火力機器の排出規制がますます厳しくなり、それに対応するため、低排出ガスバーナーの改修が一般的になりつつある。過去において、バーナー設計は、排出要件を達成することに主眼が置かれ、将来のバーナーメンテナンス要件はほとんど無視されてきた。排出要件を満たすことに重点を置いた設計が多く、将来のバーナーメンテナンス要件が全く考慮されていないため、オペレーターは、設置当初は排出目標を達成していても、要求される排出レベルを一貫して達成するためにすぐにメンテナンスの負担となるバーナーに苦慮している。
この論文では、エンドユーザーの現場からのフィードバックと継続的なバーナーメンテナンスにつながる要因の理解を組み合わせることで、低メンテナンスバーナー設計機能を低排出ガスバーナー設計要件と統合し、なおかつ排出ガス目標を達成する方法を示す。Zeeco 特許を取得した次世代バーナーFreejetTM には、このような低メンテナンス機能が組み込まれている。
本論文では、バーナー設計に組み込むべき具体的な低メンテナンス設計機能について検討する。これらの特徴は以下の通りである：
- 数値流体力学（CFD）によるガスチップ設計の見直し
- ガス先端のポート選択
- ガスライザーの見直し
- 燃焼空気制御機構
- バーナー・タイル・ブロック
バーナーメンテナンスの影響 - 問題点、原因、対処法
バーナーのメンテナンスは、多くの要因によって推進されることがあります。排出ガス規制は、最近まで一般的にその要因の一つではな かった。適切なバーナーメンテナンスが行われないか、あるいはそれに重点を置かない場合、以下のようないくつかの望ましくない結果をもたらすことがある。
a) バーナーの不安定性 - 炎がバーナーから浮き上がり、断続的に点火する。最悪の場合、バーナーの一部が点灯し、他のバーナーが消え、ファイアボックスが未燃焼の燃料ガスで満たされ、爆発的に発火し、ヒーターを損傷し、工場関係者に安全上の危険を生じさせる可能性があります。
b) 炎の質-制御された定義された形状で発達していない炎は、炎の衝突によってプロセス管に損傷を与える可能性がある。炎の質が悪いと、ヒーター床の反りを引き起こし、耐火物床、バーナータイル、またはヒーター鋼に損傷を与える可能性があります。炎の質が十分に悪いと、プロセスチューブに炎が衝突してヒーターの処理能力を制限し、チューブ内の製品のコーキングを引き起こす可能性があります。
c) 持続可能でない、あるいは許容値より高い排出量 - 過去には、ヒーターへの機械的なダメージ、ヒーターの処理能力を低下させる可能性のある管への火炎衝突、あるいは安全性を重視したメンテナンスを行う必要がありました。現在では、持続可能なエミッションレベルを達成することも求められています。現在、連続排気モニター（CEM）は、ヒーターの排ガスを連続的に測定し報告するために多くのユニットに設置されています。CEMが導入される前は、多くのヒーターは毎年行われる排ガス確認試験のために調整され、翌年再び望ましい排ガスレベルを達成する時期が来るまで予防的なメンテナンスはほとんど行われませんでした。
結論
バーナーの初期設計に低メンテナンス設計を取り入れることで、バーナーのメンテナンスコストを削減し、持続可能な排出ガス抑制につなげることができます。
これらのバーナー設計の特徴は以下の通りです。
- バーナースロート内の金属を排除する
- ガスチップやライザーが輻射熱にさらされないようにする。
- ガスライザーを予熱された燃焼用空気の流れから遠ざける。
- 低金属量ガスチップの活用
- 安定性・点火用小型ポートを廃止し、ガスチップのポート面積を最大化
- ガスチップの遮断をなくすため、高ターンダウンのバーナーを設計する
- 一枚ものバーナータイルを供給
- ギア駆動密閉型ベアリングエアダンパーの調整