CN102959330B - 烧嘴的燃烧方法 - Google Patents

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    • F23C2205/20—Pulsating combustion with pulsating oxidant supply

Abstract

采用一种烧嘴的燃烧方法，在炉（1）中使两个以上的烧嘴（2）对置设置并燃烧，其特征在于，通过使供给到各烧嘴（2）的燃料流体或氧化剂流体的流量之中的至少一方周期性地变化，并使所述氧化剂流体中的氧浓度周期性地变化，从而使供给氧量除以理论所需氧量的氧比周期性地变化，使所述烧嘴（2）在周期性的脉动状态下燃烧，对于所述烧嘴（2）的脉动状态的周期性变化，在至少一个烧嘴（2）的脉动状态的周期性变化与其他烧嘴（2）的脉动状态的周期性变化之间设置相位差。

Description

烧嘴的燃烧方法
技术领域
本发明涉及烧嘴的燃烧方法。
背景技术
在大力宣传地球环境的现在，以NOX表示的氮氧化物的削减是重要课题之一，也是当务之急。作为NOX削减方法，与抑制产生相关的技术尤为重要，可以举出排气再循环、稀薄燃烧、浓淡燃烧、分级燃烧等，从工用到民用得到广泛应用。通过应用这些技术的低NOX燃烧器，NOX对策在某种程度上取得了进展，但还进一步寻求更有效的NOX降低方法。
以往进行研究开发得到的NOX降低方法之一，存在并提出了以下方法，即使作为燃料或氧化剂的空气等的流量周期性地变化，进行一种时间性的浓淡燃烧的方法（以后称为强制脉动燃烧）（参考专利文献1～6）。
这些方法通过使燃料流体或氧化剂流体的一方，或者燃料流体和氧化剂流体的双方的供给流量变化，以使燃烧火焰的氧比（供给氧量除以理论所需氧量的值）变化，从而交替形成燃料过浓燃烧和燃料稀薄燃烧，由此实现燃烧气体中的NOX的降低。
另外，在专利文献7中公开了通过使用纯氧作为氧化剂，利用作为高浓度的情况下的脉动燃烧即所谓的强制脉动燃烧的氮氧化物的降低方法、以及用于实施该方法的装置。
在普通的加热炉和溶解炉中设置有多个烧嘴，对各烧嘴应用强制脉动燃烧时，如果不适当控制燃烧条件和脉动周期，则无法得到大幅的NOX降低效果。
专利文献1：欧洲专利第0046898号说明书
专利文献2：美国专利第4846665号说明书
专利文献3：特开平6-213411号公报
专利文献4：特开2000-171005号公报
专利文献5：特开2000-1710032号公报
专利文献6：特开2001-311505号公报
专利文献7：特开平5-215311号公报
但是，发明人等为了确认这些现有技术的NOX降低效果而实施了复核试验的结果是得知，对上述一些现有技术认可了NOX降低效果，但是没有得到具有实用性价值的降低效果。
发明内容
本发明要解决的课题在于提供一种与现有相比发挥大幅的NOX降低效果且具有实用性价值的烧嘴的燃烧方法以及装置。
为了解决上述课题，本申请发明人等努力致力于具有实用性价值的NOX降低方法的开发。其结果是发现了通过使对烧嘴供给的燃料流体的流量或氧化剂流体的流量的至少一方发生周期性变化的同时，使氧化剂流体中的氧浓度周期性地变化，进行强制脉动燃烧，从而相比以往发现大幅的NOX降低效果。
即，本发明的第一方案为一种烧嘴的燃烧方法，在炉中使两个以上的烧嘴对置设置并燃烧，其特征在于，
通过使供给到各烧嘴的燃料流体或氧化剂流体的流量之中的至少一方周期性地变化，并使所述氧化剂流体中的氧浓度周期性地变化，从而使供给氧量除以理论所需氧量的氧比周期性地变化，使所述烧嘴在周期性的脉动状态下燃烧，
对于所述烧嘴的脉动状态的周期性变化，在至少一个烧嘴的脉动状态的周期性变化与其他烧嘴的脉动状态的周期性变化之间设置相位差。
上述第一方案在，优选在所述供给到各烧嘴的燃料流体的流量的周期性变化与所述氧浓度和所述氧比的周期性变化之间设置相位差。
上述第一方案中，优选所述氧比的周期性变化的频率为20Hz以下。
上述第一方案中，优选所述氧比的周期性变化的频率为0.02Hz以上。
上述第一方案中，优选周期性地变化的所述氧比的上限与下限之差为0.2以上，1周期中的所述氧比的平均值为1.0以上。
上述第一方案中，优选在所有所述烧嘴中，使氧比的周期性变化或氧浓度的周期性变化之中的至少一个同步燃烧。
上述第一方案中，优选对置配置的所述烧嘴彼此的脉动状态的周期性变化的相位差为π。
上述第一方案中，优选在使用一个以上的烧嘴组成的烧嘴阵列燃烧时，
在所述炉的侧壁上配置有两组以上的烧嘴阵列，
构成所述各烧嘴阵列的烧嘴的脉动状态的周期性变化与构成与所述烧嘴阵列相邻配置的烧嘴阵列的烧嘴的脉动状态的周期性变化之间的相位差为π。
上述第一方案中，优选在使用一个以上的烧嘴组成的烧嘴阵列燃烧时，
所述炉的侧壁对置，在一个侧壁上配置有n组烧嘴阵列，
构成所述各烧嘴阵列的烧嘴的脉动状态的周期性变化与构成与所述烧嘴阵列相邻配置的烧嘴阵列的烧嘴的脉动状态的周期性变化之间的相位差为2π/n。
上述第一方案中，优选通过在至少一个所述烧嘴的脉动状态的周期性变化与其他烧嘴的脉动状态的周期性变化之间设置相位差，从而使炉内压力保持固定。
本发明的第二方案为一种烧嘴的燃烧装置，在炉中使两个以上的烧嘴对置设置并燃烧，其特征在于，
通过使供给到各烧嘴的燃料流体或氧化剂流体的流量之中的至少一方周期性地变化，并使所述氧化剂流体中的氧浓度周期性地变化，从而使供给氧量除以理论所需氧量的氧比周期性地变化，使所述烧嘴在周期性的脉动状态下燃烧，
对于所述烧嘴的脉动状态的周期性变化，在至少一个烧嘴的脉动状态的周期性变化与其他烧嘴的脉动状态的周期性变化之间设置相位差。
上述第二方案中，优选所述燃烧装置包括：供给所述燃料的燃料供给配管、供给氧的氧供给配管以及供给空气的空气供给配管，由供给的氧与空气形成所述氧化剂，
所述燃烧装置具备供给到各所述配管的燃料、氧以及空气的流动强制性地施加脉动的强制脉动机构。
所述第二方案中，优选在所述炉内配置有把握所述炉内的气氛状况的检测器，
所述燃烧装置具备根据由所述检测器检测出的数据，变更所述燃料流体或所述氧化剂流体的流量、或者所述强制脉动的周期的控制系统。
根据本发明，能够得到可大幅且确实地降低NOX的燃烧方法。本发明不仅适用于设计新的加热炉的情况，还能够适用于已有的加热炉中的烧嘴。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的炉的平面图。
图2是表示用于本发明的第一实施方式的烧嘴的供给配管的示意图。
图3（a）和图3（b）是表示本发明的第一实施方式的炉的平面图。
图4（a）和图4（b）是表示本发明的第二实施方式的炉的平面图。
图5是表示本发明的第二实施方式的炉的平面图。
图6是表示本发明的第三实施方式的炉的平面图。
图7是表示本发明的第三实施方式的炉的平面图。
图8是表示本发明的一实施例中的频率与NOX浓度的关系的图表。
图9是表示本发明的一实施例中的频率与CO浓度的关系的图表。
图10是表示本发明的一实施例中的氧比与NOX浓度的关系的图表。
图11是表示本发明的一实施例中的氧比与CO浓度的关系的图表。
图12是表示本发明的燃烧装置的平面图。
具体实施方式
下面，对作为应用本发明的一实施方式的烧嘴的燃烧方法，使用附图详细地进行说明。此外，以下的说明中使用的附图，为了易于理解特征，方便起见有时会放大示出作为特征的部分，各结构要素的尺寸比不一定与实际相同。
[第一实施方式]
<燃烧装置>
用于本发明的第一实施方式的燃烧装置如图1和图2所示，为具备炉1、在炉1内形成燃烧焰3的烧嘴2、以及对烧嘴2供给燃料流体和氧化剂流体的各种配管5、6、7、8的结构。
如图1所示，炉1可以是加热炉，也可以是溶解炉，具备沿长度方向延伸，且相互对置配置的侧壁1a与侧壁1b。在侧壁1a上设置有多个烧嘴2a，在侧壁1b上也设置有多个烧嘴2b。如此，炉1为在长度方向的两侧壁1a、1b上设置有形成燃烧焰3a、3b的烧嘴2a、2b的所谓的侧面烧嘴式的结构。
此外，在本实施方式中，设置在侧壁1a上的烧嘴2a的个数与设置在侧壁1b上的烧嘴2b的个数相同，但也可以不同。
各烧嘴2a、2b被配置为从分别设置的侧壁1a或侧壁1b朝向对置的侧壁1b或侧壁1a形成燃烧焰3a、3b。即，烧嘴2a朝向侧壁1b形成燃烧焰3a，烧嘴2b朝向侧壁1a形成燃烧焰3b。烧嘴2a的燃烧焰3a与烧嘴2b的燃烧焰3b在炉1内分别相互错开配置，形成燃烧焰3。
另外，如后所述各烧嘴2在周期性的脉动状态下进行燃烧（强制脉动燃烧），此时，脉动状态以一个以上的烧嘴2组成的烧嘴阵列为单位进行控制。
在本实施方式中，由设置在侧壁1a上的所有的烧嘴2a形成烧嘴阵列14a，烧嘴2a的脉动状态被控制为全部相同。另外，通过设置在侧壁1b上的所有的烧嘴2b形成烧嘴阵列14b，烧嘴2b的脉动状态也被控制为全部相同。对于各烧嘴2的燃烧将在后面描述。
接着，如图2所示，各烧嘴2上连结有供给燃料流体的燃料供给配管5和供给氧化剂流体的氧化剂供给配管6。另外，氧化剂供给配管6为在上游分支为氧供给配管7与空气供给配管8的结构。
在燃料供给配管5、氧供给配管7和空气供给配管8中分别设置有对供给的流体的流动强制性地施加脉动的强制脉动机构51、71、81。
这里，对流体的流动强制性地施加脉动是指周期性地调整流体的流量。强制脉动机构51、71、81具体而言是指包括设置在各供给配管5、7、8上的流量调节阀52、72、82以及控制流量调节阀52、72、82的流量计53、73、83的控制单元。
通过燃料供给配管5供给的燃料只要是适于烧嘴2的燃料则可以为任何燃料，例如可以举出液化天然气（LNG）等。
从氧供给配管7供给氧，但该氧并不必须为纯氧，可根据后述的与氧浓度的关系适当使用所希望的氧。
从空气供给配管8供给空气，但作为空气除了从大气中获取的空气以外，还可以使用燃烧排气。在使用燃烧排气的情况下，能够使氧浓度下降到不满21%（空气中的氧浓度）。
另外，优选地，为了即时应对炉1内的状况，如图12所示，在炉1内配置有各种检测器。即，通过温度传感器9测定炉1内的温度，并通过连续排气浓度测定装置11测定从炉1通过烟道10排出的排气（NOX、CO、CO2、O2）的浓度。进而，通过这些检测器检测出的数据记录在数据记录单元12中。优选地，具备根据该数据把握炉1内的气氛状况，自动地适当变更燃料流体或氧化剂流体的流量、强制脉动的周期等的控制系统13。具体而言，控制系统13通过控制单元14，对从各种配管供给的流体的流动强制性地施加脉动，其结果是烧嘴2中的脉动燃烧15的脉动状态周期性地变化。
<氧化剂流体的流量以及氧化剂流体中的氧浓度>
接着，对氧化剂流体的流量以及氧化剂流体中的氧浓度进行说明。此外，在以下的说明中，为方便起见，对从氧供给配管7、空气供给配管8和燃料供给配管5分别供给纯氧、空气（氧浓度约为21%）和液化天然气（LNG）的情况进行说明。另外，在本说明书中使用的氧浓度的单位以vol%表示。
在本实施方式中，氧化剂流体由纯氧和空气构成。通过强制脉动机构71、81，从氧供给配管7供给的纯氧的流量与从空气供给配管8供给的空气的流量的一方或双方被控制为随着时间的推移周期性地变化。
只要是氧化剂流体中的氧浓度周期性地变化，则可以任意控制纯氧的流量和空气的流量。另外，纯氧的流量与空气的流量之和（即，氧化剂流体的流量）可以固定，也可以周期性地变化。
在使氧化剂流体的流量固定的情况下，例如可以使纯氧的流量和空气的流量的周期性变化为同波形、同波动幅度、相位差为π。如此构成时，由于纯氧的流量与空气的流量的增减相抵消，因此供给到烧嘴2的氧化剂流体的流量被控制为固定。
另外，优选地，在这种情况下，纯氧和空气的流量的最小值均被控制为0。通过如此进行控制，能够使氧化剂流体中的氧浓度在约21%～100%的范围内变化。
即，纯氧在氧化剂流体中所占的流量为0时，氧化剂流体的氧浓度与空气的氧浓度相等，氧浓度约为21%。反之，空气在氧化剂流体中所占的流量为0时，氧化剂流体仅由纯氧构成，氧浓度为100%。
另一方面，在使氧化剂流体的流量周期性地变化的情况下，例如可以一边以固定量供给空气，一边使纯氧的流量定期变化。这种情况下，纯氧的流量最大时，氧化剂流体中的氧浓度最大，纯氧的流量最小时，氧化剂流体中的氧浓度最小。
例如，如果进行控制使纯氧的流量的最大值与空气的流量相同，并使最小值为0，则氧化剂流体中的氧浓度在约21%～约61%的范围内周期性地变化。即，纯氧的流量最大时，纯氧与空气的流量比为1比1，氧化剂流体中的氧浓度约为61%。另外，纯氧的流量最小时，氧化剂流体仅由空气构成，氧浓度约为21%。
此外，作为使氧化剂流体的流量周期性地变化的方法，对使空气的流量固定，使纯氧的流量定期变化的方法进行了说明，但也可以使纯氧的流量固定，使空气的流量周期性地变化，另外，还可以使两方的流量周期性地变化。
<燃料流体的流量>
在使氧化剂流体的流量周期性地变化时，燃料流体的流量可以固定也可以周期性地变化。另一方面，使氧化剂流体的流量固定时，使燃料流体的流量周期性地变化。
<氧比>
接着，对氧比进行说明。这里氧比是指作为氧化剂流体供给到烧嘴2的供给氧量除以使供给到烧嘴2的燃料流体燃烧所需的理论所需氧量的值。因此，理论上，氧比1.0的状态可以说是能够不多不少地使用氧进行完全燃烧的状态。
此外，LNG的燃烧中的理论所需氧量根据LNG组成而不同，但以摩尔比计大概是LNG的2.3倍。
在本实施方式中，由于燃料流体或氧化剂流体的流量的至少一方周期性地变化，另外，氧化剂流体中的氧浓度也周期性地变化，因此氧比也周期性地变化。
例如，在使氧化剂流体的流量固定，使燃料流体的流量周期性地变化的情况下，使氧化剂流体的流量为1，使氧化剂的氧浓度在21～100%的范围内周期性地变化，使燃料流体（LNG）的流量在0.05～0.65的范围内周期性地变化时，氧比在0.14～8.7的范围内周期性地变化。燃料流体（LNG）的流量Qf［Nm3/h］、氧化剂流量QO2［Nm3/h］、氧化剂的氧浓度XO2［vol%］、氧比m［—］的关系由式（1）表示。
m=（QO2×XO2/100）/（Qf×2.3）……（1）
另外，在氧化剂流体的流量周期性地变化的情况下，能够使燃料流体的流量固定。此时，例如若使氧化剂流体的流量在1～2的范围内变化，使氧化剂的氧浓度在21～61%的范围内变化，以0.3供给燃料流体（LNG）的流量，则氧比在0.3～1.75的范围内周期性地变化。燃料流体（LNG）的流量、氧化剂流量、氧化剂的氧浓度、氧比的关系以与式（1）相同的式子表示。
此外，由于当氧比的周期性变化的频率大时，不能充分确认NOX的降低效果，因此优选为20Hz以下，更优选氧比的周期性变化的频率为5Hz以下。反之，由于当氧比的周期性变化的频率过小时，CO的产生量增大，因此氧比的周期性变化的频率优选为0.02Hz以上，更优选为0.03Hz以上。
另外，由于当氧比的上限与下限之差小时，不能充分确认NOX的降低效果，因此氧比的上限与下限之差优选为0.2以上。
另外，由于当氧比的时间平均值（1周期中的平均值）小时，燃料流体不完全燃烧，因此氧比的时间平均值优选为1.0以上，更优选为1.05以上。
如上所述，在本实施方式中，使燃料流体（LNG）的流量或氧化剂流体的流量的至少一方、以及氧化剂流体中的氧浓度周期性地变化，从而使氧比周期性地变化。
这些周期性变化通过使燃料流体的流量、氧的流量以及空气的流量变化来控制。例如，使燃料流体的流量在0.5～1.5的范围内变化，使氧的流量在1.2～1.7，使空气的流量在0～9.2的范围内变化并供给时，氧比在0.5～2.7的范围内周期性地变化，氧浓度在30～100%的范围内周期性地变化。
<烧嘴的燃烧>
接着，对烧嘴2的燃烧进行说明。各烧嘴2按照供给的燃料流体的流量、氧化剂流体的流量以及氧化剂流体中的氧浓度的变化，进行时间性浓淡燃烧，脉动状态周期性地变化并燃烧。此外，在本发明中，脉动状态具体而言是指通过使燃料或氧化剂的至少一方的流量变化，从而燃烧状态波动的意思。
在本实施方式中，如图1所示，在炉1内设置有多个烧嘴2，进行控制以使各烧嘴2的脉动状态的周期性变化（脉动周期）与对置配置的烧嘴2的脉动周期之间的相位差为π。
这里，对置配置的烧嘴2是指设置在对置的侧壁1a、1b的相对的位置上的烧嘴，但并不要求在严格意义上配置在对置的位置，而是指离相对的位置最近的烧嘴2。例如，对烧嘴2a1来说对置的烧嘴2是指烧嘴2b1，对烧嘴2a2来说对置的烧嘴2是指烧嘴2b2。
在本实施方式中，由配置在侧壁1a上的全部烧嘴2a形成烧嘴阵列14a，各烧嘴2a的燃烧流体的流量、空气的流量、氧的流量的周期性变化全部同步。另外，由配置在侧壁1b上的全部烧嘴2b形成烧嘴阵列14b，各烧嘴2b也全部同步。因此，如图3（a）所示，配置在侧壁1a上的烧嘴2a最强燃烧时，配置在侧壁1b上的烧嘴2b最弱燃烧。相反，如图3（b）所示，配置在侧壁1a上的烧嘴2a最弱燃烧时，配置在侧壁1b上的烧嘴2b最强燃烧。
由于各烧嘴2a的燃料流体的流量、空气的流量、氧的流量的周期性变化全部同步，因此氧比以及氧浓度的周期性变化也同步。此外，这里所说的同步是指波形、频率、相位相同，波动幅度可以不必相同。例如，烧嘴2a1与烧嘴2a2的波动幅度可以不同。
另外，对于烧嘴2b也同样，各烧嘴2b的氧比以及氧浓度的周期性变化全部同步，但波动幅度可以不同。
使氧比同步时，由于设置在一方的侧壁1a、1b上的烧嘴2a、2b同时变为氧比低的条件，因此氧不足的区域扩大，NOX降低效果增大，故而优选。另外，使氧浓度同步时，由于设置在一方的侧壁1a、1b上的烧嘴2a、2b同时变为氧浓度低的条件，因此不会形成局部的高温区域，NOX的降低效果增大，故而优选。
另外，优选地，对于烧嘴2a与烧嘴2b的关系不仅相位差为π，而且氧比或氧浓度的周期性变化之中的至少一个为相同频率、相同波形。
另外，优选地，对置的烧嘴2彼此的波动幅度相同。例如，优选地，烧嘴2a1与烧嘴2b1被构成为氧比以及氧浓度的周期性变化为相同波形、相同频率、相同波动幅度，相位差为π。
根据如以上说明的本实施方式的烧嘴的燃烧方法，能够大幅且确实地降低NOX的产生量。
即，在现有的烧嘴的燃烧方法中，仅使供给到烧嘴的燃料流体的流量或氧化剂流体的流量的至少一方变化，仅使氧比周期性地变化。与此相对，在本实施方式中，使燃料流体的流量或氧化剂流体的流量的至少一方周期性地变化的同时，使氧化剂流体中的氧浓度周期性地变化。据此，能够发现相比现有大幅提高的NOX降低效果。
另外，对于配置在炉内的多个烧嘴，在使脉动状态的周期性变化（脉动周期）全部相同的情况下，可得到大的NOX降低效果，但是由于烧嘴的燃料流体与氧化剂流体的流量大幅波动，因此炉内压力的波动增大。与此相对，在本实施方式中，对于烧嘴2的脉动状态的周期性变化，在至少一个烧嘴2的脉动周期与其他烧嘴2的脉动周期之间设置有相位差。据此，由于得到大的NOX降低效果，并且供给到炉1内的燃料流体与氧化剂流体的流量的波动减小，因此能够使烧嘴2对炉1施加的压力均匀化。
特别是通过使对置设置的烧嘴2彼此的相位差为π，能够进一步得到NOX降低效果的同时，还能够使炉1内压力固定。
另外，本实施方式的烧嘴的燃烧方法不仅适用于设计新的加热炉的情况，还能够适用于已有的加热炉或燃烧炉中的烧嘴。
[第二实施方式]
接着，对应用本发明的第二实施方式所涉及的烧嘴的燃烧方法进行说明。此外，本实施方式为第一实施方式的变形例，对于同样的部分省略说明。
本实施方式与第一实施方式的不同点在于，在对相邻的烧嘴2的脉动周期设置有相位差，其他与第一实施方式同样。
如图4（a）和图4（b）所示，本实施方式也在侧壁1a和侧壁1b上分别设置有多个烧嘴2a和烧嘴2b。各烧嘴2分别仅由一个形成各烧嘴阵列24。即，设置在侧壁1a上的各烧嘴2a分别形成烧嘴阵列24a，设置在侧壁1b上的各烧嘴2b分别形成烧嘴阵列24b。
另外，在本实施方式中，相邻的烧嘴2被控制为脉动周期的相位差为π。例如，如图4（a）所示，当烧嘴2a1最强燃烧时，相邻配置的烧嘴2a2与烧嘴2a3最弱燃烧。另一方面，如图4（b）所示，当烧嘴2a1最弱燃烧时，相邻配置的烧嘴2a2与烧嘴2a3最强燃烧。
此时，各烧嘴2的脉动周期被控制为分别与对置的烧嘴2的脉动周期的相位差为π。例如，烧嘴2a1和与其对置的烧嘴2b1的脉动周期的相位差为π，烧嘴2a2和与其对置的烧嘴2b2的脉动周期的相位差为π。
本实施方式也与第一实施方式同样，由于使氧化剂流体中的氧浓度周期性地变化，因此能够发现与以往相比大幅提高的NOX降低效果。
进而，各烧嘴2的脉动周期被控制为分别与相邻的烧嘴2的脉动周期的相位差为π。其结果是沿着长度方向，以高氧比且低氧浓度燃烧的烧嘴2与以低氧比且高氧浓度燃烧的烧嘴2交替配置。据此，通过促进混合，炉内的温度分布进一步均匀化，从而能够进一步降低NOX产生量。另外，能够进一步降低排气中的CO浓度。
此外，在上述实施方式中，对烧嘴阵列24由一个烧嘴2构成的情况进行了说明，但还可以由多个烧嘴2构成。
即，如图5所示，还可以在炉1的侧壁1a上设置多组由多个烧嘴2a组成的烧嘴阵列34a，在侧壁1b上设置多组由多个烧嘴2b组成的多组烧嘴阵列34b。在这种情况下，可以控制以使构成各烧嘴阵列34的烧嘴2与构成与所述烧嘴阵列34相邻的烧嘴阵列34的烧嘴2脉动周期的相位差为π。例如，可以使构成烧嘴阵列34a1的烧嘴2a与构成烧嘴阵列34a2和烧嘴阵列34a3的烧嘴2a的脉动周期的相位差为π。
[第三实施方式]
接着，对应用本发明的第三实施方式所涉及的烧嘴的燃烧方法进行说明。此外，本实施方式为第一实施方式的变形例，对于同样的部分省略说明。
本实施方式与第一实施方式的不同点在于，对相邻的烧嘴2的脉动周期设置差，其他与第一实施方式同样。
即，如图6所示，在本实施方式中，在炉1的侧壁1a和侧壁1b上分别设置有n个烧嘴2a和烧嘴2b。各烧嘴2分别仅由一个形成各烧嘴阵列44。即，设置在侧壁1a上的各烧嘴2a分别形成烧嘴阵列44a，设置在侧壁1b上的各烧嘴2b分别形成烧嘴阵列44b。
另外，在本实施方式中，控制以使与相邻的烧嘴2的脉动周期的相位差为2π/n。例如，在侧壁1a上设置有四个烧嘴2a的情况下，控制以使烧嘴2a1的脉动周期与相邻配置的烧嘴2a2和烧嘴2a3的脉动周期之间的相位差为π/2，并控制以使烧嘴2a2的脉动周期与烧嘴2a3的脉动周期的相位差为π。
此时，各烧嘴2的脉动周期被控制为分别与对置的烧嘴2的脉动周期的相位差为π。例如，烧嘴2a1和与其对置的烧嘴2b1的脉动周期的相位差为π，烧嘴2a2和与其对置的烧嘴2b2的脉动周期的相位差为π。
本实施方式也与第一实施方式同样，由于使氧化剂流体中的氧浓度周期性地变化，因此能够发现与以往相比大幅提高的NOX降低效果。
进而，当配置在炉的侧壁上的烧嘴2的个数为n个时，各烧嘴2的脉动周期被控制为分别与相邻的烧嘴的脉动周期的相位差为2π/n。据此，由于能够较小地抑制供给到炉1内的燃料流体与氧化剂流体的流量波动，因此能够进一步使炉1内的压力均匀化。
此外，在上述实施方式中，与第一实施方式同样，对烧嘴阵列44由一个烧嘴2构成的情况进行了说明，但还可以由多个烧嘴2构成。
即，如图7所示，还可以在炉1的侧壁1a上设置n组由多个烧嘴2a组成的烧嘴阵列54a，在侧壁1b上也设置n组由多个烧嘴2b组成的烧嘴阵列54b。在这种情况下，可以控制以使构成烧嘴阵列54的烧嘴2与构成与所述烧嘴阵列54相邻的烧嘴阵列54的烧嘴2的脉动周期的相位差为2π/n。例如，在炉1的侧壁1a上设置四组由两个烧嘴2a组成的烧嘴阵列54a的情况下，可以使构成烧嘴阵列54a1的烧嘴2a与构成烧嘴阵列54a2和烧嘴阵列54a3的烧嘴2a的脉动周期的相位差为π/2。
以上基于实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离其宗旨的范围内能够进行各种变更是不言而喻的。
下面，对于使燃料流体为LNG，由氧浓度99.6%的氧与空气形成氧化剂流体，使氧比与氧化剂流体中的氧浓度周期性地变化，进行强制脉动燃烧时的NOX降低效果，示出实施例进行说明。本发明并不限定于以下的实施例，在不变更其宗旨的范围内能够适宜变更并实施。
实施例1
在实施例1中，如图3所示，使用在炉1内配置有八个烧嘴2的燃烧装置进行了实验。具体而言，使所有的烧嘴2的氧比与氧化剂中的氧浓度的波形、波动幅度以及频率相同，氧化剂中的氧浓度在33～100%的范围内，氧比在0.5～1.6的范围内周期性地变化，频率均为0.033Hz。此时，将1周期中的氧化剂中的氧浓度的平均值（时间平均值）设为40%，将氧比的平均值设为1.05。另外，氧浓度与氧比的周期性变化的相位差为π。
另外，设置在侧壁1a上的烧嘴2的脉动周期与设置在侧壁1b上的烧嘴2的脉动周期的相位差为π。
此外，从烟道使用抽取泵连续抽取排气，使用化学发光式的连续式NOX浓度测定装置测定了燃烧排气中的NOX浓度。
进行试验结果的解析时，使用相同装置测定实施以往的富氧燃烧（稳定燃烧）时的燃烧排气中的NOX的浓度，将该值作为基准值NOX（ref）。
在实施例1中，NOX浓度的值为90ppm，NOX（ref）的值为850ppm，与NOX（ref）比较，NOX浓度减少约90%。
为了进行比较，如以往的强制脉动燃烧，将氧浓度固定为40%，仅使氧比在0.5～1.6的范围内周期性地变化，除此之外以与实施例1同样的条件进行了试验。
在比较例1中，NOX的浓度的值为410ppm，NOX（ref）的值为850ppm，与NOX（ref）比较，NOX浓度仅减少约50%。
实施例2
接着，在实施例2中，为了调查烧嘴2的脉动频率对NOX浓度降低效果的影响，除了频率以外设定为与实施例1相同的条件，在0.017～100Hz的范围内改变氧比与氧化剂中的氧浓度的频率。此时，氧比与氧化剂中的氧浓度的频率相同。
此外，从烟道使用抽取泵连续抽取排气，使用红外吸收式的连续式CO浓度测定装置测定了燃烧排气中的CO浓度。
表1和图8示出NOX浓度的结果，表2和图9示出CO浓度的结果。
此外，进行CO浓度的试验结果的解析时，使用相同装置测定实施以往的富氧燃烧（稳定燃烧）时的燃烧排气中的CO浓度，将该值作为基准值CO（ref）。另外，在图8和图9中，横轴表示氧浓度及氧比的频率，纵轴表示使用基准值NOX（ref）标准化的NOX浓度（NOX/NOX（ref）），或者使用基准值CO（ref）标准化的CO浓度（CO/CO（ref））。另外，为了进行比较，对于NOX浓度，如以往的强制脉动燃烧，将氧浓度固定为40%，仅使氧比在0.5～1.6的范围内周期性地变化时的结果也在表1和图8中示出。
[表1]
频率 实施例2 比较例
0.017 0.1 0.45
0.02 0.1 0.45
0.025 0.115 0.465
0.033 0.13 0.475
0.067 0.15 0.5
0.2 0.2 0.55
1 0.4 0.68
5 0.8 0.9
10 0.87 0.95
20 0.94 0.98
25 0.98 1
50 1 1
100 1 1
由表1和图8明确可知，通过使频率为20Hz以下，NOX具有急剧减少的倾向，氧比和氧化剂中的氧浓度的周期性变化的频率为20Hz以下时，可进一步得到NOX浓度降低效果。
[表2]
频率 实施例2
0.017 1.5
0.02 1.3
0.025 1.1
0.033 1
0.067 0.95
0.2 0.92
1 0.9
5 0.9
10 0.9
20 0.9
25 0.9
50 0.9
100 0.9
由表2和图9明确可知,频率在0.017～100Hz的范围内，CO浓度几乎不受频率的影响，特别是如果在0.02Hz以上，则更不会受频率的影响。
实施例3
接着，在实施例3中，使燃料流量固定，调查了氧比的波动幅度对NOX浓度降低效果造成的影响。具体而言，使氧浓度在30～100%的范围内周期性地变化，改变使氧比波动的范围并测定了NOX浓度。
对于将氧比的下限设为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5的各情况，使氧比的上限在1.1～7的范围内变化，测定了排气中的NOX浓度。
此外，将氧比的时间平均值设为1.05，将氧化剂流体中的氧浓度设为40%。例如，调整使得当氧比m为0.5～5时，使m＜1.05的燃烧时间长于m＞1.05的时间，反之，当氧比m为0.2～1.2时，使m＜1.05的燃烧时间短于m＞1.05的时间。这里，由于燃料流量固定，氧比、氧浓度的平均固定，因此在某一定时间内使用的氧量相同。
表3和图10示出NOX浓度的测定结果，表4和图11示出CO浓度的测定结果。此外，图10和图11的横轴为氧比的上限值mmax，纵轴为标准化的NOX浓度或标准化的CO浓度，表3和表4的值为标准化的NOX浓度或标准化的CO浓度。
[表3]
mmax mmin=0.1 mmin=0.2 mmin=0.3 mmin=0.4 mmin=0.5
1.1 0.35 0.4 0.43 0.47 0.52
1.6 0.17 0.21 0.24 0.27 0.3
2 0.12 0.14 0.17 0.19 0.23
3 0.1 0.115 0.135 0.15 0.17
4 0.09 0.11 0.12 0.125 0.135
5 0.085 0.09 0.095 0.1 0.105
6 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08
7 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08
[表4]
mmax mmin=0.1 mmin=0.2 mmin=0.3 mmin=0.4 mmin=0.5
1.1 1.5 1.02 0.93 0.9 0.9
1.6 1.52 1.04 0.93 0.92 0.92
2 1.55 1.05 0.94 0.93 0.93
3 1.6 1.07 1.02 0.96 0.95
4 1.65 1.1 1.05 0.98 0.97
5 1.9 1.13 1.09 1.03 1.02
6 2.2 1.32 1.27 1.22 1.17
7 3 2.17 1.92 1.72 1.47
由表3、表4、图10和图11可知,随着氧比的下限值mmin增大，具有NOX浓度提高，CO浓度下降的倾向。
根据表3和图10，mmin=0.5的图表随着mmax增大（氧比的振幅增大），NOX减少，但mmax＞5时NOX浓度固定。另外，mmin=0.3的图表相比mmin=0.5的图表NOX浓度下降，但mmin=0.2与mmin=0.3时几乎不变。
因此，欲使NOX浓度和CO浓度双方下降时，优选氧比的下限值mmin为0.3。
另外，由表4和图11可知，随着氧比的上限值mmax增大，CO浓度上升，特别是在mmax＞6时，CO浓度急剧上升。
由此可知，在本发明中，想要与排气中的NOX浓度一起降低CO浓度时，优选使氧比在0.3以上6以下的范围内波动。
实施例4
在实施例4中，为了调查氧浓度的波动幅度的影响，使燃料流量固定，使氧比在0.5～1.6的范围内波动，改变氧浓度的波动幅度并调查了对NOX排出量的影响。在试验中，使氧浓度下限为33％，使氧浓度的上限值Cmax在50～100%的范围内变化。平均的氧比为1.05，氧化剂中氧浓度为40%。
另外，将氧比和氧浓度的频率设为0.067Hz，将氧比与氧浓度的周期性变化的相位差设为π。表5示出结果。
[表5]
由表5可知,增大氧浓度的波动幅度时，NOX浓度的降低效果进一步增大。
实施例5
接着，在实施例5中，如图4所示，对于将各烧嘴2的脉动周期分别与相邻的烧嘴2的脉动周期相位错开π运转时的NOX浓度降低效果进行了调查。具体而言，对于所有的烧嘴2的氧比与氧浓度的周期性变化，分别使波形、脉动幅度和频率相同，每隔一个错开相位π燃烧。另外，各烧嘴2的脉动周期分别与设置在对置的位置的烧嘴2的脉动周期的相位错开π。
另外，使氧化剂中的氧浓度在33～100%的范围内，使氧比在0.5～1.6的范围内周期性地变化。此时，时间平均的氧浓度为40%，氧比为1.05。氧浓度与氧比的周期性变化的频率以0.033Hz进行了试验。氧浓度与氧比的周期性变化的相位差为π。
表6示出NOX浓度的测定结果。另外，表7示出CO浓度的测定结果。
[表6]
NOX/NOXref
实施例1 0.3
实施例5 0.21
[表7]
CO/COref
实施例1 0.90
实施例5 0.73
由表6可知,在实施例5中，NOX浓度与实施例1相比进一步下降。进而，由表7可知,在实施例5中，CO浓度与实施例1相比进一步下降。
实施例6
接着，在实施例6中，对于使单侧四个烧嘴的相位分别错开π/2并运转时的NOX浓度降低效果进行了调查。具体而言，与实施例1相同，使所有的烧嘴2的氧比和氧浓度的波形、波动幅度以及频率相同，如图6所示，使分别配置在侧壁1a和侧壁1b上的四个各烧嘴2的脉动周期分别与相邻的烧嘴2的脉动周期的相位差为π/2并燃烧。另外，各烧嘴2的脉动周期与对置的烧嘴2的脉动周期的相位错开π。
测定NOX浓度时，与实施例1同等NOX/NOX（ref）=0.3。另外，在实施例6中，测定炉压波动幅度的结果是±1mmAq以下，抑制到与稳定燃烧时同等的压力波动。
产业上的可利用性
能够提供一种发挥NOX降低效果、具有实用性价值的烧嘴的燃烧方法以及装置。
符号说明
1炉
1a、1b  侧壁
2、2a、2b、2a1、2a2、2a3、2b1、2b2、2b3烧嘴
3、3a、3b  燃烧焰
14a、14b、24、24a、24b、34、34a、34b、44、44a、44b、54、54a、54b  烧嘴阵列
5燃料供给配管
6氧化剂流体供给配管
7氧供给配管
8空气供给配管
9温度传感器
10烟道
11连续排气浓度测定装置（NOX、CO、CO2、O2）
12数据记录单元
13控制系统
14控制单元
15脉动燃烧

Claims (13)

1.一种烧嘴的燃烧方法，在炉中使两个以上的烧嘴对置设置并燃烧，其特征在于，
通过使供给到各烧嘴的燃料流体或氧化剂流体的流量之中的至少一方周期性地变化，并使所述氧化剂流体中的氧浓度周期性地变化，从而使供给氧量除以理论所需氧量的氧比周期性地变化，使所述烧嘴在周期性的脉动状态下燃烧，
对于所述烧嘴的脉动状态的周期性变化，在至少一个烧嘴的脉动状态的周期性变化与其他烧嘴的脉动状态的周期性变化之间设置相位差。
2.根据权利要求1所述的烧嘴的燃烧方法，其特征在于，在供给到所述各烧嘴的燃料流体的流量的周期性变化与所述氧浓度和所述氧比的周期性变化之间设置相位差。
3.根据权利要求1所述的烧嘴的燃烧方法，其特征在于，所述氧比的周期性变化的频率为20Hz以下。
4.根据权利要求1所述的烧嘴的燃烧方法，其特征在于，所述氧比的周期性变化的频率为0.02Hz以上。
5.根据权利要求1所述的烧嘴的燃烧方法，其特征在于，周期性地变化的所述氧比的上限与下限之差为0.2以上，1周期中的所述氧比的平均值为1.0以上。
6.根据权利要求1所述的烧嘴的燃烧方法，其特征在于，在所有所述烧嘴中，使氧比的周期性变化或氧浓度的周期性变化之中的至少一个同步燃烧。
7.根据权利要求1所述的烧嘴的燃烧方法，其特征在于，对置配置的所述烧嘴彼此的脉动状态的周期性变化的相位差为π。
8.根据权利要求1所述的烧嘴的燃烧方法，其特征在于，在使用一个以上的烧嘴
组成的烧嘴阵列燃烧时，
在所述炉的侧壁上配置有两组以上的烧嘴阵列，
构成所述各烧嘴阵列的烧嘴的脉动状态的周期性变化与构成与所述烧嘴阵列相邻配置的烧嘴阵列的烧嘴的脉动状态的周期性变化之间的相位差为π。
9.根据权利要求1所述的烧嘴的燃烧方法，其特征在于，在使用一个以上的烧嘴
组成的烧嘴阵列燃烧时，
所述炉的侧壁对置，在一个侧壁上配置有n组烧嘴阵列，
构成所述各烧嘴阵列的烧嘴的脉动状态的周期性变化与构成与所述烧嘴阵列相邻配置的烧嘴阵列的烧嘴的脉动状态的周期性变化之间的相位差为2π/n。
10.根据权利要求1所述的烧嘴的燃烧方法，其特征在于，通过在至少一个所述烧嘴的脉动状态的周期性变化与其他烧嘴的脉动状态的周期性变化之间设置相位差，从而使炉内压力保持固定。
11.一种烧嘴的燃烧装置，在炉中使两个以上的烧嘴对置设置并燃烧，其特征在于，
通过使供给到各烧嘴的燃料流体或氧化剂流体的流量之中的至少一方周期性地变化，并使所述氧化剂流体中的氧浓度周期性地变化，从而使供给氧量除以理论所需氧量的氧比周期性地变化，使所述烧嘴在周期性的脉动状态下燃烧，
对于所述烧嘴的脉动状态的周期性变化，在至少一个烧嘴的脉动状态的周期性变化与其他烧嘴的脉动状态的周期性变化之间设置相位差。
12.根据权利要求11所述的烧嘴的燃烧装置，其特征在于，
所述燃烧装置包括：供给所述燃料的燃料供给配管、供给氧的氧供给配管以及供给空气的空气供给配管，由供给的氧与空气形成所述氧化剂，
所述燃烧装置具备对于供给到各所述配管的燃料、氧以及空气的流动强制性地施加脉动的强制脉动机构。
13.根据权利要求12所述的烧嘴的燃烧装置，在所述炉内配置有把握所述炉内的气氛状况的检测器，
所述燃烧装置具备根据由所述检测器检测出的数据，变更所述燃料流体或所述氧化剂流体的流量、或者所述强制脉动的周期的控制系统。
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