JP2022130326A - Burner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アンモニアを燃焼させるバーナに関する。 The present invention relates to a burner for burning ammonia.
近年、地球温暖化を防止するために、CO2(二酸化炭素)排出量の削減が求められている。このため、化石燃料に加えてアンモニアを燃焼させる技術が注目されている(例えば、特許文献1)。 In recent years, in order to prevent global warming, a reduction in CO 2 (carbon dioxide) emissions has been demanded. Therefore, technology for burning ammonia in addition to fossil fuels is attracting attention (for example, Patent Document 1).
アンモニアを燃焼させる場合、化石燃料のみを燃焼させる場合と比較して、排気ガス中の窒素酸化物の濃度が上昇してしまうという問題がある。 When ammonia is burned, there is a problem that the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas increases compared to when only fossil fuel is burned.
本発明は、このような課題に鑑み、排気ガス中の窒素酸化物を低減することが可能なバーナを提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a burner capable of reducing nitrogen oxides in exhaust gas.
上記課題を解決するために、本発明のバーナは、炉の内部空間に向けて設けられる1または複数の第1噴射口を含む第1噴射部と、第1噴射口と離隔し炉の内部空間に向けて設けられる1または複数の第2噴射口を含む第2噴射部と、少なくともアンモニアを含む燃料ガスと、燃料ガスに対する理論酸化剤量以上の目標酸化剤量の1/3以上2/3以下の酸化剤ガスとを第1噴射部に供給する第1供給部と、第1噴射部に供給される酸化剤ガスの量と目標酸化剤量との差分の酸化剤ガスを第2噴射部に供給する第2供給部と、を備える。 In order to solve the above problems, the burner of the present invention includes a first injection part including one or a plurality of first injection ports provided toward the interior space of the furnace, and an interior space of the furnace separated from the first injection port. fuel gas containing at least ammonia; and 1/3 or more and 2/3 of the target oxidizer amount equal to or greater than the theoretical oxidizer amount for the fuel gas. a first supply unit that supplies the following oxidizing gas to the first injection unit; and a second supply unit that supplies to the.
また、第1噴射口から噴射される燃料ガスおよび酸化剤ガスの流速aと、第2噴射口から噴射される酸化剤ガスの流速bとの流速比a/bは、0.05以上であってもよい。 Further, the flow velocity ratio a/b between the flow velocity a of the fuel gas and the oxidant gas injected from the first injection port and the flow velocity b of the oxidant gas injected from the second injection port is 0.05 or more. may
また、第1噴射口は、燃料ガスを噴射する燃料噴射口と、酸化剤ガスを噴射する酸化剤噴射口とを含んでもよい。 Also, the first injection port may include a fuel injection port for injecting the fuel gas and an oxidant injection port for injecting the oxidant gas.
また、第1噴射口は、燃料ガスと酸化剤ガスとを含む混合ガスを噴射してもよい。 Also, the first injection port may inject a mixed gas containing the fuel gas and the oxidant gas.
上記課題を解決するために、本発明の他のバーナは、炉の内部空間に向けて設けられる1または複数の第1噴射口を含む第1噴射部と、第1噴射口と離隔し、炉の内部空間に向けて設けられる1または複数の第2噴射口を含む第2噴射部と、少なくともアンモニアを含む燃料ガスと、酸化剤ガスとを第1噴射部に供給する第1供給部と、酸化剤ガスを第2噴射部に供給する第2供給部と、を備え、第1噴射口から噴射される燃料ガスおよび酸化剤ガスの流速aと、第2噴射口から噴射される酸化剤ガスの流速bとの流速比a/bは、0.05以上である。 In order to solve the above problems, another burner of the present invention includes a first injection part including one or a plurality of first injection holes provided toward the interior space of the furnace; a second injection section including one or more second injection ports provided toward the internal space of the first supply section for supplying a fuel gas containing at least ammonia and an oxidant gas to the first injection section; a second supply section for supplying the oxidizing gas to the second injection section, the flow rate a of the fuel gas and the oxidizing gas injected from the first injection port, and the oxidizing gas injected from the second injection port; The flow velocity ratio a/b to the flow velocity b of is 0.05 or more.
また、第1噴射部は、1の第1噴射口を有し、第1噴射部と第2噴射部との間の距離は、第1噴射口の口径の1.85倍以上6.0倍未満であってもよい。 The first injection part has one first injection port, and the distance between the first injection part and the second injection part is 1.85 to 6.0 times the diameter of the first injection port. may be less than
また、第1噴射部は、複数の第1噴射口を有し、第1噴射部と第2噴射部との間の距離は、複数の第1噴射口における2つの第1噴射口の中心を結ぶ仮想直線のうち、最も長い仮想直線の長さの1.85倍以上6.0倍未満であってもよい。 Further, the first injection part has a plurality of first injection holes, and the distance between the first injection part and the second injection part is the center of two first injection holes in the plurality of first injection holes. It may be 1.85 times or more and less than 6.0 times the length of the longest virtual straight line among the connecting virtual straight lines.
本発明によれば、排気ガス中の窒素酸化物を低減することが可能となる。 According to the present invention, it becomes possible to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in these embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are given the same reference numerals to omit redundant description, and elements that are not directly related to the present invention are omitted from the drawings. do.
[バーナ100]
図1は、本実施形態に係るバーナ100を説明する図である。図1に示すように、バーナ100は、炉(例えば、ボイラを構成する火炉)を構成する炉壁10に設けられる。バーナ100は、アンモニアを少なくとも含む燃料ガスを燃焼させる。燃料ガスは、アンモニアのみを含んでもよいし、アンモニアに加えて炭化水素等を含んでもよい。炭化水素は、メタン、エタン、プロパン、ブタン等である。
[Burner 100]
FIG. 1 is a diagram illustrating a
バーナ100は、第1噴射部110と、第1供給部120と、第2噴射部130と、第2供給部140とを含む。
第1噴射部110は、炉の内部空間に向けて設けられる。第1噴射部110は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを噴射する。ここでは、酸化剤ガスが、空気である場合を例に挙げる。本実施形態において、第1噴射部110は、燃料噴射ノズル112と、第1酸化剤ガス噴射ノズル114とを有する。 The first injection part 110 is provided toward the interior space of the furnace. The first injection part 110 injects fuel gas and oxidant gas. Here, the case where the oxidant gas is air will be taken as an example. In this embodiment, the first injection part 110 has a fuel injection nozzle 112 and a first oxygen-containing gas injection nozzle 114 .
燃料噴射ノズル112は、燃料ガスを噴射するノズルである。燃料噴射ノズル112は、本体112aと、燃料供給管112bと、燃料噴射口112c(第1噴射口)とを含む。本体112aは、円筒形状の管体である。本体112aの中心軸は、炉壁10に対して交差(ここでは、略直交)する。
The fuel injection nozzle 112 is a nozzle that injects fuel gas. The fuel injection nozzle 112 includes a
本体112aの後部(本体112aにおける炉壁10側に対する逆側(図1中、左側、以下「後端」という)の部分)に、燃料供給管112bが接続される。また、本体112aの先端(本体112aにおける炉壁10側(図1中、右側)、以下「先端」という)に、開口である燃料噴射口112cが形成される。燃料噴射口112cは、炉の内部空間を向いている。
A
第1酸化剤ガス噴射ノズル114は、燃料ガスと空気(一次空気)とを含む混合ガスを噴射するノズルである。第1酸化剤ガス噴射ノズル114は、本体114aと、第1酸化剤供給管114bと、混合ガス噴射口114c(第1噴射口)とを有する。本体114aは、円筒形状の管体である。本体114aは、燃料噴射ノズル112の本体112aと同軸上に、本体112aを囲むように配置される。つまり、燃料噴射ノズル112の本体112aと、第1酸化剤ガス噴射ノズル114の本体114aとによって、二重円筒構造が形成される。図1では、本体114aにおける炉壁10側(図1中、右側、以下「先端」という)に位置する先端部114dが先端に向かうにつれて径が漸減する形状の場合の例を示しているが、第1酸化剤ガス噴射ノズル114の形状はこれに限らない。
The first oxidant gas injection nozzle 114 is a nozzle that injects a mixed gas containing fuel gas and air (primary air). The first oxidant gas injection nozzle 114 has a
本体114aの後部(本体114aにおける炉壁10側に対する逆側(図1中、左側、以下「後端」という)の部分)に、第1酸化剤供給管114bが接続される。本体114aの後端は、燃料噴射ノズル112の本体112aの後端よりも炉壁10側に位置する。
A first
また、本体114aの先端に、開口である混合ガス噴射口114cが形成される。混合ガス噴射口114cは、炉の内部空間に臨む。
A mixed
なお、本実施形態において、燃料噴射ノズル112の燃料噴射口112cは、第1酸化剤ガス噴射ノズル114の本体114a内に位置するように設けられる。つまり、第1酸化剤ガス噴射ノズル114の混合ガス噴射口114cは、燃料噴射ノズル112の燃料噴射口112cよりも炉の内部空間側に設けられる。
In this embodiment, the
第1供給部120は、燃料ガスおよび空気を第1噴射部110に供給する。本実施形態において、第1供給部120は、燃料供給系統122と、酸化剤供給系統124とを含む。燃料ガスは、燃料供給系統122から、燃料供給管112bを介して本体112a内に供給される。本体112a内に供給された燃料ガスは、本体112a内の空間を流れる。本体112a内を通過した燃料ガスは、燃料噴射口112cから本体114aの先端部114d内に形成される空間に向けて噴射される。
The
空気は、酸化剤供給系統124から、第1酸化剤供給管114bを介して本体114a内に供給される。本体114a内に供給された空気は、本体114a内の空間を流れる。そして、本体114aの先端部114dに到達した空気は、先端部114d内の空間において、燃料噴射口112cから噴射された燃料ガスと混合される。燃料ガスと空気とを含む混合ガスは、混合ガス噴射口114cから炉の内部空間に噴射される。
Air is supplied from the
こうして、混合ガス噴射口114cから噴射された混合ガスは、不図示の着火装置によって着火され、炉の内部空間において火炎が形成される。
Thus, the mixed gas injected from the mixed
第2噴射部130は、第1噴射部110によって形成される火炎に対し、径方向外側から空気(二次空気)を供給する。 The second injection part 130 supplies air (secondary air) from the radially outer side to the flame formed by the first injection part 110 .
本実施形態において、第2噴射部130は、主流路132と、分岐流路134a、134bと、第2酸化剤供給管136と、第2噴射口138a、138bとを有する。主流路132は、バーナ本体ブロック132a内および耐火材製バーナヘッド132b内に形成される流路である。主流路132は、円筒形状である。主流路132は、第1酸化剤ガス噴射ノズル114の本体114aと同軸上に、本体114aを囲むように配置される。主流路132における炉壁10側(図1中、右側、以下「先端」という)は、分岐流路134a、134bに分岐される。分岐流路134a、134bは、耐火材製バーナヘッド132b内に形成される流路である。分岐流路134a、134bは、主流路132よりも小径の円筒形状である。
In this embodiment, the second injection section 130 has a
主流路132の後部(主流路132における炉壁10側に対する逆側(図1中、左側、以下「後端」という)の部分)に、第2酸化剤供給管136が接続される。主流路132の後端は、第1酸化剤ガス噴射ノズル114の本体114aの後端よりも炉壁10側に位置する。
A second
また、分岐流路134a、134bの先端に、開口である第2噴射口138a、138bが形成される。第2噴射口138a、138bは、炉の内部空間に臨む。第2噴射口138a、138bは、混合ガス噴射口114cと、混合ガス噴射口114cの半径方向に離隔して設けられる。なお、第2噴射口138a、138bと燃料噴射口112cとの間の距離は、混合ガス噴射口114cの内壁面と燃料噴射口112cとの間の半径方向の距離よりも大きい。
In addition,
第2噴射口138a、138bは、第1噴射部110の混合ガス噴射口114cと略同一平面上に設けられる。つまり、分岐流路134a、134bの先端の軸方向の位置は、第1噴射部110の混合ガス噴射口114cの軸方向の位置と略一致する。
The
図2は、第1噴射部110の混合ガス噴射口114c、および、第2噴射部130の第2噴射口138a、138bを炉の内部空間側から見た図である。図2に示すように、第1噴射部110の混合ガス噴射口114cの中心と、第2噴射部130の第2噴射口138aの中心とは、距離Ln離隔している。同様に、第1噴射部110の混合ガス噴射口114cの中心と、第2噴射部130の第2噴射口138bの中心とは、距離Ln離隔している。距離Lnは、混合ガス噴射口114cの口径D(直径)の1.85倍以上6.0倍未満である。
FIG. 2 is a view of the mixed
図1に戻って説明すると、第2供給部140は、空気を第2噴射部130に供給する。本実施形態において、第2供給部140は、酸化剤供給系統142を含む。空気は、酸化剤供給系統142から、第2酸化剤供給管136を介して主流路132内に供給される。主流路132内に供給された空気は、主流路132内の空間を流れる。そして、空気は、主流路132から分岐流路134a、134bに導かれ、第2噴射口138a、138bから炉の内部空間に噴射される。
Returning to FIG. 1 , the
[第1供給部120および第2供給部140の空気量の比]
続いて、上記第1供給部120によって第1噴射部110(第1酸化剤ガス噴射ノズル114)に供給される空気量と、第2供給部140によって第2噴射部130に供給される空気量との関係について説明する。
[Ratio of Air Amounts of
Next, the amount of air supplied to the first injection unit 110 (first oxidizing gas injection nozzle 114) by the
第1供給部120および第2供給部140は、合計で、目標空気量の空気を供給する。目標空気量は、第1供給部120によって第1噴射部110(燃料噴射ノズル112)に供給される燃料ガスに対する理論空気量以上の所定の空気量である。理論空気量は、燃料ガスを完全燃焼させるために必要な最小の空気量である。目標空気量は、例えば、理論空気量の1.1倍~1.2倍である。
The
図3は、第1供給部120によって供給される空気の比率と、排気ガス中に含まれるNOx(窒素酸化物)量との関係を説明する図である。図3中、横軸は、目標空気量に対する、第1供給部120によって供給される空気の比率を示す。図3中、縦軸は、炉の煙道(煙突)から排出される排気ガス中に含まれるNOx量を示す。なお、NOx量は、第1供給部120が目標空気量の空気を供給した場合、つまり、第2供給部140(第2噴射部130)を備えない場合の排気ガス中に含まれるNOx量を1.00とする。
FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the ratio of air supplied by the
図3に示すように、第1供給部120によって供給される空気の比率が、1/2(第2供給部140によって供給される空気の比率も1/2)以下の範囲では、比率が大きくなるにつれて、NOx量が低減する。第1供給部120によって供給される空気の比率が、1/2の場合、NOx量は、0.08程度となる。
As shown in FIG. 3, when the ratio of the air supplied by the
一方、第1供給部120によって供給される空気の比率が、1/2超の範囲では、比率が大きくなるにつれて、NOx量が増加する。例えば、第1供給部120によって供給される空気の比率が、4/5(第2供給部140によって供給される空気の比率は1/5)を超えると、NOx量は1.00以上となる。
On the other hand, when the ratio of the air supplied by the
なお、目標空気量の1/3未満の空気を供給した場合、NOxの量は、0.25以下となるものの、燃料ガスの着火性が低下する。一方、目標空気量の2/3超の空気を供給した場合、NOxの量が0.375を上回ってしまう。 If less than ⅓ of the target air amount is supplied, the amount of NOx will be 0.25 or less, but the ignitability of the fuel gas will be reduced. On the other hand, if the amount of air that exceeds 2/3 of the target air amount is supplied, the amount of NOx will exceed 0.375.
したがって、第1供給部120は、目標空気量の1/3以上2/3以下、好ましくは1/2の空気を、第1噴射部110(第1酸化剤ガス噴射ノズル114)に供給する。これにより、第1供給部120は、燃料ガスの着火性を低下させることなく、NOxを低減することが可能となる。
Therefore, the
なお、第1供給部120が目標空気量未満の一次空気を供給することにより、混合ガス噴射口114cから炉の内部空間に噴出される混合ガス中の燃料ガス(アンモニア)が一次空気で燃焼されても、炉の内部空間において未燃のアンモニアが残存する。このため、炉の内部空間において、一次空気で燃焼したアンモニアによって生じるNOxを、未燃のアンモニアで還元(脱硝)することができる。したがって、バーナ100は、炉の内部空間において生じる排気ガス中のNOxを低減することが可能となる。
In addition, the fuel gas (ammonia) in the mixed gas injected into the inner space of the furnace from the mixed
そして、第2供給部140が、第1噴射部110に供給される空気量と目標空気量との差分の空気を第2噴射部130に供給する。これにより、バーナ100は、未燃の燃料ガスを二次空気によって完全燃焼させることが可能となる。
Then, the
[第1噴射部110および第2噴射部130のガスの流速比]
続いて、混合ガス噴射口114cから噴出される混合ガスの流速と、第2噴射口138a、138bから噴出される空気の流速との関係について説明する。
[Gas flow velocity ratio of first injection unit 110 and second injection unit 130]
Next, the relationship between the flow velocity of the mixed gas jetted from the mixed
図4は、混合ガス噴射口114cから噴出される混合ガスの流速と第2噴射口138a、138bら噴出される空気の流速との流速比、および、排気ガス中に含まれるNOx量の関係を説明する図である。図4中、横軸は、混合ガス噴射口114cから噴出される混合ガスの流速aと第2噴射口138a、138bから噴出される空気の流速bとの流速比a/bを示す。図4中、縦軸は、炉の煙道(煙突)から排出される排気ガス中に含まれるNOx量を示す。なお、NOx量は、第1供給部120が目標空気量の空気を供給した場合、つまり、第2供給部140(第2噴射部130)を備えない場合の排ガス気中に含まれるNOx量を1.00とする。
FIG. 4 shows the relationship between the flow velocity ratio of the mixed gas jetted from the mixed
図4に示すように、流速比a/bが大きくなるほど、つまり、第2噴射口138a、138bから噴出される空気の流速bが低くなるほど、NOx量は、低減する。例えば、流速比a/bが0.05である場合、NOx量は、0.16程度となる。なお、流速aおよび流速bが変更されても、流速比a/bが大きくなるほど、NOx量は、低減する。
As shown in FIG. 4, the larger the flow velocity ratio a/b, that is, the lower the flow velocity b of the air jetted from the
したがって、第1噴射部110の混合ガス噴射口114cおよび第2噴射部130の第2噴射口138a、138bは、流速比a/bが0.05以上となるように口径が設計される。これにより、混合ガス噴射口114cから噴射される混合ガスの流速aと、第2噴射口138a、138bから噴射される空気の流速bとの流速比a/bが、0.05以上となる。
Therefore, the diameters of the mixed
[第1噴射部110と第2噴射部130との間の距離Ln]
続いて、第1噴射部110と第2噴射部130との間の距離Lnについて説明する。上記したように、第1噴射部110の混合ガス噴射口114cの中心と、第2噴射部130の第2噴射口138aの中心との間の距離Lnは、混合ガス噴射口114cの口径Dの1.85倍以上6.0倍未満である。また、第1噴射部110の混合ガス噴射口114cの中心と、第2噴射部130の第2噴射口138bの中心との間の距離Lnは、混合ガス噴射口114cの口径Dの1.85倍以上6.0倍未満である。
[Distance Ln between first injection part 110 and second injection part 130]
Next, the distance Ln between the first injection portion 110 and the second injection portion 130 will be described. As described above, the distance Ln between the center of the mixed
図5は、第1噴射部110と第2噴射部130との間の距離Lnと混合ガス噴射口114cの口径Dとの関係と、排気ガス中のNOxの濃度との関係を示す図である。図5中、縦軸は、換算NOx濃度[ppm]を示し、横軸は、混焼率ENH3[%]を示す。なお、換算NOx濃度は、下記式(1)を用いて算出される値である。
換算NOx濃度=実測NOx濃度×(21-換算O2濃度)/(21-実測O2濃度) …式(1)
本実施形態では、換算O2濃度を11として、換算NOx濃度を算出した。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the distance Ln between the first injection portion 110 and the second injection portion 130 and the diameter D of the mixed
Converted NOx concentration = Measured NOx concentration x (21-converted O2 concentration)/(21-measured O2 concentration) Equation (1)
In the present embodiment, the converted NOx concentration was calculated with the converted O 2 concentration set to 11.
また、混焼率ENH3は、低位発熱量(Lower Heating Value: LHV)をベースとした際のアンモニアと都市ガスの混焼率[%]を示す。なお、混焼率ENH3:100%の場合、燃料ガスは、アンモニアのみを含む。混焼率ENH3:0%である場合、燃料ガスは、都市ガスのみを含む。また、混焼率ENH3:0%超100%未満である場合、燃料ガスは、アンモニアおよび都市ガスを含む。都市ガスは、例えば都市ガス13Aである。 Further, the co-firing rate ENH3 indicates the co-firing rate [%] of ammonia and city gas based on Lower Heating Value (LHV). Note that when the co-firing ratio ENH 3 is 100%, the fuel gas contains only ammonia. When the co-firing ratio ENH 3 is 0%, the fuel gas contains only city gas. Further, when the co-firing ratio ENH 3 is more than 0% and less than 100%, the fuel gas contains ammonia and city gas. City gas is city gas 13A, for example.
また、図5中、実線は、距離Ln/口径D=1.84である場合を示す。図5中、破線は、距離Ln/口径D=3.68である場合を示す。図5中、一点鎖線は、距離Ln/口径D=5.51である場合を示す。 Further, in FIG. 5, the solid line indicates the case where distance Ln/aperture D=1.84. In FIG. 5, the dashed line indicates the case where distance Ln/aperture D=3.68. In FIG. 5, the dashed-dotted line indicates the case where distance Ln/aperture D=5.51.
図5に示すように、混焼率ENH3:80%未満である場合、距離Ln/口径D=1.84である場合よりも距離Ln/口径D=3.68である場合の方が、換算NOxが低い。また、混焼率ENH3:80%未満である場合、距離Ln/口径D=3.68である場合よりも距離Ln/口径D=5.51である場合の方が、換算NOxが低い。つまり、距離Ln/口径Dが大きくなるほど、換算NOxが低くなる。 As shown in FIG. 5, when the mixed firing ratio ENH 3 is less than 80%, the distance Ln/diameter D = 3.68 is higher than the distance Ln/diameter D = 1.84. Low NOx. Also, when the co-firing ratio ENH 3 is less than 80%, the converted NOx is lower when the distance Ln/aperture D=5.51 than when the distance Ln/aperture D=3.68. That is, the larger the distance Ln/diameter D, the lower the converted NOx.
また、混焼率ENH3:80%以上である場合、距離Ln/口径D=1.84である場合よりも距離Ln/口径D=5.51である場合の方が、換算NOxが低い。また、混焼率ENH3:80%以上である場合、距離Ln/口径D=5.51である場合よりも距離Ln/口径D=3.68である場合の方が、換算NOxが低い。 Further, when the mixed combustion ratio ENH 3 is 80% or more, the converted NOx is lower when the distance Ln/aperture D=5.51 than when the distance Ln/aperture D=1.84. Further, when the mixed combustion ratio ENH 3 is 80% or more, the converted NOx is lower when the distance Ln/aperture D=3.68 than when the distance Ln/aperture D=5.51.
したがって、距離Lnを口径Dの1.85倍以上とすることにより、排気ガス中のNOxを低減することが可能となる。 Therefore, by setting the distance Ln to 1.85 times or more the diameter D, it is possible to reduce NOx in the exhaust gas.
一方、距離Lnを口径Dの6.0倍以上とすると、排気ガスに未燃のアンモニアが含まれることになる。したがって、距離Lnを口径Dの6.0倍未満とすることにより、未燃のアンモニアが発生してしまう事態を回避することができる。 On the other hand, if the distance Ln is 6.0 times or more the diameter D, the exhaust gas will contain unburned ammonia. Therefore, by setting the distance Ln to be less than 6.0 times the diameter D, it is possible to avoid the situation in which unburned ammonia is generated.
つまり、距離Lnを口径Dの1.85倍以上6.0倍未満とすることにより、排気ガス中のNOx濃度を低減し、かつ、排気ガス中に未燃のアンモニア含まれてしまう事態を回避することができる。 That is, by setting the distance Ln to 1.85 times or more and less than 6.0 times the diameter D, the NOx concentration in the exhaust gas is reduced and the situation in which unburned ammonia is contained in the exhaust gas is avoided. can do.
以上説明したように、本実施形態に係るバーナ100は、排気ガス中のNOxを低減することが可能となる。これにより、バーナ100は、大気汚染防止法のNOx排出基準値未満で、アンモニアを含む燃料ガスを燃焼させることができる。
As described above, the
また、既存のプレート保炎型の炭化水素燃料用バーナに、第1供給部120、第2噴射部130、および、第2供給部140を取り付けるだけで、バーナ100とすることができる。したがって、既存のプレート保炎型の炭化水素燃料用バーナを流用して、アンモニアを含む燃料ガスを低NOxで燃焼させることが可能となる。
Further, the
また、バーナ100は、燃焼速度が遅いアンモニアの燃焼性を改善することができ、炉における熱効率を向上させることが可能となる。
Moreover, the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such embodiments. It is obvious that a person skilled in the art can conceive of various modifications or modifications within the scope described in the claims, and these also belong to the technical scope of the present invention. Understood.
例えば、上述した実施形態において、酸化剤ガスとして空気を例に挙げた。しかし、酸化剤ガスは、燃料ガスを燃焼させることができればよい。酸化剤ガスは、空気の他、例えば、酸素富化空気、酸素であってもよい。なお、酸化剤ガスが空気以外である場合、上記理論空気量は、理論酸化剤量となり、目標空気量は目標酸化剤量となる。理論酸化剤量は、燃料ガスを完全燃焼させるために必要な最小の酸化剤ガスの量である。また、目標酸化剤量は、理論酸化剤量以上の所定の酸化剤ガス量であり、例えば、理論酸化剤量の1.1倍~1.2倍である。 For example, in the above-described embodiments, air was taken as an example of the oxidant gas. However, the oxidant gas only needs to be able to burn the fuel gas. The oxidant gas may be air, oxygen-enriched air, or oxygen, for example. When the oxidizing gas is other than air, the theoretical air amount is the theoretical oxidizing agent amount, and the target air amount is the target oxidizing agent amount. The theoretical oxidant amount is the minimum amount of oxidant gas required for complete combustion of the fuel gas. Also, the target oxidant amount is a predetermined oxidant gas amount equal to or greater than the theoretical oxidant amount, and is, for example, 1.1 to 1.2 times the theoretical oxidant amount.
また、上記実施形態において、燃料噴射ノズル112の本体112aおよび第1酸化剤ガス噴射ノズル114の本体114aが管体である場合を例に挙げた。しかし、燃料噴射ノズル112の本体112aおよび第1酸化剤ガス噴射ノズル114の本体114aは、バーナ本体ブロック132a内および耐火材製バーナヘッド132b内に形成される流路であってもよい。
Further, in the above-described embodiment, the case where the
同様に、上記実施形態において、主流路132がバーナ本体ブロック132a内および耐火材製バーナヘッド132b内に形成される流路であり、分岐流路134a、134bが耐火材製バーナヘッド132b内に形成される流路である場合を例に挙げた。しかし、主流路132、および、分岐流路134a、134bは、管体であってもよい。
Similarly, in the above embodiment, the
また、上記実施形態において、第2噴射部130の第2噴射口138a、138bが、第1噴射部110の混合ガス噴射口114cと略同一平面上に設けられる場合を例に挙げた。しかし、第2噴射部130の第2噴射口138a、138bは、第1噴射部110の混合ガス噴射口114cと略同一平面上に設けられずともよい。例えば、第2噴射部130の第2噴射口138a、138bは、火炎に向けて設けられてもよい。
Further, in the above embodiment, the case where the
また、上記実施形態において、燃料噴射ノズル112の燃料噴射口112cが、第1酸化剤ガス噴射ノズル114の本体114a内に位置するように設けられる場合を例に挙げた。しかし、燃料噴射ノズル112の燃料噴射口112cは、第1酸化剤ガス噴射ノズル114の混合ガス噴射口114cと略同一平面上に設けられてもよいし、第1酸化剤ガス噴射ノズル114の本体114aの先端から突出してもよい。この場合、混合ガス噴射口114c(酸化剤噴射口)から一次空気が噴射され、炉の内部空間において混合ガスが生成される。また、混合ガス噴射口114cが一次空気を噴射する場合、燃料噴射口112cおよび混合ガス噴射口114cは、それぞれ複数設けられてもよいし、燃料噴射口112cが1つ設けられ、混合ガス噴射口114cが燃料噴射口112cを囲むように複数設けられてもよい。また、この場合、燃料噴射口112cから噴射される燃料ガスの流速aおよび混合ガス噴射口114cから噴射される一次空気の流速aと、第2噴射口138a、138bから噴射される二次空気の流速bとの流速比a/bが、0.05以上となるとよい。
Further, in the above-described embodiment, the case where the
また、上記実施形態において、第1噴射部110が燃料噴射ノズル112と第1酸化剤ガス噴射ノズル114とを備える場合を例に挙げた。しかし、第1噴射部110は、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスが流れる1のノズルを有していてもよい。この場合、混合ガスを噴射する第1噴射口を1または複数備える。 Further, in the above embodiment, the case where the first injection section 110 includes the fuel injection nozzle 112 and the first oxygen-containing gas injection nozzle 114 is taken as an example. However, the first injection part 110 may have one nozzle through which the mixed gas of the fuel gas and the oxidant gas flows. In this case, one or more first injection ports for injecting the mixed gas are provided.
また、上記実施形態において、第2噴射部130が、第2噴射口138a、138bを備える場合を例に挙げた。しかし、第2噴射部130が備える第2噴射口の数に限定はない。例えば、第2噴射部130は、第2噴射口を1つのみ備えていてもよいし、3以上備えていてもよい。なお、第2噴射部130は、第2噴射口を3つ以上備える場合、略同一円周上に略等間隔で複数の第2噴射口が設けられるとよい。また、第2噴射部130が複数の第2噴射口を備えることにより、燃料ガスを効率よく燃焼させることができる。
Moreover, in the above-described embodiment, the case where the second injection portion 130 includes the
また、上記実施形態において、流速比a/bが、0.05以上となる場合を例に挙げた。しかし、第1供給部120が、燃料ガスと、目標酸化剤量の1/3以上2/3以下の空気とを第1噴射部110に供給し、第2噴射部130が第1噴射部110に供給される空気の量と目標空気量との差分の空気を第2噴射部130に供給すれば、流速比a/bは、0.05未満であってもよい。
Further, in the above embodiment, the case where the flow velocity ratio a/b is 0.05 or more was taken as an example. However, the
また、上記実施形態において、第1供給部120が、燃料ガスと、目標酸化剤量の1/3以上2/3以下の空気とを第1噴射部110に供給し、第2噴射部130が第1噴射部110に供給される空気の量と目標空気量との差分の空気を第2噴射部130に供給する場合を例に挙げた。しかし、流速比a/bが、0.05以上であれば、第1供給部120によって供給される空気量と、第2噴射部130によって供給される空気量との比に限定はない。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施形態において、第1噴射部110が、炉壁10に形成される第1噴射口(混合ガス噴射口114c)を1つ有する場合を例に挙げた。しかし、第1噴射部110が、炉壁10に形成される複数の第1噴射口を有する場合、複数の第1噴射口の重心と、1または複数の第2噴射口の重心との間の距離Lnを、複数の第1噴射口における2つの第1噴射口の中心を結ぶ仮想直線のうち、最も長い仮想直線の長さの1.85倍以上6.0倍未満としてもよい。
Further, in the above embodiment, the case where the first injection part 110 has one first injection port (mixed
100 バーナ
110 第1噴射部
112c 燃料噴射口(第1噴射口)
114c 混合ガス噴射口(酸化剤噴射口、第1噴射口)
120 第1供給部
130 第2噴射部
138a 第2噴射口
140 第2供給部
100 Burner 110
114c Mixed gas injection port (oxidant injection port, first injection port)
120 First supply section 130 Second injection section 138a
Claims (7)
前記第1噴射口と離隔し前記炉の内部空間に向けて設けられる1または複数の第2噴射口を含む第2噴射部と、
少なくともアンモニアを含む燃料ガスと、前記燃料ガスに対する理論酸化剤量以上の目標酸化剤量の1/3以上2/3以下の酸化剤ガスとを前記第1噴射部に供給する第1供給部と、
前記第1噴射部に供給される前記酸化剤ガスの量と前記目標酸化剤量との差分の前記酸化剤ガスを前記第2噴射部に供給する第2供給部と、
を備えるバーナ。 a first injection section including one or more first injection ports provided toward the interior space of the furnace;
a second injection part including one or more second injection ports spaced apart from the first injection port and directed toward the interior space of the furnace;
a first supply unit configured to supply fuel gas containing at least ammonia and oxidant gas of ⅓ or more and ⅔ or less of a target oxidant amount equal to or greater than the theoretical oxidant amount for the fuel gas to the first injection unit; ,
a second supply section that supplies the second injection section with the oxidant gas that is the difference between the amount of the oxidant gas that is supplied to the first injection section and the target oxidant amount;
burner with
前記第1噴射口と離隔し、前記炉の内部空間に向けて設けられる1または複数の第2噴射口を含む第2噴射部と、
少なくともアンモニアを含む燃料ガスと、酸化剤ガスとを前記第1噴射部に供給する第1供給部と、
前記酸化剤ガスを前記第2噴射部に供給する第2供給部と、
を備え、
前記第1噴射口から噴射される前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの流速aと、前記第2噴射口から噴射される前記酸化剤ガスの流速bとの流速比a/bは、0.05以上であるバーナ。 a first injection section including one or more first injection ports provided toward the interior space of the furnace;
a second injection part that is separated from the first injection port and includes one or more second injection ports that are provided toward the interior space of the furnace;
a first supply unit that supplies a fuel gas containing at least ammonia and an oxidant gas to the first injection unit;
a second supply unit that supplies the oxidant gas to the second injection unit;
with
The flow velocity ratio a/b between the flow velocity a of the fuel gas and the oxidant gas injected from the first injection port and the flow velocity b of the oxidant gas injected from the second injection port is 0.05. Burner that is over.
前記第1噴射部と前記第2噴射部との間の距離は、前記第1噴射口の口径の1.85倍以上6.0倍未満である請求項1から5のいずれか1項に記載のバーナ。 The first injection part has one of the first injection ports,
6. The distance between the first injection part and the second injection part according to any one of claims 1 to 5, which is 1.85 times or more and less than 6.0 times the diameter of the first injection port. burner.
前記第1噴射部と前記第2噴射部との間の距離は、複数の前記第1噴射口における2つの前記第1噴射口の中心を結ぶ仮想直線のうち、最も長い仮想直線の長さの1.85倍以上6.0倍未満である請求項1から5のいずれか1項に記載のバーナ。 The first injection part has a plurality of the first injection ports,
The distance between the first injection part and the second injection part is the length of the longest imaginary straight line among imaginary straight lines connecting the centers of two of the plurality of first injection holes. 6. The burner according to any one of claims 1 to 5, which is 1.85 times or more and less than 6.0 times.
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