WO2016136699A1 - 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
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Definitions
- the present invention relates to a volatile organic compound combustion apparatus, a boiler, a tanker and a volatile organic compound combustion method used when processing a volatile organic compound.
- VOC Volatile Organic Compounds
- Patent Document 1 discloses an engine system that is realized with a simple structure and excellent cost even when a product gas obtained by reforming VOC is used as a fuel gas.
- Patent Document 2 discloses an induction heating furnace having a furnace shell structure that can ensure the hermeticity of the furnace with a simple structure without increasing the size and that does not cause a discharge.
- this induction heating furnace outside of the furnace shell surrounding the material to be heated, multiple furnace shells are arranged at intervals, and an inert gas is introduced into the space between the furnace shell and the furnace shell. And the pressure of this inert gas is made more than the pressure of the atmospheric gas in the furnace shell surrounding a to-be-heated material.
- JP 2010-203364 A Japanese Patent No. 5162949
- VOC As a method of processing VOC, there is a method of incinerating by burning VOC. In this case, the VOC is burned using a dedicated burner that injects VOC. However, it is necessary to prepare a dedicated compressor that pressurizes the VOC to a pressure sufficiently higher than the pressure in the furnace. An increase in manufacturing cost becomes a problem.
- the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a volatile organic compound combustion apparatus, a boiler, a tanker, and a volatile organic compound combustion apparatus that reduce the manufacturing cost of equipment for burning volatile organic compounds. It is to provide a method for burning volatile organic compounds.
- the volatile organic compound combustion apparatus uses a mixer that mixes VOC gas containing volatile organic compound and combustion air, and fuel using the VOC mixed air mixed by the mixer. And a burner for burning.
- the VOC gas is premixed in the combustion air for burning the fuel by the mixer, and is volatilized using the burner that burns the fuel. The organic compound was burned.
- VOC gas blower or the like that is smaller in scale and lower in pressure ratio than the compressor to burn the volatile organic compound, thereby reducing the manufacturing cost.
- the volatile organic compound combustion apparatus further includes a wind box for supplying the VOC mixed air to the burner.
- the wind box includes an inner casing that internally forms an atmosphere in which the combustion air and the VOC gas are injected, and an outer casing that surrounds the inner casing.
- Such a volatile organic compound combustion apparatus prevents the leakage of VOC mixed air in the wind box by using a double casing structure for the wind box in which VOC mixed air in which VOC gas and combustion air are mixed is stored. Can be made more reliable.
- the volatile organic compound combustion apparatus further includes a purge gas supply device that supplies a purge gas to a space formed between the inner casing and the outer casing.
- the purge gas is a part of seal air generated for cooling a viewport formed in a boiler body that forms a combustion chamber in which the fuel burns.
- Such a volatile organic compound combustion apparatus uses a part of the sealing air that cools the viewport as a purge gas supplied to the space between the inner casing and the outer casing. There is no need to provide a purge gas supply device for supplying purge gas to the space between them separately from the seal air supply device for supplying seal air to the viewport, and it can be manufactured at low cost.
- the mixer includes a combustion air outlet for injecting the combustion air, a plurality of VOC gas passages through which the VOC gas flows, and a plurality of VOC gas outlet nozzles corresponding to the plurality of VOC gas passages. Is formed.
- the plurality of VOC gas blowing nozzles inject the VOC gas into a region where the combustion air is injected.
- the mixer of such a volatile organic compound combustion apparatus distributes the VOC gas to a plurality of VOC gas flow paths and injects the VOC gas from each VOC gas blowing nozzle. Therefore, the VOC gas supplied to the mixer is used. It can be made to eject evenly from the VOC gas blowing nozzle. Further, such a mixer can be formed on a relatively small scale and can be installed in a space-saving manner.
- the plurality of VOC gas channels are formed such that the channel cross-sectional area increases as the channel length increases.
- VOC gas can be uniformly injected from a plurality of VOC gas blowing nozzles, and the VOC gas and the combustion air are not mixed so that the concentration of the volatile organic compound in the VOC mixed air is not biased. Can be mixed properly.
- the volatile organic compound combustion apparatus further includes a VOC gas blower that pressurizes the VOC gas to a pressure calculated based on the pressure of the combustion air and supplies the VOC gas to the mixer.
- Such a volatile organic compound combustion apparatus has only to be pressurized to a pressure calculated based on the pressure of the combustion air and mix the VOC gas with the combustion air, so the pressure ratio is lower than that of the compressor.
- a blower can be used. Thereby, installation cost and operation cost can be reduced.
- the VOC gas has an oxygen concentration smaller than that of the combustion air and contains more inert gas than the combustion air.
- VOC gas has a lower oxygen concentration than combustion air and contains more inert gas than combustion air, so that the combustion temperature when the fuel burns can be reduced.
- concentration of nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas produced by combustion can be reduced.
- the volatile organic compound combustion apparatus is configured to emit exhaust gas generated by burning the fuel using the VOC mixed air in a heavy oil tank that stores heavy oil from which the volatile organic compound is volatilized.
- An inert gas supply pipe for supplying the inert gas is further provided.
- Such a volatile organic compound combustion apparatus uses exhaust gas generated from fuel combustion as an inert gas supplied to a heavy oil tank.
- the exhaust gas generated by the combustion of the volatile organic compound can also be used as the inert gas, the fuel burned to generate the inert gas can be reduced.
- the boiler according to the second aspect of the present invention includes the volatile organic compound combustion apparatus according to the present invention.
- the tanker according to the third aspect of the present invention includes the volatile organic compound combustion apparatus according to the present invention and the heavy oil tank.
- such a tanker includes the volatile organic compound combustion apparatus of the present invention, the volatile organic compound that volatilizes from the heavy oil tank can be combusted with facilities excellent in manufacturing cost.
- a volatile organic compound combustion method includes a step of generating VOC mixed air by mixing VOC gas containing a volatile organic compound and combustion air, and using the VOC mixed air. And burning the fuel.
- VOC gas is premixed with combustion air for burning fuel to generate VOC mixed air, and this VOC mixed air is used. It was decided to burn the fuel.
- the volatile organic compound combustion apparatus, boiler, tanker, and volatile organic compound combustion method according to the present invention can reduce the manufacturing cost of equipment for burning volatile organic compounds.
- the volatile organic compound combustion apparatus 1 is mounted on a tanker for transporting crude oil and a facility for storing crude oil (FPSO: Floating Production, Storage and Offloading, etc.) and provided with a crude oil tank 2 as shown in FIG. Has been applied to boilers.
- the crude oil tank 2 stores crude oil in a storage space formed inside. Crude oil volatilizes volatile organic compounds (VOC: Volatile Organic Compounds).
- the volatile organic compound combustion apparatus 1 includes a VOC gas tank 5, a VOC gas blower 6, a boiler blower 7, and a mixer 8.
- the VOC gas tank 5 is connected to the upper part of the area where the crude oil is stored in the storage space of the crude oil tank 2 via the VOC gas pipe 11, and stores the VOC gas supplied from the crude oil tank 2.
- the VOC gas blower 6 pressurizes the VOC gas stored in the VOC gas tank 5 and supplies the VOC gas pressurized to a predetermined pressure (for example, 60 mbar) to the mixer 8.
- the boiler blower 7 pressurizes air and supplies combustion air pressurized to a predetermined pressure (for example, 60 mbar) to the mixer 8.
- the mixer 8 generates VOC mixed air by premixing the combustion air supplied from the boiler blower 7 with the VOC gas supplied from the VOC gas blower 6.
- the volatile organic compound combustion apparatus 1 includes a wind box 14, a fuel gas supply device 15, a boiler body 16, and a burner 17.
- the air box 14 temporarily stores the VOC mixed air premixed by the mixer 8 to rectify the air flow and supplies it to the burner 17 at a constant flow rate.
- the fuel gas supply device 15 supplies fuel gas (fuel) pressurized to a predetermined pressure (for example, 1 bar) to the burner 17. Examples of the fuel gas include hydrocarbon compounds such as methane, ethane, and propane.
- the boiler body 16 includes a combustion chamber 18, and a flame is formed in the combustion chamber 18.
- the burner 17 uses the VOC mixed air supplied from the wind box 14 to burn the fuel gas supplied from the fuel gas supply device 15 in the combustion chamber 18.
- the boiler body 16 is provided with a heat exchanger such as an evaporator (not shown).
- the heat exchanger heats water supplied from the outside to the steam drum 13 using heat generated by the combustion of the fuel gas to generate high-temperature and high-pressure steam.
- the steam generated by the heat exchanger is collected in the steam drum 13, and the steam separated in the steam drum 13 is supplied to an external demand destination (not shown).
- the boiler body 16 further has a plurality of viewports (not shown) formed on the wall surface for viewing the state of the internal combustion chamber 18 from the outside of the boiler body 16.
- the volatile organic compound combustion apparatus 1 is further provided with an inert gas supply pipe 19 connected to the upper part of the crude oil tank 2.
- the inert gas supply pipe 19 supplies part or all of the exhaust gas generated in the boiler body 16 by the combustion of the fuel gas as an inert gas to the upper part of the storage space of the crude oil tank 2.
- the upstream side of the inert gas supply pipe 19 is not shown in FIG. 1, the exhaust gas discharged from the boiler body 16 is provided at an arbitrary position in the smoke furnace.
- FIG. 2 shows a mixer 8 that mixes VOC gas and combustion air.
- the mixer 8 includes a combustion air duct 21 and a VOC gas duct 22.
- the combustion air duct 21 is formed in a rectangular parallelepiped shape and is formed in a container having a hollow inside, and a combustion air inlet 23 and a combustion air outlet 24 are formed.
- the combustion air inlet 23 is formed at the vertical upper end of the combustion air duct 21 and supplies the combustion air pressurized by the boiler blower 7 into the combustion air duct 21.
- the combustion air outlet 24 is formed by opening the entire vertical lower surface of the combustion air duct 21, and sends combustion air existing inside the combustion air duct 21 vertically downward.
- the VOC gas duct 22 is formed in a rectangular parallelepiped shape, has a hollow container shape, and is longer than the combustion air duct 21.
- the VOC gas duct 22 is arranged inside the combustion air duct 21 in such a structure that it is inserted from the side of the combustion air duct 21. Most of the VOC gas duct 22 is installed in the entire longitudinal direction inside the combustion air duct 21, and the remaining part is exposed to the outside of the combustion air duct 21.
- the VOC gas duct 22 includes a VOC gas inlet 25, a plurality of VOC gas blowing nozzles 26a, 26b, and 26c, and a plurality of VOC gas flow paths 27a, 27b, and 27c.
- the number of VOC gas blowing nozzles and VOC gas flow paths is not limited to three as in the present embodiment, and may be two or four or more.
- the VOC gas inlet 25 is formed at a vertical upper end of a portion of the VOC gas duct 22 that is disposed outside the combustion air duct 21.
- the VOC gas inlet 25 branches and supplies the VOC gas supplied from the VOC gas blower 6 to a plurality of VOC gas flow paths 27a, 27b, and 27c.
- each VOC gas blowing nozzle 26 a, 26 b, 26 c are arranged on the lower surface of the VOC gas duct 22 along a straight line along the longitudinal direction.
- Each VOC gas blowing nozzle 26 a, 26 b, 26 c is provided at a height position equivalent to the vertical lower end of the combustion air duct 21. Therefore, each VOC gas blowing nozzle 26 a, 26 b, 26 c is arranged so as to be surrounded by the combustion air outlet 24 of the combustion air duct 21.
- Each of the VOC gas blowing nozzles 26a, 26b, and 26c is formed in a tapered shape in which the flow channel area decreases toward the tip, and the flow channel cross-sectional area decreases toward the downstream side in the flow direction in which the VOC gas flows.
- the VOC gas is accelerated and ejected vertically downward.
- the plurality of VOC gas flow paths 27a, 27b, and 27c are formed inside the VOC gas duct 22, and correspond to the plurality of VOC gas blowing nozzles 26a, 26b, and 26c on a one-to-one basis. Therefore, the first VOC gas outlet nozzle 26a is connected to the downstream end of the first VOC gas passage 27a, the second VOC gas outlet nozzle 26b is connected to the downstream end of the second VOC gas passage 27b, and downstream of the third VOC gas passage 27c. The 3rd VOC gas blowing nozzle 26c is connected to the end. Thus, each VOC gas channel 27a, 27b, 27c is an independent channel.
- Each VOC gas channel 27a, 27b, 27c extends in the longitudinal direction of the VOC gas duct 22, the second VOC gas channel 27b is located below the first VOC gas channel 27a, and below the second VOC gas channel 27b.
- the third VOC gas flow path 27c is located in the position. Accordingly, since the first VOC gas flow path 27a is formed so as to bypass the second VOC gas flow path 27b from above in the vertical direction, the flow length of the first VOC gas flow path 27a is the second VOC gas flow path 27b. Longer than.
- the flow length of the second VOC gas flow path 27b is the third VOC gas flow path. It is longer than 27c. Therefore, the first VOC gas blowing nozzle 26a is located at the position farthest from the VOC gas inlet 25, and the third VOC gas blowing nozzle 26c is located at the position closest to the VOC gas inlet 25.
- the VOC gas channels 27a, 27b, and 27c are formed such that the channel cross-sectional area increases as the channel length increases, that is, the VOC gas outlet nozzles 26a, 26b,
- the VOC gas flow paths 27a, 27b, and 27c connected to 26c are formed so that the flow path cross-sectional area becomes larger.
- the first VOC gas passage 27a corresponding to the first VOC gas outlet nozzle 26a farthest in the horizontal direction from the VOC gas inlet 25 is more than the second VOC gas passage 27b corresponding to the adjacent second VOC gas outlet nozzle 26b.
- the third VOC gas channel 27c corresponding to the third VOC gas outlet nozzle 26c closest to the VOC gas inlet 25 in the horizontal direction has a channel cross-sectional area larger than that of the adjacent second VOC gas channel 27b. small. That is, the VOC gas flow paths 27a, 27b, and 27c are adjusted in cross-sectional area in accordance with the horizontal distance from the VOC gas inlet 25 to the VOC gas blowing nozzles 26a, 26b, and 26c. By adjusting the area, the pressure loss when the VOC gas flows through the VOC gas flow paths 27a, 27b, and 27c from the VOC gas inlet 25 to the VOC gas blowing nozzles 26a, 26b, and 26c is equalized.
- FIG. 4 shows a wind box 14.
- the wind box 14 includes an inner casing 31 and an outer casing 32.
- the inner casing 31 forms an inner space 33 to which VOC mixed air obtained by mixing VOC gas and combustion air is supplied from the mixer 8.
- the outer casing 32 is a container surrounding the inner casing 31, and an outer space 34 is formed between the outer casing 32 and the inner casing 31.
- a purge gas is supplied to the outer space 34 from a purge gas supply device 35. Examples of the purge gas include air and nitrogen gas.
- the volatile organic compound combustion apparatus 1 includes a seal gas supply device (not shown).
- the seal gas supply device pressurizes air and blows the seal air pressurized to a predetermined pressure (for example, 200 mbar) to a plurality of viewports (not shown) formed in the boiler body 16, thereby each view port. Cool the port.
- a part of the seal air pressurized by the seal gas supply device is supplied to the purge gas supply device 35 as a purge gas.
- the burner 17 is disposed in the inner space 33 of the wind box 14, and a front end side (lower end side) that forms a flame is exposed to the combustion chamber 18 of the boiler body 16.
- FIG. 5 shows a bottom view of the burner 17.
- the burner 17 includes a burner outer cylinder 41 and a plurality of fuel gas nozzles 42 to which fuel gas is supplied.
- the burner outer cylinder 41 is formed in a cylindrical shape.
- Each of the plurality of fuel gas nozzles 42 is formed in a tubular shape, and is arranged inside the burner outer cylinder 41 along a concentric circle with the central axis of the burner outer cylinder 41 as the center.
- a space between the burner outer cylinder 41 and each fuel gas nozzle 42 serves as a VOC mixed air nozzle 46 through which VOC mixed air flows.
- the VOC mixed air flows so as to surround the fuel gas ejected from each fuel gas nozzle 42.
- the burner outer cylinder 41 is provided with an opening or opening that allows the flow of the VOC mixed air in the inner space 33.
- the VOC mixed air flows into the burner outer cylinder 41 and is guided to the VOC mixed air nozzle 46 as indicated by the arrows shown in FIG.
- each fuel gas nozzle 42 is connected to a fuel gas header 44 through which the fuel gas is guided, and the fuel gas is distributed from the fuel gas header 44 to each fuel gas nozzle 42.
- a space between the fuel gas nozzles 42 is a VOC mixed air flow path 45 through which the VOC mixed air flows.
- the VOC mixed air that has flowed through the VOC mixed air flow path 45 is guided to the VOC mixed air nozzle 46.
- the burner 17 injects fuel gas from each fuel gas nozzle 42, and also injects VOC mixed gas from the periphery of each fuel gas nozzle 42 by the VOC mixed air nozzle 46, so that the fuel gas is discharged from the outlet of the burner 17.
- VOC mixed air is diffused to form one flame so that the flame is contained in the furnace, and both are burned in the combustion chamber 18.
- Combustion air is supplied from the boiler blower 7 to the mixer 8 at a predetermined pressure
- VOC gas is supplied from the VOC gas blower 6 at a pressure calculated based on the pressure of the combustion air.
- the pressure of the VOC gas is equal to the pressure of the combustion air or slightly higher than the pressure of the combustion air.
- the combustion air supplied to the mixer 8 is supplied to the inner space 33 of the wind box 14 through the combustion air outlet 24 of the mixer 8.
- the mixer 8 has a plurality of VOC gas flow paths 27a, 27b, and 27c formed such that the cross-sectional area of the flow path increases as the flow path length increases, so that the VOC gas farther from the VOC gas inlet 25 in the horizontal direction.
- An increase in pressure loss in the VOC gas passages 27a, 27b, and 27c for supplying the VOC gas to the blowing nozzles 26a, 26b, and 26c is reduced. For this reason, the VOC gas supplied to the mixer 8 does not decrease the flow rate of the VOC gas supplied to the VOC gas outlet nozzles 26a, 26b, and 26c far from the VOC gas inlet 25, and a plurality of VOC gas outlet nozzles 26a. , 26b, and 26c.
- VOC gas is accelerated and blown out from a plurality of VOC gas blowing nozzles 26 a, 26 b, and 26 c, and is well mixed with the combustion air supplied through the combustion air outlet 24 to enter the inner space 33 of the wind box 14. Supplied.
- the mixer 8 supplies the VOC gas evenly to the VOC gas blowing nozzles 26a, 26b, and 26c and injects them, so that the VOC gas in the VOC gas injected from the VOC gas blowing nozzles 26a, 26b, and 26c
- the concentration of volatile organic compounds can be equalized.
- the mixer 8 is supplied from the combustion air supplied from the boiler blower 7 and the VOC gas blower 6 by appropriately forming the cross-sectional areas of the plurality of VOC gas flow paths 27a, 27b, and 27c.
- the VOC gas can be properly mixed with a small pressure loss.
- the mixer 8 can be formed in a small scale by being formed in this way, and can be installed in a space-saving manner.
- the VOC mixed air mixed by the mixer 8 fills the inner space 33 of the wind box 14, is supplied to the burner 17 at a predetermined flow rate, and the combustion chamber of the boiler body 16 through the VOC mixed air nozzle 46 of the burner 17. 18 is injected.
- the burner 17 is further supplied with fuel gas from the fuel gas supply device 15 at a predetermined pressure.
- the fuel gas supplied from the fuel gas supply device 15 to the burner 17 is injected into the combustion chamber 18 of the boiler body 16 through the plurality of fuel gas nozzles 42 of the burner 17.
- the fuel gas injected from each fuel gas nozzle 42 is burned using oxygen contained in the VOC mixed air injected from the VOC mixed air nozzle 46 to form a flame.
- the volatile organic compound contained in the VOC mixed air is burned by using oxygen contained in the VOC mixed air by the flame caused by the combustion of the fuel gas.
- a part of the exhaust gas generated by the combustion of the fuel gas and the volatile organic compound is supplied as an inert gas to the upper part of the storage space of the crude oil tank 2 through the inert gas supply pipe 19 (see FIG. 1).
- the inert gas supplied to the crude oil tank 2 is mixed with the gas filling the upper part of the storage space of the crude oil tank 2, and the oxygen concentration of the gas filling the upper part of the storage space of the crude oil tank 2 is reduced.
- Volatile organic compounds that volatilize from the crude oil stored in the crude oil tank 2 are prevented from igniting by reducing the oxygen concentration of the gas filling the upper part of the storage space of the crude oil tank 2.
- Volatile organic compounds that volatilize from the crude oil are mixed with an inert gas supplied to the crude oil tank 2 via the inert gas supply pipe 19 to become VOC gas.
- the VOC gas stored in the upper part of the crude oil tank 2 is supplied to the VOC gas tank 5 via the VOC gas pipe 11 and stored in the VOC gas tank 5.
- the VOC gas supplied to the mixer 8 contains a volatile organic compound that volatilizes from crude oil and exhaust gas generated by combustion.
- Nitrogen contained in combustion air or fuel gas reacts with oxygen to produce nitrogen oxides (NOx) when the fuel gas burns at high temperature using combustion air.
- the VOC mixed air used for combustion of the fuel gas in the combustion chamber 18 is inactive compared to the combustion air supplied from the boiler blower 7 to the mixer 8 because the VOC gas contains exhaust gas. Gas concentration is high.
- the heat generated by the combustion of the fuel gas is also used for heating the inert gas, so that the temperature is lowered and the generated NOx is reduced.
- a through hole is formed in the inner casing 31 of the wind box 14, or a through hole is formed in a mounting portion joined to the inner casing 31 and the mixer 8.
- a through hole may be formed in the attachment part joined to the boiler body 16.
- the volatile organic compound combustion apparatus 1 can be manufactured by modifying an existing boiler.
- the existing boiler includes a boiler blower 7, a wind box including only the inner casing 31, a fuel gas supply device 15, a boiler body 16, and a burner 17.
- the volatile organic compound combustion apparatus 1 forms an air box 14 by adding an outer casing 32 to an inner casing 31, and a VOC gas tank 5, a VOC gas blower 6, a mixer 8, a purge gas supply device 35, and an existing boiler. Can be easily manufactured.
- FIG. 7 shows a burner provided in the volatile organic compound combustion apparatus of the first comparative example.
- a VOC gas nozzle 102 is added to the burner 17 in the above-described embodiment.
- the VOC gas nozzle 102 is formed in a tubular shape, and is disposed independently of the plurality of fuel gas nozzles 42 in the burner outer cylinder 41.
- the burner 101 When the VOC gas is injected into the combustion chamber 18 through the VOC gas nozzle 102, the burner 101 has a pressure higher than that in the combustion chamber 18 that is a furnace, that is, the same level as the fuel gas injected from the plurality of fuel gas nozzles 42.
- the volatile organic compound combustion apparatus of the first comparative example is dedicated to pressurizing the VOC gas to the same pressure as the fuel gas injected from the fuel gas nozzle 42. It is necessary to provide a compressor.
- the VOC gas is pressurized to the same pressure as the fuel gas injected from the fuel gas nozzle 42 by mixing the combustion air with the VOC gas.
- a pressure for injecting the VOC gas into the combustion chamber 18 can be secured.
- the volatile organic compound combustion apparatus 1 does not need to provide such a dedicated compressor, and can reduce the manufacturing cost.
- the burner 17 of this embodiment does not need to be provided with the VOC gas nozzle 102 like the 1st comparative example, it can manufacture more easily and can reduce manufacturing cost more.
- the volatile organic compound combustion apparatus of the second comparative example burns the volatile organic compound by injecting the VOC mixed fuel in which the fuel gas and the VOC gas are mixed, by the plurality of fuel gas nozzles 42 of the burner 17.
- the VOC is set to a pressure comparable to the fuel gas injected from the plurality of fuel gas nozzles 42. It is necessary to pressurize the gas, and in the same way as the volatile organic compound combustion apparatus of the first comparative example, it is necessary to include a compressor that pressurizes the VOC gas to the same pressure as the fuel gas injected from the plurality of fuel gas nozzles 42 There is.
- FIG. 8 shows a modification of the volatile organic compound combustion apparatus.
- the modified example of the volatile organic compound combustion apparatus 51 is different from the above-described embodiment in the installation location of the mixer 8 in the wind box 14, and is otherwise formed in the same manner as the above-described embodiment. .
- the mixer 8 and the wind box 14 are arranged so as to be aligned in the horizontal direction, and the mixer 8 so that the combustion air inlet 23 is aligned with the combustion air outlet 24 in the horizontal direction. Is installed sideways.
- the mixer 8 causes the combustion air supplied from the boiler blower 7 and the VOC gas supplied from the VOC gas blower 6 not to move vertically downward but to the inner space 33 of the wind box 14 in the horizontal direction. It is installed to inject in parallel.
- the volatile organic compound combustion apparatus 51 uses the VOC mixed air mixed by the mixer 8 in the same manner as the volatile organic compound combustion apparatus 1 described above, so that the burner 17 burns the fuel gas, thereby reducing the pressure.
- the VOC gas can be burned.
- the volatile organic compound combustion apparatus 51 can use the VOC gas blower 6 formed on a smaller scale than the compressor that pressurizes the VOC gas to a pressure equivalent to the pressure of the fuel gas as the apparatus that pressurizes the VOC gas. .
- the installation location of the mixer 8 is not limited to the vertical upper side or the side of the wind box 14, but the combustion air supplied from the boiler blower 7 and the VOC gas supplied from the VOC gas blower 6 are Any installation location that can be supplied to the inner space 33 of the box 14 may be installed.
- the mixer 8 can be replaced with another mixer that mixes VOC gas with combustion air.
- examples of such a mixer include a mixer that mixes VOC gas with combustion air using a baffle plate.
- the volatile organic compound combustion apparatus provided with such a mixer does not need to be provided with a dedicated compressor for pressurizing the VOC gas, and a small-scale VOC gas blower 6 is provided. Equipment for burning volatile organic compounds can be easily produced at low cost.
- the mixer 8 of the present embodiment uses such a baffle plate by forming a plurality of VOC gas blowing nozzles 26a, 26b, 26c and a plurality of VOC gas flow paths 27a, 27b, 27c.
- the pressure loss when the combustion air and VOC gas are mixed can be reduced, and further, it can be formed on a small scale and can be installed in a small space. .
- the volatile organic compound combustion apparatus 1 can easily add the mixer 8 to the existing boiler as compared with the volatile organic compound combustion apparatus including the mixer using the baffle plate.
- seal air supplied to a plurality of viewports formed in the boiler body 16 is used as purge gas supplied to the outer space 34 between the inner casing 31 and the outer casing 32 of the wind box 14.
- a purge gas different from the seal air may be supplied to the outer space 34.
- purge gas include compressed air compressed by a compressor provided separately from the seal gas supply device, for example, compressed air for instrumentation.
- the wind box 14 can omit the purge gas supply device 35 if the leakage of the VOC gas can be sufficiently prevented without supplying the purge gas to the outer space 34. Further, the wind box 14 need not be formed in a double casing structure if it can sufficiently prevent damage that causes leakage of the VOC gas, and the inner space of the atmosphere in which the combustion air and the VOC gas are injected is used. 33 and the outside of the wind box 14 can be formed so as to be separated by one layer. Similarly to the volatile organic compound combustion apparatus 1 described above, the volatile organic compound combustion apparatus to which such an air box is applied is not required to have a dedicated compressor for pressurizing the VOC gas, and is a small-scale VOC gas blower. 6 can easily produce a facility for burning a volatile organic compound at low cost.
- the volatile organic compound combustion apparatus 1 can also be applied to a boiler provided with a crude oil tank not mounted on a tanker. As such a crude oil tank, a tank disposed on the ground is exemplified.
- the crude oil can be replaced with a substance other than the crude oil in which the volatile organic compound volatilizes. Examples of such substances include chemical products such as adhesives and paints.
- the volatile organic compound combustion apparatus applied to such a place does not need to be provided with a dedicated compressor for pressurizing the VOC gas. A facility for burning a volatile organic compound using a simple VOC gas blower 6 can be easily manufactured at low cost.
- VOC gas blower 7 VOC gas blower 8: Mixer 11: VOC gas piping 14: Air box 16: Boiler body 17: Burner 18: Combustion chamber 19: Inert gas supply pipe 24: Combustion air outlet 25: VOC gas inlet 26a, 26b, 26c: VOC gas outlet nozzle 27a, 27b, 27c: VOC gas flow path 31: Inner casing 32: Outer casing 33: Inner space 34 : Outer space 35: Purge gas supply device
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Abstract
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。
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。
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。
本発明の第一態様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、本発明の第一態様に係る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。
そこで、本発明の第一態様に係る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。
本発明の第一態様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。
本発明の第一態様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。
本発明の第一態様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。
本発明の第一態様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。
本発明の第二態様によるボイラは、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。
本発明の第三態様によるタンカーは、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。
本発明の第四態様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、本発明の第四態様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。
そこで、本発明の第四態様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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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に記載の揮発性有機化合物燃焼装置。 - 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に記載の揮発性有機化合物燃焼装置。
- 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に記載の揮発性有機化合物燃焼装置。
- 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のいずれか一項に記載の揮発性有機化合物燃焼装置。 - 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に記載の揮発性有機化合物燃焼装置。
- 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のいずれか一項に記載の揮発性有機化合物燃焼装置。
- 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のいずれか一項に記載の揮発性有機化合物燃焼装置。
- 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に記載の揮発性有機化合物燃焼装置。
- 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の揮発性有機化合物燃焼装置を備えるボイラ。
- 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の揮発性有機化合物燃焼装置を備えるタンカー。
- 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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