、ガスバーナを介してボイラに供給するためには、バーナの構造を耐熱性や耐火性に設計したり、大型化したりする必要があるが、この高温のCOガス専用の新たなバーナを用いた場合、バーナ本体のコストが大幅に上昇することや、ユーザーからボイラ設備のコンパクト化を求められていることから、現実的には難しい。 However, since a large amount of high-temperature CO gas of around 700 ° C. is generated from the RFCC device, the structure of the burner is designed to be heat-resistant or fire-resistant or enlarged in order to supply it to the boiler via the gas burner. However, if a new burner dedicated to this high-temperature CO gas is used, the cost of the burner itself will increase significantly, and the user will be required to make the boiler equipment more compact. It is difficult to do.
また、COボイラへの燃料の投入は、図11や図12に示すように、通常の石炭焚ボイラ、油焚ボイラ、ガス焚ボイラ等と同様に、前壁からのみ(図11)又は前壁と後壁の両方(図12)から行われていた。
図11や図12のCOボイラでは、COガスを助燃バーナ13によって火炉3内で燃焼させて、一般的には排ガス出口部7に設けた過熱器9により過熱した後、図示しない脱硝装置、脱硫装置、電気集塵機などを経て煙突から排出される。なお、過熱器、脱硝装置、脱硫装置、電気集塵機等は設置しない場合もある。
Further, as shown in FIG. 11 and FIG. 12, the fuel is charged into the CO boiler only from the front wall (FIG. 11) or the front wall, as in a normal coal fired boiler, oil fired boiler, gas fired boiler, etc. And from the rear wall (Figure 12).
In the CO boiler shown in FIGS. 11 and 12, CO gas is combusted in the
多量の低カロリーのCOガスを燃焼する場合は、低カロリーガスや助燃燃料の燃焼装置及び燃焼用空気の投入口などを設置する必要があるが、バーナ本体やその配管等の付属機器を含めた燃焼装置の大型化、それに伴うボイラ設備の大型化が避けられず、配置上の制約が生じるため、COガスの処理量に制限があった。
また、このような高温のCOガスを燃料とするCOボイラとしては、下記特許文献2や特許文献3などもある。
When burning a large amount of low-calorie CO gas, it is necessary to install a low-calorie gas or auxiliary fuel combustion device and a combustion air inlet, etc. An increase in the size of the combustion apparatus and the accompanying increase in the size of the boiler equipment are unavoidable, and there are restrictions on the arrangement, which limits the amount of CO gas processed.
Moreover, as a CO boiler using such high-temperature CO gas as a fuel, there are Patent Document 2 and
特許文献2に記載の構成では、助燃バーナを挟んで、上にはCOを含む低カロリーガス用のポートを、下にはCO2を含む不燃性ガス用のポートを配置することで、助燃バーナからの上向きの炎によって低カロリーガスと不燃性ガスが混合する直前に低カロリーガスを着火させることができる。 In the configuration described in Patent Document 2, an auxiliary combustion burner is provided by placing a port for low calorie gas containing CO on the upper side and a port for incombustible gas containing CO 2 on the lower side with the auxiliary combustion burner interposed therebetween. The low-calorie gas can be ignited immediately before the low-calorie gas and the non-combustible gas are mixed by the upward flame from.
また、特許文献3に記載の構成では、助燃ガスの流量を供給中のCOガスの比熱や発熱量などから算出されるボイラに入る正味負荷量に基づいて制御し、それをボイラの炉内温度によって補正すると共に、供給空気量も正味負荷量より算出される計算空気量と実測空気量を比較して供給空気量を制御する構成が開示されている。したがって、需要蒸気量が変化しても助燃ガスを必要最小限に抑えることができる。
Further, in the configuration described in
上述のように、RFCC装置から発生するCOガスは、700℃前後の高温で且つ大量なため、燃焼装置の配置上の制約や装置の大型化などの問題があり、上記特許文献1に記載の構成のように、ガスバーナからボイラに供給することは、現実的には難しい。 As described above, since the CO gas generated from the RFCC apparatus is a high temperature of about 700 ° C. and a large amount, there are problems such as restrictions on the arrangement of the combustion apparatus and enlargement of the apparatus. As in the configuration, it is practically difficult to supply the boiler from the gas burner.
そして、上記特許文献2に記載の構成では、高温のCOを含む低カロリーガス用のポートを助燃バーナとは別に設けているものの、このポートは助燃バーナと接しているため、助燃バーナを耐火構造とするなどの配慮が必要である。また、CO含有の低カロリーガスは助燃バーナの上部から供給しているため、火炎との接触、混合する機会がないまま上向きの炎によって上方に流れてしまうため、炉内における低カロリーガスの滞留時間が確保されず、COガスが完全燃焼されないという問題も生じる。 And in the structure of the said patent document 2, although the port for low calorie gas containing high temperature CO is provided separately from the auxiliary combustion burner, since this port is in contact with the auxiliary combustion burner, the auxiliary combustion burner is provided with a fireproof structure. It is necessary to consider such as. In addition, since CO-containing low calorie gas is supplied from the top of the auxiliary burner, it will flow upward due to the upward flame without contact with the flame and mixing, so low calorie gas stays in the furnace. There is also a problem that time is not secured and the CO gas is not completely burned.
同様に、特許文献3に記載の構成でも、炉内におけるCOガスの滞留時間が確保されないと、燃焼性の悪いCOガスが燃え残ってしまい、火炉出口のCOガス濃度が高くなってしまう。火炉出口のCOガス濃度が高いと、エネルギー回収効率が悪くなるとともに、有害なCOガスが大気中に放出されてしまう。
Similarly, even in the configuration described in
また、COガスの燃焼において、COガスの温度の低下がCOの酸化反応速度に大きく影響し、火炉の出口におけるCOガス濃度が高くなるという問題がある。COの酸化反応が促進する温度は700℃以上であり、COガスの温度低下は燃焼効率にも大きく影響する。
更に、燃料の燃焼によって生じる窒素酸化物(以下、NOxという)も低減されることが望ましい。
Further, in the combustion of CO gas, there is a problem that a decrease in the temperature of the CO gas greatly affects the oxidation reaction rate of CO, and the CO gas concentration at the furnace outlet becomes high. The temperature at which the oxidation reaction of CO is promoted is 700 ° C. or higher, and the temperature decrease of the CO gas greatly affects the combustion efficiency.
Furthermore, it is desirable that nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) generated by the combustion of fuel are also reduced.
本発明の課題は、COボイラの火炉内のCOガスの滞留時間を十分確保して、火炉出口のCOガス濃度を低減可能としたCOボイラの提供である。また、更に燃料の燃焼によって生じるNOxも低減できるCOボイラの提供である。 An object of the present invention is to provide a CO boiler that can secure a sufficient residence time of CO gas in the furnace of the CO boiler and reduce the CO gas concentration at the furnace outlet. Furthermore, the present invention also provides a CO boiler that can reduce NOx produced by fuel combustion.
本発明の上記課題は、以下の手段により解決することができる。
請求項1記載の発明は、石油精製設備から発生する一酸化炭素を含む副生ガスを燃焼する筒型の火炉を備えたCOボイラにおいて、火炉の上部側壁に設けられ、燃焼により発生する排ガスを排出する出口部と、該出口部より下方の出口部側の側壁に設けられ、排ガスの流路を絞るくびれ部と、該くびれ部よりも下方で、且つくびれ部と対向する側壁にのみ設けられ、助燃燃料を燃焼用空気により燃焼する助燃バーナと、火炉の底壁に設けられ、火炉内に前記一酸化炭素を含むガスを供給するCOガスポートとを備えたCOボイラである。
なお、筒型とは断面が円又は四角形などの多角形状のものも含む意である。
The above-described problems of the present invention can be solved by the following means.
The invention according to claim 1 is a CO boiler having a cylindrical furnace for burning a by-product gas containing carbon monoxide generated from an oil refining facility. Provided on the outlet part to be discharged, the side wall on the outlet part side below the outlet part, the constricted part for narrowing the exhaust gas flow path, and provided only on the side wall below the constricted part and facing the constricted part A CO boiler comprising an auxiliary combustion burner for burning auxiliary combustion fuel with combustion air, and a CO gas port provided on the bottom wall of the furnace and supplying the gas containing carbon monoxide into the furnace.
The term “cylindrical” means that the cross section includes a polygonal shape such as a circle or a rectangle.
請求項2記載の発明は、前記COガスポートは助燃バーナが設けられた側壁側の底壁に設けられている請求項1記載のCOボイラである。 Invention 請 Motomeko second aspect, the CO gas port is CO boiler according to claim 1, characterized in that provided in the bottom wall of the side wall which burner air burner is provided.
請求項3記載の発明は、石油精製設備から発生する一酸化炭素を含む副生ガスを燃焼する筒型の火炉を備えたCOボイラにおいて、火炉の上部側壁に設けられ、燃焼により発生する排ガスを排出する出口部と、該出口部より下方の出口部側の側壁に設けられ、排ガスの流路を絞るくびれ部と、該くびれ部よりも下方で、且つくびれ部と対向する側壁にのみ設けられ、助燃燃料を燃焼用空気により燃焼する助燃バーナと、助燃バーナよりも下方に設けられ、火炉内に前記一酸化炭素を含むガスを供給するCOガスポートとを備え、前記助燃バーナの燃焼用空気に旋回力を形成する旋回装置を助燃バーナに設け、前記旋回装置による旋回力の強さを調整する調整装置を旋回装置に設けたCOボイラである。
The invention according to
請求項4記載の発明は、前記助燃バーナの周囲の壁を耐火材により構成した請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のCOボイラである。
請求項5記載の発明は、前記助燃バーナの上方に、該助燃バーナでの燃料の燃焼に不足する燃焼用空気を火炉内に噴出するアフターエアポートを設けた請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のCOボイラである。
A fourth aspect of the present invention is the CO boiler according to any one of the first to third aspects, wherein a wall around the auxiliary burner is made of a refractory material.
Invention of claim 5, wherein, above the auxiliary burner, any one of claims 1 provided with after-Airport ejecting combustion air to insufficient combustion of the fuel in該助burner into the furnace according to claim 4 The CO boiler according to Item 1.
(作用)
火炉の構造と、助燃バーナとCOガスポートの配置を工夫して、火炉内のCOガスの滞留時間を確保することで、火炉内を酸化性の雰囲気とし、COを二酸化炭素(CO2)に酸化して無害化できる。
(Function)
By devising the structure of the furnace and the arrangement of the auxiliary burner and the CO gas port to ensure the residence time of the CO gas in the furnace, the furnace is made an oxidizing atmosphere, and CO is changed to carbon dioxide (CO 2 ). It can be rendered harmless by oxidation.
火炉の上部側壁には排ガスの出口部があり、その下方の側壁には排ガスの流路を絞るくびれ部がある。助燃燃料を燃焼用空気により燃焼する助燃バーナをくびれ部よりも下方で、且つくびれ部と対向する側壁に設け、COガスポートを助燃バーナよりも下方に設ける。ボイラの火炉に投入されたCOガスは、上方の出口部に向かって流れるが、その間の流路にある助燃バーナからの噴射火炎によって、COガスはその高温の噴射火炎に伴いながらCOが燃焼されつつ、まずくびれ部側の側壁に流れ、更にくびれ部に沿って上方に流れた後、火炉上部の出口部から排出される。 The upper side wall of the furnace has an exhaust gas outlet, and the lower side wall has a constriction for narrowing the exhaust gas flow path. An auxiliary burner for burning the auxiliary fuel with combustion air is provided below the constricted portion and on the side wall facing the constricted portion, and a CO gas port is provided below the auxiliary burner. The CO gas charged into the boiler furnace flows toward the upper outlet, but the CO gas is burned along with the high-temperature injection flame by the injection flame from the auxiliary burner in the flow path between them. On the other hand, it first flows to the side wall on the constricted portion side, and further flows upward along the constricted portion, and then discharged from the outlet portion at the upper part of the furnace.
助燃バーナよりも上方にCOガスポートがあると、ボイラに投入されたCOガスは助燃バーナからの火炎の上昇気流によってすぐに上昇するため、助燃バーナの火炎と接触する時間が短く燃焼が十分に行われない。また、COガスはくびれ部に沿って流れずに上昇し、速い速度でくびれ部を通過してしまう。従って、火炉内のCOガスの滞留時間を十分確保できない。また、COガスは助燃バーナよりも下方の空間には流れにくいため、火炉内の助燃バーナよりも下方の空間は火炉内のCOガスの滞留時間の確保に十分に有効利用されていない。 If there is a CO gas port above the auxiliary burner, the CO gas introduced into the boiler will rise immediately due to the rising air flow of the flame from the auxiliary burner, so the time of contact with the flame of the auxiliary burner will be short and combustion will be sufficient Not done. Further, the CO gas rises without flowing along the constriction, and passes through the constriction at a high speed. Therefore, sufficient residence time of CO gas in the furnace cannot be secured. Further, since the CO gas hardly flows into the space below the auxiliary burner, the space below the auxiliary burner in the furnace is not sufficiently effectively used for securing the residence time of the CO gas in the furnace.
また、助燃バーナが火炉の前壁と後壁などの対向する両壁面に設置されている場合は、COガスポートを助燃バーナよりも下方に設けても、COガスが前壁と後壁の助燃バーナ間をすり抜ける際に両側からの助燃バーナの火炎によって舞い上がり上昇速度が増加するため、助燃バーナの火炎と接触する時間が短くなる。また燃焼ガスの上昇流が強くなることからCOガスが火炉内で滞留しにくいため、燃焼が十分に行われない。 In addition, when the auxiliary burner is installed on both opposing wall surfaces such as the front wall and the rear wall of the furnace, the CO gas is supported on the front wall and the rear wall even if the CO gas port is provided below the auxiliary burner. When passing between the burners, the rising speed increases due to the flame of the auxiliary burner from both sides, so that the time of contact with the flame of the auxiliary burner is shortened. In addition, since the upward flow of the combustion gas becomes strong, the CO gas hardly stays in the furnace, so that the combustion is not sufficiently performed.
しかし、COガスポートを助燃バーナよりも下方に設けることで、COガスは助燃バーナの下方から投入されるため、COガスは助燃バーナから噴出する火炎の下側に接触し、その火炎に同伴して、その火炎に巻き込まれながら燃焼されつつ、その燃焼ガスはくびれ部側の側壁に流れた後、くびれ部に沿って再度助燃バーナを設けた側の壁側に流れ、火炉内を迂回しながら上方の火炉出口部に流れるので、COガスの流路が長くなり、燃焼反応の時間を確保することができる。 However, by providing the CO gas port below the auxiliary burner, CO gas is introduced from the lower side of the auxiliary burner, so the CO gas contacts the lower side of the flame ejected from the auxiliary burner and is accompanied by the flame. Then, while being burned while being caught in the flame, the combustion gas flows to the side wall on the constricted part side, then flows again to the wall side on the side where the auxiliary burner is provided along the constricted part, and bypasses the inside of the furnace Since it flows to the upper furnace outlet, the CO gas flow path becomes longer, and the combustion reaction time can be secured.
また、助燃バーナの火炎よりも下方の空間にもCOガスが滞留するため、火炉内の空間は有効に利用され、火炉内のCOガスの滞留時間を十分確保でき、かつ火炎からの輻射熱でCOガスを高温に維持できることから、COガスの燃焼を十分に行うことが可能となる。 In addition, since CO gas stays in the space below the flame of the auxiliary burner, the space in the furnace is effectively used, the residence time of the CO gas in the furnace can be secured sufficiently, and the radiant heat from the flame allows the CO gas to stay. Since the gas can be maintained at a high temperature, the CO gas can be sufficiently burned.
更に、助燃バーナがくびれ部に対向する側壁にだけ設置されていることで、COガスは助燃バーナの噴射方向に沿ってくびれ部側へと流れた後、上昇するため、助燃バーナを対向する両壁面に設けた場合に生じる、火炎同士の衝突による上昇流が形成されないことから、上昇速度が抑えられ、比較的ゆっくりとした流れになる。 Furthermore, since the auxiliary burner is installed only on the side wall facing the constricted portion, the CO gas flows to the constricted portion side along the injection direction of the auxiliary burner and then rises. Since the upward flow caused by the collision of the flames that occurs when provided on the wall surface is not formed, the upward speed is suppressed and the flow is relatively slow.
したがって、請求項1記載の発明によれば、助燃バーナをくびれ部よりも下方でくびれ部に対向する側壁にのみ設置し、助燃バーナよりも下方にCOを含むガスを投入するCOガスポートを設けることで、COガスの火炉内の滞留時間が確保され、COガスの燃焼を十分に行うことが可能となる。 Therefore, according to the first aspect of the present invention, the auxiliary burner is installed only on the side wall below the constricted portion and facing the constricted portion, and the CO gas port for introducing the gas containing CO is provided below the auxiliary burner. Thus, the residence time of the CO gas in the furnace is ensured, and the CO gas can be sufficiently burned.
また、COガスポートを火炉の底壁に設けることで助燃バーナの火炎に対して、COガスが直交する形で衝突することになり、その火炎への混合が速やかにかつ十分に行われることからCOガスの燃焼が促進される。 In addition , by providing a CO gas port on the bottom wall of the furnace, the CO gas will collide with the flame of the auxiliary burner in a form that is orthogonal to the flame, and mixing into the flame will be performed quickly and sufficiently. Therefore, combustion of CO gas is promoted.
また、炉底には燃焼装置等の装置や部材等がないため、配置上の制約が無くなるので、この部分を有効利用することでCOガスの処理量が多くても処理量に制限されずに、COガスポートの開口面積を大きくとることが可能である。 In addition, since there are no devices or members such as a combustion device at the bottom of the furnace, there are no restrictions on the arrangement, so even if the CO gas processing amount is large by using this part, the processing amount is not limited. It is possible to increase the opening area of the CO gas port.
請求項2記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の作用に加えて、COガスポートを助燃バーナの備えられた側壁側の底壁に設けることで、COガスポートから投入されるCOガスは助燃バーナの火炎の根元側から火炎への混合が行われるため、COガスの燃焼反応時間を更に確保できる。 According to the invention described in claim 2 , in addition to the operation of the invention described in claim 1 , the CO gas port is provided from the CO gas port by providing the CO gas port on the bottom wall on the side wall provided with the auxiliary burner. Since CO gas is mixed from the root side of the flame of the auxiliary burner to the flame, the combustion reaction time of the CO gas can be further ensured.
請求項3記載の発明によれば、助燃バーナをくびれ部よりも下方でくびれ部に対向する側壁にのみ設置し、助燃バーナよりも下方にCOを含むガスを投入するCOガスポートを設けることで、COガスの火炉内の滞留時間が確保され、COガスの燃焼を十分に行うことが可能となる。
また、調整装置によって助燃バーナの燃焼用空気の旋回力の強弱を調整することができる。例えば、燃焼用空気の旋回力を弱めることで、燃焼用空気の直進方向の流速を大きくできるため、この燃焼用空気流によってCOガスはくびれ部側の側壁への流れが促進され、その流れに同伴するCOガス量が大幅に増える。したがって、多量のCOガスの火炉内の滞留時間をより確保でき、火炉出口のCO濃度を大幅に低く抑えることができる。
According to the third aspect of the present invention, the auxiliary burner is installed only on the side wall below the constricted portion and facing the constricted portion, and the CO gas port for introducing the gas containing CO is provided below the auxiliary burner. The residence time of the CO gas in the furnace is ensured, and the CO gas can be sufficiently burned.
Moreover, the strength of the turning force of the combustion air of the auxiliary burner can be adjusted by the adjusting device . For example, by reducing the swirl force of the combustion air, the flow velocity of the combustion air can be increased in the straight direction, so that the flow of CO gas to the side wall on the constricted portion side is promoted by this combustion air flow, The amount of accompanying CO gas is greatly increased. Therefore, the residence time of a large amount of CO gas in the furnace can be further secured, and the CO concentration at the furnace outlet can be significantly reduced.
請求項4記載の発明によれば、上記請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の発明の作用に加えて、助燃バーナの周囲の壁を耐火材によって構成すると、周囲の壁からの熱放散を抑えることができ、助燃バーナの火炎周囲の温度を高温に維持できることから、燃焼用空気による火炎の温度低下を防止でき、高温に保つことが可能となるため、COガスとの混合に際して、COガス温度を高いまま維持することにより、COの酸化反応の速度を増加させることでCOガスの燃焼性が良好となる。 According to invention of Claim 4 , in addition to the effect | action of the invention of any one of the said Claims 1-3 , when the surrounding wall of an auxiliary combustion burner is comprised with a refractory material, from surrounding wall Heat dissipation can be suppressed, and the temperature around the flame of the auxiliary burner can be maintained at a high temperature, so that the temperature of the flame due to combustion air can be prevented from being lowered and kept at a high temperature. At this time, by maintaining the CO gas temperature high, the CO gas combustibility is improved by increasing the rate of the CO oxidation reaction.
請求項5記載の発明によれば、上記請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の発明の作用に加えて、助燃バーナでの燃料の燃焼に不足する燃焼用空気を火炉内に噴出するアフターエアポートを設置することで、二段燃焼を行え、燃焼効率が向上する。 According to the invention described in claim 5 , in addition to the operation of the invention described in any one of claims 1 to 4 , the combustion air that is insufficient for the combustion of fuel in the auxiliary burner is put into the furnace. By installing a jetting after-airport, two-stage combustion can be performed and combustion efficiency is improved.
すなわち、助燃バーナでの空気比(理論空気量に対する実際空気量の割合)を1以下として、COを燃焼するが、急激な燃焼を抑えることにより、サーマルNOxの発生を抑制する。サーマルNOxとは、燃焼用空気の中に含まれている窒素と酸素とが高温状態において反応し、NOとなることで生成するNOxを言う。 That is, CO is burned with the air ratio (ratio of the actual air amount to the theoretical air amount) at the auxiliary burner being 1 or less, but the generation of thermal NOx is suppressed by suppressing rapid combustion. Thermal NOx refers to NOx produced when nitrogen and oxygen contained in combustion air react at a high temperature and become NO.
その後、火炉出口においてCOと未燃分を含む燃焼ガスに対して、アフターエアポートから残りの燃焼空気を噴出して、火炉を上昇してきた燃焼ガスに燃焼空気の一部を供給することにより緩やかな燃焼が行えることから、サーマルNOxの発生の抑制を行いつつ、COと未燃分とを完全燃焼させることができる。 Thereafter, the remaining combustion air is ejected from the after-air port to the combustion gas containing CO and unburned components at the furnace outlet, and a part of the combustion air is supplied to the combustion gas rising up the furnace. Since combustion can be performed, CO and unburned components can be completely burned while suppressing generation of thermal NOx.
本発明によれば、COボイラの火炉内のCOガスの滞留時間を十分確保することで、火炉出口のCOガス濃度を低減できる。具体的には以下の効果を有する。
請求項1記載の発明によれば、助燃バーナよりも下方に設置されたCOガスポートからのCOを含むガスが火炉内を迂回しながら上方に流れるので、COを含むガスの流路が長くなることで、COガスの火炉内の滞留時間が確保され、COガスの燃焼を十分に行うことが可能となる。
According to the present invention, it is possible to reduce the CO gas concentration at the furnace outlet by sufficiently securing the residence time of the CO gas in the furnace of the CO boiler. Specifically, it has the following effects.
According to the first aspect of the present invention, since the gas containing CO from the CO gas port installed below the auxiliary burner flows upward while bypassing the furnace, the flow path of the gas containing CO becomes long. Thus, the residence time of the CO gas in the furnace is ensured, and the CO gas can be sufficiently burned.
また、COガスポートを火炉の底壁に設けることで、COガスの燃焼が促進されると共に、COガスポートの開口面積を大きくとれるため、COガスの処理量が多くても処理できる。
請求項2記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加えて、COガスポートを助燃バーナの備えられた側壁側の底壁に設けることで、COガスの燃焼反応時間を更に確保できる。
Further, by providing the CO gas port on the bottom wall of the furnace, the combustion of the CO gas is promoted and the opening area of the CO gas port can be increased, so that the CO gas port can be processed even when the amount of CO gas is large.
According to the invention described in claim 2 , in addition to the effect of the invention described in claim 1 , by providing the CO gas port on the bottom wall on the side wall provided with the auxiliary burner, the combustion reaction time of the CO gas can be reduced. Furthermore, it can be secured.
請求項3記載の発明によれば、助燃バーナよりも下方に設置されたCOガスポートからのCOを含むガスが火炉内を迂回しながら上方に流れるので、COを含むガスの流路が長くなることで、COガスの火炉内の滞留時間が確保され、COガスの燃焼を十分に行うことが可能となる。また、調整装置によって助燃バーナの燃焼用空気の旋回力の強弱を調整することで、燃焼用空気の直進方向の流速を増減できるため、COガスのくびれ部側の側壁への流れを促進することが可能となり、COガスの火炉内の滞留時間をより確保することができる。
According to the invention described in
請求項4記載の発明によれば、上記請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の発明の効果に加えて、燃焼用空気の温度を高温に維持することが可能となるため、COガスの燃焼性をより良好にできる。
請求項5記載の発明によれば、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の発明の効果に加えて、アフターエアポートを設置して二段燃焼を行うことで、助燃燃料の燃焼時に発生するNOxを低減できる。
According to the invention of claim 4 , in addition to the effect of the invention of any one of claims 1 to 3 , it is possible to maintain the temperature of the combustion air at a high temperature. The flammability of CO gas can be improved.
According to the invention described in claim 5 , in addition to the effect of the invention described in any one of claims 1 to 4 , the combustion of the auxiliary combustion fuel is performed by installing the after airport and performing the two-stage combustion. NOx generated sometimes can be reduced.
以下に、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
図1には、本発明の一実施例のCOボイラ1の正面図を示し、図2には、図1のCOボイラ1の側面図を示し、図3には、図1のCOボイラの炉底(底壁)の平面図(底面図)を示す。
火炉3は水平断面が四角形であり、後壁19上部に設けたくびれ部であるノーズ5と、ノーズ5よりも上方に設けた排ガス出口7と、排ガス出口7に設けた過熱器9などから構成される。
1 shows a front view of a CO boiler 1 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a side view of the CO boiler 1 of FIG. 1, and FIG. 3 shows a furnace of the CO boiler of FIG. The top view (bottom view) of the bottom (bottom wall) is shown.
The
火炉3の前壁11には助燃燃料を燃焼用空気により燃焼する助燃バーナ13が設けられ、助燃バーナ13よりも下方にCOを含むガスを投入するCOガスポート15が設けられている。
The
図4には、助燃バーナ13を油バーナとした場合の一例(一部断面を示す平面図)を示す。
助燃バーナ13は、円筒状のスリーブ29を備え、スリーブ29の内部には、一次空気流路33と、中心軸に設けた助燃用の燃料ノズル31とを備えている。また、一次空気流路33の外周部には燃焼用二次空気流路35が設けられている。一次空気流路33と燃焼用二次空気流路35には火炉側壁の外側に配置される風箱39から燃焼用空気が供給される。一次空気流路33にスライド式に開閉自在に設けられたダンパ41によりスリーブ29の開口部の開閉度合を調整して一次空気流が形成され一次空気が供給される。二次空気流路35にはエアレジスタ37を設け、エアレジスタ37によって燃焼用空気流が形成されて燃焼用空気が供給される。
FIG. 4 shows an example (a plan view showing a partial cross section) when the
The
エアレジスタ37は、燃焼用空気を流したり止めたりする仕切り(ダンパ)であり、バーナから噴射される燃料に燃焼用空気を供給するが、燃焼用空気を燃料と混合する際、燃焼用空気に旋回を与え、火炎手前では極力空気の混合を抑制したり、火炎手前より少しずつ混合したりして、燃焼性を調整したり、火炎を安定させるための空気流を調整する機能をもつ。なお、エアレジスタ37には案内羽根を利用する軸流式など種々のものがある。
The
そして、エアレジスタ37は図示しない開閉機構や制御装置などにより作動することで、旋回力(スワール数)の強弱や燃焼用空気の流量及び流速を調整、制御可能である。ダンパ41も同様に、一次空気の流量とそれらの流速が制御される。なお、スワール数とは、旋回を伴う流れにおいて、旋回の強さを表す無次元数であり、スワール数が大きいほど旋回の強い流れとなる。
The
RFCC装置から発生するCOを含むガスは、組成がN2:70%、CO2:12%、CO:4%、H2O:13%、その他:1%(vol%)であり、温度が700℃、流量が1時間あたり500トンの条件でCOガスポート15から火炉3(奥行7m、高さ10m、巾10m程度の燃焼炉)に投入される。
The gas containing CO generated from the RFCC apparatus has a composition of N 2 : 70%, CO 2 : 12%, CO: 4%, H 2 O: 13%, others: 1% (vol%), and a temperature. It is charged into the furnace 3 (combustion furnace having a depth of 7 m, a height of 10 m, and a width of about 10 m) from the
COを含むガスは低カロリーであり且つ低濃度であるため、安定燃焼を保持するために助燃燃料による補助燃焼が必要となる。助燃バーナ13からは助燃燃料が燃焼用空気と共に火炉3に投入される。なお、図4では油バーナの例を示しているが、ガスバーナでも良く、また助燃燃料としては、油、ガス、副生油、副生ガス等特に指定はないが、例えばLPGなどで良い。
Since the gas containing CO is low in calories and has a low concentration, auxiliary combustion with auxiliary fuel is required to maintain stable combustion. From the
火炉3内の燃焼によって発生する排ガスは、出口7から過熱器9を通り矢印A方向に流れて、図示しない脱硝装置、脱硫装置、電気集塵機などを経て煙突から排出される。
COガスポート15は助燃バーナ13よりも下方の前壁11、側壁17、後壁19、炉底21などに設けることで、火炉3に投入されたCOガスが、上方の排ガス出口7に向かって流れる間に助燃バーナ13の火炎と接触するため、燃焼が十分に行われる。また、助燃バーナ13よりも下方の空間にもCOガスが滞留するため、火炉3内の空間は有効に利用される。
The exhaust gas generated by the combustion in the
The
また、助燃バーナ13が前壁11にのみ設置されていることで、COガスは助燃バーナ13の噴射方向(矢印Bで示す)に沿って火炎に同伴しながら、COは燃焼され、その燃焼ガスは、ノーズ5のある後壁19側へと流れた後、後壁19に沿って上昇し、その後ノーズ5に沿って再度助燃バーナ13を取り付けた前壁11に向かいながら上昇する。
Further, since the
したがって、COガスの火炉3内の滞留時間が確保され、COガスの燃焼を十分に行うことが可能となる。なお、助燃バーナ13は前壁11の下部に設置すると、火炉3の下部空間を有効に利用でき、つまり、その空間に一時滞留するCOガスは、助燃バーナの火炎からの輻射熱により、COガスを高温に維持でき、そのCOガスの燃焼を促進することができる。
COガスポート15は複数の壁に設けても良い。
Therefore, the residence time of the CO gas in the
The
燃焼用空気である二次空気はバーナ火炎を包み込んで燃焼を安定化させるために必要であるが、エアレジスタ37により燃焼用空気である二次空気の旋回力を弱める、すなわちスワール数を減少させることで、燃焼用空気の直進方向の流速を大きくすることができる。
The secondary air, which is the combustion air, is necessary to wrap the burner flame and stabilize the combustion, but the
スワール数Sは、燃焼工学ハンドブック(初版、日本機械学会発行、1995年7月25日、応用編158頁)で示される下記(1)式により定義されている。
S = Gφ/(Gx・r) (1)
ただし、Gφは噴流の角運動量(周方向の角運動量)、Gxは噴流の軸運動量(軸方向の運動量)、rはバーナの出口径である。
The swirl number S is defined by the following equation (1) shown in the combustion engineering handbook (first edition, published by the Japan Society of Mechanical Engineers, July 25, 1995, page 158 of application).
S = Gφ / (G x · r) (1)
Where Gφ is the angular momentum of the jet (circumferential angular momentum), G x is the axial momentum of the jet (axial momentum), and r is the outlet diameter of the burner.
スワール数を0.6の強い旋回とした場合は出口7のCOガス濃度は500ppmを超えたが、それよりも弱い旋回である、例えば0.1〜0.35とした場合は出口7のCOガス濃度が約60ppm以下に抑えられ、COガス濃度の削減効果が顕著であることが分かった。
When the swirl number is a strong swirl of 0.6, the CO gas concentration at the
燃焼用空気の直進方向の流速が大きいと、COガスのノーズ5側の後壁19への流れが促進され、助燃バーナ13の火炎に沿って後壁19へ流れるCOガス量が増え、COガスの火炉3内の滞留時間がより確保される。したがって出口7のCOガス濃度を更に低下させることができる。
When the flow velocity of the combustion air in the straight direction is large, the flow of CO gas to the
なお、COガスポート15を助燃バーナ13の下方の前壁11に設ける場合は、炉底に設ける場合と比べて、助燃バーナ13との配置上の制約があるが、助燃バーナ13の噴出方向に沿ってCOガスが投入され、直進方向の流速が大きい助燃バーナ13から噴射される火炎に同伴されながらCOガスは燃焼され、後壁19側へと流れながら上昇するようになり、COガスポート15を炉底に設けた場合と同様な効果が得られる。
In the case where the
図3には、炉底21にCOガスポート15を設置した例を示しているが、この場合は特にCOガスが炉底21にも溜まるため、火炉3の下部の空間をより有効に利用できる。また、炉底21には燃焼装置等の装置や部材等がないため、この部分を有効利用することでCOガスの処理量が多くても処理量に制限されず、COガスポート15の開口面積を大きくとることが可能である。
FIG. 3 shows an example in which the
図2にはCOガスの流れ(矢印C)を示す。炉底21から投入されるCOガスは、助燃バーナ13からの助燃燃料と燃焼用空気、また排ガスの流れによって後壁19側に流される。そして火炉3内を上昇しながら、燃焼用空気からの酸素、着火源である火炎、高温雰囲気などの燃焼条件が確保された状態で、後壁上部のノーズ5に当たり、火炉3内を循環して出口7へと流れる。したがって、COガスポート15を炉底21に設けた場合は、火炉3内のCOガス流路が長く確保されるため、更なるCOガスの滞留時間の確保が可能となり、出口7におけるCOガス濃度を低下させることができる。
FIG. 2 shows the flow of CO gas (arrow C). The CO gas introduced from the furnace bottom 21 is caused to flow toward the
特に、COガスポート15を炉底21の前壁11側に設けると、COガスが投入直後に助燃バーナ13からの火炎と直交する形で接触するため火炎と混合しながら後壁19まで流れ、炉底21の前壁11側から後壁19側への流路が確保できる。したがって、COの酸化反応時間を最大限確保でき、燃焼効率が良好となる。
また、図5に示すように、平面視における助燃バーナ13とCOガスポート15との左右方向の位置(点線Dで示す)を揃えると、COガスと助燃バーナ13からの火炎がより接触しやすくなるため好適である。
In particular, when the
In addition, as shown in FIG. 5, when the left and right positions (indicated by dotted lines D) of the
また、COガスポート15の開口面積は、火炉3へのCOガスの投入速度が速くなりすぎないように設定すると良い。COガスの投入速度は、助燃バーナ13から投入する燃焼空気速度よりも遅く設定することにより、助燃バーナ13の火炎がCOガスを同伴しやすくする。したがって、一般的には20m/s前後の燃焼空気投入速度とし、COガスの投入速度はそれ以下の20m/s以下となり、COガスの処理量に応じてCOガスポート15の開口面積は決定される。
Further, the opening area of the
火炉3へのCOガスの投入速度が速いと助燃バーナ13の火炎を貫通してしまうので、火炉3内のCOガスの滞留時間が確保できないが、火炉3へのCOガスの投入速度を20m/s以下等の適正な速度にすることで、COガスが助燃バーナ13の火炎に直交する形で衝突し、燃焼空気ともよく混合されながら同伴して十分に燃焼が可能となるので、CO濃度の低減が達成できる。
If the CO gas input speed to the
更に、前壁11の助燃バーナ13の上方に、助燃バーナ13での燃料の燃焼に不足する燃焼用空気を火炉3内に噴出するアフターエアポート27を設置して二段燃焼を行えば助燃燃料の燃焼時に発生するNOxを低減できる。
つまり、助燃バーナの空気比を1.0より少なくして、燃料に燃焼用空気を供給することにより、緩慢燃焼を行いサーマルNOxの発生を抑制しつつCOガスを燃焼させ、火炉3の出口7において、アフターエアポート27から燃焼に必要な空気量の残りの燃焼空気を、火炉3を上昇してきた燃焼ガスに供給して、その燃焼ガスに含まれるCOと未燃分を燃焼させる。この燃焼により、NOxの発生量の抑制とCO濃度の低減を合わせて達成することができる。
Furthermore, if an after-
That is, by reducing the air ratio of the auxiliary burner to less than 1.0 and supplying combustion air to the fuel, the CO gas is burned while performing slow combustion and suppressing the generation of thermal NOx, and the
図6には、本発明の他の実施例として、COボイラの平面図を示し、図7には図6のCOボイラの底面図を示す。本実施例では火炉3の水平断面が円形の場合を示しており、その他の構成は実施例1と同じであるため、同じ部材の説明は省略する。また、COボイラの正面図と側面図は概ね図1や図2と同じである。
FIG. 6 shows a plan view of a CO boiler as another embodiment of the present invention, and FIG. 7 shows a bottom view of the CO boiler of FIG. In the present embodiment, the case where the horizontal cross section of the
火炉3の水平断面が円形の場合は、ノーズ5と対向する位置に助燃バーナ13を設ける。本実施例でも実施例1と同様の作用効果を奏する。なお、実施例1のようにCOガスポート15を炉底21の前側に設けたり、平面視における助燃バーナ13とCOガスポート15との左右方向の位置を揃えたり、エアレジスタ37による燃焼用空気の旋回力を調整したり、COガスポート15の開口面積をCOガスの流速を調整するために適宜変更したり、アフターエアポート27を設置して二段燃焼を行っても良いことは言うまでもない。
When the horizontal cross section of the
図8には、本発明の他の実施例のCOボイラ1の正面図を示し、図9には、図8のCOボイラ1の側面図を示し、図10には、図8のCOボイラ1の底面図を示す。なお、分かりやすいように、図10には耐火材23の設置箇所を示している。
本実施例は、火炉3の側壁19の一部と前壁11の下部に耐火材23を設置したものであり、その他の構成は実施例1と同じであるため、同じ部材の説明は省略する。
8 shows a front view of a CO boiler 1 according to another embodiment of the present invention, FIG. 9 shows a side view of the CO boiler 1 of FIG. 8, and FIG. 10 shows a CO boiler 1 of FIG. The bottom view of is shown. In addition, in order to understand easily, the installation location of the
In the present embodiment, the
助燃バーナ13の周囲の壁を耐火構造とし、壁自体を耐火材23によって構成したり、壁面に耐火材23を設けたりしても良い。耐火材23は、助燃バーナ13の周囲を取り囲むように設ける。耐火材23を設置することで壁からの熱放散を抑制することができ、火炉3内の助燃バーナ13の火炎の周辺部に高温域を形成することができる。
The wall around the
燃焼用空気は空気予熱器(図示せず)により250〜350℃に予熱した後、助燃バーナ13に供給する。また、耐火材23を前壁11や側壁17の下端部から設置するので、炉底21のCOガスポート15から流入するCOガスの温度低下を防止できる。
The combustion air is preheated to 250 to 350 ° C. by an air preheater (not shown) and then supplied to the
耐火材23としては、JIS R 2001で規定されている耐火煉瓦、耐火モルタルなどがある。例えば、シリカ・アルミナを主成分としたキャスタブル耐火材(キャスターともいう)やプラスティック耐火物などがある。
耐火材23はCOガス含有ガス温度やその成分によって、火炉3における施工範囲を調整することとなる。
Examples of the
The
このような耐火構造により高温域が維持できることから、助燃バーナ13から供給される250〜350℃の燃焼用空気が燃料と混合される際の温度降下は小さく、瞬時にCOの酸化反応速度が促進される温度の700℃以上を確保でき、更にCOガスの混合時点でもCOガスの速度が700℃であることから温度降下は生じず、COの酸化反応速度が増加するため、COガスの濃度を大幅に下げることができる。
Since the high temperature range can be maintained by such a fireproof structure, the temperature drop when the combustion air supplied from the
なお、実施例1のようにCOガスポート15を炉底21の前壁11側に設けたり、平面視における助燃バーナ13とCOガスポート15との左右方向の位置を揃えたり、エアレジスタ37による燃焼用空気の旋回力を調整したり、COガスポート15の開口面積をCOガスの流速を調整するために適宜変更したり、アフターエアポート27を設置して二段燃焼を行っても良いことは言うまでもない。また、実施例2のように火炉3の水平断面が円形の場合は、助燃バーナ13周囲の側壁に耐火材23を設置すれば良い。
As in the first embodiment, the
本発明によれば、石油精製プラントなどの各種化学プラント等における高温のCOを含むガスを燃焼するボイラに利用可能性がある。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, there is a possibility of use in a boiler that burns a gas containing high-temperature CO in various chemical plants such as an oil refinery plant.
1 COボイラ 3 火炉
5 ノーズ 7 出口
9 過熱器 11 前壁
13 助燃バーナ 15 COガスポート
17 側壁 19 後壁
21 炉底 23 耐火材
25 天井 27 アフターエアポート
29 スリーブ 31 燃料ノズル
33 一次空気流路 35 二次空気流路
37 エアレジスタ 39 風箱
41 ダンパ
1
Claims (5)
火炉の上部側壁に設けられ、燃焼により発生する排ガスを排出する出口部と、
該出口部より下方の出口部側の側壁に設けられ、排ガスの流路を絞るくびれ部と、
該くびれ部よりも下方で、且つくびれ部と対向する側壁にのみ設けられ、助燃燃料を燃焼用空気により燃焼する助燃バーナと、
火炉の底壁に設けられ、火炉内に前記一酸化炭素を含むガスを供給するCOガスポートと
を備えたことを特徴とするCOボイラ。 In a CO boiler equipped with a cylindrical furnace that burns by-product gas containing carbon monoxide generated from an oil refining facility,
An outlet provided on the upper side wall of the furnace for discharging exhaust gas generated by combustion;
A constricted portion provided on a side wall on the outlet portion side below the outlet portion, for narrowing a flow path of exhaust gas;
An auxiliary burner that is provided only on the side wall below the constricted portion and facing the constricted portion, and burns the auxiliary fuel with combustion air;
A CO boiler provided on a bottom wall of a furnace and having a CO gas port for supplying the gas containing carbon monoxide into the furnace.
火炉の上部側壁に設けられ、燃焼により発生する排ガスを排出する出口部と、
該出口部より下方の出口部側の側壁に設けられ、排ガスの流路を絞るくびれ部と、
該くびれ部よりも下方で、且つくびれ部と対向する側壁にのみ設けられ、助燃燃料を燃焼用空気により燃焼する助燃バーナと、
助燃バーナよりも下方に設けられ、火炉内に前記一酸化炭素を含むガスを供給するCOガスポートと
を備え、
前記助燃バーナの燃焼用空気に旋回力を形成する旋回装置を助燃バーナに設け、
前記旋回装置による旋回力の強さを調整する調整装置を旋回装置に設けたことを特徴とするCOボイラ。 In a CO boiler equipped with a cylindrical furnace that burns by-product gas containing carbon monoxide generated from an oil refining facility,
An outlet provided on the upper side wall of the furnace for discharging exhaust gas generated by combustion;
A constricted portion provided on a side wall on the outlet portion side below the outlet portion, for narrowing a flow path of exhaust gas;
An auxiliary burner that is provided only on the side wall below the constricted portion and facing the constricted portion, and burns the auxiliary fuel with combustion air;
A CO gas port that is provided below the auxiliary burner and supplies the gas containing carbon monoxide into the furnace;
With
A swirling device that forms a swirl force in the combustion air of the auxiliary burner is provided in the auxiliary burner,
C O boiler you characterized in that an adjusting device for adjusting the intensity of the swirling force by the swirl device pivoting device.
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