JP2016161171A - 揮発性有機化合物燃焼装置、ボイラ、タンカーおよび揮発性有機化合物燃焼方法 - Google Patents

Abstract

【課題】揮発性有機化合物を燃焼する設備を低コストで作製する。【解決手段】揮発性有機化合物を含有するＶＯＣガスと燃焼用空気とを混合する混合器８と、混合器８により混合されたＶＯＣ混合空気を用いて燃料を燃焼させるバーナ１７とを備えている。このような揮発性有機化合物燃焼装置１は、燃料を燃焼させるための燃焼用空気にＶＯＣガスを混合することにより、燃料ガスの圧力と同程度にＶＯＣガスを加圧する必要がなく、小規模であるＶＯＣガスブロア６を用いてＶＯＣガスを加圧して、燃料を燃焼させる既存のバーナ１７を用いて揮発性有機化合物を容易に燃焼させることができる。このため、揮発性有機化合物燃焼装置１は、燃料ガスの圧力と同程度にＶＯＣガスを加圧する専用のコンプレッサを備える必要がなく、製造コストを低減することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、揮発性有機化合物を処理するときに利用される揮発性有機化合物燃焼装置、ボイラ、タンカーおよび揮発性有機化合物燃焼方法に関する。

揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）の環境への排出が規制され、環境に排出されるＶＯＣを低減することが必要とされている。

特許文献１には、ＶＯＣを改質して得られる生成ガスを燃料ガスとした場合でも、簡単な構造によりコスト面にも優れて実現されるエンジンシステムが開示されている。
特許文献２には、サイズを大型化することなく、簡単な構造で炉の気密性を確保でき、かつ、放電の発生する恐れのない炉殻構造を有する誘導加熱炉が開示されている。この誘導加熱炉は、被加熱材を囲む炉殻の外側に、互いに間隔を置いて炉殻を多重に配置するとともに、炉殻と炉殻との間の間隔に不活性ガスが導入されており、かつ、該不活性ガスの圧力が被加熱材を囲む炉殻内の雰囲気ガスの圧力以上とされている。

特開２０１０−２０３３６４号公報 特許第５１６２９４９号公報

一方、ＶＯＣを処理する方法として、ＶＯＣを燃焼させて焼却処理する方法がある。この場合、ＶＯＣを噴射する専用バーナを用いてＶＯＣを燃焼させることになるが、炉内圧力よりも十分に高い圧力にＶＯＣを加圧する専用コンプレッサを準備する必要があり、ＶＯＣを処理する設備の製造コストの増加が問題となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、揮発性有機化合物を燃焼する設備の製造コストを低減する揮発性有機化合物燃焼装置、ボイラ、タンカーおよび揮発性有機化合物燃焼方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の揮発性有機化合物燃焼装置、ボイラ、タンカーおよび揮発性有機化合物燃焼方法は以下の手段を採用する。
本発明による揮発性有機化合物燃焼装置は、揮発性有機化合物を含有するＶＯＣガスと燃焼用空気とを混合する混合器と、前記混合器により混合されたＶＯＣ混合空気を用いて燃料を燃焼させるバーナとを備えている。

ＶＯＣガスのみを噴射する専用バーナを用いて揮発性有機化合物を燃焼させるときには、炉内圧力よりも十分に高い圧力にＶＯＣガスを加圧する専用コンプレッサを準備する必要がある。また、例えば燃料ガスとされた燃料にＶＯＣガスを混合させてバーナで揮発性有機化合物を燃焼させる場合にも、燃料ガスの圧力と同程度にＶＯＣガスを加圧する専用コンプレッサを準備する必要がある。
そこで、本発明の揮発性有機化合物燃焼装置では、混合器によって、燃料を燃焼させるための燃焼用空気にＶＯＣガスを予混合することにより、燃料を燃焼させるバーナを用いて揮発性有機化合物を燃焼させることとした。このように、燃焼用空気にＶＯＣガスを混合させるだけでよいので、ＶＯＣガスを炉内圧力よりも高くしたり、燃料ガスの圧力と同程度にＶＯＣガスを加圧する必要がなく、ＶＯＣガスを加圧する圧力を比較的低くすることができる。これにより、コンプレッサに比べて小規模で圧力比が低いＶＯＣガスブロア等を用いてＶＯＣガスを加圧して揮発性有機化合物を燃焼させることができ、製造コストを低減することができる。

本発明による揮発性有機化合物燃焼装置は、前記ＶＯＣ混合空気を前記バーナに供給する風箱をさらに備えている。前記風箱は、前記燃焼用空気と前記ＶＯＣガスとが噴射される雰囲気を内部に形成する内側ケーシングと、前記内側ケーシングを囲む外側ケーシングとを含んでいる。

このような揮発性有機化合物燃焼装置は、ＶＯＣガスと燃焼用空気とが混合したＶＯＣ混合空気が貯留される風箱を二重ケーシング構造にすることにより、風箱におけるＶＯＣ混合空気の漏洩の防止をより確実にすることができる。

本発明による揮発性有機化合物燃焼装置は、前記内側ケーシングと前記外側ケーシングとの間に形成される空間にパージガスを供給するパージガス供給装置をさらに備えている。

このような揮発性有機化合物燃焼装置は、内側ケーシングと外側ケーシングとの間の空間に、内側ケーシングの内部より高圧のパージガスを供給することにより、風箱におけるＶＯＣ混合空気の漏洩の防止をより確実にすることができる。

前記パージガスは、前記燃料が燃焼する燃焼室を形成するボイラ本体に形成されたビューポートを冷却するために生成されたシール空気の一部である。

このような揮発性有機化合物燃焼装置は、ビューポートを冷却するシール空気の一部を、内側ケーシングと外側ケーシングとの間の空間に供給されるパージガスとして用いることにより、内側ケーシングと外側ケーシングとの間の空間にパージガスを供給するパージガス供給装置を、ビューポートにシール空気を供給するシール空気供給装置と別個に設ける必要がなく、低コストで製造することができる。

前記混合器は、前記燃焼用空気を噴射する燃焼用空気吹出口と、前記ＶＯＣガスが流れる複数のＶＯＣガス流路と、前記複数のＶＯＣガス流路に対応する複数のＶＯＣガス吹出ノズルとが形成されている。前記複数のＶＯＣガス吹出ノズルは、前記燃焼用空気が噴射される領域に前記ＶＯＣガスを噴射する。

このような揮発性有機化合物燃焼装置の混合器は、複数のＶＯＣガス流路にＶＯＣガスを分配したうえで各ＶＯＣガス吹出ノズルからＶＯＣガスを噴射するので、混合器に供給されたＶＯＣガスを均等にＶＯＣガス吹出ノズルから噴出させることができる。また、このような混合器は、比較的小規模に形成することができ、省スペースで設置することができる。

前記複数のＶＯＣガス流路は、流路長が長いほど流路断面積が大きくなるように形成されている。

混合器のうちのＶＯＣガスが供給されるＶＯＣガス入口から複数のＶＯＣガス吹出ノズルまでの距離が互いに異なっている場合でも、流路長が長いほど流路断面積が大きくなるように複数のＶＯＣガス流路を形成することにより、複数のＶＯＣガス吹出ノズルからＶＯＣガスを均一に噴射させることができ、ＶＯＣ混合空気における揮発性有機化合物の濃度が偏らないように、ＶＯＣガスと燃焼用空気とを適切に混合することができる。

本発明による揮発性有機化合物燃焼装置は、前記燃焼用空気の圧力に基づいて算出された圧力に前記ＶＯＣガスを加圧して前記混合器に供給するＶＯＣガスブロアをさらに備えている。

このような揮発性有機化合物燃焼装置は、燃焼用空気の圧力に基づいて算出された圧力に加圧してＶＯＣガスを燃焼用空気に対して混合すればよいので、コンプレッサに比べて圧力比が低いブロアを用いることができる。これにより、設置費用および運転コストを低減することができる。

前記ＶＯＣガスは、酸素の濃度が前記燃焼用空気より小さくされ、かつ前記燃焼用空気よりも多くの不活性ガスを含有している。

ＶＯＣガスは、酸素濃度が燃焼用空気よりも小さく、かつ燃焼用空気よりも多くの不活性ガスを含有していることにより、燃料が燃焼するときの燃焼温度を低減することができ、燃料が燃焼することにより生成される排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を低減することができる。

本発明による揮発性有機化合物燃焼装置は、前記揮発性有機化合物が揮発する重油を貯留する重油タンクに、前記燃料が前記ＶＯＣ混合空気を用いて燃焼することにより生成される排ガスを前記不活性ガスとして供給する不活性ガス供給配管をさらに備えている。

このような揮発性有機化合物燃焼装置は、重油タンクに供給される不活性ガスとして、燃料の燃焼より生成される排ガスを利用することとした。このように、揮発性有機化合物の燃焼により生成される排ガスも不活性ガスとして利用することができるので、不活性ガスを生成するために燃焼される燃料を低減することができる。

本発明によるボイラは、本発明による揮発性有機化合物燃焼装置を備えている。

このようなボイラは、揮発性有機化合物燃焼装置を備えているので、製造コストに優れた設備にて揮発性有機化合物を燃焼させることができる。

本発明によるタンカーは、本発明による揮発性有機化合物燃焼装置と、前記重油タンクとを備えている。

このようなタンカーは、本発明の揮発性有機化合物燃焼装置を備えているので、製造コストに優れた設備にて重油タンクから揮発する揮発性有機化合物を燃焼させることができる。

本発明による揮発性有機化合物燃焼方法は、揮発性有機化合物を含有するＶＯＣガスと燃焼用空気とを混合することによりＶＯＣ混合空気を生成するステップと、前記ＶＯＣ混合空気を用いて燃料を燃焼させるステップとを備えている。

ＶＯＣガスのみを噴射する専用バーナを用いて揮発性有機化合物を燃焼させるときには、炉内圧力よりも十分に高い圧力にＶＯＣガスを加圧する専用コンプレッサを準備する必要がある。また、例えば燃料ガスとされた燃料にＶＯＣガスを混合させてバーナで揮発性有機化合物を燃焼させる場合にも、燃料ガスの圧力と同程度にＶＯＣガスを加圧する専用コンプレッサを準備する必要がある。
そこで、本発明の揮発性有機化合物燃焼方法によれば、燃料を燃焼させるための燃焼用空気にＶＯＣガスを予混合してＶＯＣ混合空気を生成し、このＶＯＣ混合空気を用いて燃料を燃焼させることとした。このように、燃焼用空気にＶＯＣを混合させるだけでよいので、ＶＯＣを炉内圧力よりも高くしたり、燃料ガスの圧力と同程度にＶＯＣガスを加圧する必要がなく、ＶＯＣガスを加圧する圧力を比較的低くすることができる。これにより、コンプレッサに比べて小規模で圧力比が低いブロア等を用いて揮発性有機化合物を容易に燃焼させることができる。

本発明による揮発性有機化合物燃焼装置、ボイラ、タンカーおよび揮発性有機化合物燃焼方法は、揮発性有機化合物を燃焼する設備の製造コストを低減することができる。

本発明の揮発性有機化合物燃焼装置を示す概念図である。 揮発性有機化合物燃焼装置の混合器を示す斜視図である。 混合器のＶＯＣダクトを示す斜視図である。 揮発性有機化合物燃焼装置の風箱を示す側面図である。 揮発性有機化合物燃焼装置のバーナを示す底面図である。 図５のバーナを示す概略図である。 第１比較例のバーナを示す平面図である。 揮発性有機化合物燃焼装置の変形例を示す概略図である。

以下に、本発明の実施形態にかかる揮発性有機化合物燃焼装置について図面を参照して説明する。
揮発性有機化合物燃焼装置１は、原油を輸送するタンカー及び原油を貯蔵する設備（ＦＰＳＯ：Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ， Ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ Ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇなど）に搭載され、図１に示されているように、原油タンク２とともに設けられているボイラに適用されている。原油タンク２は、内部に形成される貯留空間に原油が貯留されている。原油は、可燃性を有する揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）を揮発する。

揮発性有機化合物燃焼装置１は、ＶＯＣガスタンク５と、ＶＯＣガスブロア６と、ボイラ送風機７と、混合器８とを備えている。
ＶＯＣガスタンク５は、ＶＯＣガス配管１１を介して原油タンク２の貯留空間のうちの原油が貯留されている領域の上部と接続され、原油タンク２から供給されるＶＯＣガスを貯留する。
ＶＯＣガスブロア６は、ＶＯＣガスタンク５に貯留されているＶＯＣガスを加圧し、所定の圧力（たとえば、６０ｍｂａｒ）に加圧されたＶＯＣガスを混合器８に供給する。
ボイラ送風機７は、空気を加圧し、所定の圧力（たとえば、６０ｍｂａｒ）に加圧された燃焼用空気を混合器８に供給する。
混合器８は、ボイラ送風機７から供給された燃焼用空気に、ＶＯＣガスブロア６から供給されたＶＯＣガスを予混合することにより、ＶＯＣ混合空気を生成する。

揮発性有機化合物燃焼装置１は、風箱１４と燃料ガス供給装置１５とボイラ本体１６とバーナ１７とを備えている。
風箱１４は、混合器８により予混合されたＶＯＣ混合空気を一時的に貯留して空気流れを整流するとともに一定の流量でバーナ１７に供給する。
燃料ガス供給装置１５は、所定の圧力（たとえば、１ｂａｒ）に加圧された燃料ガス（燃料）をバーナ１７に供給する。燃料ガスとしては、メタン、エタン、プロパンなどの炭化水素系化合物のガスが例示される。
ボイラ本体１６は、燃焼室１８を備えており、この燃焼室１８内で火炎が形成される。
バーナ１７は、風箱１４から供給されたＶＯＣ混合空気を用いて、燃料ガス供給装置１５から供給される燃料ガスを燃焼室１８で燃焼させる。

ボイラ本体１６には、図示されていない蒸発器といった熱交換器が設けられている。熱交換器は、燃料ガスの燃焼により生成された熱を用いて、外部から蒸気ドラム１３に供給された水を加熱して高温高圧の蒸気を生成する。熱交換器によって生成された蒸気は、蒸気ドラム１３へと集められ、蒸気ドラム１３にて分離された蒸気が図示しない外部の需要先へと供給される。ボイラ本体１６は、さらに、ボイラ本体１６の外部から内部の燃焼室１８の様子を見るための複数のビューポート（図示せず）が壁面に形成されている。

揮発性有機化合物燃焼装置１においては、さらに、原油タンク２の上部に接続されている不活性ガス供給配管１９が設けられている。不活性ガス供給配管１９は、燃料ガスの燃焼によりボイラ本体１６で生成された排ガスの一部または全部を、不活性ガスとして原油タンク２の貯留空間の上部に供給する。なお、図１では、不活性ガス供給配管１９の上流側が図示されていないが、ボイラ本体１６から排出された排ガスの煙炉中の任意の位置に設けられる。

図２には、ＶＯＣガスと燃焼用空気を混合する混合器８が示されている。混合器８は、燃焼用空気ダクト２１とＶＯＣガスダクト２２とを備えている。燃焼用空気ダクト２１は、直方体状に形成され、内部が空洞である容器に形成され、燃焼用空気入口２３と燃焼用空気吹出口２４とが形成されている。燃焼用空気入口２３は、燃焼用空気ダクト２１の鉛直上端に形成され、ボイラ送風機７により加圧された燃焼用空気を燃焼用空気ダクト２１の内部に供給する。燃焼用空気吹出口２４は、燃焼用空気ダクト２１の鉛直下面全体が開口されることによって形成され、燃焼用空気ダクト２１の内部に存在する燃焼用空気を鉛直下方に向けて送出する。

ＶＯＣガスダクト２２は、直方体状に形成され、内部が空洞である容器形状とされ、燃焼用空気ダクト２１よりも細長い形状となっている。ＶＯＣガスダクト２２は、燃焼用空気ダクト２１の側方から差し込まれたような構造で燃焼用空気ダクト２１の内部に配置されている。ＶＯＣガスダクト２２の大部分は燃焼用空気ダクト２１内部の長手方向の全体にわたって設置されており、残りの部分が燃焼用空気ダクト２１の外部に露出している。

ＶＯＣガスダクト２２は、図３に示されるように、ＶＯＣガス入口２５と複数のＶＯＣガス吹出ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃと複数のＶＯＣガス流路２７ａ，２７ｂ，２７ｃとが形成されている。なお、ＶＯＣガス吹出ノズル及びＶＯＣガス流路は、本実施形態のように３つに限定されるものではなく、２つでもあってもよいし、４つ以上であってもよい。

ＶＯＣガス入口２５は、ＶＯＣガスダクト２２のうちの燃焼用空気ダクト２１の外部に配置される部分の鉛直上端に形成されている。ＶＯＣガス入口２５は、ＶＯＣガスブロア６から供給されるＶＯＣガスを複数のＶＯＣガス流路２７ａ，２７ｂ，２７ｃに分岐して供給する。

それぞれのＶＯＣガス吹出ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、ＶＯＣガスダクト２２の下面に長手方向に沿って直線上に並んで配置されている。各ＶＯＣガス吹出ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、燃焼用空気ダクト２１の鉛直下端と同等の高さ位置に設けられている。したがって、各ＶＯＣガス吹出ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、燃焼用空気ダクト２１の燃焼用空気吹出口２４に囲まれるように配置されている。
各ＶＯＣガス吹出ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、先端に向かうに従い流路面積が減少する先細形状に形成され、ＶＯＣガスが流れる流れ方向の下流側に向かって流路断面積が減少しており、ＶＯＣガスを加速して鉛直下方へと噴出するようになっている。

複数のＶＯＣガス流路２７ａ，２７ｂ，２７ｃは、それぞれ、ＶＯＣガスダクト２２の内部に形成され、複数のＶＯＣガス吹出ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃに対して、一対一で対応している。したがって、第１ＶＯＣガス流路２７ａの下流端に第１ＶＯＣガス吹出ノズル２６ａが接続され、第２ＶＯＣガス流路２７ｂの下流端に第２ＶＯＣガス吹出ノズル２６ｂが接続され、第３ＶＯＣガス流路２７ｃの下流端に第３ＶＯＣガス吹出ノズル２６ｃが接続されている。このように、各ＶＯＣガス流路２７ａ，２７ｂ，２７ｃは、それぞれ独立した流路となっている。

各ＶＯＣガス流路２７ａ，２７ｂ，２７ｃは、ＶＯＣガスダクト２２の長手方向に延在し、第１ＶＯＣガス流路２７ａの下方に第２ＶＯＣガス流路２７ｂが位置し、第２ＶＯＣガス流路２７ｂの下方に第３ＶＯＣガス流路２７ｃが位置している。したがって、第１ＶＯＣガス流路２７ａは第２ＶＯＣガス流路２７ｂを鉛直上方から迂回するように流路が形成されているので、第１ＶＯＣガス流路２７ａの流路長さは第２ＶＯＣガス流路２７ｂよりも長くなっている。同様に、第２ＶＯＣガス流路２７ｂは第３ＶＯＣガス流路２７ｃを鉛直上方から迂回するように流路が形成されているので、第２ＶＯＣガス流路２７ｂの流路長さは第３ＶＯＣガス流路２７ｃよりも長くなっている。よって、ＶＯＣガス入口２５から最も遠い位置に第１ＶＯＣガス吹出ノズル２６ａが位置し、ＶＯＣガス入口２５から最も近い位置に第３ＶＯＣガス吹出ノズル２６ｃが位置している。

そして、ＶＯＣガス流路２７ａ，２７ｂ，２７ｃは、流路長が長いほど流路断面積が大きくなるように形成され、すなわち、ＶＯＣガス入口２５から水平方向に遠いＶＯＣガス吹出ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃに接続されるＶＯＣガス流路２７ａ，２７ｂ，２７ｃほど流路断面積が大きくなるように形成されている。具体的には、ＶＯＣガス入口２５から水平方向に最も遠い第１ＶＯＣガス吹出ノズル２６ａに対応する第１ＶＯＣガス流路２７ａは、隣の第２ＶＯＣガス吹出ノズル２６ｂに対応する第２ＶＯＣガス流路２７ｂよりも流路断面積が大きく、水平方向でＶＯＣガス入口２５に最も近い第３ＶＯＣガス吹出ノズル２６ｃに対応する第３ＶＯＣガス流路２７ｃは、隣の第２ＶＯＣガス流路２７ｂよりも流路断面積が小さい。すなわち、ＶＯＣガス流路２７ａ，２７ｂ，２７ｃは、ＶＯＣガス入口２５からＶＯＣガス吹出ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃまでの水平方向の距離に応じて流路断面積が調整され、このように流路断面積を調整して、ＶＯＣガスがＶＯＣガス流路２７ａ，２７ｂ，２７ｃをＶＯＣガス入口２５からＶＯＣガス吹出ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃまで流れる際の圧力損失が均等化するようにしている。

図４には、風箱１４が示されている。風箱１４は、内側ケーシング３１と外側ケーシング３２とを備えている。内側ケーシング３１は、混合器８からＶＯＣガスと燃焼用空気とが混合されたＶＯＣ混合空気が供給される内側空間３３を内部に形成している。外側ケーシング３２は、内側ケーシング３１を囲む容器とされ、内側ケーシング３１との間に外側空間３４を形成している。外側空間３４には、パージガス供給装置３５からパージガスが供給されるようになっている。パージガスとしては、空気、窒素ガスが例示される。

揮発性有機化合物燃焼装置１は、図示されていないシールガス供給装置を備えている。シールガス供給装置は、空気を加圧し、所定の圧力（たとえば、２００ｍｂａｒ）に加圧されたシール空気をボイラ本体１６に形成された複数のビューポート（図示せず）に吹き付けることにより、各ビューポートを冷却する。
パージガス供給装置３５には、シールガス供給装置により加圧されたシール空気の一部がパージガスとして供給されるようになっている。

バーナ１７は、風箱１４の内側空間３３に配置され、火炎を形成する先端側（下端側）がボイラ本体１６の燃焼室１８に露出している。
図５には、バーナ１７の底面図が示されている。バーナ１７は、バーナ外筒４１と、燃料ガスが供給される複数の燃料ガスノズル４２とを備えている。
バーナ外筒４１は、円筒状に形成されている。複数の燃料ガスノズル４２は、それぞれ、管状に形成され、バーナ外筒４１の中心軸を中心とする同心円に沿って並んでバーナ外筒４１の内部に配置されている。
バーナ外筒４１と各燃料ガスノズル４２との間の空間は、ＶＯＣ混合空気が流れるＶＯＣ混合空気ノズル４６となっている。したがって、各燃料ガスノズル４２から噴出する燃料ガスを取り囲むようにＶＯＣ混合空気が流れるようになっている。
バーナ外筒４１には、内側空間３３にて、ＶＯＣ混合空気の流れを許容する開放部ないし開口部が設けられている。これにより、図４に示した矢印のように、ＶＯＣ混合空気はバーナ外筒４１の内部へと流れ込み、ＶＯＣ混合空気ノズル４６へと導かれるようになっている。

図６には、バーナ１７内を流れる燃料ガスの流れが矢印にて示されている。すなわち、各燃料ガスノズル４２は、燃料ガスが導かれる燃料ガスヘッダ４４に接続されており、この燃料ガスヘッダ４４から各燃料ガスノズル４２へと燃料ガスが分配されるようになっている。また、各燃料ガスノズル４２の間の空間は、ＶＯＣ混合空気が流れるＶＯＣ混合空気流路４５となっている。このＶＯＣ混合空気流路４５を流れたＶＯＣ混合空気がＶＯＣ混合空気ノズル４６へと導かれる。
このように、バーナ１７は、各燃料ガスノズル４２から燃料ガスを噴射するとともに、各燃料ガスノズル４２の周囲からＶＯＣ混合気体をＶＯＣ混合空気ノズル４６によって噴射することにより、バーナ１７の出口から燃料ガスとＶＯＣ混合空気を拡散させて炉内で火炎が収まるように１つの火炎を形成し、共に燃焼室１８で燃焼させる。

次いで、揮発性有機化合物燃焼装置１の動作を説明する。
混合器８には、ボイラ送風機７から燃焼用空気が所定の圧力で供給され、さらに、燃焼用空気の圧力に基づいて算出された圧力で、ＶＯＣガスがＶＯＣガスブロア６から供給される。ＶＯＣガスの圧力としては、燃焼用空気と等しい圧力、または、燃焼用空気の圧力より若干高い圧力とされる。混合器８に供給された燃焼用空気は、混合器８の燃焼用空気吹出口２４を介して風箱１４の内側空間３３に供給される。

混合器８は、流路長が長いほど流路断面積が大きくなるように複数のＶＯＣガス流路２７ａ，２７ｂ，２７ｃが形成されていることにより、ＶＯＣガス入口２５から水平方向に遠いＶＯＣガス吹出ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃにＶＯＣガスを供給するＶＯＣガス流路２７ａ，２７ｂ，２７ｃの圧力損失が大きくなることを低減している。このため、混合器８に供給されたＶＯＣガスは、ＶＯＣガス入口２５から遠いＶＯＣガス吹出ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃに供給されるＶＯＣガスの流量が少なくなることなく、複数のＶＯＣガス吹出ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃに均等に供給される。
ＶＯＣガスは、複数のＶＯＣガス吹出ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃから加速されて吹き出し、燃焼用空気吹出口２４を介して供給された燃焼用空気と良好に混合されて風箱１４の内側空間３３に供給される。

このように、混合器８は、ＶＯＣガスを各ＶＯＣガス吹出ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃに均等に供給して噴射するので、各ＶＯＣガス吹出ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃから噴射されるＶＯＣガス中の揮発性有機化合物の濃度を均等化できる。
また、混合器８は、複数のＶＯＣガス流路２７ａ，２７ｂ，２７ｃの各流路断面積が適切に形成されることにより、ボイラ送風機７から供給される燃焼用空気とＶＯＣガスブロア６から供給されるＶＯＣガスとを少ない圧力損失で適切に混合することができる。混合器８は、さらに、このように形成されることにより、小規模に形成することができ、省スペースで設置することができる。

混合器８により混合されたＶＯＣ混合空気は、風箱１４の内側空間３３に充満し、所定の流量でバーナ１７に供給され、バーナ１７のＶＯＣ混合空気ノズル４６を介してボイラ本体１６の燃焼室１８に噴射される。バーナ１７には、さらに、燃料ガス供給装置１５から燃料ガスが所定の圧力で供給される。燃料ガス供給装置１５からバーナ１７に供給された燃料ガスは、バーナ１７の複数の燃料ガスノズル４２を介してボイラ本体１６の燃焼室１８に噴射される。各燃料ガスノズル４２から噴射された燃料ガスは、ＶＯＣ混合空気ノズル４６から噴射されたＶＯＣ混合空気に含有される酸素を用いて燃焼し、火炎を形成する。このとき、ＶＯＣ混合空気に含有される揮発性有機化合物は、燃料ガスの燃焼による火炎により、ＶＯＣ混合空気に含有される酸素を用いて燃焼する。

燃料ガスと揮発性有機化合物との燃焼により生成された排ガスは、一部が不活性ガス供給配管１９（図１参照）を介して、不活性ガスとして原油タンク２の貯留空間の上部に供給される。原油タンク２に供給された不活性ガスは、原油タンク２の貯留空間の上部に充満する気体に混合され、原油タンク２の貯留空間の上部に充満する気体の酸素濃度を低減する。原油タンク２に貯留される原油から揮発する揮発性有機化合物は、原油タンク２の貯留空間の上部に充満する気体の酸素濃度が低減されることにより、発火することが防止される。原油から揮発する揮発性有機化合物は、不活性ガス供給配管１９を介して原油タンク２に供給される不活性ガスと混合され、ＶＯＣガスとなる。
原油タンク２の上部に貯留されているＶＯＣガスは、ＶＯＣガス配管１１を介してＶＯＣガスタンク５に供給され、ＶＯＣガスタンク５に貯留される。このように、混合器８に供給されるＶＯＣガスは、原油から揮発する揮発性有機化合物と、燃焼により生成された排ガスとを含有している。

燃焼用空気または燃料ガスに含有されている窒素は、燃料ガスが燃焼用空気を用いて高温で燃焼するときに、酸素と反応して窒素酸化物（ＮＯｘ）を生成する。燃焼室１８で燃料ガスの燃焼に利用されるＶＯＣ混合空気は、ＶＯＣガスが排ガスを含有していることにより、ボイラ送風機７から混合器８に供給される燃焼用空気に比較して、不活性ガスの濃度が高い。燃料ガスの燃焼により生成される熱は、燃料の燃焼により生成される熱は不活性ガスの加熱にも用いられることにより、温度が低下し、生成されるＮＯｘが低減する。

風箱１４は、破損により、風箱１４の内側ケーシング３１に貫通孔が形成され、または、内側ケーシング３１と混合器８と接合される取付部に貫通孔が形成され、または、内側ケーシング３１とボイラ本体１６と接合される取付部に貫通孔が形成されることがある。風箱１４の外側空間３４に供給されるパージガスは、このような貫通孔が形成された場合に、その形成された貫通孔を介して風箱１４の外側空間３４から内側空間３３に流れる。風箱１４の内側空間３３に存在するＶＯＣ混合空気は、外側空間３４に供給されるパージガスが内側空間３３に流れることにより、外側ケーシング３２が設けられていない他の風箱に比較して、風箱１４の外部に漏洩することがより確実に防止される。

揮発性有機化合物燃焼装置１は、既存のボイラを改造することにより製造することができる。たとえば、既存のボイラは、ボイラ送風機７と、内側ケーシング３１のみを備える風箱と、燃料ガス供給装置１５と、ボイラ本体１６と、バーナ１７と、を備えている。揮発性有機化合物燃焼装置１は、内側ケーシング３１に外側ケーシング３２を追設することにより風箱１４を形成し、既存のボイラにＶＯＣガスタンク５とＶＯＣガスブロア６と混合器８とパージガス供給装置３５とを追設することにより、容易に製造することができる。

図７は、第１比較例の揮発性有機化合物燃焼装置が備えるバーナを示している。バーナ１０１は、既述の実施形態におけるバーナ１７にＶＯＣガスノズル１０２が追加されている。ＶＯＣガスノズル１０２は、管状に形成され、バーナ外筒４１の内部のうちの複数の燃料ガスノズル４２とは別に独立して配置されている。

バーナ１０１は、ＶＯＣガスノズル１０２を介してＶＯＣガスを燃焼室１８に噴射するときに、炉内である燃焼室１８内よりも高い圧力、すなわち複数の燃料ガスノズル４２から噴射される燃料ガスと同程度の圧力にＶＯＣガスが加圧されている必要があり、第１比較例の揮発性有機化合物燃焼装置は、燃料ガスノズル４２から噴射される燃料ガスと同程度の圧力にＶＯＣガスを加圧する専用のコンプレッサを備える必要がある。

これに対して、本実施形態の揮発性有機化合物燃焼装置１では、ＶＯＣガスに燃焼用空気を混合させる事で、ＶＯＣガスを燃料ガスノズル４２から噴射される燃料ガスと同程度の圧力に加圧する専用のコンプレッサよりも圧力比が低くて小規模なＶＯＣガスブロア６を用いても、ＶＯＣガスを燃焼室１８に噴射する為の圧力を確保することができる。このため、揮発性有機化合物燃焼装置１は、このような専用のコンプレッサを設けないで済み、製造コストを低減することができる。
また、本実施形態のバーナ１７は、第１比較例のようにＶＯＣガスノズル１０２を備える必要がないので、より容易に製造でき、製造コストをより低減できる。

第２比較例の揮発性有機化合物燃焼装置は、燃料ガスとＶＯＣガスとが混合されたＶＯＣ混合燃料をバーナ１７の複数の燃料ガスノズル４２が噴射することにより、揮発性有機化合物を燃焼させる。このとき、第２比較例の揮発性有機化合物燃焼装置は、燃料ガスとＶＯＣガスとをＶＯＣ混合燃料に混合するときに、複数の燃料ガスノズル４２から噴射される燃料ガスと同程度の圧力にＶＯＣガスを加圧する必要があり、第１比較例の揮発性有機化合物燃焼装置と同様にして、複数の燃料ガスノズル４２から噴射される燃料ガスと同程度の圧力にＶＯＣガスを加圧するコンプレッサを備える必要がある。

図８には、揮発性有機化合物燃焼装置の変形例が示されている。変形例の揮発性有機化合物燃焼装置５１は、混合器８の風箱１４への設置個所が既述の実施形態と異なっており、それ以外は、既述の実施形態と同様に形成されている。揮発性有機化合物燃焼装置５１では、混合器８と風箱１４とが水平方向に並ぶように配置され、燃焼用空気入口２３が燃焼用空気吹出口２４と水平方向に並ぶように、混合器８が横向きに設置されている。このとき、混合器８は、ボイラ送風機７から供給された燃焼用空気とＶＯＣガスブロア６から供給されたＶＯＣガスとが、鉛直下方に向かってではなく、風箱１４の内側空間３３へ水平方向に平行に噴射するように設置されている。

揮発性有機化合物燃焼装置５１は、既述の揮発性有機化合物燃焼装置１と同様にして、混合器８により混合されたＶＯＣ混合空気を用いて、バーナ１７が燃料ガスを燃焼することにより、低圧のＶＯＣガスを燃焼させることができる。このため、揮発性有機化合物燃焼装置５１は、ＶＯＣガスを加圧する装置として、燃料ガスの圧力と同等の圧力にＶＯＣガスを加圧するコンプレッサより小規模に形成されるＶＯＣガスブロア６を用いることができる。

なお、混合器８は、設置個所が風箱１４の鉛直上側または横に限定されることがなく、ボイラ送風機７から供給された燃焼用空気とＶＯＣガスブロア６から供給されたＶＯＣガスとを、風箱１４の内側空間３３へ供給できる設置箇所であれば、どの位置に設置されてもよい。

なお、混合器８は、燃焼用空気にＶＯＣガスを混合する他の混合器に置換されることができる。このような混合器としては、邪魔板を用いて燃焼用空気にＶＯＣガスを混合する混合器が例示される。このような混合器を備える揮発性有機化合物燃焼装置も、既述の揮発性有機化合物燃焼装置１と同様にして、ＶＯＣガスを加圧する専用コンプレッサを備える必要がなく、小規模なＶＯＣガスブロア６を用いて揮発性有機化合物を燃焼する設備を容易に低コストで製造することができる。さらに、本実施形態の混合器８は、複数のＶＯＣガス吹出ノズル２６ａ，２６ｂ，２６ｃと複数のＶＯＣガス流路２７ａ，２７ｂ，２７ｃとが形成されていることにより、このような邪魔板を用いた混合器に比較して、燃焼用空気とＶＯＣガスとが混合されるときの圧力損失を低減することができ、さらに、小規模に形成されることができ、省スペースで設置することができる。このため、揮発性有機化合物燃焼装置１は、邪魔板を用いた混合器を備える揮発性有機化合物燃焼装置に比較して、既存のボイラに混合器８を容易に追設することができる。

なお、風箱１４の内側ケーシング３１と外側ケーシング３２との間の外側空間３４に供給されるパージガスとして、ボイラ本体１６に形成された複数のビューポートに供給されるシール空気が利用されることは、一例であり、シール空気と異なるパージガスを外側空間３４に供給してもよい。このようなパージガスとしては、シールガス供給装置と別個に設けられるコンプレッサにより圧縮された圧縮空気、たとえば、計装用の圧縮空気が例示される。

風箱１４は、外側空間３４にパージガスの供給なしにＶＯＣガスの漏洩が十分に防止することができる場合は、パージガス供給装置３５を省略することができる。さらに、風箱１４は、ＶＯＣガスの漏洩を引き起こす破損を十分に防止することができる場合は、二重ケーシング構造に形成する必要がなく、燃焼用空気およびＶＯＣガスが噴射される雰囲気の内側空間３３と風箱１４の外部とを１層で隔てるように形成されることができる。このような風箱が適用された揮発性有機化合物燃焼装置も、既述の揮発性有機化合物燃焼装置１と同様にして、ＶＯＣガスを加圧する専用コンプレッサを備える必要がなく、小規模なＶＯＣガスブロア６を用いて揮発性有機化合物を燃焼する設備を容易に低コストで製造することができる。

なお、揮発性有機化合物燃焼装置１は、タンカーに搭載されていない原油タンクとともに設けられているボイラに適用することもできる。このような原油タンクとしては、地上に配置されるタンクが例示される。
また、原油は、揮発性有機化合物が揮発する原油以外の物質に置換されることができる。このような物質としては、接着剤、塗料等の化学製品が例示される。このようなところに適用される揮発性有機化合物燃焼装置も、既述の実施の形態における揮発性有機化合物燃焼装置１と同様にして、ＶＯＣガスを加圧する専用コンプレッサを備える必要がなく、小規模なＶＯＣガスブロア６を用いて揮発性有機化合物を燃焼する設備を容易に低コストで製造することができる。

１ ：揮発性有機化合物燃焼装置
２ ：原油タンク
５ ：ＶＯＣガスタンク
６ ：ＶＯＣガスブロア
７ ：ボイラ送風機
８ ：混合器
１１：ＶＯＣガス配管
１４：風箱
１６：ボイラ本体
１７：バーナ
１８：燃焼室
１９：不活性ガス供給配管
２４：燃焼用空気吹出口
２５：ＶＯＣガス入口
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ：ＶＯＣガス吹出ノズル
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ：ＶＯＣガス流路
３１：内側ケーシング
３２：外側ケーシング
３３：内側空間
３４：外側空間
３５：パージガス供給装置

Claims (12)

1. 揮発性有機化合物を含有するＶＯＣガスと燃焼用空気とを混合する混合器と、
   前記混合器により混合されたＶＯＣ混合空気を用いて燃料を燃焼させるバーナと
   を備える揮発性有機化合物燃焼装置。
2. 前記ＶＯＣ混合空気を前記バーナに供給する風箱をさらに備え、
   前記風箱は、
   前記燃焼用空気と前記ＶＯＣガスとが噴射される雰囲気を内部に形成する内側ケーシングと、
   前記内側ケーシングを囲む外側ケーシングとを含む請求項１に記載される揮発性有機化合物燃焼装置。
3. 前記内側ケーシングと前記外側ケーシングとの間に形成される空間にパージガスを供給するパージガス供給装置をさらに備える請求項２に記載される揮発性有機化合物燃焼装置。
4. 前記パージガスは、前記燃料が燃焼する燃焼室を形成するボイラ本体に形成されたビューポートを冷却するために生成されたシール空気の一部である請求項３に記載される揮発性有機化合物燃焼装置。
5. 前記混合器は、
   前記燃焼用空気を噴射する燃焼用空気吹出口と、
   前記ＶＯＣガスが流れる複数のＶＯＣガス流路と、
   前記複数のＶＯＣガス流路に対応する複数のＶＯＣガス吹出ノズルとが形成され、
   前記複数のＶＯＣガス吹出ノズルは、前記燃焼用空気が噴射される領域に前記ＶＯＣガスを噴射する請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載される揮発性有機化合物燃焼装置。
6. 前記複数のＶＯＣガス流路は、流路長が長いほど流路断面積が大きくなるように形成されている請求項５に記載される揮発性有機化合物燃焼装置。
7. 前記燃焼用空気の圧力に基づいて算出された圧力に前記ＶＯＣガスを加圧して前記混合器に供給するＶＯＣガスブロアをさらに備える請求項１から請求項６のうちのいずれか一項に記載される揮発性有機化合物燃焼装置。
8. 前記ＶＯＣガスは、酸素の濃度が前記燃焼用空気より低く、かつ前記燃焼用空気よりも多くの不活性ガスを含有する請求項１から請求項７のうちのいずれか一項に記載される揮発性有機化合物燃焼装置。
9. 前記揮発性有機化合物が揮発する重油を貯留する重油タンクに、前記燃料が前記ＶＯＣ混合空気を用いて燃焼することにより生成される排ガスを前記不活性ガスとして供給する不活性ガス供給配管をさらに備える請求項８に記載される揮発性有機化合物燃焼装置。
10. 請求項１から請求項９のうちのいずれか一項に記載される揮発性有機化合物燃焼装置を備えるボイラ。
11. 請求項１から請求項９のうちのいずれか一項に記載される揮発性有機化合物燃焼装置を備えるタンカー。
12. 揮発性有機化合物を含有するＶＯＣガスと燃焼用空気とを混合することによりＶＯＣ混合空気を生成するステップと、
    前記ＶＯＣ混合空気を用いて燃料を燃焼させるステップと
    を備える揮発性有機化合物燃焼方法。

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