工业用炉的排气系统

技术领域

本发明涉及一种能够以紧凑且低成本的结构处理排气中的未燃燃料(特别是，燃烧器燃料为氨时的未燃氨燃料)、并能够使排气无害化的工业用炉的排气系统。

背景技术

作为与工业用炉的排气处理相关的技术，已知有专利文献1～4。专利文献1的“辐射管燃烧器设备”具有辐射管燃烧器，该辐射管燃烧器向辐射管的一端部的燃烧器部供给燃料气体和燃烧用空气，在所述燃烧器部中使燃料气体在辐射管内燃烧，并使燃烧后的燃烧废气从辐射管的另一端部排出，该辐射管燃烧器设备构成为，在所述辐射管中的燃烧废气的排出方向下游侧的位置没置收容有三效催化剂的废气处理部，并且在比所述废气处理部靠燃烧废气的排出方向下游侧的位置设置使从废气处理部排出的燃烧废气所包含的未燃成分气体燃烧的后燃烧装置。

专利文献2的“工业炉”向燃烧器供给燃料气体和燃烧用空气，利用所述燃烧器使燃料气体在炉内燃烧，使燃烧后的燃烧废气从炉内通过排气管排出，该工业炉构成为，在所述排气管设置收容有三效催化剂的废气处理部，并且在比设置于所述排气管的废气处理部靠燃烧废气的排出方向下游侧的位置设置使从废气处理部排出的燃烧废气所包含的未燃成分气体燃烧的后燃烧装置。

对于专利文献3的“燃烧废气的氮氧化物的降低方法及其装置”，在燃烧装置内的700～1300℃的温度区域吹送氨并在氧存在的条件下分解氮氧化物的方法中，使上述分解处理后的废气通过催化剂层并同时分解废气中的残留氮氧化物和残留氨而使其无害化，该催化剂层在上述分解处理后的废气温度为600～500℃的区域与废气的流动方向平行地配置有催化剂而。

专利文献4的“含氨废气的除害装置”具备：填充筒，其填充有去除废气中的除氨以外的有害成分的去除剂；氧导入部，其向从填充筒导出的废气中添加含氧气体；以及氨分解筒，其填充有使添加的氧与氨反应而将氨分解成无害的氮和水的氧化催化剂。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第6525908号公报

专利文献2：日本专利第6525909号公报

专利文献3：日本特开昭54-77277号公报

专利文献4：日本特开平11-42422号公报

发明内容

发明要解决的课题

用燃烧器燃烧燃料时，若空气比低于“1”，则含有未燃燃料的废气有可能被排出到大气中。

在专利文献1的辐射管燃烧器、专利文献2的直火燃烧器中，在排气的排出方向下游侧的位置设置后燃烧装置，使未燃燃料燃烧。

另外，在使用氨作为燃烧器燃料的情况下，有可能将氨作为未燃燃料排出到大气中。氨即使是微量也会产生刺激臭味，若排出到大气中则会成为环境问题。

在专利文献3及专利文献4中，具备使用催化剂分解氨的除害装置。

专利文献1、专利文献2所公开的后燃烧装置必须始终持续运转，因此存在燃料费增大这样的课题。

专利文献3、专利文献4所公开的除害装置的设备规模大，因此，存在需要用于设置的宽阔的空间并且花费大量的成本这样的课题。

本发明是鉴于上述现有的课题而提出的，其目的在于提供一种能够以紧凑且低成本的结构处理排气中的未燃燃料、并能够使排气无害化的工业用炉的排气系统。

用于解决课题的方案

本发明的工业用炉的排气系统的特征在于，具备：自燃生成部，其设置于工业用炉的排气流路，使排气中的未燃燃料产生自燃；自燃促进机构，其设置于所述自燃生成部的上游，促进未燃燃料的自燃；检测机构，其设置于所述自燃生成部的下游，用于检测经过了所述自燃生成部的排气中的未燃燃料；以及控制机构，其根据所述检测机构的检测结果对所述自燃促进机构进行控制。

所述工业用炉的排气系统的特征在于，所述自燃生成部是对流通的排气的热进行蓄积的蓄热部。

所述工业用炉的排气系统的特征在于，所述自燃生成部是催化剂。

所述工业用炉的排气系统的特征在于，所述自燃促进机构是对排气进行加热的加热器。

所述工业用炉的排气系统的特征在于，所述自燃促进机构是向排气供给空气的空气供给机构。

所述工业用炉的排气系统的特征在于，所述自燃促进机构是对排气进行加热的燃烧器。

所述工业用炉的排气系统的特征在于，所述检测机构是温度传感器。

所述工业用炉的排气系统的特征在于，所述检测机构是未燃燃料检测传感器。

所述工业用炉的排气系统的特征在于，所述检测机构是氧检测传感器。

发明效果

在本发明的工业用炉的排气系统中，能够以紧凑且低成本的结构处理排气中的未燃燃料，并能够使排气无害化。

附图说明

图1是对本发明的工业用炉的排气系统的优选实施方式进行说明的说明图。

附图标记说明：

1 工业用炉

1a 炉壁

2 辐射管燃烧器

2a 辐射管

3 直火型燃烧器

4 烟囱

5 排气管

6 自燃生成部

6a 网格状构件

6b 蓄热材料

7 加力燃烧器(afterburner)

8 燃料供给管

8a 阀

9 空气供给管

9a 阀

10 控制器

11 温度传感器

12 氨检测传感器(未燃燃料检测传感器)

12a 氧检测传感器

E 排气。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的工业用炉的排气系统的优选实施方式进行详细说明。

如图1所示，本实施方式的工业用炉的排气系统例如设置在具备辐射管燃烧器2、直火型燃烧器3等的工业用炉1中。

在具备辐射管燃烧器2的工业用炉1的情况下，形成为U字型的辐射管2a配置于工业用炉1的内部。

辐射管2a的两端部贯通炉壁1a延伸到工业用炉1的外部，在辐射管2a的一端部侧，利用所供给的燃料气体及燃烧用空气进行燃烧动作，在辐射管2a内产生的排气E流通到与辐射管2a的另一端部侧连接的排气管5，并从与该排气管5连接的烟囱4向外部排出。

在具备直火型燃烧器3的工业用炉1的情况下，向设置于炉壁1a的直火型燃烧器3供给燃料气体及燃烧用空气，通过直火型燃烧器3的燃烧动作而在工业用炉1内产生的排气E流通到与炉壁1a连接的排气管5，从与该排气管5连接的烟囱4向外部排出。

在本实施方式的工业用炉的排气系统中，例示使用氨(NH

在构成工业用炉1的排气流路的排气管5中，在其中途的适当位置设置有自燃生成部6。

自燃生成是指排气E中的未燃的燃料气体自然点火而发生燃烧反应(自燃)。

自燃生成部6例如是指具备这样的条件的部位：保持燃料气体的点火点(起火点)以上的温度、并且保持充分的氧量。

自燃生成部6被设置为，在排气管5的中途划分该自燃生成部6的上游侧(工业用炉1侧)和下游侧(烟囱4侧)，并且允许排气E从上游侧向下游侧流通。

自燃生成部6的一例由将在排气管5中流通的排气E的废热进行蓄积的蓄热部构成。

蓄热部例如通过在排气管5内沿排气E的流通方向隔开间隔地配置两张网格状构件6a，并在这两张网格状构件6a之间填充许多球状蓄热材料6b而构成。

排气E通过作为自燃生成部6的蓄热部中的蓄热材料6b的间隙，从上游侧朝向下游侧流动，到达烟囱4。

当排气E在自燃生成部6中流通时，蓄热材料6b利用蓄积的废热，使排气E所包含的未燃燃料气体氨通过自燃反应燃烧。

在排气管5中设置自燃促进机构，该自燃促进机构配置于比自燃生成部6靠上游侧的位置，促进未燃燃料的自燃。

自燃促进机构的一例由加力燃烧器7构成，该加力燃烧器7利用供给的燃烧用空气及燃料进行燃烧动作来加热排气E。

加力燃烧器7通过燃烧用空气和燃料的混合而进行燃烧动作，并利用作为后述的控制机构的控制器10实现启动/停止以及燃烧控制。

在加力燃烧器7连接有燃料供给管8和燃烧用空气供给管9。

加力燃烧器7通过进行燃烧动作而使排气E的温度上升。

当排气E升温时，能够使蓄热材料6b的温度上升，并且能够促进氨的自燃。

此时，加力燃烧器7优选以理想空燃比(空气比为1.0)燃烧。

另一方面，通过使加力燃烧器7进行空气过多、即氧气过多的富空气燃烧，能够将氧成分向蓄热部(自燃生成部6)供给，能够在自燃生成部6使促进自燃的氧量增加。

在排气管5中，作为配置于比自燃生成部6靠下游侧的位置且用于检测经过了自燃生成部6的排气E中的未燃燃料的检测机构，设置有检测排气管5内的温度的温度传感器11和检测作为未燃燃料的氨的氨检测传感器12。

温度传感器11配置于自燃生成部6的附近，检测通过了自燃生成部6的排气E的温度。

通过检测自燃生成部6附近的排气E的温度，间接地检测与该排气E为大致同等的温度的自燃生成部6的温度。

排气E在通过蓄热材料6b时，其热量蓄积于蓄热材料6b，在自燃生成部6的出口温度变低。

因此，如果在自燃生成部6的下游侧排气E的温度为产生自燃的温度以上，则比自燃生成部6的出口靠上游的蓄热材料6b整体为产生自燃的温度以上，能够可靠地使其自燃，因此优选在自燃生成部6的下游侧检测排气E的温度。

温度传感器11及氨检测传感器12设置于排气管5的外部，与对作为自燃促进机构的加力燃烧器7进行控制的控制器10连接。

加力燃烧器7的燃料供给管8及燃烧用空气供给管9的阀8a、9a与控制器10连接。

控制器10执行加力燃烧器7的启动/停止、以及基于燃料供给管8及燃烧用空气供给管9的阀8a、9a的开闭控制的加力燃烧器7的燃烧控制。

控制器10基于温度传感器11及氨检测传感器12的检测结果，在检测温度比设定温度低时和检测到氨时的任一情况下，启动加力燃烧器7并进行燃烧运转。

此时，控制器10根据需要将加力燃烧器7的燃烧设为理想空燃比、或者利用富空气进行燃烧控制。

另一方面，在检测温度比设定温度高且未检测到氨时，停止加力燃烧器7。

具体而言，控制器10例如在由温度传感器11检测到的温度比设定温度低的情况下，使阀8a、9a进行打开动作，向加力燃烧器7供给燃料及燃烧用空气而使其燃烧。

此时，设定温度例如是排气E所包含的氨产生自燃的温度(点火点)或其以上的温度。

另外，控制器10例如在利用氨检测传感器12在通过了自燃生成部6的排气E中检测出氨的情况下，也使阀8a、9a进行打开工作，向加力燃烧器7供给燃料及燃烧用空气而使其燃烧。

根据本实施方式的工业用炉的排气系统，在排气管5内，在自燃生成部6的上游侧，暴露在加力燃烧器7的燃烧中的排气E被加热且被供给空气，从而促进自燃作用，使排气E所包含的未燃氨燃烧。

进而，排气E在与空气一起通过自燃生成部6时被蓄热材料6b加热而燃烧，由此，在排气E中残留有氨的情况下，也能够使该残留氨消失。

这样，含有氨的排气E经过加力燃烧器7而流入自燃生成部6，并且，在加力燃烧器7中被加热且被供给空气的排气E中的氨在该自燃生成部6中产生分解为氮和水的自燃作用，由此能够在排气管5内使含有氨的排气E无害化，能够防止氨向外部排出。

另外，加力燃烧器7基于设置于自燃生成部6的下游侧的温度传感器11及氨检测传感器12的检测结果被点火而进行燃烧动作，因此能够仅在需要的情况下使其燃烧。

因此，与始终持续燃烧的情况相比，能够抑制燃料的消耗，能够实现成本降低。

另外，构成自燃促进机构的加力燃烧器7、自燃生成部6、温度传感器11及氨检测传感器12设置于排气管5，因此与设置规模大的除害装置的情况相比，能够实现紧凑。

这样，根据本实施方式的工业用炉的排气系统，能够以紧凑且低成本的结构处理排气E中的未燃燃料，能够使排气E无害化。

在上述实施方式中，对具备加力燃烧器7作为进行加热及空气供给的自燃促进机构的例子进行了说明，但也可以是，代替加力燃烧器7，仅具备对排气进行加热的加热器作为加热机构。

或者，也可以是，代替加力燃烧器7，作为简单的空气供给机构而具备与排气管5连接且对该排气管5内的排气E供给空气的燃烧用空气供给管。

如果自燃生成部6成为燃料自燃的温度以上，则未燃的燃料仅与空气混合即可燃烧。

进而，也可以是，代替加力燃烧器7而具备上述加热器及燃烧用空气供给管这两者。

上述加热器、燃烧用空气供给管也由控制器10进行工作控制。

当然，即使是上述加热器、燃烧用空气供给管，也作为自燃促进机构发挥功能，起到与上述实施方式同样的作用效果。

在上述实施方式中，对具备温度传感器11及氨检测传感器12两者的例子进行了说明，但不限于此，也可以是具备温度传感器11和氨检测传感器12中的任一方的结构。

在上述实施方式中，对使用蓄热材料6b作为自燃生成部6的例子进行了说明，但不限于此，也可以代替蓄热材料6b而使用起到氨的分解作用的催化剂。

在使用催化剂的情况下，排气E、或者在控制器10的控制下被加力燃烧器7、加热器加热，或进而被供给了空气的排气E流入作为自燃生成部6的催化剂，然后该催化剂温度上升而活化，促进氨的分解反应，其结果是，与自燃作用相互作用，能够有效地使排气E无害化。

在上述实施方式中，对使用氨检测传感器12作为检测排气E所包含的未燃燃料的检测机构的例子进行了说明，但不限于此，也可以代替氨检测传感器12而使用氧检测传感器12a。

在氨燃料的燃烧中，氨与氧发生反应，生成氮和水(水蒸气)。

因此，在自燃生成部6为氨的点火点以上的温度且从通过了自燃生成部6的排气E中检测出氧时，可知实现了氨的完全燃烧且氧过多。

另一方面，当由氧检测传感器12a未检测到氧时或仅检测到少量氧时，可知排气E中残留有未燃氨的可能性高。

这样，即使是氧检测传感器12a，也能够用作检测排气E所包含的未燃燃料的检测机构。

控制器10以在氧检测传感器12a未检测到氧时使加力燃烧器7进行燃烧动作等、在检测到氧时停止加力燃烧器7的燃烧等的方式进行控制。

进而，在上述实施方式中，作为工业用炉1，举出将氨作为燃料的工业用炉1为例进行了说明，但不限于此，也可以是使用化石燃料(民用燃气、油等烃系燃料，以下相同)获得燃烧热的工业用炉1。

在利用化石燃料运转的工业用炉1的情况下，使用氧检测传感器12a作为检测机构。

由此，能够防止因排气E中所包含的未燃烧成分而引起的危险、使用燃料量的浪费。

在化石燃料的燃烧中，燃料与氧发生反应而产生火焰。

因此，在自燃生成部6为化石燃料的点火点以上的温度且从通过了自燃生成部6的排气E中检测出氧时，可知实现了化石燃料的完全燃烧且氧过多。

另一方面，在氧检测传感器12a未检测到氧时或仅检测到少量氧时，可知排气E中残留有化石燃料的可能性高。

控制器10以在氧检测传感器12a未检测到氧时使加力燃烧器7进行燃烧动作等、在检测到氧时停止加力燃烧器7的燃烧等的方式进行控制。

这样，本实施方式的工业用炉的排气系统即使应用于燃烧化石燃料的工业用炉1，也能够起到与上述实施方式同样的作用效果。

上述实施方式用于使本发明容易理解，并非用于限定地解释本发明。本发明能够不脱离其主旨而被进行变更、改良，并且本发明当然包括其等同物。