JP2002115808A - 燃焼炉燃焼ガスの窒素酸化物削減方法 - Google Patents

燃焼炉燃焼ガスの窒素酸化物削減方法

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淳史 谷垣
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大介 長谷川
Shinji Morohashi
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Abstract

(57)【要約】 【課題】酸素濃度が高い気体を用いて燃料を燃焼させる
燃焼炉から排出される燃焼ガスのＮＯxを削減する方法
の提供。 【解決手段】酸素を８０体積％以上含有する気体によっ
て燃料を燃焼させる燃焼炉から排出され、酸素を含有す
る燃焼ガスのＮＯx削減方法であって、１０００〜１５
００℃である燃焼ガスに可燃性物質を添加し、Ｃおよび
Ｈを含有する化合物を該可燃性物質が含有することを特
徴とするＮＯx削減方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気を用いて燃料
を燃焼させるのではなく、酸素を８０体積％以上含有す
る気体を用いて燃料を燃焼させるガラス溶融炉等の燃焼
炉から排出される燃焼ガスの窒素酸化物（以下ＮＯxと
いう。）削減方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ガラス溶融炉においては重油
等の燃料を空気によって燃焼しガラス製品を製造してい
るが、前記燃焼時に空気中の窒素が高温状態で窒素酸化
物（ＮＯx）になる問題があった。
【０００３】近年、この問題を解決するガラス溶融炉と
して、酸素ガス、すなわち酸素を９９体積％以上含有す
る気体を用いて燃料を燃焼させるいわゆる全酸素燃焼ガ
ラス溶融炉が注目されている。全酸素燃焼ガラス溶融炉
においては、その燃料燃焼時に存在する窒素は大幅に減
少し、その結果燃焼ガスのＮＯx量も大幅に減少する。
【０００４】しかし、この場合も前記燃料燃焼時に存在
する窒素はゼロとはならない。すなわち、炉外の大気か
ら炉内に漏洩してくる空気に起因する窒素、燃料中の窒
素化合物に起因する窒素、燃焼に用いる酸素ガス中に不
純物として含まれる窒素等が存在する。このような窒素
に起因する燃焼ガス中のＮＯxも削減することが求めら
れている。さらに、硝酸塩がガラス原料として使用され
る場合その硝酸塩原料の分解にともなってＮＯxが発生
する。このようなＮＯxは、空気ではなく酸素ガスを用
いて燃料を燃焼させる全酸素燃焼ガラス溶融炉によって
も削減することは困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、酸素ガス等
の、酸素を８０体積％以上含有する気体を用いて燃料を
燃焼させる燃焼炉から排出される燃焼ガスのＮＯxを削
減する方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、酸素を８０体
積％以上含有する気体によって燃料を燃焼させる燃焼炉
から排出され、酸素を含有する燃焼ガスの窒素酸化物削
減方法であって、１０００〜１５００℃である燃焼ガス
に可燃性物質を添加し、ＣおよびＨを含有する化合物を
該可燃性物質が含有することを特徴とする燃焼炉燃焼ガ
スのＮＯx削減方法を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明において、酸素を８０体積
％以上含有する気体を高濃度酸素気体という。高濃度酸
素気体は酸素以外の気体を含有してもよいが、その典型
的なものは窒素またはアルゴンである。本発明は、酸素
を９０体積％以上含有する高濃度酸素気体を燃料の燃焼
に用いる燃焼炉の燃焼ガスのＮＯx削減に好適であり、
酸素を９９体積％以上含有する高濃度酸素気体を燃料の
燃焼に用いる燃焼炉の燃焼ガスのＮＯx削減に特に好適
である。
【０００８】本発明における燃料とは、都市ガス等の気
体燃料、重油等の液体燃料、および石炭等の固体燃料を
いう。本発明における燃焼炉は特に限定されないが、ガ
ラス溶融炉、金属溶融炉等が例示される。以下では、ガ
ラス溶融炉の場合について述べる。
【０００９】本発明の対象とする「ガラス溶融炉から排
出される燃焼ガス」は、後述の可燃性物質を添加する時
点においては酸素を含有する。この酸素は、燃焼時の過
剰酸素または炉外の大気から炉内または煙道内に漏洩し
てくる空気に起因する酸素等によるものである。前記酸
素の含有量は、典型的には０．１体積％以上である。な
お、本発明における燃焼ガスの酸素の含有量は、乾き状
態換算のもの、すなわち燃焼ガスから水分を除去して測
定したものである。
【００１０】ガラス溶融炉から排出された燃焼ガスは、
通常は、煙道を通って煙突から大気に放出される。ガラ
ス溶融炉から排出されるときの燃焼ガスの温度は、典型
的には１２００〜１６００℃であるが、煙突から大気に
放出されるときの温度は、典型的には５０〜３００℃に
まで低下する。この温度降下は、煙道の壁を通しての冷
却等による。前記煙道はトンネル状の通路であるが、そ
の途中に必要に応じて熱回収装置等の各種装置が設置さ
れる。本発明では、前記各種装置も含めて煙道という。
【００１１】先に述べたように前記燃焼ガスの温度は煙
道内を進むにつれ次第に低下するが、本発明において
は、燃焼ガスが１０００〜１５００℃である場所におい
て可燃性物質が前記燃焼ガスに添加され、燃焼ガス中の
ＮＯxが削減される。
【００１２】前記可燃性物質は、ＣとＨを含有する化合
物、典型的には炭化水素を含有し、都市ガス、天然ガ
ス、液化石油ガス、石炭ガス、アセチレン、灯油、軽
油、重油、微粉炭等が例示される。
【００１３】前記ＮＯx削減は次に述べるような反応に
よると考えられる。すなわち、前記可燃性物質が熱分解
して炭化水素等からなるラジカル物質が発生し、燃焼ガ
ス中のＮＯxが該ラジカル物質と反応してＣＯ2、Ｎ2、
Ｈ2Ｏ、ＣＯ等となり、その結果燃焼ガス中のＮＯxが減
少すると考えられる。
【００１４】前記可燃性物質を添加する温度が１０００
℃未満では、可燃性物質の熱分解が不充分になる。好ま
しくは１１００℃以上、より好ましくは１２００℃以上
である。１５００℃超では、燃焼ガス中に存在するＯ
（酸素原子）が燃焼ガス中に存在するＮ（窒素原子）と
反応してＮＯx（いわゆるサーマルＮＯx）を生成する、
すなわち、かえってＮＯxが増大する。好ましくは１４
５０℃以下である。
【００１５】可燃性物質は、気体状態、液体状態および
粉末等の固体状態のいずれの状態で添加してもよい。取
扱が容易であること、または燃焼ガス中での分散が容易
であることから、気体状態または液体状態、特に気体状
態で添加することが好ましい。
【００１６】可燃性物質の添加量Ａは、該添加を行う燃
焼ガスに存在する酸素を反応消滅させるのに必要な前記
可燃性物質の量Ａ0の０．０５倍以上であることが好ま
しい。ここで、「燃焼ガスに存在する酸素を反応消滅さ
せるのに必要な可燃性物質の量」とは、該酸素と可燃性
物質が反応して該酸素が消滅するのに必要十分な可燃性
物質の量であって、化学量論的に算出される。
【００１７】ＡがＡ0の０．０５倍未満ではＮＯx削減が
不充分となるおそれがある、または、サーマルＮＯx生
成のためにかえってＮＯxが増加するおそれがある。よ
り好ましくは０．１倍以上、特に好ましくは０．５倍以
上、最も好ましくは１．０倍以上である。また、ＡはＡ
0の３．０倍以下であることが好ましい。３．０倍超添
加してもＮＯx削減率の増加が認められなくなってＮＯx
削減効率が低下するおそれがある。ここで、ＮＯx削減
効率とは、「可燃性物質追加によるＮＯx削減率増加
量」と「可燃性物質追加量」の比である。
【００１８】なお、２箇所以上で可燃性物質を添加する
場合、前記Ａは各箇所における可燃性物質の添加量の合
計であり、前記Ａ0は最上流の可燃性物質添加箇所にお
ける酸素を反応消滅させるのに必要な前記可燃性物質の
量である。また、前記「燃焼ガスに存在する酸素」は、
可燃性物質添加と同時に燃焼ガスに高濃度酸素気体、空
気等の酸素含有気体が供給される場合の該酸素含有気体
中の酸素も含む。
【００１９】前記添加される可燃性物質の真発熱量の合
計Ｂは、燃焼炉で燃焼される燃料の真発熱量の合計Ｂ1
の０．５〜７．９％であることが好ましい。０．５％未
満ではＮＯx削減が不充分となるおそれがある。好まし
くは２．０％以上である。ＮＯx削減効率の増加よりも
ＮＯx削減率増加を重視する場合は３．１％以上とする
ことが特に好ましい。７．９％超ではＮＯx削減率の増
加が認められなくなりＮＯx削減効率が低下するおそれ
がある。好ましくは６．０％以下である。ＮＯx削減率
増加よりもＮＯx削減効率増加を重視する場合は２．９
％以下とすることが特に好ましい。なお、前記「可燃性
物質の真発熱量の合計」は、２箇所以上で可燃性物質を
添加する場合は各箇所で添加される可燃性物質の真発熱
量の合計である。前記「燃焼炉で燃焼される燃料の真発
熱量の合計」についても同様である。
【００２０】前記可燃性物質を添加された燃焼ガスの温
度が６００℃にまで低下する時間は０．３秒以上である
ことが好ましい。０．３秒未満では前記炭化水素等から
なるラジカル物質と燃焼ガス中のＮＯxとの反応が不充
分になるおそれがある。より好ましくは１秒以上、特に
好ましくは２秒以上である。なお、２箇所以上で可燃性
物質を添加する場合、前記時間は、最下流の可燃性物質
添加箇所から燃焼ガス温度が６００℃となる場所まで燃
焼ガスが移動するのに要する時間である。
【００２１】前記可燃性物質の添加により発生したＣＯ
が、煙突から排出される燃焼ガス中に残存するおそれが
ある場合、前記可燃性物質添加後の、６００℃以上１０
００℃未満の燃焼ガスに酸素含有気体を添加することが
好ましい。該酸素含有気体添加によりＣＯはＣＯ2に酸
化され、その結果ＣＯが除去される。また、本発明の目
的を損なわない範囲でアンモニア等を燃焼ガスに添加し
てもよい。
【００２２】
【実施例】酸素を９９．８体積％、窒素およびアルゴン
を合計で０．２体積％含有する酸素ガス４４２ｍ3／ｈ
を用いてＣ重油（真発熱量：９１００ｋｃａｌ／Ｌ）２
１１Ｌ／ｈを燃焼させるガラス溶融炉から排出され、酸
素を含有する燃焼ガスに、都市ガス（１ｍ3［標準状
態］当りの真発熱量：９９４０ｋｃａｌ）を添加した。
なお、該都市ガスの組成は体積％表示で、ＣＨ4：８
８．５％、Ｃ2Ｈ6：４．６％、Ｃ3Ｈ8：５．４％、Ｃ4
Ｈ10：１．５％であり、前記酸素ガス流量４４２ｍ3／
ｈは標準状態での流量である。以下、気体流量または気
体添加量は標準状態での流量または添加量として表す。
【００２３】表１に、都市ガスが添加される燃焼ガスの
温度Ｔ、前記燃焼ガスの酸素濃度、都市ガス添加量Ａ、
Ａと前記燃焼ガスに存在する酸素を反応消滅させるのに
必要な都市ガスの量Ａ0との比Ａ／Ａ0、添加される都市
ガスの真発熱量の合計Ｂと燃焼炉で燃焼される燃料の真
発熱量の合計Ｂ1（＝１．９２×１０6ｋｃａｌ／ｈ）と
の比Ｂ／Ｂ1、温度が５２０℃に低下した燃焼ガスにお
けるＮＯx削減率を示す。
【００２４】例２〜６は実施例、例１は比較例であり、
例１における燃焼ガスの酸素濃度は例２〜５において都
市ガスが添加されたと同一の場所におけるものである。
また、例４において燃焼ガスの温度が、都市ガスが添加
されてから６００℃まで低下する時間は１．９秒、５２
０℃まで低下する時間は２．０秒であった。
【００２５】
【表１】
【００２６】別の実施例として、酸素を９３体積％、窒
素を２．５体積％、アルゴンを４．５体積％それぞれ含
有する気体５２３ｍ3／ｈを用いてＣ重油（真発熱量：
９４５０ｋｃａｌ／Ｌ）２２７Ｌ／ｈを燃焼させるガラ
ス溶融炉から排出され、酸素を１４体積％含有する燃焼
ガス（温度：１０８６℃）に、前記都市ガスを１７．５
ｍ3／ｈ添加した。Ａ／Ａ0は０．２、Ｂ／Ｂ1は８．２
％、温度が５２０℃に低下した燃焼ガスにおけるＮＯx
削減率は３９％であった。
【００２７】
【発明の効果】酸素を８０体積％以上含有する高濃度酸
素気体を用いて燃料を燃焼させる燃焼炉から排出される
燃焼ガスのＮＯxを効率的に削減できる。特に、全酸素
燃焼ガラス溶融炉の燃焼ガスにおいても残存するＮＯx
を効率的に削減できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 大介 神奈川県横浜市鶴見区末広町１丁目１番地 旭硝子株式会社内 (72)発明者 諸橋 伸治 神奈川県横浜市鶴見区末広町１丁目１番地 旭硝子株式会社内 Ｆターム(参考） 3K065 TA01 TB01 TB07 TB11 TB14 TB17 TC03 TD04 TD05 TD07 TE06 TH01 3K070 DA02 DA09 DA83

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】酸素を８０体積％以上含有する気体によっ
    て燃料を燃焼させる燃焼炉から排出され、酸素を含有す
    る燃焼ガスの窒素酸化物削減方法であって、１０００〜
    １５００℃である燃焼ガスに可燃性物質を添加し、Ｃお
    よびＨを含有する化合物を該可燃性物質が含有すること
    を特徴とする燃焼炉燃焼ガスの窒素酸化物削減方法。
  2. 【請求項２】前記可燃性物質の添加量が、該添加を行う
    燃焼ガスに存在する酸素を反応消滅させるのに必要な前
    記可燃性物質の量の０．０５倍以上である請求項１に記
    載の窒素酸化物削減方法。
  3. 【請求項３】前記可燃性物質の真発熱量の合計が、燃焼
    炉で燃焼される燃料の真発熱量の合計の０．５〜７．９
    ％である請求項１または２に記載の窒素酸化物削減方
    法。
  4. 【請求項４】前記可燃性物質の真発熱量の合計が、燃焼
    炉で燃焼される燃料の真発熱量の合計の２．９％以下で
    ある請求項３に記載の窒素酸化物削減方法。
  5. 【請求項５】前記添加される可燃性物質の真発熱量の合
    計が、燃焼炉で燃焼される燃料の真発熱量の合計の３．
    １％以上である請求項３に記載の窒素酸化物削減方法。
  6. 【請求項６】前記可燃性物質を添加された燃焼ガスの温
    度が６００℃にまで低下する時間が０．３秒以上である
    請求項１〜５のいずれかに記載の窒素酸化物削減方法。
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