JP2008175465A - 工業炉の燃焼方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼生成排ガスに適正酸素量を添加した混合ガスに、更に空気を混合したものを燃焼用ガスとして使用することにより、燃焼生成排ガス量を低減しつつ、燃燃焼生成排ガス中のＮＯ_Ｘの発生量を低下させることが可能な工業炉の燃焼方法を提供する。
【解決手段】バーナー１０を備え加熱対象物を加熱処理する工業炉１１から排出された燃焼生成排ガスを大気中に排出するに際し、大気へ排出する前の燃焼生成排ガスの一部を抽出し、これに酸素と空気を添加して燃焼用ガスとし、燃焼用ガスを燃料とともにバーナー１０へ供給して燃焼させる工業炉の燃焼方法であって、燃焼用ガス中の酸素濃度を１１体積％以上２１体積％未満の範囲とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、鋼材の加熱に適した工業炉の燃焼方法に関する。

従来、鋼材は、熱間で圧延を行うために、工業炉内で予め約１２００℃まで加熱処理されている。この熱源は、工業炉内に設けられたバーナーに、例えば、コークス炉ガス（以下、ＣＯＧともいう）または都市ガスのような燃料と燃焼用ガスを供給し燃焼させることで得ている。なお、燃焼用ガスは、空気を用いることが一般的であった。
このような工業炉としては、例えば、図２に示すように、燃焼に使用する燃料（ガス）をバーナー９０に導入するとともに、燃焼用ガスとして使用する空気をブロワ９１で昇圧しレキュペレータ９２で予熱した後、バーナー９０に供給するものがある。なお、この工業炉から排出される燃焼生成排ガスの保有熱を、燃焼用ガス（空気）の熱源として利用するため、燃焼生成排ガスを、熱交換機能をなすレキュペレータ９２に通過させた後、煙突９３のドラフトにより排気している。
これにより、燃焼用ガス（約３０℃）は熱量を得て、約５００℃に昇温された後に工業炉に供給され、一方、レキュペレータ９２で熱交換された後の燃焼生成排ガスは熱量を奪われ、約３００℃まで降温された後に煙突９３を経由して系外へ排出されている。

この系外に排出される燃焼生成排ガスの顕熱を削減することは、省エネルギー的に有効な手段である。この顕熱を削減するには、燃焼生成排ガスの温度と量を低減する方法がある。
しかし、燃焼生成排ガスの温度を低下させるには、燃焼生成排ガス中の硫黄による低温腐食の問題と、熱交換効率の低下とから限界があるので、この燃焼生成排ガスの量を低減することが有効である。
更に、光化学スモッグ防止の観点から、燃焼生成排ガス中のＮＯ_Ｘを低減することも重要である。

この燃焼生成排ガス量およびＮＯ_Ｘを低減する手段として、図３に示すように、燃焼用ガス（空気）に酸素を添加した酸素富化空気を使用する燃焼方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、この方法では、燃焼用ガス中の酸素濃度が高くなるとバーナーの燃焼火炎温度が高くなり、ＮＯ_Ｘの発生が著しく増加するという問題があった。
そこで、図４に示すように、燃焼生成排ガスを混合したガスを、燃焼用ガスとして空気に混入させて使用し燃料を燃焼させることで、燃焼火炎温度を低下させる方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭５７−４１５２１号公報 特開昭５２−１４２２５号公報

しかしながら、特許文献２に開示されている方法は、燃焼火炎温度を低下させることは可能であるが、燃焼生成排ガス量が増大して環境上問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、燃焼生成排ガスに酸素と空気を適正量添加して燃焼用ガス中の酸素濃度を規定することにより、燃焼生成排ガス量を低減しつつ、燃焼生成排ガス中のＮＯ_Ｘの発生量を低下させることが可能な工業炉の燃焼方法を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するためのものであり、その手段（１）は、バーナーを備え加熱対象物を加熱処理する工業炉から排出された燃焼生成排ガスを大気中に排出するに際し、大気へ排出する前の前記燃焼生成排ガスの一部を抽出し、これに酸素と空気を添加して燃焼用ガスとし、該燃焼用ガスを燃料とともに前記バーナーへ供給して燃焼させる工業炉の燃焼方法であって、
前記燃焼用ガス中の酸素濃度を１１体積％以上２１体積％未満の範囲とした。

手段（２）は、手段（１）において、前記酸素量を、前記工業炉へ供給する燃料量、および前記空気量から決定し、更に前記抽出する燃焼生成排ガス量を、前記大気へ排出する燃焼生成排ガス中のＮＯ_Ｘ量に基づいて決定する。
手段（３）は、手段（１）および手段（２）のいずれか１において、前記空気量は、前記工業炉から大気へ排出する前記燃焼生成排ガス量に基づいて決定する。

本発明に係る工業炉の燃焼方法は、燃焼用ガス中の酸素濃度を、空気の酸素濃度未満である１１体積％以上２１体積％未満に規定するので、火炎温度の過剰な上昇を抑制し、従来よりもＮＯ_Ｘの生成量を低減できるとともに、安定した燃焼が可能となる。
また、本発明に係る工業炉の燃焼方法において、酸素量を、燃料量および空気量から決定し、更に抽出する燃焼生成排ガス量を、ＮＯ_Ｘ量に基づいて決定すると、工業炉の操業状況に応じて燃焼生成排ガス量を調整でき、更にこの酸素が添加される燃焼生成排ガス量を増減させることで、酸素濃度を変えて火炎温度を調整でき、発生するＮＯ_Ｘの制御を容易にできるので好ましい。
そして、本発明に係る工業炉の燃焼方法において、空気量を、工業炉から大気へ排出する燃焼生成排ガス量に基づいて決定すると、燃焼生成排ガスの発生量を抑制できるので好ましい。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る工業炉の燃焼方法を示す説明図である。

図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る工業炉の燃焼方法は、バーナー１０を備え鋼材（加熱対象物の一例）を加熱処理する工業炉１１から排出された燃焼生成排ガスを大気中に排出するに際し、大気へ排出する前の燃焼生成排ガスの一部を抽出し、これに酸素と空気を添加して燃焼用ガスとし、燃焼用ガスを燃料とともにバーナー１０へ供給して燃焼させる方法である。
まず、本発明の一実施の形態に係る工業炉の燃焼方法を適用する設備構成について説明した後、工業炉の燃焼方法について説明する。

図１に示すように、工業炉１１には、複数のバーナー１０が設けられ、このバーナー１０には、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給用配管１２と、燃焼用ガスを供給するための燃焼用ガス供給用配管１３とが設けられている。また、工業炉１１には、炉内で生成した燃焼生成排ガスを炉外へ放出するための煙道１４と、この下流側端部に設けられた煙突１５が設けられている。
この煙道１４の途中位置には、熱交換を行うためのレキュペレータ１６が設けられ、工業炉１１から排出された燃焼生成排ガスの熱を、燃焼空気用ブロワ１７で昇圧されバーナー１０へ送られる空気へ与えることが可能な構成となっている。これにより、空気は、工業炉１１から排出された燃焼生成排ガスの熱によって予め昇温される。

煙道１４に設けられたレキュペレータ１６と煙突１５との間には、燃焼用ガス供給用配管１３に接続される循環排ガス用配管１８、および排ガス中のＮＯ_Ｘ量を測定するＮＯ_Ｘ計１９が設けられている。この循環排ガス用配管１８には、工業炉１１から排出された燃焼生成排ガスを所定量抽出し、循環排ガスとしてバーナー１０へ送られる空気へ混入させるための循環排ガス抽出用ブロワ２０が設けられている。また、この循環排ガス用配管１８には、循環排ガスに酸素を供給するための酸素供給用配管２１が接続されている。
これにより、バーナー１０に供給される燃焼用ガスは、空気、循環排ガス、および酸素の混合ガスとなる。

以上に示した燃料ガス供給用配管１２、燃焼用ガス供給用配管１３、循環排ガス用配管１８、および酸素供給用配管２１には、各配管内の流量を検出する流量センサー２２〜２５と、流量調整を行う流量制御弁２６〜２９とが、それぞれ設けられている。
次に、各流量制御弁２６〜２９の開度を制御して、燃料ガスＥ、空気Ｃ、酸素Ａ、および循環排ガスＦ−Ｇの各流量を調整する方法について説明する。
まず、工業炉１１の目標炉温Ｔ０と、この工業炉１１の炉内に設けた温度計（図示せず）の測定温度Ｔ１を温度制御装置（ＴＩＣ）３０に入力して、その温度差ΔＴを求める。そして、流量制御装置（ＦＩＣ）３１は、この温度差ΔＴが入力されると、その温度を得るための燃料ガス増減量を求め、その燃料ガス増減量を基にして、流量センサー２２の測定値を監視しつつ流量制御弁２６を制御し、燃料ガス量を調整する。

また、空気量および酸素量決定部３２は、前記流量制御装置３１から燃料ガス量が入力され、この量の燃料ガスを燃焼するための理論酸素量を求める。そして、この理論酸素量と予め設定している目標大気排出燃焼生成排ガス量から、空気Ｃと酸素Ａの流量を求めて、流量制御装置３３、３４に出力する。
そして、流量制御装置３３は、空気流量が入力された空気量となるように、流量センサー２３の測定値を監視しつつ流量制御弁２７を制御して空気量を調整する。また、流量制御装置３４は、酸素流量が入力された酸素量となるように、流量センサー２５の測定値を監視しつつ流量制御弁２９を制御して酸素量を調整する。

一方、循環排ガス量決定部３５には、煙道１４に設けたＮＯ_Ｘ計１９で測定したＮＯ_Ｘ値が入力され、この測定したＮＯ_Ｘ値と予め設定している目標ＮＯ_Ｘ値から、循環排ガス調整量ΔＱを求め、これを流量制御装置３６に出力する。
この流量制御装置３６は、入力された循環排ガス調整量ΔＱを基にして、流量センサー２４の測定値を監視しつつ、流量制御弁２８を制御して循環排ガス量を調整する。
なお、目標ＮＯ_Ｘ値は、燃焼用ガス中の酸素割合が１１体積％以上２１体積％未満で得られるＮＯ_Ｘ量の範囲の値とする。

次に、本発明の一実施の形態に係る工業炉の燃焼方法について、図１を参照しながら説明する。
図１に示すように、気体燃料である燃料ガスＥは、温度制御装置３０と流量制御装置３１を備えた炉温度制御系統から指示された流量でバーナー１０へ供給され、空気Ｃは、燃焼空気用ブロワ１７で昇圧され、レキュペレータ１６で予熱された後に、所用流量に制御されてバーナー１０へ供給され燃焼する。なお、燃料ガスは、コークス炉（図示しない）の各炭化室から回収されるコークス炉ガス、液化天然ガス、および液化石油ガスのいずれか１を単独で、または２以上を混合して使用できるが、液体燃料を使用してもよい。

ここで、燃料ガス１Ｎｍ^３中に含まれる水素Ｈ_２、一酸化炭素ＣＯ、メタンＣＨ_４、エタンＣ_２Ｈ_６、エチレンＣ_２Ｈ_４、その他炭化水素Ｃ_ＸＨ_Ｙ、酸素Ｏ_２、窒素Ｎ_２、および二酸化炭素ＣＯ_２の各容積を［Ｎｍ^３／Ｎｍ^３］とすれば、これらの混合物からなる燃料ガス１Ｎｍ^３の完全燃焼に必要な前記理論酸素量Ｏは、下記に示す（１）式で求められる。
Ｏ＝０．５・Ｈ_２＋０．５・ＣＯ＋２・ＣＨ_４＋３．５・Ｃ_２Ｈ_６＋３・Ｃ_２Ｈ_４＋｛ｘ＋（ｙ／４）｝・Ｃ_ＸＨ_Ｙ−Ｏ_２［Ｎｍ^３／Ｎｍ^３］・・・（１）

なお、この燃料ガスを空気で燃焼させる場合は、大気中の酸素濃度が２１体積％であるため、完全燃焼に必要な理論空気量Ａ_０は、下記に示す（２）式で求められる。
Ａ_０＝Ｏ／０．２１［Ｎｍ^３／Ｎｍ^３］・・・（２）
また、理論排ガス量Ｇ_０は、下記に示す（３）式で求められる。
Ｇ_０＝０．７９×Ａ_０+ＣＯ＋Ｈ_２＋３・ＣＨ_４＋５・Ｃ_２Ｈ_６＋４・Ｃ_２Ｈ_４＋｛ｘ＋（ｙ／２）｝・Ｃ_ＸＨ_Ｙ＋Ｎ_２＋ＣＯ_２［Ｎｍ^３／Ｎｍ^３］・・・（３）
ここで、空気比をｍで表すと、実際の燃焼生成排ガス量Ｇ_１は、下記に示す（４）式で求められる。
Ｇ_１＝Ｇ_０＋（ｍ−１）・Ａ_０［Ｎｍ^３／Ｎｍ^３］・・・（４）

ここで、以上に示した内容を、燃料ガスとして、表１に示す組成（単位％）のコークス炉ガス（ＣＯＧ）を用いた場合（単位：体積％）について説明する。

前記した理論酸素量Ｏは、（１）式から０．９８［Ｎｍ^３／Ｎｍ^３］、空気燃焼の理論空気量Ａ_０は、（２）式から４．７１［Ｎｍ^３／Ｎｍ^３］であった。更に、空気燃焼において、空気比（ｍ）が１．０で完全燃焼したとすると、理論排ガス量Ｇ_０（＝実際の燃焼生成排ガス量Ｇ_１）は、（３）式から５．４２［Ｎｍ^３／Ｎｍ^３］となる。このとき、排ガス中のＣＯ_２は０．４４［Ｎｍ^３／Ｎｍ^３］、Ｈ_２Ｏは１．２５［Ｎｍ^３／Ｎｍ^３］、Ｎ_２は３．７３［Ｎｍ^３／Ｎｍ^３］となる。

本発明は、図１に示すように、工業炉１１より排出された燃焼生成排ガスＦからその一部を抽出して、循環排ガス（即ち、燃焼生成排ガスＦから、煙突１５から放出される排ガスＧを引いたバーナー１０へ供給する燃焼生成排ガス：Ｆ−Ｇ）とする。そして、この抽出した燃焼生成排ガス、即ち循環排ガスＦ−Ｇに対して、前記（１）式で求めた理論酸素量Ｏになるように、酸素Ａおよび空気Ｃを混合し（循環排ガスＦ−Ｇと酸素Ａを混合した酸素添加排ガスＢに、更に空気Ｃが混合される）、酸素濃度が１１体積％以上２１体積％未満（好ましくは、下限を１２体積％、更には１３体積％、上限を２０体積％以下、更に１８体積％）の燃焼用ガスＤとして、燃料ガスＥとともにバーナー１０に供給して、燃料ガスを燃焼させる。
このように、本発明は、燃焼用ガスの酸素濃度の最大値を空気より低い２１体積％未満とし、ＮＯ_Ｘの上昇を防止したところに特徴がある。即ち、酸素を添加しても空気中の酸素濃度未満であり、酸素添加に起因する火炎温度の過剰な上昇を防止して、ＮＯ_Ｘの生成量を増加させないところに発明のポイントがある。また、前記酸素濃度を、１１体積％未満とすると、安定した燃料ガスの燃焼が得られなくなることがある。

ここで、前記燃料ガス量、循環排ガス量、更には、この循環排ガスに添加する空気量、および酸素量の決定方法について、具体的に説明する。
燃料ガス量は、工業炉１１の炉内温度を目標炉温Ｔ０になるように、その発熱量から決定する。そして、この燃料ガスを燃焼するための理論酸素量を演算して求め、この理論酸素量になるように、空気量と酸素量を混合する。
この際、混合する空気量を多くすると、工業炉１１で生成する燃焼生成排ガス量が増加するため、予め目標燃焼生成排ガス量を設定しておき、この前記理論酸素量を確保し、かつ目標燃焼生成排ガス量になるように、空気量と酸素量を決定する。この空気量は、前記両者を満足する範囲で、できる限り多くすることがコスト的に好ましい。なお、前記空気量は、該空気中の酸素の燃焼効率を考慮して計算した値より、１０体積％（好ましくは５体積％）程度過剰に混合することが好ましい。

更に、循環排ガス量は、煙道１４を流れる燃焼生成排ガス中のＮＯ_Ｘ量が目標ＮＯ_Ｘ量以下になるように決定する。即ち、バーナー１０での燃焼用ガスの燃焼温度が高くなるほど、発生するＮＯ_Ｘ量が多くなることから、循環排ガスを混合して前記燃料ガスの燃焼温度上昇を防止し、発生するＮＯ_Ｘ量の増加を防止する。なお、ＮＯ_Ｘ量の発生量は、例えば、工業炉１１で使用しているバーナーの仕様、空気量、および使用する燃料ガスの成分等で異なるため、予めテーブル化しておくことが好ましい。

また、工業炉１１の炉内温度は、工業炉で設定するバーナー１０の火炎温度に応じて、バーナー１０へ供給する酸素Ａおよび空気Ｃを添加した後の循環排ガスの酸素濃度、およびバーナー１０へ供給する循環排ガス量のいずれか１または２を設定して行う。このとき、工業炉の炉内温度は、燃料ガスとしてコークス炉ガスを使用する場合、理論的に、例えば、１０００℃以上２５００℃以下程度にできる。
ここで、各ガス量の調整に際しては、まず、目標炉温Ｔ０になるように、燃料ガス量を決定し、次に、この燃料ガス量に基づいて、酸素と空気との混合量を決定する。
このとき、この空気量は、添加した酸素だけでは燃料ガスの完全燃焼に不足する酸素量に相当する量（同一量）だけ、循環排ガスと混合してもよいが、例えば、空気中の酸素の燃焼効率を考慮して、前記した相当量の１０体積％（好ましくは５体積％）以下程度過剰に、循環排ガスと混合することが好ましい。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
表２と表４においては、表１に示す化学成分を有する燃料ガスを燃焼するための燃焼用ガスを構成する酸素添加排ガスと空気を燃焼させるために必要な酸素、および循環排ガスについて、それぞれ分類してガスバランスを示した。
なお、表２〜表５中の各数値は、小数第３位を四捨五入しているため、小計または合計の数値が±０．０１の範囲でずれている部分がある（以下の説明についても同様）。

表２、３に示す従来例は、燃料ガスの全量を空気で燃焼させた結果である。即ち、図２に示す方法で燃焼させた結果である。また、表２〜５に示す実施例１〜７は、燃焼用ガス中の酸素割合を本願発明の１１体積％以上２１体積％未満にした結果であり、表２、３に示す比較例は、燃焼用ガス中の酸素割合を、本願発明の上限を超えた２３．８体積％にした結果である。
実施例１〜７はいずれも、従来例に比較して煙突より放散する排ガス量を低減できるとともに、ＮＯ_Ｘの発生も低減することができた。また、比較例は、煙突より放散する排ガス量が、実施例１〜３と同等であるが、ＮＯ_Ｘの発生量が実施例１〜３、従来例より多くなった例である。以下、詳細に説明する。

ここで、排ガス発生量の評価は、従来例で発生する排ガス発生量を基準として、どの程度減量できたかで評価した。
また、ＮＯ_Ｘ量は、測定器で測定したが、これに代えて理論的に求められる火炎温度により評価してもよい。
前記した特許文献２に記載されているように、ＮＯ_Ｘ量は火炎温度に関係する。即ち、火炎温度が高い場合は、ＮＯ_Ｘ量が増加し、火炎温度が低い場合は、ＮＯ_Ｘ量が減少する。なお、ここでは、下記に示した（５）式の燃料燃焼時の断熱火炎温度を用いてもよい。
Ｔｃ＝（Ｑｃ＋Ｑｆ＋Ｑａ＋Ｑｏ＋Ｑｒ）／（ｃｐ×Ｖｃ）・・・（５）
ただし、Ｔｃ：断熱火炎温度、Ｑｃ：燃料燃焼熱、Ｑｆ：燃料顕熱、Ｑａ：空気顕熱、Ｑｏ：酸素顕熱、Ｑｒ：循環排ガス顕熱、ｃｐ：燃焼生成排ガス比熱、Ｖｃ：燃焼生成排ガス量、である。

まず、基準となる従来例について説明する。
従来例は、前記したように、燃焼用ガスの全量に空気を使用し、酸素および循環排ガスは使用していない。ここで、燃料ガス１Nm^３を完全燃焼させるために必要な理論酸素量（理論Ｏ_２量）は、表２に示すように、０．９８Nm^３である。この燃焼用ガスとしては、空気中の酸素を使用するため、空気中に含まれる酸素量が２１体積％であることから、また使用する酸素量が０．９８Nm^３であることから、窒素量は３．７３Nm^３となる。このため、燃焼用ガスとしてバーナーへ供給される燃焼用ガス量、即ち空気量は４．７１Nm^３となる。

この空気を使用して燃料ガスを燃焼させることにより、生成する燃焼生成排ガスは、表３に示すように、ＣＯ_２量が０．４４Nm^３、Ｈ_２Ｏ量が１．２５Nm^３となり、更に反応しない空気中のＮ_２量が３．７３Nm^３であるため、５．４２Nm^３となる。
なお、従来例は、燃焼生成排ガスを循環使用しないため、その全量が排ガスとして煙突から排気される。なお、このときに発生するＮＯ_Ｘ量は、１５０ｐｐｍであり、また理論火炎温度は、前記（５）式より２３７０℃である。

実施例１〜実施例３は、燃料ガス１Nm^３中の０．２Nm^３分（即ち、２０体積％）を、循環排ガスに酸素を添加したガス中の酸素で燃焼させ、０．８Nm^３分（即ち、８０体積％）を空気中の酸素で燃焼させた結果である。
実施例１では、必要な酸素量が０．７８Nm^３であるため、使用する空気量は３．７６Nm^３となる。
一方、燃料ガス１Nm^３中の０．２Nm^３を、酸素添加排ガスで燃焼させる場合、必要な酸素量は０．２Nm^３である。ここで、燃焼用ガス中の酸素濃度（Ｏ_２割合）を１９．８体積％にするためには、１．０４Nm^３の循環排ガスが必要となり、使用する酸素添加排ガス量は１．２４Nm^３となる。

空気を使用して燃料ガスを燃焼させることにより、生成する燃焼生成排ガスは、表３に示すように、ＣＯ_２量が０．３５Nm^３、Ｈ_２Ｏ量が１．００Nm^３となり、更に反応しない空気中のＮ_２量が２．９８Nm^３であるため、４．３３Nm^３となる。
また、酸素添加排ガスを使用して燃料ガスを燃焼させることにより、生成する燃焼生成排ガスは、ＣＯ_２量が０．０９Nm^３、Ｈ_２Ｏ量が０．２５Nm^３となり、更に反応しない循環排ガス量が１．０４Nm^３であるため、１．３８Nm^３となる。

なお、実施例１は、燃焼生成排ガスを循環使用するため、空気から発生する排ガス量は４．３３Nm^３、また酸素添加排ガスから発生する排ガス量は０．３４Nm^３となり、４．６７Nm^３の排ガスが、煙突から排気される。
このように、実施例１では、基準となる従来例と比較して、排ガス量を０．７５Nm^３減少（即ち、排出ガス量が８６％）させることができる。また、このときのＮＯ_Ｘ量は１４６ｐｐｍ（理論火炎温度は２３４９℃）であり、前記した従来例よりも低下させることができ、ＮＯ_Ｘ量を削減できることを確認できた。

また、実施例３は、燃焼用ガス中の酸素濃度（Ｏ_２割合）を１４．１体積％とした結果である。この場合、酸素添加排ガスを使用して燃料ガスを燃焼させることにより、生成する燃焼生成排ガスは、ＣＯ_２量が０．０９Nm^３、Ｈ_２Ｏ量が０．２５Nm^３となり、更に反応しない循環排ガス量が３．０７Nm^３となるため、３．４１Nm^３となる。
従って、実施例３は、空気から発生する排ガス量が４．３３Nm^３、また、酸素添加排ガスから発生する排ガス量は０．３４Nm^３となり、４．６７Nm^３の排ガスが、煙突から排気される。

このように、実施例３についても、基準となる従来例と比較して、排ガス量を０．７５Nm^３減少させることができる。なお、このときのＮＯ_Ｘ量は５５ｐｐｍ（理論火炎温度は１７０７℃）であり、前記した従来例よりも低下させることができ、ＮＯ_Ｘ量を削減できることを確認できた。
更に、燃焼用ガス中の酸素添加排ガスの割合を、実施例１と実施例３の間に設定した実施例２についても、基準となる従来例と比較して、排ガス量を０．７５Nm^３減少させることができることを確認できた。なお、このときのＮＯ_Ｘ量は９９ｐｐｍ（理論火炎温度は２０５４℃）であり、前記した従来例よりも低下させることができ、ＮＯ_Ｘ量を削減できることを確認できた。

また、以上に示した結果は、他の実施例４〜実施例７についても、同様である。なお、実施例４〜７は、燃焼用ガス中の酸素濃度（Ｏ_２割合）を１９．８体積％に設定し、循環排ガスに酸素を添加したガス中の酸素で燃焼させる燃料ガスの割合を変化させた結果である。具体的には、実施例４が燃料ガス１Nm^３中の０．１Nm^３分を、実施例５が０．３９Nm^３分を、実施例６が０．５９Nm^３分を、実施例７が０．７８Nm^３分を、それぞれ循環排ガスに酸素を添加したガス中の酸素で燃焼させた。

各実施例の排ガス量は、基準となる従来例と比較して、実施例４が０．３７Nm^３減少（即ち、排出ガス量が９３％）させることができ、実施例５が１．４９Nm^３減少（即ち、排出ガス量が７２％）させることができ、実施例６が２．２４Nm^３減少（即ち、排出ガス量が５９％）させることができ、更に実施例７が２．９８Nm^３減少（即ち、排出ガス量が４５％）させることができた。
また、各実施例の理論火炎温度は、実施例４〜実施例７のいずれについても、前記した従来例よりも低下させることができ、ＮＯ_Ｘの生成量を削減できることを確認できた。

次に、比較例について説明する。
比較例は、前記したように、燃焼用ガス中の酸素割合を、本願発明の上限を超えた２３．８体積％にした結果であり、この場合、酸素添加排ガスを使用して燃料ガスを燃焼させることにより、生成する燃焼生成排ガスは、ＣＯ_２量が０．０９Nm^３、Ｈ_２Ｏ量が０．２５Nm^３となり、更に反応しない循環排ガス量が０．２０Nm^３となるため、０．５４Nm^３となる。
従って、比較例は、空気から発生する排ガス量が４．３３Nm^３、また、酸素添加排ガスから発生する排ガス量は０．３４Nm^３となり、４．６７Nm^３の排ガスが、煙突から排気される。

このように、比較例についても、基準となる従来例と比較して、排ガス量を０．７５Nm^３減少させることができるが、酸素添加排ガス中の酸素濃度が高過ぎる（２１体積％超）ため、燃焼生成排ガス中のＮＯ_Ｘ量が高くなる。
なお、酸素添加排ガス中の酸素濃度が低過ぎる（１１体積％未満）場合、燃料ガスの燃焼が困難となる。
以上のことから、本発明を適用することで、燃焼生成排ガス量を低減しつつ、燃焼生成排ガス中のＮＯ_Ｘの発生量を低下させることができることを確認できた。

以上、本発明を、一実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部または全部を組合せて本発明の工業炉の燃焼方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、加熱対象物として鋼材を使用した場合について説明したが、燃料と燃焼用ガスを使用して燃料を燃焼させる工業炉を使用するものであれば、これに限定されるものではない。

本発明の一実施の形態に係る工業炉の燃焼方法を示す説明図である。 第１の従来例に係る工業炉の燃焼方法を示す説明図である。 第２の従来例に係る工業炉の燃焼方法を示す説明図である。 第３の従来例に係る工業炉の燃焼方法を示す説明図である。

符号の説明

１０：バーナー、１１：工業炉、１２：燃料ガス供給用配管、１３：燃焼用ガス供給用配管、１４：煙道、１５：煙突、１６：レキュペレータ、１７：燃焼空気用ブロワ、１８：循環排ガス用配管、１９：ＮＯ_Ｘ計、２０：循環排ガス抽出用ブロワ、２１：酸素供給用配管、２２〜２５：流量センサー、２６〜２９：流量制御弁、３０：温度制御装置、３１：流量制御装置、３２：空気量および酸素量決定部、３３、３４：流量制御装置、３５：循環排ガス量決定部、３６：流量制御装置

Claims (3)

1. バーナーを備え加熱対象物を加熱処理する工業炉から排出された燃焼生成排ガスを大気中に排出するに際し、大気へ排出する前の前記燃焼生成排ガスの一部を抽出し、これに酸素と空気を添加して燃焼用ガスとし、該燃焼用ガスを燃料とともに前記バーナーへ供給して燃焼させる工業炉の燃焼方法であって、
   前記燃焼用ガス中の酸素濃度を１１体積％以上２１体積％未満の範囲としたことを特徴とする工業炉の燃焼方法。
2. 請求項１記載の工業炉の燃焼方法において、前記酸素量を、前記工業炉へ供給する燃料量、および前記空気量から決定し、更に前記抽出する燃焼生成排ガス量を、前記大気へ排出する燃焼生成排ガス中のＮＯ_Ｘ量に基づいて決定することを特徴とする工業炉の燃焼方法。
3. 請求項１および２のいずれか１項に記載の工業炉の燃焼方法において、前記空気量は、前記工業炉から大気へ排出する前記燃焼生成排ガス量に基づいて決定することを特徴とする工業炉の燃焼方法。

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