特許 6331304 グランドフレア

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6331304

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】グランドフレア

(51)【国際特許分類】

   F23G 7/08 20060101AFI20180521BHJP

【ＦＩ】

   F23G7/08 A

【請求項の数】1

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2013-195989(P2013-195989)

(22)【出願日】2013年9月20日

(65)【公開番号】特開2015-59737(P2015-59737A)

(43)【公開日】2015年3月30日

【審査請求日】2016年7月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】塚本 信行

(72)【発明者】

【氏名】中原 大輔

(72)【発明者】

【氏名】加藤 壮一郎

【審査官】 渡邉 聡

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５５−１６７０２８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第０５９８３６４３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１０３４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０１９３６５２４（ＣＮ，Ａ）

【文献】 国際公開第９８／０１４７３４（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 特開昭６０−０３８５２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｇ ７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上端が開放状態で地上に立設された風防と、該風防の内側に設けられ、燃焼用空気が通過自在な空気導入部と、当該空気導入部の上に立設された煙突と、当該煙突内に設けられた複数のバーナと、を備えるグランドフレアにおいて、
上方から見たとき、前記煙突内に、前記バーナが設置されるバーナ設置領域と、前記バーナの大きさよりも広くかつ前記バーナが設置されてないバーナ非設置領域とが設けられ、
前記バーナの配列パターンが同一とされると共に前記煙突の周方向に複数配列されるバーナ群を備え、
各々の前記バーナ群にて中心を通る同一箇所に設けられた軸を基準軸とし、
各バーナ群は、上方から見たときの隣り合う前記バーナ群の前記基準軸同士の角度である群間角度の全てが異なるように配列されている
ことを特徴とするグランドフレア。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、グランドフレアに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１に示すような、上端が開放状態で地上に立設された風防と、風防の底部から離間して配置される煙突とを備えるグランドフレアは、煙突内に配置された複数のバーナによって可燃性排ガスを焼却処理する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１５６５０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述のような構造のグランドフレアは、音場として見た場合には、両端が開放された開管と捉えることができる。このような音場には、バーナを励振源とすると共に管軸方向の管長（音場の長さ）に依存する音響定在波が発生する。この音響定在波は、平面波として音場の管軸方向に伝搬する。

【0005】

ここで、特許文献１に示すグランドフレアのように、管軸方向と直交する面内の全域に対して均一にバーナが配置されていると、平面波に対して面内に均一に熱源（バーナ）からエネルギの授受が行われ、熱音響自励振動と同じ現象が生じやすくなる。すなわち、平面波の全域に対して均一にエネルギの授受が行われ、これによって音場内の気体が大きく振動する。この結果、周囲の物体を共振及び振動させる低周波振動が発生する。

【0006】

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、グランドフレアにおいて、低周波振動による周囲への影響を低減することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、上端が開放状態で地上に立設された風防と、該風防の内側に設けられ、燃焼用空気が通過自在な空気導入部と、当該空気導入部の上に立設された煙突と、当該煙突内に設けられた複数のバーナと、を備えるグランドフレアにおいて、上方から見たとき、上記煙突内に、上記バーナが設置されるバーナ設置領域と、上記バーナの大きさよりも広くかつ上記バーナが設置されてないバーナ非設置領域とが設けられている、という手段を採用する。

【0008】

また、本発明では、第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、上記バーナの配列パターンが同一とされると共に上記煙突の周方向に複数配列されるバーナ群を備え、各バーナ群は、上方から見たときの隣り合う上記バーナ群同士の角度である群間角度の少なくとも１つが他と異なるように配列されている、という手段を採用する。

【0009】

また、本発明では、第３の解決手段として、上記第２の解決手段として、上記バーナ群同士が干渉しない範囲において、複数の上記群間角度の値の最小公倍数が最も大きくなるように上記バーナ群が配置されている、という手段を採用する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、上方から見たときに、煙突内に、バーナが設置されるバーナ設置領域と、バーナの大きさよりも広くかつバーナが設置されてないバーナ非設置領域とが設けられている。このため、バーナ設置領域の温度がバーナ非設置領域の温度よりも高くなり、音場の管軸と直交する平面内の温度分布が不均一となる。温度の高い領域では温度の低い領域よりも音速が高まることから、音場を伝搬する音響定在波は、上述のように温度分布が不均一となることで平面内における速度が部分的に異なることになり、平面波を保てなくなる。この結果、管軸と直交する面内において音響定在波に対して均一にエネルギの授受が行われることがなく、音場内の気体が大きく振動することを抑止することができる。したがって、本発明によれば、グランドフレアにおいて、低周波振動による周囲への影響を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係るグランドフレアＡの構成を示す垂直断面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るグランドフレアＡの構成を示す垂直断面図である。

【図3】（ａ）が本発明の一実施形態に係るグランドフレアＡでの作用を説明するための模式図であり、（ｂ）が従来のグランドフレアでの作用を説明するための模式図である。

【図4】本発明の一実施形態に係るグランドフレアＡの変形例であるグランドフレアＡ１の構成を示す垂直断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係るグランドフレアＡは、プラントにおいて余剰に発生した可燃性ガスを処理対象として燃焼処理するための設備である。このグランドフレアＡは、例えばＬＮＧ基地に備えられ、ＬＮＧタンクで不可避的に発生するＢＯＧガス（ボイルオフガス）を熱処理する。

【0013】

また、このグランドフレアＡは、図１及び図２に示すように、基礎１、風防２、空気導入部３、煙突４、複数のバーナ５、供給管６及び制御弁７を少なくとも備えている。なお、上記風防２は一般に「フェンス」とも呼ばれ、また煙突４は「スタック」とも呼ばれている。また、図１においては、後述するバーナ設置領域Ｒａとバーナ非設置領域Ｒｂとが図示されるように、断面図の切断面を設定している。

【0014】

基礎１は、上面が水平面となるように地上に構築されたコンクリート構造物である。風防２は、上端が開放状態で地上に立設された円筒体である。より詳しくは、風防２は、基礎１の上面との間に隙間が存在しない状態で基礎１上に垂直状態に設置された円筒体である。さらに言うと、風防２の下端は全周において基礎１の上面と接触した状態であるが、風防２の上端は完全に開放状態である。

【0015】

空気導入部３は、上記風防２の内側に当該風防２に対して同心状に構築された略円筒状の開口である。例えば、空気導入部３は、所定間隔を空けて同環状に配置された複数の支柱によって構成されており、基礎１の上面から所定の高さに亘って、また略全周に亘って燃焼用空気の通過が自在である。

【0016】

煙突４は、上記空気導入部３の上に垂直姿勢で設けられた円筒体である。この煙突４は、上記空気導入部３と同一径であり、所定の長さを有している。なお、煙突４の長さ（高さ）は、複数のバーナ５で発生する火炎が外部から視認できないように、つまり煙突４の上端が火炎の上端よりも高くなるように設定されている。

【0017】

バーナ５は、上記煙突４の内部、かつ当該煙突４内において上記空気導入部３の上端よりも若干高い位置（水平位置）に所定間隔を空けて複数設けられている。このような複数のバーナ５は、風防２の上端から風防２内に取り込まれ、さらに空気導入部３を介して煙突４内に取り込まれた燃焼用空気を酸化剤として、上述した可燃性ガス（処理対象）を燃焼させる。

【0018】

供給管６は、複数のバーナ５に可燃性ガス（処理対象）を供給する配管である。この供給管６は、風防２を貫通して当該風防２内に引き込まれ、さらに空気導入部３を介して煙突４内に引き込まれている。

【0019】

制御弁７は、風防２の外側であって供給管６に設けられている。この制御弁７は、グランドフレアＡで可燃性ガスを燃焼処理する必要が生じた場合に開状態に設定され、グランドフレアＡで可燃性ガスの処理が必要ない場合には閉状態に設定される。

【0020】

さらに、本グランドフレアＡの特徴的構成について説明すると、図２に示すように、上方から見たとき、煙突４内に、バーナ５が設置されるバーナ設置領域Ｒａと、１つのバーナ５の大きさよりも広くかつバーナ５が設置されてないバーナ非設置領域Ｒｂとが設けられている。

【0021】

バーナ非設置領域Ｒｂは、バーナ５を設置することができるスペースに対して、意図してバーナ５を設置していない領域である。このバーナ非設置領域Ｒｂを設けることによって、上方から見たときの煙突４内におけるバーナ５の配置が不均一なものとなっている。

【0022】

また、本グランドフレアＡでは、煙突４の中心に配置される中央バーナ５ａと、３つ（複数）のバーナ群１０（第１バーナ群１１、第２バーナ群１２及び第３バーナ群１３）を備えている。各バーナ群１０は、５つのバーナ５からなり、これらのバーナ５の配列パターンが同一とされている。また、これらのバーナ群１０は、中央バーナ５ａを中心として、煙突４の周方向に配列されている。つまり、本グランドフレアＡは、中央バーナ５ａと、煙突４の周方向に複数配列されるバーナ群１０を備えている。なお、各バーナ群１０は、各々を形成するバーナ５の配置パターンが、中央バーナ５ａを中心として点対称となるように配置されている。

【0023】

このようなバーナ群１０が配置される領域にはバーナ５が設置され、この領域がバーナ設置領域Ｒａとなっている。また、煙突４の周方向におけるバーナ群１０同士の間の領域にはバーナ５が設置されておらず、この領域がバーナ非設置領域Ｒｂとなっている。

【0024】

図２に示すように、各バーナ群１０の中心を通る基準軸を基準軸Ｌとし、上方から見たときの隣り合うバーナ群１０の基準軸Ｌ同士の角度を群間角度とし、第１バーナ群１１の基準軸Ｌと第２バーナ群１２の基準軸Ｌとの群間角度を第１群間角度θ１、第２バーナ群１２の基準軸Ｌと第３バーナ群１３の基準軸Ｌとの群間角度を第２群間角度θ２、第３バーナ群１３の基準軸Ｌと第１バーナ群１１の基準軸Ｌとの群間角度を第３群間角度θ３とする。

【0025】

本グランドフレアＡにおいては、第１群間角度θ１と、第２群間角度θ２と、第３群間角度θ３とが全て異なる角度に設定されている。例えば、第１群間角度θ１を１２０°、第２群間角度θ２を１００°、第３群間角度θ３を１４０°に設定する。これによって、上方から見たときの煙突４内のバーナ５の配置がより不均一なものとなる。

【0026】

なお、後に説明するが、低周波振動の発生を抑制するためには、上方から見たときの煙突４内のバーナ５の配置が出来る限り不均一であることが望ましい。このため、バーナ群１０同士が干渉しない範囲において、第１群間角度θ１と、第２群間角度θ２と、第３群間角度θ３との値の最小公倍数が最も大きくなるようにバーナ群１０を配置することが好ましい。

【0027】

次に、本グランドフレアＡの作用・効果について詳しく説明する。
本グランドフレアＡでは、可燃性ガスの燃焼処理が必要な事態となると、プラント制御装置によって制御弁７が閉状態から開状態に設定され、さらにプラント制御装置によって不図示のパイロットバーナが作動させられることによって、バーナ５が着火する。

【0028】

このようにして本グランドフレアＡが稼働を開始すると、複数のバーナ５は、各々に空気導入部３を介して外気から取り入れた燃焼用空気を酸化剤として可燃性ガス（処理対象）を燃焼させるが、この燃焼に伴って煙突４内では騒音（燃焼音）が発生する。そして、この燃焼音が主因となって風防２及び煙突４が自らの固有振動数で共振して低周波振動を発する。

【0029】

ここで、本実施形態のグランドフレアＡによれば、上方から見たときに、煙突４内に、バーナ５が設置されるバーナ設置領域Ｒａと、バーナ５の大きさよりも広くかつバーナ５が設置されてないバーナ非設置領域Ｒｂとが設けられている。このため、バーナ設置領域Ｒａの温度がバーナ非設置領域Ｒｂの温度よりも高くなり、煙突４の管軸と直交する平面内の温度分布が不均一となる。

【0030】

温度の高い領域では温度の低い領域よりも音速が高まることから、煙突４内を伝搬する音響定在波は、温度分布が不均一となることで平面内における速度が部分的に異なることになり、平面波を保てなくなる。すなわち、図３（ａ）に示すように、バーナ設置領域Ｒａでは温度が高く音速が高まり、バーナ非設置領域Ｒｂでは温度が低く音速がバーナ設置領域Ｒａよりも遅くなる。

【0031】

このため、図３（ｂ）に示すように、従来のグランドフレアのように、煙突４内に均一にバーナ５を設置した場合には、音響定在波Ｈが平面波のまま伝搬するのに対して、本グランドフレアＡによれば、音響定在波Ｈが平面波ではなくなる。

【0032】

このような本グランドフレアＡによれば、煙突４の管軸と直交する面内において音響定在波Ｈに対して均一にエネルギの授受が行われることがなく、音場内の気体が大きく振動することを抑止することができる。したがって、本グランドフレアＡによれば、低周波振動による周囲への影響を低減することができる。

【0033】

また、本グランドフレアＡにおいては、バーナ５の配列パターンが同一とされると共に煙突４の周方向に複数配列されるバーナ群１０を備え、第１群間角度θ１と、第２群間角度θ２と、第３群間角度θ３とが全て異なる角度に設定されている。このため、上方から見たときの煙突４内のバーナ５の配置がより不均一なものとすることができ、気体の振動抑止効果がより高まる。なお、バーナ群１０同士が干渉しない範囲において、第１群間角度θ１、第２群間角度θ２、及び第３群間角度θ３の値の最小公倍数が最も大きくなるようにバーナ群１０を配置することによって、煙突４内のバーナ５の配置がより不均一なものとなり、気体の振動抑止効果がさらに高まる。

【0034】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態においては、複数のバーナ５からなるバーナ群１０を３つ備え、各バーナ群１０を煙突４の周方向に配列し、これらのバーナ群１０の間をバーナ非設置領域Ｒｂとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図４に示すグランドフレアＡ１に示すように、バーナ５をグループ化せずに水平方向に配列し、そのうちの複数の除くことによってバーナ非設置領域Ｒｂを形成しても良い。

【0035】

（２）上記実施形態では、３つのバーナ群１０を備えた。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、バーナ非設置領域Ｒｂが設けられるようにバーナ群１０を２つあるいは４つ以上備えるようにしても良い。

【0036】

（３）上記実施形態では、第１群間角度θ１と、第２群間角度θ２と、第３群間角度θ３とが全て異なる角度とされている。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、これらの群間角度のうちいずれかが同じ値であっても良い。すなわち、本発明では、群間角度の少なくとも１つが他とことなるようにバーナ群１０が配列されていれば良い。

【符号の説明】

【0037】

Ａ……グランドフレア、Ａ１……グランドフレア、１……基礎、２……風防、３……空気導入部、４……煙突、５……バーナ、５ａ……中央バーナ、６……供給管、７……制御弁、１０……バーナ群、１１……第１バーナ群、１２……第２バーナ群、１３……第３バーナ群、Ｈ……音響定在波、Ｌ……基準軸、Ｒａ……バーナ設置領域、Ｒｂ……バーナ非設置領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】