CN103429957B - 燃烧器的燃烧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃烧器的燃烧方法，其为供给氧化剂流和燃料流而进行燃烧的燃烧器的燃烧方法，所述氧化剂流由从所述燃烧流的周围或所述燃料流的附近喷出的一次氧化剂流、和多个二次氧化剂流构成，使所述一次氧化剂流及多个所述二次氧化剂流的流量中的至少一个周期性地变化的同时，对所述氧化剂流中的氧浓度赋予周期性变化，对通过所述氧化剂流供给的供氧量除以理论需氧量的氧比赋予周期性变化，通过对所述氧浓度和所述氧比的周期性变化设置差，燃烧状态成为周期性的振荡状态。

Description

燃烧器的燃烧方法
技术领域
本发明涉及一种燃烧器的燃烧方法。
本申请基于2011年1月26日向日本申请的特愿2011-014080号主张优先权，并在此援用其内容。
背景技术
近年来，地球环境问题受到关注，其中氮氧化物（NOx）的削减是重要课题之一，是亟待解决的问题。作为该NOx削减方法，有关抑制生成的技术是重要的，已知有废气再循环、稀薄燃烧、浓淡燃烧、多段燃烧等，从工业用到民用中被广泛应用。通过应用了这些技术的低NOx燃烧装置，在某种程度上NOx对策得到了进展，但进一步要求更有效的NOx降低方法。
作为解决这些问题的方法，作为从以往就开始推进研究和开发的NOx降低方法之一，有使燃料、氧化剂的流量周期性地变化来进行一种基于时间变化的浓淡燃烧的方法（以下，称作“强制振荡燃烧”）（专利文献1～6）。
这些通过振荡控制燃料或氧化剂中的一种、或者燃料及氧化剂两者的供给流量，使燃烧火焰的化学计量比变化，交替形成燃料过浓燃烧及燃料稀薄燃烧，由此实现NOx的降低。
此外，专利文献7中公开了利用氧化剂通过纯氧富化为高浓度时的脉动燃烧、所谓的强制振荡燃烧的NOx降低方法、以及用于实施该方法的装置。
此外，专利文献8～14中公开有将燃料或氧化剂以多段喷出到炉内或燃烧室的所谓的多段燃烧方法，并提及低NOx的效果。
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：日本特开平6-213411号公报
专利文献4：日本特开2000-171005号公报
专利文献5：日本特开2000-171032号公报
专利文献6：日本特开2001-311505号公报
专利文献7：日本特开平5-215311号公报
专利文献8：日本特开平6-257723号公报
专利文献9：日本特开平7-233920号公报
专利文献10：日本专利第4132409号公报
专利文献11：日本特开2007-232364号公报
专利文献12：日本特开平6-213410号公报
专利文献13：日本特表2004-523721号公报
专利文献14：美国专利第5601425号说明书
然而，本申请发明人实施有关降低效果的追加试验的结果，确认了虽然看到NOx降低效果，但未能得到具有实用价值的降低效果，需要更进一步革新的技术开发。
基于这种背景，期望具有实用价值的NOx降低方法，但现状为未提供有有效合适的方法。
发明内容
为了解决上述课题，本申请发明人专心投身于具有实用价值的NOx降低方法的开发。其结果，发现如下：通过向燃烧器供给多个氧化剂流，对从燃料周围喷出的一次氧化剂流及从远离期望的距离的位置喷出的二次氧化剂流的流量中的至少一个发生周期性的变化，与现有的相比显著地表现出NOx降低效果。
即，本发明提供以下手段。
（1）一种燃烧器的燃烧方法，其为供给氧化剂流和燃料流而进行燃烧的燃烧器的燃烧方法，所述氧化剂流由从所述燃烧流的周围或所述燃料流的附近喷出的一次氧化剂流、和多个二次氧化剂流构成，使所述一次氧化剂流及多个所述二次氧化剂流的流量中的至少一个周期性地变化的同时，对所述氧化剂流中的氧浓度赋予周期性变化，对通过所述氧化剂流供给的供氧量除以理论需氧量的氧比赋予周期性变化，通过对所述氧浓度和所述氧比的周期性变化设置差，燃烧状态成为周期性的振荡状态。
（2）根据上述（1）所述的燃烧器的燃烧方法，多个所述二次氧化剂流从以所述燃料流为中心对称的位置喷出。
（3）根据上述（1）或（2）所述的燃烧器的燃烧方法，所述一次氧化剂流相对于所述氧化剂流的流量的流量比率为10%以上70%以下。
（4）根据上述（1）～（3）的任一项所述的燃烧器的燃烧方法，所述二次氧化剂流的流量周期性地变化。
（5）根据上述（4）所述的燃烧器的燃烧方法，所述二次氧化剂流的流量的周期 性变化的频率为0.01Hz以上20Hz以下。
（6）根据上述（1）～（5）的任一项所述的燃烧器的燃烧方法，周期性地变化的所述氧比的上限和下限之差为0.2以上，一个周期中的所述氧比的平均值为1.0以上。
（7）根据上述（1）～（6）的任一项所述的燃烧器的燃烧方法，所述氧浓度及所述氧比的周期性变化为相同频率。
（8）根据上述（7）所述的燃烧器的燃烧方法，所述氧浓度与所述氧比的周期性变化的相位差为π/2以上3π/2以下。
（9）根据上述（1）～（8）的任一项所述的燃烧器的燃烧方法，所述燃料流的流量周期性地变化，所述燃料流的流量的周期性变化及所述氧比的周期性变化为相同频率，所述燃料流的流量与所述氧比的周期性变化的相位差为π/2以上3π/2以下。
（10）根据上述（1）～（9）的任一项所述的燃烧器的燃烧方法，所述氧化剂流体由氧和空气构成。
（11）根据上述（1）～（9）的任一项所述的燃烧器的燃烧方法，所述氧化剂流体由氧和燃烧废气构成。
（12）根据上述（10）或（11）所述的燃烧器的燃烧方法，所述氧实质上为纯氧。
根据本发明，可以获得能够显著且可靠地降低NOx的燃烧器的燃烧方法。此外，本发明不仅仅能够适用于设计新燃烧装置的情况，而且也能够适用于已设计的燃烧装置。
附图说明
图1为示意性地表示本发明第1实施方式的燃烧器的侧视图。
图2为示意性地表示本发明第1实施方式的燃烧器的俯视图。
图3为表示用于本发明第1实施方式的燃料喷嘴的一例的示意图。
图4A为表示用于本发明第1实施方式的一次氧化剂喷嘴的一例的示意图。
图4B为表示用于本发明第1实施方式的二次氧化剂喷嘴的一例的示意图。
图5为表示本发明第1实施方式的燃烧器的管道的一例的示意图。
图6为表示本发明第1实施方式的氧流量及空气流量的周期性变化的图的一例。
图7为表示本发明第1实施方式的氧流量及空气流量的周期性变化的图的一例。
图8为表示本发明一实施例中的频率与NOx浓度的关系的图表。
图9为表示本发明一实施例中的频率与CO浓度的关系的图表。
图10为表示本发明一实施例中的频率与传热效率的关系的图表。
图11为表示本发明一实施例中的频率与NOx浓度的关系的图表。
图12为表示本发明一实施例中的频率与NOx浓度的关系的图表。
具体实施方式
以下，对本发明的优选例进行说明，但本发明不限于这些例子。在不脱离本发明的主旨的范围内，可进行结构的附加、省略、置换及其他变更。
[第1实施方式]
以下，使用附图对适用本发明的第1实施方式的燃烧器的燃烧方法进行详细的说明。以下说明中使用的附图，为了容易理解特征，存在出于方便放大表示成为特征的部分的情况，各结构要素的尺寸比例不一定与实际相同。
如图1及图2所示，用于本实施方式的燃烧器1大致由喷出燃料流（燃料流体）的燃料喷嘴2、喷出一次氧化剂流（一次氧化剂流体）的一次氧化剂喷嘴3、以及喷出二次氧化剂流（二次氧化剂流体）的多个二次氧化剂喷嘴4构成。
如图1所示，燃料喷嘴2、一次氧化剂喷嘴3及二次氧化剂喷嘴4均形成为筒状，并且形成为其长度方向为同一方向。因此，燃料喷嘴2喷出燃料流的方向、一次氧化剂喷嘴3喷出氧化剂流的方向、以及二次氧化剂喷嘴4喷出氧化剂流的方向均为同一方向。不过，二次氧化剂喷嘴4的喷出方向不限于上述方式，不需要必须为同一方向。相对于一次氧化剂喷嘴3的长度方向，二次氧化剂喷嘴4只要设置为向外侧至20°角度的范围即可。
此外，燃料喷嘴2的设有喷出口的喷出面2a、一次氧化剂喷嘴3的设有喷出口的喷出面3a、以及二次氧化剂喷嘴4的设有喷出口的喷出面4a全部形成在同一平面上。因此，如图1所示，当从侧面看燃烧器1时，燃烧喷嘴2的喷出面2a、一次氧化剂喷嘴3的喷出面3a以及二次氧化剂喷嘴4的喷出面4a可看成一条直线状。
此外，一次氧化剂喷嘴3设置在燃料喷嘴2的周围或燃料喷嘴2的附近。此处，设置在周围或附近是指一次氧化剂喷嘴3和燃料喷嘴2配置在期望的距离内，一次氧化剂喷嘴3实质上配置在与燃料喷嘴2邻接的位置。
由此，能够从实质上与喷出燃料流的位置邻接的位置喷出氧化剂流。
此外，本实施方式中，如图2所示，燃料喷嘴2和一次氧化剂喷嘴3形成在同轴上。具体地，燃料喷嘴2形成为圆筒状，一次氧化剂喷嘴3形成为包围燃料喷嘴2的外周。即，一次氧化剂喷嘴3的截面形状形成为具有规定宽度h的环状 （面包圈状），燃料喷嘴2配置在以环状形成的一次氧化剂喷嘴3的内周内。
不过，关于燃料喷嘴2和一次氧化剂喷嘴3的配置位置，不限于上述方式，不需要一次氧化剂喷嘴3的截面形状必须为环状，只要一次氧化剂喷嘴3实质上配置在燃料喷嘴2的周围或附近即可。
二次氧化剂喷嘴4在以燃料喷嘴2为轴中心对称的位置配置有多个。因此，当俯视时，如图2所示，二次氧化剂喷嘴4配置在对于燃料喷嘴2点对称的位置。二次氧化剂喷嘴4之间的距离l，作为基准，在燃料热值100Mcal/h下优选10～50cm，更优选30～50cm。此外，在期望热值下的距离l，只要对于基准热值100Mcal/h的期望热值的1/3次幂来确定范围即可。
不过，多个二次氧化剂喷嘴4的配置位置不限于上述方式，只要考虑燃料流、一次氧化剂流、二次氧化剂流的流速等，配置在从燃料喷嘴2的期望的距离范围内即可。
图1及图2中，描述了配置两个二次氧化剂喷嘴4的情况，但不限于这些，也可以为3个以上。在3个以上的情况下，优选当俯视时，燃料喷嘴2配置在以各二次氧化剂喷嘴4为顶点的图形的重心位置。以下，对设置两个二次氧化剂喷嘴4的情况进行说明。
接着，对向各喷嘴供给流体的管道进行说明。
如图3所示，燃料喷嘴2连接有供给燃料流的燃料供给管道5。作为燃料流，典型地能够例示天然气（LNG），但也可以为重油等液体燃料。
此外，燃料供给管道5设有对燃料流的流量赋予周期性变化的强制振荡机构50。该强制振荡机构50具体指包括设置在燃料供给管道5的流量调节阀51和控制流量调节阀51的流量计52的控制单元。
如图4A所示，一次氧化剂喷嘴3连接有供给一次氧化剂流的一次氧化剂供给管道11。一次氧化剂供给管道11在上游分支成供给空气的一次空气供给管道6和供给氧的一次氧供给管道7。一次氧化剂流为空气和氧的混合气体，也可以使用氮气、二氧化碳气体、燃烧废气等来替代空气。作为氧，优选使用实质上的纯氧，例如工业用纯氧。
一次空气供给管道6及一次氧供给管道7分别设有对空气的流量和氧的流量赋予周期性变化的强制振荡机构60、70。该强制振荡机构60、70具体分别指包括设置在一次空气供给管道6或一次氧供给管道7的流量调节阀61、71、以及控制流量调节阀61、71的流量计62、72的控制单元。
作为一次氧化剂流，在使用氧浓度固定的氧化剂的情况下，只要供给预先被 固定在所述浓度的氧化剂就足够，因此一次氧化剂供给管道11不需要在上游分支，只要在一次氧化剂供给管道11设置强制振荡机构（省略图示）即可。
二次氧化剂喷嘴4与一次氧化剂喷嘴3同样地被控制。即，如图4B所示，二次氧化剂喷嘴4连接有供给二次氧化剂流的二次氧化剂供给管道12。二次氧化剂供给管道12在上游分支为供给空气的二次空气供给管道8和供给氧的二次氧供给管道9。二次氧化剂流为空气和氧的混合气体，也可以使用氮气、二氧化碳气体、燃烧废气等来替代空气。作为氧，优选使用实质上的纯氧，例如工业用纯氧。
二次空气供给管道8及二次氧供给管道9分别设有对空气的流量和氧的流量赋予周期性变化的强制振荡机构80、90。该强制振荡机构80、90具体分别指包括设置在二次空气供给管道8或二次氧供给管道9的流量调节阀81、91、以及控制流量调节阀81、91的流量计82、92的控制单元。
作为二次氧化剂流，在使用氧浓度固定的氧化剂的情况下，只要供给预先被固定在所述浓度的氧化剂就足够，因此二次氧化剂供给管道12在上游不需要分支，只要在二次氧化剂供给管道12设置强制振荡机构（省略图示）即可。
此外，二次氧化剂喷嘴4设有两个，因此如图5所示，二次氧化剂供给管道12在下游分支为两个，形成为分别向二次氧化剂喷嘴4供给二次氧化剂流。
因此，在使向各二次氧化剂喷嘴4供给的二次氧化剂流的流量及氧浓度周期性地变化时，一起以相同周期变化。
通过以上的管道5、11、12，对各喷嘴2、3、4供给燃料流或氧化剂流。通过控制各强制振荡机构50、60、70、80、90，从各喷嘴2、3、4喷出的流体流量被控制。
<流量的控制>
接着，对从各喷嘴2、3、4供给的流体的流量的控制进行说明。
在以下说明中，出于方便，设为从一次氧供给管道7及二次氧供给管道9供给纯氧，从一次空气供给管道6及二次空气供给管道8供给空气（氧浓度为约21%），从燃料供给管道5供给液化天然气（LNG）。
首先，对氧化剂流的流量及氧化剂流中的氧浓度的关系以一次氧化剂流为例进行说明。二次氧化剂流也为同样的关系。
构成一次氧化剂流的空气和纯氧的流量能够分别通过强制振荡机构60及强制振荡机构70变化。
在一次氧化剂流的流量一定时，只要纯氧和空气的流量同时一定，则氧浓度一定。
另一方面，即使将一次氧化剂流的流量设为一定，但例如图6所示，将纯氧的流量及空气的流量的周期性变化设为相同波形、相同振幅，且将相位差设为π，就能够使氧浓度周期性地变化。这样构成时，纯氧的流量和空气的流量的增减相抵消，因此一次氧化剂流的流量本身被控制为一定。
此时，通过将纯氧及空气的流量的最小值控制成均为0，能够使一次氧化剂流中的氧浓度在约21%～100%的范围变化。
即，纯氧的流量为0时，一次氧化剂流的氧浓度与空气的氧浓度相同，氧浓度为约21%。相反，空气的流量为0时，一次氧化剂流仅由纯氧构成，氧浓度为100%。
此外，在使一次氧化剂流的流量周期性变化时，例如图7所示，只要一边以一定量供给空气，一边使纯氧的流量定期地变化即可。此时，在纯氧的流量最大时，氧浓度最大，在纯氧的流量最小时，氧浓度最小。
例如，控制为纯氧的流量的最大值与空气的流量相同、且最小值为0，则氧浓度在约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1，一次氧化剂流中的氧浓度为约61%。此外，纯氧的流量最小时，一次氧化剂流体仅由空气构成，氧浓度为约21%。
作为使一次氧化剂流的流量周期性地变化的方法，对使空气的流量一定且使纯氧的流量定期地变化的方法进行了说明，但也可以使纯氧的流量一定且使空气的流量周期性地变化，另外也可以使两者的流量周期性地变化。
如上所述地控制氧化剂流的流量和氧浓度。
此处对氧比进行说明。氧比是指将作为氧化剂流供给至一次氧化剂喷嘴3及二次氧化剂喷嘴4的供氧量除以使供给至燃料喷嘴2的燃料流体燃烧所需的理论需氧量的值。因此，理论上，氧比1.0的状态是指能够不多不少地使用氧而完全燃烧的状态。LNG的燃烧中理论需氧量也会根据LNG组成不同而不同，以摩尔比计大约为LNG的2.3倍。
接着，对本实施方式的燃料流、一次氧化剂流及二次氧化剂流的控制进行说明。
在本实施方式中，使燃料流的流量一定，使一次氧化剂流和二次氧化剂流的流量中的至少一个周期性地变化。此外，控制为由一次氧化剂流和二次氧化剂流构成的氧化剂流中的氧浓度周期性地变化的同时，对氧比也赋予周期性变化。
控制为对该氧浓度的周期性变化和氧比的周期性变化设置差。特别地，优选控制为低氧比且高氧浓度的状态、和高氧比且低氧浓度的状态周期性地产生。
此处，对周期性变化设置差是指除波形、频率、相位完全一致的情况之外的情况。例如，即使氧比及氧浓度的波形同时为正弦波且为相同频率，只要相位上产生差，就是对周期性变化设置差。
作为如上所述的控制的一例，可举出控制为使供给至一次氧化剂流的空气的流量与纯氧的流量同时一定，并使供给至二次氧化剂流的纯氧的流量一定，对供给至二次氧化剂流的空气的流量赋予周期性变化。
此时，一次氧化剂流的流量一定，但二次氧化剂流的流量周期性地变化。
此外，整体上看氧化剂流时，供给至一次氧化剂流的空气和纯氧、以及供给至二次氧化剂流的纯氧的流量一定，但供给至二次氧化剂流的空气的流量周期性地变化，因此氧浓度也周期性地变化。具体地，在供给至二次氧化剂流的空气的流量最大时，氧浓度最小，相反，在供给至二次氧化剂流的空气的流量最小时，氧浓度最大。
此外，由于燃料流的流量一定，理论需氧量一定。
整体上看氧化剂流时，关于被供给的氧的绝对量，在供给至二次氧化剂流的空气的流量最大时，氧量最大，在供给至二次氧化剂流的空气的流量最小时，氧量最小。
因此，关于供氧量除以理论需氧量的氧比，在供给至二次氧化剂流的空气的流量最大时，氧比最大，在供给至二次氧化剂流的空气的流量最小时，氧比最小。
即，根据上述控制的例，在氧浓度最小时氧比最大，在氧浓度最大时氧比最小，氧浓度和氧比的周期性变化上产生差。
上述控制为一例，不限于这样的控制，只要适当地将供给至一次氧化剂流的空气和纯氧、以及供给至二次氧化剂流的空气和纯氧的流量控制在期望的范围即可。
特别地，优选使二次氧化剂流的流量周期性地变化，此时频率优选为0.01Hz以上20Hz以下，更优选为0.02Hz以上2Hz以下。
此外，一次氧化剂流在氧化剂流的流量中所占的流量，以时间平均计优选为10%以上70%以下，更优选为10%以上50%以下。
反过来说，二次氧化剂流在氧化剂流的流量中所占的流量，以时间平均计优选为30%以上90%以下，更优选为50%以上90%以下。
此外，氧化剂流中的氧浓度，优选为5%以上100%以下，更优选为21%以上100%以下。
关于氧比，控制为周期性地发生变化，但氧比的上限与下限之差（即，氧比 的振幅）优选为0.2以上。此外，氧比以时间平均计优选为1.0以上，更优选为1.05以上。
此外，氧比和氧浓度的周期性变化优选为相同的频率，此时相位差优选为π/2以上3π/2以下（即，氧比和氧浓度的相位差的绝对值为π/2以上），相位差更优选为π。
根据本实施方式的燃烧器的燃烧方法，氧化剂流由从燃料流的周围或附近喷出的一次氧化剂流、和多个二次氧化剂流构成，因此与现有的通过一个氧化剂流燃烧的情况相比，氧化剂流的供给方法不同。而且，通过使氧浓度及氧比周期性地变化，对这些周期性变化设置差，能够显著且可靠地降低NOx。
此外，通过燃烧器的燃烧，假设主要在熔炉、加热炉等热利用设备或装置中的利用时，理所当然地，从节能的观点出发提高热利用效率也是最重要的命题，此外还要求抑制二氧化碳的排出。根据本实施方式的燃烧器的燃烧方法，能够满足这些要求。
而且，本实施方式的燃烧器的燃烧方法，不仅能够适用于设计新的燃烧装置的情况，还能适用于已设计的燃烧装置中的燃烧器。
[第2实施方式]
接着，对应用了本发明的第2实施方式的燃烧器的燃烧方法进行说明。
本实施方式为第1实施方式的变形例，对同样的部分省略说明。
本实施方式与第1实施方式相比在控制为使燃料流的流量周期性地变化的方面上不同，其他的燃烧器结构相同。
本实施方式的燃料流的流量周期性地变化，燃料流的流量的周期性变化和氧比的周期性变化被控制为相同频率。
此外，燃料流的流量和氧比的周期性变化的相位差被控制为π/2以上3π/2以下（即，燃料流的流量和氧比的周期性变化的相位差的绝对值为π/2以上），该相位差优选为π。
作为这样的控制的一例，可举出如下方法。即，使供给至一次氧化剂流的一次空气的流量和一次氧的流量同时一定，供给至二次氧化剂流的纯氧的流量一定，对供给至二次氧化剂流的空气的流量赋予周期性变化，与该周期性变化的相位差成为π的方式控制燃料流的流量。
此时，一次氧化剂流的流量一定，但二次氧化剂流的流量周期性地变化。
此外，由于二次氧化剂流的流量周期性地变化，氧浓度也周期性地变化，在供给至二次氧化剂流的空气的流量最大时，氧浓度最小，相反，在供给至二次氧 化剂流的空气的流量最小时，氧浓度最大。
整体上看氧化剂流时，在供给至二次氧化剂流的空气的流量最大时，氧量最大，在供给至二次氧化剂流的空气的流量最小时，氧量最小。
另一方面，在供给至二次氧化剂流的空气的流量最大时，燃料流的流量最小，理论需氧量最小。与此相对，在供给至二次氧化剂流的空气的流量最小时，燃料流的流量最大，理论需氧量最大。
因此，关于供氧量除以理论需氧量的氧比，在供给至二次氧化剂流的空气的流量最大时，氧比最大，在供给至二次氧化剂流的空气的流量最小时，氧比最小。
即，根据上述控制的例子，控制氧浓度、氧比及燃料流的流量的周期性变化，使得在氧浓度最小时，氧比最大且燃料流的流量最小，在氧浓度最大时，氧比最小且燃料流的流量最小。
上述控制为一例，不限于这样的控制，只要适当地将燃料流、供给至一次氧化剂流的空气和纯氧、以及供给至二次氧化剂流的空气和纯氧的流量控制在期望的范围即可。
本实施方式的燃烧器的燃烧方法也与第1实施方式相同地，与现有的通过一个氧化剂流燃烧的情况相比，氧化剂流的供给方式不同，因此能够显著且可靠地降低NOx。
以上，基于实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，显然在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更。
例如，在使燃料流的流量、构成一次氧化剂流及二次氧化剂流的空气或氧的流量周期性地变化时，不仅仅为显示正弦波的周期性变化，也可以为流量变化成为矩形波或三角波的供给模式。
以下，示出实施例对使二次氧化剂流的流量周期性地变化而燃烧燃烧器时的、NOx降低效果进行说明。本发明不限于以下实施例，在不变更其要旨的范围内能够适当变更来实施。
实施例1
实施例1中，使用燃烧器1进行实验，所述燃烧器1在长方体的试验炉的侧面，如图1及图2所示，将一次氧化剂喷嘴3配置成包围燃料喷嘴2的外周，将两个二次氧化剂喷嘴4在同一平面上配置在以燃料喷嘴2为轴中心左右对称的位置。两个二次氧化剂喷嘴4之间的距离l设为50cm，从二次氧化剂喷嘴4喷出的二次氧化剂流的流速设为100m/s。在试验炉的底部，在与喷嘴的喷出方向正交的方向上配置多个水冷管，在各水冷管的入口和出口插入测温电阻元件。
燃料使用LNG，燃料流的流量设为一定，以时间平均计的氧比设为1.05，以时间平均计的氧化剂流（一次氧化剂流和二次氧化剂流的合计）中的氧浓度设为一般能够期待废气量降低的40%。
此外，以时间平均计，相对于包含于一次氧化剂流的氧的流量与包含于二次氧化剂流的氧的流量的合计量（即，供给至燃烧器1的氧量），包含于一次氧化剂流的氧的流量设为30%，包含于二次氧化剂流的氧的流量设为70%。换言之，从一次氧化剂流供给理论需氧量的31.5%的氧，从二次氧化剂流以时间平均计供给理论需氧量的73.5%。
一次氧化剂流的流量设为一定，并使二次氧化剂流的氧和空气的流量周期性地变化。使氧浓度为21%以上100%以下，氧比为0.6以上1.5以下，使其频率在0.017Hz～100Hz的范围变化，进行了试验，并测定了NOx排出量、CO浓度和传热效率。NOx排出量的结果表示在图8中，CO浓度的结果表示在图9中，传热效率的结果显示在图10中。另外，NOx的排出量是通过使用吸入泵从烟道连续吸入废气并使用化学发光式的连续式NOx浓度测定装置进行了测定。CO浓度是通过使用吸入泵从烟道连续吸入废气并使用红外吸收式的连续式CO浓度测定装置进行了测定。传热效率是通过从配置在试验炉的底部的水冷管中流动的水的温度变化和流量计算传热量而求得。
在分析试验结果时，作为现有技术使用在燃料喷嘴的周围配置有氧化剂喷嘴的结构的燃烧器，氧浓度固定在40%，测定了普通燃烧时的NOx排出量、CO浓度及传热效率。该值分别设为基准值NOx（ref）、基准值CO（ref）及基准值传热效率（ref）。
图8至图10中，横轴表示频率，纵轴表示使用基准值NOx（ref）标准化的NOx排出量（NOx/NOx（ref））、使用基准值CO（ref）标准化的CO浓度（CO/CO（ref））或使用基准值传热效率（ref）标准化的传热效率（传热效率/传热效率（ref））。
由图8可知，通过使用二次氧化剂流使其流量周期性地变化能够显著降低NOx排出量。此外，可知在二次氧化剂流的流量的频率为20Hz处，具有NOx排出量急剧增加的趋势，优选使频率在20Hz以下。
此外，由图9可知，具有二次氧化剂流的使用与否及其流量的周期性变化的频率不怎么对CO浓度带来影响的趋势。
此外，由图10可知，通过使二次氧化剂流的流量周期性地变化能够提高传热效率。此外，具有传热效率不怎么受二次氧化剂流的频率的影响的趋势。
实施例2
接着，在实施例2中，改变两个二次氧化剂喷嘴4之间的距离l来调查了对NOx排出量的影响。具体地，使两个二次氧化剂喷嘴4之间的距离l为10cm、20cm、30cm、40cm、50cm的五个条件下，使二次氧化剂流的频率在0.017Hz～100Hz的范围变化。在其他条件与实施例1相同的条件下进行。
图11中表示了NOx排出量的测定结果。
图11中，横轴表示频率，纵轴表示根据实施例1中的基准值NOx（ref）标准化的NOx排出量。
由图11可知，通过使二次氧化剂喷嘴4之间的距离l变大，NOx排出量减少。此外，可知在二次氧化剂流的流量的频率为20Hz处，具有NOx排出量急剧增加的趋势，因此优选使频率在20Hz以下。
实施例2中也测定了CO浓度，结果具有喷嘴之间的距离不怎么对CO浓度带来影响的趋势。
此外，实施例2中也测定了传热效率，具有喷嘴之间的距离不怎么对传热效率带来影响的趋势。
实施例3
接着，实施例3中，通过变更喷嘴径改变二次氧化剂流的流速，调查了对NOx排出量的影响。具体地，针对二次氧化剂流的流速为10m/s、20m/s、30m/s、60m/s、100m/s、200m/s、300m/s的七个条件，使二次氧化剂流的频率在0.017Hz～100Hz的范围变化。在其他条件与实施例1相同的条件下进行。
图12中表示了NOx排出量的测定结果。在图12中，横轴表示频率，纵轴表示以实施例1中基准值NOx（ref）为基准标准化的NOx排出量。
由图12可知，在使二次氧化剂流的流速上升时，具有NOx排出量减少的趋势。特别地，可知流速优选为20m/s以上，更优选为60m/s以上。
实施例3中也测定了CO浓度，结果具有二次氧化剂流的流速不怎么对CO浓度带来影响的趋势。
此外，在实施例3中也测定了传热效率，具有二次氧化剂流的流速不怎么对传热效率带来影响的趋势。
工业实用性 
能够提供一种发挥NOx降低效果、具有实用价值的燃烧器的燃烧方法。本发明涉及燃烧器的燃烧方法，在利用燃烧装置的制造业中能够广泛利用。
符号说明
1   燃烧器
2   燃料喷嘴
3   一次氧化剂喷嘴
4   二次氧化剂喷嘴
5   燃料供给管道
11  一次氧化剂供给管道
12  二次氧化剂供给管道
50、60、70、80、90  强制振荡机构

Claims (12)

1.一种燃烧器的燃烧方法，其为供给氧化剂流和燃料流而进行燃烧的燃烧器的燃烧方法，
所述氧化剂流由从所述燃烧流的周围或所述燃料流的附近喷出的一次氧化剂流、和多个二次氧化剂流构成，
使所述一次氧化剂流及多个所述二次氧化剂流的流量中的至少一个周期性地变化的同时，
对所述氧化剂流中的氧浓度赋予周期性变化，
对通过所述氧化剂流供给的供氧量除以理论需氧量的氧比赋予周期性变化，
通过对所述氧浓度和所述氧比的周期性变化设置差，燃烧状态成为周期性的振荡状态。
2.根据权利要求1所述的燃烧器的燃烧方法，多个所述二次氧化剂流从以所述燃料流为中心对称的位置喷出。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧器的燃烧方法，所述一次氧化剂流相对于所述氧化剂流的流量的流量比率为10％以上70％以下。
4.根据权利要求1或2所述的燃烧器的燃烧方法，所述二次氧化剂流的流量周期性地变化。
5.根据权利要求4所述的燃烧器的燃烧方法，所述二次氧化剂流的流量的周期性变化的频率为0.01Hz以上20Hz以下。
6.根据权利要求1或2所述的燃烧器的燃烧方法，周期性地变化的所述氧比的上限和下限之差为0.2以上，所述氧比的上限和下限之差为氧比的振幅，一个周期中的所述氧比的平均值为1.0以上。
7.根据权利要求1或2所述的燃烧器的燃烧方法，所述氧浓度及所述氧比的周期性变化为相同频率。
8.根据权利要求7所述的燃烧器的燃烧方法，所述氧浓度与所述氧比的周期性变化的相位差为π/2以上3π/2以下。
9.根据权利要求1或2所述的燃烧器的燃烧方法，所述燃料流的流量周期性地变化，所述燃料流的流量的周期性变化及所述氧比的周期性变化为相同频率，所述燃料流的流量与所述氧比的周期性变化的相位差为π/2以上3π/2以下。
10.根据权利要求1或2所述的燃烧器的燃烧方法，所述氧化剂流由氧和空气构成。
11.根据权利要求1或2所述的燃烧器的燃烧方法，所述氧化剂流由氧和燃烧废气构成。
12.根据权利要求11所述的燃烧器的燃烧方法，所述氧实质上为纯氧。
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